TWM480558U

TWM480558U - 具有用以清潔出氣口環之機械清潔元件之ｃｖｄ反應器

Info

Publication number: TWM480558U
Application number: TW102222846U
Authority: TW
Inventors: Hugo Silva; Peer Lehnen
Original assignee: Aixtron Se
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-06-21
Also published as: DE102012111896A1; CN203878207U

Description

具有用以清潔出氣口環之機械清潔元件之CVD反應器

本創作有關於一種CVD(化學氣相沉積)反應器，具有可旋轉驅動的基座和圍繞該基座的排氣機構以及機械式的清潔元件，在該排氣機構的區域中借助該清潔元件藉由機械作用可以至少部分地清除在該CVD反應器內沉積過程期間所生長的覆蓋層。

例如在專利文獻US 6,261,408 B1或US 2012/0027936 A1中描述這種CVD反應器。在CVD反應器的處理室內進行塗覆處理，其中在由基座支承的基層上離析沉積出較薄的、均質的、尤其單晶體的III-V-層。處理室位於基座的上方，處理氣體被導入其中。這是藉由進氣機構的出氣口所實現的，該進氣機構構成處理室的頂蓋。基座具有圓形輪廓並且由排氣機構所包圍。該排氣機構具有環形通道，反應氣體或者說輸送處理氣體的運載氣體藉由環形通道被輸送出處理室。為此，將在排氣機構上連接有真空泵。

在成長過程中，在排氣機構的壁上形成了例如含有鎵、銦、砷、磷或者氮的固體物質的寄生性沉積。專利文獻US 2012/0027936 A1描述一種機械式清潔元件，借此能夠以機械方式清潔排氣環的出氣口。

本創作所要解決的技術問題是，提供一種裝置，借此可以至少局部地移除排氣機構的內壁的覆蓋層。

該技術問題藉由按照本創作的一種CVD反應器以及一種用於CVD反應器的排氣機構和另一種用於CVD反應器的排氣機構得以解決。

本創作之目的藉由申請專利範圍之指定所實現。

在此建議一種機械式的清潔元件，該清潔元件安置在該排氣機構的環形通道內。因為該環形通道以圓形佈置圍繞著該基座，因此，該清潔元件可藉由旋轉驅動裝置在環形通道內運動。該清潔元件在其移動通過該排氣機構的環形通道的過程中以機械方式至少對該環形通道內壁的部分區域進行清潔。沉積在該處的覆蓋層在機械作用的路程中從表面脫落。然後，脫落的覆蓋層可藉由氣流經由排氣機構被輸送出。上述機械作用可藉由毛刷、一個或多個刮邊或者類似裝置來實現。在本創作的一種較佳設計中，將該機械式清潔元件在環形通道內運動的旋轉驅動裝置係由基座構成。然而，該旋轉驅動裝置也可以是獨立的驅動件。該清潔元件較佳具有接合區段。因而形成接合元件，該接合元件可與旋轉驅動元件、例如基座的對應接合元件相接合，以便該驅動元件的旋轉使該清潔元件運動穿過該環形通道。在本創作的一種較佳設計中，該基座在沉積過程步驟中處於上方位置。安置在該基座上方的處理室具有由進氣機構構成的頂蓋。該進氣機構具有多個均勻佈置在其朝向該處理室的底側的出氣口，一種或多種處理氣體可通過該出氣口進入由下方或者但也可由上方加熱的處理室中。這些含有銦、鎵、氮、磷或者砷元素的處理氣體在該處理室內分解，使得含有第III主族和第V主族元素的層被離析沉積到套裝在基座上的基層上。然而，覆蓋層也可能含有第IV主族元素或第II和VI主族元素。在排氣環內形成凝聚。在該環形通道的內壁上構成寄生性沉積。當該基座在結束沉積過程後從上方位置下降至下方位置時，安置在圓盤形基座的外緣上的對應接合元件便與該清潔元件的接合元件相接合。當該基座旋轉時，便帶動該清潔元件。因此，該基座或者另一個旋轉驅動件可藉由垂直移動與該清潔元件如此接合，使得在旋轉驅動元件圍繞垂直軸旋轉運動時帶動清潔元件。該清潔元件的接合元件可設置在臂桿上。該臂桿固定地與該清潔元件的清潔體相連接並且穿過環形通道而從環形孔伸出，該環形孔在沉積過程中構成出氣口，來自處理室的氣體通過該出氣口而進入該環形通道內。位於該環形通道內的清潔體可以是刮板或者毛刷。其具有刷毛或者其他類型的機械式清潔輔助元件，借此能夠機械式地接觸作用於環形通道內壁的表面上。該清潔元件的截面輪廓基本與環形通道的截面輪廓相匹配。但該清潔元件也可設計為T型或環型。該接合元件或對應接合元件可由嵌入凹口的凸起構成。但該對應接合元件也可以僅構成唯一一個凸起，該凸起僅沿旋轉方向與該清潔元件的接合元件相接。此外還規定，該清潔元件可藉由兩個相對應極化的磁鐵與旋轉驅動元件、例如與該基座相接合。為此，清潔元件和旋轉驅動元件均分別具有一個相互吸引的磁鐵。該清潔元件可永久安置在該環形通道內。清潔元件可這樣處於環形通道內，使得可被更換。此外，在排氣機構的環形通道內在各自不同的外緣位置上可以佈置多個清潔元件。

