急速熱処理チャンバ用のランプ
【課題】ランプ、ランプベース、及びランプヘッド／反射スリーブからの熱の消散を改善するための付加的な方法を提供する。
【解決手段】基板熱処理チャンバにおいて基板を少なくとも約１１００℃までの温度に加熱するのに使用するよう適応されるランプアセンブリが開示されている。一実施形態において、このランプアセンブリは、一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲する電球と、一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、壁厚が少なくとも約０．０１３インチのスリーブと、熱伝導率が約１００Ｗ／（Ｋ−ｍ）より大きいポッティングコンパウンドとを備えている。
【解決手段】基板熱処理チャンバにおいて基板を少なくとも約１１００℃までの温度に加熱するのに使用するよう適応されるランプアセンブリが開示されている。一実施形態において、このランプアセンブリは、一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲する電球と、一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、壁厚が少なくとも約０．０１３インチのスリーブと、熱伝導率が約１００Ｗ／（Ｋ−ｍ）より大きいポッティングコンパウンドとを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
[0001]本出願は、２００７年２月１５日に出願された米国特許出願第１１／６７５，１４５号の利益を主張するもので、その開示内容は、参考として本願にそのまま援用される。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本発明の実施形態は、一般的に、半導体処理システムに関し、より具体的には、半導体処理システムにおける予熱用ランプに関する。
【０００３】
[0003]半導体チップ製作では、半導体基板又はウェハ上に表面構造体を生成し、化学的に変更し又はエッチングするために、急速熱処理（ＲＴＰ）システムが使用されている。このＲＴＰは、典型的に、ランプヘッドに嵌合されて基板又はウェハに向けられた高強度白熱ランプの配列に依存している。これらのランプは、電気的に電極が供給され、非常に急速にオン及びオフに切り換えることができ、その放射の実質的な部分を基板に向けることができる。その結果、チャンバを実質的に加熱しなくてもウェハを非常に急速に加熱することができると共に、ランプから電力が除去されると、同程度に急速に冷却することができる。
【０００４】
[0004]本出願の譲受人に譲渡された参考の為に本願に援用される米国特許公報第５，１５５，３３６号にはＲＴＰシステムの一例が説明されており、このシステムは、半導体処理チャンバと、半導体処理チャンバに配置された熱源アセンブリ又はランプヘッドとを含んでいる。ランプヘッドには、多数のタングステン−ハロゲンランプが配置され、それらのランプは、チャンバ内の基板を約３００℃／秒の割合で１２００℃程度及びそれより高い温度まで加熱することができる。処理中に、ランプからの赤外線放射が、上部窓、光通路及び下部窓を通して処理チャンバ内の回転する半導体基板へ放射される。このように、ウェハは、必要な処理温度に加熱される。
【０００５】
[0005]図１に示すように、半導体処理に使用するための従来のハロゲンランプ１０（タングステン−ハロゲンランプとも称される）は、電球１２（管球とも称される）を備え、これは、短い内部リード１６と長い内部リード１８との間に電気的に結合されたコイル１４の形態の放射発生フィラメントを有している。内部リード１６及び１８は、フォイル２２によって外部リード２６に結合される。フォイル２２は、通常、モリブデンから作られる。内部リード、外部リード及びフォイルは、ランプベース２０で所定位置に保持される。ランプベースは、製造中に、フォイルエリアにわたって一緒にプレスされ、ランプ電球をハーメチックシールするプレスシールを形成する。電球１２は、通常、石英で作られ、典型的に、ハロゲン含有ガスが充填される。
【０００６】
[0006]半導体処理動作中に、このようなランプは、チャンバに置かれた基板を加熱するために処理チャンバ内でパターン化された配列で置かれる。これらのランプは、上述したように、非常に高い温度で動作する。典型的に、ランプからの放射エネルギーのほぼ半分が、多数の反射の後に、関連光パイプの端部から出て行く。また、ランプからの放射エネルギーのほぼ半分が、ランプのベース２０及び反射板／ランプヘッド構造体において吸収される。これは、開放空間におけるランプ放射に比して、ランプのベースを非常に高い温度に到達させる。ベースが高温になり過ぎると、平均ランプ寿命が実質的に短縮される。このランプ劣化は、電気エネルギーをフィラメントへ運ぶフォイル２２の周りのシールの破裂によって生じる。約３００℃より上では、通常モリブデンで作られたフォイルが容易に酸化し、それにより生じるモリブデン酸化物が体積の膨張を引き起こし、石英を破裂させるか又は開路（open circuit）を生じさせる。従って、ランプベース２０を冷却する手段を設けることが必要になる。
【０００７】
[0007]更に、ランプベース２０から熱を取り去るために精巧な構造体が設計されている。従来の方法によれば、ランプベース２０は、多孔性のポッティングコンパウンドを使用して高精度外径ステンレス鋼管内部にカプセル化される。この高精度ステンレス鋼管は、外面（その長さのほとんど）が水冷される別の高精度ステンレス鋼管へ挿入される。電球からの放射エネルギーを反射して除去するために、電球の一部分を囲む反射スリーブが設けられている。この精巧な冷却メカニズムは、長いランプ寿命を許容するのに足る低い温度でランプを動作させる。
【０００８】
[0008]ランプから熱を運び去るのに使用される別の解決策は、ランプ電球の内部で、ランプフィラメント又はコイルとランプベースとの間に熱シールド又は反射プレートを配設することである。熱シールド又は内部反射プレートを含むランプ電球の例が、ＰＣＴ国際公開公報第ＷＯ０２／０３４１８号及び米国特許公報第６，７４４，１８７号に開示されている。電球内部に熱シールド又は反射プレートを有するランプ電球は有効であるが、これらの解決策は、電球アセンブリに付加的な部品を追加することを要する。
【０００９】
[0009]上述したランプ冷却解決策にも関わらず、ランプ、ランプベース、及びランプヘッド／反射スリーブからの熱の消散を改善するための付加的な方法を提供することが要望されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
[0010]本発明の一実施形態は、一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲し、内面、外面を有している電球と、一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、このランプベースを囲み、更に、ポッティングコンパウンドが充填された金属製スリーブとを備え、そのスリーブは、壁厚が少なくとも約０．０２０インチで、且つそのポッティングコンパウンドは、熱伝導率が約１００Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越え、基板処理チャンバ内で少なくとも約１１００℃までの温度に基板を加熱するのに使用するように適応されたランプアセンブリに関する。１つ以上の実施形態によれば、ポッティングコンパウンドは、熱伝導率が約１５０Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越え、例えば、約２００Ｗ／（Ｋ−ｍ）より大きい。
【００１１】
