CN101144149B - 无时间延迟的连续式真空制程设备及真空加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续式的真空制程设备。此类设备可广泛应用于任何需要于真空下进行加工及/或检测工作的制程，例如光学或电子产品的蒸镀或溅镀制程。一种无时间延迟的连续式真空制程设备，其具有前后真空过渡室、前后初级真空室、真空制程室、工件传动装置、真空抽气装置、密封移动门装置以及一控制装置其用于控制该工件传动装置输送工件的速度及该密封移动门装置的开启及关闭，使得工件为该工件传动装置连续的输送通过该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室，及使所述密封移动门装置在工件到达时被开启及工件通过后被关闭。

Description

无时间延迟的连续式真空制程设备及真空加工方法

技术领域

本发明涉及一种连续式的真空制程设备。此类设备可广泛应用于任何需要于真空下进行加工及/或检测工作的制程，例如光学或电子产品的蒸镀或溅镀制程。

背景技术

中国实用新型第03219715.2号揭示了一种连续式蒸镀或溅镀机，包括真空镀膜机，所述真空镀膜机的两端分别密封连接在若干个进件真空过渡室和出件真空过渡室，每个进件真空过渡室和出件真空过渡室均安装有抽真空装置，进件真空过渡室、真空镀膜机和出件真空过渡室之间贯通有工件传动装置，每个室与室之间均设有密封移动门装置。操作时，工件被送入第一真空过渡室后须等到其真空度与后续的第二真空过渡室的真空度相等时，才将工件由第一真空过渡室送入第二真空过渡室，当第二真空过渡室的真空度与后续的第三真空过渡室的真空度相等时，才将工件由第二真空过渡室送入第三真空过渡室，当第三真空过渡室的真空度与真空镀膜机的真空度相等时，才将工件由第三真空过渡室送入真空镀膜机进行镀膜，才将工件由第一真空过渡室送入第二真空过渡室整体真空镀膜加工。虽然此实用新型可以使真空镀膜机始终处于真空状态，实现真空镀膜机的连续工作。但是工件传输上仍有时间延迟的问题，亦即工件的镀膜加工程序仍是间歇式操作，因此有进一步被提高生产效率的改良空间。

发明内容

本发明的一主要目的在于提出一种无时间延迟的连续式真空制程设备，来改善现有的真空制程设备进行具有的工件传输的时间延迟问题，缩短或避免工件传输所造成的时间延迟，因而提高生产效率。

为了实现上述发明目的一种依照本发明内容所完成的无时间延迟的连续式真空制程设备包含：一真空制程室；一前初级真空室及一后初级真空室分别连接该真空制程室的工件进口和工件出口；一前真空过渡室及一后真空过渡室分别连接该前初级真空室及后初级真空室，其中该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室都安装有一抽真空装置及安装有一贯通其间的工件传动装置；设置于该前真空过渡室的入口的第一密封移动门装置；设置于该前真空过渡室和该前初级真空室之间的第二密封移动门装置；设置于该前初级真空室和该真空制程室之间的第三密封移动门装置；设置于该真空制程室和该后初级真空室之间的第四密封移动门装置；设置于该后初级真空室和该后真空过渡室之间的第五密封移动门装置；设置于该后真空过渡室的出口的第六密封移动门装置；及一控制装置其用于控制该工件传动装置输送工件的速度及该第一至第六密封移动门装置的开启及关闭，使得工件为该工件传动装置连续的输送通过该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室，及使该第一至第六密封移动门装置在工件到达时被开启及工件通过后被关闭，且相邻的两密封移动门装置未同时开启。

较佳的，该真空制程室内配备有溅镀装置或蒸镀装置。

较佳的，该真空制程室内配备有检测装置，例如扫描式电子显微镜或光谱仪。

较佳的，本发明的连续式真空制程设备具有多于一个的真空制程室，该多个真空制程室介于该前初级真空室和后初级真空室之间且互相串联。

较佳的，该多个真空制程室的每一室同时或单独的配备有溅镀装置、蒸镀装置或检测装置，但溅镀装置和蒸镀装置不同时配备于一个真空制程室。

实施方式

本发明揭示一种使用前述本发明的设备进行无时间延迟的连续式真空加工方法，包含下列步骤：

a)启动该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室的抽真空装置，使得该真空制程室具有一适于进行真空加工的低压；

b)启动该工件传动装置及该控制装置，使得工件为该工件传动装置连续的输送通过该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室，及使该第一至第六密封移动门装置在工件到达时被开启及工件通过后被关闭，且相邻的两密封移动门装置未同时开启；

