CN210481573U - 一种用于分子束外延生产设备中的托板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于分子束外延生产设备中的托板结构，涉及半导体制造技术领域。该托板结构包括托板主体支架、多个第一子托板和多个第二子托板，第一与第二子托板的外部轮廓完全相同，托板主体支架上形成有紧密排布的多个主台阶型单元孔，每个单元孔的形状尺寸与第一或第二子托板的外部轮廓对应且用于承载第一或第二子托板，第一子托板内设置有用于承载第一尺寸衬底的至少一个第一子台阶型单元孔；第二子托板内设置有用于承载第二尺寸衬底的至少一个第二子台阶型单元孔，第一与第二尺寸不同。通过将子托板与托板主体支架分离，可分别加工用于不同尺寸衬底的子托板，而托板主体支架可以共享使用，从而节省了制备托板的材料，降低了生产成本。

Description

一种用于分子束外延生产设备中的托板结构

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种用于分子束外延生产设备中的托板结构。

背景技术

在分子束外延(MBE)的大规模生产中，当前用于进行分子束外延生长的衬底片尺寸以4英寸和6英寸为主，根据用户需求，还会涉及到对3英寸和2英寸的衬底片的外延生长。在对各种尺寸的衬底片进行外延生长时，需要将衬底放在衬底托板上送进分子束外延生长设备的超高真空反应炉内。

用于分子束外延生产设备的衬底托板是用一种非常特殊的材料——高纯热压钼板加工而成，原材料成本极其高昂，材料硬度很高，并且加工成本也相当高。在分子束外延生产中，针对特定尺寸的衬底片，通常会定制专用的衬底托板，因此，如果需要对多种不同尺寸的衬底片进行外延生长，则相应地需要定制加工多个专用的衬底托板，因此，导致需要耗费大量的钼材料。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种用于分子束外延生产设备中的托板结构，以解决节省用于制备衬底托板的材料的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种用于分子束外延生产设备中的托板结构，包括托板主体支架、多个第一子托板和多个第二子托板，第一子托板与第二子托板的外部轮廓完全相同，托板主体支架上形成有紧密排布的多个主台阶型单元孔，每个主台阶型单元孔的形状和尺寸与第一子托板或第二子托板的外部轮廓对应并且用于承载第一子托板或第二子托板，第一子托板内设置有用于承载第一尺寸的衬底的至少一个第一子台阶型单元孔；第二子托板内设置有用于承载第二尺寸的衬底的至少一个第二子台阶型单元孔，第一尺寸与第二尺寸不同。

可选地，第一尺寸为4英寸，第二尺寸为2英寸。

可选地，第一子托板和第二子托板的外部轮廓形状均为正六边形。

可选地，正六边形的边长在2.5英寸至2.8英寸的范围内，第一子托板内的中间位置处设置有一个第一子台阶型单元孔；第二子托板内设置有均匀排布的三个第二子台阶型单元孔。

可选地，第一子托板和第二子托板的外部轮廓形状均为正方形。

可选地，正方形的边长在5英寸至5.4英寸的范围内，第一子托板内的中间位置处设置有一个第一子台阶型单元孔；第二子托板内设置有均匀排布的四个第二子台阶型单元孔。

可选地，在托板主体支架上在所述多个主台阶型单元孔的外周区域处还设置有多个辅台阶型单元孔，每个辅台阶型单元孔用于承载第三尺寸的衬底。

可选地，托板主体支架的直径为18英寸，第三尺寸与第二尺寸相同，在第一子托板和第二子托板的外部轮廓形状为正六边形的情况下，托板主体支架中设置有7个主台阶型单元孔和6个辅台阶型单元孔；在第一子托板和第二子托板的外部轮廓形状为正方形的情况下，托板主体支架中设置有7个主台阶型单元孔和4个辅台阶型单元孔。

