CN103074614B - 激光cvd镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光CVD镀膜设备，包括上壳体与下壳体，上壳体盖合于下壳体上以形成密封的CVD腔体，上壳体内安装有用于带动待镀膜材料在平面移动并确定位置的平面定位装置，待镀膜材料安装于平面定位装置上；下壳体内安装有用于喷出工作气体的喷气装置和用于将激光源聚焦于该喷气装置喷嘴前端的激光聚焦装置；待镀膜材料位于喷气装置的喷嘴前端并与之相对。平面定位装置包括第一滑槽以及与该第一滑槽垂直设置的第二滑槽，第一滑槽内设有第一滑块，第二滑槽内设有第二滑块，第二滑槽与第一滑块连接，第二滑块上设有安装板，待镀膜材料贴附于安装板上。本发明镀膜效率高、不易损坏待镀膜材料，且所镀出的膜厚均匀、镀膜表面光滑。

Description

激光CVD镀膜设备

技术领域

本发明属于化学气相沉积（CVD）技术领域，尤其涉及一种激光CVD镀膜设备。

背景技术

化学气相沉积（英文：Chemical Vapor Deposition，简称CVD）是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的化学技术。半导体产业使用此技术来成长薄膜。典型的CVD制程是将晶圆（基底）暴露在一种或多种不同的前驱物下，在基底表面发生化学反应或/及化学分解来产生欲沉积的薄膜。反应过程中通常也会伴随地产生不同的副产品，但大多会随着气流被带走，而不会留在反应腔中。

化学气相沉积技术已在镀膜领域广泛运用，现有技术中，工作气体的加热方式一般都是使用红外加热气体或加热待镀膜材料的方式促进气体的化学反应，使用红外加热气体的方式效率低，所镀出来的膜厚也不均匀，镀膜表面粗糙，而加热待镀膜材料的方式容易烧坏材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种镀膜效率高、不易损坏待镀膜材料的激光CVD镀膜设备，该设备所镀的膜厚均匀、镀膜表面光滑。

本发明是这样实现的，一种激光CVD镀膜设备，包括上壳体与下壳体，所述上壳体盖合于所述下壳体上以形成密封的CVD腔体，所述上壳体内安装有用于带动待镀膜材料在平面移动并确定位置的平面定位装置，所述待镀膜材料安装于所述平面定位装置上；所述下壳体内安装有用于喷出工作气体的喷气装置和用于将激光源聚焦于该喷气装置喷嘴前端的激光聚焦装置；所述待镀膜材料位于所述喷气装置的喷嘴前端并与之相对。

进一步地，所述喷气装置包括具有所述喷嘴的喷气架，所述激光聚焦装置包括用于聚焦激光源的聚焦头及用于接驳光纤的光纤接驳管，所述聚焦头与所述光纤接驳管连接，所述喷气架还设有引入工作气体的进气口及用于安装所述聚焦头的聚焦头安装孔。

更进一步地，所述喷气架设有用于固定所述光纤接驳管的固定槽。

具体地，所述喷嘴为圆孔状，所述聚焦头安装孔均匀分布于所述喷嘴环周。

进一步地，所述平面定位装置包括安装于所述上壳体内壁的第一滑槽以及与该第一滑槽垂直设置的第二滑槽，所述第一滑槽内设有第一滑块，所述第二滑槽内设有第二滑块，所述第二滑槽与所述第一滑块连接，所述第二滑块上设有安装板，所述待镀膜材料贴附于所述安装板上。

更进一步地，所述第一滑槽内设有用于驱动所述第一滑块滑动的第一丝杆，所述第二滑槽内设有用于驱动所述第二滑块滑动的第二丝杆，所述第一滑块开设有与所述第一丝杆的螺纹相适配的第一螺孔，所述第二滑块开设有与所述第二丝杆的螺纹相适配的第二螺孔，所述第一丝杆穿设于所述第一螺孔内，所述第二丝杆穿设于所述第二螺孔内；所述平面定位装置还包括用于驱动所述第一丝杆转动的第一电机和用于驱动所述第二丝杆转动的第二电机。

