JP2003500844A - 基板を熱処理する装置及び方法 - Google Patents
基板を熱処理する装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
基板、特に半導体ウェーハを均一にかつ費用的に有利に熱処理するために本発明によって提案された方法と装置では、少なくとも１つの基板を電磁放射よって加熱する少なくとも１つの加熱装置が用いられており、該加熱装置が少なくとも２つのアークランプを有し、各アークランプの放射特性が個別に制御可能であり、前記アークランプの電磁放射が前記加熱装置の電磁放射の出力密度に著しく寄与している。
Description
【０００１】
技術分野
本発明は、基板、特に半導体ウェーハを熱処理する装置であって、少なくとも
１つの基板を電磁放射で加熱する少なくとも１つの加熱装置を有し、該加熱装置
が少なくとも２つのアークランプを有している形式のもの及び基板、特に半導体
ウェーハを熱処理する方法に関する。
１つの基板を電磁放射で加熱する少なくとも１つの加熱装置を有し、該加熱装置
が少なくとも２つのアークランプを有している形式のもの及び基板、特に半導体
ウェーハを熱処理する方法に関する。
【０００２】
上記形式の装置は例えばＵＳ−Ａ−４６９８４８６号によって公知である。こ
の装置においては、リアクション室にある半導体ウェーハがまず石英ハロゲンラ
ンプの配置を介して加熱される。ウェーハが所定の温度に達すると、付加的なラ
ンプ装置、すなわち高出力フラッシュランプ装置がウェーハの加熱に使用される
。フラッシュランプ装置はきわめて短い時間のためだけに用いられる。この場合
、ウェーハの表面温度は半導体材料の溶融点の近くの温度に上昇させられる。フ
ラッシュランプの短い使用時間に基づき、ウェーハの温度はウェーハ表面の領域
でしかフラッシュランプの影響を受けない。この結果、ウェーハの高さに亘って
不均一な温度分布が発生する。フラッシュランプとしての石英ハロゲンランプは
リアクション室を取囲む、高反射性の室内に配置されている。この室はカレイド
スコープの形に構成されている。リアクション室におけるウェーハの表面におけ
る均一な温度分布を達成するためには、この公知の装置においては、各ランプと
ウェーハの表面との間の間隔が、反射する室の直径よりも大きいか又は該直径と
少なくとも同じであることが重要である。各ランプとウェーハ表面との間の間隔
は、特にウェーハの両側を加熱するのに適した装置においては、装置の構成寸法
を大きくする。したがって例えば３００ｍｍウェーハのように次第に大きくなる
ウェーハ直径の場合には、きわめて大きな、反射する室が必要であり、この結果
、装置の製造費及び維持費が高くなる。
の装置においては、リアクション室にある半導体ウェーハがまず石英ハロゲンラ
ンプの配置を介して加熱される。ウェーハが所定の温度に達すると、付加的なラ
ンプ装置、すなわち高出力フラッシュランプ装置がウェーハの加熱に使用される
。フラッシュランプ装置はきわめて短い時間のためだけに用いられる。この場合
、ウェーハの表面温度は半導体材料の溶融点の近くの温度に上昇させられる。フ
ラッシュランプの短い使用時間に基づき、ウェーハの温度はウェーハ表面の領域
でしかフラッシュランプの影響を受けない。この結果、ウェーハの高さに亘って
不均一な温度分布が発生する。フラッシュランプとしての石英ハロゲンランプは
リアクション室を取囲む、高反射性の室内に配置されている。この室はカレイド
スコープの形に構成されている。リアクション室におけるウェーハの表面におけ
る均一な温度分布を達成するためには、この公知の装置においては、各ランプと
ウェーハの表面との間の間隔が、反射する室の直径よりも大きいか又は該直径と
少なくとも同じであることが重要である。各ランプとウェーハ表面との間の間隔
は、特にウェーハの両側を加熱するのに適した装置においては、装置の構成寸法
を大きくする。したがって例えば３００ｍｍウェーハのように次第に大きくなる
ウェーハ直径の場合には、きわめて大きな、反射する室が必要であり、この結果
、装置の製造費及び維持費が高くなる。
【０００３】
ＵＳ−Ａ−４３９８．０９４号並びにＵＳ−Ａ−５３３６６４１号によれば、
半導体ウェーハを熱処理するための装置であって、熱源として、それぞれミラー
を有する個別のアークランプが使用されているものが公知である。この場合、熱
源として使用したアークランプは通常は費用のかかる構造と費用のかかる冷却装
置とを有する高出力アークランプである。個別のランプを使用することに基づき
ウェーハの均一な熱的な処置は達成できない。
半導体ウェーハを熱処理するための装置であって、熱源として、それぞれミラー
を有する個別のアークランプが使用されているものが公知である。この場合、熱
源として使用したアークランプは通常は費用のかかる構造と費用のかかる冷却装
置とを有する高出力アークランプである。個別のランプを使用することに基づき
ウェーハの均一な熱的な処置は達成できない。
【０００４】
さらにＤＤ−Ａ−２９５９５０号によれば、半導体ウェーハの熱的な処置のた
めに種々異なる構成のＵＶ放射器をグローランプとの組合わせで使用することが
公知である。この場合には加熱装置の総放射出力には大きく関係しない金属蒸気
−低圧−ＵＶ源が使用される。ＵＶ放射器の任務はウェーハの加熱ではなく、Ｕ
Ｖ照射による熱的な活性化プロセスと関連した光化学反応の促進である。
めに種々異なる構成のＵＶ放射器をグローランプとの組合わせで使用することが
公知である。この場合には加熱装置の総放射出力には大きく関係しない金属蒸気
−低圧−ＵＶ源が使用される。ＵＶ放射器の任務はウェーハの加熱ではなく、Ｕ
Ｖ照射による熱的な活性化プロセスと関連した光化学反応の促進である。
【０００５】
今日市販されている、基板を熱的に処理するたいていの装置は、半導体ウェー
ハの熱的な処理のためにもっぱらグローランプを使用している。しかしながら前
記装置は、グローランプの放射が６００℃よりも低いウェーハ温度ではきわめて
わずかにしか吸収されないという欠点を有している。これは約１００ｎｍの波長
で最大を有するグローランプの特徴的なスペクトルに原因がある。この結果、グ
ローランプのエネルギは約６００℃のウェーハ温度から効果的に吸収されること
になる。
ハの熱的な処理のためにもっぱらグローランプを使用している。しかしながら前
記装置は、グローランプの放射が６００℃よりも低いウェーハ温度ではきわめて
わずかにしか吸収されないという欠点を有している。これは約１００ｎｍの波長
