CN102560432B - 一种基片承载装置及应用该装置的基片处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基片承载装置及应用该装置的基片处理设备。其中，上述基片承载装置包括基座、分布于基座上的用于承载基片的多个托盘，以及与基座及托盘相连接的旋转机构。借助上述旋转机构可驱动基座及托盘进行稳定、可靠的旋转运动，从而通过该基片承载装置可获得均匀的基片处理质量，且具有运行稳定、维护周期长等的优点。此外，本发明提供的基片处理设备具有与上述基片承载装置相同或类似的优点。

Description

一种基片承载装置及应用该装置的基片处理设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种基片承载装置及应用该装置的基片处理设备。 

背景技术

在微电子产品制造领域中，金属有机化合物化学气相淀积技术(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，以下简称MOCVD)是一种生产LED产品的关键技术。 

自MOCVD设备诞生以来，工艺腔室及其内部组件一直被视为其核心部件。在生产工艺中，腔室内的气流场和热场的分布情况是决定外延工艺质量的关键因素；要想获得均匀的气流场及热场分布，就需要合理的腔室结构，因而对于工艺腔室的结构改进和创新一直是技术人员的努力重点。经过多年探索，工艺腔室已形成了较为成熟的两类腔室结构，分别为水平式和垂直式腔室。下面将结合图1A、图1B及图2对上述两种结构的工艺腔室分别举例说明。 

请一并参阅图1A和图1B，为一种已知的MOCVD水平式工艺腔室结构。位于工艺腔室中央位置处的进气装置可向四周水平方向上均匀分配工艺气体，在进气装置下方设置有行星式托盘结构。该行星式托盘具体包括一个大托盘4及均匀地设置于大托盘4圆周上的多个小托盘3。大托盘4可绕其中心轴旋转，小托盘3在气流推动下发生自转，基片被置于各个小托盘3上并与之同步旋转，从而形成上述行星式旋转。 

请参阅图2，为一种已知的MOCVD垂直式工艺腔室结构。该工艺腔室12中设有一个可旋转的托盘16，基片32被置于该托盘16上并随之同步旋转；工艺气体通过托盘16上方的进气系统垂直向下注入，并在托盘16上方进行混合而在基片32表面发生反应形成所需 的外延膜层。 

上述两种不同结构的工艺腔室均能在一定程度上满足工艺均匀性的要求，但是，二者又分别不可避免地存在下述缺陷。 

其一，上述水平式工艺腔室中的小托盘实现行星式旋转是依靠气流对其推动而实现的，而该设备经过一段时间的工艺运行之后就会产生气路堵塞，造成小托盘无法旋转，从而将影响腔室内气流场及热场分布的均匀性，进而降低产品良率。此时，就必须停机对设备进行维护，以清理气路中堵塞的部分。因此，该设备存在运行稳定性差、维护周期短等的缺点。 

其二，应用上述垂直式工艺腔室能够避免气流堵塞的问题，但是，该设备在进行工艺时，基片仅随托盘进行公转，这样就会严重限制基片附近的气流场及热场的分布均匀性，进而对设备所能达到的工艺均匀性造成影响。因此，该垂直式工艺腔室将无法满足对工艺均匀性要求较高的生产需求。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基片承载装置，其能够满足较高的均匀性要求，并且具有维护周期长等的优点。 

为解决上述问题，本发明提供一种基片处理设备，其同样能够满足较高的均匀性要求，并且具有维护周期长等的优点。 

为此，本发明提供一种基片承载装置，包括基座、分布于基座上的用于承载基片的多个托盘，以及隔热部与旋转机构，其中隔热部设置在基座的下方；旋转机构与基座及托盘相连接，用于驱动基座及托盘进行旋转运动。 

其中，基座和托盘在旋转机构的驱动下进行行星式旋转运动。 

其中，基座和托盘在旋转机构的驱动下进行各自独立的旋转运动。 

其中，旋转机构包括驱动电机和传动部。 

其中，传动部包括旋转轴及传动齿轮；其中，旋转轴包括基座旋转轴和与托盘数量相对应的托盘旋转轴，传动齿轮将驱动电机的 驱动力传输至各个旋转轴，以驱动基座及托盘进行旋转运动。 

其中，基座上设置有多个托盘轴孔，托盘旋转轴穿过基座上的托盘轴孔而与托盘相连接。 

优选地，基座旋转轴为空心结构，在基座旋转轴的内部设置有中心进气部，用于向托盘表面喷射工艺气体。 

此外，本发明还提供一种基片处理设备，包括工艺腔室，在工艺腔室的内部设置有上述本发明提供的基片承载装置，用以在工艺过程中承载基片。 

其中，该基片处理设备包括金属有机化合物化学气相淀积设备。 

本发明具有下述有益效果： 

本发明所提供的基片承载装置包括基座、分布于基座上的多个用于承载基片的托盘，以及与基座及托盘相连接的旋转机构；借助该旋转机构能够驱动上述基座及托盘进行旋转运动以获得均匀的基片工艺质量，且该旋转机构在运动过程中不依靠任何气体动力源，因而不存在由于气路堵塞而导致的运行稳定性问题，故无需经常对该基片承载装置进行维护。因此，应用本发明提供的基片承载装置进行基片处理工艺时，具有工艺均匀、稳定性高及维护周期长等的优点。 

