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TWI518193B - 真空鍍覆的方法與裝置 - Google Patents

真空鍍覆的方法與裝置 Download PDF

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TWI518193B
TWI518193B TW100126157A TW100126157A TWI518193B TW I518193 B TWI518193 B TW I518193B TW 100126157 A TW100126157 A TW 100126157A TW 100126157 A TW100126157 A TW 100126157A TW I518193 B TWI518193 B TW I518193B
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TW
Taiwan
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chamber
evaporator
substrate
vacuum
substrate carrier
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TW100126157A
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English (en)
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TW201211286A (en
Inventor
托斯騰 許毛德
君特 柯恩
Original Assignee
萊寶光電有限公司
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Publication date
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Application filed by 萊寶光電有限公司 filed Critical 萊寶光電有限公司
Publication of TW201211286A publication Critical patent/TW201211286A/zh
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    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Description

真空鍍覆的方法與裝置
本發明關於申請專利範圍獨立項的引文的一種裝置與方法。
將基材用分批操作以作真空鍍覆的系統作習知者。因此舉例而言,DE 37 31 688 A1或EP 1 947 211 A1各提到一種用一真空室將基材鍍金屬的裝置,在真空室中至少設有一蒸發器源以及一在二文獻中作不同設計的裝置以施加電漿聚合化的保護層,並有多數繞一中心軸轉動的行星基材保持器,利用此習知系統,由於基材保持器很佔空間,故充料時間較久,大於10分鐘範圍。
充料時間短得多的批次設備同樣為習知者--在本申請人的Pylon Met的濺鍍設備約4~5分鐘。其特徵為,設濺鍍源的技術成本很大。
本發明的目的在提供一種裝置與方法,其中可利用很小的成本將金屬層施到基材上,施覆品質高,充填時間短,且生產力高。
此目的係利用申請專利範圍獨立項的特點達成,有利的實施例見於申請專利範圍附屬項。
依本發明的一種真空鍍覆裝置,將基材在一真空室中作真空鍍覆,該真空鍍覆裝置包含一長形延伸的蒸發器枱,及一第一基材載體裝置;
該蒸發器枱具有多數沿一垂直縱軸設置的蒸發器元件;
該第一基材載體裝置與該蒸發器枱相關聯且具一第一塔架;該第一塔架可繞一第一旋轉軸旋轉且具有保持手段以將基材保持,其中該縱軸與該第一旋轉軸之間偏離一角度,小於10°;其中,
該裝置有至少一個與該蒸發器枱相關的第二基材載體裝置,該第二基材載體裝置具有一可繞一第二旋轉軸轉動的第二塔架,該第二塔架具有保持手段以將基材保持;
