CN102787303A - 托盘装置及结晶膜生长设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于结晶膜生长技术领域。本发明提供的托盘装置包括：多个层叠设置的托盘，相邻托盘之间具有一定间距；旋转机构，其至少与一个托盘连接并借助于托盘之间的层叠结构而带动所述多个托盘进行旋转运动；以及限位机构，其与所述托盘连接，用于对所述多个托盘的位置进行限定。结晶膜生长设备包括工艺腔室、工艺气体输送系统及排气系统，在工艺腔室内设置有上述托盘装置，用以在工艺过程中承载基片。本发明提供的托盘装置及结晶膜生长设备可以在托盘装置旋转过程中限制各托盘在径向和/或周向方向上产生相对位移，从而减少甚至避免彼此叠置的托盘之间因相对位移而产生摩擦和/或挤压并导致托盘损毁，进而延长托盘装置和结晶膜生长设备的使用寿命。

Description

托盘装置及结晶膜生长设备

技术领域

本发明属于结晶膜生长技术领域，具体涉及一种托盘装置以及应用该托盘装置的结晶膜生长设备。

背景技术

随着技术的发展，化学气相生长(Chemical Vapor Deposition，简称为CVD)技术已经得到越来越多的应用。特别是其中的金属有机化学气相生长(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称为MOCVD)技术，因其具有镀膜成分易控、镀膜均匀致密以及附着力好等优点而逐渐成为工业界主要的镀膜技术。所谓MOCVD技术是指，利用金属有机化合物(Metal Organic，简称为MO)作为源物质的一种化学气相生长技术，其原理为使有机金属原料气体、氢化气体或卤化气体进行热分解反应而在气相中使薄膜生长。在实际工艺中，将进行上述CVD反应的设备称为CVD设备；将使用MO气体进行CVD反应的设备称为MOCVD设备。为了增大MOCVD设备的产能，本领域技术人员急需解决的技术问题是提出一种大产能的设备。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种托盘装置及具有该托盘装置的结晶膜生长设备，其能够在托盘装置旋转过程中有效避免托盘的损耗，从而延长该托盘装置的使用寿命。

为此，本发明提供一种用于承载被加工基片的托盘装置，其托盘装置包括多个层叠设置的托盘，并且相邻托盘之间具有一定间距；旋转机构，其至少与一个托盘连接并借助于托盘之间的层叠结构而带动所述多个托盘进行旋转运动；以及限位机构，其与所述托盘连接，用于对所述多个托盘的位置进行限定。

其中，所述多个托盘沿纵向层叠设置，在除最底层托盘以外的各托盘的背面设置第一凸起部，并在与背面设置有第一凸起部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凸起部相配合的第二凹进部；和/或在除最底层托盘以外的各托盘的背面设置第一凹进部，并在与背面设置有第一凹进部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凹进部相配合的第二凸起部；并且借助于所述第一凸起部和第二凹进部之间的配合和/或所述第二凸起部和第一凹进部之间的配合，而将相邻托盘彼此保持一定间距地叠置在一起。

其中，所述限位机构包括至少一个限位杆以及数量与所述托盘的数量相对应的固定部件，所述限位杆设置在所述托盘的外围并沿托盘层叠方向延伸，所述固定部件连接在所述限位杆和所述托盘之间而将二者固定在一起，以限定各托盘之间的相互位置关系。本发明中，固定部件的数量与所述托盘的数量相对应指得是：二者的数量可以相等，即，固定部件与托盘一一对应；或者二者的数量不等，例如，每个托盘可以对应于多个固定部件。

其中，所述限位机构包括至少一个限位杆以及至少一个固定部件，在各托盘的边缘位置处设置与所述限位杆相对应的限位孔，所述限位杆沿托盘层叠方向延伸并穿过各托盘上的限位孔，所述固定部件连接在所述限位杆和相应托盘之间并将二者固定在一起，以限定各托盘之间的相互位置关系。具体地，当限位杆与各限位孔之间采用紧配合的方式时，并不必须为每一个托盘都设置固定部件，例如，可以在该托盘装置中仅设置一个固定部件并使其与任意一个托盘连接固定，此时该固定部件的作用主要在于防止限位杆滑落，至于限位杆与各托盘的之间的固定则主要依靠二者之间的紧配合方式。此外，当限位杆与各限位孔之间采用过盈配合的方式时，就必须为每一个托盘设置相应的固定部件，此时固定部件的作用并不仅仅在于防止限位杆滑落，还在于使各托盘与限位杆固定在一起，从而限定各托盘之间的相对位置关系。

其中，所述限位机构可以包括至少一个限位杆，并且在除最下层托盘之外的各个托盘的边缘位置处设置与所述限位杆相对应的限位孔，在最下层托盘上的与其他各托盘中的限位孔相对应的位置处设置与所述限位杆相配合的限位凹槽，所述限位杆贯穿除最下层托盘之外的各个托盘上的限位孔并且嵌抵在最下层托盘的限位凹槽内。优选地，所述限位机构还包括连接在所述限位杆和所述托盘之间并将二者固定在一起的固定部件。

