CN107110603A - 用于低压环境的灯驱动器 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的实施方式涉及用于在热处理腔室中作为热辐射源的灯的灯驱动器。灯驱动器包括电源、至少两个DC/DC转换器、至少两个DC/DC转换器之间的直接连接、以及附接至直接连接且可附接至基准电压的接线，每个DC/DC转换器与电源串联。多个灯驱动器可用来为定位于接地灯头组件中的多个灯供电。灯与接地灯头组件之间的电位减少，其减少了灯与灯头组件之间产生电弧的风险。

Description

用于低压环境的灯驱动器
技术领域
本公开内容的实施方式大体涉及用于热处理基板的设备。具体言之，本公开内容的实施方式涉及用于在热处理腔室中作为辐射源的灯的灯驱动器。
背景技术
快速热处理(RTP)是用于在相对较短的时间周期内(如数秒或更少)于高温(通常为1200摄氏度或更高)下加热硅基板的半导体制造工艺。通常使用定位于灯头组件中的高强度灯(其未与处理区域流体连通)实现加热。灯头组件可在与处理区域中的压力匹配的减压下操作。在减压下，用于压力控制气体的最小击穿电压(break down voltage)较低，这增加了灯和灯头组件之间产生电弧的风险。
因此，需要一种改良的灯驱动器。
发明内容
本公开内容的实施方式涉及用于在热处理腔室中作为热辐射源的灯的灯驱动器。灯驱动器包括电源、至少两个DC/DC转换器、至少两个DC/DC转换器之间的直接连接、以及附接至直接连接且可附接至基准电压的接线，每个DC/DC转换器与电源串联。多个灯驱动器可用来为定位于接地灯头组件中的多个灯供电。灯与接地灯头组件之间的电位减少，其减少了灯与灯头组件之间产生电弧的风险。
在一个实施方式中，灯驱动器包括电源、至少两个直流到直流转换器、至少两个直流到直流转换器之间的直接连接、以及附接至直接连接且可附接至基准电压的接线，每个直流转换器与电源串联。
在另一个实施方式中，热处理设备包括定位于灯头组件中的多个灯，以及一个或更多个灯驱动器，一个或更多个灯驱动器的每个灯驱动器连接至多个灯的一个或更多个灯，且一个或更多个灯驱动器各自包括电源、至少两个直流到直流转换器、所述至少两个直流到直流转换器之间的直接连接以及附接至所述直接连接且可附接至基准电压的接线，各直流转换器与电源串联。
在另一个实施方式中，一种为定位于灯头组件中的多个灯供电的方法，包括将来自电源的480V交流电压转换为直流电压，使用至少两个直流到直流转换器将所述直流电压减少为一减小的直流电压，其中每个直流到直流转换器与所述电源串联，一直接连接位于所述至少两个直流到直流转换器之间，所述直接连接附接至接线，所述接线连接至基准电压。所述方法进一步包括将所述减小的直流电压供应至所述多个灯中的一个或更多个灯，并且所述多个灯与所述灯头组件之间的最大电位为约100V。
附图说明
本公开内容的特征已简要概述于前，并在以下有更详尽的讨论，可以通过参照实施方式(一些实施方式描绘于附图中)以作详细理解。然而，值得注意的是，附图仅绘示了本公开内容的典型实施方式，因此不应被视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他等效的实施方式。
图1是根据一个实施方式的热处理腔室的示意性截面图。
图2是根据一个实施方式的定位于灯头组件中的灯示意性截面图。
图3是根据一个实施方式的灯驱动器的电路图。
图4是根据另一个实施方式的灯驱动器的电路图。
图5是根据另一个实施方式的灯驱动器的电路图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标记代表图示中共有的相同元件。可以预期，一个实施方式中披露的元件可有利地用于其它实施方式中而无需赘述。
具体实施方式
