CN212128297U - 辅助加热器、加热装置以及包括该加热装置的cvd设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于加热可旋转基片承载台的加热装置，用以改善基片承载台上表面各区域的温度均匀性。该基片承载台具有旋转轴线，该加热装置位于基片承载台下方并与基片承载台在竖直方向上相隔一距离，加热装置包括一个或多个第一加热器以及多个辅助加热器，一个或多个第一加热器用于加热上方基片承载台的环形区域，多个辅助加热器处于所述环形区域下方，且所述多个辅助加热器与旋转轴线具有不同的距离，用于调节所述环形区域中局部区域的温度。

Description

辅助加热器、加热装置以及包括该加热装置的CVD设备

技术领域

本实用新型涉及一种辅助加热器，还涉及包括该辅助加热器的加热装置，以及包括该加热装置的化学气相沉积(CVD)设备。

背景技术

许多半导体元件通过化学气相沉积(CVD)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，但是并不产生明显的反应，上述载气及不需要的副产物可以通过反应室的出气口排出。

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，借以制作由三五族半导体材料形成的元件。三五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台上通常会同时装载多个基片，以提高加工效率。这使得基片承载台的加热系统面临着更严苛的挑战：必须保证基片承载台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。

目前的氮化镓量产MOCVD设备主要应用于照明用蓝绿光LED的生产，对发光波长均匀性要求不高，一般波长均匀性小于2nm即可。但随着Mini-LED及Micro-LED在高端显示上的应用前景，单一显示器内一般要求波长均匀性小于+/-2nm，因此，对波长的均匀性也提出了更高的要求，需要波长均匀性小于0.8nm或更小，等同于在约800℃外延生长时整个外延片表面温度需要控制在约+/-1℃。这对外延生长过程中整个基片承载台温度的控制及对局部温场的细微调整提出了的更高需求。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于加热可旋转基片承载台的加热装置，所述基片承载台具有旋转轴线(OO’)，所述加热装置位于基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，所述加热装置包括一个或多个第一加热器以及多个辅助加热器，所述一个或多个第一加热器用于加热上方基片承载台的环形区域，所述多个辅助加热器处于所述环形区域下方，且所述多个辅助加热器与旋转轴线具有不同的距离，用于调节所述环形区域中局部区域的温度，所述一个或多个第一加热器均包括：两个第一接线柱；连接所述两个第一接线柱的第一加热段，用于加热所述基片承载台，所述第一加热段包括多个弧形加热段以及用于连接不同弧形加热段的连接部；每个辅助加热器包括：两个辅助接线柱；连接所述两个辅助接线柱的辅助加热段，用于加热所述基片承载台。

可选地，每个所述辅助加热器中的辅助加热段的面积小于任一个所述弧形加热段的面积。

可选地，所述辅助加热段在所述第一加热段的下方。

可选地，所述辅助加热器的径向位置对应于相邻第一弧形加热段之间或者相邻第一加热器之间的间隙。

可选地，所述辅助加热器中的第一组辅助加热器的径向位置对应于相邻弧形加热段之间或者相邻第一加热器之间的间隙，所述辅助加热器中的第二组辅助加热器的径向位置对应于所述第一弧形加热段。

可选地，所述第一组辅助加热器和所述第二组辅助加热器分别位于所述旋转轴线(OO’)的两侧。

可选地，至少一个所述辅助加热器的径向宽度小于等于相邻第一弧形加热段之间的间隙的宽度。

可选地，至少一个所述辅助加热器的径向宽度小于等于所述环形区域的径向宽度的一半。

可选地，在同一第一加热段的多个相对连接部之间或者不同第一加热段的多个相对连接部之间设置辅助加热区，所述辅助加热器位于所述辅助加热区中。

可选地，所述辅助加热区的面积小于所述基片承载台的面积的1/10。

可选地，所述辅助加热器包括第一辅助加热器和第二辅助加热器，所述第一辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离大于所述第二辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离，且所述第一辅助加热器的个数大于等于所述第二辅助加热器的个数。

可选地，所述第一加热器的加热功率是所述辅助加热器的加热功率的10倍以上。

可选地，所述辅助加热器包括第一辅助加热器和第二辅助加热器，所述第一辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离大于所述第二辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离，且所述第一辅助加热器的加热功率大于所述第二辅助加热器。

可选地，所述弧形加热段包括第一弧形加热段和第二弧形加热段，所述第一弧形加热段到所述旋转轴线(OO’)的距离大于所述第二弧形加热段到所述旋转轴线(OO’)的距离，且所述第一弧形加热段的弧长度大于所述第二弧形加热段的弧长度。

可选地，所述加热装置还包括隔热圈，所述隔热圈围绕所述辅助加热器，用于隔绝所述第一加热段对于所述辅助加热器的热辐射。

可选地，所述加热装置还包括第二加热器，所述第二加热器包括两个第二接线柱，所述第二加热器的第二加热段位于所述环形区域的外围。

可选地，所述第一接线柱的横截面积大于辅助接线柱横截面积的3 倍。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种MOCVD设备，包括：气密的反应室；设置在所述反应腔内并可转动的基片承载台，用于固定基片于其上表面；位于基片承载台下方并与基片承载台在竖直方向上相隔一段距离的如上所述的加热装置，用于加热所述基片承载台。