CVD反應器的排氣機構具有至少一個導氣管，該環形通道、及被排氣機構環繞包圍的空腔藉由導氣管與真空泵相連接。該導氣管連接在該環形通道底部的開口上。與排氣機構的內壁一樣，該導氣管的直接連接到該環形通道上的區段同樣也有覆蓋層。為了清除這些覆蓋層，可設置可步進式旋轉驅動的插入件。這較佳藉由驅動器來實現，該驅動器嚙合在插入件的多個驅動凸起中的一個上。該插入件可以是管件，其可旋轉地被設置在導氣管內。該驅動凸起可突出於該環形通道的底部。該驅動器可由清潔元件構成。該驅動器與該驅動凸起中的一個相嚙合，並且推動該凸起繼續移動一段特定的距離。構成插入件的管件隨之部分轉動。在一種較佳的設計方案中，該插入件由支架支承，該支架由從導氣管的內壁突出的凸起構成。此外還可設置臂桿，其相對於該插入件的旋轉軸沿軸向延伸，並且貼靠於插入件的內壁。該臂桿接觸地或以極小的間隔靠近該插入件的內壁，因而在該插入件部分轉動時該臂桿沿著插入件的內壁滑動。可能沉積在該處的覆蓋層就由此以機械方式被清除。清潔元件的多次轉動導致插入件完全旋轉。

此外，本創作還有關於一種排氣機構的擴展方案，其應用於CVD反應器，其位置固定地安置在處理室的徑向外部區域並且圍繞著尤其可旋轉的基座。該排氣機構由環形的空心體構成並且在其朝向上方的上壁上具有設計為缺口的進氣口。一個或多個出氣口可配屬在該空心體的底部。這些出氣口分別與導氣管相連接。藉由該出氣口，將通過該進氣口被吸進空心體內的氣體輸送出去。設計為缺口的進氣口使得該清潔元件沿周向在空心體外部運動。在本創作的一種擴展方案中規定，該進氣口為井狀構造，其兩側是兩個倒圓的壁。這兩個壁之間的間隔可沿著朝向該排氣機構的空腔的方向不斷變大。該井狀構造的兩個相對的壁是平滑壁。兩個壁之一呈凹形彎曲，並且配屬空心體的外壁。另一個壁為凸形彎曲。將該空心體下部的同樣為凹形彎曲的壁連接在該凹形彎曲的壁上。由此，沿著該空心體的空腔的外壁形成層狀流。這種層狀流形成穩定的渦流，該渦流具有沿周向延伸的渦流軸。

此外，本創作還有關於一種具有上壁的排氣機構，朝向上方的垂直壁在徑向外側連接在上壁上。缺口形狀延伸的進氣口位於基本水準延伸的上壁和垂直壁之間的角部區域內。根據本創作的另一個態樣，具有上壁和向上延伸的且安置在徑向外部的垂直壁的排氣機構被這樣擴展設計，使得凸緣在徑向內側從上壁突起向上延伸。該凸緣構成環繞排氣機構延伸的環形槽的凹槽壁，環形槽的底部構成該空心體的上壁，並且環形槽的另一個凹槽壁構成該垂直壁。該基座的垂直壁位於該凸緣的徑向內側。該排氣機構的上壁處於比該基座的上方水準表面更低的水平面上。當基座被旋轉驅動時，抵靠在基座上的基層可能脫開並且由於離心力而被甩向徑向外部。基層掉入排氣機構的垂直壁與基座的徑向外部的側壁之間的間隙中。因為該基座以及側壁被旋轉驅動，因此在沒有凸緣的情況下，該基層的碎片就可能導致卡死，並且導致該排氣機構或基座受損。借助本創作建議的凸緣，基層碎片被容納於上述環形槽內並在此固定。

