TWM573508U - Substrate tray storage chamber and an MOCVD processing system - Google Patents

Abstract

本創作提供一種用於MOCVD處理系統的基片托盤儲存腔，所述基片托盤儲存腔內包括：多個上下疊放的第一支撐架和第二支撐架，其中第二支撐架中設置有冷卻液管道用以冷卻設置在第二支撐架上的基片托盤；所述多個第二支撐架固定到所述基片儲存腔，並且至少一個第二支撐架上方具有大於第二高度（H0）的空間；所述多個第一支撐架通過驅動裝置連接到儲存腔，所述驅動裝置可驅動所述多個第一支撐架上下運動，使得至少兩個相鄰的第一支撐架之間的間距在第一高度（H3）和所述第二高度之間變化，其中第一高度小於第二高度。

Description

基片托盤儲存腔以及一種MOCVD處理系統

本創作有關於一種MOCVD處理系統，特別是有關於一種MOCVD處理系統中的基片托盤儲存腔。

LED被大量生產和廣泛應用，用於生產LED的MOCVD處理系統也得到日益廣泛的應用。MOCVD處理系統中被通入MO（metal organic）氣體和氨氣以及氣體N2、H2等載流氣體，使得GaN等化合物半導體在高溫的基片上快速的生長出來。為了提高生產效率往往需要將大量小尺寸的基片（2-6英寸）放入一個基片托盤上的大量凹坑中，然後將基片托盤帶著這些基片一起被送入MOCVD處理系統中的處理腔。如第1圖所示為典型的MOCVD處理系統結構圖，包括一個傳輸腔100，傳輸腔100上連接著一個真空鎖（load lock）110，傳輸腔內設置有至少一個機械臂，用於轉運基片托盤20。傳輸腔100上還連接著多個進行MOCVD沉積的處理腔120a、120b、120c、120d，以及一個基片托盤儲存腔130，其中基片托盤儲存腔130內既儲存著即將送入處理腔進行處理的待處理基片托盤20，也包括在處理腔完成處理後的基片托盤20。基片托盤儲存腔130與傳輸腔100之間通過一個氣密門36相連接。由於MOCVD需要高溫（600-1200度）下才能進行，所以需要將剛完成處理的基片托盤降溫後才能通過傳輸腔100、真空鎖110輸送到大氣環境中由工作人員進行進一步處理。第2圖所示是習知技術中基片托盤儲存腔130的剖面結構圖，基片托盤儲存腔130內最底部包括用於冷卻的冷卻支撐架31，冷卻支撐架31聯通到水冷管道，剛完成處理的基片托盤20被放置在冷卻支撐架31上以對基片托盤進行冷卻。基片托盤儲存腔130內還包括三個支撐架32a、32b、32c，用於放置待處理的基片托盤，待處理基片托盤未經過加熱，所以這些支撐架不需要設置冷卻裝置。其中冷卻支撐架31由於必須包括流通冷卻液的管道，所以一般厚度要大於支撐架。其中基片托盤20的上邊緣包括一個凸緣21，在運輸基片托盤時機械臂卡住該凸緣21後，需要首先上升一定高度再進行橫向運動，將基片托盤20轉運走。所以冷卻支撐架31或支撐架的頂面到冷卻支撐架31或支撐架的上方必須存在一個最低高度H0的空間才能保證基片托盤能夠被機械臂先抬升再橫向傳輸，實現順利轉運。基片托盤儲存腔130內的四個支撐架和四個基片托盤就需要機械臂能夠在相應的高度H1範圍內上下運動，才能保證對四個基片托盤20的傳輸。同時基片托盤儲存腔130腔體和基片托盤儲存腔130上開設的氣密門36也必須具有大於H1的高度。所以H1決定了機械臂的垂直運行範圍、基片托盤儲存腔130的高度以及開設在儲存腔和傳輸腔100之間的氣密門36的高度。

上述結構的基片托盤儲存腔130在MOCVD處理系統運行中會發生問題，當傳輸腔100上連接著多個處理腔時，各個基片托盤被先後送入各自的處理腔，所差時間一般小於10分鐘，但是MOCVD的工藝時間很長，通常需要超過5小時，不同處理腔內任何細微的差別都會導致不同處理腔內生長速度的差別，最後導致後送入基片10的處理腔比先送入基片10的處理腔先完成或者同時完成處理，兩個或更多個處理腔內的基片托盤需要同時從各自的處理腔中取出，並傳輸到基片托盤儲存腔130中進行冷卻。但是習知技術的基片托盤儲存腔130中只有一個具有冷卻功能的冷卻支撐架31，要增加帶冷卻結構的冷卻支撐架31，必然會導致上方用於放置待處理基片托盤的支撐架的數量減少，也會影響整個MOCVD系統的處理效率，如果要增加額外的冷卻支撐架31，就會使得總共五個支撐架的高度超過上述H1，需要重新設計選用機械臂、儲存腔，成本高昂。

