(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の高圧急速熱処理のための方法及び装置を提供する。【解決手段】方法は、チャンバー１０の外側からアクセスポート１３を通して処理チャンバーの内部領域中の支持部上に基板をパスするステップと、チャンバーを密封するポートドアを閉じるステップと、チャンバーを１．５絶対気圧を上回る圧力に加圧するステップと、放射エネルギーを基板に向けるステップとを包含する。少なくとも約１．５絶対気圧又は随意で２気圧の絶対圧力を上回る圧力に耐えるように構築される高圧急速熱処理チャンバーであって、チャンバー内の圧力を制御するために圧力制御弁を包含する。【選択図】図１
2015173264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
急速熱処理チャンバーで基板を処理する方法であって、
前記急速熱処理チャンバーの外側からアクセスポートを通して前記処理チャンバーの内部領域に位置する環状支持部上に基板をパスするステップと、
前記急速熱処理チャンバーが密封されるように前記アクセスポートを閉じるステップと、
前記急速熱処理チャンバーを約１．５絶対気圧を上回る圧力に加圧するステップと、
前記基板を少なくとも毎秒約５０℃の速度で制御可能にかつ均一に加熱するために放射エネルギーを前記基板の方へ向けるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記急速熱処理チャンバーを約２気圧から約５気圧の範囲の絶対圧力に加圧する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記急速熱処理チャンバーを、約３．０気圧以下、約３．５気圧以下、約４．０気圧以下、および約４．５気圧以下から選択される絶対圧力に加圧する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が半導体ウェハーを含み、前記処理が前記半導体ウェハーの急速熱アニールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記チャンバーが、さらに、放射熱源、および前記チャンバーと放射熱源の間のディスク状表面を含み、前記ディスク状表面が少なくとも約２気圧の絶対圧力に耐えるように構築される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ディスク状表面が約２絶対気圧から約５絶対気圧の範囲の圧力に耐えるように構築される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記チャンバーが、さらに、前記放射熱源の反対側に位置する反射体プレートを含み、前記反射体プレートは少なくとも２気圧の絶対圧力に耐えるように構築される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反射体プレートが最大約５絶対気圧の圧力に耐えるように構築される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
基板が半導体ウェハーであり、前記処理が前記半導体ウェハーの急速熱アニールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
急速熱処理チャンバーであって、
チャンバー容積部を規定するチャンバー本体と、
前記チャンバー内で熱的に処理される基板を支持するための基板支持部と、
前記基板を加熱するために構成される第１の熱源と、
前記チャンバー内の圧力を２絶対気圧を上回るように制御するための圧力制御弁と
を含むチャンバー。
【請求項１１】
前記圧力制御弁が、前記チャンバー内の圧力を約２絶対気圧から約５絶対気圧の範囲に制御するように働く、請求項１０に記載のチャンバー。
【請求項１２】
前記圧力制御弁が、前記チャンバー内の圧力を、約３．５絶対気圧以下、約４．０絶対気圧以下、および約４．５絶対気圧以下から選択される圧力に制御するように働く、請求項１０に記載のチャンバー。
【請求項１３】
コールドウォール反応炉型である、請求項１０に記載のチャンバー。
【請求項１４】
前記基板支持部が固定子に磁気的に結合される、請求項１０に記載のチャンバー。
【請求項１５】
前記圧力制御弁が背圧調整器および圧力コントローラを含む、請求項１０に記載のチャンバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般に、基板の熱処理に関する。詳しくは、本発明の実施形態は、大気を上回る圧力での半導体基板の急速熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速熱処理（ＲＴＰ）は開発の進んだ半導体集積回路の製作技術であり、この技術では、基板、例えばシリコンウェハーを、ＲＴＰチャンバー内で高強度の光学的放射を照射して基板を比較的高い温度まで急速に加熱することにより、基板でのプロセスを熱的に活性化する。基板が熱的に処理されると、放射エネルギーは除去されて、基板は急速に冷却する。このように、基板を取り囲むチャンバーが基板を処理するために必要な高温まで加熱されることなく基板だけが加熱されるので、ＲＴＰはエネルギー効率が良い。即ち、急速熱処理の間に処理される基板は、周囲の環境、すなわちチャンバーと熱平衡にない。
【０００３】
シリコンまたは他のウェハーからの集積回路の製作は、層を堆積させるステップ、層にフォトリソグラフィでパターン形成するステップ、およびパターン形成された層をエッチングするステップといった複数のステップを伴う。イオン注入は、半導体シリコンに活性領域をドープするために使用される。製作順序は、とりわけ、注入損傷の回復およびドーパントの活性化、結晶化、熱による酸化および窒化、シリサイド化、化学気相堆積、気相ドーピング、ならびに熱による洗浄を包含する多くの用途のためのウェハーの熱アニールも包含する。
