JP2002530883A - 半導体ウェハのための急速加熱及び冷却装置 - Google Patents

半導体ウェハのための急速加熱及び冷却装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、熱処理チャンバ内の半導体ウェハを加熱及び冷却するための装置及び方法に関する。特に、本発明の装置は、ウェハが加熱された後にこのウェハを接触的に冷却するための冷却装置を有している。使用中、冷却装置は、ウェハを所望の時期に選択的に冷却するために、チャンバに配置されたウェハに向かって及びウェハから離れる方向に可動である。択一的な実施例においては、プロセスの完了時にウェハの温度を急速に低下させるためにガスをウェハに向かって方向付けることができる。択一的に、ウェハを、積極的かつ選択手金冷却を達成するために冷却部材の近隣へ下降させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、概して、熱処理チャンバにおいて半導体ウェハを急速に加熱及び急
速に冷却するための方法及び装置に関する。特に、本発明は、半導体ウェハが加
熱された後にこのウェハを急速に冷却するための冷却装置を含む急速熱処理装置
に関する。
【０００２】 発明の背景 ここで使用されている熱処理チャンバは、半導体ウェハ等の対象物を急速に加
熱する装置をいう。このような装置は、通常、半導体ウェハを保持するための基
板ホルダと、ウェハを加熱するための光エネルギを放射する光源等の熱エネルギ
源とを有している。熱処理中、半導体ウェハは、所定の温度レジームに従って制
御された条件下で加熱される。熱処理中に半導体ウェハの温度を監視するために
、熱処理チャンバは、通常、高温計等の温度検出装置をも有しており、この温度
検出装置は、選択された波長帯で半導体ウェハによって発せられる放射を検出す
る。ウェハによって発せられる熱放射を検出することにより、ウェハの温度をか
なりの精度で計算することができる。
【０００３】 択一的な実施例では、放射検出装置を使用する代わりに又はこれを使用するの
に加えて、熱処理チャンバは、ウェハの温度を監視するための熱電対を有するこ
ともできる。熱電対は、直接接触により対象物の温度を測定する。
【０００４】 多くの半導体加熱プロセスは、ウェハを高温にまで加熱しなければならないの
で、ウェハがデバイスに製造される場合に様々な化学的及び物理的反応が発生す
るおそれがある。１つのタイプの処理である急速熱処理時には、半導体ウェハは
、通常、光の列によって例えば約４００〜１２００℃にまで通常数分間加熱され
る。これらのプロセス時には、１つの主たる目標は、ウェハをできるだけ均一に
加熱することである。
【０００５】 特に、過去には、半導体ウェハは所定の加熱サイクルに従って加熱された。例
えば、ウェハは初期温度から所望の温度にまで極めて急速な加熱速度で加熱され
た。次いで、ウェハは、所望のプロセスを行うのに十分な時間所望の温度に維持
された。例えば、これらの加熱サイクルの間ウェハをアニールすることができる
か、様々なコーティング及び成膜、例えば酸化皮膜をウェハ上に載置することが
できる。
【０００６】 加熱サイクルを完了するために、光源のスイッチが切られ、ウェハは、所望の
温度に所定の時間だけ維持された後冷却させられる。概して、ウェハは、単に加
熱源を排除又は切ることによって自然に冷却させられる。具体的には、ウェハは
、高温ボディからの放射によるエネルギの損失によって冷却する。ウェハから損
失されるエネルギ量は、ウェハの温度と周囲大気の温度との差に比例する。その
結果、これらのプロセス時には、ウェハの冷却速度は、高温において比較的急速
で、ウェハ温度が低下するに従い指数関数的に減速する。
【０００７】 最近では、より効率的でかつより動作するためのパワーを必要としない、より
薄くかつより均一な層を有する集積回路を形成することが重視されている。これ
に関して、最近の焦点は、熱処理チャンバにおいてより正確にコーティング及び
成膜を形成するのみならず、チャンバにおける加熱サイクルを完了するために掛
かる時間を短縮することに移っている。しかしながら、あいにく、熱処理チャン
バにおいてウェハを冷却するための慣用の方法は、これらの目的を満足しない。
【０００８】 例えば、前記のように、熱処理チャンバにおいてウェハを冷却するための慣用
の方法は、ウェハが比較的ゆっくりと冷却されるという点で、チャンバ内での加
熱サイクルを完了するために掛かる時間を著しく延長させる傾向がある。さらに
、サイクルのこの低速冷却段階では、望ましくない化学的及び物理的反応が発生
するおそれがあり、これは、半導体ウェハ上に形成されるコーティング及び成膜
の電気的特性に不都合な影響を与えるおそれがある。
