CN108431288A - 在真空涂覆工艺中利用范德华力夹持盖板基材的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于在真空室中对移动装置的盖板基材进行真空加工的夹持设备和方法，其中所述夹持设备被构造成在真空室中临时固定盖板基材，并且该夹持设备包括载体基材，所述载体基材的热膨胀系数(CTE)与盖板基材的CTE的偏差在盖板基材的CTE的20％以内，以防止载体基材和盖板基材在真空室中进行加工期间，由于热膨胀率差异而变得彼此脱离。载体基材具有与盖板基材接触的表面接触区域，对该表面接触区域进行选择以在真空室中进行加工期间提供持续粘结，并且在真空中的工艺完成之后提供脱粘结。另外，将载体基材准备用于清洁过程，该清洁过程有助于载体基材与盖板基材之间的范德华粘结。

Description

在真空涂覆工艺中利用范德华力夹持盖板基材的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2016年5月18日提交的系列号为62/337984的美国临时申请和2015年12月30日提交的系列号为62/272947的美国临时申请的优先权权益，它们各自的内容作为本文的基础并通过引用全文纳入本文中。
背景技术
本公开涉及对基本上为二维(平坦的或2D)盖板基材和/或基本上为三维(有时被称为弯曲的或3D)盖板基材进行夹持或夹紧的一般领域以用于等离子体加工目的，例如以允许进行真空处理(例如物理气相沉积或化学气相沉积)，通过所述真空处理向基材施加涂层或处理物。通常，对所述盖板基材进行涂覆以具备减反射或抗刮擦性质。具体地，本公开涉及通过范德华粘结或简称为“VdW”粘结的方式所进行的夹持。
正在开发具有处理物的手持式显示器基材(通常由玻璃制成)以满足市场需求，并且这些处理物包括抗微生物表面处理物和耐刮擦光学涂层。这种手持式显示器需要低的制造成本和快速交货，因此对于2D和3D盖板基材而言，用于生产高性能耐刮擦光学涂层的低成本、大批量制造工艺是期望的。这样的制造工艺包括真空涂覆工艺，其中，由于在整个工艺持续期间的颗粒动力学原因，基材达到了极高的温度(例如最高达230℃或者甚至是超过230℃)，这造成难以用常规技术(例如粘胶带)来夹紧基材。
在已知的制造工艺期间，使用两面均施加有粘合剂的胶带[即，双面胶带，例如可以商标购自杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company)的聚酰亚胺胶带]将基材粘附于涂覆系统中的载体。该方法具有三个明显弊端：(1)用胶带粘结的过程是劳动密集型的并且增加了设置载体以用于下一次运行的时间；并且(2)在原始等离子体环境中的粘合剂脱气造成了污染，结果需要定期清洁等离子体工艺室以及向工艺投入更多的成本和时间；以及(3)粘合剂在涂覆的基材上留下残余物，这要求在涂覆后进行额外的处理和清洁，从而同样使得向工艺投入了更多的成本和时间。
在本行业中已经尝试了临时粘结基材(尤其是玻璃基材)以用于加工的几种方法，但没有取得重大的成功，这些方法例如，玻璃与玻璃的范德华粘结；利用目前在生产中使用的各种粘性组合物(如先前提到的聚酰亚胺粘胶带)的粘性粘结；在玻璃表面上进行聚合涂覆以改变表面能，从而使形成的临时粘结对于预期的最终工艺保持足够强度，但是一旦工艺完成则足够地弱以进行脱粘结。这些方法是一些夹紧或保持方法的实例，而每种方法均具有其弊端。例如，将薄膜型聚合涂层添加到载体表面上以改变表面能需要物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)系统来形成所需的薄膜，并且其自身是一个极为昂贵的工艺。需要在工艺运行的某个间歇时剥落并更换载体上的这种薄膜涂层，这进一步增加了成本和复杂性。
因此，可见到，仍然需要令人满意的低成本技术以将盖板基材粘附到载体，从而在真空沉积工艺(尤其是PVD工艺)中涂覆盖板基材。本公开正是主要意在提供这类技术。
发明内容
简单来说，在第一个示例性形式中，本公开涉及一种夹持设备，其用于在真空室中对移动装置的盖板基材进行真空处理。所述夹持设备被构造用于在真空室中临时固定盖板基材，并且该夹持设备包括载体基材，所述载体基材的热膨胀系数(CTE)充分紧密匹配盖板基材的CTE，以防止载体基材和盖板基材在真空室中进行加工期间，由于热膨胀率差异而变得彼此脱离。在一个或多个实施方式中，盖板基材的CTE值和载体基材的CTE值的偏差相对于彼此在20％以内(例如相对于彼此在18％以内，相对于彼此在16％以内，相对于彼此在15％以内，相对于彼此在14％以内，相对于彼此在12％以内，相对于彼此在10％以内，相对于彼此在8％以内，相对于彼此在6％以内，相对于彼此在5％以内，相对于彼此在4％以内，相对于彼此在2％以内，或者相对于彼此在1％以内)。载体基材具有与盖板基材接触的表面接触区域，对该表面接触区域进行选择以在真空室中进行加工期间提供持续粘结，并且在真空中的工艺完成之后提供脱粘结。另外，载体基材可以包括含有下述表面的表面接触区域，所述表面促进载体基材和盖板基材之间的范德华粘结，同时避免永久粘结。根据一个或多个实施方式，该表面可以根据本文所述的清洁过程来准备。