其中该工件通过该前真空过渡室所需的时间足够该前真空过渡室被抽真空至一想要的低压；

该工件通过该前初级真空室所需的时间足够该前初级真空室被抽真空至一等于该真空制程室的低压；

该工件在通过该真空制程室时被进行真空加工；

该工件通过该后初级真空室所需的时间足够该后初级真空室被抽真空至一等于该真空制程室的低压；及

该工件通过该后真空过渡室所需的时间足够该后真空过渡室被抽真空至一想要的低压。

较佳的，该真空制程室具有10^-1至10^-4torr的压力。

较佳的，该前初级真空室及后初级真空室的压力变化介于常压至真空制程室的压力。

较佳的，该前真空过渡室的压力变化介于一大气压至前初级真空室的压力，及该后真空过渡室的压力变化介于一大气压至后初级真空室的压力。

较佳的，于本发明方法中在该真空制程室内对工件进行溅镀或蒸镀。更佳的，在该真空制程室内在进行溅镀或蒸镀之前对工件先进行用于除去工件上杂气的前处理，该前处理包含红外线前处理、电浆前处理或离子束前处理。

较佳的，于本发明方法中在该工件离开该真空制程室前对工件进行检测。更佳的，该检测包含使用扫描式电子显微镜或光谱仪对工件进行检测。

较佳的，使用于本发明方法的设备具有多于一个的真空制程室，该多个真空制程室介于该前初级真空室和后初级真空室之间且互相串联，其中该方法包含在工件依序通过该多个真空制程室时被依序进行真空加工。更佳的，该多个真空制程室的每一个同时或单独的配备有溅镀装置、蒸镀装置、或前处理装置，但溅镀装置和蒸镀装置不同时配备于一个真空制程室，其中该方法包含在工件依序通过该多个真空制程室时被依序进行溅镀装置、蒸镀装置、或前处理。较佳的，该多个真空制程室的至少一个进一步配备有检测装置，其中该方法包含在工件依序通过该多个真空制程室时被进行至少一次检测。

本发明的一较佳实施例是针对中国实用新型第03219715.2号的连续式蒸镀溅镀机所作的改良。此中国实用新型第03219715.2号所揭示的内容以参考方式被并入本说明书。

如图1所示，一种依本发明的一较佳实施例所完成的无时间延迟的连续式真空制程设备包含：一真空制程室C；一前初级真空室B及一后初级真空室B′分别连接该真空制程室的工件进口2和工件出口3；一前真空过渡室A及一后真空过渡室A′分别连接该前初级真空室B及后初级真空室B′，其中该前真空过渡室A、前初级真空室B、真空制程室C、后初级真空室B′、及后真空过渡室A′都安装有一抽真空装置及安装有一贯通其间的工件传动装置7；设置于该前真空过渡室A的入口的第一密封移动门装置G1；设置于该前真空过渡室A和该前初级真空室B之间的第二密封移动门装置G2；设置于该前初级真空室B和该真空制程室C之间的第三密封移动门装置G3；设置于该真空制程室C和该后初级真空室B′之间的第四密封移动门装置G4；设置于该后初级真空室B′和该后真空过渡室A′之间的第五密封移动门装置G5；设置于该后真空过渡室A′的出口的第六密封移动门装置G6；及一控制装置其用于控制该工件传动装置7输送工件的速度及该第一至第六密封移动门装置的开启及关闭，使得工件为该工件传动装置7连续的输送通过该前真空过渡室A、前初级真空室B、真空制程室C、后初级真空室B′、及后真空过渡室A′，及使该第一至第六密封移动门装置在工件到达时被开启及工件通过后被关闭。

