CN111549330A - 一种连续沉积金刚石薄膜的方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续沉积金刚石薄膜的方法及其设备。包括预沉积室、沉积室、制品待取室及将预沉积室的基片从所述预沉积室依次传输至沉积室、制品待取室的基片传输装置，其中，所述预沉积室、沉积室、制品待取室依次设置且依次连接，预沉积室内充入基片沉积时所需气氛气体，在所述沉积室内当前热丝结构的作用下，依次对进入所述沉积室的多批次基片进行金刚石薄膜沉积，实现了在不更换热丝结构的前提下，多次金刚石膜的沉积，避免了现有技术中由于热丝消耗和中间更换热丝所导致的成本非必要提高问题，有利于金刚石薄膜的推广。
Description
技术领域
本发明涉及热丝化学沉积技术,具体涉及一种连续沉积金刚石薄膜的方法及其设备。
背景技术
通常热丝CVD技术是通过加热金属丝，使其达到2000℃以上，在正常沉积环境下，氢气分解为原子态氢，甲烷或碳氢气体也分解为多种活性碳氢基团，参与金刚石膜的沉积，同时使得难熔金属碳化为相应的碳化物，韧性差，极易断裂。由于加热用的高温难熔金属丝通常只能一次性使用，无法支撑第二次使用，故HFCVD方法通常是在完成一次沉积后重新装丝，然后再进行下一沉积,但其中更换新丝所需的时间相对较长，故所述热丝消耗及所述中间更换热丝的时间消耗导致了整个沉积工艺成本的提高，这不利于热丝化学沉积技术的发展，大面积金刚石薄膜的推广，该问题急需改进。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种连续沉积金刚石薄膜的方法及其设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种连续沉积金刚石薄膜设备，包括预沉积室、沉积室、制品待取室及将预沉积室的基片从所述预沉积室依次传输至沉积室、制品待取室的基片传输装置，其中，所述预沉积室、沉积室、制品待取室依次设置且依次连接，预沉积室内充入基片沉积时所需气氛气体，预沉积室内的当前批次基片在所述基片传输装置传输下进入所述沉积室内，同时，所述沉积室内已完成金刚石薄膜沉积的基片经所述基片传输装置传输至所述制品待取室，在所述沉积室内当前热丝结构的作用下，依次对进入所述沉积室的多批次基片进行金刚石薄膜沉积。
实现在不更换热丝结构的前提下，多次金刚石膜的沉积，进而大大节省热丝消耗和中间更换热丝的时间损耗。
进一步的，所述预沉积室与所述沉积室连通时，所述预沉积室与所述沉积室内的气体气氛一致。
进一步的，所述热丝结构为热丝阵列结构。
进一步的，所述热丝结构设置在可上下移动的热丝丝架上。
进一步的，所述预沉积室与所述沉积室之间设置第一隔离门，通过所述第一隔离门的开启与关闭实现所述预沉积室与所述沉积室的连通与隔断；
所述沉积室与所述制品待取室之间设置第二隔离门，通过所述第二隔离门的开启与关闭实现所述沉积室与所述制品待取室的连通与隔断。
进一步的，所述基片传输装置包括沉积冷却台，所述沉积冷却台置于所述沉积室内，所述沉积冷却台分别连接冷却水进口、冷却水出口。
进一步的，所述预沉积室、沉积室、制品待取室均连接用于排除相应腔室体内空气的本底泵，其中，所述沉积室还连接沉积时通过抽取所述沉积室腔室内气体用于维持腔室内压力的工作泵。更具体的，所述预沉积室通过预沉积室抽气阀与本地泵连接，所述沉积室通过沉积室抽气阀与本地泵连接，制品待取室通过待取室抽气阀与本地泵连接，且在所述预沉积室与预沉积室抽气阀之间的管道、制品待取室与待取室抽气阀之间的管道上均设置充气阀，所述充气阀用于在打开腔室之前将腔室内充入空气或氮气等达到预定大气压(如一个大气压)。所述沉积室通过调节阀与所述工作泵连接，其中，所述沉积室与调节阀之间管道的前区段与所述沉积室与沉积室抽气阀之间管道的前区段共用。
进一步的，所述预沉积室、沉积室、制品待取室均通过相应的进气阀连接甲烷与氢气混合装置，所述甲烷与氢气混合装置分别通过流量计连接甲烷气体盛装装置、氢气气体盛装装置。
