CN204644456U

CN204644456U - 卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备

Info

Publication number: CN204644456U
Application number: CN201520286251.0U
Authority: CN
Inventors: 陈晓红; 孙卓; 朴贤卿; 张哲娟
Original assignee: Shanghai Industrial Institute For Research And Technology; East China Normal University
Current assignee: Shanghai Industrial Institute For Research And Technology; East China Normal University
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2015-05-04
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2025-05-04

Abstract

本实用新型涉及真空镀膜技术领域，具体地说是一种卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备。其特征在于：镀膜室的一端连接放卷室，镀膜室的另一端连接收卷室，并且镀膜室与放卷室的连接处及镀膜室与收卷室的连接处分别设有可通过柔性基片的狭长缝隙；所述的镀膜室的中央设有冷却辊，位于冷却辊的前方分别设有线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源，并且线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源分别采用挡板隔开。同现有技术相比，线性等离子体源、磁控溅射阴极、柱状多弧源所对应的腔体，采用半开放式，分别独立通气，半开放式腔体气压和气体组分适当可调，有利于沉积出质量优良的薄膜，并很好节约设备投入成本。

Description

卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜技术领域，具体地说是一种卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备。

背景技术

卷对卷镀膜真空设备主要在真空条件下在柔性基片上沉积金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、非金属化合物和聚合物等膜层。其广泛的应用于柔性太阳能电池、柔性光电器件、柔性电路板、电池隔膜、电容介质、超导、包装薄膜和装饰镀膜等领域。现有卷对卷真空镀膜设备种类繁多，从技术主要可分为热蒸发镀膜系统、磁控溅射沉积系统、多弧离化沉积系统、离子束沉积系统、化学气相沉积系统（CVD）等。常见的柔性基片通常有柔性不锈钢基片、柔性玻璃基片和聚合物基片等。为了提高薄膜与柔性基片的附着力，柔性基片除了严格清洗外，采用等离子体处理基片表面对提高薄膜附着力是非常重要。因此，开发的卷对卷镀膜真空设备依据工艺的需要，通常需要增加等离子体处理柔性基片的装置。

现有的卷对卷镀膜真空设备既有单腔体的真空系统，也有多腔体真空系统。单腔体真空系统通常放卷、镀膜和收卷功能集中在一个真空腔体内。由于柔性基片在放卷过程中通常会放出很多气体，腔体的本体真空度无法保证，放出的杂质气体很可能会参与薄膜沉积中的反应，影响薄膜质量。因此，对薄膜沉积质量要求比较高的情况下，通常采用放卷室、镀膜室和收卷室分开设置，以提高薄层质量和工作效率。

由于需要同时沉积多个膜系，镀膜室内通常会安装多套沉积系统，以实现多种膜系的组合。有时不同膜系的沉积条件如气压、气体组分会有所不同，现有真空镀膜系统中通常采用配置多个镀膜腔体，实现不同镀膜沉积腔体的完全隔离，以免靶材溅射或蒸发过程中对膜层的交叉污染。完全隔离的真空镀膜腔体，虽然很好实现了薄膜沉积过程中的交叉污染问题，但同时也会极大增加设备投入和能源消耗。

发明内容

本实用新型为克服现有技术的不足，提供一种卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，解决薄膜沉积过程中存在的交叉污染问题，同时能极大减少设备投入和能源消耗。

为实现上述目的，设计一种卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，包括放卷室、镀膜室、收卷室、柔性基片，其特征在于：镀膜室的一端连接放卷室，镀膜室的另一端连接收卷室，并且镀膜室与放卷室的连接处及镀膜室与收卷室的连接处分别设有可通过柔性基片的狭长缝隙；所述的镀膜室的中央设有冷却辊，位于冷却辊的前方分别设有线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源，并且线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源分别采用挡板隔开。

所述的放卷室内设有放卷轴。

所述的收卷室内设有收卷轴。

所述的放卷室、镀膜室、收卷室内设有若干用于柔性基片导向作用的导向辊。

所述的线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源分别采用独立的抽气系统。

所述的线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源用挡板隔开出半开放式工作空间，其工作气压大于邻近真空腔体的气压。

所述的隔离线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源采用挡板成双层中空结构。

所述的线性等离子体源、磁控溅射阴极及柱状多弧源呈半圆弧形布局设置。

本实用新型同现有技术相比，线性等离子体源、磁控溅射阴极、柱状多弧源所对应的腔体，采用半开放式，分别独立通气，半开放式腔体气压和气体组分适当可调，因此，在沉积薄膜的所需气体、组分相差不大情况下，有利于沉积出质量优良的薄膜，并很好节约设备投入成本。

