CN103774118B - 基片承载装置及金属有机化学气相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基片承载装置，所述基片承载装置应用于半导体处理装置中，所述基片承载装置包括承载板以及与所述承载板相连的承载轴，所述承载轴与旋转驱动单元相连接，所述旋转驱动单元驱动所述承载轴旋转，所述承载板具有卡扣部，所述承载轴具有卡扣对接部用以与所述卡扣部相配合，所述卡扣部与所述卡扣对接部具有不同的热膨胀系数，使得所述卡扣部与所述卡扣对接部在受热升温后能够叩齿的更加牢固。本发明的基片承载装置的部件在非受热情况下易于拆分，而在受热升温后能牢固连接。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备技术领域，特别涉及一种基片承载装置及应用所述基片承载装置的金属有机化学气相沉积装置。
背景技术
自GaN基第三代半导体材料的兴起，蓝光LED研制成功，LED的发光强度和白光发光效率不断提高。LED被认为是下一代进入通用照明领域的新型固态光源，因此得到广泛关注；而金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置是生长LED外延片的重要设备。
请参阅图1，图1是现有技术的一种MOCVD装置的剖面结构示意图。所述MOCVD装置1包括旋转驱动单元、腔体11以及设置在所述腔体11内的喷淋组件12、基片承载装置16和加热器15。所述喷淋组件12设置于所述腔体11的顶部，所述基片承载装置16设置于所述腔体11的底部。所述加热器15用于加热所述基片承载装置16。
所述基片承载装置16，包括承载板13和与所述承载板13相连接的承载轴14。所述承载板13与所述喷淋组件12相对设置；所述承载板13与所述喷淋组件12之间限定反应空间，基片17通常直接置于所述承载板13面向所述喷淋组件12一侧的表面，基片17也可以先设置于基片承载装置171上，所述基板承载装置171被设置于所述承载板13面向所述喷淋组件12一侧的表面。所述承载轴14设置在所述承载板13背离所述喷淋组件12的一侧。所述承载轴14一端通过螺钉、螺栓和弹簧垫圈等与所述承载板13固定连接。所述驱动单元连接所述承载轴14，并驱动所述承载轴14旋转；从而带动所述承载板13转动。
然而，现有技术MOCVD装置在进行MOCVD工艺时，所述加热器15通常需要将所述基片承载装置16从室温加热到一个较高的温度，如加热到几百摄氏度，甚至到1000多摄氏度，以满足MOCVD工艺要求。如此高的温度会使得连接所述承载轴14和所述承载板13的螺钉、螺栓变形，使得所述弹簧垫圈失去弹性；从而使得所述承载轴14和所述承载板13连接不牢固。使得所述承载板13在转动时，发生振动，影响其上反应空间的高度，并可能损坏支撑在其上基片。同时，所述承载轴14和所述承载板13连接不牢固，还可能造成所述承载板13脱落。
另外在工业化生产中，所述承载板13需要在温度较低时从所述腔体11中以自动化方式，如用机械手，传输出或从所述腔体11外部传入所述腔体11内。以螺钉，螺栓，及弹簧等方式将所述承载板13固定在所述承载轴14上导致所述承载板13的传输无法以简单的自动化方式实现，是大工业化生产中的瓶颈。
所述承载板13的带动可以用其与所述承载轴14间的摩擦力来带动，这是一个简单的方法，但是该方法无法再精确控制所述承载板13转速，引入工艺参数误差，也不能在所述承载板13停止时实现精确定位。
因此，有必要研发一种受热升温后，所述承载轴和所述承载板之间仍能牢固连接的基片承载装置和使用所述基片承载装置的MOCVD装置。
发明内容
现有技术的基片承载装置存在受热升温后，承载轴和承载板之间连接会发生松动，连接不牢固的问题，本发明提供一种能解决上述问题的基片承载装置。