所以業內需要尋求一種簡易、低成本的方式，在不改變習知機械臂和儲存腔基本尺寸的基礎上，使得基片托盤儲存腔中能夠同時容納兩個冷卻支撐架和多個普通支撐架。

本創作公開一種一種基片托盤儲存腔，所述基片托盤儲存腔內包括：多個上下方向疊放的第一支撐架和第二支撐架，其中第二支撐架中設置有冷卻液管道用以冷卻設置在第二支撐架上的基片托盤；所述多個第二支撐架固定到所述基片儲存腔，並且至少一個第二支撐架上方具有大於第二高度（H0）的空間；所述多個第一支撐架通過驅動裝置連接到儲存腔，所述驅動裝置可驅動所述多個第一支撐架上下運動，使得至少兩個相鄰的第一支撐架之間的間距在第一高度（H3）和所述第二高度之間變化，其中第一高度小於第二高度。基片托盤儲存腔上開設有一個氣密門，所述氣密門具有第三高度（H1），所述驅動裝置驅動所述多個第一支撐架或多個第二支撐架上下運動時，所述多個第一支撐架和多個第二支撐架的總高度小於第三高度（H1）。

進一步地，其中第二支撐架也可以通過一個第二驅動裝置連接到基片儲存腔，或者第一和第二支撐架均通過一個驅動裝置使得使得至少一個第二支撐架與相鄰的另一個第二支撐架或者第一支撐架之間的間距能夠在第一高度和第二高度之間變化。相應的，所述第二支撐架上連接有軟管用以向第二支撐架中的冷卻液管道提供冷卻液。

其中較佳地，可以使得第一高度小於第二高度的1/2。

多個第二支撐架位於所述基片托盤儲存腔內下方，多個第一支撐架位於所述基片托盤儲存腔內上方，或者多個第二支撐架位於所述基片托盤儲存腔內上方，多個第一支撐架位於所述基片托盤儲存腔內下方。

較佳地，包括至少三個第一支撐架，所述驅動裝置驅動所述三個第一支撐架，使得相鄰的三個第一支撐架之間分別具有第一高度和第二高度的間距。最佳的選擇，所述基片托盤儲存腔內包括至少三個第一支撐架，和至少二個第二支撐架包括。

一種MOCVD處理系統，包括上述基片托盤儲存腔，所述MOCVD系統包括一個傳輸腔，連接到所述傳輸腔的多個處理腔、所述基片托盤儲存腔和真空鎖。所述傳輸腔中包括至少一機械臂，用以在所述真空鎖、處理腔和基片托盤儲存腔之間傳輸基片托盤。其中所述基片托盤邊緣包括一凸緣，所述機械臂能夠支撐所述凸緣以抬升基片托盤。所述機械臂能夠上下運動，使得所述機械臂能夠抓取位於所述多個第一支撐架上的或所述第二支撐架上的任一基片托盤，並抬升所述任一基片托盤到所述第一支撐架或第二支撐架上方第二高度處。

以下結合圖式進一步說明本創作的實施例。

第3a圖是本創作基片托盤儲存腔的第一運行狀態圖，基片托盤儲存腔130中，底部包括上下排布的兩個冷卻支撐架31a、31b，冷卻支撐架上各自放置有處理完的基片托盤20，兩個冷卻支撐架固定設置在儲存腔內使得基片托盤上方具有足夠的空間（大於等於H0）允許機械臂將基片托盤抬起。冷卻支撐架31b上方包括三個支撐架33a、33b、33c，該三個支撐架均固定到一個可升降運動的驅動裝置34上，通過驅動裝置34的運動可以使得三個支撐架可以獨立上下運動。為了在比習知技術更有限的空間內疊放三個支撐架33a、33b、33c和各個支撐架上的基片托盤20，可以控制所述驅動裝置34使得各個支撐架33a、33b、33c中至少相鄰的兩個支撐架之間的間距小於習知技術要求的最小間距H0，如第3a圖中支撐架33c的上表面到支撐架33b的下表面的間距是H3，H3小於H0。更小的間距H3可以使得在機械臂有效運行高度範圍H1中，扣除下方兩個冷卻支撐架高度後，仍然能有效放置下三個支撐架33a、33b、33c以及支撐架上的三個基片托盤。

在本創作中的當待處理的基片托盤需要從基片托盤儲存腔中取出，送入處理腔時，由於支撐架上方空間不夠，無法直接由機械臂取出，需要進行如第3b圖所示的調整。第3b圖中驅動裝置34驅動支撐架33c向下降了一定高度，使得基片托盤20用於支撐基片的頂面到上方支撐架33b底面之間的間距大於等於H0，從而保證支撐架33c上的基片托盤能夠被順利抬升後取出。