可选地，辅台阶型单元孔、第一子台阶型单元孔和第二子台阶型单元孔均包括用于放置对应尺寸的衬底的第一台阶以及用于放置对应尺寸的热辐射阻挡环的第二台阶。

可选地，在使用托板结构时，根据预定生产需求，托板主体支架上的每个主台阶型单元孔中被选择性地放置有第一子托板或第二子托板。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型提供的托板结构包括托板主体支架、多个第一子托板和多个第二子托板，第一子托板与第二子托板的外部轮廓完全相同，托板主体支架上形成有紧密排布的多个主台阶型单元孔，每个主台阶型单元孔的形状和尺寸与第一子托板或第二子托板的外部轮廓对应并且用于承载第一子托板或第二子托板，第一子托板内设置有用于承载第一尺寸的衬底的至少一个第一子台阶型单元孔；第二子托板内设置有用于承载第二尺寸的衬底的至少一个第二子台阶型单元孔，第一尺寸与第二尺寸不同。通过将用于承载衬底的子托板与托板主体支架分离，可以分别加工用于不同尺寸衬底的子托板，而托板主体支架可以共享使用，从而节省了用于制备衬底托板的材料，降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A至图1C分别示出了本实用新型第一实施例提供的用于分子束外延生产设备中的托板结构的托板主体支架、第一子托板和第二子托板的平面示意图；

图2A示出了图1A中的A-A剖视图；

图2B示出了图1B中的B-B剖视图；

图3A至图3C分别示出了本实用新型第二实施例提供的用于分子束外延生产设备中的托板结构的托板主体支架、第一子托板和第二子托板的平面示意图；

图4示出了本实用新型第三实施例提供的用于分子束外延生产设备中的托板结构的托板主体支架的平面示意图；

图5示出了图4中的C-C剖视图；

图6示出了本实用新型第四实施例提供的用于分子束外延生产设备中的托板结构的托板主体支架的平面示意图。

附图标记：101-托板主体支架；102-第一子托板；1021-子托板倒台阶；103-第二子托板；104-主台阶型单元孔；1041-子托板台阶；105-第一子台阶型单元孔；106-第二子台阶型单元孔；107-辅台阶型单元孔；108-第一台阶；109-第二台阶。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在分子束外延生产中，针对特定尺寸的衬底片，通常会定制专用的衬底托板，因此，如果需要对多种尺寸的衬底片进行外延生长，则相应地需要定制加工多个专用的衬底托板，因此，导致需要耗费大量的钼材料。因此，需要提供一种能够用于多种不同尺寸衬底的托板结构。

图1A示出了本实用新型第一实施例提供的用于分子束外延生产设备中的托板结构的托板主体支架的平面示意图，图1B示出了与图1A中的托板主体支架对应的一个第一子托板的平面示意图，图1C示出了与图1A中的托板主体支架对应的一个第二子托板的平面示意图。

如图1A至图1C所示，该托板结构包括托板主体支架101、多个第一子托板102和多个第二子托板103，第一子托板102与第二子托板103的外部轮廓完全相同，托板主体支架101上形成有紧密排布的多个主台阶型单元孔104，每个主台阶型单元孔104的形状和尺寸与第一子托板102或第二子托板103的外部轮廓对应并且用于承载第一子托板102或第二子托板103，第一子托板102内设置有用于承载第一尺寸的衬底的至少一个第一子台阶型单元孔105；第二子托板103内设置有用于承载第二尺寸的衬底的至少一个第二子台阶型单元孔106，第一尺寸与第二尺寸不同。

尽管图1A至图1C中示出了主台阶型单元孔104以及子托板的外部轮廓的形状为六边形，应当理解，本实用新型实施例不限于此。

托板主体支架101、第一子托板102、第二子托板103是彼此独立的部件。

在托板主体支架101上形成有紧密排布的多个主台阶型单元孔104，如图1A所示，例如在托板主体支架101上形成有紧密排布的7个主台阶型单元孔104，应当理解，图1A中的排布数量仅仅是示例。为了节省成本，在托板主体支架101上对主台阶型单元孔104进行布局排布时，应当根据托板主体支架101的尺寸，尽可能多地设置主台阶型单元孔104，同时，为了保证加工的可操作性以及托板的坚固性，相邻两个主台阶型单元孔104之间的距离r不能太小，该距离r例如可以大于或等于0.5cm(或1cm)。

