CN110226213A - 透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明一实施例涉及一种透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜，所要解决的技术问题是提供透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜，该透明氟基薄膜的内部没有孔隙或孔隙极小且具有纳米结构，因此不仅具有高透光率，而且具有高硬度和接合强度，从而能够保护显示装置的透明窗。为此，本发明公开一种透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜，所述透明氟基薄膜的形成方法包括：从输送气体供应部接收输送气体，并从粉末供应部接收YF3粉末，从而将所述YF3粉末以气溶胶状态输送的步骤；将气溶胶状态输送的所述YF3粉末撞碎在工艺腔室内的基材上，从而在所述基材上形成YF3透明氟基薄膜的步骤。

Description

透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜
技术领域
本发明一实施例涉及一种透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜。
背景技术
显示装置通常包括液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光二极管显示装置(Organic Light Emitting Display，OLED)、场效应显示装置(Field EffectDisplay，FED)及电泳显示装置(eletrophoretic display device)等。另外，显示装置包括用于显示图像的显示模块和保护显示模块的透明窗(transparent window)。
一方面，在半导体和/或显示装置的制造工艺中，为了确保非常高的蚀刻速率和精致的线宽，使用高腐蚀性的氯基或氟基气体。就这种严酷环境下使用的制造工艺设备而言，为了实现运作优点和延长使用寿命，在设备的表面上设置有对等离子和腐蚀性气体具有高抗性的保护薄膜。
现有技术文献
专利文献1：韩国公开专利公报10-2014-0126824(2014.11.03)
专利文献2：韩国授权专利公报10-1322783(2013.10.29)
发明内容
发明要解决的问题
本发明一实施例提供一种透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜，该透明氟基薄膜的孔隙率极小(或填充率极高)且具有纳米结构，因此不仅具有高透光率，而且具有高硬度和接合强度，从而能够保护显示装置的透明窗。
本发明一实施例提供一种透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜，该透明氟基薄膜具有高硬度，因此对腐蚀性气体和高速冲撞离子颗粒具有高抗蚀刻性，从而能够在蚀刻工艺中保护半导体/显示器部件。
用于解决问题的技术方案
本发明一实施例的透明氟基薄膜的形成方法，包括：从输送气体供应部接收输送气体，从粉末供应部接收YF3粉末，从而将所述YF3粉末以气溶胶状态输送的步骤；以及将以所述气溶胶状态输送的所述YF3粉末撞碎在工艺腔室内的基材上，从而在所述基材上形成YF3透明氟基薄膜的步骤。
可以以1000℃以下的温度对从所述粉末供应部供应的YF3粉末进行预处理。
当所述YF3透明氟基薄膜的厚度为0.5μm～15μm时，对于可见光的所述YF3透明氟基薄膜的透光率可以在75％以上。
所述YF3透明氟基薄膜中可以不含氧(O)。
所述YF3透明氟基薄膜的孔隙率可以为0.01％～0.1％、硬度可以在8GPa以下且耐电压特性可以为50～150V/μm。
