CN206706206U - 用于加热可旋转基片承载盘的发热体及cvd设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供用于加热可旋转基片承载盘的发热体及CVD设备。其中，发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝(S1)与第二加热丝(S2)；所述第一、二加热丝在所述基片承载盘上的加热区域至少部分重叠；所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿以点(O’)为圆心的半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同，其中，所述点(O’)为基片承载盘旋转轴线(OO’)与基片承载盘下表面的交点。

Description

用于加热可旋转基片承载盘的发热体及CVD设备

技术领域

本实用新型涉及化学气相沉积(CVD)设备，还涉及用于该设备的发热体。

背景技术

许多半导体元件通过化学气相沉积的方式将半导体材料外延生长在基片上，上述基片基本上是圆盘状的多晶硅材料，一般称为晶圆。在进行此制程时，晶圆会维持高温且暴露在一种或多种化学前驱物的环境中，上述前驱物可以是在基片表面上进行反应或分解，产生符合期待的沉积物。用于化学气相沉积的前驱物一般包括金属，例如金属氢化物、卤化物、卤元素氢化物和有机金属化合物。上述前驱物会与例如为氮气的载气结合，但是并不产生明显地反应，上述载气及不要的副产物可以通过反应腔的出气口排出。

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)可以连续生成半导体化合物层，借以制作由III-V族半导体材料形成的元件。III-V族半导体材料包括发光二极管(LEDs)及其它例如是激光二极管、光学传感器及场效应晶体管的高效能晶片。在例如为蓝宝石或硅晶圆的基片上借由将有机镓化合物与氨进行反应，可以形成这种元件。在沉积氮化镓及相关化合物时，晶圆会保持在500℃至1200℃之间，因此一般会将加热器组件加热到1000℃至2200℃之间，借以达到晶圆制程温度。例如为压力及气体流速的许多制程参数也需控制，借以达到符合期待的晶体生长过程。在形成所有的半导体层之后，及在电性接点通过电性测试后，晶圆可以切割成单独的元件。

MOCVD反应器内的基片承载盘上通常会同时装载多个基片，以提高加工效率。这使得基片承载盘的加热系统面临着更严苛的挑战：必须保证基片承载盘表面所有区域的基片都处于适当的温度范围。否则，处于不适当温度区域的基片上生长出的材料往往存在质量缺陷。

图1与图2是一种已有的、可应用在上述MOCVD反应器内、用于对基片承载盘40进行加热的发热体46’的结构示意图。如图1与图2所示，发热体46’包括一外加热丝461’以及一内加热丝463’，每一加热丝461’、463’的主要部分均包括连续的线状或类线状结构。

外加热丝461’是一单线圈结构，它的两个端点分别与一加热电源(未图示)的正负电极电性相连。通过调节该加热电源的加热功率可控制外加热丝461’的发热程度，从而调节基片承载盘40外缘区域的温度。内加热丝463’为一多圈的平面螺旋线圈结构，各圈线圈的宽度、厚度均大致相等，并且，各圈线圈由相同材质制成。内加热丝463’的两个端点分别与另一加热电源(未图示)的正负电极相连。通过调节该另一加热电源的加热功率可控制内加热丝463’的发热程度，从而调节基片承载盘40内部区域的温度。由于内、外加热丝463’与461’为独立控制，因而对基片承载盘40的外缘区域或内部区域进行温度调节时，可避免对另一区域不必要的温度调整，从而有利于实现基片承载盘40上表面各区域的温度均匀性。

但是，它仍存在实质的缺陷。由于内加热丝463’所覆盖的区域很大，在这个很大的区域内，各处的温度起伏可能很大。比如，经常会出现这种情况：大部分区域的温度都在较佳的沉积温度之内，只有一两个小区域的温度与这个较佳温度有较大偏差。不可避免地，就将面临一个两难抉择：不调整内加热丝463’发热功率的话，位于这一两个小区域内的基片表面的沉积质量相比其它区域会差很多；调整内加热丝463’发热功率的话，虽可能对这一两个小区域的温度有所改善，但不可避免地也将调整到其它区域的温度(因为这些区域都处于内加热丝463’的温度调整范围)，使得原本处于较佳沉积温度的区域偏离出这个较佳温度。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于加热可旋转基片承载盘的发热体，所述基片承载盘的上表面用于承载一个或多个基片，所述发热体配置于所述基片承载盘的下表面的下方；

所述发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝与第二加热丝，用于加热位于发热体上方的基片承载盘下表面；所述第一加热丝至少包括第一加热段与第二加热段，所述第二加热丝包括至少一个加热段；

所述第一加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S_1min，所述第一加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S_1max；所述第二加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S_2min，所述第二加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S_2max，由S_1min与S_1max确定的数值区间[S_1min，S_1max]与由S_2min与S_2max确定的数值区间[S_2min，S_2max]之间的交集不为空集；

所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿以点(O’)为圆心的半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同，其中，所述点(O’)为基片承载盘旋转轴线与基片承载盘下表面的交点。

可选的，所述第一加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线的距离S_1min、S_1max分别与所述第二加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线的距离S_2min、S_2max相等。

可选的，在基片承载盘的下表面内至少存在以所述点(O’)为圆心的两个圆周，分别记为第一圆周与第二圆周，所述第一、二圆周的半径值不相等且都落在[S_1min，S_1max]与[S_2min，S_2max]的交集内；

所述第一、二加热丝在该两个圆周上的圆周平均热功率满足以下条件：P_a1：P_b1≠P_a2：P_b2；

其中，P_a1为所述第一加热丝(S1)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，P_b1为所述第一加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率；

P_a2为所述第二加热丝(S2)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，P_b2为所述第二加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率。

