(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板を支持し、空間的及び時間的に変化する熱負荷が与えられる場合でも、半導体基板を実質的に一定のバックグラウンド温度に維持するためのチャック方法及び装置の提供。【解決手段】チャックは、加熱要素、ウィック、アルカリ金属液体／蒸気を含む密閉されたチャンバを有する熱補償ヒーターモジュールを含む。チャンバは、加熱パイプ原理を使用してモジュールの温度差を均一化させる。空間的に変化する熱負荷は、ヒーターモジュールの熱伝導性によって迅速に均一化される。ヒーターモジュールの下部から一定の量の熱を放熱させることによって、熱負荷の大きな一時的変化を許容することができる。一定の熱損矢は、放射及び対流によって失われる熱よりも少ない範囲で、供給される熱負荷の最大変化と少なくとも同等とすることが好ましく、それによって電気加熱要素を介して熱を供給することが必要となり、チャック及び基板の温度制御が可能となる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー熱処理用チャックのためのヒーターモジュール装置であって、
平坦な上面と、下面と、チャンバ周囲内面を備えた密閉された内部チャンバと、を有するハウジングと、
前記チャンバ内で実質的に一定のバックグラウンド温度に保持される液体または蒸気の金属（「金属液体／蒸気」）と、
前記チャンバ内に配置され、前記ハウジング及び前記金属液体／蒸気をバックグラウンド温度に加熱する１以上の加熱要素と、
前記チャンバ周囲内面に隣接して配置され、少なくとも前記チャンバ周囲内面の一部に液体金属を供給する１以上のウィックと、
を含み、
前記金属液体の少なくとも一部は、前記ハウジングの前記上面に供給される空間的に変化する熱負荷から熱を吸収し、前記金属の蒸発及び凝縮によって前記吸収した熱を前記チャンバにわたって再分配することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ハウジングは、
前記ハウジングの前記上面を定める上部板と、
前記ハウジングの前記下面を定める平坦な下部板と、
上側及び下側リムを有する環状のサイドウォールと、
を含み、
前記上部板は前記上側リムにおいて前記ハウジングを封止し、前記下部板は前記下側リムにおいて前記ハウジングを封止していることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１において、前記金属はアルカリ金属を含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
基板を支持するためのチャック装置であって、
平坦な上面と、下面と、チャンバ周囲内面を備えた密閉された内部チャンバと、を有するハウジングと、前記チャンバ内で実質的に一定のバックグラウンド温度に保持される液体または蒸気の金属（「金属液体／蒸気」）と、前記チャンバ内に配置され、前記ハウジング及び前記金属液体／蒸気をバックグラウンド温度に加熱する１以上の加熱要素と、前記チャンバ周囲内面に隣接して配置され、少なくとも前記チャンバ周囲内面の一部に液体金属を供給する１以上のウィックと、を含み、前記金属液体の少なくとも一部は、前記ハウジングの前記上面に供給される空間的に変化する熱負荷から熱を吸収し、前記金属の蒸発及び凝縮によって前記吸収した熱を前記チャンバにわたって再分配するヒーターモジュールと、
ヒートシンクと、
前記ハウジングの前記下面と前記ヒートシンクの上面との間に配置され、前記ヒーターモジュールと前記ヒートシンクとの間で実質的に一定の熱勾配を維持する絶縁体層と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記１以上の加熱要素と動作的に連結され、可変量の電力を前記１以上の加熱要素に供給する電源と、
前記電源と動作的に連結され、前記電源を制御して前記可変量の電力を前記１以上の加熱要素に供給するヒーターコントローラと、
前記チャンバ内に配置され、前記ヒーターコントローラと動作的に連結され、１以上の温度信号を前記ヒーターコントローラに供給する１以上の温度プローブと、
をさらに含み、
