本實用新型是有關于一種加熱系統(tǒng)，尤指一種大面積激光加熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在半導體工藝中，薄膜沉積工藝一般被用于制備氧化物產(chǎn)品，因此，在進行薄膜沈積工藝或是在薄膜沈積工藝完成后，反應腔室內(nèi)必須被充滿氧氣氣氛(Oxygen Atmosphere)。再者，多數(shù)沈積工藝還需要將欲進行薄膜沈積的樣品加熱至高溫，方能形成所欲的氧化物。

然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，于富含氧氣的反應環(huán)境下進行高溫加熱仍具有挑戰(zhàn)性。由于大多數(shù)用于加熱的燈絲材料在氧氣氣氛下進行升溫會快速地發(fā)生氧化反應，現(xiàn)有在氧氣氣氛下使用的加熱器一般為紅外線加熱燈，或使用白金、碳化硅、二硅化鉬或Inconel作為加熱器材料的加熱器。然而，上述加熱器仍具有功耗大、使用壽命短及維修不易等缺點。舉例而言，白金加熱器的壽命較短，而碳化硅加熱器需要經(jīng)常性地進行加熱器的維護，如此一來，薄膜工藝的各項條件、參數(shù)將受到改變，而使由薄膜工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，或是使得實驗結(jié)果不準確。

再者，使用傳統(tǒng)電阻絲加熱器所提供的加熱源為輻射性的加熱，因此在加熱器周圍的儀器組件本身材料中的雜質(zhì)可能被釋出而對產(chǎn)品造成污染，或是，經(jīng)薄膜沈積工藝所沈積的材料也有可能被釋出而成為反應環(huán)境中的雜質(zhì)。

另外，隨著薄膜沈積工藝產(chǎn)品體積的增大，如何有效地達成較大面積的樣品的加熱，也成為本領域的目標之一。因此，有需要提供一種得以在富含氧氣的氣氛下進行大面積加熱的加熱系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種大面積加熱的加熱系統(tǒng)，其可通過特殊的結(jié)構(gòu)設計，即，通過垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)配合激光調(diào)整機構(gòu)及激光導引模塊，以將面光源投射至樣品表面而達到樣品加熱的效果。

本實用新型其中一實施例提供一種大面積激光加熱系統(tǒng)，其包含一激光模塊、一反應模塊以及一導引模塊。激光模塊包含至少一用以發(fā)射至少一激光光束的垂直腔面發(fā)射激光器以及一連接于至少一所述垂直腔面發(fā)射激光器的激光調(diào)整機構(gòu)，其中至少一所述垂直腔面發(fā)射激光器所發(fā)射的至少一所述激光光束的入射角通過所述激光調(diào)整機構(gòu)進行調(diào)整。反應模塊包含一用于承載一樣品的樣品架。導引模塊連接于所述激光模塊以及所述反應腔體之間，其中至少一所述垂直腔面發(fā)射激光器所發(fā)射的至少一所述激光光束通過所述導引模塊，以導引至所述樣品的表面。

優(yōu)選地，前述大面積激光加熱系統(tǒng)還包含一冷卻模塊，其連通于所述激光模塊以及所述導引模塊，其中所述冷卻模塊提供一冷卻水，以對所述激光模塊以及所述導引模塊進行冷卻。

優(yōu)選地，所述導引模塊為一垂直直立腔體，且所述垂直直立腔體具有一用以通過所述冷卻水的夾層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，大面積激光加熱系統(tǒng)還包含一測溫裝置，其設置于至少一所述垂直腔面發(fā)射激光器旁，用以直接監(jiān)控所述樣品的溫度。

