(57)【要約】熱処理は、集積回路の製造における重要な工程である。集積回路がより小型かつ高速になるにつれ、これらの回路を損傷せずに能率的かつ均一に加熱することが可能なより高精度の熱処理システムの必要性が高まっている。それに応じて、本発明者らは、とりわけ、マイクロ波反射格納チェンバ、格納チェンバ内の内部マイクロ波透過加工チェンバ、加工チェンバ内のマイクロ波透過ウエハキャリア、および外部チェンバ内のマイクロ波放射を導入するための５．８ギガヘルツマイクロ波源を含む、例示的熱処理システムを考案した。該システムは、１０％濃度のオゾンを使用して、垂直に積層されたシリコンウエハのバッチを能率的に酸化させるために使用することが可能である。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のチェンバと、
前記第１のチェンバ内にマイクロ波エネルギーを導入するように結合される、少なくとも１つの公称５．８ギガヘルツマイクロ波信号発生器と、
複数のシリコンウエハを保持するために前記チェンバ内に収容され、略マイクロ波透過材料から実質的に成るウエハ積層ラックと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記マイクロ波信号発生器は、ＩＳＭ準拠である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のチェンバの寸法は、少なくとも一方向について前記マイクロ波エネルギーの波長よりも大きく、
前記第１のチェンバは、前記マイクロ波エネルギーを収容し、反射するための５つ以上である複数のマイクロ波反射側壁を含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記マイクロ波エネルギーは、５．８ギガヘルツ＋／−３０メガヘルツの時間変化周波数範囲を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のチェンバを収容する第２のチェンバをさらに備え、前記第１のチェンバは、略マイクロ波透過材料を備え、前記第２のチェンバは、略マイクロ波反射側壁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ウエハ積層ラックは、垂直積層で少なくとも２５枚のウエハを支持し、均一に離間するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ウエハ積層ラックは、少なくとも２つの環状部材と、２つの前記環状部材間で垂直に延在する少なくとも垂直の部材を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
異なるポートにおいて前記第１のチェンバにマイクロ波エネルギーを導入するように結合される、少なくとも２つ以上の公称５．８ギガヘルツの少なくとも２つ以上のマイクロ波信号発生器を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
マイクロ波反射チェンバと、
前記マイクロ波反射チェンバ内の略マイクロ波透過チェンバと、
複数のシリコンウエハを垂直配置で保持するための、前記マイクロ波透過チェンバ内に収容される略マイクロ波透過ウエハラックと、
前記マイクロ波反射チェンバ内にマイクロ波エネルギーを導入して前記複数のシリコンウエハを加熱するように結合される、少なくとも１つの公称５．８ギガヘルツマイクロ波信号発生器と、
を備える、装置。
【請求項１０】
前記マイクロ波反射チェンバは、前記マイクロ波エネルギーの波長よりも大きい、少なくとも１つの寸法を有し、
前記第１のチェンバは、前記マイクロ波エネルギーを収容し、反射するための少なくとも５つである複数のマイクロ波反射側壁を含む、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ウエハラックは、垂直積層で少なくとも２５枚のウエハを支持し、均一に離間する
ように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記マイクロ波透過チェンバおよび前記ウエハラックは、実質的に石英から成る、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記マイクロ波反射チェンバの上層内部領域から、前記マイクロ波反射チェンバの下層内部領域へ流体を再循環させるための再循環手段をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記マイクロ波透過チェンバは、イリダイトコーティングを含む内面を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
流体源に結合するための質量流制御器と、前記質量流制御器と連通し、前記マイクロ波透過チェンバ内に配設される流体注入器とをさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
２つ以上の公称５．８ギガヘルツマイクロ波信号発生器であって、異なるポートにおいて前記マイクロ波反射チェンバにエネルギーを導入するように結合されるマイクロ波信号発生器を備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
垂直積層配置で複数のシリコンウエハを支持するためのラックと、
前記ラックを内包するための第１のチェンバと、
前記第１のチェンバを内包するための第２のチェンバと、
前記マイクロ波反射チェンバ内にマイクロ波エネルギーを導入して、前記複数のシリコンウエハを加熱するように結合される、少なくとも１つの公称５．８ギガヘルツマイクロ波信号発生器と、
流体を前記第１のチェンバ内に搬送するためのガス注入手段と、
を備える、装置。
【請求項１８】
前記第１のチェンバ手段から前記ラックを出し入れするための手段をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２のチェンバの上層内部領域から、前記第２のチェンバの下層内部領域へ流体を再循環させるための再循環手段をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２のチェンバは、前記マイクロ波エネルギーを収容し、反射するための少なくとも５つである複数のマイクロ波反射側壁を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１のチェンバおよび前記ラックは実質的に石英から成る、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記ラックは、実質的にマイクロ波透過材料から成り、垂直積層配置で少なくとも５０枚のウエハを支持するように構成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
異なるポートにおいて前記マイクロ波反射チェンバにエネルギーを導入するように結合される、２つ以上の公称５．８ギガヘルツのマイクロ波信号発生器を備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
２つ以上のシリコンウエハを加熱する方法であって、
垂直積層として前記シリコンウエハを配置するステップと、
少なくとも１つの公称５．８ＧＨｚマイクロ波源からのマルチモードマイクロ波エネ
ルギーを使用して、前記垂直積層のシリコンウエハに照射するステップと、
を含む、方法。
【請求項２５】
前記マルチモードマイクロ波エネルギーを使用して前記垂直積層のシリコンウエハに照射するステップは、前記垂直積層のウエハを、前記垂直積層を内包するチェンバの少なくとも５つの側壁から反射されるマイクロ波エネルギーに暴露するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記マルチモードマイクロ波エネルギーを使用して前記垂直積層シリコンウエハを照射するステップは、５．８ＧＨｚマグネトロンの変調周波数を備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記垂直積層シリコンウエハを照射するステップは、１℃／ウエハ以上の熱均一性に前記ウエハを容量加熱するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記ウエハのうちの２つ以上は、６５ナノメータ以下の公称寸法を有する集積回路構造を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
垂直積層に複数のシリコンウエハを配置するステップと、
所望の温度を達成するように多様マイクロ波エネルギーを使用して、前記垂直積層のシリコンウエハに照射するステップと、
前記ウエハのそれぞれに酸化物層を形成するように、選択期間の間、体積で９０％未満の濃度のオゾンに前記垂直積層のシリコンウエハを暴露するステップと、
を含む、方法。
【請求項３０】
前記垂直積層のシリコンウエハを照射するステップは、マイクロ波反射チェンバ内に収容されるマイクロ波透過チェンバ内に、前記垂直積層のウエハを収容するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記垂直積層のシリコンウエハは、少なくとも２５枚のウエハを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数のシリコンウエハに照射するステップは、少なくとも２つのマイクロ波源からマイクロ波エネルギーを出力するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
マルチモードマイクロ波エネルギーを使用して、複数のシリコンウエハにマイクロ波を照射するステップを含む方法であって、前記エネルギーは、前記ウエハを内包するチェンバの少なくとも５つの略垂直側壁から反射される、方法。
【請求項３４】
前記複数のシリコンウエハにマイクロ波を照射するステップの前に、前記複数のシリコンウエハを垂直積層に配置するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記複数のシリコンウエハを垂直積層に配置するステップは、
各ウエハが、前記ウェハの上方に少なくとも１つのウエハと、下方に１つのウエハとを有するように、前記ウエハを配置するステップと、
上方の１つのウエハおよび下方の１つのウエハが、前記ウエハの均一な加熱を促進するためのサセプタ板として作用するように、前記ウエハを離間するステップと
を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
マイクロ波を照射する間に、前記垂直積層のウエハを回転させるステップをさらに含む
、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記ウエハは、マイクロ波を照射する間に、前記ウエハの温度よりも少なくとも５０℃低い温度を有するチェンバに内包される、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔著作権表示および許可〕
本特許文献の一部は、著作権保護の対象である資料を含む。特許および商標局の特許ファイルまたは記録に現れるため、著作権所有者は、特許文献または特許開示のいかなる者による複製にも反対しないが、その他一切全ての著作権を留保する。次の表示は本文献に該当する。Copyright(c) 2005, DSG Technologies.
