CN104213086B - 一种双臂自动装片式溅射镀膜方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空薄膜技术领域，具体涉及一种双臂自动装片式溅射镀膜方法及其装置，其特征在于：在所述真空镀膜室内设置一旋转机构，所述旋转机构连接于所述基片架的旋转中心，所述旋转机构驱动所述基片架在所述真空镀膜室内旋转；将所述进、出片室设置于所述真空镀膜室的同侧，且所述进、出片口分别对准所述基片架上相邻的两个所述工位，在所述进、出片室内分别设置上、下片输送机构。本发明的优点是：1)可实现同时上片和下片的功能，大大提高了生产效率。2)具有结构紧凑、占地面积小、运营成本低的优点。3）可实现在同一个镀膜流程中镀制多种功能性薄膜的需要。

Description

一种双臂自动装片式溅射镀膜方法及其装置

技术领域

本发明涉及真空薄膜技术领域，具体涉及一种双臂自动装片式溅射镀膜方法及其装置。

背景技术

提高镀膜效率和镀膜质量是镀膜领域追求的目标。镀膜基片（亦称为工件）的装卸是影响镀膜效率以及镀膜质量的一个重要因素。

对于只有一个真空镀膜室的单腔体镀膜装置，目前多采用手动上下片或单端自动上下片方式。在手动上下片时，需要打开真空镀膜室来取放基片，即需要破真空，存在着上下片过程耗时、费力的缺陷；并容易引入污染源，影响镀膜质量；在单端自动上下片的镀膜机中，除真空镀膜室外，还有一个真空腔体作为上片和下片的通道，一般称为预抽室。这样，通过机械手的帮助，上下片过程可以在真空状态下进行，真空镀膜室不用再破真空，节省了时间，并在一定程度上规避了污染风险。但是，在这类镀膜机中，由于上片和下片流程共用一个通道，因此装卸片不能同时进行，不利于提高镀膜效率。

对于含有多个真空镀膜室的连续式镀膜机，多采用双端模式，即在真空镀膜室的入口端和出口端各设置一个预抽室，以完成自动进片和出片流程。这类镀膜机的各个镀膜腔体中均需要安装基片传送导轨，基片传送机构通过在真空腔体内往复或外部回转的方式来完成整个镀膜过程。因此，此类设备占地面积较大；加之镀膜设备一般需放置在超净间内，显著增大了生产运营成本。另外，由于基片传送机构在镀膜腔体中是循环使用的，存在基片污染问题。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种双臂自动装片式溅射镀膜方法及其装置，在真空镀膜室同侧设置进、出片室，并将进、出片室的进、出片口分别对准基片架上的相邻两工位，配合基片架的转动同时完成上、下基片，大大提高了生产效率。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种双臂自动装片式溅射镀膜方法，涉及对基片进行镀膜的真空镀膜室，传送基片的进、出片室，所述进、出片室分别连接于所述真空镀膜室且所述进、出片室的内腔与所述真空镀膜室的内腔连通，所述进、出片室与真空镀膜室的连通处分别为进、出片口，所述真空镀膜室室内设置有基片架，所述基片架具有若干承载所述基片的工位，其特征在于：

在所述真空镀膜室内设置一旋转机构，所述旋转机构连接于所述基片架的旋转中心，所述旋转机构驱动所述基片架在所述真空镀膜室内旋转；

将所述进、出片室设置于所述真空镀膜室的同侧，且所述进、出片口分别对准所述基片架上相邻的两个所述工位，在所述进、出片室内分别设置上、下片输送机构；

当基片上、下片时，即将已镀膜的基片从所述基片架上取下并输送至所述出片室内，并将未镀膜的基片从所述进片室内输送至所述基片架时，先通过所述下片输送机构将所述基片架一工位内的已镀膜基片取下，然后转动所述基片架，使该工位对准所述进片室的上片口并通过所述上片输送机构上片，同时后一工位内的已镀膜基片对准所述出片室的下片口并通过所述下片输送机构下片。

