CN201942790U - 外延设备 - Google Patents

Abstract

一种外延设备，包括一壳体、贯穿壳体中央位置的中央轴、流体管模块、公转轴套、复数承盘、外齿环、复数行星齿轮及马达。中央轴内部挖设有一轴内空间，流体管模块包括有一外管、穿设外管的三内管及一喷嘴结构，喷嘴结构包括有独立的三喷气孔组、相连通的复数入水孔与出水孔。该三喷气孔组都各环设有复数个喷气孔，且该三喷气孔组对应连通于三内管，入水孔连通外管，出水孔连通中央轴的轴内空间。公转轴套自由转动地套设在中央轴，马达耦接于公转轴套，承盘自由转动地穿设在公转轴套，气体导流通道连通至承盘的承载面并夹一锐角。行星齿轮对应套设在承盘，并啮合于外齿环。

Description

外延设备

技术领域

本实用新型是关于一种外延设备，尤其指一种适用于半导体工艺的外延设备。

背景技术

半导体组件如发光二极管(LED)的前端制造流程包括有长晶、切锭、切片、抛光、外延、切割、晶粒封装等步骤，其中外延是指在单晶基板上沉积一层单晶薄膜。而公知主要是在半导体基板如硅、蓝宝石、砷化镓、碳化硅等园片表面上进行外延层的气相化学沉积：将晶座配置于反应容器内，并且将基板配置于此晶座上的状态下，利用加热装置将基板加热至所希望的外延温度，同时利用气体供应装置对于基板表面供应工艺气体来进行。工艺气体需维持低温状态，直至到达高温的园片。

请参考图1A与图1B，为一种公知外延设备示意图，主要是将一或多片园片1承载于一转动盘2上，并同时通入适当工艺气体例如三甲基镓、三甲基铟、氨气等。可注意其中工艺气体流道方向与园片面近乎平行。此外，在过程中还需使用加热器3以提供适当的工艺反应温度。

请参考图2，为另一种公知外延设备示意图，园片4同样承载于转动盘5上，工艺气体通入末端有许多分岔的管路。可注意其中工艺气体出口6的方向位于园片面正上方，呈平行配置，也即诸工艺气体喷出方向与园片表面垂直。

上述公知外延设备的缺点在于气体无法均匀分布到芯片上，且芯片表面也存在温度分布不均的情形。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种外延设备，以克服公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供的外延设备，包括：

一壳体，包括有一上壳体、一中壳体及一下壳体，由上而下依序结合；

一中央轴，贯穿该壳体的中央位置，以其外侧表面螺合于该下壳体，并于内部挖设有一轴内空间，该中央轴与该上壳体、该中壳体及该下壳体分别界定出一气体导流通道、一中部空间及一下部空间；

一流体管模块，包括有一外管、穿设该外管的三内管及一喷嘴结构，该喷嘴结构包括有独立的三喷气孔组、相连通的复数入水孔与出水孔，其中该三喷气孔组都各别环设复数个喷气孔，且该三喷气孔组对应连通于该三内管，该入水孔连通该外管，该出水孔连通该中央轴的该轴内空间；

