CN101469415B - 等离子体辅助有机薄膜沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其主要由一等离子体产生室及一沉积室构成，该等离子体产生室可等离子体热裂解该等离子体产生室内的可聚合材料气体；该沉积室与该等离子体产生室连通，用以接收该热裂解的可聚合材料气体，该沉积室包括一基板装置，该基板装置可供该热裂解的可聚合材料气体沉积于其上以形成有机薄膜；由于等离子体产生室与沉积室分离，因此可提供一低温薄膜沉积工艺，并可避免等离子体离子直接撞击基板；另可于该等离子体产生室的出口端设置导流装置，对可聚合材料气体产生导流或扰流作用，避免过度集中于出口端或基板中心，可有效改善有机薄膜表面粗糙度并提升其均匀性。

Description

等离子体辅助有机薄膜沉积装置

技术领域

本发明关于一种等离子体辅助有机薄膜沉积装置，尤其涉及一种等离子体产生室与沉积室分离的有机薄膜沉积装置。

背景技术

由于OLED(有机发光二极体)显示面板极易吸收空气中的水分而致其使用寿命短暂，无法与LCD面板抗衡，导致OLED产品在市场拓展上普遍存在障碍；而高分子有机薄膜与无机薄膜搭配构筑多层膜后，可有效降低水气进入机率，使OLED产品寿命延长。

聚对二甲苯(Parylene)有机薄膜可形成无针孔膜层，有极好的阻水氧的特性，材料无色且高透明度，具有极高的绝缘强度，抵抗生锈、腐蚀、风化等；目前一般的聚对二甲苯(Parylene)镀膜方式是将粉末状的材料，经过汽化(150℃)与裂解(650℃)的过程后，导入沉积室中，在室温下以气相沉积(CVD)的方式沉积在基板表面；但是，此种方式形成的有机薄膜表面均匀度与粗糙度不均。

针对专利而言，如美国发明专利早期公开US 20050000435号“Reactor forproducing reactive intermediates for low dielectric constant polymer thin films”，及美国发明专利US 5958510号“Method and apparatus for forming a thinpolymer layer on an integrated circuit structure”，该两项专利所提出的有机薄膜工艺，在薄膜沉积腔室外部进行裂解，而后再于薄膜沉积腔室内部以等离子体打断链结，其主要功效在于制造低介电系数的有机薄膜、提升薄膜沉积速度与改善薄膜的热机械性质，但并未提及改善有机薄膜的均匀度与粗糙度；而值得注意的是，其等离子体辅助工艺在薄膜沉积的基板与腔室内进行，不仅薄膜沉积工艺温度高，且由于等离子体离子直接撞击基板，而影响有机薄膜成型品质及寿命。

发明内容

本发明的目的在于提出一种等离子体辅助有机薄膜沉积装置，可避免等离子体离子直接撞击基板，并可提供低温薄膜沉积工艺，以有效改善有机薄膜表面粗糙度、提升其均匀性。

为实现上述目的，本发明提出一种等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其主要由一等离子体产生室及一沉积室构成，该等离子体产生室可等离子体热裂解该等离子体产生室内的可聚合材料气体；该沉积室与该等离子体产生室连通，用以接收该热裂解的可聚合材料气体，该沉积室包括一基板装置，该基板装置可供该热裂解的可聚合材料气体沉积于其上以形成有机薄膜。

本发明的有益效果在于，通过将等离子体产生室与沉积室分离，提供一低温薄膜沉积工艺，并可避免等离子体离子直接撞击基板，可有效改善有机薄膜表面粗糙度并提升其均匀性。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的一实施例结构示意图；