【０００４】
シリコン技術の初期段階でのアニールするステップは、一般に、アニール炉で長期間にわたって多数のウェハーを加熱するステップを伴ったが、回路の小型化が進む基板を処理するためにこれまでになく厳しい要件を満足させるために、ＲＴＰの使用が拡大している。ＲＴＰは、典型的には、集積回路が形成されているウェハーの前面に向けられる高輝度ランプのアレイからの光をウェハーに照射することによって単一ウェハー（または基板）チャンバーで行われる。放射は、ウェハーによって少なくとも部分的に吸収され、それを所望の高温に、例えば６００℃より上に、または一部の用途では１０００℃より上に迅速に加熱する。放射加熱は、ウェハーを比較的短期間、例えば１分または例えば３０秒、より明確には１０秒、さらにより明確には１秒にわたって制御可能に加熱するために迅速にオンおよびオフにすることができる。ＲＴＰチャンバーでの温度変化は、少なくとも毎秒約２５℃から毎秒５０℃以上、例えば少なくとも毎秒約１００℃または少なくとも毎秒約１５０℃の速度で起こりうる。
【０００５】
ＲＴＰチャンバーでの基板の処理の間に、汚染物質がチャンバーの内部表面に蓄積する。汚染は、ウェハー上に堆積される物質またはウェハーに内在する物質から生じ、シリコン、ホウ素、ヒ素、リンおよびその他の化合物を包含しうる。このような汚染物質の蓄積により、チャンバーの内部表面を洗浄する必要がある。内部表面は、パイロメータプローブ、反射体プレートおよびランプ表面を覆う石英窓を包含する。チャンバーが洗浄されている間は、チャンバーは追加の基板を処理するために使用できず、生産性が低下する。したがって、チャンバー洗浄間の時間を延長するための方法および装置への需要当技術分野に存在する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、少なくとも約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を超える圧力での処理チャンバーでの基板、例えば半導体基板の急速熱処理のための方法および装置が提供される。本明細書で使用されるように、用語「絶対圧力」は、処理容積部でのガスの圧力のことであり、用語「内部圧力」または「内部チャンバー圧力」と交換可能に使用されてもよい。
【０００７】
一実施形態では、本明細書で述べられる方法および装置は、汚染物質種の拡散率を減少させることによってチャンバー洗浄間の時間を延長することを目的とする。汚染物質拡散率の減少は、典型的には、ガス絶対圧力の関数である。１つまたは複数の実施形態によれば、ＲＴＰチャンバー内の不活性ガスの内部圧力を増加させることは、高温プロセスによって解放されることもある汚染物質種の拡散率の減少を引き起こすことになる。
【０００８】
本発明の実施形態は、ＲＴＰチャンバーで基板を処理する方法を対象とし、本方法は、ＲＴＰチャンバーの外側からアクセスポートを通して処理チャンバーの内部領域に位置する環状支持部上に基板をパスするステップと、ＲＴＰチャンバーが周囲空気から隔離されるようにアクセスポートを閉じるステップと、ＲＴＰチャンバーを約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を上回る圧力に加圧するステップと、基板を少なくとも毎秒約５０℃の速度で制御可能にかつ均一に加熱するために放射エネルギーを基板の方へ向けるステップとを含む。一実施形態では、ＲＴＰチャンバーは、約５絶対気圧を上回る圧力まで加圧される。別の実施形態では、ＲＴＰチャンバーは、約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧と約５絶対気圧との間に加圧される。なお別の実施形態では、ＲＴＰチャンバーは、約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧と約１０絶対気圧との間に加圧される。処理チャンバーが加圧されてもよい圧力は、例えば、約２．５絶対気圧以下、３絶対気圧以下、３．５絶対気圧以下、４絶対気圧以下、４．５絶対気圧以下、または５絶対気圧以下の圧力を含む。一実施形態では、本方法は、半導体基板であってもよい基板の急速熱アニールも包含する。
【０００９】
本発明の１つまたは複数の態様は、ＲＴＰチャンバーで基板を処理する方法を包含し、この方法は急速熱アニールを包含できる。１つまたは複数の実施形態では、ＲＴＰチャンバーで基板を処理する方法は、ＲＴＰチャンバーの外側からアクセスポートを通して処理チャンバーの内部領域に位置する環状支持部上に基板をパスするステップと、ＲＴＰチャンバーが密封されるようにアクセスポートを閉じるステップとを包含する。この出願で使用されるように、術語「密封される」は、処理チャンバー内の圧力よりも低い圧力を有する大気からチャンバーを隔離するステップを包含するものとする。術語「密封される」は、空気、チャンバーの外側の空気、および／またはトランスファーチャンバー雰囲気からチャンバーを隔離するステップも包含する。
【００１０】
本発明の１つまたは複数の実施形態では、本方法は、チャンバーが密封された後、ＲＴＰチャンバーを約１．５絶対気圧を上回る圧力に加圧するステップと、基板を少なくとも毎秒約５０℃の速度で制御可能にかつ均一に加熱するために放射エネルギーを基板の方へ向けるステップとをさらに包含する。具体的な実施形態では、本方法は、ＲＴＰチャンバーを約１．５絶対気圧または随意で２気圧から約５気圧の範囲の絶対圧力に加圧するステップを包含する。本方法のより具体的な実施形態では、ＲＴＰチャンバーは、最大で、約２．５、３、３．５、４または４．５気圧の絶対圧力に加圧される。
