CN105745741B - 易取灯头 - Google Patents

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Abstract

本文所描述的实施方式大体涉及一种用于热处理腔室中的灯头组件的改良的功率分配组件。在一个实施方式中，灯头组件包括用于半导体基板的热处理的多个灯和具有多个开口的功率分配组件，所述功率分配组件向多个灯提供功率且各个开口被调整尺寸以允许灯从中通过。

Description

易取灯头
技术领域
本公开内容的实施方式大体涉及一种加热基板的设备，且更具体地说，涉及一种具有包含灯故障检测器的改良灯头系统的设备。
背景技术
传统的侧向流动腔室可具有上拱顶(dome)、下拱顶、设置于上拱顶与下拱顶之间的基板支撑件及安置于下拱顶下方且紧靠下拱顶的灯头。一定数目的灯位于灯头中且面向基板支撑件的背侧。将灯头中所含有的灯分成多个径向对称区域。各个区域含有多个灯，且将这些灯分成对，将各灯对连接至功率驱动器。在处理期间，来自灯的热辐射经由下拱顶辐射至安置于基板支撑件上的旋转基板上。以此方式，将基板加热至所需的处理温度。
当灯发生故障和需要更换时，必须手动降低整个灯头以便从灯头的顶部的容器(receptacle)中获取故障灯。由于紧靠下拱顶安置灯头，在此受限空间内拆卸整个灯头以更换故障灯需要额外手动操作及时间，这导致更长的更换时间且因此导致更慢的工艺产量。另外，由于灯故障或不良性能所造成的灯强度变化可大大折损所需加热温度分布控制和导致不可接受的工艺结果。若灯丝之一断开，则传统的灯故障检测系统不可检测出一对灯中的哪个灯具有断路灯丝，因为故障检测方法测量两个串联灯的电流。因此，若指示该灯对的故障状态，需要检查两个灯是否有故障。此外，对于给定对的灯常常在灯头内间隔某一距离，以在基板处理期间灯之一发生故障的情况下最小化对辐射均匀性的影响。若只有故障灯不得不位于灯阵列内，则可显著节省时间，使得侧向流动腔室的停机时间减少。
因此，该项技术中需要一种改良设备，该设备能够实现快速灯更换、便于灯头维护和灯故障检测。
发明内容
本文所描述的实施方式大体涉及一种用于热处理腔室中的灯头组件的改良的功率分配组件。在一个实施方式中，提供一种灯头组件。灯头组件包括用于半导体基板的热处理的多个灯和具有多个开口的功率分配组件，所述功率分配组件向多个灯提供功率且各个开口被调整尺寸以允许灯从中通过。
在另一实施方式中，提供一种处理腔室。处理腔室包括：腔室主体，所述腔室主体具有上拱顶和与上拱顶相对的下拱顶；基板支撑件，所述基板支撑件设置于腔室主体内；灯头组件，所述灯头组件邻近于下拱顶安置，其中灯头组件具有多个灯；和功率分配组件，所述功率分配组件耦接至灯头组件以向多个灯提供功率，其中所述功率分配组件具有多个开口，各个开口被调整尺寸以允许灯从中通过。
在又一实施方式中，处理腔室包括：灯头组件，所述灯头组件具有用于半导体基板的热处理的多个灯，其中多个灯的各者具有电接触端子；功率分配组件，所述功率分配组件耦接至灯头组件，其中所述功率分配组件向多个灯提供功率且具有多个开口，各个开口被调整尺寸以允许灯从中通过；电压数据采集(voltage data acquisition,DAQ)模块，所述电压数据采集模块被配置成在沿由多个灯中的串联灯的组形成的电路路径的不同取样位置处取样电压信号；和控制器，所述控制器被配置成从电压DAQ模块接收取样电压信号的数字值，所述控制器基于跨越至少两个灯的电压降(由取样电压信号所确定)检测灯之一或更多者中的故障。
附图说明
因此，可参照实施方式(一些实施方式描绘于附图中)来详细理解本公开内容上文所叙述的特征，以及上文简要概述的有关本公开内容更加具体的描述。然而，应注意，附图仅图示出本公开内容的典型实施方式，且因此这些附图不应被视为对本公开内容范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
图1是热处理腔室的示意性剖视图。
图2A是根据本公开内容的一个实施方式的具有功率分配组件和不同高度下的灯适配器的灯头组件的示意性剖视图。
图2B是根据本公开内容的另一实施方式的具有功率分配组件和不同高度下的灯的灯头组件的示意性剖视图。
图3是根据本公开内容的又一实施方式的具有以阶梯方式配置的多个环型功率分配组件的灯头组件的示意性剖视图。
图4A是根据本公开内容的一个实施方式的具有功率分配组件的灯头组件的一部分的示意性剖视图，所述功率分配组件具有被配置成允许灯从中通过的开口。
图4B是图4A的功率分配组件的示意性底视图。
图4C是根据本公开内容的一些替代实施方式的具有功率分配组件的灯头组件的一部分的放大示意性剖视图，所述功率分配组件具有被配置成允许灯从中通过的开口。
图4D是图4C的功率分配组件的示意性底视图。
图5至图7是根据本公开内容的实施方式的具有连接特征结构的功率分配组件的一部分的示意性剖视图。
图8A图示功率分配组件的示意性底视图，该图示出了可应用于图2A至图3的实施方式的灯和功率轨道(power rail)的示例性布置。
图8B和图8C是图示向灯供电的各种途径的功率分配组件的一部分的示意性底视图。
图9A描绘根据本公开内容的实施方式的具有耦接至功率分配组件的支撑板的图2A的灯头组件的一部分的放大示意性剖视图。
图9B是图9A的支撑板的放大示意性剖视图，该图示出了穿过支撑板用于灯故障检测的示例性电接触元件。
图9C示出了根据本公开内容的之另一实施方式的示例性电接触元件。
图10示出了与一个灯对电气连通的灯故障检测系统。
图11A至图11F是描绘灯操作的示意图。
图12是灯故障检测器的另一实施方式的方块图。
图13A至图13E是描绘灯操作的示意图。
图14是灯故障检测设备的一个实施方式的示意图。
图15A是现有技术的灯故障检测设备的示意图。
图15B是灯故障检测设备的另一实施方式的示意图。
图16是灯故障检测器板的实施方式的示意性表示。
图17描绘灯故障检测系统的另一实施方式。
图18示出了快速热处理(RTP)系统的典型时间与温度关系曲线。
为了便于理解，在可能的情况下，相同元件符号已用于代表诸图共有的相同元件。预期一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文所描述的实施方式大体涉及一种用于热处理腔室中的灯头组件的改良的功率分配组件。热处理腔室大体上包括上拱顶、下拱顶、设置于上拱顶与下拱顶之间的基板支撑件和安置于下拱顶下方且紧靠下拱顶的灯头组件。在灯头组件中的各个灯容器内安置多个灯以经由光学透明的下拱顶向安置于基板支撑件上的基板提供辐射能。灯头组件与功率分配组件电气连通，经由所述功率分配组件将功率供应给各个灯。功率分配组件可为单个平坦电路系统板或由根据下拱顶的角度以阶梯方式配置的多个同心环型电路系统板组成。功率分配组件具有多个开口，各个开口被调整尺寸以允许灯从中通过，以便快速灯更换和便于灯头组件维护。
示例性热处理腔室
图1是热处理腔室100的示意性剖视图。处理腔室100可用于处理一个或更多个基板，包括在基板的上表面上沉积材料。处理腔室100包括大体上界定处理腔室100的内部区域的腔室主体101、上拱顶102和下拱顶104。上拱顶102可由诸如不锈钢、铝、石英或经涂布的金属或陶瓷之类的材料形成，而下拱顶104可由诸如石英之类的光学透明材料形成。下拱顶104耦接至腔室主体101或是腔室主体101的整体部分。在上拱顶102与下拱顶104之间的处理腔室100内设置适用于在上面支撑基板108的基板支撑件106。基板支撑件106耦接至支撑板材109并且在中间形成间隙111。可配置上拱顶102和下拱顶104的厚度和曲度以提供更平坦的几何形状，以获得处理腔室100中的均匀的流动均匀性。举例而言，上拱顶102的中央部分188可相对于界定基板支撑件106的基板接收表面的水平面形成约8°至约22°的角度。类似地，下拱顶104的底部190可相对于界定基板支撑件106的基板接收表面的水平面成约8°至约22°的角度。
支撑板材109可由诸如石英之类的光学透明材料形成，以允许来自灯142的辐射能照射并加热基板支撑件106，达到所需处理温度。基板支撑件106由碳化硅或涂布有碳化硅的石墨形成，以吸收来自灯142的辐射能并将辐射能传输至基板108。图示基板支撑件106处于升高处理位置，但基板支撑件106可通过致动器112被垂直致动至处理位置下方的装载位置，以允许升降销110接触下拱顶104并从基板支撑件106抬升基板108。机械手移送叶片(robot transfer blade)(未示出)可随后进入处理腔室100以啮合基板108并经由诸如狭缝阀之类的开口114从处理腔室100移除该基板。基板支撑件106亦适用于通过致动器112在处理期间被旋转以促进基板108的均匀处理。
当基板支撑件106位于处理位置时，所述基板支撑件将处理腔室100的内部容积分为处理气体区域116和净化气体区域118。处理气体区域116包括当基板支撑件106位于处理位置时位于上拱顶102与基板支撑件106的平面120之间的内部腔室容积。净化气体区域118包括位于下拱顶104与平面120之间的内部腔室容积。
