專利名稱：一種用于沉積制備薄膜的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機械領(lǐng)域，特別涉及利用物理氣相沉積的方法制備薄膜的裝置。
眾所周知，薄膜通常采用物理氣相沉積的方法制備，大面積薄膜的制備是提高薄膜生產(chǎn)效率的一種有效方式。但是在所有的物理氣相沉積的方法中都存在均勻性問題，例如蒸發(fā)、濺射、脈沖激光沉積、電弧法鍍膜等。由于物理氣相沉積是按其固有的粒子濃度的空間分布沉積，使沉積的均勻薄膜只能保證在很小的面積內(nèi)。大面積薄膜的均勻性問題，是大面積薄膜制備中必須解決的問題。目前，人們一般是通過基片的平移掃描、轉(zhuǎn)動、沉積源的轉(zhuǎn)動或掃描，甚至是將基片的運動與沉積源的運動相結(jié)合來擴大均勻范圍，改善薄膜的均勻性。例如在蒸發(fā)中經(jīng)常使用的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，基片相對于蒸發(fā)源做圓周運動或行星運動，基片上每個點的運動軌跡是平面二維圖形；在濺射中使用的基片的二維平移和單軸轉(zhuǎn)動的運動；在脈沖激光沉積中使用的“激光束掃描＋靶移/轉(zhuǎn)動＋基片轉(zhuǎn)動”的運動；在多弧離子鍍膜中使用的產(chǎn)生公轉(zhuǎn)的工件架和產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的掛具。在薄膜均勻性要求較高的情況下，還不得不增加沉積源的個數(shù)并對其空間位置進行合理的配置來改善薄膜的均勻性，以達(dá)到薄膜均勻性的要求。但采用以上這些運動方式構(gòu)成的制備裝置，機構(gòu)復(fù)雜，成本高，特別是對于沉積過程中需要加熱的情況，往往使加熱器的設(shè)計難度提高，功率負(fù)載增加，設(shè)備成本上升。
在雙面薄膜的制備中，有采取兩面先后順序和兩面同時沉積的技術(shù)。兩面先后順序沉積的方式是先沉積好一面薄膜，然后再翻轉(zhuǎn)沉積另外一面，因此，該方法不能保證薄膜兩面生長條件的一致性。在對薄膜一致性要求較高的情況下，就必須更改薄膜的生長條件以及對基片和薄膜進行適當(dāng)?shù)谋Ｗo，導(dǎo)致雙面薄膜制備工藝過程極為復(fù)雜。采用兩面同時沉積的技術(shù)容易保證薄膜兩面的一致性，例如目前采用的有雙沉積源或單沉積源的結(jié)合基片面內(nèi)、面外的單軸旋轉(zhuǎn)的沉積技術(shù)，基片做面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的雙沉積源濺射兩面一致性和面內(nèi)均勻性較好，但需復(fù)雜的面內(nèi)轉(zhuǎn)動機械傳動機構(gòu)且需兩套沉積源；而單沉積源面內(nèi)旋轉(zhuǎn)方式雖然對兩面一致性有保證，但大面積內(nèi)的均勻性較差，而外旋轉(zhuǎn)方式也有類似的特點，只適合于制備小面積雙面薄膜。
對于物理氣相沉積制備大面積雙面薄膜來說，保證大面積內(nèi)的均勻性和兩面的一致性是雙面薄膜應(yīng)用的基礎(chǔ)，是必須解決的問題。當(dāng)前采取的基片或沉積源的運動制備大面積雙面薄膜的裝置的工藝條件要求高、設(shè)備機構(gòu)復(fù)雜、成本高。
對于物理氣相沉積制備雙面薄膜，本實用新型的任務(wù)是提供一種能夠保證薄膜兩面一致性、同時使薄膜具有較高的面內(nèi)均勻性的制備裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、易于實現(xiàn)。
本實用新型是由導(dǎo)軌1、電機帶動的轉(zhuǎn)軸2、圓形基片夾具3或圓形基片4組成，導(dǎo)軌1與電機帶動的轉(zhuǎn)軸2相連，導(dǎo)軌1上有凹槽6，7是圓形基片夾具3或圓形基片4與導(dǎo)軌1之間的間隙，圓形基片夾具3或圓形基片4置于導(dǎo)軌1凹槽6中，隨導(dǎo)軌1一起作面外旋轉(zhuǎn)，如圖1、圖3所示。
圓形基片4可直接放置在導(dǎo)軌1的凹槽6中；非圓形的基片5可固定在圓形的基片夾具3上，再將圓形的基片夾具3放置在導(dǎo)軌1的凹槽6中。導(dǎo)軌1的形狀可以是圓弧形的(見附圖1)；也可以是平行直軌形的(見附圖2、3)或平行直軌與圓弧軌的組合。
圓形基片4或圓形基片夾具3在導(dǎo)軌1的凹槽6中有做小位移的間隙7，在圖1、圖3中，轉(zhuǎn)動軸2偏折，導(dǎo)軌中心線b與轉(zhuǎn)軸軸線a有一夾角α；在圖2中，導(dǎo)軌1傾置，使導(dǎo)軌中心線b與轉(zhuǎn)軸軸線a有一夾角α。
本實用新型的工作過程是當(dāng)轉(zhuǎn)軸水平轉(zhuǎn)動到使導(dǎo)軌處于豎直狀態(tài)時，因?qū)к壥莾A斜的，基片夾具3或圓形基片4在其本身的重力作用下可以在導(dǎo)軌1上的凹槽6中作一次面內(nèi)滾動；導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)180度，基片夾具3或圓形基片4作反向滾動，但基片已翻面，所以對于基片固定的一面是按固定的方向滾動。綜上所述，本實用新型裝置實際上是以單軸帶動實現(xiàn)基片的準(zhǔn)雙軸的旋轉(zhuǎn)，即基片隨轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)(即所謂面外旋轉(zhuǎn))的同時在凹槽6中旋轉(zhuǎn)(即所謂的面內(nèi)旋轉(zhuǎn))。
