Rollen av SiC-belagda susceptorer i Veeco LED-epitaxiprocesser

LED-epitaxismiljön är en mycket varm och känslig miljö, och en liten förändring av miljön kommer att resultera i olika waferkvalitet. Susceptorn är en viktig del som finns i reaktorn. Den stödjer wafern under epitaxisk tillväxt, den spelar också en mycket viktig roll i att fördela värmen jämnt till hela wafern. De flesta Veecos LED-epitaxisystem använder en grafitsusceptor belagd med SiC-beläggning. SiC-beläggningen kan skydda grafiten från att skadas av värme och kemikalier och ge en enhetlig LED-kvalitet.

Hur CVD SiC-beläggning förbättrar termisk enhetlighet i Veeco EPIK-verktyg

Att hålla skivan vid lämplig temperatur under tillverkning av högkvalitativa lysdioder är en viktig faktor att beakta. CVD-sic Beläggningen skapar en jämn, stabil yta på grafitmottagaren som jämnt fördelar värmen under tillväxten av SiC LED-substratet.

Även när ingen CVD sic-beläggning används kan små variationer inom enskilda grafiter leda till skillnader i ytans värmeöverföringsegenskaper, men med en CVD SiC-beläggning av högre kvalitet förbättras ytans värmeöverföringsegenskaper avsevärt och därmed blir den termiska profilen mer enhetlig. En anläggning hade problem med färgavvikelser över sina wafers, orsakade av ojämn uppvärmning över ytan. Men med en tjockare CVD SiC av högre kvalitet och CVD TaC beläggningen övervann denna instabilitet.

Ytfel och repor på CVD SiC-beläggning och Högrenhets-CVD SiC-råvara kan öka variabiliteten eftersom de skapar ojämna materialtillväxthastigheter, eller möjliga "heta punkter" på beläggningsytan. Beläggningar kontrolleras rutinmässigt för slitage och sprickor av många tillverkare genom att observera statusen för CVD SiC-beläggningen efter en serie uppvärmningscykler. Susceptorn kan roteras under hela CVD-processen för att öka CVD SiC-beläggningens enhetlighet och hållbarhet.

Användningen av en CVD SiC-beläggning kan dock inte eliminera all variation, men gör det mycket mer genomförbart att konsekvent producera basmaterial för LED-tillverkning i stor skala.

Funktionen hos högrena grafitmottagare i LED-epitaxi

Susceptorn stöder och håller wafern vid en relativt stabil temperatur medan kristallskiktet växer. Grafit används vanligtvis, och i själva verket bör en högrent grafit användas eftersom den kan användas i extremt höga temperaturer och inte kommer att deformeras.

Denna höga värmeledningsförmåga hjälper till att överföra värme från värmeelementen till wafern och stabilisera wafertemperaturen medan lagret växer. Eftersom små temperaturvariationer orsakar förändringar i kristallens tillväxt bör den vara så konstant som möjligt.

Renhet är en viktig faktor för vilken grafit som används. Förorenad grafit innehåller metall och andra föroreningar som avges från susceptorn under uppvärmning och avsätts på wafern och orsakar kristalldefekter.

Vissa tillverkare observerade en ökning av defekta lysdioder med mindre ren grafit. Högren grafit och strängare inspektioner gav bättre resultat. Ett annat problem är susceptorns planhet.

Efter ett antal uppvärmnings- och kylcykler kan susceptorn deformeras. Denna distorsion påverkar gasflödet och waferpositioneringen, vilket båda påverkar lagrets tillväxtstabilitet.

Minska partikelproblem i epitaxi genom optimerad ytdesign

De flesta partikelproblem börjar faktiskt med ytorna där delarna och gaserna är i kontakt. Susceptorer, foder och så vidare kan gradvis frigöra partiklar med tiden allt eftersom deras ytor repas eller slits.

I processgaser med hög temperatur kan små sprickor eller slitage på beläggningsskiktet producera mikrofragment som kan färdas genom reaktorn och avsättas på wafern. Med en tillräckligt stor diameter kommer en partikel på en waferyta att resultera i en defekt på den slutliga lysdioden.

Jämnhet minskar risken för partikelutsläpp, men den bör kunna motstå upprepade termiska cykler. Vissa beläggningar kan verka ha en bra yta i rumstemperatur medan de utvecklar mikrosprickor efter många körningar. Partikelproblem uppstår ofta gradvis när beläggningsdelarna slits ut.

För många processdelar sker skadorna vid kanten eftersom denna del utsätts för den högsta spänningen. Genom att kontrollera kvaliteten, beläggningstjockleken och spänningskoncentrationen vid kanterna kan vi minska slitaget.