[0011]１つ以上の実施形態において、スリーブの壁厚は、約０．０４０インチを越え、例えば、約０．０５０インチを越える。スリーブは、銅又はアルミニウムで作ることができる。１つ以上の実施形態によれば、ポッティングコンパウンドは、リン酸マグネシウム結合の窒化アルミニウムを含む。一実施形態において、ポッティングコンパウンドは、銅又は銀を更に含んでもよいエポキシ系ポッティングコンパウンドである。
【００１２】
[0012]１つ以上の実施形態によれば、スリーブの断面形状は、ランプベースの断面形状と実質的に適合する。一実施形態において、スリーブの断面形状は、実質的に長方形である。
【００１３】
[0013]別の実施形態において、一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲し、内面、外面を有している電球と、一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、このベースを囲み、熱伝導率が約１００Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越える第１のポッティングコンパウンドとを備えていて、基板処理チャンバ内で少なくとも約１１００℃までの温度に基板を加熱するのに使用するよう適応されたランプアセンブリが提供される。一実施形態において、ポッティングコンパウンドの熱伝導率は、約１５０Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越え、また、約２００Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越えることもある。
【００１４】
[0014]一実施形態において、ランプアセンブリは、電球に隣接して配置された第２のポッティングコンパウンドを備え、この第２のポッティングコンパウンドは、第１のポッティングコンパウンドよりも熱伝導率が低く且つ反射率が高い。ある実施形態において、第１のポッティングコンパウンドは、エポキシ系窒化アルミニウムコンパウンドを含み、また、第２のポッティングコンパウンドは、ジルコニア系ポッティングコンパウンドを含む。一実施形態によれば、第２のポッティングコンパウンドは、厚みが約１ｍｍ未満の層で存在する。
【００１５】
[0015]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明について、幾つかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下により特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示したもので、従って、本発明の範囲は、それに限定されるものではなく、本発明は、同等の効果を発揮できる他の実施形態も包含できることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】半導体処理に使用するための従来技術のハロゲンランプを示す。
【図２】本発明の実施形態によるランプアセンブリの断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるランプアセンブリの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0019]以下の説明において本発明を完全に理解するために特定の細部について述べる。しかしながら、当業者であれば、これらの特定の細部がなくても本発明を実施できることが明らかであろう。他の点では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、良く知られた要素は示さない。
【００１８】
[0020]本発明の実施形態は、一般に、基板熱処理チャンバにおいて基板を少なくとも約１１００℃、例えば、約１３５０℃までの温度に加熱するのに使用するように適応されるランプアセンブリを提供する。１つ以上の実施形態によれば、半導体基板処理の用途に使用される急速熱処理装置に使用できるランプアセンブリは、ポッティングコンパウンドを囲む管の長さに沿って且つポッティングコンパウンドを通して熱を流し去り、既存の電球よりも急速に電球を冷却するように設計されている。本発明の実施形態によれば、ランプの寿命が延長されると共に、ランプ電球及びランプベースの過熱による早期のランプ故障が防止されることが予想される。
【００１９】
[0021]本発明の実施形態によれば、ランプアセンブリを囲む管又はスリーブの熱伝導率を高め、更に／又は管又はスリーブの厚みを増加すると、ランプ電球から熱を運び去る上で助けとなる。既存のランプアセンブリでは、ランプアセンブリを囲むスリーブは、典型的に、ステンレス鋼から作られる。１つ以上の実施形態によれば、従来のランプアセンブリよりもスリーブの熱伝導率を高めるために、ランプアセンブリを囲むスリーブには銅又はアルミニウムが使用される。別の実施形態において、ランプ電球及びベースから熱を運び去る上で助けとなるように、高い熱伝導率のポッティングコンパウンドを使用してもよい。既存のランプアセンブリでは、その既存のランプアセンブリに使用されるポッティングコンパウンドは、熱伝導率が約１から２Ｗ／（Ｋ−ｍ）である。本発明の実施形態によれば、熱伝導率が約１００Ｗ／（ｍ−ｋ）を越え、例えば、１５０Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越え、特に、２００Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越えるポッティングコンパウンドがランプアセンブリに使用される。スリーブのみの熱伝導率を高めるか、又はスリーブの厚みの増加と組み合わせてポッティングコンパウンドの熱伝導率を高めることにより、ランプ電球及びランプベースから、複数のランプアセンブリを囲むステンレス鋼ハウジングを通して流れる冷却流体への熱伝達が著しく容易にされる。
【００２０】
[0022]図２を参照すれば、基板処理チャンバ内の基板を処理するために熱エネルギーを供給するのに使用できるランプアセンブリ１２０の実施形態が示されている。しかしながら、ここに述べるランプアセンブリ１２０の、この実施形態及び他の実施形態は、単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するのに使用されるものではない。
【００２１】
[0023]一実施形態において、ランプアセンブリ１２０は、このランプアセンブリ１２０を収容し、更に、このアセンブリ１２０から熱を伝達するための構造的な基礎をなすスリーブ又は本体２４を備えている。スリーブ又は本体２４は、収容壁２８と、第１及び第２の端部３２、３６とを備えている。収容壁２８は、第１及び第２の端部３２、３６に開口４０ａ、４０ｂを備える。一実施形態において、収容壁２８は、熱伝達を容易にし、更に、反射面をなす金属で構成される。例えば、スリーブ２４は、ブラシ掛け又は研磨されて反射性とすることのできるステンレス鋼で構成されてもよい。銅やアルミニウムのような良好な伝導性のスリーブ材料は、熱伝達を更に改善し、電球付近の熱を減少することが熱モデリングにより示されている。更に、管の全外径を増加せずにスリーブの壁厚を増加することで、電球からの熱の伝達が更に改善される。スリーブの外径の非限定実施例において、ＲＴＰチャンバに使用される電球は、外径が約０．６１９インチで、内径が約０．５９２インチで、その結果、スリーブの壁厚は、約０．０１３インチとなる。管の壁厚を約０．０２０インチより大きく増加し、特に、約０．０４０インチより大きく増加し、更には、約０．０５０インチより大きく増加すると、電球からの熱の流れが著しく改善されて、電球の温度を下げることが熱モデリングにより示されている。スリーブ材料、ポッティングコンパウンドの熱伝導率、及びスリーブの厚みを変えたときの温度への影響を決定するのに熱モデリングが使用された。ＲＴＰチャンバ内の多数の位置の温度が分析された。