CN102312212B - 扫描镀膜装置及扫描镀膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体，平面显示器和太阳能行业的镀膜生产的镀膜装置及镀膜组件。一种扫描镀膜装置，包括镀膜源、真空腔体室和基板传输模块，而所述镀膜源为PVD源、LPCVD源、PECVD源或ALD源；所述真空腔体室包围所述镀膜源；所述镀膜源的镀膜源工作面与水平面所成角度为α，65＜α＜90或90＜α＜115°。本发明的镀膜源与基板的相互位置关系以及镀膜源的结构使所述扫描镀膜装置实现了同时对移动中的两片无边框的基板连续进行沉积镀膜，使得生产效率加倍；大幅提高源材料利用率；镀膜源被两片基板包围，热量损失小，可减少所述扫描镀膜装置的腔体壁上形成的镀膜，装置内壁清洁。扫描镀膜组件可同时对多基板进行沉积镀膜，使得生产效率提高若干倍。

Description

扫描镀膜装置及扫描镀膜组件

技术领域

本发明涉及一种用于半导体，平面显示器和太阳能行业的镀膜生产的镀膜装置及镀膜组件。

背景技术

PVD(磁控溅射沉积或溅镀)、PECVD(等离子增强型化学气相沉积)和ALD(原子层沉积)是半导体、LED、太阳能等行业中被广泛使用的薄膜镀膜技术。

PVD镀膜技术是指等离子体中离子在电场作用下，加强撞击靶材，靶材溅射出来并沉积在基板上。

LPCVD(低压化学气相沉积)镀膜没有借助等离子而直接利用化学气体反应在基板成膜。

PECVD镀膜技术是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，从而在基板上沉积出薄膜。PECVD方法是镀膜方法中较为简单的一种，在制备大面积薄膜均匀性方面性能突出。

ALD是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。

然而传统的镀膜方法通常只能进行水平单基板镀膜，生产效率低。

已有的基板与水平面垂直的镀膜装置，譬如，Optisolar公司的美国专利US2010/0151680(2010-6-17)公开了太阳能电池制备中能够加强温度均匀性的基板载体装置，虽然该专利可能使人联想到其包含有不是水平设置的镀膜源，但如何设置可行的镀膜源的技术方案并没有公开。

三星公司的CN200510093332.X(2006-3-1)公开了一种有机物蒸镀装置，其中包含使基片相对地面保持70°至100°角度的室、用于喷射需要蒸镀到所述基片上的有机物的有机物喷嘴部和使所述有机物喷嘴部按垂直方向移动的移送装置。该装置中的基板保持静止，有机物喷嘴运动，每块基板需要在镀膜结束后再出室，镀膜源需间歇性停止工作，该镀膜装置是非连续性镀膜装置，并且使有机物喷嘴移动的装置较复杂。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种可连续并同时对两片基板进行沉积镀膜的、镀膜源外壁清洁、设计简单、生产成本低的扫描镀膜装置。

本发明的目的之二是提供一种可同时对多基板进行沉积镀膜的扫描镀膜组件。

本发明所述的扫描是指基板相对于镀膜源工作面的交错式相对运动方式，从交错次数和方向上讲，可以是单程扫描或往返扫描，从交错过程上讲，可以是连续扫描或分步扫描。

本发明的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种扫描镀膜装置，包括镀膜源、真空腔体室和基板传输模块，而所述镀膜源为PVD源、LPCVD源、PECVD源或ALD源；

所述真空腔体室包围所述镀膜源；

所述镀膜源的镀膜源工作面与水平面所成角度为α，65＜α＜90或90＜α＜115°。

本发明的镀膜源工作面即该镀膜源进行沉积镀膜工作所在的平面，镀膜源工作面与水平面所成一定角度，镀膜源工作面与基板平行，该角度可以用来影响载流气体分布的调节并加强基板运行的稳定性，而基板传输模块可以是机械手或其他可使基板保持所述角度运行的装置；本发明的镀膜源与基板的相互位置关系以及镀膜源的结构使所述扫描镀膜装置实现了同时对两片无边框的基板连续进行沉积镀膜，使得生产效率加倍；大幅提高源材料利用率；减少所述扫描镀膜装置的腔体壁上形成镀膜，装置外壁清洁；降低了设备维护费用和生产成本；基板边缘镀膜均匀，可对较大尺寸的非柔性基板如玻璃基板、金属基板或有机基板镀膜。

