CN102899632B - 镀膜方法及其镀膜装置 - Google Patents

Abstract

关于在离子辅助方式的镀膜方法中，通过离子辅助难于提高形成的薄膜的致密化效果。在镀膜腔室１０中设置固定基板的基板支架２０，使镀膜材料在基板上沉积，在基板上形成镀膜材料的薄膜；进一步,使用具有浓度梯度的离子照射基板支架２０的整个区域，离子照射薄膜,对薄膜进行致密化。

Description

镀膜方法及其镀膜装置

技术领域

本发明涉及镀膜，特别是一种通过离子辅助方式进行镀膜的镀膜方法及其镀膜装置。

背景技术

物理蒸镀法作为形成无机膜和有机膜的方法被广泛应用。

物理蒸镀法根据镀膜方法的不同，大致分为真空蒸镀法、溅射法、和离子电镀方法。

在上述的真空蒸镀法或是溅射法等物理方法中,离子辅助的镀膜方法已被知晓。

在真空镀膜腔室内，镀膜材料在基板表面上沉积进行镀膜时，通过离子照射镀膜材料的蒸汽及沉积在基板上形成的薄膜，对所形成的薄膜的致密性等的改善工艺过程称之为离子辅助蒸镀。

例如，对应于伞状的基板支架，蒸汽和离子对整个基板支架进行照射的镀膜装置。

例如：在专利文献１（参见特开平１０－１２３３０１号公报）中，公示了使用离子辅助方式的镀膜方法生产光学产品。

 还有，例如，在专利文献２（参见特开２００７－２４８８２８号公报）中，公示了使用离子辅助方式的镀膜方法制备光学薄膜。

还有，例如，在专利文献３（参见特开２０１０－１０６３３９号公报）中，公示了离子辅助方式的镀膜方法。

 还有，例如，在专利文献４（参见特开平２００３－８２４６２号公报）中，公示了使用离子辅助方式的镀膜方法的真空镀膜装置。

发明内容

【本发明要解决的课题】

本发明要解决的课题是：使用离子辅助方式的镀膜方法时，通过离子辅助难于提高形成的薄膜的致密化效果。

【本发明解决课题的方法】

一种镀膜方法，在镀膜腔室中设有固定基板的基板支架；使镀膜材料在基板上沉积，在所述基板上形成所述镀膜材料的薄膜,这样的镀膜工序；相对所述基板支架区域，用具有浓度梯度的离子向整个基板支架区域进行照射，在所述膜上照射离子，对所述膜进行致密化的照射工序。

所述本发明的镀膜方法，其特征在于，在镀膜腔室中设有固定基板的基板支架；使镀膜材料在基板上沉积，在基板上形成镀膜材料的薄膜，进而，相对基板支架的区域用具有浓度梯度的离子向整个基板支架的区域进行照射，在膜上照射离子对膜进行致密化。

所述发明的镀膜方法，其特征在于，对所述基板支架的部分区域照射高浓度离子，对所述基板支架的其余区域照射低浓度离子。

 所述发明的镀膜方法，其特征在于，在所述离子照射工序上，使所述基板边进行转动边进行照射，实现所述基板交替地通过高浓度离子区域和低浓度离子区域。

所述发明的镀膜方法，其特征在于，在所述离子照射工序上，使所述基板边转动边照射，实现所述基板以一定的周期交替地通过高浓度离子区域和低浓度离子区域。

所述发明的镀膜方法，其特征在于，在所述照射工序中，通过驱动基板支架使基板进行转动。

所述发明的镀膜方法，其特征在于，在所述镀膜工序中,使镀膜速度按照所述的一定的周期性变化进行镀膜。

所述发明的镀膜方法，其特征在于，使所述基板边转动边进行镀膜，实现所述镀膜工序中在所述镀膜速度最大的位置上，离子照射工序中离子照射量最大。

所述发明的镀膜方法，其特征在于，使所述基板边转动边进行镀膜，实现所述镀膜工序中在所述镀膜速度最大的位置上，离子照射工序中离子照射量最小。

所述发明的镀膜方法，其特征在于，在所述基板支架上固定多片基板，进行所述镀膜工序和所述离子照射工序。

【本发明的技术效果】

通过本发明的镀膜方法，相对基板支架区域，用具有浓度梯度的离子全面照射基板支架区域，通过离子照射膜，对膜进行致密化，因此通过离子辅助方式可以提高所形的薄膜的致密化效果。