一公转轴套，自由转动地套设在该中央轴；

一马达，耦接于该公转轴套；

复数承盘，自由转动地穿设在该公转轴套，其中该气体导流通道连通至该承盘的承载面并夹一锐角；

一外齿环，固设在该壳体内；以及

复数行星齿轮，对应套设在该复数承盘，并啮合于该外齿环。

所述的外延设备，其中该复数承盘下方设有一外环加热器。

所述的外延设备，其中该复数承盘下方设有一内环加热器，较该外环加热器更靠近该中央轴。

所述的外延设备，其中邻接该中部空间的该中壳体内侧壁面贴附有一隔热板。

所述的外延设备，其中邻接该中部空间的该中央轴外侧壁面贴附有一隔热板。

所述的外延设备，其中该中壳体包括有复数排气管道及一排气汇流环管，该复数排气管道分别连通该气体导流通道与该排气汇流环管。

所述的外延设备，包括有一惰气管连通于该下壳体的该下部空间。

所述的外延设备，包括有一温度感知器设置于该喷嘴结构旁。

所述的外延设备，其中该内环加热器与该外环加热器旁皆设置有一温度感知器。

本实用新型的效果是：

1)由本实用新型的设计，外延工艺气体会更容易达到均匀分布到园片上的效果，而同时园片表面温度的提升与维持也是如此。

2)本实用新型只需以一马达装置驱动就可达到承盘同时有公转与自转的功效，如此对于设备整体空间节省有很大的帮助。

附图说明

图1A是公知外延设备顶剖视图。

图1B是公知外延设备侧剖视图。

图2是另一种公知外延设备侧剖视图。

图3是本实用新型一较佳实施例的外延设备侧剖视图。

图4是图3的喷嘴结构顶剖视图。

图5是沿图4的V-V线的侧剖视图。

附图中主要组件符号说明：

园片1、4、50，加热器3，壳体10，螺纹座111，排气管道121，上壳体13，轴内空间141，马达转轴151，行星齿轮17，承盘转轴19，流体管模块20，内管22a、22b、22c，喷气孔230，入水孔234，冷却水流道236，中部空间32，隔热板34，观景窗37，电极对381、391，惰气管40，抽气真空泵51，转动盘2、5，气体出口6，下壳体11，中壳体12，排气汇流环管122，中央轴14，马达15，公转轴套16，外齿环18，承盘191，外管21，喷嘴结构23，喷气孔组231～233，出水孔235，下部空间31，气体导流通道33，热电偶35、36、42，内环加热器38，外环加热器39，压力检知器41，轴承52、53。

具体实施方式

本实用新型的外延设备包括一壳体、一中央轴、一流体管模块、一公转轴套、一马达、复数承盘、一外齿环及复数行星齿轮。上述壳体包括有一上壳体、一中壳体及一下壳体，由上而下依序结合。

上述中央轴贯穿壳体的中央位置，以其外侧表面螺合于下壳体，并于内部挖设有一轴内空间。中央轴与上壳体、中壳体及下壳体分别界定出一气体导流通道、一中部空间及一下部空间。

上述流体管模块包括有一外管、穿设外管的三内管及一喷嘴结构，其中喷嘴结构包括有独立的三喷气孔组、相连通的复数入水孔与出水孔。三喷气孔组对应连通于三内管，入水孔连通外管，出水孔连通中央轴的轴内空间。三喷气孔组各环设有复数个喷气孔。

上述公转轴套自由转动地套设在中央轴。上述马达耦接于公转轴套。复数承盘自由转动地穿设在公转轴套，其中气体导流通道连通至承盘的承载面并夹一锐角。

上述外齿环固设在壳体内，复数行星齿轮对应套设在复数承盘，并啮合于外齿环。

上述复数承盘可于下方设有一外环加热器，甚至还加设一内环加热器，其中内环加热器较外环加热器更靠近中央轴，由此让承盘上的园片温度达到并维持适当的反应温度，而且分布均匀。

邻接中部空间的中壳体内侧壁面可贴附有一隔热板，以避免热量快速散失。当然，邻接中部空间的中央轴外侧壁面同样也可贴附有一隔热板。

上述中壳体可包括有复数排气管道及一排气汇流环管。每一排气管道是将气体导流通道与排气汇流环管连通，使反应后析出物及多余工艺气体有一排出途径。

外延设备可还包括有一惰气管，连通于下壳体的下部空间，由此供应惰气以调节气压、清理不纯物、及保护空间内各零件甚至壳体内壁面避免受到逸散的工艺反应气体的侵蚀。外延设备可还包括有一温度感知器设置于喷嘴结构旁，以监控喷嘴结构的温度状态。

上述内环加热器与外环加热器旁皆可设置有一温度感知器，用以掌握加热状态异常与否。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