在一个或多个实施方式中，所述夹持设备包括载体框架，并且将载体基材固定于载体框架。在一个或多个实施方式中，所述载体基材的CTE基本上等于盖板基材的CTE。例如，盖板基材的CTE值和载体基材的CTE值的偏差相对于彼此在20％以内(例如相对于彼此在18％以内，相对于彼此在16％以内，相对于彼此在15％以内，相对于彼此在14％以内，相对于彼此在12％以内，相对于彼此在10％以内，相对于彼此在8％以内，相对于彼此在6％以内，相对于彼此在5％以内，相对于彼此在4％以内，相对于彼此在2％以内，或者相对于彼此在1％以内)。任选地，载体基材与盖板基材具有基本上相同的材料组成。在一个或多个实施方式中，载体基材和盖板基材包含玻璃材料。
任选地，盖板基材是手持式装置的弯曲盖板基材，并且包括基本上平坦的部分；载体基材比弯曲盖板基材小，并且与盖板基材的基本上平坦的部分接合。
在一个或多个实施方式中，载体基材相对于盖板基材具有低的质量，以降低保温性并因此避免盖板基材与载体基材永久粘结。优选地，所述载体基材的质量在约6克至8克之间。
在一个或多个实施方式中，载体基材的厚度在约0.5mm至约0.6mm之间。在一个或多个具体的实施方式中，载体基材的厚度为约.55mm。或者，载体基材的厚度在约1.5mm至约4.0mm之间。
任选地，载体基材包括用于使用工具使载体基材与载体框架脱粘结的开口。
在真空涂覆室中涂覆移动装置的盖板基材的方法的一个或多个实施方式包括以下步骤：
a.提供多个载体以将盖板基材临时安装到用于涂覆盖板基材的转鼓；
b.对所述载体提供范德华(VdW)卡盘，所述VdW卡盘包括载体基材；
c.清洁载体基材以备使用；
d.清洁盖板基材以备使用，其中，载体基材的清洁以及盖板基材的清洁以有助于VdW粘结的方式进行；以及
e.在载体的同时将盖板基材安装于载体基材。
在一个或多个实施方式中，在涂覆室外发生将盖板基材安装到载体基材，并且所述方法还包括以下步骤：将载体置于真空室中；操作真空室以在移动装置的盖板基材上进行涂覆操作；移除载体；以及从载体中移除盖板基材。
在一个或多个实施方式中，以控制载体基材和载体基材上的有机物质的量以促进VdW粘结，同时避免永久粘结的方式，使用洗涤剂来清洁载体基材和盖板基材。
在一个或多个实施方式中，以控制载体基材和载体基材上的有机物质的量以控制VdW粘结的强度和永久性的方式，使用洗涤剂来清洁载体基材和盖板基材。
在一个或多个实施方式中，使用洗涤剂来清洁盖板基材，并且首先使用洗涤剂清洁载体基材，然后使用溶于去离子水中的臭氧清洁，随后使用基于氨的溶液来清洁载体基材。
在一个或多个实施方式中，所述方法还包括使用包含以下步骤的方法来清洁载体基材：
a.使用溶于去离子水中的臭氧清洁载体基材；
b.使用基于氨的溶液清洁载体基材；
c.使用去离子水清洗载体基材；以及
d.干燥载体基材。
在一个或多个实施方式中，使用洗涤剂清洁载体基材和盖板基材的步骤包括以下步骤：
a.使用去离子水清洗；
b.在洗涤剂浴中进行超声清洁；
c.使用去离子水清洗；
d.在超声清洁的同时使用去离子水清洗；
e.使用去离子水清洗；以及
f.使用热空气干燥。
任选地，首先在真空室外时，至少部分地利用静电夹持将盖板基材固定于卡盘，然后传送到真空室，其中VdW粘结提供了将盖板基材固定到载体基材的主要力。
在另一个示例性实施方式中，本公开涉及一种使用涂层来涂覆移动装置的盖板基材的制造方法，其中，所述涂层通过等离子体溅射工艺来施涂，在所述等离子体溅射工艺中，当提供涂层时，将盖板基材临时安装在转鼓上。所述方法的改进之处包括利用范德华(VdW)卡盘将盖板基材夹持在临时固定于转鼓的载体上，其中，盖板基材通过VdW力临时固定于VdW卡盘。
换言之，本公开可被认为是通过以下方式在2D和3D盖板基材与基材载体之间施加范德华力粘结，所述方式为通过清洁来准备界面表面；选择具体的基材组成以及CTE匹配，同时在载体上具有适当的表面粗糙度；以及压缩过程，从而在涂覆工艺期间，在将盖板基材均匀平坦地保持在适当位置的持续时间内提供高的接触区域粘结，并且该粘结是非永久的，足以在涂覆过程完成时即允许进行脱粘结。
任选地，可将范德华卡盘与静电卡盘(ESC卡盘)组合。这样，可联合使用两种极为不同的夹持技术，其中的任何一种技术均不需要承受全部的夹持载荷。用于这种联合使用的静电夹持设备可包括载体，所述载体包括可拆卸式地安装于转鼓的液体冷却式冷板。在3D盖板基材的情况中，所述载体可包括具有3D轮廓的部分，该3D轮廓与3D盖板基材的3D轮廓匹配。所述载体还可包括静电卡盘，由于ESC形成了足够的夹紧力以单独地或与VdW卡盘组合将盖板基材可靠地固定在适当位置，因此该静电卡盘适于在面对由转鼓旋转引起的离心力时，相对于载体而将盖板基材固定在适当位置。
用于各个实施方式的盖板基材和载体基材可以包括无定形基材或晶体基材。无定形基材的实例包括可以选自下组的玻璃：钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。在一些实施方式中，玻璃可经过强化且可包含压缩应力(CS)层，在强化玻璃中，压缩应力(CS)层从化学强化玻璃的表面延伸到至少约10μm的层深度(DOL)处，且具有至少250MPa的表面CS。
附图说明
图1是根据一个或多个实施方式的用于在具有转鼓的涂覆室中涂覆盖板基材的多个夹持设备的示意图。
图2是示出了其上安装有2D盖板基材的图1的示例性夹持设备的透视示意图。
图3是3D盖板基材并且描述了利用本公开的夹持设备夹持其一部分的透视示意图。
图4A是图1的一部分夹持设备的示意图，该夹持设备包括用于夹持安装在其上的2D盖板基材的基材载体。
