TW201925500A - 用以塗佈撓性基板的沉積設備、塗佈撓性基板之方法及具有塗佈之撓性基板 - Google Patents

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Abstract

一種用以塗佈撓性基板(10)之沉積設備(100)。沉積設備包含容納儲存捲軸(112)的第一捲軸腔室(110)、配置於第一捲軸腔室(110)之下游的沉積腔室(120)、以及配置於沉積腔室(120)之下游且容納捲繞捲軸(152)的第二捲軸腔室(150)，儲存捲軸用以提供撓性基板(10)，捲繞捲軸(152)用以在沉積後使撓性基板(10)捲繞於其上。沉積腔室(120)包含用以導引撓性基板經過複數個沉積單元(121)之塗佈鼓(122)，複數個沉積單元(121)包含具有石墨靶(125)的至少一沉積單元(124)。塗佈鼓連接至用以施加電位至塗佈鼓的裝置(140)。

Description

用以塗佈撓性基板的沉積設備、塗佈撓性基板之方法及具有塗佈之撓性基板
本揭露之實施例是有關於薄膜沉積設備與方法，特別有關於以薄層塗佈撓性基板之設備與方法。尤其，本揭露之實施例是有關於捲對捲(roll-to-roll, R2R)沉積設備與用以塗佈撓性基板之塗佈方法。更具體地，本揭露之實施例是有關於以層堆疊塗佈撓性基板的設備與方法，例如用於薄膜太陽能電池生產、薄膜電池生產與可撓式顯示器生產。
撓性基板(例如塑膠膜或箔)之處理在封裝工業、半導體工業與其他工業中的需求量很大。處理可由以材料，例如金屬、半導體及介電材料，塗佈撓性基板、蝕刻與因應個別應用的其他施行於基板上之處理措施所組成。進行此任務的系統通常包含塗佈鼓，例如圓柱滾軸，塗佈鼓耦接至具有用以運輸基板的滾軸組件之處理系統，至少一部分基板塗佈於塗佈鼓上。
例如，塗佈處理例如化學氣相沉積(CVD)處理或物理氣相沉積(PVD)處理，特別是濺鍍處理，可用以沉積薄層至撓性基板上。捲對捲沉積設備理解為撓性基板具有相當大的長度，例如1公里或更多，從儲存捲軸展開，以薄層堆疊塗佈，且再度重繞至捲繞捲軸上。尤其，薄膜電池之製造、顯示器工業與光伏(photovoltaic)工業對捲對捲沉積系統有高度興趣。例如，可撓式觸控面板元件、可撓式顯示器與可撓式光伏模組之需求增加使得在捲對捲塗佈機中沉積合適的層之需求增加。
另外，持續需要改良的塗佈撓性基板之塗佈設備及改良的塗佈撓性基板之方法，且可生產出高品質的層與高品質的層堆疊系統。對於層或層堆疊系統之改良，例如是具有改良的均勻性、改良的產品生命週期與每一表面面積上的缺陷數量較低。
鑒於以上，相較於傳統的設備與方法，提供用以塗佈撓性基板的沉積設備還有塗佈撓性基板之方法，且可連同提供改良的層與層堆疊系統。
鑒於以上，根據獨立項提供用以塗佈撓性基板的沉積設備還有塗佈撓性基板之方法。根據附屬項、說明書和所附圖式，本揭露的其他方面、益處和特徵是顯而易見的。
根據本揭露之一方面，提供一用以塗佈撓性基板的沉積設備。沉積設備包含：一用以容納用來提供撓性基板之儲存捲軸的第一捲軸腔室、一沉積腔室配置於第一捲軸腔室之下游、及一第二捲軸腔室配置於沉積腔室之下游，且第二捲軸腔室用以容納捲繞捲軸，捲繞捲軸用以在沉積後使撓性基板捲繞於其上。沉積腔室包含用以導引撓性基板經過複數個沉積單元之塗佈鼓，複數個沉積單元包含具有石墨靶的至少一沉積單元，塗佈鼓連接至用以施加電位至塗佈鼓的裝置。
根據本揭露之其他方面，提供一種以層堆疊塗佈撓性基板的沉積設備，層堆疊包含類金剛石碳(diamond like carbon)層。沉積設備包含：一用以容納用來提供撓性基板之儲存捲軸的第一捲軸腔室、一沉積腔室配置於第一捲軸腔室之下游、及一第二捲軸腔室配置於沉積腔室之下游，且第二捲軸腔室用以容納捲繞捲軸，捲繞捲軸用以在沉積後使該撓性基板捲繞於其上。沉積腔室包含用以導引撓性基板經過複數個沉積單元之塗佈鼓，複數個沉積單元包含具有石墨靶的至少一沉積單元。塗佈鼓裝配以提供電位至塗佈鼓之基板導引表面，電位係為具有1千赫(kHz)至100千赫的頻率之中頻(middle frequency)電位。
根據本揭露之另一方面，提供以碳層塗佈撓性基板的方法。此方法包含：使撓性基板從提供於第一捲軸腔室內的儲存捲軸退捲；使用提供於沉積腔室內的塗佈鼓導引撓性基板，同時沉積碳層於撓性基板上；施加電位至塗佈鼓；以及沉積後，使撓性基板捲繞至提供於第二捲軸腔室內的捲繞捲軸上。
根據本揭露之其他方面，提供將以此處描述的實施例之方法生產的具有一或多層之塗佈的撓性基板。
實施例亦指向用以執行所揭露的方法之設備，且包含用以進行每個所述方法方面的設備部件。這些方法方面可能藉由硬體元件、由適當軟體程式化之電腦、兩者之任意組合或任意其他方法來施行。再者，根據本揭露之實施例亦指向用以操控所述設備之方法。用以操控所述設備之方法包含用以執行該設備每個功能之方法方面。
現在將詳細說明本揭露之各種實施例，其一或多個舉例描繪於圖式中。以下對圖式之敘述中，相同的元件符號代表相同元件。僅描述個別實施例之差異處。提供的每個舉例用以解釋本揭露，且並不為本揭露之侷限。進一步地，所描繪或敘述而做為一實施例之部分之特徵可用於其他實施例或與其他實施例結合，以再產生一另外的實施例。本說明意欲包含此些調整及變動。
