TWI692825B - 用於熱腔室應用及熱製程之光管陣列 - Google Patents

用於熱腔室應用及熱製程之光管陣列 Download PDF

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TWI692825B TW104124085A TW104124085A TWI692825B TW I692825 B TWI692825 B TW I692825B TW 104124085 A TW104124085 A TW 104124085A TW 104124085 A TW104124085 A TW 104124085A TW I692825 B TWI692825 B TW I692825B
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Abstract

描述一種處理腔室。處理腔室包含具有內部體積的腔室、耦接至腔室的光管陣列以及輻射熱源，光管陣列包括壁構件，壁構件界定腔室之內部體積之邊界，其中光管陣列包含複數個光管結構，輻射熱源包括與該複數個光管結構中之各者光學通訊的複數個能量源。

Description

用於熱腔室應用及熱製程之光管陣列
本文揭示用於半導體處理的設備及方法。更具體而言，本文揭示的實施例有關於用於半導體基板之熱處理的光管。
在半導體產業中通常實行熱處理。半導體基板在許多轉換的背景下承受熱處理，包含閘、源極、汲極及通道結構之沉積、摻雜、活化(activation)及退火，矽化、結晶、氧化及類似者。多年來，熱處理之技術已從簡單爐烘烤進展至各種形式的漸增快速熱處理(RTP)、尖峰退火(spike annealing)以及其他熱製程。
由於半導體裝置特徵之臨界尺寸持續減縮，在熱製程期間在熱預算需要更嚴格的限制。上述熱製程中之許多熱製程利用以由複數個光源所組成的燈頭(lamphead)之形式的燈具加熱，該複數個光源經設置以將輻射能導向基板。然而，在習知燈頭中光源之輻照圖案(irradiance pattern)有時為不規則的，此舉產生基板之不規則加熱。
所需要的為在熱製程腔室內促進燈頭之改善的輻射控制的方法及設備。
本文揭示的實施例有關於在半導體基板之熱處理中使用的光管陣列。
在一個實施例中，提供用於熱處理腔室中的光管陣列。光管陣列包括透光(transparent)壁構件；及複數個光管結構，該複數個光管結構設置於鄰近壁構件之主表面處，該複數個光管結構中之各者皆包括透光材料且具有縱向軸，該複數個光管結構中之至少一部分以縱向軸與壁構件之主表面之平面呈實質上正交關係的方式放置。
在另一個實施例中，提供基板處理腔室。處理腔室包含具有內部體積的腔室、耦接至腔室的光管陣列以及輻射熱源，光管陣列包括複數個光管結構及壁構件，壁構件界定腔室之內部體積之邊界，輻射熱源包括複數個能量源，該複數個能量源與該複數個光管結構中之各者光學通訊。
在另一個實施例中，提供基板處理腔室。處理腔室包含具有內部體積的腔室、耦接至腔室的光管陣列以及輻射熱源，光管陣列包括透光壁構件、設置於鄰近壁構件之主表面處的複數個光管結構，該複數個光管結構中之各者皆包括透光材料且具有縱向軸，該複數個光管結構中之至少一部分以縱向軸與壁構件之主表面之平面呈實質上正交關係的方式放置，輻射熱源包括與該複數個光管結構中之各者光學通訊的複數個能量源。
100‧‧‧熱製程腔室
101‧‧‧光管陣列
102‧‧‧基板
104‧‧‧能量源
105‧‧‧燈頭組件
106‧‧‧輻射熱源
107‧‧‧基板支撐件之背側
108‧‧‧側壁
109‧‧‧基板支撐件
110‧‧‧安裝凸緣
111‧‧‧上部圓頂
112‧‧‧製程區域
113‧‧‧基環
114‧‧‧壁構件
115‧‧‧管
116‧‧‧凹部
117‧‧‧中心軸
118‧‧‧密封件
119‧‧‧升舉銷
120‧‧‧夾環
121‧‧‧功率源
122‧‧‧遮罩物
123‧‧‧外殼
124‧‧‧襯墊組件
125‧‧‧冷卻劑源
126‧‧‧熱感測器
127‧‧‧光管結構
128‧‧‧基板之裝置側
129‧‧‧淨化區域
130‧‧‧反射體
132‧‧‧通口
134‧‧‧通道
136‧‧‧製程氣源
138‧‧‧製程氣體入口
140‧‧‧流動路徑
142‧‧‧流動路徑
144‧‧‧氣體出口
146‧‧‧真空泵
148‧‧‧淨化氣源
150‧‧‧淨化氣體入口
152‧‧‧流動路徑
154‧‧‧流動路徑
159‧‧‧周圍外殼
160‧‧‧計量光管
162‧‧‧感測器
164‧‧‧光纖光纜
200‧‧‧密封的內部體積
205‧‧‧入口
207‧‧‧孔隙
210‧‧‧出口
215‧‧‧冷卻劑源
220‧‧‧縫隙
300‧‧‧光管陣列
400‧‧‧光管陣列
405‧‧‧壁構件
410‧‧‧第二板
415‧‧‧穿孔
420‧‧‧接觸構件
425‧‧‧陣列
430‧‧‧光管結構之表面
435‧‧‧光管結構之角落區域
500‧‧‧光管陣列
505‧‧‧接口
510‧‧‧角落
515‧‧‧燈絲
520‧‧‧引線
525‧‧‧側邊
530‧‧‧起伏的表面
600‧‧‧圖形
605‧‧‧曲線
610‧‧‧曲線
615‧‧‧曲線
620‧‧‧直虛線
625‧‧‧直虛線
630‧‧‧直虛線
700‧‧‧圖形
705‧‧‧曲線
710‧‧‧曲線
715‧‧‧曲線
720‧‧‧曲線
725‧‧‧直虛線
730‧‧‧直虛線
735‧‧‧直虛線
A‧‧‧縱向軸
H‧‧‧高度
L‧‧‧長度
以上簡要總結的本揭示案之更特定描述可參照實施例而得到，使得以此方式可詳細瞭解本揭示案之上述特徵，該等實施例之某些實施例繪示於附圖中。然而應注意到，附圖僅繪示本揭示案之典型實施例且因此不應被視為限制本揭示案之範疇，因為本揭示案可容許其他同等有效實施例。
第1圖繪示熱製程腔室之示意剖視圖，熱製程腔室具有設置於熱製程腔室上的光管陣列之一個實施例。
第2A圖為跨第1圖之剖面線2B-2B的光管陣列之橫剖面圖。
第2B圖為跨第2A圖之剖面線2B-2B的光管陣列之橫剖面圖。
