一種用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜制備領域，具體涉及一種采用紅外測溫技術在熱絲化學氣相沉積反應過程中實時監(jiān)測襯底表面溫度的方法。
【背景技術】
[0002]化學氣相沉積是目前制備金剛石薄膜最常用的一項技術，其中實際應用中尤以熱絲化學氣相沉積(HFCVD)和微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)最為常見。采用HFCVD技術制備大面積金剛石薄膜(一般指直徑在1cm以上)時，為了獲得均勻分布、高質量的薄膜，控制熱絲溫度、襯底表面溫度、基片臺相對位置是至關重要的幾個部分。通常熱絲溫度控制在2000°C以上，由外接加熱電機直接控制；襯底置于熱絲正下方的基片臺上方，襯底表面溫度控制在700?900°C之間，由基片臺與熱絲之間的距離決定；另外可以通過基片臺的旋轉，使襯底表面沉積得到的大面積金剛石薄膜呈均勻分布。
[0003]目前襯底表面溫度的測定主要通過熱電偶實現，將熱電偶的末端置于基片臺某一預定的位置，通過連接線將其與腔室外的表頭連接，直接讀出該點的溫度值。該方法整體價格較低，操作相對簡單，但是該方法測量精度較低，只能測量基片臺的溫度，無法直接顯示襯底表面的溫度，且由于基片臺內部又插入了熱電偶，將導致基片臺位置固定，無法旋轉，對于大面積的金剛石薄膜，會對薄膜的均勾性產生一定的影響。
[0004]因此設計一種更準確直接、非接觸式的測量襯底表面溫度的方法，對于制備高質量的大面積金剛石薄膜顯得尤為重要。

【發(fā)明內容】

[0005]針對以上熱電偶測量襯底溫度存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種采用紅外測溫的方法，可以以非接觸方式直接測量襯底表面的溫度。
[0006]—種用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，包括氣相沉積系統(tǒng)和用于檢測襯底溫度的測溫裝置，所述的氣相沉積系統(tǒng)包括密閉腔室，在密閉腔室的內部設有基片臺，基片臺端面用于放置襯底，基片臺的底部固定用于驅動基片臺運動的旋轉軸，旋轉軸的另一端從密閉腔室的底部伸出；
[0007]所述的測溫裝置為紅外測溫儀，在密閉腔室的側壁設有測量通道，測量通道的端部設有觀察窗，所述紅外測溫儀的探頭與所述觀察窗對正。其中，所述的基片臺可以隨旋轉軸自由轉動，也可以上下移動。
[0008]該裝置可用于熱絲化學氣相沉積過程中，襯底表面溫度的測定。通過采用紅外測溫的技術，實時無損的監(jiān)測該溫度在反應過程中的變化情況。該技術屬于非接觸式測量技術，不會對反應過程中基片臺的其它行為(如旋轉、升降等)產生影響。
[0009]觀察窗的材料選用有機玻璃，且應使產生的紅外線能很好的穿透有機玻璃；觀察窗與腔室的連接處的材料選用與腔室相同的材料，保證整個裝置的穩(wěn)定性。
[0010]采用的紅外測溫儀為常見的各類商用紅外測溫儀，一般至少包括紅外探頭和顯示表兩部分。紅外探頭置于觀察窗外面，采用以一定的角度固定安放，測量所得的溫度直接通過顯示表顯示。作為優(yōu)選，所述的測量通道斜向布置，所述的襯底設置于所述測量通道的延長線上。
[0011]作為優(yōu)選，所述的密閉腔室的內部固定有熱絲架，在熱絲架上平行等距地分布有若干根熱絲。熱絲為鉭絲或者鎢絲等貴金屬材料，熱絲直徑一般為0.5mm。數量不等的熱絲平行等距排列，熱絲兩兩間距保持在1mm不變。所述的熱絲采用外接加熱電機進行加熱。
[0012]根據本發(fā)明，觀察窗的位置應選擇在高于熱絲所在平面的位置，且觀察窗與腔室的連接處不采用垂直連接，而是采用以一定角度的方式。這樣的結構設計有利于使紅外測溫儀能更好的對準襯底表面。
[0013]作為優(yōu)選，所述的旋轉軸內部設有冷卻水通道，所述冷卻水通道均勻分布于基片臺的下方，此時可以保證基片臺溫度均勻分布。
[0014]所述的基片臺為圓形銅臺，作為優(yōu)選，所述的襯底為直接放置于基片臺上表面的平板。
[0015]同現有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現在:紅外測溫準確性高，采用非接觸式的方式測量，不會影響腔室內部基片臺的運行。在測量的同時基片臺可以自由旋轉，有利于獲得高質量均勻分布的大面積金剛石薄膜。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置的結構示意圖；圖中，1:紅外測溫儀；2:密閉腔室；3:觀察窗；4:熱絲；5:襯底；6:基片臺；7:旋轉軸；
[0017]圖2為采用熱電偶與紅外測溫儀溫度測量對比圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合圖1對本發(fā)明的內容做進一步的描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的測溫裝置包括密閉腔室2，密閉腔室2的內部設有基片臺6，基片臺6的底部固定連接有旋轉軸7，旋轉軸7從密閉腔室2的底部伸出，可在外部驅動設備的驅動下轉動或者上下移動，并帶動基片臺6運動。基片臺6的端面上用于放置待沉積薄膜的襯底5，在襯底5的上方一定距離設有固定于閉腔室2內壁上的熱絲架，在熱絲架上設有若干根平行布置的熱絲4。