請示例性參照第1圖，係根據本揭露描述一種用以塗佈撓性基板10的沉積設備100。根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，沉積設備100包含用以容納儲存捲軸112的第一捲軸腔室110，儲存捲軸112用來提供撓性基板10。進一步地，沉積設備100包含沉積腔室120，配置於第一捲軸腔室110之下游。此外，沉積設備100包含第二捲軸腔室150配置於沉積腔室120之下游，且第二捲軸腔室150用以容納捲繞捲軸152，捲繞捲軸152用以在沉積後使撓性基板10捲繞於其上。沉積腔室120包含用以導引撓性基板經過複數個沉積單元121之塗佈鼓122。複數個沉積單元121包含具有石墨靶125的至少一沉積單元124。進一步地，如第1圖所示，塗佈鼓連接至用以施加電位至塗佈鼓的裝置140。
因此，相較於傳統的沉積設備，如此處描述之沉積設備的實施例係為改良的。尤其，沉積設備有益於以碳層塗佈撓性基板。更具體來說，沉積設備有益於以具有一或多碳層之層堆疊塗佈撓性基板。進一步地，提供塗佈鼓一電位具有使電子或離子，例如從提供於沉積腔室內的電漿，加速朝向塗佈鼓且撞擊沉積於基板上的層之益處。換言之，如此處描述之沉積設備的實施例裝配以提供離子轟擊(ion bombardment)或電子轟擊(electron bombardment)至沉積於基板上的層，此有益於使沉積的層可緻密化(densified)。已經發現藉由離子轟擊和/或電子轟擊來緻密化沉積的碳層有益於形成類金剛石碳(DLC)層。因此，如此處描述之沉積設備的實施例具有使包含一或多DLC層的層堆疊可沉積於撓性基板上之益處。
在本揭露中，「沉積設備」可理解為裝配以沉積材料於基板上的設備，特別是於撓性基板上。尤其，沉積設備係為捲對捲(R2R)沉積，裝配以用層堆疊塗佈撓性基板。更具體來說，沉積設備可為具有至少一真空腔室的真空沉積設備，特別是真空沉積腔室。例如，沉積設備可能針對一500公尺(m)或更多、1000公尺或更多或數公里(kilometers)的基板長度來裝配。基板寬度可為300毫米(mm)或更多，特別是500毫米或更多，更特別是1公尺或更多。進一步地，基板寬度可為3公尺或更少，特別是2公尺或更少。
在本揭露中，「撓性基板」可理解為可彎曲(bendable)的基板。例如，「撓性基板」可為「箔(foil)」或「網(web)」。本揭露中的詞「撓性基板」與詞「基板」可作為同義詞使用。例如，如此處描述之撓性基板可包含材料例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、硬化聚對苯二甲酸乙二酯(HC-PET)、聚乙烯(PE)、聚醯亞胺(PI)、聚胺甲酸酯(PU)、三醋酸纖維素(TaC)、延伸聚丙烯(OPP)、無延伸聚丙烯(CPP)、一或多種金屬、紙張、其組合及已經塗佈的基板例如硬化塗佈之聚對苯二甲酸乙二酯(Hard Coated PET) (例如硬化聚對苯二甲酸乙二酯(HC-PET)、硬化三醋酸纖維素(HC-TaC))等等。在一些實施例中，撓性基板係為環烯烴聚合物(COP)基板，配有折射率匹配(index matched, IM)層於其兩側。例如，基板厚度可為20微米(µm)或更多且1毫米或更少．特別是從50微米至200微米。
在本揭露中，「沉積腔室」可理解為具有至少一用以沉積材料於基板上的沉積單元之腔室。尤其，沉積腔室可為真空腔室，例如真空沉積腔室。此處使用的詞「真空」可意義上理解為具有小於例如10毫巴(mbar)之真空壓力的技術上的真空。典型地，此處描述之真空腔室內的壓力可能介於10−5 毫巴和約10−8 毫巴之間，更典型係為介於10−5 毫巴和10−7 毫巴之間，且更加典型係為介於約10−6 毫巴和約10−7 毫巴之間。
在本揭露中，「沉積單元」可理解為一單元或裝置裝配以沉積材料於基板上。例如，如此處所述，沉積單元可能為濺鍍沉積單元。然而，此處描述之沉積設備不侷限於濺鍍沉積，且可能額外使用其他沉積單元。例如，在一些實施例中，可利用數個化學氣相沉積沉積單元、數個蒸鍍沉積單元、數個電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)沉積單元或其他沉積單元。
在本揭露中，「塗佈鼓」可理解為具有用以接觸撓性基板的基板支撐表面之鼓或滾軸。尤其，塗佈鼓可為繞一旋轉軸可旋轉的且可能包含基板導引區域。典型地，基板導引區域係為塗佈鼓之彎曲的基板支撐表面，例如圓柱對稱性(cylindrically symmetric)表面。在沉積設備操作期間，塗佈鼓之彎曲的基板支撐表面可能適合用來(至少部分)接觸撓性基板。
在本揭露中，「用以施加電位之裝置」可理解為一裝置裝配以施加電位至塗佈鼓，特別是施加電位至塗佈鼓之基板支撐表面。尤其，如此處描述之用以施加電位之裝置可裝配以提供中頻(middle frequency, MF)電位。例如，中頻電位可為1千赫至100千赫。在本揭露中，「用以施加電位之裝置」亦可能代表「電位應用裝置」或「充電裝置」。在本揭露中，語句「用以施加電位之裝置」、「電位應用裝置」與「充電裝置」可能作為同義語使用。典型地，電位應用裝置透過物理接觸連接至塗佈鼓，例如透過電接點(electrical contact)。因此，電接點可提供於電位應用裝置與塗佈鼓之間。例如，電接點可為電滑動接點或電刷接點。根據其他示例，電接點可為插頭。因此，如此處描述之用以施加電位至塗佈鼓之裝置可理解為充電裝置裝配以提供電位至塗佈鼓。
如此處使用的詞「上游」「下游」可能代表個別腔室或個別元件沿著基板運輸路徑相對於其他腔室或元件的位置。例如，在操作期間，基板透過滾軸組件從第一捲軸腔室110沿著基板運輸路徑被導引通過沉積腔室120且接著被導引至第二捲軸腔室150。因此，沉積腔室120配置於第一捲軸腔室110之下游，且第一捲軸腔室110配置於沉積腔室120之上游。在操作期間，當基板先被第一滾軸或第一元件導引或基板先運輸經過第一滾軸或第一元件，且接著基板被第二滾軸或第二元件導引或基板運輸經過第二滾軸或第二元件時，第二滾軸或第二元件配置於第一滾軸或第一元件的下游。
