JP2003500865A - 冷却されるウィンドウ - Google Patents
冷却されるウィンドウInfo
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Abstract
(57)【要約】
熱処理チャンバのための冷却されるウィンドウアセンブリにおいて、チャンバ内の対象物が、赤外放射を含む放射を発する、チャンバ外の放射源によって加熱される。アセンブリは、間に通路を画定した上部及び下部の透明プレートを有している。冷却流体を通路を流過し、この流体は赤外放射に対して実質的に透明であり、これにより、放射源からの赤外放射はプレートと通路内の流体とを通過して対象物を加熱する。上部プレートは下部プレートよりも実質的に厚いので、ウィンドウに、チャンバが排気された場合に大気圧に耐えるように十分な強度を提供する。
Description
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して半導体処理装置、特に半導体ウェハの放射加熱のための装置
に関する。
に関する。
【０００２】
発明の背景
半導体ウェハの急速熱処理では、放射源、例えばタングステンハロゲンランプ
又はランプの配列が、ウェハを加熱するために一般的に使用される。通常石英又
はサファイアから形成された透明なウィンドウは、処理チャンバをヒータから分
離させるために使用される。ウィンドウは、チャンバの真空とチャンバ外の大気
圧との差圧に耐えるように十分に強くなければならず、ひいてはかなり厚くなけ
ればならない。しかしながら、石英は、４μｍより長い波長に対して不透明であ
り、０．２〜４μｍの領域の少量の放射を吸収する。吸収量全体は、ウィンドウ
の厚さが増すに従い大きくなる。
又はランプの配列が、ウェハを加熱するために一般的に使用される。通常石英又
はサファイアから形成された透明なウィンドウは、処理チャンバをヒータから分
離させるために使用される。ウィンドウは、チャンバの真空とチャンバ外の大気
圧との差圧に耐えるように十分に強くなければならず、ひいてはかなり厚くなけ
ればならない。しかしながら、石英は、４μｍより長い波長に対して不透明であ
り、０．２〜４μｍの領域の少量の放射を吸収する。吸収量全体は、ウィンドウ
の厚さが増すに従い大きくなる。
【０００３】
このような条件下では、効果的な冷却が行われないと、ウィンドウは、チャン
バ内での何回かの処理サイクル後には、高温、通常５００℃にまで達するおそれ
がある。厚く、高温のウィンドウは、多数の望ましくない形式で処理に影響する
おそれがある。
バ内での何回かの処理サイクル後には、高温、通常５００℃にまで達するおそれ
がある。厚く、高温のウィンドウは、多数の望ましくない形式で処理に影響する
おそれがある。
【０００４】
・“初期ウェハ効果”−バッチにおける初期のいくつかのウェハは窓が平衡温度
に達する前に処理され、ひいては処理の反復精度が影響を受ける ・石英の熱伝導率が低いため、ウィンドウに沿った温度は不均一となるおそれが
あり、ひいてはウェハに沿った温度の均一性に影響する ・幾つかの急速加熱化学的気相成長法（ＲＴＣＶＤ）、例えばポリシリコン堆積
法は、ウィンドウを含む、真空チャンバの高温部分における材料の堆積をも生ぜ
しめるおそれがある。この堆積は、ウィンドウの透過率を減じ、所望のウェハ温
度に到達するためにより多くのランプパワーが使用されなければならない ・ウィンドウにおける堆積はチャンバ内の粒子の数をも増加させ、このことはウ
ェハの汚染を生ぜしめ、より頻繁なクリーニングを必要とする。
に達する前に処理され、ひいては処理の反復精度が影響を受ける ・石英の熱伝導率が低いため、ウィンドウに沿った温度は不均一となるおそれが
あり、ひいてはウェハに沿った温度の均一性に影響する ・幾つかの急速加熱化学的気相成長法（ＲＴＣＶＤ）、例えばポリシリコン堆積
法は、ウィンドウを含む、真空チャンバの高温部分における材料の堆積をも生ぜ
しめるおそれがある。この堆積は、ウィンドウの透過率を減じ、所望のウェハ温
度に到達するためにより多くのランプパワーが使用されなければならない ・ウィンドウにおける堆積はチャンバ内の粒子の数をも増加させ、このことはウ
ェハの汚染を生ぜしめ、より頻繁なクリーニングを必要とする。
【０００５】
ウィンドウを冷却するための方法及び装置は半導体処理技術分野において知ら
れている。例えば、引用によりここに組み込まれる、マハウィリの米国特許第４
５５０６８４号明細書は、０．３〜０．９μｍの波長の放射を用いてウェハを加
熱するためにランプを使用する気相成長システムを説明している。ウィンドウは
ランプを、ウェハを収容した真空チャンバから分離している。ウィンドウは、間
隔を置いて位置する２つのプレートから構成されており、これらのプレートの間
に水がポンプにより供給され、これにより、ウィンドウの温度を制御する。ウィ
ンドウを通過する水は、ランプによって放射される赤外放射を吸収するが、マハ
ウィリはこの効果が有利であると考えている。彼は、ウェハを加熱するための望
ましい波長範囲は０．３〜０．９μｍであり、この範囲外の波長はチャンバから
排除されるべきであると指摘している。
れている。例えば、引用によりここに組み込まれる、マハウィリの米国特許第４
５５０６８４号明細書は、０．３〜０．９μｍの波長の放射を用いてウェハを加
熱するためにランプを使用する気相成長システムを説明している。ウィンドウは
ランプを、ウェハを収容した真空チャンバから分離している。ウィンドウは、間
隔を置いて位置する２つのプレートから構成されており、これらのプレートの間
に水がポンプにより供給され、これにより、ウィンドウの温度を制御する。ウィ
