CN1461234A - 一种组合涂复系统及方法 - Google Patents

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Abstract

用于高产地形成及分析一组材料涂层的系统和方法。这些方法包括有选择地将多种材料(14)中至少一种传送到具有多个预定区域(22)的基板表面(16)，以便在每个区域上形成预定涂层(30)。在材料的选择传送中，多种材料中的每一种设置成可同时传送到基板上。系统(10)包括基板(18)，基板包括具有多个预定区域(22)的表面(16)，其提供了对基板进行涂覆的多种材料(14)。设置了涉及多种材料的传送装置(12)，以便将多种材料中的每一种同时传送到基板表面。此外，控制器(26)用来控制传送装置有选择地传送多种材料，使基板的每个预定区域均具有预定的涂层(30)。

Description

一种组合涂复系统及方法
技术领域
总的来说，本发明涉及一种形成和选择涂层体系的方法及设备，更具体地说，涉及同时将若干层的材料沉积到基板上以形成涂层体系的方法和系统。
背景技术
涂层广泛应用于工业中来增强低密度材料的功能和附加作用。一般有两种类型的功能涂层材料：无机涂层和有机涂层。无机涂层用于既用于半导体工业中、例如用于各种薄膜集成电路器件，又用于传统工业中、例如汽轮机和飞机引擎螺旋桨的热障层。有机涂层还广泛地用于许多工业保护/装饰中，例如车顶透明涂层、油漆等。其它类型的涂层包括保护及防腐蚀层、粘结及隔离层、环境阻挡层、导电/透光层、抗划伤涂层等。发明先进的涂层配方将为制造商带来巨大的价值。
不过，开发通用的设备以加速各种涂层体系的发明过程可能具有更高的价值，这是因为探索和优化先进涂层属于一种技术而不属于科学。主要是因为典型涂层体系的复杂度以及需要满足的质量要求的多重性，使探索和优化先进涂层的理论指导的作用受到限制。工业涂层配方必需满足多种功能要求，获得平衡的配方需要有多种兼容功能的组合或混合。另外，涂层体系的性能不仅取决于配方/成份，而且还取决于工艺条件及涂层应用方法。例如，在涂层的质量和再现性方面，厚度均匀度和表面光洁度是至关重要的，这些均取决于涂层的应用方法和处理过程。此外，在确定最终涂层的结构/成份方面，包括紫外线(UV)/电子射线固化处理、温度/压力的变化以及多层涂层中各层的应用次序等在内的不同处理条件是极为重要的影响因素。另外，最终涂层的结构/成份还影响涂层的功能。因此，由于存在多种变化因素，使目前所开发的大部分可用工业涂层体系是偶然发现的反复试验过程的结果。
发明内容
因此，需要一种方法，来提高用于各种生产用途的功能涂层的产生及研究速度。因此，本发明提出了一种高产地形成及分析一组材料涂层的系统和方法。
形成一组材料涂层的系统的实施例包括基板，其包括具有多个预定区域的表面，其提供了多种材料对基板进行涂复。涉及多种材料的传送装置设置成可将多种材料中的每一种同时传送到基板表面。此外，控制器控制传送装置有选择地传送多种材料中的每一种，使基板的每个预定区域均具有预定的涂层。
形成一组材料涂层的方法的实施例包括有选择地将多种材料中的至少一种传送到具有多个预定区域的基板表面，以便在每个区域上形成预定涂层。在材料的选择传送中，多种材料中的每一种均设置成可同时传送到基板。
附图说明
图1是形成一组材料涂层的系统的示意图；
图2是图1所示系统所形成的涂层体系的示意图；
图3是传送装置源传送到基板表面的传送区中的气化材料包络面的示意图；
图4是传送装置源的垂直对中设置的传送区域上的厚度分布轮廓图；
图5是传送装置源的偏斜一定角度对中设置的传送区域上的厚度分布轮廓图；
图6是传送装置源的垂直不对中设置的传送区域上的厚度分布轮廓图；
图7是传送装置源的偏斜一定角度不对中设置的传送区域上的厚度分布轮廓图；
图8是具有两个相对传送源的组合涂复系统的实施例的侧视图；
图9是图8所示系统所形成的涂层体系的俯视图；
图10是三元组合涂复系统的实施例的透视图；
图11是图10所示系统所形成的涂层体系的俯视图；
图12是组合涂复系统的另一个实施例的示意图；
图13是可用于图12所示系统的具有多种图案的掩模的俯视图；
图14是在图12所示系统中采用图13所示掩模所形成的涂层体系的俯视图；以及
图15是显示气相沉积组合涂复系统的一个实施例的截面的侧视图。
具体实施方式
下面参照图1和2，形成一组构成了涂层体系的材料涂层的系统10包括传送装置12，将多种材料14中的一种或其组合传送到基板18的表面16，以便形成涂层20。基板表面16具有多个预定区域22，这些区域位于传送区24中，其中，传送区24最好位于系统10的固定位置。传送装置12和/或多种材料14设置成可将多种材料中的每一种同时或并行传送到传送区24中。控制器26控制多种材料14中每一种的选定、数量以及传送次序，使涂层20的成份可在基板表面16的每个区域22之间进行变化，以便形成涂层体系28。同样，多个预定区域22中的每一个均采用多个预定涂层30其中之一进行涂复。多个预定涂层30包括：多种材料14其中之一的单层涂层；多种材料组合的单层涂层；多层涂层，其每一层为多种材料其中之一；以及多层涂层，其每一层为多种材料的组合。另外，系统10包括与控制器26可进行连接的掩模32，允许将材料14传送到不同组合的多个预定区域22中，形成多个预定涂层30。系统10还可包括固化源34，在多种材料14传送给基板18或者涂复在基板上时，对其进行固化。此外，系统10还可包括测试装置36，对涂层基板或涂层体系28进行分析测试，以便确定各个预定涂层30的特性。掩模32可通过安装装置35来固定，安装装置可有选择地在系统10中移动掩模。同样，基板18可通过保持装置37来固定，可有选择地在系统10中移动基板。因此，本发明提供了用于形成和测试涂层体系的一种系统及方法，其中，涂层体系具有同时或并行传送到基板上的多种材料所形成的一组涂层。
