专利名称：同端进出式连续溅射镀膜设备的制作方法
技术领域：
本发明属于溅射镀覆技术领域，特别是涉及一种用于电子器件的同端进出式连续溅射镀膜设备。
背景技术：
几乎所有电子器件都要对其一个或多个表面镀以金属薄膜，以便进行电极制作等后续工艺。现有技术多是采用炉装式真空蒸发镀膜，其缺点是蒸镀的薄膜与基片的结合力差、薄膜的均勻性与一致性不佳、生产效率低下，容易导入操作工的人为因素影响。中国 200610049197. 3号专利公布了一种连续式溅射设备，该设备由预抽室、前过渡室、溅射室、 后过渡室和减压室五个真空腔体以及进片台、出片台、工件架返回装置等构成，工件架依次通过进片台、预抽室、前过渡室、溅射室、后过渡室和减压室被输送出机体到达出片台，再由体外的工件架返回装置将工件架传输回进片端，该设备的缺陷在于由于工件架是从设备一端进，另一端出，真空腔体多，设备庞大，造价高，占地面积大；为了防止被灰尘污染，电子器件的生产一般都需要将工件架、进出片台处在超净环境中进行，由于该设备庞大，还带有一个很长的体外片架返回装置，相应需要一个体积庞大、运转费用高昂的超净室，所以，双端设备的能耗较大、运转费用昂贵，不符合节能减排的时代要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吞吐量大、结构紧凑、占地面积少、能耗低、造价低廉的同端进出式连续溅射镀膜设备。本发明的目的是采用这样的技术方案实现的它包括真空腔体和真空抽气装置， 所述真空抽气装置与真空腔体相连通，其特征在于所述真空腔体由相邻且相通的预抽室和溅射室两个真空室构成，两个真空室之间设有隔离阀，腔体的末端和前端分别设有盲法兰和真空锁阀，所述真空锁阀外侧设有一个装卸片台，在溅射室内设置有可往复传输的工件架传输装置，在预抽室内装有复合传输装置，所述溅射室内装有至少三对相对布置的磁控溅射靶，所述工件架传输装置能够与工件架相配合，并能将工件架从装卸片台依次输送到预抽室、溅射室，并从原路输回到所述装卸片台。由于本发明所述的复合传输装置可来回往复传输工件架，工件架从同端进、出，不仅省去了几只大型真空腔体和一个机构庞大的片架返回装置，而且，只要在装卸片台一侧设置很小的超净台就能满足工艺需要，所以，在同等吞吐量的前提下，设备的占地面积、能耗以及制造成本都大幅度降低。预抽室中设置了一个带有清洗器的、能装多个片架的复合传输装置，可以有效利用时间对基片进行实时清洗除气，当一个片架镀完膜层后，预抽室中等待的片架可立即送进溅射室进行溅射，所以其吞吐量并不亚于双端式生产线。所述溅射室设有多对磁控溅射靶，能在同一真空周期内向基片镀覆多层膜，它是一种结构紧凑、占地面积小、吞吐量大、造价低、能耗低、连续进行电子器件表面金属化的理想设备。
图1为本发明的结构原理示意图。图2是本发明的局部俯视示意图。图3为本发明的局部剖视结构示意图。附图标号说明1 一真空腔体，2—溅射室，2a、2b、2c—磁控溅射靶，2d-溅射室的工件传输导轨，3-真空隔离阀，4-预抽室，4a-预抽室的底法兰，4b-预抽室的侧法兰，5-真空锁阀，61 -驱动导轨，6c、6d—摩擦式驱动轮，6e、6f-横档，6g、Mi_可逆电机，6i、6 j-直线导轨，6ia-滑块，6ib-滑轨，6k-平移器，6ka-平移器的轴，61Λ-螺杆式或气缸式平移驱动器，61-同步轮，6m-驱动轴，6η-轴承，6p、6q-带凸台的法兰板，6r、6s_螺钉，7-装卸片台，8-支架，8a-支架的直档，8b-支架的横档，8c、8d-槽钢型上导轨，8e、8f-屏蔽板，8g-灯管或不锈钢网，8h-电极引线，9-工件架，9a-不锈钢板，9b-装片框架，10、15-充气阀，11、 14一真空抽气装置，12-放大气阀，16-盲法兰。
