TW202405357A - 具有整合的熱交換器之空氣罩 - Google Patents

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亞伯拉罕 帕拉帝
維諾德 拉馬查倫
樹坤 劉
沙尼什 內利卡
拉傑穆拉里 達摩哈朗
東岩 王
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Abstract

一種用於基板處理腔室的加熱模組包括加熱燈，該等加熱燈耦接至反射器板和熱交換器。該熱交換器冷卻該加熱模組內的氣體。該加熱模組內的風扇使氣體循環穿過該反射器板中的孔隙以冷卻加熱燈泡。該氣體由該熱交換器冷卻，並再循環。一或多個罩在該氣體正在循環時引導該氣體。

Description

具有整合的熱交換器之空氣罩
本揭露的實施例總大體而言係關於一種用於與基板處理腔室（諸如磊晶沉積腔室）一起使用的熱交換器。
半導體基板經處理用於多種應用，包括整合元件和微型元件的製造。在處理期間，將基板定位在處理腔室內的支撐件上。將處理腔室的內部置於真空下，與此同時藉由暴露於熱和處理氣體來處理基板。一些處理腔室，諸如一些磊晶沉積腔室，使用燈來加熱基板。可以藉由冷卻燈和處理腔室的各部分來促進溫度控制。在一些實例中，燈和處理腔室的各部分是藉由由管道提供的空氣流冷卻的。管道佔用空間，並且所產生的氣流可導致整個處理腔室的不均勻溫度分佈，此可不利地影響會在基板上執行的處理的品質。
需要促進冷卻加熱燈和處理腔室的各部分的改進的系統和製程。
本揭露大體而言係關於一種用於與基板處理腔室（諸如磊晶沉積腔室）一起使用的熱交換器。
在一個實施例中，用於適合於在半導體製造中使用的處理腔室的加熱模組包括外殼、在該外殼上的蓋、設置在該外殼中的反射器板，以及複數個與該反射器板相關聯的加熱燈。第一熱交換模組設置在反射器板與蓋之間，該第一熱交換模組包括設置在第一內罩與第一外罩之間的複數個第一熱交換管。
在另一實施例中，適合於在半導體製造中使用的處理腔室包括腔室主體，該腔室主體包括設置在下窗口上方的上窗口，該上窗口和該下窗口形成處理體積的邊界。處理腔室進一步包括上部加熱模組，該上部加熱模組在上窗口上方耦接至腔室主體。該上部加熱模組包括第一外殼、在該第一外殼上的第一蓋、設置在該第一外殼內的第一反射器板、以及與該第一反射器板相關聯的複數個第一加熱燈。上部加熱模組進一步包括設置在第一反射器板與第一蓋之間的第一熱交換模組，該第一熱交換模組包括設置在第一內罩與第一外罩之間的複數個第一熱交換管。
在另一實施例中，適合於在半導體製造中使用的熱交換模組包括殼體。該殼體包括在第一端板與第二端板之間延伸的內罩，以及在第一端板與第二端板之間延伸的外罩。熱交換模組進一步包括設置在殼體內的複數個熱交換管，以及設置在殼體內並耦接至每個熱交換管的複數個內板。內罩、外罩和每個熱交換管在水平面中彎曲。
本揭露涉及一種用於與基板處理腔室（諸如磊晶沉積腔室）一起使用的熱交換器。該熱交換器被包含在一或多個加熱模組內，該一或多個加熱模組被配置為加熱處理腔室的處理體積。熱交換器冷卻一或多個加熱模組內的冷卻氣體，諸如空氣。一或多個風扇經操作以將冷卻氣體朝向一或多個加熱模組內的加熱燈並且朝向限定處理體積的上窗口和/或下窗口引導。冷卻氣體冷卻加熱燈、上窗口和/或下窗口。
第1圖示意性地圖示處理腔室100。處理腔室100包括位於腔室主體170上方的上部加熱模組200，以及位於腔室主體170下方的下部加熱模組300。上部加熱模組200在第2A圖至第2C圖中更詳細地圖示。下部加熱模組300在第3A圖至第3C圖中更詳細地圖示。
處理腔室100可以是用於執行任何熱製程（諸如磊晶製程）的處理腔室。預期雖然圖示和描述了用於磊晶製程的處理腔室，但是本揭露的概念亦適用於能夠提供加熱基板以用於諸如熱退火、熱清洗、熱化學氣相沉積、熱氧化和熱氮化的製程的受控熱循環的其他處理腔室。預期處理腔室100可用於處理基板，包括在基板表面上沉積材料。
參見第1圖，腔室主體170包括上窗口120和下窗口130，其中處理體積140位於上窗口與下窗口之間。處理體積140是實質上圓柱形的。上窗口120包括緊固在腔室主體300中的基底125，並且下窗口130包括緊固在腔室主體300中的基底135。耦接至下窗口130的頸部132圍繞基座支撐件152的軸154設置。基座支撐件152承載基座150，基板110可以在處理體積140內定位基座上。
設想的是，基座150可以由塗有SiC的石墨製成。馬達（未圖示）使基座支撐件152的軸154繞軸154的縱向軸線旋轉，並由此使基座150和基板110旋轉。基板110經由裝載埠160被帶入腔室主體300中並且定位在基座150上。
一或多個冷卻劑入口182和冷卻劑出口184與上部加熱模組200和下部加熱模組300相關聯。上部加熱模組200和下部加熱模組300諸如藉由分別經由上窗口120和下窗口130提供紅外輻射熱來加熱處理體積140。設想上窗口120和下窗口130可以由實質上光學透明的材料，諸如石英構成。進一步設想的是，上窗口120和下窗口130的材料可為對紅外輻射實質上透明的，使得入射紅外輻射的至少95%可透射過該上窗口和該下窗口。
第2A圖至第2C圖描繪了上部加熱模組200的示意圖。第2A圖是示意性局部橫截面側視圖，第2B圖是第2A圖的一部分的詳細視圖，並且第2C圖是上部加熱模組200的示意性局部橫截面俯視圖。上部加熱模組200包括外殼202。外殼202通常是具有下凸緣204的環形主體，一或多個緊固件206延伸穿過該下凸緣以連接至腔室主體300。
外殼202耦接至設置在其中的燈安裝環210。燈安裝環210藉由複數個緊固件216（諸如螺釘、螺栓、桿等）耦接至加熱燈組件220的反射器安裝環230。
加熱燈組件220包括複數個線性加熱燈222，該複數個線性加熱燈延伸跨過燈安裝環210的中心開口。環形隔熱罩280耦接至反射器安裝環230，並在該反射器安裝環下方延伸。環形隔熱罩280將來自線性加熱燈222的熱量朝向上窗口120反射。在一些實施例中，設想環形隔熱罩280可由反射材料製成和/或塗有反射材料。例如，環形隔熱罩280可以是鍍金的。
燈安裝環210的中心開口是實質上圓形的，並且環形隔熱罩280是實質上圓柱形的。當上部加熱模組200組裝到處理腔室100中時，每個線性加熱燈222實質上水平地在上窗口120上方延伸。線性加熱燈222實質上平行於彼此定向，諸如在五度以內。
反射器安裝環230設置在上反射器板224的上表面226附近並耦接至該上表面。當處理腔室100被組裝時，上反射器板224設置在上窗口120上方。上反射器板224與線性加熱燈222相關聯。上反射器板224的下表面248包括複數個線性通道246，該複數個線性通道在下表面248上實質上彼此平行延伸。在一些實施例中，設想上反射器板224的下表面248包括兩個或更多個線性通道246。例如，上反射器板224的下表面248可包括三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或更多個線性通道246。該複數個線性加熱燈222在複數個線性通道246內延伸，並且來自線性加熱燈222的熱量除了直接朝向上窗口120輻射外，亦從線性通道246的側壁朝向上窗口120反射。如第2A圖和第2B圖所示，每個線性加熱燈222位於複數個線性通道246中的對應線性通道中。在一些實施例中，設想多於一個線性加熱燈222可以位於複數個線性通道246中的對應線性通道中。
每個線性通道246具有被配置為以預定分佈圖案反射熱量的橫截面輪廓。例如，預定分佈圖案可以產生實質上均勻的熱量分佈。或者，預定分佈圖案可將峰值照射集中在正在進行處理的基板110上的一或多個特定區域處，以使得能夠控制彼等區域處的溫度。設想每個線性通道246具有以下中的至少一者：U形橫截面；幾何直邊橫截面，諸如V形橫截面、矩形橫截面、五邊形橫截面、六邊形橫截面或大於六邊的橫截面；彎曲的橫截面，諸如圓的一部分、橢圓的一部分、或抛物線的一部分；或其組合。
作為實例，橢圓形橫截面形狀可以促進來自線性加熱燈222的紅外輻射的聚焦。作為另一個實例，抛物線橫截面形狀可以促進來自線性加熱燈222的紅外輻射的準直。作為另外的實例，有角橫截面形狀可以促進來自線性加熱燈222的紅外輻射的擴散。在一些實施例中，設想一或多個線性通道246可具有與另一或多個線性通道246相同的橫截面。在一些實施例中，設想一或多個線性通道246可具有與另一或多個線性通道246不同的橫截面。在一些實施例中，設想一或多個線性通道246可具有沿著線性通道246的長度從第一形狀變化到第二形狀的橫截面。
上反射器板224的下表面248可被設計為在正在進行處理的基板110上的許多位置處遞送輻照度峰值，以有助於促進所需的熱分佈。在一些實施例中，上反射器板224被配置為產生至多與複數個線性加熱燈222中的燈的數量一樣多的輻照度峰值。在一些實施例中，上反射器板224被配置為產生比複數個線性加熱燈222中的燈的數量更多的輻照度峰值。在一些實施例中，設想上反射器板224可由反射材料製成和/或塗有反射材料。例如，上反射器板224可以是鍍金的。在一些實施例中，上反射器板224包括複數個部分，該複數個部分耦接在一起以形成盤形板。
如第2A圖和第2B圖所示，上反射器板224的上表面226包括複數個冷卻劑通道234。在一些實施例中，該複數個冷卻劑通道234平行於該複數個線性加熱燈222延伸。冷卻管236設置在每個冷卻劑通道234中以輸送冷卻劑，諸如水或致冷劑，諸如R-22、R-32或R-410A。在一些實施例中，單個冷卻管236可以在一個冷卻劑通道234中佈線，然後離開冷卻劑通道234並跨入另一個冷卻劑通道234。在一些實施例中，冷卻劑通道234的數量對應於複數個線性通道246的數量。在一些實施例中，設想可以省略冷卻劑通道234和冷卻管236。
上反射器板224包括從上表面226延伸到下表面248的孔隙，諸如冷卻狹槽240。冷卻狹槽240被配置為按路線穿過上反射器板224輸送冷卻氣體，諸如空氣。在一些實施例中，設想冷卻狹槽240可包括複數個第一狹槽242，該複數個第一狹槽被配置為冷卻複數個線性加熱燈222以維持目標燈溫度。示例性目標燈溫度小於800攝氏度。如第2A圖所示，第一狹槽242被配置為將冷卻氣體大致朝向每個線性加熱燈222引導。在一些實施例中，設想冷卻狹槽240可包括複數個第二狹槽244以將冷卻氣體朝向上窗口120引導。上窗口120的示例性目標溫度為約200攝氏度至約600攝氏度。
設想的是，第一狹槽242相對於第二狹槽244的數量、大小和/或流動面積可以根據要流過第一狹槽242和第二狹槽244中的每一者的冷卻氣體的期望比例來配置。例如，設想穿過第一狹槽242的冷卻氣體的期望總流率可大於、等於或小於穿過第二狹槽244的冷卻氣體的期望總流率。類似地，設想穿過第一狹槽242的冷卻氣體的實際總流率可大於、等於或小於穿過第二狹槽244的冷卻氣體的實際總流率。因此，設想第一狹槽242的數量可大於、等於或小於第二狹槽244的數量。另外，設想第一狹槽242的大小可大於、等於或小於第二狹槽244的大小。此外，設想第一狹槽242的流動面積可大於、等於或小於第二狹槽244的流動面積。
在一些實施例中，設想冷卻狹槽240被配置為提供足夠的背壓以提供穿過冷卻狹槽240的期望流動模式。例如，冷卻狹槽240的數量、大小和/或流動面積可被配置為使得穿過一個第一狹槽242的冷卻氣體的流率可大於、等於或小於穿過另一個第一狹槽242的冷卻氣體的流率。類似地，冷卻狹槽240的數量、大小和/或流動面積可被配置為使得穿過一個第二狹槽244的冷卻氣體的流率可大於、等於或小於穿過另一個第二狹槽244的冷卻氣體的流率。
頂板250耦接至外殼202，並用作上部加熱模組200的蓋。一或多個溫度感測器，諸如一或多個高溫計254，被安裝至頂板250上的基底256。在一些實施例中，設想基底256可包括熱交換器以藉由經由連接軟管（未圖示）供應的合適流體（諸如水）來提供冷卻。每個高溫計254可經安裝以量測基板110的正在進行處理的離散部分的表面溫度。在一些實施例中，每個高溫計254可以量測上窗口120的離散部分的表面溫度。此類量測經由對應的高溫計管258得以促進。
上部加熱模組200包括安裝在加熱燈組件220上方的一或多個熱交換模組400。第2D圖是熱交換模組400的示意性等距視圖。上部加熱模組200被圖示為包括兩個熱交換模組400，然而，在一些實施例中，上部加熱模組200可包括更少或更多的熱交換模組400，諸如一個、三個、四個、五個或更多個。
參考第2A圖至第2D圖，每個熱交換模組400包括安裝在殼體410中的一或多個熱交換管404。殼體410包括內罩412和外罩414，該內罩和外罩各自在相對的端板416之間延伸。如圖所示，內罩412、外罩414和熱交換管404在水平面中彎曲。然而，在一些實施例中，內罩412、外罩414和熱交換管404在水平面中不彎曲。在實例中，內罩412、外罩414和熱交換管404中的每一者可在水平面中佈置成直線。在另一實例中，內罩412、外罩414和熱交換管404中的每一者可在包括一或多個鈍角的水平面中佈置成線。在此類實例中，內罩412、外罩414和熱交換管404中的每一者可佈置成類似於多邊形的兩條或多條邊的線。
如第2B圖和第2C圖所示，每個熱交換管404連接至冷卻劑入口182和冷卻劑出口184。每個熱交換管404被配置為將冷卻劑從冷卻劑入口182輸送至冷卻劑出口184。如圖所示，每個熱交換管404並聯連接至冷卻劑入口182和冷卻劑出口184。每個熱交換管404佈置成沿殼體410在端板416之間多通的。每個熱交換管404中的一或多個U形彎頭406促進了該多通。如圖所示，每個熱交換管404佈置成四通的。然而，在一些實施例中，每個熱交換管404可以佈置成任何合適數量的通路，例如一通、兩通、三通、四通、五通、六通或更多通。殼體410的每個端板416為每個熱交換管404提供支撐。如圖所示，在一些實施例中，每個熱交換管404穿透每個端板416，並且每個U形彎頭406的至少一部分在殼體410外部。
熱交換模組400包括殼體410內的一或多個內板418。內板418耦接至每個熱交換管404。在一些實施例中，內板418耦接至內罩412或外罩414中的至少一者。在一些實施例中，內板418為每個熱交換管404提供支撐。內板418提供與每個熱交換管404的熱連接，並且包括與上部加熱模組200內的冷卻氣體接觸的表面，此促進了熱交換管404內的冷卻氣體與冷卻劑之間的熱傳遞。
在一些實施例中，熱交換模組400包括從殼體410向上延伸的擋板422。如圖所示，擋板422是外罩414的延伸部，並被配置為接觸上部加熱模組200的頂板250。在一些實施例中，擋板422被配置為延伸至靠近上部加熱模組200的頂板250的位置。在擋板422接觸或靠近頂板250的實施例中，擋板422緊鄰頂板250用於阻止冷卻氣體繞過殼體410，並將冷卻氣體引導到殼體410中。在一些實施例中，擋板422不被配置為接觸或終止靠近頂板250。在一些實施例中，可以省略擋板422。
在一些實施例中，熱交換模組400包括從殼體410向下延伸的裙部424。如圖所示，裙部424是內罩412的延伸部，並且被配置為接觸上部加熱模組200的反射器安裝環230。在一些實施例中，裙部424被配置為延伸到靠近上部加熱模組200的反射器安裝環230的位置。在裙部424接觸或靠近反射器安裝環230的實施例中，裙部424緊鄰反射器安裝環230用於阻止冷卻氣體繞過殼體410，並將冷卻氣體引導到殼體410中。在一些實施例中，裙部424不被配置為接觸或終止靠近反射器安裝環230。在一些實施例中，可以省略裙部424。
如第2B圖和第2C圖所示，蓋子432從殼體410的內罩412延伸到上部加熱模組200的內壁204。一或多個風扇436耦接至蓋子432，並且被配置為誘發冷卻氣體穿過蓋子432中的孔隙434的流動，每個風扇436包括馬達438。在一些實施例中，一或多個額外罩428定位在上部加熱模組200內，以便引導冷卻氣體的流動。
殼體410、蓋子432、風扇436和環形隔熱罩280（以及擋板422、裙部424和任何額外罩428（若存在））將上部加熱模組200內的空間分成：在蓋子432和風扇436下方並且在上反射器板224上方的下部區域262；在外殼202與環形隔熱罩280之間的環形區域264；以及在頂板250和蓋子432、風扇436和殼體410之間的上部區域266。
在一些實施例中，閥188選擇性地阻止或允許冷卻劑從外部源流到冷卻劑入口182並從冷卻劑出口184返回。如圖所示，在一些實施例中，閥188可以由控制器440操作，該控制器被配置為控制風扇436的操作和/或冷卻劑的流動。在一些實施例中，冷卻劑是水。在一些實施例中，冷卻劑是致冷劑，諸如R-22、R-32或R-410A。在一些實施例中，供應至熱交換管404的冷卻劑是與供應至冷卻管236的冷卻劑相同的冷卻劑。在一些實施例中，供應至熱交換管404的冷卻劑是與供應至冷卻管236的冷卻劑不同的冷卻劑。
如第2B圖所示，在一些實施例中，一或多個第一感測器186和/或一或多個第二感測器292可位於上部加熱模組200中的一或多個合適的位置處。一或多個第一感測器186可量測與冷卻劑相關聯的一或多個參數，諸如壓力、溫度或流率。一或多個第二感測器292可量測與冷卻氣體相關聯的一或多個參數，諸如壓力、溫度或流率。設想一或多個第一感測器186和/或一或多個第二感測器292和/或每個風扇馬達438和/或每個高溫計254可以連接至控制器440。
在一些實施例中，當上部加熱模組200連接至腔室主體170時，上部加熱模組200用作密封容器，冷卻氣體可在該密封容器內循環。在一些實施例中，上部加熱模組200包括通風口，冷卻氣體的至少一部分可經由該通風口在上部加熱模組200的內部與外部之間移動。
第2E圖是上部加熱模組200內的冷卻氣體的流動的示意圖。流動由箭頭指示。在上部加熱模組200的操作期間，控制器440打開閥188以允許冷卻劑從冷卻劑入口182流過熱交換管404並流出冷卻劑出口184。控制器440經由馬達438操作風扇436。風扇436經由上反射器板224中的冷卻狹槽240移動下部區域262內的冷卻氣體。冷卻氣體冷卻上反射器板224、加熱燈222和附接至上反射器板224或加熱燈222的相關聯部件。
冷卻氣體流過環形隔熱罩280的內部，並撞擊上窗口120。冷卻氣體冷卻上窗口120，圍繞環形隔熱罩280底部移動，並向上流到環形隔熱罩280外。由於從上反射器板224、加熱燈222、相關聯部件、環形隔熱罩280和上窗口120至冷卻氣體的熱傳遞，冷卻氣體的溫度升高。
冷卻氣體流入環形區域264，然後流過熱交換模組400的殼體410。冷卻氣體接觸內板418和熱交換管404，並且來自冷卻氣體的熱量傳遞至熱交換管404中的冷卻劑。冷卻氣體的溫度藉由從冷卻氣體至冷卻劑的熱傳遞而降低。冷卻氣體流出熱交換模組400的殼體410，並進入上部區域266，在該上部區域中風扇436的操作將冷卻氣體抽回下部區域262。
在操作期間，控制器440監測操作參數，並調節冷卻氣體和/或冷卻劑的流量，以影響加熱燈222、上反射器板224上的與加熱燈222相關聯的部件、和/或上窗口120的溫度。控制器經由感測器292監測上部加熱模組200中不同位置處的冷卻氣體的溫度和/或壓力。在一些實施例中，控制器可以經由風扇436的馬達438的電流汲取來監測冷卻氣體的流率。控制器經由感測器186監測冷卻劑的溫度和/或壓力和/或流率。藉由監測冷卻劑的壓力和/或流率，控制器可以確定每個熱交換模組400內是否發生任何冷卻劑洩漏。
第3A圖是下部加熱模組300的示意性局部橫截面側視圖，第3B圖是第3A圖的一部分的詳細視圖，並且第3C圖是在垂直於第3A圖的視圖的方向上取得的下部加熱模組300的側視圖。下部加熱模組300包括外殼302。外殼302通常是環形主體，該環形主體耦接至適配器板306或與該適配器板整合。當處理腔室100被組裝時，緊固件308將適配器板306連接至腔室主體170。
外殼302耦接至設置在該外殼中的分隔板310。分隔板310耦接至加熱燈組件320。該加熱燈組件320包括跨分隔板310的中心開口延伸的複數個線性加熱燈322。環形隔熱罩380耦接至分隔板310。環形隔熱罩380將來自線性加熱燈322的熱量朝向下窗口130反射。在一些實施例中，設想環形隔熱罩380可由反射材料製成和/或塗有反射材料。例如，環形隔熱罩380可以是鍍金的。
分隔板310的中心開口是實質上圓形的，並且環形隔熱罩380是實質上圓柱形的。當下部加熱模組300被組裝到處理腔室100中時，每個線性加熱燈322在下窗口130下方實質上水平地延伸。線性加熱燈322實質上平行於彼此定向，諸如在五度以內。
下反射器板324耦接至+環形隔熱罩380，並設置在該環形隔熱罩內。當處理腔室100被組裝時，下反射器板324設置在下窗口130下方。下反射器板324與線性加熱燈322相關聯。下反射器板324的上表面348包括複數個線性通道346，該複數個線性通道在上表面348上實質上彼此平行地延伸。在一些實施例中，設想下反射器板324的上表面348包括兩個或更多個線性通道346。例如，下反射器板324的上表面348可包括三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或更多個線性通道346。該複數個線性加熱燈322在複數個線性通道346內延伸，並且因此來自線性加熱燈322的熱量除了直接朝向下窗口130輻射外，亦從線性通道346的側壁朝向下窗口130反射。如第3A圖和第3B圖所示，每個線性加熱燈322位於複數個線性通道346中的對應線性通道中。在一些實施例中，設想多於一個線性加熱燈322可以位於複數個線性通道346中的對應線性通道中。
每個線性通道346具有被配置為以預定分佈圖案反射熱量的橫截面輪廓。例如，預定分佈圖案可以產生實質上均勻的熱量分佈。或者，預定分佈圖案可將峰值照射集中在基座150下側上的一或多個特定區域處，以使得能夠控制彼等區域處的溫度。設想每個線性通道346具有以下中的至少一者：U形橫截面；幾何直邊橫截面，諸如V形橫截面、矩形橫截面、五邊形橫截面、六邊形橫截面或大於六邊的橫截面；彎曲的橫截面，諸如圓的一部分、橢圓的一部分、或抛物線的一部分；或其組合。
作為實例，橢圓形橫截面形狀可以促進來自線性加熱燈322的紅外輻射的聚焦。作為另一個實例，抛物線橫截面形狀可以促進來自線性加熱燈322的紅外輻射的準直。作為另外的實例，有角橫截面形狀可以促進來自線性加熱燈322的紅外輻射的擴散。在一些實施例中，設想一或多個線性通道346可具有與另一或多個線性通道346相同的橫截面。在一些實施例中，設想一或多個線性通道346可具有與另一或多個線性通道346不同的橫截面。在一些實施例中，設想一或多個線性通道346可具有沿著線性通道346的長度從第一形狀變化到第二形狀的橫截面。
下反射器板324的上表面348可被設計為在基座150下側上的許多位置處遞送輻照度峰值，以有助於促進所需的熱分佈。在一些實施例中，下反射器板324被配置為產生至多與複數個線性加熱燈322中的燈的數量一樣多的輻照度峰值。在一些實施例中，下反射器板324被配置為產生比複數個線性加熱燈322中的燈的數量更多的輻照度峰值。在一些實施例中，設想下反射器板324可由反射材料製成和/或塗有反射材料。例如，下反射器板324可以是鍍金的。
頸罩382延伸穿過下反射器板324。頸罩382被配置為圍繞下窗口130的頸部132設置。頸罩382將熱量從下窗口130的頸部132反射走。在一些實施例中，設想頸罩382可由反射材料製成和/或塗有反射材料。例如，頸罩382可以是鍍金的。
如圖所示，下反射器板324的下表面326包括複數個冷卻劑通道334。在一些實施例中，該複數個冷卻劑通道334平行於該複數個線性加熱燈322延伸。冷卻管336設置在每個冷卻劑通道334中以輸送冷卻劑，諸如水或致冷劑，諸如R-22、R-32或R-410A。在一些實施例中，單個冷卻管336可以在一個冷卻劑通道334中佈線，然後離開冷卻劑通道334並跨入另一個冷卻劑通道334。在一些實施例中，冷卻劑通道334的數量對應於複數個線性通道346的數量。在一些實施例中，設想可以省略冷卻劑通道334和冷卻管336。
下反射器板324包括從下表面326延伸到上表面348的孔隙，諸如冷卻狹槽340。冷卻狹槽340被配置為按路線穿過下反射器板324輸送冷卻流體，諸如氣體，諸如空氣。在一些實施例中，設想冷卻狹槽340可包括複數個第一狹槽342，該複數個第一狹槽被配置為冷卻複數個線性加熱燈322以維持目標燈溫度。示例性目標燈溫度小於800攝氏度。如第2圖所示，第一狹槽342被配置為將冷卻流體大致朝向每個線性加熱燈322引導。在一些實施例中，設想冷卻狹槽340可包括複數個第二狹槽344以將冷卻流體朝向下窗口130引導。下窗口130的示例性目標溫度為約400攝氏度至約600攝氏度。
設想的是，第一狹槽342相對於第二狹槽344的數量、大小和/或流動面積可以根據要流過第一狹槽342和第二狹槽344中的每一者的冷卻流體的期望比例來配置。例如，設想穿過第一狹槽342的冷卻流體的期望總流率可大於、等於或小於穿過第二狹槽344的冷卻流體的期望總流率。類似地，設想穿過第一狹槽342的冷卻流體的實際總流率可大於、等於或小於穿過第二狹槽344的冷卻流體的實際總流率。因此，設想第一狹槽342的數量可大於、等於或小於第二狹槽344的數量。另外，設想第一狹槽342的大小可大於、等於或小於第二狹槽344的大小。此外，設想第一狹槽342的流動面積可大於、等於或小於第二狹槽344的流動面積。
在一些實施例中，設想冷卻狹槽340被配置為提供足夠的背壓以提供穿過冷卻狹槽340的期望流動模式。例如，冷卻狹槽340的數量、大小和/或流動面積可被配置為使得穿過一個第一狹槽342的冷卻流體的流率可大於、等於或小於穿過另一個第一狹槽342的冷卻流體的流率。類似地，冷卻狹槽340的數量、大小和/或流動面積可被配置為使得穿過一個第二狹槽344的冷卻流體的流率可大於、等於或小於穿過另一個第二狹槽344的冷卻流體的流率。
底部蓋子350耦接至外殼302，並用作下部加熱模組300的蓋。如第3C圖所示，一或多個溫度感測器，諸如一或多個高溫計354，被安裝至底部蓋子350上的基底356。在一些實施例中，設想基底356可包括熱交換器以藉由經由連接軟管（未圖示）供應的合適流體（諸如水）來提供冷卻。設想的是，每個高溫計354可經安裝以量測基座150下側的離散部分的表面溫度。在一些實施例中，每個高溫計354可以量測下窗口130的離散部分的表面溫度。進一步設想的是，可經由穿過下反射器板324中的孔突出的對應高溫計管（未圖示）來促進此類量測，然而在一些實施例中，可省略對應的高溫計管。
返回到第3A圖和第3B圖，下部加熱模組300包括一或多個安裝在加熱燈組件320下方的熱交換模組400。下部加熱模組300被圖示為包括兩個熱交換模組400，然而，在一些實施例中，下部加熱模組300可包括更少或更多的熱交換模組400，諸如一個、三個、四個、五個或更多個。每個熱交換模組400如上所述配置。
如圖所示，在一些實施例中，熱交換模組400包括從殼體410向下延伸的外擋板452。如圖所示，外擋板452是外罩414的延伸部，並且被配置為接觸下部加熱模組300的底部蓋子350。在一些實施例中，外擋板452被配置為延伸至靠近下部加熱模組300的底部蓋子350的位置。在外擋板452接觸或靠近底部蓋子350的實施例中，外擋板452緊鄰底部蓋子350用於阻止冷卻氣體繞過殼體410，並將冷卻氣體引導到殼體410中。在一些實施例中，外擋板452不被配置為接觸或終止靠近底部蓋子350。在一些實施例中，可以省略外擋板452。
在一些實施例中，熱交換模組400包括從殼體410向下延伸的內擋板454。如圖所示，內擋板454是內罩412的延伸部，並被配置為接觸下部加熱模組300的分隔板310。在一些實施例中，內擋板454被配置為延伸至靠近下部加熱模組200的分隔板310的位置。在內擋板454接觸或靠近分隔板310的實施例中，內擋板454緊鄰分隔板310用於阻止冷卻氣體繞過下述循環路徑。在一些實施例中，內擋板454不被配置為接觸或終止靠近分隔板310。在一些實施例中，可以省略內擋板454。
如圖所示，分隔板310中的一或多個孔隙330提供了用於使冷卻氣體流向熱交換模組400的殼體410的流動路徑。
蓋子462從殼體410的內罩412延伸到下部加熱模組300的內壁304。一或多個風扇466耦接至蓋子462，並且被配置為誘發冷卻氣體穿過蓋子462中的孔隙464的流動，每個風扇466包括馬達468。在一些實施例中，一或多個額外罩458定位在下部加熱模組300內，以便引導冷卻氣體的流動。
殼體410、蓋子462和風扇466（以及外擋板452、內擋板454和任何額外罩458（若存在））將下部加熱模組300內的空間分成：下部區域362，該下部區域位於底蓋子350和蓋子462、風扇466與殼體410之間；以及上部區域366，該上部區域位於蓋子462和風扇466上方並且位於下反射器板324下方。環形區域364存在於外殼302與環形隔熱罩380之間。
參考第3A圖，在一些實施例中，閥188選擇性地阻止或允許冷卻劑從外部源流到冷卻劑入口182並從冷卻劑出口184返回。如圖所示，在一些實施例中，閥188可由控制器440操作。在一些實施例中，冷卻劑是水。在一些實施例中，冷卻劑是致冷劑，諸如R-22、R-32或R-410A。   在一些實施例中，供應至熱交換管404的冷卻劑是與供應至冷卻管336的冷卻劑相同的冷卻劑。在一些實施例中，供應至熱交換管404的冷卻劑是與供應至冷卻管336的冷卻劑不同的冷卻劑。
在一些實施例中，一或多個第一感測器186和/或一或多個第二感測器292可位於下部加熱模組300中的一或多個合適的位置處。一或多個第一感測器186可量測與冷卻劑相關聯的一或多個參數，諸如壓力、溫度或流率。一或多個第二感測器292可量測與冷卻氣體相關聯的一或多個參數，諸如壓力、溫度或流率。設想一或多個第一感測器186和/或一或多個第二感測器292和/或每個風扇馬達468和/或每個高溫計354可以連接至控制器440。
在一些實施例中，當下部加熱模組300連接至腔室主體170時，下部加熱模組300用作密封容器，冷卻氣體可在該密封容器內循環。在一些實施例中，下部加熱模組300包括通風口，冷卻氣體的至少一部分可經由該通風口在下部加熱模組300的內部與外部之間移動。
第3D圖是下部加熱模組300內的冷卻氣體流動的示意圖。流動由箭頭指示。在下部加熱模組300的操作期間，控制器440打開閥188以允許冷卻劑從冷卻劑入口182流過熱交換管404並流出冷卻劑出口184。控制器440經由馬達468操作風扇466。風扇466經由下反射器板324中的冷卻狹槽340移動上部區域366內的冷卻氣體。冷卻氣體冷卻下反射器板324、加熱燈322和附接至下反射器板324或加熱燈322的相關聯部件。
冷卻氣體流過環形隔熱罩380的內部，並撞擊下窗口130。冷卻氣體冷卻下窗口130，圍繞環形隔熱罩380的頂部移動，並在環形區域364內向下流動。由於從下反射器板324、加熱燈322、相關聯的部件、環形隔熱罩380和下窗口130至冷卻氣體的熱傳遞，冷卻氣體的溫度升高。
冷卻氣體流過分隔板310中的一或多個孔隙330並進入熱交換模組400的殼體410。冷卻氣體接觸內板418和熱交換管404，並且來自冷卻氣體的熱量傳遞至熱交換管404中的冷卻劑。冷卻氣體的溫度藉由從冷卻氣體至冷卻劑的熱傳遞而降低。冷卻氣體流出熱交換模組400的殼體410，並進入下部區域362，在該下部區域中風扇466的操作將冷卻氣體抽回上部區域366中。
在操作期間，控制器440監測操作參數，並調節冷卻氣體和/或冷卻劑的流量，以影響加熱燈322、下反射器板324上的與加熱燈322相關聯的部件、和/或下窗口130的溫度。控制器440經由感測器292監測下部加熱模組300中不同位置處的冷卻氣體的溫度和/或壓力。在一些實施例中，控制器440可以經由風扇466的馬達468的電流汲取來監測冷卻氣體的流率。控制器440經由感測器186監測冷卻劑的溫度和/或壓力和/或流率。藉由監測冷卻劑的壓力和/或流率，控制器440可以確定每個熱交換模組400內是否發生任何冷卻劑洩漏。
設想的是，控制器440包括中央處理單元(central processing unit, CPU)、包含指令的記憶體、和用於CPU的支援電路。控制器440是在工業環境中用於控制其上或其中的各種腔室和設備和/或子處理器的任何形式的通用電腦處理器。在一些態樣中，一或多個控制器440用於控制腔室100的各態樣。
記憶體或非暫時性電腦可讀取媒體是容易獲得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(random access memory, RAM)、唯讀記憶體(read only memory, ROM)、軟磁碟、硬碟、快閃驅動器、或任何其他形式的本端或遠端數位記憶體中的一或多者。支援電路耦接至CPU以支援該CPU（處理器）。支援電路包括快取、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路和子系統等。操作和操作參數作為軟體常式儲存在記憶體中，該軟體常式被執行或調用以將控制器440變成專用控制器來控制上部加熱模組200內的單獨熱交換模組400、下部加熱模組300內的單獨熱交換模組400、上部加熱模組200的單獨閥188、下部加熱模組300的單獨閥188、上部加熱模組200內的單獨風扇436和/或下部加熱模組300內的單獨風扇466中任一者的操作。控制器440被配置為進行本文所述的操作中的任何操作。儲存在記憶體上的指令在被執行時導致進行本文所述的一或多個操作。
在一些實施例中，來自感測器186、292中的任一者和/或與處理腔室100相關聯的任何其他感測器的資料可用於向控制器440提供反饋。在一些實施例中，穿過風扇436、466、加熱燈222、322和/或與處理腔室100相關聯的任何其他電驅動部件中的任一者的電流的資料可用於向控制器440提供反饋。控制器440使用如此提供的資料作為輸入來處理尋址到風扇436、風扇466和/或任何閥188中的任一者的命令。
控制器440的記憶體中的指令可包括除了本文搜述的操作之外亦可執行的一或多種機器學習/人工智慧演算法。作為實例，由控制器440執行的機器學習/人工智慧演算法可以基於所接收到的資料調諧和改變操作參數。操作參數可包括例如冷卻劑和/或冷卻氣體的壓力、溫度和流率。操作參數可包括例如每個閥188相對於完全打開和/或完全關閉的狀態。操作參數可包括例如每個風扇436、466的速度。在一些實施例中，一種或多種機器學習/人工智慧演算法可以提示控制器440啟動校正動作以便調整任何操作參數。
本揭露的實施例提供了被包含在加熱模組內的緊湊冷卻系統。該等冷卻系統不依賴於經由專用管道供應的冷卻氣體，此允許消除輔助處理腔室的部件（諸如管道），並且因此節省空間並增強處理腔室周圍的通路。
預期任何一個揭示的實施例的元件和特徵可以有益地併入一或多個其他實施例中。儘管前面針對本揭示案的實施例，但是在不脫離本揭示案的基本範疇的情況下可以設計本揭示案的其他和進一步實施例，並且本揭示案的範疇由所附申請專利範圍確定。
100:處理腔室 110:基板 120:上窗口 125:基底 130:下窗口 132:頸部 135:基底 140:處理體積 150:基座 152:基座支撐件 154:軸 160:裝載埠 170:腔室主體 182:冷卻劑入口 184:冷卻劑出口 186:第一感測器 188:閥 200:上部加熱模組 202:外殼 204:下凸緣 206:緊固件 210:燈安裝環 216:緊固件 220:加熱燈組件 222:線性加熱燈 224:上反射器板 226:上表面 230:反射器安裝環 234:冷卻劑通道 236:冷卻管 240:冷卻狹槽 242:第一狹槽 244:第二狹槽 246:線性通道 248:下表面 250:頂板 254:高溫計 256:基底 258:高溫計管 262:下部區域 264:環形區域 266:上部區域 280:環形隔熱罩 292:第二感測器 300:下部加熱模組 302:外殼 304:內壁 306:適配器板 310:分隔板 322:加熱燈 324:下反射器板 330:孔隙 334:冷卻劑通道 336:冷卻管 340:冷卻狹槽 342:第一狹槽 344:第二狹槽 346:線性通道 348:上表面 350:底部蓋子 354:高溫計 356:基底 362:下部區域 364:環形區域 366:上部區域 380:環形隔熱罩 400:熱交換模組 404:熱交換管 406:U形彎頭 410:殼體 412:內罩 414:外罩 416:端板 418:內板 422:擋板 424:裙部 428:額外罩 432:蓋子 434:孔隙 436:風扇 438:馬達 440:控制器 452:外擋板 454:內擋板 462:蓋子 464:孔隙 466:風扇 468:風扇馬達
為了能夠詳細理解本揭露的上述特徵，可以參考實施例對以上簡要概述的本揭露進行更特別的描述，實施例中的一些實施例在附圖中圖示。然而，應當注意的是，附圖僅圖示了示例性實施例，並且因此不應被視為是對其範疇的限制，因為本揭露案可以允許其他同等有效的實施例。
第1圖是處理腔室的示意圖。
第2A圖是第1圖的處理腔室的上部加熱模組的示意性局部橫截面側視圖。
第2B圖是第2A圖的一部分的詳細視圖。
第2C圖是第2A圖的上部加熱模組的示意性局部橫截面俯視圖。
第2D圖是熱交換模組的示意性等距視圖。
第2E圖是第2A圖的上部加熱模組內的冷卻氣體流動的示意圖。
第3A圖是第1圖的處理腔室的下部加熱模組的示意性局部橫截面側視圖。
第3B圖是第3A圖的一部分的詳細視圖。
第3C圖是第3A圖的下部加熱模組的側視圖。
第3D圖是第3A圖的下部加熱模組內的冷卻氣體流動的示意圖。
為了促進理解，在可能的情況下，使用相同的附圖標記來表示附圖中共用的元件。預期一個實施例的元件和特徵可以有益地結合到其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
120:上窗口
170:腔室主體
182:冷卻劑入口
184:冷卻劑出口
200:上部加熱模組
202:外殼
204:下凸緣
206:緊固件
210:燈安裝環
216:緊固件
222:線性加熱燈
224:上反射器板
240:冷卻狹槽
242:第一狹槽
244:第二狹槽
246:線性通道
250:頂板
254:高溫計
256:基底
258:高溫計管
262:下部區域
264:環形區域
266:上部區域
292:第二感測器
400:熱交換模組
404:熱交換管
436:風扇
440:控制器

Claims (20)

  1. 一種用於適合於在半導體製造中使用的一處理腔室的加熱模組，該加熱模組包括： 一外殼； 一蓋，在該外殼上； 一反射器板，設置在該外殼中； 複數個加熱燈，與該反射器板相關聯；以及 一第一熱交換模組，設置在該反射器板與該蓋之間，該第一熱交換模組包括設置在一第一內罩與一第一外罩之間的複數個第一熱交換管。
  2. 如請求項1所述之加熱模組，其中該第一熱交換模組進一步包括複數個板，耦接至每個第一熱交換管。
  3. 如請求項1所述之加熱模組，其中每個第一熱交換管耦接至一冷卻劑入口和一冷卻劑出口。
  4. 如請求項3所述的加熱模組，其中每個第一熱交換管在該第一內罩與該第一外罩之間以多通路佈置，並且包括一或多個U形彎頭。
  5. 如請求項1所述之加熱模組，其中該第一熱交換模組進一步包括一第一風扇，設置在該反射器板與該蓋之間。
  6. 如請求項5所述之加熱模組，其中： 一環形隔熱罩從該反射器板延伸； 該加熱模組內的一空間被分成： 一第一區域，在該第一風扇與該蓋之間； 一第二區域，在該第一風扇與該反射器板之間；以及 一第三區域，在該環形隔熱罩與該外殼之間；並且該第一風扇被配置為在一迴路中吹送該加熱模組內的一冷卻氣體，該吹送包括： 將該冷卻氣體從該第一區域抽入該第二區域中； 將該冷卻氣體從該第二區域吹送穿過該反射器板中的複數個孔隙並穿過該環形隔熱罩； 將該冷卻氣體從該環形隔熱罩輸送到該第三區域中；以及 將該冷卻氣體從在該第一內罩與該第一外罩之間的該第三區域圍繞該等第一熱交換管輸送並進入該第一區域中。
  7. 如請求項6所述之加熱模組，其中該第一熱交換模組進一步包括一擋板，從該外罩延伸到該蓋。
  8. 如請求項7所述之加熱模組，其中該第一熱交換模組進一步包括一裙部，從該內罩延伸到耦接至該反射器板的一反射器安裝環。
  9. 如請求項1所述之加熱模組，進一步包括一第二熱交換模組，設置在該反射器板與該蓋之間，該第二熱交換模組包括設置在一第二內罩與一第二外罩之間的複數個第二熱交換管。
  10. 如請求項9所述之加熱模組，進一步包括一第二風扇，設置在該反射器板與該蓋之間。
  11. 如請求項1所述之加熱模組，進一步包括一冷卻管，耦接至該反射器板。
  12. 如請求項11所述之加熱模組，其中該第一熱交換管被配置為輸送一第一冷卻劑，並且該冷卻管被配置為輸送不同於該第一冷卻劑的一第二冷卻劑。
  13. 一種適合於在半導體製造中使用的熱交換模組，包括： 一殼體，包括： 一內罩，在一第一端板與一第二端板之間延伸；以及 一外罩，在該第一端板與該第二端板之間延伸； 複數個熱交換管，設置在該殼體內；以及 複數個內板，設置在該殼體內並耦接至每個熱交換管； 其中該內罩、該外罩和每個熱交換管在一水平面中彎曲。
  14. 如請求項13所述之熱交換模組，其中該內板耦接至該內罩或該外罩中的至少一者。
  15. 如請求項13所述之熱交換模組，其中每個熱交換管並聯連接至一冷卻劑入口並且並聯連接至一冷卻劑出口。
  16. 如請求項13所述之熱交換模組，其中每個熱交換管在該內罩與該外罩之間以多通路佈置，並包括一或多個U形彎頭。
  17. 如請求項16所述之熱交換模組，其中每個熱交換管穿透該第一端板和該第二端板，並且每個U形彎頭的至少一部分在該殼體外部。
  18. 一種適合於在半導體製造中使用的處理腔室，包括： 一腔室主體，包括一上窗口，該上窗口設置在一下窗口上方，該上窗口和該下窗口形成一處理體積的邊界；以及 一上部加熱模組，耦接至在該上窗口上方的該腔室主體，該上部加熱模組包括： 一第一外殼； 一第一蓋，在該第一外殼上； 一第一反射器板，設置在該第一外殼中； 複數個第一加熱燈，與該第一反射器板相關聯；以及 一第一熱交換模組，設置在該第一反射器板與該第一蓋之間，該第一熱交換模組包括複數個第一熱交換管，設置在一第一內罩與一第一外罩之間。
  19. 如請求項18所述之處理腔室，進一步包括： 一下部加熱模組，耦接至在該下窗口下方的該腔室主體，該下部加熱模組包括： 一第二外殼； 一第二蓋，在該第二外殼上； 一第二反射器板，設置在該第二外殼中； 複數個第二加熱燈，與該第二反射器板相關聯；以及 一第二熱交換模組，設置在該第二反射器板與該第二蓋之間，該第二熱交換模組包括複數個第二熱交換管，該複數個第二熱交換管設置在一第二內罩與一第二外罩之間。
  20. 如請求項19所述之處理腔室，進一步包括一控制器，該控制器被配置為控制該第一熱交換模組的一第一風扇和該第二熱交換模組的一第二風扇的操作。
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