CN104812937A - 形成膜层的装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种形成膜层的装置，以及原子层沉积法或形成膜层的方法。根据本申请，提供了一种能够通过连续原子层沉积有效形成所需膜层的形成膜层的装置，以及采用所述形成膜层的装置的原子层沉积法或形成膜层的方法。

Description

形成膜层的装置
技术领域
本申请涉及一种形成膜层的装置以及一种形成膜层的方法。
背景技术
在各种领域中，均需求形成各种膜层的技术，例如，形成如阻隔层的保形涂层，在电致发光显示器、液晶显示器(LCD)、电泳等中所需求的柔性显示涂层，射频识别(RFID)，微电机系统(MEMS)，光学涂层，柔性基底上的电子组件，柔性基底上的膜层，电致变色，光电动势等等。
现有技术文件
专利文件1：美国专利申请公开No.2002-0170496
专利文件2：美国专利No.4,692,233。
发明内容
[技术目的]
本申请提供一种形成膜层的装置以及一种形成膜层的方法。
[技术方案]
本申请提供一种形成膜层的装置，包括，含有至少一个安装成用于传输基底的导辊的传输系统；以及安装成用于在传输的基底表面上形成前驱层的第一处理区。
所述处理区包括第一室和设置于第一室上侧或下侧的第二室，并且在第一室中形成通行部，通过该通行部能够将基底从第一室的下侧或上侧引入第二室。所述导辊分别处在第一室和第二室的每一个中，并安装成形成路径，基底能够通过该路径穿过第一室，接着经由所述通行部穿过第二室。
[技术效果]
根据本申请，提供了形成膜层的装置和采用所述装置形成膜层的方法，所述装置可传输基底(例如，柔性基底如塑料膜、纤维或金属网或膜)，并可在基底上形成膜层。采用所述装置，可在基底上形成各种前驱层。
附图说明
图1至6为图示了形成膜层的处理区或装置的具体实施例。
图7至11为图示了前驱体供给辊的具体实施例。
具体实施方式
根据本申请的一个方面，提供了一种形成膜层的装置，其被配置为在传输基底的同时在基底上形成膜层。该装置可以为所谓用于形成膜层的辊对辊(roll-to-roll)装置。
所述形成膜层的装置可包括：含有一个或多个安装成用于传输基底的导辊的传输系统；以及安装成用于在传输基底的同时在基底的表面上形成前驱层的第一处理区。
第一处理区可包括第一室和设置于所述第一室上部或下部的第二室，且第一室可具有通行部，经过该通行部可将基底从第一室的上部或下部引入第二室。在一个实施例中，第二室可设置为与第一室的上部或下部相接触。
所述一个或多个导辊可设置于各个第一室和第二室中，且也可形成一个路径，使得基底能够穿过第一室，接着经由通行部穿过第二室。在此过程中，经由通行部引入第二室的基底可经由相同的通行部排出第二室之外。
第一室或第二室可具有通道，例如，随后将描述的流动限制通道，并且经由所述通道，可将基底引入或排出第一室或第二室。
在一个实施例中，所述形成膜层的装置可以是原子层沉积(ALD,AtomicLayer Deposition)设备，例如，以原子层沉积(ALD)方式形成膜层的辊对辊原子层沉积(ALD)设备。
根据本申请的另一方面，提供了一种形成膜层的方法，例如，采用形成膜层的装置的形成膜层的方法。
具体实施例详述
本申请的形成膜层的装置，可包括传输系统，以及至少一个可在传输系统传输的基底上形成膜层的处理区(下文中，可称之为第一处理区，以区别于随后将描述的另一处理区)。
传输系统可被形成用于传输基底，且可具有能够传输基底的任何结构。在一个实施例中，形成膜层的装置可以是所谓的辊对辊设备。在此情况下，传输系统可包括一个或多个导辊。传输系统的导辊可形成使得基底能够经过处理区的路径。
第一处理区是这样的区域，其中通过传输系统引入基底，并进行用于形成膜层的处理。如随后将描述的，当在处理区的基底上形成前驱体的膜层时，处理区可形成为容纳前驱体。作为说明书中使用的术语，所述前驱体可包括所有可形成膜层的材料，且每种材料本身可形成膜层，或者每种材料可首先应用于基底表面，接着可通过其自我反应或与其它材料的反应形成膜层。前驱体的状态没有特别的限定，可以是气体、液体或固体(例如，细粉)。
在处理区形成前驱体层的机制没有特别的限定。举例来说，形成膜层的方法，如原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)以及溅射，已经是众所周知的。除上述方法外，可以根据应用方式适当的选择在处理区形成膜层的机制。
