一种MOCVD反应腔室清扫装置及其清扫方法与流程

一种mocvd反应腔室清扫装置及其清扫方法
技术领域
1.本发明属于mocvd技术领域，更具体地说，是涉及一种mocvd反应腔室清扫装置，本发明还涉及一种mocvd反应腔室清扫方法。


背景技术：

2.mocvd(英文全称：metal organic chemical vapour deposition，中文全称：金属有机化学气相沉积)工艺是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。mocvd设备(mocvd系统)被广泛用于化合物半导体的外延生长，mocvd设备一般包括反应腔体和反应腔体上方的上顶盖，当mocvd设备进行化合物半导体生长时，反应腔室内会通入包含有ⅲ族元素和
ⅴ
族元素的气体，气体在加热的基座上的衬底表面发生反应，形成
ⅲ‑ⅴ
族化合物薄膜。但是，当反应腔室内发生反应时，
ⅲ‑ⅴ
族化合物薄膜不仅会沉积在衬底表面上，还会沉积在反应腔内的其他部件上，如反应腔的侧壁，石墨盘和上顶盖上。当反应腔体使用时间较长时，这些部件上会沉积较多副产物，在进行外延生长时这些副产物可能从附着处剥落开来，随着反应气体的气流在反应腔内到处扩散，严重影响外延片的质量。因此，在进行一定时间的化合物生长后，必须对反应腔进行清理，专门设置一个反应腔清理程序把附着在反应腔内的沉积物积聚清除掉。
3.目前业内常用的一种清理副产物的方法是将反应腔室拆开，用刷子将附着在反应腔内部上的沉积物积聚从其附着表面上刷下来，并利用吸尘器将副产物抽取干净。但清理工作必须在反应腔打开的情况下进行，反应腔室被打开而暴露在大气中，大量的水汽、氧气和氮气等会吸附在反应腔室内，清理工作完成后很难将这些吸附的水氧氮气完全去除。反应腔室内壁吸附的水、氧、氮等如果不能有效去除，在后续的生长过程中水、氧分子就会慢慢的释放，特别是n2,作为sic外延生长的n型掺杂剂，会影响到sic外延晶圆的掺杂浓度和掺杂均匀性，反应腔室内部环境的恢复会持续很长的时间。同时由于这种清理方式是人工操作的，用刷子清理时不彻底，每次清理的效果也会不一样，会造成外延片不同炉次间质量不稳定等系列问题。另一种清理反应腔室的技术方案是往反应腔内通入清理气体，所谓的清理气体包括含氢(包括h2、hcl、hbr)或含卤族元素的气体(含cl或含f或含br的气体)，清理程序完成后反应腔内部表面会吸附一些清理气体或清理过程中产生的反应副产物，这些杂志的存在会导致后续的薄膜生长的质量下降。还有一种反应腔室清理方案如下：通过在承载盘上铰接清理手臂制作如下图所示的清扫装置，并通过设定清理手臂与水平面的夹角α、及清扫装置的旋转速度n，使清理手臂在最小转速下即可于竖直方向张开，进而对反应腔室内壁清理。这种技术方案在未引入清理气体的条件下，实现了在不拆开反应腔室的基础上将腔室侧壁上的沉积物清理干净。但这种清扫装置只能够清理反应腔侧壁，而无法清理反应炉上顶盖上的沉积物；与反应腔侧壁上的沉积物相比上顶盖上的沉积物更容易落在外延片上。要想清理反应腔室上顶盖上的沉积物，还必须开腔清理。因此，现有技术无法取得较好的清理效果。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种结构简单，在不打开反应腔室情况下，对反应腔室侧壁和上顶盖上的副产物进行清理，避免反应腔室被打开而暴露在大气中，大量的水汽、氧气和氮气等会吸附在反应腔室内的问题出现，确保反应腔室清理时清理干净彻底，并且不会损坏反应腔室的mocvd反应腔室清扫装置。
