JP2003509842A - 急速加熱中の反射性基板の温度を制御するための系 - Google Patents

急速加熱中の反射性基板の温度を制御するための系

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JP2003509842A
JP2003509842A JP2001522575A JP2001522575A JP2003509842A JP 2003509842 A JP2003509842 A JP 2003509842A JP 2001522575 A JP2001522575 A JP 2001522575A JP 2001522575 A JP2001522575 A JP 2001522575A JP 2003509842 A JP2003509842 A JP 2003509842A
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タクア ランディール
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Abstract

(57)【要約】 系および工程は、全ウエーハ上であるかあるいはパターン化された領域中で、高度に反射性の材料で被覆された半導体ウエーハの急速な加熱に関して開示される。ウエーハは、複数個のランプによって、熱処理チャンバー中で加熱される。高度に反射性の材料で被覆されたウエーハに関して、低いパワーで、より急速に温度を上昇させるために、シールド部材を、ウエーハと複数個のランプの間に配置する。シールド部材は、高放射性材料、たとえばセラミックから製造され、この場合、これは、光エネルギーに暴露した場合において温度を上昇させる。加熱すると同時に、シールド部材は、高く均一に半導体ウエーハを加熱する。一つの実施態様において、シールド部材は、加熱すると同時にウエーハの温度を測定するために使用されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 関連する出願 本発明は、１９９９年 ９月３日に提出された、米国出願番号０９／３９０３
０５の一部継続出願であり、さらに、２０００年 ５月１２日に提出された、出
願番号６０／２０４０７２の仮明細書に基づく。
【０００２】 技術分野 本発明は、一般には、反射性表面で被覆された半導体ウエーハを加熱するため
の方法および系に関する。特に、本発明は、ウエーハに隣接してセラミックシー
ルドを置くことによって、反射性コーティングで被覆されたウエーハを均一に加
熱するための方法および系に関する。
【０００３】 背景技術 本発明中で使用されているような熱処理チャンバーは、例えば半導体ウエーハ
のような対象物を急速に加熱する装置に関する。このような装置は、典型的には
、半導体ウエーハを固定するための基板ホルダーおよびウエーハを加熱するため
の光エネルギーを放射する光源を含む。加熱処理中において、半導体ウエーハは
、本発明の温度管理様式による制御された条件下で加熱される。加熱中、種々の
処理、たとえば、急速な熱酸化、還元、窒素化、アニーリングおよびケイ化（si
licidation）を、熱処理チャンバー内で実施することができる。
【０００４】 多くの半導体加熱処理は、高い温度に加熱すべきウエーハを必要とし、したが
って、ウエーハが装置に二次加工されると同時に、種々の化学的変換および物理
的変換が生じうる。急速な熱処理中に、たとえば、半導体ウエーハは、典型的に
は光のアレーによって、４００℃〜１２００℃の温度に、典型的には数分未満で
加熱される。これらの処理中の主な目的は、可能な限り均一にウエーハを加熱す
ることである。
【０００５】 従来的には、加熱中のウエーハの温度を制御し、かつ可能な限り均一にウエー
ハを加熱するために、加熱中にウエーハの温度を監視し、かつこの情報を加熱処
理中の熱源を制御する制御装置に送り、望ましいようにウエーハを加熱する。加
熱中のウエーハの温度を監視するために、一つまたはそれ以上の高温計が使用さ
れる。高温計は、ウエーハの温度を、ウエーハによって放出される熱放射量を検
出することによって測定される。特別な利点として、高温計はウエーハと接触す
ることなしにウエーハの温度を測定することが可能である。
【０００６】 しかしながら、いくつかの出願においては、半導体ウエーハを加熱するための
常法は効果的ではないとされている。たとえば、半導体ウエーハは、しばしば銅
のような反射性材料で被覆される。典型的には、反射性表面は、熱処理チャンバ
ーによって、放射された多くの熱を反射する。結果として、熱源の強さは、半導
体ウエーハが、好ましいレベルに温度を増加させるのに必要なエネルギーを吸収
することができる程度に、著しく増加させなければならない。さらに、反射性表
面は、ウエーハ温度の正確な監視および調整を困難にする。
【０００７】 このように、反射性表面を有する半導体ウエーハを均一に加熱するための系お
よび方法が、近年必要とされている。さらに、反射性表面で被覆された半導体ウ
エーハの温度を監視し、かつ調整する系も必要とされている。
【０００８】 本発明の開示 本発明は、前記欠点および他の従来技術の構成および方法を認識し、これに取
り組むものである。
【０００９】 したがって、本発明の目的は、反射性材料で被覆された半導体ウエーハを加熱
するための改善された方法および系を提供するものである。
【００１０】 本発明の他の目的は、反射性材料で被覆された半導体ウエーハを均一に加熱す
るための方法および系を提供するものである。
【００１１】 さらに、本発明の他の目的は、熱処理中において、反射性材料で被覆された半
導体ウエーハの温度を監視および調整するための系および方法を提供する。
【００１２】 本発明の他の目的は、ウエーハと隣接して位置するセラミックシールド部材を
用いて、反射性表面を有する半導体ウエーハを効果的に加熱するための方法およ
び系を提供する。
【００１３】 本発明のこれらの目的および他の目的は、反射性表面、たとえば銅で被覆され
た半導体ウエーハを加熱するための装置を提供することによって達成される。装
置は、半導体ウエーハを包含しかつ加熱するために適応された熱処理チャンバー
を含む。特に、ウエーハを加熱するために、加熱装置は、熱処理チャンバーと連
結して配置される。加熱装置は、特に、ウエーハ上に熱的光エネルギーを放射す
る、複数個の光エネルギー源を含んでいてもよい。
【００１４】 本発明によれば、シールド部材は熱処理チャンバー中に含まれ、かつ、加熱さ
れる反射性表面で被覆された半導体ウエーハに隣接して位置する。シールド部材
は、加熱装置と直接的に連結して配置される。シールド部材は、光エネルギーと
接触した場合に、温度が上昇する材料から製造される。たとえば、シールド部材
はセラミック材料から製造されてもよい。
【００１５】 一つの実施態様において、シールド部材は、一般には、半導体ウエーハの上方
で約１０ｍｍの範囲内、特に、約３ｍｍ〜約８ｍｍの間でウエーハの上方に配置
される。ウエーハに隣接させることによって、シールド部材は、加熱装置によっ
て放射され、半導体ウエーハの反射性表面によって反射される、より多くの光エ
ネルギーを吸収することができる。光エネルギーを吸収することによって、シー
ルド部材は温度を上昇させ、その後に、ウエーハが適した温度になるまで、ウエ
ーハに熱を伝導させる。結果として、半導体ウエーハは、別の考えられうる方法
よりも速い速度で加熱することが可能になる。
【００１６】 本発明は、特に、熱処理中で、周囲ガスの存在下で、銅被覆された半導体ウエ
