CN102409317A - 具有可拆卸式进出气结构的成膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置。该可拆卸式进出气结构主要包含一板体、一排气单元、一成膜原料供应单元，该排气单元设置于板体的一端，且成膜原料供应单元设置于板体的另一端。通过结合创新的传送装置，本发明可以制造出连续且均匀的大面积薄膜。

Description

具有可拆卸式进出气结构的成膜装置

技术领域

本发明涉及一种成膜装置，特别是涉及一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置。

背景技术

液晶显示元件、电激发光元件等各种显示元件或薄膜太阳能电池的电极主要为具有可见光线透过率高，且电阻低的透明导电性薄膜。因此，透明导电膜成为完成现今各种显示器元件中不可或缺的电极材料。例如氧化铟锡(IndiumTin Oxide，ITO)、氧化锡(Tin Oxide，TO)、掺杂有氟的锡氧化物(Fluorine-doped Tin Oxide，FTO)或掺杂铝的锌氧化物(Aluminum-doped Zinc Oxide，AZO)等导电性金属氧化物为主要成分的膜，兼具对可见光优异的透明性及优异的电性传导性。在制备透明导电膜时，常分为物理沉积以及化学沉积两种方式。其中，物理沉积方式有：热蒸镀、电子束蒸镀(E-beam evaporation)、直流溅镀(sputtering)、射频溅镀等。而化学沉积方式有：喷雾热分解法(Spraypyrolysis technique，SPT)、浸染法(Dip coating)、溶胶凝胶法(Sol-gel)、涂布法(Spin coating)、化学气相沉积法(Chemical vapor deposition，CVD)等方法制备。

此外，一般制造透明导电膜的装置是使用例如电浆CVD方法。此方法将既有的靶材或成膜原料先驱物(Precursor)，以电浆的方式在基板上进行成膜。由于工艺条件必须在真空(或接近真空)下进行，所以这样的工艺假如是以连续式操作的话，所必须使用的设备不仅复杂且昂贵，使得所制造的成品价格甚高。且铟(In)因为价格昂贵，资源有限，所以并不适合未来产业的发展。而氧化锡薄膜，由于价格低、在高温下稳定性佳以及化学特性稳定，且用来形成氧化锡薄膜的镀膜工艺不需要在真空的环境下进行，所以这样的工艺条件对透明导电膜的发展极具竞争力。

参照公开号为CN1563482A的中国专利公开的二氧化锡透明导电膜的制造设备。该专利揭示一种二氧化锡透明导电膜的制造设备，其主要特征在于在镀膜轨道上以陶瓷管作为传动件，并将喷头装置(Shower head)设置在工艺腔体的中部，对基板表面喷镀二氧化锡透明导电膜。然而该专利揭示喷头装置是设置在工艺腔体的中部，并不利于大面积且连续式工艺，无法得到大面积且均匀的薄膜。并且，该专利并未进一步揭示作为传动件的陶瓷管的材质与其具体实施方法，因此在传送基板时可能会造成基板的磨损等。

此外，现有制造氧化锡的导电膜装置欲进行连续式操作的工艺时需结合目前常用于浮法玻璃(在高温下将熔化的玻璃液流在熔融的金属液面上，浮飘抛光，成型为平整、光洁的平板玻璃)的工艺及其退火工艺。此现有技术必须将一浮法玻璃导入一体成型的隧道炉中。然而须根据各种薄膜反应物的工艺条件对隧道炉进行改装以符合不同工艺需求，例如现有在常压下进行的化学气相沉积法(CVD)工艺。然而，对于没有具备浮法工艺的厂商，就无法施行透明导电膜的镀膜工艺。

有鉴于此，需要提供一种能符合前述需求的导电膜成膜装置，能在大面积的基板上得到连续且均匀的成膜。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，通过创新的可拆卸式进出气结构，配合防止基板损害的传送装置设计，该成膜装置可以在大面积的基板形成连续且均匀的高质量薄膜。

本发明的另一目的在于提供一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，将现有连续隧道炉中的成膜装置模块化成一独立的装置，由连接元件在前后分别连接所需工艺的工艺机台，具有可替换的特性，而可直接与各种工艺装置组装在一起，以节省进行改装的成本及时间。

本发明的又一目的在于提供一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，即使不具备浮法玻璃工艺也可连续量产透明导电薄膜的成膜装置，并且可以利用现有的连接元件把数个本发明的导电膜成膜装置串行成一连续生产工艺。

