CN110004427A - 柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，采用高低真空腔真空度隔离装置，利用高低真空度压力差，将磁控溅射镀膜机的工作腔室物理隔离，有效减少工作气体的流失以维持各个工作腔室的真空度；可广泛应用于连续柔性薄膜显示器、薄膜太阳能电池、柔性调光窗膜、柔性电磁屏蔽膜等成膜的生产制造中。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜领域，提供一种柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，采用高低真空腔真空度隔离装置，利用高低真空度压力差，将磁控溅射镀膜机的工作腔室物理隔离，有效减少工作气体的流失以维持各个工作腔室的真空度。
背景技术
柔性薄膜显示器、薄膜太阳能电池、柔性调光窗膜、柔性电磁屏蔽膜（统称成膜）的应用日益广泛，生产实践中，较多时需要以超薄型柔性基材作为基底，利用磁控溅射镀膜机，以惰性气体为工作气体，采取磁控溅射沉积式的真空镀膜技术，在超薄型柔性基材上分层沉积阴极靶材或阴极靶材氧化物薄膜层制成成膜。
为保持成膜生产的连续性以适应成规模、大批量生产，现有技术中，多采用卷绕式（卷对卷）、柔性、连续的磁控溅射沉积工艺。
柔性连续型卷对卷磁控溅射沉积镀膜生产过程中，考虑到生产工艺、工作效率的要求，将柔性基底的连续卷材放卷、柔性连续基带预处理、磁控溅射沉积镀膜工作腔、成膜收卷贯穿在一套设备内。通常会设置放卷室工作腔（放卷腔）、前置预处理室、磁控溅射沉积镀膜腔（镀膜腔）、在线监测室和收卷室工作腔（收卷腔）。放卷室工作腔（放卷腔）、前置预处理室、磁控溅射沉积镀膜腔（镀膜腔）、在线监测室和收卷室工作腔（收卷腔）统称为磁控溅射镀膜机的工作腔室，柔性基带和成膜统称为柔性带材。具体实施时，前置预处理室设置在放卷腔内、在线监测室设置在收卷腔内。由于工艺需要，放卷腔、镀膜腔、收卷腔的真空度有所区别，以达到不同目的的需要。
磁控溅射沉积镀膜作业时，设置在放卷腔内的前置预处理室需要对柔性连续基带进行除气除湿处理，设置在收卷腔内的在线监测室需要对磁控溅射沉积镀膜质量等进行在线、即时检测，放卷腔、前置预处理室、在线监测室、收卷腔真空度均要远高于镀膜腔真空度。
由于各个工作腔室真空度不同，低真空腔室气体会向高真空腔室流动以期达到平衡。为保持各自工作腔室真空度，必须增加抽气泵功率以加大抽气速率对高真空腔室抽气，同时会导致工作气体持续流失。为保持磁控溅射沉积镀膜腔工作气压，补充流失的工作气体，必须源源不断地向磁控溅射沉积镀膜腔释放工作气体，皆增大了磁控溅射沉积镀膜的能源消耗，浪费大量的工作气体。
基于上述种种，在保证柔性连续型卷对卷磁控溅射沉积镀膜作业正常进行的同时、对各个工作腔室实施物理隔离避免或有效减少工作气体的流失以维持各个工作腔室的真空度的需求日益迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，采用高低真空腔真空度隔离装置，利用高低真空度压力差，将磁控溅射镀膜机的工作腔室物理隔离，有效减少工作气体的流失以维持各个工作腔室的真空度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：
柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，它具有一个由左右隔板密闭密闭分隔而成放卷腔、镀膜腔、收卷腔的腔体；以惰性气体为工作气体，放卷腔内的放卷台连续释放柔性基带，镀膜腔内的冷鼓为牵引主动轮驱动柔性基带连续移动，收卷腔内的收卷台连续对成膜进行收卷；柔性带材与冷鼓紧密贴合、移动设置在冷鼓和环绕冷鼓设置的磁控溅射装置沉积阴极室之间，放卷腔真空度和收卷腔真空度高于镀膜腔真空度；在左右隔板上皆开设有用于使柔性基带由放卷腔穿行至镀膜腔、使成膜由镀膜腔穿行至收卷腔的穿行窗口，在穿行窗口上设置有位于镀膜腔内的高低真空腔真空度隔离装置，连续移动的柔性基带由放卷腔经穿行窗口、高低真空腔真空度隔离装置穿行至镀膜腔，连续移动的成膜由镀膜腔经高低真空腔真空度隔离装置、穿行窗口穿行至收卷腔；高低真空腔真空度隔离装置包括滚动设置在柔性带材上下两面上的一对常开运行软辊，滚动设置在常开运行软辊和隔板上的一对常闭支撑辊；常开运行软辊和常闭支撑辊的长度不小于穿行窗口的长度，常开运行软辊和常闭支撑辊直径的长度之和不小于穿行窗口的宽度与柔性带材厚度之和的1／2。