優(yōu)選地，所述測溫裝置為一紅外線測溫裝置，例如一高溫傳感器(pyrometer sensor)。

優(yōu)選地，所述導引模塊包含一光學組件，至少一所述激光光束通過所述導引模塊的所述光學組件，以聚焦于所述樣品的表面。

優(yōu)選地，所述樣品架所承載的所述樣品的尺寸大于2寸。

本實用新型另一實施例提供一種大面積激光加熱系統(tǒng)，其包含一激光模塊、一反應模塊以及一導引模塊。所述激光模塊包含多個用以發(fā)射多個激光光束的垂直腔面發(fā)射激光器以及一連接于至少一所述垂直腔面發(fā)射激光器的激光調(diào)整機構(gòu)，其中多個所述垂直腔面發(fā)射激光器所發(fā)射的多個所述激光光束的入射角通過所述激光調(diào)整機構(gòu)進行調(diào)整。所述反應模塊包含一用于承載一樣品的樣品架。所述導引模塊連接于所述激光模塊以及所述反應腔體之間，其中多個所述垂直腔面發(fā)射激光器所發(fā)射的多個所述激光光束通過所述導引模塊，以導引至所述樣品的表面。多個所述垂直腔面發(fā)射激光器的多個所述激光光束的光軸相對于所述導引模塊的一中心軸傾斜。

優(yōu)選地，所述激光模塊的多個所述垂直腔面發(fā)射激光器彼此之間呈弧形排列。

本實用新型的有益效果在于，本實用新型實施例所提供的大面積激光加熱系統(tǒng)，可通過“包含有垂直腔面發(fā)射激光器以及激光調(diào)整機構(gòu)的激光模塊”以及“用以將前述激光所發(fā)射的激光光束導引至樣品表面的導引模塊”的結(jié)構(gòu)設計，以達到大面積的樣品加熱的效果。同時地，由于作為加熱器的激光模塊是設置于反應模塊的外部，本實用新型的結(jié)構(gòu)設計還可以避免加熱器受到反應模塊的內(nèi)部反應氣體的影響，進而增加工藝的穩(wěn)定性，并降低工藝及維護的成本。

為使能更進一步了解本實用新型的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關本實用新型的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用于提供參考與說明，并非用來對本實用新型加以限制。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的大面積激光加熱系統(tǒng)的立體示意圖；

圖2為本實用新型實施例的大面積激光加熱系統(tǒng)的剖面示意圖；以及

圖3為本實用新型實施例的大面積激光加熱系統(tǒng)的功能方塊圖。

具體實施方式

以下是通過特定的具體實例來說明本實用新型所公開有關“大面積激光加熱系統(tǒng)”的實施方式，本領域技術(shù)人員可由本說明書所提出的內(nèi)容了解本實用新型的優(yōu)點與技術(shù)效果。本實用新型可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可基于不同觀點與應用，在不悖離本實用新型的精神下進行各種修飾與變更。另外，本實用新型的圖式僅為簡單示意說明，并非依實際尺寸的描繪，先予敘明。以下的實施方式將進一步詳細說明本實用新型的相關技術(shù)內(nèi)容，但所提出的內(nèi)容并非用以限制本實用新型的技術(shù)范疇。

請參閱圖1至圖3所示。圖1為本實用新型實施例的大面積激光加熱系統(tǒng)的立體示意圖，圖2為本實用新型實施例的大面積激光加熱系統(tǒng)的剖面示意圖，而圖3為本實用新型實施例的大面積激光加熱系統(tǒng)的功能方塊圖。本實用新型所提供的大面積激光加熱系統(tǒng)S包含激光模塊1、反應模塊2以及導引模塊3。如圖1及2所示，導引模塊3連接于激光模塊1以及反應腔體2之間。具體而言，導引模塊3為一垂直直立腔體，而激光模塊1設置于導引模塊3的上端，而反應模塊2設置于導引模塊3的下端，且反應模塊2可套設于導引模塊3下端的一部分的外圍。

舉例而言，激光模塊1包含至少一垂直腔面發(fā)射激光器(VSCEL)11。然而，在本實用新型中，激光模塊1所包含的垂直腔面發(fā)射激光器11的數(shù)量不在此限制。在圖1及2所示的實施例中，激光模塊1包含六個垂直腔面發(fā)射激光器11。另外，由于圖2為圖1中沿II-II剖面線所獲得的剖面視圖，于圖2中只顯示出一半數(shù)量的垂直腔面發(fā)射激光器11(即，僅顯示出三個垂直腔面發(fā)射激光器11)。

