JP2003513442A - サブストレートを熱処理する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ントを有するプロセス室においてサブストレート、特に半導体ウェーハを熱処理
する方法と装置に関する。
である。この装置においては透光性のプロセス室が熱処理される半導体ウェーハ
を受容するために設けられている。プロセス室内にあるサブストレートの温度を
変えるためにはプロセス室の外側に加熱ランプバンクが設けられている。所定の
プロセス結果を達成するための、特にサブストレート内の均質な温度分布を達す
るためには、プロセス室内でサブストレートに対して平行な平面にてサブストレ
ートを取囲む補償リング並びにサブストレートから間隔をおいて、これに対し平
行に延びる、ホットライナとも呼ばれる光変換板が設けられている。補償リング
の課題はウェーハの熱処理の間に発生する縁効果を阻止することである。ウェー
ハの縁において内部領域に対して迅速な加熱が加熱期にて阻止されかつ迅速な冷
却が冷却期にて阻止される。この場合には、補償リングを、同一出願人による未
公開のDE−A−19821007号に記載されているように複数のセグメント
から構成することが公知である。
ってホットライナは加熱されかつそれ自体ウェーハを加熱するための熱放射を放
出するために役立つ。このようなウェーハの間接的な加熱は、ウェーハの少なく
とも表面を直接的な光放射に対し遮って、ウェーハの上に構成された組織パター
ンを保護するために役立つ。このようなホットライナの作用は例えばDE−A−
4437361号に開示されており、繰返しを回避するためにここではこれを援
用する。
ば補償リング及び/又は光変換板は熱処理の間、ウェーハの平面に対して平行に
かつ不動に保たれるように設けられている。ただDE−A−19821007号
ではウェーハの取出し及び装入の間、半導体ウェーハに対するアプロ−チを許す
ために役立つ補償リングの運動が記載されている。
ブストレートを熱処理する方法及び装置を提供することである。
エレメントのサブストレート及び/又はプロセス室に対する空間的な配置を変化
させることで解決された。これにより簡単でかつ有効な形式で熱処理する間のプ
ロセス室内部の温度分布、ひいてはサブストレートの上もしくは中における温度
分布を変化させかつ与えられているプロセス条件にこれを適合させることができ
る。特にサブストレートの上もしくは中における温度分布を均質化することがで
きる。
理の温度経過に関連して制御され、ひいては温度経過に適合させられた温度分布
が達成される。有利には前記エレメントがサブストレート及び/又はプロセス室
に対して相対的に動かされる。当該エレメントを動かすことは、サブストレート
を動かすこととは異なってサブストレートの損傷の危険が小さくかつ有利である
。
動は上下の運動に限定されるものではなく、側方運動を含むことができる。
ストレートに対して平行な平面にて少なくとも部分的に取囲む補償部材、特に補
償リングであって、ウェーハの熱処理の間に発生する縁効果をコントロールする
ために役立つ。この場合には、エレメントは複数のセグメント、特にリングセグ
メントから成り、これらのセグメントの少なくとも1つが動かされると有利であ
る。複数のセグメントを設けることによって、プロセス室の内部及びサブストレ
ートの上もしくは中での温度分布の制御の改善が達成される。この場合、温度分
布の改善された制御のためには、各セグメントの運動は少なくとも1つの別のセ
グメントの配置に関連して制御される。さらに複数のセグメントは補償エレメン
トを有利な価格でも製作できるという利点を有する。
セグメントが同時に動かされる。この場合にはセグメントは有利には対を成して
サブストレートに関して直径方向で向き合って位置しかつ向き合ったセグメント
対が同時に動かされる。これによりサブストレートに関する対称性が達成される
。
記載されているように、サブストレートの対称軸を通らない軸を中心としてセグ
メントを旋回させることが有利であることもある。
は、有利には光変換板であって、この光変換板が加熱装置の光放射を吸収し、サ
ブストレートを間接的に加熱するために熱を放射する。
的な少なくとも2つのエレメントの空間的な配置が変化させられ、これによって
プロセス室の内部及びサブストレートの上もしくは中の温度分布の良好な制御が
達成されている。本発明の別の実施例ではサブストレートの上もしくは中の温度
分布をコントロールするために少なくとも1つのエレメントとサブストレートと
が動かされる。
布をコントロールするエレメントの、サブストレート及び/又はプロセス室に対
する空間的な配置を熱処理の間に変える装置が設けられている装置においても解
決された。この装置では方法に関してすでに述べた利点が得られる。
有利には1つのエレメントは、サブストレートを一平面内でほぼ取囲む補償エレ