本實用新型的工作原理是在基片只作面外或面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，基片上任意點的運動軌跡是平面上的圓；基片在作準(zhǔn)雙軸旋轉(zhuǎn)時，基片上任意點的運動軌跡是平面上的圓繞平面上一個有位移的軸轉(zhuǎn)動，其運動軌跡包絡(luò)形成一橢球面。圓形基片4或圓形基片夾具3可以被限制在一個很小的范圍內(nèi)滾動，且導(dǎo)軌的傾斜角α也可以很小，一般為1°左右，使基片中心軸位移很小，使基片面上任一點的運動軌跡盡量接近球面。對于物理氣相沉積方法，從沉積源發(fā)出的粒子濃度有一定的空間分布，呈不均勻分布，總的來說是靠近沉積源粒子濃度更高，沉積速率更快，這對于大面積薄膜的制備非常不利。對于單沉積源，無論基片靜止、作面外旋轉(zhuǎn)還是作面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，都無法在合適的源—基片距離下得到厚度均勻的薄膜。而在準(zhǔn)雙軸旋轉(zhuǎn)模式下，基片上任一點到沉積源的距離得以很好的“平均化”，所以可以獲得均勻性良好的大面積薄膜，又由于采用單沉積源，使得基片兩面有較高的一致性。所以，采用本實用新型裝置制備的薄膜兩面具有一致性和較高的均勻性。
本實用新型綜合考慮了工藝及設(shè)備的兩方面因素，采用單沉積源、基片作面內(nèi)滾動加面外旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)雙軸轉(zhuǎn)動技術(shù)，使得基片上每一點的運動軌跡包絡(luò)形成一橢球面?？梢杂靡恢碌墓に嚄l件進行雙面膜的兩面同時沉積，保證薄膜兩面的一致性，同時提高薄膜的面內(nèi)均勻性。
這種準(zhǔn)雙軸的旋轉(zhuǎn)可大大改善大面積薄膜的面內(nèi)厚度及性能的均勻性，并能保證雙面薄膜的兩面一致性。由于本方法具有設(shè)計簡單、運行可靠、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，大大簡化了設(shè)備，對于基片需要加熱的情況非常有利，它有效地降低了加熱器的設(shè)計制作難度。
附圖及

圖1是本實用新型轉(zhuǎn)動軸偏折、導(dǎo)軌為圓弧形的剖示圖其中，1是導(dǎo)軌，2是轉(zhuǎn)軸，3是圓形基片夾具，5是基片，a是轉(zhuǎn)軸2的軸線，b是導(dǎo)軌中心線，α是a和b之間夾角，6凹槽，7是圓形基片夾具3與導(dǎo)軌1之間的間隙圖2是本實用新型導(dǎo)軌傾置、平行直導(dǎo)軌的剖示圖其中，1是導(dǎo)軌，2是轉(zhuǎn)軸，3是圓形基片夾具，5是基片，a是轉(zhuǎn)軸2的軸線，b是導(dǎo)規(guī)中心線，α是a和b之間夾角，6凹槽，7是圓形基片夾具3與導(dǎo)軌1之間的間隙；圖3是本實用新型轉(zhuǎn)動軸偏折、平行直導(dǎo)軌的剖示圖其中，1是導(dǎo)軌，2是轉(zhuǎn)軸，4是圓形基片，a是轉(zhuǎn)軸2的軸線，b是導(dǎo)規(guī)中心線，α是a和b之間夾角，6凹槽，7是圓形基片4與導(dǎo)軌1之間的間隙；圖4是圖1的A—A’剖示圖其中，1是導(dǎo)軌，3是圓形基片夾具，5是基片，6凹槽，7是圓形基片夾具3與導(dǎo)軌1之間的間隙。
權(quán)利要求1.一種用于沉積制備薄膜的裝置，其特征是它是由導(dǎo)軌(1)、電機帶動的轉(zhuǎn)軸(2)、圓形基片夾具(3)組成，導(dǎo)軌(1)與電機帶動的轉(zhuǎn)軸(2)相連，導(dǎo)軌中心線(b)與轉(zhuǎn)軸軸線(a)有一夾角α，導(dǎo)軌(1)上有凹槽(6)，圓形基片夾具(3)置于導(dǎo)軌(1)凹槽(6)中，在凹槽(6)中，圓形基片夾具(3)和導(dǎo)軌(1)有一個間隙(7)。
2.一種用于沉積制備薄膜的裝置，其特征是所述的導(dǎo)軌1形狀可以是圓弧形的，可以是平行直軌形的，也可以是平行直軌與圓弧軌的組合。
專利摘要本實用新型公開了一種用于沉積制備薄膜的裝置，它是由導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)軸、圓形基片夾具組成，導(dǎo)軌與轉(zhuǎn)軸相連，導(dǎo)軌中心線與轉(zhuǎn)軸軸線有一夾角，圓形基片夾具置于導(dǎo)軌凹槽中，在凹槽中，圓形基片夾具和導(dǎo)軌有一個間隙，該裝置實際上是以單軸帶動實現(xiàn)基片的準(zhǔn)雙軸的旋轉(zhuǎn)，它能在保證薄膜兩面的一致性的前提下提高薄膜的均勻性。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于實現(xiàn)。
文檔編號C23C14/22GK2475739SQ0120605
公開日2002年2月6日 申請日期2001年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月26日
發(fā)明者陶伯萬, 劉興釗, 羅安, 李言榮, 何世明, 陳家俊 申請人:電子科技大學(xué)