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基座组件、包括其的MOCVD装置及用于从MOCVD装置引出上基座的控制方法

摘要

本发明涉及一种基座组件及包括其的MOCVD装置,所述基座组件通过上基座和下基座的双层结构来减少支承面上的温度偏差。根据本发明的一实施例的基座组件包括:基座,具有与基板接触的同时支承所述基板的支承面;以及下基座,支承所述上基座,所述上基座和所述下基座涂布有彼此不同种类的物质。根据本发明的基座组件以及包括其的MOCVD装置,通过减少支承基板的支承面上的温度不均匀性,能够在基板上生长具有更均匀特性的薄膜,并使用通过MOCVD工艺生长的基板,能够在制作元件时获得高产率。

著录项

  • 公开/公告号CN113227451A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2021-08-06

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 TES股份有限公司;

    申请/专利号CN201980086410.3

  • 申请日2019-12-27

  • 分类号C23C16/458(20060101);C23C16/18(20060101);H01L21/683(20060101);H01L21/67(20060101);H01L21/02(20060101);

  • 代理机构11722 北京钲霖知识产权代理有限公司;

  • 代理人李英艳;玉昌峰

  • 地址 韩国京畿道

  • 入库时间 2023-06-19 12:07:15

说明书

技术领域

本发明涉及一种基座组件、包括其的MOCVD装置及用于从MOCVD装置引出上基座的控制方法,更具体地涉及一种通过上基座和下基座的双层结构来减少支承面上的温度偏差的基座组件、包括其的MOCVD装置以及用于从MOCVD装置引出上基座的控制方法。

背景技术

化学气相沉积(CVD;Chemical Vapor Deposition)是指在被覆的基板上流入原料气体,并通过施加外部能量来分解原料气体,从而通过气相化学反应形成薄膜的技术。

为了正常进行化学反应,需要精密控制各种工艺条件以及环境,并需要供应用于激活的能量以使原料气体自发性地引起化学反应。

化学气相沉积可以分为利用几~数百个mTorr的低压力的LPCVD(Low PressureCVD;低压化学气相沉积)、利用等离子体激活原料气体的PECVD(Plasma-Enhanced CVD;等离子体增强化学气相沉积)、将在金属元素上键合有机物反应基团形态的气体分子用作原料的MOCVD(Metal-Organic CVD;金属有机化学气相沉积)等。

其中,MOCVD装置是指将III族烷基(有机金属原料气体)以及V族原料气体与高纯度的载气进行混合而提供到反应室内,并在加热的基板上进行热分解而使化合物半导体晶体生长的装置。

图1示出常规MOCVD装置的反应器构成的概要截面图。

参照图1,常规MOCVD装置的反应器10构成为包括:反应腔室1,使反应气体流入而进行反应之后流出;基座(susceptor)2,支承基板W,以使得基板W暴露在反应腔室1;以及加热工具3,向所述基座2施加热。

为了使反应气体在基板W上反应,需要将基板W加热到高温,因此可以通过热阻方式或者感应加热方式的加热工具3加热基座2,由此加热基板W。

其中,可以将使用钨、铼等金属材质的热丝的电阻加热式加热器用作加热工具3,但是存在在超过1200℃的超高温区域的工艺条件下寿命短的问题,且根据热丝的配置可能发生温度不均匀性问题。由此,不适于需要超高温的大容量大面积的制造工艺。

为了解决这种问题,正在采用感应加热方式的加热工具,在超过1200℃的超高温设备中用作主要加热工具。与以往的电阻加热式加热器相比,通过使用感应加热方式的加热工具可以减少支承基板的支承面上的温度偏差,但是基板的支承面上的温度不均匀性仍然存在。

沉积在基板上的薄膜的沉积率以及结晶性受基板W温度的影响大,尤其,安装有基板W的基座2的支承面的温度均匀性是决定基板上的薄膜均匀度的最大因素。

另外,其将决定元件的产率,随着最近元件工艺的设计规则(design rule)在减少,元件企业对温度均匀度的要求呈逐渐上升的趋势,因此可以说具有优异的温度均匀度的感应加热式基座的开发对于业界来说是一个当前课题。

另一方面,为了制造发出紫外线的发光二极管以及激光二极管,通常使用基于氮化铝(AlN)的物质。为了抑制用作铝的前体(precursor)的TMA(Trimethyl Aluminum:三甲基铝)和用作氮(N)的前体的氨气(NH

