CN111699277B - 沉积设备、涂覆柔性基板的方法和具有涂层的柔性基板 - Google Patents

沉积设备、涂覆柔性基板的方法和具有涂层的柔性基板 Download PDF

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Abstract

描述一种用于涂覆基板(10、10b)的沉积设备(100、101)。所述沉积设备包括：第一卷筒腔室(110)，容纳用于提供所述柔性基板(10)的存储卷筒(112)；沉积腔室(120)，布置在所述第一卷筒腔室(110)的下游；和第二卷筒腔室(150)，布置在所述沉积腔室(120)的下游并容纳用于在沉积后使所述柔性基板(10)卷绕在上面的卷绕卷筒(152)。所述沉积腔室(120)包括涂布滚筒(122)，所述涂布滚筒用于引导所述柔性基板通过多个沉积单元(121)，所述多个沉积单元包括具有石墨靶(125)的至少一个沉积单元(124)。此外，所述沉积设备(100)包括处理装置(160)，所述处理装置被配置为在所述至少一个沉积单元的上游或下游处理所述柔性基板。所述处理装置(160a、160b、160c)包括线性离子源(161)，所述线性离子源包括电连接至提取电极(168)和接地电位的电源(176)，其中所述电源(176)适于在约1kHz至约500kHz范围内的频率下操作。

Description

沉积设备、涂覆柔性基板的方法和具有涂层的柔性基板
技术领域
本公开内容的实施方式涉及薄膜沉积设备和方法，特定而言涉及用于用薄层涂覆柔性基板的设备和方法。特定而言，本公开内容的实施方式涉及用于涂覆柔性基板的卷对卷(roll-to-roll；R2R)沉积设备和涂覆方法。更具体而言，本公开内容的实施方式涉及用于用层堆叠涂覆柔性基板的设备和方法，例如用于薄膜太阳能电池生产、薄膜电池生产和柔性显示器生产。
背景技术
在包装行业、半导体行业和其他行业中，对诸如塑料膜或箔的柔性基板的处理是处于高需求的。处理可包括用诸如金属、半导体和电介质材料的材料涂覆柔性基板，对于各个应用在基板上进行的蚀刻和其他处理动作。执行此任务的系统通常包括涂布滚筒(例如，圆柱辊)，涂布滚筒耦接到具有用于输送基板的辊组件的处理系统，并且在涂布滚筒上涂覆基板的至少一部分。
例如，诸如化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition；CVD)工艺或物理气相沉积(Physical Vapor Deposition；PVD)工艺的涂覆工艺，特定而言是溅射工艺，可用于将薄层沉积到柔性基板上。卷对卷沉积设备的理解是，具有相当长的长度(诸如一千米或更长)的柔性基板从存储卷筒上展开，用薄层堆叠涂覆，并再次在卷绕卷筒上卷起。特定而言，在薄膜电池的制造、显示器行业和光伏(photovoltaic；PV)行业中，卷对卷沉积系统至关重要。例如，对柔性触控面板元件、柔性显示器和柔性PV模块的需求增加导致对在R2R涂布机中沉积适当层的需求增加。
此外，持续需要改进的涂覆设备和改进的涂覆柔性基板的方法，利用这些可生产高质量层和高质量层堆叠系统。对层或层堆叠系统的改善例如是具有改善的均匀性、改善的产品寿命和每表面积较少的缺陷数。
旨在通过例如利用来自线性离子源的离子束对涂覆的基板进行预处理或后处理来实现整体涂覆质量的改善。然而，这种线性离子源的操作通常需要提供数kV的DC电压，这带来了许多技术挑战。鉴于以上及其他原因，需要本发明。
发明内容
鉴于上述，提供根据独立权利要求的一种沉积设备以及一种涂覆柔性基板的方法。进一步方面、优势和特征自从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
根据本公开内容的一个方面，提供一种用于在柔性基板上沉积层的沉积设备。所述沉积设备包括：第一卷筒腔室，容纳用于提供柔性基板的存储卷筒；沉积腔室，布置在第一卷筒腔室的下游；和第二卷筒腔室，布置在沉积腔室的下游且容纳用于在沉积后使柔性基板卷绕在上面的卷绕卷筒。所述沉积腔室包括涂布滚筒，所述涂布滚筒用于引导柔性基板通过至少一个沉积单元。进一步地，沉积设备包括处理装置。处理装置被配置为在至少一个沉积单元的上游或下游处理柔性基板，并且处理装置包括：线性离子源，所述线性离子源包括提取盒，所述提取盒包括等离子体产生单元，并且具有作为提取电极的一部分的第一线性狭缝，所述狭缝是离子出口，设置在提取盒朝向柔性基板的一侧；接地电极，所述接地电极具有第二线性狭缝，所述第二线性狭缝设置在提取盒附近且在离子路径中的第一线性狭缝的下游；电源，所述电源电连接至提取电极和接地电位，其中电源适于在约1kHz至约500kHz范围内的频率下操作。
根据本公开内容的另一方面，提供一种用层涂覆柔性基板的方法。所述方法包括：从设置在第一卷筒腔室中的存储卷筒上展开柔性基板；使用至少一个沉积单元在柔性基板上沉积层，同时使用设置在沉积腔室中的涂布滚筒引导柔性基板；在至少一个沉积单元的上游或下游利用离子束处理柔性基板，所述离子束来自具有线性离子源的处理装置；在沉积后，将柔性基板卷绕在设置在第二卷筒腔室中的卷绕卷筒上，其中处理装置被配置为用脉冲离子束处理基板。
根据另一方面，提供一种用于在基板上沉积层的沉积设备。所述沉积设备包括处理装置，所述处理装置被配置为在至少一个沉积单元的上游或下游处理基板，其中处理装置包括：线性离子源，所述线性离子源包括提取盒，所述提取盒包括等离子体产生单元，并且具有作为提取电极的一部分的第一线性狭缝，所述狭缝是离子出口，设置在提取盒朝向基板的一侧；接地电极，所述接地电极具有第二线性狭缝，所述第二线性狭缝设置在提取盒附近且在离子路径中的第一线性狭缝的下游；和电源，所述电源电连接至提取盒和接地电位，其中电源适于在约1kHz至约500kHz范围内的频率下操作。
