用于防指紋涂層的退火的設(shè)備和過程的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在限定溫度下在受控水蒸汽壓力的環(huán)境中處理基板的原位退火站。這樣的站可作為處理室被整合到實施防指紋涂覆過程的多室處理裝置中?；逋ǔＬ幱谡婵諚l件下直到完成退火過程。實驗數(shù)據(jù)顯示出，相比于現(xiàn)有技術(shù)，通過緊接在防指紋涂覆步驟之后引入這種水蒸汽中的原位處理，能夠?qū)崿F(xiàn)隨后的非原位固化持續(xù)時間的顯著減少。本發(fā)明還涉及基板的沉積過程，該基板通過將其暴露于在大約130℃溫度下、在次大氣壓下的水蒸汽中大約5s而被退火。
【專利說明】
用于防指紋涂層的退火的設(shè)備和過程
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于在沉積防指紋涂層之后對該涂層立即進行原位退火的過程和相應(yīng)真空室結(jié)構(gòu)。通常，這樣的防指紋涂層應(yīng)用于電子裝置(智能手機、平板電腦)的觸摸感應(yīng)防護玻璃。
[0002]在這樣的防指紋涂層和玻璃表面之間必須實現(xiàn)化學(xué)結(jié)合反應(yīng)以確保良好的粘附性。這種結(jié)合反應(yīng)通常需要水。
[0003]EP 2 409 317、EP 2 409 339和TO 2013/057228的全部內(nèi)容以引用方式并入本文，特別是關(guān)于防指紋涂層的基本沉積過程和串聯(lián)(inline)真空沉積系統(tǒng)的功能。
【背景技術(shù)】
[0004]防指紋涂層為觸摸感應(yīng)表面(諸如智能手機或平板電腦防護玻璃)提供容易清潔、不粘著的表面光潔度。表面變得疏油和疏水，這允許容易地移除顆粒和油脂，并且在實際使用這樣的觸摸面板裝置時還允許具有舒服的感覺。通常，烷氧基硅烷分子的化學(xué)溶液被用于該應(yīng)用，因為這些分子的硅烷基團提供疏水和疏油功能，而烷氧基團與玻璃形成強共價鍵。
[0005]在工業(yè)上使用若干涂覆技術(shù):浸漬涂覆、噴涂或物理氣相涂覆。WO 2013/057228描述了用于從液體前驅(qū)體(在溶劑中溶解的烷氧基硅烷分子)進行物理氣相沉積的設(shè)備。
[0006]所有這些涂覆技術(shù)需要后續(xù)固化步驟，因為必須發(fā)起在烷氧基團和玻璃表面之間的化學(xué)結(jié)合反應(yīng)。這種反應(yīng)消耗水；因此通常通過將基板放置在濕熱環(huán)境中若干小時來實施固化。替代性地，還可以通過將這樣的被涂覆基板暴露于來自周圍空氣的濕氣幾天來實現(xiàn)固化。
[0007]化學(xué)前驅(qū)體材料以及關(guān)于處理和固化的介紹可以從制造商例如大金(Daikin)或者道康寧(Dow Corning)(參見例如道康寧2634產(chǎn)品信息、大金Optool DSX產(chǎn)品信息)商購。在本公開中，術(shù)語防污或防指紋材料可互換地被用于這類材料。
[0008]如上所述，至今所提出的固化過程通常需要花費若干小時，并且因此僅能適當(dāng)?shù)貞?yīng)用在同時處理大量基板的批量過程中。在工業(yè)規(guī)模上，這需要具有相應(yīng)負(fù)荷、熱、冷卻和卸載過程的大容積調(diào)節(jié)箱。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點
概況地說，現(xiàn)有的非原位固化方法具有兩個主要缺點:
1.它們通常同時需要受控的濕度(>50%)和溫度(>50°C)。因此，過程控制十分復(fù)雜。
[0010]2.通常的固化過程需要若干小時。因此，固化必須與涂覆過程(在另一裝置中完成)分開，這增加了總成本。工業(yè)規(guī)模中的大生產(chǎn)量使得大型裝置成為必需，這增加了投資成本。
[0011]因此本申請的目的是，通過緊接在涂覆之后在不中斷真空的情況下引入在水蒸汽環(huán)境中的原位處理，來顯著減少或消除固化時間段。
【附圖說明】
