CN114164416A - 加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热器。根据本发明实施例的加热器包括托盘，用于承载衬底；转轴，设置在所述托盘的下方，并与所述托盘相连接，用于所述托盘的转动；第一加热装置，环绕所述转轴设置，并与所述转轴间隔，用于所述衬底中心区域的加热；以及第二加热装置，位于所述托盘的下方，且位于所述第一加热装置的上方，用于所述衬底周边区域的加热，其中，所述托盘上划分有衬底中心区域和衬底周边区域；所述衬底中心区域位于所述转轴的正上方，所述衬底周边区域环绕所述衬底中心区域。根据本发明实施例的加热器，能够改善加热的均匀性。

Description

加热器
技术领域
本发明涉及半导体薄膜材料及生长装备制造技术领域，特别涉及一种加热器。
背景技术
在现有的半导体制造技术领域中，金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备是III-V族氮化物半导体材料如氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）和氮化铝镓（AlGaN）等外延生长的关键设备之一，尤其适合规模化工业生产，是当前生产氮化镓基光电器件、射频和功率器件材料的最主要设备。
在材料生产过程中，确保衬底表面温度具有较好均匀性是决定薄膜生长质量好坏的关键要素之一。为了提高生产效率降低成本，衬底尺寸在不断增大，对加热区域的温度均匀性的要求不断提高。研究表明，为了得到高质量薄膜材料，有效加热区域的温度差不能大于±1°C。
在现有技术中，为了提高托盘的温度均匀性，托盘一般由电机带动进行低速或高速旋转。然而，旋转轴需要穿过加热器，并且旋转轴和加热器之间存在足够大的间隙防止相互接触，因此，旋转轴正上方，衬底和衬底中心区域的温度较低，使得加热区域温度不均匀，不利于高质量薄膜材料的生长。
因此，希望能有一种新的加热器，能够克服上述问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种加热器，从而提高加热的均匀性。
根据本发明的一方面，提供一种加热器，包括托盘，用于承载衬底；转轴，设置在所述托盘的下方，并与所述托盘相连接，用于所述托盘的转动；第一加热装置，环绕所述转轴设置，并与所述转轴间隔，用于所述衬底中心区域的加热；以及第二加热装置，位于所述托盘的下方，且位于所述第一加热装置的上方，用于所述衬底周边区域的加热，其中，所述托盘上划分有衬底中心区域和衬底周边区域；所述衬底中心区域位于所述转轴的正上方，所述衬底周边区域环绕所述衬底中心区域。
优选地，所述第一加热装置包括第一电极和第二电极；所述第二加热装置包括第三电极和第四电极；其中，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极呈正交方式排列。
优选地，所述第一加热装置为圆筒状；所述第一加热装置环绕所述转轴设置，且沿所述转轴的轴线方向延伸。
优选地，所述加热器还包括控制装置，与所述第一加热装置和/或所述第二加热装置相连接，以控制所述第一加热装置和/或所述第二加热装置的加热温度。
优选地，所述控制装置包括温度检测单元，检测所述衬底处的衬底温度，其中，所述控制装置根据所述衬底温度调节所述加热温度。
优选地，所述加热器还包括电机，与所述转轴相连接以驱动所述托盘转动，其中，所述控制装置与所述电机相连接以控制所述电机的转速。
优选地，所述托盘包括石墨托盘；和/或所述转轴包括钼旋转轴；和/或所述第一加热装置包括圆筒状石墨加热丝，所述圆筒状石墨加热丝表面设置有碳化硅涂层的石墨；和/或所述第一加热装置包括圆筒状石墨加热丝，所述圆筒状石墨加热丝加载直流电；和/或所述第二加热装置包括石墨加热盘，所述石墨加热盘表面设置有碳化硅涂层的石墨；和/或所述第二加热装置包括石墨加热盘，所述石墨加热盘加载直流电；和/或所述托盘表面设置有碳化硅和/或碳化钽涂层的石墨；和/或所述转轴的材料为钼或3039号耐热钢；和/或所述加热器还包括与所述第一加热装置相连接的电极，所述电极的材料为钼或3039号耐热钢；和/或所述加热器还包括与所述第二加热装置相连接的电极，所述电极的材料为钼或3039号耐热钢。
