TW201501207A

TW201501207A - 用於熱腔室應用及製程的光管窗口結構

Info

Publication number: TW201501207A
Application number: TW103120190A
Authority: TW
Inventors: Joseph M Ranish; Aaron Muir Hunter; Hwajin Andrew Chang
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-01-01
Also published as: TWI644362B

Abstract

在此描述一種製程腔室。該製程腔室包括：一腔室，該腔室具有一內部空間；一光管窗口結構，該光管窗口結構耦接到該腔室，該光管窗口結構具有一第一透明板，該第一透明板設置在該腔室的該內部空間內；及一輻射熱源，該輻射熱源在該腔室的該內部空間外面的一位置耦接到該光管窗口結構的一第二透明板，其中該光管窗口結構包括設置在該第一透明板與該第二透明板之間的複數個光管結構。

Description

用於熱腔室應用及製程的光管窗口結構

在此揭示用於半導體處理的設備與方法。更特定而言，在此揭示的實施例關於用於半導體基材的熱處理的光管結構。

半導體工業中普遍實施熱處理。半導體基材係以許多變形的方式經受熱處理，包括閘極源、汲極和通道結構的沉積、摻雜、活化及退火、矽化、晶化、氧化、與諸如此類者。經過了數年，熱處理的技術已經從簡單的爐烘烤發展到各種形式的漸增的快速熱處理(RTP)、尖峰退火、以及其他熱處理。

隨著半導體元件特徵的臨界尺寸持續縮小，需要更嚴格限制的熱製程期間的熱預算。許多前述熱製程利用燈頭形式的燈加熱，其中燈頭由複數個光源構成，該複數個光源係定位以引導輻射能量朝向基材。然而，被利用在燈頭中的高強度燈會在燈頭的材料內產生高溫。此溫度對於許多製程必須受到控制以能使基材冷卻。例如，在RTP期間，來自燈的熱輻射大致上用以快速地加熱受控環境中的基材至高達約1350℃的最高溫度。此最高溫度被維持長達小於一秒至數分鐘範圍內(取決於製程)的特定時間。基材接著被冷卻到室溫，以為了進行進一步的處理。為了能冷卻到室溫，燈頭必須被冷卻。然而，由於許多因素，燈頭的溫度的控制是難以達成。此外，在傳統燈頭中，光源的輻照圖案有時候是不規則的，這會產生不規則的基材加熱。

需要一種可改善熱製程腔室中的燈頭的溫度控制的方法與設備。

在此揭示的實施例關於用於半導體基材的熱處理的光管結構。

在一實施例中，描述一種用於一熱製程腔室中的光管窗口結構。該光管窗口結構包括：一第一透明板；一第二透明板；複數個光管結構，該複數個光管結構設置在該第一透明板與該第二透明板之間且被黏接到該第一透明板與該第二透明板，該複數個光管結構的各個光管結構包含一透明材料且具有一縱向軸，該縱向軸設置成和該第一或第二透明板的一平面呈實質上正交關係；及一外殼，該外殼與該第一透明板和該第二透明板接合，並環繞該複數個光管結構。

在另一實施例中，描述一種用於一熱製程腔室中的光管窗口結構。該光管窗口結構包括：一第一透明板；一第二透明板，該第二透明板設置成和該第一透明板呈一實質上平行關係；及複數個光管結構，該複數個光管結構設置在該第一透明板與該第二透明板之間，其中該第一透明板的厚度比該第二透明板的厚度更厚。

在另一實施例中，提供一種基材製程腔室。該製程腔室包括：一腔室，該腔室具有一內部空間；一光管窗口結構，該光管窗口結構耦接到該腔室，該光管窗口結構具有一第一透明板，該第一透明板和該腔室的該內部空間連通；及一輻射熱源，該輻射熱源在該腔室的該內部空間外面的一位置耦接到該光管窗口結構的一第二透明板，其中該光管窗口結構包括設置在該第一透明板與該第二透明板之間的複數個光管結構。

