窗口装置.pdf

作为腔室结构的一部分，窗口装置包括具有内部的腔室。腔室形成具有孔边缘的窗口孔。具有一对相对主表面和在该相对主表面之间延伸的周边侧壁结构的窗口装入带支承抵靠在孔边缘的周边侧壁结构的窗口孔内，因此，周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得大致垂直于窗口的相对主表面施加的偏压力的至少一部分，转变成与偏压力施加方向不同或倾斜的方向。

1.  作为腔室结构的一部分，窗口装置包括：
腔室装置，用于确定腔室内部和用于确定具有环绕它的孔边缘的窗口孔；以及
具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口可装入带支承抵靠在所述孔边缘的所述周边侧壁结构的所述窗口孔内，因此周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得将窗口推入窗口孔内的偏压力的至少一部分，转变成与所述偏压力施加方向不同的方向并被定向对着孔边缘。

2.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中偏压力的施加方向至少大致垂直于至少一个所述相对主表面。

3.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中所述窗口由在特定电磁波谱范围内至少大致透明的材料形成。

4.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中窗口由石英形成。

5.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中窗口的所述周边侧壁结构确定相对于各相对主表面倾斜的窗口边缘表面，并与所述孔边缘配合用于转换所述偏压力。

6.  根据权利要求5所述的窗口装置，其中所述窗口边缘表面形成环绕所述窗口的连续表面。

7.  根据权利要求5所述的窗口装置，其中所述窗口边缘表面在所述相对主表面之间延伸。

8.  根据权利要求5所述的窗口装置，其中所述窗口边缘表面与一个所述相对主表面形成的角度范围为从大约25度至85度。

9.  根据权利要求5所述的窗口装置，其中孔边缘的所述部分与一个所述相对主表面形成的角度选择为大约45度和60度中的一个。

10.  根据权利要求5所述的窗口装置，其中所述窗口边缘表面是连接相对主表面的一系列周边边缘表面中的一个，因此该窗口边缘表面形成作为旋转表面的截头锥形，一系列周边边缘表面中的、紧邻该窗口边缘表面的另一个表面形成作为旋转表面的柱形。

11.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中当所述窗口装入窗口孔内时，所述孔边缘的至少一部分相对于所述相对主表面倾斜，用于转换所述偏压力。

12.  根据权利要求11所述的窗口装置，其中孔边缘的所述部分与一个所述相对主表面形成的角度范围为从大约25度至85度。

13.  根据权利要求12所述的窗口装置，其中孔边缘的所述部分与一个所述相对主表面形成的角度选择为大约45度和60度中的一个。

14.  根据权利要求11所述的窗口装置，其中孔边缘的所述部分形成环绕所述窗口孔的连续表面。

15.  根据权利要求14所述的窗口装置，其中所述腔室确定装置包括内表面和外表面，且所述连续表面从所述内表面延伸至所述外表面。

16.  根据权利要求11所述的窗口装置，其中所述孔边缘和窗口的周边侧壁结构分段，这样窗口具有封闭多边形形状的窗口轮廓。

17.  根据权利要求16所述的窗口装置，其中所述窗口轮廓包括至少三段，且各段形成在相对主表面之间延伸的连续表面。

18.  根据权利要求11所述的窗口装置，其中窗口的所述周边侧壁结构确定窗口边缘表面，其与孔边缘的所述部分配合用于转换所述偏压力。

19.  根据权利要求18所述的窗口装置，其中当窗口装入窗口孔内时，所述窗口边缘表面与孔边缘的所述部分成面对关系。

20.  根据权利要求18所述的窗口装置，其中所述窗口为至少大致圆形，所述窗口边缘表面在相对主表面之间延伸，这样窗口为至少大致截头锥形形状。

21.  根据权利要求18所述的窗口装置，其中当窗口装入窗口孔内时，窗口的第一个相对主表面相对于腔室内部向内，第二个相对主表面相对于腔室内部向外，且第一主表面确定的第一面积小于由第二主表面确定的第二面积。

22.  根据权利要求21所述的窗口装置，其中所述第一和第二相对主表面为分别包括第一和第二直径的圆，并包括定位的密封压缩夹，以便利用所述第二主表面的周边边缘部分将窗口推入窗口孔内，所述密封压缩夹确定穿过的带有开口直径至少与第一主表面的第一直径一样大的圆形开口，且所述密封压缩夹定位成与所述第一和第二主表面同轴，以便使密封压缩夹的圆形开口至少与窗口的第一主表面对齐。

23.  根据权利要求21所述的窗口装置，其中所述窗口和所述窗口孔设置成用于在腔室内部和周围环境之间保持负压差。

24.  根据权利要求23所述的窗口装置，其中所述窗口通过所述负压差被推入所述窗口孔内，以便有助于所述偏压力，又有助于增加所述偏压力的转换部分。

25.  根据权利要求18所述的窗口装置，其中所述窗口边缘表面与一个所述相对主表面形成倾斜角度。

26.  根据权利要求18所述的窗口装置，包括这样定位于窗口边缘表面和孔边缘之间的垫圈，以便相对于腔室装置提供窗口的柔顺运动。

27.  根据权利要求26所述的窗口装置，其中垫圈由聚合物材料形成。

28.  根据权利要求18所述的窗口装置，包括这样定位于窗口的周边侧壁结构和孔边缘之间的O形环，以便相对于环境压力密封腔室内部。

29.  根据权利要求28所述的窗口装置，其中O形环由聚合物材料形成。

30.  根据权利要求28所述的窗口装置，包括这样定位于周边侧壁结构和孔边缘之间的垫圈，以便当所述O形环密封腔室内部时在窗口和腔室确定装置之间提供柔顺运动。

31.  根据权利要求30所述的窗口装置，其中相对于腔室内部所述垫圈处于由O形环提供的密封件的内侧。

32.  根据权利要求31所述的窗口装置，包括密封压缩夹，至少当腔室内部压力与环境压力相等时，该密封压缩夹将窗口推入窗口孔内，又将窗口边缘表面偏压至所述弹性垫圈内，同时将O形环偏压至周边边缘结构和孔边缘之间的位置，以便形成所述密封。

