一種led外延片倒置mocvd反應爐的制作方法
【專利摘要】一種LED外延片倒置MOCVD反應爐屬于半導體外延生長設備領域。包括爐體、爐蓋通過插銷裝置固定的基盤承載部，排氣整流罩固定在爐底且通過外置升降汽缸與源料導入管同時進行升降。本技術方案中，襯底片倒掛式放置，基盤、衛星盤圍可實現同時旋轉，基盤可整體利用機械臂搬送。此設計使襯底外延生長面向下，解決了因此問題導致良率過低的問題；基盤旋轉帶動衛星盤圍繞基盤軸心旋轉，同時，衛星盤也圍繞其軸心自轉，消除了氣流場的不均勻性和熱場的不均勻性，使外延生長更加均勻；基盤利用機械臂搬送，相比較頻繁開爐蓋、手動更換襯底工序，節省了大量時間、提高了生產效率，以及降低了反應腔室與外界接觸頻率，延長維護保養時限，節約成本。
【專利說明】—種LED外延片倒置MOCVD反應爐
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于半導體外延生長設備領域，特別涉及到MOCVD反應爐的結構。
【背景技術】
[0002]近年來，LED生產技術不斷進步，生產成本不斷降低，亮度不斷提高。以其能耗低、壽命長、無污染、體積小等優點得以迅猛發展。LED在室內外顯示屏、交通燈、照明市場得到廣泛的應用。人們對LED器件的可靠性提出了新的要求和挑戰。主要表現為不能出現死燈、暗燈等一系列可靠性問題。此問題的根源在于外延生長過程中產生了顆粒缺陷外延片。
[0003]LED是一種將電能轉化成光能的摻有雜質的半導體固體器件，它的結構主要是PN結芯片、電極和光學系統組成。LED的生產工藝比較復雜，一般要經過外延片制作、氮氣封裝、外延生長、芯片前工藝、研磨切割、點測分選、封裝等主要步驟。其中外延生長決定了 LED發光顏色、發光亮度以及可靠性，因此外延生長所使用的設備MOCVD是LED生產中的核心設備。然而，利用過去的MOCVD設備生長外延時，襯底的外延生長面均是朝上的。III族源和V族源在反應室內反應生成相應的化合物晶體，部分化合物晶體依附在爐蓋下表面，并且逐漸長大。部分化合物晶體脫落，落在襯底的上表面，這樣就形成外延生長過程中產生了顆粒缺陷外延片。
[0004]而市場主流MOCVD設備的反應爐的爐體、排氣整流罩、加熱器、冷卻板、氣體噴嘴等零部件都是相對固定的，取片、裝片工作，完全由人工手動打開爐蓋進行操作。以49片機換片為例，大致工序及耗時如下:反應腔室抽真空(5min) —腔室充入高純氮氣(5min)——腔室降溫至50°C以下(15min)——開爐蓋并人工手動取片(llmin)——清掃顆粒(2min)——人工手動裝片(12min)——清掃顆粒并關爐蓋(3min)——腔室抽真空(5min)，開始外延生長。共耗時58min，耗費能源及有效生產用時、降低生產效率。同時，在打開爐蓋后，還存在反應腔室被污染的風險。
[0005]外延生長對氣流場和熱場的均勻性要求很高，主盤的旋轉可以消除氣流場的不均性和圓周方向的熱場不均勻性。然而熱場徑向的不均勻性很難消除，這就導致徑向方向的外延均勻性差。
【發明內容】
[0006]為了解決由上述原因導致的外延片顆粒缺陷問題、手動取片、裝片費時耗力問題以及外延生長均勻性差的問題，本實用新型提出了一種LED外延片倒置、可自動更換基盤以及基盤和衛星盤同時旋轉的MOCVD反應爐。
[0007]一種LED外延片倒置MOCVD反應爐，包括爐體1、固定在爐體頂部的爐蓋2，其特征在于，在爐體側壁上開有過渡口 25，過渡口上固定有插板閥26，爐蓋通過插銷裝置3固定圓環狀的且截面形狀為L形狀的基盤承載部13，爐體內部旋轉軸8通過磁流體7連接有基盤16，源料氣體導入管21、石英板17、排氣整流罩23固定在爐底18 ；
[0008]所述的基盤承載部13上依次安裝有基盤滑軌環28、基盤16、固定式齒環14，基盤上依次安裝有衛星盤滑軌環27、衛星盤15、均熱板29，多個衛星盤15上端邊緣為齒狀結構，與固定式齒環14嚙合，基盤滑軌環27、衛星盤滑軌環28是由上部的圓環狀的且截面形狀為凸字形狀的滑軌、下部的圓環狀的且截面形狀為凹字形狀的滑軌及中間的滾珠組成，外延襯底片12生長面向下放置在衛星盤15凹槽中后將均熱板29蓋上。
