CN105264649A - 用于热腔室应用及处理的光管窗结构 - Google Patents

用于热腔室应用及处理的光管窗结构 Download PDF

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Abstract

描述了一种处理腔室。该处理腔室包括：腔室，该腔室具有内部空间；光管窗结构，该光管窗结构耦接到该腔室，该光管窗结构具有第一透明板，该第一透明板设置在该腔室的该内部空间内；及辐射热源，该辐射热源在该腔室的该内部空间外面的位置耦接到该光管窗结构的第二透明板，其中该光管窗结构包括设置在该第一透明板与该第二透明板之间的多个光管结构。

Description

用于热腔室应用及处理的光管窗结构
技术领域
本文公开了用于半导体处理的设备与方法。更具体地说，本文所公开的实施方式涉及用于半导体基板的热处理的光管(lightpipe)结构。
背景技术
半导体工业中通常实施热处理。半导体基板在许多变换(transformation)的背景(context)下经受热处理，这些热处理包括栅极源极、漏极和沟道结构的沉积、掺杂、活化及退火、硅化(siliciding)、结晶化、氧化、与诸如此类者。经过了数年，热处理的技术已经从简单的炉烘烤发展到各种形式的日益快速的热处理(RTP)、尖峰退火(spikeannealing)、以及其他热处理。
随着半导体器件特征的临界尺寸继续缩小，需要对热处理期间的热预算进行更严格的限制。许多前述热处理利用灯头形式的灯加热，其中灯头由多个光源构成，所述多个光源定位成引导辐射能量朝向基板。然而，被利用在灯头中的高强度灯会在灯头的材料内产生高温。此温度对于许多处理来说必须受到控制以使能够冷却基板。例如，在RTP期间，来自灯的热辐射大致上用以快速地加热受控环境中的基板至高达约1350摄氏度的最高温度。此最高温度被维持长达少于一秒至数分钟范围(取决于处理)的特定时间。基板接着被冷却到室温，以用于进行进一步的处理。为了能冷却到室温，灯头必须被冷却。然而，基于许多因素，灯头的温度控制是困难的。此外，在传统灯头中，光源的辐照图案有时候是不规则的，这产生不规则的基板加热。
需要的是一种使得实现对热处理腔室中的灯头的改善的温度控制的方法与设备。
发明内容
本文所公开的实施方式涉及用于半导体基板的热处理的光管结构。
在一个实施方式中，描述一种用于热处理腔室中的光管窗结构。该光管窗结构包括：第一透明板；第二透明板；多个光管结构，所述多个光管结构设置在该第一透明板与该第二透明板之间且被粘合到该第一透明板与该第二透明板，所述多个光管结构中的各个光管结构包含透明材料且具有纵向轴，该纵向轴设置成与该第一或第二透明板的平面呈实质上正交的关系；及外壳(peripheralhousing)，该外壳与该第一透明板和该第二透明板接合，并环绕所述多个光管结构。
在另一实施方式中，描述一种用于热处理腔室中的光管窗结构。该光管窗结构包括：第一透明板；第二透明板，该第二透明板设置成与该第一透明板呈实质上平行的关系；及多个光管结构，所述多个光管结构设置在该第一透明板与该第二透明板之间，其中该第一透明板具有比该第二透明板的厚度更大的厚度。
在另一实施方式中，提供一种基板处理腔室。该处理腔室包括：腔室，该腔室具有内部空间；光管窗结构，该光管窗结构耦接到该腔室，该光管窗结构具有第一透明板，该第一透明板与该腔室的该内部空间连通；及辐射热源，该辐射热源在该腔室的该内部空间外面的位置耦接到该光管窗结构的第二透明板，其中该光管窗结构包括设置在该第一透明板与该第二透明板之间的多个光管结构。
附图简要说明
因此，以可详细理解本公开内容的上述特征的方式，通过参照实施方式来获得上文简要概述的本公开内容的更具体的描述，这些实施方式中的一些实施方式在附图中示出。但是应注意的是，附图仅示出本发明的典型实施方式，且因此这些附图不应被视为对本发明的范围的限制，这是因为本发明可允许其他等效的实施方式。
图1是具有光管窗结构的一个实施方式的处理腔室的简化等角(isometric)视图。
图2A-图2C是示出图1的光管窗结构的一个实施方式的各种视图。
图3是示出光管窗结构与灯头组件的细节的图1的处理腔室的一部分的侧面剖视图。
图4是示出光管窗结构的另一实施方式的处理腔室的示意剖视图。
图5是光管窗结构的另一实施方式的一部分的等角视图。
图6是光管窗结构的另一实施方式的一部分的等角视图。
为促进理解，已尽可能使用相同的附图标记来表示这些附图所共有的相同元件。可预期，一个实施方式的元件和特征可有益地并入到其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文所公开的实施方式涉及用于热处理腔室的光管窗结构，该热处理腔室诸如是沉积腔室、蚀刻腔室、退火腔室、注入腔室、用于发光二极管形成的腔室、以及其他处理腔室。光管窗结构可被用在可购自SantaClara,California(美国加州圣大克劳拉市)的AppliedMaterials,Inc.(应用材料公司)的处理腔室，且还可被用在亦来自其他制造商的处理腔室。
图1是具有根据一个实施方式的光管窗结构101的快速热处理腔室100(RTP腔室)的简化等角视图。处理腔室100包括非接触或磁悬浮的基板支撑件102与腔室主体104，腔室主体104具有界定内部空间120的侧壁108、底部110与顶部112。侧壁108通常包括基板进出口148，以促进基板140的进入与退出(图1中示出基板进出口148的一部分)。进出口148可被耦接到传送腔室(未示出)或装载锁定腔室(未示出)，且可用诸如狭缝阀(未示出)之类的阀选择性地被密封。在一个实施方式中，基板支撑件102是环形的且经尺寸化以将灯头组件105容纳在基板支撑件102的内径中。灯头组件105包括光管窗结构101与辐射热源106。
