CN110629201A - 加热装置及化学气相沉积系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括承载台、多个载盘、第一加热器以及第二加热器的加热装置被提出。承载台具有公转轴。多个载盘设置于承载台上。承载台带动这些载盘以公转轴为中心而公转。第一加热器设置于承载台下。第一加热器在公转轴的径向上具有第一宽度。第二加热器设置于承载台下。第二加热器与第一加热器彼此分离开来。第二加热器在公转轴的径向上具有第二宽度，且第一宽度不等于第二宽度。一种采用加热装置的化学气相沉积系统亦被提出。

Description

加热装置及化学气相沉积系统

技术领域

本发明涉及一种成膜设备，尤其涉及一种加热装置及化学气相沉积系统。

背景技术

在发光二极管材料的操作性能以及可靠性不断地提升下，其应用的领域也逐渐多元化，例如照明装置、显示器、背光模块等。为了满足各种使用需求下的性能规格，不同样式或材料组成的发光二极管元件不断地挑战相关厂商的设计与量产能力。举例来说，应用于显示器的微型发光二极管，其磊晶层的膜厚均匀性需要达到一定的水准才能满足所需的显示品质(例如演色性或显示面的亮度均匀性)要求。

在形成微型发光二极管元件的磊晶薄膜的制造过程中，化学气相沉积(chemicalvapor deposition，CVD)技术是较常使用的技术手段之一。为了取得均匀性较佳的磊晶薄膜，化学气相沉积设备的腔室内大都置入可旋转的承载台(susceptor)与多个载盘(satellite disc)。载盘用以承载磊晶基板并相对于一自转轴转动而形成一自转系统，承载台用以带动这些载盘相对于一公转轴转动而形成一公转系统。当磊晶基板由加热器获得热能时，载盘的公转与自转有助于提升磊晶基板的温度均匀性。

然而，伴随着磊晶基板尺寸的增加以及发光二极管元件尺寸的缩减，上述的承载台与载盘的配置关系已无法满足磊晶基板于成膜时所需的温度均匀性。

发明内容

本发明提供一种加热装置，可使磊晶基板的温度均匀性较佳。

本发明提供一种化学气相沉积系统，具有较佳的成膜均匀性。

本发明的加热装置，包括承载台、多个载盘、第一加热器以及第二加热器。承载台具有公转轴。多个载盘设置于承载台上。承载台带动这些载盘以公转轴为中心而公转。第一加热器设置于承载台下。第一加热器在公转轴的径向上具有第一宽度。第二加热器设置于承载台下。第二加热器与第一加热器彼此分离开来。第二加热器在公转轴的径向上具有一第二宽度，且第一宽度不等于第二宽度。

在本发明的一实施例中，上述的加热装置的载盘具有载盘直径，且第一宽度与载盘直径的比值大于0.5且小于1。

在本发明的一实施例中，上述的加热装置的第一加热器具有第一温度，第二加热器具有第二温度，且第一温度不等于第二温度。

在本发明的一实施例中，上述的加热装置还包括第三加热器，设置于承载台下。第三加热器、第二加热器与第一加热器彼此分离开来。第三加热器在公转轴的径向上具有第三宽度，且第三宽度不等于第一宽度与第二宽度。

在本发明的一实施例中，上述的加热装置的各载盘于承载台上的垂直投影部分重叠于第一加热器在承载台上的垂直投影，且第一加热器于载盘上的垂直投影面积与载盘的表面积的比值大于等于0.4且小于等于0.9。

在本发明的一实施例中，上述的加热装置的各载盘的对称中心重叠于第一加热器在这些载盘上的垂直投影。

在本发明的一实施例中，上述的加热装置的多个载盘与承载台之间在公转轴的轴向上分别具有间隙。

在本发明的一实施例中，上述的加热装置的多个载盘的第一载盘与承载台之间在公转轴的轴向上具有第一间距，多个载盘的第二载盘与承载台之间在公转轴的轴向上具有第二间距，且第一间距不等于第二间距。