上述柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，以惰性气体为工作气体，利用高低真空度压力差，采用高低真空腔真空度隔离装置，利用高低真空度压力差，将磁控溅射镀膜机的工作腔室物理隔离，有效减少工作气体的流失以维持各个工作腔室的真空度。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，高低真空腔真空度隔离装置还包括固联在镀膜腔内的常开式弹性支架，常开运行软辊转动设置在常开式弹性支架上；常开运行软辊由硬质材料制成，表面覆以软质材料。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，常开式弹性支架包括基端固联在镀膜腔内的常开运行软辊支架体，固联在常开运行软辊支架体顶端的常开运行软辊转动支撑，常开运行软辊转动设置在常开运行软辊转动支撑上；常开运行软辊支架体为由弹性元件弯曲而成、使常开运行软辊转动支撑具有远离隔板和常闭支撑辊移动趋势的杆件。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，软质材料为软橡胶或软玻璃。
磁控溅射镀膜机镀膜作业时，常开运行软辊可随柔性带材转动，对柔性带材无运行阻力，即对柔性带材不产生外力损伤，利于产品防护；磁控溅射镀膜机停运或作业准备时，相邻工作腔室的压力差大幅减小，常开式弹性支架自身的弹力主要克服因上述压力差施加在常开运行软辊上的压力，两常开运行软辊相互分离，分离后的两常开运行软辊间的开度关于柔性带材对称，以便予柔性带材由两两常开运行软辊之间穿行，利于上下料，使用方便。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，高低真空腔真空度隔离装置还包括固联在镀膜腔内的常闭式伸缩支架，常闭支撑辊转动设置在常闭式伸缩支架上；常闭支撑辊和隔板由硬质材料制成，表面光滑，常闭支撑辊和隔板间无压力受力状态密闭靠接。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，常闭式伸缩支架包括固联在镀膜腔内的常闭支撑辊支架体，以导轨滑块副连接、移动设置在常闭支撑辊支架体上的常闭支撑辊转动支撑，常闭支撑辊转动设置在常闭支撑辊转动支撑上，还包括设置在常闭支撑辊支架体和常闭支撑辊转动支撑之间用于使常闭支撑辊转动支撑具有往穿行窗口方向移动趋势的弹性元件。
采用常闭式伸缩支架，常闭支撑辊对于常开运行软辊施加预压力，使柔性带材同一侧的常开运行软辊和常闭支撑辊贴合更加紧密，优化封闭效果；表面光滑的常闭支撑辊与隔板无压力靠接，有效减小常闭支撑辊与隔板间的摩擦力，相应减小常开运行软辊与柔性带材间的摩擦力，消除该处可能带来的柔性带材变形缺陷，利于提高镀膜质量；两常闭支撑辊相互分离，分离后的两常闭支撑辊间的开度关于柔性带材对称，消除相互分离后的两常开运行软辊间的开度关于柔性带材对称的影响因素，以便予柔性带材由两常开运行软辊之间穿行，利于上下料。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，在放卷腔内还设置有用于对柔性超薄基带的预沉积表面进行处理的表面预处理室；在收卷腔内还设置有用于即时监测镀膜质量的在线监测室。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，磁控溅射镀膜机运行时，放卷腔、表面预处理室、在线监测室、收卷腔的真空度为6X10-7 torr，工作气体流量为0；镀膜腔真空度为4 X10-3 torr，工作气体流量500 sccm。
上述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，柔性基带为PET。
附图说明
图1是柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离装置的结构示意图；
图2是高低真空腔真空度隔离装置的结构示意图；