1‧‧‧反應器外殼

2‧‧‧基座

3‧‧‧進氣機構

4‧‧‧排氣機構

5‧‧‧環形通道

6‧‧‧環形孔

7‧‧‧清潔元件，機械式

8‧‧‧臂桿

9‧‧‧接合元件

10‧‧‧對應接合元件

11‧‧‧支座

12‧‧‧升降元件

13‧‧‧旋轉軸

14‧‧‧磁鐵

15‧‧‧磁鐵

16‧‧‧刷臂

17‧‧‧部件

18‧‧‧部件

18'‧‧‧部件

19‧‧‧部件

19'‧‧‧彎曲的壁

20‧‧‧凸緣

21‧‧‧部件

22‧‧‧部件

22'‧‧‧基座外壁

23‧‧‧部件

24‧‧‧碎片

25‧‧‧壁

26‧‧‧壁

27‧‧‧上壁

28‧‧‧垂直壁

29‧‧‧導氣管

30‧‧‧插入件

31‧‧‧驅動凸起

32‧‧‧驅動器

33‧‧‧支架

34‧‧‧臂桿

以下結合附圖進一步闡述本創作的實施例。在附圖中：圖1示出在CVD反應器中的反應器外殼1的剖面示意圖，該CVD反應器具有旋轉對稱的結構設計，其中基座2顯示在升高的、上方位置；圖2示出根據圖1的視圖，其中基座2已下降到與清潔元件7接合的位置；圖3示出沿剖面線III-III剖面所得的剖面圖；圖4示出本創作的第二實施例，其中僅示出環形通道5部分，在其中安置有T型的清潔元件7；圖4a示出在其中插入清潔元件7的第二實施例的排氣機構4的局部俯視圖；圖5示出本創作的第三實施例，其中清潔元件7借助兩個磁鐵14、15與基座2轉動連接；圖6示出本創作的第四實施例，其中該清潔元件7設計為刷毛；圖7示出本創作的第五實施例，其中該清潔元件7的清潔體被設計為與環形通道5的內輪廓相應的環形；圖8示出第六實施例的示意圖，接合元件9設計有所屬的對應接合元件10，由此使基座2的轉運可以傳遞給清潔元件7；圖9示出第七實施例的視圖，其與圖3類似，但共包括三個均勻角度分佈的清潔元件7；圖10示出本創作的第八實施例；圖11示出本創作的第九實施例；圖12示出圖10中所示的第九實施例，具有落入環形通道內的基板碎片；圖13示出本創作的第十實施例；圖14示出本創作的無清潔元件的第十實施例；圖15示出剖切第十一實施例的導氣管所得的剖面圖；及圖16示出沿圖15中的剖面線XVI-XVI剖面所得的剖面圖。

在附圖中僅示意性地示出該CVD反應器。其具有反應器外殼1，該反應器外殼例如可由不銹鋼構成並且將反應器外殼的內部氣密地與外部環境隔離開來。在反應器外殼1內設有噴頭狀的進氣機構3，藉由輸入管道給該進氣機構提供處理氣體。該進氣機構3在其底側具有多個在底側上均勻分佈的輸出孔，含有一種或多種處理氣體的氣體可通過該輸出孔從進氣機構3的空腔被輸進佈置在該進氣機構3下方的處理室內。該處理室的底部由在垂直方向上可借助升降元件12位移的基座2構成。該基座2是一種在覆蓋層處理中多個待塗覆的基層的支座。具有圓盤形狀的基座2被環形的排氣機構4包圍著。

該排氣機構4具有開孔6，該開孔由圓環形的孔隙構成，並且在基層塗覆過程中，藉由該開孔輸送處理氣體的載流氣體、但也包括未冷凝的、尤其是未使用的處理氣體會進入排氣機構4的環形通道5內。環形通道5藉由至少一個導氣管29與未示出的真空泵相連接。設置旋轉驅動裝置，其上安置有基座2的支座11的軸13可藉由該旋轉驅動裝置轉動。旋轉軸13處於該處理室的對稱軸上。因此，排氣機構4就被佈置為與該旋轉軸13同軸。