【０００２】
〔関連出願〕
本出願書は、参照することにより本願に組み込まれる、２００５年１１月１１日に出願された米国暫定特許出願書６０／７３５，３８２に対する優先権を請求する。
【０００３】
〔技術分野〕
本発明の様々な実施形態は、集積回路の製造、具体的には、ウエハ、集積回路アセンブリ、および関連部品を加熱するためのシステム、装置、および方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
幾千もの電子およびコンピュータ製品における主要部品である集積回路は、共通基盤または基板上に加工される電気部品の相互接続ネットワークである。組立加工業者は概して、蒸着、ドーピング、マスキングおよびエッチングなどの技法を使用して、層ごとにこれらの回路を構築し、ウエハとして知られる基板上の、何千、何百万、または何十億もの微小トランジスタ、レジスタ、およびその他の電気部品を形成し相互接続する。ウエハは典型的に、シリコンなどの半導体から成る。
【０００５】
集積回路を製作するために使用される多種多様の技法のうち、最も普及しているものの１つは熱処理である。該技法は概して、１つ以上のウエハ（または集積回路アセンブリ）を単一の閉鎖された赤外線加熱チェンバに配置するステップ、特定圧力で不活性または反応ガスを該チェンバに注入するステップ、ならびに特定温度にガスおよびウエハを加熱するステップを伴う。場合によっては、ガスは互いに、および／またはウエハ表面と反応し、酸化ケイ素などの望ましい膜を形成することができる。その他では、加熱は、金属構造などの、ウエハの様々な部分を効果的に硬化する。時折、効果的な熱処理は、特定の温度にウエハを高めるステップだけでなく、最高最低温度間の循環をウエハにかけるステップも伴う。
【０００６】
従来の熱処理システムは、６５ナノメータほどの小さい特徴的構造を有する集積回路に対して効果的であるが、本発明者らは、より小型で高速の回路によりウエハを処理するステップは、これらのシステムに対する少なくとも２つの問題をもたらすことを認識している。
【０００７】
第一に、このようなより小型で高速の集積回路は、４００℃以上の温度で溶ける、珪化ニッケルなどの低融点物質を含む。それにもかかわらず、従来のシステムは６５０℃以下では実用的ではなく、それはこのような温度が従来の抵抗加熱が能率的である放射帯を下回るためである。
【０００８】
第二に、より小型の特徴的形状およびより複雑な形状（３０：１のアスペクト比（幅対高さ）の溝など）により、ウエハの中かつその全体にわたって相対的に熱点・冷点を作り出してしまう不均一な加熱を回避することがますます重要である。このような点は、機械的応力およびひずみを誘発して、やがてはウエハの複雑な特徴的形状を破壊してしまうた
め問題となる。しかし、従来のシステムは外側から内側へウエハを加熱し、ウエハの外面から内部へ移動または伝播する熱に頼っている。このアウトサイドイン熱伝達は本質的に不均一であり、よって、より小型で高速の集積回路の繊細な特徴的形状を損傷し得る機械的応力を引き起こしてしまう。
【０００９】
これらの問題に対する部分的な対応として、一部の製造業者は、１つずつウエハを処理する急速加熱加工（ＲＴＰ）チェンバを開発した。ＲＴＰチェンバは、従来のバッチ加熱チェンバよりも均一かつ高速の加熱を提供するが、その均一性および急速性はなおも望ましいものに満たない。さらに、ウエハ群をまとめて加熱できないため、ウエハの加工速度が落ちてしまい、より高速の集積回路を製作する費用が増すだけでなく、機器を所有する費用が引き上げられてしまう。
【００１０】
それに応じて、本発明者らは、ウエハを熱処理する代替システムおよび方法の必要性を認識している。
【発明の開示】
【００１１】
これら、および／またはその他の必要性に対応するため、本発明者らは、とりわけ、熱処理システム、部品、および方法を考案し、そのうち一部は、集積回路ウエハおよびアセンブリの急速かつ略均一な加熱および冷却を提供する。１つの例示的システムは、０．９ＧＨｚ〜２８ＧＨｚマイクロ波エネルギーを反射して収容するための低体積抵抗性の外部チェンバ、外部チェンバ内の内部マイクロ波透過チェンバ、および内部チェンバ内のマイクロ波透過ウエハキャリアを含む。例示的ウエハキャリアは、固定物理的形状だけでなく、既知の加熱および誘電特性も有する、シリコンウエハの垂直マイクロ波吸収性積層を搬送するように構成される。
【００１２】
操作中、例示的システムは垂直積層を均一に加熱し、マイクロ波の既知の使用に関連する熱点およびアーク放電の発生は減少する。より具体的には、例えば正八角柱という形をとる外部チェンバは、円形ウエハを加熱するために必要とされるマイクロ波電力を収容して軽減するだけでなく、垂直積層のウエハにわたってマイクロ波を均等に分配する。マイクロ波は、徹底的に、分子レベルでウエハを加熱し、各ウエハの全体にわたり、ならびに積層の全体にわたって、熱処理の均一性を高める。また、ウエハを積層することにより、その他あらゆるウエハの上下のウエハは、各ウエハの全体にわたる均一な加熱をさらに促進する、実質的な熱板としての機能を果たすことができる。実質的な熱板は、サセプタ板としての機能も果たし、ウエハ間の均一な電力散逸を促進する。（一部の実施形態は、ウエハ間に、炭化ケイ素板または構造体などのその他のマイクロ波吸収体を積層するか、または配置して、同様の効果を達成することができる。）
【００１３】
さらに、外部チェンバ壁はマイクロ波反射性であり、かつ内部チェンバ壁およびウエハキャリアはマイクロ波透過性であるので、システムはウエハのみを効果的に加熱する。これはつまり例示的システムの熱容量が小さいことを意味しており、熱容量は場合によっては従来の抵抗加熱チェンバの９０％未満である。このため例示的システムでは、急速で均一な加熱および温度安定化だけでなく、急速冷却も可能になっており、場合によっては、冷却を、従来のバッチ加熱法よりも５０倍ほども速くすることができる。
【００１４】
その他の実施形態は、熱点およびアーク放電を軽減し、かつ均一な加熱を促進するためのその他の強化を含む。例えば、一部の実施形態は、より高い周波数のマイクロ波エネルギー（＞２．４５ＧＨｚ）を使用し、マイクロ波エネルギーの波長を減少させ、そうすると定在波のサイズが減少し、電磁力の均一性の管理を容易にする。一部の実施形態は、マイクロ波エネルギーの周波数を、その公称中心周波数に対して＋／−１％変化させるが、
その他の実施形態は、例えば＋／−５、＋／−１０、＋／−２０、またはなおそれ以上の割合で周波数をさらに大きく変化させる。そしてなおその他の実施形態は、各シリコンウエハの下または近傍にマイクロ波吸収性物質を配置し、各シリコンウエハの周囲のマイクロ波エネルギーの均等な分布をさらに促進する。
