CN101463471B - 一种连续化薄膜真空沉积方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续化薄膜真空沉积方法及装置，它包括以下步骤：通过在真空沉积室的进口设置至少一级进口真空预抽室、在真空沉积室的出口设置至少一级出口真空保护室，以保持真空沉积室内的真空度；各级进口真空预抽室、真空沉积室、各级出口真空保护室之间由狭缝连通，并由设置在狭缝处的阀门密封，基底通过狭缝进入各室，阀门在基底通过时开启，在基底通过后关闭；基底在进入进口真空预抽室和离开出口真空保护室时，至少一个进口阀门和至少一个出口阀门是关闭的，以保持真空沉积室内的真空度不变。调整基底的传送速度使相邻二块基底之间的间距在到达沉积装置前缩小，并使基底在离开真空沉积室时，相邻两块基底之间的间距增大，从而实现薄膜沉积的连续化进行和原材料利用率的极大提高。

Description

一种连续化薄膜真空沉积方法及装置

技术领域

本发明属于薄膜真空沉积技术领域，特别涉及一种连续化薄膜真空沉积方法及装置。

背景技术

真空薄膜沉积是在一定真空度的环境下，采用真空薄膜沉积技术在基底表面沉积具有一定功能的纳米至微米级的金属、非金属、半导体等材料薄膜。目前采用的真空薄膜沉积技术包括化学气相沉积、真空蒸发、溅射、有机金属气相沉积、外延膜真空沉积、化学气相转移沉积、升华沉积、近空间升华沉积等。真空沉积的薄膜已广泛应用于半导体、电子、太阳能、装饰工业中。为了实现薄膜沉积技术的产业化，已开发出一系列的真空薄膜沉积生产线，例如溅射沉积薄膜生产线、中高真空化学气相沉积生产线，为真空薄膜沉积技术的应用创造了条件。但是，在实际应用中，因基底进入真空预抽室后，下一片基底必须等到预抽室的真空度达到同真空沉积室的真空度一样并且在预抽室的前一片基底送入真空沉积室后才能通过进口阀门进入预抽室，结果是导致生产率低下；另一方面，因为相邻二块基底之间的空间很远，一块在真空沉积室内，相邻的下一块在预抽室内，薄膜沉积只能间隙进行，不能连续地进行，否则造成溅射靶材料或化学原材料的极大浪费。

在美国专利US5772715所描述的大规模碲化镉薄膜太阳能光伏电池生产中，基底玻璃片在进入真空沉积室以前通过三级真空预抽室，每一级预抽室都有一个真空泵进行抽气，预抽室采用狭缝密封的方式控制空气从外界进入，也就是说基底玻璃片通过三级预抽室的狭缝连续地从预抽室外进入真空沉积室。由于狭缝太小，预抽室中由于真空泵抽气容易造成基底玻璃片两边压力出现不平衡，进而造成玻璃片在传送过程中出现颤振的现象。另外，即使预抽室中的真空泵连续不断地工作，外界的空气仍不可避免地通过狭缝进入真空沉积室，降低真空沉积室内的真空度和增加真空沉积室内的氧气浓度。类似于在美国专利US5772715中描述的真空预抽室在美国专利US7220321中所描述的大规模生产线上得到进一步的应用，后者在最后一级预抽室靠近真空沉积室的位置上加入了一个惰性气体进口管，以减少空气通过狭缝进入真空沉积室的可能性，即使如此，空气通过预抽室中的狭缝通道进入真空沉积室的机会仍然很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种连续化薄膜真空沉积方法及装置，以保证真空沉积室内的真空度不受基底连续地通过传送装置从外界大气环境通过进口真空预抽室进入真空沉积室和从真空沉积室通过出口真空保护室进入外界大气环境的影响，从而使基底可以连续地进入和离开真空沉积室，提高连续化真空薄膜沉积生产线的生产率。

本发明所要解决的另一个技术问题是：保证真空沉积室内的真空度不变的情况下，通过改变基底的传送速度，减少相邻基底之间的间距，使基底进入真空沉积室内的沉积装置前，相邻基底之间的空间距离缩小到1厘米以下，从而在不中断薄膜沉积的前提下，将原材料的利用率达到最大。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种连续化薄膜真空沉积方法，其特征在于它包括以下步骤：

A)通过在真空沉积室的进口设置至少一级进口真空预抽室、在真空沉积室的出口设置至少一级出口真空保护室，使位于真空沉积室两边的进口真空预抽室、出口真空保护室的真空度与真空沉积室的真空度基本相同，以保持真空沉积室内的真空度；

B)各级进口真空预抽室、真空沉积室、各级出口真空保护室之间由狭缝连通，并由设置在狭缝处的阀门密封，其中位于真空沉积室进口一侧的各阀门为进口阀门，位于真空沉积室出口一侧的各阀门为出口阀门，基底通过狭缝进入各室，阀门在基底通过时开启，在基底通过后关闭；

C)基底以一定的间隔和一定的速度连续从外界大气环境通过进口真空预抽室传送进入真空沉积室进行薄膜沉积，从真空沉积室通过出口真空保护室传送进入外界大气环境；

D)基底在进入进口真空预抽室和离开出口真空保护室时，至少一个进口阀门和至少一个出口阀门是关闭的，以保持真空沉积室内的真空度不变。

进一步包括以下步骤：

E)调整基底位于各进口真空预抽室、真空沉积室和出口真空保护室内时的传送速度使相邻二块基底之间的间距在到达真空沉积室内的沉积装置前缩小，并使基底在离开真空沉积室时，相邻两块基底之间的间距增大。

