一种光学薄膜用等离子体增强原子层沉积设备的布气装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及薄膜制备技术领域，尤其是一种光学薄膜用等离子体增强原子层沉积设备的布气装置。


背景技术：

[0002]
对于传统的原子层沉积设备，往往只用于制备简单的单层膜，比如，sio2或者al2o3的单一镀层。所以，在原子层沉积设备的工艺腔体内往往只有针对简单的单一膜层相关的布气系统。光学薄膜通常包含两种或者两种以上的膜层，因此其对于直接影响成膜效果的布气系统要求显著提高；比如，光学薄膜对光学常折射率、吸收率和厚度的均匀性等的要求较高；而传统的原子层沉积设备的布气系统已无法满足光学薄膜的生产需求。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种光学薄膜用等离子体增强原子层沉积设备的布气装置，通过在设备内的气体源的流通路径上布置多道可实现均气的装置或结构，实现单层的或者不同材料的多层光学薄膜的均匀沉积。
[0004]
本实用新型目的实现由以下技术方案完成：
[0005]
一种光学薄膜用等离子体增强原子层沉积设备的布气装置，设置在等离子体增强原子层沉积设备上，所述等离子体增强原子层沉积设备包括等离子体腔体和工艺腔体，且所述等离子体腔体与所述工艺腔体相连通，其特征在于：所述布气装置包括源布气管以及散气机构，其中所述源布气管上开设有出气孔，所述散气机构位于所述源布气管上开设的所述出气孔的出气路径上。
[0006]
所述散气机构位于所述源布气管上的所述出气孔的正对面，即所述出气孔正对所述散气机构。
[0007]
所述源布气管和所述散气机构布置于所述工艺腔体内且临近所述等离子体腔体的位置。
[0008]
优选地，所述出气孔呈线阵列式布置在所述源布气管上，且所述出气孔的孔径大小及所述出气孔之间的间隙可根据工艺参数的不同在制造时进行调整。
[0009]
所述布气装置包括设置在所述等离子体腔体内部且临近于所述等离子体腔体的进气口的等离子体进气板，所述等离子体进气板上开设有均匀布置的进气板孔。
[0010]
优选地，所述进气板孔呈面阵列式布置在所述等离子体进气板上，且所述进气板孔的孔径大小可根据工艺参数的不同在制造时进行调整。
[0011]
所述布气装置包括设置在所述等离子体腔体和所述工艺腔体之间的等离子体均气板，所述等离子体均气板上开设有均匀布置的等离子体均气板出气孔。
[0012]
优选地，所述等离子体均气板出气孔呈面阵列式布置在所述等离子体均气板上，且所述等离子体均气板出气孔的孔径大小可根据工艺参数的不同在制造时进行调整。
[0013]
所述等离子体均气板与源布气管之间呈平行阵列布置。
[0014]
所述布气装置包括设置在所述工艺腔体内部且临近于所述工艺腔体的抽气口的抽气口均气板，所述抽气口均气板上开设有均匀布置的抽气口均气板出气孔。
[0015]
优选地，所述抽气口均气板出气孔呈面阵列式布置在所述抽气口均气板上，且所述抽气口均气板出气孔的孔径大小可根据工艺参数的不同在制造时进行调整。
[0016]
在所述工艺腔体内设置有工件架，若干所述源布气管阵列布置在所述等离子体腔体与所述工件架之间，且所述源布气管分别单独对应气体源。
[0017]
所述源布气管上开设的所述出气孔呈均匀布置。
[0018]
所述布气装置包括设置在所述等离子体腔体和所述工艺腔体之间的等离子体均气板，所述等离子体均气板上开设有均匀布置的等离子体均气板出气孔。
[0019]
优选地，所述等离子体均气板出气孔呈面阵列式布置在所述等离子体均气板上，且所述等离子体均气板出气孔的孔径大小可独立调节。
[0020]
所述等离子体均气板与源布气管之间呈平行阵列布置。
[0021]
所述源布气管和所述散气机构的管体布设状态满足于其开设的所述出气孔与装载在所述等离子体增强原子层沉积设备内的工件的叠放位置相匹配且构成对应的要求。
[0022]
本实用新型的优点是：1）可以实现单等离子体增强原子层沉积腔体内多种类型不同材质的膜层的同时生产；2）可以实现工艺腔体内的气流均匀分布，并且可以快速实现不同源气体的迅速吹扫和切换；3）可以实现工件膜层均匀性和膜层光学常数的快速调节；4）结构简单合理，便于安装及后期维护，适于推广。
附图说明
[0023]
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
[0024]
以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
[0025]
如图1所示，图中1-16标记分别表示为：外真空腔体1、工艺腔体2、工件3、等离子体组件石英腔体4、等离子体组件铜管线圈5、等离子体组件进气口6、等离子体均气板7、等离子体均气板出气孔8、源布气管9、散气管10、工件旋转架11、抽气口均气板12、抽气口均气板出气孔13、抽气口14、等离子体进气板15、进气板孔16。
[0026]
实施例：本实施例中的光学薄膜用等离子体增强原子层沉积设备的布气装置设置在等离子体增强原子层沉积设备上，可用于单层的或者不同材料的多层光学薄膜的沉积。
[0027]
如图1所示，本实施例中的等离子体增强原子层沉积设备主体包括外真空腔体1、工艺腔体2、作为等离子体腔体的等离子体组件石英腔体4。
[0028]
其中，等离子体组件石英腔体4的一端开设有等离子体组件进气口6，等离子体增强原子层沉积成膜工艺中的等离子体相关源气体经由该等离子体组件进气口6进入等离子组件石英腔体4的内部。在等离子体组件石英腔体4的周围设置有阵列布置的等离子体组件钢管线圈5，通过在等离子组件钢管线圈5上加载的射频电源的作用下产生等离子体，从而使在等离子体组件石英腔体4内的等离子体相关源气体被活化或激发。
[0029]
工艺腔体2和等离子体组件石英腔体4相连接且内部构成连通，以使经等离子体组
件石英腔体4所活化或激发的等离子体相关源气体可通入工艺腔体2的内部。工艺腔体2为工件3的成膜空间，其内部设置有可旋转的工件旋转架11，工件3装载在该工件旋转架11上并随其旋转，从而提高其成膜均一性。工艺腔体2的另一端为抽气口14，抽气口14用于排出多余的气体原子和分子。
[0030]
外真空腔体1设置在工艺腔体2的外围，其内部真空，以为工艺腔体2进一步提供等离子体增强原子层沉积成膜工艺所需的真空环境。
[0031]
如图1所示，本实施例中的布气装置包括自等离子体组件进气口6至抽气口14依次布置的等离子体进气板15、等离子体均气板7、源布气管9、散气管10以及抽气口均气板12，通过这些装置或结构的布置，使整个气体流通路径上均可保证均匀性，且满足等离子体增强原子层沉积成膜工艺的需要，提高成膜质量。
[0032]
等离子体进气板15设置在等离子体组件石英腔体4内部并贴紧于等离子体组件进气口6的位置布置，且等离子体进气板15的外轮廓形状、大小与等离子体组件石英腔体4的内部轮廓形状、大小相吻合适配，即保证经由等离子体组件进气口6进入等离子体组件石英腔体4内部的等离子体相关源气体全部经过等离子体进气板15。在等离子体进气板15上开设有面阵列式的进气板孔16，等离子体相关源气体可在进气板孔16的作用下，使等离子体组件石英腔体4内部的气体可均匀的分布，利于后续对等离子体相关源气体进行等离子体活化或激发作用的效率和质量。
[0033]
等离子体均气板7设置在工艺腔体2和等离子体组件石英腔体4之间的连接位置，其表面开设有面阵列式的等离子体均气板出气孔8，以使等离子体组件石英腔体4所对外输出的出气均匀。设置在等离子体均气板7上的等离子体均气板出气孔8的面积满足于覆盖等离子体组件石英腔体4的对外输出的出气面积的要求，以保证由等离子体组件石英腔体4对外输出的相关源气体均经由等离子体均匀板7进入工艺腔体2的内部。
[0034]
源布气管9设置在工艺腔体2和等离子体组件石英腔体4之间，具体地是位于如图1所示的等离子体均气板7与工件旋转架11之间。源布气管9的数量可根据等离子体增强原子层沉积工艺中所涉及的源的数量进行设计，即当制备多种类型不同材质的膜层时，可设置与膜层所用到的源的数量相对应的若干源布气管9。若干源布气管9可采用阵列式布置在工艺腔体2和等离子体组件石英腔体4之间，且每根源布气管9对应一种类型的源。在源布气管9上开设有线阵列布置的出气孔，这些出气孔朝向工件旋转架11，以使通过出气孔进入工艺腔体2之中的源气体可流向工件3。在源布气管9的布气方向的后方，即出气孔的出气路径上设置有作为散气机构的散气管10，该散气管10可对源气体起到分流作用，从而保证经源布气管9所输入的源气体均匀分布。
[0035]
抽气口均气板12设置在工艺腔体2的内部且位于工件旋转架11与抽气14之间的位置，其表面开设有面阵列式的抽气口均气板出气孔13，以调节气体在工艺腔体2内的流向和均匀分布。
[0036]
本实施例在使用时，具有如下工艺流程：
[0037]
等离子体相关源气体通过等离子体组件进气口6进入等离子体进气板15、前方，然后经过进气板孔16均匀的分散到等离子体组件石英腔体4的内部，在等离子体组件铜管线圈5上加载的射频电源的作用下产生等离子体，被活化或者激发的气体通过等离子体均气板7上的等离子体均气板出气孔8进入工艺腔体2。气体原子在工件3上沉积后，剩余的气体
通过抽气口均气板12上的抽气口均气板出气孔13后进入抽气口14，排出工艺腔体2。
[0038]
与此同时，从源布气管9进入的源相关加热气体，经过散气管10，进入工艺腔体2，在工件表面进行单原子或分子吸附后，多余的气体原子或分子通过抽气口均气板12上的抽气口均气板出气孔13后进入抽气口14。
[0039]
本实施例在具体实施时：源布气管9和散气管10的管体布设状态满足于其开设的出气孔与工件3的叠放位置相匹配且构成对应的要求。具体而言，等离子体增强原子层沉积设备在实际使用过程中，工件3一般具有水平叠放（如图1所示）或竖直叠放这两种状态；当若干工件3采用图1所示的水平叠放式装载在工件旋转架11上时，各工件3之间在高度方向上具有一定间隙，此时呈管体状的源布气管9和散气管10均呈竖直状布置在工艺腔体2之中，且源布气管9上的出气孔均与各工件3分别构成一一对应，保证每个工件3都对应有出气孔；而当工件3采用竖直叠放式布置时，各工件3之间在水平方向上具有一定间隙，此时源布气管9和散气管10均呈水平状布置在工艺腔体2中，且每个工件3均对应有出气孔。总的来说，当若干工件3装载在等离子体增强原子层沉积设备内进行成膜时，优选保证每个工件3均有一单独对应的出气孔，以提高成膜质量。
[0040]
散气管10位于源布气管9上的出气孔的正对面，即出气孔正对散气管10，以保证通过源布气管9输入的源气体均可垂直流向散气管10并在散气管10的分流作用下在工艺腔体2内均匀流动。
[0041]
等离子体进气板15、等离子体均气板7及抽气口均气板12上所开设的面阵列式孔洞的孔径大小均可根据工艺的不同在制造时独立调整，以进一步提高气体流动时候的均匀性。同时，源布气管9上所开设的线阵列式的出气孔的孔径以及出气孔之间的间隙亦可调整，以实现工艺腔体2内的气流和气压的调节，进而可根据工件3所需的膜层均匀性或者光学特性进行局部调节，提高产品质量。
[0042]
除了本实施例中采用可实现分流作用的散气管10作为散气机构以外，也可采用起到分流作用的其他机构实现，例如散气板。
[0043]
多种源布气管9和等离子体均气板7呈平行阵列，以进一步提高气体的均匀性。
[0044]
虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

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