KR102108224B1 - 원뿔형 석영 돔을 통해 투과되는 광을 제어하기 위한 광학계 - Google Patents

원뿔형 석영 돔을 통해 투과되는 광을 제어하기 위한 광학계 Download PDF

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Abstract

여기에 설명된 실시예들은 일반적으로 기판을 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 기판 지지체를 내부에 갖는 프로세스 챔버를 일반적으로 포함한다. 복수의 램프는 방사 에너지를 광학적으로 투명한 돔을 통해 기판 지지체 상에 위치하는 기판에 제공하도록 위치한다. 광 초점 어셈블리는 기판 상의 온도 분포 및 가열에 영향을 주고, 균일한 속성들, 예컨대 밀도를 갖는 기판 상의 필름의 형성을 용이하게 하도록 챔버 내에 위치한다. 광 초점 어셈블리는 하나 이상의 반사기, 광 파이프, 또는 굴절 렌즈를 포함할 수 있다.

Description

원뿔형 석영 돔을 통해 투과되는 광을 제어하기 위한 광학계{OPTICS FOR CONTROLLING LIGHT TRANSMITTED THROUGH A CONICAL QUARTZ DOME}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판과 같은 기판을 가열하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 기판들은 집적 장치 및 마이크로디바이스의 제조를 포함하는 광범위하게 다양한 응용을 위해 처리된다. 기판을 처리하는 방법 중 하나는 기판의 상부 표면 상에 유전체 재료 또는 전도성 금속과 같은 재료를 퇴적하는 것을 포함한다. 재료는 지지체 상에 위치하는 기판의 표면에 평행하게 프로세스 가스를 유동시키고, 프로세스 가스를 열적으로 분해하여 가스로부터의 재료를 기판 표면 상에 퇴적하는 것에 의해 측방향 유동 챔버(lateral flow chamber) 내에 퇴적될 수 있다. 가열된 기판은 프로세스 가스의 열 분해를 용이하게 하므로, 기판 상에서의 균일한 퇴적을 달성하기 위해서는 균일한 기판 온도를 갖는 것이 바람직하다. 기판의 온도 불균일들은 기판 상에서의 불균일한 재료 퇴적을 야기할 수 있고, 이는 궁극적으로는 최종 제조되는 디바이스의 성능에 영향을 준다.
그러므로, 기판을 균일하게 가열하기 위한 장치가 필요하다.
여기에 설명된 실시예들은 일반적으로 기판을 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 기판 지지체를 내부에 갖는 프로세스 챔버를 일반적으로 포함한다. 복수의 램프는 방사 에너지를 광학적으로 투명한 돔을 통해 기판 지지체 상에 위치하는 기판에 제공하도록 위치한다. 광 초점 어셈블리(light focusing assembly)는, 기판 상의 온도 분포 및 가열에 영향을 주고, 균일한 속성들, 예컨대 밀도를 갖는 기판 상의 필름의 형성을 용이하게 하도록 챔버 내에 위치한다. 광 초점 어셈블리는 하나 이상의 반사기, 광 파이프, 또는 굴절 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 챔버는 광학적으로 투명한 돔을 포함하는 챔버 바디를 포함한다. 기판 지지체가 챔버 바디 내에 배치된다. 복수의 램프가 광학적으로 투명한 돔에 인접하게 배치된다. 광 초점 어셈블리가 챔버 바디 내에서 복수의 램프와 기판 지지체 상에 위치하는 기판 사이에 위치한다. 광 초점 어셈블리는 복수의 램프로부터 방출되는 방사 에너지에 영향을 주도록 되어 있다.
다른 실시예에서, 프로세스 챔버는 광학적으로 투명한 돔을 포함하는 챔버 바디를 포함한다. 기판 지지체가 챔버 바디 내에 배치된다. 기판 지지체는 그로부터 연장되는, 속이 빈 공동(hollow cavity)을 내부에 갖는 지지 샤프트를 갖는다. 복수의 램프가 광학적으로 투명한 돔에 인접하게 배치된다. 광 초점 어셈블리가 챔버 바디 내에서 광학적으로 투명한 돔과 기판 지지체 사이에 위치한다. 광 초점 어셈블리는 광학적으로 투명한 돔의 상부 표면과 접촉하고, 복수의 램프로부터 방출되는 방사 에너지에 영향을 주도록 되어 있다.
다른 실시예에서, 광학 어셈블리는 광학적으로 투명한 재료로 형성된 복수의 동심 링을 포함한다. 각각의 동심 링은 속이 빈 공동을 내부에 갖는다. 반사성 재료가 동심 링들의 속이 빈 공동들 내에 배치되고, 복수의 굴절 요소가 인접한 동심 링들을 연결한다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 초점 어셈블리의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 초점 어셈블리의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 링의 사시도이다.
이해를 쉽게 하기 위해, 가능한 경우에는 도면들에 공통인 동일한 구성요소를 지칭하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 구성요소들 및 특징들은 더 이상의 언급 없이도 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있을 것으로 생각된다.