第一子托板102内可以设置用于承载第一尺寸的衬底的至少一个第一子台阶型单元孔105，第二子托板103内可以设置有用于承载第二尺寸的衬底的至少一个第二子台阶型单元孔106，第一尺寸与第二尺寸不同。在第一子托板102和第二子托板103形状尺寸固定的情况下，可以根据其应用的衬底的具体尺寸(例如6英寸、4英寸、3英寸或2英寸)，在第一子托板102和第二子托板103中设置对应的台阶型单元孔。如图1B和图1C所示，例如，第一尺寸大于第二尺寸时，在第一子托板102内设置有1个第一子台阶型单元孔105，在第二子托板103内可以设置有3个第二子台阶型单元孔106，应当理解，此处仅仅是示例，设置子台阶型单元孔的具体个数根据子托板的实际尺寸以及需要生长的衬底的实际尺寸来确定。为了节省材料，在满足制备台阶型单元孔的尺寸要求的情况下，第一子托板102和第二子托板103的外周边应当尽可能小。

图2A示出了图1A中的A-A剖视图；图2B示出了图1B中的B-B剖视图。图2A示出了主台阶型单元孔104的截面图，主台阶型单元孔104是直接形成在托板主体支架101上的孔，主台阶型单元孔104包括子托板台阶1041，用于承载子托板；图2B示出了第一子托板102的截面图，第一子台阶型单元孔105是直接形成在第一子托板102上的孔，第一子托板102的下部的周边区域还包括子托板倒台阶1021，用于放置在子托板台阶1041上。可选地，第一子台阶型单元孔105包括用于放置对应尺寸的衬底的第一台阶108以及用于放置对应尺寸的热辐射阻挡环的第二台阶109。为了方便将第一子托板102放入主台阶型单元孔104或者从主台阶型单元孔104取出第一子托板102，第一子托板102的上部的尺寸M可以略小于主台阶型单元孔104的上部的开口尺寸H；第一子托板102的下部的尺寸N可以略小于主台阶型单元孔104的下部的开口尺寸L。

第二子托板103的结构与第一子托板102的结构相似，差异在于第二子托板103内的第二子台阶型单元孔106的尺寸与第一子台阶型单元孔105的尺寸不同，根据子台阶型单元孔的排布情况，第二子托板103内的第二子台阶型单元孔106的数目与第一子托板102内的第一子台阶型单元孔105的数目可以相同或不同。

在实际使用中，由于第一子托板102与第二子托板103的外部轮廓完全相同，并且每个主台阶型单元孔104的形状和尺寸与第一子托板102或第二子托板103的外部轮廓对应并且用于承载第一子托板102或第二子托板103，因此，操作人员可以根据衬底生长需求，选择第一子托板102或者第二子托板103放置到主台阶型单元孔104中。然后，将与第一子托板102或者第二子托板103对应的衬底放入子托板的子台阶型单元孔中用于外延生长。

例如，图1A中设置有7个主台阶型单元孔104，如果选择7个如图1B所示的第一子托板102(其中有1个第一子台阶型单元孔105)放入到7个主台阶型单元孔104中，那么，整个托板结构可以用于生产7个第一尺寸的衬底。如果选择7个如图1C所示的第二子托板103(其中有3个第二子台阶型单元孔106)放入到7个主台阶型单元孔104中，那么，整个托板结构可以用于生产21个第二尺寸的衬底。如果选择3个如图1B所示的第一子托板102(其中有1个第一子台阶型单元孔105)放入到3个主台阶型单元孔104中，选择4个如图1C所示的第二子托板103(其中有3个第二子台阶型单元孔106)放入到剩余的4个主台阶型单元孔104中，那么，整个托板结构可以用于同时生产3个第一尺寸的衬底以及12个第二尺寸的衬底。

通过将用于承载衬底的子托板与托板主体支架分离，可以分别加工用于不同尺寸衬底的子托板，而针对用于不同尺寸衬底的子托板，托板主体支架可以被共享使用，由于制造子托板所用的材料远远小于制造托板主体支架所用的材料，从而通过共享托板主体支架，在满足能够对不同尺寸衬底进行外延生长的情况下，节省了用于制备衬底托板的材料，降低了生产成本。另外，由于可以根据生产需求，在一个托板主体支架放置用于承载不同尺寸衬底的子托板，因此，可以在一次生产中实现对多种不同尺寸的衬底的外延生长，提高了外延生产的灵活性。

