特表 2025-505378 減圧中の石英で囲まれたヒーターの能動的冷却

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-26

(54)【発明の名称】減圧中の石英で囲まれたヒーターの能動的冷却

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/44 20060101AFI20250218BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20250218BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20250218BHJP

   H01K 1/32 20060101ALI20250218BHJP

   H01K 1/58 20060101ALI20250218BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20250218BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20250218BHJP

【ＦＩ】

H05B3/44

H01J37/317 B

H01J37/20 E

H01K1/32 A

H01K1/58

H01L21/265 603C

H05B3/10 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024543319

(86)(22)【出願日】2023-01-06

(85)【翻訳文提出日】2024-09-13

(86)【国際出願番号】 US2023010275

(87)【国際公開番号】W WO2023146742

(87)【国際公開日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】17/583,755

(32)【優先日】2022-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ムーア， ドゥルスン

(72)【発明者】

【氏名】ブレイク， ジュリアン ジー．

(72)【発明者】

【氏名】ベイリー， ヒルマン

(72)【発明者】

【氏名】シュトラスナー， ジェームズ ディー．

(72)【発明者】

【氏名】フォーダーハス， ポール

【テーマコード（参考）】

3K092

5C101

【Ｆターム（参考）】

3K092PP09

3K092QA02

3K092QB02

3K092QB27

3K092RA06

3K092RC02

3K092SS12

3K092SS13

3K092SS16

3K092SS48

3K092VV40

5C101AA25

5C101FF16

(57)【要約】

加熱ランプを許容可能温度に維持するのに効果的なヒーターアセンブリが開示される。ヒーターアセンブリは、加熱ランプ内に蓄積された望ましくない熱を冷却ベースに伝えるために放射熱伝達を利用する。熱伝達を促進するために、加熱ランプと冷却ベースとの間に１以上の高放射率膜が配置される。更に、熱を冷却ベースから離すように反射させるために、加熱ランプの一部分に反射コーティングが付加される。ヒーターアセンブリは、対流冷却に依存しないため、高減圧環境でも利用できる。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１以上の加熱ランプであって、各加熱ランプは、チューブ内に封入されたフィラメントを有する、１以上の加熱ランプ、
１以上のトラフを有する冷却ベースであって、前記１以上の加熱ランプの各々は、前記１以上のトラフの対応する１つの内に配置され、前記加熱ランプが対応する前記トラフに接触する領域は、接触エリアと呼ばれる、冷却ベース、
熱を前記接触エリアから離すように、加熱されるターゲットに向けて反射するために、前記チューブに付加された反射コーティング、及び
放射熱伝達を高めるように、前記接触エリアにおいて前記１以上の加熱ランプと前記対応するトラフとの間に配置された高放射率膜を備える、ヒーターアセンブリ。

【請求項2】

前記反射コーティングが、前記フィラメントと前記高放射率膜との間に配置されるように、前記高放射率膜が、前記１以上のトラフ内で前記冷却ベースに付加されている、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項3】

前記反射コーティングは、前記チューブの内面に付加され、前記高放射率膜は、前記チューブの外面に付加されている、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項4】

前記反射コーティングは、前記チューブの外面に付加され、前記高放射率膜は、前記反射コーティング上に付加されている、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項5】

前記冷却ベースは、前記冷却ベースを通る冷却剤の流れを可能にするために、冷却剤入口と冷却剤出口を備える、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項6】

前記冷却ベースは、下側冷却ベースに取り付けられた上側ランプハウジングを備え、前記トラフは、前記上側ランプハウジング内に配置されている、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項7】

前記１以上の加熱ランプは、前記冷却ベースに接合されている、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項8】

前記冷却ベースは、石英で作製されている、請求項７に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項9】

前記チューブの外面の５０％以下が、前記対応するトラフに接触している、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項10】

前記高放射率膜は、少なくとも０．９０の放射率を有する、請求項１に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項11】

請求項１に記載のヒーターアセンブリ、イオン源、質量分析器、及びエンドステーションを備え、前記ヒーターアセンブリとワークピースは、前記エンドステーション内に配置されている、イオン注入システム。

【請求項12】

筐体内に封入された１以上のフィラメントを備える加熱ランプであって、前記筐体は、下壁、複数の側壁、及び半透明な表面を備える、加熱ランプ、
上面を有する冷却ベースであって、前記加熱ランプの前記下壁は、前記冷却ベースの前記上面の上方に配置されている、冷却ベース、
熱を前記冷却ベースから離すように、前記半透明な表面及び加熱されるターゲットに向けて導くために、前記下壁に付加された反射コーティング、並びに
放射熱伝達を高めるように、前記加熱ランプと前記冷却ベースの前記上面との間に配置された高放射率膜を備える、ヒーターアセンブリ。