图4B是图1的一部分夹持设备的示意图，该夹持设备包括用于夹持安装在其上的2D盖板玻璃的玻璃载体。
图4C是图1的一部分夹持设备的示意图，该夹持设备包括铝基底框架和用于夹持安装在其上的2D盖板基材的基材载体。
图5A是作为改进形式的图1的一部分夹持设备的示意图，该夹持设备包括用于夹持安装在其上的2D盖板基材的基材载体。
图5B是作为改进形式的图1的夹持设备的示意图，该夹持设备包括用于夹持安装在其上的2D盖板玻璃的玻璃载体。
图5C是作为改进形式的图1的夹持设备的示意图，该夹持设备包括铝基底框架和用于夹持安装在其上的2D盖板基材的基材载体。
图6是用于使用图1的夹持设备的第一清洁过程的示意图。
图7是图6的清洁过程中的洗涤剂清洁步骤的示意图。
图8是用于使用图1的夹持设备的第二清洁过程的示意图。
图9是图8的清洁过程中的清洁步骤的示意图。
图10A和10B是示出了范德华粘结程度的实验测试结果的两幅图，其中阴影区描述了未粘结区域。
图11A和11B以及12A和12B是示出了范德华粘结程度的实验测试结果的图，其中衍射环区域描述了未粘结区域。
具体实施方式
现在具体参考各个附图，其中在多个视图中，相同的附图标记表示相同的部分，图1示出了用于在具有转鼓D的涂覆室C中涂覆盖板基材的多个夹持设备10。本文所述的实施方式使用范德华力将2D和3D盖板基材保持在薄的基材(0.55mm)或厚的基材(>1.5mm，<4.0mm)上。盖板基材的设计(例如图2的2D盖板基材)可以具有如图2的箭头区域中所示的装饰区，一般要求载体的粘结部分的面积小于盖板基材的面积。在3D部件(如图3所示)的情况中，盖板基材的内部平坦区是临时粘结区，因此载体的粘结部分应比盖板基材小。
对载体的质量进行选择以产生足够的厚度而使其被机械夹紧固定装置保持，但同时该质量不足以使载体起到有效的散热器作用(有效散热会导致在工艺温度下载体与盖板基材永久粘结)。随着质量增加和保温性提高，结果(后果)是在盖板基材和厚的载体之间形成了永久粘结。由于薄的基材载体10的质量低，因此，即使在高温下，其也不会经历这种永久粘结作用。薄的载体基材的质量可以在6克至8克的范围内。
本公开所述的载体10具有特定的组成，其中近似的CTE(热膨胀系数)与在约20℃至<250℃之间利用范德华力的工艺中使用的盖板基材G的CTE紧密匹配(这防止了在暴露于工艺温度时发生弯曲或鼓起)，所述范德华力使得在物理气相沉积工艺期间临时粘结以在转鼓D上涂覆盖板基材G。盖板基材组成可以包括无定形基材或晶体基材。无定形基材的实例包括可以选自下组的玻璃：钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。在一些实施方式中，玻璃可经过强化且可包含压缩应力(CS)层，在强化玻璃中，压缩应力(CS)层从化学强化玻璃的表面延伸到至少约10μm的层深度(DOL)处，且具有至少250MPa的表面CS。本领域的技术人员应认识到，其他盖板组成可用于本公开。盖板基材G与载体10之间的显著的CTE差异会造成载体基材与盖板基材之间的热膨胀率不同，并且可随着工艺温度升高而导致盖板基材和载体中的一者或另一者弯曲。因此，可以对盖板基材和载体基材的CTE进行选择，以在数值上彼此接近。在一个或多个实施方式中，所述载体包括与盖板基材匹配的玻璃组成(使得它们具有相同的组成)。例如，载体可以包括与盖板基材相同或基本上相同的玻璃组成。
以下是可用于本发明的一些玻璃组合物性质，其列出了在0至300℃范围内的CTE：
用于载体基材和/或盖板基材的基材可以包括无机材料，并且可包括无定形基材、晶体基材或其组合。用于载体基材和/或盖板基材的基材可以由人工材料和/或天然存在的材料(例如石英和聚合物)形成。例如，在一些情况中，基材可表征为有机物，并且具体可以为聚合物。
在一些特定的实施方式中，所述基材可具体排除聚合物、塑料和/或金属基材。基材可被表征为含碱金属的基材(即该基材包含一种或多种碱金属)。
在一个或多个实施方式中，基材表现出约1.45至约1.55范围内的折射率。在具体的实施方式中，基材可在一个或多个相对主表面上的表面处表现出平均断裂应变，该平均断裂应变为0.5％或更大、0.6％或更大、0.7％或更大、0.8％或更大、0.9％或更大、1％或更大、1.1％或更大、1.2％或更大、1.3％或更大、1.4％或更大、1.5％或更大或者甚至是2％或更大，使用至少5个、至少10个、至少15个或至少20个样品，利用环上球测试(ball-on-ringtesting)进行测量。在具体的实施方式中，基材可在一个或多个相对主表面上的表面处表现出平均断裂应变，该平均断裂应变为约1.2％、约1.4％、约1.6％、约1.8％、约2.2％、约2.4％、约2.6％、约2.8％、或者约3％或更大。
合适的基材可以表现出在约30GPa至约120GPa范围内的弹性模量(或杨氏模量)。在一些情况中，基材的弹性模量可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内：约30GPa至约110GPa、约30GPa至约100GPa、约30GPa至约90GPa、约30GPa至约80GPa、约30GPa至约70GPa、约40GPa至约120GPa、约50GPa至约120GPa、约60GPa至约120GPa、约70GPa至约120GPa。
