TW202307242A

TW202307242A - 具有冷卻裝置的真空鍍膜系統

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Publication number: TW202307242A
Application number: TW110128315A
Authority: TW
Inventors: 楊智仁; 施國彰; 張范青
Original assignee: 楊智仁; 施國彰; 張范青
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2023-02-16

Abstract

一種具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，適用於將數個基板鍍膜，包含：一本體裝置、至少一濺鍍裝置及至少一冷卻裝置，該本體裝置包括一界定出一真空腔的殼體、一中心軸、一設置於該殼體內且可以該中心軸為軸心旋轉的載台，及複數環繞該中心軸設置於該載台的承載座，該等承載座位於該真空腔內並適用於承載該等基板。該至少一濺鍍裝置設置於該殼體且朝向該等承載座，並適用於將該等基板的表面上鍍上一元素。該至少一冷卻裝置適用於對該等基板釋放一流體，使該等基板降溫，並包括一具有數個流孔且朝向該等承載座的冷卻板。

Description

具有冷卻裝置的真空鍍膜系統

本發明是有關於一種真空鍍膜系統，特別是指一種具有冷卻裝置的真空鍍膜系統。

目前常見的鍍膜技術是使用直線式真空鍍膜，其方法是藉由將基板往返於工作區段之間，來完成重複的多道工序。惟，直線性的往返是一種變速度運動，當基板未以等速度通過工作區段時，易使鍍膜之膜厚不均，且無法對基板施以較全面的降溫，導致基板的溫度分佈也不均。

由於真空鍍膜時，基板將會被加熱，過熱的基板容易產生熱應變，當溫度不均時，容易造成基板歪斜或破裂。若基板有多層不同材質的結構時，則會因熱膨脹係數不同，導致更嚴重的缺陷。

因此，本發明之目的，即在提供一種能解決上述問題的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統。

於是，本發明具有冷卻裝置的真空鍍膜系統包含：一本體裝置、至少一濺鍍裝置及至少一冷卻裝置。

該本體裝置包括一界定出一真空腔的殼體、一中心軸、一設置於該殼體內且可以該中心軸為軸心等角速率旋轉的載台，及複數環繞該中心軸設置於該載台的承載座，該等承載座位於該真空腔內並適用於承載該等基板。

該至少一濺鍍裝置設置於該殼體且朝向該等承載座，並適用於將該等基板的表面上鍍上一元素。

該至少一冷卻裝置適用於對該等基板釋放一流體，使該等基板降溫，並包括一設置於該真空腔並朝向該等承載座的冷卻板，該冷卻板具有數個用以朝該等基板釋放該流體的流孔。

本發明之功效在於：透過設置環繞該中心軸的該等承載座供該等基板設置，並使該載台帶動該等承載座、該等基板以該中心軸為軸心等角速率旋轉，可使該等基板能藉由旋轉而循環於該至少一濺鍍裝置及該至少一冷卻裝置，達到能均勻鍍膜與均勻降溫的功效。

參閱圖1、圖2，本發明具有冷卻裝置的真空鍍膜系統的一實施例，適用於將數個基板6鍍膜，包含一本體裝置1、六濺鍍裝置2及二冷卻裝置3。並且，在本實施例還可以包含一降溫裝置4及四真空管5。其中，該真空鍍膜系統可依實際需求而設置所需數量的該濺鍍裝置2、該冷卻裝置3與該真空管5，其數量可各自為單一個或為複數，不以此為限。

該本體裝置1包括一界定出一真空腔113的殼體11、一中心軸12、一設置於該殼體11內且可以該中心軸12為軸心等角速率旋轉的載台13，及複數環繞該中心軸12設置於該載台13的承載座14。

於本實施例中，正面指該基板6朝向其中一該濺鍍裝置2的一側，背面指該基板6相反於其中一該濺鍍裝置2的一側。

該殼體11具有一環形的圍壁111及一上蓋112，該圍壁111及該上蓋112共同界定出該真空腔113，並藉由與該載台13相配合，而於該真空腔113中再界定出一呈環狀的工作空間114。該等冷卻裝置3及該等濺鍍裝置2環繞該載台13設置於該殼體11。該殼體11還具有一可開啟地封閉該真空腔113的進出料門115，及二設置於該真空腔113內的濺鍍遮罩116。該進出料門115於開啟時，使該真空腔113與外界連通，以供該等基板6進出該真空腔113。每一濺鍍遮罩116具有三彼此相鄰的安裝口117，該等安裝口117分別對應該等濺鍍裝置2設置。