【００１５】
これら、および／またはその他の実施形態は、次の図面を用いて下記で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本文書では、発明の１つ以上の具体的実施形態を説明する。当業者が本発明を実施または実践することができるように、制限するためではなく本発明を例示し教示するためのみに提供される、これらの実施形態を十分詳細に示して説明する。よって、本発明をあいまいにしないほうが適切である場合、説明では当業者に周知の特定の情報を省略することがある。
【００１７】
〔例示的熱加工システム〕
図１Ａおよび１Ｂは、例示的熱加工システム１００を示す。図１Ａは、システム１００の縦断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの線Ｂ−Ｂによって画定される水平面に沿って取られる上断面図を示す。システム１００は、外部チェンバアセンブリ１１０、内部チェンバアセンブリ１２０、ウエハキャリアアセンブリ１３０、および制御器１４０を含む。
【００１８】
外部チェンバアセンブリ１１０は、外部チェンバ１１２、再循環アセンブリ１１４、マイクロ波発生器アセンブリ１１６、および基部アセンブリ１１８を含む。例示的実施形態では、正八角アルミニウム柱という形をとる外部チェンバ１１２は、最上部１１２Ａ、底部１１２Ｂ、および中間部１１２Ｃを含む。八角柱の例示的高さおよび直径は、それぞれ３７．５インチおよび２１インチ（または０．９５３メートルおよび０．５４４メートル）である。また、外部チェンバ１１２は外面１１２Ｘおよび１１２Ｉを含むが、これらはわかりやすくするために図１Ｂにのみ示した。図１Ｃは、外部チェンバ１１２を強調する、システム１００の部分的斜視図を示す。（一部の実施形態は、筐体で外部チェンバ１１２を覆い、システムの独特の外観を変更するか、または追加遮へいを組み込むことができる。）
【００１９】
内面１１２Ｉは、実質的にイリダイトおよびその他の低体積抵抗率を有する材料から成り、電磁エネルギーを反射し収容するのに適している反射コーティング１１３を有する。その他の適切な材料は、銅、銀、アルミニウム、およびステンレス鋼を含む。イリダイトは、基材の反射特性を高める。一部の実施形態は、プラスチックなどの、適切にコーティングされた高体積抵抗率を有する材料を使用することができる。
【００２０】
例示的八角チェンバ形状は、２つの相反する懸念に効果的に対応する。１つは、所要電力を軽減し、よって概してマイクロ波加熱のアーク放電特性を緩和することであり、もう１つは、チェンバの全体を通してマイクロ波エネルギーを均等に分配し、よって均一な加熱を促進することである。所要電力およびアーク放電の関連リスクを軽減する観点より、円形の占有面積（平面図）を持つチェンバは、空洞またはチェンバ体積を軽減し、よって所与の物体を特定温度に加熱するために低電力レベルを必要とするので（その他全ての要因が平等と想定して）、円形ウエハにとって理想的である。しかし、円形の占有面積を持つチェンバは、マイクロ波エネルギーを均等に分配することには効果が無い。一方、正方形または長方形のチェンバは、均一なエネルギー分布および均一な加熱を促進するために理想的と考えられる、放射特性のある平行壁を有する。よって、八角チェンバは、正方形または長方形のチェンバの電力分布の利点と、円形チェンバのアーク放電軽減側面を、効果的に組み合わせる。
【００２１】
その他の実施形態は、例えば、六角形または十角形などの偶数多角形といった、その他の形状を使用する。例示的実施形態は、アルミニウムから外部チェンバを形成するが、一部の実施形態は、オーム加熱に耐性を示すその他の材料を使用することができる。
【００２２】
外部チェンバ１１２は、再循環アセンブリ１１４およびマイクロ波発生器アセンブリ１１６と流体連通している。
【００２３】
再循環アセンブリ１１４は、外部チェンバ１１２と内部チェンバ１２０との間の領域に冷気を再循環および／または注入し、対流がチェンバの上部と下部との間の有意な温度差動を引き起こすことを防ぎ、よってウエハの均一な熱処理をさらに促進する。具体的には、アセンブリ１１４は、送風機１１４Ａ、管路１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄ、および１１４Ｅを含む。（管路１１４Ｄおよび１１４Ｅは図１Ａでは見えないが、図１Ｂおよび１Ｃに示される。）送風機１１４Ａは、管路１１４Ｂ〜１１４Ｅと流体連通している。（一部の実施形態は、例えば、各管路に１つ、または各対の管路に１つといった、複数の送風機を提供する。）
【００２４】
管路１１４Ｂ〜１１４Ｅは、外部チェンバ１１２の周辺部で、略等全長であり略等間隔で離間され、管路１１４Ｂおよび１１４Ｄは、各管路１１４Ｃおよび１１４Ｅの直接反対側に配設される。例示的実施形態ではステンレス鋼管という形を成す各管路は、およそチェンバ１１２の高さに延在し、チェンバ１１２の最上部１１２Ａおよび底部１１２Ｂの対応する開口間に流体連通を提供する。一部の実施形態では、管路１１４Ｂ〜１１４Ｅは、外フィンまたはその他の構造を含み、外気への熱伝達を容易にすることができる。また、その他の実施形態は、例示的実施形態での４つ未満またはそれよりも多い管路を含むことができる。
【００２５】
マイクロ波信号発生器アセンブリ１１６は、マイクロ波信号発生器（または源）１１６Ａおよび１１６Ｂ、導波管１１６Ｃおよび１１６Ｄ、および分離ユニット１１６Ｅおよび１１６Ｆを含む。マイクロ波信号発生器１１６Ａは、マグネトロン、ジャイロトロン、クライストロン管、または進行波管増幅器などの、１つ以上の０．９０ＧＨｚ〜２８ＧＨｚ信号発生器を含む。例示的実施形態は、４つの７００ワット５．８ＧＨｚ固定周波数マグネトロンを提供し、外部チェンバの一方の側の垂直に積層された一対のマグネトロン、および反対側の垂直に積み上げられたもう一対を結合する。この実施形態では、各マグネトロンの出力は、別のポートにおいて外部チェンバ１１２に結合される。一対のポートは、チェンバの底から１２．７５インチ（０．３２４ｍ）の外部チェンバに向い合わせに配設され、もう一対は、第１の対と同様に向い合わせに配設されるが、底から２５インチ（０．６３５ｍ）のところにある。（図１Ｃは、導波管１１６Ｃおよび１１６Ｄ、ならびにその他の導波管およびマイクロ波信号発生器に結合するためのポート１１６Ｉおよび１１６Ｊを示す。）
【００２６】
