专利名称：一种等离子体增强型化学气相沉积真空设备的制作方法
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。
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倉泛。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。
发明内容
I 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I、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I所示，其连接关系是左法兰I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I是方形结构法兰或圆形法兰，采用不锈钢材料，其左法兰I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°C ;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。所述隔离板3是采用不锈钢材料制备的厚隔离板，呈圆形或矩形见图4，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，以便工作腔室可在高温下工作。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，如图5所示。它们之间的位置连接关系是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可进行氟胶圈密封，在这矩形密封槽外围的四角附近位置处设计有弹簧钢珠如图5和图6所示，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如图5 中的固定支承座5. 5. I和5. 5. 3来支承，这两固定支承座中部有轴承，螺杆穿过该固定支承座中部并可旋转，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可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，从而经顶块控制上述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。该高真空密封阀门装置的密封原理是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(如图6所示)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 (如图7所示)，并可达到KT5Pa的密封效果；在无需密封的情况下，可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5. 2和左、右固定件脱离脱离(如图7所示)，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5. 2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厚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，其位置在如图5中的5. 10所
/Jn o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等实时监控系统和样品传输系统。见图8，在主真空腔室一侧的左副真空腔室里安装氙灯或光纤等光源和起偏器等相关光学器件供椭园偏振光谱仪实时监控使用，或安装小型激光器光源和起偏器及补偿器(四分之一波片)等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等供椭园偏振光谱仪实时监控使用，或安装激光探测系统及相关光学器件等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I。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(PECVD)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计有嵌埋式冷却水槽进行水冷，以便工作腔室可在高温下工作；该大密封板上也设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，如图8所示。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来进行密封的。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I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。3.优点及功效本发明技术与现有技术相比具有的优点及积极效果设计多个连续真空腔室，而每个真空腔室用不锈钢厚隔离板将其分为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，副真空腔室为隔离室以实现零污染目的，并且可在副真空腔室内安装椭园偏振光测试系统可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；在主真空腔室左右两则不锈钢壁上分别设计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；主真空腔室和副真空腔室之间设有高真空密封阀门装置即在副真空腔室内左右两则壁上采用带弹簧钢珠的密封板左右正斜面和安装在此壁上的左右负斜面这两上下斜面对接以实现密封效果，其向上移动正斜面构件的动力靠设置在副腔室内的扁形类汽车千斤顶或顶杠；在主真空腔室内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，数根石英玻璃厚壁管内安置电阻丝进行加热， 方便更换加热源，并且提高了精确控温范围；实现了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。
图I是本发明的设备设计示意主体框图。图中符号说明如下I、左法兰；2、主真空腔室；3、隔离板；4、高真空密封阀门装置；5、副真空腔室；6、右法兰；7、大密封板。图2是石英玻璃厚壁加热管外加热方式系统结构示意图。图中符号说明如下2. I、加热石英玻璃管；2. 2、隔热纤维棉；2. 3、加热电阻丝；2. 4、真空腔室不锈钢壁；图3是不锈钢电极板与不锈钢屏蔽罩之间石英玻璃无缝绝缘隔离系统结构示意图。图中符号说明如下3. I、石英玻璃厚壁管；3. 2、不锈钢圆柱棒；3. 3、氟胶圈；3. 4、聚四氟密封块；3. 5、聚四氟密封块；3. 6、不锈钢壁密封块；3. 7、不锈钢壁密封块；3. 8、真空腔室不锈钢壁；3. 9、不锈钢屏蔽罩3. 10不锈钢电极板；3. 11不锈钢电极板与圆柱棒连接处；3. 12石英玻璃板与石英玻璃厚壁管无缝熔接处；3. 13石英玻璃板。图4是隔离板结构示意中符号说明如下4. I、斜孔；4. 2、矩形孔；4. 3、右固定件；4. 4、右负斜面；4. 5、嵌埋式冷却水槽；4. 6、左负斜面；4. 7、左固定件。图5.是高真空密封阀门装置结构示意中符号说明如下5. I、左固定件(在隔离板上或大密封板左、右法兰上);5. 2、带弹簧钢珠的密封块；5. 3、右固定件(在隔离板上或大密封板左、右法兰上);5. 4、顶块；5. 5、扁形类汽车千斤顶；5. 6、左正负斜面对接处；5. 7、右正负斜面对接处；5. 8、带弹簧的钢珠所在处；5. 9、密封槽；5. 10、旋转构件。
图6是带弹簧钢珠的密封块的结构示意图。图中符号说明如下6. I、密封槽；6. 2、钢珠；6. 3、弹簧；6. 4、正斜面。图7是带弹簧钢珠的密封块与固定件的正负斜面对接处示意图。图中符号说明如下7. I、固定件；7. 2、密封块；7. 3、密封槽。图8是椭园偏振光实时监控示意图。图中符号说明如下8. I、光源；8. 2、左光学兀件；8. 3、样品；8. 4、右光学兀件；8. 5、光探测系统。
具体实施例方式请参阅图I，本发一种等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)真空设备设计方法， 列举具体实施例如下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I、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I所示，其连接关系是左法兰I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。所述左法兰I是方形结构法兰，采用304型号不锈钢材料，厚为25mm ;其左法兰I 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，其厚为 20mm的304型号不锈钢板制备出长780mm宽500mm高500mm的长方体真空腔室2 ;该主真空腔室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加热石英玻璃管2. I两端在真空室外，双排多根石英玻璃厚壁管内安置加热电阻丝2. 3进行加热，加热石英玻璃管2. I内设置有隔热纤维棉腔2. 2，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；在主真空腔室的正面和背面的不锈钢板上加工7个直径为20mm且孔间距离为30mm的水平密排小孔,采用壁厚为3mm的长石英玻璃管横穿过主真空腔室即石英玻璃管两端在真空室外，7根石英玻璃厚壁管内安置电阻丝进行加热，主腔室内所有零件采用2520型号的高温不锈钢制备，并在薄膜沉积区域设有加热箱以防热量损失，样品区域温度为室温 600°C可控并且均匀。热电偶探头插CN 102534573 A
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耐高温的不锈钢电极板3. 10与耐高温的不锈钢屏蔽罩3. 9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
3.10的尺寸为180X 180mm2与不锈钢园柱棒3. 2连接一体，并由不锈钢圆柱棒3. 2引出真空室外；石英玻璃板3. 13与石英玻璃厚壁管3. I无缝熔接一体，并将石英玻璃厚壁管3. I 套入不锈钢园柱棒3. 2而引出真空室外；不锈钢屏蔽罩3. 9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3. I而引出不锈钢圆柱棒3. 2至真空室外。由此实现上述不锈钢电极板3. 10与不锈钢屏蔽罩3. 9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304型号不锈钢材料制备的，呈矩形；见图4，并用氩弧焊将其焊接在大真空腔室2的内壁上，从而将大真空腔室分为两个真空腔室即主真空腔室3和副真空腔室5，主真空腔室2为工作腔室用于沉积薄膜，而副真空腔室5为隔离室以实现零污染目的。该隔离板3中部设有矩形孔4. 2，矩形孔尺寸，为160mmX 40mm ；以便样品在主真空腔室2和副真空腔室5之间传递，并且在隔离板3的矩形孔周围设计有嵌埋式冷却水槽
4.5进行水冷，以便工作腔室可在高温下工作。该隔离板3上还设置了两个斜孔4. 1，其斜度为20度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。隔离板上设置有左右斜面的固定件，其斜度为30度。所述高真空密封阀门装置4是由带弹簧钢珠的密封块(200mmX80mmX30mm)、顶块(120mmX60X30mm)、扁形类汽车千斤顶和旋转构件所组成，如图5所示。它们之间的位置连接关系是带弹簧钢珠的密封块5. 2在顶块5. 4之上，而顶块5. 4又在扁形类汽车千斤顶5. 5之上，旋转构件5. 10通过螺杆与扁形类汽车千斤顶5. 5连接。该带有弹簧钢珠的密封块5. 2是不锈钢长方形厚板，在其左右两端分别设计置有左右正斜面，其斜度为30度，可与上述不锈钢隔离板上设置的左右斜面的固定件配合使用；钢珠仅凸出密封面3mm而不穿出；在该长方形厚板的一面设计置有矩形的密封槽5. 9可进行氟胶圈密封，在这矩形的密封槽5. 9外围的四角附近位置处设计有弹簧钢珠如图5和图6所示，这带弹簧钢珠的密封块5. 2的作用是密封隔离板3上或大密封板7上的矩形孔4. 2 ;该顶块5. 4是实心长方体不锈钢块，其作用是将扁形类汽车千斤顶5. 5向上的顶力传递给带弹簧钢珠的密封块5. 2 ； 该扁形类汽车千斤顶5. 5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如图5中的固定支承座5. 5. I和5. 5. 3来支承， 这两支承固定座中部有轴承，螺杆穿过该固定支承座中部并可旋转，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可带动移动支承座左右移动；该旋转构件5. 10是普通的高真空密封焊接波纹管结构的回转导入器或者磁流体密封的旋转构件，通过旋转构件
5.10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5. 4控制上述带弹簧钢珠的密封块5. 2的升降，即控制带弹簧钢珠的密封块5. 2向上或向下运动。该高真空密封阀门装置4的密封原理是当带弹簧钢珠的密封块5. 2向上运动时，该密封块的左、右两端的正斜面(如图6所示)便与隔离板3上或大密封板7上固定件的左、右负斜面对接，由于隔离板3上或大密封板7上固定件是固定不动的，所以，向上的带弹簧钢珠的密封块5. 2便被顶住了，并通过正负斜面对接而使该密封块向隔离板3上或向大密封板7方向挤压，从而起到密封作用(如图7所示)，并可达到10_5Pa的密封效果；在无需密封的情况下，可使带弹簧钢珠的密封块5. 2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5. 2 和左、右固定件脱离(如图7所示)，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，以防止该密封块被卡住。带弹簧钢珠的密封块5. 2的向上移动或向下移动是靠设置在副真空腔室5内靠近隔离板3处或靠近大密封板7处的扁形类汽车千斤顶5. 5，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5. 10 ； 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等实时监控系统和样品传输系统。见图8，在主真空腔室2—侧的左副真空腔室里安装氙灯或光纤等光源8. I和起偏器等相关光学器件8. 2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(四分之一波片)等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8. 5及相关光学器件8. 4等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等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，采用304型号不锈钢材料，厚为22mm，其形状结构同左法兰I。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(PECVD)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304型号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，矩形孔尺寸为160mmX40mm，以便使样品8. 3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7的矩形孔周围也设计有嵌埋式冷却水槽4. 5进行水冷，以便工作腔室可在高温下工作；该大密封板7上也设计了两个斜孔4. 1，其斜度为20度，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， 如图8所示。该大密封板7上的矩形孔的密封和上述隔离板3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来进行密封的。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I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3和副真空腔室5。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡依本发明申请专利范围所做的均等设计均应为本发明的技术方案所涵盖。综上所述，本发明提供了一种新型等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)真空设备，该设备克服了现有设备的不足。采用主真空腔室和副真空腔室隔离以克服薄膜间材质相互污染问题；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克服薄膜光电性能参数的工艺重复差、膜厚难以控制；采用上述新型电极结构和加热系统提高了薄膜的均匀性和温度范围等。本发明真空设备制制备功能薄膜方法的成本低，性能好，可产业化生产。依法提出专利申请。
权利要求
1.一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(I)、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(I)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⑶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⑷ 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(I)是方形结构法兰或圆形法兰，采用不锈钢材料，其左法兰(I)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 IOOO0C ;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(I);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(I)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。
全文摘要
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。
文档编号C23C16/52GK102534573SQ201210006459
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者刘嘉, 吴然嵩, 孙月峰, 张冷, 张维佳, 马强 申请人:北京航空航天大学