实施方式还涉及用于执行所公开的方法的设备，并且包括用于执行每个所描述的方法方面的设备部分。这些方法方面可通过硬件部件、由适当软件编程的计算机、通过两者的任何组合或以任何其他方式来执行。此外，根据本公开内容的实施方式还涉及用于操作所描述的设备的方法。用于操作所描述的设备的方法包括用于执行设备的每个功能的方法方面。
附图说明
因此，为了可详细理解本公开内容的上述特征，可参照实施方式获得上文简要概述的本公开内容的更具体描述。附图涉及本公开内容的实施方式，并在下文进行描述：
图1示出根据本文描述的实施方式的沉积设备的截面示意图，其中具有对处理装置的放大示意图；
图2示出根据本文描述的进一步实施方式的沉积设备的截面示意图；
图3示出可用于本文描述的一些实施方式的沉积腔室的一部分的放大示意图；
图4示出可用于本文描述的一些实施方式的AC溅射源的示意图；
图5示出可用于本文描述的一些实施方式的DC溅射源的示意图。
具体实施方式
现将详细参考本公开内容的各种实施方式，这些实施方式中的一个或多个示例图示于附图中。在附图的以下描述中，相同附图标记指示相同部件。在下文中，仅描述关于单独实施方式的差异。每个示例通过对本公开内容的解释来提供，并且不意味着作为本公开内容的限制。此外，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可在其他实施方式上使用或与其他实施方式结合使用以产生另一实施方式。描述旨在包括这样的修改和变化。
示例性参看图1，描述根据本公开内容的用于涂覆柔性基板10的沉积设备100。根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，沉积设备100包括第一卷筒腔室110，所述第一卷筒腔室容纳用于提供柔性基板10的存储卷筒112。此外，沉积设备100包括沉积腔室120，所述沉积腔室布置在第一卷筒腔室110的下游。另外，沉积设备100包括第二卷筒腔室150，所述第二卷筒腔室布置在沉积腔室120的下游且容纳用于在沉积后卷绕柔性基板10的卷绕卷筒152。沉积腔室120包括涂布滚筒122，所述涂布滚筒用于引导柔性基板通过至少一个且通常通过多个沉积单元121。此外，如图1示例性所示，沉积设备包括处理装置160a、160b、160c。处理装置160a、160b、160c可布置在沉积设备内的许多位置处。在图1中，示出处理装置160a、160b、160c的三个不同位置。其中，根据实施方式通常可实现一个选择，但一个设备中的两个或更多个处理装置也是可能的。将处理装置160a放置在第一沉积单元121的上游。因此，来自此处理装置160a的离子束用于在第一沉积步骤之前对基板进行预处理，这通常改善了沉积层/涂层的粘附性。将处理装置160b放置在最后沉积单元121的下游。因此，用于对先前沉积步骤中沉积的层进行后处理，例如以改善涂层的均匀性或改变其结构。处理装置160c也设置在最后沉积单元121之后，并且被定向为处理基板未被涂覆的一侧。例如，可在图1的第一沉积腔室120附近设置具有第二涂布滚筒122的第二沉积腔室120(两者皆未图示)时采用此方法。在这种情况下，处理装置160c可例如对基板10的侧面进行预处理，随后在第二沉积腔室中涂覆基板。
一般而言，本文描述的沉积设备100、101可为卷对卷沉积设备，如下文将描述。沉积设备101也可根据众所周知的片对片原理工作，以便在(非柔性)基板10b上沉积层，此可为平面。这种沉积设备101包括如下文关于实施方式进一步描述的处理装置160a、160b、160c，所述处理装置被配置为在至少一个沉积单元121的上游或下游处理基板10b。一般而言，处理装置160a、160b、160c包括线性离子源161。线性离子源161包括具有等离子体产生单元166的提取盒164。所述提取盒具有作为提取电极168的一部分的第一线性狭缝170，其中线性狭缝是离子出口，设置在提取盒164朝向基板10b的一侧上。此外，离子源具有接地电极172，所述接地电极具有第二线性狭缝174，所述第二线性狭缝设置在提取盒附近且在离子路径中的第一线性狭缝170下游。此外，处理装置具有电连接至提取盒164和接地电位的电源176，其中电源176适于在约1kHz至约500kHz范围内的频率下操作。一般而言，本文公开的处理装置160a、160b、160c可用于广泛的涂覆/沉积设备和方法中，所述涂覆/沉积设备和方法包括作为非限制性示例的片对片沉积设备和卷对卷设备，如下文所描述。
因此，当与常规沉积设备相比时，本文描述的沉积设备的实施方式得到了改善，诸如由于预处理而改善了层对基板的粘附性。作为另一示例，沉积设备有利地提供了用可致密化的层涂覆柔性基板，例如以便产生类金刚石碳层，其中通过处理装置160b进行后处理。
在本公开内容中，“沉积设备”通常可理解为被配置用于在基板上，特定而言在柔性基板上沉积材料的设备。特定而言，沉积设备是卷对卷(R2R)沉积，被配置为用层堆叠涂覆柔性基板。更具体而言，沉积设备可为具有至少一个真空腔室，特定而言真空沉积腔室的真空沉积设备。例如，沉积设备可被配置用于500m或更大、1000m或更大或数千米的基板长度。基板宽度可为300mm或更多，特定而言500mm或更多，更特定而言1m或更多。此外，基板宽度可为3m或更少，特定而言2m或更少。
