[發明專利]一種MPCVD設備基板臺冷卻系統

在審

• 申請號: 202110356302.2
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113186516A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 龔闖;朱長征;吳劍波;蔣劍宏
• 申請（專利權）人: 上海征世科技股份有限公司
• 主分類號: C23C16/46
• 分類號: C23C16/46;C23C16/511;C23C16/52;C23C16/27
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 袁步蘭

本發明公開了一種MPCVD設備基板臺冷卻系統，包括基板、冷卻水進管、冷卻水出管，基板內設置若干個豎直布置的冷流孔，冷流孔在水平方向上均勻分布，冷流孔內設置將其隔為彎折流道的隔板，彎折位置位于冷流孔的頂端，冷卻水進管插入基板內并連接所有的冷流孔一側流道，冷流孔的另一側流道均連接至冷卻水出管上。往基板內通入適宜流量的冷卻水，用于冷卻MPCVD生產過程中的基片上的高溫區域，防止局部過熱引起金剛石膜沉積不均勻，由離子態沉積為金剛石相的過程如果不同位置溫差不同，則金剛石結構內應力分布也不均勻，導致金剛石膜的成品質量下降。基板上有多個均布的冷流孔，在全區域上進行溫度控制。

技術領域

本發明涉及微波等離子加工技術領域，具體為一種MPCVD設備基板臺冷卻系統。

背景技術

微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)是一種半導體領域使用廣泛的技術，還被廣泛用于制造精密的金剛石膜。

金剛石膜生產過程中，需要確保金剛石膜的溫度均勻，否則影響成膜質量與物化性質，而常規的通過基板自身來將金剛石膜的高溫導出，是一種很低效的降溫冷卻方式。

現有技術中，還有使用溫度傳感器來檢測多個測點的溫度然后調配冷卻結構的，這樣的冷卻方式還是存在一定的問題：以溫度傳感器測點的形式來檢測一個個基板位置的溫度然后調整冷卻結構，溫度的獲得并不迅速且已經受到基板相鄰位置的傳熱而未充分反應該位置金剛石膜的局部溫度，溫度傳感器測溫慢，反饋速度跟不上等離子體的變化速度，冷卻結構的調整更加滯后，成膜質量還是受到影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種MPCVD設備基板臺冷卻系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種MPCVD設備基板臺冷卻系統，包括基板、冷卻水進管、冷卻水出管，基板內設置若干個豎直布置的冷流孔，冷流孔在水平方向上均勻分布，冷流孔內設置將其隔為彎折流道的隔板，彎折位置位于冷流孔的頂端，冷卻水進管插入基板內并連接所有的冷流孔一側流道，冷流孔的另一側流道均連接至冷卻水出管上。往基板內通入適宜流量的冷卻水，用于冷卻MPCVD生產過程中的基片上的高溫區域，防止局部過熱引起金剛石膜沉積不均勻，由離子態沉積為金剛石相的過程如果不同位置溫差不同，則金剛石結構內應力分布也不均勻，導致金剛石膜的成品質量下降?；迳嫌卸鄠€均布的冷流孔，在全區域上進行溫度控制。

進一步的，基板內設置流阻孔，流阻孔設置在冷流孔側壁上，流阻孔根據該冷流孔頂端的溫度控制該冷流孔內的冷卻水流量。流阻孔內設置相應結構來改變冷流孔流道的開度，改變的依據是這一冷流孔頂端的溫度，流阻孔內有一伸縮塊，其可以伸出或收回來改變流道面積，從而控制該冷流道內的冷卻水流量。

進一步的，基板臺冷卻系統還包括感應線和磁體，感應線橫置在冷流孔的頂端，磁體滑動安裝在流阻孔內，感應線根據該冷流孔上方等離子體感生出的電流來控制磁體伸出流阻孔的長度。基片上方是等離子云，其內部也分高溫區域與低溫區域，每個冷流孔上方是金剛石沉積成膜位置，如果該處的等離子云局部溫度高，則相應的，成膜的金剛石也溫度高，反之亦然，等離子云內是一個個在德拜尺度內自由運動的電荷，溫度的高低與粒子的運動速度相關，根據熱力學知識，粒子運動速度大，則溫度高，而等離子云內高速運動的粒子由于是電荷，運動會具有一個個的微小位置的等效電流，等效電流產生一個個的感生磁場，感生磁場被感應線捕獲而在感應線內又形成感應電流，理論上，等離子體內帶電粒子的運動在一定時間周期以上均勻的，即，整體的等效電流為零，但是，感應線兩端接入信號處理電路或者通過一定的手段可以提取出一部分的電流標量，所以，以相同的取樣手段在感應線上獲得的信號電流可以用于代表該感應線上方等離子體的局部溫度量，然后使用該信號去驅動磁體的伸出與收回，改變該冷流孔的流道面積，改變冷卻水流量，達到控溫目的。感應電流的方式來獲取溫度信息，信號的獲取非常及時，而且，是直接獲取即將成膜的等離子體的溫度，用作信號控制冷卻水流量，冷卻水流量調整完畢的時刻與金剛石成膜時刻對應上，為該處的金剛石膜提供及時的冷卻。