CN109536928B - 托盘支撑和固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种托盘支撑和固定装置，包括：陶瓷盘，用于放置托盘；压块，设置于陶瓷盘的边缘，用于固定托盘于陶瓷盘上；以及金属支架，固定于陶瓷盘下方，具有n个支架臂，n≥3，用于支撑陶瓷盘，该金属支架与实现托盘旋转的旋转轴固定，在旋转时，带动陶瓷盘与其上放置的托盘一起稳固转动，其中，该金属支架的支架臂的长度小于陶瓷盘的半径。本发明解决了感应加热中电磁力可能引起的托盘晃动或侧翻的问题，同时还可减少托盘升温后对周围空间的辐射热量损失，进一步提高加热效率。

Description

托盘支撑和固定装置

技术领域

本公开属于薄膜材料生长装备制造领域，涉及一种托盘支撑和固定装置。

背景技术

薄膜材料生长设备是半导体工艺、微电子工艺等生产过程中重要的工艺设备，其设计和制造技术水平对半导体器件的性能影响十分关键。金属有机物化学气相沉积(MOCVD，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)是常用的一种半导体薄膜材料生长设备，在半导体工业的大规模生产中扮演着重要的角色，是近些年来外延生长磷化铟、砷化镓、氧化锌、氮化镓等化合物半导体最主要的设备之一。

MOCVD是以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长的源材料，输运到常压或低压(10Torr-100Torr)的高温反应室内后，会在衬底片上发生热分解反应，再生成各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。在反应室内，衬底片一般放置于托盘上。通过热辐射加热或电磁感应加热将托盘升温，托盘再以热传导的方式将热量传递给衬底片从而使衬底片升温到需要的温度。

温度的均匀分布对提高薄膜材料的生长质量至关重要，为了解决这个问题，薄膜材料生长设备一般会使托盘旋转，通过托盘的旋转，各个衬底片在反应室内可获得均匀一致的加热效果，同时也有利于促进反应物源材料的均匀分布。但是旋转会带来托盘如何有效固定的问题。

目前，一般是将托盘直接平稳放置于旋转轴上，在转动的过程中，只要没有外力破坏托盘的平衡，托盘会一直稳定的转动。这对于目前使用较多的采用辐射加热方法的薄膜材料生长设备是适用的。辐射加热方法是指反应室内安装加热丝或者加热片，对其施加直流电流后会发热升温，热量以热辐射的形式传递给反应室内的托盘，从而实现对托盘的加热。然而随着应用需求的提高，辐射加热方式渐渐不能满足更高温度和更快升温速度的加热需求，因此对感应加热方式的研究渐渐增多。

感应加热是利用电磁感应原理，通交流电的感应线圈在空间中产生交变磁场，位于此交变磁场中的托盘在自身内部感生出涡流而被直接加热升温。这种加热方式具有升温速度快，电能利用率高和加热温度更高的优势。但是对于感应加热，由于位于磁场中的托盘内感生出电流，托盘会受到磁场的作用，该作用对托盘施加一个周期性变化的电磁力，会引起托盘的晃动。当感应线圈中的交变电流达到一定大小，托盘受到的电磁力会超过托盘自身重力，如果对托盘未做有效固定，将会导致托盘侧翻，造成严重后果。因此薄膜材料生长设备中，相比于应用较为成熟的辐射加热方式，引起关注越来越多的感应加热方式不可忽视电磁力对托盘的作用力带来的不良影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述感应加热方式带来的问题，本公开提供了一种托盘支撑和固定装置，用于将托盘固定于薄膜材料生长设备的旋转轴上随旋转轴一起稳定的低速或高速旋转，同时可减少托盘升温后对周围空间的辐射热量损失，进一步提高加热效率。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种托盘支撑和固定装置，包括：陶瓷盘，用于放置托盘；压块，设置于陶瓷盘的边缘，用于固定托盘于陶瓷盘上；以及金属支架，固定于陶瓷盘下方，具有n个支架臂，n≥3，用于支撑陶瓷盘，该金属支架与实现托盘旋转的旋转轴固定，在旋转时，带动陶瓷盘与其上放置的托盘一起稳固转动，其中，该金属支架的支架臂的长度小于陶瓷盘的半径。

在本公开的一些实施例中，陶瓷盘的边缘具有高于陶瓷盘平面的两级台阶，待放置的托盘放置于该陶瓷盘上时，与下一级台阶接触，与上一级台阶上表面对齐，托盘下方与陶瓷盘的下表面之间隔有空气层。

