CN213113506U - 一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，包括上下分离式腔体与升降托架，上下分离式腔体包括上腔体以及位于上腔体下方的下腔体，上腔体与下腔体采用胶圈密封对接。升降托架在上腔体需要打开时，用于将上腔体抬升从下腔体上分离开，升降托架在上腔体需要闭合时，将上腔体盖合在下腔体上。相比于现有的微波等离子化学气相沉积系统，该系统取消了开合取样的仓门，改为抬升上腔体获得开放空间形式。使得放置样品的升降基台从非常狭窄、局促的空间变为开放式空间，大大方便了样品的取放。活动的空间大大增强，不在局限于仓门狭小的通道，使腔体能够彻底清理干净，且非常易于操作，减少了大量人力与污染几率，提高成品良率。

Description

一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统

技术领域

本实用新型涉及化学气相沉积系统技术领域，尤其是涉及一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统。

背景技术

国际已经形成公认，使用圆柱式微波等离子化学气相沉积技术可以获得高品质纯净金刚石，可以用于制造人工钻石和电子级金刚石材料，但是目前的圆柱式微波等离子化学气相沉积系统均在圆柱式工艺腔体侧面设置仓门以便于取放样品。

参照图1，目前普遍使用的圆柱式微波等离子化学气相沉积系统由微波发射源33，传输模块32(含环形器、水负载、三销钉匹配器等)，耦合天线31，滑动活塞34，转换腔体3，工艺腔体20，升降基台4组成。在工作时，从工艺腔的侧面开孔设置的仓门5取放样品，放置好后再合上仓门并锁紧。其工艺过程是：抽真空，输入工艺气体，启动微波发射源33，高能微波将工艺气体电离形成稳定等离子，离化后的气体在样品表面沉积生长，生长达到一定厚度时，关闭微波发射源33，停止输入工艺气体，再对工艺腔内充气，达到大气压力后，再从工艺腔侧面打开仓门5取样生长完成的样品。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于微波系统的特殊性，圆柱形的工艺腔20尺寸普遍较小，以至于仓门5大小也只能做的很小，仅能容纳成年人单手穿过，有的甚至只能依靠夹具取放样品，在实际操作过程中，样品的取放非常不便。由于化学气相沉积系统会在腔体内壁上形成沉积物，而仓门狭小的空间局限使得对于腔体内壁的多角度清理非常困难，造成操作不便利且存在较多卫生死角，在实际作业过程中经常有沉积物残留，清理过程中掉落到下腔体和下升降结构中的沉积物，甚至永久性不能清理，只能通过全部拆除才能进行清理，这些残留的沉积物在下一次工艺过程中有几率造成样品颗粒污染，且影响本底真空，沉积物吸附的空气在工艺过程中释放，直接影响样品纯度。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，将腔体由侧面开仓门式，改进为上下分离式，采用升降式结构，将上腔体托举，使处于狭窄、局促腔体内的样品基台，暴露在开放式空间中，将取放样品的操作从穿过狭窄的仓门取放，变成开放空间操作，对腔体的清洁从操作困难，无法彻底清洁变为极为方便清洁又能彻底清洁干净。具有取放方便人力需求少、提高生产效率且避免内部滞留污染物且避免外源性污染的效果。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，包括上下分离式腔体与升降托架，所述上下分离式腔体包括上腔体以及位于所述上腔体下方的下腔体，所述上腔体与所述下腔体采用胶圈密封对接；

所述升降托架在所述上腔体需要打开时，用于将所述上腔体从所述下腔体上分离开，所述升降托架在所述上腔体需要闭合时，用于将所述上腔体盖合在所述下腔体上。

通过上述技术方案，相比于现有的微波等离子化学气相沉积系统，该系统取消了仓门的结构，将工艺腔体一分为二形成上腔体与下腔体。在使用前，上腔体与下腔体之间密封连接，能够保证对工艺腔体内进行抽真空操作，便于样品的生长。在使用时，通过调节升降托架使其带动上腔体向上做抬升运动，使得样品的升降基台从非常狭窄、局促的空间变为开放式空间，大大方便了样品的取放。活动的空间大大增强，不在局限于仓门，同时使得工装清理变得更加易于操作，很大程度上减少了人力与外源性污染的可能性，提高成品良率。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述升降托架包括执行机构与支架，所述支架的一侧与所述上腔体的外侧壁固定连接，所述执行机构用于驱动所述支架从而带动所述上腔体上下移动。

通过上述技术方案，执行机构和支架非固定连接，执行机构用于提供动力驱动支架上下移动，从而带动上腔体上下移动，从而实现上腔体与下腔体的分离。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述执行机构配置为气缸，所述气缸的推杆的顶端设置有支撑块，所述支撑块的上方设置有驱动板，所述驱动板固定在所述支架上，所述支撑块与所述驱动板的底面可接触分离。

通过上述技术方案，在布局时要求气缸的推杆尽量位于与支架、上下分离式腔体两者的综合重心的垂直位置，气缸在推举时整个支架将非常平稳，偏斜力度小。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支架的四角分别设置有直线滑轨，所述直线滑轨嵌设直线轴承中，所述直线轴承固定在支撑板中，所述直线滑轨与所述支撑板垂直滑动连接。