传送装置12设计成可使多种材料14中的每一种同时或并行地从各种角度传送到传送区24中。这样，传送装置12经过设置或聚焦，使至少一部分传送材料到达传送区24，如下面将详细说明的。传送装置12可以是单个装置，或者可以是多个独立装置，每一个装置均对应于多种材料14其中之一。每个传送装置12的位置最好相对于传送区24以及相对于其它传送装置在系统10中固定。传送装置12最好是可将多种材料14中的每一种以气化或雾化形式送入传送区24。传送装置12的适当示例包括：任何类型的喷嘴或喷枪，如超声波、空气、热力；无气喷枪，如采用液压作动力；微波或射频(RF)传送装置，喷墨打印头；气相沉积装置，其包括溅射、热力/电子/激光气化、化学气相沉积(CVD)、分子束外延、等离子喷涂；以及离子束沉积。
多种材料14包括处于各种状态的，诸如固态、液态、气态，的无机材料和有机材料，以及气化/雾化材料。无机涂层的适当实例包括金属、合金、陶瓷、氧化物、氮化物以及硫化物。有机涂层的适当实例包括聚合、低聚合和小分子，其中，小分子是进行反应而形成涂层的各单体。聚合材料包括但并不限于聚碳酸脂、丙烯酸树脂、硅树脂、纤维素脂、聚酯、醇酸树脂、聚亚安酯以及乙烯基聚合物等。多种有机材料最好包括有机聚合材料，例如从具有保护或装饰功能的有机材料得到的“结构”材料，尤其是热塑性或热固性聚合物。多种无机材料最好是包括氧化物。此外，多种材料14最好是能够单独地或以组合形式进行气化或雾化，并涂复或沉积在基板上，其中，如果向基板传送了足够量的材料，气化/雾化材料聚集并形成连续涂层。另外，材料或材料组合可形成多层涂层，其中，涂层可以是多功能涂层，具有各层的预定功能共同显示出的整体功能。这些材料可进行组合，使多种有机材料或多种无机材料、或者有机和无机材料组合成为组合涂层。另外，通过提供这些材料的不同组合，应当确定材料的不同组合的相互作用和适应性。
涂层20是沉积在基板18上的一种材料或多种材料组合。这些材料可保持为独立的均质材料，或可进行反应、相互作用、扩散、混合或者结合，以便形成新的均质材料、混合体、复合物或掺合物。如上所述，涂层20可包括单层或多层。一般来说，涂层20在基板表面上的横向尺寸即测量长度远大于厚度，即垂直于基板表面的涂层尺寸。每层最好是薄膜层。涂层20的成份可有选择地以连续方式从一个预定区域22变化为另一个，从而形成一组涂层，其形成涂层体系28中的多个预定涂层30。该组涂层中的每一个均可根据其位置相互区分。此外，涂层组中的每一个可在相同条件下进行处理，并进行分析以确定有关功能或有用的特性，以及进行相互比较以确定其相对用途。
每个预定区域均为基板18上的固定区域，用于接收多种材料14其中之一或其组合，以便形成单层或多层涂层。每个预定区域22可具便于接收及分析所沉积涂层的任何形状，例如矩形、直线形、拱形、圆形、椭圆形及其组合。每个预定区域22通常具有大约0.01mm2至大约100cm2的范围，较适宜于大约1mm2至大约1cm2的范围，最好是大约10mm2至大约50mm2的范围。可使用其它面积，以及每个预定区域22的面积可由沉积及分析装置的能力以及由涂层体系的最佳密度来确定。
基板18是刚性或半刚性材料，适合于接收及支撑多种材料14中的至少一种。基板18具有至少一个基本为平面的表面16，其中包括多个预定区域22。不过，这个平面表面可具有凸出部分，在实体上分隔多个预定区域。基板18可具有任何大小及形状，但最好是圆盘形、板形或细长形状，例如带状或圆筒状。与传送区24对应的基板18的平面表面16通常具有的面积在大约1mm2至大约1m2的范围内，较适宜为大约50mm2至大约750cm2的范围，最好是大约1cm2至500cm2的范围。
基板18可通过保持装置37固定在系统10并位于传送区24中。保持装置37可活动地定位基板18。例如，对于细长带状的基板18，保持装置37包括可旋转的送带机构及收带机构，并可以与卷筒结合支承传送区24中带状基板。在另一个实例中，保持装置37可以是板状，基板放置并固定在其上，该板与控制该板相对传送区24位置的电动机或其它致动器类装置连接。这样，控制器26可控制保持装置37的移动，以便控制材料14将抵达的预定区域22。例如，控制器26可移动保持装置37，使多个预定区域22中预先确定的一些区域位于传送区24之外，从而不接收一种或多种材料14。