で最大を有するグローランプの特徴的なスペクトルに原因がある。この結果、グ
ローランプのエネルギは約６００℃のウェーハ温度から効果的に吸収されること
になる。
【０００６】
発明の課題
公知の装置から出発して本発明の課題は、基板の効果的な、費用的に有利でか
つ均一な熱的な処理を基板にて可能にする、冒頭に述べた形式の装置を提供する
ことである。
つ均一な熱的な処理を基板にて可能にする、冒頭に述べた形式の装置を提供する
ことである。
【０００７】
課題を解決する手段
前記課題は本発明によれば、冒頭に述べた形式の装置において、各アークラン
プのための放射特性が制御装置により個別に制御可能であり、アークランプの電
磁的な放射が加熱装置の電磁式の放射の出力密度に著しく関係していることによ
って解決された。加熱装置の電磁的な放射の出力密度に著しく関係するアークラ
ンプの使用は、例えばＳｉウェーハが最高の吸収を有するスペクトル領域にて、
しかも室内温度でアークランプが放射するという利点を有している。これにより
、アークランプによって、特に半導体ウェーハの効果的な加熱が室内温度でも可
能になる。アークランプを個別に制御できる可能性によってランプの立体的な放
射フィールドが形成することができる。これはウェーハ表面に対する均一な放射
分布、ひいては均一な温度分布を可能にする。立体的な放射フィールドが得られ
ることにより、加熱装置はアークランプを含めて、処理しようとする基板の近く
に配置されることができ、均一な基板処理を実施するために加熱装置と基板との
間に、処理装置の直径によって与えられた所定の間隔を維持する必要はない。こ
れによって装置の構成寸法、ひいてはこれに伴う費用が著しく減じられる。
プのための放射特性が制御装置により個別に制御可能であり、アークランプの電
磁的な放射が加熱装置の電磁式の放射の出力密度に著しく関係していることによ
って解決された。加熱装置の電磁的な放射の出力密度に著しく関係するアークラ
ンプの使用は、例えばＳｉウェーハが最高の吸収を有するスペクトル領域にて、
しかも室内温度でアークランプが放射するという利点を有している。これにより
、アークランプによって、特に半導体ウェーハの効果的な加熱が室内温度でも可
能になる。アークランプを個別に制御できる可能性によってランプの立体的な放
射フィールドが形成することができる。これはウェーハ表面に対する均一な放射
分布、ひいては均一な温度分布を可能にする。立体的な放射フィールドが得られ
ることにより、加熱装置はアークランプを含めて、処理しようとする基板の近く
に配置されることができ、均一な基板処理を実施するために加熱装置と基板との
間に、処理装置の直径によって与えられた所定の間隔を維持する必要はない。こ
れによって装置の構成寸法、ひいてはこれに伴う費用が著しく減じられる。
【０００８】
プロセス状態、特に処理される基板に装置の放射特性を最適化するためには、
アークランプの運転モード及び／又はランプ電流が個別に制御可能であると有利
である。有利な形式でアークランプは直流運転でかつ／又はパルス化されてフラ
ッシュランプとして制御可能である。アークランプの有効な使用のためにはアー
クランプは少なくとも加熱装置の出力密度の１／１０に関与する。アークランプ
の良好な効果的な冷却のためにはアークランプは有利には流体冷却される。アー
クランプの良好な冷却によりアークランプの寿命は著しく延長される。
アークランプの運転モード及び／又はランプ電流が個別に制御可能であると有利
である。有利な形式でアークランプは直流運転でかつ／又はパルス化されてフラ
ッシュランプとして制御可能である。アークランプの有効な使用のためにはアー
クランプは少なくとも加熱装置の出力密度の１／１０に関与する。アークランプ
の良好な効果的な冷却のためにはアークランプは有利には流体冷却される。アー
クランプの良好な冷却によりアークランプの寿命は著しく延長される。
【０００９】
処理しようとする基板に対する良好な、均一な温度分布を達成するためには、
アークランプのガス放電区間はほぼ基板の寸法、例えば基板の縁長さ又は直径に
相応している。放電区間は有利には基板寸法よりも長い。有利にはアークランプ
は、基板の外側輪郭の領域に、特にこの領域における温度分布が良好に制御され
るために、配置されている。アークランプは迅速な応働特性を有しているので前
記領域に特に適している。
アークランプのガス放電区間はほぼ基板の寸法、例えば基板の縁長さ又は直径に
相応している。放電区間は有利には基板寸法よりも長い。有利にはアークランプ
は、基板の外側輪郭の領域に、特にこの領域における温度分布が良好に制御され
るために、配置されている。アークランプは迅速な応働特性を有しているので前
記領域に特に適している。
【００１０】
有利には加熱装置は互いにほぼ平行に配置された少なくとも２つの棒形ランプ
を有している。この場合、ランプベンチのランプは、有利にはアークランプの他
に、費用的に有利な基板の加熱を可能にするグローランプを有している。本発明
の１実施例では、グローランプとアークランプはほぼ同じ寸法を有しているので
、当該装置内で放射特性をそのつどの基板もしくはそのつどの熱的プロセスに特
別に調和させることができるために、グローランプとアークランプとを相互に交
換することができる。有利にはグローランプとアークランプはほぼ同じランプ出
力を有していて、ランプのために同じ冷却システムが使用できるようになってい
る。当該装置の高められた有効性にとっては、加熱装置は少なくとも区分的に電
磁放射を反射する室によって取囲まれ、基板に直接向けられていないランプの放
射が基板に反射させられるようになっている。この場合、室のスペクトル的な反
射係数は、基板表面に所定のスペクトル的な放射分布を達成するために位置に関
連していると有利である。特にアークランプのＵＶ放射がアークランプに向いて
いない基板の所定の領域に反射されることが阻止される。
を有している。この場合、ランプベンチのランプは、有利にはアークランプの他
に、費用的に有利な基板の加熱を可能にするグローランプを有している。本発明
の１実施例では、グローランプとアークランプはほぼ同じ寸法を有しているので
、当該装置内で放射特性をそのつどの基板もしくはそのつどの熱的プロセスに特
別に調和させることができるために、グローランプとアークランプとを相互に交
換することができる。有利にはグローランプとアークランプはほぼ同じランプ出
力を有していて、ランプのために同じ冷却システムが使用できるようになってい
