KR102250009B1 - 열 프로세스 챔버를 위한 고온측정 필터 - Google Patents

열 프로세스 챔버를 위한 고온측정 필터 Download PDF

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Abstract

본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 반도체 기판들의 열 처리 동안의 고온측정에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 실시예들은 열 프로세스 챔버를 위한 고온측정 필터에 관한 것이다. 특정 실시예들에서, 고온측정 필터는 고온계 측정을 개선하기 위해 에너지의 선택된 파장들을 선택적으로 필터링한다. 고온측정 필터는 고온측정 필터의 기능성에 영향을 미칠 수 있는 다양한 기하형상들을 가질 수 있다.

Description

열 프로세스 챔버를 위한 고온측정 필터{PYROMETRY FILTER FOR THERMAL PROCESS CHAMBER}
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 반도체 기판들의 열 처리 동안의 고온측정(pyrometry)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 설명된 실시예들은 열 프로세스 챔버를 위한 고온측정 필터에 관한 것이다.
급속 열 처리(RTP: rapid thermal processing)는 반도체 집적 회로들의 제조를 위한 잘 발달된 기술이다. RTP는, 기판에서의 프로세스를 열적으로 활성화하도록 기판을 비교적 높은 온도로 급속하게 가열하기 위해 기판이 RTP 챔버에서 고강도의 광학 복사로 조사되는(irradiated) 프로세스이다. 기판이 열 처리되고 나면, 복사 에너지가 제거되고, 기판이 냉각된다. RTP는 에너지 효율적인 프로세스인데, 그 이유는 RTP가 수행되는 챔버가 기판을 처리하는 데에 요구되는 높은 온도로 가열되지 않기 때문이다. RTP 프로세스에서, 기판만이 가열된다. 따라서, 처리되는 기판은 주변 환경, 즉 챔버와 열 평형에 있지 않다.
집적 회로들의 제조는 많은 단계들, 즉 층들을 퇴적하는 단계, 층들을 포토리소그래피 방식으로 패터닝하는 단계, 및 패터닝된 층들을 에칭하는 단계를 수반한다. 이온 주입은 기판에서의 활성 영역들을 도핑하기 위해 이용된다. 제조 시퀀스는, 특히 주입 손상의 치유(curing implant damage) 및 도펀트의 활성화, 결정화, 열 산화 및 질화, 실리사이드화(silicidation), CVD(chemical vapor deposition), 기상 도핑(vapor phase doping), 및 열 세정과 같은 다수의 용도를 위한 기판의 열 어닐링을 또한 포함한다.
기판 처리 기술의 초기 스테이지들에서의 어닐링은 어닐링 오븐에서 장기간 동안 복수의 기판을 가열하는 것을 수반하였지만, 점점 더 작아지는 회로 피쳐들을 갖는 기판들을 처리하기 위한 훨씬 더 엄격한 요건들을 만족시키기 위해 RTP가 점점 더 많이 이용되어 왔다. 통상적으로, RTP는, 집적 회로들이 형성되는 기판의 정면에 지향되는 고강도 램프들의 어레이로부터의 광으로 기판을 조사하는 것에 의해 단일 기판 챔버에서 수행된다. 복사는 기판에 의해 적어도 부분적으로 흡수되고, 원하는 높은 온도로 기판을 급속하게 가열한다. 원하는 온도는 일반적으로 600℃를 초과하고, 일부 응용들에서는 1000℃를 초과한다. 복사 가열은 약 60초 내지 약 1초와 같은 짧은 시간 간격에 걸쳐 기판을 제어가능하게 가열하기 위해 신속하게 활성화 및 비활성화될 수 있다.
특정 프로세스들 동안, 더 낮은 온도들(즉, 400℃ 미만)이 요구될 수 있다. 더 낮은 온도들을 이용하는 예는 기판 상에 실리사이드를 형성하는 것을 포함한다. 챔버에서 기판을 처리하는 것의 품질 및 성능은 기판의 정확한 온도를 제공하고 유지하는 능력에 부분적으로 의존한다. 처리 챔버에서의 기판의 온도는 소정 파장들의 대역폭 내에서 온도를 측정하는 고온계(pyrometer)에 의해 통상적으로 측정된다. 복사 고온계 대역폭 내에 있으며 가열 소스로부터 나오는 복사가 고온계에 의해 검출되는 경우, 그러한 복사는 고온계 신호의 해석을 방해할 수 있다. 고온계에 의해 측정되도록 의도되지 않은 복사인 "누설(leaking)" 열 복사는 고온계 판독을 방해할 수 있고, 부정확한 온도 측정을 제공할 수 있다. 또한, 특히 기판이 저온에서 유지될 때, 고온계 대역폭에서 모든 기판이 불투명하지는 않다. 저온의 물체들은 고온의 물체보다 낮은 강도에서 열 복사를 방출한다. 저온의 물체의 약한 열 방출은 다른 열 신호들에 의해 압도되어(overwhelmed), 손실될 수 있다.
따라서, 본 기술분야에서는 고온계로 정확하게 온도를 측정하기 위한 개선된 시스템들이 필요하다. 보다 구체적으로는, 열 처리 챔버를 위한 고온측정 필터가 필요하다.
일 실시예에서, 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 복수의 표면을 갖는 투명 매체(transparent medium)를 포함한다. 투명 매체는, 중심 영역에서의 투명 매체의 두께가 주변 영역에서의 투명 매체의 두께보다 작은 기하학적 형상을 갖는다. 복수의 표면 중 적어도 2개의 표면 상에 반사 코팅이 배치되고, 주변 영역 상에 또는 주변 영역 근처에 흡광 코팅(absorptive coating) 또는 빔 덤프(beam dump)가 배치된다.
다른 실시예에서, 기판을 처리하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 복사 소스, 고온계 및 투명 매체를 포함한다. 투명 매체는 복사 소스와 고온계 사이에 배치된다. 투명 매체는 복수의 표면, 및 중심 영역에서의 투명 매체의 두께가 주변 영역에서의 투명 매체의 두께보다 작은 기하학적 형상을 포함한다. 복수의 표면 중 적어도 2개의 표면 상에 반사 코팅이 배치되고, 주변 영역 상에 또는 주변 영역 근처에 흡광 코팅 또는 빔 덤프가 배치된다.
또 다른 실시예에서, 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 복수의 표면을 갖는 투명 매체를 포함한다. 투명 매체는, 투명 매체의 두께가 복수의 표면 사이에서 실질적으로 일정한 기하학적 형상, 및 투명 매체의 다양한 영역들에서 복수의 굴절률을 갖는 가변 광학적 두께(varying optical thickness)를 포함한다. 투명 매체는 복수의 표면 중 적어도 2개의 표면 상에 배치된 반사 코팅, 및 투명 매체의 주변 영역 상에 또는 주변 영역 근처에 배치된 흡광 코팅 또는 빔 덤프를 또한 갖는다.
또 다른 실시예에서, 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 기하학적 형상을 갖는 투명 매체를 포함한다. 투명 매체의 두께는 투명 매체의 직경에 걸쳐 실질적으로 일정하며, 투명 매체 내에 하나 이상의 반사 표면이 임베딩된다.
또 다른 실시예에서, 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 보타이 구조물(bowtie structure)을 갖는 투명 매체를 포함한다. 보타이 구조물은, 주변 영역의 두께보다 작은 두께를 갖는 중심 영역; 중심 영역으로부터 주변 영역까지 선형으로 상향 연장되는 최상부면; 및 중심 영역으로부터 주변 영역까지 선형으로 하향 연장되는 최하부면 - 그에 의해, 최상부면 및 최하부면은 투명 매체의 수평면에 걸쳐 대칭으로 됨 - 을 포함한다. 투명 매체의 최상부면 및 최하부면 상에 반사 코팅이 배치되고, 투명 매체의 주변 영역 상에 또는 주변 영역 근처에 흡광 코팅 또는 빔 덤프가 배치된다.
