專利名稱：刻蝕烘烤設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刻蝕烘烤設(shè)備，尤其涉及一種具有風(fēng)冷系統(tǒng)的氯氣刻蝕烘烤設(shè)備。
背景技術(shù)：
金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備(簡稱MOCVD)以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行化學(xué)沉積反應(yīng)，生長各種II1- V族、I1-VI族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料，石墨盤作為襯底的承載平臺，在該反應(yīng)過程中會有多余的化學(xué)反應(yīng)殘留物沉積在石墨盤表面上，假如不加以清除，必然會在新的一爐外延片生長過程中影響對應(yīng)的溫度控制、表面顆粒等，并最終影響到外延片生長的成品率。目前市場上還沒有對于MOCVD和外延片進(jìn)行刻蝕、清潔的專用設(shè)備，目前業(yè)內(nèi)使用的石墨盤清潔方法通常采用真空燒結(jié)爐進(jìn)行長時間高溫烘烤的方式，存在單爐次烘烤的時間比較長(單爐次約14小時)，烘烤溫度太高(最高溫度約1400度)影響石墨盤循環(huán)使用的壽命等問題，同時無法對工藝生長過程中產(chǎn)生的報廢外延襯底片進(jìn)行刻蝕。另外該類設(shè)備體積比較大，在凈化車間內(nèi)占用比較大的安裝和使用空間。該設(shè)備在烘烤石墨盤的工作原理是使用高溫?zé)Y(jié)的方式把氮化鎵殘留物物理性粉塵化，運(yùn)行后會產(chǎn)生大量的粉塵，同時會大量殘留在反應(yīng)爐內(nèi)，所以該類設(shè)備需要經(jīng)常維護(hù)和清潔。為了解決通?？颈P設(shè)備的不足，現(xiàn)提供一種新的設(shè)備，即通入氯氣進(jìn)行刻蝕烘烤的設(shè)備，該設(shè)備是利用氯氣 或氣體氯化物，在一定溫度的條件下對石墨盤或外延襯底片進(jìn)行刻蝕反應(yīng)，并最終達(dá)到對石墨盤表面進(jìn)行有效的清潔和對外延襯底片表面的不良外延層進(jìn)行有效刻蝕的功用。當(dāng)使用烘烤設(shè)備來進(jìn)行高溫烘烤，烘烤設(shè)備使用加熱元件進(jìn)行加熱時，腔體內(nèi)部的溫度可達(dá)800度左右，必須對于加熱組件以及外圍的零件進(jìn)行冷卻，才能確保設(shè)備安全、正常的運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種刻蝕烘烤設(shè)備，該設(shè)備具有設(shè)備包括:反應(yīng)腔，用于容納需被清潔的石墨盤或外延襯底片；加熱組件，加熱組件構(gòu)造在反應(yīng)腔的外側(cè)并能被操作提升反應(yīng)腔內(nèi)的溫度；其中，刻蝕烘烤設(shè)備包括循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)，循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)包括:使氣流循環(huán)運(yùn)動的鼓風(fēng)機(jī)；位于反應(yīng)腔上方的頂部集氣槽；位于反應(yīng)腔下方的底部集氣槽；連通在頂部集氣槽和底部集氣槽之間的風(fēng)腔，風(fēng)腔位于反應(yīng)腔四周，引入風(fēng)腔中的氣流能夠?qū)訜峤M件進(jìn)行冷卻；以及換熱器，換熱器通過循環(huán)風(fēng)道連接到底部集氣槽的下游。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，刻蝕烘烤設(shè)備還包括層流風(fēng)冷系統(tǒng)，層流風(fēng)冷系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)通道以及過濾器，冷卻風(fēng)通道將風(fēng)機(jī)連接到過濾器，風(fēng)機(jī)將氣流引入過濾器，并且從過濾器出風(fēng)口導(dǎo)出。較佳地，過濾器具有豎直設(shè)置的孔板裝置，孔板裝置將導(dǎo)入過濾器的氣流轉(zhuǎn)向水平氣流，并且過濾器的出風(fēng)口設(shè)置引導(dǎo)水平氣流沿平行于石墨盤的盤表面的方向流過所述石墨盤。