【０００９】 したがって、急速熱処理チャンバにおいてウェハを冷却するための改良された
装置及び方法が現在必要とされている。特に、ウェハが加熱された後に半導体ウ
ェハを積極的に極めて急速に冷却することができる急速熱処理チャンバが現在必
要とされている。
【００１０】 発明の概要 本発明は、従来の構成及び方法の前記欠点及びその他の欠点を認識しかつ注目
している。
【００１１】 したがって、本発明の目的は、半導体ウェハ等の対象物を熱処理するための改
良された方法及び装置を提供することである。
【００１２】 本発明の別の目的は、ウェハを急速に冷却することができる、半導体ウェハを
熱処理するための改良された装置を提供することである。
【００１３】 本発明さらに別の目的は、ウェハが加熱された後にウェハを積極的に冷却する
冷却装置を有する、半導体ウェハを熱処理するための改良された装置を提供する
ことである。
【００１４】 本発明のこれらの目的及びその他の目的は、集積回路を製造するプロセスの間
に半導体ウェハを熱処理するための装置を提供することによって達成される。こ
の装置は、様々なオペレーション、例えば、イオン注入ステップ後にウェハをア
ニールするために、又は半導体ウェハ上に、導電性材料、絶縁体、及び半導体材
料から形成されているようなコーティング及び成膜を形成又はアニールするため
に使用することができる。装置は、半導体ウェハを収容するための熱処理チャン
バを有している。基板ホルダは、ウェハを保持しかつ回転させるために熱処理チ
ャンバ内に収容することができる。ウェハを加熱するために、熱源を、熱処理チ
ャンバに関連して配置することができる。熱源は、例えば、熱光エネルギを発す
る複数のランプであることができる。
【００１５】 本発明によれば、装置はさらに、熱処理チャンバに収容された半導体ウェハを
選択的に冷却するために、基板の近傍に配置された冷却装置を有している。冷却
装置は、液体等の冷却流体を循環させるための少なくとも１つの冷却チャネルを
形成した冷却部材を有している。特に、冷却流体を冷却部材に循環させることに
より、冷却装置は、比較的低い温度を維持し、この温度は次いで、対流及び伝導
によって半導体ウェハを冷却するために使用される。
【００１６】 有利には、本発明の冷却装置は、半導体ウェハを選択された時間において、例
えばウェハが所定の最大温度にまで加熱された後に冷却するためにのみ使用され
る。例えば、１つの実施例では、冷却装置は、冷却装置を係合位置と非係合位置
との間で移動させるための移動機構を有することができる。係合位置においては
、冷却装置は、ウェハを冷却するために基板ホルダに保持された半導体ウェハの
近傍に、場合によっては直接接触して配置される。これに対して非係合位置にお
いては、冷却装置は半導体ウェハから所定の間隔を置いて配置され、ウェハをほ
とんど冷却しないか、ウェハが加熱されている間ウェハに干渉しない。択一的に
、ウェハを選択的に冷却するために冷却装置が基板ホルダに向かって又はこれか
ら離れる方向へ可動である代わりに、基板ホルダが冷却装置に向かって又はこれ
から離れる方向に可動であることができる。
【００１７】 本発明の別の実施例によれば、冷却装置は定置であることができ、また、冷却
装置にガスを循環させるための１つ又は２つ以上のガス通路を有することができ
る。特に、ガス通路は、通路を流通するガスが、冷却装置を循環させられている
冷却流体によって冷却されるように設計することができる。冷却されると、ガス
は、ウェハを冷却するために、基板ホルダに保持された半導体ウェハに向かって
方向付けられかつ半導体ウェハに接触することができる。冷却ガスは、例えば分
子窒素又はヘリウムであることができる。ウェハを選択された時期にのみ冷却す
るために、冷却装置を通る冷却ガスの流れを、所望の時期に停止及び形成させる
ことができる。
【００１８】 本発明の有利な実施例において、装置はさらに、熱処理チャンバ内に収容され
た半導体ウェハの温度を監視するための温度検出装置を有している。制御装置は
、温度検出装置に関連して配置することができ、熱源及び冷却装置を制御するよ
うに構成することもできる。具体的には、制御装置は、温度検出装置から温度情
報を受け取ることができ、この情報に基づき、所定の温度サイクルに従ってウェ
ハを加熱又は冷却するために熱源及び冷却装置を自動的に制御することができる
。
【００１９】 熱源を制御する場合、例えば、制御装置は、半導体ウェハへ発せられる熱エネ
ルギの量を増減させるために使用することができる。これに対して、冷却装置を
制御する場合、制御装置は、冷却装置の移動及び／又は冷却装置に出入する冷却
流体の流れを制御するように構成することができる。
【００２０】 本発明のその他の目的、特徴及び側面を以下により詳細に説明する。