通过上述技术方案，直线导轨用于限制支架的升降轨迹，保持其能够垂直升降，同时起到定位作用，确保每次升降均稳定重复在同一位置。直线导轨垂直动作目的是为了确保在气缸推杆偏离综合重心时，也能维持升降系统处于直线升降，避免偏斜产生定位偏差，从而提高了支架上腔体与转换腔体每次上升以及下降位置的精度。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支架的下方设置有底座，所述底座周边设置有缓冲器，所述缓冲器的顶部高于所述底座以及所述下腔体的顶面，且靠近所述支架的底面。

通过上述技术方案，在下降时，支架连同所有部件下降到快接近下腔体位置时，支架优先接触缓冲器，由缓冲器吸收下降的动能，使整个上腔体缓慢下压到下腔体上，避免撞击发生，提高了工作时的稳定性，避免损伤上下腔体密封面。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支撑板设置在所述支架的下方，所述支撑板上固定所述下腔体、所述底座、所述执行机构、所述缓冲器和所述直线轴承。

通过上述技术方案，使得下腔体和底座处于同一基准面，确保支架和腔体下落后整体水平，与下腔体确保水平对接。执行机构和限制支架垂直升降的直线轴承固定在同一支撑板确保升降过程不产生相对滑移，使升降过程顺畅稳定，重复精度高。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支架的上方设置有用于承托微波电源的承托平台。

通过上述技术方案，可以使通过调整微波发射源自身的脚撑高度，使微波发射源、传输模块与腔体的刚性连接之间不存在应力和扭力，可以避免90°连接处发生扭力变形。承托平台随着支架向上运动，从而带动微波电源、传输模块和整个腔体整体平稳的上升、悬停、下降等运动。

综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：

1、使操作更为便利，有利于量产，在生产中便利性是非常重要的，不便利时，造成人力和时间的浪费，清理成本很高，费时费力，难以大规模应用。

2、使腔体可以彻底清理，对于真空系统洁净度非常重要，清理不彻底时残留的沉积物在开腔体时吸附空气，在工艺过程中释放所吸附的气体，直接影响样品纯度。同时残留的沉积物有很大概率造成样品污染。

3、圆柱形腔体侧面开仓门时，加工工艺复杂成本高昂，焊接仓门通道造成腔体变形，影响微波谐振效果，影响工艺结果。

4、微波模块电源重量大，工艺腔体重量大，而微波传输部分虽然是螺丝固定连接，但不能受力过大，因此类似于一根筷子担着两个铁球，一挑即断，支架的巧妙设计在于将两端重物承托在高强度刚性支架上，升降执行机构托举支架，支架再带动L型非刚性系统升降，通过间接形式达到直接不能实现的运动需求。

附图说明

图1为背景技术中传统系统的整体结构示意简图。

图2为本实用新型关闭时的结构示意简图。

图3为本实用新型开启时的结构示意简图。

附图标记：11、上腔体；12、下腔体；2、升降托架；20、工艺腔体；21、气缸；22、支架；23、支撑块；24、驱动板；25、直线滑轨；26、底座；27、缓冲器；28、支撑板；29、直线轴承；3、转换腔体；31、耦合天线；32、微波模块；33、微波发射源；34、滑动活塞；35、承托平台；4、升降基台；5、仓门。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图2，为本实用新型公开的一种无仓门5式微波等离子化学气相沉积系统，包括上下分离式腔体与升降托架2，上下分离式腔体包括上腔体11以及位于上腔体11下方的下腔体12，上腔体11与下腔体12采用胶圈密封对接。升降托架2在上腔体11需要打开时，用于将上腔体11从下腔体12上分离开，升降托架2在上腔体11需要闭合时，用于将上腔体11盖合在下腔体12上。

进一步的，升降托架2包括执行机构与支架22，支架22的一侧与上腔体11的外侧壁固定连接，执行机构用于驱动支架22从而带动上腔体11上下移动。执行机构和支架22非固定连接，执行机构用于提供动力驱动支架22上下移动，从而带动上腔体11上下移动，从而实现上腔体11与下腔体12的分离。

参照图2，支架22的下方设置有支撑板28，支撑板28上固定下腔体12、底座26、执行机构、缓冲器27和直线轴承29。如此设置使得下腔体12和底座26处于同一基准面，确保支架22和腔体下落后整体水平，与下腔体12确保水平对接。执行机构和限制支架22垂直升降的直线轴承29固定在同一支撑板28确保升降过程不产生相对滑移，使升降过程顺畅稳定，重复精度高。

支架22的上方设置有用于承托微波电源的承托平台35，可以使通过调整微波发射源33自身的脚撑高度，使微波发射源33、传输模块与腔体的刚性连接之间不存在应力和扭力，可以避免90°连接处发生扭力变形。承托平台35随着支架22向上运动，从而带动微波电源、传输模块和整个腔体整体平稳的上升、悬停、下降等运动。由于其类似L型结构，故将微波电源放置在支架22的支撑板28上，不采用刚性连接，由微波电源自身的脚撑调整高度。

