專(zhuān)利名稱(chēng)：一種外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體光電器件的MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉 淀)系統(tǒng)中通過(guò)機(jī)械手取放的外延片托盤(pán)以及與其配合從中心處支撐并且?guī)?dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn) 的聯(lián)接裝置。
背景技術(shù)：
金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MOCVD系統(tǒng))是一種用于外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體 薄膜，以形成如LED(發(fā)光二極管)等半導(dǎo)體器件的設(shè)備。在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，通常使用批處理方式來(lái)提高系統(tǒng)產(chǎn)量，即將一批多片外延片 40 (或稱(chēng)外延芯片、襯底芯片等)一起放入MOCVD系統(tǒng)的反應(yīng)腔中，完成外延生長(zhǎng)后，再更換 新的一批外延片40，開(kāi)始下一輪的反應(yīng)處理。若干外延片40被放置在同一個(gè)襯底托盤(pán)10 上(圖1)，自動(dòng)化生產(chǎn)需要在反應(yīng)腔中以機(jī)械手裝卸該托盤(pán)10，來(lái)實(shí)現(xiàn)上述一批外延片40 同時(shí)外延生長(zhǎng)、同時(shí)取放的批處理過(guò)程。在外延片托盤(pán)下方一般設(shè)置有加熱器，通過(guò)其中圍繞托盤(pán)圓心排列的加熱元件， 對(duì)托盤(pán)進(jìn)行加熱。由于設(shè)計(jì)上的限制和制造上的差異，加熱器上各點(diǎn)的溫度不可能完全一 樣，因此在加熱過(guò)程中通過(guò)旋轉(zhuǎn)托盤(pán)可以使托盤(pán)徑向上的溫度趨于均勻一致。此外，托盤(pán)的 旋轉(zhuǎn)還是多個(gè)外延片的表面取得均勻的氣體濃度和均勻的氣體速度等邊界條件的一個(gè)關(guān) 鍵控制手段，因此其轉(zhuǎn)速需要在一個(gè)很大范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，并使托盤(pán)在需要的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) 可以平穩(wěn)運(yùn)行。目前有兩種典型的支撐托盤(pán)并且?guī)?dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)的方式。如圖2所示，是一種從邊 緣支撐并帶動(dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)的MOCVD系統(tǒng)。該MOCVD系統(tǒng)的反應(yīng)腔中，設(shè)置有支撐筒51，從下方 與放置若干外延片40的托盤(pán)10的邊緣位置接觸，來(lái)支撐該托盤(pán)10，保證托盤(pán)10的中心落 在支撐面內(nèi)，因此托盤(pán)10在靜態(tài)時(shí)很穩(wěn)定。所述加熱器30的加熱元件在托盤(pán)下方，特別是 在其中心位置可以連續(xù)設(shè)置，保證托盤(pán)10中心的溫度環(huán)境與其他位置一致。然而，該種托盤(pán)10的旋轉(zhuǎn)，是由支撐筒51的底盤(pán)511下方、中間位置的驅(qū)動(dòng)軸20 帶動(dòng)，傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)使用的部件多，調(diào)節(jié)托盤(pán)10水平度和動(dòng)平衡都很困難，而且部件多轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量大，該種從邊緣支撐并帶動(dòng)托盤(pán)10旋轉(zhuǎn)的裝置一般適用于低速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。如圖3或圖4所示，是從中心支撐并且?guī)?dòng)托盤(pán)10旋轉(zhuǎn)的MOCVD系統(tǒng)。其中，托盤(pán) 10底部中間位置設(shè)置有凹入的沉孔101，其底面與托盤(pán)10的上表面平行。與該圓柱形(圖 3)或圓錐形(圖4)等形狀的沉孔101相匹配，對(duì)應(yīng)將驅(qū)動(dòng)軸20頂端圓柱形或圓錐形的部 分201，垂直插入該托盤(pán)10的沉孔101中。通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸20的表面與托盤(pán)10沉孔101的表 面接觸，成為托盤(pán)10的支撐面，并在摩擦力作用下，由驅(qū)動(dòng)軸20帶動(dòng)托盤(pán)10 —起旋轉(zhuǎn)。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少，該種MOCVD系統(tǒng)的動(dòng)平衡易于調(diào)節(jié)，由機(jī)械手對(duì)托盤(pán)10進(jìn) 行取出和放入的操作也很容易。而且由于使用的部件少，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也相對(duì)小，適合在中高速 轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下使用；并且通過(guò)摩擦力即可驅(qū)動(dòng)托盤(pán)10的轉(zhuǎn)速跟隨驅(qū)動(dòng)軸20的轉(zhuǎn)速，方便了 速度的控制。
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當(dāng)采用石墨作為托盤(pán)10材料時(shí)，為了增強(qiáng)接觸面上的摩擦力和抗摩擦強(qiáng)度，需要 有特殊的表面加工處理，由于該接觸面落在沉孔101里，增加了表面加工處理的難度。在托盤(pán)10上加工沉孔101會(huì)使得托盤(pán)10相應(yīng)部位的厚度減薄，機(jī)械強(qiáng)度降低，為 保證沉孔101部位的機(jī)械強(qiáng)度，往往要使托盤(pán)10的整體厚度增加，因而造成托盤(pán)10的重量 增加，導(dǎo)致熱容量增加，延長(zhǎng)了加熱或冷卻需要的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，通過(guò)機(jī) 械手在反應(yīng)腔里取放、更換托盤(pán)，使托盤(pán)能與底部中心位置的驅(qū)動(dòng)軸耦合，由驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)在 各種需要的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)放在托盤(pán)上的若干外延片或襯底基片進(jìn)行處理。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種外延片托盤(pán)及與其配合的支撐 和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，包含放置在MOCVD系統(tǒng)的反應(yīng)腔中可機(jī)械裝卸的托盤(pán)，以及從下方與所 述托盤(pán)的底面中心外凸轉(zhuǎn)軸耦合連接的垂直驅(qū)動(dòng)軸；所述反應(yīng)腔中引入有若干反應(yīng)氣體， 對(duì)所述托盤(pán)上放置的若干外延片進(jìn)行外延反應(yīng)或薄膜沉積。所述若干外延片對(duì)應(yīng)放置在托盤(pán)上表面開(kāi)設(shè)的若干淺凹盤(pán)內(nèi)。所述托盤(pán)的底部中間設(shè)置有向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸，其對(duì)應(yīng)插入所述驅(qū)動(dòng)軸頂部開(kāi) 設(shè)的沉孔中，通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸與沉孔上對(duì)應(yīng)設(shè)置的接觸面的摩擦傳動(dòng)或軸向接觸傳動(dòng)，使所 述驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，支撐并帶動(dòng)與其耦合連接的所述托盤(pán)旋轉(zhuǎn)。所述用于MOCVD系統(tǒng)的外延片托盤(pán)及其旋轉(zhuǎn)裝置，還包含與所述驅(qū)動(dòng)軸連接的旋 轉(zhuǎn)密封裝置、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，以及設(shè)置在所述托盤(pán)下方的加熱器；所述驅(qū)動(dòng)軸向下穿過(guò)所述加熱器，并通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)密封裝置從反應(yīng)腔的底部引 出，與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置連接；由所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，并使所述托盤(pán)與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)，使 加熱器能對(duì)所述托盤(pán)均勻加熱，并在外延片上獲得均勻反應(yīng)氣體。在一種實(shí)施例中，所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸是向下凸出的階梯形，包含一設(shè)置在托盤(pán)底部的 第一凸臺(tái)，以及設(shè)置在第一凸臺(tái)下、直徑較小的第二凸臺(tái)；所述第一凸臺(tái)底端的環(huán)形端面與所述托盤(pán)的上表面、底面均平行；所述沉孔的環(huán)形頂面與所述驅(qū)動(dòng)軸的軸心垂直；所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸的第二凸臺(tái)對(duì)應(yīng)插入所述沉孔時(shí)，使所述第一凸臺(tái)底端的環(huán)形端面 與所述沉孔的環(huán)形頂面相接觸，支撐托盤(pán)，并通過(guò)摩擦傳動(dòng)，使所述驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)托盤(pán)一起旋轉(zhuǎn)。所述第二凸臺(tái)的高度al小于所述沉孔的深度bl，使第二凸臺(tái)完全插入所述沉孔 時(shí)，并在所述第二凸臺(tái)的底面與沉孔的底面之間留有空隙，使所述第一凸臺(tái)的環(huán)形端面與 所述沉孔的環(huán)形頂面能可靠接觸。所述第一凸臺(tái)是圓柱形；所述第二凸臺(tái)是直徑小于第一凸臺(tái)的圓柱形或圓錐形。在另一種實(shí)施例中，所述向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸，對(duì)應(yīng)插入所述沉孔時(shí)，使所述托盤(pán) 轉(zhuǎn)軸底端的臺(tái)階端面與所述沉孔的底面相接觸，支撐托盤(pán)，并通過(guò)摩擦傳動(dòng)，使所述驅(qū)動(dòng)軸 帶動(dòng)托盤(pán)一起旋轉(zhuǎn)；所述臺(tái)階端面與所述托盤(pán)的上表面、底面均平行。
