真空镀膜设备.pdf

本发明公开了一种真空镀膜设备，其包括镀膜室、前级真空泵、高真空阀、低真空阀、高真空计、低真空计和镀膜膜料源，该镀膜设备还包括牵引分子泵，该牵引分子泵的进气口与镀膜室连接，排气口前级泵连接。并且在牵引分子泵轴承与抽气通道之间加设气流挡尘器。本发明的真空镀膜设备结构简单、抽气时间短、能耗低、生产效率高，并可提高真空镀膜产品的质量，特别适用于对油蒸汽污染敏感的各种真空镀膜应用领域。

1.  一种真空镀膜设备，其包括镀膜室、前级真空泵，其特征在于：该镀膜设备还包括牵引分子泵，该牵引分子泵的进气口经高真空阀或直接与镀膜室连接，其排气口经低真空阀与另一前级真空泵连接。

2.  根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于：该牵引分子泵由动轮、动密封、转轴和泵壳组成，动轮上至少有一个由一条沿圆周方向的抽气槽构成的抽气单元，抽气槽中有多个动密封，动密封与抽气槽内侧之间，以及抽气槽壁与泵壳，或者静轮之间留有工作间隙，动密封的两侧分别设有进气口和排气口，相邻动密封之间设有动密封排气口，该抽气槽中有两个以上的拖动面，抽气槽的截面可以是矩形，该抽气槽的开口可以在圆周的侧面上，或者在横截面上。

3.  根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于：该牵引分子泵由动轮、动密封、转轴、静叶轮、泵壳、进气口和排气口等组成，动轮固定在转轴上，静叶轮和动密封固定在泵壳上，该动轮、静叶轮构成的叶轮组合中至少有一级双拖动面的基本抽气单元，该基本抽气单元包括：a.两只平圆盘构成的动轮，两圆盘中至少有一只盘在靠近转轴处设有气孔，并在该圆盘外侧设动密封；b.静叶轮由若干条螺旋状叶片及固定装置组成，静叶轮安装在二动轮中间，静叶轮上二相邻叶片与二侧的动轮之间的空间构成一个具有二个拖动面的抽气槽，动轮、静叶轮、转轴、泵壳之间在径向与轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道；c.动密封安装在设有气孔的动轮的外侧，动密封与动轮和转轴之间在径向和轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道。

4.  根据权利要求1或2或3所述的真空镀膜设备，其特征在于：该真空镀膜设备还包括与真空兼容的除尘器，其位于该镀膜室与牵引分子泵和前级真空泵之间。

5.  根据权利要求1或2或3所述的真空镀膜设备，其特征在于：该真空镀膜设备还包括挡尘器，其位于该牵引分子泵的轴承与被抽气体通道之间。

6.  根据权利要求5所述的真空镀膜设备，其特征在于：该挡尘器呈迷宫结构。

7.  根据权利要求6所述的真空镀膜设备，其特征在于：该真空镀膜设备还在该挡尘器靠轴承侧导入与粉尘扩散方向相反的逆向气流。

8.  根据权利要求1或2或3所述的真空镀膜设备，其特征在于：启用该牵引分子泵抽气时，镀膜室的压强低于牵引分子泵的最高工作压强，并高于50Pa时。

9.  一种真空镀膜设备，其包括若干个串联的真空室，所述真空室之间由隔离阀相互隔离，其特征在于：其中第一个真空室为进片室，最后一个室为出片室，中间的真空室为镀膜室或过道，组成连续镀膜生产线，进片室与一前级真空泵连接，其它真空室与牵引分子泵连接。

