[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

(一)技術領域：

本發明涉及一種等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)真空設備，尤其涉及一種具有實時監控薄膜生長的等離子體增強型化學氣相沉積真空設備，屬真空鍍膜設備和實時監控技術領域。

(二)背景技術：

許多功能薄膜的制備都需要采用等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)真空設備，如薄膜太陽能電池中的硅薄膜和氮化硅薄膜等等。這些功能薄膜的質量對器件性能影響很大，尤其光電器件更是如此。合理設計等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)真空設備是提高這些功能薄膜質量的關健因素之一。

一般等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)真空設備在制備硅薄膜等功能薄膜時普遍存在著薄膜間材質相互污染問題、薄膜光電性能參數的工藝重復性差、膜厚難以控制等問題，尤其制備多層薄膜這些問題更加嚴重。這制約了進一步提高薄膜光電器件的性能。

本發明旨在設計一種新型等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)真空設備以制備出高質量的有重復性的功能薄膜，并適合于大規模化生產。

(三)發明內容

1.發明目的：

本發明的目的是提供一種等離子體增強型化學氣相沉積真空設備，它克服了現有技術的不足。采用主真空腔室和副真空腔室以克服薄膜間材質相互污染問題，可實現無污染地多真空腔室連接，從而進行無污染的多層膜制備；采用橢園偏振光實時在線監控精密設備實時監控薄膜薄膜生長以提高薄膜光學常數如膜厚等的精確控制；采用新型電極結構和加熱系統以提高薄膜的工藝重復性和均勻性等。

2.技術方案內容：

本發明一種等離子體增強型化學氣相沉積真空設備，其主體結構框圖見圖1，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，其余以此類推。它們之間的順序位置如圖1所示，其連接關系是：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，可實現多真空腔室連接，從而可展開無污染的多層膜制備。本發明設備中所有構件尺寸可根據實際需要確定。

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，其位置和連接關系等與傳統的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。見圖2，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，雙排數根石英玻璃厚壁管內安置電阻絲進行加熱，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，數根石英玻璃厚壁管的管間距離可設計為5mm左右，從而保證樣品區域均勻加熱并可加溫到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，而且可精確控溫。改進的加熱系統可提高加熱溫度和溫度的均勻性。見圖3，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。由此實現上述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。