根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，用以施加電位至塗佈鼓122之裝置140係裝配以施加具有中頻之電位，特別是1千赫至100千赫的頻率。換言之，電位應用裝置提供之電位可為具有1千赫至100千赫的一頻率的電位。尤其，中頻電位可理解為電位在選自1千赫至100千赫範圍內的頻率上具有交替的極性。已經發現施加中頻電位至塗佈鼓具有可實質上避免或甚至排除使基板充電的優點，特別是沉積於基板上的層。因此，更高品質的層(例如更高的均勻性、更少的缺陷等等)可沉積於基板上，同時有益於使這些層，例如一或多碳層，可被緻密化(densified)。
根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，至少一沉積單元124係為直流電濺鍍沉積單元。或者，此至少一沉積單元124可為脈衝直流電濺鍍沉積單元。如第1圖與第2圖所示，至少一沉積單元124的石墨靶125可為平面靶。或者至少一沉積單元124的石墨靶125可為可旋轉靶。請示例性參照第4圖、第5圖與第6圖，描述沉積單元之數個可能的實施例，這些實施例可能用於複數個沉積單元121，還可能用於如此處描述之具有石墨靶125的至少一沉積單元124。因此，第1圖、第2圖與第3圖中具有平面石墨靶的至少一沉積單元124之示意圖係為可選地，其至少一沉積單元124可裝配如第4圖、第5圖與第6圖所示例性繪示。
請示例性參照第1圖與第2圖，應理解的是，沉積設備100典型地裝配以使撓性基板10可沿著基板運輸路徑自第一捲軸腔室110導引至第二捲軸腔室150，其中基板運輸路徑可穿過沉積腔室120。撓性基板可於沉積腔室120內以層堆疊塗佈。包含複數個滾筒(rolls)或滾軸之滾軸組件可提供以沿著基板運輸路徑運輸基板，其中滾軸組件之二或更多滾軸、五或更多滾軸或十或更多滾軸可配置於儲存捲軸與捲繞捲軸之間。
根據可與此處描述之任意其他實施例結合的一些實施例，設備更包含滾軸組件，裝配以沿著部分凸面與部分凹面的基板運輸路徑從第一捲軸腔室運輸撓性基板至第二捲軸腔室。換言之，基板運輸路徑可為部分向右彎曲且部分向左彎曲，使得一些導引滾軸接觸撓性基板之第一主要表面，且一些導引滾軸接觸撓性基板之相對於第一主要表面的第二主要表面。
例如，第2圖中的第一導引滾軸107接觸撓性基板的第二主要表面且撓性基板係為向左彎，同時被第一導引滾軸107所導引(基板運輸路徑之「凸面」部分)。第2圖中的第二導引滾軸108接觸撓性基板的第一主要表面且撓性基板係為向右彎，同時被第二導引滾軸108所導引(基板運輸路徑之「凹面」部分)。因此，可有益於提供緊密的沉積設備。
根據一些實施例，沉積設備之一些腔室或所有腔室可裝配為可抽空的真空腔室。例如，沉積設備可包含在第一捲軸腔室110與/或沉積腔室120與/或第二捲軸腔室150中產生或維持真空的元件與器材。尤其，沉積設備可包含用以在第一捲軸腔室110與/或沉積腔室120與/或第二捲軸腔室150中產生或維持真空的真空泵、排空管、真空密封墊等等。
如第1圖與第2圖所示，第一捲軸腔室110典型地裝配以容納儲存捲軸112，其中儲存捲軸112可提供為有撓性基板10捲繞其上。在操作期間，撓性基板10可自儲存捲軸112退捲且沿著基板運輸路徑(第1圖與第2圖中以箭頭指出)運輸。此處使用的詞「儲存捲軸」可理解為滾筒，將被塗佈的撓性基板儲存於滾筒上。因此，此處使用的詞「捲繞捲軸」可理解為適用於接收已塗佈之撓性基板的滾筒。詞「儲存捲軸」亦可代表此處的「供應滾筒」，且詞「捲繞捲軸」亦可代表此處的「捲取滾筒」。
請示例性參照第2圖，根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，密封裝置105可提供於相鄰的腔室之間，例如介於第一捲軸腔室110與沉積腔室120之間，且/或介於沉積腔室120與第二捲軸腔室150之間。因此，捲繞腔室(即第一捲軸腔室110與第二捲軸腔室150)可獨立排氣或抽空，尤其是獨立於沉積腔室。密封裝置105可包含可充氣的密封墊裝配以使基板貼緊扁平的密封表面。
如第2圖所示，塗佈鼓122典型地裝配以導引撓性基板10經過複數個沉積單元，例如經過第一沉積單元121A、第二沉積單元121B與第三沉積單元121C。例如，如第2圖所示，第一沉積單元121A與第三沉積單元121C可為交流電濺鍍源，更加詳細的繪示請參照第4圖。第二沉積單元121B可為具有石墨靶125的至少一沉積單元124。
如第2圖中以箭頭示例性指出之處，塗佈鼓122典型地係為繞一旋轉軸123可旋轉的。尤其，塗佈鼓可被主動驅動。換言之，可提供一驅動以旋轉塗佈鼓。塗佈鼓可包含用以接觸撓性基板10之彎曲的基板支撐表面，例如塗佈鼓122之外表面。尤其，彎曲的基板支撐表面可為導電的，以提供如此處描述之電位。例如，基板支撐表面可包含導電材料或以導電材料製成，例如金屬材料。
因此，在藉由塗佈鼓導引撓性基板經過複數個沉積單元的期間，撓性基板可直接接觸塗佈鼓之基板支撐表面。例如，複數個沉積單元中的數個沉積單元可配置於圍繞塗佈鼓122的週長方向(circumferential direction)，如第1圖、第2圖與第3圖所示。當塗佈鼓122旋轉，撓性基板被導引經過數個沉積單元，數個沉積單元朝向塗佈鼓之彎曲的基板支撐表面，以使撓性基板之第一主要表面可被塗佈，同時以預定速度移動經過數個沉積單元。