該載台13是一多邊形筒狀結構且界定每一邊為一側面131。該載台13的材質為不銹鋼、鈦或鉬金屬或鋁合金四者其中之一。該載台13是以一等角速率旋轉，且不限定於順時鐘或逆時鐘旋轉，該等角速率介於 5rpm – 60rpm 間。

該等承載座14位於該真空腔113內並適用於承載該等基板6。該等承載座14形成於該等側面131，並朝向該等濺鍍裝置2。該承載座14的面積略大於該等基板6，使每一基板6的背面能夠確實安裝於對應之該承載座14上。

該等濺鍍裝置2設置於該殼體11且朝向該等承載座14，並適用於將該等基板6的表面上鍍上至少一元素。在本實施例中，該等濺鍍裝置2是與該載台13間隔一距離設置於該圍壁111，且其鍍膜方向是朝向該中心軸12。

在本實施例中，該等濺鍍裝置2是用於將該等基板6濺鍍上一抗電磁波干擾(以下稱EMI)的鍍膜，並各自具有一帶有至少一靶材的靶材組件21、一安裝各自所對應之靶材組件21的濺鍍源22，及一氣閥23。各濺鍍源22電連接各自所對應之該濺鍍裝置2的陰極，且設置於該等承載座14上的該基板6是電連接各自所對應的濺鍍裝置2的陽極或接地。該等氣閥23是用於輸出一惰性氣體 (例如：氬氣)，以透過各濺鍍源22所提供的一高電壓使該惰性氣體裂解為一電漿體並撞擊各靶材組件21的靶材，令各靶材組件21的靶材濺出靶材粒子並在飛往各自所對應的該基板6時，受各電漿體裂解成離子以沉積在各自所對應的該基板6上；其中，沉積在各基板6上的鍍膜具有各自所對應之靶材組件21之靶材的元素。以本實施例來說，是在各基板6上濺鍍上該抗EMI的鍍膜，靶材可為現有的TiN、NiCr...或Al ₂O ₃等用以提高接著性的金屬材質，及高導電係數的Cu、Ag等材質所製成，亦可以使用SUS不銹鋼靶材。因此，當各靶材組件21為複數靶材時，可於各基板6上沉積一多層膜。

值得一提的是，該濺鍍遮罩116遮罩該等濺鍍裝置2，以限制該等濺鍍裝置2間的靶材粒子及經裂離靶材粒子所構成的離子在該真空腔113內的活動範圍，並經由該等安裝口117飛往各自所對應的該基板6，避免汙染沾染至該圍壁111。

參閱圖2、圖3及圖4，該等冷卻裝置3適用於對該等基板6釋放一流體34，使該等基板6降溫，並各自包括一設置於該真空腔113內並朝向該等承載座14的冷卻板31，各冷卻板31具有數個用以朝該等基板6釋放該流體34的流孔33。

各冷卻板31是由一高熱傳導率(thermal conductivity)的材質所製成，且熱導率不低於237W/m·K。如，各冷卻板31可為鋁或石墨所製成，並具有至少一用於導入該流體34且連通各自所對應之該冷卻板31之流孔33的冷卻管路32，在本發明該實施例中，各冷卻板31具有複數冷卻管路32。該流體34可為氦氣(He)，以噴霧狀朝該等基板6正面噴灑，用以吸收該等基板6及該真空腔113的廢熱。

參閱圖1及圖2，該等冷卻裝置3是與該載台13間隔一距離設置於該圍壁111，且其釋放該流體的方向是朝向該中心軸12。該等冷卻裝置3與該等濺鍍裝置2環繞於該載台13周圍，每一冷卻裝置3設置在兩組濺鍍單元2間，每組濺鍍單元2數量為三。

該降溫裝置4環繞該中心軸12且位於該等承載座14與該中心軸12間。該降溫裝置4具有一連接於該載台13的套筒41及一繞設於該套筒41的熱導管42。該套筒41的外型大致與該載台13相同，並且貼近於該載台13。該熱導管42適用於供較低溫的冷媒流通，以使該降溫裝置4傳導並移除該等基板6背面的廢熱。

該降溫裝置4與該等冷卻裝置3適用於分別對該等基板6的兩相反側進行降溫。

該等真空管5環繞設置於該圍壁111並鄰近於該等濺鍍裝置2，該等真空管5連通該真空腔113，並於該等基板6鍍膜時持續運轉抽氣，使該真空腔113內對應於各靶材組件21處的壓力值是恆高於其兩側的真空管5處的壓力值，並藉此構成壓力差，令經由各冷卻裝置3噴灑出的流體34及未能沉積於各基板6上的靶材粒子及其離子，能藉由前述壓力差自該真空腔113經由該等真空管5排出。

