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1、(10)申请公布号 CN 103074614 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103074614 A *CN103074614A* (21)申请号 201210570640.7 (22)申请日 2012.12.25 C23C 16/48(2006.01) (71)申请人 王奉瑾 地址 528400 广东省中山市火炬开发区兴业 路 2 号 4 楼 (72)发明人 王奉瑾 (74)专利代理机构 深圳中一专利商标事务所 44237 代理人 张全文 (54) 发明名称 激光 CVD 镀膜设备 (57) 摘要 本发明提供了一种激光 CVD 镀膜设备， 包括 上壳体与下壳体， 上壳体盖。
2、合于下壳体上以形成 密封的 CVD 腔体， 上壳体内安装有用于带动待镀 膜材料在平面移动并确定位置的平面定位装置， 待镀膜材料安装于平面定位装置上 ； 下壳体内安 装有用于喷出工作气体的喷气装置和用于将激光 源聚焦于该喷气装置喷嘴前端的激光聚焦装置 ； 待镀膜材料位于喷气装置的喷嘴前端并与之相 对。平面定位装置包括第一滑槽以及与该第一滑 槽垂直设置的第二滑槽， 第一滑槽内设有第一滑 块， 第二滑槽内设有第二滑块， 第二滑槽与第一滑 块连接， 第二滑块上设有安装板， 待镀膜材料贴附 于安装板上。 本发明镀膜效率高、 不易损坏待镀膜 材料， 且所镀出的膜厚均匀、 镀膜表面光滑。 (51)Int.C。
3、l. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103074614 A CN 103074614 A *CN103074614A* 1/1 页 2 1. 一种激光 CVD 镀膜设备， 包括上壳体与下壳体， 所述上壳体盖合于所述下壳体上以 形成密封的 CVD 腔体， 其特征在于 ： 所述上壳体内安装有用于带动待镀膜材料在平面移动 并确定位置的平面定位装置， 所述待镀膜材料安装于所述平面定位装置上 ； 所述下壳体内 安装有用于喷出工作气体的喷气装置和用于将激光源聚焦于。
4、该喷气装置喷嘴前端的激光 聚焦装置 ； 所述待镀膜材料位于所述喷气装置的喷嘴前端并与之相对。 2. 如权利要求 1 所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述喷气装置包括具有所述 喷嘴的喷气架， 所述激光聚焦装置包括用于聚焦激光源的聚焦头及用于接驳光纤的光纤接 驳管， 所述聚焦头与所述光纤接驳管连接， 所述喷气架还设有引入工作气体的进气口及用 于安装所述聚焦头的聚焦头安装孔。 3. 如权利要求 2 所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述喷气架设有用于固定所 述光纤接驳管的固定槽。 4. 如权利要求 3 所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述喷嘴为圆孔状， 。
5、所述聚焦 头安装孔均匀分布于所述喷嘴环周。 5. 如权利要求 1 所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述平面定位装置包括安装 于所述上壳体内壁的第一滑槽以及与该第一滑槽垂直设置的第二滑槽， 所述第一滑槽内设 有第一滑块， 所述第二滑槽内设有第二滑块， 所述第二滑槽与所述第一滑块连接， 所述第二 滑块上设有安装板， 所述待镀膜材料贴附于所述安装板上。 6. 如权利要求 5 所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述第一滑槽内设有用于驱 动所述第一滑块滑动的第一丝杆， 所述第二滑槽内设有用于驱动所述第二滑块滑动的第二 丝杆， 所述第一滑块开设有与所述第一丝杆的螺纹相适配的第。