因此，在操作期間，基板被導引至塗佈鼓之彎曲的基板支撐表面上的基板導引區域上。基板導引區域可定義為塗佈鼓之角度範圍，在操作塗佈鼓的期間基板於此角度範圍接觸彎曲的基板支撐表面，且可能對應於塗佈鼓之交錯角。在一些實施例中，塗佈鼓之交錯角可為120°或更多，特別是180°或更多，或甚至270°或更多，如第2圖所示。在一些實施例中，塗佈鼓之最上部可於操作期間接觸撓性基板，其中塗佈鼓之交錯區域可涵蓋至少塗佈鼓之整個下半部。在一些實施例中，塗佈鼓可與撓性基板以實質對稱的方式交錯。
根據可與此處描述之其他實施例結合的一些實施例，塗佈鼓122可典型地具有0.1公尺(m)至4公尺的範圍內的一寬度，更典型係為0.5公尺至2公尺，例如約1.4公尺。塗佈鼓之直徑可大於1公尺，例如介於1.5公尺和2.5公尺之間。
在一些實施例中，滾軸組件之一或多個滾軸，例如導引滾軸，可能配置於儲存捲軸112與塗佈鼓122之間，且/或配置於塗佈鼓122的下游。例如，在第1圖所示的實施例中，二個導引滾軸提供於儲存捲軸112與塗佈鼓122之間，其中至少一導引滾軸可配置於第一捲軸腔室且至少一導引滾軸可配置於沉積腔室與塗佈鼓122的上游。在一些實施例中，三、四、五或更多個，特別是八或更多個導引滾軸提供於儲存捲軸與塗佈鼓之間。導引滾軸可為主動或被動滾軸。
此處使用之「主動」滾軸或滾筒可理解為配有驅動或電動機的滾軸，驅動或電動機用以主動地移動或轉動個別滾軸。例如，可調整主動滾軸以提供預定的扭矩或預定的旋轉速度。典型地，儲存捲軸112與捲繞捲軸152可提供為主動滾軸。在一些實施例中．塗佈鼓可裝配為主動滾軸。進一步地，主動滾軸可裝配為基板拉伸滾軸，基板拉伸滾軸裝配以在操作期間用預定的拉伸力拉伸基板。此處描述之被動滾軸可理解為滾軸或滾筒未配有用以主動地移動或轉動被動滾軸之驅動。被動滾軸可藉由撓性基板在操作期間直接接觸外滾軸表面之摩擦力(frictional force)來旋轉。
如第2圖所示，一或多個導引滾軸113可配置於塗佈鼓122之下游與第二捲軸腔室150之上游。例如，至少一導引滾軸可配置於沉積腔室120中與塗佈鼓122之下游，至少一導引滾軸用以導引撓性基板10朝向配置於沉積腔室120下游之真空腔室，例如第二捲軸腔室150，或者至少一導引滾軸可配置於第二捲軸腔室150中與塗佈鼓122之上游，用以在實質正切於塗佈鼓之基板支撐表面的方向導引撓性基板，以流暢地將撓性基板導引至捲繞捲軸152上。
第3圖繪示可能用於此處描述之一些實施例中的沉積腔室的部分放大示意圖。根據可與此處描述之其他實施例結合的一些實施例，氣體分離單元510可提供於二個相鄰的沉積單元之間，以減少從一沉積單元至其他沉積單元的處理氣體流量，例如於操作期間個別流至相鄰的沉積單元。氣體分離單元510可裝配為氣體分離壁，使沉積腔室的內體積分隔為複數個單獨隔間，其中每個隔間可包含一沉積單元。一沉積單元可個別配置於二個鄰近的氣體分離單元。換言之，數個沉積單元可藉由氣體分離單元510來個別分離。因此，可有益地提供鄰近的隔間/沉積單元之間的高度氣體分離。
根據可與此處描述之其他實施例結合的一些實施例，每一個容納一個別沉積單元的隔間可獨立於容納其他沉積單元的其他隔間被抽空，使得單一沉積單元的沉積狀態可視情況設定。藉由相鄰的沉積單元可沉積不同材料於撓性基板上，相鄰的沉積單元可藉由氣體分離單元加以分離。
根據可與此處描述之其他實施例結合的一些實施例，氣體分離單元510可裝配以調整介於個別氣體分離單元與個別塗佈鼓之間的狹縫511之一寬度。根據一些實施例，氣體分離單元510可包含致動器，致動器裝配以調整狹縫511之寬度。為了減少相鄰的沉積單元之間的氣流，以及為了增加相鄰的沉積單元之間氣體分離因數(separation factor)，介於氣體分離單元與塗佈鼓之間的狹縫511之寬度可為小的，例如1公分(cm)或更小，特別是5毫米(mm)或更小，更特別是2毫米或更小。在一些實施例中，狹縫511在週長方向的長度，即介於二個相鄰的沉積隔間之間的個別氣體分離通道之長度，可為1公分或更大，特別是5公分或大，或甚至10公分或更大。在一些實施例中，狹縫之長度可甚至個別為約14公分。
在可與此處描述之其他實施例結合的一些實施例中，複數個沉積單元121中至少一第一沉積單元可為濺鍍沉積單元。在一些實施例中，複數個沉積單元121中的每個沉積單元係為濺鍍沉積單元。其中，一或多個濺鍍沉積單元可裝配為直流電濺鍍、交流電濺鍍、射頻(radio frequency, RF)濺鍍、中頻濺鍍、脈衝濺鍍、脈衝直流電濺鍍、磁控(magnetron)濺鍍、反應濺鍍(reactive sputtering)或其組合。直流電濺鍍源可適用於以導電材料塗佈撓性基板，例如以金屬如銅。交流電濺鍍源，例如射頻濺鍍源或中頻濺鍍源，可適用於以導電材料或絕緣材料塗佈撓性基板，例如以介電材料、半導體、金屬或碳。
然而，此處描述之沉積設備不侷限於濺鍍沉積，且在一些實施例中可使用其他沉積單元。例如，在一些實施例中，可利用數個化學氣相沉積沉積單元、數個蒸鍍沉積單元、數個電漿輔助化學氣相沉積沉積單元或其他沉積單元。尤其，由於沉積設備之模組化設計，藉由從沉積腔室徑向移去第一沉積單元以及藉由在沉積腔室內裝載另一沉積單元，也許可能以第二沉積單元取代第一沉積單元。因為此理由，沉積腔室可能裝配有數個密封蓋，這些密封蓋可打開或關閉以取代一或多個沉積單元。
在可與此處描述之其他實施例結合的一些實施例中，可提供至少一交流電濺鍍源，例如於沉積腔室中，用以沉積非導電材料於撓性基板上。在一些實施例中，至少一直流電濺鍍源可提供於沉積腔室中，以沉積導電材料或碳於撓性基板上。
