CN104183532B - 用于承载基片的基座及其基片处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于承载基片的基座，所述基片具有承载面与处理表面，所述基座包括承载部和基片夹具，所述承载部上具有若干用于放置所述基片的承载单元，所述基片夹具具有本体部以及若干与所述承载单元相对设置的空腔，所述本体部为刚性，所述空腔用以暴露所述基片的处理表面，所述基片夹具具有与所述承载部配合的扣齿部，用以在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具固定在所述承载部上。本发明提供的所述基座能防止所述基片在所述基座的旋转中发生翘曲或位移。此外，本发明还提供了一种利用所述基座进行基片处理的方法。

Description

用于承载基片的基座及其基片处理的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及化学气相沉积装置中的一种用于承载基片的基座及其基片处理的方法。
背景技术：
随着GaN基第三代半导体材料的兴起和蓝光LED的成功工业化生产，白光LED的发光强度和发光效率不断提高，LED被认为是进入日常照明领域的下一代新型固态光源，因此得到了人们的广泛关注，在LED的大规模制备上投入巨大。LED是通过外延生长方法来制备的，所述外延生长方法包括很多种类，而目前应用最广泛的是金属有机化学气相沉积(Metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)。
通常金属有机化学气相沉积以III族金属有机源和V族氢化物源作为反应气体，用氢气、氮气或氩气作为载气，以热分解反应方式在基片上进行气相外延生长，从而生长各种III-V族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料，如氮化镓GaN、砷化镓GaAs、磷化铟InP等。
图1为现有技术中的金属有机化学气相沉积装置的结构示意图。参照图1，所述金属有机化学气相沉积装置包括：反应腔101，所述反应腔101内的喷淋组件及基座103；所述喷淋组件固定于所述反应腔101的顶部，所述基座103固定于所述反应腔101的底部。所述喷淋组件与所述基座103相对设置。所述反应气体由所述喷淋组件排入所述反应腔101内。
所述喷淋组件包括第一进气管路111、第二进气管路112、顶板107和位于所述顶板107下方的气体分配单元108，所述第一、第二进气管路穿过所述顶板107分别向所述气体分配单元108输送第一、第二气体。所述第一气体为III族金属有机源，所述第二气体为V族氢化物源；或者，所述第一气体为V族氢化物源，所述第二气体为III族金属有机源。所述III族金属有机源包括Ga(CH3)3、In(CH3)3、Al(CH3)3、Ga(C2H5)3中的一种或多种，所述V族氢化物源包括NH3、PH3、AsH3中的一种或多种。
所述基座103具有一面向所述喷淋组件的承载部104，所述承载部104用于支撑一个或多个待处理基片105。所述基片105具有承载面和处理表面，所述承载面与所述基座103接触，所述处理表面面向所述喷淋组件。在进行化学气相沉积的过程中，一个或多个基片105被传输进所述反应腔101，并被放置于所述承载部104上。所述基座103支撑于一转轴132上，所述转轴132垂直于所述承载面。所述基座103可以绕所述转轴132相对于所述喷淋组件旋转。所述基座具有加热单元131，所述加热单元131位于所述承载部104下方，用以对所述基片105进行加热。
现有的化学气相沉积装置在对基片进行加工的过程中，涉及所述基座，存在如下一些问题：
首先，在利用所述加热单元对所述基片进行加热的过程中，有可能造成所述基片的中心和边缘部位受热不均，所述基片的边缘容易因受热不均而发生翘曲变形，所述翘曲变形又会导致所述基片的受热更加不均匀，其边缘翘曲变形的程度更大，最终影响所述基片加工的质量；
其次，一旦所述基片的边缘因受热不均而发生翘曲变形，在所述基座快速旋转时，所述基片在无固持机制的情况容易因离心力而脱离所述基座，轻则所述基片偏离原来的位置，从而影响所述基片上的薄膜的外延生长的质量，重则造成碎片，损坏设备。
发明内容：
现有的化学气相沉积装置在对固定于基座上的基片进行加工时，所述基片会由于加热时其底部受热不均而导致边缘部分发生翘曲，所述翘曲会影响在所述基片上制备得到的薄膜的质量，所述基座因旋转产生的离心力会使所述发生翘曲的基片偏离其原有位置，而且严重时还会产生碎片并损坏设备。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种承载基片的基座及其基片处理的方法，用以防止因离心力导致的所述基片位置的偏离和因受热不均而引起的所述基片边缘部分的翘曲。