【００１１】
ＲＴＰチャンバーで基板を処理する本明細書で述べられる方法の１つまたは複数の実施形態は、半導体ウェハーなどの基板を利用する。１つまたは複数の実施形態で利用されるチャンバーはまた、放射熱源およびチャンバーと放射熱源との間のディスク状表面を包含してもよい。１つまたは複数の実施形態では、ディスク状表面は、少なくとも約１．５絶対気圧または随意で２気圧の絶対圧力に耐えるように構築または設計される。より具体的な実施形態では、ディスク状表面は、約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧から、約２．５、３、３．５、４、４．５または５絶対気圧までの圧力の範囲の圧力に耐えるように構築され、基板が処理される間そのような圧力に耐えることができる。チャンバーは、少なくとも１．５絶対気圧、もしくは随意で２気圧の絶対圧力、および／または別法として約２．５絶対気圧以下、３絶対気圧以下、３．５絶対気圧以下、４絶対気圧以下、４．５絶対気圧以下、もしくは５絶対気圧以下の圧力に耐えるように構築または設計される、放射熱源の反対側に配置される反射体プレートを包含してもよい。
【００１２】
本発明の第２の態様は、コールドウォール反応炉型であってもよいＲＴＰチャンバーに関連し、それは、チャンバー容積部を規定するチャンバー本体と、処理するためのチャンバー内で基板を支持するための基板支持部と、基板を加熱する第１の熱源と、チャンバー内の圧力を制御するための圧力制御弁とを包含する。１つまたは複数の実施形態では、基板支持部は、固定子に磁気的に結合される。
【００１３】
１つまたは複数の実施形態で利用される圧力制御弁は、背圧調整器および圧力コントローラを包含する。１つまたは複数の実施形態の圧力制御弁は、チャンバー内の圧力を１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を超えて制御または維持する。１つまたは複数の実施形態で利用される圧力制御弁は、チャンバー内の圧力を、約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧から約５絶対気圧の範囲に制御または維持することができる。具体的な実施形態では、圧力制御弁は、チャンバー内の圧力を、最大で、２．５、３、３．５絶対気圧、４絶対気圧および４．５絶対気圧に制御または維持する働きをする。
【００１４】
一実施形態では、チャンバーは、処理容積部と放射熱源との間にディスク状表面を含む。ディスク状表面は、少なくとも約１．５または２気圧の絶対圧力に耐えるように構築されてもよい。１つまたは複数の実施形態では、熱源と処理容積部との間に位置するディスク状表面は、窓を形成し、それは、もし十分に厚く作られるならば、処理容積部内の圧力勾配を支持するか、または耐えることができる。１つまたは複数の実施形態では、ディスク状表面は、熱源筐体、例えばランプヘッド筐体によって支持されてもよく、圧力勾配に耐えるように構築されるおよび／または設計される。別の実施形態では、ディスク状表面は、最大で約１０絶対気圧の圧力に耐えるように構築される。一実施形態では、チャンバーは、放射熱源の反対側に位置する反射体プレートを含み、それは、少なくとも１．５絶対気圧または随意で２気圧の絶対圧力に耐えるように構築される。なお別の実施形態では、反射体プレートは、最大で約１０絶対気圧の圧力に耐えるように構築される。最大で約２．５、３、３．５、４、４．５または５絶対気圧の圧力が例示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】１つまたは複数の実施形態によるＲＴＰチャンバーの横断面図を示す図である。
【図２】１つまたは複数の実施形態によるＲＴＰチャンバーの簡易化された等角図を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のいくつかの例示的実施形態を述べる前に、本発明は、次の記述で説明される構築またはプロセスステップの詳細に限定されないことに注意されたい。本発明には他の実施形態が可能であり、且つ本発明は様々な方法で実行または遂行することができる。
【００１７】
本発明の実施形態は、ＲＴＰチャンバーを改良するための方法および装置を提供する。本発明から利益を得るように適合できるＲＴＰチャンバーの例は、「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｖａｎｔａｇｅ  ＲａｄｉａｎｃｅＰｌｕｓ  ＲＴＰ」およびＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）熱処理システムであり、共に本出願人により市販されている。具体的な実施形態が、処理チャンバーの壁の温度が処理されている基板の温度よりも低い「コールドウォール反応炉」でありうるものに関連する図で示されるが、本発明の実施形態によれば、大気圧を超えるチャンバー内部圧力で、例えば１気圧を上回る絶対圧力、１．５気圧を上回る絶対圧力、２気圧を上回る絶対圧力、２．５気圧を上回る絶対圧力、３気圧を上回る絶対圧力、３．５気圧を上回る絶対圧力、４気圧を上回る絶対圧力、４．５気圧を上回る絶対圧力および５気圧以上の絶対圧力でウェハーを処理するステップは、他の種類の加熱および冷却システムを有するチャンバーに適用できることが認識されよう。例えば、本明細書で述べられる処理方法は、誘導または抵抗加熱を用いる加熱／冷却システムと併せて有用性を有することになる。加えて、本発明のための具体的な実施形態が、主としてＲＴＰを参照して例示されるが、当業者であれば、化学気相堆積（ＣＶＤ）も適していることを理解するであろう。このように、本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、大気圧を超えるチャンバー内部圧力での、例えば１気圧を上回る絶対圧力、１．５気圧を上回る絶対圧力、２気圧を上回る絶対圧力、２．５気圧を上回る絶対圧力、３気圧を上回る絶対圧力、３．５気圧を上回る絶対圧力、４気圧を上回る絶対圧力、４．５気圧を上回る絶対圧力および５気圧以上の絶対圧力での任意の種類のＲＴＰチャンバーでの基板の急速熱処理のための方法および装置が提供される。