在本公开内容中，“柔性基板”可理解为可弯曲基板。例如，“柔性基板”可为“箔”或“网”。在本公开内容中，可同义地使用术语“柔性基板”和术语“基板”。例如，如本文所描述的柔性基板可包括诸如PET、HC-PET、PE、PI、PU、TaC、OPP、COP、COC、一种或多种金属、纸、上述组合的材料，以及诸如硬涂层PET(例如，HC-PET、HC-TaC)等的已涂覆基板。在一些实施方式中，柔性基板是在其两侧上具有折射率匹配(index matched；IM)层的COP基板。例如，基板厚度可为20μm或更大和1mm或更小，特定而言50μm至200μm。
在本公开内容中，“沉积腔室”可理解为具有至少一个沉积单元以在基板上沉积材料的腔室。特定而言，沉积腔室可为真空腔室，例如真空沉积腔室。如本文所用，术语“真空”可理解为在技术真空的意义上具有小于例如10mbar的真空压力。通常，本文所描述的真空腔室中的压力可处于10-5mbar与约10-8mbar之间，更典型地处于10-5mbar与10-7mbar之间，甚至更典型地处于约10-6mbar与约10-7mbar之间。
在本公开内容中，“沉积单元”可理解为被配置用于在基板上沉积材料的单元或装置。例如，沉积单元可为如本文所描述的溅射沉积单元。然而，本文所描述的沉积设备不限于溅射沉积，并且可另外使用其他沉积单元。例如，在一些实施方式中，可使用CVD沉积单元、蒸发沉积单元、PECVD沉积单元或其他沉积单元。
在本公开内容中，“涂布滚筒”可理解为具有用于接触柔性基板的基板支撑表面的滚筒或辊。特定而言，涂布滚筒可绕旋转轴旋转且可包括基板引导区域。通常，基板引导区域是涂布滚筒的弯曲的基板支撑表面，例如圆柱对称表面。涂布滚筒的弯曲的基板支撑表面可被调适成在沉积设备的操作期间(至少部分地)与柔性基板接触。
如本文所用，术语“上游”和“下游”可指示相应腔室或相应部件相对于沿基板输送路径的另一腔室或部件的位置。例如，在操作期间，经由辊组件沿基板输送路径将基板从第一卷筒腔室110引导穿过沉积腔室120，并随后引导到第二卷筒腔室150。因此，沉积腔室120布置在第一卷筒腔室110的下游，并且第一卷筒腔室110布置在沉积腔室120的上游。在操作期间，当基板先由第一辊或第一部件引导或经过第一辊或第一部件输送，并随后由第二辊或第二部件引导或经过第二辊或第二部件输送时，第二辊或第二部件布置在第一辊或第一部件的下游。
在本公开内容中，“处理装置”理解为被配置为通过离子和/或电子轰击对沉积在柔性基板上的层或在沉积之前对基板提供处理的装置。
根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，处理装置是非接触式处理装置。例如，可在处理装置与待处理的基板或层之间设置至少5mm，特定而言至少10mm，更特定而言至少15mm的间隙。
根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，处理装置是离子源，特定而言是线性离子源(linear ion source；LIS)。特定而言，处理装置被配置为在柔性基板上或沉积在柔性基板上的层上提供离子轰击。根据实施方式，离子源包括MF(中频)电流提取。已发现，在第一沉积步骤之前(上游)对基板提供离子轰击改善了沉积层堆叠的粘附性。而且，对沉积在柔性基板上的层的处理导致层的致密化，这对于提高层的质量和耐久性可为有益的。
根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，并且如图1示例性所示，线性离子源161(处理装置160a、160b、160c中的任何一个的线性离子源)包括提取盒164。所述提取盒包括等离子体产生单元166。穿过第一线性狭缝170提取来自提取盒164内部的等离子体的离子。所述第一线性狭缝是提取电极168的一部分并形成离子出口，所述离子出口设置在提取盒164的一侧上，这一侧被安装为朝向柔性基板10。接地电极172具有另一第二线性狭缝174，所述第二线性狭缝设置在离开提取盒164且因此离开线性离子源161的离子路径中的第一线性狭缝170的下游。
根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，并且如图1示例性所示，利用输出端口中的一个将电源176电连接至提取盒164。利用另一端口，将所述电源连接至接地电位。电源176通常适于在一频率下操作，所述频率在本文中也称为中频或MF范围，处于约1kHz至约500kHz范围内，更典型地处于约10kHz至约100kHz范围内。
根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，电源176适于提供正弦波AC电压或脉冲DC电压。通常，但并不一定，电源176的电压处于约500V(pp)至约2000V(pp)范围内，更典型地处于约700V(pp)至约1500V(pp)范围内。
在下文中，描述关于正弦波AC电压(中频的正弦波AC电压)的实施方式。在图1附近示出随时间变化的示例性电压曲线图。利用这种中频提取而不是常规DC提取具有一些优点。例如，MF可使提取电极每秒放电数千次。一般而言，电荷累积的趋势大大降低，或甚至几乎消失。这可导致减少电弧放电的损坏现象。通常，离子束包括正电荷和负电荷离子。可直接提取负电荷离子。另外，将提取电子。总之，从等离子体源提取的束可为大致中性的，并且因此，在实施方式中可省略用于聚焦带电束的常规抑制电极。因此，可代替常规三极管电极设计而实现接地电极和提取电极的二极管配置。
当离子达到不同能量时，取决于提取离子时的电流电压，可在离子束中实现较宽离子能量范围。这导致基板材料中不同的离子渗透深度，从而可有利地用于改善涂层质量。