本发明提供了一种用于承载基片的基座，所述基片具有承载面与处理表面，所述基座包括承载部和基片夹具，所述承载部上具有若干用于放置所述基片的承载单元，所述基片夹具具有本体部以及若干与所述承载单元相对设置的空腔，所述本体部为刚性，用以防止所述基片在所述基座的旋转中发生位移或翘曲，所述空腔用以暴露所述基片的处理表面，所述空腔具有顶部与底部，所述顶部任意两点之间的最大距离小于所述基片的尺寸，所述底部任意两点之间的最小距离大于所述基片的尺寸，所述基片夹具具有与所述承载部配合的扣齿部，用以在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具固定在所述承载部上。
本发明所提供的用于承载基片的基座的有益效果是：所述基片放置于所述承载单元上，其处理表面暴露于所述基片夹具的所述空腔之下，当所述基片因所述基座旋转产生的离心力而有发生位移的趋势时，就会与所述空腔的内壁，或所述本体部发生挤压，而所述本体部为刚性，因而所述基片不能突破所述本体部的限制，从而被牢牢固定于所述承载单元上；当所述基片因受热不均而导致其边缘部分发生翘曲时，会与所述空腔的内壁发生接触和挤压，而所述基片夹具的刚性的本体部能够控制所述基片的进一步翘曲，维持所述基片受热的均匀性。
优选的，所述承载部具有角度形凹槽，所述扣齿部为所述基片夹具的所述本体部上的角度形突出部，用以与所述角度形凹槽相配合，所述角度形突出部上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述角度形凹槽紧密接触，以便在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具牢固地固定在所述承载部上；进一步优选的，所述角度形凹槽具有侧壁和底壁，所述角度形凹槽的所述侧壁与所述底壁成第一夹角，所述第一夹角大于10度且小于80度；所述角度形突出部与所述角度形凹槽的所述底壁成第二夹角，所述第二夹角小于或等于所述第一夹角。由于所述第一夹角为大小在10度到80度之间的锐角，所述第二夹角小于第一夹角，所述角度形突出部可以嵌入到所述角度形凹槽中，且不会由于所述角度形突出部在垂直于所述底壁方向上的位移而脱离所述角度形凹槽。所述角度形突出部上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述角度形凹槽紧密接触，由三角形的稳定性可知，在所述基座的旋转过程中所述基片夹具不会与所述承载部发生相对转动，从而可以将所述基片夹具牢固的固定在所述承载部上。
优选的，所述承载部具有倒台阶形凹槽，所述扣齿部为所述基片夹具的所述本体部上的正台阶形突出部，用以与所述倒台阶形凹槽相配合，所述正台阶形突出部上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述倒台阶形凹槽紧密接触，以便在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具牢固地固定在所述承载部上；进一步优选的，所述倒台阶形凹槽在所述基座的旋转过程中与所述正台阶形突出部紧密接触，以便在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具牢固地固定在所述承载部上。通过所述倒台阶形凹槽和正台阶形突出部的配合和卡扣作用，可以在所述基座旋转时将所述基片夹具固定在所述承载部上，而通过所述倒台阶形凹槽和正台阶形突出部上的三个不在同一直线上的点的紧密接触，可以进一步防止两者之间产生转动等相对位移。
优选的，所述基片夹具具有基片锁扣部，用以控制至少部分所述基片边缘的翘曲变形；进一步优选的，所述空腔的所述顶部为圆形，具有圆心，所述基片锁扣部为所述本体部沿着所述顶部周围向所述圆心突伸出来的若干突刺。
优选的，所述基片夹具包括至少一个子夹具，所述子夹具具有至少一种尺寸的所述空腔。当所述子夹具具有不同尺寸的所述空腔时，所述不同尺寸的空腔下可以分别放置不同尺寸的的基片，因而实现了对不同尺寸基片的同时处理。
优选的，所述承载部的材料包括下列材料中的一种或多种：石墨、氮化硅、碳化硅、氮化硼、碳化硼、石英、钼、和钨。
优选的，所述基座具有加热单元，所述加热单元位于所述承载部下方，用以对所述基片进行加热。
优选的，所述基片为用以制备III-V族半导体器件外延片的基片。
