CN113025999A

CN113025999A - 加热器

Info

Publication number: CN113025999A
Application number: CN201911341459.7A
Authority: CN
Inventors: 向洪春; 陈长荣
Original assignee: Shanghai Siqing Enterprise Management Partnership LP
Current assignee: Shanghai Siqing Enterprise Management Partnership LP
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-06-25

Abstract

本发明公开了一种加热器，包括：主加热器，设置在托盘的正下方，所述托盘上承载有衬底，所述主加热器用于对所述托盘及所述托盘上的所述衬底进行加热；外加热器，环绕设置在所述主加热器的外侧，与所述主加热器大致在同一平面上；辅加热器，设置在所述主加热器的正下方，与所述主加热器之间存在一定的间隙；所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器的中心在同一个铅垂线上。本发明的加热器通过主加热器、外加热器和辅加热器的紧密配合，可以使得加热器的温度高、温场均匀、性能稳定、可快速升降温。

Description

加热器

技术领域

本发明涉及化学气相沉积(CVD)设备技术领域，尤其涉及一种用于CVD设备的加热器。

背景技术

CVD(ChemicalVaporDeposition，化学气相沉积)，指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。CVD设备用于制备化合物半导体材料或其他薄膜材料，如：GaN、SiC、ZnO和薄膜太阳能电池等，这些薄膜材料都是在基板材料即衬底上进行沉积的。沉积过程需要对衬底进行加热，衬底表面的温度精度和均匀性决定了薄膜材料的厚度均匀性、晶体质量、电学性能、光学性能及其他物理化学性质。

目前，CVD设备的加热器有电磁感应式和电阻式。

电磁感应式加热器存在以下缺陷：(1)放置衬底的托盘必须是导电材料，限制了托盘材料的选择性；(2)由于存在积肤效应，加热时表面先被加热，内外温差较大托盘容易热形变或开裂；(3)电磁感应加热通常是个控温点，温度均匀性难以控制。

电阻式加热器通常为平面式，包含2区、3区或更多个控温区。(1)2区加热器受外侧温度影响较大，中心温度跟外侧温度有差异，均匀性跟所控温度的高低有较大关系；(2)3区或多区加热器比2区加热器温度均匀性好一些，但各区相接的地方存在温度的低点，难以保证特别高的均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度高、温场均匀、性能稳定、可快速升降温的加热器。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种加热器，包括：

主加热器，设置在托盘的正下方，所述托盘上承载有衬底，所述主加热器用于对所述托盘及所述托盘上的所述衬底进行加热；

外加热器，环绕设置在所述主加热器的外侧，与所述主加热器大致在同一平面上；

辅加热器，设置在所述主加热器的正下方，与所述主加热器之间存在一定的间隙；

所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器的中心在同一个铅垂线上。

在本发明的一具体实施例中，所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器分别通过电极和电极板连接，所述电极板位于所述辅加热器的正下方。

在本发明的一具体实施例中，所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器分别通过支撑组件和所述电极板连接，所述支撑组件包括：

支撑座，固定在所述电极板上；

支撑杆，所述支撑杆的一端和所述支撑座螺纹连接，所述支撑杆的另一端分别和所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器连接。

在本发明的一具体实施例中，所述辅加热器和所述电极板之间设置有隔热组件，所述隔热组件包括多组隔热板，多组所述隔热板沿铅垂线的方向间隔平行设置。

在本发明的一具体实施例中，所述隔热板的数量为3-6层，相邻的两层所述隔热板的间距为2-5mm。

在本发明的一具体实施例中，所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器的发热材料采用石墨、钨、钼、铼、碳-碳复合材料中的至少一种。

在本发明的一具体实施例中，所述主加热器包括多个条状的加热部，多个所述加热部的中部相互连接拼合形成圆盘状的所述主加热器。

在本发明的一具体实施例中，所述辅加热器包括第一弧形部、第一连接部、第二弧形部、第二连接部和第三弧形部，所述第一弧形部具有相对设置的两个端部，每个所述端部通过所述第一连接部和一个所述第二弧形部的一端连接，每个所述第二弧形部的另一端通过所述第二连接部和一个所述第三弧形部连接；所述第一弧形部、所述第二弧形部和所述第三弧形部的中心在同一条直线上。

