CN104911547B - 沉积蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沉积蒸发系统，用于对基片进行倾斜蒸发沉积，包括动力机构、沉积蒸发传动装置和真空蒸发器，所述动力机构与所述沉积蒸发传动装置相连接，用于驱动所述沉积蒸发传动装置转动；所述真空蒸发器位于所述沉积蒸发传动装置的下方；所述真空蒸发器的蒸发源面向所述沉积蒸发传动装置放置，所述蒸发源的纵向中心线与基片所在平面平行，所述沉积蒸发传动装置包括旋转架、基片载具和轨道，所述蒸发源的纵向中心线经过所述轨道所在圆的圆心。本发明提供的沉积蒸发系统具有多片蒸发、每个基片旋转速度可调和每个基片的倾斜角度可调等优点，可有利于产能提升和生产成本的降低，更适用于倾斜角蒸发纳米结构薄膜的批量生产。

Description

沉积蒸发系统

技术领域

本发明涉及一种沉积蒸发系统技术领域，尤其涉及一种倾斜角沉积蒸发系统。

背景技术

倾斜角沉积技术是一种将传统的薄膜真空沉积与可控的衬底转动结合起来的新颖、有效的薄膜制备方法。在传统的薄膜沉积技术中，粒子束沿着基片的法线方向入射到基片表面上(即正入射沉积)。而倾斜角沉积技术是将基片倾斜(或改变粒子束的入射方向)，使粒子束的入射方向与基片表面的法线成一定的夹角(即沉积角)，该方法生长出的薄膜具有倾斜的柱状结构。通过改变基片的倾斜角度和旋转速度可制备出各种形状的纳米结构薄膜，如螺旋状、倾斜柱状、之字形、C形和竖直的柱状结构等，这些薄膜因具有孔隙率高、比表面积大和各向异性等优越的性质，使其在渐变折射率减反膜、传感器、太阳能电池、光子晶体器件、光催化等方面得到广泛应用。

目前，应用的倾斜角沉积蒸发系统需要采用两个电机来控制基片(图 6中无公转)自转以及倾斜角度，且电机都位于真空腔内部，如图6所示，该结构的蒸发系统采用两个在腔体001内部的马达002、003，分别用于控制基片004的倾斜角度和旋转速度，基片位于蒸发源005的正上方，受到三维运动的限制，基片必需固定，并且采用电机来控制倾斜角度只能放置一个基片沉积，由于一个电机只能对一个基片进行倾斜角度或转动的控制，如需多片同时沉积，则需要增加电机的个数分别对基片加以控制，这就增加了蒸发设备的成本及其维护。此外，电机的使用温度一般低于135℃，这也限制了高温条件下的蒸发。其产能比较低，成本也较高，不适于大规模产业化生产的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种沉积蒸发系统及沉积蒸发传动装置，结构简单，操作方便，产能高。

根据本发明的第一方面，提供一种沉积蒸发系统，用于对基片进行倾斜蒸发沉积，包括动力机构、沉积蒸发传动装置和真空蒸发器，

所述动力机构与所述沉积蒸发传动装置相连接，用于驱动所述沉积蒸发传动装置转动；

所述真空蒸发器位于所述沉积蒸发传动装置的下方；所述真空蒸发器的蒸发源面向所述沉积蒸发传动装置放置，所述蒸发源的纵向中心线与基片所在平面平行，所述沉积蒸发传动装置包括旋转架、基片载具和轨道，所述蒸发源的纵向中心线经过所述轨道所在圆的圆心。

优选地，所述沉积蒸发传动装置包括旋转架、基片载具和轨道，

所述旋转架的一端与所述动力机构相连接，所述基片载具连接在所述旋转架的另外一端，所述基片载具可随所述旋转架的转动实现沿所述轨道的公转以及绕自身纵向轴线的自转，所述基片装载于基片载具上。