在一个或多个实施方式中，基材可以是无定形基材，所述无定形基材可以包括玻璃。在一个或多个实施方式中，玻璃基材可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃的实例包括钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。在一些变化形式中，玻璃可以不含氧化锂。在一个或多个替代性的实施方式中，基材可以包括晶体基材，例如玻璃陶瓷基材(其可以是经过强化的或未经过强化的)，或者可以包括单晶结构，例如蓝宝石。在一个或多个具体的实施方式中，基材包括无定形基底(例如玻璃)和晶体包层(例如蓝宝石层、多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)层)。
基材可以基本上是光学澄清的、透明的和不发生光散射的。在这些实施方式中，基材在光学波长区内可表现出约85％或更高、约86％或更高、约87％或更高、约88％或更高、约89％或更高、约90％或更高、约91％或更高或者约92％或更高的平均透光率。在一个或多个替代性的实施方式中，基材可以是不透明的或者在光学波长区内表现出小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％、小于约1％、或小于约0％的平均透光率。在一些实施方式中，这些光反射率和透射率数值可以是(考虑基材的两个主表面上的反射率和透射率的)总反射率或总透射率，或者可以是在基材的单侧上观察到的数值。除非另有说明，否则平均反射率或透射率是在0度的入射照明角度(即，正入射)，与正入射成5度或与正入射成8度的入射照明角度下测得的。任选地，基材可以表现出颜色，例如白色、黑色、红色、蓝色、绿色、黄色、橙色等。
另外或者替代性地，出于美观和/或功能原因，基材的物理厚度可沿着其一个或多个维度变化。例如，基材的边缘可比基材的更加中心的区域更厚。基材的长度、宽度和物理厚度维度也可根据制品的应用或用途而变化。
基材一旦形成就可对其进行强化以形成强化基材。如本文所用，术语“强化基材”可指已经经过化学强化的基材，例如通过将基材表面中较小的离子离子交换成较大的离子来进行化学强化。然而，也可利用本领域已知的其他强化方法来形成强化基材，例如热回火，或者利用基材不同部分之间热膨胀系数的错配来产生压缩应力区和中心张力区。
如果通过离子交换工艺对基材进行化学强化，则基材表面层中的离子被具有相同价态或氧化态的更大的离子替换或交换。离子交换工艺通常这样进行：将基材浸没在熔融盐浴中，该熔融盐浴含有将与基材中的较小离子进行交换的较大离子。本领域技术人员应当理解，离子交换工艺的参数包括但不限于浴的组成和温度、浸没时间、基材在一种或多种盐浴中的浸没次数、多种盐浴的使用、例如退火、洗涤等的其他步骤，这些参数通常是根据以下因素确定的：基材的组成和通过强化操作获得的基材的所需压缩应力(CS)、压缩应力层深度(或层深度)。例如，含碱金属的玻璃基材的离子交换可以通过浸没在至少一种包含盐的熔融浴中实现，所述盐例如但不限于较大的碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和氯化物。熔融盐浴的温度通常在约380℃至最高达约450℃的范围内，同时，浸没时间在约15分钟至最高达约40小时的范围内。但是，也可以采用与上述不同的温度和浸没时间。
通过离子交换获得的化学强化程度可基于中心张力(CT)、表面CS和层深度(DOL)参数进行量化。表面CS可在表面附近或者在强化玻璃内不同深度处测量。最大CS值可以包括在强化基材表面测得的CS(CSs)。中心张力CT可由CS、物理厚度t和层深度DOL计算得到，它是为玻璃基材内邻近压缩应力层的内部区域计算的。利用本领域已知的方式来测量CS和DOL。这些方式包括但不限于使用商购的仪器[例如由日本东京的Luceo有限公司(LuceoCo.,Ltd,Tokyo,Japan)制造的FSM-6000]来测量表面应力(FSM)。表面应力测量依赖于对应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃基材的双折射相关。SOC则使用本领域已知的那些方法来进行测量，例如纤维和四点弯曲法，这些方法均描述于题为“Standard Test Methodfor Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient”[《玻璃应力光学系数的测量的标准试验方法》]的ASTM标准C770-98(2008)中，其全文通过引用结合入本文，以及大圆柱体法。CS与CT的关系由表达式(1)给出：
CT＝(CS·DOL)/(t–2DOL) (1),
其中t是玻璃制品的物理厚度(μm)。在本公开的各个部分，CT和CS在本文中用兆帕(MPa)表示，物理厚度t用微米(μm)或毫米(mm)表示，并且DOL用微米(μm)表示。
在一个实施方式中，强化基材的表面CS可以为250MPa或更大、300MPa或更大、例如400MPa或更大、450MPa或更大、500MPa或更大、550MPa或更大、600MPa或更大、650MPa或更大、700MPa或更大、750MPa或更大、或者800MPa或更大。强化基材的DOL可以为10μm或更大、15μm或更大、20μm或更大(例如25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm或更大)，并且/或者CT可以为10MPa或更大、20MPa或更大、30MPa或更大、40MPa或更大(例如42MPa、45MPa或50MPa或更大)但小于100MPa(例如95、90、85、80、75、70、65、60、55MPa或更小)。在一个或多个具体的实施方式中，强化基材具有以下一项或多项：大于500MPa的表面CS、大于15μm的DOL和大于18MPa的CT。
