KR100699104B1 - 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체 및 열적 처리 방법 - Google Patents

열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체 및 열적 처리 방법 Download PDF

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Abstract

열적 처리 챔버용 냉각 윈도우에서, 챔버내의 대상물이 챔버 외측에서 방사되는 적외선을 포함한 복사원에 의해 가열된다. 조립체는 상부 및 하부 투명 플레이트를 포함하며 그 사이에는 통로가 형성된다. 냉각 유체는 통로를 통과하고, 유체는 실질적으로 적외선에 대하여 투과성이므로, 복사원으로부터의 적외선은 플레이트를 관통하여 통로 내측의 유체를 통과해 대상물을 가열한다. 상부 플레이트는 하부 플레이트보다 실질적으로 얇으므로, 챔버가 비어 있을 때 대기압을 견디기에 기구적으로 충분한 강도를 갖는 윈도우를 제공한다.

Description

열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체 및 열적 처리 방법 {COOLED WINDOW ASSEMBLY FOR A THERMAL PROCESSING CHAMBER AND THERMAL PROCESSING METHOD}
본 발명은 반도체 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 복사 가열(radiant heating)을 위한 장치에 관한 것이다.
반도체의 신속한 열 처리에 있어서, 텅스텐-할로겐 램프 또는 램프 배열체와 같은 복사원(radiant source)은 일반적으로 반도체를 가열하는데 사용된다. 통상적으로 수정(quartz) 또는 사파이어(sapphire)로 제조되는 투명한 윈도우가 히터로부터 처리 챔버를 분리하는데 사용된다. 윈도우는 챔버내의 진공과 외측의 대기압 간의 압력차를 견디기에 충분한 강도이어야 하므로, 상당한 두께를 갖는다. 그러나 수정은 4㎛ 이상의 파장에 대하여는 불투과성이며, 또한 0.2~4㎛ 사이의 작은 복사량도 흡수한다. 윈도우의 두께의 증가에 따라 총 흡수량도 증가한다.
이러한 상태하에서, 효과적인 냉각이 없다면, 챔버내의 몇몇 공정 사이클 이후에 윈도우를 통상 500℃ 이상의 고온으로 이르게 할 수 있다. 두껍고, 뜨거운 윈도우는 다음과 같은 바람직하지 못한 방법으로 공정에 영향을 줄 수 있다:
ㆍ"초기 웨이퍼 효과" - 배치(batch) 내의 최초의 소수의 웨이퍼들은 원도우가 평형 온도에 도달하기 전에 처리되고, 그리하여 처리의 반복성은 영향을 받게 된다.
ㆍ수정의 낮은 열 전도성으로 인하여, 윈도우 전반의 온도는 불균일할 것이므로, 웨이퍼 전반의 온도의 균일성에 영향을 미친다.
ㆍ폴리실리콘 증착(polysilicon deposition)과 같은 몇몇의 속성 열 화학적 기상 증착(rapid thermal chemical vapor deposition; RTCVE) 처리는 윈도우를 포함한 진공 챔버의 고온 부분에 물질 증착을 야기하는 원인이 될 수 있다. 이러한 증착은 윈도우의 투과율을 감소시키므로 소정의 웨이퍼 온도에 도달하도록 더욱 많은 램프 전력이 사용되게 한다. 또한, 윈도우상의 증착은 불균일성과 반복성으로 처리에 영향을 미칠 수 있다.
ㆍ윈도우상의 증착은 또한 챔버내의 미립자의 수를 증가시키는데, 이는 웨이퍼의 오염을 일으킬 수 있으며 더욱더 빈번한 세정에 대한 요구를 일으키게 한다.
