特許 6242861 円錐形の石英ドームを通って伝送される光を制御する光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6242861

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】円錐形の石英ドームを通って伝送される光を制御する光学系

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20171127BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20171127BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   H01L21/285 C

   H01L21/31 B

   C23C16/46

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-508956(P2015-508956)

(86)(22)【出願日】2013年3月6日

(65)【公表番号】特表2015-516688(P2015-516688A)

(43)【公表日】2015年6月11日

(86)【国際出願番号】US2013029344

(87)【国際公開番号】WO2013162712

(87)【国際公開日】20131031

【審査請求日】2016年3月4日

(31)【優先権主張番号】61/637,998

(32)【優先日】2012年4月25日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/662,166

(32)【優先日】2012年6月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】ラニッシュ， ジョゼフ エム．

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００２−５２９９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５９９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学的に透明なドームを含むチャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記光学的に透明なドームに隣接して配置された複数のランプと、
前記チャンバ本体内で前記複数のランプと前記基板支持体上に位置決めされた基板との間に位置決めされた光集束アセンブリであって、前記複数のランプから放出される放射エネルギーに影響を与えるように適合された光集束アセンブリと、を備え、
前記光集束アセンブリが、複数の同心リング、またはリングに対する多角形の近似を備え、前記複数の同心リング、またはリングに対する多角形の近似は、光学的に透明な材料から形成されており、
前記複数の同心リング、またはリングに対する多角形の近似は、内部に中空の空洞を含み、前記中空の空洞の内面は、当該内面上に反射性の被覆を有している、プロセスチャンバ。

【請求項2】

前記同心リングの少なくともいくつかが、異なる高さを有する、請求項１に記載のプロセスチャンバ。

【請求項3】

前記同心リングがそれぞれ、２．５ミリメートル〜３５ミリメートルの範囲内の厚さを有する、請求項１に記載のプロセスチャンバ。

【請求項4】

光学的に透明なドームを含むチャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記光学的に透明なドームに隣接して配置された複数のランプと、
前記チャンバ本体内で前記複数のランプと前記基板支持体上に位置決めされた基板との間に位置決めされた光集束アセンブリであって、前記複数のランプから放出される放射エネルギーに影響を与えるように適合された光集束アセンブリと、を備え、
前記光集束アセンブリが、複数の同心リング、またはリングに対する多角形の近似を含み、
前記基板支持体に結合された支持シャフトが、前記複数の同心リングの最も内側のリングの中心を通って配置され、前記支持シャフトが、石英から形成され、中空の空洞を収容する、プロセスチャンバ。

【請求項5】

前記光集束アセンブリが、隣接する同心リング間に配置された複数の屈折要素をさらに備える、請求項１に記載のプロセスチャンバ。

【請求項6】

前記屈折要素が凸レンズまたは凹レンズを含む、請求項５に記載のプロセスチャンバ。

【請求項7】

前記屈折要素が、フレネルレンズを含み、前記ランプが、前記チャンバ本体の処理領域の外側に位置決めされる、請求項５に記載のプロセスチャンバ。

【請求項8】

光学的に透明なドームを含むチャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体であって、前記基板支持体から支持シャフトが延びる、基板支持体と、
前記光学的に透明なドームに隣接して配置された複数のランプと、
前記チャンバ本体内で前記光学的に透明なドームと前記基板支持体との間に位置決めされた光集束アセンブリであって、前記光学的に透明なドームの上面と接触しており、前記複数のランプから放出される放射エネルギーに影響を与えるように適合された光集束アセンブリと、を備え、
前記光集束アセンブリが、複数の同心リング、またはリングに対する多角形の近似を備え、前記複数の同心リング、またはリングに対する多角形の近似は、光学的に透明な材料から形成されており、
前記複数の同心リング、またはリングに対する多角形の近似は、内部に中空の空洞を含み、前記中空の空洞の内壁は、当該内壁上に反射性の被覆を有している、プロセスチャンバ。

【請求項9】

前記支持シャフトが中空の空洞を含む、請求項８に記載のプロセスチャンバ。

【請求項10】

前記同心リングが石英を含む、請求項９に記載のプロセスチャンバ。

【請求項11】

前記光集束アセンブリが、隣接する同心リング間に配置された複数の屈折要素をさらに備え、前記屈折要素が、凹レンズ、凸レンズ、またはフレネルレンズを含む、請求項９に記載のプロセスチャンバ。