100‧‧‧製程腔室

101‧‧‧光管窗口結構

102‧‧‧基材支撐件

104‧‧‧腔室主體

105‧‧‧燈頭組件

106‧‧‧輻射熱源

108‧‧‧側壁

110‧‧‧底部

112‧‧‧頂部

114‧‧‧第一透明板

115‧‧‧第二透明板

116‧‧‧近接感測器

117‧‧‧溫度感測器

118‧‧‧定子組件

119‧‧‧轉子

120‧‧‧內部空間

121‧‧‧支撐環

122‧‧‧致動器組件

123‧‧‧殼體

124‧‧‧控制器

126‧‧‧記憶體

127‧‧‧管

128‧‧‧支援電路

130‧‧‧CPU

132‧‧‧導引螺栓

134‧‧‧凸緣

138‧‧‧馬達

140‧‧‧基材

144‧‧‧升降銷

148‧‧‧基材接取埠

158‧‧‧螺帽

159‧‧‧殼體

160‧‧‧光管結構

162‧‧‧能量源

164‧‧‧控制系統

168‧‧‧驅動線圈組件

170‧‧‧懸置線圈組件

180‧‧‧冷卻塊

181A‧‧‧入口

181B‧‧‧出口

182‧‧‧冷卻劑源

184‧‧‧冷卻劑通道

200‧‧‧密封住的內部空間

205‧‧‧輸入埠

207‧‧‧空隙

210‧‧‧輸出埠

215‧‧‧冷卻劑源

220‧‧‧間隙

300‧‧‧功率源

305A‧‧‧外區

305B‧‧‧內區

310‧‧‧密封件

315‧‧‧冷卻劑源

400‧‧‧製程腔室

402‧‧‧背側

404‧‧‧基材支撐件

405‧‧‧升降銷

406‧‧‧上圓頂

408‧‧‧基部環

410‧‧‧裝設凸緣

412‧‧‧製程區域

414‧‧‧沖洗區域

415‧‧‧中心桿

416‧‧‧凹部

418‧‧‧密封件

420‧‧‧夾持環

422‧‧‧圓形遮件

424‧‧‧線性組件

426‧‧‧光學高溫計

428‧‧‧元件側

430‧‧‧反射件

432‧‧‧埠

434‧‧‧通道

436‧‧‧製程氣體源

438‧‧‧製程氣體入口

440‧‧‧流動路徑

442‧‧‧流動路徑

444‧‧‧氣體出口

446‧‧‧真空泵

448‧‧‧沖洗氣體源

450‧‧‧沖洗氣體入口

452‧‧‧流動路徑

454‧‧‧流動路徑

460‧‧‧度量光管

462‧‧‧感測器

464‧‧‧光纖光纜

500‧‧‧光管窗口結構

505‧‧‧第一板

510‧‧‧環圈區塊

515‧‧‧中心結構

520‧‧‧第二板

525‧‧‧表面

600‧‧‧光管窗口結構

610‧‧‧環圈區塊

612‧‧‧幅條

可藉由參考實施例來詳細暸解本發明的更特定說明，本發明的上述特徵簡短地在前面概述過，其中本發明的一些實施例在附圖中示出。但是應注意的是，附圖僅示出本發明的典型實施例，因此附圖不應被視為會對本發明的範疇構成限制，這是因為本發明可允許其他等效的實施例。

第1圖是製程腔室的簡化立體圖，該製程腔室具有光管窗口結構的一實施例。

第2A-2C圖是顯示第1圖的光管窗口結構的一實施例的各種視圖。

第3圖是第1圖的製程腔室的一部分的側面剖視圖，而顯示出光管窗口結構與燈頭組件。

第4圖是製程腔室的示意剖視圖，而顯示光管窗口結構的另一實施例。

第5圖是光管窗口結構的另一實施例的一部分的示意圖。

第6圖是光管窗口結構的另一實施例的一部分的示意圖。

為促進瞭解，在可能時使用相同的元件符號來表示該等圖式共有的相同元件。可設想出的是一實施例的元件與特徵可有利地被併入到其他實施例中而不需特別詳述。

在此揭示的實施例係關於用於熱製程腔室(諸如沉積腔室、蝕刻腔室、退火腔室、植入腔室、用於發光二極體形成的腔室、及其他製程腔室)的光管窗口結構。光管窗口結構可被用在可從美國加州聖大克勞拉市的應用材料公司取得的製程腔室，且亦可被用在亦能從其他製造業者取得的製程腔室。

第1圖是根據一實施例的快速熱製程腔室(RTP腔室)100的簡化示意圖，該快速熱製程腔室100具有光管窗口結構101。製程腔室100包括非接觸或磁性懸浮的基材支撐件102與腔室主體104，腔室主體104具有界定內部空間120的側壁108、底部110與頂部112。側壁108典型地包括基材接取埠148，以促進基材140的進入與退出(第1圖顯示基材接取埠148的一部分)。接取埠148可耦接到傳送腔室(未示出)或負載閉鎖腔室(未示出)，且能以閥(諸如狹縫閥(未示出))來選擇性地被密封住。在一實施例中，基材支撐件102為環形且其尺寸可在基材支撐件102的內徑中容納燈頭組件105。燈頭組件 105包括光管窗口結構101與輻射熱源106。

基材支撐件102適於在內部空間120內磁性地懸浮與旋轉。基材支撐件102能在處理期間垂直地升高與降低時旋轉，且亦可在處理之前、期間或之後被升高或降低而不旋轉。這樣的磁性懸浮與/或磁性旋轉。可避免或最小化由於相對移動的部件之間的部件旋轉與/或接觸(其典型地需要用以升高/降低與/或旋轉基材支撐件)的消失或減少所造成的粒子產生。

定子組件118環繞腔室主體104的側壁108且耦接到一或更多個致動器組件122，該一或更多個致動器組件122係控制定子組件118沿著腔室主體104的外部的高度。在一實施例(未示出)中，製程腔室100包括三個繞著腔室主體而徑向地設置(例如以約120度的角度繞著腔室主體104)的致動器組件122。定子組件118磁性地耦接到設置在腔室主體104的內部空間120內的基材支撐件102。基材支撐件102可包含或包括作為轉子119的磁性部分，因此產生磁性軸承組件以升降與/或旋轉該基材支撐件102。支撐環121耦接到轉子119，以支撐基材140的周圍邊緣。支撐環121的尺寸可使支撐環121能穩定地支撐基材140，同時能最小地遮蔽基材140的背側的部分而免於受到輻射熱源106所放射的能量。定子組件118包括被堆疊在懸置線圈組件170上的驅動線圈組件168。驅動線圈組件168適於旋轉與/或升高/降低該基材支撐件102，而懸置線圈組件170可適於將該基材支撐件102被動地置中在製程腔室100內。或者，可藉由具有單一線圈組件的定子來執行旋轉與置中功能。

