(57)【要約】【課題】  この発明の目的は、半導体デバイスの製造における半導体産業で使用され、基板の上に堆積されている膜を加熱するために用いられる電力のIR放射への変換効率が改善されていて、より正確な温度制御性能と、広い基板にわたっての均一性が得られる急速加熱処理（RTP）装置を提供する。【解決手段】  ガス導入口とガス排出口とを有するチャンバと、チャンバ内に備えられている基板ホルダーと、チャンバに備えられている赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードとを備えてなるＲＴＰ装置であって、基板ホルダーの上に配置されている基板が赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードから発光された赤外線によって高温に加熱されるRTP装置。【選択図】  図１
2006059931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入口とガス排出口とを有するチャンバと、
チャンバ内に備えられている基板ホルダーと、
チャンバに備えられている赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードとを備えてなる急速加熱処理装置であって、
基板ホルダーの上に配置されている基板が赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードから発光された赤外線によって高温に加熱される
急速加熱処理装置。
【請求項２】
赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードは、それらの発光表面によって形成される発光表面が基板表面に対して平行な平面になるように配置されている請求項１記載の急速加熱処理装置。
【請求項３】
赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードは、それらの発光表面によって形成される発光表面が基板表面に向かうドーム形状の面になるように配置されている請求項１記載の急速加熱処理装置。
【請求項４】
赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードから発光された赤外線は、一端が各赤外線発光ダイオードあるいは各赤外線レーザダイオードに接続されていて、他端が基板の近くで終端している光学ファイバを介して伝えられ、当該光学ファイバの他端によって形成される発光表面が基板表面に対して平行な平面になるように当該光学ファイバの他端が配列されている請求項１記載の急速加熱処理装置。
【請求項５】
赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードから発光された赤外線は、一端が各赤外線発光ダイオードあるいは各赤外線レーザダイオードに接続されていて、他端が基板の近くで終端している光学ファイバを介して伝えられ、当該光学ファイバの他端によって形成される当該発光表面が基板表面に向かうドーム形状の面になるように当該光学ファイバの他端が配列されている請求項１記載の急速加熱処理装置。
【請求項６】
赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードがチャンバの中あるいは外側に配置されている請求項４又は５記載の急速加熱処理装置。
【請求項７】
急速加熱処理の間に基板ホルダーが回転する請求項１乃至６のいずれかに記載の急速加熱処理装置。
【請求項８】
基板ホルダーに固定されている３本あるいは多数の針状ピンの上に基板が置かれる請求項１乃至７のいずれかに記載の急速加熱処理装置。
【請求項９】
チャンバの底板に固定されている３本あるいは多数の針状ピンの上に基板が置かれる請求項１乃至７のいずれかに記載の急速加熱処理装置。
【請求項１０】
基板の上側及び／又は基板の下側に発光表面が置かれる請求項２乃至６のいずれかに記載の急速加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体デバイスの製造における半導体産業で使用される急速加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速加熱処理（以下「RTP」と表す）は、チャンバ内において、制御された混合ガスと圧力の下で、基板上に堆積されている膜が、例えば、１０秒以内の、短い時間の間に高温に加熱され、その後、数秒間、一般的には６０秒を超えない数秒間、当該高温が維持されるものである。このプロセスは、Si基板及び他の基板の上に半導体デバイスを製造する上で重要な工程になっている。基板上に堆積していて加熱された膜はその後冷却される。
【０００３】
RTPは、多くの異なる理由から実施されている。第一の理由は、例えば、酸素ガス雰囲気の下で、RTP酸化のような、化学反応プロセスを進めることである。第二の理由は、積み重ねられている異なる薄膜を一つの均一な構成物にするために温度による溶解プロセスにより積み重ねられている異なる薄膜を混合することである。第三の理由は、あらかじめ形成されている膜を加熱し、膜の中の原子を再配置して、安定的な状態を作り出すことである。第四の理由は、膜の中に吸着されている不要なガス状物質を除去することである。
【０００４】
現状では、RTP装置には種々の形態がある。これらの装置の中の一つが図９に示されている。図９は従来のRTP装置の断面図である。この装置は、ガス導入口５９とガス排出口５５を有し、RTPチャンバと呼ばれるチャンバからなっている。シャフト６０に支持されている基板ホルダー６１がチャンバ内に備えられている。チャンバ壁５８に基板搬入／搬出ポート５４が配備されている。電気接続部５７に接続され、加熱されたフィラメントからなる白熱の赤外線（以下「IR」と表す）ランプ５１がIR放射源になっている。IRランプ５１と基板ホルダー６１の上に置かれている基板５３との間には、通常、石英板５２が置かれる。IR放射は石英板５２を透過していく。更に、石英板５２は、IRランプアセンブリとRTPチャンバとの間の真空シールドの役割を果たすので、RTPチャンバの下側の部分は、低圧に排気される。図９図示のIRランプ５１の形は円形状であるので、チューブ状のIRランプあるいは他の異なる形状を使用することができる。電気接続部５７及びIRランプ５１は絶縁体５６によって囲まれている。
【０００５】
ほとんど全ての白熱のIRランプは電力を赤外線放射に変換する効率が低い。これは、電力の多くの部分がコイルを高温に加熱するために用いられるからである。電力を可視光に変換する効率は、lumens/watt（ルーメン／ワット）で測定され、その比較が図１０に表されている。明らかに示されているように、発光ダイオード（以下「LED」と表す）は、１０倍近い効率である。したがって、RTP装置において基板を加熱するためにIRランプを用いるのは低効率であり、より多くのエネルギーを使用し、結果としてランニングコストが高くなる。
【０００６】
図９図示の従来のRTP装置の各IRランプ５１の直径は非常に大きく、例えば、５０ｍｍである。更に、各IRランプ５１の間には通常１０ｍｍを越える間隔が開けられている。これらの大きなサイズのために、石英板５２を横切るIR放射の強度の均一性は極めて不均一なものになる。そこで、隣接しているIRランプ５１から発したIR放射が互いに影響しあい、基板５３の表面全体にわたる温度分布が完全に均一になるようにするために、IRランプ５１と基板５３との間に大きな距離を置く必要がある。このIRランプ５１と基板５３との間の大きな距離のために、IR放射の多くの部分が消耗し、電力使用効率が悪くなる。
【０００７】
更に、上述した大きなサイズ故に、基板表面に高度に均一な温度分布を得ることが難しかった。例えば、図９図示のような、従来のRTP装置の多くでは、設定されている温度の周囲に±５℃の不均一が生じる。もしも設定されている温度が高ければ、この不均一もまた高くなる。
【特許文献１】特開２００１−１１８８０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上述した問題点の検討に寄与するものである。本発明の目的は、基板の上に堆積されている膜を加熱するために用いられる電力のIR放射への変換効率が改善されていて、より正確な温度制御性能と、広い基板にわたっての均一性が得られる急速加熱処理装置（RTP装置）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、ガス導入口とガス排出口とを有するチャンバと、チャンバ内に備えられている基板ホルダーと、チャンバに備えられている赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードとを備えてなる急速加熱処理装置であって、基板ホルダーの上に配置されている基板が赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードから発光された赤外線によって高温に加熱される急速加熱処理装置を提案する。