윈도우 냉각을 위한 방법 및 장치가 반도체 공정 분야에서 공지되었다. 예를 들어, 미국 특허인 Mabawili의 제 4,550,684호는 파장의 범위가 0.3~0.9㎛ 사이에서의 복사선으로 웨이퍼를 가열하는 램프를 사용한 기상 증착 시스템을 설명한다. 윈도우는 웨이퍼가 내장된 진공 챔버로부터 램프를 분리한다. 원도우는 두개의 이격된 플레이트로 구성되며 이 사이에서 물이 펌프 순환되어 원도우 온도가 제어되도록 한다. 윈도우를 관통하는 냉각수가 램프에 의해 방사된 적외선을 흡수한다 할지라도, 마하윌리(Mahawili)의 특허는 이러한 효과를 유익하게 간주한다. 그의 특허는 웨이퍼를 가열하기 위한 바람직한 파장 범위가 0.3~0.9㎛ 사이란 것과, 이러한 범위 바깥의 파장은 챔버로부터 차단하여야 한다는 것을 나타내고 있다.
미국 특허인 그로넷(Gronet)등의 제 5,487,127호는 속성 열적 가열 장치 내의 램프가 조명하여 반도체 기판으로 열을 공급하기 위하여 다수의 발광 파이프에 배열되는 것을 설명하고 있다. 발광 파이프는 텅 빈 처리 챔버로부터 램프를 분리하는 액상 냉각 윈도우에 통합되어 구성된다. 윈도우는 냉각수가 발광 파이프 자체의 전방으로 유입되거나 통과되지 않도록 하면서 발광 파이프 사이에 주입될 수 있도록 구성된다. 발광 파이프 자체는 텅 비어 있다. 그리하여, 램프로부터의 복사는 냉각수에 의해 약화되지 않은 채 챔버에 도달되지만, 통합된 램프의 구성과, 텅 빈 발광 파이프와, 그리고 냉각된 윈도우는 복잡해지고 구성하기 난해하며 유지도 어렵다.
프랑스 특허출원 제 2,686,967호(France Telecom)는 반도체 가열 오븐을 개시하며, 여기에서 가열원(텅스텐 할로겐 램프)은 가열되는 반도체 웨이퍼로부터 수정 창유리(13, 14)들에 의해 분리된다. 수정 창유리는 채널(17)에 의하여 서로 분리되는데, 채널에는 0.4~4㎛ 사이의 파장에 대하여 투과성인 냉각 유체가 통과한다. 냉각 유체는 바람직하게는 플루오르 탄소(fluorocarbon)이다. 본 참증은 수정 창유리 사이에 통로가 형성되는 것을 개시하지 않고, 특히 가열원 및 그 가열원으로부터 방사되는 복사선 패턴에 대하여 기하학적으로 정렬되는 통로가 불균일한 온도를 발생할 수 있는 새도우잉(shadowing)을 최소화하도록 하는 것을 개시하지 않았다. 또한, 본 참증은 두꺼워진 수정 창유리(14)가 반도체 웨이퍼에 더 가까워져 가열된다(참증의 도 1). 두꺼워진 수정 창유리는 냉각을 더욱 어렵게 하며 소정의 최대 온도에서 유지되기 어렵다.
유럽 공보 제 0 424 183 A1(Inco Ltd.)와 미국 특허 제 4,431,257호(Born)은 복사원을 대상물로부터 분리하도록 설치되는 복사선 투과 윈도우를 개시한다. 가열되는 대상물은 반도체 웨이퍼가 아니다. 냉각제는 윈도우에 의해 형성된 통로를 통하여 유동하지만, 이러한 참증들은 가열원 및 그 가열원으로부터 방사되는 복사선 패턴과 기하학적으로 정렬되는 통로를 형성하도록 개시하지 않는다. 또한, 이러한 참증들은 두꺼운 윈도우 창유리 및 얇은 윈도우 창유리의 조합을 사용함으로써, 두꺼운 창유리에 의하여 강화된 강도와 안정성을 제공하며 얇은 창유리에 의해 소정의 온도에서 좀더 용이하게 냉각되며 유지되게 하는 것에 따르는 두꺼운 윈도우 창유리 및 얇은 윈도우 창유리의 조합의 사용을 개시하지 못한다.
