一种分子束外延生产设备中的4吋转3吋衬底托板的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种分子束外延生产设备中的4吋转3吋衬底托板。


背景技术：

2.分子束外延(mbe)技术作为一种原子层量级的半导体外延技术，初期主要应用于科学研究，探索新材料。相对于其他外延技术如lpe、mocvd，mbe外延生长速率相对较低、单次可生长外延片尺寸小而且数量少、表面缺陷密度偏大，这限制了它的应用范围及规模，很长一段时间仅作为军事用途。随着近二十年mbe生长技术和装备技术的不断进步，无论是外延片的尺寸、生产规模还是产品性能都获得大幅提高，得以在无线通信系统广泛应用，同时也有力促进了无线通信产业的飞速发展。
3.目前大规模mbe生产需求以6吋外延片为主，4吋次之。外延时需要将衬底放在衬底托板上依照程序传输到超高真空反应炉内。衬底托板是用一种非常特殊的稀土材料—钼板加工而成。钼板是由高纯钼粉经高温高压压制而成。原材料成本高昂，加工成本因其硬度高易裂也十分可观，所以加工订购时必须慎重考虑。目前，3吋主要需求来自inp衬底外延以及一些特殊的gaas外延，总的需求量不是很大。而大型的分子束外延设备如果专做3吋，一次就可能多达23片，远远超过单次需求。这时如果单独为3吋外延片定做衬底托板，总体成本必然提高，而且由于23个圆孔不能全部放满而带来工艺问题也会导致成品率下降，不利于竞争与发展。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种分子束外延生产设备中的4吋转3吋衬底托板，以解决利用4吋衬底托板承载生长3吋外延片的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.本实用新型提供了一种分子束外延生产设备中的4吋转3吋衬底托板，衬底托板包括4吋托板和转换托板；
7.4吋托板包括托板本体和形成在托板本体上的第一圆形通孔，第一圆形通孔的周围形成有第一环形台阶，第一环形台阶的上表面低于托板本体的上表面，第一环形台阶用于承载具有对应尺寸的热辐射阻挡环，沿第一环形台阶的内圆周的底部设置有多个第一突出部，所述多个第一突出部在与托板本体的上表面平行的同一平面内沿朝向第一圆形通孔的圆心方向延伸，所述多个第一突出部共同用于承载4吋衬底片，所述多个第一突出部中的每个第一突出部的延伸长度均相等，并且所述多个第一突出部中的第一突出部的数量大于或等于3个；
8.第一环形台阶还用于承载转换托板，转换托板的外周形状以及尺寸与第一圆形通孔的形状及尺寸匹配，转换托板的外周上设置有一个倒置环形台阶，倒置环形台阶的台阶表面高于转换托板的下表面，在将转换托板放置在4吋托板上时，倒置环形台阶的台阶表面
与第一环形台阶的上表面接触，并且倒置环形台阶的内环直径小于突出部限定圆形的直径，突出部限定圆形由所述多个第一突出部中的每个第一突出部的靠近第一圆形通孔的圆心的端部共同限定，转换托板的中心形成有第二圆形通孔，第二圆形通孔的周围形成有第二环形台阶，第二环形台阶的上表面低于转换托板的上表面，第二环形台阶用于承载具有对应尺寸的热辐射阻挡环，沿第二环形台阶的内圆周的底部设置有多个第二突出部，所述多个第二突出部在与转换托板的上表面平行的同一平面内沿朝向第二圆形通孔的圆心方向延伸，所述多个第二突出部共同用于承载3吋衬底片，所述多个第二突出部中的每个第二突出部的延伸长度均相等，并且所述多个第二突出部中的第二突出部的数量与所述多个第一突出部中的第一突出部的数量相等；
9.转换托板的外圆周上设置有限位突起，在托板本体上的第一环形台阶的外圆周上设置有限位凹槽，限位突起的形状及尺寸与限位凹槽的形状及尺寸匹配。
10.可选地，所述多个第一突出部沿第一环形台阶的内圆周的底部等间距设置，并且所述多个第二突出部沿第二环形台阶的内圆周的底部等间距设置。
11.可选地，所述多个第一突出部中的第一突出部的数量的范围为3个至6个。
12.可选地，所述多个第一突出部中的第一突出部的数量为4个。
13.可选地，限位突起与所述多个第二突出部中的每个第二突出部形成的圆心角分别等于限位凹槽与所述多个第一突出部中的对应的第一突出部形成的圆心角，从而使得在将转换托板放置在4吋托板上时，通过限位突起与限位凹槽匹配限位，所述多个第二突出部中的每个第二突出部的延伸方向与所述多个第一突出部中的对应的第一突出部的延伸方向相同。
