CN114086141A - 移动式物理溅射成膜设备及多层膜的制备工艺 - Google Patents

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CN114086141A CN202111433169.2A CN202111433169A CN114086141A CN 114086141 A CN114086141 A CN 114086141A CN 202111433169 A CN202111433169 A CN 202111433169A CN 114086141 A CN114086141 A CN 114086141A
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石旭
吴祥一
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Abstract

本申请公开了一种移动式物理溅射成膜设备及多层膜的制备工艺。所述移动式物理溅射成膜设备包括：第一真空腔，设置用以载入基材；第一沉积腔，设置用以使所述基材在所述第一沉积腔内进行溅射工艺；第二沉积腔，设置用以使所述基材在所述第二沉积腔内进行溅射工艺；间隔真空腔，设置于所述第一沉积腔与所述第二沉积腔之间，用以将所述基材通过所述间隔真空腔从所述第一沉积腔传输至所述第二沉积腔；其中，所述第一沉积腔的气压高于所述间隔真空腔的气压，所述第二沉积腔的气压高于所述间隔真空腔的气压；所述间隔真空腔用以阻断所述第一沉积腔与所述第二沉积腔之间的气流传播。

Description

移动式物理溅射成膜设备及多层膜的制备工艺
技术领域
本申请涉及成膜技术领域，具体涉及一种移动式物理溅射成膜设备及多层膜的制备工艺。
背景技术
物理气相沉积，例如溅射工艺，已广泛用于现今的半导体集成电路、发光二极管、太阳能电池及显示器等制作中。
目前，TFT行业中使用的移动式物理溅射成膜设备，通用的移动沉积方案为：通过预真空至低真空→实现成膜需求的高真空→转移实现产品基材(通过载具)间隔均匀→产品基材均匀且匀速通过沉积材料，材料在反应气体及磁控下原子被激发沉积在基材上→转移确保生产节拍→高真空与低真空以确保排出真空设备。然而，现存的方案如果需要沉积多层膜，则需要进行两次及以上制程，在相同产能需求下，需要两倍倍及以上的设备使用量。
因此，亟待提供一种移动式物理溅射成膜设备，能够一次成膜完成多层膜质需求以减少工艺制程。
发明内容
本申请的目的在于提供一种移动式物理溅射成膜设备，一贯式移动成膜设备，可以实现一次沉积多层膜，大大提高了生产效率。
本申请提供一种移动式物理溅射成膜设备，包括：
第一真空腔，设置用以载入基材；
第一沉积腔，设置用以使所述基材在所述第一沉积腔内进行溅射工艺；
第二沉积腔，设置用以使所述基材在所述第二沉积腔内进行溅射工艺；
间隔真空腔，设置于所述第一沉积腔与所述第二沉积腔之间，用以将所述基材通过所述间隔真空腔从所述第一沉积腔传输至所述第二沉积腔；
其中，所述第一沉积腔的气压高于所述间隔真空腔的气压，所述第二沉积腔的气压高于所述间隔真空腔的气压；所述间隔真空腔用以阻断所述第一沉积腔与所述第二沉积腔之间的气流传播。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一真空腔包括第一预真空腔和第一高真空腔，所述第一预真空腔的气压高于所述第一高真空腔；
所述第一高真空腔设置于所述第一预真空腔与所述第一沉积腔之间。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一沉积腔和所述第二沉积腔内分别设置有溅射靶，用于向产品基材上溅射沉积材料。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述间隔真空腔内设置有多组真空分子泵；所述间隔真空腔内通过所述真空分子泵的抽气速度来控制气压。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述间隔真空腔内为惰性气体。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述移动式物理溅射成膜设备还包括：第二真空腔，设置用以将所述基材排出。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第二真空腔包括第二高真空腔和第二预真空腔，所述第二高真空腔的气压小于所述第二预真空腔；