其中步骤E)进一步包括以下步骤：相邻二块基底之间的间距在到达真空沉积室内的沉积装置前缩短到1厘米以下。

其中步骤E)进一步包括以下步骤：各进口真空预抽室、真空沉积室和出口真空保护室内的底基传送装置各自独立设置，通过改变各传送装置的传送速度来调整基底的传送速度。

其中步骤E)进一步包括以下步骤：基底在真空沉积室内的传送速度为恒定速度，在真空沉积室的进口设有一段追赶区，加快基底在进口真空预抽室内的传送速度，使后一基底在追赶区内追上前一基底。在真空沉积室的出口设一段分离区，加快基底在出口真空保护室的传送速度，使前一基底与后一基底分离。

一种连续化薄膜真空沉积装置，包括真空沉积室：用于在基底上沉积薄膜，装配有沉积装置；传送装置：装配有传送带和传送轮，用于以一定的间隔和一定的速度连续传送基底从外界大气环境进入真空沉积室进行薄膜沉积，并从真空沉积室进入外界大气环境，其特征在于它还包括：

A)至少一级进口真空预抽室：与真空沉积室进口相连，装配有真空泵；

B)至少一级出口真空保护室：与真空沉积室出口相连，装配有真空泵；

C)狭缝：设于进口真空预抽室、真空沉积室、出口真空保护室各室之间，用于室与室之间连通和基底通过；

D)阀门：设置在各狭缝处，用于使各室之间密封，其中位于真空沉积室进口一侧的各阀门为进口阀门，位于真空沉积室出口一侧的各阀门为出口阀门，在基底通过时开启，基底通过后关闭，在基底进入进口真空预抽室和离开出口真空保护室时，至少一个进口阀门和至少一个出口阀门是关闭的；

E)控制装置：与阀门相连，用于控制阀门的启闭。

进一步地：位于各进口真空预抽室、真空沉积室和出口真空保护室内的基底传送装置都是各自独立的，传送装置各自与步进电机相连，基底传送速度由各自的步进电机分别控制，使相邻二块基底之间的间距在到达真空沉积室内的沉积装置前缩小，并使已沉积薄膜的基底在离开真空沉积室时，相邻两块基底之间的间距增大。

所述基底在真空沉积室内是连续排列的，彼此间隔小于1厘米。

优选地：所述进口真空预抽室和出口真空保护室各为二级，第一级进口真空预抽室同外界大气相连，而第二级进口真空预抽室同真空沉积室进口相连，第一级出口真空保护室同外界大气相连，而第二级出口真空保护室同真空沉积室出口相连，一旦同外界大气相连的第一级进口真空预抽室进口阀门打开让基底经过时，二级进口真空预抽室之间的进口阀门处于关闭状态，在同外界大气相连的第一级出口真空保护室的出口阀门打开让基底经过时，二级出口真空保护室之间的出口阀门处于关闭状态。

采用以上技术方案后：本发明设计的真空薄膜沉积方法及装置将以一定的间隔排列的基底从外界大气传送进入真空薄膜沉积室，然后进行薄膜沉积。同外界大气相连的进口和出口阀门在基底通过时开启，而在基底之间的空间通过时关闭，并通过调整基底在进口真空预抽室和出口真空保护室内的传送速度，使该沉积系统同外界大气相连的进口和出口阀门的关闭时间最大，从而保证真空沉积室内的真空度不受基底连续地从外界大气通过进口真空预抽室进入真空沉积室和从真空沉积室通过出口真空保护室进入外界大气的影响。同时通过对基底在生产线中的传送速度的改变，使相邻两片基底之间的间距缩小，实现薄膜沉积的连续化进行和原材料利用率的极大提高。

附图说明

图1A：连续化真空薄膜沉积装置的纵向剖视图

图1B：另一种连续化真空薄膜沉积装置的纵向剖视图

图2A～2F：真空薄膜沉积装置进口端实现基底间距从大到小的过程示意图

图3A～3F：真空薄膜沉积装置出口端实现基底间距从小到大的过程示意图

图4A：阀门关闭状态的纵向剖视图

图4B：阀门开启状态的纵向剖视图

图5：真空薄膜沉积装置的进口端截面示意图

图6：真空薄膜沉积室的纵向剖视图

图7：真空薄膜沉积室的另一种纵向剖视图

具体实施方式

本发明包括真空沉积室：用于在基底上沉积薄膜，装配有沉积装置；至少一级进口真空预抽室：与真空沉积室进口相连，装配有真空泵；至少一级出口真空保护室：与真空沉积室出口相连，装配有真空泵；传送装置：装配有传送带和传送轮，用于以一定的间隔和一定的速度连续传送基底从外界大气环境通过进口真空预抽室进入真空沉积室进行沉积，并从真空沉积室通过出口真空保护室进入外界大气环境，在真空沉积室的进口设置至少一级进口真空预抽室、在真空沉积室的出口设置至少一级出口真空保护室，使位于真空沉积室两边的进口真空预抽室、出口真空保护室的真空度与真空沉积室的真空度基本相同，以保持真空沉积室内的真空度，各级进口真空预抽室、真空沉积室、各级出口真空保护室之间由狭缝连通，并由设置在狭缝处的阀门密封，基底通过狭缝进入各室，一控制装置与阀门连接，用于控制阀门在基底通过时开启，基底通过后关闭，其中位于真空沉积室进口一侧的各阀门为进口阀门，位于真空沉积室出口一侧的各阀门为出口阀门，基底在进入进口真空预抽室和离开出口真空保护室时，至少一个进口阀门和至少一个出口阀门是关闭的，以保持真空沉积室内的真空度不变。每一级进口真空预抽室、出口真空保护室和真空沉积室都有各自独立的基底传送装置，其基底传送速度由各自的步进电机分别控制，通过改变各传送装置的传送速度来调整基底的传送速度，使相邻二块基底之间的间距在到达真空沉积室内的沉积装置前缩小，并使已沉积薄膜的基底在离开真空沉积室时，相邻两块基底之间的间距增大。基底在真空沉积室内的传送速度为恒定速度，在真空沉积室的进口设有一段追赶区，加快基底在进口真空预抽室内的传送速度，使后一基底在追赶区内追上前一基底，在真空沉积室的出口设一段分离区，加快基底在出口真空保护室的传送速度，使前一基底与后一基底在分离区分离。

