薄膜沉积设备及其镀膜方法、真空镀膜机

文档序号:1948667 发布日期:2021-12-10 浏览:6次 >En<

阅读说明:本技术 薄膜沉积设备及其镀膜方法、真空镀膜机 (Thin film deposition equipment, film coating method thereof and vacuum film coating machine ) 是由 刘伟基 冀鸣 易洪波 赵刚 于 2021-09-15 设计创作,主要内容包括:本申请涉及一种薄膜沉积设备及其镀膜方法、真空镀膜机,所述薄膜沉积设备包括:设于真空室内的电子束热蒸发系统和磁控溅射系统;其中,电子束热蒸发系统设于工件盘的下部,磁控溅射系统设于工件盘的上部;工件盘用于放置被镀膜的基片;电子束热蒸发系统用于通过热蒸发方式对基片的下表面进行薄膜沉积;磁控溅射系统用于通过溅射方式对基片的上表面进行薄膜沉积;在镀膜过程中,工件盘转动基片,电子束热蒸发系统在第一真空状态下对基片的下表面进行薄膜沉积,磁控溅射系统在第二真空状态下对基片的上表面进行薄膜沉积;该技术方案,在一个工序中分别完成薄膜沉积主要工序和增透薄膜工艺组合流程,从而简化了薄膜沉积工序,提高了薄膜沉积效率。(The application relates to a film deposition device, a film coating method thereof and a vacuum film coating machine, wherein the film deposition device comprises: the electron beam thermal evaporation system and the magnetron sputtering system are arranged in the vacuum chamber; the electron beam thermal evaporation system is arranged at the lower part of the workpiece disc, and the magnetron sputtering system is arranged at the upper part of the workpiece disc; the workpiece disc is used for placing the coated substrate; the electron beam thermal evaporation system is used for depositing a film on the lower surface of the substrate in a thermal evaporation mode; the magnetron sputtering system is used for performing thin film deposition on the upper surface of the substrate in a sputtering mode; in the coating process, the workpiece disc rotates the substrate, the electron beam thermal evaporation system performs film deposition on the lower surface of the substrate in a first vacuum state, and the magnetron sputtering system performs film deposition on the upper surface of the substrate in a second vacuum state; according to the technical scheme, the main film deposition process and the anti-reflection film process combined flow are respectively completed in one process, so that the film deposition process is simplified, and the film deposition efficiency is improved.)

薄膜沉积设备及其镀膜方法、真空镀膜机

技术领域

本申请涉及真空镀膜机技术领域,特别是一种薄膜沉积设备及其镀膜方法、真空镀膜机。

背景技术

真空镀膜技术一般分为两大类,即化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术,对于物理气相沉积镀膜技术又可以主要分为三类:即真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜等;相应的沉积方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜和分子束外延等等;对应的真空镀膜设备包括真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机等。

在日常镀膜中,部分基片需要进行多个工序进行镀膜,例如当需要对基片进行双面薄膜沉积时,通常采用一个薄膜沉积主工序和一个增透膜工艺工序,在进行薄膜沉积时,一般是使用电子枪蒸发系统沉积薄膜工序和磁控溅射薄膜沉积工序,先进行电子枪蒸发对基片的一个面进行薄膜沉积,在完成这个面的薄膜沉积后,打开真空室翻转基片,再通过磁控溅射薄膜沉积相应工序对基片的另一个面进行薄膜沉积。

由此可见,如上述薄膜沉积技术方案,当需要应用到进行双面薄膜沉积的场景时,需要进行多道工序,操作复杂,效率低。

发明内容

基于此,有必要针对上述至少一种技术缺陷,提供一种薄膜沉积设备及其镀膜方法、真空镀膜机,以简化双面薄膜沉积中的操作,提高效率。

一种薄膜沉积设备,包括:设于真空室内的电子束热蒸发系统和磁控溅射系统;其中,所述电子束热蒸发系统设于工件盘的下部,所述磁控溅射系统设于工件盘的上部;

所述工件盘用于放置被镀膜的基片;

所述电子束热蒸发系统用于通过热蒸发方式对所述基片的下表面进行薄膜沉积;