所述第二高真空腔设置于所述第二沉积腔与所述第二预真空腔之间。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述移动式物理溅射成膜设备还包括：传输单元，设置用以传输所述基材。所述传输单元使得所述基材在所述第一真空腔、第一沉积腔、间隔真空腔、第二沉积腔、第二真空腔之间依次传输。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一预真空腔的气压为(1～3)×10-2hPa。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第二高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第二预真空腔的气压为(1～3)×10-2hPa。
相应的，本申请还提供一种多层膜的制备工艺，包括如下步骤：
将一基材输送至第一沉积腔内进行第一次溅射，在所述基材上形成第一层膜层；
接着将所述基材输送至惰性气体环境的间隔真空腔内，所述间隔真空腔内的气压低于所述第一沉积腔；
后再将所述基材输送至第二沉积腔内进行第二次溅射，在所述基材上形成第二层膜层，即所述基材上形成了多层膜。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述基材输送至所述第一沉积腔前还依次经过第一预真空腔和第一高真空腔，用以阶梯式降低环境的气压；其中，所述第一高真空腔小于所述第一沉积腔的气压；
所述基材在所述第二沉积腔形成多层膜后，依次经过所述第二高真空腔和第二预真空腔，用以阶梯式升高环境气压；其中，所述第二高真空腔小于所述第二沉积腔的气压。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一预真空腔的气压(1～3)×10-2hPa；所述第一高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa。
可选的，在本申请的一些实施例中，第二预真空腔的气压(1～3)×10-2hPa；所述第二高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa。
本申请的有益效果在于：
本申请的移动式物理溅射成膜设备可实现一次成膜完成多层膜质需求，大大提高生产效率。本申请的设备通过在设备增设间隔真空腔，实现了一贯式移动成膜设备沉积多层膜，在保证移动成膜特性的前提下，确保多层膜质差异化。本申请可广泛应用于TFT行业移动式物理溅射成膜设备。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的移动沉积设备的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的移动式物理溅射成膜设备的结构示意图。
附图标记说明：10、第一真空腔；101、第一预真空腔；102、第一高真空腔；20、第二真空腔；202、第二高真空腔；201、第二预真空腔；30a、第一沉积腔；30b、第二沉积腔；40、间隔真空腔；1、第一沉积材料；2、第二沉积材料；3、基材。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
在对现有技术的研究和实践过程中，本申请的发明人发现，现有的移动沉积多层膜方案为：①溅射成膜设备以中压闸阀(Gate Valve)分割成独立的两个腔体，玻璃镀膜为停止式的，制程时间较长，产能较低；②移动成膜单次沉积一种材料后，需离开制程腔体，两层材料的沉积需要两次进入设备，产能较低。
请参阅图1，现有技术中通用的移动沉积设备及方案为：产品基材3’通过低真空腔10’→进一步地移动至高真空腔20’→(通过载具)转移以实现产品基材3’间隔均匀→产品基材3’均匀且匀速通过沉积腔30’中的沉积材料1’，材料1’在反应气体及磁控下原子被激发沉积在产品基材3’上→转移确保生产节拍→依次经过另一高真空腔40’与另一低真空腔50’以确保产品基材3’排出真空设备。若在完成沉积材料1’的沉积后，接着进行沉积另一材料的话，两种工艺气体已发生串扰，不能保证膜层质量。因此，现有技术中，产品基材在沉积一层膜材料后离开真空的制程腔体，两层材料的沉积需要两次进入设备，产能较低。