可选地，不同加热器以及多个辅助加热器的加热功率独立可控。

可选地，所述加热装置下方包括隔热屏蔽板，所述隔热屏蔽板下方固定有液冷管道，使得隔热屏蔽板下方具有一低温区域，所述第一接线柱和辅助接线柱穿过所述隔热屏蔽板到达下方低温区域。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于加热可旋转基片承载台的加热装置，所述加热装置位于基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一段距离，所述基片承载台具有旋转轴线(OO’)，所述加热装置包括至少一个连续的第一加热器以及多个辅助加热器，所述第一加热器包括：两个第一接线柱；连接所述两个接线柱的第一加热段，用于加热所述基片承载台，所述第一加热段包括多个第一弧形加热段以及用于连接不同第一弧形加热段的连接部；所述第一弧形加热段最近端到所述旋转轴线(OO’)的距离记为S_min，所述第一弧形加热段最远端到所述旋转轴线(OO’)的距离记为S_max，所述辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离在区间[S_min，S_max]内，每个辅助加热器包括：两个辅助接线柱；连接所述两个接线柱的辅助加热段，用于加热所述基片承载台。

其中，弧形加热段的“最近端”是指最靠近旋转轴线的弧形加热段的内侧边缘。“最远端”是指最远离旋转轴线的弧形加热段的外侧边缘。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于MOCVD设备的辅助加热器，所述MOCVD设备包括具有旋转轴线(OO’)的可旋转基片承载台和第一加热器，所述第一加热器和所述辅助加热器位于所述基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，所述第一加热器用于加热上方基片承载台的环形区域，所述辅助加热器处于所述环形区域下方，且所述辅助加热器与旋转轴线具有不同的距离，用于调节所述环形区域中局部区域的温度，所述第一加热器均包括：两个第一接线柱；以及连接所述两个第一接线柱的第一加热段，用于加热所述基片承载台，所述第一加热段包括多个弧形加热段以及用于连接不同弧形加热段的连接部。

可选地，所述辅助加热器包括：两个辅助接线柱；以及连接所述两个接线柱的辅助加热段，用于加热所述基片承载台。

可选地，所述辅助加热器的径向位置对应于相邻第一弧形加热段之间或者相邻第一加热器之间的间隙。

可选地，所述辅助加热器被隔热圈至少部分地围绕，所述隔热圈用于隔绝所述第一加热段对于所述辅助加热器的热辐射。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于加热可旋转基片承载台的加热装置，所述基片承载台具有旋转轴线(OO’)，所述加热装置位于基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，所述加热装置包括主加热器以及多个辅助加热器，所述主加热器用于加热上方基片承载台，所述多个辅助加热器到旋转轴线(OO’)的距离不同，所述多个辅助加热器中的每个辅助加热器用于独立调节主加热器所加热区域中的局部温度。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种MOCVD设备，包括：气密的反应室；设置在所述反应腔内并可转动的基片承载台，用于固定基片于其上表面；位于基片承载台下方并与基片承载台在竖直方向上相隔一段距离的如上所述的加热装置，用于加热所述基片承载台。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于MOCVD设备的辅助加热器，所述MOCVD设备包括具有旋转轴线(OO’)的可旋转基片承载台和第一加热器，所述第一加热器和所述辅助加热器位于所述基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，所述第一加热器用于加热上方基片承载台的环形区域，所述辅助加热器处于所述环形区域下方，且所述辅助加热器与旋转轴线具有不同的距离，用于调节所述环形区域中局部区域的温度，所述第一加热器均包括：两个第一接线柱；以及连接所述两个第一接线柱的第一加热段，用于加热所述基片承载台，所述第一加热段包括多个弧形加热段以及用于连接不同弧形加热段的连接部。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于MOCVD设备的辅助加热器，所述MOCVD设备包括具有旋转轴线(OO’)的可旋转基片承载台和主加热器，所述主加热器和所述辅助加热器位于所述基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，所述主加热器用于加热上方基片承载台，所述辅助加热器到旋转轴线(OO’)的距离不同，所述辅助加热器用于独立调节主加热器所加热区域中的局部温度。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的MOCVD设备的结构示意图；

图2与图3是常用的对基片承载台进行加热的加热装置的结构示意图；

图4与图7是本实用新型一个实施例的加热装置的结构示意图；

图8～图12是加热装置的其他实施例的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的装置/部件主要可被应用于CVD设备，尤其是在沉积过程中用于固定基片的基片承载台(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。

以下将结合附图对本实用新型的加热装置及包括该加热装置的 MOCVD设备进行说明。需强调的是，这里仅是示例型的阐述，不排除有其它利用本实用新型的实施方式。并且，各种实施例中的技术特征可进行任意组合。

图1是本实用新型一个实施例的MOCVD设备的结构示意图。如图 1所示，MOCVD设备10包括具有进气装置14、排气装置17的反应室 2，其中，进气装置14可设置在反应室2的顶部，排气装置17可设置在反应室2的底部。

反应室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。尽管所示的反应室2为圆筒形的，其他实施例也可包括具有其他形状的反应室，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，处理气体如载体气体和反应气体，反应气体如金属有机化合物及V族金属元素的来源物质。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，因此在基片承载台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，为了冷却反应室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设置为从反应室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包括设置在反应室2底部或邻近底部的出气口70，以及设置在反应室2外、与出气口70连通用于提供气体流动动力的泵18或其它真空源。

反应室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、呈环形的反应室内衬34。反应室内衬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，可下移反应室内衬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，可上移反应室内衬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，由该反应室内衬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”在反应室内衬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室内衬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室内衬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。