根據可與此處描述之其他實施例結合的第3圖示例性繪示之示例，複數個沉積單元中至少一個第一沉積單元301可為交流電濺鍍源。在第3圖所示的實施例中，複數個沉積單元中的第一沉積單元包含二個沉積單元，第一沉積單元係為交流電濺鍍源，例如以下將更詳細描述之雙靶濺鍍源(dual target sputter sources)。介電材料例如氧化矽(silicon oxide)可以交流電濺鍍源沉積於撓性基板上。例如，二個相鄰的沉積單元，例如第一沉積單元，可裝配以於反應濺鍍製程中直接沉積氧化矽層於撓性基板第一主要表面。藉由利用二或更多個彼此相鄰的交流電濺鍍源可增加形成的氧化矽層之厚度，例如增加為雙倍。
複數個沉積單元中剩下的沉積單元可為直流電濺鍍源。在第3圖所示的實施例中，配置於至少一第一沉積單元301的下游的複數個沉積單元中至少一第二沉積單元302可為直流電濺鍍源，例如裝配以沉積碳層或氧化銦錫(ITO)層。在其他實施例中，可提供二或更多個直流電濺鍍源裝配以沉積碳層或氧化銦錫層。在一些實施例中，碳層或氧化銦錫層可沉積於藉由至少一第一沉積單元301沉積之氧化矽層的頂部。
進一步地，在一些實施例中，配置於至少一第二沉積單元302的下游的至少一第三沉積單元303(例如三個第三沉積單元)可能裝配為直流電濺鍍單元，例如用以沉積金屬層。如第3圖所示，根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，具有石墨靶125的至少一沉積單元124可裝配於至少一第二沉積單元302之下游與至少一第三沉積單元303之上游。例如，如第3圖所示，可提供總共七組沉積單元。然而，應理解的是，第3圖所示之沉積腔室佈局係為一示例，且其他佈局係為可能的，例如具有另一組按照順序的數個沉積單元或另一種數量的沉積單元之佈局。
第4圖更詳細繪示交流電濺鍍源610，且第5圖更詳細繪示直流電濺鍍源612。第4圖所示之交流電濺鍍源610可包含二個濺鍍裝置，即一第一濺鍍裝置701與一第二濺鍍裝置702。在本揭露中，「濺鍍裝置」應理解為包含靶703的裝置，靶703包含將被沉積於撓性基板上的材料。靶可由將被沉積的材料製成或至少由將被沉積的材料之成分製成。在一些實施例中，濺鍍裝置可包含靶703，靶703裝配為具有一旋轉軸的可旋轉靶。在一些實施例中，濺鍍裝置可包含背襯管704，靶703可配置於背襯管704上。在一些實施例中，可提供磁鐵配置用以在操作濺鍍裝置期間產生磁場，例如提供於旋轉靶內部。在磁鐵配置提供於旋轉靶內的情況下，濺鍍裝置可代表濺鍍磁電管(sputter magnetron)。在一些實施例中，冷卻通道可提供於濺鍍裝置中，以使濺鍍裝置或部分濺鍍裝置冷卻。
在一些實施例中，濺鍍裝置可改變為連接至沉積腔室之支撐件，例如可提供凸緣(flange)於濺鍍裝置的末端。根據一些實施例，濺鍍裝置可操作為陰極或陽極。例如，在同一時間點，第一濺鍍裝置701可操作為陰極，且第二濺鍍裝置702可操作為陽極。當在稍後的時間點施加交流電於第一濺鍍裝置701與第二濺鍍裝置702之間，第一濺鍍裝置701可作為陽極，且第二濺鍍裝置702可作為陰極。在一些實施例中，靶703可包含矽或可由矽製成。
詞「雙濺鍍裝置」代表一對濺鍍裝置，例如代表第一濺鍍裝置701與第二濺鍍裝置702。第一濺鍍裝置與第二濺鍍裝置可形成一對雙濺鍍裝置。例如，一對雙濺鍍裝置中的二個濺鍍裝置皆可同時使用於相同沉積製程以塗佈撓性基板。雙濺鍍裝置可以類似方式設計。例如，雙濺鍍裝置可提供相同塗佈材料，可具有實質上相同尺寸與實質上相同外型。雙濺鍍裝置可配置為相鄰於彼此以形成濺鍍源，濺鍍源可配置於沉積腔室內。根據可與此處描述的其他實施例結合的一些實施例，雙濺鍍裝置中的二個濺鍍裝置包含以相同材料製成的靶，例如矽、氧化銦錫或碳。
如同可於第3圖與第4圖所見，第一濺鍍裝置701具有第一軸，第一軸可為第一濺鍍裝置701的旋轉軸。第二濺鍍裝置702具有第二軸，第二軸可為第二濺鍍裝置702的旋轉軸。濺鍍裝置提供將要沉積於撓性基板之材料。為了反應濺鍍製程，最終沉積於撓性基板上的材料可額外包含處理氣體化合物。
根據第3圖示例性繪示的實施例，塗佈鼓122導引撓性基板經過雙濺鍍裝置。其中，藉由塗佈鼓122上撓性基板的第一位置705與塗佈鼓122上撓性基板的第二位置706限制出一塗佈窗。塗佈窗，即撓性基板介於第一位置705與第二位置706之間的部分，定義出材料可能沉積於基板之區域。如同可於第3圖所見，自第一濺鍍裝置701釋放的沉積材料粒子與自第二濺鍍裝置702釋放的沉積材料粒子於塗佈窗中抵達撓性基板。
可改變交流電濺鍍源610以提供第一濺鍍裝置701之第一軸至第二濺鍍裝置702之第二軸的一距離，此距離為300毫米或更小，特別是200毫米或更小。典型地，第一濺鍍裝置701之第一軸與第二濺鍍裝置702之第二軸的距離可介於150毫米和200毫米，更典型是介於170毫米和185毫米，例如180毫米。根據一些實施例，可為圓柱濺鍍裝置之第一濺鍍裝置701與第二濺鍍裝置702的外直徑可在90毫米至120毫米的範圍內，更典型是介於約100毫米與約110毫米之間。
在一些實施例中，第一濺鍍裝置701可配備第一磁鐵配置，且第二濺鍍裝置702可配備第二磁鐵配置。磁鐵配置可為磁軛，磁軛裝配以產生磁場以提升沉積效率。根據一些實施例，磁鐵配置可傾斜朝向彼此。將要以傾斜朝向彼此的方式配置的磁鐵配置於本文可代表藉由磁鐵配置產生的磁場指向彼此。