所述沉孔的底面與所述驅(qū)動(dòng)軸的軸心垂直；所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸的高度a2大于所述沉孔的深度b2，使托盤(pán)轉(zhuǎn)軸的一部分插入該沉 孔中，并在所述驅(qū)動(dòng)軸的頂面與托盤(pán)的底面之間留有空隙，使所述臺(tái)階端面與沉孔的底面 能可靠接觸。所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸是圓柱形或圓錐形。還有一種實(shí)施例中，所述向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸對(duì)應(yīng)插入與其形狀相匹配的沉孔 中，通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸的臺(tái)階側(cè)面與驅(qū)動(dòng)軸沉孔的側(cè)面相接觸，作為托盤(pán)轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)軸之間摩 擦傳動(dòng)的接觸面，使驅(qū)動(dòng)軸能帶動(dòng)托盤(pán)一起旋轉(zhuǎn)。所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸是圓柱形或圓錐形，所述驅(qū)動(dòng)軸是圓柱形或圓錐形。在另一種實(shí)施例中，在所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸上和對(duì)應(yīng)的沉孔上分別設(shè)置若干軸向定位裝 置，通過(guò)該定位裝置在旋轉(zhuǎn)方向上的至少一對(duì)接觸面耦合，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)。所述軸向定位裝置分別是設(shè)置在托盤(pán)轉(zhuǎn)軸側(cè)面的若干定位鍵，以及在驅(qū)動(dòng)軸沉孔 的側(cè)面，對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)的若干定位槽；所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸插入沉孔時(shí)，所述定位鍵與定位槽的位置，由設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 裝置上的轉(zhuǎn)角位置傳感器對(duì)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)至少一個(gè)定位鍵的側(cè)端面與定位槽的側(cè)端面相接 觸，使托盤(pán)與驅(qū)動(dòng)軸同步旋轉(zhuǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，提出了一種可機(jī)械裝卸的外延片托盤(pán)，通過(guò) 在其底部中心設(shè)置向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸，對(duì)應(yīng)插入驅(qū)動(dòng)軸頂部的沉孔中耦合聯(lián)接。通過(guò)托 盤(pán)轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)軸沉孔上，分別設(shè)置的一對(duì)平行于托盤(pán)表面的接觸端面進(jìn)行摩擦傳動(dòng)，或是 通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)軸沉孔上對(duì)應(yīng)側(cè)面的接觸進(jìn)行摩擦傳動(dòng)，使托盤(pán)在驅(qū)動(dòng)軸的帶動(dòng)下， 能在各種需要的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并使托盤(pán)上的若干外延片通過(guò)托盤(pán)底部的加熱器均勻加 熱，并在外延片上獲得均勻的氣體濃度、均勻的氣體速度的邊界層，對(duì)外延片進(jìn)行外延反應(yīng) 或薄膜沉積處理。而且，本發(fā)明還在托盤(pán)轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)軸沉孔的側(cè)面對(duì)應(yīng)設(shè)置若干定位槽和定位鍵， 通過(guò)其在旋轉(zhuǎn)方向的接觸面?zhèn)鲃?dòng)，使托盤(pán)與驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速同步。避免了由于摩擦傳動(dòng)而引 起的部件磨損，提高了在中高速旋轉(zhuǎn)條件下長(zhǎng)期使用的可靠性，減少了托盤(pán)的更換，從而減 少了外延片的生產(chǎn)成本。由于托盤(pán)轉(zhuǎn)軸具有向下凸出的結(jié)構(gòu)，使其與驅(qū)動(dòng)軸摩擦傳動(dòng)的接觸面在托盤(pán)底部 的外面，容易進(jìn)行表面加工處理。凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸，不需要額外增加托盤(pán)的整體厚度，即能保證該處的機(jī)械強(qiáng)度，因 此，使制造托盤(pán)的材料消耗減少，更減輕了托盤(pán)的重量，減少了其熱容量，從而減少了托盤(pán) 加熱與冷卻的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，亦提高了外延反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)控制的能力。