其中該二個塔架的軸相對於該蒸發器枱的縱軸設計成固定;
在該縱軸和第二旋轉軸之間偏離了小於10°的角度,且該蒸發器枱與第一基材載體裝置及該至少一第二基材載體裝置設成使得利用該蒸發枱作鍍覆,該第一基材載體裝置和該至少一第二基材載體裝置的基材的鍍覆品質相同。
「垂直」一字係相關於真空室(當作參考系統)而言。「品質」一詞係指鍍覆的性質的參數,特別是層厚度、反射因數及/或顏色印象。蒸發器元件相對於塔架(Pylon)的旋轉軸的空間朝向係靜態者。蒸發器枱(Verdampferbank)不是繞其縱軸轉動;同樣,基材載體裝置也非繞蒸發器枱轉動,如果縱軸與蒸發器枱以及旋轉軸之間各偏離少於10°的角度,則可用簡單方式使該裝置達成同類幾何組態(Konfiguration),因此利用此蒸發器枱將基材鍍覆的品質係相或至少相似者。為此,第一及該至少一第二基材載體裝置在考慮到個別蒸發器元件及蒸發器枱的空間輻射特性呈整體相對於蒸發器枱設在幾何上相等的位置。此處,蒸發器元件的輻射特性係指一建入到蒸發器枱中的蒸發的材料的總密度和角度的關係。
本發明之用於將基材真空鍍覆的裝置可使設備的設計特別緊密且利用蒸發器枱產生的鍍覆蒸氣能充分利用,因為該至少二個基材載體具有固定軸的塔架(Pylon)。本發明也包含二個以上的塔架的情形。如果在縱軸與蒸發器枱及旋轉軸角的角度偏離少於10°,則可用簡單方式達成裝置之同類幾何組態,因此利用蒸發枱造成的基材鍍覆成用具有相同(或至少相似)的性質。特別是真空室、蒸發器枱及相關之基材載體裝置設計成使充料時間很短,在4~8分範圍。特別是該基材為三度空間的基材,例如用於汽車領域、電腦通訊、或消費者電子裝置者,基材特別是由塑膠材料構成者,但也可由金屬材料或玻璃構成,它們也可用較小的充填量提供。
利用本發明,儘管充填量較小,換言之同時要鍍覆的工作物件數較小,但鍍覆程序仍有高的產量。
本發明另一實施例的特點為:該蒸發器枱有至少一蒸發器元件,該蒸發器元件具有一水平縱延伸部及一種輻射特性,此輻射特性對一平面呈鏡像對稱,該平面由該縱延伸段及該縱軸夾成。
其中「水平」係指真空室作為參考系統。最簡單的情形,這點係可利用一夾入在蒸發器保持件之間的蒸發器元件(例如一金屬絲(Metallfilament)或一金屬線圈(Metallwendel)達成。一第一蒸發器保持件在一第一端側的區域將蒸發器元件保持住,一第二蒸發器保持件在一第二端側的區域將蒸發器元件保持住。將第一及第二端側固定在第一或第二保持件的固定方式在幾何上係同類者,因此輻射特性對稱於一軸,該軸延伸通過蒸發器元件的縱延伸段。
當然,一般多數蒸發器元件具有上述鏡像對稱的輻射特性,在一第一及一第二基材載體裝置的情形,蒸發器元件宜設在互相對立的基材載體裝置間,在四個基材載體裝置的情形,它們宜設成一正方形的組態。
本發明又一實施例的特點為:設有至少一處理源,與至少第一基材載體裝置或另外的基材載體裝置相關關。如果處理源包含一蒸發器枱,則此裝置的產能在利用熱蒸發作真空鍍覆方面可提高。如果該處理源為與蒸發器枱不同的處理源,則可用簡單方式將基材作混合式真空蒸鍍。
蒸發器元件特別是沿一垂直縱軸設置,且設有一與第一基材載體裝置相關聯的電漿源。它設成使電漿處理朝向第一基材載體裝置。此外,在蒸發器枱之背向第一基材載體裝置的那一側上可設一第二基材載體裝置及一與該第二基材載體裝置配合的第二電漿源,第二基材載體裝置具有一第二塔架(Pylon)(它有保持手段將基材保持住),第二電漿源設成使第二基材載體裝置被第二電漿源以與第一基材載體裝置受第一電漿源處理之相當的方式處理。
本發明再一實施例的特點在於:
該真空室具有
--一第一部分室,它在真空室的壁中具有一開口;
--至少一第一部分室,與第一部分室呈門狀配合,利用第二部分室可將該開口封閉使真空不洩漏;
其中該蒸發器枱、第一基材載體裝置及至少一第二基材載體裝置與處理源設在或可設在該至少一第二部分室中。
第二部分室可相對於第一部分室定位,因此蒸發器枱和第一及該至少一第二基材載體裝置很容易探手可及,因此其作業(特別是將蒸發器元件設以蒸發材料以及將基材載體裝置隨基材運送)變較容易。最好該第二部分室可利用一樞轉裝置或利用一移動裝置相對於第一部分室定位。如此可配合本發明真空鍍覆裝置的裝設的空間條件。
本發明另一實施例的特點為:該真空室有另一真空室,設計成與第二真空室類似且和第一部分室呈門狀配合,利用此另一真空室可將第一部分室的開口封閉成密不漏真空。如此,該裝置可交替地用第二部分室及其他部分室操作,在交替操作中,該部分室之一各定位成使該開口封閉成密不透真空,而另一部分室定位成使裝在其表面的蒸發器枱與基材載體裝置可探手而及。利用該部分室(它將第一部分室的開口密封成不漏真空),可在真空室中將基材鍍覆,而另一部分室則定位成開放方式,且舉例而言,可用於操作蒸發枱和基材載體裝置。
本發明的用於將基材作真空鍍覆的方法的特點為:利用前述任一項申請專利範圍的裝置作真空鍍覆。
本發明的方法的一實施例的特點為:利用該蒸發器枱,作一金屬材料的熱蒸鍍,特別是包含以下至少一種金屬者:鋁、銅、錫、鉻、鈦、鉭、金、銀、銠、鈀、或鎳。因此可將特別是三度空間的基材廉價地鍍金屬。
本發明另一實施例的特點為:它利用至少一處理源利用閃光放電(Glimmentladung)將基材處理,藉此特別是在鍍覆前可將基材作預處理。
本發明又一實施例的特點為:利用至少一處理源用一閃光放電程序將基材處理。特別是用於將一表覆層(Top Coat-Schicht)施到鍍金屬的基材表面上。
在以下,本發明利用實施例和圖式詳細說明,本發明的其他特點和優點也可見於申請專利範圍。
圖1中顯示一種將基材在一真空室中作真空鍍覆的裝置(1)的簡化圖,該基材特別是三度空間的基材,例如用於汽車領域、電腦、通訊或消費者電子裝置或類似物。基材宜由一塑膠材料構成,但也可為其他材料。該裝置(1)除了圖未示的元件(特別是泵的接頭及程序氣體用的供應裝置)外還包含一長形延伸的蒸發器枱(10),蒸發器枱(10)具有多數蒸發器元件(10a)(10b),蒸發器元件沿一縱軸(40)設置,舉例而言,呈塔架狀設在具有長形延伸的載體元件(10b)(10c)的框式結構中。舉例而言,蒸發器元件(10a)可設在一段150cm~200cm的長度範圍,其中在載體元件(10b)(10c)之間的距離,舉例而言,可為20~30cm之間。舉例而言,蒸發器元件(10a)可設計成作熱蒸發,特別是設計成適合夾入在載體元件(10b)(10c)之間的金屬絲或金屬線圈,它們具有水平之對稱軸。最好,蒸發器元件用鋁絲充滿。當加熱時(例如由於電流通過)金屬蒸發,因此金屬蒸氣從真空室枱的區域出來並擴散到周圍空間並沈積到工作物上。
此外,該裝置(1)包含一第一基材載體裝置(21),它可繞一可驅動的旋轉軸(41)轉動且設計成塔架(Pylon)(亦即柱狀架構造)形式。圖1中為了簡明,並不顯示基材載體裝置(21)其他細節以及被該基材載體裝置(21)容納的基材。旋轉軸(41)宜平行於縱軸(40)朝向,其中很明顯地,旋轉軸(41)和縱軸(40)的朝向可偏離一小小角度,例如小於10°。
此外該裝置(1)包含一第二基材載體裝置(22)〔它具有一旋轉軸(42)〕,它設計成第一基材載體裝置(21)相似。旋轉軸(42)和旋轉軸(41)相似,對縱軸(40)成平行朝向,或偏離了少於10度的角度,旋轉軸(41)(42)相對於縱軸(40)固定。
顯然,本發明也可包含具有多於二個基材載體裝置的裝置(1),這些基材載體裝置各具有一個具有保持手段的塔架(Pylon),以保持基材,其中在蒸發器枱的縱軸與塔架的旋轉軸之間的角度偏離少於10°。
此外本發明包含一些基材載體裝置,它們具有行星保持手段以保持基材,行星保持手段可繞一些旋轉軸轉動,這些旋轉軸與該塔架繞著的旋轉軸不同。
此外該裝置(1)包含基材的處理源,設計成電漿源(31)(32)形式,電漿源(31)(32)包含激勵手段以在一區域〔基材載體裝置(21)(22)設在此區域中〕激發電漿放電,以將基材作電漿處理。處理源(特別是電漿源)可設計成用於將基材表面預處理及/或作電漿鍍覆(特別利用電漿CVD)。此外,特別是可設一入口以供反應氣體進入。
在圖1中所示之實施例,電漿源(31)包含一電極(31a)和一個對立電極(31b)及一(圖未示)接地的真空容器,以產生一電漿,特別是閃光放電以將一或數基材的要處理的表面作處理。電極(31a)(31b)設計成板狀,其幾何形狀係大致平行於旋轉軸(41)長長延伸。此外圖1顯示與基材保持裝置(22)相關之電漿源(32)的類似之電極(32a)和對立電電極(32b)。最好電漿源(31)(32)用一種交流電壓操作,其頻率特別是在1赫~350MHz之間,特宜在40KHz。
顯然,本發明也可包含其他設計,以及不同數目的處理源,特別是設計成用於作電漿化學蒸鍍程序的電漿源,舉例而言,利用它可將一表覆層施到一金屬層上。此外,當然,本發明也可包含分別之電漿源,對基材作特定處理。此外,也可將處理源之一用於多於一個處理程序,例如閃放電及PECVD。
蒸發器枱(10)和處理源(31)(32)沿旋轉軸(41)(42)方向的度量設計係用於將空間的終端效應補償,換言之,在此處情形係使蒸發器枱(10)或處理源(31)(32)略超出基材載體裝置(21)(22)的端區域之外。此外,在蒸發器枱(10)或基材載體裝置(21)(22)的終端區域中的(例如鍍覆速率)下降,可藉著將蒸發器元件沿縱軸(40)互相的距離作對應的調整而補償。但也可用其他措施將空間終端效應補償,例如在端區域的一中央區域作遮捲(Blenden)。
圖1a顯示本發明一實施例的剖視圖,具有一蒸發器枱及二個基材載體裝置(221)(22),它們對一蒸發器元件(210a)的一縱延伸部(250)設成鏡像對稱,且各繞其縱軸(241)(242)旋轉。蒸發器枱由二個載體元件(210b)(210c)構成,其上各至少設一蒸發器保持件(211b)(211c),它們將蒸器元件(210a)保持住,蒸發器元件(210a)的水平縱延伸段(250)相當於蒸發器枱(10)的水平縱延伸段。
圖1b顯示本發明一實施例的側視圖,具有四個基材載體裝置(221)(222)(223)(224),對一蒸發器元件(210a)的縱延伸段(250)設成鏡像對稱或對蒸發器元件(210a)的中央點設成點對稱,它們各繞其縱軸(241)(242)(243)(244)轉動。
圖2顯示本發明另一實施例的剖面圖,具有一裝置(2),它包含一真空室(175),該真空室包含一第一部分室(175a)、一第二部分室(180)及另一部分室(180a)。部分室(175a)具有一壁(185)的開口,它可被第二部分室(180)封閉成密不漏真空。另一部分室(18a)同樣可將此開口封閉成密不漏真空的方式。部分室(180)(180a)設計成門狀。利用一樞接裝置可將部分室(180)及部分室(180a)相對於部分室(175a)定位。圖2中顯示部分室(180a)的一樞轉軸,部分室(180a)可繞它樞轉使開口打開。部分室(180)設有一相關之樞轉軸,當然,部分室(180)及(180a)可輪流打開及關閉,且對應的門止擋件互相對立朝向。
部分室(180)包含一蒸發器枱(110)及基材載體裝置(121)(122),與圖1所示相似。此外部分室(180)包含電極(131)(132),它們各和基材保持裝置(121)(122)配合,且可隨部分室(180)一起樞轉。另一電極(130)或(130’)設在部分室(175a)中,因此電極(130)(131)或(130’)(132)各形成一對電極在閉路的狀態,電極(130)(131)或(130’)(132)可使一電漿形成利用它可將設在基材保持裝置(121)(122)中的基材作處理。
圖2另外顯示一可樞轉的室(180a),它具有基材載體裝置(121a)(122a)及電極(131a)(132a)。在基材載體裝置(121a)(122a)之間,在部分室(180a)中設有一蒸發器枱(110)。部分室(180a)可繞樞軸軸(181)樞轉,以將部分室(175a)的壁(185)的開口封閉,其中,當然部分室(180)先前係對應地定位,以將壁(185)中的開口開放。在關閉的狀態,然部分室(180a)樞轉時(180a)利用壁(185a)及壁(185)可造成一連貫的壁,特別是密不漏真空者。
藉著將處理源(31)(32)分成二部分,使鍍覆過程之間的等待(維修)時間大大縮短,其中門可在單一工作步驟中打開或關閉,且所有可能要維修或更換的元件[載體元件(10a)(10b)(10c)、基材]設在門內。
此外設有一接頭(150)以連接產生氣體的程序的程序泵,它宜對基材載體裝置(121)(122)對稱設置,俾確保在基材載體裝置(121)(122)的區域中的真空比例相同。當然本發明也包含接頭(150)不對稱的設置方式。