柱状多弧源离化产生的粒子具有能量高的特点，沉积膜层速度快，附着力强，结晶性好和晶粒大等优点，磁控溅射阴极溅射产生粒子能量相对较低，膜层附着力相比多弧源沉积技术要低，沉积膜层表面较平整和光滑。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

参见图1，1为放卷室，2为放卷轴，3为柔性基片，5为挡板，6为冷却辊，7为线性等离子体源，8为磁控溅射阴极，9为柱状多弧源，10为导向辊，11为镀膜室，12为狭长缝隙，14为收卷室，15为收卷轴。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，镀膜室11的一端连接放卷室1，镀膜室11的另一端连接收卷室14，并且镀膜室11与放卷室1的连接处及镀膜室11与收卷室14的连接处分别设有可通过柔性基片3的狭长缝隙12；所述的镀膜室11的中央设有冷却辊6，位于冷却辊6的前方分别设有线性等离子体源7、磁控溅射阴极8及柱状多弧源9，并且线性等离子体源7、磁控溅射阴极8及柱状多弧源9分别采用挡板5隔开。

放卷室1内设有放卷轴2。

收卷室14内设有收卷轴15。

放卷室1、镀膜室11、收卷室14内设有若干用于柔性基片导向作用的导向辊10。

线性等离子体源7、磁控溅射阴极8及柱状多弧源9分别采用独立的抽气系统，气体流量分别可调。

线性等离子体源7、磁控溅射阴极8及柱状多弧源9用挡板5隔开出半开放式工作空间，其工作气压大于邻近真空腔体的气压。

隔离线性等离子体源7、磁控溅射阴极8及柱状多弧源9采用挡板5成双层中空结构，挡板采用双层结构，两层之间距离大于5厘米，来自工作腔体的工作气体扩散到挡板中空结构处，能快速抽走而阻止气体继续扩散到相邻的半开放式工作空间。

线性等离子体源7、磁控溅射阴极8及柱状多弧源9呈半圆弧形布局设置。

放卷室1、镀膜室11、收卷室14三个腔体之间分别设有可通过柔性基片3的狭长缝隙12；该狭长缝隙12能较好防止腔体间的气体干扰。

镀膜室11内放置一套线性等离子体源7、至少配置一套磁控溅射阴极8和一套柱状多弧源9等；所述的线性等离子体源7、磁控溅射阴极8和柱状多弧源9能独立提供气源，气体种类和气体流量可独立可调；典型气体有Ar、N₂ 和O₂等。

性等离子体源7、磁控溅射阴极8和柱状多弧源9用可调挡板5与整个真空室隔开；线性等离子体源7、磁控溅射阴极8和柱状多弧源9之间也用可调挡板5隔开，形成半开放式基片处理室和薄膜沉积室。

半开放式基片处理室和薄膜沉积室，其本体真空度不受挡板5隔离影响，与整个镀膜室11本体真空度一致。

镀膜室11内磁控溅射阴极8和柱状多弧源9，可依据工艺需要安装多套磁控溅射阴极8和柱状多弧源9，磁控溅射阴极8之间、柱状多弧源9之间仍采用挡板5隔离出半开放式腔室。

镀膜室11内安装多套磁控溅射阴极8和柱状多弧源9，依据膜层工艺需要可以灵活组合安装，可依次用磁控溅射阴极8和柱状多弧源9沉积膜层；也可先用柱状多弧源9后用磁控溅射阴极8依次沉积膜层；也可两种沉积技术交替使用制备薄膜。

半开放式基片处理室和薄膜沉积室，其半开放式腔体内的工作气压和气体组分，特别是线性等离子体源7、磁控溅射阴极8和柱状多弧源9附近的工作气压和组分特性，通过挡板5隔离，能够良好保持。

真空镀膜系统，所用柔性基片3可选用柔性不锈钢、柔性玻璃、柔性聚合物如PET、PI、PP、PE、PPO等。

与柔性基片3接触的冷却辊6，具有冷却系统功能，能保证柔性聚合物基片长时间运动、等离子体处理、磁控溅射沉积和柱状多弧沉积薄膜不受热变形；冷却辊6借助冷却系统，辊面温度从常温到-20度可调。

