CN1390978A - 真空室内在线更换基片的装置 - Google Patents

Abstract

一种真空室内实现在线更换基片的装置，包括由空心转轴和同心置放在空心转轴内的实心转轴构成的转轴。当空心转轴与实心转轴由两顶丝固定在一起时，带动基片夹具与挡板一起转动。当两顶丝松开时，空心转轴与实心转轴分别带动基片夹具和挡板转动，改变基片夹具与挡板的相对位置。从而，实现在不破坏真空室内的真空度情况下，在线更换待镀膜的基片。有两种结构供选择。与在先技术相比，本发明具有结构简单，在线更换待镀膜基片操作方便，使用本发明的装置，能够大大缩短薄膜新产品的开发周期。

Description

真空室内在线更换基片的装置

技术领域：

本发明涉及一种真空室内在线更换基片的装置，特别是涉及一种在真空镀膜机的真空室内进行动态更换镀膜基片的装置。

背景技术：

薄膜材料在现代科学与技术中得到了极为广泛的应用。有大量的工作者都投身到薄膜的研究和开发领域中，但要开发一种具有特定性能的薄膜，无论是光学薄膜还是功能薄膜，均要做大量的探索性工作。采用真空镀膜技术是目前制备各种性能薄膜的主要途径之一，如物理气相沉积(PVD)方式。采用PVD方式制备薄膜一般要经历抽真空、加温、薄膜镀制、冷却等一系列过程。这个过程中由于抽真空和加温时间较长，因此为了摸索不同的工艺参数下沉积的薄膜的性能，常常在时间上要付出很大的代价，而且不同次的实验之间的工艺参数经常由于设备稳定性和重复性的影响，以致于可比性往往不是特别的理想。因此，如何缩短薄膜的研究与开发周期，加快薄膜新产品的产业化进程，是薄膜工作者比较关心的问题。在本发明中，利用空心双轴结构实现在镀膜机内在线更换镀膜基片这一技术，可以大大提高实验效率，缩短薄膜的研发周期。

在先技术中，在镀膜机内在线更换镀膜基片(通常称为控制片)的装置已被成功地应用于各种类型的镀膜机中，但在镀膜的过程中参考片是静止的，不随工件转动，使薄膜的均匀性无法保证，尤其是在均匀面积比较小的小型镀膜机上。对于在镀膜过程中绕某一转轴转动的基片进行在线动态换片，在先技术就显得无能为力。

发明内容：

本发明的目的在于克服在先技术的困难，实现在镀膜机的真空室内在线更换待镀膜基片。

本发明的特点在于利用同心的双轴结构实现既能做同步转动，又能做相对转动的双重功能，实现在线更换基片。具体的实现结构是：在镀膜机真空室内的旋转夹具部分采用了空心转轴，同时在空心转轴内再置放一个同心的实心转轴。两个轴可以在外部传动机构作用下同步旋转，也可以做相互独立地转动。更详细地说：在薄膜沉积过程中，两个轴固定一起同步旋转。当需要更换待镀膜基片时，两转轴做相对转动实现更换待镀膜基片。对于直接的传动系统，即旋转的夹具的轴穿过真空室的真空罩以后直接与外部传动机构相连的动力轮相连，如图1、2所示。

本发明的装置如图1、2所示的具体结构包括：由真空罩141构成的真空室14，在真空室14内的底板上置有蒸发源1。由真空罩141顶上伸进真空室14内有转轴6-7，转轴6-7是由空心转轴6和在空心转轴(6)内同中心轴线置放的实心转轴7构成。在真空室14外的转轴6-7上带有副齿轮4，副齿轮4与传动轴12上的主齿轮13啮合。传动轴12通过连接元件11与动力轮10相连。动力轮10与外部传动机构相连，通过这些传动机构直到控制待镀膜基片的转动。在真空室14外的空心转轴6上有第一顶丝5和第二顶丝9，由两顶丝的松或紧，使得空心转轴6与实心转轴7之间脱开或固紧在一起。在真空室14外的实心转轴7的顶端上置有螺母8。在伸进真空室14的空心转轴6的底端上装有置放待镀膜基片的基片夹具3。如图1所示。或者在空心转轴6的底端上装有第二主齿轮15，第二主齿轮15与第二实心转轴17上的第二副齿轮18啮合。在第二实心转轴17的底端上装有置放待镀膜基片的基片夹具3，如图2所示。在伸进真空室14内的实心转轴7的底端上，在基片夹具3与蒸发源1之间装有挡板2。如图1所示。或者在实心转轴7的底端上装有第三主齿轮16，第三主齿轮16与连接杆20上的第三副齿轮19啮合，在连接杆20的底端上，在基片夹具3与蒸发源1之间装上挡板2。如图2所示。