当进口真空预抽室和出口真空保护室各为二级时，第一级进口真空预抽室同外界大气环境相连，而第二级进口真空预抽室同真空沉积室相连，第一级出口真空保护室同外界大气环境相连，而第二级真空保护室同真空沉积室相连，此时真空沉积装置共有三个进口阀门和三个出口阀门，第二级进口真空预抽室、真空沉积室和第二级出口真空保护室的真空泵是连续运转的，以确保真空沉积室内的真空度，第一级进口真空预抽室和第一级出口真空保护室的真空泵在真空沉积装置同大气相连的进口阀门和出口阀门关闭时工作，开启时停止运转。

首先真空沉积装置的三个进口阀门和三个出口阀门是关闭的，打开第二级真空预抽室、真空沉积室和第二级真空保护室的真空泵，使其真空度达到真空沉积的要求，基底从真空预抽室外面的传送带进入第一级进口真空预抽室的进口狭缝时，同大气相通的阀门快速打开，基底快速传送入第一级真空预抽室内。一旦基底通过第一级真空预抽室的进口狭缝，其阀门快速关闭，并打开第一级真空预抽室的真空泵。与此同时，基底以一定的速度向前移动，当它到达第一级和第二级进口真空预抽室之间的阀门时，此阀门迅速打开，由于基底在到达此阀门前，第一级进口真空预抽室内的气压已经和第二级进口真空预抽室相同，故第二级真空预抽室和真空沉积室的真空度不受此阀门打开及基底进入的影响。当基底通过此阀门后，此阀门快速关闭。此时基底在第二级真空预抽室内以一定的速度向真空沉积室的进口阀门移动。当基底达到该进口阀门时，该进口阀门快速打开，基底从而进入真空沉积室。一旦基底通过该进口阀门后，该进口阀门快速关闭。由于第二级进口真空预抽室的真空度和真空沉积室的真空度一直相等，因此真空沉积室内的真空度不受真空沉积室进口阀门打开、基底进入的影响。

薄膜沉积在真空沉积室内完成后，沉积有薄膜的基底首先通过真空沉积室的出口阀门进入第二级出口真空保护室，然后通过二级出口真空保护室之间的阀门进入第一级出口真空保护室。一旦基底通过该阀门后，该阀门快速关闭。然后打开第一级出口真空保护室的充气阀，一旦第一级出口真空保护室内的压力接近外面空气气压时，打开第一级出口真空保护室的出口阀门，沉积有薄膜的基底进入外面的传送带。一旦沉积有薄膜的基底离开第一级出口真空保护室后，关闭第一级出口真空保护室的充气阀和该出口阀门，然后打开第一级出口真空保护室的真空泵。

在基底进入第二级进口真空预抽室前，相邻二块基底之间的空间距离大于或等于基底的长度。一旦在同大气相连的进口阀门打开让基底经过时，二级进口真空预抽室之间的阀门处于关闭状态。当基底快速通过同大气相连的进口阀门后，该阀门快速关闭，并打开第一级真空预抽室内的真空泵，同时降低基底传送速度，以保证第一级进口真空预抽室的真空度在二级进口真空预抽室之间的阀门打开前同第二级进口真空预抽室内的真空度一致。在该基底前面一块基底离开第二级预抽室的传送装置后，增加第一、二级预抽室和预抽室外的传送装置的传送速度，以加快该基底和该基底后面所有基底的传送速度。在该基底离开二级进口真空预抽室之间的阀门后，关闭该阀门，打开第一级预抽室的充气阀。当该预抽室的气压达到一个大气压时，打开第一级进口真空预抽室的进口阀门，让该基底后面的基底快速进入第一级预抽室。在该基底前面一块基底完全传送到真空沉积室内的传送装置上时，该基底同它前面一块基底之间的空间距离已经从大于基底长度缩短到1厘米以下。与此同时，该基底后面的一块基底已经完全进入第一级进口真空预抽室。

在沉积有薄膜的基底进入第二级出口真空保护室前，相邻二块基底之间的空间距离小于1厘米以下，当该基底离开真空沉积室内的传送装置后，它的传送速度受第二级和第一级真空保护室内的传送装置控制。通过改变该二级内的传送装置的传送速度，相邻二块沉积有薄膜的基底之间的空间距离由小于1厘米以下增加到大于或等于基底的长度。

当进口真空预抽室和出口真空保护室各只有一级时，至少一只进口阀门和一只出口阀门是关闭的。进口真空预抽室、出口真空保护室和真空薄膜沉积室都有各自独立的基底传送装置，其基底传送速度由各自的步进电机分别控制。真空沉积室的真空泵是连续运转的，以确保真空沉积室内的真空度、进口真空预抽室和出口真空保护室的真空泵在同大气相连的进口阀门和出口阀门关闭时工作，开启时停止运转。