如图1所示，在实施方式中，可在电源176的出口与提取盒164之间分别对提取电极设置阻塞电容器178。电源176的输出电压可被调适成使得AC(pp)输出电压具有峰到峰AC电压的约一半的DC偏移。使用阻塞电容器178，提取的离子和电子的数量相等，并且电容器之上不存在DC电流。由于
电子更易移动，因为电子比离子更轻，并且因此比离子更快，可通过调整电压来影响电子流(或：电子电流)，以实现离子流和电子流之间的平衡。
在另外的实施方式中，电源176的输出电压可被调适成使得AC输出电压具有DC偏移，从而导致小于约100V的负峰电位。这有助于最小化从提取盒164中的等离子体中提取电子。电源176的输出电压可被调适成使得连接至提取电极168的AC输出电压以AC频率间歇地提取正离子和电子。
在可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式中，电源176被调适成提供脉冲DC电压，典型地在约500V至约2000V的电压范围内，更典型地在约700V至约1500V的电压范围内。图1示出脉冲电压随时间变化的示例图，作为对另一图所示的正弦波AC的替代。在脉冲电压下，可调整离子束/电子束对基板(具有涂层或不具有涂层)充电的量。由于相对于接地的电压电平，如果束中存在大多数电子或大多数离子，则可在很宽的范围内进行调整，或者可将它们调整为相等。在后一种情况下，基板/层不会由于束而变成带电，而是保持中性。效果是，可明显减少或甚至完全避免带电基板(具有或不具有(一个或多个)沉积层)与沉积设备的部件(特定而言是线性离子源)之间的电弧放电问题。此外，可广泛地调节基板的充电行为，这可用于改善涂层粘附性和质量等。
根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，至少一个沉积单元124是直流溅射沉积单元。或者，至少一个沉积单元124可为脉冲直流溅射沉积单元。如图1和图2示意性所示，至少一个沉积单元124的靶125可为平面靶。例如，至少一个沉积单元124可为平面阴极溅射源。或者，例如，至少一个沉积单元124的靶125可为可旋转靶。示例性参看图4和图5，描述沉积单元的各种可能实施方式，这些实施方式可用于多个沉积单元121以及具有本文所描述的石墨靶125的至少一个沉积单元124。
示例性参看图1和图2，应当理解，通常沉积设备100被配置为使得可将柔性基板10沿基板输送路径从第一卷筒腔室110引导到第二卷筒腔室150，其中基板输送路径可穿过沉积腔室120。可在沉积腔室120中用层堆叠涂覆柔性基板。可提供包括多个卷轴或辊的辊组件来沿基板输送路径输送基板，其中辊组件的两个或更多个辊、五个或更多个辊或十个或更多个辊可布置在存储卷筒与卷绕卷筒之间。
根据本文中可与本文所描述的任何其他实施方式结合的一些实施方式，设备进一步包括辊组件，所述辊组件被配置为沿从第一卷筒腔室到第二卷筒腔室的部分凸起和部分凹进的基板输送路径输送柔性基板。换句话说，基板输送路径可部分地向右弯曲和部分地向左弯曲，以使得一些导辊接触柔性基板的第一主表面以及一些导辊接触柔性基板的第二主表面，第二主表面与第一主表面相对。
例如，图2中的第一导辊107接触柔性基板的第二主表面，并且柔性基板在被第一导辊107引导时向左弯曲(基板输送路径的“凸起”部分)。图2中的第二导辊108接触柔性基板的第一主表面，并且柔性基板在被第二导辊108引导时向右弯曲(基板输送路径的“凹进”部分)。因此，有利地，可提供紧凑的沉积设备。
根据一些实施方式，沉积设备的一些腔室或全部腔室可被配置为可抽空的真空腔室。例如，沉积设备可包括允许在第一卷筒腔室110和/或沉积腔室120和/或第二卷筒腔室150中产生或维持真空的部件和设备。特定而言，沉积设备可包括用于在第一卷筒腔室110和/或沉积腔室120和/或第二卷筒腔室150中产生或维持真空的真空泵、抽气导管、真空密封件等。
示例性参看图1和图2，第一卷筒腔室110通常被配置为容纳存储卷筒112，其中存储卷筒112可具有缠绕在其上的柔性基板10。在操作期间，可将柔性基板10从存储卷筒112上展开，并沿基板输送路径(由图1和图2中的箭头指示)从第一卷筒腔室110朝着沉积腔室120输送。如本文所用，术语“存储卷筒”可理解为存储待涂覆的柔性基板的卷轴。因此，如本文所用，术语“卷绕卷筒”可理解为适于接收已涂覆的柔性基板的卷轴。术语“存储卷筒”在本文中也可称为“供应卷”，并且术语“卷绕卷筒”在本文中也可被称为“收紧卷”。
示例性参看图2，根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，密封装置105可设置在相邻腔室之间，例如在第一卷筒腔室110与沉积腔室120之间和/或在沉积腔室120与第二卷筒腔室150之间。因此，有利地，可特别地独立于沉积腔室独立地排放或抽空卷绕腔室(即第一卷筒腔室110和第二卷筒腔室150)。密封装置105可包括可膨胀密封件，所述可膨胀密封件被配置为将基板压靠在平坦密封表面上。
如图2示例性所示，通常涂布滚筒122被配置用于引导柔性基板10通过多个沉积单元，例如通过第一沉积单元121A、第二沉积单元121B和第三沉积单元121C。例如，如图2示意性指示，第一沉积单元121A和第三沉积单元121C可为AC(交流电)溅射源，如关于图4更详细地示例性描述。
如图2通过箭头示例性指示，通常涂布滚筒122可绕旋转轴123旋转。特定而言，涂布滚筒可被主动地驱动。换句话说，可提供用于旋转涂布滚筒的驱动器。涂布滚筒可包括弯曲的基板支撑表面，例如涂布滚筒122的外表面，用于接触柔性基板10。特定而言，弯曲的基板支撑表面可为导电的，以例如通过使用用于施加电位的装置140提供电位，如关于图3示例性描述。例如，基板支撑表面可包括导电材料或由导电材料制成，导电材料例如为金属材料。