前記１以上の加熱要素に供給される前記可変量の電力は、所望のバックグラウンド温度と前記１以上の温度測定信号との差に基づくことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項４において、前記金属はセシウム、ナトリウム、カリウムのいずれかを含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項４において、前記絶縁層は溶融シリカ及び石英の少なくとも１つを含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項４において、前記ヒートシンクは、内部に形成された冷却路を有する冷却板と、前記冷却路と動作的に連結され、前記冷却路に冷却流体を流す冷却ユニットと、含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１において、前記一定のバックグラウンド温度は約３５０℃から約４５０℃の範囲であることを特徴とする装置。
【請求項１０】
基板をレーザー熱処理するためのチャック装置であって、
平坦な上面と、下面と、液体及び蒸気の金属を収容する、チャンバ周囲内面を有する密閉された内部チャンバと、を有するハウジングと、
前記チャンバ内に配置され、前記ハウジング及び前記金属液体／蒸気をバックグラウンド温度に加熱する１以上の加熱要素と、
前記チャンバ周囲内面に隣接して配置され、少なくとも前記チャンバ周囲内面の大部分または全体に液体金属を供給する１以上のウィックと、
を含み、
前記基板から前記チャンバに移動した熱によって前記チャンバ内に形成されるホットスポットにおいて液体金属を蒸発させ、前記ホットスポットから離れた場所で前記金属蒸気を凝縮させることによって、前記金属液体の一部を前記チャンバ内で再分配することを特徴とするチャック装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記金属はアルカリ金属を含むことを特徴とするチャック装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記ハウジングと熱的に連結され、前記チャンバから熱を除去するヒートシンクをさらに含むことを特徴とするチャック装置。
【請求項１３】
空間的に変化する熱負荷が与えられる基板の実質的に一定のバックグラウンド温度を維持するための方法であって、
前記基板を支持する上面と、周囲内面を有し、前記周囲内面の大部分または全体に隣接する液体金属の一部を保持することを含む金属液体／蒸気を保持する密閉されたチャンバとを有するヒーターモジュールに前記空間的に変化する熱負荷を前記基板から移動させること、
前記ヒーターモジュール及び前記ヒーターモジュールに含まれる前記金属液体／蒸気を実質的に一定のバックグラウンド温度に維持すること、
前記金属液体／蒸気の選択的な蒸発及び凝縮によって前記基板から前記チャンバに移動した熱を分配すること、
熱の供給を変化させることによって前記実質的に一定のバックグラウンド温度を維持する工程を実施できるように、放射及び対流によって前記ヒーターモジュール及び前記基板から失われる量よりも少ない範囲で前記空間的に変化する熱負荷によって供給されるよりも多い量の熱を前記チャンバから除去すること、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３において、前記基板のレーザ熱処理を行うために、前記基板にレーザービームを照射することによって前記基板に前記変化する熱負荷を与える工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３において、前記金属液体／蒸気として、カリウム、ナトリウム、セシウムの少なくともいずれかを前記チャンバに供給する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３において、前記チャンバから熱を除去する工程は、絶縁体層を介して前記ヒーターモジュールの前記チャンバと熱的に連結されるように冷却板の形態のヒートシンクを設けることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３において、前記ヒートシンクと前記ヒーターモジュールとの間で実質的に一定な熱の流れを維持するように絶縁体層を形成することをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
基板に変化する熱負荷を与えながら、前記基板を一定のバックグラウンド温度に維持するための方法であって、
前記空間的に変化する熱負荷による熱を前記基板から前記基板と熱的に連結された密閉されたチャンバ内に保持された金属液体／蒸気に移動させ、前記チャンバ内に低温領域によって取り囲まれたホットスポットを形成する工程と、