经由腔室主体101的侧壁中所形成的处理气体入口134将从处理气体供应源132供应的处理气体引入到处理气体区域116中。处理气体沿流动路径136侧向流动跨越基板108的上表面。处理气体经由位于处理腔室100的侧面上且与处理气体入口134相对的处理气体出口138排出处理气体区域116。通过耦接的真空泵140促进经由处理气体出口138移除处理气体。将处理气体入口134与处理气体出口138彼此对准且设置在大致相同高度上以能够实现遍及基板108的大体平坦均匀的气体流。
经由腔室主体101的侧壁内所形成的净化气体入口124将从净化气体源122供应的净化气体引入到净化气体区域118中。净化气体沿流动路径126侧向流动跨越支撑件106的背表面，并经由位于处理腔室100的侧面上且与净化气体入口124相对的净化气体出口128从净化气体区域118排放。耦接至净化气体出口128的排气泵130促进从净化气体区域118移除净化气体。相信净化气体的流动将防止或实质上避免处理气体流进入净化气体区域118中，或将减小进入净化气体区域118的处理气体的扩散。
邻近于下拱顶104且在下拱顶下方设置多个灯142，以在处理气体在基板上方传递时加热基板108，以促进材料沉积到基板108的上表面上。在一个实施方式中，可与下拱顶104间隔大致1mm至约40mm安置灯142。灯包括由可选反射器143围绕的灯泡141。各个灯142耦接至功率分配组件147，经由所述功率分配组件将功率供应给各个灯142。在基板支撑件106的轴127周围以增加半径的环形组布置灯142。轴127由石英形成且其中含有中空部分或腔体(cavity)129，此中空部分或腔体减小基板108的中心附近的辐射能的侧向位移，从而促进基板108的均匀照射。
灯142适用于将基板加热至预定温度以促进处理气体热分解至基板108的表面上。在一个实例中，沉积于基板上的材料可为III族、IV族和/或V族材料或可为包括III族、IV族和/或V族掺杂物的材料。举例而言，沉积材料可包括砷化镓、氮化镓或氮化铝镓。灯可适用于将基板加热至约300摄氏度至约1200摄氏度的范围内(诸如约300摄氏度至约950摄氏度)的温度。可视情况在下拱顶104上方且与下拱顶接触安置聚光组件150，以可控地将来自灯142的辐射能导向至基板支撑件106，从而在基板108上产生更加均匀的沉积。基板108上的均匀沉积产生更高品质的基板和更有效制造的装置。
在灯头组件145内安置一个或更多个灯142，所述灯头组件可在处理期间或处理后通过引入到位于灯142之间的沟道149的冷却液冷却。部分因为灯头组件145紧靠下拱顶104，故灯头组件145传导性地冷却下拱顶104。灯头组件145亦冷却灯壁和反射器143的壁。
尽管图1图示处理腔室的一个实施方式，但亦涵盖额外的实施方式且可将这些额外的实施方式应用于本公开内容所论述的各种实施方式中。举例而言，在一些实施方式中，预期基板支撑件106可由诸如石英之类的光学透明材料形成，以允许直接加热基板108。在一些实施方式中，预期可在基板支撑件106周围设置可选的圆形屏蔽件139并将所述屏蔽件耦接至腔室主体101的侧壁。在一些实施方式中，处理气体供应源132可适用于供应多种类型处理气体，例如III族前驱物气体和V族前驱物气体。可经由同一处理气体入口134或经由不同的处理气体入口134将多种处理气体引入到腔室中。另外，亦预期可调节气体入口124、134或气体出口128、138的大小、宽度和/或数目以进一步促进材料在基板108上的均匀沉积，此调节包括使用喷头。在一些实施方式中，预期灯头组件145并未与下拱顶104接触。在一些实施方式中，亦可在上拱顶102上方并邻接于所述上拱顶安置灯头组件145。在一些实施方式中，基板支撑件106可为具有从中通过的中央开口的环形环或边缘环，且可适用于支撑基板108的周边。
示例性的灯头组件
图2A是根据本公开内容的一个实施方式的灯头组件200的示意性剖视图。灯头组件200可用于代替如图1所示的灯头组件145。大体而言，在基板支撑件106的轴127周围以最佳所需方式于下拱顶104下方且紧靠下拱顶安置灯头组件200，为清晰起见部分地示出这些元件。灯头组件200包括：多个灯202，所述多个灯202设置于各个容器207内；和功率分配组件206，所述功率分配组件206被配置成向灯202提供功率。将各个灯202附接至其相应的灯适配器204A-204J，这些灯适配器耦接至功率分配组件206。灯适配器204A-204J与功率分配组件206电气连通，所述功率分配组件被设计成以所需途径控制对一个或更多个灯202的功率分配，如下文将关于图5至图7所论述的。应注意，如本公开内容中所使用的，术语“灯适配器”可指视情况含有保险丝以防止灯故障期间灯内电弧和潜在爆炸的适配器。在灯适配器未含有保险丝的情况下，灯可为简单密封管(capsule)类型，在电路中含有保险丝。
在一个实施方式中，功率分配组件206可为单个平坦电路系统板，诸如印刷电路板(PCB)，所述板具有增加直径的多个同心圆区域。多个同心圆区域围绕被提供用来容纳基板支撑件106的轴127的中央开口208。各个圆形区域实质上对应于沿功率分配组件206的相同半径安置且对准以形成圆的灯适配器。在一个实施方式中，各个同心圆区域被配置成沿功率分配组件206的圆周以实质径向对称的方式(以大致半径)容纳多个灯202。因此，功率分配组件206具有灯202的多个环，且灯202的各个同心环表示加热“区域”。各个圆形区域中的灯202的数目可沿功率分配组件206的半径而变化。举例而言，灯202的数目可沿从功率分配组件206的中心至周边的径向方向逐渐增加，以使得功率分配组件206的外径中的灯202的数目比内径中的灯数目相对更大。在一些实施方式中，灯202可具有非对称方位布置。举例而言，灯202可在某些区域中缺失或在一些区域中间隔增加以允许基板传输或冷却沟道。
为了保持灯202与下拱顶104之间的恒定距离，灯适配器204A-204J被配置成根据下拱顶104的角度具有不同高度。举例而言，灯适配器204A-204J的高度可从基板支撑件106的轴127在径向向外方向上或从功率分配组件206的中心至周边的径向方向上逐渐增加。灯与下拱顶之间的恒定距离确保遍及基板的均匀加热分布。在一个实施方式中，灯202可与下拱顶104间隔大致1mm至约40mm。在使得灯适配器204A-204J沿功率分配组件206的径向方向处于不同高度的情况下，灯202可沿下拱顶104维持相同的大致尺寸和形状。
或者，可允许灯与下拱顶之间的距离中的一些或全部随与腔室或拱顶中心的距离增加而增加，增加的距离用于反射器、中空或实心光导管或其他光学元件。在此情况中，灯或灯适配器可具有相同长度；或在若可提供较高校准的热辐射则至少最外部区域将会有用的一些情况中，可具有较短的长度的集合。
图2B是根据本公开内容的另一实施方式的灯头组件250的示意性剖视图。图2B所示的灯头组件250与图2A所示的灯头组件200实质相似，不同之处在于使得灯适配器254A-254J处于均匀大小，同时灯202被配置成根据下拱顶104的角度具有不同高度以在灯202与下拱顶104之间提供恒定距离。随着圆形区域的半径增加，各个灯202的高度可增加。亦即，灯202的高度在从基板支撑件106的轴127的径向向外方向上逐渐增加。在一些替代实施方式中，在未使用灯适配器254A-254J的情况下，灯202可根据下拱顶104的角度具有不同高度。
在图2A或者图2B所示的实施方式中，功率分配组件206具有多个开口210，这些开口被调整尺寸以允许灯202及灯适配器(若使用)从中通过。开口210的位置大体上对应于功率分配组件206的各个圆形区域中的灯202。因此，以径向对称方式或沿功率分配组件206的圆周的大致半径布置开口210。因为开口210位于灯头组件200、250的底部，操作者能够从功率分配组件206的侧面到达每一单独的灯202(如箭头“A”所指示)，以便容易、快速地更换灯而无需移动或降低整个灯头组件，这与具有底部加热配置的传统侧向流动腔室形成比较，在传统侧向流动腔室中必须降低整个灯头组件以从灯头组件的顶侧获取灯。
图3是根据本公开内容的一个实施方式的具有以阶梯方式配置的功率分配组件302的灯头组件300的示意性剖视图。灯头组件300可用于代替如图1所示的灯头组件145。大体而言，在基板支撑件106的轴127周围以最佳所需方式于下拱顶104下方且紧靠下拱顶安置灯头组件300，为清晰起见部分地示出这些元件。灯头组件300具有设置于各个容器307中的多个灯306。功率分配组件302由根据下拱顶104的角度在不同高度处配置的多个同心环型电路系统板304A-304E组成。举例而言，多个同心环型电路系统板304A-304E的高度可从基板支撑件106的轴127在径向向外方向上逐渐增加，与下拱顶104的角度一致。因此，当从顶部俯视时，功率分配组件302具有灯306的多个环，且灯306的各个同心环表示加热“区域”。由于多个同心环型电路系统板304A-304E被配置成根据下拱顶104的角度具有不同高度，因此可保持灯306与下拱顶104间隔恒定距离以确保遍及基板的均匀加热分布。在使得电路系统板304A-304E根据下拱顶104的角度处于不同高度的情况下，灯306可沿下拱顶104维持相同的大致尺寸和形状。