其中，所述限位杆的数量为N，其中N为大于等于2的整数，所述N个限位杆沿所述托盘的周向均匀排列。

其中，所述托盘的材料包括石墨、钼或钼合金，相应地，所述限位杆的材料包括石墨、钼或钼合金。

其中，所述固定部件包括：与所述限位杆相连的支撑臂，以及一端连接所述支撑臂、另一端嵌入相应托盘的定位销。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种结晶膜生长设备，其包括工艺腔室、工艺气体输送系统及排气系统，并且在工艺腔室内设置有本发明提供的上述托盘装置，用以在工艺过程中承载基片。

其中，所述托盘呈环状结构，所述工艺气体输送系统沿所述多个托盘的层叠方向贯穿所述层叠设置的托盘的中空部分，并且该工艺气体输送系统包括工艺气体进气口及工艺气体出气口，所述工艺气体进气口将工艺气体自工艺腔室之外引入所述工艺气体输送系统，所述工艺气体输送系统中的工艺气体经由工艺气体出气口而进入到工艺腔室内并到达托盘装置所承载的各基片。

其中，在所述工艺气体输送系统上对应于每一个托盘而设置有工艺气体出气口，以使工艺气体被直接输出至每一个托盘。

其中，在工艺气体输送系统中还设置有用以辅助输送工艺气体的工艺气体补偿通道。

优选地，本发明提供的结晶膜生长设备还包括过滤腔室，其设置在工艺腔室与排气系统之间，并通过若干通孔而与工艺腔室连通。

其中，所述过滤腔室包括多个层叠设置的过滤基板，每一个过滤基板均由多孔材料制成且其上设置有若干通孔。

其中，所述过滤基板由石墨材料制成且其表面具有SiC涂层，并且相邻的过滤基板上的通孔彼此错开。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的托盘装置中设置有用于对托盘的位置进行限定的限位机构，借助于该限位机构与各托盘之间的配合而使各托盘连接成为整体，从而在旋转过程中限制各托盘在径向和/或周向方向上产生相对位移，以减少甚至避免彼此叠置的托盘之间因相对位移而产生摩擦和/或挤压并导致托盘损毁，从而延长托盘装置的使用寿命。

类似地，由于本发明提供的结晶膜生长设备中的托盘装置同样设置有用于对托盘的位置进行限定的限位机构，因而，其同样可以在托盘装置旋转过程中限制各托盘在径向和/或周向方向上产生相对位移，从而减少甚至避免彼此叠置的托盘之间因相对位移而产生摩擦和/或挤压并导致托盘损毁，进而延长托盘装置和结晶膜生长设备的使用寿命。

附图说明

图1为一种结晶膜生长设备的基本结构的剖面示意图；

图2为本发明第一实施例提供的托盘装置的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的托盘装置的结构示意图；

图4为本发明一个具体实施例提供的结晶膜生长设备的基本结构的剖面示意图；

图5是可适用于图4所示结晶膜生长设备的另一种工艺气体输送系统的剖面示意图；以及

图6示意性地示出图5所示工艺气体输送系统中的冷却装置的剖面结构。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的托盘装置及结晶膜生长设备进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的部分，标注相同标号。

图2为本发明第一实施例提供的托盘装置的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的托盘装置200包括：13个相互平行且沿纵向依次层叠设置的托盘201；用于带动托盘201进行旋转运动的旋转机构(图中未示出)；以及用于对托盘201的位置进行限定的限位机构。

其中，在这13个托盘中，每一个托盘201均呈环形，其环形实体部分可用于承载诸如基片等的被加工工件，环形实体部分环绕形成中空部分，并且在最顶层托盘201上设置封闭帽210用以封闭最顶层托盘201的中空部分，以便在实际工艺中避免工艺气体经由该中空部分而进入排气系统并被排出。此外，处于最上面的12个托盘201的厚度大致相等，处于最底层的那一个托盘201因需要承受上面12个托盘201的重量，因而其厚度优选地大于其上面的那12个托盘201的厚度。并且，这13个托盘201采用这样的方式进行连接与固定：即，在处于最上面的12个托盘201的背面设置第一凸起部(图中未示出)，与之相对应，在处于最下面的12个托盘201的正面设置与所述第一凸起部相配合的第二凹进部(图中未示出)(即，在图2所示13个托盘201中，在除最底层托盘201以外的各托盘201的背面设置第一凸起部，并在背面设置有第一凸起部的各托盘201的下方且与其相对设置的各托盘201的正面，设置与上述第一凸起部相配合的第二凹进部)，借助第一凸起部和第二凹进部之间的配合而将相邻托盘201彼此保持一定间距地叠置在一起。通常，相邻托盘201之间的间距可以设置为0.5cm～8cm，优选为1cm～3cm，以便在托盘201上放置诸如基片等的被加工工件并使工艺气体通过。

