TWI554642B - 金屬有機化學汽相沈積裝置 - Google Patents

Description

金屬有機化學汽相沈積裝置

本發明是有關於一種金屬有機化學汽相沈積裝置，詳細而言是有關於一種可有效地阻斷產生於經加熱的基座的高溫的輻射熱傳遞至基座下部的密封構件的金屬有機化學汽相沈積裝置。

隨著於各種產業領域逐漸使用高效率的發光二極體LED，需要一種品質或性能不會下降而可實現大量生產的設備。於此種發光二極體的製造中，廣泛使用金屬有機化學汽相沈積裝置。

金屬有機化學汽相沈積(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)裝置為如下裝置：向反應室內供給III族烷類化合物金屬有機原料氣體、V族反應氣體、與高純度載氣的混合氣體，於經加熱的基板上進行熱分解而使化合物半導體結晶成長。此種金屬有機化學汽相沈積裝置是於基座安裝基板，自上部注入氣體而於基板上部成長半導體結晶。

為了執行金屬有機化學汽相沈積製程，需要於反應室內對混合氣體進行熱分解，此時，為了於反應室內對混合氣體進行熱分解，需要1000℃以上的高溫。

如圖1所示，於韓國公開專利第10-2012-0070356號中，揭示有化學汽相沈積裝置。

圖1所示的上述先前的化學汽相沈積裝置10是對設置於腔室11內部的基座30進行加熱，將腔室11內部的反應室加熱。此時，加熱器40以可達到基板1可與原料物質進行化學反應的溫度的方式對基座30進行加熱，藉由經加熱的基座30而間接加熱基板1。

加熱器40包括：高頻線圈41，其配置於基座30的下側；高頻發電機42，其向高頻線圈41供給高頻電流；及匹配器43，其使自高頻發電機42產生的高頻電流與高頻線圈41匹配。高頻線圈41可藉由配置為內部呈中空的管狀形態以便水冷。

化學汽相沈積裝置10以如下方式構成：向配置於基座30的下部的高頻線圈41供給高頻電流，藉由因電磁感應作用產生的熱能而加熱基座30。

而且，上述先前的化學汽相沈積裝置10包括配置於旋轉軸50內部的冷卻管70。冷卻管70於旋轉軸50的內部形成可供冷媒循環的管路。

冷卻管70配置為連接冷媒循環泵71，並自冷媒循環泵71接收如冷卻水的冷媒。藉由向冷卻管70的內部供給冷媒，使得即使熱自基座30傳遞至旋轉軸50，旋轉軸50也會被冷卻而不會使熱傳遞至氣密構件60。

具有如上所述的構造的化學汽相沈積裝置長時間於高溫下進行製程，因此即便冷卻使基座旋轉的旋轉軸50，也會因產生於基座30的熱的熱傳導及熱輻射，而使連接於旋轉軸的氣密構 件60產生問題。

具體而言，於半導體相關技術中，氣密構件60通常使用形成真空密封狀態的磁性流體密封材。此處，於磁性流體密封材的內部循環的磁性流體具有於80℃以上汽化的性質。為了使氣密構件60充分發揮密封的作用，因此，氣密構件60不應被加熱到大於至少80℃。

然而，於先前的化學汽相沈積裝置中，在執行1000℃以上的沈積製程的期間，即便藉由從冷卻管70所循環的冷卻水而將旋轉軸50冷卻至某種程度，亦難以阻止產生於基座30的輻射熱傳遞至氣密構件60。因此，會產生氣密構件60被加熱至80℃以上而汽化的現象。

若磁性流體因汽化而變得不充足，則無法保持真空，因此而會產生無法順利地使旋轉軸50的作動的問題。

因此，本發明是為了解決如上所述的問題點而提出，目的在於提供一種可防止產生於加熱器區塊的高溫的輻射熱直接傳遞至密封部的金屬有機化學汽相沈積裝置。

此外，本發明的目的在於提供一種金屬有機化學汽相沈積裝置，是利用第一冷卻部、第二冷卻部以及輻射熱阻斷構件直接或間接性的熱傳遞阻斷方式，來三重阻斷產生於經加熱的加熱器區塊的高溫的輻射熱藉由軸而傳遞至密封部，且不使存在於密封部內部的磁性流體汽化，從而可預先防止密封部的誤作動。