第3A圖及第3B圖分別為圖示光管陣列之另一個實施例之平面視圖及等角視圖。
第4A圖為可由第1圖之燈頭組件所利用的光管陣列之另一個實施例之等角視圖。
第4B圖為第4A圖之光管陣列之一部分之放大俯視圖。
第5A圖為可由第1圖之燈頭組件所利用的光管陣列之一部分之另一個實施例之示意側面剖面圖。
第5B圖為第5A圖之光管陣列之等角視圖。
第6圖為圖示在基板上於不同徑向位置處自燈具陣列的輻照曲線的圖形。
第7圖為圖示在基板上於不同徑向位置處自燈具陣列的輻照曲線的圖形。
為了促進瞭解，儘可能使用了相同的元件符號來指稱圖式中共用的相同元件。考量到一個實施例之元件及特徵在沒有進一步描述的情況下可有益地併入其他實施例中。
本文所述的實施例有關於用於熱處理腔室的光管陣列，例如沉積腔室、蝕刻腔室、退火腔室、佈植腔室、用於發光二極體成形的腔室以及其他製程腔室。光管陣列可被利用於可自美國加州聖克拉拉之應用材料公司購得的製程腔室中，且光管陣列亦可被利用於來自其他製造商的製程腔室中。本文所使用的任何方向，例如「向下」或「下」以及「向上」或「上」是基於所示的圖式中腔室之定向，且可能並非在實行中的真實方向。
第1圖繪示熱製程腔室100之示意剖視圖，熱製程腔室100具有設置於熱製程腔室100上的光管陣列101之一個實施例。熱製程腔室100可用於處理一或更多個基板，包含將材料沉積於基板102之上表面上、基板之退火、基板之蝕刻或其他熱製程。雖然本文中並未詳細討論，所沉積的材料可包含半導體材料，包含元素材料例如矽及鍺，合金材料例如矽-鍺，及化合物半導體材料例如砷化鎵、氮化鎵或氮化鋁鎵。如本文所述，熱製程腔室100適於接受「面朝上」定向的基板，其中基板之沉積接 受側或面朝向上方且基板之「背側(backside)」朝向下方。
熱製程腔室100可包含燈頭組件105，燈頭組件105包含輻射熱源106。輻射熱源106包含能量源104之陣列，用於加熱除了其他部件之外設置於熱製程腔室100內的基板支撐件109之背側107。輻射熱源106可設置於外殼123中，外殼123耦接至製程腔室100。輻射熱源106亦包含與燈頭組件105之能量源104關聯的複數個光管結構127。該複數個光管結構127中之各者皆可包含除了其他形狀之外沿著光管結構127之縱向軸的柱狀形(columnar-shaped)結構(亦即，柱狀結構)。光管結構127提供作為來自輻射熱源106之能量源104的光子可傳遞通過的光管，以在處理期間加熱基板102。在一個實施例中，光管結構127中之各者在一般條件下皆可具有全內反射(TIR)性質。該複數個光管結構127中之各者皆可與能量源104中之一者對準，如第1圖中所示。
基板支撐件109可為如圖示的圓盤狀基板支撐件109。或者，基板支撐件109可為銷支撐件(例如三個或多於三個的銷，該等銷從基板之底部支撐基板)，或從基板之邊緣支撐基板的環狀基板支撐件。無論類型為何，基板支撐件109促使基板曝露於經由光管陣列101的熱輻射。基板支撐件109位於熱製程腔室100內在上部圓頂111與光管陣列101之壁構件114之間。上部圓頂111，可為板材的壁構件114之上表面，以及設置於上部 圓頂111與光管陣列101之安裝凸緣(mounting flange)110之間的基環113，大致上界定熱製程腔室100之內部區域。基板支撐件109大致上將熱製程腔室100之內部體積劃分成在基板上方的製程區域112及在基板支撐件109下方的淨化區域129。
基板支撐件109在處理期間可藉由中心軸(central shaft)117來旋轉。可利用基板支撐件109之旋轉使得熱之效應及在熱製程腔室100內的製程氣體流動空間異常最小化，且因此促進基板102之均勻處理。基板支撐件109藉由中心軸117來支撐，在基板傳送製程期間或在某些情況下如基板102之處理期間，基板支撐件109可將基板102在向上/向下方向中移動(亦即，如箭頭所示垂直地)。基板支撐件109可由碳化矽或塗佈有碳化矽的石墨所形成，以吸收來自能量源104的輻射能量且將輻射能量傳導至基板102。能量源104中之各者皆可設置於管115中，管115可由反射材料所製成。複數個升舉銷119可設置於熱製程腔室100中位於中心軸117的外側。升舉銷119可耦接至致動器(未圖示)，以在熱製程腔室100內相對於基板支撐件109且與基板支撐件109無關的垂直地移動升舉銷119。經由裝載埠(未圖示)基板102可被傳送進入熱製程腔室100中且放置於基板支撐件109上。在第1圖中基板支撐件109圖示為在舉升的處理位置，但可藉由致動器(未圖示)垂直地往返移動至位於處理位置下方的裝載位置，以允許升舉銷119接觸基板 102且將基板102自基板支撐件109間隔開來。然後經由裝載埠機器人(未圖示)可進入製程腔室100以嚙合基板102且將基板102自製程腔室100移除。
大致上，上部圓頂111及壁構件114是由光學透光材料所形成，例如上述的石英材料或藍寶石材料。在此實施例中，光管陣列101之壁構件114包含凹部116，凹部116提供額外的結構剛性給光管陣列101。凹部116提供凹形或圓頂形給光管陣列101且可使壁構件114之剖面尺度較薄，此舉當於較低壓力下操作時可提供結構剛性。在某些實施例中，光管陣列101包含繞光管結構127所設置的周圍外殼159。
壁構件114及光管結構127可由相同或不同材料所製成，該等材料可穿透各種波長的電磁輻射，該等波長可包含可見光波長及非可見光波長，包含至少從100奈米(nm)至50微米的波長。在某些實施例中，電磁波長可在紅外(IR)光譜中。在一個實施例中，壁構件114及光管結構127兩者皆由石英材料(亦即，非晶形矽石)所製成，雖然可使用可穿透例如波長在紅外線光譜的能量的其他材料，例如玻璃、藍寶石及鋁矽酸鹽(alumino-silicate)玻璃。壁構件114可由具有低夾雜(inclusion)容忍度的透明熔融石英(clear fused quartz)材料所製成。本文所使用的用語「透光」意指物質在該物質之體積內當電磁輻射通過該體積時並不明顯地改變輻射之選定波長範圍之方向或功率。在一個實例 中，電磁輻射之選定波長範圍之平均方向改變低於幾度且平均功率減低量低於約70%。
