CN114318281B - 加热样品台及具有其的真空镀膜系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了加热样品台及具有其的真空镀膜系统，涉及真空镀膜设备技术领域，包括加热器和样品台，所述样品台用于承载基片，所述加热器位于所述样品台上方由不透光材料围成的加热腔中，所述加热器连接测温探头和控制器，所述测温探头用于检测基片的温度，所述测温探头朝向所述样品台且位于所述样品台的上方，所述样品台连接有第一转轴并由所述第一转轴带动旋转。本发明能够解决现有技术中样品台加热效率低下、安装维护不便、加热温度不均或控制反馈迟滞等问题，易于实施且控温效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜设备技术领域，具体涉及加热样品台及具有其的真空镀膜系统。
背景技术
在真空镀膜工艺中，对基板加热可在一定程度上解决基板的翘曲变形问题，提高成膜均匀性。传统真空镀膜工艺中基板的加热多采用电阻丝加热的方式，电阻丝通电产生热量，热量传递给承载基板的样品台，样品台温度升高将热量传递给基板，加热效率低下，能量利用率低，控温精度不高；样品台设于狭窄的蒸镀腔内，安装维护不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决现有技术中样品台加热效率低下、安装维护不便、加热温度不均或控制反馈迟滞等问题的加热样品台及具有其的真空镀膜系统。本发明提供的技术方案为：
加热样品台，包括加热器和样品台，所述样品台用于承载基片，所述加热器位于所述样品台上方由不透光材料围成的加热腔中，所述加热器连接测温探头和控制器，所述测温探头用于检测基片的温度，所述测温探头朝向所述样品台且位于所述样品台的上方，所述样品台连接有第一转轴并由所述第一转轴带动旋转。
可选地，所述测温探头为非接触式，所述测温探头与所述样品台之间设有透光板，所述测温探头位于所述加热腔上方。
可选地，所述加热腔由安装板、遮光筒和环板包围，所述遮光筒位于所述安装板和所述环板之间，所述环板的中央开设有圆孔，所述样品台与所述圆孔配合设置。
可选地，所述样品台下方设有可转动的基片挡板，所述基片挡板由第二转轴驱动，所述基片挡板的安装高度可调节。所述基片挡板用于阻挡靶材蒸汽。
可选地，所述遮光筒包括相互连接的上筒和下筒，所述上筒和所述安装板连接，所述上筒包括若干套叠的子筒，所述下筒通过可调节支架与所述安装板连接，所述下筒上设有灯管支架。
可选的，所述下筒内设有光路筒，所述光路筒位于所述测温探头的下方，所述光路筒为中空筒体结构，所述光路筒的下端接近所述样品台。
可选地，所述加热器包括短波红外灯管，所述短波红外灯管为平面环形，所述短波红外灯管所在的平面与所述样品台平行，所述短波红外灯管连接有穿过所述安装板的导线。
可选地，所述安装板上安装有致动器一和致动器二，所述致动器一与所述样品台连接，所述致动器二与所述基片挡板连接，所述安装板的边缘设置有多个连接件。
可选地，所述遮光筒的中部截面积小于两端截面积，所述遮光筒具有缝隙，所述遮光筒的两端分别与所述安装板和所述环板紧密抵靠。
可选地，所述安装板和所述环板均为圆形，所述环板的外径小于所述安装板的外径。
可选地，所述遮光筒的内壁上设有反光材料。
可选地，所述样品台水平安装。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种真空镀膜系统，包括蒸镀腔体和设于所述蒸镀腔体内的所述的加热样品台。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)加热腔能够在样品台上方形成温度较为稳定的空间，降低了温度调节的难度，留住更多加热器释放的热量，采用短波红外线加热，短波红外灯管为平面环形结构，发热面积和范围较大，升温迅速，发热均匀，兼具辐射、热对流和热传导三种传热方式，加热效率高；
(2)遮光筒内壁的反光材料进一步集聚热量，配置PID控温系统，基片温度控制的准确性更好，进而提高真空镀膜的成膜均匀性；
(3)采用短波红外测温探头，非接触式测温，安全性更好，测温探头本身得以设于蒸镀腔体之外，免除蒸镀腔体内的不利影响，在样品台旋转时仍可同步测温，通过样品台的旋转，测温探头可采集到基片上不同位置的温度；
(4)安装板可实现与蒸镀腔体的可拆卸连接，环板的外径小于安装板的直径允许从蒸镀腔体上方取出整个加热样品台，便于部件安装和维护；基片温度范围150～600℃，测温探头测量精度可达1℃，允许获得更大的操作自由度。