一种基片承载装置，其应用于半导体处理装置中，所述基片承载装置包括承载板以及与所述承载板相连的承载轴，所述承载轴与旋转驱动单元相连接，所述旋转驱动单元驱动所述承载轴旋转，所述承载板具有卡扣部，所述承载轴具有用以与所述卡扣部相配合的卡扣对接部，所述卡扣部与所述卡扣对接部具有不同的热膨胀系数，使得所述卡扣部与所述卡扣对接部在受热升温后能够叩齿的更加牢固。
本发明同时提供一种使用上述基片承载装置的金属有机化学气相沉积装置。
一种金属有机化学气相沉积装置，其包括腔体以及设置于所述腔体内的喷淋组件、基片承载装置和加热器，所述喷淋组件设置于所述腔体的顶部，所述基片承载装置设置于所述腔体的底部，所述喷淋组件与基片承载装置相对设置，所述加热器用于加热所述基片承载装置，其中所述基片承载装置为如上所述的基片承载装置。
与现有技术相比较，本发明的基片承载装置中，所述承载板与所述承载轴之间通过所述卡扣部与所述卡扣对接部的配合而固定连接，其中，所述卡扣部与所述卡扣对接部的热膨胀系数选择，使得所述卡扣部与所述卡扣对接部在受热升温后能够叩齿的更加牢固；从而使得所述基片承载装置在受热升温后，所述承载板与所述承载轴连接的更加牢固。同时，由于所述承载板与所述承载轴之间只由所述卡扣部与所述卡扣对接部通过热膨胀而固定连接。因此，在温度较低时，所述承载板与所述承载轴可以方便的分离，且这种分离工作可以由机械的自动化方式来完成，例如可以通过机械手直接完成所述卡扣部与所述卡扣对接部的分离，而避免了人为的拆装，或者反复打开腔体。具体地，避免了拆除如现有技术中描述的用于固定所述卡扣部与所述卡扣对接部用的钉，螺栓，及弹簧，也提高了生产效率。
优选地，所述卡扣部具有平行于所述承载板的非圆形横截面，使得所述卡扣部与所述卡扣对接在相对旋转的过程中具有一个集中的受力位置，使得相互之间的叩齿更加牢固。
优选地，所述卡扣部具有垂直于所述承载板的倒梯形横截面，这样使得所述卡扣部与所述卡扣对接部的组装更为方便。
本发明的金属有机化学气相沉积装置具有基本相同的技术效果。
附图说明
图1是现有技术的一种MOCVD装置的剖面结构示意图。
图2是应用本发明第一实施方式基片承载装置的MOCVD装置剖面结构示意图。
图3为图2所示基片承载装置的分解结构剖面示意图。
图4是图3所示承载板的仰视结构示意图。
图5是图3所示基片承载装置组合后的结构剖面示意图。
图6是本发明基片承载装置第二实施方式的分解结构剖面示意图。
具体实施方式
现有技术的MOCVD设备中，存在基片承载装置受热升温后，承载轴和承载板之间连接会发生松动，连接不牢固的问题；为解决现有技术的问题，本发明提供一在受热升温仍然能够牢固连接的基片承载装置。所述基片承载装置包括承载板以及与所述承载板相连的承载轴，所述承载轴与旋转驱动单元相连接，所述旋转驱动单元驱动所述承载轴旋转，所述承载板具有卡扣部，所述承载轴具有用以与所述卡扣部相配合的卡扣对接部，所述卡扣部与所述卡扣对接部具有不同的热膨胀系数，使得所述卡扣部与所述卡扣对接部在受热升温后能够叩齿的更加牢固。本发明还提供一种应用所述基片承载装置的MOCVD装置
与现有技术相比较，本发明的基片承载装置中，所述承载板与所述承载轴之间通过所述卡扣部与所述卡扣对接部的配合而固定连接，其中，所述卡扣部与所述卡扣对接部的热膨胀系数选择，使得所述卡扣部与所述卡扣对接部在受热升温后能够叩齿的更加牢固；从而使得所述基片承载装置在受热升温后，所述承载板与所述承载轴连接的更加牢固。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
请参阅图2，图2是应用本发明第一实施方式基片承载装置的MOCVD装置剖面结构示意图。所述MOCVD装置2优选的为用于生长LED外延片的MOCVD装置。所述MOCVD装置2包括旋转驱动单元(图未示)、腔体21以及设置在所述腔体21内的喷淋组件22、基片承载装置26和加热器25。所述喷淋组件22设置于所述腔体21的顶部；所述喷淋组件22用于输入反应气体。所述基片承载装置26设置于所述腔体21的底部。所述加热器25用于加热所述基片承载装置26。