请参考图3～5，为圆筒形外延设备侧剖视图、喷嘴结构剖视图、局部放大图。图中示出一圆筒形外延设备概分有壳体部分与内部机件部分，其中壳体10主要由一下壳体11、一中壳体12、一上壳体13都是圆筒形，由下而上依序组装结合而成，内部机件将一并于后渐次说明。中壳体12与下壳体11、上壳体13之间还分别设有一迫紧(packing)。

一中央轴14贯穿整个壳体10的中央位置并以其外侧表面螺合于下壳体11的螺纹座111，中央轴14于内部挖设有一轴内空间141。中央轴14与下壳体11围出一下部空间31，中央轴14与中壳体12围出一中部空间32，中央轴14与上壳体13则围出一气体导流通道33。中央轴14与下壳体11之间亦设有一迫紧。

更佳地，本实用新型在上述下壳体11、中壳体12、上壳体13以及中央轴14的轴内空间141皆设计成一种冷却水套结构。

一流体管模块20穿设于该中央轴14的轴内空间141，流体管模块20包括有一外管21、穿设外管21的三内管22a、22b、22c及一喷嘴结构23。具有圆顶外观的喷嘴结构23位于流体管模块20顶端且紧密顶抵于上壳体13下方中央，包括有相迭独立的三喷气孔组231～233、相连通的复数入水孔234与出水孔235，其中三喷气孔组231～233对应连通于上述三内管22a、22b、22c，入水孔234连通外管21内部，出水孔235连通中央轴14的轴内空间141。该三喷气孔组231～233各分别环设有复数个喷气孔230。有一用于喷嘴的温度感知器，本例中使用一热电偶42，贯穿上壳体13延伸到喷嘴结构23附近，用以检知该处温度状况。

由于内管与喷嘴结构设计为可相对于外管拆卸/组装，因此有更换容易的优点。

一公转轴套16通过一轴承52同轴套设在中央轴14上，并与一马达15的马达转轴151啮合。复数个承盘转轴19各自通过一轴承53轴向穿设于公转轴套16，并沿圆周方向分布。每一承盘转轴19同轴固设有一行星齿轮17，且一外齿环18固设在下壳体11的内侧面使得所有行星齿轮17与外齿环18相啮合。上述马达15、公转轴套16、行星齿轮17及外齿环18皆收容于下部空间。

上述承盘转轴19皆从下部空间31向上延伸到中部空间32，且每一承盘转轴19顶端固定有一承盘191，承盘191上可以承载着单个或复数园片50。承盘191的公转与自转速度可利用电性连接于马达15的一外部控制器(图未示)来加以控制。

于承盘191下方设置有一内环加热器38与一外环加热器39，例如使用电阻式加热器。二加热器38、39皆环绕中央轴14，而内环加热器38相较外环加热器39更靠近中央轴14。在构成中部空间32的中壳体12内侧壁面以及中央轴14外侧壁面上皆贴附有隔热板34，以尽量将热能留置住。

内环加热器38有一对电极381穿过中央轴14的轴内空间141、外环加热器39也有一对电极391穿过中壳体12而连接到一外部温度控制器(图未示)的电力供应端。内环加热器38与外环加热器39的温度分别由设置在附近的温度感知器(本例中使用热电偶35、36)所检知的信号回馈到温度控制器而受到控制。温度的设定则需参照园片温度检知设置在观景窗37的红外线侦测器(图未示)的信号输入一程控器(图未示)。

气体导流通道33将三喷气孔组231～233的复数个喷气孔230连通至园片50的位置，且特别地，气体导流通道33与承盘191的承载面是呈一锐角。气体导流通道33末端还连通于环设在中壳体12的复数排气管道121，而复数排气管道121皆再共同连通至一排气汇流环管122。

因此，整个设备运作时，从输入工艺气体于三内管22a～22c以及输入冷却水(例如去离子水)于外管21开始，不同气体沿各自内管向上流动到喷嘴结构23，经由对应的喷气孔组231～233的复数个喷气孔230流出，进而流入气体导流通道33。工艺气体在气体导流通道33经混合后最终抵达园片50上方，此时因加热器38、39提升并维持园片50的温度使得工艺气体开始外延反应。