在一實施例中，各個致動器組件122大致上包含被耦接在兩個凸緣134之間的精準導引螺栓132，其中該些凸緣134從腔室主體104的側壁108延伸。導引螺栓132具有螺帽158，螺帽158在螺栓旋轉時會沿著導引螺栓132軸向地行進。耦接件136被放置在定子組件118與螺帽158之間，並且將螺帽158耦接到定子組件118，以致當導引螺栓132被旋轉時，耦接件136會沿著導引螺栓132移動，以控制定子組件118在和耦接件136之界面處的高度。因此，當該些致動器組件122的一致動器組件的導引螺栓132被旋轉以產生其他致動器組件的各螺帽158之間的相對位移時，致動器組件118的水平平面會相對於腔室主體104的中心軸改變。

在一實施例中，馬達138(諸如步進或伺服馬達)耦接到導引螺栓132，以回應於控制器124發出的訊號而提供可控制的旋轉。或者，其他類型的致動器組件122可用以控制定子組件118的線性位置，諸如氣動汽缸、液壓汽缸、滚珠螺杆、電磁線圈、線性致動器與凸輪從動件、與諸如此類者。

可適於受益自在此所揭示的實施例的RTP腔室的實例是可從位在美國加州聖大克勞拉市的應用材料公司取得的VANTAGE^®、VULCAN^®、與CENTURA^®處理系統。儘管設備被描述成併同快速熱製程腔室以及磊晶沉積腔室來使用，在此揭示的實施例可被用在使用燈加熱元件以為了加熱的其他處理系統與裝置。

光管窗口結構101包括由可使熱和各種波長的光(其可包括紅外線(IR)光譜中的光)透過的材料製成的第一透明板114與第二透明板115。第一透明板114與第二透明板115具有設置在第一透明板114與第二透明板115之間的複數個光管結構160。該複數個光管結構的各個光管結構可包括柱形結構與諸如此類的形狀者。第一透明板與第二透明板可具有實質上均勻的厚度且可具有實心截面。例如第一透明板114與第二透明板115可不具有穿孔。光管結構160被提供作為來自輻射熱源106的複數個能量源162的光子能穿過的光管，以在處理期間加熱基材140。在一實施例中，各個光管結構160在一般狀態下可具有全內反射(total internal reflection,TIR)性質。

製程腔室100亦包括一或更多個近接感測器116，該一或更多個近接感測器116大致上適於偵測腔室主體104的內部空間120內的基材支撐件102(或基材140)的高度。感測器116可耦接到腔室主體104與/或製程腔室100的其他部分，且適於提供能指示基材支撐件102與腔室主體104的頂部112與/或底部110之間的距離的輸出，且亦可偵測基材支撐件102與/或基材140的失對準。

燈頭組件105可包括輻射熱源106與光管窗口結構101兩者。光管窗口結構101可包括至少部分地環繞光管窗口結構101的外殼159。輻射熱源106包括由殼體123形成的燈組件，燈組件包括複數個緊密地間隔的管127。該些管127可被形成為蜂巢狀光管配置。各個管127可含有反射件與一個高強度能量源162，該高強度能量源162可以是燈、雷射、雷射二極體、發光二極體、IR發射器、或上述的組合。各個管127可和光管窗口結構101的各個光管結構160實質上軸向地對準。光管結構160用以傳送由各個能量源162所放射朝向基材140的能量。在一實施例中，燈頭組件105提供足夠的輻射能量以熱處理該基材140，例如退火設置在基材上140上的矽層。燈頭組件105可更包含環狀區，其中被控制器124供應到該複數個能量源162的電壓可被改變，以提升來自燈頭組件105的能量的徑向分佈。基材140的加熱的動態控制會受到該一或更多個溫度感測器117影響(在下文將更詳細地描述)，其中該一或更多個溫度感測器117係測量遍佈基材140的溫度。

在一實施例中，第一透明板114與第二透明板115皆由石英材料(即非晶二氧化矽)製成，儘管可使用能透過能量(諸如紅外線光譜中的波長)的其他材料(諸如玻璃、藍寶石、鋁矽酸鹽與玻璃)。第一透明板114與第二透明板115可由具有低包含容忍(inclusion tolerance)的清晰熔融的石英材料製成。在此所使用的詞語「透明」係指一物質，該物質在該物質的體積內不會顯著地改變經選擇的電磁輻射的波長範圍的方向或強度。在一實例中，經選擇的電磁輻射的波長範圍的平均方向變化小於數度，且平均強度減少小於約70%。

第一透明板114包括耦接到第一透明板114的上表面的複數個升降銷144，以促進基材進入或退出製程腔室100的傳送。例如，定子組件118可被致動以向下移動，這使得轉子119朝向燈頭組件105移動。在此所使用的任何方向(諸如「向下」或「往下」以及「向上」或「往上」)是基於腔室如圖所示中的方位且可能不是實際上真實的方向。

支撐基材140的支撐環121隨著轉子119移動。在期望的高度處，基材140接觸設置在第一透平板114上的升降銷144。轉子119(與支撐環121)的向下移動會持續，直到轉子119環繞燈頭組件105的外殼159。轉子119(與支撐環121)的向下移動會持續，直到支撐環121與穩定地被支撐在升降銷144上的基材140相隔一距離。升降銷144的高度可經選擇以沿著一平面支撐與對準基材140，其中該平面與基材接取埠148的平面共平面或鄰近基材接取埠148的平面。該複數個升降銷144可被定位在該些光管結構160之間且徑向地彼此相隔，以促進終端效應器(未示出)通過基材接取埠148。或者，終端效應器與/或機械人能夠可以水平且垂直移動，以促進基材140的傳送。該複數個升降銷144的各個升降銷144可被定位在該些光管結構160之間，以最小化來自輻射熱源106的能量的吸收。該複數個升降銷144的各個升降銷144可由和用於第一透明板114相同的材料(諸如石英材料)製成。