前記ホットスポットにおいて前記液体金属を蒸発させ、前記低温領域において前記金属蒸気を凝縮させることによって前記金属液体／蒸気の一部を再分配し、前記密閉されたチャンバと前記基板の温度を均一化させる工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８において、前記密閉されたチャンバ及び前記金属液体／蒸気の温度を実質的に一定のバックグラウンド温度に維持する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８において、前記密閉されたチャンバを、放射及び対流によって前記基板及び前記チャンバから失われる熱の量よりも少ない範囲で前記熱負荷の最大一時的変化と少なくとも等しい実質的に一定な量の熱を除去するヒートシンクと熱的に連結させる工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の参照】
【０００１】
本発明は、本願と同日の２００４年１２月１日に出願され、本願の譲受人であるカリフォルニア州サンノゼのウルトラテック（Ｕｌｔｒａｔｅｃｈ）社に譲渡された「レーザー熱処理のための加熱チャック（Ｈｅａｔｅｄ  Ｃｈｕｃｋ  ｆｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」と題する米国特許出願第１１／００１，９５４号に関連し、当該特許出願はこの参照によって本願の開示内容に含まれるものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、半導体の製造において半導体基板を熱処理するための装置及び方法に関する。さらに詳細には、本発明は、レーザー熱処理（ＬＴＰ）時に基板（半導体ウェハ）を支持するための支持部材（「チャック」）に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路（ＩＣ）の製造では、フォトレジスト塗布、フォトリソグラフィ露光、フォトレジスト現像、エッチング、研磨、さらには加熱または熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）といった多くのプロセスを半導体基板に対して行う。熱処理は、ある種のＩＣに使用する基板のドープ領域（例えば、ソース・ドレイン領域）のドーパントを活性化するために使用される。熱処理としては、高速熱アニール（ＲＴＡ）やレーザー熱処理（ＬＴＰ）などの加熱（冷却）方法が挙げられる。
【０００４】
半導体基板（「ウェハ」）に対してＬＴＰを行うための様々な方法及び装置が知られており、半導体装置の製造に使用されている。ＬＴＰ装置及び方法の例は、「熱処理用レーザー走査装置及び方法（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」と題する米国特許第６，７４７，２４５号（２４５特許）や「レーザー熱処理装置及び方法（Ｌａｓｅｒ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」と題する米国特許第６，３６６，３０８Ｂ１号（３０８特許）に記載されており、これらの特許の開示内容は本明細書の開示内容に含まれるものとする。
【０００５】
ＬＴＰでは、単一サイクルで、ウェハの温度をアニール温度まで急激に上昇させ、開始（周囲またはバックグラウンド）温度まで急激に低下させる。半導体の製造に使用される典型的なウェハのサイズは比較的大きいため（例えば、直径３００ｍｍ）、所与の時間にウェハの小さな領域のみに熱が効率的に与えられる。
【０００６】
２４５特許及び３０８特許を例に挙げると、レーザービームによってウェハ全面に例えばラスタパターンで走査される細く高い強度を有する像（線像など）を形成する。このプロセスでは、細い像上で１，０００Ｗ／ｍｍ２を超える熱流速が発生し得る。ＬＴＰ時に照射される領域におけるウェハ表面のピーク温度ＴＰは比較的高い（例えば、１，３００℃超）。
【０００７】
形成される活性化ドープ領域のシート抵抗の均一性はピーク温度ＴＰの均一性によって決定され、得られる半導体装置の性能もそれによって決まる。
【０００８】
ウェハ全面における均一なピーク温度ＴＰの達成は、レーザー出力の安定性とウェハ表面の温度均一性（以下、「バックグラウンド基板温度（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」という」に依存する。しかし、ＬＴＰプロセスに走査レーザービームなどの空間的に変化する熱負荷を利用する場合には、基板のバックグラウンド温度を一定に維持することができない場合がある。
【０００９】