メント、特に補償リングである。この場合、補償リングは有利にはサブストレー
ト平面に対し傾斜して配置される。
効果は加熱値がきわめて高い場合に縁領域の迅速な加熱を阻止する。
コントロールを達成するために、少なくとも1つのエレメントがサブストレート
平面に対して傾斜して配置されていることによって解決された。この場合、当該
エレメントは有利にはサブストレートをほぼ取囲む補償エレメント、特に補償リ
ングである。該補償エレメントはウェーハ縁部に加熱装置に対するシャドウ効果
を生ぜしめ、ひいては特に加熱値がきわめて高い場合に縁範囲の迅速すぎる加熱
を阻止する。有利には当該エレメントは光変換板である。
されている。該装置1はプロセス室3を有し、該プロセス室3は上側と下側とに
石英ガラスから製作された壁5もしくは6を有している。壁5の上側には鏡面化
されかつ複数のランプ8の形をした加熱源が内部に設けられているランプバンク
又は室7が設けられている。壁6の下には室7と同様に内部にランプ10の形を
した加熱源が設けられているランプバンク又は室9が設けられている。
1部に対し所定のミラー作用を達成するために誘導層を備えていることができる
。さらに側壁の17は半導体ウェーハ2の装入と取出しとを可能にするためにプ
ロセス室ドアを有している。
る−が設けられている。この光変換板12は下側のプロセス室壁6に対して平行
に延設されている。光変換板12の上側にはスペーサ13が設けられている。該
スペーサ13の上には半導体ウェーハ2が載置されているので、半導体ウェーハ
2は下側の光変換板12に対して間隔をおいて平行に保持されている。
板16は図1に示された第1の位置では、半導体ウェーハに対して平行にかつ間
隔をたもって保持されている。光変換板12,16は高い光吸収係数を有する材
料から成り、ランプ8,10から放射された光を吸収し、次いで半導体ウェーハ
2を加熱するための熱放射を行なうために役立つ。
ロセス室とに関して変化可能である。上側の光変換板16は図2においては半導
体ウェーハ2に対して傾斜して配置され、室内、ひいてはサブストレートの上も
しくは内の温度分布が変化させられるようになっている。上側の光変換板16の
前記傾斜はウェーハの熱処理の間に調節され、傾斜位置の程度は熱処理の温度経
過及び/又は適当な測定装置、例えば図示されていないピロメータを介して測定
されるサブストレートの上もしくは中の温度分布に関連して調節される。
するコントロールされた干渉が可能であることである。これはプロセスガスが熱
いウェーハ表面で解離しかつ解離生成物がウェーハと反応する場合には常に有利
である。例としては例えばH2Oでのシリジュウムの酸窒化を挙げることができ
る。この場合にはH2Oはウェーハに対して平行に流れる。従来はきわめて均質
な酸窒化層を達成するためには、反応温度(700℃〜1150℃)でガス流を
著しく減少させることが必要であった。しかしながらプロセスガス流のコントロ
ールされた減少は、光変換板16のコントロールされた傾動よりも技術的に面倒
である。ウェーハに対して傾動させられた板では、コンスタントなプロセスガス
流で、ガス流減少に際して達成される酸窒化層の均質性と同様の均質性が達成さ
れる。ガス流減少と傾動とのコンビネーションは最適な均質性をもたらす。
おける温度分布をさらに変化させるために、プロセス室3内に可動に配置されて
いることができる。例えば上側の光変換板を不動に配置しかつ下側の光変換板1
2を傾斜させて、ウェーハ2と上側の光変換板16との間の傾斜位置を達成する
ことができる。光変換板を傾斜させる代わりに単に光変換板とサブストレート2
との間の間隔を減少させ、例えばウェーハの下面に対してウェーハの上面を強く
加熱するために例えば上方の光変換板16を半導体ウェーハにより近づけるため
に、一方の光変換板とサブストレート2との間の間隔を減少させることもできる
。
2を当該板に対して可動に保持しウェーハ2を相対的に当該板に対して可動に保
持することもできる。これは例えばテレスコープロッドとして構成されかつその
高さが光変換板12,16に対し傾斜配置するために互いに無関係に調節できる
スペーサ13を介して行なうことができる。
と図4とにおいては同じ又は類似した構成部材である限り同じ関連符号が使用さ
れている。
の代りにウェーハ2を取囲む補償リング20が設けられている点だけで図1の装
置とは異っている。補償リング20はウェーハ2をわずかな間隔をおいて取囲み
、加熱期における迅速な加熱並びに冷却期における迅速な冷却が阻止されること
で、ウェーハ2の加熱及び冷却の間の縁効果を阻止する。
に位置しているが、補償リング20はウェーハのいくらか上側又は下側に配置さ
れていることもできる。
げられている。このような持上げは、薄い層を製作するために秒あたり400℃
までのきわめて高い加熱値を必要とし、不都合な拡散効果を避けるために最大温
度に達したあとで温度が瞬間的に再び下げられるいわゆるフラッシュプロセスに
て行なわれる。このようなプロセスについては例えば、本願と同じ出願日に同じ
出願人によって出願された「対象物を熱処理する方法」というタイトルを有する
DE−A−・・・・・・・号明細書を引用し、繰返しを回避する。補償リングの
運動は先きの出願に記載した温度及び/又はプロセス雰囲気の変化に関連して制
御される。特に所定の時相関係をその間に形成することができる。高加熱の前及
び/又はその間に補償リング20を移動させかつ該リングを当該位置に保持する
ことによってウェーハの縁の上には、外から入射する光線に対する影が形成され
、ひいては縁領域の速すぎる加熱が阻止される。続く冷却期の間にリング20は
再び図3に示された位置にもたらされ、縁領域の迅速すぎる冷却が阻止される。
これによりウェーハ表面に亘る温度分布の均質性が著しく改善される。
償リング20は不動に配置され、熱処理の間、ウェーハ2が例えば調節可能なス
ペーサ13を介して補償リング20に関して動かされることができる。さらにウ
ェーハ2と補償リング20との間の相対運動を達成するために光変換板を動かす
ことも考えられる。
されている。図5と図6においては同じ又は似た構成部分である限り第1実施例
の場合と同じ符号が使用されている。
るプロセス室3を有している。この場合には鏡面化された室内に設けられた上方
と下方のライトバンクがプロセス室を制限する上方と下方の壁5,6に隣接して
設けられている。先きの実施例とは異なって、図5に示された実施例においては
プロセス室には光変換板は設けられていない。ウェーハ2は下方の透光性の壁5
から延設されたスペーサ13を介してプロセス室3の中央に、しかも下方及び上
方の壁5,6に対し平行に保持されている。図6に示したように4つのリングセ
グメント25a−dから成る補償リング25は適当な形式でプロセス室3の内部
に保持されている。図5から判るように補償リング25はウェーハ2に対して傾
斜して配置され、特にウェーハの高加熱に際し、ウェーハ2の縁部領域にシャド
ウ効果が生ぜしめられるようになっている。補償リングはこの位置に不動に保持
されていることができる。
に変化させるために補償リングを可動に構成することもできる。この場合には個
々のリングセグメント25a−dは個別に又はすでに一緒に又は対を成して動か
されることができる。特に例えば直径方向で向き合ったリングセグメント25a
と25cとを一緒に動かしてウェーハ2に関して所定の対称性を生ぜしめること
もできる。同様に直径方向で向き合ったリングセグメント25bと25dとが同
時に動かされることもできる。図5に示したように補償リングを傾動させる代り
に補償リングもしくはその個々のリングセグメントを、例えば図4に示したよう
に持上げるか下降させることもできる。もちろん、セグメントの数は4つに限定
されるものではなく、それよりも多いか少ないセグメントが設けられていること
もできる。
れる、図5に示されているような補償リングの運動を示した図である。熱処理の
開始にあたっては補償リング25はほぼウェーハ2と同じ平面に位置している。
温度が上昇する間、補償リングはウェーハ平面に対し傾けられる。この場合、傾
き角と温度の時間的な経過との間には相関関係が与えられておりかつ加熱値の増
大に伴って傾き角は大きくなる。温度は最高値まで上昇させられ、次いで該温度
はただちに再び下降させられる。温度が低下する間、補償リングの傾きは減少さ
せられる。ウェーハの冷却は温度T′でストップされる。ウェーハはこの温度に
コンスタントに保たれる。この時点では補償リングは再びウェーハに対し平行で
かつウェーハの縁部領域が過度に冷却されることは阻止される。
るために、ウェーハ縁部にシャドウが形成される。これによってウェーハ表面に
亘る温度分布の均質性が改善される。該均質性のさらなる改善は付加的なウェー
ハの回転によりかつ/又は加熱ランプの放射強度の調整により達成される。
プロセスの場合に特に必要である。このプロセスの場合には、当該装置のランプ
バンクは一般的に一杯の出力で働き、この結果、特に縁部領域に不均質性をもた
らすことがしばしばある。この場合にはウェーハはきわめて迅速に約900℃か
ら1150℃に加熱される。ウェーハが加熱されるランプ値は150℃/sから
500℃/sの領域にある。加熱の後でウェーハは再び迅速に冷却される。図8
にはこのようなフラッシュプロセスが概略的に示されている。補償エレメントの
運動によってこのようなフラッシュプロセスに際して、温度平均値からの基準偏
差をウェーハに亘って3%から1%に低減させることができるようになっている
。
化するために使用される。この場合、この活性化プロセスは、特にわずかな侵入
深さでドーピングされている場合には、きわめて高い温度均質性を必要とする。
御によって一層改善される。例えば図1から図5までには例えば棒形のランプを
有する上方のランプバンク8と下方のランプバンク9とが示されている。有利に
は1つのランプフィールドのランプの軸線は平行に延設されている。図面におい
ては、平行に配置された棒形のランプは図平面内へ延び込んでいる。このような
ランプフィールドのランプとしては例えばハロゲンランプが使用される。図5に
おいては補償リング25の傾動軸は棒形ランプに対して平行に延びている。この
配置ではウェーハに対する補償リングの投影はその傾動軸の近くでは消えるよう
にわずかであるのに対し、この軸に対し直径方向で向き合ったウェーハ縁部では
最大である。ランプバンクの中央のランプの放射強度が外側のランプに対して適
当に弱められていることによって、ウェーハに亘る温度分布の均質性に必要であ
る放射プロフィールが与えられる。
ンクのランプ軸線に対して平行に延びる代りに、前記ランプ軸線に対して任意の
角度:有利には90゜を成して延びている。ウェーハ及び補助エレメントの保持
装置が回転可能に構成されていることによって、補償エレメントの傾動軸とラン
プ軸線との間の角度を当該プロセスの間にプロセス経過に関連して制御すること
が可能である。
に平行にも任意の角度で互いに交差させられて配置されていることもできる。
フィールドとの組合わせも考えられ得る。ピボットランプとは棒形ランプとは異
なって、フィラメント長さがランプガラス体の直径よりも長いランプを意味する
ものである。もちろん両方のランプフィールドをピボットランプだけで又はピボ
ットランプと棒形ランプとの組合わせだけで構成することもできる。このように
して特殊な要求に応じて個々の各ランプを制御することによって特殊な放射フィ
ールドを形成し、この放射フィールドでウェーハと機械的な補助エレメントとの
ランプバンクに対する瞬間的な相対的な空間的配置に関連してウェーハの温度の
均質性を最適化することができる。
が、傾動運動の他に該リングを任意の方向へ移動させることもできる。類似した
形式で補償リングの個々のセグメントを動かすこともできる。補償リングを動か
す代りにウェーハ自体を補償リングに対して相対的に動かすこともできる。
ングとホットライナとが、図4に示された実施例の場合のように設けられている
と、両方のエレメント、つまり補償リングと光変換板とを動かし、プロセス室の
内部の熱分布に影響を及ぼすことができる。個々の実施例の特徴は自由に他の実
施例の特徴と組合わせることが可能である。
示した図。
示した図。
面図。
温度経過に関連して示した線図。
壁、 7 室、 8 ランプ、 9 室、 10 ランプ、 11 光変換板、
12 光変換板、 13 スペーサ、 16 光変換板、 20 補償リング
、 25 補償リング
ば補償リング及び/又は光変換板は熱処理の間、ウェーハの平面に対して並列に
かつ不動に保たれるように設けられている。ただDE−A−19821007号
ではウェーハの取出し及び装入の間、半導体ウェーハに対するアプロ−チを許す
ために役立つ補償リングの運動が記載されている。 さらにUS−4981815号明細書によれば半導体ウェーハを迅速に熱処理
するための方法であって、半導体ウェーハがウェーハを加熱するために円弧ラン
プで電自適に放射される方法が公知である。円弧ランプから発する放射をほぼ垂
直にウェーハに反射するためには円弧状のレフレクタが設けられている。さらに
この場合にはパラボラ形の横断面を備えた、ウェーハを半径方向で取囲む不動の
リング状のレフレクタが設けられている。リング状のレフレクタとウェーハとの
間には制御可能な熱放射器が設けられている。この熱放射器の放射強度は、ウェ
ーハの中央域と縁域とにおけるウェーハ温度のピイロメータ測定に関連して調節
される。 同様にUS4891488号明細書には、プロセス室にて電磁放射で半導体ウ
ェーハを熱処理する方法と装置が開示されている。プロセス室の外側には電磁放
射をプロセス室内で変化させるために可動であるミラーが設けられている。
Claims (26)
- 【請求項1】 プロセス室における温度分布に影響を及ぼす少なくとも1つ
のエレメントを有するプロセス室においてサブストレート、特に半導体ウェーハ
を熱処理する方法において、熱処理の間に、サブストレート及び/又はプロセス
室に対する前記エレメントの空間的な配置を変化させることを特徴とする、サブ
ストレートを熱処理する方法。 - 【請求項2】 前記配置を変化させる相対運動を、熱処理の温度経過に関連
して制御する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記エレメントをサブストレート及び/又はプロセス室に対
して動かす、請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 前記エレメントを動かす運動が傾動、旋回及び/又は直線運
動である、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 前記エレメントが、該サブストレートに対して平行な平面に
てサブストレートを少なくとも部分的に取囲む補償エレメント、特に補償リング
である、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 前記エレメントが複数のセグメント、特にリングセグメント
から成り、該セグメントの少なくとも1つが動かされる、請求項1から5までの
いずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 各セグメントの運動が、少なくとも1つの別のセグメントの
配置に関連して制御される、請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 少なくとも2つのセグメントが同時に動かされる、請求項6
又は7記載の方法。 - 【請求項9】 前記セグメントがサブストレートに関して直径方向で対を成
して向き合い、セグメント対が同時に動かされる、請求項6から8までのいずれ
か1項記載の方法。 - 【請求項10】 前記エレメントが光変換板である、請求項1から9までの
いずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 サブストレート及び/又はプロセス室に対して相対的な少
なくとも2つのエレメントの空間的な配置を変化させる、請求項1から10まで
のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 少なくとも1つのエレメントとサブストレートとが動かさ
れる、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項13】 プロセス室における温度分布に影響を及ぼす少なくとも1
つのエレメントを有するプロセス室においてサブストレート、特に半導体ウェー
ハを熱処理する装置において、熱処理の間、サブストレート及び/又はプロセス
室(3)に対して相対的に前記エレメントの空間的な配置を変化させる装置を有
していることを特徴とする、サブストレートを熱処理する方法。 - 【請求項14】 前記配置が熱処理の温度経過に関連して制御可能である、
請求項13記載の装置。 - 【請求項15】 前記エレメント(12,16;20,25)がサブストレ
ート(2)及び/又はプロセス室(3)に対して相対的に運動可能である、請求
項13又は14記載の装置。 - 【請求項16】 前記運動が傾動、旋回及び/又は直線運動である、請求項
15記載の装置。 - 【請求項17】 前記エレメント(20;25)がサブストレートに対して
平行な平面にてサブストレートをほぼ取囲む補償エレメント、特に補償リングで
ある、請求項13から16までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項18】 前記補償リング(20;25)がサブストレート平面に対
し傾斜して配置されている、請求項17記載の装置。 - 【請求項19】 前記エレメント(25)が複数のセグメント(25a−d
)、特にリングセグメントから成りかつ前記セグメントの少なくとも1つが移動
可能である、請求項13から18までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項20】 各セグメント(25a−d)の運動が少なくとも1つの別
のセグメントの配置に関連して制御可能である、請求項19記載の装置。 - 【請求項21】 前記エレメント(12,16)が光変換板である、請求項
13から20までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項22】 少なくとも2つのエレメントの空間的な配置がサブストレ
ート及び/又はプロセス室(13)に対して相対的に変化可能である、請求項1
3から21までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項23】 少なくとも1つのエレメントとサブストレートとが運動可
能である、請求項13から22までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項24】 プロセス室における温度分布に影響を及ぼす少なくとも1
つのエレメントを有するプロセス室においてサブストレート、特に半導体ウェー
ハを熱処理する装置において、少なくとも1つのエレメントがサブストレート(
2)の平面に関して傾斜して配置されていることを特徴とする、サブストレート
を熱処理する装置。 - 【請求項25】 前記エレメントがサブストレートをほぼ取囲む補償エレメ
ント、特に補償リングである、請求項24記載の装置。 - 【請求項26】 前記エレメントが光変換板(12,16)である、請求項
24又は25記載の装置。
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