本發明的一實施例的金屬有機化學汽相沈積裝置包括：加熱器區塊，其設置於基板收容腔室的反應空間且支撐基板；感應加熱部，其對加熱器區塊進行加熱；軸，其連接於加熱器區塊；密封部，其設置於軸的下表面，將反應空間真空密封；以及輻射熱阻斷構件，其於密封部與加熱器區塊之間包圍軸。

此處，更包括冷卻部，冷卻部向密封部供給冷卻水及冷卻氣體而冷卻密封部。

此處，冷卻部包括第一冷卻部，其連接於設置在密封部的第一冷卻流路以及第二冷卻流路，並向第一冷卻流路以及第二冷卻流路提供冷卻水而使密封部冷卻；以及第二冷卻部，其連接於密封部所具備的氣體流路，向氣體流路提供冷卻氣體而使密封部冷卻。

又，輻射熱阻斷構件具有使軸可旋轉地貫通的貫通開口，且下部開口呈中空的筒狀。

此處，輻射熱阻斷構件包括阻斷本體以及積層部，阻斷本體於內部具備與氣體流路連通的阻斷空間，且具有軸可旋轉地貫通的第一貫通開口，積層部具有與氣體流路連通而積層於阻斷本體的上部的構造，其中自氣體流路噴出的冷卻氣體依序於阻斷本體與積層部的內部流動，並且冷卻軸與輻射熱阻斷構件。

其中，輻射熱阻斷構件包括陶瓷材質。

一種金屬有機化學汽相沈積裝置，所述密封部包括：密封凸緣，其設置為抵接於基板收容腔室的底表面，具備供冷卻水流動的第二冷卻流路；第一冷卻流路，其供冷卻水流動；以及氣 體流路，其供冷卻氣體流動，且密封凸緣藉由自第一冷卻部提供的冷卻水而被冷卻，密封部藉由自第一冷卻部提供的冷卻水與自第二冷卻部提供的冷卻氣體而被冷卻。