【００１０】
このRTP装置は、半導体デバイスの製造における半導体産業で使用されるRTPに用いられる。通常、このRTP装置による急速加熱処理は、チャンバ内において、制御された混合ガス、例えば、酸素ガス雰囲気と、圧力の下で行われる。
【００１１】
前記の本発明のRTP装置において、ソリッドステート（solid state）のIR LEDあるいは、ソリッドステート（solid state）のIRレーザダイオード、すなわち、液状体、ガス状体を使用しないIR LEDあるいはIRレーザダイオードを、それぞれ、IR LEDあるいはIRレーザダイオードとして使用することができる。
【００１２】
前記の本発明において、赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードは、それらの発光表面によって形成される発光表面が基板表面に対して平行な平面になるように配置することができる。この形態によれば、各IRダイオードあるいはIRレーザダイオードからのIR放射は、基板表面に対してほぼ９０℃で到達する。
【００１３】
これに代えて、前記の本発明において、赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードは、それらの発光表面によって形成される発光表面が基板表面に向かうドーム形状の平面になるように配置することもできる。
【００１４】
また、前記の本発明において、赤外線発光ダイオードあるいは赤外線レーザダイオードから発光された赤外線は、一端が各赤外線発光ダイオードあるいは各赤外線レーザダイオードに接続されていて、他端が基板の近くで終端している光学ファイバを介して伝えられ、当該光学ファイバの他端が発光表面を形成するように配置することもできる。この形態によれば、各IRダイオードあるいはIRレーザダイオードからのIR放射は、光学ファイバのような光学ケーブルによって、基板及び／又は基板表面の近くまで伝達される。
【００１５】
この形態において、前記光学ファイバの他端が形成する発光表面は基板表面に対して平行な平面になっているように前記光学ファイバの他端を配置することができる。これに代えて、前記光学ファイバの他端が形成する発光表面は基板表面に向かうドーム形状の面になっているように前記光学ファイバの他端を配置することもできる。
【００１６】
また、各IR LEDあるいはIRレーザダイオードからのIR放射が光学ファイバを介して基板及び／又は基板表面の近くまで伝達されるこれらの実施形態において、各IR LEDあるいはIRレーザダイオードは、チャンバの中あるいはチャンバの外側に配置することができる。
【００１７】
先述した本発明の各RTP装置において、急速加熱処理の間、前記基板ホルダーが回転するようにすることができる。
【００１８】
また、先述した本発明の各RTP装置において、基板ホルダーに固定されている３本あるいは、いくつかの針状ピンの上に基板が置かれるようにすることができる。
【００１９】
これに代えて、先述した本発明の各RTP装置において、チャンバの底板に固定されている３本あるいは、いくつかの針状ピンの上に基板がおかれるようにすることができる。
【００２０】
更に、前述した本発明の各RTP装置において、基板の上側及び／又は基板の下側に発光表面が置かれるようにすることができる。この形態によれば、基板は、その上側、下側、あるいは両側から加熱される。
【００２１】
上述した本発明のRTP装置によれば、RTP装置は、サイズが小さく、図９に図示し上述した従来のRTP装置に使用されている白熱のIRランプの放射パワーより放射パワーが高い、多数の赤外線発光ダイオード（IR LED）あるいはIRレーザダイオードの列から構成されている。そして、当該多数の赤外線発光ダイオード（IR LED）あるいはIRレーザダイオードの列は、基板表面のすぐ上及び／又は基板のすぐ下に配置されていて、基板の上に堆積されている膜を加熱するために用いられる電力のIR放射への変換効率が改善されていて、より正確な温度制御性能と、広い基板にわたっての均一性が得られる。IR LEDおよびIRレーザダイオードにおける基板の上に堆積されている膜を加熱する電力のIR放射への変換効率は非常に高く、本発明のRTP装置はより低いエネルギー消費になるからである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、IR LEDまたはIRレーザダイオードに基づく急速加熱処理装置（RTP装置）が提案されている。そして、このRTP装置によれば、基板の上に堆積されている膜を加熱するために用いられる電力のIR放射への変換効率が改善されていて、より正確な温度制御性能と、広い基板にわたっての均一性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の好ましい実施形態を、添付図面を用いて、以下の実施例に詳述する。
【実施例１】
【００２４】
図１〜図３を参照して本発明の実施例１を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の形態のRTP装置を示す断面図である。
【００２６】
この装置は、ガス導入口３とガス排出口４を備えたチャンバ２５から構成されている。このチャンバ２５は、RTPチャンバと呼ばれる。基板保持部８を備え、シャフト２３によって支持されている基板ホルダー２が、チャンバ２５内に配備されている。基板搬入／搬出口１９がチャンバ壁１６に備えられている。
【００２７】
この形態においては、急速加熱処理される基板５は針状ピン９によって支持されている。針状ピン９は基板保持部８上に固定することができる。これに代えて、図示していないが、針状ピン９はチャンバ２５の底板上に固定することもできる。また、針状ピン９は、それら自身によって、基板ホルダー２又はチャンバ２５の底板から上下方向に移動するようにもできる。
【００２８】
このRTP装置は、複数のIR LED１ａ、１ｂの列を備えている。複数のIR LED１ａ、１ｂは緊密にまとめられ、こうしてIRダイオード１が構成されている。IR LEDは、複数のIRレーザダイオードからなるIRレーザダイオードに代えることができる。そこで、本明細書において、複数のIR LED１ａ、１ｂからなるIR LED及び、複数のIRレーザダイオード１ａ、１ｂからなるIRレーザダイオードは、単に、IRダイオード１と呼ぶ。
【００２９】
電気接続部２０に接続されているIRダイオード１の上に冷却板２２が置かれている。図１図示のように、IRダイオード１とチャンバ２５の内壁との間は絶縁体２１で満たされている。
【００３０】
複数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂは、それらの発光表面によって発光表面が形成されるように配置されている。図１図示のように、複数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂの発光表面によって形成される発光表面は、処理される基板５の表面に平行な同一面になる。
【００３１】
IRダイオード１の列は、円形状、矩形状、あるいは、処理される基板５の形状に応じた他の形状をとることができる。図２では、IRダイオード１の列は円形状になっている。
【００３２】
IRダイオード１の列の寸法は基板の寸法より大きい。例えば、もしも、RTP装置によって処理される基板が２００ｍｍのSi基板である場合、IRダイオード１の列の寸法は２５０ｍｍになる。一個のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂの寸法は重要な意味を持っているわけではないが、より小さい寸法であることが望ましい。こうすれば、より多くの数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂを、図２図示の配列領域内に配置することができる。IRダイオード１ａ、１ｂの断面形状もまた重要な意味をもつものではない。
【００３３】