在一個實施例中，具有平坦的壁構件114的光管陣列101之厚度可為約40mm，而具有凹狀(舉例而言，第4圖中所示的凹部116)的壁構件114的光管陣列101之厚度可為約35mm。至少光管陣列101之壁構件114可耦接至安裝凸緣110，安裝凸緣110可耦接於側壁108與基環113之間。密封件(seals)118，例如O形環，可用以將安裝凸緣110密封至側壁108及基環113。藉由設置於基環113與夾環120之間用於密封的密封件118，上部圓頂111可耦接至基環113及夾環120。
能量源104可經配置以將基板102加熱至介於約攝氏200度至約攝氏1600度的範圍內的溫度。各能量源104可耦接至功率源121及控制器。光管陣列101在處理期間或在處理之後可藉由冷卻劑源125冷卻。冷卻劑源125可包含冷卻劑，例如水、乙二醇(ethylene glycol)、氮(N2)、氦(He)或用作熱交換介質的其他流體。冷卻劑可在外殼123及輻射熱源106之能量源104之間各處流動。或者是或此外，燈頭組件105及/或外殼123可以對流方式冷卻。
在一個實施例中，光管結構127之至少一部分之縱向軸可以相對於壁構件114之主表面之平面呈實質上正交的角度來放置。用語「實質上正交」包含法線角度(舉例而言，90度)以及偏離法線+/-5度(舉例而言，85 度至90度)。在某些實施例中，光管結構127及能量源104中之一者或兩者之至少一部分可向內朝向製程腔室100之中心軸呈傾斜。舉例而言，靠近中心軸117的光管結構127及/或能量源104可相對於壁構件114之平面以約30度至約45度向內傾斜，以將輻射能量導向基板支撐件109之中心區域(亦即，在中心軸117上方)。在一個實例中，來自能量源104之至少一部分的輻射能量以相對於壁構件114之平面呈非法線角來通過壁構件114。
遮罩物(shield)122可任選地繞基板支撐件109設置。亦可藉由襯墊組件124來環繞基環113。遮罩物122避免來自能量源104的熱/光雜訊洩漏至基板102之裝置側128或使該洩漏最小化，同時提供用於製程氣體的預加熱區域。遮罩物122可由化學氣相沉積的碳化矽(CVD SiC)、塗佈碳化矽的燒結的石墨、生長的碳化矽、不透光石英、經塗佈的石英或任何能抵抗藉由製程氣體及淨化氣體所化學分解的類似的適合材料所製成。襯墊組件124的尺寸為被嵌套在基環113之內部周圍內或由基環113之內部周圍所環繞。襯墊組件124將處理體積(亦即，製程區域112及淨化區域129)自製程腔室100之金屬壁遮蔽。金屬壁可能與前驅物反應且導致處理體積中的污染物。雖然襯墊組件124圖示為單一主體，襯墊組件124可包含一或更多個襯墊。
熱製程腔室100亦可包含熱感測器126，熱感測器126可為用於基板102上的溫度測量/控制的高溫 計。藉由熱感測器126的溫度測量可實行於基板102之裝置側128上。因此，熱感測器126可僅感測來自熱基板102的輻射，而來自能量源104直接抵達熱感測器126的背景輻射為最小量。反射體130可任選地放置於上部圓頂111之外側，以將輻射遠離基板102的光反射而返回至基板102上。反射體130可固定至夾環120。反射體130可由金屬所製成，例如鋁或不銹鋼。藉由提供高度反射塗層例如金(Au)可改善反射之效率。反射體130可具有連接至冷卻源(未圖示)的一或更多個通口132。通口132可連接至形成於反射體130中或反射體130上的通道134。通道134經配置以流動流體，例如水或氣體，例如氦、氮或其他氣體，以冷卻反射體130。
在某些實施例中，光管陣列101可包含形成於光管陣列101之至少一部分中或通過光管陣列101之至少一部分所設置的一或更多個計量光管160。計量光管160可包括藍寶石或如本文所述的其他透光材料。在一個實施例中，計量光管160用以經由任選的光纖光纜164與感測器162耦合，例如光學高溫計。計量光管160可具有約1mm至約2mm的直徑，且經配置以定位於光管結構127之至少一部分之間。計量光管160之長度可從壁構件114之表面延伸至計量光管160之設置於燈頭組件105之外殼123下方的末端。使得一或更多個計量光管160，例如計量光管160之陣列，位於壁構件114之正下方處的光管陣列101內的特定徑向位置或區域處，允許於顯著地 靠近基板支撐件109之平面及/或基板102的位置處的溫度感測。計量光管160與基板支撐件109及/或基板102之接近性允許較小測量部位，此舉使得溫度控制較精細。
製程氣體可自製程氣源136供應而經由形成在基環113之側壁中的製程氣體入口138引入製程區域112中。製程氣體入口138經配置以將製程氣體導向於大致上徑向朝內的方向。在薄膜形成處理期間，基板支撐件109可位於處理位置中，該處理位置鄰近製程氣體入口138且於與製程氣體入口138大約相同高度處，從而允許製程氣體以層流機制(laminar flow regime)跨基板102之上表面向上流且沿著流動路徑140繞流。製程氣體經由位於製程腔室100之與製程氣體入口138相反側上的氣體出口144離開製程區域112(沿著流動路徑142)。可藉由耦接至氣體出口144的真空泵146來促進經由氣體出口144的處理氣體之移除。由於製程氣體入口138與氣體出口144彼此對準且設置於近似相同高度處，吾人相信如此平行安置當與上部圓頂111結合時將會使基板102各處有大致上平坦、均勻的氣體流動。藉由經由基板支撐件109的基板102之旋轉可提供進一步徑向均勻性。
