JP2015159292A - 冷却が改善されたラピッドサーマルプロセシングランプヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】半導体プロセシングチャンバ内の熱除去速度および熱伝達効率を改善したランプヘッドを提供する。【解決手段】サーマルプロセシングにおいて使用するためのランプヘッド２００は、複数の冷却剤流路２０６ならびに複数のランプ孔２０８および反射鏡空洞２０４を有する一体型部材２０２である。各ランプ孔がランプ２１２を収納するように構成されかつ各反射鏡空洞が反射鏡として働くようにまたはランプ用の交換可能な反射鏡を受けるように成形され、複数の冷却剤流路が複数のランプ孔に隣接して配置された、一体型部材と、一体型部材から各冷却剤流路中へと延びる少なくとも１つの熱伝達部材２１１とを含むことができる。基板支持部を有するプロセスチャンバを備えた装置中にランプヘッドを配置することができ、ランプヘッドが基板支持部にエネルギーを与えるように設置される。【選択図】図２Ａ

Description

本発明の実施形態は、一般に半導体プロセシングの分野に関し、より詳しくは、プロセシングチャンバ内の熱除去速度および熱伝達効率を改善するための改善したランプヘッドに関する。

半導体デバイスフィーチャの限界寸法が縮小し続けるので、サーマルバジェットに対してより厳しい制限が必要である。例えば、処理しようとしている基板へ短時間の高温パルスを均一に送達するために、ラピッドサーマルプロセス（ＲＴＰ）を必要とすることがある。かかるＲＴＰプロセスを実行するために適した装置の一例が、Ｊｏｓｅｐｈ Ｍ．Ｒａｎｉｓｈにより公表されＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許第６，８０５，４６６号に記載されている。前述の特許の装置では、冷却剤流路をランプヘッド熱源に隣接させて配置して、そこを通り冷却剤を流すことによってランプヘッド熱源の急速冷却を容易にする。上記の装置が従来技術に対する改善ではあるが、より一層効率的な熱除去を容易にするためにさらなる改善を行うことができ、それによって装置を長寿命にする。

ランプヘッドおよび装置の実施形態を、本明細書において提供する。ある実施形態では、半導体プロセシングにおいて使用するためのランプヘッドは、複数の冷却剤流路ならびに複数のランプ孔および反射鏡空洞を有する一体型部材であって、各ランプ孔がランプを収納するように構成されかつ各反射鏡空洞が反射鏡として働くようにまたはランプ用の交換可能な反射鏡を受けるように成形され、複数の冷却剤流路が複数のランプ孔に隣接して配置された、一体型部材と、一体型部材から各冷却剤流路中へと延びる少なくとも１つの熱伝達部材とを含むことができる。

ある実施形態では、サーマルプロセシングにおいて使用するための装置は、基板支持部を有するプロセスチャンバと、基板支持部にエネルギーを与えるように設置されたランプヘッドとを含むことができ、ランプヘッドが、複数の冷却剤流路ならびに複数のランプ孔および反射鏡空洞を有する一体型部材であって、各ランプ孔がランプを収納するように構成されかつ各反射鏡空洞が反射鏡として働くようにまたはランプ用の交換可能な反射鏡を受けるように成形され、複数の冷却剤流路が複数のランプ孔に隣接して配置された一体型部材と、一体型部材から各冷却剤流路中へと延びる少なくとも１つの熱伝達部材とを含む。

本発明の上に記述した特徴を詳細に理解することができるように、上記に簡潔に要約されている本発明のより明細な説明を、実施形態を参照することによって得ることができ、その実施形態の一部が添付した図面に例示されている。しかしながら、添付した図面が本発明の典型的な実施形態だけを例示し、それゆえ、本発明に関して他の同様に有効な実施形態を許容することができる本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。

本発明のある実施形態による装置の概略的側面図である。 本発明のある実施形態によるランプヘッドの一部の部分断面側面図である。 本発明のある実施形態によるランプヘッドの一部の部分断面側面図である。 本発明のある実施形態による例示的冷却剤流路形態の図である。 本発明のある実施形態による例示的冷却剤流路形態の図である。 本発明のある実施形態による例示的冷却剤流路形態の図である。 本発明のある実施形態による例示的冷却剤流路形態の図である。 本発明のある実施形態による例示的冷却剤フィン形態の図である。 本発明のある実施形態による例示的冷却剤フィン形態の図である。 本発明のある実施形態による例示的冷却剤フィン形態の図である。

図面を、明確化のために単純化しており、一定の縮尺では描いていない。理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態のある要素を、別の実施形態において利益をもたらすように組み込むことができることが予想される。

改善した冷却効率を有するランプヘッドおよびその改善したランプヘッドを利用して基板を処理するための装置を、本明細書において提供する。ある実施形態では、ランプヘッドは、その中に配置された複数の冷却剤流路を有する一体型部材を含む。少なくとも１つの熱伝達部材が一体型部材から各冷却剤流路中へと延びる。各冷却剤流路内に配置された少なくとも１つの熱伝達部材は、ラピッドサーマルプロセス（ＲＴＰ）中の一体型部材の急速冷却を有利なことに助長させることができ、冷却剤流路中の周期的疲労クラッキングをさらに抑制することができる。ある実施形態では、ランプヘッドは、プロセスチャンバ内に配置される基板を支持するための基板支持部を有するプロセスチャンバを備えた装置内に配置され、処理中に基板を加熱することを容易にするように、支持部に対向する位置にランプヘッドを配置する。