【請求項12】

光学的に透明な材料から形成された複数の同心リングであって、各同心リングが内部に中空の空洞を有する、複数の同心リングと、
前記中空の空洞内に配置された反射性材料と、を備える光学アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、概して、半導体基板などの基板を加熱する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板は、集積デバイスおよびマイクロデバイスの製造を含む多種多様な適用分野向けに処理される。基板を処理する１つの方法は、誘電体材料または導電性金属などの材料を基板の上面に堆積させることを含む。材料は、横向きの流れチャンバ内で、支持体上に位置決めされた基板の表面に対して平行にプロセスガスを流し、このプロセスガスを熱分解してガスからの材料を基板表面上へ堆積させることによって堆積させることができる。加熱された基板はプロセスガスの熱分解を容易にするので、基板上で均一な堆積を行うには均一な基板温度を有することが望ましい。基板の温度の不均一性は、基板上で不均一な材料堆積をもたらす可能性があり、それによって最終的に、最終の製品デバイスの性能に影響を与える。

【0003】

したがって、基板を均一に加熱する装置が必要とされている。

【発明の概要】

【0004】

本明細書に記載する実施形態は、概して、基板を加熱する装置に関する。この装置は、概して、基板支持体を有するプロセスチャンバを含む。光学的に透明なドームを通って基板支持体上に位置決めされた基板へ放射エネルギーを提供するように、複数のランプが位置決めされる。基板上の加熱および温度分布に影響を与え、密度などの均一な特性を有する、基板上の膜の形成を容易にするように、光集束アセンブリがチャンバ内に位置決めされる。光集束アセンブリは、１つまたは複数のリフレクタ、光導波管、または屈折レンズを含むことができる。

【0005】

一実施形態では、プロセスチャンバは、光学的に透明なドームを含むチャンバ本体を備える。チャンバ本体内に、基板支持体が配置される。光学的に透明なドームに隣接して、複数のランプが配置される。チャンバ本体内で複数のランプと基板支持体上に位置決めされた基板との間に、光集束アセンブリが位置決めされる。光集束アセンブリは、複数のランプから放出される放射エネルギーに影響を与えるように適合される。

【0006】

別の実施形態では、プロセスチャンバは、光学的に透明なドームを含むチャンバ本体を備える。チャンバ本体内に、基板支持体が配置される。基板支持体は支持シャフトを有し、基板支持体から支持シャフトを通って中空の空胴が延びる。光学的に透明なドームに隣接して、複数のランプが配置される。チャンバ本体内で光学的に透明なドームと基板支持体との間に、光集束アセンブリが位置決めされる。光集束アセンブリは、光学的に透明なドームの上面と接触しており、複数のランプから放出される放射エネルギーに影響を与えるように適合される。

【0007】

別の実施形態では、光学アセンブリは、光学的に透明な材料から形成された複数の同心リングを備える。各同心リングは、中空の空胴を有する。同心リングの中空の空胴内に反射性材料が配置され、複数の屈折要素が、隣接する同心リングを結合する。

【0008】

本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態による処理チャンバの概略断面図である。

【図2A】本発明の一実施形態による光集束アセンブリの概略図である。

【図2B】本発明の一実施形態による光集束アセンブリの概略図である。

【図3A】本発明の他の実施形態による光集束アセンブリの概略図である。

【図3B】本発明の他の実施形態による光集束アセンブリの概略図である。

【図3C】本発明の他の実施形態による光集束アセンブリの概略図である。

【図3D】本発明の他の実施形態による光集束アセンブリの概略図である。

【図4】本発明の別の実施形態による光集束アセンブリを示す図である。

【図5】本発明の別の実施形態による光集束アセンブリを示す図である。

【図6】本発明の別の実施形態による光集束アセンブリを示す図である。

【図7】本発明の別の実施形態による光集束アセンブリを示す図である。

【図8A】本発明の一実施形態によるリングの斜視図である。

【図8B】本発明の一実施形態によるリングの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すために同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図される。

