TWM516811U - 用於電氣及機械連接一加熱裝置之加熱元件，及用於加熱cvd反應器之基座的加熱裝置 - Google Patents
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Description
本新型涉及一種用於電氣及機械連接用來加熱一CVD反應器之一基座的一加熱裝置的一加熱元件與一供電元件的裝置，該裝置具有用於與該加熱元件相連接的一頭部、用於與該接觸件相連接的一支腳及佈置在該頭部與該支腳之間的一桿部。
本新型亦涉及一種用於加熱一CVD反應器之一基座的加熱裝置，使用至少一個連接器使該加熱元件之加熱元件與一供電元件相連接。
由US 4,292,504、US 5,759,281或US 7,645,342已知用於連接加熱裝置的加熱元件的連接器，該加熱裝置用於加熱CVD反應器之基座。
由US 2,625,635已知髮卡形加熱器，借此加熱水。在保護管內，螺旋形的加熱絲嵌入地在隔離體內延伸，該加熱絲經由具有螺紋的接觸銷與終端觸點相連接。終端觸點具有螺紋，螺母旋緊在該螺紋上，以便對環形終端接觸件鎖止。終端觸點的鄰接在螺紋部段上的部段具有壓花部段及展平部段，以便在澆鑄體內阻止轉動地鎖止。
CVD反應器具有反應器殼體、佈置在反應器殼體內的進氣設備，利用該進氣設備將處理氣體導入處理室中。處理室具有基座，待塗覆的基板位於基座上。為了使基板達到塗覆溫度，憑藉熱輻射自下對基座加熱。為了產生熱輻射而使用根據本新型的加熱裝置。根據本
新型的加熱裝置具有供電元件、例如接觸板形式的供電元件，連接器自接觸板上伸出。每一連接器與至少一個加熱元件相連接。每一加熱元件之兩端使用連接器與兩個不同的供電元件相連接，使得可經由供電元件使電流導通經過加熱元件。在此，加熱元件發熱，且將其熱量以熱輻射的形式向基座輸送。在此，加熱元件一直加熱至白熾。極度耐高溫之加熱元件由鎢絲構成。連接器同樣亦可由鎢製成，然而亦可由不鏽鋼或鉬製成。因為連接器具有比加熱元件明顯更大的直徑，所以連接器具有比加熱元件明顯更低的每單位長度歐姆電阻。此情況使得在加熱元件與連接器之頭部的連接點上出現極高的溫度差(溫度梯度)。
本新型目的在於，提供一種用於減小此溫度差的措施。
藉由申請專利範圍中所指定的本新型實現該目的，其中本新型涉及一種特定開發之連接器且亦涉及一種具有此所開發連接器之加熱裝置。
首先且主要規定，該連接器之桿部至少局部具有比頭部小的橫截面區域。由此使得在該桿部內的沿觸點之延伸方向的每單位長度電阻比該頭部內的要大，使得在該桿部內產生比在該頭部內大的一每單位長度熱輸出量。較佳地，該連接器之該頭部具有比形成加熱元件的一捲繞線材的一螺紋的橫截面區域更大的一橫截面區域。形成該加熱元件之該線材較佳是一鎢絲。兩股加熱絲可並排延伸並形成一雙股螺旋線。該頭部之該橫截面區域較佳比該桿部之該橫截面區域的雙倍更大。該連接器較佳具有一直線型的延伸段。該連接器之一個端部形成該頭部。該連接器之另一端部形成一支腳。該桿部在該頭部與該支腳之間延伸。該桿部之長度較佳大於該桿部之直徑。該桿部、該頭部及該支腳可分別具有一圓形橫截面區域，其中，該支腳之該橫截面區域大於該桿部之該橫截面區域。該支腳之該橫截面區域可對應於該頭部
之該橫截面區域。在形成一錐形部段的情況下，大體呈圓柱形的該頭部可過渡至直徑減小的該桿部。在形成一錐形部段的情況下，該桿部又可過渡至該支腳。該頭部及該支腳可與該桿部一體式形成。該連接器由此可形成為一銑削件。在本新型的一種變型方式中規定，該頭部具有具備一大體呈圓形橫截面的一通道。開口可朝該頭部之端面敞開。該開口之軸線較佳橫向於該桿部之該延伸方向延伸。一加熱元件(尤其為一捲繞的加熱絲)可插入於此通道中。提供一緊固件，利用該緊固可將該加熱元件固定在該通道中。該緊固件可呈一埋頭螺栓形式，該埋頭螺栓旋擰穿過該通道開口之壁中的一螺紋孔。