る。当該装置の高められた有効性にとっては、加熱装置は少なくとも区分的に電
磁放射を反射する室によって取囲まれ、基板に直接向けられていないランプの放
射が基板に反射させられるようになっている。この場合、室のスペクトル的な反
射係数は、基板表面に所定のスペクトル的な放射分布を達成するために位置に関
連していると有利である。特にアークランプのＵＶ放射がアークランプに向いて
いない基板の所定の領域に反射されることが阻止される。
【００１１】
当該装置の構成寸法を減じるためには、基板の表面に対する加熱装置の間隔は
、リアクション室の直径よりも小さいことが有利である。この場合、前記間隔と
直径との比は０．５よりも小さいことが有利である。
、リアクション室の直径よりも小さいことが有利である。この場合、前記間隔と
直径との比は０．５よりも小さいことが有利である。
【００１２】
本発明の特に有利な実施例によれば、加熱装置の電磁放射の放射特性は調整可
能である。これによりウェーハの温度決定の良好な可能性が得られる。この場合
、アークランプの利点はアークランプがハロゲンランプよりも著しく高い調整周
波数で運転され得ることである。これによって対象物の温度は、特に温度が変化
する間、かつ簡単に構成された評価電子装置でより正確に決定することができる
。
能である。これによりウェーハの温度決定の良好な可能性が得られる。この場合
、アークランプの利点はアークランプがハロゲンランプよりも著しく高い調整周
波数で運転され得ることである。これによって対象物の温度は、特に温度が変化
する間、かつ簡単に構成された評価電子装置でより正確に決定することができる
。
【００１３】
加熱装置及び／又は基板は、ほぼ均一な、調節可能な磁場にあると有利である
。この磁場の磁場線は少なくともアークランプ陽極の近くで、アークランプのア
ーク放電に対しほぼ平行に延びる成分を有している。前記磁場によってはランプ
の調整を行なうことができる。さらに磁場によってはアークランプの寿命に著し
い影響を及ぼすことができる。何故ならば陽極の侵食値をポジティブに減少させ
ることができるからである。この場合、磁場の磁気流密度は、０．００５と０．
３テスラとの間であると有利である。
。この磁場の磁場線は少なくともアークランプ陽極の近くで、アークランプのア
ーク放電に対しほぼ平行に延びる成分を有している。前記磁場によってはランプ
の調整を行なうことができる。さらに磁場によってはアークランプの寿命に著し
い影響を及ぼすことができる。何故ならば陽極の侵食値をポジティブに減少させ
ることができるからである。この場合、磁場の磁気流密度は、０．００５と０．
３テスラとの間であると有利である。
【００１４】
基板の両側の熱的処置のためには当該装置は有利には第２の加熱装置を有して
いる。この場合には基板は加熱装置間に配置される。
いる。この場合には基板は加熱装置間に配置される。
【００１５】
有利な形式で当該装置は基板をほぼ取囲む、加熱装置の電磁的な放射にとって
ほぼ透過性のリアクション室を有している。このリアクション室は石英ガラス及
び／又はサファイヤを有している。有利な形式でリアクション室材料は電磁的な
放射のスペクトルを介して求められたセンチメートルあたり０．００１とセンチ
メートルあたり０．１との間の吸収係数を有している。リアクション室の壁厚さ
は有利には１ミリメートルと５センチメートルとの間である。
ほぼ透過性のリアクション室を有している。このリアクション室は石英ガラス及
び／又はサファイヤを有している。有利な形式でリアクション室材料は電磁的な
放射のスペクトルを介して求められたセンチメートルあたり０．００１とセンチ
メートルあたり０．１との間の吸収係数を有している。リアクション室の壁厚さ
は有利には１ミリメートルと５センチメートルとの間である。
【００１６】
本発明の有利な実施例においてはグローランプは少なくとも部分的に巻かれた
フィラメント構造を有し、このフィラメント構造で有利にはあらかじめ規定され
た幾何学的及びスペクタル的な放射プロフィールが達成可能である。このために
フィラメントは有利には螺旋状に巻かれたフィラメント構造と螺旋状に巻かれて
いないフィラメント構造とを交互に有している。
フィラメント構造を有し、このフィラメント構造で有利にはあらかじめ規定され
た幾何学的及びスペクタル的な放射プロフィールが達成可能である。このために
フィラメントは有利には螺旋状に巻かれたフィラメント構造と螺旋状に巻かれて
いないフィラメント構造とを交互に有している。
【００１７】
本発明の別の有利な実施例においては少なくとも１つのグローランプは個別に
制御可能な少なくとも２つのフィラメントを有している。有利には１つのグロー
ランプの少なくとも１つのフィラメントは少なくとも３つの電気的な接続部を有
している。有利には１つのフィラメント構造の密度はフィラメントに沿って変化
する。
制御可能な少なくとも２つのフィラメントを有している。有利には１つのグロー
ランプの少なくとも１つのフィラメントは少なくとも３つの電気的な接続部を有
している。有利には１つのフィラメント構造の密度はフィラメントに沿って変化
する。
【００１８】
本発明の有利な実施例によればリアクション室及び／又はランプ体は加熱装置
の電磁的な放射の少なくとも１つの波長領域のために周波数フィルタを有し、こ
のスペクトル内でウェーハから放射された放射ビーム、ひいては温度が決定され
るようになっている。この場合、ランプ放射はフィルタ作用によって抑えられる
。このような周波数フィルタは例えばランプバルブのために合成的な石英が選ば
れかつリアクション室のために溶融された石英が選ばれることによって達成され
た。このような周波数フィルタのフィルタ作用にはランプ体の温度の選択によっ
て付加的に影響が及ぼされる。特に低い温度ではランプ体の固有エミッションは
付加的に減少させられる。これにより約２７００ｎｍでランプ放射が抑えられる
が、しかし２７００ｎｍのウェーハ放射はリアクション室を通過して捉えられる
ことができる。一般的にはこのような周波数フィルタは吸収フィルタとして又は
干渉フィルタの形で、つまり薄い誘電層を用いて構成されていることができる。
この利点は有利には、ランプの少なくとも１つが、加熱装置の電磁的な放射の所
定の波長領域を吸収する物質によって少なくとも部分的に充填されることでも達
成される。ハロゲンランプの場合にはランプ充填物のハロゲンガスに例えば狭幅
帯状に吸収しかつ有利な形式で吸収帯においてわずかにしか又は全く放射しない
