(57)【要約】  半導体ウェハ(14)を熱処理する装置は、ウェハ(14)上へ光エネルギーを放出するための線形ランプ(24)の組立体を含む加熱装置(22)を含む。線形ランプ(24)は、色々の構成で配置することが出来る。本発明によれば、光エネルギー源の全体の放射分布を調節するのに使用するチューニング装置(40)が、加熱装置(22)に含まれる。チューニング装置(40)は、例えばランプ又はレーザである。
2005509281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を加熱する方法であって、
半導体基板を処理チャンバに配置し、
前記半導体基板を加熱するため、光エネルギーを、前記半導体基板に0°より大きい入射角でコンタクトするように、前記半導体基板上へ方向付けるステップを含み、
前記光エネルギーは、前記半導体基板にｐ−偏光面で、又はｐ−偏光面の近くでコンタクトすることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光エネルギーは、インコヒーレント光源により放出される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光エネルギーは、前記半導体基板に10°より大きい入射角でコンタクトする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光エネルギーは、第１のｐ−偏光光エネルギービームと第２のｐ−偏光光エネルギービームとを作るように偏光されていて、前記第１と第２のｐ−偏光光エネルギービームは、前記半導体基板上へ方向付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光エネルギーを偏光する前に、前記光エネルギーを平行にするステップを備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光エネルギーは、反射装置を使用して平行にされる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記光エネルギーは、光学レンズを使用して平行にされる請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記光エネルギーは、ワイヤグリッド偏光装置を使用して偏光される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体基板は、他のエネルギー源と組合わせて、前記光エネルギーにより加熱される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記他のエネルギー源は、光エネルギー源である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光エネルギーは、アークランプ又はタングステンランプにより放出される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記光エネルギーは、前記半導体基板に約40°から約85°の入射角でコンタクトする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体基板から反射される前記光エネルギーの量を検知し、この情報に基づいて、前記半導体基板により吸収される光エネルギーの量を変化させるため、光エネルギーの構成を変化させるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体基板は、電気抵抗ヒーターと組合わせて、前記光エネルギーにより加熱される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体基板から反射される前記光エネルギーの任意の部分を前記半導体基板上へ再方向付けするステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
半導体基板を加熱する方法であって、
半導体基板を処理チャンバに配置し、
前記半導体基板を加熱するため、少なくとも第１のレーザと第２のレーザから光エネルギーを前記半導体基板へ方向付けるステップを含み、前記第１のレーザは第１の波長範囲の光を放出し、前記第２のレーザは第２の波長範囲の光を放出し、前記第１の波長範囲は前記第２の波長範囲とは異なることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記第１の波長範囲と前記第２の波長範囲とは重なり合わない請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザビームはｐ−偏光状態にある請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のレーザは第１のレーザビームを放出し、前記第２のレーザは第２のレーザビームを放出し、前記第１、第２のレーザビームは前記半導体基板に10°より大きい入射角でコンタクトする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１、第２のレーザビームは前記半導体基板に約40°から約85°の入射角でコンタクトする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のレーザビームは前記半導体基板に第１の入射角でコンタクトし、前記第２のレーザビームは前記半導体基板に第２の入射角でコンタクトし、前記第１の入射角と前記第２の入射角とは異なる請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記半導体基板は、前記レーザビームに加えて他のエネルギー源により加熱される請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記レーザビームの幾つかはパルスレーザである請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記半導体基板は、前記レーザビームに加えて電気抵抗ヒーターにより加熱される請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記半導体基板から反射される前記レーザビームの任意の部分を前記半導体基板上へ再方向付けするステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記半導体基板から反射される前記レーザの一方からの光エネルギーの量を検知し、この情報に基づいて、前記半導体基板により吸収される光エネルギーの量を変化させるため、少なくとも一方の前記レーザの構成を変化させるステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