ンドウを通過する水は、ランプによって放射される赤外放射を吸収するが、マハ
ウィリはこの効果が有利であると考えている。彼は、ウェハを加熱するための望
ましい波長範囲は０．３〜０．９μｍであり、この範囲外の波長はチャンバから
排除されるべきであると指摘している。
【０００６】
引用によりここに組み込まれる、グロネット他の米国特許第５４８７１２７号
明細書は、急速加熱装置を説明しており、この装置には、半導体基板に熱を照射
及び供給するためにランプが複数の光パイプに配置されている。光パイプは、ラ
ンプを排気された処理チャンバから分離する、液体冷却式のウィンドウと一体的
に形成されている。ウィンドウは、光パイプ自体に進入したり光パイプの前を通
過することなしに光パイプの間の空間内に冷却水を噴射することができるように
構成されている。光パイプ自体は排気される。したがって、ランプからの放射は
水によって減衰されることなくチャンバに到達するが、ランプと、排気される光
パイプと、冷却されるウィンドウとの一体的な構造は複雑であり、構成及び維持
することが困難である。
明細書は、急速加熱装置を説明しており、この装置には、半導体基板に熱を照射
及び供給するためにランプが複数の光パイプに配置されている。光パイプは、ラ
ンプを排気された処理チャンバから分離する、液体冷却式のウィンドウと一体的
に形成されている。ウィンドウは、光パイプ自体に進入したり光パイプの前を通
過することなしに光パイプの間の空間内に冷却水を噴射することができるように
構成されている。光パイプ自体は排気される。したがって、ランプからの放射は
水によって減衰されることなくチャンバに到達するが、ランプと、排気される光
パイプと、冷却されるウィンドウとの一体的な構造は複雑であり、構成及び維持
することが困難である。
【０００７】
発明の概要
本発明の目的は、真空チャンバ内の半導体ウェハの放射加熱において使用する
ための改良された冷却されるウィンドウを提供することである。
ための改良された冷却されるウィンドウを提供することである。
【０００８】
本発明の有利な実施例では、熱処理チャンバのための冷却されるウィンドウは
、適切な透明材料、有利には石英の上層及び下層から成っており、これらの層の
間には通路が設けられており、この通路を冷却流体が通過する。冷却流体は、水
とは異なり、約１．１μｍ、有利には１．４μｍよりも長い波長の赤外線範囲に
おいて高い透過率を有するように選択される。有利にはランプ配列から成る放射
ヒータは、チャンバ内の半導体ウェハを加熱するように構成及び位置決めされて
おり、この場合、可視放射及び赤外放射を含む、ヒータからの放射は、ウィンド
ウの上層及び下層並びに冷却流体を通過し、実質的な減衰なしにウェハに衝突す
る。したがって、単純かつ頑丈な構造を有する冷却されるウィンドウは、実質的
に、ランプによって放射された有効放射のスペクトル全体を、ウェハに効率的に
供給することができる。
、適切な透明材料、有利には石英の上層及び下層から成っており、これらの層の
間には通路が設けられており、この通路を冷却流体が通過する。冷却流体は、水
とは異なり、約１．１μｍ、有利には１．４μｍよりも長い波長の赤外線範囲に
おいて高い透過率を有するように選択される。有利にはランプ配列から成る放射
ヒータは、チャンバ内の半導体ウェハを加熱するように構成及び位置決めされて
おり、この場合、可視放射及び赤外放射を含む、ヒータからの放射は、ウィンド
ウの上層及び下層並びに冷却流体を通過し、実質的な減衰なしにウェハに衝突す
る。したがって、単純かつ頑丈な構造を有する冷却されるウィンドウは、実質的
に、ランプによって放射された有効放射のスペクトル全体を、ウェハに効率的に
供給することができる。
【０００９】
本発明の有利な実施例では、熱処理チャンバは使用時に排気され、透明材料か
ら成る上層は、十分に厚く形成されているので、チャンバ外の周囲大気圧とチャ
ンバ内の真空との差圧によりウィンドウに加えられる力に耐えることができる。
下層は、上層よりも実質的に薄く、これにより、下層の、ウェハに隣接した下面
は、下層を介する流体への熱伝導により徹底的かつ均一に冷却される。下層は、
チャンバが排気された場合にウィンドウの内外の差圧に耐えるには、それ自体で
は薄すぎる。しかしながら、下層は、上層と下層との間に固定された構造によっ
て機械的に支持されており、この構造は、通路を画定しており、この通路を流体
が流過し、また前記構造は、ウィンドウを通過する放射の妨害を最小限にするよ
うに構成されている。
ら成る上層は、十分に厚く形成されているので、チャンバ外の周囲大気圧とチャ
ンバ内の真空との差圧によりウィンドウに加えられる力に耐えることができる。
下層は、上層よりも実質的に薄く、これにより、下層の、ウェハに隣接した下面
は、下層を介する流体への熱伝導により徹底的かつ均一に冷却される。下層は、
チャンバが排気された場合にウィンドウの内外の差圧に耐えるには、それ自体で
は薄すぎる。しかしながら、下層は、上層と下層との間に固定された構造によっ
て機械的に支持されており、この構造は、通路を画定しており、この通路を流体
が流過し、また前記構造は、ウィンドウを通過する放射の妨害を最小限にするよ
うに構成されている。
【００１０】
したがって、本発明の有利な実施例によれば、熱処理チャンバのための冷却さ
れるウィンドウアセンブリが提供され、この場合、チャンバ内の対象物が、赤外
放射を含む放射を放射する、チャンバ外の放射源によって加熱されるようになっ
ており、前記アセンブリが、 上部透明プレート及び下部透明プレートを含んでおり、これらのプレートの間
に通路が画定されており、 通路を流過する冷却流体を含んでおり、この流体が赤外放射に対して実質的に