複数のポートを通した外部チェンバ内へのマイクロ波エネルギーの同時または同期導入は、チェンバ全体を通した均一な電力分布を促進し、よってアーク放電のリスクを軽減または最小化して均一な加熱をさらに促進する。複数源・複数ポート配置は、電力分布のさらに複雑な制御に対する源の電力レベルおよび／または出力周波数を独立して変化させることも可能にする。例えば、温度測定を使用して、上部領域内または下部領域内のウエハが十分に熱くないことを動的に判定し、最も近いマイクロ波源の出力周波数および／または振幅を調整することによって、その領域の電力集中を動的に増加させることが可能である。しかし、一部の実施形態は、単一ポートがある単一源、または複数ポートがある単一源、または単一ポートがある複数源さえも使用することができる。
【００２７】
例示的実施形態は、イタリアのＡｌｔｅｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（イタリアの
Ａｌｔｅｒ  Ｓ．Ｒ．Ｌ．有限責任会社）製のＣＭ３４０またはＣＭ４４０電源などの、市販のスイッチモード電源を使用して、５．８ＧＨｚマグネトロンに電力を供給し、よって電力設定に基づいて０から７００ワットに及ぶマイクロ波電力の連続波を提供する。これにより、チェンバ中の電力レベルを制限してウエハを所望の温度に加熱することができ、よってアーク放電の危険性を軽減する。半分の電圧におけるスイッチモード電源により、マグネトロンはその電力の５０％を連続して出力することが可能である（例えば、７００ワット最大定格マグネトロンに対して３５０ワットで）。
【００２８】
また、例示的実施形態は、電源へのＡＣ入力電力のあらゆるろ過を省略し、５０〜６０Ｈｚの入力回線周波数におけるマグネトロン制御電圧の振幅を可能にし、よって５．８ＧＨｚ中心周波数の周辺のマグネトロンの出力周波数を、＋／−３０ＭＨｚ（０．５％）変調し、定在波およびモードが完全に形成することを防ぐ。一部の実施形態は回線フィルタを含み、ＡＣ線間電圧と無関係である出力マイクロ波エネルギーを特異的に調節するための変調回路を提供することができる。その他の実施形態は、異なる速度でマグネトロンのスイッチの入／切を行う電源、またはその出力電力を変えるための負荷サイクルを使用する。
【００２９】
一部の実施形態は、マイクロ波源としてより高い周波数のジャイロトロンまたはクライストロン管（２８ＧＨｚ）を使用して波長をさらに短くし、よってマイクロ波の均一性をさらに増加させる。また、その他の実施形態は、１つ以上の進行波管（ＴＷＴ）またはその他の可変周波数マイクロ波（ＶＦＭ）源を含み、複数周波数を通してスキャンし、チェンバ内のマイクロ波場の均一性を向上させる。例えば、周波数は、４０９６周波数ステップにわたって５．５８ＧＨｚから７．０ＧＨｚの間で循環的に変化させることが可能であり、各ステップは２６０Ｈｚ幅で、２５マイクロ秒の持続時間がある。さらに概して、周波数は、中心周波数の周囲で＋／−５％、＋／−１０％、＋／−２０％、またはなおそれ以上の割合で変化させることが可能である。マイクロ波周波数範囲が産業・科学・医療用（ＩＳＭ）バンドを越えて広がるため、ＶＦＭ技術は外部チェンバの周囲の遮へいも含む。
【００３０】
導波管１１６Ｃおよび１１６Ｄは、各マイクロ波信号発生器から、外部チェンバ１１２の内部まで、マイクロ波エネルギーを輸送する。例示的実施形態では、在庫があり入手可能な部品として購入される導波管は、イリダイト内部コーティングのあるアルミニウムの形を成し、外部チェンバ１１２の内部全体を通してマイクロ波の均一な分布をさらに促進する。導波管の寸法は、マイクロ波源の周波数に基づき、従来のマイクロ波工学技法を使用して決定される。
【００３１】
導波管１１６Ｃおよび１１６Ｄにそれぞれ結合される分離器１１６Ｅおよび１１６Ｆは、分離器内のダミーマイクロ波負荷にこのエネルギーを伝達することによって、導波管から反射されたマイクロ波エネルギーを除去する。（チェンバに吸収される電力は、導波管内に再び反射される。）各分離器は、内部水冷却ループ（図示せず）も含み、その温度を制御する。
【００３２】
分離器１１６Ｅおよび１１６Ｆにそれぞれ結合される結合器１１６Ｇおよび１１６Ｈは、どれだけの電力が導波管を通って外部チェンバに進入しているかだけでなく、どれだけの電力が再び反射して導波管を通ってチェンバを出てゆくかも判定するために、使用される。例示的実施形態は、実行ごとの工程一貫性パラメータとして、反射電力を監視し、工程失敗を検出するか、またはメンテナンス問題を信号で伝える。
【００３３】
内部チェンバアセンブリ１２０は、内部チェンバ（または加工管）１２２、流体管１２３および１２４、流体源１２５、質量流制御器１２６、真空ポンプ１２７、およびガス注
入管１２８を含む。加熱操作中に外部チェンバ１１２の内部の中に収容される内部チェンバ１２２は、その内部の中の熱または拡散加工環境を画定する。例示的実施形態では、石英ガラスなどの略マイクロ波透過材料でできている内部チェンバ１２２は、ドーム形最上部および中央開口のある平底を有する約３６インチの高さの直円柱という形をとる。例示的円柱のおよその内径は、１６．２５インチ（０．４１３ｍ）である。一部の実施形態は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオラアルコキシ（ＰＦＡ）、または関連動作温度および周波数で低誘電損失係数（tan(δ)）を名目上呈するその他の材料など、その他の材料から内部チェンバを形成する。一部の実施形態は、システムの動作温度範囲内で０．００４未満である誘電損失係数を有する材料からチェンバを形成する。しかし、その他の実施形態は、その他の損失係数値および／または温度範囲を使用することができる。一部の実施形態は、低誘電損失係数を個別に呈してマイクロ波吸収を予防または軽減する、様々な材料の合成物を使用することもできる。
【００３４】
内部チェンバ１２２には、流体管１２３および１２４とそれぞれ流体連通している開口１２２Ｂおよび１２２Ｃを含む、下部１２２Ａがある。
【００３５】
注入器部１２３Ａを含む流体管１２３は、質量流制御器１２６を介して、開口１２２Ｂを流体源１２５に結合する。注入器部１２３Ａは内部チェンバ１２０のドーム形最上部に向かって開口１２２Ｂから垂直に延在し、出口１２３Ｂを有する。この出口１２３Ｂを通って流体が退出して開口１２２Ｃおよび真空ポンプ１２７に向かってウエハキャリアアセンブリ１３０の上側を下方に流れることが可能である。
【００３６】
例示的実施形態では、出口１２３Ｂは、流体源１２５中の最高ウエハの上方に配設され、酸素および／もしくはオゾン、または酸素・オゾン混合物などの１つ以上のガスを含み、ウエハキャリアアセンブリ１３０によって保持されるシリコンまたはその他の材料のウエハ上の酸化物層の形成を容易にする。流体管１２４は、開口１２２Ｃを真空ポンプ１２７に結合し、それは内部チェンバ１２２を空にする働きをするだけでなく、最終的に、ウエハキャリアアセンブリ１３０によって保持される加工ウエハに対する低圧条件を確立する働きをする。操作中、注入器部１２３Ａは、内部チェンバ１２２の内側の気体（またはその他の不活性または反応ガス）を混合し、チェンバ内の対流を排除および／または管理する。一部の実施形態は、外部チェンバ中にモードかくはん器（例えば、金属またはマイクロ波反射ファン）またはダンパを含み、特定の用途のために、チェンバ内の均一なＥＭＷ場をさらに促進または最適化する。
【００３７】
内部チェンバ１２２の底の開口を通って上に延在するウエハキャリアアセンブリ１３０は、垂直ウエハ積層ラック（ボート）１３２、ウエハ１３４、およびエレベータ・ローテータアセンブリ１３６を含む。図１Ｄに斜視図で示される垂直ウエハ積層ラック１３２は、ウエハ支持脚１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ、１３２Ｄ、および上下リング１３２Ｅおよび１３２Ｆを含む。（脚１３２Ｃおよび１３２Ｄは、図１Ｄでのみ見える。）支持脚（または垂直部材）１３２Ａ〜１３２Ｂは、その端で上下リング１３２Ｅおよび１３２Ｆに取り付けられる。（参照直径線１３２Ｘを、リング１３２Ｆ上に示してある。脚１３２Ａおよび１３２Ｂは、直径線をまたいで脚１３２Ｃおよび１３２Ｄと反対側にあり、かつ直径線に近くなるよう配置されている。）支持脚は、対応する数のウエハ１３４をしっかりと保持するための、代表的なスロット１３２Ｇなどの、対応する組の５０、７５、または１００個のウエハスロットを含む。
【００３８】
例示的実施形態では、ウエハ積層ラック１３２は、石英ガラスなどの、略マイクロ波透過材料の形を成し、スロット間隔は、０．１８７５〜１．００インチ（４．７８〜２５．４ミリメートル）を含む範囲のウエハピッチを提供する。しかし、一般に、ピッチは、工程の種類、時間、ウエハのサイズ、および温度に依存するため、その他の実施形態はその
他のピッチを使用することができる。特に、例示的ウエハ積層ラックの石英構成は、低熱容量であり、ウエハのそれぞれの全体にわたる略一定温度勾配を促進する。ラックの熱容量が高すぎる場合は、ラック自体がヒートシンクとして働き、各ウエハ全体にわたる温度勾配の均一性に悪影響するだけでなく、システムの温度傾斜率および脱傾斜率を弱める熱容量も加える。一部の実施形態では、ウエハ積層ラックは、石英および／またはマイクロ波透過または非透過材料を含む複合材料からつくる。
【００３９】
ウエハ１３４は、加工ウエハ１３４１、上下バッフルまたはダミーウエハ１３４２および１３４３、ならびに熱電対ウエハ１３４４を含む。端加工ウエハ１３４１Ａおよび１３４１Ｂを例外として、加工ウエハ１３４１のそれぞれは、上下加工ウエハ間にあり、よって、ウエハ積層中の中間加工ウエハと考えられる。例えば、加工ウエハ１３４１Ｅは、ウエハ１３４１Ｄと１３４１Ｆとの間にあり、中間ウエハと考えられる。（図中、接頭辞１３４１は省略されるので、例えば、端加工ウエハ１３４１Ａは「Ａ」に指定される。）中間加工ウエハと略同一である物理的特性および寸法を有する上下加工ウエハは、中間ウエハに対する実質的な熱板および／またはサセプタ板（マイクロ波負荷）としての機能を果たす。下記でさらに説明するように、上下加工ウエハは、中間加工ウエハへのマイクロ波エネルギーの効果的な結合だけでなく、中間加工ウエハ全体にわたる均一な温度勾配も促進する。
【００４０】
一部の実施形態は、中間ウエハのうちの１つ以上を、異なるマイクロ波吸収材料および形状のその他の「積層された」物体と交換して、同様の結果を得る。例えば、一実施形態は、その他あらゆる加工ウエハを、炭化ケイ素円板または板と交換する。理想的には、マイクロ波吸収物体には、加工ウエハと同様の誘電特性があるが、加工ウエハとは異なる誘電特性の物体さえ、熱均一性を促進することが期待される。
【００４１】
加工ウエハ１３４１と略同一である物理的特性および寸法がある、例えば３つといった１つ以上のウエハを含む、上下加工バッフルウエハ１３４２および１３４３は、各隣接端加工ウエハ１３４１Ａおよび１３４１Ｂに対する実質的な熱板および／またはサセプタ板としての機能を果たす。また、上下バッフルウエハは、加工ウエハ１３４１がマイクロ波エネルギーの略均一分布を呈する内部チェンバの領域内にあることをさらに確実にするように、提供される。
【００４２】
例示的実施形態では、加工およびバッフルウエハのそれぞれは、略同一であり、主にシリコンなどの半導体材料から成る。シリコンは、マイクロ波源１１６Ａおよび１１６Ｂからの０．９０ＧＨｚ〜２８ＧＨｚマイクロ波エネルギーと十分によく結合し、略均一な容積的な（徹底的な）加熱を可能にする。（また、一部の実施形態では、ウエハ１３４はガラス基板である。）例示的実施形態での各ウエハの厚さは、０．０１インチ（０．０２５４ミリメートル）の範囲であり、０．９０ＧＨｚ〜２８ＧＨｚの均一な侵入深さ、よってなおさらの均一な容積加熱をさらに促進する。
【００４３】
一部の実施形態では、ウエハは、１つ以上の集積回路を画定する集積トランジスタおよび／または導電および絶縁構造、またはさらに概して、部分的集積回路または集積回路アセンブリを含む。例えば、様々な実施形態では、加工ウエハのそれぞれは、６５ナノメートル以下の公称寸法および／または少なくとも３０対１ほども大きいアスペクト比を有する溝がある、集積回路アセンブリを含む。その他の実施形態は、より大きい、または小さい公称特徴寸法があるウエハを提供する。
【００４４】
ウエハ積層ラック１３２およびウエハ１３４に加えて、ウエハキャリアアセンブリ１３０は、エレベータ・ローテータアセンブリ１３６を含む。アセンブリ１３６は、ウエハ積層ラック１３２を外部および内部チェンバ１１２および１２２の内外に上昇および下降さ
せるための電気機械装置（分けて図示していない）を含む。また、アセンブリ１３６は、内部チェンバ１２２の中心軸１３６Ａの周囲でウエハ積層ラック１３２を回転させるための電気機械装置（分けて図示していない）を含む。例示的実施形態では、ローテータ装置は、ベルトを介して滑車に結合される電気モータを含み、滑車はウエハキャリアアセンブリの軸シャフト部に結合される。例示的実施形態は、１分につき１〜１５回転から調整可能な速度を提供する。
【００４５】
制御器１４０は、熱電対ウエハ１３４４、マイクロ波源１１６Ａおよび１１６Ｂ、および結合器１１６Ｇおよび１１６Ｈに結合される。例示的実施形態では、制御器１４０は、制御入力として温度設定点を受け取る比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御器という形をとり、熱電対ウエハ１３４４から参照設定点値への測定温度に基づくエラー信号を決定する。そして差異（または「エラー」信号）を使用し、マイクロ波出力を駆動してその所望の設定点に温度を戻すマイクロ波源に対する制御電圧を計算する。ＰＩＤ制御器は、同様に使用することが可能である簡易比例制御システムよりも正確かつ安定した制御を概して提供する、エラー信号の履歴および変化率に基づいて工程を調整することが可能である。結合器は、制御器１４０への入力および反射電力測定などの、電力測定を提供する。制御器１４０は、それらに応答することに加えて、電力測定を格納する。反射電力測定は、実行ごとの工程一貫性および再現性を監視するのに有用であり、反射電力における有意な逸脱は、潜在的な機器の不具合またはメンテナンスの必要性を示す。図１Ｅは、システム１００のその他の部品と相互作用する制御器１４０の簡略化したブロック図を示す。
【００４６】
一般的な操作中、ウエハ１３４が回転している間に、システム１００は、マイクロ波源１１６Ａおよび１１６Ｂからの、例えば５．８ＧＨｚといった、０．９０ＧＨｚ〜２８ＧＨｚのマイクロ波エネルギーを、導波管１１６Ｃおよび１１６Ｄを介して外部チェンバ１１２内へ導入する。導入されたマイクロ波エネルギーは、外部チェンバ１１２の斜めに角度をつけられた内面から反射され、複数のマイクロ波様相を作り出す。内面の反射性質は、外部チェンバ１１２が加熱することを防ぎ、ウエハ１３４および内部チェンバ１２２の温度に対して冷壁チェンバをもたらす。例えば、ウエハ温度が３５０℃である場合、内部および外部チェンバ壁は、５０〜６０℃の範囲内で大幅により低い温度となる。対照的に、熱壁チェンバのチェンバ壁は、ウエハとおよそ同じ温度となる。
【００４７】
外部チェンバに進入した後、マイクロ波エネルギーは、ウエハ１３４内へと、内部チェンバ１２２およびウエハラック１３２のマイクロ波透過材料を通過する。一部の実施形態では、内部チェンバは、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、または、マイクロ波エネルギーを吸収してウエハの積層を均等に加熱するその他の希ガスなどの、マイクロ波吸収ガスを含む。制御器は、感知温度に基づいてマイクロ波電力および／または送風機を調整し、所望の温度対時間特性を得る。また、例示的実施形態では、制御器
【００４８】
〔操作の例示的方法〕
より具体的には、図２は、システム１００を操作する１つ以上の例示的方法のフローチャート２００を示す。フローチャート２００は、例示的実施形態における連続順で配置され説明される、ブロック２０２〜２２２を含む。しかし、その他の実施形態は、２つ以上のブロックを並行して実行し、１つ以上のブロックを省略し、工程順を変え、または異なる機能性分割を提供して類似結果を達成することができる。さらに、なおその他の実施形態は、モジュールまたは部品間で、およびそれらを通して通信される関連制御およびデータ信号を伴う、２つ以上の相互接続されたハードウエアモジュールおよび部品と連動してブロックを実施する。
【００４９】
ブロック２０２は、ウエハのバッチをウエハキャリアアセンブリに搭載するステップを伴う。例示的実施形態では、このことは、ウエハ積層ラックを下降するステップ、および
間に半インチ（１２．７ミリメートル）または代替的な間隔を伴って、ウエハを１つずつ重ねる垂直積層に１０枚から１５０枚の範囲のシリコンウエハを搭載するためにロボットを使用するステップを伴う。概して０．１８８"〜０．７５０"の範囲のウエハの間隔は、例えば、１５０、２００、または３００ミリメートルといった、ウエハのサイズに依存する。一部の実施形態は、１０枚未満のウエハを搭載することができる。ウエハ搭載が完了すると、ラックは通常の動作位置に上昇することにより、内部チェンバを密封する。一部の実施形態は、ウエハ積層ラックを内部チェンバ内に下降し、その他はウエハラックを固定位置で保持し、チェンバ１１２および１２２を上昇または下降してウエハ積層を封入し、なおもその他はチェンバを縦方向に開閉または分離して、ウエハ積層ラックに横方向から搭載できる。実行はブロック２０４で続く。
【００５０】
ブロック２０４は、ウエハを加工するための所望の圧力条件を確立するステップを伴う。例示的実施形態では、このことは真空ポンプ１２７を使用して内部チェンバ１２２（加工管）を空にするステップを伴う。チェンバの内側の所望の圧力に達すると（例えば、内部チェンバ１２２に接続される圧力計によって測定される１０Torr）、実行はブロック２３０で続く。（一部の実施形態は、マイクロ波吸収ガスを導入して、後の加熱を容易にすることもできる。そして、一部の実施形態は、圧力制御を完全に省略することもできる。）
【００５１】
ブロック２０６は、ウエハ積層の回転を開始するステップを伴う。例示的実施形態では、このことは、モータを始動させるステップ、およびエレベータ・ローテータアセンブリ１３６に関連する可変速制御入力を１〜１５ＲＰＭに手動または自動で設定するステップを伴う。しかし、その他の実施形態は、より速いまたは遅い速度の回転を使用することもできる。実行はブロック２０８で続く。
【００５２】
ブロック２０８は、マイクロ波エネルギーを外部チェンバ内および内部チェンバ内に導入するステップを伴う。例示的実施形態では、このことはマイクロ波源１１６を始動するステップを伴い、こうしたマイクロ波源１１６とは例えば、上記のようにスイッチモード電源のろ過されていない出力を介して電源を供給され、よって、例えば＋／−３０ＭＨｚといったやや変調されたマイクロ波エネルギーを提供する、例えば４つの７００ワット５．８ＧＨｚマグネトロンといったものがある。こうした周波数変調により、定在波またはモードが完全に形成することを予防または抑制する。そして変調されたマイクロ波エネルギーは、導波管を通って外部チェンバ１１２内へ伝達され、そして内部チェンバ１２０を通り、外部チェンバ１１２の正八角柱の内傾斜角に反射し、多モードパターンを画定する。略一定モードパターンは、なおも外部チェンバ内に残るが電力密度がより低くなり、したがって、熱冷点によって引き起こされる、結果として生じる温度の範囲はぐっと縮まる。
【００５３】
ブロック２１０は、所望のウエハ温度を確立するステップを伴う。例示的実施形態では、ウエハ温度は、熱電対ウエハを使用して監視され、マイクロ波源の電力出力を変えて、例えば、３５０℃、またはさらに概して５０〜５５０℃の範囲といった、所望の工程温度を急速に得る、閉ループフィードバック制御を使用して制御される。そしてこの温度は、工程の全体を通して動的に維持され、必要に応じて送風機１１４Ａが連続的または断続的に作動して、外部チェンバと内部チェンバとの間の領域における対流を管理する。特に、例示的実施形態は、反射してチェンバ１１２から出てゆくマイクロ波電力を監視するために結合器を使用し、かつこの反射レベルを軽減または最小化するために入力電力を軽減することによって、所望の温度にウエハを維持するために必要とされる入力マイクロ波電力を最小化または軽減する。このことは、ウエハの所望の温度を維持するために最適または最適に近い、それに対するチェンバ内の全体的な電力集中を軽減し、よってアーク放電の懸念をさらに軽減する。
【００５４】
特に、外部チェンバ１１２の反射内面、および内部チェンバおよびウエハ積層ラックのマイクロ波透過特性は、冷壁性能特性を有する内部および外部チェンバを結果としてもたらし、ウエハ積層ラック中のウエハが、システム内で加熱される唯一のアイテムである。（本願で使用されるように、冷壁は、例えば２５０〜３００℃より低温の、ウエハ積層よりも大幅に低温の外部または内部チェンバを参照する。さらに概して、ウエハ加工中にその表面との望ましくない反応を防ぐのに十分低い温度を有する任意のチェンバ壁は、ウエハに対して充分に冷たいと云えるだろう。
【００５５】
さらに、積層中の各ウエハが多様マイクロ波エネルギーと結合して徹底的に（つまり容量分析で）加熱すると、それは上下のウエハに対する実質的な熱板の役割を果たし、２つのウエハの全体にわたる均一な温度勾配を促進する。積層されたウエハアセンブリは、各ウエハの上下に略均一温度部を形成し、一般的にマイクロ波エネルギーの低電力モードによって引き起こされる不均一な加熱効果を効果的に取り消すため、各ウエハの低熱容量が冷壁環境内で重要である。
【００５６】
また、各ウエハは、チェンバの形状、チェンバ内でのその位置、およびチェンバ内でのマイクロ波モード形成に依存する一意のモードパターンを、概して経験または呈する。変化するモードパターンにより、各ウエハには、その上下のウエハの熱冷点のバランスをとる、または相殺する傾向がある、最小限または軽減された熱冷点がある。図３は、ウエハ積層３００中の、各ウエハ３１０、３２０、および３３０に対する、簡略化した４分割マイクロ波電力散逸図３１１、３２１、３３１を示す。ウエハ積層３００にはウエハ３４０、３５０、３６０、および３７０も含まれる。
【００５７】
この例では、最上部ウエハであるウエハ３１０に対する散逸図３１１は、ウエハ３１０の上方にはウエハがないため、熱点と呼ばれる比較的高い電力散逸の多数の領域を含む。熱点は斜交平行領域によって示され、ウエハの残りの部分は、大幅により低い電力散逸レベルを呈している。ウエハ３２０は、その上方にウエハ３１０を有することから利益を享受し、サセプタ板としての機能を果たし、よって、その散逸図３２１の熱点の総面積は、ウエハ３１０よりも大幅に少ない。ウエハ３３０は、上方にウエハ３１０および３２０を有することから利益を享受し、したがってその散逸図３３１は、軽度であるが無視できない熱点を呈する。
【００５８】
ウエハ３４０〜３７０に対する電力散逸図は示されていないが、これらのウエハに対する熱点の程度は、ラック中の同様に配設されたウエハから推定することが可能である。例えば、ウエハ３４０および３５０には、それらの上方に少なくとも２つのウエハ、およびそれらの下方に２つのウエハがあり、よって熱点の発生はウエハ３３０のものと同様である。一方、ウエハ３５０および３６０は、ウエハ３２０および３１０にそれぞれ類似し、よって同様に増加した熱点を呈する。全体的に、図３は、ウエハの積層の利点だけでなく、ウエハ積層の端にバッフルウエハを提供することの利点も図示する。
【００５９】
例示的実施形態では、温度勾配は、各ウエハの全体にわたって略均一であり、ならびに積層の全体にわたって均一である（＋／−５℃）。さらに温度を均一に最適化するために、ウエハ積層は加熱中にチェンバ内で回転される。このことは、各ウエハによって見られるモードパターンを変え、温度の均一性をさらに最適化する。積層中の最上および底ウエハは、バッフルウエハとして使用され、温度の均一性は、熱処理の対象となるウエハが全て間にあるため、ここでは重大ではない。一部の実施形態は、４０９６の２５マイクロ秒周波数ステップで、５から７の間のＧＨｚで循環する、可変周波数マイクロ波エネルギーを使用する。さらに概して、周波数は、中心周波数、または範囲の最小周波数から最大周波数へスキャンされるサイクルの周辺で、＋／−５、＋／−１０、＋／−１５、＋／−２０、またはなおさらにそれ以上の割合の量で変化させることができる。例示的実行はブロック２１２で続く。
【００６０】
ブロック２１２は、ウエハを加工するステップを伴う。例示的実施形態では、この加工は、ウエハの１つ以上の膜を硬化するステップ、焼きなましステップ、および／または形成するステップを伴う。硬化するステップおよび焼きなましステップは概して、特定期間にわたって所望の温度にウエハを維持するステップを伴う。
【００６１】
一例示的実施形態では、搭載されたウエハのうちの１つ以上は、１つ以上のポリイミド、エポキシ、またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）構造を含む。特に、完全に硬化した高分子膜または構造は、マイクロ波を通すようになり、よって、高分子膜が熱障壁である従来の抵抗熱硬化と対照的に、硬化が高分子膜の表面下で継続することを可能にする。
【００６２】
一例示的焼きなまし工程では、ウエハのうちの１つ以上は、例えば、１０対１、２０対１、または３０対１といった、高アスペクト比で溝を掘られる、銅伝導体などの金属構造を含む。高アスペクト比で溝を掘られる材料は、従来の徹底的加熱技法を使用して加熱することが困難である。その他の実施形態は、低誘電率（低Ｋ）誘電体、高誘電率（高Ｋ）誘電体、またはシリコン・オン・インシュレータ構造を焼きなます。
【００６３】
膜または材料の層を形成するステップは概して、１つ以上の流体（液体またはガス）を内部チェンバ１２２に導入するステップを伴う。この目的を達成するために、例示的実施形態は、導管１２３およびガス注入器１２３Ａを介してチェンバ１２２と流体連通している、流体源１２５を作動させる。一実施形態では、流体源１２５は、酸素および１０％または２５％（体積）オゾンの混合物を提供する、市販のオゾン発生器という形をとる。その他の実施形態は、７０％、６０％、５０％、４０％、および３０％などの、７５％未満の濃度を使用することができる。一部の実施形態は、窒素などのその他のガスを導入し、原子レベルの厚さで窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などのその他の材料を形成する。
【００６４】