5.要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
6.本发明为一种mocvd反应腔室清扫装置，所述的mocvd反应腔室清扫装置包括承载部件、支撑部件、多个擦拭部件ⅰ，每个擦拭部件ⅰ包括上部支撑件和下部支撑件，每个擦拭部件ⅰ外侧分别设置擦拭件ⅰ，上部支撑件和下部支撑件通过金属轴活动连接，上部支撑件上端活动连接支撑部件，下部支撑件下端活动连接承载部件，所述的支撑部件上表面设置擦拭件ⅱ，腔室本体下部内表面设置旋转部件，所述的承载部件下表面设置卡槽，卡槽设置为能够卡装在旋转部件上的结构。
7.所述的mocvd反应腔室清扫装置的擦拭部件ⅰ的上部支撑件上端通过合页活动连接支撑部件，擦拭部件ⅰ的下部支撑件下端通过合页活动连接承载部件。
8.所述的承载部件为圆盘结构的承载盘，支撑部件为圆盘结构的支撑盘，擦拭部件ⅰ的数量设置为多于两个的结构，多个擦拭部件ⅰ3沿承载部件上表面边部一周按间隙布置。
9.所述的擦拭件ⅰ和擦拭件ⅱ优选清洁度和吸附性高的无纺布和弹性大的海绵组成，无纺布设置为包裹海绵块的结构。
10.所述的金属轴设置为轴承钢制成的结构，金属轴的重量设置为占整个mocvd反应腔室清扫装置的总重量的80％以上。
11.所述的mocvd反应腔室清扫装置设置为能够进入腔室本体的反应腔室和取出腔室本体的反应腔室的结构，反应腔室连通氩气供应部件，氩气供应部件供应氩气压强在700torr
‑
800torr之间，腔室本体下方设置尾气抽取部件。
12.所述的擦拭部件ⅰ与擦拭件ⅰ的厚度w设置为大于或等于所述擦拭件ⅰ外侧至反应腔室侧壁的距离w的结构；擦拭件ⅰ的长度、承载部件的厚度、支撑部件的厚度和擦拭件ⅱ的厚度之和设置为小于或等于反应腔室的垂直高度h的结构。
13.所述的mocvd反应腔室清扫装置进出腔室本体的反应腔体时为空闲状态，mocvd反应腔室清扫装置为空闲状态时，mocvd反应腔室清扫装置的高度设置为小于或等于装置传送盘高度的结构。
14.本发明还涉及一种结构步骤，在不打开反应腔室情况下，对反应腔室侧壁和上顶盖上的副产物进行清理，避免反应腔室被打开而暴露在大气中，大量的水汽、氧气和氮气等会吸附在反应腔室内的问题出现，确保反应腔室清理时清理干净彻底，不会损坏反应腔室的mocvd反应腔室清扫方法，所述的mocvd反应腔室清扫方法的清扫步骤为：
15.步骤s1.制作mocvd反应腔室清扫装置；
16.步骤s2.将步骤s提供的清扫装置利用机械手转移至腔室本体内，承载部件下表面的卡槽卡装在旋转部件上；
17.步骤s3.启动旋转部件，旋转部件驱动承载部件旋转，重量占整个清扫装置重量80％的金属轴在离心力作用下，迫使擦拭部件ⅰ的擦拭件ⅰ贴紧反应腔室侧壁，擦拭部件ⅰ的上部支撑件与支撑部件之间的夹角增大为90
°
，下部支撑件与支撑部件之间的夹角增大为
90
°
，擦拭件ⅰ对反应腔室侧壁进行清扫；此时支撑部件上表面的擦拭件ⅱ贴合腔室本体的上顶盖，对反应腔室顶部进行清扫，此时所述的mocvd反应腔室清扫装置处于工作状态；
18.步骤s4.停止旋转部件，金属轴部位失去离心力作用后，在重力作用下会下降，擦拭部件ⅰ的上部支撑件与支撑部件之间的夹角减小为小于90
°
，下部支撑件与承载部件之间的夹角减小为小于90
°
，支撑部件在重力作用下也会下降，mocvd反应腔室清扫装置高度下降，此时处于空闲状态；
19.步骤s5.步骤s3
‑
步骤s4重复执行多次，直至完成反应腔室侧壁和反应腔室顶部的沉积物的清扫。
