CN110656320A - 一种红外加热灯管排布结构及cvd加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及膜加工技术领域，尤其涉及一种红外加热灯管排布结构及CVD加热系统，包括主加热件和补偿加热件，主加热件包括多个平行排布的主加热灯管，补偿加热件包括多个补偿加热灯管，主加热灯管所在的平面与补偿加热灯管所在的平面平行或为同一平面，补偿加热灯管在主加热灯管所在的平面上的正投影与主加热灯管组成矩形，且补偿加热灯管的正投影位于矩形的四个边角处。本发明补偿加热件的补偿加热灯管在主加热灯管所在平面上的正投影与主加热灯管共同构成矩形，补偿加热灯管位于矩形的四个边角处，形成为主加热件的边角区域做温度补偿的结构，调节与灯管排布方向平行的方向上的温度分布，调节与灯管排布方向垂直的方向上的温度分布。
Description
技术领域
本发明涉及膜加工技术领域，尤其涉及一种红外加热灯管排布结构及CVD加热系统。
背景技术
光电器件、太阳能器件、半导体器件通常利用多种制造工艺处理衬底表面而被制造。外延膜或材料通过化学气相沉积(CVD)工艺或金属有机物CVD(MOCVD)工艺被生长或沉积在衬底上的方法被广泛应用，外延膜或材料通常对于特定的器件，例如光电器件、太阳能器件等都会包括多个不同组分的层。
CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)及金属有机化合物CVD(MOCVD)等。共同特征是用于工艺沉积的腔室与大气隔绝，内部用于沉积薄膜工艺的晶片衬底需要加热到一定的工艺温度，例如用于硅外延的APCVD和用于沉积GaN的MOCVD，其外延工艺温度超过1000℃。高温下如何保持温度均匀性，对工艺的结果会产生巨大的影响。如LED行业中的MOCVD设备的温度均匀性被要求达到1℃。
随着工艺及应用技术的发展，砷化镓太阳能电池外延工艺对红外灯管加热温度均匀性要求越来越高。对于平板式反应腔室，现有的加热灯系统及加热方法中，通过使晶片承载器沿着晶片承载器轨道将晶片衬底移送至工艺沉积腔室内，用于支撑晶片衬底的晶片衬托器下表面暴露于从加热灯组件辐射的能量下，同时晶片衬底被晶片衬托器加热至工艺温度。采用红外加热灯管的平行排布方式，虽说可以独立调节每个灯管的电量用以控制灯管辐射的能量，但是只能调节灯管平行排布方向的温度分布，而与灯管排布垂直方向的温度分布则无法调节，即每只灯管的长度方向无法调节功率，也就不能调节该方向上的温度分布。而由于受周边环境的影响，方形加热区域的四角温度最低，并且实际测量数据与之吻合，四个边角需要补偿额外的温度，但灯管长度方向上功率密度均匀，这就会造成在现有控制技术上温度分布无法单独补偿四个边角区域，不能满足更高的均匀性要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的红外加热灯管排布结构的边角温度无法补偿，温度分度无法在垂直方向上调整，加热均匀性无法达到要求的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种红外加热灯管排布结构，包括主加热件和补偿加热件，所述主加热件包括多个平行排布的主加热灯管，所述补偿加热件包括多个补偿加热灯管，所述主加热灯管所在的平面与所述补偿加热灯管所在的平面平行或为同一平面，所述补偿加热灯管在所述主加热灯管所在的平面上的正投影与所述主加热灯管组成矩形，且所述补偿加热灯管的正投影位于所述矩形的四个边角处。
其中，所述主加热灯管包括第一加热灯管和第二加热灯管，所述第二加热灯管在所述第一加热灯管垂直于主加热灯管的方向上的两侧对称设置，所述第一加热灯管的长度大于所述第二加热灯管的长度。
其中，所述补偿加热灯管包括第四加热灯管，所述第四加热灯管在所述主加热灯管所在的平面上的正投影位于所述第二加热灯管的两端。
其中，所述主加热灯管还包括第三加热灯管，所述第三加热灯管在所述第一加热灯管垂直于主加热灯管的方向上的两侧对称设置，且所述第三加热灯管与所述第一加热灯管之间为所述第二加热灯管，所述第二加热灯管的长度大于所述第三加热灯管的长度。
其中，所述补偿加热灯管还包括第五加热灯管，所述第五加热灯管在所述主加热灯管所在的平面上的正投影位于所述第三加热灯管的两端。
其中，所述主加热灯管的形状为直线型，所述补偿加热灯管的形状为L型。
其中，主加热灯管的下方时，所述补偿加热灯管的下表面设有反射层，当所述补偿加热灯管位于所述主加热灯管的上方时，所述补偿加热灯管的上表面设有反射层。
其中，所述第一加热灯管、所述第二加热灯管和所述第三加热灯管，以及所述补偿加热件中的每根所述补偿加热灯管均具有独立的控制器。