如上述的图1为第一种结构，置于实心转轴7顶端上的螺母8用于调整实心转轴7与空心转轴6的相对位置。挡板2与基片夹具3配合使用，挡板2用于遮挡已经镀制好的基片与准备镀制基片的区分，在未打开真空罩141的情况下，调整挡板2与基片夹具3之间的位置，从而实现在线更换基片。其挡板2的尺寸选取应能以遮挡基片3为宜。挡板2的形状常为带有扇形缺口301，缺口的角度决定了可以在线更换基片的数目。如图4、5所示。在镀膜过程中，空心转轴6与实心转轴7通过两个顶丝5和9相固定，转轴6-7在由副齿轮4与主齿轮13啮合，主齿轮13上的传动轴12通过连接元件11与动力轮10相连，动力轮10与外部传动机构相连。在外部传动机构作用下，带动主齿轮13与副齿轮4转动，从而也带动转轴6-7一起旋转，当构成转轴6-7的空心转轴6上的两顶丝5、9顶紧时，空心转轴6和实心转轴7一起转动，这时基片夹具3与挡板2一起转动，两者保持相对静止。当需要更换待镀膜基片时，先使整个转动系统停止工作，松开两顶丝5和9，通过螺母8调整实心转轴7与空心转轴6的相对位置，相对位置调整好以后，再用两顶丝5、9固定空心转轴6和实心转轴7的相对位置，再开机镀膜。实现在真空室内的在线更换镀膜基片。

如上述图2所示的为第二种结构，由于受真空室内空间的限制，夹具的旋转还涉及到所谓的间接传动机构。

当外部传动机构驱动动力轮10带动传动轴12转动，主齿轮13啮合副齿轮4转动。当空心转轴6上的两顶丝5、9拧紧时，主齿轮13啮合副齿轮4转动，空心转轴6与实心转轴7一起带动下端的第二主齿轮15和第三主齿轮16转动，分别与第二、第三主齿轮15、16啮合的第二、第三副齿轮18、19也随其转动，从而带动第二实心转轴17下端的基片夹具3与连接杆20下端的挡板2一起转动；当空心转轴6上的两顶丝5、9松开时，副齿轮4仅带动空心转轴6和下端的第二主齿轮15转动，第二主齿轮15啮合第二副齿轮19带动第二实心转轴17和它下端的基片夹具3转动。调整实心转轴7顶端上的螺母8，实心转轴7带动下端的第三主齿轮16转动，第三主齿轮16啮合连接杆20上的第三副齿轮19转动，从而带动连接杆20下端的挡板2变换位置。因此，在未打开真空罩141的情况下，变换基片夹具3和挡板2的相对位置，做到在线更换基片。

本发明与在先技术相比，具有的优点在于：

1.在不破坏真空室内真空度的情况下，对镀膜基片进行动态换片，并且利用上述简单的机械结构实现在线换片，操作简便。

2.本发明的换片机构应用于镀膜机中，可以大大缩短薄膜新产品的开发周期。

附图说明：

图1为本发明的第一种在线换片装置结构的示意图。

图2为本发明的第二种在线换片装置结构的示意图。

图3为本发明具体实施中基片夹具3的示意图。

图4为本发明具体实施中挡板2的示意图。

图5为发明在具体实施中基片夹具3与挡板2之间动态变换位置的示意图。其中，图5-1为基片夹具3与挡板2之间的初始位置关系的示意图。图5-2为1小时后基片夹具3与挡板2的位置关系的示意图。图5-3为结束时基片夹具3与挡板2的位置关系的示意图。

具体实施方式：

实施例1：利用动态换片机构实现不同的沉积参数进行比较工作。

在离子束溅射镀膜机的旋转夹具部分采用了上述第一种结构，如图1所示。图3为采用的圆形基片夹具3的平面示意，在基片夹具3上均匀分布6个孔301放置待镀膜基片。图4为采用的挡板2的平面示意图，其顶角为300°，缺口201为60°角的扇形。挡板2半径与基片夹具3相同。在镀膜前，调整基片夹具3和挡板2的相对位置，使挡板2恰好遮挡五片基片，余下的一片处于挡板60°扇形的缺口201处，用两顶丝5、9固定空心转轴6与实心转轴7的相对位置，选定镀膜参数。在镀膜的过程中，基片夹具3与挡板2一起旋转，保证了样品的均匀性，且夹具3与挡板2的相对位置不变，也就是位于挡板缺口201处的基片一直处于被镀状态。当缺口201处的基片被镀制完成后，勿需打开真空室14改变真空状态，只要停止动力轮10转动，松开两顶丝5、9，拧动螺母8使实心转轴7沿顺时针或逆时针方向旋转60°，挡板2相对于基片夹具3也旋转同样的角度，这样将要被镀的基片就暴露于挡板2的缺口201处，原先处于缺口201处的基片由于挡板2的旋转，就被挡住保护起来。依此类推，可以镀制其它的待镀膜基片。由于同时放置了6块(或多于6块)待镀膜基片，可以在线更换6块基片，一次抽真空后，用6种不同的参数镀膜，大大减少了工作量，缩短了镀膜时间，提高了不同参数条件下的实验对比度。