添加物質を添加することができる。
の電磁的な放射の少なくとも１つの波長領域のために周波数フィルタを有し、こ
のスペクトル内でウェーハから放射された放射ビーム、ひいては温度が決定され
るようになっている。この場合、ランプ放射はフィルタ作用によって抑えられる
。このような周波数フィルタは例えばランプバルブのために合成的な石英が選ば
れかつリアクション室のために溶融された石英が選ばれることによって達成され
た。このような周波数フィルタのフィルタ作用にはランプ体の温度の選択によっ
て付加的に影響が及ぼされる。特に低い温度ではランプ体の固有エミッションは
付加的に減少させられる。これにより約２７００ｎｍでランプ放射が抑えられる
が、しかし２７００ｎｍのウェーハ放射はリアクション室を通過して捉えられる
ことができる。一般的にはこのような周波数フィルタは吸収フィルタとして又は
干渉フィルタの形で、つまり薄い誘電層を用いて構成されていることができる。
この利点は有利には、ランプの少なくとも１つが、加熱装置の電磁的な放射の所
定の波長領域を吸収する物質によって少なくとも部分的に充填されることでも達
成される。ハロゲンランプの場合にはランプ充填物のハロゲンガスに例えば狭幅
帯状に吸収しかつ有利な形式で吸収帯においてわずかにしか又は全く放射しない
添加物質を添加することができる。
【００１９】
本発明の根底を成す課題は冒頭に述べた形式の方法において、各アークランプ
のための放射特性が個別に制御され、アークランプの電磁的な放射が加熱装置の
電磁的な放射の出力密度に著しく寄与することによって解決された。この場合に
はすでに上記した利点が得られる。
のための放射特性が個別に制御され、アークランプの電磁的な放射が加熱装置の
電磁的な放射の出力密度に著しく寄与することによって解決された。この場合に
はすでに上記した利点が得られる。
【００２０】
本発明の特に有利な実施例においては、基板は下方の温度領域にて主としてア
ークランプを介し加熱される。何故ならばアークランプは、例えばＳｉ−半導体
ウェーハから６００℃の温度ではグローランプからの放射よりも良好に吸収され
る放射を１つのスペクトル領域にて放射するからである。有利には基板は下方の
温度領域においてはもっぱらアークランプを介して加熱される。Ｓｉ半導体ウェ
ーハのためには下方の温度領域は有利には室内温度と約６００℃との間にある。
ークランプを介し加熱される。何故ならばアークランプは、例えばＳｉ−半導体
ウェーハから６００℃の温度ではグローランプからの放射よりも良好に吸収され
る放射を１つのスペクトル領域にて放射するからである。有利には基板は下方の
温度領域においてはもっぱらアークランプを介して加熱される。Ｓｉ半導体ウェ
ーハのためには下方の温度領域は有利には室内温度と約６００℃との間にある。
【００２１】
有利には加熱装置の電磁的な放射は調整される。これは本発明の１実施例によ
れば、基板及び／又は加熱装置の領域に、磁場線が少なくともアークランプ陽極
の領域で、アーク放電とはほぼ平行に延びる成分を有する磁場を作用させること
によって行なわれる。
れば、基板及び／又は加熱装置の領域に、磁場線が少なくともアークランプ陽極
の領域で、アーク放電とはほぼ平行に延びる成分を有する磁場を作用させること
によって行なわれる。
【００２２】
実施例
次に図面を用いて有利な実施例について詳細に説明する。
【００２３】
図１には半導体ウェーハ２を熱的に処理するための装置が示されている。この
装置１は、ほぼ閉じられた室１０を形成するために、上方の壁５、下方の壁６、
左側の側壁７、右側の側壁８並びに図示されていない前壁及び背壁とを有するケ
ーシング４を有している。ケーシング４の壁の、室１０に向いた表面は鏡面とし
て役立つために公知の形式で被覆されているか又は前記壁は高反射性の材料から
成っている。
装置１は、ほぼ閉じられた室１０を形成するために、上方の壁５、下方の壁６、
左側の側壁７、右側の側壁８並びに図示されていない前壁及び背壁とを有するケ
ーシング４を有している。ケーシング４の壁の、室１０に向いた表面は鏡面とし
て役立つために公知の形式で被覆されているか又は前記壁は高反射性の材料から
成っている。
【００２４】
室１０内には上方の壁５に隣接して第１のランプ装置が設けられかつ下方の壁
６に隣接して第２のランプ装置１４が設けられている。ランプ装置１２は５つの
アークランプ１５と５つのハロゲンランプ１６とから成っている。もちろん装置
は異なる数のランプを有していることもできる。ランプ１５，１６は上方の壁５
に対しほぼ平行にかつ図平面に対し垂直に延びる棒形ランプとして構成されてい
る。ランプ１５，１６は適当な形式で、図示されていない前壁と図示されていな
い背壁とに保持されている。アークランプ１５の寸法はほぼハロゲンランプ１６
の寸法に相応しているので、相互に交換可能である。
６に隣接して第２のランプ装置１４が設けられている。ランプ装置１２は５つの
アークランプ１５と５つのハロゲンランプ１６とから成っている。もちろん装置
は異なる数のランプを有していることもできる。ランプ１５，１６は上方の壁５
に対しほぼ平行にかつ図平面に対し垂直に延びる棒形ランプとして構成されてい
る。ランプ１５，１６は適当な形式で、図示されていない前壁と図示されていな
い背壁とに保持されている。アークランプ１５の寸法はほぼハロゲンランプ１６
の寸法に相応しているので、相互に交換可能である。
【００２５】
アークランプ１５のガス放電区間はウェーハの加熱しようとする表面に対する
均一な放射分布を達成するためにウェーハの直径に相応している。
均一な放射分布を達成するためにウェーハの直径に相応している。
【００２６】
上方のランプ装置１２のランプ１５，１６はそれぞれ個別に、図示されていな
い制御装置により制御可能である。この場合、アークランプ１５は例えば直流で
制御されるか又はアークランプ１５がフラッシュ運転で働くように、パルス化さ
れて制御されることができる。特に各ランプのランプ電流、ひいては放射強度も
個別に制御可能である。この個別な制御の可能性によって室１０内部における空
間的な放射プロフィールもスペクトル的な放射プロフィールも正確に調整できる
。この場合にはウェーハ表面に亘って、３００ｍｍのウェーハと１０００℃の温
度とのもとで０．５％よりも良好な温度分布の均一性が達成される。特にアーク
ランプの電流密度も制御可能である。この場合には放射のＵＶの割合は電流密度
が大きい場合には強く増加するので、アークランプは８０００℃と９０００℃と