基板支撑件102适于在内部空间120内磁性地悬浮与旋转。基板支撑件102在处理期间能够竖直地升高与降低而同时能够旋转，且亦可在处理之前、期间或之后被升高或降低但不旋转。由于进行旋转的部件的不存在或减少，和/或在相对于彼此进行移动的部件之间的接触的不存在或减少的缘故，这样的磁性悬浮和/或磁性旋转可防止粒子产生或将粒子产生最小化，通常需要这些部件以升高/降低和/或旋转基板支撑件。
定子组件118环绕腔室主体104的侧壁108且耦接到一个或更多个致动器组件122，所述一个或更多个致动器组件122控制定子组件118沿着腔室主体104的外部的高度(elevation)。在一个实施方式(未示出)中，处理腔室100包括三个绕着腔室主体例如以约120度的角度绕着腔室主体104而径向地设置的致动器组件122。定子组件118磁性地耦接到设置在腔室主体104的内部空间120内的基板支撑件102。基板支撑件102可包含或包括用以起到转子119的作用的磁性部分，因此产生磁性轴承组件以升降和/或旋转该基板支撑件102。支撑环121耦接到转子119，以支撑基板140的外围边缘。支撑环121经尺寸化以稳定地支撑基板140，而同时最小限度地使基板140的背侧的部分与辐射热源106所发射的能量相隔绝。定子组件118包括被堆叠在悬置线圈(suspensioncoil)组件170上的驱动线圈组件168。驱动线圈组件168适于旋转和/或升高/降低该基板支撑件102，而悬置线圈组件170可适于被动地将该基板支撑件102置中在处理腔室100内。或者，可经由具有单一线圈组件的定子来执行旋转和中心化功能。
在一个实施方式中，各个致动器组件122大致上包括被耦接在两个凸缘134之间的精准导螺杆(leadscrew)132，这些凸缘134从腔室主体104的侧壁108延伸。导螺杆132具有螺母158，螺母158在螺杆旋转时沿着导螺杆132轴向地行进。耦接件(coupling)136被放置在定子组件118与螺母158之间，并且将螺母158耦接到定子组件118，以致当导螺杆132被旋转时，耦接件136沿着导螺杆132移动，以控制定子组件118在与耦接件136的界面处的高度。因此，当这些致动器组件122中的一个致动器组件的导螺杆132被旋转以产生其他致动器组件122的各螺母158之间的相对位移时，定子组件118的水平平面相对于腔室主体104的中心轴改变。
在一个实施方式中，诸如步进马达或伺服马达之类的马达138耦接到导螺杆132，以响应于控制器124所发出的信号而提供可控旋转。或者，其他类型的致动器组件122可用以控制定子组件118的线性位置，这些致动器组件122诸如是气动汽缸、液压汽缸、滚珠螺杆、电磁线圈(solenoid)、线性致动器与凸轮从动件、与其他组件。
可适于受益自本文所公开的实施方式的RTP腔室的实例是可购自位于SantaClara,California(美国加州圣大克劳拉市)的AppliedMaterials,Inc.(应用材料公司)的与处理系统。尽管设备被描述成与快速热处理腔室以及外延沉积腔室一起使用，但是本文所公开的实施方式可运用在其他处理系统与装置中，其中灯加热装置是用于加热。
光管窗结构101包括由透明于热和各种波长的光的材料所制成的第一透明板114与第二透明板115，所述各种波长的光可包括红外线(IR)光谱(spectrum)中的光。有多个光管结构160设置在第一透明板114与第二透明板115之间。所述多个光管结构中的各个光管结构可包括柱形结构与其他形状。第一透明板与第二透明板可具有实质上均匀的厚度且可具有实心截面。例如，第一透明板114与第二透明板115可不具有穿孔。光管结构160被提供作为光管，来自辐射热源106的多个能量源162的光子可穿过该光管，以加热处理期间的基板140。在一个实施方式中，各个光管结构160在一般状态下可具有全内反射(totalinternalreflection,TIR)性质。
处理腔室100亦包括一个或更多个接近传感器(proximitysensor)116，所述一个或更多个接近传感器116大致上适于检测腔室主体104的内部空间120内的基板支撑件102(或基板140)的高度。传感器116可耦接到腔室主体104和/或处理腔室100的其他部分，且适于提供表示出基板支撑件102与腔室主体104的顶部112和/或底部110之间的距离的输出，且亦可检测基板支撑件102和/或基板140的未对准(misalignment)。
灯头组件105可包括辐射热源106与光管窗结构101两者。光管窗结构101可包括至少部分地环绕光管窗结构101的外壳159。辐射热源106包括由壳体123形成的灯组件，灯组件包括多个紧密地间隔的管127。这些管127可被形成为蜂巢状(honeycomb-like)光管布置。各个管127可包括反射件与一个高强度能量源162，该高强度能量源162可以是灯、激光器、激光二极管、发光二极管、IR发射器、或上述各项的组合。各个管127可与光管窗结构101的各个光管结构160实质上轴向地对准。光管结构160用以传递由各个能量源162朝向基板140所发射的能量。在一个实施方式中，灯头组件105提供充足的辐射能量以热处理该基板140，例如对设置在基板140上的硅层进行退火。灯头组件105可进一步包括环状区域，其中被控制器124供应到所述多个能量源162的电压可被改变，以增强来自灯头组件105的能量的径向分布。基板140的加热的动态控制可能受到所述一个或更多个温度传感器117影响(在下文将更详细地描述)，所述一个或更多个温度传感器117适于测量基板140各处的温度。
