专利名称：用于基板涂敷的等离子涂敷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子涂敷系统，尤其是涉及适用于各种不同形状基 板的涂敷系统。
背景技术：
在一些等离子涂敷系统中，当水平方向的基板穿过涂敷台并保持 在水平平面上时，设置在基板上方的等离子弧把带着一种或多种反应
物的等离子喷射流导向基板。这种结构不适用于非平面型基板，也不 能提供双面涂敷。
其他的等离子涂敷系统以沿直线方式配置，基板沿固定的直线路 径穿过涂敷台或者涂敷机。该涂敷台典型地具有一个或者多个反应物 支管以及把带着反应物的等离子喷射流引导至基板的一侧或者两侧的 等离子弧。当非平面型基板穿过这种系统中的涂敷台时，基板表面与 相应等离子弧之间的距离随基板的形状而改变。此外，等离子喷射流 与基板之间的入射角度随着基板穿过涂敷台而改变。
发明内容
本发明提供了一种用于采用带着一种或者多种反应物的等离子 喷射流来涂敷基板的方法和装置。总体而言，等离子涂敷系统包括至 少一个具有第一侧面和第二侧面的涂敷台，上述第一侧面和第二側面
规定了具有至少一个弯曲部的路径。该涂敷台还包括发出等离子喷射 流的第一等离子弧。第一等离子弧设置于弯曲部的第一侧面或者第二 侧面。该涂敷台还可以包括配置于与第一等离子弧相对置的位置上的 第二等离子弧。在某些实施方式中，该涂敷台可以包括设置于涂敷台 的任何一侧的等离子弧阵列或者设置于涂敷台的相对着的侧面的等离子弧阵列对。
通过以下说明以及权利要求可以进一 步明确本发明的更多特征
和优点o
图1为直线式涂敷台的顶视图。
图2A为根据本发明的一个实施方式的等离子涂敷系统的顶视图。
图2B为图2A中系统沿2B-2B线的视图。 图3A至3D为基板移动穿过图2的涂敷台系统的示意图。 图4A至图4D为基板移动穿过根据本发明的另一实施方式的涂 敷台的示意图。
具体实施例方式
图l所示为直线式涂敷台IO，其中基板12沿箭头13所示的固定 直线路径穿过涂敷台。该基板可以是机动车的一个配件。例如该基板 可以为由聚碳酸酯制成的顶棚或者后窗。
涂敷台IO包括设置于涂敷台IO的相对置的侧面上的等离子弧对 或者等离子弧阵列对14 (当从上俯视涂敷台10时延伸进图1的页面 中)，并包括相关联的反应物支管用以向涂敷工序提供反应物。涂敷 台10还可以与位于涂敷台上游的一个或更多的加热器相关联，用于在 基板进入涂敷台之前将基板加热。可以在涂敷台的下游配置其他涂敷 台以提供进一步的等离子涂敷的能力，在此情形中，可以在两涂敷台 之间设置有其他加热器。
等离子弧阵列14与基板12的表面之间的沿对称平面15(或者置 于涂敷台10的相对着的侧面的等离子弧对的对称线)的测量距离定义 为工作距离(WD)，对称平面15与基板的局部表面之间的角度定义 为入射角(AOI)。这样，例如，对于等离子弧与具有5英寸弓形(即 基板弯曲的程度，例如图1)的距离为20英寸的涂敷台，上侧等离子弧的WD可以从10至15英寸变化而下侧等离子弧的WD可变化的范 围为5至IO英寸。AOI的变化范围为基板边缘的0。附近至基板12的 中央的大致90°。
总之，WD与AOI影响作为源于位于基板的相对着的侧面的等 离子弧所发出的涂敷前体的结果的基板边缘的超范围喷涂 (overspray)、基板温度、以及涂层的厚度，并最终对影响涂层性能 的其他特性、诸如附着性、密度、成分、以及化学结构等其他特性产 生影响。这样，例如，就期望减少在基板的前缘(leading edge)和后 缘(trailing edge )处等离子涂层相对较厚的倾向；而相对于基板中央 部分，较厚的涂层厚度更加倾向于出现在基板的前缘和后缘。由于涂 层厚度具有优选范围(即不太薄以保证耐磨损，或不太厚以保证浸水 性能)，故优选使整个基板的厚度变化最小化，以使涂敷工序更加健 壮(robust)。前缘和后缘的较厚的涂层是可能导致基板的前缘和后 缘缺少较强的浸水性能的因素。此外，基板边缘附近的伪涂层(spurios coating)可归因于源于位于基板的相对着的侧面的等离子弧的前体所 引起的超范围喷涂以及对该基板边缘的优先加热。如此，如果WD和 AOI被限于适当范围，等离子涂敷工序将更健壮。
图2A和图2B所示为根据本发明的一个实施方式的WD和AOI 变化量最小化了的涂敷系统20。系统20的主要部件包括负荷固定装 置(load lock) 22，粗加热器24,精加热器26，第一涂敷台28，辅 助精加热器30,第二涂敷台32,以及退出固定装置(exit lock) 34。 每个涂敷台28、 32包括至少一个泵口 (pump port) 36以在系统20 中产生真空。
涂敷台28、 32包括具有例如常见的U型弯道(U-turn)的弯曲 部以便在较窄的WD和AOI范围内对基板进行涂敷。由此，系统20 可以适于不同形状和尺寸的基板。
对于需要两台涂敷台的涂敷工序，可以采用辅助加热器30。例如， 如果两涂敷台之间的传送时间长到足以使基板在到达第二涂敷台之前 被有效冷却，就会出现这种需求。在系统20的使用状态，基板37起始被装载于负荷固定装置22 并被输送至持续抽真空的区域。可选择地，粗加热器24升高基板的温 度以免精加热器26负担过重。输送器系统将基板向前输送至精加热器 26，在此基板温度得以进一步提高以在涂敷台28获得最佳涂层。输送 器将基板向前输送至涂敷台28，在此对基板37进行第一涂敷。然后 输送器将基板移动至辅助加热器30，如箭头41所示，在此基板温度 得到提高以补偿在从涂敷台28开始的输送过程中出现的任何热损失。 输送器将基板从辅助加热器30移动至第二涂敷台32，在此对基板进 行第二涂敷。最后，输送器将基板向前输送至退出固定装置(exit lock) 34 ，基^反由此^皮移出系统20。
还参照图3A至图3D，每个涂敷台28、 32包括具有例如U型弯 道(U-turn )的弯曲部(bend )40的通道(channel )或者路径(pathway) 38，和设置于弯曲部40的相对着的侧面的等离子弧阵列对(此后称等 离子弧42、 44)。在某些配置中，可在一个或两个涂敷台28、 32的 弯曲部40的任一侧仅提供一个等离子弧阵列。另外，在特定实施方式 中系统20仅包括一个涂敷台。此外，涂敷台可以包括置于弯曲部40 的一侧的单个的等离子弧而非等离子弧阵列，或者置于弯曲部40的相 对着的侧面的等离子弧对。
涂敷台还包括以某种方式置于等离子弧42、 44附近以在涂敷工 序中提供合适的反应物流的支管(manifolds)。对等离子弧42、 44 提供惰性气体(如氩)，该惰性气体被加热至部分电离点并发射进真 空腔室作为等离子喷射流(来自相应的等离子弧)来导向待涂敷的基 板。涂敷反应物通过分散在与相应的等离子弧喷射流相邻的支管上的 注射孔以受控比率导入至等离子弧和基板之间。可采用控制器来指挥 等离子弧和支管的操作，以使支管可相互独立地动作。
如前所述，系统20包括将基板37沿箭头41的方向移动并穿过 通道38的输送器或传送装置。如图所示，基板37有凸出的外表面46 和凹进的内表面48。在涂敷工序中，当基^反37在弯曲部40周围移动 时，外等离子弧42和基板37的外表面46规定了间距dl，而内等离
子弧44和凹进的内表面48规定了距离d2。
相对着的等离子弧42、 44位于对称平面50上，或者当单个等离 子弧被设置于相应的涂敷台的一侧或者两侧时位于对称线上。由此， 输送器系统沿穿过弯曲部40的路径移动基板37，同时旋转基板以使 其与称平面50相交于等离子弧42、 44间约大致中间位置，呈大致垂 直于对称平面50的方向。即，当向前输送基板37穿过涂敷台28、 32 时，间距dl和d2保持大致相同。
基板传送器或输送装置充分灵活(flexible)，可适用于不同形状 和尺寸的基板，这样不同基板可沿不同轨迹通过通道38 (可根据需要 进行适当的工具调整)以满足上述基板关于等离子弧阵列的位置和方 向条件。优选地，将具有复杂曲率的基板确定方向以使包括较大弯曲 和表面方向范围的截面与弯曲部平面(plane of the bend)平4亍，而基 板的凹进一侧面向内等离子弧。
涂敷台28、 32在等离子涂敷时将WD和AOI的变化限制在涂敷 工序产生可接受的产品的相应范围内。涂敷台28、 32使得将复杂形状 的局部表面保持在比相对于基板通过图l中涂敷台10时出现的相应范 围窄的WD和AOI范围内而被涂敷成为可能。这使得与现有涂敷台 相比，改进了工艺和产品的一致性，并扩大了可进行有效等离子涂敷 的形状的范围。
尽管上述涂敷台28、 32有例如U型弯道的弯曲部40，该涂敷台 还可有其他形状的弯曲部。例如，图4所示的另一种涂敷台IOO具有 大致为90。的弯曲部40。在该构造中，等离子弧阵列42、 44(或者单 个弧)置于弯曲部40的相对着的角部。
输送器或传送装置将基板37沿箭头41总体方向移动并通过通道 38。如图所示，基板37具有凸出的外表面46和凹进的内表面48。在 涂敷工序中，当基板37在弯曲部40附近移动时，外等离子弧42和基 板37的外表面46规定了间距dl，内等离子弧44与凹进的内表面48 规定了间距d2。
相对着的等离子弧42、 44位于对称平面50上，或者当单个等离子弧被配置于弯曲部40的一个或二个角部上时位于对称线上。由此， 输送器系统沿路径将基板37移动并通过弯曲部40，同时旋转基板以 使基板和对称平面50相交于等离子弧42、 44之间的大致中间位置并 使基板呈大致垂直于对称平面50的方向。即，当将基板37向前输送 并通过涂敷台100时，间距dl和d2保持大致相同。
本领域技术人员很容易理解，以上所述为本发明主旨的各种不同 实施方式的例子。由于本发明在不偏离本发明的权利要求所限定的精 神的基础上易于修正、变化和改动，本说明不限于上述说明的范围和 应用。例如，系统可包括具有各种弯曲部的涂敷台，而系统整体可以 以直线形方式配置而非如图2中所示的路径。在某些实施方式中，部 件例如碗状部件，可以围绕不同轴线转动以涂敷整个部件。例如，部 件可以在单个涂敷台中沿不同轴线旋转，或者可以在一台涂敷台中沿 一条轴线旋转而在另 一涂敷台中沿另 一轴线旋转。
权利要求
1. 用于涂敷基板的等离子涂敷系统，包括至少一个涂敷台，其具有规定了至少具有一个弯曲部的路径的第一侧面和第二侧面；用于提供被导向基板的等离子喷射流的第一等离子弧，该第一等离子弧被设置于上述弯曲部的上述第一侧面或者第二侧面。
2. 如权利要求l所述的系统，其中，当基板移动穿过涂敷台时， 第 一等离子弧和基板间的距离规定了第 一工作距离，第 一等离子弧所 对着的弯曲部侧面和基板规定了第二工作距离；当基板移动并通过涂敷台时，上述第一工作距离和第二工作距离保持大致相同。
3. 如权利要求l所述的系统，还包括精加热器，用于在基板进 入涂敷台之前加热基板。
4. 如权利要求3所述的系统，还包括粗加热器，用于在衬底进 入上述精加热器之前加热基板至期望的温度。
5. 如权利要求l所述的系统，还包括第二涂敷台。
6. 如权利要求5所述的系统，还包括位于上述第一和第二涂敷 台之间的辅助加热器，用于补偿从第一涂敷台的输送过程中的热损失。
7. 如权利要求l所述的系统，其中，来自第一等离子弧的喷射 流的轴线和基板局部表面规定了在上述弯曲部平面上的入射角，当基 板移动并通过涂敷台时，入射角度大致为90。。
8. 如权利要求l所述的系统，还包括位于对着第一等离子弧的 弯曲部的侧面的第二等离子弧。
9. 如权利要求l所述的系统，还包括一个或更多等离子弧，第 一等离子弧以及上述一个或更多等离子弧形成位于上述弯曲部的第一 侧面或者第二侧面中任一侧的第一等离子弧阵列。
10. 如权利要求9所述的系统，还包括位于对着第一等离子弧阵 列的弯曲部侧面的、包含多个等离子弧的第二等离子弧阵列。
11. 一种基板涂敷方法，包括以下步骤移动基板；和用至少一个涂敷台来涂敷上述基板，所述涂教台包括具有规定了 至少具有一个弯曲部的路径的第一侧面和第二侧面；和用于提供被导 向上述基板的等离子喷射流的第一等离子弧，该第一等离子弧被设置 于上述弯曲部的上述第一侧面或者第二侧面。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，当上述基板移动并通过上 述涂敷台时，上述第一等离子弧和上述基板间的距离规定了第一工作 距离，对着上述第一等离子弧的弯曲部侧面和上述基板规定了第二工 作距离；当上述基板移动并通过上述涂敷台时，上述第一工作距离和 第二工作距离保持大致相等。
13. 如权利要求11所述的方法，还包括在上述基板进入上述涂 敷台前使用精加热器加热基板。
14，如权利要求13所述的方法，还包括在上述基板进入上述精 加热器前使用粗加热器加热上述基板至期望的温度。
15. 如权利要求11所述的方法，还包括用第二涂敷台来涂敷上 述基板。
16. 如权利要求15所述的方法，还包括用位于上述第一和第二 涂敷台之间的辅助加热器来加热上述基板，以补偿从上述第一涂敷台 的输送过程中的热损失。
17. 如权利要求11所述的方法，其中，来自上述第一等离子弧 的喷射流的轴线和上述基板的局部表面规定了在上述弯曲部平面上的 入射角，当上述基板移动并通过上述涂敷台时，上述入射角大致为90°。
18. 如权利要求11所述的方法，其中，所述涂敷台还包括位于 对着上述第一等离子弧的弯曲部的侧面的第二等离子弧。
19. 如权利要求11所述的方法，其中，所述涂敷台还包括一个 或更多等离子弧，上述第一等离子弧以及上述一个或更多等离子弧形 成位于上述弯曲部的第一侧面或者第二侧面任一侧的第一等离子弧阵列。
20. 如权利要求19所述的方法，其中，所述涂敷台还包括位于对着第一等离子弧阵列的弯曲部的侧面的、包含多个等离子弧的第二 等离子弧阵列。
全文摘要
等离子涂敷系统，包括至少一台具有规定了至少具有一个弯曲部的路径第一侧面和第二侧面的涂敷台。该涂敷台包括用于提供被导向基板的等离子喷射流的第一等离子弧。第一等离子弧被配置于弯曲部的第一侧面或者第二侧面。
文档编号B05D7/24GK101208156SQ200480043723
公开日2008年6月25日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年7月30日
发明者史蒂文·M·加斯沃思 申请人:埃克阿泰克有限责任公司