下記の説明では、基板という用語は、サーマルプロセスチャンバ内で処理しようする任意の対象物に広く及ぶように意図されており、基板の温度を処理中に測定する。基板という用語は、例えば、半導体ウェーハ、フラットパネルディスプレイ、ガラス板またはガラス円板、プラスチック製品、その他を含むことができる。

図１は、本発明のある実施形態によるラピッドサーマルプロセシングシステム（ＲＴＰ）を図示する。ＲＴＰシステムは、基板１０６を処理するためのランプヘッド２００を有するプロセシングチャンバ１００を含むことができる。ある実施形態では、基板１０６を、例えば、円板形状の、直径８インチ（２００ｍｍ）または１２インチ（３００ｍｍ）のシリコン基板とすることができる。基板１０６を、チャンバ１００内部の基板支持部１０８上にマウントし、基板支持部１０８に対向する位置に配置したランプヘッド２００によって加熱する。ランプヘッド２００は、基板１０６の表面に向けられた放射光１１２を発する。あるいは（図示せず）、ランプヘッド２００を、例えば、基板１０６の下方に配置することによって、または基板１０６の裏面に放射光を向けることによって、などで基板１０６の裏面を加熱するように構成することができる。放射光は、水冷した石英窓アセンブリ１１４を通ってプロセシングチャンバ１００に入る。基板１０６の下には、水冷したステンレス鋼ベース１１６上にマウントされた反射鏡１０２がある。ベース１１６は、循環回路１４６を含み、冷却剤が反射鏡１０２を冷却するためにこの循環回路を通って循環する。ある実施形態では、反射鏡１０２は、アルミニウムから作られ、高反射性表面コーティング１２０を有する。反射鏡１０２の温度を加熱した基板１０６の温度よりも十分に低く保つために、摂氏２３°よりも高いことがあり得る水を、ベース１１６を通り循環させることができる。あるいは、別の冷却剤を同じ温度でまたは異なる温度で供給することができる。例えば、不凍液または別の熱伝達流体を、ベース１１６を通り循環させることができる、および／またはベース１１６をチラー（図示せず）に結合させることができる。基板１０６の下面または裏面１０９および反射鏡１０２の上部は、反射性空洞１１８を形成する。反射性空洞１１８は、基板１０６の実効的な放射率を向上させる。

ある実施形態では、基板１０６と反射鏡１０２との間の分離間隔を、１インチのほぼ０．３（７．６ｍｍ）とすることができ、従って、約２７の幅対高さ比を有する反射性空洞１１８を形成する。８インチシリコンウェーハ用に設計されたプロセシングシステムでは、基板１０６と反射鏡１０２との間の距離は、約３〜９ｍｍである。空洞１１８の幅対高さ比を、約２０：１よりも大きくすべきである。分離間隔を大きくしすぎる場合には、形成される仮想黒体空洞に起因すると考えられる放射率向上効果が、減少するであろう。分離間隔が小さすぎる、例えば約３ｍｍよりも小さい場合には、基板１０６から反射鏡１０２への熱的な伝導が増加するであろう、それによって、反射性板への熱損失の主な機構がガスを通る伝導であるので、加熱した基板１０６に大きな熱的な負荷を負わせる。熱的な負荷は、プロセスガスの種類および処理中のチャンバ圧力に依存するであろう。

基板１０６の局所的な領域における温度を、１５２ａ、１５２ｂ、および１５２ｃなどの複数の温度プローブによって測定する。各温度プローブは、反射鏡１０２の上部を通りベース１１６の裏面から延びる管路１２４を貫通するサファイア光パイプ１２６を含む。ある実施形態では、サファイア光パイプ１２６は、直径で約０．１２５インチであり、管路１２４は、わずかに大きい。サファイア光パイプ１２６の最上端が反射鏡１０２の上面と同一平面であるまたはわずかに低くなるように、サファイア光パイプ１２６を管路１２４の内部に設置する。光パイプ１２６の他端は、反射性空洞１１８からパイロメータ１２８へとサンプリングした光を伝送するフレキシブル光ファイバに結合する。

測定した温度に応じてランプヘッド２００に給電する電力を制御する温度コントローラ１５０に、パイロメータ１２８を接続する。２００ｍｍウェーハ用などのある実施形態では、ランプヘッド２００は、タングステン−ハロゲンランプからプロセシングチャンバ１００へと平行度の高い放射光を送達するために１８７個の光を使用することができる。３００ｍｍウェーハ用などのある実施形態では、ランプヘッド２００は４０９個の光を使用することができる。本明細書中に開示した光の数および形態は例示的であり、別の数および別の形態をやはり、適切に使用することができる。

ランプを複数のゾーンへと分割することができる。基板１０６の異なる区域の制御された放射加熱を可能にするために、コントローラによってゾーンを個々に調節することができる。かかる制御システムは、米国特許第５，７５５，５１１号に記載されており、本発明の譲受人に譲渡され、その全体の開示が、引用によって本明細書中に援用されている。