為了至少部分地移除在沉積過程中在環形通道5內(但也在環形孔6的範圍內所離析沉積出的覆蓋物)設置有清潔元件7。該清潔元件7藉由清潔體伸入環形通道5內。在圖1至3中所示的清潔元件7具有臂桿，該臂桿從環形孔6中伸出並且平行於排氣機構4的內部側壁向下延伸。該臂桿8在其下方的自由端上具有接合元件9。基座2在其下方的邊緣上具有對應接合元件10。在圖1所示的位置上，其中該基座2置入其覆蓋層處理位置，接合元件9與對應接合元件10相互分離。當在該工作位置上旋轉基座2時，這是沉積形成均勻覆蓋層所必需的，則清潔元件7未被一同帶動。為了使得清潔元件7穿過環形通道5移動，基座2被降至圖2所示位置上，其中接合元件9與對應接合元件10相接合。在此，臂桿8的朝向徑向內部的凸起係嵌入基座2的邊緣的切口中。現如果基座2圍繞旋轉軸13轉動，則清潔元件7就被一同帶動。清潔元件7在圓環形的移動軌道上移動穿過環形通道5，其中，該清潔元件的清潔體接觸到環形通道5內壁上的覆蓋物並且以機械的方式至少部分移除這些覆蓋物。

為了實現這種機械作用，清潔元件7可被設計為刮板或者毛刷。為此清潔元件7具有刮邊或者刷毛，該刮邊或刷毛會在清潔元件7移動時以機械的方式接觸環形通道5壁的表面。

圖4中所示的實施例示出清潔元件7的一種具有T型的清潔體。該T型是翻轉的，因此T型的兩條側邊機械式地作用於環形通道5的底部。T型的垂直邊垂直向上伸出並且部分穿過環形孔6。該T型的垂直邊連同該處在截面上呈梯形的區域一起構成了接合元件9，該接合元件能夠以適合的方式與基座2的對應接合元件10或者與另一個旋轉驅動元件相接合。

圖5中所示的清潔元件7接觸環形通道5的側壁。該清潔元件具有磁鐵14。基座2具有磁鐵15，當基座2或者磁鐵15進入相應的位置時，該磁鐵15即對磁鐵14施加磁吸引力。例如當基座2下降時，磁鐵14、15就可相互吸引。但是，磁鐵15也能夠以旋轉移動或者其他移動方式配屬基座2，使得磁鐵15在位移或旋轉後的位置中對磁鐵14不施加吸引力。因此，只有當兩個磁鐵14、15藉由排氣機構4的壁相互吸引時，才會旋轉著帶動清潔元件7。磁鐵15也可被固定在自身的旋轉驅動件上。

圖6中所示的實施例示出排氣機構4，其中環形通道5具有圓形的截面。清潔元件7的安置在環形通道5內的清潔體具有三個刷臂16，機械式地作用於環形通道5的內壁的刷毛被佈置在這些刷臂上。該刷臂16被固定在臂桿8上，該臂桿的末端構成可與基座2的對應接合元件10相接合的接合元件9。

在如圖7所示的實施例中，僅示出清潔元件7的清潔體。該清潔體與環形通道5的矩形內輪廓相符。該清潔體被設計為環形的刮板。圓環朝向排氣機構4的環形孔6是開放的，因此，臂桿8例如可在該處被插入其中，清潔元件7的清潔體藉由臂桿可被旋轉帶動。

圖8示出接合的變型方案，基座2藉由該接合方式可以與機械的清潔元件相接合。清潔元件7具有以徑向向內突出的凸起為形式的接合元件9。基座2則具有徑向向外突出的凸起，該凸起構成對應接合元件10。當基座2逆時針方向旋轉時，對應接合元件10對處於其移動軌道上的接合元件9施加作用，並且沿旋轉方向帶動清潔元件7。

圖9示出一種變型方案，其中不僅是一個、而是總共三個清潔元件7以均勻角度分佈於排氣機構4的環形通道5內。三個清潔元件7中每一個均具有徑向向內突出的構成接合元件9的凸起。基座2具有共三個以均勻角度分佈在徑向向外方向上的延伸的凸起，這些凸起分別構成對應接合元件10。當基座2旋轉時，每個對應接合元件10帶動一個接合元件9，從而三個清潔元件7同時移動穿過環形通道5。也可藉由基座2同時帶動少於三個或者多於三個的清潔元件7。每個清潔元件7可具有各自不同類型的清潔體。凸起9還可嵌入基座邊緣的凹槽中，使得該凸起形狀接合地與基座2旋轉接合。

圖10示出本創作的第八實施例，其中排氣機構4被設計為多件式。排氣機構4的下部19構成了環形的盆，該盆與兩個居中的部分18、18'相連接，從而構成設計有上壁的空心體，該上壁又構成環繞著延伸的切口。該切口構成環形孔6。該環形孔6為進氣口，氣體可通過該進氣口進入該空心體內。排氣機構4具有未示出的出氣口，該出氣口連接到真空泵上，以便能夠藉由該環形孔6吸氣。