図３は、IR発光半導体６、IR放射１２を平行にするレンズ７、電気的接続部２０に接続されている電気接続部１３とからなるIR LEDダイオード１ａの斜視図である。
【００３４】
各IR LED１ａ、１ｂからのIR放射のエネルギーは重要ではなく、数mWから数Wまで変更することができる。通常、最も高い放射エネルギーを有するIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂが使用される。
【００３５】
現状では、５０Wを越える放射エネルギーのIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂが市販されており、この実施例では、これらのIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂが使用される。
【００３６】
IR LEDあるいはIRレーザダイオードは一般的に電力をIR放射に変換する高い効率を有している。ｐ型半導体とｎ型半導体の間の活性領域で電子−正孔対再結合の結果としてIR光が生成されるからである。これは白熱ランプに比較すれば、冷間プロセスである。例えば、所定の領域をIR LEDあるいはIRレーザダイオードで照らす時に要求されるパワーは、白熱ランプである場合に要求されるパワーの１０分の１の小ささである。
【００３７】
基板ホルダー２の基板保持部８は、通常、絶縁体、例えば、石英から形成されている。
【００３８】
図示されてはいないが、基板５は、基板５全体の背面が基板保持部８に接触するように、基板ホルダー２の上に置くことができる。
【００３９】
また、基板５を、図１図示のように、絶縁材製、例えば、石英製の３本或いはいくつかのピン９の上に置くことができる。この実施形態では、基板５が３本或いはいくつかのピン９の上に置かれているので、基板５から基板ホルダー２への熱の消失を少なくさせることができる。
【００４０】
一般的に、基板ホルダー２はチャンバ２５の底板に固定されている。そこで、基板５を置く、あるいは取り除くときには、基板支持ピン９が移動して、ロボットアームから基板５を受け取る、或いは、基板５を置くことになる。
【００４１】
しかし、図１に矢印１０で示すように、基板ホルダー２が上下動するようにハードウェアを構成することができる。
【００４２】
更に、RTPプロセスの間、基板ホルダー２は、好ましくは、図１に矢印１１で示すように回転する。基板ホルダー２が回転するメカニズムは図示されていない。上述したRTP装置によって行われる急速加熱処理の例は以下の通りである。
【００４３】
第一に、基板５が基板ホルダー２の上に置かれる。好ましくは、３本のピン９の上に置かれる。チャンバ２５内の圧力は、所望のガス或いは混合ガスを用いて所望の値に調整される。次に、基板５が上方に持ち上げられて、複数のIRダイオード１ａ、１ｂの発光表面から形成されている発光表面に接近する。こうして、基板５の表面と、IRダイオード１の発光表面との間隔は非常に短くなる。例えば、１ｍｍ〜３ｍｍになる。基板５は基板ホルダー２全体或いは基板支持ピン９のみを移動させることにより移動する。
【００４４】
IRダイオード１には、IRを放射して基板５を加熱するための電力が供給される。
【００４５】
加熱割合（以下、「ramp rate」と表す。）は、IRダイオードに供給される電流／電圧特性を制御することにより、あるいはパルスモードにおけるIRダイオードを制御することにより制御される。
【００４６】
連続的なIR放射により、最も高いramp rateが得られる。
【００４７】
適切なIR放射パルスの導入によりramp rateを低下させることができる。例えば、パルス−オフ時間を増加させることによりramp rateを減少させることができる。
【００４８】
また、設定温度をより正確に制御するために、IRダイオードはパルスモードで制御される。従来技術の項で述べたように、抵抗加熱コイルによる加熱メカニズムと比較した重要な特徴は、ダイオードがオフになったとき、IR放射がまったくないということである。そこで、設定温度値は正確に制御され、当該値の周囲の許容誤差が小さくなる。従来のRTP装置のように、抵抗コイルが使用された場合には、電流をカットオフした場合であっても、加熱されたコイルは緩慢にクールダウンし、IR放射は、急に停止しない。これは、設定温度値及びその許容誤差の制御に影響を与える。
【００４９】
基板５は、基板５の表面における温度の均一性を改善するために、RTPプロセスの間、矢印１１で示すように回転していることが好ましい。
【００５０】
上述したように、前記本発明のRTP装置によれば、IR放射される表面と、基板５の表面との間の間隔は、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍのように、非常に小さい。そこで、IR放射は、漂遊するIR放射を少なくして、効果的に使用される。
【００５１】
操作の間、各IR LED又はIRレーザダイオードの電流／電圧特性は、独立して制御される。そこで、各IR LED又はIRレーザダイオードからのIR放射は独立して制御される。これは、基板温度の均一性制御を極めて正確に行うことを容易にしている。
【００５２】
しかし、各IR LED又はIRレーザダイオードを独立して制御するには、高価で複雑な電気回路が必要になる。そこで、いくつかの各IR LED又はIRレーザダイオードを近接させて組み合わせ、図４図示のような一つのセット１４にし、一つのセット１４の中の各IR LED又はIRレーザダイオードに対して同じ電流と電圧を供給するようにすることができる。こうすれば、IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂの各セット１４を制御しなければならなくなり、これは前述したものに比較してよりシンプルな電気回路ですむものになる。
【００５３】
しかし、温度の均一性と、電力供給回路の簡略化との間にはトレードオフの関係がある。
【００５４】
いくつかのIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂを一つの各セット１４に組み上げるにあたって、別々のIR LEDあるいはIRレーザダイオードを使用することもできるし、いくつかのIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂを必要な電気回路を備えている状態で、直接、半導体基板上に組み立てることもできる。
【実施例２】
【００５５】
図５を参照して本発明の実施例２を説明する。
【００５６】
この形態では、基板５は基板５の両側に配置されているIRダイオード１の列を用いて、その両側から加熱される。
【００５７】
各IRダイオード１の列の形態は実施例１で説明したものと同様である。
【００５８】
この実施形態では、基板ホルダーが存在していない。基板５は石英フレーム１５に置かれている。石英フレーム１５は、基板搬送ロボットの一体化された部分とすることもできるし、チャンバ壁１６に適宜固定することもできる。
【００５９】
石英フレーム１５を固定する方法は、他のものに変更することが可能であり、ここでは詳述しない。
【００６０】
前述した変更を除き、他の全てのハードウェア及び操作プロセスは実施例１で説明したのと同じである。そこで、類似している部分には類似している参照符号を付けている。これらの部分は、第一実施例と第二実施例に共通しているので、重複を避けるため、ここでは記載しない。この形態では、基板５の両側から加熱するため、より早い加熱勾配とより高い温度を得ることができる。
【実施例３】
【００６１】
図６を参照して実施例３を説明する。IRダイオード１を構成している複数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂが、それらの発光表面によって発光表面を形成するように配置され、当該発光表面は基板５の表面に向かうドーム形状の平面を形成している。
【００６２】
ドーム形状であることによって、実施例１で説明したような平行形状に配置されている形態に比較して発光表面領域が多くなっている。
【００６３】
したがって、より多くのIR LED１ａ、１ｂあるいはＩＲレーザダイオード１ａ、１ｂを配置することができる。すなわち、より高いramp rateと、基板表面をより高い温度にする上で有利である。
【００６４】
前述した変更を除き、他の全てのハードウェア及び操作プロセスは実施例１で説明したのと同じである。そこで、類似している部分には類似している参照符号を付けている。これらの部分は、第一実施例と第三実施例に共通しているので、重複を避けるため、ここでは記載しない。