製程腔室100亦包括控制器124，控制器124大致上包括中央處理單元(CPU)130、支援電路128、與記憶體126。CPU 130可以是可用在工業設備中以控制各種動作的任何形式的電腦處理器和次處理器之一。記憶體126或電腦可讀媒體可以是一或更多個可輕易獲得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、或任何其他形式的數位儲存器，無論是當地的或遠端的皆可，且典型地耦接到CPU 130。支援電路128耦接到CPU 130，而以傳統方式來支援控制器124。這些電路包括快取、功率供應器、時脈電路、輸入/輸出電路、子系統、與諸如此類者。

氛圍控制系統164亦耦接到腔室主體104的內部空間120。氛圍控制系統164大致上包括節流閥與真空泵，以控制腔室壓力。氛圍控制系統164可額外地包括氣體源，以提供製程或其他氣體到內部空間120。氛圍控制系統164亦可適於輸送用於熱沉積製程的製程氣體。在處理期間，內部空間120大致上被維持在真空壓力。本發明揭示的態樣包括實施例，其中燈頭組件105至少部分地設置在內部空間120中(且在內部空間120中經受負壓力)，而燈頭組件105的一部分位在內部空間120的外面(即處於外界氛圍)。此配置提供有效率的能量傳送給基材140，同時能提升控制輻射熱源106的溫度的能力。

製程腔室100亦包括一或更多個溫度感測器117，該一或更多個溫度感測器117適於感測基材140在處理之前、期間與之後的溫度。在第1圖所示的實施例中，該些溫度感測器117設置成穿過頂部112，儘管可使用位在腔室主體104內且圍繞腔室主體104的其他位置。該些溫度感測器117可以是光學高溫計，例如具有光纖探針的高溫計。該些感測器117可適於以能感測基材的全部直徑或基材的一部分的組態耦接到頂部112。該些感測器117可包含實質上等於基材直徑的界定感測區域或實質上等於基材半徑的感測區域的圖案。例如，複數個感測器117能以徑向或線性組態耦接到頂部112，以產生橫跨基材的半徑或直徑的感測區域。在一實施例(未示出)中，複數個感測器117可設置在一線中，該線從約頂部112的中心徑向地延伸到頂部112的周圍部分。以此方式，基材的半徑可受到該些感測器117監控，這可使得基材的半徑在旋轉期間的感測成為可能。

製程腔室100亦包括冷卻塊180，冷卻塊180鄰近、耦接到、或被形成在頂部112中。大致上，冷卻塊180和燈頭組件105隔開且面對燈頭組件105。冷卻塊180包含耦接到入口181A和出口181B的一或更多個冷卻劑通道184。冷卻塊180可由製程抗性材料製成，諸如不銹鋼、鋁、聚合物、或陶瓷材料。冷卻劑通道184可包含螺旋圖案、矩形圖案、圓形圖案、或上述的組合，並且通道184可整合式地被形成在冷卻塊180內，例如藉由澆鑄冷卻塊180與/或從兩個或更多個部件來製造冷卻塊180且將這些部件接合。額外地或替代地，冷卻劑通道184可被鑽孔到冷卻塊180內。可藉由閥與適當的配管將入口181A與出口181B耦接到冷卻劑源182，並且冷卻劑源182和控制器124連通以促進壓力與/或設置在冷卻劑源182中的流體的流動的控制。該流體可以是水、乙二醇、氮(N₂)、氦(He)、或作為熱交換媒介的其他流體。

如在此所述，製程腔室100適於以「面向上(face-up)」的方位接收基材，其中基材的沉積物接收側或面被定向成朝向冷卻塊180且基材的「背側」面對燈頭組件105。「面向上」方位可容許來自燈頭組件105的能量更快速地被基材140吸收，這是因為基材的背側比基材的面更不會反射。

第2A-2C圖是顯示可被用在第1圖的製程腔室100中的光管窗口結構101的一實施例的各種視圖。第2A圖是光管窗口結構101的部分爆炸圖。第2B圖是沿著第2A圖的線2B-2B的光管窗口結構101的剖視圖。第2C圖是沿著第2B圖的線2C-2C的光管窗口結構101的剖視圖。第1圖中所示的升降銷144沒有在第2A-2C圖中示出。

光管窗口結構101包括外殼159、第一透明板114、第二透明板115、與光管結構160，光管結構160被夾置在第一透明板114與第二透明板115之間。如圖所示，第一透明板114可以是耦接到外殼的實心平坦的構件。第二透明板115可以是類似第一透明板114的實心平坦的構件。第一透明板114與第二透明板115兩者皆可由光學透明材料(諸如石英或藍寶石)製成。同樣地，外殼159可由光學透明材料(諸如石英)製成。在此所使用的詞語「光學透明」是材料傳送輻射(例如光波或用以加熱其他物件的其他波長，且尤其是可見光譜中的波長以及諸如紅外線(IR)光譜中的非可見波長)的能力。第一透明板114與第二透明板115兩者皆可藉由擴散焊接製程或其他適當的接合方法來接合。該些光管結構160的各個光管結構160可以是實心，諸如由光學透明材料(例如和第一透明板114與第二透明板115相同的材料(即熔融石英或藍寶石))製成的桿。或者，光管結構160的至少一部分可以是由光學透明材料(諸如石英或藍寶石)製成的空心管。

光管結構160的截面可包括圓形、矩形、三角形、菱形、或上述的組合、或其他多角形與/或不規則形。在平面圖中，該些光管結構160的各個光管結構160可包括實質上平行的邊緣(如第2C圖所示)，或聚集或偏離的邊緣以致圓錐形被形成在平面圖中。