图2为本发明的导流装置配合等离子体产生室的立体示意图；

图3为未设置导流装置的长圆筒状等离子体产生室的立体示意图；

图4为未设置导流装置的矩形等离子体产生室的立体示意图；

图5为本发明的等离子体产生室不同形状的出口端在基板的浓度差异率比较图；

图6为本发明另一实施例结构示意图。

其中，附图标记

1、1a、1b、1c-等离子体产生室

11-进气装置

12、12a、12b、12c-出口端

14、14a、14b、14c-导流装置

141、141a-内缩端

142、142a-扩张端

2-沉积室

21-基板装置

211-支撑器件

212-转轴

213-驱动马达

3-蒸发室

31-输入管道

4-质量流率控制

5-射频(RF)发生器

6-工作气体进气装置

61、62、63-输入管道

611、621、631-流量控制器

7-基板

8-泵装置

9-冷却阻却器

10-裂解室

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，将参照附图并配合实施例详细说明如下，但以下附图及实施例仅为辅助说明，本发明并不限于附图及实施例。

请参阅图1所示实施例，本发明提供的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其主要包括一等离子体产生室1及一沉积室2。

该等离子体产生室1连通一蒸发室3，该蒸发室3具有一输入管道31，可通过该输入管道31输入氩(Ar)，用以携带蒸发后的聚对二甲苯(parylene)、对二甲苯(paraxylylene)或聚对亚苯基二亚甲基(PPX)等可聚合材料进入该等离子体产生室1内，该可聚合材料于该蒸发室3内蒸发为可聚合材料气体输入该等离子体产生室1内，通常，该蒸发室3内的工作温度约为摄氏130～170度；可于该蒸发室3与该等离子体产生室1之间设置一质量流率控制器4，用以控制该蒸发室3所蒸发的可聚合材料气体流入该等离子体产生室1的流率。

在该等离子体产生室1设有一进气装置11以及一出口端12，该进气装置11设置于一导流装置14的中心下方，该进气装置11为一陶瓷管中空管，该陶瓷管套设于该导流装置14内下方，有关该导流装置14的作用将说明于后；该进气装置11与该等离子体产生室1内部以及该出口端12形成一通路；再者，该等离子体产生室1连接一射频(RF)发生器5以及一工作气体进气装置6，由该射频(RF)发生器5供给能量，使工作气体进气装置6内的气体进入等离子体产生室形成产生等离子体源，该射频(RF)发生器5可提供能量给电感耦合式等离子体源(ICP)，等离子体形成区域涵盖进气装置11，如图所示，该工作气体进气装置6具有三输入管道61、62、63，且该三输入管道61、62、63分别连接一流量控制器611、621、631，借此可输入不同工作流体，例如氩(Ar)、氧气(O2)及氮气(N2)等等，并通过相对应的流量控制器611、621、631控制工作流体流率；当可聚合材料气体经蒸发室3加热蒸发，通过输入管道31中的氩气携带后，通过质量流率控制器4控制气体流入进气装置11的流量，因为等离子体形成区域包含进气装置11，进气装置11被等离子体轰击产生高温，因此通入进气装置11的气体在此高温下被裂解，并且气体于该等离子体产生室1内进行等离子体热解离。

关于该沉积室2，其设置于该等离子体产生室1上方并与该等离子体产生室1相互连通，可用以接收该等离子体产生室1所热裂解的可聚合材料气体；该沉积室2包括一基板装置21，该基板装置21包含一支撑器件211、一转轴212，该支撑器件211的底部用以设置成型有机薄膜的基板7，该转轴212连接一驱动马达213，由该驱动马达213驱动该转轴212旋转，可同步带动该基板7旋转，于此同时，该等离子体产生室1所热裂解的可聚合材料气体上升至基板7时，即可于该基板7表面沉积形成有机薄膜；必须说明的是，该支撑器件211不拘泥于某种特定型态，足以使该基板7设置于其底部即可，而该转轴212及驱动马达213所构成的旋转装置，其目的在于驱动该支撑器件211旋转，进而带动基板7同步旋转，因此，该转轴212及驱动马达213可以其他器件替代，例如驱动马达213可以履带、皮带或齿轮替代，而转轴212可以相对的履带轮、皮带轮或齿轮替代，凡可实现驱动该支撑器件211旋转的目的即可，此为相关技术领域人员熟悉的公知技术，在此不予赘述。