透明であり、放射源からの赤外放射が、プレートと、通路内の流体とを通過して
対象物を加熱するようになっている。
れるウィンドウアセンブリが提供され、この場合、チャンバ内の対象物が、赤外
放射を含む放射を放射する、チャンバ外の放射源によって加熱されるようになっ
ており、前記アセンブリが、 上部透明プレート及び下部透明プレートを含んでおり、これらのプレートの間
に通路が画定されており、 通路を流過する冷却流体を含んでおり、この流体が赤外放射に対して実質的に
透明であり、放射源からの赤外放射が、プレートと、通路内の流体とを通過して
対象物を加熱するようになっている。
【００１１】
有利には、冷却流体は、１．１μｍよりも長い波長を有する放射、最も有利に
は１．４μｍよりも長い波長を有する放射に対して実質的に透明である。さらに
有利には、冷却流体は、可視放射に対して実質的に透明である。有利な実施例で
は、冷却流体は、液体フルオロカーボンを含む。
は１．４μｍよりも長い波長を有する放射に対して実質的に透明である。さらに
有利には、冷却流体は、可視放射に対して実質的に透明である。有利な実施例で
は、冷却流体は、液体フルオロカーボンを含む。
【００１２】
有利には、ウィンドウアセンブリは、通路を画定するために上部プレートと下
部プレートとの間に固定された、透明な材料から成るセグメントを含んでおり、
この場合、通路は、放射源によって放射される放射の幾何学的パターンとほぼ合
致されている。
部プレートとの間に固定された、透明な材料から成るセグメントを含んでおり、
この場合、通路は、放射源によって放射される放射の幾何学的パターンとほぼ合
致されている。
【００１３】
さらに有利には、上部プレートは下部プレートよりも実質的に厚く、上部プレ
ートは、チャンバが排気された場合にウィンドウアセンブリが大気圧に耐えるこ
とができるように十分な厚さを有している。
ートは、チャンバが排気された場合にウィンドウアセンブリが大気圧に耐えるこ
とができるように十分な厚さを有している。
【００１４】
本発明の有利な実施例によれば、排気可能な熱処理チャンバのための冷却され
るウィンドウアセンブリも設けられており、この場合、チャンバ内の対象物は、
チャンバ外の放射源によって加熱され、アセンブリは、 放射源に隣接して位置決めされていてかつ、チャンバが排気された場合にウィ
ンドウアセンブリが大気圧に耐えることができるように十分な厚さを有する、上
部透明プレートと、 チャンバ内の対象物に隣接して位置決めされていてかつ、上部透明プレートの
厚さよりも実質的に小さな厚さを有する、下部透明プレートと、 下部プレートに機械的な支持を提供するために上部プレートと下部プレートと
の間に固定されていてかつプレートの間に通路を画定するように配置された支持
片とを含んでおり、前記通路を冷却流体が通過してプレートを冷却するようにな
っている。
るウィンドウアセンブリも設けられており、この場合、チャンバ内の対象物は、
チャンバ外の放射源によって加熱され、アセンブリは、 放射源に隣接して位置決めされていてかつ、チャンバが排気された場合にウィ
ンドウアセンブリが大気圧に耐えることができるように十分な厚さを有する、上
部透明プレートと、 チャンバ内の対象物に隣接して位置決めされていてかつ、上部透明プレートの
厚さよりも実質的に小さな厚さを有する、下部透明プレートと、 下部プレートに機械的な支持を提供するために上部プレートと下部プレートと
の間に固定されていてかつプレートの間に通路を画定するように配置された支持
片とを含んでおり、前記通路を冷却流体が通過してプレートを冷却するようにな
っている。
【００１５】
有利には、通路は、放射源によって放射される放射の幾何学的パターンとほぼ
合致しており、これにより、放射源からの放射は、冷却流体を通過して、チャン
バ内の対象物に到達する。
合致しており、これにより、放射源からの放射は、冷却流体を通過して、チャン
バ内の対象物に到達する。
【００１６】
本発明の有利な実施例によれば、さらに、熱処理チャンバのための加熱装置が
設けられており、この加熱装置が、 赤外放射を含む放射を発する、チャンバ外の放射源と、 冷却されるウィンドウとを含んでおり、このウィンドウが、チャンバをシール
しておりかつ通路を有しており、この通路を冷却流体が流過するようになってお
り、この流体が赤外放射に対して実質的に透明であり、これにより、放射源から
の赤外放射が、通路内の流体を通過して、チャンバ内の対象物を加熱するように
なっている。
設けられており、この加熱装置が、 赤外放射を含む放射を発する、チャンバ外の放射源と、 冷却されるウィンドウとを含んでおり、このウィンドウが、チャンバをシール
しておりかつ通路を有しており、この通路を冷却流体が流過するようになってお
り、この流体が赤外放射に対して実質的に透明であり、これにより、放射源から
の赤外放射が、通路内の流体を通過して、チャンバ内の対象物を加熱するように
なっている。
【００１７】
有利には、ウィンドウは、上部及び下部の透明なプレートを含んでおり、これ
らのプレートはその間に通路を画定しており、この場合、上部プレートは下部プ
レートよりも実質的に厚い。有利には、上部プレートは、チャンバが排気された
場合にウィンドウアセンブリが大気圧に耐えることができるように十分な厚さを
有している。
らのプレートはその間に通路を画定しており、この場合、上部プレートは下部プ
レートよりも実質的に厚い。有利には、上部プレートは、チャンバが排気された
場合にウィンドウアセンブリが大気圧に耐えることができるように十分な厚さを
有している。
【００１８】
有利には、放射源は、所定の幾何学的パターンで放射を発する１つ又は２つ以