上述基片托盤20從支撐架33c取出後被送入處理腔，經過幾個小時的處理後，再次通過機械臂將仍具有高溫的基片托盤送入基片托盤儲存腔130內的冷卻支撐架31a、31b。冷卻支撐架31會對高溫的基片托盤進行冷卻，經過約10幾分鐘的冷卻後，基片托盤20的溫度達到目標溫度，隨後機械臂將冷卻後的基片托盤20從基片托盤儲存腔130中取出，轉送到真空鎖110中。真空鎖110關閉與傳輸腔100之間的氣密門，將空氣通入真空鎖，隨後通過機械或者人力將真空鎖內處理完的基片托盤20和基片托盤上的大量基片10取出，進行下一道工序。添加新的待處理基片托盤20採用相同的路徑，只是方向相反，而且基片托盤需要被放置到支撐架33a、33b、33c上。

位於其它幾個支撐架33b、33a上的基片也可以用類似的方式進行取放，取放支撐架33b上的基片時：同時降下支撐架33b、33c可以使得支撐架33b上方具有足夠的空間（大於等於H0），支撐架33b、33c之間的距離仍然保持在較小的值H3。取放支撐架33a上的基片時：同時下降三個支撐架33a、33b、33c的高度，並使得三個支撐架之間的距離保持在較小值H3，最終使得支撐架33a上方具有足夠空間使得機械臂進行取放基片托盤作業。

所以本創作提供的基片托盤儲存腔中，位於腔體內上方的三個支撐架中同時只有一個支撐架的上方空間達到H0，其它兩個支撐架之間的間距仍然保持在H3。所以本創作中上方三個支撐架上方空間的總高度2H3+H0再加上下方二個冷卻支撐架31的高度2H0，只要滿足3H0+2H3＜H1的要求，就能保證習知機械臂的運行高度範圍H1能夠取放比習知技術更多的基片托盤。

本創作中的MOCVD處理系統中的處理腔的數量除了可以是四個也可以更少，如三個，或者更多如五個，相應的基片托盤儲存腔內的基片托盤的容量需求也會有變化，比如上方最少需要二個支撐架，此時可以省略其中一個支撐架如支撐架33c；當儲存腔內上方需要四個支撐架時，需要進一步優化本創作中支撐架的材料、厚度以容納更多支撐架。只要存在多個處理腔，就不可避免的會出現同時完成處理工藝的情況，需要將兩個處理完的基片托盤送入基片托盤儲存腔130中的冷卻支撐架31。

本創作中也可以是冷卻支撐架31位於基片托盤儲存腔130內的上方，三個支撐架33a、33b、33c位於儲存腔內的下方，只要能夠在有限的空間高度（H1）內排布三個支撐架和二個冷卻支撐架31就能實現本創作目的。

本創作中的驅動裝置可以是電機驅動的三個同軸套設的不銹鋼管，通過驅動裝置使得三個支撐架可以獨立上下運動，或者採用其它機械驅動結構，如支撐架33c、33b、33a之間的驅動裝置可以獨立進行伸縮，又或者三個支撐架分別連接到3套不同的獨立驅動軸上，只要能夠使得三個支撐架進行垂直方向的獨立運動的機械結構均可以作為本創作中驅動裝置34的實施例。其中多個冷卻支撐架31也可以選擇通過驅動裝置上下移動，只要冷卻液是通過可變形的軟管供應到可升降的冷卻支撐架31，這樣軟管就能夠隨著冷卻支撐架31上下移動。三個支撐架33a、33b、33c和兩個冷卻支撐架31a、31b可以是通過各自獨立的兩套驅動裝置獨立驅動，也可以是共用一套驅動裝置分別驅動五個甚至更多個支撐架。這樣五個支撐架中至少四個可以同時壓縮到具有較近間距H3，所以同樣高度（H1）的氣密門甚至能夠容納更多數量的冷卻支撐架31或者普通支撐架。

本創作中的支撐架除了可以是第3a圖、3b中所示的呈環形的，也可以是如第2圖所示的呈圓盤形，只要能支撐基片托盤20的支撐裝置均可以作為支撐架。

儘管本創作的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本創作的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本創作的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本創作的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

10‧‧‧基片

100‧‧‧傳輸腔

110‧‧‧真空鎖

120a、120b、120c、120d‧‧‧處理腔

130‧‧‧基片托盤儲存腔

20‧‧‧基片托盤

21‧‧‧凸緣

31、31a、31b‧‧‧冷卻支撐架

32a、32b、32c、33a、33b、33c‧‧‧支撐架

34‧‧‧驅動裝置

36‧‧‧氣密門

第1圖為習知技術MOCVD系統結構示意圖。 第2圖為習知技術基片托盤儲存腔結構圖。 第3a圖為本創作基片托盤儲存腔的第一運行狀態圖。 第3b圖為本創作基片托盤儲存腔的第二運行狀態圖。