优选地，所述动力机构包括电机和传动部，所述沉积蒸发传动装置通过所述传动部与所述电机相连接。

优选地，所述传动部包括多组齿轮副，所述齿轮副包括由主动锥齿轮、从动锥齿轮构成的齿轮副、由主动小齿轮和从动大齿轮构成的齿轮副；所述主动锥齿轮和电机的输出轴相连接，所述从动锥齿轮和主动锥齿轮相啮合，所述从动锥齿轮和所述小齿轮同轴，所述大齿轮与所述小齿轮啮合，所述旋转架的一端与所述大齿轮相连接。

优选地，所述旋转架包括动力连接部和支臂，所述动力连接部的上端与所述动力机构相连接，所述支臂的一端连接在所述动力连接部的径向外缘上。

优选地，所述支臂设置有多个，为杆状，其一端连接在所述动力连接部的外缘上，另外一端位于靠近所述轨道的位置，在所述支臂靠近所述轨道的一端设置有基片载具安装部。

优选地，在所述基片载具安装部上设置有通孔，用于安装所述基片载具。

优选地，所述基片载具包括滚轮、支撑杆和支撑基座，所述滚轮和支撑基座分别连接在所述支撑杆的两端，所述支撑基座用于放置基片。

优选地，所述支撑基座位于所述轨道的径向内侧，所有基片载具的支撑杆在同一个平面上，该平面与所述轨道所在的平面共面或平行。

优选地，所述支撑杆与所述支撑基座上放置的基片所在平面垂直。

优选地，所述滚轮、支撑基座和支撑杆之间均为固定连接。

优选地，所述滚轮和/或所述支撑基座设置成包括大小不同的可替换的一系列。

优选地，所述支撑杆的长度可以调节。

优选地，所述支撑基座包括圆环和支架，所述支架包括多个分支，多个分支的一端相交，其交点位于所述圆环的纵向中心线上，并与所述圆环的圆心相距一定距离，该相交的端部与所述支撑杆的端部进行连接，多个分支的另外一端固定到所述圆环上。

优选地，所述支架的多个分支在圆环的周向上呈不均匀分布，在其中的两个分支之间形成有较大的开口。

优选地，在所述圆环上设置有固定部，该固定部在所述圆环的内缘沿所述圆环的径向向内延伸形成。

优选地，还包真空腔外壳，所述真空腔外壳的内腔构成真空腔，所述沉积蒸发传动装置和真空蒸发器位于所述真空腔内，所述电机位于所述真空腔的外部。

优选地，所述基片载具为多个。

本发明提供的倾斜角沉积蒸发系统利用一个在真空腔外部的电机，即可实现倾斜角蒸发时基片的公转和自转，进而提高所蒸发纳米结构薄膜的均匀性。并且，本发明的倾斜角沉积蒸发系统中的旋转架上可连接多个基片载具，可以在一次抽真空过程中同时对多个基片蒸发沉积，且每个基片可以调节为相同或不同的倾斜角度。因此，本发明所述的倾斜角沉积蒸发系统具有多片蒸发、基片旋转和每个基片的倾斜角度可调、不同基片自转角速度可调等优点，这不仅有利于高温蒸发和初期实验工艺条件的摸索，而且还有利于产能提升和生产成本的降低，更适用于倾斜角蒸发纳米结构薄膜的批量生产。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本发明倾斜角沉积蒸发系统整体结构示意图(其中真空腔外壳和真空蒸发器未示出)；

图2为本发明倾斜角沉积蒸发系统截面图；

图3为本发明倾斜角沉积蒸发系统中的基片载具整体结构示意图；

图4为图3中的A-A截面图；

图5为本发明倾斜角沉积蒸发系统倾斜蒸发时的沉积角原理图；

图6为现有技术中的倾斜角沉积蒸发系统结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

如图1-2所示，本申请中的倾斜角沉积蒸发系统包括真空腔外壳1、动力机构2、沉积蒸发传动装置3和真空蒸发器4。所述动力机构2的一部分位于所述真空腔外壳1的外部，所述沉积蒸发传动装置3和真空蒸发器4位于所述外壳的内部，所述动力机构2与所述沉积蒸发传动装置 3相连接，用于驱动所述沉积蒸发传动装置3转动。所述真空蒸发器4 可以为热蒸发或电子束蒸发，位于所述沉积蒸发传动装置3的下方。