여기에 설명된 실시예들은 일반적으로 기판을 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 기판 지지체를 내부에 갖는 프로세스 챔버를 일반적으로 포함한다. 복수의 램프는 방사 에너지를 광학적으로 투명한 돔을 통해 기판 지지체 상에 위치하는 기판에 제공하도록 위치한다. 기판 상의 온도 분포 및 가열에 영향을 주고, 균일한 속성들, 예컨대 밀도를 갖는 기판 상의 필름의 형성을 용이하게 하도록, 광학적으로 투명한 돔과 기판 지지체 사이에 광 초점 어셈블리가 위치한다. 광 초점 어셈블리는 하나 이상의 반사기, 광 파이프, 또는 굴절 렌즈를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 처리 챔버(100)는, 기판의 상부 표면 상에서의 재료의 퇴적을 포함하여, 하나 이상의 기판을 처리하기 위해 이용될 수 있다. 처리 챔버(100)는 챔버 바디(101), 스테인레스 스틸, 알루미늄, 세라믹(예를 들어, 석영), 또는 코팅된 금속 또는 세라믹과 같은 재료로 형성된 상측 돔(102)을 포함한다. 처리 챔버(100)는 또한 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성된 하측 돔(104)을 포함한다. 하측 돔(104)은 챔버 바디(101)에 연결되거나, 그와 일체화된 부분이다. 그 위에 기판(108)을 지지하도록 되어 있는 기판 지지체(106)는 처리 챔버(100) 내에서 상측 돔(102)과 하측 돔(104) 사이에 배치된다. 기판 지지체(106)는 지지 플레이트(109)에 연결되고, 그 사이에 갭(111)을 형성한다. 지지 플레이트(109)는 램프들(142)로부터의 방사 에너지가 그에 충돌하여 기판 지지체(106)를 원하는 처리 온도까지 가열하는 것을 허용하기 위해, 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성된다. 기판 지지체(106)는 램프들(142)로부터의 방사 에너지를 흡수하고 방사 에너지를 기판(108)에 전도하기 위해, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 카바이드로 코팅된 흑연으로 형성된다.
기판 지지체(106)는 상승된 처리 위치에 도시되어 있지만, 리프트 핀들(110)이 하측 돔(104)에 접촉하고 기판(108)을 기판 지지체(106)로부터 상승시키는 것을 허용하기 위해, 액추에이터(112)에 의해 처리 위치 아래의 로딩(loading) 위치까지 수직으로 작동될 수 있다. 다음으로, 로봇(도시되지 않음)이 슬릿 밸브(slit valve)와 같은 개구(114)를 통해 처리 챔버(100)에 들어가서 기판(108)을 체결하고 그로부터 제거할 수 있다. 기판 지지체(106)는 또한 기판(108)의 균일한 처리를 용이하게 하기 위해 액추에이터(112)에 의한 처리 동안 회전되도록 되어 있다.
기판 지지체(106)는 처리 위치에 위치되어 있는 동안, 처리 챔버(100)의 내부 용적을 프로세스 가스 영역(116) 및 퍼지 가스 영역(118)으로 분할한다. 프로세스 가스 영역(116)은 기판 지지체(106)가 처리 위치에 위치되어 있는 동안, 상측 돔(102)과 기판 지지체(106)의 평면(120) 사이에 위치되는 내부 챔버 용적을 포함한다. 퍼지 가스 영역(118)은 하측 돔(104)과 평면(120) 사이에 위치하는 내측 챔버 용적을 포함한다.
퍼지 가스 소스(122)로부터 공급된 퍼지 가스는 챔버 바디(101)의 측벽 내에 형성된 퍼지 가스 유입구(124)를 통해 퍼지 가스 영역(118)에 도입된다. 퍼지 가스는 유동 경로(126)를 따라 지지체(106)의 뒷면을 가로질러 측방향으로 유동하고, 처리 챔버(100)에서 퍼지 가스 유입구(124)에 반대되는 측에 위치하는 퍼지 가스 유출구(128)를 통해 퍼지 가스 영역(118)으로부터 배기된다. 퍼지 가스 유출구(128)에 연결된 배기 펌프(130)는 퍼지 가스 영역(118)으로부터의 퍼지 가스의 제거를 용이하게 한다.
프로세스 가스 공급원(132)으로부터 공급된 프로세스 가스는 챔버 바디(101)의 측벽 내에 형성된 프로세스 가스 유입구(134)를 통해 프로세스 가스 영역(116)에 도입된다. 프로세스 가스는 유동 경로(136)를 따라 기판(108)의 상부 표면을 가로질러 측방향으로 유동한다. 프로세스 가스는 처리 챔버(100)에서 프로세스 가스 유입구(134)에 반대되는 측에 위치하는 프로세스 가스 유출구(138)를 통해 프로세스 가스 영역(116)을 빠져나간다. 프로세스 가스 유출구(138)를 통한 프로세스 가스의 제거는 거기에 연결된 진공 펌프(140)에 의해 용이하게 된다.
