CN113652666A - 具有冷却装置的真空镀膜系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有冷却装置的真空镀膜系统，适用于将数个基板镀膜，包含：本体装置、至少一个溅镀装置及至少一个冷却装置，所述本体装置包括界定出真空腔的壳体、中心轴、设置于所述壳体内且可以所述中心轴为轴心旋转的载台，及多个环绕所述中心轴设置于所述载台的承载座，所述承载座位于所述真空腔内并适用于承载所述基板。所述至少一个溅镀装置设置于所述壳体且朝向所述承载座，并适用于将所述基板的表面上镀上元素。所述至少一个冷却装置适用于对所述基板释放流体，使所述基板降温，并包括具有数个流孔且朝向所述承载座的冷却板。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空镀膜系统，特别是涉及一种具有冷却装置的真空镀膜系统。
背景技术
目前常见的镀膜技术是使用直线式真空镀膜，其方法是通过将基板往返于工作区段间，来完成重复的多道工序。惟，直线性的往返是一种变速度运动，当基板未以等速度通过工作区段时，易使镀膜的膜厚不均，且无法对基板施以较全面的降温，导致基板的温度分布也不均。
由于真空镀膜时，基板将会被加热，过热的基板容易产生热应变，当温度不均时，容易造成基板歪斜或破裂。若基板有多层不同材质的结构时，则会因热膨胀系数不同，导致更严重的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能解决上述问题的具有冷却装置的真空镀膜系统。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统包含：本体装置、至少一个溅镀装置及至少一个冷却装置。
所述本体装置包括界定出真空腔的壳体、中心轴、设置于所述壳体内且能以所述中心轴为轴心等角速率旋转的载台，及多个环绕所述中心轴设置于所述载台的承载座，所述承载座位于所述真空腔内并适用于承载所述基板。
所述至少一个溅镀装置设置于所述壳体且朝向所述承载座，并适用于将所述基板的表面上镀上元素。
所述至少一个冷却装置适用于对所述基板释放流体，使所述基板降温，并包括设置于所述真空腔并朝向所述承载座的冷却板，所述冷却板具有数个用于朝所述基板释放所述流体的流孔。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，包含数个环绕所述中心轴与所述承载座设置的溅镀装置，及数个环绕所述中心轴与所述承载座且间隔设置于所述溅镀装置间的冷却装置。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，包含环绕所述中心轴且位于所述承载座与所述中心轴间的降温装置，所述冷却装置与所述降温装置适用于分别对所述基板的两相反侧进行降温。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，还包含设置于所述壳体且邻近于所述溅镀装置的至少一个真空管。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，所述至少一个冷却装置具有用于导入所述流体的至少一个冷却管路。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，所述流体为惰性气体。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，所述冷却板的材质的热导率不低于237W/m·K。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，所述载台的材质为不锈钢、钛、钼金属或铝合金。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，所述至少一个溅镀装置的阳极电连接于所述基板，所述至少一个溅镀装置的阴极电连接于所述溅镀装置所具有的溅镀源。
本发明的具有冷却装置的真空镀膜系统，所述载台呈多边形筒状，且每一边所界定的侧面分别供所述承载座设置。
本发明的有益效果在于：通过设置环绕所述中心轴的所述承载座供所述基板设置，并使所述载台带动所述承载座、所述基板以所述中心轴为轴心等角速率旋转，能使所述基板能通过旋转而循环于所述至少一个溅镀装置及所述至少一个冷却装置，达到能均匀镀膜与均匀降温的功效。
附图说明
图1是本发明具有冷却装置的真空镀膜系统的第一实施例的立体分解示意图；
图2是一个局部剖视图，说明所述第一实施例的内部结构；