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 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 명세서에 설명된 특정 실시예들에 따른 급속 열 처리 챔버의 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 윈도우의 단면도들을 도시한다.
도 3은 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 윈도우의 단면도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 분리된 반사기들을 구비하는 윈도우의 개략적인 단면도들이다.
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 실시예들에서 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판들의 열 처리 동안의 고온측정에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 실시예들은 열 프로세스 챔버를 위한 고온측정 필터에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들은 기판을 처리하기 위한 열 처리 챔버를 제공한다. 열 처리 챔버에서의 기판 온도는 종종 복사 고온측정에 의해 측정된다. 기판 온도는, 기판의 방사율(emissivity)을 측정하고, 알려진 복사 법칙을 적용하여, 정확한 온도 측정을 위해 고온계를 교정함으로써, 복사 고온측정을 통해 결정될 수 있다. 고온계의 대역폭 또는 파장 범위 내에 있는 가열 소스(즉, 램프들)로부터의 복사는, 간섭 복사가 고온계에 의해 검출되는 경우에 고온계 신호의 해석을 방해할 수 있다. 소스로부터의 복사는 기판 주위의 누설 또는 기판을 통한 투과로 인해 고온계에 도달할 수 있다. 그러한 복사는 열 처리 챔버의 동작 동안 발생할 수 있고, 기판이 약 450℃ 미만의 온도에 있을 때 고온측정을 방해할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 설명된 특정 실시예들에 따른 급속 열 처리 챔버의 단면도이다. 본 명세서의 실시예들에 의해 이용될 수 있는 열 처리 챔버 및 기기의 추가 설명은 공동 양도된 미국 특허 제5,848,842호 및 제6,179,466호에 개시되어 있으며, 이들 특허는 청구 발명과 모순되지 않는 범위까지 참고로 완전히 본 명세서에 포함된다.
챔버(100)에서 처리될 기판(112)은 밸브 또는 액세스 포트(113)를 통과하여 챔버(100)의 처리 영역(118)으로 제공된다. 기판(112)은 기판(112)의 코너에 접촉하는 고리형 경사 쉘프(annular sloping shelf)(115)를 갖는 고리형 에지 링(114)에 의해 기판의 주변부에서 지지된다. 에지 링 및 에지 링의 지지 기능의 더 완전한 설명은 미국 특허 제6,395,363호를 참조할 수 있으며, 이 특허는 청구 발명과 모순되지 않는 범위까지 참고로 완전히 포함된다. 기판(112)은, 기판(112)의 정면 표면 상에 이미 형성되어 있는 처리된 피쳐들(processed features)(116)이 처리 영역(118)을 향하여 위를 향하도록 배향된다. 처리 영역(118)은 처리 영역(118)의 상부측에서 투명 석영 윈도우(120)에 의해 정의된다. 개략적인 예시를 위해 도시되었지만, 기판(112) 상의 피쳐들(116)은 일반적으로 기판(112)의 표면을 넘어서 상당한 거리만큼 돌출하지는 않고, 기판(112)의 표면의 평면 내에서 또는 그 근처에서 패터닝을 구성한다.
3개의 리프트 핀(122)은, 기판(112)을 챔버(100)로 그리고 에지 링(114) 상으로 제공하는 로봇 블레이드(도시되지 않음)와 같은 기판 이송 장치 사이에서 기판(112)이 핸들링될 때, 기판(112)의 후면을 지지하도록 상승 및 하강될 수 있다. 기판(112)을 가열하기 위해서, 복사 가열 장치(124)가 윈도우(120) 위에 위치되어, 기판(112)을 향하여 복사 에너지를 지향시킨다. 챔버(100)에서, 복사 가열 장치는, 윈도우(120) 위에 육각형의 조밀 어레이(hexagonal close-packed array)로 배열된 개별 반사 튜브들(127)에 위치된 많은 수의 고강도 텅스텐 할로겐 램프(126)를 포함한다. 램프들(126)의 어레이는 일반적으로 램프헤드라고 지칭된다. 그러나, 복사 열 에너지를 챔버(100)에 제공하기 위해 다른 복사 가열 장치들이 대체될 수 있다. 일반적으로, 램프들(126)은 복사 소스의 온도를 신속하게 상승 또는 램프업하기 위한 저항성 가열(resistive heating)을 수반한다. 적합한 램프들의 예들은, 필라멘트를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프(envelope)를 갖는 백열 및 텅스텐 할로겐 백열 램프들, 및 가스를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프를 포함하는 플래시 램프들, 예컨대 가스 또는 증기를 둘러쌀 수 있는 유리, 세라믹 또는 실리카의 엔벨로프를 포함할 수 있는 제논 및 아크 램프들을 포함한다. 그러한 램프들은 가스가 활성화될(energized) 때 복사 열을 일반적으로 제공한다. 본 명세서에서 제공될 때, 램프라는 용어는 열원을 둘러싸는 엔벨로프를 갖는 램프들을 포함하는 것으로 의도된다. 램프의 "열원"은 기판의 온도를 증가시킬 수 있는 재료 또는 요소, 예를 들어 활성화될 수 있는 가스 또는 필라멘트를 지칭한다.
본 명세서에서 제공될 때, 급속 열 처리(RTP)는 기판을 약 50℃/초 이상의 속도, 예를 들어 약 100℃/초 내지 약 150℃/초, 및 약 200℃/초 내지 약 400℃/초의 속도로 균일하게 가열할 수 있는 프로세스의 장치를 지칭한다. RTP 챔버에서의 전형적인 램프다운(냉각) 속도는 약 80℃/초 내지 약 150℃/초의 범위에 있다. RTP 챔버들에서 수행되는 일부 프로세스들은 기판에 걸친 온도의 변동이 섭씨 몇 도보다 작을 것을 요구한다. 따라서, RTP 챔버는 약 100℃/초 내지 약 150℃/초, 및 약 200℃/초 내지 약 400℃/초까지의 속도로 가열할 수 있는 램프 또는 다른 적합한 가열 시스템 및 가열 시스템 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들은 플래시 어닐링(flash annealing)에도 또한 적용될 수 있다. 본 명세서에서 이용될 때, 플래시 어닐링은 5초 미만, 예컨대 1초 미만, 그리고 특정 실시예들에서는 수 밀리초 내에 기판을 어닐링하는 것을 지칭한다.
RTP 챔버에서, 기판(112)에 걸친 온도는 기판(112)에 걸쳐 균일한, 엄밀하게 정의된(closely defined) 온도로 제어될 수 있다. 효율을 개선하는 수동적인 방식은, 기판(112)보다 큰 영역에 걸쳐서 기판(112)에 평행하게 연장되며 기판(112)의 후면을 향하는 반사기(128)를 포함한다. 반사기(128)는 기판(112)으로부터 방출된 열 복사를 다시 기판(112)을 향하여 효율적으로 반사한다. 기판(112)과 반사기(128) 사이의 간격은 약 3mm 내지 약 9mm의 범위 내에 있을 수 있고, 공동의 두께에 대한 폭의 종횡비는 유리하게는 약 20mm보다 크다. 특정 실시예들에서, 기판(112)의 겉보기 방사율(apparent emissivity)을 증대시키기 위해 반사기 플레이트가 적용된다. 금 코팅 또는 다층 유전체 간섭 미러(multilayer dielectric interference mirror)를 가질 수 있는 반사기(128)는, 기판(112)의 후면에 기판(112)의 따뜻한 부분들로부터의 열을 차가운 부분들로 분산시키는 기능을 하는 흑체 공동(black-body cavity)을 유효하게 형성한다. 흑체 공동은 기판(112)의 온도에 대응하며 통상적으로 플랑크 분포의 면에서 설명되는 복사 분포로 채워지는 한편, 램프들(126)로부터의 복사는 램프들(126)과 연관된 훨씬 더 높은 온도들에 대응하는 분포를 갖는다. 반사기(128)는, 특히 냉각 동안 기판(112)으로부터의 과잉 복사를 열 제거(heat sink)하는 능력을 위해 선택된 재료, 예컨대 금속으로 이루어진 수냉식 베이스(153) 상에 배치된다. 따라서, 챔버(100)의 처리 영역(118)은 적어도 2개의 실질적으로 평행한 벽을 갖는다. 제1 벽은 석영 윈도우(120)를 포함하고, 제2 벽(153)은 제1 벽에 실질적으로 평행하다. 제2 벽(153)은 금속과 같은 상당히 불투명한 재료로 이루어질 수 있다.