기판(108)의 상부 표면 상에의 재료의 퇴적을 용이하게 하기 위해, 복수의 램프(142)가 하측 돔(104)에 인접하게 그 아래에 배치되어, 프로세스 가스가 지나갈 때 기판(108)을 가열한다. 램프들은 선택적인 반사기(143)에 의해 둘러싸인 전구들(bulbs)(141)을 포함한다. 각각의 램프(142)는 전력 분배 보드(147)에 연결되고, 그것을 통해 전력이 각각의 램프(142)에 공급된다. 램프들(142)은 기판 지지체(106)의 샤프트(127) 둘레에서 증가하는 반경을 갖는 환형 그룹들로 배열된다. 샤프트(127)는 석영으로 형성되고, 속이 빈 부분 또는 공동(129)을 그 내부에 포함하며, 이는 기판(108)의 중심 부근에서의 방사 에너지의 측방향 변위(lateral displacement)를 감소시키고, 그에 따라 기판(108)의 균일한 조사(irradiation)를 용이하게 한다.
램프들(142)은 기판(108)의 표면 상으로의 프로세스 가스의 열 분해를 용이하게 하기 위해, 기판을 미리 결정된 온도까지 가열하도록 되어 있다. 일례에서, 기판 상에 퇴적되는 재료는 Ⅲ족, Ⅳ족, 및/또는 Ⅴ족 재료일 수 있거나, Ⅲ족, Ⅳ족, 및/또는 Ⅴ족 도펀트를 포함하는 재료일 수 있다. 예를 들어, 퇴적되는 재료는 갈륨 비소, 갈륨 질화물, 또는 알루미늄 갈륨 질화물을 포함할 수 있다. 램프들은 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 1200도, 예컨대 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 950도의 범위 내의 온도까지 기판을 가열하도록 되어 있을 수 있다. 램프들(142)로부터의 방사 에너지는 기판(108)을 제어가능하게 가열하기 위해 광 초점 어셈블리(150)에 의해 기판 지지체(106)로 지향되고, 그에 따라, 기판(108) 상에서의 더 균일한 퇴적을 야기한다. 기판(108) 상에서의 균일한 퇴적은 높은 품질의 기판, 및 더 효율적인 제조된 장치를 야기한다. 광 초점 어셈블리(150)는 퍼지 가스 영역(118)에 인접하게, 하측 돔(104) 위에서 하측 돔에 접촉하여 위치한다. 따라서, 광 초점 어셈블리(150)는 처리 챔버(100)의 내부 용적 내에 위치한다.
하나 이상의 램프(142)는 램프들(142) 사이에 위치하는 채널들(149) 내로 도입되는 냉각 유체에 의해 처리 동안 또는 처리 후에 냉각될 수 있는 램프헤드(145) 내에 위치한다. 램프헤드(145)가 하측 돔(104)에 매우 근접해 있는 것에 부분적으로 기인하여, 램프헤드(145)는 하측 돔(104)을 전도 냉각한다(conductively cool). 램프헤드(145)는 또한 램프 벽들 및 반사기들(143)의 벽들도 물론 냉각한다.
도 1은 처리 챔버의 일 실시예를 도시하고 있지만, 추가의 실시예들도 예상된다. 예를 들어, 다른 실시예에서는, 기판 지지체(106)가 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성되어, 기판(108)의 직접적인 가열을 허용하는 것이 예상된다. 또 다른 실시예에서는, 선택적인 원형 쉴드(circular shield)(139)가 기판 지지체(106) 주위에 배치되고 챔버 바디(101)의 측벽에 결합되는 것이 예상된다. 다른 실시예에서, 프로세스 가스 공급원(132)은 복수의 유형의 프로세스 가스들, 예를 들어 Ⅲ족 프리커서 가스 및 Ⅴ족 프리커서 가스를 공급하도록 되어 있을 수 있다. 복수의 프로세스 가스는 동일한 프로세스 가스 유입구(134)를 통해, 또는 상이한 프로세스 가스 유입구들(134)을 통해 챔버 내로 도입될 수 있다. 추가로, 가스 유입구들(124, 134) 또는 가스 유출구들(128, 138)의 크기, 폭 및/또는 개수는 기판(108) 상에서의 재료의 균일한 퇴적을 더 용이하게 하도록 조절될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 램프헤드들(145)이 하측 돔(104)과 접촉하지 않는 것이 예상된다. 다른 실시예에서, 기판 지지체(106)는 그것을 통한 중심 개구를 갖는 환형 링 또는 에지 링일 수 있고, 기판(108)의 둘레를 지지하도록 되어 있을 수 있다. 그러한 실시예에서, 기판 지지체(106)는 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드 코팅된 흑연, 또는 유리상 탄소 코팅된 흑연(glassy-carbon-coated graphite)으로 형성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 초점 어셈블리(250)의 개략도이다. 도 2a는 광 초점 어셈블리(250)의 사시도를 도시한다. 도 2b는 단면선(2B-2B)을 따른 광 초점 어셈블리(250)의 단면도를 도시한다. 광 초점 어셈블리(250)는 광 초점 어셈블리(150)와 유사하며, 그를 대신하여 이용될 수 있다. 광 초점 어셈블리(250)는 증가하는 직경의 복수의 동심 링(251A-251F)을 포함한다. 링들(251A-251F)은 광 시준, 균질화, 및/또는 기판 조명 균일도를 증가시키도록 되어 있다. 가장 중심의 링(251A)은 기판 지지체의 지지 샤프트를 수용하기 위해 개구(252)를 그 내부에 포함한다. 갭(253)은 처리 동안 가열 램프들로부터의 방사 에너지가 링들(251A-251F) 사이를 통과하고 기판을 가열하는 것을 허용하기 위해, 링들(251A-251F) 각각의 인접한 수직 표면들 사이에 배치된다. 일반적으로, 각각의 갭(253)은 프로세스 챔버 내의 램프들의 하나의 링 또는 구역에 대응한다. 갭들(253)의 크기 및 개수는 프로세스 챔버 내에서 이용되는 램프들의 크기 및 개수에 따라 조절될 수 있음에 유의해야 한다.