传送区24是系统10中固定位置上的区域。传送区24可具有任何形状或尺寸，并通常但不一定在形状和尺寸上对应于基板18的表面16上的多个预定区域22。然而，多个预定区域22可远大于或者远小于传送区24。传送区24的固定位置提供了已知的恒定地方，使系统10可传送多种材料14至基板18的表面16。
控制器26是一种计算机系统，具有输入、输出、存储器以及处理器，用于接收、发送、存储以及处理信号和数据，以便操作、监测、记录以及功能控制系统10的操作。控制器26是一种计算机系统，它包含：接口板，用于集成该系统的全部组件；以及移动控制器，用于控制掩模32和基板18的移动。控制器26可包括：键盘，用于输入数据和命令；视频显示器，用于显示信息；以及打印机，用于打印信息。控制器26可包括软件、硬件、固定件以及其它类似部件和电路，用于操作系统10。控制器26可以是单个装置，或者可以是共同工作的多个装置。控制器26最好是与系统10的其它所有组件进行连接，其中包括传送装置12、多种材料14、基板18、掩模32、固化源34、测试装置36、安装装置35以及保持装置37，以协调系统的操作。例如，控制器控制传送到基板的材料，同时记录组成各预定区域上的涂层的材料的确切组合。通过控制传送，控制器可控制一种或多种材料数量、材料的组合、喷射功率、涂复速度、喷射角度、传送装置和基板之间的间隔、掩模等。此外，控制器26还控制、使同步、使组合、记录传送的材料以及所传送材料的固化、涂层体系的测试、测试结果分析。
掩模32是一种材料，具有一种或多种开口区和阻挡区的图案，其中，开口区允许向基板18传送多种材料14，而阻挡区阻挡材料传送。图案可以具有任何形状。掩模32用来形成涂层体系28中材料的空间变化。例如，在二元掩模系统中，掩模包括多个依次排列的图案，可使传送在基板上交替改变的半区进行，这一点将在下面进行详细说明。掩模32可定位在多种材料14和基板18之间的任何地方，其中包括沿着材料的传送线路直接定位在基板顶面并与之接触。通过增加掩模32和基板18之间的间隔，会产生一种称作“盲区”的效应，在某些情况下，这是不希望存在的。在盲区中，传送给基板的材料图案与掩模的图案成比例，但大很多，因为掩模和基板之间的间隔允许所传送的图案在基板上扩展。掩模32可由刚性或半刚性材料形成，或者是在基板表面上形成的化学物质。掩模的材料最好可保证掩模尽量平面，并且抗弯和/或抗折。掩模材料的适当实例包括：刚性或非柔性材料的硅、氧化硅及玻璃；薄板、薄膜或箔片形式的半刚性或柔性材料的塑料、金属及合金；平板印刷聚丙烯酸酯(“PMMA”)及其它形成正、负化学掩模的化学材料。
掩模32可通过安装装置35固定在系统10并相对于传送区24定位。安装装置35可移动地定位掩模32。例如，对于有多个图案的细长半刚性材料形式的掩模32，安装装置35包括可旋转的送带机构及收带机构，可与卷筒结合并支承传送区24中带状基板。在另一个实例中，对于刚性材料的掩模32，安装装置35可以是一种平台或其它支撑结构，与控制平台及掩模相对传送区24位置的电动机或其它致动器类装置连接。通过掩模32的移动，允许一个图案或多个图案掩饰基板18上的不同预定区域22。这样，控制器26可控制安装装置35的移动，以便控制材料14将抵达的预定区域22。
固化源34是一种装置，可作用于多种材料14中的每一种，使其与一种材料或材料组合产生反应或使溶剂气化。例如，反应可以是聚合作用、交联反应、小分子反应、无机相位反应以及其它适合所传送材料的类似反应。固化源34的适当实例包括：作用于基板18的加热装置，作用于所传送材料或沉积材料的幅射装置；微波装置；等离子体装置；以及以上各项的组合。
测试装置36是用于分析基板18上的多个预定涂层30中每一个的性能的系统。测试装置36使整个涂层体系28处于相同的条件下，以便确定每个预定涂层30的相对性能。测试装置36与控制器26进行连接，以便编辑和分析测试数据。测试装置36的适当实例包括：厚度剖面测量系统，表面分析仪，紫外吸收测试仪，抗划伤测试仪，透气性测定仪以及其它测试涂层的结构、保护、装饰及其它功能的类似仪器。
下面参照图3，从传送装置12传送材料的源38传送包络面40中处于气化或雾化状态的多种材料14中的一种，包络面40最好是包含传送区24，以便获得覆盖整个传送区的涂层。源12是传送装置材料的排出点。例如，源12可以是喷嘴或喷枪。不过，在某些情况下可能不希望涂层覆盖整个传送区24。例如，当不对基板18的部分预定区域22进行涂复并且掩模32未用来防止向这些区域传送材料时，包络面40可以仅包含传送区24的一部分。包络面40可以具有任何方便的形状，其中包括：具有诸如圆、椭圆以及矩形之类各种截面的圆锥体；具有各种截面的半圆锥体；以及细线形状。包络面40的形状可通过传送区24的形状、基板18的表面16的形状、传送装置12、多个预定涂层30中每一个所希望的成份、预定区域22的形状及数量、源38的数量、传送给基板18的材料14的数量以及类似因素来确定。包络面40形状的控制可通过传送装置12中喷嘴的形状、与传送装置相连的空气罩，或通过与传送装置相连的具有一定形状的结构或装置来进行。
