適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置，其結(jié)構(gòu)是在真空反應(yīng)室中設(shè)置有等離子體反應(yīng)氣盒和收/放卷裝置，所述收/放卷裝置設(shè)置在平置的滑動導(dǎo)軌上，所述等離子體反應(yīng)氣盒位于所述收/放卷裝置的上方，并通過提升架與真空反應(yīng)室上部的提升機構(gòu)相連接；所述等離子體反應(yīng)氣盒與所述收/放卷裝置之間的間隙構(gòu)成等離子體輝光放電區(qū)。本發(fā)明可在同一真空反應(yīng)室中集成多個卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置，并在多個柔性樣品上實現(xiàn)批處理真空鍍膜工藝。本發(fā)明適用于真空環(huán)境下高效連續(xù)的半導(dǎo)體薄膜生產(chǎn)工藝，并保證了批處理薄膜沉積時工藝條件的穩(wěn)定以及防止反應(yīng)氣體的交叉污染。
【專利說明】
適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種等離子體真空鍍膜裝置，具體地說是一種適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]卷對卷(Rol1-to-Rol I)制備技術(shù)是一種高效、低成本的大面積連續(xù)生產(chǎn)模式，適于各種可彎曲的柔性薄膜/軟板，其材質(zhì)包括多種類的柔性塑料(PET、PEN、PI)或不銹鋼卷帶。
[0003]將PECVD真空鍍膜工藝與卷對卷制程相結(jié)合是制備高質(zhì)量半導(dǎo)體薄膜材料的一種關(guān)鍵生產(chǎn)工藝，對于提高柔性電子器件和柔性光伏材料的生產(chǎn)效率具有重要意義。
[0004]傳統(tǒng)的卷對卷真空鍍膜生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)十分成熟，但是連續(xù)的卷對卷生產(chǎn)流程不能避免各道蒸鍍工藝之間的交叉污染，因此降低了柔性半導(dǎo)體材料和電子器件的質(zhì)量;另外各反應(yīng)腔室的反應(yīng)氣壓和沉積速率等參數(shù)無法獨立設(shè)定，因此無法完成一些特殊工藝或根據(jù)需要方便地調(diào)整工藝參數(shù)。
[0005]為了避免復(fù)雜多層柔性電子器件的各道沉積工藝間的交叉污染，提高器件的質(zhì)量，可采用一個能裝載柔性襯底并能實現(xiàn)收卷、放卷功能的收/放卷裝置。在樣品傳輸過程中不沉積薄膜，當該收/放卷裝置移動到指定的真空反應(yīng)室時，襯底被加熱到一定溫度，然后完成鍍膜。每個鍍膜腔室通過真空閥門有效隔離，這樣在各真空反應(yīng)室中依次沉積多層柔性電子器件所需的不同功能層。
[0006]采用收/放卷裝置完成卷對卷沉積鍍膜，會降低卷對卷制備技術(shù)的效率，因為該裝置所能承載的柔性襯底長度和重量有限，因而不利于產(chǎn)業(yè)化推廣。解決該難題的一個方法是:采用批處理模式，同時在多個料卷上真空鍍膜。但是隨之而產(chǎn)生的困難是，多個等離子體反應(yīng)鍍膜之間的放電互擾以及反應(yīng)殘留物在不同料卷沉積鍍膜時的擴散和交叉污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是提供一種適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置，以解決等離子體反應(yīng)鍍膜存在的交叉污染和等離子體放電時存在的相互干擾的問題。
