(57)【要約】  熱処理中の基板への粒子暴露を低減するための装置及び方法が開示されている。半導体ウェハは、２つの部分チャンバに分割されたプロセスチャンバ内の装置において回転させられ、第１の部分チャンバが熱処理される基板を含み、第２の部分チャンバが回転装置の少なくとも部分を含む。部分チャンバの間に、ガスの流れが生ぜしめられ、ガスが第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへ流入することが実質的に阻止される。この場合、第２の部分チャンバにおける回転摩耗によって生ぜしめられた粒子が、熱処理される基板に到達することが十分に阻止される。この装置及びこの方法は、回転がガス駆動装置によって実現されるならば特に有利であり、この場合、回転のために使用されるガスが第２の部分チャンバに直接に導入されることができる。
2008546190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の熱処理のための急速加熱システムにおいて、
分離エレメントによって第１の部分チャンバと第２の部分チャンバとに分割されたプロセスチャンバが設けられており、
少なくとも１つの熱源が設けられており、
基板を支持及び回転させるように構成された回転装置が設けられており、前記基板が完全に前記第１の部分チャンバ内に配置され、回転装置が第２の部分チャンバ内に少なくとも部分的に包囲されており、
第１の部分チャンバに配置された少なくとも１つのガス入口が設けられており、
第２の部分チャンバに配置された少なくとも１つのガス出口が設けられており、
第１の部分チャンバと、第２の部分チャンバとが、分離エレメントと回転装置の少なくとも１つの回転エレメントとの間に形成された空隙によって接続されていることを特徴とする、基板の熱処理のための急速加熱システム。
【請求項２】
分離エレメントと、少なくとも１つの回転エレメントとが、接触しないように互いに対して配置されており、空隙が、回転エレメントの回転軸を包囲している、請求項１記載の急速加熱システム。
【請求項３】
分離エレメントと、少なくとも１つの回転エレメントとが、互いから約５ｍｍだけ間隔を置かれている、請求項１記載の急速加熱システム。
【請求項４】
空隙が、約５ｍｍの通路高さを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項５】
回転装置が完全にプロセスチャンバ内に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項６】
回転装置が、少なくとも１つの定置部分と回転可能な部分とを有しており、少なくとも定置の部分が第２の部分チャンバ内に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項７】
回転装置の定置の部分に少なくとも１つのガスノズルが設けられており、該ガスノズルが、回転装置の回転可能な部分の表面に整合させられており、これにより、ノズルから出るガス流が回転可能な部分に力を加える、請求項６記載の急速加熱システム。
【請求項８】
ノズルから出る個々のガス流が、回転装置の回転可能な部分に反対方向の回転衝撃を提供するように、回転可能な部分の表面に向けられた少なくとも２つのガスノズルが設けられている、請求項７記載の急速加熱システム。
【請求項９】
ガスノズルが個々に制御されるように構成されている、請求項８記載の急速加熱システム。
【請求項１０】
第２の部分チャンバに直接に少なくとも１つのガスノズルを介して単位時間ごとに供給されるガスの量を制御するように構成された制御ユニットが設けられている、請求項７から９までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項１１】
回転装置が少なくとも１つの輪郭付けられた面を有しており、さらに、回転衝撃が生ぜしめられるように少なくとも１つの輪郭付けられた面に沿ってガスの流れを生ぜしめるための手段が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項１２】
回転装置が、分離エレメントにおける開口を被覆する少なくとも１つの回転エレメントを含む、請求項１から１１までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項１３】
基板の垂直な平行投影が分離エレメントにおける開口に完全に収まるように、回転装置が基板を支持するように構成されている、請求項１２記載の急速加熱システム。
【請求項１４】
分離エレメントの平面への基板の垂直な平行投影と、分離エレメントの平面への空隙の垂直な平行投影とがいかなる点においても交差しないように回転装置が基板を支持するように構成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項１５】
少なくとも１つの熱源が光学的熱放射を放射する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項１６】
熱源が少なくとも１つのランプを含む、請求項１５記載の急速加熱システム。
【請求項１７】
分離エレメントが、熱源から発せられた放射に対して少なくとも部分的に透明である、請求項１５又は１６記載の急速加熱システム。
【請求項１８】
分離エレメントが石英ガラスを含む、請求項１７記載の急速加熱システム。
【請求項１９】
熱源と基板との間の直接相互可視性の領域に位置する分離エレメントの少なくとも部分が、熱源から発せられた放射に対して少なくとも部分的に光学的に透明である、請求項１５から１８までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項２０】
熱処理される基板のための支持平面の上方及び下方に位置決めされた複数の熱源を含む、請求項１から１９までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項２１】