在一个实施方式中，第一透明板114与第二透明板115两者皆由石英材料(即非晶二氧化硅(silica))制成，尽管可使用透明于能量(诸如红外线光谱中的波长)的其他材料，这些材料诸如是玻璃、蓝宝石、铝硅酸盐(alumino-silicate)玻璃。第一透明板114与第二透明板115可由具有低包含容忍(inclusiontolerance)的透明熔融的石英材料制成。本文所使用的术语“透明”指的是物质在它的空间内将不明显地改变经选择的波长范围的电磁辐射的方向或强度(power)。在一个实例中，经选择的波长范围的电磁辐射的平均方向变化小于几度，且平均强度的减少小于约70％。
第一透明板114包括耦接到第一透明板114的上表面的多个升降杆144，这些升降杆144用以促进将基板传送进入处理腔室100和将基板从处理腔室100传送出。例如，定子组件118可被致动以向下移动，这使得转子119朝向灯头组件105移动。本文所使用的任何方向诸如“向下”或“往下”以及“向上”或“往上”是基于如附图中所示的腔室的方向且可能不是实际上真实的方向。
支撑基板140的支撑环121随着转子119移动。在期望的高度处，基板140接触设置在第一透明板114上的升降杆144。转子119(与支撑环121)的向下移动可以持续直到转子119环绕灯头组件105的外壳159。转子119(与支撑环121)的向下移动持续直到支撑环121与稳定地被支撑在升降杆144上的基板140相隔一段距离。可选择升降杆144的高度，以沿着一平面来支撑并对准基板140，该平面与基板进出口148的平面是实质上共平面的或邻近的。所述多个升降杆144可被定位在这些光管结构160之间且彼此径向地相隔，以促进终端受动器(未示出)通过基板进出口148。或者，终端受动器和/或机械手可能能够水平且竖直移动，以促进基板140的传送。所述多个升降杆144中的各个升降杆144可被定位在这些光管结构160之间，以使得对来自辐射热源106的能量的吸收最小化。所述多个升降杆144的各个升降杆144可由与用于第一透明板114相同的材料制成，该材料诸如是石英材料。
处理腔室100亦包括控制器124，控制器124大致上包括中央处理单元(CPU)130、支持电路128、与存储器126。CPU130可以是可用在工业设备(industrialsetting)中以用于控制各种动作的任何形式的计算机处理器和子处理器之一。存储器126或计算机可读介质可以是一个或更多个可容易获得的(readilyavailable)存储器，诸如是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字储存器(本地的或远程的)，且通常耦接到CPU130。支持电路128耦接到CPU130，用于以传统方式来支持控制器124。这些电路包括高速缓冲存储器(cache)、电源(powersupply)、时钟电路、输入/输出电路、子系统、与诸如此类者。
空气控制系统(atmospherecontrolsystem)164亦耦接到腔室主体104的内部空间120。空气控制系统164大致上包括节流阀与真空泵，以用于控制腔室压力。空气控制系统164可另外包括气体源，以用于提供处理气体或其他气体到内部空间120。空气控制系统164亦可适于输送用于热沉积处理的处理气体。在处理期间，内部空间120大致上被维持在真空压力下。本公开内容的方面包括实施方式，其中灯头组件105至少部分地设置在内部空间120中(且经受内部空间120中的负压力)，而灯头组件105的一部分在内部空间120的外面(即处于外界空气(ambientatmosphere))。这种布置提供有效的能量传输至基板140，同时提升用以控制辐射热源106的温度的能力。
处理腔室100亦包括一个或更多个温度传感器117，所述一个或更多个温度传感器117适于感测基板140在处理之前、期间与之后的温度。在图1中所示的实施方式中，这些温度传感器117设置成穿过顶部112，尽管可使用位于腔室主体104内及围绕腔室主体104的其他位置。这些温度传感器117可以是光学高温计例如具有光纤探针的高温计。这些传感器117可适于以用以感测基板的全部直径或基板的一部分的配置耦接到顶部112。这些传感器117可包括界定实质上等于基板直径的感测区域或实质上等于基板半径的感测区域的图案。例如，多个传感器117可以以径向或线性配置耦接到顶部112，以使得实现横跨基板的半径或直径的感测区域。在一个实施方式(未示出)中，多个传感器117可设置成一条线，该线从约顶部112的中心径向地延伸到顶部112的外围部分。以此方式，基板的半径可受这些传感器117监控，这将使得在旋转期间是能够感测出基板的半径。
处理腔室100亦包括冷却块180，冷却块180邻近顶部112、耦接到顶部112、或被形成在顶部112中。大致上，冷却块180与灯头组件105隔开且与灯头组件105相对。冷却块180包括耦接到入口181A和出口181B的一个或更多个冷却剂通道184。冷却块180可由抗处理性(processresistant)材料制成，这些材料诸如是不锈钢、铝、聚合物、或陶瓷材料。冷却剂通道184可包括螺旋图案、矩形图案、圆形图案、或上述各项的组合，并且通道184可整合式地被形成在冷却块180内，例如通过浇铸冷却块180和/或从两个或更多个零件来制造冷却块180且将这些零件接合。另外地或替代地，冷却剂通道184可被钻入冷却块180内。可经由阀与适当的管道(plumbing)将入口181A与出口181B耦接到冷却剂源182，并且冷却剂源182与控制器124通信以促进压力的控制和/或设置在冷却剂源182中的流体流(flowofafluid)的控制。该流体可以是水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)、或用作热交换介质的其他流体。
