基片控溫系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控溫裝置，更具體地說，涉及一種基片控溫系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在切削刀具等多種工具及零部件的表面沉積硬質(zhì)薄膜可以大幅度提高它們的使用性能，因此在工具及零部件的表面沉積薄膜已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。物理氣相沉積(PhysicalVapor Deposit1n, PVD)技術(shù)是制備硬質(zhì)薄膜的主要方法。在真空條件下采用物理方法，將材料源氣化成氣態(tài)原子、分子，或部分電尚成尚子，并通過低壓氣體或等尚子體，在基片表面沉積薄膜。PVD的工藝開發(fā)，通常是調(diào)節(jié)工藝制備出不同成分、微觀結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)薄膜，進(jìn)而得到相應(yīng)的使用性能。
[0003]在廣泛采用的PVD工藝沉積的硬質(zhì)膜中，往往存在過高的殘余應(yīng)力。為了改善膜基系統(tǒng)的使用性能，必須把這種殘余應(yīng)力控制在合理的水平?；臏囟仁菦Q定薄膜的微觀組織的一個(gè)關(guān)鍵因素，而膜的微觀組織對(duì)其殘余應(yīng)力有根本性的影響，因此，探討基片溫度對(duì)薄膜微觀組織的影響，進(jìn)而研究它對(duì)薄膜殘余應(yīng)力的影響具有很高的應(yīng)用價(jià)值。在現(xiàn)有技術(shù)制備硬質(zhì)薄膜的過程中，通常會(huì)對(duì)基片進(jìn)行加熱，但沒有降溫措施，溫度較高的等離子體落在基片上，會(huì)導(dǎo)致基片的溫度升高至幾百度說明書，根據(jù)經(jīng)典的Thornton模型，沉積溫度對(duì)于薄膜的微觀結(jié)構(gòu)有顯著影響，進(jìn)而對(duì)調(diào)節(jié)薄膜性能十分重要。特別的，如果通過低溫沉積硬質(zhì)薄膜得到非晶結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行非晶晶化，將得到納米晶、等軸晶結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)薄膜，性能會(huì)明顯區(qū)別于常規(guī)的柱狀晶結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)制備硬質(zhì)薄膜的過程中沒有對(duì)基片的溫度進(jìn)行控制的缺陷，提供一種基片控溫系統(tǒng)及方法，可以對(duì)基片的溫度進(jìn)行控制。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種基片控溫系統(tǒng)，包括:
[0006]真空腔室；
[0007]用于放置基片的樣品臺(tái)，設(shè)置在所述真空腔室內(nèi)，且包括用于對(duì)所述基片進(jìn)行加熱的加熱器；
[0008]與所述樣品臺(tái)連接的循環(huán)管道，包括入口和出口 ；
[0009]惰性氣體源，通過進(jìn)氣閥連接在所述循環(huán)管道的入口處；
[0010]冷水機(jī)水箱，通過進(jìn)水閥連接在所述循環(huán)管道的入口處；以及
[0011]與所述加熱器、進(jìn)氣閥和進(jìn)水閥電連接的控制單元，當(dāng)需要對(duì)所述基片加熱時(shí)，打開所述進(jìn)氣閥且保持所述進(jìn)水閥關(guān)閉；當(dāng)需要對(duì)所述基片進(jìn)行降溫時(shí)，打開所述進(jìn)水閥且保持所述進(jìn)氣閥關(guān)閉。
[0012]根據(jù)本發(fā)明所述的基片控溫系統(tǒng)，所述樣品臺(tái)包括用于放置所述基片的水冷基片臺(tái)、用于對(duì)所述水冷基片臺(tái)進(jìn)行加熱的所述加熱器、以及用于固定所述水冷基片臺(tái)和加熱器且用于連接到所述真空腔室內(nèi)部的安裝底座，所述加熱器設(shè)置在所述水冷基片臺(tái)和所述安裝底座之間，所述基片控溫系統(tǒng)還包括與所述水冷基片臺(tái)相對(duì)設(shè)置的電弧源。
[0013]根據(jù)本發(fā)明所述的基片控溫系統(tǒng)，在所述水冷基片臺(tái)上，設(shè)有絕緣套管連接孔；所述樣品臺(tái)還包括插置在所述絕緣套管連接孔內(nèi)的絕緣套管；所述絕緣套管由高導(dǎo)熱率的材料制成，在所述絕緣套管內(nèi)，固定設(shè)置有溫度傳感器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述的基片控溫系統(tǒng)，所述樣品臺(tái)還包括設(shè)置在所述水冷基片臺(tái)和所述加熱器之間的絕緣擋板，在所述絕緣擋板的中心，開設(shè)有加熱輻射孔。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所述的基片控溫系統(tǒng)，所述樣品臺(tái)還包括設(shè)置在所述加熱器和所述安裝底座之間的熱反射器，所述熱反射器具有朝向所述加熱器的前側(cè)開口。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述的基片控溫系統(tǒng)，在所述熱反射器的左右兩側(cè)上，設(shè)置有用于固定所述加熱器的多個(gè)凹口，所述加熱器的兩端分別支撐在所述凹口內(nèi)；所述樣品臺(tái)還包括兩個(gè)呈長(zhǎng)條狀的加熱器固定件，所述加熱器固定件分別壓在所述加熱器的兩端，且所述加熱器固定件的兩端分別連接到所述熱反射器的對(duì)應(yīng)一側(cè)上。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的基片控溫系統(tǒng)，在所述絕緣擋板和所述安裝底座之間，還設(shè)置有支撐間隔件，所述支撐間隔件與所述加熱器的兩端固定連接，且與所述安裝底座固定連接。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所述的基片控溫系統(tǒng)，所述安裝底座上設(shè)置有用于將所述樣品臺(tái)固定到所述真空腔室內(nèi)的垂直支撐腳和水平支撐腳，所述水平支撐腳包括與所述樣品臺(tái)固定連接的轉(zhuǎn)動(dòng)連接件、以及與所述轉(zhuǎn)動(dòng)連接件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的水平支撐桿。
[0019]一種基片控溫方法，用于控制以上所述的基片控溫系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟:
[0020]S1、根據(jù)實(shí)際需求，將目標(biāo)溫度SVN輸入至所述控制單元；
[0021 ] S2、所述控制單元比較測(cè)得的所述樣品臺(tái)的實(shí)際溫度PV和目標(biāo)溫度SVN，并據(jù)此輸出電流信號(hào)；
[0022]S3、所述控制單元根據(jù)所述電流信號(hào)確定至所述加熱器的輸出電壓；
[0023]其中所述步驟S2包括:
[0024]若實(shí)際溫度PV小于目標(biāo)溫度SVN，所述控制單元控制所述進(jìn)氣閥開啟，所述惰性氣體源內(nèi)的惰性氣體從所述循環(huán)管道進(jìn)入，持續(xù)預(yù)定的時(shí)間后關(guān)閉；
[0025]若實(shí)際溫度PV高于目標(biāo)溫度SVN，所述控制單元控制所述進(jìn)水閥開啟，所述冷水機(jī)水箱內(nèi)的冷卻水通過所述循環(huán)管道進(jìn)入，到達(dá)所述樣品臺(tái)并對(duì)其進(jìn)行冷卻。
[0026]一種基片控溫方法，用于控制以上所述的基片控溫系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟:
[0027]S1、根據(jù)實(shí)際需求，將多個(gè)溫控階段的各目標(biāo)溫度SVi_SVN輸入至所述控制單元；
[0028]S2、所述控制單元比較上一目標(biāo)溫度SVN 下一目標(biāo)溫度SVN，并據(jù)此輸出電流信號(hào);
[0029]S3、所述控制單元根據(jù)所述電流信號(hào)確定至所述加熱器的輸出電壓；
[0030]其中所述步驟S2包括:
[0031]若上一目標(biāo)溫度SVN i小于下一目標(biāo)溫度SVN，所述控制單元控制所述進(jìn)氣閥開啟，所述惰性氣體源內(nèi)的惰性氣體從所述循環(huán)管道進(jìn)入，持續(xù)預(yù)定的時(shí)間后關(guān)閉；
[0032]若上一目標(biāo)溫度SVN i高于下一目標(biāo)溫度SVN，所述控制單元控制所述進(jìn)水閥開啟，所述冷水機(jī)水箱內(nèi)的冷卻水通過所述循環(huán)管道進(jìn)入，到達(dá)所述樣品臺(tái)并對(duì)其進(jìn)行冷卻。
[0033]實(shí)施本發(fā)明的基片控溫系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果:可以對(duì)基片的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，不僅可以使得基片所在的樣品臺(tái)升溫、還可以對(duì)其進(jìn)行降溫，進(jìn)而達(dá)到對(duì)基片上沉積的薄膜的性能進(jìn)行控制的目的。
【附圖說明】
[0034]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0035]圖1是本發(fā)明中基片控溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明中樣品臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3是本發(fā)明中樣品臺(tái)的分解示意圖；
[0038]圖4是本發(fā)明中樣品臺(tái)的另一分解不意圖；
[0039]圖5是本發(fā)明中基片控溫系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖；
[0040]圖6是本發(fā)明中基片控溫系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0042]圖1是本發(fā)明中基片控溫系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的基片控溫系統(tǒng)100包括:真空腔室101、設(shè)置在真空腔室101內(nèi)且包括加熱器108的樣品臺(tái)102、與樣品臺(tái)102連接的循環(huán)管道103、通過進(jìn)氣閥104連接在循環(huán)管道103的入口 103a處的惰性氣體源105、通過進(jìn)水閥106連接在循環(huán)管道103的入口 103a處的冷水機(jī)水箱107、以及與加熱器108、進(jìn)氣閥104、進(jìn)水閥106電連接以便進(jìn)行控制的控制單元109。當(dāng)需要對(duì)基片110加熱時(shí)，打開進(jìn)氣閥104且保持進(jìn)水閥106關(guān)閉；當(dāng)需要對(duì)基片110進(jìn)行降溫時(shí)，打開進(jìn)水閥106且保持進(jìn)氣閥104關(guān)閉。
[0043]具體而言，樣品臺(tái)102設(shè)置在真空腔室101內(nèi)，而基片110設(shè)置在樣品臺(tái)102上，在真空腔室101上設(shè)置有與樣品臺(tái)102相對(duì)的電弧源111。電弧源111用于濺射等離子體至基片110上，從而在基片110表面上沉積薄膜。
[0044]循環(huán)管道103從真空腔室101外部延伸至真空腔室101內(nèi)部，通過樣品臺(tái)102后再延伸至真空腔室101外部，以便對(duì)樣品臺(tái)102進(jìn)行冷卻。循環(huán)管道103包括入口 103a和出口 103b，惰性氣體源105通過進(jìn)氣閥104連接在循環(huán)管道103的入口 103a處，冷水