但是,在1400℃以上的高温区域中,由于前面提及的热阻方式加热器的耐久性问题,主要使用RF感应加热方式。

作为这种RF感应加热方式,具有在基座下方配置感应线圈的扁平(pancake)方式和以包裹基座侧面的方式配置感应线圈的级联(cascade)方式。扁平方式中通常主要使用圆板形的基座,级联方式中通常主要使用圆筒形的基座。

在扁平方式的情况下,虽然通过基座下方的均匀的感应加热而在基座上面能够获得优异的温度均匀度,但是由于将位于感应线圈外部的基座进行感应加热,因此感应加热效率不佳,因此在升温上受到限制。与此相反,在级联方式的情况下,由于在感应线圈内部进行感应加热,因此在热效率方面,在级联方式的感应线圈中使用圆筒形的基座是有利的。

然而,在使用级联方式的感应线圈的情况下,当使用具有100mm以上直径的圆筒形基座时,由于基座内部的感应电流的不均衡,存在基座上面的中心部的温度相比外廓部显著低的问题。另外,为了高生产率,基座的直径也呈现出更大的趋势。

即,存在如下问题:感应电流的不均衡导致基座上面的温度不均匀性,其扩展至置于基座支承面的基板的温度不均匀性而发生特性均匀度降低以及产率降低,由此制造成本变高。另外,需要解决级联方式的感应线圈能够达到的高热效率和利用更大直径的基座的高生产率这一难以两立的课题。

(专利文献1)

韩国授权专利第10-0676404号(半导体基板的温度升降控制方法以及其装置)

发明内容

本发明是为了解决如上所述的当前课题而提出的,本发明要解决的课题在于,提供一种通过上基座和下基座的双层结构来减少支承面上的温度偏差的基座组件、包括其的MOCVD装置及用于从MOCVD装置引出上基座的控制方法。

本发明的课题并不限于以上所提及的课题,通过下面的记载,本领域技术人员能够明确理解未提及的其它课题。

用于解决所述课题的根据本发明的一实施例的基座组件包括:基座,具有与基板接触的同时支承所述基板的支承面;以及下基座,支承所述上基座,所述上基座和所述下基座涂布有彼此不同种类的物质。

根据本发明的另一特征,所述下基座涂布成具有低于所述上基座的辐射率。

根据本发明的又另一特征,所述上基座的表面的至少一部分涂布有碳化硅(Silicon Carbide),所述下基座的表面的至少一部分涂布有碳化钽(Tantalum Carbide)。

根据本发明的又另一特征,所述上基座对于沿着与所述下基座的接触面的方向是约束性而对于与所述接触面垂直的方向是非约束性地被所述下基座支承。

根据本发明的又另一特征,在所述上基座以及所述下基座中的任意一个形成有至少一个凸出部,在另一个形成有至少一个凹陷部(recessed portion)以使得能够与所述凸出部装配。

根据本发明的又另一特征,在所述下基座的中心形成有所述凸出部,在所述上基座形成有所述凹陷部,所述凸出部形成为,随着从所述下基座前往端部,所述凸出部的截面的面积逐渐减少。

根据本发明的又另一特征,所述截面的形状在与所述下基座相邻的部分形成为多边形,在与所述端部相邻的部分形成为圆形。

根据本发明的又另一特征,所述截面的形状在与所述下基座相邻的部分形成为圆形,在与所述端部相邻的部分形成为多边形。

根据本发明的又另一特征,所述凹陷部沿着所述下基座的外廓部分具有长形状且形成有多个,所述凸出部在与所述凹陷部对应的位置配置有多个。

根据本发明的又另一特征,在所述下基座的上方沿着圆周形成有沟槽。

根据本发明的又另一特征,所述上基座具有向周向凸出的勾挂部。

根据本发明的又另一特征,所述下基座为圆筒形状,直径相对于厚度的比率(直径/厚度)为10以下。

根据本发明的另一实施例的MOCVD装置包括:上基座,具有与基板接触的同时支承所述基板的支承面;下基座,支承所述上基座;以及感应线圈,配置成围绕所述上基座的侧面以及所述下基座的侧面。

根据本发明的另一特征,所述感应线圈构成为与所述上基座的侧面的隔开距离大于与所述下基座的侧面的隔开距离。

根据本发明的又另一特征,所述上基座和所述下基座涂布有彼此不同种类的物质。

根据本发明的又另一特征,所述感应线圈为侧感应线圈,所述MOCVD装置还包括下感应线圈,所述下感应线圈与所述下基座的下面相邻配置。

根据本发明的另一实施例的MOCVD装置包括:上基座,具有与基板接触的同时支承所述基板的支承面;下基座,支承所述上基座;以及感应线圈,配置成围绕所述上基座的侧面以及所述下基座的侧面,所述感应线圈构成为最上匝仅围绕所述上基座的一部分,使得所述上基座能够穿过所述最上匝未占有的空间。

根据本发明的另一特征,所述感应线圈的最上匝构成为在所述上基座周边缠绕300°以下。

根据本发明的又另一特征,所述上基座具有向周向凸出的勾挂部。

根据本发明的又另一特征,所述MOCVD装置还包括:机器人组件,构成为通过勾挂在所述勾挂部来支承所述上基座,使所述上基座移送到所述最上匝未占有的空间;以及驱动装置,构成为能够使所述下基座上升或下降。

根据本发明的又另一特征,所述MOCVD装置还包括热阻断片,所述热阻断片配置在所述感应线圈和所述上基座之间以及所述感应线圈和所述下基座之间,所述热阻断片构成为能够上升或下降。

根据本发明的一实施例的控制方法,用于从MOCVD装置引出上基座,其中,所述MOCVD装置包括:上基座,具有与基板接触的同时支承所述基板的支承面,并具有向周向凸出的勾挂部;下基座,支承所述上基座;感应线圈,配置成围绕所述上基座的侧面以及所述下基座的侧面;机器人组件,构成为通过勾挂在所述勾挂部来支承所述上基座,使所述上基座移送到所述最上匝未占有的空间;驱动装置,构成为能够使所述下基座上升或下降;以及控制装置,控制所述机器人组件以及所述驱动装置,所述感应线圈构成为最上匝仅围绕所述上基座的一部分,使得所述上基座能够穿过所述最上匝未占有的空间。本控制方法包括:所述控制装置移送所述机器人组件,以使所述机器人组件勾挂在所述勾挂部,从而支承所述上基座的步骤;所述控制装置控制所述驱动装置,以使所述下基座下降的步骤;以及所述控制装置移送所述机器人组件而穿过所述最上匝未占有的空间来引出所述上基座的步骤。

根据本发明的基座组件、包括其的MOCVD装置,通过减少支承基板的支承面上的温度不均匀性,能够在基板上生长具有更均匀特性的薄膜,并且使用通过MOCVD工艺生长的基板,能够在制作元件时获得高产率。

另外,根据本发明的MOCVD装置以及用于从该MOCVD装置引出上基座的控制方法,将上基座的一部分进行加热而提高效率的同时,在最小限度的空间中容易引出上基座,可以期待MOCVD装置的效率化、紧凑化以及高维护优异性。

附图说明

图1是示出常规MOCVD装置的反应器的构成的概要截面图。

图2是示出根据本发明的一实施例的基座安装在MOCVD装置的反应器上的状态的概要截面图。

图3是图2的基座组件的分解立体图。

图4是示出图2的基座组件的各种凸出部形状的图。

图5是与图4不同地配置凸出部以及凹陷部的基座组件的立体图。

图6是包括具有与图4不同形状的凸出部以及凹陷部的基座组件的立体图。

图7是示出基于单基座以及根据本发明的一实施例的基座组件的实际温度产生的凹处内的温度偏差的图表。

图8是示出基于单基座以及根据本发明的一实施例的基座组件的位置的温度分布的图表。

图9是示出可适用于本发明的基座组件的侧感应线圈的结构的截面图。

图10是示出包括下感应线圈的感应线圈的结构的立体图、平面图以及侧面图。

图11是根据本发明的另一实施例的基座组件的截面图。

图12是概要示出与图10的侧感应线圈不同的侧感应线圈的例示的立体图。

图13a至图13e是依次示出在使用了图11的基座组件与图12的感应线圈的MOCVD装置中,将上基座使用机器人组件引出外部的过程的MOCVD装置一部分的截面图。

图14是包括冲击缓冲部的MOCVD装置一部分的截面图。

图15是图14的A部分的放大图。

图16是利用本发明的MOCVD装置来引出上基座的方法的流程图。

具体实施方式

通过参照与所附的附图一起详细后述的实施例,本发明的优点和特征以及实现这些的方法将会明确。但是,本发明并不限于以下公开的实施例,将由彼此不同的各种形式来实现,只是本实施例使本发明的公开完整,并且为了将发明的范畴完整地告知本发明所属技术领域中具有通常知识的人而提供,本发明仅通过权利要求书的范畴来定义。

虽然第一、第二等为了叙述各种构成要件而使用,但显然这些构成要件并不限于这些术语。这些术语仅是为了将一个构成要件与另一个构成要件区别开而使用。因此,显然地,以下提及的第一构成要件在本发明的技术构思内也可以是第二构成要件。与此同时,显然地,即使记载为在第一涂布后进行第二涂布,以与其相反的顺序来进行涂布也包括在本发明的技术构思内。

在本说明书中使用附图标记时,即使在附图不同的情况下,当示出相同的构成时,尽量使用相同的附图标记。

附图中示出的各构成的大小以及厚度是为了说明的便利而示出的,本发明并不限于示出的构成的大小以及厚度。

以下,参照所附的附图,说明本发明的基座组件的实施例。

图2是概要示出根据本发明的一实施例的基座安装在MOCVD装置的反应器的状态的截面图。另外,图3是图2的基座组件的分解立体图。另外,图4是示出图2的基座组件的各种凸出部形状的图。

首先,参照图2以及图3,说明根据本发明的一实施例的基座组件120在MOCVD装置的反应器100中配置的方式以及加热的方式。

参照图2,MOCVD装置的反应器100包括反应腔室110、基座组件120以及感应线圈130。

反应腔室110包括:流入部111,使将在基板的表面上反应的气体流入;以及流出部112,使反应(结晶生长)结束后剩下的残留气体流出,在流入部111和流出部112之间形成有反应空间S。

在本实施例中,反应腔室110的流入部111和流出部112的方向与配置是示例性的,将反应腔室110构成为使得反应气体向上下或除此以外的方向流动也无妨。

基座组件120包括上基座121以及下基座125。上基座121在其上方具备与基板W接触的同时支承基板W的支承面122,下基座125从下侧支承上基座121。基座组件120具有大致圆筒形形状。

另一方面,优选地,下基座125的直径相对于厚度的比率(直径/厚度)为10以下。另外,更优选地,下基座125的直径相对于厚度的比率为3至5。

另一方面,在下基座125的内部也可以形成有用于插入用于测定温度的热电偶的孔126。另外,在上基座121和下基座125之间可以形成有可应用于上基座121的装载和卸载的沟槽T。

上基座121以及下基座125由能够感应加热的材质构成。上基座121以及下基座125可以包括母材和覆盖该母材表面的至少一部分的涂层而构成。

感应线圈130为了感应加热基座组件120而配置成围绕基座组件120的侧面。感应线圈130构成为能够施加具有几~几十kHz的频率的电流,由此位于感应线圈130内部的基座组件120能够被感应加热。虽有后述,基座组件120的下面也可以追加配置感应线圈130。

在感应线圈130和基座组件120之间可以设置阻断被加热的基座组件120的热的热阻断片膜141。另外,在反应腔室110内可以设置阻断基于被加热的基板W的辐射热的热屏蔽膜142。

再次参照图2以及图3,上基座121形成为厚度比下基座125薄。上基座121针对沿着与下基座125的接触面的方向是约束性的,但针对与接触面垂直的方向是非约束性的,并通过下基座125来支承。即,可以是,上基座121从下基座125的上面放置的方式进行装载,并且以提升的方式进行卸载。若进行一次装载,则上基座121被下基座125的旋转所束缚而与下基座125固定并一起旋转。

这种上基座121和下基座125的结合方式可以由各种实施例构成。

首先,参照图3,在上基座121以及下基座125中的任意一个形成有凸出部P,在另一个形成有凹陷部(recessed portion,R)以使得凸出部P能够嵌合,并通过凸出部P和凹陷部R的结合可以进行上基座121和下基座125之间的结合。在本实施例中例示在上基座121的中心形成有凹陷部R,在与下基座125相对应的位置上形成有凸出部P。

如此,在中心形成的凸出部P以及凹陷部R的组合具有需要较少的加工费,且容易进行上基座121与下基座125之间的校准(align)的优点。

参照图4,凸出部P'、P”可以具有各种形态。当然,由于凹陷部R是追随凸出部P、P'、P”的形状,因此凹陷部R也可以具有各种形态。

凸出部P、P'、P”优选地形成为从下基座125到其端部E,其截面的面积逐渐减少。由于这种形状特征,上基座121从上侧装载或向上侧卸载的工艺变得便利,尤其,即使没有准确地调整上基座121和下基座125之间的中心的同时进行装载,只要凸出部P、P'、P”的端部E进入凹陷部R中,则装载结束后,两个基座121、125之间的中心可以以准确对准的状态结合。

凸出部P、P'可以形成为在与接触面C1、C2平行的截面的形状在与下基座125的接触面C2相邻的部分中呈多边形,在与凸出部P、P'的端部E相邻的部分中形成为圆形。例如,如图3所示,凸出部P可以形成为在与下基座125的接触面C2相邻的部分,截面大致具有六边形形状,在与凸出部P的端部E相邻的部分,截面大致具有圆形形状。另外,如图4的(a)所示,凸出部P可以形成为在与下基座125的接触面C相邻的部分,截面大致具有八边形形状,在与凸出部P'的端部E相邻的部分,截面具有圆形形状。

与此不同,凸出部P”可以形成为与接触面C1、C2平行的截面的形状在与下基座125的接触面C2相邻的部分形成为圆形,在与凸出部P”的端部相邻的部分形成为多边形。例如,如图4的(b)所示,凸出部P”可以形成为在与下基座125的接触面C2相邻的部分,截面具有圆形形状,在与凸出部P”的端部E相邻的部分,截面具有八边形形状。

这种截面的形状只不过是例示,显然地,可以存在各种变形例。

图5是与图4不同地配置凸出部以及凹陷部的基座组件的立体图。

如图5所示,在基座组件120'中,凸出部P和凹陷部R不设置于上基座121'以及下基座125'的中心而在外廓部分设置多个也无妨。各凸出部P和凹陷部R的形状可以如图3以及图4那样形成为各种形状。

如此,在外廓部分中形成凸出部P和凹陷部R的情况下,可以获得上基座121和下基座125之间更加牢固的结合。另外,由于通过多个凸出部P以及凹陷部R来固定上基座121和下基座125之间,因此来自下基座125的旋转力可以稳定地传递至上基座121,且固定力得到了分散,从而具有减少凸出部P以及凹陷部R的破损担忧的优点。

图6是包括具有与图4不同形状的凸出部以及凹陷部的基座组件的立体图。

参照图6,在基座组件120”中,凹陷部R'沿着下基座125”的外廓部具有长形状并具有多个,凸出部P”'在与凹陷部R'相对应的位置上,以长形状在上基座121”配置多个。本实施例中,虽然例示了具备各3个凸出部P”'和凹陷部R',但是设定各种数量也无妨。

除了这种长形状的凸出部P”'以及凹陷部R'之外,如图3所示,优选地在中心部进一步具备凸出部P和凹陷部R。与图3不同,本实施例中例示在下基座125”形成有凹陷部R,在上基座121”形成有凸出部P。

参照图3至图6,如上所说明那样,可以具备各种形态的凸出部P、P'、P”、P”'和凹陷部R、R',其位置也可以进行各种设定。

图7是示出基于单基座以及根据本发明的一实施例的基座组件的实际温度产生的凹处内的温度偏差的图表,图8是示出基于单基座以及本发明的基座组件的位置的温度分布的图表。

如上所述,本发明的基座组件120、120'、120”的特征在于,是由上基座121、121'、121”和下基座125、125'、125”构成的双层结构,并由彼此不同种类的物质涂布而成。

上基座121、121'、121”和下基座125、125'、125”的母材由通过感应线圈130可实现感应加热的材质构成。另一方面,通常考虑到高加热温度,MOCVD装置用基座组件120、120'、120”优选地将高熔点的石墨(graphite)选定为母材的材质。

涂层覆盖母材的至少一部分,并防止母材与反应气体进行反应。上基座121、121'、121”与下基座125、125'、125”分别具有不同材质的涂层,例如,优选地上基座121、121'、121”涂布有碳化硅(Silicon Carbide,SiC),下基座125、125'、125”涂布有碳化钽(Tantalum Carbide,TaC)。

由于碳化钽涂层的清洗比碳化硅涂层难,因此主要与工艺气体接触的上基座121、121'、121”优选地具备碳化硅涂层。进一步地说明,在MOCVD工艺中伴随用氯(Cl)来去除氮化铝(AlN)的工艺,这是因为碳化钽与氯进行反应。通过图7以及图8来揭示这种基于异质涂层的实验结果。另一方面,如图3所示,实验中使用的基座组件是各基座121、125的中心部分分别形成有凸出部P以及凹陷部R的基座组件120。另外,上基座121以及下基座125厚度分别设定为10mm和60mm。

具体地,为了根据级联方式使上基座121、121'、121”上面的温度达到1400℃水平,需要以1500℃以上局部加热下基座125、125'、125”,因此需要热稳定性优异的材质的涂层,由此下基座125、125'、125”优选地具有热稳定性优异的碳化钽涂层。另外,由碳化钽涂布的石墨材料的基座具有低辐射率,基于磁性特性,在进行级联方式的感应加热时使热分布变得均匀,因此有利于适用于在整体发热中占据高比重的下基座125、125'、125”。另外,碳化钽涂层依赖于涂布特性,根据温度具有不同的辐射率,因此很难通过光学方法测量表面温度,需要在支承面上进行精密温度控制的上基座121、121'、121”优选采用辐射率的变化随温度变化比较小,且对于涂布方式、涂布条件以及涂布厚度等的辐射率变化较小的碳化硅涂层。

参照图7的(a),在仅为氮气氛围下,作为这种双层结构的异质涂层组合的基座组件(用点划线示出),即使提高了基座组件120、120'、120”的温度,在基板支承面上的最高温度和最低温度的偏差不超过10℃。与此相反,仅涂布有碳化硅的单基座(用实线示出)在热电偶温度为1000℃的情况下,显示约26℃的偏差,随着基座的温度的增加,呈现出偏差逐渐变大的趋势。另外,仅涂布有碳化钽的单基座(用虚线示出)与仅涂布有碳化硅的单基座相比,虽然温度偏差减少很多,但比起本发明的基座组件,显示更大的温度偏差。

另外,即使参照图7的(b),根据在氢气/氮气氛围下的本发明的双层结构的异质涂层组合的基座组件,获得了如下结果:即使提高了基座组件的温度,支承面上的最高温度和最低温度的偏差不超过10℃,单涂层的基座也与仅为氮气氛围相比并没有太大的不同。

综上所述,了解到相比使用各自的单基座,在使用异质涂布的双层结构的基座组件的情况下,能够明显减少支承面上的温度偏差。

根据图7的实验结果判断,确认到具有碳化钽涂层的单基座与具有碳化硅涂层的单基座相比,支承面上的温度偏差小而热量容易扩散,由此,根据本发明的一实施例的异质涂层组合的基座组件(上侧:SiC涂层,下侧:TaC涂层)在下基座中减少了中心与外廓的温度偏差并加热上基座,从而结论上推测能够大幅减少上基座的支承面上的温度偏差。

参考图8,确认到异质涂层的双层结构的基座组件的效果更加明显。如图8的(a)所示,在异质涂层的双层结构的基座组件的情况下,确认到在氮气氛围中,中心部与外廓部之间几乎没有温度偏差。尤其,确认到不仅在凹处(pocket)位置内,而且在凹处之外也几乎没有温度偏差。另外,确认到在氮气氛围和氢气/氮气氛围下,也几乎没有温度偏差。其中,凹处是意指,如图3、图5以及图6所示,在安装有基板(晶片)的位置中被凹陷的空间。

然而,与此相反,在具有碳化硅涂层的单基座的情况下,即使在凹处内也明显地确认出温度偏差。在具有碳化钽涂层的单基座的情况下,虽然在凹处内确认到与具有碳化硅涂层的单基座相比显示小的温度偏差,但是确认到在凹处内和外存在温度偏差。

即,根据本发明的基座组件,通过实测确认到与单基座相比,不仅在凹处内的温度偏差,而且在支承面全部区域中的温度偏差也显著地减少。

另一方面,在各种工艺条件中,可以不同地设定腔室内的气体氛围,如图7以及图8所示,在氮气氛围或氢气/氮气混合氛围下,分别获得能够大幅减少支承面上的温度偏差的效果,从而期待在各种气体氛围下也将保持这种效果。由此,根据本发明的一实施例的基座组件的构成呈现能够适用于除了氮气氛围或氢气/氮气混合氛围之外的各种工艺的可能性大,因此具有在扩展性方面有利的优点。

图9是示出可适用于本发明的基座组件的侧感应线圈的结构的截面图,图10是示出包括下感应线圈的感应线圈的结构的概要安装图、立体图、平面图以及侧面图。尤其,图10的(a)示出侧感应线圈和下感应线圈安装在本发明的基座组件中的立体截面图,图10的(b)是侧感应线圈和下感应线圈的立体图,图10的(c)是侧感应线圈和下感应线圈的上面图,图10的(c)示出侧感应线圈和下感应线圈的侧面图。

参照图9,与图2不同,侧感应线圈130构成为与上基座121的侧面的隔开距离D1大于与下基座125的侧面的隔开距离D2。即,使得下基座125比上基座121得到更强的感应加热,并从下基座125传递热而加热上基座121,从而能够在基板支承面122获得更均匀的温度分布。

进一步地说明,上基座121从侧感应线圈130直接被感应加热的同时,接收来自下基座125的热而被加热。基本上,如图2中所示,若将侧感应线圈130与上基座121的侧面的隔开距离和与下基座125的侧面的隔开距离一定地设定,则通过侧感应线圈130感应加热的比重也大,因此在外廓部分的加热量多,可能引起被涂布热扩散特性相对较低的碳化硅的上基座121的支承面上的温度的不均匀性。为了减少这种因素,减少直接感应加热上基座121的比重,并通过相对地从下基座125扩散上来的热来加热上基座121是有效的。由此,如图9所示,侧感应线圈130优选地构成为与上基座121的侧面的隔开距离D1大于与下基座125的侧面的隔开距离D2。