【0011】

本明細書に記載する実施形態は、概して、基板を加熱する装置に関する。この装置は、概して、基板支持体を有するプロセスチャンバを含む。光学的に透明なドームを通って基板支持体上に位置決めされた基板へ放射エネルギーを提供するように、複数のランプが位置決めされる。基板上の加熱および温度分布に影響を与え、密度などの均一な特性を有する、基板上の膜の形成を容易にするように、光集束アセンブリが光学的に透明なドームと基板支持体との間に位置決めされる。光集束アセンブリは、１つまたは複数のリフレクタ、光導波管、または屈折レンズを含むことができる。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態による処理チャンバ１００の概略断面図である。処理チャンバ１００は、基板の上面に材料を堆積させることを含めて、１つまたは複数の基板を処理するために使用することができる。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０１と、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミック（たとえば、石英）、または被覆された金属もしくはセラミックなどの材料から形成される上部ドーム１０２とを含む。処理チャンバ１００はまた、石英などの光学的に透明な材料から形成された下部ドーム１０４を含む。下部ドーム１０４は、チャンバ本体１０１に結合されており、またはチャンバ本体１０１の一体部分である。処理チャンバ１００内で上部ドーム１０２と下部ドーム１０４との間には、基板１０８を支持するように適合された基板支持体１０６が配置される。基板支持体１０６は支持板１０９に結合されており、支持板１０９との間に間隙１１１を形成する。支持板１０９は、石英などの光学的に透明な材料から形成され、ランプ１４２からの放射エネルギーが基板支持体１０６に当たって基板支持体１０６を所望の処理温度まで加熱することを可能にする。基板支持体１０６は、炭化ケイ素または炭化ケイ素内に被覆されたグラファイトから形成され、ランプ１４２からの放射エネルギーを吸収してこの放射エネルギーを基板１０８へ伝導する。

【0013】

基板支持体１０６は高い処理位置で示されているが、アクチュエータ１１２によって基板支持体１０６を処理位置より下のローディング位置へ垂直に作動させて、リフトピン１１０が下部ドーム１０４に接触して基板支持体１０６から基板１０８を持ち上げることを可能にすることができる。次いで、ロボット（図示せず）が処理チャンバ１００に入り、スリットバルブなどの開口１１４を通って基板１０８に係合し、処理チャンバ１００から基板１０８を取り出すことができる。基板支持体１０６はまた、基板１０８の均一な処理を容易にするために、アクチュエータ１１２によって処理中に回転するように適合される。

【0014】

基板支持体１０６は、処理位置に位置する間、処理チャンバ１００の内部体積をプロセスガス領域１１６とパージガス領域１１８に分割する。プロセスガス領域１１６は、基板支持体１０６が処理位置に位置する間、上部ドーム１０２と基板支持体１０６の平面１２０との間に位置する内部チャンバ体積を含む。パージガス領域１１８は、下部ドーム１０４と平面１２０との間に位置する内部チャンバ体積を含む。

【0015】

パージガス源１２２から供給されるパージガスが、チャンバ本体１０１の側壁内に形成されたパージガス入り口１２４を通ってパージガス領域１１８へ導入される。パージガスは、支持体１０６の裏面全体にわたって流路１２６に沿って横方向に流れ、処理チャンバ１００のうちパージガス入り口１２４とは反対側に位置するパージガス出口１２８を通ってパージガス領域１１８から排出される。パージガス出口１２８に結合された排出ポンプ１３０は、パージガス領域１１８からのパージガスの除去を容易にすることができる。

【0016】

プロセスガス供給源１３２から供給されるプロセスガスは、チャンバ本体１０１の側壁内に形成されたプロセスガス入り口１３４を通ってプロセスガス領域１１６内へ導入される。プロセスガスは、流路１３６に沿って基板１０８の上面全体にわたって横方向に流れる。プロセスガスは、処理チャンバ１００のうちプロセスガス入り口１３４とは反対側に位置するプロセスガス出口１３８を通ってプロセスガス領域１１６から出る。プロセスガス出口１３８を通ってプロセスガスを除去することは、プロセスガス出口に真空ポンプ１４０を結合することによって容易になる。

【0017】

下部ドーム１０４に隣接して下部ドーム１０４より下に複数のランプ１４２が配置され、プロセスガスが基板１０８の上を通過する際に基板１０８を加熱して基板１０８の上面への材料の堆積を容易にする。これらのランプは、任意選択のリフレクタ１４３によって取り囲まれた電球１４１を含む。各ランプ１４２は電力分配板１４７に結合され、電力分配板１４７を通って電力が各ランプ１４２へ供給される。ランプ１４２は、基板支持体１０６のシャフト１２７の周りで半径が増大する環状のグループとして配置される。シャフト１２７は、石英から形成され、中空の部分または空胴１２９を収容し、基板１０８の中心付近の放射エネルギーの横方向の変位を低減させ、したがって基板１０８の均一な照射を容易にする。