旋转机构包括：旋转驱动部，用于为托盘201提供旋转驱动力；以及旋转传递部，其连接在旋转驱动部和托盘201之间，用于将来自旋转驱动部的驱动力传递到托盘201以带动各托盘201旋转，从而使放置在各托盘201不同位置处的被加工工件能够处于大致均匀的气流场及温度场中。在本实施例中，由于相邻托盘201之间借助于上述第一凸起部和第二凹进部之间的配合而连接在一起，因此，旋转机构中的旋转传递部可以仅仅连接最底层托盘201，这样，当旋转机构驱动最底层托盘201旋转时，该最底层托盘201可借助于其与倒数第二层托盘201之间的连接而带动该倒数第二层托盘201旋转；而后再借助于倒数第二层托盘201和倒数第三层托盘201之间的连接而带动该倒数第三层托盘201旋转，以此类推，就可借助于与最底层托盘201相连的旋转机构来带动该托盘装置200中的每一托盘201旋转。

限位机构包括沿托盘201的周向均匀分布的2个限位杆206。在除最低层托盘201以外的那12层托盘201的边缘位置处设置与限位杆206相配合的限位孔209，并在最底层托盘201边缘且与该限位孔209相对应的位置处设置限位凹槽209b，限位杆206自上而下贯穿各托盘201的限位孔209，并且嵌抵在最底层托盘201的限位凹槽209b中。这样，借助于限位杆206同限位孔209和限位凹槽209b之间的配合而使各托盘201连接成为整体，从而限制各托盘201之间的相互位置关系，即，限制各托盘201在旋转过程中产生沿径向和/或周向方向上的相对位移，这样便可以减少甚至避免彼此叠置的托盘201在旋转过程中产生摩擦和/或挤压而损毁，从而可以延长托盘装置200的使用寿命。

需要指出的是，在实际应用中，相邻托盘之间也可以采用这样的方式来进行连接和固定：即，在多个托盘的背面设置第一凹进部，并在背面设置有第一凹进部的各托盘的下方且与其相对设置的各托盘的正面，设置与上述第一凹进部相配合的第二凸起部，借助第二凸起部和第一凹进部之间的配合而将相邻托盘彼此保持一定间距地叠置在一起。事实上，前述第一凹进部和第二凹进部可以设置成围绕托盘装置旋转轴的封闭环状结构，相应地，与之相配合的第二凸起部和第一凸起部可以设置成围绕托盘装置旋转轴的封闭环状结构；或者，前述第一凸起部及与之配合的第二凹进部、第一凹进部及与之配合的第二凸起部也可以设置为不连续的结构，只要能够借助于相邻托盘上的凸起与凹进之间的相互配合而将托盘连接在一起即可，而不必限定所述凸起和凹进的具体形状结构。

进一步需要指出的是，限位杆与限位孔和限位凹槽之间可以采用过盈配合和紧配合的方式。其中，所谓过盈配合指得是限位孔和限位凹槽的内径大于限位杆的外径，并且限位杆可以在限位孔及限位凹槽中晃动；所谓紧配合指得是限位孔和限位凹槽的内径稍稍大于限位杆的外径，限位杆紧紧地卡在限位孔和限位凹槽内而不能晃动。可以理解，为了更好地限定各托盘之间的相互位置关系，限位杆与限位孔和限位凹槽之间优选采用紧配合的方式；或者，当采用过盈配合的方式时，优选地，对应于各个托盘而设置与限位杆相连的支撑臂，在支撑臂上设置可以嵌入托盘的定位销，通过将各定位销嵌入到相应托盘而将托盘与限位杆固定连接在一起，进而将各托盘连接成为整体，以更好地限定各个托盘之间的相互位置关系。此外，在实际应用中，限位杆的数量可以不局限于前述实施例所述的2个，而是也可以为1个或者为更多个，当其数量大于2时，这些限位杆优选地沿托盘的周向均匀分布。至于限位杆、支撑臂和定位销的材质，优选为与托盘相同的材质，例如SiC。

还需要指出的是，虽然本实施例中在最底层托盘201的边缘位置设置有与限位孔209相对应的限位凹槽209b，但是在实际应用中，也可以将限位凹槽209b改为贯穿最底层托盘201的限位孔209，并且借助于固定部件来防止限位杆206从限位孔209滑落。事实上，当限位杆206与各限位孔209之间采用紧配合的方式时，可以不必为每一个托盘201设置相应的固定部件，例如，可以仅设置一个固定部件并使其用于固定连接限位杆206与任意一个托盘201，以防止限位杆206滑落而无法起到限位作用。当限位杆206与各限位孔209之间采用过盈配合的方式时，就必须为每一个托盘201设置相应的固定部件。所述固定部件可采用前述方式，即，对应于相应托盘201而设置与限位杆206相连的支撑臂，在支撑臂上设置可以嵌入托盘201的定位销，通过将定位销嵌入到相应托盘而将托盘201与限位杆206固定连接在一起。

请参阅图3，为本发明第二实施例提供的托盘装置的结构示意图。与前述第一实施例类似，本实施例提供的托盘装置200同样包括：13个相互平行且沿纵向依次层叠设置的托盘201；用于带动托盘201进行旋转运动的旋转机构(图中未示出)；以及用于对托盘201的位置进行限定的限位机构。这两个实施例的差别在于限位机构的设置方式及设置位置不同，即，在第一实施例中，限位杆206贯穿除最底层托盘201之外的各个托盘201；而在第二实施例中，限位杆206设置在各个托盘201的外围。

