KR200383667Y1

KR200383667Y1 - 일체형 열 싱크를 구비한 할로겐 램프 어셈블리 및 상기 할로겐 램프 어셈블리를 포함하는 기판 처리 챔버

Info

Publication number: KR200383667Y1
Application number: KR20-2004-0035962U
Authority: KR
Inventors: 로버트 트루지이로; 로저 앤더슨; 데이비드 칼슨; 마이클 헤일
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2005-05-09

Abstract

기판 처리 챔버용 할로겐 램프 어셈블리는 할로겐 램프 및 세라믹 열 싱크 모노리스(monolith)를 갖는다. 할로겐 램프는 필라멘트 및 핀치 씰 단부를 갖는 엔벌로프에 캡슐화된 한쌍의 전기 커넥터들을 포함한다. 세라믹 열 싱크 모노리스는 블록 및 그 블록으로부터 외부로 돌출하는, 이격되고 분리된 기둥들의 어레이를 포함한다. 블록은 램프의 핀치 씰 단부에 합치되도록 성형된 리세스형 내부 표면 및 할로겐 램프의 전기 커넥터들이 통과할 수 있게 하는 개구를 갖는 공동을 포함한다.

Description

일체형 열 싱크를 구비한 할로겐 램프 어셈블리 및 상기 할로겐 램프 어셈블리를 포함하는 기판 처리 챔버{HALOGEN LAMP ASSEMBLY WITH INTEGRATED HEAT SINK AND SUBSTRATE PROCESSING CHAMBER COMPRISING SAID HALOGEN LAMP ASSEMBLIES}

본 고안은 기판 처리 챔버용 할로겐 램프 어셈블리에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 또는 디스플레이와 같은 기판이 처리되는 기판 처리 챔버들은 종종 기판 또는 챔버벽들을 가열하기 위하여 할로겐 램프들을 사용한다. 할로겐 램프들은 통상적으로 수정 유리 엔벌로프(Quartz glass envelope)에 캡슐화된 할로겐 기체 분위기에 텅스텐 필라멘트들을 갖는 백열 램프들이다. 엔벌로프는 램프의 베이스(base)에서 잘록해져서 필라멘트로 전류를 통과시키는 금속 커넥터들 주변에 핀치 씰(pinch seal) 단부를 형성한다. 이러한 램프들은, 예를 들어 급속 열처리(RTP) 챔버내에서 기판 상의 재료층을 어닐링(anneal)하는데 사용되거나, 또는 에피텍셜 챔버내에서 기판 상의 층을 형성하도록 기체를 분해시키는데 사용되는 열을 방출한다. 할로겐 램프들은 신속하고, 제어가능하게, 그리고 일정한 커버리지(coverage)로 적외선 열 에너지를 발생시킬 수 있어서, 기판을 급속히 가열하는데 유용하다.

그러나, 할로겐 램프에 의해 방출되는 열은 램프의 중요 영역들의 고장을 야기함으로써 그 램프의 수명을 단축시킨다. 특히 고장나기 쉬운 램프 영역은 핀치 씰 단부이다. 핀치 씰 단부는, 이 영역을 통과하는 커넥터들에 흐르는 전류의 흐름으로부터 발생되는 추가적인 저항성 열에 의해 보다 높은 온도에 노출된다. 고온의 작동 온도로 인하여 유리-금속 씰(glass to metal seal)이 고장날 수 있는데, 이는 유리, 금속 및 유리-금속 씰링 재료의 열 팽창 계수의 불일치에 의해 발생하는 응력때문이다. 또한, 열은 부분적 산화 또는 기타 금속 커넥터들의 악화를 초래할 수 있다. 따라서, 핀치 씰 단부에서 300℃의 최대 작동 온도에 대하여 약 2000시간 또는 그 이상의 원하는 램프 수명을 갖는 할로겐 램프의 경우, 핀치 씰 단부에서의 작동 온도가 350℃인 경우에는 그보다 훨씬 짧은 약 1000시간의 수명을 가지며, 작동 온도가 400℃인 경우에는 약 250시간의 수명을 갖는다.

따라서, 램프의 작동 온도를 낮출 수 있는 열 싱크(heat sink)를 갖는 할로겐 램프 어셈블리를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 짧은 시간내에 램프가 고장나는 것을 감소시키기 위하여 핀치 실 영역 온도를 임계 레벨 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 복잡한 냉각 장치 없이 작동중 램프에 의해 발생되는 열을 제거하는 것이 바람직하다.