本申请实施例提供一种移动式物理溅射成膜设备及多层膜制备工艺，以下分别进行详细说明。
请参阅图2，本申请实施例提供了一种移动式物理溅射成膜设备，包括：第一真空腔10、第一沉积腔30a、间隔真空腔40、第二沉积腔30b和第二真空腔20。进一步地，基材3可依次在第一真空腔10、第一沉积腔30a、间隔真空腔40、第二沉积腔30b和第二真空腔20之间转移，实现了在一次制程中形成多层膜的目的。
进一步地，所述第一真空腔10设置用以载入所述基材3，使所述基材3进入设备的真空腔内，以便于进行后续的沉积成膜。所述第一真空腔10还提供真空环境。进一步地，所述第一真空腔10包括第一预真空腔101和第一高真空腔102，所述第一高真空腔102设置于所述第一预真空腔101与所述第一沉积腔30a之间。并且，所述第一预真空腔101的气压高于所述第一高真空腔102，形成阶梯式气压腔，以将基材3缓缓移动至真空度高(气压低)的腔室内，便于进行后续的沉积。
进一步地，所述第一沉积腔30a设置用以使所述基材3在所述第一沉积腔30a内进行溅射工艺。具体地，基材3从所述第一高真空腔102转移至所述第一沉积腔30a内进行溅射第一沉积材料1。进一步地，所述第一沉积腔30a内设置有溅射靶，用于向产品基材3上溅射第一沉积材料1。
进一步地，所述间隔真空腔40设置在所述第一沉积腔30a与所述第二沉积腔30b之间，用以将所述基材3通过所述间隔真空腔40从所述第一沉积腔30a传输至所述第二沉积腔30b。并且，所述间隔真空腔40的气压低于所述第一沉积腔30a的气压。进一步地，所述间隔真空腔40内设置有多组真空分子泵(图中未示出)。所述间隔真空腔40内通入了惰性气体。例如，所述惰性气体可以为Ar气。进一步地，所述间隔真空腔40内通过所述真空分子泵的抽气速度来控制气压。也就是说，可以通过真空分子泵的抽气的速度调控真空度。
进一步地，所述第二沉积腔30b设置用以使所述基材3在所述第二沉积腔30b内进行溅射工艺。具体地，基材3从所述第一高真空腔102转移至所述第一沉积腔30a内进行溅射第二沉积材料2。并且，所述间隔真空腔40的气压低于所述第二沉积腔30b的气压。进一步地，所述第二沉积腔30b内设置有溅射靶，用于向产品基材3上溅射第二沉积材料2。
由于所述间隔真空腔40设置在所述第一沉积腔30a与所述第二沉积腔30b之间的，且所述间隔真空腔40的气压低于两侧的所述第一沉积腔30a与所述第二沉积腔30b的气压，可见，所述第一沉积腔30a与所述第二沉积腔30b内的气体均是会流向中间的所述间隔真空腔40。可以想象，所述间隔真空腔40可以阻断所述第一沉积腔30a与所述第二沉积腔30b之间的气流传播，两个腔室内的工艺气体实现了阻隔开，进而实现了工艺气体不相互串扰的目的。
进一步地，所述第二真空腔20包括第二高真空腔202和第二预真空腔201，所述第二高真空腔202设置于所述第二沉积腔30b与所述第二预真空腔201之间。所述第二高真空腔202的气压小于所述第二预真空腔201。所述第二真空腔20设置用以将所述基材3排出设备。可以想象，所述基材3的排出设备也是依次经过阶梯式气压的真空腔排出设备的。
进一步地，所述移动式物理溅射成膜设备还包括：传输单元(图中未示出)。所述传输单元可以作为用于传输所述基材3的载体。进一步地，所述传输单元设置用以在所述第一真空腔10、所述第一沉积腔30a、所述间隔真空腔40、所述第二沉积腔30b、所述第二真空腔20之间依次传输。也就是说，所述传输单元设置用以在所述第一真空腔10、所述第一沉积腔30a、所述间隔真空腔40、所述第二沉积腔30b、所述第二真空腔20之间依次传输。
进一步地，所述第一预真空腔101的气压可以为1×10-2hPa、1.5×10-2hPa、2×10- 2hPa、2.5×10-2hPa或3×10-2hPa。
进一步地，所述第一高真空腔102的气压可以为4×10-6hPa、4.5×10-6hPa、5×10- 6hPa、5.5×10-6hPa或6×10-6hPa。