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

反应室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转动的基片承载台40、装载机构(未示出)以及加热装置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。

替代地，反应室2还可设置有转筒，基片承载台的边缘部分架设在转筒的筒口的圆周部分上，当转筒转动时，带动基片承载台一起旋转。旋转驱动机构的设置方式如上所述，不再赘述。

基片承载台40大体上呈圆盘状，可由不污染MOCVD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。基片承载台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，基片承载台40可具有约500毫米至约1000毫米的直径。

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

加热装置46通常设置在基片承载台40下方的隔热屏蔽板49上，主要将热量热辐射至基片承载台40的底面。施加至基片承载台40底面的热量可向上流动经过基片承载台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。所述隔热屏蔽板49下方固定有液冷管道，使得隔热屏蔽板49下方具有一低温区域，加热装置的用于输入功率的第一接线柱和辅助接线柱穿过隔热屏蔽板49到达下方低温区域。热量还可从基片承载台40的顶面与基片W的顶面辐射至反应室2的较冷元件，例如反应室2的侧壁26及进气装置14。热量还可从基片承载台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。反应室2还包括外衬套28，以减少处理气体向反应室内容纳加热装置 46的区域的渗入。在示例性的实施例中，可在加热装置46下方设置隔热罩(未示出)，例如，设置为与基片承载台40平行，以帮助引导热量从加热装置46向上朝基片承载台40传递，而不是向下朝反应室2底端的底壁24传递。

图2与图3是一种常用的加热装置的结构示意图，其可应用于图1 所示的MOCVD设备中，用于使基片承载台上表面各处可获得较均匀的温度。如图2(由于页面宽度的限制，图2中只示出了基片承载台40’与加热装置等的半边结构。基片承载台40’与加热装置均为轴对称结构，因而，显示的这半边结构已能大致清楚揭露加热装置的结构及加热装置与基片承载台40’间的相对位置关系)与图3所示，所述加热装置位于基片承载台40’下方并与所述基片承载台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台40’，所述加热装置包括连续的加热器46’。本专利文件此处及后文所称的加热器“连续”指的是，单个加热器中分布于各区域、用于将电能转化为热能的各加热部电性连接为一个整体，该加热器只需通过连接一个电源就可充分工作。

所述加热器46’整体上位于同一平面内，并包括两个接线柱m’与n’以及加热段。其中，两个接线柱m’与n’用于电连接一加热电源(未图示)的电极，以使该加热电源可施加于加热器46’。所述加热器用于连接该两个接线柱m’与n’，包括呈同心圆分布的多个弧形加热段a’、b’、 c’、d’、e’与f’以及用于连接相邻弧形加热段的连接部p’。弧形加热段a’、 b’、c’、d’、e’与f’的圆心均位于基片承载台40’的旋转轴OO’上。

为解决对基片承载台40’的下表面的均匀加热，一种方法是设置多个加热器46’，每一加热器只覆盖一个很小的区域，并与一个独立的加热电源电连接。也就是说，划分出多个加热区域，例如3个或4个区域，当某一区域的温度需要调整时，只需要调整对应的加热器的加热电源功率即可。通常而言，每一加热器覆盖的区域越小，改善的效果越明显。但是，这种解决方法需要增加数个甚至更多个加热电源，显著增加了成本。另外，由于加热电源数目的增多，使得加热器与加热电源之间的线路连接变得复杂，控制器对加热电源功率的自动控制也变得困难。

另一种方法是在加热器46’中设置至少两个弧形加热段——第一弧形加热段与第二弧形加热段，它们两者的单位长度的电阻率不相等(例如，通过改变弧形加热段c的宽度来实现)。该不相等是为了改善基片承载台40’各区域的温度均匀性。但是，这种方法存在以下不足：(1) 要得到均匀的温度分布，必须更换不同的加热段。而更换加热段必须在机台关机的情况下才能完成，无法在工艺处理过程中对局部区域实时地调整温度分布；(2)每修改一次温度分布，就必须重新加工一组新的加热器，并且需要进行测试优化，最终才能定型。这无疑增加了成本并且延长了制作周期。

本实用新型的创作人致力于改善上述缺陷。在研究和实验中，创作人发现，在处理基片时，加热器是固定在隔热屏蔽板上，而在加热器上方的基片承载台正在沿着旋转轴线OO‘旋转。在隔热屏蔽板上任意点处设置一加热器时，该加热器的加热轨迹为以该加热器到旋转轴线的距离为半径的圆。由于加热器具有径向宽度，所以其实际的加热区域是一圆环区域。推类可知，各个弧形加热段加热的区域也是一个圆环区域，该圆环区域的内半经对应于弧形加热段在径向上的内侧边界到旋转轴线的距离，该圆环区域的外半经对应于弧形加热段在径向上的外侧边界到旋转轴线的距离。连接部的加热区域也是一圆环区域，该加热区域基本涵盖相邻弧形加热段径向之间的间隙区域。因此，当在隔热屏蔽板上设置一个小功率的辅助加热器时，该辅助加热器就可以调节其所在圆环区域的温度，该圆环区域大致是以辅助加热器到旋转轴线的距离为半径的圆周的附近区域。上述的第一加热器和辅助加热器一起设置在隔热屏蔽板上时，第一加热器因其加热面积较大，用于主控基片承载台的加热温度，而辅助加热器根据其所处的位置，可以用于实时连续地微调其所在圆环区域的温度，达到局部温控的目的。