【００１８】
本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を上回る圧力でＲＴＰチャンバーを動作させることは、チャンバー洗浄間の時間を増加させる。処理チャンバー内の絶対圧力を増加させることは、ＲＴＰチャンバー内の不活性ガスまたはプロセスガスの圧力を増加させることによって達成され、それは、高温プロセスによって解放されることもある汚染物質種の拡散率の減少をもたらす。プロセスガスの場合、圧力の増加は、基板表面または気相内でのより高速の反応を可能にしうる。
【００１９】
汚染物質の拡散率は、概ね全圧または絶対圧力と逆に変化するので、絶対圧力の倍加は、パイロメータプローブ、反射体プレートおよびランプ表面、例えばランプヘッド窓を包含するチャンバー構成部品の洗浄間の周期の倍加をもたらすはずである。適度な圧力増加については、浮力効果は小さく、おそらく堆積をあまり重要でない領域に向けるのを助けるために使用されることもあり得る。
【００２０】
ＲＴＰは普通、０．００７気圧から１．０５気圧（５および８００トール）の間の圧力で動作する。そのため、内部構成部品を包含するＲＴＰチャンバーは、大気より下のまたは大気に近い条件のもとで動作するように設計されてきた。大気を上回る、特に１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を超える圧力で動作するために、アクセスポート、反射体プレートおよびランプヘッドのディスクエリア、回転子ウェルおよび側壁、ならびに以下でさらに述べられる他の固定物は、補強される必要でありうる。例えば、ウェハーがチャンバーの内部まで通過することを可能にするチャンバーとウェハー供給部との間のバルブまたはアクセスポートは、大気を上回る圧力のもとで動作するように変更される。本発明の実施形態は、大気を上回る、特に１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を超える内部圧力に耐えるように構築されるＲＴＰチャンバーを提供する。ある種のコールドウォールチャンバーでは、ウェハーがウェハー供給部からチャンバーの内部まで渡ることを可能にするアクセスポートの再設計が必要な場合もある。そのような再設計は、バルブの外側の保持固定具を強化することによって、または弁の位置を変えてＯリング密封面を内側にし、内部圧力によってチャンバー側壁の密封面に押し付けることにより、成し遂げることができる。１つまたは複数の実施形態によれば、反射体プレートのディスクエリアおよびランプヘッドのディスクエリアを包含するＲＴＰチャンバーの他の部分は、約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を超える圧力に耐えるように強固にされる。裏当てプレートが、ランプヘッドおよび／または反射体プレートの追加の高剛性化を提供するために使用されてもよい。より厚い材料またはより高い強度の合金が、回転子ウェルおよび側壁の構築で使用されてもよい。側面拘束のある高圧定格のベローズがリフトピンアセンブリで使用されてもよく、より高い内部圧力が光学パイプを移動させるのを防止するために、ライトパイプ−反射体プレートの密封の完全性が機械的に補強されてもよい。
【００２１】
図１は、ＲＴＰチャンバー１０を概略的に表す。Ｐｅｕｓｅおよびその他は、米国特許第５８４８８４２号および第６１７９４６６号において、この種類の反応炉およびその器具類のさらなる詳細を述べている。熱的に処理されるべきウェハーまたは基板１２、例えばシリコンウェハーなどの半導体ウェハーは、チャンバー１０のバルブまたはアクセスポート１３を通ってプロセスエリア１８にパスされる。ウェハー１２は、ウェハー１２の隅部に接触する環状傾斜棚１５を有する環状エッジリング１４の形をした基板支持部によってその周辺で支持される。Ｂａｌｌａｎｃｅおよびその他は、米国特許第６３９５３６３号において、エッジリングおよびその支持機能をより完全に述べている。ウェハーの方向は、ウェハー１２の前面にすでに形成された処理済み機構１６が、透明石英窓２０によってその上側に規定されるプロセスエリア１８の方へ、下方重力場を参照して上方を向くように、決定される。概略的例示に反して、機構１６の大部分は、ウェハー１２の表面を越えて実質的な距離にわたって突出しないが、表面の平面内および近くでパターン形成を構成する。ウェハー機構１６の性質は多面的であり、これについては後述する。ウェハーをチャンバー内およびエッジリング型基板支持部１４上に持って行くパドルまたはロボットブレード（図示せず）との間でウェハーが手渡されるとき、リフトピン２２は、ウェハー１２の裏側を支持するために上昇および下降させることができる。放射加熱装置２４は、放射エネルギーをウェハー１２の方へ向けて加熱するために、窓２０および基板支持部１４の上に位置決めされる。チャンバー１０内では、放射加熱装置は、例えば４０９といった多数の高輝度タングステン−ハロゲンランプ２６を包含し、これらのランプは、下方へ延びて内部チャンバー圧力に対抗して窓２０を支持する最密に配置されたそれぞれの反射六角形チューブ２７に位置決めされる。