请参阅图2、图3，图3为图2所示基片承载装置26的分解结构剖面示意图。所述基片承载装置26，包括承载板23和与所述承载板23相连接的承载轴24。所述承载板23与所述喷淋组件22相对设置；所述承载板23与所述喷淋组件22之间限定反应空间。基片27通常直接置于所述承载板23面向所述喷淋组件22一侧的表面，基片27也可以先设置于基片承载装置271上，同时所述基板承载装置271被设置于所述承载板23面向所述喷淋组件22一侧的表面。所述加热器25设置在所述承载板23背离所述喷淋组件22的一侧。所述承载轴24设置在所述承载板23背离所述喷淋组件22的一侧。所述承载板23具有卡扣部，所述承载轴24具有与所述卡扣部相配合的卡扣对接部。所述承载板23与所述承载轴24通过所述卡扣部和所述卡扣对接部的配合而固定连接。
所述承载板23由耐高温材料构成，从而使得所述承载板23至少能耐受20至1500摄氏度的温度；可选的，构成所述承载板23的材料为石墨或具有碳化硅涂层的石墨。所述承载板23包括面向所述喷淋组件22的基片承载面231和与所述基片承载面231相对的卡扣面232。在进行MOCVD工艺的过程中，待处理基片被设置在所述基片承载面231上。一固定块233设置在所述卡扣面232；所述固定块233固定于卡扣面232。所述固定块233为所述承载板23的卡扣部。可选的，所述固定块233为与所述承载板23一体成型；优选的，所述卡扣面232与所述固定块233之间设置有卡扣连接部234，所述卡扣连接部234能够减少所述卡扣面232到所述固定块233之间的热传递。
请参阅图4，图4是图3所示承载板23的仰视结构示意图。构成所述固定块233的材料优选的为石墨或具有碳化硅涂层的石墨材料；其中，石墨材料的热膨胀系数为7.9x10-6m/mK；具有碳化硅涂层的石墨材料的复合热膨胀系数一般不小于4.8x10-6m/mK。所述固定块233优选的设置于所述承载板23的中心。优选的，所述固定块233平行于所述承载板23的截面的形状为非圆形截面，如多边形、正方形、矩形、椭圆形等等。在本发明的某些最佳实施方式中所述固定块233平行于所述承载板23的截面的形状为椭圆形截面。上述非圆形截面形状使得所述卡扣部与所述卡扣对接在相对旋转的过程中具有一个集中的受力位置，使得所述卡扣部与所述卡扣对接相互之间的叩齿更加牢固。
又优选的，所述固定块233垂直所述承载板23的截面为梯形，所述梯形截面临近所述承载板23一侧的底边长于所述远离所述承载板23的底边，即所述固定块233垂直于所述承载板的截面是倒梯形。这种形状的截面使所述固定块233与所述卡扣对接部的组装更为方便。
请再次参阅图3，所述卡扣对接部设置在所述承载轴24的上端，则靠近所述承载板23的一端。在本实施方式中，所述卡扣对接部与所述承载轴24一体成型，因所述卡扣对接部则为所述承载轴24的上端部。所述承载轴24的上端部具有面向所述承载板23的端面242；一凹槽241设置在所述端面242。其中，所述承载轴24的上端部的热膨胀系数小于所述承载板23上所述固定块233的热膨胀系数；优选的，构成所述承载轴24的上端部或构成所述承载轴24的材料为SiC、BN、石英、Si3N4、B4C等陶瓷材料；其中，氮化硅材料的热膨胀系数为4.2x10-6m/mK；BN的热膨胀系数一般为3.7x10-6m/mK；SiC的热膨胀系数一般低于4.3x10-6m/mK，可低达2.8x10-6m/mK；石英材料的热膨胀系数为0.55x10-6m/mK；B4C材料的热膨胀系数为5.0x10-6m/mK。