上のランプの配列を含んでおり、この場合、通路はパターンとほぼ合致している
。最も有利には、パターンは１つ又は２つ以上のリングを含む。
上のランプの配列を含んでおり、この場合、通路はパターンとほぼ合致している
。最も有利には、パターンは１つ又は２つ以上のリングを含む。
【００１９】
本発明の有利な実施例によれば、熱処理チャンバ内の対象物を加熱する方法も
提供され、この方法は、 貫通した通路を有するウィンドウを使用してチャンバをシールし、 ウィンドウを通過する放射によって対象物を加熱し、この放射が赤外放射を含
んでおり、 赤外放射が、実質的に減衰なしに流体を通過するように、赤外線透明流体を通
路に流過させることによってウィンドウを冷却することを含む。
提供され、この方法は、 貫通した通路を有するウィンドウを使用してチャンバをシールし、 ウィンドウを通過する放射によって対象物を加熱し、この放射が赤外放射を含
んでおり、 赤外放射が、実質的に減衰なしに流体を通過するように、赤外線透明流体を通
路に流過させることによってウィンドウを冷却することを含む。
【００２０】
本発明は、図面を引用した有利な実施例の以下の詳細な説明からより完全に理
解されるであろう。
解されるであろう。
【００２１】
図面の簡単な説明
図１は、本発明の有利な実施例に基づくランプハウジング及び冷却されるウィ
ンドウを示す概略的な断面図である。
ンドウを示す概略的な断面図である。
【００２２】
図２は、ＩＩ−ＩＩ線に沿って見た、図１のウィンドウの横断面図である。
【００２３】
図３は、種々異なる冷却流体を使用したウィンドウ透過性の比較測定を示すグ
ラフである。
ラフである。
【００２４】
有利な実施例の詳細な説明
今や、本発明の有利な実施例に基づくヒータアセンブリ２２及び付随した冷却
されるウィンドウ２０を概略的に示した図１及び図２が参照される。通常、アセ
ンブリからの放射熱はウィンドウ２０を通過し、排気された処理チャンバ（図示
せず）、有利には、この分野で知られるようなウェハ急速熱処理のためのチャン
バ内の半導体ウェハを加熱する。図１は、ヒータアセンブリ及びウィンドウを断
面図で示しているが、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったウィンドウの横断面
図である。
されるウィンドウ２０を概略的に示した図１及び図２が参照される。通常、アセ
ンブリからの放射熱はウィンドウ２０を通過し、排気された処理チャンバ（図示
せず）、有利には、この分野で知られるようなウェハ急速熱処理のためのチャン
バ内の半導体ウェハを加熱する。図１は、ヒータアセンブリ及びウィンドウを断
面図で示しているが、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったウィンドウの横断面
図である。
【００２５】
ウィンドウ２０は、ウィンドウ内の冷却通路３２を画定した中間層２８によっ
て分離された下部プレート（下層）２６及び上部プレート（上層）３０を有して
いる。有利には全ての３つの層は石英から形成されている。最も有利には、下部
プレート２６は５〜６ｍｍの厚さであり、これにより、下部プレートは、通路３
２内を流れる冷媒への熱伝導により徹底的かつ均一に冷却されることができる。
プレートがより厚いならば、プレートの、ウェハに隣接した下面は、プレートを
介する伝導により十分に冷却されず、望ましくない効果、例えば不均一な温度及
び高温のウィンドウ表面における材料の堆積が生じるおそれがある。有利には、
冷媒は熱交換器を通過させられ、これにより、プレートは２００℃以下の温度に
維持される。上部プレート３０は、チャンバと周囲空気との圧力差に耐えるため
に必要な機械的強度を提供するために、より厚い、例えば約２５ｍｍの厚さであ
ると有利である。
て分離された下部プレート（下層）２６及び上部プレート（上層）３０を有して
いる。有利には全ての３つの層は石英から形成されている。最も有利には、下部
プレート２６は５〜６ｍｍの厚さであり、これにより、下部プレートは、通路３
２内を流れる冷媒への熱伝導により徹底的かつ均一に冷却されることができる。
プレートがより厚いならば、プレートの、ウェハに隣接した下面は、プレートを
介する伝導により十分に冷却されず、望ましくない効果、例えば不均一な温度及
び高温のウィンドウ表面における材料の堆積が生じるおそれがある。有利には、
冷媒は熱交換器を通過させられ、これにより、プレートは２００℃以下の温度に
維持される。上部プレート３０は、チャンバと周囲空気との圧力差に耐えるため
に必要な機械的強度を提供するために、より厚い、例えば約２５ｍｍの厚さであ
ると有利である。
【００２６】
中間層は、薄いアーチ状のセグメント２９から形成された構造から成ると有利
であり、これらのセグメントは、拡散溶接、高温セメントを用いたボンディング
、又はこの分野で知られるあらゆるその他の適切な方法を使用して、上層と下層
との間に固定されている。少なくとも１つの入口３４及び少なくとも１つの出口
３６が設けられており、これらの入口及び出口と、開口３８とは、冷媒が通路３
２を流れ、ウィンドウ全体を冷却することができる。セグメント２９の厚さ及び
間隔は、プレート２６が、通路３２内の冷媒の圧力に耐えることができるように
なっている。
であり、これらのセグメントは、拡散溶接、高温セメントを用いたボンディング
、又はこの分野で知られるあらゆるその他の適切な方法を使用して、上層と下層
との間に固定されている。少なくとも１つの入口３４及び少なくとも１つの出口
３６が設けられており、これらの入口及び出口と、開口３８とは、冷媒が通路３
２を流れ、ウィンドウ全体を冷却することができる。セグメント２９の厚さ及び