参照图3和4，在垂直对中设置41中，源38具有与传送区24的中心点44一致的用于传送材料的对中点42。源38设置成可沿具有中心线46的角度，基本上垂直于传送区24表面上中点44，传送材料14。参照图4，沿着图3所示设置，传送角度α与传送区的平面49基本垂直，传送的涂层的传送区的尺寸50(例如图3所示的横向尺寸)的截面厚度轮廓48一般具有2维高斯或正态分布。因此，厚度轮廓48的顶点52与中点44上的中心线46一致，同时，在中心线两侧具有两个相等的互成镜像的尾状部54。此外，定位源38的位置相对于传送区24(见图3)的平面49存在垂直间隔60，垂直间隔60影响厚度轮廓48的总宽度51，从而影响沿厚度轮廓分布的任何给定点上的涂层厚度。因此，在这种情况下，厚度轮廓48对中在传送区24的尺寸50，顶点52的厚度为最大，以及在离开中心线46的各方向上逐渐减少。
参照图5，在倾斜一定角度对中设置55中，源38具有用于传送材料14的对中点42，该点与传送区24的中点44一致。但是，源38设置成可使材料的中心线46具有传送角度α，该角度相对于传送区的平面49位于大约0度至大约90度之间。由于倾斜一个角度但又是对中传送，源38与中点44之间有一个水平间距53。水平间距53是与传送区的平面49平行的源38的平面上的一段与垂直对中设置位置的间隔距离。水平间距53、垂直间距60以及传送角度α均数学相关，并且可以变化以便将厚度轮廓48定位在传送区24中。在本实施例中，厚度轮廓48具有变形的高斯分布，具有接近源38的倾斜尾状部分56，以及离开这个源的细长的尾状端部58。细长的尾状端部58中一般是厚度轮廓48基本随尺寸50的长度线性变化的区域。因此，在这种情况下，厚度轮廓48在传送区24的尺寸50中变形，其中，厚度在接近具有倾斜尾状端部56的尺寸末端时为最大，以及在朝着对应于细长尾状端部58的尺寸边缘的方向上，厚度从顶点52开始不断减少。
参照图6，在垂直不对中设置57中，源38具有用于传送材料14的对中点42，位于传送区24的平面上沿尺寸50离开中点44偏距59之处。在这种情况下，中线46位于与传送区24的平面49基本垂直的传送角度α，偏距59基本等同源38与垂直对中设置位置(图4)的水平间隔。还要注意，传送装置的对中点可设置在传送区之内或者在传送区之外。因此，在这种情况下，厚度轮廓48在传送区24的尺寸50范围内偏移，顶点52的偏移位置处的厚度为最大，在离开中心线46的各方向上逐渐减少。
参照图7，在倾斜一定角度不对中设置61中，源38具有用于传送材料14的对中点42，位于沿尺寸50与中点44的偏距59之处，其中，中心线46具有相对传送区24平面49大约0度至大约90度之间的传送角度α。在这种情况下，由于传送角度α和对中42的偏置点，源38与垂直对中传送点的水平间隔53大于对中点与中点44的偏距59。因此，在这种情况下，与图5所示的设置相比，厚度轮廓48在传送区24的尺寸50中有更大的变形。
图4至7所示的每个设置中，厚度轮廓48在传送区24的平坦度将随源38的垂直间隔60而变化，平坦度会随着间隔的增加而提高。此外，厚度轮廓48的平坦度将在传送区24中随传送角度α、水平间隔53以及偏距59而变化，其中，越小的角度以及越大的水平间隔和偏距会提高平坦度。例如，参照图4，适当组合传送角度、水平间隔以及偏距，厚度轮廓48在传送区24的尺寸50中可基本上平坦。但对于较小的间隔，传送区24的尺寸50中的厚度轮廓48可逐渐从顶点52的最大厚度改变为传送区的尺寸边缘上的最小厚度。所希望的是具有基本恒定厚度的涂层体系，从而各相关预定区域22的多个预定涂层30的分析可以排除厚度变化，以便集中研究涂层成份的影响。操作中，通过校准各传送装置，使在传送区上存在线性厚度轮廓分布，实现基本恒定的厚度涂层体系。当使用多个传送装置时，厚度轮廓的相同部分最好是位于各传送装置的传送区内。因此，通过改变多种材料14中每一种的源38的垂直间隔60、传送角度α以及偏距59，本发明允许在基板18的多个预定区域30中形成涂层材料的成份、分层以及厚度方面具有实际上无限变化的涂层体系。
参照图8和9，在组合涂复系统62的实施例中，通过从源38同时沉积多种材料14中至少两种(A和B)，在基板18上形成连续变化的涂层体系。多个预定涂层30中每一个的相对厚度及成份可在材料A和B传送给基板18时根据其中每一种的厚度轮廓48(参见图4-7)的结果单独或共同连续变化。这种连续变化可以是线性或者是非线性的，取决于诸如传送角度α、与各源38相连的传送装置12(未显示)的喷射功率、单位时间所沉积的涂层速度或数量、输入传送装置的材料的输送速率及浓度、垂直间隔60、源38相对中点44的偏距59、各源38相对中点44的垂直间隔53、包络面40(未显示)的形状、单位面积的大气压力及功率、气相沉积中气体的压力和种类、以及其它类似因素等变量。每个变量均可单独变化或以组合形式进行变化，以便在各预定区域30中产生预定涂层。此外，尽管没有标明，掩模32可位于各源38和基板18之间，最好是与基板相邻或与其接触，以协助形成涂层体系。