Claims (16)

1. 一種基片托盤儲存腔，該基片托盤儲存腔內包括： 多個上下方向疊放的第一支撐架和第二支撐架，其中第二支撐架中設置有冷卻液管道用以冷卻設置在第二支撐架上的基片托盤； 該多個第二支撐架固定到該基片儲存腔，並且至少一個第二支撐架上方具有大於第二高度（H0）的空間； 該多個第一支撐架通過驅動裝置連接到儲存腔，該驅動裝置可驅動該多個第一支撐架上下運動，使得至少兩個相鄰的第一支撐架之間的間距在第一高度（H3）和該第二高度之間變化，其中第一高度小於第二高度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基片托盤儲存腔，其中該第一高度小於第二高度的1/2。
3. 如申請專利範圍第1項所述之基片托盤儲存腔，其中該多個第二支撐架位於該基片托盤儲存腔內下方，多個第一支撐架位於該基片托盤儲存腔內上方。
4. 如申請專利範圍第3項所述之基片托盤儲存腔，其中該基片托盤儲存腔內包括至少三個第一支撐架，和至少二個第二支撐架包括。
5. 如申請專利範圍第1項所述之基片托盤儲存腔，其中該多個第二支撐架位於該基片托盤儲存腔內上方，多個第一支撐架位於該基片托盤儲存腔內下方。
6. 如申請專利範圍第1項所述之基片托盤儲存腔，其更包括至少三個該第一支撐架，該驅動裝置驅動三個該第一支撐架，使得相鄰的三個該第一支撐架之間分別具有第一高度和第二高度的間距。
7. 一種基片托盤儲存腔，該基片托盤儲存腔內包括： 多個上下方向疊放的第一支撐架和第二支撐架，其中第二支撐架中設置有冷卻液管道用以冷卻設置在第二支撐架上的基片托盤； 該多個第二支撐架通過第二驅動裝置連接到該基片儲存腔； 該多個第一支撐架通過驅動裝置連接到儲存腔，該驅動裝置可驅動該多個第一支撐架上下運動，使得至少兩個相鄰的第一支撐架之間的間距在第一高度（H3）和第二高度之間變化，其中第一高度小於第二高度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之基片托盤儲存腔，其中該第二驅動裝置能夠驅動該第二支撐架，使得至少一個第二支撐架與相鄰的另一個第二支撐架或者第一支撐架之間的間距能夠在第一高度和第二高度之間變化。
9. 一種基片托盤儲存腔，所述基片托盤儲存腔內包括： 多個上下方向疊放的第一支撐架和第二支撐架，其中第二支撐架中設置有冷卻液管道用以冷卻設置在第二支撐架上的基片托盤； 該多個第一支撐架和多個第二支撐架通過一驅動裝置連接到該基片儲存腔，該驅動裝置可驅動該多個第一支撐架上下運動，使得至少兩個相鄰的第一支撐架之間的間距在第一高度（H3）和第二高度之間變化，其中第一高度小於第二高度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之基片托盤儲存腔，其中該驅動裝置能夠驅動該第二支撐架，使得至少一第二支撐架與相鄰的另一個第二支撐架或者第一支撐架之間的間距能夠在第一高度和第二高度之間變化。
11. 如申請專利範圍第7或9項所述之基片托盤儲存腔，其中該第二支撐架上連接有軟管用以向第二支撐架中的冷卻液管道提供冷卻液。
12. 如申請專利範圍第1或7或9項所述之基片托盤儲存腔，其中該基片托盤儲存腔上開設有一個氣密門，該氣密門具有第三高度（H1），該驅動裝置驅動該多個第一支撐架或該多個第二支撐架上下運動時，該多個第一支撐架和多個第二支撐架的總高度小於第三高度（H1）。
13. 一種MOCVD處理系統，包括如申請專利範圍第1或7或9項所述之基片托盤儲存腔，該MOCVD系統包括一個傳輸腔，連接到該傳輸腔的多個處理腔、該基片托盤儲存腔和真空鎖。
14. 如申請專利範圍第13項所述之MOCVD處理系統，其中該傳輸腔中包括至少一機械臂，用以在該真空鎖、處理腔和基片托盤儲存腔之間傳輸基片托盤。
15. 如申請專利範圍第14項所述之MOCVD處理系統，其中該基片托盤邊緣包括一凸緣，該機械臂能夠支撐該凸緣以抬升基片托盤。
16. 如申請專利範圍第14項所述之MOCVD處理系統，其中該機械臂能夠上下運動，使得該機械臂能夠抓取位於該多個第一支撐架上的或該第二支撐架上的任一基片托盤，並抬升該任一基片托盤到該第一支撐架或第二支撐架上方第二高度處。