如果基材包括晶体基材，则所述基材可以包括单晶，所述单晶可以包括Al2O3。这种单晶基材被称作蓝宝石。适用于晶体基材的其他材料包括多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)。
任选地，晶体基材可以包括玻璃陶瓷基材，其可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃陶瓷的实例可以包括Li2O-Al2O3-SiO2系统(即LAS系统)玻璃陶瓷、MgO-Al2O3-SiO2系统(即MAS系统)玻璃陶瓷和/或包含主晶相的玻璃陶瓷，所述主晶相包括β-石英固溶体、β-锂辉石固溶体、堇青石和二硅酸锂。玻璃陶瓷基材可利用本文所述的化学强化工艺进行强化。在一个或多个实施方式中，MAS系统玻璃陶瓷基材可以在Li2SO4熔融盐中强化，由此可发生2Li+对Mg2+的交换。
根据一个或多个实施方式所述的基材可具有约100μm至约5mm的物理厚度。示例性基材的物理厚度在约100μm至约500μm的范围内(例如100、200、300、400或500μm)。另一个示例性基材的物理厚度在约500μm至约1000μm的范围内(例如500、600、700、800、900或1000μm)。基材的物理厚度大于约1mm(例如约2、3、4或5mm)。在一个或多个具体的实施方式中，基材的物理厚度可以为2mm或更小或者小于1mm。基材可经过酸抛光，或者以其他方式处理，以消除或减少表面瑕疵的影响。
为了准备范德华力粘结的表面，清洁过程有助于去除有机物和微粒，否则当使盖板基材抵靠载体基材时，有机物和微粒会通过使两个表面之间保持分离状态而妨碍粘结。这大致在图6-9中示出。在一个或多个实施方式中，从配合表面移除一些但非全部的这种外来物质，以促进临时(而非永久)粘结。
如图6所描述的，为了实现该目的，根据过程60对基材进行清洁，其中对薄的载体基材进行洗涤剂清洁以备在步骤61中进行粘结。在步骤62中，使盖板基材进行相同的洗涤剂清洁过程。然后可将盖板基材和薄的载体放在一起以在步骤64中利用VdW力将它们粘结在一起。
图7的步骤71-76中示出了洗涤剂清洁方法(61、62)的细节。步骤71表示在71℃下进行去离子水清洗喷淋13分钟。步骤72表示在71℃下进行40kHz超声洗涤剂浴12分钟。步骤73表示在71℃下进行去离子水清洗喷淋13分钟。步骤74表示在71℃下进行第二次40kHz超声洗涤剂浴12分钟。步骤75表示在71℃下缓慢分出(pull)去离子水清洗浴12分钟。步骤76表示强制热空气干燥步骤，进行12分钟。发现在不同温度和不同持续时间下的清洗、洗涤剂清洁和干燥步骤的其他组合可以起作用。但是发现上述步骤组合有效地起作用。
在厚的载体基材(在1.5mm至4.0mm)的情况中，由于表面化学性质，对载体进行洗涤剂清洁，但是除此之外还用溶解的臭氧进行清洁并且进行表面清洁过程。这些过程步骤示于图8-9。如图8所示，清洁过程包括在步骤81处对盖板基材进行洗涤剂清洁，以及在步骤82处对载体基材进行洗涤剂清洁。在一个或多个实施方式中，这些洗涤剂清洁步骤81、82使用图7所示的洗涤剂清洁过程。另外，盖板基材还利用额外的清洁步骤来清洁，如上所述，在步骤83处用溶解的臭氧并进行表面清洁过程来清洁。然后将载体基材10和盖板基材G放在一起以获得临时的VdW粘结。在清洁后，粘结过程使得形成了高度粘结的接触面积，从而实现了大于90％的粘结面积结果。
步骤83是如图9所示的多步清洁过程90。过程90包括步骤91，其中在17℃至21℃下用溶解的臭氧(在去离子水中)浸浴基材10分钟。在步骤92处，在标记为“SC1”的表面清洁过程中，在65℃下用NH4OH+H2O2浸浴基材10分钟。步骤93表示在17-21℃下进行去离子水清洗喷淋12分钟。最后，步骤94表示在17-21℃下进行马兰戈尼(Marangoni)干燥步骤14分钟。再一次地，发现在不同温度和不同持续时间下的清洗、清洁和干燥步骤的其他组合可以起作用。但是发现上述步骤组合有效地起作用。
仔细选择表面粗糙度有助于在盖板基材分子与载体基材分子之间提供所需的接触程度，以获得充分的范德华粘结。然而，表面粗糙度不应太光滑，否则可发生永久粘结。因此，应对表面粗糙度进行选择以使得足够地粗糙而防止在高的工艺温度下永久粘结，但又足够地光滑以形成临时的范德华粘结。类似地，基材表面应是干净的，但不能过于干净，以仅获得临时粘结(而非永久粘结)。
用硅铝酸盐玻璃组合物制造的盖板基材的表面粗糙度Rq＝0.59nm及Ra＝0.47nm，并且其平坦度<80μm。这些数值是针对这种硅铝酸盐盖板玻璃的正常生产而言的。然而，对载体基材的表面粗糙度和平坦度的选定进行选择，以使产生的范德华粘结在涂覆工艺期间保持基材，但是在工艺完成后允许脱粘结。与所述工艺一起使用的所需载体基材可具有<0.6μm的粗糙度范围和<60μm的平坦度。
