[發明專利]一種等離子體增強型化學氣相沉積真空設備

有效

• 申請號: 201210006459.3
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102534573A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張維佳;劉嘉;馬強;孫月峰;張冷;吳然嵩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C23C16/52
• 分類號: C23C16/52;C23C16/54
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種等離子體增強型化學氣相沉積真空設備，其特征在于：它是一種形狀、構造相同的連續性結構，該結構是由左法蘭(1)、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(1)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；重復按此順序連接，就實現多真空腔室連接，從而展開無污染的多層膜制備；

所述左法蘭(1)是方形結構法蘭或圓形法蘭，采用不銹鋼材料，其左法蘭(1)的功能是與左邊的等離子體增強型化學氣相沉積真空設備的右端大密封板(7)進行氟膠圈密封連接時起到骨架作用，使右邊的PECVD真空設備與左邊的PECVD真空設備連接，從而實現多臺PECVD真空設備串聯；

所述主真空腔室(2)是等離子體增強型化學氣相沉積薄膜的長方形結構或圓形結構的主體真空腔室，采用不銹鋼材材料制備；主真空腔室(2)內設置有加熱系統、兩個平行電極系統、樣品傳輸系統和氣路系統，其位置和連接關系與傳統的PECVD真空設備里的主體真空腔室相同，所不同的是加熱系統和兩個平行電極系統中的負電極結構作了改進；其改進后的加熱系統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，雙排復數根石英玻璃厚壁管內放加熱電阻絲進行加熱，腔室內所有零件采用耐高溫不銹鋼，并在薄膜沉積區域設有加熱箱以防熱量損失；采用上下雙排石英玻璃厚管內安置電阻絲加熱方式，復數根石英玻璃厚壁管的管間距離設計為4-6mm，從而保證樣品區域均勻加熱并加溫到1000℃；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；改進的加熱系統提高加熱溫度和溫度的均勻性；其改進后的兩個平行電極系統中的負電極結構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件進行了無縫絕緣隔離，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，由此實現不銹鋼電極板與不銹鋼屏蔽罩之間由石英玻璃構件進行無縫絕緣隔離，從而避免了由縫可能產生的射頻功率損失和由此導致的兩電極板之間電離輝光不穩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壁上，從而將大真空腔室分為兩個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現零污染目的；該隔離板中部設有矩形孔，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計有嵌埋式冷卻水槽進行水冷，以便工作腔室在高溫下工作；該隔離板上還設置了一個或一個以上斜孔用于探測光束或激光入射或反射，以便實時監控薄膜沉積生長；

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構件所組成，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，旋轉構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置有左右正斜面，并且在該長方形厚板的一面設置有矩形密封槽進行氟膠圈密封，在這矩形密封槽外圍的四角附近位置處設置有彈簧鋼珠，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行了改造，即將扁狀汽車千斤頂的下支承架去掉，而改為由兩個固定支承座支承，這兩個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，在這兩個固定支承座之間有一個移動支承座并且旋轉螺桿帶動移動支承座左右移動；該旋轉構件是普通的高真空密封焊接波紋管結構的回轉導入器或磁流體密封的旋轉構件，通過旋轉構件帶動上述螺桿旋轉，使上述移動支承座左右移動，從而經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動；當帶彈簧鋼珠的密封塊向上運動時，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、右固定件的負斜面對接，由于隔離板上或大密封板上固定件是固定不動的，所以，向上的帶彈簧鋼珠的密封塊便被頂住了，并通過正負斜面對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動，這時，上述正負斜面對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，以防止密封塊被卡住；帶彈簧鋼珠的密封塊的向上移動或向下移動是靠設置在副真空腔室內靠近隔離板處或靠近大密封板處的扁形類汽車千斤頂，其轉動動力采用高真空密封焊接波紋管結構的回轉導入器或采用磁流體密封的旋轉構件；

所述副真空腔室(5)是采用不銹鋼材材料制備；副腔室內(5)內安裝有小型橢園偏振光實時在線監控精密設備實時監控系統和樣品傳輸系統；在主真空腔室一側的左副真空腔室里安裝氙燈或光纖光源和起偏器相關光學器件供橢園偏振光譜儀實時監控使用，或者安裝小型激光器光源和起偏器及補償器光學器件供消光型橢園偏振光實時監控使用；在主真空腔室另一側的右副真空腔室里安裝旋轉檢偏器和光探測系統及相關光學器件供橢園偏振光譜儀實時監控使用，或者安裝激光探測系統及相關光學器件供消光型橢園偏振光實時監控使用；

所述右法蘭(6)是方形結構法蘭或圓形法蘭，采用不銹鋼材料，其形狀結構同左法蘭(1)；其右法蘭(6)功能是與右邊的等離子體增強型化學氣相沉積真空設備的大密封板(7)進行氟膠圈密封連接起到骨架作用；使左邊的PECVD真空設備與右邊的PECVD真空設備連接，從而實現多臺PECVD真空設備串聯；

所述大密封板(7)是采用不銹鋼材材料制備的厚密封板，其結構與隔離板(3)類同，也是在該大密封板中部設有矩形孔，以便使樣品從左邊PECVD設備中的副真空腔室向右邊PECVD設備中的主真空腔室傳遞，反之亦然，從而實現樣品在多PECVD設備之間進行連續傳遞；并且在該大密封板的矩形孔周圍也設置有嵌埋式冷卻水槽進行水冷，以便工作腔室在高溫下工作；該大密封板上也設置計了一個或一個以上斜孔用于探測光束或激光入射或反射，以便實時監控薄膜沉積生長；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真空設備的右法蘭(6)進行氟膠圈密封連接，同時又與右PECVD真空設備的的左法蘭(1)進行氟膠圈密封連接，從而實現多臺PECVD真空設備串聯；而隔離板(3)是采用氬弧焊將其焊接在大真空腔室內壁上，將大真空腔室分為兩個真空腔室即主真空腔室和副真空腔室。