附图说明

图1是本发明第一实施例的镀膜装置的结构示意图。

图2是本发明第一实施例的镀膜装置的俯视布置示意图。

图3是本发明第二实施例的镀膜装置的俯视布置示意图。

图４是本发明第一实施例中，镀膜速度和离子照射量相对于基板位置的变化示意图。

图５是本发明第二实施例中，镀膜速度和离子照射量相对于基板位置的变化示意图。

图中：

10…镀膜腔室

11…排气管

12…真空泵

20…基板支架

30…第一蒸发源

31…第一遮挡板

32…离子源

33…离子源遮挡板

34…第二蒸发源

35…第二遮挡板。

具体实施方式

下面参照附图对本发明镀膜方法的实施方案进行说明。

＜第一实施例＞

［镀膜装置的构成］

图1是本发明第一实施例的镀膜装置的结构示意图。

镀膜腔室10通过排气管11和真空泵12连接，镀膜腔室内可以达到所定的压力值。根据真空蒸镀或者是溅射法，在镀膜时镀膜腔室10内背压，例如为１０^－２～１０^－５Pa左右。

在真空镀膜腔室10内设置有固定基板的基板支架20，其形状为伞状。在基板支架20上固定一片或多片基板，基板的镀膜面朝向蒸发源的方向，以伞柄作为回转轴，设有使其伞状基板支架20转动的驱动机构。

在镀膜腔室10内，设置有第一蒸发源30。

例如作为蒸发源，在真空蒸镀法进行镀膜时，可以使用电子枪加热型（EB）蒸发源，阻蒸型（RH）蒸发源，激光加热型蒸发源，空心阴极加热型蒸发源等。

使用溅射型蒸发源，即使用溅射法进行镀膜时，用带电粒子撞击通电的镀膜材料，得到镀膜材料的汽体。

以下对上述的各种类型的蒸发源统称为蒸发源。

在第一蒸发源30的附近，设置有第一遮挡板31。

由第一蒸发源30产生的镀膜材料的蒸汽，按照ＣＯＳ^ｎθ的分布法则扩散的同时，扩散到基板支架20的全体区域或是部分区域，在被固定于基板支架20上的基板上形成镀膜材料的薄膜。