图2、图3、图4、图5及图6所示为一适用于本发明的连续式真空镀膜设备，包括位于该真空制程室C，其内配备有一真空镀膜机；该真空制程室C的工件进口2和工件出口3上分别密封连接在前真空过渡室A及前初级真空室B，和后初级真空室B′、及后真空过渡室A′，其中每一室均安装有抽真空装置6，及贯通每一室的工件传动装置7；设置于该前真空过渡室A的入口的第一密封移动门装置G1；设置于该前真空过渡室A和该前初级真空室B之间的第二密封移动门装置G2；设置于该前初级真空室B和该真空制程室C之间的第三密封移动门装置G3；设置于该真空制程室C和该后初级真空室B′之间的第四密封移动门装置G4；设置于该后初级真空室B′和该后真空过渡室A′之间的第五密封移动门装置G5；设置于该后真空过渡室A′的出口的第六密封移动门装置G6。所述工件传动装置7包括设置于底部的联动导辊9和设置于顶部的导轨10。每一室均设有独立的联动导辊驱动电机11。所述密封移动门装置G1至G6都包括与该室侧向连通的密封盒12，密封盒12内设有移动门13，移动门13上下没有导向装置14，移动门13外侧没有伸缩气缸15，每一室内设有与移动门13平面密封的密封框16。

举例说明本发明的无时间延迟的连续式真空制程设备操作如下，其中假设工件通过每个密封移动门装置(第一至第六)的传动耗时少于4秒；前真空过渡室A、前初级真空室B、后初级真空室B′、及后真空过渡室A′的通过时间为5秒；及真空制程室C的通过时间为10秒(工件以等速被输送)。

第0秒第一批工件位于G1前；

第4秒第一批工件位于G1后；

第9秒第一批工件位于G2前；

第13秒第一批工件位于G2后；

第18秒第一批工件位于G3前；

第22秒第一批工件位于G3后；

第27秒第一批工件位于G4前；

第31秒第一批工件位于G4后；

第36秒第一批工件位于G5前；

第40秒第一批工件位于G5后；

第45秒第一批工件位于G6前；

第49秒第一批工件位于G6后。

每批工件之间的间隔为13秒，亦即将上述秒数加13秒即为第二批工件的位置。例如在第13秒时第一批工件刚通过G2且G2关闭后，轮到G1被开启让第二批工件进入该前真空过渡室A。表1列出密封移动门装置开启又关闭的时点及工件的位置。表1中的“开又关”代表开启接着又关闭，括号内的数字代表工件的批号。

表1

从表1中可以看出前一个密封移动门装置被开启又关闭后，后一个密封移动门装置才被开启又关闭，以避免后一室同时与前二室联通。工件经工件传动装置7由大气下传递至该前真空过渡室A中。待G1密封移动门装置关闭，A配备的抽真空装置6启动开始抽气。当工件传动至G2密封移动门装置前，随即打开G2密封移动门装置将工件传送至初级真空室B，中间不会因为要配合A达到要求的真空度而造成的时间延迟。至于前真空过渡室A内真空程度不足的部分，将会由A与B之间进行真空平衡动作来弥补。自G1密封移动门装置关闭的同时，A与B配备的抽真空装置开始不间断的抽气，直至下一次G1密封移动门装置开启前，才将A的抽真空装置关闭。同样的原理应用于B′与A′，如此即为一个无时间延迟的连续式真空制程设备。

图1中前后两个真空过渡室(A及A′)，作为一个真空过渡区域并与后方及前方的初级真空室(B及B′)连结，如此可以大幅减少因为真空传动时，真空抽气所造成的时间延误，建立一个没有时间延迟、真正的连续式真空制程设备。此种设备可广泛应用于需要于真空下进行加工制程，可实现无时间延迟的连续生产，大幅增加单位产能。

附图说明

图1显示一种依本发明的一较佳实施例所完成的无时间延迟的连续式真空制程设备的俯视示意图。

图2显示图1中的无时间延迟的连续式真空制程设备的俯视图。

图3显示图2的连续式真空制程设备的侧视图。

图4为沿图3中A-A线的剖视图。

图5为沿图3中B-B线的剖视图。

图6为沿图4中C-C线的剖视图。

图7显示于本发明的一实施例中前初级真空室B在实验一开始的压力变化。

图8显示于本发明的一实施例中15个溅镀基材的表面电阻值，其中方形点及菱形点代表不进行电浆前处理的两次实验的结果，而三角形点及x点代表进行电浆前处理的两次实验的结果。