第5圖繪示可能用於此處描述之一些實施例中的直流電濺鍍源612的放大示意圖。在一些實施例中，第3圖所示之至少一第二沉積單元302係裝配為直流電濺鍍源612，且/或至少一第三沉積單元303裝配為直流電濺鍍源612。直流電濺鍍源612可包含至少一陰極613，陰極613包含用以提供將要沉積於撓性基板之材料的靶614。至少一第三沉積單元303可為可旋轉陰極，特別是實質圓柱陰極，可旋轉陰極可能為繞著旋轉軸可旋轉的。靶614可以將要沉積的材料製成。例如，靶614可為金屬靶，例如銅或鋁(aluminum)靶。在如第5圖所示之至少一沉積單元124裝配為直流電濺鍍源的數個實施例中，靶614係為石墨靶。進一步地，如第5圖所示，用以限制產生的電漿之磁鐵組件615可配置於可旋轉陰極內部。
在一些實施例中，直流電濺鍍源612可包含單一陰極，如第5圖所示。在一些實施例中，導電表面，例如沉積腔室之壁表面，可作用為陽極。在其他實施例中，單獨陽極，例如具有棒狀外形的陽極，可提供於陰極旁邊，如此一來電場可建立於至少一陰極613與單獨陽極之間。電源供應可提供以施加電場於至少一陰極613與陽極之間。可施加直流電場，施加直流電場可使導電材料沉積，例如金屬。在一些實施例中，脈衝直流電場施加於至少一陰極613。在一些實施例中，直流電濺鍍源612可包含一個以上的陰極，例如二或更多個陰極陣列。
根據可與此處描述之其他實施例結合的一些實施例，如此處描述之沉積單元可裝配為雙直流電平面陰極濺鍍源616，如第6圖所示。例如，雙直流電平面陰極可包含第一平面靶617與第二平面靶618。第一平面靶可包含第一濺鍍材料，且第二平面靶可包含不同於第一濺鍍材料之第二濺鍍材料。根據一些實施例，保護屏蔽件619可提供於第一平面靶617與第二平面靶618之間，如第6圖所示。保護屏蔽件可附接，例如夾持，至冷卻部件，如此一來可使保護屏蔽件冷卻。更具體地，保護屏蔽件可裝配與配置於第一平面靶和第二平面靶之間，如此一來可避免第一平面靶與第二平面靶個別提供之材料混雜。進一步地，如第6圖所示，可裝配保護屏蔽件以提供介於保護屏蔽件與塗佈鼓122上的基板之間的窄間隙G。因此，裝配雙直流電平面陰極有益於沉積二種不同材料。典型地，如此處所述，包含交流電濺鍍源610的沉積單元、直流電濺鍍源612或雙直流電平面陰極濺鍍源616係提供於如此處描述之隔間中，即提供於如此處描述之二氣體分離單元510之間的隔間中。
根據可與此處描述之其他實施例結合的數個實施例，應理解的是沉積單元，特別是陰極(例如交流電濺鍍源、直流電可旋轉陰極、雙可旋轉陰極與雙直流電平面陰極)係為可互換的。因此，可提供常見的隔間設計。進一步地，沉積單元可連接至製程控制器，製程控制器裝配以分別控制個別沉積單元。因此，有益地，可提供製程控制器以使反應製程可全面自動化進行。
根據可與此處描述之任意其他實施例結合的一些實施例，如此處描述之沉積源可針對反應沉積製程來裝配。進一步地，處理氣體可添加至複數個單獨隔間中的至少一者，各自的沉積單元提供於複數個單獨隔間中。尤其，處理氣體可添加至包含至少一沉積單元124的隔間，至少一沉積單元124具有石墨靶125。例如，處理氣體包含氬氣(argon)、乙炔(acetylene, C2 H2 )、甲烷(methane, CH4 )與氫氣(hydrogen, H2 )中至少一者。提供如此處所述之處理氣體可有益於層沉積，特別是碳層沉積。
鑒於如此處描述之沉積設備的數個實施例，應注意的是，提供一種以層堆疊塗佈撓性基板10的沉積設備100，層堆疊包含類金剛石碳層。根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，沉積設備100包含容納儲存捲軸112的第一捲軸腔室110、配置於第一捲軸腔室110之下游的沉積腔室120、與配置於沉積腔室120之下游且容納捲繞捲軸152的第二捲軸腔室150，儲存捲軸112用以提供撓性基板10，捲繞捲軸152用以在沉積後使撓性基板10捲繞於其上。沉積腔室120包含塗佈鼓122用以導引撓性基板通過複數個沉積單元121，複數個沉積單元121包含具有石墨靶125的至少一個濺鍍沉積單元。塗佈鼓裝配以提供電位至塗佈鼓的基板導引表面。例如，藉由使用如此處描述之電位應用裝置，塗佈鼓的基板導引表面可承受電位。尤其，施加至塗佈鼓的電位可為具有1千赫至100千赫的一電位之中頻電位。
鑒於此處描述的實施例，應理解的是設備與方法特別是很適合用於以層堆疊塗佈撓性基板，層堆疊包含至少一碳層。「層堆疊」可理解為二、三或更多層堆疊於彼此的頂部，其中二、三或更多層可由相同材料構成，或由二、三或更多種不同材料構成。例如層堆疊可包含一或多碳層，特別是一或多類金剛石碳層。進一步地，層堆疊可包含一或多導電層，例如金屬層，且/或一或多絕緣層，例如介電層。在一些實施例中，層堆疊可包含一或多透明層，例如二氧化矽(SiO2 )層或氧化銦錫層。在一些實施例中，層堆疊中至少一層可為導電透明層，例如氧化銦錫層。例如，氧化銦錫層可有益於電容式觸控應用，例如觸控面板。
請示例性參照第7A圖與第7B圖之流程圖，描述塗佈撓性基板之方法700的實施例，特別是以碳層塗佈。根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，方法700包含使基板從提供於第一捲軸腔室110中的儲存捲軸112退捲(方塊710)。進一步地，方法700包含在藉由提供於沉積腔室120中的塗佈鼓122導引撓性基板時，沉積碳層於撓性基板10上(方塊720)。典型地，沉積碳層於撓性基板上包含在之前已沉積於基板上的層上沉積碳層。可選地，沉積碳層於撓性基板上可包含直接沉積碳層於基板上。此外，如方塊730所示，方法包含施加電位至塗佈鼓。典型地，在沉積後，方法包含使撓性基板捲繞於提供於第二捲軸腔室150中的捲繞捲軸152上(方塊740)。
