JP2018510491A

JP2018510491A - 低圧環境のためのランプドライバ

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Publication number: JP2018510491A
Application number: JP2017535746A
Authority: JP
Inventors: オレグヴィー．セレブリャーノフ，; アレキサンダーゴールディン，; ジョゼフエム．ラニッシュ，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2036-01-04
Also published as: JP6759214B2; TWI691233B; TW201630474A; US20160196992A1; CN107110603A; WO2016111932A1; KR20170102935A; CN107110603B; KR102441886B1; US10332763B2; TW201626858A

Abstract

本開示の実施形態は、熱処理チャンバ内の放射源として使用されるランプ向けのランプドライバに関する。ランプドライバは、電源、各々が電源と直列に接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ、少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータの間の直接接続、及び直接接続に取り付けられ且つ基準電圧に取り付け可能な線を含む。複数のランプドライバが、接地されたランプヘッドアセンブリ内に配置された複数のランプに電力供給するために利用され得る。ランプと接地されたランプヘッドアセンブリとの間の電位差は低減され、ランプとランプヘッドアセンブリとの間のアーク放電のリスクを低減させる。【選択図】図４

Description

本開示の実施形態は、広くは、基板を熱処理するための装置に関する。特に、本開示の実施形態は、熱処理チャンバ内の放射源として使用されるランプ向けのランプドライバに関する。

急速加熱処理（ＲＴＰ）は、比較的短い期間、例えば、数秒以下の間に、高温、しばしば、摂氏１２００度以上で、シリコン基板を加熱するための半導体製造プロセスである。加熱は、しばしば、ランプヘッドアセンブリ内に配置された高輝度ランプを使用して実現される。ランプヘッドアセンブリは、処理領域と流体連通していない。ランプヘッドアセンブリは、処理領域内の圧力に適合した低減された圧力で操作され得る。低減された圧力では、圧力制御ガスの最少降伏電圧（ｍｉｎｉｍｕｍｂｒｅａｋｄｏｗｎｖｏｌｔａｇｅ）が低い。それは、ランプとランプヘッドアセンブリとの間のアーク放電を増加させる。

したがって、改良されたランプドライバが必要である。

本開示の実施形態は、熱処理チャンバ内の熱放射源として使用されるランプ向けのランプドライバに関する。ランプドライバは、電源、各々が電源と直列に接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ、少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータの間の直接接続（ｄｉｒｅｃｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）、及び直接接続に取り付けられ且つ基準電圧に取り付け可能な線を含む。複数のランプドライバが、接地されたランプヘッドアセンブリ内に配置された複数のランプに電力供給するために利用され得る。ランプと接地されたランプヘッドアセンブリとの間の電位差は低減され、それが、ランプとランプヘッドアセンブリとの間のアーク放電のリスクを低減させる。

一実施形態では、ランプドライバが、電源、各々が電源と直列に接続された少なくとも２つの直流／直流コンバータ、少なくとも２つの直流／直流コンバータの間の直接接続、及び直接接続に取り付けられ且つ基準電圧に取り付け可能な線を含む。

別の一実施形態では、熱処理装置が、ランプヘッドアセンブリ内に配置された複数のランプ、及び１以上のランプドライバを含み、１以上のランプドライバの各ランプドライバは、複数のランプの１以上のランプに接続され、１以上のランプドライバは、各々、電源、各々が電源と直列に接続された少なくとも２つの直流／直流コンバータ、少なくとも２つの直流／直流コンバータの間の直接接続、及び直接接続に取り付けられ且つ基準電圧に取り付け可能な線を含む。

別の一実施形態では、ランプヘッドアセンブリ内に配置された複数のランプに電力供給するための方法が、電源からの４８０Ｖの交流電圧を直流電圧に変換すること、少なくとも２つの直流／直流コンバータを使用して直流電圧を低減された直流電圧に低減させることを含み、少なくとも２つの直流／直流コンバータは、各々、電源と直列に接続され、少なくとも２つの直流／直流コンバータの間の直接接続が、基準電圧に接続された線に取り付けられている。該方法は、複数のランプの１以上のランプに低減された直流電圧を供給することを更に含み、複数のランプとランプヘッドアセンブリとの間の最大電位差が、約１００Ｖである。