图3是所述第一实施例中一个具有数个流孔的冷却装置的主视示意图；
图4是所述第一实施例的所述冷却装置的剖视示意图，说明所述冷却装置喷洒流体的样态；
图5是一个温度曲线图，说明现有的多个基板在无冷却情况下镀膜的温度曲线；
图6是一个温度曲线图，说明本实施例中的多个基板及其他元件在有冷却装置下镀膜的温度曲线；
图7是本发明具有冷却装置的真空镀膜系统的第二实施例的示意图，说明所述第二实施例中的壳体；及
图8是一个不完整的俯视图，说明所述第二实施例中的腔盖关上的样态。
具体实施方式
参阅图1、图2，本发明具有冷却装置的真空镀膜系统的一个实施例，适用于将数个基板6镀膜，包含一个本体装置1、六个溅镀装置2及两个冷却装置3。并且，在本实施例还可以包含一个降温装置4及四个真空管5。其中，所述真空镀膜系统能依实际需求而设置所需数量的所述溅镀装置2、所述冷却装置3与所述真空管5，其数量能各自为单一个或为多个，不以此为限。
所述本体装置1包括一个界定出一个真空腔113的壳体11、一个中心轴12、一个设置于所述壳体11内且可以所述中心轴12为轴心等角速率旋转的载台13，及多个环绕所述中心轴12设置于所述载台13的承载座14。
于本实施例中，正面指所述基板6朝向其中一个所述溅镀装置2的一侧，背面指所述基板6相反于其中一个所述溅镀装置2的一侧。
所述壳体11具有一个环形的围壁111及一个上盖112，所述围壁111及所述上盖112共同界定出所述真空腔113，并通过与所述载台13相配合，而于所述真空腔113中再界定出一个呈环状的工作空间114。所述冷却装置3及所述溅镀装置2环绕所述载台13设置于所述壳体11。所述壳体11还具有一个能开启地封闭所述真空腔113的进出料门115，及两个设置于所述真空腔113内的溅镀遮罩116。所述进出料门115于开启时，使所述真空腔113与外界连通，以供所述基板6进出所述真空腔113。每一个溅镀遮罩116具有三个彼此相邻的安装口117，所述安装口117分别对应所述溅镀装置2设置。
所述载台13是一个多边形筒状结构且界定每一边为一个侧面131。所述载台13的材质为不锈钢、钛或钼金属或铝合金四者其中一个。所述载台13是以一个等角速率旋转，且不限定于顺时钟或逆时钟旋转，所述角速率介于5rpm–60rpm间。
所述承载座14位于所述真空腔113内并适用于承载所述基板6。所述承载座14形成于所述侧面131，并朝向所述溅镀装置2。所述承载座14的面积略大于所述基板6，使每一个基板6的背面能够确实安装于对应的所述承载座14上。
所述溅镀装置2设置于所述壳体11且朝向所述承载座14，并适用于将所述基板6的表面上镀上至少一个元素。在本实施例中，所述溅镀装置2是与所述载台13间隔一个距离设置于所述围壁111，且其镀膜方向是朝向所述中心轴12。
在本实施例中，所述溅镀装置2是用于将所述基板6溅镀上一个抗电磁波干扰(以下称EMI)的镀膜，并各自具有一个带有至少一个靶材的靶材组件21、一个安装各自所对应的靶材组件21的溅镀源22，及一个气阀23。各溅镀源22电连接各自所对应的所述溅镀装置2的阴极，且设置于所述承载座14上的所述基板6是电连接各自所对应的溅镀装置2的阳极或接地。所述气阀23是用于输出一个惰性气体(例如：氩气)，以通过各溅镀源22所提供的一个高电压使所述惰性气体裂解为一个等离子体并撞击各靶材组件21的靶材，令各靶材组件21的靶材溅出靶材粒子并在飞往各自所对应的所述基板6时，受各等离子体裂解成离子以沉积在各自所对应的所述基板6上；其中，沉积在各基板6上的镀膜具有各自所对应的靶材组件21的靶材的元素。以本实施例来说，是在各基板6上溅镀上所述抗EMI的镀膜，靶材能为现有的TiN、NiCr...或Al2O3等用于提高接着性的金属材质，及高导电系数的Cu、Ag等材质所制成，也可以使用SUS不锈钢靶材。因此，当各靶材组件21为多个靶材时，能于各基板6上沉积一个多层膜。
值得一提的是，所述溅镀遮罩116遮罩所述溅镀装置2，以限制所述溅镀装置2间的靶材粒子及经裂离靶材粒子所构成的离子在所述真空腔113内的活动范围，并经由所述安装口117飞往各自所对应的所述基板6，避免污染沾染至所述溅镀源22或所述围壁111。
参阅图2、图3及图4，所述冷却装置3适用于对所述基板6释放一个流体34，使所述基板6降温，并各自包括一个设置于所述真空腔113内并朝向所述承载座14的冷却板31，各冷却板31具有数个用于朝所述基板6释放所述流体34的流孔33。