为了实现如上所述的、使蒸汽扩散到所期望的基板支架的全体区域或是部分区域，第一蒸发源30与基板支架要离开一定的距离。

例如，镀膜材料的蒸汽从第一蒸发源30在一对双点划线Ａ_３０之间的区域蒸发，在被固定于基板支架20上的基板上沉积形成镀膜材料的薄膜。

双点划线Ａ_３０之间可以覆盖基板支架20的全部区域，或部分区域。

在真空镀膜腔室10内，例如设置有离子源32。使离子源32产生离子，照射被汽化的镀膜材料的蒸汽及在基板上沉积后形成的薄膜，对所形成的薄膜进行致密化。

离子源32产生的离子，相对基板支架20的区域具有一定的浓度梯度，并且，照射基板支架20的整个区域。

离子源32产生的离子可以是氦、氩等惰性气体的离子，也可以使用其它活性气体的离子。

还有，在靠近离子源32处，设置有离子源遮挡板33。该离子源遮挡板33具有控制离子的扩散及防止离子源被污染的功效。

通过离子源32,在一对虚线Ａ_３２之间的区域被照射高浓度的离子，在其外部单点划线Ｂ _３２的区域被照射低浓度的离子。

整个基板支架或是被照射低浓度离子，或被照射高浓度离子。

在本实施例的镀膜装置上，设置了第二蒸发源34。

第二蒸发源和第一蒸发源一样，可使用电子枪加热型（EB）蒸发源，阻蒸型（RH）蒸发源，激光加热型蒸发源，空心阴极加热型蒸发源等；或者也可以使用溅射型的蒸发源。

还有，在靠近第二蒸发源34处，安装了第二遮挡板35。

第一遮挡板31和第二遮挡板35，可以防止不被两个蒸发源所蒸发出的蒸汽相互干扰。

例如，来自第二蒸发源34的镀膜材料的蒸汽在一对双点划线Ａ_３４之间的区域蒸发，沉积到固定在基板支架20上的基板上,形成镀膜材料的薄膜。

双点划线Ａ_３４可以覆盖基板支架20的全部区域，也可以是部分区域。

关于本实施例，一个基板支架可以固定单片基板或是多片基板，在基板上进行镀膜。在通常所说的以罩为单位生产的镀膜装置上，对本实施例进行说明。

实施本方案的镀膜装置，不仅限于以罩为单位的镀膜装置，在以连续方式进行镀膜、基板在镀膜腔室中以步进式或者是行进式连续地被运送的镀膜装置中同样适用。

图2是本发明第一实施例的镀膜装置的俯视布置示意图，是相对于基板支架20，第一蒸发源30、第一遮挡板31、离子源32、离子源遮挡板33、第二蒸发源34、以及第二遮挡板35的分布图。图中还划分出被高浓度离子照射的区域Ａ_３２，和被低浓度离子照射的区域Ｂ_３２。

对整个基板支架20的全部区域，或是处于所述的高浓度离子照射区域Ａ_３２，或是处于低浓度离子照射区域Ｂ_３２。

高浓度离子照射区Ａ_３２和低浓度离子照射区Ｂ_３２的分界，可以根据离子源遮挡板33所设置的位置及结构等进行调整。在图1和图2中，所述的分界位于伞状基板支架20的回转轴附近，也可以根据需要进行改变。

［镀膜材料］

　　镀膜材料，可根据使用目的和膜系特性做出适当地选择。例如，当镀膜材料为硅、氧化硅、氧化钽等无机材料时，可以采用电子枪加热型蒸发源或溅射型蒸发源。

使用等离子发生器（图中未表示）产生的等离子，在镀膜过程中或是镀膜后进行等离子处理，可以使膜氧化。

例如：当镀膜材料是氟化碳系化合物或全氟烷基硅氮烷等硅氧树脂等有机材料时，可使用阻蒸加热型蒸发源。

另外，也可用使用适用于真空蒸镀法或溅射法等物理蒸镀法的镀膜材料。

第一蒸发源30和第二蒸发源34，两者既可以均为形成无机膜的镀膜材料,亦可以均为形成有机膜的镀膜材料。

还有，在真空镀膜腔室10内也可以有3个以上的镀膜材料的蒸发源。

在这种情况下,可以是形成有机膜或是无机膜两者中的一种蒸发源。

通过本发明的镀膜装置，将具有一定浓度梯度的离子照射基板支架的整个区域，用离子照射膜，可以得到膜的致密化。因此通过离子辅助方式，可以提高膜的致密性的效果。

［镀膜方法］

接下来,对本实施例的镀膜方法进行说明。

例如,使用所述的镀膜装置进行镀膜。

首先,将单片或多片基板的镀膜面朝向蒸发源，固定在镀膜腔室10中的基板支架20上。

然后,按照指定的真空度对镀膜腔室10抽真空,基本支架20以其中心为轴进行旋转的同时，第一蒸发源30，通过电子枪加热或阻蒸加热等各种蒸发源具备的加热方法或溅射方法等生成镀膜材料的蒸汽，使其沉积到固定于基板支架20上的基板上。在基板上形成镀膜材料的薄膜。