本发明还提供一种利用所述基座对所述基片进行处理的方法，包括：
S1.提供若干放置于所述承载部的承载单元上的若干基片，并在所述承载部上相对所述承载单元设置所述基片夹具，所述基片的处理表面从所述基片夹具的所述空腔中暴露出；
S2.旋转所述基座，以便所述基片夹具的扣齿部与所述承载部紧密配合，用以将所述基片夹具牢固的固定在所述承载部上；
S3.在旋转所述基座的步骤中对所述基片进行化学气相沉积处理。
优选的，所述化学气相沉积处理为用以制备LED外延片的金属有机化学气相沉积处理。
附图说明：
图1是现有技术中的金属有机化学气相沉积装置的结构示意图；
图2是本发明优选的实施方式中的所述基座的俯视图；
图3是本发明优选的实施方式中的一种所述基座沿A-A’线的截面示意图；
图4是本发明优选的实施方式中的另一种所述基座沿A-A’线的截面示意图；
图5是本发明优选的实施方式中的一种所述基片夹具的所述子夹具的俯视图。
图6是本发明优选的实施方式中，在所述基座旋转前和旋转后所述基片夹具的相对位置示意图。
具体实施方式：
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。在下述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。
图2为本发明的优选的实施方式中，所述基座的俯视图。图3为本发明优选的实施方式中，所述基座沿A-A’线的剖面图。请同时参见图2和图3，所述基座200包括承载部201和基片夹具202，所述承载部201上具有若干用于放置基片205的承载单元203，所述基片205具有承载面与处理表面，所述基片夹具202具有本体部204以及若干与所述承载单元203相对设置的空腔206，所述本体部204为刚性，其刚度大于所述基片205，用以防止所述基片205在所述基座200的旋转中发生位移或翘曲，所述空腔206用以暴露所述基片205的处理表面，所述基片夹具202具有与所述承载部203配合的扣齿部207，用以在所述基座200的旋转过程中将所述基片夹具202固定在所述承载部201上。
由于所述基片205放置于所述承载单元203上，所述基片205的处理表面暴露于所述基片夹具202的所述空腔206之下，当所述基片205因所述基座200旋转产生的离心力而有发生位移的趋势时，就会与所述空腔206的内壁，或所述本体部204发生挤压，而所述本体部204为刚性，因而所述基片205不能突破所述本体部204的限制，从而被牢牢固定于所述承载单元203上；当所述基片205因受热不均而导致其边缘部分发生翘曲时，会与所述空腔206的内壁或所述本体部204发生接触和挤压，所述基片夹具202的刚性的所述本体部204能够抑制所述基片205的进一步翘曲，维持所述基片205受热的均匀性。本发明防止了所述基片205因离心力而发生的位移和因受热不均导致的边缘部分的翘曲，因而所述基片205也不会在所述基座200旋转时产生碎片，从而保护了设备不受损害。
参照图3，所述承载部201具有角度形凹槽2011，所述扣齿部207为所述基片夹具202的所述本体部204上的角度形突出部2071，用以与所述角度形凹槽2011相配合，所述角度形突出部2071上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述角度形凹槽2011紧密接触，以便在所述基座200的旋转过程中将所述基片夹具202牢固地固定在所述承载部201上。在本发明某些优选的实施方式中，所述角度形凹槽2011具有侧壁20111和底壁20112，所述角度形凹槽2011的所述侧壁20111与所述底壁20112成第一夹角，所述第一夹角大于10度且小于80度；所述角度形突出部2071与所述角度形凹槽2011的所述底壁20112成第二夹角，所述第二夹角小于或等于所述第一夹角。
由于所述第一夹角为锐角，所述第二夹角小于或等于第一夹角，所述角度形突出部2071可以嵌入到所述角度形凹槽2011中，且不会由于所述角度形突出部2071在垂直于所述底壁20112方向上的位移而脱离所述角度形凹槽2011。所述角度形突出部2071上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述角度形凹槽2011紧密接触，由三角形的稳定性可知，在所述基座200的旋转过程中所述基片夹具202不会与所述承载部201发生相对转动，从而可以将所述基片夹具202牢固的固定在所述承载部201上。