ーハを加熱するのに特によく適している。たとえば、銅被覆された半導体ウエー
ハは、回路の二次加工のために、酸化ガスおよび還元ガスの存在下で加熱されて
もよい。
【００１７】 本発明の一つの実施態様において、銅被覆された半導体ウエーハは、最初に本
発明にしたがって、酸化ガス、たとえば酸素、水蒸気または他の酸化ガスの存在
下で、ウエーハ上に酸化物被覆を形成する目的で、加熱されてもよい。一般には
、ウエーハは、約１００℃〜約６００℃、特に、約２００℃〜約４５０℃の温度
で加熱されてもよい。その後に、酸化銅で被覆された半導体ウエーハは、還元周
囲ガス、たとえば水素の存在下で、本発明にしたがって加熱される。還元雰囲気
は、酸化銅被覆を銅に戻す。この変換中に、銅リフローは、なめらかであり均一
な銅表面の形成を生じる。
【００１８】 温度検出器は、熱処理工程中に、シールド部材の温度を調整するためのシール
ド部材に連結して配置されていてもよい。本発明によれば、熱処理中のシールド
部材の温度を監視することによって、反射性材料で被覆された半導体ウエーハの
温度を導くことができる。特に、キャリブレーションは、シールド部材の温度と
半導体ウエーハの温度との関係を測定するために構成されてもよい。
【００１９】 たとえば、一つの実施態様において、シールド部材の温度は、一つまたはそれ
以上の熱電対を用いて監視されてもよい。この方法において、熱電対は、全くウ
エーハと接触することなく、反射性材料で被覆された半導体ウエーハの温度を監
視するために使用することができる。しかしながら、熱電対の他に、他の温度検
出器が、シールド部材の温度を監視するために使用されてもよい。たとえば、ま
た、高温計も温度を監視するために使用することができる。
【００２０】 また、本発明の系は、制御装置、たとえば、マイクロプロセッサーを含んでい
てもよく、この場合、これは、温度検出器および加熱装置と連絡して配置されて
いてもよい。温度検出器から受けとった温度に基づいて、制御装置は、本発明の
温度管理様式によって、ウエーハを加熱するための加熱装置によって放射されて
いる熱エネルギーの量を制御するために構成されていてもよい。
【００２１】 本発明の他の目的、特徴および態様は、以下に詳細に記載されている。
【００２２】 図面の簡単な説明 従来技術の一つに対して最良の様式を含む、本発明の十分かつ実際的な開示は
、特に以下の明細書中に記載されており、この場合、これは、参考のために添付
された以下の図面を含むものである： 第１図は、本発明によるシールド部材を有する熱処理チャンバーの一つの実施
態様に関する断面図である。
【００２３】 第２図は、本発明によるシールド部材および熱電対を有する熱処理チャンバー
の一つの実施態様に関する断面図である。
【００２４】 第３図は、本発明によるシールド部材、コールドプレートおよび昇降機を有す
る熱処理チャンバーの他の実施態様に関する断面図である。
【００２５】 第４図は、実施例中で得られた結果を図示したものである。
【００２６】 第５図は、実施例中で得られた結果を図示したものである。
【００２７】 第６図は、例１で得られた結果を図示したものである。
【００２８】 第７図、第８図、第９図および第１０図は、例２で得られた結果を図示したも
のである。
【００２９】 本明細書中および図面中で引用した記号の反復する使用は、本発明の同一また
は類似する特徴または要素を表すものとする。
【００３０】 好適な実施態様の詳細な記載 ここで記載するのは、実施態様の例証にすぎず、本発明の広範囲の実施態様を
制限するものではないことは従来技術の一つによって認識されるべきであり、こ
の場合、広範囲の態様は、例的な構成中で具体化される。
【００３１】 本発明は、一般に、反射性材料で被覆された対象物を、急速に加熱するための
方法および系に関する。特に、本発明は、熱処理チャンバー中で、反射性表面を
有する半導体ウエーハを効果的に加熱することができる急速な熱処理系に関する
。熱処理中において、さらに、本発明の系は、反射性材料で被覆された半導体ウ
エーハを均一に加熱し、かつ、その温度を効果的に制御することが可能である。
【００３２】 本発明による反射性表面を有する半導体ウエーハの加熱を効果的にかつ制御す
るために、たとえば、セラミック材料または他の適した材料から製造されるシー
ルド部材は、ウエーハと隣接して配置される。シールド部材は、加熱中において
半導体ウエーハへの熱伝導を改善させる。
【００３３】 特に、シールド部材は、熱処理チャンバーに備えられた複数個のランプによっ
て放射されるエネルギーを吸収し、その後に、このエネルギーを、反射性材料で
被覆された半導体ウエーハに伝導する。このようなシールド部材を用いない場合
には、反射性表面によって反射された熱は、周囲ガスおよびチャンバーの壁に伝
わり、したがって、最終的にウエーハによって吸収される前に、多量の時間を必
要とする。しかしながら、このような熱の急速な吸収および伝導によって、本発
明のシールド部材は、本質的には、反射性材料で被覆された半導体ウエーハの加
熱速度を増加させる。加熱速度の増加に依存して、本発明の一つの利点は、熱源
がより効果的になることであり、それというのも、必要なウエーハ温度が、低い
ランプ輝度によって達成されるためである。さらに、低いランプ輝度で十分であ
ることから、ランプのピンシール（pin-seal）の寿命を延ばすことができる。
【００３４】 本発明の他の利点は、ウエーハが均一に加熱されることである。従来的には、
反射性表面で被覆された半導体ウエーハは、著しく不均一な加熱が証明されてい
た。特に、ウエーハの端は、表面によって反射された熱によってウエーハ中心よ
りも著しく高い。しかしながら、従来技術の構成とは対照的に、本発明の系は、
半導体ウエーハから反射された熱を均一に吸収し、かつ伝導することができるシ
ールド部材の使用によって、均一な加熱を提供する。
【００３５】 さらに、本発明の他の利点は、反射性材料で被覆された半導体ウエーハの温度
が、適切に監視され、かつ制御することができることである。従来的には、半導
体ウエーハの温度は、一般的に、ウエーハ表面の反射性および熱処理中で使用さ
れたガスの熱伝導性に依存していた。従来技術の構成とは対照的に、本発明の系
は、被覆表面または使用されるガスとは別個に、一貫したウエーハ温度の制御を
可能にする。
【００３６】 第１図に関しては、反射性表面、たとえば銅薄膜を有する半導体ウエーハを熱
処理するための、一般に本発明によって構成された系１０の一つの実施態様が例
示されている。示されているように、系１０は、銅被覆されたウエーハ１４を有
する。銅被覆されたウエーハ１４は、一般には、２つの層を有し、特に、シリコ
ン基板上に被覆された反射性銅薄膜を有する。
【００３７】 一般に、反射性表面は、しばしば、集積回路二次加工中において、回路の相互
接続の目的のために、ウエーハ上で使用される。たとえば、銅は、低い抵抗性お
よび高い信頼性を有する相互接続材料として、事前の金属被覆反応式（metalliz
arion schemes）に組み込むことができる。
【００３８】 集積回路を二次加工する場合には、一般的には、金属被覆は、可能な限り均一
な平面微細構成であることが好ましく、したがって、特別な金属が、最終的な装
置中で、信頼性の最小限の損失で、被覆上に堆積されていてもよい。表面の均一
性を増強するために、特別な金属表面が、しばしば酸化され、かつ還元される。
【００３９】 一般に、半導体ウエーハの反射性金属表面は、部分的に酸化雰囲気、たとえば
、酸素または水蒸気を用いて酸化されていてもよい。酸化温度は、一般には、約
１００℃〜約６００℃である。特に、本発明の一つの実施態様は、水蒸気雰囲気
