背景技术 金属有机化合物化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor

Deposition, MOCVD )是在气相外延生长的基础上发展起来的一种� � 型气相外延生长技术。 MOVCD具有生长易于控制、 可生长纯度很高 的材料、 外延层大面积均匀性良好等的优点。

MOCVD反应器是用于制造高亮度 LED芯片的主要工艺设备。 参 考图 1 , 示出了现有技术中 MOCVD反应器一实施例的结构示意图。 MOCVD反应器包括： 腔室 10、 位于所述腔室 10底部的加热器 11 , 位 于所述加热器 11上的托盘 13,所述托盘 13通过支撑结构 12与旋转机构 关联在一起， 所述托盘 13用于承载基底 14, 所述 MOCVD反应器还包 括位于腔室 10顶部的供给器 15。

具体地， 在 MOCVD反应器的工作过程中， 所述供给器 15用于向 所述腔室 10输入含有有机金属的原料气体， 所述加热器 11用于加热， 使原料气体发生分解， 从而在基底 14表面形成薄膜。

具体地， MOCVD反应器内的工作温度通常在 500~1200°C的范围 内。 现有技术的 MOCVD反应器中设置有温度控制系统， 对所述加热 器 11的电流进行控制， 以达到 MOCVD反应的工作温度。

参考图 2, 示出了现有技术 MOCVD反应器的温度控制系统一实 施例的示意图。 所述 MOCVD反应器的温度控制系统包括温度控制器 16, 所述温度控制器 16包括两个输入端和一个输出端。 其中第一输入 端用于输入温度设定值， 第二输入端与腔室 10内的托盘 13上表面耦 接， 用于获取托盘 13上表面的实际温度（本实施例中， 托盘上表面承 载基底 14, 因此托盘上表面的实际温度接近于基底 14的实际温度） ， 输出端与加热器 11的直流电源相连。所述温度控制器 16用于比较所述 温度设定值和所述实际温度， 并基于两者的偏差计算出控制信号， 所 述输出端将所述控制信号发送至加热器 11的直流电源，用于控制直流 电源的电流， 从而改变加热器 11的功率， 进而使托盘 13上表面的温度 接近所述温度设定值。 就这样， 温度控制器 16实现对托盘 13上表面温 度的控制。

然而， MOCVD反应器的工作环境为真空， 在真空环境中， 辐射 是热量传输的主要方式， 大容量的金属腔体使热量传输的过程较慢， 从而增大了时间常数。 这样，加热器 11产生的热量传输至托盘 13上表 面需要花费一定的时间， 这使托盘 13上表面的温度有所滞后。

在 MOCVD反应器的升温过程中， 滞后的托盘 13上表面温度输入 至温度控制器 16 , 温度控制器 16会控制加热器 11增大直流电源的电 流， 容易导致加热器 11过加热而使托盘 13上表面温度超出温度设定 值。 之后， 温度控制器 16会控制加热器 11减小直流电源的电流， 以使 托盘 13上表面温度降至温度设定值，然而滞后的托� �� 13上表面温度输 入至温度控制器 16中，容易使温度控制器 16控制的加热器 11功率下降 太快， 这会使托盘 13上表面温度又低于温度设定值， 从而造成了腔室 10内温度振荡的现象。

对于 MOCVD工艺而言， 通常仅 1 °C的温度变化就将导致 5%以上 的成品率的下降， 因此如何获得稳定的基底温度， 以提高 MOCVD工 艺的良率成为本领域技术人员亟待解决的技术 问题之一。

更多关于 MOCVD反应器温度控制的技术方案可参考公开号� �� CN101906622A的中国专利申请， 然而所述中国专利申请的技术方案 也未能解决上述技术问题。 发明内容 本发明的目的是提供一种控制化学气相沉积腔 室内的基底加热 的装置及方法，通过串级控制使灵敏度较高的 温度控制单元快速完成 对温度变化的补偿， 以获得稳定的基底温度。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种控制 化学气相沉积腔室 内的基底加热的装置， 包括： 位于腔室内的加热器； 位于腔室内所述 加热器附近且与所述加热器相间隔开的托盘， 用于承载基底； 第一温 度控制单元，与承载基底的托盘表面耦接，用 于测量该托盘表面温度， 基于设定温度和所述托盘表面温度输出第一控 制信号；第二温度控制 单元， 与所述第一温度控制单元相连， 用于测量托盘和加热器之间区 域的中间温度，还用于根据所述第一控制信号 和所述中间温度输出第 二控制信号； 所述加热器， 与所述第二温度控制单元耦接， 用于根据 所述第二控制信号进行加热。