在另一種變型方式中，該頭部可形成一接觸臂。該接觸臂可沿橫向於該桿部之軸線的該延伸方向自該頭部伸出。該接觸臂可被形成為一插入件，且利用一插入部段插入於該頭部之一插口中。該接觸臂與該加熱元件相連接。若該加熱元件是一捲繞的加熱絲，則該加熱絲可一定程度上旋緊在該接觸臂上。在此，該加熱絲的每圈螺紋皆位於該接觸臂的螺紋之槽中。可在該加熱絲上置放一套管。隨後該接觸臂較佳插入於該套管內。該套管之內壁接觸地貼靠在該加熱元件之線圈上。在另一種關於該連接器之該支腳的組態變型方式中規定，該支腳具有一錐形部段。此錐形部段在此呈一截錐部段形式，該截錐部段較佳鄰接一圓柱形部段。該連接器之該支腳憑藉此截錐部段插入於一接觸板之一錐形孔中。由此在該連接器與該接觸板之間提供一理想的接觸面。在該錐形部段的直徑變小的端部上連接有一外螺紋部，一固定螺母可旋緊在該外螺紋部上。藉由插入一墊片，使該螺母支承在該接觸板之底側上。提供一止動件，以避免在該加熱裝置加熱或冷卻期間使該螺母自該外螺紋上鬆脫。該止動件可是一形狀接合件，其貫穿插入於該外螺紋部的一開口中。該止動件可具有可彎曲的一舌狀件，以便貼靠在該螺母之一多邊形面上或插入於該螺母的外壁的一軸向槽中，從而避免該螺
母發生轉動。
該頭部之該特定組態(即該通道及/或該接觸臂)及該支腳之該特定組態(即貼靠在一孔之一錐形壁上的一錐形接觸面)是相對於現有技術具有創造性的改進設計。
以下結合附圖對本新型的實施例之實例進行解釋。
圖1展示CVD反應器的基本構造，其中，為簡明起見，大量為運行CVD反應器所需的組件並未被展示。在氣密的殼體1中具有進氣設備2，該進氣設備利用未展示的供氣管路輸入處理氣體、運載氣體及沖洗氣體。此等氣體通過出氣口進入處理室3中，處理室的底部由基座5形成，被塗覆的基板4位於基座上。在此，基板可是矽基板或III-V主族元素基板，半導體層、絕緣層或導體層可沈積在該基板上。憑藉加熱裝置6自下對由石墨構成的基座5進行加熱。
佈置在處理室3上方的進氣設備2可主動冷卻。由此在加熱裝置6與進氣設備2之間形成較陡的溫度梯度。加熱裝置6必須傳遞足夠之熱值，以便基座5之朝向處理室3的表面被加熱至1000℃以上。
在該溫度下，進入處理室的氣態處理氣體發生反應，其中涉及第III或第II主族元素的金屬有機化合物及第IV、第V或第VI主族元素的氫化物。
圖2至圖4展示一般加熱裝置，如在圖1中所示意性展示。加熱裝置6由三個加熱器7、8、9構成。中間的加熱器由圓盤形加熱器7形成，該圓盤形加熱器被兩個環形加熱器8、9圍繞。三個同軸相互嵌套的加熱器7、8、9中之每一者皆可獨立於其他加熱器被單獨供電。
加熱器7、8、9中之每一者均具有一或多個加熱元件10，該等加熱元件圍繞加熱裝置的共同中心纏繞成螺旋線。在螺旋線上相繼提供多個加熱元件10，此等加熱元件各自通過連接器11與接觸板相連接。接觸板作為一供電元件36以提供電力供應，使得電流可流過加熱元件
10。為簡明起見未詳細展示加熱元件10。
圖5至7展示了本新型的第一實施例，用於使加熱元件10與供電元件36相連接。
加熱元件10是由兩股螺旋捲繞的鎢絲構成的雙股加熱絲。加熱元件10在相對於供電元件36平面之平行面上延伸。加熱元件10的端部(即加熱絲的最後幾圈)藉由連接器11與供電元件36相連接。
連接器11具有頭部12，該頭部具有具備圓形橫截面的通道14。通道軸線橫向於連接器11之縱軸延伸。加熱元件10之螺旋線圈位於通道中。通道14朝向頭部12的端面開放。憑藉埋頭螺栓15可將加熱元件10固定在通道14中，該埋頭螺栓旋緊在通道14之壁的螺紋孔中。
頭部12具有大體呈圓形的橫截面。通道14位於屬於連接器11之端部的圓柱形部段中。在形成錐形部段22的情況下，形成頭部的圓柱形部段過渡至圓柱形桿部21。桿部21之軸線定義了連接器11的縱軸線。桿部21之直徑小於頭部12之直徑。桿部21的橫截面區域比頭部12的橫截面區域小50%。
在桿部21上鄰接有另一錐形部段23，此部段過渡至直徑增大之部段25。在此，該直徑增大之部段呈圓柱形部段25之形式，其直徑等於頭部12的直徑。圓柱形部段25亦具有圓形水平截面。
圓柱形部段25屬於連接器11之支腳24，利用該支腳使連接器11與供電元件36相連接。為了確保在連接器11與供電元件36之間儘量大面積的接觸，支腳24具有呈錐形之截錐部段26，其插入於供電元件36的錐形孔37內。
連接器11之與頭部12對置的定位之端部由外螺紋部段27形成，螺母35旋擰在該外螺紋部段上。藉由在中間安置墊片34(截錐部段26可延伸穿過該墊片)，使螺母35被支承在供電元件36的底側上，以便在截錐部段26上施加拉應力。
連接器11基本上是旋轉對稱體，其頭部12、桿部21及支腳24具有共同的延伸軸線。連接器11可形成為銑削件。可使用圓柱形的坯料，其中，可藉由切削加工形成桿部11及錐形部段22、23、26以及外螺紋部段27。
在加熱及冷卻期間發生熱力學運動。在此，為了避免螺母35自外螺紋部段27上鬆脫而提供止動件31。止動件31是帶有舌狀件32的小板。舌狀件形成T形體之T形長邊。兩T形側邊33形成固定接片。舌狀件32在較窄的橫向開口29中插入穿過外螺紋部段27。舌狀件32的端部則朝螺母向上彎曲，以便貼靠在螺母35的多邊形面中的一者上。
縫隙29憑藉縫隙部段30朝外螺紋部段27之端面28敞開。由此，用於插入止動件31之舌狀件32的縫隙具有T形橫截面。
在圖8至13中所說明的實施例主要僅在螺母35的形狀及加熱元件10與頭部12之間的電接觸形成方面與第一實施例不同。在此，螺母35被設計為滾花螺母。該滾花螺母具有沿軸向延伸的槽，該槽與沿軸向延伸的接片交替。在槽中可插入止動件31的向上彎曲的舌狀件32。連接器11之頭部12具有開口17，接觸臂16之插入端插入於該開口中。接觸臂16由此橫向於連接器11(即連接器11之桿部21)的延伸方向延伸。在橫向於頭部12伸出的接觸臂16的自由端部上定位有內螺紋18。接觸臂16的承載內螺紋18的部段設計為稍呈圓錐形的。頭部12形成一凹部19，其具有一凹陷的形態。橫向於凹部19延伸的壁有開口17的孔口，接觸臂16的螺紋18之部段自該開口伸出。
接觸臂16藉由其螺紋18旋入螺旋形的加熱元件10中，從而使加熱絲嵌合進螺距的槽中。
該兩個實施例不僅用於以機械性的形式對加熱元件進行固定，且亦對加熱元件10進行供電。
由於加熱元件10之直徑明顯小於連接器11的直徑，因此加熱元件
10具有比連接器11明顯更大的每單位長度電阻，此情況導致在連接器11的長度上的電壓降明顯小於在加熱元件10的相同長度上的電壓降。因此，加熱元件10亦比連接器11明顯更劇烈地被加熱。加熱元件被加熱至1000℃以上之溫度。鑒於由桿部21所形成的直徑減小部段，在連接器11的區域內的每單位長度電阻減小。此情況導致了連接器11在桿部的區域內亦被明顯加熱。此情況導致了頭部12的溫度梯度小於直徑較大的桿部21的溫度梯度。
在圖14及15所說明的實施例中，套管20插套在接觸臂16上。套管在整個接觸臂16上延伸，且貼靠接觸於形成有開口17的凹部19的側面上而貼靠。套管20沿連接器11之延伸方向的橫向方向延伸。加熱元件10貼靠在套管20的內壁上，且由此機械式地固定在螺紋18的旋紋內。
接觸臂16較佳同樣由鎢製成。接觸臂16的插入端可使用未說明之螺栓或開口銷固定在開口17中。插入端亦可被設計為稍呈圓錐形的，從而使內壁上的錐形面與同樣設計為錐形的開口17相貼靠。
