真空室內在線更換基片的裝置的製作方法

2023-04-27 22:55:46 1

專利名稱：真空室內在線更換基片的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種真空室內在線更換基片的裝置，特別是涉及一種在真空鍍膜機的真空室內進行動態更換鍍膜基片的裝置。
背景技術：
薄膜材料在現代科學與技術中得到了極為廣泛的應用。有大量的工作者都投身到薄膜的研究和開發領域中，但要開發一種具有特定性能的薄膜，無論是光學薄膜還是功能薄膜，均要做大量的探索性工作。採用真空鍍膜技術是目前製備各種性能薄膜的主要途徑之一，如物理氣相沉積(PVD)方式。採用PVD方式製備薄膜一般要經歷抽真空、加溫、薄膜鍍制、冷卻等一系列過程。這個過程中由於抽真空和加溫時間較長，因此為了摸索不同的工藝參數下沉積的薄膜的性能，常常在時間上要付出很大的代價，而且不同次的實驗之間的工藝參數經常由於設備穩定性和重複性的影響，以致於可比性往往不是特別的理想。因此，如何縮短薄膜的研究與開發周期，加快薄膜新產品的產業化進程，是薄膜工作者比較關心的問題。在本發明中，利用空心雙軸結構實現在鍍膜機內在線更換鍍膜基片這一技術，可以大大提高實驗效率，縮短薄膜的研發周期。
在先技術中，在鍍膜機內在線更換鍍膜基片(通常稱為控制片)的裝置已被成功地應用於各種類型的鍍膜機中，但在鍍膜的過程中參考片是靜止的，不隨工件轉動，使薄膜的均勻性無法保證，尤其是在均勻面積比較小的小型鍍膜機上。對於在鍍膜過程中繞某一轉軸轉動的基片進行在線動態換片，在先技術就顯得無能為力。

發明內容
本發明的目的在於克服在先技術的困難，實現在鍍膜機的真空室內在線更換待鍍膜基片。
本發明的特點在於利用同心的雙軸結構實現既能做同步轉動，又能做相對轉動的雙重功能，實現在線更換基片。具體的實現結構是在鍍膜機真空室內的旋轉夾具部分採用了空心轉軸，同時在空心轉軸內再置放一個同心的實心轉軸。兩個軸可以在外部傳動機構作用下同步旋轉，也可以做相互獨立地轉動。更詳細地說在薄膜沉積過程中，兩個軸固定一起同步旋轉。當需要更換待鍍膜基片時，兩轉軸做相對轉動實現更換待鍍膜基片。對於直接的傳動系統，即旋轉的夾具的軸穿過真空室的真空罩以後直接與外部傳動機構相連的動力輪相連，如圖1、2所示。
本發明的裝置如圖1、2所示的具體結構包括由真空罩141構成的真空室14，在真空室14內的底板上置有蒸發源1。由真空罩141頂上伸進真空室14內有轉軸6-7，轉軸6-7是由空心轉軸6和在空心轉軸(6)內同中心軸線置放的實心轉軸7構成。在真空室14外的轉軸6-7上帶有副齒輪4，副齒輪4與傳動軸12上的主齒輪13嚙合。傳動軸12通過連接元件11與動力輪10相連。動力輪10與外部傳動機構相連，通過這些傳動機構直到控制待鍍膜基片的轉動。在真空室14外的空心轉軸6上有第一頂絲5和第二頂絲9，由兩頂絲的松或緊，使得空心轉軸6與實心轉軸7之間脫開或固緊在一起。在真空室14外的實心轉軸7的頂端上置有螺母8。在伸進真空室14的空心轉軸6的底端上裝有置放待鍍膜基片的基片夾具3。如圖1所示。或者在空心轉軸6的底端上裝有第二主齒輪15，第二主齒輪15與第二實心轉軸17上的第二副齒輪18嚙合。在第二實心轉軸17的底端上裝有置放待鍍膜基片的基片夾具3，如圖2所示。在伸進真空室14內的實心轉軸7的底端上，在基片夾具3與蒸發源1之間裝有擋板2。如圖1所示。或者在實心轉軸7的底端上裝有第三主齒輪16，第三主齒輪16與連接杆20上的第三副齒輪19嚙合，在連接杆20的底端上，在基片夾具3與蒸發源1之間裝上擋板2。如圖2所示。