具体地，第二实施例提供的托盘装置200包括13个相互平行且沿纵向自下而上依次层叠设置的托盘201，并且在各托盘201的外围设置有沿托盘201的层叠方向延伸的限位杆206，对应于各个托盘201而设置有与限位杆206相连的支撑臂207，在支撑臂207上设置可以嵌入托盘201的定位销208，通过将各定位销208嵌入到各托盘201而将各托盘201与限位杆206固定连接在一起形成整体，从而限定各个托盘201之间的相互位置关系。也就是说，借助于限位杆206、支撑臂207、定位销208与各托盘201之间的配合而使各托盘201连接成为整体，从而在旋转过程中限制各托盘201在径向和/或周向方向上产生相对位移，这样便可以减少甚至避免彼此叠置的托盘201之间因相对位移而产生摩擦和/或挤压并导致托盘201损毁，从而可以延长托盘装置200的使用寿命。

需要指出的是，虽然本发明前述实施例中的各托盘是沿纵向依次层叠设置的，但是在实际应用中，托盘装置中的各托盘也可以沿横向依次层叠设置。并且，旋转机构并不是必须连接处于最底层的那个托盘或者处于最外侧的那个托盘，而是也可以同时连接多个托盘或者仅仅连接任意一个托盘，只要各托盘能够借助于彼此间的叠置结构而在旋转机构的带动下进行旋转即可。

此外，本发明还提供一种结晶膜生长设备，其包括工艺腔室、工艺气体输送系统及排气系统，并且在工艺腔室内设置有本发明提供的上述托盘装置，用以在单次工艺过程中同时承载多个被加工基片。下面结合图4对本发明提供的结晶膜生长设备进行详细描述。

图4为本发明一个具体实施例提供的结晶膜生长设备的基本结构的剖面示意图。如图4所示，本实施例提供的结晶膜生长设备包括用于隔断大气的腔室外壁321、腔室内壁317以及由腔室内壁317围绕而成的工艺腔室301。本实施例中，腔室外壁321由石英制成，腔室内壁317由石墨制成，其表面被SiC包覆，当然在实际应用中，其也可以由石英制成。

在工艺腔室301内部设置有本发明前面所提供的用于承载被加工基片302的托盘装置，工艺气体输送系统310自下而上贯穿该托盘装置，以便为其所承载的被加工基片302输送工艺气体。在工艺腔室301上方设置有过滤腔室318，并且在该过滤腔室318的上部大致中央位置处设置有腔室排气口322，以使吹扫气体以及未反应的工艺气体经由该排气口322排出。

围绕腔室外壁321设置有感应加热线圈304，用以通过感应加热的方式对工艺腔室301内的托盘装置进行加热，以使其所承载的被加工基片302处于工艺所需温度。为了确保托盘装置处于均匀的温度场，在该感应加热线圈304中，优选地将处于中间部分的线圈的间距设置得大致相等，并将处于两端的线圈的间距设置得小于上述中间部分的线圈间距，从而实现温度的均等性。

在工艺腔室301的下方设置有连接法兰315，以便将整个结晶膜生长设备固定于工艺所需的位置。在连接法兰315和工艺腔室301之间还设置有密封部件316。具体地，该密封部件316的下表面与连接法兰315贴合，而其上表面与腔室外壁321和腔室内壁317的底端贴合，从而对工艺腔室301进行密封以保证其内部的工艺环境。

在本实施例中，置于工艺腔室301内的托盘装置包括：沿纵向方向自下而上依次设置的11个托盘S31～S41；对各托盘S31～S41之间的相互位置关系进行限定的限位机构；以及用以带动各托盘旋转的旋转机构。

其中，每一个托盘均呈环形，其环形实体部分可用于承载诸如基片等的被加工工件，环形实体部分环绕形成中空部分。例如图4所示，介于最底层托盘S31和最顶层托盘S41之间的托盘S32～S40的环形实体部分的上表面就放置有基片302。而且在实际应用中，位于最底层的托盘S31和最顶层的托盘S41并不承载基片而是作为陪衬托盘，其可以阻止整个托盘装置的散热以确保温度场的均匀。

并且，每一个托盘均由石墨制成，并且表面由SiC包覆。在这11个托盘S31～S41中，除最底层托盘S31外，在每一层托盘S32～S41的下表面靠近中空部分的位置处设置凸起部，并且在除最顶层托盘S41外的每一层托盘S31～S40的上表面对应于上述凸起部而设置与之相配合的凹进部，将凸起部嵌入到对应的凹进部而实现相邻托盘之间的固定连接。同时，确保当凸起部嵌入到对应的凹进部并实现相邻托盘之间的固定连接后，相邻托盘之间具有一定的间距，例如0.5cm～8cm。上述凸起部可以为环绕中空部分的封闭的环状凸起部，相应地，凹进部为封闭的环状凹进部，这种情况下，为了将来自工艺气体出口311的工艺气体引入到相邻托盘之间，就必须在环状凸起部上设置若干连通工艺气体输送系统310和工艺腔室301的工艺气体引导槽303。