如本文中所使用的接触面积被定义为VdW粘结到盖板基材的载体基材表面的面积。取决于盖板基材的质量以及在涂覆工艺期间保持盖板基材处于粘结状态所需的粘结强度，如图2和3所示，接触无需占据整个面积，而是可以更小。更大的接触面积等于在涂覆操作期间具有更高的保持力，其中粘结强度通常用g/cm2表示。图2中的盖板基材G的重量为7.9g，而图3中的盖板基材G的重量为18g。鼓式涂覆器的鼓直径例如可以为1.5m并且可以100RPM旋转。因此周长可以为4.7m并且每秒转数(RPS)＝100/60＝1.7RPS。这得到了速度v＝4.7m/1.7RPS＝2.8m/s，该速度为线速度。则离心力为：
对于7.9g盖板基材：
Fc＝m(nω/60)2/r＝7.9x 10-3kg(100*2*π*0.75m/60)2/0.75m＝0.65N
如果接触面积为5.5cm x 10cm或55cm2，则该面积＝0.0055m2，那么0.65N/0.0055m2＝118.2N/m2＝1.21g/cm2，这是当部件在以100RPM旋转的1.5m直径的鼓外侧上转动时，保持部件所需的最小粘结强度。
对于18g盖板基材：
Fc＝m(nω/60)2/r＝18.0x 10-3kg(100*2*π*0.75m/60)2/0.75m＝1.48N。如果接触面积为7cm x 12cm或84cm2，则该面积＝0.0084m2，则
1.48N/0.0084m2＝176.2N/m2＝1.8g/cm2。
这是当部件在以100RPM旋转的1.5m直径的鼓外侧上转动时，用于保持部件所需的最小粘结强度。
如果载体基材与盖板基材之间的接触面积减小，则需增加每平方面积所需的夹紧力。同样地，如果盖板基材的质量增加但是接触面积保持不变，则同样需增加每平方面积所需的夹紧力。
为了使粘结强度增加，可增大接触面积，可结合改变载体表面粗糙度(光滑化会增加粘结强度)和载体平坦度(其提供更加均匀的接触)。这些是可调整的三个变量，从而根据具体的涂覆工艺中的鼓速度、盖板基材的质量以及可用于粘结的盖板基材的平坦面积来增加/减小范德华粘结强度。
因此，2D和3D盖板基材的组成和尺寸决定了载体基材的特性，并且决定了载体基材组成的选择，因为所述组成与CTE有关。一旦选定了材料并将载体切割和机械加工成所需的工艺维度，则可采取洗涤剂和溶解的臭氧以及SC1清洁过程(任选马兰戈尼干燥过程)。此时，两个基材表面(载体基材表面和盖板基材表面)可利用范德华力粘结在一起。
图4A和4B是图1的一部分夹持设备的示意图，该夹持设备包括用于夹持安装在其上的2D盖板玻璃的玻璃载体。图4C是图1的夹持设备的一部分40的示意图，其包括铝基底框架41和用于夹持安装在其上的2D盖板玻璃的玻璃载体42。这些附图中所示的一个说明性实施方式使用薄的载体玻璃，其厚度在0.4mm至1mm厚度的范围内，其中，该薄的载体附接于机械框架。所述框架通常可由铝制成，并且该框架在机械上可与PVD涂覆系统平台附接，取决于所使用的PVD系统的类型，所述PVD涂覆系统平台即为转鼓、传动装置或台。
载体可以通过粘合方式附接于金属框架，例如在载体玻璃和金属框架之间粘结的聚酰亚胺双面胶带或高温聚合物。图4A、4B和4C示出了胶带法。图4C示出了通过范德华力与盖板玻璃基材粘结的组成为A的薄玻璃载体，所述盖板玻璃基材的组成与玻璃载体的相同，以及安装该玻璃载体的框架(并且示出了将载体保持到铝框架上的双面胶带)。铝框架中的孔(例如孔46)允许推杆(未示出)向上推动载体玻璃，以在完成涂覆时从粘胶带44上移除载体玻璃。
图5A和5B是改进形式的图1的夹持设备的一部分50的示意图，其包括用于夹持安装在其上的2D盖板玻璃的玻璃载体52。图5C是作为改进形式的图1的夹持设备的示意图，其包括铝基底框架51和用于夹持安装在其上的2D盖板玻璃的玻璃载体52。该另外的实施方式使用厚度在2mm至4mm范围内的厚载体，并且其具有斜切边缘，该斜切边缘允许装载有机械弹簧的框架捕获载体边缘。装载有弹簧的金属框架在机械上与PVD涂覆系统平台附接，取决于所使用的PVD系统的类型，所述PVD涂覆系统平台即为转鼓、传动装置或台。该实施方式通过将“楔形”玻璃载体的边缘与装载有弹簧的金属框架夹紧来表示(参见图5A和5B)。图5B示出了该装载有弹簧的边缘夹紧技术。
这两个实施方式(图4A-5C)是出于说明的目的，并且使用玻璃与玻璃的范德化粘结不限于这些附图所示的特定的示例性装置，而是可以为根据特定应用需要的各种安装方法。将这些说明性的安装框架放在旋转的温度测试装置上并且以210RPM转动3小时，并且证明在这些温度和转速期间，可维持薄载体和厚载体的范德华粘结。还由此证明了，在转动测试后，可使载体玻璃和盖板玻璃脱粘结。
图10A和10B是示出了范德华粘结程度的实验测试结果的一对图，其中阴影区描述了未粘结区域。
图11A、11B、12A和12B是示出了范德华粘结程度的实验测试结果的图，其中衍射环区域描述了未粘结区域。
任选地，可将范德华卡盘与静电卡盘(ESC卡盘)组合。这样，可联合使用两种不同的夹持技术，其中的任何一种技术均不需要承受全部的夹持载荷。用于这种联合使用的静电夹持设备可包括载体，所述载体包括可拆卸式地安装于转鼓的液体冷却式冷板。在3D盖板基材的情况中，所述载体可包括具有3D轮廓的部分，该3D轮廓与3D盖板基材的3D轮廓匹配。所述载体还可包括静电卡盘，由于ESC形成了足够的夹紧力以单独地或与VdW卡盘组合将盖板基材可靠地固定在适当位置，因此该静电卡盘适于在面对由转鼓旋转引起的离心力时，相对于载体而将盖板基材固定在适当位置。
