專利名稱：一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備，尤其涉及一種具有實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜生長的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備，屬真空鍍膜設(shè)備和實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
許多功能薄膜的制備都需要采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備，如薄膜太陽能電池中的硅薄膜和氮化硅薄膜等等。這些功能薄膜的質(zhì)量對(duì)器件性能影響很大，尤其光電器件更是如此。合理設(shè)計(jì)等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備是提高這些功能薄膜質(zhì)量的關(guān)健因素之一。一般等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備在制備硅薄膜等功能薄膜時(shí)普遍存在著薄膜間材質(zhì)相互污染問題、薄膜光電性能參數(shù)的工藝重復(fù)性差、膜厚難以控制等問題，尤其制備多層薄膜這些問題更加嚴(yán)重。這制約了進(jìn)一步提高薄膜光電器件的性倉泛。本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種新型等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備以制備出高質(zhì)量的有重復(fù)性的功能薄膜，并適合于大規(guī)模化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
I 發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。采用主真空腔室和副真空腔室以克服薄膜間材質(zhì)相互污染問題，可實(shí)現(xiàn)無污染地多真空腔室連接，從而進(jìn)行無污染的多層膜制備；采用橢園偏振光實(shí)時(shí)在線監(jiān)控精密設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜薄膜生長以提高薄膜光學(xué)常數(shù)如膜厚等的精確控制；采用新型電極結(jié)構(gòu)和加熱系統(tǒng)以提高薄膜的工藝重復(fù)性和均勻性等。2.技術(shù)方案內(nèi)容本發(fā)明一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備，其主體結(jié)構(gòu)框圖見圖1，它是一種形狀、構(gòu)造相同的連續(xù)性結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是由左法蘭I、主真空腔室2、隔離板3、高真空密封閥門裝置4、副真空腔室5、右法蘭6、大密封板7從左到右依序排列而組成，其余以此類推。它們之間的順序位置如圖I所示，其連接關(guān)系是左法蘭I和主真空腔室2之間采用氬弧焊連接；主真空腔室2和隔離板3之間采用氬弧焊連接；隔離板3和副真空腔室5之間采用氬弧焊連接；隔離板3和高真空密封閥門裝置4之間采用氟膠圈密封；副真空腔室5 和右法蘭6之間采用氬弧焊連接；高真空密封閥門裝置4和右法蘭6之間采用氟膠圈密封； 右法蘭6和大密封板7之間采用氟膠圈密封連接。重復(fù)按此順序連接，可實(shí)現(xiàn)多真空腔室連接，從而可展開無污染的多層膜制備。本發(fā)明設(shè)備中所有構(gòu)件尺寸可根據(jù)實(shí)際需要確定。所述左法蘭I是方形結(jié)構(gòu)法蘭或圓形法蘭，采用不銹鋼材料，其左法蘭I的功能是與左邊的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備的右端大密封板7進(jìn)行氟膠圈密封連接時(shí)起到骨架作用，使右邊的PECVD真空設(shè)備與左邊的PECVD真空設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái) PECVD真空設(shè)備串聯(lián)。所述主真空腔室2是等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積薄膜的長方形結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)的主體真空腔室，采用不銹鋼材材料制備；主真空腔室2內(nèi)設(shè)置有加熱系統(tǒng)、兩個(gè)平行電極系統(tǒng)、樣品傳輸系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)，其位置和連接關(guān)系等與傳統(tǒng)的PECVD真空設(shè)備里的主體真空腔室相同，所不同的是加熱系統(tǒng)和兩個(gè)平行電極系統(tǒng)中的負(fù)電極結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)。見圖2，其改進(jìn)后的加熱系統(tǒng)是采用石英玻璃厚壁管外加熱方式即石英玻璃管兩端在真空室外，雙排數(shù)根石英玻璃厚壁管內(nèi)安置電阻絲進(jìn)行加熱，腔室內(nèi)所有零件采用耐高溫不銹鋼， 并在薄膜沉積區(qū)域設(shè)有加熱箱以防熱量損失；采用上下雙排石英玻璃厚管內(nèi)安置電阻絲加熱方式，數(shù)根石英玻璃厚壁管的管間距離可設(shè)計(jì)為5mm左右，從而保證樣品區(qū)域均勻加熱并可加溫到1000°C ;熱電偶探頭插入到不銹鋼管里，而該不銹鋼管延伸至樣品加熱區(qū)域并用不銹鋼堵頭焊接密封，這樣熱電偶探頭更換方便，而且可精確控溫。改進(jìn)的加熱系統(tǒng)可提高加熱溫度和溫度的均勻性。