【００２１】 図面の簡単な説明 当業者を対象とした、本発明の最良の実施形態を含む、本発明の完全かつ実施
可能な記載は、添付の図面を参照した明細書の以下の部分においてより具体的に
開示される。
【００２２】 図１は、本発明による半導体ウェハを熱処理するための装置の１つの実施例を
示す横断面図であり、 図２は、本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の１つの実
施例を示す横断面図であり、 図３は、図２に示された冷却装置の横断面図であり、 図４は、本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の択一的な
実施例を示す図であり、 図５は、慣用の加熱サイクルと、本発明により形成された熱処理チャンバにお
いて使用される加熱サイクルとの差を表す時間温度グラフである。
【００２３】 本明細書及び図面における参照符号の反復使用は、本発明の同じ又は類似の特
徴又はエレメントを表している。
【００２４】 有利な実施形態の詳細な説明 この説明は単に典型的な実施例の説明であり、本発明のより広い範囲を限定す
るものではなく、このより広い範囲が典型的な構成において実施されているとい
うことを当業者は理解すべきである。
【００２５】 概して、本発明は、熱処理チャンバにおいてウェハを加熱及び冷却するための
装置及び方法に関する。半導体ウェハを加熱するために、熱処理チャンバは、放
射エネルギを発する複数のランプ等の慣用の熱源を収容することができる。本発
明によれば、装置はさらに、半導体ウェハが加熱された後にウェハを積極的に冷
却する冷却装置を収容している。冷却装置は、様々な形式を取ることができ、種
々異なる形式で機能することができる。例えば、１つの実施例では、冷却装置は
、冷却装置をより低い温度に維持するために冷却流体を受け取る冷却部材を有す
ることができる。冷却装置は、さらに、ウェハを選択された時期にのみ冷却する
ように構成された機構を有することができる。
【００２６】 様々な利点及び利益が本発明の装置及び方法によって達成される。例えば、冷
却装置を使用することにより、本発明の装置において加熱サイクルを完了するた
めに掛かる時間が著しく短縮される。加熱サイクルを完了するために掛かる時間
の長さを短縮することにより、本発明により形成された熱処理チャンバは、特に
、シリコンにおいて欠陥の有効なアニールとイオン注入された不純物の活性化と
を惹起し、半導体ウェハ上に極めて薄いコーティング及び成膜を形成し、かつ半
導体ウェハに前もって載置された、導電性又は絶縁性の薄い成膜をアニールする
のに、適している。本発明の熱処理チャンバは、改良された電気的特性を有する
極めて均一なコーティング及び成膜を形成することもできる。特に、本発明によ
れば、半導体ウェハを極めて急速に冷却することができ、このことは、チャンバ
内で生じている高温における化学的及び物理的反応を“凍結する”。言い換えれ
ば、ウェハを急速に冷却することにより、加熱サイクルの比較的低速な冷却中に
望ましくない化学的及び物理的反応が生じることを妨げかつ抑制する。
【００２７】 図１を参照すると、シリコン等の半導体材料から形成されたウェハを熱処理す
るための、本発明により形成されたシステム１０が示されている。システム１０
は、様々なプロセスを行うためにウェハ１４等の基板を収容するための処理チャ
ンバ１２を有している。図示したように、ウェハ１４は、石英等の断熱材から形
成された基板ホルダ１５上に位置決めされている。チャンバ１２は、ウェハ１４
を極めて急速に、注意深く制御された条件下で加熱するように設計されている。
チャンバ１２は、金属を含む様々な材料から形成することができる。例えば、チ
ャンバ１２は、ステンレス鋼、黄銅又はアルミニウムから形成することができる
。
【００２８】 チャンバ１２が伝熱性材料から形成されている場合、チャンバは冷却システム
を有していると有利である。例えば、図１に示したように、チャンバ１２は、チ
ャンバの周囲に巻き付けられた冷却導管１６を有している。導管１６は、水等の
冷却流体を循環させ、この冷却流体は、チャンバ１２の壁部を比較的低い温度に
維持するために使用される。
【００２９】 チャンバ１２は、さらに、ガスをチャンバに導入するために及び／又はチャン
バを所定の圧力範囲に維持するために、ガス入口１８とガス出口２０とを有して
いる。例えば、ガスを、ウェハ１４と反応させるためにガス入口１８を介してチ
ャンバ１２に導入することができ、これにより、例えば、酸化物コーティング、
導電層等を形成する。処理されると、ガスを、ガス出口２０を使用してチャンバ
から排出することができる。
【００３０】 択一的に、あらゆる望ましくない副反応がチャンバ内で生じるのを防止するた
