CN104805417B - 一种pecvd薄膜沉积的反应腔 - Google Patents

Abstract

一种PECVD薄膜沉积的反应腔，属于镀膜技术领域。包括设有温度输出端与射频输入端的反应腔本体，其内设有气体反应室及基板，基板固定于气体反应室上方，气体反应室中设有孔板扩散板，包括孔板电极，孔板电极通过陶瓷棒设置于孔板扩散板上方，气体反应室的下方及基板上方分别固定设置有加热板及加热板，基板上和气体反应室内部的底部分别设有与温度输出端相连的热电偶，反应腔本体底部设有进气管，还包括分别与射频输入端及孔板电极相连的射频线。采用双层扩散结构的进气结构，使反应气体均匀到达基片，并增加两个加热板，提高反应气体到达放电电极间的能量，得到在放电区域充分电离且均匀分布的等离子体，提高光学薄膜的均匀性；适用于沉积光学薄膜。

Description

一种PECVD薄膜沉积的反应腔

技术领域

本发明属于PECVD镀膜技术领域，涉及一种PECVD薄膜沉积的反应腔，尤其是涉及一种能够有效提高光学薄膜均匀性的PECVD薄膜沉积的反应腔的腔体结构。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition，PECVD)是上世纪七十年代发展起来的镀膜方法，该方法能够在低温下发生化学反应，从而获得相应的薄膜，降低基片和生成薄膜的温度，避免基片和生成薄膜性能变坏和结构发生变化，拓展基片和沉积薄膜的应用范围。因此，PECVD薄膜沉积技术受到了人们的广泛重视。

光学薄膜是现代光学器件的重要组成部分，其中，多层膜的应用范围较为广泛。薄膜均匀性对多层膜系的制备有重要影响。若薄膜均匀性太差则会严重破坏多层膜的膜系特性，影响多层膜的镀制，进而影响由多层膜组成的光学器件(如太阳能电池、反射镜、探测器等)的性能。而影响PECVD沉积的光学薄膜的薄膜均匀性的因素主要有：反应气体流速、基板温度分布及基片在反应室内的位置等。通常通过盲调基片位置、调整电极间距来提高薄膜均匀性。但上述方法的操作性差，耗时长，效果不明显。

因此亟需一种能够显著提高光学薄膜均匀性的PECVD薄膜沉积的反应腔。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种显著提高光学薄膜均匀性的PECVD薄膜沉积的反应腔，该反应腔的加热速度快、进气气流平稳、等离子体分布均匀。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种PECVD薄膜沉积的反应腔，包括反应腔本体，所述反应腔本体为真空腔，反应腔本体上设有温度输出端与射频输入端，反应腔本体内设有气体反应室及基板，基板通过螺钉固定于气体反应室上方，形成密闭的反应空间，气体反应室中设有孔板扩散板，还包括孔板电极，孔板电极通过陶瓷棒设置于孔板扩散板上方，气体反应室的下方及基板上方分别固定设置有第一加热板及第二加热板，基板上设有用于实时探测基板温度的第一热电偶，气体反应室内部的底部设有用于实时探测气体温度的第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶分别与其对应的温度输出端相连接，反应腔本体底部设有进气管，进气管的两端分别与反应腔本体的外界及气体反应室相连通，反应腔本体中还包 括射频线，所述射频线分别与射频输入端及孔板电极相连。

具体的，所述孔板扩散板通过支撑柱固定，气体反应室底部及第一加热板上分别设有与支撑柱匹配的支撑柱穿孔，所述支撑柱穿过气体反应室及第一加热板固定于反应腔本体底部。

优选的，所述支撑柱为不锈钢支撑柱。

具体的，所述基板包括圆形钢板、片架底及片架盖，圆形钢板上设有方形空缺，片架底上设有片架盖容置孔，片架盖与片架盖容置孔相匹配，片架底与方形空缺相匹配，片架底上还设有热电偶容置槽。