10.  根据权利要求9所述的真空镀膜设备，其特征在于：该真空镀膜设备还包括与真空兼容的除尘器，其位于所述真空室与牵引分子泵或前级真空泵之间。

11.  根据权利要求9所述的真空镀膜设备，其特征在于：该真空镀膜设备还包括挡尘器，其位于该牵引分子泵的轴承与被抽气体通道之间。

真空镀膜设备
【技术领域】
本发明涉及一种镀膜设备，特别涉及一种真空镀膜设备。
【背景技术】
传统真空镀膜设备采用前级泵(低真空泵，例如油封式旋片机械真空泵、滑阀真空泵)、罗茨泵(中真空泵)和油扩散泵(高真空泵)抽气，存在结构复杂、能耗高、抽气时间长、生产效率低、油蒸汽污染大和镀膜产品质量低等缺点。
近十余年中，部分真空镀膜设备采用涡轮分子泵作高真空泵，基本上消除了高真空运行过程中的油蒸汽污染。然而，涡轮分子泵进气口的最高工作压强为1-10Pa(帕斯卡)，因此，镀膜室的压强必须由前级泵抽到10Pa以下，该泵才能开始工作。也就是说，在抽气过程中镀膜室必须经过返油率最高的1-50Pa压强范围，因此，前级泵的油蒸汽仍将大量进入镀膜室，对基片造成严重污染。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题而提供一种低污染、高效率的真空镀膜设备。
为实现上述目的，本发明提供一种真空镀膜设备，其包括镀膜室、前级真空泵，其特征在于：该镀膜设备还包括牵引分子泵，该牵引分子泵的进气口经高真空阀或直接与镀膜室连接，其排气口经低真空阀与另一前级真空泵连接。
该牵引分子泵由动轮、动密封、转轴和泵壳组成，动轮上至少有一个由一条沿圆周方向的抽气槽构成的抽气单元，抽气槽中有多个动密封，动密封与抽气槽内侧之间，以及抽气槽壁与泵壳，或者静轮之间留有工作间隙，动密封的两侧分别设有进气口和排气口，相邻动密封之间设有动密封排气口，该抽气槽中有两个以上的拖动面，抽气槽的截面可以是矩形，该抽气槽的开口可以在圆周的侧面上，或者在横截面上。
该牵引分子泵由动轮、动密封、转轴、静叶轮、泵壳、进气口和排气口等组成，动轮固定在转轴上，静叶轮和动密封固定在泵壳上，该动轮、静叶轮构成的叶轮组合中至少有一级双拖动面的基本抽气单元，该基本抽气单元包括：a.两只平圆盘构成的动轮，两圆盘中至少有一只盘在靠近转轴处设有气孔，并在该圆盘外侧设动密封；b.静叶轮由若干条螺旋状叶片及固定装置组成，静叶轮安装在二动轮中间，静叶轮上二相邻叶片与二侧的动轮之间的空间构成一个具有二个拖动面的抽气槽，动轮、静叶轮、转轴、泵壳之间在径向与轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道；c.动密封安装在设有气孔的动轮的外侧，动密封与动轮和转轴之间在径向和轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道。
该真空镀膜设备还包括与真空兼容的除尘器，其位于该镀膜室与牵引分子泵和前级真空泵之间。
该真空镀膜设备还包括挡尘器，其位于该牵引分子泵的轴承与被抽气体通道之间。
该挡尘器呈迷宫结构。
该真空镀膜设备还在该挡尘器靠轴承侧导入与粉尘扩散方向相反的逆向气流。
启用该牵引分子泵抽气时，镀膜室的压强低于牵引分子泵的最高工作压强，并高于50Pa时。
本发明还提供一种真空镀膜设备，其包括若干个串联的真空室，所述真空室之间由隔离阀相互隔离，其中第一个真空室为进片室，最后一个室为出片室，中间的真空室为镀膜室或过道，组成连续镀膜生产线，进片室与一前级真空泵连接，其它真空室与牵引分子泵连接。
该真空镀膜设备还包括与真空兼容的除尘器，其位于所述真空室与牵引分子泵或前级真空泵之间。
该真空镀膜设备还包括挡尘器，其位于该牵引分子泵的轴承与被抽气体通道之间。
与现有技术相较，本发明由于采用一台牵引分子泵作为主抽气泵，取代了一台油扩散泵和一台罗茨泵，因此简化了真空镀膜设备的结构，大幅度提高中真空抽速，抽气时间减少了40％，生产效率提高了20％，抽气总能耗降低60％。
本发明的真空镀膜设备由于在镀膜室与真空泵之间加设除尘器，因此延长了真空泵的清洗周期，提高了生产效率。
本发明的真空镀膜设备由于在牵引分子泵的轴承与抽气体通道之间设有逆向气流挡尘装置，因此可堵截粉尘向轴承侧扩散，从而大幅度提高了牵引分子泵轴承寿命。
【附图说明】
图1为本发明第一实施例真空镀膜设备结构示意图。