본 발명의 목적은 진공 챔버내의 반도체 웨이퍼를 복사 가열하는데 사용되는 개선된 냉각 윈도우를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우는 층들 사이에 냉각 유체가 관통하는 통로를 갖는 바람직하게는 수정인 적절한 투명 재질의 상부 및 하부 층을 포함한다. 냉각 유체는 물과 같은 것이 아닌 것으로 선택되어 1.1㎛ 이상의 파장, 바람직하게는 1.4㎛ 이상 연장되는 적외선 범위 내에서 높은 투과율을 갖도록 한다. 바람직하게 램프 배열체를 포함하는 복사선 히터는 챔버내의 반도체 웨이퍼를 가열하도록 구성되어 위치되므로 가시광선과 적외선을 포함한 히터로부터의 복사선은 윈도우의 상부 및 하부 층을 관통하고 냉각 유체를 통과하여 실질적인 손실 없이 웨이퍼 상에 영향을 준다. 그리하여, 냉각 윈도우는 간단하고, 강한 구조를 가지며 램프에 의해 방사된 유용한 복사선의 스펙트럼 전부를 실질적으로 웨이퍼에 효과적으로 전달한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 열적 처리 챔버는 사용중에 비워지며, 상부 층의 투명 물질은 충분한 두께로 만들어지므로 윈도우는 챔버 외측의 대기압과 내측의 진공 사이의 차이에 기인하여 가해지는 힘을 견딜 수 있게 한다. 하부 층은 상부 층보다 실질적으로 얇게 만들어지므로, 하부 층의 웨이퍼 주변에서의 하부 표면은 하부 층을 통과하는 유체의 열 전도에 의하여 완전하고 균일하게 냉각된다. 하부 층은 챔버가 비게 되는 경우 윈도우에 교차하는 압력차이를 자체적으로 견디기에 너무 얇지 않아야 한다. 그러나 하부 층은 상부 및 하부 층 사이에 고정된 구조물에 의하여 기구적으로 지지가 되는데, 구조물은 유체가 통과하여 유동하는 통로를 형성하며 윈도우를 관통하는 복사선의 차단을 최소화하도록 구성된다.
그리하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되는 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체로서, 챔버내의 대상물이 챔버 외측의 복사원에서 방사되는 적외선을 포함한 복사선에 의하여 가열되는 조립체는,
상부 및 하부 투명 플레이트로서, 상기한 투명 플레이트들 사이에서 상기 복사원에 의해 방사된 복사선의 기하학적 패턴에 전체적으로 정렬되는 통로를 형성하여 복사선 투과물질의 세그먼트가 부착되게 하는 상부 투명 플레이트 및 하부 투명 플레이트, 및
통로를 통해 유동하는 냉각 유체로서, 적외선에 대하여 실질적으로 투과성이므로 복사원으로부터의 적외선이 플레이트를 관통하며 통로 내의 유체를 통과하여 상기 대상물을 가열하도록 하는 냉각 유체를 포함한다.
바람직하게는, 냉각 유체는 1.1㎛보다 큰 파장을 갖는 복사선에 대하여 실질적으로 투과성이고, 가장 바람직하게는 1.4㎛보다 큰 파장을 갖는 복사선에 대하여 실질적으로 투과성이다. 보다 바람직하게는, 냉각 유체는 가시 광선에 대하여 실질적으로 투과성이다. 바람직한 실시예에서, 냉각 유체는 액상 플루오르 탄소를 포함한다.
바람직하게는, 윈도우 조립체는 통로를 형성하도록 상부 및 하부 플레이트 사이에 고정된 투명한 물질의 세그먼트를 더 포함하고, 여기에서의 통로는 복사원에 의해 방사된 복사선의 기하학적 패턴과 전체적으로 정렬된다.
보다 바람직하게는, 상부 플레이트는 하부 플레이트보다 실질적으로 두껍게 형성되며, 여기에서의 상부 플레이트는 챔버가 비어 있을 때 윈도우 조립체가 대기압을 견딜 수 있기에 충분한 두께를 갖는다.
