一种多室磁控多层光学镀膜设备及镀膜方法

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，特别涉及一种多室磁控多层光学镀膜设备及镀膜方法。

背景技术

在真空镀膜技术领域中，传统的真空镀膜设备多采用单炉体的结构形式或直线式多室串联的结构形式。

在实际生产中，单炉体结构形式的真空镀膜设备由于只有一个真空室，在每次镀膜结束后都需要向炉体内充入大气，而每次真空室大门打开的时间长短不一，因此容易对真空室内的气氛变化产生影响，真空度波动较大，最终每炉加工后的工件膜层性能都会有所区别，工件膜层质量不一。

而直线式多室串联的真空镀膜设备中，各镀膜室通常采用矩形结构，镀膜室内的磁控靶只能分布在镀膜室的两侧壁上，难以实现均匀布置，同时，因工件架需要进出各镀膜室，因此相邻镀膜室之间的通道一般较大，镀膜作业时需要对镀膜室进行工作气体充气，隔气板的布置难度相当大，各镀膜室中的工作气氛状态不一，工作气体在磁控靶上的均匀性也就难以得到控制，最终也容易影响工件的镀膜质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多室磁控多层光学镀膜设备，该设备可有效改善各镀膜室之间的真空度均匀性，从而改善镀膜后工件膜层性能的一致性，提高工件镀膜质量及产量。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的多室磁控多层光学镀膜方法。

本发明的技术方案为：一种多室磁控多层光学镀膜设备，包括依次连接的工件进出装置、预处理室、工件进出转换室和镀膜室，其中镀膜室有多个，预处理室和各镀膜室分布于工件进出转换室的外周；工件进出转换室与预处理室之间的连接处设有第一真空门阀机构，工件进出转换室与各镀膜室之间的连接处分别设有第二真空门阀机构，预处理室朝向工件进出装置的一侧设有旋转门机构。

所述工件进出装置为旋转升降台机构，工件进出装置的外侧还分别连接有工件装片平台和工件卸片平台。工件进出装置可采用市面上已有的旋转升降台，具有升降功能和旋转切换功能。在镀膜设备运行过程中，当预处理室的旋转门机构需要开启或关闭而发生摆动时，工件进出装置下降，为旋转门机构的摆动提供空间，避免产生干涉，当工件进出装置需要向预处理室内输送工件时，工件进出装置上升至其平台与预处理室内的平台相平齐。利用工件进出装置的旋转切换功能，工件进出装置可在工件装片平台和工件卸片平台之间进行切换，以实现工件送入或送出。

所述工件进出转换室内设有工件架升降机构和工件架旋转机构，工件架升降机构设于工件进出转换室的上部，工件架旋转机构设于工件进出转换室的下部。

所述工件架升降机构包括升降篮架、第一卷扬机和第一导向轮，第一卷扬机安装于工件进出转换室的顶部，第一卷扬机的钢丝绳一端与升降篮架顶部固定连接，工件架置于升降篮架内，升降篮架的外侧分布有若干与工件进出转换室内壁相接的第一导向轮。其中，升降篮架为框架式结构，第一卷扬机采用传统结构的卷扬机即可，根据设备的实际需求，第一卷扬机的数量可进行调整，第一卷扬机带动升降篮架和工件架进行升降运动时，为避免升降篮架产生晃动而对工件架及其上的工件造成影响，通过在升降篮架外壁设置第一导向轮，在第一导向轮沿工件进出转换室内壁进行上下移动的过程中，使升降篮架平稳地进行升降运动。

沿第一导向轮的运动轨迹，所述工件进出转换室内壁还设有与第一导向轮相配合的第一导轨。第一导轨可为第一导向轮提供更加稳定的移动路径，进一步提高升降篮架和工件架升降时的平稳定，确保工件在工件架上的安装稳定性。

