CN111719141A - 旋转承载盘结构及承载盘 - Google Patents

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Abstract

旋转承载盘结构及承载盘，涉及化学气相沉积技术领域，旋转承载盘结构，应用于化学气相沉积工艺，包括旋转轴、用于承载衬底的承载盘，旋转轴与承载盘中心连接，以驱动承载盘旋转，旋转轴包括轴体、隔热件，隔热件设在轴体与承载盘之间，以隔开轴体与承载盘，使轴体与承载盘不接触。承载盘，应用于化学气相沉积工艺，用于承载衬底，用于给所述承载盘加热的热源位于所述承载盘下方，所述承载盘的底面为非平面，以使承载盘底面不同区域与热源的距离不同。

Description

旋转承载盘结构及承载盘
技术领域
本发明创造涉及化学气相沉积技术领域。
背景技术
化学气相沉积是一种化工技术，该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。金属有机化学气相沉积(MOCVD，metal organic chemical vapour deposition)是其中一种化学气相沉积技术，其是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相生长技术，被广泛应用于III-V化合物半导体薄膜材料的生长，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用工艺。在MOCVD设备中，载气把MO有机源带入反应室，在衬底上反应，形成薄膜材料。
以MOCVD设备为例(但不限于MOCVD技术)。衬底放于高温的承载盘上(温度达到上千度)，承载盘通常由石墨材料制成，高温的承载盘为衬底提供温度条件，因此承载盘温度的均匀性直接影响衬底温度的分布，进而影响薄膜沉积的均匀性，因此承载盘的温度均匀性至关重要。
加热系统是MOCVD设备的核心部分，现有技术中，给承载盘加热的方式包括至少两种：1、热辐射加热，在承载盘下方设置热源，例如加热丝或加热片，从而给承载盘加热；2、感应加热，利用涡流原理，通过电磁感应的方式让承载盘自发热，类似电磁炉加热原理。
有些MOCVD设备中，工作时，承载盘是需要旋转的，因此是在承载盘中心区域连接旋转轴，旋转轴带动承载盘旋转。旋转轴的材料一般为钨或钼等耐高温的金属材料，其导热系数高，承载盘与旋转轴连接的中心区域的热量通过导热系数高的旋转轴散失较多，因此承载盘中心区域较其它区域温度低很多，造成承载盘温度不均匀。
发明内容
有鉴于此，本发明创造提供旋转承载盘结构及承载盘，能够提高承载盘温度的均匀性。
为实现上述目的，本发明创造提供以下技术方案。
旋转承载盘结构，应用于化学气相沉积工艺，包括旋转轴、用于承载衬底的承载盘，旋转轴与承载盘中心连接，以驱动承载盘旋转，旋转轴包括轴体、隔热件，隔热件设在轴体与承载盘之间，以隔开轴体与承载盘，使轴体与承载盘不接触。
在承载盘与轴体之间增加了隔热件，承载盘与轴体之间不直接接触，隔热件延缓了承载盘的热量传导至轴体的速度，减少了承载盘中心区域的热量散失，从而能让承载盘中心区域的温度下降更少，更接近其他区域的温度，提高承载盘的温度均匀性。
其中，隔热件由陶瓷材料制成。陶瓷材料的导热性能差，是常用的隔热材料。
进一步地，旋转轴还包括金属材料制成的连接件，连接件设在隔热件与承载盘之间，以连接承载盘。隔热件是陶瓷材料的话，陶瓷材料比较脆，直接连接承载盘的话容易受损，因此增加金属材料制成的连接件来连接承载盘。
其中，轴体、隔热件、连接件通过至少两个螺钉连接固定。如只有一个螺钉连接，在旋转轴转动过程中，轴体、隔热件、连接件三者可能相对转动，因此设置至少两个螺钉，可实现上述三者之间的连接固定，避免上述三者之间的相对转动。
其中，承载盘底面中心设有连接盲孔，旋转轴与承载盘连接的连接部位的形状与连接盲孔的形状对应匹配，旋转轴的上述连接部位紧密嵌入连接盲孔，以实现旋转轴与承载盘的连接。这种连接方式结构简单、装配快速、方便加工。