附图说明
图1为本发明实施例提出的加热样品台的立体图一；
图2为本发明实施例提出的加热样品台的立体图二；
图3为本发明实施例提出的加热样品台的短波红外灯管结构示意图；
图4为本发明实施例提出的加热样品台的局部剖视图；
图5为本发明实施例提出的加热样品台的俯视图。
附图标记：1、样品台；2、短波红外灯管；3、致动器一；4、致动器二；5、测温探头；6、安装板；7、遮光筒；8、环板；9、透光板；10、基片挡板；11、上筒；12、下筒一；13、下筒二；14、可调节支架；15、灯管支架；16、光路筒。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1和2所示的加热样品台1，包括加热器和圆形样品台1，样品台1用于承载基片，样品台1上均布有多个用于安装基片的安装孔，加热器位于样品台1上方由不透光材料围成的加热腔中，加热器连接测温探头5和控制器(图中未示出)，优选地，测温探头5为非接触式红外测温探头5，控制器为PID控制器，PID控制器(比例积分微分控制器)由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成；测温探头5用于检测基片的温度，测温探头5的测量精度小于或等于1℃，测温探头5朝向样品台1且位于样品台1的上方，由于基片安装于样品台1上，探测样品台1即可间接获取基片温度；测温探头5与样品台1之间设有透光板9，测温探头5位于加热腔上方，圆形样品台1的中心可拆卸地连接有第一转轴并由第一转轴带动旋转，第一转轴通过联轴器连接致动器一3。样品台1下方设有可移动的基片挡板10，基片挡板10用于阻挡靶材蒸汽，基片挡板10由第二转轴驱动并可绕第二转轴转动，第二转轴通过联轴器连接致动器二4，基片挡板10与第二转轴可拆卸连接，基片挡板10的安装高度可调节。
加热腔自上而下由安装板6、遮光筒7和环板8包围，遮光筒7位于安装板6和环板8之间，遮光筒7还用于挡光和促进加热腔的温度稳定性，遮光筒7的横截面可以为方形或圆形，安装板6和环板8均为圆形，环板8的外径小于安装板6的外径，以便于将加热样品台1从蒸镀腔体中拆出，环板8通过圆周均布的三根螺杆与安装板6连接，螺杆的两端具有螺纹，螺杆通过垫片和螺母实现与环板8的可拆卸连接，允许调节环板的安装位置。圆形环板8的中央开设有圆孔，圆形样品台1与圆孔配合设置，圆形样品台1的外径略大于圆孔直径，圆形样品台1的中心与圆孔的圆心同心，圆形样品台1可覆盖该圆孔，环板8与样品台1均为水平安装。遮光筒7的中部截面积小于两端截面积，以便于设置用来安装环板的螺杆，也便于拆卸该螺杆，遮光筒7具有缝隙，遮光筒7的两端分别与安装板6和环板8紧密抵靠。如图4所示，遮光筒7包括相互连接的上筒11和下筒，上筒11和安装板6连接，对上筒11内的第一转轴、第二转轴等部件起到防护作用，避免靶材蒸汽进入，上筒11包括若干套叠的子筒，子筒的尺寸渐次缩小，最下端的子筒与下筒的上部连接，下筒通过可调节支架14与安装板6连接，使得上筒11可以伸缩调节，下筒可以升降，进而改变遮光筒7的总长度，也能改变加热器与样品台1之间的距离，下筒上还设有用于安装加热器的灯管支架15。下筒包括相邻的下筒一12和下筒二13，下筒一12和下筒二13之间为活动连接，下筒一12为开口向下的罩体，下筒一12的顶面开设有供第一转轴、第二转轴、红外灯管或红外线穿过的孔，下筒内设有光路筒16，光路筒16上端与下筒一12的上部密封连接，光路筒16位于测温探头5的下方，光路筒16为中空筒体结构，样品台或基片放出的红外线可穿过光路筒16到达测温探头，光路筒16的筒壁不透光，可有效保证测温探头5的检测效果，免受下筒内的光热干扰，光路筒16的下端具有水平翻边且接近样品台1，水平翻边(图中未示出)可起到更好的挡光作用。优选地，遮光筒7的内壁上设有反光材料，更优选地，下筒的内壁上设有反光材料，可起到隔热和集聚热量的作用。
加热器包括短波红外灯管2，短波红外灯管2发出的短波红外线可对样品台1和基片进行加热，短波红外灯管2可以为一个或一个以上，如图3所示，短波红外灯管2为平面环形，短波红外灯管2弯折环绕形成环形，外周轮廓可以是圆形或方形，光路筒位于短波红外灯管的U形弯之中，或被短波红外灯管环绕，短波红外灯管2所在的平面与样品台1平行，由于样品台是被致动器一带动旋转着的同时接受短波红外灯管的照射加热，样品台仍能被均匀加热，因此，光路筒的设置并不会对样品台的加热产生不利影响，短波红外灯管2的两端部相邻并向上延伸穿过下筒一12，短波红外灯管2的端部连接有穿过安装板6的导线。短波红外灯管2连接PID控制器，通过PID控制器调节加热功率，从而精确控制基片温度，由于控制目标温度的采集更加精准，红外测温探头5需要接收的红外线传输通道受到光路筒16的保护，样品台1上方加热腔被遮光筒7、安装板6和环保围绕，加热腔的温度更加稳定，使得基片温度得以被PID控制器精确闭环控制。