[0009]進一步，所述的基盤承載部13上依次安裝有基盤滑軌環28、基盤16、固定式齒環14，基盤上依次安裝有衛星盤滑軌環27、衛星盤15、均熱板29，此部分整體由機械臂30托舉，搬入、搬出反應爐腔室。
[0010]進一步，爐底18與爐體I由波紋管24相連，通過安裝外置氣缸控制爐底18整體升降。
[0011]實現上述有益效果的技術方案為，一種LED外延片倒置MOCVD反應爐，包括爐體、固定在爐體頂部的爐蓋，在爐體側壁上開有過渡口，過渡口上固定有插板閥。爐蓋冷卻水進口、爐蓋冷卻水出口、氫氣進口、連接在爐蓋上方，爐蓋下方安裝有插銷裝置，插銷材質是電磁鐵，通過改變線圈的電流方向控制插銷的動作。加熱器、隔熱板連接在爐蓋下方。旋轉軸通過固定在爐蓋上的磁流體連接伺服電機及基盤。爐蓋的設計部分組成了反應爐的加熱系統，以及基盤、衛星盤的旋轉系統。爐底連接波紋管，并安裝有石英板、爐底冷卻水進口、爐底冷卻水出口、排氣整流罩、排氣口以及源料氣體導入管。排氣整流罩上開有排氣孔，通過控制排氣量，可保證控制反應腔室內的壓力平衡，整流罩和石英板在反應爐內隔離出外延生長空間，并且由爐蓋氫氣進口導入氫氣，使外延生長空間與基盤上部加熱空間壓力保持一致，既保證了不會有顆粒進入生長空間，又可避免III族源和V族源制程氣體進入其它空間凝結。
[0012]所述基盤放置在基盤承載部上方，衛星盤放置在基盤上，基盤與承載部之間、衛星盤與基盤之間安裝有滑軌環，能夠滿足基盤和衛星盤平穩旋轉。衛星盤上部邊緣是鋸齒狀，能與固定在基盤承載部上的固定式齒環嚙合，在基盤旋轉時，衛星盤也隨之自轉并圍繞基盤軸心公轉。此設計消除了熱場軸向的不均勻性。使外延生長的更加均勻。
[0013]在外延生長完成后，基盤承載部連同基盤、衛星盤可利用機械臂搬出反應爐，放置在氮氣箱內，并由機械臂將備用基盤承載部連同基盤、衛星盤搬送至反應爐內，開始進行下一次外延生長。此工序及耗時如下:反應腔室抽真空(5min) —腔室充入高純氮氣(5min)—腔室降溫至200°C以下(5min)——爐底、排氣整流罩連同石英板下降(Imin)—過渡口閘板閥打開、機械臂將基盤承載部連同基盤、衛星盤搬出反應爐放置在氮氣箱內(3min)—機械臂將備用基盤承載部連同基盤、衛星盤搬送至反應爐，機械臂
回位，閘板閥關閉(3min)-爐底、排氣整流罩連同石英板下降(lmin)-腔室抽真空
(5min),開始外延生長。共耗時28min。在反應爐外延生長的同時,操作人員可在氮氣箱內將均熱板拿起，為了不破壞襯底生長面，可使用真空吸筆吸附襯底片背面，進行換片工作，更換完成之后，基盤承載部連同基盤、衛星盤放置在氮氣箱內，作為下一次外延生長結束后的更換品。相比較不可更換基盤的反應爐，節省時間30min，更換操作時反應爐無需打開爐蓋，反應爐內與搬送室內均充入高純氮氣并保持壓力平衡，有效避免了爐內被污染風險，縮短了外延生長間隔時間，提高了生產效率。
【專利附圖】
【附圖說明】[0014]圖1為本實用新型的一種實施方式的結構示意圖；
[0015]1.爐體 2.爐蓋 3.插銷裝置 4.爐蓋冷卻水進口 5.氫氣進口 6.伺服電機7.磁流體8.旋轉軸9.加熱器10.隔熱板11.爐蓋冷卻水出口 12.外延襯底片13.基盤承載部14.固定式齒環15.衛星盤16.基盤17.石英板18.爐底19.排氣口 20.爐底冷卻水出口 21.源料氣體導入管22.爐底冷卻水進口 23.排氣整流罩24.波紋管 25.過渡口 26.插板閥27.衛星盤滑軌環 28.基盤滑軌環29.均熱板30.機械臂
[0016]圖2為本實用新型基盤承載部整體搬送示意圖；
[0017]圖3為本實用新型基盤承載部、基盤、衛星盤等部件分解不意圖。
[0018]圖4為基盤、衛星盤分解示意圖。
[0019]圖5為本實用新型基盤承載部、基盤、衛星盤等部件分解圖的截面不意圖。
[0020]圖6為基盤、衛星盤分解圖的截面示意圖。