因此，在通过涂布滚筒引导柔性基板通过多个沉积单元期间，柔性基板可与涂布滚筒的基板支撑表面直接接触。例如，多个沉积单元的沉积单元可沿圆周方向布置在涂布滚筒122的周围，如图1、2和3示意性所示。在涂布滚筒122旋转时，将柔性基板引导通过沉积单元，所述沉积单元面向涂布滚筒的弯曲的基板支撑表面，使得在以预定速度移动通过沉积单元的同时可涂覆柔性基板的第一主表面。
因此，在操作期间，在涂布滚筒的弯曲的基板支撑表面上的基板引导区域之上引导基板。基板引导区域可定义为涂布滚筒的角度范围，在这一角度范围内基板在涂布滚筒的操作期间与弯曲的基板表面接触，并且可对应于涂布滚筒的缠绕角。在一些实施方式中，涂布滚筒的缠绕角可为120°或更大，特定而言180°或更大，或甚至270°或更大，如图2示意性所示。在一些实施方式中，涂布滚筒的最上部分可在操作期间不与柔性基板接触，其中涂布滚筒的缠绕区域可覆盖涂布滚筒的至少整个下半部分。在一些实施方式中，涂布滚筒可以基本对称的方式被柔性基板缠绕。
根据可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式，涂布滚筒122通常可具有宽度处于0.1m至4m范围内，更典型地处于0.5至2m范围内，例如，约1.4m。涂布滚筒的直径可大于1m，例如在1.5m与2.5m之间。
在一些实施方式中，辊组件的一个或多个辊(例如，导辊)可布置在存储卷筒112与涂布滚筒122之间和/或涂布滚筒122的下游。例如，在图1所示的实施方式中，在存储卷筒112与涂布滚筒122之间设置有两个导辊，其中至少一个导辊可布置在第一卷筒腔室中和至少一个导辊可布置在涂布滚筒122上游的沉积腔室中。在一些实施方式中，在存储卷筒与涂布滚筒之间设置三个、四个、五个或更多个导辊，特定而言八个或更多个导辊。导辊可为主动辊或被动辊。
如本文所用，“主动”辊或卷轴可理解为具有用于主动移动或旋转相应辊的驱动器或马达的辊。例如，主动辊可被调适成提供预定扭矩或预定转速。通常，存储卷筒112和卷绕卷筒152可提供为主动辊。在一些实施方式中，涂布滚筒可被配置为主动辊。此外，主动辊可被配置为基板张力辊，所述基板张力辊被配置用于在操作期间以预定张紧力张紧基板。如本文所用，“被动”辊可理解为不具有用于主动移动或旋转被动辊的驱动器的辊或卷轴。可通过柔性基板的摩擦力旋转被动辊，柔性基板在操作期间可与外辊表面直接接触。
如图2示例性所示，一个或多个导辊113可布置在涂布滚筒122的下游和第二卷筒腔室150的上游。例如，至少一个导辊可布置在涂布滚筒122下游的沉积腔室120中，用于将柔性基板10导向布置在沉积腔室120下游的真空腔室(例如，第二卷筒腔室150)，或至少一个导辊可布置在涂布滚筒122上游的第二卷筒腔室150中，用于在与涂布滚筒的基板支撑表面基本相切的方向上引导柔性辊，以便将柔性基板平滑地引导到卷绕卷筒152上。
图3示出可用于本文描述的一些实施方式的沉积腔室的一部分的放大示意图。
示例性参看图3，根据可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式，可在两个相邻沉积单元之间分别设置气体分离单元510，以便减少处理气体从一个沉积单元流到其他沉积单元，例如在操作期间流到相邻的沉积单元。气体分离单元510可被配置为气体分离壁，所述气体分离壁将沉积腔室的内部空间分隔成多个单独的隔室，其中每个隔室可包括一个沉积单元。一个沉积单元可分别布置在两个相邻气体分离单元之间。换句话说，可分别通过气体分离单元510来分离沉积单元。因此，有利地，可提供相邻隔室/沉积单元之间的高气体分离。
根据可与本文所描述的其他实施方式结合的实施方式，可将容纳相应沉积单元的隔室中的每一个隔室与容纳其他沉积单元的其他隔室独立地抽空，使得单独沉积单元的沉积条件可视情况来设定。可通过相邻沉积单元将不同材料沉积在柔性基板上，这些沉积单元可由气体分离单元分离。
根据可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式，气体分离单元510可被配置用于调整相应气体分离单元与相应涂布滚筒之间的狭缝511的宽度。根据一些实施方式，气体分离单元510可包括被配置用于调整狭缝511的宽度的致动器。为了减少相邻沉积单元之间的气体流动和为了增加相邻沉积单元之间的气体分离因数，气体分离单元与涂布滚筒之间的狭缝511的宽度可较小，例如1cm或更小，特定而言5mm或更小，更特定而言2mm或更小。在一些实施方式中，狭缝511在圆周方向上的长度(即两个相邻沉积隔室之间的相应气体分离通道的长度)可为1cm或更大，特定而言5cm或更大，或甚至10cm或更大。在一些实施方式中，狭缝的长度甚至可分别为约14cm。
在可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，多个沉积单元121的至少一个第一沉积单元可为溅射沉积单元。在一些实施方式中，多个沉积单元121的每个沉积单元都是溅射沉积单元。其中，一个或多个溅射沉积单元可被配置用于DC溅射、AC溅射、RF(射频)溅射、MF(中频)溅射、脉冲溅射、脉冲DC溅射、磁控溅射、反应性溅射或上述的组合。DC溅射源可适于用导电材料涂覆柔性基板，例如用诸如铜的金属涂覆柔性基板。交流电(AC)溅射源(例如，RF溅射源或MF溅射源)可适于用导电材料或绝缘材料涂覆柔性基板，例如用电介质材料、半导体、金属或碳涂覆柔性基板。