事实上，在实际应用中，所述凸起部并不必局限于前述实施例中所述的封闭环状这样的形式，而是也可以这样设置：即，该凸起部设置为不连续的几段，相应地，凹进部也可设置为不连续的几段。这种情况下，就无需在凸起部上再设置工艺气体引导槽，而是借助于相邻凸起部之间的间隙而将工艺气体引入到相邻托盘之间。当然，当凸起部设置为不连续的几段时，只要能够将凸起部固定在凹进部内而使相邻托盘实现固定连接，就不必限制凹进部是否被设置为非连续的状态。

通常，旋转机构包括支撑上述托盘装置的轴承机构305以及驱动电机308。通过驱动电机308运转而带动轴承机构305的轴承306和齿轮机构307转动，并通过旋转传递部365而将旋转动能传递到最低层托盘S31，借助于各托盘之间的相互连接而使托盘装置整体旋转。并且，为了防止旋转机构受到热辐射的影响，而在旋转机构设置水冷套管309，并借助于水冷套管309内诸如水等的冷却液体而对旋转机构进行冷却。

需要指出的是，为了使图面简洁，图4中仅仅突出示出各托盘及其所承载的被加工基片302，而略去了限定各托盘位置关系的限位机构。在实际应用中，本实施例中的托盘装置的限位机构可以采用图2或图3所示限位机构的形式：即，可以在托盘S32～S41的边缘位置处开设限位孔，同时对应于上述限位孔而在托盘S31的边缘位置处开设限位凹槽，使限位杆自上而下贯穿各托盘S32～S41的限位孔并嵌抵在最底层托盘S31的限位凹槽中，从而使各托盘连接成为整体，以限制各托盘在旋转过程中产生沿径向和/或周向方向上的相对位移，从而减少甚至避免彼此叠置的托盘之间因径向和/或周向上的相对位移而产生摩擦并导致托盘损毁，进而延长该结晶膜生长设备中的托盘装置的使用寿命。

在本实施例中，工艺气体输送系统310由石英材料制成，并且包括自下而上贯穿整个托盘装置的工艺气体主导管313，在其上对应于托盘S31～S40中每一托盘的上表面设置有工艺气体出口311，用以将工艺气体输送系统310中的工艺气体引入到各托盘的表面。由于工艺气体主导管313的长度较长，因而使得靠上的工艺气体出口311的出气量往往会小于靠下的工艺气体出口311的出气量，这就需要设置工艺气体补偿管314，用以补偿工艺气体主导管313的输送能力。这样，由于设置有工艺气体补偿管314，因而可对托盘间工艺气体的均等性进行控制。当然，在实际应用中，工艺气体主导管313和工艺气体补偿管314的数量可以不必局限于上述数量，而是可以根据需要增加或减少。

此外，为了避免工艺气体在输送过程中受热分解，而在工艺气体输送系统310内设置由不锈钢制成的水冷管312，工艺气体主导管313和工艺气体补偿管314与该水冷管312接触，并借助于水冷管312内诸如水等的冷却液体而使工艺气体得到冷却。

上述托盘装置及工艺气体输送系统310均固定在连接法兰315上，并且对应于腔室外壁321和腔室内壁317形成的空间而在连接法兰315上设置有吹扫气体入口320。该吹扫气体入口320向上贯穿密封部件316并与腔室外壁321和腔室内壁317所围成的吹扫气体通道相连通，以便将诸如氢气或氮气等的吹扫气体引入到腔室外壁321和腔室内壁317围成的吹扫气体通道内，并对其进行吹扫清洁，而后使吹扫气体经由排气口322排出该结晶膜生长设备。

在实际应用中，连接法兰315与移动机构(图中未示出)连接，通过移动机构带动该连接法兰315向下方移动，而使托盘装置向下移出工艺腔室301，以便向托盘上放置基片302或者从托盘上取出基片302；或者通过该移动机构带动该连接法兰315向上方移动，而使托盘装置向上移进工艺腔室301。

此外，在本实施例提供的结晶膜生长设备中，在工艺腔室301的上方设置有过滤腔室318。在该过滤腔室318的底部边缘位置处设置有突缘，用以与腔室内壁317的顶部嵌合连接。该过滤腔室318由多层过滤基板324构成，在每一层基板324上均开设有若干通孔319。这样，工艺腔室301中未反应的工艺气体便可经由最底层过滤基板324上的通孔319而进入到过滤腔室318，在过滤腔室318内进行扩散，并在过滤基板324上进行结晶生长，以便消耗未反应的工艺气体。由于未反应的工艺气体可在过滤腔室318内生长为不易脱落的结晶膜而不是易于脱落的颗粒，因而借助该过滤腔室318可以减少甚至避免因颗粒而带来的污染；同时，由于未反应的工艺气体在过滤腔室318内可被较为充分地消耗，因而可以抑制未反应的工艺气体到达包含排气口322的排气系统并在其内附着生成物，从而可以减少该结晶膜生长设备因污染所带来的维护时间，进而相应地延长其正常运行时间。

