[發明專利]一種高溫真空烘烤爐及其操作方法

無效

• 申請號: 201010156395.6
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN102206809A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 施建江;劉祥林;張曉沛;楊少延
• 申請（專利權）人: 杭州海鯨光電科技有限公司;施建江
• 主分類號: C23C16/18
• 分類號: C23C16/18;C23C16/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陶鳳波;屈玉華

技術領域

本發明涉及一種烘烤爐及其操作方法，特別是指一種高溫真空烘烤爐及其操作方法。

背景技術

在通常的利用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)外延爐進行外延片材料的生產過程中，每次生產之前，需要在高真空下對承載襯底基片的石墨襯底托盤進行高溫烘烤清洗，以去除上次生產過程沉積在襯底托盤上的外延材料和沾污的雜質，否則會對本次的外延材料生長質量產生影響。如果在MOCVD外延爐的反應室內進行爐內原位烘烤，每次至少會浪費1至4小時的生產時間，而且烘烤過程產生的副產物和雜質殘留在反應室內還會對本次外延片材料生長質量產生影響，進而造成產品次品率的提升。理想情況是在MOCVD外延爐的反應室外進行襯底托盤的高溫真空烘烤清洗。據測算：對于每天生產4到5爐GaN基LED外延片材料的MOCVD外延爐，如進行MOCVD外延爐外的襯底托盤烘烤，每天則可多生產1到2爐，生產效率將會提高20％到30％，而且還會保證產品的成品率。可見采用MOCVD外延爐襯底托盤的爐外烘烤對于提高外延片材料的生產產能和效率具有非常重要的意義。國內外的外延片材料生產廠家和科研機構已開始關注在外延片材料生產過程中使用增設的烘烤爐進行襯底托盤的高溫烘烤清洗。

目前用于外延片材料生產中的MOCVD外延爐的襯底托盤烘烤的烘烤爐大多是在以前的真空烘箱的基礎上改造而成，存在如下缺點：(1)升降溫速度慢。如從室溫升到1000℃以上高溫很容易，但要從1000℃以上高溫降到室溫就非常耗時；(2)難以獲得1200℃以上高溫，烘烤時間長且不徹底；(3)烘烤爐腔室小，不能烘烤大尺寸襯底托盤，現有高溫烘烤爐最大僅能烘烤用于21片2英寸外延片材料生產的襯底托盤；(4)本底真空差。烤出來的副產物和雜質不能及時的排出還會對襯底托盤產生再污染。

發明內容

本發明的目的在于針對外延片材料生產中采用MOCVD外延爐爐內原位烘烤襯底托盤存在耗費生產時間且污染系統的問題以及現有高溫烘烤爐存在的技術不足，提供一種新的高溫真空烘烤爐。

根據本發明的實施例，高溫真空烘烤爐由內、外兩個腔室構成。內腔室包括內筒、加熱棒、載物臺、熱電偶；外腔室包括外筒、換熱器、進出氣口、氣缸、真空計。

所述的高溫真空烘烤爐的內筒包括內筒前蓋、內筒后蓋和內筒主體，內筒主體和內筒前蓋均包括由鐵、鉬或石墨制成的外壁和由厚石墨粘保溫層材料制成的內壁；內筒后蓋由透氣的網狀石墨粘保溫材料制成。

所述的高溫真空烘烤爐內筒中的加熱棒為石墨電阻加熱棒，其通過絕緣陶瓷件平行均勻排列固定在內筒內壁四周；內筒中的石墨電阻加熱棒分3組，每組中的石墨電阻加熱棒相互串聯在一起，組與組之間并聯，并通過4個加熱棒引出電極與爐體外的三相交流電源連接；內筒中石墨電阻加熱棒的數目、粗細、長短可根據爐體最高加熱溫度和爐體大小確定。

所述的高溫真空烘烤爐的外筒由具有中空夾層的不銹鋼材料構成并包括外筒前蓋和外筒后蓋，中空夾層可以通冷卻循環水，以起到對整個爐體的真空密封和水冷降溫作用。

所述換熱器位于外腔室后端，包括由鐵、鉬或石墨材料制成的耐高溫風機，用來加速降溫過程所通入的冷卻氣體氮氣在內外腔室的流通而起到風冷作用。所述的換熱器的風機是采用磁流體軸承帶動旋轉工作的，以保證風機在旋轉工作過程中外腔室內仍保持良好的真空密封。

所述氣缸位于外筒前蓋上，氣缸的傳動桿是鐵、鉬或石墨制成，并且采用波紋管與外筒前蓋之間真空密封，以保證傳動桿帶動內筒前蓋運動過程中內外腔室仍保持良好的真空密封，升溫和烘烤過程波紋管拉伸傳動桿前進關閉內筒前蓋，降溫過程波紋管收縮傳動桿后退開啟內筒前蓋。

所述的高溫真空烘烤爐可用于金屬有機物化學氣相沉積外延爐、分子束外延爐、化學氣相沉積設備、磁控濺射設備及真空蒸鍍設備的襯底托盤的烘烤。

所述的高溫真空烘烤爐最高加熱溫度為1600℃，穩定工作溫度1200-1600℃，可用于石墨襯底托盤、碳化硅襯底托盤的高溫真空烘烤。

所述的高溫真空烘烤爐是用羅茨泵或分子泵真空泵機組進行內、外腔室的高真空抽取。

根據本發明的實施例，高溫真空烘烤爐的操作方法包括：打開外筒前蓋和內筒前蓋，將待烘烤的物體放置于內筒中的載物臺上，然后關閉外筒前蓋；對內筒所圍繞的內腔室和內筒與外筒之間的外腔室抽取真空；通過外筒前蓋上的氣缸的傳動桿關閉內筒前蓋；向所述內筒中設置的加熱棒通電，以開始加熱；停止向加熱棒通電，并通過外筒前蓋上的氣缸的傳動桿開啟內筒前蓋；通過外筒上的進氣口通入冷卻氣體；關閉冷卻氣體，開啟外筒前蓋和內筒前蓋，取出烘烤完畢的物體。

附圖說明