优选地，所述第二加热装置包括石墨加热盘，位于所述托盘的正下方，所述石墨加热盘呈正方形，其中，所述石墨加热盘上设置有两个电极固定孔位，所述电极固定孔位设置在所述石墨加热盘的对角线上。
优选地，所述加热器还包括反射屏，围绕所述第一加热装置和/或所述第二加热装置设置，用于保温。
优选地，所述转轴的顶端设置有托盘支撑板；所述托盘上设置有与所述托盘支撑板相匹配的凹槽；所述托盘支撑板和所述凹槽用于所述托盘和所述转轴的固定连接。
根据本发明实施例的加热器包括环绕转轴设置的第一加热装置和设置在托盘和第一加热装置之间的第二加热装置，分别用于托盘上衬底中心区域和周边区域的加热，能够提高加热的均匀性。
根据本发明实施例的加热器，分别与石墨加热丝和石墨加热盘连接的电极呈正交方式空间排列，有效地利用了空间，并且有利于增强加热器的稳定性。
根据本发明实施例的加热器，圆筒状的石墨加热丝沿转轴轴线方向延伸，具有一定的高度以保证加热功率，加热效果好。
根据本发明实施例的加热器，通过调节第一加热装置、第二加热装置的加热功率，以及托盘的转速，可以实现对衬底不同区域的加热控制，有效改善衬底的温度均匀性，进而提高薄膜材料的生长质量。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的加热器的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的加热器的主视剖视图；
图3示出了根据本发明实施例的加热器的俯视示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
图1示出了根据本发明实施例的加热器的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的加热器包括托盘100、转轴200、第一加热装置300和第二加热装置400。可选地，加热器还包括控制装置500。根据本发明实施例的加热器例如为一种托盘控温加热装置，用于在半导体制造中对衬底进行加热。
具体地讲，托盘100用于承载衬底，即半导体制造过程中的衬底。
转轴200设置在托盘100的下方，并与托盘100相连接，用于托盘100的转动。
第一加热装置300环绕转轴200设置，并与转轴200间隔，用于衬底中心区域的加热。第一加热装置300例如为圆筒状的加热器，套设在转轴200上，且与转轴200间隔。
第二加热装置400位于托盘100的下方，且位于第一加热装置300的上方，用于衬底周边区域的加热。换句话讲，第二加热装置400设置在托盘100和第一加热装置300之间，或是托盘100、第二加热装置400和第一加热装置300沿转轴200的轴线方向依次设置。可选地，第二加热装置400用于衬底中心区域和衬底周边区域的加热。可选地，第一加热装置和第二加热装置间隔设置。
其中，托盘100上划分有衬底中心区域和衬底周边区域。衬底中心区域位于转轴200的正上方，衬底周边区域环绕衬底中心区域。可选地，转轴200与托盘100直接接触的部分即为衬底中心区域，托盘100上除了衬底中心区域外的区域即衬底周边区域。
在本发明的可选实施例中，如图1所示，加热器还包括控制装置500。控制装置500与第一加热装置300和/或第二加热装置400相连接，以控制第一加热装置300和/或第二加热装置400的加热温度。可选地，控制装置500即可单独控制第一加热装置300或第二加热装置400，也可同时控制第一加热装置300和第四加热装置400。
可选地，控制装置500包括温度检测单元。温度检测单元检测衬底处的衬底温度。控制装置500根据衬底温度调节加热温度。在一个具体实施例中，温度检测单元检测到衬底中心区域的温度低于所需温度、衬底周边区域的温度处于正常温度范围内时，控制装置500控制第一加热装置300提高加热温度，控制第二加热装置400维持加热温度。
可选地，加热器还包括电机。电机与转轴200相连接以驱动托盘100转动。控制装置500与电机相连接以控制电机的转速。在一个具体实施例中，当衬底各部分区域的温度不均匀时，增大电机的转速以提高托盘100的转速，从而使衬底各部分区域的温度均匀。
