CN109913833A - 金属mo膜连续磁控溅射生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金属MO膜连续磁控溅射生产线，包括依次连接的进口室、进口缓冲室、进口传送室、溅射室、出口传送室、出口缓冲室、出口室和质检室，所述进口室、进口缓冲室、进口传送室、溅射室、出口传送室、出口缓冲室、出口室内均设有依次连接的传动辊，所述质检室内设有镀膜质检辊和质检系统，所述出口室内传动辊与镀膜质检辊相连，所述传动辊与镀膜质检辊用于传送镀膜基片。本发明提供的金属MO膜连续磁控溅射生产线能够实现各类大面积镀膜的大批量、低成本生产，而且溅射沉积速率高，工艺通用性强。素扩散路径短，无中间产物，无元素蒸发，因而制备速度快、效率高，良品率高达95％以上，特别适合大规模工业化生产。

Description

金属MO膜连续磁控溅射生产线

技术领域

本发明涉及金属MO膜连续磁控溅射生产线，属于真空镀膜技术领域。

背景技术

真空镀膜技术初现于20世纪30年代，四五十年代开始出现工业应用，工业化大规模生产开始于20世纪80年代，在电子、宇航、包装、装潢、烫金印刷等工业中取得广泛的应用。真空镀膜技术是一种新颖的材料合成与加工的新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的镀膜，从而使固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰灯许多优于固体材料本身的优越性能，达到提高产品质量、延长产品寿命、节约能源和获得显著技术经济效益的作用。需要镀膜的被称为基片，镀的材料被称为靶材。

磁控溅射是利用荷能粒子轰击固体靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺。靶材可选用金属靶和陶瓷靶。磁控溅射制备法具有沉积速率高、基片温度低、成膜黏附性好、易控制、成本低、适合大面积制膜的优点。真空蒸镀就是将需要制成薄膜的物质放于真空中进行蒸发或升华，使之在基片表面上析出。真空蒸镀的装置比较简单，工艺参数较少，易控制薄膜的生长，薄膜中杂质含量低。但真空度的高低直接影响薄膜的结构和性能，真空度低，材料受残余气体分子污染严重，薄膜性能变差，提高衬底温度有利于气体分子的解吸。

随着真空镀膜领域中镀膜技术的日新月异，对镀膜产品的要求也越来越高，因此镀膜生产线也出现越来越多的改进，生产线的要求随之提高，现有技术的镀膜生产线的整体稳定性及镀膜均匀性，生产效率低以及相应的设备成本高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供可立式镀膜的金属MO膜连续磁控溅射生产线。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供金属MO膜连续磁控溅射生产线，包括：依次连接的进口室、进口缓冲室、进口传送室、溅射室、出口传送室、出口缓冲室、出口室和质检室，所述进口室、进口缓冲室、进口传送室、溅射室、出口传送室、出口缓冲室、出口室内均设有依次连接的传动辊，所述质检室内设有镀膜质检辊和质检系统，所述出口室内传动辊与镀膜质检辊相连，所述传动辊与镀膜质检辊用于传送镀膜基片。

优选地，所述质检系统包括光源和顺次连接的光电探测器、滤波器、A/D转换器，所述光源与光电探测器分设于镀膜质检辊两侧，所述光源发出的光透过镀膜基片被光电探测器接收，经滤波后通过A/D转换器转换为电信号。

优选地，所述质检系统还包括服务器，所述服务器与A/D转换器相连，用于将转换的电信号进行分析和对比。

优选地，所述进口缓冲室、进口传送室、溅射室和出口传送室均安装有加热装置。

更优选地，所述加热装置与各工艺室之间通过镜面板隔热。

优选地，辊轴沿垂直方向的末端设有万向轴承。

优选地，所述溅射室内设有至少一个旋转阴极。

与现有技术相比，本发明提供的金属MO膜连续磁控溅射生产线具备以下优势：

1.采用连续性立式薄膜基材的磁控溅射方式，使得薄膜在镀膜过程中减少了环境中杂质对镀膜质量的影响。

2.旋转靶提高了靶材的利用率和镀膜膜层的均匀性，靶材被轰击时不会出现凹坑，避免了溅射氧化层的形成。靶材利用率高，平均膜厚小，膜层均匀。

3.磁控溅射具有高速沉淀的特点，可以镀几乎所有的金属和合金、导体和绝缘体，并且可以在低熔点的金属和塑料上面镀膜，而且镀膜的速度高。

4.镀膜时多级真空度设置技术能够实现真空度调节，同时在高温镀膜的情况下，保证基片在高真空度时加热的均匀性，节约能耗。

5.传动辊及质检辊结构简单，运行可靠，加工制造容易，基片传送平稳度高，摩擦轮更换方便，从而保证了镀膜质量，且能够降低生产线的制造和维护成本，传动行程控制精度偏差非常小。