进一步的，当基片上金刚石薄膜沉积厚度达到设定厚度时，当前基片即被传输出所述沉积室。所述设定厚度为0.5-10μm。通过研究发现，基片上金刚石膜的沉积厚度通常达到0.5-10μm即能满足实际使用的需要，这就意味着金刚石薄膜实际需要的沉积时间并不长，现有技术中一副热丝结构就是在过多的非必要金刚石薄膜沉积及下一沉积器件准备过程中损耗殆尽，真正用在必要金刚石薄膜沉积所需的损耗很少。
根据本发明的另一个方面，提供了一种连续沉积金刚石薄膜的方法，其应用上述任一所述的设备，在不更换沉积室内当前热丝结构的情况下，依次对进入所述沉积室的多批次基片进行金刚石薄膜沉积。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明示例的连续沉积金刚石薄膜设备，包括预沉积室、沉积室、制品待取室，沉积室内的基片一达到金刚石薄膜沉积厚度立即移出，预沉积室内的待沉积基片立即被传输至沉积室内预备沉积，不浪费沉积室内当前热丝结构的任一损耗，实现了在不更换热丝结构的前提下，多次金刚石膜的沉积，避免了现有技术中由于热丝消耗和中间更换热丝所导致的成本非必要提高问题，有利于金刚石薄膜的推广。
2、本发明示例的连续沉积金刚石薄膜的方法，应用上述所述的设备，在不更换沉积室内当前热丝结构的情况下，依次对进入所述沉积室的多批次基片进行金刚石薄膜沉积，大大节省热丝消耗和中间更换热丝的时间。
附图说明
附图1为实施例一连续沉积金刚石薄膜设备的结构示意图；
附图2为实施例一中传动链条、滚轮、样品托盘及沉积冷却台的位置示意图；
图中，1预沉积室，2沉积室,3制品待取室，4基片，5第一隔离门，6第二隔离门，7样品托盘，8沉积冷却台，9传动链条，10冷却水进口，11冷却水出口,12本底泵,13工作泵,14调节阀，15样品托架，16滚轮，17充气阀，18预沉积室进气阀，19沉积室进气阀，20待取室进气阀，21甲烷与氢气混合装置，22流量计，23预沉积室抽气阀，24沉积室抽气阀，25待取室抽气阀。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
通常HFCVD方法是在完成一次沉积后重新装丝，然后进行下一次的沉积过程。按照这样的流程进行金刚石薄膜的沉积，热丝材料的成本，更换热丝消耗的时间等，大大增加了沉积成本。而其中，需要沉积的金刚石薄膜通常沉积在大面积的金属或非金属基板上，而金刚石膜的沉积厚度通常达到0.5-10μm就已经能够满足实际使用需要，这就意味着沉积金刚石薄膜实际并不需要很长时间的沉积，即可完成一个基片的沉积。
为了解决上述问题，本实施例提供了一种连续沉积金刚石薄膜设备，该连续沉积金刚石薄膜设备采用三室体结构设计，具体包括预沉积室1、沉积室2、制品待取室3，所述预沉积室1、沉积室2、制品待取室3均连接用于排除相应腔室体内空气的本底泵12(在沉积过程中，本底泵12不工作)且均通过相应的进气阀连接甲烷与氢气混合装置21，即预沉积室1通过预沉积室进气阀18连接甲烷与氢气混合装置21，沉积室2通过沉积室进气阀19连接甲烷与氢气混合装置21，制品待取室3通过待取室进气阀20连接甲烷与氢气混合装置21，甲烷与氢气混合装置21具体为混气瓶，所述甲烷与氢气混合装置21分别通过流量计22连接甲烷气体盛装装置、氢气气体盛装装置，其中，所述沉积室2还连接沉积时通过抽取所述沉积室2腔室内气体用于维持腔室内压力的工作泵13。更具体的，所述预沉积室1通过预沉积室抽气阀23与本地泵12连接，所述沉积室2通过沉积室抽气阀24与本地泵12连接，制品待取室3通过待取室抽气阀25与本地泵12连接，且在所述预沉积室1与预沉积室抽气阀23之间的管道、制品待取室3与待取室抽气阀25之间的管道上均设置充气阀17，所述沉积室2通过调节阀14与所述工作泵13连接，其中，所述沉积室2与调节阀14之间管道的前区段与所述沉积室2与沉积室抽气阀24之间管道的前区段共用。