ガス注入器は、ガスをウエハ積層の最上部に輸送し、ガスは真空ポンプ１２７を介してウエハの上側および内部チェンバの外へ引き出され、ウエハのそれぞれの露出面と反応して、酸化ケイ素などの材料の層を形成する。流れは、層（酸化ケイ素）の所望の厚さ、および圧力と温度の設定に依存してある期間にわたって継続される。内部チェンバは低温（約５０℃）であるため、例えばオゾンといった流体は、３５０℃であるウエハのみと反応し、半導体素子に対する高品質絶縁体として広く使用されている、密度の高い酸化ケイ素薄膜を形成する。概して、所与の圧力および条件下で所望の膜厚さを得るための時間は、実験的に決定される。図４は、２５％オゾン濃度を使用する、３５０、４００、および５００℃の３つの異なる工程温度に対する、酸化層の厚さ（Ｔｏｘ）対酸化時間を示す。材料の層の形成は、流体の流れを止めて内部チェンバを空にすることによって終了される。実行はブロック２１４で続く。
【００６５】
ブロック２１４は、ウエハの回転を終了するステップを伴う。この目的を達成するために、例示的実施形態は、エレベータ・ローテータアセンブリ１３６のモータ部を手動または自動で止める。例示的実行はブロック２１６に続く。
【００６６】
ブロック２１６は、内部チェンバ１２２内のウエハを冷却するステップを伴う。例示的実施形態では、このことはマイクロ波エネルギー源の動作を停止し、外部チェンバ１１２の内部への内部チェンバ１２２の壁の全体にわたる熱伝達を加速するように、再循環送風機１１４Ａを始動させるステップを伴う。この例示的なチェンバ内冷却とは対照的に、従来のバッチウエハ加熱器は、ゼロ酸素クリーンルームへウエハを移動させる。こうしたゼロ酸素クリーンルームでは、ウエハが室温にまで冷却するのに数時間かかる場合がある。
典型的に１時間未満で、ウエハの温度が５０℃またはその他のある所望の閾値を下回ると、実行はブロック２１８へ進む。
【００６７】
ブロック２１８では、冷却されたウエハ積層が除去される。例示的実施形態では、ウエハの除去は、内部チェンバ１２２および結果的に外部チェンバ１１２からも、搭載されたウエハキャリアを下降するためにエレベータ・ローテータアセンブリ１３６を使用するステップを伴う。特に、ウエハは、典型的なレベルの大気酸素を含む、従来のクリーンルーム環境内へと下降される。
【００６８】
ブロック２２０は、ウエハ積層ラック１３２からウエハを取り外すステップを伴う。例示的実施形態では、バッフルウエハを除くウエハの全ては、ロボットを使用して除去される。一部の実施形態では、ウエハ積層ラックおよびウエハは、取り除かれて別の加工ステーションへと輸送される。
【００６９】
上記のシステムおよび方法は概して、基板の均一な低温度加熱から利益を享受し得る、任意の応用に適切であると考えられる。例えば、本発明者らは、本願で説明される装置および／または方法は、アルミニウム焼結、H2焼きなまし、ＳｉＬＫ焼きなまし、フォトレジストの焼き付けおよびリフロー、ラジカル酸化および窒化物形成、超低温低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）（例えば窒化物）、および超薄型ゲート誘電体形成に適用できることを検討する。
【００７０】
〔結論〕
当技術分野を増進させるため、本発明者らは、とりわけ、多様マイクロ波エネルギーを使用し、シリコンウエハまたは集積回路アセンブリの急速かつ均一な熱処理を容易にするもの、システム、方法、および部品をとりわけ、本書で考案および提示している。一例示的システムは、マイクロ波エネルギーを収容するための外部チェンバ、圧力を維持し流体を収容するための外部チェンバ内のマイクロ波透過圧力チェンバ、および内部チェンバ内のマイクロ波透過積層アセンブリを含む。外部チェンバは、ウエハ積層アセンブリ中のシリコンウエハにわたって、例えばマルチモード５．８ＧＨｚエネルギーといった、マルチモード電磁エネルギーを均等に分配する。シリコンウエハは、容量的にかつ略均一に加熱されるが、マイクロ波透過内部チェンバおよびウエハ積層アセンブリは、仮にそうであるとしても、ほんの少ししか加熱されない。バッフルウエハはウエハ積層に含まれ、そうでなければ容認できない熱点集中がある領域に暴露される、隣接ウエハの均一な加工を促進する。例示的マイクロ波システムおよび方法は、全て平等な、またはより良い工程結果を維持しながら、熱工程所要時間の軽減および従来の工程温度の低下の可能性を秘めている。
【００７１】
上記に説明される実施形態は、その幅および範囲を制限することではなく、本発明を製作および使用する１つ以上の方法を解説し教示することを目的とするのみである。本発明の教示を実践または実施する全ての方法を包含する本発明の実際の範囲は、１つ以上の発行済み特許請求項およびそれらの均等物によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の１つ以上の実施形態に対応する例示的熱加工システム１００の縦断面ブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の１つ以上の実施形態に対応するシステム１００の一部の上断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の１つ以上の実施形態に対応するシステム１００の部分的斜視図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の１つ以上の実施形態に対応する、システム１００中のウエハ積層アセンブリ１３２の斜視図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、システム１００の一部特徴の制御を図示し、よって本発明の１つ以上の実施形態に対応する、システム１００の簡略化したブロック図である。
【図２】図２は、本発明の１つ以上の実施形態に対応するシステム１００を操作する例示的方法のフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の１つ以上の実施形態に対応する、システム１００中の３つの積層されたウエハにおけるマイクロ波電力分布の描写である。
【図４】図４は、本発明の１つ以上の実施形態に対応する、いくつかの工程温度に対する酸化物の厚さ対時間のグラフである。
【図１Ｂ】
2009516375.tif 000003
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ａ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2009516375.tif 000011
2009516375.tif 000012
2009516375.tif 000013