링들(251A-251F)은 석영 또는 광학적으로 투명한 다른 재료로 형성된 속이 빈 링 또는 듀어(dewar)이고, 그 내부에 형성된 속이 빈 공동의 내부 표면들(260) 상에 배치된 반사성 재료를 갖는다. 예를 들어, 내부 표면들(260)은 기판의 균일한 가열을 용이하게 하기 위해 미리 결정된 방식으로 기판을 향해 방사 에너지, 예를 들어 광을 반사시키기 위해, 알루미늄, 은, 금, 또는 다른 반사성 코팅을 그 위에 가질 수 있다. 링들(251A-251F) 내에서의 반사성 재료의 배치는 세정 프로세스들 동안 이용되는 세정 가스들로부터 반사성 재료를 보호한다. 링들(251A-251F)은 각각 서로에 평행한 2개의 외부 수직 표면(254), 및 수직 표면들(254)에 수직한 상부 표면(255)을 갖는다. 상부 표면(255)은 일반적으로 프로세스 챔버 내의 기판에 평행하게 위치한다. 각각의 링(251A-251F)의 하부 표면(256)은 상부 표면(255)에 대하여 비스듬하게 위치한다. 하부 표면들(256)과 하측 돔 사이의 접촉을 용이하게 하기 위해, 하부 표면들(256)의 각도는 프로세스 챔버 내에서의 하측 돔의 각도와 일치하도록 선택된다. 2개의 최내측 링(251A 및 251B)의 상부 표면들(255)은 나머지 링들(251C-251F)의 상부 표면들(255)의 평면 아래에 배치된다는 점에 유의해야 한다. 최내측 링들(251A 및 251B)의 감소된 높이는 기판 지지체 및/또는 기판의 중심의 더 균일한 조사를 제공함으로써 기판의 더 균일한 가열을 용이하게 할 것으로 생각된다. 그러나, 일부 실시예들에서는 링들(251A 및 251B)의 상부 표면들이 링들(251C-251F)의 상부 표면들과 동일 평면 상에 있을 수 있다는 것이 예상된다.
링들(251A-251F)은 약 2.5 밀리미터 내지 약 35 밀리미터, 예를 들어 약 2.5 밀리미터 내지 약 5 밀리미터, 또는 약 25 밀리미터 내지 약 35 밀리미터 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 일례에서, 링들(251A-251F)은 각각 약 1 밀리미터의 두께를 갖는 벽들을 가질 수 있다. 그러한 예에서, 링들(251A-251F)은 약 0.5 밀리미터 내지 약 33 밀리미터, 예컨대 약 0.5 밀리미터 내지 약 3 밀리미터, 또는 약 23 밀리미터 내지 약 33 밀리미터의 폭을 갖는 공동들을 그 내부에 가질 수 있다. 공동이 약 5 밀리미터보다 큰 폭을 갖는 실시예들에서, 공동의 상부 표면은 또한 반사성 재료로 코팅될 수 있다. 공동의 상부 표면 상의 반사성 재료는 기판 지지체(106)에 의해 흡수되지 않은 임의의 방사 에너지를 기판 지지체(106)를 향해 다시 반사시켜, 프로세스 효율을 증대한다. 추가로, 링들(251A-251F) 각각의 폭이 증가함에 따라, 그들 사이의 갭(253)은 감소한다. 감소하는 갭 크기는, 광이 갭(253)에 진입하도록 허용되는 각도를 감소시킴으로써, (예를 들어, 기판 또는 기판 지지체로부터의 하향 반사에 의해, 또는 기판 또는 기판 지지체로부터의 직접적인 열 방사에 의해) 갭들(253)에 재진입할 수 있는 방사 에너지의 양을 감소시킨다. 갭(253)에 진입하는 그러한 방사 에너지는 프로세스 효율을 감소시킬 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 광 초점 어셈블리(250)는 일반적으로 원뿔형 단면을 가지며, 링들의 반경이 감소함에 따라 각각의 링의 높이가 증가한다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서는, 기판 지지체의 중심 부근에서의 균일한 조사를 촉진하기 위해, 최내측 링들(251A, 및 선택적으로는 251B)이 감소된 높이를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 링들(251A-251F)의 상부 표면들은 모두 동일 평면에 있을 수 있다는 것이 예상된다. 그러한 실시예에서, 최내측 링(251A)이 가장 큰 높이를 가질 것이다.