图2示出了根据本发明实施例的加热器的主视剖视图。如图2所示，根据本发明实施例加热器包括托盘100、转轴200、作为第一加热装置的石墨加热丝301、作为第二加热装置的石墨加热盘401和托盘支撑板201。根据本发明实施例的加热器的托盘100用于承载衬底600。
具体地讲，托盘100用于承载衬底600。托盘100例如是石墨托盘。可选地，托盘100表面设置有碳化硅和/或碳化钽涂层的石墨。
转轴200的材料例如为钼或3039号耐热钢。转轴200例如为钼旋转轴。可选地，转轴200的顶端设置有托盘支撑板201。托盘100上设置有与托盘支撑板201相匹配的凹槽。托盘支撑板201和凹槽用于托盘100和转轴200的固定连接。可选地，转轴200顶端设置有六边形的托盘支撑板201。托盘100与转轴200的接触处设置为六边形凹槽，该凹槽与六边形的托盘支撑板201相契合，用于固定托盘100，使托盘100和转轴200不发生相对滑动。
第一加热装置例如为圆筒状。第一加热装置环绕转轴200设置，且沿转轴200的轴线方向延伸。如图2所示，第一加热装置包括石墨加热丝301，可以是加热丝盘绕形成。圆筒状的石墨加热丝301位于托盘100的正下方，且圆筒有足够的高度以保证加热功率。可选地，石墨加热丝301包括环绕转轴200的加热部和与加热部相连接的连接部。连接部例如用于电极、控制装置等的连接。可选地，圆筒状石墨加热丝301表面设置有碳化硅涂层的石墨。
第二加热装置例如包括石墨加热盘401，可以是加热丝盘绕形成。石墨加热盘401位于托盘100和石墨加热丝301之间。石墨加热盘401和石墨加热丝301存在间隙不接触。可选地，石墨加热盘401表面设置有碳化涂层的石墨。
图3示出了根据本发明实施例的加热器的俯视示意图。如图3所示，石墨加热盘401位于托盘100的正下方，用于对托盘进行加热。石墨加热盘401呈正方形。其中，石墨加热盘401上设置有两个电极固定孔位，电极固定孔位设置在石墨加热盘401的对角线上，两个电极固定孔位是对角对称的。电极固定孔位用于固定电极。可选地，石墨加热丝301上设置有两个电极固定孔位。石墨加热盘401上固定电极的两个电极固定孔位与石墨加热丝301上固定电极的两个电极固定孔位呈正交的方式排列。
结合图2和图3所示，根据本发明实施例的加热器还包括第一电极302、第二电极303、第三电极402和第四电极403。各电极的材料例如为钼或3039号耐热钢。
具体地讲，第一加热装置包括第一电极302和第二电极303；第二加热装置包括第三电极402和第四电极403。其中，第一电极302、第二电极303、第三电极402和第四电极403呈正交方式排列。正交方式排列的四个电极围绕转轴200设置，并位于托盘100的（正）下方。
可选地，第一电极302和第二电极303用于第一加热装置的固定支撑，第三电极402和第四电极403用于第二加热装置的固定支撑，从而简化加热器的结构。
转轴200穿过石墨加热盘401和石墨加热丝301。石墨加热盘401固定在对角对称的第三电极402和第四电极403上。石墨加热丝301固定在对角对称的第一电极302和第二电极303上。转轴200的上端设置有托盘支撑板201，下端连接有（旋转）电机。旋转电机用于产生旋转的动力。衬底600放置在托盘100顶部的凹槽中。
通过电极向石墨加热盘401/石墨加热丝301提供电流，石墨加热盘401/石墨加热丝301发热，以热辐射的方式对托盘100加热。通过托盘100与衬底600之间的热传导作用达到升高衬底温度的目的，从而提供薄膜材料在衬底600上生长所需的温度。在薄膜材料的生长过程中，通过调整石墨加热盘401和/或石墨加热丝301的电流大小，以及托盘100的转速，可以实现对衬底600各区域的温度控制，并改善温度不均匀的问题。可选地，石墨加热丝301加载直流电，石墨加热盘401加载直流电，以热辐射的方式对100托盘加热。为石墨加热丝301和石墨加热盘401提供直流电的电源是相互独立控制的。
在本发明的可选实施例中，加热器还包括反射屏。反射屏围绕第一加热装置和/或第二加热装置设置，用于保温。具体地，石墨加热丝301和石墨加热盘401周围设置有用于反应腔体保温的钼热反射屏。石墨加热丝301和石墨加热盘401提供的热辐射能够很好的被反射，从而起到保温作用。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种加热器，其特征在于，包括：