見圖3，其改進(jìn)后的兩個(gè)平行電極系統(tǒng)中的負(fù)電極結(jié)構(gòu)是在高溫不銹鋼電極板與高溫不銹鋼屏蔽罩之間采用了石英玻璃構(gòu)件進(jìn)行了無縫絕緣隔離，即不銹鋼電極板與不銹鋼園柱棒連接一體，并由不銹鋼園柱棒引出真空室外；石英玻璃板與石英玻璃厚壁管無縫熔接一體，并將石英玻璃厚壁管套入不銹鋼園柱棒而引出真空室外；不銹鋼屏蔽罩與不銹鋼屏蔽管連接一體，并將屏蔽管套入石英玻璃厚壁管而引出不銹鋼園柱棒至真空室外。由此實(shí)現(xiàn)上述不銹鋼電極板與不銹鋼屏蔽罩之間由石英玻璃構(gòu)件進(jìn)行無縫絕緣隔離，從而避免了由縫可能產(chǎn)生的射頻功率損失和由此導(dǎo)致的兩電極板之間電離輝光不穩(wěn)定而引起的沉積膜后不均勻。所述隔離板3是采用不銹鋼材料制備的厚隔離板，呈圓形或矩形見圖4，并用氬弧焊將其焊接在大真空腔室內(nèi)壁上，從而將大真空腔室分為兩個(gè)真空腔室即主真空腔室和副真空腔室，主真空腔室為工作腔室用于沉積薄膜，而副真空腔室為隔離室以實(shí)現(xiàn)零污染目的。該隔離板中部設(shè)有矩形孔，以便樣品在主真空腔室和副真空腔室之間傳遞，并且在隔離板的矩形孔周圍設(shè)計(jì)有嵌埋式冷卻水槽進(jìn)行水冷，以便工作腔室可在高溫下工作。該隔離板上還設(shè)置了一個(gè)或一個(gè)以上斜孔用于探測(cè)光束或激光入射或反射，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜沉積生長。所述高真空密封閥門裝置4是由帶彈簧鋼珠的密封塊、頂塊、扁形類汽車千斤頂和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件所組成，如圖5所示。它們之間的位置連接關(guān)系是帶有彈簧鋼珠的密封塊在頂塊之上，而頂塊又在扁形類汽車千斤頂之上，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件通過螺桿與扁形類汽車千斤頂連接。該帶彈簧鋼珠的密封塊是不銹鋼長方形厚板，在其左右兩端分別設(shè)置有左右正斜面， 并且在該長方形厚板的一面設(shè)置有矩形密封槽可進(jìn)行氟膠圈密封，在這矩形密封槽外圍的四角附近位置處設(shè)計(jì)有彈簧鋼珠如圖5和圖6所示，這帶彈簧鋼珠的密封塊的作用是密封隔離板上或大密封板上的矩形孔；該頂塊是實(shí)心長方體不銹鋼塊，其作用是將扁形類汽車千斤頂向上的頂力傳遞給帶彈簧鋼珠的密封塊；該扁形類汽車千斤頂是將扁狀的汽車千斤頂進(jìn)行了改造，即將扁狀汽車千斤頂?shù)南轮С屑苋サ簦臑橛蓛蓚€(gè)固定支承座支承如圖5 中的固定支承座5. 5. I和5. 5. 3來支承，這兩固定支承座中部有軸承，螺桿穿過該固定支承座中部并可旋轉(zhuǎn)，在這兩個(gè)固定支承座之間有一個(gè)移動(dòng)支承座并且旋轉(zhuǎn)螺桿可帶動(dòng)移動(dòng)支承座左右移動(dòng)；該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件是普通的高真空密封焊接波紋管結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)入器或磁流體密封的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，通過旋轉(zhuǎn)構(gòu)件帶動(dòng)上述螺桿旋轉(zhuǎn)，使上述移動(dòng)支承座左右移動(dòng)，從而經(jīng)頂塊控制上述帶彈簧鋼珠的密封塊的升降，即控制帶彈簧鋼珠的密封塊向上或向下運(yùn)動(dòng)。該高真空密封閥門裝置的密封原理是當(dāng)帶彈簧鋼珠的密封塊向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，該密封塊的左右兩端的正斜面(如圖6所示)便與隔離板上或大密封板上左、右固定件的負(fù)斜面對(duì)接，由于隔離板上或大密封板上固定件是固定不動(dòng)的，所以，向上的帶彈簧鋼珠的密封塊便被頂住了， 并通過正負(fù)斜面對(duì)接而使該密封塊向隔離板上或向大密封板方向擠壓，從而起到密封作用 (如圖7所示)，并可達(dá)到KT5Pa的密封效果；在無需密封的情況下，可使帶彈簧鋼珠的密封塊向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，上述正負(fù)斜面對(duì)接面脫離即帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2和左、右固定件脫離脫離(如圖7所示)，而帶彈簧鋼珠的密封塊中的彈簧鋼珠便有利于這種脫離趨勢(shì)，以防止密封塊被卡住。帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2的向上移動(dòng)或向下移動(dòng)是靠設(shè)置在副真空腔室內(nèi)靠近隔離厚板處或靠近大密封板處的扁形類汽車千斤頂，其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力采用高真空密封焊接波紋管結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)入器或采用磁流體密封的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，其位置在如圖5中的5. 10所
