一种等离子体CVD设备的腔体结构的制作方法

一种等离子体cvd设备的腔体结构
技术领域
1.本实用新型属于化学气相沉积设备技术领域，具体涉及一种等离子体cvd设备的腔体结构。


背景技术：

2.化学气相沉积（cvd）广泛应用于钻石的合成，将混合气体（氢气、氧气、氮气及甲烷等）送入腔体内进行加热，在腔体内形成一种碳等离子体，该等离子体中的碳不断沉积在腔体内的基材（碳底层）上，并逐渐积聚和硬化，从而形成钻石薄膜或薄片。现有技术的等离子体cvd设备其微波通常从腔体顶部输入，由于沉积平台设置在腔体的底部，因此这种结构的微波输入端与沉积平台很远，微波的利用率不高，设备效率较低；另一方面，由于微波转换器及其连接的微波源等位于腔体的顶部，导致腔体无法向上开启，而只能通过沉积平台下降的方式开启，导致基材的取放操作困难，影响了工作效率。公开日为2020年2月18日，公开号为cn110804732a的中国专利文件公开了一种等离子体cvd装置，机架的工作平台上固定有一个圆筒状的腔体，腔体的顶部设有微波转换器，腔体外壁上设有环绕腔体的环形进气道及环形抽气道，腔体中部的外周设有若干观察窗，腔体的下部设有开口，机架上设有升降机构，升降机构包括一升降台及设置在升降台上用于密封腔体开口的升降法兰，升降台与升降法兰之间设有缓冲机构，用于安置基材的腔内台通过支撑管固定在升降台上，腔内台位于升降法兰的上方且与腔体的开口对应，腔内台的下部设有防泄漏装置。但这种等离子体cvd装置的微波从腔体顶部输入，由于沉积平台设置在腔体的底部，因此这种结构的微波输入端与沉积平台很远，微波的利用率不高，效率较低；另一方面，由于微波转换器及其连接的微波源等位于腔体的顶部，导致腔体无法向上开启，而只能通过沉积平台下降的方式开启，导致基材的取放操作困难。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为解决现有技术等离子体cvd设备的腔体结构存在微波利用率不高，效率较低及只能通过沉积平台下降的方式开启，导致基材的取放操作困难、影响工作效率的问题，提供一种等离子体cvd设备的腔体结构，具有效率高、基材取放操作方便的优点。
4.本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种等离子体cvd设备的腔体结构，所述腔体结构包括固定座、设置在固定座上的圆筒状侧壁及设于侧壁上端的顶盖，固定座、侧壁及顶盖围合构成所述等离子体cvd设备的内腔，侧壁内设有腔体水冷腔，顶盖上设有进气口，固定座上设有排气孔，内腔的下部设有内台，所述内台通过绝缘支撑环设置在固定座上，内台内部设有内台水冷腔，内台水冷腔的底部与内台水冷管连接，固定座的中部设有通孔，通孔的下端口设有引导微波进入内腔的波导连接法兰管，所述内台水冷管穿设在波导连接法兰管的中央。
5.本实用新型的由固定座、设置在固定座上的圆筒状侧壁及设于侧壁上端的顶盖围
合构成内腔，其中侧壁内设有腔体水冷腔，顶盖上设有用于送入混合气体的进气口，固定座上设有排气孔，用于放置基材的内台设置在内腔的下部。本实用新型固定座的中部设有通孔，通孔的下端口设有引导微波进入内腔的波导连接法兰管，内台水冷管穿设在波导连接法兰管的中央。与现有技术的腔体不同，本实用新型加热所需的微波通过波导连接法兰管和内台水冷管组成的同轴传输机构从腔体的底部输入，其中内台以发射天线的形式将微波直接导入内腔，使腔内气体在内台上方形成等离子体，腔内的化学气相沉积物集中于内台的基材上。由于本实用新型的内台同时用作基材放置平台及微波辐射平台，因此微波的利用率很高，设备效率很高；同时，这种结构还可以改善腔内的微波辐射场形状，改善腔内的等离子体的分布结构，有利于腔内的化学气相沉积。另一方面，由于本实用新型与微波输入相关的部件设置在腔体的下方，因此本实用新型的腔体可以向上开启，例如在保持固定座不动的情况下，将侧壁及顶盖从固定座上升起或者在保持固定座与侧壁不动的情况下，将顶盖升起，使放置基材的内台露出，这样就大大方便了基材的取放，解决了现有腔体只能通过沉积平台下降的方式开启，导致基材的取放操作困难、影响工作效率的问题。