淨化氣體可自淨化氣源148供應而經由形成在基環113之側壁中的任選的淨化氣體入口150而供應至淨化區域129。淨化氣體入口150設置於製程氣體入口138下方的某高度處。若使用圓形遮罩物122或預加熱環 (未圖示)，則圓形遮罩物或預加熱環可設置於製程氣體入口138與淨化氣體入口150之間。無論在何種情況下，淨化氣體入口150經配置以將淨化氣體導向於大致上徑向朝內的方向。在薄膜形成處理期間，基板支撐件109可位於某位置中，該位置使得淨化氣體以層流機制跨越基板支撐件109之背側107向下流且沿著流動路徑152繞流。在不受限於任何特定理論的情況下，吾人相信淨化氣體之流動防止或實質上避免製程氣體流動進入淨化區域129，或減低製程氣體進入淨化區域129(亦即，基板支撐件109下的區域)之擴散。淨化氣體離開淨化區域129(沿著流動路徑154)且經由氣體出口144排出製程腔室，氣體出口144位於製程腔室100之與淨化氣體入口150相反的側上。
類似地，在淨化期間，基板支撐件109可位於舉升的位置處，以允許淨化氣體跨基板109之背側107橫向地流動。本領域具有習知技藝者應認知，圖示的製程氣體入口、淨化氣體入口及氣體出口是為了說明目的，由於可調整氣體入口或出口之位置、尺寸或數量等等以進一步促進基板102上均勻的材料沉積。另一個選項可為經由製程氣體入口138提供淨化氣體。若需要的話，則淨化氣體入口150可經配置以將淨化氣體導向於朝上的方向，以將製程氣體限制在製程區域112中。
第2A圖及第2B圖為圖示可利用於第1圖之熱製程腔室100中的光管陣列101之一個實施例的剖面視 圖。第2A圖為跨第1圖之剖面線2B-2B的光管陣列101之剖面視圖。第2B圖為跨第2A圖之剖面線2B-2B的光管陣列101之剖面視圖。第1圖中所示的升舉銷119及軸117以及計量光管160並未圖示於第2A圖及第2B圖中。光管陣列101可耦接至燈頭組件105(第2A圖中圖示燈頭組件105之一部分)。
在此實施例中光管陣列101包含周圍外殼159、壁構件114及夾在壁構件114與燈頭組件105之間的光管結構127。壁構件114可由光學透光材料所製成，例如石英或藍寶石。同樣地，周圍外殼159可由光學透光材料所製成，例如石英。本文所使用的用語「光學透光」為材料穿透輻射的能力，輻射舉例而言為光波或其他用於加熱其他物體的波長，且特定而言，於可見光光譜的波長以及於非可見光光譜例如紅外(IR)光譜的波長。在一個實施例中壁構件114可藉由擴散焊接處理或其他適合的接合方法接合至光管結構127。光管結構127中之各者皆可為固態結構，例如由光學透光材料所製成的桿(rod)，舉例而言為與壁構件114相同的材料(亦即，熔融石英或藍寶石)。雖然未圖示，光管結構127可為中空型光管，其中中空核心由反射壁所環繞且具有與圓形管狀、六邊形管狀或其他多邊形管狀之剖面相似的剖面形狀。
光管結構127之剖面如第2B圖中所示於平面視圖中可包含圓形形狀(亦即，圓形剖面)。然而，光管結構127於平面視圖中可以矩形形狀、三角形形狀、菱形形 狀或上述之組合或其他多邊形及/或不規則形狀所形成。光管結構127於正視圖中可為柱狀的。於正視圖中，光管結構127中之各者如第2A圖中所示皆包含實質上彼此平行的側邊，或皆包含收斂或發散的側邊使得於正視圖中形成圓錐形狀。
如第2A圖中所示，光管結構127中之各者皆包含縱向軸A，縱向軸A實質上與壁構件114之主表面之平面垂直。當壁構件114耦接至周圍外殼159及燈頭組件105時，在周圍外殼159之內部側壁內可含有密封的內部體積200，以及在光管結構127、壁構件114與燈頭組件105之外殼123之間的孔隙(void)207。在某些實施例中，周圍外殼159可包含入口205及出口210。入口205及出口210可耦接至冷卻劑源215，冷卻劑源215將流體循環通過密封的內部體積200以及光管結構127之間的孔隙207，用以冷卻光管陣列101。流體可為水、乙二醇、氮(N2)、氦(He)或其他用作為熱交換介質的流體。小縫隙220(圖示於第2B圖中)提供流體繞光管結構127的流動，以促進光管結構127中之各者的冷卻。除了使冷卻流體流過入口205及出口210之外，或作為替代者，入口205及出口210中之一者或兩者可耦接至真空泵(圖示於第2A圖中)，用以提供低壓給密封的內部體積200及光管結構127之間的孔隙207及縫隙220。可利用真空泵來降低密封的內部體積200及孔隙207中的壓力，此舉可提供 熱製程腔室100之內部體積與密封的內部體積200之間的壓力梯度之降低。
第3A圖及第3B圖分別為圖示光管陣列300之另一個實施例的平面視圖及等角視圖。光管陣列300包含複數個光管結構127且可由第1圖之燈頭組件105所利用。用於第1圖之升舉銷119及軸117之中心開口並未圖示於第3A圖及第3B圖上。根據此實施例的光管陣列300之光管結構127在平面視圖中為六邊形的(亦即，六邊形剖面)。在某些實施例中，光管結構之形狀可混合，除了其他形狀及組合之外，例如六邊形形狀光管結構127與圓形形狀光管結構127之混合。
光管結構127中之各者可為稜鏡，稜鏡使來自能量源104(圖示於第1圖中)的光平滑，因此改善來自能量源104的能量之輻射量分佈。光管結構127可耦接至壁構件114，放置於鄰近壁構件114處，或與壁構件114接觸。或者，光管結構127可與壁構件114整合。
形成光管陣列101的一個方法包含研磨(milling)光學透光材料塊以產生光管結構127之步驟。光學透光材料板可於特定角度及深度下經精密研磨以產生如上討論的具有多邊形形狀剖面的光管結構127。可利用切口來形成環繞光管結構127的孔隙。將光管結構127形成為在材料中達特定深度使得壁構件114與光管結構127整合。藉由接合處理例如陶瓷焊料技術、密封玻璃接合、擴散焊接處理或其他適合的接合方法，另一個透 光板材可接合至光管結構127。當特定形狀的光學透光材料桿用於光管結構127時，藉由接合處理例如陶瓷焊料技術、密封玻璃接合、擴散焊接處理或其他適合的接合方法，光管結構127可接合至壁構件114。
在一個實施例中光管結構127之緊密堆疊安置的尺寸經設置且分隔為與輻射熱源106(圖示於第1圖中)之管115中的各者實質上軸向對準。然而，亦可利用管115與光管結構127之間的某些不對準來提供高功率密度及良好空間解析度。此外，在某些習知燈頭中輻照圖案為不規則的，此可能是由於燈具中的製造變異。然而，在某些實施例中，光管陣列101之光管結構127亦可於目標平面(亦即，被加熱的基板之表面)處產生較平滑的輻照圖案，因此使得燈頭組件105由於在光管結構127內的混合而較不依賴燈具至燈具的製造差異。
