CN1500903A - 一种用于高温下薄膜沉积的面内旋转装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于高温下薄膜沉积的面内旋转装置，它由常规传动部分和面内旋转部分构成，面内旋转部分有轴向支撑盘9、径向支撑盘10通过调距螺杆11固定在一起，其间距可通过调距螺杆11调节，大齿轮6分别与轴向支撑盘9和径向支撑盘10通过滚珠12滚动连接。本发明能用于高、低温的薄膜沉积，使用本发明并结合双源沉积工艺，可以在高温下进行双面膜的两面同时沉积，可保证薄膜两面的一致性，同时可提高薄膜的面内均匀性；这种旋转可提高高温转动的可靠性，防止高温变形导致的错位卡死现象。
Description
技术领域：
本发明属于机械技术领域，它特别适用于薄膜材料的物理气相沉积。
背景技术：
众所周知，大面积薄膜的制备是提高薄膜生产效率的一种有效方式。在所有的物理气相沉积的方法中，如蒸发、溅射、脉冲激光沉积、电弧法镀膜等都有其固有的粒子浓度的空间分布，使沉积的均匀薄膜限制在很小的面积内。所以大面积内的均匀性问题，是大面积薄膜制备中必须解决的问题。一般都需要通过基片的平移扫描、转动、沉积源的转动或扫描，甚至是将基片的运动与沉积源的运动相结合来扩大均匀范围，改善薄膜的均匀性。
如在蒸发中经常使用的旋转转盘，基片相对于蒸发源做圆周运动或行星运动；在溅射中使用的基片的二维平移和单轴转动的运动；在脉冲激光沉积中使用的激光束扫描+靶移/转动+基片转动的运动；在多弧离子镀膜中使用的产生公转的工件架和产生自转的挂具。
在双面薄膜的制备中，有采取两面先后顺序和两面同时沉积的技术。两面先后顺序沉积的方式是先沉积好一面薄膜，然后再翻转沉积另外一面。这样，两面薄膜的生长条件一致性不高，在某些情况下，还必须更改薄膜的生长条件以及对基片和薄膜进行适当的保护，这就使得工艺过程较为复杂。而两面同时沉积的技术则易保证薄膜两面的一致性。目前采用的有双沉积源或单沉积源的结合基片面内、面外的单轴旋转的沉积技术。基片做面内旋转的双沉积源溅射两面一致性和面内均匀性较好；而单沉积源面内旋转方式虽然对两面一致性有保证，但大面积内的均匀性较差，面外旋转方式也有类似的特点，只适合于制备小面积双面薄膜。
在某些情况下，薄膜沉积必须在加热的情况下进行以提高薄膜的性能。但以上这些运动方式，普遍机构复杂，特别是对于沉积过程中温度较高的情况，往往使机械运动部分由于高温造成形变、错位而卡死失效，使运动机构使用可靠性降低。
发明的内容：
发明的目的是提供一种用于薄膜材料高温沉积的面内旋转装置，使用该装置可以实现稳定可靠的面内旋转，避免高温变形导致的错位卡死现象；可以用于单双面的薄膜沉积，有利于改善薄膜的面内均匀性；使用双沉积源时易于保证薄膜的两面一致性。
本发明任务是这样实现的(如图1、2所示)：它由常规传动部分和面内旋转部分构成。常规传动部分由转轴1、与1相连的主动伞齿2、与2相耦合的从动伞齿3、套在3上的小齿轮4、传动齿轮5组成；其连接关系是：转轴1与主动伞齿2固定连接，主动伞齿2与从动伞齿3耦合连接，从动伞齿3与套在3上的小齿轮4固定连接，套在3上的小齿轮4与传动齿轮5耦合连接；面内旋转部分由大齿轮6、大齿轮6的有槽面13上刻有滚动槽14、固定基片夹具7、基片8、轴向支撑盘9、轴向支撑盘9的有槽面上刻有滚动槽17、径向支撑盘10、径向支撑盘10的有槽面上刻有滚动槽15、调距螺杆11、滚珠12组成(如图1、图2)；其连接关系是：传动齿轮5与大齿轮6耦合连接，大齿轮6、固定基片夹具7、基片8通过螺钉固定在一起，轴向支撑盘9、径向支撑盘10通过调距螺杆11固定在一起，其间距离可以通过调距螺杆11调节，大齿轮6的有槽面13与径向支撑盘10通过滚珠12滚动连接，大齿轮6的无槽面16与轴向支撑盘9通过滚珠12滚动连接，构成本发明的方案一，如图3所示。
我们用大齿轮6上的滚动内轨19替代方案一中的大齿轮6上的滚动槽14，用径向支撑盘10上的滚动外轨20替代方案一中的径向支撑盘10上的滚动槽15构成本发明的方案二，如图4所示。
需要说明的是，在低温下使用时，滚珠12可使用金属材料；但对于高温使用的情况，滚珠12应使用陶瓷材料，如氧化铝陶瓷。
本发明的工作过程是：在物理气相沉积系统中，电机带动的转轴1与主动伞齿2相连，主动伞齿2与从动伞齿3相耦合带动套在3上的小齿轮4旋转，实现首次减速；小齿轮4进一步带动传动齿轮5旋转，传动齿轮5与大齿轮6耦合，实现第二次减速，从而实现大齿轮6的旋转。基片夹具7或基片8通过螺钉固定在大齿轮6上(如图2)。大齿轮6的定位是依靠轴向支撑盘9进行轴向定位、径向支撑盘10进行径向定位、以及调距螺杆11进行的间隙调节如图2所示。大齿轮6的有槽面13上的滚动槽14，与径向支撑盘10上的滚动槽15一起构成滚珠12的滚动槽对大齿轮6径向定位；大齿轮6的无槽面16为平面，与轴向支撑盘9上的滚动槽17中的滚珠12接触，对大齿轮6轴向定位(如图3、图4所示)。上述结构能在将大齿轮6进行定位的同时，通过调距螺杆11的调节，让大齿轮6有合理的运动间隙，从而使该旋转机构在高温下工作时也能克服高温形变的影响，避免卡死失效，实现稳定可靠的旋转。整个传动及旋转机构通过支撑架18与进行气相沉积的设备相连。
发明的优点或积极效果：
本发明综合考虑了工艺及设备的两方面因素，设计制作了高可靠性的旋转机构，能用于高、低温的薄膜沉积。使用本发明并结合双源沉积工艺，可以在高温下进行双面膜的两面同时沉积，可保证薄膜两面的一致性，同时可提高薄膜的面内均匀性。这种面内旋转机构可大大提高高温转动的可靠性，彻底防止高温变形导致的错位卡死现象。
附图及附图说明：
图1本发明装置示意图。
其中，1是转轴，4是套在3上的小齿轮，5是传动齿轮，6是大齿轮，8是基片，9是轴向支撑盘，10是径向支撑盘，11是调距螺杆，18是固定支架。图2本发明装置装配图。
其中，1是转轴，2是与转轴1相连的主动伞齿，3是与2相耦合的从动伞齿，4是套在3上的小齿轮，5是传动齿轮，6是大齿轮，7是基片夹具，8是基片，9是轴向支撑盘，10是径向支撑盘，11是调距螺杆，12是滚珠，18是固定支架。
图3方案一的面内转动部分剖面图。
其中，6是大齿轮，9是轴向支撑盘，10是径向支撑盘，11是调距螺杆，12是滚珠，13是大齿轮6的有槽面，14是大齿轮6上的滚动槽，15是径向支撑盘10上的滚动槽，16是大齿轮6的无槽面，17是轴向支撑盘9上的滚动槽，18是固定支架。从图中可以看出，通过调节11我们能调节9和10之间的距离以使6能自由运动而又不至于脱离运动轨道。在6上我们采用只在径向定位面开槽而另一面保持平面的方法可以防止高温变形导致的径向错位卡死。
图4方案二的面内转动部分剖面图。
其中，6是大齿轮，9是轴向支撑盘，10是径向支撑盘，11是调距螺杆，12是滚珠，13是大齿轮6的有槽面，16是大齿轮6的无槽面，17是轴向支撑盘9上的滚动槽，18是固定支架，19是大齿轮6上的滚动内轨，20是径向支撑盘10上的滚动外轨。从图中可以看出，通过调节11我们能调节9和10之间的距离以使6能自由运动而又不至于脱离运动轨道。在6上我们采用只在径向定位面开槽而另一面保持平面的方法可以防止高温变形导致的径向错位卡死。
实施例：
由于本发明具有运行可靠、结构紧凑的特点，对于在高温下沉积大面积双面薄膜实现均匀性和一致性非常有利。采用本发明在室温至800℃下均可稳定运行。在25℃、600℃、700℃和800℃分别连续运转48小时以上，无任何故障。
Claims (3)
1、一种用于高温下薄膜沉积的面内旋转装置，它包括常规传动部分，其特征是它还包括面内旋转部分，面内旋转部分由大齿轮(6)、大齿轮(6)的有槽面(13)上刻有滚动槽(14)、固定基片夹具(7)、基片(8)、轴向支撑盘(9)、轴向支撑盘(9)的有槽面上刻有滚动槽(17)、径向支撑盘(10)、径向支撑盘(10)的有槽面上刻有滚动槽(15)、调距螺杆(11)、滚珠(12)组成；其连接关系是：传动齿轮(5)与大齿轮(6)耦合连接，大齿轮(6)、固定基片夹具(7)、基片(8)通过螺钉固定在一起，轴向支撑盘(9)、径向支撑盘(10)通过调距螺杆(11)固定在一起，其间距离可以通过调距螺杆(11)调节，大齿轮(6)的有槽面(13)与径向支撑盘(10)通过滚珠(12)滚动连接，大齿轮(6)的无槽面(16)与轴向支撑盘(9)通过滚珠(12)滚动连接。
2、根据权利要求1所述的一种用于高温下薄膜沉积的面内旋转装置，其特征是所述的面内旋转部分由大齿轮(6)、大齿轮(6)的有槽面(13)上刻有滚动内轨(19)、固定基片夹具(7)、基片(8)、轴向支撑盘(9)、轴向支撑盘(9)的有槽面上刻有滚动槽(17)、径向支撑盘(10)、径向支撑盘(10)的有槽面上刻有滚动外轨(20)、调距螺杆(11)、滚珠(12)组成；其连接关系是：传动齿轮(5)与大齿轮(6)耦合连接，大齿轮(6)、固定基片夹具(7)、基片(8)通过螺钉固定在一起，轴向支撑盘(9)、径向支撑盘(10)通过调距螺杆(11)固定在一起，其间距离可以通过调距螺杆(11)调节，大齿轮(6)的有槽面(13)与径向支撑盘(10)通过滚珠(12)滚动连接，大齿轮(6)的无槽面(16)与轴向支撑盘(9)通过滚珠(12)滚动连接。
3、根据权利要求1或2所述的一种用于高温下薄膜沉积的面内旋转装置，其特征是所述的滚珠(12)在低温环境下，可采用金属材料；在高温环境下，应采用陶瓷材料。
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