TWI640032B - 具有過卷的管狀光源 - Google Patents

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Abstract

本發明的實施例一般而言相關於具有螺旋燈絲的管狀燈具，該螺旋燈絲具有過卷纏繞著該線圈。一個實施例中，該管狀燈具具有螺旋線圈燈絲，且該螺旋線圈具有過卷纏繞著該螺旋線圈。

Description

具有過卷的管狀光源
本發明的實施例一般而言相關於管狀燈具。更具體而言，在此所述之實施例係相關於用在快速熱處理(rapid thermal processing,RTP)設備的管狀燈具。
快速熱處理(RTP)系統被採用於半導體晶片製造中，以產生、化學改變或蝕刻半導體基材或晶圓上的表面結構。RTP通常係依賴於高強度的白熾燈具陣列，該等白熾燈具係適配至燈頭中並導向至該基材。該等燈具係由電力供電，且該等燈具可非常快速地關閉及開啟，且大部分的該等燈具之輻射可被導向至該基材。因此，可在不需要大幅地加熱腔室的情況下非常快速地加熱該基材，且一旦電力從該等燈具移除時，該基材可幾乎同樣快速地冷卻。
用於RTP設備的燈具通常係單端點燈具，每個該等燈具具有用於電性接觸的插口，該插口設置在該燈具的一個端點。該等單端點燈具一般係相對於該基材而垂直定向。此配置中，僅有相對於該插口的該端點係導向至該基材，而該燈具的延長主體在平行於該基材的方向中輻射熱。通常，來 自該燈具的大約一半之輻射能量離開朝向該基材。來自該燈具的大約一半之輻射能量係在該燈具中及該燈頭結構中被吸收。相較於在開放空間中輻射的燈具，此舉可能造成該燈具達到高出許多的溫度。若該燈具變得過熱，則平均燈具壽命可能大幅地減少。該燈頭中所吸收的熱也可能造成該燈頭變形。一種維持相同的輻射能量輸出而同時減少燈絲溫度的方式係增加該單端點燈具內之該燈絲的表面面積，例如提供過卷(overwind)給該燈絲。然而，具有更高的加熱效率及更低的燈絲溫度係所期望的。
因此，用於RTP設備之改善燈具係所需求的。
本發明的實施例一般而言相關於具有線圈燈絲的管狀燈具，該線圈燈絲具有過卷纏繞著該線圈。一個實施例中，該管狀燈具具有螺旋線圈燈絲，且該螺旋線圈具有過卷纏繞著該螺旋線圈。
管狀燈具於一個實施例中揭示。該管狀燈具包含管狀包層及螺旋燈絲，該管狀包層具有第一端點及第二端點，且螺旋燈絲具有第一直徑。該螺旋燈絲從該第一端點延伸至該管狀包層的該第二端點，且該螺旋燈絲具有過卷，該過卷具有第二直徑。該管狀燈具進一步包含該第一直徑比該第二直徑的比例，該比例範圍從大約3：1至大約15：1。
另一個實施例中揭示了用於RTP設備的管狀鹵素燈具。該管狀鹵素燈具包含具有第一端點及第二端點的包層，及從該第一端點延伸至該第二端點的螺旋燈絲。該螺旋燈絲 具有過卷。
100‧‧‧管狀燈具
102‧‧‧管狀包層
104‧‧‧燈絲
106‧‧‧燈具基座
108‧‧‧金屬薄片
110‧‧‧引入導體
112‧‧‧第二引入導體
114‧‧‧燈絲支座
202‧‧‧主線圈
204‧‧‧過卷
300‧‧‧燈絲
302‧‧‧主螺旋線圈
304‧‧‧過卷
400‧‧‧管狀燈具
402‧‧‧環狀包層
404‧‧‧燈絲
406‧‧‧線圈支架
408‧‧‧端點
410‧‧‧內部引線
412‧‧‧支座/內部引線
414‧‧‧金屬薄片
416‧‧‧壓合密封件
418‧‧‧外部引線
420‧‧‧介電質板材
422‧‧‧毛細管
500‧‧‧管狀燈具
502‧‧‧環狀包層
504‧‧‧燈絲
506‧‧‧線圈支架
508‧‧‧端點
510‧‧‧內部引線
512‧‧‧內部引線/支座
514‧‧‧金屬薄片
516‧‧‧壓合密封件
518‧‧‧外部引線
600‧‧‧燈具
602‧‧‧接線區段
604‧‧‧燈絲
為了使上述的本發明之特徵能詳細地被理解，在以上簡要總結的發明之更具體的描述可參照實施例，某些該等實施例係在附圖中繪示。然而，應注意到該等附圖僅繪示本發明典型的實施例，且因此不應被認定係限制本發明之範疇，因為本發明可能承認其他等效的實施例。
第1圖係依據本發明實施例的管狀燈具之側視圖。
第2圖係依據本發明一個實施例的燈絲之放大局部側視圖，該燈絲位於第1圖的該管狀燈具內。
第3圖係依據本發明另一個實施例的燈絲之放大局部側視圖，該燈絲位於第1圖的該管狀燈具內。
第4A圖係依據本發明一個實施例的管狀燈具之頂視圖。
第4B圖係依據本發明一個實施例的第4A圖中之該管狀燈具的局部側視圖。
第4C圖係依據本發明一個實施例的第4A圖中之該管狀燈具的局部側視圖。
第5A圖係依據本發明一個實施例的管狀燈具之頂視圖。
第5B圖係依據本發明一個實施例的第5A圖中之該管狀燈具的局部側視圖。
第6圖係依據本發明一個實施例的燈具之頂視圖。
為了促進理解，相同的參考符號在可能的地方被用 於指定該等圖式共有的相同元件。應考量到，一個實施例中揭示的元件可在沒有特定敘述下而有益地利用於其他實施例。
本發明的實施例一般而言相關於具有線圈燈絲的管狀燈具，該線圈燈絲具有過卷纏繞著該線圈。一個實施例中，該管狀燈具具有螺旋線圈燈絲，且該螺旋線圈具有過卷纏繞著該螺旋線圈。
第1圖係依據本發明實施例的管狀燈具100之側視圖。管狀燈具100可為白熾燈具。一個實施例中，管狀燈具100為鹵素燈具。管狀燈具100具有管狀包層102，該管狀包層具有兩個端點。每個端點係連接至燈具基座106。包層102可由透光材料製成，例如石英、矽玻璃，或鋁矽酸鹽玻璃(aluminosilicate glass)。管狀包層102的截面可為圓形的。管狀包層102的該截面可具有非圓形的形狀，例如方形、矩形、三角形或多邊形。某些實施例中，管狀包層102的該截面在包層102的整個長度上可為相對均勻的。其他實施例中，管狀包層102的該截面可為非均勻的，使得位於該兩個端點的該等截面係不同的。包層102可為幾乎直線的，或可呈現弧形或弧形及直線區段的串聯之形態，而非如第1圖中所示之較簡單的直線形態。包層102可為圈環(loop)，其中包層102的該兩個端點係鄰接的。一個實施例中，包層102係環狀的(toroidal)。
燈具基座106包括金屬薄片108，該金屬薄片係用 於將引入導體110(lead-in conductor)耦合至第二引入導體112。引入導體110、112可由具有良好導電性的材料所製成，例如鉬(molybdenum)、鎢(tungsten)、鍍鎳鋼(nickel plated steel)，或任何其他具有低電阻及具有可靠地承載高電流能力的金屬。通常對於鹵素燈具而言，引入導體112係由鉬或鎢所製成。對於矽包層而言，該金屬薄片密封件係由鉬所製成。
於該管狀燈具製造時，燈具基座106係在該金屬薄片區域上壓合在一起以形成壓合密封件，該壓合密封件密閉地將管狀包層102密封。一個實施例中，密封包層102係充滿了包括鹵素的氣體。產生輻射的燈絲104係設置在包層102中並以包層102的軸向長度延伸，該燈絲係以線圈形式顯示。燈絲104的該等端點係耦合至第二引入導體112。燈絲104可為電阻式金屬線，例如鎢線或摻雜鉀的鎢線。燈絲104的電特性可藉由改變參數而調整，該等參數例如每單位長度重量、直徑及螺旋參數。運作中，燈絲104能以高達大約每燈絲104毫米100W至200W的瓦特數範圍產生輻射，且運作電壓大約120V。一個實施例中，燈絲104的長度大約係10mm。通常，該輻射係在深紫外線、紫外線、可見光、或近紅外光的範圍內。
一個實施例中，燈絲104係具有過卷纏繞著線圈的線圈。另一個實施例中，燈絲104係具有過卷纏繞著螺旋線圈的螺旋線圈。在該線圈或螺旋線圈上的該過卷增加了該燈絲的該表面面積，且因此增加了該輻射的強度。燈絲104的表面面積增加之另一個結果係使管狀燈具100在較低的燈絲 溫度下運作而同時具有相同的輻射輸出。
複數個燈絲支座114係在包層102內沿著燈絲104間隔隔開設置。燈絲支座114可為連接至燈絲104的薄線，且該燈絲支座可向外延伸至包層102的牆壁以減少燈絲104下垂的機會。燈絲支座114係沿著燈絲104而週期性地擺設。一個實施例中，燈絲支座114係沿著燈絲104每隔2cm擺設。燈絲支座114可由例如鎢的電阻式金屬製成。任何合適的燈絲支座可被用來當作燈絲支座114。
依據本發明的一個實施例，第2圖係第1圖之管狀燈具100內的燈絲104之放大局部側視圖。如第2圖中所示，燈絲104具有主線圈202及纏繞著主線圈202的過卷204。主線圈202及過卷204可為電阻式金屬，例如鎢或摻雜鉀的鎢。一個實施例中，主線圈202係由摻雜鉀的鎢所製成，且過卷204係由鎢所製成。另一個實施例中，主線圈202及過卷204兩者皆由摻雜鉀的鎢所製成。燈絲104係藉由將過卷204緊密地纏繞著直導線而製造。該直導線接著被捲曲以形成具有過卷204的主線圈202。過卷204可增加該線圈之該表面面積的大約40%至大約80%。有了增加的表面面積，燈絲104可在較低的燈絲溫度而產生同量的輻射能量。
複數個燈絲104具有過卷204的管狀燈具，例如管狀燈具100，可被擺設於RTP設備中。管狀燈具100可幾乎平行於該基材。有了管狀燈具100的延長主體放射輻射朝向該基材，相較於由單端點燈具加熱，該基材可更有效地被加熱。此外，相較於通常呈現大幅再吸收的單端點燈具，該等 管狀燈具有了水平定向可更直接地以小量的再吸收而輻射至該基材。若有需求，該等管狀燈具可設置於反射器中以捕捉放射離開該基材的輻射。
過卷204可具有比主線圈202更小的直徑。主線圈202的直徑比過卷204的直徑之比例的範圍可從大約3：1至大約15：1，例如大約6：1至大約12：1之間。一個實施例中，該比例係大約10：1。過卷204可具有介於大約1.1及大約2.0之間的螺距比(pitch ratio)。該螺距比係兩個完整迴轉之間的距離除以該過卷的該直徑。一個實施例中，該螺距比係大約1.4。
長時間暴露於高溫度可能使過卷204「熔化」至主線圈202內。然而，對於在RTP腔室中執行的製程而言，例如退火(annealing)，溫度中的尖峰通常具有少於1秒的高溫度暴露。因此，具有例如過卷204的過卷之管狀燈具在RTP腔室中可能係有用的。
依據本發明的另一個實施例，第3圖係第1圖之管狀燈具100內的燈絲300之放大局部側視圖。燈絲300具有主螺旋線圈302及過卷304，該過卷纏繞著主螺旋線圈302。第3圖顯示由直線部分連接的兩個螺旋區段，且過卷304係顯示為纏繞著該直線部分以繪示過卷304係纏繞著螺旋線圈302。某些實施例中，該直線部分可被移除，且過卷304可纏繞螺旋線圈302的整個長度。燈絲300係藉由將過卷304緊密纏繞直導線而製造。該直導線接著捲曲兩次以形成具有過卷304的主螺旋線圈302。再次地，主螺旋線圈302的直徑比過卷304的直徑之比例範圍可從大約3：1至大約15：1，例如 介於大約6：1及大約12：1之間。一個實施例中，該比例係大約10：1。過卷304可具有介於大約1.1及大約2.0之間的螺距比。一個實施例中，過卷304可具有大約1.4的螺距比。
依據本發明的一個實施例，第4A圖係管狀燈具400的頂視圖。管狀燈具400具有環狀包層402及設置於包層402中的燈絲404，該燈絲係符合包層402的形狀。燈絲404可為具有過卷的螺旋燈絲或具有過卷的螺旋線圈燈絲。複數個線圈支架406係沿著包層402而間隔隔開設置。燈具400具有單一端點408。
第4B圖係燈具400在端點408的局部側視圖。燈絲404的該兩個端點並無相交，反而燈絲404的每個端點係在端點408接合至內部引線410。內部引線410係由支座412固定位置。內部引線410延伸至壓合密封件416內，該壓合密封件係內部引線410由金屬薄片414連接至外部引線418處。
依據另一個實施例，第4C圖係燈具400在端點408的局部側視圖。如第4C圖中所示，介電質板材420可擺設於內部引線410之間以防止電弧(arcing)。介電質板材420可由石英製成。額外地或替代地，每個內部引線410可設置於毛細管422內，該毛細管係由介電質材料製成。毛細管422可延伸至壓合密封件416中，如第4C圖中所示。
依據本發明的一個實施例，第5A圖係管狀燈具500的頂視圖。管狀燈具500具有環狀包層502及設置於包層502中的燈絲504，該燈絲係符合包層502的形狀。燈絲504可為具有過卷的螺旋燈絲或具有過卷的螺旋線圈燈絲。複數個線 圈支架506係沿著包層502間隔隔開設置。燈具500具有一或更多個端點508。端點508可沿著包層502平均地間隔隔開。
第5B圖係燈具500於一個端點508的局部側視圖。燈絲504可為連續的圈環且該燈絲係在端點508連接至內部引線510。內部引線510係由支座512固定位置。內部引線512延伸至壓合密封件516中，該壓合密封件係內部引線510由金屬薄片514連接至外部引線518處。
依據一個實施例，第6圖係燈具600的頂視圖。燈具600包含複數個直的接線區段602，每個接線區段602可為如第1圖中所示的環狀燈具100。每個接線區段可包含燈絲604，該燈絲可相同於燈絲104。接線區段602的數量可取決於製程需求而改變。一個實施例中，有八個接線區段形成了八角形狀的燈具600。
總結而言，揭示了具有線圈燈絲或螺旋線圈燈絲的管狀燈具。過卷係纏繞著該線圈燈絲或螺旋線圈燈絲。因此，該燈絲的該表面面積係增加的，且該燈絲溫度在減少的同時維持了相同的輻射能量輸出。
雖然前述的針對本發明的實施例，其他及進一步的本發明之實施例可在不背離本發明基本範疇的情況下被設計，且本發明的範疇係取決於以下的專利申請範圍。

Claims (16)

  1. 一種管狀燈具，該管狀燈具包括：一管狀包層，該管狀包層具有一第一端點及一第二端點；一螺旋燈絲，該螺旋燈絲具有一第一直徑，該螺旋燈絲從該管狀包層的該第一端點延伸至該管狀包層的該第二端點，其中該螺旋燈絲具有一過卷(overwind)，該過卷具有一第二直徑和介於大約1.1及大約2.0之間的一螺距比(pitch ratio)且其中該螺旋燈絲包含一螺旋線圈；及該第一直徑比該第二直徑的一比例，該比例範圍從大約3：1至大約15：1。
  2. 如請求項1所述之管狀燈具，其中該螺旋燈絲包括摻雜鉀的鎢。
  3. 如請求項2所述之管狀燈具，其中該過卷包括鎢。
  4. 如請求項2所述之管狀燈具，其中該過卷包括摻雜鉀的鎢。
  5. 如請求項1所述之管狀燈具，其中該第一直徑比該第二直徑的該比例係介於大約6：1及大約12：1之間。
  6. 如請求項1所述之管狀燈具，其中該管狀包層係一弧形。
  7. 如請求項1所述之管狀燈具，其中該管狀包層係圓形的，其中該第一端點及該第二端點相鄰接。
  8. 一種用於快速熱處理(rapid thermal processing,RTP)設備的管狀鹵素燈具，該管狀鹵素燈具包括：一包層，該包層具有一第一端點及一第二端點；及一螺旋燈絲，該螺旋燈絲從該第一端點延伸至該第二端點，其中該螺旋燈絲包含一螺旋線圈和其中該螺旋燈絲具有一過卷，及該過卷具有介於大約1.1及大約2.0之間的一螺距比(pitch ratio)。
  9. 如請求項8所述之管狀鹵素燈具，其中該螺旋燈絲包括摻雜鉀的鎢。
  10. 如請求項9所述之管狀鹵素燈具，其中該過卷包括鎢。
  11. 如請求項9所述之管狀鹵素燈具，其中該過卷包括摻雜鉀的鎢。
  12. 如請求項8所述之管狀鹵素燈具，其中該螺旋燈絲具有一第一直徑，且該過卷具有一第二直徑，其中該第一直徑比該第二直徑的該比例範圍從大約3：1至大約15：1。
  13. 如請求項12所述之管狀鹵素燈具，其中該第一直徑比該第 二直徑的該比例係介於大約6：1及大約12：1之間。
  14. 如請求項8所述之管狀鹵素燈具，其中該管狀包層係幾乎直線的。
  15. 如請求項8所述之管狀鹵素燈具，其中該管狀包層係圓形的，其中該第一端點及該第二端點相鄰接。
  16. 一種用於快速熱處理(RTP)設備的管狀鹵素燈具，該管狀鹵素燈具包括：一環狀包層；及一連續的螺旋燈絲，該連續的螺旋燈絲具有設置於該包層中的一過卷，其中該螺旋燈絲符合該包層的該形狀，其中該螺旋燈絲包含一螺旋線圈和該過卷具有介於大約1.1及大約2.0之間的一螺距比(pitch ratio)。
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