第１の部分チャンバへ開放した少なくとも１つの別のガス出口を含む、請求項１から２０までのいずれか１項記載の急速加熱システム。
【請求項２２】
基板の熱処理のための方法において、
回転装置を使用して基板を支持し、
基板をプロセスチャンバにおいて加熱し、該プロセスチャンバが、基板を包囲する第１の部分チャンバと、回転装置の少なくとも部分を包囲する第２の部分チャンバとに分割されており、
第１の部分チャネルへ開放したガス入口を介して第１の部分チャネルにガスを導入し、
第２の部分チャンバへ開放したガス出口を介して第２の部分チャンバからガスを排出し、プロセスチャンバのガスにおける流れが、第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへのガスの流れが実質的に阻止されるように設定されていることを特徴とする、基板の熱処理のための方法。
【請求項２３】
少なくとも第１のガス流を、第２の部分チャンバ内に配置された回転装置の回転可能な表面に又は該表面に沿って案内することによって、回転装置を第１の方向に回転させることを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
第１の方向とは反対方向に回転力を加えるために、少なくとも１つの第２のガス流を、回転装置の回転可能なエレメントの表面上に又は該表面に沿って案内することを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
第２の部分チャンバにおけるガス流が、回転可能なエレメントの表面に向けられている、請求項２３又は２４記載の方法。
【請求項２６】
第２の部分チャンバにおけるガス圧力が、第１の部分チャンバにおけるガス圧力よりも低く維持されている、請求項２２から２５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
第２の部分チャンバに直接に導入される単位時間ごとのガスの量が、第２の部分チャンバから直接に排出される単位時間ごとのガスの量よりも少ない、請求項２２から２６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
ガスが、第１の部分チャンバからも直接に排出される、請求項２２から２７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２９】
第１の部分チャンバに導入される単位時間ごとのガスの量が、第１の部分チャンバから直接に排出される単位時間ごとのガスの量よりも多い、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
基板が上方及び下方から加熱される、請求項２２から２９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３１】
チャンバからガスを除去することを含み、ガスが主に第２の部分チャンバにおける出口を介して除去される、請求項２２から３０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３２】
回転装置を回転させるために、第１の部分チャンバに導入された同じガスが使用される、請求項２３から３１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３３】
回転のために使用されるガスが、以下のグループ：窒素、アルゴン、酸素、水蒸気、水素、から選択された少なくとも１つのガスを含む、請求項２３から３２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３４】
プロセスチャンバ内の圧力が約７４０ｔｏｒｒよりも低い準大気圧範囲に設定されている、請求項２２から３３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
部分チャンバの間のあらゆるガス交換が、実質的に、分離エレメントと、回転装置の回転エレメントとの間の空隙を介して行われる、請求項２２から３４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３６】
第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへのガス流が、第１の部分チャンバと第２の部分チャンバとの間の合計ガス流の１％を越えない、請求項２２から３５までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００５年７月６日に出願された米国特許仮出願第６０／６９６８７６号明細書、及び２００５年５月２５日に出願された独国特許出願第１０２００５０２４１１８．２号明細書に基づきかつその優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、プロセスチャンバにおける基板、特に半導体ウェハの熱処理のための装置及び方法に関し、基板は、プロセスチャンバ内での熱処理中、回転されながら処理される。
【０００３】
発明の背景
急速加熱処理、いわゆる例えば半導体ウェハ等の基板の熱処理のためのＲＴＰシステムは、半導体ウェハの製造においてよく知られている。このタイプのユニットは例えば米国特許第５３５９６９３号明細書及び米国特許第５５８０８３０号明細書に記載されている。これらのユニットは、好適にはシリコン、又はゲルマニウム、ＳｉＣ等のその他の半導体材料、又はＧａＡｓ又はＩｎＰ等のその他の結合半導体から形成された、基板、好適にはウェハの熱処理のために使用される。これらのタイプの急速加熱ユニットにおいて、ウェハは、異なるプロセスガス雰囲気中において熱処理にさらされ、例えばウェハのドーピング等の所定の処理結果を達成する。
【０００４】