本发明还提供了一种CVD加热系统，包括如上所述的红外加热灯管排布结构，被加热件的载板放置于所述主加热灯管上方。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明的红外加热灯管排布结构，补偿加热件的补偿加热灯管在主加热灯管所在平面上的正投影与主加热灯管共同构成矩形，补偿加热灯管位于矩形的四个边角处，由此作为主加热灯管端部的热量损失的补偿，形成为主加热件的边角区域做温度补偿的结构，不仅能调节与灯管排布方向平行的方向上的温度分布，还能调节与灯管排布方向垂直的方向上的温度分布，满足更高的红外加热均匀性要求。本发明通过主加热件的主加热灯管形成主加热区，通过补偿加热件的补偿加热灯管形成补偿加热区，由于载板平行于灯管组成的加热区平面，加热距离对热辐射效率没有影响，所以主加热区和补偿加热区上可同层设置也可上下两层安装设置。因此，本发明能够有效补偿主加热件边角区域的温度，以弥补由于系统其它因素造成的热场非对称情况。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例红外加热灯管排布结构的结构示意图；
图2是本发明实施例红外加热灯管排布结构的主加热件的结构示意图；
图3是本发明实施例红外加热灯管排布结构的补偿加热件的结构示意图；
图4是本发明实施例红外加热灯管排布结构上放置载板的结构示意图。
图中：1：主加热件；2：补偿加热件；3：主加热灯管；4：补偿加热灯管；5：载板；31：第一加热灯管；32：第二加热灯管；33：第三加热灯管；41：第四加热灯管；42：第五加热灯管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的红外加热灯管排布结构，包括主加热件1和补偿加热件2，主加热件1包括多个平行排布的主加热灯管3，补偿加热件2包括多个补偿加热灯管4，主加热灯管3所在的平面与补偿加热灯管4所在的平面平行或为同一平面，补偿加热灯管4在主加热灯管3所在的平面上的正投影与主加热灯管3组成矩形，补偿加热灯管4的正投影位于矩形的四个边角处。
本发明的红外加热灯管排布结构，补偿加热件的补偿加热灯管在主加热灯管所在平面上的正投影与主加热灯管共同构成矩形，补偿加热灯管位于矩形的四个边角处，由此作为主加热灯管端部的热量损失的补偿，形成为主加热件的边角区域做温度补偿的结构，不仅能调节与灯管排布方向平行的方向上的温度分布，还能调节与灯管排布方向垂直的方向上的温度分布，满足更高的红外加热均匀性要求。本发明通过主加热件的主加热灯管形成主加热区，通过补偿加热件的补偿加热灯管形成补偿加热区，由于载板平行于灯管组成的加热区平面，加热距离对热辐射效率没有影响，所以主加热区和补偿加热区上可同层设置也可上下两层安装设置。因此，本发明能够有效补偿主加热件边角区域的温度，以弥补由于系统其它因素造成的热场非对称情况。
其中，主加热灯管3包括第一加热灯管31和第二加热灯管32，第二加热灯管32在第一加热灯管31垂直于主加热灯管3的方向上的两侧对称设置，第一加热灯管31的长度大于第二加热灯管32的长度。其中，补偿加热灯管4包括第四加热灯管41，第四加热灯管41在主加热灯管3所在的平面上的正投影位于第二加热灯管32的两端。本实施例中，第一加热灯管形成主加热区的第一加热区，第二加热灯管形成主加热区的第二加热区，第二加热区在第一加热区垂直于主加热灯管的方向的两侧对称设置，第四加热灯管形成补偿加热区的第四加热区，为确保良好的边角热量补偿，第二加热灯管短于第一加热灯管，将第二加热区的边角位置空出，以由第四加热灯管的正投影将空出的部分填补。
其中，主加热灯管3还包括第三加热灯管33，第三加热灯管33在第一加热灯管31垂直于主加热灯管3的方向上的两侧对称设置，且第三加热灯管33与第一加热灯管31之间为第二加热灯管32，第二加热灯管32的长度大于第三加热灯管33的长度。其中，补偿加热灯管4还包括第五加热灯管42，第五加热灯管42在主加热灯管3所在的平面上的正投影位于第三加热灯管33的两端。本实施例中，第三加热灯管形成主加热区的第三加热区，第一加热区、第二加热区和第三加热区共同形成台阶状对称的主加热区，第五加热灯管形成补偿加热区的第五加热区，为确保良好的边角热量补偿，第三加热灯管短于第二加热灯管，将第三加热区的边角位置空出，以由第五加热灯管的正投影将空出的部分填补，第五加热区在长度上与第三加热区拼合，由此与第二加热区、第一加热区和第四加热区共同组成了一个矩形加热区。
其中，主加热灯管3的形状为直线型，补偿加热灯管4的形状为L型。第四加热灯管与第五加热灯管相互垂直，从而可采用L型的补偿加热灯管直接作为补偿加热区的灯管。
其中，主加热灯管3下表面均设有反射层，当补偿加热灯管4位于主加热灯管3的下方时，补偿加热灯管4的下表面设有反射层，当补偿加热灯管4位于主加热灯管3的上方时，补偿加热灯管4的上表面设有反射层。每根灯管的灯丝对应的灯管壁下部分都有反射层，以保证灯丝加热功率都向上辐射，提高加热效率。在灯管背面的反射屏用于提高热效率，反射层为稳定且反射率高的材质。