可选地，所述第二温度控制单元的时间常数小 于所述第一温度控 制单元的时间常数。

可选地，所述第一温度控制单元的时间常数与 所述第二温度控制 单元的时间常数的比值在 1 ~25的范围内。

可选地， 所述第一温度控制单元包括第一温度测量器、 第一温度 设定器、第一温度控制器和信号转换器，其中 ，所述第一温度测量器， 与所述第一温度控制器的第一输入端相连，用 于测量该托盘表面的第 一实际温度， 并将所述第一实际温度发送至第一温度控制器 ； 所述第 一温度设定器， 与所述第一温度控制器的第二输入端相连， 用于向所 述第一温度控制器提供温度设定值； 所述第一温度控制器， 用于比较 所述第一实际温度和所述温度设定值，基于所 述第一实际温度和所述 温度设定值的差异输出第一控制信号； 所述信号转换器， 与所述第一 温度控制器的输出端相连， 用于接收所述第一控制信号， 将所述第一 控制信号转换为中间设定温度，并将所述中间 设定温度发送至第二温 度控制单元。 可选地，所述信号转换器设置有所述第一控制 信号与所述中间设 定温度的线性关系或非线性关系，所述信号转 换器用于接收所述第一 控制信号， 将所述第一控制信号转换为与其对应的中间设 定温度， 并 将所述中间设定温度发送至第二温度控制单元 。

可选地，所述第二温度控制单元包括第二温度 测量器和第二温度 控制器， 其中， 所述第二温度测量器， 位于所述托盘和加热器之间且 与所述第二温度控制器相连，用于测量所述托 盘和加热器之间一测量 点的第二实际温度， 并将所述第二实际温度发送至第二温度控制器 ； 所述第二温度控制器， 与所述信号转换器相连， 用于比较所述第二实 际温度和所述中间设定温度，基于所述第二实 际温度和所述中间设定 温度的差异输出第二控制信号。

可选地，还包括与所述第二温度控制器和所述 加热器相连的驱动 电源， 所述驱动电源用于接收所述第二控制信号， 并基于所述第二控 制信号提供加热器电流， 并将所述加热器电流输入至加热器。

可选地， 所述第一温度测量器为基于多波长的光学式温 度测量 仪。

可选地， 所述第一温度控制器为 PI模式或 PID模式的温度控制 器。

可选地， 所述第二温度测量器为热电偶。

可选地，所述第二温度测量器位于托盘和加热 器之间更靠近加热 器的位置处。

可选地，所述第二温度测量器与所述加热器的 热辐射面在同一平 面内。

可选地， 所述腔室底部还设置有用于排气的排气口， 所述第二温 度测量器位于靠近所述排气口的位置处。

可选地， 所述第二温度控制器为 P模式的温度控制器。

相应地，本发明还提供一种控制化学气相沉积 腔室内的基底加热 的方法， 所述化学气相沉积腔室内设置有加热器、位于 所述加热器附 近且与所述加热器相间隔开的用于承载基底的 托盘，所述方法包括以 下步骤：设置温度设定值；测量承载基底的托 盘表面的第一实际温度； 基于所述温度设定值与所述第一实际温度的区 别， 形成第一控制信 号； 将所述第一控制信号转换为中间温度设定值； 测量所述托盘表面 和加热器之间区域的第二实际温度；基于所述 中间温度设定值与所述 第二实际温度的区别， 形成第二控制信号； 基于所述第二控制信号控 制加热器进行加热。

可选地， 使所述第二实际温度比所述第一实际温度先到 达稳态。 可选地，所述测量承载基底的托盘表面的第一 实际温度的步骤包 括： 通过基于多波长的光学式温度测量仪测量所述 托盘表面的第一 实际温度。

可选地， 所述形成第一控制信号的步骤包括： 计算温度设定值与 所述第一实际温度的第一差值； 基于线性关系或非线性关系， 形成与 所述第一差值相对应的第一控制信号。

可选地，所述将所述第一控制信号转换为中间 温度设定值的步骤 包括： 基于线性关系或非线性关系， 将所述第一控制信号转换为与其 对应的中间温度设定值。

可选地， 所述形成第二控制信号的步骤包括： 计算所述中间温度 设定值与所述第二实际温度的第二差值； 基于线性关系或非线性关 系， 形成与所述第二差值相对应的第二控制信号。