有利的是，本发明人发现无论在PVD应用中发现的技术挑战有多艰巨，仔细地设计选择CTE、表面粗糙度、表面准备和材料组成可利用范德华力使盖板基材与载体基材很好地临时粘结。特别地，已经发现以下一项或多项单独或组合是特别有利的：如本文所述使用范德华临时粘结使盖板玻璃基材与玻璃载体粘结利用对载体玻璃组成进行选择以具有适当的CTE；对载体玻璃质量进行选择以防止蓄热及载体与盖板玻璃永久粘结；对载体的表面接触面积进行选择以在真空工艺期间提供持续粘结并且在真空工艺完成时即脱粘结；在粘结之前先对盖板玻璃和载体玻璃进行清洁准备；以及适当选择表面粗糙度以允许范德华粘结(以及在真空工艺完成时即脱粘结)。
使范德华力粘结适于该玻璃涂覆应用提供了低成本的生产方法，以在涂覆工艺期间固定2D和3D盖板基材。相反，使用双面胶带粘结的现有的生产方法既是劳动密集型的又是高成本的。再者，使用胶带的现有的生产粘结工艺导致粘胶带在等离子体工艺环境中脱气，从而导致每运行几次后就要进行高成本的等离子体室清洁。相反，本文所述的发明避免了等离子体环境中的污染或使污染最小化。这使得机器停机时间减少并降低了相关的生产成本损失。
另外，使用双面胶带的现有的生产粘结工艺在涂覆的盖板玻璃基材上留下了残余物，这要求对部件进行仔细(和昂贵)的清洁和处理以不损坏刚涂覆的涂层或刮擦盖板玻璃。本文所述的实施方式免除了这一现有的涂覆后的工艺步骤并且消除了损坏涂覆部件的相关风险。
虽然已经根据各个说明性的实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员应理解，在不背离由所附权利要求书限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种变化、增加、省略和变动。本公开的各种要素可以任意组合或者全部组合在一起，如以下实施方式描述的那样。
实施方式1.一种夹持设备，其用于在真空室中对临时固定的盖板基材进行真空加工，所述夹持设备包括：
载体基材，其CTE值与盖板基材的CTE值的偏差相对于盖板基材的CTE值在20％以内；
其中，载体基材具有与盖板基材接触的表面接触区域，对该表面接触区域进行选择以在真空室中进行加工期间提供持续粘结，并且在真空室中的工艺完成之后提供脱粘结；并且
其中，载体基材包括经过清洁的表面，该经过清洁的表面有助于载体基材与盖板基材之间的范德华粘结。
实施方式2.如实施方式1所述的夹持设备，其还包括载体框架，并且其中所述载体基材固定于所述载体框架。
实施方式3.如实施方式1或实施方式2所述的夹持设备，其中，所述载体基材的热膨胀系数(CTE)基本上等于所述盖板基材的热膨胀系数。
实施方式4.如实施方式3所述的夹持设备，其中，载体基材与盖板基材具有基本上相同的材料组成。
实施方式5.如实施方式1-4中任一个所述的夹持设备，其中，盖板基材是手持式装置的弯曲盖板基材，并且包括基本上平坦的部分；载体基材比弯曲的盖板基材小，并且与盖板基材的基本上平坦的部分接合。
实施方式6.如实施方式1-5中任一个所述的夹持设备，其中，载体基材相对于盖板基材具有低的质量，以降低保温性并因此避免盖板基材与载体基材永久粘结。
实施方式7.如实施方式6所述的夹持设备，其中，所述载体基材的质量在约6克至8克之间。
实施方式8.如实施方式6或实施方式7所述的夹持设备，其中，所述载体基材的厚度在约0.5mm至约0.6mm之间。
实施方式9.如实施方式6或实施方式7所述的夹持设备，其中，所述载体基材的厚度为约.55mm。
实施方式10.如实施方式1-9中任一个所述的夹持设备，其中，所述载体基材的厚度在约1.5mm至约4.0mm之间。
实施方式11.如实施方式1-10中任一个所述的夹持设备，其中，载体基材包括用于使用工具使载体基材与载体框架脱粘结的开口。
实施方式12.如实施方式1-11中任一个所述的夹持设备，其中，先用洗涤剂清洁载体基材，再将盖板基材安装在载体基材上。
实施方式13.一种在真空涂覆室中涂覆移动装置的盖板基材的方法，所述方法包括以下步骤：
提供多个载体以将盖板基材临时安装到用于涂覆盖板基材的转鼓上；
对所述载体提供范德华(VdW)卡盘，所述VdW卡盘包括载体基材；
清洁载体基材以备使用；
清洁盖板基材以备使用，其中，载体基材的清洁以及盖板基材的清洁以有助于VdW粘结的方式进行；以及
在载体的同时将盖板基材安装于载体基材。
实施方式14.如实施方式13所述的涂覆方法，其中在涂覆室外发生将盖板基材安装到载体基材，并且所述方法还包括以下步骤：将载体置于真空室中；操作真空室以在移动装置的盖板基材上进行涂覆操作；移除载体；以及从载体中移除盖板基材。
实施方式15.如实施方式13或实施方式14所述的涂覆方法，其中，以控制载体基材和载体基材上的有机物质的量以促进VdW粘结的方式，使用洗涤剂来清洁载体基材和盖板基材。
实施方式16.如实施方式13-15中任一个所述的涂覆方法，其中，以控制载体基材和载体基材上的有机物质的量从而控制VdW粘结的强度和永久性的方式，使用洗涤剂来清洁载体基材和盖板基材。
实施方式17.如实施方式13-16中任一个所述的涂覆方法，其中，使用洗涤剂来清洁盖板基材；并且其中，首先使用洗涤剂清洁载体基材，然后使用溶于去离子水中的臭氧清洁，随后使用基于氨的溶液来清洁载体基材。
实施方式18.如实施方式13-16中任一个所述的涂覆方法，其还包括使用包含以下步骤的方法来清洁载体基材：
使用溶于去离子水中的臭氧清洁载体基材；
使用基于氨的溶液清洁载体基材；