如上述的圖1為第一種結構，置於實心轉軸7頂端上的螺母8用於調整實心轉軸7與空心轉軸6的相對位置。擋板2與基片夾具3配合使用，擋板2用於遮擋已經鍍制好的基片與準備鍍制基片的區分，在未打開真空罩141的情況下，調整擋板2與基片夾具3之間的位置，從而實現在線更換基片。其擋板2的尺寸選取應能以遮擋基片3為宜。擋板2的形狀常為帶有扇形缺口301，缺口的角度決定了可以在線更換基片的數目。如圖4、5所示。在鍍膜過程中，空心轉軸6與實心轉軸7通過兩個頂絲5和9相固定，轉軸6-7在由副齒輪4與主齒輪13嚙合，主齒輪13上的傳動軸12通過連接元件11與動力輪10相連，動力輪10與外部傳動機構相連。在外部傳動機構作用下，帶動主齒輪13與副齒輪4轉動，從而也帶動轉軸6-7一起旋轉，當構成轉軸6-7的空心轉軸6上的兩頂絲5、9頂緊時，空心轉軸6和實心轉軸7一起轉動，這時基片夾具3與擋板2一起轉動，兩者保持相對靜止。當需要更換待鍍膜基片時，先使整個轉動系統停止工作，鬆開兩頂絲5和9，通過螺母8調整實心轉軸7與空心轉軸6的相對位置，相對位置調整好以後，再用兩頂絲5、9固定空心轉軸6和實心轉軸7的相對位置，再開機鍍膜。實現在真空室內的在線更換鍍膜基片。
如上述圖2所示的為第二種結構，由於受真空室內空間的限制，夾具的旋轉還涉及到所謂的間接傳動機構。
當外部傳動機構驅動動力輪10帶動傳動軸12轉動，主齒輪13嚙合副齒輪4轉動。當空心轉軸6上的兩頂絲5、9擰緊時，主齒輪13嚙合副齒輪4轉動，空心轉軸6與實心轉軸7一起帶動下端的第二主齒輪15和第三主齒輪16轉動，分別與第二、第三主齒輪15、16嚙合的第二、第三副齒輪18、19也隨其轉動，從而帶動第二實心轉軸17下端的基片夾具3與連接杆20下端的擋板2一起轉動；當空心轉軸6上的兩頂絲5、9鬆開時，副齒輪4僅帶動空心轉軸6和下端的第二主齒輪15轉動，第二主齒輪15嚙合第二副齒輪19帶動第二實心轉軸17和它下端的基片夾具3轉動。調整實心轉軸7頂端上的螺母8，實心轉軸7帶動下端的第三主齒輪16轉動，第三主齒輪16嚙合連接杆20上的第三副齒輪19轉動，從而帶動連接杆20下端的擋板2變換位置。因此，在未打開真空罩141的情況下，變換基片夾具3和擋板2的相對位置，做到在線更換基片。
本發明與在先技術相比，具有的優點在於1.在不破壞真空室內真空度的情況下，對鍍膜基片進行動態換片，並且利用上述簡單的機械結構實現在線換片，操作簡便。
2.本發明的換片機構應用於鍍膜機中，可以大大縮短薄膜新產品的開發周期。


圖1為本發明的第一種在線換片裝置結構的示意圖。
圖2為本發明的第二種在線換片裝置結構的示意圖。
圖3為本發明具體實施中基片夾具3的示意圖。
圖4為本發明具體實施中擋板2的示意圖。
圖5為發明在具體實施中基片夾具3與擋板2之間動態變換位置的示意圖。其中，圖5-1為基片夾具3與擋板2之間的初始位置關係的示意圖。圖5-2為1小時後基片夾具3與擋板2的位置關係的示意圖。圖5-3為結束時基片夾具3與擋板2的位置關係的示意圖。
具體實施例方式實施例1利用動態換片機構實現不同的沉積參數進行比較工作。
在離子束濺射鍍膜機的旋轉夾具部分採用了上述第一種結構，如圖1所示。圖3為採用的圓形基片夾具3的平面示意，在基片夾具3上均勻分布6個孔301放置待鍍膜基片。圖4為採用的擋板2的平面示意圖，其頂角為300°，缺口201為60°角的扇形。擋板2半徑與基片夾具3相同。在鍍膜前，調整基片夾具3和擋板2的相對位置，使擋板2恰好遮擋五片基片，餘下的一片處於擋板60°扇形的缺口201處，用兩頂絲5、9固定空心轉軸6與實心轉軸7的相對位置，選定鍍膜參數。在鍍膜的過程中，基片夾具3與擋板2一起旋轉，保證了樣品的均勻性，且夾具3與擋板2的相對位置不變，也就是位於擋板缺口201處的基片一直處於被鍍狀態。當缺口201處的基片被鍍制完成後，勿需打開真空室14改變真空狀態，只要停止動力輪10轉動，鬆開兩頂絲5、9，擰動螺母8使實心轉軸7沿順時針或逆時針方向旋轉60°，擋板2相對於基片夾具3也旋轉同樣的角度，這樣將要被鍍的基片就暴露於擋板2的缺口201處，原先處於缺口201處的基片由於擋板2的旋轉，就被擋住保護起來。依此類推，可以鍍制其它的待鍍膜基片。由於同時放置了6塊(或多於6塊)待鍍膜基片，可以在線更換6塊基片，一次抽真空後，用6種不同的參數鍍膜，大大減少了工作量，縮短了鍍膜時間，提高了不同參數條件下的實驗對比度。
實施例2利用動態換片機構實現沉積時間的累加功能。
為了研究沉積時間對薄膜性能的影響，如研究薄膜生長過程中薄膜性能隨時間的變化關係，需要在同一沉積參數下製備沉積時間不同的樣品。採用裝置如圖1所示的第一種結構。為了提高效率，本實施例採用的擋板2形狀是頂角為180°的扇形。其缺口201也是180°的扇形。製備薄膜時間分別為一、二、四、五、七、八小時。初始時，調整基片夾具3和擋板2的相對位置，使擋板2恰好遮擋三片待鍍膜基片，另外三片基片暴露在擋板2之外。基片夾具3和擋板2的位置如圖5-1所示。沿著順時針方向對基片編號，被遮擋的基片編號為J1、J2、J3，暴露在擋板2之外的基片編號分別為J4、J5、J6。固定空心轉軸6與實心轉軸7的相對位置，選定鍍膜參數，開始鍍膜。在鍍膜的過程中，擋板2與夾具3一起旋轉，基片J4、J5、J6同時被鍍膜。當鍍制薄膜時間為一小時時，使基片夾具3和擋板2停止旋轉，通過螺母8調整實心轉軸7與空心轉軸6相對位置，使擋板2相對於基片夾具3沿逆時針方向轉動60°。此時基片夾具3和擋板2的位置如圖5-2所示，J6號基片處於擋板2的保護之下，J3號基片暴露於擋板2之外，J4、J5號基片繼續暴露於擋板2之外。繼續鍍膜，再過一個小時，沿著相同的方向調整擋板2與基片夾具3的相對位置，使J5號基片也處於擋板2的保護之下。依照上述方式，再過二個小時，J4號基片也處於擋板2之下，再過五個小時，鍍膜結束。此時，擋板2和基片夾具3的位置如圖5-3所示，基片J6、J5、J4處於擋板之下，鍍膜時間分別為一、二、四個小時。基片J3、J2、J1處於擋板之外，鍍膜時間為八、七、五個小時。在真空室內不破壞真空度的情況下，在線更換基片，可以在約九個小時的時間內，製備了鍍膜時間分別為一、二、四、五、七、八個小時的六塊樣品。由於有時間上的積累效應，在先技術本需二十七個小時完成薄膜樣品製備的，現在只需九個小時就完成，且所有樣品幾乎在相同的條件下製備，樣品之間的對比性更強。實現保持真空狀態下，在線更換鍍膜基片，對於分析薄膜樣品生長界面的演化具有非常重要的作用。
權利要求
1.一種真空室內實現在線更換基片的裝置，包括由真空罩(141)構成的真空室(14)，在真空室(14)內的底板上置有蒸發源(1)，由真空罩(141)頂上伸進真空室(14)內有轉軸(6-7)，在真空室(14)外的轉軸(6-7)上帶有的副齒輪(4)與傳動軸(12)上的主齒輪(13)嚙合，傳動軸(12)通過連接元件(11)與動力輪(10)相連，其特徵在於所說的轉軸(6-7)是由空心轉軸(6)和在空心轉軸(6)內同中心軸線置放的實心轉軸(7)構成，在真空室(14)外的空心轉軸(6)上有第一頂絲(5)和第二頂絲(9)，在實心轉軸(7)的頂端上置有螺母(8)；在伸進真空室(14)內的空心轉軸(6)的底端上裝有置放待鍍膜基片的基片夾具(3)，或者裝有第二主齒輪(15)與第二實心轉軸(17)上的第二副齒輪(18)嚙合，在第二實心轉軸(17)的底端上裝上置放待鍍膜基片的基片夾具(3)；在伸進真空室(14)內的實心轉軸(7)的底端上，在基片夾具(3)與蒸發源(1)之間裝有擋板(2)，或者在實心轉軸(7)的底端上裝有第三主齒輪(16)與連接杆(20)上的第三副齒輪(19)嚙合，在連接杆(20)的底端上，在基片夾具(3)與蒸發源(1)之間裝上擋板(2)。
全文摘要
一種真空室內實現在線更換基片的裝置，包括由空心轉軸和同心置放在空心轉軸內的實心轉軸構成的轉軸。當空心轉軸與實心轉軸由兩頂絲固定在一起時，帶動基片夾具與擋板一起轉動。當兩頂絲鬆開時，空心轉軸與實心轉軸分別帶動基片夾具和擋板轉動，改變基片夾具與擋板的相對位置。從而，實現在不破壞真空室內的真空度情況下，在線更換待鍍膜的基片。有兩種結構供選擇。與在先技術相比，本發明具有結構簡單，在線更換待鍍膜基片操作方便，使用本發明的裝置，能夠大大縮短薄膜新產品的開發周期。
文檔編號C23C14/50GK1390978SQ0213622
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月26日 優先權日2002年7月26日
發明者齊紅基, 湯兆勝, 易葵, 邵建達, 袁景梅, 範正修 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所