伝導率の高いスリーブ材料を、スリーブ厚みの増加及び／又は伝導率の高いポッティングコンパウンドと組み合わせて使用すると、ランプ管内部及びその付近の幾つかの位置の温度が７５℃から約１００℃まで低下することが確定された。一実施形態において、管は、伝導率の高い金属で構成され、管の殻内部に含まれるポッティングコンパウンドはほとんど又は全く無い。この実施形態において、管は、実質的に中実のもので、ワイヤのためのコンジットが設けられ、ある場合には、管の両端に電球及びプラグが挿入される。ＲＴＰチャンバの初期の世代では、電球がランプヘッドの冷却材濡れ領域内部に収容され、エネルギーのほとんどは、電球から横方向（半径方向）に石英部片、ガスギャップ及びランプヘッドスチール管を通して冷却材へと運び去られると考えられていた。ツールが使用されるプロセスに対する上記シナリオでは、電球／コイルからシールエリアを越えてポッティングを通して冷却材へと横方向に流れ込む熱はほとんどないと考えられていた。入手容易な熱伝導率の低いポッティング材料の使用は、問題にならなかった。ＲＴＰチャンバの現在の世代では、より高いプロセス温度が要求され、電球は、ランプヘッドの冷却材濡れ領域を越えて延びるので、軸方向熱搬送の改善が有利になる。
【００２２】
[0024]図示された実施形態において、スリーブ２４は、製造し易い円形断面である。しかしながら、以下に更に述べるように、方形、長方形、三角形、及び多アーチ形状を含む他の断面形状も考えられる。１つ以上の実施形態において、スリーブ２４の断面形状は、ランプベースの形状に実質的に適合する。スリーブ２４の長手軸４４は、収容壁２８に平行で且つスリーブ２４の断面に垂直である。
【００２３】
[0025]図示されたランプアセンブリ１２０は、スリーブ又は本体２４の第１端部３２にシールされたランプ要素４８を備えている。一般的に、このランプ要素４８は、フィラメント５６の周りに内部雰囲気を含む光透過性電球又は管球５２を含む。この管球５２は、管状、円錐、球状、及び多アーチ形状を含む種々の形状を含むことができる。電球又は管球５２は、電気コネクタ６４の貫通を許容するピンチシール端部又はランプベース６０も備え、また、製造中に管球にガスを付加または除去するのに使用されて後にシールされる真空管（図示せず）を含んでもよい。電球又は管球５２は、石英、シリカガラス、アルミノシリケートガラス、又は他の適当な光透過性材料を備える。管球５２に収容される内部雰囲気は、例えば、ハロゲン含有ガスを備える。管球５２及びランプベースは、半導体基板の急速熱プロセスチャンバに関連した高い温度及び急速な温度変化に耐えるように形成される。例えば、ランプアセンブリは、ウェハを少なくとも約１１００℃までの温度及び約１３５０℃程度の温度に処理することから生じる局部的な環境、並びに約３００℃／秒の温度変化に耐えることができなければならない。
【００２４】
[0026]ランプ要素４８の管球５２内にあるコイルの形態で示された放射発生フィラメント５６は、その２つの端部６８ａ、６８ｂが電気コネクタ６４に電気的に結合されている。フィラメント５６は、抵抗性金属ワイヤを備え（１つの態様では、タングステン製ワイヤ）を備える。フィラメント５６は、単一又は複数のコイルや、或いは過剰巻きコイルを含むコイル巻きコイルを有することも可能であるし、或いは平坦なストリップ、波形の平坦なストリップ又は過剰巻きの平坦なストリップを含むこともでき、その中点又は端末点６８ａ、６８ｂにおいてランプ要素の電気コネクタ６４に結合される。フィラメント５６の電気的特性は、その単位長さ当たりの重量、直径、及びコイルパラメータのようなパラメータを調整することにより変えることができる。動作中に、フィラメント５６は、例えば、約１２０ＶAC,rmsの動作電圧で約１ｋＷまでのワット範囲で放射を発生することができる。典型的に、放射は、深紫外線、紫外線、可視光線、赤外線又は近赤外線レンジである。
【００２５】
[0027]ランプ要素の電気コネクタ６４は、ランプ要素の管球５２の外側の電源からフィラメント５６へ電力を供給し、フィラメント５６と電源との間の連続的な電気接続を形成する。ランプ要素の電気コネクタ６４は、典型的に、モリブデン製ワイヤのような、導電性に優れた金属ワイヤ７２又はフォイル７６或いはその組み合わせを備える。また、コネクタ６４は、他の金属、例えば、タングステン、ニッケルがメッキされた鋼、又は電気抵抗が低く且つ高電流を確実に搬送できる他の金属を備えてもよい。
【００２６】
[0028]管球５２のピンチシール端部又はランプベース６０は、管球５２がランプ要素４８の電気コネクタ６４の周りで物理的に制限される領域を含む。コネクタ６４は、これが管球５２に入り込むときにピンチシール端部又はランプベース６０を貫通し且つそれによって所定位置に保持されて、外部電源をフィラメント５６に電気的に結合する。ピンチシール端部又はランプベース６０は、管球５２の内部雰囲気の圧力及び組成を維持するためにハーメチックシールを形成する。ランプ要素４８は、スリーブ又は本体２４の第１端部３２において少なくとも部分的に載置される。
【００２７】
[0029]また、ランプアセンブリ１２０は、ランプアセンブリ１２０の第２端部３６からランプ要素４８へ電力を伝送するための１つ以上の伝送ワイヤ８０も備えている。一実施形態において、ランプアセンブリ１２０は、ランプ要素４８の一対の電気コネクタ６４の１つに各々が接続される一対の伝送ワイヤ８０を備えている。この伝送ワイヤ８０は、電気抵抗が比較的に低い導電性ワイヤである。一実施形態において、伝送ワイヤ８０の電気抵抗は、約０．１オーム以下である。伝送ワイヤ８０は、一端で、半田接続、溶接接続、物理的磨滅（abrasion）、音波結合、或いは安定した比較的に低抵抗の電気的接続が確立される他の形式の接続により、ランプ要素４８の電気コネクタ６４に電気的に接続される。また、伝送ワイヤ８０は、それらの動きや曲げを許容する弾力性も有する。例えば、１つの変形例では、伝送ワイヤ８０は、ヤング率が約３０ＧＰａから約１３０ＧＰａである。これは、伝送ワイヤ８０をランプアセンブリの組立中及び動作中に曲げたり操作したりするのを許容しながらも、それらの形状を保つに充分な量の剛性を保有することも許容する。
【００２８】
[0030]ランプアセンブリ１２０は、スリーブ又は本体２４内にポッティングコンパウンド８４を備え、これが、ランプアセンブリ１２０の発熱要素とスリーブ又は本体２４との間の熱伝達を促進する。発熱要素は、例えば、ランプ要素４８及び伝送ワイヤ８０を含むことができる。ポッティングコンパウンド８４は、熱エネルギーをスリーブ又は本体２４へ伝達し、次いで、スリーブ又は本体２４が熱をランプアセンブリ１２０から伝達することができる。一実施形態において、ポッティングコンパウンド８４は、少なくとも、ランプ要素４８のピンチシール端部又はランプベース６０と、スリーブ又は本体２４の収容壁２８との間にある。例えば、ポッティングコンパウンド８４は、実質的に全ピンチシール端部又はランプベース６０の周りにあって、収容壁２８までの全域に延びることができる。また、ポッティングコンパウンド８４は、ランプ要素４８のピンチシール端部又はランプベース６０を越えて延びることもでき、例えば、一実施形態において、ポッティングコンパウンド８４は、スリーブ又は本体２４の第２端部３６に向けて延びる。上述したように、伝導率の高いポッティングコンパウンド、例えば、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越え、特に、１５０Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越え、更には、２００Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越えるポッティングコンパウンドが、本発明の実施形態に基づいて使用される。特に適したコンパウンドは、窒化アルミニウムを主成分とするポッティングコンパウンドである。適当なポッティングコンパウンドは、例えば、アレムコ社から入手できるセラマキャスト(Ceramacast)製品番号６７５である。他の適当なポッティングコンパウンドは、アルミナ充填ポッティングコンパウンド又はエポキシ系ポッティングコンパウンドを含んでもよい。