균일성을 개선하는 한가지 방식은 챔버(100)의 외부에 위치된 회전가능한 플랜지(132)에 자기적으로 결합되는(magnetically coupled) 회전가능한 실린더(130) 상에서 에지 링(114)을 지지하는 것을 포함한다. 모터(도시되지 않음)가 플랜지(132)를 회전시키고, 그에 따라 기판(112)을 기판의 중심(134)에 대하여 회전시키는데, 기판의 중심은 또한 일반적으로 대칭인 챔버(100)의 중심선이다.
균일성을 개선하는 다른 방식은 램프들(126)을 중심축(134)에 대하여 일반적으로 링형 형태로 배열된 구역들로 분할한다. 제어 회로는 상이한 구역들에서의 램프들(126)에 전달되는 전압을 변화시킴으로써, 복사 에너지의 반경방향 분포를 조정(tailor)한다. 구역화된 가열의 동적 제어는, 반사기(128)에서의 애퍼쳐들을 통하여 기판(112)의 후면을 향하도록 위치된 하나 이상의 광학적 광 파이프(142)를 통해 결합되는 하나의 또는 복수의 고온계(140)에 의해 영향을 받는다. 하나의 또는 복수의 고온계(140)는, 정지되어 있거나 회전하는 기판(112)의 반경에 걸쳐 온도를 측정한다. 광 파이프들(142)은 사파이어, 금속 및 실리카 섬유를 포함하는 다양한 구조물들로 형성될 수 있다. 컴퓨터화된 제어기(144)는 고온계들(140)의 출력을 수신하고, 그에 따라 램프들(126)의 상이한 링들에 공급되는 전압들을 제어함으로써, 처리 동안 복사 가열 강도 및 패턴을 동적으로 제어한다.
일반적으로, 고온계들은, 약 700nm 내지 1000nm의 범위에서, 예를 들어 약 40nm의 좁은 파장 대역폭의 광 강도를 측정한다. 제어기(144) 또는 다른 기기는, 해당 온도로 유지되는 흑체로부터 복사되는 광 강도의 잘 알려진 플랑크 스펙트럼 분포를 통해 광 강도를 온도로 변환한다. 그러나, 고온계들(140)은 측정되고 있는 기판(112)의 부분의 방사율에 의해 영향을 받는다. 방사율(ε)은 흑체에 대한 1과 완전 반사체에 대한 0 사이에서 변할 수 있다. 고온측정은, 관련 파장 범위에서 대면하고 있는 웨이퍼의 부분의 방사율 또는 반사율을 측정하기 위해 웨이퍼를 광학적으로 탐지(probe)하는 방사계(emissometer) 또는 반사계(reflectometer)를 더 포함함으로써, 그리고 측정된 방사율을 포함하도록 제어기(144) 내에 제어 알고리즘을 더 포함함으로써 개선될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 처리 챔버(100)의 처리 영역(118)에서의 기판 온도는 복사 고온측정에 의해 통상적으로 측정된다. 복사 고온측정은 고도로 정확할 수 있지만, 복사 고온계 대역폭 내에 있는 가열 소스로부터의 복사가 고온계에 의해 검출되는 경우, 그러한 복사는 고온계 신호와 간섭할 수 있다. 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc. 및 다른 제조자들로부터 입수가능한 것들과 같은 RTP 시스템들에서, 간섭 대역폭 복사는 프로세스 키트에 의해 그리고 기판 자체에 의해 최소화될 수 있다. 프로세스 키트는 기판을 회전 시스템과 결합한다. 프로세스 키트는 지지 실린더(130)를 일반적으로 포함하고, 에지 링(114)과 유사한 지지 링을 또한 포함할 수 있다.
일반적으로, 하나 이상의 고온계(140)는 기판(112)이 복사 소스(126)를 고온계(140)로부터 차폐하는 방식으로 위치될 수 있다. 기판(112)은 약 1000nm 이상의 파장의 복사에 대해 주로 투명할 수 있다. 따라서, 열원 복사가 고온계에 도달하는 것을 제한하는 한가지 방식은 기판(112)이 실질적으로 불투명할 수 있는 파장에서 복사를 측정하는 것이다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼는 약 1000nm 미만의 파장에서 실질적으로 불투명할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 위에서 언급된 바와 같이, 프로세스 키트는 기판 주위에서 소스 복사를 "누설"할 수 있고, 특히 기판이 약 450℃보다 낮은 온도, 예컨대 약 250℃보다 낮은 온도에 있을 때, 고온계 대역폭에서 모든 기판이 불투명하지는 않다.
복사 소스(126)로부터 나오는 복사를 차단하는 한가지 방식은 고온계 대역폭에서의 소스 복사를, 예를 들어 복사 소스(126)에 다시 반사시킴으로써 기판(112)에 도달하지 못하게 하는 것이다. 이것은 가열을 위한 충분한 소스 복사가 윈도우(120)를 통과하는 것을 허용하면서 고온계 대역폭 복사를 반사시키는 재료를 이용하여 복사 소스(126)를 처리 영역(118)으로부터 분리하는 윈도우(120)를 코팅함으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 복사 소스(126)를 향하는 윈도우(120)의 면에 반사 코팅(150)의 필름이 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판을 향하는 윈도우(120)의 면에 반사 코팅(151)이 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 반사 코팅(150 및 151)은 윈도우(120)의 양면에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 전체 윈도우(120)는 반사 코팅(150 및 151)과 윈도우(120) 사이에서 중단 없이 윈도우(120)의 표면들 상에 배치된 반사 코팅을 포함한다. 추가로, 윈도우(120) 상에 배치된 연속적인 반사 층(150 및 151)을 파괴하거나 파손하는 갭들 또는 개구들이 윈도우(120)에 존재하지 않는다.
고온계(140)가 감지하는 파장 범위에서의 반사 코팅으로 윈도우(120)를 커버함으로써, 그 파장 범위에서의 복사 소스(126)로부터의 복사는 실질적으로 기판(112)에 도달하지 않을 것이다. 따라서, 고온계(140)가 검출하도록 구성되는 파장 범위에서의 복사를 고온계(140)가 검출할 때, 측정되는 복사의 실질적으로 전부는 기판(112)으로부터의 것일 것이다. 예를 들어 기판(112)이 약 400℃, 예컨대 약 250℃ 미만에서 처리될 때, 기판(112)이 고온계 대역폭에 대해 투명하더라도, 고온계(140) 측정은 최소 간섭을 겪을 것이다. 반사 코팅(들) 또는 층(들)의 사용은 고온계(140)의 측정 정확도를 개선한다.
