CN209669348U - 一种基片台及其装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基片台，用于承载圆片，所述基片台上表面呈圆形，所述基片台直径大于所述圆片，所述基片台的圆形边缘设有一个环形的凹坑，所述凹坑中填充有无机材料。由于微波激发的等离子体球是一个能量密度不均匀的球形体，导致对基片台上工件的热辐射量也是分布不均匀的。为了保证整个基片台表面有一个比较均匀一致的温度，利用金刚石的高热导能力，将金刚石圆片作为基片台表面导热材料，下面是埋有水冷凝管的导热金属，金刚石圆片与导热金属之间有一层提高附着力的金属薄膜。金刚石圆片边缘与基片台边缘有一个环形的空隙，缝隙中填充有一种耐高温、惰性的无机材料。
Description
技术领域
本实用新型属于真空微电子技术领域，具体涉及一种基片台。
背景技术
等离子体是继固态，液态，气态之后的作为物质的第四态，在很多领域有着广泛的应用。而要使物质处于等离子体状态，就需要提供一定的能量。微波作为一种电磁波，比较容易的将气体激发成等离子体状态，因此微波等离子体技术在很多领域得到了广泛的应用。
微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置一般包括微波系统、真空系统、供气系统和等离子体反应室，等离子体反应室中设有一个自旋转基片台，以制备金刚石膜为例，微波系统产生的微波进入等离子体反应室，在自旋转基片台上方激发供气系统提供的气体产生等离子体球，等离子体球紧贴在成膜衬底材料表面，通过调整不同的反应气体以及调整等离子体的工艺参数，可以在基片台表面沉积金刚石薄膜。
由于微波等离子体激发的特性，在基片台上方，靠近基片台中央区域电场强度最大；靠近基片台边缘区域电场强度较弱；因此用微波激发等离子体往往呈现球形。传统的基片台材料为不锈钢，或者是耐高温的金属材料如钨或者钼。下面例举了集中不同的材料在指定温度下的热导率：铝：230W/m.K(300℃)；铜：377W/m.K(100℃)；银：412W/m.K(100℃)；不锈钢：16W/m.K(20℃)；钨：180W/m.K(25℃)；钼：142W/m.K(25℃)；金刚石：1800-2000W/m.K(25℃)。由于钨，钼，不锈钢等材料的热导率较低，以这些材料作为微波等离子体基片台时，在微波等离子体辐照下，基片台表面中央区域与边缘区域有较明显的温度差，难以保持温度的均匀一致。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种基片台，用于承载圆片，所述基片台上表面呈圆形，所述基片台直径大于所述圆片，所述基片台的圆形边缘设有一个环形的凹坑，所述凹坑中填充有无机材料。
可选地，基片台上表面是圆形的金刚石膜，直径比基片台直径略小，金刚石膜边缘与基片台边缘有一个环形的凹坑；凹坑中填充有特定的无机材料，无机材料的填入是为了保护下面的冷凝金属避免直接与微波激发的等离子体接触而产生不必要的污染。
可选地，金刚石膜是两面抛光平整或者一面抛光平整，一面没有抛光的有一定厚度的金刚石膜；以抛光的那一面向上作为基片台的上表面。金刚石膜的厚度一般为1.0-2.5毫米之间。
可选地，金刚石膜与基片台边缘有一个1.0-3.0mm的环形间隙，间隙深度与金刚石膜厚度保持一致。
可选地，金刚石膜下表面有一层特定的金属涂层，一般为金属Cr,Ti单质或者它们的合金，厚度一般在0.3-10.0微米之间，该金属涂层的作用是提高金刚石膜与下面冷凝金属之间的结合强度。
可选地，下表面附有特定金属涂层的金刚石膜，其下方紧贴着一种金属物作为导热材料，金属物中埋有冷凝用的水冷凝管。
本实用新型还提供了该基片台用于采用微波等离子体化学气相沉积装置，该装置包括微波系统、真空系统、供气系统和等离子体反应室，等离子体反应室中设有一自旋转基片台，工作过程中微波系统产生的微波进入等离子体反应室，在自旋转基片台上方激发供气系统提供的气体产生等离子体球。
为了保证整个基片台表面有一个比较均匀一致的温度，利用金刚石的高热导能力，将金刚石圆片作为基片台表面导热材料，下面是埋有水冷凝管的导热金属，金刚石圆片与导热金属之间有一层提高附着力的金属薄膜。金刚石圆片边缘与基片台边缘有一个环形的空隙，缝隙中填充有一种耐高温、惰性的无机材料。
附图说明
图1为基片台表面的结构示意图；
图2为实施例1中测温点位置示意图；
附图标记：1.基片台；2.水冷凝管；3.导热金属；4.金属薄膜；5.CVD金刚石膜；6.填充无机材料。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。