可通过具有合适的热特性以在灯头中的温度下工作的环氧化物或其他材料将多个同心环型电路系统板304A-304E刚性耦接至彼此。在一些情况中，电路系统板可包括不锈钢以增强结构的刚性。亦涵盖能够以阶梯方式耦接电路系统板304A-304E且同时从功率源向各个电路系统板304A-304E上的灯306传送功率的任何其他合适的途径。
各个同心环型电路系统板304A-304E在灯头组件300的不同半径处大体围绕中央开口310(被提供用来容纳基板支撑件106的轴127)。举例而言，最接近于轴127的电路系统板304A紧接于侧向向外或进一步远离轴127的电路系统板304B且被电路系统板304B围绕。各个电路系统板304A-304E被配置成沿电路系统板的圆周容纳多个灯306。各个电路系统板304A-304E可为印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板被设计成以所需途径控制对板上所提供的一个或更多个灯306的功率分配，如下文关于图5至图7将论述的。可将灯306视情况附接至其相应的灯适配器308A-308J，这些灯适配器与电路系统板304A-304E电气连通。
各个同心环型电路系统板304A-304E具有多个开口312，这些开口被调整尺寸以允许灯306和灯适配器308A-308J(若使用)从中通过。开口312的位置大体上对应于各个环型电路系统板304A-304E中的灯306。因此，沿各个环型电路系统板304A-304E的圆周以径向对称方式或大致半径安置开口312。因为开口312位于灯头组件300的底部，操作者能够从电路系统板304A-304E的侧面到达每一单独的灯306(如箭头“A”所指示)，以便容易、快速地更换灯而无需移动或降低整个灯头组件，这与具有底部加热配置的传统侧向流动腔室形成比较，在传统侧向流动腔室中必须降低整个灯头组件以从灯头组件的顶侧获取灯。
预期尽管上文示出和描述了功率分配组件向灯提供功率，但功率分配组件不应受限于本文所论述的具有孔的“板”或平面几何形状。事实上，功率分配组件可为任何合适的电气部件结构(诸如具有电气连接器的轨道区段)的形式，所述结构能够向以与下拱顶的角度一致的方式布置的灯提供功率并且能够处理灯的不同功率需求。因此，可隔离功率分配组件或电气部件结构中的电气轨迹(electrical trace)，但不受处于相同平面内的约束。举例而言，PCB可适用于较低电流输送(小于约7安培)。对于较高功率/电流和较少灯，轨道系统可为功率输送的更好配置。另外，亦预期若调整顶部加热途径(亦即，将灯设置于基板上方以从处理腔室的顶部加热)，则灯、适配器和/或功率分配组件可具有不同的高度/配置。在此情况中，可以与图2A至图2B及图3所论述的相似的方式配置灯、适配器和/或功率分配组件，使得这些元件符合上拱顶102的形状。
图4A是根据本公开内容的一些实施方式的图2A的灯头组件200的一部分的放大示意性剖视图。预期本文所描述的实施方式亦适用于相对于图2B及图3所论述德尔实施方式。如上文所论述的，功率分配组件206具有开口210，所述开口被调整尺寸以允许灯202及视情况灯适配器(若使用，所述灯适配器附接至所述灯)(例如灯适配器204E)从中通过。将灯202和灯适配器204E两者皆安置于灯头402内，所述灯头被安置于下拱顶104下方且紧靠所述下拱顶。
在使用灯适配器的一个实施方式中，将灯适配器204E电气耦接至电接触端子，所述电接触端子可包括电源端子404和接地或返回端子406，以将功率从功率源经由引线414、416供应至灯202。应注意，通常将本文所描述的接地端子连接至电源接地端子及在必要时接地端子可充当功率电流的返回路径。因此，贯穿本公开内容，可互换使用接地端子和返回端子。可通过紧固装置将电源端子404和接地端子406可移除地附接至功率分配组件206的背侧407。电源端子404和接地端子406可为适用于紧固灯202或灯适配器204E(若使用)和向灯202或灯适配器204E(若使用)供应功率的任何类型的接触端子。在一个实例中，电源端子404和接地端子406为O形环类型端子(如图4B最佳所见)。O形环类型端子可具有中央开口410以允许螺钉408将电源端子404和接地端子406紧固至功率分配组件206中的对应钻孔412。图4B是图4A的示意性底视图，该图示出了根据本公开内容的一个实例在开口210的两个相对侧上布置的电源端子404和接地端子406。经由耦接至灯适配器204E的底部430的引线414、416将电源端子404和接地端子406的每一个电气连接至灯202(或若使用的灯适配器)。
尽管图示具有圆形顶部的螺栓，但可使用任何其他类型的紧固件以增强操作者的便利性。举例而言，在一些实施方式中，可使用翼形螺栓(具有翼型头的机器螺纹螺栓)以允许操作者在无工具的情况下用手手动扭转螺栓进入功率分配组件206中所形成的匹配部件中。在一些实施方式中，紧固件可具有在一个端部(与螺钉的圆头相对)处从紧固件的外表面向外及侧向延伸的部分耳环，使得紧固件可滑入钻孔412中并经扭转以在钻孔412中所形成的匹配凹口(notch)或切口中拧紧紧固件的部分耳环。在一些实施方式中，O形环类型端子可具有挂钩以防止紧固件从O形环类型端子的中央开口410中完全脱落。亦即，挂钩保持紧固件可轴向旋转，允许紧固件轴向替换，而无需与O形环类型端子分离。在一些实施方式中，可通过功率分配组件保持紧固件并且可使用C形端子或连接器替换灯上的O形环类型端子。因此，作为这些各个实施方式的结果，实现了灯的便利且快速的装配和拆卸。
在一些实施方式中，为了在不依赖操作者拧紧紧固件的情况下改良产生良好电气连接的确定性，可将灯或灯适配器(若使用)耦接至电气支撑件并由电气支撑件支撑，所述电气支撑件被配置成从底部与功率分配组件啮合。图4C描绘根据本公开内容的一些替代实施方式的具有功率分配组件458的图2A的灯头组件200的一部分的放大示意性剖视图，所述功率分配组件具有被配置成允许灯从中通过的开口482。图4D是图4C的功率分配组件的示意性底视图。图4C在结构上与图4A相似，不同之处在于通过在灯适配器204E(耦接至灯202)的底部430的两个相对侧上的两个电气支撑件460、462保持底部430。电气支撑件460、462充当电接触端子(亦即，电源端子和接地或返回端子)且各个电气支撑件可具有连接部分464、466和金属部分468、470，这些金属部分耦接至灯适配器204E的底部430。在如图所示的一个实例中，金属部分468、470可具有从连接部分464、466向外延伸的杆(bar)形(图4D较佳所见)。连接部分464、466可具有将插入功率分配组件458中所形成的对应插座476、478中的电气连接器472、474。举例而言，可将电气连接器472、474构造为如图4C所示从连接部分464、466的顶表面向上延伸的插针(pin)，或这些电气连接器可为单端或双端固定的叶型连接器或常见于美国110-120V插头的刀型连接器或圆柱形欧洲插头等。
在操作中，一旦已移除故障灯，将附接有电气支撑件460、462的灯适配器204E以及更换灯从功率分配组件458的背侧480经由功率分配组件458的开口482插回。在完全插入灯适配器204E后，将电气连接器472、474分别插入插座476、478中。或者，可配置电气连接器472、474和灯适配器204E的长度，以使得电气支撑件460、462将灯适配器204E保持在适当位置处，这需要电气连接器472、474完全或部分插入插座476、478中。电气连接器472、474与功率分配组件458的插座476、478中所形成的电接触端子(诸如接地端子和电源端子(未示出))分别电接触，经由这些电接触端子将功率从功率源供应给灯。作为确保所有电气连接的适当安置的额外步骤，可用一个或更多个保险板盖住功率分配组件，这些保险板仅可当连接器被完全安置时安装。举例而言，一个或更多个保险板可被配置成仅当电气连接器472、474被完全安置于功率分配组件458中所形成的对应插座476、478内时(或如下文相对于图5和图6A至图6C将论述的当接触引线被完全安置于导电容器内时)方可允许在功率分配组件上安装这些保险板。可将开关和继电器耦接至功率分配组件，使得可不使灯电路通电，除非安装了保险板。
在一些替代实施方式中，可将灯202或灯适配器204A-204J(若使用)电气耦接至功率源，而无需使用上文所论述的O形环类型端子和紧固件或插入型电气机构。事实上，可通过搭扣配合(snap-fit)或扭转锁定啮合在功率分配组件206内提供电接触端子，以将灯202或灯适配器204A-204J电气连接至功率源。图5至图7是具有电气连接特征结构的功率分配组件的一部分的示意图，这些电气连接特征结构可用于代替图4所示的紧固件和O形环类型端子，或应用于图2A至图2B和图3所示的功率分配组件中。