实施例2：利用动态换片机构实现沉积时间的累加功能。

为了研究沉积时间对薄膜性能的影响，如研究薄膜生长过程中薄膜性能随时间的变化关系，需要在同一沉积参数下制备沉积时间不同的样品。采用装置如图1所示的第一种结构。为了提高效率，本实施例采用的挡板2形状是顶角为180°的扇形。其缺口201也是180°的扇形。制备薄膜时间分别为一、二、四、五、七、八小时。初始时，调整基片夹具3和挡板2的相对位置，使挡板2恰好遮挡三片待镀膜基片，另外三片基片暴露在挡板2之外。基片夹具3和挡板2的位置如图5-1所示。沿着顺时针方向对基片编号，被遮挡的基片编号为J1、J2、J3，暴露在挡板2之外的基片编号分别为J4、J5、J6。固定空心转轴6与实心转轴7的相对位置，选定镀膜参数，开始镀膜。在镀膜的过程中，挡板2与夹具3一起旋转，基片J4、J5、J6同时被镀膜。当镀制薄膜时间为一小时时，使基片夹具3和挡板2停止旋转，通过螺母8调整实心转轴7与空心转轴6相对位置，使挡板2相对于基片夹具3沿逆时针方向转动60°。此时基片夹具3和挡板2的位置如图5-2所示，J6号基片处于挡板2的保护之下，J3号基片暴露于挡板2之外，J4、J5号基片继续暴露于挡板2之外。继续镀膜，再过一个小时，沿着相同的方向调整挡板2与基片夹具3的相对位置，使J5号基片也处于挡板2的保护之下。依照上述方式，再过二个小时，J4号基片也处于挡板2之下，再过五个小时，镀膜结束。此时，挡板2和基片夹具3的位置如图5-3所示，基片J6、J5、J4处于挡板之下，镀膜时间分别为一、二、四个小时。基片J3、J2、J1处于挡板之外，镀膜时间为八、七、五个小时。在真空室内不破坏真空度的情况下，在线更换基片，可以在约九个小时的时间内，制备了镀膜时间分别为一、二、四、五、七、八个小时的六块样品。由于有时间上的积累效应，在先技术本需二十七个小时完成薄膜样品制备的，现在只需九个小时就完成，且所有样品几乎在相同的条件下制备，样品之间的对比性更强。实现保持真空状态下，在线更换镀膜基片，对于分析薄膜样品生长界面的演化具有非常重要的作用。

Claims (1)

1.一种真空室内实现在线更换基片的装置，包括由真空罩(141)构成的真空室(14)，在真空室(14)内的底板上置有蒸发源(1)，由真空罩(141)顶上伸进真空室(14)内有转轴(6-7)，在真空室(14)外的转轴(6-7)上带有的副齿轮(4)与传动轴(12)上的主齿轮(13)啮合，传动轴(12)通过连接元件(11)与动力轮(10)相连，其特征在于所说的转轴(6-7)是由空心转轴(6)和在空心转轴(6)内同中心轴线置放的实心转轴(7)构成，在真空室(14)外的空心转轴(6)上有第一顶丝(5)和第二顶丝(9)，在实心转轴(7)的顶端上置有螺母(8)；在伸进真空室(14)内的空心转轴(6)的底端上装有置放待镀膜基片的基片夹具(3)，或者装有第二主齿轮(15)与第二实心转轴(17)上的第二副齿轮(18)啮合，在第二实心转轴(17)的底端上装上置放待镀膜基片的基片夹具(3)；在伸进真空室(14)内的实心转轴(7)的底端上，在基片夹具(3)与蒸发源(1)之间装有挡板(2)，或者在实心转轴(7)的底端上装有第三主齿轮(16)与连接杆(20)上的第三副齿轮(19)啮合，在连接杆(20)的底端上，在基片夹具(3)与蒸发源(1)之间装上挡板(2)。

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