在上片前将所述进片室抽至真空；在下片前将所述出片室抽至真空。

所述基片架的转动方向与所述进、出片室的排列方向相吻合，即所述基片架转动时，所述基片架上的工位先经过所述出片室，再经过所述进片室。

当所述基片架未装载基片时，所述进片室通过所述上片输送机构配合所述基片架的转动，完成上片。

一种实现上述双臂自动装片式溅射镀膜方法的双臂自动装片式溅射镀膜装置，包括真空镀膜室、进片室、出片室，所述进、出片室分别连接于所述真空镀膜室，且所述进、出片室的内腔与所述真空镀膜室的内腔连通，所述进、出片室与真空镀膜室的连通处分别为进、出片口，所述真空镀膜室室内设置有基片架，所述基片架具有若干承载所述基片的工位，其特征在于：所述真空镀膜室内设置有一旋转机构，所述旋转机构连接驱动所述基片架；所述进、出片室分别设置于所述真空镀膜室的同侧，且所述进、出片口分别对准所述基片架上相邻的两个所述工位，所述进、出片室内分别设置上、下片输送机构。

所述上、下片输送机构分别由载片小车、导轨、机械手、丝杆和驱动装置构成，所述导轨沿所述进、出片室的延伸方向固定设置于所述进、出片室室内，所述载片小车承载于所述导轨之上，所述载片小车上开设有承载所述基片的卡槽，所述载片小车连接所述丝杆，所述机械手的运动路径为所述载片小车上的卡槽与所述基片架上的工位之间，所述载片小车与所述机械手由所述驱动装置连接驱动。

所述进、出片室内的所述卡槽与所述载片小车侧面呈斜角设置，所述斜角确保所述卡槽的位置与所述基片架上的工位构成平行。

所述卡槽由设置于载片小车两侧表面的两个槽口构成，两个所述槽口在载片小车表面呈交错布置。

所述进、出片室之间夹角设置，所述夹角与所述基片架上两相邻工位的中心和所述基片架的旋转中心所构成的夹角相吻合。

本发明的优点是：1)可实现同时上片和下片的功能，大大提高了生产效率。2)具有结构紧凑、占地面积小、运营成本低的优点。3）可实现在同一个镀膜流程中镀制多种功能性薄膜的需要。

附图说明

图1是本发明中双臂自动装片式溅射镀膜装置的结构示意图Ⅰ；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是本发明中双臂自动装片式溅射镀膜装置的结构示意图Ⅱ；

图4是本发明中双臂自动装片式溅射镀膜装置的结构示意图Ⅲ。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4所示，图中标记1-27分别为：进片室1、真空镀膜室2、出片室3、隔离阀4、基片架5、镀膜源6、离子源7、隔离阀8、载片小车9、导轨10、丝杆11、机械手12、基片夹具13、卡槽14、基片15、中心回转磁流体16、工位17、下片位18、工位19、上片位20、下片位21、工位22、上片位23、下片位24、进片口25、出片口26、槽口27。

实施例一：本实施例中的双臂自动装片式溅射镀膜方法由一种双臂自动装片式溅射镀膜装置实现，用于对基片进行溅射镀膜。如图1所示，本实施例中的双臂自动装片式溅射镀膜装置包括进片室1、真空镀膜室2以及出片室3，进片室1与出片室3分别连接固定于真空镀膜室2的同侧，且进片室1、出片室3的内腔分别与真空镀膜室2的内腔相连通。进片室1与出片室3与真空镀膜室2连通的一端分别为进片口25以及出片口26，在进片口25和出片口26处分别设置有隔离阀4以隔离进、出片室和真空镀膜室，从而保证真空镀膜室2在镀膜时处于真空状态；进片室1和出片室3的另一端分别设置有隔离阀8，以保证在上、下片时，进片室1、出片室3以及与两者连通的真空镀膜室2始终保持真空状态。真空镀膜室2内设置有一基片架5，基片架5上具有若干承载基片的工位。真空镀膜室2的内壁上设置有若干镀膜源6和离子源7，镀膜源6和离子源7均对准于基片架5，且溅射蒸镀范围覆盖基片架5上所有的基片工位。