可选地， 所述基于第二控制信号控制加热器进行加热的 步骤包 括： 将所述第二控制信号转换为加热器电流； 向所述加热器输入所述 加热器电流。

与现有技术相比， 本发明具有以下优点：

本发明控制化学气相沉积腔室内的基底加热的 装置中设置了两 个相连温度控制单元，所述两个温度控制单元 构成串级控制温度控制 系统， 可以获得稳定的基底温度。

可选方案中，第二温度控制单元的时间常数小 于所述第一温度控 制单元的时间常数， 也就是说， 第二温度控制单元比第一温度控制单 元灵敏， 这样托盘上表面温度变化或第二实际温度变化 时， 所述灵敏 度较高的第二温度控制单元可以很快地控制加 热器的功率变化，从而 补偿所述温度变化， 进而使基底温度得以维持。

可选方案中，第一温度控制单元的时间常数与 所述第二温度控制 单元的时间常数的比值在 1~25的范围内，一方面， 可以避免第二温度 控制单元过于灵敏而做无谓的控制和反馈， 另一方面， 可以避免第二 温度控制单元不够灵敏而不能实现温度变化的 补偿。

可选方案中，所述信号转换器设置有所述第一 控制信号与所述中 间设定温度的线性关系或非线性关系，所述信 号转换器根据所述线性 关系或非线性关系将所述第一控制信号转换为 与其对应的中间设定 温度， 转换方法比较筒单， 可以提高信号转换器的响应速度。

可选方案中，所述第二温度测量器位于托盘和 加热器之间更靠近 加热器的位置处， 使第二温度测量器对加热器的功率的变化更加 灵 敏， 从而可以较快地基于加热器功率的变化进行反 馈和控制。

可选方案中， 所述腔室底部还设置有用于排气的排气口， 所述第 二温度测量器位于靠近所述排气口的位置处， 所述第二温度测量器可 以及时补偿排气口处抽气流量、 抽气速度等因素所引起的温度变化， 提高了装置抗干扰能力。

可选方案中，所述第一温度控制器为 PI模式的温度控制器，或者， 所述第二温度控制器为 P模式的温度控制器， 可以筒化控制化学气相 沉积腔室内的基底加热的装置的结构， 降低成本。

附图说明 图 1是现有技术 MOCVD反应器一实施例的示意图；

图 2是现有技术 MOCVD反应器的温度控制系统一实施例的示 意图；

图 3 是本发明控制化学气相沉积腔室内的基底加热 的装置一实 施方式的示意图； 图 4是本发明控制化学气相沉积腔室内的基底加� �的装置一实 施例的示意图。

图 5是图 4所示控制化学气相沉积腔室内的基底加热的� �置中加 热器和第二温度测量器一实施例的示意图；

图 6 示出了本发明控制化学气相沉积腔室内的基底 加热的方法 一实施方式的流程图。 具体实施方式 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加 明显易懂， 下面结 合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明 。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充 分理解本发明，但 是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其 它方式来实施，因此本 发明不受下面公开的具体实施例的限制。

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种 控制化学气相沉积 腔室内的基底加热的装置， 参考图 3, 示出了本发明控制化学气相沉 积腔室内的基底加热的装置一实施方式的示意 图。

需要说明的是，本发明以金属有机化合物化学 气相沉积腔室及其 控制基底加热的装置为实施例作说明，本发明 所提供的装置可以适用 于其他类型的化学气相沉积腔室内， 本发明对此不作限制。

如图 3所示， MOCVD反应器包括：

腔室 100;

位于所述腔室 100底部的加热器 101;

位于所述加热器 101上的托盘 103,用于承载一片或多片基底 104; 所述托盘 103通过支撑结构 102与外部旋转机构关联在一起，所述加热 器 101和所述托盘 103之间具有一定的间距， 例如， 所述间距为 3~15mm。

位于腔室 100顶部的反应源供给器 105, 用于输入原料气体。

本发明控制化学气相沉积腔室内的基底加热的 装置包括所述加 热器 101、 所述托盘 103 , 还包括第一温度控制单元 106和第二温度控 制单元 107。 其中，

第一温度控制单元 106, 与所述托盘 103上表面耦接， 用于测量托 盘 103上表面温度，基于设定温度和所述托盘 103上表面温度输出第一 控制信号；

第二温度控制单元 107, 与所述第一温度控制单元 106相连， 用于 测量托盘 103和加热器 101之间区域的中间温度，还用于根据所述第一 控制信号和所述中间温度输出第二控制信号；

所述加热器 101 , 与所述第二温度控制单元 107耦接， 用于根据所 述第二控制信号进行加热。

本实施方式中， 所述第二温度控制单元 107的时间常数小于所述 第一温度控制单元 106的时间常数。

此处所述时间常数指的是，在温度控制单元控 制下使温度升至设 定温度的某一预先设定比例 （例如， 80% )所花费的时间。 该预先设 定比例通常根据工业需求和经验， 事先人为选定。 时间常数越大， 表 示温度控制单元的灵敏度越小； 时间常数越小， 表示温度控制单元的 灵敏度越大。