上述所述预沉积室1、沉积室2、制品待取室3依次设置且依次连接，预沉积室1内充入基片4沉积时所需气氛气体，所述预沉积室1与所述沉积室2之间设置第一隔离门5，通过所述第一隔离门5的开启与关闭实现所述预沉积室1与所述沉积室2的连通与隔断；所述沉积室2与所述制品待取室3之间设置第二隔离门6，通过所述第二隔离门6的开启与关闭实现所述沉积室2与所述制品待取室3的连通与隔断。将基片4在预沉积室1内样品托盘7(材质可为石英)上排列好、封盖、抽真空，其中，所述样品托盘7下面设置样品托架15，该样品托架15为框架结构，然后通入与沉积过程相同组分的气氛气体，当所述预沉积室1与所述沉积室2内的气体气氛一致时，第一隔离门5可开启，所述预沉积室1与所述沉积室2连通。上述样品托盘7及样品托架15放置在基片传输装置上，通过所述基片传输装置可以将预沉积室1内的基片4从所述预沉积室1传输至沉积室2，而该所述基片传输装置具体包括沉积冷却台8，其中，所述沉积冷却台8置于所述沉积室2内，所述沉积冷却台8分别连接冷却水进口10、冷却水出口11，对基片4进行冷却，在所述沉积室2内当前热丝结构的作用下，所述沉积室2内已完成金刚石薄膜沉积的基片4经所述基片传输装置传输至所述制品待取室3，同时，预沉积室1内的当前批次基片在所述基片传输装置传输下进入所述沉积室2内预备沉积，从而依次对进入所述沉积室2的多批次基片进行金刚石薄膜沉积，实现在不更换热丝组件的前提下，多次金刚石膜的沉积，进而大大节省热丝消耗和中间更换热丝的时间。其中，当基片4上金刚石薄膜沉积厚度达到设定厚度如1-10μm时，当前基片即被传输出所述沉积室2。
所述热丝结构具体为热丝阵列结构，即热丝组件，由沉积工艺要求，当基片4由待沉积区转移至沉积区时，初始丝底距需要增加到30-50mm，故所述热丝结构具体设置在可上下移动的热丝丝架上。当基片4输运到沉积区的指定位置后，热丝丝架缓慢下降，逐渐减小丝底距到工艺要求。该热丝丝架升降结构可通过波纹管连接内部热丝升降杆实现丝架升降。
上述基片传输装置包括基片导入传输单元、基片导出传输单元及连接传输单元，其中，基片导入传输单元设置在预沉积室1，连接传输单元设置在沉积室2，基片导出传输单元设置在制品待取室3，基片导入传输单元、基片导出传输单元及连接传输单元的传输均是以链条传动等方式实现且传输同步，上述基片导入传输单元、基片导出传输单元及连接传输单元均包括沿所述基片传输装置机架的长度方向分别设置滚轮16，滚轮轴为耐高温无油陶瓷轴承，形成两组滚轮组，所述滚轮组的滚轮16与所述基片传输装置的机架均转动连接，且在所述滚轮16的外侧均连接与传动链条9啮合的齿轮，位于端部的所述齿轮作为该链条传动机构的主动链轮通过电机驱动进而在传动链条9的带动实现所有所述齿轮的转动，进而实现所有滚轮16的转动且各滚轮16的转速相同、转动方向一致，由于基片导入传输单元、基片导出传输单元及连接传输单元传输同步进行，故通过样品托盘7及样品托架15放置在基片传输装置的滚轮16上的基片4可以依次通过基片传输装置的基片导入传输单元、连接传输单元、基片导出传输单元，由预沉积室1经沉积室2传输至制品待取室3，所述基片4即可通过所述滚轮16的转动实现所述基片的传输，由于所述基片传输装置在指定位置有限位开关，样品托架16到指定位置就会停止。上述基片导入传输单元、基片导出传输单元及连接传输单元结构的区别在于连接传输单元上还设置沉积冷却台8，但由于样品托架16为框架结构，沉积室的沉积冷却台8设置在所述机架上，且位于两组滚轮组中间，故所述样品托架15被传输至沉积室的沉积冷却台8时，所述样品托架15可以在所述滚轮16的带动下顺利穿过沉积冷却台8，进行传输。
本实施例还提供了一种连续沉积金刚石薄膜的方法，其应用上述所述的设备，在不更换沉积室内当前热丝结构的情况下，依次对进入所述沉积室的多批次基片进行金刚石薄膜沉积。
实施例二
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
