JP4936625B2 - 基板処理のための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明はウェーハのような基板の熱処理のための方法に関する。熱処理装置内にウェーハの導入部を含み、その中で熱処理装置はウェーハの導入位置に対して平行で、基本的に平坦な２部分を含み、その間にウェーハを受入れ、その中で、第一の部分が加熱されて、第一の高い温度になり、ウェーハの両側のそれぞれに熱処理を実行するためのガス流が供給される。
【０００２】
そのような方法は、ASM InternationalのWO 98/01890により公知である。そのような熱処理装置（フローティング・ウェーハ・リアクター）内にウェーハを導入するとき、ウェーハとリアクターの部分の間に強い熱結合を行えるので、特に迅速な加熱が可能なように見える。種々のプロセスにとって、加熱が迅速に行われて、制御されない方法で特定反応が続く遷移期間をできるだけ短く保つことが重要である。
【０００３】
そうではあるが、高い温度で行われる反応の終わりに問題を生じる。実際に、制御された形でウェーハを冷却することは特に困難なことが示されている。これらをリアクターから取り出して、空気中で冷却することは明らかに可能である。そのような冷却は妥当に迅速であるけれども、ウェーハの中央部より外端の方が迅速に冷却するので、ウェーハ内に張力を生じる可能性があることが示されている。この問題を避けるために、ウェーハ周辺にかなりの熱容量を持つリングを配置することが提案されている。この方法で、均等な冷却は実現するが、急速な温度低下は達成できない。それゆえ、一定の処理時間後に、制御された方法で、種々の熱的／化学的処理の間に反応を停止できることを保証できない。
【０００４】
この不便を避けること、および、迅速に冷却でき、かつ同様に、加熱でき、制御された方法でその勾配を管理可能にする正確なコントローラーを提供することが本発明の目標である。
【０００５】
この目標は、上記の方法の中で、上記処理中に冷却手段の助けを受けて第二の部分が冷却され、７０℃より低い温度になり、かつ、処理中に、ウェーハとこれらの部分の少なくとも一方の間の熱伝導が、一定時間、ウェーハが第一の高い温度に比較的近い温度になり、つぎに第二の低い温度に比較的近い温度になるように制御することで達成される。
【０００６】
フローティング・ウェーハ・リアクターで、および、ウェーハがガスによる熱伝導により加熱される他の構造でも、リアクターの部分をウェーハ表面から非常に小さな距離にでき、それにより、リアクターの部分とウェーハの間に強い熱結合を生じるので、特に迅速な加熱が可能である。好ましくは、この距離は１ｍｍ未満であり、特に０．１ｍｍ未満にできる。リアクターの部分の熱容量はウェーハの熱容量より数倍大きいので、結果として、リアクターの両部分が同温度であるとき、ウェーハは特に迅速にリアクターの部分の温度になる。その一方で、リアクターの部分の温度は顕著な変化を生じない。このためには、供給されたガス流量が重要である。ガスがウェーハの両側を流れる場合、ガス(複数)が異なる熱伝導を有していて、ウェーハがガスが流れている２部分の間の中央にあるとき、ウェーハは伝導性の良いガスが流れているリアクターの部分に熱的に強く熱結合する。フローティング・ウェーハ・リアクターでは、両側の温度を違えることは比較的容易である。そこで、ウェーハがリアクター両側の温度の中間温度になる。フローティング・ウェーハ・リアクターでは、ガスは通常処理チャンバーを結合している向かい合った部分の中のチェンネルを通過する。周囲の材料の熱容量により、実際には、特定部分から流れるガスの温度を制御された方法で迅速に変化させることは容易ではない。しかしながら、容易な方法で、ガス自体を変化させることは可能である。即ち、最初の状況で、伝導性の良いガスを片側に低温で使用され、反対側には高い温度で伝導性が低いガスを使用する場合、基板は低い温度に比較的近い安定温度になる。リアクター両側の温度を同じに維持し、ガスを交換する、即ち、伝導性の低いガスが低温のリアクターの部分を経由して、処理領域に送られ、そして、伝導性の良いガスが高い温度のリアクターの部分を経由して処理領域に送られる場合、ウェーハが特に迅速に加熱される。最初の状況と違うのはガスのタイプを交換しただけである。これと同じであるが、反対方向の処理が、特にウェーハを迅速に冷却するために、その高い温度からスタートして使用できる。
【０００７】
本発明を用いて、特に急激な温度勾配を実現できることが見いだされている。さらに、高い温度の多様な処理がこの方法に適していることも理解されている。この使用温度は処理によるが、一般に４００℃未満である。希望の要件に適合する全てのガスをこのために使用できる。窒素の熱伝導度はヘリウムの熱伝導度より本質的に低いことは良く知られているので、これら２種類の不活性ガスを組み合わせることにより、迅速な加熱と、その後の迅速な冷却を行える。