本发明控制化学气相沉积腔室内的基底加热的 装置中设置了至 少两个温度控制单元， 两个温度控制单元实现串级控制。 其中， 第二 温度控制单元 107比第一温度控制单元 106的时间常数小， 也就是说， 所述第二温度控制单元 107比第一温度控制单元 106更灵敏。

由于托盘 103上表面距离加热器 101较远， 因此， 加热器 101的热 量先辐射至托盘 103和加热器 101之间区域， 之后再辐射至托盘 103上 表面。 相应地， 与托盘 103上表面的温度相比， 中间温度能提前反映 加热器 101的功率变化。

在升温过程中， 第一温度控制单元 106緩慢控制升温， 而在第二 温度控制单元 107的控制下中间温度会 ^艮快达到稳态， 之后， 第一温 度控制单元 106继续緩慢增大第一控制信号， 而在所述第一控制信号 的控制下第二温度控制单元 107再次使中间温度很快到达稳态， 就这 样持续升温直至托盘 103上表面温度达到设定温度。

由于第二温度控制单元 107基于第一控制信号进行温度控制， 因 此第二温度控制单元 107控制下的中间温度到达稳态时不会超过与第 一控制信号所对应的温度， 从而使托盘 103上表面温度不至于形成较 大振荡， 从而提高了基底温度的稳定性。

此外， 在温度维持过程中， 如果受温度干扰因素的影响使中间温 度有所变化， 所述灵敏度较高的第二温度控制单元 107会很快地控制 加热器 101的功率变化， 进而以补偿所述温度干扰因素带来的温度变 化， 进而使基底温度得以维持。

由此可见，本发明控制化学气相沉积腔室内的 基底加热的装置可 以使腔室内基底温度无论在升温还是温度维持 过程中都比较稳定，不 至于出现较大的变化， 这有利于提高腔室内工艺的良率。

需要说明的是， 如果第二温度控制单元 107比第一温度控制单元 106的时间常数小得过多，也就是说第二温度控 制单元 107反应过于灵 敏， 这样第二温度控制单元 107的控制反馈动作过快， 第一控制信号 的微小变化都会使第二温度控制单元 107做多次无谓的反馈和控制， 反而不利于整个基底温度的稳定性。

反之， 如果第二温度控制单元 107的时间常数接近或大于第一温 度控制单元 106的时间常数，这样第二温度控制单元 107的动态调节作 用降低， 不能及时地克服温度干扰因素的影响， 严重时甚至会出现第 一温度控制单元 106、 第二温度控制单元 107 "耦合共振"现象， 导致 化学气相沉积腔室内的基底加热的装置不能正 常工作。

因此， 所述第一温度控制单元 106的时间常数与所述第二温度控 制单元 107的时间常数的比值在 1~25的范围内， 优选地， 所述时间常 数的比值在 3~10的范围内。

下面结合具体实施例， 进一步详细地描述本发明的技术方案。 参考图 4, 示出了本发明控制化学气相沉积腔室内的基底 加热的 装置一实施例的示意图。 需要说明的是， 图 4中各部件仅用于示意， 不对各部件的位置进行限制。

本实施例中的第一温度控制单元 106包括第一温度测量器 1061、 第一温度设定器 1063、 第一温度控制器 106和信号转换器 1064, 所述 第二温度控制单元 107包括第二温度测量器 1071和第二温度控制器 1072, 其中，

第一温度测量器 1061 , 与第一温度控制器 1062的第一输入端 A相 连， 用于测量托盘 103上表面（本实施例中， 托盘 103的上表面为承载 基底 104的托盘表面） 的第一实际温度， 并将所述第一实际温度发送 至第一温度控制器 1062。 本实施例中， 所述托盘 103上表面为承载基 底 104的托盘表面， 会与基底 104相接触， 因此托盘 103上表面的温度 和基底 104的温度相同。

为了能快速、 精确地获取托盘 103上表面的实际温度， 较佳地， 所述第一温度测量器 1061为精度较高的、基于多波长的光学式温度� � 量仪， 具体地， 所述光学式温度测量仪为非接触式温度测量仪 ， 其测 量探头位于托盘 103的上方， 距萬所述托盘 103上表面的距离为 1~17 厘米。

需要说明的是，上述实施例中使用的基于多波 长的光学式温度测 量仪为非接触式温度测量仪， 但是本发明对此不做限制， 在其他实施 例中， 所述第一温度测量器 1061还可以是其他非接触式温度测量仪， 或者是接触式温度测量仪， 本发明对此不做限制。

