KR102244964B1 - 열 결합된 석영 돔 히트 싱크 - Google Patents

열 결합된 석영 돔 히트 싱크 Download PDF

Info

Publication number
KR102244964B1
KR102244964B1 KR1020157027313A KR20157027313A KR102244964B1 KR 102244964 B1 KR102244964 B1 KR 102244964B1 KR 1020157027313 A KR1020157027313 A KR 1020157027313A KR 20157027313 A KR20157027313 A KR 20157027313A KR 102244964 B1 KR102244964 B1 KR 102244964B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lamp housing
optically transparent
transparent window
gap
process chamber
Prior art date
Application number
KR1020157027313A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150126007A (ko
Inventor
조셉 엠. 래니쉬
메흐메트 투그룰 사미르
폴 브릴하트
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR20150126007A publication Critical patent/KR20150126007A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102244964B1 publication Critical patent/KR102244964B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4411—Cooling of the reaction chamber walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C23C16/463—Cooling of the substrate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment

Abstract

본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 기판들을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 일반적으로 기판 지지체를 내부에 갖는 프로세스 챔버를 포함한다. 복수의 램프가 복사 에너지를 광학적으로 투명한 윈도우를 통해 기판 지지체 상에 위치된 기판으로 제공하도록 위치된다. 복수의 램프는 램프 하우징에 위치된다. 램프 하우징에 냉각 채널이 형성된다. 램프 하우징의 표면은 광학적으로 투명한 윈도우로부터 소정 거리만큼 이격되어, 램프 하우징의 표면과 광학적으로 투명한 윈도우 사이에 갭을 형성한다. 이 갭은 유체 채널로서 기능하고, 내부에 유체를 포함하여, 광학적으로 투명한 윈도우의 냉각을 용이하게 하도록 되어 있다. 램프 하우징의 표면에 형성된 난류 유도 피처들, 예컨대 개구들이 냉각 유체의 난류를 유도하고, 그에 따라 광학적으로 투명한 윈도우와 램프 하우징 사이의 열 전달을 개선한다.