[0020]在密閉腔室2的外部設有紅外測溫儀1，在密閉腔室2的側壁上設有與紅外測溫儀I的探頭相對應的檢測通道，檢測通道的端部設有觀察窗3，觀察窗3的材料為有機玻璃，該材料能夠使紅外線順利的通過。檢測通道與密閉腔室2的側壁呈一定夾角，襯底5位于檢測通道的延長線上。
[0021]使用時，將若干根完全相同的熱絲平行等距的安裝于熱絲架上，裝入腔室內某一特定放置熱絲處，并將其固定。將待沉積的襯底置于基片臺表面中心位置，上下移動基片臺的高度，控制襯底與熱絲之間的距離(一般起始距離可以控制在1mm)。往基片臺底部通入冷卻水，用于冷卻基片臺，并使其表面有一均勻分布的溫度梯度。調整紅外測溫儀的高度及位置，使測溫儀可以穿過熱絲間的縫隙，聚焦于襯底表面。
[0022]所有安裝準備工作結束后，就可對熱絲加熱，使用外接加熱電機加熱，并采用梯度升溫的方式，至熱絲溫度達2000°C以上。觀察紅外測溫儀顯示的數值，通過升降機片臺，調整襯底與熱絲間的相對距離，將襯底溫度穩(wěn)定在800°C左右。反應過程中需維持熱絲和襯底的溫度均不變或在一較小的范圍內波動。
[0023]紅外測溫儀測溫方法的校正采用與熱電偶方法對比，可以通過不同溫度梯度下，兩者測量結果的比較，得出該測量方法的準確性。
[0024]在微波等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)中，在襯底加熱過程中，通過襯底上安裝的熱電偶及腔體外的紅外測溫儀分別測定襯底表面溫度，并對比兩種結果，如圖2所示。由圖可知，紅外測溫儀測定的溫度值略微小于熱電偶所測定的值，而且隨著所測溫度的升高，其差值越來越小。當熱電偶顯示為750°C時，紅外測溫儀顯示為726°C，兩者僅相差24°C，相當于熱電偶顯示溫度的3.2%。由于CVD法沉積金剛石過程中對襯底的溫度并不要求維持在一特定溫度下進行，因此該測量誤差屬于可接受范圍。
【主權項】
1.一種用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，包括氣相沉積系統(tǒng)和用于檢測襯底溫度的測溫裝置，其特征在于，所述的氣相沉積系統(tǒng)包括密閉腔室(2)，在密閉腔室(2)的內部設有基片臺(6)，基片臺(6)端面用于放置襯底(5)，基片臺(6)的底部固定用于驅動基片臺(6)運動的旋轉軸(7)，旋轉軸(7)的另一端從密閉腔室(2)的底部伸出； 所述的測溫裝置為紅外測溫儀(I)，在密閉腔室(2)的側壁設有測量通道，測量通道的端部設有觀察窗(3)，所述紅外測溫儀(I)的探頭與所述觀察窗(3)對正。2.根據權利要求1所述的用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，其特征在于，所述的觀察窗(3)的材料為石英玻璃，所述的測量通道的材料與腔室相同。3.根據權利要求1所述的用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，其特征在于，所述的測量通道斜向布置，所述的襯底(5)設置于所述測量通道的延長線上。4.根據權利要求1所述的用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，其特征在于，所述的密閉腔室(2)的內部固定有熱絲架，在熱絲架上平行等距地分布有若干根熱絲。5.根據權利要求4所述的用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，其特征在于，所述的熱絲采用外接加熱電機進行加熱。6.根據權利要求1所述的用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，其特征在于，所述的旋轉軸內部設有冷卻水通道，所述冷卻水通道均勻分布于基片臺的下方。7.根據權利要求1所述的用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，其特征在于，所述的襯底為直接放置于基片臺上表面的平板。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于熱絲化學氣相沉積襯底表面溫度測量的裝置，包括氣相沉積系統(tǒng)和用于檢測襯底溫度的測溫裝置，所述的氣相沉積系統(tǒng)包括密閉腔室，在密閉腔室的內部設有基片臺，基片臺端面用于放置襯底，基片臺的底部固定用于驅動基片臺運動的旋轉軸，旋轉軸的另一端從密閉腔室的底部伸出；所述的測溫裝置為紅外測溫儀，在密閉腔室的側壁設有測量通道，測量通道的端部設有觀察窗，所述紅外測溫儀的探頭與所述觀察窗對正。該裝置可用于熱絲化學氣相沉積過程中，襯底表面溫度的測定。通過采用紅外測溫的技術，實時無損的監(jiān)測該溫度在反應過程中的變化情況。該技術屬于非接觸式測量技術，不會對反應過程中基片臺的其它行為(如旋轉、升降等)產生影響。
【IPC分類】G01J5/02, G01J5/10
【公開號】CN105021288
【申請?zhí)枴緾N201510474034
【發(fā)明人】楊彬, 余青霓, 李 浩, 雷樂成
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年8月5日