根据以上的解决思路，创作人设计出了一种用于加热可旋转基片承载台的加热装置，该基片承载台具有旋转轴线(OO’)，该加热装置位于基片承载台下方并与基片承载台在竖直方向上相隔一距离，该加热装置包括一个或多个第一加热器以及多个辅助加热器，一个或多个第一加热器用于加热上方基片承载台的环形区域，多个辅助加热器处于所述环形区域下方，且多个辅助加热器与旋转轴线具有不同的距离，用于调节所述环形区域中局部区域的温度，一个或多个第一加热器均包括：两个第一接线柱；连接两个第一接线柱的第一加热段，用于加热所述基片承载台，第一加热段包括多个弧形加热段以及用于连接不同弧形加热段的连接部；每个辅助加热器包括：两个辅助接线柱；连接两个辅助接线柱的辅助加热段，用于加热所述基片承载台。

对环形区域进行如下定义。旋转轴线(OO’)垂直穿过基片承载台的圆心O，所述环形区域的内半径记为S_min，所述环形区域的外半径记为S_max。每个辅助加热器到基片承载台的旋转轴线OO’的距离在区间 [S_min，S_max]内。

通常地，多个弧形加热段环绕分布在基片承载台的下方。外侧的弧形加热段的弧长度大于内侧弧形加热段的弧长度。

在一个实施例中，辅助加热器的辅助加热段在弧形加热段的正下方，即辅助加热器被弧形加热段覆盖。辅助加热器的加热方式是将热量辐射到第一加热器，再辐射到基片承载台的下表面。在其他实施例中，辅助加热器的辅助加热段与弧形加热段的高度齐平。或者，辅助加热器的辅助加热段的高度略低于弧形加热段的高度。在这些实施例中，辅助加热器没有被弧形加热段覆盖。

辅助加热器和第一加热器由不同的加热电源供应加热功率，所以，他们的输出功率可以独立控制，因而加热效果也能独立控制。例如，它们的加热功率相差10-100倍。辅助加热器中的辅助加热段在基片承载台上的投影面积远小于弧形加热段在基片承载台上的投影面积，例如相差达10-20倍。并且辅助加热段的投影面积小于任一段的弧形加热段的投影面积。

当在辅助加热器上方的基片承载台旋转时，辅助加热器就能够加热以其到旋转轴线OO’的距离为半径的圆周附近区域的温度。将辅助加热器设置在到旋转轴线OO’的不同距离处，就能加热以不同距离为半径的圆周的附近温度。因此，将辅助加热器到旋转轴线OO’的距离设定在区间[S_min，S_max]内，这能够使辅助加热器对第一加热器的整个圆环加热区域中所需的局部区域进行温度的微调。根据不同需要，可以设定不同数量的辅助加热器，且设定这些辅助加热器到旋转轴线OO’的不同距离。

辅助加热器到旋转轴线OO’的距离可以设置为在区间[S_min，S_max] 内的任意值。并且，由于辅助加热器加热的是以其到旋转轴线OO’的距离为半径的圆周附近区域的温度，所以，辅助加热器可以设置在该圆周上的任意位置。换言之，辅助加热器并非必须沿着径向以直线排列，其径向的排列方式可以是任意的。

在另一个实施例中，本申请还提出了一种用于加热可旋转基片承载台的加热装置，所述基片承载台具有旋转轴线(OO’)，所述加热装置位于基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，所述加热装置包括主加热器以及多个辅助加热器，所述主加热器用于加热上方基片承载台，所述多个辅助加热器到旋转轴线(OO’)的距离不同，所述多个辅助加热器中的每个辅助加热器用于独立调节主加热器所加热区域中的局部温度。

其中，所述主加热器包括主加热段，所述主加热段包括多个弧形加热段。当基片承载台旋转时，所述多个辅助加热器用于加热所述基片承载台并形成若干个到旋转轴线距离不同的辅助环形加热区，所述若干个辅助环形加热区的温度可独立调节，以调节所述主加热器所加热区域的局部温度。

可选地，当基片承载台旋转时，所述弧形加热段在基片承载台上的垂直投影形成第一环形区域，至少一个所述辅助加热器在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于所述第一环形区域中。

可选地，当基片承载台旋转时，相邻的所述弧形加热段之间的间隙在基片承载台上的垂直投影形成第二环形区域，至少一个所述辅助加热器在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于所述第二环形区域中。

图4、图5、图6和图7示出了根据本实用新型的一实施例的加热装置的结构示意图。图4是该加热装置的俯视示意图；图5、图6和图 7分别是沿图4中的基片承载台径向线aa’、bb’和cc‘截取的截面示意图，为便于理解，这些图中还示出了基片承载台40的相对位置。如图4-图 7所示，所述加热装置位于基片承载台40下方并与所述基片承载台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台40，该加热装置46包括第一加热器461和辅助加热器465。第一加热器461 包括多个弧形加热段以及连接部，下文将详述。在其他实施例中，第一加热器461也可以仅包括多个弧形加热段，而没有连接部。每个辅助加热器465包括：两个辅助接线柱465a；和连接所述两个接线柱的辅助加热段465b。

如图4所示，加热装置46包括两个第一加热器461，每个第一加热器461的弧形加热段的数目与图2或图3中的加热器46’的不同。为简单论述，将第一加热器461的加热段分别由内至外依次标记为a～g，八个辅助加热器465标记为A～H。可见，外侧的加热段的弧形长度大于内侧的弧形长度。图4和图5所示，最内侧的弧形加热段a的内侧边缘到旋转轴OO’的距离为S_min，最外侧的弧形加热段h的外侧边缘到旋转轴 OO’的距离为S_max。S_min和S_max即为环形区域的内外半径。辅助加热器 A～H到旋转轴OO’的距离都在区间[S_min，S_max]内，即辅助加热器465都处于环形区域的下方。在图中所示的实施例中，辅助加热器465沿着径向依次排列，并且辅助加热器的高度与弧形加热段a～h的高度一致。在替代的实施例中，辅助加热器465也可以在径向上随机排列，只需满足各辅助加热器465在环形区域的下方，即到旋转轴OO’的距离都在区间 [S_min，S_max]内即可。在替代的实施例中，辅助加热器465在弧形加热段a～h的正下方。

辅助加热器的径向位置A-D对应于相邻第一弧形加热段之间或者相邻第一加热器之间的间隙。具体如下所述，如图5所示，示意性地标记了第一加热器461中的加热段和相邻加热段之间的间隙到旋转轴OO’的距离。举例来说，加热段b、c之间的间隙到旋转轴OO’的距离为S_g1，加热段c、d之间的间隙到旋转轴OO’的距离为S_g2，加热段d到旋转轴 OO’的距离为S_c1，加热段e到旋转轴OO’的距离为S_c2。如图6所示，辅助加热器A-D设置的位置是：它们到旋转轴OO’的距离对应于相邻加热段之间的间隙到旋转轴的距离。具体而言，辅助加热器A到旋转轴OO’的距离对应于S_g1，而辅助加热器B到旋转轴OO’的距离对应于S_g2；辅助加热器C、D的设置关系依次类推。这样的设置有利于对相邻加热段之间的间隙上方进行温度调节。在基片的制程中，弧形加热段所在圆周的上方区域能得到有效加热，而相邻弧形加热段之间的间隙所在圆周的上方只能通过连接部进行加热，由于连接部的加热面积远小于加热段面积，所以该间隙所在圆周的上方不能得到有效加热，并且连接部和弧形加热段连接成一体，不能被独立加热，因而使得在径向上的加热效果的不均匀。在该实施例中，辅助加热器A-D到旋转轴OO’的距离对应于相邻加热段之间的间隙到旋转轴的距离，并且辅助加热器A-D和第一加热器461被分别供电，这就能有效地补偿这些间隙所在圆周上方的加热效果或调节间隙上方区域的温度控制。在另一实施例中，辅助加热器到旋转轴OO’的距离还对应于相邻第一加热器之间的间隙。

需注意，在本说明书中，短语“径向”是指垂直于旋转轴OO’的方向，径向排布的加热器可以位于相同的平面内，也可以位于不同的平面内。短语“间隙到旋转轴OO’的距离”是指间隙的径向中心点到旋转轴OO’的距离。短语“辅助加热器到旋转轴OO’的距离”是指辅助加热器的径向中心点到旋转轴OO’的距离。短语“加热段到旋转轴OO’的距离”是指加热段的径向中心点到旋转轴OO’的距离。短语“对应于”是指辅助加热器到旋转轴的距离等于第一加热器的弧形加热段到旋转轴的距离或弧形加热段之间的间隙到旋转轴的距离，或者，辅助加热器到旋转轴的距离和第一加热器的弧形加热段或弧形加热段之间的间隙到旋转轴的距离相差在5％之内，或者，辅助加热器到旋转轴的距离与弧形加热段或弧形加热段之间的间隙到旋转轴的距离之差小于等于10mm，或小于等于 15mm、或小于等于17mm。

辅助加热器465还可以设置在径向的其他位置上。例如，如图7所示，辅助加热器E-H到旋转轴OO’的距离对应于加热段d、e、f、g到旋转轴OO’的距离。具体而言，辅助加热器E到旋转轴OO’的距离对应于S_c1，而辅助加热器F到旋转轴OO’的距离对应于S_c2；辅助加热器G、H的设置关系依次类推。如此设置的辅助加热器可以调节弧形加热段所在圆周上方的区域。

注意到，上述辅助加热器A-H只是示意性地表示到旋转轴OO’的位置。这些辅助加热器的个数和位置以及尺寸可以根据工艺和空间的需要而进行改变。

在另一个实施例中，可以仅设置辅助加热器A-D或者仅设置辅助加热器E-H。这些辅助加热器可以设置在旋转轴的一侧，或者分别排列在两侧。

如图4所示，辅助加热器的辅助加热段465b是沿着基片承载台的切线方向蛇形往复排布的加热段。该加热段整体在径向上的宽度记为 W。在一实施例中，该径向宽度W小于等于相邻加热段之间间隙的径向宽度ΔS_c(如图5和图6所示)。这种设置使得辅助加热器能够更精确地调节弧形加热段之间的间隙所在圆周的上方温度。在另一个实施例中，至少一个辅助加热器的径向宽度W小于等于(S_max–S_min)/2，即小于等于环形区域的径向宽度的一半。