可选的，所述第一、二加热丝均为连续带状体。

可选的，同一加热丝内相邻加热段之间通过一连接段连为一体。

可选的，所述第一、二加热丝围绕基片承载盘的旋转轴线排布。

可选的，所述发热体整体位于同一平面内。

可选的，所述第一、二加热丝的布线形状相同，到基片承载盘旋转轴线的距离相等，第一、二加热丝中的至少一对对应加热段具有不同的电阻值，使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。

可选的，所述第一、二加热丝由相同材质制成，对应加热段的宽度或/和厚度不同而使得它们的电阻值不同。

可选的，所述第一、二加热丝的主体部由相同材质制成，主体部上涂覆有不同材质的涂层而使得对应加热段的电阻值不同。

可选的，对应加热段由不同导电率材质制得而使得它们的电阻值不同。

可选的，所述第一、二加热丝的布线形状相同，但到基片承载盘旋转轴线的距离不等，而使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。

可选的，所述第一、二加热丝的布线形状不同，使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。

可选的，第二加热丝中的至少一加热段与所述第一加热丝不位于同一平面内。

可选的，所述第一加热丝整体位于一与基片承载盘下表面平行的平面内，所述第二加热丝的一部分加热段位于所述平面内，另一部分加热段不位于所述平面内。

可选的，所述第一加热丝的每一加热段与第二加热丝的每一加热段均设置于以点(O)为圆心的同心圆周上，所述点(O)位于基片承载盘旋转轴线上，所述第一、二加热丝的每一加热段均呈圆弧状。

可选的，所述第一、二加热丝的加热段之间一一对应，所述第一加热丝的每一加热段分别与所述第二加热丝对应的加热段位于以所述点(O)为圆心的同一圆周上。

可选的，所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率分布仅与它们的结构与位置相关。

可选的，还包括一个或多个加热丝，所述一个或多个加热丝中一个的最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线的距离记为S_3min与S_3max，由S_3min与S_3max确定的数值区间[S_3min，S_3max]与数值区间[S_1min，S_1max]或[S_2min，S_2max]之间的交集不为空集。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种CVD设备，包括：

气密的反应腔；

设置在所述反应腔内并可转动的基片承载盘，用于固定基片于其上表面；

如前面所述的发热体。

可选的，不同加热丝的加热功率由不同加热电源供应；或者，

第一、二加热丝的加热功率由同一加热电源供应，所述加热电源的功率输出分为多路，分别供应所述第一、二加热丝，并且分配至第一、二加热丝的加热功率可调节。

附图说明

图1与图2是一种已有的、可用于对基片承载盘进行加热的发热体的结构示意图；

图3至图7是本实用新型一个实施例发热体的结构示意图；

图8至图14是上述实施例的一些变更例；

图15至图18本实用新型一个实施例CVD设备的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的装置/部件和方法主要可被应用于CVD(化学气相沉积)设备，尤其是在沉积过程中用于固定基片的基片承载盘(wafer holder，业内有时也称作“基片托盘”)会以一定的转速旋转，以提高沉积质量的CVD设备，比如，MOCVD(金属有机化学气相沉积)设备。说明一点，这里的CVD设备应作较宽泛的理解，包括外延生长装置在内。

本实用新型的发热体/加热装置用于加热可旋转基片承载盘，具备以下性能/结构特点：

(1)、设置有多个(说明书和权利要求中所说的“多个”包括两个，等同于“至少两个”)加热丝，多个加热丝相互独立，即它们各自的加热功率/电流可单独控制或调节，或者说：可在不影响/变更其它加热丝加热功率的情形下，实现对某一加热丝加热功率的调整/变更；

(2)、多个加热丝所实际可加热到的基片/基片承载盘区域之间至少有部分重叠，即多个加热丝对基片(基片承载盘)的同一区域(即前面所提及的重叠区域)均有加热作用，亦即该区域的温度由该多个加热丝共同决定或影响；

(3)、该多个加热丝对基片承载盘(基片)的该区域的加热效果(尤其是加热丝作用在基片承载盘的热功率分布或者说温度分布)不同，最好是存在显著差异(即，该“不同”的程度最好超过±3％)。

通过控制/调节该多个加热丝的加热功率，可控制/调节基片承载盘该区域内的温度分布。比如，相对增大某一加热丝的加热功率/电流，就可使该区域内的实际温度分布更趋近于该加热丝(作用在基片承载盘上)的热功率分布。

图3至图7是本实用新型一个实施例发热体/加热装置的结构示意图，为说明发热体与基片承载盘之间的相对位置关系及辅助阐释一些概念，图中还绘出基片承载盘与基片。

如图3与图4中所示，一个或多个基片W固定在基片承载盘40的上表面，并可随基片承载盘40一同旋转。基片承载盘40通常呈圆盘状，旋转轴线OO’穿过该圆盘的中心。在工艺过程中，各反应气体可被输送至基片承载盘40与基片W的上表面。

一发热体可设置于基片承载盘40下方，用于加热位于其上方的基片承载盘40(包括基片W)，使基片W被维持在合适的温度，利于膜层更好地在表面生成。

该发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝S1与第二加热丝S2。一个实施例中，第一加热丝与第二加热丝由不同的加热电源供电，使得各加热丝的加热功率/电流独立可调。具体的，第一加热丝S1的两端点M、N可分别连接一加热电源的正负电极，第二加热丝S2的两端点M’、N’可分别连接另一加热电源的正负电极。在其它实施例中，也可只提供一个加热电源，该加热电源通过一功率分配电路将加热功率分为多路，每路为一对应的加热丝提供电源。通过调节该功率分配电路可控制各加热丝的功率配比。

