[发明专利]涂覆和固化装置及方法

说明书

相关专利的交叉引用

本申请要求享有以下申请的权益，其均通过引用而完整地结合在本文中：于2013年2月8日提交的美国临时专利申请No.61/762,603(文档号No.ENKI-0003-P01)、于2013年3月15日提交的美国专利申请No.13/835,253(文档号No.ENKI-0003-U01)和于2013年12月23日提交的美国专利申请No.14/138,542(文档号No.ENKI-0006-U01)。

于2013年12月23日提交的美国专利申请No.14/138,542(文档号号No.ENKI-0006-U01)是以下美国专利申请的继续部分，其均通过引用而完整地结合在本文中：于2013年3月15日提交的美国申请No.13/835,253(ENKI-0003-U01)，其要求享有于2013年2月8日提交的美国申请No.61/762,603(ENKI-0003-P01)的优先权。

与联邦基金研究或发展相关的申明

本发明是在政府支持下依据由美国能源部资助的合同DE-EE0006040下取得的。政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

本公开总地涉及薄膜溶胶凝胶涂层的领域，尤其涉及位于衬底例如玻璃或太阳能面板上的涂层。

背景技术

薄膜溶胶凝胶涂覆指利用被称为“溶胶”的湿化学配方涂覆衬底的技术，例如光学表面、窗、太阳能面板表面等等，溶胶经历了“凝胶化”过程，其在该过程中聚合以便在衬底上形成固体薄膜。这些薄膜通常经历后续的固化步骤，以增加机械强度和其它属性。这种固化通常通过加热或照射衬底和涂层来完成。薄膜溶胶凝胶涂覆是非常通用的工艺过程，其具有许多工业用途，例如在半导体晶片上形成介电层和在陶瓷上形成防水层。目前有若干种用于将湿溶胶施用于衬底上的记录在案的技术，其中某些广泛用于工业用途，其它通常局限于实验室中。工业溶胶凝胶涂覆最普遍通过浸渍、喷涂、气溶胶沉淀、旋涂、弯月面、槽-模或辊轧工艺来执行。还有若干种方法用于固化溶胶凝胶薄膜，其包括在炉中烘烤，用微波、红外线或紫外线辐射能量进行处理，以及暴露于流动的热气体下。这些方法可与或不与催化或有助于固化工艺的涂层成分协同工作。

在浸渍涂覆工艺中，有待涂覆的衬底浸渍到包含溶胶的储槽中然后在依赖工艺的速度下将其撤回。随着衬底缓慢地从溶胶中拉出，凝胶化工艺刚好发生在表面上，并形成薄膜层。浸渍涂覆工艺天生是双面的，因为衬底的所有侧面和边缘都被涂覆。如果需要完整的溶胶覆盖范围的话，这可为有利的，如果衬底的某些部分上的涂层干扰了后面的衬底处理步骤，那么这是不利的。浸渍涂覆技术需要比衬底略大的储槽，其对于大的衬底而言意味着储槽可保持大量的溶胶。对于主要由有机溶剂组成的溶胶而言，这可能造成蒸气和易燃性危险。控制更大储槽中的溶胶的成分和品质也可为有挑战性的。浸渍在储槽中的各个新的衬底可能携带污染，其被传递给溶胶；溶胶可能随着更多的衬底被处理而在某些元素方面被耗尽了，导致生产的薄膜中的变化。溶胶可通过在引入衬底的表面上的溶剂的蒸发而变化。

喷涂存在许多形式，但通常可被认为是在气体射流所夹带的材料压力或雾化作用下通过喷嘴进行材料的沉淀。在所有情况下，材料跨越在喷嘴和有待涂覆的表面之间的间隙而移动。喷涂系统的目的是在很宽的衬底区域上沉淀均匀的材料层。在衬底上的溶胶凝胶涂覆的情况下，喷涂具有只将新鲜材料施用于衬底上的优点。溶剂的仔细选择和溶剂蒸发的控制需要确保正确的最终浓度的溶胶传送至衬底上。喷涂通常需要喷嘴或衬底移动，以便涂覆到某一区域上，例如衬底可移动而越过成排的固定喷嘴。

旋涂通常用于半导体晶片加工工业和液晶显示显示面板工业中，以便将均匀的材料层施用于平整的衬底，例如硅晶片或大件玻璃的表面上。其具有与喷涂相同的优点，因为只有新鲜的材料进行沉淀。其还具有优秀的均匀性控制。通常，执行旋涂的设备倾向于是复杂且维护昂贵的，因为需要精细的机械控制以取得均匀性。这随着衬底尺寸的增加而尤其如此。