【0018】

ランプ１４２は、基板１０８の表面上へのプロセスガスの熱分解を容易にするために、基板を所定の温度まで加熱するように適合される。一例では、基板上へ堆積させる材料は、第ＩＩＩ族、第ＩＶ族、および／もしくは第Ｖ族の材料とすることができ、または第ＩＩＩ族、第ＩＶ族、および／もしくは第Ｖ族のドーパントを含む材料とすることができる。たとえば、堆積させる材料は、砒化ガリウム、窒化ガリウム、または窒化アルミニウムガリウムを含むことができる。ランプは、摂氏約３００度〜摂氏約１２００度、たとえば摂氏約３００度〜摂氏約９５０度の範囲内の温度まで基板を加熱するように適合することができる。ランプ１４２からの放射エネルギーは、光集束アセンブリ１５０によって基板支持体１０６へ誘導され、基板１０８を制御可能に加熱し、したがって基板１０８上により均一な堆積をもたらす。基板１０８上の均一な堆積の結果、より高品質の基板およびより効率的な製品デバイスが得られる。光集束アセンブリ１５０は、下部ドーム１０４より上で下部ドーム１０４と接触し、パージガス領域１１８に隣接するように位置決めされる。したがって、光集束アセンブリ１５０は、処理チャンバ１００の内部体積内に位置する。

【0019】

１つまたは複数のランプ１４２がランプヘッド１４５内に位置決めされる。ランプヘッド１４５は、ランプ１４２間に位置するチャネル１４９内へ導入される冷却流体によって、処理中または処理後に冷却することができる。ランプヘッド１４５は、一部にはランプヘッド１４５が下部ドーム１０４に密接しているため、下部ドーム１０４を伝導的に冷却する。ランプヘッド１４５はまた、ランプ壁およびリフレクタ１４３の壁も同様に冷却する。

【0020】

図１は処理チャンバの一実施形態を示すが、追加の実施形態も企図される。たとえば、別の実施形態では、基板１０８の直接加熱を可能にするために、基板支持体１０６を石英などの光学的に透明な材料から形成することができることが企図される。さらに別の実施形態では、任意選択の円形のシールド１３９を基板支持体１０６の周りに配置してチャンバ本体１０１の側壁に結合することができることが企図される。別の実施形態では、プロセスガス供給源１３２は、複数のタイプのプロセスガス、たとえば第ＩＩＩ族の前駆体ガスおよび第Ｖ族の前駆体ガスを供給するように適合することができる。複数のプロセスガスは、同じプロセスガス入り口１３４を通って、または異なるプロセスガス入り口１３４を通って、チャンバ内へ導入することができる。追加として、基板１０８上の材料の均一な堆積をさらに容易にするために、ガス入り口１２４、１３４またはガス出口１２８、１３８の寸法、幅、および／または数を調整することができることも企図される。さらに別の実施形態では、ランプヘッド１４５が下部ドーム１０４と接触しないことが企図される。別の実施形態では、基板支持体１０６は、中心開口を有する環状リングまたはエッジリングとすることができ、基板１０８の周囲を支持するように適合することができる。そのような実施形態では、基板支持体１０６は、炭化ケイ素、炭化シリコンで被覆されたグラファイト、またはガラス状炭素で被覆されたグラファイトから形成することができる。

【0021】

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態による光集束アセンブリ２５０の概略図である。図２Ａは、光集束アセンブリ２５０の斜視図を示す。図２Ｂは、断面線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取った光集束アセンブリ２５０の断面図を示す。光集束アセンブリ２５０は、光集束アセンブリ１５０に類似しており、光集束アセンブリ１５０の代わりに使用することができる。光集束アセンブリ２５０は、直径の増大する複数の同心リング２５１Ａ〜２５１Ｆを含む。リング２５１Ａ〜２５１Ｆは、光の視準、均質化、および／または基板照明の均一性を増大させるように適合される。最も中心のリング２５１Ａは、基板支持体の支持シャフトを収納するための開口２５２を含む。リング２５１Ａ〜２５１Ｆのそれぞれの隣接する垂直面間に間隙２５３が配置され、加熱ランプからの放射エネルギーが処理中にリング２５１Ａ〜２５１Ｆ間を通過して基板を加熱することを可能にする。概して、各間隙２５３は、プロセスチャンバ内のランプの１つのリングまたはゾーンに対応する。間隙２５３の寸法および数は、プロセスチャンバ内で利用されるランプの寸法および数に応じて調整することができることに留意されたい。