第4A圖為可由第1圖之燈頭組件105所利用的光管陣列400之另一個實施例之等角視圖。第4B圖為第4A圖之光管陣列400之一部分之放大俯視圖。用於第1圖之升舉銷119及軸117的中心開口並未圖示於第4A圖及第4B圖上。在此實施例中，複數個光管結構127耦接至壁構件405及第二板410，壁構件405可與壁構件114相似而作為第一板。第二板410可包含穿孔415，光管結構127中之一者可插入穿過穿孔415。另外，第二板410與光管結構127可一體地形成，或光管結構127可耦接至第二板410之兩相反側。
穿孔415可包含一或更多個接觸構件420，接觸構件420向內投射且接觸光管結構127之一部分。接觸構件420可用以將光管結構127分隔遠離第二板410。第二板410可由金屬材料、耐熱塑膠材料或陶瓷材料所製成。當形成第二板410時，穿孔415及接觸構件420可藉由沖壓或製模來形成。
在某些實施例中，壁構件405還可包含與第二板410中所形成的穿孔415相似的穿孔，且壁構件405可由與第二板410相同的材料所製成。因此，壁構件405及第二板410中之一者或兩者可作為在陣列425中對準且固定個別光管結構127的索引板(indexing plate)。然後陣列425可被安裝於燈頭組件105(圖示於第1圖中)上，使得光管結構127之表面430可靠近壁構件114(圖示於第1圖中)或與壁構件114接觸。在此實施例中，光管結構127在平面視圖中為六邊形形狀，但可具有能促使緊密堆疊陣列的其他形狀。其他形狀包含圓錐形、不規則五邊形、三角形、正方形或菱形。測試得到的結論為相較於圓形形狀的光管結構之輻射圖案，光管結構127之緊密堆疊陣列在鄰近的光管結構127之角落區域435中提供更多輻射。
第5A圖為可由第1圖之燈頭組件105所利用的光管陣列500之一部分之另一個實施例之示意側面剖面圖。第5B圖為光管陣列500之等角視圖。光管陣列500包含複數個光管結構127(在第5A圖及第5B圖中僅圖示 一個光管結構127)，光管結構127安裝在燈頭組件105之管115上。光管結構127包含接口505(亦即，接口部分)，接口505具有能夠至少部分地插入管115中的剖面尺度(亦即，直徑)。在一個實施例中，接口505之剖面尺度小於光管結構127之剩餘部分之剖面尺度。當安裝於第1圖之熱製程腔室100中時，表面430可放置於靠近壁構件114處或與壁構件114接觸。在一個實施例中，光管結構127包含約40mm的高度H且接口505可具有約0.5mm的長度L。取決於燈具及反射體管115，由光管結構127所提供的輻射圖案的範圍可自幾乎完美高斯(Gaussian)至中心更尖的光束(more peaked center beam)或更平坦的輪廓。
雖然光管結構127圖示為六邊形形狀，光管結構127可具有其他多邊形形狀以及具有圓形形狀。然而，使光管結構127具有尖銳的角落510降低了輻照圖案中的縫隙(亦即，相較於圓形的光管結構之輻照圖案，在角落區域435中(圖示於第4圖中)提供更多輻照)。在某些實施例中，能量源104(在第5A圖中僅圖示一個能量源104)包含燈絲515和引線520，且引線520可能導致陰影。陰影有時在輻照圖案中為顯著的。然而，具有一或更多個側邊525的光管結構127之利用顯著地減低陰影。增加側邊之數量亦可減低方位角不規則性(azimuthal irregularity)。在某些實施例中，光管結構127之下表面可具有起伏的(contoured)表面530，以改變進入光 管結構127之主體的光分佈。舉例而言，起伏的表面530可作為透鏡。起伏的表面530可用以相對於光管結構127之縱向軸呈一角度導光。舉例而言，起伏的表面530可用以將光導向第1圖之熱製程腔室100之中心。
第6圖為圖示在基板上於不同徑向位置處自六邊形緊密堆疊的燈具陣列的輻照曲線的圖形600。燈具陣列包含多個能量源，例如本文所述的能量源104，且在不使用光管結構下(曲線605)、使用圓柱狀光管結構下(曲線610)、使用六邊形光管結構下(曲線615)模擬。在圖形的中心處的直虛線620、625及630分別指示無光管之平均、圓柱狀光管之平均及六邊形光管結構之平均。
當相等功率供應至燈具陣列中全部的能量源時，輻照值的平均大於在沒有光管結構的情況下的輻照值(曲線605)及圓柱狀光管結構的輻照值(曲線610)。此外，輻照圖案比起曲線605及曲線610中任一者更為平滑得多。
其他模擬在與第1圖之熱製程腔室100相似的熱製程腔室中實行，該熱製程腔室具有耦接至該熱製程腔室、與輻射熱源106相似的熱源，除了該熱源設置於腔室之上部分之外。舉例而言，參照第1圖，輻射熱源106及上部圓頂111之位置將交換，使得輻射熱源106將面向基板102之裝置側128。壁構件114可設置於輻射熱源106與基板102之間。具有以此配置的能量源104的輻射熱源 106將作為第7圖中所示的圖形700所示的結果之燈具陣列。
第7圖為圖示在基板上於不同徑向位置處自燈具陣列的輻照曲線的圖形700。在不使用光管結構下(曲線705)、使用圓柱狀光管結構下(曲線710)、使用六邊形光管結構下(曲線715)測試燈具陣列。在圖形的中心處的直虛線725及730分別指示無光管之平均及圓柱狀光管之平均。靠近圖形700之底部的直虛線735指示六邊形光管結構之平均。曲線720是為了與其他曲線較容易比較而經縮放尺度的線735。
當相等功率供應至燈具陣列中全部的能量源時，相較於六邊形光管結構之輻照值(曲線615)，在無光管結構的情況下(曲線605)及圓柱狀光管結構下(曲線610)輻照值較大。然而，比起圓柱狀光管結構及無光管結構的情況下，六邊形光管結構之輻照圖案更為平滑得多。