其次,例如：使离子源32产生离子,照射汽化的镀膜材料的蒸汽和在基板上形成的薄膜，为形成致密化的薄膜而进行照射。

离子源32产生的离子,例如氦和氩等惰性气体的离子。也还可用使用其它的活性离子。

这里，离子源32产生的离子，对于基板20的区域具有一定的浓度梯度，并且，照射基板支架20的整个区域。

利用所述离子源32发产生的离子,对沉积形成的薄膜进行致密化处理。

在本实施例的镀膜方法中,也可在第二蒸发源34上，通过电子枪加热或阻蒸加热等各种蒸发源具备的加热方法或溅射方法等生成镀膜材料的蒸汽，使其沉积到基板支架20上固定的基板上。

例如：第一蒸发源30可以使用形成硅、氧化硅、氧化钽等无机膜的镀膜材料，第二蒸发源可以使用形成氟化碳系化合物或全氟烷基硅氮烷等硅氧树脂等有机膜的镀膜材料。也可以从３个以上的蒸发源分别产生镀膜材料的蒸汽，进行镀膜。

在这种情况下,可以是有机膜或是无机膜两者中的一种镀膜材料的蒸发源。

对于特定的镀膜材料，要想使用离子辅助方式得到好的效果的话,用非对称的分布、有效地使离子射入。即，在假定镀膜材料的蒸汽可到达的基板支架区域，辅助离子的电流密度分布为高浓度,在假定镀膜材料的蒸汽达不到的基板支架区域，辅助离子的电流密度分布为低浓度，以这样的方式进行照射。

如上所述镀膜方法,即使蒸发源有两个以上,也可使用非对称分布使辅助离子射入。

使用有机材料和电介质材料作为镀膜材料时，离子辅助方式一般多用于电介质。有机材料对离子源的污染问题可以有效地使用防护遮挡板来解决。

以往的离子辅助方式的镀膜方法、蒸发源产生的镀膜材料的蒸汽在所有的基板上形成薄膜，并通过离子源用一定电流密度的离子束进行照射,在被一定电流密度的离子束照射后，这样的离子辅助的效果、对形成的薄膜的内应力、基板上分子的排列、膜表面的物理性能等不能达到充分的改善。

离子辅助源、并不是对整体都具有均匀的电流密度就是最好的,视情况的不同，有时会损伤薄膜表面；也会使薄膜受到溅射、带来不良的影响。

特别是近年来，为实现大批量生产，镀膜装置趋向大型化，使用以往全面照射的离子辅助镀膜法在伞状的基板支架的整体上不能制造出品质均一的产品。

在大型装置中的基板上镀膜时，因为出现镀膜材料的蒸汽在各处分布不均匀,或着出现了镀膜材料的蒸汽无法到达的区域。

蒸镀材料是药片型使用触摸式装置生产防污膜时，必须在一罩中完成电介质材料和有机材料的镀膜。

　　但是，有机材料会对电介质镀膜材料蒸发源造成污染。

通过本发明的镀膜方法，相对基板支架区域，用具有浓度梯度的离子全面照射基板支架区域，通过离子照射薄膜，对薄膜进行致密化，因此通过离子辅助方式可以提高所形镀膜的致密化的效果。

