TW201522688A

TW201522688A - 濺鍍裝置及濺鍍裝置之維護方法

Info

Publication number: TW201522688A
Application number: TW103135256A
Authority: TW
Inventors: Tomotake Nashiki; Akira Hamada
Original assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2015-06-16
Also published as: DE112014004681T5; US9745655B2; TWI519661B; JP2015074811A; CN105593395B; KR20160070037A; WO2015053392A1; CN105593395A; KR102256771B1; US20160237550A1; JP6097195B2

Abstract

本發明於濺鍍裝置之靶材更換、陰極清理時，可由兩人以上同時作業，避免高處作業，並將靶材以朝上之狀態進行更換。移動陰極台車19而將靶材17及陰極18取出至真空槽11外。使陰極旋轉機構24運轉，以靶材17朝上之方式使靶材17及陰極18旋轉。使陰極滑動機構25運轉，使高處之靶材17及陰極18移動至低處。自陰極18取下舊靶材17，並將新靶材17安裝於陰極18。使靶材17及陰極18返回至原來之高度。使靶材17及陰極18返回至原來之方向。使靶材17及陰極18返回至真空槽11內。

Description

濺鍍裝置及濺鍍裝置之維護方法

本發明係關於一種具備複數個靶材及陰極且於長條膜基材之表面形成薄膜之濺鍍裝置、及此種濺鍍裝置之維護方法。

作為於長條膜基材之表面形成薄膜之方法，廣泛使用有濺鍍法。於長條膜基材之濺鍍裝置中，成膜輥與靶材係隔開特定間隔而對向。低壓氬氣等濺鍍氣體中，將捲繞有長條膜基材之成膜輥設為陽極電位，將靶材設為陰極電位。對成膜輥與靶材之間施加電壓，使成膜輥與靶材之間產生濺鍍氣體之電漿。電漿中之濺鍍氣體離子轟擊靶材，而將靶材之構成物質擊出。被擊出之靶材之構成物質堆積於長條膜基材之表面而成為薄膜。

於長條膜基材之情形時，不可能於整個長條膜基材一次地成膜濺鍍膜。因此，使自供給輥捲出之長條膜基材於成膜輥(罐輥)捲繞接近一周，使成膜輥旋轉而使長條膜基材連續地移行。然後，於長條膜基材之與靶材對向之部分進行成膜。結束成膜之長條膜基材被捲取於收納輥。

一般而言，靶材係螺固支持於陰極。靶材與陰極為相同電位。由於靶材與陰極成組(套)，故表示為靶材/陰極。更換靶材時，卸下螺桿，將靶材與陰極分離。靶材將隨著進行薄膜形成而消耗。若靶材已消耗特定量，則必須更換為新靶材。又，於陰極會附著靶材之構成物質等污染物質。若陰極之污染嚴重化，則會產生異常放電，或雜質混合於薄膜等。因此，必須於污染嚴重化之前進行陰極清理。清理陰極時亦較理想為將靶材與陰極分離。

於小型濺鍍裝置之情形時，靶材可憑人力容易地更換。又，陰極清理亦較為容易。然而，現今之長條膜基材之濺鍍裝置因長條膜基材之寬度達到1.6m左右，故靶材/陰極之重量亦達數百kg。由於靶材或陰極憑人力根本無法更換，故更換靶材時必須使用起重機或升降機。

靶材係與成膜輥隔開狹小間隔而對向。因此，難以於靶材與成膜輥對向之位置卸下螺桿進行靶材更換。迄今所採用之維護方法係首先將靶材/陰極載置於維護用台車而自真空槽取出。其次，於維護用台車上，卸下舊靶材之固定螺桿而取下舊靶材，並清除陰極之污染。繼而，將新靶材進行螺固。其後，使用維護用台車使靶材/陰極返回至真空槽內之特定位置並予以固定。

上述迄今所採用之維護方法除作業效率較差外，將龐大且沈重之靶材/陰極載置於維護用台車時亦較為危險。尤其當以包圍成膜輥之方式設置有多個靶材/陰極之濺鍍裝置逐項進行取出靶材/陰極、取下舊靶材、清理陰極、安裝新靶材、重裝靶材/陰極之作業時，維護將花費很長時間，致使濺鍍裝置之運轉率大幅降低。