일 실시예에서, 윈도우(120)는 챔버(100)로부터 제거될 수 있고, 하나 이상의 반사 재료 층에 의해 코팅될 수 있다. 챔버(100)로부터 윈도우(120)를 제거하면, 수리를 위한 반사 코팅의 정비(servicing) 또는 반사 코팅의 재도포를 수행하기가 비교적 쉬워진다. 또한 윈도우가 교체될 필요가 있다면, 윈도우를 제거하는 능력을 갖는 것이 도움이 된다. 필름 코팅의 반사 거동은 선택된 재료들, 및 퇴적된 층들의 두께 및 수량에 의존한다. 특정된 파장 범위에서의 반사를 위한 얇은 반사 코팅 층들을 갖는 윈도우들을 제공하는 서비스들의 제공자들 및 프로세스들이 알려져 있다. 일 실시예에서, 반사층을 위해 이용되는 재료들은, 복사 소스(126)로부터 방출되는 복사의 파장의 대부분에 대해 실질적으로 투명한 고굴절률(high index) 및 저굴절률(low index) 유전체 재료들의 단일 층, 교대하는 층들(alternating layers) 또는 임의의 조합일 수 있다. 그러한 재료들은 예를 들어 티타니아-실리카(titania-silica) 또는 탄탈라-실리카(tantala-silica)를 포함한다. 일 실시예에서, 반사 층은 SiO2 및 Ta2O5 층들로 구성되고, 최외곽(마지막에 퇴적된 층)은 SiO2이다. 특정 실시예들에서, 유전체 층 필름 스택은 SiO2, TiO2, Ta2O5, Nb2O5 및 그들의 조합을 포함할 수 있다. 유전체 필름 스택의 순서화된 적층(ordered layering)은 고온계 대역폭과 같은 원하는 파장을 위한 바람직한 반사 특성들을 제공하도록 선택될 수 있다.
특정 실시예들에서, 고온계(140) 또는 복수의 고온계는 약 400℃ 미만, 예컨대 약 250℃ 미만의 비교적 낮은 온도를 측정하기 위해 이용된다. 고온계(140)는 약 700-1000nm의 파장 범위 내에서 복사를 검출한다. 처리 챔버(100)에서 복사 소스(126)에 의해 복사되는 파장들의 범위는 일반적으로 700nm 미만 내지 5.5 마이크로미터 초과의 범위이다. 석영과 같은 재료들은 약 5.5 마이크로미터 초과의 파장들에서 불투명하다. 약 700-1000nm의 파장을 갖는 복사가 복사 소스(126)에 다시 반사될 때, 기판(112)을 약 400℃ 미만의 온도로 가열하기 위해 다른 파장들의 충분한 복사가 복사 소스(126)로부터 여전히 이용가능하다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 윈도우(200)의 단면도들이다. 도 2a 내지 도 2d에 도시된 윈도우들은 도 1에서 설명된 챔버(100), 또는 온도 측정을 위해 고온계들을 이용하는 다른 RTP 챔버들에서 일반적으로 이용될 수 있다. 도 2a 내지 도 2d에 도시된 실시예들에서, 윈도우들은 석영 재료를 포함하고, 반사 코팅은 윈도우 상에 반사 코팅을 형성하기에 적합한 이전에 논의된 재료들 중에서 선택될 수 있다. 또한, 윈도우는, 알루미나, 이트리아(yttria), 유리, 알루미노바리아실리케이트 경질 유리(aluminobariasilicate hard glass), 또는 다른 실질적으로 투명한 세라믹과 같이, 석영 외의 재료들을 또한 포함할 수 있다고 고려된다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우의 단면도이다. 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 윈도우(220)가 제공된다. 윈도우(220)는 석영 재료를 포함한다. 윈도우(220)는 최상부면(216), 최하부면(218) 및 주변 영역(261)을 포함한다. 일 실시예에서, 최상부면(216)은 복사 소스를 향하는 윈도우(220)의 면이고, 최하부면(218)은 처리 영역을 향하는 윈도우(220)의 면이다. 윈도우(220)의 최상부 중심 영역(217)은 최상부로부터 볼 때(복사 소스로부터 볼 때) 주변 영역(261) 상의 임의의 지점에 대해 실질적으로 등거리에 있는 지점에 위치된다. 이러한 실시예에서, 윈도우(220)는 실질적으로 원형 형상이고, 최상부 중심 영역(217)은 원형 윈도우(220)의 원점에 대응하며, 윈도우의 직경의 임의의 측정은 최상부 중심 영역(217)을 통과해야 한다. 윈도우(220)의 최하부 중심 영역(219)은 최하부로부터 볼 때(처리 영역으로부터 볼 때) 주변 영역(261) 상의 임의의 지점에 대해 실질적으로 등거리에 있는 지점에 위치된다. 이러한 실시예에서, 윈도우(220)는 실질적으로 원형 형상이고, 최하부 중심 영역(219)은 원형 윈도우(220)의 원점에 대응하며, 윈도우의 직경의 임의의 측정은 최하부 중심 영역(219)을 통과해야 한다. 윈도우(220)가 원형이 아닌 실시예들에서, 최상부 중심 영역(217) 및 최하부 중심 영역(219)은 실질적으로 윈도우(220)의 형상의 중심에 위치된다.
윈도우(220)는 수직 중심선(CLV)을 따라 실질적으로 대칭일 수 있다. 또한, 윈도우(220)는 수평 중심선(CLH)을 따라 실질적으로 대칭일 수 있다. 일 실시예에서, 최상부면(216)은 최상부 중심 영역(217)으로부터 주변 영역(261)으로 방사상으로 외향 연장된다. 최상부면(216)은 최상부 중심 영역(217)과 주변 영역(261) 사이에서 실질적으로 선형으로 남아있는다. 다른 실시예에서, 최하부면(218)은 최하부 중심 영역(219)으로부터 주변 영역(261)으로 방사상으로 외향 연장된다. 최하부면(218)은 최하부 중심 영역(219)과 주변 영역(261) 사이에서 실질적으로 선형으로 남아있는다. 두 가지 실시예 모두에서, 중심 영역들(217 및 219) 사이의 거리는 주변 영역(261)에서의 최상부면(216)과 최하부면(218) 사이의 거리보다 작다. 일 실시예에서, 주변 영역(261)은 수직 중심선과 실질적으로 평행하다. 따라서, 윈도우(220)는 두꺼운 에지와 얇은 중심을 나타낸다.
윈도우(220)의 기하학적 형상은 궁극적으로 기판에 도달하는 복사의 양에 또한 영향을 미친다. 윈도우(220)는, 중심 영역들(217 및 219)로부터 주변 영역(261)까지 윈도우(220)에 걸쳐 증가하는, 최상부면(216)과 최하부면(218) 사이의 관계로서 정의된 테이퍼(taper)를 나타낸다. 윈도우(220)의 테이퍼는 기판에 도달하는 복사의 양에 관련되고, 프레넬 방정식(Fresnel equation)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 윈도우(220)의 더 큰 테이퍼가 존재하는 경우에는, 더 적은 복사가 기판에 도달할 것이다. 윈도우(220)의 더 작은 테이퍼가 나타나는 경우에는, 더 많은 복사가 기판에 도달할 것이다. 이러한 원리는 투과에 대한 반사의 비율(윈도우(220)의 테이퍼)에 관한 광의 물리적 특성들로부터 기인한다.
입사각은 투과에 대한 반사의 비율을 조절하는 데에 있어서 중요한 인자이다. 일 실시예에서, 테이퍼는, 복사 소스를 떠나는 복사의 대부분이 최상부면(216) 또는 최하부면(218)에서 45°보다 크지 않은 입사각을 갖도록 설계된다. 이러한 실시예에서, 윈도우는 약 0° 내지 약 45°의 입사각을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 예에서, 코팅들(250, 251)은 고온계들(140)에 의해 이용되는 파장들의 범위의 고도의 반사율을 나타내도록 설계될 수 있다. 윈도우(220)는 광의 광학적 경로 길이를 변경함으로써 기판에서의 조도(irradiance)의 균일성에 또한 영향을 미칠 수 있다. 그와 같이, 윈도우(220)는 렌즈의 특성들을 포함할 수 있다.