参照图10,在侧感应线圈130的基础上,可以还包括下感应线圈135。下感应线圈135与下基座125的下面相邻地配置而在下基座125的下面进行感应加热。由此,与仅通过侧感应线圈130来感应加热的方式相比,通过下感应线圈135能够获得更高的支承面122上的温度。

另一方面,通过下感应线圈135感应加热的热通过碳化钽涂层而容易散热并传递至上基座121,从而能够以在接触面C1、C2上具有均匀分布的热的形态进一步加热上基座121。

侧感应线圈130和下感应线圈135既可以控制为两个都工作或不工作,也可以另外控制为仅某一个工作或两个都工作。

图11是根据本发明的另一实施例的基座组件的截面图,图12是概要示出与图10的侧感应线圈不同的侧感应线圈的例示的立体图,图13a至图13e是依次示出在使用了图11的基座组件和图12的感应线圈的MOCVD装置中使用机器人组件将上基座向外部引出的过程的MOCVD装置一部分的截面图,图14是包括冲击缓冲部的MOCVD装置一部分的截面图,图15是图14的A部分的放大图。另外,图16是利用本发明的MOCVD装置引出上基座的方法的流程图。

参照图11至图15,说明包括其他实施方式的基座组件以及包括其的MOCVD装置。

首先,参照图11,根据另一实施例的基座组件220包括上基座221以及下基座225。上基座221在其上方具备与基板接触的同时支承基板的支承面222。如前述的基座组件120所示,上基座221通过下基座225来支承。

下基座225的直径相对于厚度的比率(直径/厚度)优选为10以下。另外,下基座225的直径相对于厚度的比率更有选为3至5。

在上基座221的上端部中可以形成有勾挂部223。勾挂部223可以具有形成支承面222的一部分的同时向周方凸出的形态。

换句话说,上基座221的平均直径大于下基座225。即,将下基座225的直径可以构成为小于图2中所示的下基座125的直径,能够减少下基座225的体积的同时,还减少感应线圈的直径。由此,即使将同样的电流施加到感应线圈,由于能够使下基座225以更高温进行升温,可以更好地调节热均匀度。另外,即使减少施加到感应线圈的电量,也可以以高的温度升温下基座225,可以实现更高效率的感应加热。

参照图12,感应线圈可以构成为包括侧感应线圈230以及下感应线圈235。其中,侧感应线圈230与图10的侧感应线圈130在匝数(number of turns)上有差异。图10的侧感应线圈130具有2的匝数,与此相反,图12的侧感应线圈230具有大于2的匝数,在最上匝U的情况下,进一步形成为围绕上基座221的一部分。

在最上匝U的情况下,由未缠绕的部分来形成上基座221的移动路径(详细的参照图13a至图13e来后述),因此将未缠绕的部分形成为上基座221能够穿过程度即可。

即,最上匝U形成为被缠绕约180°使得上基座221向某一方向滑动而穿过侧感应线圈230内部。关于需要缠绕多少程度,可以通过上基座221的大小以及最上匝U和上基座221之间的隔开距离来确定,例如,优选地,最上匝在上基座221周边缠绕300°以下,而未缠绕的部分至少占60°。即,侧感应线圈230的最上匝U构成为仅围绕上基座221的一部分,使得上基座221能够穿过最上匝U未占有的空间即可。

将最上匝U形成为提供上基座221的滑动路径的原因是,由于通过应向上基座221的上方流入气体等原因而产生的复杂结构,几乎无法将上基座221向上提上去(申请人的装备仅有1.3cm的富余),现实上无法实现提升上基座221之后移动的作业。因此,通过最上匝U的局部缠绕,能够更换上基座221的同时获得紧凑的结构。

虽然可能顾虑仅将最上匝U的一部分区域感应加热而能够产生支承面222以及凹处内的温度偏差,但是工作时由于基座组件220旋转,因此实际上不会发生因最上匝U的偏重导致的温度偏差。