第一温度设定器 1063 , 与第一温度控制器 1062的第二输入端 B相 连， 用于向第一温度控制器 1062提供温度设定值。 所述第一温度设定 器 1063提供适于研发人员或工艺操作员进行温度� �定的人机界面，对 于 MOCVD反应器而言， 通常温度设定值在 500~1200°C的范围内。 例 如： 温度设定值是 500 °C。

需要说明的是， 所述第一温度设定器 1063可以是独立的硬件器 件， 也可以由集成于第一温度控制器 1062中的、 具有相同功能的软件 实现， 本发明对此不做限制。 第一温度控制器 1062,用于比较所述第一实际温度和所述温度设 定值，基于所述第一实际温度和所述温度设定 值的差异输出第一控制 信号。

具体地，所述第一温度控制器 1062用于先计算第一实际温度和所 述温度设定值的第一差值，再基于所述第一差 值获取与所述第一差值 相对应的第一控制信号， 本实施例中， 所述第一控制信号与所述第一 差值成线性关系， 具体地， 所述第一控制信号与所述第一差值成正比 关系。

本实施例中，所述第一控制信号为一与中间设 定温度相对应的百 分比控制信号。 例如， 第一温度测量器 1061的百分比控制信号范围设 置为 0~100%, 相对应的中间设定温度的范围设置为 0~1200°C。 在其 他实施例中， 所述第一控制信号还可以是电压控制信号。

通常所述百分比控制信号与其对应的中间设定 温度成线性关系， 但是本发明对此不做限制，所述百分比控制信 号与其对应的中间设定 温度还可以成非线性关系。

所述第一温度控制器 1062可以是 PID模式的温度控制器， 包括比 例单元（P )、 积分单元（I )和微分单元（D )。

对于第一温度控制器 1062而言， 需要具备稳态无差的特点， 而由 于本发明化学气相沉积腔室内的基底加热的装 置通过串级控制可以 实现对托盘 103上表面温度比较稳定的温度控制， 因此第一温度控制 器 1062可以不设置减小稳态误差的积分单元（I ), 较佳地， 所述第一 温度控制器 1062可以是 PI模式的温度控制器， 也就是说， 所述第一温 度控制器 1062可以只包括比例单元（P )和积分单元（I ), 从而可以 筒化控制化学气相沉积腔室内的基底加热的装 置的结构， 降低成本。

信号转换器 1064, 与所述第一温度控制器 1062的输出端相连， 用 于接收所述第一控制信号， 将所述第一控制信号转换为中间设定温 度， 并将所述中间设定温度发送至第二温度控制单 元 107。

具体地，所述信号转换器 1064设置有所述第一控制信号与所述中 间设定温度的线性关系，所述信号转换器 1064基于百分比控制信号和 中间设定温度之间的线性关系，将所述第一控 制信号转换为与其对应 的中间设定温度， 并将所述中间设定温度发送至第二温度控制单 元 107。

所述信号转换器 1064设置有所述第一控制信号与所述中间设定 温度的线性关系， 使转换方法较为筒单， 转换效率较高， 因此， 本实 施例中所述信号转换器 1064具有较高的响应速度。但是本发明对所述 第一控制信号和中间设定温度的关系不做限制 ，所述第一控制信号和 中间设定温度还可以是非线性关系， 例如： 指数关系或者是映射关系 等。

第二温度测量器 1071 , 位于托盘 103和加热器 101之间， 用于测量 托盘 103和加热器 101之间一测量点 0的第二实际温度。

托盘 103和加热器 101之间的所述测量点 0与托盘 103上表面相比 更靠近加热器 101 , 从而使测量点 0的第二实际温度对加热器 101功率 的变化更加灵敏， 可以提前反映加热器 101功率的变化， 基于第二实 际温度进行控制的第二温度控制单元 107可以减小所述加热器 101功 率的变化对托盘 103上表面温度的影响。

所述第二温度测量器 1071越靠近加热器 101 , 第二实际温度对加 热器 101功率的变化越灵敏， 优选地， 所述第二温度测量器 1071与所 述加热器 101的热辐射面在同一平面内。

具体地， 所述第二温度测量器 1071可以是热电偶， 还可以是其他 温度测量仪器（接触式温度测量仪或非接触式 温度测量仪）， 本发明 对此不做限制。

结合参考图 5 , 示出了图 4所示加热器 101和第二温度测量器 1071 一实施例的示意图。

图 5中示出了加热器 101的俯视图。 通常基底 104为晶圆 （wafer ), 相应地， 本实施例中所述加热器 101为圆形结构。

具体地， 所述加热器 101为同心设置的环状加热元件， 包括靠近 圆心的内区加热件 1011、远离圆心的外区加热件 1013和位于内区加热 件 1011和外区加热件 1013之间的中区加热件 1012。