进一步地，所述第二高真空腔202的气压可以为4×10-6hPa、4.5×10-6hPa、5×10- 6hPa、5.5×10-6hPa或6×10-6hPa。
进一步地，所述第二预真空腔201的气压可以为1×10-2hPa、1.5×10-2hPa、2×10- 2hPa、2.5×10-2hPa或3×10-2hPa。
在一实施例中，所述第一沉积腔30a和第二沉积腔30b内通入反应气体。所述间隔真空腔40内通入惰性气体。
本申请实施例还提供一种多层膜制备工艺，实现物理溅射一次性形成多层膜。所述多层膜制备工艺可以采用上述的移动式物理溅射成膜设备来实现。
在本申请一实施例中，结合图2，所述多层膜制备工艺，包括如下步骤：
将一基材3输送至第一沉积腔30a内进行溅射，在所述基材3上溅射第一沉积材料1后形成第一层膜层；
接着将所述基材3输送至惰性气体环境的间隔真空腔40内，所述间隔真空腔40内的气压低于所述第一沉积腔30a；
后再将所述基材3输送至第二沉积腔30b内进行溅射，在所述基材3上溅射第二沉积材料2后形成第二层膜层，即所述基材3上形成了多层膜；其中，所述第二沉积腔30b内的气压低于所述第一沉积腔30a。
在一些实施例中，在所述多层膜制备工艺中，确保基材匀速通过沉积材料，同时在沉积腔通入反应气体(例如Ar/PO2)，确保反应及保持真空压力。
在一些实施例中，所述基材3输送至所述第一沉积腔30a前还依次经过第一预真空腔101和第一高真空腔102，用以阶梯式降低环境的气压；其中，所述第一高真空腔102小于所述第一沉积腔30a的气压。
在一些实施例中，所述基材3在所述第二沉积腔30b形成多层膜后，依次经过所述第二高真空腔202和第二预真空腔201，用以阶梯式升高环境气压；其中，所述第二高真空腔202小于所述第二沉积腔30b的气压。
在一些实施例中，所述第一预真空腔101的气压(1～3)×10-2hPa。所述第一高真空腔102的气压为(4～6)×10-6hPa。
在一些实施例中，第二预真空腔201的气压(1～3)×10-2hPa。所述第二高真空腔202的气压为(4～6)×10-6hPa。
进一步地，在上述溅射沉积多层膜过程中，确保第一沉积腔、第二沉积腔分别与间隔真空腔的压差，可以实现不同沉积腔内的工艺气体不相互串扰的效果。
在一实施例中，请继续参阅图2，基材3依次载入进入设备的第一预真空腔101和第一高真空腔102，后继续移动至第一沉积腔30a，沉积成膜；后继续移动至间隔真空腔40，后移动至第二沉积腔30b继续进行溅射成膜；经过多次沉积成膜后，将基材3依次转移至第二高真空腔202和第二预真空腔201，后排出设备。进一步地，若想要形成三层膜，可以在第二沉积腔后再依次设置一间隔真空腔和一沉积腔，以此类推。进一步地，基材3在设备内匀速移动，例如，基材3可以以20mm/s的速度在第一沉积腔、间隔真空腔即第二沉积腔内匀速移动。
进一步地，在所述间隔真空腔40中的多组真空分子泵的作用下，可以确保所述间隔真空腔40分别与第一沉积腔30a、第二沉积腔30b之间的压差，使得第一沉积腔30a和第二沉积腔30b内的工艺气体之间阻隔开，实现了工艺气体不相互串扰的目的。
在一具体实施例中，结合图2，向图2所示的设备的腔室内通入的惰性气体并通过通入量来调控各个腔室内的气压，详见表1所示。其中，真空腔体的气压可以通过干泵粗抽，再通过分子泵抽，实现真空压力；成膜反应所需气体(惰性及反应气体)通过MFC流量控制通入真空腔体；通入气体后，腔体设计RGA监控各气体流量及压力状况。
表1
Figure BDA0003381025050000081
综上，本申请的设备可以实现了一贯式移动成膜设备沉积多层膜，且工艺气体不相互串扰，在保证移动成膜特性的前提下，确保多层膜质差异化，实现产品特性的多样化。本申请的设备作为TFT行业中物理溅射移动成膜设备，替代了之前需使用两台以上设备完成的制程需求，大大提高生产效率。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种移动式物理溅射成膜设备及多层膜制备工艺进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，包括：
第一真空腔，设置用以载入基材；
第一沉积腔，设置用以使所述基材在所述第一沉积腔内进行溅射工艺；
第二沉积腔，设置用以使所述基材在所述第二沉积腔内进行溅射工艺；