도 2a 및 도 2b는 광 초점 어셈블리의 일 실시예를 도시하지만, 다른 실시예들도 예상된다. 다른 실시예에서, 링들(251A-251F)은 솔리드일 수 있고, 반사성 재료가 링들(251A-251F)의 외부에 배치될 수 있음이 예상된다. 그러한 실시예에서, 반사성 재료를 부식성의 세정 가스들로부터 보호하기 위해, 반사성 재료가 실리콘 이산화물과 같은 보호 유전체 코팅으로 커버될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 링들(251A-251F)의 내부 표면들(260)이 반사성 재료로 커버되지 않을 수 있음이 예상된다. 그 대신에, 알루미늄 포일과 같은 반사성 요소가 링들(251A-251F) 각각 내에 형성된 공동 내부에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 수직 표면들(254) 또는 내부 표면들(260) 중 하나 또는 둘 다가 Z 축에 관하여 각도 쎄타(theta)로 배치될 수 있음이 예상된다. 각도 쎄타는 약 -20도 내지 약 20도의 범위 내에 있을 수 있고, 수직 표면들(254) 또는 내부 표면(260) 각각에 대하여 동일할 필요가 없다.
도 3a-3d는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 초점 어셈블리의 개략도이다. 도 3a는 광 초점 어셈블리(350)의 상부 사시도를 도시한다. 광 초점 어셈블리(350)가 링들(251A-251F)의 하측 부분들에 연결된 굴절 요소들(360)을 포함한다는 점을 제외하면, 광 초점 어셈블리(350)는 광 초점 어셈블리(250)와 유사하다. 굴절 요소들(360)은 석영과 같이 광학적으로 투명한 재료로 형성된 볼록, 오목, 선형, 프레넬(Fresnel) 또는 다른 렌즈들이다. 굴절 요소들(360)은 링들(251A-251F)의 반사 속성들과 결합하여, 광 시준, 균질화, 및/또는 기판 조명 균일성을 증가시키도록 되어 있다. 굴절 요소들(360) 각각의 하부 표면들은 선형이며, 링들(251A-251F)의 하부 표면들(256)과 동일 평면에 있고, 그에 의해 광 초점 어셈블리(350)를 프로세스 챔버 내의 하측 돔에 짝짓는 것(mating)을 용이하게 한다.
도 3b는 단면선(3B-3B)을 따른 광 초점 어셈블리(350)의 단면도를 도시한다. 굴절 요소들(360)은 링들(251A-251F)의 하측 수직 에지들에 연결되고, 링들(251A-251F)을 서로에 연결하며, 그에 의해 광 초점 어셈블리(350)의 강성(rigidity)을 증가시킨다. 다른 실시예에서, 굴절 요소들(360)은 프로세스 챔버의 하측 돔과 크기 및 형상이 유사한 원뿔형 단일체(conical unitary piece)를 형성할 수 있음이 예상된다. 그러한 실시예에서, 링들은 단일체의 상부 표면에 연결되고, 다음으로, 그 단일체가 프로세스 챔버의 하측 돔 상에, 또는 하측 돔보다 높게 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 굴절 요소들은 프로세스 챔버 내의 하측 돔에 직접 연결될 수 있거나, 하측 돔의 일체화된 부분으로서 형성될 수 있음이 예상된다. 다른 실시예에서, 굴절 요소들(360)은 분리되어 있고 개별적으로 교체가능할 수 있음이 예상된다.
도 3c는 일 실시예에 따른 광 초점 어셈블리(350)의 일부분의 확대 개략도를 도시한다. 도 3c는 링들(251A 및 251B) 사이에서 그들에 접촉하여 위치되는 굴절 요소(360A)를 도시하고 있다. 굴절 요소(360A)는 굴절 요소(360A) 부근에 위치하는 램프들로부터 방출된 방사 에너지의 시준 및 균질화를 용이하게 하는 볼록 렌즈이다. 볼록 형상을 갖는 굴절 요소(360A)가 도시되어 있지만, 오목 또는 선형을 포함하는 다른 형상들도 예상된다.
도 3d는 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리(350)의 일부분의 확대 개략도를 도시한다. 도 3d에 도시된 굴절 요소(360B)는 프레넬 렌즈이며, 이는 도 3c에 도시된 굴절 요소(360A)와 같은 종래의 렌즈에 비해, 렌즈를 형성하는 데에 요구되는 재료의 양을 감소시킨다. 굴절 요소(360B)의 사용은 광 초점 어셈블리(350)의 중량을 감소시킨다. 굴절 요소(360B)는 볼록 렌즈(362)를 둘러싸는 복수의 동심 환형 섹션(361) 또는 프레넬 구역을 포함한다. 굴절 요소(360B)의 설계는 예시적이며, 확산 광학계(diffusive optics)와 같은 다른 렌즈 설계들도 예상된다는 점에 유의해야 한다.