半導体基板を加熱する方法であって、
半導体基板を処理チャンバに配置し、
パルスレーザビームを前記半導体基板上へ方向付け、
前記パルスレーザビームが前記基板に少なくとも10°の入射角で衝突するように形作り、
前記パルスレーザビームが前記基板にｐ−偏光状態で衝突するように形作るステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記パルスレーザビームが、イオン注入アニーリングを実施するため、前記半導体基板に衝突する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記パルスレーザビームは、前記半導体基板に約40°から約85°の入射角で衝突する請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
前記半導体基板は、前記パルスレーザビームに加えて他のエネルギー源により加熱される請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記半導体基板は、前記パルスレーザビームに加えて、少なくとも１つの他のレーザビームによりコンタクトされ、前記他のレーザビームは、前記パルスレーザビームが前記半導体基板にコンタクトするのとは異なる入射角で、前記半導体基板にコンタクトする請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記他のレーザビームも、パルスレーザビームである請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記半導体基板は、前記パルスレーザビームに加えて、少なくとも１つの他のレーザビームによりコンタクトされ、前記他のレーザビームは、前記パルスレーザビームの波長範囲とは異なる波長範囲を有する請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
前記半導体基板から反射される前記パルスレーザビームの任意の部分を前記半導体基板上へ再方向付けするステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
前記半導体基板は、前記レーザビームに加えて電気抵抗ヒーターにより加熱される請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記半導体基板から反射される前記パルスレーザビームからの光エネルギーの量を検知し、この情報に基づいて、前記半導体基板により吸収される光エネルギーの量を変化させるため、前記パルスレーザビームの構成を変化させるステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
半導体基板を加熱する方法であって、
半導体基板を処理チャンバに配置し、
前記半導体基板を加熱するため、少なくとも第１のレーザビームと第２のレーザビームを前記半導体基板上へ方向付けるステップを備え、前記第１のレーザビームは前記半導体基板に第１の入射角でコンタクトし、前記第２のレーザビームは前記半導体基板に第２の入射角でコンタクトし、前記第１の入射角と前記第２の入射角とは異なり、前記第１、第２のレーザビームの各々は、前記半導体基板にｐ−偏光状態でコンタクトすることを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとは、同じレーザから放出される請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１のレーザビームは第１のレーザから放出され、前記第２のレーザビームは第２のレーザから放出される請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも前記第１のレーザビームはパルスレーザビームである請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の入射角と前記第２の入射角とは10°より大きい請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１の入射角と前記第２の入射角とは約40°から約85°である請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１のレーザビームは第１の波長範囲を有し、前記第２のレーザビームは第２の波長範囲を有し、前記第１の波長範囲は前記第２の波長範囲とは異なる請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
前記半導体基板は、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームに加えて他のエネルギー源により加熱される請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
前記半導体基板から反射される前記パルスビームの量を検知し、この情報に基づいて、前記半導体基板により吸収される光エネルギーの量を変化させるため、少なくとも一方のレーザの構成を変化させるステップを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４６】
前記半導体基板から反射される前記レーザの一方からの光エネルギーの量を検知し、この情報に基づいて、前記半導体基板により吸収される光エネルギーの量を変化させるため、少なくとも一方のレーザの構成を変化させるステップを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
半導体基板を加熱する方法であって、
半導体基板を処理チャンバに配置し、前記基板は少なくとも実質的に滑り止めリングにより取り囲まれ、