本发明的再一目的在于提供一种可与既有浮法玻璃工艺以及玻璃退火设备结合的成膜装置，而串接成一种进行喷雾裂解法的连续生产线以生产高质量薄膜。

根据本发明的上述目的，提出一种可拆卸式进出气结构，其包含板体、排气单元、成膜原料供应单元以及两锁固元件。排气单元设置于该板体的一端。成膜原料供应单元设置于板体的另一端。两锁固元件分别将排气单元以及成膜原料供应单元锁固于板体上。排气单元包含至少一抽气管，每一个抽气管具有一气体流量控制阀。这些抽气管共同连通于一抽气开口。成膜原料供应单元包含容室，容室具有一原料供应孔，设置于容室靠近排气单元的一侧面。

此外，本发明还提出一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其包含炉体、输送装置、加热器、可拆卸式进出气结构、第一连接元件以及第二连接元件。炉体包含横向贯穿炉体的成膜室，成膜室具有基板输入端以及基板输出端。输送装置具有贯穿成膜室的输送轨道。加热器设置于输送轨道下方。可拆卸式进出气结构设置于成膜室上方且面对输送装置。第一连接元件设置于基板输入端，以连接至第一工艺装置。第二连接元件设置于基板输出端，以连接至第二工艺装置。其中可拆卸式进出气结构包含板体、第一锁固元件、排气单元以及成膜原料供应单元。第一锁固元件围绕板体以将板体锁固于炉体上。排气单元设置于板体的一端，且邻近成膜室的基板输出端。成膜原料供应单元设置于板体的另一端，且邻近成膜室的基板输入端。

上述可拆卸式进出气结构还可包含第二加热器，设置于板体中，且位于排气单元与成膜原料供应单元之间。而上述排气单元则包含至少一个抽气管，这些抽气管具有共同的抽气室，且这些抽气管共同具有一抽气开口。此外，上述第一工艺装置为基板加热装置，上述第二工艺装置为基板退火装置。

综上所述，根据本发明具有可拆卸式进出气结构的成膜装置具有以下优点：

1.应用本发明成膜装置，创新的原料供应孔与抽气开口设计，可以形成连续且均匀的大面积薄膜。

2.通过连接元件的设置，上述成膜装置的前段工艺与后段工艺具有更弹性的选择性，且具有可替换性，具有可节省改装机台成本的优点，达到降低生产成本的目的。

3.通过可拆卸式进出气结构的独立设计，导电膜成膜装置的成膜原料供应管路以及排气管路具有拆卸方便以及清洗容易的优点。

4.以一导电膜成膜装置搭配两可拆卸式进出气结构，在清除附着于管路内的成膜时，可以另一进出气结构进行替换，由此生产线不会因清洗而导致停止。

5.通过本发明所揭示的滚轮设计，能承受高温且不因工艺高温产生大量热胀冷缩而造成成膜质量劣化，并且滚轮上的镀覆设计，可方便清除工艺进行时于滚轮上的附着物，减少薄膜不均匀造成的导电性劣化。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图说明如下：

图1为本发明第一实施例示意图；

图2为本发明第一实施例的输送装置示意图；

图3A为本发明第一实施例的可拆卸式进出气结构示意图；

图3B为沿图3A的剖线AA’的剖面图；

图3C为沿图3A的剖线BB’的剖面图；

图3D为本发明第一实施例的排气单元的剖面图；

图4为本发明第二实施例的可拆卸式进出气结构示意图；

图5为本发明第二实施例的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置示意图；

图6为本发明具有可拆卸式进出气结构的成膜装置的加热曲线示意图。

主要元件符号说明：

100：成膜装置            101：基板

110：炉体                111：成膜室

112：基板输入端          113：基板输出端

114：保温棉              120：输送装置

121：输送轨道            122：滚轮

123：滚轮驱动装置        124：传动马达

125：结合件              130：加热器

140：可拆卸式进出气结构  141：板体

142：第一锁固元件        142a：螺丝

142b：螺丝孔             143：排气单元

144：成膜原料供应单元    145：加热器

310：抽气管            150、160：连接元件

330：抽气开口          320：气体流量控制阀

340：抽气室            341：隔板

350：容室              351：隔板

352：原料供应孔        353：容室

354：容室              354a：容室

356：隔板              360：管路

440：可拆卸式进出气结构441、442：扣环

500a：基板加热装置     500b：基板退火装置

具体实施方式

请参照图1，为本发明的第一实施例示意图，揭示一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置100。成膜装置100包含炉体110、输送装置120、加热器130、可拆卸式进出气结构140、连接元件150以及连接元件160。