[0008]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置，在真空反應(yīng)室中設(shè)置有等離子體反應(yīng)氣盒和收/放卷裝置，所述收/放卷裝置設(shè)置在平置的滑動導(dǎo)軌上，所述等離子體反應(yīng)氣盒位于所述收/放卷裝置的上方，并通過提升架與真空反應(yīng)室上部的提升機構(gòu)相連接;所述等離子體反應(yīng)氣盒與所述收/放卷裝置之間的間隙構(gòu)成等離子體輝光放電區(qū)。
[0009]所述等離子體反應(yīng)氣盒的主體為勻氣盒，在勻氣盒上設(shè)置有進氣管口，在勻氣盒的頂面分布有加熱絲，加熱絲用于對勻氣盒進行加熱；勻氣盒的底板為分布有出氣孔的出氣孔板，在勻氣盒上還設(shè)置有連接射頻電源的射頻饋線；在勻氣盒的外側(cè)面設(shè)置有封閉等離子體輝光放電區(qū)的屏蔽罩，在勻氣盒的外側(cè)面與屏蔽罩的內(nèi)側(cè)壁之間留有狹縫，在狹縫上部的勻氣盒頂板上開有與狹縫相通的抽氣孔，在勻氣盒的頂面邊緣設(shè)置有抽氣盒，勻氣盒頂板上的抽氣孔與抽氣盒相通，在抽氣盒的側(cè)壁上開有抽氣管口，用于外接抽真空栗，抽取等離子體輝光放電區(qū)中的反應(yīng)殘留物和副產(chǎn)物。
[0010]所述收/放卷裝置是在架體的頂面設(shè)置有下電極板，在架體的兩端分別設(shè)置有導(dǎo)向輥軸，導(dǎo)向輥軸的軸面上沿與下電極板的上板面持平或基本持平，在架體上還設(shè)置有兩個收放柔性襯底用的收/放卷輥軸，收/放卷輥軸的軸心線與導(dǎo)向輥軸的軸心線相互平行；兩個所述收/放卷輥軸的軸頭均伸出架體，并均外接一個傳動齒輪，在兩個傳動齒輪之間設(shè)置有張力感應(yīng)器。
[0011]在真空反應(yīng)室中設(shè)置有一層以上的上下分隔間，在每個分隔間內(nèi)均設(shè)置有等離子體反應(yīng)氣盒和收/放卷裝置，且下層分隔間內(nèi)的等離子體反應(yīng)氣盒與上層分隔間內(nèi)的等離子體反應(yīng)氣盒通過連接架相接，以在提升機構(gòu)的控制下實現(xiàn)同步、同幅升降。由此使得本發(fā)明能夠同時在多個柔性襯底上實現(xiàn)功率穩(wěn)定、高效和無污染的真空鍍膜。
[0012]在所述真空反應(yīng)室的每個分隔間的側(cè)壁上均設(shè)置有樣品進出口。
[0013]反應(yīng)氣體由進氣管口進入真空反應(yīng)室中的勻氣盒，并由出氣孔板勻氣后，進入等離子體輝光放電區(qū)；當?shù)入x子體反應(yīng)完成后，生成的反應(yīng)副產(chǎn)物或反應(yīng)殘留物通過抽氣盒、抽氣管口和外部的真空栗等排出。
[0014]收/放卷裝置可將一定幅寬和長度的柔性PEN、PET、PI塑料或不銹鋼襯底，通過卷繞的方式裝載到收/放卷輥軸上，通過導(dǎo)向輥軸改變方向后，覆蓋在收/放卷裝置的下電極板上;通過外接的伺服電機帶動收/放卷輥軸上的傳動齒輪，實現(xiàn)柔性襯底的收卷、放卷動作;收卷、放卷動作可正向和反方向進行，張力感應(yīng)器用于監(jiān)測柔性襯底的張力。
[0015]本發(fā)明中，等離子體反應(yīng)氣盒與收/放卷裝置構(gòu)成相對封閉的真空環(huán)境和等離子體輝光放電區(qū)，可避免多個所述的卷對卷反應(yīng)裝置沉積薄膜時等離子體放電的相互干擾以及反應(yīng)副產(chǎn)物或反應(yīng)殘留物之間的交叉污染。