【００２９】
[0031]一実施形態において、熱伝導率の高いポッティングコンパウンドではなく、熱伝導率は低いが反射率の高いポッティングコンパウンドの薄い層を使用して、ランプ電球を囲み、ランプ電球からの熱反射率を改善する。例えば、熱伝導率が１から２Ｗ／（ｍ−Ｋ）のジルコン系ポッティングコンパウンドの少なくとも約１ｍｍ厚みの層をランプベース６０付近で電球の周りに使用することができると共に、管の残り部分に伝導率の高いコンパウンドを充填することができる。
【００３０】
[0032]この技術で知られているように、水硬性ポッティングコンパウンドの場合、ポッティングコンパウンド８４は、水分含有量を減少するか又は除去するためにランプアセンブリ１２０の製造中に加熱される。例えば、一実施形態において、加熱後に、ポッティングコンパウンド８４は、水分含有量が０．１重量％以下である。残りの水分含有量は、一般的に、ランプの動作中に放出可能である。また、ポッティングコンパウンド８４は、熱的に連続する領域においてランプアセンブリ１２０への一体化を容易にするに充分なほど順応性がある。
【００３１】
[0033]ランプアセンブリ１２０は、スリーブ又は本体２４の第２端部３６に位置されたプラグ８８を備えている。このプラグは、外部電源に接続され、ランプヘッドと外部電気コネクタとの間の不整列を調整する。プラグ８８は、堅牢な材料又はエラストマー材料で作られてもよい。更に、プラグは、図示されたように、スリーブ又は本体２４の端部３６に対して固定されるか、そこに挿入されてもよいし、或いは端部３６に対して柔軟に位置されてもよい。プラグ８８が柔軟に位置されるときには、プラグは、長手軸４４に垂直な方向にスリーブ又は本体２４の第２端部３６に対して移動することができる。プラグ８８の柔軟な位置付けは、製造を容易にするための幾つかの効果を有するが、エラストマープラグ８８をスリーブ又は本体２４の端部３６に固定することが望ましい場合もある。プラグ８８は、伝送ワイヤ８０に電力を伝達する電気コネクタ９２を有する。プラグ８８は、ポッティングコンパウンド８４から水分含有量を除去するのに必要な温度に耐えることのできる材料を備える。一実施形態において、プラグの材料は、少なくとも約１６５℃で少なくとも約１５時間露出させることに耐えることができる。プラグは、堅牢な材料で作られてもよいし、柔軟な材料で作られてもよい。堅牢な材料は、典型的に、柔軟な材料よりも、プラグ８８を高い温度で長時間露出させるのを許容する。例えば、エラストマーのような柔軟な材料は、柔軟性のために要求される弱い内部結合が一般的に熱的安定性を下げるために、堅牢な材料のように比較的高い温度への露出に一般的に耐えることはないが、本発明の実施形態によれば、それらを使用することができる。例えば、柔軟なプラグに使用されるエラストマー材料であるサントプレン(Santoprene)２０１−６４は、その柔軟性及び他の特性が劣化し始めるまでに、約１５０℃で約１５時間耐えることができる。柔軟なプラグに使用できる別のエラストマーは、１８０℃を越える温度で１５時間耐えることのできる白金触媒作用のシリコーン、例えば、ＧＥ ＬＩＭ９０７０である。
【００３２】
[0034]また、プラグ８８は、一対の電気コネクタ９２も備えることができ、これは、基板処理チャンバの受け入れレセプタクルに合う形状にされ、伝送ワイヤ８０に電気的に接続される。この電気コネクタ９２は、レセプタクルから伝送ワイヤ８０へと電力を転送し、次いで、伝送ワイヤがランプ要素４８へ電力を転送する。プラグの電気コネクタ９２は、金属のような導電性材料を備える。例えば、１つの変形例では、コネクタ９２は、鉄合金、ニッケル、又は銅、或いはその混合物で構成される。１つの変形例では、コネクタ９２は、１つの材料が別の材料の上にメッキ又は堆積されるような材料の組み合わせを備えてもよい。
【００３３】
[0035]プラグ８８は、第１のプラグ要素１０４を備え、これは、プラグの電気コネクタ９２を保持すると共にランプアセンブリの伝送ワイヤ８０を受け入れるための構造上の基礎をなす。この第１のプラグ要素１０４は、ランプアセンブリ１２０の本体２４に直接取り付けられるように示されていないが、１つ以上の実施形態において、プラグがスリーブ又は本体２４に取り付けられてもよい。第１のプラグ要素１０４は、プラグの電気コネクタ９２及び伝送ワイヤ８０を受け入れて少なくとも部分的にカプセル化するための主本体１０８を有する。また、プラグ要素１０４は、延長部１１２も有し、これは、比較的サイズが大きくてもよいプラグの電気コネクタ９２を更に支持すると共に高電圧動作に対して付加的な絶縁を与えるものである。第１のプラグ要素１０４の形状及びサイズについて他の変形例も考えられる。
【００３４】
[0036]図３を参照すれば、ランプアセンブリ２２０が斜視図で示され、ここで、スリーブ２２４は、断面形状が実質的に長方形であり、これは、ランプベース２６０と、コネクタ２９２が延び出したプラグ２０８との断面形状に適合する。電球又は管球２５２は、実質的に円形断面である。技術的に理解されるように、ランプアセンブリ２２０は、このランプアセンブリを冷却する水冷型又は他の流体冷却型ステンレス鋼製ハウジングへ挿入することができる。上述したように、スリーブの壁厚、スリーブの熱伝導率、及びポッティングコンパウンドの熱伝導率の１つ以上を調整することにより、冷却流体への熱伝達を改善して、電球寿命の改善を得ることができる。
【００３５】
[0037]本明細書全体を通じて、「一実施形態」、「ある実施形態」、「１つ以上の実施形態」又は「実施形態」を言及するときには、その実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造、材料、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。従って、本明細書の全体にわたり種々の場所で「１つ以上の実施形態」、「ある実施形態」、「一実施形態」又は「実施形態」のような句が現れたときには、必ずしも、本発明の同じ実施形態を言及していない。更に、特定の特徴、構造、材料又は特性は、１つ以上の実施形態において、適当な仕方で結合することができる。
【００３６】
[0038]以上の説明は、例示に過ぎず、それに限定されるものではないことを理解されたい。当業者であれば、以上の説明を検討したときに、多数の他の実施形態が明らかとなろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びにその権利が及ぶ等効物の全範囲に基づいて決定されなければならない。
【符号の説明】
【００３７】
２４…スリーブ又は本体、２８…収容壁、３２、３６…端部、４４…長手軸、４８…ランプ要素、５２…電球又は管球、５６…フィラメント、６０…ピンチシール端部又はランプベース、６４…電気コネクタ、７２…金属ワイヤ、７６…フォイル、８０…伝送ワイヤ、８４…ポッティングコンパウンド、８８…プラグ、９２…電気コネクタ、１０４…第１のプラグ要素、１２０…ランプアセンブリ、２２０…ランプアセンブリ、２２４…スリーブ、２６０…ランプベース、２０８…プラグ、２９２…コネクタ
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
[0001]本出願は、２００７年２月１５日に出願された米国特許出願第１１／６７５，１４５号の利益を主張するもので、その開示内容は、参考として本願にそのまま援用される。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本発明の実施形態は、一般的に、半導体処理システムに関し、より具体的には、半導体処理システムにおける予熱用ランプに関する。