第一、二加热丝S1、S2可包括位于同一平面内的多个加热段a1、b1、c1与a2、b2、c2，即第一、二加热段S1与S2整体位于同一平面内；第一、二加热段S1与S2所在的平面与基片承载盘40下表面平行。各加热段a1、b1、c1与a2、b2、c2到基片承载盘40的距离相等。

对应的加热电源开启后，加热段(以a1为例)发出的热量向上辐射至基片承载盘下表面，而后经基片承载盘40传导至基片40。其中，基片承载盘正对加热段a1的区域或者说加热段a1正上方的区域(图3中加热段a1内缘处直线R_a1I与加热段a1外缘处直线R_a1O之间的区域)可认为是受加热段a1影响最明显的区域(该区域附近的区域也会受到加热段a1的热辐射)；由于基片承载盘40的旋转，正对加热段a1的基片承载盘区域会发生变化，但始终会保持在一个固定的环形区域内——该环形区域位于基片承载盘的下表面内，该环形区域的圆心是旋转轴线OO’与基片承载盘下表面的交点O’，内径与外径分别是该加热段最近端与最远端到旋转轴线OO’的距离(即直线R_a1I与R_a1O到OO’的距离)。该环形区域可认为是受加热段a1热辐射影响最明显的区域。为使叙述简便，在本说明书与权利要求书中，该环形区域也被称为该加热段的正上方区域或者说该加热段在基片承载盘上的正上方加热区域。类似的，与R_c1I与R_c1O所对应的环形区域是加热段c1在基片承载盘上的正上方加热区域。

类似的，这里所说的某一加热丝在基片承载盘上的正上方加热区域指的是类似的环形区域。以第一加热丝S1为例，它在基片承载盘上的正上方加热区域指的是图5(图5所示为第一加热丝S1在基片承载盘下表面的投影，其中的a1’、b1’、c1’分别是各加热段a1、b1、c1的投影)中圆R_OUT与圆R_In之间的环形区域(它的宽度为U)，旋转轴线OO’与基片承载盘下表面的交点O’为该环形区域的圆心，第一加热丝投影S1’最近端与最远端(相对旋转轴线OO’而言)在旋转过程中所扫过的圆周R_IN(对应于图3中的R_c1I)与R_OUT(对应于图3中的R_a1O)分别是该圆环区域的内圆与外圆。这里要着重强调一点，这里所说“正上方加热区域”指的是由内圆与外圆所围成的整个环形区域，而不能将其理解为仅是该环形区域的一部分(比如，只是该加热丝所实际占据或实际投影的区域)。

补充说明一点，加热段或加热丝实际可辐射加热到的区域的覆盖范围会超出前面所定义的“正上方加热区域”(紧邻“正上方加热区域”的区域也会被加热到)。这里定义“正上方加热区域”的主要意图在于，使本领域技术人员能够清楚且无争议地判定出任意给定的两个加热丝的加热区域是否有重合或部分重叠，这是因为，“加热区域是否存在重叠”的准确判断严重依赖于“加热区域”的明确界定。在判定两加热丝的加热区域是否存在重叠时，可用这里所定义的“正上方加热区域”来代替或作为加热丝的实际加热区域(尽管这里所定义的“正上方加热区域”与实际加热区域并不实际等同)。

在基片承载盘下表面内分别确定或绘出第一、二加热丝的“正上方加热区域”。假如两个加热丝的“正上方加热区域”存在重叠区域，则可认定该两加热丝存在重叠或部分重叠；假如两加热丝的“正上方加热区域”之间不存在重叠，则可认为该两加热丝不存在(部分)重叠。

除此之外，利用加热丝最近端、最远端到旋转轴线OO’的距离也可准确快捷地判断两加热丝的加热区域有无重叠。

比如，可先确定各加热丝到基片承载盘旋转轴线的距离。图3中实施例中，第一加热丝S1最近端到基片承载盘旋转轴线OO’的距离为S_1min，第一加热丝S1最远端到基片承载盘旋转轴线OO’的距离为S_1max；第二加热丝S2最近端到基片承载盘旋转轴线OO’的距离为S_2min，第二加热丝S2最远端到基片承载盘旋转轴线OO’的距离为S_2max。

由S_1min与S_1max确定的数值区间[S_1min，S_1max]与由S_2min与S_2max确定的数值区间[S_2min，S_2max]之间的交集可很好地反映两加热丝的重叠程度。两数值区间的交集不为空集，则说明两加热丝S1、S2的加热区域有重叠。它们的交集越大，表明两加热丝加热区域重叠的区域越大。如果该两数值区间相同，则表明两加热丝加热区域完全重合。

图4示意性地显示加热丝的布线结构，其中的加热线忽略了实际宽度，仅用细线条来表示。如图4所示，第一、二加热丝S1、S2均为连续带状结构，且二者的形状基本相同。每一加热丝S1、S2内，加热段a1、b1、c1与a2、b2、c2均呈标准的圆弧形，相邻加热段通过连接段j、k与j’、k’连接。所有的加热段a1、b1、c1与a2、b2、c2位于一个以点O为圆心的同心圆的各圆周上，其中点O为旋转轴线OO’与加热丝所在平面的交点。进一步地，加热段a1与a2位于同一圆周上，加热段b1与b2位于同一圆周上，加热段c1与c2位于同一圆周上。

第一加热丝S1在基片承载盘40上的加热区域与第二加热丝S2在基片承载盘40上的加热区域至少要有部分重叠，在本实施例中，两者完全重合。基片承载盘40在该重叠区域内的温度或温度分布或热功率分布由第一加热丝S1与第二加热丝S2共同决定。

