CN101897003A - 具有毂的晶片载具 - Google Patents

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Abstract

一种用于转盘CVD反应器的晶片载具(30)包括陶瓷例如碳化硅形成的一体式托板(32)，在该托板的上游表面(34)限定了晶片保持特征例如容槽(38)；还包括毂(40)，其在托板(32)的中央区(44)中以可拆下的方式安装在托板(32)上。毂(40)提供了在反应器芯轴(16)上的紧固连接，而不会在陶瓷托板(32)上施加集中应力。毂(40)可在清洁托板(32)的过程中拆下。晶片载具(30)还优选包括在托板(32)的中央区(44)设在托板(32)的上游表面(34)上的气体流动促进元件(348，448)。气体流动促进元件(348，448)有助于重新引导入射气体沿着上游表面(34)流动并且避开在中央区(44)出现的流动不连续性。

Description

具有毂的晶片载具
技术领域
本申请是2007年12月12日提交的名称为“具有毂的晶片载具”的美国申请No.12/001,761的部分继续申请，该申请的公开内容以引用方式并入本申请。
背景技术
本发明涉及化学气相沉积设备。
某些材料例如化合物半导体是这样形成的，即通常为盘状晶片的工件的表面在升高的温度下被暴露于气体，以使得气体发生反应并且在工件的表面上沉积期望的材料。例如，多层III-V族半导体例如氮化镓、氮化铟、砷化镓、磷化铟和锑化镓和类似物可被沉积在基底上以形成电子器件例如二极管和晶体管和光电子器件例如发光二极管和半导体激光器。II-VI族半导体可以通过类似的过程沉积。加工过程中沉积的各层的性能微小变化也会显著影响成品器件的性能。因此，在现有技术中，很大的努力集中于反应器和加工方法的研制，以图在反应器中保持的大型晶片表面上或在多个较小晶片的表面上实现均匀的沉积。
本行业中广泛采用的一种形式的反应器是转盘反应器。这样的反应器典型包括盘状晶片载具(wafer carrier)。晶片载具具有被布置成用于保持一或多个待处理晶片的容槽或其它特征。载具，带着其上的晶片，被置入反应室，并被保持，以使得载具的晶片承载表面面向上游方向。载具被绕沿上游至下游的方向延伸的轴线旋转，典型地其旋转速度为几百转每分钟。反应气体被从定位在反应器上游端的喷射头向下游方向朝向载具上的晶片引导。在这一过程中晶片载具被维持在期望的高温，最普通为大约350℃至大约1600℃。晶片载具的旋转有助于确保暴露晶片的全部区域暴露于大致均匀的条件，并且有助于确保均匀沉积期望的半导体材料。在某个晶片载具上的晶片已被处理后，晶片载具从反应室移出并被更换为新的晶片载具，其承载着新的晶片，并且利用新的晶片载具重复上述过程。
许多转盘反应器设计采用了芯轴，其带有盘状金属元件，称作″承载盘(susceptor)″，其永久性安装在芯轴上。待处理晶片载具安置在承载盘上，并且在处理过程中由承载盘保持。布置在承载盘下游的加热元件例如电阻元件在上述过程中加热承载盘和晶片载具。最近，如公开于美国专利No.6,685,774，该专利的公开内容以引用方式并入本申请，″无承载盘″反应器被研制出来。在无承载盘反应器中，当晶片载具被置入反应室中以便处理时，晶片载具直接安装在反应器芯轴上。晶片载具的面向下游的表面直接暴露给加热元件。无承载盘反应器设计提供了从反应器的加热元件至晶片载具的显著改进的热传递性能和向晶片载具所有区域传热时的显著改进的均匀度。
用于无承载盘反应器的晶片载具必须采用这样的特征，当晶片载具被置入反应室时，其允许晶片载具与芯轴机械接合。这种接合必须以不损伤芯轴或晶片载具的方式提供。另外，晶片载具必须由这样的材料形成，该材料在所采用的升高的温度下保持其强度和硬度，并且不与加工过程所用气体起反应。尽管可由例如碳化硅涂覆的陶瓷材料等材料形成令人满意的用于无承载盘反应器的晶片载具，但仍期望作出进一步的改进。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种用于CVD反应器的晶片载具。晶片载具理想地包括非金属耐火材料形成的托板，优选采用陶瓷材料例如碳化硅。