如本文所述，处理腔室100适于接收“面向上(face-up)”方向的基板，其中基板的沉积物接收侧或沉积物接收面被定向成朝向冷却块180且基板的“背侧”是面对灯头组件105。“面向上”方向可使来自灯头组件105的能量得以更快速地被基板140吸收，这是因为基板的背侧可能比基板的该面更不具反射性。
图2A-图2C是示出可被用在图1的处理腔室100中的光管窗结构101的一个实施方式的各种视图。图2A是光管窗结构101的等角部分分解图(partiallyexplodedview)。图2B是沿着图2A的剖面线2B-2B的光管窗结构101的截面视图。图2C是沿着图2B的剖面线2C-2C的光管窗结构101的截面视图。图1中所示的升降杆144没有在图2A-图2C中示出。
光管窗结构101包括外壳159、第一透明板114、第二透明板115、与光管结构160，光管结构160被夹置在第一透明板114与第二透明板115之间。如图所示，第一透明板114可以是耦接到外壳159的实心平坦的构件。第二透明板115可以是与第一透明板114相似的实心平坦的构件。第一透明板114与第二透明板115两者皆可由诸如石英或蓝宝石之类的光学透明材料制成。同样地，外壳159可由诸如石英之类的光学透明材料制成。本文所使用的术语“光学透明”是材料用以传输辐射的能力，该辐射例如是光波或用于加热其他对象的其他波长，且尤其是可见光谱中的波长以及诸如红外线(IR)光谱中的非可见波长。第一透明板114与第二透明板115两者可经由扩散焊接(diffusionwelding)处理或其他适当的接合方法来接合。这些光管结构160中的各个光管结构160可以是实心的，诸如是由光学透明材料例如与第一透明板114和第二透明板115相同的材料(即熔融石英或蓝宝石)制成的杆。或者，光管结构160的至少一部分可以是由诸如石英或蓝宝石之类的光学透明材料制成的空心管。
光管结构160的截面可包括圆形、矩形、三角形、菱形、或上述各项的组合、或其他多角形和/或不规则形状。在平面视图中，这些光管结构160中的各个光管结构160可包括实质上平行的边缘(如图2C中所示)、或聚集(converge)或偏离(diverge)使得在平面视图中形成圆锥形的边缘。
用以形成光管窗结构101的方法包括切锯(saw)光学透明材料的块体，以产生这些光管结构160。光学透明材料的板可在特定角度与深度处精准地被切锯，以产生如上所讨论的具有多角形截面的这些光管结构160。如果使用线锯(wiresaw)，那么线可被操作于平行于该板的主表面的平面中。切口(kerf)可用以形成环绕这些光管结构160的空隙。在材料中将这些光管结构160形成到特定深度，这提供第一透明板114或第二透明板115之一以整合到(integralto)这些光管结构。其他透明板可经由接合处理被接合到这些光管结构160，这些接合处理诸如是陶瓷焊接技术、密封玻璃粘合、扩散焊接处理、或其他适当的接合方法。当光学透明材料的杆或空心管用于这些光管结构160时，这些光管结构160可经由接合处理被接合到第一透明板114与第二透明板115之一或两者，这些接合处理诸如是陶瓷焊接技术、密封玻璃粘合、扩散焊接处理、或其他适当的接合方法。图示这些光管结构160具有圆形的截面，但是在一些实施方式中，这些光管结构160的至少一部分的截面形状可以是六角形的。在一个实施方式中，光管结构160的紧密堆叠布置经尺寸化且被分隔成实质上与辐射热源106的这些管127的各个管127(图1中示出)轴向对准。然而，这些管127与这些光管结构160之间的一些未对准亦可被用以提供高功率密度与良好的空间解析(spatialresolution)。而且，如上所述，在一些传统的灯头中，辐照图案是不规则的，这可能是由于灯的制造变化(manufacturingvariation)所造成的。然而，在一些实施方式中，光管窗结构101的这些光管结构160亦可在目标平面(即被加热的基板的表面)处产生更平滑的辐照图案，因此由于混合在光管结构160内的缘故而使得灯头组件105更少地受到灯与灯之间的制造差异影响。
如图2B中所示，这些光管结构160中的各个光管结构160包括纵向轴A，纵向轴A实质上垂直于第一透明板114与第二透明板115之一或两者的平面。当第一透明板114与第二透明板115耦接到外壳159时，密封的空间或密封的内部空间200可被容纳在外壳159的内部侧壁内以及这些光管结构160、该第一透明板114、与该第二透明板之间的空隙207内。在一些实施方式中，外壳159可包括入口端口205与出口端口210。入口端口205与出口端口210可耦接到冷却剂源215，冷却剂源215使流体循环通过密封的内部空间200以及这些光管结构160之间的空隙207，以便冷却光管窗结构101。该流体可以是水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)、或作为热交换介质的其他流体。小间隙220(图2C中示出)提供流体在这些光管结构160周围的流动，以促进这些光管结构160中的各个光管结构160的冷却。另外或替代地，为了使冷却流体流动通过入口端口205与出口端口210，入口端口205与出口端口210之一或两者可耦接到真空泵(图2B中示出)，以便提供更低的压力到密封的内部空间200以及这些光管结构160之间的空隙207和间隙220。真空泵可用以降低密封的内部空间200与空隙207中的压力，从而降低内部空间120与密封的内部空间200之间的压力梯度(pressuregradient)。