进一步地，连接盲孔的横截面与所述连接部位的横截面均为圆形。圆形结构各向均匀，更利于提高承载盘的温度均匀性。
或者，连接盲孔的横截面与所述连接部位的横截面均为多边形或椭圆形。圆形的话，旋转轴仅依靠摩擦力带动承载盘旋转，可能会打滑。多边形或椭圆形的话，旋转轴不依靠与承载盘之间的摩擦力带动承载盘旋转，不会打滑。
其中，旋转轴还包括金属材料制成的连接件，连接件设在隔热件与承载盘之间，以连接承载盘，旋转轴与承载盘连接组装后，连接件完全嵌入连接盲孔内，隔热件封住连接盲孔的开口。金属材料制成的连接件，导热性能比隔热件好，将其完全嵌入连接盲孔内，连接盲孔的开口被隔热件封住，连接件被置于密闭空间内，减少连接件的热量散失，也即减少承载盘的热量散失，更利于提高承载盘的温度均匀性。
承载盘，应用于化学气相沉积工艺，用于承载衬底，用于给所述承载盘加热的热源位于所述承载盘下方，所述承载盘的底面为非平面，以使承载盘底面不同区域与热源的距离不同。采用热辐射加热方式，热源在承载盘下方，将承载盘底面设为非平面，根据实际的使用情况，设置底面的不同区域与热源的距离不同，越靠近热源的区域，该区域的受热效率更高，温度也更高，因此可通过设置底面的不同区域与热源的距离，使承载盘各区域的温度趋于一致，提高承载盘温度的均匀性。
进一步地，所述承载盘的底面设有圆环形凹槽，该凹槽以承载盘的中心为圆心，该凹槽的外边缘在承载盘的边缘内侧。承载盘中心区域连接转轴，边缘区域的散热角度大，这两个区域的温度通常较低，将两个区域以外的圆环形区域的底面位置开槽(所述凹槽)，让该区域距离热源更远，从而降低承载盘该区域的温度，趋向中心区域和边缘区域的温度，从而让承载盘区域的温度趋于一致。
附图说明
图1为本发明的旋转承载盘结构的纵截面的结构示意图；
图2为图1中的旋转承载盘结构的旋转轴与承载盘分离后的结构示意图；
图3为图1中A处的放大示意图；
图4为本发明的承载盘的底面结构示意图；
图5为本发明另一实施例的承载盘的底面结构示意图；
图6为本发明又一实施例的承载盘的底面结构示意图。
附图标记包括：
承载盘1，连接盲孔11，凹槽12，凹槽斜面121；
旋转轴2，轴体21，隔热件22，连接件23，螺钉24。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
本实施例的旋转承载盘结构，应用于化学气相沉积工艺，如图1所示，本实施例的旋转承载盘结构包括旋转轴2和承载盘1，承载盘1用于承载衬底，旋转轴2与承载盘1中心连接，以驱动承载盘1旋转。结合图1和图3，旋转轴2包括轴体21、隔热件22和连接件23，隔热件22设在轴体21顶端，连接件23设在隔热件22顶端，轴体21、隔热件22和连接件23通过两颗螺钉24连接固定，在其他实施例中，也可采用螺钉之外的连接方式或结构实现旋转轴2的连接组装。旋转轴2与承载盘1组装连接后，隔热件22位于轴体21与承载盘1之间，隔热件22隔开轴体21与承载盘1，使轴体21与承载盘1不接触，从而一定程度上阻隔承载盘1的热量直接传导到高导热系数的轴体21。
轴体21通常采用耐高温金属材料制成，例如如钨、钼。本实施例中，隔热件22采用陶瓷材料制成，例如228滑石陶瓷、氧化铝陶瓷等，陶瓷的导热系数低，是常用的隔热材料。因为陶瓷比较脆，采用陶瓷材料制成的隔热件22直接连接承载盘1的话，隔热件22容易受损，故而设置连接件23在隔热件22与承载盘1之间，通过连接件23来连接承载盘1，从而保护隔热件22，连接件23通常采用与轴体21相同的材料制成。
如图2所示，承载盘1底面中心设有连接盲孔11，旋转轴2与承载盘1连接的连接部位的形状与连接盲孔11的形状对应匹配，本实施例中，所述连接部位也就是连接件23，从而，在组装连接承载盘1与旋转轴2时，将连接固定好的旋转轴2插入连接盲孔11即可，因为所述连接部位与连接盲孔11的形状对应匹配，因此所述连接部位可紧密嵌入连接盲孔11，实现旋转轴2与承载盘1的连接。