/Jn o所述副真空腔室5是采用不銹鋼材材料制備；副腔室內(nèi)5內(nèi)安裝有小型橢園偏振光實(shí)時(shí)在線監(jiān)控精密設(shè)備等實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和樣品傳輸系統(tǒng)。見圖8，在主真空腔室一側(cè)的左副真空腔室里安裝氙燈或光纖等光源和起偏器等相關(guān)光學(xué)器件供橢園偏振光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)控使用，或安裝小型激光器光源和起偏器及補(bǔ)償器(四分之一波片)等光學(xué)器件供消光型橢園偏振光實(shí)時(shí)監(jiān)控使用；在主真空腔室另一側(cè)的右副真空腔室里安裝旋轉(zhuǎn)檢偏器和光探測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)光學(xué)器件等供橢園偏振光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)控使用，或安裝激光探測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)光學(xué)器件等供消光型橢園偏振光實(shí)時(shí)監(jiān)控使用。所述右法蘭6是方形結(jié)構(gòu)法蘭或圓形法蘭，采用不銹鋼材料，其形狀結(jié)構(gòu)同左法蘭I。其右法蘭6功能是與右邊的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備的大密封板7進(jìn)行氟膠圈密封連接起到骨架作用。使左邊的PECVD真空設(shè)備與右邊的PECVD真空設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PECVD真空設(shè)備串聯(lián)。所述大密封板7是采用不銹鋼材材料制備的厚密封板，其結(jié)構(gòu)與隔離板3類同， 也是在該大密封板中部設(shè)有矩形孔，以便使樣品從左邊PECVD設(shè)備中的副真空腔室向右邊 PECVD設(shè)備中的主真空腔室傳遞，反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)樣品在多PECVD設(shè)備之間進(jìn)行連續(xù)傳遞；并且在該大密封板的矩形孔周圍也設(shè)計(jì)有嵌埋式冷卻水槽進(jìn)行水冷，以便工作腔室可在高溫下工作；該大密封板上也設(shè)計(jì)了一個(gè)或一個(gè)以上斜孔用于探測(cè)光束或激光入射或反射，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜沉積生長，如圖8所示。該大密封板上的矩形孔的密封和上述隔離板上的矩形孔的密封是相同的，是采用上述高真空密封閥門裝置4來進(jìn)行密封的。大密封板 7與隔離板3所不同的是大密封板7是與左PECVD真空設(shè)備的右法蘭6進(jìn)行氟膠圈密封連接，同時(shí)又與右PECVD真空設(shè)備的的左法蘭I進(jìn)行氟膠圈密封連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PECVD 真空設(shè)備串聯(lián)。而隔離板3是采用氬弧焊將其焊接在大真空腔室內(nèi)壁上，將大真空腔室分為兩個(gè)真空腔室即主真空腔室和副真空腔室。3.優(yōu)點(diǎn)及功效本發(fā)明技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果設(shè)計(jì)多個(gè)連續(xù)真空腔室，而每個(gè)真空腔室用不銹鋼厚隔離板將其分為主真空腔室和副真空腔室，主真空腔室為工作腔室用于沉積薄膜，副真空腔室為隔離室以實(shí)現(xiàn)零污染目的，并且可在副真空腔室內(nèi)安裝橢園偏振光測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜薄膜生長以提高薄膜光學(xué)常數(shù)如膜厚等的精確控制；在主真空腔室左右兩則不銹鋼壁上分別設(shè)計(jì)一個(gè)或一個(gè)以上斜孔用于探測(cè)光束或激光入射或反射，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜沉積生長；主真空腔室和副真空腔室之間設(shè)有高真空密封閥門裝置即在副真空腔室內(nèi)左右兩則壁上采用帶彈簧鋼珠的密封板左右正斜面和安裝在此壁上的左右負(fù)斜面這兩上下斜面對(duì)接以實(shí)現(xiàn)密封效果，其向上移動(dòng)正斜面構(gòu)件的動(dòng)力靠設(shè)置在副腔室內(nèi)的扁形類汽車千斤頂或頂杠；在主真空腔室內(nèi)加熱系統(tǒng)是采用石英玻璃厚壁管外加熱方式即石英玻璃管兩端在真空室外，數(shù)根石英玻璃厚壁管內(nèi)安置電阻絲進(jìn)行加熱， 方便更換加熱源，并且提高了精確控溫范圍；實(shí)現(xiàn)了不銹鋼電極板與不銹鋼屏蔽罩之間由石英玻璃構(gòu)件進(jìn)行無縫絕緣隔離，從而避免了由縫可能產(chǎn)生的射頻功率損失和由此導(dǎo)致的兩電極板之間電離輝光不穩(wěn)定而引起的沉積膜后不均勻。


圖I是本發(fā)明的設(shè)備設(shè)計(jì)示意主體框圖。圖中符號(hào)說明如下I、左法蘭；2、主真空腔室；3、隔離板；4、高真空密封閥門裝置；5、副真空腔室；6、右法蘭；7、大密封板。圖2是石英玻璃厚壁加熱管外加熱方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中符號(hào)說明如下2. I、加熱石英玻璃管；2. 2、隔熱纖維棉；2. 3、加熱電阻絲；2. 4、真空腔室不銹鋼壁；圖3是不銹鋼電極板與不銹鋼屏蔽罩之間石英玻璃無縫絕緣隔離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中符號(hào)說明如下3. I、石英玻璃厚壁管；3. 2、不銹鋼圓柱棒；3. 3、氟膠圈；3. 4、聚四氟密封塊；3. 5、聚四氟密封塊；3. 6、不銹鋼壁密封塊；3. 7、不銹鋼壁密封塊；3. 8、真空腔室不銹鋼壁；3. 9、不銹鋼屏蔽罩3. 10不銹鋼電極板；3. 11不銹鋼電極板與圓柱棒連接處；3. 12石英玻璃板與石英玻璃厚壁管無縫熔接處；3. 13石英玻璃板。圖4是隔離板結(jié)構(gòu)示意中符號(hào)說明如下4. I、斜孔；4. 2、矩形孔；4. 3、右固定件；4. 4、右負(fù)斜面；4. 5、嵌埋式冷卻水槽；4. 6、左負(fù)斜面；4. 7、左固定件。圖5.是高真空密封閥門裝置結(jié)構(gòu)示意中符號(hào)說明如下5. I、左固定件(在隔離板上或大密封板左、右法蘭上);5. 2、帶彈簧鋼珠的密封塊；5. 3、右固定件(在隔離板上或大密封板左、右法蘭上);5. 4、頂塊；5. 5、扁形類汽車千斤頂；5. 6、左正負(fù)斜面對(duì)接處；5. 7、右正負(fù)斜面對(duì)接處；5. 8、帶彈簧的鋼珠所在處；5. 9、密封槽；5. 10、旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