图5描绘具有开口502的功率分配组件500的示意性剖视图，所述开口被调整尺寸以允许灯504和灯适配器506从中通过。灯适配器506可包括设置于灯适配器506的底部516处的电接触元件508、510，用于与功率分配组件500中所形成的电接触端子(诸如接地端子514和电源端子512)产生电接触，经由这些电接触端子将功率从功率源供应给灯504。各个电接触元件508、510可为从灯适配器506的底部516对称且向外延伸的金属接触引线。在一个实施方式中，将电接触元件508、510各个弯曲成实质V形的弹簧部分522、524，其中V形弹簧部分522、524的顶点508a、510a彼此背向指向。两个顶点508a、510a之间的径向距离可比灯504和灯适配器506的直径更大，且比开口502的直径略大。开口502可具有形成于开口502的内部圆周表面517中的导电V形凹槽(groove)520。V形凹槽520具有对称或不对称的截面，所述截面实质上对应于V形弹簧部分522、524以便经由V形凹槽520在电源端子512和接地端子514上分别建立接触点。
在操作中，一旦已移除故障灯，将附接有灯504的灯适配器506以及更换灯插回功率分配组件500的开口502中。当最初接触内部圆周表面517时向内压缩V形弹簧部分522、524，并随后在完全插入后向外回弹至自然状态，从而在V形弹簧部分522、524与V形凹槽520之间建立搭扣配合啮合。可在灯适配器506的底部516处提供保持特征结构518以通过用保持特征结构518从开口502中拉出灯适配器506，使得能够实现灯适配器506从搭扣配合啮合的容易释放。预期V形弹簧部分或凹槽仅为出于说明目的的实例。电接触元件及其匹配凹槽可具有任何其他形状或曲线以实现更好的接触和啮合。
图6A描绘根据本公开内容的另一实施方式的功率分配组件600的示意性剖视图。图6A在构思上与图5相似，不同之处在于灯适配器606的电接触元件为普通保险丝夹的一般形式。类似地，功率分配组件600具有开口602，所述开口被调整尺寸以允许灯604和灯适配器606从中通过。灯适配器606具有从灯适配器606的底部636对称且向外延伸的电接触元件608、610。电接触元件608、610可为普通保险丝夹的形式，亦即，两个相对弹性金属臂各个向外及随后向内弯曲以形成半径弯管(radius bend)612、614。半径弯管612、614之间的径向距离可比灯604和灯适配器606的直径更大，且比开口602的直径略大。半径弯管612、614被配置成与功率分配组件600中所形成的电接触端子(诸如接地端子624和电源端子622)产生电接触，经由这些电接触端子将功率从功率源供应给灯504。电接触元件608、610的各个远端618、620可向外张开并延伸出功率分配组件600的底表面。开口602可具有在开口602的内部圆周表面617中所形成的导电容器616。导电容器616具有对称截面，所述对称截面实质上对应于半径弯管612、614，以便经由导电容器616在电源端子622和接地端子624上分别建立接触点。
在操作中，一旦已移除故障灯，将附接有灯604的灯适配器606以及更换灯插回功率分配组件600的开口602中。当最初接触内部圆周表面617时向内压缩电接触元件608、610的半径弯管612、614，并随后在完全插入后在导电容器616内向外回弹至自然状态。因此，建立半径弯管612、614与导电容器616之间的搭扣配合啮合。类似地，灯适配器606可具有在底部636处所提供的保持特征结构626，以通过使用保持特征结构626从开口602中拉出灯适配器606，使得能够实现灯适配器606从搭扣配合啮合的容易释放。
图6B描绘根据本公开内容的替代实施方式的功率分配组件638的示意性底视图。类似地，功率分配组件638具有开口639，所述开口被调整尺寸以允许灯(被灯适配器640遮挡)和灯适配器640从中通过。在此实施方式中，经由设置于灯适配器640的底部641处的电接触元件642、644将灯适配器640电气耦接至功率源(未示出)。电接触元件642、644可为从灯适配器640的底部641对称且向外延伸的引线。各个电接触元件642、644具有附接至灯适配器640的底部641的第一端部642a、644a和径向向外延伸所需距离的第二端部642b、644b，所述距离足以与功率分配组件638的背侧646上所形成的电接触端子啮合。电接触端子可包括接地端子648和电源端子650，这些端子被配置成与电接触元件642、644的第二端部642b、644b形成电接触。在一个实施方式中，接地端子648和电源端子650可为普通保险丝夹的一般形式，亦即，两个相对弹性金属臂各个向外弯曲及随后向内弯曲以形成半径弯管(与图6A所示的半径弯管612、614相似)。以接地端子648和电源端子650的开口端沿与底部641平行关系的方向指向的方式配置接地端子648和电源端子650。第二端部642b、644b大体上具有对称截面，所述对称截面实质上对应于电接触端子的半径弯管，以便在接地端子648和电源端子650上分别建立至少一个接触点。
在操作中，一旦已移除故障灯，将附接有灯的灯适配器640以及更换灯插回功率分配组件638的开口639中。在将灯完全插入开口639中后，顺时针旋转灯适配器640以用与图6A所描述的相似的方式在半径弯管内啮合电接触元件642、644的第二端部642b、644b。类似地，灯适配器640可具有在底部641处所提供的保持特征结构652，以使用保持特征结构652逆时针旋转灯适配器640使得能够实现灯适配器640从搭扣配合啮合的容易释放。
图6C描绘根据本公开内容的另一替代实施方式的功率分配组件682的底部680的透视图。图6C在构思上与图6B相似，不同之处在于以开口端676a、678a从功率分配组件682的底部680面朝下的方式配置接地端子676和电源端子678，这些端子可为普通保险丝夹的一般形式。因此，当将灯完全插入功率分配组件682中所形成的开口686时，可通过使用保持特征结构684仅仅向上推动灯适配器670的电接触元件672、674，便能够在接地端子676和电源端子678的半径弯管内分别啮合灯适配器670的电接触元件672、674。
图7描绘根据本公开内容的另一实施方式的功率分配组件700的示意性剖视图。图7在构思上与图5相似，不同之处在于灯适配器706的电接触元件与功率分配组件700内所提供的电接触端子扭转锁定啮合。功率分配组件700具有开口702，所述开口被调整尺寸以允许灯704和灯适配器706从中通过。灯适配器706可具有从底部716向外延伸的延长部分707。延长部分707具有两个凸出块708、710，这些凸出块充当灯适配器706的电接触元件，从延长部分707的外表面709径向且向外延伸。功率分配组件700可具有在功率分配组件700的内部圆周表面717上所提供的“L形”端子凹槽720。L形端子凹槽720的较短的腿形成导电容器730，所述导电容器被配置成接收凸出块708、710。导电容器730与功率分配组件700中所形成的电接触端子(诸如电源端子712和接地端子714)电气连通，经由这些电接触端子将功率从功率源供应给灯704。尽管论述L形端子凹槽用于扭转锁定啮合，但涵盖适用于产生扭转锁定啮合的其他形状/类型的端子特征结构，包括螺纹。
在操作中，一旦已移除故障灯，将附接有灯704的灯适配器706以及更换灯插回功率分配组件700的开口702中。L形端子凹槽720允许与延长部分707的凸出块708、710的扭转锁定和解锁操作，此操作通过在完全插入后使灯适配器706(绕长轴“A”)转动约四分之一圈，从而建立凸出块708、710与功率分配组件700中所形成的电接触端子之间的电气连接。可在延长部分707的底部处提供与图5和图6A至图6C所示的保持特征结构相似的保持特征结构718，以使用保持特征结构718扭转并从开口702中拉出灯适配器706，使得能够实现灯适配器706从扭转锁定啮合的容易释放。
应理解，图5至图7所论述的实施方式仅为说明性的且可由适合并入灯或灯适配器(若使用)的任何电气连接/锁定特征结构替代，只要在将灯或灯适配器经由功率分配组件的开口完全插入灯头中后可将所述灯或灯适配器紧固并电气连接至功率分配组件内所提供的电接触端子即可。此外，电气连接特征结构和灯(或灯适配器)保持/定位特征结构不必相同。前文所示的一些电气连接特征结构可用于定位，且另外的特征结构用于电气连接。
另外，此公开内容中所论述的灯适配器可被修改成允许容易、快速地更换灯元件，这是通过使灯元件与适配器可移除地啮合，使得可单独地更换灯元件和/或适配器。本文所描述的灯元件大体上包括含有灯丝的透光密封管和耦接至透光密封管的压封件(pressseal)。当灯泡发生故障时，不更换整个灯组件，而是仅更换含有故障灯泡的灯组件的灯元件。因此，可重复使用灯适配器。使灯适配器和灯元件彼此可移除且在灯组件中可互换减少了一旦购买适配器后的灯更换成本。
灯元件可被配置成提供足够的刚性以应对将灯组件插入PCB结构中的压缩力。灯适配器可视情况提供保险丝，所述保险丝可从适配器的侧面或底部更换。灯适配器亦可提供用于接收灯元件的一部分的容器。容器可经产生轮廓和经涂覆，以帮助以受控方式将热辐射导向至目标。适配器可提供导热特征结构和冷却路径以促进从灯元件至外界的热传递。因此，可在足够低的温度下操作灯以容许长久的灯使用寿命。在2013年12月19日提交的标题为“ADAPTER FOR REPLACEABLE LAMP”的美国专利申请第61/918,451号(代理人案号：021279)中进一步描述了各种示例性灯适配器的细节，上述申请将出于所有目的以引用的方式作为一个整体结合在本文中。