再次参照图1，第一透明板114可被暴露于腔室主体104的内部空间120中的低压。第一透明板114所被暴露于其中的压力可以是约80Torr、或更高的真空度诸如是约5Torr至约10Torr。将光管结构160粘合到第一透明板114与第二透明板115两者，这提供了额外的结构坚硬性至第一透明板114，因此使得第一透明板114能承受压力差而没有故障。在一个实施方式中，如图2B中所示，第一透明板114比第二透明板115更厚，以便承受内部空间120中的低压。在一个实施方式中，第一透明板114的厚度可以介于约7毫米(mm)至约5mm之间。在一些实施方式中，第一透明板114是第二透明板115的约两倍厚。光管结构160的尺寸可包括主尺寸，该主尺寸可以是直径且实质上等于辐射热源106的管127的主尺寸(例如直径)。在一个实施方式中，光管结构160的长度可以是约10mm至约80mm。
图3是图1的处理腔室100的一部分的侧面剖视图。在此图中，基板140被升降杆144与支撑环121所支撑。基板140的位置可用以在基板传送到处理腔室100之后开始对基板140进行热处理，其中该基板140可被辐射热源106加热。如果支撑环121比基板140更热，那么辐射热源106的开放回路加热(openloopheating)可用以升高基板(被升降杆144支撑)的温度至接近支撑环121的温度，以便防止基板140中的热应力。当基板140被充分地加热时，基板140可被传送到支撑环121，并且被升高远离升降杆144以允许基板140在处理期间的旋转。
为了加热基板140，辐射热源106的能量源162被提供有来自功率源300的功率。功率源300可以是多区域功率源，该多区域功率源提供能量到辐射热源106的一组或更多组能量源162。例如，第一或外部区域(outerzone)305A可包括壳体123的外周上的能量源162的子集(subset)或能量源162的外部集合。类似地，第二或内部区域(innerzone)305B可包括外部区域305A之内的能量源162的集合或子集。在一个实施方式中，这些能量源162可被分成约十个同心区域，所述约十个同心区域在密闭回路加热机制(regime)中单独地被控制。
当加热基板140时，灯头组件105尤其辐射热源106经历升高的温度，并且辐射热源106的温度可根据本文所公开的实施方式适当地被控制。例如，灯头组件105的至少一部分设置在处理腔室100的内部空间120的外面(即外界压力)，这提供了增强的对辐射热源106的温度控制。改善的对辐射热源106的温度控制促进更高的处理腔室100效率。
在一个实施方式中，辐射热源106耦接到冷却剂源315，以促进增强的对辐射热源106的壳体123的冷却。冷却剂源315可以是冷却剂，诸如是水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)、或作为热交换介质的其他流体。可使冷却剂流动通过壳体123且流入辐射热源106的这些能量源162之间。
图4示出处理腔室400的示意剖视图，该处理腔室400具有设置在该处理腔室400上的光管窗结构101的另一实施方式。处理腔室400可用以处理一个或更多个基板，包括材料在基板140的上表面上的沉积。尽管在此没有详细地讨论，但是被沉积的材料可包括砷化镓、氮化镓、或氮化铝镓。处理腔室400可包括如本文所述的灯头组件105，该灯头组件105包括能量源162阵列，该能量源162阵列用于加热设置在处理腔室400内的基板支撑件404的背侧402及其他部件。基板支撑件404可以是盘形(disk-like)基板支撑件404(如图所示)，或可以是类似于图1和图3中所示的支撑环121的环形基板支撑件，该基板支撑件404从基板的边缘支撑基板，以促进将基板暴露于光管窗结构101的热辐射中。在图4中，与图1-图3中所描述的部件类似的部件将使用类似的附图标记，并且除非特别指出，不然会类似地操作且为了简短起见不再重复描述。另外，图4中所描述的光管窗结构101的实施方式可被用在图1和图3的处理腔室100中，并且反之亦然。
基板支撑件404位于处理腔室400内且介于上圆顶406与光管窗结构101的第一透明板114之间。上圆顶406、第一透明板114的上表面、及基础环408大致上界定处理腔室400的内部区域，该基础环408设置在上圆顶406与光管窗结构101的安装凸缘410之间。基板支撑件404大致上将处理腔室400的内部空间分成基板上方的处理区域412与基板支撑件404下方的净化区域414。基板支撑件404在处理期间可被中心杆415旋转，以将处理腔室400内的热影响与处理气体流量空间不规则性的影响最小化，并因此促进基板140的均匀处理。基板支撑件404被中心杆415支撑，中心杆415可在基板传送过程期间与在一些情况下的基板140的处理期间以竖直方向(如箭头所示)移动基板140。基板支撑件404可由碳化硅或涂覆有碳化硅的石墨形成，以吸收来自能量源162的辐射能量且将该辐射能量传导到基板140。多个升降杆405可设置在处理腔室400中且在中心杆415的外部。升降杆405可耦接到致动器(未示出)，以在处理腔室400内相对于基板支撑件404且独立于基板支撑件404而竖直地移动升降杆405。基板140可被传送到处理腔室400内且经由装载端口(未示出)被定位至基板支撑件404上。图4中显示基板支撑件404处于升高的处理位置，但可经由致动器(未示出)将基板支撑件404竖直地移动(traverse)到处理位置下方的装载位置，以使升降杆405得以接触基板140且将基板140与基板支撑件404隔开。然后，机械手(未示出)可进入处理腔室400以经由装载端口与基板140衔接并从处理腔室400移除基板140。