所述基材可以是显示装置的透明窗或暴露在等离子环境下的部件。所述透明窗可以是玻璃基板、塑料基板、蓝宝石基板或石英基板，所述部件可以为半导体或显示装置制造用工艺腔室的内部部件。所述部件可以是静电吸盘(electro static chuck)、加热器(heater)、室内衬(chamber liner)、淋浴喷头(shower head)、化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)用晶舟(boat)、聚焦环(focus ring)、墙体衬材(wall liner)、防护罩(shield)、冷垫(cold pad)、离子源头部(source head)、外衬(outer liner)、沉积物防护罩(deposition shiled)、上衬(upper liner)、排气板(exhaust plate)、边缘环(edgering)及掩模框架(mask frame)中的一种。
本发明还公开一种通过上述方法形成的透明氟基薄膜，当所述YF3透明氟基薄膜的厚度为0.5μm～15μm时，对于可见光的所述YF3透明氟基薄膜的透光率可以为75％。
发明效果
本发明提供一种透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜，该透明氟基薄膜的孔隙率极小(或填充率极高)且具有纳米结构，因此不仅具有高透光率，而且具有高硬度和接合强度，从而能够保护显示装置的透明窗。即，本发明的薄膜能够充分用作孔隙率大致为0.01％～0.1％、透光率大致在75％以上(薄膜的厚度为0.5μm～15μm基准)且硬度大致为8GPa的透明窗的透明保护膜。
本发明提供一种透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明保护薄膜，由于该透明氟基薄膜的硬度高，对腐蚀性气体及高速冲撞离子颗粒具有高抗蚀刻性，能够在蚀刻工艺中保护半导体/显示器部件。即，由于本发明的薄膜在高密度等离子蚀刻环境下具有高硬度，能够充用作如半导体或显示器部件等暴露在等离子蚀刻工艺环境下的部件的保护膜。另外，本发明的薄膜的耐电压特性约为50～150V/μm，这能够充分满足半导体/显示器部件的制造工艺中所要求的耐电压范围。
附图说明
图1是示出用于形成本发明一实施例的透明氟基薄膜的装置的概略图。
图2是示出本发明一实施例的透明氟基薄膜的形成方法的流程图。
图3a、图3b及图3c分别是示出本发明一实施例的透明氟基薄膜的俯视图、剖视图及俯视照片。
图4是示出对本发明一实施例的YF3粉末进行预处理后的相分析结果的X射线衍射图案的图表。
图5a及图5b是分别示出使用根据本发明一实施例进行预处理的YF3粉末的YF3透明氟基薄膜的不同波长的透光率和不同厚度的透光率的图表。
图6是示出本发明一实施例的YF3透明氟基薄膜的能量弥散X射线谱(Energy-dispersive X-ray spectroscopy，EDS)分析结果的图表。
图7a及图7b是分别示出本发明一实施例中使用的YF3粉末的显微镜照片。
图8是示出本发明一实施例的用于形成透明氟基薄膜的YF3粉末的物理特性的图表。
图9是示出本发明一实施例的透明氟基薄膜的硬度特性的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明的实施例是为了向本领域的普通技术人员更加完整地说明本发明而提供的，下述实施例可以变更为多种不同实施方式，本发明的范围不限定于下述实施例。相反，为了使本公开更加充分且完整，并且将本发明的思想完整地传递给本领域技术人员而提供这些实施例。
另外，本说明书中使用的术语用于说明特定实施例，而非限制本发明。如本说明书中所使用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式可以包括复数形式。另外，用于本说明书时，“包括(comprise)”和/或“包括的(comprising)”是特指存在所涉及的形状、步骤、数字、动作、构件、要素和/或它们的组合，不排除存在或附加一个以上的其他形状、步骤、数字、动作、构件、要素和/或组合。另外，如本说明书中所使用，术语“和/或”包括所列举的项目中的任意一个或一个以上的所有组合。
图1是示出用于形成本发明一实施例的透明氟基薄膜的装置的概略图，图2是示出本发明一实施例的透明氟基薄膜的形成方法的流程图。
如图1所示，本发明的YF3透明氟基薄膜形成装置200包括：输送气体供应部210；粉末供应部220，用于保存并供应YF3粉末(YF3powder)；输送管222，利用输送气体从粉末供应部220将YF3粉末以气溶胶(aerosol)状态高速输送；管嘴232，将来自输送管222的YF3粉末涂覆/层积或喷涂至基材231；工艺腔室230，使来自管嘴232的YF3粉末撞碎在基材231的表面，以形成规定厚度的YF3透明氟基薄膜。其中，气溶胶通过在输送气体内分散粒径范围大致为0.1μm～10μm的YF3粉末来形成。
同时参照图1及图2，说明本发明的YF3透明氟基薄膜的形成方法。
储存在输送气体供应部210的输送气体可以是选自由氧、氦、氮、氩、二氧化碳、氢及其等同物组成的组中的一种或两种混合物，但在本发明中不限制输送气体的种类。输送气体从输送气体供应部210通过管路211直接供应至粉末供应部220，可以通过流量调节器250调节输送气体的流量及压力。
粉末供应部220用于保存并供应大量的YF3粉末，这种YF3粉末因上述的输送气体供应部210的输送气体成为气溶胶状态，通过输送管222及管嘴232供应至工艺腔室230中设置的基材232上。
工艺腔室230在YF3透明氟基薄膜形成期间保持真空状态，为此，可与真空单元240连接。更具体而言，工艺腔室230的压力可以大致为1Pa～800Pa，通过高速输送管222输送的YF3粉末的压力可以大致为500Pa～2000Pa。然而，在任何情况下，高速输送管222的压力均应高于工艺腔室230的压力。
并且，工艺腔室230的内部温度范围保持在大致0℃～30℃，因此，无需用于另设提高或降低工艺腔室230的内部温度的构件。即，输送气体或/及基材无需另外加热，即可保持0℃～30℃的温度。因此，在本发明中，当对于显示装置的窗口形成透明保护膜时，基材不会受到热刺激。
然而，根据情况，为了提高YF3透明氟基薄膜的蒸镀效率及致密性，输送气体或/及基材可以被加热至大致30℃～1000℃的温度。即，可通过未图示的另设的加热器对输送气体供应部210内的输送气体进行加热，或可通过未图示的另设的加热器对工艺腔室230内的基材231进行加热。通过这种输送气体或/及基材的加热，减少YF3透明氟基薄膜形成时施加到YF3粉末的应力，从而获得孔隙率小且致密的YF3透明氟基薄膜。其中，输送气体或/及基材高于大致1000℃的温度时，YF3粉末熔融并引起急剧的相变，由此YF3透明氟基薄膜的孔隙率变高(填充率变低)，且YF3透明氟基薄膜的内部结构会变得不稳定。
然而，本发明不限制这种温度范围，根据待形成薄膜的基材的特性，输送气体、基材和/或工艺腔室的内部温度范围可以调节在0℃～1000℃之间。即，为了如上所述地涂覆显示装置的窗口，可提供大致0℃～30℃的工艺温度，为涂覆半导体或显示器工艺装置，可提供大致0℃～1000℃的工艺温度。
一方面，如上所述，工艺腔室230与高速输送管222(或输送气体供应部210或粉末供应部220)之间的压差可以大致为1.5倍～2000倍。当压差小于大致1.5倍时，会很难高速输送YF3粉末，当压差大于大致2000倍时，基材的表面会被YF3粉末过度蚀刻。
根据这种工艺腔室230与输送管222的压差，来自粉末供应部220的YF3粉末通过输送管222喷射的同时被高速传递到工艺腔室230。
另外，在工艺腔室230内设置与输送管222连接的管嘴232，使YF3粉末以大致100～500m/s的速度冲撞到基材231上。即，经过管嘴232的YF3粉末通过传输过程中获得的动能和高速冲撞时产生的冲撞能被破碎和/或粉碎，并在基材231的表面上形成规定厚度的YF3透明氟基薄膜。
图3a、图3b及图3c分别是示出本发明一实施例的透明氟基薄膜的俯视图、剖视图及俯视照片。