針對上述問題，業界已採取各種應對措施。例如，專利文獻1(日本專利特開平10-36967)及專利文獻2(日本專利特開2002-60936)中，使真空槽之壁之一部分成為可開合之可開壁，將靶材/陰極固定於可開壁上。若使可開壁與成膜輥之中心軸平行地移動，則靶材/陰極以固定於可開壁之狀態被自真空槽取出。於是，更換靶材，清除陰極之污染。其後，使可開壁移動至原位置，而使靶材/陰極返回至真空槽內之特定位置(包圍成膜輥之位置)。根據該維護方法，因無需將靶材/陰極載置於維護用台車，故靶材/陰極之取出及使其返回至原位置之作業之效率較佳。又，作業之危險性亦較小。

或者，專利文獻3(日本專利特開2006-322055)中，使真空槽之壁之一部分成為可開合之可開壁，將靶材/陰極經由鉸鏈固定於可開壁。若使可開壁與成膜輥之中心軸平行地移動，則靶材/陰極以固定於可開壁之狀態被自真空槽取出。繼而，若利用鉸鏈使靶材/陰極相對於可開壁朝直角方向打開，則作業區域擴大。於是，更換靶材，清除陰極之污染。其後，使靶材/陰極返回至原來之角度後，使可開壁移動至原位置，而使靶材/陰極返回至真空槽內之特定位置(包圍成膜輥之位置)。根據該維護方法，由於無需載置於維護用台車，且作業區域擴大，故可由兩人以上同時實施複數個靶材之更換或陰極之清理。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平10-36967號公報

[專利文獻2]日本專利特開2002-60936號公報

[專利文獻3]日本專利特開2006-322055號公報

專利文獻1及專利文獻2之維護方法中，無需載置於維護用台車。又，可統一取出且重裝全部之靶材/陰極。因此，相較於迄今所採用之維護方法，效率更高。又，不存在對維護用台車更換載置時之危險。然而，取出之靶材/陰極仍為包圍成膜輥之配置。因此，作業者必須爬梯進入成膜輥所在之空間進行靶材更換與陰極清理。由於成膜輥所在之空間難以供兩人以上之作業者進入，故難以由兩人以上之作業者同時進行作業。因此，相較於迄今所採用之方法雖效率更高，但卻難以大幅縮短作業時間。又，爬梯作業亦較為危險。

專利文獻1及專利文獻2之維護方法中，由於取出之靶材/陰極仍為包圍成膜輥之配置，故根據靶材不同而為橫向或朝下。於靶材橫向或朝下之情形時，若卸下將靶材固定於陰極之螺桿，則靶材會掉落而非常危險。因此，必需於卸下螺桿之前進行靶材防落夾具安裝等準備作業。如此使得維護作業之效率降低。

專利文獻3之維護方法中，若使靶材/陰極相對於可開壁朝直角方向打開，則作業區域擴大。由於作業區域較大，而可由兩人以上同時實施複數個靶材之更換或陰極之清理。因此，相較於專利文獻1及專利文獻2之方法效率更高，可縮短維護作業時間。然而，即便將靶材/陰極朝直角方向打開，位於高處之靶材/陰極之高度仍未有所改變，故仍必須爬梯進行作業。爬梯作業較為危險。

再者，專利文獻3之方法中，即便利用鉸鏈將靶材/陰極相對於可開壁朝直角方向打開，靶材相對於陰極之上下朝向並未改變。即，打開前之靶材為橫向(朝下)時，打開後之靶材之方向仍為橫向(朝下)。若於該狀態下卸下將靶材固定於陰極之螺桿，則靶材會掉落而非常危險。因此，必需於卸下螺桿之前進行靶材防落夾具安裝等準備作業。因此，靶材之更換效率較之專利文獻1及專利文獻2之方法並無明顯改變。

本發明之目的在於，於靶材/陰極之維護(靶材更換、陰極清理)時，除可統一取出且重裝全部之靶材/陰極外，亦可實現：(1)可由兩人以上同時進行維護作業；(2)避免高處(梯凳)作業；(3)將全部之靶材以即便卸下螺桿亦不會掉落的朝上之狀態進行更換。兩人以上同時作業之目的係為了縮短作業時間。避免梯凳作業之目的係為了防止危險與縮短作業時間。將全部靶材以朝上之狀態進行更換之目的係為了防止危險與縮短作業時間。根據本發明，可縮短維護時間，可提高高價之濺鍍裝置之運轉率而降低成本，並且可增加生產量。