[0021]圖7為機械臂搬入、搬出反應爐腔室示意圖。
[0022]圖8為機械臂形狀示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0024]結合圖1、圖2，本實用新型的一種實施方式。一種LED外延片倒置MOCVD反應爐，包括爐體1、固定在爐體頂部的爐蓋2，在爐體側壁上開有過渡口 25，過渡口上固定有插板閥26。爐蓋冷卻水進口 4、爐蓋冷卻水出口 11、氫氣進口 5、連接在爐蓋上方，插銷裝置3，加熱器9、隔熱板10連接在爐蓋下方。旋轉軸8通過固定在爐蓋上的磁流體7連接伺服電機6及基盤16。爐體I下部連接波紋管24、爐底18，并安裝有石英板17、爐底冷卻水進口 22、爐底冷卻水出口 20、排氣整流罩23、排氣口 19以及源料氣體導入管21。
[0025]本實施例中，所述基盤16放置在基盤承載部13，基盤與承載部之間安裝有基盤滑軌環28，滑軌環是由上部凸狀滑軌、下部凹狀滑軌及滾珠組成，能夠滿足基盤平穩旋轉。基盤16上放置衛星盤15，衛星盤上放置外延襯底片12及均熱板29，衛星盤與基盤之間安裝有衛星盤滑軌環27，使衛星盤能夠在其上旋轉。衛星盤15上部邊緣是鋸齒狀，能與固定在基盤承載部13上的固定式齒環14嚙合，在基盤旋轉時，衛星盤也隨之自轉并圍繞基盤軸心公轉。
[0026]具體操作過程:在外延生長完成后，腔室內抽真空后再通入高純氮氣，當腔室內溫度降到200°C時，爐底通過外置氣缸牽引緩慢下降，這時波紋管逐展開，當石英板及排氣整流罩下降至過渡口下端邊緣以下時停止下降，插板閥打開，機械臂伸入反應爐內并與基盤承載部下端接合，這時，爐蓋上插銷裝置收縮，基盤承載部連同基盤、衛星盤由機械臂托舉緩慢下降，當基盤承載部可完全通過過渡口時停止下降，機械臂收回至搬運室，并將基盤連同承載部放置在氮氣箱內，然后將備用基盤、承載部搬送至反應爐內，機械臂升起，承載部上端插入爐蓋凹槽內后，插銷裝置伸長，將其牢牢固定，機械臂收回搬送室，插板閥關閉，爐底在外置氣缸動作下上升至原位置，腔室內抽真空，下一次外應生長開始。
[0027]以上所述，為本實用新型的一般實施案例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種LED外延片倒置MOCVD反應爐，包括爐體(I)、固定在爐體頂部的爐蓋(2)，其特征在于，在爐體側壁上開有過渡口(25)，過渡口上固定有插板閥(26)，爐蓋通過插銷裝置(3)固定圓環狀的且截面形狀為L形狀的基盤承載部(13)，爐體內部旋轉軸(8)通過磁流體(7)連接有基盤(16)，源料氣體導入管(21)、石英板(17)、排氣整流罩(23)固定在爐底(18)； 所述的基盤承載部(13)上依次安裝有基盤滑軌環(28)、基盤(16)、固定式齒環(14)，基盤上依次安裝有衛星盤滑軌環(27)、衛星盤(15)、均熱板(29)，多個衛星盤(15)上端邊緣為齒狀結構，與固定式齒環(14)嚙合，基盤滑軌環(27)、衛星盤滑軌環(28)是由上部的圓環狀的且截面形狀為凸字形狀的滑軌、下部的圓環狀的且截面形狀為凹字形狀的滑軌及中間的滾珠組成，外延襯底片(12)生長面向下放置在衛星盤(15)凹槽中后將均熱板(29)蓋上。
2.根據權利要求1所述的LED外延片倒置MOCVD反應爐，其特征在于，所述的基盤承載部(13)上依次安裝有基盤滑軌環(28)、基盤(16)、固定式齒環(14)，基盤上依次安裝有衛星盤滑軌環(27)、衛星盤(15)、均熱板(29)，此部分整體由機械臂(30)托舉，搬入、搬出反應爐腔室。
3.根據權利要求1所述的LED外延片倒置MOCVD反應爐，其特征在于，爐底(18)與爐體(I)由波紋管(24)相連，通過安裝外置氣缸控制爐底(18)整體升降。
【文檔編號】C30B25/12GK203530483SQ201320587740
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】樊志濱, 陳依新, 王勇飛 申請人:北京思捷愛普半導體設備有限公司