또한, 본 발명에 바람직한 실시예에 따라 제공되는 비워질 수 있는 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체로서, 챔버내의 대상물이 챔버의 외측에서 적외선을 포함한 복사선이 방사되는 복사원에 의하여 가열되는 조립체는,
복사원 근처에 위치되며 상기 챔버가 비워지는 경우 윈도우 조립체가 대기압을 견딜 수 있도록 충분한 두께를 갖는 상부 투명 플레이트,
챔버내의 대상물 근처에 위치되며 상부 투명 플레이트의 두께보다 실질적으로 얇은 두께를 갖는 하부 투명 플레이트, 및
하부 플레이트에 기구적 지지를 제공하도록 상부 및 하부 플레이트 사이에 고정되며 플레이트를 냉각하기 위한 냉각 유체가 통과되는 플레이트 사이에 통로를 형성하기 위해 정렬되는 지지 편을 포함한다.
바람직하게, 통로는 복사원에 의해 방사된 복사선의 기하학적 패턴에 전체적으로 정렬되므로, 복사원으로부터의 복사선이 챔버내의 대상물에 도달하도록 냉각 유체가 통과된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되는 열적 처리 챔버용 가열 장치로서,
챔버 외측에서 적외선을 포함한 복사선을 방사하는 복사원, 및
챔버를 밀봉하며 냉각 유체가 내측을 통과하여 유동하는 통로를 갖는 냉각 윈도우를 포함하고, 유체는 적외선에 대해 실질적으로 투과성이므로 복사원으로부터의 적외선이 통로 내의 유체를 통과하여 챔버내의 대상물을 가열하도록 한다.
바람직하게, 윈도우는 상부 및 하부 투명 플레이트를 포함하며, 플레이트들 사이에 통로가 형성되고, 여기에서의 상부 플레이트는 하부 플레이트보다 실질적으로 두껍다. 바람직하게는, 상부 플레이트는 상기 챔버가 비어 있을 때 상기 윈도우 조립체가 대기압을 견디기에 충분한 두께를 갖는다.
바람직하게는, 복사원은 소정의 기하학적 패턴의 복사선을 방사하는 하나 이상의 램프의 배열체를 포함하고, 여기에서 통로는 패턴과 전체적으로 정렬된다. 패턴은 하나 이상의 링을 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되는 열적 처리 챔버내의 대상물을 가열하기 위한 방법으로서,
통과하는 통로를 갖는 윈도우를 사용하여 상기 챔버를 밀봉하는 단계,
윈도우를 관통하는, 적외선을 포함한 복사선의 수단에 의하여 대상물을 가열하는 단계, 및
적외선이 실질적으로 쇠약해지지 않은 채 통과되도록 하는 적외선 투과 유체를 통로를 통해 유동시킴으로써 윈도우를 냉각하는 단계를 포함한다.
본 발명은 도면과 함께 첨부된 이후의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하므로 보다 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 램프 하우징과 냉각 윈도우의 개략적인 단면도이며,
도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절개된 평단면도이며,
도 3은 상이한 냉각 유체를 사용한 윈도우 투과율의 상대적인 측정을 보인 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 : 냉각 윈도우 22 : 히터 조립체
26 : 하부 플레이트(층) 28 : 중간층(플레이트, 세그먼트)
30 : 상부 플레이트(층) 32 : 통로
34 : 입구 36 : 출구
38 : 개구부
이후, 도 1과 도 2를 참조하며, 여기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히터 조립체(22)와 동반되는 냉각 윈도우(20)를 개략적으로 도시한다. 통상적으로, 조립체로부터의 복사 열은 윈도우(20)를 관통하여 비어있는 처리 챔버(도시 안됨)내의 반도체 웨이퍼를 가열하며, 가장 바람직하게 챔버는 본 기술분야에서 공지된 속성 열적 웨이퍼 처리용 챔버이다. 도 1은 히터 조립체와 윈도우의 단면도이고, 도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절개된 평단면도이다.
