本發(fā)明涉及一種包括用于直接或者間接加熱比如OLED基板、半導(dǎo)體晶片等等的物體的半導(dǎo)體光源的加熱系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及對(duì)應(yīng)的加熱該物體的方法。

背景技術(shù)：

有機(jī)和無機(jī)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的沉積需要盡可能均勻的溫度分布。例如，跨半導(dǎo)體晶片的某種程度的處理溫度的變化改變了生長(zhǎng)條件，并且因此改變所生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的特性。一個(gè)示例是基于氮化鎵發(fā)射可見光的LED的生長(zhǎng)。高于1000°C的生長(zhǎng)溫度必須保持在0.5°C之內(nèi)，以便避免LED的波長(zhǎng)偏移，這因此要求昂貴的產(chǎn)品分裝（binning）。

例如，US 8,222,574 B2公開了一種用于在快速熱處理期間實(shí)現(xiàn)對(duì)基板的均一加熱或者冷卻的裝置和對(duì)應(yīng)的方法。該裝置包括對(duì)環(huán)形邊進(jìn)行加熱或者冷卻、與該環(huán)形邊相鄰的熱質(zhì)或者熱板，以控制該環(huán)形邊的溫度。比如激光二極管之類的熱源可以用來加熱環(huán)形邊和/或基板。該裝置的加熱過程的可靠性和均勻性依然不令人滿意。

US 2010/0038833 A1公開了一種包括大量LED的退火裝置，其不存在由于熱生成而引起光發(fā)射量的減少所導(dǎo)致的降低的光能量效率的問題，并且能夠保持穩(wěn)定的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的加熱系統(tǒng)、包括這樣的加熱系統(tǒng)的改進(jìn)的反應(yīng)器和對(duì)應(yīng)的加熱方法。

按照第一方面，提供了一種用于將物體的加熱表面加熱到至少100℃的處理溫度的加熱系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)包括半導(dǎo)體光源，其中所述加熱系統(tǒng)被適配成通過同時(shí)接收來自至少50個(gè)半導(dǎo)體光源的輻射而對(duì)加熱表面的面積元件進(jìn)行加熱。

如果由面積元件從特定半導(dǎo)體光源接收的強(qiáng)度是由該特定光源發(fā)射的最大強(qiáng)度的1/e²（e是歐拉數(shù)2,71…），則面積元件由該特定半導(dǎo)體光源加熱。

加熱系統(tǒng)可以是用于處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器的一部分。加熱系統(tǒng)可以被集成在反應(yīng)器的反應(yīng)器室中?？商鎿Q地，加熱系統(tǒng)可以置于反應(yīng)器室之外。

物體可以是OLED基板（玻璃、塑料晶片或者箔等…）、半導(dǎo)體晶片（硅、砷化鎵等…）或者比如其上可以放置這樣的晶片中的一個(gè)或者多個(gè)晶片以用于處理半導(dǎo)體層的感受器的載體。處理溫度強(qiáng)烈地取決于要被處理的材料，比如塑料或者硅晶片。在OLED中，100℃、150℃或者200℃的處理溫度可能是優(yōu)選的。砷化鎵的處理可能要求高于500℃的處理溫度，其中用于LED制作的氮化銦鎵層的處理甚至可能要求高于1000℃的處理溫度。

比如垂直腔面發(fā)射激光器的半導(dǎo)體光源被用來照射物體的加熱表面。由半導(dǎo)體光源提供的光學(xué)能量將處理表面加熱到所期望的溫度。處理表面可以與加熱表面至少部分相同。在該情況下，晶片的處理表面可以借助于半導(dǎo)體光源直接照射?？商鎿Q地，加熱表面和處理表面可以是單獨(dú)的表面。晶片的背側(cè)可以例如借助于半導(dǎo)體光源被照射，而晶片的前側(cè)可以包括處理表面。此外，一個(gè)或者多個(gè)晶片可以放置在比如石墨感受器的載體上。載體的一側(cè)的至少一部分可以借助于半導(dǎo)體光源被照射，使得被提供在載體的相對(duì)側(cè)上的晶片被間接加熱到所期望的溫度。加熱系統(tǒng)可以通過用至少50個(gè)半導(dǎo)體光源同時(shí)照射加熱表面的面積元件來提供處理表面的均勻溫度分布。借助于半導(dǎo)體光源發(fā)射的光在加熱表面處重疊。一個(gè)單個(gè)半導(dǎo)體光源的特性的差異可以在加熱表面處變得模糊，使得可以能夠?qū)崿F(xiàn)跨處理表面的均勻溫度分布。此外，加熱系統(tǒng)的可靠性可以得以改進(jìn)，因?yàn)橐粋€(gè)半導(dǎo)體光源的故障可能僅僅導(dǎo)致由半導(dǎo)體光源提供給面積元件的光功率的很小的改變。因此，可能有利的是，提供100、200、500、1000或者更多的半導(dǎo)體光源在時(shí)間上的一個(gè)時(shí)刻對(duì)加熱表面的面積元件進(jìn)行加熱。增加數(shù)量的光源可以減少關(guān)于單個(gè)半導(dǎo)體光源的功率要求。在該情況下，有可能甚至在具有800℃、900℃或者甚至高于1000℃的處理溫度的高溫度應(yīng)用中使用中等功率的半導(dǎo)體光源。

半導(dǎo)體光源可能在時(shí)間上的一個(gè)時(shí)刻僅僅對(duì)加熱表面中的一部分進(jìn)行加熱，使得需要對(duì)加熱表面進(jìn)行掃描。通過將物體和半導(dǎo)體光源相對(duì)于彼此移動(dòng)，借助于半導(dǎo)體光源照射的面積元件改變。可替換地，比如鏡子的光學(xué)元件可以被布置成移動(dòng)使得加熱表面可以借助于由半導(dǎo)體光源發(fā)射的反射光被照射。