成膜作业于炉体110内的成膜室111内进行。成膜室111具有基板输入端112以及基板输出端113，以便于将欲进行成膜作业的基板101经由基板输入端112输入，并经由基板输出端113输出。而炉体110具备隔热材料，以防止炉体110的热散失。隔热材料可以是如图2所示的保温棉114。基板101可以使用玻璃或不锈钢或软性基板等。在本实施例中，较佳是使用玻璃基板，其厚度介于3至5mm，基板101的最小面积可以是600mm×600mm，最大面积可以是1300mm×1600mm。基板101也可以是直径600mm的圆形基板。即成膜室111所能承载基板的底部面积需略大于基板的面积，即介于600mm×600mm至1600mm×1900mm之间。

请参照图2，为本发明第一实施例的输送装置示意图，输送装置120包含输送轨道121，其可为履带，用以将进行成膜作业的基板101自基板输入端112输送至基板输出端113。在本实施例中，输送装置120为一种滚轮输送装置，包含可自由滚动的多个滚轮122、输送轨道121以及滚轮驱动装置123。其中，滚轮122的轮轴通过结合件125结合在一起，结合件125可以为链条或皮带，而输送轨道121则是绕设于滚轮122外，至于滚轮驱动装置123则由传动马达124所驱动。滚轮驱动装置123连接于其中一个滚轮122的轮轴，通过驱动其中一个滚轮122的轮轴进一步驱动所有的滚轮122转动。当启动传动马达124后，滚轮驱动装置123驱动所有滚轮122转动，由此滚轮122带动输送轨道121，以将基板101自基板输入端112输送到成膜室111内。在本实施例中，输送装置120还包含控制结构(图中未示)以控制滚轮驱动装置123的驱动速度，由此可控制滚轮122的转动速度，以达到调整基板101在成膜室111内的移动速度。为了得到均匀的传送速度，并且在传送时不伤害到基板101的表面，滚轮122的设计与材料是一重要的考虑。在本实施例中，滚轮122的直径介于45mm到65mm之间，辊距介于90mm至120mm之间。滚轮122的材料为陶瓷所组成，较佳为能承受高温且不因工艺高温产生大量热胀冷缩而造成成膜质量劣化的材料，如氧化硅、氧化铝、氮化铝、碳化硅等，但不限于以上的材料。在一较佳实施例中，滚轮122的直径为55mm，辊距为100mm，且其为电铸石英辊。需注意的是，在工艺进行中，由于成膜原料也可能附着在滚轮122上，因此本发明在滚轮122上还设有披覆三氧化二铝的布料，可方便清除工艺进行时附着于滚轮122上的污染物。

如图1所示，加热器130设置于输送装置120的下方，且设置于炉体110内，以对成膜室111内的基板101进行加热处理。在本实施例中，加热器130独立设置于输送装置120下方。即滚轮122的转动并不会带动加热器130转动，使得基板101在受到加热器130均匀受热的情况下，进行成膜工艺。

如图1所示，可拆卸式进出气结构140独立设置于成膜室111的上方，且面对输送装置120。请参照图3A，此可拆卸式进出气结构140包含板体141、第一锁固元件142、排气单元143以及成膜原料供应单元144。板体141较佳是以高耐热的金属所形成，并铺设有隔热材料，以隔绝炉体110内的热散失。请同步参照图1与图3A，第一锁固元件142包含螺丝142a与螺丝孔142b的组合；而螺丝孔142b环绕设置于板体141的周边，通过螺丝142a将上述板体141锁固于炉体110上。