20.所述的mocvd反应腔室清扫装置处于步骤s3的工作状态时，所述步骤s3还包括向反应腔室通入氩气的过程；所述的mocvd反应腔室清扫装置处于步骤s3的工作状态时，步骤s3还包括开启尾气抽取部件的步骤。
21.采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
22.本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置及清扫方法，至少包括一圆形结构的承载部件、多个(大于或等于两个)均匀分布并铰接于承载部件上表面的擦拭部件ⅰ(擦拭臂)，承载部件通过卡槽与旋转部件实现定位，所述的擦拭部件ⅰ(擦拭臂)上方铰接一圆形结构的支撑部件。擦拭部件ⅰ(擦拭臂)包括上部支撑件和下部支撑件，上部支撑件和下部支撑件之间通过金属轴连接，使得上部支撑件和下部支撑件能够相对活动，从而改变支撑部件和承载部件的相对位置。上部支撑件和下部支撑件上设置擦拭件ⅰ，擦拭部件、擦拭件ⅱ、支撑部件和承载部件的材料均为密度小的工程塑料，金属轴是利用轴承钢来锻造的，即金属轴采用钢轴，金属轴的重量占整个清扫装置重量的80％。当反应腔体的电机带动驱动部件转动时，带动擦拭部件作用在反应腔室内，利用旋转产生的离心力，使侧边的擦拭件ⅰ和顶部的擦拭件ⅱ同时接触反应腔室内部，进行擦拭作业。这样，不仅可以将反应腔室侧壁上的沉积物清理干净，还能够清理反应腔室内放入上顶盖上的沉积物，最终达到干净、高效清理反应腔室内的沉积物的目的。而在清理过程中，不需要人工清理，而是自动化清理，不需要打开反应腔室进行清理，而是在封闭状态下清理，有效提高清理效果和清理效率，同时有效解决现有技术中存在的问题。本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置及清扫方法，结构简单，在不打开反应腔室情况下，对反应腔室侧壁和上顶盖上的副产物进行清理，避免反应腔室被打开而暴露在大气中，大量的水汽、氧气和氮气等会吸附在反应腔室内的问题出现，确保反应腔室清理时清理干净彻底，不会损坏反应腔室。
附图说明
23.下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
24.图1为本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置进行清理时的结构示意图；
25.图2为本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置的结构示意图；
26.图3为本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置的合页的结构示意图；
27.附图中标记分别为：1、承载部件；2、支撑部件；3、擦拭部件ⅰ；4、上部支撑件；5、下部支撑件；6、擦拭件ⅰ；7、金属轴；8、擦拭件ⅱ；9、腔室本体；10、旋转部件；11、卡槽；12、合页；13、反应腔室；14、尾气抽取部件；15、上顶盖；16、页面ⅰ；17、页面ⅱ；18、通孔。
具体实施方式
28.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
