CN101932749B - 气化源及成膜装置 - Google Patents

Abstract

一种气化源(20)，在不对维护产生不利影响的条件下，可提高成膜材料(29)的利用率。所述气化源(20)包含：具有多个存储空间(25S)的单一管状周壁(25)，及将周壁(25)内部隔开成所述多个存储空间的多个间隔部(27)。所述周壁(25)有多个孔(28)，各存储空间(25S)至少有一个孔。所述多个孔(28)连通所述多个存储空间与外部，使存储于多个空间(25S)内各自的成膜材料(29)从各存储空间内向外气化。

Description

气化源及成膜装置

技术领域

本发明涉及一种气化源及成膜装置。

背景技术

作为光学制品的光学薄膜具备多个折射率不同的层。通过将各层叠放于基板上，来得到防反射性、滤光性及反射性等各种不同的光学特性。举例而言，利用钽、钛、铌、锆等金属的氧化物作为高折射率材料，利用二氧化硅及氟化镁作为低折射率材料。

光学薄膜的制造过程包括使用所谓溅射法，所述溅射法是指使用包含低折射率材料、高折射率材料或其他材料的电介质形成的多个标靶，使从各标靶放出之溅射粒子依序堆积于基板上。这种溅射法包括在靶面附近注入等离子体的磁控管溅射法和在标靶上施加高频电力的高频溅射法等。

在溅射法中使用电介质作为标靶材料时，积累在电介质中的电荷容易发生异常放电。因此一般而言会选择高频溅射法。另外，相对于磁控管溅射法，在使用高频溅射法时基板在运送等过程中容易导致等离子体密度变动，造成成膜速度大幅减小。因此，在光学薄膜制备的现有技术中，存在为解决上述问题提出的各种提议。

专利文献1所记载的成膜装置在真空槽之内部设置转鼓，将真空槽内部沿转鼓圆周方向划分成多个处理区域。比如，将转鼓周围划分使用磁控管溅射法形成金属层的处理区域、使用磁控管溅射法形成硅层的处理区域、及产生氧等离子体并进行氧化处理的处理区域。专利文献1所记载的成膜装置通过旋转其转鼓，有选择性地、反复地在安装于转鼓上的基板表面执行金属层成形、硅层成形和各层氧化处理。因此，专利文献1可在稳定之沉积条件下加快高折射率材料沉积与低折射率材料沉积的速度，从而增加了光学薄膜成膜处理的稳定性与速度。

光学产品中光学薄膜的光学特性会由于外部各种液体在薄膜表面的附着而恶化。因此，理想的做法是在光学薄膜表面形成具有排斥各种液体作用的疏水膜性的疏水膜膜。疏水膜膜成形技术中会使用所谓气相沉积聚合法，其通过在光学薄膜表面气相沉积含有排斥液体的疏水膜基和水解性缩聚基的硅烷偶联剂。

在基板表面气相沉积成膜材料时，一般而言，靠近气化源的成膜材料浓度高。因此，为了获得膜厚均一性，气化源必须与基板间隔较远。由此，在上述疏水膜的形成过程中，来自气化源的成膜材料也扩散在基板外面而形成不必要的浪费，导致成膜材料的利用率大幅降低。这样的问题可通过在基板附近排列多个气化源而避免。

然而，使用多个气化源时，随气化源数量的增加，每次补充成膜材料都需要花费更多的时间在气化源的拆装上，进而使成膜装置的维护性受到不利影响。

现有技术

专利文献1：日本特开2007-247028号公报

发明内容

本发明提供一种在不对维护产生不利影响的条件下，使成膜材料利用率提高的气化源，以及包含所述气化源的成膜装置。

本发明的一个方面是一种气化源。所述气化源包括单一的管状周壁，所述周壁具有多个存储空间和将周壁内部隔开成所述多个存储空间的多个间隔部。所述周壁包括多个孔，各存储空间至少配置一个孔。所述多个孔连通多个存储空间与其外部，使存储于多个空间内各自的成膜材料从各存储空间向外部蒸发。