上記の通り、説明する実施形態では、基板１０６の異なる半径における温度を測定するために、反射鏡１０２全体にわたって分散させた測定プローブまたは温度プローブを使用する。サーマルプロセシング中に、基板１０６を、例えば、約９０ＲＰＭで回転させる。従って、各プローブは、基板１０６上の対応する環状のリング区域の温度プロファイルを実際にサンプリングする。

基板１０６を回転させる基板支持部１０８は、基板の外縁の周りで基板１０６と接触する支持部または端部リング１３４を含み、それによって、外縁の周囲の小さな環状領域を除いて基板１０６の全下面を露出させたままにする。支持リング１３４はまた、端部リング１３４として知られ、これら２つの用語を明細書中では互換的に使用することができる。ある実施形態では、支持リング１３４は、ほぼ１インチ（２．５センチメートル（ｃｍ））の半径方向の幅を有する。処理中に基板１０６の端部で生じるであろう熱的な不連続性を最小にするために、支持リング１３４は、基板１０６の物質と同じ物質または類似の物質、例えば、シリコンまたはシリコンカーバイドから作られる。

支持リング１３４は、パイロメータ１２８の周波数範囲内で石英シリンダを透明な状態にするために、シリコンによりコートされた回転可能な管状の石英シリンダ１３６上に載せられる。石英シリンダ１３６上のシリコンコーティングは、強度測定の品質を損なうはずの外部ソースからの放射光を遮断するためのバッフルとして働く。石英シリンダ１３６の底部は、複数のボールベアリング１３７上に載せられた環状の上部ベアリング１４１によって保持され、ボールベアリング１３７は、順に、静止した環状の下部ベアリングレース１３９内に保持される。ある実施形態では、ボールベアリング１３７は、鉄鋼から作られ、動作中の微粒子形成を低減させるためにシリコンナイトライドでコートされる。上部ベアリング１４１は、サーマルプロセシング中にシリンダ１３６、端部リング１３４、基板１０６を回転させるアクチュエータ（図示せず）に磁気的に結合される。

チャンバ本体にはめ込まれたパージリング１４５は、石英シリンダ１３６を取り囲む。ある実施形態では、パージリング１４５は、上部ベアリング１４１の上方の領域まで開いた内部環状空洞１４７を有する。内部空洞１４７は、通路１４９を通りガス供給部（図示せず）に接続される。処理中に、パージガスは、パージリング１４５を通ってチャンバへと流される。

ある実施形態では、支持リング１３４は、石英シリンダ１３６の半径よりも大きな外径を有し、その結果、支持リング１３４が石英シリンダ１３６を超えて延びる。石英シリンダ１３６を超える支持リング１３４の環状の延伸部は、その下方に位置するパージリング１４５と協働して、基板１０６の裏側のところで反射性空洞１１８に迷光が入ることを防止するバッフルとして機能する。反射性空洞１１８中へと反射する迷光の可能性をさらに低減させるために、支持リング１３４およびパージリング１４５をやはり、加熱素子２０２によって発せられる放射光を吸収する物質（例えば、黒体物質または灰色体物質）によりコートすることができる。

処理中に、プロセスガスを、注入ポートを通して基板１０６と窓アセンブリとの間の空間中へと導入することができる。ガスを、真空ポンプ（図示せず）に結合された排出ポートを通して排出する。

ランプヘッド２００を、図１にＲＴＰチャンバと共に、図２に拡大図で例示する。ランプヘッド２００は、複数の冷却剤流路２０６ならびに複数のランプ孔２０８およびその中に形成された反射鏡空洞２０４を有する一体型部材２０２と、一体型部材２０２から各冷却剤流路２０６中へと延びている少なくとも１つの熱伝達部材２１１とを含む。複数のランプレセプタクル２１４を一体型部材２０２に接続し、各ランプレセプタクル２１４をランプ２１２のベースと一致するように適合させ、各反射鏡空洞２０４をランプ２１２用の反射鏡として働くように成形する。ある実施形態では、反射鏡空洞２０４を、ランプ２１２用の反射鏡として働くように交換可能な反射部品（図示せず）を受けるように成形することができる。ある実施形態では、各ランプレセプタクル２１４を、ランプ孔２０８を介して各反射鏡空洞２０４に結合させることができる。

一体型部材２０２を、高い熱的な伝導度を有する物質から形成することができる。ある実施形態では、物質は、ステンレス鋼、銅、またはアルミニウムのうちの少なくとも１つを含むことができる。かかる物質の熱的な伝導度は、約１０〜１０００Ｗ／ｍＫであり得る。ある実施形態では、一体型部材を約４００Ｗ／ｍＫの熱的な伝導度を有する銅から形成することができる。ある実施形態では、一体型部材２０２を実質的に円形の形状とすることができる。ランプヘッド２００の一体型様式は、反射鏡スリーブの必要性を排除し、それによって、ランプ間の間隔をより近づけることを容易にする。ある実施形態では、ランプ間の中心線距離を、０．７５インチから０．６３インチ（１９ｍｍから１６ｍｍ）へと縮小することができ、それによって、より多くのランプの使用を容易にし、出力を大きくする。