在本发明的一具体实施例中，所述主加热器的加热面的面积至少为所述托盘上用于放置所述衬底的承载区域的面积的90％。

在本发明的一具体实施例中，所述外加热器的形状为部分圆环状，具有一个缺口。

本发明的有益之处在于：

区别于现有技术，应用本发明的技术方案，通过在主加热器的外侧环绕设置有外加热器，在主加热器的正下方设置有辅加热器，主加热器、外加热器和辅加热器的中心在同一个铅垂线上，主加热器直接对托盘上的衬底均匀加热，能够提供稳定的温场；外加热器加热托盘的外周部，能够抑制托盘的外周部的温度降低，从而能够形成均匀的温度分布；辅加热器能够为主加热器提供中心能量的补偿，大大减少外围温度的影响。由此，通过主加热器、外加热器和辅加热器的紧密配合，可以使得加热器的温度高、温场均匀、性能稳定、可快速升降温。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1是本发明加热器的剖视示意图；

图2是本发明加热器的主加热器和外加热器的结构示意图；

图3是本发明加热器的辅加热器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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。

参见图1-图3，本发明加热器实施例包括：主加热器1、外加热器2和辅加热器3。

主加热器1设置在托盘10的正下方，托盘10上承载有衬底9，主加热器1用于对托盘10及托盘10上的衬底9进行加热。托盘10采用石墨制成，托盘10的形状为圆盘状。为了能够对托盘10上任意位置放置的衬底9进行均匀地加热，主加热器1的形状也为圆盘状，且主加热器1的中心和托盘10的中心在同一个铅垂线上，主加热器1的加热面(图1中的上表面)的面积至少为托盘10上用于放置衬底9的承载区域的面积的90％。一般的，托盘10上用于放置衬底9的承载区域为圆形，衬底9可以放置在承载区域的任意位置。主加热器1的加热面为圆形。在实际实施时，加热面的直径可以比承载区域的直径小2-5mm。这样，可以保证主加热器1能够对托盘10上的衬底9均匀加热。

外加热器2环绕设置在主加热器1的外侧，与主加热器1大致在同一平面上。在实际实施时，可以允许外加热器2和主加热器1之间存在一定的高度差，该高度差为2-3mm。外加热器2采用板式结构，外加热器2的形状为部分圆环状，具有一个缺口。外加热器2的中心和主加热器1的中心在同一个铅垂线上。

辅加热器3设置在主加热器1的正下方，与主加热器1之间存在一定的间隙，该间隙为2-5mm。辅加热器3的形状为圆盘状，辅加热器3的中心和主加热器1的中心在同一个铅垂线上。

应用本实施例的技术方案，通过在主加热器1的外侧环绕设置有外加热器2，在主加热器1的正下方设置有辅加热器3，主加热器1、外加热器2和辅加热器3的中心在同一个铅垂线上，主加热器1直接对托盘10上的衬底9均匀加热，能够提供稳定的温场；外加热器2加热托盘10的外周部，能够抑制托盘10的外周部的温度降低，从而能够形成均匀的温度分布；辅加热器3能够为主加热器1提供中心能量的补偿，大大减少外围温度的影响。由此，通过主加热器1、外加热器2和辅加热器3的紧密配合，可以使得加热器的温度高、温场均匀、性能稳定、可快速升降温。

在一实施例中，主加热器1、外加热器2和辅加热器3分别通过电极4和电极板5连接，电极板5位于辅加热器3的正下方。在实际实施时，主加热器1、外加热器2和辅加热器3相互绝缘，独立供电，可独立进行温度控制。由此，温度控制的响应速度快，调整灵敏。

进一步地，为了加强对主加热器1、外加热器2和辅加热器3的固定连接，主加热器1、外加热器2和辅加热器3分别通过支撑组件和电极板5连接，支撑组件包括支撑座7和支撑杆6，支撑座7固定在电极板5上。支撑杆6的一端和支撑座1螺纹连接，另一端分别和主加热器1、外加热器2和辅加热器3连接。其中，主加热器1的电极4设置在主加热器1的下表面的外周缘处，主加热器1的支撑组件有两个，对称设置在主加热器1的电极4的内侧。外加热器2的电极4设置在外加热器2的下表面的外周缘处，外加热器2的支撑组件有一个，设置在外加热器2的下表面的内周缘处。辅加热器3的电极4设置在辅加热器3的下表面的外周缘处，辅加热器3的支撑组件有两个，对称设置在辅加热器3的电极4的内侧。基于上述结构，主加热器1、外加热器2和辅加热器3的固定更为牢靠。