前記半導体基板を加熱するため、光エネルギーを、前記滑り止めリングに0°より大きい入射角でコンタクトするように、前記滑り止めリングに方向付けるステップを備え、前記光エネルギーは、前記滑り止めリングにｐ−偏光状態、楕円偏光状態、又はｐ−偏光状態の近くでコンタクトすることを特徴とする方法。
【請求項４８】
前記半導体基板は、また電気抵抗ヒーターにより加熱される請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記滑り止めリングは、少なくとも１つのレーザにより加熱される請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記光エネルギーは、また前記半導体基板に方向付けられ、これを加熱する請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記滑り止めリングは、反射防止コーティングがコーティングされている請求項４７に記載の方法。
【請求項５２】
半導体基板を加熱する方法であって、
半導体基板を処理チャンバに配置し、
前記半導体基板を前記処理チャンバ内で回転させ、
前記半導体基板を加熱するため、光エネルギーを、前記半導体基板に0°より大きい入射角でコンタクトするように、前記半導体基板上に方向付けるステップを備え、前記光エネルギーは、前記半導体基板にｐ−偏光状態、楕円偏光状態、又はｐ−偏光状態の近くでコンタクトし、前記光エネルギーは前記半導体基板に前記基板の半径上の位置でコンタクトし、前記基板を回転させることにより、前記基板の前記半径の全体が加熱されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
ここで使用する熱処理チャンバとは、半導体ウェハ等の物体を加熱する装置をいう。このような装置は、典型的には、半導体ウェハを保持するための基板ホルダーと、ウェハを加熱するための熱エネルギーを放出する複数のランプ等のエネルギー源とを含む。熱処理中、半導体ウェハは、プリセットされた温度管理に従って、制御された条件下で加熱される。熱処理中、半導体ウェハの温度をモニターするため、熱処理チャンバはまた、典型的には、波長の選択された帯域で半導体ウェハにより放出される放射を検知する高温計等の温度検知装置を含む。ウェハにより放出される熱放射を検知することにより、ウェハの温度は合理的な正確さで計算することが出来る。
【０００２】
他の例では、放射検知装置を使用する代わりに又はこれに加えて、熱処理チャンバはまた、ウェハの温度をモニターするための熱電対を含むことが出来る。
【０００３】
多くの半導体加熱プロセスは、ウェハをデバイスに仕上げるときデバイス内に色々の化学的物理的反応が起こるように、ウェハが高温に加熱されることを要求する。処理の１つの種類である、急速熱処理中、半導体ウェハは、ライトのアレイにより、例えば約400℃から約1200℃の温度で、典型的には数分以内加熱される。これらの処理中、１つの主な目標は、ウェハを出来るだけ均一に加熱することである。
【０００４】
しかし、過去には、ウェハ内で一定の温度を保持することにおいて、またウェハが加熱される速度を制御することにおいて、問題があった。もし、ウェハが不均一に加熱されると、ウェハ中に色々の不所望の応力が発生する。ウェハを均一に加熱できないと、ウェハ上に均一に膜を堆積することが出来ず、ウェハ上の膜を均一にアニールすることが出来ず、ウェハ上に色々の他の化学的物理的処理を行うことができない。
【０００５】
過去に経験した問題の幾つかは、半導体ウェハは、しばしば表面の反射率と吸収率に影響する材料の膜でコーティングされることと関連している。例えば、異なるウェハでは変化があり、半導体デバイス製造シーケンス中にウェハ上に作られたパターンの結果として、１つのウェハ内でも変化がある。ウェハが電磁放射で照射されるとき、光学特性のこういう変化により、ウェハがパワーを吸収する能力が変化し、そのため到達温度が変化する。このため、熱処理の反復性が低下し、与えられたウェハ内の均一性が低下する。例えば、異なる領域が異なる材料でコーティングされたウェハは、これらの領域で異なるパワー吸収特性を有する。
【０００６】
そのため、より効率的に半導体ウェハを加熱し、均一に半導体ウェハを加熱する改善された熱処理チャンバと方法の必要性がある。
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、一般的には半導体ウェハを加熱する色々のプロセスに関する。特に、本発明はウェハによるエネルギーの吸収を最適化するため、ウェハ上に光エネルギーを放出する光源を形作ることに関する。本発明は、複数波長の光を使用して、ウェハにコンタクトする光の入射角を変化させ、また光エネルギーがウェハに特定の偏光された状態でコンタクトするように形作ることにより、実施される。
【０００８】
例えば、本発明の１実施の形態では、プロセスは、半導体ウェハを処理チャンバに配置するステップを含む。ウェハを加熱するため、光エネルギーがウェハ上へ方向付けられる。光エネルギーは、ウェハに0°より大きい入射角でコンタクトする。特に、入射角は、10°より大きく、より特定的には、約40°から約85°までである。
【０００９】
プロセスは、さらに光エネルギーが半導体ウェハにコンタクトする前に、光エネルギーを偏光させるステップを含む。特に、光エネルギーがｐ−偏光状態で半導体ウェハにコンタクトするように、光エネルギーは偏光される。光を偏光させるのに、任意の好適な偏光装置を使用することが出来る。例えば、１実施の形態では、第１のｐ−偏光光エネルギービームと、第２のｐ−偏光光エネルギービームとを作るビームスプリッティング装置を使用することが出来る。第１、第２のｐ−偏光光エネルギービームは、次に半導体ウェハ上へ方向付けられる。本発明の更に別の実施の形態では、光エネルギーはワイヤーグリッド偏光装置を使用して偏光される。
【００１０】
本発明で使用する光エネルギーは、レーザから、又はインコヒーレント光源から放出することが出来る。アークランプ又はタングステンハロゲンランプ等のインコヒーレント光源を使用するとき、光は偏光される前に平行にすることが出来る。
【００１１】
本発明の別の実施の形態では、プロセスは、半導体ウェハを処理チャンバ内に配置するステップと、少なくとも第１のレーザと第２のレーザから半導体ウェハ上にレーザビームを方向付けるステップとを含む。第１のレーザは第１の波長範囲の光を放出し、第２のレーザは第２の波長範囲の光を放出する。ウェハをより均一で効率的に加熱するため、第１の波長範囲は、第２の波長範囲とは異なる。