기판 처리 챔버용 할로겐 램프 어셈블리는 할로겐 램프와 세라믹 열 싱크 모노리스(monolith)를 포함한다. 할로겐 램프는 핀치 씰 단부를 가지며 실질적으로 투명한 엔벌로프, 그 엔벌로프내의 필라멘트 및 그 필라멘트에 접속되며 핀치 씰 단부를 통과하는 한 쌍의 전기 커넥터를 구비한다. 세라믹 열 싱크 모노리스는 할로겐 램프의 핀치 씰 단부와 합치되도록 성형된 리세스형 내부 표면을 갖는 블록을 포함하는데, 그 블록은 할로겐 램프의 전기 커넥터들이 통과할 수 있는 개구를 갖는다. 세라믹 열 싱크 모노리스는 또한 블록으로부터 외부로 돌출하는 이격되어 분리된 기둥들의 어레이를 포함한다.

하나의 버전에서, 세라믹 열 싱크 모노리스는 또한 기판 처리 챔버의 수용부(receptacle)와 합치한다. 또 하나의 버전에서는, 열 싱크 블록은 직사각형이며, 원형판은 블록의 개구에 정렬되는 구멍을 가지며 블록으로부터 연장한다. 이 버전에서, 기둥들의 한 쌍의 어레이들은 블록의 대향 외부 표면들로부터 외부로 돌출한다.

기판 처리 챔버는 다수의 할로겐 램프 어셈블리들을 이용한다. 기판 처리 챔버는 또한 외장벽들, 기판 지지부, 기체 분배기 및 기체 배출부를 포함한다.

본 고안의 이들 특징들, 측면들 및 장점들은 이하의 상세한 설명, 첨부된 청구 범위 및 본 고안의 예들을 도시하는 첨부된 도면들과 관련하여 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 특징들 각각은 단지 특정 도면들과의 관계에서만이 아닌 일반적으로 본 고안에서 사용될 수 있으며, 본 고안은 이들 특징들의 임의의 조합을 포함한다.

기판 처리 챔버내에서 기판을 처리하기 위하여 열 에너지를 공급하는데 사용될 수 있는 할로겐 램프 어셈블리(20)의 실시예가 도 1 및 2에서 도시된다. 할로겐 램프 어셈블리(20)는 할로겐 램프(22) 및 세라믹 열 싱크 모노리스(24)를 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 할로겐 램프(22) 및 세라믹 열 싱크 모노리스(24)는 설명을 위한 예시적인 실시예들이며 본 고안의 범위를 제한하는데 사용되어서는 안된다.

일반적으로, 램프(22)는 필라멘트(28) 주변의 내부 분위기를 포함하며 전기 커넥터(30)들이 통과할 수 있게 하는 광투과성 엔벌로프(26)를 포함한다. 도시된 버전에서, 엔벌로프(26)는 관 형상인 핀치 씰 단부(34) 및 배출 튜브(36)를 포함한다. 엔벌로프(26)의 형상은 관 형상이 아닌 원뿔형, 구형 또는 멀치-아치형(multi-arcuate) 형상일 수 있다. 엔벌로프(26)는 석영, 실리카 유리, 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 또는 기타 적절히 광투과성인 재료들을 포함한다. 엔벌로프(26)에 포함된 내부 분위기는 할로겐 함유 기체를 포함한다. 배출 튜브(36)는 제조중 엔벌로프(26)로부터 기체를 제거하거나 그 엔벌로프(26)에 기체를 부가하는데 사용되며, 실질적으로 밀폐된다.

엔벌로프(26) 내부의 필라멘트(28)는 전기 커넥터(30)들에 전기적으로 결합되는 2개의 단부들을 포함한다. 필라멘트(28)는 저항성 금속 와이어를 포함하며, 하나의 버전에서는 텅스텐 와이어이다. 필라멘트(28)는 단일 또는 다중 코일들 또는 평면형 스트립들일 수 있다. 필라멘트(28)는 그 필라멘트(28)의 중점(中點) 또는 종점(終點)에서 전기 커넥터(30)들에 결합된다. 필라멘트(28)의 전기적 특성은 길이당 무게, 직경, 또는 코일 피치(pitch)(와이어의 직경으로 나눈 코일의 주기(period))에 의해 튜닝될 수 있다. 작동시, 필라멘트(28)는 약 120V_AC의 작동 전압으로 약 2 킬로와트까지의 와트 범위에서 복사(radiation)를 발생시킬 수 있다. 통상적으로, 복사는 극자외선(deep ultraviolet), 자외선, 가시광선, 또는 적외선 범위에 있다.