윈도우(20)는 하부 플레이트(26) 및 윈도우 내측의 냉각 통로(32)를 형성하는 중간층(28)에 의해 분리된 상부 플레이트(30)를 포함하고 있다. 바람직하게는, 전술한 3개의 모든 층들은 수정(quartz)으로 만들어진다. 가장 바람직하게는, 하부 플레이트(26)의 두께는 5~6㎜ 사이이므로, 통로(32) 내의 유동 냉각제로 열을 전도함으로써 완전하고 균일하게 냉각될 수 있다. 만일 플레이트가 두꺼워지면, 그 하부 표면은, 웨이퍼 주변에서 플레이트를 통한 전도에 의해 적절하게 냉각되지 않으며, 온도의 불균일성과 고온 윈도우상에서의 물질 증착과 같은 바람직하지 못한 결과를 일으킬 수도 있을 것이다. 바람직하게는, 냉각제가 열 교환기를 통과하므로, 하부 플레이트(26)는 200℃보다 높지 않은 온도로 유지된다. 상부 플레이트(30)는 바람직하게는 두껍고, 가장 바람직하게는 약 25㎜의 두께로 이루어져, 챔버와 주변 대기 사이의 상이한 압력을 견디는데 필요한 기구적인 강도를 제공하도록 한다.
중간층(28)은 바람직하게는 얇은 아치형의 세그먼트들로 만들어진 구조체를 포함하고, 세그먼트들은 고온 시멘트(cement)로서 확산 용접(diffusion welding)이나 본딩(bonding)에 의하여, 또는 본 기술분야에서 공지된 임의의 적절한 방법에 의하여 상부와 하부층 사이에서 고정된다. 하나 이상의 입구(34)와 하나의 출구(36)가 개구부(38)를 따라 세그먼트에 구비되어 냉각제가 통로(32)를 통해 유동할 수 있으며 윈도우 전체를 냉각하도록 한다. 세그먼트의 두께와 간격은 플레이트(26)가 통로(32)의 냉각제 압력을 견딜 수 있을 정도이다.
도 2에 도시된 중간층(28)의 구조와 통로의 패턴은 일례로써 이해되어야 하며, 균일한 냉각과 기구적 강도의 완전한 연구를 기초로 다른 적절한 구조와 패턴이 설계될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 필수적인 설계 기준은 하부 층(26)이 충분히 얇아서 그 하부면이 200℃ 정도의 소정의 최대 온도 이하로 유지될 수 있게 하는 것이다. 이러한 기준에 부합하기 위하여, 하부 층(26)은 통상적으로 너무 얇지 않아 그 자체가 하측의 진공과 주변 대기 또는 상측의 유체압 사이의 압력차이를 견딜 수 있어야 한다. 필수적인 기구적 강도는 하부 층(26)이 지지하는 것과 대조하여 두꺼운 상부 층(30)에 의해 제공된다. 본 발명의 원리는 원도우(20)에 구체화된 바와 같이 간단하고, 강한 구조(예를 들어, 전술한 미국 특허 5,487,127와 비교하여)를 제공하고, 웨이퍼에 대향 되는 윈도우의 하부 표면은 충분하고도 균일하게 냉각될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 세그먼트(29)들은 바람직하게는 히터(22) 내에서 동심원 링으로 배열되는 램프(24) 배열체와 정렬되는 형태로 놓이도록 한다. 램프(24)는 바람직하게는, Ushio America Inc., Cypress, California에서 입수될 수 있는 JCV 240V-1500WGZ 램프와 같은 텅스텐 할로겐 램프를 포함한다. 선택적으로, 리니어 램프(linear lamps)와 같은 다른 유형의 램프 및 상이한 구성의 램프 배열체가 사용될 수 있다. 램프와 함께 통로의 배열은 세그먼트(29)로 인하여 온도의 불균일성과 가열 효과의 감소를 일으킬 수도 있는 웨이퍼 상의 쉐도우잉(shadowing)을 최소화한다.
도 3은 윈도우(20)의 광학적 특성에 필적하게 설계된 테스트 설정(test set-up)의 투과율이 측정된 것을 상이한 냉각제 물질에 대한 복사 파장의 함수로서 도시한 개략적인 그래프이다. 도면에서 나타나는 바와 같이, 냉각제의 선택은 윈도우의 적외선 투과율의 결정에 결정적으로 중요성을 갖는다. 파선(50)은 냉각제로 공기를 사용한 윈도우 투과율을 나타내고, 여기에서 투과율은 가시광선 및 적외선 파장 부근의 전반적인 테스트 범위에 걸쳐 전체적으로 균일한 것을 보여주고 있다. 그러나 공기는 플레이트(26)를 전술한 목표 온도인 200℃ 이하로 유지하는 냉각제로서는 충분히 효과적이지 못하다. 실선(52)은 냉각제로 물을 사용한 투과율을 나타내고, 이로부터 물이 윈도우 냉각을 유지하기에 충분해도 히터 조립체(22)에 의해 방사되는, 실질적으로 1.4㎛ 이상의 에너지 전체를 포함한 적외선 에너지의 대부분을 차폐한다는 것이 명백해진다.