其中，第一加热灯管31、第二加热灯管32和第三加热灯管33，以及第四加热灯管41和第五加热灯管42中的每根补偿加热灯管4均具有独立的控制器。每个灯管可以独立地与电源接通和控制，分为多个独立控制区域，即通过控制器可以独立地调整流动至每个灯管的电量。本实施例中四个边角的补偿加热件是均是由两种L型灯管组成，每种都是功率独立可控，能够有效补偿4个边角区域的温度，以弥补由于系统其它因素造成的热场非对称情况。因此，通过对各个加热灯管的功率调节或对不同加热灯分组后的功率调节，就可以实现对整个加热区周向的温度分布均匀控制。但独立控制区域越多，控制越复杂，成本越高，所能达到的控温精度也越高，需要从成本和均匀性要求上共同考虑，建议分区数量不要超过10个。
本实施例还提供了CVD加热系统，包括如上实施例中的红外加热灯管排布结构，如图4所示，被加热件的载板5放置于主加热灯管3上方。
本发明的CVD加热系统灯管平行排布，灯管的加热区域覆盖整个晶片区域甚至载板区域，用于提高MOCVD腔室内的温度分布均匀性。被加热的方形载板放在主加热区上，与主加热灯管所在平面平行放置，载板区域一般都要比主加热区面积小，以保证温度均匀性，因此通过对各个加热灯管的功率调节或对不同加热灯分组后的功率调节，就可以实现对整个载板加热区域周向的温度分布均匀控制。
综上所述，本发明的红外加热灯管排布结构及CVD加热系统，补偿加热件的补偿加热灯管在主加热灯管所在平面上的正投影与主加热灯管共同构成矩形，补偿加热灯管位于矩形的四个边角处，由此作为主加热灯管端部的热量损失的补偿，形成为主加热件的边角区域做温度补偿的结构，不仅能调节与灯管排布方向平行的方向上的温度分布，还能调节与灯管排布方向垂直的方向上的温度分布，满足更高的红外加热均匀性要求。本发明通过主加热件的主加热灯管形成主加热区，通过补偿加热件的补偿加热灯管形成补偿加热区，由于载板平行于灯管组成的加热区平面，加热距离对热辐射效率没有影响，所以主加热区和补偿加热区上可同层设置也可上下两层安装设置。因此，本发明能够有效补偿主加热件边角区域的温度，以弥补由于系统其它因素造成的热场非对称情况。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种红外加热灯管排布结构，其特征在于：包括主加热件和补偿加热件，所述主加热件包括多个平行排布的主加热灯管，所述补偿加热件包括多个补偿加热灯管，所述主加热灯管所在的平面与所述补偿加热灯管所在的平面平行或为同一平面，所述补偿加热灯管在所述主加热灯管所在的平面上的正投影与所述主加热灯管组成矩形，且所述补偿加热灯管的正投影位于所述矩形的四个边角处。
2.根据权利要求1所述的红外加热灯管排布结构，其特征在于：所述主加热灯管包括第一加热灯管和第二加热灯管，所述第二加热灯管在所述第一加热灯管垂直于主加热灯管的方向上的两侧对称设置，所述第一加热灯管的长度大于所述第二加热灯管的长度。
3.根据权利要求2所述的红外加热灯管排布结构，其特征在于：所述补偿加热灯管包括第四加热灯管，所述第四加热灯管在所述主加热灯管所在的平面上的正投影位于所述第二加热灯管的两端。
4.根据权利要求3所述的红外加热灯管排布结构，其特征在于：所述主加热灯管还包括第三加热灯管，所述第三加热灯管在所述第一加热灯管垂直于主加热灯管的方向上的两侧对称设置，且所述第三加热灯管与所述第一加热灯管之间为所述第二加热灯管，所述第二加热灯管的长度大于所述第三加热灯管的长度。
5.根据权利要求4所述的红外加热灯管排布结构，其特征在于：所述补偿加热灯管还包括第五加热灯管，所述第五加热灯管在所述主加热灯管所在的平面上的正投影位于所述第三加热灯管的两端。
6.根据权利要求5所述的红外加热灯管排布结构，其特征在于：所述主加热灯管的形状为直线型，所述补偿加热灯管的形状为L型。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的红外加热灯管排布结构，其特征在于：所述主加热灯管下表面均设有反射层，当所述补偿加热灯管位于所述主加热灯管的下方时，所述补偿加热灯管的下表面设有反射层，当所述补偿加热灯管位于所述主加热灯管的上方时，所述补偿加热灯管的上表面设有反射层。
8.根据权利要求5所述的红外加热灯管排布结构，其特征在于：所述第一加热灯管、所述第二加热灯管和所述第三加热灯管，以及所述补偿加热件中的每根所述补偿加热灯管均具有独立的控制器。
9.一种CVD加热系统，其特征在于：包括如权利要求1-8所述的红外加热灯管排布结构，被加热件的载板放置于所述主加热灯管上方。
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