本实施例中的双臂自动装片式溅射镀膜方法至少包括以下步骤：

1、如图1、2所示，在真空镀膜室2内部设置一作为旋转机构的中心回转磁流体16，中心回转磁流体16固定连接于基片架5顶端中心，从而带动基片架5以中心回转磁流体16为转轴在真空镀膜室2内部进行旋转。基片架5的转动可以使承载于基片架5上的基片溅射均匀，从而提高成膜质量。

2、将进片室1和出片室3设置于真空镀膜室2的同一侧，且进片口25和出片口26分别对准基片架上相邻的两个工位（图1中所示的是出片口26对准工位17，而进片口25对准工位17的前一工位，两工位相邻）。

在进片室1和出片室3内分别设置有上、下片输送机构，其中下片输送机构用于将已镀膜完毕的基片从基片架5上取下并通过出片室3送出，而上片输送机构是用于将未镀膜的基片从进片室1中装载到基片架5上。

上、下片输送机构的结构相同，由载片小车9、导轨10、丝杆11、机械手12及驱动装置构成。导轨10沿进、出片室的延伸方向固定设置于进、出片室的腔体内部，载片小车9承载于导轨10之上，两者之间构成滑动配合，载片小车9的一端通过螺母连接丝杆11，丝杆11由驱动装置驱动。在使用时，载片小车9通过丝杆11的带动在导轨10上滑移，从而实现将已镀膜基片从出片室3输送至镀膜装置外或将未镀膜的基片从外界输送至镀膜装置内的动作。机械手12由驱动装置连接驱动，其移动行程为载片小车9上的卡槽14与基片架5上的工位之间，以完成将已镀膜基片从基片架5的工位上取下并输送至出片室3的载片小车9的卡槽14内或将未镀膜基片从进片室1的载片小车9的卡槽14取出并装载到基片架5的工位上的动作。载片小车9上开设有承载基片的卡槽14。此处额外需要说明的是，由于本实施例中装载基片是将基片15悬挂于基片架5之上，所以基片15上黏附固定有一基片夹具13，而基片夹具13的外轮廓尺寸大于基片15的外轮廓尺寸，所以卡槽14的尺寸应与基片夹具13的外轮廓尺寸吻合适配，从而使黏附有基片15的基片夹具13能够装载于载片小车9上的卡槽14内。

3、当基片15进行上、下片时，即将已镀膜的基片15从基片架5上取下并通过下片输送机构输送至出片室3内，并将未镀膜的基片15从进片室1内输送装载至基片架5上时，先通过下片输送机构将基片架5一工位内的已镀膜基片取下，然后转动基片架5，使该工位对准进片室1的进片口25并通过上片输送机构上片，同时后一工位内的已镀膜基片对准所述出片室的出片口26并通过所述下片输送机构下片。基片架5的转动方向需保证基片架5上的基片工位依次经过出片室3和进片室1，同时基片架5每次的转动角度需保证基片架5上的工位依次对准出片口26和25，以实现基片架5的同步上、下片。

4、当基片架5未装载任何基片时，进片室1通过上述上片输送机构配合基片架5的转动，完成上片。基片架5每次的转动角度需保证每个基片工位依次对准进片口25。

本实施例在具体实施时，具有如下的工作流程：

1）首先将待镀膜（未镀膜）的清洁基片黏附固定于基片夹具13上；其后，将基片夹具13放置于进片室1内载片小车9上的卡槽14内；关闭进片室1与外界大气之间的隔离阀8。与此同时或在此之前，真空镀膜室2开始抽真空并至高真空状态。

2）进片室1抽真空，待到满足一定的真空度后，进片室1与真空镀膜室2之间的隔离阀4打开，开始通过进片室1内的机械手12进行将基片夹具13从进片室1中的卡槽14到真空镀膜室2中的基片架5的搬运装载过程。

