采用扫描式蒸发源的镀膜装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及薄膜制备技术，具体涉及一种采用扫描式蒸发源的镀膜装置及其镀膜方法，其特征在于：在真空镀膜室内设置盛放基片的镀膜工件架，扫描式蒸发源设置在真空镀膜室上。扫描式蒸发源中的坩埚可以定点、定时、扫描方式运动并进行膜料蒸发；扫描式蒸发源还设置有与真空镀膜室相对独立的加药腔室，可使膜料的添加、预热和真空镀膜室的镀膜工序分隔开来。本实用新型的优点是：可实现在不借助膜厚补正板的情况下，工件架上所有基片的镀膜厚度满足均匀性要求，提升了膜料利用率和镀膜效率，降低了镀膜成本；能够实现加药腔室中的加药、排气和预热工序与真空镀膜室中的排气、镀膜工序同步进行，提升了生产效率和膜层质量。
【专利说明】
采用扫描式蒸发源的媳膜装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及薄膜制备技术，具体设及一种采用扫描式蒸发源的锻膜装置。
【背景技术】
[0002] 真空锻膜方法是制作薄膜产品的一种重要方法，利用真空锻膜方法制备的薄膜产 品已被应用到众多领域。比如，防污膜已应用于触摸屏、镜片和镜头等光学产品。在运些包 含防污膜的光学产品中，基片材料上通常先锻制一些光学薄膜(比如增透膜），然后再蒸锻 防污膜。近年来，随着信息技术的发展，W智能手机、平板电脑为主导的终端产品高度普及， 触摸屏产品需求迅猛增长。为了增加W触摸屏为主体的多种光电产品的防污、防刮擦效果， 在多种光学产品表面上锻制防污膜已经成为必不可少的工序。
[0003] 防污膜原料为含氣硅烷有机化合物。不论液态还是固体药片形式的防污膜原料， 其价格昂贵。防污膜锻膜可W采用如下方法:首先，将有机防污膜原料溶解于有机溶剂形成 有机溶液;然后，将此有机溶液注入到相蜗中的多孔吸附载体中；其后进行蒸锻。另一种常 用的防污膜真空锻膜方法是:将吸附有防污膜有机膜料的载体进行特殊处理，制成固体药 片作为锻膜原料，然后进行蒸锻。此种方法需要将药片在特定环境条件下保存W保持药片 的锻膜效果，相比于液态防污膜料，其成本较高。
[0004] 对于防污膜的锻膜装置，通常为单腔室的真空锻膜设备，即防污膜的前道膜层锻 膜和防污膜锻膜在同一个锻膜腔室中进行。在真空锻膜时，为了使分布在整个锻膜工件架 上的基片具有较好的膜厚均匀性，通常在锻膜腔室的盛有防污膜原料相蜗上方设置膜厚均 匀性补正板。此补正板的存在遮挡了相当数量膜料分子，使之不能到达工件架的锻膜基片， 造成膜料浪费，增大了锻膜成本;相应地，也延长了锻膜时间，降低了锻膜效率。由于液态防 污膜膜料具有成本低、易于自动化等特点，已经被越来越多地采用。在使用含有机溶剂等溶 媒的液态防污膜膜料进行锻膜前，需要通过预热将有机溶剂挥发。如果预热工序在真空锻 膜室中进行，则需要占用主体锻膜时间，使得锻膜时间变长，影响生产效率；同时，预热时挥 发的有机溶剂也可能达到锻膜基片，影响锻膜质量。
[0005] 基于上述【背景技术】，寻求锻膜效率高和锻膜品质好的防污膜锻膜装置变得日益重 要。比如，可W采用如下技术方案来进行锻膜:在锻膜室中设置多点蒸发源，并使之同时蒸 发;通过对不同蒸发源设置不同的锻膜速率，来实现在不使用膜厚均匀性补正板的情况下， 满足膜厚均匀性要求。不过，运种存在多个蒸发源的锻膜装置需要较高的设备成本，且在加 药自动化、预热、蒸发等方面，具有较高的空间占用成本或控制成本。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供一种采用扫描式蒸发源的锻 膜装置，该装置通过设置扫描式蒸发源，即通过相蜗移动导向机构驱动相蜗，实现W定点、 定时、扫描方式蒸发，同时提供与真空锻膜室相对独立的加药腔室，实现加药腔室中的加 药、排气和预热工序与真空锻膜室中的排气、锻膜工序同步进行，提升了生产效率和膜层质 量。