【００１２】
異なる波長範囲のレーザビームを使用することに変えて、又はこれに加えて、ビームは異なる入射角でウェハにコンタクトすることが出来る。特に、各ビームは、10°より大きい入射角で、より特定的には、約40°から約85°の入射角でウェハにコンタクトする。半導体ウェハを加熱するのにレーザビームを使用するとき、レーザビームはｐ−偏光状態等の特定の状態でウェハに衝突するように形作ることが出来る。
【００１３】
イオン注入アニールプロセスを実施するのに特に好適な本発明の特定の実施の形態では、本発明方法は、半導体ウェハを処理チャンバ内に配置することを含む。次に、パルスレーザビームが半導体ウェハ上へ方向付けられる。パルスレーザビームは、少なくとも10°の入射角で、ｐ−偏光状態等の特定の状態でウェハに衝突するように形作られている。
【００１４】
本発明に従って形作られた光エネルギー源は、ウェハを加熱するた単独で、又は他のエネルギー源と共に使用することが出来る。例えば、他のエネルギー源と共に、及び／又はサセプタプレートと共に使用することが出来る。
【００１５】
本発明の他の特徴と態様については、以下に詳細に述べる。
最良に実施の形態を含む本発明全体の当業者に実施可能な開示は、以下に図面を参照して、より詳細に記述される。
【００１６】
（特定の実施例の説明）
本明細書と図面における参照記号の繰り返し使用は、本発明の要素と同じ又は類似の特徴を表すことを意図している。
本明細書の記載は、例示の実施の形態であり、本発明の広い態様を制限する意図はなく、この広い態様が例示の構成に具現化されていることを、当業者は理解するであろう。
【００１７】
熱処理装置は、集積回路の製造プロセスの一部として、強い光等の熱エネルギーを使用して、半導体ウェハを加熱する。光エネルギーにさらすと、半導体ウェハの温度が急速に上昇し、処理時間が比較的短くなる。急速熱処理システムでは、非常に強い光で非常に均一に且つ制御された状態で、ウェハを放射することが重要である。上述したように、現在の装置の問題は、照射される光の強度とウェハを均一に加熱するという条件を達成するのが困難なことである。
【００１８】
例えば、半導体は、しばしば表面の反射率と吸収率に影響を与える材料でコーティングされる。これらのウェハ上のコーティングにより、加熱が不十分になったり、またウェハ内で温度変化が生じたりする。例えば、異なる材料の樹脂コーティングを有するウェハは、これらの領域で異なるパワー吸収特性を持つことになる。
【００１９】
一般に、本発明は、半導体ウェハを均一に且つ効率的に加熱する装置と方法に向けられている。本発明により処理されるウェハは、少なくとも部分的に光エネルギーにより加熱される。本発明は、加熱放射の入射角と、偏光面と、波長を最適化して、ウェハの吸収率を増加させ、ウェハの表面の光学特性の変化の影響を減少させることに向けられる。
【００２０】
より特定的には、本発明は、半導体ウェハ等の物体を加熱するため、熱処理チャンバ内にランプを配置することに向けられる。ランプにより放出される光エネルギーが、ウェハによる吸収を最適化するような入射角でウェハにコンタクトするように、ランプは形作られている。入射角を最適化することに代えて、又はこれに加えて、光エネルギーが、吸収を最適化するような偏光面で、ウェハにコンタクトするように、ランプにより放出される光エネルギーを形作ることが出来る。最後に、本発明はまた、複数の波長でウェハにコンタクトし、少なくともある波長が、ウェハによる効率的に吸収されるようにすることに向けられる。
【００２１】
図３は、本発明で使用される定義と用語を例示する図である。図示するように、入射角θは、ウェハ表面に垂直な線と、加熱放射の伝播の方向との間の角度である。入射面は、ウェハ表面に垂直な線と、ウェハ表面上に入射するエネルギーの光線とを含む面である。ｐ−偏光面とは、入射放射の電界ベクトルが、入射面にある偏光状態である。この状態は、また直交磁界（ＴＭ）偏光として知られている。ｐ−偏光状態に直角の偏光は、電界ベクトルが入射面に垂直であり、ｓ−偏光状態、又は直交電界（ＴＥ）偏光状態として知られている。
【００２２】
本発明に使用できるランプは、特定の用途による。例えば、１実施の形態では、レーザを使用することが出来る。レーザは、非常に狭い波長範囲で光を放出する。レーザ以外に、本発明のシステムでは色々のインコヒーレント光源を使用することが出来る。レーザと異なり、インコヒーレント光源は、広い範囲の波長を放出する。本発明で使用できるインコヒーレント光源は、アークランプ、タングステンハロゲンランプ等を含む。
【００２３】
本発明に従って構成されたランプは、単独で半導体ウェハを加熱するのに使用することが出来、又は他の熱エネルギー源とともに使用することが出来る。例えば、ランプは、電気抵抗でウェハを加熱するサセプタ、又はホットプレートと共に使用することが出来る。他の実施の形態では、本発明に従って形作られたランプは、特別に形作られていない他のランプと共に使用することが出来る。
【００２４】
図１を参照すると、本発明に従って作られたシステム（全体を10で示す）の１実施の形態が示される。この実施の形態では、システムは、本発明に従って形作られた複数のランプ40と、従来技術のように半導体ウェハ14上に位置する複数の他のランプ24を含む。
【００２５】
図示するように、システム10は、色々の処理を行うため、ウェハ14等の基板を受入れるのに適した処理チャンバ12を含む。ウェハ14は、シリコン等の半導体材料で作ることが出来る。図示するように、ウェハ14は、石英等の断熱材料で出来た半導体ホルダー15上に位置する。チャンバ12は、非常に急速な速度で且つ注意深く制御された状態でウェハ14を加熱するように設計されている。チャンバ12は、金属、セラミック等の色々の材料で作ることが出来る。例えば、チャンバ12はステンレス鋼で作ることが出来、又は例えば石英で出来たコールドウォールチャンバであっても良い。
【００２６】
チャンバ12が熱伝導性材料で出来ているときは、チャンバは冷却システムを含むのが好ましい。例えば、チャンバ12は、チャンバの周りに巻きまわされた冷却導管16を含む。導管16は、チャンバ12の壁を一定の温度に保持するために使用される水等の冷却流体を循環させるのに適している。
【００２７】