본 발명자는 플루오르 탄소(fluorocarbon)족의 열 전도 유체가 높은 적외선 투과율에 대한 효과적인 냉각의 최적의 조합을 제공한다는 것을 발견하였다. 도 3의 점선(54)은, 이태리의 Bollate의 Ausimont에 의해 제조된 퍼플루오르화 플루오르 탄소(perfluorinated fluorocarbon)인 Galden HT135 또는 HT200 유체를 사용하여 얻어지는 결과를 나타낸다. Galden의 굴절률(refractive index; 1.28)은 수정의 굴절률(1.45)과 거의 일치하므로, 플레이트(30, 26)의 내측 표면에서의 굴절 손실은 공기에 대하여 상대적으로 감소된다. 그리하여, Galden은 가시광 및 적외선 영역 근처 전체에 걸친 공기의 투과율과 비슷하게 전반적으로 효과적인 윈도우 투과율을 제공한다.
또한, Galden은 금속, 플라스틱과 엘라스토머(elastomer) 물질 및 높은 산화 방지제로서 훌륭한 적합성을 갖는다. 그리하여, 이는 냉각제로서 공기 또는 물보다 더 우수하며, 윈도우(20) 및 관련된 부품이 단순화되며, 견고하게 설계될 수 있게 하고, 그리고 본 기술분야에서 공지된 냉각 윈도우와 비교하여 넓은 파장 범위에 걸쳐 높은 투과율을 가능하게 한다. 그러나, 이는 다른 적외선 투과 유체가 유사하게 사용될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.
전술한 바람직한 실시예는 일례로서 인용된 것으로 평가되어야 하며, 본 발명의 전반적인 범위는 단지 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (23)

  1. 챔버내의 대상물이 상기 챔버 외측의 복사원(24)에 의해 방사되는 복사선에 의해 가열되며 서로 이격된 상부 및 하부 투명 플레이트(30, 26) 사이로 냉각 유체가 통과될 수 있게 하는 상기 상부 및 하부 투명 플레이트에 의해 상기 복사원(24)이 상기 대상물로부터 분리되는, 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체(20)로서,
    상기 냉각 유체가 통과하여 흐르는 통로(32)를 형성하도록 상기 상부 및 하부 플레이트(30, 26) 사이에 고정되는 복사선 투과 물질로 된 세그먼트(28)를 포함하며,
    상기 복사원(24)은 미리 설정된 기하학적 패턴의 복사선을 방사하는 하나 이상의 램프로 구성된 배열체로서 형성되며,
    상기 통로(32)는 상기 복사원(24)에 의해 방사되는 복사선의 상기 패턴에 대응하는 기하학적 패턴으로 정렬되는,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트(30)와 상기 하부 플레이트(26)에 고정된 상기 세그먼트(28)에 의해 상기 하부 플레이트(26)가 지지되는,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 통로의 상기 기하학적 패턴은 하나 이상의 링을 포함하는,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통로의 상기 기하학적 패턴은 일련의 동심 환형부를 포함하는,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 상기 하부 플레이트보다 실질적으로 두꺼운,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버가 배기 될 때, 상기 윈도우 조립체가 대기압을 견딜 수 있도록 상기 상부 플레이트가 충분한 두께를 갖는,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버내의 상기 대상물은 반도체 웨이퍼인,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 통로는 1.1㎛ 를 초과하는 파장을 갖는 복사선에 대하여 실질적으로 투과성인 액상 냉각 유체가 관통하여 유동할 수 있는,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  9. 서로 분리된 상부 및 하부 플레이트(30, 26) 사이로 냉각 유체가 통과될 수 있는 상기 상부 및 하부 플레이트로 형성된 윈도우(20)에 의해 복사원이 대상물로부터 분리되는, 열적 처리 챔버의 외측에 위치된 상기 복사원(24)에 의해 방사되는 복사선으로 상기 챔버내의 상기 대상물을 가열하는 방법으로서,