然而，本文所描述的沉积设备不限于溅射沉积，并且在一些实施方式中可使用其他沉积单元。例如，在一些实施方式中，可使用CVD沉积单元、蒸发沉积单元、PECVD沉积单元或其他沉积单元。特定而言，由于沉积设备的模块化设计，通过从沉积腔室径向移除第一沉积单元和通过将另一沉积单元装载到沉积腔室中来用第二沉积单元替换第一沉积单元是可能的。因此，沉积腔室可具有密封盖，可打开和关闭密封盖以便替换一个或多个沉积单元。
在可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，可例如在沉积腔室中设置至少一个AC溅射源，用于将非导电材料沉积在柔性基板上。在一些实施方式中，可在沉积腔室中设置至少一个DC溅射源，用于将导电材料沉积在柔性基板上。
根据图3示例性所示的可与本文所描述的其他实施方式结合的示例，多个沉积单元的至少一个第一沉积单元301可为AC溅射源。在图3所示的实施方式中，多个沉积单元的前两个沉积单元是AC溅射源，例如下文将更详细地描述的双靶溅射源。可用AC溅射源将诸如氧化硅的电介质材料沉积在柔性基板上。例如，两个相邻沉积单元(例如，第一沉积单元)可被配置为在反应性溅射工艺中将氧化硅层直接沉积在柔性基板的第一主表面上。可通过使用彼此相邻的两个或更多个AC溅射源增加(例如，加倍)所得氧化硅层的厚度。
多个沉积单元的剩余沉积单元可为DC溅射源。在图3所示的实施方式中，布置在至少一个第一沉积单元301下游的多个沉积单元的至少一个第二沉积单元302可为DC溅射源，例如被配置用于沉积ITO层的DC溅射源。在其他实施方式中，可提供被配置用于沉积碳层或ITO层的两个或更多个DC溅射源。在一些实施方式中，碳层或ITO层可沉积在由至少一个第一沉积单元301沉积的氧化硅层的顶部上。
此外，在一些实施方式中，布置在至少一个第二沉积单元302下游的至少一个第三沉积单元303(例如，三个第三沉积单元)可被配置为DC溅射单元，例如用于沉积金属层的DC溅射单元。如图3示例性所示，根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，至少一个沉积单元124可布置在至少一个第二沉积单元302的下游和至少一个第三沉积单元303的上游。例如，如图3示例性所示，可提供总共七个沉积单元。然而，应当理解，图3所示的沉积腔室配置是示例，并且其他配置是可能的，例如具有另一顺序的沉积单元或另一数量的沉积单元的配置。
例如，处理装置160b可位于多个沉积单元下游的沉积腔室中，如图3示例性所示。此外，在可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，处理装置160b被布置为使得当柔性基板与涂布滚筒122的基板支撑表面接触时，可使用处理装置160使沉积在柔性基板上的层致密化。应理解，尽管未明确示出，但是可在沉积室120中设置多于一个的处理装置。例如，可在多个沉积单元中的两个相邻沉积单元之间设置一个或多个其他处理装置。因此，可有利地提供层堆叠的单独层的致密化。
图4更详细地示出AC溅射源610，并且图5更详细地示出DC溅射源612。图4所示的AC溅射源610可包括两个溅射装置，即第一溅射装置701和第二溅射装置702。在本公开内容中，“溅射装置”应理解为包括靶703的装置，所述靶包含待沉积在柔性基板上的材料。靶可由待沉积的材料或至少待沉积的材料中的成分制成。在一些实施方式中，溅射装置可包括靶703，所述靶被配置为具有旋转轴的可旋转靶。在一些实施方式中，溅射装置可包括背衬管704，靶703可布置在背衬管上。在一些实施方式中，可例如在可旋转靶内部设置用于在溅射装置的操作期间产生磁场的磁体布置。在磁体布置设置在可旋转靶中的情况下，溅射装置可称为溅射磁控管。在一些实施方式中，可在溅射装置内设置冷却通道，以便冷却溅射装置或溅射装置的部分。
在一些实施方式中，溅射装置可被调适成连接至沉积腔室的支撑件，例如可在溅射装置的一端设置凸缘。根据一些实施方式，溅射装置可作为阴极或阳极操作。例如，在一个时间点处，第一溅射装置701可作为阴极操作，并且第二溅射装置702可作为阳极操作。当在第一溅射装置701与第二溅射装置702之间施加交流电时，在稍后的时间点处，第一溅射装置701可充当阳极，并且第二溅射装置702可充当阴极。在一些实施方式中，靶703可包括硅或由硅制成。
术语“双溅射装置”是指一对溅射装置，例如是指第一溅射装置701和第二溅射装置702。第一溅射装置和第二溅射装置可形成双溅射装置对。例如，双溅射装置对的两个溅射装置可在相同沉积工艺中同时用来涂覆柔性基板。可以类似方式设计双溅射装置。例如，双溅射装置可提供相同涂层材料，可实质上具有相同尺寸和实质上相同形状。双溅射装置可彼此相邻布置以形成可布置在沉积腔室中的溅射源。根据可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式，双溅射装置的两个溅射装置包括由相同材料制成的靶，相同材料例如硅、ITO或碳。
如图3和图4中可看出，第一溅射装置701具有第一轴，第一轴可为第一溅射装置701的旋转轴。第二溅射装置702具有第二轴，第二轴可为第二溅射装置702的旋转轴。溅射装置提供待沉积在柔性基板上的材料。对于反应性沉积工艺，最终沉积在柔性基板上的材料可另外包括处理气体的化合物。
根据如图3示例性所示的实施方式，由涂布滚筒122引导柔性基板通过双溅射装置。其中，涂覆窗口受到柔性基板在涂布滚筒122上的第一位置705和柔性基板在涂布滚筒122上的第二位置706限制。涂覆窗口(即第一位置705与第二位置706之间的柔性基板的部分)限定可沉积材料的基板的区域。如图3中可看出，从第一溅射装置701释放的沉积材料的颗粒和从第二溅射装置702释放的沉积材料的颗粒到达涂覆窗口中的柔性基板。