間隔は、プレート２６が、通路３２内の冷媒の圧力に耐えることができるように
なっている。
【００２７】
中間層２８の構造と、中間層に設けられた通路のパターンとは例として図２に
示されており、徹底的かつ均一な冷却及び機械的強度の考慮に基づきその他の適
切な構造及びパターンが設計されてよい。必須の設計基準は、下層２６の下面を
所定の最大温度、例えば２００℃よりも低く維持することができるように下層２
６が十分に薄いということである。この基準を満たすために、下層２６は、通常
、下側における真空と上側における周囲空気又は流体圧力と差圧に耐えるために
は、それ自体では薄すぎる。所要の機械的強度は、より厚い上層３０によって提
供され、この上層に対して下層２６が当て付けられるように支持される。したが
って、ウィンドウ２０として具体化された本発明の原理は、単純かつ頑丈な構造
（例えば前記米国特許第５４８７１２７号明細書に記載されたものと比較した場
合）を提供し、この場合、ウィンドウの、ウェハに対向した下面を十分かつ均一
に冷却することができる。
示されており、徹底的かつ均一な冷却及び機械的強度の考慮に基づきその他の適
切な構造及びパターンが設計されてよい。必須の設計基準は、下層２６の下面を
所定の最大温度、例えば２００℃よりも低く維持することができるように下層２
６が十分に薄いということである。この基準を満たすために、下層２６は、通常
、下側における真空と上側における周囲空気又は流体圧力と差圧に耐えるために
は、それ自体では薄すぎる。所要の機械的強度は、より厚い上層３０によって提
供され、この上層に対して下層２６が当て付けられるように支持される。したが
って、ウィンドウ２０として具体化された本発明の原理は、単純かつ頑丈な構造
（例えば前記米国特許第５４８７１２７号明細書に記載されたものと比較した場
合）を提供し、この場合、ウィンドウの、ウェハに対向した下面を十分かつ均一
に冷却することができる。
【００２８】
図１に示したように、セグメント２９は、ヒータ２２内に同心円状に配置され
たランプ配列２４と通路３２が整合させられるように、成形及び配置されている
と有利である。ランプ２４は、カリフォルニア州Cypress所在のUshio America I
nc. から入手可能なJCV 240V-1500WGZランプ等のタングステンハロゲンランプか
ら成ると有利である。択一的に、その他のタイプのランプ、例えばリニアランプ
、及び異なる構成のランプ配列が使用されてよい。通路をランプと整合させるこ
とにより、セグメント２９によるウェハ上の影を最小限に抑制し、この影は、さ
もなければ不均一な温度を生ぜしめかつ熱効率を低下させる。
たランプ配列２４と通路３２が整合させられるように、成形及び配置されている
と有利である。ランプ２４は、カリフォルニア州Cypress所在のUshio America I
nc. から入手可能なJCV 240V-1500WGZランプ等のタングステンハロゲンランプか
ら成ると有利である。択一的に、その他のタイプのランプ、例えばリニアランプ
、及び異なる構成のランプ配列が使用されてよい。通路をランプと整合させるこ
とにより、セグメント２９によるウェハ上の影を最小限に抑制し、この影は、さ
もなければ不均一な温度を生ぜしめかつ熱効率を低下させる。
【００２９】
図３は、種々異なる冷媒材料のための放射波長に関して示された、ウィンドウ
２０の光学的特性をエミュレートするように設計された試験セットアップの測定
された透過率を概略的に示すグラフである。図示したように、冷媒の選択は、ウ
ィンドウの赤外透過率を決定する場合に極めて重要である。破線５０は、冷媒と
して空気が使用される場合のウィンドウの透過率を示しており、この場合、透過
率が、可視及び赤外波長の試験範囲全体に亘ってほぼ均一であることが分かる。
しかしながら、空気は、下層２６を２００℃の前記目標温度よりも低く保持する
ためには冷媒として十分に効果的ではない。実線５２は、冷媒として水が使用さ
れた場合の透過率を示しており、この実線５２から、水はウィンドウを低温に保
つ場合に効果的であってよいが、１．４μｍを越える波長における実質的に全て
のエネルギを含む、ヒータアセンブリ２２によって放射される赤外エネルギのほ
とんどを遮断することが分かる。
２０の光学的特性をエミュレートするように設計された試験セットアップの測定
された透過率を概略的に示すグラフである。図示したように、冷媒の選択は、ウ
ィンドウの赤外透過率を決定する場合に極めて重要である。破線５０は、冷媒と
して空気が使用される場合のウィンドウの透過率を示しており、この場合、透過
率が、可視及び赤外波長の試験範囲全体に亘ってほぼ均一であることが分かる。
しかしながら、空気は、下層２６を２００℃の前記目標温度よりも低く保持する
ためには冷媒として十分に効果的ではない。実線５２は、冷媒として水が使用さ
れた場合の透過率を示しており、この実線５２から、水はウィンドウを低温に保
つ場合に効果的であってよいが、１．４μｍを越える波長における実質的に全て
のエネルギを含む、ヒータアセンブリ２２によって放射される赤外エネルギのほ
とんどを遮断することが分かる。
【００３０】
発明者は、フルオロカーボン族の熱伝達流体が、効果的な冷却と高い赤外線透
過率との最適な組合せを提供することを発見した。図３における点線５４は、イ
タリア、BollateのAusimontによって製造された過フッ化されたフルオロカーボ
ン流体である、Galden HT135又はHT200 を使用して得られる結果を示している。
Galden の屈折率（１．２８）は石英の屈折率（１．４５）にほぼ一致するので
、プレート３０及び２６の内面における反射損失は、空気に対して減じられる。