【００２２】
ランプ２６のアレイは、時にはランプヘッドと呼ばれる。１つまたは複数の実施形態では、ランプヘッドアセンブリは、最大で約５絶対気圧のチャンバー中の増加した圧力のもとで、約０．０１０インチを上回る量での軸方向の変形を防止する剛性を有する。ランプヘッドアセンブリの剛性は、チャンバー中の増加した圧力に耐えるためにランプヘッドの全体の厚さを増加させることによって、またはより高い強度の合金を使用することによって増加できる。１つまたは複数の代替実施形態では、裏当てプレートが、ランプヘッドに追加の剛性を提供するために利用されてもよい。そのような材料または寸法の変化は、実験的におよび／または有限要素モデリングによって決定できる。他の放射加熱装置が代わりに用いられてもよい。一般に、これらは、放射源の温度を迅速に上昇させるために抵抗加熱を伴う。
【００２３】
本明細書で使用されるように、ＲＴＰは、ウェハーを約５０℃／秒以上の速度で、例えば１００℃／秒から１５０℃／秒、および２００℃／秒から４００℃／秒の速度で均一に加熱する能力がある装置またはプロセスのことである。ＲＴＰチャンバーでの典型的な下降（冷却）速度は、８０℃／秒から１５０℃／秒の範囲である。ＲＴＰチャンバーで行われる幾つかのプロセスは、摂氏数度未満の基板全体の温度変化を必要とする。このように、ＲＴＰチャンバーは、１００℃／秒から１５０℃／秒、および２００℃／秒から４００℃／秒の速度で加熱する能力があるランプまたは他の適切な加熱システムと、加熱システム制御とを包含しなければならず、この能力によって、そのような速度で急速加熱できる加熱システムおよび加熱制御システムを有さない他の種類の熱チャンバーから区別される。
【００２４】
ウェハー１２全体の温度を、ウェハー１２全体を均一な厳密に定義された温度に制御することは重要である。均一性を改善する１つの受動的な手段は、ウェハー１２よりも大きなエリアを覆って平行に延び、ウェハー１２の裏側と向かい合う反射体２８を包含する。反射体２８は、ウェハー１２から放出される熱放射をウェハー１２の方へ戻すように効率良く反射する。ウェハー１２と反射体２８との間の間隔は、好ましくは３から９ｍｍの範囲内であり、空洞の厚さに対する幅のアスペクト比は、有利には２０よりも大きい。金コーティングまたは多層誘電体干渉ミラーで形成されてもよい反射体２８は、ウェハー１２の暖かい部分から冷たい部分に熱を分配する傾向がある黒体空洞をウェハー１２の後部に効率良く形成する。他の実施形態では、例えば米国特許第６８３９５０７号および第７０４１９３１号に開示されるように、反射体２８は、より不規則な表面を有するか、または黒体壁により密接に類似するために黒色もしくは他の色のついた表面を有してもよい。黒体空洞は、ウェハー１２の温度に対応する放射の、通常プランク分布の術語で述べられる分布で満たされ、一方ランプ２６からの放射は、ランプ２６のはるかに高い温度に対応する分布を有する。好ましくは、反射体２８は、特に冷却する間に、ウェハーからの過剰な放射を放熱するために水冷ベース上に堆積される。
【００２５】
均一性を改善する１つの方法は、チャンバーの外側に位置決めされる回転可能なフランジ３２に磁気的に結合される回転可能なシリンダー３０上にエッジリング１４を支持するステップを包含する。モータ（図示せず）は、フランジ３２を回転させ、よってウェハーをその中心３４の周りで回転させる。この中心は、一般に対称的なチャンバーの中心線でもある。
【００２６】
均一性を改善する別の方法は、ランプ２６を中心３４の周りで一般にリングのように配置されるゾーンに分割する。制御回路は、異なるゾーンのランプ２６に配送される電圧を変え、それによって放射エネルギーの動径分布を合わせる。ゾーン化加熱の動的制御は、回転ウェハー１２の半径を横断する温度を測定するために反射体２８の開口を通ってウェハー１２の裏側と向かい合うように位置決めされる光学ライトパイプ４２を通じて結合される複数のパイロメータ４０によって達成される。ライトパイプ４２は、サファイア、金属、およびシリカファイバーを包含する様々な構造体で形成することができる。コンピュータ化コントローラ４４は、パイロメータ４０の出力を受け取り、それに応じてランプ２６の異なるリングに供給される電圧を制御し、それによって処理の間の放射加熱強度およびパターンを動的に制御する。パイロメータは一般に、約７００から１０００ｎｍの間の範囲で狭い波長帯域幅、例えば４０ｎｍで光強度を測定する。コントローラ４４または他の器具類は、その温度に保持される黒体から放射する光強度のスペクトル分布の周知のプランク分布を通じて光強度を温度に変換する。しかしながら、パイロメータは、ウェハー１２の走査されている部分の放射率によって影響を受ける。放射率εは、黒体の場合の１から完全反射体の場合の０の間で変化する可能性があり、このようにウェハー裏側の反射率Ｒ＝１−εの逆の基準である。ウェハーの裏面は典型的には、均一な放射率が期待されるように均一であるが、裏側組成は、前の処理に応じて変化することもある。高温測定は、さらに、ウェハーを光学的に探査して対向するウェハーの部分の放射率または反射率を関連する波長範囲内で測定するエミッショメータ（emissiometer）と、測定された放射率を包含するためのコントローラ４４内の制御アルゴリズムとを包含することによって改善できる。
【００２７】
図１で示される実施形態では、基板１２と反射体２８との分離は、所与の基板１２についての所望の熱暴露に依存する。一実施形態では、基板１２は、基板への熱暴露の量を増加させるために反射体２８からさらに離間して配置することができる。別の実施形態では、基板１２は、基板１２への熱暴露の量を減少させるために反射体２８により近接して置くことができる。基板１２の加熱の間の基板１２の正確な位置および特定位置で費やされる在留時間は、基板１２への熱暴露の所望量に依存する。