需要说明的是， 为了使附图更加筒洁， 附图 5中只示意出了内区 加热件 1011、 中区加热件 1012和外区加热件 1013的区域， 所述内区加 热件 1011、中区加热件 1012和外区加热件 1013还分别包含多个环形元 件。 其中， 所述中区加热件 1012的面积最大， 所述中区加热件 1012 所对应的晶圆的面积也最大， 中区加热件 1012提供的热量最多， 本实 施例中，所述第二温度测量器 1071位于中区加热件 1012所对应的位置 处。

需要说明的是， 第一温度测量器 1061可以用于测量托盘 103上表 面任意位置的温度。所述第二温度测量器 1071可以测量任何一区的温 度， 具体地， 在其他实施例中， 所述第二温度测量器 1071还可以设置 于内区加热件 1011或外区加热件 1012的位置处， 本发明对此不做限 制。

需要说明的是， 所述第二温度测量器 1071可以是热电偶， 所述热 电偶由位于腔室 100底面上的支撑结构进行固定， 所述支撑结构穿过 图 5所示环形加热元件的环形之间的间隔区域 1014, 从而使热电偶的 测量点 0设置于加热器 101和托盘 103之间。

继续结合参考图 5, 加热器 101位于腔室 100底部的中心位置处， 在所述腔室 100的底部还设置有排气口 108,所述排气口 108用于排气， 因此排气口 108所在位置处由于抽气流量、 抽气速度等因素的影响温 度变^ 比较大。

本实施例中， 将第二温度测量器 1071放置于靠近排气口 108的中 区加热件 1012上， 这样， 当抽气流量、 抽气速度的温度干扰因素影响 到温度变化时， 第二温度控制单元 107可及时补偿所述温度变化， 从 而减小所述温度变化对托盘 103上表面温度的影响。

需要说明的是， 所述温度干扰因素包括抽气流量、 抽气速度、 托 盘旋转、 腔体压力或冷却水流中的一个或多个。 所述第二温度测量器 1071可以位于受温度干扰因素影响较多的位置� �，从而可以补偿多个 干扰因素对基底温度的影响。

继续参考图 4, 第二温度控制器 1072与所述信号转换器 1064、 第 二温度测量器 1071相连，用于比较所述第二实际温度和所述� �间设定 温度，基于所述第二实际温度和所述中间设定 温度的差异输出第二控 制信号。

具体地，所述第二温度控制器 1072用于先计算第二实际温度和所 述中间设定温度的第二差值，再基于所述第二 差值获取与所述第二差 值相对应的第二控制信号， 本实施例中， 所述第二控制信号与所述第 二差值成线性关系， 具体地， 所述第二控制信号与所述第二差值成正 比关系。 在其他实施例中， 所述第二控制信号还可以与所述第二差值 成非线性关系。

本实施例中，所述第二控制信号为与所述第二 差值成正比的百分 比控制信号， 所述的百分比控制信号范围为 0~100%。 在其他实施例 中， 所述的第二控制信号还可以是电压控制信号。

所述第二温度控制器 1072可以是 PID模式的温度控制器， 包括比 例单元（P )、 积分单元（I )和微分单元（D )。

对于第二温度控制器 1072而言，需要具备灵敏度较高进而可以快 速调节的特点。因此第二温度控制器 1072可以不设置减小稳态误差的 积分单元（I )或用于抑制振荡的微分单元（D ), 较佳地， 所述第二 温度控制器 1072可以是 P模式的温度控制器， 也就是说， 所述第二温 度控制器 1072仅包括比例单元（P ), 从而可以筒化结构、 降低成本。

控制化学气相沉积腔室内的基底加热的装置还 可以包括驱动电 源 1073 ,所述驱动电源 1073与所述第二温度控制器 1072的输出端和加 热器 101均相连， 用于接收所述第二控制信号， 并基于所述第二控制 信号提供加热器电流， 并将所述加热器电流输入至加热器 101。

本实施例中，所述第二控制信号为与加热器电 流成正比关系的百 分比信号， 所述驱动电源 1073根据第二控制信号、基于所述正比关系 获得加热器电流， 并将相对应的加热器电流发送至加热器 101 , 从而 使加热器 101根据所述加热器电流进行加热。 在其他实施例中， 所述 第二控制信号还可以与所述加热器电流成非线 性关系，本发明对此不 做限制。