29.如附图1、附图2所示，本发明为一种mocvd反应腔室清扫装置，所述的mocvd反应腔室清扫装置包括承载部件1、支撑部件2、多个擦拭部件ⅰ3，每个擦拭部件ⅰ3包括上部支撑件4和下部支撑件5，每个擦拭部件ⅰ3外侧分别设置擦拭件ⅰ6，上部支撑件4和下部支撑件5通过金属轴7活动连接，上部支撑件4上端活动连接支撑部件2，下部支撑件5下端活动连接承载部件1，所述的支撑部件2上表面设置擦拭件ⅱ8，腔室本体9下部内表面设置旋转部件10(mocvd外延机台的反应腔室内自带旋转部件，在进行腔室清扫维护时，把石墨制成的承载部件1(承载盘)放在旋转部件10上。旋转部件是mocvd外延机台自身就有的)，所述的承载部件1下表面设置卡槽11，卡槽11设置为能够卡装在旋转部件10上的结构。上述结构，至少包括一圆形结构的承载部件1(承载盘)、多个(大于或等于两个)均匀分布并铰接于承载部件1上表面的擦拭部件ⅰ3(擦拭臂)，承载部件1通过卡槽11与旋转部件10实现定位，所述的擦拭部件ⅰ3(擦拭臂)上方铰接一圆形结构的支撑部件2(支撑盘)。擦拭部件ⅰ3(擦拭臂)包括上部支撑件4和下部支撑件5，上部支撑件4和下部支撑件5之间通过金属轴7连接，使得上部支撑件4和下部支撑件5能够相对活动，从而改变支撑部件2和承载部件1的相对位置。上部支撑件4和下部支撑件5上设置擦拭件ⅰ6，擦拭部件、擦拭件ⅱ8、支撑部件2和承载部件1的材料均为密度小的工程塑料，金属轴7是利用轴承钢来锻造的，即金属轴7采用钢轴，金属轴7的重量占整个清扫装置重量的80％。当反应腔体的电机带动驱动部件10转动时，带动擦拭部件作用在反应腔室内，利用旋转产生的离心力，使侧边的擦拭件ⅰ3和顶部的擦拭件ⅱ8同时接触反应腔室内部，进行擦拭作业。这样，不仅可以将反应腔室侧壁上的沉积物清理干净，还能够清理反应腔室内放入上顶盖上的沉积物，最终达到干净、高效清理反应腔室内的沉积物的目的。而在清理过程中，不需要人工清理，而是自动化清理，不需要打开反应腔室进行清理，而是在封闭状态下清理，有效提高清理效果和清理效率，同时有效解决现有技术中存在的问题。本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置，结构简单，在不打开反应腔室情况下，对反应腔室侧壁和上顶盖上的副产物进行清理，避免反应腔室被打开而暴露在大气中，大量的水汽、氧气和氮气等会吸附在反应腔室内的问题出现，确保反应腔室清理时清理干净彻底，不会损坏反应腔室。
30.如附图1
‑
附图3所示，所述的mocvd反应腔室清扫装置的擦拭部件ⅰ3的上部支撑件4上端通过合页12活动连接支撑部件2，擦拭部件ⅰ3的下部支撑件5下端通过合页12活动连接承载部件1。上述结构，上部的合页用于连接支撑部件，下部的合页用于连接承载部件。这样，这个清扫装置的各部件的相对位置是可以变化的。当驱动部件带动承载部件转动时，一方面，金属轴在离心力的作用下会迫使擦拭臂贴紧在所述反应腔室内部的侧壁位置，擦拭臂的上部支撑件4和下部支撑件5之间的夹角增大为大于90
°
，甚至最后接近180
°
，这样，擦拭臂外围的擦拭件ⅰ6对mocvd的腔室本体(反应腔室)内部的侧壁进行清扫；此时合页也全部张开成90
°
角，擦拭件ⅱ8则贴紧反应腔室的上顶盖，对反应腔室上顶盖进行清扫(此时即处于工作状态)。这样，保障了擦拭部件在离心力作用下与反应腔室内壁的贴合可靠性，确保装置进行旋转过程中，能够高效、干净对反应腔室内部的沉积物进行清扫。而且能够在反
应腔室缓处于不打开状态下完成清扫。
31.所述的承载部件1为圆盘结构的承载盘，支撑部件2为圆盘结构的支撑盘，擦拭部件ⅰ3的数量设置为多于两个的结构，多个擦拭部件ⅰ3沿承载部件1上表面边部一周按间隙布置。上述结构，根据需要清理的反应腔室(mocvd反应腔室)的体积，选择擦拭部件ⅰ3的尺寸及数量，多个擦拭部件ⅰ3沿一周按间隙布置。这样，在驱动部件驱动清扫装置旋转时，通过离心力的作用及金属轴的配合，使得擦拭件与反应腔室内壁可靠接触，而擦拭件ⅰ与反应腔室侧壁接触约密切，则擦拭件ⅱ与上顶盖内壁的接触越密切，从而有效提高擦拭效果。