[0012]圖1a:根據(jù)本發(fā)明的退火站的照片；
圖1b:在示意性概述圖中的本發(fā)明的退火設(shè)備；
圖2:具有用于基板清潔(PC1)、防指紋(AF)沉積(PC4)、原位退火(PC5)的多個室的真空沉積裝置；
圖3:通過鋼絲絨磨損試驗測試的玻璃上的被不同地固化處理的防指紋涂層的耐久性。
[0013]

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提出了一種原位退火站，其被構(gòu)造成調(diào)節(jié)和控制水蒸汽壓力和限定的處理溫度;所述站可作為處理室被整合到多室處理裝置中，在該多室處理裝置中，實施防指紋涂覆過程?；逡恢碧幱谡婵諚l件下直到完成退火過程。實驗數(shù)據(jù)顯示出，通過緊接在涂覆步驟之后引入這種水蒸汽中的原位處理，能夠?qū)崿F(xiàn)非原位固化持續(xù)時間的顯著減少。這甚至能夠消除對緩慢的批量型固化過程的需要，并且允許連續(xù)處理基板的快速的串聯(lián)涂覆和固化順序。本發(fā)明因此具有降低生產(chǎn)成本的潛力。
[0014]輻射加熱站已被用于采用可調(diào)節(jié)的水蒸汽壓力來促進原位沉積后退火過程。例如在EP 2 409 317和EP 2 409 339中已對合適的多室裝置進行了描述，并且在WO 2013/057228中已對這樣的基本涂覆過程進行了描述。
[0015]如本領(lǐng)域已知的那樣，退火站在技術(shù)上基于輻射加熱器站。眾所周知的是，使用被定位成與待加熱的基板處于密閉空間關(guān)系的石英燈。在本發(fā)明中，所述退火站額外地裝備有可調(diào)節(jié)的水供應(yīng)源以允許向加熱器站中計量配給水，使得能夠在存在水蒸汽的情況下實施加熱步驟。因此，能夠?qū)嵤┚哂锌烧{(diào)節(jié)的水蒸汽壓力的快速熱退火。放置在與如WO 2013/057228中描述的DLD(直接液體沉積)站相同的裝置中，這允許在一個相同的過程循環(huán)中在一個相同的機器中進行沉積和原位水蒸汽處理。
【具體實施方式】
[0016]圖1a示出退火站的照片。T形件被用作H2O箱或者水貯存器。導(dǎo)管連接水貯存器和退火站。當(dāng)水貯存器和真空室之間的連接打開時，貯存器中的水將因壓力的降低而沸騰。因此，所述水貯存器和真空(退火)室之間的針形閥允許調(diào)節(jié)水蒸汽壓力。通過鹵素?zé)絷嚵屑訜峄?在室內(nèi)部，未不出)O
[0017]圖1b在更示意性的概述圖中示出本發(fā)明的退火設(shè)備10。水貯存器或供應(yīng)箱11經(jīng)由管或管道12連接到退火室15。所述室包括基板保持裝置17，其可在操作中支撐基板16。諸如石英加熱器18的加熱裝置設(shè)置在室15內(nèi)，其未必在室15的底部上。通過閉塞閥13能夠?qū)⑺钃跻悦饬魅胧?5中，這在需要再次填充貯存器10的情況下是有利的，不過對于本發(fā)明的原理而言不是強制性的。針形閥或其他類型的控制閥14允許限定通過閥14的水的量。因為室15在操作期間被保持在次大氣壓力下，所以如果閥13和14允許水流入，則水將蒸發(fā)并且填充室。可手動或通過致動器來操作閥13、14，該致動器有經(jīng)由過程控制環(huán)境中的相應(yīng)電子裝置和軟件來控制這些閥的可能性。
[0018]在本方案中省略了諸如栗的抽氣裝置以及測量單元(壓力和溫度控制裝置)。顯然，室15中所產(chǎn)生的水蒸汽壓力將取決于(經(jīng)由閥14控制的)水蒸汽供應(yīng)、安裝的栗送功率和室15的容積。
[0019]在本發(fā)明的過程中，通過機器人或其他運輸裝置將基板(如果例如使用基板承載器，則優(yōu)選為一個或至少一個基板)放置在退火室15中。在退火步驟期間，室將從周圍環(huán)境分離。經(jīng)由閥14將限定量的水計量配給至室15中以形成水蒸汽，從而對在先前真空沉積步驟中已沉積的涂層產(chǎn)生影響。計量配給可以以不連續(xù)方式(脈沖)或者以連續(xù)計量配給的方式在一個步驟中完成，即每個退火步驟引入一次用于固化的限定部分的水)。根據(jù)退火室的容積和栗功率，要被計量配給的需要水量將變化，因此下文列出的相應(yīng)參數(shù)是室中所產(chǎn)生的蒸汽壓力(目標(biāo)壓力)。