图8A图示功率分配组件的示意性底视图，该图示出了可应用于图2A至图3的实施方式的灯和功率轨道的示例性布置，不论功率分配组件是具有多个同心圆区域的单个平坦电路系统板还是以阶梯方式配置的多个同心环型电路系统板。应注意，为了清晰起见，图8A至图8C已省略开口(用于灯或灯适配器通过)。
在图8A所示的实施方式中，功率分配组件804是具有从中央开口807增加直径的多个同心圆区域804a、804b、804c的单个平坦电路系统板，所述中央开口被提供用来容纳基板支撑件的轴。应注意，涵盖更多或更少数目的同心圆区域。沿功率分配组件的圆周以规律间隔将各个圆形区域804a-804c中的灯802(由圆圈表示)间隔分离。可将灯802分组为多个区域，这些区域可以径向对称的方式安置。在如图所示的一个实例中，将灯802分组为四个象限(象限A-D)，象限A与象限C相对且象限B与象限D相对。可分别控制各个象限A-D以允许针对不同的工艺需要可控的辐射加热基板或处理腔室的不同区域。举例而言，向象限B(位于交叉流动(cross-flow)处理腔室中的气体喷射侧)中的灯所提供的功率信号可比向象限A、C及D中的灯所提供的功率信号更高，以增强气体喷射侧上的气体前驱物的活性。
在一些实施方式中，如图8B所示，可在圆形区域804a、804b中串联布置灯802，且这些灯共享公共接地轨道850，且圆形区域804a及804b中的各个灯802例如可分别由第一功率轨道852和第二功率轨道854供电。亦即，可将单个灯802的各个电接触元件电气连接至相应的电源端子和接地端子(以上文相对于图4A至图7所论述的方式)，这些端子分别与第一功率轨道852和公共接地轨道850以及第二功率轨道854及公共接地轨道850电气连通。在一些情况中，可使圆形区域804a、804b中的灯802方位偏移(单独区域受控的)，以补偿由狭缝阀位置或气体入口/出口等引发的不均匀电气特性所造成的热损失的任何腔室不对称性，或补偿由泵位置引发的泵送不对称性。在此情况中，可使用一个或多个单独分区的功率轨道沿相同/不同的圆形区域向位于不同象限中的灯单独供电。
在一些实施方式中，公共功率轨道及接地轨道的一个或更多个集合可用于向相同圆形区域804a-804c的不同象限中串联布置的灯802供电。在图8C所示的一个实例中，可经由连接器841和连接线840将象限A的圆形区域804c中的灯802a串联连接至象限C中的圆形区域804c中的灯802h(与灯802a相对安置)，可经由连接器843和连接线842将象限A中的圆形区域804c中的灯802b串联连接至象限C中的圆形区域804c中的灯802g(与灯802b相对安置)，可经由连接器845和连接线844将象限A中的圆形区域804c中的灯802c连接至象限C中的圆形区域804c中的灯802f(与灯802c相对安置)，且可经由连接器847和连接线846将象限A中的圆形区域804c中的灯802d连接至象限C中的圆形区域804c中的灯802e(与灯802d相对安置)。在一些实施方式中，可将象限A中的圆形区域804c中的各个灯802a-802d及象限C中的圆形区域804c中的各个灯802e-802h连接至公共接地轨道882并由公共功率轨道880供电。亦即，可将单个灯的各个电接触元件电气连接至相应的电源端子和接地端子(以上文相对于图4A至图7所论述的方式)，这些端子与公共功率轨道880和公共接地轨道882分别电气连通。如图所示，可在不同象限A及C中安置公共接地轨道及公共功率轨道，或可在相同象限或两个邻近的象限中安置这些轨道。在一些情况中，可使圆形区域804c中的灯802a-802h方位偏移(单独区域受控的)，以补偿由狭缝阀位置或气体入口/出口等引发的不均匀电气特性所造成的热损失的腔室不对称性，或补偿由泵位置引发的泵送不对称性。在此情况中，可使用一个或更多个单独分区的功率轨道沿相同/不同地圆形区域向位于不同象限中的灯单独供电。预期灯可需要或可不需要方位偏移，这依赖于腔室设计和/或工艺方案。
尽管与公共接地轨道882相对设置公共功率轨道880，但可在相同象限或在任何两个邻近的象限中设置公共功率轨道及公共接地轨道。或者，各个象限或区域可具有自身功率轨道及接地轨道，使得各个区域或象限中的所有灯由公共功率轨道及接地轨道供电。
图8A至图8C所论述的实施方式的构思同样适用于以径向对称方式分成2个区域、3个区域、6个区域、8个区域、12个区域或以上的灯。在任何情况中，预期可独立控制向各个区域或象限中的一个或更多个灯所提供的功率信号以允许遍及基板的方位温度控制，或者在特定区域中灯发生故障的情况下，通过向那个区域或邻近区域中的其他灯增加功率以补偿处理腔室内的对称性。
示例性的灯故障检测系统
上文描述披露了一种通过在灯头组件的功率分配组件中提供开口来快速更换灯而无需移动整个灯头组件的途径。为了进一步减少腔室停机时间，具有改良的灯故障检测系统将是有用的，所述改良的灯故障检测系统能够快速辨识哪个灯已发生故障并辨识故障类型，如发明背景中所论述的。下文将描述可与上文关于图2A至图8C所论述的各种灯头组件结合的灯故障检测系统的若干实施方式和对应的方法。本发明的方法使用电压测量，且具有允许辨识哪个灯已发生故障及故障类型的优势。利用此方法的系统比现有技术的检测系统更简单、更可靠且更精确。下文论述灯故障检测系统的细节。
图9A描绘根据本公开内容的实施方式具有耦接至功率分配组件的支撑板902的图2A的灯头组件200的一部分的放大示意性剖视图。支撑板902具有经由电接触元件906a、906b连接至功率分配组件458的灯故障检测系统903。灯故障检测系统903被配置成在多个灯中辨识故障灯并提供故障类型的辨识。图9B是图9A的支撑板902的放大示意性剖视图，该图示出了穿过支撑板902用于灯故障检测的示例性电接触元件906a、906b。为了便于说明，图9A的论述将基于图4C，不同之处在于图9A进一步包括支撑板902和灯故障检测系统903。应注意，可将本文所描述的支撑板902和灯故障检测系统903耦接至上文关于图2A、图2B及图3所论述的功率分配组件的各个实施方式，其中将功率分配组件构造为耦接至不同高度的灯适配器(图2A)或具有不同高度的灯(图2B)的单个平坦电路系统板或根据处理腔室的下拱顶的角度以阶梯方式(图3)构造为多个同心环型电路系统板，以提供灯与下拱顶之间的恒定距离。
在一个实施方式中，可经由两个或更多个紧固件(图示两个紧固件908、910)将支撑板902耦接至功率分配组件458。紧固件908、910可为任何合适的连接途径，诸如与功率分配组件458啮合的螺栓。可将紧固件908、910分别插入功率分配组件458中所形成的对应插座912、914中。具体而言，配置支撑板902使得经由支撑板902中的各个安装孔916、918插入与插座912、914对准的紧固件908、910。因此，通过支撑板902支撑和紧固灯适配器204E。支撑板902及关联电路系统的安装亦保证(针对电气连接器的所选集合)所安装的灯全部被适当地完全连接。
在将紧固件908、910完全插入插座912、914中后，电接触元件906a、906b的端部或尖部与耦接至灯适配器204E的底部430的金属部分468、470物理接触，以允许在接触区域内测量灯电压。随后将灯电压测量的值经由导电迹线920发送至位于灯故障检测系统903中的数据采集装置(未示出)。如下文将更详细地论述的，配置数据采集装置以沿由至少两个串联灯形成的电路路径取样电压信号。数据采集装置可包括将模拟电压输入转换成数字值的任何合适的电路系统，将这些数字值发送至灯故障检测系统903中的控制器(未示出)，在所述控制器中测量跨越各个灯的电压降以确定灯是否处于故障状态和故障状态的类型。应理解，尽管与耦接至灯适配器204E的底部430的金属部分468、470关联执行本文所论述的电压测量，但可在电气支撑件460、462或本公开内容的各个实施方式中所论述的与灯(在有或没有灯适配器的情况下)电气连通的任何其他导电部件的任何适当位置处进行电压测量，只要可直接地或间接地执行灯的电压测量即可。预期亦可在与灯或耦接至灯的灯适配器(诸如灯插针或电源引线(power lead))关联的任何电气部件中进行电压测量。
支撑板902可由具有所需机械强度、电气特性及理想低导热性的任何适当材料制成。此类材料可包括但不限于环氧基材料或树脂基材料。亦可使用具有小于约0.8W/(K-m)的导热性的其他合适的刚性、电气绝缘及隔热材料，且这些材料仍落入本公开内容的范围内。在替代的实施方式中，支撑板902可为印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板包括作为一体结构的灯故障检测系统903的电路系统。下文关于图10至图18进一步论述灯故障检测系统903的细节。