めにガス入口１８を介してチャンバ１２内に不活性ガスを供給することができる
。別の実施例においては、ガス入口１８とガス出口２０とを、チャンバ１２を加
圧するために使用することができる。真空を、ガス出口２０又は水の高さより下
方に位置決めされた付加的なより大きな出口を使用して、望ましい時期にチャン
バ１２内に発生させることもできる。
【００３１】 処理中には、基板ホルダ１５は、１つの実施例において、ウェハ回転機構２１
を使用してウェハ１４を回転させることができる。ウェハを回転させることによ
り、ウェハの表面上の温度均一性を向上させ、ウェハ１４と、チャンバに導入さ
れるあらゆるガスとの接触を高める。しかしながら、ウェハの他に、チャンバ１
２は、光学的部材、成膜、繊維、リボン、あらゆる特定の形状を有するその他の
基板を処理することにも適している。
【００３２】 熱源又は加熱装置２２が、処理中にウェハ１４を加熱するためにチャンバ１２
と関連しながら設けられている。加熱装置２２は、タングステンハロゲンランプ
等の複数のランプ２４を有している。図１に示したように、ランプ２４はウェハ
１４の上方に配置されている。しかしながら、ランプ２４は、あらゆる特定の位
置に配置されてもよいことを理解すべきである。さらに、望ましいならば、付加
的なランプをシステム１０内に設けることもできるであろう。
【００３３】 熱源としてランプ２４を使用することは概して有利である。例えば、ランプは
、電気素子又は慣用のファーネス等の他の加熱装置よりも著しく高い加熱及び冷
却速度を有する。ランプ２４は、通常極めて短い、よく制御された始動期間を必
要とする、瞬間エネルギを提供する急速恒温処理システムを形成する。ランプ２
４からのエネルギの流れはあらゆる時期に突然停止させることもできる。図示し
たように、ランプ２４には、全てのランプによって発せられる放射エネルギを増
大又は低減するために使用することができる漸進的なパワー制御装置２５が装備
されている。
【００３４】 熱処理中にウェハ１４の温度を監視するために、この実施例においては、熱処
理チャンバ１２は、複数の放射検出装置２７を有している。放射検出装置２７は
、複数の光ファイバ又はライトパイプ２８を有しており、この光ファイバ又はラ
イトパイプ自体は、複数の対応する光検出装置３０に関連している。光ファイバ
２８は、特定の波長でウェハ１４によって発せられる熱エネルギを受け取るよう
に構成されている。次いで、検出された放射の量が、光検出装置３０に伝送され
、この光検出装置は、ウェハの温度を決定するための有効電圧信号を発生し、こ
のウェハの温度は、部分的にプランクの法則に基づき計算することができる。１
つの実施例においては、光検出装置３０に関連した各光ファイバ２８は高温計を
有している。
【００３５】 概して、熱処理チャンバ１２は、１つ又は複数の放射検出装置を収容している
ことができる。有利な実施例においては、図１に示したように熱処理チャンバ１
２は複数の放射検出装置を有しており、これらの放射検出装置は、種々異なる箇
所においてウェハの温度を測定する。種々異なる箇所におけるウェハの温度を知
ることは、ウェハに加えられる熱の量を制御するために使用することができる。
【００３６】 本発明のプロセス中、システム１０は、光ファイバ２８がウェハ１４によって
発せられた熱放射のみを検出し、ランプ２４によって発せられる放射を検出しな
いように設計されていることが望ましい。これに関して、システム１０はフィル
タ３２を有しており、このフィルタ３２は、光検出器３０が作動する波長におけ
る、ランプ２４によって発せられる熱放射が、チャンバ１２に進入しないように
する。フィルタ３２はランプ２４をウェハ１４から隔離するためにも働き、チャ
ンバの汚染を防止する。図１に示したフィルタ３２は、チャンバ１２と熱源２２
との間に位置決めされた窓であることができ、例えば融解石英から形成すること
ができる。択一的な実施例においては、各ランプ２４を個別のフィルタにより被
覆することができる。
【００３７】 放射検出装置を使用する代わりに、他の温度検出装置を本発明のシステムにお
いて使用してもよい。例えば、１つ又は２つ以上の熱電対が、１箇所又は複数の
箇所でウェハの温度を監視するためにシステムに組み込まれていてよい。熱電対
は、ウェハと直接に接触して配置するか、ウェハの近傍に配置することができ、
ウェハから温度を推定することができる。
【００３８】 システム１０は、さらに、システム制御装置５０を有しており、このシステム
制御装置５０は、例えばマイクロプロセッサであることができる。制御装置５０
は、光検出器３０から、様々な箇所においてサンプルされた放射量を表す電圧信
号を受信する。受信された信号に基づき、制御装置５０は、種々異なる位置にお
けるウェハ１４の温度を計算するように構成されている。