在另一靜態(tài)方案中，加熱表面的尺寸和半導(dǎo)體光源數(shù)目的關(guān)系可以以讓整個(gè)的加熱表面可以在時(shí)間上的一個(gè)時(shí)刻被加熱的方式來選擇，使得加熱表面的所有面積元件借助于至少50個(gè)半導(dǎo)體光源在時(shí)間上的相應(yīng)時(shí)刻被照射。該靜態(tài)方案可以具有以下優(yōu)點(diǎn)：不需要昂貴并且可能易于出錯(cuò)的機(jī)械設(shè)備來移動(dòng)由半導(dǎo)體光源發(fā)射的光照射束。此外，不存在或者僅存在較少的對(duì)加熱表面進(jìn)行加熱的動(dòng)態(tài)方面。因此，提供跨處理表面的均勻溫度分布可能更容易。

可以在晶片規(guī)模上并行制造和測(cè)試垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL），使得可以一次處理大量具有非常相似特性的VCSEL。VCSEL發(fā)射比例如非常適用于高功率應(yīng)用的邊緣發(fā)射激光器更少的功率。如果大量VCSEL被布置使得至少50個(gè)VCSEL照射加熱系統(tǒng)的面積元件，則VCSEL可以因此是有利的。

加熱系統(tǒng)被適配成對(duì)加熱表面進(jìn)行加熱，使得晶片的處理表面的第一部分的第一局部溫度與不同于處理表面的第一部分的、所述晶片的處理表面的第二部分的第二局部溫度偏差小于0.5%，使得晶片的處理表面被均勻地加熱到處理例如半導(dǎo)體層所意圖的溫度。所意圖的溫度可以稍微不同于處理溫度，如果加熱表面和處理表面不同的話。

溫度分布的均勻性對(duì)于例如半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)條件、并且因此包括半導(dǎo)體層的部分的最終半導(dǎo)體設(shè)備的特性而言是至關(guān)重要的。讓大量半導(dǎo)體光源的發(fā)射變得模糊以使加熱表面的面積元件借助于至少50個(gè)半導(dǎo)體光源被加熱可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的均勻溫度分布。單個(gè)半導(dǎo)體光源的差異被達(dá)到平均。如果整個(gè)加熱表面在時(shí)間上的一個(gè)時(shí)刻被照射，則平均可能是尤其有利的。半導(dǎo)體光源的局部差異可能在這種情況下不起作用。加熱表面處的熱分布在這種情況下可以是均勻的，使得晶片的處理表面上的任何兩個(gè)不同的非重疊的面積元件基本上具有相同溫度。兩個(gè)面積元件之間的溫度可以偏差小于0.2%，優(yōu)選小于0.1%并且更優(yōu)選小于0.05%。這意味著例如在1000℃的處理溫度下，通過借助于至少50個(gè)半導(dǎo)體光源來照射加熱表面的面積元件，可以達(dá)到處理表面的任意兩個(gè)面積元件之間的溫度偏差小于2℃，優(yōu)選小于1℃并且更優(yōu)選小于0.5℃。

半導(dǎo)體光源被布置在子模塊中，加熱系統(tǒng)包括電驅(qū)動(dòng)器，并且所述電驅(qū)動(dòng)器被適配成同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)子模塊中的所有半導(dǎo)體光源。

子模塊可以被適配成對(duì)整個(gè)加熱面積進(jìn)行加熱，以便進(jìn)一步增大對(duì)加熱表面的一個(gè)面積元件進(jìn)行加熱的半導(dǎo)體光源數(shù)目。可替換地或者附加地，可以布置不同的子模塊來照射加熱表面的不同面積元件，使得所有子模塊一同被適配成對(duì)整個(gè)加熱表面進(jìn)行加熱。如果存在可能導(dǎo)致不均勻性的加熱表面的局部效果或者加熱表面周圍的局部效果，則后者可能是有利的，所述不均勻性可以通過向加熱表面的不同面積元件提供不同光功率被補(bǔ)償。在該情況下，電驅(qū)動(dòng)器可以以使得不同子模塊可被獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方式來布置，以便更改由各個(gè)子模塊發(fā)射的光功率，但還有可能的是，所有子模塊被共同驅(qū)動(dòng)并且子模塊被布置成補(bǔ)償由幾何邊界條件導(dǎo)致的熱耗散。例如，子模塊可以包括對(duì)加熱表面的相同面積元件進(jìn)行加熱的不同數(shù)量的半導(dǎo)體光源。

子模塊可以提供相同或者不同的強(qiáng)度分布。在圓形加熱表面的情況下，可能有利的是提供具有用于對(duì)圓形加熱表面的中心進(jìn)行加熱的圓形強(qiáng)度分布的第一子模塊。具有環(huán)形形狀強(qiáng)度分布的第二子模塊可以用來對(duì)圍繞借助于第一子模塊照射的加熱表面的中心的環(huán)形進(jìn)行加熱。環(huán)形形狀強(qiáng)度分布可以用來補(bǔ)償可例如由物體的環(huán)形形狀的懸架導(dǎo)致的熱耗散。強(qiáng)度分布可以可替換地具有例如六邊形形狀，使得加熱表面由被不同子模塊照射的面積元件的六邊形圖案覆蓋。六邊形圖案可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)局部加熱，以便提供對(duì)全部加熱表面的均勻加熱。

按照另一個(gè)實(shí)施例的加熱系統(tǒng)可以包括具有至少一個(gè)子模塊的至少第一組子模塊和具有至少一個(gè)子模塊的至少第二組子模塊，第一組子模塊被適配成對(duì)整個(gè)加熱表面進(jìn)行加熱，并且第二組子模塊中的至少一個(gè)子模塊被適配成對(duì)加熱表面的一部分進(jìn)行加熱，并且電驅(qū)動(dòng)器被適配成獨(dú)立于第一組子模塊中的子模塊而驅(qū)動(dòng)第二組子模塊中的至少一個(gè)子模塊。