所述磁控溅射系统用于通过溅射方式对所述基片的上表面进行薄膜沉积;

在镀膜过程中,所述工件盘转动基片,所述电子束热蒸发系统在第一真空状态下对所述基片的下表面进行薄膜沉积,所述磁控溅射系统在第二真空状态下对所述基片的上表面进行薄膜沉积。

在一个实施例中,所述磁控溅射系统安装在可调底座上;

其中,所述可调底座用于调整所述磁控溅射系统与基片的角度和距离,以对不同形状的基片进行薄膜沉积。

在一个实施例中,所述磁控溅射系统采用可拆卸方式安装在所述可调底座上,或者所述可调底座通过可拆卸方式安装在真空室顶部。

在一个实施例中,所述工件盘的转动方式包括单轴旋转、行星旋转或者一维运动;所述工件盘的结构是平面结构或者球面结构。

在一个实施例中,所述电子束热蒸发系统包括至少两个电子枪及其对应的坩埚;其中,所述电子枪布设在真空室的底部,所述坩埚分别用于存放不同的镀膜材料,所述电子枪分别对相应的镀膜材料进行加热蒸发进行薄膜沉积。

在一个实施例中,所述的薄膜沉积设备,还包括分别连接所述工件盘、电子束热蒸发系统、磁控溅射系统和/或可调底座的控制系统;

所述控制系统用于控制所述工件盘旋转、控制所述电子束热蒸发系统进行薄膜沉积、控制所述磁控溅射系统进行薄膜沉积和/或控制所述可调底座进行角度调整。

一种薄膜沉积设备的镀膜方法,应用于上述的薄膜沉积设备,包括:

对真空室进行抽气,直至达到第一真空状态;

控制所述电子束热蒸发系统启动,对所述基片的下表面进行薄膜沉积;

启动所述工件盘转动基片;

在下表面薄膜沉积完成后,关闭所述电子束热蒸发系统;

对真空室进行抽气,直至达到第二真空状态;

控制所述磁控溅射系统启动,对所述基片的上表面进行薄膜沉积;

在上表面薄膜沉积完成后,关闭所述磁控溅射系统,控制所述工件盘停止转动。

在一个实施例中,在下表面第一阶薄膜沉积段完成后,关闭所述电子束热蒸发系统;

在真空室达到第二真空状态后,控制所述磁控溅射系统启动,对所述基片的上表面进行第一阶段薄膜沉积;

在上表面进行第一阶段镀膜后,关闭所述磁控溅射系统,继续对下表面进行第二阶段薄膜沉积;

依次类推,直至对所述基片的下表面的各个阶段的薄膜沉积工序完成以及对上表面的各个阶段薄膜沉积工序完成。

在一个实施例中,所述的薄膜沉积设备的镀膜方法,还包括:

在下表面薄膜沉积时,读取晶震膜厚控制仪的晶振结构检测的膜厚数据;其中,其中,所述晶振结构设于所述工件盘上;

依据所述膜厚数据对薄膜沉积过程进行控制。

在一个实施例中,所述控制所述电子束热蒸发系统启动,对所述基片的下表面进行薄膜沉积,包括:

控制电子束热蒸发系统的电子枪A启动,利用材料A对基片的下表面进行薄膜沉积;

在下表面完成材料A的薄膜沉积后,关闭电子枪A;

启动电子枪B,利用材料B对基片的下表面继续进行薄膜沉积;

在下表面完成材料B的薄膜沉积后,关闭电子枪B;

以此类推,直至所选择的镀膜材料镀膜完成。

在一个实施例中,所述控制所述磁控溅射系统启动,对所述基片的上表面进行薄膜沉积,包括:

控制磁控溅射系统a、磁控溅射系统b启动,分别利用靶材a、靶材b对基片的上表面进行薄膜沉积;