6.作为优选，内台的顶部中央嵌设有散热板，所述散热板构成所述内台水冷腔的腔顶，散热板的上表面与内台的顶面在同一平面上，散热板的外周与内台之间设有密封圈。在内台的顶部中央嵌设导热性能更好的散热板，可以提高散热效果；密封圈可以防止内台水冷腔内的冷却水进入内腔。
7.作为优选，绝缘支撑环为石英玻璃，绝缘支撑环的上下两端分别嵌设在内台及固定座上，绝缘支撑环与内台及固定座之间均设有密封环。石英玻璃具有绝缘与耐高温的特点，可以满足腔内高温下的绝缘要求；而密封环可以使内腔与外界隔离，确保腔体的密封性能。
8.作为优选，顶盖底面中央设有与侧壁配合的下凸台，下凸台的底面设有环形槽，所述环形槽与进气口连通，环形槽的槽口设有环形盖板，沿盖板的周向均匀设有进气孔，所述环形槽及进气孔构成均匀进气装置，顶盖与侧壁顶面之间设有用于防止微波泄漏的簧片。在顶盖底面设置下凸台，并在下凸台的底面设置与进气口连通的环形槽，则进入腔体的混合气体可以均匀地分散到环形槽中，并通过环形槽盖板上的进气孔均匀进入内腔，确保腔内混合气体分布均匀。
9.作为优选，顶盖上设有凹腔，凹腔处设有顶端水冷腔，顶端水冷腔内竖直设有进水管，所述进水管的上端开口位于顶端水冷腔的顶部，进水管的下端开口靠近顶端水冷腔的底部，顶端水冷腔的排水口设置在顶端水冷腔的顶部。顶端水冷腔用于对顶盖进行冷却，可以提升腔体的冷却效果。
10.作为优选，内腔为上小下大的阶体轴结构，包括上腔与下腔，上、下腔之间通过锥面过渡连接，内腔的外周设有若干贯穿侧壁的观察窗，所述观察窗的内端位于锥面上，腔体上还设有测温孔。上小下大的内腔结构及上、下腔之间的锥面过渡结构可以从整体上完善腔内的微波辐射场形状，完善腔内的等离子体的分布结构，有利于腔内的化学气相沉积。观察窗用于观察腔内基材上的沉积情况，通常为3-6个，可以水平或倾斜设置；测温孔用于设置温度探头，用于检测腔内的工作温度，确保腔内温度在工艺要求的范围内。
11.作为优选，腔体水冷腔包括位于侧壁上部的环形腔及位于侧壁下部且与环形腔连通的筒形腔，腔体水冷腔的进水口设置在筒形腔的底部，腔体水冷腔的出水口设置在环形
腔的顶部；侧壁的底部设有支撑圈，腔体水冷腔的进水口设置在支撑圈上，支撑圈的底面与固定座之间设有密封圈。设置与内腔形状及腔内温度分布适配的环形水冷腔和筒形水冷腔，可以使散热效果达到最佳。
12.作为优选，排气孔环绕固定座上的通孔均匀布置，固定座的底面设有覆盖所述排气孔的集气槽，所述的集气槽上设有排气口。排气时腔内的气体通过均匀分布的排气孔进入集气槽，再由排气口集中排出。
13.本实用新型的有益效果是：它有效地解决了现有技术等离子体cvd设备的腔体结构存在微波利用率不高，效率较低及只能通过沉积平台下降的方式开启，导致基材的取放操作困难、影响工作效率的问题，本实用新型的腔体结构具有结构简单，效率高、基材取放操作方便的优点，具有很高的实用价值。
附图说明
14.图1是本实用新型等离子体cvd设备的腔体结构的一种剖视图；