の間の温度を有する放射器に相応する。この場合、放射のエミッションスペクト
ルは約３５０ｎｍで最大を有している。この波長領域ではウェーハの材料（Ｓｉ
）はウェーハの温度にほぼ無関係な高い吸収係数を有している。
い制御装置により制御可能である。この場合、アークランプ１５は例えば直流で
制御されるか又はアークランプ１５がフラッシュ運転で働くように、パルス化さ
れて制御されることができる。特に各ランプのランプ電流、ひいては放射強度も
個別に制御可能である。この個別な制御の可能性によって室１０内部における空
間的な放射プロフィールもスペクトル的な放射プロフィールも正確に調整できる
。この場合にはウェーハ表面に亘って、３００ｍｍのウェーハと１０００℃の温
度とのもとで０．５％よりも良好な温度分布の均一性が達成される。特にアーク
ランプの電流密度も制御可能である。この場合には放射のＵＶの割合は電流密度
が大きい場合には強く増加するので、アークランプは８０００℃と９０００℃と
の間の温度を有する放射器に相応する。この場合、放射のエミッションスペクト
ルは約３５０ｎｍで最大を有している。この波長領域ではウェーハの材料（Ｓｉ
）はウェーハの温度にほぼ無関係な高い吸収係数を有している。
【００２７】
下方のランプベンチ１４はほぼ同じ形式で棒形のアークランプ並びにハロゲン
ランプとして構成されているので、これについては詳細に記載しない。下方のケ
ーシング壁６には開口１８が設けられている。この開口１８内へは少なくとも部
分的にパイロメータ１９が導入され、公知の形式でウェーハ２の温度が検出され
るようになっている。
ランプとして構成されているので、これについては詳細に記載しない。下方のケ
ーシング壁６には開口１８が設けられている。この開口１８内へは少なくとも部
分的にパイロメータ１９が導入され、公知の形式でウェーハ２の温度が検出され
るようになっている。
【００２８】
上方および下方のランプベンチ１２，１４とウェーハとの間の間隔は通常は１
ｃｍと１０ｃｍとの間である。処理しようとするウェーハ２の直径、ひいては室
１０の直径は、前記間隔と前記直径との間に１．０よりも著しく小さい比をもた
らす。有利には前記比は０．５よりも小さく、有利には０．１５よりも小さい。
ランプ間隔が１ｃｍで室直径が５０ｃｍの場合には例えば０．０２の比が与えら
れることになるであろう。
ｃｍと１０ｃｍとの間である。処理しようとするウェーハ２の直径、ひいては室
１０の直径は、前記間隔と前記直径との間に１．０よりも著しく小さい比をもた
らす。有利には前記比は０．５よりも小さく、有利には０．１５よりも小さい。
ランプ間隔が１ｃｍで室直径が５０ｃｍの場合には例えば０．０２の比が与えら
れることになるであろう。
【００２９】
ランプ１５と１６の放射は当該装置の運転の間に調整され、公知の形式でラン
プの放射をウェーハから放射された放射とは異ならすことができる。ウェーハか
ら放射された放射からは同様にウェーハの温度が求められる。この場合、アーク
ランプはハロゲンランプよりも高い調整周波数で運転されることができるという
利点を有している。これによりウェーハの温度は、特に部分的に迅速な温度変化
を有する加熱期の間に、より正確にかつ簡単な評価電子装置で決定することがで
きる。この場合、調整はランプ電流の調整によって又はアークランプの場合には
、以後詳細に記述するように磁場の作用によって行なわれる。
プの放射をウェーハから放射された放射とは異ならすことができる。ウェーハか
ら放射された放射からは同様にウェーハの温度が求められる。この場合、アーク
ランプはハロゲンランプよりも高い調整周波数で運転されることができるという
利点を有している。これによりウェーハの温度は、特に部分的に迅速な温度変化
を有する加熱期の間に、より正確にかつ簡単な評価電子装置で決定することがで
きる。この場合、調整はランプ電流の調整によって又はアークランプの場合には
、以後詳細に記述するように磁場の作用によって行なわれる。
【００３０】
室１０内では上方と下方のランプ装置１２，１４の間には、リアクション室２
２を形成するためのリアクション室ケーシング２０が設けられている。前記リア
クション室２２においてはウェーハが公知の形式で受容されかつ保持されている
。リアクション室ケーシング２０は、ランプの電磁放射に対しほぼ透明な材料、
例えば石英ガラス及び／又はサファイヤから成っている。リアクション室ケーシ
ング２０は図１の左側にて入口導管２４を有している。この入口導管２４はケー
シング４の左側の側壁７を貫いて延び、図示されていないガス供給装置に接続さ
れている。入口導管２４を介し、ウェーハ２の熱的な処置の間に、所定のプロセ
スパラメータを設けるためにガスがリアクション室へ導入される。
２を形成するためのリアクション室ケーシング２０が設けられている。前記リア
クション室２２においてはウェーハが公知の形式で受容されかつ保持されている
。リアクション室ケーシング２０は、ランプの電磁放射に対しほぼ透明な材料、
例えば石英ガラス及び／又はサファイヤから成っている。リアクション室ケーシ
ング２０は図１の左側にて入口導管２４を有している。この入口導管２４はケー
シング４の左側の側壁７を貫いて延び、図示されていないガス供給装置に接続さ
れている。入口導管２４を介し、ウェーハ２の熱的な処置の間に、所定のプロセ
スパラメータを設けるためにガスがリアクション室へ導入される。
【００３１】
右側にリアクション室ケーシング２０は開口２６を有し、該開口２６はケーシ
ング４の右側の側壁８における開口２８と接続されている。開口２８はウェーハ
２をリアクション室２２へ挿入しかつリアクション室２２から取出すために開放
されるドア３０によって閉鎖されている。
ング４の右側の側壁８における開口２８と接続されている。開口２８はウェーハ
２をリアクション室２２へ挿入しかつリアクション室２２から取出すために開放
されるドア３０によって閉鎖されている。
【００３２】
図１に示された本発明による実施例では上方のランプ装置１２も下方のランプ
装置１４もアークランプとハロゲンランプとを有している。しかし、パターン加
工されたウェーハを処理する場合にはパターン構造を保護するために、ＵＶ光線
がパターン構造に当たらないようにすることが有利である。これを阻止するため
には、図示されていない選択的な本発明の実施例では、ウェーハのパターン構造
が対面する上方のランプベンチ１２はアークランプを有していない。さらにウェ