托板具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，且具有中央区和外围区。托板在外围区中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多个晶片，以使得所述晶片暴露在托板的上游表面。根据本发明这一方面的晶片载具理想地还包括在中央区附连于托板的毂，毂具有芯轴连接部，所述芯轴连接部被配置成接合CVD反应器的芯轴，以便将托板与芯轴机械连接。毂的芯轴连接部优选地被配置成以可拆下的方式接合芯轴。毂可以至少部分地由不同于托板材料的一或多种材料形成。例如，毂可以包括金属元件。毂可以还包括嵌件，其由相对软质材料例如石墨形成，限定了芯轴连接部。在另一例子中，托板可以在中央区包括开口，并且嵌件可以容置于开口中。在一个例子中，嵌件可以压配到开口中。盖，优选地由碳化硅形成，也可以设置成在中央区部分地重叠于托板的上游表面的一部分上。在另一例子中，盖可以紧固至嵌件。例如，盖和嵌件可以分别包括螺纹，所述螺纹被构造成彼此螺合。在操作中，毂将托板机械连接至芯轴，而不会在托板上施加潜在破坏性集中负载。理想地，毂以可拆下的方式附连于托板。
本发明的另一个方面提供了一种化学气相沉积反应器，其采用了如前所述的晶片载具，以及附加元件，例如，反应室，芯轴，其安装在反应室内，用于绕大致沿从上游至下游的方向延伸的轴线旋转，喷射头，用于将一或多种反应气体引入反应室中，和围绕芯轴的一或多个加热元件。晶片载具的芯轴连接部被配置成将晶片载具安装在芯轴上，使得托板的上游表面面向着喷射头、托板的下游表面面向着所述一或多个加热元件。优选地，当晶片载具安装在芯轴上时，托板的下游表面在托板的外围区正对着加热元件。换言之，毂优选地不延伸在托板下游表面的外围区和加热元件之间。因此，毂不干扰加热元件和托板之间的热辐射。
本发明的另一个方面提供了处理晶片的方法。根据本发明这个方面的方法理想地包括下述步骤：利用多个晶片载具进行加工，每个所述晶片载具包括毂和以可拆下的方式附连于毂的托板，其中，使得每个晶片载具的毂与加工设备的芯轴接合，以及旋转芯轴和晶片载具、同时处理托板上承载的晶片，以及，在利用晶片载具进行加工之后，从每个晶片载具移除晶片。处理优选包括化学气相沉积过程。这些步骤理想地对新的晶片重复进行。根据本发明这个方面的方法最理想地包括进一步的步骤：更新每个晶片载具，即从托板上拆下毂，然后清洁托板，然后在托板上重新组装同一或不同的毂。托板清洁步骤可以包括蚀刻托板。由于在清洁之前毂从托板拆下，因此用于清洁托板的步骤可以包括可以侵蚀毂的处理。
本发明的另一个方面提供了一种用于CVD反应器的晶片载具。晶片载具理想地包括托板，其具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，且具有中央区和外围区。托板在外围区中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多个晶片，以使所述晶片暴露在托板的上游表面。根据本发明这个方面的晶片载具理想地还包括气体流动促进元件，其在中央区从托板的上游表面突伸。托板可以具有中心轴线，且气体流动促进元件理想地具有绕中心轴线回旋的表面的形式的外周表面。
本发明的另一个方面提供了一种化学气相沉积反应器，其采用了如前所述的晶片载具，以及附加元件，例如，反应室，芯轴，其安装在反应室内，用于绕大致沿从上游至下游的方向延伸的轴线旋转，和喷射头，用于将一或多种反应气体引入反应室中。晶片载具的芯轴连接部被配置成将晶片载具安装在芯轴上，使得托板的上游表面面向着喷射头，且气体流动促进元件沿着轴线安置。反应器被构造成向下游方向朝向晶片载具和气体流动促进元件引导一或多种反应气体。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的反应器和相关的晶片载具的示意图。
图2是类似于图1的视图，描绘了系统处在不同的操作状态。
图3是示意性俯视图，描绘了用于图1和2中的系统的晶片载具。
图4是沿着图3中的线4-4所作的局部剖视图。
图5是局部放大剖视图，描绘了根据本发明进一步实施方式的晶片载具的各部分。