在該情況下，第一組子模塊可以被適配成提供對(duì)加熱表面的基本加熱。因此，可以有利的是，借助于電驅(qū)動(dòng)器共同驅(qū)動(dòng)第一組子模塊中的子模塊，以便簡(jiǎn)化電驅(qū)動(dòng)器的架構(gòu)。子模塊可以被適配成對(duì)加熱表面的不同面積元件進(jìn)行加熱和/或借助于不同子模塊被加熱的面積元件可以重疊。甚至可能有利的是，第一組子模塊的每個(gè)子模塊被適配成對(duì)整個(gè)加熱表面加熱。照射一個(gè)面積元件的半導(dǎo)體光源的數(shù)量可以通過使得第一組子模塊中的子模塊的強(qiáng)度分布重疊而增大。第一組子模塊中的每個(gè)子模塊因此可以照射整個(gè)加熱表面。第一組子模塊可以提供將加熱表面加熱到處理溫度所需要的總加熱功率中的70%、80%、90%或者甚至高于95%。由子模塊發(fā)射的光分布可以借助于比如微透鏡陣列和/或透鏡布置的光學(xué)元件被適配。

第二組子模塊可以被適配成提供余下的加熱功率。第二組子模塊可以包括與掃描布置組合的一個(gè)子模塊，以便隨后照射整個(gè)加熱表面。掃描布置可以包括承載第二組子模塊中的子模塊的機(jī)械載體元件，使得第二組子模塊中的子模塊相對(duì)于具有加熱表面的物體移動(dòng)。可替換地或者附加地，具有可移動(dòng)鏡子的機(jī)械布置可被提供，以便移動(dòng)由第二組子模塊中的子模塊跨加熱表面發(fā)射的光功率。此外，比如例如可移動(dòng)透鏡的可適配的光學(xué)布置可以用來改變由第二組子模塊中的子模塊提供在加熱表面上的強(qiáng)度分布。第二組子模塊中的子模塊提供余下的光功率，并且可以可選地補(bǔ)償可由物體的布置（尤其是安裝物體所需要的懸架）導(dǎo)致的熱耗散。在加熱表面的某些面積元件處提供光功率所需的掃描方式和/或強(qiáng)度分布可以借助于熱仿真和/或校準(zhǔn)運(yùn)行來確定。

可替換地，第二組子模塊可以包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者更多個(gè)子模塊，第二組子模塊中的每個(gè)子模塊被適配成對(duì)加熱表面的基本不同部分進(jìn)行加熱，使得整個(gè)加熱表面可以借助于第二組子模塊中的子模塊被加熱，并且其中電驅(qū)動(dòng)器被適配成獨(dú)立于第二組子模塊中的其他子模塊而驅(qū)動(dòng)第二組子模塊中的每個(gè)子模塊。

第二組子模塊中的子模塊可以提供余下的光功率來將加熱表面均勻加熱到處理溫度。子模塊中的一個(gè)或者多個(gè)可以以不同功率水平被驅(qū)動(dòng)，以便補(bǔ)償由第一組子模塊中的子模塊導(dǎo)致的對(duì)加熱表面的局部加熱或者冷卻。

投射到加熱表面的第二組子模塊中的一個(gè)或者多個(gè)子模塊的光分布可以部分重疊，使得例如由第二組子模塊中的子模塊提供的強(qiáng)度分布的邊界區(qū)域中的強(qiáng)度改變可以被補(bǔ)償。強(qiáng)度分布的重疊可以進(jìn)一步用于通過局部地增大強(qiáng)度來補(bǔ)償可能例如由懸架導(dǎo)致的局部熱耗散。

可替換地或者附加地，第二組子模塊可以包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者更多個(gè)子模塊，第二組子模塊中的每個(gè)子模塊被適配成對(duì)全部的加熱表面進(jìn)行加熱，其中第二組子模塊中的子模塊被適配成提供加熱表面上的不同強(qiáng)度分度，并且其中電驅(qū)動(dòng)器被適配成獨(dú)立于第二組子模塊中的其他子模塊而驅(qū)動(dòng)第二組子模塊中的每個(gè)子模塊。

通過考慮物體的幾何形狀以及進(jìn)一步的幾何和材料相關(guān)的邊界條件，如上討論的比如例如圓形和環(huán)形形狀強(qiáng)度分布的不同強(qiáng)度分布可用于與來自所有組的所有其他子模塊相組合地跨加熱表面提供均勻的溫度分布。

借助于仿真和/或校準(zhǔn)測(cè)量而確定預(yù)定義的處理溫度下的加熱表面的溫度分布的努力可能是高的。此外，可能難以將材料構(gòu)成或者幾何形狀方面的邊界條件或者波動(dòng)的改變納入考慮。因此，可能有利的是，提供測(cè)量加熱表面的某些面積元件的溫度的溫度傳感器以便控制半導(dǎo)體光源。一個(gè)或者多個(gè)溫度傳感器可以被指派給半導(dǎo)體光源的一個(gè)子組，以便提供借助于電驅(qū)動(dòng)器對(duì)子組進(jìn)行控制的控制參數(shù)。例如，可以有提供在用于安裝比如晶片或者感受器的物體的懸架處的熱電偶。熱電偶或者熱電偶的布置可以被適配成測(cè)量接近懸架的物體的局部溫度。例如，所測(cè)量的溫度可以用來通過適配對(duì)加熱表面的相應(yīng)面積元件進(jìn)行加熱的半導(dǎo)體光源子組的驅(qū)動(dòng)參數(shù)而補(bǔ)償例如由懸架導(dǎo)致的熱耗散。例如，有可能提供具有大量的跨加熱表面的溫度傳感器的感受器，以便測(cè)量感受器的加熱表面的溫度分布。熱電偶中的一個(gè)或者多個(gè)可以被指派給對(duì)加熱表面的相應(yīng)面積元件進(jìn)行加熱的子模塊。因此，監(jiān)控加熱表面的溫度分布、并且立即適配某些半導(dǎo)體光源和/或一個(gè)或者多個(gè)子模塊的加熱功率以便校正溫度分布的不均勻性是可能的。