15.图中：1.固定座，2.侧壁，3.顶盖，4.进气口，5.排气孔，6.内台，7.绝缘支撑环，8.内台水冷腔，9.内台水冷管，10.通孔，11.波导连接法兰管，12.散热板，13.密封环，14.环形槽，15.环形盖板，16.簧片，17.顶端水冷腔，18.进水管，19.排水口，20.上腔，21.下腔，22.锥面，23.观察窗，24.环形腔，25.筒形腔，26.进水口，27.出水口，28.支撑圈，29.密封圈，30.集气槽，31.排气口。
具体实施方式
16.下面通过实施例，并结合附图对本实用新型技术方案的具体实施方式作进一步的说明。
17.实施例1
18.在如图1所示的实施例1中，一种等离子体cvd设备的腔体结构，所述腔体结构包括固定座1、设置在固定座上的圆筒状侧壁2及设于侧壁上端的顶盖3，顶盖上设有进气口4，固定座上设有排气孔5，内腔的下部设有内台6，所述内台通过绝缘支撑环7设置在固定座上，固定座、侧壁及顶盖围合构成所述等离子体cvd设备的内腔。内腔为上小下大的阶体轴结构，包括上腔20与下腔21，上、下腔之间通过锥面22过渡连接，内腔的外周设有若干贯穿侧壁的观察窗23，所述观察窗的内端位于锥面上，腔体上还设有测温孔。侧壁内设有腔体水冷腔，腔体水冷腔包括位于侧壁上部的环形腔24及位于侧壁下部且与环形腔连通的筒形腔25，腔体水冷腔的进水口26设置在筒形腔的底部，腔体水冷腔的出水口27设置在环形腔的顶部；侧壁的底部设有支撑圈28，腔体水冷腔的进水口设置在支撑圈上，支撑圈的底面与固定座之间设有密封圈29。
19.本实施例内台的绝缘支撑环为石英玻璃，绝缘支撑环的上下两端分别嵌设在内台及固定座上，绝缘支撑环与内台及固定座之间均设有密封环13。内台内部设有内台水冷腔8，内台的顶部中央嵌设有散热板12，所述散热板构成所述内台水冷腔的腔顶，散热板的上表面与内台的顶面在同一平面上，散热板的外周与内台之间设有密封圈。内台水冷腔的底部与内台水冷管9连接，固定座的中部设有通孔10，通孔的下端口设有引导微波进入内腔的波导连接法兰管11，所述内台水冷管穿设在波导连接法兰管的中央。
20.本实施例的顶盖底面中央设有与侧壁配合的下凸台，下凸台的底面设有环形槽14，所述环形槽与进气口连通，环形槽的槽口设有环形盖板15，沿盖板的周向均匀设有进气孔，所述环形槽及进气孔构成均匀进气装置，顶盖与侧壁顶面之间设有用于防止微波泄漏的簧片16。顶盖上设有凹腔，凹腔处设有顶端水冷腔17，顶端水冷腔内竖直设有进水管18，所述进水管的上端开口位于顶端水冷腔的顶部，进水管的下端开口靠近顶端水冷腔的底部，顶端水冷腔的排水口19设置在顶端水冷腔的顶部。
21.本实施例的排气孔环绕固定座上的通孔均匀布置，固定座的底面设有覆盖所述排气孔的集气槽30，所述的集气槽上设有排气口31。
22.本实用新型加热所需的微波通过波导连接法兰管和内台水冷管组成的同轴传输机构从腔体的底部输入，其中内台以发射天线的形式将微波直接导入内腔，使腔内气体在内台上方形成等离子体，腔内的化学气相沉积物集中于内台的基材上。由于本实用新型的内台同时用作基材放置平台及微波辐射平台，因此微波的利用率很高，设备效率很高。另一方面，由于本实用新型与微波输入相关的部件设置在腔体的下方，因此本实用新型的腔体可以向上开启，例如在保持固定座不动的情况下，将侧壁及顶盖从固定座上升起或者在保持固定座与侧壁不动的情况下，将顶盖升起，使放置基材的内台露出，这样就大大方便了基材的取放。
23.除上述实施例外，在本实用新型的权利要求书及说明书所公开的范围内，本实用新型的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本实用新型没有详细描述的实施例也应视为本实用新型的具体实施例而在本实用新型的保护范围之内。