CN214142531U - 一种具有冷却结构的mpcvd设备基板台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有冷却结构的MPCVD设备基板台，包括基板台，所述基板台内部设有用于冷却液流动的冷却通道，所述冷却通道呈多重间隔设置的环形，所述冷却通道以基板台的中心向边沿排布且依次连通，相邻环形内的冷却液流向相反，所述基板台底部的中心设有进液孔，所述基板台底部的边沿设有与冷却通道连通的出液孔。冷却效率高，将冷却通道设于基板台内部，增大了冷却液与基板台的接触面积，有利于冷却液通过流动带着基板台的热量，快速对基板台降温，避免传统方法中热量经基板台厚度方向传导后再冷却。

Description

一种具有冷却结构的MPCVD设备基板台

技术领域

本实用新型涉及MPCVD设备领域，特别涉及一种具有冷却结构的 MPCVD设备基板台。

背景技术

金刚石具有极高的硬度、热导率、绝缘性、光透过率，以及耐酸耐热、耐辐射等优异的物理、化学性能。这些独特的物理化学性质结合在一起使金刚石可以应用于刀具、涂层、光学窗口、半导体、电子器件等众多领域，这也使得金刚石成为近几十年中最有潜力的新型功能材料之一。但天然金刚石数量少，价格高等因素很大程度上限制了其市场应用，因此科学家寻找人工的方法来合成金刚石，以缓解大量的工业需求。人造金刚石具备与天然金刚石相同的结构而且有与之相媲美的性能，同时成本相对天然金刚石低廉，具有广泛的工业应用以及商业前景。

金刚石的人工合成方法一般分为两类：高温高压法、化学气相沉积法。其中高温高压法制备的金刚石含有杂质，品质较低，主要作为刀具的开发。而化学气相沉积法能够制备金刚石颗粒和金刚石膜，具有诸多的应用价值得到了迅速的发展，特别是能在异质物质基片上的沉积开始以来，经过了二十多年的研究历程。从初期的可能性的确定、沉积工艺条件的探索、形核及生长机理的研究，直到目前与实用化相关的低温、高速、大面积成膜等极限条件的探讨，以及金刚石膜的机械性能、光学、热学等性能的追求，经过了其热潮期，进入了稳步发展的阶段。

微波等离子体化学气相沉积法是目前国际上被用于高品质金刚石膜制备的首选方法，目前许多国家都在发展MPCVD技术，并开发出多种MPCVD装置。

MPCVD装置是将微波发生器产生的微波经波导传输系统进入反应器，并通入甲烷与氢气的混合气体，在微波的激励下，在反应室内产生辉光放电，使反应气体的分子离化，产生等离子体，在基板台上沉积得到金刚石膜。基板台温度均匀性对金刚石膜的沉积有较大影响，基板台温度均匀时，有利于得到质量较高的金刚石膜，基板台冷却均匀有助于实现基板台温度的均匀。

目前基板台的冷却结构为通过一根冷却管，将冷却液直接喷在基板台底部冷却管正上方区域(即基板台的底部中心)，正上方区域为一平面，由于等离子体火球加热时，中间温度高于两侧温度，由于基板台底部各位置的厚度相同，热传导效果相同，导致基板台底部存在温差，无法实现基板台的均匀冷却。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有冷却结构的 MPCVD设备基板台，结构合理巧妙，基板台冷却效果更好，基板台整体的温差小，实现了基板台的均匀冷却，利于MPCVD设备制备高质量的金刚石。

本实用新型提供一种具有冷却结构的MPCVD设备基板台，包括基板台，所述基板台内部设有用于冷却液流动的冷却通道，所述冷却通道呈多重间隔设置的环形，所述冷却通道以基板台的中心向边沿排布且依次连通，相邻环形内的冷却液流向相反，所述基板台底部的中心设有进液孔，所述基板台底部的边沿设有与冷却通道连通的出液孔。

进一步地，所述环形为圆环形、非圆环形中的任一种。

具体地，所述非圆环形矩形，矩形的四个直角处进行倒圆角处理，利于冷却液流动。

进一步地，所述冷却通道的截面为矩形或圆形。

进一步地，所述冷却通道的表面镀覆有导热层。

更进一步地，所述导热层为紫铜或金刚石膜。

具体地，所述紫铜的厚度为25-50um，所述金刚石膜的厚度不大于2um。

进一步地，所述基板台包括上基板台和下基板台，所述上基板台的顶部与下基板台的底部固定连接，位于上基板台底部的下基板台内为中空结构。

进一步地，所述固定连接的方式为通过紧固件或焊接连接为一体。

进一步地，还包括冷却循环泵送装置，所述进液孔上安装有进液管，所述出液孔上安装有出液管，所述进液管和出液管位于所述中空结构内，所述进液管和出液管与冷却循环泵送装置连接。