【0022】

リング２５１Ａ〜２５１Ｆは、石英または他の光学的に透明な材料から形成された中空のリングまたはデューア瓶であり、このリング内に形成される中空の空胴の内面２６０上に反射性材料が配置される。たとえば、内面２６０は、アルミニウム、銀、金、または他の反射性の被覆を有することができ、それによって基板の均一な加熱を容易にするための所定の方法で光などの放射エネルギーを基板の方へ反射することができる。リング２５１Ａ〜２５１Ｆ内に反射性材料を配置することで、洗浄プロセス中に利用される洗浄ガスから反射性材料を保護する。リング２５１Ａ〜２５１Ｆは、それぞれ互いに対して平行な２つの外側の垂直面２５４と、垂直面２５４に対して直角の頂面２５５とを有する。頂面２５５は概して、プロセスチャンバ内の基板に対して平行に位置決めされる。各リング２５１Ａ〜２５１Ｆの底面２５６は、上面２５５に対して角度を付けて位置決めされる。底面２５６の角度は、底面２５６と下部ドームとの間の接触を容易にするために、プロセスチャンバ内の下部ドームの角度に整合するように選択される。２つの最も内側のリング２５１Ａおよび２５１Ｂの頂面２５５は、残りのリング２５１Ｃ〜２５１Ｆの頂面２５５の平面より下に配置されることに留意されたい。最も内側のリング２５１Ａおよび２５１Ｂの高さを低減させることで、基板支持体および／または基板の中心でより均一な照射を提供することによって、基板のより均一な加熱を容易にすると考えられる。しかし、いくつかの実施形態では、リング２５１Ａおよび２５１Ｂの上面は、リング２５１Ｃ〜２５１Ｆの上面と共平面とすることができることが企図される。

【0023】

リング２５１Ａ〜２５１Ｆは、約２．５ミリメートル〜約３５ミリメートル、たとえば約２．５ミリメートル〜約５ミリメートル、または約２５ミリメートル〜約３５ミリメートルの範囲内の厚さを有することができる。一例では、リング２５１Ａ〜２５１Ｆは、それぞれ約１ミリメートルの厚さを有する壁を有することができる。そのような例では、リング２５１Ａ〜２５１Ｆは、約０．５ミリメートル〜約３３ミリメートル、たとえば約０．５ミリメートル〜約３ミリメートル、または約２３ミリメートル〜約３３ミリメートルの幅を有する空胴を有することができる。空胴が約５ミリメートルより大きい幅を有する実施形態では、空胴の上面もまた、反射性材料で被覆することができる。空胴の上面上の反射性材料は、基板支持体１０６によって吸収されなかったあらゆる放射エネルギーを再び基板支持体１０６の方へ反射し、したがってプロセス効率を高める。追加として、リング２５１Ａ〜２５１Ｆのそれぞれの幅が増大するにつれて、リング間の間隙２５３は低下する。間隙寸法が低下することで、光が間隙２５３に入ることが可能な角度を低減させることによって、間隙２５３に再び入りうる放射エネルギー（たとえば、基板もしくは基板支持体から下方への反射または基板もしくは基板支持体からの直接の熱放射による）の量を低減させる。間隙２５３に入るそのような放射エネルギーは、プロセス効率を低減させることがある。

【0024】

図２Ｂに示すように、光集束アセンブリ２５０は、概して円錐形の横断面を有し、リングの半径が低下するにつれて、各リングの高さが増大する。しかし、上記のように、いくつかの実施形態では、最も内側のリング２５１Ａおよび任意選択で２５１Ｂで高さを低減させて、基板支持体の中心付近で均一な照射を促進することができる。別の実施形態では、リング２５１Ａ〜２５１Ｆの頂面をすべて共平面にすることができることが企図される。そのような実施形態では、最も内側のリング２５１Ａは、最も大きい高さを有するはずである。

【0025】

図２Ａおよび図２Ｂは光集束アセンブリの一実施形態を示すが、他の実施形態も企図される。別の実施形態では、リング２５１Ａ〜２５１Ｆを一体とすることができ、リング２５１Ａ〜２５１Ｆの外側に反射性材料を配置することができることが企図される。そのような実施形態では、反射性材料を二酸化ケイ素などの保護誘電体被覆で覆って、反射性材料を腐食性の洗浄ガスから保護することができる。さらに別の実施形態では、リング２５１Ａ〜２５１Ｆの内面２６０を反射性材料内に覆わないことが企図される。代わりに、リング２５１Ａ〜２５１Ｆのそれぞれの中に形成された空胴内に、アルミニウム箔などの反射要素を位置決めすることができる。さらに別の実施形態では、垂直面２５４または内面２６０の一方または両方は、Ｚ軸に対して角度θを付けて配置することができることが企図される。角度θは、約−２０度〜約２０度の範囲内とすることができるが、垂直面２５４または内面２６０のそれぞれに対して同じである必要はない。