    상기 상부 및 하부 플레이트(30, 26) 사이에 고정된 복사선 투과 물질의 세그먼트(28)에 의해 형성된 통로(32)를 지나 냉각 유체를 통과시키는 단계, 및
    상기 상부 및 하부 플레이트(30, 26)와 상기 통로(32) 내의 상기 냉각 유체를 관통하며 상기 복사원(24)으로부터 방사되는 복사선에 의해 상기 대상물을 가열하는 단계를 포함하며,
    상기 통로(32)는 상기 복사원(24)에 의해 방사된 복사선의 패턴에 대응하는 기하학적 패턴으로 정렬되는,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복사원은 소정의 기하학적 패턴의 복사선을 방사하는 하나 이상의 램프의 배열체인,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 통로의 상기 기하학적 패턴은 하나 이상의 링을 포함하는,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 통로의 상기 기하학적 패턴은 일련의 동심 환형부를 포함하는,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 챔버내의 상기 대상물은 반도체 웨이퍼인,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 1.1㎛ 를 초과하는 파장을 갖는 복사선에 대하여 실질적으로 투과성인 액체인,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트(30)는 상기 하부 플레이트(26)보다 실질적으로 두꺼운,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 하부 플레이트(26)는 200℃ 이하의 온도로 냉각되는,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 하부 플레이트(26)는 200℃ 이하의 온도에서 유지되는,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  18. 열적 처리 챔버 외측의 복사원에 의해 가열되는 상기 챔버 내의 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 진공식 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체로서,
    상기 복사원에 인접하여 위치되며 상기 챔버가 배기 될 때, 상기 윈도우 조립체가 대기압을 견디기에 충분한 두께를 갖는 상부 투명 플레이트,
    상기 챔버내의 대상물에 인접하여 위치되며 상기 상부 투명 플레이트의 두께보다 실질적으로 얇은 두께를 갖는 하부 투명 플레이트, 및
    상기 하부 플레이트에 기구적 지지를 제공하도록 상기 상부 및 하부 플레이트 사이에 고정되며 상기 상부 및 하부 플레이트를 냉각하기 위해 냉각 유체가 관통하는 통로가 상기 상부 및 하부 플레이트 사이에 형성되도록 정렬되는 지지 편을 포함하는,
    반도체 웨이퍼 처리를 위한 진공식 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 복사원에 의해 방사되는 복사선의 기하학적 패턴에 대체로 정렬됨으로써, 상기 복사원으로부터의 복사선이 상기 챔버내의 대상물에 도달하도록 상기 냉각 유체를 통과하는,
    반도체 웨이퍼 처리를 위한 진공식 열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 액상 플루오르 탄소인,
    열적 처리 챔버용 냉각 윈도우 조립체.
  21. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 액상 플루오르 탄소인,
    복사선으로 챔버내의 대상물을 가열하는 방법.