다른 실시예에서, 굴절 요소들(360A 및/또는 360B)은 도 1의 지지 플레이트(109)에 결합될 수 있고, 따라서 기판 지지체(106)와 함께 작동된다는 것이 예상된다. 그러한 실시예에서는, 광 초점 어셈블리(350)가 배제될 수 있고, 그에 의해 처리 챔버(100)의 설계를 단순화하며, 처리 챔버(100)의 제조 비용을 감소시킨다. 또한, 광 초점 어셈블리(350)가 배제될 수 있기 때문에, 하측 돔(104)이 더 이상은 광 초점 어셈블리(350)에 대한 지지를 제공할 필요가 없으므로, 하측 돔(104)의 두께가 감소될 수 있다. 하측 돔(104)의 두께 감소는 제조 비용을 더 감소시킨다. 또 다른 실시예에서, 굴절 요소들(360A 및/또는 360B)은 하측 돔(104) 상에 위치될 수 있고, 동심 링들(251A-251F)이 배제될 수 있음이 예상된다. 그러한 실시예에서, 동심 링들의 부재(absence)는 감소된 제조 비용을 야기한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리(450)를 도시한다. 광 초점 어셈블리(450)는 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404)와 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474) 사이에 배치되어 그들에 연결되는 동심 링들(451A-451F)을 포함한다. 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404)는 도 1에 도시된 하측 돔(104)과 같은 하측 돔 상에 위치되도록 하는 크기 및 형상을 갖는다. 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404)는 접착제에 의해, 또는 인터로크 부분들(interlocking pieces)에 의해 하측 돔(104)에 연결될 수 있다. 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474)는 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404)에 반대되게, 동심 링들(451A-451F)에 연결된다. 동심 링들(451A-451F), 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404), 및 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474)는 석영과 같은 단일체 재료 블록(unitary block of material)으로부터 기계가공될 수 있거나, 개별적으로 구성된 다음 조립될 수 있다. 동심 링들(451A-451F), 하측 돔(104), 및 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474)는 동심 링들(451A-451F) 각각의 사이에 갭들(475)을 형성하도록 위치한다. 갭들(475)은 처리 챔버, 예컨대 도 1에 도시된 처리 챔버(100) 내에서 램프들 위에 위치한다. 갭들(475)은 일반적으로 배기되어, 내부에 진공을 형성한다.
각각의 갭(475)의 내부 표면들(460)(예를 들어, 동심 링들(451A-451F)의 표면들)은 조명 제어를 향상시키기 위해 반사성 재료로 코팅된다. 따라서, 각각의 동심 링(451A-451F) 내의 속이 빈 공동이 형성되고 코팅될 필요가 없다. 그러한 실시예는 반사 코팅된 표면들의 제작 및 수리를 단순화한다. 각각의 갭(475)이 밀봉된 인클로저이므로, 그 내부의 반사성 재료는 프로세스 및 세정 가스들로부터 보호된다.
동심 링들(451A-451F)의 표면들(460)은 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404) 또는 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474) 내부에 개구를 형성하고, 후속하여 건조되는 액체와 같은 반사성 재료를 각각의 갭(475) 내에 도입함으로써 코팅될 수 있다. 원하지 않는 반사성 재료는 예를 들어 에칭에 의해 제거될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 반사성 재료의 원하지 않는 퇴적은 퇴적이 요구되지 않는 표면들을 마스킹함으로써 감소되거나 방지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어 광 초점 어셈블리(450)를 개별 컴포넌트들로부터 구성할 때, 반사성 재료는 조립 전에 표면들(460) 상에 퇴적될 수 있다. 그러한 실시예에서는, 퇴적, 마스킹 및/또는 에칭이 단순화될 수 있다. 반사성 재료를 동심 링들(251A-251F)(도 2a, 2b, 3a, 및 3b에 도시됨)에 도포하는 것은 마찬가지의 방식으로 수행될 수 있음에 유의해야 한다.
도 4는 광 초점 어셈블리(450)의 일 실시예를 도시하지만, 다른 실시예들도 예상된다. 예를 들어, 동심 링들(451A-451F)은 반사성 재료로 코팅된 광학적으로 투명한 재료가 아니라, 금속 또는 다른 반사성 재료로 형성될 수 있다는 것이 예상된다. 예를 들어, 동심 링들(451A-451F)은 은, 금, 구리, 알루미늄 또는 그들의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 동심 링들(451A-451F)을 석영이 아니라 금속으로 제조하는 것은 더 적은 제조 단계들을 필요로 할 수 있고, 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 추가로, 동심 링들(451A-451F)의 수리 및 교체가 단순화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리(550)를 도시한다. 광 초점 어셈블리(550)는 광 초점 어셈블리(450)와 유사하지만, 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474)는 공간들(570)로 인해, 동심 링들(451A-451F) 전부와 접촉하지 않는다. 따라서, 갭들(575)은 유체 소통 상태에(in fluid communication) 있다. 그러한 실시예는 갭(575)의 배기와, 반사성 재료의 도포를 단순화한다. 추가로, 공간들(570)은 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404)와 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474) 사이의 열 전도 경로 내에 단절을 제공하고, 그에 의해 상측 플레이트(474)로부터 하측 플레이트(404)로의, 그리고 결과적으로는 하측 챔버 돔(104)(도 1에 도시됨)까지의 전도 열 유동을 감소시킨다. 과잉 열은 위에서 논의된 바와 같이 램프헤드들(145)(도 1에 도시됨) 내에 배치된 냉각 채널들을 통해 광학적으로 투명한 하측 플레이트(404)와 하측 챔버 돔(104)으로부터 제거되기 때문에, 전도 열 유동의 감소는 감소된 하측 돔 온도를 야기하거나, 하측 돔 온도가 최소값을 가질 것이 요구되는 경우에는 램프헤드 내의 감소된 냉각제 유동을 야기한다.