圖1是MOCVD系統(tǒng)中若干外延片排列放置在托盤(pán)上的示意圖；圖2是現(xiàn)有一種從邊緣支撐并帶動(dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有一種從中心支撐并且?guī)?dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是現(xiàn)有另一種從中心支撐并且?guī)?dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)的MOCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明可機(jī)械裝卸的外延片托盤(pán)及其旋轉(zhuǎn)裝置與MOCVD系統(tǒng)的連接關(guān)系示意圖；圖6是本發(fā)明用于MOCVD系統(tǒng)的外延片托盤(pán)及其旋轉(zhuǎn)裝置在實(shí)施例1中通過(guò)平行 端面接觸摩擦傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明用于MOCVD系統(tǒng)的外延片托盤(pán)及其旋轉(zhuǎn)裝置在實(shí)施例2中通過(guò)平行 端面接觸摩擦傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明用于MOCVD系統(tǒng)的外延片托盤(pán)及其旋轉(zhuǎn)裝置在實(shí)施例3中通過(guò)側(cè)面 接觸摩擦傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明用于MOCVD系統(tǒng)的外延片托盤(pán)及其旋轉(zhuǎn)裝置在實(shí)施例4中通過(guò)固定 接觸傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明在實(shí)施例4中用于固定接觸傳動(dòng)的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸端面的一種結(jié)構(gòu)仰視 圖；圖11是本發(fā)明在實(shí)施例4中用于固定接觸傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸端面的一種結(jié)構(gòu)俯視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的多個(gè)具體實(shí)施方式
。如圖5所示，本發(fā)明所述可機(jī)械裝卸的圓形托盤(pán)10，放置在MOCVD系統(tǒng)的反應(yīng)腔 50中；該托盤(pán)10的上表面11與底面12平行，在上表面11上圍繞中心開(kāi)設(shè)有若干淺凹盤(pán)， 用于排列放置多個(gè)外延片40(圖1)。所述旋轉(zhuǎn)裝置是垂直設(shè)置的驅(qū)動(dòng)軸20，通過(guò)機(jī)械手取 放托盤(pán)10，使托盤(pán)10底部中間、向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100，對(duì)應(yīng)插入驅(qū)動(dòng)軸20頂部開(kāi)設(shè)的 沉孔200中，將驅(qū)動(dòng)軸20與托盤(pán)10耦合連接。該驅(qū)動(dòng)軸20向下穿過(guò)所述托盤(pán)10下方的 加熱器30，并通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)密封裝置21從反應(yīng)腔50的底部引出，與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置22連接。若干反應(yīng)氣體從反應(yīng)腔50頂部進(jìn)入，在托盤(pán)10的外延片40上進(jìn)行外延反應(yīng)或薄 膜沉積后，從反應(yīng)腔50下部排出。在對(duì)外延片40處理的過(guò)程中，由所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置22 的馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸20旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)相互的耦合使托盤(pán)10與驅(qū)動(dòng)軸20能同步旋轉(zhuǎn)，使加熱 器30能對(duì)托盤(pán)10均勻加熱，并在外延片40上獲得均勻的反應(yīng)氣體。由于托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100具有向下凸出的結(jié)構(gòu)，不需要增加托盤(pán)10的整體厚度，即能保 證機(jī)械強(qiáng)度，因此，使制造托盤(pán)10的材料消耗減少，更減輕了托盤(pán)10的重量，從而減少了其 熱容量。由于托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100具有向外凸出的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸上與驅(qū)動(dòng)軸的接觸面凸出在托盤(pán)底 部的外面，該表面的加工處理容易實(shí)施。本發(fā)明所述可機(jī)械裝卸的托盤(pán)10，與底部中心的驅(qū)動(dòng)軸20耦合，可通過(guò)以下多種 結(jié)構(gòu)使下凸的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100與驅(qū)動(dòng)軸20沉孔200的接觸，通過(guò)摩擦傳動(dòng)或者接觸傳動(dòng)實(shí)現(xiàn) 由驅(qū)動(dòng)軸20帶動(dòng)的托盤(pán)10的旋轉(zhuǎn)。實(shí)施例1如圖5或圖6所示，在本實(shí)施例中，所述托盤(pán)10底部中心位置的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100，是 向下凸出的階梯形，包含一設(shè)置在托盤(pán)10底部的圓柱形的第一凸臺(tái)110，以及設(shè)置在第一 凸臺(tái)110下、直徑較小的圓柱形(圖5)或圓錐形(圖6)的第二凸臺(tái)120。所述第一凸臺(tái) 110的環(huán)形端面111與托盤(pán)10的上表面11、底面12均平行。所述驅(qū)動(dòng)軸20的頂端開(kāi)設(shè)有一沉孔200，該沉孔200的環(huán)形頂面211與驅(qū)動(dòng)軸20