如图1所示，提供了一种基片台(1)用于采用微波等离子体化学气相沉积装置中，该装置包括微波系统、真空系统、供气系统和等离子体反应室，等离子体反应室中设有一自旋转基片台，工作过程中微波系统产生的微波进入等离子体反应室，在自旋转基片台上方激发供气系统提供的气体产生等离子体球。基片台上表面是圆形的金刚石膜，直径比基片台直径略小，于是在金刚石膜边缘与基片台边缘之间形成了一个环形的凹坑(形成该凹坑的目的是避免金刚石膜与基片台边缘直接接触，这样可以防止因为金刚石膜与基片台材料之间因为热膨胀系数上的差异而导致在高温或者室温的温差波动中因为热应力还损坏金刚石膜)；凹坑中填充有特定的无机材料(6)(该材料能覆盖住下面导热金属表面，避免微波激发的等离子体与导热金属直接基础而产生杂质)。金刚石膜(5)是两面抛光平整或者一面抛光平整，一面没有抛光的有一定厚度的金刚石膜；以抛光的那一面向上作为基片台的上表面。金刚石膜的厚度一般为1.0-2.5毫米之间。金刚石膜与基片台边缘有一个1.0-3.0mm的环形间隙，间隙深度与金刚石膜厚度保持一致。金刚石膜下表面有一层特定的金属涂层(4)，一般为金属Cr,Ti单质或者它们的合金，厚度一般在0.3-10.0微米之间(该金属涂层能提高金刚石膜与导热金属之间的结合力)。下表面附有特定金属涂层的金刚石膜，其下方紧贴着一种金属物作为导热金属(3)(该材料是一种以锡为主的合金，常压下该合金的熔点在250-400℃之间)，金属物中埋有冷凝用的水冷凝管(2)。
本实用新型实施例提供一种在微波CVD中，基片台表面温度保持均匀一致的结构。本实用新型所用微波等离子体化学气相沉积装置为不锈钢水冷腔体式微波等离子体化学气相沉积装置，其自旋转基片台直径为60mm，微波最大功率为5000W。为了测试温度效果，在基片台表面下部埋设了3个热偶测温点，位置见图2所示：O点为基片台圆心处；A点距离O点20mm处；B点距离O点40mm处。激发等离子体用的是H2(纯度99.999％)，CH4(纯度99.9999％)。
实施例一
金刚石圆片为直径55mm，厚度1.5mm的双面平整的圆形，在下表面用PVD方法制备了1.2微米厚的Cr薄膜，边缘缝隙填充为80目的氧化铝颗粒。微波功率4000W，气压12.0kPa，气体流量H2：CH4＝200：4.0sccm(sccm:标准立方厘米每分钟)。工作10分钟后测温结果：TO-TA<1.0℃(低于热电偶测量误差范围内)；TO-TB<1.0℃(低于热电偶测量误差范围内)。
实施例二
金刚石圆片为直径55mm，厚度1.8mm的上表面平整的圆形，在下表面未抛光，在未抛光表面用PVD方法制备了1.0微米厚的Ti薄膜，边缘缝隙填充为80目的氧化铝颗粒。微波功率3500W，气压10.0kPa，气体流量H2：CH4＝200：4.0sccm(sccm:标准立方厘米每分钟)。工作10分钟后测温结果：TO-TA<1.0℃(低于热电偶测量误差范围内)；TO-TB<1.0℃(低于热电偶测量误差范围内)。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基片台，用于承载圆片，其特征在于，所述基片台上表面呈圆形，所述基片台直径大于所述圆片，所述基片台的圆形边缘设有一个环形的凹坑，所述凹坑中填充有无机材料。
2.根据权利要求1所述的基片台，其特征在于：所述圆片是两面抛光平整或者一面抛光平整，一面没有抛光的金刚石膜；将抛光的那一面向上作为基片台的上表面。
3.根据权利要求2所述的基片台，其特征在于：所述金刚石膜的厚度为1.0-2.5毫米之间。
4.根据权利要求2所述的基片台，其特征在于：所述金刚石膜与基片台边缘有一个1.0-3.0mm的环形间隙。
5.根据权利要求4所述的基片台，其特征在于：所述环形间隙深度与金刚石膜厚度保持一致。
6.根据权利要求2所述的基片台，其特征在于：金刚石膜下表面有一层特定的金属涂层，厚度为0.3-10.0微米。
7.根据权利要求2或4所述的基片台，其特征在于：在金刚石膜与基片台的环形间隙中间设有一种耐高温的无机非金属材料。
8.根据权利要求2或6所述的基片台，其特征在于：所述金刚石膜下方紧贴着一种金属物作为导热材料，金属物中埋有冷凝用的水冷凝管。
9.根据权利要求1所述的基片台，其特征在于：所述圆片为金刚石圆片。
10.一种制备金刚石膜的装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的基片台：还包括微波系统、真空系统、供气系统和等离子体反应室，其中，所述基片台设置在等离子体反应室中，工作过程中微波系统产生的微波能进入等离子体反应室，在基片台上方激发供气系统提供的气体产生等离子体球。
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| CN111441036A (zh) * | 2019-02-01 | 2020-07-24 | 上海征世科技有限公司 | 一种基片台及其装置 |
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