各反射鏡空洞２０４は、光反射性物質でコーティングした内側表面をさらに含むことができる。光反射性物質は、金または金層の上面上に形成した誘電性四分の一波長積層膜などの任意の適切な光反射性物質を含むことができる。複数の反射鏡空洞２０４およびランプ２１２を、任意の所望のパターンで一体型部材２０２中に配列させることができる。ランプを、例えば、米国特許第５，１５５，３３６号に記載されたように配列させることができる。ランプの数を、上に記したように変えることができる。ある実施形態では、近接する列の反射鏡空洞が互い違いに配列されている平行な列に、複数の反射鏡空洞２０４を配列させることができる。

各ランプレセプタクル２１４を、各ランプ孔２０８を介して各反射鏡空洞２０４に結合させることができる。各ランプレセプタクル２１４および各反射鏡空洞２０４を、各ランプ孔２０８の対向する端のところに配置することができる。各ランプ孔２０８を、ランプ２１２のプレスシール（図示せず）を受け入れる大きさにすることができる。あるいは、ランプシュリンクシールをやはり使用することができる、または各ランプ孔２０８は、各ランプベースを収納することができる。各ランプ２１２からの光は、各反射鏡空洞２０４を通ってプロセスチャンバ１００内の基板１０６の方に向けられる。

各ランプレセプタクル２１４を、ランプソケットまたはランプホルダ２１６を受けるように適合させる。各ランプホルダ２１６は、ランプ２１２のリードピン２２０を受けることができる接続部分（図示せず）を有する。ランプリード２２０を、ランプ２１２に電力を供給する配線対２１５のそれぞれの配線に接続部分を介して電気的に接続する。ランプ２１２をランプヘッド２００中に差し込んだときに、ランプレセプタクル２１４はランプ２１２を支持することができる。

各ランプ２１２は、どちらを使用するかに応じて、プレスシール２１０またはシュリンクシール２１０（図示せず）以外のベースを持たないことがある、とはいえ、別の実施形態では、（図２Ａ〜図２Ｂに例示したように）ランプがベースを有することができる。ある実施形態では、電気回路を完全なものにするように、各ランプリード２２０を直接各ランプホルダ２１６中へと嵌合させる。外側リードまたはランプシールは、ランプホルダ２１６中のばねを組み込んだピンと嵌合する切り込みなどの、ランプの確かな機械的維持を可能にする構成を含むことができる。各ランプレセプタクル２１４内に各ランプホルダ２１６を保持するために、支持板２０３を一体型部材２０２の最上部表面に固定することができる。支持板２０３は、一体型部材２０２の変形（または曲がること）を抑制することを助長することができる。支持板２０３を、エポキシによって、またはランプヘッド２００内の温度で機能する適切な熱的特性を有する別のそれらの物質によって固定することができる。ある実施形態では、支持板２０３はステンレス鋼からなる。

ランプヘッド２５０の代替形態を図２Ｂに例示する。ランプヘッド２５０は、複数の冷却剤流路２０６ならびに複数のランプ孔２０８およびその中に形成した反射鏡空洞２０４を有する一体型部材２０２と、一体型部材２０２から各冷却剤流路２０６中へと延びている少なくとも１つの熱伝達部材２１１とを含む。支持板２０３を一体型部材２０２の最上部表面に固定することができ、プリント回路基板（ＰＣＢ）２５２を支持板２０３の上方に配置することができる。ＰＣＢ２５２を、各ランプ２１２に電力を供給するように構成することができる。ＰＣＢ２５２は、各ランプ孔２０８の上方に配置された複数のコネクタ２５４を備え、各ランプ２１２に電力を供給するためにベースのところで各ランプ２１２と相互接続することが可能である。コネクタ２５４は、電源線、ランプ２１２のランプピンと相互接続するプラグ、またはその他を備えることができる。各コネクタ２５４を、フレキシブル絶縁性プラグ２５６で囲む／覆うことができる。プラグ２５６は、例えば、ＰＣＢ２５２と短絡することからコネクタ２５４を防護することができる。さらに、プラグ２５６は、例えば、反射鏡空洞２０４およびランプ孔２０８を通って浸み出すことがある何らかのガスからＰＣＢ２５２およびコネクタ２５４を防護する、ガス気密シールを形成することができる。図２Ｂのランプヘッド２５０と同様に構成されたランプヘッドのより詳細なものは、２００２年２月２６日に発行され、「Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｅ Ｂｏａｒｄ ｆｏｒ ａ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第６，３５０，９６４号中に見出すことができ、これは引用によって本明細書中に援用されている。

図２Ａに戻って、複数の冷却剤流路２０６を一体型部材２０２中に形成し、複数の反射鏡空洞２０４に隣接して配置する。ある実施形態では、冷却剤流路２０６を各ランプ２１２の両側に配置することができる。各冷却剤流路２０６は、一体型部材と冷却剤流体との間の熱伝達を最大にするために適した寸法を有することができる。