従って、ＬＴＰ技術及びその関連技術では、処理対象の基板を、空間的に変化する熱負荷に直接さらされない基板の位置において一定のバックグラウンド温度に維持する装置及び方法があれば有益である。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の第１の態様は、基板をレーザー熱処理するためのチャック装置である。この装置は、平坦な上面と、下面と、密閉された内部チャンバとを有するハウジングを含む。チャンバは、通常は、上部板の下面、下部板の上面、上部板及び下部板によってキャップされた円筒状サイドウォールの内側表面などの、ハウジングの外側部分の内側表面からなる周囲内面を有する。チャンバは、液体及び蒸気の金属（以下、単に「金属液体／蒸気」という）を含む。チャック装置は、チャンバ内に配置された１以上の加熱要素を含む。１以上の加熱要素は、ハウジングと金属液体／蒸気をバックグラウンド温度に加熱する。この装置は、チャンバ周囲内面に隣接して配置された１以上のウィックも含む。１以上のウィックは、液体金属をチャンバ周囲内面の大部分または全体に供給する。金属液体／蒸気の一部は、基板からチャンバに移動した熱によってチャンバ内に形成されたホットスポットにおいて液体金属を蒸発させ、ホットスポットから離れた場所で金属蒸気を凝縮させることによって、チャンバ内で再分配される。金属液体／蒸気の再分配によって、ハウジングの温度をバックグラウンド温度に維持できるようにハウジングの温度が迅速に均一化される。
【００１１】
本発明の他の態様は、基板としての半導体ウェハのＬＴＰを行うために使用されるレーザビームなどからの空間的に変化する熱負荷を基板に与えながら、基板の実質的に一定のバックグラウンド温度を維持するための方法である。この方法は、空間的に変化する熱負荷による熱を、前記基板と熱的に連結された密閉されたチャンバ内に保持された金属液体／蒸気に基板から移動させることを含む。移動した熱は、チャンバ内に低温領域によって取り囲まれたホットスポットを形成する。この方法は、金属液体／蒸気の一部を、ホットスポットにおいて液体金属を蒸発させ、低温領域において金属蒸気を凝縮させることによって再分配し、密閉されたチャンバ及びチャンバと良好に熱的に連結された基板の温度を均一化することも含む。この方法は、例えばチャンバと良好に熱的に連結されたヒートシンクを使用して、チャンバから熱を除去することを含むこともできる。
【００１２】
各図面に示す各要素は説明のみのためのものであり、縮尺に制限されるものではない。ある要素の縮尺は誇張され、その他の要素の縮尺は最小化されている場合もある。各図面は、当業者が理解し、適切に実施することができる本発明の様々な実施態様を例示することを意図するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の本発明の実施形態の詳細な説明では、本発明の説明の一部をなし、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示する添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明されているとともに、その他の実施形態も利用することができ、本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて変更を加えることができることを理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求項のみによって定義されるものである。
【００１４】
上述したように、ＬＴＰ時に基板の表面にわたって均一なピーク温度を達成することは、活性化ドープ領域の均一なシート抵抗が要求される半導体デバイスを製造する場合に重要である。ＬＴＰにおけるピーク温度の均一性は、基板が入射したＬＴＰレーザービームからのエネルギーを効率的に吸収する環境を作り出すことによって容易に達成することができる。基板がドープされていない場合や、低濃度でドープされている場合には、レーザービームの吸収を増加させるために、基板にＬＴＰレーザービームを照射する前に基板の温度を一定のバックグラウンド温度ＴＣまで上昇させる必要がある。さもなければ、ビームは基板を通過してチャックに達する場合がある。また、走査ＬＴＰレーザービームによって空間的に変化する熱負荷を基板に与えても、基板を一定のバックグラウンド温度に維持しなければならない。
【００１５】
本発明のチャックは、基板に走査ＬＴＰレーザービームからの空間的に変化する熱負荷が与えられる場合でも、室温よりもかなり高い一定のバックグラウンド基板温度ＴＣを維持するようになっている。一実施形態では、一定のバックグラウンド温度ＴＣは約３５０℃〜約４５０℃の範囲である。一実施形態では、一定のバックグラウンド温度ＴＣは基板全面にわたって±４℃の範囲で均一に維持され、別の実施形態では基板全面にわたって±６℃の範囲で均一に維持される。
【００１６】