使用去离子水清洗载体基材；以及
干燥载体基材。
实施方式19.如实施方式13-16中任一个所述的涂覆方法，其中，使用洗涤剂清洁载体基材和盖板基材的步骤包括以下步骤：
使用去离子水清洗；
在洗涤剂浴中进行超声清洁；
使用去离子水清洗；
在超声清洁的同时使用去离子水清洗；
使用去离子水清洗；以及
使用热空气干燥。
实施方式20.如实施方式13-19中任一个所述的涂覆方法，其中，首先在真空室外时，至少部分地利用静电夹持将盖板基材固定于卡盘，然后传送到真空室，其中VdW粘结提供了将盖板基材固定到载体基材的主要力。
21.在一种使用涂层来涂覆移动装置的盖板基材的制造方法中，其中，所述涂层通过等离子体强化的PVD工艺来施涂，在所述等离子体强化的PVD工艺中，当提供涂层时，将盖板基材临时安装在转鼓上，其中的改进之处包括：
利用范德华(VdW)卡盘将盖板基材夹持在临时固定于转鼓的载体上，其中，盖板基材通过VdW力临时固定于VdW卡盘。

Claims (21)

1.一种夹持设备，其用于在真空室中对临时固定的盖板基材进行真空加工，所述夹持设备包括：
载体基材，其CTE值与盖板基材的CTE值的偏差相对于盖板基材的CTE值在20％以内；
其中，载体基材具有与盖板基材接触的表面接触区域，对所述表面接触区域进行选择以在真空室中进行加工期间提供持续粘结，并且在真空室中的工艺完成之后提供脱粘结；并且
其中，载体基材包括经过清洁的表面，所述经过清洁的表面有助于载体基材与盖板基材之间的范德华粘结。
2.如权利要求1所述的夹持设备，其还包括载体框架，并且其中所述载体基材固定于所述载体框架。
3.如权利要求1所述的夹持设备，其中，所述载体基材的热膨胀系数(CTE)基本上等于所述盖板基材的热膨胀系数。
4.如权利要求3所述的夹持设备，其中，载体基材与盖板基材具有基本上相同的材料组成。
5.如权利要求1所述的夹持设备，其中，盖板基材是手持式装置的弯曲盖板基材，并且包括基本上平坦的部分，并且其中，载体基材比弯曲的盖板基材小，并且与盖板基材的基本上平坦的部分接合。
6.如权利要求1-5中任一项所述的夹持设备，其中，载体基材相对于盖板基材具有低的质量，以降低保温性并因此避免盖板基材与载体基材永久粘结。
7.如权利要求6所述的夹持设备，其中，所述载体基材的质量在约6克至8克之间。
8.如权利要求6所述的夹持设备，其中，所述载体基材的厚度在约0.5mm至约0.6mm之间。
9.如权利要求8所述的夹持设备，其中，所述载体基材的厚度为约.55mm。
10.如权利要求1-5中任一项所述的夹持设备，其中，所述载体基材的厚度在约1.5mm至约4.0mm之间。
11.如权利要求1-5中任一项所述的夹持设备，其中，载体基材包括用于使用工具使载体基材与载体框架脱粘结的开口。
12.如权利要求1-5中任一项所述的夹持设备，其中，先用洗涤剂清洁载体基材，再将盖板基材安装在载体基材上。
13.一种在真空涂覆室中涂覆移动装置的盖板基材的方法，所述方法包括以下步骤：
提供多个载体以将盖板基材临时安装到用于涂覆盖板基材的转鼓上；
对所述载体提供范德华(VdW)卡盘，所述范德华卡盘包括载体基材；
清洁载体基材以备使用；
清洁盖板基材以备使用，其中，载体基材的清洁以及盖板基材的清洁以有助于VdW粘结的方式进行；以及
在载体的同时将盖板基材安装于载体基材。
14.如权利要求13所述的涂覆方法，其中，在涂覆室外发生将盖板基材安装到载体基材，所述方法还包括以下步骤：将载体置于真空室中；操作真空室以在移动装置的盖板基材上进行涂覆操作；移除载体；以及从载体中移除盖板基材。
15.如权利要求13所述的涂覆方法，其中，以控制载体基材和载体基材上的有机物质的量以促进VdW粘结的方式，使用洗涤剂来清洁载体基材和盖板基材。
16.如权利要求13所述的涂覆方法，其中，以控制载体基材和载体基材上的有机物质的量从而控制VdW粘结的强度和永久性的方式，使用洗涤剂来清洁载体基材和盖板基材。
17.如权利要求13-16中任一项所述的涂覆方法，其中，使用洗涤剂来清洁盖板基材；并且其中，首先使用洗涤剂清洁载体基材，然后使用溶于去离子水中的臭氧清洁，随后使用基于氨的溶液来清洁载体基材。
18.如权利要求13-16中任一项所述的涂覆方法，其还包括使用包含以下步骤的过程来清洁载体基材：
使用溶于去离子水中的臭氧清洁载体基材；
使用基于氨的溶液清洁载体基材；
使用去离子水清洗载体基材；以及
干燥载体基材。
19.如权利要求13-16中任一项所述的涂覆方法，其中，使用洗涤剂清洁载体基材和盖板基材的步骤包括以下步骤：
使用去离子水清洗；
在洗涤剂浴中进行超声清洁；
使用去离子水清洗；
在超声清洁的同时使用去离子水清洗；
使用去离子水清洗；以及
使用热空气干燥。
20.如权利要求13-16中任一项所述的涂覆方法，其中，首先在真空室外时，至少部分地利用静电夹持将盖板基材固定于卡盘，然后传送到真空室，其中VdW粘结提供了将盖板基材固定到载体基材的主要力。
21.在一种使用涂层来涂覆移动装置的盖板基材的制造方法中，其中，所述涂层通过等离子体强化的PVD工艺来施涂，在所述等离子体强化的PVD工艺中，当提供涂层时，将盖板基材临时安装在转鼓上，其中的改进之处包括：
利用范德华(VdW)卡盘将盖板基材夹持在临时固定于转鼓的载体上，其中，盖板基材通过VdW力临时固定于VdW卡盘。
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