[发明专利]一种等离子体增强型化学气相沉积真空设备

摘要

一种等离子体增强型化学气相沉积真空设备，它是一种形状、构造相同的连续性结构，该结构是由左法兰、主真空腔室、隔离板、高真空密封阀门装置、副真空腔室、右法兰、大密封板从左到右依序排列而组成，左法兰和主真空腔室之间采用氩弧焊连接；主真空腔室和隔离板之间采用氩弧焊连接；隔离板和副真空腔室之间采用氩弧焊连接；隔离板和高真空密封阀门装置之间采用氟胶圈密封；副真空腔室和右法兰之间采用氩弧焊连接；高真空密封阀门装置和右法兰之间采用氟胶圈密封；右法兰和大密封板之间采用氟胶圈密封连接；重复按此顺序连接，就实现多真空腔室连接，从而展开无污染的多层膜制备。本发明在真空镀膜设备实时监控技术领域里有广阔地应用前景。

主权项

一种等离子体增强型化学气相沉积真空设备，其特征在于：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，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，就实现多真空腔室连接，从而展开无污染的多层膜制备；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；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，双排复数根石英玻璃厚壁管内放加热电阻丝进行加热，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，复数根石英玻璃厚壁管的管间距离设计为4‑6mm，从而保证样品区域均匀加热并加温到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，而且精确控温；改进的加热系统提高加热温度和温度的均匀性；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；所述隔离板(3)是采用不锈钢材料制备的隔离板，呈圆形或矩形，并用氩弧焊将其焊接在大真空腔室内壁上，从而将大真空腔室分为两个真空腔室即主真空腔室和副真空腔室，主真空腔室为工作腔室用于沉积薄膜，而副真空腔室为隔离室以实现零污染目的；该隔离板中部设有矩形孔，以便样品在主真空腔室和副真空腔室之间传递，并且在隔离板的矩形孔周围设计有嵌埋式冷却水槽进行水冷，以便工作腔室在高温下工作；该隔离板上还设置了一个或一个以上斜孔用于探测光束或激光入射或反射，以便实时监控薄膜沉积生长；所述高真空密封阀门装置(4)是由带弹簧钢珠的密封块、顶块、扁形类汽车千斤顶和旋转构件所组成，带有弹簧钢珠的密封块在顶块之上，而顶块又在扁形类汽车千斤顶之上，旋转构件通过螺杆与扁形类汽车千斤顶连接；该带弹簧钢珠的密封块是不锈钢长方形厚板，在其左右两端分别设置有左右正斜面，并且在该长方形厚板的一面设置有矩形密封槽进行氟胶圈密封，在这矩形密封槽外围的四角附近位置处设置有弹簧钢珠，这带弹簧钢珠的密封块的作用是密封隔离板上或大密封板上的矩形孔；该顶块是实心长方体不锈钢块，其作用是将扁形类汽车千斤顶向上的顶力传递给带弹簧钢珠的密封块；该扁形类汽车千斤顶是将扁状的汽车千斤顶进行了改造，即将扁状汽车千斤顶的下支承架去掉，而改为由两个固定支承座支承，这两个固定支承座中部有轴承，螺杆穿过该固定支承座中部并旋转，在这两个固定支承座之间有一个移动支承座并且旋转螺杆带动移动支承座左右移动；该旋转构件是普通的高真空密封焊接波纹管结构的回转导入器或磁流体密封的旋转构件，通过旋转构件带动上述螺杆旋转，使上述移动支承座左右移动，从而经顶块控制带弹簧钢珠的密封块的升降，即控制带弹簧钢珠的密封块向上或向下运动；当带弹簧钢珠的密封块向上运动时，该密封块的左右两端的正斜面便与隔离板上或大密封板上左、右固定件的负斜面对接，由于隔离板上或大密封板上固定件是固定不动的，所以，向上的带弹簧钢珠的密封块便被顶住了，并通过正负斜面对接而使该密封块向隔离板上或向大密封板方向挤压，从而起到密封作用，并达到10‑5Pa的密封效果；在无需密封的情况下，使带弹簧钢珠的密封块向下运动，这时，上述正负斜面对接面脱离即带弹簧钢珠的密封块和和左、右固定件脱离，而带弹簧钢珠的密封块中的弹簧钢珠便有利于这种脱离趋势，以防止密封块被卡住；带弹簧钢珠的密封块的向上移动或向下移动是靠 设置在副真空腔室内靠近隔离板处或靠近大密封板处的扁形类汽车千斤顶，其转动动力采用高真空密封焊接波纹管结构的回转导入器或采用磁流体密封的旋转构件；所述副真空腔室(5)是采用不锈钢材材料制备；副腔室内(5)内安装有小型椭园偏振光实时在线监控精密设备实时监控系统和样品传输系统；在主真空腔室一侧的左副真空腔室里安装氙灯或光纤光源和起偏器相关光学器件供椭园偏振光谱仪实时监控使用，或者安装小型激光器光源和起偏器及补偿器光学器件供消光型椭园偏振光实时监控使用；在主真空腔室另一侧的右副真空腔室里安装旋转检偏器和光探测系统及相关光学器件供椭园偏振光谱仪实时监控使用，或者安装激光探测系统及相关光学器件供消光型椭园偏振光实时监控使用；所述右法兰(6)是方形结构法兰或圆形法兰，采用不锈钢材料，其形状结构同左法兰(1)；其右法兰(6)功能是与右边的等离子体增强型化学气相沉积真空设备的大密封板(7)进行氟胶圈密封连接起到骨架作用；使左边的PECVD真空设备与右边的PECVD真空设备连接，从而实现多台PECVD真空设备串联；所述大密封板(7)是采用不锈钢材材料制备的厚密封板，其结构与隔离板(3)类同，也是在该大密封板中部设有矩形孔，以便使样品从左边PECVD设备中的副真空腔室向右边PECVD设备中的主真空腔室传递，反之亦然，从而实现样品在多PECVD设备之间进行连续传递；并且在该大密封板的矩形孔周围也设置有嵌埋式冷却水槽进行水冷，以便工作腔室在高温下工作；该大密封板上也设置计了一个或一个以上斜孔用于探测光束或激光入射或反射，以便实时监控薄膜沉积生长；该大密封板上的矩形孔的密封和上述隔离板上的矩形孔的密封是相同的，是采用上述高真空密封阀门装置(4)来进行密封；大密封板(7)与隔离板(3)所不同的是：大密封板(7)是与左PECVD真空设备的右法兰(6)进行氟胶圈密封连接，同时又与右PECVD真空设备的的左法兰(1)进行氟胶圈密封连接，从而实现多台PECVD真空设备串联；而隔离板(3)是采用氩弧焊将其焊接在大真空腔室内壁上，将大真空腔室分为两个真空腔室即主真空腔室和副真空腔室。