磁控溅射阴极8和柱状多弧源9，可分别沉积金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、金属碳化物、金属碳氮化物等薄膜；金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物和金属碳氮化物薄膜可采用直接溅射靶材沉积薄膜，也可采用反应溅射金属、金属合金或者金属碳化物沉积出金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物和金属碳氮化物等薄膜。

磁控溅射阴极8和柱状多弧源9产生的等离子体组分可通过等离子体光谱诊断系统监测，动态监测组分变化对金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物和金属碳氮化物等膜层影响。

实施例一

放卷室1、镀膜室11和收卷室14分别采用独立真空抽气系统，并设置能顺利通过柔性基片3的狭长缝隙12，极大减少了柔性基片3在放卷过程中释放的杂质气体对镀膜室污染，保证镀膜质量。镀膜室11中采用冷却辊6，保证聚合物柔性基片在等离子体源7处理、磁控溅射阴极8和柱状多弧源9沉积薄膜过程中，不会因受热而变形，保证柔性基片3上的膜层质量。镀膜室11中可调节的挡板5，使得等离子体源7、磁控溅射阴极8和柱状多弧源9分别形成各自独立的半开放式腔室，该结构能够保证半开放式腔室内的本体真空度与整个镀膜室11一致，而等离子体源7、磁控溅射阴极8和柱状多弧源9又分别采用独立供气系统，使得工作气体能够最大限度滞留在等离子体源7、磁控溅射阴极8和柱状多弧源附近，形成局部工作气压和气体组分具有部分可调的功能，有利于灵活调节沉积膜层的工作参数如流量、气压和气体组分等参数，在提高薄膜质量的同时，还能减少气体消耗。

镀膜室11中采用冷却辊6的辊面温度可达到-20度，能保证柔性基片3长时间在长时间转动、等离子体处理和膜层沉积过程不会受热变形现象。利用放卷室1、镀膜室11和收卷室14中的电极、导向辊10和张力控制系统，柔性基片在0.5-8 m/min下可调。在溅射沉积膜层中，镀膜室的本体真空度要求低于1x10^-3 Pa。

可沉积典型的金属氧化物薄膜有TiO₂、AZO、ZnO、SiO₂和Al₂O₃等，典型金属薄膜有Al、Cr、Ni、Ag、Ti、Cu、NiCr等。在柔性不锈钢基片上用柱状多弧源直接沉积Cr膜层，Cr层与不锈钢基片的结合力明显好于用磁控溅射阴极直接沉积Cr层，但用多弧源沉积的Cr表面相比磁控溅射沉积Cr膜层要粗糙，且表面存在液滴现象。在柔性不锈钢基片上，采用柱状多弧源和磁控溅射阴极依次沉积Cr膜层，Cr薄膜在保持良好附着力的同时，Cr薄膜表面更加平整和光滑，明显提高Cr薄膜质量和附着力。

Claims

1.一种卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，包括放卷室、镀膜室、收卷室、柔性基片，其特征在于：镀膜室（11）的一端连接放卷室（1），镀膜室（11）的另一端连接收卷室（14），并且镀膜室（11）与放卷室（1）的连接处及镀膜室（11）与收卷室（14）的连接处分别设有可通过柔性基片（3）的狭长缝隙（12）；所述的镀膜室（11）的中央设有冷却辊（6），位于冷却辊（6）的前方分别设有线性等离子体源（7）、磁控溅射阴极（8）及柱状多弧源（9），并且线性等离子体源（7）、磁控溅射阴极（8）及柱状多弧源（9）分别采用挡板（5）隔开。

2.根据权利要求1所述的卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，其特征在于：所述的放卷室（1）内设有放卷轴（2）。

3.根据权利要求1所述的卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，其特征在于：所述的收卷室（14）内设有收卷轴（15）。

4.根据权利要求1或2或3所述的卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，其特征在于：所述的放卷室（1）、镀膜室（11）、收卷室（14）内设有若干用于柔性基片导向作用的导向辊（10）。

5.根据权利要求1所述的卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，其特征在于：所述的线性等离子体源（7）、磁控溅射阴极（8）及柱状多弧源（9）分别采用独立的抽气系统。

6.根据权利要求1所述的卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，其特征在于：所述的线性等离子体源（7）、磁控溅射阴极（8）及柱状多弧源（9）用挡板（5）隔开出半开放式工作空间，其工作气压大于邻近真空腔体的气压。

7.根据权利要求1所述的卷对卷磁控溅射阴极与柱状多弧源相结合的真空镀膜设备，其特征在于：所述的线性等离子体源（7）、磁控溅射阴极（8）及柱状多弧源（9）呈半圆弧形布局设置。