ある実施形態では、図１〜図２に例示したように、各冷却剤流路２０６を、一体型部材２０２のある面（例えば、上面）中に形成したチャネルとすることができ、各チャネルの頂部に配置したキャップ２２１を具備する。ある実施形態では、キャップ２２１を一体型部材２０２に結合させることができる。例えば、キャップ２２１を、接着剤付けすることによって、はんだ付けすることによって、またははんだもしくは共晶合金のうちの少なくとも１つでろう付けすることによって一体型部材２２１に結合させることができる。キャップ２２１、接着剤、はんだ、または共晶合金は、一体型部材を形成する物質の熱的膨張の係数と実質的に一致する熱的膨張の係数を有する物質からなることができ、それによって、熱的膨張の係数のくいちがいによって引き起こされることがあるキャップと一体型部材との間のシールの周期的疲労クラッキングに起因する冷却剤流体の漏れを抑制する。

ランプヘッド２００は、少なくとも１つの熱伝達部材２１１をさらに含む。少なくとも１つの熱伝達部材は、一体型部材２０２から各冷却剤流路２０６中へと延びている。少なくとも１つの熱伝達部材２１１は、一体型部材２０２とその中に配されかつ各冷却剤流路２０６を通り流れる冷却剤流体との間の熱伝達の改善を容易にすることができる。熱伝達部材２１１は、一体型部材２０２と同一の物質を備えることができる、または異なってもよい。熱伝達部材２１１を、一体型部材２０２を形成する物質と適合性がありそれに固着することが可能であり、かつプロセスと適合性がある（例えば、電解腐食に対して耐性がある）適切な物質を備えることができる。熱伝達部材２１１を、高い熱的な伝導度を有する適切な物質を備えることができる。ある実施形態では、少なくとも１つの熱伝達部材２１１を、ステンレス鋼、銅、またはアルミニウムのうちの少なくとも１つを備えることができる。ある実施形態では、少なくとも１つの熱伝達部材２１１を形作る物質は、約１０〜１０００Ｗ／ｍＫの間の熱的な伝導度を有する。

各冷却剤流路２０６の高さの約半分まで延びるように図１〜図２では例示しているが、各熱伝達部材２１１は、より小さな距離および各冷却剤流路２０６の全高さまでを含むより大きな距離などの、他の距離に延びることができる。熱伝達部材２１１は、一体型部材２０２と一体化して形成する（例えば、一体型部材２０２中に機械加工する）ことができる、または図１〜図２に例示したように、熱伝達部材２１１を、各冷却剤流路２０６のベースのところで一体型部材２０２に取り付けられている別個の構成部品とすることができる。

ある実施形態では、図１〜図２に例示したように、熱伝達部材２１１は、各冷却剤流路２０６のベースのところでより広い断面を有することができ、冷却剤流路へのしっかりとした結合、安定性の改善、および／または一体型部材２０２と熱伝達部材２１１との間の熱的な伝導の改善を容易にする。熱伝達部材２１１が別個の構成部品である実施形態では、熱伝達部材２１１を、接着することによって、溶接することによって、超音波溶接することによって、爆発溶接することによって、ろう付けすることによって、締りばめすることによって、またはその他などの適切な方式で各冷却剤流路２０６のベースに結合させることができる。ある実施形態では、熱伝達部材２１１を、はんだ、共晶合金、またはその他を使用したろう付けによって各冷却剤流路２０６のベースに結合させることができる。ある実施形態では、熱伝達部材２１１と冷却剤流路２０６との間にわずかな空気ボイドしかないまたは空気ボイドがない状態で結合させることを容易にするために、熱伝達部材２１１を、共晶箔を使用して各冷却剤流路２０６のベースに結合させることができ、それによって、一体型部材２０２と熱伝達部材２１１との間のしっかりとした熱的な結合を向上させる。ある実施形態では、熱伝達部材２１１を、粘着剤を使用して各冷却剤流路２０６のベースに結合させることができる。

ろう付けを介して熱伝達部材２１１と冷却剤流路２０６のベースとの間に形成される接合部が、接合部の急速加熱および急速冷却によってもたらされる周期的疲労クラッキングに耐性を持つように、一体型部材２０２を形成する物質、はんだまたは共晶合金、少なくとも１つの熱伝達部材は、実質的に同等の熱的膨張の係数を有することができる。熱伝達部材２１１が冷却剤流路２０６の全高さに延びる実施形態では、熱伝達部材２１１は、ベースに関して上に記述した断面と同等の断面を有することができ、類似の方法によってキャップ２１１に付着させることができる。

熱伝達部材２１１を、冷却剤流路２０６の側壁から離して、または同じ冷却剤流路２０６内の別の熱伝達部材２１１に対して、これらの間の熱伝達流体の適切な流れを維持する任意の適切な距離だけ間隔を空けることができる。ある実施形態では、熱伝達部材２１１を、約１ｍｍだけ冷却剤流路２０６の側壁から離して間隔を空けることができる。当然のことながら、冷却剤流路の大きさおよびその中に配置される熱伝達部材の大きさや数に応じて、間隔を変えることができる。