需要指出的是，在图4中只是示意性地示出3层过滤基板324，在实际应用中过滤基板324的数量可根据需要设置为大于或等于2的任意整数。至于过滤基板324的材料，可以采用诸如石墨等的多孔材料，并且可在每层石墨制成的过滤基板324的表面包覆SiC涂层。而且，为了使未反应的工艺气体在过滤腔室318内充分地扩散及结晶生长，可以使相邻层上的通孔319的位置相互错开，这样，工艺腔室内未反应的工艺气体首先通过下层过滤基板上的通孔319进入过滤腔室318；然后，因下层过滤基板上的通孔319的位置与中间层过滤基板上的通孔319的位置相互错开，而使未反应的工艺气体先与中间层过滤基板碰撞，并在改变其运动方向后再通过中间层过滤基板上的通孔319继续向上扩散；而后，类似地，先与上层过滤基板碰撞，并在改变其运动方向后再通过上层过滤基板上的通孔319继续向上扩散直至到达排气口322，这样就可以避免未反应的工艺气体直接经由通孔319快速地离开过滤腔室318，从而可以更充分地消耗未反应的工艺气体。

在实际应用中，可以采用下述方式来使未反应的工艺气体在过滤腔室内更为充分地被消耗掉：即，可调整感应加热线圈304的设置方式，以使其向过滤腔室提供更多的热量而使得过滤腔室内的温度高于工艺腔室内的温度，从而使未反应的工艺气体在过滤腔室内更容易扩散及结晶生长，以便更为充分地消耗未反应的工艺气体，进而抑制所述未反应的工艺气体到达包含排气口322的排气系统并在其内附着生成物，从而大大降低对排气系统的污染。

需要指出的是，当排气口322连接有抽气泵(图中未示出)时，可以使工艺腔室301内的气体流动速度增快，并且使相邻托盘及其上的基片302之间的气流场均匀。此时，不仅可以不必使旋转机构带动托盘装置旋转(或者不再设置旋转机构)，而且还可以减少被加工基片302的表面的停滞层厚度。

进一步需要指出的是，尽管前述实施例中托盘装置所包含的各托盘是沿纵向依次层叠设置的，然而在实际应用中，托盘装置所包含的各托盘也可以沿横向依次层叠设置，并且限位机构中的限位杆沿横向(即，托盘的层叠方向)延伸。

作为上述实施例的一个变型实施例，也可采用图5所示的工艺气体输送系统310’来替代图4中的工艺气体输送系统310，以更好地控制托盘间工艺气体的均等性和流量。具体地，该工艺气体输送系统310’包括可由石英材料制成的气体扩散管510，且在该气体扩散管510上设置与托盘S31～S40中每一托盘的上表面相对应的工艺气体出口511，工艺气体在该气体扩散管510内扩散并通过其上的工艺气体出口511到达各托盘表面。并且，在气体扩散管510内设置多个沿托盘层叠方向延伸的工艺气体输送管，用以将工艺气体从外部引入到气体扩散管510内的相应位置处。需要指出的是，本实施例中为了图示简洁，而仅在图5中示意性地示出2个工艺气体输送管513和514。

在气体扩散管510内还设置有用于引导工艺气体流向的整流装置。如图6所示，在该整流装置中，沿托盘层叠方向自上而下依次设置多个翼片，即，翼片501a、501b、501c、…501k、501l。其中，每个翼片均沿水平方向延伸，并且相邻翼片之间具有一定间距，该间距的大小可与相邻托盘之间的间距相适应，或者与相邻工艺气体出口511之间的间距相适应。

在实际应用中，翼片的数量优选与托盘的数量相同，这样，在本实施例中，对应于12个托盘S31～S40而设置12层翼片，并且每一层翼片均位于相应的工艺气体出口511的上方，例如，在图5中处于最上层的翼片501a就对应地设置在气体扩散管510最上端的那一个工艺气体出口511的上方。

并且，在翼片上可设置供工艺气体输送管穿过的通孔，上述工艺气体输送管穿过翼片上的通孔而在气体扩散管510内沿托盘层叠方向延伸，并到达对应的工艺气体出口511的位置处，以便将工艺气体输送至此。在实际应用中，翼片上的通孔的设置数量和设置位置可基于下述规则来确定：即，对于每一工艺气体输送管而言，在其出口下方的各翼片上均设置有可供该工艺气体输送管穿过的相应通孔，而在其出口上方的翼片则不设置相应通孔，以使工艺气体自该工艺气体输送管的出口输出时，会与该出口上方的翼片相碰撞而改变其传输方向，并流向气体扩散管510上的相应工艺气体出口511，以最终到达相应的托盘表面。在本实施例中，可将所述多个工艺气体输送管的出口设置在不同的高度上，也就是说，气体扩散管510内的所述多个工艺气体输送管的长度不同，这样，气体扩散管510内的各翼片上的通孔数量自下而上逐渐减少。