形成光管窗口結構101的方法包括切鋸光學透明材料的塊體，以產生該些光管結構160。光學透明材料的板能在特定角度與深度精準地被切鋸，以產生如上所討論在截面中具有多角形的該些光管結構160。若使用線鋸(wire saw)，線可被操作成位在一平面中，該平面平行於該板的主表面。口鉅(kerf)可被用以形成環繞該些光管結構160的空隙。在材料中將該些光管結構160形成到特定深度係提供第一透明板114或第二透明板115的一者使其能整合到該些光管結構。其他透明板可藉由接合製程(諸如陶瓷焊接技術、密封玻璃黏接、擴散焊接製程、或其他適當的接合方法)被接合到該些光管結構160。當光學透明材料的桿或空心管用於作為該些光管結構160時，該些光管結構160可藉由接合製程(諸如陶瓷焊接技術、密封玻璃黏接、擴散焊接製程、或其他適當的接合方法)被接合到第一透明板114與第二透明板115的一者或兩者。圖上顯示該些光管結構160具有圓形的截面，但是在一些實施例中，該些光管結構160的至少一部分的截面形狀可以是多角形。在一實施例中，該些光管結構160的緊密堆聚配置的尺寸和空間係經設計而能實質上和輻射熱源160的該些管127的各個管127(如第1圖所示)軸向對準。然而，該些管127與該些光管結構160之間的一些失對準亦可被用以提供高功率強度與良好的空間解析。又，如上所述，在一些傳統的燈頭中，幅照圖案是不規則的，這可能是由於燈中的製造變化所造成。然而，在一些實施例中，光管窗口結構101的該些光管結構160亦可在目標平面(即被加熱的基材的表面)處產生更平滑的幅照圖案，因此使得燈頭組件105就不會受到燈與燈之間的製造差異所影響。

如第2B圖所示，該些光管結構160的各個光管結構160包括縱向軸A，縱向軸A實質上垂直於第一透明板114與第二透明板115的一者或兩者的平面。當第一透明板114與第二透明板115耦接到外殼159時，密封住的內部空間200可被容納在外殼159的內部側壁內，以及在該些光管結構160、該第一透明板114、與該第二透明板之間的空隙207內。在一些實施例中，外殼159可包括輸入埠205與輸出埠210。輸入埠205與輸出埠210可耦接到冷卻劑源215，冷卻劑源215使流體循環通過密封住的內部空間200以及該些光管結構160之間的空隙207，以為了冷卻光管窗口結構101。該流體可以是水、乙二醇、氮(N₂)、氦(He)、或作為熱交換媒介的其他流體。小間隙220(如第2C圖所示)提供流體在該些光管結構160周圍的流動，以促進該些光管結構160的各個光管結構160的冷卻。額外地或替代地，為了使冷卻流體流動通過輸入埠205與輸出埠210，輸入埠205與輸出埠210的一者或兩者可耦接到真空泵(如第2B圖所示)，以為了提供更低的壓力到密封住的內部空間200以及該些光管結構160之間的空隙207和間隙220。真空泵可被用以降低密封住的內部空間200與空隙207中的壓力，藉此降低內部空間120與密封住的內部空間200之間的壓降。

再次參照第1圖，第一透明板114可在腔室主體104的內部空間120中被暴露於低壓。第一透明板114所被暴露的壓力可以是80Torr、或更高的真空(諸如約5Torr至約10Torr)。將光管結構160黏接到第一透明板114與第二透明板115兩者提供了額外的結構堅硬性給第一透明板114，因此容許第一透明板114能忍受壓力差而不會失效。在一實施例中，如第2B圖所示，第一透明板114比第二透明板115更厚，以為了忍受內部空間120中的低壓。在一實施例中，第一透明板114的厚度可以是介於約7mm至約5mm。在一些實施例中，第一透明板114是第二透明板115的約兩倍厚。光管結構160可包括一主尺寸，該主尺寸可以是直徑且實質上等於輻射熱源106的管127的主尺寸(例如直徑)。在一實施例中，光管結構160的長度可以是約10mm至約80mm。

第3圖是第1圖的製程腔室100的一部分的側面剖視圖。在此圖中，基材140受到升降銷144與支撐環121支撐。基材140的位置可被用以於基材傳送到製程腔室100後在基材140上開始熱製程，其中該基材140在製程腔室100中可被輻射熱源106加熱。若支撐環121比基材140更熱，輻射熱源106的開放迴路加熱可被用以升高基材(受到支撐銷144支撐)的溫度以接近支撐環121的溫度，而為了避免基材140中的熱應力。當基材140被足夠地加熱，基材140可被傳送到支撐環，並且被升高遠離支撐銷144以容許基材140在處理期間的旋轉。

為了加熱基材140，輻射熱源106的能量源162被提供有來自功率源300的功率。功率源300可以是多區功率源，該多區功率源提供能量到輻射熱源106的能量源162的一或更多個群組。例如，第一或外區305A可包括位在殼體123的周邊上的能量源162的外組或能量源162的次組。類似地，第二或內區305B可包括位在外區305A內的能量源162的組或次組。在一實施例中，該些能量源162可被分隔成約十個同心區，該約十個同心區在密閉迴路加熱機制中個別地被控制。

當加熱基材140時，燈頭組件105(尤其是輻射熱源106)經歷升高的溫度，並且輻射熱源106的溫度可根據在此所揭示的實施例適當地被控制。例如，燈頭組件105的至少一部分設置在製程腔室100的內部空間120的外面(即外界壓力)，這提供了提升的輻射熱源106的溫度控制。改善的輻射熱源106的溫度控制促進更大的製程腔室100的效率。