搬运装载的具体过程如下：载片小车9移动至进片室1与真空镀膜室2之间的隔离阀4部位；真空镀膜室2中的基片架5旋转到一个适于搬运的位置后停止转动；机械手12将基片夹具13从载片小车9的卡槽14中取出，并将其移动到基片架5外周的基片夹具悬挂位（工位）；机械手12将基片夹具13固定于基片架5外周，使之处于悬挂状态。

3）搬运完毕后，进片室1与真空镀膜室2之间的隔离阀4关闭，真空镀膜室2中的基片架5开始匀速转动，镀膜靶材放电，开始镀膜流程。

4）镀膜结束后，真空镀膜室2中的基片架5停止转动。在此之前，出片室3已抽真空至目标值，并放置有未载有基片及其夹具的载片小车9。进片室1亦已抽真空至目标值，并放置载有清洁待镀基片及其夹具的载片小车9。

5）其后，出片室3和进片室1与真空镀膜室2之间的隔离阀均打开，开始同时上、下基片流程，具体过程如下：

真空镀膜室2中的基片架5旋转至一定位置，使得基片架1第一个工位即工位17的基片夹具13正对出片室3的出片口26。

机械手12将工位17上的基片夹具13取下，并将其放置于出片室3内载片小车9上的下片位18；其后，基片架逆时针旋转，此时，工位17正对着进片室1，第二个工位即工位19的基片夹具13正对着出片室3；

进片室1中的机械手12将进片室1中的基片架上片位20上的基片夹具13取出，并放置于基片架5的工位17上；与此同时，出片室3中的机械手12将基片架工位19上的基片夹具取下，并放置于出片室1载片小车9上的下片位21内。

其后，基片架5再逆时针旋转，此时，上步中工位19的基片夹具正对着进片室1，基片架5上工位22的基片夹具13正对着出片室3；进片室1中的机械手12将进片室1中的上片位23上的基片夹具13取出，并放置于基片架5的工位19上；与此同时，出片室3中的机械手12将基片架5工位22的基片夹具13取下，并放置于出片室3中下片位24内。

以此类推，将基片架5上已镀膜的基片及其夹具完全取下，并同步换之待镀膜的清洁基片及其夹具。在上、下片过程中，进片室1和出片室3与真空镀膜室2之间的隔离阀4均打开,而进、出片室外侧的隔离阀8均关闭。

6）其后，真空镀膜室2中的基片架5通过中心回转磁流体16开始匀速转动，镀膜靶材放电，开始下一轮的镀膜流程，即重复步骤（4）至步骤（6）的流程。

实施例二：本实施例相较实施例一的不同之处在于：如图3所示，出片室3与进片室1之间夹角设置，夹角大小取决于基片架5上相邻两块工位的中心与基片架5的旋转中心所构成的夹角。此夹角的存在使得基片架5上正对着出片室3或进片室1的基片分别与出片室3和进片室1中的基片平行。这种配置方式可以简化进、出片室内机械手12的运动路径，即不再有由于基片架5上基片工位与进、出片室的基片之间存在夹角而需要的机械手12旋转基片动作。本实施例的具体工作流程如实施例一所述。

实施例三：本实施例相较实施例一、二的不同之处在于：如图4所示，卡槽14由开设于载片小车9两侧表面的槽口27构成，槽口27在载片小车9长度方向上呈交错布置，即两个交错的槽口27构成的卡槽14与载片小车9侧边之间呈斜角布置，以保证基片架5上正对着出片室3或进片室1的基片分别与出片室3和进片室1中的基片平行。同实施例2，这种配置方式同样可以简化机械手12的运动路径。本实施例的具体工作流程如实施例一所述。

虽然以上述实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对发明作出各种改进和变换，如：真空镀膜室2的形式可以为立式也可以为卧式；基片架5的旋转方式可以是竖直方向旋转或水平方向旋转；真空镀膜室2中设有的旋转机构可以为中心回转式基片架或圆形导轨式基片旋转机构等；分列于真空镀膜室2腔体内壁的镀膜源（靶材或蒸镀源）和离子源（或其他辅助镀膜设备）的种类和数量等，故在此不一一赘述。