在本公开的一些实施例中，压块设置于陶瓷盘的上一级台阶上表面。

在本公开的一些实施例中，压块在径向上的长度大于上一级台阶在径向上的长度，在托盘放置于该陶瓷盘内时，使得压块能同时覆于上一级台阶与托盘上。

在本公开的一些实施例中，金属支架的支架臂的长度小于或等于陶瓷盘半径的0.5倍。

在本公开的一些实施例中，金属支架与陶瓷盘通过螺钉实现固定。

在本公开的一些实施例中，陶瓷盘的中心设有一贯穿的第一中心孔；金属支架的中心设有一贯穿的第二中心孔，第二中心孔与第一中心孔的中心位置对准，且第二中心孔的内径与旋转轴的直径相等，在旋转轴上部内设有螺纹孔；利用第一螺钉旋入该螺纹孔实现陶瓷盘、金属支架、以及旋转轴的固定。

在本公开的一些实施例中，陶瓷盘边缘的下部设有方形槽，在方形槽顶部设有第一开孔，压块上对应设有第二开孔，在陶瓷盘内放置托盘后，陶瓷盘的第一开孔与压块的第二开孔对准，利用第二螺钉穿入第二开孔和第一开孔，和螺母实现托盘在陶瓷盘内的紧固。

在本公开的一些实施例中，压块的个数大于或等于2；和/或，压块为一金属块。

在本公开的一些实施例中，n个支架臂均匀分布，且长度相等。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的托盘支撑和固定装置，至少具有以下有益效果：

(1)金属支架可固定于旋转轴上，金属支架的n个(n≥3)支架臂可牢靠的支撑陶瓷盘并与陶瓷盘一起随着旋转轴进行旋转，托盘放入陶瓷盘内利用压块实现固定，实现了托盘随旋转轴的同步稳定低速或高速旋转，其中，金属支架的支架臂的长度小于陶瓷盘的半径，可减少电磁感应加热时金属支架内产生的涡流发热量；

(2)优选地，通过设置金属支架的支架臂的长度为陶瓷盘半径的0.5倍或更短，以避免在感应加热方式下在金属支架内由于电磁感应效应产生较大涡流而发热严重的问题；

(3)托盘放置于陶瓷盘内后，托盘侧面和下表面均被陶瓷盘包裹，托盘与陶瓷盘之间只通过陶瓷盘边缘的台阶处接触，其他区域两者之间隔有空气层，这样的设置一方面可以减小托盘与陶瓷盘的接触面积，从而减弱托盘被感应加热升温后向陶瓷盘的热传导作用，另一方面陶瓷盘也可将托盘辐射过来的热量部分的反射回去，从而有利于减少托盘升温后对周围空间的辐射热量散失，实现了加热效率的提升。

附图说明

图1为根据本公开一实施例所示的托盘支撑和固定装置的结构示意图。

图2为如图1所示的托盘支撑和固定装置的各部分分解示意图。

【符号说明】

01-陶瓷盘； 02-金属支架；

03-压块； 04-第一螺钉；

05-方形槽； 06-托盘；

07-圆形坑； 08，10-螺母；

09-第二螺钉； 11-台阶。

具体实施方式

本公开提供了一种托盘支撑和固定装置，用于将托盘固定于薄膜材料生长设备的旋转轴上随旋转轴一起稳定的低速或高速旋转，解决了感应加热中电磁力可能引起的托盘晃动或侧翻的问题，同时还可减少托盘升温后对周围空间的辐射热量损失，进一步提高加热效率。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种托盘支撑和固定装置。

图1为根据本公开一实施例所示的托盘支撑和固定装置的结构示意图。图2为如图1所示的托盘支撑和固定装置的各部分分解示意图。

结合图1和图2所示，本公开的托盘支撑和固定装置，包括：陶瓷盘01，用于放置托盘06；压块03，设置于陶瓷盘01的边缘，用于固定托盘06于陶瓷盘01上；以及金属支架02，固定于陶瓷盘01下方，具有n个支架臂，n≥3，用于支撑陶瓷盘，该金属支架02与实现托盘旋转的旋转轴固定，在旋转时，带动陶瓷盘01与其上放置的托盘06一起稳固转动，其中，该金属支架02的支架臂的长度小于陶瓷盘01的半径。