优选地，所述安装板上安装有水冷散热装置。

具体地，所述喷气架固定安装于所述下壳体底部，所述下壳体底部开设有与所述喷气架的进气口对应的进气通孔以及容所述光纤接驳管穿过的接驳通孔。

进一步地，所述上壳体与所述下壳体之间夹设有密封圈。

具体地，所述CVD腔体内安装有用于观察所述CVD腔体内部工作情况的视频监控装置、用于检测待镀膜材料上镀膜厚度的膜厚监控装置、加热装置以及测温装置；所述视频监控装置包括视频镜头，所述下壳体开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔。

本发明镀膜时，激光聚焦装置将激光源聚焦于喷气装置喷嘴前端形成聚焦区域，喷嘴喷出的工作气体在聚焦区域被激光加热分解，被分解的工作气体由于惯性撞击并粘附于待镀膜材料表面上形成镀膜。由于本发明采用激光聚焦的方式对工作气体进行加热激发，其镀膜效率高、不易损坏待镀膜材料、所镀的膜厚均匀、镀膜表面光滑。再者，待镀膜材料通过平面定位装置进行移动和定位，而喷气装置和激光聚焦装置固定不动，这样，镀膜时不会因喷气装置和激光聚焦装置移动带来的振动而出现镀膜不均匀的现象。

附图说明

图1为本发明实施例中激光CVD镀膜设备的装配图；

图2为本发明实施例中激光CVD镀膜设备的分解图；

图3为另一视角观看图1的示意图；

图4为另一视角观看图2的示意图；

图5为本发明实施例中上壳体和平面定位装置的结构示意图；

图5a为图5中I的局部放大图；

图6为本发明实施例中下壳体的结构示意图；

图6a为图6中II的局部放大图；

图7为本发明实施例中激光CVD镀膜设备卸去下壳体后的正视图；

图8为本发明实施例中激光聚焦装置安装于喷气装置上的示意图；

图9为本发明实施例中喷气装置的结构示意图；

图10为另一视角观看图9的示意图。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图4，本发明实施例提供了一种激光CVD镀膜设备，包括上壳体1与下壳体2，所述上壳体1盖合于所述下壳体2上以形成密封的CVD腔体21，所述上壳体1内安装有用于带动待镀膜材料3在平面移动并确定位置的平面定位装置4，所述待镀膜材料3安装于所述平面定位装置4上；所述下壳体2内安装有用于喷出工作气体的喷气装置5和用于将激光源聚焦于该喷气装置喷嘴511前端的激光聚焦装置6（参见图8）；所述待镀膜材料3位于所述喷气装置的喷嘴511前端并与之相对（参见图7）。进行镀膜前需要先排出CVD腔体21内的多余气体，然后通入保护气体。镀膜时，激光聚焦装置6将激光源聚焦于喷气装置喷嘴511前端形成聚焦区域，喷嘴511喷出工作气体，工作气体在聚焦区域被激光激发加热分解，由于喷出的气体具有惯性，继而被分解的工作气体撞击粘附于待镀膜材料表面上形成镀膜。作为本发明的一种优选实施方式，激光源聚焦于距离待镀膜材料3表面0.3～1mm左右的位置，喷气装置喷嘴511距离待镀膜材料3表面3mm左右的位置，这样，聚焦区域离待镀膜材料3表面和喷嘴511的距离都比较近，可以充分利用工作气体。由于本发明采用激光聚焦的方式对工作气体进行激发加热，其镀膜效率高、不易损坏待镀膜材料、所镀的膜厚均匀、镀膜表面光滑。本发明通过平面定位装置4使待镀膜材料3在喷嘴511前端平面移动，喷气装置5和激光聚焦装置6可固定安装于下壳体2内而不需要移动，这样，镀膜时不会因喷气装置5和激光聚焦装置6移动带来的振动而出现镀膜不均匀的现象。可以理解，本发明实际应用中可根据具体需要安装多组喷气装置5和激光聚焦装置6。

参见图8-图10，所述喷气装置5包括具有所述喷嘴511的喷气架51，所述激光聚焦装置6包括用于聚焦激光源的聚焦头61及用于接驳光纤的光纤接驳管62，所述聚焦头61与所述光纤接驳管62连接，所述喷气架51还设有引入工作气体的进气口512（参见图10）及用于安装所述聚焦头61的聚焦头安装孔513。工作气体通入进气口512。聚喷气装置5与激光聚焦装置6装配于一体，两者相对静止，可保证聚焦区域稳定位于喷嘴511前端。激光源通过光纤传递至聚焦头61，聚焦头61对激光源进行聚焦。聚焦头安装孔513可根据具体需求设置其位置和角度。