Claims (8)

1.一种双臂自动装片式溅射镀膜装置，包括真空镀膜室、进片室、出片室，所述进、出片室分别连接于所述真空镀膜室，且所述进、出片室的内腔与所述真空镀膜室的内腔连通，所述进、出片室与真空镀膜室的连通处分别为进、出片口，所述真空镀膜室室内设置有基片架，所述基片架具有若干承载所述基片的工位，其特征在于：所述真空镀膜室内设置有一旋转机构，所述旋转机构连接驱动所述基片架，所述旋转机构连接于所述基片架的旋转中心，所述旋转机构驱动所述基片架在所述真空镀膜室内旋转；

所述进、出片室分别设置于所述真空镀膜室的同侧，且所述进、出片口分别对准所述基片架上相邻的两个所述工位，所述进、出片室内分别设置上、下片输送机构；所述上、下片输送机构分别由载片小车、导轨、机械手、丝杆和驱动装置构成，所述导轨沿所述进、出片室的延伸方向固定设置于所述进、出片室室内，所述载片小车承载于所述导轨之上，所述载片小车上开设有承载所述基片的卡槽，所述载片小车连接所述丝杆，所述机械手的运动路径为所述载片小车上的卡槽与所述基片架上的工位之间，所述载片小车与所述机械手由所述驱动装置连接驱动。

2.根据权利要求1所述的一种双臂自动装片式溅射镀膜装置，其特征在于：所述进、出片室内的所述卡槽与所述载片小车侧面呈斜角设置，所述斜角确保所述卡槽的位置与所述基片架上的工位构成平行。

3.根据权利要求2所述的一种双臂自动装片式溅射镀膜装置，其特征在于：所述卡槽由设置于载片小车两侧表面的两个槽口构成，两个所述槽口在载片小车表面呈交错布置。

4.根据权利要求1所述的一种双臂自动装片式溅射镀膜装置，其特征在于：所述进、出片室之间夹角设置，所述夹角与所述基片架上两相邻工位的中心和所述基片架的旋转中心所构成的夹角相吻合。

5.一种权利要求1-4中任一所述的双臂自动装片式溅射镀膜装置的双臂自动装片式溅射镀膜方法，涉及对基片进行镀膜的真空镀膜室，传送基片的进、出片室，所述进、出片室分别连接于所述真空镀膜室且所述进、出片室的内部腔体与所述真空镀膜室的内部腔体连通，所述进、出片室与真空镀膜室的连通口分别为进、出片口，所述真空镀膜室的腔体内设置有基片架，所述基片架具有若干承载所述基片的工位，其特征在于：

将所述进、出片室设置于所述真空镀膜室的同侧，且所述进、出片口分别对准所述基片架上相邻的两个所述工位，在所述进、出片室内分别设置上、下片输送机构；

当基片上、下片时，即将已镀膜的基片从所述基片架上取下并输送至所述出片室内，并将未镀膜的基片从所述进片室内输送至所述基片架时，通过所述下片输送机构将所述基片架一工位内的已镀膜基片取下，然后转动所述基片架，使该工位对准所述进片室的进片口并通过所述上片输送机构上片，同时后一工位内的已镀膜基片对准所述出片室的出片口并通过所述下片输送机构下片。

6.根据权利要求5所述的一种双臂自动装片式溅射镀膜方法，其特征在于：在上片前将所述进片室抽至真空；在下片前将所述出片室抽至真空。

7.根据权利要求5所述的一种双臂自动装片式溅射镀膜方法，其特征在于：所述基片架的转动方向与所述进、出片室的排列方向相吻合，即所述基片架转动时，所述基片架上的工位先经过所述出片室，再经过所述进片室。

8.根据权利要求5所述的一种双臂自动装片式溅射镀膜方法，其特征在于：当所述基片架未装载基片时，所述进片室通过所述上片输送机构配合所述基片架的转动，完成上片。