本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを示しており、従って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。

一実施形態による、熱処理チャンバの概略断面図である。一実施形態による、ランプヘッドアセンブリ内に配置されたランプの概略断面図である。一実施形態による、ランプドライバの回路図である。別の一実施形態による、ランプドライバの回路図である。別の一実施形態による、ランプドライバの回路図である。

理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示される要素は、具体的な記載がなくとも、他の実施形態でも有益に利用され得ると想定されている。

図１は、熱処理チャンバ１００の概略断面図である。熱処理チャンバ１００は、ＲＴＰチャンバ、エピタキシャル堆積チャンバ、又は任意の他の適切な熱処理チャンバであり得る。図１で示されているように、熱処理チャンバ１００は、チャンバ本体１２０、及びチャンバ本体１２０の下方に配置されたランプヘッドアセンブリ１０３を含む。チャンバ本体１２０は、頂部１０８及び底部１０６を含み得る。底部１０６は、石英ウインドウであり得る。基板支持体１０９が、基板１０２を支持するために頂部１０８と底部１０６との間に配置され得る。処理領域１２２が、頂部１０８と基板支持体１０９によって画定され得る。ランプヘッドアセンブリ１０３内に配置された複数のランプ１０１が、基板１０２を加熱するために底部１０６の下方に配置され得る。複数のランプ１０１は、ハロゲンランプなどの任意の適切なランプであり得る。ランプヘッドアセンブリ１０３の内側の圧力は、ガス源１１０及び真空ポンプ１１１によって制御され得る。ランプヘッドアセンブリ１０３の内側の圧力は、処理領域１２２内の圧力と同じであり得る。一実施形態では、処理領域１２２内とランプヘッドアセンブリ１０３内の圧力が、約１×１０^−５Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間にある。ランプヘッドアセンブリ１０３の内側の圧力を制御するためのガス源１１０から流れ出るガスは、ヘリウムなどの任意の適切な不活性ガスであり得る。ランプヘッドアセンブリ１０３の内側の圧力を制御するために使用される不活性ガスは、ランプヘッドアセンブリ１０３を冷却するためにも使用され得る。ランプヘッドアセンブリ１０３は、そこを通る水などの冷却剤を流すための内部に形成された（図２で示されている）冷却チャネルを含み得る。

電力供給ボード１０４が、ランプヘッドアセンブリ１０３の下方に配置され、１以上のランプドライバ１１４から複数のランプ１０１に電力を供給し得る。本明細書で使用される下方、上方、上、下、頂、及び底などの言葉は、絶対的な方向を指すのではなく、熱処理チャンバ１００を基準とした相対的な方向を指し得る。底ドーム１０６とランプヘッドアセンブリ１０３との間のギャップ、電力供給ボード１０４とランプヘッドアセンブリ１０３との間のギャップは、シール１０７、１１７によって密封され得る。パイロメータなどの１以上の温度センサ１１２が、基板１０２の温度を測定するために利用され得る。１以上の温度センサ１１２によって測定された温度に基づいて、温度コントローラ１１３が、１以上のランプドライバ１１４の出力電圧を設定し得る。一実施形態では、ランプヘッドアセンブリに流れる電流を低減させるために、複数のランプ１０１が、直列に接続された２つのランプの複数の組を含み、１つのランプドライバ１１４が、直列に接続された２つのランプの各組に接続されている。別の一実施形態では、１つのランプドライバ１１４が、複数のランプ１０１の各ランプ１０１に接続されている。