根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，施加電位至塗佈鼓(方塊730)包含施加具有1千赫至100千赫的一頻率的中頻電位。尤其，施加電位至塗佈鼓(方塊730)可包含使用裝置140，裝置140用以施加如此處描述的電位。如上述參照沉積設備的實施例，已經發現施加中頻電位至塗佈鼓具有可實質上避免或甚至排除使基板充電的優點，特別是沉積於基板上的層。因此，可獲得數個層(例如碳層，特別是類金剛石碳層)。
根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，沉積碳層(方塊720)包含藉由使用具有石墨靶的沉積單元來濺鍍。尤其，沉積碳層(方塊720)可包含使用如此處描述之具有石墨靶125的至少一沉積單元124。進一步地，沉積碳層可包含添加處理氣體至包含具有石墨靶125的至少一沉積單元124的隔間。例如，處理氣體可包含氬氣(argon)、乙炔(acetylene, C2 H2 )、甲烷(methane, CH4 )與氫氣(hydrogen, H2 )中至少一者。
請示例性參照第7B圖，根據可與此處描述之任意其他實施例結合的數個實施例，方法700更包含藉由離子轟擊與/或電子轟擊來緻密化碳層(方塊735)。尤其，藉由提供離子轟擊與/或電子轟擊來緻密化碳層(方塊735)，可如此處所述藉由提供塗佈鼓電位使電子或離子加速朝向塗佈鼓122來達成，例如使電子或離子從提供於沉積腔室120中的電漿加速朝向塗佈鼓122。提供離子轟擊與/或電子轟擊於已沉積的層上，特別是已沉積的碳層，可包含提供含有離子與/或電子的電漿。因此，可有益於形成類金剛石碳層。
第8A圖與第8B圖繪示以包含至少一碳層的一或多層塗佈之撓性基板10，係藉由根據此處描述的實施例之塗佈撓性基板的方法所生產。因此，應理解的是，撓性基板可以一、二、三、四、五、六、七或更多層塗佈，其中至少一層為根據此處描述的實施例之方法所生產的碳層，特別是類金剛石碳層。例如，如第8A圖所示，撓性基板10可以第一層801塗佈，第一層為碳層，特別是類金剛石碳層。第8B圖繪示以層堆疊塗佈之撓性基板10，層堆疊包含第一層801、第二層802與第三層803，其中第一層801、第二層802與第三層803中至少一者為根據此處描述的實施例之方法所生產的碳層，特別是類金剛石碳層。因此，可有益於提供具有層堆疊沉積於其上的撓性基板，其中層堆疊包含至少一碳層，特別是類金剛石碳層。
鑒於此處所述之實施例，應理解的是，相較於傳統沉積系統與方法，特別提供關於碳層(例如類金剛石碳層)沉積的改良的沉積設備與改良的塗佈撓性基板的方法。更具體地，此處描述的實施例有益於以具有一或多碳層(例如一或多類金剛石碳層)的層堆疊塗佈撓性基板。
儘管前述內容是關於本揭露的實施例，可在不背離本揭露的基本範圍的情況下，設計出本揭露其他和更進一步的實施例，而本揭露的範圍係由下列的申請專利範圍決定。
10‧‧‧撓性基板
100‧‧‧沉積設備
105‧‧‧密封裝置
107‧‧‧第一導引滾軸
108‧‧‧第二導引滾軸
110‧‧‧第一捲軸腔室
112‧‧‧儲存捲軸
113‧‧‧導引滾軸
120‧‧‧沉積腔室
121‧‧‧沉積單元
121A、301‧‧‧第一沉積單元
121B、302‧‧‧第二沉積單元
121C、303‧‧‧第三沉積單元
122‧‧‧塗佈鼓
123‧‧‧旋轉軸
124‧‧‧沉積單元
125‧‧‧石墨靶
140‧‧‧裝置
150‧‧‧第二捲軸腔室
152‧‧‧捲繞捲軸
510‧‧‧氣體分離單元
511‧‧‧狹縫
610‧‧‧交流電濺鍍源
612‧‧‧直流電濺鍍源
613‧‧‧陰極
614、703‧‧‧靶
615‧‧‧磁鐵組件
616‧‧‧雙直流電平面陰極濺鍍源
617‧‧‧第一平面靶
618‧‧‧第二平面靶
619‧‧‧保護屏蔽件
700‧‧‧方法
701‧‧‧第一濺鍍裝置
702‧‧‧第二濺鍍裝置
704‧‧‧背襯管
705‧‧‧第一位置
706‧‧‧第二位置
710、720、730、735、740‧‧‧方塊
801‧‧‧第一層
802‧‧‧第二層
803‧‧‧第三層
G‧‧‧間隙
為了使本揭露的上述特徵可被詳細了解，參照實施例可更具體描述以上簡要概述之本揭露。附圖係有關於本揭露之實施例，且說明如下： 第1圖繪示根據此處描述之實施例之沉積設備的剖視示意圖； 第2圖繪示根據此處描述之其他實施例之沉積設備的剖視示意圖； 第3圖繪示可能用於此處描述之一些實施例中的沉積腔室的一部分放大示意圖； 第4圖繪示可能用於此處描述之一些實施例中的交流電濺鍍源的示意圖； 第5圖繪示可能用於此處描述之一些實施例中的直流電濺鍍源的示意圖； 第6圖繪示可能用於此處描述之一些實施例中的雙直流電平面陰極濺鍍源的示意圖； 第7A圖與第7B圖繪示根據此處描述之實施例的塗佈撓性基板的方法的流程圖；以及 第8A圖與第8B圖繪示根據此處描述之實施例之方法生產的以一或多層塗佈之撓性基板，一或多層包含至少一碳層。

Claims (20)