【０００８】
明らかに、ある種の方法で、化学反応を生じ、または、影響を生じるガスを使用できる。リアクターの両側から来るガス流によりウェーハを浮遊状態に維持している本発明の実施例では、上記の方法の代わりに、または、それと組み合わせて、ガス流サイズを制御することにより、フローティング・ウェーハ・リアクターの両部分までのウェーハの距離を変えることも可能である。ウェーハは片側に非常に近く、反対側からの距離が遠い場合、この配置の影響は伝導度が多少良いガスを使用することと対比できることは理解されよう。
【０００９】
伝導度または他の熱容量の違いにより、ウェーハの温度は、離れた両部分の温度間のどこかの温度になる。
【００１０】
上記の方法は、考えられる全ての処理に対して実施できる。例として、銅の焼鈍が用いられる。例えば、銅の低抵抗を実現するために、２５０℃の温度で堆積した後で、銅の層を焼鈍する。ここでは、１−９０秒の範囲の焼鈍時間が通常である。処理時間が短いことを考えると、十分な生産能力を達成するのに、ウェーハの強制冷却が必要である。銅の酸化を許容限界内に保つ意図で、ウェーハ温度が１００℃以上のとき、ウェーハを不活性雰囲気内に保つことが重要である。この理由で、別個の冷却ステーションを用いるとき、焼鈍ステーションから冷却ステーションへのウェーハの輸送は不活性雰囲気内で実施すべきである。本発明に基づく方法では、加熱と冷却が同じリアクター・チャンバー内で行われ、チャンバー間のウェーハ輸送が必要ないので、装置の単純化と縮小を有意に行える。他の例として、２００℃から約４００℃の温度で低κの誘電材料を焼鈍することも行える。
【００１１】
さらに、本発明は、お互いに向かい合って、ウェーハと平行する２個の基本的に平坦な部分から成っていて、その間にウェーハを受入れ、その中で第一の部分には加熱手段が設けられて、この第一の部分が第一の高い温度になり、上記部分のそれぞれに、両部分の間の領域に開いているガス供給チャンネルが設けられ、第二の部分には冷却手段が設けられ、この第二の部分が第二の低い温度に維持され、この温度が７０℃より低いことを特徴とする熱処理装置に関する。
【００１２】
本発明を略図で示した実施例を参照して、さらに示している。
【００１３】
フローティング・ウェーハ・リアクターのいくつかの部分が図１に非常に簡略化して示されている。お互いに向かい合った部分が１および２により示されている。いくつかのチャンネル３がその部分のそれぞれに伸びていて、中央集合点ないしキャビネット４に接続されている。これは、これ以上示していない方法で少なくとも２種のガス源に接続されていて、関連するガスの制御が締切り弁（図示せず）により行われる。
【００１４】
フローティング・ウェーハ・リアクターの下側部分２にはウェーハ６のための支持機構５が設けられていて、ウェーハ６は、リングのような運搬機構７の助けを受けて、２部分１および２がお互いにある距離にあるとき、支持機構５の上に置かれる。そこで、図１ｂに示すようにガス流をスタートさせることにより、これらの部分をお互いに接近させる。次ぎに、図１ｂから１ｄまでに示すように、熱処理が行われる。この熱処理の後で、２部分１および２が再びお互いから離される。そして、処理されたウェーハが支持機構５により再度支持され、次ぎに図１ｅから１ｆまでに示すように、運搬機構７により取り出される。
【００１５】
図１aに示すようにウェーハを取入れたときに、例えば、リアクターの上側部分１を２８５℃の温度にする。部分１のチャンネル３を通るガス流は相対的に伝導度が低い窒素から成る。さらに、２０℃の温度で、ある量の窒素も下側から送られる。これは下側部分２の温度になる。ウェーハ自体は室温である。リアクターの高温部分からリアクターの低温部分に輸送される熱を除去するために、リアクターの低温部分には冷却手段が設けられている。これらの手段は、チャンネル、これらのチャンネルを通過する冷却水のような冷却媒体、この冷却媒体の供給部および排出部から構成できる。
【００１６】
本発明の好ましい実施例では、リアクターの部分にはその部分の温度を基本的に一定値に保つ手段も設けられている。リアクターの低温部分の温度は２０℃にできる。しかし、ウェーハの十分な冷却を依然として行える最高７０℃までのいくぶん低いまたは高い温度にすることもできる。代わりの実施例では、リアクターの低温部分には、リアクターの低温部分の温度を室温より有意に低い、例えば、−２０℃にするペルチェ冷却要素も設けることができる。
【００１７】
部分１および２をお互いに近づけた後で、下側部分を流れる窒素ガスをヘリウムガス流に切り換える。ヘリウムの熱伝導は窒素よりもかなり良好である。この状態で、ウェーハは上からは相対的に高い温度で、伝導度が低い窒素ガスにより、下側からは低い温度で、相対的に伝導度が高いヘリウムにより囲まれている。結果として、ウェーハの温度は約７０℃になる。