所述凹槽241用于收容所述承载板23上的固定块233。所述凹槽241的截面形状与所述固定块233的截面形状相匹配，以使得所述承载轴24的转动扭矩能够传输到所述承载板23。优选的，所述凹槽241平行所述承载板23的截面形状与所述固定块233的截面形状相同，如同为椭圆形，且略大于所述固定块233的截面。使用椭圆形的截面可以保证所述承载轴24的转动扭矩能够传输到所述承载板23同时，所述凹槽241的内壁与所述固定块233之间的接触面积最少；又优选的，所述凹槽241垂直所述承载板23的截面形状与所述固定块233的截面形状相同，如同为梯形，且在常温下，所述梯形截面的较短的底边边长大于所述梯形固定块233的截面较长底边边长。
优选的，所述承载轴24的端面242为织构表面，则所述端面242上设置有微结构，也即所述织构表面为粗糙表面。所述织构表面可以通过打磨得到；优选的，所述织构表面通过磷酸或硝酸与氢氟酸混合物刻蚀而形成。
请一并参阅图5，图5是图3所示基片承载装置26组合后的结构剖面示意图。所述基片承载装置26组合过程是：将所述承载板23上的固定块233对应嵌入到所述承载轴24的所述凹槽241中，从而使得所述承载板23与所述承载轴24固定连接。优选的，所述承载轴24的端面242与所述承载板23上的卡扣连接部234接触；进一步优选的，所述卡扣连接部234完全阻隔于所述承载轴24的端面242与所述承载板23卡扣面232之间。又优选的，所述凹槽241的深度应该使得所述固定块233嵌入到所述凹槽241后，所述固定块233远离所述承载板23的下表面与所述凹槽241底面之间具有间隙243。
与现有技术相比较，本发明的基片承载装置26通过将所述承载板23上的固定块233对应嵌入到所述承载轴24上端部的所述凹槽241中，从而使得所述承载板23与所述承载轴24固定连接。由于所述固定块233的热膨胀系数大于所述承载轴24的上端部的热膨胀系数，当所述基片承载装置26受热升温时，所述固定块233膨胀量要大于所述承载轴24的上端部，从而使得所述固定块233受到来自所述凹槽241内壁的压应力，因而使得所述承载板23与所述承载轴24之间连接更为牢固。同时，由于所述承载板23与所述承载轴24之间只通过所述固定块233与所述凹槽241通过热膨胀而固定连接。因此，在温度较低时，所述承载板23与所述承载轴24可以方便的分离。这种分离工作可以由机械的自动化方式来完成，例如可以通过机械手直接完成所述固定块233与所述凹槽241的分离，而避免了人为的拆装，或者反复打开腔体。具体地，避免了拆除如现有技术中描述的用于固定所述卡扣部与所述卡扣对接部用的钉，螺栓，及弹簧，也提供了生产效率。同样地，所述固定块233与所述凹槽241在受热升温后能够叩齿牢固，从而所述承载轴24与所述承载板23相对固定，减少了组装和拆卸上的时间成本，提高了生产效率。
所述凹槽241的深度应该使得所述固定块233嵌入到所述凹槽241后，所述固定块233远离所述承载板23的下表面与所述凹槽241底面之间具有间隙243。所述间隙可以增大所述承载板23与所述承载轴24之间的热阻，从而使得所述承载轴24温度对所述承载板23温度的影响减少，使得所述承载板23的基片承载面231温度分布均匀。在所述固定块233与所述卡扣面232之间设置的卡扣连接部234同样可以增加所述承载板23与所述承载轴24之间的热阻。所述承载轴24的端面242为织构表面，可以使得所述承载轴24的端面242与所述承载板23上的卡扣连接部234之间的接触面积减少，也可以增加所述承载板23与所述承载轴24之间的热阻。
请参阅图6，图6是本发明基片承载装置第二实施方式的分解结构示意图。所述第二实施方式的基片承载装置36。与所述第一实施方式的基片承载装置26作用和结构基本相同，其具有如下区别：
在承载板33中，固定块333固定于卡扣面332。所述固定块333为所述承载板33的卡扣部。可选的，所述固定块333为与所述承载板33一体成型；优选的，所述卡扣面332与所述固定块333之间设置有卡扣连接部331，所述卡扣连接部331能够减少所述卡扣面332到所述固定块333之间的热传递。