[0020]加熱器18與在基板上的計量配給并行地起作用，并且將其溫度提升到期望和限定的水平。壓力和溫度控制裝置允許動態(tài)地控制該過程;替代性地，可使用加熱器和水計量配給的固定設(shè)置，其可源自較早的實驗。在退火室中的預(yù)定處理時間之后，可停止水的流入，將殘余水用栗抽離，并且可將基板從室移除。根據(jù)計量配給量的水平，如果栗容量允許，且如果交叉污染在相應(yīng)系統(tǒng)中不是問題，則也可以簡單地允許所述限定配給量的水不斷地進入室15內(nèi)。
[0021]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別有利的是，緊接在所述較早的沉積步驟之后在不中斷真空的情況下進行退火步驟。這種方式下，能夠避免可能對上面描述的分子反應(yīng)具有負(fù)面影響的來自周圍空氣的任何污染。
[0022]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下列參數(shù)是有用的:
退火時間:5s
退火溫度:130 °C
退火室中所產(chǎn)生的水蒸汽壓力:I X 10—3至I X 10—2 mbar(hPa)
有利地，退火步驟被整合為在串聯(lián)基板處理裝置中的處理步驟。這允許將退火整合到沉積防指紋層所需的處理步驟順序中。
[0023]圖2示出了通常的原位(in-situ)處理順序和相應(yīng)地裝備的串聯(lián)基板處理裝置。圖2示出了具有用于基板清潔(PC1)、防指紋(AF)沉積(PC4)、原位退火(PC5)的多個室的系統(tǒng)。室的順序?qū)?yīng)于基板被處理的順序。生產(chǎn)量大約為5s—個基板。在這種情況下，處理站被布置成圓形，并且針對處理站PC1-PC4的相繼的訪問提供相應(yīng)的處理機。基板表面以類似于專利申請W02013/057228A1的方式在室PC1-PC4中被預(yù)處理和涂覆。室5是本發(fā)明的退火站。在涂覆和退火之間沒有真空中斷。
[0024]在這種沉積裝置中，基板經(jīng)由負(fù)載鎖定件(loadlock)從等候位置被供給到真空區(qū)段(具有處理站的上部)。在被帶回到大氣之前，它們相繼地訪問PCl至PC5。更具體地，在EP 2 409 317和EP 2 409 339中已經(jīng)對這種系統(tǒng)進行了描述。在PC2和PC3中，沉積粘性層。為了匹配大約5s的循環(huán)時間，使用兩個站，使得Si02涂層的總體處理時間能夠分配在兩個站上。以此方式，能夠解決連續(xù)沉積裝置的限制，即“最慢”的處理站會限制單件產(chǎn)品生產(chǎn)時間。
[0025]工業(yè)環(huán)境中的通常處理在用清潔劑常規(guī)清潔基板之后，在真空環(huán)境中使用下列處理步驟:
a)通過輝光放電進行表面調(diào)節(jié)(等離子清潔)
b)沉積5-15nm的Si02(可在I個處理站中完成或者分到兩個或更多個站中完成) C)沉積大約20nm的防污或防指紋材料 d)根據(jù)本發(fā)明的退火處理
進行標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲絨磨損試驗來評估固化后的防指紋涂層的耐久性。在該試驗中，Icm2大小的鋼絲絨墊(等級“0000”)被加載lkg，并且使用這個墊以大約5cm/s的速度在被涂覆且被退火的表面上進行一系列沖程(stroke)。
[0026]圖3示出通過鋼絲絨磨損試驗測量的在玻璃上的被不同地固化處理的防指紋涂層的耐久性。目標(biāo)是在至少8000次沖程后大于>100°的水接觸角。黑色曲線表示在水蒸汽中原位退火的樣品，灰色曲線表示在沒有原位退火的情況下被處理的樣品。通過使用原位退火方法，允許將非原位(ex-situ)固化持續(xù)時間從受控濕度下的15個小時顯著減少到簡單烤箱中的30分鐘，并且仍然實現(xiàn)良好性能。