所述工件架旋转机构包括旋转托盘和旋转驱动组件，旋转托盘位于工件进出转换室内，旋转托盘底部设置旋转驱动组件，旋转托盘顶面还设有若干排水平输送滚轮，水平输送滚轮的输送方向随旋转托盘的转动进行切换。其中，旋转驱动组件的具体结构和驱动方式均与现有同类设备的旋转驱动组件相同，可采用电机驱动，也可采用气缸驱动；旋转托盘作为工件架的接收平台和方向切换平台，使工件架可通过水平输送滚轮送至分布于工件进出转换室外周的预处理室和各镀膜室。

所述第一真空门阀机构和第二真空阀门机构的主体结构相同，分别包括门阀本体、第二卷扬机、第二导向轮和门阀压紧气缸，门阀本体设于工件进出转换室的通道外侧，门阀本体外侧设有门阀压紧气缸，第二卷扬机安装于工件进出转换室顶部，第二卷扬机的钢丝绳一端与门阀本体的顶部固定连接，门阀本体两侧还设有第二导向轮。该结构中，工件进出转换室的通道两侧还向外延伸有侧壁，第二导向轮与这些侧壁相接，第二卷扬机采用传统结构的卷扬机即可，根据设备的实际需求，第二卷扬机的数量可进行调整，第二卷扬机带动门阀本体进行升降运动的过程中，为避免门阀本体产生晃动而影响门阀本体的定位，通过门阀本体两侧所设的第二导向轮，在第二导向轮沿工件进出转换室的侧壁进行上下移动的过程中，使门阀本体可平稳地进行升降运动(为进一步提高其稳定性，还可以在侧壁上设置与第二导向轮相配合的第二导轨)；在门阀本体落在工件进出转换室的通道外侧形成封闭结构时，门阀本体的外侧通过至少一个门阀压紧气缸将其进行压紧，使工件进出转换室与预处理室或镀膜室之间形成密封隔离且相互独立的真空室。

作为一种优选方案，所述第一真空阀门机构中，门阀本体与工件进出转换室的相接面上还设有第一密封圈，第一密封圈的截面呈带圆角的三角形，第一密封圈固定安装于门阀本体上，其中一个圆尖端朝向工件进出转换室。工件进出转换室与预处理室之间是真空侧与大气侧之间的密封，门阀本体是依靠门阀压紧气缸进行压紧密封，由于门阀压紧气缸的压力有限，当预处理室充入大气的瞬间，门阀压紧气缸的压力往往不够，若采用截面为圆形或方形的传统密封圈，在压力不够的情况下，其截面变形量不够，这就容易影响门阀本体的密封效果，因此工件进出转换室容易产生漏气现象；若采用上述结构的第一密封圈，由于圆尖端在较小的压力下即可达到较大的压缩变形量，因此可形成非常好的密封效果，从而避免漏气现象的发生。

作为另一种优选方案，所述第二真空阀门机构中，门阀本体与工件进出转换室的相接面上还设有第二密封圈，第二密封圈的截面呈Y型，第二密封圈固定安装于门阀本体上，第二密封圈的开口朝向工件进出转换室。工件进出转换室与镀膜室之间是真空侧与真空侧之间的密封，门阀本体两侧的压差较小，因此发生气体渗漏的现象也较少，采用上述结构的第二密封圈，在压紧力较小的情况下即可达到较好的密封隔离效果，因此可减少门阀压紧气缸的使用量，简化设备结构。

本发明通过上述设备实现一种多室磁控多层光学镀膜方法，包括以下步骤：

(1)工件架带着各工件，由工件进出装置送入预处理室进行离子表面处理；

(2)完成离子表面处理后，打开第一真空门阀机构，等待工件镀膜的工件架进入工件进出转换室中，然后关闭第一真空门阀机构；

(3)等待工件镀膜的工件架提升至工件进出转换室上部；

(4)其中一个镀膜室镀膜完成后，先打开第二真空门阀机构并送出已完成工件镀膜的工件架，然后关闭第二真空门阀机构，打开第一真空门阀机构将已完成工件镀膜的工件架送出至预处理室中；