在利用各种靶材对基片的上表面完成薄膜沉积后,关闭磁控溅射系统。

一种真空镀膜机,包括:真空室,工件盘,以及上述的薄膜沉积设备。

上述薄膜沉积设备及其镀膜方法、真空镀膜机,通过在真空室内设置电子束热蒸发系统和磁控溅射系统,分别采用热蒸发方式和溅射方式依次对基片的下表面和上表面进行薄膜沉积;该技术方案充分利用了电子热蒸发的速度快和产量大以及磁控溅射稳定性好的技术优点,在双面薄膜沉积的场景,在一个工序中分别完成薄膜沉积主要工序和增透薄膜工艺组合流程,从而简化了薄膜沉积工序,提高了薄膜沉积效率。

附图说明

图1是下表面薄膜沉积状态下的薄膜沉积设备示意图;

图2是上表面薄膜沉积状态下的薄膜沉积设备示意图;

图3为可调底座安装示意图;

图4为可调底座的角度和距离调整示意图;

图5是一个实施例的薄膜沉积设备结构示意图;

图6是薄膜沉积设备电气结构示意图;

图7是一个实施例的薄膜沉积设备的镀膜方法流程图;

图8是另一个实施例的薄膜沉积设备的镀膜方法流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。

参考图1和2所示,图1是下表面薄膜沉积状态下的薄膜沉积设备示意图,图2是上表面薄膜沉积状态下的薄膜沉积设备示意图;如图1和2所示,本申请实施例的薄膜沉积设备,其可以包括:设于真空室内的至少一个电子束热蒸发系统和至少一个磁控溅射系统;其中电子束热蒸发系统设于工件盘的下部,磁控溅射系统设于工件盘的上部;一般情况下,电子束热蒸发系统设于真空室的底部,主要由电子枪和存放镀膜材料的坩埚构成,电子枪用于蒸发坩埚中的材料,对于电子束热蒸发系统,其可以设置一个或者多个;磁控溅射系统可以设置在真空室的顶部,主要由磁控溅射阴极和靶材等构成,对于磁控溅射系统其可以设置一个或者多个,如图所示的例子中,可以设置两个磁控溅射系统,分别利用不同的两种靶材进行薄膜沉积。

在该设备中,工件盘用于放置被镀膜的基片,基片安装在工件盘上,工件盘在薄膜沉积过程中旋转使得基片能够均匀地进行薄膜沉积。电子束热蒸发系统用于通过热蒸发方式对所述基片的下表面进行薄膜沉积;磁控溅射系统用于通过溅射方式对所述基片的上表面进行薄膜沉积。

在镀膜过程中,先进行电子热蒸发薄膜沉积,控制抽真空设备将真空室置于第一真空状态,电子束热蒸发系统在第一真空状态下对基片的下表面进行薄膜沉积,镀膜过程中利用晶震膜厚控制仪检测薄膜的膜厚数据,并以此对薄膜沉积过程进行控制;在基片下表面镀膜完成后,进入对基片上表面进行磁控溅射薄膜沉积流程,控制抽真空设备将真空室置于第二真空状态,磁控溅射系统在第二真空状态下对基片的上表面进行薄膜沉积;在薄膜沉积过程中,工件盘转动基片,第一真空状态是适应于电子束热蒸发系统薄膜沉积的真空度,第二真空状态是适应于磁控溅射系统薄膜沉积的真空度。

如上实施例所述,本申请实施例的薄膜沉积设备通过在真空室内设置电子束热蒸发系统和磁控溅射系统,分别采用热蒸发方式和溅射方式依次对基片的下表面和上表面进行薄膜沉积,充分利用了电子热蒸发的速度快、产量大和效率高的技术优点,适合薄膜结构复杂的工序,以及充分利用了磁控溅射稳定性好、控制效果好的技术优点,适合薄膜结构简单的工序;通过结合热蒸发系统和磁控溅射系统的优点,在双面薄膜沉积的场景,在一个工序中分别完成薄膜沉积主要工序和增透薄膜工艺组合流程,从而简化了薄膜沉积工序,提高了薄膜沉积效率。