下面结合升温过程对图 4所示控制化学气相沉积腔室内的基底加 热的装置的技术方案作进一步举例说明。

首先， 通过第一温度设定器 1063设置温度设定值为 500°C , 所述 第一温度测量器 1061测量托盘 103上表面温度为室温（25 °C ) , 第一温 度控制器 1062基于 475 °C的温度差异（ 500 °C与 25 °C的差值）输出第一 控制信号。

具体地， 第一温度控制器 1062的第一控制信号在 0~100%范围内， 对应于 0~1200°C的温度范围。 相应地， 与 475 °C对应的第一控制信号 为 39%。

第一控制信号从 0开始逐渐增加， 例如， 从 0增加到 5% , 信号转 换器 1064将所述 5%的第一控制信号转换为中间设定温度， 相应地， 与 5%对应的中间设定温度为 60 °C。

此时， 第二温度测量器 1071测量到的第二实际温度为室温 25 °C , 第二温度控制器 1072基于第二实际温度和中间设定温度的差值 35 °C ( 60°C与 25 °C的差值）输出第二控制信号。

具体地， 由于第二温度控制器 1072的灵敏度较高， 与第一温度控 制器 1062相比，与同一温度差异所对应的第二控制� �号远大于第一控 制信号， 本实施例中， 基于所述 35 °C的差值， 第二温度控制器 1072 输出 20%的第二控制信号。

由于对驱动电源 1073而言， 0~100%的第二控制信号对应于 0~250A的加热器电流， 因此， 基于所述 20%的第二控制信号， 驱动电 源 1073输出 50A的加热器电流， 控制加热器 101开始加热。

经过一段时间， 第一实际温度为 26 °C , 而由于第二温度控制器 1072灵敏度较高， 其升温较快， 第二实际温度已到达 30°C。 之后， 当 第一实际温度为 30°C时， 第二实际温度已经到达 55 °C , 由于第二实际 温度升温比第一实际温度升温快，第二实际温 度会很快达到接近中间 设定温度的稳态。 由于所述中间设定温度受所述第一实际温度的 限 制， 因此所述第二实际温度不会有过大的温度起伏 变化。

之后， 随着第一控制信号的逐渐增大， 第二实际温度不断地到达 稳态， 直至使托盘 103上表面的第一实际温度到达 500°C的稳态时， 完 成升温过程。

需要说明的是， 图 4和图 5所示的实施例中， 控制化学气相沉积腔 室内的基底加热的装置只设置了一套串级控制 的温度控制系统，但是 本发明对此不做限制。 在其他实施例中， 本发明控制化学气相沉积腔 室内的基底加热的装置还可以包括多套串级控 制的温度控制系统，每 一套温度控制系统中的第一温度控制器分别用 于测量托盘上表面不 同位置处的温度， 相应地， 第二温度控制器分别用于测量不同区（内 区、 中区或外区）的温度， 这样不同的温度控制系统可以独立地进行 温度的测量和控制， 以分别调节托盘上表面不同位置的温度。

还需要说明的是，在上述控制化学气相沉积腔 室内的基底加热的 装置的实施例中， 所述加热器位于腔室底部， 托盘位于所述加热器的 上方，托盘的上表面与基底相接触， 第一温度控制单元与托盘上表面 耦接。 但是本发明对此不做限制， 在其他实施例中， 加热器还可以沿 竖直方向设置， 托盘位于加热器附近且与所述加热器相间隔开 （例如 托盘也沿竖直方向设置， 与所述加热器平行排布）， 用于承载基底的 托盘表面与基底的温度相同，所述第一温度控 制单元需与所述承载基 底的托盘表面耦接， 以获取所述托盘表面的温度， 进而实现对基底温 度的控制。

综上，本发明提供一种控制化学气相沉积腔室 内的基底加热的装 置，设置有第一温度控制单元和第二温度控制 单元形成的串级控制的 温度控制系统， 所述第二温度控制单元灵敏度较高， 具有快速、 及时 的调节作用， 能够改善加热器的动态特性， 减小容量滞后对加热过程 的影响， 减弱温度振荡， 从而提高了基底温度的稳定性。

此外， 化学气相沉积腔室内会进行不同的工艺生长阶 段， 进而会 设置不同的生长环境， 如腔体压力、 气体流量、 托盘转速等参数， 加 上外部环境因素如冷却水流波动等，这些变化 会对温度控制精度产生 一定的扰动。 串级控制的温度控制系统的快速、 及时的调节作用， 对 所述扰动具有很强的抑制能力， 可以大大削弱所述扰动对温度的影 响。