可选地，第一尺寸为4英寸，第二尺寸为2英寸。可选地，第一子托板102和第二子托板103的外部轮廓形状均为正六边形。可选地，正六边形的边长在2.5英寸至2.8英寸的范围内，第一子托板102内的中间位置处设置有用于承载4英寸的衬底的一个第一子台阶型单元孔105；第二子托板103内设置有用于承载2英寸的衬底的均匀排布的三个第二子台阶型单元孔106。由于在日常生产中，对于2英寸衬底生长的需求远小于4英寸，在常规技术中，针对2英寸衬底，单独加工的托板利用率相对较低，因此浪费了大量原材料。采用本实用新型所提供的托板结构，仅需单独加工少量(例如，1个、2个或3个等)的用于承载2英寸衬底的子托板，而其他子托板均用于承载4英寸衬底，在日常的4英寸衬底生长中，托板主体支架上全部放置用于4英寸的子托板，而在需要生长2英寸衬底时，替换放置对应的子托板即可，少量的子托板所耗费的原材料远远小于一个完整的托板所耗费的原材料，因此，在能够满足多种尺寸衬底的外延生长的前提下，本实用新型所提供的托板结构可以显著节省制造托板的原材料，降低生产成本。

如图3A至图3C所示，可选地，第一子托板102和第二子托板103的外部轮廓形状可以均为正方形，此时托板主体支架101内的主台阶型单元孔104的形状也对应地为正方形(例如图3A所示，包括7个主台阶型单元孔104)。可选地，正方形的边长在5英寸至5.4英寸的范围内，第一子托板102内的中间位置处设置有用于承载4英寸衬底的一个第一子台阶型单元孔105(例如图3B)；第二子托板103内设置有用于承载2英寸衬底的均匀排布的四个第二子台阶型单元孔106(例如图3C)。

可选地，如图4所示，为了充分利用托板主体支架101上的面积，在托板主体支架101上在所述多个主台阶型单元孔104的外周区域处还可以设置有多个辅台阶型单元孔107，每个辅台阶型单元孔107用于承载第三尺寸的衬底。第三尺寸可以与第一尺寸或第二尺寸相同，或者第三尺寸可以与第一尺寸和第二尺寸均不同。第三尺寸可以根据托板主体支架101上在所述多个主台阶型单元孔104的外周区域处的可使用面积以及生产需求来确定。

如图4和图5所示，辅台阶型单元孔107是直接设置在托板主体支架101上的孔。应当注意，托板主体支架101上的主台阶型单元孔104用于直接承载子托板，而托板主体支架101上的辅台阶型单元孔107则是用于直接承载衬底。可选地，辅台阶型单元孔107包括用于放置对应尺寸的衬底的第一台阶108以及用于放置对应尺寸的热辐射阻挡环的第二台阶109。

可选地，托板主体支架的直径为18英寸，并且第三尺寸与第二尺寸相同，并且均为2英寸，在第一子托板102和第二子托板103的外部轮廓形状为正六边形的情况下(如图4所示)，托板主体支架101中设置有7个主台阶型单元孔104(如前所述)和6个辅台阶型单元孔107；在第一子托板102和第二子托板103的外部轮廓形状为正方形的情况下(如图6所示)，托板主体支架101中设置有7个主台阶型单元孔104(如前所述)和4个辅台阶型单元孔107。

综上所述，在使用本实用新型上述实施例所提供的托板结构时，操作人员可以根据预定生产需求，使得托板主体支架101上的每个主台阶型单元孔104中被选择性地放置有第一子托板102或第二子托板103。例如，在仅需要对第一尺寸的衬底进行分子束外延生长时，每个主台阶型单元孔104中均被放置有第一子托板102。例如，在仅需要对第二尺寸的衬底进行分子束外延生长时，每个主台阶型单元孔104中均被放置有第二子托板103。例如，在需要同时对第一尺寸和第二尺寸的衬底进行分子束外延生长时，托板主体支架101上的一部分的主台阶型单元孔104中被放置有第一子托板102，并且托板主体支架101上的其余部分的主台阶型单元孔104中被放置有第二子托板103。

