成膜装置的制作方法

文档序号:16626398发布日期:2019-01-16 06:08阅读:134来源:国知局
成膜装置的制作方法

本发明涉及薄膜形成领域,尤其涉及一种成膜装置。



背景技术:

已知使用涂布法,浸渍法等湿式法作为在基板的表面上形成薄膜、例如有机膜、无机膜的成膜方法。例如,专利文献1中提出了一种成膜方法,其中,在大气中,在玻璃、塑料等基板的表面上,刻出深10~400nm的刻痕(划痕),使其具有规定方向的条纹状的精细凹凸面,之后通过涂布按规定组成制作的涂布液(稀释溶液)并使其干燥,从而在所述精细凹凸面上形成规定组成的防污膜(有机膜)。此外,专利文献2中提出了一种成膜方法,其中,将氧化钛粒子混合于水中形成悬浊液,进一步调整为特定的ph后,将该悬浊液涂布在支撑体上并使其干燥,由此形成无机氧化钛膜(无机膜)。

湿式法中所用的涂布液、悬浊液使用的是溶质浓度低的稀溶液。因此,加热干燥后得到的膜的密度低,随之存在形成的膜的功能容易消失的问题。例如,在用湿式法涂布的防污膜中,最表面上形成的膜容易由于擦拭而被刮掉,其防油性有时消失。

与此相对,也考虑使用真空蒸镀法(干式法)在基板上形成薄膜的成膜方法,使用该方法的情况下,成膜时需要形成高真空条件,需要高价的真空排气系统。其结果是难以实现低成本下的成膜。

现有技术文献

专利文献1:日本特开平9-309745号公报

专利文献2:日本特开平6-35号公报



技术实现要素:

为解决上述问题,中国专利申请“20800002404”提出了一种薄膜的成膜方法和成膜装置,该薄膜的成膜方法和成膜装置将含有2种以上材料的溶液在基于构成该溶液的各材料的蒸汽压而设定的压力的气氛下排出至基板上形成薄膜,不仅可以提高薄膜的耐久性,还可以降低制作成本。在该专利申请中,溶液中的成膜材料会在喷嘴作用下排出至基板上形成薄膜,而溶液中的其他材料会在进入容器内时迅速气化,从而与成膜材料分开,不参与形成薄膜,进而形成具有较佳耐久性的薄膜。

但是,在成膜后收取基板时发现基板上会存在如图2所示的液迹100,对形成薄膜的基板形成污染,为清除该液迹100,需要通过人工或机械进行擦除,这不仅提高了制造成本,也降低了生产效率,有时,还会影响成膜质量。

根据该问题,发明人经过多次试验以及分析研究发现,溶液中的其他材料会在进入容器内时迅速气化,这虽然保证了薄膜可以单纯由成膜材料形成,而不会掺入杂质,但是,其他材料在气化过程中会吸收大量的热量,使得气化位置周围的气温较低,导致部分液体在该气温较低位置凝集,最后在容器内形成液滴滴落在基板上形成液迹100。

考虑到大部分的材料刚进入容器就发生气化,故该气化现象会在喷嘴附近进行,致使喷嘴及其周围的温度较低,从而部分液体会逐渐在喷嘴及附近凝集,最后形成液滴滴落在基板上形成液迹100。

鉴于以上技术问题,本发明有必要提供一种成膜装置,以能够减少或消除基板在成膜过程中形成的液迹。

本发明采用以下技术方案实现上述发明目的:

一种成膜装置,包括:

容器,其内部能容置基板;

能将所述容器内部排气至真空状态的排气机构;

储藏溶液的储藏机构;

能将所述溶液排出至所述基板上的喷嘴;

加热机构,其能对所述喷嘴和/或所述容器内部加热。

作为一种优选的实施方式,所述加热机构设置于所述容器内。

作为一种优选的实施方式,所述加热机构靠近所述喷嘴设置。

作为一种优选的实施方式,所述加热机构包括电阻丝。

作为一种优选的实施方式,还包括温度测量机构,其能够测量所述喷嘴或所述容器内部的温度。

作为一种优选的实施方式,所述温度测量机构位于所述容器内部且设置于所述喷嘴上。

作为一种优选的实施方式,还包括与加热机构连接的温度调节机构,其能够调节所述加热机构所提供的加热温度大小。

作为一种优选的实施方式,还包括与加热机构连接的控制器,所述控制器能够在所述喷嘴开始喷液前控制所述加热机构加热至第一设定温度以及在所述喷嘴开始喷液后控制所述加热机构加热至第二设定温度。