图6是类似于图4的视图，但描绘了根据本发明又一实施方式的晶片载具的各部分。
图7和8是局部放大剖视图，描绘了根据本发明进一步实施方式的晶片载具。
图9是根据本发明另一实施方式的晶片载具的透视图。
图10是局部剖视图，描绘了图9中的晶片载具的各部分。
图11是用于本发明又一实施方式中的各部件的示意性分解透视图。
图12是图11中的各部件的剖视图。
图13是局部剖视图，描绘了根据本发明进一步实施方式的晶片载具的各部分。
具体实施方式
根据本发明的一个实施方式的无承载盘反应器系统采用了反应室10。室10在其上游端具有气体喷射头12，并且靠近其下游端具有向室的内部开通的排气接头14。反应室10配备有芯轴16，其轴线18大致沿从室的上游至下游的方向延伸。芯轴16连接着电机驱动器20，用于绕轴线18旋转芯轴。芯轴配备有适宜的真空密封件(未示出)。加热装置22以固定位置安装在室10内，以使得加热装置靠近芯轴16上游端围绕芯轴。举例而言，加热装置22可以包括一或多个电阻加热器，适于接收RF能量并将其转化为热量的一或多个元件，或基本上任何其它能够产生热量而不会弄脏室10的内部的装置。
室10的内部通过加载锁26连接着预加载室24的内部。锁26配备有气密性闸门，其可以选择性地打开以允许室10和24之间连通，和被关闭以堵塞这种连通。预加载室24设有适宜的加载门(未示出)，以使得晶片载具可被置入预加载室中从其取出。此外，预加载室24连接着气氛(气压)控制系统(未示出)，以使得可在室24内提供对应于室10内气氛(气压)的气氛(气压)。室10和24设有适宜的机器人传输装置(未示出)，用于将晶片载具在所述室之间移动，以及将晶片载具放在芯轴16上和从芯轴拆下晶片载具。
系统还包括一或多个晶片载具30。如后面详细描述，每个晶片载具包括一体式托板或本体32，其限定了上游表面34和朝向彼此相反方向的下游表面36。上游表面34设有例如容槽38等特征，其被布置成保持晶片，以使得晶片的表面大致面向上游。每个晶片载具还包括毂(hub)40，其靠近本体32的中心暴露，毂40被配置成与芯轴16的上游端相配合。在描绘于图1的加载位置，带有位于容槽38中的晶片的晶片载具34布置在室24内。在描绘于图2的工作沉积位置，同一晶片载具30被布置在反应室10内并且接合于芯轴16上。当晶片载具处在描绘于图2的活性或沉积位置时，晶片载具的本体32覆盖于加热元件22上方。在这种条件下，加热元件被操作以将晶片载具加热至期望的高温。芯轴16被旋转以便因此而绕轴线18旋转晶片载具和其上的晶片。反应气体从喷射头12向下游流动并且流经晶片载具的面向上游表面并且流经布置在晶片载具的容槽中的晶片的表面。气体在晶片的表面发生反应，由此在晶片的表面上形成期望的材料。仅仅举例而言，在用于形成III-V族半导体的沉积过程中，反应气体可以包括第一和第二气体。第一气体可以包含一或多种有机金属化合物，最典型地选自下面一组的烷基金属：烷基镓、铟、铝，与载送气体例如氮或氢混合。第二气体可以包括一或多种V族元素氢化物，例如氨或砷化氢，并且可以还包括一或多种载送气体。在沉积后，带有加工后的晶片的晶片载具返回到预加载室24，并且带有新的晶片的不同晶片载具被安置到芯轴16上。除了晶片载具之外的沉积设备特征和相关的芯轴配合特征可以大致类似于前述美国专利No.6,685,774中公开的那些，该专利的公开内容以引用方式并入本申请。
如最佳示于图3和4，晶片载具30具有中心轴线42，其在晶片载具安装在芯轴上时与芯轴的轴线18重合。托板32是一或多个耐火材料、优选地一或多种非金属耐火材料形成的托板。本申请中使用的术语″非金属″材料包括金属与非金属的化合物，例如金属的氧化物、氮化物和碳化物，并且还包括碳和其它非金属元素以及它们的化合物。此外，本申请中使用的一或多种材料形成的托板应当理解为是指在托板中所述一或多种材料至少在托板的主要区域内构成托板厚度的至少主要部分，并且所述一或多种材料至少形成托板结构强度的实质性部分。因此，除非另加说明，一或多种非金属材料形成的托板可以包括次要层或其它由其它材料形成的次要特征。托板材料理想地可承受晶片加工操作中和晶片载具清洁操作中遇到的温度和化学环境。