【０００３】
[0003]半導体チップ製作では、半導体基板又はウェハ上に表面構造体を生成し、化学的に変更し又はエッチングするために、急速熱処理（ＲＴＰ）システムが使用されている。このＲＴＰは、典型的に、ランプヘッドに嵌合されて基板又はウェハに向けられた高強度白熱ランプの配列に依存している。これらのランプは、電気的に電極が供給され、非常に急速にオン及びオフに切り換えることができ、その放射の実質的な部分を基板に向けることができる。その結果、チャンバを実質的に加熱しなくてもウェハを非常に急速に加熱することができると共に、ランプから電力が除去されると、同程度に急速に冷却することができる。
【０００４】
[0004]本出願の譲受人に譲渡された参考の為に本願に援用される米国特許公報第５，１５５，３３６号にはＲＴＰシステムの一例が説明されており、このシステムは、半導体処理チャンバと、半導体処理チャンバに配置された熱源アセンブリ又はランプヘッドとを含んでいる。ランプヘッドには、多数のタングステン−ハロゲンランプが配置され、それらのランプは、チャンバ内の基板を約３００℃／秒の割合で１２００℃程度及びそれより高い温度まで加熱することができる。処理中に、ランプからの赤外線放射が、上部窓、光通路及び下部窓を通して処理チャンバ内の回転する半導体基板へ放射される。このように、ウェハは、必要な処理温度に加熱される。
【０００５】
[0005]図１に示すように、半導体処理に使用するための従来のハロゲンランプ１０（タングステン−ハロゲンランプとも称される）は、電球１２（管球とも称される）を備え、これは、短い内部リード１６と長い内部リード１８との間に電気的に結合されたコイル１４の形態の放射発生フィラメントを有している。内部リード１６及び１８は、フォイル２２によって外部リード２６に結合される。フォイル２２は、通常、モリブデンから作られる。内部リード、外部リード及びフォイルは、ランプベース２０で所定位置に保持される。ランプベースは、製造中に、フォイルエリアにわたって一緒にプレスされ、ランプ電球をハーメチックシールするプレスシールを形成する。電球１２は、通常、石英で作られ、典型的に、ハロゲン含有ガスが充填される。
【０００６】
[0006]半導体処理動作中に、このようなランプは、チャンバに置かれた基板を加熱するために処理チャンバ内でパターン化された配列で置かれる。これらのランプは、上述したように、非常に高い温度で動作する。典型的に、ランプからの放射エネルギーのほぼ半分が、多数の反射の後に、関連光パイプの端部から出て行く。また、ランプからの放射エネルギーのほぼ半分が、ランプのベース２０及び反射板／ランプヘッド構造体において吸収される。これは、開放空間におけるランプ放射に比して、ランプのベースを非常に高い温度に到達させる。ベースが高温になり過ぎると、平均ランプ寿命が実質的に短縮される。このランプ劣化は、電気エネルギーをフィラメントへ運ぶフォイル２２の周りのシールの破裂によって生じる。約３００℃より上では、通常モリブデンで作られたフォイルが容易に酸化し、それにより生じるモリブデン酸化物が体積の膨張を引き起こし、石英を破裂させるか又は開路（open circuit）を生じさせる。従って、ランプベース２０を冷却する手段を設けることが必要になる。
【０００７】
[0007]更に、ランプベース２０から熱を取り去るために精巧な構造体が設計されている。従来の方法によれば、ランプベース２０は、多孔性のポッティングコンパウンドを使用して高精度外径ステンレス鋼管内部にカプセル化される。この高精度ステンレス鋼管は、外面（その長さのほとんど）が水冷される別の高精度ステンレス鋼管へ挿入される。電球からの放射エネルギーを反射して除去するために、電球の一部分を囲む反射スリーブが設けられている。この精巧な冷却メカニズムは、長いランプ寿命を許容するのに足る低い温度でランプを動作させる。
【０００８】
[0008]ランプから熱を運び去るのに使用される別の解決策は、ランプ電球の内部で、ランプフィラメント又はコイルとランプベースとの間に熱シールド又は反射プレートを配設することである。熱シールド又は内部反射プレートを含むランプ電球の例が、ＰＣＴ国際公開公報第ＷＯ０２／０３４１８号及び米国特許公報第６，７４４，１８７号に開示されている。電球内部に熱シールド又は反射プレートを有するランプ電球は有効であるが、これらの解決策は、電球アセンブリに付加的な部品を追加することを要する。
【０００９】
[0009]上述したランプ冷却解決策にも関わらず、ランプ、ランプベース、及びランプヘッド／反射スリーブからの熱の消散を改善するための付加的な方法を提供することが要望されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
[0010]本発明の一実施形態は、一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲し、内面、外面を有している電球と、一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、このランプベースを囲み、更に、ポッティングコンパウンドが充填された金属製スリーブとを備え、そのスリーブは、壁厚が少なくとも約０．０２０インチで、且つそのポッティングコンパウンドは、熱伝導率が約１００Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越え、基板処理チャンバ内で少なくとも約１１００℃までの温度に基板を加熱するのに使用するように適応されたランプアセンブリに関する。１つ以上の実施形態によれば、ポッティングコンパウンドは、熱伝導率が約１５０Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越え、例えば、約２００Ｗ／（Ｋ−ｍ）より大きい。
【００１１】
[0011]１つ以上の実施形態において、スリーブの壁厚は、約０．０４０インチを越え、例えば、約０．０５０インチを越える。スリーブは、銅又はアルミニウムで作ることができる。１つ以上の実施形態によれば、ポッティングコンパウンドは、リン酸マグネシウム結合の窒化アルミニウムを含む。一実施形態において、ポッティングコンパウンドは、銅又は銀を更に含んでもよいエポキシ系ポッティングコンパウンドである。
【００１２】
[0012]１つ以上の実施形態によれば、スリーブの断面形状は、ランプベースの断面形状と実質的に適合する。一実施形態において、スリーブの断面形状は、実質的に長方形である。
【００１３】
[0013]別の実施形態において、一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲し、内面、外面を有している電球と、一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、このベースを囲み、熱伝導率が約１００Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越える第１のポッティングコンパウンドとを備えていて、基板処理チャンバ内で少なくとも約１１００℃までの温度に基板を加熱するのに使用するよう適応されたランプアセンブリが提供される。一実施形態において、ポッティングコンパウンドの熱伝導率は、約１５０Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越え、また、約２００Ｗ／（Ｋ−ｍ）を越えることもある。
【００１４】
[0014]一実施形態において、ランプアセンブリは、電球に隣接して配置された第２のポッティングコンパウンドを備え、この第２のポッティングコンパウンドは、第１のポッティングコンパウンドよりも熱伝導率が低く且つ反射率が高い。ある実施形態において、第１のポッティングコンパウンドは、エポキシ系窒化アルミニウムコンパウンドを含み、また、第２のポッティングコンパウンドは、ジルコニア系ポッティングコンパウンドを含む。一実施形態によれば、第２のポッティングコンパウンドは、厚みが約１ｍｍ未満の層で存在する。