6、一螺孔， 所述第二滑块开设 有与所述第二丝杆的螺纹相适配的第二螺孔， 所述第一丝杆穿设于所述第一螺孔内， 所述 第二丝杆穿设于所述第二螺孔内 ； 所述平面定位装置还包括用于驱动所述第一丝杆转动的 第一电机和用于驱动所述第二丝杆转动的第二电机。 7. 如权利要求 5 所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述安装板上安装有水冷散 热装置。 8. 如权利要求 2 所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述喷气架固定安装于所述 下壳体底部， 所述下壳体底部开设有与所述喷气架的进气口对应的进气通孔以及容所述光 纤接驳管穿过的接驳通孔。 9. 如权利要求 1 所述的激光 CVD 镀膜。
7、设备， 其特征在于 ： 所述上壳体与所述下壳体之 间夹设有密封圈。 10. 如权利要求 1-9 任一项所述的激光 CVD 镀膜设备， 其特征在于 ： 所述 CVD 腔体内安 装有用于观察所述 CVD 腔体内部工作情况的视频监控装置、 用于检测待镀膜材料上镀膜厚 度的膜厚监控装置、 加热装置以及测温装置 ； 所述视频监控装置包括视频镜头， 所述下壳体 开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔。 权 利 要 求 书 CN 103074614 A 2 1/5 页 3 激光 CVD 镀膜设备 技术领域 0001 本发明属于化学气相沉积 （CVD） 技术领域， 尤其涉及一种激光 CVD 镀膜设备。 背景技。
8、术 0002 化学气相沉积 （英文 ： Chemical Vapor Deposition， 简称 CVD） 是一种用来产生纯 度高、 性能好的固态材料的化学技术。半导体产业使用此技术来成长薄膜。典型的 CVD 制 程是将晶圆 （基底） 暴露在一种或多种不同的前驱物下， 在基底表面发生化学反应或 / 及化 学分解来产生欲沉积的薄膜。反应过程中通常也会伴随地产生不同的副产品， 但大多会随 着气流被带走， 而不会留在反应腔中。 0003 化学气相沉积技术已在镀膜领域广泛运用， 现有技术中， 工作气体的加热方式一 般都是使用红外加热气体或加热待镀膜材料的方式促进气体的化学反应， 使用红外加热气 体的。
9、方式效率低， 所镀出来的膜厚也不均匀， 镀膜表面粗糙， 而加热待镀膜材料的方式容易 烧坏材料。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服现有技术之缺陷， 提供了一种镀膜效率高、 不易损坏待镀 膜材料的激光 CVD 镀膜设备， 该设备所镀的膜厚均匀、 镀膜表面光滑。 0005 本发明是这样实现的， 一种激光 CVD 镀膜设备， 包括上壳体与下壳体， 所述上壳体 盖合于所述下壳体上以形成密封的 CVD 腔体， 所述上壳体内安装有用于带动待镀膜材料在 平面移动并确定位置的平面定位装置， 所述待镀膜材料安装于所述平面定位装置上 ； 所述 下壳体内安装有用于喷出工作气体的喷气装置和用于将激光源聚焦于该喷。
10、气装置喷嘴前 端的激光聚焦装置 ； 所述待镀膜材料位于所述喷气装置的喷嘴前端并与之相对。 0006 进一步地， 所述喷气装置包括具有所述喷嘴的喷气架， 所述激光聚焦装置包括用 于聚焦激光源的聚焦头及用于接驳光纤的光纤接驳管， 所述聚焦头与所述光纤接驳管连 接， 所述喷气架还设有引入工作气体的进气口及用于安装所述聚焦头的聚焦头安装孔。 0007 更进一步地， 所述喷气架设有用于固定所述光纤接驳管的固定槽。 0008 具体地， 所述喷嘴为圆孔状， 所述聚焦头安装孔均匀分布于所述喷嘴环周。 0009 进一步地， 所述平面定位装置包括安装于所述上壳体内壁的第一滑槽以及与该第 一滑槽垂直设置的第二滑槽，。
11、 所述第一滑槽内设有第一滑块， 所述第二滑槽内设有第二滑 块， 所述第二滑槽与所述第一滑块连接， 所述第二滑块上设有安装板， 所述待镀膜材料贴附 于所述安装板上。 0010 更进一步地， 所述第一滑槽内设有用于驱动所述第一滑块滑动的第一丝杆， 所述 第二滑槽内设有用于驱动所述第二滑块滑动的第二丝杆， 所述第一滑块开设有与所述第一 丝杆的螺纹相适配的第一螺孔， 所述第二滑块开设有与所述第二丝杆的螺纹相适配的第二 螺孔， 所述第一丝杆穿设于所述第一螺孔内， 所述第二丝杆穿设于所述第二螺孔内 ； 所述平 面定位装置还包括用于驱动所述第一丝杆转动的第一电机和用于驱动所述第二丝杆转动 说 明 书 CN 。