(1)本發明之濺鍍裝置具備以下機構。真空槽。成膜輥，其配備於真空槽內。靶材，其與成膜輥對向。陰極，其支持靶材。陰極台車，其支持靶材及陰極。陰極旋轉機構，其設置於陰極台車且將靶材及陰極能夠以靶材之長度方向為旋轉軸進行旋轉地予以支持。陰極滑動機構，其設置於陰極台車且可變更陰極旋轉機構之高度地予以支持。引導零件，其將陰極台車可移動地予以支持引導。引導零件中具代表性者為軌道或槽。

(2)於本發明之濺鍍裝置中，陰極旋轉機構具備角度感測器。

(3)於本發明之濺鍍裝置中，陰極滑動機構具備距離感測器。

(4)本發明之濺鍍裝置之維護方法包括以下步驟。

(a)移動陰極台車，將被支持於陰極台車之靶材及陰極取出至真空槽外的步驟。

(b)使陰極旋轉機構運轉，以靶材朝上之方式使靶材及陰極旋轉。

(c)使陰極滑動機構運轉，使高處之靶材及陰極移動至低處的步驟。

(d)自陰極取下靶材，將新靶材安裝於陰極的步驟。

(e)使陰極滑動機構運轉，使新靶材及陰極移動而返回至原來之高度的步驟。

(f)使陰極旋轉機構運轉，使新靶材及陰極旋轉而返回至原來之方向的步驟。

(g)向反方向移動陰極台車，使被支持於陰極台車之新靶材及陰極返回至真空槽內的步驟。

根據本發明之濺鍍裝置及濺鍍裝置之維護方法，可獲得以下效果。

(1)由於全部之靶材/陰極支持於陰極台車，故藉由使陰極台車移動，可統一取出並重裝全部之靶材/陰極。

(2)移動陰極台車，將支持於陰極台車之靶材及陰極取出至真空槽外，使陰極滑動機構運轉，使高處之靶材及陰極移動至低處，藉此，靶材及陰極展開為較寬之面積，故可由兩人以上同時進行維護作業。

(3)使陰極滑動機構運轉，使高處之靶材及陰極移動至低處，藉此，可避免梯凳作業(可在地面上進行作業)。

(4)藉由使陰極旋轉機構運轉，以靶材朝上之方式使靶材及陰極旋轉，藉此，可於朝上之狀態更換全部之。

(5)綜合上述作用效果而縮短維護時間，藉此，可提高高價之濺鍍裝置之運轉率而降低成本，並且可增加生產量。

10‧‧‧濺鍍裝置

11‧‧‧真空槽

12‧‧‧供給輥

13‧‧‧導輥

14‧‧‧成膜輥

14a‧‧‧成膜輥之中心軸

15‧‧‧收納輥

16‧‧‧長條膜基材

17‧‧‧靶材

18‧‧‧陰極

19‧‧‧陰極台車

20‧‧‧氣密蓋

21‧‧‧車輪

22‧‧‧陰極台車基台

23‧‧‧軌道

24‧‧‧陰極旋轉機構

25‧‧‧陰極滑動機構

圖1係本發明之濺鍍裝置之前視圖與側視圖(非維護時)。

圖2係本發明之濺鍍裝置之前視圖與側視圖(維護時)。

圖3係本發明之濺鍍裝置之靶材/陰極之維護機構之前視圖與側視圖(靶材/陰極旋轉時)。

圖4係本發明之濺鍍裝置之靶材/陰極之維護機構之前視圖與側視圖(靶材/陰極移動時)。

圖1係本發明之濺鍍裝置10之一例之執行濺鍍時(非維護時)之前視圖與側視圖。本發明之濺鍍裝置10中，真空槽11內具備供給輥12、導輥13、成膜輥14、導輥13、收納輥15。長條膜基材16係自供給輥12捲出並由導輥13導引而於成膜輥14捲繞接近一周，並再次由導輥13導引，捲取收納於收納輥15。靶材17係螺固支持於陰極18。靶材17與陰極18為相同電位。靶材17/陰極18為複數根(圖1中為5根)，靶材17/陰極18係設置於包圍成膜輥14之位置，各靶材17係隔開特定距離與成膜輥14對向。各靶材17之表面係與成膜輥14之切線方向平行。於在成膜輥14上連續地移行之長條膜基材16，於與靶材17對向之位置附著有濺鍍薄膜。靶材17/陰極18之根數並無特別限定。