在一實施例中，輻射熱源106耦接到冷卻劑源315，以促進提升的輻射熱源106的殼體123的冷卻。冷卻劑源315可以是冷卻劑，諸如水、乙二醇、氮(N₂)、氦(H)、或作為熱交換媒介的其他流體。冷卻劑可被流動通過殼體123且在輻射熱源106的該些能量源162之間。

第4圖示出製程腔室400的示意剖視圖，該製程腔室400具有設置在該製程腔室400上的光管窗口結構101的另一實施例。製程腔室400可被用以處理一或更多個基材，包括材料在基材140的上表面上的沉積。儘管在此沒有詳細地討論，經沉積的材料可包括砷化鎵、氮化鎵、或氮化鋁鎵。製程腔室400可包括如在此所揭示的燈頭組件105，該燈頭組件105包括一陣列的能量源162以為了加熱(除了其他部件以外)，基材支撐件404的背側402設置在製程腔室400內。基材支撐件404可以是碟形基材支撐件404(如圖所示)，或可以是類似第1和3圖中所示的環形基材支撐件，該基材支撐件404從基材的邊緣404支撐基材，以促進基材能暴露於光管窗口結構101的熱輻射。在第4圖中，和第1-3圖中所描述的元件類似的元件係被使用類似的元件符號，並且除非特別指出，不然會類似地運作且為了簡短起見不再重複敘述。額外地，第4圖中所描述的光管窗口結構101的實施例可被用在第1和3圖的製程腔室100中，並且反之亦然。

基材支撐件404設置在製程腔室400中而介於上圓頂406與光管窗口結構101的第一透明板114之間。上圓頂406、第一透明板114的上表面、及基部環408(設置在上圓頂406與光管窗口結構101的裝設凸緣410之間)大致上界定製程腔室400的內部區域。基材支撐件404大致上將製程腔室400的內部空間分隔成基材上方的製程區域與基材支撐件404下方的沖洗區域414。基材支撐件404在處理期間可被中心桿415旋轉，以最小化製程腔室400內的熱與製程氣體流動空間不規則性的效應，並因此促進均勻的基材140的處理。基材支撐件404被中心桿415支撐，中心桿415可在基材傳送過程期間與在一些情況的在基材140的處理期間於垂直方向(如箭頭所示)移動基材140。基材支撐件404可由碳化矽或被塗覆有碳化矽的石墨形成，以吸收來自能量源162的輻射能量且將輻射能量傳導到基材140。複數個升降銷405可設置在製程腔室400中而位在中心桿415向外處。升降銷405可耦接到致動器(未示出)，以在製程腔室400內相對於基材支撐件404且獨立於基材支撐件404之外垂直地移動升降銷405。基材140可經由裝載埠(未示出)被傳送到製程腔室400內且被定位在基材支撐件404上。第4圖顯示基材支撐件404處於升高處理位置，但可藉由致動器(未示出)將基材支撐件404垂直地移動到處理位置下方的裝載位置，以容許升降銷405接觸基材140且將基材140和基材支撐件404隔開。接著，機械人(未示出)可經由裝載埠進入製程腔室400以從製程腔室400接取與移除基材140。

大致上，上圓頂406與第一透明板114是由光學透明材料(諸如上述所討論的石英材料或藍寶石材料)製成。在此實施例中，光管窗口結構101的第一透明板114包括凹部416，凹部416可提供額外的結構堅硬性給光管窗口結構101。凹部416提供凹面的或圓頂的形狀給光管窗口結構101，且可使得第一透明板114與第二透明板115的一者或兩者的更薄截面尺寸變為可能，以在同時運作於更低的壓力時能提供結構剛硬性。

在一實施例中，具有平坦的第一透明板114的光管窗口結構101的厚度可以是約40mm，而具有具凹面形狀(例如第4圖所示的凹部416)的第一透明板114的光管窗口結構101的厚度可以是約35mm。在一些實施例中，第一透明板 114是第二透明板115的約兩倍厚。至少光管窗口結構101的第一透明板114可耦接到裝設凸緣410，該裝設凸緣410可被耦接在側壁108與基部環408之間。密封件418(諸如O-環)可被用以將裝設凸緣410密封住到側壁108與基部環408。上圓頂406可利用設置在上圓頂以及基部環408與夾持環420之間的密封件418耦接到基部環408與夾持環420，以為了密封。

能量源162可設以將基材140加熱到約200℃至約1600℃範圍內的溫度。各個能量源162可耦接到功率源300與控制器(如第3圖所示)。在處理期間或之後，燈頭組件105可被如圖所示及如第3圖所述的冷卻劑源315冷卻。替代地或額外地，燈頭組件105可藉由對流冷卻來冷卻。

在一實施例中，光管結構160與能量源162的一者或兩者的至少一部分可朝製程腔室400的中心軸向內呈角度。例如，靠近中心桿415的光管結構160與/或能量源162可相對於第一透明板114的平面向內傾斜約30度至約45度，以引導輻射能量朝向基材支撐件404的中心區域(即中心桿415上方)。在一實例中，來自能量源162的至少一部分的輻射能量以相對於透明板114的平面的非正交角度通過透明板114。

圓形遮件422能可選地設置在基材支撐件404周圍。基部環408亦可被襯墊組件424環繞。遮件422係避免或最小化來自能量源162的熱/光訊號洩漏到基材140的元件側428上，同時提供製程氣體的預熱區。遮件422可由CVD、 SiC、被塗覆有SiC的燒結石墨、生長SiC、不透明石英、經塗覆的石英、或可抵擋製程與沖洗氣體造成的化學崩潰的任何類似的適當材料製成。襯墊組件424的尺寸經設計成能安置在基部環408的內圓周裡或被基部環408的內圓周環繞。襯墊組件424係遮蔽處理空間(即製程區域412與沖洗區域414)免於接觸製程腔室400的金屬壁。金屬壁會和前驅物反應且造成處理空間中的污染。儘管圖上顯示襯墊組件424是單一主體，襯墊組件424可包括一或更多個襯墊。