チャンバ12は、またチャンバ内にガスを導入し、及び／又はチャンバを所定の圧力範囲に保持するための、ガス入り口18と、ガス出口20とを含む。例えば、ウェハ14との反応のため、ガスをガス入口18からチャンバ12内に導入することが出来る。いったん処理されると、ガスは次にガス出口20を使ってチャンバから排出することが出来る。
【００２８】
又は、チャンバ内で望まない又は好ましくない副反応を防ぐため、不活性ガスをガス入口18からチャンバ12内に供給することが出来る。別の実施の形態では、チャンバ12を加圧するため、ガス入口18とガス出口20とを使用することが出来る。所望のときは、ガス出口20、又はウェハのレベルより下に位置する別の大きい出口を使って、チャンバ12内を真空にすることも出来る。
【００２９】
１実施の形態では、処理中に、基板ホルダー15は、ウェハ回転機構21を使用してウェハ14を回転させることが出来る。ウェハを回転させると、ウェハの表面の温度の均一性を促進し、ウェハ14とチャンバ内に導入された任意のガスとの接触を高めることが出来る。しかし、チャンバ12は、ウェハ以外に、光学部品、フィルム、ファイバー、リボン、及び任意の特定の形状の他の基板を処理することが出来る。
【００３０】
処理中にウェハ14を加熱するため、熱源即ち加熱装置（全体を22で示す）が、チャンバ12内に含まれる。加熱装置22は、タングステンハロゲンランプ等の複数の線形ランプ24を含む。ここで使用する「線形ランプ」とは、殆どのエネルギーをランプの最長の寸法から放出するように設計されたランプをいう。例えば、殆どの実施の形態で、線形ランプは、エネルギーの殆どをランプの側面から放出する。図１に示すように、ランプ24はウェハ14の上方に水平に整列する。しかし、ランプ42は、ウェハの下方のみ、又はウェハの上方と下方のように、任意の特定の位置に配置することが出来る。更に、所望により、システム10内に追加のランプを含めることが出来る。
【００３１】
線形ランプ以外に、本発明のシステムは、垂直方向を向いたランプを使用することが出来る。これらのランプは、ランプの端部がウェハに面するように位置する。
図に示すように、ランプ24は、漸次電力制御器25を装備し、これはランプの任意のものが放出する光エネルギーを増加又は減少させるのに使用できる。
【００３２】
ランプ24によりウェハ14上へ放出される光エネルギーの方向付けを助けるため、ランプは反射器又は１組の反射器と組合わせることが出来る。例えば、図１に示すように、加熱装置22は、線形ランプ24の上方に位置する反射プレート36を備える。反射プレート36は、反射光エネルギーを反射するのに好適な任意の材料で作ることが出来、光エネルギーをウェハ14に向かっての方向付けを助ける任意の好適な形状とすることが出来る。
【００３３】
図１に示すように、ランプ24に加えて、システムは、本発明に従った光源即ちランプ40を含む。図示するように、ウェハによる光エネルギーの吸収を最適化するため、ランプ40は、ウェハ14に対してある角度で位置する。後述するように、入射角を調節する以外に、ランプ40により放出される放射は、ｐ−偏光面で又はその近くでウェハに衝突するように構成することが出来る。
【００３４】
図１に示すように、本発明に従って攻勢されたランプ40は、ランプ24と共に使用することが出来る。又は、図２に示すように、ウェハ14はランプ40のみで加熱することが出来る。特に、図２に示すように、ランプ40は、所望の角度でウェハ14を取り囲むように配置することが出来る。
【００３５】
本発明の更に別の実施の形態では、ランプ40は、ウェハに隣接して位置するサセプタと共に使用することが出来る。サセプタは、ウェハを加熱するため電気抵抗ヒーターを含むことが出来る。
【００３６】
図１を参照すると、この実施の形態では、加熱プロセス中にウェハ14の温度をモニターするため、熱処理チャンバ12は、複数の放射検知装置27を含む。放射検知装置27は、複数の光ファイバー即ち光パイプ28を含み、これらは複数の対応する光検出器30と通信する。光ファイバー28は、特定の波長でウェハ14から放出される熱エネルギーを受取るように構成されている。検知された放射の量は、次に光検出器30へ通信され、それが電圧信号を発生し、それによりプランクの法則に基づいてウェハの温度を計算することが出来る。１実施の形態では、各光ファイバー28は光検出器30と組合わさり、高温計を形成する。他の実施の形態では、光ファイバー28は１つの多重化放射検知装置に送られる。
【００３７】
一般に、熱処理チャンバ12は１つ又は複数の放射検知装置を含むことが出来る。好適な実施の形態では、図１に示すように、熱処理チャンバ12は、異なる位置でウェハの温度を測定する複数の放射検知装置を含む。ウェハの異なる位置の温度がわかると、後述するようにウェハに加える熱の量を制御するのに使用することが出来る。ウェハの色々のゾーンに加える熱の量は、開ループで制御することが出来る。この構成では、色々の加熱ゾーン間の比率は、手動で最適化した後、予め決めておくことが出来る。
【００３８】
システム10は、更にチャンバからランプ24を分離するウィンドー32を含む。ウィンドー32は、ウェハ14からランプ24を分離し、チャンバの汚染を防止するのに役立つ。図１に示すウィンドー32は、チャンバ12と熱源22の間に位置するウィンド−でも良い。
【００３９】
本発明のシステムでは、放射検知装置を使用する以外に、他の温度検知装置を使用することも出来る。例えば、１つ又は複数の位置でウェハの温度をモニターするため１つ又はそれ以上の熱電対をシステムに組み込んでもよい。熱電対は、ウェハと直接接触しても、又はウェハに隣接して配置し、そこから温度を想定しても良い。
【００４０】
システム10は、更に例えばマイクロプロセッサ等のシステム制御器50を含む。制御器50は、光検出器30から色々の位置で採られた放射の量を表す電圧信号を受取る。受取った信号に基づいて、制御器50は、異なる位置でのウェハ14の温度を計算するように形作られている。
【００４１】
図１に示すように、システム制御器50は、ランプ電力制御器25と通信することが出来る。この装置では、制御器50がウェハ14の温度を求め、この情報に基づいてランプ24及び／又はランプ40により放出される熱エネルギーの量を制御する。このように、ウェハ14を処理するチャンバ12内の条件について、注意深く制御された限界内で即時の調節を行うことが出来る。