AC溅射源610可被调适成使得第一溅射装置701的第一轴与第二溅射装置702的第二轴的距离为300mm或更小，特定而言200mm或更小。典型地，第一溅射装置701的第一轴与第二溅射装置702的第二轴的距离可处于150mm与200mm之间，更典型地处于170mm与185mm之间，诸如180mm。根据一些实施方式，可为圆柱形溅射装置的第一溅射装置701和第二溅射装置702的外径可处于90mm与120mm范围内，更典型地处于约100mm与约110mm之间。
在一些实施方式中，第一溅射装置701可配备有第一磁体布置，并且第二溅射装置702可配备有第二磁体布置。磁体布置可为被配置用于产生磁场来提高沉积效率的磁轭。根据一些实施方式，磁体布置可朝向彼此倾斜。在这种情境中，以倾斜方式朝向彼此布置的磁体布置可意味着由磁体布置产生的磁场导向彼此。
图5示出可用于本文描述的一些实施方式的DC溅射源612的放大示意图。在一些实施方式中，图3所示的至少一个第二沉积单元302被配置为DC溅射源612，和/或至少一个第三沉积单元303被配置为DC溅射源612。DC溅射源612可包括至少一个阴极613，所述阴极包括用于提供待沉积在柔性基板上的材料的靶614。至少一个阴极613可为可旋转阴极，特定而言是基本上圆柱形的阴极，所述阴极可围绕旋转轴旋转。靶614可由待沉积的材料制成。例如，靶614可为金属靶，诸如铜或铝靶。在至少一个沉积单元124被配置为如图5示例性所示的DC溅射源的实施方式中，靶614可例如为石墨靶。此外，如图5示例性所示，用于限制所产生的等离子体的磁体组件615可布置在可旋转阴极内部。
在一些实施方式中，DC溅射源612可包括单个阴极，如图5示例性所示。在一些实施方式中，导电表面(例如，沉积腔室的壁表面)可充当阳极。在其他实施方式中，可与阴极相邻提供单独的阳极，诸如具有杆形状的阳极，以使得可在至少一个阴极613与单独的阳极之间建立电场。可提供电源用于在至少一个阴极613与阳极之间施加电场。可施加DC电场，从而可允许沉积诸如金属的导电材料。在一些实施方式中，将脉冲DC场施加到至少一个阴极613。在一些实施方式中，DC溅射源612可包括多于一个阴极，例如两个或更多个阴极的阵列。
根据可与本文所描述的其他实施方式结合的实施方式，应理解，沉积单元，特定而言是阴极(例如，AC溅射源、DC可旋转阴极、双可旋转阴极和双DC平面阴极)是可互换的。因此，可提供公共隔室设计。此外，可将沉积单元连接到工艺控制器，工艺控制器被配置为单独控制相应沉积单元。因此，有益地，可提供工艺控制器以使得可完全自动运转反应性工艺。
根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的一些实施方式，如本文所描述的沉积源可被配置用于反应性沉积工艺。此外，可将处理气体添加到多个单独隔室中的至少一个，在隔室中提供单个沉积单元。例如，处理气体可包括氩气、C2H2(乙炔)、CH4(甲烷)和H2(氢气)中的至少一种。提供本文所描述的处理气体对于层沉积可为有益的。
鉴于本文所描述的沉积设备的实施方式，应注意，提供了用于用层堆叠涂覆柔性基板10的沉积设备100。根据可与本文所描述的任何其他实施方式结合的实施方式，沉积设备100包括：第一卷筒腔室110，容纳用于提供柔性基板10的存储卷筒112；沉积腔室120，布置在第一卷筒腔室110的下游；和第二卷筒腔室150，布置在沉积腔室120的下游且容纳用于在沉积后卷绕柔性基板10的卷绕卷筒152。沉积腔室120包括涂布滚筒122，所述涂布滚筒用于引导柔性基板通过多个沉积单元121，所述沉积单元包括至少一个溅射沉积单元125。涂布滚筒被配置用于向涂布滚筒的基板引导表面提供电位。例如，可通过使用如本文所描述的电位施加装置使涂布滚筒的基板引导表面经受电位。
“层堆叠”可理解为在彼此顶部上沉积的两层、三层或更多层，其中两层、三层或更多层可由相同材料或由两种、三种或更多种不同材料组成。此外，层堆叠可包括一个或多个导电层(例如，金属层)和/或一个或多个隔离层(例如，电介质层)。在一些实施方式中，层堆叠可包括一个或多个透明层，例如SiO2层或ITO层。在一些实施方式中，层堆叠中的至少一层可为导电透明层，例如ITO层。例如，ITO层可有益于电容式触摸应用，例如用于触控面板。
另外或替代地，可通过例如本文所描述的用于施加电位的装置140向涂布滚筒提供电位来朝向涂布滚筒122加速电子或离子(例如，来自设置在沉积腔室120中的等离子体的电子或离子)，实现离子轰击和/或电子轰击。
虽然前述内容涉及实施方式，但是可在不脱离基本范围的情况下设计其他和进一步实施方式，并且所述范围由所附权利要求书来确定。

Claims (17)

1.一种用于在柔性基板(10)上沉积层的沉积设备(100)，包括：
-第一卷筒腔室(110)，容纳用于提供所述柔性基板(10)的存储卷筒(112)；沉积腔室(120)，布置在所述第一卷筒腔室(110)的下游；第二卷筒腔室(150)，布置在所述沉积腔室(120)的下游并容纳用于在沉积后使所述柔性基板(10)卷绕在上面的卷绕卷筒(152)，
所述沉积腔室(120)包括：
-涂布滚筒(122)，所述涂布滚筒用于引导所述柔性基板通过至少一个沉积单元，和
-处理装置(160)，所述处理装置被配置为在所述至少一个沉积单元的上游或下游处理所述柔性基板，其中所述处理装置(160)包括：
线性离子源(161)，包括：