[0016]本發(fā)明可在同一真空反應(yīng)室中集成多個卷對卷反應(yīng)裝置，并在多個柔性樣品上實現(xiàn)批處理真空鍍膜工藝。本發(fā)明適用于真空環(huán)境下高效連續(xù)的半導(dǎo)體薄膜生產(chǎn)工藝，并保證了批處理薄膜沉積時工藝條件的穩(wěn)定以及防止反應(yīng)氣體的交叉污染。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明真空鍍膜反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是等離子體反應(yīng)氣盒與收/放卷裝置部分的外部立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是等離子體反應(yīng)氣盒與收/放卷裝置部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1、等離子體反應(yīng)氣盒，2、收/放卷裝置，3、滑動導(dǎo)軌，4、樣品進出口，5、真空反應(yīng)室，6、提升架，7、真空栗接口，8、進氣管口，9、抽氣盒，10、射頻饋線，11、加熱絲，12、屏蔽罩，13、抽氣管口，14、勻氣盒，15、出氣孔板，16、等離子體輝光放電區(qū)，17、架體，18、導(dǎo)向輥軸，19、傳動齒輪，20、張力感應(yīng)器，21、收/放卷輥軸，22、下電極板，23、柔性襯底。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明是在真空反應(yīng)室5中設(shè)置有等離子體反應(yīng)氣盒I和收/放卷裝置2，等離子體反應(yīng)氣盒I位于收/放卷裝置2的上方，并通過提升架與真空反應(yīng)室上部的提升機構(gòu)相連接。等離子體反應(yīng)氣盒I用于進氣、抽氣、發(fā)生等離子體反應(yīng)和加熱;收/放卷裝置2用于柔性襯底的裝載和在真空反應(yīng)室間的傳輸以及放卷、收卷操作。等離子體反應(yīng)氣盒I與收/放卷裝置2之間的間隙構(gòu)成等離子體輝光放電區(qū)16。
[0022]圖1中，在真空反應(yīng)室5中設(shè)置有兩層上下分隔間(數(shù)量可有增減)，在上層分隔間和下層分隔間內(nèi)各設(shè)置一套等離子體反應(yīng)氣盒I和一套收/放卷裝置2，下層分隔間內(nèi)的等離子體反應(yīng)氣盒與上層分隔間內(nèi)的等離子體反應(yīng)氣盒通過連接架相接，以在提升機構(gòu)的控制下實現(xiàn)同步、同幅的升降。每個分隔間內(nèi)的收/放卷裝置2設(shè)置在平置的滑動導(dǎo)軌3上，滑動導(dǎo)軌3分設(shè)在真空反應(yīng)室5的隔層和底面。在真空反應(yīng)室5的每個分隔間的側(cè)壁上均設(shè)置有樣品進出口 4。
[0023]圖1中，收/放卷裝置2通過由步進電機帶動的滑動導(dǎo)軌3進行傳輸，通過樣品進出口 4進入到真空反應(yīng)室5中。多個等離子體反應(yīng)氣盒I通過連接架連接，并由提升架6和提升機構(gòu)帶動同步升降。當收/放卷裝置2到達真空反應(yīng)室中的指定位置時，提升架6帶動多個等離子體反應(yīng)氣盒I整體下降，并與收/放卷裝置2對接，形成多個卷對卷反應(yīng)裝置，進而實現(xiàn)批處理卷對卷真空鍍膜操作。圖1是以兩層卷對卷反應(yīng)裝置為例說明本發(fā)明的工作原理，可擴展到更多層的結(jié)構(gòu)上。
[0024]如圖1所示，真空反應(yīng)室5由真空栗接口7抽取真空，當多個卷對卷反應(yīng)裝置同時沉積薄膜時，少量泄露的反應(yīng)氣體或副產(chǎn)物可通過真空栗接口 7被抽出，從而避免各卷對卷反應(yīng)裝置之間的交叉污染，保證了薄膜沉積的質(zhì)量。