首先同真空沉积室相邻的二个阀门是关闭的，以确保真空沉积室内的真空度。基底由传送装置通过同大气相邻的进口阀门快速度进入进口真空预抽室，一旦基底进入进口真空预抽室，迅速关闭同大气相邻的进口阀门，并打开进口真空预抽室的真空泵，待进口真空预抽室的真空度同真空沉积室的一致时，打开进口真空预抽室和真空沉积室之间的阀门，基底快速向真空沉积室移动。此时，该基底前面一块基底完全离开进口真空预抽室内的传送装置，正在真空沉积室内的传送装置上慢速向前移动。在前面一块基底完全传送到真空沉积室内的传送装置上时，该基底同它前面一块基底之间的空间距离已经从大于或等于基底长度缩短到1厘米以下，然后降低进口真空预抽室内传送装置的传送速度，使其同真空沉积室内的传送装置的传送速度一致，一旦该基底离开进口真空预抽室内的传送装置，关闭进口真空预抽室和真空沉积室之间的阀门。打开进口真空预抽室内的充气阀，当进口真空预抽室内气压同外面大气一致时，打开同大气相连的阀门，该基底后面的一块基底快速进入进口真空预抽室。当后面这块基底完全进入进口真空预抽室后，关闭进口真空预抽室内同大气相连的进口阀门，打开进口预抽室内的真空泵，当进口预抽室内的真空度同真沉积空室内的一致时，打开进口真空预抽室和真空沉积室之间的阀门，让这块后面的基底追赶前面那块还没有完全传送到真空沉积室内传送装置的但以慢速向前移动的基底。

在沉积有薄膜的基底进入出口真空保护室前，相邻二块基底间的空间距离小于1厘米以下，当该基底离开真空沉积室内的传送装置后，它的传送速度受出口真空保护室内的传送装置控制。通过改变该出口真空保护室内的传送装置的传送速度，相邻二块沉积有薄膜的基底之间的空间距离由小于1厘米以下增加到大于或等于基底的长度。

下面结合附图进一步详细说明本发明的技术方案：

参见图1A，真空薄膜沉积装置100由第一级进口真空预抽室6、第二级进口真空预抽室7、真空沉积室8、第二级出口真空保护室9、第一级出口真空保护室10构成。每两个真空腔体之间用阀门3来实现相互的密封。同样，在第一级进口真空预抽室6与外界大气之间，第一级出口真空保护室10与外界大气之间也用阀门3作为密封装置。第一级进口真空预抽室6的作用是作为进口端的真空预抽室，当基底2进入第一级进口真空预抽室6后，首先关闭第一级进口真空预抽室6与外界大气之间的阀门3，打开第一级进口真空预抽室6内的真空泵，完成第一级进口真空预抽室6内从大气到真空的转变，预抽的真空度要求与第二级进口真空预抽室7的真空度大小相当，这样当位于第一级进口真空预抽室6和第二级进口真空预抽室7之间的阀门3打开时不会产生压差。在真空薄膜沉积装置100的进口端，只有第一级进口真空预抽室6与外界大气接触，第二级进口真空预抽室7和真空沉积室8并不直接与外界大气接触。第二级进口真空预抽室7的作用主要是缓冲作用，真空度保持一定数值不变，这样可以保证真空沉积室8不与外界大气接触，保证真空沉积室8的沉积环境稳定。同时第二级进口真空预抽室7还可以起到对基底的预热作用，可以根据需要在第二级进口真空预抽室7腔体里面排布保温材料和加热元件，对基底2进行预加热。由于不接触外界大气，并保持一定的真空度，故热量损失比较小。因此利用该室作为预热室比较节能。前后相隔一段间距的基底2从大气端由传送装置4被送进第一级进口真空预抽室6，在第一级进口真空预抽室6内完成从大气到真空的过程，完成此过程后，第一级进口真空预抽室6与第二级进口真空预抽室7之间的阀门3被打开，基底2由传送装置的传送轮1被传送入第二级进口真空预抽室7，通过传送轮1的变速，使得后面的基底在追赶区29追赶上前面的基底，在进入真空沉积室8后，前后基底之间的间距被缩短至1厘米以下。这个过程将在后面详细叙述。

真空沉积室8内的真空度保持在一定的恒定数值，内部安装有沉积装置5，沉积装置的数量可以根据薄膜沉积的需要增加或减少，当基底2通过沉积装置5时，薄膜就被沉积在基底2上。基底2由传送轮1支撑并传送。传送轮1由不锈钢制成，可以承受至少500摄氏度的高温。如果真空薄膜沉积工艺有更高温度要求，也可采用其他耐高温材料，如碳化硅，氮化硅，石墨，等耐热材料。

第二级出口真空保护室9的作用和第二级进口真空预抽室7类似，保护真空薄膜沉积室内的真空。同时，该出口真空保护室还可以作为一个后处理室，可以保持需要的温度，并对基底2作相应的后处理。第一级出口真空保护室10的作用与第一级进口真空预抽室6相反，基底2在该室内完成从真空到大气的过程。这样第二级出口真空保护室9不会与大气接触，从而保证真空沉积室8内的沉积环境稳定。相距不到1厘米的基底从真空沉积室8由传送轮1被运送出来进入第二级出口真空保护室9，同时通过传送轮1的变速，在分离区30，相邻两块基底之间的间距被拉大。基底2被运送至第一级出口真空保护室10内时，前后基底之间的间距已经恢复到进入第二级进口真空预抽室7之前的距离。同时，基底2在第一级出口真空保护室10内完成从真空到大气的过程。当第一级出口真空保护室10内的气压达到外界大压时，沉积有薄膜的基底被传送轮1运送出真空薄膜沉积装置100，由位于大气中的传送装置4接收。这个过程将在后面详细叙述。