具体实施例方式参见图1和图2 本发明包括真空腔体1和真空抽气装置11、14等，所述真空抽气装置11、14为市售商品，它们采用公知方式与真空腔体1相连通。所述真空腔体1由依次相邻、且相通的预抽室4和溅射室2两个真空室构成，两个真空室之间设有真空隔离阀3，腔体1的末端和前端分别设有盲法兰16和真空锁阀5，所述真空锁阀5的外侧设有一个装卸片台7，在溅射室2和预抽室4内分别设置有可往复传输的工件架传输装置和复合传输装置，所述溅射室2内至少装有三对相对布置的磁控溅射靶，所述复合传输装置与工件架9相配合。所述真空室均由不锈钢或碳钢中的一种材料制成，腔体型式为立式结构和卧式结构中的一种；所述复合传输装置由平移器6k、至少由两套互相平行的驱动导轨6a、6b和两条直线导轨6i、6j构成，所述平移器故的驱动轴61Λ与驱动导轨6a/6b固定连接，在两套互相平行的驱动导轨6a、6b均装有摩擦式驱动轮6c、6d、同步轮61、驱动轴6m和轴承6η，每套驱动导轨6a/6b单独连接一个可逆电机6g/6h，可逆电机6g/^h与驱动导轨6a/6b相连接， 可逆电机6g/Mi与驱动导轨6a/6b的驱动轴6m配合连接，同步轮61和轴承6η相配合，所述直线导轨6i、/6j上设置有的滑块6ia，滑块6ia与驱动导轨6a/6b固定连接，直线导轨 6i/6j的滑轨6ib固定在真空腔体的底部，所述平移器故的驱动轴6m与驱动导轨6a/6b固定连接，所述平移器故采用市售的螺杆式结构和气缸式结构中的一种，所述平移器故能够使驱动导轨6a/6b在两条直线导轨6i、6j上平移，所述摩擦式驱动轮6c、6d与工件架9相配合。在图2、图3中，所述摩擦式驱动轮6c、6d由碳钢材料制成，其中部设置有滚花或套有磨擦材料，摩擦式驱动轮6c、6d两侧设有凸台，驱动轮6c、6d能与工件架9配合，所述驱动轮6c、6d和同步轮61通过轴6m和轴承6η布置在驱动导轨6a、6b的两块平行的法兰板 6p、6q之间，所述法兰板6p、6q的上部向内转折，并形成一定间隙，以便将工件架9限定在这两块法兰板6p、6q的之间，法兰板6p、6q的下部也设有用来固定的凸台，所述两套驱动导轨6a、6b通过法兰板6p、6q下部的凸台被平行地固定在钢质横档6e、6f上；所述横档6e、 6f的底部通过螺钉6r分别与直线导轨6i、6 j上的滑块6ia固定连接，所述直线导轨6i、6 j 的滑轨6ib由螺钉6s平行固定在预抽室4的底法兰如上。所述平移器故为螺杆或气缸的一种，螺杆或气缸的轴6ka与驱动导轨6a或6b的任一个法兰板6p垂直连接，螺杆或气缸驱动器61Λ通过公知技术动密封地布置在预抽室的前侧或后侧4b，上述部件构成一个既可单独往复传输片架又可整体平移的复合工件架传输装置。工作时所述平移器故能整体平移复合传输装置，使某一驱动导轨移动到预抽室两侧的隔离阀3和真空锁阀5对应的位置，可逆电机6g或他能够带动驱动轮6c或6d使某个驱动导轨6a或6b单独来回传输工件架。所述溅射室2的前端为隔离阀3，后端为盲法兰16，所述溅射室2与高真空抽气装置14、惰性气体充气装置15连接，溅射室2的底部布置了一个可以往复传输工件架9的磨擦式工件传输导轨2d，顶部布置有槽钢型的上导轨8c、8d，中部安装至少三对相对布置、不同靶材或同种靶材的磁控溅射靶h、2b、2c，溅射靶两侧各留有一个工件架的位置以便工件架9在传输运动镀膜后整个工件架面的膜层厚度均勻一致，所述的磁控溅射靶h、2b、2c为柱型旋转磁控靶、平面磁控溅射靶以及弧源靶的一种，磁控溅射靶成双成对地相对布置，每对溅射靶的溅射面都指向对方，便于向工件的双面溅射沉积多层膜层；隔离阀3能有效隔离相邻的两个真空室，并使溅射室始终保持在真空状态，摩擦式工件传输导轨2d以及槽钢型的上导轨8c、8d能够与工件架9相配合，并能够使工件架9往复位移。