大致上，上圆顶406与第一透明板114是由光学透明材料制成，该光学透明材料诸如是上文所讨论的石英材料或蓝宝石材料。在此实施方式中，光管窗结构101的第一透明板114包括凹部416，凹部416可提供额外的结构坚硬性至光管窗结构101。凹部416提供凹面或圆顶形状至光管窗结构101，且可使得实现第一透明板114与第二透明板115之一或两者的更薄截面尺寸，以在操作于更低的压力下的同时提供结构刚性。
在一个实施方式中，具有平坦的第一透明板114的光管窗结构101的厚度可以是约40mm，而具有具凹面形状(例如图4中所示的凹部416)的第一透明板114的光管窗结构101的厚度可以是约35mm。在一些实施方式中，第一透明板114是第二透明板115的约两倍厚。至少光管窗结构101的第一透明板114可耦接到安装凸缘410，该安装凸缘410可被耦接在侧壁108与基础环408之间。诸如O形环之类的密封件418可用以将安装凸缘410密封至侧壁108与基础环408。上圆顶406可使用设置在上圆顶406与基础环408和夹环420之间且用于密封的密封件418耦接到基础环408和夹环420。
能量源162可配置成将基板140加热到约200摄氏度至约1600摄氏度的范围内的温度。各个能量源162可耦接到功率源300与控制器(图3中示出)。在处理期间或之后，灯头组件105可经由如图3中所示及所述的冷却剂源315来冷却。替代地或另外地，灯头组件105可经由对流冷却来冷却。
在一个实施方式中，光管结构160与能量源162之一或两者的至少一部分可朝处理腔室400的中心轴向内呈角度。例如，靠近中心杆415的光管结构160和/或能量源162可相对于第一透明板114的平面向内倾斜约30度至约45度，以引导辐射能量朝向基板支撑件404的中心区域(即中心杆415上方)。在一个实例中，来自至少一部分能量源162的辐射能量以相对于透明板114的平面的非正交角度(non-normalangle)穿过透明板114。
圆形屏蔽物422可以可选地设置在基板支撑件404周围。基础环408亦可被衬里组件424环绕。屏蔽物422防止来自能量源162的热/光噪声泄漏至基板140的器件侧428或使该泄漏最小化，同时提供用于处理气体的预热区域。屏蔽物422可由CVDSiC、涂覆有SiC的烧结石墨、生长的SiC、不透明石英、经涂覆的石英、或对处理气体与净化气体所造成的化学分解有抵抗力的任何类似的适当材料制成。衬里组件424经尺寸化以被安置在基础环408的内圆周之内或被基础环408的内圆周所环绕。衬里组件424使处理空间(即处理区域412与净化区域414)与处理腔室400的金属壁隔绝。金属壁可与前驱物发生反应且引起处理空间中的污染。尽管图示衬里组件424是单一主体，但是衬里组件424也可包括一个或更多个衬里。
处理腔室400亦可包括光学高温计426，以用于基板140的温度测量/控制。可由光学高温计426对基板140的器件侧428执行温度测量。因此，光学高温计426可仅感测出来自热基板140的辐射，而来自能量源162的最小的背景辐射(backgroundradiation)将直接到达光学高温计426。反射件430可以可选地放置在上圆顶406外面，以把从基板140辐射的光反射回到基板140上。反射件430可被固定到夹环420。反射件430可由诸如铝或不锈钢之类的金属制成。可通过提供诸如金(Au)之类的高反射涂层来提高反射的效率。反射件430可具有连接到冷却源(未示出)的一个或更多个端口432。这些端口432可连接到形成在反射件430之中或之上的通道434。通道434经配置成使诸如水或气体之类的流体流动，以冷却反射件430，该气体诸如是氦、氮、或其他气体。
在一些实施方式中，光管窗结构101可包括一个或更多个计量(metrology)光管460，所述一个或更多个计量光管460形成在光管窗结构101的至少一部分中或设置成穿过该光管窗结构101的至少一部分。计量光管460可包含如本文所述的蓝宝石或其他透明材料。在一个实施方式中，经由可选光纤光缆464，使用计量光管460来与传感器462诸如光学高温计进行耦接。计量光管460可具有约1mm至约2mm的直径且经配置成定位在这些光管结构160的至少一部分之间。计量光管460可具有从第一透明板114的表面延伸到计量光管460设置在灯头组件105壳体123下方的一端的长度。在第一透明板114正下方且在光管窗结构101内的特定径向位置或区域处具有一个或更多个计量光管460诸如计量光管460阵列，这允许在显著地更靠近基板140和/或基板支撑件104的平面的位置处进行温度感测。计量光管460邻近基板支撑件104和/或基板140，这允许更小的测量位置，这使得实现更精确的温度控制。
从处理气体源436供应的处理气体可经由形成在基础环408的侧壁中的处理气体入口438被引入处理区域412内。处理气体入口438配置成引导处理气体于大致上径向向内的方向。在膜形成处理期间，基板支撑件404可位于处理位置，该处理位置邻近处理气体入口438且在与处理气体入口438约相同的高度处，从而使处理气体得以以层流机制(laminarflowregime)沿着流动路径440向上地且环绕地流过基板140的整个上表面。处理气体(沿着流动路径442)经由位于与处理气体入口438相对的处理腔室400侧面上的气体出口444离开处理区域412。可经由耦接到气体出口444的真空泵446来促进处理气体经由气体出口444的移除。由于处理气体入口438与气体出口444彼此对准且设置在大约相同的高度处，所以据信与上圆顶406结合时的这样的平行布置可使得实现大致上平坦的越过(across)基板140的均匀气流。可通过基板支撑件404经由基板140的旋转来提供进一步的径向均匀性。