参见图1B，进口真空预抽室和出口真空保护室各只有一级，当基底2进入进口真空预抽室6’后，首先关闭该级进口真空预抽室与外界大气之间的阀门3，打开该级进口真空预抽室内的真空泵，完成该级进口真空预抽室从大气到真空的转变。当预抽的真空度与真空沉积室8的真空度大小相当时，打开位于该级真空预抽室和真空沉积室之间的阀门3，基底2由传送轮1传送进入真空沉积室，同时通过传送轮1的变速，使得后面的基底在追赶区29追赶上前面的基底。在沉积薄膜前，相邻两片基底之间的间距小于1厘米。完成薄膜沉积后，由传送轮1将沉积有薄膜的基底2传送进入出口真空保护室10’，同时通过传送轮1的变速，使相邻基底之间的间距在分离区30增大至原先的距离。当基底2进入出口真空保护室10’后，位于真空沉积室8和出口真空保护室10’之间的阀门3被关闭，打开在出口真空保护室10’内的充气阀，完成该出口真空保护室10’从真空到大气的过程，然后基底3被运送出真空薄膜沉积装置100，由大气中的传送装置4接收。

图2A～2F描述的是在进口端通过传送轮1的变速，完成相邻基底从相隔一段距离到连续排列(间距小于1厘米)的过程。同时保证真空沉积室内的真空度不受基底从外界传送进入真空薄膜沉积装置100的影响。在真空沉积室8内，基底的连续排列有助于提高薄膜原材料的利用率。在进口真空预抽室6、7和真空沉积室8内传动装置的传送轮分别定义为1a、1b和1c，从第一级进口真空预抽室6到真空沉积室8的三只进口阀门分别定义为3a、3b和3c。图中，在沉积室8的左端有一段没有传送轮1的追赶区29。28是相邻两片基底之间的间距。传送轮1c的传送速度为恒定x，传送轮1a和1b的运转速度相等，但是它们的传送速度可调，快速时为速度y，慢速时为速度x。基底在位于第一级进口真空预抽室6外的传送装置4上的运行速度同在进口真空预抽室内的运行速度一致。通过阐述三片相邻基底的运行规律，来详细说明在进口端实现基底之间距离缩短这一过程，三片基底分别是2a、2b和2c。下面详细阐述6个不同时刻的基底位置，阀门状态，腔体真空度状态。第二级进口真空预抽室7和真空沉积8一直处于真空状态，而第一级进口真空预抽室6的真空度可变。

在图2A时刻，基底2a已经脱离了传送轮1b，完全处于传送轮1c上，基底2a的末端位于追赶区29的起点35。基底2a在真空沉积室8内以慢速x前进。基底2b处于传送轮1a和1b上，此时，传送轮1a和1b的传送速度即将由慢速x变为快速y，传送轮1c的速度为慢速x。由于基底2b的速度大于基底2a的速度，所以基底2a和2b之间的间距将会慢慢变小。此时的阀门状态是阀门3a关闭，阀门3b开启，阀门3c刚刚关闭。第一级进口真空预抽室6处于真空状态。

在图2B时刻，传送轮1c带着基底2a仍然以速度x前进，而传送轮1b和传送装置4带着基底2b和2c以速度y前进，基底2a和2b之间的间距进一步缩小，基底2a的末端已经位于追赶区29的中部。此时基底2b已经进入第二级进口真空预抽室7内，阀门3b刚刚关闭，基底2c还没有进入第一级进口真空预抽室6，离阀门3a还有一段距离。此时，第一级进口真空预抽室6开始快速放气至大气压。此时的阀门状态是阀门3a、3b和3c关闭。

在图2C时刻，基底2c即将进入第一级进口真空预抽室6，阀门3a即将开启，第一级进口真空预抽室6内的气压已经升高至大气压。此时，位于第一级进口真空预抽室6外的传送装置4的运行速度是y。快速运行的传送轮1a和传送装置4相互配合，将基底2c快速传送进第一级进口真空预抽室6，这样能保证阀门3a处于开启状态的时间最短。基底2b仍然以快速y追赶基底2a。它们之间的距离28进一步缩短。此时三个阀门的状态均为关闭。

接下来的状态是图2D的状态。此时，基底2a的末端已经到了追赶区29的终点36，即传送轮1c上。一旦基底2b的前端接触到传送轮1c，由于基底2b同时位于传送轮1b和1c上，传送轮1a和1b开始同时变为和1c一样的慢速x运行。基底2b经过一段时间的快速传送，已经追上了前面的基底2a。这样，基底2b和基底2a之间的间距28可以缩短为零。根据真空薄膜沉积的实际需要，基底之间的最终距离可以通过改变传送速度x，y得到实现。而此时，基底2c正好完全进入第一级进口真空预抽室6内，阀门3a刚刚关闭，第一级进口真空预抽室6开始抽气，由于传送轮1a速度由快速y变为慢速x，这样大大增加了第一级进口真空预抽室6的抽真空时间，便于基底2c在运行至阀门3b之前，第一级进口真空预抽室6内的真空度已经与第二级进口真空预抽室7相当，阀门3b可以顺利开启。此时三个阀门的状态是阀门3a和3b关闭，3c开启。

图2E中，基底2c被传送到阀门3b前，即将进入第二级进口真空预抽室7。此时第一级进口真空预抽室6的真空度已经满足要求，和第二级进口真空预抽室7内的真空度相同，阀门3b的两端没有气压差，可以顺利开启。基底2b还没有脱离传送轮1b，所以传送轮1a，1b和1c仍然以慢速x运行。此时阀门状态为3a和3b关闭，3c开启。