【００４２】
１実施の形態では、制御器50を使用して、システム内の他の構成要素を自動的に制御することが出来る。例えば、制御器50を使用して、ガス入口18を通ってチャンバ12に入る流速を制御することが出来る。図示するように、更に制御器50を使用して、チャンバ内でウェハ14が回転する速度を制御することが出来る。
【００４３】
上述したように、本発明は、加熱されるウェハによる光エネルギーの吸収を最適化するため、熱処理チャンバ内の色々の光源を形作ることに向けられる。異なる特性を有する、及び／又は異なる材料でコーティングされたウェハを処理するとき、過去に経験された問題を最小にすることを意図する。一般に、本発明は、吸収を最大にするため、光源の入射角を変化させることと、光源により放出される光がｐ−偏光状態又はほぼｐ−偏光状態になるように形作り、及び／又は、少なくとも光エネルギーの幾らかがウェハにより効率的に吸収されるようにするため、幾つかの異なる波長を使用することに向けられる。
【００４４】
図４と５は、本発明に含まれる概念の幾つかを例示する。図４は、２層のコーティングが施された半導体ウェハのスペクトル吸収率を示す図である。２層のコーティングは、二酸化珪素の底部コーティングと、ポリシリコンの頂部コーティングとを含む。特に、二酸化珪素の底部コーティングは0.5ミクロン厚さであり、ポリシリコンの頂部コーティングは0.2ミクロン厚さである。図４は、波長によりどのように吸収率が変化するかを例示する。更に、図は、45°の入射角で、光エネルギーが３つの場合について示してある。即ち、(1)ｐ−偏光状態、(2)ｓ−偏光状態、(3)非偏光状態についてである。図に示すように、非偏光状態は、ｐ−偏光状態と、ｓ−偏光状態との平均になる。
【００４５】
図４に示すように、光エネルギーがｐ−偏光状態でウェハにコンタクトするとき、スペクトル吸収率の変化量は減少する。更に、任意の与えられた波長において、ｐ−偏光の光で吸収率が大きい。これは、より良く効率的にパワーが結合することを示す。
【００４６】
図５は、図４に例示した結果を生じるのに使用したのと同じ構造のスペクトル吸収率を示す。しかし、図５では全ての曲線は、ｐ−偏光状態の光エネルギーを表す。この図において、入射角は、垂直（０°）、45°、60°と変化する。
【００４７】
図示するように、入射角が０°から60°へ大きくなると、スペクトル吸収率の変化は小さくなる。更に、入射角によって、吸収率の増加は異なる波長で見られる。
【００４８】
本発明によれば、図４と５から、 (1)複数の波長の光を使用する、(2)光をｐ−偏光状態に形作る、(3)入射角を０°より大きくすると、色々の利益があることがわかる。更に、図５からランプを１より多い入射角に配置すると、更に吸収を最適化できることがわかる。
【００４９】
図６〜９を参照して、本発明の色々の応用を詳述する。図６と７は、半導体ウェハを加熱するためレーザを使用する。図８と９は、本発明の概念をインコヒーレント光に適用する。
【００５０】
図６を参照すると、レーザ40がウェハ14上にレーザビーム60を入射角θで放出する。一般に、レーザは比較的狭い波長範囲で光を放出する。レーザは、非常に強い強度で光を供給する非常に有効な加熱装置である。しかし、レーザ放射の高度に単色性の性質から、ウェハによるパワー吸収はスペクトルで平均化されず、そのため、レーザ加熱は、１つの半導体ウェハの１つの加熱サイクル中に、また異なるウェハの処理中に、パワー吸収の変動を受けやすい。
【００５１】
図６に示すように、レーザビーム60の入射角を変化させることにより、吸収の変動を最小にすることが出来る。上述したように、殆どの表面の反射は入射角の関数である。従って、ウェハにコンタクトするレーザ光の入射角を変化させることにより、吸収率を増すことが出来る。
【００５２】
殆どの用途で、半導体ウェハを処理するとき、吸収の最適化は、10°より大きいときに起き、特に入射角が約40°から約85°、より特定的には約60°から約80°である。特に、シリコンの反射率は、臨界角、即ちブルースター角の近くで非常に小さい。シリコンについては、ブルースター角は約75°である。
【００５３】
レーザを使用するときの利点は、放射が高度に指向的であるだけでなく、多くの種類のレーザ光は本来平面偏光であることである。その結果、入射角を調節するとき、レーザビームはウェハ表面に対してｐ−偏光面に配置することが出来る。図４と５に示すように、光をｐ−偏光状態に置くとき、ウェハへの光の結合の最適化が起こる。
【００５４】
しかし、他の実施の形態では、光をｐ−偏光状態に置くことでなく、光が他の構成になるように配置するのが好ましいこともある。例えば、別の実施の形態では、光をｐ−偏光状態に置くのではなく、ｐ−偏光状態の近くに置く。別の実施の形態では、楕円偏光光をウェハに方向付けることが出来る。楕円偏光光は、空間における任意の点の電界ベクトルが、伝播方向に垂直な面内で楕円を描く電磁波の偏光を言う。
【００５５】
任意の用途で使用される特定の光の構成は、色々の要因による。例えば、ウェハにコンタクトする光を如何に構成するかを決めるのに、加熱される表面の形態が大きな役割を果たす場合がある。例えば、トレンチ、角度、他の表面の滑らかでないフィーチャが、ウェハの吸収特性に影響を及ぼす場合がある。１実施の形態では、３次元表面を有する基板を取り扱うとき、表面の不規則性を最も良く考慮に入れた平面を画定することが出来る。いったん平面が画定されると、表面にコンタクトする光の偏光と、入射角と、波長を選択することが出来る。
【００５６】
レーザビーム60が確実にｐ−偏光面で、又は他の望ましい配置でウェハ14に衝突するようにするため、レーザ装置を方向付けるのに色々の方法を使用することが出来る。例えば、レーザビームをｐ−偏光状態に調節するため、レーザを回転することが出来、又はレーザビームをミラー及び／又は光学系を使用して操作することが出来る。例えば、１実施の形態では、二分の一波長板を使用して、レーザビームをｐ−偏光面等の画定された面に位置させることが出来る。
【００５７】
入射角を調節し、レーザビームをｐ−偏光状態に置くことに代えて、又はこれに追加して、熱処理チャンバ内で、各々が異なる波長の光を放出する幾つかの異なる種類のレーザを使用することが出来る。例えば、図７(ａ)に示すように、第１のレーザ40と、第２のレーザ140が、ウェハ14上に異なる波長の光を放出することが出来る。
【００５８】
従って、特定の基板が第１のレーザが作動する波長で高度に反射するとき、異なる波長で作動する第２のレーザを使用してウェハを加熱することが出来る。異なるレーザからの放射は、ウェハにコンタクトする前に、光学的に結合することが出来る。又は、異なるレーザからの幾つかの光のビームが、ウェハの選択した領域を照らすことも出来る。更に別の実施の形態では、幾つかの光のビームが、ウェハが回転するのと同じウェハ半径で照射することが出来る。レーザは、ウェハの前面と後面を照らすように配置することが出来る。また、１実施の形態では、ウェハの前面が特定の波長又は波長範囲で加熱され、ウェハの後面が異なる波長又は波長範囲で加熱されても良い。
【００５９】
本発明の１実施の形態では、ウェハを加熱するのに、可変レーザを使用することが出来る。例えば、特定の加熱サイクルの間、又は加熱サイクル毎に波長を調節するため、可変波長設定を有するレーザを使用することが出来る。波長を合わせる以外に、本発明で使用するレーザは、処理中入射角を調節できるように可動であっても良い。このように、加熱されるウェハの表面の特性と性質が変化しても、光源とウェハの間の最適なパワー結合が起こるようにすることが出来る。
【００６０】
図７(ａ)に示すように異なる波長で作動するレーザを使用する以外に、各レーザ40と140の入射角を異なるようにし、少なくとも一方のレーザが、加熱プロセス中に高い吸収を有するようにすることが出来る。
【００６１】
図７(ａ)に示すように複数のレーザを使用して、又は図７(ｂ)に示すように１つのレーザを使用して、複数の入射角を作ることが出来る。図７(ｂ)に示すように、レーザ40はレーザビーム60を放出し、これがビームスプリッティング装置70により２つのビーム62と64に分けられる。この実施の形態では、次にミラー72を使用して、レーザビーム64は、レーザビーム62の入射角とは異なる入射角でウェハ14上に方向付けられる。しかし、ミラー72以外に、レーザビームは、光ファイバー、レンズ、光パイプ等を使用して、ウェハ上へ方向付けることが出来る。
【００６２】
一般に、本発明には連続波レーザ、パルス化レーザを含む任意の好適なレーザを使用することが出来る。１実施の形態では、レーザダイオードが使用される。レーザダイオードは効率的に電気をレーザ放射に変換し、高電力定格で得ることが出来る。例えば、１０ワット以上の連続電力を供給し、放出波長が400ｎｍから4000ｎｍの高電力装置が、現在商業的に入手可能である。上述したレーザは、放出されたビームを成形しなおしウェハに方向付けるビーム伝達光学系と組合わせることが出来る。例えば、レーザは光をウェハの特定の位置にガイドする光ファイバーと結合することが出来る。
【００６３】
本発明の１実施の形態では、パルス化レーザの使用が色々の利点があることがわかった。パルス化レーザは、多量のエネルギーを間歇的に生じる。このようなレーザは、アニールプロセス、特にイオン注入損傷アニールで使用するのに好都合である。パルス化レーザは、優れた品質を有するフィルムを生じるために、制御された損傷アニーリングを提供することが出来ると考えられる。
【００６４】
上述したように、レーザは高度に志向性の光を放出する。レーザを使用して半導体ウェハの全表面を加熱するため、色々の技術を使用することが出来る。例えば、１実施の形態では、ウェハの異なる領域にコンタクトするため、複数のレーザを熱処理チャンバ内に配置することが出来る。所望により、レーザにより放出されるレーザビームは、ビームの整形がここに記述する最適は技術を妨げない限り、光学系を使用して整形することが出来る。又は、レーザビームは、ウェハの全表面上、又は選択した領域上を操作させることが出来る。
【００６５】
レーザビームを形作る以外に、本発明はまた、タングステンハロゲンランプ、又はアークランプ等のインコヒーレント光源により放出される光ビームに適用することが出来る。光源は、連続光又はパルス状の光を放出することが出来る。インコヒーレント光源は、典型的にはレーザより広いスペクトルの光エネルギーを放出する。その結果、インコヒーレント光源を使用するときは、波長範囲が広く、通常は入射角の範囲が広いので、パワー結合の変化は少ない。それにもかかわらず、インコヒーレント光源と加熱されるウェハの間のパワー結合を更に改善するため、本発明を使用することが出来る。
【００６６】
例えば、１実施の形態では、インコヒーレント光源により放出された光は、平行にし、偏光し、０°より大きい入射角で、特に本発明により10°より大きい入射角で、ウェハに衝突するように形作ることが出来る。
【００６７】
例えば、図８を参照すると、インコヒーレント光源40がウェハ14上に光エネルギーを放出する。インコヒーレント光源40は、例えば、アークランプ、タングステンランプ等でも良い。図示するように、ランプ40から放出される光は、反射器80を使用して平行にされ、殆どの光がウェハ14を特定の入射角で衝突するようになる。
【００６８】
反射器80は光源40を囲み、色々の形状とすることが出来る。しかし、一般に図示するような、放物線形状が平行な出力ビームを作る。
【００６９】
反射器を使用する以外に、色々の他の装置を使用して、ランプ40により放出される光を平行にすることが出来る。例えば別に実施の形態では、光学レンズを使用して、より良く光をウェハ上へ方向付けることが出来る。例えば、集光レンズ、円筒形レンズ、又はゾーンプレートを、単独で又は反射器と組合せて使用して、光を平行にすることが出来る。
【００７０】
図８に示すように、ランプ40により放出される光を平行にする以外に、本発明のシステムは更に、偏光装置82を含んでも良い。偏光装置82は、偏光装置を出る光がｐ−偏光状態になるように選択される。この構成の結果として、ランプ40により放出される光エネルギーは、所望の入射角で、且つｐ−偏光状態でウェハ14に衝突し、ウェハによる吸収を最大にする。
【００７１】
光をｐ−偏光状態にする以外に、また、偏光装置82を使用して光をｐ−偏光状態の近くにすることも出来、又は所望により楕円偏光を作ることもできる。
【００７２】
しかし、図８に示す多くの偏光装置82は、ウェハに到達する光の量を大幅に減少させることができる。例えば、ある偏光装置は、ランプ40により放出されるエネルギーの約50％までを除去することができる。他の実施の形態では、ランプ40により放出される光をより効率的に偏光させるため、図９に示す偏光ビームスプリッティング装置84を使用する。偏光ビームスプリッティング装置84は、ランプ40により放出される平行光を受取り、光を２つのビーム90と92に分割する。偏光ビームスプリッティング装置84は、ビーム90がｐ−偏光状態になるように形作られている。図示するように、ビーム90は、ウェハ14に第１の入射角でコンタクトする。
【００７３】
他方、ビーム92は、次に更に、ミラー、光学系、半波長板、又は他の好適な光学装置86を使用して再方向付けされる。特に、光ビーム92は、回転され、方向付けられ、又は操作され、ｐ−偏光状態又は他の所望の構成の光ビーム94として、第２の入射角で、ウェハ14上へ再方向付けされる。ビーム90と94の入射角は同じでも又は異なっても良い。
【００７４】
本発明では、色々の異なる偏光装置を使用することができる。例えば、偏光ビームスプリッティング装置84は、ワイヤグリッド偏光子、誘電膜コーティング装置等の薄膜コーティング装置、又は任意の他の好適な装置でも良い。
【００７５】
図１に戻ると、上述したように本発明のシステムは、制御器50を含むことができる。制御器50を使用して、ウェハの温度をモニターし、それに応じてウェハ上へ放出される光エネルギーの量を制御することができる。本発明の１実施の形態では、制御器50は、１つ又はそれ以上のセンサ98と通信することができる。センサ98を使用して、ウェハから反射される放射の量を検出することができる。特に、ウェハに伝達される入力パワーを調節するため、センサは、反射されるパワーの量を推定するのを助けることができる。センサ98は、特にレーザ照明を使用するシステムに使用することができ、反射ビーム強度から結合の簡単な推定が得られる。この推定は、低出力ビームを使用して処理の前に、又は実際のビームから処理中に得ることができる。
【００７６】
ウェハに伝達されるパワーの量を変化させる以外に、センサから収集した情報を使用して、ウェハにコンタクトする光の波長を変化させ、及び／又はウェハにコンタクトする光の入射角を変化させることもできる。
【００７７】
センサ98は、反射光を検出することができる任意の装置でよい。例えば、センサ98は光検出器、又は熱検出器でも良い。
【００７８】
本発明の更に別の実施の形態では、システムは熱処理チャンバ内に位置する反射器を含んでも良い。反射器を使用して、ウェハから反射された光エネルギーをウェハ上へ戻るように反射させることができる。再度、このような反射器は、レーザビームを使用するシステムで使用するのに適している。使用できる反射器の例は、コーナーキューブ再帰反射器であり、これはウェハから反射された光を反射と同じ角度でウェハ上へ戻す。光をウェハ上へ反射して戻すことにより、光エネルギーは更に加熱中にウェハにより吸収される。
【００７９】
本発明の更に別の実施の形態では、本発明の技術と利点を使用して、ウェハ１４だけでなく、図１に示す滑り止めリング99を加熱する。滑り止めリングは、ウェハの縁部を完全に取り囲む又は少なくとも実質的に取り巻き、処理中にウェハの縁部を加熱する別のエネルギーを提供する。一般に、滑り止めリングは、ウェハの縁部で起こる熱損失を防ぐのに使用される。
【００８０】
本発明によれば、図１に示す滑り止めリング99は、熱結合を最適にするように、光装置40により加熱することができる。例えば、光装置40は、特定の入射角で且つ特定の偏光状態で光を放出することが出来、滑り止めリング99により吸収される熱エネルギーの量を最適にすることができる。滑り止めリングを加熱する光の特定の入射角、光の波長、偏光状態は、滑り止めリングを作る材料による。例えば、滑り止めリングは、シリコン、炭化珪素、グラファイト、炭化珪素コーティンググラファイト、水晶、その他の材料で作ることができる。
【００８１】
本発明によれば、滑り止めリング99は、光吸収を最適化するため、色々の材料でコーティングすることが出来る。例えば、滑り止めリングは反射防止コーティングを施すことができる。例えば、１実施の形態では、シリコンのリングは、二酸化珪素又は窒化珪素でコーティングすることができる。
【００８２】
本発明のこれら及び他の修正と改変は、本発明の精神と範囲から離れることなく、当業者により実施することができる。これらは、特許請求の範囲に記載されている。更に、色々の実施の形態の態様は、全体又は部分的に交換することができる。更に、前述した記載は例示のためであり、特許請求の範囲に記載された本発明を制限する意図はないことを、当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に使用することが出来る熱処理チャンバの１実施の形態の断面図である。
【図２】本発明による、半導体ウェハの上方に位置しウェハへの入射角が０°より大きい複数のランプを示す本発明の概略平面図である。
【図３】本発明で使用する幾つかの用語を例示するための情報の図である。
【図４】二酸化珪素の底部コーティング、ポリシリコンの頂部コーティングを有する半導体ウェハのスペクトル吸収率を示す図である。図は、45°の入射角で、ｐ−偏光放射、ｓ−偏光放射、非偏光放射について示してある。
【図５】図４と同じ構造について、スペクトル吸収率を示す図である。しかし、この図では、ｐ−偏光放射で、異なる入射角について示してある。
【図６】レーザが、半導体ウェハ上に0°より大きい入射角でレーザビームを放出する状態を示す側面図である。
【図７】(ａ)は、２つの異なるレーザが、半導体ウェハ上に異なる入射角でレーザビームを放出する状態を示す側面図である。  (ｂ)は、レーザビームが、２つの異なるビームに分かれ、それが半導体ウェハに異なる入射角でコンタクトする状態を示す側面図である。
【図８】インコヒーレント光源の側面図であり、光源から放出された光は、平行にされ、次に偏光され、0°より大きい入射角で、ウェハにコンタクトする。
【図９】図８に示すプロセスの他の実施の形態であり、偏光装置が、光を２つの異なるｐ−偏光放射ビームに分割する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005509281.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005509281.tif 000011
【国際調査報告】
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