したがって、Galdenは、可視放射及び近赤外線範囲全体に亘って、空気の透過率
に匹敵する、有効な全体のウィンドウ透過率を提供する。
過率との最適な組合せを提供することを発見した。図３における点線５４は、イ
タリア、BollateのAusimontによって製造された過フッ化されたフルオロカーボ
ン流体である、Galden HT135又はHT200 を使用して得られる結果を示している。
Galden の屈折率（１．２８）は石英の屈折率（１．４５）にほぼ一致するので
、プレート３０及び２６の内面における反射損失は、空気に対して減じられる。
したがって、Galdenは、可視放射及び近赤外線範囲全体に亘って、空気の透過率
に匹敵する、有効な全体のウィンドウ透過率を提供する。
【００３１】
Galdenは、金属、プラスチック及びエラストマ材料との優れた適合性を有し、
また、高い耐酸化性を有する。したがって、Galdenは、冷媒として空気又は水よ
りも優れており、ウィンドウ２０及び関連した部分を、単純かつ頑丈な設計にす
ることができ、この分野で知られる冷却されるウィンドウと比較して広い波長範
囲に亘って高い透過率を可能にする。しかしながら、その他の赤外透過性の流体
が同様に使用されてもよい。
また、高い耐酸化性を有する。したがって、Galdenは、冷媒として空気又は水よ
りも優れており、ウィンドウ２０及び関連した部分を、単純かつ頑丈な設計にす
ることができ、この分野で知られる冷却されるウィンドウと比較して広い波長範
囲に亘って高い透過率を可能にする。しかしながら、その他の赤外透過性の流体
が同様に使用されてもよい。
【００３２】
前記有利な実施例は例として引用されており、本発明の完全な範囲は請求項に
よってのみ限定される。
よってのみ限定される。
【図１】
本発明の有利な実施例に基づくランプハウジング及び冷却されるウィンドウを
示す概略的な断面図である。
示す概略的な断面図である。
【図２】
ＩＩ−ＩＩ線に沿って見た、図１のウィンドウの横断面図である。
【図３】
種々異なる冷却流体を使用したウィンドウ透過性の比較測定を示すグラフであ
る。
る。
２０ ウィンドウ、 ２２ ヒータアセンブリ、 ２４ ランプ、 ２６ 下
部プレート、 ２８ 中間層、 ２９ セグメント、 ３０ 上部プレート、
３２ 通路、 ３４ 入口、 ３６ 出口、 ３８ 開口
部プレート、 ２８ 中間層、 ２９ セグメント、 ３０ 上部プレート、
３２ 通路、 ３４ 入口、 ３６ 出口、 ３８ 開口
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月３０日（２００１．５．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ウィンドウを冷却するための方法及び装置は半導体処理技術分野において知ら
れている。例えば、マハウィリの米国特許第４５５０６８４号明細書は、０．３
〜０．９μｍの波長の放射を用いてウェハを加熱するためにランプを使用する気
相成長システムを説明している。ウィンドウはランプを、ウェハを収容した真空
チャンバから分離している。ウィンドウは、間隔を置いて位置する２つのプレー
トから構成されており、これらのプレートの間に水がポンプにより供給され、こ
れにより、ウィンドウの温度を制御する。ウィンドウを通過する水は、ランプに
よって放射される赤外放射を吸収するが、マハウィリはこの効果が有利であると
考えている。彼は、ウェハを加熱するための望ましい波長範囲は０．３〜０．９
μｍであり、この範囲外の波長はチャンバから排除されるべきであると指摘して
いる。
れている。例えば、マハウィリの米国特許第４５５０６８４号明細書は、０．３
〜０．９μｍの波長の放射を用いてウェハを加熱するためにランプを使用する気
相成長システムを説明している。ウィンドウはランプを、ウェハを収容した真空
チャンバから分離している。ウィンドウは、間隔を置いて位置する２つのプレー
トから構成されており、これらのプレートの間に水がポンプにより供給され、こ
れにより、ウィンドウの温度を制御する。ウィンドウを通過する水は、ランプに
よって放射される赤外放射を吸収するが、マハウィリはこの効果が有利であると
考えている。彼は、ウェハを加熱するための望ましい波長範囲は０．３〜０．９
μｍであり、この範囲外の波長はチャンバから排除されるべきであると指摘して
いる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
グロネット他の米国特許第５４８７１２７号明細書は、急速加熱装置を説明し
ており、この装置には、半導体基板に熱を照射及び供給するためにランプが複数
の光パイプに配置されている。光パイプは、ランプを排気された処理チャンバか
ら分離する、液体冷却式のウィンドウと一体的に形成されている。ウィンドウは
、光パイプ自体に進入したり光パイプの前を通過することなしに光パイプの間の
空間内に冷却水を噴射することができるように構成されている。光パイプ自体は
排気される。したがって、ランプからの放射は水によって減衰されることなくチ
ャンバに到達するが、ランプと、排気される光パイプと、冷却されるウィンドウ
との一体的な構造は複雑であり、構成及び維持することが困難である。 フランス特許第２６８６９６７号明細書（フランステレコム）は、半導体加熱
炉を示しており、この場合、加熱源（タングステンハロゲンランプ）は、加熱し
たい半導体ウェハから、石英板１３及び１４によって分離されている。石英板は
、チャネル１７によって互いから分離されており、チャネル１７を、０．４〜４
μｍの版胴に対して透明な冷却液体が通過させられる。冷却液体はフルオロカー