33.  根据权利要求32所述的窗口装置，其中所述窗口设置成在周边侧壁结构和孔边缘之间确定O形环槽袋，这样当O形环进一步偏压入其中时该O形环槽袋的宽度减小。

34.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中周边侧壁结构的至少一部分这样处理，以便提高它的反射率。

35.  根据权利要求34所述的窗口装置，其中周边侧壁结构的所述部分涂覆有金属层。

36.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中周边侧壁结构的至少一部分是粗糙表面，以便提高反射率。

37.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中所述窗口设置成从腔室外部的位置提供观察腔室内部。

38.  根据权利要求1所述的窗口装置，其中所述窗口定位成通过该窗口在处理对象上执行至少一部分处理过程，该处理对象支承在有超越所述窗口压力差的腔室内部。

39.  在提供具有窗口装置的腔室结构中，一种方法包括：
形成腔室装置，用于确定腔室内部和用于确定具有环绕它的孔边缘的窗口孔；以及
构成具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口可装入带所述支承抵靠所述孔边缘的周边侧壁结构的所述窗口孔内，因此周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使将窗口推入窗口孔内的偏压力的至少一部分，转变成与所述偏压力施加方向不同的方向并被定向对着孔边缘。

40.  根据权利要求39所述的方法，包括将偏压力的施加方向选择为至少大致垂直于所述相对主表面的至少一个。

41.  根据权利要求39所述的方法，其中所述窗口由在特定电磁波谱范围内至少大致透明的材料形成。

42.  根据权利要求39所述的方法，其中窗口由石英形成。

43.  根据权利要求39所述的方法，包括利用窗口的所述周边侧壁结构确定相对于各相对主表面倾斜的窗口边缘表面，并与所述孔边缘配合，用于转换所述偏压力。

44.  根据权利要求43所述的方法，包括将所述窗口边缘表面设置成环绕所述窗口的连续表面。

45.  根据权利要求43所述的方法，其中所述窗口边缘表面在所述相对主表面之间延伸。

46.  根据权利要求43所述的方法，其中设置包括使所述窗口边缘表面与一个所述相对主表面形成的角度范围为从大约25度至85度。

47.  根据权利要求43所述的方法，其中设置包括使孔边缘的所述部分与一个所述相对主表面形成的角度选择为大约45度和60度中的一个。

48.  根据权利要求43所述的方法，包括使所述窗口边缘表面形成为连接相对主表面的一系列周边边缘表面中的一个，因此该窗口边缘表面形成作为旋转表面的截头锥形，一系列周边边缘表面中的、紧邻窗口边缘表面的另一个表面形成作为旋转表面的柱形。

49.  根据权利要求39所述的方法，其中当所述窗口装入窗口孔内时，所述孔边缘的至少一部分相对于所述相对主表面形成倾斜，用于转换所述偏压力。

50.  根据权利要求49所述的方法，其中孔边缘的所述部分与一个所述相对主表面形成的角度范围为从大约25度至85度。

51.  根据权利要求50所述的方法，其中孔边缘的所述部分与一个所述相对主表面形成的角度选择为大约45度和60度中的一个。

52.  根据权利要求49所述的方法，包括使孔边缘的所述部分形成为环绕所述窗口孔的连续表面。

53.  根据权利要求52所述的方法，其中所述腔室确定装置包括内表面和外表面，且所述连续表面从所述内表面延伸至所述外表面形成。

54.  根据权利要求49所述的方法，包括将所述孔边缘和窗口的周边侧壁结构分段，这样窗口具有封闭多边形形状的窗口轮廓。

55.  根据权利要求54所述的方法，其中将所述窗口轮廓分段成包括至少三段，且各段形成在相对主表面之间延伸的连续表面。

56.  根据权利要求49所述的方法，其中窗口的所述周边侧壁结构确定窗口边缘表面，其与孔边缘的所述部分配合用于转换所述偏压力。

57.  根据权利要求56所述的方法，包括当窗口装入窗口孔内时，将所述窗口边缘表面设置成与孔边缘的所述部分成面对关系。

58.  根据权利要求56所述的方法，其中所述窗口为至少大致圆形，并且所述方法包括将所述窗口边缘表面在相对主表面之间延伸，这样窗口为至少大致截头锥形形状。

59.  根据权利要求56所述的方法，包括将窗口的第一个相对主表面设置成当窗口装入窗口孔内时相对于腔室内部向内，这样第二个相对主表面相对于腔室内部向外，且第一主表面确定的第一面积小于由第二主表面确定的第二面积。

60.  根据权利要求59所述的方法，包括将所述第一个和第二个相对主表面形成为分别包括第一和第二直径的圆，并包括这样定位的密封压缩夹，以使密封压缩夹利用所述第二主表面的周边边缘部分将窗口推入窗口孔内，所述密封压缩夹确定穿过的带有开口直径至少与第一主表面的第一直径一样大的圆形开口，且所述密封压缩夹定位成与所述第一和第二主表面同轴，以便使密封压缩夹的圆形开口至少与窗口的第一主表面对齐。