尽管托板材料应当具有实质性结构强度，但其也可以是对局部应力敏感的脆性材料。如下面所解释，晶片载具的结构理想地在使用中保护托板免受芯轴施加的高局部应力。非金属耐火材料优选选自下面一组：碳化硅，氮化硼，碳化硼，氮化铝，氧化铝，蓝宝石，石英，石墨，它们的组合物。最理想地，托板是单一非金属耐火材料的一体式板材。由碳化硅形成的一体式托板是特别优选的。在一些情况下，托板可以包括涂层。涂层材料理想地可承受晶片载具的使用和清洁中遇到的温度和化学条件，例如，涂层材料为金属碳化物、氧化物或氮化物，例如碳化钛或碳化钽。在托板由石墨形成的情况下，这样的涂层特别理想。
尽管上游表面和下游表面34和36被描述为完全平面状表面(除了上游表面34中的容槽38外)，但并非必须如此。托板32的厚度可在大范围内变化。然而，在一个例子中，托板32具有大约300mm的外径和大约8mm的厚度。
托板32具有其内包含中心轴线42的中央区44和围绕中央区44的外围区。尽管中央区44的边界以图3中的虚线表示用于解释的目的，但中央区和外围区之间可能没有可见的边界。晶片接合特征或容槽38布置在托板32的外围区。托板32具有中心孔46，其在中央区从上游表面34至下游表面36延伸穿过托板，以使得中心孔中包含轴线42。
毂40最优选地被以可拆下的方式附连于托板32的中央区。毂40包括上游毂元件48，其具有容置于托板32的中心孔46中的大致圆柱形部分，并且还具有紧邻围绕中心孔重叠于托板上游表面34的一部分上的法兰50。毂40还包括下游毂元件52，其具有延伸到中心孔46中的大致圆柱形部分，并且具有在托板中央区重叠于托板32的下游表面36的一部分上的法兰54。毂元件48和52以微小的间隙配合于中心孔46中。例如，毂元件(除了法兰以外)的外径可以比中心孔46的内径小大约25微米(0.001英寸)左右。毂元件48和52被紧固件例如围绕中心轴线42分布的螺钉56保持在一起并朝向彼此推压，图4中仅有一个螺钉可见。因此，法兰50和54与托板32的上游表面和下游表面34和36强制接合。毂元件可以由不同于托板材料的材料形成。毂元件50和52理想地由金属形成，该金属可承受工作时遇到的温度，并且在使用中不会侵蚀或弄脏反应室的内部。例如，毂元件可以由选自下面一组的金属形成：钼，钨，铼，这些金属的组合物，和这些金属的合金。在其它实施方式中，毂元件可以由与托板相同的材料形成。
毂40还包括嵌件58，其限定了具有面向下游方向(朝向图4中的下部)的开放端的锥形孔，该孔的内径向着上游方向逐渐减小。嵌件58理想地由可承受工作中遇到的温度的材料形成，但其比用于形成毂元件48和52的材料软一些。例如，嵌件58可以由石墨形成。嵌件58由嵌件夹持板62夹持在毂元件48和52内，嵌件夹持板通过一或多个螺钉紧固在下游毂元件52上。
在描绘于图2和4的操作沉积位置，晶片载具30安装在芯轴16上。芯轴16具有锥形端66，该锥形端被接纳于嵌件的锥形孔60中。在所示的特别实施方式中，锥形端66形成的角度略微小于嵌件中的锥形孔60形成的角度，以使得芯轴仅在芯轴的最上游端接合嵌件58，并且靠近孔60的下游开放端围绕锥形端66形成略微的间隙配合。在操作位置，托板32的下游表面36面对反应室的加热元件22。由于毂40特别是下游毂元件54仅安置在托板32的中央区中，托板32的外围区中的下游表面36不被毂覆盖。因此，如示于图4，托板外围区中的下游表面36正对着加热元件22，没有实体结构安置在托板外围区下游表面36和加热元件22之间。因此，存在从加热元件至托板外围区的直接热辐射路径。这促进了加热元件22和托板32高效之间的热传导。换言之，毂40不延伸在加热元件和托板外围区的下游表面之间，并且不干扰从加热元件至托板的热传导。使用毂趋向于延缓从托板至芯轴16的热传导。因此，如最佳示于图4，存在托板32和毂元件48和52之间的物理界面，毂元件和嵌件58之间的附加界面，以及嵌件58和芯轴16之间的额外界面。所有这些界面具有减弱从托板至芯轴的热传导的理想作用。