如本文所述的光管陣列101、300、400及500之利用允許燈頭組件105(圖示於第1圖及第2圖中)設置於腔室內部體積之外側。在某些實施例中，如本文所述的光管陣列101、300、400及500之壁構件114提供製程腔室邊界(舉例而言，處理發生處的內部體積之邊界)。可利用密封件例如O形環及類似者來密封腔室內部體積且允許燈頭組件105放置於內部體積之外部。如本文所述的光管陣列101、300、400及500之利用允許提供 增強的強度及/或改善能量源104之輻照圖案(圖示於第1圖及第5A圖中)。
雖然前述是針對具體實施例，在不脫離實施例之基本範疇的情況下，可設計其他及進一步實施例，且本案之範疇由以下申請專利範圍所決定。
101‧‧‧光管陣列
105‧‧‧燈頭組件
114‧‧‧壁構件
123‧‧‧外殼
127‧‧‧光管結構
159‧‧‧周圍外殼
200‧‧‧密封的內部體積
205‧‧‧入口
207‧‧‧孔隙
210‧‧‧出口
215‧‧‧冷卻劑源
A‧‧‧縱向軸

Claims (23)

  1. 一種用於一熱製程腔室中的光管陣列，該光管陣列包括：一壁構件；及複數個光管結構，該複數個光管結構設置於鄰近該壁構件之一主表面處，該複數個光管結構中之各者皆包括一透光材料且具有一縱向軸，該複數個光管結構中之至少一部分包括一稜鏡且以該縱向軸與該壁構件之該主表面之一平面呈實質上正交關係的方式放置。
  2. 如請求項1所述之光管陣列，其中該壁構件包括一透光材料。
  3. 如請求項1所述之光管陣列，進一步包括一或更多個板，該一或更多個板固定該複數個光管結構中之各者。
  4. 如請求項1所述之光管陣列，其中該一或更多個板具有形成通過該一或更多個板的穿孔，各穿孔皆具有設置於該穿孔中的該等光管結構中之一者。
  5. 如請求項1所述之光管陣列，進一步包括一輻射熱源，該輻射熱源耦接至該光管陣列，其中該複數個光管結構中之各者皆具有一接口部分，該接口部分與該輻射熱源之一管耦接。
  6. 如請求項1所述之光管陣列，其中該複數個 光管結構中之各者皆耦接至該壁構件。
  7. 如請求項1所述之光管陣列，其中該複數個光管結構中之各者皆包括一柱狀結構。
  8. 如請求項7所述之光管陣列，其中各柱狀結構皆包括一固態結構，該固態結構具有一圓形剖面。
  9. 如請求項7所述之光管陣列，其中各柱狀結構皆包括一固態結構，該固態結構具有一六邊形剖面。
  10. 如請求項1所述之光管陣列，其中該複數個光管結構中之至少一部分相對於該壁構件之該主表面之該平面呈傾斜。
  11. 一種製程腔室，包括：一腔室，該腔室具有一內部體積；一光管陣列，該光管陣列耦接至該腔室，該光管陣列包括複數個光管結構，該複數個光管結構由一透光材料製成，該複數個光管結構中之各者皆設置於鄰近一壁構件處，該壁構件界定該腔室之該內部體積之一邊界；及一輻射熱源，該輻射熱源包括複數個能量源，該複數個能量源與該複數個光管結構中之各者光學通訊。
  12. 如請求項11所述之製程腔室，進一步包括一或更多個板，該一或更多個板以與該壁構件呈實質上平行關係的方式設置。
  13. 如請求項12所述之製程腔室，其中該一或更多個板具有形成於該一或更多個板中的穿孔，該等穿孔固定該複數個光管結構中之各者。
  14. 如請求項11所述之製程腔室，其中該複數個光管結構中之各者皆具有一接口部分，該接口部分與該輻射熱源之一管耦接。
  15. 如請求項11所述之製程腔室，其中該複數個光管結構中之各者皆耦接至該壁構件。
  16. 如請求項11所述之製程腔室，其中該複數個光管結構中之各者皆包括一柱狀結構。
  17. 如請求項16所述之製程腔室，其中各柱狀結構皆包括一固態結構，該固態結構具有一圓形剖面。
  18. 如請求項16所述之製程腔室，其中各柱狀結構皆包括一固態結構，該固態結構具有一六邊形剖面。
  19. 一種製程腔室，包括：一腔室，該腔室具有一內部體積；一光管陣列，該光管陣列耦接至該腔室，該光管陣列包括：一透光壁構件；複數個光管結構，該複數個光管結構設置於鄰近該壁構件之一主表面處，該複數個光管結構中之各者皆 包括一透光材料且具有一縱向軸，該複數個光管結構中之至少一部分以該縱向軸與該壁構件之該主表面之一平面呈實質上正交關係的方式放置並且接觸該壁構件；及一輻射熱源，該輻射熱源包括複數個能量源，各能量源與該複數個光管結構中之一或更多者光學通訊。
  20. 如請求項19所述之製程腔室，其中該複數個光管結構中之至少一部分相對於該壁構件之該主表面之該平面呈傾斜。
  21. 如請求項19所述之製程腔室，其中該複數個光管結構中之各者皆包括一柱狀結構。
  22. 如請求項21所述之製程腔室，其中各柱狀結構皆包括一固態結構，該固態結構具有一圓形剖面。
  23. 如請求項21所述之製程腔室，其中各柱狀結構皆包括一固態結構，該固態結構具有一六邊形剖面。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10475674B2 (en) * 2015-03-25 2019-11-12 SCREEN Holdings Co., Ltd. Light irradiation type heat treatment apparatus and method for manufacturing heat treatment apparatus
JP6587955B2 (ja) * 2016-02-24 2019-10-09 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP6847610B2 (ja) * 2016-09-14 2021-03-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
KR101846509B1 (ko) * 2017-03-29 2018-04-09 (주)앤피에스 열원 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치
JP7274512B2 (ja) 2018-06-26 2023-05-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 温度を測定するための方法及び装置