各靶材17/陰極18係由陰極台車19懸臂支撐。於靶材17/陰極18之端設置有氣密蓋20。於將靶材17/陰極18收納於真空槽11內時，靶材17/陰極18之取出口由氣密蓋20氣密密封。陰極台車19具有複數個車輪21。車輪21係載置在設置於陰極台車基台22之軌道23。軌道23係沿與成膜輥14之中心軸平行之方向敷設。陰極台車19係於自真空槽11取出靶材17/陰極18時及重裝靶材17/陰極18時，朝與成膜輥14之中心軸平行之方向移動。

於濺鍍時，除朝上之靶材17/陰極18(圖1中為最下方之靶材17/陰極18)外，其餘靶材17/陰極18支持於陰極旋轉機構24。濺鍍時朝上之靶材17/陰極18由於在維護時無需改變方向，故無需由陰極旋轉機構24支持。陰極旋轉機構24例如為帶角度感測器之馬達驅動減速車輪單元。自真空槽11取出靶材17/陰極18後，藉由陰極旋轉機構24以靶材17朝上之方式使靶材17/陰極18旋轉。於更換靶材17後，使靶材17/陰極18旋轉，而使靶材17/陰極18返回至原來之角度(靶材17之表面與成膜輥14之切線方向所成之角度)。由於靶材17/陰極18必須準確地返回至原來之角度，故要使用角度感測器。

位於如作業者若不爬梯則無法作業之高處之靶材17/陰極18(圖1中為上方之兩根)係由陰極滑動機構25支持陰極旋轉機構24。所謂高處係指必須爬梯進行作業之高度，例如距地面約150cm以上之高度。陰極滑動機構25例如為帶距離感測器之馬達驅動滾珠螺桿線性導軌。於維護時，利用陰極滑動機構25使位於高處之靶材17/陰極18移動至作業者可於地面上進行作業之低處。所謂低處係指作業者即便不爬梯(站立於地面)亦可作業之高度，例如距地面大致未達150cm之高度。更換靶材17後，使靶材17/陰極18返回至原來之高度。由於靶材17/陰極18必須準確地返回至原來之高度，故要使用距離感測器。

作為本發明之濺鍍裝置10中所使用之長條膜基材16，一般而言，使用包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醯胺、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等單聚物或共聚物之透明膜。長條膜基材16可為單層膜，亦可為積層膜。長條膜基材16之厚度雖無特別限定，但通常為6μm~250μm。

本發明之濺鍍裝置10中，在低壓氬氣等濺鍍氣體中，將成膜輥14設為陽極電位，將靶材17/陰極18設為陰極電位，對成膜輥14與靶材17之間施加電壓。藉此，使長條膜基材16與靶材17之間產生濺鍍氣體之電漿。電漿中之濺鍍氣體離子轟擊靶材17，而將靶材17之構成物質擊出。被擊出之靶材17之構成物質堆積於長條膜基材16上而成為薄膜。

例如，作為透明導電膜，廣泛使用銦-錫氧化物(Indium-Tin-Oxid：ITO)之薄膜。然而，本發明之濺鍍裝置10中所使用之靶材17之材料並無特別限定。

圖2係作為靶材17/陰極18之維護之第一階段，將真空槽11設於大氣壓後，使陰極台車19朝與成膜輥14之中心軸14a平行之方向移動，而將靶材17/陰極18取出至真空槽11外時之前視圖與側視圖。由於全部之靶材17/陰極18藉由陰極台車19之移動而自真空槽11統一取出，故作業效率較高，且危險亦較小。由於陰極旋轉機構24及陰極滑動機構25尚未運轉，故靶材17/陰極18之角度及位置與靶材17/陰極18位於成膜輥14周圍時相同。因此，若卸下靶材17之固定螺桿，則靶材17自陰極18掉落而非常危險。因此，於圖2之階段，不進行靶材17之更換作業。雖未圖示，但較理想為，於取出靶材17/陰極18後，用臨時蓋迅速氣密密封取出口，將真空槽11進行真空排氣，將真空槽11於維護期間亦進行真空保管。其目的在於，避免污染物質(contamination)或難以排氣之物質(尤其是水分)附著於真空槽11內。