通常、ハロゲンランプなどのランプは、バルブ部分、及びバルブ部分を支持するベース部分を有する。ベース部分は、バルブ部分の寸法と少なくとも同じである、直径などの寸法を有し得る。通常のランプがランプヘッドアセンブリ内に配置される際に、通常のランプのベース部分の専用の面積は、通常のランプのバルブ部分の専用の面積と実質的に同じであり得る。ランプヘッドアセンブリの冷却効率を最大化するために、ベース部分の専用の面積は低減され得る。ランプヘッドアセンブリの冷却効率は、ランプとランプヘッドアセンブリとの間のギャップによって規定される。通常のランプのベース部分の専用の面積を低減させる１つの方法は、複数のランプ１０１に対してベースがないランプを使用することである。図２は、ランプヘッドアセンブリ１０３内に配置されたベースがないランプ１０１の一例である。

図２は、ランプヘッドアセンブリ１０３内に配置されたランプ１０１の概略断面図である。図２で示されているランプ１０１は、ベースがないランプであるが、上述のようにベース部分を有するランプも他の実施形態で使用され得る。ランプ１０１は、バルブ部分２０６、及びバルブ部分２０６から延在するリード２０２を含み得る。リード２０２は、（図１で示された）電力供給ボード１０４に接続されたピン２０３に接続され得る。ピン２０３は、（図１で示された）電力供給ボード１０４へのランプの都合のよい設置のために絶縁体２０４によって保持され得る。ランプ１０１は、ベース部分を含まないので、図２で「Ａ」として指定されているベース部分の専用の面積は、リード２０２とランプヘッドアセンブリ１０３との間の距離が、ある実施形態では１ｍｍ未満となるように低減されている。低減された面積「Ａ」を伴って、ランプヘッドアセンブリ１０３の冷却は、より効率的になる。何故ならば、ヘリウムなどの少ない冷却ガスが使用されるからである。冷却チャネル２０５は、冷却剤がそこを通って流れることを許容するように、ランプヘッドアセンブリ１０３内に形成され得る。

ランプヘッドアセンブリ１０３は、金属製の材料から作られ、接地され得る。接地されたランプヘッドアセンブリ１０３とリード２０２との間のアーク放電のリスクは、リード２０２とランプヘッドアセンブリ１０３との間の距離が低減されると高まる。更に、ランプヘッドアセンブリ１０３の内側の圧力を制御するためと、ランプヘッドアセンブリ１０３を冷却するためと、に使用される一般的な不活性ガスは、約１×１０^−５Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間などの低い圧力において低い降伏電圧を有し得る。４８０Ｖｒｍｓ（二乗平均平方根電圧）の交流（ＡＣ）において直接的に動作する従来のランプドライバは、ランプとランプヘッドアセンブリとの間に約３５０Ｖの電位差を提供し得る。その約３５０Ｖは、約１×１０^−５Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間などの低い圧力において、ランプヘッドアセンブリの内側の圧力を制御するために使用される不活性ガスの最少降伏電圧を超える場合がある。ベースがないランプ１０１とランプヘッドアセンブリ１０３との間の電位差を低減させるために、１以上のランプドライバ１１４が利用される。

図３は、一実施形態による、ランプドライバ１１４の回路図である。ランプドライバ１１４は、電源３０１、各々が電源３０１と直列に接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３０４、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４の間の直接接続３０６、及び直接接続３０４に取り付けられ且つ接地（ｇｒｏｕｎｄ）などの基準電圧に取り付け可能な線３０５を含む。一実施形態では、線３０５が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４の間の直接接続３０４の中心点に接続されている。一実施形態では、線３０５が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４の間の中心点から移動されている。ランプドライバ１１４は、整流器３０２及びパルス幅変調器３０３も含み得る。電源３０１は、三相などの１以上の相を有し得るＡＣ電力を提供し得る。一実施形態では、電源３０１が、ＡＣ電力の４８０Ｖｒｍｓを提供する。整流器３０２は、電源３０１からのＡＣ電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換し、すなわち、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に「整流」する。一実施形態では、電源３０１が、４８０ＶｒｍｓのＡＣ電源であり、整流器３０２が、４８０ＶのＡＣを７００ＶのＤＣに整流する。