此外，循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)還可包括補(bǔ)風(fēng)通道，補(bǔ)風(fēng)通道設(shè)置在底部集氣槽與換熱器之間。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，加熱組件為紅外燈管組件，紅外燈管組件包括分別設(shè)置在反應(yīng)腔的相對兩個側(cè)面外側(cè)彼此相對的第一紅外燈管組件部和第二紅外燈管組件部；在反應(yīng)腔的另外兩個相對側(cè)面的外側(cè)設(shè)置有反射板組件。較佳地，反射板組件的側(cè)面設(shè)有開孔。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，風(fēng)腔包括反射面風(fēng)腔和加熱面風(fēng)腔，其中反射面風(fēng)腔包括設(shè)置在設(shè)有反射板的兩個相對側(cè)面處的第一反射面風(fēng)腔和第二反射面風(fēng)腔，加熱面風(fēng)腔包括設(shè)置在設(shè)有紅外燈管組件的兩個相對側(cè)面處的第一加熱面風(fēng)腔和第二加熱面風(fēng)腔。較佳地，第一加熱面風(fēng)腔和第二加熱面風(fēng)腔通過配流結(jié)構(gòu)通向內(nèi)風(fēng)腔，以對紅外燈管組件中的紅外燈管以及構(gòu)成反應(yīng)腔的反應(yīng)罩進(jìn)行冷卻。較佳地，所述頂部集氣槽形成為圍繞在反應(yīng)腔上方外周圍的環(huán)腔，所述環(huán)腔底部具有配流結(jié)構(gòu)，所述配流結(jié)構(gòu)構(gòu)造成使引入加熱面風(fēng)腔的氣流量大于引用反射面風(fēng)腔的氣流量。根據(jù)本發(fā)明的刻蝕烘烤設(shè)備為氯氣刻蝕烘烤設(shè)備，在該設(shè)備的工作過程中，氯氣和氯化物氣體中的至少一種通入到反應(yīng)腔內(nèi)。

采用本發(fā)明的刻蝕烘烤設(shè)備，反應(yīng)腔體風(fēng)道內(nèi)相關(guān)的發(fā)熱和受熱部件可以被冷卻，從而能夠保證設(shè)備正常加熱和使用。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施描述而變得更加明顯，其中:圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有風(fēng)冷系統(tǒng)的氯氣刻蝕烘烤設(shè)備的側(cè)視圖；圖2為反應(yīng)腔內(nèi)部的固定風(fēng)道的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為反應(yīng)腔的立體圖，其中示出了反應(yīng)腔的內(nèi)部構(gòu)造；圖4為紅外加熱燈組件風(fēng)冷結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為反射組件的示意圖；以及圖6為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的層流風(fēng)冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 首先，參見圖1和圖3，根據(jù)本發(fā)明的氯氣刻蝕烘烤設(shè)備10包括:反應(yīng)腔300，用于容納需被清潔的石墨盤或外延襯底片；加熱組件400，該加熱組件400構(gòu)造在反應(yīng)腔300的外側(cè)并能被操作提升反應(yīng)腔300內(nèi)的溫度。通常，石墨盤兩個一組以豎直狀態(tài)設(shè)置在反應(yīng)腔300內(nèi)，但也可以僅放置一個石墨盤。通常，外延襯底片對應(yīng)放置吸附在石墨盤上的片槽內(nèi)，同石墨盤一同放置在反應(yīng)腔300內(nèi)，但這不是限制性的，外延襯底片也可以通過專用的工裝單獨(dú)放置在反應(yīng)腔300內(nèi)。在設(shè)備10的工作過程中，通過通入反應(yīng)腔300的通氣管將諸如氮?dú)?、氯氣或氯化物氣體之類蝕刻反應(yīng)所需的反應(yīng)氣體可輸送到反應(yīng)腔300內(nèi)，從而在通常為500-800攝氏度的反應(yīng)溫度的條件下對石墨盤或外延襯底片進(jìn)行刻蝕反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實施例，加熱組件400為紅外燈管組件，紅外燈管組件包括第一紅外燈管組件部410和第二紅外燈管組件部420，它們分別設(shè)置反應(yīng)腔300的相對兩個側(cè)面的外側(cè)，即反應(yīng)腔300位于兩個紅外燈管組件部之間。在紅外燈管組件的加熱作用下，反應(yīng)腔300的最高溫度可達(dá)800攝氏度。在反應(yīng)腔300的另外兩個相對側(cè)面的外側(cè)通常不設(shè)置紅外燈管組件，而是設(shè)有反射板組件500，用于反射由紅外燈管組件部發(fā)出的熱量。