该沉积室2又连通一泵装置8，通过该泵装置8对该沉积室2及该等离子

经上述结构，可归纳出本发明沉积有机薄膜方法的主要包含以下两步骤：

一、进气装置11被等离子体离子撞击，将可聚合材料气体送入该等离子体产生室1内进行等离子体热裂解；进气装置11可被等离子体加热至摄氏约600～900度进行热裂解，热裂解后的材料利用等离子体内带能量的粒子与电子不规则的打断材料的键结，再送入该沉积室2；

二、热裂解后的可聚合材料气体进入该沉积室2，于基板7上沉积有机薄膜；由于该等离子体产生室1与该沉积室2分离的两腔室，该薄膜沉积工艺远离该等离子体热裂解工艺，因此可控制该沉积室2内的工作环境温度约为摄氏80～100度，亦即最适合有机薄膜沉积的低温工艺温度，同时可避免等离子体离子直接撞击基板7；至于该沉积室2内所设置的可旋转的基板装置21，则有利于改善薄膜粗糙度及均匀度。

关于上述改善薄膜粗糙度及均匀度问题，另可通过控制由该等离子体产生室1的出口端12送出的可聚合材料气体的均匀度而实现；如图1所示，在该等离子体产生室1的出口端12设有一导流装置14，该导流装置14的中心下方设置该进气装置11，该导流装置14为一锥状器件，该锥状器件具有一内缩端141以及一扩张端142，该内缩端141朝向该等离子体产生室1，该扩张端142朝向该沉积室2；当经过进气装置11热裂解与等离子体室1的可聚合材料气体经出口端12进入沉积室2通过该导流装置14时，可通过该扩张端142的设置调整该可聚合材料气体的气流角度，将聚合材料气体导向四周，避免集中于该出口端12的中心喷向基板7，同时再配合该可旋转的基板装置21，即可有效改善有机薄膜沉积的均匀度；必须说明的是，该进气装置11的设置位置并不限定于该导流装置14中心下方，只要能够避开该出口端12且可顺利输入该等离子体产生室1内即可。

关于上述该导流装置的立体实施态样，可参阅图2所示实施例，该导流装置14a具有一内缩端141a以及一扩张端142a，与该导流装置14a配合的等离子体产生室1a呈现长圆筒状，其出口端12a设置导流装置14a，该导流装置14a的中心下方设置有一进气装置11a连通该等离子体产生室1a内部以及该出口端12a；将图2所示该等离子体产生室1a产生的圆筒状等离子体，其出口端12a设置有导流装置14a，与图3所示等离子体产生室1b产生的圆筒状等离子体，其出口端12b未设置有导流装置14a，以及图4所示该等离子体产生室1c产生的矩形等离子体，其出口端12c未设置有导流装置14a相互比较，该等离子体产生室1b具有圆形出口端12b，该等离子体产生室1c具有长条形出口端12c；经由实验证明，在相同聚合材料气体流率下，设有导流装置14a的等离子体产生室1a具有较平均的浓度差异率。如图5所示，曲线A代表图2所示设有导流装置14a的等离子体产生室1a，曲线B代表图3所示具有圆形出口端12b的等离子体产生室1b，曲线C代表图3所示具有长条形出口端12c的等离子体产生室1c；其中，该曲线A显示于基板中心(X轴原点)至距离基板0.2米的宽度中，可维持较为平缓的浓度差异率；而该曲线B则显示圆形孔出口端的浓度差异率高于该曲线C的方形出口端；必须说明的是，有关本发明的等离子体产生室的出口端形式并无限定，可为圆形、长条形或任意几何形状，该导流装置的型态也不限定为锥状，重点在于通过导流装置的设置对可聚合材料气体产生导流或扰流作用，避免过度集中于出口端或基板中心即可。