61.  根据权利要求59所述的方法，其中将所述窗口和所述窗口孔设置成用于在腔室内部和周围环境之间保持负压差。

62.  根据权利要求61所述的方法，包括利用所述负压差将所述窗口推入所述窗口孔内，以便有助于所述偏压力，又有助于增加所述偏压力的转换部分。

63.  根据权利要求56所述的方法，其中将所述窗口边缘表面确定成与一个所述相对主表面形成倾斜角度。

64.  根据权利要求56所述的方法，包括将垫圈这样定位于窗口边缘表面和孔边缘之间，以便相对于腔室装置提供窗口的柔顺运动。

65.  根据权利要求64所述的方法，包括由聚合物材料形成垫圈。

66.  根据权利要求56所述的方法，包括将O形环这样定位于窗口的周边侧壁结构和孔边缘之间，以便相对环境压力密封腔室内部。

67.  根据权利要求66所述的方法，其中O形环由聚合物材料形成。

68.  根据权利要求66所述的方法，包括将垫圈这样定位于周边侧壁结构和孔边缘之间，以便当所述O形环密封腔室内部时在窗口和腔室确定装置之间提供柔顺运动。

69.  根据权利要求68所述的方法，包括相对于腔室内部将所述垫圈布置在由O形环提供的密封件的内侧。

70.  根据权利要求69所述的方法，包括至少当腔室内部压力与环境压力相等时，使用密封压缩夹将窗口推入窗口孔内，又将窗口边缘表面偏压至所述弹性垫圈内，同时将O形环偏压至周边边缘结构和孔边缘之间的位置，以便形成所述密封。

71.  根据权利要求70所述的方法，其中将所述窗口设置成在周边侧壁结构和孔边缘之间确定O形环槽袋，这样当O形环进一步偏压入其中时，该O形环槽袋的宽度减小。

72.  根据权利要求39所述的方法，包括这样处理周边侧壁结构的至少一部分，以便提高它的反射率。

73.  根据权利要求72所述的方法，包括用金属层涂覆周边侧壁结构的所述部分。

74.  根据权利要求39所述的方法，包括使周边侧壁结构的至少一部分的表面变粗糙，以便提高反射率。

75.  根据权利要求39所述的方法，包括将所述窗口布置成从腔室外部的位置提供观察腔室内部。

76.  根据权利要求39所述的方法，包括将所述窗口定位成用于通过该窗口并在处理对象上执行至少一部分处理过程，该处理对象支承在有超越所述窗口的压力差的腔室内部。

77.  作为腔室结构的一部分，窗口装置包括：
腔室壁装置，其确定腔室内部并有一确定穿过的窗口孔的壁厚，以便形成环绕窗口孔的孔边缘；以及
具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口可装入带支承抵靠在所述孔边缘的周边侧壁结构的所述窗口孔内，因此周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得沿至少大致垂直于窗口的相对主表面的方向施加的偏压力的至少一部分，转变成远离所述施加方向并对着孔边缘。

78.  在制造腔室结构中，一种用于提供窗口装置的方法，所述方法包括：
提供腔室壁装置，其确定腔室内部并有一确定穿过的窗口孔的壁厚，以便形成环绕窗口孔的孔边缘；以及
形成具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口可装入带支承抵靠在孔边缘的周边侧壁结构的所述窗口孔内，因此，周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得沿至少大致垂直于窗口的相对主表面的方向施加的偏压力的至少一部分，转变成远离所述施加方向并对着孔边缘。

79.  作为腔室结构的一部分，窗口装置包括：
腔室壁装置，其确定腔室内部并有一确定在内部腔室表面和外部腔室表面之间的、穿过的窗口孔的壁厚，以便形成确定窗口孔的孔边缘和包围窗口孔的孔边缘的至少一部分，其布置成相对于所述内部腔室表面和所述外部腔室表面成倾斜角度；以及
具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口包括环绕窗口的窗口边缘表面，该窗口边缘表面布置成与所述倾斜角度互补的角度，且该窗口可装入所述窗口孔内，从而使所述窗口边缘表面与孔边缘的所述部分成面对关系。

80.  在制造具有窗口装置的腔室结构中，一种方法包括：
构成腔室壁装置，其确定了腔室内部并有一确定在内部腔室表面和外部腔室表面之间的、穿过的窗口孔的壁厚，以便形成确定窗口孔的孔边缘和包围窗口孔的孔边缘的至少一部分，其布置成相对于所述内部腔室表面和所述外部腔室表面成倾斜角度；以及
形成具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口包括环绕窗口的窗口边缘表面，该窗口边缘表面布置成与所述倾斜角度互补的角度，且该窗口可装入所述窗口孔内，从而使所述窗口边缘表面与孔边缘的所述部分成面对关系。

81.  作为腔室结构的一部分，窗口装置包括：
腔室装置，用于确定腔室内部和用于确定具有环绕它的孔边缘的窗口孔；以及
具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口可装入带支承抵靠在所述孔边缘的周边侧壁结构的所述窗口孔内，因此周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得施加在窗口的一个相对主表面上的偏压力的至少一部分，转变成相对于偏压力方向倾斜的方向，并被定向对着孔壁。

82.  在制造具有窗口装置的腔室结构中，一种方法包括：
构成腔室装置，用于确定腔室内部和用于确定具有环绕它的孔边缘的窗口孔；以及
形成具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口，该窗口可装入带支承抵靠在所述孔边缘的周边侧壁结构的所述窗口孔内，因此周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得施加在窗口的一个相对主表面上的偏压力的至少一部分，转变成相对于偏压力方向倾斜的方向，并被定向对着孔壁。