下面结合图5并以工艺气体输送管513为例来说明如何在翼片上设置上述通孔。首先，根据工艺气体输送管513的长度来确定当其沿托盘层叠方向自下而上延伸时该工艺气体输送管513出口的所在位置；然后，在该工艺气体输送管513出口下方的各翼片上均设置供该工艺气体输送管513穿过的通孔。至于在该出口上方的翼片，则不设置与该工艺气体输送管513相对应的通孔。这样，当工艺气体从工艺气体输送管513出口输出时，会与该出口上方的翼片相碰撞而改变其传输方向以形成气体流路1，并从相应的工艺气体出口511流出以最终到达相应托盘的表面。

如图5所示，采用上述方法确定需要在哪些翼片上设置供工艺气体输送管513和514穿过的通孔并在这些翼片上形成这些通孔之后，工艺气体输送管513即可沿托盘层叠方向自下而上穿过相应的通孔并在其出口位置处形成气体流路1；同时，工艺气体输送管514可沿托盘层叠方向自下而上穿过相应的通孔并在其出口位置处形成气体流路2。并且，由于工艺气体输送管513的长度较短，因而其主要向托盘装置中的靠下位置处的托盘供给气体；相应地，由于工艺气体输送管514的长度相对较长，因而其主要向托盘装置中的靠上位置处的托盘供给气体。

至于图5中未示出的其他各工艺气体输送管，其同样可以采用上述方法来确定需要在哪些翼片上设置有关通孔并在这些翼片上形成相应通孔，从而使这些工艺气体输送管可沿托盘层叠方向自下而上穿过相应的通孔而延伸至其各自出口位置处。如上所述，由于每个工艺气体输送管出口上方的翼片不设置与该工艺气体输送管相对应的通孔，因而，当工艺气体从该工艺气体输送管出口输出时，会与该出口上方的翼片相碰撞而改变其传输方向以形成相应的气体流路，并从相应的工艺气体出口511流出以最终到达相应托盘的表面。并且，由于本实施例中每个工艺气体输送管的出口位置均不同，因而每个工艺气体输送管实际上主要是通过位置与其高度相对应的工艺气体出口511向对应的托盘输出工艺气体，以实现工艺气体的分层输送。这样，通过调节每个工艺气体输送管的工艺气体输送量即可对各托盘间工艺气体的均等性以及输送流量进行控制，换言之，采用本实施例提供的工艺气体输送系统可易于控制各托盘间工艺气体的均等性以及输送流量。在实际应用中，工艺气体输送管的数量可根据实际需要进行相应设置，优选地，将工艺气体输送管的数量设置得与托盘数量相同，即，对应于每个托盘设置一个为其输送气体的相应工艺气体输送管。

在本实施例中，为了避免工艺气体在输送过程中受热分解，该工艺气体输送系统310’还包括冷却装置。该冷却装置贯穿气体扩散管510而设置，且包括水冷外管520和水冷内管512。其中，水冷外管520沿托盘层叠方向贯穿气体扩散管510，优选地，使二者同轴设置。水冷内管512设置于水冷外管520内，且由诸如不锈钢等的非磁性金属材料制成。诸如冷却水等的冷却液体通过水冷内管512引入该冷却装置，并经由水冷内管512顶端开口而进入水冷外管520和水冷内管512之间的空腔，然后通过连接水冷外管520的排水管515而排出该冷却装置。诸如工艺气体输送管513和514等的多个工艺气体输送管在水冷外管520的外侧沿托盘层叠方向延伸，以借助于冷却液体而将工艺气体输送管内的工艺气体控制在期望的温度。优选地，使工艺气体输送管与水冷外管520的外壁相接触，以更有效地对工艺气体进行冷却。

请再次参阅图6，本实施例中的整流装置设置于水冷外管520上，具体地，整流装置所包含的多个翼片沿托盘层叠方向以一定间距设置在水冷外管520外壁上。诸如工艺气体输送管513和514等的多个工艺气体输送管自下而上穿过翼片上设置的通孔并环绕水冷外管520的外壁而设置，以便在将工艺气体输送至预定位置的同时将工艺气体控制在期望的温度，从而避免工艺气体在输送过程中受热分解。

需要指出的是，在实际应用中，整流装置在气体扩散管510内的设置方式并不局限于图6所述的方式，也可以采用其他方式在气体扩散管510内设置整流装置，例如，可以在气体扩散管510内设置金属架，并沿托盘层叠方向将所述多个翼片固定在金属架上，且使相邻翼片保持一定间距；再如，也可将翼片设置在气体扩散管510上而不是设置在水冷外管520的外壁上，即在气体扩散管510的内壁上沿托盘层叠方向以一定间距设置所述多个翼片，并在每个翼片上设置供工艺气体输送管穿过的前述通孔。而且，翼片的数量也可根据需要进行相应设置，而不必像前述实施例那样与托盘的数量一致，也就是说，翼片不必与工艺气体出口一一对应地设置。

可以理解的是，采用图5和图6所示的工艺气体输送系统可以对经由各工艺气体输送管和工艺气体出口而向各个托盘输送的工艺气体的流量进行控制，进而控制到达各个托盘的工艺气体的均等性和流量，从而减少甚至消除因到达各托盘的工艺气体不均等原因而造成的结晶膜质量及厚度不均匀的问题。而且，采用图5和图6所示的工艺气体输送系统还可以在工艺气体输送过程中将其控制在期望的温度，从而避免工艺气体在输送过程中受热分解而影响工艺结果并造成浪费。