为了更加清晰本申请的技术方案,下面结合附图阐述若干实施例。

在一个实施例中,磁控溅射系统可以安装在可调底座上;其中,可调底座用于调整磁控溅射系统与基片的角度和距离,以对不同形状的基片进行薄膜沉积。

参考图3所示,图3为可调底座安装示意图;如图中,可调底座可以固定到真空室的顶部,如图4所示,图4为可调底座的角度和距离调整示意图;可调底座可以向工件盘方向上调整距离,以接近或者远离基片,同时可以根据基片的形状来调整薄膜沉积角度,以实现更好的进行薄膜沉积过程。优选的,作为实施例,薄膜沉积设备的磁控溅射系统可以采用可拆卸方式安装;磁控溅射系统可以通过可拆卸方式安装到可调底座上,或者可调底座以可拆卸方式安装在真空室顶部上;通过可拆卸方式,当不需要使用时可以将其拆卸下来,在其他设备上进行使用,从而降低使用成本,提高设备利用率。

在一个实施例中,对于工件盘,其转动方式可以单轴旋转、行星旋转或者一维运动等,工件盘的结构可以是平面结构或者球面结构等。

在一个实施例中,薄膜沉积设备还包括晶震膜厚控制仪;其中,所述晶震膜厚控制仪包括设于所述工件盘上的晶振结构;晶震膜厚控制仪用于在下表面薄膜沉积时读取所述晶振结构检测的膜厚数据,并依据所述膜厚数据对薄膜沉积过程进行控制。

在一个实施例中,参考图5所示,图5是一个实施例的薄膜沉积设备结构示意图,电子束热蒸发系统可以包括至少两个电子枪及其对应的坩埚,如图5中是以2个电子枪为例;如图示,电子枪A和电子枪B布设在真空室的底部,对应的坩埚A和坩埚B分别用于存放不同的镀膜材料(材料A和材料B),电子枪A和电子枪B分别对相应的材料A和材料B进行加热蒸发进行薄膜沉积。同时,磁控溅射系统也可以采用多种不同靶材a、b、c……等等,如图中,磁控溅射系统的数量可以包括磁控溅射系统a和磁控溅射系统b,从而可以分别进行靶材a和靶材b的薄膜沉积。

上述实施例的方案,在镀膜过程中,可以根据基片镀膜不同需求,利用多个电子枪分别在基片下表面进行不同镀膜材料的薄膜沉积,也可以利用不同靶材对基片上表面进行薄膜沉积,从而可以达到更佳的镀膜效果。

参考图6,图6是薄膜沉积设备电气结构示意图,薄膜沉积设备通过控制系统来对各个部件进行控制,如图示,控制系统分别连接工件盘、电子束热蒸发系统、磁控溅射系统、可调底座、晶震膜厚控制仪等;控制系统用于控制工件盘旋转,接收晶震膜厚控制仪检测的膜厚数据控制电子束热蒸发系统进行薄膜沉积,控制磁控溅射系统进行薄膜沉积,并在镀膜过程中控制可调底座进行角度调整,以对不同形状的基片进行镀膜。

下面阐述薄膜沉积设备的镀膜方法的实施例,本实施例的方法,可以应用于上述实施例的薄膜沉积设备上,例如可以应用于控制系统上,对薄膜沉积设备的薄膜沉积过程进行控制,

参考图7所示,图7是一个实施例的薄膜沉积设备的镀膜方法流程图,包括如下步骤:

在镀膜开始前,先进行准备工作,安装基片等等。

s101,对真空室进行抽气,直至达到第一真空状态;具体的,在镀膜开始后,向抽真空泵发送指令开始抽气,直至达到适合电子束热蒸发系统工作的真空度。

s102,控制所述电子束热蒸发系统启动,对所述基片的下表面进行薄膜沉积;具体的,向电子束热蒸发系统的电子枪发送指令,开始加热蒸发材料,进行薄膜沉积。进一步的,读取设于工件盘上的晶震膜厚控制仪的晶振结构所检测的膜厚数据,依据膜厚数据对薄膜沉积过程进行控制。

s103,启动工件盘转动基片;具体的,在镀膜过程中,保持工件盘转动基片。

s104,在下表面薄膜沉积完成后,关闭电子束热蒸发系统;具体的,在下表面薄膜沉积完成后,关闭电子束热蒸发系统,在条件达成后进入磁控溅射薄膜沉积流程。

s105,对真空室进行抽气,直至达到第二真空状态;具体的,在电子束热蒸发系统镀膜后,需要将真空室调整到适合磁控溅射系统的真空度。

s106,控制磁控溅射系统a和控制磁控溅射系统b启动,对基片的上表面进行薄膜沉积;具体的,向磁控溅射系统a或者磁控溅射系统b发送指令,控制磁控溅射系统a、控制磁控溅射系统b开始进行薄膜沉积,磁控溅射系统a、控制磁控溅射系统b可以交替进行,也可以同时进行。