14.可选地，限位凹槽的槽底面与第一环形台阶的上表面共面。
15.可选地，第一环形台阶以及第二环形台阶的宽度的范围均为1mm至2mm，第一环形台阶以及第二环形台阶的厚度的范围均为2mm至4mm。
16.可选地，所述多个第二突出部中的每个第二突出部以及所述多个第一突出部中的每个第一突出部的延伸长度的范围均为0.7mm至1.5mm，所述多个第二突出部中的每个第二突出部以及所述多个第一突出部中的每个第一突出部的厚度的范围均为0.7mm至1.5mm。
17.可选地，倒置环形台阶的台阶表面的宽度的范围为4mm至8mm。
18.可选地，倒置环形台阶的台阶厚度的范围为2mm至4mm。
19.本实用新型的有益效果包括：
20.本实用新型提供的衬底托板包括4吋托板和转换托板；4吋托板包括托板本体和形成在托板本体上的第一圆形通孔，第一圆形通孔的周围形成有第一环形台阶，第一环形台阶的上表面低于托板本体的上表面，第一环形台阶用于承载具有对应尺寸的热辐射阻挡环，沿第一环形台阶的内圆周的底部设置有多个第一突出部，所述多个第一突出部在与托板本体的上表面平行的同一平面内沿朝向第一圆形通孔的圆心方向延伸，所述多个第一突出部共同用于承载4吋衬底片，所述多个第一突出部中的每个第一突出部的延伸长度均相等，并且所述多个第一突出部中的第一突出部的数量大于或等于3个；第一环形台阶还用于承载转换托板，转换托板的外周形状以及尺寸与第一圆形通孔的形状及尺寸匹配，转换托板的外周上设置有一个倒置环形台阶，倒置环形台阶的台阶表面高于转换托板的下表面，在将转换托板放置在4吋托板上时，倒置环形台阶的台阶表面与第一环形台阶的上表面接
触，并且倒置环形台阶的内环直径小于突出部限定圆形的直径，突出部限定圆形由所述多个第一突出部中的每个第一突出部的靠近第一圆形通孔的圆心的端部共同限定，转换托板的中心形成有第二圆形通孔，第二圆形通孔的周围形成有第二环形台阶，第二环形台阶的上表面低于转换托板的上表面，第二环形台阶用于承载具有对应尺寸的热辐射阻挡环，沿第二环形台阶的内圆周的底部设置有多个第二突出部，所述多个第二突出部在与转换托板的上表面平行的同一平面内沿朝向第二圆形通孔的圆心方向延伸，所述多个第二突出部共同用于承载3吋衬底片，所述多个第二突出部中的每个第二突出部的延伸长度均相等，并且所述多个第二突出部中的第二突出部的数量与所述多个第一突出部中的第一突出部的数量相等；转换托板的外圆周上设置有限位突起，在托板本体上的第一环形台阶的外圆周上设置有限位凹槽，限位突起的形状及尺寸与限位凹槽的形状及尺寸匹配。通过设置与4吋衬底托板匹配的用于承载3吋衬底的转换托板，能够实现在4吋托板上进行3吋外延片的高质量生长，同时，通过在转换托板的外周上设置仅一个倒置环形台阶，减少了钼材料的用量，降低了生产成本。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1a示出了本实用新型实施例提供的4吋托板的平面结构示意图；
23.图1b示出了图1a中的a
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a剖视图；
24.图2a示出了本实用新型实施例提供的转换托板的平面结构示意图；
25.图2b示出了图2a中的b
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b剖视图。
26.附图标记：110
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4吋托板；111
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托板本体；112
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第一圆形通孔；113
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第一环形台阶；114
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多个第一突出部；141、142、143、144
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第一突出部；115