另外，参照图8，传送角度α的值可在大约0°至90°之间的范围，较适合在大约15°至大约75°之间，最好是在大约30°至大约60°之间。垂直间隔60可在大约0cm至90cm之间变化，较适合在大约3cm至大约30cm之间变化，最好是在大约10cm至大约20cm之间变化。水平间隔53可在大约0cm至60cm之间变化，较适合在大约3cm至大约30cm之间变化，最好是在大约10cm至大约20cm之间变化。涂层厚度可在大约1纳米至大约1毫米之间变化，较适合在大约1微米至大约500微米之间变化，最好是在大约5微米至大约100微米之间变化。
参照图9，组合涂复系统62(图8)所产生的涂层体系64的一个实施例包括材料A和B的相对梯度，从材料A相邻源38的侧面开始越过涂层体系横向移动，材料A的范围连续地从大约100％变化至大约0％，材料B在大约0％至大约100％之间。根据以上所述的与向基板传送材料相关的变量的情况，涂层体系64可在基板上具有基本恒定的或变化的厚度。材料A和B的源最好是具有各自的对中点42，对中点42与传送区的中点44具有预定偏距53，使涂层体系的厚度在基板上基本恒定。此外，通过控制气化速率允许有足够的时间用于材料A和B扩散，可经过原处扩散/混合或经过A和B的反应来形成新的材料。另一种方法是，图8所示基板可以是活动的，例如进行旋转、纵向或横向移动，以便获得每个预定涂层30成份的多种变化。此外，源38依次输送新的不同材料，结合细长基板的横向移动，可产生沿基板纵向长度连续变化的涂层。另外，每个源38最好是位于与传送区的平面49基本平行但间隔垂直距离60的传送平面65中。但在另一个实施例，每个源38的垂直间隔60可单独变化，以便在传送区24中提供不同的厚度48。这样，系统62将多种材料中至少两种同时传送到基板上，获得具有至少两种材料梯度的连续变化的涂层。
参照图10-11，在类似于图8、9的另一个实施例中，三元组合涂复系统68提供连续的三元涂层体系70。多种材料14(图1)中的至少三种材料(A、B和C)可从源38同时或连续地传送。每个源38均位于基本相同的偏斜一定角度不对中设置61(图7)，如上所述。源38最好是围绕圆74有均匀地间隔，圆74的中心76与中点44位于相同的轴线78上。圆74的直径最好是大于传送区的直径。例如，圆74的直径最好是大约30cm，而传送区的直径则在大约10cm至大约15cm的范围之内。系统68所形成的涂层体系70可以是三种材料A、B、C中每一种的连续变化组合，近似于三元相图。影响如上所述的涂层体系64(图8-9)形成的相同变量同样作用于系统68的涂层体系70。例如，任何点的涂层体系70的相关成份是水平间隔53、偏距59、传送角度α、各种材料喷涂包络面40的形状、每个源的对中点42等因素的函数。此外，最佳间隔和角度与参照图8-9所作说明相同。在实际实施例中，三个喷枪同时对准，采用倾斜一定角度不对中设置61(见图7)，将三种不同材料的喷雾传送给基板。所有喷枪均位于与传送区平行且垂直间隔为大约15cm的传送平面。此外，各喷枪设置成具有大约45°的传送角α以及大约18cm的水平间隔53。基板基本上是硅晶片材料的圆盘，具有大约8cm的直径。每个预定区域的尺寸可形成具有66个预定涂层的涂层体系。涂层材料是混合有机颜料的异丙醇溶剂中含有2％聚甲乙基丙烯酸脂(PEMA)。在通过三元或三角掩模(未标出)进行沉积以及热固化之后，几分钟之内产生具有66个不同成份的三元涂层体系。涂层的厚度大约为2微米，以及涂层厚度与涂复时间成线性比例。
参照图12-14，在另一个实施例中，组合涂复体系72包括多个共同对准或同时对准的传送装置12，每个装置有固定位置，以便通过掩模32将多种材料14其中之一同时或依次传送给基板18。多个传送装置12中的每一个在与基板18的表面16相交的包络面40(图3)中产生雾化材料。每个源38最好是位于偏斜一定角度不对中设置61(图7)。每个传送装置12最好是围绕圆74均匀地进行间隔，其中，圆74的中心76与中点44位于相同的轴线78上。此外，每个传送装置12最好是具有水平间隔53(见图7)，水平间隔与中心76的径向距离小于中点44到传送区24边缘的距离。各传送装置12的对中点42(未标出)最好是对准离中点44有一个完全相等的偏距59(图7)，从而使各材料的厚度轮廓48(图7)的相同部分位于传送区24中。但并不要求每个传送装置12的对中点42与中点44偏离或具有相等偏距53。实际上，每个传送装置12可具有唯一的对中点42，即，可使中心线46(见图3)与表面16垂直或成一定角度，同时传送装置与中点44平行或径向间隔，只要所传送材料14的包络面40(图3)与传送区24至少有部分一致，因而与基板18的表面16一致。此外，传送装置12不需要围绕圆定位，可位于任何相对位置，只要在这个位置可以向传送区24的至少一部分并行或同时传送多种材料14。
掩模32最好是包括多个图案80(图13)，图案可移入或移出材料14的传送线路，以便控制具有不同材料的不同预定区域22(图2)的涂复，以形成涂层体系82(图13)。虽然图12中所示掩模与基板18隔开，但掩模最好是一种实体接触掩模，可接触或靠近基板以消除盲区。例如，参照图14，系统72可产生具有十六个预定涂层30的涂层体系82，其中采用了多种材料14中的四种(A、B、C以及D)并结合了掩模32的前四个图案80(图13)。