7的軸心垂直。在托盤(pán)10放入反應(yīng)腔50時(shí)，將上述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100的第二凸臺(tái)120完全插入 該沉孔200中，由第二凸臺(tái)120的側(cè)面112作為托盤(pán)10垂直方向的導(dǎo)向和平面上定位，使 直徑較大的第一凸臺(tái)110的環(huán)形端面111放在驅(qū)動(dòng)軸20的環(huán)形頂面211上，在垂直方向上 定位托盤(pán)10在反應(yīng)腔50里的位置，并由驅(qū)動(dòng)軸20支撐托盤(pán)10。所述驅(qū)動(dòng)軸20的環(huán)形頂 面211作為托盤(pán)10支撐的有效面積，由該驅(qū)動(dòng)軸20的沉孔200的內(nèi)外直徑?jīng)Q定。所述第二凸臺(tái)120的高度al必須小于沉孔200的深度bl，使第二凸臺(tái)120插入 沉孔200時(shí)，第二凸臺(tái)120的底面113與沉孔200的底面212之間留有空隙，保證第一凸臺(tái) 110的環(huán)形端面111與環(huán)形頂面211的可靠接觸。在外延反應(yīng)時(shí)，所述第一凸臺(tái)110的環(huán)形 端面111和驅(qū)動(dòng)軸20的環(huán)形頂面211，作為托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100與驅(qū)動(dòng)軸20相互摩擦傳動(dòng)的接觸 面，驅(qū)動(dòng)所述托盤(pán)10與驅(qū)動(dòng)軸20 —起旋轉(zhuǎn)。實(shí)施例2如圖7所示，在本實(shí)施例中，所述托盤(pán)10底部中心位置的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100，是向下凸 出的一個(gè)圓柱形或圓錐形的臺(tái)階(圖中未示出)，該臺(tái)階端面121與托盤(pán)10的上表面11、 底面12均平行。托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100經(jīng)由其臺(tái)階側(cè)面122進(jìn)行平面的定位，使其插入驅(qū)動(dòng)軸20頂端開(kāi)設(shè) 的沉孔200時(shí)，臺(tái)階端面121落在沉孔200底面222上，在垂直方向上定位了托盤(pán)10在反 應(yīng)腔50里的位置，并且由驅(qū)動(dòng)軸20支撐托盤(pán)10。所述驅(qū)動(dòng)軸20的沉孔200的底面222支 撐托盤(pán)10的有效面積，由托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100的直徑?jīng)Q定。托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100插入沉孔200時(shí)，所述臺(tái)階端面121與沉孔200底面222相匹配且 相接觸，作為托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100與驅(qū)動(dòng)軸20相互摩擦傳動(dòng)的接觸面，驅(qū)動(dòng)所述托盤(pán)10與驅(qū)動(dòng)軸 20 一起旋轉(zhuǎn)。托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100的高度a2必須大于沉孔200的深度b2，使托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100的一 部分插入沉孔200中，驅(qū)動(dòng)軸20的頂面221與托盤(pán)10的底面12之間留有空隙，保證臺(tái)階 端面121與沉孔200的底面222的可靠接觸。實(shí)施例3與上述實(shí)施例1、2中主要通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100與驅(qū)動(dòng)軸20上，平行于托盤(pán)10上表 面11、底面12的一對(duì)接觸面的配合，帶動(dòng)托盤(pán)10與驅(qū)動(dòng)軸20 —起旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)不同。如圖8所示，本實(shí)施例中，托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100向下設(shè)置有凸出托盤(pán)10底面12的臺(tái)階，可 以是圓柱形或圓錐形，相對(duì)應(yīng)地將驅(qū)動(dòng)軸20頂端的沉孔200也設(shè)置為圓柱形或圓錐形或其 他與托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100相匹配的形狀，使托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100插入沉孔200后，通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100的臺(tái) 階側(cè)面131與驅(qū)動(dòng)軸20沉孔200的側(cè)面231相接觸，支撐托盤(pán)10，并且作為托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100 與驅(qū)動(dòng)軸20相互摩擦傳動(dòng)的接觸面，使托盤(pán)10跟隨驅(qū)動(dòng)軸20 —起旋轉(zhuǎn)。