图4为本发明优选的实施方式中，另一种所述基座沿A-A’线的剖面的示意图。参照图4，所述承载部201具有倒台阶形凹槽2012，所述扣齿部207为所述基片夹具202的所述本体部204上的正台阶形突出部2072，用以与所述倒台阶形凹槽2012相配合，所述正台阶形突出部2072上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述倒台阶形凹槽2012紧密接触，以便在所述基座200的旋转过程中将所述基片夹具202牢固地固定在所述承载部201上。通过所述倒台阶形凹槽2012和正台阶形突出部2072的配合和卡扣效应，可以在所述基座200的旋转过程中，将所述基片夹具202固定在所述承载部201上，而通过所述倒台阶形凹槽2012和正台阶形突出部2072上的三个不在同一直线上的点的紧密接触，可以进一步防止两者之间产生转动等相对位移。
参照图4，在本发明某些优选的实施方式中，所述倒台阶形凹槽2012在所述基座200的旋转过程中与所述正台阶形突出部2072紧密接触，以便在所述基座200的旋转过程中将所述基片夹具202牢固地固定在所述承载部201上。
参照图4，在本发明优选的实施方式中，所述空腔206具有顶部2061与底部2062，所述顶部2061任意两点之间的最大距离小于所述基片205的尺寸，即图4中所述空腔206的截面上的所述顶部2061的两端点之间的距离小于所述基片205的尺寸；所述底部2062任意两点之间的最小距离大于所述基片205的尺寸，即图4中所述空腔206的截面上的所述底部2062的两端点之间的距离小于所述基片205的尺寸。其有益功效为，所述底部2062任意两点之间的最小距离大于所述基片205的尺寸可以使得所述基片205能够收容进所述空腔206；所述顶部2061任意两点之间的最大距离小于所述基片205的尺寸，因而所述空腔206的所述本体部204至少有一部分向所述底部2062倾斜，当所述基片205因受热不均而使其边缘部分发生翘曲时，翘曲的部分会与所述本体部204接触，所述刚性的本体部204能控制所述翘曲的幅度的进一步增大，维持所述基片205受热的均匀性。
参照图2，在本发明优选的实施方式中，所述基片夹具202包括至少一个子夹具，所述子夹具至少包含一种尺寸的所述空腔。在图1所示的优选的实施方式中，所述子夹具又包括第一子夹具2021和第二子夹具2022，所述第一子夹具2021具有第一尺寸空腔2063，所述第二子夹具2022具有第二尺寸空腔2064，所述第一尺寸大于所述第二尺寸。由于所述第一子夹具2021的所述第一尺寸空腔2063和所述第二子夹具2022的第二尺寸空腔2064下可以分别放置较大的基片和较小的基片，因而实现了对不同尺寸的所述基片205的同时处理。
所述基片夹具202具有基片锁扣部，用以控制至少部分所述基片205边缘的翘曲变形。
图5为本发明的优选的实施方式中，另一种所述子夹具2021的俯视图。参照图5，所述空腔206的所述顶部2061为圆形，具有圆心，所述基片锁扣部208为所述本体部204沿着所述顶部2061周围向所述圆心突伸出来的若干突刺。当所述基片205因受热不均而使其边缘部分发生翘曲时，所述突刺与所述翘曲部分接触，防止所述翘曲幅度的增大。
在本发明优选的实施方式中，所述承载部201的材料包括下列材料中的一种或多种：石墨、氮化硅、碳化硅、氮化硼、碳化硼、石英、钼、和钨。
所述基座具有加热单元，所述加热单元位于所述承载部下方，用以对所述基片进行加热。
在本发明优选的实施方式中，所述基片205为用以制备III-V族半导体器件外延片的基片。
本发明还提供了一种利用所述基座200对所述基片205进行处理的方法，包括如下步骤：
S1.提供若干放置于所述承载部201的承载单元203上的若干基片205，并在所述承载部201上相对所述承载单元203设置所述基片夹具202，所述基片205的处理表面从所述基片夹具202的所述空腔206中暴露出；
S2.旋转所述基座200，以便所述基片夹具200的扣齿部207与所述承载部201紧密配合，用以将所述基片夹具202牢固的固定在所述承载部201上；
S3.在旋转所述基座200的步骤中对所述基片205进行化学气相沉积处理。
图6以图4所示的本发明优选的实施方式为例，显示了在旋转所述基座200之前和之后所述基片夹具202的相对位置。图6中的(A)图和(B)图分别为所述基座200旋转之前和之后，或步骤S1和步骤S2中所述基片夹具的位置示意图。参照图6中的(A)图，所述基片夹具202在所述承载部201上与所述承载单元203相对设置，所述基片205的处理表面从所述基片夹具202的所述空腔206中暴露出；而在(B)图中，旋转所述基座200产生的离心力使得所述基片夹具202的扣齿部207，即所述正台阶形突出部2072沿所述基座200上表面的径向向外运动，从而嵌入到所述倒台阶形凹槽2012并与其紧密配合，将所述基片夹具202牢固的固定在所述承载部201上。