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突出部限定圆形；116
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限位凹槽；120
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转换托板；121
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倒置环形台阶；1210
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第二圆形通孔；122
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第二环形台阶；123
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多个第二突出部；131、132、133、134
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第二突出部；124
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限位突起。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.大规模分子束外延生产需求以6吋外延片为主，4吋次之。外延时需要将衬底放在衬底托板上依照程序传输到超高真空反应炉内。衬底托板是用一种非常特殊的稀土材料—钼板加工而成。钼板是由高纯钼粉经高温高压压制而成。原材料成本高昂，加工成本因其硬度高易裂也十分可观，所以加工订购时必须慎重考虑。目前，3吋主要需求来自inp衬底外延，以及一些特殊的gaas外延，总的需求量不是很大。而大型的分子束外延设备如果专做3吋，一次就可能多达23片，远远超过单次需求。这时如果单独为3吋外延片定做衬底托板，总体成本必然提高，而且由于23个圆孔不能全部放满而带来工艺问题也会导致成品率下降，不利于竞争与发展。为了降低生产成本，提高产品竞争力，促进产业发展，同时也降低对原材料的无谓消耗，因此需要对mbe设备中的3吋衬底托板进行创新设计。
33.图1a示出了本实用新型实施例提供的4吋托板的平面结构示意图；图1b示出了图1a中的a
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a剖视图；图2a示出了本实用新型实施例提供的转换托板的平面结构示意图；图2b示出了图2a中的b
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b剖视图。
34.下面将参照图1a至图2b详细描述本实用新型实施例提供的衬底托板。本实用新型实施例提供了一种分子束外延生产设备中的4吋转3吋衬底托板，衬底托板包括4吋托板110和转换托板120。
35.4吋托板110包括托板本体111和形成在托板本体111上的第一圆形通孔112，第一圆形通孔112的周围形成有第一环形台阶113，第一环形台阶113的上表面低于托板本体111的上表面，第一环形台阶113用于承载具有对应尺寸的热辐射阻挡环，沿第一环形台阶113的内圆周的底部设置有多个第一突出部114，所述多个第一突出部114在与托板本体111的上表面平行的同一平面内沿朝向第一圆形通孔112的圆心方向延伸，所述多个第一突出部114共同用于承载4吋衬底片，所述多个第一突出部114中的每个第一突出部的延伸长度均相等，并且所述多个第一突出部114中的第一突出部的数量大于或等于3个。
36.应当理解，在图1a中示出的所述多个第一突出部114包括四个第一突出部141、142、143和144，仅仅是示例性的，所述多个第一突出部114中的第一突出部数量设置可以采用能够实现共同用于支撑4吋衬底片且数量大于或等于3个的任意数量设置。
37.第一环形台阶113还用于承载转换托板120，转换托板120的外周形状以及尺寸与第一圆形通孔112的形状及尺寸匹配，转换托板120的外周上设置有一个倒置环形台阶121，倒置环形台阶121的台阶表面高于转换托板120的下表面，在将转换托板120放置在4吋托板
