CN114645262A - 一种基于mocvd设备加热器的隔热板 - Google Patents
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Abstract
本发明属于MOCVD设备制造领域，提供了一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，包括：载片盘，设置在所述载片盘下侧的加热器，以及设置在所述加热器底部的隔热层，所述加热器底部和所述隔热层之间设有隔热板机构；所述加热器底部设有加热器电极，所述加热器电极穿过所述隔热层和所述隔热板机构；所述隔热板机构由多个不同形状的隔热板拼装组成。在原机台隔热层上方新增一层隔热板机构，有利于生长工艺对温场的精密控制，大大提升产品良率，解决经高温烘烤后隔热层上翘形变、与加热器支架打火放电的异常，隔热层经隔热板机构保护，使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及MOCVD设备制造领域，尤其涉及一种基于MOCVD设备加热器的隔热板。
背景技术
加热系统的设计是MOCVD设备核心的技术，温度是否能均匀精准的控制，直接决定晶圆生长的好坏。国内LED外延厂竞争愈演愈烈，各晶圆厂对晶圆生长工艺过程中的温度要求也越来越高，目前最高温普遍达到1200度以上，加热系统各部件的性能已经到了极限。
加热器隔热层位于加热器的下部，共三层，采用耐高温金属钼，其主要功能为向上辐射热量、隔热保护腔体基座。隔热层在加热器电极处均设有电极孔位，Heater purge气体为加热器保护气体，在晶圆生长过程中保证加热器有N2 purge，防止腔室内反应气体污染腐蚀加热器部件。气体流向为从中心区域向四周扩散，但有部分气体会从电极孔向上流出，气体会携带加热器热量导致电极孔处的温度高于周边区域，由于MOCVD设备的加热器为区域加热，无法实现对点的温度调节控制，这也是一直以来温场控制不均匀的一个难点。
另外，随着晶圆生长工艺温度的提升，隔热层受热形变，局部上翘的问题也逐渐突显出来。隔热层局部上翘致使温场不均匀，严重影响晶圆的的波长良率。另外，钼为金属材料具有导电性，隔热层轻微上翘就会与加热片支撑架接触，打火放电，损坏加热系统部件，造成严重的经济损失。目前，国内LED外延厂加热器隔热层寿命约为800炉，更换周期短，且更换安装步骤繁琐，耗时较长，严重影响了生产线产能。
现有技术中公开了一种改善MOCVD中心片波长的石墨盘申请号为：201620529417.1，在所述石墨盘背面中心位置设置圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽的深度为10～6000微米，直径为10000～60000微米。本实用新型采用以上技术方案可增加石墨盘在此相应区域的背面到加热丝的距离，达到降低中心片位置的生长温度，从而改善因内外圈生长速率不一致造成的中心片位置波长偏短现象，提高波长命中率。通过选择圆柱形凹槽的大小和深度，可以调整石墨盘中心片温度，进一步提高外延片质量。
该技术中，只是在中部开设有凹槽，只满足于中部区域的温度调整，而石墨盘在使用时，是旋转状态的，所以生长温度应当是呈环状的，该技术中的改进方案，无法满足石墨盘上各区域的温度调整。
实用新型内容
本发明的目的是为了解决背景技术中存在的缺点，而提出的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板。
发明提供的技术方案如下：一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，包括：载片盘，设置在所述载片盘下侧的加热器，以及设置在所述加热器底部的隔热层，所述加热器底部和所述隔热层之间设有隔热板机构；
所述加热器底部设有加热器电极，所述加热器电极穿过所述隔热层和所述隔热板机构；
所述隔热板机构由多个不同形状的隔热板拼装组成。
进一步的，所述加热器外部罩设有钼罩，所述隔热层及所述隔热板均在所述钼罩内。
进一步的，所述载片盘底部连接有用于转动所述载片盘的旋转轴，所述旋转轴穿过所述加热器、隔热板机构、隔热层及进气口连接有动力装置，所述旋转轴连接所述动力装置的端部设有进气口。
进一步的，所述隔热层上开设有用于穿过所述加热器电极的第二电极孔。
进一步的，所述隔热板机构上开设有用于穿过所述加热器电极的第一电极孔，用于固定所述加热器的加热器支架孔，用于固定各所述隔热板的隔热板定位销孔。
进一步的，所述第一电极孔的孔径是所述第二电极孔孔径的1/2，所述第一电极孔从所述隔热板机构的侧边向内开设，为开口式设计。