實(shí)施例4如圖9至圖11所示，在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，在凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100和驅(qū)動(dòng)軸 20的沉孔200上分別設(shè)置軸向的定位裝置，通過(guò)定位裝置的耦合，對(duì)應(yīng)增加了旋轉(zhuǎn)方向上 的若干對(duì)接觸面，保證托盤(pán)10轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)軸20轉(zhuǎn)速的一致。具體地，可在托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100的側(cè)面設(shè)置若干向外凸出的定位鍵140，在驅(qū)動(dòng)軸20沉 孔200的側(cè)面對(duì)應(yīng)位置，開(kāi)設(shè)若干形狀匹配的定位槽240。在托盤(pán)10放入反應(yīng)腔50時(shí)，通 過(guò)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置22上的轉(zhuǎn)角位置傳感器，對(duì)準(zhǔn)該定位鍵140和定位槽240的位置， 將托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100插入沉孔200，使定位鍵140的側(cè)端面141與定位槽240的側(cè)端面241相接觸，通過(guò)軸向的接觸傳動(dòng)使托盤(pán)10與驅(qū)動(dòng)軸20 —起旋轉(zhuǎn)，且兩者轉(zhuǎn)速能保持一致。如圖10所示，是托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100上設(shè)置一對(duì)定位鍵140的一種可選的結(jié)構(gòu)示意。圖 11所示，是驅(qū)動(dòng)軸20的沉孔200中設(shè)置十字形定位槽240的一種結(jié)構(gòu)示意，此時(shí)，托盤(pán)轉(zhuǎn)軸 100上的定位鍵140亦可對(duì)應(yīng)設(shè)置成十字形，來(lái)增加旋轉(zhuǎn)方向的接觸面?；蚴强蓪D10所 示的定位鍵140插入圖11所示的十字形定位槽240，定位槽240中的任意一對(duì)都可與定位 鍵140匹配，方便托盤(pán)10與驅(qū)動(dòng)軸20的定位對(duì)準(zhǔn)。由于在旋轉(zhuǎn)方向上增加了定位槽240與定位鍵140的若干對(duì)接觸面，尤其在中高 速旋轉(zhuǎn)的條件下，使驅(qū)動(dòng)軸20帶動(dòng)托盤(pán)10同步旋轉(zhuǎn)時(shí)不再依靠摩擦傳動(dòng)，長(zhǎng)期使用可靠性 高，減少了托盤(pán)10因?yàn)槟p而造成的更換，從而減少了外延片40的生產(chǎn)成本。綜上所述，本發(fā)明提出了一種放置若干外延片40的托盤(pán)10，通過(guò)在底部中心設(shè)置 向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100，對(duì)應(yīng)插入驅(qū)動(dòng)軸20頂部的沉孔200中耦合聯(lián)接，方便由機(jī)械手在 反應(yīng)腔50里進(jìn)行取放和更換。本發(fā)明通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100和驅(qū)動(dòng)軸20沉孔200上，分別設(shè)置的一對(duì)平行于托盤(pán)10 表面的接觸端面進(jìn)行摩擦傳動(dòng)，或是通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100和驅(qū)動(dòng)軸20沉孔200上對(duì)應(yīng)側(cè)面的 接觸進(jìn)行摩擦傳動(dòng)，使托盤(pán)10在驅(qū)動(dòng)軸20的帶動(dòng)下，能在各種需要的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并 使托盤(pán)10上的若干外延片40通過(guò)托盤(pán)10下方的加熱器30均勻加熱，并在外延片40上 獲得均勻的氣體濃度、均勻的氣體速度的邊界層，對(duì)外延片40進(jìn)行外延反應(yīng)或薄膜沉積處 理。而且，本發(fā)明還在托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100和驅(qū)動(dòng)軸20沉孔200的側(cè)面對(duì)應(yīng)設(shè)置若干對(duì)應(yīng)的 定位槽240和定位鍵140，通過(guò)其在旋轉(zhuǎn)方向的若干對(duì)接觸面的貼合，使托盤(pán)10與驅(qū)動(dòng)軸 20的轉(zhuǎn)速同步。因而使驅(qū)動(dòng)軸20帶動(dòng)托盤(pán)10旋轉(zhuǎn)時(shí)不再依靠摩擦傳動(dòng)，尤其在中高速旋 轉(zhuǎn)的條件下，長(zhǎng)期使用的可靠性提高，減少了托盤(pán)10因?yàn)槟p而造成的更換，從而減少了 外延片40的生產(chǎn)成本。