优选的，所述片架底上还设有热电偶容置槽。

具体的，所述第一加热板及第二加热板分别包括圆形不锈钢板及至少一个辐射式卤素灯管，辐射式卤素灯管等间隔设置于圆形不锈钢板上。

进一步的，所述孔板扩散板及孔板电极分别为均匀设置有若干个孔洞的圆形不锈钢板，所述孔板电极的面积小于孔板扩散板的面积。

本发明的有益效果是：本发明采用双层扩散结构的进气结构，通过改善反应气体气流的平稳性使反应气体能够更均匀地到达基片，并增加两个加热板分别调节孔板扩散板和孔板电极的温度，通过调节反应气体的温度来提高反应气体到达放电电极间的能量，从而得到在放电区域充分电离且均匀分布的等离子体，进而制备出均匀性好的薄膜。本发明适用于沉积光学薄膜。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中的基板的结构示意图；

其中，101为进气管，102为第一加热板，103为气体反应室，104为孔板扩散板，105为孔板电极，106为基板，107为第二加热板，108为真空腔，109为支撑柱，110为陶瓷棒，111为螺钉，112为第一热电偶，113为第二热电偶，201为圆形钢板，202为片架底，203为片架盖。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的一种PECVD薄膜沉积的反应腔，包括反应腔本体，所述反应腔本体为真空腔108，反应腔本体上设有两个温度输出端与射频输入端，反应腔本体内设有气体反应室103及基板106，述气体反应室103是没有封顶空心圆柱且带有边缘，基板106通过螺钉111固定于气体反应室103的边缘上方，形成密闭的反应空间。气体反应室103中设有孔板扩散板104，还包括孔板电极105，孔板电极105通过陶瓷棒110设置于孔板扩散板104上方并与射频线接触，气体反应室103的下方及基板106上方分别固定设置有第一加热板102及第二加热板107，基板106上设有用于实时探测基板温度的第一热电偶112，气体反应室103内部的底部设有用于实时探测气体温度的第二热电偶113，第一热电偶112和第二热电偶113分别与其对应的温度输出端相连接。基板上放置有待加工的基片，测量基板的温度，间接也就得到了基片的温度。温度是薄膜制备工艺中最重要的条件之一，没有热电偶就不能实时探测基片和反应气体的温度，不能实时控制制备薄膜的温度。反应腔本体底部设有进气管101，进气管101穿过第一加热板102，其两端分别与反应腔本体的外界及气体反应室103相连通。反应腔本体中还包括射频线，所述射频线分别与射频输入端及孔板电极105相连，射频输入端与外界的射频源相连接。气体要电离成等离子体，必须要通过调节射频源来对气体放电。

实际应用中，温度输出端的个数与热电偶的个数相对应。

孔板电极105和基板106形成气体反应室的放电电极。所述孔板扩散板104及孔板电极105分别为均匀设置有若干个孔洞的圆形不锈钢板，所述孔板电极105的面积小于孔板扩散板104的面积。如此设计，能够有效提高反应气体的均匀性。孔板扩散板104和孔板电极105构成双层扩散结构，通过双层扩散结构到达基片的反应气体会变得更加平稳而均匀。

反应气体通过由孔板扩散板104、陶瓷棒110和孔板电极105构成的双层扩散结构后能使气体更加平稳、均匀的进入放电区，并且上层孔板电极105同时作为电极与平行基板106形成电极而产生稳定的平行电场。

可以采用在圆形不锈钢板上等间隔均匀设置多个辐射式卤素灯管的结构制得第一加热板102及第二加热板107，如此成本低廉，且加热均匀，加热效果好。第一加热板102用于调节气体反应室103内气体温度，第二加热板107用于调节基板106上的衬底的温度，具体的，第一加热板102对反应气体加热并通过在由螺丝固定于基板106上的热电偶实时调节气体温度，提高反应气体能量使反应气体在放电区域中被电离的等离子体分布更均匀。第二加热板107对基板106进行加热并通过基板106上的热电偶实时调节基板温度。从而使通过双层扩散结构的反应气体得到加热而使反应气体能量升高，能量升高的气体更易被电离而使得放电 区域的等离子体分布更均匀，从而提高所沉积的光学薄膜的均匀性。

所述孔板扩散板104通过支撑柱109固定，气体反应室103底部及第一加热板102上分别设有与支撑柱109匹配的支撑柱穿孔，所述支撑柱109穿过气体反应室103及第一加热板102固定于反应腔本体底部。为了保证使用寿命，支撑柱109采用不锈钢材质的支撑柱，其支撑力大，强度高。

如图2所示，所述基板106包括圆形钢板201、片架底202及片架盖203，圆形钢板201上设有方形空缺，片架底202上设有片架盖容置孔，片架盖203与片架盖容置孔相匹配，片架底202与方形空缺相匹配。此外，还可以在片架底202上还设有热电偶容置槽，以便将热电偶放置其中，此外，也可以用螺钉将热电偶固定在片架底202上。如此设计，则可以根据不同基片尺寸的需要设计不同的片架底的方形孔尺寸，扩展本发明的使用范围。

可以通过调节在气体反应室103上边缘螺钉111上的螺帽来调节孔板电极105与基板106间的距离来调节电极间距，易于操作，成本低廉。

Claims (7)

1.一种PECVD薄膜沉积的反应腔，其特征在于，包括反应腔本体，所述反应腔本体为真空腔(108)，反应腔本体上设有温度输出端与射频输入端，反应腔本体内设有气体反应室(103)及基板(106)，基板(106)通过螺钉(111)固定于气体反应室(103)上方，形成密闭的反应空间，气体反应室(103)中设有孔板扩散板(104)，还包括孔板电极(105)，孔板电极(105)通过陶瓷棒(110)设置于孔板扩散板(104)上方，所述孔板电极(105)的面积小于孔板扩散板(104)的面积，气体反应室(103)的下方及基板(106)上方分别固定设置有第一加热板(102)及第二加热板(107)，基板(106)上设有用于实时探测基板温度的第一热电偶(112)，气体反应室(103)内部的底部设有用于实时探测气体温度的第二热电偶(113)，第一热电偶(112)和第二热电偶(113)分别与其对应的温度输出端相连接，反应腔本体底部设有进气管(101)，进气管(101)的两端分别与反应腔本体的外界及气体反应室(103)相连通，反应腔本体中还包括射频线，所述射频线分别与射频输入端及孔板电极(105)相连。

2.如权利要求1所述的一种PECVD薄膜沉积的反应腔，其特征在于，所述孔板扩散板(104)通过支撑柱(109)固定，气体反应室(103)底部及第一加热板(102)上分别设有与支撑柱(109)匹配的支撑柱穿孔，所述支撑柱(109)穿过气体反应室(103)及第一加热板(102)固定于反应腔本体底部。

3.如权利要求2所述的一种PECVD薄膜沉积的反应腔，其特征在于，所述支撑柱(109)为不锈钢支撑柱。

4.如权利要求1所述的一种PECVD薄膜沉积的反应腔，其特征在于，所述基板(106)包括圆形钢板(201)、片架底(202)及片架盖(203)，圆形钢板(201)上设有方形空缺，片架底(202)上设有片架盖容置孔，片架盖(203)与片架盖容置孔相匹配，片架底(202)与方形空缺相匹配。

5.如权利要求4所述的一种PECVD薄膜沉积的反应腔，其特征在于，所述片架底(202)上还设有热电偶容置槽。

6.如权利要求1所述的一种PECVD薄膜沉积的反应腔，其特征在于，所述第一加热板(102)及第二加热板(107)分别包括圆形不锈钢板及至少一个辐射式卤素灯管，辐射式卤素灯管等间隔设置于圆形不锈钢板上。

7.如权利要求1所述的一种PECVD薄膜沉积的反应腔，其特征在于，所述孔板扩散板(104)及孔板电极(105)分别为均匀设置有若干个孔洞的圆形不锈钢板。