이전에 설명된 것들과 같은 반사 코팅이 윈도우(220)의 원하는 표면들 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 반사 코팅(250)이 윈도우(220)의 최상부면(216) 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사 코팅(251)이 윈도우(220)의 최하부면(218) 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 윈도우(220)는 최상부면(216) 상의 코팅(250) 및 최하부면(218) 상의 코팅(251)을 포함한다. 반사 코팅들(250 및 251)은 CVD, PVD 또는 액체 코팅 방법과 같은 임의의 편리한 방법에 의해 퇴적될 수 있다. 그러나, 코팅들(250 및 251)은 윈도우(220)의 최상부면(216) 및 최하부면(218)의 토포그래피를 반영하는 방식으로 퇴적될 수 있다. 반사 코팅들(250 및 251)의 두께는 기판에 도달하는 복사의 양을 증가시키거나 감소시키도록 선택될 수 있다. 코팅들(250, 251)은 상이한 재료를 포함하고 고유한 특성들을 나타낼 수 있거나, 또는 코팅들(250, 251)은 동일한 재료이고 유사한 특성들을 나타낼 수 있다.
특정 실시예들에서, 흡광 코팅(260)이 주변 영역(261) 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 윈도우(220)의 주변 영역(261)은 빔 덤프(도시되지 않음), 예를 들어 종종 순 흡광도(net absorbance)를 증대시키기 위해 v-단면을 갖는 공동(v-cross sectioned cavity)의 형태의 흡광 표면을 향할 수 있다. 흡광 코팅(260)은 특정 파장 내의 복사를 흡수하는 재료를 포함한다. 흡광 재료는 카본 블랙, 흑연, SiC, 블랙 크롬 산화물, 구리 산화물 등일 수 있다. 윈도우 표면을 텍스쳐화하는 것에 의해 흡광도(absorptivity)가 더 증대될 수 있다. 일반적으로, 흡광 코팅(260)은 고온계 대역폭에 대응하는 파장들을 흡수하도록 선택된다. 윈도우(220)가 최상부면(216) 상의 반사 코팅(250) 및 최하부면(218) 상의 반사 코팅(251)과 같은 2개의 반사 코팅을 포함하는 경우, "미러 홀(hall of mirrors)" 효과가 생성될 수 있다. "미러 홀" 효과는 윈도우(220) 내에서 대향하는 반사 코팅들(250 및 251) 사이에서 계속해서 반사되는 광의 반사 파장에 기인한다. 일반적으로, 흡광 코팅(260)은, 반사 광의 파장들을 흡수하고, 반사 파장들이 윈도우(220) 내에서 계속해서 반사되는 것을 방지함으로써, "미러 홀" 효과를 방지한다. 윈도우(220)의 기하학적 형상은 반사 파장들을 흡광 코팅(260)을 향하여 지향시킨다. 이러한 방식으로, 흡광 코팅(260)은 반사 방지 코팅일 수 있다.
다른 실시예에서, 윈도우(220)는 (음영으로 도시된) 굴절률 정합 재료(index matching material)(290)를 선택적으로 포함할 수 있다. 굴절률 정합 재료(290)는 일반적으로 윈도우(220)의 코팅되지 않은 부분의 굴절률에 정합하도록 선택되지만, 대응하는 조절된 두께를 갖는 상이한 굴절률 재료도 또한 이용될 수 있다. 굴절률 정합 재료(290)의 사용은 가변 두께 윈도우(220)의 기하학적 광학 효과들을 감소시킨다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 윈도우의 단면도이다. 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 윈도우(225)가 제공된다. 윈도우(225)는 석영 재료를 포함한다. 윈도우(225)는 최상부면(222), 최하부면(224) 및 주변 영역(261)을 포함한다. 일 실시예에서, 최상부면(222)은 복사 소스를 향하는 윈도우(225)의 면이고, 최하부면(224)은 처리 영역을 향하는 윈도우(225)의 면이다. 윈도우(225)의 최상부 중심 영역(223)은 최상부로부터 볼 때(복사 소스로부터 볼 때) 주변 영역(261) 상의 임의의 지점에 대해 실질적으로 등거리에 있는 지점에 위치된다. 이러한 실시예에서, 윈도우(225)는 실질적으로 원형 형상이고, 최상부 중심 영역(223)은 원형 윈도우(225)의 원점에 대응하며, 윈도우의 직경의 임의의 측정은 최상부 중심 영역(223)을 통과해야 한다. 일 실시예에서, 최하부면(224)은 실질적으로 평면이다.
일 실시예에서, 윈도우(225)는 수직 중심선(CLV)을 따라 실질적으로 대칭이다. 일 실시예에서, 최상부면(222)은 최상부 중심 영역(223)으로부터 주변 영역(261)으로 방사상으로 외향 연장된다. 최상부면(222)은 최상부 중심 영역(223)과 주변 영역(261) 사이에서 실질적으로 선형으로 남아있는다. 다른 실시예에서, 최하부면(224)은 주변 영역(261)의 대향 지점들 사이에서 최상부 중심 영역(223)을 통과하는 윈도우(225)의 직경에 걸쳐 실질적으로 평면이다. 두 가지 실시예 모두에서, 중심 영역(223)과 최하부면(224) 사이의 거리는 주변 영역(261)에서의 최상부면(222)과 최하부면(224) 사이의 거리보다 작다. 일 실시예에서, 주변 영역(261)은 수직 중심선과 실질적으로 평행하다. 따라서, 윈도우(225)는 두꺼운 에지와 얇은 중심을 나타낸다.
반사 코팅들(250 및 251) 및 흡광 코팅(260)이 윈도우(225) 상에 배치될 수 있다. 특정 실시예들에서, 흡광 코팅(260)은 위에서 설명된 바와 같이 빔 덤프에 의해 대체될 수 있다. 다양한 코팅들에 관련한 상세한 설명이 도 2a에 관련된 위의 설명에서 찾을 수 있다. 굴절률 정합 재료(290)도 또한 윈도우(225) 상에 배치될 수 있다. 도 2a의 굴절률 정합 재료(290)와 유사하지만, 도 2b에 도시된 굴절률 정합 재료(290)는 윈도우(225)의 비평면 최상부면(222) 상에만 배치될 수 있다. 최상부면(222)은 최상부면(222) 위에 배치된 반사 코팅(250)을 또한 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 굴절률 정합 재료(290)는 반사 코팅(250) 상에 배치될 수 있다. 도 2a와 유사하게, (가상선으로 도시된 것과 같이) 굴절률 정합 재료(290)에 의해 점유되는 영역은 반사 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반사 재료의 두께 및 토포그래피는 고온계 대역폭과 같은 선택된 파장 내에서 광의 투과를 증가시키거나 감소시키도록 선택될 수 있다.