本发明的另一个方面是一种成膜装置。所述成膜装置包括一个真空槽；一个在真空槽内旋转基板的旋转机构；及一个成膜单元，其通过使成膜材料向旋转基板气化，从而在基板上形成薄膜。所述成膜单元包含：一个存储成膜材料的气化源；和一个加热部，所述加热部加热气化源而从使成膜材料从气化源中气化。所述气化源包含单一的周壁，其沿基板旋转轴方向延伸；多个存储空间及将周壁内部轴向隔开成所述多个存储空间的多个间隔部。所述周壁包括多个孔，各存储空间至少配置一个孔。所述多个孔从多个存储空间朝基板贯穿周壁，使存储于多个存储空间内的成膜材料向基板气化。

附图说明

图1为成膜装置之示意图；

图2为气化源主视图；

图3为气化源侧视图；和

图4为来自气化源的硅烷偶联剂的蒸发状态图。

具体实施方式

以下，按照附图说明根据本发明一个实施例的成膜装置10。图1为成膜装置10的俯视示意图。在图1中，成膜装置10包括一个相对纸面垂直方向(以下简称为旋转轴方向)延伸的多边形筒状的真空槽11。

所述真空槽11内部包括于旋转轴方向延伸的圆柱形转鼓12。所述转鼓12为旋转机构的一个实施例。所述转鼓12以其中心轴(以下简称为旋转轴C)为中心以预设转速比如100rpm逆时针(图1中所示箭头方向)旋转。转鼓12作为一个保持器(holder)，沿其外圆周以可拆装方式保持作为成膜对象的基板S。在所述转鼓12沿其圆周方向旋转所述基板S时，保持基板S的表面与真空槽11的内侧相对。

所述真空槽11含有多个表面处理单元13，位于所述转鼓12的径向外侧，也就是在与基板S旋转路径相对的位置。所述多个表面处理单元13向转鼓12的外周面，也就是基板S表面供给多种不同的成膜粒子及氧化气体。在一个实施例中，所述真空槽11包括一个向基板S供给金属粒子的第一成膜处理单元14、一个向基板S供给硅粒子的第二成膜处理单元15、及一个向基板S供给活性氧的氧化处理单元16。所述第一成膜处理单元14、第二成膜处理单元15及氧化处理单元16均为氧化物膜形成单元的实施例。图1所示实施例包含多个(例如二个)第一成膜处理单元14。所述真空槽11还包括向基板S供给液体材料(成膜材料)的第三成膜处理单元17(成膜单元)。作为液体材料，可使用具有排斥液体用之疏水基与水解性缩聚基的硅烷偶联剂，例如可以使用C₈F₁₇C₂H₄Si(OCH₃)₃。

所述第一成膜处理单元14包括一个由钽、铝等金属制成的第一标靶14a、溅射第一标靶14a的电极(未在图中显示)、及从第一标靶14a处看对靠近转鼓12一侧进行开、关的第一快门14b。在进行成膜处理时，所述第一成膜处理单元14打开第一快门14b向转鼓12外周面，即向基板S表面供给从第一标靶14a处释放的金属粒子。在不进行成膜处理时，所述第一成膜处理单元14关闭第一快门14b，防止其他元素污染第一标靶14a。

第二成膜处理单元15包括一个硅制的第二标靶15a、一个溅射第二标靶15a用的电极(未在图中显示)、及从第二标靶15a处看对靠近转鼓12一侧进行开、关的第二快门15b。在进行成膜处理时，所述第一成膜处理单元15打开第二快门15b向基板S表面供给从第二标靶15a处释放的硅粒子。在不进行成膜处理时，所述第二成膜处理单元15关闭第二快门15b，防止其他元素污染第二标靶15a。

所述氧化处理单元16为使用氧气而产生等离子体的氧等离子体源，包括对接近转鼓12一侧进行开、关的氧化快门16b。在进行氧化处理时，所述氧化处理单元16打开氧化快门16b，对基板S表面照射从氧等离子体源产生的氧等离子体。在不进行氧化处理时，氧化处理单元16关闭氧化快门16b，防止其他元素污染等离子体源。

