CN109423628A - 一次性全表面气相沉积支架、气相沉积炉及其沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一次性全表面气相沉积支架、气相沉积炉及其沉积方法，一次性全表面气相沉积支架包括共轴的第一支架和第二支架，所述第一支架上形成有至少一个第一支撑平面，所述第二支架上形成有与每个第一支撑平面匹配且共轴的第二支撑平面；第一状态下，每个所述第一支撑平面高于与其对应的所述第二支撑平面；第二状态下，每个所述第一支撑平面低于与其对应的所述第二支撑平面。本发明设计精巧，采用两套支架结构，并使一支架中的每个支撑平面可高于或低于另一支架中的对应支撑平面，可以自动切换与工件接触的支架，进而改变工件被遮蔽的位置，实现一次性沉积，自动化程度高，操作简单，不需要停止沉积过程，减少了时间成本，大大提高了沉积效率。

Description

一次性全表面气相沉积支架、气相沉积炉及其沉积方法

技术领域

本发明涉及气相沉积领域，尤其是一次性全表面气相沉积支架、气相沉积炉及其沉积方法。

背景技术

化学气相淀积（CVD），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。

CVD化学气相沉积炉是利用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）的原理，将参与化学反应的物质，加热到一定工艺温度，在真空泵抽气系统产生的引力作用下，引至沉积室进行反应、沉积，生成新的固态薄膜物质。

如附图1所示的化学气相沉积炉，通常包括反应室、加热体、进气口、出气口、衬底支架等几部分，进气口在反应室的底部或顶部或侧边上，出气口通常与之相对，为使气相沉积均匀，进气口常采用同心圆筒的方式，衬底支架对准进气口，但是工件放置在衬底支架上无法移动，只能对显露在真空环境中的区域进行沉积，且最终得到的膜层的均匀性相对较差。

为了改善镀膜的质量，也有一些化学气相沉积炉内具有转盘机构使每一只吊挂于吊具上或平躺于衬底支架上的待加工件进行公转和/或自转，以实现沉积的均匀性。

然而这些结构，对于需要进行全表面沉积的工件无法适用，主要是由于：在沉积过程中，衬底支架或吊具与零件或多或少存在一定的接触区域，而这些被遮挡的区域始终无法沉积成膜，如果要使这些区域沉积成膜，就必须停止沉积过程，人工调整工件在吊具或夹具上的位置使工件被遮挡的部分显露出来后，再进行沉积，无法实现一次性全表面沉积，大大增加升降温的时间成本，操作繁琐，效率低。

现有的沉积设备的支撑结构与工件的接触面积大，造成被遮挡的区域较多，对沉积均匀性的影响也因此增大。

并且，绝大多数沉积设备无法满足多个工件，尤其是圆盘类零件的同时进行一次性全表面气相沉积，而一个沉积过程往往需要20小时以上，无法多个工件同时沉积不利于沉积效率的提高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，通过两组支撑结构来自动切换支撑结构与工件的接触点，从而提供一次性全表面气相沉积支架、气相沉积炉及其沉积方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一次性全表面气相沉积支架，包括共轴的第一支架和第二支架，所述第一支架上形成有至少一个第一支撑平面，所述第二支架上形成有与每个第一支撑平面匹配且共轴的第二支撑平面

第一状态下，每个所述第一支撑平面高于与其对应的所述第二支撑平面；

第二状态下，每个所述第一支撑平面低于与其对应的所述第二支撑平面。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积支架，其中：所述第一支架上具有指定组第一支撑点，每组第一支撑点的顶端等高且形成多层具有高度差的第一支撑平面，所述第二支架上设置有与每组第一支撑点对应的第二支撑点，每组第二支撑点的顶端等高且形成多层具有高度差的第二支撑平面，每组第二支撑点与第一支撑点错位分布。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积支架，其中：每组第一支撑点和第二支撑点的数量至少为3个，且它们均分圆周。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积支架，其中：所述第一支架包括支撑板，所述支撑板的中心位置开设有通孔，所述支撑板的一面中心设置有与其垂直的中空转轴，其另一面设置有至少3根均分圆周且与其垂直的支杆，每根支杆上设置有一组具有高度差且与其垂直的横杆，每根横杆向所述支撑板的中心方向延伸，每个所述横杆上设置有一第一支撑点；

所述第二支架包括位于支撑板上方的发散板，所述发散板包括一组均分圆周的分片，每个分片延伸到相邻支杆之间的区域且其上设置有一立杆，每根立杆上设置有与所述横杆一一对应连杆，每个连杆上设置一第二支撑点，所述发散板的背面设置有延伸到所述中空转轴中的连接轴。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积支架，其中：所述第二支架还连接驱动其上下移动的顶升机构。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积支架，其中：所述顶升机构是丝杆升降装置。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积支架，其中：所述第二支架还连接驱动其绕其中心轴自转的第一驱动装置，所述第一驱动装置跟随所述第二支架上下移动。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积支架，其中：所述第一支架连接驱动其绕其中心轴自转的第二驱动装置。