作为一种优选的实施方式,所述第二设定温度高于所述第一设定温度。

作为一种优选的实施方式,所述加热机构的加热温度为在常温常压下所述溶液中溶剂沸点±100℃。

在本发明中,加热机构能对喷嘴和/或容器内部加热,弥补因非成膜材料气化而带来的热量损失,防止因容器内气温降低而发生凝集液滴滴落在基板上产生液迹的问题。

参照后文的说明和附图,详细公开了本发明的特定实施方式,指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解,本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内,本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用,与其它实施方式中的特征相组合,或替代其它实施方式中的特征。

应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施方式提供的成膜装置结构示意图;

图2是现有技术成膜装置成膜后的基板图片;

图3是采用本发明成膜装置成膜后的基板图片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1,为本发明一种实施方式提供的一种成膜装置1结构示意图。在本实施方式中,该成膜装置1包括:容器11,其内部能容置基板100;能将所述容器11内部排气至真空状态的排气机构15;储藏溶液21的储藏机构23;能将所述溶液21排出至所述基板100上的喷嘴17;加热机构10,其能对所述喷嘴17和/或所述容器11内部加热。

在本实施方式中,容器11具有容置作为成膜对象的基板100的真空腔室,从而为薄膜的形成提供真空环境。在本实施方式中,该容器11可以为大致长方体状的中控体,但本发明并不限于该形状,相应的,真空腔室的形状可以与容器11的相匹配,以提供较佳的成膜空间。当然,在本发明中真空腔室的形状也并不局限于该点。

在本实施方式中,容器11上可以设置有与其内部(真空腔室)相通的排气机构15,排气机构15通过抽吸将容器11内的气体吸出,从而维持容器11内的气压在所需值。

具体的,排气机构15可以为真空泵15。容器11的侧壁下端附近可以设置有排气用的排气口(未图示)。该排气口可以连接管道13的一端,该管道13的另一端连接真空泵15。

对于真空泵15,在本实施方式中只要为能够制造大气压到中真空(0.1pa~100pa)程度的真空状态的泵即可,例如旋转泵(油旋转真空泵)等。虽然涡轮分子泵(tmp)、油扩散泵等能够制造高真空(小于0.1pa)的真空状态,但是没有必要使用引入成本高的泵。所以,在本实施方式中能够使装置成本便宜。

根据来自控制器16(控制单元)的指令运转真空泵15,通过管道使得容器11内的真空度(压力)下降。容器11设置有检测容器11内压力的压力检测单元18(例如为压力计等)。通过压力检测单元18检测的容器11内压力的信息,逐次输出至控制器16。通过控制器16判断容器11内压力达到规定值时,向气体供给源29(见后文)发送运转指令。

需要说明的是,例如,在自动压力控制器(autopressurecontroller:apc)等压力控制部(图示省略)的监视下,通过质量流量控制器(massflowcontroller:mfc)等流量调整部(图示省略)将氩气等气体导入容器内,由此也能控制容器11内的压力。此外,还可以采用在连接容器11的排气口和泵的管道的管路上设置有阀门(图示省略)的构成,通过在泵运转的状态调节该阀门的开度来控制容器11内的压力。

在本实施方式中,作为排出溶液21部件的喷嘴17可以设置于容器11的顶部,从而从上向下进行喷洒溶液21。当然,喷嘴17的设置位置并不固定,只需将喷嘴17设置成可以将溶液21朝下(垂直朝下或倾斜朝下)排出即可。

具体的,在容器11的内部的上方朝下插入喷嘴17的一端,喷嘴17的另一端可以露出于容器11外部。存在于容器11内部的喷嘴17的一端具有排出部19。需要说明的是,插入容器11内的喷嘴17的数量(根数)没有限定。根据容器11的大小,单个容器11内有时也使用两个以上的喷嘴17。

在本实施方式中,将喷嘴17的延伸方向作为中心轴时,相对于该中心轴,可以将排出部19构成为能够将成膜剂溶液21以例如30度以上80度以下的角度θ呈全锥状或扇形状喷雾。由排出部19排出例如数百μm尺寸的溶液21状粒子。

在本实施方式中,喷嘴17与储藏机构23通过输液管25相连接。其中,储藏机构23为一存储成膜剂溶液21的容器11,其能将溶液21供给至喷嘴17处,由喷嘴17喷洒作业。

如图1所示,露出于容器11外部的喷嘴17的另一端连接输液管25的一端,所述输液管25的另一端插入密闭收容成膜剂溶液21的储藏机构23内部。输液管25上可以设有进行通断控制的阀门。在阀门打开时,(成膜剂)溶液21通过输液管25从储藏机构23输送排出,然后从喷嘴17的排出部19向容器11内部下方排出。

在本实施例中,储藏机构23内通过输入气体不断加压将其内部的溶液21由输液管排出。如图1所示,储藏机构23(也可以称为储藏容器)中分别伸入有输气管27及输液管25,输液管25伸入的端口位于溶液21的液面以下,输气管27伸入的端口位于溶液21的液面上方。

输气管27的另一端可以连接气体供给源29。气体供给源29根据来自控制器16的指令运转,向储藏机构23内供给气体来下压推动储藏机构23的液面。由此,在实施方式中,气体供给源29通过输气管27向储藏机构23中输入气体以施压于储藏机构23的液面,从而成膜剂溶液21被压送至输液管25内。需要说明的是,在本发明中,不限于通过这样的加压输出溶液21的方式。

在本实施方式中,作为成膜对象的基板100可以与喷嘴17的位置相适应,其可以位于喷嘴17的下方,也可以位于喷嘴17的相对的一侧。在本实施方式中,喷嘴17与基板100在容器11中的位置相互适应,以喷嘴17喷出的成膜材料能在基板100上成膜即可。当然,作为优选的或常用的,喷嘴17位于容器11的顶部,基板100位于容器11的底部。在本实施方式中,成膜装置1也可以具备搬运基板100的搬运机构的自动化(inline)方式,从而采用自动化方式进行成膜,提高生产效率。

具体的,在容器11的内部下方可以配置有保持作为成膜对象的基板100的基板支架31。在本实施方式中,以两个以上的辊33,33,…等构成的搬运机构支持基板支架31,通过搬运机构的运转,基板支架31可在容器11内移动。需要说明的是,除直线的移动(本实施方式)之外,此处的移动还包括旋转。旋转的情况下,例如只要将基板支架31以转盘形式等构成即可。基板支架31的内表面具有凹状的基板100保持面,成膜时,使作为成膜对象的基板100(无论单个或两个以上)的背面抵接于此,由此保持基板100。

在本发明中,排出部19和基板100之间的距离d只要为从排出部19以液体状排出的成膜剂溶液21能够以液体形式到达基板100的距离即可,对其没有特别限定。这是因为,成膜剂溶液21能够从排出部19到达基板100的距离会因排出部19的朝向、从排出部19排出时的成膜剂溶液21的初速度、成膜剂溶液21中所含有的非成膜材料的常温下的蒸汽压(p2)等各种原因而发生变化。

在成膜剂溶液21的排出方向朝下的本实施方式中,通过调整排出部19和基板支架31的配置使距离d为300mm以下程度,容易使得到的薄膜达到充分的膜强度,且容易使其耐久性水平提高。

在成膜剂溶液21的排出方向朝下的本实施方式中,通过配置排出部19,使其到基板100的距离d为150mm以上,可以确保成膜剂溶液21的充分的有效排出域,有利于抑制成膜剂溶液21的无用消耗,其结果可以更有利于成膜的低成本化。

需要说明的是,成膜剂溶液21的排出方向朝下的本实施方式的情况下,距离d过远时,在排出过程中引起成膜剂溶液21的稀释剂(溶剂)的挥发,到达基板100后的流平变得难以发生,由此膜分布变得不均匀,膜性能有时也下降。距离d过近时,对应于此,有效排出域变得狭窄,因此成膜剂溶液21的无用消耗变多,此外有时也产生膜斑点。

控制器16首先是具备容器11内压力控制功能,使真空泵15和压力检测单元18运转,将容器11内部的真空度(即,成膜开始时压力)调整为适当的状态。与此同时,其还具备液面加压压力控制功能,对从气体供给源29供给至储藏机构23内的液面的气体所施加的压力进行调整。需要说明的是,控制器16还具备对以两个以上的辊33等构成的搬运机构的运转、停止进行控制的功能。

在本实施方式中,加热机构10能对喷嘴17和/或容器11内部加热,弥补因非成膜材料气化而带来的热量损失,防止因容器11内气温降低而发生凝集液滴滴落在基板100上产生液迹100的问题。

考虑到气化在容器11内部进行,从而降低容器11内部的温度,即使容器11内某一区域温度下降幅度较大,而该区域也会从附近区域吸收热量,从而可能影响整个容器11内部的温度。基于此考虑,加热机构10可以对容器11内部加热,此时,加热机构10可以对容器11的内部整体加热,也可以对容器11内部的某一区域进行加热,本实施方式并不作特别地限制。但作为优选的,加热机构10对容器11内部靠近喷嘴17的区域加热作为本发明优选的方案。

加热机构10通过对容器11内部(真空腔室)加热,从而向容器11内部输入热量,该热量可以弥补由于材料气化而损失的热量,从而减少凝集形成的液滴量,消除基板100上的液迹100。

考虑到大量溶液21在喷嘴17(的排出部19)喷出时进行气化,从而使得喷嘴17附近区域及喷嘴17的温度下降幅度较大,溶液21在排出时容易在喷嘴17附近区域进行凝集形成液滴,并附着在喷嘴17附近区域的裸露表面上。通常,喷嘴17的排出部19为溶液21排出位置,同样也为气化发生位置或靠近气化发生位置,从而导致喷嘴17(的排出部19)处的温度下降也较为明显,致使部分成膜材料所形成的的雾气在喷嘴17的外表面凝集形成液滴。

基于此考虑,加热机构10可以对(位于容器11内的)喷嘴17(部分)加热。其中,喷嘴17接受来自加热机构10传输的热量,而不被气化影响降低温度,维持较佳地温度状态;同时,喷嘴17自身也可以将热量传递(非绝对真空)至附近区域,维持附近区域的温度不变,从而通过对喷嘴17加热可以弥补由于材料气化而损失的热量,从而减少凝集形成的液滴量,消除基板100上的液迹100。

需要说明的是,本实施方式所提供的加热机构10通过对喷嘴17或容器11内部加热,来弥补因容器11内部非成膜材料的气化所吸收的热量,以此解决技术问题。本领域技术人员在本发明所带来的上述启示及精髓下所作的任何改进均应囊括在本发明的保护范围之内。

在本实施方式中,加热机构10可以设置于容器11内,也可以设置于容器11外。例如,加热机构10可以设置于容器11外,通过加热容器11以提升容器11内部的温度,从而减少因温度降低而凝集形成的液滴;或者,加热机构10通过加热喷嘴17位于容器11外的部分,通过热传递将热量传递至喷嘴17位于容器11内的部分,以此来加热(容器11内的)喷嘴17(部分)。

在本实施方式中作为优选的,所述加热机构10设置于所述容器11内。其中,加热机构10可以固定于容器11的内壁上,也可以固定于容器11内部的元器件上。加热机构10的固定方式可以为焊接、螺接、插接等等,在本发明中并不作特别的限定,只需加热机构10位于容器11内即可。

承接上文描述,考虑到喷嘴17及其附近区域为液滴凝集(主要)发生区域,为使加热机构10产生的热量较快地传递给(弥补)气化所需的热量,所述加热机构10靠近所述喷嘴17设置。此时,加热机构10可以对喷嘴17及其周围区域加热。

相应的,加热机构10靠近喷嘴17为相对概念,如图1所示,加热机构10(下述电阻丝10)可以与喷嘴17并未产生接触,但在感官上(或视觉上)二者的间隔很近。参考图1中所示结构,加热机构10相对于容器11的侧壁、基板100等在视觉上更加靠近喷嘴17。

具体的,所述加热机构10可以包括电阻丝10。其中,电阻丝10可以如图1所示以线圈的形式环绕在喷嘴17的周围,形成加热线圈,从而提升对喷嘴17加热的加热面积,以及增大加热区域。

当然,电阻丝10与喷嘴17之间可以并不接触,以防止喷嘴17的温度过高而影响溶液21的成膜性能。同时,电阻丝10设置的位置可以位于喷嘴17所形成的的锥形喷雾区域上方,从而避免干扰喷出的液体的行走轨迹而干扰薄膜的形成。