可经由形成在基础环408的侧壁中的可选净化气体入口450从净化气体源448供应净化气体到净化区域414。净化气体入口450设置在处理气体入口438下方的高度处。如果使用圆形屏蔽物422或预热环(未示出)，那么圆形屏蔽物或预热环可设置在处理气体入口438与净化气体入口450之间。在任一种情况下，净化气体入口450经配置成引导净化气体于大致上径向向内的方向。在膜形成处理期间，基板支撑件404可位于一位置处，使得净化气体以层流机制沿着流动路径452向下地且环绕地流过基板支撑件404的整个背侧402。在不受任何特定理论限制的情况下，净化气体的流动被认为防止或实质上避免处理气体流动进入净化区域414内、或减少处理气体扩散进入净化区域414(即基板支撑件404之下的区域)。净化气体(沿着流动路径454)离开净化区域414，并且经由气体出口444被排出处理腔室，该气体出口444位于与净化气体入口450相对的处理腔室400侧面上。
类似地，在净化处理期间，基板支撑件404可位于升高的一位置，以使净化气体得以横向地流过基板支撑件404的整个背侧402。本领域普通技术人员应了解的是处理气体入口、净化气体入口与气体出口为说明目的而示出，这是因为气体入口或出口等的位置、尺寸、或数量可被调整成进一步促进材料在基板140上的均匀沉积。另一个选择可以是经由处理气体入口438来提供净化气体。如果希望的话，净化气体入口450可经配置成引导净化气体于向上的方向，以将处理气体限制在处理区域412中。
图5是光管窗结构500的另一实施方式的一部分的等角视图。显示光管窗结构500具有第一板505，该第一板505可以是如上关于光管窗结构101所述的第一透明板114或第二透明板115之一。此实施方式中的光管窗结构500包括呈环形环区域(annularringsection)510形式的多个光管结构，并且可包括作为另一光管结构的可选中心结构515。在一个实施方式中，这些环形环区域510可以是同心的。这些环形环区域510可使来自各个能量源162(在图1和图4中示出)的辐射(radiance)变平滑(smooth)。中心结构515可呈圆柱、杆、或其他多角形的形状。部分地显示于图5中的相对的第二板520被接合到这些环形环区域510的表面525(且当包括中心结构515时可包括中心结构515的最上部表面)，以形成光管窗结构500。这些环形环区域510的至少一部分可以是完整的环、或形成完整的环的多个弧形片段(segment)。第二板520可以是如上关于光管窗结构101所述的第一透明板114或第二透明板115之一。光管窗结构500可与分别在图1、图3和图4中所述的处理腔室100或处理腔室400一起使用。当光管窗结构500与处理腔室400一起使用时，可不需要中心结构515以及最内部环形环区域510中的一个或更多个，以便提供对中心杆415与升降杆405(在图4中示出)的接取(access)。
环形环区域510与中心结构515(当被使用时)、以及第一板505和第二板520可由光学透明材料制成，该光学透明材料诸如是如上关于光管窗结构101所述的石英或蓝宝石。环形环区域510与中心结构515(当被使用时)、以及第一板505和第二板520可经由接合处理被耦接在一起，该接合处理诸如是陶瓷焊接技术、密封玻璃粘合、扩散焊接处理、或其他适当的接合方法。尽管图5中没有示出诸如在图2B、图3和图4中所述的外壳159之类的壳体，壳体也可被接合到第一板505和第二板520，以提供密封的内部空间。在一个实施方式中，当第一板505和第二板520被接合到最外部环形环区域510时，最外部环形环区域510可被用作壳体。
图6是光管窗结构600的另一实施方式的一部分的等角视图。显示光管窗结构500具有第一板505，该第一板505可以是如上关于光管窗结构101所述的第一透明板114或第二透明板115之一。光管窗结构600与图5中所述的光管窗结构500相似，差异在于设置在包括多个环形环区域610的光管结构之间和/或设置成穿过(以虚线示出)这些光管结构的辐条(spoke)612。部分地显示于图6中的相对的第二板620被接合到这些环形环区域610的表面525(且当包括中心结构515时可包括中心结构515的最上部表面)，以形成光管窗结构600。至少一部分的环形环区域610可以是完整的环、或用以形成完整的环而具有辐条612被设置在之间的多个弧形片段。第二板620可以是如上关于光管窗结构101所述的第一透明板114或第二透明板115之一。光管窗结构600可与图1、图3和图4中所述的处理腔室100或处理腔室400一起使用。当光管窗结构600与处理腔室400一起使用时，可不需要中心结构515以及最内部环形环区域610中的一个或更多个，以便提供对中心杆415与升降杆405(在图4中示出)的接取。