一次性全表面气相沉积炉，包括真空室，还包括上述任一的一次性全表面气相沉积支架。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积炉，其中：所述第一支架的转轴和第二支架的连接轴均延伸到所述真空室外，并分别通过磁流体密封与所述真空室可转动地连接。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积炉，其中：所述第一支撑平面、第二支撑平面均位于石墨导流罩中，所述石墨导流罩的外周及底部设置有用于加热且缠绕有电阻丝的内衬石墨，所述内衬石墨的外周包覆有保温层。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积炉，其中：所述保温层是石墨毡层。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积炉，其中：还包括侧面供气口，供气口均分真空室的圆周面。

一次性全表面气相沉积方法，包括如下步骤：

S1，提供上述任一的一次性全表面气相沉积炉及一组工件；

S2，一组工件在第一支架上进行气相沉积；

S3，第二支架抬升驱动第一支架上的工件上升并与第一支架分离，工件在第二支架上进行气相沉积。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积方法，其中：在S2步骤、S3步骤中，所述第一支架和第二支架同步自转。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积方法，其中：还包括S4，第二支架下降，使其上的工件回落到第一支架上进行沉积；

S5，重复S2步骤-S4步骤。

优选的，所述的一次性全表面气相沉积方法，其中：

在S2步骤中，所述第一支架和第二支架同步自转；

在S3步骤中，所述第二支架抬升驱动工件上升时，其停止转动或减小转速或所述第一支架停止转动，所述第二支架正常转动，所述第一支架和第二支架相对转动一定角度后第二支架下降使一组工件落回到第一支架上；

S6，重复S2步骤-S3步骤。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本发明设计精巧，采用两套支架结构，并使一套支架可顶升或下降，来使该支架中的每个支撑平面高于或低于另一支架中的对应支撑平面，从而可以在沉积过程中，自动切换与工件接触的支架，进而改变工件被遮蔽的位置，实现一次性沉积，自动化程度高，操作简单，不需要人工停止沉积过程，减少了时间成本，大大提高了沉积效率。

一组支架上形成有多个支撑平面，可以进行多个工件的同时一次性沉积，进一步提高了加工效率和产量。

在沉积过程中，通过使两个支架旋转，并结合侧面供气的结构，能够进一步保证支架上工件沉积的均匀性，提高薄膜质量。

本发明的支架结构应用灵活，可以根据不同的加工需要，进行多种工作状态的组合，并且可以通过多次改变支架与工件的接触位置，来避免两个支架与工件接触位置不变，导致未沉积的区域集中于某些点的问题，有利于提高沉积的均匀性。

附图说明

图1是背景技术中的现有技术结构示意图；

图2是本发明中沉积支架结构示意图；

图3是本发明中气相沉积炉的俯视图；

图4是本发明中气相沉积炉的内部结构示意图；

图5是本发明中气相沉积炉的仰视图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

本发明揭示了一次性全表面气相沉积支架，如附图2所示，包括共轴的第一支架1和第二支架2，所述第一支架1上形成有至少一个用于放置工件的第一支撑平面（图中未示出），所述第二支架2上形成有与每个第一支撑平面匹配且共轴的第二支撑平面（图中未示出），所述第二支撑平面同样用于支撑工件。

第一状态下，每个所述第一支撑平面高于与其对应的所述第二支撑平面；

第二状态下，每个所述第一支撑平面低于与其对应的所述第二支撑平面。

具体来说，所述第一支架2上具有指定组数的第一支撑点11，如附图2所示，优选为10组，每组第一支撑点11的顶端等高且形成10层具有高度差的第一支撑平面，所述第二支架2上设置有与每组第一支撑点11对应的第二支撑点21，每组第二支撑点21的顶端等高且形成多层具有高度差的第二支撑平面，每组第二支撑点21与第一支撑点11错位分布。

并且，每组第一支撑点11和第二支撑点21的数量至少为3个，优选为3个，且它们均分圆周，由于工件3与第一支架1和第二支架2的接触区域只有三个点，因此被遮盖的位置很小，对沉积均匀性的影响也大大减小。

进一步来说，所述第一支架1包括支撑板12，所述支撑板12优选为圆形，所述支撑板12的中心位置开设有通孔，所述支撑板12的一面中心设置有与其垂直的中空转轴13，所述中空转轴13的空腔与所述通孔连通，所述支撑板12的另一面设置有3根均分圆周且与其垂直的支杆14，每根支杆14上设置有10个具有高度差且与其垂直的横杆15，相邻横杆15之间的高差相等，每根横杆15向所述支撑板12的中心方向延伸，每个所述横杆15上设置有一第一支撑点11。