  22. 삭제
  23. 삭제
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4540796B2 (ja) * 2000-04-21 2010-09-08 東京エレクトロン株式会社 石英ウインドウ、リフレクタ及び熱処理装置
US6559424B2 (en) * 2001-01-02 2003-05-06 Mattson Technology, Inc. Windows used in thermal processing chambers
US6530539B2 (en) * 2001-02-09 2003-03-11 Raytheon Company Internal fluid cooled window assembly
JP4942880B2 (ja) * 2001-03-14 2012-05-30 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置
US6563092B1 (en) * 2001-11-28 2003-05-13 Novellus Systems, Inc. Measurement of substrate temperature in a process chamber using non-contact filtered infrared pyrometry
DE10208450B4 (de) * 2002-02-27 2004-09-16 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Abscheiden dünner Schichten mittels ALD/CVD-Prozessen in Verbindung mit schnellen thermischen Prozessen
KR100468203B1 (ko) * 2002-08-16 2005-01-26 어댑티브프라즈마테크놀로지 주식회사 플라즈마 에칭시스템에 구비된 돔의 온도제어장치 및 그방법
DE10260672A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-15 Mattson Thermal Products Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Substraten
JP4273932B2 (ja) * 2003-11-07 2009-06-03 株式会社島津製作所 表面波励起プラズマｃｖｄ装置
JP2009500851A (ja) 2005-07-05 2009-01-08 マットソン テクノロジー インコーポレイテッド 半導体ウェハの光学的特性を求めるための方法およびシステム
US20150361557A1 (en) * 2014-06-17 2015-12-17 Asm Ip Holding B.V. Substrate processing apparatus and substrate processing method
US7543981B2 (en) 2006-06-29 2009-06-09 Mattson Technology, Inc. Methods for determining wafer temperature
US8986454B2 (en) * 2010-06-08 2015-03-24 Applied Materials, Inc. Window assembly for use in substrate processing systems
KR20160006778A (ko) 2013-05-10 2016-01-19 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 연성 재료를 이용한 돔 냉각
US10410890B2 (en) * 2013-06-21 2019-09-10 Applied Materials, Inc. Light pipe window structure for thermal chamber applications and processes
TWI644362B (zh) * 2013-06-21 2018-12-11 應用材料股份有限公司 用於熱腔室應用及製程的光管窗口結構
SG11201608404RA (en) 2014-05-27 2016-12-29 Applied Materials Inc Window cooling using compliant material
US10240236B2 (en) * 2015-03-06 2019-03-26 Lam Research Corporation Clean resistant windows for ultraviolet thermal processing
US11538666B2 (en) 2017-11-15 2022-12-27 Lam Research Corporation Multi-zone cooling of plasma heated window
US20230120662A1 (en) * 2020-02-11 2023-04-20 Lam Research Corporation Cooling plate for semiconductor processing chamber window
US11958246B2 (en) * 2020-03-03 2024-04-16 Sciperio, Inc Laser oven with transparent chamber and external laser source

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3871739A (en) * 1972-08-14 1975-03-18 Gen Dynamics Corp System for protection from laser radiation
DE3037205C2 (de) 1980-10-02 1982-12-16 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Schutzeinrichtung für optische bzw. IR-Fenster
US4550684A (en) 1983-08-11 1985-11-05 Genus, Inc. Cooled optical window for semiconductor wafer heating
JPS63106767U (ko) * 1986-12-26 1988-07-09
JPH0334538A (ja) * 1989-06-30 1991-02-14 Toshiba Corp 光励起反応装置
CA2001009C (en) * 1989-10-19 2000-11-28 Richard S. Adams Infrared window
US5155336A (en) 1990-01-19 1992-10-13 Applied Materials, Inc. Rapid thermal heating apparatus and method
US5008593A (en) * 1990-07-13 1991-04-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Coaxial liquid cooling of high power microwave excited plasma UV lamps
JPH04311573A (ja) * 1991-04-10 1992-11-04 Kawasaki Steel Corp 光ｃｖｄ装置
FR2686967B1 (fr) 1992-02-04 1999-04-09 France Telecom Dispositif de refroidissement d'un four de traitement d'un element et four equipe d'un tel dispositif.
JPH06333846A (ja) * 1993-05-26 1994-12-02 Canon Inc 薄膜形成装置
JPH08107073A (ja) * 1994-10-05 1996-04-23 Hitachi Ltd プラズマ処理装置、及びその洗浄方法
JPH08241797A (ja) * 1995-03-03 1996-09-17 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
US5747917A (en) * 1996-02-14 1998-05-05 Applied Materials, Inc. Double-walled mircrowave plasma based applicator
JPH10340892A (ja) * 1997-06-06 1998-12-22 Sumitomo Metal Ind Ltd プラズマ処理装置
JP3470557B2 (ja) * 1997-06-27 2003-11-25 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置
JPH1140545A (ja) * 1997-07-18 1999-02-12 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP3930625B2 (ja) * 1997-10-31 2007-06-13 芝浦メカトロニクス株式会社 プラズマ処理装置

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Publication number Publication date
DE60033035T2 (de) 2007-08-30
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DE60033035D1 (de) 2007-03-08
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