【実施例４】
【００６５】
図７を参照して実施例４を説明する。IRダイオード１から発光されたIR放射が、光学ケーブル１７を介して伝達されている。
【００６６】
図７図示のように、IRダイオード１を構成している複数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂが、それらの発光表面によって発光表面を形成するように配置され、当該発光表面は基板５の表面に向かうドーム形状の平面を形成している。
【００６７】
光学ケーブル１７の一方の端は各IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂに接続されている。光学ケーブル１７の他方の端は基板５の近傍、たとえば、基板５の表面のすぐ上で終端している。光学ケーブル１７の他方の端と、基板５の表面との間隔は、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍのように、非常に短く設定されている。図７図示のように、光学ケーブル１７の他方の端は発光表面を形成するように配置されている。そして、当該発光表面は基板５の表面に対して平行な同一の平面になっている。
【００６８】
図示していないが、光学ケーブル１７の他端は発光表面を形成し、当該発光表面が、図６図示のように、基板５の表面に向かうドーム形状平面を形成するようにすることもできる。
【００６９】
また、図示していないが、IRダイオード１を構成している複数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂが、それらの発光表面によって発光表面を形成するように配置され、当該発光表面は処理される基板５の表面に平行な同一の平面になるようにすることもできる。そして、光学ケーブル１７の一方の端が各IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂに接続され、他方の端が基板５の近傍、たとえば、基板５の表面のすぐ上で終端している。
【００７０】
光学ケーブル１７は、IR放射の消耗を少なくして伝達することのできるフレキシブルなケーブルである。
【００７１】
さらに、光学ケーブル１７のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂ近傍の横断面は、基板５の表面のすぐ上で終端する他端に比較して広くなっている。IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂ近傍の広い横断面は、IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂから発せられるより多くのIR放射を抽出する上で有利である。同じように、基板近傍の狭い横断面は、基板５の表面の少し上の表面領域でより多くの数の光学ケーブル１７を結合する上で有利である。
【００７２】
図７図示のRTP装置の形態は、各IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂから発せられたより多くのIR放射を基板５の表面近傍、例えば、基板５の表面のすぐ上で終端する光学ケーブル１７の他端に伝達しつつ、実施例１に比較してより多くの数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂを使用することができる。そこで、実施例１と比較して、この形態は、より多くの加熱パワーを与え、これによってより高いramp rateと、基板表面のより高い温度を実現する。
【００７３】
前述した変更を除き、他の全てのハードウェア及び操作プロセスは実施例１で説明したのと同じである。そこで、類似している部分には類似している参照符号を付けている。これらの部分は、第一実施例と第三実施例に共通しているので、重複を避けるため、ここでは記載しない。
【実施例５】
【００７４】
図８を参照して実施例５を説明する。IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂが、チャンバ２５の外側の別の部屋の中に配置されている。そして、各IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂから発せられたIR放射は、光学ケーブル１７を介して伝えられる。
【００７５】
図面をわかりやすくするために、すべての光学ケーブル１７は図８に表されていない。IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂの位置あるいは角度は重要ではない。
【００７６】
実施例４と５との間の重要な相違は、実施例４においては、複数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂから構成されているIRダイオード１がチャンバ２５の中に配置されていたが、実施例５においては、複数のIR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂから構成されているIRダイオード１がチャンバ２５の外側に配置されている点である。
【００７７】
光学ケーブル１７の一方の端は各IR LED１ａ、１ｂあるいはIRレーザダイオード１ａ、１ｂに接続されている。光学ケーブル１７の他方の端は基板５の表面のすぐ上で終端している。光学ケーブル１７の基板５の表面のすぐ上で終端している他方の端は基板５の表面に平行な平面を形成している。
【００７８】
かかる変更を除き、他の全てのハードウェア及び操作プロセスは実施例１、４で説明したのと同じである。そこで、類似している部分には類似している参照符号を付けている。これらの部分は、第一、第四実施例と、第五実施例に共通しているので、重複を避けるため、ここでは記載しない。
【００７９】
この形態によれば、大きくて能力の高いIR LEDあるいはIRレーザダイオードを使用することができる。したがって、加熱割合およびより高い到達可能な温度を上昇させることができる。
【００８０】
本発明は上述した好ましい実施例に限られるものではなく、添付の特許請求の範囲およびその均等物で定義される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は本発明の好ましい実施例の断面図である。
【図２】図２はIR LEDあるいはIRレーザダイオードの列の例の底面図である。
【図３】図３はIR LEDの例の斜視図である。
【図４】図４はいくつかのIR LEDあるいはIRレーザダイオードが組み（セット）にされているIR LEDあるいはIRレーザダイオードの列の他の例の底面図である。
【図５】図５は本発明の他の好ましい実施例の断面図である。
【図６】図６は本発明の他の好ましい実施例の断面図である。
【図７】図７は本発明の他の好ましい実施例の断面図である。
【図８】図８は本発明の他の好ましい実施例の断面図である。
【図９】図９は従来のRTP装置の断面図である。
【図１０】図１０は電力を可視光に変換する効率を表す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  IR LEDあるいはIRレーザダイオードの列
１ａ、１ｂ  IR LEDあるいはIRレーザダイオード
２  基板ホルダー
３  ガス導入口
４  ガス排出口
５  基板
６  IR発光半導体
７  レンズ
８  基板保持部
９  針状ピン
１２  平行なIR放射
１３  電気的接続部
１４  IRダイオードの一セット
１５  石英フレーム
１６  チャンバ壁
１７  光学ケーブル
１９  基板搬入／搬出口
２０  電気的接続部
２１  絶縁体
２３  シャフト
２５  チャンバ
【図１】
2006059931.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
【Specification】
【Title of the invention】 A rapid thermal processing system
【Field of the Invention】
The present invention relates to a rapid thermal processing system to process a substrate used in semiconductor industry in the fabrication of semiconductor devices.