本公开的托盘支撑和固定装置中，金属支架可固定于旋转轴上，金属支架的n个(n≥3)支架臂可牢靠的支撑陶瓷盘并与陶瓷盘一起随着旋转轴进行旋转，托盘放入陶瓷盘内利用压块实现固定，实现了托盘随旋转轴的同步稳定低速或高速旋转，其中，金属支架的支架臂的长度小于陶瓷盘的半径，可减少电磁感应加热时金属支架内产生的涡流发热量。

本实施例中，参照图2所示，提供了一种托盘支撑和固定装置，将一带有多个圆形坑07的托盘06放置于该托盘支撑和固定装置中进行示例，该托盘和固定装置包括：陶瓷盘01、金属支架02和压块03。

在本公开的一些实施例中，n个支架臂均匀分布，且长度相等。当然，本公开不限定支架臂的个数和分布形式，各个支架臂之间的长度可以相等，也可以不等，从加工方便的角度来讲，优选各个支架臂的长度相等。

本实施例中，金属支架02具有3个支架臂，金属支架02各个相邻支架臂之间的角度均为120°。

其中，参照图2所示，本实施例中，该陶瓷盘01的边缘具有高于陶瓷盘平面的两级台阶11，待放置的托盘06放置于该陶瓷盘01上时，与下一级台阶接触，与上一级台阶上表面对齐，托盘下方与陶瓷盘的下表面之间隔有空气层。

其中，托盘06放置于陶瓷盘01内后，托盘06的侧面和下表面均被陶瓷盘01包裹，托盘06与陶瓷盘01之间只通过陶瓷盘01边缘的台阶11处接触，其他区域两者之间隔有空气层，这样的设置一方面可以减小托盘06与陶瓷盘01的接触面积，从而减弱托盘06被感应加热升温后向陶瓷盘01的热传导作用，另一方面陶瓷盘01也可将托盘06辐射过来的热量部分的反射回去，从而有利于减少托盘06升温后对周围空间的辐射热量散失，实现了加热效率的提升。

本公开中，压块03的个数至少为2个，可以根据实际需要进行压块个数的设置，只要能实现固定托盘于陶瓷盘上的功能即可。另外，压块03的材料优选为金属。

本实施例中，以3个均匀分布的压块03进行示例，参照图2所示，每个压块03设置于陶瓷盘01的上一级台阶上表面，压块03在径向上的长度大于上一级台阶在径向上的长度，在托盘06放置于该陶瓷盘01内时，使得压块03能同时覆于上一级台阶与托盘06上。

本实施例中，压块与放置有托盘的陶瓷盘之间通过螺钉和螺母的配合实现紧固。如图2所示，陶瓷盘01边缘的下部设有方形槽05，在方形槽05顶部设有第一开孔，压块03上对应设有第二开孔，在陶瓷盘01内放置托盘06后，陶瓷盘01的第一开孔与压块03的第二开孔对准，利用第二螺钉09穿入第二开孔和第一开孔，和螺母10实现托盘06在陶瓷盘01内的紧固。

为了实现装配后的表面平整，可选的，第一开孔与螺钉的螺纹外径相匹配，第二开孔与螺帽的尺寸相匹配，装配后，第二螺钉09依次穿过第二开孔和第一开孔，深入到方形槽05对应的空心区域，螺母10位于该区域中，和第二螺钉09结合实现托盘06在陶瓷盘01内的紧固，此时第二开孔用于容纳该螺钉的螺帽。

在本公开的一些实施例中，金属支架与陶瓷盘通过螺钉实现固定。

参照图2所示，陶瓷盘01的中心设有一贯穿的第一中心孔，对应参照图1所示，金属支架02的中心设有一贯穿的第二中心孔，第二中心孔与第一中心孔的中心位置对准，且第二中心孔的内径与旋转轴的直径相等，在旋转轴上部内设有螺纹孔；利用第一螺钉04旋入该螺纹孔实现陶瓷盘、金属支架、以及旋转轴的固定。

在本公开的一些实施例中，金属支架的支架臂的长度小于或等于陶瓷盘半径的0.5倍。

下面以本实施例所示的结构来示例本公开的托盘支撑和固定装置进行装配的过程，本实施例所示的托盘支撑和固定装置在装配时，先将金属支架02放置于反应室内的旋转轴上，并将陶瓷盘01放置于金属支架02上，使得第二中心孔与第一中心孔的中心位置对准，然后第一螺钉04穿过陶瓷盘01的第一中心孔和金属支架02的第二中心孔并旋进旋转轴内，从而将陶瓷盘01和金属支架02可靠地固定在旋转轴上。再将托盘06放置于陶瓷盘01上，放上三个压块03，配合第二螺钉09和螺母10将压块03固定在陶瓷盘01上，此时托盘06便被固定于陶瓷盘01内。此时，陶瓷盘01、托盘06和金属支架02被组合为一体可靠地固定于旋转轴上，跟随旋转轴的转动而转动，即使电磁感应加热过程中托盘06受到较大的电磁力作用，也不会发生托盘06侧翻等问题。