借助于在加熱表面處或者靠近加熱表面提供的傳感器的溫度測(cè)量可能是困難的，尤其是如果物體是晶片自身的話。因此，可能有利的是，使用比如高溫計(jì)的光學(xué)溫度傳感器以便確定加熱表面的溫度分布。光學(xué)溫度傳感器可以是可經(jīng)由電驅(qū)動(dòng)器耦合到相應(yīng)的半導(dǎo)體光源或者子模塊的單獨(dú)的設(shè)備?？商鎿Q地或者附加地，可能有利的是將光學(xué)溫度傳感器集成在一個(gè)或者多個(gè)子模塊中。光學(xué)溫度傳感器將從由包括相應(yīng)溫度傳感器的子模塊加熱的加熱表面的面積元件接收溫度信息。

因此，可能有利的是，在加熱系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施例中，第一組和/或第二組子模塊中的子模塊中的至少一部分包括至少一個(gè)溫度傳感器，其被適配成確定由相應(yīng)子模塊照射的加熱表面的一部分處的溫度，使得物體的溫度分布的均勻性可以被監(jiān)控?？赡茏銐虻氖?，第一組子模塊中的僅一個(gè)子模塊包括這樣的溫度傳感器（尤其是光學(xué)溫度傳感器）以便測(cè)量加熱表面的一個(gè)位置的溫度。位置的尺寸可以由用于投射由子組件發(fā)射的光的光學(xué)部件或者獨(dú)立的/附加光學(xué)部件確定。位置甚至可以是近乎類似于點(diǎn)，或者在其他極端情況下近乎包括由相應(yīng)子模塊照射的整個(gè)面積元件。第二組子模塊中的若干或者甚至所有子模塊可以有利地包括一個(gè)或者多個(gè)溫度傳感器，以便于確定借助于第二組子模塊的相應(yīng)子模塊照射的加熱表面的面積元件的溫度?？赡茏銐虻氖?，第二組子模塊中的子模塊中的僅一些子模塊包括例如光學(xué)溫度傳感器，如果不同子模塊在加熱表面上不具有重疊的強(qiáng)度分布的話。在第二組子模塊中的所有子模塊向加熱表面的基本上不同的 面積元件發(fā)光的情況下，可能有利的是，所有子模塊包括用于使得能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加熱表面的溫度分布的全部監(jiān)控的光學(xué)溫度傳感器以及第二組子模塊中的子模塊的對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方案，以便使得溫差最小化。

半導(dǎo)體光源發(fā)射有限波長(zhǎng)光譜的光。因此，可能有利的是，溫度傳感器是測(cè)量作為由半導(dǎo)體光源發(fā)射的光的波長(zhǎng)的不同波長(zhǎng)處的溫度的光學(xué)傳感器。半導(dǎo)體光源可以以一種特定波長(zhǎng)發(fā)光，或者以兩種、三種、四種或者更多種波長(zhǎng)發(fā)光。半導(dǎo)體光源甚至可以發(fā)射定義的波長(zhǎng)范圍中的光。

半導(dǎo)體光源可以發(fā)射光學(xué)光譜中的紅色或者紅外部分的光。例如，比如VCSEL的半導(dǎo)體激光器可以用作半導(dǎo)體光源。VCSEL可以在800nm與1200nm之間的波長(zhǎng)范圍中以基本單一的波長(zhǎng)發(fā)射激光。光學(xué)溫度傳感器可以測(cè)量例如500nm或者700nm或者高于VCSEL的發(fā)射波長(zhǎng)的波長(zhǎng)處的加熱表面的溫度。例如850nm波長(zhǎng)處的VCSEL的發(fā)射因此可不干擾溫度的光學(xué)檢測(cè)。在簡(jiǎn)單的情況下，高溫計(jì)可以由對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)敏感（例如，配備有光學(xué)長(zhǎng)通濾波器）并且作為VCSEL組件的一部分（即，替代連結(jié)的安裝表面上的多個(gè)VCSEL芯片）的光電二極管來實(shí)現(xiàn)。

用于測(cè)量溫度的波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)范圍可以依賴于物體尤其是加熱表面的材料以及來選擇。例如，薄的砷化鎵或者硅晶片在紅外光譜中近乎是透明的，使得大約700nm的較短波長(zhǎng)處的測(cè)量可以是優(yōu)選的，以便避免在處理表面上生長(zhǎng)的層的負(fù)面影響。此外，阻擋紅外輻射的濾波器可導(dǎo)致在較短波長(zhǎng)處的測(cè)量。

可能進(jìn)一步有利的是，如果處理表面和加熱表面沒有至少部分重合，則處理表面的溫度分布可以被另外地監(jiān)控。在該情況下，監(jiān)控處理表面可用于進(jìn)一步增大處理表面的溫度分布的均勻性。

在有利的實(shí)施例中，加熱系統(tǒng)可以包括至少50000、100000、500000或者甚至更多半導(dǎo)體光源。使用更多半導(dǎo)體光源用于對(duì)所定義的面積尺寸的加熱表面進(jìn)行加熱增大了對(duì)加熱表面的一個(gè)面積元件進(jìn)行加熱的半導(dǎo)體光源的數(shù)量。加熱系統(tǒng)的可靠性可以得以改進(jìn)，因?yàn)橄啾扔跒榱藢?duì)加熱表面的各面積元件進(jìn)行加熱而發(fā)射的總光功率，一個(gè)半導(dǎo)體光源的誤操作可以是可忽略的。