커넥터(30)들은 통상적으로 몰리브덴 와이어와 같은 양호한 전기 전도율을 갖는 금속 와이어들 또는 호일(foil)들을 포함한다. 또한, 커넥터(30)들은 텅스텐, 니켈 도금강(nickel plated steel), 또는 낮은 전기 저항 및 신뢰성있게 큰 전류를 흐르게할 수 있는 능력을 갖는 기타 임의의 금속을 포함할 수 있다. 하나의 버전에서, 커넥터(30)들은 필라멘트에서부터 핀치 씰 단부(34)로 연장되는 제 1 금속 와이어들, 상기 제 1 금속 와이어들에 접속되며 핀치 실(34) 내부에 포함되는 호일 시트들, 및 호일 시트들에 접속되며 핀치 씰(34)로부터 멀어지도록 연장되는 제 2 금속 와이어들을 포함한다. 제 1 및 제 2 금속 와이어들은 호일 시트들에 직접적으로 접속될 수 있으며, 또는 호일 시트들과 제 1 및 제 2 와이어들에 용접된 추가적인 와이어 리드(lead)들에 의해 호일 시트들에 접속될 수 있다. 또다른 버전에서는, 커넥터(30)들은 필라멘트(28)에 접속되며 핀치 씰 단부(34)를 통과하는 단일 가닥(strand) 또는 다중 가닥 와이어들을 포함할 수 있다.

핀치 씰 단부(34)는, 외부 전력원을 필라멘트(28)에 전기적으로 결합시키기 위하여 전기 커넥터(30)들이 엔벌로프(26) 내부로 진입하는 경우 그 전기 커넥터(30)들 주위에서 물리적으로 제한된 엔벌로프(26) 영역을 포함한다. 커넥터(30)들은 핀치 씰 단부(34)를 통과하고 그 핀치 씰 단부(34)에 의해 제자리에 홀딩된다. 핀치 씰 단부(34)는 엔벌로프(26)의 내부 분위기의 압력과 조성을 유지하는 밀봉 씰(hermetic seal)을 형성한다. 또다른 버전에서, 램프(22)는 실질적으로 대향하는 엔벌로프(26)의 단부들에서 2개의 핀치 씰 단부(34)들을 구비할 수 있는데, 이때 단일 커넥터(30)가 각 핀치 씰 단부(34)를 통과한다. 또다른 하나의 버전에서, 단일 핀치 씰 단부(34)를 통과하는 3개의 커넥터(30)들이 있을 수 있다.

할로겐 램프 어셈블리(20)는, 도 1에서 도시된 바와 같이, 세라믹 열 싱크 모노리스(24)를 추가적으로 포함한다. 세라믹 열 싱크 모노리스(24)는 램프(22)의 핀치 씰 단부(34)에 직접적으로 결합되는 블록(38)을 포함한다. 블록(38)은 핀치 씰 단부(34)로부터 열 에너지를 뽑아내어, 이 에너지를 대류와 복사로 직접 외부로 발산시킨다. 블록(38)은 벌크 블록 재료의 임피던스에 부가하여 추가적인 열 임피던스를 발생시킬, 부피 내의 인터페이스들이나 접합부가 없는 단일의 모노리스를 포함한다. 통상적인 램프 어셈블리 열 싱크들은 종종 휨(warp), 거칠기, 또는 틈을 갖는 인터페이스들에서 접촉하는 다중 부분들을 포함한다. 부분 인터페이스들 사이의 불량한 접촉은 벌크 재료의 고체 전도 경로의 임피던스보다 훨씬 높은 열 임피던스를 발생시킨다. 따라서, 단일의 모노리스 블록(38)은 그 부피 내부에 인터페이스들이 존재하지 않기 때문에 통상적인 열 싱크 어셈블리들에 비하여 높은 열 전도성을 제공한다.

블록(38)은 램프(22)의 핀치 씰 단부(34)를 수용하는 공동(42)을 구비한다. 공동(42)은 램프(22)의 핀치 씰 단부(34)의 외부 표면(35)과 합치되도록 성형되는 리세스형 표면(44)을 형성한다. 핀치 씰 단부(34)의 외부 표면(35)과 리세스형 내부 표면(44) 사이의 합치는 램프(22)와 열 싱크(24) 사이의 실질적으로 콘포멀(conformal)한 인터페이스를 제공하는데, 이 콘포멀한 인터페이스는 상기 램프(22)와 열 싱크(24) 사이의 열 전달이 최대가 되게 한다. 통상적인 램프 어셈블리 열 싱크들은 열 싱크와 열-발생 램프 사이의 비-콘포멀(non-conformal)한 합치에 의하여, 또는 높은 열 임피던스를 갖는 접촉 표면들 사이의 틈들 또는 거칠음에 의하여 비효율적인 열 전달을 제공한다. 핀치 씰 단부(34)의 외부 표면(35)과 세라믹 열 싱크 모노리스(24) 사이에 연속적인 열 인터페이스를 제공하기 위하여, 외부 표면(35)과 리세스형 내부 표면(44) 사이에 존재하는 임의의 틈은 세라믹을 포함하는 충진 재료로 충진된다.