US11257671B2 (en) * 2018-09-28 2022-02-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method and system of control of epitaxial growth
US11680338B2 (en) 2019-12-19 2023-06-20 Applied Materials, Inc. Linear lamp array for improved thermal uniformity and profile control
US11959173B2 (en) * 2021-03-18 2024-04-16 Asm Ip Holding B.V. Methods of forming structures, semiconductor processing systems, and semiconductor device structures

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5305417A (en) * 1993-03-26 1994-04-19 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for determining wafer temperature using pyrometry
US6072160A (en) * 1996-06-03 2000-06-06 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for enhancing the efficiency of radiant energy sources used in rapid thermal processing of substrates by energy reflection
US6434327B1 (en) * 1990-01-19 2002-08-13 Applied Materials, Inc. Rapid thermal heating apparatus and method including an infrared camera to measure substrate temperature
US20140027092A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Applied Materials, Inc. Chambers with improved cooling devices

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3761678A (en) * 1971-05-03 1973-09-25 Aerojet General Co High density spherical modules
US5156820A (en) * 1989-05-15 1992-10-20 Rapro Technology, Inc. Reaction chamber with controlled radiant energy heating and distributed reactant flow
EP0695922B1 (en) * 1990-01-19 2001-11-21 Applied Materials, Inc. Heating apparatus for semiconductor wafers or substrates
US5154512A (en) 1990-04-10 1992-10-13 Luxtron Corporation Non-contact techniques for measuring temperature or radiation-heated objects
US5215588A (en) * 1992-01-17 1993-06-01 Amtech Systems, Inc. Photo-CVD system
US5444815A (en) * 1993-12-16 1995-08-22 Texas Instruments Incorporated Multi-zone lamp interference correction system
US5892886A (en) * 1996-02-02 1999-04-06 Micron Technology, Inc. Apparatus for uniform gas and radiant heat dispersion for solid state fabrication processes
US6461036B1 (en) 1999-03-29 2002-10-08 Axcelis Technologies, Inc. System and method for determining stray light in a thermal processing system
US6350964B1 (en) * 2000-11-09 2002-02-26 Applied Materials, Inc. Power distribution printed circuit board for a semiconductor processing system
US7015422B2 (en) 2000-12-21 2006-03-21 Mattson Technology, Inc. System and process for heating semiconductor wafers by optimizing absorption of electromagnetic energy
JP2002208466A (ja) * 2001-01-05 2002-07-26 Tokyo Electron Ltd 加熱ランプと加熱処理装置
US8536492B2 (en) * 2003-10-27 2013-09-17 Applied Materials, Inc. Processing multilayer semiconductors with multiple heat sources
US20080090309A1 (en) 2003-10-27 2008-04-17 Ranish Joseph M Controlled annealing method
US8658945B2 (en) 2004-02-27 2014-02-25 Applied Materials, Inc. Backside rapid thermal processing of patterned wafers
US7283734B2 (en) 2004-08-24 2007-10-16 Fujitsu Limited Rapid thermal processing apparatus and method of manufacture of semiconductor device
US7509035B2 (en) * 2004-09-27 2009-03-24 Applied Materials, Inc. Lamp array for thermal processing exhibiting improved radial uniformity
JP4940635B2 (ja) * 2005-11-14 2012-05-30 東京エレクトロン株式会社 加熱装置、熱処理装置及び記憶媒体
US7978964B2 (en) * 2006-04-27 2011-07-12 Applied Materials, Inc. Substrate processing chamber with dielectric barrier discharge lamp assembly
US7547633B2 (en) * 2006-05-01 2009-06-16 Applied Materials, Inc. UV assisted thermal processing
US8314368B2 (en) * 2008-02-22 2012-11-20 Applied Materials, Inc. Silver reflectors for semiconductor processing chambers
US8548311B2 (en) * 2008-04-09 2013-10-01 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for improved control of heating and cooling of substrates
US8367983B2 (en) * 2008-04-09 2013-02-05 Applied Materials, Inc. Apparatus including heating source reflective filter for pyrometry
CN104064499B (zh) 2008-05-02 2018-04-20 应用材料公司 用于旋转基板的非径向温度控制系统
US20120145697A1 (en) * 2009-08-18 2012-06-14 Tokyo Electron Limmited Heat treatment apparatus
US9905444B2 (en) 2012-04-25 2018-02-27 Applied Materials, Inc. Optics for controlling light transmitted through a conical quartz dome
US10410890B2 (en) 2013-06-21 2019-09-10 Applied Materials, Inc. Light pipe window structure for thermal chamber applications and processes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6434327B1 (en) * 1990-01-19 2002-08-13 Applied Materials, Inc. Rapid thermal heating apparatus and method including an infrared camera to measure substrate temperature
US5305417A (en) * 1993-03-26 1994-04-19 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for determining wafer temperature using pyrometry
US6072160A (en) * 1996-06-03 2000-06-06 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for enhancing the efficiency of radiant energy sources used in rapid thermal processing of substrates by energy reflection
US20140027092A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Applied Materials, Inc. Chambers with improved cooling devices

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