ーハの平面の上側にある室１０の内壁は、ＵＶ光線に対しきわめて小さい反射係
数を有する材料、例えば金で被覆されている。これにより、ＵＶ光線がウェーハ
のパターン構造に直接に当たるか又は該パターン構造の上で反射されることが阻
止される。これに対し、ウェーハ２の平面の下側にある室１０の内壁は、ＵＶ光
線を反射する材料、例えばアルミニウムで被覆され、ウェーハの下面もＵＶ放射
で効果的に照射され、ひいては加熱されるようになっていることができる。
装置１４もアークランプとハロゲンランプとを有している。しかし、パターン加
工されたウェーハを処理する場合にはパターン構造を保護するために、ＵＶ光線
がパターン構造に当たらないようにすることが有利である。これを阻止するため
には、図示されていない選択的な本発明の実施例では、ウェーハのパターン構造
が対面する上方のランプベンチ１２はアークランプを有していない。さらにウェ
ーハの平面の上側にある室１０の内壁は、ＵＶ光線に対しきわめて小さい反射係
数を有する材料、例えば金で被覆されている。これにより、ＵＶ光線がウェーハ
のパターン構造に直接に当たるか又は該パターン構造の上で反射されることが阻
止される。これに対し、ウェーハ２の平面の下側にある室１０の内壁は、ＵＶ光
線を反射する材料、例えばアルミニウムで被覆され、ウェーハの下面もＵＶ放射
で効果的に照射され、ひいては加熱されるようになっていることができる。
【００３３】
図２には基板のための熱的な処置装置の選択的な実施例が示されている。この
場合、図２においては同じ構成部分又は等価の構成部分を示すためには図１で使
用した符号と同じ符号が使用されている。
場合、図２においては同じ構成部分又は等価の構成部分を示すためには図１で使
用した符号と同じ符号が使用されている。
【００３４】
したがって図２に示された装置は図１に示された装置と同じ形式でケーシング
４を、その内部に配置されたリアクション室ケーシング２０とランプ装置１２，
１４と共に有している。
４を、その内部に配置されたリアクション室ケーシング２０とランプ装置１２，
１４と共に有している。
【００３５】
図面から判るように、図２の断面はランプ装置１２，１４に対し平行に延びて
いる。ケーシング４は部分的に電磁石３５によって取囲まれている。電磁石３５
は強磁性のヨーク３６とコイル３７とを磁場を形成するために有している。ヨー
ク３６とコイル３７はランプ装置１２，１４のランプに対しほぼ平行にもしくは
ウェーハ表面に対しほぼ平行に延びる磁場を生ぜしめる。同様に電磁石３５に設
けられた補助コイル３８の配置により、磁場の均一性が調節される。電磁石３５
によって生ぜしめられた磁場を介し、ランプ装置１２と１４に包含されたアーク
ランプの幾何学的及びスペクトル的な放射特性が調節可能である。さらに磁場を
介しアークランプの寿命を延長することもできる。さらに磁場の調整を介しアー
クランプの放射強度を調整することができる。これはパイロメータ１９にウェー
ハ温度の検出を可能にする。
いる。ケーシング４は部分的に電磁石３５によって取囲まれている。電磁石３５
は強磁性のヨーク３６とコイル３７とを磁場を形成するために有している。ヨー
ク３６とコイル３７はランプ装置１２，１４のランプに対しほぼ平行にもしくは
ウェーハ表面に対しほぼ平行に延びる磁場を生ぜしめる。同様に電磁石３５に設
けられた補助コイル３８の配置により、磁場の均一性が調節される。電磁石３５
によって生ぜしめられた磁場を介し、ランプ装置１２と１４に包含されたアーク
ランプの幾何学的及びスペクトル的な放射特性が調節可能である。さらに磁場を
介しアークランプの寿命を延長することもできる。さらに磁場の調整を介しアー
クランプの放射強度を調整することができる。これはパイロメータ１９にウェー
ハ温度の検出を可能にする。
【００３６】
ランプ放射の代わりに又はランプ放射と関連しても、ランプの電磁的な放射の
少なくとも１つの波長領域のために周波数フィルタを設けることができる。これ
により択一的な、少なくとも１つの周波数領域にて与えられる、ウェーハから放
射された放射とランプから放射された放射との差異が生じる。これは同様にウェ
ーハの温度決定を可能にする。この場合には例えばランプ体及び／又はリアクシ
ョン室が周波数フィルタを形成することができる。フィルタ作用は例えば、ラン
プ体のために合成的な石英を使用しかつリアクション室のために溶融した石英を
使用することで達成される。合成的な石英は約２７００ｎｍでランプ放射を抑え
るのに対し、溶融した石英はウェーハによりこの波長範囲にて放射された放射を
通過させるので、この波長領域における放射をパイロメータ的に検出しかつウェ
ーハの温度決定のために使用することができる。このような周波数フィルタは吸
収フィルタとして又は干渉フィルタの形で、すなわち薄い誘電導的な層を設ける
ことによって生ぜしめることができる。
少なくとも１つの波長領域のために周波数フィルタを設けることができる。これ
により択一的な、少なくとも１つの周波数領域にて与えられる、ウェーハから放
射された放射とランプから放射された放射との差異が生じる。これは同様にウェ
ーハの温度決定を可能にする。この場合には例えばランプ体及び／又はリアクシ
ョン室が周波数フィルタを形成することができる。フィルタ作用は例えば、ラン
プ体のために合成的な石英を使用しかつリアクション室のために溶融した石英を
使用することで達成される。合成的な石英は約２７００ｎｍでランプ放射を抑え
るのに対し、溶融した石英はウェーハによりこの波長範囲にて放射された放射を
通過させるので、この波長領域における放射をパイロメータ的に検出しかつウェ
ーハの温度決定のために使用することができる。このような周波数フィルタは吸
収フィルタとして又は干渉フィルタの形で、すなわち薄い誘電導的な層を設ける
ことによって生ぜしめることができる。
【００３７】
さらに、特にハロゲンランプの場合には、ランプ充填物のガスに、狭帯状に吸
収しかつ吸収帯にてわずかにしか放射しないか全く放射しない適当な添加物質を
混合することができる。
収しかつ吸収帯にてわずかにしか放射しないか全く放射しない適当な添加物質を
混合することができる。
【００３８】
図３には図２に示された装置がＢ−Ｂ線に沿って示されている。この図ではウ
ェーハを取囲む補償リング４０を確認することができる。
ェーハを取囲む補償リング４０を確認することができる。
【００３９】
当該装置は有利な実施例に基づき記載したが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。