所述动力机构2包括电机21和传动部22，所述电机21位于所述真空腔外壳1的外部，这样，壳体内的蒸发温度不会对电机21造成影响，有利于电机21的平稳运行，同时也可增加电机21的使用寿命。所述沉积蒸发传动装置3通过所述传动部22与所述电机21相连接。所述传动部22包括多组齿轮副。在一个优选实施方式中，所述齿轮副包括主动锥齿轮221、从动锥齿轮222；主动小齿轮(图中未示出)和从动大齿轮 223。所述主动锥齿轮221和电机21的输出轴相连接，所述从动锥齿轮222和主动锥齿轮221相啮合，所述从动锥齿轮222和所述小齿轮同轴，所述小齿轮可在所述从动锥齿轮222的带动下转动；所述大齿轮223与所述小齿轮啮合，可在所述小齿轮的带动下转动，从而带动所述沉积蒸发传动装置3转动。这种结构可以方便地将所述电机21安装在所述真空腔外壳1的上端，方便对电机21的安装。

如图1-2所示，所述沉积蒸发传动装置3包括旋转架31、基片载具 32和轨道33。所述旋转架31的一端与所述动力机构2相连接，在所述动力机构2的驱动下能够围绕自身的纵向轴线旋转。所述基片载具32 连接在所述旋转架31的另外一端。所述轨道33位置固定，优选地，可固定在所述真空腔外壳1的内壁上。所述基片载具32可随所述旋转架 31的转动实现沿所述轨道33的公转以及绕自身纵向轴线的自转。

如图1-2所示，所述旋转架31包括动力连接部311和支臂312。所述动力连接部311的上端与所述动力机构2相连接，所述支臂312的一端连接在所述动力连接部311的径向外缘上。优选地，所述动力连接部 311包括连接杆3111和连接环3112，所述连接杆3111设置有多个，均匀地连接在所述动力机构2和连接环3112之间。所述连接环3112的内径大于所述动力机构2下端的外径，所述连接环3112的外径小于所述轨道33的内径。这样的动力连接部结构可以增大电机的驱动力臂，同时还能减小旋转架31的整体质量，使得整个沉积蒸发传动装置3的转动更加灵活，有利于对转动速度的精确控制。为了调整所述动力连接部311的高度，所述连接环3112可以设置多个(图1-2中示出了连接环3112为两个的情况)，多个所述连接环3112之间通过支杆3113相连接。

所述支臂312设置有多个，为杆状，其一端连接在所述连接环3112 的外缘上，另外一端位于靠近所述轨道33的位置。优选地，多个所述支臂均匀地设置在所述连接环3112的外缘上。在所述支臂312靠近所述轨道33的一端设置有基片载具安装部3121。在所述基片载具安装部3121 上设置有通孔3122，用于安装所述基片载具32。

如图3所示，所述基片载具32包括滚轮321、支撑杆322和支撑基座323。所述滚轮321和支撑基座323分别连接在所述支撑杆322的两端。所述支撑基座323用于放置基片，所述支撑杆323与所述支撑基座323上放置的基片所在平面垂直。优选地，基片所在平面竖直放置。所述滚轮321、支撑基座323和支撑杆322之间均为固定连接，当所述滚轮321在所述轨道33上滚动时，能够带动所述支撑杆322随所述滚轮 321公转的同时亦以自身纵向轴线为轴心自转，从而进一步带动所述支撑基座323进行公转的同时也进行以所述支撑杆的纵向轴线为轴心自转，从而实现倾斜角蒸发时基片的公转与自转运动，基片旋转的速度可由所述动力机构进行控制。同时，所述滚轮321和支撑基座323都可以设置成包括大小不同的可替换的一系列，通过替换大小不同的滚轮321，可用于调整所述基片的自转角速度大小；通过替换大小不同的支撑基座 323，可方便对不同尺寸的基片，例如4寸、6寸硅片等进行蒸发沉积，同时通过设置多个支撑基座323，可一次同时对多个基片进行蒸发沉积。。

