一種采用圖形噴嘴的有機(jī)氣相成膜裝置及其成膜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)氣相沉積成膜領(lǐng)域，更具體的，涉及一種采用圖形噴嘴的有機(jī)氣相成膜裝置及其成膜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，有機(jī)材料的真空氣相沉積成膜方法主要是真空熱蒸發(fā)(VacuumThermalEvaporat1n, VTE),其原理示意圖如附圖1所示，圖1中:在真空腔中加熱有機(jī)材料使之蒸發(fā)，將基板放在距蒸發(fā)源幾百毫米的上方，向上蒸發(fā)的有機(jī)氣相材料通過具有一定圖形的蔭罩掩模后形成圖形化薄膜。該方法必須注意蔭罩掩模的尺寸和位置精確度，否則沉積出的圖案誤差大且不均勻，同時(shí)由于大部分有機(jī)材料粘附于腔壁，其材料利用率僅5 %，沉積在腔壁的有機(jī)材料會(huì)帶來顆粒污染，因此需要定期清洗蔭罩掩模。
[0003]基于VTE 技術(shù)，發(fā)展出有機(jī)氣相沉積(Organic Vapor Phase Deposit1n, 0VPD)技術(shù)，該技術(shù)的原理示意圖如附圖2所示，圖2中:將有機(jī)材料加熱蒸發(fā)后，利用惰性氣體將氣相有機(jī)分子經(jīng)由噴淋頭噴向基板，在噴淋頭與基板之間安放具有一定圖形開口的蔭罩掩模，以得到圖形化薄膜，由于采用了惰性氣體作為載氣，其材料利用率達(dá)50%，是傳統(tǒng)真空熱蒸發(fā)技術(shù)的10倍。但通過蔭罩掩模來定義圖形特征，需要蔭罩掩模具有較高尺寸精度，例如，當(dāng)要求圖形具有40 μ m的特征時(shí)，需要使用10 μ m?15 μ m特征的金屬蔭罩掩模，同時(shí)蔭罩掩模與基板之間距離約為10?15μπι。0VPD技術(shù)中，其載氣溫度約200?350°C，致使蔭罩掩模長期處于較高的工作溫度下，同時(shí)厚度較薄的大面積蔭罩掩模顎自身重量較大，在高溫?zé)崤蛎浐椭亓Φ墓餐饔孟拢穸容^薄的蔭罩掩模極易發(fā)生變形，導(dǎo)致影響尺寸精度和形狀，同時(shí)也影響蔭罩掩模與基板之間的間隙。此外，氣體通過金屬遮擋板后會(huì)產(chǎn)生明顯的側(cè)向分散，使得成膜圖形加寬且中心位置變厚。第三，其材料浪費(fèi)仍然較大，達(dá)50%，而且蔭罩掩模上也易沉積有機(jī)物，成膜時(shí)易產(chǎn)生顆粒污染并需定期清洗蔭罩掩模。
[0004]VTE和0VPD技術(shù)制備圖形化有機(jī)薄膜時(shí)，都需要用到蔭罩掩模，在蔭罩掩模上開設(shè)有供有機(jī)材料氣體穿過的開口，這些開口具有預(yù)定的形狀。這兩種技術(shù)中，來自于有機(jī)材料蒸發(fā)源的有機(jī)氣相材料分為兩部分，其中一部分穿過蔭罩掩模上的開口，并在基板上沉積，形成具有一定形狀的有機(jī)薄膜，形成的有機(jī)薄膜的形狀和蔭罩掩模上開口的形狀相同，這就實(shí)現(xiàn)了圖形化成膜；另外一部分不穿過蔭罩掩模上的開口，直接在蔭罩掩模表面沉積，正是沉積在蔭罩掩模的有機(jī)材料造成了顆粒污染，從而影響成膜質(zhì)量，因此，需要定期清洗蔭罩掩模。同時(shí)，沉積在蔭罩掩模表面的有機(jī)材料正是采用蔭罩掩模技術(shù)所造成的浪費(fèi)，在蔭罩掩模上，圖形開口的總面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蔭罩掩模表面總面積，這導(dǎo)致在采用蔭罩掩模的真空熱蒸發(fā)和有機(jī)氣相沉積技術(shù)的材料利用率非常低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種采用圖形噴嘴的有機(jī)氣相成膜裝置及其成膜方法，其目的在于使氣相有機(jī)材料通過圖形噴嘴噴出而制備出圖形與圖形噴嘴的開口形狀相同的圖形化薄膜，由此解決采用蔭罩掩模帶來的材料利用率低、顆粒污染等技術(shù)問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種采用圖形噴嘴的有機(jī)氣相成膜裝置，用于制備具有一定圖形的有機(jī)薄膜，其包括蒸發(fā)腔、位于所述蒸發(fā)腔一端且與之連通的噴印頭以及與噴印頭相距一定間隙的基板載臺(tái)，其特征在于:
[0007]所述噴印頭包括噴印頭基體、包覆所述噴印頭基體的加熱套、位于所示噴印頭基體一端的圖形噴嘴、與圖形噴嘴連通的且位于所述噴印頭基體中間位置的混合腔，其為一中空的腔體，以及位于所述噴印頭基體另一端且容置于噴印頭基體中的氣體入口，其一端與所述混合腔連通，另一端與所述蒸發(fā)腔連通，以用于蒸發(fā)腔的氣體通過該氣體入口進(jìn)入所述混合腔；
[0008]所述圖形噴嘴具有開口形狀，其形狀與所制備的有機(jī)薄膜的圖形相同；
[0009]所述蒸發(fā)腔用于蒸發(fā)固體有機(jī)材料以得到氣相有機(jī)材料，并通過所述氣體入口進(jìn)入所述混合腔，接著通過所述圖形噴嘴噴出到位于所述基板載臺(tái)的基板上，以用于制備圖形與圖形噴嘴的開口形狀相同的薄膜。
[0010]進(jìn)一步的，所述圖形噴嘴的開口形狀為任何平面圖形可能的形狀。
[0011]進(jìn)一步的，所述圖形噴嘴可拆卸連接于所述噴印頭基體上，其開口數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，其所有開口均位于同一平面內(nèi)，且其開口所在的平面與所述基板載臺(tái)的基板所在的平面平行。
[0012]進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)腔包括:
[0013]金屬套筒；
[0014]加熱套，包覆住所述金屬套筒，以用于加熱升溫；
[0015]石英玻璃筒，容置于所述金屬套筒內(nèi)且位于所述金屬套筒的一側(cè)，用于容置固體有機(jī)材料；
[0016]氣體通道，容置于所述金屬套筒內(nèi)且位于所述金屬套筒的另一側(cè)，所述氣體通道與所述石英玻璃筒相鄰且與之以通孔連通，且該氣體通道與石英玻璃筒的軸線相平行，所述氣體通道一端與石英玻璃筒連通，另一端與所述噴印頭的氣體入口連通；
[0017]氣動(dòng)開關(guān)，其容置于所述氣體通道內(nèi)，用于控制所述蒸發(fā)腔與所述噴印頭混合腔連通與否。
[0018]進(jìn)一步的，所述氣體通道包括橫截面面積較小的小孔段和橫截面面積較大的大孔段，所述小孔段與所述石英玻璃筒以通孔連通，所述大孔段與所述噴印頭的氣體入口連通，所述大孔段和小孔段連接處具有臺(tái)階面，且所述大孔段和小孔段的中心線重合。
[0019]進(jìn)一步的，所述氣動(dòng)開關(guān)包括活塞和一端與活塞固定連接的圓柱螺旋彈簧，其兩者均容置于氣體通道的大孔段內(nèi)，該圓柱螺旋彈簧另一端固定在所述噴印頭的氣體入口處；所述活塞為平板狀，其面積大于所述小孔段橫截面面積，受圓柱螺旋彈簧彈力作用以頂住所述大孔段與小孔段連接處的臺(tái)階面。
[0020]進(jìn)一步的,所述蒸發(fā)腔數(shù)量為一個(gè)或者多個(gè)。
[0021]進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)腔的石英玻璃筒內(nèi)溫度在室溫至500°C內(nèi)可調(diào)。