图3是常开运行软辊分离示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明：
参见图1所示为柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离装置的结构示意图、图2所示为用于将放卷腔与镀膜腔物理隔离的高低真空腔真空度隔离装置的结构示意图，柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，它具有一个由左右隔板H1、H2密闭分隔而成放卷腔G1、镀膜腔G2、收卷腔G3的腔体G，在放卷腔G1内还设置有用于对柔性基带J的预沉积表面进行处理的表面预处理室（图中未示出）；在收卷腔G3内还设置有用于即时监测镀膜质量的在线监测室（图中未示出）。本案中，选取现有技术的辉光放电离子表面预处理技术对柔性基带J的预沉积表面进行处理，用于在线监测室即时监测镀膜质量的在线监测技术亦为现有技术，此不赘述。
该柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法以惰性气体（本案中为氩气）为工作气体，使用设置在真空度为放卷腔真空度的放卷腔G1内的放卷台S1予以连续释放柔性基带J、使用转动设置在真空度为镀膜腔真空度的镀膜腔G2内的冷鼓S2为牵引主动轮予以驱动柔性基带J连续移动、使用设置在真空度为收卷腔真空度的收卷腔G3内的收卷台S3予以连续对成膜P进行收卷；柔性带材与冷鼓S3紧密贴合、移动设置在冷鼓S3和环绕冷鼓S3设置的磁控溅射装置沉积阴极室Y1、Y2、Y3、Y4之间。
放卷腔真空度和收卷腔真空度远高于镀膜腔真空度。
在左右隔板H1、H2上开设有用于使柔性基带J由放卷腔G1穿行至镀膜腔G2、使成膜P由镀膜腔G2穿行至收卷腔G3的穿行窗口K。穿行窗口K为矩形，与冷鼓S2的轴线平行，其长度略大于柔性带材的幅宽，选取穿行窗口K长度大于柔性带材的幅宽80mm。
在穿行窗口K上设置有位于镀膜腔G1内的高低真空腔真空度隔离装置Z，连续移动的柔性基带J由放卷腔G1经穿行窗口K中间、高低真空腔真空度隔离装置Z穿行至镀膜腔G2；连续移动的成膜P由镀膜腔G2经高低真空腔真空度隔离装置Z、穿行窗口K中间穿行至收卷腔G3。穿行窗口K关于柔性带材对称。
高低真空腔真空度隔离装置Z包括滚动设置在柔性带材上下两面上的一对相同的常开运行软辊B1、B2，滚动设置在常开运行软辊B1、B2和隔板H1上的一对相同的常闭支撑辊A1、A2，图示中，常闭支撑辊A1设置在常开运行软辊B1和左隔板H1之间，常闭支撑辊A2设置在常开运行软辊B2和左隔板H1之间。
运行中的常开运行软辊B1、B2在转动的同时仅可相对于穿行窗口K平动，运行中的常闭支撑辊A1、A2在转动的同时仅可相对于穿行窗口K和常开运行软辊B1、B2平动。常开运行软辊B1、B2和常闭支撑辊A1、A2的长度不小于穿行窗口K的长度，取常开运行软辊B1、B2和常闭支撑辊A1、A2的长度相同、皆大于穿行窗口K的长度80mm，柔性带材同一侧的常开运行软辊B1、B2和常闭支撑辊A1、A2直径的长度之和不小于穿行窗口K的宽度与柔性带材厚度之和的1／2，以保证在常开运行软辊B1、B2无限接近于隔板H1的极限状态下，常开运行软辊B1、B2和常闭支撑辊A1、A2依然可将穿行窗口K封堵，由于柔性带材厚度较小，故在具体实施时，取常开运行软辊B1、B2和常闭支撑辊A1、A2直径的长度之和不小于穿行窗口K宽度的1／2。
具体实施时（图中未示出），高低真空腔真空度隔离装置Z还包括固联在镀膜腔G2内的常开式弹性支架，常开运行软辊B1、B2转动设置在常开式弹性支架上；常开运行软辊B1、B2由硬质材料（如不锈钢、铸钢等，本案中选用不锈钢）制成，表面覆以软质材料（如软橡胶、软玻璃等，本案中选用软橡胶）； 两常开运行软辊B1、B2平动时，运动轨迹关于柔性带材即时、对称。
实现上述技术目的技术方案多为为现有技术，本案中选取简述如下结构简单、运行可靠的技术方案：常开式弹性支架包括基端固联在镀膜腔G2内的常开运行软辊支架体，固联在常开运行软辊支架体顶端的常开运行软辊转动支撑，常开运行软辊B1、B2转动设置在常开运行软辊转动支撑上；常开运行软辊支架体为由弹性元件（如弹簧钢杆件）弯曲而成、使常开运行软辊转动支撑具有远离隔板和常闭支撑辊移动趋势的杆件。习惯上，常开运行软辊支架有一对，固联在隔板H1上、分别位于穿行窗口K的两端。