另外，由于托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100具有向下凸出的結(jié)構(gòu)，使其與驅(qū)動(dòng)軸20摩擦的接觸面暴 露在托盤(pán)10底部的外面，容易進(jìn)行該表面加工處理。并且，凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸100，不需要額外增加托盤(pán)10的整體厚度，即能保證該處的 機(jī)械強(qiáng)度，因此，使制造托盤(pán)10的材料消耗減少，更減輕了托盤(pán)10的重量，減少了其熱容 量，從而減少了托盤(pán)10加熱與冷卻的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，亦提高了外延反應(yīng)溫度調(diào)節(jié) 控制的能力。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
一種外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，包含放置在MOCVD反應(yīng)腔(50)中可機(jī)械裝卸的托盤(pán)(10)，以及從下方與所述托盤(pán)(10)的底面(12)中心聯(lián)接的垂直驅(qū)動(dòng)軸(20)；所述反應(yīng)腔(50)中引入有若干反應(yīng)氣體，對(duì)所述托盤(pán)(10)上放置的若干外延片(40)進(jìn)行外延反應(yīng)或薄膜沉積，其特征在于，所述托盤(pán)(10)的上表面設(shè)有若干淺凹盤(pán)，對(duì)應(yīng)放置若干外延片；所述托盤(pán)(10)的底部中間設(shè)置有向外凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)；所述驅(qū)動(dòng)軸(20)的頂部開(kāi)設(shè)有沉孔(200)；在當(dāng)所述托盤(pán)(10)由機(jī)械放入反應(yīng)腔(50)中時(shí)，至少所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)的一部份插入所述驅(qū)動(dòng)軸(20)頂部對(duì)應(yīng)的沉孔(200)中，通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)與沉孔(200)上對(duì)應(yīng)設(shè)置的接觸面的耦合聯(lián)接定位并支撐所述托盤(pán)(10)在反應(yīng)腔(50)中的位置，并且使所述驅(qū)動(dòng)軸(20)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)所述托盤(pán)(10)旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征在于，還 包含與所述驅(qū)動(dòng)軸(20)連接的旋轉(zhuǎn)密封裝置(21)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(22)，以及設(shè)置在所述托 盤(pán)(10)下方的加熱器(30)；所述驅(qū)動(dòng)軸(20)向下穿過(guò)所述加熱器(30)，并通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)密封裝置(21)從反應(yīng)腔 (50)的底部引出，與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(22)連接；由所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(22)帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)軸(20)旋轉(zhuǎn)，并使所述托盤(pán)(10)與驅(qū)動(dòng)軸 (20) 一起旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征χ在于，所 述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)是向下凸出的階梯形，包含一設(shè)置在托盤(pán)(10)底部的第一凸臺(tái)(110)，以 及設(shè)置在第一凸臺(tái)(110)下的第二凸臺(tái)(120)；所述第一凸臺(tái)(110)底端的環(huán)形端面(111) 與所述托盤(pán)(10)的上表面(11)和底面(12)均平行；所述沉孔(200)的環(huán)形頂面(211)與所述驅(qū)動(dòng)軸(20)的軸心垂直； 所述第二凸臺(tái)(120)的高度al小于所述沉孔(200)的深度bl ； 所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)的第二凸臺(tái)(120)對(duì)應(yīng)插入所述沉孔(200)時(shí)，使所述環(huán)形端面 (111)與沉孔(200)的環(huán)形頂面(211)相接觸，支撐托盤(pán)(10)，并通過(guò)摩擦傳動(dòng)，當(dāng)所述驅(qū) 動(dòng)軸(20)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)托盤(pán)(10)旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征在于，所 述第一凸臺(tái)(110)是圓柱形；所述第二凸臺(tái)(120)是直徑小于第一凸臺(tái)(110)的圓柱形或 圓錐形。