【Background of the Invention】
Rapid thermal processing (which will be referred to as the "RTP" hereinafter) is a process where a film deposited on a substrate is heated to a higher temperature within a short period of time, for example within less than 10 seconds, and maintain that high-temperature for another few seconds, typically less than 60 seconds, under a controlled gas composition and a pressure within a chamber.  This process became an essential step in the fabrication of semiconductor devices on Si substrate and other substrates.  The heated film deposited on a substrate is then cooled down.
The RTP is carried out for many different reasons.  First is that to carry out chemically reactive processes, for example RTP oxidation under oxygen gas ambient.  Second is that to mix different thin films deposited as a stack to form a one uniform composition by the temperature assisted diffusion process.  Third is that to anneal pre-deposited film so that the atoms in the film re-arrange to a stable format.  Fourth is that to remove unwanted gaseous specious adsorbed into a film.
At present, there are several configurations for RTP system.  One of these systems is shown in Fig. 9.  Fig. 9 shows a cross sectional view of a conventional RTP system.  This system comprises a chamber having a gas inlet 59 and gas outlet 55 and called as RTP chamber.  A substrate holder 61 supported by a shaft 60 is provided within the chamber, and wafer in/out port 54 is provided in the chamber wall 58.  Incandescent infra-red (which will be referred to as the "IR" hereinafter) lamps 51 connected to electrical connection 57 and comprised of heated filaments are used as the source of IR radiation.  Usually, there is a quartz plate 52 between IR lamps 51 and the substrate 53 placed on the substrate holder 61.  The IR radiation transmits through the quartz plate 52.  Further, since quartz plate 52 acts as a vacuum shield between IR lamp assembly and RTP chamber, the lower part of RTP chamber can be vacuumed to a low pressure.  The shape of IR lamps 51 shown in Fig. 9 are of circular, however, one can use tube-like IR lamps or any other different configuration.  Electrical connection 57 and IR lamps 51 are covered by insulator 56.
Almost all incandescent IR lamps have lower efficiency in converting electrical power into IR radiation since a considerable fraction of electrical power goes to heat a resistive coil to a higher temperature.  The efficiency in converting electrical power into visible light is measured by lumens/watt and is comparatively presented in Fig. 10.  It clearly shows that light emitting diode (which will be referred to as the "LED" hereinafter) has nearly 10 times higher efficiency.  Therefore, use of IR lamps to heat a given substrate in a RTP system is a low-efficiency process and consumes more energy resulting in a higher running cost. 
The diameter of each IR lamp 51 in conventional RTP system shown in Fig. 9 has a considerably larger diameter, for example 50 mm.  Again, there is usually more than 10 mm separation between each IR lamp 51.  Owing to these larger dimensions, the uniformity of IR radiation intensity across the quartz plate 52 is quite non-uniform.  So that it needs a considerable distance between the IR lamps 51 and the substrate 53 in order to interact IR radiation emitted from neighboring IR lamps 51 and thereby to form a fairly uniform temperature profile over the surface of substrate 53.  Due to this larger distance between substrate 53 and the IR lamps 51, a considerable fraction of IR radiation goes out resulting in reduced power usage efficiency.
Further, owing to the above-explained larger dimensions, it is difficult to obtain a highly uniform temperature profile on the substrate surface.  For example, most of the conventional RTP system, such as shown in Fig. 9, yields ±5 ℃ non-uniformity around the set temperature.  If the set-temperature is higher this non-uniformity also goes up.
【Patent reference 1】 Japan Patent Application Publication JP-A-2001-118803
【Descriptions of the Invention】
【Problems to be Solved】
The present invention has been contrived in consideration of the problems described above.  One object of the present invention is to provide a rapid thermal processing system (RTP system) by which it can obtain a more accurate temperature controllability and uniformity over large area substrate with an increased efficiency in converting electrical power into IR radiation used to heat a film deposited on a substrate.
【Means for Solving the Problem】
In order to achieve the above-described object, one aspect of the present invention provides a RTP system comprised of a chamber having a gas inlet and gas outlet, a substrate holder provided within the chamber, and an IR LEDs or IR laser diodes provided on the chamber, wherein a substrate placed on the substrate holder is heated to a higher temperature by the IR radiation emitted from the IR LEDs or IR laser diodes.
This RTP system is used in the RTP to process a substrate used in semiconductor industry in the fabrication of semiconductor devices.  Usually, this rapid thermal process by this RTP system is conducted under a controlled gas composition, such as under oxygen gas ambient, and a pressure within the chamber.
In the above-described RTP system of the present invention, solid state IR LEDs or solid state IR laser diodes, that is to say , the IR LEDs or IR laser diodes without using any liquid nor gases, can be used as IR LEDs or IR laser diodes respectively.
In the above-described present invention, said infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes may be arranged to make a light emitting surface by their light emitting surfaces, and said light emitting surface may lie on the same plane parallel to the substrate surface.  According to this embodiment, IR radiation emitted from each IR diode or IR laser diode come on to substrate surface with an almost 90o angle.
Alternatively, in the above-described present invention, said infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes may be arranged to make a light emitting surface by their light emitting surfaces, and said light emitting surface may make a dome shaped plane directing toward the substrate surface.
Also, in the above-described present invention, the IR radiation emitted from IR LEDs or IR laser diodes may be transmitted through optical fibers each having one end connected to each IR LED or IR laser diode and the other end terminated near the substrate.  According to this embodiment, IR radiation emitted from each IR LED or IR laser diode is transmitted close to substrate and/or substrate surface by optical cable such as optical fiber.