承上述，垂直腔面發(fā)射激光器11發(fā)射一激光光束(未顯示)。垂直腔面發(fā)射激光器是一種以半導體為基底的激光二極管，其可以自其頂面垂直發(fā)射出高效能的光束。具體來說，垂直腔面發(fā)射激光器與傳統(tǒng)激光二極管基的主要差別在于其中的共振腔與磊晶層之間的相對位置的不同：傳統(tǒng)激光二極管的共振腔與磊晶層平行，反射面是利用晶體自然斷裂面形成并與磊晶層垂直，使得激光光由側(cè)面發(fā)出，故又稱邊射型激光(Edge-emittingLaser)；垂直腔面發(fā)射激光器的共振腔與磊晶層垂直，反射面是由磊晶層或表層介電質(zhì)薄膜組成，激光光由正面發(fā)出。垂直腔面發(fā)射激光器具有面發(fā)光的特性，且具有低耗電及低熱效應等優(yōu)點。因此，本實用新型實施例中，垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束為面光源。

另外，垂直腔面發(fā)射激光器11可電性連接于激光控制器(未顯示)，而激光控制器可進一步包含測溫槍控制器及PID(proportional–integral–derivative)溫度控制器。另外，由垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束的波長及能量于本實用新型中不加以限制，舉例而言，激光光束的波長可為980奈米(nm)，能量可為120W。通過使用垂直腔面發(fā)射激光器11進行加熱，可達到將樣品22加熱至超過1200℃的效果。

如圖1所示，激光模塊1還包含連接于垂直腔面發(fā)射激光器11的激光調(diào)整機構(gòu)12。激光調(diào)整機構(gòu)12為可沿X、Y、Z軸移動定能夠旋轉(zhuǎn)的移動平臺。具體而言，如圖1及2所示，激光調(diào)整機構(gòu)12可環(huán)繞或部份環(huán)繞垂直腔面發(fā)射激光器11，其具有至少一承載面121，而垂直腔面發(fā)射激光器11固定于承載面121上。激光調(diào)整機構(gòu)12是用以調(diào)整由垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束的發(fā)射角度，即調(diào)整激光光束進入導引模塊3的入射角。換句話說，于本實用新型實施例中，垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束的入射角是通過激光調(diào)整機構(gòu)12進行調(diào)整。

承上述，激光調(diào)整機構(gòu)12可連接至處理器(例如微處理器)及外部控制器，用以控制垂直腔面發(fā)射激光器11相對于導引模塊3的設置角度及設置方向。具體來說，可透過處理器及外部控制器來調(diào)整激光調(diào)整機構(gòu)12的承載面的傾斜程度，進而調(diào)整垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束的入射角。如此一來，當激光模塊1包含多個垂直腔面發(fā)射激光器11時，垂直腔面發(fā)射激光器11所分別發(fā)射的多個激光光束的光軸可相對于導引模塊3的中心軸傾斜。導引模塊3的中心軸是只通過導引模塊3的中心且與水平面相互垂直的軸。

值得注意的是，當本實用新型實施例所提供的大面積激光加熱系統(tǒng)S的激光模塊1包含多個垂直腔面發(fā)射激光器11時，各垂直腔面發(fā)射激光器11彼此的相對關系可經(jīng)過進一步設計，以達到優(yōu)化的加熱效率。舉例而言，如圖1及2所示，激光模塊1包含六個垂直腔面發(fā)射激光器11，而激光調(diào)整機構(gòu)12包含兩個承載面121。每個承載面121分別用以固定三個垂直腔面發(fā)射激光器11，且從面向承載面121的方向觀察，三個固定于其上的垂直腔面發(fā)射激光器11是呈弧形排列。換句話說，固定于同一個承載面121上的各垂直腔面發(fā)射激光器11的發(fā)光面并非彼此平行。通過此設計，可以達到較佳的聚焦效果，增加加熱均勻度。或是，通過調(diào)整激光光束的入射角度，可以精確控制激光投射于樣品22上的范圍，借此避免過大的加熱范圍導致反應設備的材料中雜質(zhì)釋出而造成污染。

在前述垂直腔面發(fā)射激光器11相對于承載面121的排列設計的前提之下，通過電性連接于激光調(diào)整機構(gòu)12的處理器及外部控制器，可進而調(diào)整承載面121上下傾斜的幅度。換句話說，可以通過調(diào)整承載面相對于水平面的傾斜度，來調(diào)整由固定于承載面121上的垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束的入射角。