图2F中，基底2b已经脱离了传送轮1b，基底2b的末端位于追赶区29的起点35，以慢速x向前运行。基底2c处于传送轮1a和1b上，此时，传送轮1a和1b的传送速度由慢速x变为快速y，传送轮1c的速度保持恒定x。由于基底2c的速度大于基底2b的速度，所以基底2b和2c之间的间距将会慢慢变小。此时的阀门状态是阀门3a关闭，阀门3b开启，阀门3c刚刚关闭。第一级进口真空预抽室6处于真空状态。这个状态与图2A是一样的。

图2A～2F是连续化真空薄膜沉积生产线在真空薄膜沉积装置进口端运行的一个周期。基底2在进口端完成了从彼此相隔一段较大的距离28到相互间距小于1厘米的过程，同时保证真空沉积室8内的真空度不受基底2从外界大气被传送进入真空薄膜沉积系统的影响，在薄膜沉积过程中，真空沉积室8内的真空度保持不变。由于在真空沉积室8内相邻基底之间的距离控制在1厘米以下，沉积薄膜用的原材料在薄膜沉积过程中通过相邻基底之间的空间而造成的损失可以忽略不计，因此，薄膜沉积可以连续进行。

在完成真空薄膜沉积后，还需要依靠类似的方法将基底2从间距小于1厘米增加到原先的间隔距离28，同时保证真空沉积室8内的真空度不受基底2从真空薄膜沉积系统传送到外界大气的影响。这个过程将在图3A～3F中描述。

图3A～3F描述的是真空薄膜沉积装置100的真空沉积室8、第二级出口真空保护室9和第一级出口真空保护室10中，通过改变传送轮1c、1d、1e的传送速度，使连续排列(间距小于1厘米)的相邻两片基底在分离区30处产生传送速度差，从而增加彼此之间间距的过程。图3A中列有4片基底2d，2e，2f和2g，通过其中2d和2e之间的间距的改变来描述这个过程。传送轮分为3段，分别为位于真空沉积室8内的1c，位于第二级出口真空保护室9内的1d，和位于第一级出口真空保护室10内的1e。其中1c一直以慢速x运行，而1d和1e速度相同，但是可变，快速运行时速度为y，慢速运行时速度为x。图3A中包含三个阀门，分别是位于真空沉积室8和第二级出口真空保护室9之间的阀门3d，位于第二级出口真空保护室9和第一级出口真空保护10之间的阀门3e和位于第一级出口真空保护室10和外界大气之间的阀门3f。真空沉积室8和第二级出口真空保护室9一直处于真空状态，第一级出口真空保护室10内的真空度随沉积有薄膜的基底2的传送而改变。

图3A中，相邻两片基底2d和2e之间的间距小于1厘米，其中基底2e前端即将离开分离区30，将通过阀门3d到达传送轮1d上。传送轮1c运行速度为x，传送轮1d和1e为快速y。一旦基底2e接触到传送轮1d，传送轮1d和1e的速度立刻变为慢速x。此时基底2e和前面的基底2f的间距已经拉开至最大值，即与基底进入进口端阀门3a前的基底间距相等。基底2g已经离开真空薄膜沉积装置100，阀门3f刚刚关闭，第一级出口真空保护室10开始从大气压抽气至真空状态，从而保证阀门3e打开时两边的气压相等。由于基底2f距离阀门3e还有一段距离，加上传送轮1d的速度为慢速x，大大增加基底2f被运送至阀门3e前的时间。这样保证第一级出口真空保护室10内的抽气时间最大。此时三个阀门的状态均为关闭。

图3B中，基底2e前段已经在传送轮1d上，但是还没有脱离传送轮1c。传送轮1c，1d和1e都以慢速x运行，基底2e和基底2d之间的间距还是小于1厘米；基底2f已经被传送到阀门3e前，准备进入第一级出口真空保护室10。此时，第一级出口真空保护室10内的气压已经与第二级出口真空保护室9内的相等，这样阀门3e可以顺利打开。此时三个阀门状态为阀门3d开启，阀门3e和3f关闭。第一级出口真空保护室10处于真空状态。

图3C中，基底2e刚刚完全离开传送轮1c，基底2e的后面部份还处在分离区30内，基底2d的前端刚进入分离区30的起点37。传送轮1d和1e以快速y运行，而传送轮1c还是以慢速x运行。这样在基底2d以慢速x通过分离区30的过程中，基底2e则以快速y的速度被传送进入第二级出口真空保护室9，从而导致基底2d和2e之间的间距变大。基底2f正在向第一级出口真空保护室10传送。此时三个阀门的状态为阀门3d和3e开启，阀门3f关闭。由于第一级出口真空保护室10此时处于真空状态，真空沉积室8和第二级出口真空保护室9的真空度得到保障。

图3D中，基底2e已经进入第二级出口真空保护室9内，阀门3d已经关闭，传送轮1d和1e的传送速度为快速y，基底2d的前端部还在分离区30内，并以慢速x运行。基底2d与2e之间的间距已经增加到如图3D中31所表示的距离。基底2f完全进入第一级出口真空保护室10内，关闭阀门3e，打开位于第一级出口真空保护室10内的充气阀门，使阀门3f两边的气压相等，为顺利打开阀门3f作准备。此时阀门状态是阀门3d，3e和3f全部关闭。

图3E和图3D的区别为基底2f已经被传送到阀门3f前，第一级出口真空保护室10的气压已经到达大气压，阀门3f即将开启。这样阀门3f开启时阀门两边没有压差。此时阀门状态为阀门3d和3e关闭，阀门3f即将被打开。