在本实施例中，执行机构配置为气缸21，气缸21的推杆的顶端设置有支撑块23，支撑块23的上方设置有驱动板24，驱动板24固定在支架22上，支撑块23与驱动板24的底面可接触分离。在布局时要求气缸21的推杆尽量位于与支架22、上下分离式腔体两者的综合重心的垂直位置，气缸21在推举时整个支架22将非常平稳，偏斜力度小。

同时，执行机构还可采用以下形式，比如采用液压推杆，电动推杆，丝杠电机组合等方式驱动支架22上下移动，采用丝杠等作为限制升降轨迹机构，采用其他形式的支架22与腔体固定方式等。采用推杆推举支架22的方式好处在于：执行机构和托举支架22非固定连接，且在布局时要求气缸21推杆尽量与支架22、腔体、微波模块32三者的综合重心的垂直位置，气缸21在推举时整个支架22将非常平稳，偏斜力度小。非固定连接在腔体下落时才能使用缓冲器27避免腔体互相撞击，也避免支架22底面与支撑底座26互相撞击。

参照图3，支架22的四角分别设置有直线滑轨25，直线滑轨25嵌设直线轴承29中，直线轴承29固定在支撑板中，直线滑轨25与支撑板垂直滑动连接。直线导轨用于限制支架22的升降轨迹，保持其能够垂直升降，同时起到定位作用，确保每次升降均稳定重复在同一位置。直线导轨垂直动作目的是为了确保在气缸21推杆偏离综合重心时，也能维持升降系统处于直线升降，避免偏斜产生定位偏差，从而提高了支架22上腔体11与转换腔体3每次上升以及下降位置的精度。

支架22的下方设置有底座26，底座26周边设置有缓冲器27，缓冲器27的顶部高于底座26以及下腔体12的顶面，且靠近支架22的底面。在下降时，支架22连同所有部件下降到快接近下腔体12位置时，支架22优先接触缓冲器27，由缓冲器27吸收下降的动能，使整个上腔体11缓慢下压到下腔体12上，避免撞击发生，提高了工作时的稳定性，避免损伤上下腔体12密封面。

本实施例的实施原理为：相比于现有的微波等离子化学气相沉积系统，该系统取消了仓门5的结构，将工艺腔体20一分为二形成上腔体11与下腔体12。在使用前，上腔体11与下腔体12之间密封连接，能够保证对工艺腔体20内进行抽真空操作，便于样品的生长。

在使用时，通过调节升降托架2使其带动上腔体11向上做抬升运动，使得样品的升降基台4从非常狭窄、局促的空间变为开放式空间，大大方便了样品的取放。活动的空间大大增强，不在局限于仓门5，同时使得工装清理变得更加易于操作，很大程度上减少了人力与外源性污染的可能性，提高成品良率。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，其特征在于：包括上下分离式腔体与升降托架(2)，所述上下分离式腔体包括上腔体(11)以及位于所述上腔体(11)下方的下腔体(12)，所述上腔体(11)与所述下腔体(12)采用胶圈密封对接；

所述升降托架(2)在所述上腔体(11)需要打开时，用于将所述上腔体(11)从所述下腔体(12)上分离开，所述升降托架(2)在所述上腔体(11)需要闭合时，用于将所述上腔体(11)盖合在所述下腔体(12)上。

2.根据权利要求1所述的一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，其特征在于：所述升降托架(2)包括执行机构与支架(22)，所述支架(22)的一侧与所述上腔体(11)的外侧壁固定连接，所述执行机构用于驱动所述支架(22)从而带动所述上腔体(11)上下移动。

3.根据权利要求2所述的一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，其特征在于：所述执行机构配置为气缸(21)，所述气缸(21)的推杆的顶端设置有支撑块(23)，所述支撑块(23)的上方设置有驱动板(24)，所述驱动板(24)固定在所述支架(22)上，所述支撑块(23)与所述驱动板(24)的底面可接触分离。

4.根据权利要求2所述的一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，其特征在于：所述支架(22)的四角分别设置有直线滑轨(25)，所述直线滑轨(25)嵌设直线轴承(29)中，所述直线轴承(29)固定在支撑板(28)中，所述直线滑轨(25)与所述支撑板(28)垂直滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，其特征在于：所述支架(22)的下方设置有底座(26)，所述底座(26)周边设置有缓冲器(27)，所述缓冲器(27)的顶部高于所述底座(26)以及所述下腔体(12)的顶面，且靠近所述支架(22)的底面。

6.根据权利要求5所述的一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，其特征在于：所述支撑板(28)设置在所述支架(22)的下方，所述支撑板(28)上固定所述下腔体(12)、所述底座(26)、所述执行机构、所述缓冲器(27)和所述直线轴承(29)。

7.根据权利要求2所述的一种无仓门式微波等离子化学气相沉积系统，其特征在于：所述支架(22)的上方设置有用于承托微波电源的承托平台(35)。

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