(5)关闭第一真空门阀机构后，等待工件镀膜的工件架下落至工件进出转换室下部；然后打开第二真空门阀机构，将等待工件镀膜的工件架送入镀膜室中，关闭第二真空门阀机构后进行镀膜。

上述镀膜方法的具体操作过程如下：

镀膜前进行工件装片时，工件在工件装片平台上安装至工件架上，然后送入工件进出装置上；完成镀膜后进行工件卸片时，工件架由工件进出装置送至工件卸片平台上，工件在工件卸片平台上卸下。

工件进出装置与预处理室之间、预处理室与工件进出转换室之间、工件进出转换室与各镀膜室之间，工件架的输送均是通过滚轮式的传动组件完成的，上述工件进出转换室中的水平输送滚轮即为这些滚轮式传动组件的一部分，这些滚轮式传动组件可采用传统结构的滚轮输送机构。

在工件架输送过程中，当预处理室的旋转门机构需要打开时，用作工件进出装置的旋转升降台下降，预处理室的旋转门机构在动力驱动机构的驱动下打开；然后旋转升降台上升并旋转至朝向工件装片平台，工件架在滚轮式传动组件的带动下从旋转升降台上进入预处理室中；接着旋转升降台下降，关闭预处理室的旋转门机构，预处理室的真空机组对预处理室进行抽真空，当抽至设定的真空度后，对工件架上的各工件进行离子表面处理；离子表面处理结束后，继续对预处理室进行抽真空，达到所设定的真空度后，打开第一真空门阀机构，工件架送入工件进出转换室；工件架到位后，关闭第一真空门阀机构，工件架由工件进出转换室内的工件架升降机构提升至工件进出转换室的上部；待其中一个镀膜室完成镀膜，且完成镀膜的工件架通过工件进出转换室下部的通道送出至预处理室后，工件架下降至工件进出转换室的下部，在工件架旋转机构的带动下旋转至与镀膜室方向相同，然后进入对应的镀膜室，关闭该镀膜室对应的第二门阀机构后，通过该镀膜室的真空机组对镀膜室继续进行抽真空，然后充入工作气体，开靶进行多层光学膜的镀膜；完成镀膜的工件在预处理室中，利用AF镀膜(即抗指纹镀膜)蒸发源进行表面镀膜处理，完成后，向预处理室中通入大气，然后打开旋转门机构，工件架由工件进出装置送至工件卸片平台上。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本多室磁控多层光学镀膜设备及方法中，通过在预处理室和镀膜室之间设置工件进出转换室作为抽气过渡室，实现了更加有效的真空隔离作用，避免预处理室通入大气时部分空气渗漏至镀膜室中而影响镀膜室内的工作气氛，同时可有效改善各镀膜室之间的真空度均匀性，从而提高镀膜后工件膜层性能的一致性，提高工件镀膜质量。

本多室磁控多层光学镀膜设备中，可在工件进出转换室的外周分布多个镀膜室，利用工件进出转换室切换工件架的输送方向与各镀膜室相配合，使各镀膜室均可保持连续生产状态，同时可保持较高的真空度，参与镀膜的工作气氛纯净度高，各镀膜室内的工件上最终形成的膜层性能一致性较高。同时，由于各镀膜室不再采用直线式分布，而是采用圆周式分布，各镀膜室的磁控靶可沿镀膜室的圆周方向进行分布，气路的布置也会更加合理，有效提高镀膜室内磁控靶工作气氛的均匀性，使镀膜后工件上膜层的均匀度大大提高。

本多室磁控多层光学镀膜设备中，在工件进出转换室与预处理室、各镀膜室之间的连接通道上均设置独立的真空门阀机构，且在这些真空门阀机构上设置相应结构的密封圈，以确保其密封效果，即使预处理室通入大气时会发生微量的空气渗漏，这些空气进入工件进出转换室后也能被工件进出转换室的真空机组快速抽走，不会渗漏入各镀膜室中。