具体地，所述冷却循环泵送装置为冷水机。

进一步地，所述进液孔与进液管、出液孔与出液管的连接结构为螺纹结构，所述螺纹结构上还设有用于密封的密封件。

本实用新型具有冷却结构的MPCVD设备基板台有以下优点：

1、冷却效率高，将冷却通道设于基板台内部，增大了冷却液与基板台的接触面积，有利于冷却液通过流动带着基板台的热量，快速对基板台降温，避免传统方法中热量经基板台厚度方向传导后再冷却，冷却效果受基板台传导热量速率影响较大，本实用新型冷却方式更直接高效，相同冷却效果下，本实用新型所需的冷却液体量更小，降低了泵送冷却液的能耗，及对冷却循环泵送装置的要求。

2、基板台温度的均一性好，冷却液从基板台的中心位置进入基板台内部的冷却通道，冷却液温度较低，热量传导快，冷却效果好，有利于先降低中间温度，冷却液继续充满基板台内部，沿基板台中心向外依次正反向流动，依次向外逐步冷却，使相邻环形内的冷却效果衰减进行互补，达到基板台整体温度均匀，提高金刚石的生产质量。

3、本实用新型冷却液回流收集更合理规整，避免传统喷射冷却液在基板台底部再回流收集带来渗漏隐患，同时冷却液不易受喷射环境污染。

4、通过在冷却通道的表面镀覆有导热层，增加基板台中热量的传导速率，进一步提升了冷却效果。

附图说明

图1为实施例1中具有冷却结构的MPCVD设备基板台的剖面结构示意图；

图2为实施例1中上基板台和下基板台的结构示意图；

图3为实施例1中上基板台的剖面结构示意图；

图4为实施例2中上基板台的剖面结构示意图。

其中，1-基板台；2-进液管；3-出液管；4-进液孔；5-出液孔； 6-上基板台；7-冷却通道；8-下基板台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1、图2、图3所示，一种具有冷却结构的MPCVD设备基板台，包括基板台，所述基板台内部设有用于冷却液流动的冷却通道，所述冷却通道呈多重间隔设置的环形，所述冷却通道以基板台的中心向边沿排布且依次连通，相邻环形内的冷却液流向相反，所述基板台底部的中心设有进液孔，所述基板台底部的边沿设有与冷却通道连通的出液孔。

所述环形为圆环形，所述冷却通道的截面为矩形，宽度10mm，深度10mm，环形为5层结构，相邻环形处的厚度为6mm，厚度即内圈环形的内壁与外圈环形的外壁之间的距离。

所述基板台包括上基板台和下基板台，所述上基板台的顶部与下基板台的底部固定连接，位于上基板台底部的下基板台内为中空结构，本实施例中，将上基板台和下基板台焊接连接为一体，焊接处加工坡口，以保证焊接质量，上基板台为不锈钢材料，避免冷却液对其造成腐蚀，同时具有较好的热传导性能，上基板台通过3D打印制得，另一实施例中，上基板台的冷却通道通过数控铣削制得，由上基板台的底部进行加工，完成加工后再通过盖板和密封胶条对冷却通道以下部分的上基板台密封，以加工出冷却通道。

还包括冷却循环泵送装置(图中未示出)，所述进液孔上安装有进液管，所述出液孔上安装有出液管，所述进液管和出液管位于所述中空结构内，所述进液管和出液管与冷却循环泵送装置连接，冷却循环泵送装置为冷水机，可根据MPCVD设备所需要的冷却液温度，进行自由调节供应冷却液的相关温度及压力。

所述进液孔与进液管、出液孔与出液管的连接结构为螺纹结构，所述螺纹结构上还设有用于密封的密封件，避免连接处渗漏冷却液。

实施例2

本实用新型提供一种具有冷却结构的MPCVD设备基板台，包括基板台，所述基板台内部设有用于冷却液流动的冷却通道，所述冷却通道呈多重间隔设置的环形，所述冷却通道以基板台的中心向边沿排布且依次连通，相邻环形内的冷却液流向相反，所述基板台底部的中心设有进液孔，所述基板台底部的边沿设有与冷却通道连通的出液孔。

如图4所示，所述环形非圆环形，本实施例中非圆环形为矩形，矩形的四个直角处进行倒圆角处理，利于冷却液流动，所述冷却通道的截面为矩形，宽度12mm，深度12mm，环形为4层结构，相邻环形处的厚度为10mm，相邻环形连通处的冷却通道与水平方向呈45°设置，减小冷却液流动阻力，可保证冷却液匀速流动，基板台冷却效果更好，使基板台整体的温差小，实现了基板台的均匀冷却。

