[发明专利]一种高温真空烘烤炉及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种烘烤炉及其操作方法，特别是指一种高温真空烘烤炉及其操作方法。

背景技术

在通常的利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延炉进行外延片材料的生产过程中，每次生产之前，需要在高真空下对承载衬底基片的石墨衬底托盘进行高温烘烤清洗，以去除上次生产过程沉积在衬底托盘上的外延材料和沾污的杂质，否则会对本次的外延材料生长质量产生影响。如果在MOCVD外延炉的反应室内进行炉内原位烘烤，每次至少会浪费1至4小时的生产时间，而且烘烤过程产生的副产物和杂质残留在反应室内还会对本次外延片材料生长质量产生影响，进而造成产品次品率的提升。理想情况是在MOCVD外延炉的反应室外进行衬底托盘的高温真空烘烤清洗。据测算：对于每天生产4到5炉GaN基LED外延片材料的MOCVD外延炉，如进行MOCVD外延炉外的衬底托盘烘烤，每天则可多生产1到2炉，生产效率将会提高20％到30％，而且还会保证产品的成品率。可见采用MOCVD外延炉衬底托盘的炉外烘烤对于提高外延片材料的生产产能和效率具有非常重要的意义。国内外的外延片材料生产厂家和科研机构已开始关注在外延片材料生产过程中使用增设的烘烤炉进行衬底托盘的高温烘烤清洗。

目前用于外延片材料生产中的MOCVD外延炉的衬底托盘烘烤的烘烤炉大多是在以前的真空烘箱的基础上改造而成，存在如下缺点：(1)升降温速度慢。如从室温升到1000℃以上高温很容易，但要从1000℃以上高温降到室温就非常耗时；(2)难以获得1200℃以上高温，烘烤时间长且不彻底；(3)烘烤炉腔室小，不能烘烤大尺寸衬底托盘，现有高温烘烤炉最大仅能烘烤用于21片2英寸外延片材料生产的衬底托盘；(4)本底真空差。烤出来的副产物和杂质不能及时的排出还会对衬底托盘产生再污染。

发明内容

本发明的目的在于针对外延片材料生产中采用MOCVD外延炉炉内原位烘烤衬底托盘存在耗费生产时间且污染系统的问题以及现有高温烘烤炉存在的技术不足，提供一种新的高温真空烘烤炉。

根据本发明的实施例，高温真空烘烤炉由内、外两个腔室构成。内腔室包括内筒、加热棒、载物台、热电偶；外腔室包括外筒、换热器、进出气口、气缸、真空计。

所述的高温真空烘烤炉的内筒包括内筒前盖、内筒后盖和内筒主体，内筒主体和内筒前盖均包括由铁、钼或石墨制成的外壁和由厚石墨粘保温层材料制成的内壁；内筒后盖由透气的网状石墨粘保温材料制成。

所述的高温真空烘烤炉内筒中的加热棒为石墨电阻加热棒，其通过绝缘陶瓷件平行均匀排列固定在内筒内壁四周；内筒中的石墨电阻加热棒分3组，每组中的石墨电阻加热棒相互串联在一起，组与组之间并联，并通过4个加热棒引出电极与炉体外的三相交流电源连接；内筒中石墨电阻加热棒的数目、粗细、长短可根据炉体最高加热温度和炉体大小确定。

所述的高温真空烘烤炉的外筒由具有中空夹层的不锈钢材料构成并包括外筒前盖和外筒后盖，中空夹层可以通冷却循环水，以起到对整个炉体的真空密封和水冷降温作用。

所述换热器位于外腔室后端，包括由铁、钼或石墨材料制成的耐高温风机，用来加速降温过程所通入的冷却气体氮气在内外腔室的流通而起到风冷作用。所述的换热器的风机是采用磁流体轴承带动旋转工作的，以保证风机在旋转工作过程中外腔室内仍保持良好的真空密封。

所述气缸位于外筒前盖上，气缸的传动杆是铁、钼或石墨制成，并且采用波纹管与外筒前盖之间真空密封，以保证传动杆带动内筒前盖运动过程中内外腔室仍保持良好的真空密封，升温和烘烤过程波纹管拉伸传动杆前进关闭内筒前盖，降温过程波纹管收缩传动杆后退开启内筒前盖。

所述的高温真空烘烤炉可用于金属有机物化学气相沉积外延炉、分子束外延炉、化学气相沉积设备、磁控溅射设备及真空蒸镀设备的衬底托盘的烘烤。

所述的高温真空烘烤炉最高加热温度为1600℃，稳定工作温度1200-1600℃，可用于石墨衬底托盘、碳化硅衬底托盘的高温真空烘烤。

所述的高温真空烘烤炉是用罗茨泵或分子泵真空泵机组进行内、外腔室的高真空抽取。

根据本发明的实施例，高温真空烘烤炉的操作方法包括：打开外筒前盖和内筒前盖，将待烘烤的物体放置于内筒中的载物台上，然后关闭外筒前盖；对内筒所围绕的内腔室和内筒与外筒之间的外腔室抽取真空；通过外筒前盖上的气缸的传动杆关闭内筒前盖；向所述内筒中设置的加热棒通电，以开始加热；停止向加热棒通电，并通过外筒前盖上的气缸的传动杆开启内筒前盖；通过外筒上的进气口通入冷却气体；关闭冷却气体，开启外筒前盖和内筒前盖，取出烘烤完毕的物体。

附图说明