因?yàn)榘雽?dǎo)體光源可能是昂貴的，所以可能有利的是，加熱系統(tǒng)可以包括用于提供物體的加熱表面的第一溫度分布的加熱模塊，并且半導(dǎo)體光源被適配為提供處理溫度下的均勻溫度分布。加熱模塊可以包括常規(guī)加熱設(shè)備，比如例如用于將加熱表面加熱到接近處理溫度的溫度的鹵素?zé)?。半?dǎo)體光源用來補(bǔ)償可能由加熱模塊和/或幾何邊界條件導(dǎo)致的不均勻性。半導(dǎo)體光源可以被布置在子模塊中，比如以上討論的第二組子模塊中的子模塊中，以便補(bǔ)償加熱表面的溫度的局部差異。常規(guī)加熱模塊與半導(dǎo)體光源的組合可以比僅包括半導(dǎo)體光源的加熱系統(tǒng)更便宜。這樣的組合系統(tǒng)的缺點(diǎn)可能是，借助于光學(xué)溫度傳感器的溫度測(cè)量可能由例如鹵素?zé)舻膶拵Оl(fā)射而被干擾。

用于晶片處理的反應(yīng)器可以包括如上描述的加熱系統(tǒng)和反應(yīng)器室，其中所述加熱系統(tǒng)被適配成對(duì)反應(yīng)器室內(nèi)的至少一個(gè)晶片加熱。加熱系統(tǒng)可以置于反應(yīng)器室的內(nèi)部?？赡苡欣氖?，將加熱系統(tǒng)與物體分離。具有對(duì)由半導(dǎo)體光源發(fā)射的光是光透射性的涂層但是對(duì)來自物體的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的熱輻射是反射性的玻璃板可以促進(jìn)熱分離，因此減少所要求的加熱功率。進(jìn)一步的分離可以避免反應(yīng)器室和加熱系統(tǒng)的半導(dǎo)體光源之間的直接氣流。這可以通過類似膜的構(gòu)造和兩個(gè)分離的真空系統(tǒng)（但是依然在反應(yīng)器室內(nèi)，即處于相同低壓下）來實(shí)現(xiàn)。

可替換地，可能有利的是，將加熱系統(tǒng)布置在反應(yīng)器室之外。在該情況下，反應(yīng)器室可以包括至少一個(gè)反應(yīng)器窗口，并且加熱系統(tǒng)被適配成通過經(jīng)由反應(yīng)器窗口輻射光來加熱晶片。加熱系統(tǒng)與反應(yīng)器室的完全分離可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：例如，加熱系統(tǒng)不是必須被適配于在反應(yīng)器室中的條件。此外，僅僅與加熱系統(tǒng)有關(guān)的維護(hù)操作可以獨(dú)立于反應(yīng)器室，使得例如反應(yīng)器室內(nèi)的真空可以得以維持。例如，如在MOCVD或者M(jìn)BE反應(yīng)器中的沉積系統(tǒng)的再校準(zhǔn)可能不是必要的，使得用于維護(hù)操作所需的時(shí)間可以被減小。

比如VCSEL的半導(dǎo)體光源有利地與這樣的反應(yīng)器窗口組合，因?yàn)榘雽?dǎo)體光源以相對(duì)小的立體角發(fā)光。VCSEL不具有小于10°的半發(fā)散角，使得將半導(dǎo)體光源放置在反應(yīng)器室之外而不需要任何附加光學(xué)部件是可能的。發(fā)散角被定義為其中由半導(dǎo)體光源發(fā)射的強(qiáng)度被減小到由特定光源發(fā)射的最大強(qiáng)度的1/e²的角度（e是歐拉數(shù)2,71…）。反應(yīng)器窗口甚至可以被用作向物體的加熱表面投射由可被布置在子模塊中的相應(yīng)半導(dǎo)體光源發(fā)射的強(qiáng)度分布的光學(xué)元件。子模塊的幾何形狀可以被適配成反應(yīng)器窗口的形狀的幾何形狀。包括圓形布置中的半導(dǎo)體光源的子模塊可以例如與圓形反應(yīng)器窗口組合，所述圓形反應(yīng)器窗口可以附加地被布置為透鏡。反應(yīng)器室可以包括針對(duì)每個(gè)子模塊的一個(gè)反應(yīng)器窗口。

按照本發(fā)明的另外的方面，提供了一種將物體的加熱表面加熱到至少100℃的處理溫度的方法。所述方法包括以下步驟：

-提供物體的加熱表面；

-提供半導(dǎo)體光源，其中所述半導(dǎo)體光源是垂直腔面發(fā)射激光器；

-將所述半導(dǎo)體光源布置在子模塊中；

-提供電驅(qū)動(dòng)器；

-將所述電驅(qū)動(dòng)器適配成同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)子模塊的所有半導(dǎo)體光源；

-通過布置所述子模塊和/或電驅(qū)動(dòng)器，將所述加熱系統(tǒng)適配成對(duì)加熱表面進(jìn)行加熱，使得晶片的處理表面的第一部分的第一局部溫度與不同于所述處理表面的第一部分的、所述晶片的處理表面的第二部分的第二局部溫度偏差小于0.5%；

-用至少50個(gè)半導(dǎo)體光源同時(shí)對(duì)所述加熱表面的面積元件進(jìn)行加熱，使得所述晶片的處理表面被均勻加熱到定義的溫度。

該方法可以能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體的加熱表面的均勻和可靠的加熱。

該方法可以包括以下的進(jìn)一步步驟：

-提供用于測(cè)量加熱表面的不同面積元件的溫度的溫度傳感器；

-測(cè)量加熱表面的不同面積元件的溫度；

-借助于由溫度傳感器測(cè)量的溫度來控制半導(dǎo)體光源，使得物體的加熱表面的溫差被減小。

應(yīng)該理解，權(quán)利要求1的加熱系統(tǒng)和權(quán)利要求15的方法具有相似和/或同樣的實(shí)施例，特別是如在從屬權(quán)利要求中所定義的。