5.如權(quán)利要求1所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征在于，所 述向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)，對(duì)應(yīng)插入所述沉孔(200)時(shí)，使所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)底端的 臺(tái)階端面(121)與所述沉孔(200)的底面(222)相接觸，支撐托盤(pán)(10)，并通過(guò)摩擦傳動(dòng)， 當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)軸(20)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)托盤(pán)(10)旋轉(zhuǎn)；所述臺(tái)階端面(121)與所述托盤(pán)(10)的上表面(11)和底面(12)均平行； 所述沉孔(200)的底面(222)與所述驅(qū)動(dòng)軸(20)的軸心垂直； 所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)的高度a2大于所述沉孔(200)的深度b2。
6.如權(quán)利要求5所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征在于，所 述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)是圓柱形或圓錐形。
7.如權(quán)利要求1所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征在于，所 述向下凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)對(duì)應(yīng)插入與其形狀相匹配的沉孔(200)中，通過(guò)托盤(pán)轉(zhuǎn)軸 (100)的臺(tái)階側(cè)面(131)與驅(qū)動(dòng)軸(20)沉孔(200)的側(cè)面(231)相接觸，支撐托盤(pán)(10)， 并作為所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)與所述驅(qū)動(dòng)軸(20)相互摩擦傳動(dòng)的接觸面，使所述驅(qū)動(dòng)軸(20) 能帶動(dòng)所述托盤(pán)(10)旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求2所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征在于，所 述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)與所述驅(qū)動(dòng)軸(20)的沉孔(200)上分別設(shè)置若干軸向的定位裝置，通 過(guò)定位裝置在旋轉(zhuǎn)方向上的至少一對(duì)接觸面的耦合，使所述驅(qū)動(dòng)軸(20)能帶動(dòng)所述托盤(pán) (10)旋轉(zhuǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，其特征在于， 所述軸向定位裝置分別是設(shè)置在托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)側(cè)面的若干定位鍵(140)，以及在驅(qū)動(dòng)軸 (20)沉孔(200)的側(cè)面，對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)的若干定位槽(240)；所述托盤(pán)轉(zhuǎn)軸(100)插入沉孔(200)時(shí)，所述定位鍵(140)與定位槽(240)的位置，由 設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(22)上的轉(zhuǎn)角位置傳感器對(duì)準(zhǔn)，使定位鍵(140)與定位槽(240) 準(zhǔn)確耦合。
全文摘要
用于MOCVD反應(yīng)腔的外延片托盤(pán)及與其配合的支撐和旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，在機(jī)械裝卸托盤(pán)時(shí)，通過(guò)托盤(pán)底部中心向外凸出的轉(zhuǎn)軸，插入與其垂直的驅(qū)動(dòng)軸頂部的沉孔中，利用分別設(shè)置的平行于托盤(pán)表面的接觸面或?qū)?yīng)側(cè)面上的接觸面支撐托盤(pán)，利用該接觸面間的摩擦傳動(dòng)當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)設(shè)置軸向定位槽和定位鍵，從摩擦傳動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻佑|傳動(dòng)，保證托盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一致，提高托盤(pán)在中高速下長(zhǎng)期轉(zhuǎn)動(dòng)的可靠性。凸出的托盤(pán)轉(zhuǎn)軸易于對(duì)摩擦接觸的表面進(jìn)行加工處理，在保證托盤(pán)上對(duì)應(yīng)部位的機(jī)械強(qiáng)度的條件下，不增加托盤(pán)的整體厚度，減少了托盤(pán)的熱容量，從而減少了托盤(pán)加熱與冷卻需要的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率并有利于外延反應(yīng)需要的快速溫度調(diào)節(jié)控制。
文檔編號(hào)C30B25/12GK101922042SQ201010263418
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者孫仁君, 張偉, 金小亮, 陳愛(ài)華 申請(qǐng)人:華晟光電設(shè)備(香港)有限公司