CN103628041A - 常压cvd薄膜连续生长炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种常压CVD薄膜连续生长炉，包括工作腔体、多段加热器、冷却器、输送机构、气柜、气体弥散腔、机架；其中工作腔体固定在机架上，前后端设有开口；工作腔体中前部外表面安装多段加热器，中后部外表面安装冷却器；输送机构位于工作腔体底部并从两端开口沿轴向贯穿整个腔体；气体弥散腔安装在腔体内前部加热段，为一个封闭壳体，其顶部设有进气管，底面上均匀分布若干小通孔；所述工作腔体两端及加热段与冷却段之间设有风帘盒，工作腔体两端还设有排气管，所述风帘盒与工作腔体连接，为表面分布有若干小通孔的密闭壳体；气柜上设有流量计，通过管路与气体弥散腔及风帘盒分别连接；其优点在于结构简单、效能高、产量大且次品率。

Description

常压CVD薄膜连续生长炉

技术领域

本发明涉及一种在基片表面生成薄膜生长的设备，尤其涉及在常压状态下CVD薄膜连续生长炉。

 

背景技术

CVD(Chemical Vapor Deposition, 化学气相沉积)，指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。

基片表面薄膜生长需要在一定真空度及温度的工艺气体环境下进行。因此需要反复将基片从外界大气状态送入该环境中，待工艺完成后，再从该环境送出外界。因此，基片薄膜生长的空间便不可避免的需要在工艺状态和大气状态之间不断切换。产品的制造流程为将基片送入工艺室——工艺室抽真空——生长外延膜——充入气体至大气状态——更换基片，从而导致生产效率低、产品成本高、废品率高。

 

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种结构简单、效能高、产量大且次品率地的常压CVD薄膜连续生长炉。

本发明所述常压CVD薄膜连续生长炉，包括：工作腔体、多段加热器、冷却器、输送机构、气柜、气体弥散腔、机架；其中工作腔体固定在机架上，前后端设有开口；工作腔体中前部外表面安装多段加热器，中后部外表面安装冷却器；输送机构位于工作腔体底部并从两端开口沿轴向贯穿整个腔体；气体弥散腔安装在腔体内前部加热段，为一个封闭壳体，其顶部设有进气管，底面上均匀分布若干小通孔；所述工作腔体两端及加热段与冷却段之间设有风帘盒，工作腔体两端还设有排气管，所述风帘盒与工作腔体连接，为表面分布有若干小通孔的密闭壳体；气柜上设有流量计，通过管路与气体弥散腔及风帘盒分别连接。

由于本生长炉从进口到出口在轴向分布有进口气体密封段、加热段、冷却段、出口气体密封段，工作时，先将需要生长薄膜的基片随输送机构从腔体入口经过进口气体密封段进入工作腔体，再经过腔内加热段进行多段控制加热以实现温度要求，并从气柜向气体弥散腔内通入需要的多种工艺气体，通过弥散腔后使气体与基片进行反应的工艺气体均匀，形成的气相沉积氛围，对基片进行特殊薄膜的生长，再经过腔体的冷却段以满足基片薄膜生长之后对基片进行冷却，以符合在炉体出口时的温度要求，从而完成整个薄膜的生长过程，基片成膜后经过出口气体密封段出炉。

期间根据工艺要求，在两端炉口处设置的风幕帘，在风幕帘盒中通入气体后从小孔中均匀进入炉腔，形成气帘来阻隔炉腔内、外的气体相互间的流动，保持炉腔内部的工艺气体的气相沉积的工艺氛围。

需要排空的废气可以通过两端的排气管排出。

本发明所述常压CVD薄膜连续生长炉，每个基片可长可短、紧密连续地放置在入口输送机构上，按照工艺要求的加热时间、温度、气体品种和流量及输送速度等进行精确控制，通过常压腔室在基片上生长成膜，从而大大提高薄膜产品质量及工作效率，实现了产业化生产；打破CVD薄膜生长只能在真空氛围内进行的工艺壁垒，实现常压环境下CVD薄膜连续生长成为重要的方向和核心装备。

为了达到更好的技术效果，本发明所述常压CVD薄膜连续生长炉还可以采用以下措施：

1、进一步地，所述冷却器为密闭腔体，两端分别设有进水口与出水口。进水口进冷却水，水经过密闭的水道腔从另一端出水口处流出，用冷却水将工作腔体的传导热带走，同时间接的将输送机构及基片上的热量带走，从而实现基片的冷却。