圖6是帶彈簧鋼珠的密封塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中符號(hào)說明如下6. I、密封槽；6. 2、鋼珠；6. 3、彈簧；6. 4、正斜面。圖7是帶彈簧鋼珠的密封塊與固定件的正負(fù)斜面對(duì)接處示意圖。圖中符號(hào)說明如下7. I、固定件；7. 2、密封塊；7. 3、密封槽。圖8是橢園偏振光實(shí)時(shí)監(jiān)控示意圖。圖中符號(hào)說明如下8. I、光源；8. 2、左光學(xué)兀件；8. 3、樣品；8. 4、右光學(xué)兀件；8. 5、光探測(cè)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖I，本發(fā)一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備設(shè)計(jì)方法， 列舉具體實(shí)施例如下本發(fā)明一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備，其主體結(jié)構(gòu)框圖見圖1，它是一種形狀、構(gòu)造相同的連續(xù)性結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是由左法蘭I、主真空腔室2、隔離板3、高真空密封閥門裝置4、副真空腔室5、右法蘭6、大密封板7從左到右依序排列而組成，其余以此類推。它們之間的順序位置如圖I所示，其連接關(guān)系是左法蘭I和主真空腔室2之間采用氬弧焊連接；主真空腔室2和隔離板3之間采用氬弧焊連接；隔離板3和副真空腔室5之間采用氬弧焊連接；隔離板3和高真空密封閥門裝置4之間采用氟膠圈密封；副真空腔室5 和右法蘭6之間采用氬弧焊連接；高真空密封閥門裝置4和右法蘭6之間采用氟膠圈密封； 右法蘭6和大密封板7之間采用氟膠圈密封連接。重復(fù)按此順序連接，可實(shí)現(xiàn)多真空腔室連接，從而可展開無污染的多層膜制備。所述左法蘭I是方形結(jié)構(gòu)法蘭，采用304型號(hào)不銹鋼材料，厚為25mm ;其左法蘭I 的功能是與左邊的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備的右端大密封板7進(jìn)行氟膠圈密封連接時(shí)起到骨架作用，使右邊的PECVD真空設(shè)備與左邊的PECVD真空設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PECVD真空設(shè)備串聯(lián)。所述主真空腔室2是等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積薄膜的長方形結(jié)構(gòu)，其厚為 20mm的304型號(hào)不銹鋼板制備出長780mm寬500mm高500mm的長方體真空腔室2 ;該主真空腔室2內(nèi)設(shè)置有加熱系統(tǒng)、兩個(gè)平行電極系統(tǒng)、樣品傳輸系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)，其位置和連接關(guān)系等與傳統(tǒng)的PECVD真空設(shè)備里的主體真空腔室相同，所不同的是加熱系統(tǒng)和兩個(gè)平行電極系統(tǒng)中的負(fù)電極結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)。見圖2，其改進(jìn)后的加熱系統(tǒng)是采用石英玻璃厚壁管外加熱方式即加熱石英玻璃管2. I兩端在真空室外，雙排多根石英玻璃厚壁管內(nèi)安置加熱電阻絲2. 3進(jìn)行加熱，加熱石英玻璃管2. I內(nèi)設(shè)置有隔熱纖維棉腔2. 2，室內(nèi)所有零件采用耐高溫不銹鋼，并在薄膜沉積區(qū)域設(shè)有加熱箱以防熱量損失；在主真空腔室的正面和背面的不銹鋼板上加工7個(gè)直徑為20mm且孔間距離為30mm的水平密排小孔,采用壁厚為3mm的長石英玻璃管橫穿過主真空腔室即石英玻璃管兩端在真空室外，7根石英玻璃厚壁管內(nèi)安置電阻絲進(jìn)行加熱，主腔室內(nèi)所有零件采用2520型號(hào)的高溫不銹鋼制備，并在薄膜沉積區(qū)域設(shè)有加熱箱以防熱量損失，樣品區(qū)域溫度為室溫 600°C可控并且均勻。熱電偶探頭插CN 102534573 A
入到不銹鋼管里，而該不銹鋼管延伸至樣品加熱區(qū)域并用不銹鋼堵頭焊接密封，這樣熱電偶探頭更換方便，而且可精確控溫。改進(jìn)的加熱系統(tǒng)可提高加熱溫度和溫度的均勻性。見圖3，其改進(jìn)后的兩個(gè)平行電極系統(tǒng)中的負(fù)電極結(jié)構(gòu)是在耐高溫的不銹鋼電極板3. 10與耐高溫的不銹鋼屏蔽罩3. 9之間采用了石英玻璃構(gòu)件進(jìn)行了無縫絕緣隔離即不銹鋼電極板