裝置(2)在部分室(175a)的範圍中有接頭,以接到至少一高真空泵(特別是一擴散泵,且宜為油擴散泵)以及將水蒸氣移除裝置(特別是一抽水的冷阱)。當然,部分室(170a)除了元件(160)(170)外還包含未詳細說明之控制手段。
(1)...〔將基材作真空鍍覆的〕裝置
(2)...〔將基材作真空鍍覆的〕裝置
(10)...蒸發器枱
(10a)...蒸發器元件
(10b)...載體元件
(10c)...載體元件
(21)...基材載體裝置
(22)...基材載體裝置
(31)...處理源
(31a)...電極
(31b)...對立電極
(32)...處理源
(32a)...電極
(32b)...對立電極
(40)...縱軸
(41)...〔基材載體裝置的〕縱軸
(42)...〔基材載體裝置的〕縱軸
(110)...蒸發器枱
(110a)...蒸發器枱
(121)...基材保持裝置
(121a)...基材保持裝置
(122)...基材保持裝置
(122a)...基材保持裝置
(130)...電極
(130’)...電極
(131)...對立電極
(131a)...對立電極
(132)...對立電極
(132a)...對立電極
(150)...端子
(160)...控制手段
(170)...控制手段
(175)...真空室
(175a)...第一部分室
(180)...第二部分室
(180a)...其他部分室
(181)...樞轉軸
(185)...壁
(185a)...壁
(210a)...蒸發器元件
(210b)...載體元件
(210c)...載體元件
(211a)...蒸發器保持手段
(211b)...蒸發器保持手段
(221)...基材載體裝置
(222)...基材載體裝置
(223)...基材載體裝置
(224)...基材載體裝置
(241)‧‧‧〔基材載體裝置的〕縱軸
(242)‧‧‧〔基材載體裝置的〕縱軸
(243)‧‧‧〔基材載體裝置的〕縱軸
(244)‧‧‧〔基材載體裝置的〕縱軸
(250)‧‧‧水平縱向延伸段
圖1係一本發明之用於將基材作真空鍍覆的裝置的視圖,具有一蒸發器枱,二個基材載體裝置,及二個電漿源;
圖1a係一本發明之用於將基材作真空鍍覆的裝置的視圖,具有一蒸發器枱,二個基材載體裝置,及一個夾入一夾入保持手段中的蒸發器線圈;
圖1b係一本發明之用於將基材作真空鍍覆的裝置的視圖,具有一蒸發器枱,四個基材載體裝置,及一個夾入一夾入保持手段中的蒸發器線圈;
圖2係一本發明裝置的剖面圖,具有一第一部分室及二個與第一部分室呈門狀配合的另外的部分室。
(2)...〔將基材作真空鍍覆的〕裝置
(110)...蒸發器枱
(121)...基材保持裝置
(122)...基材保持裝置
(122a)...基材保持裝置
(130)...電極
(130’)...電極
(131)...對立電極
(131a)...對立電極
(132a)...對立電極
(150)...端子
(160)...控制手段
(175)...真空室
(175a)...第一部分室
(180a)...其他部分室
(181)...樞轉軸
(185)...壁
(185a)...壁

Claims (14)

  1. 一種真空鍍覆裝置,將基材在一真空室(175)中作真空鍍覆,該真空鍍覆裝置(1)包含一長形延伸的蒸發器枱(10)(110)(110a),及一第一基材載體裝置(21)(121)(221);該蒸發器枱(10)(110)(110a)具有多數沿一垂直縱軸(40)設置的蒸發器元件(10a)(210a);該第一基材載體裝置(21)(121)(221)與該蒸發器枱(10)(110)(110a)相關聯且具一第一柱狀塔架結構;該第一塔架結構可繞一第一旋轉軸(41)(241)旋轉且具有保持手段以將基材保持,其中該縱軸(40)與該第一旋轉軸(41)(241)之間偏離一角度,小於10°;該裝置(1)有至少一個與該蒸發器枱(10)(110)(110a)相關的第二基材載體裝置(22)(122)(222),該第二基材載體裝置具有一可繞一第二旋轉軸(42)(242)轉動的柱狀第二塔架結構,該第二塔架結構具有保持手段以將基材保持;其中該二個塔架結構的軸相對於該蒸發器枱的縱軸(40)設計成固定;該蒸發器枱(10)(110)(110a)不繞其縱軸旋轉,且該基材載體裝置(21)(121)(221)(22)(122)(222)不能繞該蒸發枱(10)(110)(110a)旋轉,且在該縱軸(40)和第二旋轉軸(42)(242)之間偏離了小於10°的角度。