這樣，兩個紅外燈管組件部410、420和兩個反射板組件500將反應(yīng)腔300封圍其中。從圖3可以清楚的看到，紅外燈管組件部大致平行于石墨盤的盤表面設(shè)置，而反射板組件500設(shè)置在大致垂直于石墨盤的盤表面方向上。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，氯氣刻蝕烘烤設(shè)備10包括循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)200，該循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)200包括:串接在循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)200中的、使氣流循環(huán)運(yùn)動的鼓風(fēng)機(jī)110210 ;位于反應(yīng)腔300上方的頂部集氣槽220 ;位于反應(yīng)腔300下方的底部集氣槽230 ;連通在頂部集氣槽220和底部集氣槽230之間的風(fēng)腔400，風(fēng)腔400位于反應(yīng)腔300四周，引入風(fēng)腔400中的氣流能夠?qū)訜峤M件400進(jìn)行冷卻；以及換熱器250，換熱器250通過循環(huán)風(fēng)道連接到底部集氣槽230的下游。圖1中的箭頭示出了氣流在循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)200中的行進(jìn)路徑，在鼓風(fēng)機(jī)110驅(qū)動下，氣流通過頂部集氣槽220的進(jìn)口通入到頂部集氣槽220中，隨后，氣流垂直向下流入到反應(yīng)腔300四周的風(fēng)腔400中，并進(jìn)入相應(yīng)的內(nèi)風(fēng)道，對加熱組件400進(jìn)行冷卻，氣流接著向下流入到底部集氣槽230中，并且通過底部集氣槽230的出口離開反應(yīng)腔300，接著，收集了熱量的氣流將流到換熱器250，在換熱器250中氣流的溫度得以下降，例如下降約30度左右，隨后再次循環(huán)回到頂部集氣槽220用于執(zhí)行冷卻作用。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)200還包括補(bǔ)風(fēng)通道260，該補(bǔ)風(fēng)通道260設(shè)置在底部集氣槽230與換熱器250之間，用于將溫度低于進(jìn)入換熱器250的氣流溫度的低溫氣體補(bǔ)充到循環(huán)氣流中，以避免循環(huán)氣體`中熱量不斷累積。通常，補(bǔ)風(fēng)通道260可以將室外常溫空氣接入到循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)200中。以下，對循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)200中的風(fēng)腔400進(jìn)行具體說明。根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，風(fēng)腔400包括反射面風(fēng)腔和加熱面風(fēng)腔，其中反射面風(fēng)腔設(shè)置在設(shè)有反射板的兩個相對側(cè)面處的第一反射面風(fēng)腔242和第二反射面風(fēng)腔244，加熱面風(fēng)腔包括設(shè)置在設(shè)有所述紅外燈管組件的兩個相對側(cè)面處的第一加熱面風(fēng)腔246和第二加熱面風(fēng)腔248。反射面風(fēng)腔將配流后的冷卻風(fēng)從兩個風(fēng)腔246、246進(jìn)入內(nèi)部對應(yīng)風(fēng)道，對紅外燈管接頭部分進(jìn)行冷卻；而第一加熱面風(fēng)腔246和第二加熱面風(fēng)腔248通過配流結(jié)構(gòu)通向內(nèi)風(fēng)腔，以對所述紅外燈管組件中的紅外燈管以及構(gòu)成反應(yīng)腔300的反應(yīng)罩310進(jìn)行冷卻，由此可避免紅外燈管因發(fā)熱部分溫度過高而引起的石英管爆裂，另外，還可以對紅外燈管的燈碗反射面零件進(jìn)行相應(yīng)的冷卻。頂部集氣槽220可形成為圍繞在反應(yīng)腔300上方外周圍的環(huán)腔，環(huán)腔底部具有配流結(jié)構(gòu)，所述配流結(jié)構(gòu)構(gòu)造成使引入加熱面風(fēng)腔的氣流量大于引用反射面風(fēng)腔的氣流量。圖4示出了紅外加熱燈組件風(fēng)冷結(jié)構(gòu)示意圖。