在一个实施方式中，如图9B所示，电接触元件906a、906b可为弹簧加载插针(spring-loaded pin)。支撑板902可具有通道930、932，这些通道被调整尺寸以允许电接触元件906a、906b通过。可在各个导电垫922、924上设置电接触元件906a、906b，这些导电垫经由导电迹线920与灯故障检测系统903内的数据采集装置电气连通。可将各个电接触元件906a、906b轴向限定在安装于导电垫922、924上的管926、928内。管926、928促进电接触元件906a、906b与金属部分468、470分别对准。如上文在图4C中所论述的，金属部分468、470将灯适配器204E保持在适当位置以允许将电气连接器472、474插入插座476、478中。电气连接器472、474与功率分配组件458的插座476、478中所形成的电接触端子(诸如接地端子和电源端子(未示出))分别产生电接触，经由这些电接触端子将功率从电源供应给灯。电接触元件906a、906b使用下文关于图10至图18所论述的方法测量金属部分468、470的电压以辨识灯是否已发生故障和故障的类型。
或者，电接触元件906a、906b可为任何其他合适的接触装置，所述接触装置能够与灯适配器204E的金属部分468、470建立温和的电接触。举例而言，图9C示出了根据本公开内容的另一实施方式的示例性电接触元件968。图9C与图9B实质相同，不同之处在于用电接触元件968替换电接触元件906a、906b以便电压测量。电接触元件968大体上包括悬臂980a、980b，各个悬臂具有在悬臂980a、980b的远端处所形成的微探头(microprobe)982a、982b。微探头982a、982b所在的端部可远离支撑板902向上弯曲。在一些情况中，悬臂980a、980b可凹入以允许平坦的支撑区域。微探头982a、982b可具有顶部为尖部且底部为大基座的锥形。尖部用于使用下文关于图10至图18所论述的方法接触并测量金属部分468、470的电压，以辨识灯是否已发生故障和故障的类型。
悬臂980a、980b可由Cu、Al、AlCu合金或任何其他合适的材料形成。微探头982a、982b可由Cr或Ni形成，或由与悬臂980a、980b相同的材料形成。将各个悬臂980a、980b耦接至安装于导电垫986、988上的相应导电电极984a、984b，这些导电垫经由导电迹线920与灯故障检测系统903内的数据采集装置电气连通。类似地，可将各个导电电极984a、984b轴向限定在安装于导电垫986、988上的管990、992内。管990、992紧固导电电极984a、984b并促进微探头982a、982b与金属部分468、470分别对准。应注意，管990、992为可选的且可并非必需的。涵盖其他类型的电接触元件，只要这些元件出于电压测量目的可适当接触灯插针或电源引线即可。
现将更详细地论述灯故障检测系统903的各种实施方式。如上文所论述的，灯头可含有数百个卤钨灯，这些灯被分成多个径向对称的区域，且各个区域由驱动器单独供电，使得可针对各个区域调节灯功率。在各个区域内有多个灯，并且通常将这些灯分成对，各灯对连接至驱动器。如上文在图8A至图8C中所论述的，各对中的两个灯可为串联。
图10示出了与一个灯对电气连通的灯故障检测系统。尽管仅示出了一个灯对，但可与相同电源并联多个灯对，且相同的故障检测系统及方法可用于各个灯对，只要所使用的电路系统将允许测量跨越各个灯对中的各个灯的电压降即可。返回参照图10，两个灯L1及L2与电源1100串联。在此实例中，电源为交流电，但亦可为直流电源。在本实例中，电源为交流电且可包括任何适当的电路系统，诸如硅控整流(silicon controlled rectifier,SCR)驱动器。
数据采集装置(DAQ)1108用于在点A、B及C处进行电压测量。如此前所提及的，可在电气支撑件460、462或本公开内容的各个实施方式中所论述的与灯(在有或没有灯适配器的情况下)电气连通的任何其他导电部件的任何适当位置处进行电压测量，只要可直接地或间接地执行灯的电压测量即可。数据采集装置1108可包括任何适当的电路系统，诸如多路复用器(multiplexer,MUX)和模拟数字转换器(ADC)。ADC将模拟电压输入V'A、V'B及V'C转换成数字值VA、VB及VC，这些数字值被发送至控制器1110，在所述控制器中确定跨越各个灯的电压降。在此实例中，跨越灯L1的电压降为VA-VC＝VL1，且跨越灯L2的电压降为VC-VB＝VL2。控制器1110将电压降值VL1及VL2应用于条件集合中以确定是否有任一灯处于故障状态。此过程可针对区域中的各个灯对重复，及针对灯阵列的各个区域重复。
控制器1110可包括任何适当的部件，诸如中央处理单元(CPU)1104、存储器1105及支持电路(I/O)1106。CPU 1104可为能够控制和/或监控灯操作的任何形式的计算机处理器。存储器1105可具有任何类型以使得在存储器1105内可编码和存储软件指令和数据以便由CPU 1104执行。支持电路1106可包括例如电源、输入/输出电路系统、模拟数字转换器和类似者。
图11A至图11F示出了如何使用跨越各个灯的电压降来确定灯是否处于故障状态及故障状态的类型。V1及V2分别表示灯L1及L2的所测量的数字电压降值。在由图11A至图11F表示的各个电路中，将交流电电压V'应用于灯对，且对应的数字电压为V。相位及指示功率源为三相交流电，且跨越这两个相位的线间电压连接灯对。
在图11A至图11F所描述的灯故障检测方法中，将灯假定为处于三种状态之一：开路状态；闭路或正常状态；或局部短路状态。开路状态指示内部灯电路为断开的且没有电流可流动穿过灯。在白炽灯情况中，断裂的灯丝将引发开路灯状态。闭路状态是指内部灯电路为闭合的且在正常灯操作的情况下电流可流动穿过灯。对于局部短路的灯，灯电阻低于正常值，且此情况将引发跨越灯的电压降的下降，但电压降将仍保持非零。完全短路灯将表示极限情况，其中灯电阻变成零，且跨越灯的电压降亦将变成零。然而，出于两种原因使得完全短路灯的状态并未包括在此方法的本实施方式中。第一，最常见的灯故障模式为开路或局部短路状态，且完全短路灯不太可能。通常，短路灯具有足够电阻来产生非零和可测量的电压降。第二，若灯为完全短路，串联的两个灯的电阻的总体下降通常会产生电流幅值(magnitude)，该电流幅值会使剩余良好的灯超负荷并导致灯变成开路状态。因此，对于本实施方式，跨越灯的零电压降意味着无电流流动穿过灯，而非灯为完全短路。
图11A示出了灯L1及L2两者皆处于正常操作状态的状态。跨越L1的电压具有非零值V1且跨越L2的电压具有非零值V2。可将两个灯正常操作的条件表示如下：若VL1≠0且VL2≠0且|VL1-VL2|<α，则L1及L2为正常。此处，α表示电压差阈值，该值是用于界定正常灯操作的状态。通常基于所使用灯的类型和所容许变化的经验选择此阈值。在快速热处理(RTP)情况中，容许阈值可为小于跨越各个灯的平均电压的5％。或者，若VL1≠0且VL2≠0且|VL1-VL2|>α，则L1及L2并未处于正常操作状态，且可针对灯对界定故障状态。
在图11B中，灯L1为开路状态且灯L2为闭路及正常状态。此情形将产生所示的电压测量。跨越L2的电压将为零，因为不再存在完整电路以允许电流流动穿过灯。但是由于L2并非开路，跨越L1所测量的电压现将具有值V，该值V是正常应用于灯对的电压。可将此条件表示为：若VL1≠0且VL2＝0，则L1为开路且L2为闭路。存在灯L1的故障状态，且可将信号发送至显示器屏幕以辨识L1及L2对中的哪个灯已发生故障。应注意，VL1＝V本应该用于代替上文若-则陈述中的VL1≠0，但VL1≠0简化了该陈述，而不改变L1为开路的结论。另外，可将该若-则陈述进一步缩短为：若VL2＝0，则L1为开路。此陈述并未指示L2的状态，但当L1为开路时总为真。
图11C示出了灯L2处于开路状态且灯L1处于闭路状态的情况，该情况与上文所描述的情形相似。可将此条件表示为：若VL1＝0且VL2≠0，则L2为开路且L1为闭路。另外，可将若-则陈述进一步缩短为：若VL1＝0，则L2为开路。
在图11D中，灯L1及L2两者皆处于开路状态。对于诸如图11D所示的一些实施方式，可在开路事件中设计灯故障检测系统以提供零电压示数。在此情况中，当两个灯皆为开路时，跨越各个灯L1和L2所示的电压为零。可将处于开路状态的两个灯的条件表示为：若VL1＝0且VL2＝0，则L1及L2为开路。在其他实施方式中，可设计灯故障检测系统为当两个灯皆为开路时指示已检测到开路，而非提供零电压示数。
对于灯对可能存在另一故障状态。在图11E中，灯L1具有局部内部短路，且灯L2为正常。在此情况中，灯L1与L2皆不处于开路状态且各个灯将具有非零电压降。应可理解，灯L1中的局部短路将减小灯电阻至正常值以下，且此将引发跨越灯L1的电压降的下降。此观察表明，一个灯中的局部内部短路将增加各个灯的电压降之间的差，使得该差超过技术者原本预期用于正常灯操作的值。此状态可由电压VL2与VL1的差与电压差阈值相比较的条件式表示。若此差超过阈值，则对于灯L1辨识不可接受的局部短路条件且存在故障状态。可将此条件式表示为：若VL1≠0且VL2≠0且(VL2-VL1)>Δ，则灯L1具有局部短路。电压差阈值Δ的选择将依赖于灯强度的可容许变化，但可小于跨越各个灯的平均电压的8％以便应用于RTP。另外，可将若-则陈述进一步缩短为：若(VL2-VL1)>Δ，则灯L1具有局部短路。若VL1＝0或者VL2＝0，则灯为开路且将检测到故障状态。