使用实心托板，例如非金属耐火材料例如碳化硅或其它具有高导热率的材料的实心托板，提供了显著益处。实心托板趋向于提高温度均匀度。实心碳化硅托板可以被制作成具有良好控制的表面形态。此外，实心碳化硅托板是耐用的，并且可以承受清洁过程例如湿式蚀刻以去掉在晶片加工中沉积在托板上的材料。毂可以在任何这样的清洁过之前从托板上拆下。典型地，设备包括多个晶片载具，以使得一些晶片载具可被用于处理晶片，而另一些被清洁。取决于工艺条件，清洁过程可在晶片载具每次使用之后实施以便处理一批晶片，或者可以以较低的频率实施。此外，在清洁后，托板可以重新组装上同一毂或另一类似毂，以提供更新了的晶片载具。
毂提供了托板在反应室芯轴上的紧固安装结构。由于芯轴不直接接合托板，因此芯轴不趋向于在使用中弄裂托板。当使用由脆性材料例如实心碳化硅材料形成的托板时，这一点是显著的。以前不能利用实心碳化硅材料形成旋转晶片载具托板，这是由于在使用中芯轴趋向于引起托板破裂。这种破裂的趋势会因锥形芯轴而加重，因为锥形芯轴会导致显著的局部应力施加于晶片载具。然而，使用毂，例如本申请中公开的，允许晶片载具托板由实心碳化硅材料形成，以便用于旋转盘反应器，而托板受损的危险低。
嵌件58的相对软质材料可确保当晶片载具与芯轴接合时反应室芯轴不会受损。尽管嵌件58可能随着晶片载具的重复使用而磨损，但嵌件58可以容易地拆下和更换。
上面描述的特征的各种改造和组合可以被采用。例如，如示于图5，延伸在托板的中心孔146中的毂元件152可以设有多边形外表面153，以便在毂元件和中心孔146的表面之间提供相对大的间隙155(除了在多边形元件的角部处以外)。这种结构进一步降低了从托板132至毂元件152的热传导。其它形状例如带槽或花键形状可以用于提供类似的热传导减弱效果。类似地，与托板表面相接触的法兰50和54(图4)的表面可以是带脊或带槽的，以便降低托板和毂之间的热传导，并且因此而降低向芯轴的热传导。
不是必须在托板中提供中心孔。因此，如示于图6，托板232设有在中央区延伸在其上游表面和下游表面之间的一组小孔233。上游毂元件248和下游毂元件252提供于托板232的上游表面和下游表面上并且通过延伸穿过孔233的螺栓256连接着彼此。在这种结构中，毂同样是被以可拆下的方式附连于托板。在本申请中有关托板和毂所做描述中，术语″以可拆下的方式附连″是指毂可从托板拆下，而不损坏托板且不损坏毂的主要结构元件。不同于螺栓附连的其它可拆下附连方式可以采用。例如，可拆下的附连可以包括销，楔，卡子，或其它机械紧固结构。此外，毂和芯轴之间的连接可以不采用如前参照图4所述的锥形配合。因此，在图6中的实施方式中，毂具有嵌件258，该嵌件具有一组凹槽，用于接合芯轴106端部上的配合销266。毂和芯轴之间任何类型的机械连接可被采用。
在上面参照图1-4描述的实施方式中，上游毂元件具有下部平坦轮廓。然而，如示于图6，上游毂元件248可以具有拱形形状，以便促进气体在中心轴线242附近流动。其它促进气体流动的形状也可以采用。例如，如示于图7，上游元件348可以包括内凹形状的外周表面368，其在上游端形成锋利末端370。外周表面368理想地为绕轴线342回旋的表面。这样的设计可以有助于来自入射方向D的反应气体流沿着晶片载具330的上游表面334被重新引导并且远离旋转着的晶片载具330的中心处产生的流动不连续性。在另一例子中，上游元件448可以包括外凸形状的外周表面468，例如图8中所示的大致抛物线形的外周表面468。表面468理想地也是绕中心轴线回旋的表面的形式的。
随着晶片载具被快速旋转，晶片载具的上游表面快速移动。晶片载具的快速运动将气体带入绕中心轴线342的旋转运动，以及径向流动离开轴线342，并且引起气体在边界层中向外流动跨越晶片载具的上游表面。当然，在实际应用中，以箭头D表示的大致向下游流动状态与边界层中的流动之间存在逐渐过渡。然而，边界层可被认为是这样的区域，其中气体基本上平行于晶片载具的上游表面流动。在典型的操作条件下，边界层的厚度为大约1cm左右。在本发明一些实施方式中，上游元件的高度H可以矮于边界层。在其它实施方式中，上游元件的高度H可以高于边界层。