によって、約２００℃〜約４５０℃で酸化される銅薄膜を含む。酸化の後に、還
元雰囲気、たとえば、水素またはフォーミングガス（forming gas）は、その後
に、酸化された金属表面にその本来の厚さおよび構造性を戻すよう還元するため
に使用することができる。金属酸化物層の還元は、温度の局所的上昇を提供し、
この場合、これは、金属を、ウエーハ基板自体の性質に悪影響を及ぼすことなく
、ウエーハの空きトレンチ（vacant trenches）に移動させることを可能にする
。
【００４０】 一つの実施態様において、水素ガス雰囲気は、銅薄膜の酸化した層を還元する
ために使用する。このような酸化および還元の結果は、集積回路の二次形成にお
いて、通常は、ボイドおよびシームのない、より均一かつ平面的な金属コーティ
ング層を生じる。
【００４１】 本発明によれば、系１０は、酸化および還元のような急速な熱処理中において
、銅被覆されたウエーハ１４を効果的に加熱することができるものを提供する。
ここで記載された実施態様は、一般には、酸化および／または還元中の加熱に関
係するものであるけれども、さらに本発明は、他のすべての急速な熱処理中の加
熱を予測し、包含するものであると認識すべきである。
【００４２】 示したように、系１０は、種々の熱処理をおこなうために、基板、たとえば銅
被覆されたウエーハ１４を包含するために備えられた処理チャンバー１２を含む
。第１図に示された実施態様は、銅表面で被覆されたウエーハを含むけれども、
本発明のウエーハは、他の種々の反射性材料、たとえば他の金属薄膜で被覆され
ていてもよいものとする。
【００４３】 第１図に記載されているように、銅被覆されたウエーハ１４は、石英のような
断熱材料で製造された基板ホルダー１５上に配置されている。チャンバー１２は
、極めて速い速度で、かつ慎重に制御された条件下で、銅被覆されたウエーハ１
４を加熱する設計がなされている。チャンバー１２は、種々の材料から製造され
ていてもよく、この場合、これは、金属およびセラミックを含む。たとえば、チ
ャンバー１２はステンレス鋼または石英から製造されていてもよい。
【００４４】 チャンバー１２が熱伝導性材料から製造される場合には、チャンバーは、好ま
しくは、冷却系を含む。たとえば、第１図に示されているように、チャンバー１
２は、チャンバーの周囲を包囲する冷却水路１６を含む。水路１６は、冷却液、
たとえば、水を循環するために備えられており、この場合、これは、チャンバー
１２の壁を一定の温度に維持するために使用される。
【００４５】 さらに、チャンバー１２は、チャンバーにガスを装入するかおよび／または本
発明の圧力範囲内でチャンバーを維持するために、ガス装入口１８およびガス排
出口２０を含んでいてもよい。たとえば、ガスは、銅被覆されたウエーハ１４と
反応させるために、ガス装入口を介して、チャンバー１２に導入されていてもよ
い。処理するやいなや、その後にガスを、ガス排出口２０を使用してチャンバー
から蒸発させてもよい。本発明の一つの実施態様において、周囲ガスは、銅被覆
されたウエーハ１４上に被覆された金属薄膜と反応さるために、ガス装入口１８
を介してチャンバー１２に供給されてもよい。周囲ガスの例は、酸化ガス、たと
えば酸素または水蒸気、および還元ガス、たとえば水素またはフォーミングガス
を含んでいてもよい。
【００４６】 周囲ガスに加えて、不活性ガスは、さらに、チャンバー１２の範囲内で生じる
、任意の必要としないかまたは好ましくない副次的反応を回避するために、ガス
装入口１８を通して、チャンバー１２に供給されてもよい。他の実施態様におい
て、ガス装入口１８およびガス排出口２０は、チャンバー１２に加圧するために
使用されてもよい。また、真空状態は、望ましい場合には、ガス排出口２０かま
たは銅被覆されたウエーハ１４の高さより下方に配置された付加的なより大きい
排出口を用いて、チャンバー１２中で作られてもよい。
【００４７】 処理中において、基板ホルダー１５は、一つの実施態様において、ウエーハ回
転装置（wafer rotation mechanism）２１を用いて、銅被覆されたウエーハ１４
を回転させるために備えられていてもよい。ウエーハの回転は、ウエーハ表面上
での均一な温度上昇を促進させ、かつ、銅被覆されたウエーハ１４とチャンバー
中に装入された任意のガスとの増強された接触を促進する。しかしながら、ウエ
ーハの他に、チャンバー１２も、光学的部品、薄膜、ファイバー、リボン、およ
び任意の特別な形状を有する他の基板を処理するために備えられてもよいことを
認識すべきである。
【００４８】 熱源または加熱装置２２は、一般的に、処理中において銅被覆されたウエーハ
１４を加熱するために、チャンバー１２と連結させて含まれる。加熱装置２２は
、複数個のランプ２４、たとえば、タングステン−ハロゲンランプを含む。第１
図に示したように、ランプ２４は、銅被覆されたウエーハ１４上に配置される。
しかしながら、ランプ２４は、任意の位置に置いてもよいものとする。さらに、
必要である場合には、付加的なランプが系１０の範囲内に含まれていてもよい。
【００４９】 熱源としてのランプ２４の使用は、一般には好ましい。たとえば、ランプは、
他の加熱装置、たとえば、電気的要素または通常の炉よりも、より高い加熱速度
および冷却速度を有する。ランプ２４は、瞬間的エネルギーを供給する急速な等
温処理系を形成し、この場合、これは、典型的には、極めて短い、良好に制御さ
れた起動期間を必要とする。また、ランプ２４からのエネルギーの流れは、いつ
でも突然に停止することができる。第１図に示されているように、ランプ２４は
、ランプによって放射されている熱エネルギーを増加または減少させるために使
用されてもよい段階的なパワー制御装置２５を備えていてもよい。
【００５０】 第１図に示されている実施態様において、さらに系１０は、ランプ２４と熱処
理チャンバー１２との間に配置されているウインドー３２を含む。ウインドー３
２は、ウエーハ１４からランプ２４を分離し、かつ、チャンバーのコンタミネー
ションを防止するのに役立つ。
【００５１】 本発明によれば、銅被覆されたウエーハ１４の加熱速度を増加させるために、
熱処理チャンバー１２は、この実施態様中で、銅被覆されたウエーハ１４上に配
置されたシールド部材２６を含む。一般には、シールド部材２６は、ランプ２４
とウエーハ１４との間に配置され、かつ一般に、銅被覆されたウエーハ１４から
任意の距離で離して配置されていてもよい。しかしながら、銅被覆されたウエー
ハ１４の加熱速度をさらに増加させるために、シールド部材２６は、好ましくは
、銅被覆されたウエーハ１４から約１０ｍｍ未満離して配置される。より好まし
くは、シールド部材２６を、銅被覆ウエーハ１４から約３ｍｍ〜約８ｍｍの間に
配置することが好ましい。
【００５２】 第１図に示したように単一のシールド部材２６を用いる他に、二者択一的な実
施態様中において、複数個のシールド部材が使用されてもよい。たとえば、一つ
の実施態様において、第１シールド部材はウエーハ１４の上方に配置されていて
もよく、その一方で、第２シールド部材は、ウエーハの下方に配置されていても
よい。この実施態様は、特に、ウエーハ上方に配置された光エネルギー源および
ウエーハ下方に配置された光エネルギー源を含む、熱処理系中で使用するのに適
している。この方法において、シールド部材は、ウエーハへの効果的なエネルギ
ー移動のための二重加熱反応器を形成する。
【００５３】 しかしながら、片面からのみウエーハを加熱する系中の２個のシールド部材の
使用は、さらに種々の利点を提供する。たとえば、片面加熱系中の第２シールド