  1. 一種用以塗佈一撓性基板(10)的沉積設備(100)，包含： 一第一捲軸腔室(110)，用以容納一用以提供該撓性基板(10)之儲存捲軸(112)； 一沉積腔室(120)，配置於該第一捲軸腔室(110)之下游；及 一第二捲軸腔室(150)，配置於該沉積腔室(120)之下游，且該第二捲軸腔室(150)用以容納一纏繞捲軸(152)，該捲繞捲軸(152)用以在沉積後使該撓性基板(10)捲繞於上， 其中該沉積腔室(120)包含一用以導引該撓性基板經過複數個沉積單元(121)之塗佈鼓(122)，該複數個沉積單元(121)包含具有一石墨靶(125)的至少一沉積單元(124)，該塗佈鼓連接至用以施加一電位至該塗佈鼓的一裝置(140)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之沉積設備，其中該電位係為一具有1千赫(kHz)至100千赫的一頻率之中頻電位。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之沉積設備，其中該至少一沉積單元(124)係為一直流電濺鍍沉積單元。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之沉積設備，其中該至少一沉積單元(124)係為一直流電濺鍍沉積單元。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之沉積設備，其中該至少一沉積單元(124)係為一脈衝直流電濺鍍沉積單元。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之沉積設備，其中該石墨靶(125)係為一平面靶。
  7. 如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之沉積設備，其中該石墨靶(125)係為一可旋轉靶。
  8. 如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之沉積設備，其中該複數個沉積單元(121)包含至少一直流電濺鍍源(612)裝配以沉積一導電材料於該撓性基板(10)上。
  9. 如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之沉積設備，其中該複數個沉積單元包含至少一交流電濺鍍源(610)用以沉積一非導電材料於該撓性基板(10)上。
  10. 如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之沉積設備，其中該複數個沉積單元(121)包含至少一直流電濺鍍源(612)裝配以沉積一導電材料於該撓性基板(10)上，且其中該複數個沉積單元包含至少一交流電濺鍍源(610)用以沉積一非導電材料於該撓性基板(10)上。
  11. 如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之沉積設備，其中該塗佈鼓(122)係為繞著一旋轉軸(123)可旋轉的，該塗佈鼓(122)包含一彎曲的基板支撐表面用以接觸該撓性基板(10)，該彎曲的基板支撐表面係為導電的。
  12. 如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之沉積設備，更包含一滾軸組件裝配以使該撓性基板沿著一部分凸面與部分凹面之基板運輸路徑從該第一捲軸腔室運輸至該第二捲軸腔室。
  13. 一種以一層堆疊塗佈一撓性基板(10)的沉積設備(100)，該層堆疊包含一類金剛石碳(diamond like carbon)層，該沉積設備包含： 一第一捲軸腔室(110)，用以容納一用以提供該撓性基板(10)之儲存捲軸(112)； 一沉積腔室(120)，配置於該第一捲軸腔室(110)之下游；及 一第二捲軸腔室(150)，配置於該沉積腔室(120)之下游，且該第二捲軸腔室(150)用以容納一捲繞捲軸(152)，該捲繞捲軸(152)用以在沉積後使該撓性基板(10)捲繞於上， 其中該沉積腔室(120)包含一用以導引該撓性基板經過複數個沉積單元(121)之塗佈鼓(122)，該複數個沉積單元(121)包含具有一石墨靶(125)的至少一沉積單元(124)，該至少一沉積單元(124)係為一直流電濺鍍沉積單元，該石墨靶(125)係為一平面靶，該塗佈鼓裝配以提供一電位至該塗佈鼓之一基板導引表面，該電位係為一具有1千赫至100千赫的一頻率之中頻電位。
  14. 一種以一碳層塗佈一撓性基板(10)的方法，包含： 使該撓性基板從一提供於一第一捲軸腔室(110)內的儲存捲軸(112)退捲； 使用一提供於一沉積腔室(120)內的塗佈鼓(122)導引該撓性基板，同時沉積一碳層於該撓性基板(10)上； 施加一電位至該塗佈鼓；及 沉積後，使該撓性基板捲繞至一提供於一第二捲軸腔室(150)內的捲繞捲軸(152)上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中施加該電位至該塗佈鼓之步驟包含施加一具有1千赫至100千赫的一頻率之中頻電位。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項所述之方法，其中沉積該碳層包含藉由使用一具有一石墨靶之沉積單元來濺鍍。
  17. 如申請專利範圍第14項或第15項所述之方法，其中沉積該碳層包含藉由使用一具有一平面石墨靶之直流電濺鍍沉積單元來濺鍍。
  18. 如申請專利範圍第14項或第15項所述之方法，更包含藉由提供一離子轟擊(ion bombardment)與一電子轟擊(electron bombardment)中至少一者來緻密化(densifying)該碳層。
  19. 一種具有一或多層的一塗佈之撓性基板，其中至少一層係為藉由申請專利範圍第14項至第18項之任一項所述之方法製造的一碳層。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之撓性基板，其中該碳層係為一類金剛石碳(diamond like carbon)層。
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