ボンであると有利である。引用例は、石英板の間の規定された通路を示しておら
ず、特に、不均一な温度を生じるおそれがあるシャドウイングを最小限にするた
めに、加熱源及び加熱源から発せられる放射パターンと幾何学的に整合した通路
を示していない。さらに、引用例は、より厚い石英板（１４）を、加熱したい半
導体ウェハのより近くに配置している（図１）。より厚い石英板を、冷却しかつ
所定の最大温度に維持することは、より困難である。 欧州特許出願公開第０４２４１８３号明細書（Ｉｎｃｏ Ｌｔｄ．）及び米国
特許第４４３１２５７号明細書（Ｂｏｒｎ）は、放射源を対象物から分離するた
めに装着された放射透明ウィンドウを示している。加熱したい対象物は半導体ウ
ェハではない。冷媒は、ウィンドウによって規定された通路を流過するが、これ
らの引用例は、加熱源及び加熱源から発せられる放射パターンと幾何学的に整合
された規定された通路を示していない。これらの引用例は、厚いウィンドウ板と
薄いウィンドウ板との組合せの使用をも示しておらず、この場合、より厚い板が
、より高い強度及び安定性を提供し、より薄い板が、より容易に、冷却されかつ
所定の温度に維持される。
ており、この装置には、半導体基板に熱を照射及び供給するためにランプが複数
の光パイプに配置されている。光パイプは、ランプを排気された処理チャンバか
ら分離する、液体冷却式のウィンドウと一体的に形成されている。ウィンドウは
、光パイプ自体に進入したり光パイプの前を通過することなしに光パイプの間の
空間内に冷却水を噴射することができるように構成されている。光パイプ自体は
排気される。したがって、ランプからの放射は水によって減衰されることなくチ
ャンバに到達するが、ランプと、排気される光パイプと、冷却されるウィンドウ
との一体的な構造は複雑であり、構成及び維持することが困難である。 フランス特許第２６８６９６７号明細書（フランステレコム）は、半導体加熱
炉を示しており、この場合、加熱源（タングステンハロゲンランプ）は、加熱し
たい半導体ウェハから、石英板１３及び１４によって分離されている。石英板は
、チャネル１７によって互いから分離されており、チャネル１７を、０．４〜４
μｍの版胴に対して透明な冷却液体が通過させられる。冷却液体はフルオロカー
ボンであると有利である。引用例は、石英板の間の規定された通路を示しておら
ず、特に、不均一な温度を生じるおそれがあるシャドウイングを最小限にするた
めに、加熱源及び加熱源から発せられる放射パターンと幾何学的に整合した通路
を示していない。さらに、引用例は、より厚い石英板（１４）を、加熱したい半
導体ウェハのより近くに配置している（図１）。より厚い石英板を、冷却しかつ
所定の最大温度に維持することは、より困難である。 欧州特許出願公開第０４２４１８３号明細書（Ｉｎｃｏ Ｌｔｄ．）及び米国
特許第４４３１２５７号明細書（Ｂｏｒｎ）は、放射源を対象物から分離するた
めに装着された放射透明ウィンドウを示している。加熱したい対象物は半導体ウ
ェハではない。冷媒は、ウィンドウによって規定された通路を流過するが、これ
らの引用例は、加熱源及び加熱源から発せられる放射パターンと幾何学的に整合
された規定された通路を示していない。これらの引用例は、厚いウィンドウ板と
薄いウィンドウ板との組合せの使用をも示しておらず、この場合、より厚い板が
、より高い強度及び安定性を提供し、より薄い板が、より容易に、冷却されかつ
所定の温度に維持される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
したがって、本発明の有利な実施例によれば、熱処理チャンバのための冷却さ
れるウィンドウアセンブリが提供され、この場合、チャンバ内の対象物が、赤外
放射を含む放射を放射する、チャンバ外の放射源によって加熱されるようになっ
ており、前記アセンブリが、 上部及び下部の透明プレートを含んでおり、これらの透明プレートの間に通路
を画定するために放射透明材料から成るセグメントが前記プレートに固定されて
おり、この場合、前記通路が、放射源によって発せられる放射の幾何学的パター
ンとほぼ整合させられており、 通路を流過する冷却流体を含んでおり、この流体が赤外放射に対して実質的に
透明であり、放射源からの赤外放射が、プレートと、通路内の流体とを通過して
対象物を加熱するようになっている。
れるウィンドウアセンブリが提供され、この場合、チャンバ内の対象物が、赤外
放射を含む放射を放射する、チャンバ外の放射源によって加熱されるようになっ
ており、前記アセンブリが、 上部及び下部の透明プレートを含んでおり、これらの透明プレートの間に通路
を画定するために放射透明材料から成るセグメントが前記プレートに固定されて
おり、この場合、前記通路が、放射源によって発せられる放射の幾何学的パター
ンとほぼ整合させられており、 通路を流過する冷却流体を含んでおり、この流体が赤外放射に対して実質的に
透明であり、放射源からの赤外放射が、プレートと、通路内の流体とを通過して
対象物を加熱するようになっている。
Claims (23)
- 【請求項１】 熱処理チャンバのための冷却されるウィンドウアセンブリで
あって、チャンバ内の対象物が、赤外放射を含む放射を発する、チャンバ外に設
けられた放射源によって加熱されるようになっており、前記ウィンドウアセンブ
リに、 上部及び下部の透明なプレートが設けられており、これらのプレートの間に通
路が画定されており、 該通路を流過する冷却流体が設けられており、該冷却流体が、赤外放射に対し
て実質的に透明であり、これにより、放射源からの赤外放射が、プレート及び通
路内の流体を通過し、対象物を加熱するようになっていることを特徴とする、ウ