本发明所提供的利用所述基座200对所述基片205进行处理的方法能有效的避免所述基片205因所述基座200旋转产生的离心力而发生位移，并能防止所述基片205因受热不均而使其边缘部分发生大幅度的翘曲，维持所述基片205受热的均匀性。
在本发明优选的实施方式中，所述化学气相沉积处理为用以制备LED外延片的金属有机化学气相沉积处理。
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 (13)

1.一种用于承载基片的基座，所述基片具有承载面与处理表面，其特征在于，所述基座包括承载部和基片夹具，所述承载部上具有若干用于放置所述基片的承载单元，所述基片夹具具有本体部以及若干与所述承载单元相对设置的空腔，所述本体部为刚性，用以防止所述基片在所述基座的旋转中发生位移或翘曲，所述空腔用以暴露所述基片的处理表面，所述空腔具有顶部与底部，所述顶部任意两点之间的最大距离小于所述基片的尺寸，所述底部任意两点之间的最小距离大于所述基片的尺寸，所述基片夹具具有与所述承载部配合的扣齿部，用以在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具固定在所述承载部上。
2.如权利要求1所述的基座，其特征在于，所述承载部具有角度形凹槽，所述扣齿部为所述基片夹具的所述本体部上的角度形突出部，用以与所述角度形凹槽相配合，所述角度形突出部上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述角度形凹槽紧密接触，以便在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具牢固地固定在所述承载部上。
3.如权利要求2所述的基座，其特征在于，所述角度形凹槽具有侧壁和底壁，所述角度形凹槽的所述侧壁与所述底壁成第一夹角，所述第一夹角大于10度且小于80度；所述角度形突出部与所述角度形凹槽的所述底壁成第二夹角，所述第二夹角小于或等于所述第一夹角。
4.如权利要求1所述的基座，其特征在于，所述承载部具有倒台阶形凹槽，所述扣齿部为所述基片夹具的所述本体部上的正台阶形突出部，用以与所述倒台阶形凹槽相配合，所述正台阶形突出部上至少有三个不在同一直线上的点同时与所述倒台阶形凹槽紧密接触，以便在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具牢固地固定在所述承载部上。
5.如权利要求4所述的基座，其特征在于，所述倒台阶形凹槽在所述基座的旋转过程中与所述正台阶形突出部紧密接触，以便在所述基座的旋转过程中将所述基片夹具牢固地固定在所述承载部上。
6.如权利要求1所述的基座，其特征在于，所述基片夹具具有基片锁扣部，用以控制至少部分所述基片边缘的翘曲变形。
7.如权利要求6所述的基座，其特征在于，所述空腔的所述顶部为圆形，具有圆心，所述基片锁扣部为所述本体部沿着所述顶部周围向所述圆心突伸出来的若干突刺。
8.如权利要求7所述的基座，其特征在于，所述基片夹具包括至少一个子夹具，所述子夹具具有至少一种尺寸空腔。
9.如权利要求1所述的基座，其特征在于，所述承载部的材料包括下列材料中的一种或多种：石墨、氮化硅、碳化硅、氮化硼、碳化硼、石英、钼、和钨。
10.如权利要求9所述的基座，其特征在于，所述基座具有加热单元，所述加热单元位于所述承载部下方。
11.如权利要求10所述的基座，其特征在于，所述基片为用以制备III-V族半导体器件外延片的基片。
12.一种利用权利要求1至11中任一项所述的基座对所述基片进行处理的方法，包括：
S1.提供若干放置于所述承载部的承载单元上的若干基片，并在所述承载部上相对所述承载单元设置所述基片夹具，所述基片的处理表面从所述基片夹具的所述空腔中暴露出；
S2.旋转所述基座，以便所述基片夹具的扣齿部与所述承载部紧密配合，用以将所述基片夹具牢固的固定在所述承载部上；
S3.在旋转所述基座的步骤中对所述基片进行化学气相沉积处理。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积处理为用以制备III-V族半导体器件外延片的金属有机化学气相沉积处理。
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