尽管上述实施例中描述，与托板主体支架101上的主台阶型单元孔104对应设置有用于承载第一尺寸的衬底的第一子托板102和用于承载第二尺寸的衬底的第二子托板103，应当理解，还可以与主台阶型单元孔104对应设置有用于承载与第一尺寸和第二尺寸均不同的第三尺寸的衬底的第三子托板(未示出)，并且在实际生产中，在一个托板主体支架101上，可以根据需要选择预定数目的第三子托板、第一子托板102、第二子托板103。

具体地，例如，本实用新型的托板结构中的托板主体支架101是由一块厚度4mm的高纯热压钼板通过机械加工切削形成的。子托板台阶1041的宽度为3.0mm，高度为2.0mm。第一子托板102和第二子托板103分别由另外的厚度4mm的高纯热压钼板通过机械加工切削形成，用于放置衬底的第一台阶108的宽度为1.2mm，高度为1.25mm；用于放置热辐射阻挡环的第二台阶109的宽度为1.75mm，高度为1.95mm；子托板倒台阶1021的宽度为3.0mm，高度为2.0mm。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，包括托板主体支架、多个第一子托板和多个第二子托板，所述第一子托板与所述第二子托板的外部轮廓完全相同，所述托板主体支架上形成有紧密排布的多个主台阶型单元孔，每个所述主台阶型单元孔的形状和尺寸与所述第一子托板或所述第二子托板的外部轮廓对应并且用于承载所述第一子托板或所述第二子托板，所述第一子托板内设置有用于承载第一尺寸的衬底的至少一个第一子台阶型单元孔；所述第二子托板内设置有用于承载第二尺寸的衬底的至少一个第二子台阶型单元孔，所述第一尺寸与所述第二尺寸不同。

2.根据权利要求1所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，所述第一尺寸为4英寸，所述第二尺寸为2英寸。

3.根据权利要求2所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，所述第一子托板和所述第二子托板的外部轮廓形状均为正六边形。

4.根据权利要求3所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，所述正六边形的边长在2.5英寸至2.8英寸的范围内，所述第一子托板内的中间位置处设置有一个所述第一子台阶型单元孔；所述第二子托板内设置有均匀排布的三个所述第二子台阶型单元孔。

5.根据权利要求2所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，所述第一子托板和所述第二子托板的外部轮廓形状均为正方形。

6.根据权利要求5所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，所述正方形的边长在5英寸至5.4英寸的范围内，所述第一子托板内的中间位置处设置有一个所述第一子台阶型单元孔；所述第二子托板内设置有均匀排布的四个所述第二子台阶型单元孔。

7.根据权利要求4或6所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，在所述托板主体支架上在所述多个主台阶型单元孔的外周区域处还设置有多个辅台阶型单元孔，每个所述辅台阶型单元孔用于承载第三尺寸的衬底。

8.根据权利要求7所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，所述托板主体支架的直径为18英寸，所述第三尺寸与所述第二尺寸相同，在所述第一子托板和所述第二子托板的外部轮廓形状为正六边形的情况下，所述托板主体支架中设置有7个所述主台阶型单元孔和6个所述辅台阶型单元孔；在所述第一子托板和所述第二子托板的外部轮廓形状为正方形的情况下，所述托板主体支架中设置有7个所述主台阶型单元孔和4个所述辅台阶型单元孔。

9.根据权利要求7所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，所述辅台阶型单元孔、所述第一子台阶型单元孔和所述第二子台阶型单元孔均包括用于放置对应尺寸的衬底的第一台阶以及用于放置对应尺寸的热辐射阻挡环的第二台阶。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的用于分子束外延生产设备中的托板结构，其特征在于，在使用所述托板结构时，根据预定生产需求，所述托板主体支架上的每个所述主台阶型单元孔中被选择性地放置有所述第一子托板或所述第二子托板。

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