【００１５】
[0015]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明について、幾つかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下により特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示したもので、従って、本発明の範囲は、それに限定されるものではなく、本発明は、同等の効果を発揮できる他の実施形態も包含できることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】半導体処理に使用するための従来技術のハロゲンランプを示す。
【図２】本発明の実施形態によるランプアセンブリの断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるランプアセンブリの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0019]以下の説明において本発明を完全に理解するために特定の細部について述べる。しかしながら、当業者であれば、これらの特定の細部がなくても本発明を実施できることが明らかであろう。他の点では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、良く知られた要素は示さない。
【００１８】
[0020]本発明の実施形態は、一般に、基板熱処理チャンバにおいて基板を少なくとも約１１００℃、例えば、約１３５０℃までの温度に加熱するのに使用するように適応されるランプアセンブリを提供する。１つ以上の実施形態によれば、半導体基板処理の用途に使用される急速熱処理装置に使用できるランプアセンブリは、ポッティングコンパウンドを囲む管の長さに沿って且つポッティングコンパウンドを通して熱を流し去り、既存の電球よりも急速に電球を冷却するように設計されている。本発明の実施形態によれば、ランプの寿命が延長されると共に、ランプ電球及びランプベースの過熱による早期のランプ故障が防止されることが予想される。
【００１９】
[0021]本発明の実施形態によれば、ランプアセンブリを囲む管又はスリーブの熱伝導率を高め、更に／又は管又はスリーブの厚みを増加すると、ランプ電球から熱を運び去る上で助けとなる。既存のランプアセンブリでは、ランプアセンブリを囲むスリーブは、典型的に、ステンレス鋼から作られる。１つ以上の実施形態によれば、従来のランプアセンブリよりもスリーブの熱伝導率を高めるために、ランプアセンブリを囲むスリーブには銅又はアルミニウムが使用される。別の実施形態において、ランプ電球及びベースから熱を運び去る上で助けとなるように、高い熱伝導率のポッティングコンパウンドを使用してもよい。既存のランプアセンブリでは、その既存のランプアセンブリに使用されるポッティングコンパウンドは、熱伝導率が約１から２Ｗ／（Ｋ−ｍ）である。本発明の実施形態によれば、熱伝導率が約１００Ｗ／（ｍ−ｋ）を越え、例えば、１５０Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越え、特に、２００Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越えるポッティングコンパウンドがランプアセンブリに使用される。スリーブのみの熱伝導率を高めるか、又はスリーブの厚みの増加と組み合わせてポッティングコンパウンドの熱伝導率を高めることにより、ランプ電球及びランプベースから、複数のランプアセンブリを囲むステンレス鋼ハウジングを通して流れる冷却流体への熱伝達が著しく容易にされる。
【００２０】
[0022]図２を参照すれば、基板処理チャンバ内の基板を処理するために熱エネルギーを供給するのに使用できるランプアセンブリ１２０の実施形態が示されている。しかしながら、ここに述べるランプアセンブリ１２０の、この実施形態及び他の実施形態は、単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するのに使用されるものではない。
【００２１】
[0023]一実施形態において、ランプアセンブリ１２０は、このランプアセンブリ１２０を収容し、更に、このアセンブリ１２０から熱を伝達するための構造的な基礎をなすスリーブ又は本体２４を備えている。スリーブ又は本体２４は、収容壁２８と、第１及び第２の端部３２、３６とを備えている。収容壁２８は、第１及び第２の端部３２、３６に開口４０ａ、４０ｂを備える。一実施形態において、収容壁２８は、熱伝達を容易にし、更に、反射面をなす金属で構成される。例えば、スリーブ２４は、ブラシ掛け又は研磨されて反射性とすることのできるステンレス鋼で構成されてもよい。銅やアルミニウムのような良好な伝導性のスリーブ材料は、熱伝達を更に改善し、電球付近の熱を減少することが熱モデリングにより示されている。更に、管の全外径を増加せずにスリーブの壁厚を増加することで、電球からの熱の伝達が更に改善される。スリーブの外径の非限定実施例において、ＲＴＰチャンバに使用される電球は、外径が約０．６１９インチで、内径が約０．５９２インチで、その結果、スリーブの壁厚は、約０．０１３インチとなる。管の壁厚を約０．０２０インチより大きく増加し、特に、約０．０４０インチより大きく増加し、更には、約０．０５０インチより大きく増加すると、電球からの熱の流れが著しく改善されて、電球の温度を下げることが熱モデリングにより示されている。スリーブ材料、ポッティングコンパウンドの熱伝導率、及びスリーブの厚みを変えたときの温度への影響を決定するのに熱モデリングが使用された。ＲＴＰチャンバ内の多数の位置の温度が分析された。伝導率の高いスリーブ材料を、スリーブ厚みの増加及び／又は伝導率の高いポッティングコンパウンドと組み合わせて使用すると、ランプ管内部及びその付近の幾つかの位置の温度が７５℃から約１００℃まで低下することが確定された。一実施形態において、管は、伝導率の高い金属で構成され、管の殻内部に含まれるポッティングコンパウンドはほとんど又は全く無い。この実施形態において、管は、実質的に中実のもので、ワイヤのためのコンジットが設けられ、ある場合には、管の両端に電球及びプラグが挿入される。ＲＴＰチャンバの初期の世代では、電球がランプヘッドの冷却材濡れ領域内部に収容され、エネルギーのほとんどは、電球から横方向（半径方向）に石英部片、ガスギャップ及びランプヘッドスチール管を通して冷却材へと運び去られると考えられていた。ツールが使用されるプロセスに対する上記シナリオでは、電球／コイルからシールエリアを越えてポッティングを通して冷却材へと横方向に流れ込む熱はほとんどないと考えられていた。入手容易な熱伝導率の低いポッティング材料の使用は、問題にならなかった。ＲＴＰチャンバの現在の世代では、より高いプロセス温度が要求され、電球は、ランプヘッドの冷却材濡れ領域を越えて延びるので、軸方向熱搬送の改善が有利になる。
【００２２】
[0024]図示された実施形態において、スリーブ２４は、製造し易い円形断面である。しかしながら、以下に更に述べるように、方形、長方形、三角形、及び多アーチ形状を含む他の断面形状も考えられる。１つ以上の実施形態において、スリーブ２４の断面形状は、ランプベースの形状に実質的に適合する。スリーブ２４の長手軸４４は、収容壁２８に平行で且つスリーブ２４の断面に垂直である。
【００２３】