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置,其中:該蒸發器枱(10)有至少一蒸發器元件(10a)(110)(110a),該蒸發器元件(10a)(110)(110a)具有一水平縱延伸部(250)及一種輻射特性,此輻射特性對一平面呈 鏡像對稱,該平面由該縱延伸段(250)及該縱軸(40)夾成。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置,其中:設有至少一處理源(31)(32),與至少第一基材載體裝置(21)(121)(221)或另外的基材載體裝置(22)(122)(222)(223)(224)相關關。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置,其中:該真空室(175)具有--一第一部分室(175a),它在真空室(175)的壁(185)中具有一開口;--至少一第一部分室(180)(180a),與第一部分室呈門狀配合,利用第二部分室可將該開口封閉使真空不洩漏;其中該蒸發器枱(110)、第一基材載體裝置(121)及至少一第二基材載體裝置(122)與處理源(31)(32)設在或可設在該至少一第二部分室中。
  5. 如申請專利範圍第4項之裝置,其中:該第二部分室(180)可利用一樞轉裝置或利用一移動裝置相對於第一部分室(175a)定位。
  6. 如申請專利範圍第4項之裝置,其中:該真空室(175)有另一真空室(180a),設計成與第二真空室(180)類似且和第一部分室呈門狀配合,利用此另一真空室(180a)可將第一部分室的開口封閉成密不漏真空。
  7. 如申請專利範圍第2項之裝置,其中:該至少一處理源(31)(32)設計成電漿源的形式,它具有至少一對電極(31a)(31b),(32a)(32b),(130)(131), (130)(131a),(130’)(132),(130’)(132a),且宜含至少一板形電極。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置,其中:該第一部分室的至少一對電極的至少一電極(130)(130’)以及該至少一對電極的至少一相關的對立電極(131)(131a)(132)(132a)設在第二部分室(180)(180a)中,其中對立電極(131)(131a)(132)(132a)與第二部分室(180)(180a)可一起相對於第一部分室(175a)定位。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置,其中:該蒸發器枱(10)與處理源(31)(32)的度量設計成使它們突伸超出基材載體裝置(21)(22)的端區域之外,以將空間終端效應作補償。
  10. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置,其中:蒸發器元件(10a)或基材載體裝置(21)(22)的端區域中的鍍覆速率的減少作補償。
  11. 一種將基材作真空鍍覆的方法,其特徵在:利用前述任一項申請專利範圍的裝置作真空鍍覆。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法,其中:利用該蒸發器枱(10)(110)(110a),作一金屬材料的熱蒸鍍,該金屬材料包含以下至少一種金屬者:鋁、銅、錫、鉻、鈦、鉭、金、銀、銠、鈀、或鎳。
  13. 如申請專利範圍第11或第12項之方法,其中:利用至少一處理源(31)(32)用一閃光放電程序將基材處理。
  14. 如申請專利範圍第11項之方法,其中:利用至少一處理源(31)(32)將該基材用電漿化學蒸鍍程序處理。
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