6.真空获得设备的两级真空泵的设置，真空度抽气时间短，加之操作门的密封效果均匀，溅射室极限真空度达到10^-5Pa，适用于各类镀膜生产线。

7.镀膜后直接自动进行质检，将真空镀膜与质检同时实现，提高了生产效率。

总之，本发明提供的金属MO膜连续磁控溅射生产线能够实现各类大面积镀膜的大批量、低成本生产，而且溅射沉积速率高，工艺通用性强。素扩散路径短，无中间产物，无元素蒸发，因而制备速度快、效率高，良品率高达95％以上，特别适合大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明提供的金属MO膜连续磁控溅射生产线的工艺流程示意图；

图2是本发明提供的金属MO膜连续磁控溅射生产线的质检室结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及对比例对本发明作进一步详细、完整地说明。

本发明的金属MO膜连续磁控溅射生产线为立式单面镀膜，设计为八室结构，分别为进口室、进口缓冲室、进口传送室、溅射室(根据加工和安装条件再确定分为几段)、出口传送室、出口缓冲室、出口室和质检室，各工艺室通过翻板阀连接；由图1可以看出，生产线制备的工艺步骤是：上片区基片运输至进口室、进口室基片运输至高真空度的进口缓冲室、进口缓冲室基片通过进口传送室运输至溅射室、溅射室基片通过出口传送室运输至出口缓冲室、出口缓冲室基片运输至低真空度的出口室，出口室基片运输至质检室、质检合格的基片运输至卸片区(10～70)。

本实施例中，溅射室设计有6个直流靶位，6块Mo靶，采用直流电源实现高质量的Mo膜；设备设计加工尺寸1片610mm×435mm的平面玻璃基板材料，生产节拍为420s；生产线采用分子泵抽气形成气氛隔离的设计，生产线共配有6台TMP-V2304LM磁悬浮分子泵(日本岛津)以获得高效的隔离、稳定的抽速和均匀的气体分布。

本实施例中，生产线及各工艺室设计尺寸如下：

进口室/进口缓冲室/进口传送室/出口传送室/出口缓冲室/出口室：850mm(L)×1200mm(H)×500(W)；

溅射室：5000mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)；

质检室：1000mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)；

翻板阀：150mm(L)×1200mm(H)×150mm(W)；

金属MO膜连续磁控溅射生产线总长度：12.15m(以实际设计为准)；

本实施例中，进口室是低真空抽气室，完成低真空抽气过程，并将基架自动传送到高真空抽气室。

真空腔体部分尺寸：850mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)，设计成异型结构，尽量减小箱体的内空间。