In this embodiment, said other ends of optical fibers may be arranged to make a light emitting surface, and said light emitting surface may lie on the same plane parallel to the substrate surface.  Alternatively, said other ends of optical fibers may be arranged to make a light emitting surface, and said light emitting surface may make a dome shaped plane directing toward the substrate surface.
Also, in these embodiments that IR radiation emitted from each IR LED or IR laser diode is transmitted close to substrate and/or substrate surface by optical fibers, the IR LEDs or IR laser diodes may be provided within or outside the chamber.
In each of the above-described RTP system of the present invention, said substrate holder may rotate during rapid thermal processing.
Also, in each of the above-described RTP system of the present invention, said substrate may be placed on three or several needle-like pins, which may be fixed on the substrate holder.
Alternatively, in each of the above-described RTP system of the present invention, said substrate may be placed on three or several needle-like pins, which may be fixed on the bottom plate of the chamber.
Further, in each of the above-described RTP system of the present invention, the light emitting surface may be placed at the upper side of the substrate and/or the lower side of the substrate.  According to this embodiment, the substrate can be heated from its upper side, under side, or both sides.
According to the above described RTP system of the present invention, RTP system is comprised of an array of large number of infra-red light emitting diodes (IR LEDs) or IR laser diodes of which dimensions are smaller and radiation power is higher than that of incandescent IR lamp, etc. used in the before described conventional RTP system shown in FIG. 9, and which can be arranged just above a substrate surface and/or just below a substrate, a more accurate temperature controllability and uniformity over large area substrate with an increased efficiency in converting electrical power into IR radiation to heat a film deposited on a substrate can be obtained.  Since the efficiency in converting electrical power into IR radiation to heat a film deposited on a substrate is very high in IR LEDs and IR laser diodes, the RTP system of the present invention consumes lower energy.
【Effect of the Invention】
According to the present invention, a rapid thermal processing system (RTP system) based on IR LEDs or IR laser diodes is proposed, and according to this RTP system, it can obtain more accurate temperature controllability and uniformity over large area substrate with an increased efficiency in converting electrical power into IR radiation used to heat a film deposited on a substrate.
【Best Mode of Invention】
Preferred embodiments of the present invention are described in detail using the attached drawings in the below described examples.
【Example 1】
Example 1 of the present invention is explained with reference to Figures 1 to 3.
Figure 1 shows a cross sectional view of the RTP system of an embodiment of the present invention.
This system comprises a chamber 25 having a gas inlet 3 and gas outlet 4.  This chamber 25 is called as RTP chamber.  A substrate holder 2 having a substrate holding part 8 and supported by a shaft 23 is provided within the chamber 25, and wafer in/out port 19 is provided in the chamber wall 16.
In this embodiment, substrate 5 to be processed by rapid thermal processing is supported by needle-like pins 9. The needle-like pins 9 may be fixed on the substrate holding part 8. Although it is not shown, the needle-like pins 9 may be fixed on the bottom plate of the chamber 25, alternatively.  Also, the needle-like pins 9 may be modified to move upwardly or downwardly by themselves from substrate holder 2 or bottom plate of the chamber 25.
This RTP system has an array of IR diodes 1 comprising a plurality of IR LEDs 1a, 1b.  A plurality of IR LEDs 1a, 1b are closely packed, and thereby the IR diodes 1 are composed.  The IR LEDs can be substituted by IR laser diodes comprising a plurality of IR laser diodes.  So that, in this specification, IR LEDs comprising a plurality of IR LEDs 1a, 1b and IR laser diodes comprising a plurality of IR laser diodes 1a, 1b are referred to as IR diodes 1 for simplicity. 
A cooling plate 22 is placed on the upper side of the IR diodes 1 connected to the electrical connection 20.  As shown in Fig. 1, the space between IR diodes 1 and inner wall of the chamber 25 is filled by an insulator 21.
A plurality of IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b are arranged to make a light emitting surface by their light emitting surfaces.  As shown in Fig. 1, the light emitting surface which is made by the light emitting surfaces of the plural IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b lies on the same plane which is parallel to the surface of substrate 5 to be processed.
The array of IR diodes 1 may have a circular shape, square shape, or other shape depending on the shape of substrate 5 to be processed.  In Figure 2, an array of IR diodes 1 that has a circular-shape is shown.
The dimensions of the array of IR diodes 1 are taken larger than substrate dimensions.  For example, if the substrate 5 to be processed by the RTP system is 200 mm Si wafer, the diameter of the array of IR diodes 1 is preferably taken as 250 mm.  Though the dimensions of single IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b are not critical, it is desirable to have smaller dimensions so that a large number of IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b can be arranged within the array region shown in Fig. 2.  The cross sectional shape of an IR diode 1a, 1b is also not critical.
Fig. 3 shows a perspective view of IR LED diode 1a, which is comprised of IR emitting semiconductor 6, a lens 7 to make parallel IR radiation 12 and electrical connections 13 connected to electrical connections 20.
The energy of IR radiation from each IR LED 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b is not critical and can be varied from several mW to a few watts.  Usually, IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b with the highest radiation energy are taken.  At present, there are commercially available IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b with radiation energy of over 50 W, and these IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b can be used in this example.
IR LEDs or IR leaser diodes typically have a higher efficiency in transforming electrical power into IR radiation as IR light is generated as a result of electron-hole pair recombination in an active region between p-type and n-type semiconductors.  This is a cold-process compared to that of incandescent lamps.  For example, the power required to illuminate a given area with IR LED or IR leaser diode is 10 times smaller compared to that of incandescent lamp.
The substrate holding part 8 of the substrate holder 2 is usually made of an insulator, for example quarts.
Although it is not shown, a substrate 5 can be directly placed on the substrate holder 2 with the entire substrate 5 backside in physical contact with the substrate holding part 8.
Again, one can place the substrate 5 on three or several pins 9 made of an insulator, for example quartz, as shown in Fig. 1.  According to this embodiment, heat dissipation from substrate 5 to substrate holder 2 can be minimized, since substrate 5 is placed on three or several pins 9.
Generally, substrate holder 2 is firmly fixed to the bottom plate of the chamber 25.  So that in receiving or removing a substrate 5, substrate holding pins 9 are moved to take from or placed on the substrate 5 on robotic arm.
However, one can arrange the hardware to move the substrate holder 2 up and down as shown by an arrow 10 in Fig. 1.
Further, during the RTP process, substrate holder 2 preferably rotates as shown by an arrow 11 in Fig. 1.  The substrate holder 2 rotation mechanism is not shown in figures.
An example of rapid thermal process conducted by the above-described RTP system is as follows.