以下の説明では、「空間的に変化する熱負荷」とは、例えば処理対象の基板の表面にＬＴＰレーザービームを走査することによって、基板上の異なる場所（位置）に異なる時間において熱が与えられることを述べるために使用する。後述するように、基板上の空間的に変化する熱負荷は、ヒーターモジュールのチャンバ内の対応する位置に伝達される。
【００１７】
また、「一定のバックグラウンド温度」とは、バックグラウンド温度の変動が実質的にＬＴＰプロセスに影響を与えない範囲に保たれる「一定または実質的に一定であること」を意味する。同様に、「一定のバックグラウンド温度」とは、実質的に均一、すなわち、実質的に不利な結果をもたらすことなく基板のＬＴＰを行うために必要な程度に基板全面で均一であるものとする。
【００１８】
好ましい実施形態では、「一定のバックグラウンド温度」は高温であり、すなわち室温よりもかなり高く、例えば３５０℃〜４５０℃である。また、「一定のバックグラウンド温度」は、所与の時点において空間的に変化する熱負荷を直接取り囲む部分以外の対象物（基板など）の部分の温度を意味する。
【００１９】
さらに、「気体（ｇａｓ）」及び「蒸気（ｖａｐｏｒ）」という用語は、本明細書において相互に置き換えて使用される。また、後述するように、「金属」という用語は液体状態及び蒸気状態の双方を含むことを意図し、「金属液体／蒸気」という用語を省略及び表現の明確さのために使用する。
【００２０】
ヒーターモジュール
図１は、本発明に係るチャックに使用されるヒーターモジュール１０の一実施形態の側面分解図である。チャックについては詳細に後述する。ヒーターモジュール１０は、上側及び下側リム２２，２４と内側及び外側表面２６，２８（図２）とを有する中空の円筒状部（サイドウォール）２０を含む。上側リム２２には上部板３０が取り付けられ、下側リム２４には下部板４０が取り付けられている。上部板３０は上面３２と下面３４とを有し、下部板４０は上面４２と下面４４とを有する。サイドウォール２０、上部板３０、下部板４０は、密閉された内部チャンバ５０を有する密閉及び密封されたハウジングを構成する。一実施形態では、上部板３０と下部板４０は、上下のサイドウォールリム２２，２４に例えば溶接によってそれぞれ密接に取り付けられている。
【００２１】
チャンバ５０は、室温において固体であり、高い動作またはバックグラウンド温度において液体及び気体であってもよい金属５１を含む。説明の便宜のために、図１では蒸気状態の金属５１の部分を小さな円で示している。一実施形態では、金属５１は、カリウム、セシウム、ナトリウムの少なくともいずれかなどのアルカリ金属であるか、そのようなアルカリ金属を含む。一実施形態では、金属５１は組み立て時に内部チャンバ５０に導入され、ヒーターモジュールの動作時には常にヒーターモジュール内に閉じ込められる。一実施形態では、サイドウォール２０の内側表面２６、下部板の上面４２、上部板の下面３４が「チャンバ周囲内面」の一例を定めている。
【００２２】
一実施形態では、サイドウォール２０はモネル（Ｍｏｎｅｌ）金属で形成されている。また、一実施形態では、カリウムなどのアルカリ金属の場合には非常に反応性が高い金属液体／蒸気５１を安全に収容するように、上部板３０と下部板４０はモネル金属で形成されるか、モネル金属を含む。
【００２３】
図２は図１に示すヒーターモジュール１０の上面図であり、チャンバ５０内にあるモジュールの内部構成要素を示すために上部板３０が取り除かれている。一実施形態では、ヒーターモジュール１０は、チャンバ５０をサイドウォールの内側表面２６の一部から他の一部へとつなぎ、下部板の上面４２から上側リム２２によって定められる面まで上方に延びる１以上の細い長方形の支柱１００を含む。支柱１００は、チャンバ５０内においてサブチャンバ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄなどのサブチャンバを画定する。支柱１００は、好ましくは、後述するように金属液体／蒸気５１がサブチャンバ間及びチャンバ５０全体を流動できるような大きさを有する開口部１１０（図１）を含む。一実施形態では、支柱１００は互いに等しい角度で配置され、チャンバ５０を図示する４つのサブチャンバ５０Ａ〜５０Ｄなどの等しい大きさのサブチャンバに分割している。一実施形態では、ヒーターモジュール１０は、チャンバ５０に配置され、上部板３０及び下部板４０に機械的に連結されてヒーターモジュールに剛性を与える支持部材５５も含む。
【００２４】
ヒーターモジュール１０は、チャンバ５０を加熱するように配置された、ヒーターカートリッジなどの１以上の加熱要素１５０をさらに含む。加熱要素１５０はチャンバ５０を加熱し、液体金属の一部を蒸気に変化させる。一実施形態では、多くの（例えば、図２に示すように８個の）加熱要素が、サイドウォール２０の内側表面２６に隣接して配置され、チャンバの中心に向かって内側に延びている。一実施形態では、加熱要素１５０は、各サブチャンバ５０Ａ〜５０Ｄが２つの加熱要素を含むように各支柱１００の両側に配置されている。