所述冷却通道的表面镀覆有导热层，所述导热层为紫铜，所述紫铜的厚度为35um。

所述基板台包括上基板台和下基板台，所述上基板台的顶部与下基板台的底部固定连接，位于上基板台底部的下基板台内为中空结构。

所述固定连接的方式为通过紧固件连接为一体，具体方式为在上基板台上加工沉头孔，下基板台上加工与沉头孔位置对应的螺纹孔，内六角螺栓穿过沉头孔拧入螺纹孔内，进而将上基板台和下基板台连接牢固，结构简单,便于对基板台进行加工和装配。

还包括冷却循环泵送装置，所述进液孔上安装有进液管，所述出液孔上安装有出液管，所述进液管和出液管位于所述中空结构内，所述进液管和出液管与冷却循环泵送装置连接。

所述进液孔与进液管、出液孔与出液管的连接结构为螺纹结构，所述螺纹结构上还设有用于密封的密封件，避免连接处出现渗漏，进液管、出液管为不锈钢材料。

实施例3

本实用新型提供一种具有冷却结构的MPCVD设备基板台，包括基板台，所述基板台内部设有用于冷却液流动的冷却通道，所述冷却通道呈多重间隔设置的环形，所述冷却通道以基板台的中心向边沿排布且依次连通，相邻环形内的冷却液流向相反，所述基板台底部的中心设有进液孔，所述基板台底部的边沿设有与冷却通道连通的出液孔。

所述环形为圆环形，所述冷却通道的截面为圆形，宽度8mm，深度8mm，环形为10层结构，相邻环形处的厚度为4mm，厚度即内圈环形的内壁与外圈环形的外壁之间的距离，其中进液孔的尺寸与冷却通道中心的环形直径相同，冷却液由进液孔进入对基板台中心冷却后，冷却液迅速充满基板台内部，沿基板台中心向外流动，中心为进液孔，冷却液温度低，热量传导快，冷却效果好。由于等离子体加热时中间位置温度高于两侧温度，以上结构可实现中间位置热量传导效果优于两侧位置热量传导效果，有利于实现基板台冷却均匀性。

所述冷却通道的表面镀覆有导热层。

所述导热层为金刚石膜，所述金刚石膜的厚度为1um。

所述基板台包括上基板台和下基板台，所述上基板台的顶部与下基板台的底部固定连接，位于上基板台底部的下基板台内为中空结构。

所述固定连接的方式为通过紧固件连接为一体，上基板台材质为铜，热传导速率更高，利于提高冷却效果。

还包括冷却循环泵送装置，所述进液孔上安装有进液管，所述出液孔上安装有出液管，所述进液管和出液管位于所述中空结构内，所述进液管和出液管与冷却循环泵送装置连接，冷却循环泵送装置为冷水机。

所述进液孔与进液管、出液孔与出液管的连接结构为螺纹结构，所述螺纹结构上还设有用于密封的密封件。

Claims (10)

1.一种具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于包括基板台，所述基板台内部设有用于冷却液流动的冷却通道，所述冷却通道呈多重间隔设置的环形，所述冷却通道以基板台的中心向边沿排布且依次连通，相邻环形内的冷却液流向相反，所述基板台底部的中心设有进液孔，所述基板台底部的边沿设有与冷却通道连通的出液孔。

2.根据权利要求1所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述环形为圆环形、非圆环形中的任一种。

3.根据权利要求1或2所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述冷却通道的截面为矩形或圆形。

4.根据权利要求3所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述冷却通道的表面镀覆有导热层。

5.根据权利要求4所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述导热层为紫铜或金刚石膜。

6.根据权利要求5所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述紫铜的厚度为25-50um，所述金刚石膜的厚度不大于2um。

7.根据权利要求6所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述基板台包括上基板台和下基板台，所述上基板台的顶部与下基板台的底部固定连接，位于上基板台底部的下基板台内为中空结构。

8.根据权利要求7所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述固定连接的方式为通过紧固件或焊接连接为一体。

9.根据权利要求8所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：还包括冷却循环泵送装置，所述进液孔上安装有进液管，所述出液孔上安装有出液管，所述进液管和出液管位于所述中空结构内，所述进液管和出液管与冷却循环泵送装置连接。

10.根据权利要求9所述的具有冷却结构的MPCVD设备基板台，其特征在于：所述进液孔与进液管、出液孔与出液管的连接结构为螺纹结构，所述螺纹结构上还设有用于密封的密封件。

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