熱伝達部材２１１は、ランプ２１２に近接して配置するために少なくとも十分な距離まで冷却剤流路２０６の長さを延ばすことができる。熱伝達部材２１１は、直線であるか、傾斜しているか、波状であるか、またはその他の（例えば、冷却剤流路２０６の長さに沿った）長手方向プロファイルを有することができる。例えば、図３Ａに例示したように、熱伝達部材２１１は、直線状のプロファイル（例えば、フィン３０１）、正弦曲線状のプロファイル（例えば、フィン３０３）、または他の適切なプロファイルを有する少なくとも１つのフィンをさらに備えることができる。ある実施形態では、正弦曲線状のプロファイルなどの非直線状のプロファイルは、例えば、フィンの表面に隣接する冷却剤流体の境界層を最小にすることによって、フィンの表面と冷却剤流路２０６を通り流れる冷却剤流体との間の熱伝達の改善を容易にすることができ、従って、これらの間の熱伝達を改善する。

ある実施形態では、図３Ａ〜図３Ｂに例示したように、少なくとも１つの熱伝達部材２１１は、（図３Ａに示したような）複数のフィン３０１、または（図３Ｂに示したような）複数のフィン３０３を備えることができる。ある実施形態では、複数のフィン３０１または３０３は、冷却剤流路２０６の長軸に実質的に平行な長軸を有する２つのフィンを備える。ある実施形態では、複数のものの中の各フィンは、その複数のものの中の近接するフィンに実質的に平行である。例えば、フィン３０１（３０３）は、近接するフィン３０１（３０３）に実質的に平行であると考えられる。２つのフィンを図に示しているが、任意の適切な数のフィンを設けることができ、各フィンと熱伝達流体との間の熱伝達の改善を容易にするために、各フィン間の間隔を活用することができる。本明細書に開示した熱伝達部材のプロファイルは、例示的であり、本明細書に開示した利点を相変わらず提供しつつ別の幾何学的形状を有することができる。

フィンとして、またはフィンに似た構造として上に示したが、少なくとも１つの熱伝達部材２１１は、その上様々な別の形式を有することができる。例えば、あるいは、少なくとも１つの熱伝達部材２１１の非限定的な実施形態を、図４〜図５に関して下記に説明する。図４Ａに例示したように、少なくとも１つの熱伝達部材は、各冷却剤流路２０６内に配置された複数の固形物４００を備えることができる。固形物４００を、示したように球形状とすることができる、または（規則的なまたは不規則な）任意の別の形を有することができる。固形物４００は、さらに同じ大きさのものであっても異なる大きさのものであってもよい。冷却剤流路２０６と物体４００との間のしっかりとした熱伝達を容易にするために、各物体４００を近接する物体に対しておよび／または冷却剤流路２０６の壁に対して押し付けることができる、または固着することができる。冷却剤流体は、物体４００間に形成される隙間空間４０２の間の冷却剤流路２０６を通り流れることができる。

あるいは、図４Ｂに図示したように、少なくとも１つの熱伝達部材は、冷却剤流体をその中を通して流すための冷却剤流路２０６に沿って延びる複数の管４０４とすることができる。複数の管４０４を、優れた熱的な接触のために一緒に押し付けることができるか、一緒にろう付けすることができるか、またはそうでなければ固着させることができる。管４０４を実質的に平行にすることができ、冷却剤流路２０６の長軸に合わせて並べることができる。相互の管の間ならびに管と冷却剤流路２０６の壁との間の接触面積を最大にするために、管４０４をやはり、示したような規則的なパターンで積み重ねることができる。冷却剤流路２０６と管４０４を通り流れる冷却剤流体との間の十分な熱伝達を提供する任意の適切な積み重ねパターンおよび管形態を利用することができる。ある実施形態では、管４０４を一緒にろう付けするまたは固着させるために使用する材料などの、近接する管４０４の間の熱的な接触を改善する適切な材料で、各管４０４の間の隙間空間４０６を満たすことができる。

少なくとも１つの熱伝達部材２１１がフィン、または（例えば、図２Ａ〜図２Ｂおよび図３Ａ〜図３Ｂに図示したような）フィンに似た部材である実施形態では、近接する熱伝達部材間の、および任意選択として、熱伝達部材と冷却剤流路２０６の側壁との間のギャップを保つために、構成を各部材に付加することができる。かかる構成は、ディンプル、バンプ、固着させた形、部材中の折れ曲がり、またはその他を含むことができる。例えば、図５Ａに例示したように、ある実施形態では、近接する熱伝達部材（例えば、５００、５０２）を、一体構造で形成することができ、ビーム５０４が熱伝達部材５００、５０２の間に形成される。ある実施形態では、図５Ｂに例示したように、近接する熱伝達部材（例えば、５０６、５０８）を、近接する熱伝達部材を分離する１つまたは複数の水平部品５１０、５１２を個々に含むように形成する。各熱伝達部材５０６、５０８上に形成するように示したが、水平部品を、近接する熱伝達部材の間だけに設けることができる。ある実施形態では、図５Ｃに例示したように、１つまたは複数の近接する熱伝達部材（例えば、５１４、５１６）は、それらの間の分離を容易にするための熱伝達部材の垂直な部分に配置された１つまたは複数の構成（例えば、５１８、５２０）を含むことができる。かかる構成を、熱伝達部材中に形成したディンプルもしくは突起、または突起を形成するために熱伝達部材に固着させた分離構成部品とすることができる。図５Ｃに例示したように、近接する熱伝達部材５１４、５１６上のかかる構成５１８、５２０を、互いに対向させることができ、従って、近接する熱伝達部材の分離を容易にする。近接する熱伝達部材間の（および任意選択として、熱伝達部材と冷却剤流路の側壁との間の）所望の間隔を維持するために、熱伝達部材および分離構成の別の幾何学的形状および形態を、満足のいくように利用することができる。