【００２８】
別の実施形態では、基板１２が反射体２８に隣接して下側の位置にあるとき、基板１２から反射体２８への熱伝導は増加し、冷却プロセスを増進する。冷却速度の増加は次に、最適ＲＴＰ性能を促進する。基板１２が、反射体２８に近く位置決めされるほど、熱暴露の量は比例的に減少する。図１で示される実施形態は、基板の熱暴露の制御を許容するために基板１２支持部がチャンバー内部の異なる垂直位置に容易に浮揚されることを可能にする。
【００２９】
ＲＴＰチャンバー２００の代替実施形態を図２に示す。図２では、基板支持部２０２に関するランプヘッド２０６（図２で）の位置決めは、図１で示される構成から逆にされていることが、図１および図２の比較から認識されよう。即ち、図２のランプヘッド２０６は基板支持部の真下に位置決めされており、よってウェハーの前面にすでに形成されたダイなどの機構を有する基板が上方に向き、加熱されるべきダイなどの機構を含有しない基板の裏側を有することを許容する。加えて、増加したチャンバー圧力に対処するように再設計され、図１に関して上述した構成部品は、図２で示される種類のチャンバーで使用できる。同じように、増加したチャンバー圧力に対処するように再設計され、図２に関して論じられる構成部品は、図１で示される種類のチャンバーで使用できる。図２では、処理チャンバー２００は、基板支持部２０２と、壁２０８、底部２１０、および上部２１２を有するチャンバー本体２０４と、内部容積部２２０を規定する反射体プレート２２８とを包含する。チャンバーの１つまたは複数の実施形態では、チャンバーの底部２１０は、最大約５絶対気圧のチャンバー圧力のもとで約０．０１０インチを上回る量の軸方向の変形を防止する剛性を有する。これは、より厚いチャンバー壁を提供するなど従来のチャンバーを補強することによって、または壁の構築のためにより強い材料を使用することによって成し遂げることができる。適切な材料および壁厚さは、実験的におよび／または有限要素モデリングによって決定できる。
【００３０】
放射熱源の反対側に位置する反射体プレート２２８は、少なくとも２絶対気圧に耐えるように構築することができる。詳細な実施形態は、反射体プレートが、１．５気圧を上回る絶対圧力、２気圧を上回る絶対圧力、２．５気圧を上回る絶対圧力、３気圧を上回る絶対圧力、３．５気圧を上回る絶対圧力、４気圧を上回る絶対圧力、４．５気圧を上回る絶対圧力および５気圧以上の絶対圧力に耐えることができるように構築される。代替実施形態は、１０絶対気圧以上の絶対圧力に耐えるように構築される反射体プレートを有する。
【００３１】
壁２０８は、典型的には、基板２４０の入室および退室を容易にするために少なくとも１つの基板アクセスポート２４８を包含する（一部を図２に示す）。アクセスポート２４８は、トランスファーチャンバー（図示せず）またはロードロックチャンバー（図示せず）に結合されてもよく、密封ドア２４６を有するスリット弁で選択的に密封されてもよい。弁４１０は、圧力制御部４００および圧力調整器４２０に接続されてもよい。１つまたは複数の実施形態では、圧力制御弁は、チャンバー内の圧力を約１絶対気圧から約５絶対気圧まで、およびそれを包含する範囲に制御するように設計される。具体的な実施形態では、圧力制御弁は、１．５気圧を上回る圧力、２気圧を上回る圧力、２．５気圧を上回る圧力、３気圧を上回る圧力、３．５気圧を上回る圧力、４気圧を上回る圧力、４．５気圧を上回る圧力および５気圧以上の圧力内の絶対圧力を制御するように設計される。
【００３２】
チャンバー内の絶対圧力を従来の処理よりも高い圧力に制御するために適切な制御スキームおよびデバイスの例は、上述の範囲／値に指定された配送圧力でガスを配送することである。適切な流量コントローラは、チャンバーの絶対圧力が所望値に達するまでチャンバーにガスを配送する。適切な背圧調整器４２０、例えば圧力を所望の値または範囲に調整するための任意の適切なバネ荷重、ドーム荷重、または空気荷重調整器が利用できる。適切な調整器の例は、Ｅｌｋ  Ｒｉｖｅｒ、ＭＮのＴｅｓｃｏｍから市販されているＴｅｓｃｏｍ  ２６−２３００調整器である。適切な流量コントローラの例は、はやりＴｅｓｃｏｍから市販されているＥＲ３０００シリーズ電子圧力コントローラである。
【００３３】
ドア２４６は、約１絶対気圧を超えて約５絶対気圧までの範囲の量、および約５絶対気圧を上回る量でチャンバー内から及ぼされる力に耐えることも可能である。例えば、ドア２４６は、１．５気圧を上回る圧力、２気圧を上回る圧力、２．５気圧を上回る圧力、３気圧を上回る圧力、３．５気圧を上回る圧力、４気圧を上回る圧力、４．５気圧を上回る圧力および５気圧以上の圧力内の絶対圧力に耐えるように設計される。適切なドアは、有限要素モデリングを使用して設計できる。
【００３４】
チャンバー２００は、赤外線（ＩＲ）スペクトルの光を含みうる様々な波長の熱および光を透過する材料から作られた窓２１４を包含し、この窓を通じて放射熱源２０６からのフォトンが基板２４０を加熱できる。図２で示される実施形態では、底部２１０は、窓２１４とランプヘッド２０６との間に延びて窓２１４とランプヘッド２０６との間にギャップを作り出すフランジ２１１を包含する。代替実施形態では、ランプヘッド２０６は、フランジ２１１を収容するために凹部（図示せず）を包含してもよく、またはフランジ２１１は、窓２１４の表面の大部分がランプヘッド２０６によって支持されてもよいように排除されてもよい。このように、窓を受けるために凹部があるか、またはフランジ２１１がないそのような実施形態では、ランプヘッド２０６と窓２１４との間にはギャップまたは空間がないことが認識されよう。サファイアなどの、光を透過する他の材料が使用されてもよいが、一実施形態では、窓２１４は石英材料から作製される。窓２１４は、一時的な支持構造体として機能する複数のリフトピン２４４を包含してもよい。基板２４０と選択的に接触して基板を支持するリフトピン２４４は、チャンバー２００の中および外への基板の移送を容易にするために、窓２１４の上面に結合される。