当基片上金刚石薄膜沉积厚度达到设定厚度如6μm时，当前基片即被传输出所述沉积室。
所述热丝结构具体为热丝阵列结构，该热丝阵列结构能够上下平移40mm。
实施例三
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
当基片上金刚石薄膜沉积厚度达到设定厚度如0.5-2μm时，当前基片即被传输出所述沉积室。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，包括预沉积室、沉积室、制品待取室及将预沉积室的基片从所述预沉积室依次传输至沉积室、制品待取室的基片传输装置，其中，所述预沉积室、沉积室、制品待取室依次设置且依次连接，预沉积室内充入基片沉积时所需气氛气体，预沉积室内的当前批次基片在所述基片传输装置传输下进入所述沉积室内，同时，所述沉积室内已完成金刚石薄膜沉积的基片经所述基片传输装置传输至所述制品待取室，在所述沉积室内当前热丝结构的作用下，依次对进入所述沉积室的多批次基片进行金刚石薄膜沉积。
2.根据权利要求1所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，所述预沉积室与所述沉积室连通时，所述预沉积室与所述沉积室内的气体气氛一致。
3.根据权利要求1所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，所述热丝结构为热丝阵列结构。
4.根据权利要求1所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，所述预沉积室与所述沉积室之间设置第一隔离门，通过所述第一隔离门的开启与关闭实现所述预沉积室与所述沉积室的连通与隔断；
所述沉积室与所述制品待取室之间设置第二隔离门，通过所述第二隔离门的开启与关闭实现所述沉积室与所述制品待取室的连通与隔断。
5.根据权利要求1-4任一所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，所述基片传输装置包括沉积冷却台，所述沉积冷却台置于所述沉积室内，所述沉积冷却台分别连接冷却水进口、冷却水出口。
6.根据权利要求5所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，所述预沉积室、沉积室、制品待取室均连接用于排除相应腔室体内空气的本底泵，其中，所述沉积室还连接沉积时通过抽取所述沉积室腔室内气体用于维持腔室内压力的工作泵。
7.根据权利要求6所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，所述预沉积室通过预沉积室抽气阀与本地泵连接，所述沉积室通过沉积室抽气阀与本地泵连接，制品待取室通过待取室抽气阀与本地泵连接，且在所述预沉积室与预沉积室抽气阀之间的管道、制品待取室与待取室抽气阀之间的管道上均设置充气阀，所述沉积室通过调节阀与所述工作泵连接，其中，所述沉积室与调节阀之间管道的前区段与所述沉积室与沉积室抽气阀之间管道的前区段共用。
8.根据权利要求6所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，所述预沉积室、沉积室、制品待取室均通过相应的进气阀连接甲烷与氢气混合装置，所述甲烷与氢气混合装置分别通过流量计连接甲烷气体盛装装置、氢气气体盛装装置。
9.根据权利要求8所述的连续沉积金刚石薄膜设备，其特征是，当基片上金刚石薄膜沉积厚度达到设定厚度时，当前基片即被传输出所述的沉积室。
10.一种连续沉积金刚石薄膜的方法，其特征是，应用权利要求1-9任一所述的设备，在不更换沉积室内当前热丝结构的情况下，依次对进入所述沉积室的多批次基片进行金刚石薄膜沉积。
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