其中，更包括熱傳遞防止構件，該熱傳遞防止構件設置於軸與密封凸緣之間，防止加熱器區塊的輻射熱藉由軸而傳遞至磁性流體密封構件。

本發明是將輻射熱阻斷構件設置於密封部的上部而防止加熱器區塊的高溫的輻射熱直接傳遞至密封部，從而可防止因輻射熱引起的密封部的加熱。

而且，本發明利用冷卻氣體以阻斷高溫的加熱器區塊的熱藉由旋轉軸而傳遞至密封部，且不使存在於密封部內部的磁性流體汽化，從而可預先防止密封部的誤作動。

1‧‧‧基板

10‧‧‧化學汽相沈積裝置

11‧‧‧腔室

30‧‧‧基座

40‧‧‧加熱器

41‧‧‧高頻線圈

42‧‧‧高頻發電機

43‧‧‧匹配器

50‧‧‧旋轉軸

60‧‧‧氣密構件

70‧‧‧冷卻管

71‧‧‧冷媒循環泵

100‧‧‧金屬有機化學汽相沈積裝置

110‧‧‧腔室

120‧‧‧氣體供給部

130‧‧‧基座部

131‧‧‧加熱器區塊

132‧‧‧軸

133‧‧‧感應加熱部

134‧‧‧熱障構件

137‧‧‧調平凸緣

137a‧‧‧調平螺桿

138‧‧‧熱傳遞防止構件

150‧‧‧密封部

151‧‧‧密封凸緣

155‧‧‧磁性流體密封材

160‧‧‧第一冷卻部

161‧‧‧第一冷卻流路

162‧‧‧第二冷卻流路

163‧‧‧冷卻水儲存箱

170‧‧‧第二冷卻部

171‧‧‧氣體流路

172‧‧‧冷卻氣體供給構件

180‧‧‧輻射熱阻斷構件

181‧‧‧阻斷本體

181a‧‧‧第一阻斷空間

181b‧‧‧第一貫通開口

182‧‧‧第一積層部

182a‧‧‧第二阻斷空間

182b‧‧‧第二貫通開口

183‧‧‧第二積層部

183a‧‧‧第三阻斷空間

183b‧‧‧第三貫通開口

201‧‧‧升降驅動托架

A‧‧‧部分

圖1是概略性地表示先前技術的化學汽相沈積裝置的示意圖。

圖2是概略性地表示本發明的一實施例的金屬有機化學汽相沈積裝置的示意圖。

圖3是概略性地表示將圖2的A部分放大的放大圖。

圖4是將圖2的A部分放大的放大圖，概略性地表示冷卻水與冷卻氣體於密封部與輻射熱阻斷構件流動的路徑。

以下，參照隨附圖式，對本發明的較佳的實施例的金屬有機化學汽相沈積裝置進行說明。

如圖2至圖4所示，本發明的一實施例的金屬有機化學汽相沈積裝置100包括基板收容腔室110、氣體供給部120、基座部130、密封部150、輻射熱阻斷構件180、第一冷卻部160、及第二冷卻部170。

具體而言，於上述基板收容腔室110的內部，配置加熱並安裝基板的基座部130。

上述基座部130包括：加熱器區塊131，其安裝並加熱基板；軸132，其支持上述加熱器區塊131並使該加熱器區塊131旋轉；及感應加熱部133，其對上述加熱器區塊131進行加熱。

上述感應加熱部133配置為例如包括包圍上述加熱器區塊131的感應線圈，對配置於上述感應加熱部133的內側的上述加熱器區塊131進行加熱。

於上述感應加熱部133與上述加熱器區塊131之間，更具備熱障構件(thermal barrier member)134，可阻斷藉由上述感應加熱部133而被加熱的上述加熱器區塊131的高溫的熱傳遞至上述基板收容腔室110的內部，從而可保護上述感應加熱部133免受上述加熱器區塊的高溫的熱的影響。

軸132配置為一端連接於上述加熱器區塊131，另一端貫通上述基板收容腔室110的底部而連接於配置在上述基板收容腔室110的外部的旋轉驅動部(未圖示)，以支持上述加熱器區塊131並且使該加熱器區塊131旋轉。

上述軸132為可承受大約1000℃以上的熱的材質，例如使用熱膨脹係數與熱傳導係數較小的氮化硼(Boron Nitride)。

上述軸132的下部連接於密封凸緣(seal flange)151。

上述密封凸緣151的一側緊固於升降驅動托架201，另一側連接於包圍上述軸132的上述密封部150。上述密封凸緣151配置有多個O形環，將密封凸緣151與上述基板收容腔室110之間更緊密地密封。

於上述軸132與上述密封部150之間，可設置調平凸緣137與調平螺桿137a。上述調平凸緣137的頭部配置於上述軸132的末端，以便加壓上述軸132的彎折的末端，且配置於上述密封部150的上端。可藉由上述調平螺桿137a而將上述調平凸緣137緊固至上述密封部150，並且一方面藉由上述調平凸緣137而對上述軸132的末端加壓，一方面將其固定。

藉由上述調平凸緣137與上述調平螺桿137a，而於更換上述軸132時，可調節上述調平螺桿137a而可容易地進行上述軸132的振盪調平(wobble leveling)，從而可進行上述加熱器區塊131的振盪調平。

設置熱傳遞防止構件138於上述軸132的下表面與上述調平凸緣137之間。上述熱傳遞防止構件138可防止藉由上述感應加熱部133而被加熱的上述加熱器區塊131的高溫的輻射熱藉由上述軸132而傳遞至上述密封部150。上述熱傳遞防止構件138可包括熱傳導係數小於上述軸132的材質，例如碳系複合材料(carbon composite)。

另一方面，如圖3及圖4所示，上述密封部150設置於 上述軸132的下部，將上述基板收容腔室110與上述軸132之間的空間密封。於上述密封部150填充流體密封材，在本實施例中，上述流體密封材可包括藉由磁力而氣密地密封與外部的空隙的磁性流體密封材155。

上述磁性流體密封材155在固定磁鐵與上述軸132之間形成磁力，在注入磁性流體時，磁性流體於磁極片(pole piece)與旋轉軸之間形成如O形環(O-ring)的膜而進行密封並且旋轉。

磁性流體密封材內部的磁性流體於80℃以上的溫度時汽化，於該情形時，磁性流體密封材155難以保持真空密封狀態。

因此，本發明的一實施例的金屬有機化學汽相沈積裝置100為了防止上述加熱器區塊131的高溫的輻射熱傳遞至上述密封部150，因此而包括了第一冷卻部160、第二冷卻部170、及輻射熱阻斷構件180。