本发明的化学气相沉积系统，包括腔室、加热装置、旋转驱动机构以及进气单元。加热装置设置于腔室内，且包括承载台、多个载盘、第一加热器以及第二加热器。承载台具有公转轴。多个载盘设置于承载台上。承载台带动这些载盘以公转轴为中心而公转。第一加热器设置于承载台下。第一加热器在公转轴的径向上具有第一宽度。第二加热器设置于承载台下。第二加热器与第一加热器彼此分离开来。第二加热器在公转轴的径向上具有第二宽度，且第一宽度不等于第二宽度。旋转驱动机构连接承载台并带承载台旋转。进气单元设置于腔室内并位于承载台上方。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的载盘具有载盘直径，且第一宽度与载盘直径的比值大于0.5且小于1。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的第一加热器具有第一温度，第二加热器具有第二温度，且第一温度不等于第二温度。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的各载盘于承载台上的垂直投影部分重叠于第一加热器在承载台上的垂直投影，且第一加热器于载盘上的垂直投影面积与载盘的表面积的比值大于等于0.4且小于等于0.9。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的各载盘的对称中心重叠于第一加热器在这些载盘上的垂直投影。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的多个载盘与承载台之间在公转轴的轴向上分别具有间隙。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的多个载盘的第一载盘与承载台之间在公转轴的轴向上具有第一间距，多个载盘的第二载盘与承载台之间在公转轴的轴向上具有第二间距，且第一间距不等于第二间距。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的加热装置还包括载盘驱动单元，配置于承载台上，且用以驱使载盘以自转轴为中心而自转。

在本发明的一实施例中，上述的化学气相沉积系统的载盘驱动单元包括设置于承载台内的多条气体管道，且这些气体管道位于多个载盘下。

基于上述，在本发明的一实施例的加热装置及化学气相沉积系统中，通过彼此分离的第一加热器与第二加热器在公转轴的径向上的宽度不同，可有效提升磊晶基板的温度均匀性，致使成长于磊晶基板上的薄膜可具有较佳的厚度均匀性，对于后续形成微型发光二极管晶粒的光电均匀性也会有改善。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的加热装置的部分分解示意图；

图2是本发明的一实施例的化学气相沉积系统的剖面示意图；

图3是本发明的第二实施例的加热装置的剖面示意图；

图4是本发明的第三实施例的加热装置的剖面示意图；

图5是本发明的第四实施例的加热装置的剖面示意图；

图6是本发明的第五实施例的加热装置的部分分解示意图；

图7是本发明的另一实施例的化学气相沉积系统的剖面示意图。

附图标号说明：

1、2：化学气相沉积系统

20：进气单元

30：旋转驱动机构

50：腔室

70：制程气体

100、100A、100B、100C、100D：加热装置

110、110A：承载台

110a：第一表面

110b：第二表面

110g、110g-1、110g-2：凹槽

115：间隙

120、121、122：载盘

130、130A、130B、130C、131、132、131A、132A、133、131B、132B、133B：加热器

131P：垂直投影

150：载盘驱动单元

151、152：气体管道

CS：对称中心

D：载盘直径

ES、ES1、ES2：磊晶基板

G1：第一间距

G2：第二间距

GS1：第一气流

GS2：第二气流

RE：公转轴

RO：自转轴

TF：磊晶薄膜

TR：公转轨迹

W1、W1’：第一宽度

W2、W2’：第二宽度

W3、W3’：第三宽度

具体实施方式

图1是本发明的第一实施例的加热装置的部分分解示意图。图2是本发明的一实施例的化学气相沉积系统的剖面示意图。请参照图1及图2，化学气相沉积系统1包括腔室50、加热装置100、进气单元20以及旋转驱动机构30。加热装置100包括承载台110、多个载盘120以及加热器130。载盘120配置用以将磊晶基板ES定位于承载台110上。载盘120与加热器130分别设置于承载台110的相对两侧。具体而言，承载台110具有相对的第一表面110a与第二表面110b以及设置于第一表面110a的多个凹槽110g。这些载盘120分别设置于这些凹槽110g内，并凸出承载台110的第一表面110a。承载台110的第二表面110b朝向加热器130。