【００１８】
図１ｃに示す処理状態では、ガスの状態を逆にする。即ち、伝導度が高いヘリウムを上側に供給し、その一方で、伝導度が低い窒素を下側から供給する。結果として、温度は約２５０℃に非常に迅速に上昇して、熱処理を行える。
【００１９】
一定時間のこの熱処理の後で、ガス流を再び逆にすることにより、即ち高温で伝導度が低い窒素ガスを上側から、また、低温で伝導度が高いヘリウムガスを下側から供給することにより、非常に迅速な冷却を達成できる。温度は７０℃まで特に迅速に低下し、その後は、ウェーハを通常の方法で取出せる。
【００２０】
温度曲線を図３に示す。ウェーハの導入中に、室温から約７０℃への温度上昇が徐々に生じる。ガス流を逆転することにより、約７０℃から２５０℃への上昇が特に迅速に行われる。約４５秒の後で、この後の迅速な冷却が行われる。
【００２１】
図２にこの方法の代替例が示されている。この実施例で、窒素のような一種類のガスのみを使用できる。リアクターの２部分から異なる量のガスを流すことにより、ウェーハは最小流量のガスが流れる側に近づく。この方法で、図２に略図で示すように、高いまたは低い温度を達成できる。図２ａおよびｃの状況で、リアクターの下側低温部分からのガス流が全面的に遮断でき、それにより、ウェーハはリアクターのこの部分と機械的に接触をする。
【００２２】
明らかに、この距離の変化は上記のガス切替方法と組合わせて使用できる。
【００２３】
上記の発明は好ましい実施例を参照して示されているけれども、それに多くの変更を行えることは理解されよう。種々のガス、ガスの混合体および（または）ここに示したより数倍高いまたは数倍低い温度を使用できる。さらに、ガスは処理反応に参加でき、または、そのような処理の促進または抑制を行える。そのような全ての変更は上記説明を読んだ後で、また、添付した請求項の範囲内で、当該分野の技術者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一の方法に基づき、ウェーハに付けた銅層の焼鈍を略図的に示している。
【図２】 第二の方法に基づく処理を略図的に示している。
【図３】 図１に基づく構成で、温度の経過を時間の関数として示す。

Claims (9)

1. ウェーハのような基板の熱処理のために、熱処理装置内への基板の導入を含み、その熱処理装置がウェーハの導入位置に平行で実質的に平坦な２部分を含み、その間にウェーハを受入れ、第一の部分が加熱されて、第一の高い温度になり、かつ、ウェーハの両側のそれぞれについて処理時間の少なくとも一部の間に、熱処理を実施するためにガス流を供給する方法において、第二の部分が分離した冷却手段の助けを受けて積極的に冷却されて、第二の低い温度になり、その第二の低い温度が７０℃より低く、かつ、その処理中に、ウェーハとそれらの部分の間の熱伝導が、指定された時間の間に、ウェーハとその第一の部分の間の熱伝導が比較的高い値になり、ウェーハと第二の部分の間の熱伝導が比較的低い値になり、ウェーハが第一の高い温度に比較的近い温度になり、次ぎに、ウェーハと第一の部分の間の熱伝導が比較的低い値になり、その一方で、ウェーハと第二の部分の間の熱伝導が比較的高い値になり、ウェーハが第二の低い温度に比較的近い温度になるように、供給されたガス流の少なくとも一方の特性を制御することにより制御されることを特徴とする方法。
2. 上記部分のそれぞれと上記ウェーハの間の間隔が１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に基づく方法。
3. 上記第二の部分が上記第二の部分に設けられたチャンネルを通じて冷却水を流すことにより冷却されることを特徴とする請求項１または２に基づく方法。
4. 上記の処理時間の一部の間に、ウェーハがそれらのガス流により浮動状態に保持されることを特徴とする請求項１−３に基づく方法。
5. 上記部分を基本的に一定の温度に維持することを特徴とする
   請求項１−４に基づく方法。
6. 処理の間、ガス流の少なくともひとつの熱伝達特性がこのガス流の組成を変化することにより制御されることを特徴とする請求項１−４に基づく方法。
7. 上記ガスが窒素および（または）ヘリウムから成っていることを特徴とする請求項６に基づく方法。
8. 処理中に、ウェーハが他の部分よりひとつの部分の方に近い位置になる程度に、ガス流サイズが制御されることを特徴とする請求項４に基づく方法。
9. ウェーハが最初に第二の低い温度の第二の部分に近づき、次ぎに、第一の高い温度の第一の部分に近づき、最後に再び第二の低い温度の第二の部分に近づく程度に、ガス流レートが制御されることを特徴とする請求項８に基づく方法。

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