[0025]如圖2、圖3所示，所述等離子體反應(yīng)氣盒I的主體是勻氣盒14，在勻氣盒14上設(shè)置有進氣管口 8，在勻氣盒14的頂面分布有加熱絲11，加熱絲11用于對勻氣盒14進行加熱。勻氣盒14的底板為開有出氣孔的出氣孔板15，出氣孔板15上的出氣孔呈矩陣排布。在勻氣盒14上還設(shè)置有連接射頻電源的射頻饋線10。在勻氣盒14的外側(cè)面設(shè)置有屏蔽罩12，用以封閉等離子體輝光放電區(qū)。在勻氣盒14的外側(cè)面與屏蔽罩12的內(nèi)側(cè)壁之間留有狹縫，在狹縫上部的勻氣盒頂板上開有與狹縫相通的抽氣孔，在勻氣盒14的頂面邊緣設(shè)置有抽氣盒9，勻氣盒頂板上的抽氣孔與抽氣盒9相通，在抽氣盒9的側(cè)壁上開有抽氣管口 13(圖2)，用于外接真空栗，抽取等離子體輝光放電區(qū)16中的反應(yīng)殘留物和副產(chǎn)物。
[0026]如圖2、圖3所示，所述收/放卷裝置2是在架體17的頂面設(shè)置有下電極板22，在架體17的兩端分別設(shè)置有導(dǎo)向輥軸18，導(dǎo)向輥軸18的軸面上沿與下電極板22的上板面持平或基本持平，在架體17上還設(shè)置有兩個收放柔性襯底用的收/放卷輥軸21，收/放卷輥軸21的軸心線與導(dǎo)向輥軸18的軸心線相互平行。圖2中，兩個收/放卷輥軸21的軸頭均伸出架體，并均外接一個傳動齒輪19，兩個傳動齒輪19通過齒輪傳動機構(gòu)與伺服電機相接，以實現(xiàn)放卷和收卷操作。在兩個傳動齒輪19之間設(shè)置有張力感應(yīng)器20，以檢測纏繞在兩個收/放卷輥軸21上的柔性襯底23的張力(圖3)。
[0027]本發(fā)明的工作過程是:等離子體反應(yīng)氣盒I和收/放卷裝置2共同構(gòu)成封閉的真空環(huán)境和等離子體輝光放電區(qū)16，如圖3中的黑色箭頭所示，反應(yīng)氣體由進氣管口 8進入勻氣盒14，并由勻氣盒14底部的出氣孔板15勻氣后，進入等離子體輝光放電區(qū)16。柔性襯底23裝載并在收/放卷輥軸21上并鎖緊，通過導(dǎo)向輥軸18改變方向后，覆蓋在下電極板22的頂面。通過外部的伺服電機帶動傳動齒輪19，實現(xiàn)柔性襯底23的收卷和放卷動作。在收卷和放卷的過程中，由張力感應(yīng)器20監(jiān)測柔性襯底23的張力，通過調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，來維持柔性襯底23的繃緊狀態(tài)。在柔性襯底23通過等離子體輝光放電區(qū)16時，通過與外部恒溫電源電連接的加熱絲11，對等離子體反應(yīng)氣盒I進行整體加熱，并通過熱輻射的方式對下電極板22上的柔性襯底23進行加熱。射頻電源通過射頻饋線10加到勻氣盒14上，屏蔽罩12起到屏蔽電場和反射熱量的作用，勻氣盒14的底面(即出氣孔板15)與下電極板22共同構(gòu)成平行電極板，以在等離子體輝光放電區(qū)16產(chǎn)生頻率、功率穩(wěn)定均勻的等離子體。反應(yīng)氣體被分解后發(fā)生化學(xué)氣相反應(yīng)，并沉積在柔性襯底23上，隨著料卷的傳動，直至在整個柔性襯底上蒸鍍上一層薄膜(此即為真空鍍膜)。反應(yīng)殘留物和副產(chǎn)物由抽氣盒9導(dǎo)出，并通過抽氣管口 13和真空栗抽出。
[0028]本發(fā)明實施例的部分部件的規(guī)格或參數(shù)如下:
柔性襯底為35cm幅寬、50?10m長的柔性PEN、PET、PI塑料或不銹鋼襯底料卷。屏蔽罩15內(nèi)側(cè)面和勻氣盒17外側(cè)壁之間的間距小于等于2mm，以保證不產(chǎn)生寄生放電。等離子體反應(yīng)氣盒I和收/放卷裝置2均采用鋁材制作;屏蔽罩15和勻氣盒17之間連接的螺絲為陶瓷螺絲；下電極板25的尺寸為35cm X 35cm X 3mm的不銹鋼板;收/放卷棍軸24的直徑為75?80mm;導(dǎo)向輥軸的直徑為85?90mm;加熱絲可提供的加熱溫度為200?300°C ；射頻電源頻率為40?60MHz。
【主權(quán)項】
1.一種適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置，其特征是，在真空反應(yīng)室中設(shè)置有等離子體反應(yīng)氣盒和收/放卷裝置，所述收/放卷裝置設(shè)置在平置的滑動導(dǎo)軌上，所述等離子體反應(yīng)氣盒位于所述收/放卷裝置的上方，并通過提升架與真空反應(yīng)室上部的提升機構(gòu)相連接;所述離子體反應(yīng)氣盒與所述收/放卷裝置之間的間隙構(gòu)成等離子體輝光放電區(qū)； 所述等離子體反應(yīng)氣盒的主體為勻氣盒，在勻氣盒上設(shè)置有進氣管口，在勻氣盒的頂面分布有加熱絲，加熱絲用于對勻氣盒進行加熱；勻氣盒的底板為分布有出氣孔的出氣孔板，在勻氣盒上還設(shè)置有連接射頻電源的射頻饋線；在勻氣盒的外側(cè)面設(shè)置有封閉等離子體輝光放電區(qū)的屏蔽罩，在勻氣盒的外側(cè)面與屏蔽罩的內(nèi)側(cè)壁之間留有狹縫，在狹縫上部的勻氣盒頂板上開有與狹縫相通的抽氣孔，在勻氣盒的頂面邊緣設(shè)置有抽氣盒，勻氣盒頂板上的抽氣孔與抽氣盒相通，在抽氣盒的側(cè)壁上開有抽氣管口； 所述收/放卷裝置是在架體的頂面設(shè)置有下電極板，在架體的兩端分別設(shè)置有導(dǎo)向輥軸，導(dǎo)向輥軸的軸面上沿與下電極板的上板面持平或基本持平，在架體上還設(shè)置有兩個收、放柔性襯底用的收/放卷輥軸，收/放卷輥軸的軸心線與導(dǎo)向輥軸的軸心線相互平行;兩個所述收/放卷輥軸的軸頭均伸出架體，并均外接一個傳動齒輪，在兩個傳動齒輪之間設(shè)置有張力感應(yīng)器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置，其特征是，在所述真空反應(yīng)室中設(shè)置有一層以上的上下分隔間，在每個分隔間內(nèi)均設(shè)置有等離子體反應(yīng)氣盒和收/放卷裝置，且下層分隔間內(nèi)的等離子體反應(yīng)氣盒與上層分隔間內(nèi)的等離子體反應(yīng)氣盒通過連接架相接，以在提升機構(gòu)的控制下實現(xiàn)同步、同幅升降。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于批處理的卷對卷真空鍍膜反應(yīng)裝置，其特征是，在所述真空反應(yīng)室的每個分隔間的側(cè)壁上均設(shè)置有收/放卷裝置進出口。
【文檔編號】C23C16/54GK106086822SQ201610603747
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610603747.5, CN 106086822 A, CN 106086822A, CN 201610603747, CN-A-106086822, CN106086822 A, CN106086822A, CN201610603747, CN201610603747.5
【發(fā)明人】于威, 劉海旭, 傅廣生, 楊彥斌, 張子才, 趙蔚, 王春生
【申請人】河北大學(xué)