[0025]図示されたランプアセンブリ１２０は、スリーブ又は本体２４の第１端部３２にシールされたランプ要素４８を備えている。一般的に、このランプ要素４８は、フィラメント５６の周りに内部雰囲気を含む光透過性電球又は管球５２を含む。この管球５２は、管状、円錐、球状、及び多アーチ形状を含む種々の形状を含むことができる。電球又は管球５２は、電気コネクタ６４の貫通を許容するピンチシール端部又はランプベース６０も備え、また、製造中に管球にガスを付加または除去するのに使用されて後にシールされる真空管（図示せず）を含んでもよい。電球又は管球５２は、石英、シリカガラス、アルミノシリケートガラス、又は他の適当な光透過性材料を備える。管球５２に収容される内部雰囲気は、例えば、ハロゲン含有ガスを備える。管球５２及びランプベースは、半導体基板の急速熱プロセスチャンバに関連した高い温度及び急速な温度変化に耐えるように形成される。例えば、ランプアセンブリは、ウェハを少なくとも約１１００℃までの温度及び約１３５０℃程度の温度に処理することから生じる局部的な環境、並びに約３００℃／秒の温度変化に耐えることができなければならない。
【００２４】
[0026]ランプ要素４８の管球５２内にあるコイルの形態で示された放射発生フィラメント５６は、その２つの端部６８ａ、６８ｂが電気コネクタ６４に電気的に結合されている。フィラメント５６は、抵抗性金属ワイヤを備え（１つの態様では、タングステン製ワイヤ）を備える。フィラメント５６は、単一又は複数のコイルや、或いは過剰巻きコイルを含むコイル巻きコイルを有することも可能であるし、或いは平坦なストリップ、波形の平坦なストリップ又は過剰巻きの平坦なストリップを含むこともでき、その中点又は端末点６８ａ、６８ｂにおいてランプ要素の電気コネクタ６４に結合される。フィラメント５６の電気的特性は、その単位長さ当たりの重量、直径、及びコイルパラメータのようなパラメータを調整することにより変えることができる。動作中に、フィラメント５６は、例えば、約１２０ＶAC,rmsの動作電圧で約１ｋＷまでのワット範囲で放射を発生することができる。典型的に、放射は、深紫外線、紫外線、可視光線、赤外線又は近赤外線レンジである。
【００２５】
[0027]ランプ要素の電気コネクタ６４は、ランプ要素の管球５２の外側の電源からフィラメント５６へ電力を供給し、フィラメント５６と電源との間の連続的な電気接続を形成する。ランプ要素の電気コネクタ６４は、典型的に、モリブデン製ワイヤのような、導電性に優れた金属ワイヤ７２又はフォイル７６或いはその組み合わせを備える。また、コネクタ６４は、他の金属、例えば、タングステン、ニッケルがメッキされた鋼、又は電気抵抗が低く且つ高電流を確実に搬送できる他の金属を備えてもよい。
【００２６】
[0028]管球５２のピンチシール端部又はランプベース６０は、管球５２がランプ要素４８の電気コネクタ６４の周りで物理的に制限される領域を含む。コネクタ６４は、これが管球５２に入り込むときにピンチシール端部又はランプベース６０を貫通し且つそれによって所定位置に保持されて、外部電源をフィラメント５６に電気的に結合する。ピンチシール端部又はランプベース６０は、管球５２の内部雰囲気の圧力及び組成を維持するためにハーメチックシールを形成する。ランプ要素４８は、スリーブ又は本体２４の第１端部３２において少なくとも部分的に載置される。
【００２７】
[0029]また、ランプアセンブリ１２０は、ランプアセンブリ１２０の第２端部３６からランプ要素４８へ電力を伝送するための１つ以上の伝送ワイヤ８０も備えている。一実施形態において、ランプアセンブリ１２０は、ランプ要素４８の一対の電気コネクタ６４の１つに各々が接続される一対の伝送ワイヤ８０を備えている。この伝送ワイヤ８０は、電気抵抗が比較的に低い導電性ワイヤである。一実施形態において、伝送ワイヤ８０の電気抵抗は、約０．１オーム以下である。伝送ワイヤ８０は、一端で、半田接続、溶接接続、物理的磨滅（abrasion）、音波結合、或いは安定した比較的に低抵抗の電気的接続が確立される他の形式の接続により、ランプ要素４８の電気コネクタ６４に電気的に接続される。また、伝送ワイヤ８０は、それらの動きや曲げを許容する弾力性も有する。例えば、１つの変形例では、伝送ワイヤ８０は、ヤング率が約３０ＧＰａから約１３０ＧＰａである。これは、伝送ワイヤ８０をランプアセンブリの組立中及び動作中に曲げたり操作したりするのを許容しながらも、それらの形状を保つに充分な量の剛性を保有することも許容する。
【００２８】
[0030]ランプアセンブリ１２０は、スリーブ又は本体２４内にポッティングコンパウンド８４を備え、これが、ランプアセンブリ１２０の発熱要素とスリーブ又は本体２４との間の熱伝達を促進する。発熱要素は、例えば、ランプ要素４８及び伝送ワイヤ８０を含むことができる。ポッティングコンパウンド８４は、熱エネルギーをスリーブ又は本体２４へ伝達し、次いで、スリーブ又は本体２４が熱をランプアセンブリ１２０から伝達することができる。一実施形態において、ポッティングコンパウンド８４は、少なくとも、ランプ要素４８のピンチシール端部又はランプベース６０と、スリーブ又は本体２４の収容壁２８との間にある。例えば、ポッティングコンパウンド８４は、実質的に全ピンチシール端部又はランプベース６０の周りにあって、収容壁２８までの全域に延びることができる。また、ポッティングコンパウンド８４は、ランプ要素４８のピンチシール端部又はランプベース６０を越えて延びることもでき、例えば、一実施形態において、ポッティングコンパウンド８４は、スリーブ又は本体２４の第２端部３６に向けて延びる。上述したように、伝導率の高いポッティングコンパウンド、例えば、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越え、特に、１５０Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越え、更には、２００Ｗ／（ｍ−Ｋ）を越えるポッティングコンパウンドが、本発明の実施形態に基づいて使用される。特に適したコンパウンドは、窒化アルミニウムを主成分とするポッティングコンパウンドである。適当なポッティングコンパウンドは、例えば、アレムコ社から入手できるセラマキャスト(Ceramacast)製品番号６７５である。他の適当なポッティングコンパウンドは、アルミナ充填ポッティングコンパウンド又はエポキシ系ポッティングコンパウンドを含んでもよい。
【００２９】
[0031]一実施形態において、熱伝導率の高いポッティングコンパウンドではなく、熱伝導率は低いが反射率の高いポッティングコンパウンドの薄い層を使用して、ランプ電球を囲み、ランプ電球からの熱反射率を改善する。例えば、熱伝導率が１から２Ｗ／（ｍ−Ｋ）のジルコン系ポッティングコンパウンドの少なくとも約１ｍｍ厚みの層をランプベース６０付近で電球の周りに使用することができると共に、管の残り部分に伝導率の高いコンパウンドを充填することができる。
【００３０】
[0032]この技術で知られているように、水硬性ポッティングコンパウンドの場合、ポッティングコンパウンド８４は、水分含有量を減少するか又は除去するためにランプアセンブリ１２０の製造中に加熱される。例えば、一実施形態において、加熱後に、ポッティングコンパウンド８４は、水分含有量が０．１重量％以下である。残りの水分含有量は、一般的に、ランプの動作中に放出可能である。また、ポッティングコンパウンド８４は、熱的に連続する領域においてランプアセンブリ１２０への一体化を容易にするに充分なほど順応性がある。
【００３１】