Description

열 결합된 석영 돔 히트 싱크{THERMAL COUPLED QUARTZ DOME HEAT SINK}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판들과 같은 기판들을 가열하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 기판들은 집적 디바이스들 및 마이크로디바이스들의 제조를 포함한 매우 다양한 애플리케이션들을 위해 처리된다. 기판들을 처리하는 한가지 방법은 기판 표면 상에 재료, 예를 들어 에피택셜 재료를 퇴적하는 것을 포함한다. 퇴적된 막 품질은 온도와 같은 프로세스 조건들을 포함한 여러 인자에 종속한다. 트랜지스터 크기가 감소함에 따라, 온도 제어는 고품질 막들의 형성에 있어서 보다 중요하게 된다. 특히, 급속한 기판 온도 증가 및 감소(예를 들어, 기판 램프업 및 냉각)의 요구들로 인해, 온도 제어는 스루풋 증가에 따라 더 어려워지게 된다. 기판 가열 속도는 램프 설정들을 조정함으로써 증가될 수 있다. 그러나, 기판 냉각은 주변 온도에 크게 종속하는데, 이는 감소시키기가 어렵거나 감소시키는데 고비용이 소요될 수 있다. 기판에 매우 근접한 주변 온도는 가열된 챔버 컴포넌트들, 특히 가열된 하부 돔에 의해 영향을 받아, 냉각 이슈들을 더 악화시킨다. 흡수된 열은 냉각 동안 기판에 복사되는데, 이는 기판을 충분히 냉각하기 위한 시간을 바람직하지 않게 연장한다.
따라서, 개선된 냉각이 필요하다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 기판들을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 일반적으로 기판 지지체를 내부에 갖는 프로세스 챔버를 포함한다. 복수의 램프가 복사 에너지를 광학적으로 투명한 윈도우(optically transparent window)를 통해 기판 지지체 상에 위치된 기판으로 제공하도록 위치된다. 복수의 램프는 램프 하우징에 위치된다. 램프 하우징에 냉각 채널이 형성된다. 램프 하우징의 표면은 광학적으로 투명한 윈도우로부터 소정 거리만큼 이격되어, 램프 하우징의 표면과 광학적으로 투명한 윈도우 사이에 갭을 형성한다. 이 갭은 유체 채널로서 기능하고, 내부에 유체를 포함하여, 광학적으로 투명한 윈도우의 냉각을 용이하게 하도록 되어 있다. 램프 하우징의 표면에 형성된 난류 유도 피처들(turbulence inducing features), 예컨대 개구들이 냉각 유체의 난류(turbulent flow)를 유도하고, 그에 따라 광학적으로 투명한 윈도우와 램프 하우징 사이의 열 전달을 개선한다.
일 실시예에서, 프로세스 챔버는, 광학적으로 투명한 윈도우를 포함하는 챔버 바디; 및 광학적으로 투명한 윈도우에 인접 배치된 램프 하우징을 포함한다. 광학적으로 투명한 윈도우와 램프 하우징 사이에 갭이 형성된다. 램프 하우징 내에 복수의 램프 및 하나 이상의 냉각 채널이 배치된다. 프로세스 챔버는, 광학적으로 투명한 윈도우와 램프 하우징 사이의 갭에 냉각 유체를 제공하도록 되어 있는 냉각 유체 소스를 또한 포함한다.
다른 실시예에서, 냉각 방법은, 광학적으로 투명한 윈도우와 램프 하우징 사이의 공간 내로 냉각 유체를 순환시키는 단계를 포함하고, 램프 하우징에는 내부에 적어도 하나의 냉각 채널이 형성되어 있다. 램프 하우징의 표면은 냉각 유체의 난류를 야기시키는 하나 이상의 난류 유도 피처를 포함한다. 냉각 유체는 광학적으로 투명한 윈도우와 적어도 하나의 냉각 채널을 열 결합한다.
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 프로세스 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 램프 하우징들의 상부 표면의 개략적인 부분 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사기의 확대도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 램프 하우징의 상부 표면의 개략적인 확대도들을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 기판들을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 일반적으로 기판 지지체를 내부에 갖는 프로세스 챔버를 포함한다. 복수의 램프가 복사 에너지를 광학적으로 투명한 윈도우를 통해 기판 지지체 상에 위치된 기판으로 제공하도록 위치된다. 복수의 램프는 램프 하우징에 위치된다. 램프 하우징에 냉각 채널이 형성된다. 램프 하우징의 표면은 광학적으로 투명한 윈도우로부터 소정 거리만큼 이격되어, 램프 하우징의 표면과 광학적으로 투명한 윈도우 사이에 갭을 형성한다. 이 갭은 유체 채널로서 기능하고, 내부에 유체를 포함하여, 광학적으로 투명한 윈도우의 냉각을 용이하게 하도록 되어 있다. 