【００３９】 図１に示したようなシステム制御装置５０は、ランプパワー制御装置２５と関
連していることもできる。この構成においては、制御装置５０はウェハ１４の温
度を決定することができ、この情報に基づき、ランプ２４によって発せられる熱
エネルギの量を制御する。この形式では、注意深く制御された範囲内で、ウェハ
１４を処理するための反応器１２内の条件に応じて瞬間的な調節を行うことがで
きる。
【００４０】 １つの実施例においては、システム内の他のエレメントを自動的に制御するた
めに制御装置５０を使用することもできる。例えば、制御装置５０は、ガス入口
１８を介してチャンバ１２に進入するガスの流量を制御するために使用すること
ができる。図示したように、さらに、ウェハ１４がチャンバ内で回転させられる
速度を制御するために制御装置５０を使用することができる。
【００４１】 本発明によれば、図１に示したように、システム１０は、さらに、熱処理チャ
ンバ１２に位置決めされた冷却装置６０を有している。図示したように、この実
施例においては、冷却装置６０が、半導体ウェハ１４の下方に配置されており、
ベース６２に取り付けられている。冷却装置６０は、特にウェハが所定の処理温
度にまで加熱された後に、ウェハ１４を選択された時期に熱処理チャンバを用い
て積極的かつ急速に冷却する。
【００４２】 本発明によれば、冷却装置６０は、様々な形式で構成することができ、ウェハ
を冷却するための種々異なる機構を有することができる。図２及び図３を参照す
ると、本発明に基づき形成された冷却装置の１つの実施例が示されている。この
実地例においては、冷却装置６０は、プレート状の冷却部材６４を有している。
冷却部材６４は、冷却チャネル６６を有しており、冷却チャネル６６は、冷却チ
ャネルを通る冷却流体の流れを受け取るように設計されている。例えば、冷却部
材６４は、水源等の冷却流体源と連絡しながら配置することができ、冷却流体源
は、冷却流体を冷却チャネル６６に供給する。冷却流体は、冷却部材６４の温度
を比較的低い温度に維持し、これにより、冷却装置６０は、ウェハと冷却部材と
の熱エネルギの直接交換によって、半導体ウェハを積極的に冷却することができ
る。
【００４３】 前記のように、有利には冷却装置６０は、チャンバにおいて行われる加熱サイ
クルの経過中の選択された時期においてのみウェハを冷却する。その結果、図２
及び図３に示したように、冷却装置６０はウェハに向かって及びこれから離れる
方向に可動である。例えば、図１に示したようなベース６２は、冷却装置を選択
された時期に上昇及び下降させる機構を有することができる。
【００４４】 例えば、冷却装置６０は、図２に示したウェハ非係合位置と図３に示したウェ
ハ係合位置との間を可動である。非係合位置においては、冷却装置６０は、ウエ
ハが加熱されているときにこれを妨害しないように、ウェハ１４から十分な間隔
を置いて位置することが望ましい。しかしながら、ウェハが加熱されて冷却され
る必要があると、図３に示したように冷却装置６０はウェハの近傍に配置される
。特に、特定の応用例に応じて、冷却装置６０は、ウェハと直接に接触して配置
することも、ウェハに接触せずにウェハの極めて近くに移動させられることもで
きる。図３に示したような係合位置に配置されると、ウェハ１４は急速に冷却さ
れる。
【００４５】 しかしながら、冷却装置６０をウェハに向かって及びウェハから離れる方向に
移動させる代わりに、択一的に、基板ホルダ１５を、ウェハ自体を冷却装置に向
かって及び冷却装置から離れる方向に移動させるように構成することができる。
【００４６】 さらに、ウェハに対する冷却装置の位置を調節する代わりに、本発明に従って
ウェハを選択的に冷却するために別の制御装置を使用することができる。例えば
、冷却装置６０の冷却チャネル６６を通る冷却流体の流れを、あらゆる特定の時
期に望まれる冷却の程度に応じて調節することができる。例えば、冷却したくな
い場合、冷却装置６０への冷却流体の流れを減速又は停止させることができる。
これに対し、ウェハを冷却したい場合には、冷却流体の流れを冷却装置によって
増大させることができる。１つの実施例においては、冷却装置の位置を自動的に
調節しかつ／又は装置への冷却流体の流れを制御するために、図１に示したよう
なシステム制御装置５０を冷却装置６０に関連して配置することができる。
【００４７】 冷却装置６０の冷却部材６４は様々な材料から形成することができる。特に、
冷却部材６４は、冷却流体と半導体ウェハ１４との熱交換器として働く伝熱材料
から形成されていることが望ましい。冷却部材６４を構成するために使用されて
よい様々な材料は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼又は黄銅等の金属を含