32.所述的擦拭件ⅰ6和擦拭件ⅱ8优选清洁度和吸附性高的无纺布和弹性大的海绵组成，无纺布设置为包裹海绵块的结构。上述结构，擦拭件ⅰ6和擦拭件ⅱ8的材料选择，既确保能够可靠保障擦拭效果，而又避免对反应腔室内壁造成摩擦磨损，保障内壁不会出现划痕。无纺布包裹海绵块，在清扫的同时防止反应腔室内扬尘现象的产生。
33.所述的金属轴7设置为轴承钢制成的结构，金属轴7的重量设置为占整个mocvd反应腔室清扫装置的总重量的80％以上。上述结构，使得驱动部件旋转带动承载部件运转时，整个清扫装置随之旋转。而由于旋转过程中产生的离心力，金属轴由于重量较大，产生较大离心力，带动每个擦拭部件ⅰ3的上部支撑件4和下部支撑件5张开，使得擦拭件ⅰ可靠贴合在反应腔室内壁，在旋转过程中实现擦拭清理。金属轴7是利用轴承钢锻造的，其密度为7.81，有效满足使用要求。
34.所述的mocvd反应腔室清扫装置设置为能够进入腔室本体9的反应腔室13和取出腔室本体9的反应腔室13的结构，反应腔室13连通氩气供应部件，氩气供应部件供应氩气压强在700torr
‑
800torr之间，腔室本体9下方设置尾气抽取部件14。上述结构，通过反应腔室的气体输运管线向反应腔室内部通入氩气，保持反应腔室内部压强在700～800torr，氩气流量为100升/分钟；启动旋转部件，驱动所述清理装置进行旋转，设定转速为240转/分，金属轴在离心力的作用下会迫使擦拭臂贴紧所述反应腔室的侧壁，擦拭臂的上部支撑件4和下部支撑件5之间的夹角增大为大于90
°
，擦拭臂外围的擦拭件ⅰ6对反应腔室侧壁进行清扫；此时合页也全部张开成90
°
角，承载盘上方的擦拭件ⅱ对反应腔室的上顶盖进行清扫(工作状态)。驱动部件旋转的同时，开启尾气处理部件，通过氩气的吹扫及尾气处理部件的抽气，防止mocvd反应腔室在清扫过程中产生的扬尘现象。
35.所述的擦拭部件ⅰ3与擦拭件ⅰ6的厚度w设置为大于或等于所述擦拭件ⅰ6外侧至反应腔室13侧壁的距离w的结构；擦拭件ⅰ6的长度、承载部件1的厚度、支撑部件2的厚度和擦拭件ⅱ8的厚度之和设置为小于或等于反应腔室13的垂直高度h的结构。
36.所述的mocvd反应腔室清扫装置进出腔室本体9的反应腔体13时为空闲状态，mocvd反应腔室清扫装置为空闲状态时，mocvd反应腔室清扫装置的高度设置为小于或等于装置传送盘高度的结构。
37.本发明还涉及一种步骤简单，在不打开反应腔室情况下，对反应腔室侧壁和上顶盖上的副产物进行清理，避免反应腔室被打开而暴露在大气中，大量的水汽、氧气和氮气等会吸附在反应腔室内的问题出现，确保反应腔室清理时清理干净彻底，不会损坏反应腔室的mocvd反应腔室清扫方法，所述的mocvd反应腔室清扫方法的清扫步骤为：
38.步骤s1.制作mocvd反应腔室清扫装置；步骤s2.将步骤s1提供的清扫装置利用机械手转移至腔室本体9内，承载部件1下表面的卡槽11卡装在旋转部件10上；步骤s3.启动旋
转部件10，旋转部件10驱动承载部件1旋转，重量占整个清扫装置重量80％的金属轴7在离心力作用下，迫使擦拭部件ⅰ3的擦拭件ⅰ6贴紧反应腔室13侧壁，擦拭部件ⅰ3的上部支撑件4与支撑部件2之间的夹角增大为90
°
，下部支撑件5与支撑部件2之间的夹角增大为90
°
，擦拭件ⅰ6对反应腔室13侧壁进行清扫；此时支撑部件2上表面的擦拭件ⅱ8贴合腔室本体9的上顶盖15，对反应腔室13顶部进行清扫，此时所述的mocvd反应腔室清扫装置处于工作状态；步骤s4.停止旋转部件10，金属轴7部位失去离心力作用后，在重力作用下会下降，擦拭部件ⅰ3的上部支撑件4与支撑部件2之间的夹角减小为小于90