第一加热丝S1的各加热段a1、b1、c1由同种材质制成，具有相同的宽度、厚度(或直径)，且均匀分布，因而，它在整个加热区域内的功率分布大致应为一条平坦直线，如图6所示，这意味着，假如只有加热丝S1工作(关闭加热丝S2)，加热区域内各处的温度相等或大体相等。

第二加热丝S2的各加热段a2、b2、c2具有相同的宽度、厚度(或直径)，且均匀分布，但各段由不同种材质制成(其中加热段c2材料的电阻率最小，加热段b2材料的电阻率次小，加热段a2材料的电阻率最大)，因而，它在整个加热区域内的热功率分布为一条从内向外逐步上升的斜线(该斜线上升的快慢与各加热段电阻率之间的比值相关)，如图6所示，这意味着，假如只有加热丝S2工作(关闭加热丝S1)，加热区域内各处的温度从内向外(从c2到a2)顺次升高。

图6所示是第一、二加热丝S1、S2作用在基片承载盘上的(圆周平均)热功率或者说(圆周平均)温度沿半径方向上的分布，即，图6反映的是基片承载盘(下表面)各处的温度分布。

其中，横轴上的各坐标值表示的是与点O’(旋转轴线OO’)的距离。横轴上的任一点X对应的是与点O’距离为X的区域(容易理解，该区域为一圆周，该圆周位于基片承载盘下表面，其圆心为所述点O’，半径等于X)，如图7所示。图7所示为基片承载盘的下表面，S1’为第一加热丝S1在该表面内的投影，a1’、b1’、c1’分别为加热段a1、b1、c1的投影。横轴原点代表的是旋转轴线OO’所在区域(即点O’)。横轴上的点X1代表的是以O’为圆心、半径为X1的圆周所在的区域；为叙述的简便，以下用圆周X1指代该圆周。横轴上的点X2、X3分别代表的是以O’为圆心、半径为X2、X3的圆周区域，类似的，后续会以圆周X2、X3来分别指代它们。这里所选取的圆周X1较靠近加热段c1，圆周X2较靠近加热段b1，圆周x3较靠近加热段a1。

纵轴Y表示的是温度值或热功率值，更确切的讲，是平均温度值(平均热功率值)。坐标系中，线S1对应的是第一加热丝S1的热功率分布或温度分布，线S2对应的是第二加热丝的热功率分布或温度分布。

以图6中位于线S1上的点P_1X2为例，它对应的横坐标是X2，对应的纵坐标的是Y1。这表明，在只有第一加热丝被提供一特定加热功率时(其它加热丝无热功率供应，因而不工作)，基片承载盘下表面的圆周X2上各处的平均温度或平均热功率是Y1。一般而言，某一圆周的圆周平均温度值或平均热功率值指的是该圆周上所有点的温度或热功率的平均值。当然，在实际中不可能取圆周上的所有点计算平均值，通常选取有代表性的一部分点即可，比如，可在圆周上均匀选取几个或几十个点。统计该圆周上所选取的各点的温度或热功率，而后求取它们的平均值，结果即是对应的圆周平均温度值或圆周平均热功率值。

点P_1X3对应的横坐标是X3，对应的纵坐标的是Y1。这表明，在只有第一加热丝被提供一特定加热功率时(其它加热丝无热功率供应，因而不工作)，基片承载盘下表面的圆周X3区域内各处的平均温度(热功率)同样是Y1，与圆周X2处相同。也就是说，第一加热丝作用在基片承载盘圆周X2处与圆周X3处的圆周平均热功率(温度)相等。

图中线S1是一条相当平坦的直线(其斜率为1或相当接近于1)，这表明：第一加热丝作用在基片承载盘下表面内各圆周处的平均热功率大致相等。

图中S2是一条向上倾斜的直线，这表明：第二加热丝作用在基片承载盘下表面内各圆周处的平均热功率沿半径方向由内向外逐渐提高。

说明一点，图中各热功率分布线仅代表或反映各区域的温度变化趋势，并不反映各处的真实温度或真实加热功率(也就是说，本说明书和权利要求书中所称“热功率分布”与“温度分布”只反映/包含一个区域与另一区域的温度或热功率间的比值，而不涉及该区域或另一区域的具体热功率值/温度值)。可将图中c1、c2处的热功率/温度值看作基准值(单位1)，其他处(比如b1、a1、b2、a2)的值代表的是该处热功率/温度值与对应基准值的比值。虽然这里的c1与c2都为基准值1，并不代表两者热功率或温度相等。

各处的真实温度或真实加热功率会随加热丝加热功率的调整而改变，但各加热丝的热功率分布线并不随之变化。容易理解，各加热丝的热功率分布线主要由该加热丝的结构(比如，排布密度、加热丝的材质、宽度、厚度等)以及该加热丝与基片承载盘的相对位置(比如，两者在竖直方向上的距离等)决定。

由于上述同一区域可被第一、二加热丝S1、S2同时加热，使得该区域内的实际温度分布或实际热功率分布S_实由第一、二加热丝S1与S2共同决定。当某加热丝被施加的加热功率(相对另一加热丝而言)越高，则该加热丝对该区域温度的影响越大，或者说该区域内的实际温度分布或实际功率分布越趋近于该加热丝的温度分布或热功率分布。反之，亦成立。比如，当第二加热丝S2的加热功率为零时，该区域的实际温度分布S_实完全由第一加热丝S1决定，完全与第一加热丝的温度分布相同：各处功率均匀分布，温度大致相等。当逐步增加第二加热丝S2的功率占比，那么该区域内的实际温度分布S_实将渐渐趋近于第二加热丝的加热功率分布：与靠内区域(c1或c2处)相比，其它区域的温度更高一些，靠外区域(a1或a2处)高得更多。当第一加热丝S1的加热功率为零时，该区域的实际温度分布S_实完全由第二加热丝S2决定，完全与第二加热丝S2的温度分布相同：由内向外，各处温度逐步上升。也就是说，通过控制/调节第一、二加热丝S1、S2的功率配比，可以使它们的共同加热区域在多个热功率分布/温度分布(包括：第一加热丝S2对应的热功率分布、第二加热丝S2对应的热功率分布，以及由它们合成的热功率分布)之间切换/选择。