此處，第一冷卻部160、第二冷卻部170、及輻射熱阻斷構件180直接或間接地阻斷向上述密封部150傳遞的熱傳遞。

如圖3及圖4所示，第一冷卻部160利用冷卻水冷卻上述密封部，且包括第一冷卻流路161以及第二冷卻流路162。

第一冷卻流路161設置於上述密封部150，並連接於冷卻水儲存箱163而接收冷卻水。冷卻水於第一冷卻流路161流動，並且可一方面與上述密封部150的上述磁性流體密封材155進行熱交換，一方面冷卻上述密封部150。

第二冷卻流路162設置於上述密封凸緣151，與第一冷卻流路161為分開的流路，並連接於上述冷卻水儲存箱163而接收冷卻水。冷卻水於第二冷卻流路162流動，並且可一方面與上 述密封凸緣151進行熱交換，一方面冷卻上述密封凸緣151。

第二冷卻流路162為了更有效地阻斷藉由上述密封凸緣151而傳遞至上述密封部150的熱，較佳為具有跨及上述密封凸緣151的整個面而規律地排列的構造。又，如圖3及圖4所示，第二冷卻流路162較佳為以鄰接於與輻射熱阻斷構件180接觸的部分的方式所具備。

第二冷卻部170包括氣體流路171以及冷卻氣體供給構件172。第二冷卻部170利用冷卻氣體冷卻上述密封部150，且可使用氮氣作為冷卻氣體。

上述氣體流路171設置於上述密封部150的內部，且為與上述密封部150的上述第一冷卻流路161分開設置的流路，且具有與下文將述的輻射熱阻斷構件180連通的構造。

如圖2至圖4所示，輻射熱阻斷構件180以覆蓋上述密封部150的方式位於上述密封部150的上部。

上述輻射熱阻斷構件180形成貫通開口，以供上述軸132插入，並於內部形成與上述氣體流路171連通的阻斷空間。此時，上述輻射熱阻斷構件180的內部面積較佳為大於上述密封部150的上表面的面積。

藉由上述輻射熱阻斷構件180覆蓋上述密封部150的構造，而可阻斷上述加熱器區塊131的輻射熱直接到達上述密封部150。

如圖3所示，於上述輻射熱阻斷構件180的上表面具備供上述軸132以可旋轉的方式貫通的貫通開口。於輻射熱阻斷構件180的內部形成阻斷空間。輻射熱阻斷構件180的阻斷空間具 有與氣體流路171連通的構造。

輻射熱阻斷構件180較佳為由可承受高溫的陶瓷材質製成，因此而可防止因上述加熱器區塊131的高溫的輻射熱所導致上述輻射熱阻斷構件180受損。

上述輻射熱阻斷構件180包括上下積層的多個板。

上述多個板包括阻斷本體181與多個積層部。於本實施例中，上述多個積層部例如包括第一積層部182與第二積層部183，但並非一定限定於此，可具有前述以上的多段的積層的構造。

上述阻斷本體181於上述密封凸緣151的上部，以包圍上述軸132的方式連接於上述密封凸緣151。上述阻斷本體181於內部形成與氣體流路171連通的第一阻斷空間181a，且於上述阻斷本體181的上表面形成第一貫通開口181b，上述軸132以可旋轉的方式貫通第一貫通開口181b。

於上述阻斷本體181的上表面，定位有第一積層部182。而且，於第一積層部182的上表面，定位有第二積層部183。此處，第一積層部182與第二積層部183具有與阻斷本體181相同的構造。此處，第一積層部182與第二積層部183可與阻斷本體181為一體成型或為分離型。

於第一積層部182的上表面，在與第一貫通開口181b對應的位置形成第二貫通開口182b，於第一積層部182的內部形成第二阻斷空間182a。第二阻斷空間182a為第一積層部182的上表面與阻斷本體181之間所形成的空間。第二阻斷空間182a具有藉由第一貫通開口181b而與第一阻斷空間181a連通的構造。

第二積層部183位於第一積層部182的上部。第二積層 部183與上述第一積層部182同樣地具有第三貫通開口183b與第三阻斷空間183a的構造，省略重複的說明。

上述第二冷卻部170的冷卻氣體自上述氣體流路171噴出後，依序於第一阻斷空間181a、第一貫通開口181b、第二阻斷空間182a、第二貫通開口182b、第三阻斷空間183a、及第三貫通開口183b流動。