램프 하우징의 표면에 형성된 난류 유도 피처들, 예컨대 개구들이 냉각 유체의 난류를 유도하여, 광학적으로 투명한 윈도우와 램프 하우징 사이의 열 전달을 개선한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는, 기판의 상부 표면 상의 재료의 퇴적을 포함하여, 하나 이상의 기판을 처리하는데 사용될 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 세라믹(예를 들어, 석영), 또는 코팅된 금속이나 세라믹과 같은 재료로 형성된 리드(lid) 또는 상부 돔(102), 및 챔버 바디(101)를 포함한다. 프로세스 챔버(100)는, 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성된 윈도우(104), 예컨대 하부 돔을 또한 포함한다. 광학적으로 투명한 윈도우(104)는 챔버 바디(101)에 결합되거나 이 챔버 바디의 일체형 부분이다. 기판(108)을 위에 지지하도록 되어 있는 기판 지지체(106)가 프로세스 챔버(100) 내에서 상부 돔(102)과 광학적으로 투명한 윈도우(104) 사이에 배치된다. 기판 지지체(106)는 지지 플레이트(109)에 결합되고, 기판 지지체(106)와 지지 플레이트(109) 사이에 갭(111)이 형성된다. 지지 플레이트(109)는 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성되어, 램프들(142)로부터의 복사 에너지가 기판 지지체(106)에 충돌하고 기판 지지체를 원하는 처리 온도로 가열하는 것을 허용한다. 기판 지지체(106)는, 램프들(142)로부터의 복사 에너지를 흡수하고 이 복사 에너지를 기판(108)에 전달하기 위해서, 실리콘 탄화물 또는 실리콘 탄화물로 코팅된 흑연으로 형성된다.
기판 지지체(106)는 상승된 처리 위치에 있는 것으로 도시되어 있지만, 리프트 핀들(110)이 광학적으로 투명한 윈도우(104)에 접촉하고 기판(108)을 기판 지지체(106)로부터 상승시키는 것을 허용하기 위해서 액추에이터(112)에 의해 처리 위치 아래의 로딩 위치까지 수직으로 작동될 수 있다. 다음에, 로봇(도시되지 않음)이 프로세스 챔버(100)에 들어가서, 기판(108)에 맞물리고, 슬릿 밸브(slit valve)와 같은 개구(114)를 통하여 프로세스 챔버로부터 기판을 제거할 수 있다. 또한, 기판 지지체(106)는 기판(108)의 균일한 처리를 용이하게 하기 위해서 액추에이터(112)에 의해 처리 동안 회전되도록 되어 있다.
기판 지지체(106)는, 처리 위치에 위치되어 있는 동안, 프로세스 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, 상부 돔(102)과 기판 지지체(106)의 평면(120) 사이에 위치하는 내부 챔버 용적을 포함한다. 퍼지 가스 영역(118)은 광학적으로 투명한 윈도우(104)와 평면(120) 사이에 위치하는 내부 챔버 용적을 포함한다.
퍼지 가스 소스(122)로부터 공급된 퍼지 가스는 챔버 바디(101)의 측벽 내에 형성된 퍼지 가스 유입구(124)를 통하여 퍼지 가스 영역(118)에 도입된다. 퍼지 가스는 유동 경로(126)를 따라 지지체(106)의 후방 표면을 가로질러 측방향으로 유동하고, 프로세스 챔버(100)에서 퍼지 가스 유입구(124)의 반대측에 위치된 퍼지 가스 유출구(128)를 통하여 퍼지 가스 영역(118)으로부터 배기된다. 퍼지 가스 유출구(128)에 결합된 배기 펌프(130)가 퍼지 가스 영역(118)으로부터의 퍼지 가스의 제거를 용이하게 한다.
프로세스 가스 공급 소스(132)로부터 공급된 프로세스 가스는 챔버 바디(101)의 측벽에 형성된 프로세스 가스 유입구(134)를 통하여 프로세스 가스 영역(116)에 도입된다. 프로세스 가스는 유동 경로(136)를 따라 기판(108)의 상부 표면을 가로질러 측방향으로 유동한다. 프로세스 가스는 프로세스 챔버(100)에서 프로세스 가스 유입구(134)의 반대측에 위치된 프로세스 가스 유출구(138)를 통하여 프로세스 가스 영역(116)에서 나간다. 프로세스 가스 유출구(138)를 통한 프로세스 가스의 제거는 프로세스 가스 유출구에 결합된 진공 펌프(140)에 의해 용이하게 된다.
광학적으로 투명한 윈도우(104)에 인접하게 또한 광학적으로 투명한 윈도우(104) 아래에 다수의 램프(142)가 배치되어, 프로세스 가스가 기판(108) 위를 지나갈 때 기판을 가열함으로써, 기판(108)의 상부 표면 상에 재료를 퇴적하는 것을 용이하게 한다. 램프들(142)은, 예를 들어 구리, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 형성된 램프 하우징(150)에 위치된다. 램프들은 선택적인 반사기(142A)에 의해 둘러싸인 전구들(bulbs)(141)을 포함한다. 각각의 램프(142)는 전력 분배 보드(147)에 결합되고, 이 전력 분배 보드를 통하여 전력이 각각의 램프(142)에 공급된다. 램프들(142)은 기판 지지체(106)의 샤프트(127) 둘레에서 증가하는 반경의 고리형 그룹들로 배열된다. 샤프트(127)는 석영 또는 다른 광학적으로 투명한 재료로 형성된다.