本多室磁控多层光学镀膜设备中，工件进出转换室内设有工件架升降机构和工件架旋转机构，工件架带着工件进入工件进出转换室后，由工件架升降机构将其提升至工件进出转换室的上部，下部留出镀膜室内工件架送出用的通道，这样可以实现工件架的快速进出，缩短生产周期，大幅度提高该镀膜设备的产量。同时，利用工件架旋转机构，可快速切换工件架的输送方向，使其准确进出对应的镀膜室中。

附图说明

图1为本多室磁控多层光学镀膜设备的原理示意图。

图2为图1中工件进出装置、预处理室、工件进出转换室和镀膜室依次连接的纵向截面视图。

图3为工件进出转换室中，工件架升降机构带动工件架下降时的结构示意图。

图4为工件进出转换室中，工件架升降机构带动工件架提升时的结构示意图。

图5为工件进出转换室中，工件架旋转机构的结构示意图。

图6为图5的A方向视图。

图7为第一真空门阀机构、第二真空门阀机构分布于工件进出转换室外周时的结构示意图。

图8为工件进出转换室两侧第一真空门阀机构、第二真空门阀机构的纵向截面视图。

图9为第一真空门阀机构中第一密封圈的截面结构示意图。

图10为第二真空门阀机构中第二密封圈的截面结构示意图。

上述各图中，各附图标记所示部件如下：

1为工件装片平台，2为工件卸片平台，3为工件进出装置，4为预处理室，5为工件进出转换室，6为镀膜室，7为第一真空门阀机构，8为第二真空门阀机构，9为旋转门机构，10为滚轮式传动组件，11为工件架；

12为升降篮架，13为第一卷扬机，14为第一导向轮；15为旋转托盘，16为旋转驱动组件；17为门阀本体，18为第二卷扬机，19为第二导向轮，20为门阀压紧气缸，21为钢丝绳，22为第一密封圈，23为第二密封圈，24为真空机组。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种多室磁控多层光学镀膜设备，如图1所示，包括工件装片平台1、工件卸片平台2、工件进出装置3、预处理室4、工件进出转换室5、三个镀膜室6，预处理室和三个镀膜室分布于工件进出转换室的四周，工件装片平台和工件卸片平台分布于工件进出装置不同方向的两外侧。工件进出转换室与预处理室之间的连接处设有第一真空门阀机构7，工件进出转换室与各镀膜室之间的连接处分别设有第二真空门阀机构8，预处理室朝向工件进出装置的一侧设有旋转门机构9。

该镀膜设备的各组成部分具体结构如下：

该镀膜设备中，工件架11的输送均是通过滚轮式传动组件10完成的，下述工件进出转换室中的水平输送滚轮即为这些滚轮式传动组件的一部分，这些滚轮式传动组件可采用传统结构的滚轮输送机构。

工件进出装置为旋转升降台机构，工件进出装置的外侧还分别连接有工件装片平台和工件卸片平台。工件进出装置可采用市面上已有的旋转升降台，具有升降功能和旋转切换功能。在镀膜设备运行过程中，当预处理室的旋转门机构需要开启或关闭而发生摆动时，工件进出装置下降，为旋转门机构的摆动提供空间，避免产生干涉，当工件进出装置需要向预处理室内输送工件时，工件进出装置上升至其平台与预处理室内的平台相平齐。利用工件进出装置的旋转切换功能，工件进出装置可在工件装片平台和工件卸片平台之间进行切换，以实现工件送入或送出。