電力がＤＣ電圧に変換された後で、バックコンバータ（Ｂｕｃｋｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などのステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータであり得る、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４が、ＤＣ電圧を低減されたＤＣ電圧に低減する。その後に、この低減されたＤＣ電圧は、ランプ１０１に供給される。一実施形態では、直列に接続された少なくとも２つのランプ１０１が、１つのランプドライバ１１４に接続されている。各ランプ１０１は、約１００Ｖなどの、約８０Ｖと約１２０Ｖの間の定格電圧を有するハロゲンランプであり得る。別の一実施形態では、複数のランプ１０１の各ランプ１０１が、１つのランプドライバ１１４に接続されている。ランプ１０１に供給される低減されたＤＣ電圧は、ランプ１０１とランプヘッドアセンブリ１０３との間の電位差を低くすることができる。図３で示されるように、ランプ１０１とランプヘッドアセンブリ１０３との間の最大電位差は、約１００Ｖである。その約１００Ｖは、従来のランプドライバによって提供される電位差よりもかなり小さい。ヘリウムガスなどの一般的な不活性ガスの最少降伏電圧未満の約１００Ｖでは、ランプとランプヘッドアセンブリ１０３との間のアーク放電のリスクが低減される。

図４は、別の一実施形態による、ランプドライバ１１４の回路図である。ランプドライバ１１４は、電源４０１、各々が電源４０１と直列に接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４０６、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０６の間の直接接続４０８、及び直接接続４０８に取り付けられ且つ接地などの基準電圧に取り付け可能な線４０７を含む。一実施形態では、線４０７が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０６の間の直接接続４０８の中心点に接続されている。一実施形態では、線４０７が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０６の間の中心点から移動されている。ランプドライバ１１４は、整流器４０３、パルス幅変調器４０４、及び変圧器４０５も含み得る。電源４０１は、三相ＡＣ電源であり得る。整流器４０３は、図３で説明された整流器３０２と同じであり得る。一実施形態では、電源４０１が、４８０Ｖの三相ＡＣ電源であり、整流器３０２が、４８０ＶのＡＣを７００ＶのＤＣに整流する。

電力がＤＣ電圧に変換された後で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４と同じであり得る、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０６が、ＤＣ電圧を低減されたＤＣ電圧に低減する。その後に、この低減されたＤＣ電圧は、ランプ１０１に供給される。一実施形態では、直列に接続された少なくとも２つのランプ１０１が、１つのランプドライバ１１４に接続されている。別の一実施形態では、複数のランプ１０１の各ランプ１０１が、１つのランプドライバ１１４に接続されている。ランプ１０１に供給される低減されたＤＣ電圧は、ランプ１０１とランプヘッドアセンブリ１０３との間の電位差を低くすることができる。図４で示されるように、ランプ１０１とランプヘッドアセンブリ１０３との間の最大電位差は、約１００Ｖである。その約１００Ｖは、従来のランプドライバによって提供される電位差よりもかなり小さい。ヘリウムガスなどの一般的な不活性ガスの最少降伏電圧未満の約１００Ｖでは、ランプとランプヘッドアセンブリ１０３との間のアーク放電のリスクが低減される。

図５は、別の一実施形態による、ランプドライバ１１４の回路図である。ランプドライバ１１４は、電源５０１、及び各々が電源５０１と直列に接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ５０４を含む。少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ５０４は、両方が、コントローラ５０５に接続され得る。線５０６は、コントローラ５０５に取り付けられ且つ接地などの基準電圧に取り付け可能であり得る。一実施形態では、コントローラ５０５が、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０４の間の中心点に配置されている。他の実施形態では、接地されたコントローラ５０５が、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０４の間の中心点から移動されている。ランプドライバ１１４は、整流器５０２及びフィルター５０３も含み得る。電源５０１は、図４で説明された電源４０１と同じであり得る。整流器５０２は、ブリッジ整流器であり得る。一実施形態では、電源５０１が、４８０Ｖｒｍｓの三相ＡＣ電源であり、整流器５０２が、４８０ＶのＡＣを７００ＶのＤＣに整流する。その後、整流器５０２によって整流されたＤＣ電圧は、フィルター５０３によってフィルタリングされる。