圖3係作為靶材17/陰極18之維護之第二階段，使陰極旋轉機構24運轉而使靶材17/陰極18旋轉，從而使全部之靶材朝上時之前視圖與側視圖。此時，藉由角度感測器測定旋轉角度並予以記憶。所記憶之旋轉角度於靶材17/陰極18之方向(角度)還原時為必需。於圖3之階段，由於全部之靶材17均已朝上，故即便卸下螺桿，靶材17亦不會自陰極18掉落。然而，對於高處之靶材17/陰極18(圖3之上方之兩個靶材17/陰極18)，作業者若不爬梯便無法作業。更換高處之靶材17或清理陰極18不僅效率較低，亦較為危險。因此，較理想為於圖3之階段暫不實施維護作業。

圖4係作為靶材17/陰極18之維護之第三階段，使陰極滑動機構25運轉而使高處之靶材17/陰極18移動至下方，而使其處於與低處之靶材17/陰極18大致相同之高度時之前視圖與側視圖。此時，藉由距離感測器測定移動距離並予以記憶。所記憶之移動距離於使高處之靶材17/陰極18返回至原來之高度時為必需。亦可同時使陰極旋轉機構24與陰極滑動機構25運轉，一面改變高處之靶材17/陰極18之方向使其朝上，一面使靶材17/陰極18移動至低處。若如此，則相較於連續地實施旋轉與移動，可縮短時間。還原靶材17/陰極18之方向與高度時亦同樣。又，亦可於使陰極滑動機構25運轉而使高處之靶材17/陰極18移動至下方後，使陰極旋轉機構24運轉而使靶材17/陰極18旋轉，從而使全部靶材朝上。

於圖4之階段中，實施靶材17/陰極18之實際維護。首先，卸下將靶材17固定於陰極18之螺桿。由於靶材17朝上，故即便卸下螺桿靶材 17亦不會掉落。因此，無需安裝靶材17之防落夾具。其次，移除舊靶材17。由於靶材17較重而使用起重機或升降機。由於靶材17/陰極18周圍存在較寬之作業區域，故易於利用起重機或升降機，且危險亦較小。繼而，實施陰極18之清理。由於陰極18呈平面排列，故清理陰極18時所產生之污物附著於其他陰極18之顧慮較少。然後，將新靶材17載置於陰極18並予以螺固。此時，亦由於靶材17朝上而無需安裝防落夾具，螺固效率較高。至此，靶材17/陰極18之實際維護結束。如圖4所示，由於各靶材17/陰極18周圍存在較寬之作業區域，而可供多名作業者同時實施全部靶材17/陰極18之維護。如圖4般，於靶材17/陰極18為5根之情形時，若按照本發明之維護方法由數名作業者同時進行維護，則與按照迄今所採用之維護方法由一名作業者對靶材17/陰極18逐根進行維護之情形相比，維護時間約為1/10。

若靶材17/陰極18之實際維護結束，則使陰極滑動機構25運轉，而使為進行維護而自高處移動至低處之靶材17/陰極18移動至原來之高度。此時，用距離感測器測定移動距離，對照先前所記憶之值，使其準確地返回至原來之高度。藉此，靶材17/陰極18之位置成為圖3所示之位置。

繼而，使陰極旋轉機構24運轉，而使為進行維護而旋轉成朝上之靶材17/陰極18旋轉以返回至原來之方向。此時，用角度感測器測定旋轉角度，對照先前所記憶之值，使其準確地返回至原來之方向(角度)。藉此，靶材17/陰極18之方向成為圖2所示之方向。

最後，使真空槽11處於大氣壓並取下臨時蓋，使陰極台車19朝取出靶材17/陰極18時之相反方向移動，從而使靶材17/陰極18返回至真空槽11內。靶材17/陰極18之取出口由氣密蓋20氣密密封。藉此，靶材17/陰極18之位置成為圖1所示之位置，可於抽真空後實施濺鍍。

[產業上之可利用性]

本發明之濺鍍裝置具備複數個靶材/陰極，可用於在長條膜基材之表面形成多種薄膜之用途。本發明之濺鍍裝置易於進行靶材/陰極之維護。本發明之濺鍍裝置之維護方法中，因靶材/陰極之維護時間較短，故可提高濺鍍裝置之運轉率。