[0007] 本实用新型目的实现由W下技术方案完成：
[0008] -种采用扫描式蒸发源的锻膜装置，包括真空锻膜室、蒸发源，所述真空锻膜室内 设置有锻膜工件架，所述锻膜工件架上放置有基片，所述蒸发源位于于所述真空锻膜室，其 特征在于:所述蒸发源为扫描式蒸发源，所述扫描式蒸发源具有相蜗、相蜗移动导向机构， 所述相蜗移动导向机构连接控制所述相蜗，W实现所述相蜗在所述真空锻膜室内的移动。
[0009] 所述相蜗移动导向机构包括马达、丝杆、丝杆固定机构，所述马达连接驱动所述丝 杆，所述相蜗固定于所述丝杆。
[0010] 所述扫描式蒸发源还具有加药腔室、加药机构、排气机构，所述加药腔室的内腔与 所述真空锻膜室的内腔连通，所述相蜗在所述相蜗移动导向机构的所述丝杆驱动下的移动 区间位于由所述加药腔室和所述真空锻膜室形成的连通空间内。
[0011] 在所述加药腔室与所述真空锻膜室的连通处设置有环形密封面，在所述丝杆上设 置密封法兰，所述密封法兰的口径大于所述环形密封面的内径。
[0012] 所述加药腔室底部设置有排污通道，所述排污通道用于清洗所述加药腔室时的废 液导出;所述加药腔室设置有观察窗口。
[0013] 上述任一项锻膜装置的一种采用扫描式蒸发源的锻膜方法，其特征在于:所述方 法包含下列步骤：当真空锻膜室做好锻膜准备后，扫描式蒸发源的相蜗在相蜗移动导向机 构驱动下开始移动，移动方式为移动-暂停交替进行，移动阶段时不进行蒸发，暂停阶段时 通过相蜗加热控制机构使得所述相蜗中的膜料蒸发，在所述暂停阶段的时间需要使得所述 膜料蒸发的时间满足:在不借助膜厚补正板的情况下，在一个锻膜周期内，锻膜工件架上放 置的所有基片的锻膜厚度满足均匀性要求。
[0014] 所述相蜗的移动行程是，从所述扫描式蒸发源的加药腔室移出，W进入所述真空 锻膜室时的位置为起点，向所述真空锻膜室的中屯、移动，到达设定位置后按原路径返回，如 此往复，直至锻膜结束。
[0015] 本实用新型的优点是：1)可实现在不借助膜厚补正板的情况下，工件架上所有基 片的锻膜厚度满足均匀性要求，提升了膜料利用率和锻膜效率，降低了锻膜成本。2)能够 实现加药腔室中的加药、排气和预热工序与真空锻膜室中的排气、锻膜工序同步进行，提升 了生产效率和膜层质量。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型中采用扫描式蒸发源的锻膜装置的结构示意图I;
[0017] 图2是本实用新型中采用扫描式蒸发源的锻膜装置时扫描式蒸发源在暂停阶段蒸 发时间的确定方法示意图；
[0018] 图3是本实用新型中采用扫描式蒸发源的锻膜装置的结构示意图n(扫描式蒸发 源在加药腔室中）；
[0019] 图4是本实用新型中采用扫描式蒸发源的锻膜装置的结构示意图虹（扫描式蒸发 源在真空锻膜室中）；
[0020] 图5是本实用新型中实施例二所述的锻膜工艺流程图。
【具体实施方式】
[0021] W下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明， W便于同行业技术人员的理解：