2、进一步地，所述输送机构包括驱动电机、链轮及链条传动机构、主动滚筒、输送链带、从动滚筒、涨紧滚筒，其中电机与链轮链条传动机构与主动滚筒连接，主动滚筒与从动滚筒之间通过输送链带进行连接，主动滚筒与从动滚筒之间还设置涨紧滚筒，涨紧滚筒与主动滚筒及从动滚筒之间也通过输送链带连接。输送机构工作时，驱动电机通过链轮链条传动机构带动主动滚筒、输送链带、从动滚筒运动，用涨紧滚筒对输送链带进行涨紧，使输送链带位于工作腔体底部实现连续的移动，带动基片实现从入口到出口的均匀输送，由电气控制实现自动运行。

3、进一步地，所述风帘盒紧贴工作腔体上表面与之固定，二者接触面上风帘盒及工作腔体相对应设有若干小孔。当气柜通过管路将气体输送到风帘盒腔内时，气体便从工作腔体的上部从小孔进入炉体，形成垂直轴向的密封气体，从而对工作腔体两端实现气体幕帘的密封。

4、进一步地，所述风帘盒为沿工作腔体内壁周向分布的密闭腔体。由此，当气柜通过管路将气体输送到风帘盒腔内时，气体便从风帘盒对应工作腔体内壁整个周向分布的小孔中均匀进入工作腔体内，从而形成垂直轴向排列的多层密封气体，对工作腔体两端实现气体幕帘的密封，隔绝腔体内外的气体的对流，保护腔体内部的工艺气氛不变。 

5、进一步地，所述多段加热器是围绕工作腔体的挂板式加热板或方筒式电阻丝或为开合式上、下两半U型加热器。

6、进一步地，所述工作腔体是整体型或分体型。当为分体型时，各部分之间用法兰密封连接。分体的便于加工、安装。

7、进一步地，所述气体弥散腔为一个通长的大腔室或通过挡板分割成独立小腔。由于气体弥散腔在工作腔体内部采用安装方式，便于依据工艺要求对其拆出进行更换，方便工艺实施和调整。带挡板的气体弥散腔，每段的独立小腔都可以通入一种或多种工艺气体，气体从弥散腔下板小孔压出，形成均匀化的气氛；气体品种随工艺要求确定，便于工艺过程的高质量实现。

8、进一步地，所述排气管上设置燃烧自动点火器。当废气中含有氢气时，可燃烧后再排出。

9、进一步地，所述输送机构中的输送链带是全宽度链带或是同步驱动的多组链条。

 

附图说明

图1为本发明所述常压CVD薄膜连续生长炉的结构示意图。

图中编号说明:

1-基片；2-多层密封气体；3-工作腔体；4-风帘盒；5-排气管；6-气柜；7-流量计；8-气体管路；9-带挡板多段气体弥散腔；10-均匀化后的生长气体氛围；11-加热器；12-冷却器；13-冷却水进口；14-主动滚筒；15-输送链带；16-涨紧滚筒；17-机架；18-冷却水出口；19-驱动电机；20-链轮链条传动机构；21-从动滚筒。

 

具体实施方式

结合图1对本发明所述常压CVD薄膜连续生长炉进行详细说明。

本发明所述常压CVD薄膜连续生长炉主要包括：腔体总成、链带式输送机构总成、气柜总成、机架17、多段加热器11、带挡板多段气体弥散腔9。

其中，腔体总成固定在机架17上，前后端设有开口，包含工作腔体3、两端及中间的风帘盒4、两端的排气管5、水冷器12。其中，风帘盒4为一个在工作腔体3两端四周封闭焊接成的空腔，对应区域的工作腔体四周分别钻出分布排列的小孔，当气柜6将气体输送到风帘盒4的空腔后，从工作腔体3四周的小孔中均匀进入腔体内，形成纵向排列的多层密封气体2，对腔体两端实现气体幕帘的密封，隔绝腔体内外的气体的对流，保护腔体内部的工艺气氛不变。排气管5用于排出废气，管路上可以设置截门，控制排放。当腔体内部通入氢气时，则利用排气管5具有的燃烧、点火功能，将排出的氢气废气燃烧后再排出，最后通过车间的排风管路的收集后排到室外，保障安全。

由此，工作腔体3从进口到出口在轴向分布有气体密封段、加热段（薄膜生长段）和冷却段、出口气体密封段。其中加热器11设置在工作腔体3外表面的加热段，在冷却段工作腔体3的外表面设有冷却器12，冷却器12为焊接而成一个较长的密闭水道腔，一端的下部设有冷却水进口13，另一端的上部设有冷却水出口18，水经过密闭的水道腔流出，用冷却水将工作腔体3的传导热带走，同时间接的将基片1上的热量带走，从而实现基片1的冷却作用。