上文實施例用於闡述被整體包含在本申請中的新型，本新型至少藉由以下技術特徵組合分別對現有技術作出創造性的改進，即：一種裝置，其中桿部21至少局部具有比頭部12更小的橫截面區域；一種裝置，其中桿部21的橫截面區域比頭部12的橫截面區域小50%；一種裝置，其中尤其在形成錐形部段22的情況下，具有原型橫截面之頭部12過渡至尤其具有圓形橫截面的桿部21，其中，桿部21之長度大於其直徑；一種裝置，其中支腳24的橫截面區域大於桿部的橫截面區域，且尤其大約等於頭部12的橫截面區域；
一種裝置，其中頭部12之軸向長度大約等於頭部12之直徑；一種裝置，其中加熱元件10由至少一股捲繞的線材形成；一種裝置，其中頭部12具有尤其橫向於桿部21之延伸方向延伸的、用於容納加熱元件10的通道14，加熱元件尤其憑藉螺栓15被固定在通道14中；一種裝置，其中頭部12具有承載加熱元件10的接觸臂16，其中，加熱元件10尤其由並排延伸捲繞的兩線材形成，該等線材位於接觸臂16的螺紋18之槽內，且尤其規定，位於螺紋18之槽內的螺旋線圈部段插入於套管20中；一種裝置，其中支腳24具有截錐部段26，該截錐部段插入於形成供電元件36的接觸板的錐形孔37內，其中尤其規定，在截錐部段26的直徑減小端部部段上鄰接有外螺紋部段27，螺母35可旋擰在外螺紋部段27上，其中尤其規定，螺母35憑藉止動件31被轉動鎖止。
一種裝置，其中頭部12形成接觸構件(如通道14、接觸臂16)，由螺旋線圈形成之加熱元件10憑藉該等接觸構件可與頭部12機械及電氣連接；一種裝置，其中支腳24具有截錐部段26，該截錐部段通過其基底端部過渡至外螺紋部段27。
所有公開之特徵(本身及其相互組合)皆有新型意義或價值。在本申請案的公開文件中，所屬/附屬的優先權文本(在先申請文件)的公開內容亦被完全包括在內，為此亦將該優先權文本中之特徵納入本申請案的申請專利範圍中。從屬請求項中的彼等可選擇並列設計方案皆是對於現有技術有獨立新型意義或價值的改進設計，尤其可以此等從屬請求項為基礎提出分案申請。
1‧‧‧CVD反應器
2‧‧‧進氣口
3‧‧‧處理室
4‧‧‧基板
5‧‧‧基座
6‧‧‧加熱裝置
7‧‧‧加熱器
8‧‧‧加熱器
9‧‧‧加熱器
10‧‧‧加熱元件
11‧‧‧連接器
12‧‧‧頭部
13‧‧‧端面
14‧‧‧通道
15‧‧‧螺栓
16‧‧‧接觸臂
17‧‧‧開口
18‧‧‧螺紋
19‧‧‧凹部
20‧‧‧套管
21‧‧‧桿部
22‧‧‧錐形部段
23‧‧‧錐形部段
24‧‧‧支腳
25‧‧‧圓柱形部段
26‧‧‧截錐部段
27‧‧‧外螺紋部段
28‧‧‧端面
29‧‧‧縫隙
30‧‧‧縫隙部段
31‧‧‧止動件
32‧‧‧舌狀件
33‧‧‧固持接片
34‧‧‧墊片
35‧‧‧螺母
36‧‧‧供電元件
37‧‧‧錐形孔
圖1僅展示CVD反應器之主要元件的截面圖；
圖2展示具有總共三個加熱區之加熱裝置的側視圖；圖3展示加熱裝置的俯視圖；圖4展示沿圖3的剖切線IV-IV剖切所得的剖視圖；圖5展示連接器之第一實施例的視圖；圖6展示圖5所示連接器的立體圖；圖7展示圖5所示連接器的第二側視圖；圖8展示連接器之第二實施例的立體圖；圖9展示沿圖8的剖切線IX-IX剖切所得的剖視圖；圖10展示沿圖8的剖切線X-X剖切所得的剖視圖；圖11展示圖10的局部放大圖；圖12展示沿圖10的箭頭XII觀察的仰視圖；圖13展示在圖8中以立體圖方式展示之實施例的分解圖；圖14展示第三實施例的立體圖，及圖15展示沿圖14的剖切線XV-XV剖切所得的剖視圖。
10‧‧‧加熱元件
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21‧‧‧桿部
22‧‧‧錐形部段
23‧‧‧錐形部段
24‧‧‧支腳
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28‧‧‧端面
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37‧‧‧錐形孔
Claims (18)
- 一種用於電氣及機械連接一加熱裝置(6)之一加熱元件(10)與一供電元件(36)的裝置，該加熱裝置用來加熱一CVD反應器(1)之一基座(5)，該裝置具有用於與該加熱元件(10)相連接的一頭部(12)、用於與該供電元件(36)相連接的一支腳(24)及佈置在該頭部(12)與支腳(24)之間的一桿部(21)，其中該桿部(21)至少局部具有比該頭部(12)更小的一橫截面區域，從而使該桿部(21)內的每單位長度電阻大於該頭部(12)內的每單位長度電阻。
- 如請求項1之裝置，其中該桿部(21)之該橫截面區域比該頭部(12)的該橫截面區域小50%。
- 如請求項1或2之裝置，其中在形成一錐形部段(22)的情況下，該頭部(12)過渡至具有一圓形橫截面的該桿部(21)，其中該桿部(21)之長度大於其直徑。
- 如請求項3之裝置，其中該頭部具有一圓形橫截面。
- 如請求項1或2之裝置，其中該支腳(24)的橫截面區域大於該桿部的該橫截面區域。
- 如請求項5之裝置，其中該支腳(24)之該橫截面區域大約等於該頭部(12)的該橫截面區域。
- 如請求項1或2之裝置，其中該頭部(12)之軸向長度大約等於該頭部(12)的直徑。
- 如請求項1或2之裝置，其中該加熱元件(10)由至少一股捲繞線材形成。
- 如請求項1或2之裝置，其中該頭部(12)具有用於容納該加熱元件(10)之一通道(14)，該加熱元件被固定在該通道(14)中。
- 如請求項9之裝置，其中該通道(14)橫向於該桿部(21)的延伸方向 延伸。
- 如請求項9之裝置，其中該加熱元件(10)憑藉一螺栓(15)固定在該通道(14)中。
- 如請求項1或2之裝置，其中該頭部(12)具有承載該加熱元件(10)的一接觸臂(16)，其中該加熱元件(10)由並排延伸捲繞的線材形成，該等線材位於該螺栓(15)的一螺紋(18)之槽內。
- 如請求項12之裝置，其中位於該螺紋(18)之槽內的螺旋線圈部段插入於一套管(20)中。
- 如請求項1或2之裝置，其中該支腳(24)具有一截錐部段(26)，該截錐部段(26)插入於形成該供電元件(36)的一接觸板的一錐形孔(37)內。
- 如請求項14之裝置，其中在該截錐部段(26)的直徑減小端部部段上鄰接有一外螺紋部段(27)，一螺母(35)可旋擰在該外螺紋上，其中，該螺母(35)憑藉一止動件(31)被轉動鎖止。
- 一種用於電氣及機械連接一加熱裝置(6)的一加熱元件(10)與一供電元件(36)的裝置，該加熱裝置(6)用來加熱一CVD反應器(1)之一基座(5)，該裝置具有用於與該加熱元件(10)相連接的一頭部(12)、用於與該供電元件(36)相連接的一支腳(24)及佈置在該頭部(12)與該支腳(24)之間的一桿部(21)，其中該頭部(12)形成接觸構件，可憑藉該等接觸構件將由一螺旋線圈形成的一加熱元件(10)與該頭部(12)機械及電氣連接。
- 一種用於電氣及機械連接一加熱裝置(6)的一加熱元件(10)與一供電元件(36)的裝置，該加熱裝置(6)用來加熱一CVD反應器(1)之一基座(5)，該裝置具有用於與該加熱元件(10)相連接的一頭部(12)、用於與該供電元件(36)相連接的一支腳(24)及佈置在該頭部(12)與該支腳(24)之間的一桿部(21)，其中該支腳(24)具有一截 錐部段(26)，該截錐部段通過其基底端部過渡至一外螺紋部段(27)。
- 一種用於加熱一CVD反應器(1)之一基座(5)的加熱裝置，該加熱裝置具有一供電元件(36)及至少一個加熱元件(10)，其中該加熱元件(10)藉由如請求項1至17中任一項或多項之裝置與該供電元件(36)相連接。
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