如图1和图5所示，安装板6上安装有透光板9、测温探头5、致动器一3和致动器二4，致动器一3优选为电机，并配有变频器，可便于调节样品台转速，致动器二4优选为旋转气缸，通过控制输入旋转气缸的气体流量调节转速，致动器一3和致动器二4的转速调节均可由可编程逻辑控制器(PLC)实现控制，安装板6上还预留有备用孔，备用孔被盲板封闭，红外灯管的导线通过密封件穿过安装板6，该密封件和透光板分别位于致动器一3的左右两侧，使得测温探头及其下方的光路可尽量远离红外灯管的热量影响，致动器一3与样品台1连接，致动器二4与基片挡板10连接，安装板6的边缘设置有多个连接件，安装板6通过连接件可与蒸镀腔体可拆卸地连接，打开连接件，即可将安装板及连接在安装板上的部件从蒸镀腔体上一同取出，同时，由于多数部件采用了可拆卸连接，也可通过打开蒸镀腔体的门来进行局部维护。
在另一种实施方式中，样品台1上部分安装孔的位置对应于测温探头5，当样品台1转动时，样品台1上的部分安装孔可允许测温探头5接收透过安装孔的来自基片的红外线。测温探头5可直接探测到基片温度。
本发明还提供一种真空镀膜系统，包括蒸镀腔体和设于蒸镀腔体内的如上述实施方式所述的加热样品台。所述蒸镀腔体一侧设有可以封闭和开合的门，门上设有观察窗。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.加热样品台，其特征在于，包括加热器和样品台，所述样品台用于承载基片，所述加热器位于所述样品台上方由不透光材料围成的加热腔中，所述加热器连接测温探头和控制器，所述测温探头用于检测基片的温度，所述测温探头朝向所述样品台且位于所述样品台的上方，所述样品台连接有第一转轴并由所述第一转轴带动旋转；
所述加热腔自上而下由安装板、遮光筒和环板包围，所述遮光筒位于所述安装板和所述环板之间，所述环板的中央开设有圆孔，所述样品台与所述圆孔配合设置，所述样品台的中心与所述圆孔的圆心同心，所述样品台可覆盖所述圆孔，所述环板与所述样品台均为水平安装；所述遮光筒包括下筒，所述下筒内设有光路筒，所述光路筒位于所述测温探头的下方，所述光路筒为中空筒体结构，所述光路筒的下端接近所述样品台，所述光路筒的筒壁不透光；
所述加热器包括短波红外灯管，所述短波红外灯管的数量为一个以上，所述短波红外灯管为平面环形，短波红外灯管弯折环绕形成环形，外周轮廓为圆形或方形，光路筒位于短波红外灯管的U形弯之中，或被短波红外灯管环绕，所述短波红外灯管所在的平面与所述样品台平行；
所述控制器为PID控制器；
所述样品台下方设有可转动的基片挡板，所述基片挡板由第二转轴驱动，所述基片挡板的安装高度可调节；
所述安装板上安装有致动器一和致动器二，所述致动器一与所述样品台连接，所述致动器二与所述基片挡板连接，所述安装板的边缘设置有多个连接件；
其中，所述第一转轴通过联轴器连接所述致动器一，所述第二转轴通过联轴器连接所述致动器二。
2.根据权利要求1所述的加热样品台，所述测温探头为非接触式红外测温探头，所述测温探头与所述样品台之间设有透光板，所述测温探头位于所述加热腔上方。
3.根据权利要求1所述的加热样品台，所述短波红外灯管所在的平面与所述样品台平行，所述短波红外灯管连接有穿过所述安装板的导线。
4.根据权利要求1所述的加热样品台，所述遮光筒的中部截面积小于两端截面积，所述遮光筒具有缝隙，所述遮光筒的两端分别与所述安装板和所述环板紧密抵靠，所述遮光筒包括相互连接的上筒和下筒，所述上筒和所述安装板连接，所述上筒包括若干套叠的子筒，所述下筒通过可调节支架与所述安装板连接，所述下筒上设有灯管支架。
5.根据权利要求1所述的加热样品台，所述安装板和所述环板均为圆形，所述环板的外径小于所述安装板的外径。
6.根据权利要求1至5任一项所述的加热样品台，所述遮光筒的内壁上设有反光材料。
7.真空镀膜系统，其特征在于，包括蒸镀腔体和设于所述蒸镀腔体内的如权利要求1至6任一项所述的加热样品台。
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