도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 윈도우의 단면도이다. 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 윈도우(240)가 제공된다. 윈도우(240)는 석영 재료를 포함한다. 윈도우(240)는 최상부면(236), 최하부면(238) 및 주변 영역(261)을 포함한다. 일 실시예에서, 최상부면(236)은 복사 소스를 향하는 윈도우(240)의 면이고, 최하부면(238)은 처리 영역을 향하는 윈도우(240)의 면이다. 윈도우(240)의 최상부 중심 영역(237)은 최상부로부터 볼 때(복사 소스로부터 볼 때) 주변 영역(261) 상의 임의의 지점에 대해 실질적으로 등거리에 있는 지점에 위치된다. 이러한 실시예에서, 윈도우(240)는 실질적으로 원형 형상이고, 최상부 중심 영역(237)은 원형 윈도우(240)의 원점에 대응하며, 윈도우의 직경의 임의의 측정은 최상부 중심 영역(237)을 통과해야 한다. 윈도우(240)의 최하부 중심 영역(239)은 최하부로부터 볼 때(처리 영역으로부터 볼 때) 주변 영역(261) 상의 임의의 지점에 대해 실질적으로 등거리에 있는 지점에 위치된다. 이러한 실시예에서, 윈도우(240)는 실질적으로 원형 형상이고, 최하부 중심 영역(239)은 원형 윈도우(240)의 원점에 대응하며, 윈도우의 직경의 임의의 측정은 최하부 중심 영역(239)을 통과해야 한다.
일 실시예에서, 윈도우(240)는 수직 중심선(CLV)을 따라 실질적으로 대칭이다. 다른 실시예에서, 윈도우(240)는 수평 중심선(CLH)을 따라 실질적으로 대칭이다. 일 실시예에서, 최상부면(236)은 최상부 중심 영역(237)으로부터 주변 영역(261)으로 방사상으로 외향 연장된다. 최상부면(236)은 최상부 중심 영역(237)과 주변 영역(261) 사이에서 비선형 특성들을 나타낸다. 다른 실시예에서, 최하부면(238)은 최하부 중심 영역(239)으로부터 주변 영역(261)으로 방사상으로 외향 연장된다. 최하부면(238)은 최하부 중심 영역(239)과 주변 영역(261) 사이에서 비선형 특성들을 나타낸다. 두 가지 실시예 모두에서, 중심 영역들(237 및 239) 사이의 거리는 주변 영역(261)에서의 최상부면(236)과 최하부면(238) 사이의 거리보다 작다. 일 실시예에서, 주변 영역(261)은 수직 중심선과 실질적으로 평행하다. 따라서, 윈도우(240)는 두꺼운 에지와 얇은 중심을 나타낸다. 최상부면(236) 및 최하부면(238)은 윈도우(240)의 기하형상이 오목 렌즈와 유사하도록 배향된다.
반사 코팅들(250 및 251) 및 흡광 코팅(260)이 윈도우(240) 상에 배치될 수 있다. 다양한 코팅들에 관련한 상세한 설명이 도 2a에 관련된 위의 설명에서 찾을 수 있다. 굴절률 정합 재료(290)도 또한 윈도우(240) 상에 배치될 수 있다. 도 2a의 굴절률 정합 재료(290)와 유사하게, 도 2c에 도시된 굴절률 정합 재료(290)는 윈도우(240)의 최상부면(236) 위에 그리고 윈도우(240)의 최하부면(238) 아래에 배치될 수 있다. 도 2a와 유사하게, (가상선으로 도시된 것과 같이) 굴절률 정합 재료(290)에 의해 점유되는 영역은 반사 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반사 재료의 두께 및 토포그래피는 고온계 대역폭과 같은 선택된 파장 내에서 광의 투과를 증가시키거나 감소시키도록 선택될 수 있다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우의 단면도이다. 일 실시예에서, 제1 윈도우(230) 및 제2 윈도우(235)가 제공된다. 윈도우들(230 및 235)은 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 단일의 윈도우를 함께 형성한다. 윈도우들(230 및 235)은 석영 재료를 포함한다. 제1 윈도우(230)는 최상부면(227), 최하부면(226) 및 제1 주변 영역(228)을 포함한다. 일 실시예에서, 최상부면(227)은 제2 윈도우(235)에 인접하고, 최하부면(226)은 처리 영역을 향하는 윈도우(230)의 면이다. 최상부면(227)은 제1 주변 영역(228)으로부터 제1 윈도우(230)의 최하부면(226)까지 선형 대각선 방식으로(in a linearly diagonal fashion) 제1 윈도우(230)의 직경에 걸쳐 연장된다. 제1 주변 영역(228)은 최하부면(226)에 실질적으로 수직이다. 단면도에 도시된 바와 같이, 제1 윈도우(230)는 직각 삼각형과 유사하고, 최상부면(227)은 단면 직각 삼각형의 빗변을 형성한다.
특정 실시예들에서, 제1 윈도우(230)는 반사 코팅들(250 및 251) 및 흡광 코팅(260)을 더 포함한다. 반사 코팅(250)은 최상부면(227) 상에 배치되고, 반사 코팅(251)은 제1 윈도우(230)의 최하부면(226) 상에 배치된다. 흡광 코팅(260)은 제1 주변 영역(228) 상에 배치된다. 반사 코팅들(250 및 251) 및 흡광 코팅(260)을 위해 이용되는 재료들에 관한 추가 설명은 간략함을 위해 여기에서는 논의되지 않고, 도 2a를 참조하여 찾아볼 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 윈도우(235)는 최상부면(234), 최하부면(233), 및 제2 주변 영역(232)을 포함한다. 일 실시예에서, 최하부면(233)은 제1 윈도우(230)에 인접하고, 최상부면(234)은 복사 소스를 향하는 윈도우(235)의 면이다. 최하부면(233)은 제1 윈도우(230)의 제1 주변 영역(228)으로부터 제2 윈도우(235)의 제2 주변 영역(232)까지 선형 대각선 방식으로 제2 윈도우(235)의 직경에 걸쳐 연장된다. 제2 주변 영역(232)은 최상부면(234)에 실질적으로 수직이다. 단면도에 도시된 바와 같이, 제2 윈도우(235)는 직각 삼각형과 유사하고, 최하부면(233)은 단면 직각 삼각형의 빗변을 형성한다.
일 실시예에서, 제2 윈도우(235)의 최하부면(233)은 제1 윈도우(230)의 최상부면(227) 상에 형성된 반사 코팅(250)에 바로 인접하여 배치된다. 제1 윈도우(230)와 제2 윈도우(235)는, 2개의 윈도우와 반사 층(250) 사이에 공간 또는 보이드가 존재하지 않도록 반사 층(250)을 "개재(sandwich)"한다. 이는 복수의 매체의 굴절률들로 인한 불필요한 복사 손실을 방지하려는 노력으로, 복사가 이동해야 하는 매체들의 개수를 감소시키기 위해 행해진다. 도시되지는 않았지만, 특정 실시예들에서, 반사 코팅(251)은 제2 윈도우(235)의 최상부면(234) 상에 형성될 수 있다고 고려된다. 이러한 실시예에서, 반사 코팅은 제2 윈도우(235)의 최하부면(233) 상에 형성될 수 있고, 흡광 코팅(260)은 제2 윈도우(235)의 제2 주변 영역(232) 상에 형성될 수 있다. 또한, 주변이 아닌 표면들(234, 233 및 226) 전부가 반사 코팅(251)에 의해 코팅될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 실시예들에서, 반사 코팅들은 일반적으로 윈도우들 상에 형성되거나 윈도우들 내에 배치된다. 반사 코팅들이 윈도우들과 접촉하지 않도록 반사 코팅들은 또한 윈도우들로부터 이격될 수 있다고 고려된다. 예를 들어, 부가적인 재료들이 윈도우들에 인접하여 제공될 수 있고, 원하는 광 투과 특성들을 달성하도록 반사 코팅으로 코팅될 수 있다.
또한, 반사 코팅들을 윈도우들로부터 이격시키는 것은 가변 광학적 두께를 제공할 수 있고, 이것은 특정 실시예들에서 바람직할 수 있다. 광학적 두께가 가변 물리적 속성들을 갖는 단일의 매체 또는 상이한 매체들을 통한 광 에너지의 전파로 인한 굴절률 변동에 의해 적어도 부분적으로 결정된다는 점에서, 광학적 두께는 윈도우들의 물리적 두께와는 상이하다.