高低真空腔真空度隔离装置Z还包括固联在镀膜腔G2内的常闭式伸缩支架，常闭支撑辊A1、A2转动设置在常闭式伸缩支架上；常闭支撑辊A1、A2和隔板由硬质材料（如不锈钢、铸钢等，本案中选用不锈钢）制成，表面光滑，常闭支撑辊A1、A2和隔板H1间无压力受力状态密闭靠接；两常闭支撑辊A1、A2平动时，运动轨迹关于柔性带材即时、对称。
实现上述技术目的技术方案多为为现有技术，本案中选取简述如下结构简单、运行可靠的技术方案：常闭式伸缩支架包括固联在镀膜腔G2内的常闭支撑辊支架体，以导轨滑块副连接、移动设置在常闭支撑辊支架体上的常闭支撑辊转动支撑，常闭支撑辊A1、A2转动设置在常闭支撑辊转动支撑上，还包括设置在常闭支撑辊支架体和常闭支撑辊转动支撑之间用于使常闭支撑辊转动支撑具有往穿行窗口方向移动趋势的弹性元件。
竖向的常闭式伸缩支架有一对，固联在隔板H1上、分别位于穿行窗口K的两端。在常闭支撑辊支架体上设置与隔板H1平行的导轨，常闭支撑辊转动支撑移动设置在导轨上，常闭支撑辊转动支撑的轴线距隔板H1表面的距离L为常闭支撑辊A1、A2的半径。在常闭支撑辊转动支撑和闭式伸缩支架之间设置的弹性元件选取压簧。
柔性基带J为PET。
上述柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，磁控溅射镀膜机运行时，放卷腔G1、表面预处理室、在线监测室、收卷腔G3的真空度为6X10-7 torr，工作气体流量为0；镀膜腔G2真空度为4 X10-3 torr，工作气体流量500 sccm。
具体的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法实施时，按如下步骤进行：
1、镀膜作业前准备
清理磁控溅射镀膜机工作腔室。各工作腔室内气压相等且等于一个标准大气压，又参见图3所示，此时，高低真空腔真空度隔离装置Z的常开运行软辊B1、B2彼此分离、开度增大，形成可供柔性基带J自由穿行的缝隙F。
2、上料
将柔性基带J卷材装夹在放卷台S1上，柔性基带J卷材的卷头由放卷台S1引出，穿过表面预处理室，在导向辊D1的引导下，经穿行窗口K、高低真空腔真空度隔离装置Z常开运行软辊B1、B2间的缝隙F至镀膜腔G2；经导向辊D1、D2共同作用，保证柔性基带J位于穿行窗口K的中间；在导向辊D3的引导下，柔性基带J穿过磁控溅射装置沉积阴极室Y1、Y2、Y3、Y4和冷鼓S2间的间隙环绕在冷鼓S2上，经导向辊D4导向引出冷鼓S2，又经导向辊D5导向，经穿行窗口K、高低真空腔真空度隔离装置Z常开运行软辊间的缝隙F至收卷腔G3，再在导向辊D6导引导下，柔性基带J收卷至收卷台S3；经导向辊D5、D6共同作用，保证柔性基带J位于穿行窗口K的中间。
3、镀膜作业
放卷腔G1、镀膜腔G2、收卷腔G3除气、抽真空，至磁控溅射镀膜机运行时，放卷腔G1、表面预处理室、在线监测室、收卷腔G3的真空度为6X10-7 torr，工作气体流量为0；镀膜腔G2真空度为4 X10-3 torr，工作气体流量500 sccm。
在抽真空过程中，随着放卷腔G1、镀膜腔G2、收卷腔G3真空度的提升，镀膜腔G2与放卷腔G1、收卷腔G3间的真空度差异持续增大，即镀膜腔G2与放卷腔G1、收卷腔G3间的压力差持续增大。在该压力差作用下，常开运行软辊B1、B2受到的压力方向由镀膜腔G2指向放卷腔、收卷腔G1、G3，驱动常开运行软辊B1、B2趋于闭合并夹持柔性基带J、推动常闭支撑辊A1、A2向背移动，至满足并稳定上述参数条件时，夹持着柔性基带J的高低真空腔真空度隔离装置Z将穿行窗口K封堵，完成柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室间的物理隔离。
进行镀膜作业。
本发明的有益效果是：
上述柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，采用高低真空腔真空度隔离装置，利用高低真空度压力差，采用高低真空腔真空度隔离装置，常闭支撑辊分别与常开运行软辊、柔性带材滚动接触将穿行窗口封堵，实现磁控溅射镀膜机的工作腔室物理隔离，可有效减少工作气体的流失以维持各个工作腔室的真空度，使相邻两工作腔室真空度不相互影响，满足多工作腔室不同真空度要求。