图11F示出了灯L2具有局部短路且灯L1为正常的情况。此处应用与前一个故障状态相似的推理。可将条件式表示为：若VL1≠0且VL2≠0且(VL1-VL2)>Δ，则灯L2具有局部短路。在上文情况中所使用的相同阈值Δ可应用于此处，并且可将若-则陈述进一步缩短为：若(VL1-VL2)>Δ，则灯L2具有局部短路。
图12是存在串联的三个灯时的灯故障检测系统的另一实施方式。然而，应将理解，三个以上灯的方式可使用本实施方式，只要存在充足电压供应来操作系统的灯即可。灯头含有数百个卤钨灯，这些灯被分成多个径向对称的区域，且各个区域由SCR驱动器单独供电，使得可针对各个区域调节灯功率。在各个区域内有多个灯，且将这些灯分成(在此实例中)三个灯的组，将各个灯组连接至SCR驱动器。各个组中的三个灯为串联。
图12示出了与灯故障检测系统电气连通的一个灯组。灯L1、L2及L3与电源1154串联。如前所述，电源为交流电，但亦可为直流电源。在此实例中，电源为交流电并表示硅控整流(SCR)驱动器。将数据采集装置(DAQ)1150连接至如图所示的电路以在点A、B、C及D处进行电压测量。如此前所提及的，可在电气支撑件460、462或本公开内容的各个实施方式中所论述的与灯(在有或没有灯适配器之情况下)电气连通的任何其他导电部件的任何适当位置处进行电压测量，只要可直接地或间接地执行灯的电压测量即可。ADC将串联的所有灯的模拟电压输入V'A、V'B,V'C及V'D转换成数字值VA、VB、VC及VD。将这些值发送至控制器1152，在所述控制器中确定跨越各个灯的电压降。在此实例中，跨越灯L1的电压降为VA-VC＝VL1，跨越灯L2的电压降为VC-VD＝VL2，及跨越灯L3的电压降为VD-VB＝VL3。
控制器1152将电压降值VL1、VL2及VL3应用于条件集合中以确定灯是否处于故障状态。此过程可对于区域中的各个灯组重复，并且对于灯阵列的各个区域重复。
图13A至图13E示出了如何使用跨越各个灯的电压降来确定灯是否处于故障状态及故障状态的类型。V1、V2及V3分别表示灯L1、L2及L3的所测量的数字电压降值。在由图13A至图13E表示的各个电路中，将交流电电压V'施加于灯组，且对应的数字电压为V。相位及指示电源为三相交流电，并且跨越这两个相位的线间电压连接灯串。如前文针对两个灯的情况所提及的，且出于相似原因，跨越灯的零电压降意味着无电流流动穿过灯，而非灯为完全短路。
图13A示出了所有灯处于正常操作状态的状态。跨越L1的电压具有非零值V1，跨越L2的电压具有非零值V2，及跨越L3的电压具有非零值V3。可将所有灯正常操作的条件表示如下：若串联中的各个灯具有非零电压值，且邻接灯对之间的电压差的幅值小于或等于某阈值，则所有灯为正常。举例而言，若|VL1-VL2|≤α且|VL2-VL3|≤α，则灯L1、L2及L3为正常。在其他实施方式中，故障检测方法亦可包括非邻接灯对之间的电压差的幅值。举例而言，若|VL1-VL3|≤α，则灯L1及L3为正常。如在两个灯的情况中，α表示电压差阈值，该值用于界定正常灯操作的状态。通常基于所使用灯的类型及可容许变化的经验选择此阈值。在RTP情况中，可容许阈值可为小于跨越各个灯的平均电压的5％。若串联中的两个邻接灯具有非零电压值，且此对的电压差的幅值大于此阈值，则这些灯并不处于正常操作状态，并且可针对灯对界定故障状态。举例而言，若|VL1-VL2|>α，则灯L1及L2并不处于正常操作状态且可针对灯对界定故障状态。
在图13B中，灯L2处于开路状态且所有其他灯处于闭路状态。开路状态指示内部灯电路为开路且没有电流可流动穿过灯。跨越L1及L3的电压为零，因为不再存在完整电路以允许电流流动穿过灯。但是由于除L2外的所有灯为闭路，跨越L2所测量的电压现将具有值V，该值V是施加于三灯串联的电压。此条件可推广至串联的三个或更多个灯，并表示为：若除具有非零电压的一个灯外的所有灯电压为零，则具有非零电压的灯为开路，具有电压降V，并且串联中的所有其他灯为闭路。存在开路灯的故障状态，并且可将信号发送至显示器屏幕以辨识串联中的哪个灯已发生故障。
在图13C中，所有灯处于开路状态。如此前所提及的，对于一些实施方式，可在开路事件中设计DAQ以提供零电压示数，如图13C及图13D所示。在此情况中，当所有灯为开路时，跨越各个灯的电压为零，且仅可在跨越灯串实行电压测量的情况下获得非零电压值，在此情况中该值将为V。在其他实施方式中，可设计灯故障检测系统以当所有灯皆为开路时指示已检测到开路，而非提供零电压示数。在图13D中，仅两个灯L1及L2为开路。当串联由三个或更多个灯组成且超过一个灯为开路时，仅使用跨越个别灯的电压降可使信息不足以确定哪个灯为开路及哪个灯并非开路。此情况中的条件式变成：对于串联的三个或更多个灯，若跨越串联的各个灯的电压降为零，则两个或更多个灯处于开路状态。
对于灯串可能存在另一故障状态。图13E示出了灯L2具有局部内部短路且所有其他灯为正常的情况。在此情况中，所有灯皆不处于开路状态，且各个灯将具有非零电压降。应可理解，灯L2中的局部短路将减小灯电阻至正常值以下，且此将引发跨越灯L2的电压降的下降。此观察表明，一个灯中的局部内部短路将增加各个灯的电压降之间的差，使得该差超过技术者原本预期用于正常灯操作的值。此状态可由电压VL1与VL2的差与阈值相比较的条件式表示。若此差超过阈值，则对于灯L2辨识不可接受的局部短路条件且存在故障状态。可将此条件式表示为：若所有灯电压为非零，且(VL1-VL2)>Δ，则灯L2具有局部短路。应注意，在三个或更多个灯的情况中，可使用其他邻接灯测试灯L2是否具有短路。具体而言，若(VL3-VL2)>Δ，则L2亦将被辨识为具有短路。可将相同方法应用于串联中的任何灯以测试灯是否为短路。另外，可将若-则陈述进一步缩短为：若(VL1-VL2)>Δ，则灯L2具有局部短路。在其他实施方式中，故障检测方法亦可包括非邻接灯对之间的电压差的幅值。举例而言，若(VL1-VL3)>Δ，则灯L3具有局部短路。如前所述，阈值Δ的选择将依赖于灯强度的可容许变化，但可为小于跨越各个灯的平均电压的8％以便应用于RTP。
图14是用于针对串联的两个灯检测灯故障的电子部件的示意性表示。可将SCR驱动器连接至功率分配板，所述功率分配板在灯头中含有所有灯。在此实例中，仅示出单个对。将灯头中的所有灯分成径向对称区域，并将各个区域连接至单独的SCR驱动器，使得可对各个区域调节功率。将各个区域分成灯对，并将各个对连接至故障检测系统。此处示出一个这样的灯对L1及L2。
功率分配板具有导线，这些导线经连接至各个灯的任一侧上的点，使得可在灯的任一侧上的点处进行电压测量。V'1、V'2及V'3分别表示点1160、1162及1164处的模拟电压，及V1、V2及V3表示对应的数字值。各个导线具有大约1兆欧姆(Mega-ohm)的镇流电阻器(ballast resistor)。尽管本实施方式示出了约1兆欧姆的镇流电阻器，但可使用其他电阻值。在此实施方式中，镇流电阻器包括在功率分配板中，但在其他实施方式中可包括灯故障检测(LFD)板中。
灯故障检测(LFD)板包括DAQ模块和控制器模块。控制器使用数字电压值V1、V2及V3计算跨越各个灯的电压降。跨越L1的电压降为VL1＝V1-V3；跨越L2的电压降为VL2＝V2-V3。随后，控制器应用图式中所示的条件式以确定是否存在灯故障状态。若灯为开路或具有内部短路，则控制器将信号发送至使用者界面装置，该装置将允许检测到故障状态并辨识出故障灯。在如图14所示的本实施方式中，可设计灯故障检测系统以在开路情况中提供零电压示数。在其他实施方式中，该系统可仅指示已检测到开路，在此情况中如图14所示的所有灯开路的条件式可不再相关。
图15A是现有技术灯故障检测设备的示意图，图15B是本公开内容的实施方式的视图。两个图的比较展示出LFD板与功率分配板之间连接方法的差异。图示十五个区域，且各个区域含有SCR驱动器。尽管图15B示出了15个区域，但在本公开内容的其他实施方式中可使用不同数目的区域。在现有技术实例中，将各个区域和关联驱动器连接至灯故障检测(LFD)板1170，并将LFD板连接至功率分配(PD)板1172。LFD板1170至PD板1172的连接需要对准许多不同的连接器，且此为耗时过程。此外，此配置需要在可将任何功率输送至PD板1172和该PD板中的灯前存在LFD板1170。参照图15B，本实施方式示出了不同的连接配置。将各个区域中的SCR驱动器直接连接至PD板1174，使得可在无LFD板1176的情况下操作PD板1174和该PD板中的灯。单个连接器1178将允许PD板1174和LFD板1176被连接在一起，大大简化了两个板的连接。另外，由LFD板1176接收的电压信号将因大约1兆欧姆的镇流电阻器而达到约5V及约0.1mA。滤波器电路1180可将信号电压限制为最大由LFD板可见的约5V。