抽气口安装在底板上，抽气口径为DN100，抽气设备：

旋片泵(SV300B) 1台(德国莱宝)；

罗茨泵(WAU1001) 1台(德国莱宝)。

放气进气装置：进口室放气是通过气动角阀DN40，共2个，先实行软放气。

气体隔离装置：与大气之间采用简易翻板阀隔离，动作简单有效(利用大气压力)。

工作效力：真空度达到5～8×10⁰Pa。

本实施例中，进口缓冲室是高真空抽气室，完成高真空抽气过程，并将基架自动传送到传送室内。

真空腔体部分尺寸：850mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)。

抽气设备：

分子泵(TMP-V2304LM) 1台(日本岛津)。

气氛隔离装置：与第一部分之间采用先进的翻板阀隔离，可以稳定有效的隔离低真空与高真空环境，通过流量计控制充平衡气体(Ar)。

加热：后侧板安装3段加热装置，前侧板安装3段加热装置，对基片和基片架进行初步加热，不锈钢加热器与箱体之间安装四层不锈钢镜面板隔热。

分子泵安装在门板上，分子泵排气管道与前级泵管道连接利用气动结构实现自动密封和自动打开，开关门时不用人工拆卸抽气管道。

工作效力：Ar平衡后真空度达到2～5×10^-1Pa(正常镀膜工艺真空度)；

本实施例中，进口传送室，用于将基片架由高真空抽气室传送到溅射室，基片架传送速度由传送速度转变成镀膜传送速度。

真空腔体部分尺寸：850mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)。

高真空抽气前级部分配置(进口缓冲室、进口传送室、溅射室、出口传送室和出口缓冲室共用)：

旋片泵(SV300B) 1台(德国莱宝)；

罗茨泵(WAU1001) 1台(德国莱宝)；

高真空抽气维持部分配置：

分子泵(TMP-V2304LM) 1台(日本岛津)。

气氛隔离装置：与第二部分采用先进的翻板阀隔离，可以有效的分离抽气气氛与工艺气氛。

加热：后侧板安装三段加热装置，前侧板安装五段加热装置，对基片和基片架进行高温加热，不锈钢加热器与箱体之间安装四层不锈钢镜面板隔热。

分子泵安装在门板上，分子泵排气管道与前级泵管道连接利用气动结构实现自动密封和自动打开，开关门时不用人工拆卸抽气管道。

本实施例中，溅射室完成真空溅射镀膜。

真空腔体部分尺寸：5000mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)；

本室体共设计6块直流阴极靶位和2个分子泵，直流阴极靶位均匀分布于溅射室的传动辊一侧，分子泵安装于溅射室门板上。

每块阴极靶位配有两组进气管道，进气管道为三层均匀气氛结构设计；

加热：底板安装有三段加热装置，非靶位侧板安装五段加热装置，保证镀膜时玻璃的温度稳定，温度维持范围为±5℃；不锈钢加热器与箱体之间安装四层不锈钢镜面板隔热，加热器与基片架之间安装钛板作为均热及遮挡溅射物。

维持抽气部分配置：

分子泵(TMP-V2304LM) 2台(日本岛津)。

分子泵安装在门板上，分子泵排气管道与前级泵管道连接利用气动结构实现自动密封和自动打开，开关门时不用人工拆卸抽气管道。

直流平面磁控溅射靶：所有单个阴极可装在镀膜线的任何靶位，具体位置可根据工艺需要布置。

阴极挡板和气体分配系统：

带质量流量控制器(AE)的3层均气供气系统；

气孔的防护和旁边屏蔽；

溅射挡板；

屏蔽罩：在阴极位置上安装一副屏蔽罩，并多配备一副生产之后在服务期间交换喷砂后备用，包括上部分的防护罩、旁边的挡板和上下屏蔽等。

本实施例中，出口传送室，用于将基片架由溅射室传送到高真空维持室，基片架传送速度由镀膜传送速度转变成传送速度；

真空腔体部分尺寸：850mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)；

高真空抽气维持部分配置：

分子泵(TMP-V2304LM) 1台(日本岛津)。

气氛隔离装置：采用先进的翻板阀隔离，可有效而稳定的隔离抽气气氛和工艺气氛。

加热：后侧板安装3段加热装置，前侧板安装3段加热装置，对基片和基片架进行保温加热，不锈钢加热器与箱体之间安装四层不锈钢镜面板隔热。

分子泵安装在门板上，分子泵排气管道与前级泵管道连接利用气动结构实现自动密封和自动打开，开关门时不用人工拆卸抽气管道。

本实施例中，出口缓冲室，用于将基片架由高真空抽气室传送到出口室；真空状态由高真空过渡到低真空，基片架由出口缓冲室自动过渡到出口室。

真空腔体部分尺寸：850mm(L)×1200mm(H)×500mm(W)；

维持抽气部分配置：

分子泵(TMP-V2304LM) 1台(日本岛津)；

气体隔离装置：采用先进的翻板阀进行初真空与高真空隔离，通过流量计控制充平衡气体(Ar)。

分子泵安装在门板上，分子泵排气管道与前级泵管道连接利用气动结构实现自动密封和自动打开，开关门时不用人工拆卸抽气管道。

本实施例中，出口室，是放气进入大气状态出片，完成后重新恢复低真空抽气过程，并将基片架自动传送到质检室。

真空腔体部分尺寸：850mm(L)×1200mm(H)×500(W)；(以实际设计为准)，设计成异型结构，尽量减小箱体的内空间。

真空抽气部分配置：

旋片泵(SV300B) 1台(德国莱宝)；

罗茨泵(WAU1001) 1台(德国莱宝)；

放气进气装置：进口室放气是通过气动角阀DN40，共2个，先实行软放气。

气体隔离装置：与大气采用简易翻板阀隔离，可以有效而方便的隔离初真空。

抽气口安装在底板上，抽气口径为DN100。

工作效力：真空度达到5～8×10⁰Pa；

本实施例中，质检室，是在大气压下对基片进行质检，基片下架后合格品进行包装，不合格品回收。

本实施例中，上片区、卸片区、传动辊和镀膜质检辊，上片区、卸片区和镀膜质检辊与真空室内传动辊一样采用先进的磁导向传动，能确保制动的平稳和精确定位。

本实施例中，回架系统安装在箱体后侧下，采用先进的摩擦磁导向传送，传动由同步带相连，行程由光电定位，整个回架系统采用钢化玻璃全封闭，上安装高效过滤器。

本实施例中，抽气系统具体泵和阀门布置按具体工况而定，所有管道采用SUS304镜面管，阀门采用进口蝶阀，旋片泵前安装有SMC断电进气阀，停泵或突然断电时自动进气确保机械泵不返油。