【0026】

図３Ａ〜３Ｄは、本発明の他の実施形態による光集束アセンブリの概略図である。図３Ａは、光集束アセンブリ３５０の上面斜視図を示す。光集束アセンブリ３５０は光集束アセンブリ２５０に類似しているが、光集束アセンブリ３５０は、リング２５１Ａ〜２５１Ｆの下部部分に結合された屈折要素３６０を含む。屈折要素３６０は、石英などの光学的に透明な材料から形成された凸レンズ、凹レンズ、線形レンズ、フレネルレンズ、または他のレンズである。屈折要素３６０は、リング２５１Ａ〜２５１Ｆの反射特性と組み合わせて、光の視準、均質化、および／または基板照明の均一性を増大させるように適合される。それぞれの屈折要素３６０の下面は線形であり、かつリング２５１Ａ〜２５１Ｆの下面２５６と共平面であり、したがって光集束アセンブリ３５０をプロセスチャンバ内の下部ドームに嵌合させることを容易にする。

【0027】

図３Ｂは、断面線３Ｂ−３Ｂに沿って光集束アセンブリ３５０の断面図を示す。屈折要素３６０は、リング２５１Ａ〜２５１Ｆの下部の垂直エッジに結合され、リング２５１Ａ〜２５１Ｆを互いに結合し、したがって光集束アセンブリ３５０の剛性を増大させる。別の実施形態では、屈折要素３６０は、寸法および形状がプロセスチャンバの下部ドームに類似している円錐形の単体を形成することができることが企図される。そのような実施形態では、リングはこの単体の上面に結合され、次いでプロセスチャンバの下部ドーム上、または下部ドームより上に位置決めすることができる。さらに別の実施形態では、屈折要素は、プロセスチャンバ内の下部ドームに直接結合することができ、または下部ドームの一体部分として形成することができることが企図される。別の実施形態では、屈折要素３６０を別個のものとし、個々に交換可能とすることができることが企図される。

【0028】

図３Ｃは、一実施形態による光集束アセンブリ３５０の一部分の拡大概略図を示す。図３Ｃは、リング２５１Ａとリング２５１Ｂとの間でリング２５１Ａおよびリング２５１Ｂと接触するように位置決めされた屈折要素３６０Ａを示す。屈折要素３６０Ａは、屈折要素３６０Ａ近傍に位置決めされたランプから放出される放射エネルギーの視準および均質化を容易にする凸レンズである。凸形の形状を有する屈折要素３６０Ａが示されているが、凹形または線形を含む他の形状も企図される。

【0029】

図３Ｄは、別の実施形態による光集束アセンブリ３５０の一部分の拡大概略図を示す。図３Ｄに示す屈折要素３６０Ｂはフレネルレンズであり、図３Ｃに示す屈折要素３６０Ａなどの従来のレンズと比較すると、レンズを形成するのに必要とされる材料の量が低減される。屈折要素３６０Ｂを使用することで、光集束アセンブリ３５０の重量が低減される。屈折要素３６０Ａは、凸レンズ３６２を取り囲む複数の同心円状の環状区間３６１、またはフレネルゾーンを含む。屈折要素３６０Ｂの設計は例示的なものであり、拡散性の光学系などの他のレンズ設計も企図されることに留意されたい。

【0030】

別の実施形態では、屈折要素３６０Ａおよび／または３６０Ｂは、図１の支持板１０９に結合することができ、したがって基板支持体１０６によって作動されることが企図される。そのような実施形態では、光集束アセンブリ３５０を除くことができ、それによって処理チャンバ１００の設計を簡略化させ、処理チャンバ１００の生産コストを低減させることができる。さらに、光集束アセンブリ３５０を除くことができるので、下部ドーム１０４が光集束アセンブリ３５０に対する支持を提供する必要がなくなるはずであるため、下部ドーム１０４の厚さを低減させることもできる。下部ドーム１０４の厚さを減少させることで、製造コストがさらに低減される。さらに別の実施形態では、屈折要素３６０Ａおよび／または３６０Ｂを下部ドーム１０４上に位置決めすることができ、同心リング２５１Ａ〜２５１Ｆを除くことができることが企図される。そのような実施形態では、同心リングをなくす結果、生産コストが低減される。