如图3a及图3b所示，YF3透明氟基薄膜的表面没有发现微裂纹，另外，呈现出0.01％～0.1％的孔隙率。另外，如图3c所示，可知，YF3透明氟基薄膜具有高透光率，从而能够用作显示装置窗口的保护膜。
其中，通过扫描电子显微镜拍摄被切割的YF3透明氟基薄膜，并用图像处理软件处理所拍摄的图像，由此计算YF3透明氟基薄膜的孔隙率。另外，如上所述，由于YF3透明氟基薄膜的孔隙率具有0.01％～0.1％的值，由此反向推导可知YF3透明氟基薄膜的填充率为99.90％～99.99％。一方面，以下，再次说明YF3透明氟基薄膜的透光率。
图4是示出对本发明一实施例的YF3粉末进行预处理(热处理)后的相分析结果的X射线衍射图案的图表。其中，X轴为2θ(degree：角度)，Y轴为强度(intensity(任意单位))。
如图4所示，可以确认，与作为原材料时的强度相比，YF3粉末以600℃、700℃、800℃、600℃+800℃和900℃下预处理(热处理)后的强度相对增加。即，随着热处理温度提高，强度值略有增加。然而，在预处理(热处理)前后，2θ几乎相同。
这样，YF3粉末在大致900℃以下的温度下进行预处理(热处理)之后，的物理性质几乎没有变化，另外，在如上所述工艺条件下利用这种YF3粉末形成YF3透明氟基薄膜时，能够获得本发明中所需的透光率。
一方面，热处理工艺气氛可以是氧气或空气气氛，也可以在氮气、氩气等气氛下进行热处理。在本发明中，在空气中进行预处理，以5℃/min的热处理升温条件，升温至300℃～900℃的温度，大致进行2小时，冷却条件为在热处理设备中进行自然冷却。
图5a及图5b是示出使用根据本发明一实施例进行预处理的YF3粉末的YF3透明氟基薄膜的不同波长的透光率和不同厚度的透光率的图表。
图5a中，X轴为波长(nm)范围，Y轴为透光率(％)。另外，图5b中，X轴为氟基透明被膜的厚度(μm)范围，Y轴为透光率(％)。
当YF3透明氟基薄膜的厚度大致为0.5μm～15μm时观察到，对于可见光(380nm～780nm)的YF3透明氟基薄膜的透光率大致为75％以上。
作为一例，如图5a及图5b所示，观察到，利用通过以上述方法执行了预处理的YF3粉末形成的YF3透明氟基薄膜的厚度为大致5μm时，对于可见光(380nm～780nm)的YF3透明氟基薄膜的透光率大致为80％～90％，厚度大致为12μm时，透光率大致为75％～85％。因此可知，本发明的YF3透明氟基薄膜能够充分用作显示装置的透明窗保护膜。
一方面，利用未执行预处理的YF3粉末(原材料)时，由于没有形成YF3透明氟基薄膜本身，因此无法与本发明的薄膜比较透光率的差异。即，未执行热处理的YF3粉末在基板上是无法形成规定厚度的薄膜本身，因此无法比较透光率本身。
图6是示出本发明一实施例的YF3透明氟基薄膜的能量弥散X射线谱(Energy-dispersive X-ray spectroscopy，EDS)分析结果的图表。
如图6所示，可知，在根据本发明形成的YF3透明氟基薄膜中，仅检测到氟(F)和钇(Y)，根本未检测到氧(O)。如上所述，在本发明中，YF3透明氟基薄膜完全不含氧(O)，因此可判断不仅改善了透光率，而且强度和粘合强度得到提高，孔隙率降低。
其中，利用YF3粉末制作薄膜后，为了进一步提高强度，虽然可以利用氧气或空气热处理来进行氟氧化(Oxy-Fluoride)处理，但确认到在这种情况下有微量的氧气(EDS分析结果重量比为4：39)扩散。即，执行这种氟氧化处理时，会形成氟氧化钇(Y6O5F8，YttriumOxide Fluoride)薄膜而非YF3薄膜，这虽然提高机械特性，但由于高温热处理工艺(500～1000℃)，而很难适用于透光基板(玻璃、石英、塑料基板)，尤其，因薄膜内部的氧气，导致透光率明显降低。
以下的表1是比较利用经过预处理的YF3粉末的YF3透明氟基薄膜的各种物理性质的表。
[表1]