12、103074614 A 3 2/5 页 4 的第二电机。 0011 优选地， 所述安装板上安装有水冷散热装置。 0012 具体地， 所述喷气架固定安装于所述下壳体底部， 所述下壳体底部开设有与所述 喷气架的进气口对应的进气通孔以及容所述光纤接驳管穿过的接驳通孔。 0013 进一步地， 所述上壳体与所述下壳体之间夹设有密封圈。 0014 具体地， 所述 CVD 腔体内安装有用于观察所述 CVD 腔体内部工作情况的视频监控 装置、 用于检测待镀膜材料上镀膜厚度的膜厚监控装置、 加热装置以及测温装置 ； 所述视频 监控装置包括视频镜头， 所述下壳体开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装孔。 0015 。
13、本发明镀膜时， 激光聚焦装置将激光源聚焦于喷气装置喷嘴前端形成聚焦区域， 喷嘴喷出的工作气体在聚焦区域被激光加热分解， 被分解的工作气体由于惯性撞击并粘附 于待镀膜材料表面上形成镀膜。由于本发明采用激光聚焦的方式对工作气体进行加热激 发， 其镀膜效率高、 不易损坏待镀膜材料、 所镀的膜厚均匀、 镀膜表面光滑。再者， 待镀膜材 料通过平面定位装置进行移动和定位， 而喷气装置和激光聚焦装置固定不动， 这样， 镀膜时 不会因喷气装置和激光聚焦装置移动带来的振动而出现镀膜不均匀的现象。 附图说明 0016 图 1 为本发明实施例中激光 CVD 镀膜设备的装配图 ； 0017 图 2 为本发明实施例中激。
14、光 CVD 镀膜设备的分解图 ； 0018 图 3 为另一视角观看图 1 的示意图 ； 0019 图 4 为另一视角观看图 2 的示意图 ； 0020 图 5 为本发明实施例中上壳体和平面定位装置的结构示意图 ； 0021 图 5a 为图 5 中 I 的局部放大图 ； 0022 图 6 为本发明实施例中下壳体的结构示意图 ； 0023 图 6a 为图 6 中 II 的局部放大图 ； 0024 图 7 为本发明实施例中激光 CVD 镀膜设备卸去下壳体后的正视图 ； 0025 图 8 为本发明实施例中激光聚焦装置安装于喷气装置上的示意图 ； 0026 图 9 为本发明实施例中喷气装置的结构示意图 。
15、； 0027 图 10 为另一视角观看图 9 的示意图。 具体实施方式 0028 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0029 参见图1-图4， 本发明实施例提供了一种激光CVD镀膜设备， 包括上壳体1与下壳 体 2， 所述上壳体 1 盖合于所述下壳体 2 上以形成密封的 CVD 腔体 21， 所述上壳体 1 内安装 有用于带动待镀膜材料3在平面移动并确定位置的平面定位装置4， 所述待镀膜材料3安装 于所述平面定位装置 4 上 ； 所述下壳体 。
16、2 内安装有用于喷出工作气体的喷气装置 5 和用于 将激光源聚焦于该喷气装置喷嘴 511 前端的激光聚焦装置 6 （参见图 8） ； 所述待镀膜材料 3 位于所述喷气装置的喷嘴 511 前端并与之相对 （参见图 7） 。进行镀膜前需要先排出 CVD 腔 说 明 书 CN 103074614 A 4 3/5 页 5 体 21 内的多余气体， 然后通入保护气体。镀膜时， 激光聚焦装置 6 将激光源聚焦于喷气装 置喷嘴511前端形成聚焦区域， 喷嘴511喷出工作气体， 工作气体在聚焦区域被激光激发加 热分解， 由于喷出的气体具有惯性， 继而被分解的工作气体撞击粘附于待镀膜材料表面上 形成镀膜。作为本。
17、发明的一种优选实施方式， 激光源聚焦于距离待镀膜材料 3 表面 0.3 1mm左右的位置， 喷气装置喷嘴511距离待镀膜材料3表面3mm左右的位置， 这样， 聚焦区域 离待镀膜材料 3 表面和喷嘴 511 的距离都比较近， 可以充分利用工作气体。由于本发明采 用激光聚焦的方式对工作气体进行激发加热， 其镀膜效率高、 不易损坏待镀膜材料、 所镀的 膜厚均匀、 镀膜表面光滑。本发明通过平面定位装置 4 使待镀膜材料 3 在喷嘴 511 前端平 面移动， 喷气装置 5 和激光聚焦装置 6 可固定安装于下壳体 2 内而不需要移动， 这样， 镀膜 时不会因喷气装置 5 和激光聚焦装置 6 移动带来的振动。
