基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及在具有复杂曲面的基底表面制备纳米多层膜，具体地，涉及一种基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置。
【背景技术】
[0002]目前，通用的具有复杂曲面的玻璃工件外表面制备薄膜方法是物理真空蒸镀(PVD)。将Si02，ZnS和T12或Nb2O5等固体颗粒物通过电子枪加热气化，真空腔体内放置有玻璃工件，气态化的低折射率Si02、ZnS和高折射率Nb2O5或T12交替附着在玻璃表面，通过蒸发量控制膜层厚度并最终生成超过30层的薄膜。
[0003]但是，上述工艺方法存在不足之处，玻璃工件外玻璃表面没有经过活性化处理，未形成致密的交联层，没有采取洁净化处理使得膜层附着度不够，高温下膜层受热应力不均匀影响容易导致开裂，脱落。另外，气化后的蒸发材料由于没有经过离子加速并受复杂曲面的曲率影响，使得中心部位、边缘部位附着的低折射率和高折射率两种物质接受量不一样，造成曲面膜厚不一致。因此，采用上述工艺方法在玻璃工件表面制备的红外截止膜或滤紫外膜等光学性能大幅下降，甚至失效。
[0004]此外，目前也有采用低压等离子化学气相沉积的方法在基底表面沉积生成薄膜，使沉积基底表面形成多种功能性薄膜，例如红外截止膜，滤紫外膜等。例如，专利文献I公开了一种等离子体源和用等离子体增强的化学气相沉积来沉积薄膜涂层的方法。专利文献2公开了供一种等离子体增强化学气相沉积装置，包括:具备顶部进气口的腔体;位于腔体内进气口下的上电极;位于腔体底部，与上电极相对设置的下电极;位于所述下电极上的器件基板。
[0005]现有技术:
[0006]专利文献1:中国专利公开CN 105154856A；
[0007]专利文献2:中国专利公开CN101974738 A0
[0008]但是，采用现有的各种工艺制备的纳米多层膜，往往存在膜层应力不均匀和膜厚不均匀等问题。
【实用新型内容】
[0009]鉴于以上存在的问题，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可准确控制每层厚度、以及均匀度，增加膜层与基体粘合力的基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置。
[0010]为了解决上述技术问题，本实用新型提供的基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置，包括:用于放置基体工件的真空的反应腔；向所述反应腔内持续供给氧气的氧气输送系统；向所述反应腔内交替地供给第一气体和第二气体的气体输送系统;产生微波并向所述反应腔内提供所述微波的微波发生系统;设置于所述反应腔与所述微波发生系统之间以在所述反应腔内产生等离子场从而电离所述反应腔内的各种气体以使各气体不同分子之间进行化学反应而生成纳米级膜层的微波电子回旋共振系统。
[0011]根据本实用新型，微波发生系统产生的高频电磁波通过微波电子回旋共振系统，最终在真空的反应腔内产生等离子场，并电离通过配气系统导入的不同种气体，破坏气体的化学键，使得不同分子之间进行化学反应，生成纳米级膜层，交替沉积到基体表面，使得沉积在基体表面的薄膜分布均匀。并且，高能等离子体中的自由电子轰击基体表面，同时可以加热基体，使基体表面活性化，形成致密的交联层，从而利于膜层生长沉积，大大提高了效率，节省了时间。
[0012]由此，采用本实用新型的装置制备纳米薄膜，膜层的厚度和应力均匀，一致性非常好;反应时间短，材料成本低;尤其对于具有复杂曲面的工件具有良好的成膜特性。
[0013]又，在本实用新型中，也可以是，所述反应腔设置有多个，所述装置还包括将经所述微波电子回旋共振系统后的微波能量平均分配至多个所述反应腔的调配器。
[0014]根据本实用新型，通过设置多个反应腔及调配器，可使多个基体工件同时进行沉积。
[0015]又，在本实用新型中，也可以是，所述调配器包括三销钉调配器。
[0016]根据本实用新型，三销钉调配器是通过固定在波导管上的三个销钉来调节控制微波反射功率。
[0017]又，在本实用新型中，也可以是，还包括用于对所述反应腔抽真空的真空抽气系统，所述真空抽气系统包括真空栗和连接所述真空栗与所述反应腔的真空连接管道。
[0018]根据本实用新型，可通过真空抽气系统对反应腔抽真空。
[0019]又，在本实用新型中，也可以是，所述第一气体包括TiCl4气体、气态五氧二钽(Ta205)、气态二氧化错(ZrC>2)、或气态五氧化二银(Nb205);所述第二气体包括六甲基二娃氧烷气体、SiH4气体、或SiF4气体。
[0020]根据本实用新型，本实施形态中以TiCl4气体和六甲基二硅氧烷气体为例进行说明，但本实用新型不限于此，也可采用其他气体制备纳米薄膜。例如，含有Si组分元素和Ti组分元素的气体物质，根据产品的不同需求选用，并且可以根据需要改变材料的配比，生成不同功能的纳米膜层，具有很大的适用性。
[0021]又，在本实用新型中，也可以是，所述气体输送系统包括用于供给第一气体的第一气体输送系统和用于供给第二气体的第二气体输送系统，所述第一气体输送系统和第二气体输送系统分别通过控制阀与所述反应腔连通。
[0022]根据本实用新型，可交替地运行第一气体输送系统和第二气体输送系统，从而可将第一气体和第二气体交替地供给至反应腔。
[0023]又，在本实用新型中，也可以是，还包括用于向所述反应腔内供给保护气的保护气输送系统。
[0024]根据本实用新型，当需要停机时，可通过保护气输送系统向反应腔内注入保护气，把内部混合气体排出，避免混合气体达到爆炸的临界点，保证生产安全。
[0025]根据下述【具体实施方式】并参考附图，将更好地理解本实用新型的上述内容及其它目的、特征和优点。
【附图说明】
[0026]图1示出了根据本实用新型一实施形态的基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置的结构示意图；
[0027]图2是图1所示装置的俯视图；
[0028]图3是图1所示装置的左视图。
[0029]附图标记:
[0030]1、反应腔;2、真空栗;3、TiCl4气体输送系统;4、六甲基二硅氧烷气体输送系统;5、氧气输送系统;6、微波发生系统;7、控制阀;8、ECR微波电子回旋共振器;9、三销钉调配器；
10、氮气输送系统；11、真空连接管道;12、真空检测及控制装置。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本实用新型，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本实用新型，而非限制本实用新型。
[0032]针对现有在具有复杂曲面的基底表面制备纳米多层膜的工艺中存在的种种不足之处，本实用新型提供了一种基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置。该装置包括:用于放置基体工件的真空的反应腔；向所述反应腔内持续供给氧气的氧气输送系统；向所述反应腔内交替地供给第一气体和第二气体的气体输送系统;产生微波并向所述反应腔内提供所述微波的微波发生系统;设置于所述反应腔与所述微波发生系统之间以在所述反应腔内产生等离子场从而电离所述反应腔内的各种气体以使各气体不同分子之间进行化学反应而生成纳米级膜层的微波电子回旋共振系统。
[0033]采用本实用新型，微波发生系统产生的高频电磁波通过ECR微波电子回旋共振系统，最终在真空的反应腔内产生等离子场，并电离通过配气系统导入的不同种气体，破坏气体的化学键，使得不同分子之间进行化学反应，生成纳米级膜层，交替沉积到基体表面，使得沉积在基体表面的薄膜分布均匀。高能等离子体中的自由电子轰击基体表面，同时可以加热基体，使基体表面活性化，形成致密的交联层，从而利于膜层生长沉积，大大提高了效率，节省了时间。
[0034]具体地，图1示出了根据本实用新型一实施形态的基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置的结构示意图；图2是图1所示装置的俯视图；图3是图1所示装置的左视图。
[0035]如图1至图3所示，本实施形态中的基于低压等离子化学气相沉积制备纳米多层膜的装置包括用于放置基体工件的真空的反应腔I。在本实施形态中，可包括用于对反应腔I抽真空的真空抽气系统，该真空抽气系统可包括真空栗2和连接真空栗2与反应腔I的真空连接管道11。在反应腔I内放置基体工件后，通过该真空抽气系统对反应腔I进行抽真空，使该反应腔I内处于高真空状态。此时，也可通过真空检测及控制装置12，维持真空腔室保持在例如0.1—0.5mbar左右，同时真空检测计反馈实测真空值到上位PLC控制系统中。此外，在该真空连接管道11上可设有控制阀7，从而该真空抽气系统可通过控制阀7与反应腔I连通。
[0036]在本实施形态中所应用的基体工件可以是玻璃工件，尤其可以是具有复杂曲面的玻璃工件，同时本实用新型也可以用于其他基体材料，如Si片或金属表面。
[0037]如图2所示，本装置还包括向反应腔I内持续供给氧气的氧气输送系统5。该氧气输送系统5可通过控制阀7与上述反应腔I连通。在通过上述真空抽气系统对反应腔I进行抽真空后，通过氧气输送系统5向反应腔I内注入氧气。
[0038]此外，本装置还包括向反应腔I内交替地供给第一气体和第二气体的气体输送系统。在本实施形态中，第一气体可以是TiCl4气体;第二气体可以是六甲基二硅氧烷气体。但本实用新型不限于此，可以根据需要改变材料的配比，生成不同功能的纳米膜层，具有很大的适用性。例如作为第一和第二气体来生成纳米膜层，同时也可以选用气态五氧二钽(Ta205)、气态二氧化错(ZrC>2)、气态五氧化二银(Nb205)作为第一气体;选用SiH^SiFJtS第二气体来生成纳米膜层。
[0039]又，如图2所示，上述气体输送系统包括用于供给第一气体的第一气体输送系统(即本实施形态中的TiCl4气体输送系统3)和用于供给第二气体的第二气体输送系统(即本实施形态中的六甲基二娃氧烧气体输送系统4)。此外，该TiCl4气体输送系统3和六甲基二硅氧烷气体输送系统4也可分别通过控制阀7与反应腔I连通。
[0040]还如图1至图3所示，本装置还包括产生微波并向反应腔I内提供所产生的微波的微波发生系统6、以及设置于反应腔I与微波发生系统6之间的微波电