可通过改变上述实施例中加热丝各加热段的发热功率(电阻)，特别是各加热段发热功率之间的比值，来使加热丝具有所需的几乎任意形状的热功率分布，从而适应各种不同的实际需求。

比如，一般环境中，加热丝(特别是加热功率)的均匀分布有利于各区域温度的均匀分布，进而有利于各区域都能获得高质量的膜层。但实际中，却并不总能取得理想的结果，而往往需要在线(online)局部调整(比如，降低)外缘区域的温度(相当于另一种的热功率分布)才更有利于该区域膜层沉积的质量。这时，具有如图8中所示热功率分布的发热体或加热丝组就可很好地胜任。该发热体(加热丝)除制作材质外，其它(包括结构、位置等)完全与图3与图4中的第一、二加热丝S1、S2相同。(说明一点，不同实施例中相同或大致相同的结构/元件等，这里采用相同标号〈如S1、S2等〉来在附图上标记，以反映它们之间的这种对应关系。除特别指明的不同之处外，其它方面的性状、特征应认为它们可以完全相同。)

第一加热丝S1的所有加热段a1、b1、c1与第二加热丝S2的加热段b2、c2由同一材质制成，第二加热丝S2的外缘加热段a2由电阻率相对较低的另一材质制成，这使得：a2处的加热功率较低，其它各处(如a1、b1、c1、b2、c2等处)加热功率相等。

一般工作环境中，开启第一加热丝S1(第二加热丝S2处于关闭状态)，整个区域的热功率分布/温度分布形貌大体与图中的第一加热丝S1相同，即各处的温度大体相同。当边缘区域温度过高需要降低时，可启动第二加热丝S2(第一加热丝S1保持在工作状态)。所施加的第二加热丝S2的加热功率(相对第一加热丝S1而言)越高，边缘区域温度降低的幅度(相对其他区域而言)越大，整个区域的温度分布越趋近第二加热丝S2的温度分布。

还可利用同一加热丝内各加热段的高度调整来实现某一特定的热功率分布。比如，可利用图9所示的发热体/加热丝组来实现如图8所示的功率分布。图9中，第一、二加热丝S1、S2除制作材质以及高度外，其它完全与图3与图4中的第一、二加热丝S1、S2相同。

第一、二加热丝S1、S2的所有加热段a1、b1、c1与a2、b2、c2由同一材质制成，这使得：假如它们处于同一高度/平面(与图1中类似)，第一加热丝S1(或第二加热丝S2)对基片承载盘加热区域内各处的加热大致均匀，其温度分布线将是一平坦的直线。通过下移第二加热丝S2的外缘加热段a2，加热段a2上方基片承载盘区域所接收到加热功率将降低，对应的，该区域处的温度将低于其它区域。即，图9中第二加热丝S2能作用于基片承载盘的加热功率分布将大致如图8中所示，内缘区域(c2处)、中间区域(b2处)大致相等，外缘区域(a2处)相对较低。

容易理解，可用来改变一加热丝的热功率分布/温度分布的手段有很多，或者说，可用来使某一电极丝具有某种特定形貌热功率分布/温度分布的手段有很多。比如，提高/降低一加热丝在某区域内的布线密度、加热段的数量以及加热段的长度等均可对应增大或减小该区域(相对其他区域)的发热功率。另外，通过增大或降低加热丝在某区域内的电阻(比如，将材料更换为电阻率更高或更低的材料，通过改变宽度、厚度等来减小或增大加热丝的横截面积，以及在加热丝表面涂覆具有更高电阻率的涂层等)，也可对应增大或减小该区域(相对其他区域)的发热功率。不仅如此，减小或增大加热丝在某区域内的加热段与基片之间距离，也可对应增大或减小该区域(相对其他区域)的发热功率。当然，在需要时，可将以上各手段作任意适当组合来使用。

以下介绍可能常用到的、符合本实用新型构思的几种加热丝组合及热功率分布的示例。

图10所示为图3与图4所示发热体的一种变更例。图10中，它的第一加热丝S1与前面实施例中完全相同，因而其对各处的加热效果均匀。它的第二加热丝S2仅有一条加热段，且分布在靠外区域，因而，它对外部区域的加热效果明显，对内部区域几乎不具加热作用。该发热体可被用来局部调整外部区域。

图11所示为图3与图4所示发热体的另一变更例。它的第一加热丝S1与前面实施例中完全相同，因而其对各处的加热效果均匀。它的第二加热丝S2与第一加热丝S1形状、材质等完全相同，唯一不同之处是，加热丝S2离旋转轴线的距离更远。该距离的变化改变了加热丝在各区域内的密度排布，使得第二加热丝S2具有了与第一加热丝S1不同的功率分布。也就是说，仅是与旋转轴线距离的不同也足以使结构相同的加热丝具有不同的功率分布。

说明一点，本实用新型中加热丝的各加热段并不必须是标准的圆弧，其可以是如图12中所示的非标准圆弧加热段a2或b2。例如，加热段b2由圆弧与直线段串联而成，加热段a2在圆弧中夹杂有锯齿形结构。