接下來，請參閱圖2。反應模塊2包含用于承載樣品22的樣品架21。反應模塊2為用以進行薄膜沈積工藝的反應腔體。在進行產(chǎn)物為氧化物的薄膜沈積工藝時，反應模塊2一般會充滿氧氣氣氛。樣品架21設置于反應模塊2的底部，樣品架21承載樣品22。樣品22的種類及尺寸不在此限制。較佳地，由于本實用新型是采用具有面發(fā)光的特性的垂直腔面發(fā)射激光器11作為加熱源，樣品22的尺寸可為大于2寸。

承上述，大面積激光加熱系統(tǒng)S還包含測溫裝置23，其設置于多個垂直腔面發(fā)射激光器11之間，用以直接監(jiān)控樣品22的溫度。換句話說，測溫裝置23可設置于垂直腔面發(fā)射激光器11旁。于另一未繪示的實施例中，測溫裝置23設置可設置于鄰近反應腔體2內(nèi)的樣品架21的位置。在現(xiàn)有技術(shù)中，多使用利用熱電偶的測溫器來間接量測加熱器的溫度而達到溫度監(jiān)控的效果。然而，此測溫方式較不準確而無法達到實時監(jiān)控樣品22的溫度的目的。因此，本實用新型實施例所提供的大面積激光加熱系統(tǒng)S中，是在激光模塊1或反應模塊2內(nèi)部直接設置有測溫裝置23，而測溫裝置23可為一紅外線測溫裝置(例如測溫槍)，或是高溫傳感器(pyrometer sensor)。如此一來，可大幅提高溫度監(jiān)控的準確性及實時性。另外，基于通過測溫裝置23所測得的溫度，可以依照工藝或?qū)嶒炐枨髞砜刂拼竺娣e激光加熱系統(tǒng)S的激光模塊1，以控制樣品22的升降溫速率。

如圖1及2所示，前述激光模塊1以及反應模塊2是通過導引模塊3相互連接。換句話說，導引模塊3連接于激光模塊1以及反應腔體2之間。導引模塊3是用于供激光模塊1的垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束通過，以將激光光束導引至樣品22的表面。通過導引模塊3的設計，可以延長激光光束的光路距離，且能夠讓激光光束更均勻地照射于樣品的表面。舉例而言，導引模塊3為一垂直直立腔體，其中包含光學組件32，垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束通過光學組件32而聚焦于樣品22的表面。在圖2所顯示的實施例中，光學組件32為一圓柱型石英光導。

值得注意的是，在使用本實用新型實施例所提供的大面積激光加熱系統(tǒng)S的過程中，由激光模塊1的垂直腔面發(fā)射激光器11所發(fā)射的激光光束在通過導引模塊3而聚焦后，在聚焦點會有最大的加熱功率。然而，因使用激光進行熱屬于發(fā)散型加熱，激光模塊1及導引模塊3的組件也會受到激光光束的照射而有升溫的現(xiàn)象。因此，本實用新型實施例所提供的大面積激光加熱系統(tǒng)S還包含冷卻模塊4，其連通于激光模塊1以及導引模塊3，用以提供冷卻水以對激光模塊1以及導引模塊3進行冷卻。舉例而言，如圖2所示，導引模塊3具有一用以通過所述冷卻水的夾層結(jié)構(gòu)31，用以通過由冷卻模塊所提供的冷卻水。如此一來，可以有效避免在進行薄膜沈積的過程中，激光模塊1及導引模塊3的組件中雜質(zhì)釋出而污染樣品。

本實用新型的有益效果

綜上所述，本實用新型的有益效果可以在於，本實用新型實施例所提供的大面積激光加熱系統(tǒng)S，可通過“包含有垂直腔面發(fā)射激光器11以及激光調(diào)整機構(gòu)12的激光模塊1”以及“用以將前述激光所發(fā)射的激光光束導引至樣品22表面的導引模塊3”的結(jié)構(gòu)設計，而達到大面積的樣品加熱的效果。同時地，由于作為加熱器的激光模塊1是設置于反應模塊2的外部，本實用新型的結(jié)構(gòu)設計還可以避免加熱器受到反應模塊2的內(nèi)部反應氣體的影響，進而增加工藝的穩(wěn)定性，并降低工藝及維護的成本。

以上所公開的內(nèi)容僅為本實用新型的優(yōu)選可行實施例，并非因此局限本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍，故凡運用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所做的等效技術(shù)變化，均包含于本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。