特别是使用限定均匀照射区域的离子源,最适合大批量生产的大型镀膜装置，发挥其最大的能效的镀膜方法。

采用离子电流密度对于整个基本支架拥有梯度分布特性的离子源，作为本实施例的离子源。

如上所述，只要是能够将浓度梯度的离子照射基板支架的整个区域的任何结构都可以。

一般情况下,辅助用的离子源产生的离子电流，离基板距离越远则电流密度越小。

如果以镀膜区域和非镀膜区域比较照射面积的话,非镀膜区域的面积大。因此,在基板支架上的一部分区域限定辅助离子的照射,镀膜的生产率也会受到限制。

所以，如本实施例,采用非对称的分布，对镀膜面的整体连续地照射辅助离子，可以提高生产效率。

还有, 由于基板支架20的整个区域被照射，在镀膜时基板会始终被离子照射,可以提高镀膜的速度。

还有，相对于基板支架20区域，离子的密度具有一定的梯度,可以减小所形成的薄膜的内应力。

例如，本实施例的镀膜方法，在离子照射工序，其特征在于：对基板支架的部分区域照射高浓度离子，对基板支架的其余区域照射低浓度离子。

例如：通过离子源32产生离子,在一对虚线Ａ_３２之间的区域被照射高浓度的离子，在其外部即单点划线Ｂ _３２的区域被照射低浓度的离子。

对基板支架的整个区域，或是被照射低浓度的离子，或是被照射高浓度的离子。

还有，例如：本实施例的镀膜方法，在离子照射工序中，其特征在于：使基板边转动边交替地通过高浓度离子区域和低浓度离子区域。

因为基板的转动可以交替地通过高浓度区域和低浓度区域，因此，基板始终可以被离子照射，或是低浓度离子或是高浓度离子两者中的其一。

还有，例如：本实施例的镀膜方法，在离子照射工序中，其特征在于：能够使基板边转动边按照一定的周期、交替地通过高浓度离子区域和低浓度离子区域。

因为通过驱动基板支架转动，使基板边转动边进行照射工序。所以可以使基板能够按照一定的周期交替地通过高浓度离子区域和低浓度离子区域。

本实施例中,辅助离子对伞状的基板支架照射浓度不均匀离子，同时是全面地进行照射。

基板支架以一定的速度旋转,此时照射在基板上的离子电流密度发生周期性变化。该变化影响到辅助效果的强弱，所以可以有意地增强或减弱在基板上的变化效果。

本实施例的镀膜方法，在镀膜工序上, 其特征在于：可以使镀膜速度以一定的周期性的变化进行镀膜。

例如,通过驱动基板支架使基板边转动边进行镀膜,可以使镀膜速度以一定的周期性的变化进行镀膜。

本实施例的镀膜方法，使基板边转动边进行镀膜，其特征在于：在镀膜工序中镀膜速率为最大的位置上，离子照射量也达到最大。

本实施例的镀膜方法，使基板边转动边进行镀膜，其特征在于：镀膜工序中在镀膜速度最大的位置上，离子照射工序中离子照射量最小。

还有，例如：本实施例的镀膜方法，其特征在于：在基板支架上固定多片基板，进行镀膜工序和离子照射工序。

利用本实施例的镀膜方法,可以使固定在基板支架上的所有基板都能受到同样的离子辅助效果。

本实施例的镀膜方法适用于，在镀膜腔室内有旋转基板支架和夹具、普通以罩为单位生产的镀膜装置，也适用于基板被连续输送、连续型镀膜装置。

只要适用于使用离子辅助沉积的镀膜装置及方法，都可以采用本发明的镀膜方法，没有使用上的限制。

对应镀膜材料的浓度分布，辅助用离子源产生的离子电流密度的非均匀性不可能始终保持相同、根据不同的镀膜材料的性质可以适当地改变离子电流密度的相对强弱。

＜第2实施例＞

［镀膜装置的结构］

图3为本发明第二实施例的镀膜装置的俯视布置示意图。第一蒸发源30、第一蒸发源遮挡板31、离子源32、离子源遮挡板33、第二蒸发源34、及第二蒸发源遮挡板35相对于基板支架20的布置图。并表示了离子源32产生的高浓度离子照射的区域Ａ_３２，和低浓度离子照射的区域Ｂ_３２的划分。

基板支架20的整体始终处于被离子照射的区域，或是处于所述的高浓度离子照射区域Ａ_３２，或是处于低浓度离子照射区域Ｂ_３２。

高浓度离子照射区Ａ_３２与第1蒸发源30和第2蒸发源34是等距离分布的。

根据第一蒸发源30和第2蒸发源34的镀膜材料的特性及所定的薄膜的特性，可以适当改变高浓度离子照射区域Ａ_３２和低浓度离子照射区域Ｂ_３２的划分。

＜第一实施例＞

图4是使用第一实施例的镀膜方法进行镀膜时，镀膜速度和离子照射量相对基板位置的变化示意图。

图4中，实线a、b、c分别表示基板支架的转速为低速、中速、高速时，照射在基板上的离子电流密度相对值(ID)。虚线d、e、f分别表示基板支架的转速为低速、中速、高速时，沉积在基板上的镀膜速率的相对值(DS)。图中的横轴表示旋转的基板的位置。