ある実施形態では、冷却剤流路２０６および／または少なくとも１つの熱伝達部材２１１の浸食および／または腐食を抑制することを容易にすることができる物質で、冷却剤流路２０６および／または少なくとも１つの熱伝達部材２１１を、コーティングするまたはクラッディングすることができる。かかる物質は、ポリマコーティング、無電解ニッケル、冷却剤流路２０６中に静圧プレスしたまたはろう付けしたステンレス鋼層、そのあたりに形成した冷却剤流路を有する薄いステンレス鋼管材、ダイアモンド状炭素コーティング、またはその他を含むことができる。

動作では、図１および図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、熱伝達流体は、注入口１５４を介して一体型部材２０２に、最終的には冷却剤流路２０６に入り、排出口１５６を介して出る。ある実施形態では、熱伝達流体は、その中に含有される溶存酸素または酸化剤をほとんど含まないまたは全く含まず、それによって、冷却剤流路２０６および／またはその中に収容された熱伝達部材２１１の浸食および／または腐食を抑制する。ある実施形態では、熱伝達流体は、約０．１ｐｐｍ酸素当量よりも少ない酸化剤を含有する。減少させた溶存酸素の水を、真空脱ガス、煮沸、膜ろ過、窒素注入によって得ることができる。ある実施形態では、熱伝達流体は、タンニン類（ｔａｎｎｉｓ）、ヒドラジン、ハイドロキノン／プロガロール（ｐｒｏｇａｌｌｏｌ）系誘導体、ヒドロキシルアミン誘導体、アスコルビン酸誘導体、ボイラ水処理工業において一般に知られた他の物質などの還元剤を含むことができる。熱伝達流体を、閉ループの一部とすることができ、そこでは、排出口１５６を出る熱伝達流体が冷却され注入口１５４に再導入される。あるいは、新しい熱伝達流体を、連続的に注入口１５４に送達することができる、またはリサイクルした熱伝達流体と混合することができる。

注入口１５４および排出口１５６は、複数の冷却剤流路２０６を介して互いに流体で結合される。それに加えて、図３に例示したように、各冷却剤流路２０６は、（図１に示した注入口１５４に結合される）注入口３０２および（図１に示した排出口１５６に結合される）排出口３０４を備える。熱伝達流体は、注入口３０２を介して各冷却剤流路２０６に入り、排出口３０４を介して各冷却剤流路から出る。複数のランプ２１２のそれぞれの側にある冷却剤流路２０６の注入口３０２および排出口３０４を、ランプヘッドの注入口１５４および排出口１５６に結合された注入口および排出口プレナ（ｐｌｅｎａ）（図示せず）へとそれぞれグループ分けすることができ、そこを通って熱伝達流体が流れることを容易にする。熱伝達流体が制御された様式で各注入口３０２に入り各排出口３０４を出るように、冷却剤流路２０６を並列流形態に配列することができ、従って、一体型部材２０２中の一様な熱伝達を容易にする。例えば、各冷却剤流路２０６中の流れを、それぞれのオリフィスによって、または１つまたは複数の冷却剤流路に結合された流量コントローラ（図示せず）によって制御することができる。

熱伝達流体の流速を、熱伝達部材２１１（例えば、フィン３０１、３０３）の表面と冷却剤流路２０６を通り流れる熱伝達流体との間の熱伝達を制御するために任意の適切な流速とすることができる。ある実施形態では、流速は、毎秒約２から約３メートルである。ある実施形態では、流速は層流域を助長し、それが各冷却剤流路の両端の圧力降下を低くするようにすることができ、従って、そこを通る流れに対して小さなエネルギーしか必要とせず、乱流によって引き起こされる少なくとも１つの熱伝達部材２１１（例えば、フィン３０１、３０３）の浸食および腐食を最小にすることができる。従って、層流域は、少なくとも１つの熱伝達部材２１１（例えば、フィン３０１、３０３）の表面と熱伝達流体との間の温度勾配の改善を容易にし、それによって、乱流を最小にしかつ冷却剤流路の両端の圧力降下を最小にしつつ、それらの間の熱伝達を改善する。冷却剤流路中に配置された少なくとも１つの熱伝達部材２１１の形態に基づいて、各冷却剤流路２０６通る層流を助長させるために、流速を調節することができる。例えば、熱伝達部材２１１の数、各熱伝達部材２１１間の間隔、各熱伝達部材２１１のプロファイル、その他を含む要因に基づいて、流速を調節することができる。