【0031】

図４は、本発明の別の実施形態による光集束アセンブリ４５０を示す。光集束アセンブリ４５０は、光学的に透明な下部プレート４０４と光学的に透明な上部プレート４７４との間に配置されて光学的に透明な下部プレート４０４および光学的に透明な上部プレート４７４に結合された同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆを含む。光学的に透明な下部プレート４０４は、図１に示す下部ドーム１０４などの下部ドーム上に位置決めされるように寸法設定および成形される。光学的に透明な下部プレート４０４は、接着剤またはインターロック部品によって、下部ドーム１０４に結合することができる。光学的に透明な上部プレート４７４は、光学的に透明な下部プレート４０４の反対側で同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆに結合される。同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆ、光学的に透明な下部プレート４０４、および光学的に透明な上部プレート４７４は、石英などの単体の材料ブロックから機械加工することができ、または個々に構築し、次いで組み立てることができる。同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆ、下部ドーム１０４、および光学的に透明な上部プレート４７４は、同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆのそれぞれの間に間隙４７５を形成するように位置決めされる。間隙４７５は、図１に示す処理チャンバ１００などの処理チャンバ内でランプの上に位置決めされる。概して、間隙４７５は排気されて、間隙４７５内に真空を形成する。

【0032】

各間隙４７５の内面４６０（たとえば、同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆの表面）は、照明の制御を高めるために、反射性材料で被覆される。したがって、各同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆ内の中空の空胴を形成して被覆する必要はない。そのような実施形態では、反射材で被覆された表面の作製および修理が簡略化される。各間隙４７５が密封された囲壁であるため、間隙４７５内の反射性材料は、プロセスおよび洗浄ガスから保護される。

【0033】

同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆの表面４６０は、光学的に透明な下部プレート４０４または光学的に透明な上部プレート４７４内に開口を形成し、液体などの反射性材料を各間隙４７５内へ導入してその後乾燥させることによって被覆することができる。望ましくない反射性材料は、たとえばエッチングによって除去することができる。追加または別法として、反射性材料の望ましくない堆積は、堆積が望ましくない表面をマスキングすることによって低減または防止することができる。さらに別の実施形態では、たとえば、個々の構成要素から光集束アセンブリ４５０を構築するとき、組立て前に反射性材料を表面４６０上に堆積させることができる。そのような実施形態では、堆積、マスキング、および／またはエッチングを簡略化することができる。同心リング２５１Ａ〜２５１Ｆ（図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂに示す）への反射性材料の塗布も、同様に実行することができることに留意されたい。

【0034】

図４は、光集束アセンブリ４５０の一実施形態を示すが、他の実施形態も企図される。たとえば、同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆは、反射性材料で被覆された光学的に透明な材料ではなく、金属または他の反射性材料から形成することができることが企図される。たとえば、同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆは、銀、金、銅、アルミニウム、またはこれらの組合せから形成することができる。場合によっては、石英ではなく金属から同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆを製造することで、必要な製造ステップを少なくすることができ、製造コストを低減させることができる。追加として、同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆの修理および交換を簡略化することができる。

【0035】

図５は、本発明の別の実施形態による光集束アセンブリ５５０を示す。光集束アセンブリ５５０は、光集束アセンブリ４５０に類似しているが、光学的に透明な上部プレート４７４は、空間５７０のため、同心リング４５１Ａ〜４５１Ｆのすべてに接触するわけではない。したがって、間隙５７５が流体的に連通している。そのような実施形態では、間隙５７５の排気、ならびに反射性材料の塗布が簡略化される。追加として、空間５７０は、光学的に透明な下部プレート４０４と光学的に透明な上部プレート４７４との間の熱伝導経路内に切れ目を提供し、それによって上部プレート４７４から下部プレート４０４へ、したがって下部チャンバドーム１０４（図１に示す）への伝導性の熱流を低減させる。上記で論じたように、ランプヘッド１４５（図１に示す）内に配置された冷却チャネルを介して光学的に透明な下部プレート４０４および下部チャンバドーム１０４から余分な熱が除去されるため、伝導性の熱流が低減する結果、下部ドームの温度が低減し、または下部ドームの温度が最小値を有する必要がある場合、ランプヘッド内の冷却剤の流れが低減される。