ではない。
【００４０】
例えばランプ装置１２と１４の内部に個別に制御可能なアークランプしか有し
ていない装置も可能である。もちろんランプ装置内でアークランプを記述したハ
ロゲンランプとは別のハロゲンランプと共に使用することもできる。さらに２つ
の別個のランプ装置１２，１４を設ける必要はない。何故ならば場合によっては
唯一のランプ装置、例えばランプ装置１２が半導体ウェーハ２の熱的な処置のた
めに十分であるからである。所定の上記特徴、例えば周波数フィルタを設けるこ
ともしくは狭帯状に吸収するガスを加熱ランプのランプ充填物に添加することは
特定のランプ形式の使用とは無関係で、特にアークランプの使用とは無関係であ
る。
ていない装置も可能である。もちろんランプ装置内でアークランプを記述したハ
ロゲンランプとは別のハロゲンランプと共に使用することもできる。さらに２つ
の別個のランプ装置１２，１４を設ける必要はない。何故ならば場合によっては
唯一のランプ装置、例えばランプ装置１２が半導体ウェーハ２の熱的な処置のた
めに十分であるからである。所定の上記特徴、例えば周波数フィルタを設けるこ
ともしくは狭帯状に吸収するガスを加熱ランプのランプ充填物に添加することは
特定のランプ形式の使用とは無関係で、特にアークランプの使用とは無関係であ
る。
【図１】
基板の熱的な処置を行なう装置の概略的な断面図。
【図２】
択一的な実施例の図３のＡ−Ａ線に沿った概略的な断面図。
【図３】
図２の実施例の図２のＢ−Ｂ線に沿った概略的な断面図。
１ 装置、 ２ 半導体ウェーハ、 ４ ケーシング、 ５ 上方の壁、 ６
下方の壁、 ７ 左側の側壁、 ８ 右側の側壁、 １０ 室、 １２，１４
ランプ装置、 １５ アークランプ、 １６ ハロゲンランプ、 １８ 開口
、 １９ パイロメータ、 ２０ リアクション室ケーシング、 ２２ リアク
ション室、 ２４ 入口導管、 ２６ 開口、 ２８ 開口、 ３０ ドア、
３５ 電磁石、 ３６ ヨーク、 ３７ 巻線、 ４０ 補償リング
下方の壁、 ７ 左側の側壁、 ８ 右側の側壁、 １０ 室、 １２，１４
ランプ装置、 １５ アークランプ、 １６ ハロゲンランプ、 １８ 開口
、 １９ パイロメータ、 ２０ リアクション室ケーシング、 ２２ リアク
ション室、 ２４ 入口導管、 ２６ 開口、 ２８ 開口、 ３０ ドア、
３５ 電磁石、 ３６ ヨーク、 ３７ 巻線、 ４０ 補償リング
【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１３年７月６日（２００１．７．６）
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ヴェルナー ブレルシュ
ドイツ連邦共和国 ブスマンスハウゼン
ビューラーシュトラーセ ８
(72)発明者 マルクス ハウフ
ドイツ連邦共和国 イッヒェンハウゼン
ズィルヒャー シュトラーセ 11
Ｆターム(参考） 3K084 AA12 AA15 AA16
Claims (45)
- 【請求項１】 基板、特に半導体ウェーハを熱処理する装置（１）であって
、少なくとも１つの基板（２）を電磁放射で加熱する少なくとも１つの加熱装置
（１２；１４）を有し、該加熱装置（１２；１４）が少なくとも２つのアークラ
ンプ（１５）を有している形式のものにおいて、各アークランプ（１５）の放射
特性が制御装置によって個別に制御可能であり、アークランプ（１５）の電磁放
射が前記加熱装置の電磁放射のパワー密度に寄与することを特徴とする、基板を
熱処理するための装置。 - 【請求項２】 稼働モード及び／又はランプ電流が個別に制御可能である、
請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 アークランプ（１５）が直流操作で制御可能である、請求項
１又は２記載の装置。 - 【請求項４】 アークランプ（１５）がパルス化されてフラッシュランプと
してコントロールされる、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項５】 アークランプ（１５）が加熱装置の出力密度に少なくとも１
／１０寄与する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項６】 アークランプ（１５）が流体冷却されている、請求項１から
５までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項７】 アークランプのガス放電区間が基板（２）の寸法にほぼ相応
している、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項８】 アークランプ（１５）のガス放電区間が基板（２）の寸法よ
りも長い、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項９】 アークランプ（１５）が基板の外郭の領域に配置されている
、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項１０】 加熱装置が互いにほぼ平行に配置された少なくとも２つの
棒形のランプを有するランプベンチを有している、請求項１から９までのいずれ
か１項記載の装置。 - 【請求項１１】 ランプベンチのランプがグローランプ（１６）を有してい
る、請求項１０記載の装置。 - 【請求項１２】 グローランプ（１６）とアークランプ（１５）とがほぼ同
じ寸法を有している、請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】 グローランプ（１６）とアークランプ（１５）とがほぼ同
じランプ出力を有している、請求項１１又は１２記載の装置。 - 【請求項１４】 加熱装置（１２，１４）が少なくとも区分的に、電磁放射
を反射する室（４）によって取囲まれている、請求項１から１３までのいずれか
１項記載の装置。 - 【請求項１５】 室（１４）のスペクタル反射係数が位置に関連している、
請求項１４記載の装置。 - 【請求項１６】 基板（２）の表面に対する加熱装置（１２；１４）の間隔
がリアクション室（２２）の直径よりも小さい、請求項１から１５までのいずれ
か１項記載の装置。 - 【請求項１７】 前記間隔と前記直径との間の比が０．５よりも小さい、請
求項１６記載の装置。 - 【請求項１８】 加熱装置（１２；１４）の電磁放射の放射特性が調整可能