在备选实施方式中，毂元件之一或二者可以直接接合芯轴，而不借助于中间嵌件。在又一实施方式中，嵌件可以用作毂元件。例如，参看图9，托板532具有从上游表面534至下游表面536延伸穿过托板532的中心孔546。嵌件572被接纳在孔546中。如示于图10，嵌件572具有接纳在托板532的中心孔546中的大致圆柱形部分。嵌件572还具有紧邻围绕着中心孔546与托板532的下游表面536接合的法兰554。嵌件572优选地压配到孔546中，以便在嵌件572和托板532之间产生紧固连接。例如，嵌件572(除了法兰以外)的外径可以略大于中心孔546的内径，例如，大千分之一厘米的量级。在一个例子中，嵌件572可以通过加热托板532而插入孔546中，所述加热例如达到300℃，以使托板532、包括孔546膨胀。嵌件572可以由不同于托板532材料的材料形成。理想地，嵌件572由这样的材料形成，该材料可承受工作时遇到的温度，并且在使用中不会侵蚀或弄脏反应室的内部。优选地，嵌件572的热膨胀系数等于或大于托板532的热膨胀系数，以使得嵌件572可以持续保持紧固在孔546中，即使是在升高的温度下。嵌件572还优选是相对软质的，以使得在晶片载具接合芯轴时，反应室的芯轴不会损坏。在优选实施方式中，嵌件572可以由石墨形成。尽管嵌件572可能随着晶片载具的反复使用而磨损，但嵌件572可以容易地拆下和更换。
盖574可以构造成具有实心平面顶部576，该顶部包含法兰577，其在紧密围绕中心孔546的区域中部分地重叠于托板532的上游表面534上。盖574包括从顶部576向下突伸的部分578。该部分578被接纳于中心孔546中。类似于嵌件572，盖574的突伸部分578也优选地压配到孔546中。盖574理想地保护嵌件材料免受注入反应室中的腐蚀性气体。盖574还优选平抑由孔546引起的穿过上游表面534的气体流所受到的一些干扰。例如，盖574可以具有如前参照图6-8所述的上游表面。理想地，盖574由这样的材料形成，该材料可承受工作时遇到的温度，并且在使用中不会侵蚀或弄脏反应室的内部。在优选实施方式中，盖574可以由碳化硅形成。
在另一备选实施方式中，盖和嵌件可以紧固至彼此。例如，参看图11和12，嵌件672的大致圆柱形部分上可以具有螺纹部680，其被构造成与盖674的突出部678上的螺纹部682螺合。盖674的突出部678具有敞开的内部684，其被构造成将嵌件672的一部分接纳在其中。通过将嵌件672从下游侧插入中心孔并将盖674从上游侧插入孔中，然后将嵌件672和盖674彼此通过螺纹接合，嵌件672可以因此紧固至晶片载具托板。通过逐渐将盖674旋拧到嵌件672上，嵌件672将进一步容纳在盖674的开放式内部中，这反过来又引起嵌件672的法兰654接近盖674的法兰677。持续将盖674旋拧到嵌件672上，将引起法兰654和677与晶片载具托板的上游表面和下游表面强制接合，因此将嵌件672和盖674紧固至晶片载具托板。因此，在本实施方式中，嵌件和盖不需要压配到晶片载具托板的中心孔中。此外，盖和嵌件不需要彼此通过螺纹紧固。将盖紧固至嵌件的其它方式也可以采用。例如，盖和嵌件可以以类似于图6中所示的方式螺合到彼此。在这样的实施方式中，小孔可以设置在嵌件和盖之一或二者中，螺栓可以延伸穿过所述孔以将嵌件和盖连接在一起。例如，嵌件和盖之一中的孔可以包括螺纹，其被构造成与螺栓上提供的螺纹螺合。在另一备选方案中，螺栓可以延伸穿过这两个元件，并且可以提供螺母，用于拧紧在螺栓的螺纹端上。
在进一步实施方式中，托板中的中心孔不需要从上游表面至下游表面延伸穿过整个晶片载具托板。例如，如示于图13，中心孔746从下游表面736朝向上游表面734延伸到托板732中，沿着上游表面734留下托板732的中央部786重叠于孔746上。如前面参照图9和10中所示的实施方式所作描述，本实施方式中的嵌件772可以压配到孔746中。本实施方式中不需要盖，因为重叠于孔746上的中央部786优选地保护嵌件材料免于接触注入反应室的腐蚀性气体。中央部786还提供了托板732的连续上游表面734，这优选地使得气体在表面734上的流动的干扰最小化。