램프 하우징(150)의 상부 표면은 광학적으로 투명한 윈도우(104)로부터 이격된 배향으로 위치되어, 램프 하우징(150)의 상부 표면과 광학적으로 투명한 윈도우(104) 사이에 갭(151)을 형성한다. 일례에서, 갭(151)은 약 0.5 밀리미터 내지 약 10 밀리미터 또는 그 이상일 수 있다. 일례에서, 갭(151)은 약 6 밀리미터이다. 갭(151)은 온도 제어 유닛(154)과 유체 소통한다. 온도 제어 유닛(154)은 유체, 유체 소스, 또는 외부 유체 소스에 대한 접속을 포함하고, 유동 경로(158)에 의해 표시된 바와 같이, 가스와 같은 냉각 유체를 배관(156)을 통해 갭(151)에 제공한다. 온도 제어 유닛(154)은 팬이나 제트 팩과 같은 강제 유도 유닛(forced induction unit)(154A)뿐만 아니라, 순환하는 냉각 유체로부터 열을 제거하는 열 교환기(154B)를 선택적으로 포함할 수 있다. 냉각 유체가 갭(151)에 위치하는 동안, 냉각 유체는 광학적으로 투명한 윈도우(104)로부터 램프 하우징(150) 내의 냉각 채널들(149)로의 열 전달을 용이하게 한다. 따라서, 광학적으로 투명한 윈도우(104)로부터 열이 제거되고, 이는 광학적으로 투명한 윈도우(104)로부터 기판(108)으로의 열의 복사를 감소시킴으로써 기판(108)의 냉각 속도를 더 증가시킨다. 냉각 유체는 유동 경로(158)에 의해 표시된 바와 같이 재사용을 위해 온도 제어 유닛(154)으로 재순환된다. 냉각 채널들(149)은 광학적으로 투명한 윈도우(104)로부터 열 에너지를 제거하기 위해 이용될 뿐만 아니라, 램프들(142)을 냉각시키기 위해 이용된다. 광학적으로 투명한 윈도우(104) 및 램프들(142) 양쪽 모두를 냉각시키기 위해 한 세트의 냉각 채널들(149)만이 이용되기 때문에, 프로세스 챔버(100)의 제조 비용이 감소된다.
램프들(142)은, 기판(108)의 표면 상으로의 프로세스 가스의 열 분해를 용이하게 하기 위해 기판을 미리 결정된 온도로 가열하도록 되어 있다. 일례에서, 기판 상에 퇴적된 재료는 Ⅲ족, Ⅳ족 및/또는 Ⅴ족 재료일 수 있거나, 또는 Ⅲ족, Ⅳ족 및/또는 Ⅴ족 도펀트를 포함하는 재료일 수 있다. 예를 들어, 퇴적된 재료는 갈륨 비화물, 갈륨 질화물 또는 알루미늄 갈륨 질화물을 포함할 수 있다. 램프들은, 약 섭씨 300도 내지 약 섭씨 1200도, 예컨대 약 섭씨 300도 내지 약 섭씨 950도의 범위 내의 온도로 기판을 가열하도록 되어 있을 수 있다.
도 1은 프로세스 챔버의 일 실시예를 도시하고 있지만, 부가적인 실시예들도 또한 고려된다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 기판 지지체(106)가 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성되어, 기판(108)의 직접 가열을 허용할 수 있다고 고려된다. 또 다른 실시예에서, 선택적인 원형 쉴드(circular shield)(139)가 기판 지지체(106) 주위에 배치되고, 챔버 바디(101)의 측벽에 결합될 수 있다고 고려된다. 다른 실시예에서, 프로세스 가스 공급 소스(132)는 다수의 타입의 프로세스 가스, 예를 들어 Ⅲ족 프리커서 가스 및 Ⅴ족 프리커서 가스를 공급하도록 되어 있을 수 있다. 다수의 프로세스 가스는 동일한 프로세스 가스 유입구(134)를 통해 또는 상이한 프로세스 가스 유입구들(134)을 통해 챔버에 도입될 수 있다. 부가적으로, 가스 유입구들(124, 134) 또는 가스 유출구들(128, 138)의 크기, 폭 및/또는 개수는 기판(108) 상에서의 재료의 균일한 퇴적을 더 용이하게 하도록 조정될 수 있고 또한 고려된다.
다른 실시예에서, 기판 지지체(106)는 기판 지지체(106)를 통한 중심 개구를 갖는 고리형 링 또는 에지 링일 수 있으며, 기판(108)의 주변부를 지지하도록 되어 있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 지지체(106)는 실리콘 탄화물, 실리콘 탄화물 코팅된 흑연, 또는 유리질 탄소 코팅된 흑연(glassy-carbon-coated graphite)으로 형성될 수 있다.