更近一步地，化学气相沉积腔室内内的加热器 由特殊的耐高温导 电材料制成， 然而， 其材料阻值随着周围环境温度的升高会成非线 性 变化， 在相同加热器电流下， 所述加热器消耗的功率会发生变化， 从 而影响温度的控制精度。由于串温度级控制系 统的第二温度控制单元 的快速、 及时的调节作用， 具有一定的自适应性， 在一定程度上可以 补偿材料阻值非线性变化对基底温度动态特性 的影响。

相应地，本发明还提供了一种控制化学气相沉 积腔室内的基底加 热的方法， 所述化学气相沉积腔室内设置有位于腔室内的 加热器、位 于所述加热器附近且与所述加热器相间隔的用 于承载基底的托盘，用 于承载基底的托盘表面的温度与基底的温度相 同。

参考图 6, 示出了本发明控制化学气相沉积腔室内的基底 加热的 方法一实施方式的流程图。 所述方法大致包括以下步骤：

步骤 S1 , 设置温度设定值；

步骤 S2 , 测量承载基底的托盘表面的第一实际温度；

步骤 S3 ,基于所述温度设定值与所述第一实际温度的� �别， 形成 第一控制信号；

步骤 S4, 将所述第一控制信号转换为中间温度设定值； 步骤 S5 , 测量所述托盘表面和加热器之间区域的第二实 际温度； 步骤 S6, 基于所述中间温度设定值与所述第二实际温度 的区别， 形成第二控制信号；

步骤 S7,基于所述第二控制信号控制加热器进行加热 。本发明通 过串级控制的方法实现温度控制， 可以获得稳定的基底温度。

优选地， 使所述第二实际温度比所述第一实际温度先到 达稳态， 这样， 可以通过较快到达稳态的第二实际温度快速补 偿温度变化， 从 而使第一实际温度更加稳定， 也就是说， 可以使基底温度更加稳定。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进 一步说明。

执行步骤 S1 , 设置温度设定值。 对于 MOCVD反应器而言， 通常 基底温度为 500°C ~1200°C。 例如， 设置温度设定值为 500°C .

执行步骤 S2,可以通过基于多波长的光学式温度测量仪测 量承载 基底的托盘表面的第一实际温度，从而获得精 确的所述托盘表面的温 度值。

执行步骤 S3 , 基于所述温度设定值与所述第一实际温度的区 别， 形成第一控制信号。 具体地， 包括以下分步骤：

计算温度设定值与所述第一实际温度的第一差 值；

基于线性关系， 形成与所述第一差值相对应的第一控制信号。 需要说明的是， 在其他实施例中， 所述第一差值还可以与所述第 一控制信号成非线性关系， 那么所述形成第一控制信号的步骤包括： 基于所述非线性关系， 形成与所述第一差值相对应的第一控制信号。

本实施例中， 所述第一控制信号与所述第一差值具有线性关 系， 筒化了第一控制信号的形成步骤， 提高了响应速度。

执行步骤 S4,将所述第一控制信号转换为中间温度设定值 的步骤 中， 具体地， 可以基于线性关系， 将所述第一控制信号转换为与其对 应的中间温度设定值， 以筒化转换方法， 提高响应速度。

需要说明的是， 在其他实施例中， 所述第一控制信号还可以与所 述中间温度设定值成非线性关系，信号转换时 ，基于所述非线性关系， 将所述第一控制信号转换为与其对应的中间温 度设定值。

执行步骤 S5 ,可以通过热电偶测量托盘表面和加热器之间� �域的 第二实际温度。

执行步骤 S6 , 形成第二控制信号的步骤包括以下分步骤： 计算所述中间温度设定值与所述第二实际温度 的第二差值； 基于线性关系， 形成与所述第二差值相对应的第二控制信号。 本实施例中， 所述第二控制信号与所述第二差值具有线性关 系， 可以筒化第二控制信号的形成步骤， 提高响应速度。

需要说明的是， 在其他实施例中， 所述第二差值还可以与所述第 二控制信号成非线性关系， 那么所述形成第二控制信号的步骤中， 基 于所述非线性关系， 形成与所述第二差值相对应的第二控制信号。

执行步骤 S7, 本实施例中， 通过控制加热器电流来控制加热器的 功率， 具体地， 基于第二控制信号控制加热器进行加热的步骤 包括以 下分步骤：

将所述第二控制信号转换为加热器电流；

向所述加热器输入所述加热器电流。

需要说明的是， 在步骤 S7中， 所述第二控制信号与所述加热器电 流也为线性关系， 可以筒化转化步骤。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并 不是用来限定本发 明， 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和 范围内， 都可以利 用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方 案做出可能的变动和 修改， 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术 实质对以上实施例所作的任何筒单修改、 等同变化及修饰， 均属于本 发明技术方案的保护范围。