值得注意的是，因加热器38、39是设置在承盘191下方附近，确保混合的工艺气体在气体导流通道33流动期间不会有足够温度进行反应，而是接触到园片50表面时才开始反应。

另一方面，冷却水从流体管模块20的外管21流入中央轴14内部，即一冷却水套结构，由此确保输入的工艺气体在内管22a～22c流动期间维持在特定温度。当然，前面所提到下壳体11、中壳体12、上壳体13的冷却水套结构也都有各自的冷却水进入口以及冷却水排出口供冷却水流通，由此将整个壳体部分所渐渐累积的热量带出。此外，喷嘴结构23的入水孔234与出水孔235之间可设计一有助于冷却作用的冷却水流道236，尤其是具有垂直于喷气孔230方向区段。

马达15启动后会带动公转轴套16于中央轴14上空转，而公转轴套16、承盘转轴19与行星齿轮17组合、外齿环18架构出一行星齿轮系，其结果会让所有承盘191通过公转轴套16进行公转，同时也通过承盘转轴19与行星齿轮17组合进行自转。如此一来，承盘19的转动运动会让每个园片50都获得均匀热能及工艺气体的均匀涂布，因而有更佳的外延效果。

此外，气体导流通道33斜朝向园片50承载面的设置，亦即混合的工艺气体是斜吹向园片50表面，这也有助于外延结果更加均匀。

外延反应后产生的析出物以及多余的工艺气体会由排气管道121进入排气汇流环管122，然后再经由复数接续管以抽气真空泵51排出到壳体10外部。

另有一惰气管40穿经下壳体11而连通于下部空间31，由此供应惰气以调节气压。下部空间31气压是由设置在其中的压力检知器41所检知讯号回馈到一控制器(图未示)而受到控制。惰气的功用还包括：清理不纯物并将其汇集到排气管道121，最终排出壳体10外；另外也兼具保护空间内各零件甚至壳体内壁面避免受到逸散的工艺反应气体的侵蚀，尤其是在高温状态下的电阻式加热器更需要受到保护。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (9)

1.一种外延设备，其特征在于，包括：

一壳体，包括有一上壳体、一中壳体及一下壳体，由上而下依序结合；

一中央轴，贯穿该壳体的中央位置，以其外侧表面螺合于该下壳体，并于内部挖设有一轴内空间，该中央轴与该上壳体、该中壳体及该下壳体分别界定出一气体导流通道、一中部空间及一下部空间；

一流体管模块，包括有一外管、穿设该外管的三内管及一喷嘴结构，该喷嘴结构包括有独立的三喷气孔组、相连通的复数入水孔与出水孔，其中该三喷气孔组都各别环设复数个喷气孔，且该三喷气孔组对应连通于该三内管，该入水孔连通该外管，该出水孔连通该中央轴的该轴内空间；

一公转轴套，自由转动地套设在该中央轴；

一马达，耦接于该公转轴套；

复数承盘，自由转动地穿设在该公转轴套，其中该气体导流通道连通至该承盘的承载面并夹一锐角；

一外齿环，固设在该壳体内；以及

复数行星齿轮，对应套设在该复数承盘，并啮合于该外齿环。

2.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，其中该复数承盘下方设有一外环加热器。

3.如权利要求2所述的外延设备，其特征在于，其中该复数承盘下方设有一内环加热器，较该外环加热器更靠近该中央轴。

4.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，其中邻接该中部空间的该中壳体内侧壁面贴附有一隔热板。

5.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，其中邻接该中部空间的该中央轴外侧壁面贴附有一隔热板。

6.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，其中该中壳体包括有复数排气管道及一排气汇流环管，该复数排气管道分别连通该气体导流通道与该排气汇流环管。

7.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，包括有一惰气管连通于该下壳体的该下部空间。

8.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，包括有一温度感知器设置于该喷嘴结构旁。

9.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，其中该内环加热器与该外环加热器旁皆设置有一温度感知器。

Images