도 2a는 램프 하우징(250A)의 상부 표면(260)의 개략적인 부분 단면도이다. 램프 하우징(250A)은 램프 하우징(150)과 유사하며, 램프 하우징(150)을 대신하여 사용될 수 있다. 상부 표면(260)은 내부에 형성된 피처들, 예컨대 개구들(262)을 포함한다. 개구들(262)은 램프들(142)로부터의 복사 에너지가 상부 표면(260)을 통과하여, 기판 또는 기판 지지체에 부딪히는 것을 허용한다. 개구(262)는 램프들(142) 각각의 위에 배치된다. 복사 에너지의 통과를 허용하는 것에 부가하여, 개구들(262)은, 도 1에 도시된 광학적으로 투명한 윈도우(104)와 같은 하부 돔의 하부 표면과 상부 표면(260) 사이에 냉각 유체가 지나갈 때 냉각 유체 내에 난류를 유도한다. 냉각 유체의 난류는 램프 하우징(250A) 내에 형성된 냉각 채널들(149)과 하부 돔 사이의 열 결합을 증가시킨다. 따라서, 특히 하부 돔이 정체된 주변 공기에 의해 냉각될 때와 비교하여, 열 에너지가 하부 돔으로부터 신속하게 제거될 수 있다. 하부 돔의 급속한 온도 감소는 기판 냉각 시간의 감소를 용이하게 하는데, 그 이유는 하부 돔에 의한 기판의 복사 가열이 감소하기 때문이다.
램프 하우징(250A)과 하부 돔 사이에서의 냉각 유체의 층류(laminar flow)가 하부 돔으로부터 열을 또한 제거할 것이지만, 난류는 냉각 유체의 대류로 인해 열 전달을 증가시킨다. 냉각 유체를 통한 열 전달이 냉각 유체의 난류로 인해 증가되기 때문에, 더 낮은 열 전도성을 갖는 냉각 유체가 여전히 충분한 냉각을 제공하면서 사용될 수 있다. 더 낮은 열 전도성을 갖는 냉각 유체는 이러한 냉각 유체가 비용 효율적일 때에 요구될 수 있다. 하나의 이러한 비용 효율적인 냉각 유체는 대기일 수 있다.
도 2a는 일 실시예를 도시하지만, 다른 실시예들도 또한 고려된다. 예를 들어, 냉각 유체의 난류를 유도하기 위해서, 개구들(262)에 부가하여 또는 개구들에 대한 대안으로서, 개구들(262)과는 다른 피처들이 사용될 수 있다고 고려된다. 예를 들어, 냉각 유체에 대해 난류를 유도하기 위해 리지들(ridges) 또는 범프들(bumps)과 같은 피처들이 사용될 수 있다.
도 2b는 반사기(242A)의 대안적인 실시예를 도시한다. 반사기(242A)는, 반사기(242A)가 램프 하우징의 표면(260) 위에 돌출되는 연장부(242B)를 포함하는 것을 제외하고는, 반사기(142A)와 유사하다. 반사기(242A)의 연장부(242B)는 그 위에서 유동하는 냉각 유체의 난류 증가를 용이하게 하고, 그에 따라 광학적으로 투명한 윈도우(104)로부터 램프 하우징으로의 열 전달을 증가시킨다. 연장부(242B)를 갖는 반사기(242A)들의 개수는 냉각 유체의 원하는 난류를 발생시키도록 선택될 수 있고, 따라서 각각의 반사기(242A)가 연장부(242B)를 갖지 않을 수도 있다고 고려된다. 그러나, 1개보다 많은 반사기가 연장부(242B)를 포함할 수 있지만, 명료성을 위해 1개만 도시되어 있다는 것이 이해되어야 한다. 일례에서, 각각의 램프(142)는 연장부(242B)를 갖는 반사기(242A)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 연장부들(242B)은 광학적으로 투명한 윈도우(104)의 하부 표면과 접촉할 수 있다고 고려된다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 연장부(242B)는 원추형 단면을 포함하지만, 다른 형상들도 또한 고려된다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 부가적인 난류 유도 피처들을 위에 갖는 램프 하우징의 상부 표면의 개략적인 확대도들을 도시한다. 도 3a는 상부 표면(260)과 유사한 상부 표면(360A)을 도시한다. 상부 표면(360A)은 상부 표면(360A) 위에서 냉각 유체가 유동할 때 냉각 유체의 난류를 용이하게 하기 위해 상부 표면으로부터 연장되는 복수의 리지(380)를 포함한다. 리지들(380)은 수 밀리미터 내지 수 센티미터 또는 그 이상의 길이, 및 광학적으로 투명한 윈도우(104)의 하부 표면과 상부 표면(360A) 사이의 간격으로 제한된 높이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 리지들(380)은 광학적으로 투명한 윈도우(104)와 접촉할 수 있다고 고려된다.
도 3b는 상부 표면(260)과 유사한 상부 표면(360B)을 도시한다. 상부 표면(360B)은 상부 표면(360B) 위에서 냉각 유체가 유동할 때 냉각 유체의 난류를 용이하게 하기 위해 상부 표면으로부터 연장되는 복수의 범프(381)를 포함한다. 범프들(381)은 1 밀리미터 내지 수 밀리미터 또는 그 이상의 직경, 및 광학적으로 투명한 윈도우(104)의 하부 표면과 상부 표면(360B) 사이의 간격으로 제한된 높이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 범프들(381)은 광학적으로 투명한 윈도우(104)와 접촉할 수 있다고 고려된다. 부가적으로, 범프들(381)은 표면(360B)을 텍스처링하는 것에 의해, 예를 들어 에천트에 대한 노출에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 범프들(381)은 폴리싱되지 않은 또는 마감되지 않은 표면의 천연적인 표면 거칠기의 일부일 수 있다.