窗口装置
背景技术
本发明通常涉及一种窗口，该窗口至少对于近处为透明的，且该窗口设置在腔室装置内，用于保持横跨窗口的压力差，同时允许穿过它传输电磁辐射，特别是，本发明涉及一种窗口，该窗口在它的侧边缘的至少一部分处有平截头几何形状或楔形形状。本发明公开了用于提供压力差的楔形窗口。
采用窗口的腔室装置常见于半导体处理领域，其中，例如半导体晶片或基底位于窗口附近，以便受到一些形式的穿过窗口的处理辐射。这样的腔室装置的一个实例通常用于快速热处理(RTP)系统，其中处理对象或晶片在低于大气压力的情况下进行热处理。热源例如一组钨-卤素灯设置在窗口的一侧，同时晶片设置在窗口的相对侧。
在RTP系统中，需要通过窗口使灯与处理环境分离，因为钨-卤素灯与其它灯能量源一样需要有效冷却。这样的有效冷却不能在低于大气压力的RTP环境中实现。也就是，加热灯通常不能与晶片一起集中在处理腔室内。为了使钨-卤素灯很好地工作，这使得卤素填充气体以回收从灯丝蒸发的钨，钨-卤素灯的石英封套应当维持在相当窄的温度区域内。钨-卤素灯的石英封套通常在从大约775至950°K的温度下工作。空气或氮气通常用于冷却/调节钨-卤素灯的石英封套的温度。因此，调节灯体温度的需要是灯通常与任何低于大气压力的RTP环境分离的一个原因。
尽管窗口装置常常设置成用于执行半导体处理，但是它们也常常提供或用于支承压力差，以便适应其它目的。作为一个实例，窗口可以布置成便于由操作人员或仪器来观察腔室内部。
参考图1，图中表示了一种现有技术窗口装置的正视图，该窗口装置一般以参考标号10表示。窗口装置10形成于具有腔室壁14的腔室12中。窗口装置10包括透明窗口16，该透明窗口16由腔室壁14支承，并在平面图中为平圆盘形(未示出)。常常采用圆形结构，以便减小处理环境的容积，减小窗口材料的质量、尺寸和成本，并减小窗口应力，如后面进一步所述。但是，在所有这些结构中，窗口的侧壁18通常垂直于窗口的相对主表面20和22，尽管它们的特定形状相对并不重要，除了相交的拐角处，因为它们并不用于支承目的，而只是提供整个窗口结构的完整性，如后面更清楚所述。在本例中，主表面20面向远离处理腔室24，而主表面22用于确定处理腔室的内周边的一部分。
继续参考图1，腔室壁14确定了具有周边支承台阶26的窗口孔。窗口16安装在窗口孔内将使得内部主表面22的周边边缘接收抵靠垫圈28，该垫圈28设置成抵靠周边支承台阶26。然后，通常利用顶部夹30来施加夹持力，在本例中，该顶部夹30可以为圆环夹形式。夹持力用于两个目的：第一目的是将窗口机械定位在窗口孔中，从而保证在窗口表面22和压缩垫圈28之间以及在压缩垫圈28和周边支承台阶26之间连续接触，因此当在面向处理腔室的窗口侧的压力减小时，在26、28和22之间存在密封。这样，获得所需的真空整体性和泄漏率。第二目的是与无夹持的现有技术窗口相比能够减小窗口的厚度。无夹持的现有技术窗口并未示出，但是知道在这样的无夹持结构中当考虑应力时要求使用相对较厚的玻璃就足够了。合适的是通过使用夹持结构来减小窗口的厚度，以便减小窗口的成本，并能够使得从窗口20的大气侧至处理腔室中的位置的距离减至最小。
顶部夹30设置成同时与腔室壁14的外表面32以及主表面20的周边边缘31交叠。垫圈28可以由可压缩聚合物垫圈材料形成，以便消除在主表面22侧部上石英和金属之间的直接接触，该主表面22通常朝着低压环境。应注意，在石英表面和金属表面之间的直接接触一般导致石英和金属之间的点接触。这样的直接点接触能够导致在点接触处非常高的应力。当产生跨过石英窗口的压力差和/或热差时，这些高应力点能够导致石英破裂。如需要，压缩垫圈(未示出)可以布置在顶部夹30和外部主表面20的周边边缘部分之间。顶部夹30例如通过夹持螺钉36来偏靠外部主表面20的周边边缘部分31和腔室壁14的外表面32，该夹持螺钉36装入形成于腔室壁14内的螺纹开口38中。
在RTP系统的实例中，窗口和支承结构将安全可靠地在基底处理环境和用于加热该基底的灯之间保持预定压力差(通常为一个大气压)。而且，由于灯的加热和所处理基底的热辐射，通常在窗口内形成相对较大的三维热梯度，如同后面进一步所述。
对于RTP用途，窗口的加热可能部分是由于包含一些可由石英吸收的能量的灯地能量谱(因为波长超过大约3.5μm时石英能大量吸收)。另外，热基底辐射的能量大部分在电磁波谱的中等至远红外区域，且该能量很容易由石英吸收，从而导致穿过石英厚度的热梯度，且最靠近基底的石英表面中心最热。同时，在窗口边缘处朝着窗口支承结构的热损失使得窗口的中心明显比它的周边边缘更热。因此，产生跨过窗口宽度的第一径向热梯度和穿过窗口厚度的第二热梯度。
通用电气(GE)公司^TM目前在网站上报道对于石英的推荐最大拉伸应力为1000psi。该GE网站(http：//www.gequartz.com/en/tools.htm)还使得用户能够在各种机械夹持/支承装置和热状态情况下计算弛度和应力。对于用作圆窗口的石英，最典型的夹持或支承结构如图1所示。也就是，石英的相对主表面沿两个周边边缘进行夹持。如上所述。石英能够用于无夹持安装结构，但是与夹持安装相比将需要更厚的窗口。
