本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种化学气相沉积镀膜设备。
背景技术：
化学气相沉积技术是一种新型的材料制备方法，它可以用于制备各种粉体材料、块体材料、新晶体材料、陶瓷纤维、半导体及金刚石薄膜等多种类型的材料，广泛应用于宇航工业上的特殊复合材料、原子反应堆材料、刀具材料、耐热磨耐腐蚀及生物医用材料等领域。同传统材料制备技术相比，化学气相沉积技术具有诸多优点，它可以在远低于材料熔点的温度进行材料合成，可以控制合成材料的元素组成、晶体结构、微观形貌，不需要烧结助剂，可以高纯度合成高密度材料，实现材料结构微米级、亚微米级甚至纳米级控制。并且能够制备梯度复合材料及梯度涂层和多层涂层，能够进行亚稳态物质及新材料的合成。目前化学气相沉积技术已成为大规模集成电路的绝缘材料、磁性材料、光电子材料、高温热结构陶瓷基复合材料及纳米粉体材料不可或缺的制备技术。
许多化学气相沉积技术的操作，尤其是半导体行业中，都是在真空的环境中进行的，通常使用衬底承载装置将衬底可移动地暴露于反应腔体之中，通过一个托举装置来控制衬底在腔体中位置，例如降低承载装置的位置来接收传输机构运送来的衬底，并且将衬底升高到一定高度来达到增强沉积效果的目的。承载装置的上表面与腔体顶部反应气体输送装置之间的平行程度是影响衬底工艺结果的均匀性和重复性的最主要因素之一。如果衬底的一边距离顶部反应气体输送装置相比于衬底的另外一边较近的话，两者之间的反应气流会发生倾斜，该区域的等离子体的密度不均，造成衬底工艺的均匀性不佳。通常情况下，许多衬底承载装置的托举装置均使用一种机械的方式来使衬底的上表面与进气装置平行，但是其调整方式很难保证该平行度，这其中包括机械零部件的加工与组装误差等，诸多误差累积之后会导致平行度发生很大的偏差，而这些误差又是不可避免的。
因此需要提出一种操作简单、控制精准而最终可以保证衬底与进气装置之间平行度的化学气相沉积镀膜设备。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种化学气相沉积镀膜设备，该化学气相沉积镀膜设备包括：壳体，其包括下端开口的真空腔体；载台，其设置在所述真空腔体的内部；匀气盘，其设置在所述壳体的内部上方，并与所述载台大致平行；升降调节机构，其设置在所述壳体的底部外侧；水平调节机构，所述水平调节机构的一端连接于所述载台，所述水平调节机构的另一端连接于所述升降调节机构，并能够与所述升降调节机构协同对所述载台在水平方向和竖直方向的位置进行调整。该化学气相沉积镀膜设备既可以在竖直方向上严格控制精度，且在水平方向上可弥补加工与安装带来的误差，操作方便，且可调整空间大。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述升降调节机构包括运动单元，所述运动单元包括滑块组件、固定支架和导轨，所述水平调节机构连接于所述滑块组件，所述固定支架平行于所述壳体的中心轴线设置，并且所述固定支架的顶端连接于所述壳体的底部，所述导轨固定设置于所述固定支架上，所述滑块组件设置在所述导轨上，并能够沿所述导轨移动。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述水平调节机构包括安装座、调节器和运动杆，所述安装座垂直于所述导轨的轴向并且连接于所述滑块组件上，所述调节器安装在所述安装座上，所述运动杆的一端与所述载台连接，所述运动杆的另一端伸出到所述真空腔体外并与所述调节器连接。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述调节器包括固定板、运动板和多个调节单元，所述固定板连接于所述安装座，所述运动板平行设置在所述固定板的上方，所述运动杆的伸出端连接于所述运动板，多个所述调节单元沿所述固定板的周向等间隔设置在所述固定板和所述运动板之间。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述调节单元包括固定套筒、旋转套筒和具有紧固螺母的螺栓，所述固定板设有用于安装所述固定套筒的第一安装孔，所述运动板设有用于安装所述旋转套筒的第二安装孔，所述固定套筒的顶部设有外螺纹，所述固定套筒的底部设置在所述固定板上，所述旋转套筒包括与所述外螺纹配合的螺纹孔，所述旋转套筒通过所述外螺纹与所述螺纹孔的配合设置在所述固定套筒的顶部上，所述螺栓穿过所述第一安装孔、所述旋转套筒、所述固定套筒和所述第二安装孔，并通过所述紧固螺母紧固。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述水平调节机构还包括柔性密封件，所述柔性密封件与所述运动杆和所述壳体的下端开口密封连接，从而对所述壳体进行密封，并能够在真空腔体的真空状态下对所述载台水平方向和竖直方向的位置进行调整。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述柔性密封件为传动波纹管，所述传动波纹管套设在所述运动杆的外侧，所述传动波纹管的一端密封连接于所述运动杆的外周面，所述传动波纹管的另一端与所述壳体的下端开口密封连接。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述运动单元还包括驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机和丝杠，所述驱动电机设置在所述固定支架的底端上，所述丝杠与所述导轨平行设置，所述丝杠与所述驱动电机连接，所述滑块组件与所述丝杠螺纹配合，所述驱动电机驱动所述丝杠旋转，以使得所述滑块组件移动。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述滑块组件包括运动滑块、导向滑块和连接板，所述运动滑块与所述丝杠螺纹配合，所述导向滑块与所述导轨滑动配合，所述连接板连接所述运动滑块和所述导向滑块。
在本发明的化学气相沉积镀膜设备中，优选为，所述升降调节机构还包括传感单元，所述传感单元包括传感器座、光电开关式传感器和感应挡板，所述传感器座平行于所述导轨的轴向设置在所述固定支架上，所述感应挡板的一端连接于所述滑块组件，所述感应挡板的另一端延伸至所述传感器座，以阻挡进入所述光电开关式传感器的感光区域的光线，所述光电开关式传感器与所述驱动电机电连接。
通过上述技术方案，本发明通过设置升降调节机构，能够调节载台在竖直方向上的位置即调节载台与匀气盘之间的竖直距离。并且，通过设置了水平调节机构，能够调节载台的水平度即调节载台与匀气盘之间的平行度。由此，能够避免如下情况：即载台的一边距离上方的匀气盘相比于载台的另外一边较近而使得两者之间的反应气流发生倾斜，致使该区域的等离子体的密度不均，载台上衬底的工艺均匀性不佳。本发明的化学气相沉积镀膜设备既可以在竖直方向上严格控制精度，且在水平方向上可弥补加工与安装带来的误差，操作方便，且可调整空间大。
附图说明
图1是本发明的化学气相沉积镀膜设备的局部剖视图；
图2是本发明的化学气相沉积镀膜设备的局部立体图，其中未显示壳体和匀气盘；
图3是本发明的化学气相沉积镀膜设备的升降调节机构的立体图；
图4是本发明的化学气相沉积镀膜设备的升降调节机构中运动单元的局部立体图；
图5是本发明的化学气相沉积镀膜设备的升降调节机构中驱动组件的立体图；
图6是本发明化学气相沉积镀膜设备中的驱动组件中的丝杠的优选实施方式的立体图；
图7是本发明的化学气相沉积镀膜设备中的驱动组件中的丝杠安装方式的局部剖视图；
图8是本发明的化学气相沉积镀膜设备的升降调节机构中的调节单元的剖视图；
图9是本发明的化学气相沉积镀膜设备的固定套筒的立体图；
图10是本发明的化学气相沉积镀膜设备的旋转套筒的立体图；
图11是本发明的化学气相沉积镀膜设备的传动波纹管的立体图。
附图标记：
10～壳体11～真空腔体
20～载台30～匀气盘
40～升降调节机构41～滑块组件
411～连接板412～运动滑块
413～导向滑块42～固定支架
43～导轨44～驱动组件
441～驱动电机442～丝杠
442-1～第一台阶段442-2～第二台阶段
442-3～第三台阶段442-4～中间段
442-5～周向凹槽443～第一轴承组件
444～第二轴承组件444-1～第二轴承
444-2～限制螺母444-3～端盖
444-4～挡块445～联轴器
45～传感器座46～光电开关式传感器
461～上限位传感器462～原点传感器
463～下限位传感器47～感应挡板
50～水平调节机构51～安装座
511～加强筋52～调节器
521～固定板522～运动板
523～固定套筒524～旋转套筒
525～螺栓526～紧固螺母
527～削扁平面
53～运动杆531～第一法兰
532～第二法兰533～出线通孔
54～传动波纹管541～定法兰
542～动法兰543～密封槽
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
化学气相沉积镀膜设备对载台20在真空腔体11中的位置具有很严格的要求，而目前存在的很多设备中缺少可调节的装置，而实际的零件加工及安装误差导致载台20在真空腔体11中的位置发生比较严重的竖直方向及水平方向上的偏差，而最终导致工艺试验的结果严重偏离预期效果。
如图1～图2所示，本发明的化学气相沉积镀膜设备包括壳体10，其包括下端开口的真空腔体11；载台20，其设置在真空腔体11的内部；匀气盘30，其设置在壳体10的内部上方，并与载台20大致平行；升降调节机构40，其设置在壳体10的底部外侧；以及水平调节机构50，其一端连接于载台20，另一端连接于升降调节机构40，并能够与升降调节机构40协同对载台20水平方向和竖直方向的位置进行调整。
本发明的化学气相沉积镀膜设备中，载台20为承载衬底的部件，进行工艺试验时，将衬底手动放入载台20上，本发明通过设置升降调节机构40，能够调节载台20在竖直方向上的位置，即调节载台20与匀气盘30之间的竖直距离，从而获得不同的薄膜厚度。又设置了水平调节机构50，能够调节载台20的水平度即调节载台20与匀气盘30之间的平行度。由此，能够防止如下情况：载台20的一边距离上方的匀气盘30相对于载台20的另外一边较近，而使得两者之间的反应气流发生倾斜，该区域的等离子体的密度不均，从而造成载台20上衬底的工艺均匀性不佳。本发明的化学气相沉积镀膜设备既可以在竖直方向上严格控制精度，且在水平方向上可弥补加工与安装带来的误差，操作方便，且可调整空间大。
本发明的化学气相沉积镀膜设备中，升降调节机构40及水平调节机构50的实施方式可使用手动调节或自动调节。
本发明的化学气相沉积镀膜设备中，如图3～图5所示，升降调节机构40包括运动单元，具体地，运动单元包括滑块组件41、固定支架42和导轨43，水平调节机构50连接于滑块组件41，固定支架42平行于壳体10的中心轴线设置，并且固定支架42的顶端连接于壳体10的底部，导轨43固定设置于固定支架42上，滑块组件41设置在导轨43上，并能够沿导轨43移动。该运动单元用于带动水平调节机构50及载台20在竖直方向上移动。其中，固定支架42平行于壳体10的中心轴线固定设置，并在固定支架42上设置导轨43，使得滑块组件41能够沿导轨43在竖直方向上来回移动。
本发明的化学气相沉积镀膜设备中，如图1、图2和图8所示，水平调节机构50包括安装座51、调节器52和运动杆53，安装座51垂直于导轨43的轴向并且连接于滑块组件41上，调节器52安装在安装座51上，运动杆53的一端与载台20连接，运动杆53的另一端伸出到真空腔体11外并与调节器52连接。水平调节机构50安装在升降调节机构40的一侧，即通过安装座51垂直于导轨43的轴向并且连接于滑块组件41上，使得升降调节机构40带动水平调节机构50及载台20在竖直方向上移动。调节器52用于调节运动杆53的水平度，即进一步调节载台20与匀气盘30之间的平行度。其中安装座51可以为一块平板，平板与滑块组件41的连接处可设置加强筋511；安装座51也可以为t形板，t形板之间也可设置加强筋511，该t形板可以为一个整体，也可以由竖直板和水平板连接形成。
在发明的优选实施方式方式中，调节器52包括固定板521、运动板522和多个调节单元，固定板521连接于安装座51，运动板522平行设置在固定板521的上方，运动杆53的伸出端连接于运动板522，多个所述调节单元沿固定板521的周向等间隔设置在固定板521和运动板522之间，以方便根据实际情况调节运动板522的水平度。根据实际情况调节相应的调节单元，能够调节运动板522的水平度，从而调节运动杆53的水平度，进而调节载台20的水平度，最终能够调节载台20与匀气盘30之间的平行度。优选地，调节单元不少于三个。在本发明的优选方式中，固定板521和运动板522均为圆形板，调节单元为三个，三个调节单元沿固定板521的周向等间隔设置。
其中，调节单元可以为液压顶升机，通过液压顶升机顶升运动板522。但本发明并不局限于此，如图8所示，在本发明的优选实施方式中，调节单元包括固定套筒523、旋转套筒524和具有紧固螺母526的螺栓525，固定板521设有用于安装固定套筒523的第一安装孔，运动板522设有用于安装旋转套筒524的第二安装孔，
固定套筒523的顶部设有外螺纹，固定套筒523的底部设置在固定板521上，旋转套筒524包括与所述外螺纹配合的螺纹孔，旋转套筒524通过固定套筒523的外螺纹与旋转套筒524的螺纹孔的配合设置在固定套筒523的顶部上，螺栓525穿过第一安装孔、旋转套筒524、固定套筒523和第二安装孔，并由紧固螺母526所紧固。固定套筒523也可以与固定板521一体成型，即固定套筒523突出形成在固定板521的表面上。对测量载台20表面的水平状况进行测量，如果存在载台20朝向一个方向上的倾斜，则手动或使用工具如扳手等先松掉紧固螺母526和螺栓525，保持固定套筒523不动，调节旋转套筒524，使其相对于固定套筒523进行轴向方向转动，由于轴向方向处于强制固定状态，因此旋转套筒524同时具有沿直线方向的运动，从而调节载台20在该侧位置水平方向的偏差，调节完成之后将螺母526和螺栓525紧固。参见图9和图10，在本发明的优选实施方式中，套筒523和旋转套筒524的外周面上设有相互平行的削扁平面527，以方便操作人员用手或者工具转动旋转套筒524。
图9和图10分别显示了本发明的优选实施方式中的固定套筒523和旋转套筒524的立体图。其中，固定套筒523为阶梯状，包括顶部小端、中部大端和底部小端，底部小端插入固定板521的第一安装孔中，中部大端的下端面抵靠在固定板521的上表面上，顶部小端设有外螺纹，旋转套筒524包括与所述外螺纹配合的螺纹孔，旋转套筒524通过固定套筒523的外螺纹与旋转套筒524的螺纹孔的配合固定在顶部小端上，螺栓525穿过第一安装孔、旋转套筒524、固定套筒523和第二安装孔，并通过紧固螺母526紧固。
由于该化学气相沉积镀膜设备的工艺过程在真空环境中进行，载台20位于真空腔体11的内部，为保证真空度，优选为，水平调节机构50还包括柔性密封件，柔性密封件与运动杆53和壳体10的下端开口密封连接，从而对壳体10进行密封，并能够在真空腔体11的真空状态下对载台20水平方向和竖直方向的位置进行调整。其中，柔性密封件可以为柔性密封圈，以增加运动杆53摆动的自由度和平滑度。
为了增加运动杆53的运动范围，并且增加对载台20与匀气盘30之间的平行度进行调整的灵活度和精确度，特别优选为，柔性密封件为传动波纹管54，传动波纹管54套设在运动杆53的外侧，传动波纹管54的一端密封连接于运动杆53，传动波纹管54的另一端与壳体10的下端开口密封连接。使用传动波纹管54将水平调节机构50的运动传递到载台20上。以调节载台20与匀气盘30之间的平行度。图11示出了运动杆53和传动波纹管54安装的立体示意图。如图11所示，传动波纹管54包括定法兰541、动法兰542以及连接定法兰541和动法兰542的波纹管体，定法兰541从内部固定在真空腔体11底部上，定法兰541的底部设置有密封槽543，密封槽543内放置密封圈，从而以静密封方式保证真空腔体11内的高真空度。
其中，运动杆53包括第一法兰531、第二法兰532以及第一法兰531与第二法兰532之间的运动杆体，第一法兰531连接运动板522，第二法兰532连接载台20，运动杆53的中心设有轴向的出线通孔，以方便载台20底部的线缆通过该孔从真空腔体11内部引出连接至设备外部。
图3至图7显示了本发明的化学气相沉积镀膜设备中的驱动组件的结构。如图3～图7所示，本发明的化学气相沉积镀膜设备中，升降调节机构40为自动调节。运动单元还包括驱动组件44，驱动组件44为运动单元提供动力。具体地，驱动组件44包括驱动电机441和丝杠442，驱动电机441设置在固定支架42的底端上，丝杠442与导轨43平行设置，丝杠442与驱动电机441连接，滑块组件41与丝杠442螺纹配合，驱动电机441驱动丝杠442旋转，以使得滑块组件41沿导轨43来回移动。
其中，滑块组件41可以仅为一块滑块。特别优选为，滑块组件41包括运动滑块412、导向滑块413和连接板411，运动滑块412与丝杠442螺纹配合，导向滑块413与导轨43滑动配合，连接板411连接运动滑块412和导向滑块413。通过运动滑块412与丝杠442螺纹配合提供动力，又通过导向滑块413与导轨43滑动配合，以及连接板411连接运动滑块412和导向滑块413，使得运动滑块412仅沿竖直方向运动。水平调节机构50的安装座51连接在运动滑块412上。安装座51可以通过螺栓可拆卸地连接在运动滑块412上。
具体来说，驱动组件44包括第一轴承组件443、丝杠442、第二轴承组件444、联轴器445以及驱动电机441。如图6所示，丝杠442为带台阶轴状，中间段442-4具有螺纹结构，第二台阶段442-2也具有螺纹结构，第一台阶段442-1上具有周向凹槽442-5。如图7所示，第二轴承组件444为支撑丝杠442的主要部件，包括固定座、第二轴承444-1、端盖444-3、挡块444-4和限制螺母444-2。另外，第一轴承组件443也包括固定座和第一轴承。运动滑块412的中部具有与丝杠442的中间段442-4的螺纹相配合的内螺纹，使得运动滑块412在丝杠442上沿其轴线运动。使用时丝杠442的第二台阶段442-2穿过第二轴承组件444中的第二轴承444-1，使用挡块444-4和限制螺母444-2为丝杠442提供左端轴向限位，端盖444-3固定在固定座上，为丝杠442提供右端的轴向限位。第一台阶段442-1插入第一轴承组件443的轴承中，在周向凹槽442-5内放置弹性挡圈，限制轴承的移动。第三台阶段442-3使用联轴器445与驱动电机441相连，通过驱动电机441的驱动，丝杠442转动。为了使运动滑块412能够沿竖直方向运动，阻止其随着丝杠442的转动而转动，通过导向滑块413与导轨之间的滑动配合，将运动滑块412在一个平面限位。
为了防止过冲现象，导致零部件的损坏，优选地，升降调节机构40还包括传感单元，传感单元包括传感器座45、光电开关式传感器46和感应挡板47，传感器座45平行于导轨43的轴向设置在固定支架42上，感应挡板47的一端连接于滑块组件41，感应挡板47的另一端延伸至传感器座45，以阻挡进入光电开关式传感器46的感光区域的光线，光电开关式传感器46与驱动电机441电连接。传感器座45固定在固定支架42上，传感器座45上开有长槽孔，光电开关式传感器46设置在长槽孔内。当感应挡板47阻挡进入光电开关式传感器46的感光区域的光线时，光电开关式传感器46将信号传递给驱动电机441，使得驱动电机441停止输送动力。
特别优选为，光电开关式传感器46包括沿丝杠442的轴向依次设置在传感器座45上的上限位传感器461、原点传感器462和下限位传感器463。上限位传感器461设置在大于载台20的最大上行距离的4mm～8mm的位置，下限位传感器463设置在大于载台20的最大下行距离的5mm～10mm的位置。感应挡板47安装在滑块组件41的连接板411上，随其同步运动，从而与载台20具有相同的运动趋势。感应挡板47的端部为片状，进入光电开关式传感器46的感光区域时阻挡光线，光电开关式传感器46发出信号使驱动电机441停止运转，保护整体装置不受损坏。
但本发明并不局限于此，通过在滑块组件41的连接板411上设置位移传感器，并且位移传感器与驱动电机441电连接，设定移动的最大位移位置。当滑块组件41移动至设定移动的最大位移位置时，位移传感器发出信号使驱动电机441停止运转，保护整体装置不受损坏。
在本发明的优选实施方式中，升降调节机构40的驱动组件44为滑块组件41提供沿竖直方向的动力，滑块组件41带动水平调节机构50沿竖直方向运动，最终传递至载台20，进一步带动载台20沿竖直方向运动。根据设备的工艺要求，载台20与匀气盘30之间的距离通过驱动组件44中驱动电机441上具有的编码器来控制，等载台20运动到规定位置之后，测量载台20表面的水平状况，如有一个方向上的倾斜，使用工具如扳手等，先松掉螺栓525和紧固螺母526，保持固定套筒523不动，调节旋转套筒524，使其相对固定套筒523进行绕轴线的转动，由于固定套筒523处于强制固定状态，因此旋转套筒524同时具有沿轴线的直线运动，从而调节载台20在该侧位置水平方向的偏差，调节完成之后螺栓525和紧固螺母526。
综上所述，本发明通过设置升降调节机构40，能够调节载台20在竖直方向上的位置即调节载台20与匀气盘30之间的竖直距离，从而获得不同的薄膜厚度。另外，通过设置水平调节机构50，能够调节载台20在竖直方向上的位置即调节载台20与匀气盘30之间的平行度，从而能够防止如下情况：即载台20的一边距离上方的匀气盘30相比于载台20的另外一边较近而使得两者之间的反应气流发生倾斜，导致该区域的等离子体的密度不均，从而造成载台20上衬底的工艺均匀性不佳。本发明的化学气相沉积镀膜设备既可以在竖直方向上严格控制精度，且在水平方向上可弥补加工与安装带来的误差，良好地控制膜的均匀度。并且，操作方便、可调整空间大。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。