도 3c는 상부 표면(260)과 유사한 상부 표면(360C)을 도시한다. 상부 표면(360C)은 상부 표면(360C) 위에서 냉각 유체가 유동할 때 냉각 유체의 난류를 용이하게 하기 위해 내부에 형성되어 있는 하나 이상의 채널(382)을 포함한다. 채널들(382)은 수 밀리미터 내지 수 센티미터 또는 그 이상의 길이를 가질 수 있다. 일례에서, 채널들(382)은 상부 표면(360C) 주위에 연속적으로 연장될 수 있다. 채널(382)은 약 0.5 밀리미터 내지 약 3 밀리미터 또는 그 이상의 범위를 갖는 깊이를 가질 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 난류 유도 피처들의 실시예들을 도시하지만, 부가적인 또는 대안적인 난류 유도 피처들도 또한 고려된다. 또한, 난류 유도 피처들의 크기들, 및 광학적으로 투명한 윈도우(104)와 램프 헤드 사이의 간격은, 광학적으로 투명한 윈도우(104)와 램프 헤드 사이의 열 전달을 최대화하기 위해 국소화된 재순환을 생성하도록 선택될 수 있다.
여기에서 사용하기에 적합한 냉각 유체들은 일반적으로 헬륨, 수소 및 질소를 포함한 하나 이상의 고전도성 가스를 포함한다. 그러나, 부가적인 가스들도 고려된다. 예를 들어, 주변 공기, 필터링된 주변 공기 및 CDA(clean, dry air)도 또한 이용될 수 있다고 고려된다. 또한, 일부 실시예들에서, 물 또는 오일과 같은 하나 이상의 액체 냉각제가 이용될 수 있다고 고려된다.
본 명세서에 설명된 실시예들의 이점들은 챔버 컴포넌트들 및 기판들의 증가된 냉각을 포함한다. 증가된 냉각은 냉각 유체를 이용하여 램프 하우징 내에 배치된 냉각 채널들에 하부 돔을 열 결합하는 것에 의해 용이하게 된다. 램프 하우징은 냉각 유체에 대해 난류를 유도하는 피처들을 포함하고, 그에 따라 램프 하우징 내의 냉각 채널들과 하부 돔 사이의 열 전달을 증가시킨다. 난류로 인해 증가된 열 전달은 보다 낮은 열 전달 계수를 갖는 덜 비싼 냉각 유체가 처리 중에 이용되는 것을 허용한다.
전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 프로세스 챔버로서,
    광학적으로 투명한 윈도우(optically transparent window)를 포함하는 챔버 바디;
    상기 광학적으로 투명한 윈도우에 인접 배치된 상부 표면을 갖는 램프 하우징 - 상기 램프 하우징은 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 내에 형성된 복수의 개구를 갖고, 상기 광학적으로 투명한 윈도우와 상기 램프 하우징은 사이에 갭을 가지고, 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면은 상기 갭에 인접한 난류 유도 피처들(turbulence-inducing features)을 포함하고, 상기 난류 유도 피처들은 범프들 또는 리지들을 포함함 -;
    상기 램프 하우징 내에 배치되고, 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 내에 형성된 상기 복수의 개구를 통해 복사 에너지를 지향하도록 위치된 복수의 램프;
    상기 램프 하우징 내에 배치된 하나 이상의 냉각 채널 - 상기 하나 이상의 냉각 채널은 상기 복수의 램프와 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 사이에 정의되고, 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면은 상기 하나 이상의 냉각 채널과 상기 갭 사이에 배치됨 -; 및
    상기 광학적으로 투명한 윈도우와 상기 램프 하우징 사이의 상기 갭에 냉각 유체를 제공하도록 되어 있는 온도 제어 유닛
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 램프 하우징은 구리 또는 알루미늄을 포함하는, 프로세스 챔버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 유닛은 열 교환기를 포함하는, 프로세스 챔버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어 유닛은 강제 유도 유닛(forced induction unit)을 포함하는, 프로세스 챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 윈도우는 하부 돔인, 프로세스 챔버.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 윈도우는 석영을 포함하는, 프로세스 챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 갭은 0.5 밀리미터 내지 10 밀리미터의 크기를 갖는, 프로세스 챔버.
  8. 제6항에 있어서,
    각각의 램프는 반사기에 의해 둘러싸인 전구를 포함하는, 프로세스 챔버.