應(yīng)該理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例還可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任何組合。尤其，如在權(quán)利要求10到12中所要求保護(hù)的反應(yīng)器可以與權(quán)利要求1-9的任何加熱系統(tǒng)組合。

進(jìn)一步的有利實(shí)施例在以下被定義。

附圖說明

本發(fā)明的這些和其他方面將根據(jù)在下文中描述的實(shí)施例而變得顯而易見并且參考這些實(shí)施例被闡述。

現(xiàn)在，將通過示例的方式基于參照附圖的實(shí)施例來描述本發(fā)明。

在附圖中：

圖1示出了加熱系統(tǒng)的第一實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。

圖2示出了用于圖示重疊的光錐原理的原理簡(jiǎn)圖。

圖3示出了加熱系統(tǒng)的第二實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。

圖4示出了加熱系統(tǒng)的第三實(shí)施例的橫截面的原理簡(jiǎn)圖。

圖5示出了加熱系統(tǒng)的第三實(shí)施例的頂視圖的原理簡(jiǎn)圖。

圖6示出了由在圖4和5中示出的第一組子模塊中的子模塊提供的強(qiáng)度輪廓（profile）。

圖7示出了按照第一實(shí)施例的第二組子模塊中的子模塊提供的強(qiáng)度輪廓。

圖8示出了按照第二實(shí)施例的由第二組子模塊中的子模塊提供的強(qiáng)度輪廓。

圖9示出了反應(yīng)器的第一實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。

圖10示出了反應(yīng)器的第二實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。

圖11示出了按照第一實(shí)施例的子模塊的布置的原理簡(jiǎn)圖。

圖12示出了按照第二實(shí)施例的子模塊的布置的原理簡(jiǎn)圖。

圖13示出了加熱系統(tǒng)的第四實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。

圖14示出了加熱系統(tǒng)的第五實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。

圖15示出了對(duì)物體的加熱表面進(jìn)行加熱的方法的方法步驟的原理簡(jiǎn)圖。

在圖中，貫穿全文，相同附圖標(biāo)記指的是相同的物體。圖中的物體不一定按比例繪制。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將借助附圖來描述本發(fā)明的各種實(shí)施例。

圖1示出了加熱系統(tǒng)100的第一實(shí)施例的橫截面的原理簡(jiǎn)圖。加熱系統(tǒng)包括具有大量的比如VCSEL的半導(dǎo)體光源115的一個(gè)子模塊110。VCSEL向具有加熱表面180的物體150發(fā)射激光，加熱表面具有直徑D并處于到VCSEL的發(fā)光表面的距離A。加熱表面180不覆蓋接近VCSEL的物體150的整個(gè)上表面。距離A、VCSEL之間的間距以及VCSEL的半發(fā)散角α被布置成使得加熱表面180的面積元件借助于至少50個(gè)VCSEL被照射。發(fā)散角被定義為其中由半導(dǎo)體光源發(fā)射的強(qiáng)度被減小到由特定光源發(fā)射的最大強(qiáng)度的1/e²的角度（e是歐拉數(shù)2,71…）。

對(duì)于具有間距p的正方形光源布置而言，這可以通過滿足等式π（Atanα）²>50p²來實(shí)現(xiàn)。在此情況下，加熱表面180的面積元件是圍繞加熱表面180的中心的同心圓以及環(huán)。

圖2示出了用于圖示重疊的光錐原理的原理簡(jiǎn)圖。該圖僅僅示出了子模塊110的一部分。子模塊110的半導(dǎo)體光源115以具有間距p的方形圖案來布置。半導(dǎo)體光源以發(fā)散角α發(fā)射光。假設(shè)子模塊110上有遠(yuǎn)多于50個(gè)光源115的近乎均一的分布，由一個(gè)半導(dǎo)體光源115在距離A處（此處至少50個(gè)相鄰的半導(dǎo)體光源115的光重疊）發(fā)射的光錐的半徑R近似于：

具有加熱表面的物體150必須被放置的最小距離A由以下確定：

物體必須要被放置的最小距離因此由半導(dǎo)體光源的發(fā)散角α和間距p確定。以上給出的示例僅是出于說明目的而討論的特定示例。計(jì)算取決于半導(dǎo)體光源的布置、半導(dǎo)體光源（VCSEL、VCSEL陣列）的強(qiáng)度分布等等。發(fā)散角可以例如通過提供對(duì)每個(gè)半導(dǎo)體光源115的光進(jìn)行準(zhǔn)直的微透鏡陣列而被影響。

圖3示出了加熱系統(tǒng)100的第二實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。加熱系統(tǒng)100從物體150的加熱表面180的視角被示出。由一個(gè)半導(dǎo)體光源115照射的加熱表面180的面積300由虛線圓指示，虛線圓表示在其中接收到由加熱表面從相應(yīng)半導(dǎo)體光源接收的最大強(qiáng)度的1/e²的線。半導(dǎo)體光源115被指示為子模塊110上的正方形。取靠近加熱表面180的中心或者處于加熱表面180中心處的面積元件（例如，正方形中的一個(gè)），明顯的是，由遠(yuǎn)多于50個(gè)半導(dǎo)體光源115發(fā)射的光在加熱表面180的相應(yīng)面積元件處重疊。在本實(shí)施例中，為了提供均勻的光照，子模塊110的最小尺寸必須至少等于加熱表面180的直徑和面積300的直徑的總和。由半導(dǎo)體光源115發(fā)射的沒有撞擊加熱表面的光可能撞擊物體150的余下表面（如果存在這樣的余下表面的話）或者附加的遮罩可用來吸收這種光。可替換地或者另外地，可以提供微透鏡陣列，將在子模塊110的邊緣處發(fā)射的光定向?yàn)榭拷訜岜砻?80的邊緣。在該情況下，微透鏡陣列可以適配成使得跨加熱表面180的強(qiáng)度基本上恒定。