综上所述，本发明提供的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特点在于将等离子体产生室与沉积室分离，因此可提供一低温薄膜沉积工艺，并可避免等离子体离子直接撞击基板，可有效改善有机薄膜表面粗糙度并提升其均匀性；再者，本发明的另一特点在于利用等离子体对可聚合材料气体进行热裂解，因此可省略裂解室的设置，简化设备，但基于等离子体解离速度的考虑，亦可依所需再设置一裂解室，请参阅图6所示实施例，其特点在于该蒸发室3与该质量流率控制器4之间设置有一裂解室10，通过该裂解室10接收该蒸发室3所蒸发可聚合材料气体，并对该可聚合材料气体进行早期裂解，其作用在于可提高裂解速度，缩短有机薄膜沉积时间；至于其他组成构件的作用及其所能实现的功效与图1所示实施例相同，可参阅图1实施例的说明。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，包含：

一等离子体产生室，用以对该等离子体产生室内的可聚合材料气体进行热裂解；

一沉积室，与该等离子体产生室连通且与该等离子体产生室分离设置，用以接收该已热裂解的可聚合材料气体，该沉积室包括一基板装置，该基板装置具有一可旋转的基板，该基板装置可供该热裂解的可聚合材料气体沉积于其上以形成有机薄膜；

其中，该等离子体产生室具有一出口端，该出口端设有一导流装置，该导流装置为一锥状器件，该锥状器件具有一内缩端以及一扩张端，该内缩端朝向该等离子体产生室，该扩张端朝向该沉积室，并且该出口端可供该热裂解的可聚合材料气体通过并流入该沉积室，该出口端的截面可呈圆形、长条形或任意几何形状。

2.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该等离子体产生室连通一蒸发室，该蒸发室可蒸发可聚合材料为可聚合材料气体。

3.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该等离子体产生室连通一工作气体进气装置，该工作气体进气装置用以将等离子体热裂解所需的工作气体输入该等离子体产生室。

4.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该等离子体产生室连接一射频发生器，由该射频发生器供给等离子体源，使等离子体源输入该等离子体产生室。

5.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该沉积室的基板装置包含：

一支撑器件，其底部用以设置成型有机薄膜的该可旋转的基板，该基板距离该等离子体产生室与该沉积室的连通处一定距离；

一旋转装置，与该支撑器件连接，用以驱动该支撑器件该支撑器件旋转。

6.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该沉积室连通一泵装置，该泵装置用以对该沉积室及该等离子体产生室产生抽吸力。

7.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该泵装置与该沉积室之间设有一冷却阻却器，用以捕捉该沉积室内残留的未成膜的可聚合材料气体。

8.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该可聚合材料可为聚对二甲苯、对二甲苯或聚对亚苯基二亚甲基。

9.根据权利要求2所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该蒸发室与该等离子体产生室之间设有一质量流率控制器，用以控制该蒸发室所蒸发的可聚合材料气体流入该等离子体产生室的流率。

10.根据权利要求9所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该蒸发室与该质量流率控制器之间设有一裂解室，该裂解室可接收该蒸发室所蒸发可聚合材料气体，并对该可聚合材料气体进行早期裂解。

11.根据权利要求2所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该蒸发室内的工作温度约为摄氏130～170度。

12.根据权利要求1所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该导流装置用以调整该可聚合材料气体的气流角度。

13.根据权利要求3所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该工作气体包括氩、氧气及氮气。

14.根据权利要求3所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该进气装置为一陶瓷管。

15.根据权利要求5所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，该旋转装置包含：

一转轴，连接该支撑器件；

一驱动马达，用以驱动该转轴旋转。

16.根据权利要求7所述的等离子体辅助有机薄膜沉积装置，其特征在于，冷却阻却器为一冷冻阱。

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