如示于图9-13，嵌件可以限定出具有面向下游方向的开放端的锥形孔，类似于图4中所示的实施方式。根据这样的锥形嵌件，带有锥形端的芯轴可以使用。在一个例子中，芯轴锥形端形成的角度可以略小于嵌件中的孔形成的角度，以使得芯轴只在芯轴的最上游端接合嵌件，并且使得靠近孔的下游或开放端绕芯轴锥形端存在略微的间隙配合。此外，前面公开的任何实施方式可以还包括如前所述的上游元件，其具有各种促进气体流动的各种形状之一。例如，具有特定轮廓的上游元件可以沿着中心旋转轴线附连于或一体形成于毂的上游表面、盖或晶片载具托板上。由于在不脱离本发明的前提下可以采用上面描述的特征上述以及其它修改和组合，因此前面对优选实施方式的描述应当认为是解释性的，而非对权利要求中限定的发明构成限制。
尽管参照特定实施方式描述了本发明，但可以理解，这些实施方式仅仅是为了解释本发明的原理和应用。因此，需要理解，在不脱离权利要求中限定的本发明精神和范围的前提下，可以对所示出的实施方式做出各种修改，并且其它配置可以构想出来。

Claims (42)

1.一种用于CVD反应器的晶片载具，包括：
(a)非金属耐火材料形成的托板，具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，所述托板具有中央区和外围区，所述托板在外围区中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多个晶片，以使所述晶片暴露在托板的上游表面；以及
(b)与托板分开形成的毂，所述毂在所述中央区附连于托板上，所述毂具有芯轴连接部，所述芯轴连接部被配置成接合CVD反应器的芯轴，以便将所述托板与芯轴机械连接。
2.如权利要求1所述的晶片载具，其中，所述非金属耐火材料选自下述一组：碳化硅，氮化硼，碳化硼，氮化铝，氧化铝，蓝宝石，石英，石墨，它们的组合物。
3.如权利要求1所述的晶片载具，其中，所述非金属耐火材料主要由碳化硅组成。
4.如权利要求1所述的晶片载具，其中，托板是由非金属耐火材料整体形成的一体式板材。
5.如权利要求4所述的晶片载具，其中，所述非金属耐火材料是碳化硅。
6.如权利要求1所述的晶片载具，其中，所述托板包括至少在托板的上游表面覆盖非金属耐火材料的涂层。
7.如权利要求6所述的晶片载具，其中，所述涂层由选自下面一组的材料形成：碳化钛，碳化钽。
8.如权利要求1所述的晶片载具，其中，所述毂至少部分地由不同于形成所述托板的非金属耐火材料的一或多种材料形成。
9.一种化学气相沉积设备，包括：反应室；芯轴，其安装在反应室内，用于绕大致沿从上游至下游的方向延伸的轴线旋转；喷射头，用于将一或多种反应气体引入反应室中；以及围绕芯轴的一或多个加热元件；所述设备还包括如权利要求1所述的晶片载具，晶片载具的连接部被配置成适于将晶片载具安装在芯轴上，使得托板的上游表面面向着喷射头，托板的下游表面面向着所述一或多个加热元件。
10.如权利要求9所述的设备，其中，当晶片载具被安装在芯轴上时，在托板的外围区中，托板的下游表面正对着加热元件。
11.一种加工晶片的方法，包括下述步骤：
(a)利用多个晶片载具进行加工，每个所述晶片载具包括毂和以可拆下的方式附连于毂的托板，其中，使得每个晶片载具的毂与加工设备的芯轴接合，以及旋转芯轴和晶片载具、同时处理托板上承载的晶片；
(b)在利用晶片载具进行加工后从每个晶片载具移除晶片；
(c)利用每个晶片载具对新的晶片重复步骤(a)和(b)；以及
(d)更新每个晶片载具，其中从托板上拆下毂，然后清洁所述托板，然后在托板上重新组装同一或不同的毂。
12.如权利要求11所述的方法，其中，清洁托板的步骤包括蚀刻托板。
13.如权利要求11所述的方法，其中，处理晶片的步骤包括实施化学气相沉积过程。
14.一种用于CVD反应器的晶片载具，包括：非金属耐火材料形成的托板，其具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，所述托板具有中央区和外围区，所述托板在外围区中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多个晶片，以使所述晶片暴露在托板的上游表面，其中，托板是主要由碳化硅形成的一体式板材。
15.如权利要求14所述的晶片载具，其中，晶片载具具有芯轴连接部，所述芯轴连接部被配置成接合CVD反应器的芯轴，以便将托板与芯轴机械连接。