优选地，在所述支撑杆322的两端设置有螺纹结构，所述滚轮321 和支撑基座323通过螺纹结构固定在所述支撑杆322的两端。

优选地，所述支撑杆322的长度可以调节，在一个优选实施例中，所述支撑杆322包括第一支撑杆3221和第二支撑杆3222，所述第一支撑杆上设置有外螺纹或者内螺纹，所述第二支撑杆3222上设置有相对应的内螺纹或者外螺纹，通过所述外螺纹和内螺纹的配合将所述第一支撑杆3221和第二支撑杆3222连接起来从而构成所述支撑杆322，同时通过调整所述内螺纹和外螺纹的配合就可以方便地来调整所述支撑杆322 的长度。所述支撑杆322长度调节的方式还可以采用其他的方式，例如通过内外套筒的方式，在所述内外套筒上设置定位结构，当将内外套筒调整到合适位置的时候，通过所述定位结构将所述内外套筒进行定位，这样也可方便地调整所述支撑杆322的长度。通过调整所述支撑杆322 的长度，可方便地调整任意一个基片的沉积角，在同一个蒸发沉积过程中实现不同的倾斜角沉积。

优选地，所述支撑杆322靠近与所述滚轮321相连接的一端固定到所述支臂312上的通孔3122上，所述支撑基座323位于所述轨道33的径向内侧。每个支臂312都可以安装一个基片载具32。所有基片载具32 的支撑杆322在同一个平面上，该平面与所述轨道33所在的平面共面或平行。

如图3所示，在一个优选实施例中，所述支撑基座323包括圆环3231 和支架3232。所述支架3232包括多个分支，多个分支的一端相交，其交点位于所述圆环3231的纵向中心线上，并与所述圆环3231的圆心相距一定距离，该相交的端部与所述支撑杆322的端部进行连接，多个分支的另外一端固定到所述圆环3231上。优选地，所述支架3232的多个分支在圆环3231的周向上呈不均匀分布，在其中的两个分支之间形成有较大的开口3233，该较大的开口3233可方便对基片的放置。

如图3-4所示，在所述圆环3231上设置有固定部3234，该固定部 3234在所述圆环3231的内缘沿所述圆环3231的径向向内延伸形成，其內缘直径小于所述圆环3231的内缘直径，这样，在所述圆环3231和固定部3234之间形成台阶部3235。安装基片时，将基片从所述较大的开口3233放入所述基片，并将基片的外缘抵靠在所述台阶部3235处，然后通过夹紧装置，例如夹子等(图中未示出)将所述基片固定在所述支撑基座323上。这样的结构，在方便基片安装的同时，能够使得安装后的基片保持平整状态，且对基片的固定牢靠安全，便于对基片进行沉积作业。

如图2所示，所述真空蒸发器4位于所述沉积蒸发传动装置3的下方，所述真空蒸发器4的蒸发源面向所述沉积蒸发传动装置3放置，所述蒸发源的纵向中心线与所述支撑杆322所在平面垂直，或者说，所述真空蒸发器4的蒸发源的纵向中心线位于竖直位置，并且，所述蒸发源的纵向中心线经过所述轨道33所在圆的圆心。在真空蒸发时，粒子束的入射方向与放置在支撑基座323上的基片的法线方向成一定的倾斜角α，通过调节支撑杆322的长度即可调节倾斜蒸发时的沉积角的大小(如图 5所示，图5中示意性地示出了两个不同的沉积角α1和α2)。

本发明中的倾斜角沉积装置中的旋转架31上可连接多个基片载具 32，可以在一次抽真空过程中同时对多个基片蒸发沉积，且每个基片可以调节为相同或不同的倾斜角度。因此，本发明中的倾斜角沉积蒸发系统具有多片蒸发、基片旋转和每个基片的倾斜角度可调等优点，这不仅有利于高温蒸发和初期实验工艺条件的摸索，而且还有利于产能提升和生产成本的降低，更适用于倾斜角蒸发纳米结构薄膜的批量生产。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种沉积蒸发系统，用于对基片进行倾斜蒸发沉积，其特征在于，包括动力机构、沉积蒸发传动装置和真空蒸发器，

所述动力机构与所述沉积蒸发传动装置相连接，用于驱动所述沉积蒸发传动装置转动；

所述沉积蒸发传动装置包括旋转架、基片载具和轨道，所述基片载具包括滚轮、支撑杆和支撑基座，所述滚轮和支撑基座分别连接在所述支撑杆的两端，所述支撑基座用于放置基片；

所述真空蒸发器位于所述沉积蒸发传动装置的下方，所述真空蒸发器的蒸发源面向所述沉积蒸发传动装置放置，

其中，所述蒸发源的纵向中心线与基片所在平面平行，所述蒸发源的纵向中心线经过所述轨道所在圆的圆心，所述支撑杆的长度可以调节。

2.根据权利要求1所述的沉积蒸发系统，其特征在于，

所述旋转架的一端与所述动力机构相连接，所述基片载具连接在所述旋转架的另外一端，所述基片载具可随所述旋转架的转动实现沿所述轨道的公转以及绕自身纵向轴线的自转，所述基片装载于基片载具上。

3.根据权利要求1所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述动力机构包括电机和传动部，所述沉积蒸发传动装置通过所述传动部与所述电机相连接。

4.根据权利要求3所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述传动部包括多组齿轮副，所述齿轮副包括由主动锥齿轮、从动锥齿轮构成的齿轮副、由主动小齿轮和从动大齿轮构成的齿轮副；所述主动锥齿轮和电机的输出轴相连接，所述从动锥齿轮和主动锥齿轮相啮合，所述从动锥齿轮和所述小齿轮同轴，所述大齿轮与所述小齿轮啮合，所述旋转架的一端与所述大齿轮相连接。

5.根据权利要求2所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述旋转架包括动力连接部和支臂，所述动力连接部的上端与所述动力机构相连接，所述支臂的一端连接在所述动力连接部的径向外缘上。

6.根据权利要求5所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述支臂设置有多个，为杆状，其一端连接在所述动力连接部的外缘上，另外一端位于靠近所述轨道的位置，在所述支臂靠近所述轨道的一端设置有基片载具安装部。

7.根据权利要求6所述的沉积蒸发系统，其特征在于，在所述基片载具安装部上设置有通孔，用于安装所述基片载具。

8.根据权利要求1所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述支撑基座位于所述轨道的径向内侧，所有基片载具的支撑杆在同一个平面上，该平面与所述轨道所在的平面共面或平行。

9.根据权利要求8所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述支撑杆与所述支撑基座上放置的基片所在平面垂直。

10.根据权利要求1所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述滚轮、支撑基座和支撑杆之间均为固定连接。

11.根据权利要求1所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述滚轮和/或所述支撑基座设置成包括大小不同的可替换的一系列。

12.根据权利要求1所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述支撑基座包括圆环和支架，所述支架包括多个分支，多个分支的一端相交，其交点位于所述圆环的纵向中心线上，并与所述圆环的圆心相距一定距离，该相交的端部与所述支撑杆的端部进行连接，多个分支的另外一端固定到所述圆环上。

13.根据权利要求12所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述支架的多个分支在圆环的周向上呈不均匀分布，在其中的两个分支之间形成有较大的开口。

14.根据权利要求12所述的沉积蒸发系统，其特征在于，在所述圆环上设置有固定部，该固定部在所述圆环的内缘沿所述圆环的径向向内延伸形成。

15.根据权利要求3所述的沉积蒸发系统，其特征在于，还包括真空腔外壳，所述真空腔外壳的内腔构成真空腔，所述沉积蒸发传动装置和真空蒸发器位于所述真空腔内，所述电机位于所述真空腔的外部。

16.根据权利要求2所述的沉积蒸发系统，其特征在于，所述基片载具为多个。