尽管图1的窗口和配合腔室结构一般对于它们的预定目的有效，但是本发明考虑了多种情况。首先，应当知道窗口的内表面22相对于腔室壁的内表面40插入距离d，从而形成插入区域42。实际上，周边台阶26表现为相对于窗口内表面22的凸起。本发明考虑到该结构例如在希望将对象放置成尽可能靠近窗口16时的意义。也就是，存在的插入距离d可以作为在处理对象和窗口之间的最小分开距离。该最小分开距离又对在处理对象和处理源；例如置于窗口相对侧的加热装置；之间的最小分开距离起作用。本发明还认识到某些处理结果，例如处理均匀性、控制和处理速度可能取决于在处理对象和处理源之间的分开距离。经常，减小该分开距离导致提高处理的均匀性、处理控制和处理速度。因此，应当理解，任何结构例如晶片末端执行器；该晶片末端执行器用于将未示出的晶片送入和送出处理腔室；或晶片接收器(未示出)；该晶片接收器用于在处理过程中支承半导体晶片；可能需要使晶片平面的延伸路线将与内部腔室壁40干涉的操作。当例如试图使得晶片运动至插入区域42以尽可能靠近窗口表面22时，可能在内部腔室壁40以及晶片和/或晶片接收器之间产生这样的干涉，该晶片接收器直接支承晶片。
再参考图1，当用于处理位于处理腔室内部的基底的处理是基于等离子体的处理时，可能形成这样的情况，即周边支承台阶26的内边缘44能够用于聚焦电场线，该电场线由在周边支承台阶26的内部暴露表面和处理腔室中的其它表面(未示出)之间的电势差产生。在处理腔室内的其它表面上的不同电势能够由于通过向该其它表面施加射频(RF)能量而产生的偏压来形成。在内边缘44处出现的聚焦是由于与平表面相比在边缘处出现的场线密度几何增加而引起。该局部较高的电场线密度和等离子体鞘曲率具有这样的效果，即与吸引至相邻平表面处的浓度相比，更高浓度的阳离子将吸引至内边缘44处。靠近内边缘44的离子浓度可能导致形成周边支承台阶26的材料的溅射增加。该溅射材料可能导致对在处理腔室内处理的基底产生不希望的污染。现有技术已经试图通过使合适透明材料或者形成窗口16的材料的整体延伸来简单地充满插入区域42来解决该问题。尽管该操作将提供“平滑”的腔室内部，但是本发明考虑到该方法的问题，因为该方法不能减小在晶片和加热装置之间的分开距离。
本发明克服了前述问题同时提供了更多优点，如后面详细所述。
发明内容
如后面更详细所述，这里公开了一种关于窗口装置的腔室结构和相关方法，该窗口装置形成腔室结构的一部分。在一个方面，腔室装置确定腔室内部，进一步确定有环绕它的孔边缘的窗口孔，且该窗口孔引导入腔室内部。具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口装入带支承抵靠孔边缘的周边侧壁结构的窗口孔内，因此，周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得将窗口推入窗口孔内的偏压力的至少一部分，转变成与偏压力施加方向不同的方向，并定向对着孔边缘。
在另一方面，腔室壁结构确定了腔室内部，并包括确定穿过的窗口孔的壁厚，以便形成环绕窗口孔的孔边缘。具有一对相对主表面和在它们之间延伸的周边侧壁结构的窗口装入带支承抵靠孔边缘的周边侧壁结构的窗口孔内，因此，周边侧壁结构与孔边缘这样配合使得沿与窗口的相对主表面至少大致垂直的施加方向施加的偏压力的至少一部分，转变成与施加方向远离的方向并对着孔边缘。
在另外一方面，腔室壁结构确定腔室内部，并包括确定在内部腔室表面和外部腔室表面之间的、穿过窗口孔的壁厚，以便形成确定窗口孔的孔边缘。环绕窗口孔的孔边缘的至少一部分布置为相对于内部腔室表面和外部腔室表面成倾斜角度。具有一对相对主表面和周边侧壁结构的窗口在相对主表面之间延伸，并包括环绕窗口的窗口边缘表面，该窗口边缘表面布置成与倾斜角度互补的角度。窗口装入窗口孔内，这样窗口边缘表面与孔边缘部分成面对关系。
在还一方面，腔室壁结构确定腔室内部，并包括腔室装置，用于确定腔室内部和用于确定有环绕它的孔边缘的窗口孔。窗口包括一对相对主表面和在该相对主表面之间延伸的周边侧壁结构。窗口可装入带支承抵靠孔边缘的周边侧壁结构的窗口孔内，因此，周边侧壁结构与孔边缘这样配合，使得施加在窗口的一个相对主表面上的偏压力的至少一部分，转变成相对于偏压力方向倾斜的方向，并定向成对着孔壁。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，可以理解本发明，这些附图将在下面简要介绍。
图1是表示布置在现有技术的处理腔室结构中的窗口的示意局部正剖图；
图2是表示根据本发明制造的形成整个腔室结构一部分的窗口结构的示意局部正剖图；
图3是表示本发明的窗口装置的附加细节的示意局部正剖图，包括夹持、密封和热防护设备，该图相对于图2的视图进一步放大；
图4是表示使用不透明周边石英环形成的窗口的可选结构的另一示意局部正剖图，该图相对于图2的视图选一步放大，另外表示了在窗口和支承结构之间的关系的附加细节，该支承结构确定了窗口孔，还表示了根据本发明相对于腔室的内表面“偏移”窗口的能力；
图5是表示本发明的特别优选的楔形窗口装置的部件的在空间分开关系的示意分解透视图。
具体实施方式
参考附图，在各个附图中，相同部件以相同附图标记表示，且前面已经介绍了图1，下面首先注意图2。图中示意表示了系统100，该系统100包括腔室装置102，该腔室装置102支承根据本发明制造的窗口装置104。腔室装置可以利用合适的材料形成，包括但不局限于铝、不锈钢和钛。应当理解，这里所述的各种实施例和实施方式的特征可以以任意合适方式组合。而且，附图并没有按比例，并以增强读者的理解的方式显示。