【請求項13】

前記筐体は、直方体、円筒、又はチューブを含む、請求項１２に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項14】

前記高放射率膜は、前記冷却ベースの前記上面に付加されている、請求項１２に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項15】

前記反射コーティングは、前記下壁の内面に付加され、前記高放射率膜は、前記下壁の外面に付加されている、請求項１２に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項16】

前記反射コーティングは、前記下壁の外面に付加され、前記高放射率膜は、前記反射コーティング上に付加されている、請求項１２に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項17】

前記冷却ベースは、前記冷却ベースを通る冷却剤の流れを可能にするために、冷却剤入口と冷却剤出口を備える、請求項１２に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項18】

前記高放射率膜は、少なくとも０．９０の放射率を有する、請求項１２に記載のヒーターアセンブリ。

【請求項19】

請求項１２に記載のヒーターアセンブリ、イオン源、質量分析器、及びエンドステーションを備え、前記ヒーターアセンブリとワークピースは、前記エンドステーション内に配置されている、イオン注入システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２２年１月２５日に出願された米国特許出願第17/583,755号の優先権を主張し、該米国特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。

【0002】

本開示の実施形態は、減圧内に配置された赤外線ヒーターのための能動的冷却システムに関する。

【背景技術】

【0003】

半導体デバイスの製造は、複数の個別で複雑なプロセスを含む。特定のプロセスでは、これらのプロセスの１以上を高温で行うことが有利であり得る。

【0004】

例えば、イオン源内では、異なるガスが異なる温度で最もよくイオン化され得る。より大きな分子イオンが生成されることを確実にするために、より大きな分子はより低い温度でイオン化されることが好ましい。他の種は、より高い温度で最もよくイオン化され得る。

【0005】

更に、特定の注入や他のプロセスは、高温で最もよく行われる。

【0006】

これらの高温は、ヒーターの使用を介して実現され得る。幾つかの実施形態では、ヒーターが、予熱ステーション内に配置され得る。予熱ステーションは、処理前にワークピースの温度を上昇させるために使用される。他の複数の実施形態では、ヒーターが、ビームライン注入システムのエンドステーション内に配置され得る。

【0007】

ヒーターは、しばしば、ターゲット基板温度未満の温度閾値を有する構成要素を含む。非減圧環境では、これらの構成要素は、しばしば、大気流体の自由対流や強制対流によって許容可能温度制限の範囲内に保たれる。この放熱方法は、減圧中で利用可能ではない。

【0008】

これらの温度を超えると、有害な影響が生じ得る。具体的には、市販されているランプでは、ハロゲンサイクルが、一般的に、バルブ表面で２５０℃と６００℃との間の最適動作温度範囲を有し、この範囲の外側では、ハロゲンサイクルが破壊され、最終的にはランプの故障につながる。赤外線ランプの構築において一般的に使用される石英ガラスは、閾値が１０００℃未満であることが多く、これは、ハロゲンを使用しない赤外線ランプのガラス温度の上限であることが多い。赤外線ランプ用のガラス対金属シールは、しばしば、許容温度の上限が、３００℃と６００℃の間である。

【0009】

したがって、減圧条件で動作しながら許容可能温度閾値内にこれらの敏感なヒーター構成要素を維持するために、他の放熱方法を利用する冷却システムがあれば有利であろう。また、この冷却システムが、既存の加熱ランプと共に利用できれば、有益であろう。

【発明の概要】

【0010】

減圧条件の下で加熱ランプを許容可能温度に維持するのに効果的なヒーターアセンブリが開示される。ヒーターアセンブリは、加熱ランプから冷却ベースに熱を伝えるために放射熱伝達を利用する。熱伝達を促進するために、加熱ランプと冷却ベースとの間に１以上の高放射率膜が配置される。更に、熱を冷却ベースから離すように反射させるために、加熱ランプの一部分に反射コーティングが付加される。ヒーターアセンブリは、対流冷却に依存しないため、高減圧環境でも利用できる。