所述预抽室4接有放大气阀12、真空抽气装置11以及一个为等离子放电清洗用的充气阀10，在复合传输装置上设有清洗装置，该清洗装置由不锈钢支架8以及设置在不锈钢支架8上的清洗器Sg、屏蔽板8e、8f、上导轨8c、8d、电极引线他等构成，所述支架8由不锈钢方管焊接而成，呈T字型支架，数量至少为两个，这两个T字型支架的直档8a分别垂直焊接在上述复合传输装置的钢质横档6e、6f上，所述T字形支架的横档8b上与传输导轨对应的位置焊接了至少两条平行布置的、用来稳定工件架9的槽钢型上导轨8c、8d，横档8b 的两端布置了由抛光不锈钢板制成的用来反射热辐射或限制等离子区的屏蔽板8e、8f，所述清洗器8g是市售的红外灯管、紫外灯光或不锈钢网的一种，它们绝缘布置在所述的T字形支架的两个直档8a所构成的平面上；工件架9布置在所述驱动轮6c、6d与槽钢型上导轨 8c、8d之间，所述工件架9由不锈钢板9a和焊接在该不锈钢板上的载片框架9b构成，被镀工件(如陶瓷基片)通过夹具装载在载片框9b上，所述工件架9的不锈钢板9a能与工件传输装置中的摩擦轮配合，当摩擦轮转动时，可以带动片架沿着设备的轴线方向往复移动，上导轨8c/8d能保证片架在传输和移动时不会晃动，清洗装置及其电极引线他能随上述复合传输装置平移，当工件架9静止处在复合工件传输装置中时，清洗器能在高真空下对基片进行辐射烘烤除气，或者在中真空下进行等离子清洗，不过采用等离子清洗时要通过充气阀10向预抽室动态充入10-1 量级的工作气体(如氩气)。所述装卸片台7用来装基片或卸基片，它设置在真空锁阀5的外侧，所述装卸片台 7上布置了能单独往复传输又可平移的复合传输装置，装卸片台7上的传输装置也可以是只有一个传输导轨的、仅能够往复传输的传输装置，其传输导轨正对真空锁阀5。本发明的所有工件传输装置上都能装有接近传感器，并与可编程控制器、工业控制计算机配合，保证工件架准确到达某一位置，所述真空抽气系统和工控机等为市售商品， 这些都可以采用公知技术来解决。本发明使用时，先将清洗好的基片(如陶瓷基片)装载在装卸片台7的工件架9的载片框上，关闭所有阀门，启动真空系统14，使溅射室2达到10_3Pa的高真空状态；由放大气阀12向预抽室4放入大气，打开真空锁阀5，启动平移器故使驱动导轨6a对准真空锁阀 5，启动可逆电机6g和装卸片台7的传输导轨，装卸片台7和预抽室4中的复合传输装置将工件架9传送到预抽室的驱动导轨6a上，再启动平移器6k，将另一个装好基片的工件架9 传送到驱动导轨6b上，关闭真空锁阀5和放大气阀12，开启预抽室的真空抽气装置11，待预抽室达到10一3!^真空度后开启辐射烘烤加热器对基片进行加热除气几分钟，然后关掉加热器，打开隔离阀5，平移器故将其中的一个驱动导轨6a对准隔离阀3并将装在驱动导轨 6a上的工件架9送到送入溅射室2，关闭隔离阀3，打开惰性气体充气阀15使溅射室内的氩气压动态维持在10-1 范围内，分别启动溅射靶2a、2b、2c，并启动溅射室的工件传输装置 2d,分别向基片双面溅射所需的各金属层。金属膜的层数及膜厚可通过调节各个磁控靶的功率、控制工件架传输速度来实现，也可通过配置靶的多少或使工件架往复运动等方式来实现。当该工件架完成镀膜后，打开隔离阀3，将镀好膜的工件架送回到预抽室4中空的驱动导轨6a上；平移器故将另一个驱动导轨6b对准隔离阀3，驱动导轨6b将还没有镀膜的另一片架送入溅射室，关闭真空隔离阀3，对这个片架镀覆多层膜。在对片架进行镀膜的同时，关闭抽气机组11上的阀门，打开放大气阀12，然后打开真空锁阀5，将预抽室中已镀好膜的工件架送回到装卸片台，卸掉镀好的基片，并重新在片架上装好另一批基片，然后将该工件架输入预抽室。后续工件架的镀膜过程与前述过程基本相同，只是要使预抽室中始终能维持一个未镀膜的片架。本发明设备的抽真空、开闭阀门、充Ar气、工件架的输送以及溅射靶的溅射等工作过程均可采用公知的自动控制技术进行控制与操作，以实现智能化生产与管理。
实施例本发明的单端连续溅射镀膜设备，一个小型的超净台设置在装卸片台一侧，每个工件架可装载一平方米的陶瓷基片，采用本发明技术对其双面溅射镀覆铬一铜一银膜，每镀一架约5-6分钟，而本设备的占地面积比双端机缩小了五分之二，能耗降低了三分之一， 设备的造价降低了 40%，其年吞吐量与双端式连续溅射设备几乎一样。检测膜层的质量，其均勻性、抗拉强度、耐焊性等指标均与双端机无异。
权利要求
1.同端进出式连续溅射镀膜设备，包括真空腔体和真空抽气装置，所述真空抽气装置与真空腔体相连通，其特征在于所述真空腔体由相邻且相通的预抽室和溅射室两个真空室构成，两个真空室之间设有隔离阀，腔体的末端和前端分别设有盲法兰和真空锁阀，所述真空锁阀外侧设有一个装卸片台，在溅射室内设置有可往复传输的工件架传输装置，在预抽室内装有复合传输装置，所述溅射室内装有至少三对相对布置的磁控溅射靶，所述工件架传输装置能够与工件架相配合，并能将工件架从装卸片台依次输送到预抽室、溅射室，并从原路输回到所述装卸片台。
2.根据权利要求1所述同端进出式连续溅射镀膜设备，其特征在于所述真空室均由不锈钢或碳钢材料制成，腔体型式为立式结构和卧式结构中的一种。
3.根据权利要求1所述同端进出式连续溅射镀膜设备，其特征在于所述预抽室复合传输装置由平移器，至少由两套互相平行的驱动导轨构成，所述两套互相平行的驱动导轨均装有摩擦式驱动轮、同步轮和轴承，每套驱动导轨单独连接一个可逆电机，可逆电机的轴与摩擦驱动轮同步轮相配合，所述直线导轨的滑块与驱动导轨固定连接，直线导轨的滑轨固定在真空腔体的底部，所述平移器的驱动轴与驱动导轨固定连接。
4.根据权利要求1和3所述同端进出式连续溅射镀膜设备，其特征在于所述复合传输装置上布置一个能够随复合传输装置一道平移的加热式或等离子清洗装置，所述清洗装置由焊接在复合工件架传输装置上的两个T字形不锈钢支架、布置在所述两个支架直档构成的平面上的清洗器、布置在所述T字形支架横档上的至少两条平行的、用来稳住片架的槽钢形上导轨以及由抛光不锈钢板制成的用来反射热辐射或限制等离子区的屏蔽板等部件构成，所述清洗器是红外灯管、紫外灯管或不锈钢网的一种。
5.根据权利要求1和2所述同端进出式连续溅射镀膜设备，其特征在于所述溅射室至少设有三对相对布置、溅射面指向对方、不同靶材或同种靶材的磁控溅射靶，所述的磁控溅射靶为柱型旋转磁控靶、平面磁控溅射靶以及弧源靶中的一种。
6.根据权利要求1所述同端进出式连续溅射镀膜设备，其特征在于所述工件架由不锈钢板和焊接在该不锈钢板上的用来装载基片的载片框架构成，所述工件架与传输导轨的摩擦轮以及槽钢型上导轨配合，带动工件架往复移动。
全文摘要
本发明涉及一种同端进出式连续溅射镀膜设备，它包括真空腔体和真空抽气装置，所述真空抽气装置与真空腔体相连通，其特征在于所述真空腔体由相邻且相通的预抽室和溅射室两个真空室构成，两个真空室之间设有隔离阀，腔体的末端和前端分别设有盲法兰和真空锁阀，所述真空锁阀外侧设有一个装卸片台，在溅射室内设置有工件架传输装置，在预抽室内装有复合传输装置，所述溅射室内装有至少三对相对布置的磁控溅射靶，所述工件架传输装置能够与工件架相配合；具有结构紧凑、占地面积小，需要的超净区域少、吞吐量大，能耗低、膜层质量好等优点。
文档编号C23C14/56GK102181839SQ201110149168
公开日2011年9月14日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者任高潮, 冯斌, 周剑, 沈小虎, 王德苗, 金浩, 顾为民 申请人:浙江大学