ある実施形態では、正弦曲線状のプロファイルを有する熱伝達部材２１１（例えば、フィン３０３）の実施形態では、層流が望ましいことがある。例えば、熱伝達流体は、例えば、正弦曲線状のプロファイル中の折れ曲がりに隣接する熱伝達流体の乱流を介して熱伝達部材２１１と反応することがある酸素などの不純物を含むことがある。この反応は、例えば、熱伝達部材２１１の表面上に金属酸化物を形成することがあり、それは熱伝達部材２１１の表面と熱伝達流体との間の熱伝達の減少、または金属酸化物形成および除去を介した物質の損失に起因する熱伝達部材２１１の浸食のうちの少なくとも１つを望ましくなく助長することがある。

従って、ランプヘッドおよび基板を処理するための装置の実施形態を、本明細書において提供してきている。ランプヘッドは、その中に配置された複数の冷却剤流路および一体型部材から各冷却剤流路中へと延びる少なくとも１つの熱伝達部材を有する一体型部材を含む。各冷却剤流路内に配置された少なくとも１つの熱伝達部材は、ラピッドサーマルプロセス（ＲＴＰ）中に一体型部材の急速冷却を有利なことに促進させることができ、冷却剤流路内の周期的疲労クラッキングを抑制することができる。

上記は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の別の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から乖離せずに考案することができる。

Claims (15)

1. サーマルプロセシングにおいて使用するためのランプヘッドであって、
   複数の冷却剤流路ならびに複数のランプ孔および反射鏡空洞を有する一体型部材であって、各ランプ孔がランプを収納するように構成されかつ各反射鏡空洞が反射鏡として働くようにまたは前記ランプ用の交換可能な反射鏡を受けるように成形され、前記複数の冷却剤流路が前記複数のランプ孔に隣接して配置された、一体型部材と、
   前記一体型部材から各冷却剤流路中へと延びる少なくとも１つの熱伝達部材と
   を備えた、ランプヘッド。
2. 各冷却剤流路が、
   前記一体型部材の一面の中に形成されたチャネルと、
   キャップおよび前記チャネルが共に前記冷却剤流路を形成するように各チャネルの頂部に配置されたキャップと
   をさらに備えた、請求項１に記載のランプヘッド。
3. 前記一体型部材および各キャップの上方に配置された支持板をさらに備えた、請求項２に記載のランプヘッド。
4. 前記一体型部材がステンレス鋼、銅、またはアルミニウムのうちの少なくとも１つからなり、前記少なくとも１つの熱伝達部材がステンレス鋼、銅、またはアルミニウムのうちの少なくとも１つからなる、請求項１から３のいずれかに記載のランプヘッド。
5. 前記少なくとも１つの熱伝達部材の長軸が前記冷却剤流路の長軸に実質的に平行である、請求項１から４のいずれかに記載のランプヘッド。
6. 前記少なくとも１つの熱伝達部材が、前記一体型部材中に一体的に形成されるまたは前記一体型部材に結合される、請求項１から５のいずれかに記載のランプヘッド。
7. 前記複数の冷却剤流路、前記少なくとも１つの熱伝達部材、またはそれらの組み合わせが、浸食および／または腐食に対して耐性のある物質で覆われる、請求項１から６のいずれかに記載のランプヘッド。
8. 前記ランプヘッドに熱伝達流体を供給するための熱伝達流体源をさらに備え、前記熱伝達流体が約０．１ｐｐｍ酸素当量よりも少ない酸化剤を含有する、請求項１から７のいずれかに記載のランプヘッド。
9. 前記熱伝達流体がその中に配された還元剤をさらに包含する、請求項８に記載のランプヘッド。
10. 前記一体型部材に結合された支持板と、
    前記支持板に近接して配置され、前記一体型部材中に形成された前記複数のランプ孔に対応する複数のランプに結合するように構成されたプリント回路基板と
    をさらに備えた、請求項１に記載のランプヘッド。
11. 前記少なくとも１つの熱伝達部材が直線状または正弦曲線状である長手方向プロファイルを有する少なくとも１つのフィンを含み、前記少なくとも１つのフィンの各々の前記プロファイルが前記冷却剤流路内のいずれかの近接するフィンに実質的に平行である、請求項１から１０のいずれかに記載のランプヘッド。
12. 前記少なくとも１つの熱伝達部材が、前記冷却剤流路に軸を合わせて並べられた複数の平行管を備える、請求項１から１０のいずれかに記載のランプヘッド。
13. 前記冷却剤流路が、前記複数の管だけを通して冷却剤を供給するように構成され、前記複数の管の外側表面と前記冷却剤流路の側壁との間に形成された隙間空間が、材料で満たされる、請求項１２に記載のランプヘッド。
14. 前記少なくとも１つの熱伝達部材が、前記冷却剤流路中に詰め込まれかつ複数の固形物の表面と前記冷却剤流路の側壁との間の隙間空間を規定する複数の固形物を含み、前記隙間空間が、前記冷却剤流路を通る流体流路を形成する、請求項１から１０のいずれかに記載のランプヘッド。
15. サーマルプロセシングにおいて使用するための装置であって、
    基板支持部を有するプロセスチャンバと、
    前記基板支持部にエネルギーを与えるように設置されたランプヘッドであって、請求項１から１４のいずれかに規定されるようなランプヘッドと
    を備えた装置。

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