作为本发明技术方案的一种优选，所述镀膜源工作面与水平面所成角度为80～100°。

更优选地，所述镀膜源工作面与水平面所成角度为96°或84°。

作为本发明技术方案的一种优选，所述镀膜源为PECVD源，所述PECVD源中的载流气体分布器为莲蓬头分布器。

作为本发明技术方案的一种优选，所述镀膜源为PECVD源，所述PECVD源具有两个相背的镀膜源工作面。

作为本发明技术方案的一种优选，所述镀膜源为ALD源，所述真空腔体室内具有反应前体A区域、清洗气体区域和反应前体B区域，所述清洗气体区域分隔所述反应前体A区域和反应前体B区域。

更优选地，所述扫描镀膜装置中设有多个第二进气管。

作为本发明技术方案的一种优选，所述镀膜源为ALD源，所述ALD源具有两个相背的镀膜源工作面。

通过在所述扫描镀膜装置中设置多个进气管，可以进一步提高原子层沉积镀膜的生产效率。

作为本发明技术方案的一种优选，所述真空腔体室内的气压为1mtorr～1atm。

本发明的第二技术目的是通过以下技术方案实现的：一种扫描镀膜组件，包括两个或两个以上所述同类型的扫描镀膜装置。

本发明的扫描镀膜组件包括两个或两个以上所述同类型的扫描镀膜装置，如包括两个PVD镀膜源扫描装置或三个PECVD镀膜源扫描装置，可同时对多基板连续进行沉积镀膜，使得生产效率提高若干倍。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的镀膜源与基板的相互位置关系以及镀膜源的结构使所述扫描镀膜装置实现了同时对移动中的两片无边框的基板进行沉积镀膜，使得生产效率加倍；大幅提高源材料利用率；镀膜源被两片基板包围，热量损失小，可减少所述扫描镀膜装置的腔体壁上形成的镀膜，装置内壁清洁；降低了设备维护费用和生产成本；基板边缘镀膜均匀，可对较大尺寸的非柔性基板如玻璃基板、金属基板或有机基板镀膜；

2、本发明的扫描镀膜组件可同时对多基板进行沉积镀膜，使得生产效率提高若干倍。

附图说明

图1A是传统镀膜装置的示意图；

图1B是传统镀膜装置的侧视图；

图2A是本发明PVD扫描镀膜装置的俯视示意图；

图2B是本发明PVD扫描镀膜装置的侧视图；

图3A是本发明PECVD扫描镀膜装置的俯视示意图；

图3B是本发明PECVD扫描镀膜装置的侧视图；

图4A是本发明ALD扫描镀膜装置的俯视示意图；

图4B是本发明ALD扫描镀膜装置的侧视图；

图5是本发明ALD扫描镀膜组件的侧视图；

图中，1-镀膜源；2-真空腔体室；3-基板；4-传统镀膜源；5-靶材；6-载流气体分布器；7-第一进气管；8-反应气体分布器；9-第二进气管；10-边框；11-镀膜源工作面；12-等离子体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1A和1B所示，传统镀膜装置在基板的周围安装有边框10和相应的固定装置，结构复杂，只能进行单基板镀膜，生产效率低；并且，由于传统镀膜源4只能对非柔性的单基板镀膜，热量损失大，传统镀膜源24的腔体内壁镀膜较多。

传统ALD法先吸附一层原子厚度的反应前体A，再抽空清洗真空腔，然后再导入反应前体B使二者反应生成目标膜材料。因为一个反应循环只能形成不到1纳米的厚度膜，通常需要几十甚至几百个反应循环。