s107,在上表面薄膜沉积完成后,关闭磁控溅射系统,控制工件盘停止转动;具体的,在上表面镀膜完成后关闭磁控溅射系统,工件盘停止转动,停止抽真空,完成整个镀膜工序,可以打开真空室腔门取出基片。

上述实施例的方法,通过将基片上下表面的薄膜沉积流程设置为一道工序完成,依次利用电子束热蒸发系统和磁控溅射系统进行薄膜沉积,充分利用了电子热蒸发的速度快、产量大和效率高的技术优点来执行薄膜结构复杂的工序,同时充分利用了磁控溅射稳定性好、控制效果好的技术优点来执行薄膜结构简单的工序;由此在双面薄膜沉积的场景中,极大地简化了薄膜沉积工序,提高了薄膜沉积效率。

为了进一步提升本申请的薄膜沉积设备的镀膜方法的薄膜沉积效果和效率,本实施例还提供了交替进行薄膜沉积的方案,以适应于特殊的薄膜沉积工艺。

在一个实施例中,在下表面第一阶薄膜沉积段完成后,关闭电子束热蒸发系统;在真空室达到第二真空状态后,控制磁控溅射系统a、磁控溅射系统b启动,对基片的上表面进行第一阶段薄膜沉积;在上表面进行第一阶段镀膜后,关闭磁控溅射系统,继续对下表面进行第二阶段薄膜沉积;依次类推,分别进行第二阶段、第三阶段,……等的薄膜沉积流程,直至对基片的下表面的各个阶段的薄膜沉积工序完成以及对上表面的各个阶段薄膜沉积工序完成。

上述实施例的技术方案,可以应用于特殊工艺条件下的薄膜沉积流程中,通过上下表面的交替进行薄膜沉积,从而可以得到更佳的镀膜效果。

参考图8所示,图8是另一个实施例的薄膜沉积设备的镀膜方法流程图,包括如下步骤:

s201,对真空室进行抽气,直至达到第一真空状态。

s202,控制电子束热蒸发系统的电子枪A启动,利用材料A对基片的下表面进行薄膜沉积。

s203,启动工件盘转动基片。

s204,在下表面完成材料A的薄膜沉积后,关闭电子枪A。

s205,启动电子枪B,利用材料B对基片的下表面继续进行薄膜沉积。

s206,在下表面完成材料B的薄膜沉积后,关闭电子枪B。

s207,对真空室进行抽气,直至达到第二真空状态。

s208,依次控制磁控溅射系统a、磁控溅射系统b启动,依次利用靶材a、b……对基片的上表面进行薄膜沉积。

s209,在利用各种靶材对基片的上表面完成薄膜沉积后,关闭磁控溅射系统,控制工件盘停止转动。

具体的,在完成上述工序后,可以打开真空室腔门取出基片,需要说明的是,上述实施例中列举了两个电子枪的技术方案,实际应用中可以根据需求来设置更多电子枪,其工作过程不再赘述。

上述实施例的技术方案,可以利用多个电子枪来执行不同材料的薄膜沉积,磁控溅射可以用不同靶材进行镀膜,从而可以适应于不同工艺的薄膜沉积,提高薄膜沉积效果。

下面阐述真空镀膜机的实施例。

本申请提供的一种真空镀膜机,其结构可以参考图1-6所示,其可以包括真空室,工件盘,以及上述实施例的薄膜沉积设备等等。

本实施例的真空镀膜机,通过上述实施例的薄膜沉积设备,结合热蒸发系统和磁控溅射系统的优点,在双面薄膜沉积的场景,在一个工序中分别完成薄膜沉积主要工序和增透薄膜工艺组合流程,从而简化了薄膜沉积工序,提高了薄膜沉积效率。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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