16.如权利要求15所述的晶片载具，其中，芯轴连接部被配置成以可拆下的方式接合芯轴。
17.如权利要求1或权利要求16所述的晶片载具，其中，所述下游表面面向着下游方向，并且，芯轴连接部包括插口，所述插口具有孔，所述孔具有面向下游方向的开放端。
18.如权利要求17所述的晶片载具，其中，所述上游表面面向着上游方向，并且，所述孔是锥形的，从而孔的直径向上游方向逐渐减小。
19.如权利要求14所述的晶片载具，还包括与所述托板分开形成的毂，所述毂在所述中央区附连于所述托板，所述毂具有芯轴连接部，所述芯轴连接部被配置成接合CVD反应器的芯轴，以便将托板与芯轴机械连接。
20.如权利要求19所述的晶片载具，其中，所述毂至少部分地由不同于碳化硅的材料形成。
21.如权利要求8或权利要求20所述的晶片载具，其中，所述毂至少部分地由一或多种金属形成。
22.如权利要求21所述的晶片载具，其中，所述一或多种金属选自下面一组：钼，钨，铼，它们的组合物，它们的合金。
23.如权利要求21所述的晶片载具，其中，所述毂包括嵌件，其至少部分地限定了芯轴连接部，所述嵌件由比所述一或多种金属软的嵌件材料形成。
24.如权利要求23所述的晶片载具，其中，嵌件材料主要由石墨组成。
25.如权利要求8或权利要求20所述的晶片载具，其中，所述毂包括嵌件，其至少部分地限定了芯轴连接部，并且，所述托板在中央区包括开口，嵌件容纳在开口中。
26.如权利要求25所述的晶片载具，其中，嵌件被压配到所述开口中。
27.如权利要求25所述的晶片载具，其中，嵌件由石墨形成。
28.如权利要求25所述的晶片载具，其中，所述开口在中央区延伸在上游表面和下游表面之间。
29.如权利要求28所述的晶片载具，还包括盖，其在中央区至少部分地重叠于托板的上游表面的一部分上。
30.如权利要求29所述的晶片载具，其中，所述盖由碳化硅形成。
31.如权利要求29所述的晶片载具，其中，所述盖紧固于嵌件上。
32.如权利要求31所述的晶片载具，其中，所述盖和嵌件分别具有螺纹，所述盖的螺纹被构造成与嵌件上的螺纹螺合。
33.如权利要求1或权利要求19所述的晶片载具，其中，所述毂以可拆下的方式附连于所述托板。
34.如权利要求1或权利要求19所述的晶片载具，其中，所述毂包括上游毂元件和下游毂元件，所述上游毂元件的至少一部分在中央区重叠于托板的上游表面的一部分上，所述下游毂元件的至少一部分在中央区重叠于托板的下游表面的一部分上，以使得托板的中央区的至少一部分被夹持在上游和下游毂元件之间。
35.如权利要求34所述的晶片载具，其中，所述托板具有中心孔，其在中央区延伸在上游表面和下游表面之间，并且至少一个毂元件突伸到中心孔中。
36.如权利要求1或权利要求14所述的晶片载具，其中，托板是大致圆形的。
37.一种用于CVD反应器的晶片载具，包括：
(a)托板，其具有朝向彼此相反方向的上游表面和下游表面，所述托板具有中央区和外围区，所述托板在外围区中具有晶片保持特征，所述晶片保持特征被配置成保持多个晶片，以使所述晶片暴露在托板的上游表面；以及
(b)气体流动促进元件，其在中央区从托板的上游表面突伸。
38.如权利要求37所述的晶片载具，其中，所述托板具有中心轴线，所述气体流动促进元件具有绕中心轴线回旋的表面的形式的外周表面。
39.如权利要求37所述的晶片载具，其中，气体流动促进元件的外周表面具有大致内凹轮廓。
40.如权利要求37所述的晶片载具，其中，气体流动促进元件的外周表面具有大致外凸轮廓。
41.如权利要求37所述的晶片载具，其中，气体流动促进元件的高度小于一厘米。
42.一种化学气相沉积设备，包括：反应室；芯轴，其安装在反应室内，用于绕大致沿从上游至下游的方向延伸的轴线旋转；喷射头，其用于将一或多种反应气体引入反应室中；所述设备还包括如权利要求37所述的晶片载具，所述晶片载具被配置成适于安装在芯轴上，使得托板的上游表面面向着喷射头，且气体流动促进元件沿着该轴线安置；其中，所述设备被构造成向下游方向朝向晶片载具和气体流动促进元件引导所述一或多种反应气体。
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