托盘，用于承载衬底；
转轴，设置在所述托盘的下方，并与所述托盘相连接，用于所述托盘的转动；
第一加热装置，环绕所述转轴设置，并与所述转轴间隔，用于所述衬底中心区域的加热；以及
第二加热装置，位于所述托盘的下方，且位于所述第一加热装置的上方，用于所述衬底周边区域的加热，
其中，所述托盘上划分有衬底中心区域和衬底周边区域；所述衬底中心区域位于所述转轴的正上方，所述衬底周边区域环绕所述衬底中心区域。
2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述第一加热装置包括第一电极和第二电极；
所述第二加热装置包括第三电极和第四电极；
其中，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极呈正交方式排列。
3.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述第一加热装置为圆筒状；
所述第一加热装置环绕所述转轴设置，且沿所述转轴的轴线方向延伸。
4.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括：
控制装置，与所述第一加热装置和/或所述第二加热装置相连接，以控制所述第一加热装置和/或所述第二加热装置的加热温度。
5.根据权利要求4所述的加热器，其特征在于，所述控制装置包括：
温度检测单元，检测所述衬底处的衬底温度，
其中，所述控制装置根据所述衬底温度调节所述加热温度。
6.根据权利要求4所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括：
电机，与所述转轴相连接以驱动所述托盘转动，
其中，所述控制装置与所述电机相连接以控制所述电机的转速。
7.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述托盘包括石墨托盘；和/或
所述转轴包括钼旋转轴；和/或
所述第一加热装置包括圆筒状石墨加热丝，所述圆筒状石墨加热丝表面设置有碳化硅涂层的石墨；和/或
所述第一加热装置包括圆筒状石墨加热丝，所述圆筒状石墨加热丝加载直流电；和/或
所述第二加热装置包括石墨加热盘，所述石墨加热盘表面设置有碳化硅涂层的石墨；和/或
所述第二加热装置包括石墨加热盘，所述石墨加热盘加载直流电；和/或
所述托盘表面设置有碳化硅和/或碳化钽涂层的石墨；和/或
所述转轴的材料为钼或3039号耐热钢；和/或
所述加热器还包括与所述第一加热装置相连接的电极，所述电极的材料为钼或3039号耐热钢；和/或
所述加热器还包括与所述第二加热装置相连接的电极，所述电极的材料为钼或3039号耐热钢。
8.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述第二加热装置包括：
石墨加热盘，位于所述托盘的正下方，所述石墨加热盘呈正方形，
其中，所述石墨加热盘上设置有两个电极固定孔位，所述电极固定孔位设置在所述石墨加热盘的对角线上。
9.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括：
反射屏，围绕所述第一加热装置和/或所述第二加热装置设置，用于保温。
10.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述转轴的顶端设置有托盘支撑板；
所述托盘上设置有与所述托盘支撑板相匹配的凹槽；
所述托盘支撑板和所述凹槽用于所述托盘和所述转轴的固定连接。
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CN114775044A (zh) * 2022-05-11 2022-07-22 华厦半导体(深圳)有限公司 一种氮化镓衬底生长热场装置
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