First, a substrate 5 is placed on the substrate holder 2, preferably on three pins 9. Pressure inside the chamber 25 is adjusted to a desired value using a desired gas or a gas mixture.  Then substrate 5 is moved upwardly to close the light emitting surface which is made by the light emitting surfaces of the plural IR diodes 1a, 1b, thereby there is a very short distance between the surface of the substrate 5 and the light emitting surface of the IR diodes 1, for example 1 mm to 3 mm.  Substrate 5 is moved either by moving the entire substrate holder 2 or just by moving substrate lifting pins 9.
IR diodes 1 are given electrical power to emit IR radiation and heat the substrate 5.
The heating rate (which will be referred to as the "ramp rate" hereinafter) can be controlled by controlling the current/voltage characteristics given to IR diodes or by operating IR diodes in a pulse mode.
The continuous IR radiation gives the highest ramp rate.
Introduction of appropriate IR radiation pulse can slow down the ramp rate.  For example, increase of pulse-off time decreases the ramp rate. 
Again, in order to control the set temperature to a greater accuracy, IR diodes are operated in a pulse mode.  The important feature compared to resistive-heating-coil assisted heating mechanism, as discussed in prior art section, is when the diodes are off, no IR radiation at all.  So that set temperature value can be precisely controlled and tolerance around that value can be minimized.  When resistive-coils are used as in the conventional RTP system, even the electrical current is cut off, heated coils slowly cool down so that IR radiation does not stop abruptly.  This affects in controlling the set temperature value and its tolerance.
Preferably, the substrate 5 is rotated, as shown by an arrow 11, during the RTP process to improve the temperature uniformity on the surface of substrate 5.
According to the above described RTP system of the present invention, the distance between IR radiation emitting surface and the surface of substrate 5 can be set very short, such as 1 mm to 3 mm,  as the before described, so that IR radiation is efficiently used with minimizing stray-IR radiation.
During the operation, the current/voltage characteristics of each IR LED or IR laser diode can be independently controlled.  Accordingly, the IR radiation emitted from each IR LED or IR laser diode can be independently controlled.  This facilitates in controlling the substrate temperature uniformity to a greater accuracy.
However, independent control of each IR LED or IR laser diode needs extensive and complex electrical circuit.  Therefore, one can combine several IR LEDs or IR laser diodes in the close proximity to a one set 14 as shown in Figure 4, and each IR LED or IR laser diode in a one set 14 is given the same current and voltage.  Now, one has to control each set 14 of IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b which needs much simpler electrical circuit compared to the previous one.  However, there is a trade off between the temperature uniformity and the simplicity of power supply circuit.
In assembling several IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b to an one set 14, one can use separate IR LEDs or IR laser diodes or one can fabricate several IR LEDs or IR laser diodes directly on a semiconductor substrate with required electrical circuits.
【Example 2】
Example 2 of the present invention is explained with reference to Fig. 5.
In this embodiment, substrate 5 is heated from both sides using the arrays of IR diodes 1 placed on both sides of the substrate 5.
The configuration of each array of IR diodes 1 is the same as that explained in example 1.
In this embodiment, there is no substrate holder, and the substrate 5 is placed on a quartz frame 15.  The quartz frame 15 may be an integrated part of the substrate transfer robot or it can be fixed to the chamber wall 16 by using a suitable technique.
The method to fix quartz frame 15 can be changed to any other technique, so that it is not discussed in detail.
Except for the above-mentioned changes, all the other hardware and the operation process are the same as that explained in example 1.  So that, similar parts are given similar reference numerals.  Those parts that are common to both of the first example and second example are not described here to avoid duplication.
Owing to the heating from both sides of the substrate 5, a faster heating ramp and higher temperature can be obtained with this embodiment.
【Example 3】
Example 3 is explained with reference to Fig. 6, wherein a plural IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b comprising a IR diodes 1 are arranged to make a light emitting surface by their light emitting surfaces, and said light emitting surface makes a dome shaped plane directing toward the surface of substrate 5.
Owing to the domed-shaped configuration, the light emitting surface area gets increased compared to planar-shaped arrangement as explained in example 1.
Therefore, a larger number of IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b can be arranged, that in turn facilitate in obtaining a higher ramp rate and a higher temperature on a substrate surface.
Except for the above-explained difference, all other hardware and operating procedure are the same as that explained in example 1.  So that, similar parts are given similar reference numerals.  Those parts that are common to both of the first example and third example are not described here to avoid duplication.
【Example 4】
Example 4 is explained with reference to Fig. 7 wherein the IR radiation emitted from IR diodes 1 is transmitted through optical cables 17.
As shown in Fig. 7, a plural IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b comprising IR diodes 1 are arranged to make a light emitting surface by their light emitting surfaces, and said light emitting surface makes a dome shaped plane directing toward the surface of substrate 5.
The one end of the optical cables 17 is connected to each IR LED 1a, 1b or IR laser diode 1a, 1b, and the other end of the optical cables 17 is terminated near the surface of substrate 5, such as just above the surface of substrate 5.  The distance between the other end of the optical cables 17 and the surface of substrate 5 can be set very short, such as 1 mm to 3 mm.  As shown in Fig. 7, the other ends of optical cables 17 are arranged to make a light emitting surface, and said light emitting surface lies on the same plane parallel to the surface of substrate 5.
Although it is not shown, the other ends of optical cables 17 may be arranged to make a light emitting surface, and said light emitting surface may make a dome shaped plane, such as shown in Fig. 6, directing toward the surface of substrate 5.
Also, although it is not shown, a plural IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b comprising IR diodes 1 may be arranged alternatively to make a light emitting surface by their light emitting surfaces, and said light emitting surface lies on the same plane which is parallel to the surface of substrate 5 to be processed.  And the one end of the optical cables 17 is connected to each IR LED 1a, 1b or IR laser diode 1a, 1b, and the other end of the optical cables 17 is terminated near the surface of substrate 5, such as just above the surface of substrate 5.
The optical cable 17 is a kind of flexible cable that can transmit IR radiation with a minimum loss.
Further, the cross section of optical cables 17 close to IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b may be wider compared to the other end that terminates just above the surface of substrate 5.  Wider cross sectional area close to IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b facilitates to extract more IR radiation emitted from IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b.  Similarly, a narrow cross sectional area close to the substrate facilitates to bundle larger numbers of optical cables 17 to a surface area slightly over the surface of substrate 5.
This configuration of RTP system shown in Fig. 7 can use a larger number of IR LEDs or IR laser diodes compared to example 1 with transmitting more IR radiation emitted from each IR LED or IR laser diode to the other end of the optical cables 17 terminated near the surface of substrate 5, such as just above the surface of substrate 5.  Thus compared to example 1, this configuration gives more heating power resulting in a higher ramp rate and a higher temperature in a surface of substrate 5.