部材は、ウエーハによって放射されているエネルギーを吸収し、かつ、ウエーハ
に対して直接的に戻することができる。
【００５４】 一つまたはそれ以上のシールド部材を含有する系を使用する場合には、シール
ド部材は、同一の材料から製造されるか、または異なる材料から製造されていて
もよい。実際には、異なる材料は、加熱サイクル中において、熱伝導を最大化さ
せる目的のために好ましい。
【００５５】 さらに、シールド部材２６の大きさは異なっていてもよい。第１図に示したよ
うに、一つの実施態様において、シールド部材２６はウエーハ１４とおおよそ同
一の大きさであってもよい。しかしながら、二者択一的な実施態様において、シ
ールド部材は、ウエーハよりも大きくてもよい。たとえば、シールド部材は、ウ
エーハの直径よりも大きい直径を有していてもよく、たとえば、約１０％大きく
てもよい。より好ましくは、シールド部材２６は、ランプからの光が直接的にウ
エーハに到達しない程度の大きさを有していてもよい。二者択一的に、シールド
部材は、完全にランプを覆っていてもよく、この場合、これは、チャンバーの反
射率に依存する。
【００５６】 本発明によれば、シールド部材２６は、ウエーハが加熱されると同時に温度が
上昇する材料から製造される。特に、シールド部材２６は、銅被覆されたウエー
ハ１４の基板と同様の加熱特性を有していてもよい材料から製造される。たとえ
ば、シールド部材２６は、セラミック材料から製造されていてもよい。本発明中
で使用されていてもよいいくつかのセラミック材料は、制限することなく、炭化
珪素、たとえば、ホットプレスされた炭化珪素または化学蒸着法によって形成さ
れた炭化珪素、多結晶シリコン、または炭化ケイ素で被覆された物質を含む。
【００５７】 さらに、必要である場合には、シールド部材２６は、特別な適用に依存して、
種々の材料によって被覆されていてもよい。たとえば、一つの実施態様において
、シールド部材のそれぞれの表面は、異なる反射性を有する材料から製造されて
いてもよい。たとえば、ウエーハの上塗り（facing）表面は、高い反射性を有す
る材料であってもよく、その一方で、ランプの上塗り表面は、好ましくは低い反
射性を有する材料から製造される。
【００５８】 このような被覆は、特に、２個のシールド部材を有する系中で使用することが
できる。たとえば、加熱されているウエーハは、典型的には上部に反射性表面を
有するが、しかしながら、下部で低反射性表面を有していてもよい。したがって
、系中で使用されるそれぞれのシールド部材は、どんな表面でもその裏面であっ
ても加熱するために設計されていてもよい。さらに、２個のシールド部材の使用
は、処理中において生じる変更を補正するために使用されてもよい。たとえば、
上部のシールド部材は、高反射性表面を加熱するために使用されてもよい。しか
しながら、処理中において、装置のパターン構造によってか、あるいは薄膜の厚
さの変更によって、上部表面の反射性は、変更することができる。この変更は、
一つの処理サイクル中において劇的であってもよい。したがって、下部のシール
ド部材は、処理中において、反射性の変更を補正するために使用されてもよい。
【００５９】 本発明によって製造されるシールド部材が、前記実施態様のすべてに組み込ま
れていてもよいか、あるいは必要である場合には任意の前記構成部品を含有して
いてもよい。任意の特別な適用において、構成部品の組み合わせ物は、処理を最
適化するために使用することができる。
【００６０】 シールド部材２６は、別の考えられうる方法よりも速い速度で、銅被覆された
ウエーハ１４を加熱するための系１０を可能にする。たとえば、シールド部材２
６を用いない場合には、ランプ２４からのエネルギーの約９９％が、銅表面によ
って反射され、かつ、周囲ガスに移動する。
【００６１】 しかしながら、シールド部材２６は、その熱伝導性によって、約１００％の熱
を吸収することができることから、ランプによって放射され、かつ銅表面によっ
て反射された本質的にすべての熱を吸収し、その際、熱が周囲ガスへ逃げるのを
防止する。したがって、シールド部材２６によって吸収されたエネルギーの銅被
覆されたウエーハ１４への移動は、シールド部材２６が銅被覆ウエーハ１４に対
して隣接して配置されることによって、相対的に急速に生じる。本発明の系は、
高いウエーハ温度を低いランプ輝度および低いランプピンチシール温度で達成す
るために、高い温度ランプ速度を提供し、これによって、ランプ寿命を増加させ
ることができる。
【００６２】 シールド部材２６から銅被覆されたウエーハ１４へのエネルギーの移動は、一
般には、放射および／または対流によって生じてもよい。このような熱移動のメ
カニズムは、以下のように数学的に記載される： 放射による熱移動： ＱＲ＝［σ（Ｔ１ ４−Ｔ２ ４）］／［１／ε１＋１／ε２−１］ ［式中、∈１および∈２は、シールド部材およびＣｕ表面の放出率を示し、Ｔ１ およびＴ２はシールドおよびＣｕ表面の絶対温度を示し、かつ、σは、シュテフ
ァン−ボルツマン定数を示す］；および 対流による熱移動： Ｑｃ＝ｈ（Ｔ１−Ｔ２） ［式中、ｈは対流熱伝導係数であり、この場合、これは、ガス伝導率および他の
特性に依存しており、かつ、Ｔ１およびＴ２は、シールド部材およびＣｕ表面の
絶対温度である］。
【００６３】 温度が高い場合には、ＱＲは一般にはＱｃよりも高く、かつ、放射が熱移動の
主な様式である。しかしながら、温度が低い場合には（たとえば、約５００℃未
満）、Ｑは一般にはＱＲよりも高く、かつ、対流が熱移動の主な様式である。
【００６４】 加熱速度の増加を提供するのに加えて、また、シールド部材２６は、銅被覆ウ
エーハ１４を介して温度を均一に促進するのに役立つ。たとえば、熱処理中にお
いて、シールド部材２６は、温度を増加させる。加熱するやいなや、シールド部
材２６は、熱放射を発し、この場合、これは、ウエーハ１４によって、ウエーハ
を通しての均一な温度分布を促進する方法で吸収される。
【００６５】 熱処理工程中で、銅被覆されたウエーハ１４の温度を監視するために、本発明
の系は、温度検出のための種々の装置を含む。シールド部材２６が、一般に、銅
被覆されたウエーハ１４が加熱される同時に温度が上昇する材料から製造される
ことから、キャリブレーション曲線は、シールド部材２６および銅被覆されたウ
エーハ１４との間の相関温度の試験およびキャリブレーションによって構成され
ていてもよい。特に、本発明によって構成されたキャリブレーション曲線は、熱
処理中において、シールド部材２６の温度を知ることによって、銅被覆されたウ
エーハ１４の温度を示してもよい。
【００６６】 シールド部材２６は、多くの方法で読みとられる正確な温度を得るために補正
されてもよい。たとえば、シールド部材２６は、半導体ウエーハと一緒に加熱す
ることができる。特に、加熱されているウエーハを、直接的に熱電対に連結させ
てもよい。加熱中において、ウエーハの温度は、シールド部材の温度を監視する
と同時に、監視することができる。シールド部材の温度は、一般には、熱電対で
あるかまたは放射検出装置、たとえば、高温計によって監視することができる。
このデーターから、キャリブレーション曲線を組み立てることができる。
【００６７】 第２図によれば、システム１０のキャリブレーションのための一つの実施態様
が、例証されている。示されているように、熱電対４６を、たとえば、接着剤の
使用によって、ウエーハ１４の銅被覆された表面に付着させる。さらに、熱電対
３６を、同様に、シールド部材２６に付着させる。一般に、任意の適した熱電対