所述第二支架2包括位于支撑板12上方且与所述支撑板12平行的发散板22，所述发散板22包括圆板及一组均分圆板圆周的分片221，每个分片221延伸到相邻支杆14之间的区域且其上设置有一立杆23，所述立杆23与所述发散板22垂直且与所述支杆14平行，每根立杆23上设置有与所述横杆15一一对应连杆24，每个连杆24上设置一第二支撑点21，所述发散板22的背面设置有延伸到所述中空转轴13中的连接轴25。

为了自动实现第一支撑平面和第二支撑平面位置关系的切换，本发明中进一步优选所述第二支架2上还连接驱动其上下移动的顶升机构（图中未示出），从而通过驱动所述第二支架2相对所述第一支架1进行上下移动，来使工件3在第一支架1和第二支架2之间切换，所述顶升机构优选是丝杆升降装置，此处为已知技术，不再赘述。

同时，为了保证气相沉积的均匀性，所述第二支架2还连接驱动其绕其中心轴自转的第一驱动装置，所述第一驱动装置在所述顶升机构的驱动下跟随所述第二支架2上下移动，并且所述第一支架1连接驱动其绕其中心轴自转的第二驱动装置。

本发明进一步揭示了一次性全表面气相沉积炉，如附图3、附图4所示，包括真空室5，所述真空室5包括底盖、桶身及顶盖，还包括上述的一次性全表面气相沉积支架4，所述第一支架1的转轴和第二支架的连接轴25从所述底盖均延伸到所述真空室5外，并分别通过磁流体密封与所述真空室5可转动地连接，从而实现真空室内的密封传动，此处为已有技术，不再赘述。

并且，如附图3-附图5所示，所述第一支架1上的所有第一支撑平面和第二支架2上的所有第二支撑平面均位于石墨导流罩6中，所述石墨导流罩6用于收拢气流，有利于排气时气流稳定，其包括一体的圆柱套筒及漏斗状出气口，所述漏斗状出气口延伸到所述真空室5外，所述石墨导流罩6的外周及底部设置有用于进行加热且缠绕有电阻丝的内衬石墨7，所述内衬石墨7的外周包覆有保温层8，这是由于进行气相沉积时，需要工件3及反应环境维持高温状态，因此还需要采取一定的保温措施，以免热量散失，造成较大的能耗，并且，由于石墨毡具有良好的保温、隔热的性能好，且耐高温、耐腐蚀、不熔融，因此本实施例中优选所述保温层8是石墨毡层。

同时，由于工件3一层层的位于真空室中，如果采用顶部或底部供气，那么位于上层或底层的工件3接触到的反应气体就会因为高度差而逐步减少，从而造成不同高度工件3沉积的均匀性不佳，导致产品一致性变差，因此，所述气相沉积炉还包括若干侧面供气口（图中未示出），所述供气口均分真空室5的圆周面，优选供气口120°间隔设置，并且供气口可沿桶身的延伸方向间隙设置多个，例如每层工件3的四周都分布有一组供气口，从而保证每层工件3都能充分、均匀的与反应气体接触反应。

当使用本发明的气相沉积炉进行一次性全表面气相沉积时，其过程如下：

S1，提供上述的一次性全表面气相沉积炉及一组工件3；

S2，将一组工件3放置于第一支架1上的每个第一支撑平面上沉积一段时间；

S3，通过顶升机构驱动所述第二支架2抬升，第二支架2上的每个第二支撑点21抬升与第一支撑点上的每个工件3接触，并驱动第一支撑点上的工件3上升与第一支架1分离，并在第二支架2上进行一段时间的沉积。

此时，由于每个第二支撑点21与第一支撑点11的位置不同，因此当工件3从第一支架1上切换到第二支架2上时，就自动切换了工件3被遮蔽的位置，从而实现一次性全表面沉积过程。

进一步，在S2步骤、S3步骤中，所述第一支架1和第二支架2同步自转，从而能够保证气相沉积的均匀性。

并且，在沉积过程中还可以根据需要进行多次切换，即还包括S4，第二支架2下降，使其上的工件3回落到第一支架1上进行沉积；

S5，重复S2步骤-S4步骤，至沉积完成。

除了上面描述的加工过程外，当使用本发明的气相沉积炉进行一次性全表面气相沉积时，还可以采用如下过程

在上述S2步骤中，所述第一支架1和第二支架2同步自转；

在上述S3步骤中，所述第二支架2抬升驱动工件3上升时，其停止转动或减小转速或者，所述第一支架1停止转动，所述第二支架2正常转动，因此，所述第一支架1和第二支架2会相对转动一定角度后，第二支架2下降使一组工件3落回到第一支架1上；