んでいる。この金属は、これと半導体ウェハとの間の汚染を防止するためにコー
ティングされていてよい。
【００４８】 図４を参照すると、本発明の装置及び方法において使用されてよい加熱装置６
０の択一的な実施例が示されている。図２及び図３に示した実施例と同様に、こ
の実施例においては、加熱装置６０は、液体等の冷却流体を循環させるための１
つ又は２つ以上の冷却チャネル６６を形成している冷却部材６４を有している。
しかしながら、この実施例においては、冷却部材６４はさらに少なくとも１つの
ガス通路６８を形成している。
【００４９】 ガス通路６８は、ガスを冷却装置６０に循環させるガス源に接続されるように
設計されている。図示したように、ガス通路６８は、冷却部材６４内に延びてお
り、半導体ウェハ１４付近でガスを解放する複数の出口を有している。この形式
においては、ガス通路６８を介して供給されるガスは、チャネル６６を介して循
環させられる冷却流体によって冷却され、次いで、半導体ウェハ１４を冷却する
ためにこのウェハ１４に向かって方向付けられる。ガス通路６８を介して供給さ
れるガスは、望ましくない化学反応が生じないように、不活性ガスであることが
望ましい、例えば、分子窒素、アルゴン又はヘリウムを冷却ガスとして使用する
ことができる。
【００５０】 図４に示した実施例においては、冷却装置６０は、定置であるか、図２及び図
３に示した実施例と同様に可動であることができる。有利には、ウェハを熱処理
チャンバ内で選択的に冷却するために、ガス通路６８内への冷却ガスの流れは、
ガス流を所望の時期に停止及び形成することができるように、制御可能であるこ
とが望ましい。これに関連して、図１に示したようなシステム制御装置５０を、
冷却ガス源に関連して配置することができ、ガス源から冷却装置６０への冷却ガ
スの流れを制御するように設計することができる。
【００５１】 図示した実施例の他に、冷却装置６０は様々な別の形式で冷却することができ
る。例えば、択一的な実施例においては、冷却装置を伝導を介して冷却するため
に、積極的な冷却構造を冷却装置６０に隣接して配置するか又は冷却装置６０に
取り付けることができる。択一的に、冷却装置６０は、冷却部材をより低い温度
に維持する熱伝材料から形成された冷却部材を有することができる。
【００５２】 前記のように、冷却装置６０の目的は、熱処理チャンバ内のウェハを急速に冷
却し、これにより、加熱サイクルをチャンバ内のウェハに対して行うことができ
る速度を高めることである。比較のために図５を参照すると、慣用の加熱サイク
ル（ａ）が、本発明の装置を使用して行うことができる加熱サイクル（ｂ）と比
較して示されている。図示したように、本発明の装置を使用した場合の冷却速度
は劇的に高められている。もちろん、図５に示されたグラフは典型的な例を示す
ためだけのものである。本発明の冷却装置の場合、冷却速度は、あらゆる所望の
冷却曲線を得ることができるように制御することができる。
【００５３】 しかしながら、ほとんどの応用例に対し、本発明の冷却装置はウェハをできる
だけ急速に冷却するために使用されるであろう。ウェハを急速に冷却することに
より様々な利点が生じる。例えば、ウェハを処理するために掛かる時間を短縮す
る以外に、加熱サイクルの冷却段階において、望ましくない化学的及び物理的反
応がより生じなくなる。
【００５４】 本発明に対するこれらの修正及び変更及びその他の修正及び変更は、記載の請
求項により具体的に示された本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、当業
者によって実行されてよい。さらに、様々な実施例の側面を、全体的に又は部分
的に交換してよい。さらに、当業者は、前記説明が単に例であり、請求項に記載
された本発明を限定するものではないことを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による半導体ウェハを熱処理するための装置の１実施例を示す横断面図
である。
【図２】 本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の１実施例を示す横
断面図である。
【図３】 図２に示された冷却装置の横断面図である。
【図４】 本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の択一的な実施例を
示す図である。
【図５】 慣用の加熱サイクルと、本発明により形成された熱処理チャンバにおいて使用
される加熱サイクルとの差を表す時間温度グラフである。
【符号の説明】
１０ システム、 １２ 熱処理チャンバ、 １４ ウェハ、 １５ 基板ホ
ルダ、 １６ 冷却導管、 １８ ガス入口、 ２０ ガス出口、 ２２ 加熱