세라믹 열 싱크 모노리스(24)는 블록(38)으로부터 외부로 돌출하는 이격된 분리형 기둥(apart post)(40)들의 어레이(39)를 추가적으로 포함한다. 어레이(39)는 그 어레이의 양 차원(dimension)으로 주기적으로 이격되어 분리되는, 기둥(40)들의 2차원 그리드를 포함한다. 예를 들어, 하나의 버전에서, 단일 어레이(39)는 12개의 기둥들로 이루어지는 5개의 행들 각각에 배치된 60개의 기둥(40)들을 포함할 수 있다. 그러나, 어레이(39)는 이와는 다른 전체 갯수의 기둥(40)들을 포함할 수 있다. 행들의 정확한 갯수 및 각 행들 내의 기둥(40)들의 정확한 갯수는 변동될 수 있다. 기둥(40)들은 그들이 시작되는 평면으로부터 외부로 실질적으로 수직하게 돌출한다. 기둥(40)들은 램프(22)의 핀치 씰 단부(34)에서 발생되며 블록(38)의 리세스형 내부 표면을 전도성으로 통과하는 열을 수용한다. 연장된 기둥(40)들은 복사 및 대류를 통해 주변으로 열을 발산시킨다. 바람직하게는, 기둥(40)들은 블록(38)의 단일의 모노리스 연장부를 형성하며 그들 사이에 서로 다른 재료들 또는 부분들의 인터페이스들 또는 접합부를 가지지 않는다. 기둥(40)들은 세라믹 열 싱크 모노리스(24)의 일부분이다.

하나의 버전에서, 이격되어 분리된 기둥(40)들의 한 쌍의 어레이(39)들이 블록(38)의 대향 외부 표면들(56a, b)로부터 외부로 돌출한다. 어레이(39)들은 측표면들(57a, b)에 의하여 결합되는 대향 표면들(56a, b) 상에 있다. 기둥(40)들의 어레이(39)들을 단지 대향 표면들(56a, b)로부터만 돌출하게 함으로써, 할로겐 램프 어셈블리(20)들이 챔버 내의 기판에 대해 동심인 링으로 서로 접하는 측표면들(57a, b)과 함께 가까이 배치되도록 한다. 이러한 배치는 램프들의 높은 밀도를 가능하게 하여 열 발산을 희생시키기 않으면서 보다 많은 양의 열을 발생시키거나 또는 보다 균일한 열을 발생시킨다.

하나의 버전에서, 각 기둥(40)은 블록(38)의 표면(56)으로부터 외부로 돌출하는 기둥 길이에 대하여 대략적으로 직사각형 단면을 갖는다. 직사각형 단면의 치수들은 기둥(40)의 길이에 대하여 변화될 수 있다. 하나의 버전에서, 기둥(40)들이 블록(38)으로부터 외부로 돌출함에 따라 테이퍼링(taper)되는데, 기둥(40)들의 단면적이 블록(38) 표면(56)으로부터의 거리와 함께 감소된다.

테이퍼링된 기둥(40)은 블록(38)과 접촉하며 일체화된 보다 넓은 단면적으로부터 블록(38)에 가까이 열 전도성을 증가시키는 반면 블록(38)으로부터 보다 더 멀리 떨어진 돌출부를 따라 효과적인 대류 및 방사를 위해 보다 많은 기체를 제공한다. 하나의 버전에서, 기둥(40)들은 약 8㎟에서 약 15㎟까지의 평균 단면적을 가지며, 약 8㎜에서 약 12㎜까지의 평균 길이를 가지며 약 3도까지의 각도의 테이퍼(taper)를 갖는다. 또다른 버전에서, 기둥(40)들은 약 0.5㎜에서 약 2.0㎜까지의 길이에 대한 평균 단면적의 비를 포함한다.

핀치 씰 단부(34)로부터의 열 전달은 블록(38)의 크기, 기둥(40)들의 단면 치수와 길이, 및 블록(38)의 세라믹 재료의 열 전도도를 조절함으로써 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 블록(38)의 크기 및 기둥(40)들의 단면 치수와 길이는, 열 싱크 모노리스(24)의 기하구조 및 예상되는 환경 및 핀치 씰 단부 온도와 같은 경계값 정보에 기반한 수학적 모델을 구성함으로써 선택될 수 있다. 수학적 기호 조종 소프트웨어(mathematical symbol manipulation software)는 블록(38)의 크기 및 기둥(40)들의 단면 치수와 길이에 대한 핀치 씰 단부(34)로부터의 열 전달을 표현하는 공식을 전개하는데 도움을 줄 수 있다. 블록(38)의 크기 및 기둥(40)들의 단면 치수 및 길이를 선택하는 또다른 방법은 유한 요소 분석(finite element analysis; FEA) 모델을 사용하는 것이다. 열 싱크 모노리스(24)의 FEA 모델은 유한 영역 내에서 열 전도성, 대류 및 복사를 각각 모델링하는 다수의 무한하게 작은 엘리먼트들을 포함한다. 그 다음, 컴퓨팅 성능(computing power)이 전체적으로 다수의 작은 엘리먼트들의 공지된 상호작용에 기반하여 열 싱크 모노리스(24)의 작용을 모델링하는데 사용된다. FEA 모델링 소프트웨어는 팬실베니아 캐논스버그(Canonsburg)에 기반을 둔 Ansys사의 디자인스페이스 소프트웨어 패키지와 같은 출처로부터 구입가능하다.

열 싱크 모노리스(24)는 또한 기판 처리 챔버에서 램프 어셈블리(20)를 수용하는 수용부와 합치하는 표면(51)을 제공한다. 하나의 버전에서, 세라믹 열 싱크 모노리스(24)는 블록(38)에서부터 연장하며 램프로부터의 커넥터(30)들이 블록(38)을 통과할 수 있도록 하는, 블록(38)의 개구들에 정렬되는 구멍(53)들을 갖는 원형판(50)을 포함한다. 바람직하게는, 원형판(50)은 블록(38)의 단일의 모노리스 연장부를 형성하며 서로 다른 재료들 또는 부분들의 인터페이서들 또는 접합부들이 존재하지 않는다. 원형판(50)은 세라믹 열 싱크 모노리스(24)의 일부이다. 원형판(50)은 기판 처리 챔버에서 램프 어셈블리(20)가 수용부에 정렬되는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 원형판(50)은 챔버내에서 수용부의 매칭 함몰부(matching depression)에 맞도록 그 크기가 결정될 수 있다. 또한, 원형판(50)은 안정된 방법으로 수용부 표면과 접할 수 있는 규칙적이고 평평한 표면을 제공한다. 이러한 제 2 콘포멀한 합치 표면은, 그 콘포멀한 인터페이스를 통해 챔버 수용부 내부로의 전도에 의한 열 전달을 추가적으로 강화시킬 수 있다.

하나의 버전에서, 블록(38) 및 기둥(40)들은 알루미늄 옥사이드와 같은 세라믹으로 이루어진다. 세라믹 열 싱크 모노리스(24)는 내열분해성이며 양호한 열 전도도를 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 알루미늄 옥사이드는 약 25W/m·K에서 약 35W/m·K까지 정도로, 세라믹 중에서 상대적으로 양호한 열 전도도를 갖는다. 알루미늄 옥사이드 세라믹은 내산화성이며 약 1800℃까지의 온도를 견딜 수 있다. 대안적인 세라믹으로는 알루미늄 나이트라이드(nitride), 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 나이트라이드가 포함된다. 알루미늄 나이트라이드는 특히 양호한 열 전도도를 나타내며 바람직할 수 있다.

할로겐 램프 어셈블리(20)는 훌륭한 열 전도성 및 보다 긴 수명을 제공한다. 보다 긴 수명은 램프(22)의 핀치 씰 단부(34)의 온도를 감소시킴으로써 제공된다. 이는 작동중 금속 커넥터(30)들의 산화를 감소시킨다. 또한, 램프(22)의 핀치 씰 단부(34)에서 크랙들이나 피셔(fissure)들을 야기할 수 있는, 엔벌로프(26)와 도전 커넥터(30)의 열팽창 간의 열팽창 불일치에 의해 발생하는 응력이 감소된다. 또한, 특정 공정 적용에 바람직한 경우에는, 할로겐 램프 어셈블리(20)는 추가적인 열을 발생시키는 보다 큰 전기 부하들을 수용할 수 있다.

엔벌로프(26)를 갖는 할로겐 램프(22) 및 핀치 씰 단부(34) 내의 필라멘트(28) 및 커넥터(30)들의 관련 캡슐화는, 모델링, 블로우잉(blowing) 및 머시닝(machining)을 포함할 수 있는 통상적인 석영 또는 유리 제조 방법들로 제조될 수 있다. 세라믹 열 싱크는 핀치 씰 단부(34)에 대한 콘포멀한 블록(38) 접합을 형성하도록 램프(22)에 부착된다. 세라믹 열 싱크 모노리스(24)는 세라믹 슬러리(slurry)를 만들고 그 세라믹 슬러리를 블록(38) 및 기둥(40)들을 형성하도록 성형된 몰드(mold)에 부음으로써 제조될 수 있다. 또는, 세라믹의 직사각형 피스가 머시닝되어 기둥들과 블록 표면들을 형성할 수 있다. 할로겐 램프(22)의 핀치 씰 단부(34)는 충진 재료와 함께 세라믹 열 싱크 모노리스(24)의 블록(38)의 공동(42)에 합치될 수 있는데, 상기 충진 재료는 핀치 씰 단부(34)와 블록(38) 사이에서 세라믹을 포함하여 세라믹 열 싱크 모노리스(24)에 대한 할로겐 램프(22)의 고체 결합을 형성한다. 예를 들어, 적절한 충진 재료는 알루미나, 실리카, 뮤라이트(mulite) 또는 나트륨 실리카 또는 알루미늄 포스페이트(phosphate)와 같은 세라믹 파우더일 수 있다.

할로겐 램프 어셈블리(20)들은 공정이 수행되는 동안 또는 별개의 공정 동안 기판을 가열하기 위해 기판 처리 챔버에서 사용될 수 있다. 도 3은 다수의 할로겐 램프 어셈블리(20)들을 포함하는 기판 처리 챔버(100)의 예시적 실시예를 도시하지만, 할로겐 램프 어셈블리(20)들이 다른 챔버들에서 사용될 수 있으며 설명적인 챔버 실시예들이 본 고안을 제한하는데 사용되어서는 안된다.

챔버(100)는, 도 3에서 도시된 바와 같이, 외장벽(enclosing wall)(102), 기체 분배기(104), 및 기체 배출부(106)를 포함한다. 상부 및 하부 커버들(124, 126)은 공정 분위기를 함유한다. 기체 분배기(104)는 기체 공급부(108), 기체 밸브(110), 및 기체 주입구(112)를 포함한다. 기체 분배기는 공정 기체들을 기판(128) 위의 처리 영역(122)에 분배시키거나 또는 퍼지 기체들을 기판(128) 하부의 영역에 분배시킬 수 있다. 기체 배출부(106)는 기체 방출구(114), 배출 밸브(116), 및 펌프(118)를 포함한다. 챔버(100)는 또한 처리 영역(122)에서 기판(128)을 홀딩하는 기판 지지부(120)를 포함한다. 기판 지지부(120)는 기판(128)이 배치되는 지지 플랫폼(123)을 홀딩하는 지지암(121)을 포함한다. 챔버(100)는 또한 처리 균일성을 증진시키기 위하여 공정 사이클동안 기판 지지부(120)를 회전시키는 축(132) 및 축 모터(134)를 포함할 수 있다.

챔버(100)는 상부에서부터 기판(128) 상의 온도를 측정하는 상부 광 온도 검출기들(130a, b) 및 하부에서부터 기판 지지부(120) 상의 온도를 측정하는 하부 광 온도 검출기(130c)를 추가적으로 포함한다. 예를 들어, 검출기들(130)은 적외선 고온계들일 수 있다. 상부 및 하부 커버들(124, 126)은 광 온도 검출기들(130a, b, c)의 작동을 가능하게 하고 적외선 복사의 형태로 기판(128) 및 처리 영역(122)에 열 에너지를 유입시키는 것을 가능하게 하기 위하여 광복사 및 적외선에 대해 투과적이다. 커버들(124, 126)은 석영과 같은 재료로 제조될 수 있다.

기판 처리 챔버(100)는 기판(128) 상부 및 하부에 배치될 수 있는 할로겐 램프 어셈블리(20)들을 수용하기 위한 다수의 수용부(146)들을 구비한다. 예를 들어, 도 3에서 도시된 바와 같이, 다수의 상부 램프 어셈블리(20)들은 자외선을 발생시키기 위하여 기판(128) 위에 배치된다. 상부 램프 어셈블리(20)들은 기판(128)에 동심인 링으로 배열될 수 있다. 다수의 하부 램프 어셈블리들(20b, 20c)은 기판(128) 하부에 배치된다. 도 3에서 도시된 버전에서는, 2개의 세트들의 하부 램프 어셈블리들: 외부 하부 램프 어셈블리들(20b) 및 내부 하부 램프 어셈블리들(20c)이 있다. 하부 램프 어셈블리들(20b, c) 역시 기판(128)에 동심인 링들로 배열될 수 있다. 또한, 챔버는 램프 어셈블리(20)들에 의해 발생된 자외선을 기판 및 기판 지지부를 향해 반사시키는 반사기들(136, 138, 140)을 구비할 수 있다. 상부 램프 반사기(136)는 상부 램프 어셈블리(20a)들에 의해 발생된 자외선을 아래쪽 기판(128)으로 반사시킨다. 외부 하부 반사기(138) 및 내부 하부 반사기(138)는 하부 램프 어셈블리들(20b, c)에 의해 발생된 자외선을 윗쪽으로 기판 지지부(120) 및 기판(128)으로 반사시킨다.

기판(128) 및 기판 지지부(120) 상의 온도의 균일성과 정확성을 제어하는데 있어 고도의 유연성을 제공하도록 상부, 외부 하부, 및 내부 하부 램프 어셈블리들(20a, b, c)이 별도로 제어가능하다. 예를 들어, 기판(128) 및 기판 지지부(120)의 여러 부분들에 공급되는 열 에너지를 커스토마이징(cumstomize)하기 위하여 외부 및 내부 하부 램프 어셈블리들(20b, c)이 서로 다르게 변동하는 파워 레벨들에서 작동될 수 있다.

제어기(142)는 파워 공급부(144), 검출기(130)들, 축 모터(134), 및 다수의 램프 어셈블리들(20a-c)을 제어한다. 제어기(142)는 통상적으로 기판 처리 챔버(100)의 컴포넌트들을 작동시키는 하드웨어 및 소프트웨어의 적절한 구성을 포함한다. 예를 들어, 제어기(142)는 메모리 및 다른 컴포넌트들에 접속되는 중앙 처리 유닛(CPU)를 포함할 수 있다. CPU는 컴퓨터-판독가능 프로그램을 실행할 수 있는 마이크로프로세서를 포함한다. 메모리는 하드 디스크들, 광 컴팩트 디스크, 플로피 디스크, 랜덤 엑세스 메모리, 및/또는 다른 유형들의 메모리와 같은 컴퓨터-판독가능 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인간 작동자와 제어기 사이의 인터페이스는 모니터와 같은 디스플레이, 및 키보드와 같은 입력 디바이스일 수 있다. 또한, 제어기(142)는 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드들, 선형 모터 드라이버 보드들, 또는 스텝퍼 모터 제어기 보드들과 같은 전자 장치를 포함할 수 있다.

본 고안이 바람직한 버전들과 관련하여 상당히 상세하게 설명되었지만, 다른 버전들도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 명세서에 포함된 바람직한 버전들에 대한 설명에 제한되어서는 안된다.

본 고안에 따라, 램프의 작동 온도를 낮출 수 있는 열 싱크를 갖는 할로겐 램프 어셈블리가 제공된다. 본 고안에 따른 할로겐 램프 어셈블리에 의하여 핀치 실 영역 온도를 임계 레벨 이하로 유지되어 짧은 시간내에 램프가 고장나는 것이 감소된다. 또한, 본 고안에 따른 할로겐 램프 어셈블리에 의하여 복잡한 냉각 장치 없이 작동중 램프에 의해 발생되는 열이 제거된다.

도 1은 본 고안에 따른 할로겐 램프 어셈블리의 실시예에 대한 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 할로겐 램프 어셈블리의 실시예에 대한 측면도이다.

도 3은 다수의 할로겐 램프 어셈블리들을 포함하는 기판 처리 챔버의 실시예를 도시한다.

도면 번호

20 할로겐 램프 어셈블리 22 할로겐 램프

24 세라믹 열 싱크 26 엔벌로프

28 필라멘트 30 커넥터들

34 핀치 씰 단부 36 배출 튜브

38 블록 39 어레이

40 핀들 42 공동

44 공동의 내부 표면 50 원형판

51 용기에 합치되는 표면 56a 블록 표면

57a, b 측 표면들

Claims

기판 처리 챔버를 위한 할로겐 램프 어셈블리로서, 상기 할로겐 램프 어셈블리는

(1) (ⅰ) 핀치 씰 단부(pinch seal end)를 갖는 실질적으로 투명한 엔벌로프(envelope); (ⅱ) 상기 엔벌로프 내의 필라멘트; 및 (ⅲ) 상기 필라멘트에 접속되며 상기 핀치 씰 단부를 통과하는 한 쌍의 전기 커넥터들을 포함하는 할로겐 램프; 및

(2) (ⅰ) 상기 할로겐 램프의 상기 핀치 씰 단부와 합치(mate)되도록 성형되는 리세스형 내부 표면 및 상기 할로겐 램프의 상기 전기 커넥터들이 통과할 수 있도록 하는 개구를 구비하는 블록; 및 (ⅱ) 상기 블록으로부터 외부로 돌출하는 이격되어 분리되는 기둥들의 어레이를 포함하는 세라믹 열 싱크 모노리스(monolith)

를 포함하는, 할로겐 램프 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 기둥들은

(ⅰ) 기둥의 길이에 대한 기둥의 평균 단면적의 비율이 적어도 약 0.5㎜에서 약 2.0㎜까지이거나;

(ⅱ) 상기 기둥들이 테이퍼링(taper)되거나; 또는

(ⅲ) 상기 기둥들이 약 3도까지의 각도로 테이퍼링되는 특성들 중 적어도 하나의 특성을 포함하는, 할로겐 램프 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 할로겐 램프 어셈블리는 상기 블록의 대향 외부 표면들 상에서 이격되어 분리된 기둥들의 한쌍의 어레이들을 포함하는, 할로겐 램프 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 엔벌로프는 석영으로 이루어지며 상기 세라믹 열 싱크 모노리스는 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트나이드로 이루어지는, 할로겐 램프 어셈블리.
제 1 항의 다수의 할로겐 램프 어셈블리들을 포함하는 기판 처리 챔버로서, 상기 기판 처리 챔버는 (ⅰ) 외장벽들, (ⅱ) 기판 지지부, (ⅲ) 기체 분배기, 및 (ⅳ) 기체 배출부를 추가적으로 포함하는, 기판 처리 챔버.
기판 처리 챔버용 할로겐 램프 어셈블리로서,

상기 기판 처리 챔버는 상기 할로겐 램프 어셈블리를 수용하는 수용부(receptacle)를 구비하며,

상기 할로겐 램프 어셈블리는

(1) (ⅰ) 핀치 씰 단부를 갖는 실질적으로 투명한 엔벌로프; (ⅱ) 상기 엔벌로프 내의 필라멘트; 및 (ⅲ) 상기 필라멘트에 접속되며 상기 핀치 씰 단부를 통과하는 한 쌍의 전기 커넥터들 포함하는 할로겐 램프; 및

(2) 상기 기판 처리 챔버내의 상기 수용부에 합치되는 세라믹 열 싱크 모노리스를 포함하며,

상기 세라믹 열 싱크 모노리스는 (ⅰ) 대향 외부 표면들, 상기 램프의 상기 핀치 씰 단부의 상기 외부 표면에 합치되는 리세스형 표면을 갖는 공동, 및 상기 전기 커넥터들이 통과할 수 있게 하는 개구를 갖는 직사각형 블록, (ⅱ) 상기 블록으로부터 연장하며 상기 블록의 상기 개구에 정렬되는 구멍을 갖는 원형판, 및 (ⅲ) 상기 블록의 상기 대향 외부 표면들로부터 외부로 돌출하는 기둥들의 한쌍의 대향 어레이들을 포함하는, 할로겐 램프 어셈블리.
제 6 항에 있어서, 상기 기둥들은

(ⅰ) 기둥의 길이에 대한 기둥의 평균 단면적의 비율이 적어도 약 0.5㎜에서 약 2.0㎜까지이거나;

(ⅱ) 상기 기둥들이 테이퍼링(taper)되거나; 또는

(ⅲ) 상기 기둥들이 약 3도까지의 각도로 테이퍼링되는 특성들 중 적어도 하나의 특성을 포함하는, 할로겐 램프 어셈블리.
제 6 항에 있어서, 상기 엔벌로프는 석영으로 이루어지며 상기 세라믹 열 싱크 모노리스는 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드로 이루어지는, 할로겐 램프 어셈블리.
기판 위에 배치되는 제 6 항에 따른 다수의 상부 할로겐 램프 어셈블리들 및 상기 기판 아래에 배치되는 제 6 항에 따른 다수의 하부 할로겐 램프 어셈블리들을 포함하는 기판 처리 챔버로서, 상기 챔버는

(ⅰ) 외장벽들, (ⅱ) 기판 지지부, (ⅲ) 기체 분배기, 및 (ⅳ) 기체 배출부를 추가적으로 포함하는, 기판 처리 챔버.
제 9 항에 있어서, 상기 할로겐 램프 어셈블리들은 상기 기판에 동심인 링으로 배열되는, 기판 처리 챔버.