处理区可包括第一室和第二室，且各室均可容纳前驱体。在各个第一室和第二室中所容纳的前驱体的类型可以彼此相同或者不同。
在处理区中，第二室可配置于第一室的上部或下部。图1是示例性图示第一室101和第二室201堆叠的状态的示图。在图1中，第一室101和第二室201相互接触。然而，第一室101和第二室201可以预定的距离彼此间隔。图1示例性地图示了当从第一室101的侧边观察时，具有图2的结构的处理区。
如图所示，通行部1011形成于第一室101中，且导辊300可形成路径，使得基底能够穿过第一室101，经由通行部1011引入第二室201，然后排出。图3是示例性图示导辊300的示图，导辊300形成了路径来使基底400能够在图1的结构中以上述方法移动。
除第一处理区之外，如需要的话，形成膜层的装置可进一步包括第二处理区。第二处理区可以是如同第一处理区一样在基底上形成前驱体层的区域，或是采用惰性气体等对基底进行净化操作的区域。举例来说，第二处理区可形成为一般腔室。在此情况下，导辊可形成路径，使得经过第一室的基底能够穿过第二处理区，接着经由第一室的通行部穿过第二室。
图4是图示进一步包括有第二处理区500的实施例的示图。导辊300形成了路径，使得经过第一室101的基底400能够穿过第二处理区500，接着经由第一室101的通行部1011穿过第二室201。在此情况下，导辊300可设置于第二处理区500中。
在形成膜层的装置中，第一和第二处理区可被另一区域(下文中，称为第三处理区)分隔开。第三处理区可以是如同第一处理区一样在基底上形成前驱体层的区域，或是采用惰性气体等对基底进行净化操作的区域。如果第一、第二和第三处理区全部形成前驱体层，则在各个处理区中的前驱体的类型，可以彼此相同或是不同。在此情况下，传输系统的导辊可形成为使得基底能够依次经过第一室、第三处理区、第二处理区和第二室，或者依次经过第二室、第三处理区、第二处理区和第一室。
图4图示了第一处理区101和201与第二处理区500被第三处理区600分隔开的示例性实施例。
如图4所示，传输系统的导辊300可形成为使得基底400能够依次经过第一室101、第三处理区600、第二处理区500和第二室201，或者依次经过第二室201、第三处理区600、第二处理区500和第一室101。
在上述结构中，第二室可包括在第一室方向上形成的凸出部。在此情况下，可将凸出部插入第一室的通行部中，但不限于此。另外，在此结构中，第二室的导辊可设置于第二室的凸出部处，但也可不设置于凸出部处。
图5为示例性地图示具有凸出部2011的第二室201的示图，且图6是图示与图4的形成膜层的装置类型相同，但采用具有凸出部2011的腔室作为第二室201的实施例的示图。因此，除了凸出部2011形成在第二室201处以外，可等同适用图4的描述。
在此结构中，当将第二室的凸出部插入第一室的通行部中时，所述通行部可具有包围所述凸出部的外表面的尺寸。在此情况下，所述通行部可形成为具有与凸出部相同的尺寸，或具有大于凸出部的尺寸。
在上述结构中，至少两个腔室(如第一室和第二室)交替配置，且一个腔室(如第一室)通过其两个侧部相接触，另一个腔室(如第二室)通过其上部相接触。由于这种结构，可以在膜层的形成过程中提供更多种类的前驱体。
这种结构可有多种应用，因此可用于提供更多种类的前驱体。举例来说，在图1至6的结构中，如果将第二室201水平分隔为两个或更多个部分，或者将两个或更多的具有相同形状的第二室201设置于第一室101的上部或下部，就可以提供更多种类的前驱体。
在另一实施例中，图中所示的第二处理区500也可采用两个腔室，因此也可如同第一处理区中一样实现。
举例来说，如同第一处理区一样，第二处理区可包括第三室和设置于第三室上部或下部的第四室，且第三室可具有通行部，通过该通行部可将基底从第三室的上部或下部引入第四室。在此情况下，导辊可形成路径，使得经过第一室的基底能够穿过第三室，经由第一室的通行部穿过第二室，接着经由第三室的通行部穿过第四室。
甚至在此情况下，如上所述，第一处理区与第二处理区可通过第三处理区(例如，形成为容纳惰性气体的净化室)而分隔开。
第一室和第二室的描述可同等适用于第三室和第四室。
在第一处理区的第一室和第二室、第二处理区的第三室和第四室，以及第三处理区中可各自形成至少一个或多个通道。经由所述通道，可将通过传输系统传输的基底引入或排出每个区域或腔室。在一个实施例中，所述通道可以是流动限制通道。作为在说明书中使用的术语，流动限制通道可包括满足如下条件的所有类别的通道：通过所述通道可移动基底，但不会渗漏材料至外侧，例如，要防止前驱体泄露。举例来说，每个区域可安装成将前驱体沉积在经由流动限制通道引入的基底的表面上，并由此形成膜层。
传输系统的至少一个导辊可设置于各个第一室和第二室中，还可设置于第二处理区，如各个第三室和第四室中。导辊可形成路径，使得基底能够经由所述通道(例如，流动限制通道)穿过每个区域或腔室至少一次。
在形成膜层的装置中，设置于各个区域或腔室中的至少一个导辊可以是安装成向基底提供前驱体的前驱体供给辊。举例来说，若所述供给辊设置于第一室，则当基底经过第一室时，第一前驱体可通过该供给辊提供至基底，并形成第一前驱体层，如第一单层。若所述供给辊设置于第二室，则当基底经过第二室时，第二前驱体层(如第二单层)可形成于基底的表面上。所述供给辊可同时设置于第一室和第二室。另外，在没有设置供给辊的区域，可设置用于将前驱体提供至对应区域的另一公知部件。此方式可适用于如原子层沉积(ALD)，且通过用上述供给辊或其它部件在基底上重复形成第一和第二单层或额外的另一单层的过程，可在基底上形成所需膜层。第一和第二前驱体可以是彼此相同或不同的种类，且如果需要的话，形成第一和第二单层的过程可重复多次，以达到所需厚度。另外，在形成膜层的装置的第二或第三处理区，用第三前驱体形成了第三单层，或用惰性气体进行净化操作。
在形成膜层的装置中，传输系统可进一步包括用于将基底提供至所述形成膜层的装置中的进料部件。传输系统还可进一步包括用于收集处理过的基底的收集器件。每个进料部件和收集部件的种类不作特别的限定。举例来说，进料部件可以是开卷并提供在辊上绕成卷的基底的展开辊，收集部件可以是复卷并收集基底的复卷辊。
传输系统的至少一个导辊可以是安装成在传输基底时向基底提供前驱体的前驱体供给辊(下文中，会简称为供给辊)。
也就是说，用于提供前驱体的前驱体供给部件可以设置于导辊上。如随后将描述的，前驱体供给辊可具有其末端直径大于其中间部分直径的结构，或者不设置中间部分的结构。在这些结构中，前驱体供给部件的位置没有特别的限定。举例来说，前驱体供给部件可设置于所述中间部分以便于从中间部分提供前驱体，或者可设置于所述末端的内侧表面。
在一个实施例中，供给辊可包括所述两个末端和中间部分，且两个末端可安装成与基底相接触并传输基底，并且所述中间部分可具有比两个末端更小的直径或可不存在，以便于在基底的传输过程中不与基底相接触。
图7为示例性地图示采用导辊作为供给辊的状态的示图。如图所示，供给辊可包括与基底101相接触的两个末端210，以及不与基底101相接触的中间部分220。在供应辊中，中间部分220的直径Rc与各个末端210的直径Re的比率Rc/Re没有特别的限定，但可控制为使得基底101能够适当的传输，并确保用于用所供给的前驱体在基底101上有效地形成单膜层的足够的距离。举例来说，比率Rc/Re可为0.9或更小。在所述中间部分不存在的结构中，比率Rc/Re为0。
中间部分220的长度Lc或在无中间部分220的情况下两个末端210之间的距离Lc，与在垂直于基底101传输方向的方向上测得的供应辊的长度L的比率Lc/L也没有特别的限定，只要可以确保末端210在传输过程中适当地固定基底即可。例如，比率Lc/L可为0.7至0.9。
如图7所示，当前驱体为液体或气体时，作为供给部件的喷涂孔230可设置于供给辊的中间部分220，以便于喷涂前驱体至基板101。举例来说，前驱体可经由供给辊的侧表面注入，接着通过喷涂孔230喷涂至基板101。尽管未在图中显示，例如，喷涂孔230可形成于各个末端210的内侧表面，即面向中间部分220的各个末端210的侧表面。
供给辊的喷涂孔230可无任何限定地以公知的方式形成，例如，可形成为喷雾嘴等。举例来说，喷涂孔230可如图7所示安装于供给辊的中间部分220，或尽管未在图中显示，安装于各个末端210的内侧表面。在图7中，喷涂孔230具有伸出结构，但也可具有凹陷结构。喷涂孔230的数量可根据供给辊的长度及待处理的表面面积来适当地控制。
除了未设置喷涂孔230外，非供给辊的导辊可具有与供给辊同样的结构。另外，形成膜层的装置的导辊可不为供给辊，且并非所有的导辊都是供给辊。除了安装喷涂孔以外，在说明书中描述的供给辊的结构也可适用于导辊或进料部件与收集部件。
在一个实施例中，为了在基底的传输过程中固定基底，伸出部可设置于供给辊的各个末端。由于在传输过程中用伸出部固定基底，所以可以防止基底脱离与打滑。在仅设置有供给辊的两个末端而无中间部分的结构中，前驱体供给部件可形成于两个末端的两个内侧表面中的一个，或者形成于两个内侧表面上使其彼此面对。
举例来说，在基底的传输过程中，供给辊的两个末端可形成为固定基底，同时以与基底传输方向成约70°至110°的夹角范围的方向(如垂直方向)对基底施加张力。举例来说，在基底的传输过程中，所述末端可形成为可活动的，同时以与基底传输方向呈约70°至110°的夹角范围的方向(如垂直方向)拉紧基底。在另一个实施例中，设置于末端的伸出部的末端或样式可形成为传输基底并同时拉紧基底。
图8至11为示例性地图示上述结构的示图。
如图8所示，供给辊可具有只有两个末端210的结构。在此结构中，基底101固定于两个末端210的伸出部310，且两个末端210水平移动，由此可在拉紧基底101的同时传输基底101。
如图9所示，图8中的结构可应用于具有中间部分220的供给辊。
图10是图示当对基底101施加张力时，可传输基底101的另一种类型的示图。如图11所示，上述结构可通过将伸出部310形成预定样式来实现。在此情况下，伸出部310的样式没有特别的限定。举例来说，伸出样式可具有相对于基底传输方向形成大于0°且小于90°的角度的直线形。举例来说，这种形状可为如图10所示的梳状。由于此形状，可以实现当对基底101施加张力时，可传输基底101的结构。
图11为图示供给辊的又一种类型的示图。如图11所示，即使当两个末端210各自具有锥形时，也可以实现当对基底101施加张力时，可传输基底101的结构。在基底101的传输过程中，这种结构可实现其中两个末端210在两个方向上拉动基底101的效果。
至此，已经叙述了可包含于形成膜层的装置中的导辊的特定类型。然而，形成膜层的装置的类型不仅限于此，还可通过一般辊而非特定类型的辊，来实现形成膜层的装置。
形成膜层的装置的传输系统，如导辊，可安装成使得基底能够多次经过第一室和第二室。若存在如第二处理区和第三处理区的另外区域，传输系统如导辊，可安装成使得基底能够每次都经由另外区域而多次穿过第一室和第二室。
传输系统可包括设置于第一室中的多个第一导辊，以及设置于第二室中的多个第二导辊。至少一部分的第一导辊可形成为将基底的路径改变成朝向另外区域，以及至少一部分的第二导辊可形成为将基底的路径改变成朝向另外区域。
在形成膜层的装置中，基底通过传输系统经过每个区域，并且在对应的区域中，前驱体可沉积其上以形成单层，或者可进行净化操作。前驱体可通过上述前驱体供给辊或其它供给部件来供给。所述其它供给部件可包括设置于每个区域内侧或外侧的前驱体源，还可进一步包括管道、泵、阀门、槽罐、排气部件以及另外必需的公知部件。
在形成膜层的装置中，通过排气部件的排气操作或者前驱体或惰性气体的引入压力，每个腔室或区域可控制其内部压力。所述腔室可与控制操作等的其它处理模块或设备相互配合。
在形成膜层的装置中，为了防止发生由基底上的未沉积的前驱体与在另外区域中的气体混合而导致的不必要的反应，如非原子层沉积(ALD)反应，必须限制每个区域的前驱体移动到另外区域中。因此，所述区域可通过流动限制通道相互连接，或可被改造成能够进一步控制其内部压力。形成流动限制通道的方法没有特别的限定，且可采用公知的方法。举例来说，每个通道均可以是比经由该通道的基底的厚度和宽度稍微更厚和更宽的狭缝。所述通道可形成为当基底经过通道时仅允许非常小的余隙，但使得基底能够经过通道而不由通道的每个表面造成任何划痕。举例来说，余隙可规定在几微米与几毫米之间的范围。另外，所述通道可形成为含有基底可经过的狭长甬道，且在需要时，可进一步含有用以进一步限制气流经过通道的刮片(wiper)。同样的，所述通道可为延伸的狭长通道。
为了防止前驱体的混合，可在区域之间形成压力差。举例来说，当各个处理区被另外区域(如第三处理区等)分隔开时，可通过向第三处理区注入具有比处理区的压力更高的压力的惰性气体，来防止前驱体的混合。举例来说，所述压力可通过扼制气体的排放流量或手动排气来控制。在另一个实施例中，采用泵或其它抽吸源，通过在对应区域执行泵吸操作可形成压力差。举例来说，泵可与所有区域相连接，且被控制通过调节每个区域的压力以产生压力差。通过采用流量控制阀或其它流量控制装置控制气体的相对流动速率与泵吸速率，可防止前驱体的移动。另外，通过控制气体注入速率和排气流速，使得维持所需压力差成为可能。
此外，本申请涉及形成膜层的方法。举例来说，形成膜层的方法可以是原子层沉积(ALD)。举例来说，此方法可采用上述形成膜层的装置来进行。举例来说，形成膜层的方法可包括：采用传输系统的导辊使基底穿过第一室，并在其上形成第一前驱体层，接着又使基底经由第一室的通行部穿过第二室，并在其上形成第二前驱体层。为了获得所需厚度的膜层，此过程可重复两次或更多，且需要的话，可如上所述设置有一个或更多个另外区域，以在形成第一和第二单层的过程之间进行净化操作，或者形成由与第一和第二单层不同的材料构成的第三单层。