製程腔室400亦可包括光學高溫計426，以用於基材140上的溫度測量/控制。可在基材140的元件側428上執行光學高溫計426的溫度測量。因此，光學高溫計426可僅感測來自熱基材140的輻射，只有最少的來自能量源162的背景輻射會直接地抵達光學高溫計426。反射件430能可選地設置在上圓頂406外面，以將從基材140輻射的光反射回到基材140上。反射件430可被固定到夾持環420。反射件430可由金屬(諸如鋁或不銹鋼)製成。可藉由提供高反射塗層(諸如金(Au))來改善反射的效率。反射件430可具有連接到冷卻源(未示出)的一或更多個埠432。該些埠432可連接到通道434，該通道被形成在反射件430之中或之上。通道434設以使流體(諸如水)或氣體(諸如氦、氮、或其他氣體)流動，以冷卻反射件430。

在一些實施例中，光管窗口結構101可包括被形成在的至少一部分光管窗口結構101中或設置成穿過光管窗口結構101的至少一部分的一或更多個度量光管460。度量光管 460可包含如在此所述的藍寶石或其他透明材料。在一實施例中，度量光管460被用以透過光纖光纜464和感測器462(諸如光學高溫計)耦接。度量光管460可具有約1mm至約2mm的直徑且設以被定位在該些光管結構160的至少一部分之間。度量光管460可具有從第一透明板114的表面延伸到設置在燈頭組件105的殼體123下方的度量光管460的末端的長度。在光管窗口結構101的的第一透明板114正下方的特定徑向位置或區域處具有一或更多個度量光管460(諸如一陣列的度量光管460)係容許在極靠近基材支撐件104與/或基材140的平面的位置處的溫度感測。度量光管460鄰近基材支撐件104與/或基材140係容許更小的測量位置，這能達到更精確的溫度控制。

從製程氣體源436供應的製程氣體可經由被形成在基部環408的側壁中的製程氣體入口438被引導到製程區域412內。製程氣體入口438設以引導製程氣體於大致上徑向向內方向。在膜形成製程期間，基材支撐件404可被定位在處理位置(其中該處理位置鄰近且約為和製程氣體入口438相同的高度)，而容許製程氣體以層流機制沿著流動路徑440向上地且環繞地流動越過基材140的上表面。製程氣體(沿著流動路徑442)經由設置在和製程氣體入口438相對的製程腔室400的側面上的氣體出口444離開製程區域412。可藉由耦接到氣體出口444的真空泵446來促進製程氣體經由氣體出口444的移除。由於製程氣體入口438與氣體出口444彼此對準且設置在約相同高度，咸信這樣的平行配置當與上圓頂406結合時，可達到大致上平坦的越過基材140的均勻氣流。可透過基材支撐件404造成基材140的旋轉來提供進一步的徑向均勻性。

可經由可選的被形成在基部環408的側壁中的沖洗氣體入口450從沖洗氣體源448供應沖洗氣體到沖洗區域414。沖洗氣體入口450設置在製程氣體入口438下方的高度。若使用圓形遮件422或預熱環(未示出)，圓形遮件或預熱環可設置在製程氣體入口438與沖洗氣體入口450之間。在任一種情況中，沖洗氣體入口450設以引導沖洗氣體於大致上徑向向內方向。在膜形成製程期間，基材支撐件404可被定位在一位置，以致沖洗氣體以層流機制沿著流動路徑452向下地且環繞地流動越過基材支撐件404的背側402。不受到任何特定理論限制，咸信沖洗氣體的流動可避免或實質上防止製程氣體流動進入沖洗區域414內、或減少製程氣體擴散進入沖洗區域414(即基材支撐件404下方的區域)。沖洗氣體(沿著流動路徑454)離開沖洗區域414，並且經由氣體出口444被耗盡流出製程腔室，其中該氣體出口444設置在和沖洗氣體入口450相對的製程腔室400的側面上。

類似地，在沖洗製程期間，基材支撐件404可被定位在升高位置，以容許沖洗氣體能橫向地流動越過基材支撐件404的背側402。此技術領域中具有一般技藝的人士應瞭解的是圖上顯示的製程氣體入口、沖洗氣體入口與氣體出口僅為了說明目的，這是因為氣體入口或出口等的位置、尺寸、或數量可被調整以進一步促進均勻的材料在基材140上的沉積。另一個選擇可以是經由製程氣體入口438來提供沖洗氣體。若希望的話，沖洗氣體入口450可設以引導沖洗氣體於向上方向，以將製程氣體限制在製程區域412中。

第5圖是光管窗口結構500的另一實施例的一部分的立體圖。圖上顯示光管窗口結構500具有第一板505，該第一板505可以是如上涉及光管窗口結構101所述的第一透明板114或第二透明板115的其中一者。此實施例中的光管窗口結構500包括環圈區塊510的形式的複數個光管結構，並且可包括可選的作為另一個光管結構的中心結構515。在一實施例中，該些環圈區塊510可以是同心的。該些環圈區塊510可平滑化來自各個能量源162(如第1和4圖所示)的輻射。中心結構515可具有圓柱、桿、或其他多角形的形式。相對的第二板520(其中第5圖顯示部分的第二板520)被接合到該些環圈區塊510的表面525(且當包括中心結構515時可包括中心結構515的最頂表面)，以形成光管窗口結構500。該些環圈區塊510的至少一部分可以是完整的圈、或形成完整的圈的多個弧形片段。第二板520可以是如上涉及光管窗口結構101所述的第一透明板114或第二透明板115的其中一者。光管窗口結構500可併同第1、3和4圖中所述的製程腔室100或製程腔室400分別地被使用。當光管窗口結構500併同製程腔室400被使用時，可不需要中心結構515以及最內部環圈區塊510的一或更多者，以為了提供對中心桿415與升降銷405(如第4圖所示)的接取。

