一种大尺寸金刚石、MPCVD装置及大尺寸金刚石制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种MPCVD装置，包括沉积台、基片台、升降台、微波石英窗、上盖板、底板、压力传感器、复合视窗、厚度测量装置、视觉装置、测温装置、等离子体诊断装置、真空密封圈及微波屏蔽密封圈；上盖板与底板围成反应腔，在上盖板的顶部设置有进气孔，在底板上设置有出气孔；微波石英窗为圆环形，设于沉积台与底板之间，通过微波石英窗将反应腔与外界空气隔离；升降台内设置有真空通道和冷却通道，基片台下表面与升降台上表面构成真空腔，所述真空腔与所述真空通道连通，在所述真空腔内设置有监测气压的压力传感器。采用本发明专利技术的MPCVD装置，可有效防止视窗处微波泄露，实时对工艺参数进行监测，以及使金刚石的生长面始终处于同一生长高度。高度。高度。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸金刚石、MPCVD装置及大尺寸金刚石制备方法


[0001]本专利技术属于金刚石制备
，具体涉及一种大尺寸金刚石、MPCVD装置及大尺寸金刚石制备方法。

技术介绍

[0002]金刚石具有特别优异的机械性能、热学性能、光学性能、声学性能、电学性能及化学惰性，是一种全方位的不可替代的极端性能材料。利用其优异的机械性能制成的金刚石工具已经广泛应用于机械加工领域。随着科学技术的不断进步，金刚石其他独特的性能得到不断的开发利用，在超高导热材料、高透率光学窗口、半导体器件等领域均显现出了巨大的应用前景，甚至成为引领部分应用领域变革性发展的核心材料。
[0003]人造金刚石合成方法主要高温高压法（HTHP）、微波等离子化学气相沉积法（MPCVD）、直流电弧等离子体喷射法（DCAPJ）/热丝化学气相沉积法（HFCVD）等， MPCVD法具有等离子体能量密度高、杂质含量低、可控性好等优点，已成为制备大尺寸高品质金刚石的首选方法。现有的MPCVD装置具有高真空密封、低漏率、高微波功率、均匀沉积等特点中的一个或多个，但是腔门开合密封处、观察窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MPCVD装置，包括沉积台、基片台、微波石英窗、上盖板、底板；上盖板与底板围成反应腔，在上盖板的顶部设置有进气孔，在底板上设置有出气孔，所述出气孔与抽真空装置连接，以便将反应腔抽为真空环境；微波石英窗为圆环形，设于沉积台与底板之间，通过微波石英窗将反应腔与外界空气隔离；在底板与上盖板的连接处通过O型密封圈组进行密封，所述O型密封圈组设于底板上的密封槽内；其特征在于，所述O型密封圈组包括呈同心圆设置的真空密封圈及微波屏蔽密封圈，还包括设置在反应腔内用于测量反应腔内气压的压力传感器和设置在上盖板上并与上盖板密封连接的多个复合视窗，所述复合视窗处分别设有厚度测量装置、视觉装置、测温装置以及等离子体诊断装置，其中厚度测量装置用于实时测量金刚石的生长厚度，视觉装置用于实时检测表面缺陷情况和温差判断，测温装置用于实时检测金刚石温度，等离子体诊断装置用于测量金刚石生长面的各种含碳基团含量。2.如权利要求1所述的MPCVD装置，其特征在于还包括用于带动基片台升降的升降台，所述升降台内设置有真空通道和冷却通道，所述基片台安装在升降台上表面，基片台下表面与升降台上表面之间形成有真空腔，所述真空腔与所述真空通道连通，在所述真空腔内设置有监测气压的压力传感器。3.如权利要求2所述的MPCVD装置，其特征在于，所述上盖板上开设有与复合视窗适配的通孔，所述复合视窗设置在所述通孔内且对反应腔起到密封作用，所述复合视窗包括石英窗口和镀膜玻璃窗口，石英窗口和镀膜玻璃窗口之间设置有螺帽，所述螺帽外表面和所述通孔的内表面设置有相适配的螺纹；所述微波石英窗与沉积台的连接处设置有上真空密封圈，所述微波石英窗与底板的连接处设置有下真空密封圈。4.如权利要求3所述的MPCVD装置，其特征在于，所述复合视窗还包括固定装置、定位装置和密封装置，所述通孔内设置有卡接台阶，所述定位装置和密封装置设置在卡接台阶处与石英窗口共同起到对反应腔的密封作用，所述固定装置设置在所述镀膜玻璃窗口处并对其进行固定。5.如权利要求1所述的MPCVD装置，其特征在于，所述厚度测量装置采用激光测厚仪，所述视觉装置采用CCD视觉相机，所述测温装置采用红外测温仪，所述等离子体诊断装置采用等离子体光谱仪。6.一种基于权利要求2所述MPCVD装置的金刚石制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将MPCVD装置通过微波传导和微波调节装置连接至微波电源；将真空通道和反应腔的出气孔分别连接至抽真空装置；将冷却通道的入水口通过管道连接至冷却水源，在所述管道上设置有水流量调节装置；将设置在复合视窗处的厚度测量装置、视觉装置、测温装置、等离子体诊断装置、设置在真空腔和反应腔的压力传感器分别通信连接至上位机，上位机通信连接至控制单元，控制单元分别通信连接至微波电源控制系统、真空腔气压调节气路控制系统、反应腔气压调节气路控制系统、冷却通道水流量调节装置、以及升降台的升降控制装置，所述上位机上安装有用于对金刚石生长工艺参数进行优化的金刚石生长工艺专家优化系统；（2）将处理好的大尺寸单晶金刚石或大尺寸单晶硅晶圆放置到基片台，将步骤（1）中的所有设备接通电源，开启抽真空装置将反应腔抽真空至气压为0.1Pa以下；微波电源、厚度测量装置、视觉装置、测温装置、等离子体诊断装置以及压力传感器对金刚石生长工艺参数进行实时测量并将数据发送至上位机；
（3）通过反应腔气压调节气路控制系统从进气孔向反应腔内通入甲烷、氢气和氮气使反应腔内的气压到预设值；通过升降控制装置将基片台升降至预设高度；（4）开启微波电源至微波功率到预设值；通过真空腔气压调节气路控制系统调节基片台真空腔内气压至预设值；在金刚石...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓磊，闫宁，徐帅，赵延军，邵俊永，周文涛，赵炯，曹博伦，刘晖，潘红星，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：