进一步的，所述加热器支架孔及隔热板定位销孔为椭圆形。
进一步的，所述载片盘底部开设有多个环形槽，所述环形槽同轴心设置，所述环形槽内的深度不等。
进一步的，所述环形槽内喷涂相应导热材料的涂层。
与现有技术相比，发明的有益效果是：
(1)所述发明的基于MOCVD设备加热器的隔热板，通过设置隔热板机构，不同形状组成，安装牢靠稳定；加热器隔热层损坏更换时，只需拆除损坏的一小块加热器隔热板，更换简单快捷。
(2)所述发明的基于MOCVD设备加热器的隔热板，隔热板上所有加热器支架孔及隔热板定位销孔均采用椭圆形设计，以便于安装时对准孔位，也方便后期损坏拆卸更换。
(3)所述发明的基于MOCVD设备加热器的隔热板，隔热板电极孔设计为开口设计，电极处安装时可以从侧面插入拼装。所以电极口径可缩小至隔热层电极孔径的1/2，缩小隔热板电极口的口径，可以大大减小工艺气体对温场的干预，从而能够得到一个更均匀、稳定、可控的温场。
(4)所述发明的基于MOCVD设备加热器的隔热板，载片盘底部设置不同深度的环形槽，通过调整载片盘到加热器的距离，从而得到环形区域内不同的温度，使载片盘上各区域内的温度得到调整。
附图说明
图1是本发明隔热板的整体剖视图；
图2是本发明中隔热板机构的主视图；
图3是本发明中载片盘底部的结构示意图；
图4是本发明安装隔热板机构前后的STD数据对比图；
图5是本发明安装隔热板机构前后的波长对比图；
附图标记如下：1、载片盘，101、环形槽，2、加热器，3、旋转轴，4、隔热层，401、第二电极孔，5、隔热板，501、第一电极孔，502、加热器支架孔，503、隔热板定位销孔，6、加热器电极，7、钼罩，8、进气口。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
如图1-5所示，发明是一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，包括：载片盘1，设置在载片盘1下侧的加热器2，以及设置在加热器2底部的隔热层4，其特征在于，加热器2底部和隔热层4之间设有隔热板机构；
加热器2底部设有加热器电极6，加热器电极6穿过隔热层4和隔热板机构；
隔热板机构由多个不同形状的隔热板5拼装组成。
本实施例中的隔热板机构由21片不同形状的隔热板5拼装组成，这种不规则形状的设计目的是将每块隔热板固定牢固，保证整体隔热板的平整度，从而保证温场的均匀性。
优选的，隔热板5小片式设计便于后期更换损坏板块。只需拆除损坏的那块隔热板，不需要整体拆除更换，大大降低了设备维护成本。
参考图4，在M9机台的M91661安装隔热板进行测试，拉取前后一周的STD数据作对比，加装隔热板后STD由原来的2.14下降到现在的1.93，STD改善0.21。
参考图5，安装前STD偏大的区域集中在B圈，主要由于B圈平口波长偏短造成整片STD较大，此区域为加热电极处温度偏高致使波长偏短；而安装隔热板后B圈平口偏短现象已明显减轻，从而使得整片波长较为均匀进而STD得到明显改善。
优选的，隔热板5材质选型热解氮化硼，耐高温、热导性好，热膨胀系数低，高温烘烤后不形变。其强度随温度升高2200℃达到最大值。且耐酸、碱、盐及有机试剂，高温与绝大多数熔融金属、半导体等材料不浸润、不反应。经验证，本发明隔热板5寿命大于5000炉。另外，氮化硼绝缘性好体积电阻系数为3.11X1011，Ω.cm，不会与支架产生打火放电，解决经高温烘烤后隔热层4上翘形变、与加热片支架打火放电的异常。
进一步的，加热器2外部罩设有钼罩7，隔热层4及隔热板5均在钼罩7内。
进一步的，载片盘1底部连接有用于转动载片盘1的旋转轴3，旋转轴3穿过加热器2、隔热板机构、隔热层4及进气口8连接有动力装置，旋转轴3连接动力装置的端部设有进气口8。
进一步的，隔热层4上开设有用于穿过加热器电极6的第二电极孔401。
进一步的，隔热板机构上开设有用于穿过加热器电极6的第一电极孔501，用于固定加热器2的加热器支架孔502，用于固定各隔热板5的隔热板定位销孔503。
进一步的，第一电极孔501的孔径是第二电极孔401孔径的1/2，第一电极孔501从隔热板机构的侧边向内开设，为开口式设计。
优选的，第一电极孔501为开口设计，加热器电极6处安装时可以从侧面插入拼装。第一电极孔501的孔径是第二电极孔401孔径的1/2，缩小第一电极孔501的口径，可以大大减小工艺气体对温场的干预，从而能够得到一个更均匀、稳定、可控的温场。
进一步的，加热器支架孔502及隔热板定位销孔503为椭圆形。
优选的，加热器支架孔502及隔热板定位销孔503为椭圆形设计，以便于安装时对准孔位，也方便后期损坏拆卸更换。