电磁感应加热时，反应室内会产生交变磁场，在托盘06周围的磁感应强度往往较强，优选的，金属支架02的支架臂长度设计为陶瓷盘半径的0.5倍或更短，可以避免在金属支架02内由于电磁感应效应产生较大涡流而发热严重的问题，另外由于陶瓷盘01不导电，其内部不会产生涡流，因此不必担心陶瓷盘01由于电磁感应而导致发热的问题。

综上所述，本公开提供了一种托盘支撑和固定装置，金属支架可固定于旋转轴上，金属支架的n个(n≥3)支架臂可牢靠的支撑陶瓷盘并与陶瓷盘一起随着旋转轴进行旋转，托盘放入陶瓷盘内利用压块实现固定，实现了托盘随旋转轴的同步稳定低速或高速旋转，其中，金属支架的支架臂的长度小于陶瓷盘的半径，可减少电磁感应加热时金属支架内产生的涡流发热量；通过设置金属支架的支架臂的长度为陶瓷盘半径的0.5倍或更短，以避免在感应加热方式下在金属支架内由于电磁感应效应产生较大涡流而发热严重的问题；托盘放置于陶瓷盘内后，托盘的侧面和下表面均被陶瓷盘包裹，托盘与陶瓷盘之间只通过陶瓷盘边缘的台阶处接触，其他区域两者之间隔有空气层，这样的设置一方面可以减小托盘与陶瓷盘的接触面积，从而减弱托盘被感应加热升温后向陶瓷盘的热传导作用，另一方面陶瓷盘也可将托盘辐射过来的热量部分的反射回去，从而有利于减少托盘升温后对周围空间的辐射热量散失，实现了加热效率的提升。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种托盘支撑和固定装置，其特征在于，包括：

陶瓷盘，用于放置托盘；

压块，设置于陶瓷盘的边缘，用于固定托盘于陶瓷盘上；以及

金属支架，固定于陶瓷盘下方，具有n个支架臂，n≥3，用于支撑陶瓷盘，该金属支架与实现托盘旋转的旋转轴固定，在旋转时，带动陶瓷盘与其上放置的托盘一起稳固转动，其中，该金属支架的支架臂的长度小于陶瓷盘的半径。

2.根据权利要求1所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述陶瓷盘的边缘具有高于陶瓷盘平面的两级台阶，待放置的托盘放置于该陶瓷盘上时，与下一级台阶接触，与上一级台阶上表面对齐，托盘下方与陶瓷盘的下表面之间隔有空气层。

3.根据权利要求2所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述压块设置于陶瓷盘的上一级台阶上表面。

4.根据权利要求2所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述压块在径向上的长度大于所述上一级台阶在径向上的长度，在托盘放置于该陶瓷盘内时，使得压块能同时覆于上一级台阶与托盘上。

5.根据权利要求1所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述金属支架的支架臂的长度小于或等于陶瓷盘半径的0.5倍。

6.根据权利要求1所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述金属支架与陶瓷盘通过螺钉实现固定。

7.根据权利要求6所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述陶瓷盘的中心设有一贯穿的第一中心孔；所述金属支架的中心设有一贯穿的第二中心孔，第二中心孔与第一中心孔的中心位置对准，且第二中心孔的内径与旋转轴的直径相等，在旋转轴上部内设有螺纹孔；利用第一螺钉旋入该螺纹孔实现陶瓷盘、金属支架、以及旋转轴的固定。

8.根据权利要求1所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述陶瓷盘边缘的下部设有方形槽，在方形槽顶部设有第一开孔，所述压块上对应设有第二开孔，在陶瓷盘内放置托盘后，陶瓷盘的第一开孔与压块的第二开孔对准，利用第二螺钉穿入所述第二开孔和第一开孔，和螺母实现托盘在陶瓷盘内的紧固。

9.根据权利要求1所述的托盘支撑和固定装置，其中，

所述压块的个数大于或等于2；和/或，

所述压块为一金属块。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的托盘支撑和固定装置，其中，所述n个支架臂均匀分布，且长度相等。

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