冷卻風(fēng)從外風(fēng)腔410處通過紅外燈管固定座420上對應(yīng)的凹槽進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)，從而對紅外燈管的外部石英管430和反應(yīng)爐內(nèi)的石英罩310進(jìn)行冷卻保護(hù)。圖5為反射組件的示意圖。反射板組件500的側(cè)面設(shè)有開孔，冷卻氣流可通過側(cè)面開孔510進(jìn)入內(nèi)部冷卻風(fēng)道，從而對紅外燈管430和反射板等部件進(jìn)行冷卻。根據(jù)本發(fā)明 的氯氣刻蝕烘烤的反應(yīng)腔300可以從底部打開，將反應(yīng)完畢的石墨盤從反應(yīng)腔300下方取出。為了冷卻從反應(yīng)腔300取出的石墨盤，且最終滿足可以手工裝取石墨盤時所需的溫度條件，氯氣刻蝕烘烤設(shè)備10還特別包括一個層流風(fēng)冷系統(tǒng)100。如圖6所示，層流風(fēng)冷系統(tǒng)100包括風(fēng)機(jī)110、冷卻風(fēng)通道以及過濾器120，所述冷卻風(fēng)通道將風(fēng)機(jī)Iio連接到過濾器120，風(fēng)機(jī)110將氣流引入過濾器120，從過濾器120出口導(dǎo)出。過濾器120可以過濾掉空氣中的大部分灰塵或微小顆粒，避免對石墨盤的表面造成不良影響。此外，過濾器120還具有豎直設(shè)置的孔板裝置，如此設(shè)置的孔板裝置能夠?qū)?dǎo)入過濾器120的氣流轉(zhuǎn)向水平氣流，并且通過過濾器120的出風(fēng)口 122引導(dǎo)水平氣流流過石墨盤或外延襯底片，當(dāng)石墨盤豎直安置在反應(yīng)腔中，出風(fēng)口 122使水平氣體沿大致平行于石墨盤的盤表面的方向流動。此外，過濾器120的出風(fēng)口 122豎直方向的長度最好能夠大于等于石墨盤的直徑的長度，從而使氣流均勻地吹向石墨盤。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種刻蝕烘烤設(shè)備(10)，所述設(shè)備包括: 反應(yīng)腔(300)，用于容納需被清潔的石墨盤或外延襯底片； 加熱組件(400)，所述加熱組件(400)構(gòu)造在反應(yīng)腔(300)的外側(cè)并能被操作提升反應(yīng)腔(300)內(nèi)的溫度； 其特征在于，所述刻蝕烘烤設(shè)備(10)包括循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)(200)，所述循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)(200)包括: 串接在所述循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)(200)中、使氣流循環(huán)運(yùn)動的鼓風(fēng)機(jī)(210)； 位于反應(yīng)腔(300)上方的頂部集氣槽(220)； 位于反應(yīng)腔(300)下方的底部集氣槽(230); 連通在所述頂部集氣槽(220)和所述底部集氣槽(230)之間的風(fēng)腔，所述風(fēng)腔位于所述反應(yīng)腔(300)四周，引入風(fēng)腔(240)中的氣流能夠?qū)λ黾訜峤M件(400)進(jìn)行冷卻；以及 換熱器(250 )，所述換熱器(250 )通過循環(huán)風(fēng)道連接到底部集氣槽(230 )的下游。
2.按權(quán)利要求1所述的刻蝕烘烤 設(shè)備(10)，其特征在于，還包括層流風(fēng)冷系統(tǒng)(100)，所述層流風(fēng)冷系統(tǒng)(100)包括風(fēng)機(jī)(110)、冷卻風(fēng)通道(130)以及過濾器(120)，所述冷卻風(fēng)通道(130)將風(fēng)機(jī)(110)連接到過濾器(120)，所述風(fēng)機(jī)(110)將氣流引入所述過濾器(120)，并且從過濾器(120)的出風(fēng)口導(dǎo)出。
3.按權(quán)利要求2所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述過濾器(120)具有豎直設(shè)置的孔板裝置，所述孔板裝置將導(dǎo)入所述過濾器(120)的氣流轉(zhuǎn)向水平氣流，并且 所述過濾器(120)的出風(fēng)口(122)設(shè)置引導(dǎo)所述水平氣流沿平行于石墨盤的盤表面的方向流過所述石墨盤。
4.按權(quán)利要求1所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)(200)還包括補(bǔ)風(fēng)通道(260)，所述補(bǔ)風(fēng)通道(260)設(shè)置在所述底部集氣槽(230)與所述換熱器(250)之間。