3.10的尺寸為180X 180mm2與不銹鋼園柱棒3. 2連接一體，并由不銹鋼圓柱棒3. 2引出真空室外；石英玻璃板3. 13與石英玻璃厚壁管3. I無縫熔接一體，并將石英玻璃厚壁管3. I 套入不銹鋼園柱棒3. 2而引出真空室外；不銹鋼屏蔽罩3. 9與不銹鋼屏蔽管連接一體，并將屏蔽管套入石英玻璃厚壁管3. I而引出不銹鋼圓柱棒3. 2至真空室外。由此實(shí)現(xiàn)上述不銹鋼電極板3. 10與不銹鋼屏蔽罩3. 9之間由石英玻璃構(gòu)件進(jìn)行無縫絕緣隔離，從而避免了由縫可能產(chǎn)生的射頻功率損失和由此導(dǎo)致的兩電極板之間電離輝光不穩(wěn)定而引起的沉積膜后不均勻。所述隔離板3是采用304型號(hào)不銹鋼材料制備的，呈矩形；見圖4，并用氬弧焊將其焊接在大真空腔室2的內(nèi)壁上，從而將大真空腔室分為兩個(gè)真空腔室即主真空腔室3和副真空腔室5，主真空腔室2為工作腔室用于沉積薄膜，而副真空腔室5為隔離室以實(shí)現(xiàn)零污染目的。該隔離板3中部設(shè)有矩形孔4. 2，矩形孔尺寸，為160mmX 40mm ；以便樣品在主真空腔室2和副真空腔室5之間傳遞，并且在隔離板3的矩形孔周圍設(shè)計(jì)有嵌埋式冷卻水槽
4.5進(jìn)行水冷，以便工作腔室可在高溫下工作。該隔離板3上還設(shè)置了兩個(gè)斜孔4. 1，其斜度為20度用于探測(cè)光束或激光入射或反射，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜沉積生長。隔離板上設(shè)置有左右斜面的固定件，其斜度為30度。所述高真空密封閥門裝置4是由帶彈簧鋼珠的密封塊(200mmX80mmX30mm)、頂塊(120mmX60X30mm)、扁形類汽車千斤頂和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件所組成，如圖5所示。它們之間的位置連接關(guān)系是帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2在頂塊5. 4之上，而頂塊5. 4又在扁形類汽車千斤頂5. 5之上，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件5. 10通過螺桿與扁形類汽車千斤頂5. 5連接。該帶有彈簧鋼珠的密封塊5. 2是不銹鋼長方形厚板，在其左右兩端分別設(shè)計(jì)置有左右正斜面，其斜度為30度，可與上述不銹鋼隔離板上設(shè)置的左右斜面的固定件配合使用；鋼珠僅凸出密封面3mm而不穿出；在該長方形厚板的一面設(shè)計(jì)置有矩形的密封槽5. 9可進(jìn)行氟膠圈密封，在這矩形的密封槽5. 9外圍的四角附近位置處設(shè)計(jì)有彈簧鋼珠如圖5和圖6所示，這帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2的作用是密封隔離板3上或大密封板7上的矩形孔4. 2 ;該頂塊5. 4是實(shí)心長方體不銹鋼塊，其作用是將扁形類汽車千斤頂5. 5向上的頂力傳遞給帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2 ； 該扁形類汽車千斤頂5. 5是將扁狀的汽車千斤頂進(jìn)行了改造，即將扁狀汽車千斤頂?shù)南轮С屑苋サ簦臑橛蓛蓚€(gè)固定支承座支承如圖5中的固定支承座5. 5. I和5. 5. 3來支承， 這兩支承固定座中部有軸承，螺桿穿過該固定支承座中部并可旋轉(zhuǎn)，在這兩個(gè)固定支承座之間有一個(gè)移動(dòng)支承座并且旋轉(zhuǎn)螺桿可帶動(dòng)移動(dòng)支承座左右移動(dòng)；該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件5. 10是普通的高真空密封焊接波紋管結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)入器或者磁流體密封的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，通過旋轉(zhuǎn)構(gòu)件
5.10帶動(dòng)上述螺桿旋轉(zhuǎn)，使上述移動(dòng)支承座左右移動(dòng)，從而經(jīng)頂塊5. 4控制上述帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2的升降，即控制帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2向上或向下運(yùn)動(dòng)。該高真空密封閥門裝置4的密封原理是當(dāng)帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，該密封塊的左、右兩端的正斜面(如圖6所示)便與隔離板3上或大密封板7上固定件的左、右負(fù)斜面對(duì)接，由于隔離板3上或大密封板7上固定件是固定不動(dòng)的，所以，向上的帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2便被頂住了，并通過正負(fù)斜面對(duì)接而使該密封塊向隔離板3上或向大密封板7方向擠壓，從而起到密封作用(如圖7所示)，并可達(dá)到10_5Pa的密封效果；在無需密封的情況下，可使帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，上述正負(fù)斜面對(duì)接面脫離即帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2 和左、右固定件脫離(如圖7所示)，而帶彈簧鋼珠的密封塊中的彈簧鋼珠便有利于這種脫離趨勢(shì)，以防止該密封塊被卡住。帶彈簧鋼珠的密封塊5. 2的向上移動(dòng)或向下移動(dòng)是靠設(shè)置在副真空腔室5內(nèi)靠近隔離板3處或靠近大密封板7處的扁形類汽車千斤頂5. 5，其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力采用高真空密封焊接波紋管結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)入器或采用磁流體密封的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件5. 