在系统72的操作实例中，各传送装置12是一种喷嘴，可将原始液体材料14雾化为细雾，并将其单独或与其它喷嘴/材料结合送往基板18，以便形成涂层。压缩空气、过热蒸汽或超声波可应用于液体材料来产生液体材料细雾。通过从多个喷雾器12传送材料14并结合系列地输送掩模图案及固化步骤(必要时)，在基板的预定区域22(图2)提供预定涂层30，可产生具有多个涂层的涂层体系82。例如，在寻求具有多功能特性的涂层、其中一个涂层或涂层组合提供至少一种功能特性的情况下，这会是合乎需要的。这个不应解释为限制性的特例中，八个不同液体涂层(A-H)被送给八个单独控制的喷枪。例如，适合的液体涂层材料包括聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、乙烯基聚合物、硅树脂以及硅胶等。再如，适合的喷枪包括SonoTech公司制造的产品。如果材料要求固化，固化源34(图1)的适当实例包括电热板和紫外线灯，能够以大约80至大约200的温度固化材料，最好是采用大约100至大约150的温度，时长大约为10分钟至大约10小时，最好是大约1小时至大约4小时。这样，可通过将不同掩模图案与不同原始液体材料组合，或者通过材料的无掩模“连续相扩展”，充分利用从各喷嘴传送的原始液体材料的间隔及数量的变化来形成涂层体系，从而以并行方式形成具有多个预定多层涂层的涂层体系。
参照图15，在另一个实施例中，气相沉积组合涂层体系90包括多个传送装置12，其中的每一个均为共同对准或同时对准，以便将多种固体材料14其中之一同时或依次传送给位于沉积壳体94中的移动台92上的基板18。为了承受气相沉积的高温，基板包括耐高温材料，例如氧化镁或镧铝酸盐(LaAIO3)。沉积壳体94可密封，以便在其内表面形成真空室96。在这种情况下，传送装置12是气相沉积装置，例如由RF电源供电的溅射喷枪，最好是与最佳输出匹配。移动台92支持已知位置上的基板，其中，该移动台可进行垂直、旋转或直线调整，以便将基板定位在传送区内。定位于传送装置和基板18之间的是具有一组不同图案80的掩模32。掩模32最好是在气相沉积过程中基本上与基板18接触，使“盲区效应”为最小。掩模32可移动地定位在掩模壳体100的真空室98中。掩模壳体100以某种方式与主壳体94连接，以保持真空室96及98的气压。此外，掩模壳体100包括齿轮箱102和测微计104，分别用于移动及测量掩模图案80相对于基板18的位置。
另外，系统90可选地包括具有一个或多个孔108的活门106来选择一种或多种材料同时或依次传送，并防止材料的混杂。活门106可移动地连接转动体110，后者转动活门及孔108来选择待气化的固体材料14，掩模图案80随线性移动真空输入装置而变化真空度。采用诸如石英晶体振荡器之类的厚度监测装置112来监测材料14的沉积数量。通过不同图案的掩模来对不同原始固体材料进行气相沉积，可在一天中形成具有超过100个不同涂层成份/层结构的基板，而不需要中断真空来改变固体材料和/或掩模图案。
真空室96和98中的真空气压通过连接涡轮分子泵116的增压泵站114来保持。例如，增压泵站114可提供大约10-3托的真空，涡轮分子泵116则可提供10-6托的真空。泵114和116通过闸阀118与真空室96进行连接。
例如，这个系统90可产生任何陶瓷、金属和/或半导体材料的涂层体系，同时具有以纳米为单位进行测量的表面光洁度及厚度精度。除上述真空溅射装置之外，其它适合的传送装置12包括激光烧蚀、电子束气化、CVD等，它们可与掩模系统配合用于产生无机涂层体系。为了形成有机涂层体系，可建立与掩模系统连接的共同对准多源热气化装置。同样的系统也可用来形成用于有机发光二极管(“LED”)器件的小分子体系。
显然，根据本发明提供了一种组合涂复系统及方法。虽然结合最佳实施例对本发明进行了具体说明，但应当知道，本领域的技术人员可进行各种变更和修改，而未脱离本发明的范围。此外还要知道，本文所述的定位传送装置以及传送材料形成涂复厚度轮廓的原理在可行的情况下同样适用于全部实施例。

Claims (46)

1.一种系统(10)，用于形成一组材料涂层，包括：
基板(18)，包括具有多个预定区域(22)的表面(16)；
多种材料(14)，用于对所述基板进行涂复；
涉及多种材料的传送装置(12)，其中，所述传送装置设置成可将所述多种材料中的每一种同时传送到所述基板的所述表面；以及