[0022] 如图1-5所示，图中标记1-22、41-43分别为:真空锻膜室1、锻膜工件架2、锻膜工件 架回转机构3、基片4、相蜗5、马达6、滚珠丝杆7、滚珠丝杆固定机构8、法兰9、相蜗固定法兰 10、相蜗底座11、丝杆螺母12、陶瓷加热片和热电偶13、固定蒸发源14、固定蒸发源补正板 15、加药腔室16、加药机构17、加药机构法兰18、排气机构19、排污通道20、环形密封面21、密 封法兰22、内圈基片41、中圈基片42、外圈基片43。
[0023] 实施例一:本实施例中的采用扫描式蒸发源的锻膜装置，如图1所示，包括:真空锻 膜室1、扫描式蒸发源。真空锻膜室1内设置有锻膜工件架2,锻膜工件架2可在锻膜工件架回 转机构3的驱动下转动，锻膜工件架2上放置有基片4。扫描式蒸发源通过法兰9固定于真空 锻膜室1的侧壁上，扫描式蒸发源包括相蜗5、相蜗移动导向机构、相蜗加热控制机构。相蜗 移动导向机构包括马达6、滚珠丝杆7、滚珠丝杆固定机构8。滚珠丝杆7远离真空锻膜室1中 屯、一端连接马达6,靠近真空锻膜室1中屯、一端连接滚珠丝杆固定机构8。相蜗移动导向机构 连接控制相蜗5，W实现相蜗5在真空锻膜室1内的移动。相蜗加热控制机构为陶瓷加热片和 热电偶13及其控制部分，陶瓷加热片和热电偶13可W为集成在一起的形式，其中的陶瓷加 热片用于加热相蜗5,热电偶用于测量相蜗溫度，此溫度信号将被相应控制部件利用来控制 陶瓷加热片的工作状态从而对相蜗5溫度进行实时调整。相蜗5W及陶瓷加热片和热电偶13 位于相蜗底座11之上，并通过相蜗固定法兰10固定在滚珠丝杆7的丝杆螺母12上，由马达6 驱动在真空锻膜室1内按指定方式往复运动。为了实现多种膜层在一个锻膜流程中完成，还 可W在真空锻膜室1中设置固定蒸发源14及其固定蒸发源补正板15。
[0024] 本实施例中的采用扫描式蒸发源的锻膜方法至少包括W下步骤：
[0025] 当真空锻膜室1做好锻膜准备后，相蜗5在马达6驱动下开始移动，移动方式为移 动-暂停交替进行，移动阶段时不进行蒸发，暂停阶段通过陶瓷加热片和热电偶13使得相蜗 5中的膜料蒸发，在暂停阶段的蒸发时间满足:在不借助膜厚补正板的情况下，在一个锻膜 周期内，锻膜工件架2上放置的所有基片4的锻膜厚度满足均匀性要求。
[0026] 对于上述相蜗5在暂停阶段的蒸发时间的确定可W选用如下方法:如图2所示，预 设相蜗5在暂停点A1、A2、A3处暂停，停留时间分别为*1心、*3，锻膜工件架2上的基片4按内 圈基片41、中圈基片42、外圈基片43的方式进行排布。当相蜗5在Al处时，对于锻膜工件架2 上的中圈基片42上的一点B处的锻膜厚度可W根据计算锻膜厚度的Knudsen余弦定律来计 算OKnud,。PO金巧吿法而W夫'TTT成々n下形式；
[0027]
[0028] 具体到本实施例的情形，上述公式中，D为中圈基片42上的一点B处的锻膜厚度，目 为相蜗5上的蒸发点A处的表面法线AA'与相蜗5跟中圈基片42上的某点B之间的连线的夹 角，巫为中圈基片42上某点B处的表面法线BB'与相蜗5跟中圈基片42上的某点B之间的连线 的夹角;r为相蜗5上的蒸发点A与中圈基片42上的某点B之间的距离，C为比例常数。对于一 个确定的锻膜装置，上述各量均可W获知。n表示蒸发源的蒸发特性，本实施例中，n可W取 2。
[0029] 在锻膜工件架2的内圈基片41、中圈基片42、外圈基片43上分别取点，记为BI、B2、 B3;通过Knudsen余弦定律，分别计算相蜗5在A1、A2、A3处暂停时（停留时间为tl=t2=t3=t) 的锻膜厚度，WD(AlBl)表示相蜗5在Al处时BI处所形成的锻膜厚度，依次类推。预设相蜗5 在整个锻膜过程中的锻膜速率恒定。当相蜗5在暂停点A1、A2、A3S处各进行了一次暂停阶 段的蒸发、且蒸发时间分别均为t的锻膜后，分别位于内圈基片41、中圈基片42、外圈基片43 上的B1、B2、B3S处的各自的锻膜总厚度为：
[0030] D(Bl)= D(AlBl)+ D(A2B1)+ D(A3B1)
[0031] D(B2)= D(A1B2)+ DCA2B2)+ D(A3B2)
[0032] D(B3)= D(A1B3)+ D(A2B3)+ D(A3B3)
[0033] 如果D(B1)、D(B2)、D(B3)之间的差距不满足锻膜均匀性的要求，则通过常规数学 运算将暂停阶段的蒸发时间tl、t2、t3之间的对比关系进行调整，直至在理论上，D(B1)、D (B2)、D(B3)之间的差距满足一定要求；比如1%W内，此要求可W结合实际仪器的控制精度 并通过数学运算来满足。其后，W最终理论计算得到的相蜗5在暂停点A1、A2、A3处停留时间 tl0、t20、t30作为相蜗5在各个停留点的蒸发时间的初始值进行实际锻膜。锻膜完成后，测 量内圈基片41、中圈基片42、外圈基片43上的B1、B2、B3 =处各自的锻膜总厚度;根据实测的 0'（81)、0'（82)、0'（83)之间的比例关系，对相蜗5在暂停点41、42、43处暂停阶段的蒸发时 间理论值110、t20、t30进行调整，调整过程可W多次完成，直至得到一组11、t2、t3，使得D ' (B1)、D'（B2)、D'（B3)之间的差距已满足锻膜均匀性的要求。
[0034] 本实施例在具体实施时，对于如图2所示的移动-暂停模式，具有如下的锻膜流程：
[0035] 锻膜前准备工作:按照前述相蜗5在暂停阶段蒸发时间的确定方法确定相蜗5在= 处暂停点A1、A2、A3暂停阶段的蒸发时间tl、t2、口。
[0036] 1、如图1所示，将基片4放置于锻膜工件架2，将防污膜膜料放入相蜗5，关闭真空锻 膜室1的腔体口，开始抽真空过程。
[0037] 2、待真空锻膜室1的真空度到达5*1〇-中曰，启动马达6,相蜗5在马达6驱动下沿滚珠 丝杆7运动。对于如图2所示的情形，相蜗5从靠近真空锻膜室1内侧壁处出发，最先运动至A3 处(如图2所示），并在此停留和蒸发，蒸发时间为t3;其后，继续移动到A2处，并在此停留和 蒸发，蒸发时间为t2;最后，移动到Al处，并在此停留和蒸发，蒸发时间为tl。其后，相蜗5按 原路径返回到出发点，如此往复，直至锻膜完成。
[0038] 实施例二:本实施例中的采用扫描式蒸发源的锻膜装置，如图3所示，包括:真空锻 膜室1、扫描式蒸发源。
[0039] 真空锻膜室1内设置有锻膜工件架2,锻膜工件架2可在锻膜工件架回转机构3的驱 动下转动，锻膜工件架2上放置有基片4。
[0040] 扫描式蒸发源通过法兰9固定于真空锻膜室1的侧壁上，扫描式蒸发源包括相蜗5、 相蜗移动导向机构、相蜗加热控制机构、加药腔室16、加药机构17、排气机构19、排污通道 20 O
[0041] 其中，相蜗移动导向机构包括马达6、滚珠丝杆7、滚珠丝杆固定机构8。相蜗5通过 相蜗固定法兰10固定在滚珠丝杆7的丝杆螺母12上，并可W在马达6的驱动下沿滚珠丝杆7 运动。滚珠丝杆7远离真空锻膜室1中屯、一端连接马达6,靠近真空锻膜室1中屯、的一端连接 滚珠丝杆固定机构8。
[0042] 相蜗加热控制机构为陶瓷加热片和热电偶13及其控制部分，陶瓷加热片和热电偶 13为集成在一起的形式，其中的陶瓷加热片用于加热相蜗5,热电偶用于测量相蜗5溫度，此 溫度信号将被相应控制部件利用来对相蜗5的溫度进行实时调整。相蜗5和陶瓷加热片和热 电偶13位于相蜗底座11之上，并在马达6驱动下的移动。
[0043] 加药腔室16通过法兰9固定在真空锻膜室1上，加药腔室16的内腔可与真空锻膜室 1的内腔连通。相蜗5在马达6驱动下的移动区间位于由加药腔室16和真空锻膜室1形成的连 通空间内。
[0044] 加药腔室16与真空锻膜室1的连通处设置有环形密封面21，在滚珠丝杆7上设置密 封法兰22,密封法兰22设置于相蜗5靠近所述真空锻膜室1中屯、一侧，并与相蜗5同步运动， 密封法兰22的口径大于环形密封面21的内径；当密封法兰22被马达6驱动到达环形密封面 21处时，密封法兰22和环形密封面21-起构成一密封面，使得加药腔室16和真空锻膜室1处 于相对分隔与密封的状态。
[0045] 加药机构17通过加药机构法兰18固定在加药腔室16上，加药机构17为自动加液装 置。排气机构19包括机械累和分子累。
[0046] 加药腔室16底部设置有排污通道20,排污通道20用于清洗加药腔室16时的废液导 出。
[0047] 加药腔室16还可W设置观察窗口，用于实时监测加药腔室16的内部状况。加药腔 室16上还可W通过设置腔室口，用于打开加药腔室16，进行腔室内操作。
[0048] 为了实现多种膜层在一个锻膜流程中完成，还可W在真空锻膜室1中设置固定蒸 发源14及其固定蒸发源补正板15。
[0049] 本实施例中的采用扫描式蒸发源的锻膜方法至少包括W下步骤：
[0050] 当真空锻膜室1做好锻膜准备后，相蜗5在马达6驱动下开始移动，移动方式为移 动-暂停交替进行，移动阶段时不进行蒸发，暂停阶段通过陶瓷加热片和热电偶13使得相蜗 5中的膜料蒸发，在暂停阶段的蒸发时间满足:在不借助膜厚补正板的情况下，在一个锻膜 周期内，锻膜工件架2上放置的所有基片4的锻膜厚度满足均匀性要求。
[0051] 当真空锻膜室1做好锻膜准备后，相蜗5在马达6驱动下的移动行程是，从扫描式蒸 发源的加药腔室16移出，W进入真空锻膜室1时的位置为起点，向真空锻膜室的1中屯、移动， 到达设定位置后按原路径返回，如此往复，直至锻膜结束。
[0052] 在扫描式蒸发源的加药腔室16与真空锻膜室1的连通处设置有环形密封面21，在 丝杆7上设置密封法兰22，密封法兰22设置于相蜗5靠近真空锻膜室1中屯、一侧，并与相蜗5 同步移动，密封法兰22的口径大于环形密封面21的内径；当密封法兰22被马达6驱动到达环 形密封面21处时，密封法兰22和环形密封面21-起构成一密封面，使得加药腔室16和真空 锻膜室1处于分隔状态。
[0053] 对于相蜗5在暂停阶段的蒸发时间的确定方法，参见实施例一。
[0054] 本实施例在具体实施时，如图5所示，具有如下的工作流程：
[0055] 锻膜前准备工作：按照实施例一关于相蜗5在暂停阶段蒸发时间的确定方法确定 相蜗5在立处暂停点A1、A2、A3暂停阶段的蒸发时间tl、t2、t3。
[0056] 锻膜设备抽真空前的状态满足:真空锻膜室与加药腔室处于分隔状态。
[0057] 步骤I:如图3所示，将基片4放置于锻膜工件架2上;将防污膜膜料通过加药机构17 加入加药腔室16中的相蜗5中。此时，密封法兰22在马达6驱动到达环形密封面21处，密封法 兰22和环形密封面21构成密封面，使得加药腔室16和真空锻膜室1处于分隔状态。
[0058] 步骤2:关闭真空锻膜室1的腔体口，开始真空锻膜室1的抽真空过程。同时，排气机 构19开始对加药腔室16抽真空，待达到一定真空度时，加热控制机构通过陶瓷加热片和热 电偶13对相蜗5中的防污膜膜料进行预热。也可W根据实际真空锻膜室1的抽真空时间、加 药腔室16的抽真空时间和防污膜膜料的预热时间来选择此步骤的开始点。
[0059] 步骤3:待真空锻膜室1的真空度到达5*1〇-中曰，启动马达6,相蜗5在马达6驱动下沿 滚珠丝杆7从加药腔室16向真空锻膜室1的中屯、方向运动，密封法兰22和环形密封面21不再 构成密封面，加药腔室16和真空锻膜室1之间形成连通空间。相蜗5在马达6驱动下沿滚珠丝 杆7从加药腔室16进入真空锻膜室1内部，如图4所示。
[0060] 步骤4:真空锻膜室1开始蒸锻过程。本实施例中，相蜗5在真空锻膜室1中的运动形 式与实施例一中的情形相同。参见图2,相蜗5最先运动至A3处，并在此停留和蒸发，蒸发时 间为t3;其后，继续移动到A2处，并在此停留和蒸发，蒸发时间为t2;最后，移动到Al处，并在 此停留和蒸发，蒸发时间为tl。其后，相蜗5按原路径返回到出发点，如此往复，直至锻膜完 成。如图4所示，为相蜗5运动至Al处对应位置时的锻膜装置示意图。
[0061] 步骤5:锻膜完成后，相蜗5在马达6驱动下沿滚珠丝杆7从真空锻膜室1向加药腔室 16的方向运动，W至密封法兰22和环形密封面21构成密封面，加药腔室16和真空锻膜室1处 于分隔密封状态。
[0062] 步骤6:真空锻膜室1破真空后，基片取出。加药腔室16破真空，做下次锻膜准备。
[0063] 为了实现多种膜层在一个锻膜流程中完成，还可W在真空锻膜室1设置固定蒸发 源14及其固定蒸发源补正板15。如果在防污膜锻膜前还需要蒸锻其他前道膜层，则上述实 施例二中的加药腔室的步骤1可W在前道膜层进行中开始，W节省整体锻膜时间。
[0064] 虽然上述实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明， 但本领域普通技术人员可W认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可 W对实用新型作出各种改进和变换，如:相蜗5的驱动方式、加药机构17的加药方式，等等， 故在此不一一寶述。
【主权项】
1. 一种采用扫描式蒸发源的镀膜装置，包括真空镀膜室、蒸发源，所述真空镀膜室内设 置有镀膜工件架，所述镀膜工件架上放置有基片，所述蒸发源位于于所述真空镀膜室，其特 征在于:所述蒸发源为扫描式蒸发源，所述扫描式蒸发源具有坩埚、坩埚移动导向机构，所 述坩埚移动导向机构连接控制所述坩埚，以实现所述坩埚在所述真空镀膜室内的移动。2. 根据权利要求1所述的一种采用扫描式蒸发源的镀膜装置，其特征在于:所述坩埚移 动导向机构包括马达、丝杆、丝杆固定机构，所述马达连接驱动所述丝杆，所述坩埚固定于 所述丝杆。3. 根据权利要求1所述的一种采用扫描式蒸发源的镀膜装置，其特征在于:所述扫描式 蒸发源还具有加药腔室、加药机构、排气机构，所述加药腔室的内腔与所述真空镀膜室的内 腔连通，所述坩埚在所述坩埚移动导向机构的所述丝杆驱动下的移动区间位于由所述加药 腔室和所述真空镀膜室形成的连通空间内。4. 根据权利要求3所述的一种采用扫描式蒸发源的镀膜装置，其特征在于:在所述加药 腔室与所述真空镀膜室的连通处设置有环形密封面，在所述丝杆上设置密封法兰，所述密 封法兰的口径大于所述环形密封面的内径。5. 根据权利要求3所述的一种采用扫描式蒸发源的镀膜装置，其特征在于:所述加药腔 室底部设置有排污通道，所述排污通道用于清洗所述加药腔室时的废液导出；所述加药腔 室设置有观察窗口。
【文档编号】C23C14/24GK205556763SQ201620287854
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】林为平, 范滨, 张洪
【申请人】光驰科技(上海)有限公司