图3F中，基底2d的前端即将接触到处于关闭状态的阀门3d，传送轮1c运行速度为x，传送轮1d和1e还是以快速y运行。一旦基底2d通过阀门3d接触到传送轮1d，传送轮1d和1e的速度立刻减速到慢速x，此时基底2d和基底2e的间距为最大，与基底进入真空薄膜沉积装置前的间距28相等。基底2f已经离开真空薄膜沉积装置，关闭阀门3f，将第一级出口真空保护室10开始从大气压抽气至真空状态，从而保证阀门3e打开时两边的气压相等，基底2e可以顺利通过阀门3e进入第一级出口真空保护室10内。由于基底2d通过阀门3d时，传送轮1d的速度为慢速x，基底2e从图3F所示的位置到阀门3e的时间被延长，因而可以保证第一级出口真空保护室10内的抽真空时间最大化。

图3F的状态与图3A相同。图3A～3F是连续化真空薄膜沉积生产线在真空薄膜沉积装置100出口端的一个运行周期，同时保证真空沉积室8内的真空度不受已沉积有薄膜的基底2从真空薄膜沉积装置100传送到外界大气的影响

图4A和图4B是阀门3开关的示意图。阀门3由气缸11、联轴器12、气缸底座13、气缸杆34、阀门杆14、动阀板15、定阀板16、狭缝17和橡胶圈18组成。基底2是通过阀门3上的狭缝17进入另一个腔体的。阀门3的启闭由一控制装置(图中未示出)控制。

图4A是阀门关闭的状态，气缸11上部空间32充气，带动气缸杆34往下压，由联轴器12带动的阀门杆14同样往下压，这样动阀板15就接触到定阀板16，由于动阀板15和定阀板16的接触面是斜面，所以两者接触时会对垂直于斜面的方向有径向分力，而动阀板15上有橡胶密封圈18，径向分力可以将橡胶圈压紧而对狭缝17产生密封作用。而当基底2靠近时，阀门3需要打开，使基底2可以通过阀门3上的狭缝17进入另一个腔体。如图4B所示，阀门3开启时，气缸11的下部空间33充气，使得气缸杆34往上抬，由联轴器12带动的阀门杆14同样往上抬，使狭缝17打开，这样，基底2就可以通过狭缝17进入另一个腔体。

图5是图1A中沿50方向的真空薄膜沉积系统的进口端截面图。图中从另一个视角体现了阀门3的结构。4是第一级进口真空预抽室6外的基底运送装置，狭缝17的高度约大于基底2的厚度，基底2进入狭缝17时，处于狭缝17的中间位置，这样在基底2的上下各有一定的空间可以保证基底2顺利通过。同样，狭缝17的宽度也约大于基底2的宽度，基底2通过该狭缝时同样在左右两边各有一个很小的空间。这些空间的尺寸在5mm以内，这样当第二级进口真空预抽室7需要加热时，可以将热量从狭缝17和基底2之间的空间的流失减到最小。

图6是真空沉积室8的水平剖视图。真空沉积室8由真空泵21、抽真空管道22、追赶区29、分离区30、加热元件20、保温材料19、传动轮1、沉积装置5和真空腔壁23组成。A是基底2的运行方向，基底2在真空沉积室8内是连续排列的，彼此间隔小于1厘米。在薄膜沉积过程中，由沉积装置5提供薄膜材料气相源，从上往下通过化学气相沉积，真空蒸发，溅射，有机金属气相沉积，外延膜真空沉积，化学气相转移沉积，升华沉积，近空间升华沉积等薄膜真空沉积技术对连续排列，并沿A方向移动的基底2进行薄膜沉积。其中的化学气相转移沉积指的是用惰性气体将被沉积的化合物材料带入真空沉积室内的沉积装置5，在沉积装置5内，该化合物材料升华或蒸发产生气相化合物，然后在惰性气体的帮助下被转移到表面温度低于气相化合物温度的基底2上沉积成膜。化合物材料包括碲化镉，硫化镉，碲化锌等一切可以在真空中升华或蒸发的半导体，金属，非金属材料。其中的近空间升华沉积指的是将沉积装置5内的固体化合物材料加热，使之升华形成气相，然后扩散到达温度低于气相化合物温度的基底2表面沉积而形成薄膜，同样，被沉积的化合物材料包括碲化镉，硫化镉，碲化锌等可以在真空中升华的半导体，金属，非金属材料。当薄膜沉积采用溅射技术时，沉积装置5就是溅射沉积系统内的阴极。用于溅射的靶材安装在阴极内，所有绝缘体，导体，半导体材料可以用于溅射用的靶材。

由于追赶区29和分离区30距离较长，为了基底2可以在该两个区平稳运行，需要在沉积室8的追赶区29和分离区30安装支撑轮24替代传动轮支承基底。对腔体和基底进行加热和恒温由安装在沉积室内的加热元件20和保温材料19提供。加热元件20可以采用电阻丝，卤钨灯和加热石英管等。

图7是真空沉积的另一种沉积实施方式。在如图7所示的真空薄膜沉积室8’中，沉积装置5’安装在基底2的下方，从下往上通过化学气相沉积，真空蒸发，溅射，有机金属气相沉积，外延膜真空沉积，化学气相转移沉积，升华沉积，近空间升华沉积等真空薄膜沉积技术对连续排列，并向A方向移动的基底2进行薄膜沉积。为了实现这样一种形式的薄膜沉积，类似图6中在基底2底部排列的传送轮1的形式需要改变。因为基底2沉积完薄膜后，不能接触传送装置，不然会对薄膜有损伤。因此，基底2在整条真空薄膜沉积生产线上的传送不是通过传动轮1，而是利用安装在基底2两边的钢带26来实现。钢带26由钢带支撑轮27支撑，保证钢带26不会弯曲变形。钢带26的宽度在2厘米左右，支撑轮27的厚度等于或约小于钢带26的宽度。沉积装置5’坐落在两条钢带之间。为了消除薄膜在钢带26和支撑轮27上的沉积，钢带26和支撑轮27可以用能定期清理的物体覆盖。由于沉积在基底2下方的薄膜不同用于传送基底的钢带26和支撑轮27接触，因此它不会在基底传送过程中遭到破坏。当然也可以在基底2的两端直接用钢带传送，但是平稳性不如钢带加支撑轮好。钢带在真空薄膜沉积室内的紧缩程度由一个伸缩机构25进行控制和调节。

