[发明专利]一种等离子体增强型化学气相沉积真空设备

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)真空设备，尤其涉及一种具有实时监控薄膜生长的等离子体增强型化学气相沉积真空设备，属真空镀膜设备和实时监控技术领域。

(二)背景技术：

许多功能薄膜的制备都需要采用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)真空设备，如薄膜太阳能电池中的硅薄膜和氮化硅薄膜等等。这些功能薄膜的质量对器件性能影响很大，尤其光电器件更是如此。合理设计等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)真空设备是提高这些功能薄膜质量的关健因素之一。

一般等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)真空设备在制备硅薄膜等功能薄膜时普遍存在着薄膜间材质相互污染问题、薄膜光电性能参数的工艺重复性差、膜厚难以控制等问题，尤其制备多层薄膜这些问题更加严重。这制约了进一步提高薄膜光电器件的性能。

本发明旨在设计一种新型等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)真空设备以制备出高质量的有重复性的功能薄膜，并适合于大规模化生产。

(三)发明内容

1.发明目的：

本发明的目的是提供一种等离子体增强型化学气相沉积真空设备，它克服了现有技术的不足。采用主真空腔室和副真空腔室以克服薄膜间材质相互污染问题，可实现无污染地多真空腔室连接，从而进行无污染的多层膜制备；采用椭园偏振光实时在线监控精密设备实时监控薄膜薄膜生长以提高薄膜光学常数如膜厚等的精确控制；采用新型电极结构和加热系统以提高薄膜的工艺重复性和均匀性等。

2.技术方案内容：

本发明一种等离子体增强型化学气相沉积真空设备，其主体结构框图见图1，它是一种形状、构造相同的连续性结构。该结构是由左法兰1、主真空腔室2、隔离板3、高真空密封阀门装置4、副真空腔室5、右法兰6、大密封板7从左到右依序排列而组成，其余以此类推。它们之间的顺序位置如图1所示，其连接关系是：左法兰1和主真空腔室2之间采用氩弧焊连接；主真空腔室2和隔离板3之间采用氩弧焊连接；隔离板3和副真空腔室5之间采用氩弧焊连接；隔离板3和高真空密封阀门装置4之间采用氟胶圈密封；副真空腔室5和右法兰6之间采用氩弧焊连接；高真空密封阀门装置4和右法兰6之间采用氟胶圈密封；右法兰6和大密封板7之间采用氟胶圈密封连接。重复按此顺序连接，可实现多真空腔室连接，从而可展开无污染的多层膜制备。本发明设备中所有构件尺寸可根据实际需要确定。

所述左法兰1是方形结构法兰或圆形法兰，采用不锈钢材料，其左法兰1的功能是与左边的等离子体增强型化学气相沉积真空设备的右端大密封板7进行氟胶圈密封连接时起到骨架作用，使右边的PECVD真空设备与左边的PECVD真空设备连接，从而实现多台PECVD真空设备串联。

所述主真空腔室2是等离子体增强型化学气相沉积薄膜的长方形结构或圆形结构的主体真空腔室，采用不锈钢材材料制备；主真空腔室2内设置有加热系统、两个平行电极系统、样品传输系统和气路系统，其位置和连接关系等与传统的PECVD真空设备里的主体真空腔室相同，所不同的是加热系统和两个平行电极系统中的负电极结构作了改进。见图2，其改进后的加热系统是采用石英玻璃厚壁管外加热方式即石英玻璃管两端在真空室外，双排数根石英玻璃厚壁管内安置电阻丝进行加热，腔室内所有零件采用耐高温不锈钢，并在薄膜沉积区域设有加热箱以防热量损失；采用上下双排石英玻璃厚管内安置电阻丝加热方式，数根石英玻璃厚壁管的管间距离可设计为5mm左右，从而保证样品区域均匀加热并可加温到1000℃；热电偶探头插入到不锈钢管里，而该不锈钢管延伸至样品加热区域并用不锈钢堵头焊接密封，这样热电偶探头更换方便，而且可精确控温。改进的加热系统可提高加热温度和温度的均匀性。见图3，其改进后的两个平行电极系统中的负电极结构是在高温不锈钢电极板与高温不锈钢屏蔽罩之间采用了石英玻璃构件进行了无缝绝缘隔离，即不锈钢电极板与不锈钢园柱棒连接一体，并由不锈钢园柱棒引出真空室外；石英玻璃板与石英玻璃厚壁管无缝熔接一体，并将石英玻璃厚壁管套入不锈钢园柱棒而引出真空室外；不锈钢屏蔽罩与不锈钢屏蔽管连接一体，并将屏蔽管套入石英玻璃厚壁管而引出不锈钢园柱棒至真空室外。由此实现上述不锈钢电极板与不锈钢屏蔽罩之间由石英玻璃构件进行无缝绝缘隔离，从而避免了由缝可能产生的射频功率损失和由此导致的两电极板之间电离辉光不稳定而引起的沉积膜后不均匀。