图2为本发明第四实施例真空镀膜生产线结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明第一实施例的真空镀膜设备由镀膜室1、高真空阀2、牵引分子泵3、低真空阀4和5、高真空计6、低真空计7和8、放电电源9、高纯氩气10、保护气体(工业氮气，或干燥空气)11、前级真空泵12和13、基片14、磁控靶15、加热器16和加热器电源17组成。
基片14、磁控靶15和电加热器16位于镀膜室1内，高真空阀2、低真空阀4、高真空计6、低真空计7、放电电源9、高纯氩气10、保护气体11和加热器电源17分别与镀膜室1连接，前级真空泵12与低真空阀4连接，牵引分子泵3的进气口与高真空阀2连接，牵引分子泵3的排气口与低真空计8和低真空阀5连接，前级真空泵13与低真空阀5连接。
本发明的真空镀膜设备采用高抽速牵引分子泵，例如中国专利ZL92101300.0和ZL87101116.6所述的牵引分子泵以及由此发展起来的其它牵引分子泵(简称牵引分子泵)，取代现有真空镀膜设备的油扩散泵及罗茨泵，因此其能简化真空镀膜设备的结构、缩短抽气时间、提高生产效率和节省抽气能耗。
本发明的真空镀膜设备使用的一种牵引分子泵，其由动轮、转轴和泵壳组成，动轮上至少有一个由一条沿圆周方向的抽气槽构成的抽气单元，抽气槽中有动密封，动密封与抽气槽内侧之间，以及抽气槽壁与泵壳，或者静轮之间留有工作间隙，动密封的两侧分别设有进气口和排气口，相邻动密封之间设有动密封排气口，该抽气槽中有两个以上的拖动面，抽气槽的截面可以是矩形，该抽气槽的开口可以在圆周的侧面上，或者在横截面上。具体结构可参照中国专利ZL92101300.0所述的牵引分子泵。
本发明的真空镀膜设备还可使用另一种牵引分子泵，其由动轮、动密封、转轴、静叶轮、泵壳、进气口和排气口等组成，动轮固定在转轴上，静叶轮和动密封固定在泵壳上，该动轮、静叶轮构成的叶轮组合中至少有一级双拖动面的基本抽气单元，该基本抽气单元包括：a.两只平圆盘构成的动轮，两圆盘中至少有一只盘在靠近转轴处设有气孔，并在该圆盘外侧设动密封；b.静叶轮由若干条螺旋状叶片及固定装置组成，静叶轮安装在二动轮中间，静叶轮上二相邻叶片与二侧的动轮之间的空间构成一个具有二个拖动面的抽气槽，动轮、静叶轮、转轴、泵壳之间在径向与轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道；c.动密封安装在设有气孔的动轮的外侧，动密封与动轮和转轴之间在径向和轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道。具体结构可参照中国专利ZL87101116.6所述的牵引分子泵。
本实施例采用牵引分子泵3取代现有真空镀膜设备的油扩散泵和罗茨泵，其镀膜过程简述如下：
a.开启镀膜室1，将基片14放入镀膜室1；
b.关闭镀膜室1和高真空阀2，打开低真空阀4，启动前级真空泵12，对镀膜室1进行抽气；
c.打开低真空阀5，启动前级真空泵13和牵引分子泵3，让牵引分子泵3处于待命状态；
d.镀膜室1压强降至牵引分子泵3的最高工作压强以下(通常为100-300Pa)，并高于50Pa时，关闭低真空阀4和前级真空泵12，打开高真空阀2，镀膜室1切换成牵引分子泵3抽气。切换牵引分子泵3时，熔炼室1的最佳压强为100-200Pa；
e.镀膜室1的压强达到基片除气要求(通常为10^-2Pa)时，注入高纯氩气10，合上电源9和加热电源17对基片14和其它部件进行放电除气。除气结束后，关闭放电电源9、加热电源17和高纯氩气10；
f.镀膜室1的压强达到镀膜要求(通常为10^-3Pa)时，注入高纯氩气10，合上放电电源9，对磁控靶15进行放电溅射，开始对基片14镀膜；
g.基片14上膜厚达到要求后，依次关闭放电电源9、高纯氩气10、高真空阀2、牵引分子泵3、低真空阀5和前级泵13；
h.注入保护气体11，开启镀膜室1，取出完成镀膜的基片，结束镀膜周期。
按照上述工序操作，基片和镀膜室的油蒸汽污染将大幅度降低限度。本发明的有益效果是，由于采用一台牵引分子泵作为主抽气泵，取代了一台油扩散泵和一台罗茨泵，简化了真空镀膜设备的结构，大幅度提高了抽气效率，并消除了镀膜室地油蒸汽污染。本发明用于蒸镀多层冷光反射膜，取得了抽气时间减少30％，生产效率提高15％，抽气能耗降低60％，一级品率从40％提高到85％的优异成绩。