优选地，所述喷气架51设有用于固定所述光纤接驳管62的固定槽514。固定槽514可进一步稳固光纤接驳管62，防止光纤接驳管62松动而影响聚焦头61聚焦位置的准确性。

参见图8，所述喷嘴511为圆孔状，所述聚焦头安装孔513均匀分布于所述喷嘴511环周。这样，聚焦区域为位于喷嘴511前端的一点，工作气体由圆孔状的喷嘴511喷出并于聚焦点激发加热分解，由于所有激光聚焦到一点上，这一聚焦点功率非常高，工作气体进入聚焦点后快速加热分解，可大大提高镀膜效率。

参见图5，所述平面定位装置4包括安装于所述上壳体1内壁的第一滑槽41以及与该第一滑槽41垂直设置的第二滑槽42，所述第一滑槽41内设有第一滑块411，所述第二滑槽42内设有第二滑块421，所述第二滑槽42与所述第一滑块411连接，所述第二滑块421上设有安装板43（参见图2），所述待镀膜材料3贴附于所述安装板43上。第一滑块411可带动第二滑槽42沿第一滑槽41长度方向来回移动，第二滑块421可带动安装板43沿第二滑槽42长度方向来回移动，这样就可使待镀膜材料3在平面移动和定位。本发明实施例中上壳体1内壁安装有两个平行设置的第一滑槽41，第二滑槽42与两第一滑块411连接，因此，在移动过程中，第二滑槽42更平稳，保证镀膜厚度的均匀。

参见图5，所述第一滑槽41内设有用于驱动所述第一滑块411滑动的第一丝杆412，所述第二滑槽42内设有用于驱动所述第二滑块421滑动的第二丝杆422，所述第一滑块411开设有与所述第一丝杆412的螺纹相适配的第一螺孔，所述第二滑块421开设有与所述第二丝杆422的螺纹相适配的第二螺孔，所述第一丝杆412穿设于所述第一螺孔内，所述第二丝杆422穿设于所述第二螺孔内；所述平面定位装置4还包括用于驱动所述第一丝杆412转动的第一电机43和用于驱动所述第二丝杆422转动的第二电机44。丝杆转动时可驱使滑块沿丝杆的轴向移动，丝杆不但可以使得滑块快速移动，而且移动平稳，防止镀膜过程中由于待镀膜材料3不平稳而造成镀膜不均匀。

参见图4，所述安装板43上安装有水冷散热装置431。水冷散热装置431可将镀膜过程中待镀膜材料3上的热及时带走，有效防止温度过高烧坏待镀膜材料3。

参见图6，所述喷气架51固定安装于所述下壳体2底部，所述下壳体2底部开设有与所述喷气架的进气口512对应的进气通孔22以及容所述光纤接驳管62穿过的接驳通孔23。喷气架51底部与下壳体2的底部密封贴合，光纤在设备外部接入光纤接驳管62，更换方便。

参见图5与图5a，所述上壳体1与所述下壳体2之间夹设有密封圈。所述上壳体1边缘设有用于放置密封圈的上密封槽11，参见图6与图6a，所述下壳体2边缘设有用于放置所述密封圈的下密封槽24，所述上密封槽11与所述下密封槽24相对且两者之间夹设有所述密封圈。通过密封槽夹设密封圈可保证CVD腔体21的密封要求，保证工作气体不外泄、外部杂质不进入腔体内。作为本发明的一种优选实施例，上、下壳体皆设有两道密封槽，两道密封槽均夹设有密封圈，其密封效果极佳。

具体地，所述CVD腔体21内安装有用于观察所述CVD腔体21内部工作情况的视频监控装置、用于检测待镀膜材料3上镀膜厚度的膜厚监控装置、加热装置以及测温装置；所述视频监控装置包括视频镜头，所述下壳体2开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔25（参见图6）。膜厚监控装置可将所测得的镀膜厚度反馈给主控制器，主控制器根据所测得结果作出相应反应。加热装置用于对CVD腔体21的内部环境进行加热，加热装置可选用红外加热装置，当然，本发明还可通过其他方式进行CVD腔体21的加热。