【0011】

一実施形態によれば、ヒーターアセンブリが開示される。ヒーターアセンブリは、１以上の加熱ランプであって、各加熱ランプは、チューブ内に封入されたフィラメントを有する、１以上の加熱ランプと、１以上のトラフを有する冷却ベースとを備える。１以上の加熱ランプの各々は、１以上のトラフの対応する１つの内に配置されている。加熱ランプが対応するトラフに接触する領域は、接触エリアと呼ばれる。ヒーターアセンブリは、更に、熱を接触エリアから離すように、加熱されるターゲットに向けて反射するために、チューブに付加された反射コーティング、及び、放射熱伝達を高めるように、接触エリアにおいて１以上の加熱ランプと対応するトラフとの間に配置された高放射率膜を備える。幾つかの実施形態では、高放射率膜が、１以上のトラフ内で冷却ベースに付加される。それによって、反射コーティングは、フィラメントと高放射率膜との間に配置される。幾つかの実施形態では、反射コーティングが、チューブの内面に付加され、高放射率膜が、チューブの外面に付加される。幾つかの実施形態では、反射コーティングが、チューブの外面に付加され、高放射率膜が、反射コーティング上に付加される。幾つかの実施形態では、冷却ベースが、冷却ベースを通る冷却剤の流れを可能にするために、冷却剤入口と冷却剤出口を備える。幾つかの実施形態では、冷却ベースが、下側冷却ベースに取り付けられた上側ランプハウジングを備える。トラフは、上側ランプハウジング内に配置されている。特定の複数の実施形態では、１以上の加熱ランプが、冷却ベースに接合されている。幾つかの実施形態では、冷却ベースが石英で作製される。特定の実施形態では、チューブの外面の５０％以下が、対応するトラフに接触する。幾つかの実施形態では、高放射率膜が、少なくとも０．９０の放射率を有する。

【0012】

別の一実施形態によれば、イオン注入システムが開示される。イオン注入システムは、上述されたヒーターアセンブリ、イオン源、質量分析器、及びエンドステーションを備える。ヒーターアセンブリとワークピースは、エンドステーション内に配置される。

【0013】

別の一実施形態によれば、ヒーターアセンブリが開示される。ヒーターアセンブリは、筐体内に封入された１以上のフィラメントを備える加熱ランプであって、筐体は、下壁、複数の側壁、及び半透明な表面を備える、加熱ランプ、上面を有する冷却ベースであって、加熱ランプの下壁は、冷却ベースの上面の上方に配置されている、冷却ベース、熱を冷却ベースから離すように、半透明な表面及び加熱されるターゲットに向けて導くために、下壁に付加された反射コーティング、並びに、放射熱伝達を高めるように、加熱ランプと冷却ベースの上面との間に配置された高放射率膜を備える。幾つかの実施形態では、筐体が、直方体、円筒、又はチューブを含む。幾つかの実施形態では、高放射率膜が、冷却ベースの上面に付加される。特定の複数の実施形態では、反射コーティングが、下壁の内面に付加され、高放射率膜が、下壁の外面に付加される。幾つかの実施形態では、反射コーティングが、下壁の外面に付加され、高放射率膜が、反射コーティング上に付加される。特定の複数の実施形態では、冷却ベースが、冷却ベースを通る冷却剤の流れを可能にするために、冷却剤入口と冷却剤出口を備える。幾つかの実施形態では、高放射率膜が、少なくとも０．９０の放射率を有する。

【0014】

別の一実施形態によれば、イオン注入システムが開示される。イオン注入システムは、上述されたヒーターアセンブリ、イオン源、質量分析器、及びエンドステーションを備える。ヒーターアセンブリとワークピースは、エンドステーション内に配置される。

【0015】

本開示をより良く理解するために、参照により本明細書に援用される添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】図１Ａ～図１Ｂは、一実施形態による加熱ランプと冷却システムを示す。

【図1B】図１Ａ～図１Ｂは、一実施形態による加熱ランプと冷却システムを示す。

【図2】別の一実施形態による加熱ランプと冷却システムを示す。

【図3A】図３Ａ～図３Ｂは、別の一実施形態による冷却システムを示す。

【図3B】図３Ａ～図３Ｂは、別の一実施形態による冷却システムを示す。

【図4A】図４Ａ～図４Ｂは、一実施形態による複数の加熱ランプを保持する冷却システムを示す。

【図4B】図４Ａ～図４Ｂは、一実施形態による複数の加熱ランプを保持する冷却システムを示す。

【図5A】図５Ａ～図５Ｃは、別の一実施形態による加熱ランプを示す。

【図5B】図５Ａ～図５Ｃは、別の一実施形態による加熱ランプを示す。

【図5C】図５Ａ～図５Ｃは、別の一実施形態による加熱ランプを示す。

【図6】図５Ｃで示されている加熱ランプを使用するヒーターアセンブリを示す。

【図7】本明細書で説明されるヒーターアセンブリを使用するイオン注入システムを示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

上述されたように、特定の複数の実施形態では、７００℃と１０００℃との間又はそれより上などの高温で半導体プロセスを処理することが有益である。典型的には、これは、加熱ランプを使用することによって実現され得る。これらの加熱ランプは、赤外線放射を発するので、赤外線加熱ランプと呼ばれ得る。これらの加熱ランプは、短波（SWIR）、中波（MWIR）、及び長波（LWIR）などの、特定のスペクトルのエネルギーを発することがある。また、他の波長を加熱システムのターゲットにすることもできる。しかし、上述されたように、減圧条件のために、加熱ランプを冷却することが困難であり、結果として、寿命が短くなり、スループットが低下する。これらの加熱ランプを効果的に冷却することができれば、有益であろう。本開示は、ヒーターアセンブリの幾つかの実施形態を説明する。ヒーターアセンブリは、加熱ランプから冷却ベースに熱を伝えるために、放射熱伝達を利用する。

【0018】

図１Ａは、一実施形態による加熱ランプ２０と冷却システム３０とを含むヒーターアセンブリ１０を示す。図１Ｂは、ヒーターアセンブリ１０の断面図を示す。

【0019】

加熱ランプ２０は、石英チューブなどのチューブ２２内に配置されたフィラメント２１を有する赤外線ランプであり得る。フィラメント２１は、チューブ２２の一端からチューブ２２の他端に延在する。チューブ２２の直径は、本開示によって限定されない。代替的に、加熱ランプ２０はハロゲンランプであり得る。チューブ２２は、透明な又は半透明な材料で作製される。それによって、加熱ランプによって発される熱や放射線の大部分は、チューブ２２を通過し得る。

【0020】

この実施形態では、冷却システム３０が、冷却剤入口３５と冷却剤出口３６とを有する冷却ベース３９を含む。冷却ベース３９は、石英又は金属などの任意の適切な材料で構築され得る。冷却剤は、冷却剤入口３５を介して冷却システム３０の中にポンピングされ、温められた冷却剤は、冷却剤出口３６を通って冷却システム３０から出る。図１Ｂで最もよく見られるように、冷却ベース３９の上面は、トラフ３１を含む。トラフ３１は、加熱ランプ２０がトラフ３１内に配置され得るように寸法決定されている。言い換えると、トラフ３１の曲率半径は、加熱ランプ２０の外径に略等しい。本開示では、「略等しい」という用語が、トラフ３１の曲率半径と加熱ランプ２０の外径とが、１インチの１０００分の１０未満だけ異なることを示す。

【0021】

この構成では、加熱ランプ２０の一部分が、冷却ベース３９と接触している。幾つかの実施形態では、トラフ３１が、図１Ｂなどで示されているように、チューブ２２の外面の半分までがトラフ３１と接触するように寸法決定され得る。無論、トラフ３１は、チューブ２２の外面のより小さな割合がトラフ３１と接触するように構成されてもよい。加熱ランプ２０がトラフ３１と接触する領域は、接触エリア３２と呼ばれる。

【0022】

特定の複数の実施形態では、加熱ランプ２０が、冷却ベース３９と直に接合される。例えば、冷却ベース３９が石英である場合、チューブ２２と冷却ベース３９は、直に接合され得る。他の種類のガラス対ガラス用接着剤も使用され得る。しかし、他の実施形態では、構成要素が共に接合されない。

【0023】

図１Ｂで示されているように、高放射率膜３３が、接触エリア３２において、加熱ランプ２０とトラフ３１との間に配置される。高放射率膜３３は、黒色膜、黒色塗料、又は別の適切な材料であり得る。高放射率膜３３は、関心のある波長範囲の大部分の波長に対して少なくとも０．９０の放射率を有し得る。このやり方で、高放射率膜３３は、黒体に近い放射率を実現し、放射熱伝達の可能性を最大化することができる。幾つかの実施形態では、高放射率膜３３が、冷却ベース３９のトラフ３１内に配置され得る。幾つかの実施形態では、高放射率膜３３が、チューブ２２の外面上であって、トラフ３１に接触する部分に配置され得る。幾つかの実施形態では、高放射率膜３３が、チューブ２２の外面上に配置され、トラフ３１内にも配置され得る。

【0024】

一実施例として、図１Ｂでは、高放射率膜３３が、トラフ３１内及び／又は接触エリア３２内にある加熱ランプ２０の外面の一部分上に配置され得る。高放射率膜３３は、加熱ランプ２０と冷却ベース３９との間の放射熱伝達を介して、より優れた冷却を可能にする。

【0025】

高放射率膜３３は、無電解析出法、又は様々な他の堆積プロセスによって堆積され得る。代替的に、高放射率膜３３は、接着剤として付加され（噴霧され又は塗装され）、接合するまで高温に加熱され得る。他の複数の実施形態では、高放射率膜３３が、表面に焼結され得る。

【0026】

反射コーティング３４がまた、加熱ランプ２０に付加される。反射コーティング３４は、０．４を超える反射率を有し得る。特定の複数の実施形態では、反射コーティング３４が、０．５を超える反射率を有し得る。特定の複数の実施形態では、反射コーティング３４が、０．７を超える反射率を有し得る。特定の複数の実施形態では、反射コーティング３４が、０．９を超える反射率を有し得る。反射コーティング３４は、堆積又は何らかの他の方法によって付加され得る。反射コーティングは、金、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、石英、溶融シリカ、又は他の適切な材料であってよい。反射コーティング３４は、反射コーティング３４がフィラメント２１と高放射率膜３３との間にあるような位置において、加熱ランプ２０に付加される。一実施形態では、反射コーティング３４が、光を接触エリア３２から離し、チューブを通して加熱されるターゲットに向けて反射するように、接触エリア３２に近接する領域内のチューブ２２の内面に付加され得る。別の一実施形態では、反射コーティング３４が、接触エリア３２においてチューブ２２の外面に付加され得る。

【0027】

高放射率膜３３は、加熱ランプからの熱が反射コーティング３４によって最初に反射される面のみに配置される。言い換えると、反射コーティング３４は、常に、フィラメント２１と高放射率膜３３との間に配置され得る。

【0028】

特定の複数の実施形態では、反射コーティング３４が、チューブ２２の外面に付加され得る。反射コーティング３４が付加された後で、高放射率膜３３が、反射コーティング３４の上に付加され得る。他の複数の実施形態では、反射コーティング３４が、チューブ２２の内面に付加され、高放射率膜が、チューブ２２の外面上に配置される。反射コーティング３４は、使用される材料の種類に応じて、１インチの１０００分の１と１０との間の厚さを有し得る。

【0029】

このやり方で、加熱ランプ２０内の光は、先ず、反射コーティング３４に遭遇し、反射コーティング３４は、光を冷却ベース３９から離すように、加熱されるターゲットに向けて反射する。加熱ランプ２０内で生成された熱は、高放射率膜３３によって可能にされた放射熱伝達を介して、冷却ベース３９に伝達される。このやり方で、加熱ランプ２０の光出力は最大化され、熱は加熱ランプ２０から引き離される。

【0030】

更に、反射コーティング３４はまた、冷却ベース３９の上面にも配置され得る。熱シールド及び／又は他の反射面も、エネルギーを冷却ベース３９から離すように導き、加熱ランプ２０から放散されることを意図したエネルギーだけを含むように配置され得る。

【0031】

図１Ａ～図１Ｂは、上面にトラフ３１を有する直方体の形状にある冷却ベース３９を示す。しかし、他の複数の形状も使用され得る。例えば、図２は、上面にトラフ３１を有する円筒である冷却ベース３９を示す。無論、冷却ベース３９は、同様に他の複数の形状を有してもよい。

【0032】

図１Ａ～図１Ｂ、及び図２では、加熱ランプ２０が、一体部品である冷却ベース３９と直に接触している。しかし、他の複数の実施形態も可能である。図３Ａ～図３Ｂは、冷却ベース３９が複数の構成要素を備えるヒーターアセンブリを示す。複数の構成要素は、下側冷却ベース３８と上側ランプハウジング３７を含む図３Ｂは、図３Ａで示されているヒーターアセンブリの断面図である。上側ランプハウジング３７は、その上面にトラフを有し得る。上側ランプハウジング３７は、アルミニウムなどの金属であり得る。他の複数の実施形態では、上側ランプハウジング３７が、異なる材料で作製され得る。上側ランプハウジング３７の下面は、平坦であり得る。上述されたように、加熱ランプ２０と上側ランプハウジング３７との間の熱伝導を向上させるために、トラフに高放射率膜３３がコーティングされ得る。下側冷却ベース３８は、平坦な上面を有し得る。この上面は、上側ランプハウジング３７の下面と接触するようになっている。

【0033】

幾つかの実施形態では、加熱ランプ２０が、上側ランプハウジング３７と直に接合され得る。他の複数の実施形態では、加熱ランプが、単に、トラフ内に配置されている。上側ランプハウジング３７は、ネジなどの締結具５０を使用して、下側冷却ベース３８に固定され得る。更に、上側ランプハウジング３７の下面と下側冷却ベース３８の上面との間に減圧適合グリース（vacuum compatible grease）を配置して、熱伝達を促進することができる。

【0034】

上述された冷却ベース３９は、図１Ａ及び図２で示されているように、冷却ベースを通る液体又はガスなどの冷却剤の流れを有することによって、熱を放散させ得る。代替的に又は更に、冷却ベース３９は、フィンなどの熱を放散させるための他のフィーチャを含み得る。

【0035】

更に、先の図では単一の加熱ランプを示しているが、複数の加熱ランプが単一の冷却ベースと共に利用されてもよい。図４Ａ～図４Ｂは、複数の加熱ランプ２０が１つの冷却ベース３９上に配置されたヒーターアセンブリ示す。図４Ａは、分解図であり、図４Ｂは、加熱ランプ２０が設置されたヒーターアセンブリを示す。この実施形態では、上側ランプハウジング３７が、６つトラフを有し、図４Ｂで示されているように、６つの加熱ランプ２０を保持するために６つのトラフが使用される。上側ランプハウジング３７は、上述されたように、下側冷却ベース３８に取り付けられている。更に、冷却剤入口３５と冷却剤出口３６が、下側冷却ベース３８内に配置され得る。

【0036】

別の一実施形態では、図１Ａ～図１Ｂで示されているものなどの一体型冷却ベースが、複数の加熱ランプ２０をサポートするために、複数のトラフを含むように拡大され得る。

【0037】

これらの実施形態の各々では、ヒーターアセンブリが、１以上の加熱ランプ２０と冷却ベース３９を備える。加熱ランプは、石英チューブなどのチューブ２２内に封入されたフィラメント２１を含み得る。反射コーティング３４が、接触エリア３２に対応するチューブ２２の一部分に付加される。幾つかの実施形態では、反射コーティング３４が、接触エリア３２に対応する一部分上のチューブ２２の内面に付加される。幾つかの実施形態では、反射コーティング３４が、接触エリア３２に対応する一部分上のチューブ２２の外面に付加される。更に、反射コーティング３４は、接触エリア３２内を除く冷却ベース３９の上面に付加され得る。高放射率膜３３は、チューブ２２の外面とトラフ３１との間に配置される。特定の複数の実施形態では、高放射率膜３３が、トラフ３１の上面に付加される。幾つかの実施形態では、高放射率膜３３が、接触エリア３２においてチューブ２２の外面に付加される。特定の複数の実施形態では、高放射率膜が、両方の表面に付加される。更に、上述されたように、幾つかの実施形態では、反射コーティング３４が、チューブ２２の外面に付加され、高放射率膜３３が、反射コーティング３４の上に配置される。

【0038】

上述の説明は、チューブ２２の形態を採る１以上の加熱ランプと共に使用される冷却ベース３９を開示している。しかし、他の複数の実施形態も可能である。

【0039】

図５Ａ～図５Ｂは、１以上のフィラメント２１を含む筐体２７として形成された加熱ランプ６０を示す。筐体２７は、ハウジング２３と半透明な表面２４を含み得る。半透明な表面２４は、石英などの透明な又は半透明な材料で作製され得る。このやり方で、加熱ランプ６０によって生成された熱及び放射線の大部分は、半透明な表面２４を通過して、加熱されるターゲットに向かうことができる。ハウジング２３は、金属を含む任意の適切な材料で作製され得る。幾つかの実施形態では、ハウジング２３が石英で構築される。ハウジング２３は、下壁２５と複数の側壁２６を含み得る。幾つかの実施形態では、ハウジング２３と半透明な表面２４とを含む筐体２７が、一体的な部品であり得る。筐体２７は、図６で示されているように直方体であってよく、又は別の形状であってもよい。例えば、ダブルボアチューブ（double bore tube）が使用され得る。

【0040】

フィラメント２１の端部は、図５Ａ～図５Ｂで示されているように、下壁２５を介してハウジング２３を出ることができる。他の複数の実施形態では、フィラメント２１の端部が、図５Ｃで示されているように、側壁２６を介してハウジング２３を出ることができる。フィラメント２１の両端は、各々、別々にハウジング２３から出ることができる。他の複数の実施形態では、フィラメント２１への電気的接続が、外部ワイヤーの数やガラス・金属間の貫通部及びシールの数を減らすために、ハウジング２３内で行われ得る。

【0041】

反射コーティング３４は、ハウジング２３の少なくとも１つの面に付加されている。反射コーティング３４は、ハウジング２３の下壁２５に付加され得る。幾つかの実施形態では、反射コーティング３４が、ハウジング２３の下壁２５の内面に付加される。他の複数の実施形態では、ハウジング２３が石英又は別の半透明な材料である場合、反射コーティングは、ハウジング２３の下壁２５の外面に付加される。幾つかの実施形態では、反射コーティング３４がまた、側壁２６の１以上の内面又は外面にも付加され得る。

【0042】

図６は、図５Ｃの加熱ランプ６０と冷却ベース３９とを含むヒーターアセンブリを示す。ヒーターアセンブリは、図５Ａ～図５Ｂの加熱ランプ６０を使用して構築することもできることに留意されたい。図６では、冷却ベース３９が、加熱ランプ６０の筐体２７の下壁２５と接触するための上面を有する。ハウジング２３の下壁２５が平坦である場合、冷却ベース３９の上面も平坦であり得る。下壁の外面が平面的でない場合、冷却ベース３９の上面は、下壁２５と接触するために同様な輪郭を有し得る。特定の複数の実施形態では、これらの表面が共に融着され得る。高放射率膜３３は、接触エリアにおいて、下壁２５の外面上に配置され得る。代替的に又は更に、高放射率膜３３は、接触エリアにおいて、冷却ベース３９の上面に配置され得る。

【0043】

幾つかの実施形態では、反射コーティング３４が、下壁２５の外面に付加される。この付加の後で、高放射率膜が、下壁２５の外面上の反射コーティング３４の上に付加され得る。

【0044】

図示されていないが、図６の冷却ベース３９は、図１Ａ及び図２で示されているものと同様な冷却剤入口と冷却剤出口を有し得る。

【0045】

したがって、この実施例では、ヒーターアセンブリが、筐体２７内に配置された１以上のフィラメント２１を含む加熱ランプを備える。筐体２７は、ランプと熱交換器との両方で一般的であるように、直方体、円筒、又はチューブとして成形され得る。筐体２７は、半透明な表面２４とハウジング２３とで作製される。反射コーティング３４が、ハウジング２３の下壁の表面に付加される。高放射率膜３３が、ハウジング２３と冷却ベース３９との間に付加される。上述されたように、高放射率膜３３は、接触エリアにおいて、下壁２５の外面及び／又は冷却ベース３９の上面に配置され得る。反射コーティングは、下壁２５の内面又は外面に付加され得る。

【0046】

本明細書で説明されるヒーターアセンブリは、多くの用途で使用され得る。図７で示されているように、ヒーターアセンブリは、ビームライン注入システムのエンドステーション内に配置され得る。ビームラインイオン注入システムは、リボンイオンビーム又はスポットイオンビームを使用して、ワークピースを処理するために使用され得る。

【0047】

ビームラインイオン注入システムは、イオン源チャンバを画定する複数のチャンバ壁を備えるイオン源１００を含む。特定の複数の実施形態では、イオン源１００がRFイオン源であり得る。この実施形態では、RFアンテナが、誘電体窓に向かって配置され得る。この誘電体窓は、チャンバ壁のうちの１つの一部又は全部を備えてよい。RFアンテナは、銅などの導電性材料を含み得る。RF電源が、RFアンテナと電気的に通じている。RF電源は、RFアンテナにRF電圧を供給し得る。RF電源によって供給される電力は、０．１と１０kWとの間であってよく、１と１００MHzとの間などの任意の適切な周波数であってよい。更に、RF電源により供給される電力は、パルス状であってよい。

【0048】

別の一実施形態では、カソードが、イオン源チャンバ内に配置される。フィラメントが、カソードの後方に配置され、電子を放出するようにエネルギー供給される。これらの電子は、カソードに引き付けられ、今度は、カソードが、イオン源チャンバの中に電子を放出する。このカソードは、フィラメントから放出された電子により間接的に加熱されるため、間接加熱カソード（IHC：indirectly heated cathode）と称されてよい。

【0049】

他の複数の実施形態も可能である。例えば、バーナス（Bernas）イオン源、容量結合プラズマ（CCP）源、マイクロ波イオン源、又はECR（electron-cyclotron-resonance）イオン源などによって、プラズマを異なるやり方で生成してよい。プラズマが生成されるやり方は、本開示によって限定されない。

【0050】

抽出プレートと称される１つのチャンバ壁は、抽出開口を含む。抽出開口は、そこを通してイオン源チャンバ内で生成されたイオン１が抽出され、ワークピース５に導かれるところの開口部であってよい。ワークピース５は、シリコンウエハであってよく、又は、GaAs、GaN、若しくはGaPなどの半導体製造向けに適した別のウエハであってもよい。抽出開口は、任意の適切な形状であってよい。特定の実施形態では、抽出開口が、幅（ｘ寸法）と称される１つの寸法を有する卵型又は矩形状であってよく、これは、高さ（ｙ寸法）と称される第２の寸法よりもはるかに大きくてよい。

【0051】

イオン源１００の抽出開口の外側かつ近傍には、抽出光学系１１０が配置されている。特定の実施形態では、抽出光学素子１１０が、１以上の電極を備える。各電極は、内部に開口が配置された単一の導電性構成要素であってよい。代替的には、各電極が、２つの導電性構成要素の間に開口を生成するように離隔した当該２つの導電性構成要素から構成されてよい。電極は、タングステン、モリブデン、又はチタンなどの金属であってよい。電極のうちの１以上は、電気的に接地（ground）されてよい。特定の実施形態では、電極のうちの１以上が、電極電源を使用してバイアスされてよい。電極電源を使用して、抽出開口を通してイオンを引き付けるように、イオン源に対して電極のうちの１以上をバイアスすることができる。抽出開口と抽出光学系内の開口とは、イオン１が両方の開口を通過するように整列している。

【0052】

抽出光学素子１１０の下流に位置するのは、第１の四重極レンズ１２０であってよい。第１の四重極レンズ１２０は、システム内の他の四重極レンズと協働して、イオン１をイオンビームに集束させる。