图13示出另一实施例，提供另一种温度分布组合。在该实施例中，第一加热丝S1的温度分布呈由内向外逐渐降低的趋势，第二加热丝S2的温度分布呈由内向外逐渐升高的趋势。通过调控第一、二加热丝S1与S2的功率配比，可以使得基片承载盘内的实际温度分布线S_实较为平坦，即各处温度基本相等，如图中所示。当靠外区域处温度过高、需降低时，可增大第一加热丝S1加热功率在总功率中的占比来实现。当靠内区域处温度过高、需降低时，可增大第二加热丝S2加热功率在总功率中的占比来实现。

用于加热同一区域的电热丝可以是三个或更多个，其仍可以很好地实现本实用新型所需的技术效果。图14是加热丝数量为3个时，各加热丝的布线结构示意图。在该实施例中，除位于加热丝S1外环的加热段a1、加热丝S2中环的加热段b2、加热丝S3内环的加热段c3外，其它所有的加热段具有相等的单位长度电阻R(由相同材质制成，且宽度、厚度等均相同)。加热段a1、b2与c3的单位长度电阻大于该R值(可通过选用电阻率更高的材质来实现，也可通过减小电热丝绕线的宽度或/和厚度来实现)。也就是说，第一加热丝S1的热功率分布为：内环区域与中环区域大致相等，外环区域较高；第二加热丝S2的热功率分布为：内环区域与外环区域大致相等，中环区域较高；第三加热丝S3的热功率分布为：中环区域与外环区域大致相等，内环区域较高。

当需要增加外环区域温度时，可通过增大加热段a1所在加热丝S1的功率配比来实现。比如，可增大S1的电流，同时减小加热丝S2或/和S3的电流，S1电流增大值与S2/S3电流减小值大致相等(这样可在增大外环区域温度的同时，大致保持其它区域温度不变)。

当需要调节中环区域温度时，可通过调节加热段b2所在加热丝S2的功率配比来实现。与前面所描述的外环区域调节方式类似，为保持。当需要调节内环区域温度时，可通过调节加热段c3所在加热丝S3的功率配比来实现。

判断两加热丝作用在基片承载盘下表面上的圆周平均热功率分布(或圆周平均温度分布)相同或不同，也是本实用新型的一个关注点。前面各个实施例中给出了热功率分布明显不同的加热丝组合的几种典型类型，但未给出进行该判定的通用方法。以下结合前面实施例中给出的具体发热体来对该方法作简要介绍。

可在基片承载盘下表面内任选两个圆周(第一圆周与第二圆周)，只要该两个圆周满足以下条件即可：处于第一、二加热丝的共同加热区域，以点O’为圆心，半径不相等。比如，可选取图7中的圆周X1或X2或X3作为第一或第二圆周。

而后，确定(或者计算出)第一加热丝S1作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率P_a1、所述第一加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率P_b1、所述第二加热丝S2作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率P_a2，以及所述第二加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率P_b2。

接着比较比值P_a1：P_b1与比值P_a2：P_b2的大小关系。如果该两比值不相等，则说明第一、二加热丝在基片承载盘下表面上的的圆周平均热功率分布(或圆周平均温度分布)不同。

只要存在一组第一圆周和第二圆周，满足以上关系，就可说明第一、二加热丝在基片承载盘下表面上的的圆周平均热功率分布(或圆周平均温度分布)不同。

但是，即便该两比值相等，也不能说明第一、二加热丝的圆周平均热功率分布(或圆周平均温度分布)相同。而是仅说明第一、二加热丝在第一、二圆周处的圆周平均热功率比例(或圆周平均温度比例)相同。假如，不管第一、二圆周如何选择，都能使得该两个比值相等，则能够表明第一、二加热丝的圆周平均热功率比例(或圆周平均温度比例)相同。

图15是本实用新型一个实施例MOCVD设备的结构示意图。如图15所示，MOCVD设备10包括具有进气装置14、排气装置17的反应腔2，其中，进气装置14可设置在反应腔2的顶部，排气装置17可设置在反应腔2的底部。

反应腔2具有位于顶端的顶壁22、位于底端的底壁24以及在顶壁22与底壁24之间延伸的圆筒形侧壁26。顶壁22、底壁24与侧壁26共同围成气密性的内部处理空间20，可容纳从进气装置14射出的气体。尽管所示的反应腔2为圆筒形的，其他实施例也可包括具有其他形状的反应腔，例如包括圆锥形或其他回转面，方形、六角形、八角形或任意其他适当的形状。

进气装置14与用于供应在基片处理过程中应用的处理气体的气体源连接，处理气体可包括载体气体(载气)和反应气体，反应气体可包括三族气体与五族气体。在典型的金属有机化学气相沉积过程中，载体气体可为氮气、氢气或氮气和氢气的混合物，因此在基片承载盘顶面的处理气体可主要由氮气和/或氢气组成，并带有一些量的反应气体成分。进气装置14设置为接收各种气体并引导处理气体大致以向下的方向流动。

进气装置14还可与设置为液体循环通过气体分配元件的冷却系统连接，以使操作过程中元件的温度保持在所需的温度。另外，为了冷却反应腔2的壁(包括顶壁22、底壁24与侧壁26)，可设置类似的冷却装置(未示出)。

排气装置17设置为从反应腔2的内部处理空间20排放气体(既包括反应生成的废气，也包括未来得及参加反应的部分气体)。排气装置17包括设置在反应腔2底部或邻近底部的出气口70，以及设置在反应腔2外、与出气口70连通用于提供气体流动动力的泵18。