°
，下部支撑件5与承载部件1之间的夹角减小为小于90
°
，支撑部件2在重力作用下也会下降，mocvd反应腔室清扫装置高度下降，此时处于空闲状态；步骤s5.步骤s3
‑
步骤s4重复执行多次，直至完成反应腔室13侧壁和反应腔室13顶部的沉积物的清扫。这样，利用独特的结构和方法，当反应腔体的电机带动驱动部件转动时，带动擦拭部件作用在反应腔室内，利用旋转产生的离心力，使侧边的擦拭件ⅰ和顶部的擦拭件ⅱ同时接触反应腔室内部，进行擦拭作业。这样，不仅可以将反应腔室侧壁上的沉积物清理干净，还能够清理反应腔室内放入上顶盖上的沉积物，最终达到干净、高效清理反应腔室内的沉积物的目的。
39.所述的mocvd反应腔室清扫装置处于步骤s3的工作状态时，所述步骤s3还包括向反应腔室13通入氩气的过程；所述的mocvd反应腔室清扫装置处于步骤s3的工作状态时，步骤s3还包括开启尾气抽取部件14的步骤。本发明所述的mocvd反应腔室清扫方法，通过反应腔室的气体输运管线向反应腔室内部通入氩气，保持反应腔室内部压强在700～800torr，氩气流量为100升/分钟；启动旋转部件，驱动所述清理装置进行旋转，设定转速为240转/分，金属轴在离心力的作用下会迫使擦拭臂贴紧所述反应腔室的侧壁，擦拭臂的上部支撑件4和下部支撑件5之间的夹角增大为大于90
°
，擦拭臂外围的擦拭件ⅰ6对反应腔室侧壁进行清扫；此时合页也全部张开成90
°
角，承载盘上方的擦拭件ⅱ对反应腔室的上顶盖进行清扫(工作状态)。驱动部件旋转的同时，开启尾气处理部件，通过氩气的吹扫及尾气处理部件的抽气，防止mocvd反应腔室在清扫过程中产生的扬尘现象。
40.本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置及清扫方法，至少包括一圆形结构的承载部件、多个(大于或等于两个)均匀分布并铰接于承载部件上表面的擦拭部件ⅰ(擦拭臂)，承载部件通过卡槽与旋转部件实现定位，所述的擦拭部件ⅰ(擦拭臂)上方铰接一圆形结构的支撑部件。擦拭部件ⅰ(擦拭臂)包括上部支撑件和下部支撑件，上部支撑件和下部支撑件之间通过金属轴连接，使得上部支撑件和下部支撑件能够相对活动，从而改变支撑部件和承载部件的相对位置。上部支撑件和下部支撑件上设置擦拭件ⅰ，擦拭部件、擦拭件ⅱ、支撑部件和承载部件的材料均为密度小的工程塑料，金属轴是利用轴承钢来锻造的，即金属轴采用钢轴，金属轴的重量占整个清扫装置重量的80％。当反应腔体的电机带动驱动部件转动时，带动擦拭部件作用在反应腔室内，利用旋转产生的离心力，使侧边的擦拭件ⅰ和顶部的擦拭件ⅱ同时接触反应腔室内部，进行擦拭作业。这样，不仅可以将反应腔室侧壁上的沉积物清理干净，还能够清理反应腔室内放入上顶盖上的沉积物，最终达到干净、高效清理反应腔室内的沉积物的目的。而在清理过程中，不需要人工清理，而是自动化清理，不需要打开反应腔室进行清理，而是在封闭状态下清理，有效提高清理效果和清理效率，同时有效解决现有技术中存在的问题。本发明所述的mocvd反应腔室清扫装置及清扫方法，结构简单，在不打开反应腔室情况下，对反应腔室侧壁和上顶盖上的副产物进行清理，避免反应腔室被
打开而暴露在大气中，大量的水汽、氧气和氮气等会吸附在反应腔室内的问题出现，确保反应腔室清理时清理干净彻底，不会损坏反应腔室。
41.上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。