5.按權(quán)利要求1所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述加熱組件(400)為紅外燈管組件，所述紅外燈管組件包括分別設(shè)置在反應(yīng)腔(300)的相對兩個側(cè)面外側(cè)彼此相對的第一紅外燈管組件部(410)和第二紅外燈管組件部(420)； 在所述反應(yīng)腔(300)的另外兩個相對側(cè)面的外側(cè)設(shè)置有反射板組件。
6.按權(quán)利要求5所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述風(fēng)腔(240)包括反射面風(fēng)腔和加熱面風(fēng)腔，其中所述反射面風(fēng)腔包括設(shè)置在設(shè)有反射板的兩個相對側(cè)面處的第一反射面風(fēng)腔(242)和第二反射面風(fēng)腔(244)，所述加熱面風(fēng)腔包括設(shè)置在設(shè)有所述紅外燈管組件的兩個相對側(cè)面處的第一加熱面風(fēng)腔(246)和第二加熱面風(fēng)腔(248)。
7.按權(quán)利要求6所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，第一加熱面風(fēng)腔(246)和第二加熱面風(fēng)腔(248)具有通向內(nèi)風(fēng)腔的配流結(jié)構(gòu)，以對所述紅外燈管組件中的紅外燈管以及構(gòu)成反應(yīng)腔(300)的反應(yīng)罩(310)進(jìn)行冷卻。
8.按權(quán)利要求1所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述頂部集氣槽(220)形成為圍繞在反應(yīng)腔上方外周圍的環(huán)腔，所述環(huán)腔底部具有配流結(jié)構(gòu)。
9.按權(quán)利要求8所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述風(fēng)腔(240)包括反射面風(fēng)腔和加熱面風(fēng)腔，其中所述配流結(jié)構(gòu)構(gòu)造成使引入加熱面風(fēng)腔的氣流量大于引用反射面風(fēng)腔的氣流量。
10.按權(quán)利要求5所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述反射板組件(500)的側(cè)面設(shè)有開孔(510)。
11.按權(quán)利要求1所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，一個或兩個石墨盤以豎直狀態(tài)設(shè)置在反應(yīng)腔(300)。
12.權(quán)利要求1所述的刻蝕烘烤設(shè)備(10)，其特征在于，所述刻蝕烘烤設(shè)備為氯氣刻蝕烘烤設(shè)備，在所述設(shè)備(10)的工作過程中，氯氣和氯化物氣體中的至少一種通入到所述反應(yīng)腔(300)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種刻蝕烘烤設(shè)備，該設(shè)備具有設(shè)備包括反應(yīng)腔，用于容納需被清潔的石墨盤或外延襯底片；加熱組件，加熱組件構(gòu)造在反應(yīng)腔的外側(cè)并能被操作提升反應(yīng)腔內(nèi)的溫度；其中，刻蝕烘烤設(shè)備包括循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)，循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)包括使氣流循環(huán)運(yùn)動的鼓風(fēng)機(jī)；位于反應(yīng)腔上方的頂部集氣槽；位于反應(yīng)腔下方的底部集氣槽；連通在頂部集氣槽和底部集氣槽之間的風(fēng)腔，風(fēng)腔位于反應(yīng)腔四周，引入風(fēng)腔中的氣流能夠?qū)訜峤M件進(jìn)行冷卻；以及換熱器，換熱器通過循環(huán)風(fēng)道連接到底部集氣槽的下游。采用本發(fā)明的刻蝕烘烤設(shè)備，反應(yīng)腔體風(fēng)道內(nèi)相關(guān)的發(fā)熱和受熱部件可以被冷卻，從而能夠保證設(shè)備正常加熱和使用。
文檔編號H01L21/67GK103088413SQ201310037819
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者周永君, 徐小明, 丁云鑫 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司