S6，重复S2步骤-S3步骤。

此时，不仅能够实现工件3在第一支架1和第二支架2之间的切换，还能多次改变工件3与第一支架1和第二支架2的接触位置，避免接触位置集中于某些点的情况，能够获得更佳的沉积均匀性。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：包括共轴的第一支架（1）和第二支架（2），所述第一支架（1）上形成有至少一个第一支撑平面，所述第二支架（2）上形成有与每个第一支撑平面匹配且共轴的第二支撑平面，

第一状态下，每个所述第一支撑平面高于与其对应的第二支撑平面；

第二状态下，每个所述第一支撑平面低于与其对应的第二支撑平面。

2.根据权利要求1所述的一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：所述第一支架（2）上具有指定组数的第一支撑点（11），每组第一支撑点（11）的顶端等高且形成多层具有高度差的第一支撑平面，所述第二支架（2）上设置有与每组第一支撑点（11）对应的第二支撑点（21），每组第二支撑点（21）的顶端等高且形成多层具有高度差的第二支撑平面，每组第二支撑点（21）与第一支撑点（11）错位分布。

3.根据权利要求2所述的一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：每组第一支撑点（11）和第二支撑点（21）的数量为3个，且它们均分圆周。

4.根据权利要求2所述的一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：所述第一支架（1）包括支撑板（12），所述支撑板（12）的中心位置开设有通孔，所述支撑板（12）的一面中心设置有与其垂直的中空转轴（13），其另一面设置有至少3根均分圆周且与其垂直的支杆（14），每根支杆（14）上设置有一组具有高度差且与其垂直的横杆（15），每根横杆（15）向所述支撑板（12）的中心方向延伸，每个所述横杆（15）上设置有一第一支撑点（11）；

所述第二支架（2）包括位于支撑板（12）上方的发散板（22），所述发散板（22）包括一组均分圆周的分片（221），每个分片（221）延伸到相邻支杆（14）之间的区域且其上设置有一立杆（23），每根立杆（23）上设置有与所述横杆（15）一一对应的连杆（24），每个连杆（24）上设置一第二支撑点（21），所述发散板（22）的背面设置有延伸到所述中空转轴（13）中的连接轴（25）。

5.根据权利要求1-4任一所述的一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：所述第二支架（2）还连接驱动其上下移动的顶升机构。

6.根据权利要求5所述的一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：所述顶升机构是丝杆升降装置。

7.根据权利要求5所述的一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：所述第二支架（2）还连接驱动其绕其中心轴自转的第一驱动装置，所述第一驱动装置跟随所述第二支架（2）上下移动。

8.根据权利要求7所述的一次性全表面气相沉积支架，其特征在于：所述第一支架（1）连接驱动其绕其中心轴自转的第二驱动装置。

9.一次性全表面气相沉积炉，包括真空室（5），其特征在于：还包括权利要求1-8任一所述的一次性全表面气相沉积支架。

10.根据权利要求9所述的一次性全表面气相沉积炉，其特征在于：所述第一支架（1）的转轴和第二支架的连接轴（25）均延伸到所述真空室（5）外，并分别通过磁流体密封与所述真空室（5）可转动地连接。

11.根据权利要求9所述的一次性全表面气相沉积炉，其特征在于：所述第一支撑平面、第二支撑平面均位于石墨导流罩（6）中，所述石墨导流罩（6）的外周及底部设置有用于加热且缠绕有电阻丝的内衬石墨（7），所述内衬石墨（7）的外周包覆有保温层（8），所述保温层（8）是石墨毡层。

12.根据权利要求9所述的一次性全表面气相沉积炉，其特征在于：还包括侧面供气口，供气口均分真空室（5）的圆周面。

13.一次性全表面气相沉积方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，提供如权利要求9-13任一所述的一次性全表面气相沉积炉及一组工件；

S2，一组工件在第一支架（1）上进行气相沉积；

S3，第二支架（2）抬升驱动第一支架（1）上的工件（3）上升并与第一支架（1）分离，工件在第二支架（2）上进行气相沉积。

14.根据权利要求13所述的一次性全表面气相沉积方法，其特征在于：在S2步骤、S3步骤中，所述第一支架（1）和第二支架（2）同步自转。

15.根据权利要求13或14所述的一次性全表面气相沉积方法，其特征在于：还包括S4，第二支架（2）下降，使其上的工件回落到第一支架（1）上进行沉积；

S5，重复S2步骤-S4步骤。

16.根据权利要求14所述的一次性全表面气相沉积方法，其特征在于：

在S2步骤中，所述第一支架（1）和第二支架（2）同步自转；

在S3步骤中，所述第二支架（2）抬升驱动工件上升时，其停止转动或减小转速或所述第一支架（1）停止转动，所述第二支架正常转动，所述第一支架（1）和第二支架（2）相对转动一定角度后，第二支架（2）下降使一组工件落回到第一支架（1）上；

S6，重复S2步骤-S3步骤。