如表1所示，利用经预处理的YF3粉末的YF3透明氟基薄膜的硬度为5～8GPa，利用经预处理的YF3粉末的YF3透明氟基薄膜的孔隙率为0.01～1.0％，利用经预处理的YF3粉末的YF3透明氟基薄膜的耐电压为50～150V/μm。然而，就未经预处理的YF3粉末而言，由于无法形成薄膜本身，因此也无法获取硬度、孔隙率及耐电压的数据。
如上所述，可知，本发明的YF3透明氟基薄膜的硬度、孔隙率及耐电压特性均优异，由此，YF3透明氟基薄膜可用作显示装置的透明窗保护膜以及暴露于等离子环境下的半导体/显示装置的部件保护膜。
其中，关于硬度，是通过测定通过金刚石四角锥按压YF3透明氟基薄膜而产生的痕迹来得出的；关于气孔率，是通过电子显微镜拍摄切割的YF3透明氟基薄膜来得到图像，并使用设置有图像处理软件的计算机分析该图像来测定的；关于耐电压，是通过在YF3透明氟基薄膜上设置两个电极来测定的。由于这些各种测定方法是本领域技术人员公职的内容，因此省略其详细说明。
一方面，如上所述，形成本发明的YF3透明氟基薄膜的基材可能是显示装置的透明窗或暴露在等离子环境下的部件。尤其，透明窗可以是玻璃基板、塑料基板、蓝宝石基板或石英基板，部件可以为半导体或显示装置制造用工艺腔室的内部部件。尤其，本发明中，当透明窗为玻璃基板或塑料基板时，可在低温(0℃～30℃)下形成YF3透明保护膜，因此能够防止上述的玻璃基板或塑料基板的损坏现象。
其中，塑料基板可包括具有大致140℃左右的玻璃转移温度Tg(glass transitiontemperature，软化点)和大致340℃左右的熔点温度Tm(melting temperature，熔点)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate，PEN)、聚醚醚酮(Polyetheretherketon，PEEK)等热塑性半结晶塑料(热塑性半结晶聚合物，thermoplastic semicrystalline polymer)。另外，塑料基板可包括Tg高于上述半结晶塑料且具有不到达Tm的大致150℃的Tg的PC、具有220℃的Tg的PES等热塑性非晶型(amorphous)塑料。另外，塑料基板可以是由耐热性相对较高的聚亚酰胺(Polyimide，PI)、聚芳酯(polyarylate，PAR)等制造的。
并且，暴露在等离子环境下的部件可以是静电吸盘(electro static chuck)、加热器(heater)、室内衬(chamber liner)、淋浴喷头(shower head)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)用晶舟(boat)、聚焦环(focus ring)、墙体衬材(wallliner)、防护罩(shield)、冷垫(cold pad)、离子源头部(source head)、外衬(outerliner)、沉积物防护罩(deposition shiled)、上衬(upper liner)、排气板(exhaustplate)、边缘环(edge ring)及掩模框架(mask frame)及其等同物中的一种。然而，本发明不限于形成这种薄膜的基材或部件。
图7a及图7b分别是示出本发明一实施例中使用的YF3粉末的显微镜照片。如图7a及图7b所示，YF3粉末可以大致为0.1μm～10μm，优选大致为0.1μm～3μm。并且，YF3粉末可以是大致针状、球状等形状，但本发明并非限定于此。
图8是示出本发明一实施例的用于形成透明氟基薄膜的YF3粉末的物理特性的图表。
图8中，X轴是YF3的比例(即，0表示YF3 100Mol％及Y2O3 0Mol％；7表示YF393Mol％及Y2O3 7Mol％)，Y轴是大气中的温度(℃)。其中，应注意的是，在YF3 100Mol％的情况下，如图所示，YF3以不与氧进行混合反应的单相形式存在，直至1050℃的大气温度。即，直至达到大气温度1050℃，YF3粉末不会发生分解、相变或与氧气混合。因此，本发明中，YF3粉末可以预处理(热处理)至大致1050℃。作为参考，当YF3粉末在大致1050℃至1150℃的温度下进行热处理时，YF3粉末中含氧并引起相变。