である、請求項１から１７までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項１９】 加熱装置（１２；１４）及び／又は基板（２）がほぼ均一
な、調節可能な磁場にあり、該磁場の磁場線が少なくともアークランプ陽極の近
くで、アークランプ（１５）のアーク放電に対しほぼ平行に延びる成分を有して
いる、請求項１から１８までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項２０】 磁場の磁気流密度が０．００５と０．３テスラである、請
求項１９記載の装置。 - 【請求項２１】 第２の加熱装置（１２，１４）を有し、基板（２）が加熱
装置（１２，１４）の間に配置されている、請求項１から２０までのいずれか１
項記載の装置。 - 【請求項２２】 加熱装置（１２，１４）の電磁放射に対しほぼ透明である
、基板（２）をほぼ取囲むリアクション室（２０）を有している、請求項１から
２１までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項２３】 リアクション室（２０）が石英ガラス及び／又はサファイ
ヤを有している、請求項２２記載の装置。 - 【請求項２４】 リアクション室材料が電磁放射のスペクトルを介して求め
られた０．００１per cmと０．１per cmとの間の吸収係数を有している、請求項
２２又は２３記載の装置。 - 【請求項２５】 リアクション室（２０）が１ｍｍと５ｃｍとの間の壁厚さ
を有している、請求項２２から２４までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項２６】 グローランプ（１６）が少なくとも部分的に螺旋状のフィ
ラメント構造を有している、請求項１１から２５までのいずれか１項記載の装置
。 - 【請求項２７】 グローランプ（１６）のフィラメント構造で、あらかじめ
規定された幾何学的及びスペクトル的な放射プロフィールが達成可能である、請
求項１１から２６までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項２８】 グローランプ（１６）のフィラメントが交互に螺旋状に巻
かれた部分と螺旋状に巻かれていない部分とを有するフィラメント構造を有して
いる、請求項１１から２７までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項２９】 少なくとも１つのグローランプ（１６）が少なくとも２つ
の、個別に制御可能なフィラメントを有している、請求項１１から２７までのい
ずれか１項記載の装置。 - 【請求項３０】 グローランプ（１６）の少なくとも１つのフィラメントが
少なくとも３つの電気的な接続部を有している、請求項１１から２９までのいず
れか１項記載の装置。 - 【請求項３１】 少なくとも１つのフィラメント構造の密度がフィラメント
に沿って変化する、請求項１１から３０までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項３２】 グローランプ（１６）がハロゲンランプである、請求項１
１から３１までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項３３】 リアクション室（２０）及び／又はランプ体が加熱装置（
１２，１４）の電磁放射の少なくとも１つの波長領域のための周波数フィルタを
形成している、請求項１から３２までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項３４】 ランプの少なくとも１つが少なくとも部分的に、加熱装置
（１２，１４）の電磁放射の所定の波長領域を吸収する物質で充たされている、
請求項１１から３３までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項３５】 前記物質が前記吸収領域にてほぼ放出しない、請求項１か
ら３４までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項３６】 電磁放射で少なくとも１つの基板（２）、特に半導体ウェ
ーハを加熱する少なくとも１つの加熱装置を用いて少なくとも１つの基板を熱処
理する方法であって、前記加熱装置（１２，１４）が少なくとも２つのアークラ
ンプ（１５）を有している方式のものにおいて、各アークランプのための放射特
性を個別に制御し、アークランプ（１５）の電磁放射を主として加熱装置の電磁
放射の出力密度に役立たせることを特徴とする、基板を熱処理する方法。 - 【請求項３７】 アークランプの運転モード及び／又はランプ流を個別に制
御する、請求項３６記載の方法。 - 【請求項３８】 アークランプを直流運転で制御する、請求項３６又は３７
記載の方法。 - 【請求項３９】 アークランプ（１５）をパルス化してフラッシュ運転で制
御する、請求項３６から３８までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項４０】 基板（２）をグローランプ（１６）を介し加熱する、請求
項３６から３９までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項４１】 基板（２）を下方の温度領域にて主としてアークランプ（
１５）を介して加熱する、請求項３６から４０までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項４２】 基板（２）を下方の温度領域にてもっぱらアークランプ（
１５）を介して加熱する、請求項３６から４１までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項４３】 下方の温度領域が室内温度とほぼ６００℃との間にある、
請求項４１又は４２記載の方法。 - 【請求項４４】 加熱装置（１２，１４）の電磁放射が調整される、請求項
３６から４３までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項４５】 磁場線が少なくともアークランプ陽極の領域にてアーク放
電に対しほぼ平行に延びる成分を有している磁場を基板（２）及び／又は加熱装
置（１２；１４）の領域に形成する、請求項３６から４４までのいずれか１項記
載の方法。
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