本发明提供的基片处理设备包括工艺腔室及设置于工艺腔室中的上述本发明提供的基片承载装置；借助上述基片承载装置进行基片处理工艺时，不仅可获得均匀的基片工艺质量，而且还具有运行稳定性高、维护周期长等的优点。 

附图说明

图1A为一种已知的MOCVD水平式工艺腔室结构； 

图1B为图1A中在A-A截面的剖视图； 

图2为一种已知的MOCVD垂直式工艺腔室结构； 

图3为本发明提供的基片承载装置的一个具体实施例的结构示意图；以及 

图4为本发明提供的基片处理设备的一个具体实施例的结构示 意图。 

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的基片承载装置及应用该基片承载装置的基片处理设备进行详细描述。 

本发明提供的基片承载装置包括基座、分布于基座上的多个托盘以及与上述基座及托盘相连接的旋转机构。借助该旋转机构能够持续、稳定地驱动基座及托盘进行旋转运动，从而保证在基片处理过程中的气流场及热场分布均匀性。 

具体地，可以使上述基座及托盘在旋转机构的驱动下进行行星式旋转运动；或者，也可以使上述基座及托盘在旋转机构的驱动下进行相互独立的旋转运动；优选地，是使二者进行行星式旋转运动，并且使各个托盘的旋转方向及转速一致，从而使各个托盘上所承载的基片所受到的气流场及热场分布均趋于一致，以获得良好的基片工艺的均匀性。可以理解的是，在实际应用中，还可以将上述基座及托盘的旋转方式设置为其它多种形式，并且凡是借助旋转机构而驱动基座及托盘进行旋转并有益于工艺均匀性的旋转方式均应视为本发明的保护范围。 

请参阅图3，为本发明提供的基片承载装置的一个具体实施例的结构示意图。本实施例中，基片承载装置包括圆形的基座11及均匀分布于基座11圆周上的多个托盘13，具体为，在基座11圆周方向设置有多个与托盘13形状相适配的凹槽19，从而将各个托盘13置于上述凹槽19中。在基座11的大致中心位置处设置有基座轴孔17，同时在上述各个凹槽19的大致中心位置处设置有托盘轴孔18。借助上述基座轴孔17以及多个托盘轴孔18可将基座11及多个托盘13与旋转机构相连接，从而实现对基座11及托盘13的旋转驱动。 

旋转机构主要包括驱动电机20和传动部。其中，传动部进一步又包括多个旋转轴(12、14)及传动齿轮(21、22、23、24)。旋转轴包括用于连接基座11的基座旋转轴12，和用于连接多个托盘 13的且与托盘13数量相对应的托盘旋转轴14。上述传动齿轮通过一定的啮合关系将驱动电机20的驱动力传输至各个旋转轴，以驱动上述基座11及托盘13进行旋转运动。本实施例中，采用行星式齿轮传动机构而实现对基座11及托盘13的驱动，具体如下：驱动电机20的转动轴连接有动力齿轮21，该动力齿轮21与基座齿轮22啮合；基座齿轮22的中心孔固定地套装在基座旋转轴12的下端，从而驱动基座11旋转；基座11在旋转的同时会带动多个托盘13随之进行公转，此时，与托盘13相连接的托盘旋转轴14及与该托盘旋转轴14固定连接的托盘齿轮24同样将随之进行公转，同时，由于托盘齿轮24与定齿轮23相啮合，因此，当托盘齿轮24围绕该定齿轮23进行公转的同时，将受到该定齿轮23的啮合力的作用进行自传；这样，就实现了使托盘13进行公转的同时绕其自身的旋转轴进行自转的行星式旋转运动。 

可以理解的是，上述定齿轮23例如可以与工艺腔室中的支架或其它固定及支撑结构进行固定连接；以及，当需要改变上述行星式旋转运动的转速比时，可以通过更改各个啮合齿轮的传动比而实现。 

还可以理解的是，本实施例中所采用的用于实现行星式旋转运动的齿轮传动结构仅仅是为了说明本发明实现原理的一种示范性结构，但本发明并不局限于此，本领域技术人员可在此基础上对上述行星式传动机构作出多种变形和改进，而凡是基于本发明的原理及实质所作出的变形和改进均应视为本发明的保护范围。 

此外，在本发明另一个实施例中，还可以将该传动机构设置为使基座及托盘分别进行独立旋转的方式。具体地，可以为基座及各个托盘分别设置不同的驱动电机，并对各个驱动电机的运行方向及转速进行独立控制；或者，还可以通过设置其它形式的传动方式而实现对基座及托盘的独立旋转控制。 

在本发明提供的基片承载装置另一个实施例中，在基座下方还设置有隔热部，用于使基座及托盘与下方的传动齿轮等组件实现热隔离。如图3所示，在实际应用中，上述隔热部例如可以采用一种石英材质的隔热窗30，该隔热窗30上同样可以设置基座轴孔及托盘 轴孔，并使该隔热窗30与基座11进行同步旋转。当然，对于上述隔热窗的结构及材质选择同样不限于本实施例中的结构与材质。 