110上时，倒置环形台阶121的台阶表面与第一环形台阶113的上表面接触，并且倒置环形台阶121的内环直径小于突出部限定圆形115的直径，突出部限定圆形115由所述多个第一突出部114中的每个第一突出部的靠近第一圆形通孔112的圆心的端部共同限定。也就是说，通过所述多个第一突出部114的靠近圆心的多个端部构成一个虚拟圆形，通过使倒置环形台阶121的内环直径(也就是图2b中的长度l)小于突出部限定圆形115的直径，从而避免倒置环形台阶121的内环壁接触所述多个第一突出部114。
38.转换托板120的中心形成有第二圆形通孔1210，第二圆形通孔1210的周围形成有第二环形台阶122，第二环形台阶122的上表面低于转换托板120的上表面，第二环形台阶122用于承载具有对应尺寸的热辐射阻挡环，沿第二环形台阶122的内圆周的底部设置有多个第二突出部123，所述多个第二突出部123在与转换托板120的上表面平行的同一平面内沿朝向第二圆形通孔122的圆心方向延伸，所述多个第二突出部123共同用于承载3吋衬底片，所述多个第二突出部123中的每个第二突出部的延伸长度均相等，并且所述多个第二突出部123中的第二突出部的数量与所述多个第一突出部114中的第一突出部的数量相等。
39.应当理解，在图2a中示出的所述多个第二突出部123包括四个第二突出部131、132、133和134，仅仅是示例性的，在实际应用中，所述多个第二突出部123中的第二突出部数量根据所述多个第一突出部114中的第一突出部的数量来设置。
40.在实际应用中，第一环形台阶113的内环直径比4吋衬底片的直径大0.5mm至1.5mm，第二环形台阶122的内环直径比3吋衬底片的直径大0.5mm至1.5mm，以方便取放衬底片，由共同用于承载4吋衬底片的所述多个第一突出部114的端部限定的突出部限定圆形115的直径比4吋衬底片的直径小1mm至2mm，以承载4吋衬底片；由共同用于承载3吋衬底片的所述多个第二突出部123的端部限定的圆形(图中未示出)的直径比3吋衬底片的直径小1mm至2mm，以承载3吋衬底片。
41.转换托板120的外圆周上设置有限位突起124，在托板本体111上的第一环形台阶113的外圆周上设置有限位凹槽116，限位突起124的形状及尺寸与限位凹槽116的形状及尺寸匹配。
42.综上所述，通过设置与4吋衬底托板匹配的用于承载3吋衬底的转换托板，能够实现在4吋托板上进行3吋外延片的高质量生长，同时，通过在转换托板的外周上设置仅一个倒置环形台阶，而不是针对4吋托板的环形台阶和突出部设置两个倒置环形台阶，减少了钼材料的用量，降低了生产成本，提高产品竞争力。另外，通过设置仅一个倒置环形台阶，也避免了在设置两个倒置环形台阶情况下的一个环形台阶容易与突出部之间接触的问题，进而降低了突出部损坏的风险。
43.可选地，所述多个第一突出部114沿第一环形台阶113的内圆周的底部等间距设置，并且所述多个第二突出部123沿第二环形台阶122的内圆周的底部等间距设置。
44.可选地，所述多个第一突出部114中的第一突出部的数量的范围为3个至6个。
45.可选地，所述多个第一突出部114中的第一突出部的数量为4个。
46.可选地，限位突起124与所述多个第二突出部123中的每个第二突出部形成的圆心角分别等于限位凹槽116与所述多个第一突出部114中的对应的第一突出部形成的圆心角，从而使得在将转换托板120放置在4吋托板110上时，通过限位突起124与限位凹槽116匹配限位，所述多个第二突出部123中的每个第二突出部的延伸方向与所述多个第一突出部114
中的对应的第一突出部的延伸方向相同。
47.可选地，限位凹槽116的槽底面与第一环形台阶113的上表面共面。
48.可选地，第一环形台阶113以及第二环形台阶122的宽度的范围均为1mm至2mm，第一环形台阶113以及第二环形台阶122的厚度的范围均为2mm至4mm。
49.可选地，所述多个第二突出部123中的每个第二突出部以及所述多个第一突出部114中的每个第一突出部的延伸长度的范围均为0.7mm至1.5mm，所述多个第二突出部123中的每个第二突出部以及所述多个第一突出部114中的每个第一突出部的厚度的范围均为0.7mm至1.5mm。可选地，倒置环形台阶121的台阶表面的宽度的范围为4mm至8mm。可选地，倒置环形台阶121的台阶厚度的范围为2mm至4mm。
50.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。