如图2A～4B所示，本发明的扫描镀膜装置包括镀膜源1、包围镀膜源1的真空腔体室2和基板传输模块，镀膜源工作面11与基板3平行，镀膜源工作面22与水平面所成角度为α，65＜α＜90或90＜α＜115°，基板传输模块可以是机械手或其他可使基板保持所述角度运行的装置。

实施例一

如图2A所示，镀膜源为PVD溅镀源，DC(Direct current直流)或RF(radiofrequency无线电频率)在靶材5和基板3间放电形成等离子体12。等离子体12在电场作用下高速撞击靶材5，将靶材5的材料原子气化，再溅射到基板3的表面形成镀膜。

如图2B所示，镀膜源工作面11与基板3平行，镀膜源工作面11与水平面所成角度为65°或115°。

实施例二

如图3A所示，镀膜源为PECVD等离子增强型化学气相沉积源，DC或RF在莲蓬头载流气体分布器6和基板3之间形成等离子体12。反应气体从第一进气管7进入真空腔2中。在等离子体12的电离作用下，反应气体分解在反应形成目标膜材料，镀在基板表面。

如图3B所示，镀膜源工作面11与基板3平行，镀膜源工作面11与水平面所成角度为80°或100°。

实施例三

如图4A所示，镀膜源为ALD原子层沉积源，反应前体A和反应前体B同时引入真空腔体室2，两者之间加入清洗气体P进行分隔。通过反应气体分布器8和抽气管道的布置，真空腔体室2内形成反应前体A区域、清洗气体区域和反应前体B区域。基板3在扫描行进中分别而连续地完成反应前体A的吸附、清洗气体P的清洗和与反应前体B的反应后形成目标镀膜。增加第二进气管9的组合数量，可以进一步提高生产效率。

如图4B所示，镀膜源工作面11与基板3平行，镀膜源工作面11与水平面所成角度为84°或96°。

实施例四

扫描镀膜装置包括LPCVD镀膜源、真空腔体室2和基板传输模块，

真空腔体室包围LPCVD源，该LPCVD源用于涂覆导电的透明膜；镀膜源工作面11与水平面所成角度为α为90.5°或89.5°。

实施例五

如图5所示，扫描镀膜组件包括实施例三所述的3个扫描镀膜装置，同时对6片基板进行原子沉积扫描镀膜。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1. 一种扫描镀膜装置，包括镀膜源（1）、真空腔体室（2）和基板传输模块，其特征在于：所述镀膜源（1）为PECVD源或ALD源；

所述真空腔体室（2）包围所述镀膜源（1）；

所述镀膜源（1）的镀膜源工作面（11）与水平面所成角度为α，65＜α＜90或90＜α＜115°；所述基板传输模块是机械手或其他可使基板保持所述角度运行的装置；镀膜源工作面即该镀膜源进行沉积镀膜工作所在的平面，镀膜源工作面与基板平行；

所述镀膜源（1）为PECVD源时，所述PECVD源具有两个相背的镀膜源工作面（11）；

所述镀膜源（1）为ALD源时，所述ALD源具有两个相背的镀膜源工作面（11）。

2. 根据权利要求1所述的一种扫描镀膜装置，其特征在于：所述镀膜源工作面（11）与水平面所成角度为80～100°，不包括90°。

3. 根据权利要求1～2任一项所述的一种扫描镀膜装置，其特征在于：所述镀膜源（1）为ALD源，所述真空腔体室（2）内具有反应前体A区域、清洗气体区域和反应前体B区域，所述清洗气体区域分隔所述反应前体A区域和反应前体B区域。

4. 根据权利要求3所述的一种扫描镀膜装置，其特征在于：所述扫描镀膜装置中设有多个第二进气管（9）。

5. 根据权利要求1～2任一项所述的一种扫描镀膜装置，其特征在于：所述真空腔体室（2）能承受1mtorr～1atm的气压。

6. 一种扫描镀膜组件，其特征在于：包括权利要求1～3任一项所述的两个或两个以上同类型的扫描镀膜装置;所述PECVD源或ALD源具有两个相背的镀膜源工作面（11）。

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