间隔真空腔，设置于所述第一沉积腔与所述第二沉积腔之间，用以将所述基材通过所述间隔真空腔从所述第一沉积腔传输至所述第二沉积腔；
其中，所述第一沉积腔的气压高于所述间隔真空腔的气压，所述第二沉积腔的气压高于所述间隔真空腔的气压；所述间隔真空腔用以阻断所述第一沉积腔与所述第二沉积腔之间的气流传播。
2.根据权利要求1所述的移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，所述第一真空腔包括第一预真空腔和第一高真空腔，所述第一预真空腔的气压高于所述第一高真空腔；
所述第一高真空腔设置于所述第一预真空腔与所述第一沉积腔之间。
3.根据权利要求1所述的移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，所述第一沉积腔和所述第二沉积腔内分别设置有溅射靶，用于向产品基材上溅射沉积材料。
4.根据权利要求1所述的移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，所述间隔真空腔内设置有多组真空分子泵；所述间隔真空腔内通过所述真空分子泵的抽气速度来控制气压。
5.根据权利要求1或2所述的移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，所述移动式物理溅射成膜设备还包括：第二真空腔，设置用以将所述基材排出。
6.根据权利要求5所述的移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，所述第二真空腔包括第二高真空腔和第二预真空腔，所述第二高真空腔的气压小于所述第二预真空腔；
所述第二高真空腔设置于所述第二沉积腔与所述第二预真空腔之间。
7.根据权利要求5所述的移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，所述移动式物理溅射成膜设备还包括：传输单元，设置用以传输所述基材；
所述传输单元使得所述基材在所述第一真空腔、第一沉积腔、间隔真空腔、第二沉积腔、第二真空腔之间依次传输。
8.根据权利要求6所述的移动式物理溅射成膜设备，其特征在于，所述第一预真空腔的气压为(1～3)×10-2hPa；和/或
所述第一高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa；和/或
所述第二高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa；和/或
所述第二预真空腔的气压为(1～3)×10-2hPa。
9.一种多层膜制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
将一基材输送至第一沉积腔内进行第一次溅射，在所述基材上形成第一层膜层；
接着，将所述基材输送至惰性气体环境的间隔真空腔内，所述间隔真空腔内的气压低于所述第一沉积腔；
后再将所述基材输送至第二沉积腔内进行第二次溅射，在所述基材上形成第二层膜层，即所述基材上形成了多层膜。
10.根据权利要求9所述的多层膜制备工艺，其特征在于，所述基材输送至所述第一沉积腔前还依次经过第一预真空腔和第一高真空腔，用以阶梯式降低环境的气压；其中，所述第一高真空腔小于所述第一沉积腔的气压；
所述基材在所述第二沉积腔形成多层膜后，依次经过所述第二高真空腔和第二预真空腔，用以阶梯式升高环境气压；其中，所述第二高真空腔小于所述第二沉积腔的气压。
11.根据权利要求10所述的多层膜制备工艺，其特征在于，所述第一预真空腔的气压(1～3)×10-2hPa，所述第一高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa；和/或
第二预真空腔的气压(1～3)×10-2hPa，所述第二高真空腔的气压为(4～6)×10-6hPa。
CN202111433169.2A 2021-11-29 2021-11-29 移动式物理溅射成膜设备及多层膜的制备工艺 Pending CN114086141A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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