控制器(26)，控制所述传送装置有选择地传送所述多种材料中的每一种，使所述基板的所述每个预定区域均具有预定涂层(30)。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传送装置还包括多个源(38)，每个所述源均用于传送所述多种材料其中之一，每个所述源均在所述系统中具有不同的固定位置。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，与所述多个区域中至少一个相关的预定涂层包括多层的薄膜涂层。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括掩模(32)，所述掩模具有多个图案，位于所述基板的表面附近，其中，所述多个图案中的每一个均可位于所述基板之上，以及所述多个图案中的每一个都是唯一的，允许向所述基板的不同组合的所述多个预定区域传送所述材料。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自金属、合金、陶瓷、氧化物、氮化物以及硫化物所组成一组材料。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自聚合材料、低聚材料、小分子、热塑性聚合物以及热固性聚合物所组成的一组材料。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传送装置还包括气相沉积装置。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述传送装置还包括：
活门，具有与所述多种材料中的每一种相对应的多个位置，其中，所述控制器可控制所述活门的位置，有选择地使所述多种材料中至少一种到达所述基板的表面。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传送装置还包括：
多个喷涂装置，与所述多种材料对应，其中，所述多种材料中的每一个均可通过对应的一个喷涂装置进行气化。
10.如权利要求1所述的系统，基特征在于，还包括：
掩模，具有多个掩模图案；以及
活动的安装装置(35)，可与所述控制器连接，并且具有固定掩模的安装架，其中，所述控制器控制所述安装装置的移动，以便将所述多个掩模图案其中之一定位在所述基板上，并向所述基板传送所述多种材料中的至少一种。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括活动的保持装置(37)，可与所述控制器连接，并具有固定机构来支撑所述基板，所述控制器控制所述保持装置的移动速度，以便将所述基板的至少一部分定位在传送区中，以接收所述多种材料中的至少一种。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述保持装置以基本恒定的速率移动。
13.一种系统(10)，用于形成一组材料涂层，包括：
传送区(24)，固定在所述系统中；
基板(18)，包括具有多个预定区域(22)的表面(16)，所述基板的表面可定位在所述传送区中；
多种材料(14)，用于对所述基板进行涂复；
涉及所述多种材料的传送装置(12)，其中，所述传送装置设置成可将所述多种材料中的每一种从不同的固定位置同时传送到所述传送区；以及
控制器(26)，控制所述传送装置有选择地将所述多种材料中至少一种传送到所述传送区，使所述基板的所述各预定区域均具有所述多种材料中至少一种的预定涂层(30)。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，与所述多个区域中至少一个相关的所述预定涂层包括多层的薄膜涂层。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括掩模，所述掩模具有多个图案，位于所述多种材料和所述基板的表面之间的所述传送区附近，所述每个图案均可定位在所述传送区中，以及所述每个图案都是唯一的，允许向所述基板的不同组合的所述多个预定区域传送所述材料。
16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自金属、合金、陶瓷、氧化物、氮化物以及硫化物所组成的一组材料。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述传送装置还包括气相沉积装置。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述传送装置还包括：
活门，具有与对所述多种材料中每一种相对应的多个位置，其中，所述控制器控制所述活门的位置，以便有选择地使所述多种材料中至少一种到达所述传送区。
19.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自聚合材料、低聚材料、小分子、热塑性聚合物以及热固性聚合物所组成的一组材料。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述传送装置还包括：
多个喷涂装置，其与所述多种材料对应，所述多种材料中的每一种均可通过对应的一个喷涂装置进行气化。
21.如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括活动的安装装置(35)，可与所述控制器连接，并且具有固定掩模的安装架，所述控制器控制所述安装装置的移动，以便将所述多个图案其中之一定位在所述传送区上，并向所述传送区传送所述多种材料中的至少一种。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述系统还包括活动保持装置(37)，可与所述控制器连接，并具有固定机构来支撑所述基板，所述控制器控制所述保持装置的移动速度，以便将所述基板的至少一部分定位在所述传送区中，并向所述传送区传送所述多种材料中的至少一种。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述保持装置以基本恒定的速率移动。