进一步的，载片盘1底部开设有多个环形槽101，环形槽101同轴心设置，环形槽101内的深度不等。
进一步的，环形槽101内喷涂相应导热材料的涂层。
优选的，现有技术的载片盘1上按区域设有用于安装外延片的凹槽，环形槽101的设置与凹槽的设置对应，并通过设置不同的环形槽101内的深度，调整载片盘1到加热器2的距离，从而得到环形区域内不同的温度，使载片盘1上各区域内的温度得到调整。
优选的，根据温度需求，还可以在环形槽101内喷涂相应导热材料的涂层，从而改变各环形槽101区域的温度，导热性能好的涂层，则该区域内的温度传导相对较好。
工作原理：参考图1，在晶圆生长进程中，旋转轴3与载片盘1处于高速旋转中，钼罩7将加热系统部件罩在一个密闭的空间内，Heater Purge气体从旋转轴3底部Heater Purge进气口8吹入，Heater Purge气体一部分沿着旋转轴3向上吹出，沿着载片盘1底部向四周流走，穿过加热器2区域然后被抽走。一部分通过第二电极孔401和第一电极孔501向上吹出，由于第一电极孔501是第二电极孔401的1/2，气体上升时受隔热板5的阻拦，加热器电极6的温度则受Heater Purge气体影响较小，从而解决温场控制不均匀的难题。
本发明，在原机台隔热层上方新增一层隔热板机构，有利于生长工艺对温场的精密控制，大大提升产品良率，解决经高温烘烤后隔热层4上翘形变、与加热器2支架打火放电的异常，隔热层4经隔热板机构保护，使用寿命延长。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，如涉及“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。
上述说明示出并描述了发明的优选实施例，如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，包括：载片盘(1)，设置在所述载片盘(1)下侧的加热器(2)，以及设置在所述加热器(2)底部的隔热层(4)，其特征在于，所述加热器(2)底部和所述隔热层(4)之间设有隔热板机构；
所述加热器(2)底部设有加热器电极(6)，所述加热器电极(6)穿过所述隔热层(4)和所述隔热板机构；
所述隔热板机构由多个不同形状的隔热板(5)拼装组成。
2.如权利要求1所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述加热器(2)外部罩设有钼罩(7)，所述隔热层(4)及所述隔热板(5)均在所述钼罩(7)内。
3.如权利要求2所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述载片盘(1)底部连接有用于转动所述载片盘(1)的旋转轴(3)，所述旋转轴(3)穿过所述加热器(2)、隔热板机构及隔热层(4)连接有动力装置，所述旋转轴(3)连接所述动力装置的端部设有进气口(8)。
4.如权利要求1所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述隔热层(4)上开设有用于穿过所述加热器电极(6)的第二电极孔(401)。
5.如权利要求4所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述隔热板机构上开设有用于穿过所述加热器电极(6)的第一电极孔(501)，用于固定所述加热器(2)的加热器支架孔(502)，用于固定各所述隔热板(5)的隔热板定位销孔(503)。
6.如权利要求5所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述第一电极孔(501)的孔径是所述第二电极孔(401)孔径的1/2，所述第一电极孔(501)从所述隔热板机构的侧边向内开设，为开口式设计。
7.如权利要求5所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述加热器支架孔(502)及隔热板定位销孔(503)为椭圆形。
8.如权利要求1所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述载片盘(1)底部开设有多个环形槽(101)，所述环形槽(101)同轴心设置，所述环形槽(101)内的深度不等。
9.如权利要求8所述的一种基于MOCVD设备加热器的隔热板，其特征在于，所述环形槽(101)内喷涂相应导热材料的涂层。
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