继续参考图2，腔室装置102包括具有一定厚度的腔室壁106，该腔室壁确定了穿过的窗口孔108，该窗口孔108由孔边缘110包围。孔边缘在由参考标号112和114表示的一对内部和外部腔室表面之间延伸。窗口120装入窗口孔108中。窗口120包括周边侧壁结构122，该周边侧壁结构122在分别由参考标号126和128表示的一对外部和内部相对主表面之间延伸。内部主表面128用于确定包围处理腔室130的腔室装置102的内周的一部分。尽管在本文中窗口120称为“石英”窗口，但是应当理解，目前可用的或者仍然在研发的任意合适材料都可以用于制造窗口。这些材料包括但不局限于：石英、多晶氮氧化铝、蓝宝石和各种玻璃。为了便于表示，图中只示出了腔室装置的一部分，但是应当理解，通过使得以任意合适方式和任意合适几何形状设置的任意数目壁的配合，都可以形成整个处理腔室。例如，处理腔室可以为柱形、正方形或者任意合适的矩形结构。
还参考图2，孔边缘110以在图中形成倒截头锥形的方式相对于窗口120的相对主表面126和128倾斜，以及相对于腔室内部和外部表面112和114倾斜。窗口120的周边侧壁结构122倾斜成具有与孔边缘110的斜度互补的角度，这样，该周边侧壁结构在沿它的边缘的任何具体位置都形成相对于窗口的相对主表面126和128倾斜的表面。因此，与窗口孔108的结构相比窗口120成倒截头锥形结构。如后面进一步所述，窗口120可以有封闭多边形形状的周边侧壁结构，而不是圆形。当然，也可以使用非圆形但连续的形状，例如椭圆形。因此，例如窗口可以为截头棱锥形状或者其它这样的截头几何形状。
尽管并不是必须的，窗口120和腔室壁106可以是相等厚度。这时，窗口的周边侧壁结构可以设置成与孔边缘110配合，这样，窗口的外部和内部表面126和128分别与腔室壁的外部和内部表面112和114成对齐关系。下面将对窗口孔中的密封窗口120的一种特别优选结构进行专门详述。
窗口120可以利用压缩环132被推入或偏压入窗口孔108内，该压缩环132设置成包围并交叠腔室壁的外表面114的周边边缘140和窗口120的表面126的周边边缘142。在一个实施方式中，压缩环132通过多个螺纹紧固件36(图中只表示了两个)而保持定位，不过任意合适的紧固装置和结构也可以用于该目的。而且，如后面进一步所述，在一些实施方式中，根据因素例如重力的方向、窗口120的重量和它的表面面积，压缩环132或等同机械装置可能并不必要。不管为了将窗口120推入窗口孔108内而引起偏压力的具体方式如何，都将根据窗口孔的孔边缘110的结构并配合窗口120的周边侧壁结构122的形状而以特别有利的方式来利用该偏压力。
继续参考图2，偏压力F将窗口120推入窗口孔108内。偏压力F能够以任意合适方式产生，例如通过使用夹持装置(如图所示)、通过重力产生，或者通过源的任意合适组合。当然，窗口装置可以定向成这样，即重力将窗口120偏压出窗口孔108，这时，需要某些合适机构例如夹持环来将窗口推入孔内，至少直到压力差能够克服重力为止。不管偏压力F的特定源如何，窗口120和窗口孔108的周边结构都以特别有利的方式相互配合工作。特别是，偏压力F分解成分量F1和F2。前者平行于孔边缘110，而后者垂直于孔边缘110，并直接对着它施加。如果以稍微不同的方式说明，窗口的周边侧壁结构122和孔边缘110以这种方式配合，即使得通常垂直于窗口的相对主表面施加的偏压力F的至少一部分，转变成与偏压力F的施加方向、倾斜或偏离的方向不同并对着孔边缘。
分解的力分量F1和F2用于通过只利用窗口的周边侧壁结构122以特别有利的方式将窗口120保持在窗口孔内。这并不为了支承目的或其它目的而与窗口的内表面128接触。因此，窗口的内部表面128能够根据需要相对于腔室壁106的内表面112定位，这样，相对于内部腔室壁提供了与处理腔室内部连续或共面的表面。
参考图1并结合图2，已经通过本说明书而了解的、特别有利的“楔形窗口”结构，被认为是对如图1所示的现有技术的窗口结构解决了上述问题。通过避免利用与窗口的内表面接触来支承窗口，本发明能够消除在腔室内部和窗口内部之间的偏移。现有技术由于为支承目的使用窗口的内表面而需要腔室的支承结构，该支承结构包围窗口，以便实际上达到跨越窗口的周边侧壁，当在圆形窗口情况下，从而产生直径比窗口自身内表面直径更小的内部孔径。而且，如后面进一步所述，在某些情况下可能希望使得窗口和它的内表面朝着处理对象稍微向内凸出。本发明的楔形窗口的优点是在如何时候，在内部窗口表面(面对着要处理基底的窗口表面)和基底之间的距离将减至最小，和/或在基底和外部对象之间的距离需要减至最小。在后一种情况下，应当明了本发明的窗口装置可以支承沿任意方向横跨窗口厚度的压力差。但是，当压力差的力与窗口偏压力相反时，应当注意保证使偏压力超过压力的量足以保持环绕窗口的密封。而且，参考图2，并不必须使窗口的“内表面”128面对着处理腔室内部。在某些情况下，希望使窗口的结构“反转”，这样，窗口的较小直径可相对于支承腔室壁的外表面定位。在这方面，整个说明书所使用的术语；例如“内部”和“外部”；只是用于说明的目的，决不是作为限制。
计算机模型显示，与图1相比，通过图2中所示的本发明窗口结构获得的减小分开距离，导致在具体的RTP基底处理环境中可获得的热均匀性明显提高。模型是利用参考图2所述方式构成的圆形窗口并假设一个大气压力差进行。选择圆形形状是为了减小处理环境的容积、减小窗口所需石英的质量和尺寸、以及减小施加在石英窗口上的应力。例如在不严格的工作要求情况下也可以使用正方形或矩形形状。