[0027]通過水接觸角試驗來確定涂層的磨損阻力，在水接觸角試驗中，將水滴放置在基板的表面上，并且測量水滴和表面之間的接觸角。圖3示出了測量的水接觸角和鋼絲絨墊的特定沖程次數(shù)之間的關(guān)系。水接觸角越大，則玻璃呈現(xiàn)更好的涂層和更少的磨損。
[0028]圖3中的各種固化過程的結(jié)果是:
1.沒有原位退火而是標(biāo)準(zhǔn)的(現(xiàn)有技術(shù))非原位固化(在65°C、90%的相對濕度下15個小時):如圖3中的灰色三角形所示(最上方的曲線)，這些樣品具有最佳的可能性能。
[0029]2.沒有原位退火，但減少非原位固化(在130°C、低的相對濕度下30分鐘):開發(fā)該過程以獲得在至少8000次沖程后大于>100°的水接觸角(WCA)。邊界條件是(a)最小非原位固化持續(xù)時間和(b)在固化期間沒有額外的濕度。這些樣品的結(jié)果由灰色菱形表示(最下方曲線)。
[0030]3.在水蒸汽中原位退火+減少的非原位固化:如圖3中的黑色方形所示(從上方的第二曲線)，本發(fā)明的固化過程明顯地改善了涂層的性能和耐久性。這示出，原位固化過程允許將非原位固化的需要從受控濕度下的15個小時大幅地減少到低濕度下的30分鐘，并且仍實現(xiàn)防指紋涂層的高性能。這能夠帶來顯著的成本降低。
[0031]4.在水蒸汽中原位退火+沒有非原位固化:這允許與2號處理類似的性能，其意味著能夠節(jié)省30分鐘的處理時間。這同樣能夠帶來生產(chǎn)中顯著的成本降低。這個曲線采用圓點標(biāo)出(=從上方的第三個)。
[0032]比較圖3中的樣品2號和4號，給出了如何借助本發(fā)明減少處理持續(xù)時間的良好示例:5秒的原位退火將節(jié)省30分鐘的非原位固化，并且產(chǎn)生相同或者稍微更好的膜品質(zhì)。
[0033]此外，比較樣品I號和3號表明，當(dāng)針對非常高的膜品質(zhì)時，在水蒸汽中短時間的原位退火極大地減少了隨后非原位固化過程的持續(xù)時間并且還省去了其對大濕度的需要。
[0034]這些實驗數(shù)據(jù)表明，根據(jù)本發(fā)明的硬件和對應(yīng)的處理流程在防指紋涂層裝置的生產(chǎn)中具有顯著減少處理時間的潛力。減少的處理持續(xù)時間將轉(zhuǎn)換成減少的生產(chǎn)成本，這有益于我們的客戶。
[0035]概況地說，用于同時加熱基板并對其施加水蒸汽的處理站包括:至少一個可抽真空的外殼或室，其具有向所述室中供應(yīng)水的可調(diào)節(jié)和可控制的水供應(yīng)源;和允許使布置在所述室中的基板的溫度升高的加熱裝置；以及用于將所述室抽空到預(yù)定壓力水平的裝置。所述處理室可包括基板支撐件、溫度和壓力控制裝置、用于布置、裝載和卸載基板的處理裝置。所述向所述室中供應(yīng)水的可調(diào)節(jié)和可控制的水供應(yīng)源包括用于計量配給水的控制裝置，諸如可手動或經(jīng)由驅(qū)動致動的閥、節(jié)流閥、預(yù)設(shè)閥、針形閥或類似件。
[0036]因此，用于玻璃上的防指紋涂層的沉積過程包括一種處理順序，其包含:(a)沉積防指紋涂層和(b)在其間沒有真空中斷的情況下采用水蒸汽進行原位固化。用于涂覆有在本文中所描述類型的防指紋涂層的基板的表面的固化過程將包括特征:
?將該表面暴露于在大約130°C+/-10%、優(yōu)選地+/-5%的高溫下、在I X 10—3至I x 10一2 mbar(hPa)之間、優(yōu)選地I x ICT3 mbar(hPa)的水蒸汽環(huán)境中。
[0037]如上描述的所述固化過程將優(yōu)選地持續(xù)幾秒，優(yōu)選地5s，并且/或者被調(diào)整成實施所述固化過程和其他處理步驟的串聯(lián)基板處理系統(tǒng)的單件產(chǎn)品生產(chǎn)時間。
【主權(quán)項】
