CN108315722A - 一种弧形电极等离子体增强化学气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，能够避免板间电缆与电极的相对滑动，消除了划痕缺陷。该装置的放卷室、镀膜室、收卷室三个腔室相连，形成真空腔体，真空泵与所述真空腔体相连，形成抽气系统；卷绕机构与纠偏机构相连，圆形电极和弧形电极安装在镀膜室内，基底材料紧贴圆形电极表面并与圆形电极同步转动；送气单元、射频功率源与弧形电极相连，送气单元将工作气体送入圆形电极与弧形电极之间，在射频功率源的作用下，在圆形电极和弧形电极之间产生等离子体，基膜紧贴在圆形电极上，通过卷绕机构和纠偏机构控制基膜的运动，在基膜上沉积涂层。

Description

一种弧形电极等离子体增强化学气相沉积装置

技术领域

本发明涉及一种弧形电极等离子体化学气相沉积(PECVD)装置，属于表面工程技术领域。可利用本发明在多种基底材料上制备硅氧烷涂层，用于低轨道航天器表面材料的原子氧防护及民用产品的高阻隔涂层。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术是利用等离子体辅助化学气相沉积(CVD)的方式之一，被广泛用于获取性能良好的低温薄膜。通常采用平行平板电极，在低压容器内的两极上加高频电压，产生射频放电形成等离子体，射频电源采用电容或电感耦合方式。工业应用上，通常需要较高沉积速率并保证大面积基片上的薄膜均匀性，薄膜的均匀性包括薄膜厚度的均匀分布和薄膜性能的均匀一致性。目前所应用的设备在镀制大面积薄膜时存在的主要问题是：1)射频电流在等离子体电极边缘分布的不均匀性造成等离子体电位和功率密度的分布不均匀。2)当等离子体或基片的尺寸远大于波长时，驻波效应引发等离子体的不均匀分布。3)由于等离子体的流动性和气体注入过程中以及电场分布的不均匀性，造成薄膜厚度和结构的非均匀性。4)连续镀膜过程中，平板电极容易对基底材料产生划伤。

为了得到高质量的薄膜，依赖于多种设备和工艺条件的优化。包括：腔室结构、电极形状、电极间距离、气体流量分布、电场分布、等离子体电源工作参数等相互之间的匹配和优化。而这些参数影响沉积涂层的缺陷数量、附着力、致密性、均匀性等性能。

随着卷绕式PECVD镀膜需求的增加，平行平板等离子体增强化学气相沉积设备暴露出诸多技术缺陷，如：电场分布不均匀、上下电极划伤基膜、镀膜温度不易控制等，已经不能满足高质量PECVD镀膜的需求。空间用太阳电池阵板间电缆由厚度0.28mm的铜箔和厚度25um聚酰亚胺两种材料复合而成，是一种半刚性的结构，宽度约0.25m，长度40m。如果采用平行平板PECVD镀膜设备，在镀膜过程中，电极容易划伤板间电缆表面的聚酰亚胺材料，导致镀制的膜层质量不高。

发明内容

本发明提供一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，能够避免板间电缆与电极的相对滑动，消除了划痕缺陷。

一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，该装置由放卷室，卷绕机构，离子源，圆形电极，镀膜室，收卷室，纠偏机构，真空系统，弧形电极，送气单元，射频功率源组成；

其中，放卷室、镀膜室、收卷室三个腔室相连，形成真空腔体，真空泵与所述真空腔体相连，形成抽气系统；卷绕机构与纠偏机构相连，圆形电极和弧形电极安装在镀膜室内，基底材料紧贴圆形电极表面并与圆形电极同步转动；送气单元将工作气体送入圆形电极与弧形电极之间，在射频功率源的作用下，在圆形电极和弧形电极之间产生等离子体，基膜紧贴在圆形电极上，通过卷绕机构和纠偏机构控制基膜的运动，在基膜上沉积涂层。

卷绕机构由放卷轴和收卷轴组成，实现基底材料的卷绕。

一种弧形电极等离子体化学气相沉积方法，通过送气单元将工作气体送入镀膜室中的圆形电极和弧形电极之间，并由真空单元将圆形电极和弧形电极间的真空度维持工艺要求的真空度；当开启射频电源后，在射频电场的作用下，圆形电极和弧形电极之间产生等离子体，将工作气体离解成活性基团，通过卷绕机构和纠偏机构控制基底材料的运行速度和张力，所述活性基团沉积在基底材料上，形成需要的膜层，实现在半刚性基底材料上卷绕镀膜。

本发明的有益效果：

1、本发明由于放电电极采用圆形和弧形结构，而且圆形电极以一定的速度转动，基底材料紧贴圆形电极并与圆形电极同步转动，从而避免了基底材料与电极间的相对滑动，消除了电极对基底材料产生划伤缺陷，有效提高膜层质量。

2、本发明由于基底材料紧贴圆形电极，可以通过控制圆形电极的温度达到控制基底材料温度的目的，从而可以精确控制镀膜温度参数，达到提高膜层质量的目的。

3、本发明由放卷室、镀膜室和收卷室组成三腔室真空室，由真空系统抽真空到镀膜真空度，仅在放电室产生等离子体，可避免其他室的污染。

附图说明

图1 PECVD镀膜设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步介绍。

如图1所示，本发明采用弧形电极PECVD镀膜设备,其特征在于：由放卷室1，卷绕机构2，离子源3，圆形电极4，镀膜室5，收卷室6，纠偏机构7，真空系统8，弧形电极9，送气单元10，射频功率源11组成。

其中：放卷室1、镀膜室5、收卷室6三个腔室相连，形成真空腔体，真空泵与所述真空腔体相连，形成抽气系统；卷绕机构2与纠偏机构7相连，卷绕机构2由放卷轴和收卷轴组成，实现基底材料的卷绕；圆形电极4和弧形电极9安装在镀膜室5内，圆形电极内部通入液态介质，可以进行温度控制，弧形电极表面布设直径1mm以下的气孔，孔间距不小于30mm，同时弧形电极外表进行电场屏蔽处理，使放电电场被限制在圆形电极与弧形电极之间，基底材料紧贴圆形电极4表面并与圆形电极4同步转动；送气单元10将工作气体送入圆形电极4与弧形电极9之间，在射频功率源11的作用下，产生等离子体，得到需要的膜层。送气单元10将工作气体送入真空室内，开启射频功率源3，在圆形电极4和弧形电极9之间产生等离子体，基膜紧贴在圆形电极4上，通过卷绕机构2和纠偏机构7控制基膜的运动，在基膜上沉积需要厚度的涂层，同时避免电极对基底材料产生划痕，提高涂层质量。

一种弧形电极等离子体化学气相沉积方法，通过送气单元将工作气体送入圆形电极和弧形电极之间，并由真空单元将圆形电极和弧形电极间的真空度维持工艺要求的真空度；当开启射频电源后，在射频电场的作用下，圆形电极和弧形电极之间产生等离子体，将工作气体离解成活性基团，所述活性基团沉积在基底材料上，形成需要的膜层；而卷绕机构和纠偏机构控制基底材料的运行速度和张力，从而实现在半刚性基底材料上卷绕镀膜。

沉积过程中，六甲基二硅氧烷(单体)和氧气作为工作气体。送气单元将单体和氧气送入圆形电极和弧形电极间，在射频电源作用下，将六甲基二硅氧烷和氧气的化学键打断，产生等离子体，形成多种含硅的活性基团。这些活性基团在板间电缆表面沉积，得到致密的硅氧烷膜层。

结果如下：

表1聚酰亚胺薄膜上制备硅氧烷涂层工艺

表2膜层厚度测试结果

Claims (6)

1.一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，该装置由放卷室，卷绕机构，离子源，圆形电极，镀膜室，收卷室，纠偏机构，真空系统，弧形电极，送气单元，射频功率源组成；

其中，放卷室、镀膜室、收卷室三个腔室相连，形成真空腔体，真空泵与所述真空腔体相连，形成抽气系统；卷绕机构与纠偏机构相连，圆形电极和弧形电极安装在镀膜室内，基底材料紧贴圆形电极表面并与圆形电极同步转动；送气单元将工作气体送入圆形电极与弧形电极之间，在射频功率源的作用下，在圆形电极和弧形电极之间产生等离子体，基膜紧贴在圆形电极上，通过卷绕机构和纠偏机构控制基膜的运动，在基膜上沉积涂层。

2.如权利要求1所述的一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述卷绕机构由放卷轴和收卷轴组成，实现基底材料的卷绕。

3.如权利要求1或2所述的一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述圆形电极内部通入液态介质，可进行温度控制。

4.如权利要求1或2所述的一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述弧形电极表面布设直径1mm以下的气孔，孔间距不小于30mm。

5.如权利要求4所述的一种弧形电极等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，所述弧形电极外表进行电场屏蔽处理，使放电电场被限制在圆形电极和弧形电极之间。

6.一种弧形电极等离子体化学气相沉积方法，其特征在于，通过送气单元将工作气体送入镀膜室中的圆形电极和弧形电极之间，并由真空单元将圆形电极和弧形电极间的真空度维持工艺要求的真空度；当开启射频电源后，在射频电场的作用下，圆形电极和弧形电极之间产生等离子体，将工作气体离解成活性基团，通过卷绕机构和纠偏机构控制基底材料的运行速度和张力，所述活性基团沉积在基底材料上，形成需要的膜层，实现在半刚性基底材料上卷绕镀膜。