-提取盒(164)，所述提取盒包括等离子体产生单元(166)，并且具有作为提取电极(168)的一部分的第一线性狭缝(170)，所述狭缝是离子出口，设置在所述提取盒(164)朝向所述柔性基板(10)的一侧，
-接地电极(172)，所述接地电极具有第二线性狭缝(174)，所述第二线性狭缝设置在所述提取盒附近并在离子的路径中的所述第一线性狭缝(170)的下游，
-电源(176)，所述电源电连接至所述提取盒(164)和接地电位，其中所述电源(176)适于在1kHz至500kHz范围内的频率下操作，
其中阻塞电容器(178)设置在所述电源(176)的出口与所述提取盒(164)之间。
2.如权利要求1所述的沉积设备，其中所述电源(176)被调适成提供正弦波AC电压。
3.如权利要求2所述的沉积设备，其中所述正弦波AC电压处于500V至2000V的电压范围内。
4.如权利要求1或2所述的沉积设备，其中所述电源(176)的输出电压被调适成使得AC输出电压具有峰到峰AC电压的一半的DC偏移。
5.如权利要求1至3中任一项所述的沉积设备，其中所述电源(176)的输出电压被调适成使得AC输出电压具有DC偏移，从而导致小于100V的负峰电位，以最小化从所述提取盒(164)中的所述等离子体的电子提取。
6.如权利要求1或2中任一项所述的沉积设备，其中所述电源(176)的输出电压被调适成使得连接至所述提取电极(168)的AC输出电压以AC频率间歇地提取正离子和电子。
7.如权利要求1所述的沉积设备，其中所述电源(176)被调适成提供脉冲DC电压。
8.如权利要求7所述的沉积设备，其中所述电压处于500V至2000V的电压范围内。
9.如权利要求1或2所述的沉积设备，其中所述接地电极(172)和所述提取电极(168)形成二极管配置。
10.一种用层涂覆柔性基板(10)的方法，所述方法包括：
从设置在第一卷筒腔室(110)中的存储卷筒(112)上展开所述柔性基板(10)；
使用至少一个沉积单元(121)在所述柔性基板(10)上沉积层，同时使用设置在沉积腔室(120)中的涂布滚筒(122)引导所述柔性基板；
在所述至少一个沉积单元(121)的上游或下游利用离子束处理所述柔性基板，所述离子束来自具有线性离子源(161)的处理装置(160a、160b、160c)，
在沉积后，将所述柔性基板卷绕在设置在第二卷筒腔室(150)中的卷绕卷筒(152)上，
其中所述处理装置(160a、160b、160c)被配置为用脉冲离子束处理所述基板(10)，
其中所述线性离子源(161)包括提取盒(164)，所述提取盒包括等离子体产生单元(166)，并且具有作为提取电极(168)的一部分的第一线性狭缝(170)，所述第一线性狭缝是离子出口，设置在所述提取盒(164)朝向所述柔性基板(10)的一侧，其中所述线性离子源进一步包括电源(176)，所述电源电连接至所述提取盒(164)和接地电位，并且
其中阻塞电容器(178)设置在所述电源(176)的出口与所述提取盒(164)之间，
其中所述线性离子源进一步包括接地电极(172)，所述接地电极具有第二线性狭缝(174)，所述第二线性狭缝设置在所述提取盒附近并在离子的路径中的所述第一线性狭缝(170)的下游。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述方法进一步包括在1kHz至500kHz范围内的频率下操作所述电源(176)。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述脉冲束包括具有等于0V与连接至所述处理装置(160a、160b、160c)的提取电极(168)的电源(176)的AC电压之间的能谱的离子。
13.如权利要求10或11所述的方法，其中所述束进一步包括对正离子间歇地脉冲的电子。
14.如权利要求10或11所述的方法，其中连接至提取电极(168)的提取电压被配置为使得AC输出电压具有峰到峰AC电压的一半的DC偏移。
15.如权利要求10或11所述的方法，其中提供所述电源的输出电压，使得AC输出电压具有DC偏移，从而导致所述提取电极处小于100V的负峰电位，以最小化从所述等离子体的电子提取。
16.如权利要求10或11所述的方法，其中提供所述电源(176)的输出电压，使得连接至所述提取电极的AC输出电压以AC频率间歇地提取正离子和电子，并且其中所述离子和所述电子具有分布式能谱，或者其中将所述电源(176)的电压提供为脉冲DC输出电压。
17.一种用于在基板(10b)上沉积层的沉积设备(101)，包括：
-处理装置(160a、160b、160c)，所述处理装置被配置为在至少一个沉积单元(121)的上游或下游处理所述基板(10b)，其中所述处理装置(160a、160b、160c)包括：
线性离子源(161)，包括：
-提取盒(164)，所述提取盒包括等离子体产生单元(166)，并且具有作为提取电极(168)的一部分的第一线性狭缝(170)，所述狭缝是离子出口，设置在所述提取盒(164)朝向所述基板(10b)的一侧，
-接地电极(172)，所述接地电极具有第二线性狭缝(174)，所述第二线性狭缝设置在所述提取盒附近并在离子的路径中的所述第一线性狭缝(170)的下游，
-电源(176)，所述电源电连接至所述提取盒(164)和接地电位，其中所述电源(176)适于在1kHz至500kHz范围内的频率下操作，
其中阻塞电容器(178)设置在所述电源(176)的出口与所述提取盒(164)之间。
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