參閱圖1、圖2及圖4，本發明在實施時，各基板6是分別對應固定於各自所對應的承載座14上，先啟動該載台13旋轉使各承載座14繞著該中心軸12帶動其所對應設置的各基板6轉動，使各基板6在環形的該工作空間114中循環於該等濺鍍裝置2前，再啟動該等真空管5令該真空腔113的壓力值達一背景壓力(base pressure)；接著，於該真空腔113內引入氬氣使該真空腔113的壓力值達一工作壓力(working pressure)，並於各濺鍍源22提供高電壓以使氬氣裂解成前述的電漿體來對各自所對應的靶材組件21的靶材進行轟擊，令各靶材濺射出靶材粒子並裂解成離子，藉此將自各靶材組件21之靶材濺射出的靶材粒子及其離子濺鍍於各基板6上。

當該等基板6在鍍膜期間所對應產生並累積的熱能，會因為前述多層膜之各層材質間的熱膨脹係數差異而有不同的熱應力產生。為了減緩前述熱應力，透過該等冷卻裝置3分別對該等基板6的正面噴灑冷卻流體34，以帶走累積於該等基板6上的熱能，同時，藉由該降溫裝置4的該熱導管42將傳遞至該等基板6的背面的熱能帶離該載台13。

由於該殼體11與該載台13界定出環型的該工作空間114，搭配將位於該工作空間114內的各個元件皆以朝向該中心軸12的方式呈環形排列。因此，本發明實施的動線是可循環的，有別於直線式真空鍍膜，本實施例可以等速率不間斷地對該等基板6施以重複的工序，能提升加工效率。

參閱圖5及圖6，其中，T ₀為濺鍍製程啟動之時間，T ₁為結束時間。圖5所顯示的溫度曲線為習知未配置有該等冷卻裝置3，量測該等基板6的中間所取得的溫度曲線。圖6所顯示之溫度曲線為分別量測配置有該等冷卻裝置3的本發明之第一實施例中，該載台13(Carrier)、該等承載座14(JIG)，及位於該等承載座14(JIG)上的該等基板6(Chips)所取得的溫度曲線。

由圖5可得知在未配置有該等冷卻裝置3的條件下進行濺鍍，該等基板6的最高溫度為140˚C，最低溫度為40˚C；反觀圖6，可得知本發明的該實施例藉由該等冷卻裝置3，於T ₀~T ₁的時間內可以有效的降低該等基板6的溫度，使最高溫度降低至70˚C，最低溫度降至28˚C。且該等承載座14(JIG)的最高溫度為77˚C，最低溫度為27˚C，該載台13(Carrier)的最高溫度為47˚C，最低溫度為25˚C。可證本第一實施例確實能夠將該等承載座14及該載台13的溫度維持在一區間內。

經由以上的說明，可將本第一實施例的優點歸納如下：

1.藉由將該等濺鍍裝置2及該等冷卻裝置3環繞設置於該載台13四周，並搭配設置可以該中心軸12為軸心等角速率旋轉的載台13及數個環繞該中心軸12設置的承載座14，能使該等基板6於受該載台13帶動而等速率旋轉時，循環於該等濺鍍裝置2及該等冷卻裝置3的工作區段，藉此，能夠鍍上多層厚度一致的鍍膜並有效降溫。

2. 藉由將該載台13設計為多邊形，並環繞設置多個承載座14以供多個基板6設置，可以同時對多個基板6施以濺鍍。由於該載台13同樣暴露於該等冷卻裝置3的噴灑範圍中，因此能夠協助熱傳導。並且，該等承載座14貼靠固定該等基板6，能使該等基板6的背面不被鍍上鍍膜。

3.透過於該載台13四周設置該等冷卻裝置3，除了能夠透過對該等基板6噴灑流體34以降溫，亦能夠透過該等冷卻裝置3自身的低溫吸收該真空腔113內的廢熱，在真空環境中達到輻射冷卻的效果。