[0022]進(jìn)一步的，所述基板載臺(tái)受控制相對(duì)噴印頭分別沿噴印頭主軸方向、與噴印頭主軸垂直平面內(nèi)的水平方向以及平面內(nèi)與水平方向垂直的第三方向直線移動(dòng)。
[0023]進(jìn)一步的，所述基板載臺(tái)包括:
[0024]基板支撐板，以用于支撐其上面的基板；
[0025]冷卻箱，所述冷卻箱位于基板支撐板下方，并與之相固定；
[0026]移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)位于冷卻箱下方，用于支撐所述冷卻箱并與之相固定，用于依照外界指令實(shí)現(xiàn)自身分別沿噴印頭主軸方向、與噴印頭主軸垂直的面內(nèi)的水平方向以及面內(nèi)與水平方向垂直的第三方向直線移動(dòng)。
[0027]進(jìn)一步的，所述冷卻箱，其特征在于，所述冷卻箱與外界容置冷卻介質(zhì)的容器以管道連通。
[0028]進(jìn)一步的，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所述圖形噴嘴與所述基板載臺(tái)上的基板間距為0至2000微米范圍可調(diào)。
[0029]進(jìn)一步的，其還包括真空箱，所述真空箱容置所述蒸發(fā)腔、所述噴印頭以及所述基板載臺(tái)。
[0030]進(jìn)一步的，還包括:
[0031]載氣輸送管道，其連通載氣氣源和所述蒸發(fā)腔，該載氣輸送管道具有多根，一根所述載氣輸送管道對(duì)應(yīng)一個(gè)蒸發(fā)腔，所述輸送管道數(shù)量與所述蒸發(fā)腔數(shù)量相同；
[0032]載氣加熱器，所述載氣加熱器安裝在所述載氣輸送管道上；
[0033]調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥安裝在所述載氣輸送管道上，位于載氣加熱器和載氣氣源之間；
[0034]電磁閥，所述電磁閥安裝在載氣輸送管道上，位于載氣加熱器與調(diào)壓閥之間。
[0035]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種應(yīng)用以上所述的裝置進(jìn)行有機(jī)氣相成膜的方法。
[0036]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用圖形噴嘴和蒸發(fā)腔的設(shè)計(jì)，能夠取得下列有益效果:
[0037]1、采用圖形噴嘴，無需使用蔭罩掩模，有機(jī)材料只會(huì)粘附于基板表面，沒有前述使用蔭罩掩模帶來的顆粒污染和材料浪費(fèi)，從而極大地提高了材料利用率和成膜質(zhì)量，且無清洗蔭罩掩模的問題。
[0038]2、采用多個(gè)蒸發(fā)腔的設(shè)計(jì)，可以同時(shí)將多種有機(jī)材料加熱氣化，通過控制載氣氣壓大小和有機(jī)材料的蒸發(fā)速率，以控制在同一時(shí)段內(nèi)進(jìn)入噴印頭混合腔的有機(jī)材料的比例，得到具有復(fù)合成分的有機(jī)薄膜，極大地提高了真空氣相沉積成膜的效率、成膜質(zhì)量以及成膜種類。
[0039]3、通過設(shè)定不同蒸發(fā)腔對(duì)應(yīng)不同的載氣輸送管道，并在各個(gè)載氣輸送管道上安裝可控制其開閉的電磁閥，從而靈活控制不同有機(jī)材料是否進(jìn)入蒸發(fā)腔，并可控制不同有機(jī)材料進(jìn)入蒸發(fā)腔的時(shí)間，最終可靈活控制成膜的厚度和種類。
【附圖說明】
[0040]圖1是現(xiàn)有真空熱蒸發(fā)技術(shù)的原理示