反应腔2还设置有用于基片移入移出的基片进出口30，以及紧邻侧壁26设置并可沿侧壁26方向进行上下移动的、呈环形的反应腔内衬34。反应腔内衬34具有位于上方的关闭位置和位于下方的打开位置。基片处理完成后，可下移反应腔内衬34(使其处于打开位置)，将基片进出口30暴露，进而可将基片自基片进出口30移出。下批次的待处理基片也可自基片进出口30移入。基片移入后，可上移反应腔内衬34(使其处于关闭位置)，将基片进出口30遮盖，从而使内部处理空间20与基片进出口30分隔开。处于关闭位置时，由该反应腔内衬34所界定出的区域呈对称的圆形，并且基片进出口30被“隐藏”在反应腔内衬34后面因而不会与处理气体有接触，处理气体所能接触到的区域是由该反应腔内衬34所界定出的圆周形边界，其保证了整个处理环境的均匀性。用于控制和驱动反应腔内衬34上下移动的驱动机构(未示出)可以是任意类型的驱动器，例如机械的、机电的、液压的或气动的驱动器。

尽管所示的反应腔内衬34为圆筒形的，其他实施例可包括具有其他形状的反应腔内衬，例如包括，方形、六角形、八角形或任意其他适当的形状。

反应腔2还设置有可转动的转轴44、安装在转轴44顶端并可随转轴44转动的基片承载盘40、装载机构(未示出)以及发热体46等。其中，转轴44与如电机驱动器等的旋转驱动机构(未示出)连接，设置为使转轴44绕其中心轴旋转。转轴44还可设有大致沿转轴的轴向延伸的内部冷却通道(未示出)。内部冷却通道可与冷却源连接，使得流体冷却剂可由冷却源穿过冷却通道并返回冷却源而循环。

基片承载盘40大体上呈圆盘状，可由不污染CVD过程且能承受该过程所经历温度的材料(如石墨、碳化硅或其他耐热材料)制成。基片承载盘40的上表面内设置有复数个大致为圆形的基片保持容纳部(未示出)，每个基片保持容纳部适于保持一个基片W。在一个示例中，基片承载盘40可具有约500毫米至约1000毫米的直径。

装载机构(未示出)能将基片承载盘40自基片进出口30移入反应腔2内，并将基片承载盘40安装在转轴44顶端；还能使基片承载盘40与转轴44脱离，并自基片进出口30移出反应腔2。

发热体46设置在基片承载盘40下方，主要通过辐射传递热量至基片承载盘40的底面。施加至基片承载盘40底面的热量可向上流动经过基片承载盘40传递至每个基片W的底面，并向上经过基片W至基片W的顶面。热量还可从基片承载盘40的顶面与基片W的顶面辐射至反应腔2的较冷元件，例如反应腔2的侧壁26及进气装置14。热量还可从基片承载盘40的顶面与基片W的顶面传递至在这些表面上方流过的处理气体。反应腔2还包括外衬套28，以减少处理气体向反应腔内容纳发热体46的区域的渗入。在示例性的实施例中，可在发热体46下方设置隔热罩(未示出)，例如，设置为与基片承载盘40平行，以帮助引导热量从发热体46向上朝基片承载盘40传递，而不是向下朝反应腔2底端的底壁24传递。

图16是基于本实用新型而设计出的一种发热体实施例的结构示意图，其可应用于图15所示的MOCVD设备中，使得该设备的基片/基片承载盘(的至少某区域)具有多种温度分布曲线可供选择，使该设备能够适应更多的应用环境。如图16(由于页面宽度的限制，图16中只示出了基片承载盘40与发热体等的半边结构。基片承载盘40与发热体均为轴对称结构，因而，显示的这半边结构已能大致清楚揭露发热体的结构及发热体与基片承载盘40间的相对位置关系)所示，所述发热体位于基片承载盘40下方并与所述基片承载盘40在竖直方向上相隔一段距离，以辐射的方式加热所述基片承载盘40，所述发热体至少包括发热体463。该发热体463可以是图1至图14各实施例所描述过的发热体(由多个加热丝S1与S2等组成)。一个典型加热丝(其可以是前面所描述的第一加热丝S1，也可以是第二加热丝S2)的实物结构可如图17所示。该加热丝S2包括5个呈弧形的加热段如a、c、e等，相邻加热段通过一连接段如k、l等连为一体。它用于连接加热电源正负电极的两端点分别为M与N。

在本实施例中，发热体还可包括最外缘加热丝461，最外缘加热丝461的两端均与另一加热电源(未图示)的正负电极电连接。该最外缘加热丝461位于发热体463外周并包围发热体463，用于加热基片承载盘40的最外缘区域，如图16所示。该最外缘加热丝461的具体结构可与图2中所示的外加热丝461’相同，都为单圈的圆弧结构。最外缘加热丝461的厚度、材质等均可与发热体463相同。最外缘加热丝461的宽度可远小于发热体463各处的宽度，用以提供更高的发热功率。在本实施例中，发热体463、最外缘加热丝461由不同的加热电源提供能源，因而它们可互不干扰地实现独立控制。

为方便统一支撑，最外缘加热丝461与发热体463可设置在同一平面内，如图16所示。

在其它实施例中，可不设置单独的最外缘加热丝461，而是使发热体463多向外缠绕几圈，以占据最外缘加热丝461所在的区域，从而利用发热体463为基片承载盘40的最外缘区域加热。

基片承载盘40的中心区域直接由转轴44支撑，这使得基片承载盘40中心区域的热量可被转轴44快速传递至下方，进而造成基片承载盘40中心区域的温度通常会远小于基片承载盘40的其它区域。为改善上述缺陷，本实用新型的发热体还可包括环绕转轴44设置的最内侧加热丝465，如图18所示，最内侧加热丝465的两端均与又一加热电源(未图示)的正负电极电连接，用于直接加热所述转轴44，尤其是转轴44的上端，使得转轴44上端的温度不再明显低于基片承载盘40的中心区域，从而避免或抑制基片承载盘40中心区域的热量向转轴44转移。最内侧加热丝465在水平方向上可比发热体463更为接近转轴44。为使最内侧加热丝465的加热目标主要集中于转轴44，可使最内侧加热丝465的加热面(即，由加热丝的长度方向与宽度方向共同确定的平面)面朝转轴44设置。

综上所述，本实用新型提供一种用于加热可旋转基片承载盘的发热体，所述发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝与第二加热丝，第一、二加热丝对基片承载盘下表面的某一区域均有加热作用，并且，所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在所述半径方向上的分布不同。

这使得基片承载盘下表面该区域内的温度分布可实现在线调控，从而可根据现实需要选择所需的温度分布。比如，将第一或第二加热丝的加热功率设定为零时，基片承载盘下表面对应区域的温度分布会趋近于其它加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率分布。又比如，增大第一或第二加热丝在第一、二加热丝加热功率总和中的功率占比，基片承载盘下表面对应区域的温度分布会趋近于所述第一或第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率分布。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (21)

1.一种用于加热可旋转基片承载盘的发热体，所述基片承载盘(40)的上表面用于承载一个或多个基片，所述发热体配置于所述基片承载盘的下表面的下方；

所述发热体至少包括加热功率可独立控制的第一加热丝(S1)与第二加热丝(S2)，用于加热位于发热体上方的基片承载盘下表面；所述第一加热丝至少包括第一加热段与第二加热段，所述第二加热丝包括至少一个加热段；

所述第一加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S_1min，所述第一加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S_1max；所述第二加热丝最近端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S_2min，所述第二加热丝最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S_2max，由S_1min与S_1max确定的数值区间[S_1min，S_1max]与由S_2min与S_2max确定的数值区间[S_2min，S_2max]之间的交集不为空集；

所述第一加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿以点(O’)为圆心的半径方向上的分布，与所述第二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同，其中，所述点(O’)为基片承载盘旋转轴线(OO’)与基片承载盘下表面的交点。

2.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离S_1min、S_1max分别与所述第二加热丝最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离S_2min、S_2max相等。

3.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，在基片承载盘的下表面内至少存在以所述点(O’)为圆心的两个圆周，分别记为第一圆周与第二圆周，所述第一、二圆周的半径值不相等且都落在[S_1min，S_1max]与[S_2min，S_2max]的交集内；

所述第一、二加热丝在该两个圆周上的圆周平均热功率满足以下条件：P_a1：P_b1≠P_a2：P_b2；

其中，P_a1为所述第一加热丝(S1)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，P_b1为所述第一加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率；

P_a2为所述第二加热丝(S2)作用在所述第一圆周上的圆周平均热功率，P_b2为所述第二加热丝作用在所述第二圆周上的圆周平均热功率。

4.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝均为连续带状体。

5.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，同一加热丝内相邻加热段之间通过一连接段连为一体。

6.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝围绕基片承载盘的旋转轴线(OO’)排布。

7.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述发热体整体位于同一平面内。

8.如权利要求7所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝的布线形状相同，到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离相等，第一、二加热丝中的至少一对对应加热段具有不同的电阻值，使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。

9.如权利要求8所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝由相同材质制成，对应加热段的宽度或/和厚度不同而使得它们的电阻值不同。

10.如权利要求8所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝的主体部由相同材质制成，主体部上涂覆有不同材质的涂层而使得对应加热段的电阻值不同。

11.如权利要求8所述的发热体，其特征在于，对应加热段由不同导电率材质制得而使得它们的电阻值不同。

12.如权利要求7所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝的布线形状相同，但到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离不等，而使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。

13.如权利要求7所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝的布线形状不同，使得所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率在沿所述半径方向上的分布不同。

14.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，第二加热丝中的至少一加热段与所述第一加热丝不位于同一平面内。

15.如权利要求14所述的发热体，其特征在于，所述第一加热丝整体位于一与基片承载盘下表面平行的平面内，所述第二加热丝的一部分加热段位于所述平面内，另一部分加热段不位于所述平面内。

16.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一加热丝的每一加热段与第二加热丝的每一加热段均设置于以点(O)为圆心的同心圆周上，所述点(O)位于基片承载盘旋转轴线(OO’)上，所述第一、二加热丝的每一加热段均呈圆弧状。

17.如权利要求16所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝的加热段之间一一对应，所述第一加热丝的每一加热段分别与所述第二加热丝对应的加热段位于以所述点(O)为圆心的同一圆周上。

18.如权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一、二加热丝作用在基片承载盘上的圆周平均热功率分布仅与它们的结构与位置相关。

19.如权利要求1所述的发热体，还包括一个或多个加热丝，所述一个或多个加热丝中一个的最近端、最远端到基片承载盘旋转轴线(OO’)的距离记为S_3min与S_3max，由S_3min与S_3max确定的数值区间[S_3min，S_3max]与数值区间[S_1min，S_1max]或[S_2min，S_2max]之间的交集不为空集。

20.一种CVD设备，包括：

气密的反应腔；

设置在所述反应腔内并可转动的基片承载盘，用于固定基片于其上表面；

如权利要求1至19任一项所述的发热体。

21.如权利要求20所述的CVD设备，其特征在于，不同加热丝的加热功率由不同加热电源供应；或者，

第一、二加热丝的加热功率由同一加热电源供应，所述加热电源的功率输出分为多路，分别供应所述第一、二加热丝，并且分配至第一、二加热丝的加热功率可调节。