以上所提及的装置皆与主控制器连接，主控制器可收集各装置所反馈的信息和控制各装置的工作方式。

下面描述本发明实施例所提供的激光CVD镀膜设备工作过程：

首先，将待镀膜材料3贴附安装于安装板43上，其需要镀膜的一面朝外，然后上壳体1盖合于下壳体2上；

排出CVD腔体21内多余气体，再通入所需气体和保护气体；

开启加热装置将CVD腔体21的内部环境加热至所需温度，测温装置测得CVD腔体21内部温度达到要求后，继续通入所需气体和保护气体；

完成上述步骤后加热装置将CVD腔体21维持在正常工作所需的温度范围内，开启相关装置，待镀膜材料3位于喷气装置5上方且其需要镀膜的一面与喷嘴511相对，工作气体由喷嘴511喷出后经过聚焦区域激发加热分解，分解后的工作气体由于惯性撞击粘附于待镀膜材料3的表面上，膜厚监控装置检测镀膜厚度，将检测到的结果反馈至主控制器，主控制器根据所需镀膜的厚度控制喷气装置5的喷气速度和激光聚焦装置6的功率以及平面定位装置4移动待镀膜材料3的速度，将膜厚控制在所需的厚度范围内；

镀膜完毕后，需抽出CVD腔体21内的气体，经过处理，将可循环使用的气体存储起来以备再用，对于不可循环使用的气体进行废气处理后再排出大气中，以防止污染大气环境；而对于所生成的固体也需要统一进行处理，以免污染自然环境。

上述程序完成后，开启上壳体1或下壳体2，卸下已镀膜完成的材料即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光CVD镀膜设备，包括上壳体与下壳体，所述上壳体盖合于所述下壳体上以形成密封的CVD腔体，其特征在于：所述上壳体内安装有用于带动待镀膜材料在平面移动并确定位置的平面定位装置，所述待镀膜材料安装于所述平面定位装置上；所述下壳体内安装有用于喷出工作气体的喷气装置和用于将激光源聚焦于该喷气装置喷嘴前端的激光聚焦装置，所述喷气装置包括具有所述喷嘴的喷气架，所述激光聚焦装置包括用于聚焦激光源的聚焦头，所述喷气架设有用于安装所述聚焦头的聚焦头安装孔，所述喷嘴为圆孔状，所述聚焦头安装孔均匀分布于所述喷嘴环周；所述待镀膜材料位于所述喷气装置的喷嘴前端并与之相对，所述喷气装置和所述激光聚焦装置固定安装于所述下壳体。

2.如权利要求1所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述激光聚焦装置还包括用于接驳光纤的光纤接驳管，所述聚焦头与所述光纤接驳管连接，所述喷气架还设有引入工作气体的进气口。

3.如权利要求2所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述喷气架设有用于固定所述光纤接驳管的固定槽。

4.如权利要求1所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述平面定位装置包括安装于所述上壳体内壁的第一滑槽以及与该第一滑槽垂直设置的第二滑槽，所述第一滑槽内设有第一滑块，所述第二滑槽内设有第二滑块，所述第二滑槽与所述第一滑块连接，所述第二滑块上设有安装板，所述待镀膜材料贴附于所述安装板上。

5.如权利要求4所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述第一滑槽内设有用于驱动所述第一滑块滑动的第一丝杆，所述第二滑槽内设有用于驱动所述第二滑块滑动的第二丝杆，所述第一滑块开设有与所述第一丝杆的螺纹相适配的第一螺孔，所述第二滑块开设有与所述第二丝杆的螺纹相适配的第二螺孔，所述第一丝杆穿设于所述第一螺孔内，所述第二丝杆穿设于所述第二螺孔内；所述平面定位装置还包括用于驱动所述第一丝杆转动的第一电机和用于驱动所述第二丝杆转动的第二电机。

6.如权利要求4所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述安装板上安装有水冷散热装置。

7.如权利要求2所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述喷气架固定安装于所述下壳体底部，所述下壳体底部开设有与所述喷气架的进气口对应的进气通孔以及容所述光纤接驳管穿过的接驳通孔。

8.如权利要求1所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述上壳体与所述下壳体之间夹设有密封圈。

9.如权利要求1-8任一项所述的激光CVD镀膜设备，其特征在于：所述CVD腔体内安装有用于观察所述CVD腔体内部工作情况的视频监控装置、用于检测待镀膜材料上镀膜厚度的膜厚监控装置、加热装置以及测温装置；所述视频监控装置包括视频镜头，所述下壳体开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔。