JPH07130678A - 孤立した光学ゾーンを有する改良式放射加熱源 - Google Patents

孤立した光学ゾーンを有する改良式放射加熱源

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JPH07130678A
JPH07130678A JP6057654A JP5765494A JPH07130678A JP H07130678 A JPH07130678 A JP H07130678A JP 6057654 A JP6057654 A JP 6057654A JP 5765494 A JP5765494 A JP 5765494A JP H07130678 A JPH07130678 A JP H07130678A
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baffle
wafer
lamp heater
semiconductor wafer
heating
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JP6057654A
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Habib N Najm
エヌ．ナジム ハビブ
Show-Wu Huang Steve
ショウ − ウ ファング スチーブ
Cecil J Davis
ジェイ．デイビス セシル
Robert T Matthews
ティー．マシューズ ロバート
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハ表面の均一加熱を可能にする安
価なバッフルを有する半導体ウエハランプ加熱器を提供
する。 【構成】 放射ランプ加熱器における薄い反射円筒状バ
ッフル２０は、中心部分並びに中間リング及び外側リン
グの周囲に配置された複数の加熱用ガラス球２，４，６
の下方で、かつ石英窓１２の上方の空間に設けられてい
る。このバッフル２０の直径は、バッフル２０が中間リ
ングのガラス球４及び外側リングのガラス球６の間の環
状空間内に取り付けられるように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来技術】高速熱処理（ＲＴＰ：Rapid Thermal Proc
essing) 装置におけるシリコンウエハの直接的放射ラン
プ加熱の使用は、広く普及している。ランプ加熱器が許
容温度ランプ時間及びウエハ上の制御可能なプロセス均
一性を達成するときの臨界的因子であることを、実験的
観察は示唆している。高速スループット及び短いプロセ
ス時間に帰着する良好な温度ランプ性能をもたらすべ
く、３８ｋＷランプモジュールが示されてきた。しかし
ながら、高圧処理（例えば、６５０ｔｏｒｒ）に対する
この装置の現在の均一性性能は、許容できるものではな
い。何故なら、一般に、処理を受けるウエハの中心がウ
エハの縁部に比して高い温度に加熱されるからである。
半導体ウエハの光学的ゾーン加熱のための従来のランプ
加熱器の平面図および側断面図をそれぞれ示す図１
（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、この問題をさらに詳
細に説明する。３７個のランプを備えた光源は、中央の
２ｋＷ光ガラス球２，１２個の１ｋＷ光ガラス球４の中
間リング及び２４個の１ｋＷ光ガラス球６の外側リング
を含む軸対称３ゾーン構成に配置されている。ガラス球
２は、中央ゾーンのランプと称することとする。ガラス
球４の中間リングは、中間ゾーンのランプと称すること
とし、また、外側リング６は、外側ゾーンのランプと称
することとする。これらのガラス球は、ランプ・アセン
ブリ３中に取り付けられている。ガラス球から出射され
る放射電力は、金メッキ８によって集中化されて処理室
９に導かれ、石英窓１２を通してシリコンウエハ１０
（例えば、１５．２４cm（６インチ）直径のウエハ）上
に加えられる。石英窓１２は、例えば、直径が２５．４
cm（１０インチ）で厚さが１．２７cm（１／２インチ）
とすることができる。放射電力は、ウエハ１０に向けら
れることとなる。加熱の均一性は、ランプの各ゾーンに
供給される電力を操作することによって試みられる。こ
うして、ウエハ１０の外側縁部１１の選択的加熱は、他
のゾーンのランプからの放射電力よりも大きな外側ゾー
ンのランプからの放射電力を発生することによって、ウ
エハ１０の中央部分１３と相対的に意図される。しかし
ながら、このランプ加熱器によって、ウエハ１０上へ入
射する放射電力の面から、３つのゾーンのランプの間に
は重要な光学的オーバーラップがもたらされる。このオ
ーバーラップは、温度のプロファイル及びプロセス均一
性制御における問題の源となっている。何故なら、ウエ
ハ１０の中央部分１３は、ウエハ１０の残りの部分特に
周囲の縁部１１よりも加熱器によって一層加熱されるか
らである。外側ゾーンのランプをオンに切り換え、残り
のゾーンのランプをオフに切り換えて、この不均一な加
熱を防止しようとしても、やはり、ウエハ１０の中央部