附图标记

G1-G6..密封移动门装置    2..工件进口        3..工件出口

A..前真空过渡室          B..前初级真空室    C..真空制程室

A’..后真空过渡室        B’..后初级真空室  6..真空装置

7..工件传动装置          9..联动导辊        10..导轨

11..联动导辊驱动电机     12..密封盒         13..移动门

14..导向装置             15..伸缩气缸       16..密封框

具体实施方式

实施例

本实施例的目的在于证实本发明方法及设备可实现连续性操作。本实施例使用类似前述如图1至6所示的本发明的连续式真空制程设备。该前真空过渡室A、前初级真空室B、真空制程室C、后初级真空室B′、及后真空过渡室A′的起始压力都为760torr。实验时G1一被关闭G2随即被开启，同时开始抽真空装置6开始对真空过渡室A、前初级真空室B、真空制程室C、后初级真空室B′、及后真空过渡室A′抽真空。当工件通过G2后，G2随即被关闭。当工件到达G3前，G3被开启。当工作通过G3后，G3随即被关闭。当工件到达G4前，G4被开启。当工作通过G4后，G4随即被关闭。G4一被关闭G5随即被开启。当工作通过G5后，G5随即被关闭。当工件到达G6前，G6被开启。由于G2及G5被开启的时点是设定在最早，因此对前初级真空室B及后初级真空室B′的真空度的实现，尤其是实验一开始由760torr开始抽真空，具最大的挑战。

本实施例的前真空过渡室A、前初级真空室B、真空制程室C、后初级真空室B′、及后真空过渡室A′的体积为：A＝B＝B′＝A′＝220L，C＝1000L。抽气速率为A＝B＝B′＝A′＝1200m³/hr。真空制程室C的温度为60℃度，其内部的加工装置有离子枪(Ion Beam)及电浆前处理设备。工作的传送是使用4cm直径的轮轴，以50rpm的速度传送125cm长的台车。

图7显示前初级真空室B在实验一开始的压力变化，从其中可以看出该前初级真空室B可于30秒内由760torr减压到7.8×10^-2torr，符合开启G3所需的压力要求。如果将G2被开启的时点设定在晚一点，例如在工件快到达G2时才被开启，上述由760torr减压到7.8×10^-2torr的时间可由30秒再缩短。第二次G2被开启时，因为该前初级真空室B的压力已经不是一开始的760torr，因此在30秒内将可由7.8×10^-2torr降至更低。

真空制程室C制程参数：

1.不进行电浆前处理：

溅镀制程：工作压力：3×10^-3torr

工作气体：Ar

在聚碳酸(简称PC)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(简称ABS)基材上溅镀Cu+SuS，总厚度约为0.3微米。

2.有电浆处理：

前处理：RF电浆处理30秒

工作压力：1.6×10^-2torr

工作气体Ar+O₂

溅镀制程：工作压力：3×10^-3torr

工作气体：Ar

在PC及ABS基材上溅镀Cu+SuS，总厚度约为0.3微米。

不进行电浆前处理及进行电浆前处理的实验分别被进行两次，每一次实验的15个溅镀基材其表面电阻值被示于图8。从图8可以看出所有次实验的15个溅镀基材其表面电阻值均约低于5奥姆，其中经过RF电浆处理者均约低于3.8奥姆。

Claims (21)

1.一种无时间延迟的连续式真空制程设备，包含一真空制程室，一前初级真空室及一后初级真空室分别连接该真空制程室的工件进口和工件出口；一前真空过渡室及一后真空过渡室分别连接该前初级真空室及后初级真空室，其中该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室都安装有一抽真空装置及安装有一贯通其间的工件传动装置；设置于该前真空过渡室的入口的第一密封移动门装置；设置于该前真空过渡室和该前初级真空室之间的第二密封移动门装置；设置于该前初级真空室和该真空制程室之间的第三密封移动门装置；设置于该真空制程室和该后初级真空室之间的第四密封移动门装置；设置于该后初级真空室和该后真空过渡室之间的第五密封移动门装置；设置于该后真空过渡室的出口的第六密封移动门装置；及一控制装置，其特征是：该控制装置控制该工件传动装置输送工件的速度及该第一至第六密封移动门装置的开启及关闭，使得工件被该工件传动装置连续的输送通过该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室，及使该第一至第六密封移动门装置在工件到达时被开启及工件通过后被关闭，且相邻的两密封移动门装置未同时开启；