中間部件18與上部部件17相連接，該上部部件構成垂直壁28。垂直壁28大致在排氣機構4的徑向外側上延伸。

在排氣機構4的徑向內側上設有旋轉驅動的基座2，該基座具有上部基座板21，該基座板構成垂直面，基層被放置在該垂直面上。該基座具有兩個圓環形的垂直壁區段22、23，這兩個區段平行於排氣機構4的垂直壁28而延伸。

標記為7的清潔元件可以藉由接合元件9與基座2旋轉連動地接合。清潔元件7穿過環形孔6伸進空心體內。

設置凸緣20，該凸緣平行於垂直壁28而延伸並且被佈置在排氣機構4的徑向內側上。該凸緣20連同上壁27和垂直壁28一起構成環形槽。

圖12示出了由基座2的上側面脫離的基層的碎片24，該碎片由於離心力的作用被甩向垂直壁28的方向。碎片24掉進基座2的壁22'與垂直壁28之間的壁27下方的間隙內。因為該碎片掉入位於凸緣20與垂直壁28之間的環形槽內，所以就不會與基座或者基座外壁22'形成可能導致損壞的任何接觸。

圖11中所示的第九實施例與圖10所示的實施例基本上相符。凸緣20的徑向朝向外的壁在此為圓形並且沒有任何拐點地跨接傾斜延伸的上壁27。清潔元件7也與圖10中所示的實施例一樣，不僅能夠清潔該空心體的內壁，也能清潔排氣機構4的外壁。該清潔元件具有清潔側壁，該側壁被成型於凸緣20與垂直壁28之間的環形槽的輪廓上。

前述實施例有關的排氣機構4具有大致為J型的截面，而圖13作為第十實施例則示出一種具有G型截面的排氣機構4。上壁27為該空心體的徑向內壁的隆起。由圖14中可以看出，環形孔6來源於上壁27與垂直壁28之間的角部區域。該環形孔6是圍繞著排氣機構4的整個週邊的環形井狀構造形式的進氣口。該井狀構造具有彎曲的井壁25、26，其中空心體的外壁被設計為凹形井壁25，空腔的同樣凹形彎曲的壁19'與該井壁25相連接。壁25、19'無拐點地相互交叉。

由上壁27的隆起構成凸狀的井壁26，該井壁同樣沒有任何拐點。該兩個彎曲的壁25、26構成進氣的井狀構造6，其井寬向著朝空心體的方向不斷遞增。

圖13中所示的清潔元件7具有嵌入環形孔6中的隆起。在此，清潔元件7可經由磁鐵14、15與基座2相接合，以便在需要時沿排氣機構4的切線方向一同拖動。

圖15和16中所示的第十一實施例示出導氣管29，該導氣管與排氣機構4的空心體的底部相連接，以便將氣體從該排氣機構中吸出。在導氣管29的直接與排氣機構4相接的區段內插入管狀的插入件30。在此有關具有內壁的插入件，該內壁在CVD反應器運行時可能被覆蓋。

以均勻的角度分佈之多個驅動凸起31從管狀插入件30 的上部端面邊緣突起。該驅動凸起31伸入驅動器32的移動軌道中，該驅動器在切線方向上可藉由環形通道5使排氣元件移動。該驅動器32大致相切地嚙合在處於其移動軌道上的驅動凸起31上，以便在該驅動器32的移動方向上一同帶動該驅動凸起。這是伴隨著插入件30的部分轉動所發生的。驅動凸起31之一的相應的多次連動使得插入件30完全轉動。

插入件30支承在支架33上。在實施例中，該支架33是由導氣管29的內壁突出的凸起所構成的。

設置清潔臂桿34，其在本實施例中從由導氣管29的內壁所突出的凸起上突出來。該清潔臂桿34沿著插入管30的內壁延伸。清潔臂桿34與該內壁具有極小的間隔或者與該內壁接觸地抵靠。臂桿34在插入管30的整個軸向長度上延伸，使得其能夠機械式地移除在插入管30的內壁上所構成的沉積。

所有公開的特徵(本身)都有創作意義或創作價值。在本申請的公開文件中，所屬/附屬的優先權文本(在先申請文件)的公開內容也被完全包括在內，為此也將該優先權文本中的特徵納入本申請的權利要求書中。從屬權利要求中的那些可選擇的並列設計方案都是對於現有技術有獨立創作意義或價值的改進設計，尤其可以這些從屬權利要求為基礎提出分案申請。