  9. 프로세스 챔버로서,
    광학적으로 투명한 윈도우(optically transparent window)를 포함하는 챔버 바디;
    상기 광학적으로 투명한 윈도우에 인접 배치된 상부 표면을 갖는 램프 하우징 - 상기 램프 하우징은 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 내에 형성된 복수의 개구를 갖고, 상기 광학적으로 투명한 윈도우와 상기 램프 하우징은 사이에 갭을 가지고, 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면은 상기 갭에 인접한 난류 유도 피처들을 포함하고, 상기 난류 유도 피처들은 범프들 또는 리지들을 포함함 -;
    상기 램프 하우징 내에 배치되고 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 내에 형성된 상기 복수의 개구를 통해 복사 에너지를 지향하도록 위치된 복수의 램프 - 각각의 램프는 반사기에 의해 둘러싸인 전구를 포함함 -;
    상기 램프 하우징 내에 배치된 하나 이상의 냉각 채널 - 상기 하나 이상의 냉각 채널은 상기 복수의 램프와 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 사이에 정의되고, 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면은 상기 하나 이상의 냉각 채널과 상기 갭 사이에 배치됨; 및
    상기 광학적으로 투명한 윈도우와 상기 램프 하우징 사이의 상기 갭에 냉각 유체를 제공하도록 되어 있는 온도 제어 유닛
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 윈도우는 하부 돔인, 프로세스 챔버.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 갭은 0.5 밀리미터 내지 10 밀리미터의 크기를 갖는, 프로세스 챔버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 난류 유도 피처들은 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 상에 형성된 범프들 또는 리지들을 포함하는, 프로세스 챔버.
  13. 프로세스 챔버로서,
    광학적으로 투명한 윈도우(optically transparent window)를 포함하는 챔버 바디;
    상기 광학적으로 투명한 윈도우에 인접 배치된 상부 표면을 갖는 램프 하우징 - 상기 상부 표면은 상기 램프 하우징 내에 형성된 복수의 개구를 가지고, 상기 광학적으로 투명한 윈도우와 상기 램프 하우징은 사이에 갭을 가지고, 상기 갭은 0.5 밀리미터 내지 10 밀리미터의 크기를 가지고, 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면은 상기 갭에 인접한 난류 유도 피처들을 포함하고, 상기 난류 유도 피처들은 범프들 또는 리지들을 포함함 -;
    상기 램프 하우징 내에 배치되고 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 내에 형성된 상기 복수의 개구를 통해 복사 에너지를 지향하도록 위치된 복수의 램프 - 각각의 램프는 반사기에 의해 둘러싸인 전구를 포함함 -;
    상기 램프 하우징 내에 배치된 하나 이상의 냉각 채널 - 상기 하나 이상의 냉각 채널은 상기 복수의 램프와 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면 사이에 정의되고, 상기 램프 하우징의 상기 상부 표면은 상기 하나 이상의 냉각 채널과 상기 갭 사이에 배치됨; 및
    상기 광학적으로 투명한 윈도우와 상기 램프 하우징 사이의 상기 갭에 냉각 유체를 제공하도록 되어 있는 온도 제어 유닛
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 온도 제어 유닛은 열 교환기를 포함하는, 프로세스 챔버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 온도 제어 유닛은 강제 유도 유닛을 포함하는, 프로세스 챔버.
KR1020157027313A 2013-03-05 2014-02-11 열 결합된 석영 돔 히트 싱크 KR102244964B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361772618P 2013-03-05 2013-03-05
US61/772,618 2013-03-05
US14/175,459 2014-02-07
US14/175,459 US9748121B2 (en) 2013-03-05 2014-02-07 Thermal coupled quartz dome heat sink
PCT/US2014/015731 WO2014137550A2 (en) 2013-03-05 2014-02-11 Thermal coupled quartz dome heat sink