请同时参照图1与图3B，图3B为沿着图3A的剖线AA’的剖面图。排气单元143设置于板体141的一端，且邻近于成膜室111的基板输出端113。其中，排气单元143包含至少一个抽气管310。在本实施例中，每一抽气管310均具有气体流量控制阀320，由此可形成均匀的抽气效果，且这些抽气管310共同连通于抽气开口330。通过抽气开口330的抽气可使成膜室111内产生风道效应，使得成膜室111内的气体会因排气单元143的抽取，而自基板输入端112向基板输出端113的方向流动。因此，当基板101由基板输入端112移动至基板输出端113时，成膜作业便已大致完成。抽气开口330视抽气量的速度而有不同的设计，在本实施例中，为了得到均匀的抽气速率，抽气开口330呈条状，然而抽气开口330也可设计为孔状。此外，排气单元143包含至少一个隔板351，使得相邻两抽气管310间形成抽气室340，如图3D所示，由此可进一步提高抽气的均匀性。本实施例的气体流量控制阀320可以是球阀或者是蝴蝶阀。

请同时参照图1与图3C，图3C为沿第3A图的剖线BB’的剖面图。成膜原料供应单元144包含容室350以及管路360，管路360用以将成膜原料输送至容室350内。容室350还包含至少一个垂直设立的隔板356，以将容室354分隔成至少两个容室354a以进一步提高成膜原料的混合均匀性。此外，本实施例的原料供应孔352并非设于容室350的上部或底部，而是设置于容室350的侧面。成膜原料首先在容室350底部储存，当成膜原料的液面高于原料供应孔352时，便会流入成膜室111内的基板101，以提高成膜的均匀度。需注意的是，原料供应孔352也可以设置于容室350靠近排气单元143的一侧。在本实施例中，成膜原料是以雾气态喷涂至基板101上，成膜原料是组成薄膜成分的各种起始原料，举例来说，若要形成氧化锌薄膜，则成膜原料可以是可溶性锌盐的化学溶液；若要形成氧化锡薄膜，则成膜原料可以是可溶性锡盐的化学溶液。

成膜原料供应单元144的设计为本发明的重要特征。成膜室111腔体的原料供应孔352及抽气开口330的配置，是为了增加成膜原料在基板101上停留时间，因此能形成连续且均匀的大面积薄膜。因此配置在进片位置及出片位置两端，其进料口(原料供应孔352)及出气口(抽气开口330)间的距离为1.5米，特别有利于进行面积为1000mm×1000mm以上基板的工艺。

在本实施例中，此可拆卸式进出气结构140还包含加热器145，设置于板体141中，且位于排气单元143与成膜原料供应单元144之间。

请参照图4，为本发明第二实施例的可拆卸式进出气结构示意图，揭示一种可拆卸式进出气结构440。此可拆卸式进出气结构440还包含第二锁固元件以及第三锁固元件，即图4的多个扣环441以及442。通过扣环441、442，分别将排气单元143以及成膜原料单元144可拆卸式地锁固于板体141上。如此有利于拆卸成膜原料供应单元144以及排气单元143，以清除附着于管路360内的成膜原料。或者，在其它实施例中，也可视工艺需求替换成膜原料供应单元144。

请同时参照图1与图5，图5为本发明第二实施例的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置示意图。其中，连接元件150、160分别设置于成膜装置100的基板输入端112以及基板输出端113。连接元件150用以连接此成膜装置100至第一工艺装置，例如基板加热装置500a，以使得基板101在进到成膜装置100前即被预热至一预设温度。连接元件160用以连接此成膜装置100至第二工艺装置，例如基板退火装置500b，以使得基板101在进行成膜作业后可进行退火或降温工艺。需特别说明的是，第一工艺装置以及第二工艺装置可根据实际工艺需求而替换成具有其它功能的装置。

现请参照图6，为本发明具有可拆卸式进出气结构的成膜装置的加热曲线示意图。其中热处理A区段为将基板101置于加热装置500a，将基板101从室温加热到590℃至620℃；热处理B区段为成膜反应区的温度，基板101经由传送装置120传送至成膜室111，维持590℃至620℃恒温；C、D、E区段为退火及降温区的温度，基板101经由传送装置120传送至基板退火装置500b，温度由590℃至620℃降至350℃至550℃；D区段温度维持在350℃至550℃；E区段为将基板101的温度降至室温。需再次说明的是，第一工艺装置以及第二工艺装置可根据实际工艺需求而替换成具有其它功能的装置。

虽然在本发明中，具有可拆卸式进出气结构的成膜装置是以透明导电膜的成膜作业做说明，然而而需注意的是，本发明并不限于形成透明导电膜的成膜，其它如金属薄膜，非导电的氧化物或非氧化物薄膜均能使用本发明所揭示的装置而制成。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的改动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定为准。

Claims (15)

