CN103088413A

CN103088413A - 刻蚀烘烤设备

Info

Publication number: CN103088413A
Application number: CN2013100378190A
Authority: CN
Inventors: 周永君; 徐小明; 丁云鑫
Original assignee: Hangzhou Silan Azure Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Azure Co Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: CN103088413B

Abstract

本发明提供了一种刻蚀烘烤设备，该设备具有设备包括：反应腔，用于容纳需被清洁的石墨盘或外延衬底片；加热组件，加热组件构造在反应腔的外侧并能被操作提升反应腔内的温度；其中，刻蚀烘烤设备包括循环风冷系统，循环风冷系统包括：使气流循环运动的鼓风机；位于反应腔上方的顶部集气槽；位于反应腔下方的底部集气槽；连通在顶部集气槽和底部集气槽之间的风腔，风腔位于反应腔四周，引入风腔中的气流能够对加热组件进行冷却；以及换热器，换热器通过循环风道连接到底部集气槽的下游。采用本发明的刻蚀烘烤设备，反应腔体风道内相关的发热和受热部件可以被冷却，从而能够保证设备正常加热和使用。

Description

刻蚀烘烤设备

技术领域

本发明涉及一种刻蚀烘烤设备，尤其涉及一种具有风冷系统的氯气刻蚀烘烤设备。

背景技术

金属有机化学气相沉积设备（简称MOCVD）以热分解反应方式在衬底上进行化学沉积反应，生长各种Ⅲ-Ｖ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料，石墨盘作为衬底的承载平台，在该反应过程中会有多余的化学反应残留物沉积在石墨盘表面上，假如不加以清除，必然会在新的一炉外延片生长过程中影响对应的温度控制、表面颗粒等，并最终影响到外延片生长的成品率。

目前市场上还没有对于MOCVD和外延片进行刻蚀、清洁的专用设备，目前业内使用的石墨盘清洁方法通常采用真空烧结炉进行长时间高温烘烤的方式，存在单炉次烘烤的时间比较长（单炉次约14小时），烘烤温度太高（最高温度约1400度）影响石墨盘循环使用的寿命等问题，同时无法对工艺生长过程中产生的报废外延衬底片进行刻蚀。另外该类设备体积比较大，在净化车间内占用比较大的安装和使用空间。该设备在烘烤石墨盘的工作原理是使用高温烧结的方式把氮化镓残留物物理性粉尘化，运行后会产生大量的粉尘，同时会大量残留在反应炉内，所以该类设备需要经常维护和清洁。

为了解决通常烤盘设备的不足，现提供一种新的设备，即通入氯气进行刻蚀烘烤的设备，该设备是利用氯气或气体氯化物，在一定温度的条件下对石墨盘或外延衬底片进行刻蚀反应，并最终达到对石墨盘表面进行有效的清洁和对外延衬底片表面的不良外延层进行有效刻蚀的功用。当使用烘烤设备来进行高温烘烤，烘烤设备使用加热元件进行加热时，腔体内部的温度可达800度左右，必须对于加热组件以及外围的零件进行冷却，才能确保设备安全、正常的运行。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种刻蚀烘烤设备，该设备具有设备包括：反应腔，用于容纳需被清洁的石墨盘或外延衬底片；加热组件，加热组件构造在反应腔的外侧并能被操作提升反应腔内的温度；其中，刻蚀烘烤设备包括循环风冷系统，循环风冷系统包括：使气流循环运动的鼓风机；位于反应腔上方的顶部集气槽；位于反应腔下方的底部集气槽；连通在顶部集气槽和底部集气槽之间的风腔，风腔位于反应腔四周，引入风腔中的气流能够对加热组件进行冷却；以及换热器，换热器通过循环风道连接到底部集气槽的下游。

根据本发明的另一个方面，刻蚀烘烤设备还包括层流风冷系统，层流风冷系统包括风机、冷却风通道以及过滤器，冷却风通道将风机连接到过滤器，风机将气流引入过滤器，并且从过滤器出风口导出。较佳地，过滤器具有竖直设置的孔板装置，孔板装置将导入过滤器的气流转向水平气流，并且过滤器的出风口设置引导水平气流沿平行于石墨盘的盘表面的方向流过所述石墨盘。

此外，循环风冷系统还可包括补风通道，补风通道设置在底部集气槽与换热器之间。

根据本发明的一个方面，加热组件为红外灯管组件，红外灯管组件包括分别设置在反应腔的相对两个侧面外侧彼此相对的第一红外灯管组件部和第二红外灯管组件部；在反应腔的另外两个相对侧面的外侧设置有反射板组件。较佳地，反射板组件的侧面设有开孔。

根据本发明的另一个方面，风腔包括反射面风腔和加热面风腔，其中反射面风腔包括设置在设有反射板的两个相对侧面处的第一反射面风腔和第二反射面风腔，加热面风腔包括设置在设有红外灯管组件的两个相对侧面处的第一加热面风腔和第二加热面风腔。较佳地，第一加热面风腔和第二加热面风腔通过配流结构通向内风腔，以对红外灯管组件中的红外灯管以及构成反应腔的反应罩进行冷却。