分１３が縁部１１に比して一層加熱されるということは
起こる。周囲縁部１１の差分加熱は、ウエハ１０の中央
部分１３の加熱に関するこの問題と比較したとき、比較
的一般性が低い。処理室９内での縁部１１の冷却及び高
圧でのガス流入ダイナミックスの追加の影響を仮定すれ
ば、中央部分１３の加熱に関するこの問題は、極めて望
ましくないものである。これらの影響を克服するととも
に均一なプロセス結果を得るべく、ウエハ縁部１１を選
択的に加熱することは、臨界的である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】例えばＧ−スクエアド
（商標名：Ｇ−Ｓｑｕａｒｅｄ）ランプ等の他のランプ
加熱器は、個々の光ガラス球からウエハ上に放射される
光の間で全くオーバーラップがない水冷式金属ケーシン
グ中にガラス球を埋め込むことによって、問題を解決し
ている。この種のランプ加熱器は、主に、ランプ・ハー
ドウエアの製造が困難であることから、多くの場合、ひ
どくコスト高である。
【０００３】従って、前述した問題を解決するためのコ
スト的に有利な手段を開発することが必要である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、光源とバッ
フルとを備えた半導体ウエハランプ加熱器を提供するも
のである。光源の所定部分から平面のある部分に向けら
れた光はバッフルによって阻止され、一方、光源の残り
の部分からの光はバッフルによって平面のこの部分から
阻止されることはない。この発明によって実質的に平面
にあるウエハの均一な加熱をもたらすことができる。
【０００５】この発明は、ランプと石英窓との間の空間
に薄い反射円筒バッフルを設けることによって、前述し
た問題を解決している。このバッフルの直径は、中間リ
ングのガラス球と外側リングのガラス球との間の環状空
間にこのバッフルが置かれるようになっている。このバ
ッフルは、外側リングのガラス球から出射される多量の
光がウエハの中央部に到達するのを防止すると共に、殆
んどの光をウエハ縁部に向ける。
【０００６】
【実施例】図２は、円筒状バッフル２０を有する本発明
のランプ加熱器の断面図である。随意に、バッフル２０
は、気体または好ましくは冷却剤（例えば、水）で冷却
される液体であってよい。環状通路２２が、バッフル２
０の内部に設けられており、冷却剤がその中を流れるこ
とができるようになっている。パイプ２４は、冷却剤が
バッフル２０中の環状通路２２を流れるための入口経路
及び出口経路をもたらす。アセンブリ３もまた、冷却剤
通路２６を流れる冷却剤によって冷却される。幾つかの
この種の通路があり、また、冷却剤は水、気体、または
フレオンから成ることができる。支持体２８は、石英窓
１２と接触をなして、真空圧によって石英窓１２を正し
く保持するＯリング２９を収容している。冷却剤通路２
７が支持体２８の上を直接通っていることに留意された
い。アセンブリ３中の通路２７を流れる冷却剤は、アセ
ンブリ３上の金メッキ８とともに、支持体２８中のＯリ
ング２９を冷却し、該Ｏリング２９から熱をそらすのを
助ける。
【０００７】図３（ａ）及び図３（ｂ）はそれぞれ、図
２に示したバッフル２０の平面図及び側面図である。支
持ワッシャ２３は、パイプ２４をアセンブリ３上に支持
している。図３（ａ）及び（ｂ）には、バッフル２０及
びパイプ２４の寸法が示されている。例えば、支持ワッ
シャ２３は、１．２７cm（０．５インチ）の外径を有
し、その厚さは０．１６cm（０．０６３インチ）であ
り、各パイプ２４は、０．６４cm（０．２５インチ）の
外径を有している。また、図示のバッフルの高さは６．
３５０cm（２．５００インチ）で、その内径は１５．２
４cm（６．０００インチ）である。冷却剤は、符号
「ａ」が付されたパイプ２４から各通路２２に供給さ
れ、各通路から符号「ｂ」が付されたパイプ２４を通し
て導出される。通路２２内のバリア３０は、通路２２内
の指定された経路に沿って冷却剤が流れるようにするの
を助ける。
【０００８】本発明のバッフルは、該バッフルがさらさ
れる激しい熱に耐え得る必要がある。従って、バッフル
を構成することができる材料は、石英、ステンレス鋼及
びモリブデンを含む。随意に、バッフル２０は、図示の
ように該バッフル２０の内側及び外側の円筒状表面に設
けられた反射コーティング３６を含む。この種のコーテ
ィングは、例えば、金またはクロムコーティングであっ
て良い。
【０００９】本発明の加熱器の幾つかは、実験の一部と
して、実際の反応装置の中で実施に供された。このバッ
フル材料は、金のコーティングを施した厚さ０．１６cm
（１／１６インチ）のステンレス鋼であった。バッフル
直径が１５．２４cm（６インチ）で、高さがそれぞれ
２．５４cm（１インチ）、５．０８cm（２インチ）及び
７．６２cm（３インチ）の３つのバッフルが造られた。
２つの反応装置は装着したこれらのバッフルについての
（寸法的に図３（ａ）及び（ｂ）に示したものと類似の
セットアップを使用した）試験は、５．０８cm（２イン
チ）及び７．６２cm（３インチ）の場合において重要な
ウエハ処理の改良を示したが、２．５４cm（１インチ）
の場合においてはそれ程の効果は示さなかった。特に、
７．６２cm（３インチ）の場合は、最良の選択加熱性能
を示した。７．６２cm（３インチ）の高さのバッフルを
使用して、外側リングのガラス球のみをオンとしたと
き、ウエハ縁部と中心との間の温度差は、３０ないし１
００℃の範囲で測定された。これは、バッフル無しの加
熱器の性能に比して相当良好である。また、他の２つの
ゾーンをオンに切り換えた状態において、高圧（６５０
ｔｏｒｒ）処理に関連した一般に困難な条件の下で、１
５．２４cm（６インチ）ウエハに対して優れた温度均一
性（±０．５℃）が容易に達成された。制御実験の一部
として、この圧力でのバッフルの無いランプ性能は、せ
いぜい±１５℃であり、処理室内のガス流及び粗悪な選
択的縁部加熱性能による重要な縁部冷却に起因されるも
のであった。これらの試験はまた、厳しい加熱条件下
で、冷却されないバッフル上の金のコーティングの不適
当さを示した。コーティングは、使用に際して直ちに劣
化して消失してしまうことが観察され、バッフルが一層
強い放射及びオーバーヒートを吸収してしまうこととな
り、この結果、バッフルのそり及び非均一なウエハ加熱
が生じてしまう。本発明による水冷式のバッフルは、コ
ーティングの劣化に関する問題を解消した。被冷却バッ
フルのバッフル材料は、冷却剤を使用しないバッフルに
比して必然的に厚くなければならない。しかしながら、
このより厚いバッフルは、激しい加熱に一層耐え得るも
のである。
【００１０】以上、本発明を、その好ましい実施例及び
或る一定の代替について詳細に説明してきたが、この説
明は例示的なものであり、限定的に解釈すべきものでは
ないことを思量すべきである。本発明の実施例の詳細に
おける多数の変更及び本発明の付加的実施例は、この説
明を参照した当業者にとって明瞭であろうとともになし
得るものであることを了知すべきである。この種の変更
及び付加的実施例は、権利主張される本発明の真の範囲
及び精神にもとるものではないことが思量される。
【００１１】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 光源とバッフルとを具備し、前記光源の所定部
分から平面の所定部分に向けられる光が前記バッフルに
よって阻止されるとともに、前記バッフルによって阻止
されない前記光源からの光が前記平面の前記所定部分に
向けられるように、前記バッフルが形成されているとと
もに前記光源に対して位置決めされていることを特徴と
する半導体ウエハランプ加熱器。 （２） 第１項記載の半導体ウエハランプ加熱器におい
て、前記バッフルは、該バッフルを冷却できる媒体を運
ぶことができる少なくとも１つの通路を備えていること
を特徴とする前記半導体ウエハランプ加熱器。
【００１２】（３） 第２項記載の半導体ウエハランプ
加熱器において、前記媒体は、水，気体またはフレオン
から成る部類中から選択されたものであることを特徴と
する前記半導体ウエハランプ加熱器。 （４） 第２項記載の半導体ウエハランプ加熱器におい
て、前記バッフルは、その選択された部分が光反射材料
で被覆されていることを特徴とする前記半導体ウエハラ
ンプ加熱器。
【００１３】（５） 第４項記載の半導体ウエハランプ
加熱器において、前記反射材料は、金またはクロムから
成る部類中から選択されたものであることを特徴とする
前記半導体ウエハ加熱器。 （６） 第１項記載の半導体ウエハランプ加熱器におい
て、前記バッフルは、石英、ステンレス鋼、モリブデン
またはその組合せから成る部類中から選択された材料を
備えていることを特徴とする前記半導体ウエハランプ加
熱器。
【００１４】（７） 実質的に同心状の第１及び第２の
円筒中にあってこれらを形成するように位置決めされた
複数の光ガラス球を含んだ光源と、前記第１及び第２の
円筒と実質的に同心状の第３の円筒内にあってこれを形
成する円筒状バッフルであって、前記第３の円筒が前記
第１の円筒に比して小さくかつ前記第２の円筒に比して
大きい半径を有してなる前記円筒状バッフルと、を具備
したことを特徴とする半導体ウエハランプ加熱器。 （８） 第７項記載の半導体ウエハランプ加熱器におい
て、前記複数のガラス球が、その少なくとも一部が光反
射材料で被覆されているアセンブリ中に実装されている
ことを特徴とする前記半導体ウエハランプ加熱器。
【００１５】（９） 第８項記載の半導体ウエハランプ
加熱器において、前記光反射材料は、金またはクロムか
ら成る部類中から選択されたものであることを特徴とす
る前記半導体ウエハランプ加熱器。 （１０） 第８項記載の半導体ウエハランプ加熱器にお
いて、前記アセンブリは、該アセンブリを冷却できる媒
体を運ぶことができる通路を含んでいることを特徴とす
る前記半導体ウエハランプ加熱器。
【００１６】（１１） 第１０項記載の半導体ウエハラ
ンプ加熱器において、前記媒体は、水，気体またはフレ
オンから成る部類中から選択されたものであることを特
徴とする前記半導体ウエハランプ加熱器。 （１２） 第７項記載の半導体ウエハランプ加熱器にお
いて、前記バッフルは、該バッフルを冷却できる媒体を
運ぶことができる少なくとも１つの通路を含んでいるこ
とを特徴とする前記半導体ウエハランプ加熱器。