再参考图2，应当理解，窗口的周边侧壁结构122和孔的孔边缘110可以以多种可选方式构成，同时仍然处在本发明的范围内。特别是，尽管包括窗口周边侧壁和孔边缘的倾斜表面表示成作为连续表面完全在窗口的内部和外部表面之间延伸和完全穿过腔室壁106的厚度延伸，但是并不必须如此，只要窗口周边侧壁和孔边缘的至少一部分设置成这样配合，即它们将至少大致对着外部窗口表面施加的偏压力的至少一部分，转变成相对于偏压力施加方向偏离或倾斜的方向即可。
在图2所示的实施方式中，压缩环132形成为内径等于在内部腔室表面128上的窗口孔的直径，并与该窗口孔同轴。这样，周边边缘140足够宽以便适当分配夹持力，同时不会阻碍试图沿与偏压力F平行方向穿过窗口120的辐射。但是，应当理解，这并不是必须的，且根据设计目的，压缩环132可以有大于或小于窗口内表面128直径的任意合适的内径。当窗口为封闭多边形(例如三角形、正方形、矩形、六边形等)形状时，图2的剖面图并不变化，除了在某些情况下窗口表面可能以宽度而不是直径为特征。在任何情况下，压缩夹的内边缘可以与窗口内表面128的外边缘或周边垂直对齐。
本发明的、特别有利的窗口和支承结构的样机构成为与前述说明相符，其中，石英窗口的倾斜周边边缘的角度与垂直于窗口外部主表面直径成45°。该样机设计已经在1大气压力差(将窗口压入窗口孔中)以及1大气压力差和热源的情况下成功地进行了实验，以便模拟由典型RTP系统中的热基底所辐射的能量引起的热梯度。
简要参考图1，应当记得，现有技术使用垫圈28来使窗口与底部夹持表面分离。当面对着窗口内表面22的容积进行抽空，从而产生横跨窗口直径的压力差时，和/或当窗口夹在顶部和底部周边支承表面之间时，该垫圈通常为扁平垫圈、L形垫圈或O形环垫圈，它们用于避免直接使金属与石英接触，并帮助分配在内部窗口表面周边处形成的、对着周边支承台阶26的力。在顶部夹30和石英之间防止金属直接与石英接触的垫圈为优选，但并不总是必须的。然而与本发明相反，具有图1的设计的窗口通常并不使用环绕窗口外径安排的垫圈，因为通常没有力施加在该外径上。尽管认识到具有图1的设计的现有技术窗口能够利用环绕窗口外径的真空密封件，但是它们通常还需要某种结构的垫圈，以便使窗口与底部夹持表面分开，从而防止窗口材料与金属支承表面的局部负载。
但是，参考图2，通过本发明的楔形窗口省略了内部或“底部”支承台阶，同时全部窗口支承力施加在窗口的倾斜外边缘上。参考前面所述，下面将更详细地介绍用于将本发明的窗口密封在它的窗口孔内的一种特别有利结构，以及其它特别有利的设计观念。
参考图3，本发明的楔形窗口表示为局部放大剖视图。垫圈150为倒截头锥形结构，并位于窗口120的周边侧壁结构122和窗口孔的孔边缘110之间。垫圈150可以称为“柔顺(compliance)”垫圈，它例如可以由可压缩聚合物；例如聚酰亚胺、氟硅酮、碳氟化合物或者具有合适硬度的其它合适的可压缩垫圈材料；形成。对“柔顺”的解释在于要求该垫圈能够作为在石英窗口和用作支承表面的金属孔确定壁之间的柔顺体。也就是，垫圈150用于非常均匀地分配由于偏压力、压力差和/或窗口和腔室壁的热膨胀而形成的力，以便均匀分配偏压力，这避免形成局部高应力点。
根据前述模型，对于柔顺垫圈150的材料特征确定了可接受的参数，以便满足由GE^TM确定的、对于最大允许应力的安全手册。对于普通真空窗口设计例如如图1中所示，垫圈材料的柔顺性并不敏感，且材料特性的范围比垫圈150的这些优选特性更宽。
在普通现有技术真空窗口设计中例如由图1所示例中，防止石英与金属接触的垫圈也用作保持所需真空完整性而需要的密封件。应当注意，真空完整性常常定义为最大允许泄漏率。如后面所述，本发明认识到密封功能能够与具有附加优点的柔顺功能分离。
再参考图3，在一种特别有利的实施方式中，系统100可以设置成使得(1)均匀分配偏压力和压力差产生力的功能与(2)实现真空密封的功能分开。重要的是应当理解，这两个功能能够包含于单个密封件中，该单个密封件用作柔顺垫圈和真空密封件。但是，在本例中，选择使得这两个功能分开，这样，能够分别或独立地选择与各功能所希望的最佳特性最匹配的不同材料。应当注意，当这两个功能都由垫圈150执行时，垫圈应当形成为具有连续密封的表面。在大部分情况下，这种截头锥形的垫圈将是传统的制造部件。当垫圈150制成为具有接缝时，该接缝需要密封，以便获得可重复和可靠的真空完整性。当垫圈150只用于提供所需的柔顺性时，它并不需要连续形成。根据进行的处理，重要的可能是垫圈材料和O形环材料并不污染处理环境。因此，应选择这些材料具有所述要素。例如由于热和/或化学处理引起的垫圈材料分解而形成颗粒和/或产品将可能导致污染。
真空密封功能归属于O形环类型密封件154，该密封件154与压缩板132结合使用。通过在压缩板132和窗口120的周边边缘之间使用圆形垫圈156来避免金属与石英接触。应当注意，为了图示目的，垫圈156的厚度进行了夸大，且压缩板132的接触表面可以为平面。而且，应当理解，可能并不总是需要圆形(或环形环)垫圈156。装入腔室壁106的窗口孔108内的窗口120的结构与压缩板132配合，从而形成接收O形环的密封槽袋158。当压缩板132将O形环压入槽袋内时O形环槽袋158的宽度减小，从而实现充分密封。因此，O形环密封件154接触三个表面：(1)窗口120的外径；(2)孔边缘110的一部分；以及(3)密封压缩板132，以便形成合适的真空密封。O形环154可以由任意合适材料形成，这些材料包括但不局限于：腈、氯丁橡胶、硅酮、乙烯-丙烯、氟硅酮、或者各种用于真空密封用途的氟弹性体。
还参考图3，周边侧壁结构122包括在相对主表面126和128之间延伸的一系列表面。这些表面包括：支承表面159a，该支承表面159a相对于相对主表面倾斜，并与垫圈150啮合；以及密封表面159b，该密封表面159b至少与相对主表面大致垂直，且该密封表面159b与O形环密封件154啮合。作为旋转表面，支承表面159a为截头锥形形状，而密封表面159b为柱形形状。
参考图4，在系统100的一个可选实施例中，使用由两种不同类型石英材料形成窗口120′。可以认为该结构的优点是减少灯的辐射能量直接照射至柔顺垫圈150上或真空O形环154上(图3)。使用不透明石英外环160，该不透明石英外环160与透明石英中心盘162密封，将防止过度加热柔顺材料和密封材料。因此，多种不同的不透明材料能够满足不透明石英环160的要求。例如，当形成为包括非常小的气泡或杂质(例如氧化铪)时，不透明石英使得它有白色外观。应当理解，本领域技术人员根据这里的总体说明能够制造多件式的石英窗口(如图所示)。为清楚起见尽管在本例中并没有表示压缩板132和O形环密封件154，但是应当理解这些部件也存在。接触角α表示在支承表面159a和相对主表面126和128之间的角度关系。如后面进一步所述，接触角α的可接受值的范围为从大约25度至85度。
还参考图4，应当理解，在本实施方式以及图3的实施方式中，窗口120′的厚度大于腔室壁106的厚度，这样，内表面128通常相对于腔室内表面112向内插入处理腔室内部。因此，在腔室壁内部和处理腔室内的部件之间提供了特别有利的间隙，这些部件例如但不局限于晶片(未示出)和/或晶片接收器(未示出)和/或晶片末端执行器(未示出)。
再参考图3，通过使窗口120的外部涂覆反射涂层166，例如“白色”层(例如氧化铝和二氧化钛)或高反射金属层(例如金、铝、银和其它金属)，从而不需要使用两种不同的石英材料，因此窗口120只由透明石英材料形成，且仍然保护柔顺材料和密封材料免受过度加热。因为某些金属(例如金和银)可能对于某些处理是潜在的污染物，因此这些金属上面可以涂覆合适的遮蔽层，以便防止污染处理环境。而且，还考虑通过使石英的外部倾斜边缘或外侧顶部和底部周边窗口表面的外部倾斜边缘和某些部分，例如在与涂层166相对应的区域内，变得粗糙而减小或消除对柔顺材料和密封材料的热损害，只要表面粗糙度不会损害真空完整性即可。在对垫圈的热损害很小或不可能引起损害的用途中，可使用单个透明石英窗口部件，而不使用任何附加的涂层或不透明石英保护材料。
窗口的厚度尺寸、窗口边缘的倾斜角度、保护垫圈免受过度加热损害的需求、使用单个柔顺垫圈来分配产生的应力和进行真空密封或者使用分开的垫圈，都取决于特定用途的特殊要求。还有，如果对柔顺材料和/或密封材料(通过一个垫圈部件或者通过分开的垫圈来实施)的热损害并不成为问题时，将并不需要防止热损害的措施。而且，本发明的特别有利的楔形窗口能够沿任意空间方位起作用。
下面将详细介绍对本发明的楔形窗口在RTP系统中使用的分析，其中包括有用的设计参数。圆形形状的楔形窗口的应力分析将利用NASTRAN有限元分析软件来进行。石英窗口的结构与图4一致，包括两种石英：在中心的透明石英和在它的边缘处的不透明石英。为了分析的目的，腔室的内部保持真空，这样石英由于外部大气压力而产生应力。另外，腔室有热应力，因为窗口将主要从内侧加热，并在外侧表面通过空气而对流冷却(该空气用于冷却加热装置以及窗口)。为了分析，假定窗口温度在600℃(1112°F)和300℃(572°F)之间变化。此外，为了分析而进行下面的附加假设：
1.忽略重力效果，因为它的效果很小。
2.在窗口和垫圈之间无滑移，且垫圈与不锈钢支承壁和这些材料中的所有节点都一直连接。
3.材料特性并不随温度变化。
4.不锈钢进行倒圆角，且不锈钢的外边缘被固定。
5.在透明和不透明石英的边界处无效应。
6.初始设备温度为30℃(86°F)。
参考图4，根据该分析，下面给出对于本发明的石英窗口的有用设计参数：
接触角α＝60度
垫圈150厚度＝40密耳
因此，认为在从大约25°至85°范围内的接触角是有利的。考虑到特定用途，垫圈150的厚度范围大约为从0.5mm至1.5mm。对于该设计，石英窗口中的最大拉伸应力将为：
感应压力  555psi
热应力    956psi
组合应力  795psi
所有上述应力都小于由通用电气(GE)公司TM推荐的石英上安全界限1000psi。高温聚酰亚胺用于柔顺垫圈，且氟弹性体用于O形环。
下面参考图5，图5提供了窗口装置100的示意分解透视图。因为所有显示的部件都已经在上面详细介绍，因此为了简明将不重复说明。在本图中，表示了腔室壁106的局部圆形部分。
尽管各前述具体实施例已经表示为具有特定方位的各个部件，但是应当理解，本发明可以采用使得各个部件位于各个位置和相互方位的各种特定结构。而且，这里所述的方法可以以无限的方式变化，例如通过重新排序、改变和重新组合各个步骤。因此，显然这里所述的装置和相关方法可以形成各种不同结构，并可以以无限的不同方式进行改变，且在不脱离本发明范围的情况下，本发明可以以多种其它特定方式来实施。因此，本实例和方法应当认为是举例说明，而不是进行限制，本发明并不局限于这里所述的细节，而是可以至少在附加权利要求的范围内进行变化。