离子照射工序中,使基板按照一定周期交替地通过离子高浓度区域和低浓度区域进而使基板进行转动,在镀膜过程中,使镀膜速率按上述的所定的周期性变化进行镀膜。

本实施例的镀膜方法,使基板边转动边进行镀膜，其特征在于：在镀膜工序中镀膜速度最大的位置上照射工序中的离子照射量达到最大。

＜第二实施例＞

图5是第二实施例，镀膜速度和离子照射量相对基板位置的变化示意图。

图5中，实线a、b、c分别表示当基板支架的转速为抵速、中速、高速时，照射在基板上的离子电流密度的相对值(ID)。虚线d、e、f分别表示当基板支架的转速为低速、中速、高速时，沉积在基板上的镀膜速度的相对值(DS)。图中的横轴表示旋转的基板的位置。

离子照射工序中,转动基板使其按照一定周期交替地通过离子高浓度区域和低浓度区域,在镀膜过程中,使镀膜速率按上述的所定的周期性变化进行镀膜。

本实施例的镀膜方法,使基板边转动边进行镀膜，其特征在于：在镀膜工序中镀膜速度最大的位置上照射工序中的离子照射量达到最小。

在镀膜时不适合照射离子的情况下，可以做到在镀膜速度高的位置上避开离子的照射，进行镀膜。

本发明不仅限于以上的说明。

例如,以上虽然对使用在真空蒸镀法及溅射法的实施方案进行了说明,但是也适用于等离子镀方法中。

上述实施方法中使用真空蒸镀法蒸镀无机膜或有机膜、也可以适用于连续蒸镀有机膜和无机膜或是交替地蒸镀无机膜和有机膜的镀膜方法中。

在不超出本发明要点的前提下,可以有各种各样的变化方案。

Claims (6)

1.一种镀膜方法，其特征在于，在镀膜腔室中设置有固定基板的基板支架，所述镀膜材料在基板上沉积，在基板上形薄膜的镀膜工序；具有浓度梯度的离子全面照射所述基板支架的整个区域，所述薄膜被离子照射使薄膜致密化的照射工序；

具有浓度梯度的离子全面照射所述基板支架的整个区域是指通过离子源遮挡板所设置的位置及结构调整离子源发射的离子，使离子源辐照的区域划分为高浓度离子辐照区域和低浓度离子辐照区域，对基板支架部分区域照射高浓度离子，其余区域照射低浓度离子，使基板在转动中交替地通过高浓度离子区域和低浓度离子区域。

2.根据权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于，所述的基板支架旋转使基板进行转动。

3.根据权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于，镀膜速度按照一定的周期变化形成所述薄膜。

4.根据权利要求3所述的镀膜方法，其特征在于，在镀膜速度最大的位置上，离子照射量最小。

5.根据权利要求1至4任一项所述的镀膜方法，其特征在于，所述的基板支架上固定多片基板。

6.实施权利要求1至4任一项所述的镀膜方法的镀膜装置，其特征在于，该装置包括一个镀膜腔室(10)，该镀膜腔室(10)经排气管(11)与真空泵(12)相连，在该镀膜腔室的上方中轴位置通过旋转轴支撑的绕该旋转轴转动的用于固定镀膜基板的伞状的基板支架(20)，在所述的基板支架(20)下方的镀膜腔室分立地设有第一蒸发源(30)、第一遮挡板(31)、离子源(32)、离子源遮挡板(33)，所述的第一蒸发源(30)蒸发的镀膜材料通过第一遮挡板(31)定向地射向所述的基板支架(20)的镀膜基板，所述的离子源(32)发出的离子通过所述的离子源遮挡板(33)定向地射向所述的基板支架(20)的镀膜基板，镀膜基板是固定在所述的基板支架(20)上且镀膜面朝向所述的蒸发源和离子源。