本发明第二实施例的真空镀膜设备与第一实施例类似，其与第一实施例的差别在于镀膜室1与高真空阀2和低真空阀4之间加设除尘器，该除尘器流导要大，并要与真空兼容，例如静电除尘器。本实施例适用于粉尘较多的真空镀膜场合，以延长牵引分子泵3、前级真空泵12和13的清洗周期，提高生产效率。
本发明第三实施例的真空镀膜设备与第一实施例类似，其与第一实施例的差别在于牵引分子泵3的轴承与被抽气体通道之间设有迷宫式挡尘器，并在轴承侧导入一定量的气流流经迷宫式挡尘器，形成与粉尘扩散方向相反的逆向气流，从而堵截粉尘向轴承侧扩散，提高轴承寿命，该气流最终由前级泵5抽走。逆向气流流量应尽量大一些，以牵引分子泵3的排气口压强不超过许可值为限。
本发明第四实施例的真空镀膜设备与第一实施例类似，如图2所示，其差别在于本实施例中设有若干与第一实施例中镀膜室1类似的、相互串联的真空室1.1、1.2、1.3......和1.n，这些真空室之间用隔离阀18.1、18.2、18.3......和18.n-1隔离。其第一个真空室1.1为进片室，进片室与第一实施例中的镀膜室类似，其差别在于磁控靶15用普通的平板电极替代。其最后一个真空室1.n为出片室，出片室中不装磁控靶15、加热器16、放电电源9和加热器电源17。其中间的真空室1.2、1.3……等为镀膜室或过道，作为镀膜室使用的真空室与第一实施例中的镀膜室1完全相同，作为过道的真空室与第一实施例中的镀膜室1类似，其差别在于不设磁控靶15和放电电源9。
本实施例中，所有真空室的主抽气泵均采用牵引分子泵3取代现有真空镀膜设备的油扩散泵和罗茨泵(镀膜室也可以采用涡轮分子泵)。其镀膜过程简述如下：
a.关闭进片门19、出片门20和高真空阀2，开启隔离阀18.1-18.n-1和低真空阀4，启动前级泵12，对串联的真空室进行抽气；
b.打开低真空阀5，启动前级泵13和牵引分子泵3，让牵引分子泵3处于待命状态；
c.真空室的压强降至牵引分子泵3的最高入口工作压强以下(通常为100-300Pa)，并高于50Pa时，关闭低真空阀4和前级真空泵12，打开高真空阀2，将真空室切换成牵引分子泵3抽气；
d.真空室的压强达到除气要求(通常为10^-2Pa)时，注入高纯氩气10，合上放电电源9和加热电源17，进行放电除气。除气结束后，关闭放电电源9、加热电源17和高纯氩气10；
e.真空室的压强达到镀膜要求(通常为10^-3Pa)时，关闭所有隔离阀18.1-18.n-1，完成本实施例的预抽真空工序；
f.关闭进片室1.1的高真空阀2，注入保护气体11，然后打开进片门19，将第一批待镀基片14送入进片室1.1，关闭进片门19；
g.打开进片室1.1的低真空阀4，启动其前级泵12，对进片室1.1进行抽气；
h.进片室1.1的压强降至牵引分子泵3的最高入口工作压强以下，并高于50Pa时，关闭其低真空阀4和前级真空泵12，打开其高真空阀2，将进片室1.1切换成其牵引分子泵3抽气；
i.进片室1.1的压强达到除气要求时，注入其高纯氩气10，合上其放电电源9，对基片14和其它部件进行放电除气。除气结束后，关闭其放电电源9和高纯氩气10；
j.进片室1.1的压强达到镀膜要求时，关闭其高真空阀2，打开隔离阀18.1，将基片14送入第一镀膜室1.2，然后，关闭隔离阀18.1，完成基片镀膜前的预处理；
k.在第一镀膜室1.2中，按第一实施例的步骤对基片14进行溅射镀膜；
1.基片14上的膜层达到要求后，打开隔离阀18.2，将其送入第二镀膜室1.3，然后关闭隔离阀18.2，进行第二镀膜工序；
m.当基片14依次在第二、第三......，直至最后一个镀膜室1.n-1中完成相应的镀膜工序后，打开隔离阀18.n-1，将完成镀膜的基片14送入出片室1.n，然后，关闭隔离阀18.n-1；
n.关闭出片室1.n的高真空阀2，注入工作气体11，然后，打开出片门20，将已镀好的基片14送出真空镀膜设备，关闭出片门20；
o.出片室1.n中，打开其低真空阀4，开启其前级真空泵12，对出片室1.n进行抽气；
p.当出片室1.n压强降至牵引分子泵3的最高入口工作压强以下时，关闭其低真空阀4和前级真空泵12，打开其高真空阀2，将出片室1.n切换成其牵引分子泵3抽气；
q.完成步骤j后，进片室即重复步骤g-j，开始对下一批基片进行基片镀膜的预处理，从而，实现连续镀膜生产。
本实施例不仅可以绕过返油率最大的压强区域，将基片和镀膜室的油蒸汽污染降到最低限度，大幅度提高镀膜产品的质量，还能省去传统镀膜生产线中的过渡室，提高设备的利用率。
本发明的真空镀膜设备的基本抽气结构还可以用于等离子体放电设备或单晶炉或纳米材料制备设备。