圖4示出了加熱系統(tǒng)的第三實(shí)施例的橫截面的原理簡(jiǎn)圖。圖5示出了在圖4中示出的加熱系統(tǒng)100的頂視圖，其中虛線510指示在圖4中示出的橫截面的線。示出了具有大量半導(dǎo)體光源的兩組子模塊110。第一組子模塊410中的每個(gè)子模塊110發(fā)射覆蓋物體150的整個(gè)加熱表面180的光，如由虛線指示的。在圖6中示出了第一組子模塊410中的子模塊110提供的強(qiáng)度輪廓620的理想化示例。強(qiáng)度跨加熱表面180的直徑D基本恒定。實(shí)際上，強(qiáng)度輪廓可以是梯形的，使得恒定強(qiáng)度的面積必須覆蓋整個(gè)加熱表面180。第二組子模塊420中的子模塊110發(fā)射僅僅覆蓋物體150的加熱表面180的一部分的光，如由虛線指示的。在圖7中示出了第二組子模塊420中的子模塊110提供的強(qiáng)度輪廓720的理想化示例。強(qiáng)度跨加熱表面180的直徑D的一半基本上是恒定的。在該實(shí)施例中，簡(jiǎn)單的光學(xué)部件可能足以對(duì)方形子模塊110的近場(chǎng)發(fā)射進(jìn)行投射，使得基本上長(zhǎng)方形的強(qiáng)度輪廓被投射到加熱表面180，如由圖7中指示的。這樣的光學(xué)部件和更復(fù)雜的光學(xué)部件對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是眾所周知的。光學(xué)元件可以根據(jù)幾何邊界條件和意圖的強(qiáng)度輪廓來選擇。第二組子模塊420中不同的子模塊110被布置使得加熱表面180的相鄰面積元件被照射?？傮w上，整個(gè)加熱表面180借助于第二組子模塊420中的子模塊110來照射。子模塊110借助于集成在加熱系統(tǒng)100中的電驅(qū)動(dòng)器450被電氣供電。第一組子模塊410中的子模塊110被共同驅(qū)動(dòng)，并且提供將加熱表面180加熱到處理溫度所需要的光功率的大約95%。余下的光功率借助于第二組子模塊420中的子模塊110來提供。第二組子模塊420中的子模塊110借助于電驅(qū)動(dòng)器450獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，使得加熱表面180的不同面積元件之間的溫差可被最小化。這樣的溫差可能例如由在物體150的邊緣處的懸架（suspension）（未示出）而導(dǎo)致。可能甚至有利的是，借助于第一組子模塊410提供盡可能多的電力（例如，98%或者99%），使得第二組子模塊420中的子模塊僅僅需要提供細(xì)微的調(diào)整，以便提供加熱表面的恒定溫度。

圖8示出了按照第二實(shí)施例由第二組子模塊420中的子模塊110提供的強(qiáng)度輪廓820。強(qiáng)度輪廓在加熱表面180的中心處具有最大值，并且在加熱表面180的邊緣處減少至零強(qiáng)度。第二組子模塊420中的其他子模塊110發(fā)射環(huán)形的強(qiáng)度輪廓，其具有兩個(gè)圍繞加熱表面180的中心對(duì)稱布置的最大值。在該情況下，強(qiáng)度輪廓被適配被圓形感受器?？梢愿挠傻诙M子模塊420中的不同子模塊110提供的光功率，以便補(bǔ)償可能由用于安裝感受器的環(huán)形的懸架（未示出）導(dǎo)致的熱損失。一般地，強(qiáng)度輪廓必須借助于半導(dǎo)體光源115在一個(gè)子模塊110內(nèi)的布置（單個(gè)半導(dǎo)體光源115之間的距離、半導(dǎo)體光源115的變化的密度等等）、光學(xué)元件（微透鏡陣列、透鏡等等）而被適配，以便匹配由物體150（形狀、材料、結(jié)構(gòu)等等）和比如懸架等等的支撐元件給出的邊界條件。一般地，可能導(dǎo)致加熱表面180的溫度偏差的每個(gè)影響（例如，氣流）必須被考慮。此外，子模塊110的相對(duì)布置可以用來提供加熱表面180處的均勻溫度分布。

圖9示出了包括加熱系統(tǒng)100的反應(yīng)器的第一實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。加熱系統(tǒng)100類似于圖4和5中示出的加熱系統(tǒng)，并且包括借助于電驅(qū)動(dòng)器450而獨(dú)立地被驅(qū)動(dòng)的子模塊110。每個(gè)第二子模塊110包括溫度傳感器118（高溫計(jì)）用于測(cè)量借助于相應(yīng)子模塊110被照射的加熱表面180的面積元件的表面溫度。子模塊110包括以大約850nm的波長(zhǎng)發(fā)射激光的VCSEL陣列。激光穿過反應(yīng)器室910的反應(yīng)器窗口920以及涂層玻璃板970，涂層玻璃板在激光波長(zhǎng)處是透明的但是在較低波長(zhǎng)處是反射性的，以便減少借助于熱輻射而產(chǎn)生的熱損失。在該情況下，物體150是其上放置了晶片960的感受器950。感受器950和晶片960被放置在反應(yīng)器室內(nèi)。由子模塊110發(fā)射的激光在相對(duì)于放置晶片960的表面的、感受器950的下表面處被吸收。感受器950的下表面與加熱表面180相同。子模塊110發(fā)射具有重疊的強(qiáng)度輪廓的激光，其中強(qiáng)度輪廓被布置使得能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加熱表面180的均勻加熱。加熱表面180被加熱到處理溫度，并且晶片960經(jīng)由可由石墨制成的感受器950間接加熱。加熱表面的溫度的均勻性借助于以700nm波長(zhǎng)操作的高溫計(jì)來控制。子模塊110借助于電驅(qū)動(dòng)器基于由高溫計(jì)提供的輸入被控制。半導(dǎo)體層的沉積在加熱表面180的均勻和穩(wěn)定的溫度時(shí)立即開始并且因此到達(dá)晶片960的上側(cè)上的處理表面。