일례에서, 굴절률 변동은 석영과 같은 제1 재료 및 가스(또는 제1 재료와는 상이한 굴절률을 갖는 다른 재료)와 같은 제2 재료를 통한 광 에너지의 전파에 의해 야기된다. 다른 예에서, 단일 재료는 재료의 두께에 걸쳐 가변 굴절률을 갖고서 도핑되거나, 주입되거나, 또는 다른 방식으로 형성된다. 가변 굴절률은 단일 재료 내에서의 불순물 경사(impurity gradient)를 생성함으로써 형성될 수 있다. 가변 광학적 두께를 갖는 윈도우를 제공하는 실시예가 도 3과 관련하여 더 상세하게 설명된다. 그러나, 가변 광학적 두께의 개념은 설명되는 실시예들 전부에서 이용될 수 있다고 고려된다.
도 3은 복수의 부재를 갖는 윈도우(300)의 단면도이다. 제1 부재(302)는 도 2a와 관련하여 상세하게 설명된 윈도우(220)와 유사할 수 있다. 제1 부재(302)는 원하는 파장에서의 광에 대해 실질적으로 투명하고, 석영과 같이 열적으로 안정되어 있고 광학적으로 투명한 재료로 제조된다. 제1 부재(302)는, 실질적으로 보타이 구조물을 형성하는 최상부면(308), 최하부면(310) 및 외측 표면(312)을 갖는다. 보타이 구조물은 중심 영역(316)과 비교하여 볼 때 에지 영역(318)에서 더 큰 두께를 갖는 것으로서 정의된다. 제1 부재(302)는 수평 평면 CLH 및 수직 평면 CLV 둘 다를 따라 실질적으로 대칭이다.
도 2a 내지 도 2d와 관련하여 설명된 흡광 코팅들과 유사한 흡광 코팅(314)이 제1 부재(302)의 에지 영역(318) 상에 또는 에지 영역(318) 근처에 선택적으로 배치된다. 제1 부재(302) 바로 위에 배치된 것으로서 도시되어 있지만, 흡광 코팅(314)은 제1 부재(302)로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 흡광 코팅(314)은 윈도우(300)가 배치되는 챔버의 표면 상에 배치될 수 있다.
제2 부재(304) 및 제3 부재(306)는 제1 부재(302)로부터 이격된다. 제2 부재(304) 및 제3 부재(306) 또한 열적으로 안정되어 있고 광학적으로 투명한 재료로 형성된다. 제2 부재(304) 및 제3 부재(306)의 재료는 제1 부재(302)를 형성하기 위해 이용된 것과 동일한 재료일 수 있다. 제2 부재(304) 및 제3 부재(306)는 실질적으로 삼각형 형상이고, 제2 부재(304) 및 제3 부재(306) 모두 수직 평면 CLV에 걸쳐 실질적으로 대칭이다.
제2 부재(304)는 빗변(324)이 제2 부재(304)의 둔각(336)보다 제1 부재(302)로부터 더 멀리 배치되도록 위치된다. 제3 부재(306)는 빗변(330)이 제3 부재(306)의 둔각(338)보다 제1 부재(302)로부터 더 멀리 배치되도록 위치된다. 둔각(336)에 인접한 표면(326)은 제1 부재(302)의 최상부면(308)에 인접 배치된다. 둔각(338)에 인접한 표면(332)은 제1 부재(302)의 최하부면(310)에 인접 배치된다.
일례에서, 제2 부재(304)는 제1 부재(302) 위에 배치되고, 제3 부재(306)는 제1 부재(302) 아래에 배치된다. 제2 부재(304)는 제1 부재(302) 위에 거리(322)만큼 이격된다. 거리(322)는 윈도우(300)의 직경에 걸쳐 실질적으로 일정하지만, 거리(322)는 원하는 광학적 효과를 갖는 가변 광학적 두께를 제공하기 위해 윈도우(300)의 직경에 걸쳐 변할 수 있다. 제3 부재(306)는 제1 부재(302) 아래에 거리(320)만큼 이격된다. 거리(320)는 거리(322)와 유사하게 윈도우(300)의 직경에 걸쳐 실질적으로 일정하지만, 거리(320)는 윈도우(300)의 직경에 걸쳐 또한 변할 수 있다. 윈도우(300)의 직경에 걸쳐 거리들(322, 320)을 변화시키는 것은 윈도우(300)의 중심 영역(316)으로부터 에지 영역(318)까지 가변 광학적 두께를 제공할 수 있다. 따라서, 제2 부재(304) 및 제3 부재(306)의 배치와 그들에 연관된 거리들(322, 320)은 각각 윈도우(300)의 직경에 걸쳐 가변 광학적 두께를 제공할 수 있다.
제1 반사 코팅(328)이 제2 부재(304)의 표면(326) 상에 배치된다. 반사 코팅(328)은 제1 부재(302)의 최상부면(308)에 인접한 전체 표면(326)에 걸쳐 연장된다. 다른 실시예에서, 반사 코팅(328)은 표면(326) 대신에 최상부면(308) 상에 배치된다. 제2 반사 코팅(334)이 제3 부재(306)의 표면(332) 상에 배치된다. 반사 코팅(334)은 제1 부재(302)의 최하부면(310)에 인접한 전체 표면(332)에 걸쳐 연장된다. 다른 실시예에서, 반사 코팅(334)은 표면(332) 대신에 최하부면(310) 상에 배치된다. 반사 코팅들(328, 334)은 도 2a 내지 도 2d와 관련하여 설명된 반사 코팅들과 유사하다.
다른 실시예에서, 윈도우(300)의 제1 부재(302), 제2 부재(304) 및 제3 부재(306)는 단일 유닛일 수 있는데, 여기에서 제2 부재(304) 및 제3 부재(306)의 적어도 일부분은 거리들(322, 320)에 의해 정의된 영역들이 둘러싸여지도록 제1 부재(302)에 결합된다. 따라서, 윈도우(300)의 적어도 일부분은 속이 비어 있다. 도 2a 내지 도 2d와 관련하여 설명된 다양한 다른 실시예들 또한 속이 빈 영역을 생성하도록 보이드가 내부에 배치되어 있는 윈도우를 포함할 수 있다고 고려된다. 속이 빈 영역은 가스로 채워질 수 있거나, 또는 진공 상태일 수 있다. 속이 빈 영역은 윈도우 내의 다양한 영역들에서의 굴절률의 변화로 인한 가변 광학적 두께를 제공하도록 또한 구성될 수 있다.
거리들(322, 320)이 일정하지 않은(그리고 보상되지 않은) 실시예에서, 윈도우(300)의 광학적 두께는 제1 부재(302)로부터의 제2 부재(304) 및 제3 부재(306)의 간격으로 인해 수직 평면 CLV을 따라 변한다. 일반적으로, 제1 부재(302), 제2 부재(304) 및 제3 부재(306)의 재료들은 거리들(322, 320)을 점유하는 재료와는 상이한 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 석영으로 이루어진 부재들(302, 304, 306)은, 제1 부재(302)와 제2 부재(304) 사이 그리고 제1 부재(302)와 제3 부재(306) 사이의 영역들을 점유할 수 있는 가스, 예컨대 불활성 가스, 공기, 또는 심지어는 실질적으로 비어있는 것(진공)과는 상이한 굴절률을 갖는다. 일반적으로, 윈도우(300)를 통해 전파되는 광에 영향을 미치도록 구성된 굴절률들을 갖는 다양한 재료들, 가스들 또는 액체들이 바람직한 방식으로 광 전파를 변경하도록 선택될 수 있다.
도 4a는 윈도우(402)로부터 이격된 반사기 장치(404)를 갖는 윈도우 장치(400)의 개략적인 단면도를 도시한다. 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 것으로서 도시되어 있지만, 윈도우(402)는, 기판을 가열하기 위해 요구되는 광 투과 특성들에 의존하여 다양한 다른 기하형상들을 가질 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 반사기 장치(404)는 윈도우(402)로부터 이격된다. 일 실시예에서, 반사기 장치(404)는 윈도우(402) 위에 배치된 제1 반사기(406), 및 윈도우(402) 아래에 배치된 제2 반사기(408)를 포함한다. 다른 실시예에서, 반사기들(406, 408) 중 하나가 반사기 장치(404) 내에 존재하는 한, 제1 반사기(406) 또는 제2 반사기(408)는 선택적이다.
반사기 장치(404)는, 반사기 장치(404)가 정지 상태에 있고 윈도우(402)에 대해 정의된 관계를 유지하도록 윈도우(402)로부터 이격된다. 일례에서, 반사기 장치(404)는 윈도우(402)가 배치되는 챔버의 일부분에 결합된다. 그와 같이, 반사기 장치(404)는 윈도우(402)로부터 이격되면서 챔버의 상부 벽과 하부 벽 사이에 결합될 수 있다. 다른 예에서, 석영 로드들 또는 포스트들과 같은 구조 부재들(structuring members)이 반사기 장치(404)를 윈도우(402)에 이격된 관계로 결합한다. 일 실시예에서, 제1 반사기(406)의 기하형상은 반사 코팅들(328, 250)의 기하형상과 실질적으로 유사하고, 제2 반사기(408)의 기하형상은 반사 코팅들(334, 251)의 기하형상과 실질적으로 유사하며, 반사 코팅들(328, 334, 250 및 251)은 각각 도 3 및 도 2에서 더 상세하게 설명되어 있다.
도 4b는 윈도우(402)로부터 이격된 반사기 장치(410)를 갖는 윈도우 장치(450)의 개략적인 단면도를 도시한다. 반사기 장치(410)는 반사기 장치(404)와 유사하지만, 반사기 장치(410)의 기하형상은 도 2c와 관련하여 설명된 반사 코팅들(250, 251)과 유사하다. 예를 들어, 제1 반사기(412)는 윈도우(402) 위에 배치되고, 도 2c의 반사 코팅(250)의 기하형상과 실질적으로 유사한 기하형상을 가지며, 제2 반사기(414)는 도 2c의 반사 코팅(251)의 기하형상과 실질적으로 유사한 기하형상을 갖는다.
도 4a 및 도 4b 둘 다에서, 흡광 부재(420)는 방사상으로 윈도우(402) 및 반사기 장치(404, 410)를 넘어 선택적으로 배치된다. 일 실시예에서, 흡광 부재는 윈도우(402)의 둘레를 따라 윈도우(402)의 주변부 상에 선택적으로 배치된다. 다른 실시예에서, 윈도우(402)는 존재하지 않으며, 반사기 장치(404, 410)는 반사기 장치(404, 410)의 기하형상과 유사한 기하형상을 갖는 투과 부재, 예를 들어 석영 상에 배치된다.
위에 설명된 예들에서, 다양한 실시예들 또는 다양한 실시예들의 특정 양태들은 바람직한 광 투과 속성들을 갖는 윈도우 장치를 생성하도록 결합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 제시된 예들은 제한하는 것으로 의도되지는 않는데, 그 이유는 윈도우 기하형상 및 반사기들/반사 코팅 기하형상의 다양한 조합들이 기판을 급속 가열하기 위한 바람직한 열 특성들을 생성하도록 결합될 수 있다고 고려되기 때문이다.
본 명세서에 설명된 실시예들을 이용하거나 포함할 수 있는 RTP 챔버의 일례는 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 RADIANCE® RTP 챔버이다. 다른 제조자들로부터의 RTP 챔버도 또한 본 명세서에 설명된 실시예들의 이용으로부터 혜택을 받을 수 있다. 위에 설명된 도면들에서, 복사 소스는 기판 위에 위치되고, 고온계는 복사 소스 및 기판 아래에 위치된다는 것이 이해될 것이다. 기판은 또한 챔버 내에서 뒤집어져서 배치될 수 있다. 가변 윈도우 기하형상들을 갖는 처리 챔버의 다른 구성들이 본 발명의 범위 내에서 완전하게 고려되며 가능하다. 예를 들어, 처리 챔버는 기판 아래의 복사 소스, 및 복사 소스 위에 위치된 고온계를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 본 발명의 양태들에 근본적으로 영향을 미치지 않으면서, 기판, 복사 소스 및 고온계의 이러한 배치 및 다른 변형들이 가능하며 고려된다.
전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 열 처리 챔버에서 사용하기 위한 장치로서,
    최상부면 및 최하부면을 포함하는 복수의 표면을 갖는 윈도우 - 상기 윈도우는, 중심 영역에서의 상기 윈도우의 두께가 주변 영역에서의 상기 윈도우의 두께보다 작은 기하학적 형상을 가지며, 상기 최상부면 및 최하부면은 상기 주변 영역으로부터 상기 중심 영역으로 내측으로 테이퍼링(taper)됨 -;
    상기 최상부면 및 상기 최하부면 상에 배치된 반사 코팅;
    상기 최상부면 및 상기 최하부면 중 적어도 하나에 인접하여 상기 반사 코팅 상에 배치된 굴절률 정합 재료(index matching material); 및
    상기 주변 영역 상에 배치된 흡광 코팅(absorptive coating)
    을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우는 석영을 포함하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 굴절률 정합 재료는 상기 윈도우의 굴절률과 관련하여 선택되는, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사 코팅은 약 700nm 내지 약 1000nm의 파장 중 사전 결정된 범위를 반사하도록 선택되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사 코팅은 유전체 재료를 포함하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 복수의 층을 포함하는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우는 수직축에 대하여 대칭인, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 윈도우는 수평축에 대하여 대칭인, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 표면은 선형인, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 표면 중 적어도 두 표면은 비선형인, 장치.
  11. 기판을 처리하기 위한 시스템으로서,
    복사 소스;
    고온계; 및
    상기 복사 소스와 상기 고온계 사이에 배치된 윈도우
    를 포함하고,
    상기 윈도우는,
    주변 영역, 및 최상부면과 최하부면을 포함하는 복수의 표면 - 상기 윈도우는, 중심 영역에서의 상기 윈도우의 두께가 상기 주변 영역에서의 상기 윈도우의 두께보다 작은 기하학적 형상을 가지며, 상기 최상부면 및 최하부면은 상기 주변 영역으로부터 상기 중심 영역으로 내측으로 테이퍼링(taper)됨 -;
    상기 최상부면 및 상기 최하부면 상에 배치된 반사 코팅; 및
    상기 최상부면 및 상기 최하부면 중 적어도 하나에 인접하여 상기 반사 코팅 상에 배치된 굴절률 정합 재료; 및
    상기 주변 영역 상에 배치된 흡광 코팅
    을 더 포함하는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고온계는 약 700nm 내지 약 1000nm의 파장을 검출하는, 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 윈도우는 석영을 포함하는, 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 굴절률 정합 재료는 상기 윈도우의 굴절률과 관련하여 선택되는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반사 코팅은 약 700nm 내지 약 1000nm의 파장 중 사전 결정된 범위를 반사하도록 선택되는, 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 반사 코팅은 유전체 재료를 포함하는, 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 윈도우는 수직축에 대하여 대칭인, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 윈도우는 수평축에 대하여 대칭인, 시스템.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 표면은 선형인, 시스템.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 표면 중 적어도 두 표면은 비선형인, 시스템.
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