【００２５】
各加熱要素１５０は、加熱要素を電源２００に接続するリード１９０（ワイヤなど）に接続されている。電源２００は、詳細に後述するように、選択された量の電力を加熱要素に供給するようになっている。電源２００は、詳細に後述するように、ヒーターモジュール１０の動作を制御するヒーターモジュールコントローラ２２０に動作的に連結されている。各加熱要素１５０は、電源２００から供給された電力を散逸させることによって熱を発生する。
【００２６】
ヒーターモジュール１０は、チャンバ５０内の対応する１以上の位置に配置された１以上の温度プローブ３００をさらに含む。温度プローブ３００は、１以上の位置のそれぞれにおいてチャンバ５０の温度を測定し、それに応じて対応する温度信号ＳＴを発生する。温度プローブ３００は、温度信号を受信して処理するヒーターモジュールコントローラ２２０と動作的に連結されている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、ヒーターモジュール１０は、チャンバ５０の周囲内面の大部分または全体を覆う１以上のウィッキング要素（「ウィック（ｗｉｃｋ）」）３６０を含む。ウィック３６０は、毛管作用によって液体金属をチャンバ周囲内面の大部分または全体に移動させる。この過程は図１のカットアウトＣ１に示されており、液体金属５１は、チャンバ５０の周囲内面が液体金属の薄いコーティングまたは膜で被覆されるように上部板の下面３４に向かってウィック３６０を上昇する。
【００２８】
一実施形態では、１以上のウィック３６０が下部板の上面４２に支持または固定され、サイドウォール２０の内壁面２６に沿って上方に延び、上部板の下面３４を越えて延びている。一実施形態では、１以上のウィック３６０は加熱要素１５０も覆い、液体金属５１を容易に加熱できるようになっている。
【００２９】
図１では、上部板３０及び下部板４０と隣接して示されたウィック３６０は、サイドウォール２０の内側表面２６に沿って下方及び上方に延びる折返し端部３６１を有する。このウィックの配置は、折返し端部が、内側表面２６に沿って配置されたウィックとの接触を確立するか、互いに接触してサイドウォールの内側表面の一部または全体を覆っている実施形態を示すものである。
【００３０】
各実施形態では、各ウィック３６０は、金属液体／蒸気と相容性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を有する金属、セラミックまたはガラスからなるスクリーンまたは繊維束の形態である。ウィック３６０に使用される材料は、液体金属によって容易に「濡れる」ことが好ましい。ウィック３６０は、チャンバ内の他の部分では液体金属が接触できないチャンバ周囲内面の部分に液体金属５１を毛管移動させる大きさを有する隙間３６２を有する。ここで、「濡れる」という用語は、液体金属とウィックの材料との間の小さな接触角の必要条件を意味する。後述するように、１以上のウィック３６０のウィッキング作用によって、チャンバとの間の熱移動に重要な役割を果たすチャンバ周囲内面の部分に液体金属の膜が維持される。一実施形態では、チャンバ周囲内面全体が、１以上のウィック３６０を使用して液体金属の膜で被覆される。
【００３１】
ヒーターモジュールを有するチャック
図３は、上述したヒーターモジュール１０を含む、本発明に係るレーザ熱処理用加熱チャック５００の側面図である。チャック５００は、上面５２２と下面５２４とを有する熱絶縁体層５２０を含む。一実施形態では、絶縁体層５２０は、絶縁体層とヒーターモジュールが良好に熱的に連結されるように、上面５２２が下部板４０の下面４４に隣接して配置されている。一実施形態では、絶縁体層５２０は下部板４０と直接接触し、別の実施形態では、Ｇｒａｆｏｉｌ（登録商標（カリフォルニア州ファウンテンバレー（Ｆｏｕｎｔａｉｎ  Ｖａｌｌｅｙ）のアメリカン・シール・パッキング（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｅａｌ  ａｎｄ  Ｐａｃｋｉｎｇ）社から市販されている））などのフレキシブル・グラファイトの薄層が絶縁体層と下部板との間に配置される。一実施形態では、絶縁体層５２０は溶融シリカまたは石英のプレートである。一実施形態では、絶縁体層５２０は、オハイオ州ウィロビー（Ｗｉｌｌｏｕｇｈｂｙ）のパイロマティックス（Ｐｙｒｏｍａｔｉｃｓ）社から市販されているＬＤ−８０を含む。
【００３２】