这些辐条612可用以减少光管窗结构600中的张应力(tensilestress)。这些辐条612可从中心结构515径向地向外延伸到最外部环形环区域610。这些辐条612可以以几何对称图案诸如以约30度间隔、45度间隔、60度间隔、或90度间隔对称地被定位在这些环形环区域610之间或被定位成穿过这些环形环区域610。这些环形环区域610、这些辐条612、与该中心结构515(当被使用时)、以及该第一板605和该第二板620可由光学透明材料制成，该光学透明材料诸如是如上关于光管窗结构101所述的石英或蓝宝石。这些环形环区域610、这些辐条612、与该中心结构515(当被使用时)、以及该第一板605和该第二板620可经由接合处理耦接在一起，该接合处理诸如是陶瓷焊接技术、密封玻璃粘合、扩散焊接处理、或其他适当的接合方法。尽管图6中没有示出诸如在图2B、图3和图4中所述的外壳159之类的壳体，壳体也可被接合到第一板605和第二板620，以提供密封的内部空间。在一个实施方式中，当第一板605和第二板620被接合到最外部环形环区域610时，最外部环形环区域610可被用作壳体。
本文所述的光管窗结构101、500和600的使用使灯头组件105(在图3和图4中示出)得以设置在腔室内部空间的外面。在一些实施方式中，本文所述的光管窗结构101、500和600的第一透明板114提供处理腔室边界(例如处理发生在那里的内部空间的边界)。诸如O形环与诸如此类者的密封件可用以密封腔室内部空间120并使灯头组件105得以定位在内部空间的外面。本文所述的光管窗结构101、500和600的使用提供增强的灯头组件105与壳体123(在图1、图3和图4中示出)的冷却，同时维持能量源162(在图1和图4中示出)的强度和/或辐射图案。例如，如果灯头组件105定位在处理腔室的内部空间中，那么内部空间120中的减小的压力可使能量源162的对流冷却最小化。此外，如果灯头组件105定位在内部空间120中，那么低压环境(及有时候与易离子化的气体结合)会引起灯头组件105内且连接到能量源162的电子连接件的弧光(arcing)。
尽管可通过利用更低电压的能量源162来减少弧光，但是本文所述的光管窗结构101、500和600的实施方式使得能够在不可能产生弧光的情况下使用更高电压的能量源162。因此，本文所述的光管窗结构101、500和600的使用使得实现灯头组件105的对流冷却，同时维持能量源162所提供的光学强度与图案。此外，可以利用更高电压的能量源162(及更低的电流引出(currentdraw))，这具有许多益处。可用在灯头组件105中的低电流/更高电压的能量源162促进更快速的和/或强化的基板140的加热。此外，能量源162中更低的电流引出使得实现更小的导体和更小更坚固的(robust)灯密封的使用，这两者都节省金钱且使灯头组件105中的空间的使用最小化。
尽管前文针对特定实施方式，但是可在不背离本发明的基本范围的情况下设想出其他与进一步的实施方式，并且本发明的范围是由所附的权利要求书来确定的。

Claims (16)

1.一种用于热处理腔室中的光管窗结构，所述光管窗结构包括：
第一透明板；
第二透明板；
多个光管结构，所述多个光管结构设置在所述第一透明板与所述第二透明板之间且被粘合到所述第一透明板与所述第二透明板，所述多个光管结构中的各个光管结构包含透明材料且具有纵向轴，所述纵向轴设置成与所述第一透明板的平面或所述第二透明板的平面呈实质上正交的关系；及
外壳，所述外壳与所述第一透明板和所述第二透明板接合，并环绕所述多个光管结构。
2.如权利要求1所述的光管窗结构，其中所述第一透明板具有比所述第二透明板的厚度更大的厚度。
3.如权利要求1所述的光管窗结构，其中所述第一透明板包括凹部。
4.如权利要求1所述的光管窗结构，其中所述多个光管结构中的各个光管结构包括多个环形环区域。
5.如权利要求4所述的光管窗结构，进一步包括一个或更多个辐条，所述一个或更多个辐条设置在所述多个环形环区域之间。
6.如权利要求1所述的光管窗结构，其中所述多个光管结构中的各个光管结构包括柱形结构。
7.如权利要求6所述的光管窗结构，其中各个柱形结构包括具有圆形截面的实心结构。
8.如权利要求6所述的光管窗结构，其中各个柱形结构包括具有圆形截面的空心结构。
9.如权利要求1所述的光管窗结构，其中所述外壳包括密封的围壁。
10.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
腔室，所述腔室具有内部空间；
光管窗结构，所述光管窗结构耦接到所述腔室，所述光管窗结构具有第一透明板，所述第一透明板与所述腔室的所述内部空间相连通；及
辐射热源，所述辐射热源在所述腔室的所述内部空间外面的位置耦接到所述光管窗结构的第二透明板，其中所述光管窗结构包括设置在所述第一透明板与所述第二透明板之间的多个光管结构。
11.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述第一透明板包括凹部。
12.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述多个光管结构中的各个光管结构包括一个或更多个环形环区域。
13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述光管窗结构进一步包括一个或更多个辐条，所述一个或更多个辐条设置在所述一个或更多个环形环区域之间。
14.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述多个光管结构中的各个光管结构包括柱形结构。
15.如权利要求14所述的处理腔室，其中各个柱形结构包括具有圆形截面的实心结构。
16.如权利要求14所述的处理腔室，其中各个柱形结构包括具有圆形截面的空心结构。
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