【００３５】
一実施形態では、放射熱源２０６は、基板を熱的に処理するため、例えば基板２４０上に配置されるシリコン層をアニールするために十分な放射エネルギーを提供する。基板２４０の加熱の動的制御は、基板２４０全体の温度を測定する１つまたは複数の温度センサー２１７、例えば光パイロメータによる影響を受ける可能性がある。１つまたは複数の温度センサー２１７は、処理の前、間、および後に基板２４０の温度を感知するように適合されてもよい。チャンバー本体２０４内および周囲の他の場所が使用されてもよいが、図２に示す実施形態では、温度センサー２１７は、チャンバー上部２１２を通って配置される。温度センサー２１７は、光パイロメータ、例えば光ファイバープローブを有するパイロメータであってもよく、センサー制御部２８０に接続されてもよい。
【００３６】
チャンバー２００は、ガスをチャンバーに導入するため、および／またはチャンバーをプリセット圧力範囲内に維持するためのガス注入口２６０およびガス排出口（図示せず）を包含してもよい。１つまたは複数の実施形態では、ガスは、基板２４０との反応のためにガス注入口２６０からチャンバーの内部容積部２２０に導入できる。処理されると、ガスは、ガス排出口（図示せず）によりチャンバーから排出できる。ガス注入口は、ガス注入口２６０を通ってチャンバーに入るガスの流量を制御するガス注入口制御弁２６２を包含する。ガス注入口制御弁２６２は、約１絶対気圧を超えて約５絶対気圧までの範囲の圧力、及び約５絶対気圧を上回る圧力で動作する。例えば、ガス注入口制御弁２６２は、１．５気圧を上回る圧力、２気圧を上回る圧力、２．５気圧を上回る圧力、３気圧を上回る圧力、３．５気圧を上回る圧力、４気圧を上回る圧力、４．５気圧を上回る圧力、および５気圧以上の圧力内の絶対圧力に維持される処理容積部へのガス流量を制御するように設計される。チャンバーは、チャンバーへの２つ以上のガスの流れを可能にするために複数のガス注入口および制御弁を包含してもよいことが認識されよう。
【００３７】
図２で示される実施形態では、固定子アセンブリ２１８は、チャンバー本体２０４の壁２０８を囲み、チャンバー本体２０４の外部に沿って固定子アセンブリ２１８の高さを制御する１つまたは複数のアクチュエータアセンブリ２２２に結合される。固定子アセンブリ２１８は、チャンバー本体２０４の内部容積部２２０内に配置される基板支持部２０２に磁気的に結合されてもよい。基板支持部２０２は、基板支持部２０２を持ち上げるおよび／または回転させるために磁気軸受アセンブリを作り出す回転子システム２５０を含むか、または包含してもよい。回転子システム２５０は、回転子ウェル壁２５２によって境界を設けられる回転子ウェルを包含してもよい。回転子ウェル壁は、より厚い材料またはより高い強度の合金を使用して形成または構築されてもよく、それは実験的におよび／または有限要素モデリングによって決定できる。同様に、チャンバー側壁２０８も、より厚い材料および／またはより高い強度の合金などのより高い強度を有する材料から構築されてもよい。１つまたは複数の実施形態では、回転子ウェル壁２５２の外径は、最大約５絶対気圧のチャンバー圧力のもとで約０．００１インチ未満しか半径方向に変形しないように構築される。別法として、回転子壁は、回転子の機能を妨げない補助材料、例えば高強度のエポキシまたはセメントで強固にされてもよい。
【００３８】
一実施形態では、ステッピングモータまたはサーボモータなどのモータ２３８は、コントローラ３００による信号に応答して制御可能な回転を提供するためにアクチュエータアセンブリ２２２に結合される。別法として、とりわけ、空気圧シリンダー、油圧シリンダー、ボールねじ、ソレノイド、線形アクチュエータおよびカム従動子などの他の種類のアクチュエータ２２２が、固定子２１８の線形位置を制御するために利用されてもよい。
【００３９】
チャンバー２００は、一般に中央処理ユニット（ＣＰＵ）３１０を包含するコントローラ３００、支援回路３２０およびメモリ３３０も包含する。ＣＰＵ３４０は、様々なアクションおよびサブプロセッサを制御するための工業環境で使用できる任意の形のコンピュータプロセッサの１つとすることができる。メモリ３３０、またはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または任意の他の形のデジタル記憶装置などの簡単に入手できる局所的なまたは遠隔的なメモリの１つまたは複数とすることができ、典型的にはＣＰＵ３１０に結合される。支援回路３２０は、従来の方式でコントローラ３００を支援するためにＣＰＵ３１０に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給部、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム、および同様のものを包含する。
【００４０】
１つまたは複数の実施形態では、チャンバーにあるあらゆるフランジが、約２絶対気圧から約５絶対気圧の範囲の内部処理容積部圧力によって生成される力に耐える能力を有する。具体的な実施形態では、フランジの１つまたは複数は、チャンバー内から及ぼされる力に耐えることができ、フランジは、１．５気圧を上回る絶対圧力、２気圧を上回る絶対圧力、２．５気圧を上回る絶対圧力、３気圧を上回る絶対圧力、３．５気圧を上回る絶対圧力、４気圧を上回る絶対圧力、４．５気圧を上回る絶対圧力、および５気圧以上の絶対圧力に耐えるように設計される。
【００４１】
１つまたは複数の実施形態では、チャンバー２００の構成部品のすべては、内部容積部２２０の圧力が、約１絶対気圧を上回り約５絶対気圧までの範囲、および約５絶対気圧を上回る範囲であるという条件で動作する。具体的な実施形態では、構成部品は、内部容積部２２０の圧力が約１絶対気圧から約５絶対気圧の範囲にある条件で機能するｏリング密封構造体を包含することができる。チャンバー２００の１つまたは複数の例は、ＲＴＰプロセスの進展を見ることができる観察ポート２９０を包含する。観察ポートは、リテーナー（図示せず）を包含してもよい。１つまたは複数の実施形態では、観察ポートおよび／またはリテーナーは、約２絶対気圧から約５絶対気圧までの範囲の圧力、および約５絶対気圧を上回るチャンバーの内部容積部２２０内の圧力に耐える。一般に、チャンバーの構成部品は、１．５気圧を上回る絶対圧力、２気圧を上回る絶対圧力、２．５気圧を上回る絶対圧力、３気圧を上回る絶対圧力、３．５気圧を上回る絶対圧力、４気圧を上回る絶対圧力、４．５気圧を上回る絶対圧力、および５気圧以上の絶対圧力に耐えるように設計される。
【００４２】
例えば、他の実施形態によれば、チャンバーはさらに、チャンバー処理容積部と放射熱源との間にディスク状表面を含み、このディスク状表面は、少なくとも約２気圧の絶対圧力に耐えるように構築される。詳細な実施形態は、１．５気圧を上回る絶対圧力、２気圧を上回る絶対圧力、２．５気圧を上回る絶対圧力、３気圧を上回る絶対圧力、３．５気圧を上回る絶対圧力、４気圧を上回る絶対圧力、４．５気圧を上回る絶対圧力、および５気圧以上の絶対圧力に耐えるように構築されるディスク状表面を有する。代替実施形態は、１０絶対気圧以上の絶対圧力に耐えるように構築されるディスク状表面を有する。
【００４３】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、基板を処理する方法を目的とする。基板は、弁またはアクセスポートを通してＲＴＰチャンバーにパスされる。アクセスポートは、外部環境および周囲空気からチャンバー内部を隔離するために閉じられる。基板は、ＲＴＰチャンバー内に位置する支持構造体上に置かれる。放射エネルギーは、基板を少なくとも約５０℃／秒の速度で制御可能に加熱するために基板の方へ向けられる。放射は、ウェハーによって少なくとも部分的に吸収され、それを所望の温度に、例えば６００℃を上回るまで、または一部の用途では１０００℃を上回るまで、迅速に加熱する。放射加熱は、例えば１分、または例えば３０秒、より明確には１０秒、さらにより明確には１秒の比較的短期間にわたってウェハーを制御可能に加熱するために迅速にオンおよびオフにすることができる。ＲＴＰチャンバーでの温度変化は、少なくとも毎秒約２５℃から毎秒５０℃以上の速度、例えば少なくとも毎秒約１００℃または少なくとも毎秒約１５０℃の速度で起こりうる。ＲＴＰチャンバーは、チャンバーが約１．５絶対気圧または随意で２絶対気圧を上回る全圧に達するまで、不活性ガスをチャンバーに流すことによって加圧されてもよい。基板は、これらの高圧条件のもとで処理される。
【００４４】
幾つかの実施形態の方法は、高圧ＲＴＰチャンバーを約１．５絶対気圧、または随意で２絶対気圧を上回るまで、特に約５絶対気圧を上回るまで加圧する。具体的な実施形態では、高圧ＲＴＰチャンバーは、約１．５絶対気圧、または随意で２絶対気圧から約５絶対気圧に加圧される。より具体的な実施形態では、本方法は、１．５気圧を上回る絶対圧力、２気圧を上回る絶対圧力、２．５気圧を上回る絶対圧力、３気圧を上回る絶対圧力、３．５気圧を上回る絶対圧力、４気圧を上回る絶対圧力、４．５気圧を上回る絶対圧力、および５気圧以上の絶対圧力にチャンバーを加圧するステップを包含する。他の詳細な実施形態では、高圧ＲＴＰチャンバーは、約２絶対気圧から約１０絶対気圧に加圧される。本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、処理は、半導体ウェハー、例えばシリコンウェハーの急速熱アニールを含む。
【００４５】
この明細書全体にわたって「一実施形態」、「幾つかの実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して述べられる特定の特徴、構造、材料、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。このように、この明細書全体にわたって様々な箇所での「１つまたは複数の実施形態では」、「幾つかの実施形態では」、「一実施形態では」または「実施形態では」などの用語の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態に言及していない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つまたは複数の実施形態で任意の適切な方式で組み合わせることができる。
【００４６】
本明細書では、本発明について、特定の実施形態を参照して既述したが、これらの実施形態は、本発明の原理および応用の単に実例となるだけである。様々な変更および変形が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の方法および装置になされてもよいことは、当業者には明らかであろう。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に含まれる変更および変形を包含する。
【図１】
2015173264.tif 000003
【図２】
2015173264.tif 000004
【外国語明細書】
2015173264000001.pdf