【００１７】（１３） 第１２項記載の半導体ウエハラ
ンプ加熱器において、前記バッフルに接続された少なく
とも１つのパイプをさらに含み、該少なくとも１つのパ
イプは、冷却媒体を前記バッフルに輸送することができ
ることを特徴とする前記半導体ウエハランプ加熱器。 （１４） 第１２項記載の半導体ウエハランプ加熱器に
おいて、前記バッフルは、その選択された部分が光反射
材料で被覆されていることを特徴とする前記半導体ウエ
ハランプ加熱器。
【００１８】（１５） 第１４項記載の半導体ウエハラ
ンプ加熱器において、前記反射材料は、金またはクロム
から成る部類中から選択されたものであることを特徴と
する前記半導体ウエハランプ加熱器。 （１６） 第７項記載の半導体ウエハランプ加熱器にお
いて、前記バッフルは、石英、ステンレス鋼、モリブデ
ンまたはこれらの組合せから成る部類中から選択された
材料を備えていることを特徴とする前記半導体ウエハラ
ンプ加熱器。
【００１９】（１７） 放射ランプ加熱器における薄い
反射円筒状バッフル（２０）は、複数の加熱用ガラス球
（２，４，６）（中心部分並びに中間リング及び外側リ
ングの周囲に配置されている）の下方でかつ石英窓（１
２）の上方の空間に設けられている。該バッフルの直径
は、中間リングのガラス球（４）及び外側リングのガラ
ス球（６）の間の環状空間内に取り付けられるように設
定されている。このバッフル（２０）は、放射ランプ加
熱器によって加熱されるウエハに対して、ウエハ温度プ
ロファイルの改良された可制御性をもたらすことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウエハの光学的ゾーン加熱用の従来技術
のランプ加熱器を示す図であり、（ａ）はその平面図、
（ｂ）はその側断面図である。
【図２】円筒状反射バッフルを有する本発明のランプ加
熱器の断面図である。
【図３】図２に示したバッフルを示す図であり、（ａ）
はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
２，４，６ 加熱用ガラス球 ３ アセンブリ １２ 石英窓 ２０ バッフル ２２ 環状通路 ２３ 支持ワッシャ ２４ パイプ ２６，２７ 冷却剤通路 ２８ 支持体 ２９ Ｏリング ３０ バリア ３６ 反射コーティング
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１０月１７日
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セシル ジェイ．デイビス アメリカ合衆国テキサス州グリーンビル, ボックス 113シー，ルート ４ (72)発明者 ロバート ティー．マシューズ アメリカ合衆国テキサス州プラノ，パーク ヘブン ドライブ 2417

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源とバッフルとを具備し、 前記光源の所定部分から平面の所定部分に向けられる光
    が前記バッフルによって阻止されるとともに、前記バッ
    フルによって阻止されない前記光源からの光が前記平面
    の前記所定部分に向けられるように、前記バッフルが形
    成されているとともに前記光源に対して位置決めされて
    いることを特徴とする半導体ウエハランプ加熱器。
JP6057654A 1993-03-29 1994-03-28 孤立した光学ゾーンを有する改良式放射加熱源 Pending JPH07130678A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/039,720 US5345534A (en) 1993-03-29 1993-03-29 Semiconductor wafer heater with infrared lamp module with light blocking means
US039720 1993-03-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07130678A true JPH07130678A (ja) 1995-05-19

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ID=21907024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6057654A Pending JPH07130678A (ja) 1993-03-29 1994-03-28 孤立した光学ゾーンを有する改良式放射加熱源

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US (1) US5345534A (ja)
EP (1) EP0641016B1 (ja)
JP (1) JPH07130678A (ja)
KR (1) KR940023316A (ja)
DE (1) DE69422673T2 (ja)
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