此時，冷卻氣體可向上述輻射熱阻斷構件180的外部推擠存在於第一阻斷空間181a至第三阻斷空間183a的熱，一方面直接與上述輻射熱阻斷構件180接觸，一方面冷卻因輻射熱而被加熱的上述輻射熱阻斷構件180。

藉此，本實施例的金屬有機化學汽相沈積裝置100可藉由第一冷卻部160、第二冷卻部170以及輻射熱阻斷構件180而三重地阻斷產生於加熱器區塊131的高溫的熱直接到達上述密封部150。

因此，本發明藉由保護上述密封部150免於受上述加熱器區塊131的熱的影響，而可延長上述密封部150的生命週期，減少維護上述密封部150所需的維護費用。

以上所說明的本發明並不受上述實施例及隨附圖式的限定，於本發明所屬的技術領域中具有通常知識者應明白可於不脫離本發明的技術思想的範圍內，實現多種置換、變形、及變更。

100‧‧‧金屬有機化學汽相沈積裝置

110‧‧‧腔室

120‧‧‧氣體供給部

130‧‧‧基座部

131‧‧‧加熱器區塊

132‧‧‧軸

133‧‧‧感應加熱部

134‧‧‧熱障構件

150‧‧‧密封部

180‧‧‧輻射熱阻斷構件

201‧‧‧升降驅動托架

A‧‧‧部分

Claims (9)

1. 一種金屬有機化學汽相沈積裝置，包括：加熱器區塊，其設置於基板收容腔室且支撐基板；感應加熱部，其對所述加熱器區塊進行加熱；軸，其連接於所述加熱器區塊；密封部，其設置於所述軸的下表面，將所述基板收容腔室真空密封；以及輻射熱阻斷構件，其於所述密封部與所述加熱器區塊之間包圍所述軸，其中所述輻射熱阻斷構件形成貫通開口以供所述軸插入，且於內部形成與所述密封部中所具備的氣體流路連通的阻斷空間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的金屬有機化學汽相沈積裝置，其更包括冷卻部，所述冷卻部向所述密封部及連接於所述基板收容腔室的底表面的密封凸緣供給流體而冷卻所述密封部及所述密封凸緣。
3. 如申請專利範圍第2項所述的金屬有機化學汽相沈積裝置，其中所述冷卻部包括第一冷卻部，所述第一冷卻部具有設置於所述密封部的第一冷卻流路、以及設置於所述密封凸緣的第二冷卻流路。
4. 如申請專利範圍第3項所述的金屬有機化學汽相沈積裝置，其中所述冷卻部更包括第二冷卻部，所述第二冷卻部連接於所述密封部所具備的所述氣體流路，向所述氣體流路提供冷卻氣體而冷卻所述密封部。
5. 如申請專利範圍第1項所述的金屬有機化學汽相沈積 裝置，其中所述輻射熱阻斷構件於內部形成與所述氣體流路連通的所述阻斷空間，且包括上下積層的多個板。
6. 如申請專利範圍第5項所述的金屬有機化學汽相沈積裝置，其中所述多個板包括阻斷本體以及積層部，所述阻斷本體於內部具備與所述氣體流路連通的所述阻斷空間，且具有所述軸可旋轉地貫通的第一貫通開口，所述積層部具有與所述氣體流路連通而積層於所述阻斷本體的上部的構造，其中自所述氣體流路噴出的冷卻氣體依序於所述阻斷本體與所述積層部的內部流動，並且冷卻所述軸與所述輻射熱阻斷構件。
7. 如申請專利範圍第1項所述的金屬有機化學汽相沈積裝置，其中所述輻射熱阻斷構件包括陶瓷材質。
8. 如申請專利範圍第2項所述的金屬有機化學汽相沈積裝置，其中於所述軸與所述密封凸緣之間更包括熱傳遞防止構件，所述熱傳遞防止構件防止所述加熱器區塊的輻射熱藉由所述軸而傳遞至所述密封部。
9. 如申請專利範圍第1項所述的金屬有機化學汽相沈積裝置，其更包括熱障構件，所述熱障構件配置於所述感應加熱部與所述加熱器區塊之間。