还可以理解的是，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 (16)

1.一种托盘装置，用于承载被加工基片，其包括多个层叠设置的托盘，并且相邻托盘之间具有一定间距，其特征在于，所述托盘装置还包括旋转机构，其至少与一个托盘连接并借助于托盘之间的层叠结构而带动所述多个托盘进行旋转运动；以及限位机构，其与所述托盘连接，用于对所述多个托盘的位置进行限定。

2.根据权利要求1所述的托盘装置，其特征在于，所述多个托盘沿纵向层叠设置，在除最底层托盘以外的各托盘的背面设置第一凸起部，并在与背面设置有第一凸起部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凸起部相配合的第二凹进部；和/或

在除最底层托盘以外的各托盘的背面设置第一凹进部，并在与背面设置有第一凹进部的各托盘相对设置的托盘的正面设置与所述第一凹进部相配合的第二凸起部；并且

借助于所述第一凸起部和第二凹进部之间的配合和/或所述第二凸起部和第一凹进部之间的配合，而将相邻托盘彼此保持一定间距地叠置在一起。

3.根据权利要求2所述的托盘装置，其特征在于，所述限位机构包括至少一个限位杆以及数量与所述托盘的数量相对应的固定部件，所述限位杆设置在所述托盘的外围并沿托盘层叠方向延伸，所述固定部件连接在所述限位杆和所述托盘之间而将二者固定在一起，以限定各托盘之间的相互位置关系。

4.根据权利要求2所述的托盘装置，其特征在于，所述限位机构包括至少一个限位杆以及至少一个固定部件，在各托盘的边缘位置处设置与所述限位杆相对应的限位孔，所述限位杆沿托盘层叠方向延伸并穿过各托盘上的限位孔，所述固定部件连接在所述限位杆和相应托盘之间并将二者固定在一起，以限定各托盘之间的相互位置关系。

5.根据权利要求2所述的托盘装置，其特征在于，所述限位机构包括至少一个限位杆，在除最下层托盘之外的各个托盘的边缘位置处设置与所述限位杆相对应的限位孔，并且在最下层托盘上的与其他各托盘中的限位孔相对应的位置处设置与所述限位杆相配合的限位凹槽，所述限位杆贯穿除最下层托盘之外的各个托盘上的限位孔并且嵌抵在最下层托盘的限位凹槽内。

6.根据权利要求5所述的托盘装置，其特征在于，所述限位机构还包括连接在所述限位杆和所述托盘之间并将二者固定在一起的固定部件。

7.根据权利要求2-6中任意一项所述的托盘装置，其特征在于，所述限位杆的数量为N，其中N为大于等于2的整数，所述N个限位杆沿所述托盘的周向均匀排列。

8.根据权利要求1所述的托盘装置，其特征在于，所述托盘的材料包括石墨、钼或钼合金，相应地，所述限位杆的材料包括石墨、钼或钼合金。

9.根据权利要求3、4和6中任意一项所述的托盘装置，其特征在于，所述固定部件包括：与所述限位杆相连的支撑臂，以及一端连接所述支撑臂、另一端嵌入相应托盘的定位销。

10.一种结晶膜生长设备，包括工艺腔室、工艺气体输送系统及排气系统，其特征在于，所述工艺腔室内设置有权利要求1-9中任意一项所述的托盘装置，用以在工艺过程中承载基片。

11.根据权利要求10所述的结晶膜生长设备，其特征在于，所述托盘呈环状结构，所述工艺气体输送系统沿所述多个托盘的层叠方向贯穿所述层叠设置的托盘的中空部分，并且该工艺气体输送系统包括工艺气体进气口及工艺气体出气口，所述工艺气体进气口将工艺气体自工艺腔室之外引入所述工艺气体输送系统，所述工艺气体输送系统中的工艺气体经由工艺气体出气口而进入到工艺腔室内并到达托盘装置所承载的各基片。

12.根据权利要求11所述的结晶膜生长设备，其特征在于，在所述工艺气体输送系统上对应于每一个托盘而设置有工艺气体出气口，以使工艺气体被直接输出至每一个托盘。

13.根据权利要求10所述的结晶膜生长设备，其特征在于，在工艺气体输送系统中还设置有用以辅助输送工艺气体的工艺气体补偿通道。

14.根据权利要求10所述的结晶膜生长设备，其特征在于还包括过滤腔室，其设置在工艺腔室与排气系统之间，并通过若干通孔而与工艺腔室连通。

15.根据权利要求14所述的结晶膜生长设备，其特征在于，所述过滤腔室包括多个层叠设置的过滤基板，每一个过滤基板均由多孔材料制成且其上设置有若干通孔。

16.根据权利要求15所述的结晶膜生长设备，其特征在于，所述过滤基板由石墨材料制成且其表面具有SiC涂层，并且相邻的过滤基板上的通孔彼此错开。

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