圖10示出了具有加熱系統(tǒng)100的反應(yīng)器的第二實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。子模塊110包括以大約850nm的波長(zhǎng)發(fā)射激光的VCSEL陣列。激光穿過反應(yīng)器室910的反應(yīng)器窗口920并撞擊晶片960的處理表面980。在該情況下（不同于圖9中示出的實(shí)施例），處理表面980與加熱表面180基本相同。晶片960借助于懸架995安裝。對(duì)晶片的主要加熱借助于包括常規(guī)鹵素?zé)舻募訜崮K990提供。加熱模塊990被布置在反應(yīng)器室內(nèi)相對(duì)于吸收激光的處理表面980的晶片的相對(duì)一側(cè)。

每個(gè)子模塊110借助于電驅(qū)動(dòng)器被單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)，并且向加熱表面180的定義的面積元件發(fā)射激光，使得可以補(bǔ)償局部溫度變化。由第一子模塊110照射的面積元件可與由第二子模塊110照射的面積元件稍微重疊。面積元件越小，可以越好地控制處理表面980的溫度的均勻性。面積元件可以具有不同的尺寸，因?yàn)榭拷赡軐?dǎo)致熱耗散的結(jié)構(gòu)元件（如懸架）的溫度控制可能比靠近晶片中心的若干面積元件更重要。

圖11示出了按照第一實(shí)施例的子模塊110的布置的原理簡(jiǎn)圖。加熱系統(tǒng)100的子模塊110具有圓形的形狀，并且以規(guī)則的圖案提供。子模塊中的每個(gè)子模塊借助于電驅(qū)動(dòng)器450被單獨(dú)地供電。子模塊的驅(qū)動(dòng)方案可以使用例如脈沖驅(qū)動(dòng)而考慮物體內(nèi)的熱流。相鄰子模塊可以例如不同時(shí)發(fā)光。在經(jīng)由如圖9示出的感受器對(duì)處理表面間接加熱的情況下，后者可能是有利的。

圖12示出了按照第二實(shí)施例的子模塊110的布置的原理簡(jiǎn)圖。子模塊具有長(zhǎng)方形的形狀，其以長(zhǎng)方形的長(zhǎng)側(cè)被徑向地布置。長(zhǎng)方形的中心線指向圓形加熱系統(tǒng)100的中心。光學(xué)元件被提供以便使得能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加熱表面180的均勻加熱。

圖13示出了加熱系統(tǒng)100的第四實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。具有半導(dǎo)體光源115的子模塊110與光學(xué)元件116（凸透鏡）組合，以便在物體150的加熱表面180上的提供定義的強(qiáng)度分布。

圖14示出了加熱系統(tǒng)100的第五實(shí)施例的原理簡(jiǎn)圖。具有半導(dǎo)體光源115（VCSEL）的子模塊110與微光學(xué)元件117（微透鏡陣列）以及光學(xué)元件116（凸透鏡）組合，以便在物體150的加熱表面180上提供定義的強(qiáng)度分布。微透鏡陣列可以例如用來改變所發(fā)射的激光的發(fā)散角，使得到物體150的距離可以被延長(zhǎng)。

圖15示出了對(duì)物體150的加熱表面180進(jìn)行加熱的方法的方法步驟的原理簡(jiǎn)圖。在步驟1410，提供物體150的加熱表面180。在步驟1420，提供半導(dǎo)體光源115。在步驟1430，加熱表面180借助于由半導(dǎo)體光源115發(fā)射的光而被加熱，使得加熱表面180的面積元件同時(shí)接收至少50個(gè)半導(dǎo)體光源115的光。

雖然已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述被認(rèn)為是說明性或者示例性的，而不是限制性的。

根據(jù)對(duì)本公開內(nèi)容的研讀，其他修改將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見。這樣的修改可涉及在本領(lǐng)域中已經(jīng)知曉并且可以替代本文已經(jīng)描述的特征或者除了本文已經(jīng)描述的特征之外而使用的其它特征。

所公開實(shí)施例的變型可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)對(duì)附圖、本公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研習(xí)得以理解和實(shí)現(xiàn)。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或者步驟，并且不定冠詞“一”或者“一個(gè)”不排除多個(gè)元件或者步驟。某些措施被記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中這一純粹事實(shí)不指示這些措施的組合不能被有利地使用。

權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)該被解讀為限制其范圍。

附圖標(biāo)記列表：

100 加熱系統(tǒng)

110 子模塊

115 半導(dǎo)體光源

116 光學(xué)元件

117 微光學(xué)元件

118 溫度傳感器

150 物體

180 加熱表面

300 由一個(gè)半導(dǎo)體光源照射的加熱表面的面積

410 第一組子模塊

420 第二組子模塊

450 電驅(qū)動(dòng)器

510 指示橫截面的線

600 強(qiáng)度

610 跨物體的加熱表面的橫截面

620 第一組子模塊中的子模塊提供的強(qiáng)度輪廓

720 按照第一實(shí)施例的第二組子模塊中的子模塊提供的強(qiáng)度輪廓

820 按照第二實(shí)施例的第二組子模塊中的子模塊提供的強(qiáng)度輪廓

910 反應(yīng)器室

920 反應(yīng)器窗口

950 感受器

960 晶片

970 涂層玻璃板

980 處理表面

990 加熱模塊

995 懸架

1410 提供物體的加熱表面的方法步驟

1420 提供半導(dǎo)體光源的方法步驟

1430 對(duì)加熱表面的面積元件進(jìn)行加熱的方法步驟