本实施例中，传动辊和镀膜质检辊的传动采用的磁导向摩擦传动，箱体内传动引入采用磁流体引入，基片架运行确保最少跨上3个传动轮。传动由同步带相连，行程由光电定位。

本实施例中，基片架下档块与导轨以及上档块与基片架磁铁座之间通过PEEK绝缘材料连接，确保了基片架与箱体的绝缘。

本实施例中，可编程控制系统，将设备的动作流程由PLC系统控制。

本实施例中，操作者可通过工控电脑(设置设定值，显示实际值)实施相关的设定来操作和控制镀膜线的动作流程，系统实现：可视系统；工艺状态显示；工艺数据存储管理；数据采集和报警模块；统计表；工艺参数打印和记录；错误信息提示；自动、手动和调试操作模式；服务器设有安全防范措施，具有多种工艺流程的储存能力，具有在线输入，修改参数和开关量的功能。

本实施例中，冷却水系统包括：

阴极靶、箱体管路、分子泵、电源是由冷热交换器循环的纯净水进行冷却；

闭路循环冷却水系统要求：镀膜通用循环冷却水要求标准，进水温度18～22度，电阻大于10MΩ，水压大于3.5公斤。

本实施例中，供气系统包括：

(1)工艺气体供气系统要求：

氩气：99.99％；

氧气：99.99％；

其它气体根据工艺要求选择，由厂方提供工艺气体气瓶和减压阀，可直接采用软管快接。

(2)压缩空气供气系统要求：

除水、除油、压力≥6公斤、产气量0.5立方米/分钟。

(3)抽气系统排气管要求：

真空泵组排气通过法兰或软管连接排气管直接接到室外，排气口内外部压差≤1.5E4Pa。

本实施例中，连续磁控溅射镀膜生产线能指标：

(1)设备类型：立式单面连续磁控溅射镀膜线(采用SUS304不锈钢材料)

(2)镀膜基片架尺寸：1片435mm×610mm；

(3)镀膜设备生产节奏：420s一架；

(4)真空室极限真空要求：低真空室≤5Pa；高真空室≤5.0×10-4Pa(恢复工作真空时间≤3小时)；系统漏率符合国家相关标准；

(5)设备传动方式：采用先进的磁导向摩擦传动的立式小车装载进片方式；

(6)气氛隔离方式：采用翻板阀隔离，溅射室用分子泵进行工艺气氛隔离；

(7)镀膜温度控制：采用不锈钢铠装加热装置，最高温度为500℃，按照常温～500℃可以任意设定设计；

(8)控制系统要求：采用欧姆龙的PLC实现对整个生产过程的自动控制，手动控制与自动控制可切换。服务器设有安全防范措施，操作管理密码等，并具有多种工艺流程的储存能力，具有在线输入，修改参数和开关量的功能。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.金属MO膜连续磁控溅射生产线，其特征在于：包括依次连接的进口室、进口缓冲室、进口传送室、溅射室、出口传送室、出口缓冲室、出口室和质检室，所述进口室、进口缓冲室、进口传送室、溅射室、出口传送室、出口缓冲室、出口室内均设有依次连接的传动辊，所述质检室内设有镀膜质检辊和质检系统，所述出口室内传动辊与镀膜质检辊相连，所述传动辊与镀膜质检辊用于传送镀膜基片。

2.根据权利要求1所述的金属MO膜连续磁控溅射生产线，其特征在于：所述质检系统包括光源和顺次连接的光电探测器、滤波器、A/D转换器，所述光源与光电探测器分设于镀膜质检辊两侧，所述光源发出的光透过镀膜基片被光电探测器接收，经滤波后通过A/D转换器转换为电信号。

3.根据权利要求2所述的金属MO膜连续磁控溅射生产线，其特征在于：所述质检系统还包括服务器，所述服务器与A/D转换器相连，用于将转换的电信号进行分析和对比。

4.根据权利要求1所述的金属MO膜连续磁控溅射生产线，其特征在于：所述进口缓冲室、进口传送室、溅射室和出口传送室均安装有加热装置。

5.根据权利要求4所述的金属MO膜连续磁控溅射生产线，其特征在于：所述加热装置与各工艺室之间通过镜面板隔热。

6.根据权利要求1所述的金属MO膜连续磁控溅射生产线，其特征在于：辊轴沿垂直方向的末端设有万向轴承。

7.根据权利要求2所述的金属MO膜连续磁控溅射生产线，其特征在于：所述溅射室内设有至少一个旋转阴极。