该控制装置控制该工件通过该前真空过渡室所需的时间足够该前真空过渡室被抽真空至一想要的低压；

该工件通过该前初级真空室所需的时间足够该前初级真空室被抽真空至一等于该真空制程室的低压；

该工件在通过该真空制程室时被进行真空加工；

该工件通过该后初级真空室所需的时间足够该后初级真空室被抽真空至一等于该真空制程室的低压；及

该工件通过该后真空过渡室所需的时间足够该后真空过渡室被抽真空至一想要的低压。

2.如权利要求1所述的设备，其中该真空制程室内配备有溅镀装置或蒸镀装置。

3.如权利要求2所述的设备，其中该真空制程室在该溅镀装置或蒸镀装置的上游进一步配备有用于除去工件上杂气的前处理装置，该前处理装置包含红外线装置、电浆装置或离子枪装置。

4.如权利要求1、2或3所述的设备，其中该真空制程室配备有检测装置。

5.如权利要求4所述的设备，其中该检测装置为扫描式电子显微镜或光谱仪。

6.如权利要求3所述的设备，其具有多于一个的真空制程室，该多个真空制程室介于该前初级真空室和后初级真空室之间且互相串联。

7.如权利要求6所述的设备，其中该多个真空制程室的每一个同时或单独的配备有溅镀装置、蒸镀装置、或前处理装置，但溅镀装置和蒸镀装置不同时配备于一个真空制程室。

8.如权利要求7所述的设备，其中该多个真空制程室的至少一个进一步配备有检测装置。

9.如权利要求8所述的设备，其中该检测装置为扫描式电子显微镜或光谱仪。

10.一种使用如权利要求1所述的设备进行无时间延迟的连续式真空加工方法，包含下列步骤：

a)启动该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室的抽真空装置，使得该真空制程室具有一适于进行真空加工的低压；

b)启动该工件传动装置及该控制装置，使得工件被该工件传动装置连续的输送通过该前真空过渡室、前初级真空室、真空制程室、后初级真空室、及后真空过渡室，及使该第一至第六密封移动门装置在工件到达时被开启及工件通过后被关闭，且相邻的两密封移动门装置未同时开启；

其特征是：该工件通过该前真空过渡室所需的时间足够该前真空过渡室被抽真空至一想要的低压；

该工件通过该前初级真空室所需的时间足够该前初级真空室被抽真空至一等于该真空制程室的低压；

该工件在通过该真空制程室时被进行真空加工；

该工件通过该后初级真空室所需的时间足够该后初级真空室被抽真空至一等于该真空制程室的低压；及

该工件通过该后真空过渡室所需的时间足够该后真空过渡室被抽真空至一想要的低压。

11.如权利要求10所述的方法，其中该真空制程室具有10^-1至10^-4torr的压力。

12.如权利要求10所述的方法，其中该前初级真空室及后初级真空室的压力变化介于常压至真空制程室的压力。

13.如权利要求10所述的方法，其中该前真空过渡室的压力变化介于一大气压至前初级真空室的压力，及该后真空过渡室的压力变化介于一大气压至后初级真空室的压力。

14.如权利要求10所述的方法，其中在该真空制程室内对工件进行溅镀或蒸镀。

15.如权利要求14所述的方法，其中在该真空制程室内在进行溅镀或蒸镀之前对工件先进行用于除去工件上杂气的前处理，该前处理包含红外线前处理、电浆前处理或离子束前处理。

16.如权利要求14或15所述的方法，其中在该工件离开该真空制程室前对工件进行检测。

17.如权利要求16所述的方法，其中该检测包含使用扫描式电子显微镜或光谱仪对工件进行检测。

18.如权利要求15所述的方法，其中该设备具有多于一个的真空制程室，该多个真空制程室介于该前初级真空室和后初级真空室之间且互相串联，其中该方法包含在工件依序通过该多个真空制程室时被依序进行真空加工。

19.如权利要求18所述的方法，其中该多个真空制程室的每一个同时或单独的配备有溅镀装置、蒸镀装置、或前处理装置，但溅镀装置和蒸镀装置不同时配备于一个真空制程室，其中该方法包含在工件依序通过该多个真空制程室时被依序进行溅镀、蒸镀、或前处理。

20.如权利要求19所述的方法，其中该多个真空制程室的至少一个进一步配备有检测装置，其中该方法包含在工件依序通过该多个真空制程室时被进行至少一次检测。

21.如权利要求20所述的方法，其中该检测包含使用扫描式电子显微镜或光谱仪对工件进行检测。

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