1.一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，包含：

一炉体，包含横向贯穿该炉体的一成膜室，该成膜室包含一基板输入端以及一基板输出端，该成膜室的底部面积介于600mm×600mm至1600mm×1900mm之间；

一输送装置，包含贯穿该成膜室的一输送轨道；

一第一加热器，设置于该输送轨道下方；

一可拆卸式进出气结构，设置于该成膜室上方且面对该输送装置，该可拆卸式进出气结构包含：

一板体；

一第一锁固元件，围绕该板体，用以将该板体锁固于该炉体上；

一排气单元，设置于该板体的一端，且邻近该成膜室的该基板输出端；以及

一成膜原料供应单元，设置于该板体中相对于该排气单元的另一端，且邻近该成膜室的该基板输入端；

一第一连接元件，设置于该基板输入端，以连接至一第一工艺装置；以及

一第二连接元件，设置于该基板输出端，以连接至一第二工艺装置。

2.如权利要求1所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该输送装置包含：

可自由旋转的多个滚轮，所述滚轮的轮轴以一结合件相互连接，所述滚轮的滚轮直径介于45mm到65mm之间，辊距介于90mm至120mm之间，且所述滚轮的材料为含硅氧化物的陶瓷；

一输送轨道，绕设于所述滚轮；以及

一滚轮驱动装置，连接于所述滚轮其中之一的轮轴。

3.如权利要求1所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该可拆卸式进出气结构还包含一第二加热器，设置于该板体中，且位于该排气单元与该成膜原料供应单元之间。

4.如权利要求1所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该成膜原料供应单元包含：

一容室，侧面设有一原料供应孔；以及

至少一第一隔板，垂直设置于该容室中且位于该原料供应孔上，该第一隔板具有多个通孔。

5.如权利要求4所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该成膜原料供应单元还包含至少一第二隔板，垂直设置于该容室内且邻近该原料供应孔。

6.如权利要求2所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，还包含披覆三氧化二铝的布料，该布料设置于该滚轮上。

7.如权利要求2所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，所述滚轮的直径为55mm，辊距为100mm，且其为电铸石英辊。

8.一种具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，包含：

一炉体，包含横向贯穿该炉体的一成膜室，该成膜室具有一基板输入端以及一基板输出端；

一输送装置，包含贯穿该成膜室的一输送轨道，该输送装置包含：

多个可自由旋转的滚轮，所述滚轮的轮轴以一结合件相互连接，所述滚轮的滚轮直径介于45mm到65mm之间，辊距介于90mm至120mm之间，且所述滚轮材料为含硅氧化物的陶瓷；

一输送轨道，绕设于所述滚轮；以及

一滚轮驱动装置，与所述滚轮其中之一滚轮的轮轴结合，用以驱动所述滚轮的各轮轴转动；

一第一加热器，设置于该输送轨道下方；

一可拆卸式进出气结构，设置于该成膜室上方且面对该输送装置，该可拆卸式进出气结构包含：

一板体；

一排气单元，设置于该板体的一端，且邻近该成膜室的该基板输出端；以及

一成膜原料供应单元，设置于该板体中相对于该排气单元的另一端，且邻近该成膜室的该基板输入端。

9.如权利要求8所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该可拆卸式进出气结构还包含：

一第一锁固元件，围绕该板体，以将该板体锁固于该炉体上；

一第一连接元件，设置于该基板输入端，以连接至一第一工艺装置；以及

一第二连接元件，设置于该基板输出端，以连接至一第二工艺装置。

10.如权利要求8所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该成膜室的底部面积介于600mm×600mm至1600mm×1900mm之间。

11.如权利要求8所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该可拆卸式进出气结构还包含一第二加热器，设置于该板体中，且位于该排气单元与该成膜原料供应单元之间。

12.如权利要求8所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该成膜原料供应单元包含：

一容室，侧面设有一原料供应孔；以及

至少一第一隔板，垂直设置于该容室中且位于该原料供应孔上，该第一隔板具有多个通孔。

13.如权利要求12所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，该成膜原料供应单元还包含至少一第二隔板，垂直设置于该容室内且邻近该原料供应孔。

14.如权利要求8所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，还包含披覆三氧化二铝的布料，该布料设置于该滚轮上。

15.如权利要求8所述的具有可拆卸式进出气结构的成膜装置，其特征在于，所述滚轮的直径为55mm，辊距为100mm，且其为电铸石英辊。

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