チャック５００は、下面５２４を介して絶縁体層５２０と良好に熱的に連結されるように配置されたヒートシンク６００も含む。一実施形態では、ヒートシンク６００は高い熱伝導性を有する材料からなる冷却板である。一実施形態では、ヒートシンクの冷却板はアルミニウムからなる。一実施形態では、ヒートシンク６００は、冷却ユニット５４０と流体的に連結された冷却路６０２（図３では一部を示す）を含み、冷却ユニット５４０は、ヒートシンクから熱を除去するために冷却路を介して冷却流体を流動させる。一実施形態では、冷却路６０２は冷却板内に形成されている。
【００３３】
絶縁体層５２０は、ヒーターモジュール１０とヒートシンク６００との間に配置され、両者の間で実質的に一定な熱勾配を維持するようになっている。一実施形態では、ヒーターモジュール１０の温度は約４００℃であり、ヒートシンク６００の温度は約２０℃である。
【００３４】
上部板３０の上面３２は、上面７０２と、下面７０４と、外側エッジ７０６とを有する基板（半導体ウェハ）７００を支持するようになっている。図４に示すように、一実施形態では、上部板３０は、基板７００を支持する上面７１２を有する材料（例えば、コーティングまたはプレート）の層７１０を上面３２の上に含む。層７１０を構成する材料は、基板７００を汚染しない材料である。層７１０の材料の例としては、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【００３５】
図３に示すように、チャック５００は、ヒーターモジュールコントローラ２２０と動作的に連結されたチャックコントローラ７２０も含む。後述するように、チャックコントローラ７２０はヒーターモジュールを含むチャックの動作を制御する。チャックコントローラ７２０は、冷却ユニット５４０とも動作的に連結され、ヒートシンク６００の冷却路６０２を介した冷却流体（水など）の流れを制御する。
【００３６】
動作方法
図３には、基板の上面７０２に入射するＬＴＰレーザビーム８８０も示されている。ＬＴＰレーザビーム８８０は、例えば基板の上面またはその近傍における基板内のドーパントを活性化するための基板７００のＬＴＰの一部として基板の表面７０２上を移動させる（「走査する」）。
【００３７】
ＬＴＰレーザビーム８８０は、基板内に生じさせる熱が適切に消散されない場合には基板のバックグラウンド温度を上昇させることになる、空間的に変化する熱負荷を基板に与える。基板のバックグラウンド温度が変化すると、ＬＴＰプロセスの望ましくない変化が生じ、特に、ＬＴＰ時に基板内のドーパントの活性化に影響を与える。
【００３８】
従って、基板７００にＬＴＰレーザビーム８８０を照射する前に、チャックコントローラ７２０は、信号Ｓ２によって電源２００を作動させるように信号Ｓ１によってヒーターモジュールコントローラ２２０に指示する。電源２００は、電力信号ＳＰによって電力（矢印８１０として模式的に示す）を加熱ユニット１５０に供給する。一実施形態では、電源２００から供給される電力は定常状態で約３．５ｋＷであり、ヒーターモジュール１０は４００℃に維持される。
【００３９】
チャンバ５０内に収容されている液体金属５１は、加熱ユニット１５０によって加熱される。熱は、ウィック３６０のウィッキング作用及びチャンバ内の金属液体／蒸気の蒸発・濃縮によってヒーターモジュール１０のチャンバ５０の内側表面全体に速やかに均一に広がる。熱の移動は、ウィック３６０によって大部分または全体が覆われたチャンバ周囲内面で最大となる。基板７００はヒーターモジュール１０と良好な熱接触状態にあるため、基板はヒーターモジュールの一定のバックグラウンド温度ＴＣを有することになる。
【００４０】
また、ヒーターモジュールコントローラ２２０は温度プローブ３００から温度信号ＳＴを受信し、ヒーターモジュールコントローラ２２０に温度情報を供給することによってヒーターモジュール１０の温度を調節するためにこれらの信号を使用する。ヒーターモジュールコントローラ２２０は、電源２００から加熱ユニット１５０に供給される電力８１０の量を（電力信号ＳＰを介して）調節する。このようにして、温度プローブ３００によって測定されるヒーターモジュールの温度を、例えば１℃以内の範囲で正確に制御することができる。
【００４１】
図３に示すように、基板７００の温度が所望の一定のバックグラウンド温度ＴＣに上昇すると、ＬＴＰレーザビーム８８０を基板の上面７０２にわたって走査する。これによって、基板上に空間的に変化する熱負荷が与えられ、熱負荷は基板上の空間的に変化する温度に変換される。その結果、ヒーターモジュール１０のチャンバ５０内において対応する空間的に変化する温度が発生する。チャンバ５０は、基板の表面７０２におけるＬＴＰレーザビームの位置に対応する「ホットスポット」８１２と、ホットスポットを取り囲む「低温領域」８１４とを有する。ホットスポット８１２は、ＬＴＰレーザビーム８８０を基板の表面７０２にわたって走査するにつれてチャンバ５０内を移動する。