另一方面,省略针对X位点和Y位点中的电线的连接关系的仔细说明。只要彼此通电而被施加感应电流即可。

参照图13a至图13e以及图16,说明在适用了根据图11以及图12的基座组件220和侧感应线圈230的MOCVD装置引出上基座221的过程。

图13a示出基座组件220和侧感应线圈230等正常工作时的配置。侧热阻断片241和下热阻断片242起到屏蔽从基座组件220释放出来的辐射热的作用而提高热效率,并防止来自基座组件220的辐射热直接施加至感应线圈230、235。另外,可以通过热阻断片241、242防止从感应线圈230、235向基座组件220产生电弧(arcing)。

即,在侧感应线圈230和基座组件220之间应存在侧热阻断片241,在下感应线圈235和基座组件220之间应存在下热阻断片242。然而,为了安装和分离基板,上基座221需要向装备外出来后进出,因此成为频繁移送的对象,由于移送路径上存在侧热阻断片241,因此存在有可能无法顺利地进行用于更换上基座221的移送的顾虑。

然而,这种顾虑可以通过图11的基座组件220以及图12的侧感应线圈230的构成组合来解决。

以下,一同参照图16,说明从本发明的MOCVD装置引出上基座221的控制方法。本发明的MOCVD装置具备控制装置(未示出),本控制装置构成为控制使机器人组件R和侧热阻断片241以及下基座225驱动的驱动装置。

参照图13b,在需要更换上基座221的情况下,首先控制装置降低侧热阻断片241(S110)。此时,除侧热阻断片241之外的构成是固定的。若侧热阻断片241下降,则上基座221暴露在侧热阻断片241外面。

参照图13c,通过控制装置来移动机器人组件R以使勾挂在暴露的上基座221的勾挂部223(S120)。机器人组件R构成为通过未示出的驱动装置而左右直线移动,并勾挂在勾挂部223上,从而支承上基座221。

此后,参照图13d,通过控制装置使支承下基座225的支承轴S向下侧下降而将下基座225与上基座221隔开(S130)。此时,未图示的驱动装置使下基座225下降,该驱动装置构成为也可以提升下基座225。

此后,参照图13e,控制装置进行利用机器人组件R使得隔开的上基座221直线移送并向装置外部拔出的控制(S140)。

如此,通过图13a至图13e的一系列过程,可以容易地引出应替换的上基座221。换句话说,由于将向引出方向打通的侧感应线圈230的形状以及在上侧配置有勾挂部223的基座组件220的构成,使用仅通过侧热阻断片241以及基座组件220的上下移动可直线移送的简化机器人组件R,可以替换上基座221,由此可以实现MOCVD装置的小型化以及低成本化。

当然,即使最上匝U干脆不勾挂在上基座221上,且匝仅缠绕在下基座225周围,也可以通过上述的机器人组件R来替换上基座221。然而,当存在如本实施例那样的最上匝U时,在上基座221中形成最上匝U对上基座221的感应加热,因此可以实现更高效率的基座构成。

另一方面,如图14所示,优选地进一步包括缓冲侧热阻断片241升降时的冲击的冲击缓冲部250。冲击缓冲部250与产生使侧热阻断片升降的驱动的未图示的驱动装置连接,并以隔板260为媒介与侧热阻断片241连接而缓冲升降时的冲击。本实施例中虽然示出具备一对冲击缓冲部250,但是根据需要具备更多数量也无妨。

具体地,参照图15,冲击缓冲部250构成为包括具有低的头部H的肩部螺栓(LowHead Shoulder Bolt)251、第一弹簧252、第二弹簧253、第一凸缘垫圈254、第二凸缘垫圈255以及第三凸缘垫圈256。

肩部螺栓251在一端具备头部H,其另一端螺纹结合到与未示出的驱动部连接的框架F而被固定。隔板260内部形成有供肩部螺栓251的头部H能够移动的孔261,在与结合在框架F的肩部螺栓251的头部H相反的端部之间形成有凸出的中间凸起261。

在中间凸起261和头部H之间夹有第一弹簧252,在框架F和中间凸起261之间夹有第二弹簧253。在第一弹簧252和头部H之间夹有第一凸缘垫圈254,在第一弹簧252和中间凸起261之间夹有第二凸缘垫圈255,在中间凸起261和第二弹簧253之间夹有第三凸缘垫圈256。

通过这种构成的冲击缓冲部250,侧热阻断片241开始上升或开始下降的瞬间,可能从驱动部对侧热阻断片241施加的冲击通过弹簧252、253而得到缓冲,可以防止侧热阻断片241的意外破损。

以上,虽然参照所附的附图对本发明的实施例进行了说明,但是本发明所属技术领域中具有通常知识的人可以理解在不改变本发明的技术构思或必要特征的情况下可以以其它具体形式实施。因此,应理解为以上叙述的实施例在所有方面都是例示性的,而非限制性的。

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