本实施例的载盘120数量是以四个为例进行示范性地说明，不代表本发明以附图揭示内容为限制。在其他实施例中，载盘120的数量可根据实际的制程需求(例如磊晶基板或承载台的尺寸大小)而调整。加热装置100设置于腔室50内。旋转驱动机构30与承载台110连动，以带动承载台110旋转。进气单元20设置于腔室50上方。于本实施例中，进气方向是由进气单元20两侧流入腔室50，但不以此为限。在其他实施例中，也可同时于进气单元20下方设置进气口。当成膜时，加热装置100可将磊晶基板ES的表面温度维持在一预定值，并以旋转驱动机构30令承载台110维持一旋转速度，同时通过进气单元20将制程气体70(例如被汽化的前驱物或其他反应气体)输送至腔室50内，并通过这些制程气体70的化学反应在磊晶基板ES上形成所需的磊晶薄膜TF。在本实施例中，磊晶基板ES例如是硅晶圆、蓝宝石(Sapphire)基板、碳化硅(SiC)基板、或其他合适的基板，磊晶薄膜TF例如是氮化镓(GaN)薄膜，但不以此为限。

进一步而言，承载台110还具有公转轴RE，且这些载盘120在承载台110的带动下各自以公转轴RE为中心而公转。在本实施例中，加热器130的数量是以两个为例进行示范性地说明，分别为第一加热器131与第二加热器132，且在公转轴RE的径向上，第一加热器131位于第二加热器132与公转轴RE之间，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第二加热器也可位于第一加热器与公转轴RE之间。举例而言，这些加热器130于承载台110上的垂直投影可环绕公转轴RE。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，加热器可具有多个彼此分离的段部，且这些段部分别设置在与这些载盘120的公转路径重叠的多个区段上。

另一方面，载盘120具有对称中心CS，且对称中心CS在承载台110的旋转带动下形成围绕公转轴RE的公转轨迹TR。特别说明的是，在公转轴RE的轴向上，此公转轨迹TR重叠于第一加热器131于承载台110上的垂直投影131P。也就是说，在载盘120公转的过程中，其对称中心CS始终重叠于第一加热器131于载盘120上的垂直投影131P。在本实施例中，多个载盘120的公转路径大致上相互重叠(亦即，这些载盘120的对称中心CS的公转轨迹TR大致上相互重叠)，但本发明不以此为限。在其他实施例中，多个载盘120的对称中心CS的公转轨迹TR也可彼此错开。

第一加热器131在公转轴RE的径向上具有第一宽度W1，载盘120在公转轴RE的径向上具有载盘直径D(亦即，此处公转轴RE的径向是通过载盘120的对称中心CS)。特别一提的是，第一加热器131的第一宽度W1与载盘120的载盘直径D的比值大于0.5且小于1。据此，第一加热器131可仅针对载盘120的局部区域进行加热，有助于提升磊晶基板ES的温度均匀性，致使成长于磊晶基板ES上的磊晶薄膜TF可具有较佳的厚度均匀性。在一些实施例中，第一加热器131于载盘120上的垂直投影面积与载盘120的表面积的比值可大于等于0.4且小于等于0.9，有助于进一步提升磊晶基板ES的温度均匀性。