10 ； 副腔室內(nèi)5內(nèi)安裝有小型橢園偏振光實(shí)時(shí)在線監(jiān)控精密設(shè)備等實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和樣品傳輸系統(tǒng)。見圖8，在主真空腔室2—側(cè)的左副真空腔室里安裝氙燈或光纖等光源8. I和起偏器等相關(guān)光學(xué)器件8. 2供橢園偏振光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)控使用，或者安裝小型激光器光源和起偏器及補(bǔ)償器(四分之一波片)等光學(xué)器件供消光型橢園偏振光實(shí)時(shí)監(jiān)控使用；在主真空腔室另一側(cè)的右副真空腔室里安裝旋轉(zhuǎn)檢偏器和光探測(cè)系統(tǒng)8. 5及相關(guān)光學(xué)器件8. 4等供橢園偏振光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)控使用，或者安裝激光探測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)光學(xué)器件等供消光型橢園偏振光實(shí)時(shí)監(jiān)控使用。所述右法蘭6是方形結(jié)構(gòu)法蘭，采用304型號(hào)不銹鋼材料，厚為22mm，其形狀結(jié)構(gòu)同左法蘭I。其右法蘭6功能是與右邊的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備的大密封板7進(jìn)行氟膠圈密封連接起到骨架作用。使左邊的PECVD真空設(shè)備與右邊的PECVD 真空設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PECVD真空設(shè)備串聯(lián)。所述大密封板7是采用304型號(hào)不銹鋼材材料制備的厚密封板，其結(jié)構(gòu)與隔離板 3類同，也是在該大密封板中部設(shè)有矩形孔，矩形孔尺寸為160mmX40mm，以便使樣品8. 3從左邊PECVD設(shè)備中的副真空腔室向右邊PECVD設(shè)備中的主真空腔室傳遞，反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)樣品在多PECVD設(shè)備之間進(jìn)行連續(xù)傳遞；并且在該大密封板7的矩形孔周圍也設(shè)計(jì)有嵌埋式冷卻水槽4. 5進(jìn)行水冷，以便工作腔室可在高溫下工作；該大密封板7上也設(shè)計(jì)了兩個(gè)斜孔4. 1，其斜度為20度，用于探測(cè)光束或激光入射或反射，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜沉積生長， 如圖8所示。該大密封板7上的矩形孔的密封和上述隔離板3上的矩形孔的密封是相同的， 是采用上述高真空密封閥門裝置4來進(jìn)行密封的。大密封板7與隔離板3所不同的是 大密封板7是與左PECVD真空設(shè)備的右法蘭6進(jìn)行氟膠圈密封連接，同時(shí)又與右PECVD真空設(shè)備的的左法蘭I進(jìn)行氟膠圈密封連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PECVD真空設(shè)備串聯(lián)。而隔離板3 是采用氬弧焊將其焊接在大真空腔室內(nèi)壁上，將大真空腔室分為兩個(gè)真空腔室即主真空腔室3和副真空腔室5。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，舉凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等設(shè)計(jì)均應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)方案所涵蓋。綜上所述，本發(fā)明提供了一種新型等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)真空設(shè)備，該設(shè)備克服了現(xiàn)有設(shè)備的不足。采用主真空腔室和副真空腔室隔離以克服薄膜間材質(zhì)相互污染問題；采用橢園偏振光實(shí)時(shí)在線監(jiān)控精密設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜薄膜生長以克服薄膜光電性能參數(shù)的工藝重復(fù)差、膜厚難以控制；采用上述新型電極結(jié)構(gòu)和加熱系統(tǒng)提高了薄膜的均勻性和溫度范圍等。本發(fā)明真空設(shè)備制制備功能薄膜方法的成本低，性能好，可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。依法提出專利申請(qǐng)。
權(quán)利要求
1.一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備，其特征在于它是一種形狀、構(gòu)造相同的連續(xù)性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是由左法蘭(I)、主真空腔室(2)、隔離板(3)、高真空密封閥門裝置(4)、副真空腔室(5)、右法蘭(6)、大密封板(7)從左到右依序排列而組成，左法蘭(I)和主真空腔室(2)之間采用氬弧焊連接；主真空腔室(2)和隔離板(3)之間采用氬弧焊連接； 隔離板⑶和副真空腔室(5)之間采用氬弧焊連接；隔離板(3)和高真空密封閥門裝置⑷ 之間采用氟膠圈密封；副真空腔室(5)和右法蘭(6)之間采用氬弧焊連接；高真空密封閥門裝置(4)和右法蘭(6)之間采用氟膠圈密封；右法蘭(6)和大密封板(7)之間采用氟膠圈密封連接；重復(fù)按此順序連接，就實(shí)現(xiàn)多真空腔室連接，從而展開無污染的多層膜制備； 所述左法蘭(I)是方形結(jié)構(gòu)法蘭或圓形法蘭，采用不銹鋼材料，其左法蘭(I)的功能是與左邊的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備的右端大密封板(7)進(jìn)行氟膠圈密封連接時(shí)起到骨架作用，使右邊的PECVD真空設(shè)備與左邊的PECVD真空設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái) PECVD真空設(shè)備串聯(lián)；所述主真空腔室(2)是等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積薄膜的長方形結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)的主體真空腔室，采用不銹鋼材材料制備；主真空腔室(2)內(nèi)設(shè)置有加熱系統(tǒng)、兩個(gè)平行電極系統(tǒng)、樣品傳輸系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)，其位置和連接關(guān)系與傳統(tǒng)的PECVD真空設(shè)備里的主體真空腔室相同，所不同的是加熱系統(tǒng)和兩個(gè)平行電極系統(tǒng)中的負(fù)電極結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)；其改進(jìn)后的加熱系統(tǒng)是采用石英玻璃厚壁管外加熱方式即石英玻璃管兩端在真空室外，雙排復(fù)數(shù)根石英玻璃厚壁管內(nèi)放加熱電阻絲進(jìn)行加熱，腔室內(nèi)所有零件采用耐高溫不銹鋼，并在薄膜沉積區(qū)域設(shè)有加熱箱以防熱量損失；采用上下雙排石英玻璃厚管內(nèi)安置電阻絲加熱方式，復(fù)數(shù)根石英玻璃厚壁管的管間距離設(shè)計(jì)為4-6mm，從而保證樣品區(qū)域均勻加熱并加溫到 IOOO0C ;熱電偶探頭插入到不銹鋼管里，而該不銹鋼管延伸至樣品加熱區(qū)域并用不銹鋼堵頭焊接密封，這樣熱電偶探頭更換方便，而且精確控溫；改進(jìn)的加熱系統(tǒng)提高加熱溫度和溫度的均勻性；其改進(jìn)后的兩個(gè)平行電極系統(tǒng)中的負(fù)電極結(jié)構(gòu)是在高溫不銹鋼電極板與高溫不銹鋼屏蔽罩之間采用了石英玻璃構(gòu)件進(jìn)行了無縫絕緣隔離，即不銹鋼電極板與不銹鋼園柱棒連接一體，并由不銹鋼園柱棒引出真空室外；石英玻璃板與石英玻璃厚壁管無縫熔接一體，并將石英玻璃厚壁管套入不銹鋼園柱棒而引出真空室外；不銹鋼屏蔽罩與不銹鋼屏蔽管連接一體，并將屏蔽管套入石英玻璃厚壁管而引出不銹鋼園柱棒至真空室外，由此實(shí)現(xiàn)不銹鋼電極板與不銹鋼屏蔽罩之間由石英玻璃構(gòu)件進(jìn)行無縫絕緣隔離，從而避免了由縫可能產(chǎn)生的射頻功率損失和由此導(dǎo)致的兩電極板之間電離輝光不穩(wěn)定而引起的沉積膜后不均勻；所述隔離板(3)是采用不銹鋼材料制備的隔離板，呈圓形或矩形，并用氬弧焊將其焊接在大真空腔室內(nèi)壁上，從而將大真空腔室分為兩個(gè)真空腔室即主真空腔室和副真空腔室，主真空腔室為工作腔室用于沉積薄膜，而副真空腔室為隔離室以實(shí)現(xiàn)零污染目的；該隔離板中部設(shè)有矩形孔，以便樣品在主真空腔室和副真空腔室之間傳遞，并且在隔離板的矩形孔周圍設(shè)計(jì)有嵌埋式冷卻水槽進(jìn)行水冷，以便工作腔室在高溫下工作；該隔離板上還設(shè)置了一個(gè)或一個(gè)以上斜孔用于探測(cè)光束或激光入射或反射，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜沉積生長； 所述高真空密封閥門裝置(4)是由帶彈簧鋼珠的密封塊、頂塊、扁形類汽車千斤頂和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件所組成，帶有彈簧鋼珠的密封塊在頂塊之上，而頂塊又在扁形類汽車千斤頂之上， 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件通過螺桿與扁形類汽車千斤頂連接；該帶彈簧鋼珠的密封塊是不銹鋼長方形厚板，在其左右兩端分別設(shè)置有左右正斜面，并且在該長方形厚板的一面設(shè)置有矩形密封槽進(jìn)行氟膠圈密封，在這矩形密封槽外圍的四角附近位置處設(shè)置有彈簧鋼珠，這帶彈簧鋼珠的密封塊的作用是密封隔離板上或大密封板上的矩形孔；該頂塊是實(shí)心長方體不銹鋼塊， 其作用是將扁形類汽車千斤頂向上的頂力傳遞給帶彈簧鋼珠的密封塊；該扁形類汽車千斤頂是將扁狀的汽車千斤頂進(jìn)行了改造，即將扁狀汽車千斤頂?shù)南轮С屑苋サ簦臑橛蓛蓚€(gè)固定支承座支承，這兩個(gè)固定支承座中部有軸承，螺桿穿過該固定支承座中部并旋轉(zhuǎn)，在這兩個(gè)固定支承座之間有一個(gè)移動(dòng)支承座并且旋轉(zhuǎn)螺桿帶動(dòng)移動(dòng)支承座左右移動(dòng)；該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件是普通的高真空密封焊接波紋管結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)入器或磁流體密封的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，通過旋轉(zhuǎn)構(gòu)件帶動(dòng)上述螺桿旋轉(zhuǎn)，使上述移動(dòng)支承座左右移動(dòng)，從而經(jīng)頂塊控制帶彈簧鋼珠的密封塊的升降，即控制帶彈簧鋼珠的密封塊向上或向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)帶彈簧鋼珠的密封塊向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，該密封塊的左右兩端的正斜面便與隔離板上或大密封板上左、右固定件的負(fù)斜面對(duì)接，由于隔離板上或大密封板上固定件是固定不動(dòng)的，所以，向上的帶彈簧鋼珠的密封塊便被頂住了，并通過正負(fù)斜面對(duì)接而使該密封塊向隔離板上或向大密封板方向擠壓，從而起到密封作用，并達(dá)到10_5Pa的密封效果；在無需密封的情況下，使帶彈簧鋼珠的密封塊向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，上述正負(fù)斜面對(duì)接面脫離即帶彈簧鋼珠的密封塊和和左、右固定件脫離，而帶彈簧鋼珠的密封塊中的彈簧鋼珠便有利于這種脫離趨勢(shì)，以防止密封塊被卡住；帶彈簧鋼珠的密封塊的向上移動(dòng)或向下移動(dòng)是靠設(shè)置在副真空腔室內(nèi)靠近隔離板處或靠近大密封板處的扁形類汽車千斤頂，其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力采用高真空密封焊接波紋管結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)導(dǎo)入器或采用磁流體密封的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件；所述副真空腔室(5)是采用不銹鋼材材料制備；副腔室內(nèi)(5)內(nèi)安裝有小型橢園偏振光實(shí)時(shí)在線監(jiān)控精密設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和樣品傳輸系統(tǒng)；在主真空腔室一側(cè)的左副真空腔室里安裝氙燈或光纖光源和起偏器相關(guān)光學(xué)器件供橢園偏振光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)控使用，或者安裝小型激光器光源和起偏器及補(bǔ)償器光學(xué)器件供消光型橢園偏振光實(shí)時(shí)監(jiān)控使用；在主真空腔室另一側(cè)的右副真空腔室里安裝旋轉(zhuǎn)檢偏器和光探測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)光學(xué)器件供橢園偏振光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)控使用，或者安裝激光探測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)光學(xué)器件供消光型橢園偏振光實(shí)時(shí)監(jiān)控使用；所述右法蘭(6)是方形結(jié)構(gòu)法蘭或圓形法蘭，采用不銹鋼材料，其形狀結(jié)構(gòu)同左法蘭(I);其右法蘭(6)功能是與右邊的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備的大密封板(7) 進(jìn)行氟膠圈密封連接起到骨架作用；使左邊的PECVD真空設(shè)備與右邊的PECVD真空設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PECVD真空設(shè)備串聯(lián)；所述大密封板(7)是采用不銹鋼材材料制備的厚密封板，其結(jié)構(gòu)與隔離板(3)類同， 也是在該大密封板中部設(shè)有矩形孔，以便使樣品從左邊PECVD設(shè)備中的副真空腔室向右邊 PECVD設(shè)備中的主真空腔室傳遞，反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)樣品在多PECVD設(shè)備之間進(jìn)行連續(xù)傳遞；并且在該大密封板的矩形孔周圍也設(shè)置有嵌埋式冷卻水槽進(jìn)行水冷，以便工作腔室在高溫下工作；該大密封板上也設(shè)置計(jì)了一個(gè)或一個(gè)以上斜孔用于探測(cè)光束或激光入射或反射，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜沉積生長；該大密封板上的矩形孔的密封和上述隔離板上的矩形孔的密封是相同的，是采用上述高真空密封閥門裝置(4)來進(jìn)行密封；大密封板(7)與隔離板(3)所不同的是大密封板(7)是與左PECVD真空設(shè)備的右法蘭(6)進(jìn)行氟膠圈密封連接， 同時(shí)又與右PECVD真空設(shè)備的的左法蘭(I)進(jìn)行氟膠圈密封連接，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PECVD真空設(shè)備串聯(lián)；而隔離板(3)是采用氬弧焊將其焊接在大真空腔室內(nèi)壁上，將大真空腔室分為兩個(gè)真空腔室即主真空腔室和副真空腔室。
全文摘要
一種等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積真空設(shè)備，它是一種形狀、構(gòu)造相同的連續(xù)性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是由左法蘭、主真空腔室、隔離板、高真空密封閥門裝置、副真空腔室、右法蘭、大密封板從左到右依序排列而組成，左法蘭和主真空腔室之間采用氬弧焊連接；主真空腔室和隔離板之間采用氬弧焊連接；隔離板和副真空腔室之間采用氬弧焊連接；隔離板和高真空密封閥門裝置之間采用氟膠圈密封；副真空腔室和右法蘭之間采用氬弧焊連接；高真空密封閥門裝置和右法蘭之間采用氟膠圈密封；右法蘭和大密封板之間采用氟膠圈密封連接；重復(fù)按此順序連接，就實(shí)現(xiàn)多真空腔室連接，從而展開無污染的多層膜制備。本發(fā)明在真空鍍膜設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域里有廣闊地應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C23C16/52GK102534573SQ201210006459
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉嘉, 吳然嵩, 孫月峰, 張冷, 張維佳, 馬強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)