その後、フィルタリングされたＤＣ電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０４によって、低減されたＤＣ電圧にステップダウンされる。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４と同じであり得る。その後、低減されたＤＣ電圧は、ランプ１０１に供給される。一実施形態では、直列に接続された少なくとも２つのランプ１０１が、１つのランプドライバ１１４に接続されている。別の一実施形態では、複数のランプ１０１の各ランプ１０１が、１つのランプドライバ１１４に接続されている。ランプ１０１に供給される低減されたＤＣ電圧は、ランプ１０１とランプヘッドアセンブリ１０３との間の電位差を低くすることができる。図５で示されているように、ランプ１０１とランプヘッドアセンブリ１０３との間の最大電位差は、約１００Ｖである。その約１００Ｖは、従来のランプドライバによって提供される電位差の２分の１未満である。ヘリウムガスなどの一般的な不活性ガスの最少降伏電圧未満の約１００Ｖでは、ランプとランプヘッドアセンブリ１０３との間のアーク放電のリスクが低減される。

本明細書で説明された１以上のランプドライバは、ランプとランプがその中に配置されている接地されたランプヘッドアセンブリとの間の電位差を低減する助けとなる。それは、アーク放電のリスクなしにランプと接地されたランプヘッドアセンブリとの間の距離の低減を可能にする。本明細書で説明された１以上のランプドライバは、任意の適切な低圧の用途向けのハロゲンランプベースのヒータに電力供給するために使用することができる。

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、本発明の他の更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。

Claims

電源、
各々が前記電源と直列に接続された少なくとも２つの直流／直流コンバータ、
前記少なくとも２つの直流／直流コンバータの間の直接接続、及び
前記直接接続に取り付けられ且つ基準電圧に取り付け可能な線を備える、ランプドライバ。
整流器を更に備える、請求項１に記載のランプドライバ。
パルス幅変調器を更に備える、請求項２に記載のランプドライバ。
変圧器を更に備える、請求項２に記載のランプドライバ。
前記整流器が、ブリッジ整流器である、請求項２に記載のランプドライバ。
前記電源が、三相交流電源である、請求項１に記載のランプドライバ。
ランプヘッドアセンブリ内に配置された複数のランプ、並びに
１以上のランプドライバを備え、前記１以上のランプドライバの各ランプドライバが前記複数のランプの１以上のランプに接続され、前記１以上のランプドライバが、各々、
電源、
各々が前記電源と直列に接続された少なくとも２つの直流／直流コンバータ、
前記少なくとも２つの直流／直流コンバータの間の直接接続、及び
前記直接接続に取り付けられ且つ基準電圧に取り付け可能な線を備える、熱処理装置。
前記１以上のランプドライバの各々が、整流器を更に備える、請求項７に記載の熱処理装置。
前記１以上のランプドライバの各々が、パルス幅変調器を更に備える、請求項８に記載の熱処理装置。
前記１以上のランプドライバの各々が、変圧器を更に備える、請求項８に記載の熱処理装置。
前記整流器が、ブリッジ整流器である、請求項８に記載の熱処理装置。
前記複数のランプの各々が、ベースがないランプである、請求項７に記載の熱処理装置。
ランプヘッドアセンブリ内に配置された複数のランプに電力供給するための方法であって、
電源からの４８０Ｖの交流電圧を直流電圧に変換すること、
少なくとも２つの直流／直流コンバータを使用して、前記直流電圧を低減された直流電圧に低減させることであって、各直流／直流コンバータが前記電源と直列に接続され、前記少なくとも２つの直流／直流コンバータの間の直接接続が、基準電圧に接続された線に取り付けられている、低減させること、及び
前記低減された直流電圧を前記複数のランプの１以上のランプに供給することであって、前記複数のランプと前記ランプヘッドアセンブリとの間の最大電位差が約１００Ｖである、供給することを含む、方法。
前記ランプヘッドアセンブリの中へ不活性ガスを流すことを更に含み、前記ランプヘッドアセンブリの内側の圧力が、約１×１０^−５Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒの間である、請求項１３に記載の方法。
前記ランプヘッドアセンブリを通して冷却剤を流すことを更に含む、請求項１３に記載の方法。