도 5는 광 초점 어셈블리(550)의 일 실시예를 도시하지만, 다른 실시예들도 예상된다. 예를 들어, 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474)가 동심 링들(551A-551E)의 연장부를 통해 개별 지점들에서 동심 링들(551A-551E)의 일부 또는 전부와 접촉할 수 있는 것이 예상된다. 동심 링들(551A-551E)과 광학적으로 투명한 상측 플레이트(474) 사이의 접촉은 광 초점 어셈블리(550)의 구조적 강성(structural rigidity)을 증가시킨다. 그러한 실시예에서, 일부 공간들(570)은 갭들(575)의 유체 소통을 유지하도록 남아있다. 다른 실시예에서, 광학적으로 투명한 재료로 형성된 크로스 로드들(cross rods)이 인접한 동심 링들(551A-551F) 사이에 위치되어, 광 초점 어셈블리(550)의 구조적 강도를 증가시킬 수 있음이 예상된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리(650)를 도시한다. 광 초점 어셈블리(650)는 복수의 동심 링(651A-651C)을 포함한다. 3개의 동심 링이 도시되어 있지만, 예를 들어 처리 챔버 내의 램프들의 링마다 동심 링 하나씩과 같이, 더 많거나 더 적은 동심 링이 포함될 수 있음이 예상된다. 동심 링들(651A-651C)은 광학적으로 투명한 재료, 예컨대 석영으로 형성되며, 램프들(142) 위에 위치한다. 그러한 실시예에서, 동심 링들(651A-651C)은 램프들(142)로부터의 조사(irradiance)에 영향을 주고 기판들의 균일한 처리를 용이하게 하는 굴절 요소들로서 기능한다. 동심 링들(651A-651C)은 램프들(142)로부터의 광의 확산을 감소시키고, 그에 의해 램프들(142)로부터의 조사가 기판 상에서, 특히 램프들의 반경방향 어레이들(radial arrays) 사이에서 교차 결합(cross-coupling)하는 것을 감소시킨다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 초점 어셈블리(750)를 도시한다. 광 초점 어셈블리(750)는 광 초점 어셈블리가 동심 링들의 다각형 근사물들(polygonal approximations)인 동심 링들(751B 및 751C)을 포함한다는 점을 제외하고는, 광 초점 어셈블리(650)와 유사하다. 동심 링들(751B 및 751C)은 링에 가깝도록 크기 및 형상이 정해지고 조립되는 별개의 다각형들(779)로 구성된다. 각각의 동심 링(751B 및 751C)은 복수의 다각형(779)으로 구성되며, 각각의 링 내의 다각형(779)의 개수는 도시된 것보다 더 많거나 더 적을 수 있음이 예상된다. 완벽한 링이 아니라 다각형들(779)을 이용하면, 램프들(142)로부터의 광의 혼합을 증가시켜서, 개별 램프 특성들에 덜 의존하는 결과적인 조사 프로파일을 만들어냄으로써 더 재생가능한 조사 프로파일(more reproducible irradiation profile)을 야기한다. 일부 경우들에서, 다각형들(779)의 이용은 램프들(142)의 분포 프로파일을 개선할 수 있다.
각각의 링이 동일한 개수의 다각형(779)을 포함할 필요가 없고, 따라서 동일한 개수의 패싯을 가질 필요가 없다. 추가로, 다각형들(779)이 1개 또는 2개의 램프(142) 위에 배치된 것으로서 도시되어 있지만, 각각의 다각형(779)은 임의의 개수의 램프(142) 위에 위치될 수 있음이 예상된다. 인접한 다각형들(779)이 접촉할 수 있거나, 그들 사이에 갭이 위치되어 추가 표면들의 생성에 의해 전반사를 증가시킬 수 있음이 예상된다. 인접 다각형들(779)의 인접 표면들은 투명할 수 있거나, 반사성 재료로 코팅될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 링(851)의 사시도를 도시한다. 링(851)은 여기에 설명된 실시예들 중 임의의 것에서 예를 들어 링(251A, 451A, 651A 또는 751A)으로서 이용될 수 있다. 링(851)은 원형인 제1 면(890) 및 다각형인 제2 면(891)을 포함한다. 링(851)은 그것을 관통하여 중심에 배치된 개구를 포함한다. 다각형 패싯의 수는 원하는 양의 광 혼합을 용이하게 하기 위해 조절될 수 있다. 제1 면(890) 및 제2 면(891) 각각의 표면들이 오목 또는 블록 렌즈와 같은 특정한 굴절 요소들을 그 위에 포함하도록 성형될 수 있음이 예상된다. 제1 면(890)과 제2 면(891)을 접속하는 링(851)의 측벽들은 일반적으로 평행하지만, 평행이 아닌 실시예들도 예상된다. 링(851)은 제1 면(890) 또는 제2 면(891) 중 어느 하나가 하나 이상의 램프를 향해 위치하는 채로, 프로세스 챔버 내에 위치될 수 있다.