は、本発明の工程中で使用されてもよい。たとえば、熱電対３６および４６は、
Ｒ−型熱電対、Ｓ−型熱電対、または薄層熱電対であってもよい。さらに、一つ
以上の熱電対は、キャリブレーション中で、種々の箇所で、温度を監視するため
に、シールド部材２６および銅被覆されたウエーハ１４と連結させて配置しても
よい。
【００６８】 キャリブレーションをすると同時に、銅被覆されたウエーハ１４の温度を、シ
ールド部材２６の温度を監視し、かつ、キャリブレーション曲線を用いて、ウエ
ーハ温度を算定することによって測定されてもよい。シールド部材２６の温度は
、第２図に示すように熱電対の使用によってか、あるいは一つまたはそれ以上の
放射検出装置、たとえば、高温計の使用によって、監視することができる。
【００６９】 二者択一的な実施態様において、ウエーハ１４の温度は、高温計を用いて直接
的に測定することができる。この実施態様において、シールド部材は、たとえば
、米国特許第５８７４７１１号明細書中に開示された方法および系と同様のウエ
ーハによって放出された放射を反射することによって、放出独立性を達成するた
めに使用されてもよく、この場合、前記文献は、参考のためにのみ記載されてい
るものである。
【００７０】 第１図に示したように、さらに、系１０は、たとえば、マイクロプロセッサー
であってもよいシステム制御装置５０を含んでいてもよい。例証された実施態様
において、制御装置５０を、熱電対３６と連結させて配置させてもよい。特に、
制御装置５０を、シールド部材２６の温度を示す熱電対３６からの電圧シグナル
を受け取るように構成する。受け取ったシグナルに基づいて、その後に、制御装
置５０を、銅被覆されたウエーハ１４の温度を計算するために配置する。
【００７１】 第１図に示したように、システム制御装置５０は、ランプのパワー制御装置２
５と連結していてもよい。この配置において、制御装置５０は、銅被覆されたウ
エーハ１４の温度を測定し、かつ、この情報に基づいて、ランプ２４によって放
射されている熱エネルギー量を制御することができる。この方法において、瞬間
的な調節は、慎重に制御された制限の範囲内で、銅被覆されたウエーハ１４を処
理するための反応器１２内の条件を読み込むことによって可能である。
【００７２】 一つの実施態様において、制御装置５０は、さらに、系の範囲内で、他の要素
を自動制御するために使用されてもよい。たとえば、制御装置５０は、ガス装入
口１８を介して、チャンバー１２に装入されるガスの流速を制御するために使用
されてもよい。示したように、さらに、制御装置５０は、銅被覆されたウエーハ
１４がチャンバーの範囲内で回転する速度を制御するために使用されてもよい。
【００７３】 第３図によれば、本発明にしたがって構成された系１０の一つの実施態様が例
証される。第３図に示された実施態様は、本質的には、第１図で例証された系と
同一である。しかしながら、第３図に示された実施態様は、さらに、上方または
下方の方向で、銅被覆されたウエーハ１４を運転する能力を有する昇降機８０を
含む。特に、昇降機８０は、処理中において、銅被覆されたウエーハ１４を、上
方の方向で、ランプ２４の方へ、動かすことができる。同様に、処理の後に、ウ
エーハを急速に冷却することが望ましい場合には、昇降機８０は、下方の方向に
銅被覆されたウエーハ１４を動かすことが可能であり、その際、ウエーハは冷却
のためにコールドプレート９０と接触してもよい。
【００７４】 本発明は、以下の例によって、良好に認識されてもよい。
【００７５】 例１ 以下の３個の試験は、熱処理チャンバー中で、反射性表面で被覆された半導体
ウエーハの加熱において、本発明の効果的な系を証明するために実施した。
【００７６】 第１の試験において、銅薄膜で被覆されたシリコンウエーハを、熱処理チャン
バー中に置き、かつ、熱電対に取り付けた。その後に、ウエーハを加熱した。加
熱および引き続いての冷却の後に、本発明によって製造されたシールド部材を、
ウエーハの上部３ｍｍの位置に置いた。再度、ウエーハを加熱し、引き続いて冷
却した。その後に、シールド部材をウエーハの上部８ｍｍの位置に移動させ、か
つ、再度加熱した。ウエーハの温度は、各試験で時間の関数として測定した。
【００７７】 結果を、第４図および第５図で図示した。第４図および第５図に示したように
、シールド部材を用いることによって、ウエーハの加熱速度は、少ないランプパ
ワーが要求される程度に著しく減少した。さらに、第５図で図示しているように
、本発明のシールド部材で加熱した場合には、銅被覆されたウエーハは、その端
から中心まで、均一な温度分布を達成することができる。さらに、低いランプピ
ンチシール温度が、本発明の系で達成することができる。このようにして、ラン
プの全体の寿命を増加させることができる。
【００７８】 上記結果が得られるやいなや、第２の同様の試験を、本発明の系の広範囲のプ
ロセス適用を証明するために実施した。特に試験は、プロセスガス雰囲気とは独
立して系を運転することを証明する。最初に、ウエーハを窒素の存在下で加熱し
た。加熱および引き続いての冷却の後に、ウエーハを再度ヘリウムの存在下で加
熱した。その後に、前記工程を、本発明によって製造されたシールド部材を、銅
被覆されたウエーハの上部８ｍｍの位置に置くことを除き、繰り返した。ウエー
ハの温度を、各試験において時間の関数として測定した。
【００７９】 結果を、第６図に例証した。示されたように、本発明のシールド部材を使用す
ることによって、ウエーハの加熱速度は著しく増加する。さらに、結果は、本発
明の系が、ウエーハ温度の良好な制御の提供が可能であることを証明し、それと
いうのも、ウエーハ温度が、直接的に処理中で使用される特別なガスに依存する
ことがないためである。
【００８０】 さらに、第３の試験は、本発明の系の総括的な効果を証明するために実施した
。
【００８１】 銅被覆されたウエーハを、最初に、５個の異なるランプ輝度で加熱した。その
後に、シールド部材（ＣＳ）を銅被覆されたウエーハ上部８ｍｍに置いた。双方
のシールド部材およびウエーハを、その後に、予め試験された、同様の５個のラ
ンプ輝度で再度加熱した。それぞれの場合において、銅被覆されたウエーハの温
度、シールド部材の温度、およびランプピンチシール温度を測定した。
【００８２】 以下の結果が得られた。
【００８３】
【表１】
【００８４】 前記のように、本発明の系は、低いランプ輝度での高いウエーハ温度を達成し
、かつ、これによる低いランプピールシール温度によって、ランプの寿命を増加
させる。
【００８５】 例２ 銅酸化は、シールド部材を含む本発明によって製造された系で実施した。
【００８６】 Ｃｕ酸化試験を、１００〜６００℃の温度で、酸化時間１０〜７１８秒で、ド
ライ酸素およびウエット酸素中で実施した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、ラザ
フォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）、分光楕円偏光法（ＳＥ）および反射率測定
法（ＳＲ）および２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を、加工材料の化学的組成
を分析し、かつ、薄膜の酸化／還元反応速度論（kinetics）を測定するために使
用した。
【００８７】 試料の調製のために、単結晶シリコン基板を、片面を、約３０ｎｍのＴａバリ
ヤで被覆した。銅薄膜（約１．０〜１．８ｍｍ）をその後に、電解めっき（elec
trochemical deposition）によって沈着させた。Ｔｅｎｃｏｒ ＵＶ−１２５０
ＳＥ薄膜測定系を、Ｃｕ酸化物薄層のＳＥおよびＳＲを測定し、かつ、酸化物の
光学的性質および厚さを算定するために使用した。ＲＢＳを酸化銅の層組成分析
のために使用した。ＳＥＭを粒子構造の断面図を得るために使用し、かつ、光学
的技法から測定された層厚を証明した。
【００８８】 Ｃｕ酸化物の還元反応速度論の試験を、２３０℃および４００℃で、種々の時
間に亘って、還元雰囲気（フォーミングガス：Ａｒ中の１０％Ｈ２）でおこなっ
た。四探針法を、還元されたＣｕ酸化物試料のシート抵抗を測定するために使用
した。還元した試料の断面プロフィールをＳＩＭＳを用いて分析した。実施例と
して、パターン化されたＣｕ被覆ウエーハのリフローを、酸化還元反応式を用い
ておこなった。
【００８９】 銅酸化に関して、２成分が形成されることは公知である：酸化銅（ＩＩ）、Ｃ
ｕ２Ｏ（赤銅鉱）、および酸化銅（ＩＩ）、ＣｕＯ（黒銅鉱）。我々のデーター
は、低い温度での主要な酸化物がＣｕ２Ｏであり、かつ、高い温度（すなわち＞
５００℃）での主要な酸化物がＣｕＯであることを示した。一般に、酸化物の厚
さは、有効な物理的様式によって、ＳＥまたはＳＲから測定されてもよい。しか
しながら、酸化物が極めて厚い場合には、反射率測定によって、波長の妨害最大
値から、層厚を測定する。層厚は、 Ｌ＝ｉ／［２（ｎ０／λ０−ｎｉ／λｉ）］ ［式中、Ｌは、酸化物の層厚であり、ｉはλ０〜λｉの完全なサイクル数であり
、２個の波長のピークはカッコのｉサイクルであり（たとえば：２個の隣接する
最大値、ｉ＝１である）、かつ、ｎ０およびｎｉはそれぞれ、λ０〜λｉの波長
でのＣｕ酸化物薄膜の屈折率である］によって示される。層厚を計算するために
、Ｃｕ酸化物屈折率を知ることは必要である。屈折率の実験値を、ドライＯ２中
で、２００℃で、６０秒で酸化されたＣｕ酸化物の分光楕円偏光法から算定した
。結果は、屈折率がＣｕ２Ｏの層であることを示した。種々の反射率最大値から
得られる層厚の計算は、第７図および第８図に示した。
【００９０】 特に、第７図および第８図は、キャブレラ−モット（Cabrera-Mott）理論によ
るＣｕ酸化物データ分析であり、この場合、これは、ドライ酸化およびウエット
酸化（Ｏ２中１５％Ｈ２Ｏ）のためのＣｕ酸化物の層厚の二乗のアレニウスプロ
ット（第７図）およびドライ酸素環境中で３００℃〜４００℃で酸化されたＣｕ
薄膜のための酸化時間の関数としてのＣｕ酸化物層厚の二乗である（第８図）。
【００９１】 Ｃｕ酸化反応速度論のウエット酸素雰囲気の効果が試験された。この試験にお
いて、大気圧下で、固定されたＯ２中の１５％Ｈ２Ｏ濃度が使用された。さらに
、第７図は、ウエット酸化物層厚を示し、この場合、これは、同じ温度で、ドラ
イＯ２中でのものよりも厚い。たとえば、３００℃および６０秒の同じ酸化状態
下で、それぞれ５１６ｎｍおよび７９５ｎｍの層厚が、ドライおよびウエット酸
素雰囲気で生じた。
【００９２】 しかしながら、示量的試験が、大量の銅の酸化上で実施されてるけれども、Ｃ
ｕ薄膜の酸化に関する情報が不足している。一般的には、銅イオンが、銅上のＣ
ｕ２Ｏの形成中において主な移動する種（dominat moving species）であること
が認められている。この場合において、キャブレラおよびモットの金属酸化理論
（Ｃ−Ｍ）が使用された。Ｃ−M理論によれば、成長速度の低さは次式の関係に
よって導かれる。
【００９３】
【数１】
【００９４】 ［式中、Ｌは酸化物の厚さであり、Ｅａは酸化のための活性化エネルギーであり
、ｔは酸化時間であり、Ｔは絶対温度であり、Ｃ１およびＣ２は定数であり、か
つ、Ｋはボルツマン定数である］。我々の結果を理論と比較するために、酸化物
層厚の二乗のアレニウスプロットを第７図に示す。これらのデータの直線的フィ
ット（linear fit）は、銅のドライ酸化およびウエット酸化（Ｏ２中１５％）に
関して、それぞれ見かけの活性化エネルギーＥａ０．６８ｅＶおよび０．４３ｅ
Ｖを得る。Ｃｕ薄膜酸化反応速度論を測定するために、一連の試験を、それぞれ
、４００℃および２３０℃の酸化温度で、種々の酸化時間でおこなった。１０〜
７１８秒の時間幅に関する成長データ中において、放物形が、第８図に示したよ
うに確認される。
【００９５】 Ｃ−Ｍ等式のパラメーターは、前記分析によって得られ、この場合、これは、
ドライ酸化に関して、Ｃ１＝３．５×１０９ｎｍ２／秒、Ｃ２＿０およびＥａ＝
０．６８ｅＶを示している。Ｃｕ酸化の計算式は、前記パラメータを用いて導び
かれてもよく、かつ、次式
【００９６】
【数２】
【００９７】 ［式中、ＬはＣｕ酸化物層厚（ｎｍ）であり、かつ、ｔは酸化時間（ｓ）である
］のように示される。第９図において、３００℃および４００℃で酸化されたＣ
ｕ薄膜のためのＳＥＭ結果を含む、算定結果および試験結果を比較した。特に、
第９図は、理論的計算、ＳＲおよびＳＥＭによって得られた酸化銅の層厚の比較
である。実線は、理論的計算結果である。白抜きのまる（circle）および黒まる
は、それぞれ、ドライ酸素中の３００℃でのＳＲおよびＳＥＭの結果である。白
抜きの四角は、ドライ酸素中の４００℃でのＳＲの結果であり、その一方で、黒
四角は、蒸気環境（Ｎ２中５０％Ｈ２Ｏ）中で、４００℃でのＳＥＭの結果であ
る。値間の良好な一致が得られた。
【００９８】 ２個の理論的酸化銅が存在する：酸化銅（Ｉ）、Ｃｕ２Ｏ（赤銅鉱）および酸
化銅（ＩＩ）、ＣｕＯ（黒銅鉱）である。ＲＢＳは、酸化物組成および厚さにお
いて重要な情報を提供する。３個のＣｕ薄膜試料は、ＲＢＳ分析に提供される。
試料＃１および＃２を、ドライＯ２雰囲気中で、６０秒に亘って、４００℃およ
び５００℃で、それぞれ乾燥させた。試料＃３を、ドライＯ２（Ｏ２中１５％Ｈ ２ Ｏ）中で、３５０℃で、６０秒に亘って酸化させた。第１表で示された結果は
、Ｃｕ２Ｏ層のみが３５０℃でウエット酸素中で形成されることを示す。４００
℃でのドライ酸素に関して、Ｃｕ酸化物層のバルクは、主に、Ｃｕ２Ｏである。
５００℃の高い酸化温度に関して、理論的なＣｕ酸化物が分類分けされ、この場
合、上層はＣｕＯであり、かつ、下層はＣｕ２Ｏである。酸素濃度は、上部から
下部へと減少する。
【００９９】
【表２】
【０１００】 分光反射率を用いて測定された厚さを確認するために、Ｃｕ薄膜試料を、ＳＥ
Ｍ断面分析のために調製する。試料を、３００℃で、ドライ酸素雰囲気中で、別
個に、２９、１１５、４６０および７１８秒に亘って酸化した。酸化後に、Ｃｕ
酸化物薄膜を分光反射率およびＳＥＭの双方によって分析した。
【０１０１】 第９図において、分光反射率から得られた厚さおよびＳＥＭから得られた厚さ
について比較した。値間の良好な一致が得られた。
【０１０２】 スチーム酸化された銅薄膜の他の一連の試料を、ＳＥＭ分析のために調製した
。ＥＣＤ堆積されたＣｕ薄膜の層厚は、約１９００ｎｍであった。試料を、４０
０℃で、スチーム雰囲気（Ｎ２中の５０％Ｈ２Ｏ）中で、別個に６０、１５０お
よび３００秒に亘って酸化させた。
【０１０３】 ＳＥＭ断面図測定結果は、第９図に示す。Ｃｕ酸化物の層厚は、それぞれ、６
０、１５０および３００秒の酸化時間で、１５４０、２３９０および２６６０ｎ
ｍであった。ＳＥＭ結果と比較して、Ｃｕ酸化物の層厚は、４００℃の酸化温度
で、ドライＯ２、またはＯ２中の１５％Ｈ２ＯまたはＮ２中の５０％Ｈ２Ｏの雰
囲気に関しては同様である。
【０１０４】 銅酸化物薄膜の還元反応速度論は、Ａｒ／１０％Ｈ２の還元環境中で、１００
〜４００℃で、３〜１８０秒の還元時間に亘って試験した。還元されたＣｕ酸化
物のシート抵抗を、四探針法を用いて測定した。ＳＥＭおよびＳＩＭＳを、還元
されたＣｕ酸化物の断面プロフィールを調査するために使用した。
【０１０５】 ４００℃での銅酸化物の還元に関する化学方程式は、以下のようにして示され
る： Ｃｕ２Ｏ(ｓ)＋Ｈ２＝２Ｃｕ(ｓ)＋Ｈ２Ｏ(ｇ)（７６．９７ｋＪ／ｍｏｌｅ） ＣｕＯ(ｓ)＋Ｈ２＝２Ｃｕ(ｓ)＋Ｈ２Ｏ(ｇ)（８９．４３ｋＪ／ｍｏｌｅ） 前記等式から、多量のエネルギーが、Ｃｕ酸化物の還元中に発熱反応によって
放出されることが明らかになった。この試験で使用されたＣｕ酸化物の層厚は、
約１．５μｍであった。
【０１０６】 Ｔｅｎｃｏｒ Ｒ７５Ｓ 四探針法を、還元された薄膜のシート抵抗を測定す
るために使用した。酸化物薄膜のシート抵抗は、四探針法によって測定するには
高すぎた。裸眼による視覚的試験は、還元後にウエーハの表面が高く鏡面的にな
ることを示し、この場合、これは、酸化物の完全な還元を示すものである。
【０１０７】 還元されたＣｕ薄膜のシート抵抗を、第１０図で示す。約１．５μｍのＣｕ酸
化物薄膜が、４００℃で、たったの３秒において還元された。２３０℃の低い温
度に関しては、より長い時間がかかった（５０秒）。おおよその還元速度が計算
され、この場合、これは、それぞれ、４００℃および２３０℃の還元温度に関し
て、５００ｎｍ／ｓおよび３７ｎｍ／ｓである。
【０１０８】 ＳＩＭＳ分析を、還元中で、Ｃｕ酸化物からのＣｕ薄膜を形成するメカニズム
を試験するために使用した。２３０℃で、１０、４５および９０秒に亘って還元
されたＣｕ２Ｏ薄膜に関するＳＩＭＳ結果は、還元が、酸化物−銅干渉から生じ
ることを示し、その際、少量の還元は、酸化物表面で生じる。
【０１０９】 ここで、例は、このような酸化反応式を用いる最近のプロセス適用によって、
ＰＶＤ Ｃｕ薄膜のリフローを達成するを示した。適量の銅が、ビアス（Vias）
およびトレンチの完全な充填を可能にするために必要とされる。しかしながら、
過剰な堆積は、架橋を防止を回避するものとかんがえられる（金属中でのボイド
を残す考えられうる欠陥モデル）。これは、アニーリング工程および引き続いて
の堆積を必要とし、この場合、これは、表面上の鋭い形状に金属を拡散すること
を可能にする。リフロー工程での改善は、酸化剤（たとえば、酸素または水蒸気
）および水素（純粋なものであるか、またはフォーミングガスとして）の使用に
より可能であり、この場合、これは、一緒にかまたは連続的に装入される。
【０１１０】 酸化剤は、Ｃｕ２Ｏを形成し、かつ、酸素含有ガスを用いてのその還元は、効
果的なボイドの充填を導く、銅の表面拡散を増大させるのに十分なエネルギーを
放出する。この効果を調査するために、試料を、ＰＶＤを用いて、パターン化さ
れたウエーハ上で、約５００ｎｍの厚さの銅を堆積させることによって調製した
。試料を、２３０℃で、３０秒に亘って、ドライかまたはウエットＯ２雰囲気中
で酸化した。前記データに基づいて、３５ｎｍのＣｕ酸化物の層が、この酸化工
程において成長されることが期待される。
【０１１１】 引き続いて、Ｃｕ酸化物のインシトウ（in-situ）還元を、４００℃で、３秒
および１８０秒に亘って、フォーミングガス中でおこなった。リフローのレベル
（ａ）は、ａ＝１−ｈｆ／ｈｉで量的に定義されてもよく、この場合、ｈｆおよ
びｈｉは、リフロー後および前のステップ高（step height）である。理想的に
は、ｈｆは０であってもよく、したがって（ａ）は１であるべきである。この定
義を用いて、リフローのレベル（ａ）は１であるべきである。この定義を使用す
ることで、リフローのレベルを異なるプロセスサイクルと比較し、この場合、こ
れは、ドライ酸化および３秒の還元に関してａ＝０．２９を示し、ドライ酸化お
よび１８０秒の還元に関してａ＝０．５３を示し、かつ、ウエット酸化および１
８０秒の還元に関してａ＝０．５３を示す。
【０１１２】 本発明に関するこれらのおよび他の改変および変法は、当業者に公知の技術に
よって、本発明の目的および範囲を逸脱することなくおこなわれてもよく、この
場合、これは、より詳細には追加した請求項中で示される。さらに、種々の実施
態様が、全部かまたは部分的に置き換えられてもよいとする。さらに、これらの
従来技術によって、前記の記載が例にすぎず、かつ、このような追加された請求
項中で、本発明を制限することなくさらに記載されることが認められてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるシールド部材を有する熱処理チャンバーの断面図。
【図２】 本発明によるシールド部材および熱電対を有する熱処理チャンバーの断面図。
【図３】 本発明によるシールド部材、コールドプレートおよび昇降機を有する熱処理チ
ャンバーの断面図。
【図４】 実施例から得られた結果を示すグラフ図。
【図５】 実施例から得られた結果を示すグラフ図。
【図６】 例１で得られた結果を示すグラフ図。
【図７】 例２で得られた結果を示すグラフ図。
【図８】 例２で得られた結果を示すグラフ図。
【図９】 例２で得られた結果を示すグラフ図。
【図１０】 例２で得られた結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
１０ 系、 １２ 熱処理チャンバー、 １４ ウエーハ、 １５ 基板ホル
ダー、 １６ 冷却水路、 １８ ガス装入口、 ２０ ガス排出口、 ８０
昇降機
【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１０月１２日（２００１．１０．１２）
【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 (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｐ (31)優先権主張番号 ０９／６４８，８３９ (32)優先日 平成12年８月25日(2000．8．25) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，Ｓ Ｇ (72)発明者 ランディール タクア アメリカ合衆国 カリフォルニア サン ノゼ アペニンズ サークル 5261 (72)発明者 アーノン ガット アメリカ合衆国 カリフォルニア パロ アルト ブライアント ストリート 2000 Ｆターム(参考） 5F004 AA16 BA19 BB05 BB23 CB12 DA24 DB08 EA34 5F045 AA20 AC11 AD09 DP04 EJ04 EK12 GB05 5F058 BC03 BF55 BF62 BF63 BF64

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反射性材料で被覆されている半導体ウエーハを加熱するため
    の系において、 半導体ウエーハを包含するために取り付けられた熱処理チャンバー； この熱処理チャンバー中に包含される半導体ウエーハ、その際、このウエーハは
    高反射性材料で被覆されており； この熱処理チャンバー中に包含される半導体ウエーハを加熱するために熱処理チ
    ャンバーに連結されている加熱装置、その際、この加熱装置は、光エネルギーを
    放射しており； この加熱装置と半導体ウエーハとの間に配置されたシールド部材、その際、この
    シールド部材は、半導体が加熱されると同時に温度が上昇する材料から製造され
    ており、このシールド部材は、加熱装置によって放出され、半導体ウエーハによ
    って反射された熱を吸収する能力を有し、このシールド部材は、処理中において
    半導体ウエーハを加熱するために配置されていることを特徴とする、反射性材料
    で被覆されている半導体ウエーハを加熱するための系。
  2. 【請求項２】 高反射性材料が銅を含有する、請求項１に記載の系。
  3. 【請求項３】 熱処理中でのシールド部材の温度を制御するために、シール
    ド部材と連結して配置される温度検出器をさらに有し、その際、この半導体ウエ
    ーハの温度を、熱処理中において、シールド部材の温度に基づいて導くことが可
    能である、請求項１に記載の系。
  4. 【請求項４】 温度検出器が、熱電対を有する、請求項３に記載の系。
  5. 【請求項５】 温度検出器が、複数個の熱電対を有する、請求項３に記載の
    系。
  6. 【請求項６】 温度検出器および加熱装置と連結している制御装置をさらに
    有し、その際、制御装置が、温度検出器から受け取る温度情報に呼応して、加熱
    装置によって放射される熱エネルギー量を制御するために配置されている、請求
    項３に記載の系。
  7. 【請求項７】 温度検出器に加えて、半導体ウエーハの温度を測定するため
    の高温計をさらに有する、請求項３に記載の系。
  8. 【請求項８】 シールド部材が、セラミック材料から製造されている、請求
    項１に記載の系。
  9. 【請求項９】 半導体ウエーハをそれぞれ加熱および冷却するために、半導
    体ウエーハをシールド部材へ向かう方向かまたはシールド部材から離す方向に移
    動させることが可能な昇降機を有する、請求項１に記載の系。
  10. 【請求項１０】 シールド部材が、半導体ウエーハから約１０ｍｍの範囲内
    に配置されている、請求項１に記載の系。
  11. 【請求項１１】 シールド部材が、半導体ウエーハから約３ｍｍ〜約８ｍｍ
    の間に配置されている、請求項１に記載の系。
  12. 【請求項１２】 加熱装置が、複数個のランプを有する、請求項１に記載の
    系。
  13. 【請求項１３】 半導体ウエーハが上部表面を含有し、その際、上部表面が
    、高反射性材料によって完全に被覆されている、請求項１に記載の系。
  14. 【請求項１４】 高反射性材料が、パターン中の前記ウエーハ上に被覆され
    る、請求項１に記載の系。
  15. 【請求項１５】 シールド部材が、高放射率を有する材料から製造されてい
    る、請求項１に記載の系。
  16. 【請求項１６】 高反射性材料で被覆された半導体ウエーハを加熱するため
    の方法において、この方法が、 熱処理チャンバー中に被覆されたウエーハを準備し； 熱処理チャンバー内で、加熱装置と半導体ウエーハとの間にシールド部材を配置
    し、その際、シールド部材は、半導体ウエーハが加熱されると同時に温度が上昇
    する材料から製造されており、その際、シールド部材は、加熱装置によって放出
    され、加熱された場合に半導体ウエーハの反射性材料によって反射される熱を吸
    収する能力を有し、その際、シールド部材は、処理中で、半導体ウエーハを加熱
    するために構成されており；かつ、熱処理チャンバー中でウエーハおよびシール
    ド部材を加熱するために、半導体ウエーハおよびシール部材を加熱装置によって
    放射された光エネルギーに暴露する工程を含むことを特徴とする、高反射性材料
    で被覆された半導体ウエーハを加熱するための装置。
  17. 【請求項１７】 半導体ウエーハを加熱すると同時にシールド部材の温度を
    監視し； このシールド部材の温度に基づいて半導体ウエーハの温度を測定し；かつ、 半導体ウエーハの測定された温度に基づいて、熱処理中で、熱処理チャンバーに
    提供されている光エネルギー量を制御する工程をさらに含む、請求項１６に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】 半導体ウエーハを、酸化ガスの存在下で加熱する、請求項
    １６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 シールド部材が、半導体ウエーハから約１０ｍｍ未満で離
    して置かれている、請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 半導体ウエーハを、還元ガスの存在下で加熱する、請求項
    １６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 反射性材料が銅を含有する、請求項１６に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 半導体ウエーハを、水蒸気の存在下で光エネルギーに暴露
    する、請求項１６に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 半導体ウエーハを、酸素の存在下で光エネルギーに暴露す
    る、請求項１６に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 半導体ウエーハが、約６００℃未満の温度で加熱される、
    請求項１６に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 半導体ウエーハを、水素の存在下で光エネルギーに暴露す
    る、請求項１６に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 シールド部材の温度を、熱電対を用いて監視する、請求項
    １７に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 シールド部材の温度を、少なくとも一つの高温計を用いて
    監視する、請求項１７に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 半導体ウエーハが、上部表面を含有し、その際、上部表面
    が、高反射性材料によって、完全に被覆されている、請求項１６に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 高反射性材料が、パターン中で半導体ウエーハ上に被覆さ
    れる、請求項１６に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 シールド部材が、高放射率を有する材料を含む、請求項１
    ６に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 シールド部材が、シリコンを含有する材料から製造される
    、請求項１６に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 シールド部材が、炭化珪素を含む材料から製造される、請
    求項１６に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 反射性材料が銅を含有し、かつ、半導体ウエーハが、約４
    ００℃未満の温度に加熱される、請求項２０に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 反射性材料が銅を含有し、かつ、酸化ガスが蒸気を含有し
    、かつ、半導体ウエーハが、約６００℃未満の温度に加熱される、請求項１８に
    記載の方法。
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