图9是示出本发明一实施例的透明氟基薄膜的硬度特性的图表。
图9中，X轴是用金刚石四角锥按压的YF3透明薄膜的深度(nm)，Y轴为用金刚石四角锥按压的力(μN)。如图9所示，当金刚石四角锥以大致0～5000μN的力按压YF3透明薄膜时，在YF3透明薄膜形成大致0～175nm的深度的凹槽，当金刚石四角锥再次以大致5000～0μN的力从YF3透明薄膜分离时，YF3透明薄膜形成大致175～110nm的深度的凹槽。
利用这种特性图表的数据，计算YF3透明氟基薄膜的硬度，得到大致7.5GPa的硬度值。因此可以确认，本发明的YF3透明氟基薄膜具有大致8Gpa以下的硬度。
其中，之所以金刚石四角锥离开YF3透明薄膜之后，在YF3透明薄膜上仍留有深度大致为110nm的凹槽是因为YF3透明薄膜发生已塑性变形。
以上说明仅是用于实施本发明的透明氟基薄膜的形成方法及通过该方法形成的透明氟基薄膜的一个实施例，本发明不限定于上述实施例，并且，在不脱离权利要求书所述的本发明的主旨的情况下，本发明所属领域的普通技术人员可以在可实施范围内进行各种变更，并且这些变更包含在本发明的技术主旨内。

Claims (11)

1.一种透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，包括：
从输送气体供应部接收输送气体，并从粉末供应部接收YF3粉末，从而将所述YF3粉末以气溶胶状态输送的步骤；以及
将以所述气溶胶状态输送的所述YF3粉末撞碎在工艺腔室内的基材上，从而在所述基材上形成YF3透明氟基薄膜的步骤。
2.根据权利要求1所述的透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，
以1000℃以下的温度对从所述粉末供应部供应的YF3粉末进行预处理。
3.根据权利要求1所述的透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，
当所述YF3透明氟基薄膜的厚度为0.5μm～15μm时，对于可见光的所述YF3透明氟基薄膜的透光率在75％以上。
4.根据权利要求1所述的透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，
所述YF3透明氟基薄膜中不含氧。
5.根据权利要求1所述的透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，
所述YF3透明氟基薄膜的孔隙率为0.01％～0.1％、硬度在8GPa以下且耐电压特性在50V/μm以上。
6.根据权利要求1所述的透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，
所述基材是显示装置的透明窗或暴露在等离子环境下的部件。
7.根据权利要求6所述的透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，
所述透明窗是玻璃基板、塑料基板、蓝宝石基板或石英基板，
所述部件是半导体或显示装置制造用工艺腔室的内部部件。
8.根据权利要求7所述的透明氟基薄膜的形成方法，其特征在于，
所述部件是静电吸盘、加热器、室内衬、淋浴喷头、化学气相沉积用晶舟、聚焦环、墙体衬材、防护罩、冷垫、离子源头部、外衬、沉积物防护罩、上衬、排气板、边缘环及掩模框架中的一种。
9.一种透明氟基薄膜，通过权利要求1所述的方法来形成，其特征在于，
当所述YF3透明氟基薄膜的厚度为0.5μm～15μm时，对于可见光的所述YF3透明氟基薄膜的透光率在75％以上。
10.根据权利要求9所述的透明氟基薄膜，其特征在于，
所述YF3透明氟基薄膜中不含氧。
11.根据权利要求9所述的透明氟基薄膜，其特征在于，
所述YF3透明氟基薄膜的孔隙率为0.01％～0.1％、硬度在8GPa以下且耐电压特性在50V/μm以上。
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