进一步地，电极板5内设置有冷水腔，冷水腔内循环流动冷却液，用于对电极板5降温。

在一实施例中，辅加热器3和电极板5之间设置有隔热组件，隔热组件包括多组隔热板8，多组隔热板8沿铅垂线的方向间隔平行设置。在实际实施时，隔热板8的数量为3-6层，相邻的两层隔热板8的间距为2-5mm。由此，可以隔绝加热器的热量向下方逸散。在实际实施时，主加热器1、外加热器2和辅加热器3可以通过支撑组件和其中一个隔热板8连接，而不设置在电极板5上。

在一实施例中，主加热器1、外加热器2和辅加热器3的发热材料可以采用石墨、钨、钼、铼、碳-碳复合材料中的至少一种。

在一实施例中，主加热器1包括多个条状的加热部101，多个加热部101的中部相互连接拼合形成圆盘状的主加热器1。在实际实施时，多个加热部101的宽度相等且沿着主加热器1的径向等间隔平行设置。由此，主加热器1的结构匀称，加热较为均匀，容易控制温度。

在一实施例中，辅加热器3包括第一弧形部301、第一连接部302、第二弧形部303、第二连接部304和第三弧形部305，第一弧形部301具有相对设置的两个端部。每个端部通过第一连接部302和一个第二弧形部303的一端连接。每个第二弧形部303的另一端通过第二连接部304和一个第三弧形部305连接。第一弧形部301、第二弧形部303和第三弧形部305的中心在同一条直线上。在实际实施时，整个辅加热器3对称设置，第一弧形部301为部分圆环状，具有两个相对设置的端部，第一弧形部301左右对称设置(如图3所示)。第二弧形部303有两个，两个第二弧形部303分别通过第一连接部302和第一弧形部301的一端连接，两个第二弧形部303对称环绕设置在第一弧形部301的外侧，每个第二弧形部303的另一端通过第二连接部304和第三弧形部305的一端连接。两个第三弧形部305对称环绕设置在第二弧形部303的外侧。第一弧形部301、第二弧形部303和第三弧形部305的中心在同一条直线上。由此，辅加热器3的结构匀称，加热较为均匀，容易控制温度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种加热器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器分别通过电极和电极板连接，所述电极板位于所述辅加热器的正下方。

3.根据权利要求2所述的加热器，其特征在于，所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器分别通过支撑组件和所述电极板连接，所述支撑组件包括：

支撑座，固定在所述电极板上；

4.根据权利要求2所述的加热器，其特征在于，所述辅加热器和所述电极板之间设置有隔热组件，所述隔热组件包括多组隔热板，多组所述隔热板沿铅垂线的方向间隔平行设置。

5.根据权利要求4所述的加热器，其特征在于，所述隔热板的数量为3-6层，相邻的两层所述隔热板的间距为2-5mm。

6.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述主加热器、所述外加热器和所述辅加热器的发热材料采用石墨、钨、钼、铼、碳-碳复合材料中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述主加热器包括多个条状的加热部，多个所述加热部的中部相互连接拼合形成圆盘状的所述主加热器。

8.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述辅加热器包括第一弧形部、第一连接部、第二弧形部、第二连接部和第三弧形部，所述第一弧形部具有相对设置的两个端部，每个所述端部通过所述第一连接部和一个所述第二弧形部的一端连接，每个所述第二弧形部的另一端通过所述第二连接部和一个所述第三弧形部连接；所述第一弧形部、所述第二弧形部和所述第三弧形部的中心在同一条直线上。

9.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述主加热器的加热面的面积至少为所述托盘上用于放置所述衬底的承载区域的面积的90％。

10.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述外加热器的形状为部分圆环状，具有一个缺口。