該些環圈區塊510與中心結構515(當被使用時)、及第一板505和第二板520可由光學透明材料(諸如如上涉及光管窗口結構101所述的石英或藍寶石)製成。該些環圈區塊510與中心結構515(當被使用時)、及第一板505和第二板520可藉由接合製程(諸如陶瓷焊接技術、密封玻璃黏接、擴散焊接製程、或其他適當的接合方法)被耦接在一起。儘管第5圖沒有示出殼體(諸如在第2B、3和4圖中所述的外殼159)，一殼體可被接合到及第一板505和第二板520，以提供被密封住的內部空間。在一實施例中，當第一板505和第二板520被接合到最外部環圈區塊510時，最外部環圈區塊510可被用以作為殼體。

第6圖是光管窗口結構600的另一實施例的一部分的立體圖。圖上顯示光管窗口結構600具有第一板505，該第一板505可以是如上涉及光管窗口結構101所述的第一透明板114或第二透明板115的其中一者。光管窗口結構600類似第5圖中所述的光管窗口結構500，差異在於設置在該些光管結構之間與/或設置成穿過(圖上顯示成虛線)該些光管結構的幅條612包含複數個環圈區塊610。相對的第二板620(其中第6圖顯示部分的第二板620)被接合到該些環圈區塊610的表面525(且當包括中心結構515時可包括中心結構515的最頂表面)，以形成光管窗口結構600。該些環圈區塊610的至少一部分可以是完整的圈、或形成完整的圈的多個弧形片段，而具有幅條612設置在其之間。第二板620可以是如上涉及光管窗口結構101所述的第一透明板114或第二透明板115的其中一者。光管窗口結構600可併同第1、3和4圖中所述的製程腔室100或製程腔室400被使用。當光管窗口結構600併同製程腔室400被使用時，可不需要中心結構515以及最內部環圈區塊610的一或更多者，以為了提供對中心桿415與升降銷405(如第4圖所示)的接取。

該些幅條612可被用以減少光管窗口結構600中的張應力。該些幅條612可從中心結構515徑向地向外延伸到最外部環圈區塊610。該些幅條612能以幾何對稱圖案(諸如約30度間隔、45度間隔、60度間隔、或90度間隔)而對稱地被定位在該些環圈區塊610之間或被定位成穿過該些環圈區塊610。該些環圈區塊610、該些幅條612、與該中心結構515(當被使用時)、及該第一板605和該第二板620可由光學透明材料(諸如如上涉及光管窗口結構101所述的石英或藍寶石)製成。該些環圈區塊610、該些幅條612、與該中心結構515(當被使用時)、及該第一板605和該第二板620可藉由接合製程(諸如陶瓷焊接技術、密封玻璃黏接、擴散焊接製程、或其他適當的接合方法)耦接在一起。儘管第6圖沒有示出殼體(諸如在第2B、3和4圖中所述的外殼159)，一殼體可被接合到及第一板605和第二板620，以提供被密封住的內部空間。在一實施例中，當第一板605和第二板620被接合到最外部環圈區塊610時，最外部環圈區塊610可被用以作為殼體。

在此所述的光管窗口結構101、500和600的使用係容許燈頭組件105(如第3和4圖所示)設置在腔室內部空間的外面。在一些實施例中，在此所述的光管窗口結構101、500和600的第一透明板114提供製程腔室邊界(例如處理發生之處的內部空間的邊界)。密封件(諸如O-環與諸如此類者)可被用以密封住腔室內部空間120並容許燈頭組件105設置在內部空間的外面。在此所述的光管窗口結構101、500和600的使用提供提升的燈頭組件105與殼體123(如第1、3和4圖)的冷卻，同時維持能量源162(如第1和4圖)的強度與/或輻射圖案。例如，若燈頭組件105設置在製程腔室的內部空間中，內部空間120中的低壓可最小化能量源162的對流冷卻。此外，若燈頭組件105設置在內部空間120中，低壓環境(及有時候與輕易離子化的氣體的結合)會造成燈頭組件105內的連接到能量源162的電子連接件的弧光(arcing)。

儘管可藉由利用更低電壓的能量源162來減少弧光，在此所述的光管窗口結構101、500和600的實施例能達到更高電壓的能量源162的使用而不會產生弧光。因此，在此所述的光管窗口結構101、500和600的使用可達到燈頭組件105的對流冷卻，同時維持能量源162所提供的光學強度與圖案。此外，可利用更高電壓的能量源162(及更低的電流引出(current draw))，這具有許多優點。可用在燈頭組件105的低電流/更高電壓的能量源162係促進更快速與/或強化的基材140的加熱。此外，能量源162中更低的電流引出可達到更小的導體以及更小更強健的燈密封的使用，此兩者能節省金錢且最小化燈頭組件105中的空間的使用。

儘管上述說明係導向特定實施例，可設想出其他與進一步的實施例而不脫離本發明的基本範疇，並且本發明的範疇是由隨附的申請專利範圍來決定。