다수의 반사 및 굴절 요소가 여기에 설명되지만, 반사 또는 굴절 요소들 중 임의의 것이 단독으로, 또는 서로와 조합하여 이용될 수 있음이 예상된다.
본 발명의 이점은 프로세스 챔버 내에서의 방사 에너지의 증가된 시준 및 균질화를 포함한다. 증가된 시준 및 균질화는 기판들의 더 제어된 가열을 야기하며, 이는 결국 기판들 상에서의 더 균일한 퇴적 프로파일 및 재료 속성을 야기한다. 기판 상에서의 균일한 퇴적 프로파일은 높은 품질과 더 효율적인 제조된 장치들을 야기한다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 안출될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 프로세스 챔버로서,
    광학적으로 투명한 돔(dome)을 포함하는 챔버 바디;
    상기 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체;
    상기 광학적으로 투명한 돔에 인접하게 배치된 복수의 램프; 및
    상기 챔버 바디 내에서 상기 복수의 램프와 상기 기판 지지체 상에 위치하는 기판 사이에 배치된 광 초점 어셈블리(light focusing assembly) - 상기 광 초점 어셈블리는 상기 복수의 램프로부터 방출되는 방사 에너지에 영향을 주도록(influence) 되어 있음 -
    를 포함하고,
    상기 광 초점 어셈블리는 복수의 동심 링들(concentric rings) 또는 링들에 대한 다각형 근사물들(polygonal approximations to rings)을 포함하고, 상기 동심 링들 또는 상기 링들에 대한 다각형 근사물들은 석영을 포함하고,
    상기 동심 링들 상기 링들에 대한 다각형 근사물들은 속이 빈 공동(hollow cavity)을 내부에 포함하고, 상기 속이 빈 공동의 내부 벽들은 그 위에 반사성 코팅을 갖는 프로세스 챔버.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 동심 링들 또는 상기 링들에 대한 다각형 근사물들 중 적어도 일부는 상이한 높이들을 갖는, 프로세스 챔버.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 반사성 코팅은 은, 금, 또는 알루미늄을 포함하는, 프로세스 챔버.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동심 링들은 2.5 밀리미터 내지 35 밀리미터 범위 내의 두께를 각각 갖는, 프로세스 챔버.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지체에 연결된 지지 샤프트는 상기 복수의 동심 링들 또는 상기 링들에 대한 다각형 근사물들 중 최내측 링의 중심을 통과하여 배치되고, 상기 지지 샤프트는 석영으로 형성되며, 속이 빈 공동을 내부에 포함하는, 프로세스 챔버.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광 초점 어셈블리는 인접한 동심 링들 사이에 배치된 복수의 굴절 요소를 더 포함하는, 프로세스 챔버.
  9. 제8항에 있어서, 상기 굴절 요소들은 볼록 또는 오목 렌즈들을 포함하는, 프로세스 챔버.
  10. 제8항에 있어서, 상기 굴절 요소들은 프레넬(Fresnel) 렌즈들을 포함하고, 상기 램프들은 상기 챔버 바디의 처리 영역 외부에 위치하는, 프로세스 챔버.
  11. 프로세스 챔버로서,
    광학적으로 투명한 돔을 포함하는 챔버 바디;
    상기 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 자신으로부터 연장되는 지지 샤프트를 가짐 - ;
    상기 광학적으로 투명한 돔에 인접하게 배치된 복수의 램프; 및
    상기 챔버 바디 내에서 상기 광학적으로 투명한 돔과 상기 기판 지지체 사이에 위치하는 광 초점 어셈블리 - 상기 광 초점 어셈블리는 상기 광학적으로 투명한 돔의 상부 표면과 접촉하고, 상기 복수의 램프로부터 방출되는 방사 에너지에 영향을 주도록 되어 있음 -
    를 포함하고,
    상기 광 초점 어셈블리는 광학적으로 투명한 재료로 형성된 복수의 동심 링들 또는 링들에 대한 다각형 근사물들을 포함하고,
    상기 동심 링들 또는 상기 링들에 대한 다각형 근사물들은 속이 빈 공동을 내부에 포함하고, 상기 속이 빈 공동의 내부 벽들은 그 위에 반사성 코팅을 갖는 프로세스 챔버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지 샤프트는 속이 빈 공동을 내부에 포함하는, 프로세스 챔버.
  13. 제12항에 있어서, 상기 동심 링들 또는 상기 링들에 대한 다각형 근사물들은 석영을 포함하는, 프로세스 챔버.
  14. 제12항에 있어서, 상기 광 초점 어셈블리는 인접하는 동심 링들 사이에 배치된 복수의 굴절 요소를 더 포함하고, 상기 굴절 요소는 오목, 볼록, 또는 프레넬 렌즈를 포함하는, 프로세스 챔버.
  15. 광학 어셈블리로서,
    광학적으로 투명한 재료로 형성된 복수의 동심 링들 - 각각의 동심 링은 속이 빈 공동을 내부에 포함함 - ; 및
    상기 속이 빈 공동들 내에 배치된 반사성 재료
    를 포함하는 광학 어셈블리.
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