在图16中，更详细地示出本公开内容的LFD板的实施方式的结构。多针连接器(multi-pin connector)(诸如图9A及图9B所示的电气连接器906a、906b)将允许LFD板连接至功率分配板。来自各个灯区域中的各个灯对的电压信号将被输入至多路复用器(MUX)中，所述多路复用器将通过处理器1210经由通信信道(communication channel)1196按指示取样这样信号。ADC将模拟信号转换成数字值，这些数字值将被发送至处理器1210。在本实施方式中，将现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)用于处理器，但可使用其他处理器。FPGA可计算跨越各个灯对的各个灯的电压降。将利用灯故障条件式对FPGA进行预编程，并且FPGA将应用这些条件式以确定灯是否为开路状态或具有内部短路。将直流/直流转换器1198图示为LFD板的一部分。将通过直流至直流转换器逐步降低24V直流功率输入1200以向LFD部件提供功率。输入/输出电路系统1190将允许与FPGA通信，如由数据输入DIN 1194及数据输出DOUT 1192所表示的。
在本公开内容的前述实施方式中，已考虑串联的两个或更多个灯。在一些应用中，跨越电源仅连接一个灯可为理想的或必需的。举例而言，若灯头中的灯的总数目为奇数，但灯对将被用作各个故障检测电路的基本串联单元，则将剩余单个灯不成对。使用跨越各个灯的电压降的故障检测方法不可用于单个灯的情况中，除非对检测电路稍作修改或使用替代方法。以下灯故障检测方法处理这种单个灯情况。
图17示出了在一个灯不可与一个或更多个额外灯串联放置的情况中可如何使用灯故障检测方法。将两个灯L1及L2并联至电源，所述电源诸如所示的SCR驱动器，此可代表灯头中多个径向对称区域中的一个区域。跨越电源单独连接各个灯。接近于功率分配板内的各个灯安置霍耳效应电流传感器。将电流输出信号IL1及IL2发送至LFD板及多路复用器(MUX)，所述多路复用器可对信号进行取样并将信号发送至ADC以将模拟信号转换成数字。可随后将数字信号发送至处理器1310(诸如现场可编程门阵列(FPGA))，该处理器可将若-则陈述应用于电流信号以确定灯L1或L2是否处于故障状态。若-则陈述可仅仅为电流阈值β，该值与各个灯的电流信号作比较。举例而言，若IL1<β，则针对灯L1可存在故障状态。由于电流输出信号可极弱，可在LFD板中包括一个或更多个放大器1300以增强信号，并且可将灯故障若-则陈述应用于所放大的信号。
图18示出了典型的RTP时间与温度关系曲线。温度平稳段1410表示经通电但处于极低功率设置的灯，时间为恰在RTP循环开始之前。RTP循环开始由温度递增1420表示。可在此温度平稳段1410处或在极缓慢温度递增期间应用针对开路灯的检测方法。灯故障检测设备可以足够短的时间间隔针对开路状态检查灯头的各个灯，以允许仅在各个RTP腔室的RTP循环开始之前应用检测方法。可按可能为每日一次或两次的较小频率间隔且当对腔室产量不存在影响时对可为短路的灯执行故障检测。在其他实施方式中，可在RTP系统的定期维护期间执行灯故障检测方法。
灯故障检测方法亦可用于基于灯故障信息调节用于基板处理的热处理参数。在一个实施方式中，可在基板处理期间，针对对灯强度的变化及使用灯故障信号实行以便补偿故障灯的影响的对应灯功率调节最为敏感的那些灯区域执行短路或开路灯状态的检测方法。在其他实施方式中，可改变供给不同灯区域的功率，或在基板处理前、基板处理期间或基板处理后可改变不同工艺参数以补偿故障灯。
本公开内容的益处包括：通过在功率分配组件中提供开口用于灯头组件，使得容易、快速地更换灯，而无需移动整个灯头组件。开口被调整尺寸以允许灯从功率分配组件中通过。另外，本公开内容还提供一种灯故障检测方法，该方法通过仅在各个RTP腔室的RTP循环开始之前的不同时间处仅针对开路灯检查来避免减小RTP系统产量及最小化系统停机时间。仅针对开路灯检查将比针对开路及短路灯检查耗费更少时间，但开路灯将通常比仅局部短路的灯对辐射均匀性具有更大的影响。
尽管上文所述是针对本公开内容的实施方式，但是可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计出本公开内容的其他及进一步的实施方式，且本公开内容地范围由以下要求保护的范围确定。

Claims (14)

1.一种灯头组件，所述灯头组件包括：
用于发射辐射能的多个灯；
多个灯适配器，其中所述多个灯的每一个灯附接至相应的灯适配器；和
具有多个开口的功率分配组件，其中所述功率分配组件可移除地耦接至所述多个灯适配器并且能操作以通过各个灯适配器向各个灯提供功率，且所述多个开口中的各个开口被调整尺寸以允许一个灯从中通过，且其中所述多个灯适配器具有从所述功率分配组件的中心至所述功率分配组件的边缘在径向向外方向上逐渐增加的高度。
2.如权利要求1所述的灯头组件，其中所述功率分配组件是具有增加直径的多个同心圆区域的单个平坦电路系统板，并且各个圆区域含有所述开口中的一个或更多个。
3.如权利要求1所述的灯头组件，其中各个灯适配器具有与所述开口内所形成的电接触端子电气连通的电接触元件。
4.如权利要求1所述的灯头组件，其中所述多个灯的每一个具有相同的高度。
5.一种灯头组件，所述灯头组件包括：
用于发射辐射能的多个灯；
多个灯适配器，其中所述多个灯的每一个灯附接至相应的灯适配器；和
具有多个开口的功率分配组件，其中所述功率分配组件可移除地耦接至所述多个灯适配器，其中所述功率分配组件由不同高度处的多个同心环型电路系统板组成，且各个环型电路系统板含有所述开口中的一个或更多个，并且其中所述功率分配组件能操作以通过各个灯适配器向各个灯提供功率，且所述多个开口中的各个开口被调整尺寸以允许一个灯从中通过。
6.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
腔室主体，所述腔室主体具有上拱顶和与所述上拱顶相对的下拱顶；
基板支撑件，所述基板支撑件设置于所述腔室主体内；
灯头组件，所述灯头组件邻近于所述下拱顶安置，其中所述灯头组件具有多个灯和多个灯适配器，其中所述多个灯的每一个灯具有电接触端子并且附接至相应的灯适配器，并且所述多个灯适配器具有根据所述下拱顶的轮廓选择的高度；和
功率分配组件，所述功率分配组件耦接至所述灯头组件以向所述多个灯提供功率，其中所述功率分配组件是具有增加直径的多个同心圆区域的单个平坦电路系统板，其中所述多个同心圆区域的每一个围绕所述下拱顶中所形成的中央开口，且各个同心圆区域含有一个或更多个开口，其中各个开口被调整尺寸以允许一个灯从中通过。
7.如权利要求6所述的处理腔室，其中所述灯适配器具有与所述开口内所形成的电接触端子电气连通的电接触元件。
8.如权利要求6所述的处理腔室，其中所述灯根据所述下拱顶的轮廓具有不同高度。
9.如权利要求6所述的处理腔室，其中所述电接触端子与各个开口的内部圆周表面中所形成的导电容器电气连通，并且所述导电容器以搭扣配合或扭转锁定啮合接收接触引线以将所述多个灯通过所述多个灯适配器电气连接至功率源。
10.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
灯头组件，所述灯头组件具有用于发射辐射能的多个灯，其中所述多个灯的每一个具有电接触端子；
功率分配组件，所述功率分配组件耦接至所述灯头组件，其中所述功率分配组件向所述多个灯提供功率且具有多个开口，各个开口被调整尺寸以允许一个灯从中通过，并且其中所述功率分配组件由不同高度处的多个同心环型电路系统板组成，且各个环型电路系统板含有所述开口中的一个或更多个；
电压数据采集(DAQ)模块，所述电压DAQ模块被配置成在沿由所述多个灯中的串联灯的组形成的电路路径的不同取样位置处取样电压信号；和
控制器，所述控制器被配置成从所述电压DAQ模块接收所述取样电压信号的数字值，所述控制器基于跨越所述灯的至少两者的电压降检测所述串联灯之一或更多者中的故障，所述电压降由所述取样电压信号所确定。
11.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述电压DAQ模块包括与所述多个灯的每一个的所述电接触端子电气连通的电接触元件，且所述多个灯的每一个的所述电接触端子包括电源端子和接地端子。
12.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述控制器适用于基于跨越所述灯的第二者的零电压降检测所述灯的第一者的开路状态。
13.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述控制器适用于在跨越所述灯的第一者的电压降比跨越所述灯的第二者的电压降小阈值量以上的情况下检测所述灯的第一者的局部短路。
14.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述控制器适用于基于跨越一个或更多个灯的每一个的零电压降检测多个所述灯的开路状态。
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