辅助加热器的辅助加热段465b也可以具有其他形状，例如沿着基片承载台的径线方向蛇形往复排布，或者具有螺线型形状等。

第一加热器461的加热功率大于用于调节第一加热器461加热区域中的温度的辅助加热器465的加热功率。通常地，第一加热器461的加热功率是辅助加热器465的加热功率的10倍以上，例如20倍、30倍、 100倍等。在一个实施例中，第一加热器461的加热功率可达100kW，辅助加热器465的加热功率约为1000W。在另一个实施例中，由于外圈的加热区域面积大于内圈的加热区域面积，所以到旋转轴OO’的距离大的辅助加热器465的加热功率比到旋转轴OO’的距离小的辅助加热器 465的加热功率大。例如，在图4中，辅助加热器C的加热功率大于辅助加热器B的加热功率；辅助加热器B的加热功率大于辅助加热器A 的加热功率。

在一个实施例中，在多个第一加热段461的多个相对的连接部P之间设置辅助加热区，所述辅助加热器465位于所述辅助加热区中。可选地，所述辅助加热区的面积小于基片承载台的面积的1/10。在其他实施例中，如果第一加热器只有一个连续的弧形加热段，则辅助加热区可设置在该连续的弧形加热段的多个相对的连接部P之间。

以下给出了关于本实用新型的加热装置的多个实施例。

图8示出了根据本实用新型的另一实施例的加热装置的结构示意图。与图4中所示实施例不同的是，在该实施例中，到旋转轴OO’距离不同的圆周上设置不同个数的辅助加热器465。靠外的圆周上比靠内的圆周上设置更多的辅助加热器465，这是因为靠外的圆周上加热区域更大，需要更多的辅助加热器465进行温度的调节。

图9示出了根据本实用新型的另一实施例的加热装置的结构示意图。为了隔绝第一加热段对于辅助加热器465的热辐射，在该实施例中，辅助加热器465还包括隔热圈465c，该所述隔热圈465c设置在辅助加热段的周围，能够有效隔绝第一加热段461的热辐射，使得辅助加热器的加热热量有效地施加至所述基片承载台，以及辅助加热器的温度调节更加精确。

图10示出了根据本实用新型的另一实施例的加热装置的结构示意图。在该实施例中，加热装置46还可包括第二加热器462，第二加热器 462的两端均与另一加热电源(未图示)的电极电连接。该第二加热器 462位于第一加热器461外周并包围第一加热器461，用于加热基片承载台40的最外缘区域。该第二加热器462可为单圈或多圈的圆弧结构，也可以是1/2或1/4的圆弧结构。第二加热器462的厚度、材质等均可与第一加热器461相同。第二加热器462的宽度可远小于第一加热器461 各处的宽度，用以提供更高的发热功率。在本实施例中，第一加热器461、第二加热器462由不同的加热电源(未示出)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，第二加热器462与第一加热器461可设置在同一平面内，如图10所示。需注意的是，在该实施例中，辅助加热器465与图5至图9中的辅助加热器类似，区别在于辅助加热器465中的辅助加热段的排布方式不同。在该实施例中，辅助加热段沿着径向往复排布，而图5至图9中的辅助加热器的辅助加热段沿着周向往复排布。这些辅助加热器都起到调节第一加热器461和第二加热器462所加热区域中的局部温度。

图11示出了根据本实用新型的另一实施例的加热装置的结构示意图。在该实施例中，加热装置46还可以包括多种不同的第一加热器，例如，第一加热器461和第一加热器463，第一加热器463的两端与另一加热电源(未图示)的电极电连接。第一加热器463位于基片承载台的中心区域下方。第一加热器463的具体结构类似于第一加热器461，包括加热段，该加热段包括多个弧形加热段以及用于连接不同弧形加热段的连接部。第一加热器463的厚度、材质等均可与第一加热器461相同。第一加热器463的宽度可远小于第一加热器461各处的宽度，用以提供更高的发热功率。第一加热器463用于独立地控制基片承载台的中心区域的温度。

上文说明了本实用新型的加热装置中的第一加热器、第二加热器以及辅助加热器，本领域技术人员还能想到设置其他加热器或加热段。例如，这些加热器可通过电感方式加热，也可以通过电阻方式加热。本实用新型中的第一加热器、第二加热器以及辅助加热器的加热功率独立可控。例如，它们由不同加热电源供应。可替换地，这些加热器以及辅助加热器的加热功率由同一加热电源供应，该同一加热电源的功率输出分为多路，分别供应不同的加热器和辅助加热器，并且分配至各路的加热功率可调节。

加热装置46包括第一加热器461和/或第二加热器462以及辅助加热器465，第一加热器461和第二加热器462作为本实用新型的主加热器，用于加热基片承载台。辅助加热器用于加热所述基片承载台并形成若干个到基片承载台旋转轴OO’距离不同的辅助环形加热区，所述若干个辅助环形加热区的温度可独立调节，以调节所述主加热器所加热区域的局部温度。

图12示出了根据本实用新型的另一实施例的加热装置的结构示意图。在该实施例中，加热装置位于基片承载台下方，所述加热装置包括主加热器461、462和辅助加热器465。主加热器461、462用于加热上方基片承载台，多个辅助加热器465沿着基片承载台的径向分布设置，到基片承载台的旋转轴OO’，每个辅助加热器465用于独立调节主加热器461、462所加热区域中的局部温度。多个辅助加热器465沿着基片承载台的径向呈一直线排布，如图12所示。可选地，多个辅助加热器 465还可以沿着基片承载台的径向以任意方位角离散排布。例如，辅助加热器465沿着径向交错排布，或者，辅助加热器465沿径向排布的轨迹线为一弧线。需注意，辅助加热器还可以设置在最外圈的两个主加热器462之间。主加热器461、462与辅助加热器465设置在同一平面上。可选地，主加热器461、462与辅助加热器465也可以设置在不同平面上，即主加热器461、462到基片承载台的距离与辅助加热器465不同。可选地，辅助加热器465还能设置在主加热器461、462的正下方，即辅助加热器465到基片承载台的垂直投影与主加热器到基片承载台的垂直投影重叠或至少部分重叠。

在本实施例中，如图12所示，主加热器461包括多个弧形加热段 461a、461b、461c，多个弧形加热段461a、461b、461c之间具有连接部以连接弧形加热段。当基片承载台在主加热器461上方旋转时，弧形加热段461a在基片承载台上的垂直投影形成第一环形区域501，辅助加热器465a在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于该第一环形区域 501中，使得辅助加热器465a主要调节第一环形区域501中的温度。最优地，辅助加热器465a位于第一环形区域501中，使得辅助加热器465a 能有效地调节该局部区域的温度。可选地，辅助加热器465a的径向中心在径向上可以偏离第一环形区域501的径向中心一定距离，该距离范围为小于20mm，可选地，小于15mm，或小于10mm。本申请对此不做限定，具体视情况而定。

弧形加热段461b和弧形加热段461c之间具有间隙，当基片承载台在这些弧形加热段上方旋转时，该间隙在基片承载台上的垂直投影形成第二环形区域502，辅助加热器465b在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于该第二环形区域502中，使得辅助加热器465b主要调节第二环形区域502中的温度。最优地，辅助加热器465b位于第二环形区域 502中，使得辅助加热器465b能有效地调节该局部区域的温度。可选地，辅助加热器465b的径向中心在径向上可以偏离第二环形区域502的径向中心一定距离，该距离范围为小于20mm，可选地，小于15mm，或小于10mm。本实用新型对此不做限定，具体视情况而定。

在该实施例中，辅助加热器465分为两组，第一组四个辅助加热器在基片承载台上的垂直投影分别处于主加热段在基片承载台上的垂直投影所形成的多个环形区域中。第二组四个辅助加热器在基片承载台上的垂直投影分别处于相邻主加热段之间的间隙在基片承载台上的垂直投影所形成的多个环形区域中。两组辅助加热器分别排布在托盘旋转轴(OO’)的两侧。本实用新型对此不做限定，具体视情况而定。

可选地，加热装置还包括与辅助加热器连接的驱动装置，该驱动装置驱动任一个辅助加热器沿着基片承载台的径向移动或者沿着旋转轴线(OO’)方向移动，以根据实际工艺需求调节基片承载台不同的局部温度。

可选地，加热装置还包括与辅助加热器连接的功率控制器，功率控制器用于调节任一个辅助加热器的加热功率,以根据实际工艺需求调节基片承载台不同的局部温度。

可选地，辅助加热器465与主加热器461、462具有不同的加热功率。例如，主加热器461、462的实际加热功率是辅助加热器的实际加热功率的15倍以上，或20倍以上。

可选地，主加热器461、462可以通过电感方式加热和/或电阻方式加热。辅助加热器465也可以通过电感方式加热和/或电阻方式加热。例如，电感方式加热包括RF线圈加热；电阻方式加热包括加热片加热、加热丝加热或灯管型加热。

主加热器461、462中的弧形加热段以及连接部的材料可以包括难熔金属，石墨，钨，钼，铼，钽，铌，锆，或其组合或合金，超合金材料，碳化硅等。弧形加热段和连接部的表面以及辅助加热段的表面可以至少部分地覆盖有难熔金属或合金，氮化硼，碳化钽，碳化硅等耐高温涂层材料。

本实用新型中的辅助加热器具有以下多项优点：

加热器组件长期使用后，相关组件例如隔热屏、加热片支架、导电支架等会沉积反应生成物或材料晶粒变大，从而造成材料性质改变，影响加热片的工作表现，造成MOCVD工艺表现漂移，增加不稳定性，需要更换加热器零件来解决问题。MOCVD反应腔组件在长期使用后，也会发生老化和表面改性，造成加热器辐射加热环境变化，从而造成 MOCVD工艺表现漂移，需要工艺参数实时调整，并频繁对反应腔进行清理维护。本公开可以在不更换主加热器中的弧线加热段的前提下，通过调节辅助加热器的功率来补偿温度分布的变化，简单方便，节省成本并且提高机台的使用率。

针对不同的基片承载台(基片尺寸及排布方式不同)，往往会有不同温度分布要求。通常做法是采用不同规格的主加热段对应不同的温度分布，更换一种基片承载台时必须更换一套主加热段。本实用新型可以在不改变主加热段规格的前提下，通过微调辅助加热器的功率输出来适应不同温度分布要求。有适应性强，可调节性能好，调节精度高的优点。

由于辅助加热器本身尺寸较小，可以方便的通过改变辅助加热段与主加热段及基片承载台的相对位置来更加精确地调节局部温度分布。

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 (30)

1.一种用于加热可旋转基片承载台的加热装置，所述基片承载台具有旋转轴线(OO’)，所述加热装置位于基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，其特征在于，所述加热装置包括主加热器以及多个辅助加热器，

所述主加热器用于加热上方基片承载台，

所述多个辅助加热器到旋转轴线(OO’)的距离不同，所述多个辅助加热器中的每个辅助加热器用于独立调节主加热器所加热区域中的局部温度。

2.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述多个辅助加热器呈直线排布。

3.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述辅助加热器到基片承载台的距离与所述主加热器到基片承载台的距离相同或不相同。

4.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述主加热器包括主加热段，所述主加热段包括多个弧形加热段。

5.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，当基片承载台旋转时，所述多个辅助加热器用于加热所述基片承载台并形成若干个到旋转轴线距离不同的辅助环形加热区，所述若干个辅助环形加热区的温度可独立调节，以调节所述主加热器所加热区域的局部温度。

6.如权利要求4所述加热装置，其特征在于，当基片承载台旋转时，所述弧形加热段在基片承载台上的垂直投影形成第一环形区域，至少一个所述辅助加热器在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于所述第一环形区域中。

7.如权利要求4所述加热装置，其特征在于，当基片承载台旋转时，相邻的所述弧形加热段之间的间隙在基片承载台上的垂直投影形成第二环形区域，至少一个所述辅助加热器在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于所述第二环形区域中。

8.如权利要求4所述加热装置，其特征在于，至少一个所述辅助加热器的径向位置对应于相邻弧形加热段之间的间隙的径向位置。

9.如权利要求4所述的加热装置，其特征在于，至少一个所述辅助加热器的径向位置对应于所述弧形加热段的径向位置。

10.如权利要求4所述加热装置，其特征在于，所述辅助加热器中的第一组辅助加热器的径向位置对应于相邻弧形加热段之间的间隙的径向位置，并且所述辅助加热器中的第二组辅助加热器的径向位置对应于所述弧形加热段的径向位置。

11.如权利要求10所述加热装置，其特征在于，所述第一组辅助加热器和所述第二组辅助加热器分别位于所述旋转轴线(OO’)的两侧。

12.如权利要求4所述加热装置，其特征在于，至少一个所述辅助加热器的径向宽度大于相邻弧形加热段之间的间隙的宽度。

13.如权利要求4所述加热装置，其特征在于，所述主加热段还包括用于连接不同弧形加热段的连接部。

14.如权利要求13所述加热装置，其特征在于，在所述主加热段的多个相对连接部之间设置辅助加热区，所述辅助加热器位于所述辅助加热区中。

15.如权利要求14所述加热装置，其特征在于，所述辅助加热区的面积小于所述基片承载台的面积的1/5。

16.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述辅助加热器包括第一辅助加热器和第二辅助加热器，所述第一辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离大于所述第二辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离，且所述第一辅助加热器的个数大于等于所述第二辅助加热器的个数。

17.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述辅助加热器包括第一辅助加热器和第二辅助加热器，所述第一辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离大于所述第二辅助加热器到所述旋转轴线(OO’)的距离，且所述第一辅助加热器的加热功率大于等于所述第二辅助加热器的加热功率。

18.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述主加热器的加热功率是所述辅助加热器的加热功率的15倍以上。

19.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括隔热圈，所述隔热圈围绕所述辅助加热器，用于使得辅助加热器的加热热量施加至所述基片承载台。

20.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括与辅助加热器连接的驱动装置，所述驱动装置驱动多个所述辅助加热器中的任一个辅助加热器沿着基片承载台的径向移动或者沿着旋转轴线(OO’)方向移动。

21.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括与辅助加热器连接的功率控制器，所述功率控制器用于调节多个所述辅助加热器中的任一个辅助加热器的加热功率。

22.如权利要求1所述加热装置，其特征在于，所述主加热器或所述辅助加热器通过电感方式加热和/或电阻方式加热。

23.一种MOCVD设备，其特征在于，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台，用于固定基片于其上表面；

位于基片承载台下方并与基片承载台在竖直方向上相隔一段距离的如权利要求1至22中任一项所述的加热装置，用于加热所述基片承载台。

24.如权利要求23所述的MOCVD设备，其特征在于，主加热器器以及多个辅助加热器的加热功率独立可控。

25.如权利要求23所述的MOCVD设备，其特征在于，所述加热装置下方包括隔热屏蔽板，所述隔热屏蔽板下方固定有液冷管道，使得隔热屏蔽板下方具有一低温区域。

26.一种用于MOCVD设备的辅助加热器，所述MOCVD设备包括具有旋转轴线(OO’)的可旋转基片承载台和主加热器，其特征在于，所述主加热器和所述辅助加热器位于所述基片承载台下方并与所述基片承载台在竖直方向上相隔一距离，所述主加热器用于加热上方基片承载台，

所述辅助加热器到旋转轴线(OO’)的距离不同，所述辅助加热器用于独立调节主加热器所加热区域中的局部温度。

27.如权利要求26所述的辅助加热器，其特征在于，所述主加热器包括主加热段，所述主加热段包括多个弧形加热段。

28.如权利要求26所述的辅助加热器，其特征在于，当基片承载台旋转时，所述辅助加热器用于加热所述基片承载台并形成若干个到旋转轴线距离不同的辅助环形加热区，所述若干个辅助环形加热区的温度可独立调节，以调节所述主加热器所加热区域的局部温度。

29.如权利要求27所述的辅助加热器，其特征在于，当基片承载台旋转时，所述弧形加热段在基片承载台上的垂直投影形成第一环形区域，至少一个所述辅助加热器在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于所述第一环形区域中。

30.如权利要求27所述的辅助加热器，其特征在于，当基片承载台旋转时，相邻的所述弧形加热段之间的间隙在基片承载台上的垂直投影形成第二环形区域，至少一个所述辅助加热器在基片承载台上的垂直投影至少部分地处于所述第二环形区域中。

Images