链带式输送机构总成包含驱动电机19、链轮链条传动机构20、主动滚筒14、从动滚筒21、输送链带15、涨紧滚筒16。驱动电机19通过链轮、链条传动机构20带动主动滚筒14、输送链带15、从动滚筒21、用涨紧滚筒16对链带进行涨紧，使链带位于炉膛底部实现连续的移动，带动基片1实现从入口到出口的均匀输送，由电气控制实现自动运行。

气柜总成包含气柜6、气体管路8、流量计7等管路件。所有工艺气体，均来自气源柜6，运用自动化控制系统，顺序开启和关闭相关的气体的阀门，通过管路8、流量计7进入弥散腔和气幕帘并均匀化后分布到腔室中，对腔体内部的工艺气体实现精确的控制，满足薄膜生长工艺的需求。

带挡板多段气体弥散腔9安装于工作腔体3加热段内部，是一个焊接而成的封闭扁方腔，方腔的顶部有一个进气管，扁方腔的底平面上分别排布着小孔，每个方腔之间有向下伸出的隔板，用于分隔弥散腔，形成几个相对独立的小腔室，便于工艺需求。当气柜6通过管路8、流量计7将气体输送到扁方腔后，从扁方腔的底平面上分别排布着小孔中均匀的排出工艺气体，形成均匀化后的生长气体氛围10，与在链带上的基片1反应，进行薄膜的生长。依据工艺要求每个扁方腔可以通入一种或多种不同的工艺气体，气体品种随工艺要求确定，便于工艺过程的高质量实现。用挡板进行相对的基本分隔，有利于工艺的调整和薄膜的生长。带挡板多段气体弥散腔9与工作腔体3内部采用活连接的安装方式，便于依据工艺要求，对其拆出进行修改，方便工艺实施和调整。也可将其制成无挡板的一个大腔室氛围，依据工艺要求确定，方便、灵活设置。

对设备操作时，首先开启设备，炉体内各加热器通电、链带传动机构启动、冷却水开启，当温度升到要求温度并平衡后，用控制软件开启需要的气体并可以自动或手动操控设备实现自动运行或手动运行设备，正常后，在进料口顺序放置基片，在基片进入腔体后经过加热，气体氛围的沉积，冷却、出炉后就已经完成了薄膜的生长，在出料口收集已经完成薄膜生长的基片，实现连续生长功能。

本发明所述常压CVD薄膜连续生长炉，对需要生长薄膜的基片随链带从入口进入炉腔，经过炉腔内的加热、特殊工艺气体形成的气相沉积氛围、对基片上进行薄膜的生长、再经过冷却等完成整个薄膜的生长过程，基片成膜后出炉。

Claims (10)

1.一种常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：包括工作腔体、多段加热器、冷却器、输送机构、气柜、气体弥散腔、机架；其中工作腔体固定在机架上，前后端设有开口；工作腔体中前部外表面安装多段加热器，中后部外表面安装冷却器；输送机构位于工作腔体底部并从两端开口沿轴向贯穿整个腔体；气体弥散腔安装在腔体内前部加热段，为一个封闭壳体，其顶部设有进气管，底面上均匀分布若干小通孔；所述工作腔体两端及加热段与冷却段之间设有风帘盒，工作腔体两端还设有排气管，所述风帘盒与工作腔体连接，为表面分布有若干小通孔的密闭壳体；气柜上设有流量计，通过管路与气体弥散腔及风帘盒分别连接。

2.根据权利要求1所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述冷却器为密闭腔体，两端分别设有进水口与出水口。

3.根据权利要求2所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述输送机构包括驱动电机、链轮及链条传动机构、主动滚筒、输送链带、从动滚筒、涨紧滚筒，其中电机与链轮链条传动机构与主动滚筒连接，主动滚筒与从动滚筒之间通过输送链带进行连接，主动滚筒与从动滚筒之间还设置涨紧滚筒，涨紧滚筒与主动滚筒及从动滚筒之间也通过输送链带连接。

4.根据权利要求3所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述风帘盒紧贴工作腔体上表面与之固定，二者接触面上风帘盒及工作腔体相对应设有若干小孔。

5.根据权利要求3所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述风帘盒为沿工作腔体内壁周向分布的密闭腔体。

6.根据权利要求4或5所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述多段加热器是围绕工作腔体的挂板式加热板或方筒式电阻丝或为开合式上、下两半U型加热器。

7.根据权利要求6所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述工作腔体是整体型或分体型。

8.根据权利要求7所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述气体弥散腔为一个通长的大腔室或通过挡板分割成独立小腔。

9.根据权利要求8所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述排气管上设置燃烧自动点火器。

10.根据权利要求9所述常压CVD薄膜连续生长炉，其特征在于：所述输送机构中的输送链带是全宽度链带或是同步驱动的多组链条。