18、而出现镀膜不均匀的现象。可以理 解， 本发明实际应用中可根据具体需要安装多组喷气装置 5 和激光聚焦装置 6。 0030 参见图 8- 图 10， 所述喷气装置 5 包括具有所述喷嘴 511 的喷气架 51， 所述激光 聚焦装置 6 包括用于聚焦激光源的聚焦头 61 及用于接驳光纤的光纤接驳管 62， 所述聚焦 头 61 与所述光纤接驳管 62 连接， 所述喷气架 51 还设有引入工作气体的进气口 512（参见 图 10） 及用于安装所述聚焦头 61 的聚焦头安装孔 513。工作气体通入进气口 512。聚喷气 装置 5 与激光聚焦装置 6 装配于一体， 两者相对静止， 可保证聚焦区域稳定位于喷。
19、嘴 511 前 端。激光源通过光纤传递至聚焦头 61， 聚焦头 61 对激光源进行聚焦。聚焦头安装孔 513 可 根据具体需求设置其位置和角度。 0031 优选地， 所述喷气架 51 设有用于固定所述光纤接驳管 62 的固定槽 514。固定槽 514 可进一步稳固光纤接驳管 62， 防止光纤接驳管 62 松动而影响聚焦头 61 聚焦位置的准 确性。 0032 参见图 8， 所述喷嘴 511 为圆孔状， 所述聚焦头安装孔 513 均匀分布于所述喷嘴 511 环周。这样， 聚焦区域为位于喷嘴 511 前端的一点， 工作气体由圆孔状的喷嘴 511 喷出 并于聚焦点激发加热分解， 由于所有激光聚焦到一。
20、点上， 这一聚焦点功率非常高， 工作气体 进入聚焦点后快速加热分解， 可大大提高镀膜效率。 0033 参见图 5， 所述平面定位装置 4 包括安装于所述上壳体 1 内壁的第一滑槽 41 以及 与该第一滑槽 41 垂直设置的第二滑槽 42， 所述第一滑槽 41 内设有第一滑块 411， 所述第二 滑槽42内设有第二滑块421， 所述第二滑槽42与所述第一滑块411连接， 所述第二滑块421 上设有安装板 43 （参见图 2） ， 所述待镀膜材料 3 贴附于所述安装板 43 上。第一滑块 411 可 带动第二滑槽 42 沿第一滑槽 41 长度方向来回移动， 第二滑块 421 可带动安装板 43 沿。
21、第二 滑槽 42 长度方向来回移动， 这样就可使待镀膜材料 3 在平面移动和定位。本发明实施例中 上壳体 1 内壁安装有两个平行设置的第一滑槽 41， 第二滑槽 42 与两第一滑块 411 连接， 因 此， 在移动过程中， 第二滑槽 42 更平稳， 保证镀膜厚度的均匀。 0034 参见图 5， 所述第一滑槽 41 内设有用于驱动所述第一滑块 411 滑动的第一丝杆 412， 所述第二滑槽 42 内设有用于驱动所述第二滑块 421 滑动的第二丝杆 422， 所述第一滑 块 411 开设有与所述第一丝杆 412 的螺纹相适配的第一螺孔， 所述第二滑块 421 开设有与 所述第二丝杆422的螺纹相适。
22、配的第二螺孔， 所述第一丝杆412穿设于所述第一螺孔内， 所 述第二丝杆 422 穿设于所述第二螺孔内 ； 所述平面定位装置 4 还包括用于驱动所述第一丝 杆 412 转动的第一电机 43 和用于驱动所述第二丝杆 422 转动的第二电机 44。丝杆转动时 说 明 书 CN 103074614 A 5 4/5 页 6 可驱使滑块沿丝杆的轴向移动， 丝杆不但可以使得滑块快速移动， 而且移动平稳， 防止镀膜 过程中由于待镀膜材料 3 不平稳而造成镀膜不均匀。 0035 参见图 4， 所述安装板 43 上安装有水冷散热装置 431。水冷散热装置 431 可将镀 膜过程中待镀膜材料 3 上的热及时带走，。
23、 有效防止温度过高烧坏待镀膜材料 3。 0036 参见图6， 所述喷气架51固定安装于所述下壳体2底部， 所述下壳体2底部开设有 与所述喷气架的进气口 512 对应的进气通孔 22 以及容所述光纤接驳管 62 穿过的接驳通孔 23。喷气架 51 底部与下壳体 2 的底部密封贴合， 光纤在设备外部接入光纤接驳管 62， 更换 方便。 0037 参见图 5 与图 5a， 所述上壳体 1 与所述下壳体 2 之间夹设有密封圈。所述上壳体 1 边缘设有用于放置密封圈的上密封槽 11， 参见图 6 与图 6a， 所述下壳体 2 边缘设有用于 放置所述密封圈的下密封槽 24， 所述上密封槽 11 与所述下密。
24、封槽 24 相对且两者之间夹设 有所述密封圈。通过密封槽夹设密封圈可保证 CVD 腔体 21 的密封要求， 保证工作气体不外 泄、 外部杂质不进入腔体内。 作为本发明的一种优选实施例， 上、 下壳体皆设有两道密封槽， 两道密封槽均夹设有密封圈， 其密封效果极佳。 0038 具体地， 所述 CVD 腔体 21 内安装有用于观察所述 CVD 腔体 21 内部工作情况的视 频监控装置、 用于检测待镀膜材料 3 上镀膜厚度的膜厚监控装置、 加热装置以及测温装置 ； 所述视频监控装置包括视频镜头， 所述下壳体 2 开设有用于安装所述视频镜头的镜头安装 孔 25（参见图 6） 。膜厚监控装置可将所测得的镀。
25、膜厚度反馈给主控制器， 主控制器根据所 测得结果作出相应反应。加热装置用于对 CVD 腔体 21 的内部环境进行加热， 加热装置可选 用红外加热装置， 当然， 本发明还可通过其他方式进行 CVD 腔体 21 的加热。 0039 以上所提及的装置皆与主控制器连接， 主控制器可收集各装置所反馈的信息和控 制各装置的工作方式。 0040 下面描述本发明实施例所提供的激光 CVD 镀膜设备工作过程 ： 0041 首先， 将待镀膜材料3贴附安装于安装板43上， 其需要镀膜的一面朝外， 然后上壳 体 1 盖合于下壳体 2 上 ； 0042 排出 CVD 腔体 21 内多余气体， 再通入所需气体和保护气体 。
26、； 0043 开启加热装置将 CVD 腔体 21 的内部环境加热至所需温度， 测温装置测得 CVD 腔体 21 内部温度达到要求后， 继续通入所需气体和保护气体 ； 0044 完成上述步骤后加热装置将CVD腔体21维持在正常工作所需的温度范围内， 开启 相关装置， 待镀膜材料 3 位于喷气装置 5 上方且其需要镀膜的一面与喷嘴 511 相对， 工作气 体由喷嘴 511 喷出后经过聚焦区域激发加热分解， 分解后的工作气体由于惯性撞击粘附于 待镀膜材料 3 的表面上， 膜厚监控装置检测镀膜厚度， 将检测到的结果反馈至主控制器， 主 控制器根据所需镀膜的厚度控制喷气装置5的喷气速度和激光聚焦装置6的。
27、功率以及平面 定位装置 4 移动待镀膜材料 3 的速度， 将膜厚控制在所需的厚度范围内 ； 0045 镀膜完毕后， 需抽出CVD腔体21内的气体， 经过处理， 将可循环使用的气体存储起 来以备再用， 对于不可循环使用的气体进行废气处理后再排出大气中， 以防止污染大气环 境 ； 而对于所生成的固体也需要统一进行处理， 以免污染自然环境。 0046 上述程序完成后， 开启上壳体 1 或下壳体 2， 卸下已镀膜完成的材料即可。 0047 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 说 明 书 CN 103074614 A 6 5/5 页 7 神和原则之内所作的任何修改。
28、、 等同替换或改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103074614 A 7 1/6 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103074614 A 8 2/6 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103074614 A 9 3/6 页 10 说 明 书 附 图 CN 103074614 A 10 4/6 页 11 图 7 说 明 书 附 图 CN 103074614 A 11 5/6 页 12 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103074614 A 12 6/6 页 13 图 10 说 明 书 附 图 CN 103074614 A 13 。