进一步而言，第二加热器132在公转轴RE的轴向上也是至少部分重叠于载盘120，而在公转轴RE的径向上具有第二宽度W2，且第二宽度W2不等于第一加热器131的第一宽度W1。更具体地是，第二加热器132的第二宽度W2小于第一加热器131的第一宽度W1。在本实施例中，第一加热器131具有第一温度，第二加热器132具有第二温度，且通过第一温度不等于第二温度，可实现加热器130对于载盘120的多区加热，有助于提升磊晶基板ES的温度均匀性，致使成长于磊晶基板ES上的磊晶薄膜TF可具有较佳的厚度均匀性。应可理解的是，在本实施例中，磊晶基板ES的加热可通过热辐射与热传导的方式来实现。更具体地说，加热器130所提供的热能可经由热辐射的方式传递至承载台110的第二表面110b，再通过承载台110与载盘120的热传导而传递至磊晶基板ES，但本发明不以此为限。

以下将列举另一些实施例以详细说明本公开，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。

图3是本发明的第二实施例的加热装置的剖面示意图。请参照图3，本实施例的加热装置100A与图2的加热装置100的主要差异在于：加热器的配置方式不同。具体而言，在公转轴RE的径向上，加热器130A的第二加热器132A位于第一加热器131A与公转轴RE之间。在本实施例中，第一加热器131A与载盘120的配置关系与前述实施例的加热装置100相似，于此便不再重述。

特别一提的是，第一加热器131A的第一宽度W1与载盘120的载盘直径D的比值大于0.5且小于1。据此，第一加热器131A可仅针对载盘120的局部区域进行加热，有助于提升磊晶基板ES的温度均匀性，致使成长于磊晶基板ES上的磊晶薄膜TF可具有较佳的厚度均匀性。另一方面，第二加热器132A在公转轴RE的径向上具有第二宽度W2，且第二宽度W2不等于第一加热器131A的第一宽度W1。更具体地是，第二加热器132A的第二宽度W2小于第一加热器131A的第一宽度W1。在本实施例中，第一加热器131A具有第一温度，第二加热器132A具有第二温度，且通过第一温度不等于第二温度，可实现加热器130A对于载盘120的多区加热，有助于提升磊晶基板ES的温度均匀性，致使成长于磊晶基板ES上的磊晶薄膜TF可具有较佳的厚度均匀性。

图4是本发明的第三实施例的加热装置的剖面示意图。请参照图4，本实施例的加热装置100B与图2的加热装置100的主要差异在于：加热器的数量不同。在本实施例中，加热装置100B还包括第三加热器133，且在公转轴RE的径向上，第三加热器133位于第一加热器131与公转轴RE之间。第一加热器131、第二加热器132与第三加热器133彼此分离开来，且在公转轴RE的轴向上第三加热器133不重叠于载盘120。据此，可提升加热器130B对于磊晶基板ES在径向上的温度分布的调变能力。在本实施例中，第一加热器131、第二加热器132与载盘120的配置关系与前述实施例的加热装置100相似，于此便不再重述。

进一步而言，第三加热器133在公转轴RE的径向上具有第三宽度W3，且第三加热器133的第三宽度W3不等于第一加热器131的第一宽度W1与第二加热器132的第二宽度W2。在本实施例中，第三宽度W3可小于第一宽度W1且大于第二宽度W2，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第三加热器133的第三宽度W3也可等于第二加热器132的第二宽度W2。另一方面，第一加热器131、第二加热器132与第三加热器133可分别具有第一温度、第二温度与第三温度，且通过第一温度不等于第二温度以及第三温度不等于第一温度与第二温度，可实现加热器130B对于载盘120的多区加热，有助于提升磊晶基板ES的温度均匀性，致使成长于磊晶基板ES上的磊晶薄膜TF可具有较佳的厚度均匀性。

图5是本发明的第四实施例的加热装置的剖面示意图。请参照图5，本实施例的加热装置100C与图4的加热装置100B的主要差异在于：第三加热器的配置方式不同。具体而言，加热装置100C的第三加热器133B在公转轴RE的轴向上可重叠于载盘120。据此，可进一步增加磊晶基板ES于周边的温度均匀性。特别说明的是，在本实施例中，第一加热器131B、第二加热器132B与载盘120的配置关系与前述实施例的加热装置100相似，于此便不再重述。