构成所述固定块333的材料为碳化硅或具有碳化硅涂层的石墨材料。所述固定块333优选的设置于所述承载板33的中心。所述固定块333具有面向所述承载轴34的下表面335；一卡扣凹槽334设置在所述下表面335。优选的，所述卡扣凹槽334平行所述承载板33的截面形状为椭圆形。所述卡扣凹槽334平行所述承载板33的截面形状还可以是多边形、正方形、矩形等等；又优选的，所述凹槽334垂直所述承载板33的截面为梯形，所述梯形截面临近所述承载板33一侧的底边长于所述远离所述承载板33的底边。优选的，所述固定块333的下表面335为织构表面。所述织构表面为粗糙表面，可以通过打磨得到；优选的，所述织构表面通过磷酸或硝酸与氢氟酸混合物刻蚀而形成。
所述承载轴34的上端部具有端面342，所述端面342上设置有一突出部341；所述突出部341固定于所述端面342；可选的，所述突出部341为与所述承载轴34一体成型。所述突出部341为所述承载轴34的卡扣对接部。其中，所述突出部341的热膨胀系数大于所述承载板33上所述固定块333的热膨胀系数；优选的，构成所述突出部341或构成所述承载轴34的材料为BN、Si3N4、B4C、铝等陶瓷材料；其中，SiC的热膨胀系数可低达2.8x10-6m/mK；铝的热膨胀系数为7.3x10m/mK。
所述突出部341被对应收容于所述固定块333上的所述卡扣凹槽334。所述突出部341平行所述承载板33的截面形状与所述卡扣凹槽334平行所述承载板33的截面形状相匹配，使得所述承载轴34的转动扭矩能够传输到所述承载板33。优选的，所述突出部341平行所述承载板33的截面形状与所述卡扣凹槽334平行所述承载板33的截面形状相同，且略小于所述卡扣凹槽334平行所述承载板33的截面；又优选的，所述突出部341垂直所述承载板33的截面形状与所述卡扣凹槽334的截面形状相同，如同为梯形，且在常温下，所述梯形截面的较短的底边边长小于所述梯形卡扣凹槽334的截面较长底边边长。
优选的，所述承载轴34端面342为织构表面。所述织构表面可以通过打磨得到；优选的，所述织构表面通过磷酸或硝酸与氢氟酸混合物刻蚀而形成。
所述基片承载装置36组合过程是：将所承载轴34上的突出部341对应嵌入到所述固定块333上的所述卡扣凹槽334中，从而使得所述承载板33与所述承载轴34固定连接。优选的，所述承载轴34的端面342与所述固定块333的下表面335接触。优选的，所述卡扣凹槽334的深度使得所述突出部341嵌入到所述卡扣凹槽334后，所述突出部341面向所述承载板33的表面与所述卡扣凹槽334底面之间具有间隙。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (19)
1.一种基片承载装置，其应用于半导体处理装置中，所述基片承载装置包括承载板以及与所述承载板相连的承载轴，所述承载轴与旋转驱动单元相连接，所述旋转驱动单元驱动所述承载轴旋转，其特征在于，所述承载板具有卡扣部，所述承载轴具有用以与所述卡扣部相配合的卡扣对接部，所述卡扣部与所述卡扣对接部具有不同的热膨胀系数，使得所述卡扣部与所述卡扣对接部在受热升温后能够叩齿的更加牢固。
2.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于：所述承载板具有基片承载面以及与所述基片承载面相对的卡扣面，所述卡扣部为设置在所述卡扣面上的固定块，所述固定块下部设置有卡扣凹槽，所述卡扣对接部为设置在所述承载轴上端的突出部，所述突出部凸伸至所述卡扣凹槽内。
3.根据权利要求2所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣凹槽具有面向所述突出部的底表面，所述底表面与所述突出部之间存在间隙。