24.一种方法，用于形成一组材料涂层，包括：
提供基板(18)，其包括具有多个预定区域(22)的表面(16)；以及
有选择地将多种材料(14)中至少一种传送到所述基板的表面，以便在所述基板的每个所述预定区域上形成预定涂层(30)，其中，所述多种材料中的每一种设置成可同时向所述基板传送。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，有选择地传送所述多种材料中至少一种还包括从不同的固定位置传送所述各种材料。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述预定涂层包括薄膜涂层。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述预定涂层包括多层的薄膜涂层。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述掩模(32)定位在所述基板的表面和所述至少一种所传送材料之间。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，定位所述掩模还包括有选择地将多个掩模图案其中之一定位在所述基板的表面和所述至少一种所传送材料之间。
30.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自金属、合金、陶瓷、氧化物、氮化物以及硫化物所组成的一组材料。
31.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自聚合材料、低聚材料、小分子、热塑性聚合物以及热固性聚合物所组成的一组材料。
32.如权利要求24所述的方法，其特征在于，有选择地传送所述多种材料中至少一种还包括气化所述材料。
33.如权利要求24所述的方法，其特征在于，有选择地传送所述多种材料中至少一种还包括将小孔定位在所选材料和所述基板之间的活门中。
34.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括向所述基板传送所述多种材料中至少一种的过程中移动所述基板。
35.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将掩模的多个图案中的一个定位在所选材料和所述基板之间。
36.一种方法，用于形成一组材料涂层，包括：
定位基板(18)，其包含具有多个预定区域(22)的表面(16)，使所述基板的表面位于所述传送区(24)中，其中，所述传送区是固定的；以及
有选择地将多种材料(14)中至少一种从不同的固定位置传送到所述传送区，以便在所述基板的所述各个预定区域上形成所述多种材料中至少一种的预定涂层(30)。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述预定涂层包括薄膜涂层。
38.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述预定涂层包括多层的薄膜涂层。
39.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述掩模(32)定位在所述基板的表面和所述至少一种传送材料之间。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，定位所述掩模还包括有选择地将多个掩模图案其中之一定位在所述基板的表面和所述至少一种传送材料之间。
41.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自金属、合金、陶瓷、氧化物、氮化物以及硫化物所组成的一组材料。
42.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述多种材料中的每一种均选自聚合材料、低聚材料、小分子、热塑性聚合物以及热固性聚合物所组成的一组材料。
43.如权利要求36所述的方法，其特征在于，有选择地传送所述多种材料中至少一种还包括气化所述材料。
44.如权利要求36所述的方法，其特征在于，有选择地传送所述多种材料中至少一种还包括将小孔定位在所选材料和所述基板之间的活门中。
45.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述方法还包括向所述基板传送所述多种材料中至少一种的过程中移动所述基板。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将掩模的多个图案其中之一定位在所选材料和所述基板之间。
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