1.一種用于同時加熱基板并且對其施加水蒸汽的退火設(shè)備(10)，該退火設(shè)備(10)包括: ?退火室(15)，其具有向所述退火室中供應(yīng)水的可調(diào)節(jié)和可控制的水供應(yīng)源;和 ?用于將所述退火室抽真空到預(yù)定壓力水平的裝置；以及 ?加熱裝置，其用于提高布置在所述退火室中的基板(16)的溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的退火設(shè)備，其中所述可調(diào)節(jié)和可控制的水供應(yīng)源包括供應(yīng)箱(11)、管道(12)，該管道(12)在所述供應(yīng)箱(I I)和所述退火室(15)之間，并具有控制閥(14)，用于限定通過所述閥的水的量。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的退火設(shè)備，還包括致動器，該致動器經(jīng)由過程控制環(huán)境中的相應(yīng)電子裝置和軟件控制所述閥(14)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的退火設(shè)備，還包括基板保持裝置(17)以支撐所述基板(16)。5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中的任一項所述的退火設(shè)備，還包括閉塞閥(13)，以阻擋在貯存器(10)和退火室(15)之間的水流動。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的退火設(shè)備，其中所述加熱裝置包括石英燈。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項所述的退火設(shè)備，還包括用于退火室(15)中的溫度和壓力控制的裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的退火設(shè)備，其中所述設(shè)備作為處理室被整合到多室處理裝置中，其中防指紋涂層站布置成，在真空條件下與所述退火設(shè)備相鄰。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的退火設(shè)備，其中所述多室處理裝置還包括至少一個用于S12沉積的處理站和一個用于等離子清潔的處理站。10.一種用于基板上的防指紋涂層的沉積過程，包括具有如下步驟的處理順序: (a)在所述基板上沉積防指紋涂層;和 (b)在水蒸汽中原位固化所述基板，而不中斷步驟(a)和(b)之間的真空。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的沉積過程，其中所述固化步驟(b)包括將所述基板的表面暴露于在130°C+/_10%的溫度下、在I X 10—3至I X 10—2 mbar(hPa)之間的水蒸汽環(huán)境中。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的沉積過程，其中所述水蒸汽壓力是IX 10—3 mbar(hPa)013.根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項所述的沉積過程，其中所述溫度被保持在130°C+/_5% ο14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中的任一項所述的沉積過程，其中所述固化步驟的進行時間是5s015.根據(jù)權(quán)利要求10-14中的任一項所述的沉積過程，其中在步驟(b)之后，所述基板在低的相對濕度下、在130°C下經(jīng)歷30分鐘的非原位固化步驟。16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中的任一項所述的沉積過程，在根據(jù)權(quán)利要求8-9所述的多室裝置中執(zhí)行。
【文檔編號】C23C18/12GK105917266SQ201480062669
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年11月13日
【發(fā)明人】H.普拉格維茨, S.沃塞
【申請人】瑞士艾發(fā)科技