形成膜层的方法中所用基底的种类没有特别的限定，且可由如玻璃、塑料薄膜、金属网、纤维膜等形成。另外，通过所述形成膜层的方法形成于基底上的膜层的种类可包括所有公知的由原子层沉积(ALD)形成的膜层和预测可由原子层沉积(ALD)形成的膜层，例如，阻隔层、导电层、介电层、绝缘层、发射层、电子传输层、电子注入层、空穴注入层、空穴传输层等。
同样的，形成膜层所采用的前驱体的种类没有特别的限定，例如，可包括所有公知的可应用于原子层沉积(ALD)和可形成上述膜层的种类。

Claims (15)

1.一种形成膜层的装置，包括：
传输系统，其含有至少一个安装成用于传输基底的导辊；以及
第一处理区，其安装成用于在要传输的基底的表面上形成前驱体层，
其中，所述处理区包括第一室和设置于所述第一室上侧或下侧的第二室，其中在所述第一室中形成通行部，通过该通行部能够将所述基底从所述第一室的上侧或下侧引入所述第二室，以及其中，所述导辊分别位于所述第一室和第二室的每一个中，并被安装成形成路径，通过该路径所述基底能够穿过所述第一室，接着经由所述通行部穿过所述第二室。
2.根据权利要求1所述的装置，所述装置安装成用于通过原子层沉积形成膜层。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二室位于所述第一室的上侧或下侧并与所述第一室相接触。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二室包含有在朝向所述第一室的方向上形成的凸出部。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二室的凸出部插入所述第一室的通行部。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一室的通行部具有包围所述第二室的要插入的凸出部的外表面的尺寸。
7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括安装成用于在传输的基底上形成前驱体层或采用惰性气体进行净化操作的第二处理区。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述导辊安装成形成路径，通过所述路径，基底能够穿过所述第一室，接着穿过所述第二处理区，然后经由所述第一室的通行部穿过所述第二室。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一和第二处理区通过安装成用于在基底上形成前驱体层或采用惰性气体进行净化操作的第三处理区分隔开。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述传输系统安装成用于使基底依次穿过所述第一室、所述第三处理区、所述第二处理区和所述第二室，或者依次穿过所述第二室、所述第三处理区、所述第二处理区和所述第一室。
11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二处理区包括第三室和在所述第三室上部或下部的第四室，且所述第三室具有通行部，通过该通行部能够将基底从所述第三室的上部或下部引入所述第四室。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述导辊安装成形成路径，通过所述路径，基底能够穿过所述第一室，接着穿过所述第三室，然后经由所述第一室的通行部穿过所述第二室，再经由所述第三室的通行部穿过所述第四室。
13.一种通过使用权利要求1所述的装置形成膜层的方法，包括通过穿过第一室而在基底上形成第一前驱体层，接着通过经由第一室的通行部穿过第二室而形成第二前驱体层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述基底为塑料膜、金属网或纤维膜。
15.根据权利要求13所述的方法，其用于在基底上形成阻隔层、导电层、介电层、绝缘层、发射层、电子传输层、电子注入层、空穴注入层或空穴传输层。
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