进一步而言，第三加热器133B在公转轴RE的径向上具有第三宽度W3’，且第三加热器133B的第三宽度W3’不等于第一加热器131B的第一宽度W1’与第二加热器132B的第二宽度W2’。在本实施例中，第三宽度W3’可小于第一宽度W1’且大于第二宽度W2’，但本发明不以此为限。另一方面，第一加热器131B、第二加热器132B与第三加热器133B可分别具有第一温度、第二温度与第三温度，且通过第一温度不等于第二温度以及第三温度不等于第一温度与第二温度，可实现加热器130C对于载盘120的多区加热，有助于提升磊晶基板ES的温度均匀性，致使成长于磊晶基板ES上的磊晶薄膜TF可具有较佳的厚度均匀性。

图6是本发明的第五实施例的加热装置的部分分解示意图。图7是本发明的另一实施例的化学气相沉积系统的剖面示意图。特别说明的是，为清楚呈现起见，图6省略了图7的载盘驱动单元150的绘示。

请参照图6及图7，本实施例的化学气相沉积系统2以及加热装置100D与图2的化学气相沉积系统1以及加热装置100的主要差异在于：加热装置100D还包括载盘驱动单元150，配置用以驱使载盘120以自转轴RO为中心而自转，其中自转轴RO通过载盘120的对称中心CS。在本实施例中，载盘驱动单元150包括设置于承载台110A内的多条气体管道，例如气体管道151与气体管道152，且气体管道位于载盘120下。这些气体管道配置用以将气流输送至承载台110A的凹槽(例如凹槽110g-1与凹槽110g-2)内并流动于载盘120与承载台110A之间，使设置于凹槽内的载盘120与承载台110A在公转轴RE的轴向上形成间隙115，并通过气流的带动使载盘120转动。据此，可进一步提升磊晶基板ES内的温度均匀性。需说明的是，在本实施例中，载盘120的公转方向与自转方向可选择性地相同(例如是顺时针方向)，但本发明不以此为限。在其他实施例中，载盘120的公转方向与自转方向也可分别为顺时针方向与逆时针方向。

在本实施例中，，载盘驱动单元150将第一气流GS1输送至设有载盘121的凹槽110g-1内，致使载盘121与承载台110A之间在公转轴RE的轴向上具有第一间距G1。将第二气流GS2输送至设有载盘122的凹槽110g-2内，致使载盘122与承载台110A之间在公转轴RE的轴向上具有第二间距G2。通过调节第一气流GS1与第二气流GS2的相对大小，使载盘121与承载台110A的第一间距G1不等于载盘122与承载台110A的第二间距G2。举例来说，当磊晶基板ES1与磊晶基板ES2之间具有温度差异时，通过第一气流GS1的单位时间流量小于第二气流GS2的单位时间流量，可使第一间距G1小于第二间距G2，以进一步缩减两磊晶基板间的温度差异。或也可以通过不同的气流来调整这些载盘的自转速度以改善成膜均匀度并提高磊晶品质。

综上所述，在本发明的一实施例的加热装置及化学气相沉积系统中，通过彼此分离的第一加热器与第二加热器在公转轴的径向上的宽度不同，可有效提升磊晶基板的温度均匀性，致使成长于磊晶基板上的薄膜可具有较佳的厚度均匀性，对于后续形成微型发光二极管晶粒的光电均匀性也会有改善。

Claims (17)

1.一种加热装置，包括：

承载台，具有公转轴；

多个载盘，设置于所述承载台上，其中所述承载台带动所述多个载盘以所述公转轴为中心而公转；

第一加热器，设置于所述承载台下，其中所述第一加热器在所述公转轴的径向上具有第一宽度；以及

第二加热器，设置于所述承载台下，所述第二加热器与所述第一加热器彼此分离开来，其中所述第二加热器在所述公转轴的径向上具有第二宽度，且所述第一宽度不等于所述第二宽度。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其中所述载盘具有载盘直径且所述第一宽度与所述载盘直径的比值大于0.5且小于1。