【0053】

第１の四重極レンズ１２０の下流に位置するは、質量分析器１３０である。質量分析器１３０は、磁場を使用して、抽出されたイオン１の経路を導く。磁場は、それらのイオンの質量と電荷に従ってイオンの飛行経路に影響を与える。分解開口（resolving aperture）１５１を有する質量分解装置（mass resolving device）１５０が、質量分析器１３０の出力側（すなわち、遠位端）に配置される。磁場を適切に選択することによって、選択された質量及び電荷を有するイオン１のみが、分解開口１５１を通して導かれることとなる。他のイオンは、質量分解装置１５０又は質量分析器１３０の壁に衝突し、システム内でそれ以上移動することができないことになる。

【0054】

第２の四重極レンズ１４０が、質量分析器１３０の出力部と質量分解デバイス１５０との間に配置されてよい。

【0055】

コリメータ１８０が、質量分解デバイス１５０から下流に配置される。コリメータ１８０は、分解開口１５１を通過したイオン１を受け入れ、複数の平行な又は略平行なビームレットから生成されるリボンイオンビームを生成する。質量分析器１３０の出力側（すなわち、遠位端）と、コリメータ１８０の入力側（すなわち、近位端）とは、一定の距離だけ離隔し得る。質量分解装置１５０は、これら２つの構成要素間のスペースに配置される。

【0056】

第３の四重極レンズ１６０が、質量分解デバイス１５０とコリメータ１８０の入力側との間に配置されてよい。また、第４の四重極レンズ１７０も、質量分解デバイス１５０とコリメータ１８０の入力側との間に配置されてよい。

【0057】

特定の実施形態では、四重極レンズが、他の位置に配置されてもよい。例えば、第３の四重極レンズ１６０は、第２の四重極レンズ１４０と質量分解デバイス１５０との間に配置されてもよい。更に、特定の複数の実施形態では、四重極レンズのうちの１以上を省略することができる。

【0058】

コリメータ１８０から下流に、加速／減速段１９０が配置されてよい。加速／減速段１９０は、エネルギー純度モジュールと呼ばれ得る。エネルギー純度モジュールは、イオンビームの偏向、減速、及び集束を独立して制御するように構成されたビームラインレンズコンポーネントである。例えば、エネルギー純度モジュールは、垂直静電エネルギーフィルタ（VEEF）又は静電フィルタ（EF）であってよい。

【0059】

イオン１は、イオンビーム１９１として加速／減速段１９０を出て、エンドステーション２００に入る。イオンビーム１９１は、リボンイオンビームであってよい。ワークピース５は、エンドステーション２００内に配置される。

【0060】

したがって、ビームラインイオン注入システムは、エンドステーション２００内で終端する複数のコンポーネントを備える。上述したように、これらのコンポーネントは、イオン源１００、抽出光学素子１１０、四重極レンズ１２０、１４０、１６０、１７０、質量分析器１３０、質量分解デバイス１５０、コリメータ１８０、及び加速／減速段１９０を含む。なお、これらのコンポーネントのうちの１以上は、ビームラインイオン注入システム内に含まれなくてもよい。

【0061】

更に、上述した開示は、その高さよりもはるかに大きい幅を有するリボンイオンビームを説明しているが、他の実施形態も可能である。例えば、走査されるスポットビームが、エンドステーション２００に入ってよい。走査されるスポットビームは、典型的には円形のイオンビームであり、これを側方に走査して、リボンイオンビームと同じ効果を生成する。

【0062】

本明細書で説明されるヒーターのいずれも、エンドステーション２００内に配置され得る。一実施形態では、ヒーターアセンブリ１０が、ワークピースがイオンビーム１９１の経路の外側にあるときに、ワークピース５を加熱する位置に配置される。別の一実施形態では、ヒーターアセンブリ１０が、ワークピース５がイオンビーム１９１によって注入されているときに、ワークピース５を加熱するように構成された位置に配置され得る。

【0063】

本システムは、多くの利点を有する。反射コーティング及び高放射率膜を使用することによって、加熱ランプは、隔離された減圧環境で（他の冷却システムや方法への限られたアクセスで）普通であれば起き得るはずの状況よりも低い温度に維持されることが可能になる。具体的には、反射コーティングが、光を冷却ベースから離すようにチャンバの中へ反射する。更に、高放射率膜を使用することによって、加熱ランプから冷却ベースへの熱の伝達に役立つ放射熱伝達を可能にする。冷却ベースには、放熱を可能にするための冷却チャネル及び／又はフィンが装備されてよい。

【0064】

本開示は、本明細書で説明される特定の複数の実施形態による範囲には限定されない。実際、本明細書に記載のものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び修正例が、前記載及び添付図面から当業者には明らかだろう。このため、そのような他の実施形態及び修正例は、本開示の範囲内に含まれると意図される。更に、本明細書では、本開示を、特定の目的のための特定の環境における特定の実施態様の文脈で説明したが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実装され得ることを認識するであろう。したがって、以下で説明される特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の範囲及び精神を最大限広く鑑みた上で解釈されたい。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】