图1是热处理腔室100的示意性截面图。热处理腔室100可以是RTP腔室、外延沉积腔室或任何其他合适的热处理腔室。如图1所示，热处理腔室100包括腔室主体120和设置在腔室主体120下方的灯头组件103。腔室主体120可包括顶部108和底部106。底部106可为石英窗。基板支撑件109可设置在顶部108和底部106之间以用于支撑基板102。处理区域122可由顶部108和基板支撑件109界定。定位于灯头组件103中的多个灯101可设置于底部106下方，以用于加热基板102。多个灯101可为任何合适的灯，如卤素灯。灯头组件103内部的压力可由气源110和真空泵111控制。灯头组件103内部的压力可与处理区域122中的压力是相同的。在一个实施方式中，处理区域122与灯头组件103中的压力系＝介于约1x10-5Torr与约10Torr之间。从气源110流出以用于控制灯头组件103内的压力的气体可以是任何合适的惰性气体，如氦。用于控制灯头组件103内的压力的惰性气体亦可用于冷却灯头组件103。灯头组件103可包括用于使冷却剂(如水)流动通过其中的冷却沟道(示于图2中)，冷却沟道形成于灯头组件103中。
配电板104可设置于灯头组件103下方以将电力从一个或更多个灯驱动器114分配至多个灯101。本说明书所述的诸如下方、上方、上、下、顶部及底部这些词汇可能不是指绝对方向，但可以指相对基于热处理腔室100的方向。底部拱形结构(dome)106和灯头组件103之间以及配电板104和灯头组件103之间的间隙可通过密封件107、117密封。一个或更多个温度感测器112(如高温计)可用于测量基板102的温度，且基于由一个或更多个温度感测器112测量的温度，温度控制器113可设定一个或更多个灯驱动器114的输出电压。在一个实施方式中，多个灯101包括多组串联连接的两个灯，以减少流到灯头组件的电流，且一个灯驱动器114连接至每组串联连接的两个灯。在另一个实施方式中，一个灯驱动器114连接到多个灯101中的各个灯101。
典型地，灯(如卤素灯)具有灯泡部分以及支撑灯泡部分的基部部分。基部部分可具有至少与所述灯泡部分的尺寸相同的尺寸(如直径)。作为一个典型的灯被定位在灯头组件中，用于典型灯的基部部分的区域可与用于典型灯的灯泡部分的区域实质上相同。为了最大化灯头组件的冷却效率，可减少用于基部部分的区域。灯头组件的冷却效率由灯和灯头组件之间的间隙界定。减少用于典型灯的基部部分的区域的一个方法是针对多个灯101利用无基部灯(baseless lamp)。图2绘示了定位于灯头组件103中的无基部灯101的例子。
图2是定位于灯头组件103中的灯101的示意性截面图。图2所示的灯101是无基部灯，但具有基部部分的灯可用于如上所述的其他实施方式中。灯101可包括灯泡部分206和从灯泡部分206延伸的引线202。引线202可连接至销203，销203连接至配电板104(示于图1中)。销203可以通过便于安装灯的绝缘体204而固持于配电板104(示于图1中)上。因为灯101不包括基部部分，所以用于基部部分的区域(在图2中以“A”表示)减少，使得在某些实施方式中引线202和灯头组件103之间的距离小于1毫米。具有减少的区域“A”，因为使用较少的冷却器体(如氦气)，灯头组件103的冷却更为有效。冷却沟道205可形成在灯头组件103中，以用于允许冷却剂流过其中。
灯头组件103可由金属材料制成且可接地。随着引线202与灯头组件103之间的距离减少，接地的灯头组件103与引线202之间产生电弧的风险增加。此外，用于控制灯头组件103内部的压力以及用于冷却灯头组件103的常用惰性气体可在低压(如介于约1x10-5Torr与约10Torr之间)下具有低击穿电压。在480Vrms交流电(AC)直接操作的传统灯驱动器可于灯与灯头组件之间提供约350V的电位，其可超过用于控制低压(如介于约1x10-5Torr与约10Torr之间)下的灯头组件内部压力的惰性气体的最小击穿电压。为了减少无基部灯101与灯头组件103之间的电位，使用一个或更多个灯驱动器114。
图3是根据一个实施方式的灯驱动器114的电路图。灯驱动器114包括电源301、至少两个直流到直流(DC/DC)转换器304、DC/DC转换器304之间的直接连接306、以及附接至直接连接304且可附接至基准电压(如接地)的接线305，每个DC/DC转换器304与电源301串联连接。在一个实施方式中，接线305连接至所述DC/DC转换器304之间的直接连接304的中心点。在其他实施方式中，接线305偏离所述DC/DC转换器304之间的中心点。灯驱动器114亦可包括整流器302以及脉宽调制器303。电源301可提供AC电力，其可具有一个或更多个相位(phase)，例如三个相位。在一个实施方式中，电源301提供480Vrms的AC电力。整流器302将来自电源301的AC电压转换为直流(DC)电压，即将AC电压“整流”为DC电压。在一个实施方式中，电源301是480Vrms的AC电源并且整流器302将480V交流电整流为700V直流。
在电力被转换为DC电压后，所述DC/DC转换器304(其可为降压DC/DC转换器(step-down DC/DC converter)，如降压转换器(Buck converter))将DC电压降低为减小的直流电压，然后将其提供给灯101。在一个实施方式中，以串联连接的至少两个灯101连接至一个灯驱动器114。每个灯101可以是具有约80V与约120V之间(如约100V)额定电压的卤素灯。在另一实施方式中，多个灯101中的每个灯101连接至一个灯驱动器114。供应给灯101的减小的DC电压可以降低灯101和灯头组件103之间的电位。如图3所示，灯101和灯头组件103之间的最大电位为约100V，其显著小于传统灯驱动器提供的电位。在约100V(其小于常用惰性气体(如氦气)的最小击穿电压)，减少了灯和灯头组件103之间产生电弧的风险。
图4是根据另一个实施方式的灯驱动器114的电路图。灯驱动器114包括电源401、至少两个DC/DC转换器406、所述DC/DC转换器406之间的直接连接408、以及附接至直接连接408且可附接至基准电压(如接地)的接线407，每个DC/DC转换器406与电源401串联连接。在一个实施方式中，接线407连接至所述DC/DC转换器406之间的直接连接408上的中心点。在其他实施方式中，接线407偏离所述DC/DC转换器406之间的中心点。灯驱动器114亦可包括整流器403、脉宽调制器404以及变压器405。电源401可以是三相位AC电源。整流器403可以与图3所述的整流器302相同。在一个实施方式中，电源401是三相位480V的AC电源且整流器302将480V交流电整流为700V直流电。
在电力被转换为DC电压后，所述DC/DC转换器406(其可与所述DC/DC转换器304相同)将DC电压降低为减小的直流电压，然后将其供应给灯101。在一个实施方式中，以串联连接的至少两个灯101连接至一个灯驱动器114。在另一实施方式中，多个灯101中的每个灯101连接至一个灯驱动器114。供应给灯101的减小的DC电压可以降低灯101和灯头组件103之间的电位。如图4所示，灯101和灯头组件103之间的最大电位为约100V，其显著小于传统灯驱动器提供的电位。在约100V(其小于常用惰性气体(如氦气)的最小击穿电压)，减少了灯和灯头组件103之间产生电弧的风险。
图5是根据另一个实施方式的灯驱动器114的电路图。灯驱动器114包括电源501、至少两个DC/DC转换器504，且每个DC/DC转换器与电源501串联连接。所述至少两个DC/DC转换器504可皆连至控制器505，并且接线506可附接至控制器505且可附接至基准电压(如接地)。在一个实施方式中，控制器505被定位在DC/DC转换器504之间的中心点。在其他实施方式中，接地的控制器505偏离所述DC/DC转换器504之间的中心点。灯驱动器114亦可包括整流器502和滤波器(filter)503。电源501可与图4中所述的电源401相同。整流器502可以是桥式整流器。在一个实施方式中，电源501是三相位480Vrms的AC电源且整流器502将480V交流电整流为700V直流。由整流器502整流的DC电压接着由滤波器503过滤。
过滤的DC电压接着被所述DC/DC转换器504(其可与所述DC/DC转换器304相同)降低为减小的DC电压，接着将其供应给灯101。在一个实施方式中，以串联连接的至少两个灯101连接至一个灯驱动器114。在另一实施方式中，多个灯101中的每个灯101连接至一个灯驱动器114。供应给灯101的减小的DC电压可以降低灯101和灯头组件103之间的电位。如图5所示，灯101和灯头组件103之间的最大电位为约100V，其为传统灯驱动器提供的电位的二分之一。在约100V(其小于常用惰性气体(如氦气)的最小击穿电压)，减少了灯和灯头组件103之间产生电弧的风险。
本发明所述的一个或更多个灯驱动器帮助减少灯与接地灯头组件(灯定位于其中)之间的电位，其允许灯与接地灯头组件之间的距离减少而没有产生电弧的风险。本发明所述的一个或更多个灯驱动器可以用于为基于卤素灯的加热器供电，以用于任何适合的低压应用。
虽然前面所述是针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计出本发明的其他与进一步的实施方式，并且本发明的范围有由以下权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种灯驱动器，包括：
电源；
至少两个直流到直流转换器，每个直流到直流转换器与所述电源串联；
直接连接，所述直接连接位于所述至少两个直流到直流转换器之间；和
接线，所述接线附接至所述直接连接并且可附接至基准电压。
2.如权利要求1所述的灯驱动器，进一步包括整流器。
3.如权利要求2所述的灯驱动器，进一步包括脉宽调制器。
4.如权利要求2所述的灯驱动器，进一步包括变压器。
5.如权利要求2所述的灯驱动器，其中所述整流器是桥式整流器。
6.如权利要求1所述的灯驱动器，其中所述电源是三相位交流电源。
7.一种热处理设备，包括：
多个灯，所述多个灯定位在灯头组件中；和
一个或更多个灯驱动器，其中所述一个或更多个灯驱动器的各者连接至所述多个灯中的一个或更多个灯，并且所述一个或更多个灯驱动器各自包括：
电源；
至少两个直流到直流转换器，每个直流到直流转换器与所述电源串联；
直接连接，所述直接连接位于所述至少两个直流到直流转换器之间；和
接线，所述接线附接至所述直接连接并且可附接至基准电压。
8.如权利要求7所述的热处理设备，其中所述一个或更多个灯驱动器中的各者进一步包括整流器。
9.如权利要求8所述的热处理设备，其中所述一个或更多个灯驱动器中的各者进一步包括脉宽调制器。
10.如权利要求8所述的热处理设备，其中所述一个或更多个灯驱动器中的各者进一步包括变压器。
11.如权利要求8所述的热处理设备，其中所述整流器是桥式整流器。
12.如权利要求7所述的热处理设备，其中所述多个灯的各者是无基部灯。
13.一种用于为定位在灯头组件中的多个灯供电的方法，包括以下步骤：
将来自电源的480V交流电压转换为直流电压；
使用至少两个直流到直流转换器将所述直流电压减少为减小的直流电压，其中每个直流到直流转换器与所述电源串联，并且其中一直接连接位于所述至少两个直流到直流转换器之间，所述直接连接附接至接线，所述接线连接至基准电压；和
将所述减小的直流电压供应至所述多个灯中的一个或更多个灯，其中所述多个灯与所述灯头组件之间的最大电位为约100V。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤：使惰性气体流入所述灯头组件中，其中所述灯头组件内部的压力介于约1x10-5Torr与约10Torr之间。
15.如权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤：使冷却剂流动通过所述灯头组件。
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