Except for the above-explained difference, all other hardware and operating procedure are the same as that explained in example 1.  So that, similar parts are given similar reference numerals.  Those parts that are common to both of the first example and fourth example are not described here to avoid duplication.
【Example 5】
Example 5 of the present invention is explained with reference to Fig. 8 wherein IR LEDs or IR laser diodes are placed on a separate compartment outside the chamber 25, and IR radiation emitted from each IR LED 1a, 1b or IR laser diode 1a, 1b is transported via optical cable 17.
For the clarity of the figure, all the optical cables 17 are not shown in Fig. 8.  The position or angle of IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b are not important.
The important difference between example 4 and example 5 is, in example 4, IR diodes 1 composed of a plural IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b is placed in the camber 25, but in the example 5, IR diodes 1 composed of a plural IR LEDs 1a, 1b or IR laser diodes 1a, 1b is placed outside the camber 25.
One end of an optical cables 17 is connected to each IR LED 1a, 1b or each IR laser diode 1a, 1b, and the other end terminates just above the surface of substrate 5.  The ends of optical cables 17 that terminate just above the surface of substrate 5 make a plane parallel to the surface of substrate 5.
Except for that modification, all the other hardware and operating procedure are the same as that explained in examples 1 and 4.  So that, similar parts are given similar reference numerals.  Those parts that are common to the first, fourth examples and fifth example are not described here to avoid duplication.
With this configuration, large and powerful IR LEDs or IR laser diodes can be used.  Therefore, the heating rate and highest achievable temperature can be increased.
The present invention is not limited to the preferable examples described above, and may be modified to various embodiments within the technological scope defined by the accompanying claims and equivalents thereof.
【Brief Description of the Drawings】
【Figure 1】 Fig. 1 is a cross sectional view of a preferable example of the present invention.
【Figure 2】 Fig. 2 is a bottom view of an example of an array of IR LEDs or IR laser diodes.
【Figure 3】 Fig. 3 is a perspective view of an example of IR LED
【Figure 4】 Fig. 4 is a bottom view of another example of an array of IR LEDs or IR laser diodes, where several IR LEDs or IR laser diodes are grouped to sets.
【Figure 5】 Fig. 5 is a cross sectional view of another preferred example of the present invention.
【Figure 6】 Fig. 6 is a cross sectional view of another preferred example of the present invention.
【Figure 7】 Fig. 7 is a cross sectional view of another preferred example of the present invention.
【Figure 8】 Fig. 8 is a cross sectional view of another preferred example of the present invention.
【Figure 9】 Fig. 9 is a cross sectional view of a conventional RTP system.
【Figure 10】 Fig. 10 is a diagram showing efficiency in converting electrical power into visible light.
【Explanation of reference signs】
1  array of IR diodes
1a, 1b  IR LEDs or IR laser diodes
2  substrate holder
3  gas inlet
4  gas outlet
5  substrate
6  IR emitting semiconductor
7  lens
8  substrate holding part
9  needle-like pins
12  parallel IR radiation
13  electrical connections
14  one set of IR diodes
15  quartz frame
16  chamber wall
17  optical cables
19  wafer in/out port
20  electrical connection
21  insulator
23  shaft 
25  chamber
【Claims】
【Claim 1】 A rapid thermal processing system comprising:
a chamber having a gas inlet and gas outlet,
a substrate holder provided within the chamber, and
an infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes provided on the chamber, wherein,
a substrate placed on the substrate holder is heated to a higher temperature by the infra-red radiation emitted from the infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes.
【Claim 2】 A rapid thermal processing system according to claim 1, wherein said infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes are arranged to make a light emitting surface by their light emitting surfaces, and said light emitting surface lies on the same plane parallel to the substrate surface.
【Claim 3】 A rapid thermal processing system according to claim 1, wherein said infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes are arranged to make a light emitting surface by their light emitting surfaces, said light emitting surface makes a dome shaped plane directing toward the substrate surface.
【Claim 4】 A rapid thermal processing system according to claim 1, wherein the infra-red radiation emitted from infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes is transmitted through optical fibers each having one end connected to each infra-red light emitting diode or infra-red laser diode and the other end terminated near the substrate, said other ends of optical fibers are arranged to make a light emitting surface, and said light emitting surface lies on the same plane parallel to the substrate surface.
【Claim 5】 A rapid thermal processing system according to claim 1, wherein the infra-red radiation emitted from infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes is transmitted through optical fibers each having one end connected to each infra-red light emitting diode or infra-red laser diode and the other end terminated near the substrate, said other ends of optical fibers are arranged to make a light emitting surface, said light emitting surface makes a dome shaped plane directing toward the substrate surface.
【Claim 6】 A rapid thermal processing system according to claims 4 or 5, wherein the infra-red light emitting diodes or infra-red laser diodes are provided within or outside the chamber.
【Claim 7】 A rapid thermal processing system according to any one of claims 1 to 6, wherein said substrate holder rotates during rapid thermal processing.
【Claim 8】 A rapid thermal processing system according to any one of claims 1 to 7, wherein said substrate is placed on three or several needle-like pins, which are fixed on the substrate holder.
【Claim 9】 A rapid thermal processing system according to any one of claims 1 to 7, wherein said substrate is placed on three or several needle-like pins, which are fixed on the bottom plate of the chamber.
【Claim 10】 A rapid thermal processing system according to any one of claims 2 to 6, wherein the light emitting surface is placed at the upper side of the substrate and/or the lower side of the substrate.
【Abstract】
【Problem to be solved】
The object of the present invention is to provide a rapid thermal processing (RTP) system used to process a substrate used in semiconductor industry in the fabrication of semiconductor devices by which it can obtain a more accurate temperature controllability and uniformity over large area substrate with an increased efficiency in converting electrical power into IR radiation used to heat a film deposited on a substrate.【Solution】
A RTP system comprised of a chamber having a gas inlet and gas outlet, a substrate holder provided within the chamber, and an IR LEDs or IR laser diodes provided on the chamber, wherein a substrate placed on the substrate holder is heated to a higher temperature by the IR radiation emitted from the IR LEDs or IR laser diodes.
【Selected drawing】 Fig. 1
【図１】
2006059931.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006059931.tif 000016
【図５】
2006059931.tif 000017
【図６】
2006059931.tif 000018
【図７】
2006059931.tif 000019
【図８】
2006059931.tif 000020
【図９】
2006059931.tif 000021
【図１０】
2006059931.tif 000022