如图4所示，本实施例中，承载盘1的连接盲孔11的横截面是圆形的，旋转轴2的上述连接部位的横截面相应也是圆形的。圆形结构各向均匀，更利于提高承载盘1的温度均匀性。但如此的话，旋转轴2仅靠其与承载盘1之间的摩擦力来带动承载盘1旋转，加速、减速均不能过快，否则可能打滑。陶瓷材料的隔热件22与承载盘1之间的摩擦力较小，这也是增加连接件23的其中一个原因，金属材料的连接件23与承载盘1之间的摩擦力更大。在其他实施例中，隔热件22的材料若不是陶瓷，其连接承载盘1不易损坏，且在连接盲孔11为圆形的情况下也能提供足够的与承载盘1的摩擦力的情况下，也可不设置连接件23。
如图5和图6所示，在其他实施例中，连接盲孔11的横截面可以是多边形(例如三角形)或椭圆形，旋转轴2的所述连接部位的横截面也相应地是多边形或椭圆形。如此，旋转轴2不依靠与承载盘1之间的摩擦力带动承载盘1旋转，可实现更快速的加速和减速，且不会打滑。
结合图1和图3，本实施例中，旋转轴2与承载盘1连接组装后，连接件23完全嵌入连接盲孔11内，隔热件22封住连接盲孔11的开口。金属材料制成的连接件23，导热性能比隔热件22好，将其完全嵌入连接盲孔11内，连接盲孔11的开口被隔热件22封住，连接件23被置于密闭空间内，减少连接件23的热量散失，也即减少承载盘1的热量散失，更利于提高承载盘1的温度均匀性。
结合图1、图4、图5和图6，图1中的箭头a指向上方，本实施例中，针对热辐射加热方式，热源位于承载盘1下方，承载盘1的底面不是平面，是凹凸不平的。承载盘1的底面越靠近热源的区域温度就越高，根据实际的使用情况，设置底面的不同区域与热源的距离不同，即可使承载盘1各区域的温度趋于一致，提高承载盘1温度的均匀性。一般而言，承载盘1中心区域连接转轴，边缘区域的散热角度大，这两个区域的温度通常较低，因此，本实施例中，在承载盘1的底面开设圆环形的凹槽12，该凹槽12以承载盘1的中心为圆心，该凹槽12的外边缘在承载盘1的边缘内侧。进一步地，该圆环形的凹槽12内外部分均设有凹槽斜面121进行过渡，让承载盘1底面各区域的受热情况变化更加平滑，从而让承载盘1的温度均匀性更好。在其他实施例中，可以设置承载盘1底面为平滑的曲面，相比而言加工难度更大，但可让承载盘1的温度均匀性更好。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.旋转承载盘结构，应用于化学气相沉积工艺，包括旋转轴、用于承载衬底的承载盘，旋转轴与承载盘中心连接，以驱动承载盘旋转，其特征是，旋转轴包括轴体、隔热件，隔热件设在轴体与承载盘之间，以隔开轴体与承载盘，使轴体与承载盘不接触。
2.如权利要求1所述的旋转承载盘结构，其特征是，隔热件由陶瓷材料制成。
3.如权利要求2所述的旋转承载盘结构，其特征是，旋转轴还包括金属材料制成的连接件，连接件设在隔热件与承载盘之间，以连接承载盘。
4.如权利要求3所述的旋转承载盘结构，其特征是，轴体、隔热件、连接件通过至少两个螺钉连接固定。
5.如权利要求1所述的旋转承载盘结构，其特征是，承载盘底面中心设有连接盲孔，旋转轴与承载盘连接的连接部位的形状与连接盲孔的形状对应匹配，旋转轴的上述连接部位紧密嵌入连接盲孔，以实现旋转轴与承载盘的连接。
6.如权利要求5所述的旋转承载盘结构，其特征是，连接盲孔的横截面与所述连接部位的横截面均为圆形。
7.如权利要求5所述的旋转承载盘结构，其特征是，连接盲孔的横截面与所述连接部位的横截面均为多边形或椭圆形。
8.如权利要求5所述的旋转承载盘结构，其特征是，旋转轴还包括金属材料制成的连接件，连接件设在隔热件与承载盘之间，以连接承载盘，旋转轴与承载盘连接组装后，连接件完全嵌入连接盲孔内，隔热件封住连接盲孔的开口。
9.承载盘，应用于化学气相沉积工艺，用于承载衬底，用于给所述承载盘加热的热源位于所述承载盘下方，其特征是，所述承载盘的底面为非平面，以使承载盘底面不同区域与热源的距离不同。
10.如权利要求10所述的承载盘，其特征是，所述承载盘的底面设有圆环形凹槽，该凹槽以承载盘的中心为圆心，该凹槽的外边缘在承载盘的边缘内侧。
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