【0036】

図５は、光集束アセンブリ５５０の一実施形態を示すが、他の実施形態も企図される。たとえば、光学的に透明な上部プレート４７４は、同心リング５５１Ａ〜５５１Ｅの延長部を介して個別の点で、同心リング５５１Ａ〜５５１Ｅのいくつかまたはすべてに接触することができることが企図される。同心リング５５１Ａ〜５５１Ｅと光学的に透明な上部プレート４７４との間の接触により、光集束アセンブリ５５０の構造上の剛性が増大する。そのような実施形態では、間隙５７５の流体的連通を維持するため、いくつかの空間５７０は残される。別の実施形態では、光集束アセンブリ５５０の構造上の剛性を増大させるために、隣接する同心リング５５１Ａ〜５５１Ｆ間に、光学的に透明な材料から形成されたたすき棒を位置決めすることができることが企図される。

【0037】

図６は、本発明の別の実施形態による光集束アセンブリ６５０を示す。光集束アセンブリ６５０は、複数の同心リング６５１Ａ〜６５１Ｃを含む。３つの同心リングが示されているが、より多いまたはより少ない同心リングを含むことができ、たとえば処理チャンバ内のランプの１つの輪につき１つの同心リングを含むことができることが企図される。同心リング６５１Ａ〜６５１Ｃは、石英などの光学的に透明な材料から形成され、ランプ１４２の上に位置決めされる。そのような実施形態では、同心リング６５１Ａ〜６５１Ｃは、屈折要素として機能し、ランプ１４２からの照度に影響を与えて基板の均一な処理を容易にする。同心リング６５１Ａ〜６５１Ｃは、ランプ１４２からの光の拡散を低減させ、それによって、特にランプの放射状のアレイ間で、ランプ１４２から基板上への照射の交差結合を低減させる。

【0038】

図７は、本発明の別の実施形態による光集束アセンブリ７５０を示す。光集束アセンブリ７５０は、光集束アセンブリ６５０に類似しているが、光集束アセンブリは、同心リングの多角形の近似である同心リング７５１Ｂおよび７５１Ｃを含む。同心リング７５１Ｂおよび７５１Ｃは、輪に近似するように寸法設定、成形、および組み立てられた個別の多角形７７９から構成される。各同心リング７５１Ｂおよび７５１Ｃは、複数の多角形７７９から構成され、各リング内の多角形７７９の数は、図示のものより多くまたは少なくすることができることが企図される。完全なリングではなく、多角形７７９を使用することで、ランプ１４２からの光の混合を増大させ、その結果得られる照射プロファイルが個々のランプ特性にそれほど依存しなくなることによって、より再現可能な放射プロファイルが得られる。場合によっては、多角形７７９を使用することで、ランプ１４２の分布プロファイルを改善することができる。

【0039】

各リングが同じ数の多角形７７９、したがって同じ数の小面を含む必要はない。追加として、１つまたは２つのランプ１４２の上に配置された多角形７７９が示されているが、各多角形７７９を任意の数のランプ１４２の上に位置決めすることができることが企図される。隣接する多角形７７９は、接触させることができ、または隣接する多角形７７９間に間隙を位置決めし、追加の表面を作ることによって全体的な内部反射を増大させることができることが企図される。隣接する多角形７７９の隣接する表面は、透明とすることができ、または反射性材料で被覆することができる。

【0040】

図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の一実施形態によるリング８５１の斜視図を示す。リング８５１は、本明細書に記載するいずれの実施形態でも、たとえばリング２５１Ａ、４５１Ａ、６５１Ａ、または７５１Ａとして利用することができる。リング８５１は、円形の第１の面８９０と、多角形の第２の面８９１とを含む。リング８５１は、リング８５１を通って中心に配置された開口を含む。多角形の小面の数は、所望の量の光の混合を容易にするように調整することができる。第１の面８９０および第２の面８９１のそれぞれの表面は、凹レンズまたは凸レンズなどの特有の屈折要素を含むように成形することができることが企図される。第１の面８９０と第２の面８９０を接続するリング８５１の側壁は概して平行であるが、平行でない実施形態も企図される。リング８５１は、第１の面８０９または第２の面８９１が１つまたは複数のランプの方へ位置決めされた状態で、プロセスチャンバ内に位置決めすることができる。

【0041】

多数の反射要素および屈折要素を本明細書に記載したが、反射要素または屈折要素のいずれかを、単独でまたは互いに組み合わせて利用することができることが企図される。

【0042】

本発明の利益は、プロセスチャンバ内の放射エネルギーの視準および均質化が増大することを含む。視準および均質化を増大させる結果、基板のより制御された加熱が得られ、その結果、基板上でより均一な堆積プロファイルおよび材料特性が得られる。基板上の均一な堆積プロファイルの結果、高品質でより効率的な製品デバイスが得られる。

【0043】

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】