第三成膜处理单元17包括一个容纳硅烷偶联剂的气化源20、一个作为加热所述气化源20的加热单元的加热器17a、及一个对从气化源20处看接近转鼓12一侧进行开、关的第三快门17b。在形成疏水膜时，所述第三成膜处理单元17驱动加热器17a、打开第三快门17b，向基板S表面供给从气化源20放出的硅烷偶联剂。在不形成疏水膜时，所述第三成膜处理单元17关闭第三快门17b，防止其他元素污染气化源20。

当在基板S上形成光学薄膜时，所述成膜装置10以预设速度旋转所述转鼓12，并且在关闭第一快门14b、第二快门15b、氧化快门16b及第三快门17b的状态下，驱动第一成膜处理单元14、第二成膜处理单元15、氧化处理单元16及第三成膜处理单元17。而后，所述成膜装置10在转鼓12旋转时打开第一快门14b，从而在基板S表面形成作为被氧化膜的金属膜；并且打开氧化快门16b形成金属氧化物膜。进一步，所述成膜装置10在转鼓12继续旋转时打开第二快门15b，从而在基板S表面形成作为被氧化膜的硅膜；打开氧化快门16b而形成二氧化硅膜。而后，所述成膜装置10打开第三快门17b，从而在基板S表面形成疏水膜。

以下将描述第三成膜处理单元17中的气化源20。图2为从旋转轴C处看气化源20的主视图，图3为从第二成膜处理单元15处看气化源20的侧视图。图4为气化源20在气化硅烷偶联剂状态的示意图。下文中，将沿旋转轴C的方向称为垂直方向。

参看图2和图3，所述气化源20包括沿垂直方向延伸呈管状的周壁25。所述周壁25有上下两端部26，它们为密封周壁25内部而向同方向(图3的横向)压缩，以螺丝固定于第三成膜处理单元17的框体上。所述周壁25由高热传导性的管形成。在接受来自加热器17a的热量时，所述周壁25的内部温度会升至预设温度值。

所述周壁25含有将本身内部沿垂直方向隔开成多个存储空间25S用的多个间隔部27。所述多个间隔部27通过将周壁25向同方向(图2的横方向)压缩而形成，防止气体在相邻的存储空间25S之间出入。所述周壁25的各存储空间25S包括多个连通存储空间25S与真空槽11的贯穿孔(以下简称为喷嘴28)。各喷嘴28沿水平方向延伸形成。各喷嘴28具有面向转鼓12的外周面也就是基板S表面的开口。多个存储空间25S各自容纳由喷嘴28注入的硅烷偶联剂29。

参看图4，气化源20收到来自加热器17a热量的加热，使各存储空间25S内的硅烷偶联剂29向基板S表面气化。这样在基板S的垂直方向，可按照存储空间25S的数量均一地分散硅烷偶联剂29。相应地，在获得相同膜厚均一性同时，可随着硅烷偶联剂29的分散而允许缩短基板S与气化源20间的距离D。结果，气化源20可使容纳在存储空间25S内的硅烷偶联剂29几乎全部向基板S的表面气相沉积，从而提高了硅烷偶联剂的利用率。因此，在第三成膜处理单元17的壳体中，只须拆装气化源20的上下两端部26，即可实施包括气化源20全部垂直方向上的维护。

通过供应缩聚引发剂比如水，气相沉积于基板S上的硅烷偶联剂开始水解与缩聚反应，而在基板S上形成疏水膜。

上述实施例中所述的成膜装置10具有以下之优点。

(1)所述气化源20包括单个呈管状且在垂直方向延伸的周壁25。所述周壁25含有在垂直方向上将周壁内部隔开成多个存储空间25S的多个间隔部27；及形成于周壁25的各存储空间25S内、沿水平方向将多个存储空间25S分别与真空槽11内部连通的喷嘴28。

相应地，所述气化源20可在垂直方向上按照存储空间25S的数量分散硅烷偶联剂29。因此，为获得相同膜厚均一性，可缩短基板S与气化源20间的距离D。结果，所述气化源20可提高硅烷偶联剂29的利用率。进一步，一个气化源20包括多个存储空间25S。因此，成膜装置10只须拆装单个的气化源20，即可实施全部垂直方向上的维护。因而，所述成膜装置10在不对维护产生不利影响的情况下，可提高硅烷偶联剂29之利用率。

