CN100482856C - 镀膜设备及其镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镀膜设备，其包括一承载装置，其具有多个承载座，以承载多个欲镀膜的基板；一镀膜源，其与所述承载装置相对而设；以及一监控装置，其与所述镀膜源相对并靠近于承载座设置，包括一相对于镀膜源的距离可调整的监控晶片，且监控晶片镀膜厚度与基板的镀膜厚度成一比值。因而，镀膜设备可通过调整监控晶片高度，以改变监控晶片镀膜厚度与基板的镀膜厚度所成比值，使监控晶片能即时监控镀膜厚度。本发明提供的镀膜设备特别适用于薄膜厚度多样化的产品，能对不同镀膜厚度分别进行精密控制。

Description

镀膜设备及其镀膜方法

【技术领域】

本发明是关于薄膜制程领域，特别涉及一种具有镀膜膜厚监控功能的镀膜设备及其镀膜方法。

【背景技术】

目前，薄膜制程技术广泛应用于半导体工业及精密机械上，由于利用薄膜制程技术所生产的产品具有很高附加价值，使薄膜制程技术与薄膜材料被广泛应用于研究和实际，同时带来镀膜技术的迅速发展。通常，镀膜方法主要包括离子镀膜法、射频磁控溅镀、真空蒸发法、化学气相沉积法等。然而，随着集成电路的密集及微型化，精密机械的精度提升，对于镀膜厚度要求愈渐严苛。例如有些滤光薄膜要求薄膜层数高达数十层之多，从而使得薄膜镀层厚度监控成为一大难题。

对于薄膜镀层厚度监控，光学监控是高精密镀膜制程中所常用的较佳监控方式，并分为直接在工件上进行监控或间接在一单独监控试片上进行监控，后者灵活性强，如采用石英监控晶片来监控和量测镀膜厚度，其能对薄膜沉积厚度进行实时监测，基本原理为：一定质量的物质沉积在石英晶片上，其共振频率的改变量为：Δf＝-2f₀ ²Δm/A(μρ)^0.5＝-CΔm；其中，f₀为石英晶片的初始共振频率；A为表面积；ρ为石英的密度(2.648gcm^-3)。该公式中C是与石英晶体有关的常数，其在镀膜过程中将保持不变，则在一定范围内，石英晶片共振频率的改变与沉积在其表面薄膜的质量变化呈线性变化；因而，通过监测石英晶片共振频率的改变即可监控沉积在其表面的镀膜膜厚。

现有技术提供一种镀膜设备，其包括一马达；一第一齿轮，其轴设在该马达的轴心；至少二第二齿轮，其分别与该第一齿轮啮合；至少二基板承载座，其分别轴设在各第二齿轮的轴心；一隔板，其设在这些第二齿轮与这些基板承载座之间，且该隔板的一侧面至少设有二遮板支架，各遮板支架的一端部固设在该隔板，且其另一端部朝该基板承载座的设置方向延设；以及一镀膜源，其与这些基板承载座相对而设。镀膜设备的光学监控单元邻设于这些基板承载座之一。该方法仅通过遮板来遮挡欲镀膜较薄的区域，从而产生厚度不连续的膜层，但是，其为单层膜的不连续厚度的控制，通常，对于不同光学组件，其相应设计薄膜厚度需求不同，而在监控波长范围受限制下，所能监测镀膜厚度会受限制，因而难以满足多层薄膜厚度多样化的产品，同时难以对该多样化薄膜厚度进行精密控制。

有鉴于此，有必要提供一种能适用于镀膜厚度的多样化且易于精密控制的镀膜设备实为必要。

【发明内容】

以下，将以实施例说明一种能适用于镀膜厚度多样化且易于精密控制的镀膜设备。

以及通过实施例说明一种镀膜方法。

为实现上述内容，提供一种镀膜设备，其包括：一承载装置，其具有多个承载座，以承载多个欲镀膜的工件；一镀膜源，其与所述承载装置相对而设；以及一监控装置，其与所述镀膜源相对并靠近于承载座设置，包括一相对于镀膜源的距离可调整的监控晶片，所述监控晶的镀膜厚度与工件的镀膜厚度成一比值。

其中，所述镀膜设备进一步包括至少一测试组件，其与该镀膜源相对而设，并设置于镀膜源与承载座之间。

所述测试组件至少包括一能动态调整的测试晶片；所述测试晶片采用石英晶片或光学玻璃晶片。

所述监控晶片的镀膜厚度与工件的镀膜厚度所成比值与所述监控晶片相对于镀膜源的距离成反比例关系；所述比值介于0.8～2之间。

所述监控晶片采用石英晶片或光学玻璃晶片。

所述监控装置进一步包括一调整监控晶片相对于镀膜源距离的滑动组件。

所述镀膜源采用蒸镀源、溅镀源、靶材；并采用包含一种或多种材质的镀膜源。

以及，一种镀膜方法，其包括以下步骤：

提供一镀膜源；

将多个欲镀膜的工件置于与镀膜源相对设置的承载装置中多个承载座上；

对工件镀膜，同时调整一监控装置中监控晶片相对于镀膜源的距离，来改变监控晶片的镀膜厚度与工件欲镀膜厚度所成的比值，以利于监控晶片监控工件上欲镀膜厚度；

重复前一步骤，直到工件镀上预定厚度的薄膜。

其中，所述镀膜方法进一步包括利用一测试组件初步监控工件镀膜厚度及镀膜源的镀率；所述测试组件至少包括一能动态调整的测试晶片；其采用石英晶片或光学玻璃晶片。

所述工件欲镀膜厚度增大时，所述监控晶片相对于镀膜源的距离减小，使得所述监控晶片的镀膜厚度与工件的镀膜厚度的比值增加；所述工件欲镀膜厚度降低时，增加所述监控晶片相对于镀膜源的距离，使得所述监控晶片的镀膜厚度与工件的镀膜厚度的比值降低。

所述监控晶片固持在一滑动组件上，通过所述滑动组件调整监控晶片相对于镀膜源的距离。

与现有技术相比，本实施例提供的镀膜设备具有一可动态滑动的监控晶片，当欲镀工件固定时，通过动态调整监控晶片相对于镀膜源的距离，来调整监控晶片上所镀膜厚度，以改变监控晶片的镀膜厚度与欲镀在工件上薄膜厚度的比值，使监控晶片适应于监控新的欲镀膜厚度，因而，本实施例的镀膜设备可适应产品膜厚多样化，特别适用于多层镀膜；而且该比值在实际应用中较易于精密控制，仅通过动态调整监控晶片相对于镀膜源的距离，即可实现对工件不同镀膜厚度进行精确控制。

本实施例提供的镀膜方法利用设备可动态滑动的监控晶片，在镀膜过程中，可通过调整该监控晶片相对于镀膜源的距离，从而可对工件镀膜厚度进行实时监控，实现工件镀膜厚度的精密控制。

【附图说明】

图1是本技术方案实施例的镀膜设备示意图。

图2是本技术方案实施例的镀膜设备中承载装置仰视图。

图3是本技术方案实施例的镀膜方法流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

请一起参阅图1和图2，为本技术方案实施例提供的镀膜设备和承载装置结构示意图。镀膜设备1包括一工件承载装置10，其具有多个承载座11，用于承载欲镀膜的工件12；一镀膜源20，其与所述工件承载装置10相对而设；以及一监控装置30，其与镀膜源20相对而设，其相对于镀膜源20的距离可随着镀膜厚度变化作出相应调整，以改变所述监控装置中监控晶片31的镀膜厚度与工件12的镀膜厚度的比值。镀膜设备1还可包括至少一测试组件40，其与该镀膜源20相对而设，并设置在镀膜源与承载座之间。整个镀膜设备1可置于一真空腔体50内。

所述承载装置10可采用伞具式或行星式结构。本实施例采用行星式结构。承载装置10具有一旋转轴13及一承载平台14，而多个承载座11则设置于承载平台14上，并均匀分布在以该旋转轴13为中心的一定半径的承载圆周15上，或者分多层环绕在旋转轴13周围；承载圆周15的半径视承载座11数量而定，承载座11数量较少时，半径相应较小；而承载座11数量较多时，半径也要相应增加，以能均匀布置这些承载座11，从而能同时对较多工件12进行镀膜。本实施例采用两个承载圆周15，共具有24个承载座11，每个承载座11其上分别承载有一欲镀膜的工件12。

所述镀膜源20与所述承载装置10相对而设；该镀膜源可采用蒸镀源、溅镀源、靶材。当需镀多层薄膜时，其通常包含多种材质薄膜，因而，镀膜源可相应包括多种材质的镀膜源，则镀膜源20可相应采用多个镀源或靶头。

所述监控装置30可包括监控晶片31及滑动组件32；监控晶片31可采用石英晶片或光学玻璃晶片；滑动组件32可沿旋转轴13轴向滑动，以调整监控晶片31的位置，从而动态地调整监控晶片31相对于镀膜源20的距离。本实施例中，监控晶片31及工件12均相对镀膜源20而设，对工件12镀膜的同时，监控晶片31上也相应镀上一定厚度薄膜，因而，监控晶片31的镀膜厚度与工件12的镀膜厚度成一定比值。通常，镀膜时间恒定时，监控晶片31及工件12所镀膜层的厚度与其相对于镀膜源20的距离成反比，即监控晶片31及工件12相对镀膜源20的距离越近，其上所镀膜层越厚，因而，当工件12位置固定，监控晶片31及工件12的镀膜厚度比值可由监控晶片31相对镀膜源20的距离远近来调整。如需在工件12镀上一定厚度单层薄膜时，根据监控晶片31及工件12镀膜厚度所成比值，通过监控晶片31监控其自身镀膜厚度来间接控制工件12上的欲镀膜厚度；如需在工件12上镀多层薄膜时，按上述同样方法镀上第一膜层后，下一膜层厚度有变化时，则调整监控晶片31相对于镀膜源20的距离，较厚时就调近距离，较薄时就调远距离，使监控晶片31及工件12镀膜厚度比值适合，通常介于0.8～2之间，以利于监控晶片31对自身镀膜厚度进行监控，也即实现对工件12不同镀膜厚度进行精确控制。监控晶片31可采用一个或多个晶片，对于较简单镀膜，单个监控晶片31即可满足要求；如镀膜源20采用多种镀材时，可采用多个监控晶片31，分别对应于镀膜材质。

所述测试组件40可包括测试晶片41以及滑动支撑座42；也可通过设置一活动支柱43，来调整测试组件40高度及倾角。滑动支撑座42可沿外壳内壁的滑轨移动，以调整测试晶片41的位置，从而可调整其相对于镀膜源20的距离；测试晶片41可采用石英测试晶片或光学玻璃测试晶片，本实施例采用石英测试晶片，利用石英震荡频率的改变来初步监控工件12的镀膜厚度变化，并根据该厚度变化监测镀膜源的镀率。通常，镀膜源的镀率维持在0.5

·s-1左右，当测试组件40监测的镀膜速率偏离该数值时，即可调整镀膜源20的电压或功率，以使镀膜源20的镀率达到预定要求。当镀膜源20采用多种镀材时，也可在相应位置设置多个测试组件40同时对镀膜厚度进行初步监控，以减少操作误差，提高镀膜过程的精度。

镀膜时，承载座11在旋转轴13带动下绕其转动，使工件12均匀镀膜。当需要在工件12上镀较厚薄膜时，即可缩短监控晶片31相对于镀膜源20的距离，即造成监控晶片31的镀膜厚度与欲镀在工件上薄膜厚度的比值提高；反的亦然。因而，在本实施例中，监控晶片31相对于镀膜源20的位置可与工件12相对于镀膜源20的位置相近似，也可高于或低于工件12相对于镀膜源20的位置。镀膜设备1特别适应于多层镀膜，当每层薄膜厚度不一时，按上述方法相应地调整监控晶片31的位置，以使其适应新镀膜层厚度的需求，在工件12上镀得相应厚度的薄膜层。如对于一紫外滤光片，为提高紫外波段截止效果，通常需在基底镀上30层以上薄膜，每层薄膜厚度变化范围在100nm～200nm左右，此时需不断调整监控晶片31的位置，以利于其对工件12上不同厚度的镀膜进行实时监控。

请参阅图3，是本技术方案提供的镀膜方法流程图。该镀膜方法包括以下步骤：提供一镀膜源；将多个欲镀膜的工件置于与镀膜源相对设置的承载装置中多个承载座上；对工件镀膜，同时调整一监控装置中监控晶片相对于镀膜源的距离，来改变监控晶片的镀膜厚度与工件欲镀膜厚度所成的比值，以利于监控晶片监控工件上欲镀膜厚度；重复前一步骤，直到工件镀上预定厚度的薄膜。

步骤100：提供一镀膜源。该镀膜源20可采用蒸镀源、溅镀源、靶材等，当需镀多层薄膜时，其通常包含多种材质，因而，镀膜源可相应包括多种材质的镀膜源，则镀膜源20可相应采用多个镀源或靶头。

步骤200：将多个欲镀膜的工件置于与镀膜源相对设置的承载装置的多个承载座上。通常，为保持这些工件镀膜均匀一致性，这些承载座11均匀分布在承载平台14上，而对于欲镀相同厚度膜层的工件12，可将其设置于对称的承载座11上。

步骤300：对工件镀膜，同时调整一监控装置30中监控晶片31相对于镀膜源20的距离，来改变监控晶片31的镀膜厚度与工件12欲镀膜厚度所成的比值，以利于监控晶片监控工件12上欲镀膜厚度。开始镀膜时，通过监控装置30中的监控晶片31来监控工件12上镀膜厚度，由于监控晶片31的镀膜厚度与工件12欲镀膜厚度成一定比值，通过该比值可得出监控晶片31相对于镀膜源20的距离，调整成相应位置后，即可利用监控晶片31监控镀膜厚度。如工件12欲镀膜厚度增大时，使得该比值增加，即可相应缩短所述监控晶片31相对于镀膜源20的距离，以利于其对工件12镀膜厚度的监控；同样，工件12欲镀膜厚度较低时，使得该比值减小，即可相应增加监控晶片31相对于镀膜源的距离，以利于其对工件12镀膜厚度的监控。通过监控晶片31的此种实时监控，可精密控制工件12的镀膜厚度。

步骤400：重复前一步骤，直到工件镀上预定厚度的薄膜。通常，工件12上需镀多层薄膜，当工件12通过上述步骤镀上一层薄膜后，接着进行下一层镀膜时，该膜层厚度通常与上一层薄膜厚度不同，此时只需重复步骤300，调整监控晶片31相对于镀膜源20的距离，使监控晶片31仍然较好监控工件12欲镀膜厚度，在其上镀新的膜层。如此，不论需在工件12上镀多少层薄膜，其厚度尽管各不相同，通过本实施例提供的镀膜方法即可满足预定厚度镀膜要求。欲镀膜有时需镀上不同材质膜层时，还要更换成相应镀源。

另外，镀膜方法还可包括利用一测试组件40初步监控工件12镀膜厚度和镀膜源20镀率的步骤；测试组件40至少包括一能动态可调的测试晶片41，其可采用石英晶片或光学玻璃晶片。

本实施例提供的镀膜设备1具有一可动态滑动的监控晶片31，当欲镀工件固定时，通过动态调整监控晶片31相对于镀膜源20的距离，从而可改变监控晶片31的镀膜厚度与欲镀在工件12上薄膜厚度的比值，使监控晶片适应于监控新的欲镀膜厚度。因而，本实施例的镀膜设备可适应膜厚多样化的产品，特别适用于多层镀膜。而且上述比值在实际应用中较易于精密控制，能通过动态调整监控晶片31相对于镀膜源20的距离，使监控晶片31能即时对工件不同厚度的镀膜进行精确控制。另外，由于本实施例还结合一可动态调整的测试组件40，利用其初步监控镀膜厚度以及镀膜源20的镀率，以利于监控晶片31进一步对工件12镀膜厚度进行精密控制。

Claims (15)

1.一种镀膜设备，其包括：一承载装置，其具有多个承载座，以承载多个欲镀膜的工件；一镀膜源，其与所述承载装置相对而设；以及一监控装置，其与所述镀膜源相对并靠近于工件设置的；其特征在于：所述监控装置包括至少一相对于镀膜源的距离可调整的监控晶片，其镀膜厚度与工件的镀膜厚度成一比值。

2.如权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于：所述镀膜设备进一步包括至少一测试组件，其与该镀膜源相对而设，并设置于镀膜源与承载座之间。

3.如权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于：所述至少一监控晶片的镀膜厚度与工件的镀膜厚度所成比值与所述监控晶片相对于镀膜源的距离成反比例关系。

4.如权利要求1或3所述的镀膜设备，其特征在于：所述比值介于0.8～2之间。

5.如权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于：所述监控晶片采用石英晶片或光学玻璃晶片。

6.如权利要求2所述的镀膜设备，其特征在于：所述测试组件至少包括一能动态调整的测试晶片。

7.如权利要求6所述的镀膜设备，其特征在于：所述测试晶片采用石英晶0片或光学玻璃晶片。

8.如权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于：所述承载装置采用伞具式或行星式承载装置。

9.如权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于：所述监控装置进一步包括一调整监控试片相对于镀膜源距离的滑动组件。

10.如权利要求1所述的镀膜设备，其特征在于：所述镀膜源采用包含一种或多种材质的蒸镀源、溅镀源、靶材。

11.一种镀膜方法，其包括以下步骤：

提供一镀膜源；

将多个欲镀膜的工件置于与镀膜源相对设置的承载装置中多个承载座上；

对工件镀膜，同时调整一监控装置中监控晶片相对于镀膜源的距离，来改变监控晶片的镀膜厚度与工件欲镀膜厚度所成的比值，以利于监控晶片监控工件上欲镀膜厚度；

重复前一步骤，直到工件镀上预定厚度的薄膜。

12.如权利要求11所述的镀膜方法，其特征在于：所述镀膜方法进一步包括利用一测试组件初步监控工件镀膜厚度及镀膜源的镀率。

13.如权利要求12所述的镀膜方法，其特征在于：所述测试组件至少包括一能动态调整的测试晶片。

14.如权利要求11所述的镀膜方法，其特征在于：所述工件欲镀膜厚度增大时，缩短所述监控晶片相对于镀膜源的距离，使得所述监控晶片的镀膜厚度与工件的镀膜厚度的比值增加；所述工件欲镀膜厚度降低时，增加所述监控晶片相对于镀膜源的距离，使得所述监控晶片的镀膜厚度与工件的镀膜厚度的比值降低。

15.如权利要求11至14任一项所述的镀膜方法，其特征在于：所述监控晶片固持在一滑动组件上，并通过所述滑动组件调整监控晶片相对于镀膜源的距离。

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