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150126007A KR20150126007A (ko) 2015-11-10
KR102244964B1 true KR102244964B1 (ko) 2021-04-27

Family

ID=51487575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157027313A KR102244964B1 (ko) 2013-03-05 2014-02-11 열 결합된 석영 돔 히트 싱크

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9748121B2 (ko)
KR (1) KR102244964B1 (ko)
CN (2) CN108486548A (ko)
TW (2) TW201836018A (ko)
WO (1) WO2014137550A2 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11201508481PA (en) * 2013-05-10 2015-11-27 Applied Materials Inc Dome cooling using compliant material
US10573498B2 (en) 2017-01-09 2020-02-25 Applied Materials, Inc. Substrate processing apparatus including annular lamp assembly
KR101846509B1 (ko) * 2017-03-29 2018-04-09 (주)앤피에스 열원 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치
US20240110278A1 (en) * 2022-09-29 2024-04-04 Applied Materials, Inc. Dog bone exhaust slit tunnel for processing chambers

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080156462A1 (en) * 2007-01-03 2008-07-03 Mehmet Arik Unique cooling scheme for advanced thermal management of high flux electronics

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5755886A (en) * 1986-12-19 1998-05-26 Applied Materials, Inc. Apparatus for preventing deposition gases from contacting a selected region of a substrate during deposition processing
US5108792A (en) * 1990-03-09 1992-04-28 Applied Materials, Inc. Double-dome reactor for semiconductor processing
US5258824A (en) * 1990-08-09 1993-11-02 Applied Materials, Inc. In-situ measurement of a thin film deposited on a wafer
US5855677A (en) * 1994-09-30 1999-01-05 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for controlling the temperature of reaction chamber walls
US5792269A (en) * 1995-10-31 1998-08-11 Applied Materials, Inc. Gas distribution for CVD systems
US5937142A (en) * 1996-07-11 1999-08-10 Cvc Products, Inc. Multi-zone illuminator for rapid thermal processing
US6367410B1 (en) 1996-12-16 2002-04-09 Applied Materials, Inc. Closed-loop dome thermal control apparatus for a semiconductor wafer processing system
US6666924B1 (en) * 2000-03-28 2003-12-23 Asm America Reaction chamber with decreased wall deposition
US6635117B1 (en) * 2000-04-26 2003-10-21 Axcelis Technologies, Inc. Actively-cooled distribution plate for reducing reactive gas temperature in a plasma processing system
KR100676979B1 (ko) * 2001-02-09 2007-02-01 동경 엘렉트론 주식회사 성막 장치
TWI224815B (en) * 2001-08-01 2004-12-01 Tokyo Electron Ltd Gas processing apparatus and gas processing method
US8536492B2 (en) 2003-10-27 2013-09-17 Applied Materials, Inc. Processing multilayer semiconductors with multiple heat sources
US7718225B2 (en) * 2005-08-17 2010-05-18 Applied Materials, Inc. Method to control semiconductor film deposition characteristics
US7691204B2 (en) 2005-09-30 2010-04-06 Applied Materials, Inc. Film formation apparatus and methods including temperature and emissivity/pattern compensation
JP5063995B2 (ja) 2006-11-22 2012-10-31 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置
US7378618B1 (en) 2006-12-14 2008-05-27 Applied Materials, Inc. Rapid conductive cooling using a secondary process plane
US8057601B2 (en) * 2007-05-09 2011-11-15 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for supporting, positioning and rotating a substrate in a processing chamber
US8398777B2 (en) 2008-05-02 2013-03-19 Applied Materials, Inc. System and method for pedestal adjustment
US9640412B2 (en) * 2009-11-20 2017-05-02 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for enhancing the cool down of radiatively heated substrates
US8910644B2 (en) 2010-06-18 2014-12-16 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for inducing turbulent flow of a processing chamber cleaning gas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080156462A1 (en) * 2007-01-03 2008-07-03 Mehmet Arik Unique cooling scheme for advanced thermal management of high flux electronics

Also Published As

Publication number Publication date
CN105009260A (zh) 2015-10-28
CN105009260B (zh) 2018-06-22
CN108486548A (zh) 2018-09-04
TW201442118A (zh) 2014-11-01
TW201836018A (zh) 2018-10-01
US9748121B2 (en) 2017-08-29
KR20150126007A (ko) 2015-11-10
US20140254150A1 (en) 2014-09-11
TWI625790B (zh) 2018-06-01
WO2014137550A2 (en) 2014-09-12
US20170338135A1 (en) 2017-11-23
WO2014137550A3 (en) 2015-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180130653A1 (en) Optics for controlling light transmitted through a conical quartz dome
TWI638070B (zh) 石英的上部及下部圓頂
TWI643266B (zh) 磊晶底環
US20170338135A1 (en) Thermal coupled quartz dome heat sink
US8901518B2 (en) Chambers with improved cooling devices
KR20100114037A (ko) 향상된 가스 유동 분포를 가진 열 반응기
TWI734668B (zh) 在ｅｐｉ腔室中的基材熱控制
TWI692825B (zh) 用於熱腔室應用及熱製程之光管陣列
US20180138031A1 (en) Process chamber having separate process gas and purge gas regions
TW201218301A (en) Apparatus having improved substrate temperature uniformity using direct heating methods
US20140270731A1 (en) Thermal management apparatus for solid state light source arrays
CN110797291A (zh) 用于使预热构件自定中心的装置
US20200045776A1 (en) Multizone lamp control and individual lamp control in a lamphead
US20150037019A1 (en) Susceptor support shaft and kinematic mount
US20170316964A1 (en) Dome cooling using compliant material
US20130284097A1 (en) Gas distribution module for insertion in lateral flow chambers
US9863043B2 (en) Window cooling using compliant material

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant