JP2005535129A - ホットプレートアニーリング - Google Patents
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Abstract
加熱可能な質量体の形態の安定熱源を含む処理室を有する急速熱処理装置。熱は、一連の加熱装置を利用して加熱可能な質量体に供給される。加熱可能な質量体の温度は、加熱可能な質量体に接触する又は緊密に接近して位置付けられる半導体ウエハの温度を設定する。温度勾配を少なくするために、加熱可能な質量体は、不透明石英又はこれと同等物のような絶縁材質の絶縁区画室内に含まれることができる。絶縁区画室の上面は、絶縁区画室内に配設される加熱可能な質量体上への半導体ウエハの位置付けを可能とするための入口部分を含むことができる。処理の際、ウエハは、さらに、短い持続時間にわたって、高強度放射エネルギーにさらされることができる。
Description
この発明は半導体処理に関し、特に、半導体基板の急速熱処理方法及び装置に関する。
製造工程の進歩、特に寸法の小型化する半導体デバイスの製造工程の進歩が、新規な処理製造技術を要求している。そのような処理技術の一つとして、処理工程の際の半導体デバイスの高温度への露出の時間を削減した急速熱処理工程（ＲＴＰ）が知られている。
半導体基板の急速熱処理では、半導体基板は正確な時間にわたって高温度環境にさらされる。ほとんどの急速熱処理装置は、コールドウォール炉内での半導体基板の加熱に、高強度ランプ（通常はタングステン／ハロゲンランプ又はアークランプ）を使用する。ランプは、熱質量が小さく、そのため非常に急速なパワーのアップダウンが容易であるため、エネルギー源として利用されている。この急速熱処理技術は、典型的には、ウエハの温度を急速に上昇させ且つ製造工程を目的達成に向けて実施するに適合する時間にわたりその温度を維持するに十分なパワーで半導体基板又はウエハを照射する過程を含み、高処理温度において他の方法では発生するであろう望ましくないドーパント濃度の問題を回避している。
しかし、残念ながら、従来のランプを基礎とした急速熱処理装置は、均一温度分布に関し、かなりの欠点を有している。ランプからのパワー出力の単純ないずれの変更も、ウエハを横切る温度分布に逆影響を与える。さらに、ほとんどのランプを基礎とした装置はフィラメントを備えたランプを使用するので、露出の際のフィラメント列による温度非均一がウエハに及ばないことを確保するため、ウエハは常に回転される必要がある。このウエハを回転するのに必要な作動部品は、装置のコストと複雑性を増大する。
均一な温度分布を維持する上で特に困難な他の領域は、ウエハの外側の縁である。ほとんどの従来型の急速熱処理装置は、この型の温度非分布を調節するための適当な手段を備えていない。結果として、高温度（例えば、約１０００℃）でウエハ中のすべり転位形成を生起する一時的な温度変動が発生する。
ランプ急速熱処理装置は、概略、均一処理の繰り返しを困難にする。多くの場合、温度非均一は、増加した表面積に影響されて基板の縁近くに現れる。温度非均一は、基板、特に基板の縁近くに結晶すべり線を生ずる。温度非均一は、また、非均一合金含量、粒径、及びドーパント濃度のような、非均一物性の形成を生起する。非均一物性は電気回路性能を劣化し、歩留まりを低下させる。
この発明は、加熱可能な質量体の形態の安定熱源を含む処理室を備えた処理装置を提供する。一続きの加熱エレメントのような熱源を使用して、加熱可能な質量体へ熱が供給される。加熱エレメントの使用によって生ずるプロセスの汚染を避けるため、各加熱エレメントは透明な石英製のチューブの中に収納することができる。各石英製のチューブは、加熱可能な質量体を所望の安定温度まで加熱するように作成可能である。加熱可能な質量体の温度が、この加熱可能な質量体に接触して又は緊密に接近して配置される半導体ウエハの温度を設定する。
温度勾配を小さくするため、加熱可能な質量体は、不透明な石英等のような絶縁材料製の絶縁区画室を形成する熱絶縁体で囲むことができる。絶縁区画室の上部には、絶縁区画室内に配設される加熱可能な質量体上への半導体ウエハの位置付けを可能とするための入口部分を有することができる。
処理室には、処理室へ又は処理室からウエハを挿入し且つ取り出すための開口が設けられる。必要ならば、開口をシールするためにゲート弁を使用することができる。ゲートは、ロボット搬送アームがウエハを供給側から処理室へと搬送するのを可能とするため開閉する。ゲートは、また、ロボット搬送アームが処理室から処理済みウエハを取り出すのを可能とするように開閉する。選択的には、処理室の上部に冷却手段を設けて、処理室の上端部分と加熱可能な質量体の間に温度差を設定することが可能である。
加熱可能な質量体は、処理室の底及び加熱可能な質量体を摺動可能に貫通するウエハ支持装置を含むことが出来る。ウエハ支持装置は、処理するためのウエハを受け入れて、そのウエハを加熱のため加熱可能な質量体の上又はその近くの位置まで移動するのに使用できる。処理後、ウエハ支持装置は、ウエハが処理室から取り出される前にその冷却が可能となるよう、ウエハを加熱可能な質量体から離すように移動できる。ウエハ支持装置は、加熱可能な質量体内に形成された導管又は孔を貫通する一組の持上げピンの形態をとることができる。
加熱可能な質量体は、加熱可能な質量体の作業面上のへこみ部分として形成されたウエハ受容部を有することができる。ウエハ受容部は、所望ならば、処理の際及びウエハの縁に沿ってウエハの直径を横切る温度非均一を維持することを助長する係合面を有するウエハの加熱可能な質量体への接触を可能とするように、ウエハの外側の寸法よりも僅かに大きな寸法である。
選択的には、ウエハは、さらに加熱工程中、短時間の間、また、「フラッシュ照射（ｆｌａｓｈ）」プロセスと言われる非常に高い強度の放射エネルギー源にさらされることも可能である。フラッシュ照射プロセスは、ウエハ基材のバルクの恒常温度を越えてウエハ表面の能動層の温度を上昇させるために使用可能である。すなわち、フラッシュ照射プロセスは、浅いジャンクション、特に浅いジャンクション、及びソースドレインアニールのような注入アニール適用に有益である。フラッシュ照射プロセスは、また、熱ドナー消去、再結晶化、及び不純物ドーピングのために有効に利用することが可能である。
この発明の一つの適用では、内部空所を形成する処理室を含む熱処理装置が提供される。内部空所内には、加熱可能な質量体を有する絶縁区画室が配設される。絶縁区画室は、また、加熱可能な質量体に接近して半導体ウエハが位置付けられるのを可能とするように設けられた入口部分を含む。この装置は、また、半導体ウエハを受け入れ、絶縁区画室内において半導体ウエハが加熱可能な質量体に接近する第１の位置と絶縁区画室外において半導体ウエハが加熱可能な質量体から離れる第２の位置の間から半導体ウエハを移動するように構成されたウエハ支持装置を有する。
この発明の他の適用では、協働して内部空所を形成する壁と窓及び絶縁材質を有する処理室を含む熱処理装置が提供される。内部空所内には、加熱可能な質量体を有する絶縁区画室が配設される。絶縁区画室は、さらに、それを通って半導体ウエハを受け入れるように構成され且つその上に設けられた入口部分を有する。ウエハ支持装置は、この装置に含まれ、半導体ウエハを受け入れるように構成され、処理室内の絶縁処理領域内において半導体ウエハが加熱可能な質量体に接近する第１の位置と絶縁区画室外において半導体ウエハが加熱可能な質量体から離れた第２の位置の間から半導体ウエハを移動するように構成されている。さらに、この装置は、放射エネルギーが内部空所に入射し半導体ウエハの表面を照射するのを可能とするように窓に接近して配設された放射エネルギー源を有する。
この発明のさらに別の適用では、内部空所を形成する処理室を設ける過程と、絶縁区画室内に配設された加熱可能な質量体に接近するように半導体ウエハを移動することにより半導体ウエハを加熱する過程と、半導体ウエハを処理室内で加熱可能な質量体から或る距離だけ離れて絶縁区画室外の位置へ移動することにより半導体ウエハを冷却する過程とを含む方法を提供する。この適用では、加熱する過程は、さらに、半導体ウエハを放射エネルギーで照射する過程を含むことができる。
この発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、添付図面に関連して以下に記述する好実施例の説明からより容易に明白となろう。
図１は、ガス放出、膜緻密化、スピン・オン誘電体アニール、ガラスリフロー、酸化、注入アニール、窒化、銅アニール、ケイ化、及び誘電体／金属フイルム成膜には限定しないが、これらを含む処理及びプロセスのような半導体ウエハ１０２の処理及びプロセスのための処理装置１００の実施例を示す。
一実施例において、処理装置１００は、処理室１０４とウエハ加熱アセンブリ１０６とウエハ支持アセンブリ１０８を有する急速熱処理装置１００である。処理室１０４内にウエハ１０２を位置付けるに、エンドエフエクタ（又はハンド）を備えたロボットアームのようなロボットウエハ挿入装置（図示しない）を使用することが可能である。ほとんどの実施例において、急速熱処理装置１００は、約１４００℃の最高温度まで、少なくとも２０℃／秒の率で熱を供給し、且つ、少なくとも２０℃／秒の率で冷却させることができる。
処理室１０４は、好ましくは、アルミニウム又は同等材質の金属製殻体とすることが可能であり、相互に組み合わされたときに内部空所１１２を形成する壁１３０とカバー１３４を有する。一実施例では、カバー１３４は、壁１３０に蝶番によって連結しても良いし、完全に取り外し可能とすることも出来る。いずれの実施例でも、内部空所１１２を外部環境からシールする機能を提供するためにＯリングのようなシール部材１３６を、壁１３０とカバー１３４の間に配置することが可能である。
一実施例では、カバー１３４は、外部的に又は内部的に配置された冷却手段１３８を有することができる。水冷却ジヤケットのような冷却手段１３８が、カバー１３４に比較的緊密に接近して位置付けられたウエハから熱を除去する受動的手段を提供する。冷却手段１３８は、また、カバーを通過する水又は冷却剤によるカバー１３４の冷却を可能とすることよってのように、熱を除去する能動的な手段を提供することができる。
処理室１０４は、処理前及び処理後のウエハ１０２の挿入及び取出しを可能とするように構成された開口１１０を有する。開口１１０は比較的小さな開口とすることができるが、厚さが約０．５乃至２ｍｍの間で直径が３００ｍｍ（約１２インチ）までのウエハ及びこの開口を通過するロボット挿入装置に適合するに十分に広い幅を備える。開口１１０が、処理室１０４により形成された内部空所１１２への入口を提供する。好実施例において、急速熱処理装置１００の寸法を小さく維持するべく処理室１０４の容積を小さく維持し、この結果、急速熱処理装置１００を、占有クリーンルーム床面積のより少ないコンパクトなものにすることができる。
ゲート１４０は、開口１１０を閉鎖して処理室１０４の内部空所１１２を遮蔽するように構成できる。ゲート１４０は、ロボットアーム及びエンドエフエクタの通過を許すように移動可能なドアを有することができる。ゲート１４０のドアの開閉のため電気回路が設けられ、ロボットアーム及びエンドエフエクタが、ウエハを、後に詳述する複数個の作動可能な支持ピンへ及びから配布及び回収するのを可能とする。
処理室１０４は、また処理室１０４内の空気を抜くために使用されるポンプ（図示しない）及び処理上必要とされるように処理室内へプロセスガス又は反応体ガスの流入を可能とするガス入口（図示しない）に連結されることができる。
内部空所１１２内には、ウエハ加熱アセンブリ１０６が配置される。ウエハ加熱アセンブリ１０６は、ウエハ１０２に比べてより大きな熱質量（ｔｈｅｒｍａｌ ｍａｓｓ）を有する加熱可能な熱質量体又は加熱プレート１１４、絶縁区画室１１６、及び加熱装置１１８を有する。
一実施例において、加熱プレート１１４は、予想処理温度にて処理室１０４内のいずれかの周囲ガス又はウエハ１０２とは反応しない又は実質的意味のない反応しかしない、炭化ケイ素、石英、インコネル（ｉｎｃｏｎｅｌ）又はその他の材料のような、高熱質量材質製のブロックである。加熱プレート１１４は、均一な加熱を可能とするようにウエハ１０２の予想された直径よりも１０％乃至５０％の間の範囲でより大きく製作することができる。
一実施例において、加熱プレート１１４は、後に詳述するように、作動可能な持上げピンが横断して貫通することが可能な孔又は導管１２０を有する。一実施例においては、３つの別個の作動可能な持上げピンの保持のために３つの孔１２０が使用される。
一実施例において、加熱プレート１１４の上面又は作業面１２２は、ウエハ受容部１２４内にウエハ１０２を受け入れるように構成される。この実施例では、ウエハ受容部１２４は、加熱プレート１１４のへこみ部分であって、予想されるウエハ１０２の厚さよりも僅かに大きな深さで且つ予想されるウエハ１０２の直径よりも僅かに大きな直径を備えたへこみ部分として形成される。へこみ部分は、ウエハ１０２の縁よりも高く延びる隆起縁部分を提供し、ウエハの縁の均一な加熱を可能とする。ウエハ１０２は、受容部１２４内に配置されたスタンドオフ部１２１上に載置することができる。結局、受容部１２４の深さは、スタンドオフ部１２１の高さとウエハ１０２の厚さの合計よりも大きく作成可能である。
加熱プレート１１４は、加熱プレート１１４から周囲処理室壁１３０への熱損失を防ぐために絶縁材によって取囲まれる。図２に示されるように、絶縁材は、概略、加熱プレート１１４周囲の絶縁周辺境界を形成する絶縁区画室１１６として形成される。絶縁区画室１１６は、概略、加熱プレート１１４を取囲み、ウエハ受容部１２４の直上には絶縁区画室１１６の上面１１７を介して形成された入口部分２０２を備える。入口部分２０２は、予想されるウエハ受容部１２４の直径よりも僅かに大きな直径を有することが可能である。絶縁区画室１１６は、不透明な石英及びその同等物のような、適当ないずれかの絶縁材料で作成することができる。
図２に示されるように、絶縁区画室１１６の区画領域内には、加熱プレート１１４に接近して、加熱アセンブリ１１８が配置される。一実施例では、加熱アセンブリ１１８は、温度制御手段１２６に接続する熱源２０４を有する（図１）。一実施例では、熱源２０４は、少なくとも、加熱プレート１１４から離れる又は加熱プレート１１４に接触する又は加熱プレート１１４内に埋設されての作成が可能な、１つから複数個の抵抗加熱エレメント２０６又は他の伝導／放射加熱装置２０６とすることができる。抵抗加熱エレメント２０６は、ＳｉＣ、ＳｉＣ被覆グラファイト、グラファイト、ＡｌＣｒ、ＡｌＮｉ、その他の合金のような、改善温度応答性と高温度安定性に寄与する高質量材料から作成した適当な抵抗加熱可能なワイヤのような、いずれかの高温度率材によって作成することができる。適当な抵抗加熱エレメントの一つの種類は、コネチカット州スタンフォードのＯｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｃ．から入手可能である。
図２に示されるように、一実施例においては、各抵抗加熱エレメント２０６は、透明な石英製のチューブ２０８内に又は透明な石英製のチューブ２０８に取り囲まれて配設することができる。石英製のチューブ２０８は、いずれかの適当な寸法、例えば、内側の直径が約４ｍｍと８ｍｍの間で、外側の直径が約８ｍｍと１２ｍｍの間の寸法で作成した筒形形状のチューブとすることができる。石英製のチューブ２０８は、処理工程の際に発生する可能性のある金属汚染及び酸化からの保護を提供する。例えば、処理室１０４内に導入される石英製のチューブ２０８を使用した場合では、プロセスは、そうでない場合には各加熱エレメント２０６から及び室処理環境内への無秩序な焼きつきとなるであろう汚染粒子への露出を気にせずに実施可能である。付け加えるに、酸素を典型的に使用するプロセスを、加熱エレメント２０６酸化のおそれなしに処理室１０４内にて実施することができる。
適用に応じた可変温度を提供するため加熱プレート１１４の温度は熱源２０４の制御によって制御されることができる。制御手段１２６は、抵抗加熱エレメントの温度を調節するのに典型的に使用するような慣用の温度制御装置とすることができる。処理室１０４外に伸びる電気リード１２８（図１）が、電源（図示しない）と制御手段１２６の間に設けられることができる。制御手段１２６は、所望の加熱を提供するために加熱エレメント２０６に適当な電流を供給する。電源は、約１００ボルトと約５００ボルトの間の直流電圧とすることができる。
一実施例において、低温度及び高温度の両適用において、加熱プレート１１４の温度は、約５０℃と約１５００℃の間で、好ましくは、約１００℃と約１２００℃の間で変更されることができる。しかし、加熱プレート１１４が、一旦、所望の温度まで加熱されたときには、加熱プレート１１４の温度は一様且つ一定に維持されることができる。
図１を再度参照するに、ウエハ支持アセンブリ１０８は、好ましくは３つの作動可能なウエハ支持ピンである複数個の作動可能なウエハ支持ピン１４２とウエハ昇降手段１４４とを有する。一実施例において、ウエハ昇降手段１４４は、支持ベース１４６とドライバ１４８を有することができ、予め決められた速度で加熱プレート１１４から離れる又は加熱プレート１１４に接近するようにウエハ１０２を上昇及び降下するように使用されることができる。
既述のように、孔１２０の構造は、加熱プレート１１４と加熱アセンブリ１１８を貫通して配設される。ウエハ支持ピン１４２は摺動状にシールされた様式で各孔１２０を貫通して伸びる。ウエハ支持ピン１４２は昇降装置１４４の支持ベース１４６に連結する。ドライバ１４８は所望のようにウエハ支持ピン１４２を移動するため支持ベース１４６の矢印１５０方向での上下動を生起する。ドライバ１４８は、動力駆動されるリードスクリュウ、流体圧又は空気圧持上げ装置又は他の持上げ装置のような、いずれかの直線駆動装置を含むことができる。
一実施例において、昇降手段１４４は、所望の速度率で、ウエハ１０２を、加熱プレート１４４から或る距離ｈだけ移動させることができる。例えば、距離ｈは、０．０５ｍｍと１００ｍｍの間からの範囲とすることができる。移動は、約１ｍｍ／秒と１０ｍｍ／秒の間、例えば５ｍｍ／秒の速度で生ずることができる。実際の距離ｈと加熱プレート１１４上にウエハ１０２が持上げられる速度率は、予め決められたウエハ冷却の率を提供するためにカスタマイズされることができる。
図３Ａ乃至３Ｆは、急速熱処理装置１００の作動モードの図解を提供する。ロボットアーム及びエンドエフエクタ（図示しない）は、ウエハ１０２を内部空所１１２（図３Ａ）に搬送し、ウエハ１０２をウエハ支持ピン１４２（図３Ｂ）上に載置する。処理のためウエハ１０２を加熱プレート１１４（図３Ｃ及び３Ｄ）上におろすことを目的として昇降装置１４８がウエハ支持ピン１４２を移動する。適用に応じて、加熱プレート１１４上へのウエハ１０２の降下は、ウエハ１０２の加熱プレート１１４への接触を可能とすることを含んでも良いし、そうでない場合には、スタンドオフ部１２１を利用して、又は、ウエハ支持ピン１４２の一部が孔１２０の外に留まるのを可能にすることにより、ウエハ１０２を加熱プレート１１４の僅か上に保持することもできる。例えば、ウエハ１０２は、スタンドオフ部１２１上に、約０．０５ｍｍと５ｍｍの間の距離だけ加熱プレート１１４から離して位置付け又は保持することができる。
ウエハ１０２の処理終了後又は所望のいずれかの時に、昇降手段１４８を用いてウエハ１０２は加熱プレート１１４（図３Ｅ）から持上げて離される。この発明を限定する趣旨ではないが、一例として、１０℃／秒よりも大きな所望の冷却率を可能とするため、ウエハ１０２は、加熱プレート１１４上にて、２ｍｍ乃至１００ｍｍの距離を１ｍｍ／秒乃至１０００ｍｍ／秒の速度率にて移動させられることが可能である。一実施例において、カバー１３４は、冷却率をより一層増加する約−２０℃と約３００℃の間の温度を有するように作成することができる。
一旦、処理温度よりも低い、約５０℃乃至約２００℃の臨界温度よりも下の温度にウエハ１０２の温度が均一に降下したならば、ウエハ１０２は処理室１０４（図３Ｆ）から取り出されることができる。
図４は、図３Ａ乃至３Ｆに記述したプロセス中の数個の時点４０２乃至４１２でのウエハ温度特性を表したグラフである。示されるように、ウエハ１０２が処理室１０４内に移動してウエハ支持ピン１４２（図３Ａ及び３Ｂ）上に載置されるのに伴ってウエハ温度は上昇する（４０２，４０４）。加熱プレート１１４（図３Ｃ）の非常に近くまでウエハ１０２を接近させるようにウエハ支持ピン１４２が降下するのに伴いウエハ温度は上昇を続ける。一旦、ウエハ１０２が加熱プレート１１４の上又は近くに位置付けられると、処理温度（図３Ｄ）で温度が安定する（４０８）。例えば、約５秒乃至約６００秒の間の所望のいずれかの時間にわたって処理の継続が可能である。一旦、処理が終了したならば、ウエハ支持ピン１４２は持ち上げられウエハ１０２を加熱プレート１１４（図３Ｅ）から離れるように移動する。ウエハ１０２の温度は、臨界温度より下の温度への降下（４１０，４１２）を開始する。その後、ウエハ１０２は、処理室（図３Ｆ）から取り出されることができる。
図５は、半導体ウエハ１０２の処理用の急速熱処理装置５００の実施例を示す。処理室５０２は、下記に記載の例外的事項を除き、処理室１０４に関し上述した構成部品と同一で事実上同一の機能を提供する構成部品を有する。
この実施例では、処理室５０２は、ウエハ１０２の全直径を外部放射エネルギー源にさらす寸法に作成された窓５０４を有する。窓５０４は、放射エネルギーの処理室５０２内への入射とウエハ１０２上への照射を可能とする。窓５０４は、好ましくは透明な石英である、放射エネルギーの伝達を可能とするいずれかの材質製とすることができる。いくつかの実施例では、窓５０４は、約１ｍｍと約５ｍｍの間の厚さ及び少なくともウエハ１０２と同等の又はウエハ１０２より大きな直径を有することができる。一実施例において、窓５０４は、処理室５０２の壁５２０に蝶番で連結するか、そうでない場合には、完全に取り外し可能とすることができる。いずれの実施例においても、内部空所１１２を外部環境からシールする機能を提供するため、Ｏリングのようなシール材５２２を壁５２０と窓５０４の間の境界に配置することができる。
図５に示されるように、処理室５０２は、反射器アセンブリ５０６の近くに配置されることができる。反射器アセンブリ５０６は、反射器５０８と放射エネルギー源５１０を有することができる。
反射器５０８は、ウエハ１０２に対し作動的配置にある。一実施例において、反射器５０８は、或る波長に対しては強度に反射性であるものの他の波長に対しては吸収性又は非反射性の内側面５１４を有する。一実施例において、内側面５１４は、これらの反射性／吸収性特性を有する材料で被覆されることも可能である。例えば、内側面５１４は金又は銀で被覆することができ、ここで銀は、さらに、ＳｉＮ又はいずれかの透明コーティングのような、銀の酸化を防ぐ保護コーティングで被覆される。このコーティングは、９００ｎｍより小さい波長を効果的に反射し、約９００ｎｍと約２００ｎｍの間の平均波長を生ずる。他の実施例では、内側面５１４は、紫外線（ＵＶ）、赤外線（ＩＲ）、及び可視波長の全てのスペクトルにわたって高反射性である。
反射器５０８は、いずれかの適当な幾何学形状に形成されることができる。例えば、反射器５０８は、平坦形状、球形状、楕円形状、又は放物線形状にされることができる。放射エネルギー源５１０は、ウエハ１０２に向けられる反射器５０８の中央又は焦点に集中させられることができる。反射器５０６の放射エネルギー源５１０から射出して内側面５１４から反射する放射はウエハ１０２上に照射してウエハ１０２の表面を横切る均一な温度分布を提供する。
一実施例において、放射エネルギー源５１０は、ランプ加熱操作において慣用的に使用される型式の高強度ランプとされることができる。この実施例においては、放射エネルギー源５１０は、キセノン・アークランプのようなフィラメントの無いランプである（以下「ランプ５１０」という）。ランプ５１０は、例えば、少なくともウエハ１０２の直径と同等の長さを有するチューブ形状のランプである、いずれかの適当形状のランプとされることができる。選択的には、ランプ５１０は、フローチューブ５１２によって取囲まれることができる。フローチューブ５１２は、例えば、非イオン化水のような冷却流体を収納できる。冷却流体は、作動の際、ランプ５１０を過熱から守るのに使用される。例えば、冷却流体は、ランプ５１０の温度を１００℃より低く維持して、ランプ５１０のいずれの石英部品も溶解しないように維持することができる。他の実施例では、冷却流体は、非伝導性型（ｄｉｅ）と組合わすことができる。非伝導性型は、ランプ５１０からフローチューブ５１２を通る射出から或る波長のみを維持するフィルターとして機能することができる。
ランプ５１０にさらすことの結果として加熱されるウエハ１０２の表面の温度は、ランプ５１０に供給される電力とウエハ表面への放射エネルギーの照射が許された時間の長さとの間の関係の関数である。一実施例においては、ウエハ表面５０３（又は能動層５０３）の温度は、約５００℃乃至約１４００℃の間からの範囲で上昇させられることができる。これらの温度を達成するために、ウエハ１０２は、ランプ５１０の「フラッシュ照射（ｆｌａｓｈ）」にさらされることができる。このフラッシュ照射とは、ランプ５１０が突然に又は事実上瞬間的に、例えば約１ナノ秒と約１０秒の間の持続時間にわたって、約０．５Ｊ／ｃｍ２と約１００Ｊ／ｃｍ２の間の電力レベルで放射エネルギーを放出することを指示する。フラッシュ照射技術を用いたタイプ反応システムは、２００１年７月２０日付け出願の米国特許出願第０９／９１０，２９８号、現米国特許第 号に記載されており、全ての項目についてこの説明に組み入れられる。
図６Ａ乃至６Ｇは、この発明による処理室５０２の作動実施例の単純化した図解である。ロボットアームとエンドエフエクタ（図示しない）が、ウエハ１０２を内部空所１１２（図６Ａ）へと搬送し、ウエハ１０２をウエハ支持ピン１４２（図６Ｂ）上に載置する。昇降手段１４８が、ウエハ支持ピン１４２を移動して、処理のためウエハ１０２を加熱プレート１１４（図６Ｃ及び６Ｄ）上へと又はその近くへと降下する。
図６Ｅに示されるように、反射器アセンブリ５０６のランプ５１０は、ウエハ表面５０３の温度をさらに上昇させるためにフラッシュ照射するように作成される。この実施例においては、フラッシュ照射の際、ウエハ表面５０３の温度を約１０℃と約１０００℃の間から上昇させるため、フラッシュ照射の持続時間は、約１０ｍｓｅｃと約１０００ｍｓｅｃの間とされることができる。
ウエハ１０２の処理終了後又は所望の時点で、ウエハ１０２は、昇降手段１４８を用いて持ち上げられ加熱プレート１１４（図６Ｆ）から離される。
一旦、ウエハ１０２の温度が、バルクウエハ基体の恒常温度よりも低い５０℃乃至２００℃の臨界温度より下の温度に均一に降下されたならば、ウエハ１０２は処理室５０２（図６Ｇ）から取り出されることができる。
図７は、図６Ａ乃至６Ｇに記載されたプロセスの際の数個の時点７０２乃至７１４でのウエハ温度特性を表すグラフである。示されるように、ウエハ温度は、ウエハ１０２が処理室５０４内に移動されウエハ支持ピン１４２（図６Ａ及び６Ｂ）上に載置されるのに伴って上昇する（７０２，７０４）。ウエハ支持ピン１４２が降下されてウエハ１０２が加熱プレート１１４に緊密に接近するのに伴いウエハ温度は上昇を続ける（７０６）。一旦、ウエハ１０２が、加熱プレート１１４上又はその近くに位置付けられると、第１処理温度（図６Ｄ）において温度は安定化し又は恒常温度（７０８）に到達する。処理は、例えば、約５秒乃至約６００秒の間である、いずれかの所望時間にわたって継続することができる。処理の際、ウエハ１０２は、反射器アセンブリ５０６（図６Ｅ）を使用し窓５０４を介してフラッシュ照射されることができる。例えば、１０ｍｓｅｃと１０００ｍｓｅｃの間である持続時間にわたるウエハ１０２のフラッシュ照射が、ウエハ表面５０３の温度を、第２処理温度（７１０）まで上昇させる。
一旦、処理が終了したならば、ウエハ支持ピン１４２は持ち上げられウエハ１０２を加熱プレート１１４（図６Ｆ）から離すように移動する。ウエハ１０２の温度は臨界温度より下の温度に降下する（７１２）。そこで、ウエハ（図６Ｇ）の冷却が継続する（７１４）処理室５０２からウエハ１０２は取り出されることができる。
この発明の実施例を上述のとおり説明したが、当業者はこの発明の範囲を逸脱することなく形態及び詳細を変更することが可能なことを理解されるであろう。すなわち、この発明は請求の範囲のみにより限定される。
Claims (20)
- 内部空所を形成する処理室と、
前記内部空所内に配設された加熱可能な質量体を含む絶縁区画室と、
半導体ウエハを受け入れ、且つ前記絶縁区画室内において該半導体ウエハが前記加熱可能な質量体に接近する第１の位置と前記絶縁区画室外において該半導体ウエハが前記加熱可能な質量体から離れる第２の位置の間から該半導体ウエハを移動するように構成されたウエハ支持装置とより成ることを特徴とする半導体処理装置。 - 前記処理室はカバーを有し、前記カバーは能動的に冷却され、前記第２の位置では、前記半導体ウエハは、前記能動的に冷却されるカバーから約１ｍｍと約１００ｍｍの間の距離だけ離れて位置付けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記処理室はカバーを有し、前記カバーは透明な石英製の窓を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記加熱可能な質量体は、前記絶縁区画室内に配置された複数個の加熱エレメントを使用して加熱されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記複数個の加熱エレメントは各々石英製のチューブの中に封入されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
- 前記ウエハ支持装置は、少なくとも３つのウエハ支持ピンを有し、該ウエハ支持ピンは前記加熱可能な質量体を通って摺動可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記絶縁区画室は不透明な石英製の壁を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ウエハ支持装置は、前記半導体ウエハを、前記絶縁区画室内において前記半導体ウエハが前記加熱可能な質量体から約０．０５ｍｍと約１００ｍｍの間の距離にある前記第１の位置と前記絶縁区画室外において前記半導体ウエハが前記加熱可能な質量体から約０．１ｍｍと１００ｍｍの間の距離にある前記第２の位置の間から移動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 内部空所を形成する壁と窓を含む処理室と、
前記内部空所内に配設された加熱可能な質量体を含む絶縁区画室と、
半導体ウエハを受け入れ、且つ前記絶縁区画室内において該半導体ウエハが前記加熱可能な質量体に接近する第１の位置と前記絶縁区画室外において該半導体ウエハが前記加熱可能な質量体から離れる第２の位置の間から該半導体ウエハを移動するように構成されたウエハ支持装置と、
放射エネルギー源であって、放射エネルギーが前記内部空所に入射して前記半導体ウエハの表面へ照射することが可能となるよう前記窓に接近して配設された該放射エネルギー源とより成ることを特徴とするウエハ処理装置。 - 前記窓が透明な石英製の窓より成ることを特徴とする請求項９に記載の装置。
- 前記加熱可能な質量体は、前絶縁区画室内に配置された複数個の加熱エレメントを使用して加熱されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
- 前記複数個の加熱エレメントは各々石英製のチューブの中に封入されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
- 前記ウエハ支持装置は、少なくとも３つのウエハ支持ピンを有し、該ウエハ支持ピンは前記加熱可能な質量体を通って摺動可能であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
- 前記絶縁区画室の壁は不透明な石英製の壁より成ることを特徴とする請求項９に記載の装置。
- 前記ウエハ支持装置は、前記半導体ウエハを、前記絶縁区画室内において前記半導体ウエハが前記加熱可能な質量体から約０．０５ｍｍと約１００ｍｍの間の距離にある前記第１の位置と前記絶縁区画室外において前記半導体ウエハが前記加熱可能な質量体から約０．０５ｍｍと１００ｍｍの間の距離にある前記第２の位置の間から移動することを特徴とする請求項９に記載の装置。
- 前記放射エネルギー源は、前記半導体ウエハの温度を事実上瞬間的に上昇させるフラッシュ照射されるように構成可能であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
- 内部空所を形成する処理室を設ける過程と、
絶縁区画室内に配設された加熱可能な質量体の近くに半導体ウエハを移動させることによって半導体ウエハを加熱する過程と、
前記処理室内において前記半導体ウエハを前記加熱可能な質量体から或る距離だけ前記絶縁区画室外の或る位置へと移動させることによって前記半導体ウエハを冷却する過程とより成ることを特徴とするウエハ処理方法。 - 前記半導体ウエハを加熱する過程が、さらに前記半導体ウエハを放射エネルギーで照射する過程より成ることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記放射エネルギーを照射する過程は、前記半導体ウエハを高強度光エネルギーでフラッシュ照射する過程より成ることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
- 前記半導体ウエハを冷却する過程が、さらに前記半導体ウエハを、前記加熱可能な質量体から前記の距離だけ、前記処理室内において前記処理室の能動的に冷却されたカバーに接近する前記絶縁区画室外の前記位置まで移動させる過程より成ることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
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