Claims (7)

1.一种连续化薄膜真空沉积方法，其特征在于它包括以下步骤：

A)通过在真空沉积室的进口设置至少一级进口真空预抽室、在真空沉积室的出口设置至少一级出口真空保护室，使位于真空沉积室两边的进口真空预抽室、出口真空保护室的真空度与真空沉积室的真空度基本相同，以保持真空沉积室内的真空度；

B)各级进口真空预抽室、真空沉积室、各级出口真空保护室之间由狭缝连通，并由设置在狭缝处的阀门密封，其中位于真空沉积室进口一侧的各阀门为进口阀门，位于真空沉积室出口一侧的各阀门为出口阀门，基底通过狭缝进入各室，阀门在基底通过时开启，在基底通过后关闭；

C)基底以一定的间隔和一定的速度连续从外界大气环境通过进口真空预抽室传送进入真空沉积室进行薄膜沉积，从真空沉积室通过出口真空保护室传送进入外界大气环境；

D)基底在进入进口真空预抽室和离开出口真空保护室时，至少一个进口阀门和至少一个出口阀门是关闭的，以保持真空沉积室内的真空度不变；

E)调整基底位于各进口真空预抽室、真空沉积室和出口真空保护室内时的传送速度使相邻二块基底之间的间距在到达真空沉积室内的沉积装置前缩小，并使基底在离开真空沉积室时，相邻两块基底之间的间距增大；

F)基底在真空沉积室内的传送速度为恒定速度，在真空沉积室的进口设有一段追赶区，加快基底在进口真空预抽室内的传送速度，使后一基底在追赶区内追上前一基底，在真空沉积室的出口设一段分离区，加快基底在出口真空保护室的传送速度，使前一基底与后一基底在分离区分离。

2.如权利要求1所述的一种连续化薄膜真空沉积方法，其特征在于其中步骤E)进一步包括以下步骤：相邻二块基底之间的间距在到达真空沉积室内的沉积装置前缩短到1厘米以下。

3.如权利要求1或2所述的一种连续化薄膜真空沉积方法，其特征在于其中步骤E)进一步包括以下步骤：各进口真空预抽室、真空沉积室和出口真空保护室内的基底传送装置各自独立设置，通过改变各传送装置的传送速度来调整基底的传送速度。

4.一种连续化薄膜真空沉积装置，包括真空沉积室：用于在基底上沉积薄膜，装配有沉积装置；传送装置：装配有传送带和传送轮，用于以一定的间隔和一定的速度连续传送基底从外界大气环境进入真空沉积室进行薄膜沉积，并从真空沉积室进入外界大气环境，其特征在于它还包括：

A)至少一级进口真空预抽室：与真空沉积室进口相连，装配有真空泵；

B)至少一级出口真空保护室：与真空沉积室出口相连，装配有真空泵；

C)狭缝：设于进口真空预抽室、真空沉积室、出口真空保护室各室之间，用于室与室之间连通和基底通过；

D)阀门：设置在各狭缝处，用于使各室之间密封，其中位于真空沉积室进口一侧的各阀门为进口阀门，位于真空沉积室出口一侧的各阀门为出口阀门，在基底通过时开启，基底通过后关闭，在基底进入进口真空预抽室和离开出口真空保护室时，至少一个进口阀门和至少一个出口阀门是关闭的；

E)控制装置：与阀门相连，用于控制阀门的启闭；

其中位于各进口真空预抽室、真空沉积室和出口真空保护室内的基底传送装置都是各自独立的，传送装置各自与步进电机相连，基底传送速度由各自的步进电机分别控制，使相邻二块基底之间的间距在到达真空沉积室内的沉积装置前缩小，并使已沉积薄膜的基底在离开真空沉积室时，相邻两块基底之间的间距增大，所述真空沉积室的进口处设有一段后一基底追赶前一基底的追赶区，真空沉积室的出口处设有一段前一基底与后一基底分开的分离区。

5.如权利要求4所述的一种连续化薄膜真空沉积装置，其特征在于：所述基底在真空沉积室内是连续排列的，彼此间隔小于1厘米。

6.如权利要求4或5所述的一种连续化薄膜真空沉积装置，其特征在于：所述进口真空预抽室和出口真空保护室各为二级，第一级进口真空预抽室同外界大气相连，而第二级进口真空预抽室同真空沉积室进口相连，第一级出口真空保护室同外界大气相连，而第二级出口真空保护室同真空沉积室出口相连，一旦同外界大气相连的第一级进口真空预抽室进口阀门打开让基底经过时，二级进口真空预抽室之间的进口阀门处于关闭状态，在同外界大气相连的第一级出口真空保护室的出口阀门打开让基底经过时，二级出口真空保护室之间的出口阀门处于关闭状态。

7.如权利要求4或5所述的一种连续化薄膜真空沉积装置，其特征在于：所述追赶区和分离区设有用于替代传动轮的支撑轮支承基底。

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