【００４２】
空間的に変化する熱負荷によって引き起こされたチャンバ５０内の温度変化は、チャンバ内の金属液体／蒸気５１の蒸発及び凝縮、チャンバの体積全体における金属蒸気の移動、及びチャンバ周囲内面を覆う１以上のウィック３６０を介した毛管作用によって生じる液体金属の移動によって迅速に解消される。ホットスポット８１２から低温領域８１４への熱と金属蒸気の移動は、図３では矢印８１６によって示している。
【００４３】
液体状の金属５１は、蒸発による高い潜熱のために、蒸発によって大量の熱を吸収することができる。金属液体は、基板７００における走査ＬＴＰレーザビーム８８０の位置に対応するキャビティ内の「ホットスポット」８１２において蒸気となる。蒸発した金属は、１以上のウィック３６０の毛管作用によって液体金属で置換される。金属蒸気は、空間的に変化する熱負荷がチャンバの異なる領域に移動すると、チャンバの低温領域８１４において液体状態に凝縮する。ヒーターモジュール１０によって吸収された熱は、絶縁体層５２０を介してヒートシンク６００に移動し、エネルギー流れの矢印８２０に示すように消散する。
【００４４】
絶縁体層５２０は、ヒーターモジュールとヒートシンクとの間で実質的に一定な熱勾配を維持し、実質的に一定の速度で熱を一方から他方に移動させるようになっている。この速度は、レーザーが最大出力で動作する場合でも、ヒーターモジュールを一定のバックグラウンド温度に電気的に制御できるように選択される。
【００４５】
一実施形態では、チャンバ５０から除去される熱の量は、基板７００及びヒータのチャンバから放射及び対流によって失われる量よりも少ない範囲でＬＴＰレーザビーム８８０による空間的に変化する熱負荷によって供給される熱の量よりも多い。このため、ヒーターモジュール、従って基板を実質的に一定のバックグラウンド温度ＴＣに維持するために、加熱装置（加熱要素１５０、電源２００、ヒーターモジュールコントローラ２２０、温度プローブ３００）が熱を供給することが必要となる。
【００４６】
ヒーターモジュール１０によって効果的に提供される非常に高い熱伝導性によって、ＬＴＰレーザビーム８８０などの熱負荷が与えられる基板の位置またはその近傍を除いて、高い温度均一性（例えば、±４℃以内）が保証される。このため、基板は、ＬＴＰレーザビーム８８０が照射されない位置において一定のバックグラウンド温度ＴＣを有することになる。ＬＴＰプロセス時に達する最高温度は、主としてアニールサイクルの開始時における基板の温度とレーザビームの出力安定性に依存する。従って、基板の温度を均一に維持することによって、ＬＴＰアニールプロセスを均一に維持することができる。これによって、安定し、信頼性の高いデバイス性能が得られる。
【００４７】
本発明の多くの特徴及び利点は詳細な明細書から明らかであり、添付した請求項によって本発明の精神と範囲に従う上述した装置の特徴と利点をすべて網羅することを意図するものである。また、当業者は数多くの変形や変更に容易に想到するものと考えられるため、本発明をここで説明した構造や動作のみに限定することは望ましいものではない。したがって、その他の実施形態も添付した請求項の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】モジュールチャンバを定める上部板及び下部板によって密閉された短い中空の円洞状中央部を説明する、本発明のヒーターモジュールの一実施形態の側面分解図であって、第１のカットアウト（Ｃ１）は、チャンバ内の液体及び蒸気の金属と支柱を、チャンバ内での金属の循環を可能とする支柱の開口部とともに示し、第２のカットアウト（Ｃ２）は、チャンバ内面の大部分または全体に沿ったウィックと、ウィックの作用によってチャンバ周囲内面を覆う液体金属を示す。
【図２】本発明のヒーターモジュールの一実施形態の上面図であり、モジュールチャンバ内の内部構成要素を示すために上部板及びウィックの一部が取り除かれ、サイドウォールの内側表面に隣接するウィック（点線）の一部を示している。
【図３】ＬＴＰレーザビームを使用して基板のＬＴＰを行うための加熱チャックの断面図であり、チャックは図１に示すヒーターモジュールを含み、ＬＴＰ照射時に発生するチャンバ内部のホットスポット（８１２）と低温領域（８１４）を示している。
【図４】上面に形成された基板の汚染を防ぐ保護層を有する上部板の実施形態の拡大側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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