ィンドウアセンブリ。 - 【請求項２】 前記冷却流体が、１．１μｍよりも長い波長を有する放射に
対して実質的に透明である、請求項１記載のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項３】 前記冷却流体が、１．４μｍよりも長い波長を有する放射に
対して実質的に透明である、請求項２記載のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項４】 前記冷却流体が、可視放射に対して実質的に透明である、請
求項１記載のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項５】 前記冷却流体が、液体フルオロカーボンから成る、請求項１
記載のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項６】 通路を画定するために上部プレートと下部プレートとの間に
固定された透明な材料のセグメントが設けられている、請求項１記載のウィンド
ウアセンブリ。 - 【請求項７】 前記通路が、放射源によって発せられる放射の幾何学的パタ
ーンと概して整合させられている、請求項１記載のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項８】 前記上部プレートが、下部プレートよりも実質的に厚い、請
求項１記載のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項９】 チャンバが排気された場合にウィンドウアセンブリが大気圧
に耐えることができるように上部プレートが十分な厚さを有している、請求項８
記載のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項１０】 排気可能な熱処理チャンバのための冷却されるウィンドウ
アセンブリにおいて、チャンバ内の対象物が、チャンバ外の放射源によって加熱
されるようになっており、前記ウィンドウアセンブリに、 上部透明プレートが設けられており、該上部透明プレートが、放射源に隣接し
て位置決めされておりかつ、チャンバが排気された場合にウィンドウアセンブリ
が大気圧に耐えることができるように十分な厚さを有しており、 下部透明プレートが設けられており、該下部透明プレートが、チャンバ内の対
象物に隣接して位置決めされておりかつ、上部透明プレートの厚さよりも実質的
に薄い厚さを有しており、 支持片が設けられており、該支持片が、下部プレートに機械的支持を提供する
ために上部プレートと下部プレートとの間に固定されておりかつ、プレートを冷
却するために冷却流体が通過させられるプレート間の通路を画定するように配置
されていることを特徴とする、ウィンドウアセンブリ。 - 【請求項１１】 前記通路が、放射源によって発せられる放射の幾何学的パ
ターンと概して整合させられており、これにより、放射源からの放射が、冷却流
体を通過してチャンバ内の対象物に到達するようになっている、請求項１０記載
のウィンドウアセンブリ。 - 【請求項１２】 熱処理チャンバのための加熱装置において、 赤外放射を含む放射を発する、チャンバ外の放射源と、 冷却されるウィンドウとが設けられており、該ウィンドウが、チャンバをシー
ルしかつ、冷却流体が流過させられる通路を有しており、前記冷却流体が、赤外
放射に対して実質的に透明であり、これにより、放射源からの赤外放射が、通路
内の流体を通過して、チャンバ内の対象物を加熱するようになっていることを特
徴とする、加熱装置。 - 【請求項１３】 上部透明プレート及び下部透明プレートが設けられており
、これらのプレートの間に通路が画定されている、請求項１２記載の装置。 - 【請求項１４】 前記上部透明プレートが、下部透明プレートよりも実質的
に厚い、請求項１３記載の装置。 - 【請求項１５】 チャンバが排気された場合にウィンドウアセンブリが大気
圧に耐えることができるように前記上部透明プレートが十分な厚さを有している
、請求項１４記載の装置。 - 【請求項１６】 前記冷却流体が、１．１μｍよりも長い波長を有する放射
に対して実質的に透明である、請求項１２記載の装置。 - 【請求項１７】 前記冷却流体が、１．４μｍよりも長い波長を有する放射
に対して実質的に透明である、請求項１６記載の装置。 - 【請求項１８】 前記冷却流体が、液体フルオロカーボンから成る、請求項
１２記載の装置。 - 【請求項１９】 前記放射源が、所定の幾何学的パターンで放射を発する１
つ又は２つ以上のランプの配列から成り、前記通路が、前記パターンに概して整
合させられている、請求項１２記載の装置。 - 【請求項２０】 前記パターンが、１つ又は２つ以上のリングである、請求
項１９記載の装置。 - 【請求項２１】 熱処理チャンバ内の対象物を加熱するための方法において
、 ウィンドウを使用してチャンバをシールし、前記ウィンドウが、該ウィンドウ
を貫通した通路を有しており、 ウィンドウを通過する放射によって前記対象物を加熱し、前記放射が赤外放射
を含んでおり、 赤外放射に対して透明な流体を通路に流過させることによってウィンドウを冷
却し、これにより、赤外放射が、実質的に減衰なしに流体を通過するようになっ
ていることを特徴とする、熱処理チャンバ内の対象物を加熱するための方法。 - 【請求項２２】 前記流体が、１．１μｍよりも長い波長を有する放射に対
して実質的に透明である、請求項２１記載の方法。 - 【請求項２３】 前記流体が、１．４μｍよりも長い波長を有する放射に対
して実質的に透明である、請求項２２記載の方法。
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