各冷却板31是由一个高热传导率(thermal conductivity)的材质所制成，且热导率不低于237W/m·K。例如，各冷却板31能为铝或石墨所制成，并具有至少一个用于导入所述流体34且连通各自所对应的所述冷却板31的流孔33的冷却管路32，在本发明所述实施例中，各冷却板31具有多个冷却管路32。所述流体34能为氦气(He)，以喷雾状朝所述基板6正面喷洒，用于吸收所述基板6及所述真空腔113的废热。
参阅图1及图2，所述冷却装置3是与所述载台13间隔一个距离设置于所述围壁111，且其释放所述流体的方向是朝向所述中心轴12。所述冷却装置3与所述溅镀装置2环绕于所述载台13周围，每一个冷却装置3设置在两组溅镀单元间，每组溅镀单元包括三个溅镀装置2。
所述降温装置4环绕所述中心轴12且位于所述承载座14与所述中心轴12间。所述降温装置4具有一个连接于所述载台13的套筒41及一个绕设于所述套筒41的热导管42。所述套筒41的外型大致与所述载台13相同，并且贴近于所述载台13。所述热导管42适用于供较低温的冷媒流通，以使所述降温装置4传导并移除所述基板6背面的废热。
所述降温装置4与所述冷却装置3适用于分别对所述基板6的两相反侧进行降温。
所述真空管5环绕设置于所述围壁111并邻近于所述溅镀装置2，所述真空管5连通所述真空腔113，并于所述基板6镀膜时持续运转抽气，使所述真空腔113内对应于各靶材组件21处的压力值是恒高于其两侧的真空管5处的压力值，并借此构成压力差，令经由各冷却装置3喷洒出的流体34及未能沉积于各基板6上的靶材粒子及其离子，能通过前述压力差自所述真空腔113经由所述真空管5排出。
参阅图1、图2及图4，本发明在实施时，各基板6是分别对应固定于各自所对应的承载座14上，先启动所述载台13旋转使各承载座14绕着所述中心轴12带动其所对应设置的各基板6转动，使各基板6在环形的所述工作空间114中循环于所述溅镀装置2前，再启动所述真空管5令所述真空腔113的压力值达一个背景压力(base pressure)；接着，于所述真空腔113内引入氩气使所述真空腔113的压力值达一个工作压力(working pressure)，并于各溅镀源22提供高电压以使氩气裂解成前述的等离子体来对各自所对应的靶材组件21的靶材进行轰击，令各靶材溅射出靶材粒子并裂解成离子，借此将自各靶材组件21的靶材溅射出的靶材粒子及其离子溅镀于各基板6上。
当所述基板6在镀膜期间所对应产生并累积的热能，会因为前述多层膜的各层材质间的热膨胀系数差异而有不同的热应力产生。为了减缓前述热应力，通过所述冷却装置3分别对所述基板6的正面喷洒冷却流体34，以带走累积于所述基板6上的热能，同时，通过所述降温装置4的所述热导管42将传递至所述基板6的背面的热能带离所述载台13。
由于所述壳体11与所述载台13界定出环型的所述工作空间114，搭配将位于所述工作空间114内的各个元件皆以朝向所述中心轴12的方式呈环形排列。因此，本发明实施的动线是能循环的，有别于直线式真空镀膜，本实施例可以等速率不间断地对所述基板6施以重复的工序，能提升加工效率。
参阅图5及图6，其中，T0为溅镀制程启动的时间，T1为结束时间。图5所显示的温度曲线为现有未配置有所述冷却装置3，量测所述基板6的中间所取得的温度曲线。图6所显示的温度曲线为分别量测配置有所述冷却装置3的本发明的第一实施例中，所述载台13(Carrier)、所述承载座14(JIG)，及位于所述承载座14(JIG)上的所述基板6(Chips)所取得的温度曲线。
由图5能得知在未配置有所述冷却装置3的条件下进行溅镀，所述基板6的最高温度为140℃，最低温度为40℃；反观图6，能得知本发明的所述实施例通过所述冷却装置3，于T0～T1的时间内可以有效的降低所述基板6的温度，使最高温度降低至70℃，最低温度降至28℃。且所述承载座14(JIG)的最高温度为77℃，最低温度为27℃，所述载台13(Carrier)的最高温度为47℃，最低温度为25℃。证明本第一实施例确实能够将所述承载座14及所述载台13的温度维持在一个区间内。
经由以上的说明，能将本第一实施例的优点归纳如下：
1.通过将所述溅镀装置2及所述冷却装置3环绕设置于所述载台13四周，并搭配设置可以所述中心轴12为轴心等角速率旋转的载台13及数个环绕所述中心轴12设置的承载座14，能使所述基板6于受所述载台13带动而等速率旋转时，循环于所述溅镀装置2及所述冷却装置3的工作区段，借此，能够镀上多层厚度一致的镀膜并有效降温。
2.通过将所述载台13设计为多边形，并环绕设置多个承载座14以供多个基板6设置，可以同时对多个基板6施以溅镀。由于所述载台13同样暴露于所述冷却装置3的喷洒范围中，因此能够协助热传导。并且，所述承载座14贴靠固定所述基板6，能使所述基板6的背面不被镀上镀膜。