工件进出转换室内设有工件架升降机构和工件架旋转机构，工件架升降机构设于工件进出转换室的上部，工件架旋转机构设于工件进出转换室的下部。

其中，如图3或图4所示，工件架升降机构包括升降篮架12、第一卷扬机13和第一导向轮14，第一卷扬机安装于工件进出转换室的顶部，第一卷扬机的钢丝绳一端与升降篮架顶部固定连接，工件架置于升降篮架内，升降篮架的外侧分布有若干与工件进出转换室内壁相接的第一导向轮。其中，升降篮架为框架式结构，第一卷扬机采用传统结构的卷扬机即可，根据设备的实际需求，第一卷扬机的数量可进行调整，第一卷扬机带动升降篮架和工件架进行升降运动时，为避免升降篮架产生晃动而对工件架及其上的工件造成影响，通过在升降篮架外壁设置第一导向轮，在第一导向轮沿工件进出转换室内壁进行上下移动的过程中，使升降篮架平稳地进行升降运动，第一导向轮的具体结构与市面已有且常用的导向轮结构相同。进一步地，沿第一导向轮的运动轨迹，工件进出转换室内壁还可设有与第一导向轮相配合的第一导轨(图中未示出)。第一导轨可为第一导向轮提供更加稳定的移动路径，进一步提高升降篮架和工件架升降时的平稳定，确保工件在工件架上的安装稳定性。

如图5或图6所示，工件架旋转机构包括旋转托盘15和旋转驱动组件16，旋转托盘位于工件进出转换室内，旋转托盘底部设置旋转驱动组件，旋转托盘顶面还设有若干排水平输送滚轮，水平输送滚轮的输送方向随旋转托盘的转动进行切换。其中，旋转驱动组件的具体结构和驱动方式均与现有同类设备的旋转驱动组件相同，可采用电机驱动，也可采用气缸驱动；旋转托盘作为工件架的接收平台和方向切换平台，使工件架可通过水平输送滚轮送至分布于工件进出转换室外周的预处理室和各镀膜室。

如图7或图8所示，第一真空门阀机构和第二真空阀门机构的主体结构相同，分别包括门阀本体17、第二卷扬机18、第二导向轮19和门阀压紧气缸20，门阀本体设于工件进出转换室的通道外侧，门阀本体外侧设有门阀压紧气缸，第二卷扬机安装于工件进出转换室顶部，第二卷扬机的钢丝绳21一端与门阀本体的顶部固定连接，门阀本体两侧还设有第二导向轮。该结构中，工件进出转换室的通道两侧还向外延伸有侧壁，第二导向轮与这些侧壁相接，第二卷扬机采用传统结构的卷扬机即可，根据设备的实际需求，第二卷扬机的数量可进行调整，第二卷扬机带动门阀本体进行升降运动的过程中，为避免门阀本体产生晃动而影响门阀本体的定位，通过门阀本体两侧所设的第二导向轮，在第二导向轮沿工件进出转换室的侧壁进行上下移动的过程中，使门阀本体可平稳地进行升降运动(为进一步提高其稳定性，还可以在侧壁上设置与第二导向轮相配合的第二导轨)，第二导向轮的具体结构与市面已有且常用的导向轮结构相同；在门阀本体落在工件进出转换室的通道外侧形成封闭结构时，门阀本体的外侧通过至少一个门阀压紧气缸将其进行压紧，使工件进出转换室与预处理室或镀膜室之间形成密封隔离且相互独立的真空室。

第一真空阀门机构中，门阀本体与工件进出转换室的相接面上还设有第一密封圈22，如图9所示，第一密封圈的截面呈带圆角的三角形，第一密封圈固定安装于门阀本体上，其中一个圆尖端朝向工件进出转换室。工件进出转换室与预处理室之间是真空侧与大气侧之间的密封，门阀本体是依靠门阀压紧气缸进行压紧密封，由于门阀压紧气缸的压力有限，当预处理室充入大气的瞬间，门阀压紧气缸的压力往往不够，若采用截面为圆形或方形的传统密封圈，在压力不够的情况下，其截面变形量不够，这就容易影响门阀本体的密封效果，因此工件进出转换室容易产生漏气现象；若采用上述结构的第一密封圈，由于圆尖端在较小的压力下即可达到较大的压缩变形量，因此可形成非常好的密封效果，从而避免漏气现象的发生。

第二真空阀门机构中，门阀本体与工件进出转换室的相接面上还设有第二密封圈23，如图10所示，第二密封圈的截面呈Y型，第二密封圈固定安装于门阀本体上，第二密封圈的开口朝向工件进出转换室。工件进出转换室与镀膜室之间是真空侧与真空侧之间的密封，门阀本体两侧的压差较小，因此发生气体渗漏的现象也较少，采用上述结构的第二密封圈，在压紧力较小的情况下即可达到较好的密封隔离效果，因此可减少门阀压紧气缸的使用量，简化设备结构。

实施例2

本实施例一种多室磁控多层光学镀膜方法，通过实施例1所述镀膜设备实现，包括以下步骤：

(1)工件架带着各工件，由工件进出装置送入预处理室进行离子表面处理；

(2)完成离子表面处理后，打开第一真空门阀机构，等待工件镀膜的工件架进入工件进出转换室中，然后关闭第一真空门阀机构；

(3)等待工件镀膜的工件架提升至工件进出转换室上部；

(4)其中一个镀膜室镀膜完成后，先打开第二真空门阀机构并送出已完成工件镀膜的工件架，然后关闭第二真空门阀机构，打开第一真空门阀机构将已完成工件镀膜的工件架送出至预处理室中；

(5)关闭第一真空门阀机构后，等待工件镀膜的工件架下落至工件进出转换室下部；然后打开第二真空门阀机构，将等待工件镀膜的工件架送入镀膜室中，关闭第二真空门阀机构后进行镀膜。

上述镀膜方法的具体操作过程如下：

镀膜前进行工件装片时，工件在工件装片平台上安装至工件架上，然后送入工件进出装置上；完成镀膜后进行工件卸片时，工件架由工件进出装置送至工件卸片平台上，工件在工件卸片平台上卸下。

工件进出装置与预处理室之间、预处理室与工件进出转换室之间、工件进出转换室与各镀膜室之间，工件架的输送均是通过滚轮式的传动组件完成的，上述工件进出转换室中的水平输送滚轮即为这些滚轮式传动组件的一部分，这些滚轮式传动组件可采用传统结构的滚轮输送机构。

在工件架输送过程中，当预处理室的旋转门机构需要打开时，用作工件进出装置的旋转升降台下降，预处理室的旋转门机构在动力驱动机构的驱动下打开；然后旋转升降台上升并旋转至朝向工件装片平台，工件架在滚轮式传动组件的带动下从旋转升降台上进入预处理室中；接着旋转升降台下降，关闭预处理室的旋转门机构，预处理室的真空机组对预处理室进行抽真空，当抽至设定的真空度后，对工件架上的各工件进行离子表面处理；离子表面处理结束后，继续对预处理室进行抽真空，达到所设定的真空度后，打开第一真空门阀机构，工件架送入工件进出转换室；工件架到位后，关闭第一真空门阀机构，工件架由工件进出转换室内的工件架升降机构提升至工件进出转换室的上部；待其中一个镀膜室完成镀膜，且完成镀膜的工件架通过工件进出转换室下部的通道送出至预处理室后，工件架下降至工件进出转换室的下部，在工件架旋转机构的带动下旋转至与镀膜室方向相同，然后进入对应的镀膜室，关闭该镀膜室对应的第二门阀机构后，通过该镀膜室的真空机组对镀膜室继续进行抽真空，然后充入工作气体，开靶进行多层光学膜的镀膜；完成镀膜的工件在预处理室中，利用AF镀膜(即抗指纹镀膜)蒸发源进行表面镀膜处理，完成后，向预处理室中通入大气，然后打开旋转门机构，工件架由工件进出装置送至工件卸片平台上。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。