较佳地，所述顶部集气槽形成为围绕在反应腔上方外周围的环腔，所述环腔底部具有配流结构，所述配流结构构造成使引入加热面风腔的气流量大于引用反射面风腔的气流量。

根据本发明的刻蚀烘烤设备为氯气刻蚀烘烤设备，在该设备的工作过程中，氯气和氯化物气体中的至少一种通入到反应腔内。

采用本发明的刻蚀烘烤设备，反应腔体风道内相关的发热和受热部件可以被冷却，从而能够保证设备正常加热和使用。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施描述而变得更加明显，其中：

图1为根据本发明的一实施例的具有风冷系统的氯气刻蚀烘烤设备的侧视图；

图2为反应腔内部的固定风道的结构示意图；

图3为反应腔的立体图，其中示出了反应腔的内部构造；

图4为红外加热灯组件风冷结构示意图；

图5为反射组件的示意图；以及

图6为根据本发明的一实施例的层流风冷系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

首先，参见图1和图3，根据本发明的氯气刻蚀烘烤设备10包括：反应腔300，用于容纳需被清洁的石墨盘或外延衬底片；加热组件400，该加热组件400构造在反应腔300的外侧并能被操作提升反应腔300内的温度。通常，石墨盘两个一组以竖直状态设置在反应腔300内，但也可以仅放置一个石墨盘。通常，外延衬底片对应放置吸附在石墨盘上的片槽内，同石墨盘一同放置在反应腔300内，但这不是限制性的，外延衬底片也可以通过专用的工装单独放置在反应腔300内。在设备10的工作过程中，通过通入反应腔300的通气管将诸如氮气、氯气或氯化物气体之类蚀刻反应所需的反应气体可输送到反应腔300内，从而在通常为500-800摄氏度的反应温度的条件下对石墨盘或外延衬底片进行刻蚀反应。

根据本发明的一个较佳实施例，加热组件400为红外灯管组件，红外灯管组件包括第一红外灯管组件部410和第二红外灯管组件部420，它们分别设置反应腔300的相对两个侧面的外侧，即反应腔300位于两个红外灯管组件部之间。在红外灯管组件的加热作用下，反应腔300的最高温度可达800摄氏度。在反应腔300的另外两个相对侧面的外侧通常不设置红外灯管组件，而是设有反射板组件500，用于反射由红外灯管组件部发出的热量。这样，两个红外灯管组件部410、420和两个反射板组件500将反应腔300封围其中。从图3可以清楚的看到，红外灯管组件部大致平行于石墨盘的盘表面设置，而反射板组件500设置在大致垂直于石墨盘的盘表面方向上。

根据本发明的一个方面，氯气刻蚀烘烤设备10包括循环风冷系统200，该循环风冷系统200包括：串接在循环风冷系统200中的、使气流循环运动的鼓风机110210；位于反应腔300上方的顶部集气槽220；位于反应腔300下方的底部集气槽230；连通在顶部集气槽220和底部集气槽230之间的风腔400，风腔400位于反应腔300四周，引入风腔400中的气流能够对加热组件400进行冷却；以及换热器250，换热器250通过循环风道连接到底部集气槽230的下游。图1中的箭头示出了气流在循环风冷系统200中的行进路径，在鼓风机110驱动下，气流通过顶部集气槽220的进口通入到顶部集气槽220中，随后，气流垂直向下流入到反应腔300四周的风腔400中，并进入相应的内风道，对加热组件400进行冷却，气流接着向下流入到底部集气槽230中，并且通过底部集气槽230的出口离开反应腔300，接着，收集了热量的气流将流到换热器250，在换热器250中气流的温度得以下降，例如下降约30度左右，随后再次循环回到顶部集气槽220用于执行冷却作用。

如图1所示，根据本发明的循环风冷系统200还包括补风通道260，该补风通道260设置在底部集气槽230与换热器250之间，用于将温度低于进入换热器250的气流温度的低温气体补充到循环气流中，以避免循环气体中热量不断累积。通常，补风通道260可以将室外常温空气接入到循环风冷系统200中。

以下，对循环风冷系统200中的风腔400进行具体说明。根据本发明的较佳实施例，风腔400包括反射面风腔和加热面风腔，其中反射面风腔设置在设有反射板的两个相对侧面处的第一反射面风腔242和第二反射面风腔244，加热面风腔包括设置在设有所述红外灯管组件的两个相对侧面处的第一加热面风腔246和第二加热面风腔248。反射面风腔将配流后的冷却风从两个风腔246、246进入内部对应风道，对红外灯管接头部分进行冷却；而第一加热面风腔246和第二加热面风腔248通过配流结构通向内风腔，以对所述红外灯管组件中的红外灯管以及构成反应腔300的反应罩310进行冷却，由此可避免红外灯管因发热部分温度过高而引起的石英管爆裂，另外，还可以对红外灯管的灯碗反射面零件进行相应的冷却。

顶部集气槽220可形成为围绕在反应腔300上方外周围的环腔，环腔底部具有配流结构，所述配流结构构造成使引入加热面风腔的气流量大于引用反射面风腔的气流量。

图4示出了红外加热灯组件风冷结构示意图。冷却风从外风腔410处通过红外灯管固定座420上对应的凹槽进入反应炉内，从而对红外灯管的外部石英管430和反应炉内的石英罩310进行冷却保护。

图5为反射组件的示意图。反射板组件500的侧面设有开孔，冷却气流可通过侧面开孔510进入内部冷却风道，从而对红外灯管430和反射板等部件进行冷却。

根据本发明的氯气刻蚀烘烤的反应腔300可以从底部打开，将反应完毕的石墨盘从反应腔300下方取出。为了冷却从反应腔300取出的石墨盘，且最终满足可以手工装取石墨盘时所需的温度条件，氯气刻蚀烘烤设备10还特别包括一个层流风冷系统100。如图6所示，层流风冷系统100包括风机110、冷却风通道以及过滤器120，所述冷却风通道将风机110连接到过滤器120，风机110将气流引入过滤器120，从过滤器120出口导出。过滤器120可以过滤掉空气中的大部分灰尘或微小颗粒，避免对石墨盘的表面造成不良影响。此外，过滤器120还具有竖直设置的孔板装置，如此设置的孔板装置能够将导入过滤器120的气流转向水平气流，并且通过过滤器120的出风口122引导水平气流流过石墨盘或外延衬底片，当石墨盘竖直安置在反应腔中，出风口122使水平气体沿大致平行于石墨盘的盘表面的方向流动。此外，过滤器120的出风口122竖直方向的长度最好能够大于等于石墨盘的直径的长度，从而使气流均匀地吹向石墨盘。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims

1.一种刻蚀烘烤设备（10），所述设备包括：

反应腔（300），用于容纳需被清洁的石墨盘或外延衬底片；

加热组件（400），所述加热组件（400）构造在反应腔（300）的外侧并能被操作提升反应腔（300）内的温度；

其特征在于，所述刻蚀烘烤设备（10）包括循环风冷系统（200），所述循环风冷系统（200）包括：

串接在所述循环风冷系统（200）中、使气流循环运动的鼓风机（210）；

位于反应腔（300）上方的顶部集气槽（220）；

位于反应腔（300）下方的底部集气槽（230）；

连通在所述顶部集气槽（220）和所述底部集气槽（230）之间的风腔，所述风腔位于所述反应腔（300）四周，引入风腔（240）中的气流能够对所述加热组件（400）进行冷却；以及

换热器（250），所述换热器（250）通过循环风道连接到底部集气槽（230）的下游。

2.如权利要求1所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，还包括层流风冷系统（100），所述层流风冷系统（100）包括风机（110）、冷却风通道（130）以及过滤器（120），所述冷却风通道（130）将风机（110）连接到过滤器（120），所述风机（110）将气流引入所述过滤器（120），并且从过滤器（120）的出风口导出。

3.如权利要求2所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述过滤器（120）具有竖直设置的孔板装置，所述孔板装置将导入所述过滤器（120）的气流转向水平气流，并且

所述过滤器（120）的出风口（122）设置引导所述水平气流沿平行于石墨盘的盘表面的方向流过所述石墨盘。

4.如权利要求1所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述循环风冷系统（200）还包括补风通道（260），所述补风通道（260）设置在所述底部集气槽（230）与所述换热器（250）之间。

5.如权利要求1所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述加热组件（400）为红外灯管组件，所述红外灯管组件包括分别设置在反应腔（300）的相对两个侧面外侧彼此相对的第一红外灯管组件部（410）和第二红外灯管组件部（420）；

在所述反应腔（300）的另外两个相对侧面的外侧设置有反射板组件。

6.如权利要求5所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述风腔（240）包括反射面风腔和加热面风腔，其中所述反射面风腔包括设置在设有反射板的两个相对侧面处的第一反射面风腔（242）和第二反射面风腔（244），所述加热面风腔包括设置在设有所述红外灯管组件的两个相对侧面处的第一加热面风腔（246）和第二加热面风腔（248）。

7.如权利要求6所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，第一加热面风腔（246）和第二加热面风腔（248）具有通向内风腔的配流结构，以对所述红外灯管组件中的红外灯管以及构成反应腔（300）的反应罩（310）进行冷却。

8.如权利要求1所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述顶部集气槽（220）形成为围绕在反应腔上方外周围的环腔，所述环腔底部具有配流结构。

9.如权利要求8所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述风腔（240）包括反射面风腔和加热面风腔，其中所述配流结构构造成使引入加热面风腔的气流量大于引用反射面风腔的气流量。

10.如权利要求5所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述反射板组件（500）的侧面设有开孔（510）。

11.如权利要求1所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，一个或两个石墨盘以竖直状态设置在反应腔（300）。

12.如权利要求1所述的刻蚀烘烤设备（10），其特征在于，所述刻蚀烘烤设备为氯气刻蚀烘烤设备，在所述设备（10）的工作过程中，氯气和氯化物气体中的至少一种通入到所述反应腔（300）内。