3.通过于所述载台13四周设置所述冷却装置3，除了能够通过对所述基板6喷洒流体34以降温，也能够通过所述冷却装置3自身的低温吸收所述真空腔113内的废热，在真空环境中达到辐射冷却的效果。
4.通过所述降温装置4能够传导并移除由所述基板6传导至所述载台13的废热。
5.通过所述真空管5，能够排出已吸收废热的所述流体34，及未能沉积于各基板6上的靶材粒子及其离子。
参阅图7及图8，是本发明具有冷却装置的真空镀膜系统的第二实施例，其与所述第一实施例大致相同，不同之处在于：
所述第二实施例包含四个溅镀装置2、两个冷却装置3及两个真空管5。所述壳体11具有一个连通所述真空腔113及外界的腔口118、一个能掀合的腔盖119，及六个环绕设置于所述壳体11的安装口117。所述进出料门115是设置于所述腔盖119。所述安装口117连通所述真空腔113及外界，其中四个所述安装口117彼此相邻地形成于所述溅镀遮罩116，并用于供所述溅镀装置2设置，其余两个所述安装口117形成于所述腔盖119，并位于所述进出料门115两侧，用于供所述冷却装置3设置。
所述腔盖119能枢转地设置于所述围壁111，并用于能开启地封闭所述腔口118。
如此，所述第二实施例也能达到与上述第一实施例相同的目的与功效。并且，本第二实施例还能通过所述能掀合的腔盖119，自所述壳体11的侧面对所述真空腔113内的元件进行调整或修复，以利本发明的维护。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。
Claims (10)
1.一种具有冷却装置的真空镀膜系统，适用于将数个基板镀膜，其特征在于：
所述真空镀膜系统包含本体装置、至少一个溅镀装置及至少一个冷却装置；
所述本体装置包括界定出真空腔的壳体、中心轴、设置于所述壳体内且能以所述中心轴为轴心等角速率旋转的载台，及多个环绕所述中心轴设置于所述载台的承载座，所述承载座位于所述真空腔内并适用于承载所述基板；
所述至少一个溅镀装置设置于所述壳体并朝向所述承载座，并适用于将所述基板的表面上镀上元素；
所述至少一个冷却装置适用于对所述基板释放流体，使所述基板降温，并包括设置于所述真空腔并朝向所述承载座的冷却板，所述冷却板具有数个用于朝所述基板释放所述流体的流孔。
2.根据权利要求1所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：包含数个环绕所述中心轴与所述承载座设置的溅镀装置，及数个环绕所述中心轴与所述承载座且间隔设置于所述溅镀装置间的冷却装置。
3.根据权利要求2所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：包含环绕所述中心轴且位于所述承载座与所述中心轴间的降温装置，所述冷却装置与所述降温装置适用于分别对所述基板的两相反侧进行降温。
4.根据权利要求2所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：还包含设置于所述壳体且邻近于所述溅镀装置的至少一个真空管。
5.根据权利要求1所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：所述至少一个冷却装置具有用于导入所述流体的至少一个冷却管路。
6.根据权利要求1所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：所述流体为惰性气体。
7.根据权利要求1所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：所述冷却板的材质的热导率不低于237W/m·K。
8.根据权利要求1所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：所述载台的材质为不锈钢、钛、钼金属或铝合金。
9.根据权利要求1所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：所述至少一个溅镀装置的阳极电连接于所述基板，所述至少一个溅镀装置的阴极电连接于所述溅镀装置所具有的溅镀源。
10.根据权利要求1所述的具有冷却装置的真空镀膜系统，其特征在于：所述载台呈多边形筒状，且每一边所界定的侧面分别供所述承载座设置。
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