另外，在一个优选的实施例中，还可以在该基片承载装置中设置进气部。该进气部例如可以采用图3所示的中心进气部40的结构，具体为，将上述基座旋转轴12设置为空心结构，使中心进气部40的供气管路穿过基座旋转轴12的内部而到达基座11的上方。从而在进行工艺时，可以借助该中心进气部40由基座11的中心位置沿水平方向而向基座11圆周方向上的托盘13表面喷射工艺气体，从而获得均匀分布的气流场。进一步优选地，还可以使该中心进气部40与基座11之间进行同步或相互独立的旋转运动，以促进工艺气体的均匀分布。 

上述基片承载装置在进行基片处理工艺时，通过各个托盘带动置于其上的基片进行行星式或其它形式的旋转运动，能够有效实现对基片附近气流场及热场分布的均匀性控制，从而有利于获得良好的工艺结果；并且，上述旋转机构通过驱动电机及机械传动而实现对基座及托盘的驱动，并具有结构简单、运行稳定等的优点，从而无需经常进行维护，具有维护周期长的优点。因此，本发明提供的基片承载装置在有效保证工艺均匀性的同时，具有运行稳定性高、维护周期长等的优点。 

作为另一种技术方案，本发明还提供一种基片处理设备。该基片处理设备包括工艺腔室及设置在该工艺腔室内部的上述本发明提供的基片承载装置。借助该基片承载装置以在工艺过程中提高基片附近区域气流场及热场分布的均匀性，进而提高工艺结果的均匀性。在实际应用中，该基片处理设备例如可以是金属有机化合物化学气相淀积设备等。 

请参阅图4，为本发明提供的基片处理设备的一个具体实施例的结构示意图。本实施例中，该基片处理设备具体包括工艺腔室10、设置于工艺腔室10内部的基片承载装置，该基片承载装置与上述图3所示的实施例基本相同或类似，在此不予赘述。此外，在工艺腔室10的上方位置处还设置有感应加热线圈60，用以对基座11及托盘 13进行感应加热，从而加热托盘13上的基片15；在该感应加热线圈60的上方还设置有反射板70，用以反射工艺腔室10内热辐射，以提高热量的利用率；在工艺腔室10的下方还设置用抽气装置50，用以将工艺过程中所产生的废气、杂质以及未参与反应的工艺气体及时抽出工艺腔室10。 

上述本发明提供的基片处理设备的工作过程如下：首先，将基片15放置于托盘13的上表面；之后，使基片承载装置的基座11及托盘13进行行星式旋转运动；同时，借助中心进气部40向各个基片15的表面区域喷射工艺气体，并开启感应加热线圈60为基座11及托盘13加热；由于基座11及托盘13的旋转运动，使基片15附近区域的工艺气体及温度分布均趋于均匀，从而，在基片15表面生成均匀的外延膜层；在反应过程中剩余的工艺气体及反应所生成的废气及杂质经由工艺腔室10下方的抽气装置被抽出；上述过程将一直持续到完成基片15表面膜层的制备工艺，之后更换新的待加工基片，并重复上述过程。 

由上述过程可以看出，本发明提供的基片处理设备由于设置有上述本发明提供的基片承载装置，因而在对基片进行薄膜制备工艺时，能够在基片上获得均匀的气流场及热场分布，从而实现在基片表面生成均匀的膜层。并且，该基片处理设备同样具有运行稳定及维护周期长等的优点。 

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种基片承载装置，包括基座、分布于所述基座上的用于承载基片的多个托盘，其特征在于，还包括隔热部与旋转机构，其中

所述隔热部设置在所述基座的下方，用于使所述基座及所述托盘与所述旋转机构实现热隔离；

所述旋转机构与所述基座及托盘相连接，所述旋转机构包括驱动电机和传动部，用于驱动所述基座及托盘进行旋转运动，其中

所述传动部包括旋转轴及传动齿轮；其中，所述旋转轴包括基座旋转轴和与所述托盘数量相对应的托盘旋转轴，所述传动齿轮将所述驱动电机的驱动力传输至各个旋转轴，以驱动所述基座及托盘进行旋转运动；所述基座旋转轴为空心结构，在所述基座旋转轴的内部设置有中心进气部，用于向所述托盘表面喷射工艺气体，所述中心进气部与所述基座之间进行相互独立旋转运动，以促进工艺气体的均匀分布。

2.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，所述基座和托盘在所述旋转机构的驱动下进行行星式旋转运动。

3.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，所述基座和托盘在所述旋转机构的驱动下进行各自独立的旋转运动。

4.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，所述基座上设置有多个托盘轴孔，所述托盘旋转轴穿过所述基座上的托盘轴孔而与所述托盘相连接。

5.一种基片处理设备，包括工艺腔室，其特征在于，在所述工艺腔室的内部设置有权利要求1-4中任意一项所述的基片承载装置，用以在工艺过程中承载基片。

6.根据权利要求5所述的基片处理设备，其特征在于，所述基片处理设备包括金属有机化合物化学气相淀积设备。