4.根据权利要求3所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣部的热膨胀系数小于所述卡扣对接部。
5.根据权利要求4所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣部的材质为SiC或具有SiC涂层的石墨材料，所述卡扣对接部的材料为陶瓷材料或铝，所述陶瓷材料为BN、Si3N4、B4C中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于：所述承载板具有基片承载面以及与所述基片承载面相对的卡扣面，所述卡扣部为设置在所述卡扣面上的固定块，所述卡扣对接部设置在所述承载轴的上端，其具有收容所述固定块的凹部。
7.根据权利要求6所述的基片承载装置，其特征在于，在受热膨胀后所述的卡扣面上的固定块受到来自所述卡扣对接部的压应力。
8.根据权利要求6所述的基片承载装置，其特征在于：所述凹部具有底面，所述固定块具有远离所述承载板的下表面，所述下表面与所述底面之间存在间隙。
9.根据权利要求8所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣部的热膨胀系数大于所述卡扣对接部。
10.根据权利要求9所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣部的材质为石墨或具有SiC涂层的石墨材料，所述卡扣对接部的材料为为陶瓷材料，所述陶瓷材料为SiC、BN、石英、Si3N4、B4C中的一种或多种。
11.根据权利要求3或8所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣面与所述卡扣部之间设置有卡扣连接部，以降低所述卡扣部与所述承载板之间的热传导。
12.根据权利要求11所述的基片承载装置，其特征在于：所述半导体处理装置为生长LED外延片的金属氧化物化学气相沉积装置。
13.根据权利要求12所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣对接部具有面向所述承载板的顶面，所述顶面为织构表面。
14.根据权利要求13所述的基片承载装置，其特征在于：所述织构表面由磷酸或硝酸与氢氟酸混合物刻蚀而形成。
15.根据权利要求14所述的基片承载装置，其特征在于：所述承载板可被加热器加热到20-1500摄氏度。
16.根据权利要求15所述的基片承载装置，其特征在于：所述承载板与所述卡扣部一体形成。
17.根据权利要求6所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣部具有平行于所述承载板的非圆形横截面。
18.根据权利要求6所述的基片承载装置，其特征在于：所述卡扣部具有垂直于所述承载板的倒梯形横截面。
19.一种金属有机化学气相沉积装置，其包括腔体以及设置于所述腔体内的喷淋组件、基片承载装置和加热器，所述喷淋组件设置于所述腔体的顶部，所述基片承载装置设置于所述腔体的底部，所述喷淋组件与基片承载装置相对设置，所述加热器用于加热所述基片承载装置，其特征在于：所述基片承载装置为如上权利要求1所述的基片承载装置。
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| CN201210396337.XA CN103774118B (zh) | 2012-10-17 | 2012-10-17 | 基片承载装置及金属有机化学气相沉积装置 |
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