3.根据权利要求1所述的加热装置，其中所述第一加热器具有第一温度，所述第二加热器具有第二温度，且所述第一温度不等于所述第二温度。

4.根据权利要求1所述的加热装置，还包括：

第三加热器，设置于所述承载台下，所述第三加热器、所述第二加热器与所述第一加热器彼此分离开来，其中所述第三加热器在所述公转轴的径向上具有第三宽度，且所述第三宽度不等于所述第一宽度与所述第二宽度。

5.根据权利要求1所述的加热装置，其中各所述载盘于所述承载台上的垂直投影部分重叠于所述第一加热器在所述承载台上的垂直投影，且所述第一加热器于所述载盘上的垂直投影面积与所述载盘的表面积的比值大于等于0.4且小于等于0.9。

6.根据权利要求1所述的加热装置，其中各所述载盘的对称中心重叠于所述第一加热器在所述多个载盘上的垂直投影。

7.根据权利要求1所述的加热装置，其中所述多个载盘与所述承载台之间在所述公转轴的轴向上分别具有间隙。

8.根据权利要求7所述的加热装置，其中所述多个载盘的第一载盘与所述承载台之间在所述公转轴的轴向上具有第一间距，所述多个载盘的第二载盘与所述承载台之间在所述公转轴的轴向上具有第二间距，且所述第一间距不等于所述第二间距。

9.一种化学气相沉积系统，包括：

腔室；

加热装置，设置于所述腔室内，所述加热装置包括：

承载台，具有公转轴；

多个载盘，设置于所述承载台上，其中所述承载台带动所述多个载盘以所述公转轴为中心而公转；

第一加热器，设置于所述承载台下，其中所述第一加热器在所述公转轴的径向上具有第一宽度；以及

第二加热器，设置于所述承载台下，所述第二加热器与所述第一加热器彼此分离开来，其中所述第二加热器在所述公转轴的径向上具有第二宽度，且所述第一宽度不等于所述第二宽度；

旋转驱动机构，连接所述承载台并带动所述承载台旋转；以及

进气单元，设置于所述腔室内并位于所述承载台上方。

10.根据权利要求9所述的化学气相沉积系统，其中所述载盘具有载盘直径，且所述第一宽度与所述载盘直径的比值大于0.5且小于1。

11.根据权利要求9所述的化学气相沉积系统，其中所述第一加热器具有第一温度，所述第二加热器具有第二温度，且所述第一温度不等于所述第二温度。

12.根据权利要求9所述的化学气相沉积系统，其中各所述载盘于所述承载台上的垂直投影部分重叠于所述第一加热器在所述承载台上的垂直投影，且所述第一加热器于所述载盘上的垂直投影面积与所述载盘的表面积的比值大于等于0.4且小于等于0.9。

13.根据权利要求9所述的化学气相沉积系统，其中各所述载盘的对称中心重叠于所述第一加热器在所述多个载盘上的垂直投影。

14.根据权利要求9所述的化学气相沉积系统，其中所述加热装置还包括：

载盘驱动单元，配置于所述承载台上，且用以驱使所述多个载盘各自以自转轴为中心而自转。

15.根据权利要求14所述的化学气相沉积系统，其中所述载盘驱动单元包括设置于所述承载台内的多条气体管道，且所述多个气体管道位于所述多个载盘下。

16.根据权利要求14所述的化学气相沉积系统，其中所述多个载盘与所述承载台之间在所述公转轴的轴向上分别具有间隙。

17.根据权利要求14所述的化学气相沉积系统，其中所述多个载盘的第一载盘与所述承载台之间在所述公转轴的轴向上具有第一间距，所述多个载盘的第二载盘与所述承载台之间在所述公转轴的轴向上具有第二间距，且所述第一间距不等于所述第二间距。