利用相邻两工作腔室的压力差完成高低真空腔真空度隔离装置闭合，无需施加外力驱动，又相邻的工作腔室分隔，减少系统整体抽气量，降低抽气速率，减少工作气体消耗动力消耗，节省能源。
Claims (10)
1.柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，它具有一个由左右隔板密闭密闭分隔而成放卷腔、镀膜腔、收卷腔的腔体；以惰性气体为工作气体，放卷腔内的放卷台连续释放柔性基带，镀膜腔内的冷鼓为牵引主动轮驱动柔性基带连续移动，收卷腔内的收卷台连续对成膜进行收卷；柔性带材与冷鼓紧密贴合、移动设置在冷鼓和环绕冷鼓设置的磁控溅射装置沉积阴极室之间，其特征是，放卷腔真空度和收卷腔真空度高于镀膜腔真空度；在左右隔板上开设有用于使柔性基带由放卷腔穿行至镀膜腔、使成膜由镀膜腔穿行至收卷腔的穿行窗口，在穿行窗口上设置有位于镀膜腔内的高低真空腔真空度隔离装置，连续移动的柔性基带由放卷腔经穿行窗口、高低真空腔真空度隔离装置穿行至镀膜腔，连续移动的成膜由镀膜腔经高低真空腔真空度隔离装置、穿行窗口穿行至收卷腔；高低真空腔真空度隔离装置包括滚动设置在柔性带材上下两面上的一对常开运行软辊，滚动设置在常开运行软辊和隔板上的一对常闭支撑辊；常开运行软辊和常闭支撑辊的长度不小于穿行窗口的长度，常开运行软辊和常闭支撑辊直径的长度之和不小于穿行窗口的宽度与柔性带材厚度之和的1／2。
2.根据权利要求1所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，高低真空腔真空度隔离装置还包括固联在镀膜腔内的常开式弹性支架，常开运行软辊转动设置在常开式弹性支架上；常开运行软辊由硬质材料制成，表面覆以软质材料。
3.根据权利要求2所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，软质材料为软橡胶。
4.根据权利要求2所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，软质材料为软玻璃。
5.根据权利要求1或2所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，常开式弹性支架包括基端固联在镀膜腔内的常开运行软辊支架体，固联在常开运行软辊支架体顶端的常开运行软辊转动支撑，常开运行软辊转动设置在常开运行软辊转动支撑上；常开运行软辊支架体为由弹性元件弯曲而成、使常开运行软辊转动支撑具有远离隔板和常闭支撑辊移动趋势的杆件。
6.根据权利要求1所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，高低真空腔真空度隔离装置还包括固联在镀膜腔内的常闭式伸缩支架，常闭支撑辊转动设置在常闭式伸缩支架；常闭支撑辊和隔板由硬质材料制成，表面光滑，常闭支撑辊和隔板间无受力状态密闭靠接。
7.根据权利要求1或6所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，常闭式伸缩支架包括固联在镀膜腔内的常闭支撑辊支架体，以导轨滑块副连接、移动设置在常闭支撑辊支架体上的常闭支撑辊转动支撑，常闭支撑辊转动设置在常闭支撑辊转动支撑上，还包括设置在常闭支撑辊支架体和常闭支撑辊转动支撑之间用于使常闭支撑辊转动支撑具有往穿行窗口方向移动趋势的弹性元件。
8.根据权利要求1所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，在放卷腔内还设置有用于对柔性基带的预沉积表面进行处理的表面预处理室；在收卷腔内还设置有用于即时监测镀膜质量的在线监测室。
9.根据权利要求1所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，磁控溅射镀膜机运行时，放卷腔、表面预处理室、在线监测室、收卷腔的真空度为6X10-7torr，工作气体流量为0；镀膜腔真空度为4 X10-3 torr，工作气体流量500 sccm。
10.根据权利要求1所述的柔性连续性磁控溅射沉积镀膜工作腔室隔离方法，其特征是，柔性基带为PET。
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