Så, för att förhindra att beläggningsskiktet lossnar efter varje körning, måste beläggningen och grafitsubstraten ha god bindning. Regelbunden inspektion i starkt ljus eller provtagning kan ge en varning för dessa problem som utvecklas.

Jämförelse av bar grafit och SiC-belagda susceptorer i LED-produktion

Även om både bar grafit och SiC-belagda susceptorer används i LED-tillverkning, presterar de mycket olika i sina driftsparametrar.

Anledningarna till att bar grafit används är att den är effektiv i värmeöverföring och har en stor exponerad yta för att ta emot värme, och har relativt långsam partikelemission från sin yta efter några timmars drift, även om den har andra nackdelar. Dessa är relativt dålig värmefördelning och den höga ytan gör den mer reaktiv mot gaser i kammaren och kommer därför att avge partiklar med högre hastighet, även om denna långsamma uppbyggnad är en avvägning i många fall.

Den SiC-belagda susceptorn övervinner några av dessa problem genom att lägga till en hård skyddande beläggning.

Man kan titta på LED-fabriker som arbetar i hög volym genom produktionscykler där längre skift behövs. Vissa fabriker finner att över långa drifttider med bar grafit sker en gradvis avvikelse av waferuniformiteten efter flera termiska cykler. Susceptorns yta verkar utvecklas långsamt och därmed blir värmefördelningen mer instabil.

Användningen av SiC-belagda susceptorer för långa serier innebär att denna variation i waferuniformitet är mindre frekvent, dvs. med en enda fabrik innebär byte till SiC-belagd produktion att deras linjer inte behöver justeras lika ofta vid byte från olika batcher.

Termiska egenskaper kan undersökas. Bar grafit verkar utveckla en viss grad av temperaturinstabilitet på sin yta. Detta tros bero på ytans långsamma förändringar och även på någon okänd komponent i beläggningen.

SiC-beläggningen låser ytan, den förhindrar förändringar, vilket innebär att värmeöverföringen är konstant. Effekten detta har på lysdioder är att om det odlade lagret utsätts för temperaturvariationer, kommer även våglängden/ljusstyrkan att förändras.

Det finns naturligtvis nackdelar med att använda SiC-belagda susceptorer; deras pris och att de, även om de inte har partiklar, kommer att avge partiklar om de spricker, och därför kan introducera partiklar snarare än att reducera dem.

Så noggranna övervaknings- och underhållsprocedurer för deras beläggningar måste implementeras för att förhindra att degradering fortsätter innan defekten uppstår. Användning av slitstarka beläggningar bör dock hålla ett tag, varefter de bör bytas ut.

Underhålls- och rengöringsstrategier för Veeco-reservdelar med lång livslängd

Att hålla Veeco-delarna i gott skick ökar delarnas livslängd och bibehåller stabiliteten i epitaxiprocessen. Rester byggs upp över tid på susceptorer, foder och belagda ringar. Restuppbyggnad, även i lager så tunna som de som kan identifieras, kan påverka det termiska svaret över ytan och orsaka dålig processkonsistens.

En ingenjör rapporterade att han såg ojämn LED-ljusstyrka eller dåliga waferresultat och sedan undersökte rester som källa till problemet. Olika rengöringsprocedurer bör utvecklas för olika material. Delar med hög renhet av grafit bör inte utsättas för slipande kemikalier eller slipande skrubbningsmetoder eftersom dessa metoder kan slita på delen.

Flera produktionslinjer använder helt enkelt tidsinställd plasmarengöring eller mer konservativa kemiska metoder för att ta bort avlagringar. Det är också viktigt att hantera SiC-belagda delar varsamt. Även om denna del är relativt robust, kommer repor och skråmor som uppstår under rengöringen så småningom att orsaka små sprickor som kan vara partikelkällor. En produktionslinje löste detta genom att använda mjukare rengöringsmaterial och utveckla en bättre hanteringsteknik för dessa delar.

Rutinmässig livscykelövervakning av delar sker också efter rengöring. Bara en snabb genomsökning för missfärgning, mikrosprickor eller ojämnt fördelad glans kan upptäcka de första tecknen på delfel. Många fabriker använder livscykelövervakning av delar istället för att förlita sig på felbaserat komponentbyte. Komponenten kommer att bytas ut innan problemet blir synligt.

Även förvaring underskattas ofta. Även om de är rena kan delarna lätt kontamineras av damm och fukt när de förvaras utomhus och bör förseglas i rena behållare före nästa användning.

Med tiden blir det uppenbart att nyckeln till lång livslängd på detaljer är de små sakerna, som utförs tillförlitligt varje dag. Att den skonsamma rengöringsprocessen, den försiktiga hanteringen och den stadiga övervakningen av detaljernas livslängd kan påverka stabiliteten i epitaxiprocessen avsevärt.