4.透過該降溫裝置4能夠傳導並移除由該等基板6傳導至該載台13的廢熱。

5.透過該等真空管5，能夠排出已吸收廢熱的該流體34，及未能沉積於各基板6上的靶材粒子及其離子。

參閱圖7及圖8，是本發明具有冷卻裝置的真空鍍膜系統的一第二實施例，其與該第一實施例大致相同，不同之處在於：

該第二實施例包含四濺鍍裝置2、二冷卻裝置3及二真空管5。該殼體11具有一連通該真空腔113及外界的腔口118、一可掀合的腔蓋119，及六環繞設置於該殼體11的安裝口117。該進出料門115是設置於該腔蓋119。該等安裝口117連通該真空腔113及外界，其中四該安裝口117彼此相鄰地形成於該濺鍍遮罩116，並用於供該等濺鍍裝置2設置，其餘二該安裝口117形成於該腔蓋119，並位於該進出料門115兩側，用於供該等冷卻裝置3設置。

該腔蓋119可樞轉地設置於該圍壁111，並用於可開啟地封閉該腔口118。

如此，該第二實施例亦可達到與上述第一實施例相同的目的與功效。並且，本第二實施例還能藉由該可掀合的腔蓋119，自該殼體11的側面對該等真空腔113內的元件進行調整或修復，以利本發明的維護。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:本體裝置 11:殼體 111:圍壁 112:上蓋 113:真空腔 114:工作空間 115:進出料門 116:濺鍍遮罩 117:安裝口 118:腔口 119:腔蓋 12:中心軸 13:載台 131:側面 14:承載座 2:濺鍍裝置 21:靶材組件 22:濺鍍源 23:氣閥 3:冷卻裝置 31:冷卻板 32:冷卻管路 33:流孔 34:流體 4:降溫裝置 41:套筒 42:熱導管 5:真空管 6:基板

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明具有冷卻裝置的真空鍍膜系統的一第一實施例的立體分解示意圖；圖2是一局部剖視圖，說明該第一實施例的內部結構；圖3是該第一實施例中一具有數個流孔的冷卻裝置的一正視示意圖；圖4是該第一實施例的該冷卻裝置的一剖視示意圖，說明該冷卻裝置噴灑一流體的樣態；圖5是一溫度曲線圖，說明習知的複數基板在無冷卻情況下鍍膜的溫度曲線；圖6是一溫度曲線圖，說明本實施例中的複數基板及其他元件在有冷卻裝置下鍍膜的溫度曲線；圖7是本發明具有冷卻裝置的真空鍍膜系統的一第二實施例的示意圖，說明該第二實施例中的一殼體；及圖8是一不完整的俯視圖，說明該第二實施例中的一腔蓋關上的樣態。

1:本體裝置

11:殼體

111:圍壁

112:上蓋

113:真空腔

115:進出料門

116:濺鍍遮罩

117:安裝口

12:中心軸

13:載台

131:側面

14:承載座

2:濺鍍裝置

3:冷卻裝置

4:降溫裝置

41:套筒

42:熱導管

5:真空管

6:基板

Claims

一種具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，適用於將數個基板鍍膜，並包含：一本體裝置，包括一界定出一真空腔的殼體、一中心軸、一設置於該殼體內且可以該中心軸為軸心等角速率旋轉的載台，及複數環繞該中心軸設置於該載台的承載座，該等承載座位於該真空腔內並適用於承載該等基板；至少一濺鍍裝置，設置於該殼體並朝向該等承載座，並適用於將該等基板的表面上鍍上一元素；及至少一冷卻裝置，適用於對該等基板釋放一流體，使該等基板降溫，並包括一設置於該真空腔並朝向該等承載座的冷卻板，該冷卻板具有數個用以朝該等基板釋放該流體的流孔。
如請求項1所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，包含數環繞該中心軸與該等承載座設置的濺鍍裝置，及數環繞該中心軸與該等設置承載座且間隔設置於該等濺鍍裝置間的冷卻裝置。
如請求項2所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，包含一環繞該中心軸且位於該等承載座與該中心軸間的降溫裝置，該等冷卻裝置與該降溫裝置適用於分別對該等基板的兩相反側進行降溫。
如請求項2所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，還包含至少一設置於該殼體且鄰近於該等濺鍍裝置的真空管。
如請求項1所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，其中，該至少一冷卻裝置具有至少一用於導入該流體的冷卻管路。
如請求項1所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，其中，該流體為一種惰性氣體。
如請求項1所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，其中，該冷卻板的材質之熱導率不低於237W/m·K。
如請求項1所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，其中，該載台的材質為不鏽鋼、鈦、鉬金屬或鋁合金。
如請求項1所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，其中，該至少一濺鍍裝置的陽極電連接於該等基板，該至少一濺鍍裝置的陰極電連接於該濺鍍裝置所具有的一濺鍍源。
如請求項1所述的具有冷卻裝置的真空鍍膜系統，其中，該載台呈多邊形筒狀，且每一邊所界定之側面分別供該等承載座設置。