装置、 ２４ ランプ、 ２５ パワー制御装置、 ２７ 放射検出装置、 ２
８ 光ファイバ、 ３０ 光検出装置、 ５０ システム制御装置、 ６０ 冷
却装置、 ６２ ベース、 ６４ 冷却部材、 ６６ 冷却チャネル、 ６８
ガス通路
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１２月２１日（２０００．１２．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウェハを熱処理するための装置において、 少なくとも１つの半導体ウェハを収容するための熱処理チャンバと、 該熱処理チャンバに収容された半導体ウェハを加熱するための、前記熱処理チ
    ャンバに関連した熱源と、 前記熱処理チャンバに収容された半導体ウェハを保持するための基板ホルダと
    、 前記熱処理チャンバに収容された半導体ウェハを選択的に冷却するための、前
    記基板ホルダの近傍に配置された冷却装置とが設けられており、該冷却装置が、
    半導体ウェハの最大処理温度よりも低い温度に維持された冷却部材を有している
    ことを特徴とする、半導体ウェハを熱処理するための装置。
  2. 【請求項２】 前記冷却装置が、前記半導体ウェハを選択的に冷却するため
    に前記基板ホルダに向かって及び該基板ホルダから離れる方向に可動である、請
    求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記冷却部材がプレート状である、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記冷却部材が、金属から成る材料から形成されている、請
    求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記基板ホルダが、前記半導体ウェハを選択的に冷却するた
    めに前記冷却装置に向かって及び該冷却装置から離れる方向に可動である、請求
    項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記冷却装置が、半導体ウェハが冷却される場合に、前記基
    板ホルダ上に保持された半導体ウェハに直接に接触するように構成されている、
    請求項２記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記冷却装置が、前記半導体ウェハが冷却される場合に、前
    記基板ホルダ上に保持された半導体ウェハの近傍に、しかし接触しないで位置決
    めされるように構成されている、請求項２記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記冷却装置がさらに、ガスを流通させるための少なくとも
    １つのガス通路を有しており、該ガス通路が、半導体ウェハを冷却するために、
    前記基板ホルダ上に保持された前記半導体ウェハに向かって前記ガスを方向付け
    るように構成されている、請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記熱源が、複数の光エネルギ源から成っている、請求項１
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記冷却装置がさらに、前記冷却部材によって形成された
    冷却チャネルに循環させるために冷却流体を供給するための冷却流体源を有して
    おり、前記冷却流体が液体から成っている、請求項１記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記熱処理チャンバに収容された半導体ウェハの温度を検
    出するための温度検出装置と、 該温度検出装置と、前記熱源と、前記冷却装置とに関連した制御装置とが設け
    られており、該制御装置が、前記温度検出装置から温度情報を受け取り、該温度
    情報に基づき、所定の熱サイクルに従って前記半導体ウェハを加熱及び冷却する
    ために前記熱源及び前記冷却装置を制御する、請求項１記載の装置。
  12. 【請求項１２】 半導体ウェハを熱処理するための装置において、 少なくとも１つの半導体ウェハを収容するための熱処理チャンバと、 該熱処理チャンバ内に収容された半導体ウェハを加熱するために前記熱処理チ
    ャンバに関連した熱源とが設けられており、該熱源が、複数の光エネルギ源から
    成っており、 さらに、前記熱処理チャンバ内に収容された半導体ウェハを保持するための基
    板ホルダと、 前記熱処理チャンバ内に収容された前記半導体ウェハを選択的に冷却するため
    の、前記基板ホルダの近傍に配置された冷却装置とが設けられており、該冷却装
