[发明专利]一种外延片托盘及与其配合的支撑和旋转联接装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产化合物半导体光电器件的MOCVD(金属有机化学气相沉淀)系统中通过机械手取放的外延片托盘以及与其配合从中心处支撑并且带动托盘旋转的联接装置。

背景技术

金属有机化学气相沉淀系统(以下简称MOCVD系统)是一种用于外延生长半导体薄膜，以形成如LED(发光二极管)等半导体器件的设备。

在大规模生产时，通常使用批处理方式来提高系统产量，即将一批多片外延片40(或称外延芯片、衬底芯片等)一起放入MOCVD系统的反应腔中，完成外延生长后，再更换新的一批外延片40，开始下一轮的反应处理。若干外延片40被放置在同一个衬底托盘10上(图1)，自动化生产需要在反应腔中以机械手装卸该托盘10，来实现上述一批外延片40同时外延生长、同时取放的批处理过程。

在外延片托盘下方一般设置有加热器，通过其中围绕托盘圆心排列的加热元件，对托盘进行加热。由于设计上的限制和制造上的差异，加热器上各点的温度不可能完全一样，因此在加热过程中通过旋转托盘可以使托盘径向上的温度趋于均匀一致。此外，托盘的旋转还是多个外延片的表面取得均匀的气体浓度和均匀的气体速度等边界条件的一个关键控制手段，因此其转速需要在一个很大范围内可以调节，并使托盘在需要的转速范围内可以平稳运行。

目前有两种典型的支撑托盘并且带动托盘旋转的方式。如图2所示，是一种从边缘支撑并带动托盘旋转的MOCVD系统。该MOCVD系统的反应腔中，设置有支撑筒51，从下方与放置若干外延片40的托盘10的边缘位置接触，来支撑该托盘10，保证托盘10的中心落在支撑面内，因此托盘10在静态时很稳定。所述加热器30的加热元件在托盘下方，特别是在其中心位置可以连续设置，保证托盘10中心的温度环境与其他位置一致。

然而，该种托盘10的旋转，是由支撑筒51的底盘511下方、中间位置的驱动轴20带动，传递转动使用的部件多，调节托盘10水平度和动平衡都很困难，而且部件多转动惯量大，该种从边缘支撑并带动托盘10旋转的装置一般适用于低速转动的情况。

如图3或图4所示，是从中心支撑并且带动托盘10旋转的MOCVD系统。其中，托盘10底部中间位置设置有凹入的沉孔101，其底面与托盘10的上表面平行。与该圆柱形(图3)或圆锥形(图4)等形状的沉孔101相匹配，对应将驱动轴20顶端圆柱形或圆锥形的部分201，垂直插入该托盘10的沉孔101中。通过驱动轴20的表面与托盘10沉孔101的表面接触，成为托盘10的支撑面，并在摩擦力作用下，由驱动轴20带动托盘10一起旋转。

由于结构简单、部件少，该种MOCVD系统的动平衡易于调节，由机械手对托盘10进行取出和放入的操作也很容易。而且由于使用的部件少，转动惯量也相对小，适合在中高速转动的情况下使用；并且通过摩擦力即可驱动托盘10的转速跟随驱动轴20的转速，方便了速度的控制。

当采用石墨作为托盘10材料时，为了增强接触面上的摩擦力和抗摩擦强度，需要有特殊的表面加工处理，由于该接触面落在沉孔101里，增加了表面加工处理的难度。

在托盘10上加工沉孔101会使得托盘10相应部位的厚度减薄，机械强度降低，为保证沉孔101部位的机械强度，往往要使托盘10的整体厚度增加，因而造成托盘10的重量增加，导致热容量增加，延长了加热或冷却需要的时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种外延片托盘及与其配合的支撑和旋转联接装置，通过机械手在反应腔里取放、更换托盘，使托盘能与底部中心位置的驱动轴耦合，由驱动轴带动在各种需要的转速下平稳转动，对放在托盘上的若干外延片或衬底基片进行处理。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种外延片托盘及与其配合的支撑和旋转联接装置，包含放置在MOCVD系统的反应腔中可机械装卸的托盘，以及从下方与所述托盘的底面中心外凸转轴耦合连接的垂直驱动轴；所述反应腔中引入有若干反应气体，对所述托盘上放置的若干外延片进行外延反应或薄膜沉积。

所述若干外延片对应放置在托盘上表面开设的若干浅凹盘内。

所述托盘的底部中间设置有向下凸出的托盘转轴，其对应插入所述驱动轴顶部开设的沉孔中，通过托盘转轴与沉孔上对应设置的接触面的摩擦传动或轴向接触传动，使所述驱动轴旋转时，支撑并带动与其耦合连接的所述托盘旋转。

所述用于MOCVD系统的外延片托盘及其旋转装置，还包含与所述驱动轴连接的旋转密封装置、旋转驱动装置，以及设置在所述托盘下方的加热器；

所述驱动轴向下穿过所述加热器，并通过所述旋转密封装置从反应腔的底部引出，与旋转驱动装置连接；