[0033]ランプアセンブリ１２０は、スリーブ又は本体２４の第２端部３６に位置されたプラグ８８を備えている。このプラグは、外部電源に接続され、ランプヘッドと外部電気コネクタとの間の不整列を調整する。プラグ８８は、堅牢な材料又はエラストマー材料で作られてもよい。更に、プラグは、図示されたように、スリーブ又は本体２４の端部３６に対して固定されるか、そこに挿入されてもよいし、或いは端部３６に対して柔軟に位置されてもよい。プラグ８８が柔軟に位置されるときには、プラグは、長手軸４４に垂直な方向にスリーブ又は本体２４の第２端部３６に対して移動することができる。プラグ８８の柔軟な位置付けは、製造を容易にするための幾つかの効果を有するが、エラストマープラグ８８をスリーブ又は本体２４の端部３６に固定することが望ましい場合もある。プラグ８８は、伝送ワイヤ８０に電力を伝達する電気コネクタ９２を有する。プラグ８８は、ポッティングコンパウンド８４から水分含有量を除去するのに必要な温度に耐えることのできる材料を備える。一実施形態において、プラグの材料は、少なくとも約１６５℃で少なくとも約１５時間露出させることに耐えることができる。プラグは、堅牢な材料で作られてもよいし、柔軟な材料で作られてもよい。堅牢な材料は、典型的に、柔軟な材料よりも、プラグ８８を高い温度で長時間露出させるのを許容する。例えば、エラストマーのような柔軟な材料は、柔軟性のために要求される弱い内部結合が一般的に熱的安定性を下げるために、堅牢な材料のように比較的高い温度への露出に一般的に耐えることはないが、本発明の実施形態によれば、それらを使用することができる。例えば、柔軟なプラグに使用されるエラストマー材料であるサントプレン(Santoprene)２０１−６４は、その柔軟性及び他の特性が劣化し始めるまでに、約１５０℃で約１５時間耐えることができる。柔軟なプラグに使用できる別のエラストマーは、１８０℃を越える温度で１５時間耐えることのできる白金触媒作用のシリコーン、例えば、ＧＥ ＬＩＭ９０７０である。
【００３２】
[0034]また、プラグ８８は、一対の電気コネクタ９２も備えることができ、これは、基板処理チャンバの受け入れレセプタクルに合う形状にされ、伝送ワイヤ８０に電気的に接続される。この電気コネクタ９２は、レセプタクルから伝送ワイヤ８０へと電力を転送し、次いで、伝送ワイヤがランプ要素４８へ電力を転送する。プラグの電気コネクタ９２は、金属のような導電性材料を備える。例えば、１つの変形例では、コネクタ９２は、鉄合金、ニッケル、又は銅、或いはその混合物で構成される。１つの変形例では、コネクタ９２は、１つの材料が別の材料の上にメッキ又は堆積されるような材料の組み合わせを備えてもよい。
【００３３】
[0035]プラグ８８は、第１のプラグ要素１０４を備え、これは、プラグの電気コネクタ９２を保持すると共にランプアセンブリの伝送ワイヤ８０を受け入れるための構造上の基礎をなす。この第１のプラグ要素１０４は、ランプアセンブリ１２０の本体２４に直接取り付けられるように示されていないが、１つ以上の実施形態において、プラグがスリーブ又は本体２４に取り付けられてもよい。第１のプラグ要素１０４は、プラグの電気コネクタ９２及び伝送ワイヤ８０を受け入れて少なくとも部分的にカプセル化するための主本体１０８を有する。また、プラグ要素１０４は、延長部１１２も有し、これは、比較的サイズが大きくてもよいプラグの電気コネクタ９２を更に支持すると共に高電圧動作に対して付加的な絶縁を与えるものである。第１のプラグ要素１０４の形状及びサイズについて他の変形例も考えられる。
【００３４】
[0036]図３を参照すれば、ランプアセンブリ２２０が斜視図で示され、ここで、スリーブ２２４は、断面形状が実質的に長方形であり、これは、ランプベース２６０と、コネクタ２９２が延び出したプラグ２０８との断面形状に適合する。電球又は管球２５２は、実質的に円形断面である。技術的に理解されるように、ランプアセンブリ２２０は、このランプアセンブリを冷却する水冷型又は他の流体冷却型ステンレス鋼製ハウジングへ挿入することができる。上述したように、スリーブの壁厚、スリーブの熱伝導率、及びポッティングコンパウンドの熱伝導率の１つ以上を調整することにより、冷却流体への熱伝達を改善して、電球寿命の改善を得ることができる。
【００３５】
[0037]本明細書全体を通じて、「一実施形態」、「ある実施形態」、「１つ以上の実施形態」又は「実施形態」を言及するときには、その実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造、材料、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。従って、本明細書の全体にわたり種々の場所で「１つ以上の実施形態」、「ある実施形態」、「一実施形態」又は「実施形態」のような句が現れたときには、必ずしも、本発明の同じ実施形態を言及していない。更に、特定の特徴、構造、材料又は特性は、１つ以上の実施形態において、適当な仕方で結合することができる。
【００３６】
[0038]以上の説明は、例示に過ぎず、それに限定されるものではないことを理解されたい。当業者であれば、以上の説明を検討したときに、多数の他の実施形態が明らかとなろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲、並びにその権利が及ぶ等効物の全範囲に基づいて決定されなければならない。
【符号の説明】
【００３７】
２４…スリーブ又は本体、２８…収容壁、３２、３６…端部、４４…長手軸、４８…ランプ要素、５２…電球又は管球、５６…フィラメント、６０…ピンチシール端部又はランプベース、６４…電気コネクタ、７２…金属ワイヤ、７６…フォイル、８０…伝送ワイヤ、８４…ポッティングコンパウンド、８８…プラグ、９２…電気コネクタ、１０４…第１のプラグ要素、１２０…ランプアセンブリ、２２０…ランプアセンブリ、２２４…スリーブ、２６０…ランプベース、２０８…プラグ、２９２…コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲し、内面及び外面を有する電球と、
前記一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、
該ランプベースを囲み、ポッティングコンパウンドを内部に含まない又はほとんど含まない管を具備し、銅又はアルミニウムからなるスリーブと、
を具備するランプアセンブリであって、
前記銅のスリーブが少なくとも０.０２０インチ（０.０５０８ｃｍ）の壁厚を有し、
基板処理チャンバ内で少なくとも１１００℃までの温度に基板を加熱するのに使用するよう適応された、ことを特徴とするランプアセンブリ。
【請求項２】
前記管が、ワイヤのために設けられたコンジットを有する、実質的に中実なものである、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項１】
一対のリードに取り付けられた少なくとも１つの放射発生フィラメントを包囲し、内面及び外面を有する電球と、
前記一対のリードを受け入れるように構成されたランプベースと、
該ランプベースを囲み、ポッティングコンパウンドを内部に含まない又はほとんど含まない管を具備し、銅又はアルミニウムからなるスリーブと、
を具備するランプアセンブリであって、
前記銅のスリーブが少なくとも０.０２０インチ（０.０５０８ｃｍ）の壁厚を有し、
基板処理チャンバ内で少なくとも１１００℃までの温度に基板を加熱するのに使用するよう適応された、ことを特徴とするランプアセンブリ。
【請求項２】
前記管が、ワイヤのために設けられたコンジットを有する、実質的に中実なものである、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１２４１７３（Ｐ２０１２−１２４１７３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３２９５（Ｐ２０１２−２３２９５）
【出願日】平成２４年２月６日（２０１２．２．６）
【分割の表示】特願２００９−５４９７０９（Ｐ２００９−５４９７０９）の分割
【原出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月６日（２０１２．２．６）
【分割の表示】特願２００９−５４９７０９（Ｐ２００９−５４９７０９）の分割
【原出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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