    置が、半導体ウェハの最大処理温度よりも低い温度に維持された冷却部材を有し
    ており、前記冷却装置がさらに、前記基板ホルダ上に保持された半導体ウェハの
    近傍に前記冷却装置が配置される係合位置と、前記冷却装置が前記半導体ウェハ
    から所定の間隔を置いて配置される非係合位置との間で冷却装置を移動させるた
    めの移動機構を有していることを特徴とする、半導体ウェハを熱処理するための
    装置。
  13. 【請求項１３】 前記冷却装置が、金属から成る材料から形成されている、
    請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記冷却装置が、該冷却装置が前記係合位置に配置されて
    いるときに、前記基板ホルダ上に保持された半導体ウェハに直接に接触する、請
    求項１２記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記冷却部材によって形成された冷却流体チャネルに循環
    させるために冷却流体を供給するための冷却流体源が設けられており、前記冷却
    流体が液体から成っている、請求項１２記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記基板ホルダ上に保持された半導体ウェハの温度を検出
    するための温度検出装置と、 該温度検出装置、前記熱源及び前記冷却装置に関連した制御装置とが設けられ
    ており、該制御装置が、前記温度検出装置から温度情報を受け取り、該温度情報
    に基づき、所定の熱サイクルに従って半導体ウェハを加熱及び冷却するために、
    前記熱源と前記冷却装置とを制御する、請求項１２記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記冷却装置が、該冷却装置が前記係合位置に配置されて
    いる場合に前記ウェハに接触することなく、前記基板ホルダ上に保持された半導
    体ウェハに隣接した配置される、請求項１２記載の装置。
  18. 【請求項１８】 半導体ウェハを熱処理するための装置において、 少なくとも１つの半導体ウェハを収容するための熱処理チャンバと、 前記チャンバに収容された半導体ウェハを加熱するための、前記熱処理チャン
    バに関連した熱源とが設けられており、該熱源が、複数の光エネルギ源から成っ
    ており、 さらに前記熱処理チャンバに収容された半導体ウェハを保持するための基板ホ
    ルダと、 前記熱処理チャンバに収容された半導体ウェハを選択的に冷却するために前記
    基板ホルダの近傍に配置された冷却装置とが設けられており、該冷却装置が、半
    導体ウェハの最大処理温度よりも低い温度に維持された冷却部材を有しており、
    前記冷却装置がさらにガスを流通させるためのガス通路を収容しており、該ガス
    通路が、前記ウェハを冷却するために、前記基板ホルダ上に保持された半導体ウ
    ェハに向かって前記ガスを方向付けるように構成されていることを特徴とする、
    半導体ウェハを熱処理するための装置。
  19. 【請求項１９】 前記基板ホルダ上に保持された半導体ウェハの温度を検出
    するための温度検出装置と、 前記温度検出装置及び前記熱源に関連した制御装置とが設けられており、該制
    御装置が、前記温度検出装置から温度情報を受け取り、該温度情報に基づき所定
    の熱サイクルに従って前記半導体ウェハを加熱するための前記熱源を制御する、
    請求項１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記冷却装置がさらに、前記ガス通路にガスを供給するた
    めのガス源を有しており、該ガス源が、前記制御装置に関連しており、該制御装
    置が、前記熱処理チャンバにおいて半導体ウェハを選択的に冷却するために、前
    記ガス源から前記ガス通路へのガス流を形成及び停止させるように構成されてい
    る、請求項１９記載の装置。
  21. 【請求項２１】 熱処理チャンバ内において半導体ウェハを急速に加熱する
    方法において、 半導体ウェハを熱処理チャンバ内に配置し、 光エネルギを使用して前記半導体ウェハを所定の最大温度にまで急速に加熱し
    、 積極的な冷却装置を使用することによって前記半導体ウェハを急速に冷却し、
    前記冷却装置が、ウェハよりも低い温度に維持された冷却部材を有していること
    を特徴とする、熱処理チャンバ内の半導体ウェハを急速に加熱する方法。
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