在本实施方式中,电阻丝10可以通过导线连接有电源机构。电源机构(未图示)可以为电源插头,也可以为成膜装置1自身具备的电池组件,本发明不作特别限制。

在本实施方式中,为便于获知加热机构10的加热温度,成膜装置1还可以包括温度测量机构14(温度传感器),其能够测量所述喷嘴17或所述容器11内部的温度。较佳的,所述温度测量机构14可以位于所述容器11内部且设置于所述喷嘴17上。

其中,温度测量机构14可以与控制器16相连接,从而将测量获得的温度实时传递至控制器16中,控制器16根据温度测量机构14所测量的温度来调控加热机构10。如图1所示,温度测量机构14以及加热机构10(电阻丝10)均可以与控制器16相连接,控制器16根据温度测量机构14反馈的温度可以实时控制加热机构10加热的温度,以提供较佳的薄膜生成环境。

其中,加热机构10所加热的温度不能过高,以不影响成膜材料在基板100上成膜为宜,当然,加热机构10所提供的加热温度也不能影响溶液21在喷嘴17的排出。较佳的,所述加热机构10的加热温度为在常温常压下所述溶液21中溶剂沸点±100℃。

在本实施方式中,成膜装置1还可以包括与加热机构10连接的温度调节机构(图中标号沿用16),其能够调节所述加热机构10所提供的加热温度大小。

其中,温度调节机构可以通过控制供给加热机构10的电流、电压大小来控制加热机构10的加热温度。另外,在加热机构10为电阻式加热机构10时,温度调节机构还可以直接调节加热机构10的阻值大小,从而控制加热机构10的加热温度。示意性质地举例为,加热机构10包括多个发热电阻,温度调节机构可以通过调节多个发热电阻之间的串并联关系,或者切断部分发热电阻。

温度调节机构与上述控制器16可以为同一部件,也可以为不同部件。比如温度调节机构可以为开关,操作人员通过开关的通断实现改变加热温度;或者,温度调节机构16与上述控制器16均可以为cpu(或plc)等等,其可以根据温度测量机构14的反馈自动调整加热机构10的加热温度。

在本实施方式中,为较佳地消除基板100上的液迹100,成膜装置1还可以包括与加热机构10连接的控制器16。所述控制器16能够在所述喷嘴17开始喷液前控制所述加热机构10加热至第一设定温度以及在所述喷嘴17开始喷液后控制所述加热机构10加热至第二设定温度;所述第二设定温度高于所述第一设定温度。其中,所述第二设定温度高于所述第一设定温度。

在开始喷液后,加热机构10可以逐步将温度提升至第二设定温度,也可以在较短的时间内将温度提升至第二设定温度。具体的,加热机构10由第一设定温度与第二设定温度的提升速率可以与实际中未设置加热机构10时的温降速率相匹配,从而使加热机构10提供的热量与气化吸收的热量相匹配。

需要说明的是,上述控制器16、控制单元、以及温度调节机构均可以为硬件、软件、或者软件与硬件的结合。比如,控制器16、控制单元、以及温度调节机构均可以为cpu、plc、电路板或计算机,从而具备实体构造;也可以为具有多个功能模块(例如获取数据模块、判断模块、计算模块等等)的软件程序。另外,控制器16、控制单元、以及温度调节机构均可以为同一部件,也可以为不同部件,本发明并不作限制。

请参考图2以及图3,其中,图1为现有技术下的(减压喷雾)成膜装置1所形成的带有薄膜的基板100图片,图2为本实施方式中的成膜装置1所形成的带有薄膜的基板100图片。其中,二者的成膜条件相同,区别在于本实施方式中的成膜装置1具有在成膜过程中进行加热的加热机构10(电阻丝10)。从图2以及图3对比可以看出,本实施方式所提供的成膜装置1能够有效地消除成膜过程中在基板100上形成的液迹100。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值,在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说,如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90,优选从20到80,更优选从30到70,则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值,适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例,可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明,所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而,“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”,至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料,包括专利申请和出版物,出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”,旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地,单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解,以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述,在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此,本教导的范围不应该参照上述描述来确定,而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的,所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容,也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1