(2)多个间隔部27为周壁25的一部分向周壁25内部压缩而各自成形。相应地，间隔部27围成各存储空间25S，所述存储空间S相对周壁25而言为连续的。因此，与另行安装的分离式间隔部27的情况比较，相邻的存储空间25S之间的密封性得到改进。结果，优选地，所述气化源20防止了相邻存储空间25S之间的硅烷偶联剂29出入。因而，气化源20可将容纳于各存储空间25S内的硅烷偶联剂29向基板S的相反区域分散，与另行设置分离式间隔部27的情况比较，可提高硅烷耦合剂29的利用率。

(3)进一步，多个间隔部27各自由周壁25的一部分形成。因此，在制造气化源20时，与安装另外的分离式部件的情况比较，可大幅减少构件数量。相应地，可大幅提高气化源20的生产率。

(4)另外，多个间隔部27为周壁25压缩形成。因此，气化源20可对基板S的尺寸及膜厚均一性的改变轻易地对应。如此可大幅提高存储空间25S之设计自由度，而使其适应范围扩大。

上述实施例可如下变更。

每个间隔部27不限由周壁25的部分来形成。所述间隔部可由与周壁25不同的构件形成，而将该另外的构件安装于周壁25上。也就是说，气化源的“间隔部”只须将周壁25内部在垂直方向隔开成多个存储空间25S即可。

所述周壁25呈圆管状，不过不限于此。周壁25也可以形成椭圆管状，或是其剖面为矩形的管状。也就是说，气化源“周壁”只要形成延伸于垂直方向的管状即可。

所述周壁25在每个存储空间25S内有二个喷嘴28，不过不限于此。所述周壁25也可以在各存储空间25S具有一个或三个或更多的喷嘴28。

所述转鼓12呈圆柱状，不过不限于此，所述转鼓12也可以是呈多边形。

Claims (4)

1.一种气化源，在接收热量时能使成膜材料气化，所述气化源包括：

单一的管状周壁，包括多个存储空间；和

多个间隔部，将所述周壁的内部隔开成所述多个存储空间；

其中所述周壁包括多个孔，每个所述存储空间至少配置一个孔，所述多个孔连通所述多个存储空间与外部，使存储于所述多个存储空间内的所述成膜材料从各存储空间内向外气化；并且

其中每个所述间隔部为所述周壁的部分向周壁内部压缩而成。

2.一种成膜装置，包括：

真空槽；

旋转机构，使基板在所述真空槽内旋转；和

成膜单元，通过向所述旋转基板气化所述成膜材料，而在所述基板上形成薄膜，所述成膜单元包括：

存储所述成膜材料的气化源；和

加热单元，其将所述气化源加热，使所述成膜材料从所述气化源内气化，所述气化源包含：

单一的周壁，包括多个存储空间并形成为管状并延伸于所述基板旋转轴方向；和

多个间隔部，将所述周壁内部沿所述旋转轴方向隔开成所述多个存储空间；

其中所述周壁中包括多个孔，每个所述存储空间至少含有一个孔，所述多个孔从所述多个存储空间朝所述基板贯穿所述周壁，而使存储于每个所述多个存储空间内的所述成膜材料向所述基板气化。

3.按照权利要求2所述的成膜装置，其中每个所述多个间隔部为所述周壁的部分向周壁内部压缩而成。

4.按照权利要求2或3所述的成膜装置，进一步包括：

氧化膜形成单元，其通过向所述旋转基板释放粒子，而在所述基板上形成被氧化膜，并通过向所述旋转基板上的所述被氧化膜发射氧等离子体，而在所述基板上形成氧化物膜；

其中所述成膜材料为含有疏水基的硅烷偶联剂；并且

所述气化源通过使所述硅烷偶联剂向所述氧化物膜气化，而在所述氧化物膜上形成疏水膜。

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