急速加熱ユニットは可能な限り高い出力を保証しなければならず、製造されたコンポーネント及び集積回路は、再生可能な特性を有していなければならない。したがって、半導体ウェハの製造のために使用される急速加熱ユニットは、特に、プロセスガス雰囲気の純度のための厳しい要求を満たし、加熱に関する高いレベルの均一性を示し、できるだけ基板に粒子が存在しないことを保証しなければならない。
【０００５】
ウェハにおけるドーピング材料の局所的な拡散速度、及びウェハ上の層の誘電及び導電特性の質は、処理温度と、熱処理の実現とに著しく依存する。プロセスは、例えば、プロセスチャンバに配置されている粒子が、熱処理される基板に到達することができないように実現されるべきであり、これはガスの流れに対して特別な制約を与える。例えば、プロセスチャンバの壁部に存在する粒子は、プロセスガスが導入されると飛び回ることができる。熱処理中のプロセスガス雰囲気の組成及び熱均一性も、処理結果に著しく影響する。
【０００６】
熱処理中のウェハにおける均一な温度分布は、しばしば、熱処理中に基板を回転させることによって急速加熱ユニットにおいて改良されることができる。これは、一般的に、プロセスチャンバ内に配置された回転装置に基板を載置することによって行われる。回転装置は、透明であることもでき、熱処理中に回転する。好適には、基板は両側から光放射によって加熱される。
【０００７】
しかしながら、回転は、機械的摩耗、ひいては粒子を生ぜしめる。回転装置の回転するエレメントと回転装置の定置の部分との間の機械的な接触をできるだけ小さく維持することによって、又は回転装置の回転するエレメントと定置のエレメントとの間に玉軸受を取付けこれによりエレメントの間の摩擦が実質的に回転摩擦に制限されるようにすることによって、この問題を減じようとすることができる。機械的摩耗を最小限に抑制するために、回転装置の回転する部分の重量ができるだけ小さく維持されることもできる。これにもかかわらず、機械的な摩耗によって生ぜしめられる粒子の発生は完全に回避されることはできない。
【０００８】
したがって、例えば米国特許第６４４９４２８号明細書に記載されているように、しばしば、ガスを用いて回転装置を作動させることによって摩耗の結果生じる粒子の数を最小限に抑制することが行われており、これにより、回転装置の定置のエレメントと回転するエレメントとの間に空気のクッションが形成され、この空気のクッションにおける回転もガスを用いて制御され、すなわち、始動され、加速され、再び減速される。
【０００９】
これにもかかわらず、機械的な摩耗により生じる粒子は、処理雰囲気中に進入することを完全に回避されることはできない。ガス駆動式回転の場合でさえも、粒子は、プロセスの開始時、空気のクッションが形成され、定置の部材と可動な部材とを互いから分離させるとき、及びプロセス終了後、基板がチャンバにおいて再び減速され、回転装置の回転する部材が回転装置の定置の部材に戻される場合に、生じる。これらの粒子は、プロセスチャンバの床又は壁部に既に見られる粒子と相俟って、回転ガスのガス流によって、又はプロセスガス自体によって飛び回ることができ、したがって、熱処理される基板に到達し、全体的な結果は歩留りの減少である。
【００１０】
ガス駆動式装置の別の欠点は、回転ガスとプロセスガスとが混合し、プロセス実現に対して望ましくない効果を与えるおそれがあるということである。熱処理実現のため及び回転駆動のための異なるガス及び混合ガスの使用は、しばしば、ガス駆動式回転装置を使用する場合制限された程度にだけ可能である。これは、回転駆動のために使用されるあらゆるガスが、生じる混合ガスが異なる処理結果を生じる程度まで混合することによりプロセスガスの組成を変化させてはならないからである。したがって、回転のため及びプロセスのためにしばしば同じガスが使用されなければならない。このため、回転及びプロセスのために高価な、極めて純粋なプロセスガスが使用されなければならないので、高い付加的なコストがしばしば生じる。
【００１１】
さらに、しばしば、極めて高価な付加的な装置を用いて、回転及びプロセスのために同じガス又は同じ混合ガスを使用することのみが可能である。これの例は、半導体プロセス技術においてしばしば使用されるウェット酸化である。このようなプロセスにおいて、窒素、酸素、水素、及び水蒸気が１つ又は２つ以上のプロセスガスと共にプロセスチャンバ内に導入される。水蒸気は水のための沸点よりも低い温度において凝縮するので、フィードパイプは加熱されなければならない。ガス駆動式回転の場合、これは、著しく増大したコストを意味する。なぜならば、過剰に高い濃度の場合、水蒸気はさもなければ回転装置の部分において凝縮するからである。したがって、回転のために使用される混合ガスは、全く水蒸気を含まないか、又は極めて少量の水蒸気を含む。しかしながら、その結果、実際のプロセスガスは回転ガスによって希釈されるおそれがあり、これにより、プロセスガスは所望の水蒸気濃度に維持されることができない。さらに、加熱される基板において常に一定の水蒸気濃度を保証することは困難である。なぜならば、回転のためのガスの流れはプロセスの間、一定ではないからである。
【００１２】
プロセス及び回転のために全く同じガス又は混合ガスを使用する場合でさえも、これらのガスの間に、処理される基板を含むプロセスチャンバにおいて渦流及びその他の非層状ガス流が生じるおそれがある。このようなガス流は、摩耗粒子を搬送し、平面から粒子を分離し、これらの粒子を基板へ供給するおそれがある。
【００１３】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、単純かつ費用対効果のよい方法で、粒子が熱処理プロセスにおいて基板に到達するのを阻止することである。
【００１４】
この目的は、基板を収容するためのプロセスチャンバと、基板を加熱するための少なくとも１つの加熱源と、基板を保持及び回転させるための回転装置と、プロセスチャンバにプロセスガスを導入するための少なくとも１つのガス入口と、プロセスチャンバからガスを放出するための少なくとも１つのガス出口とを備えており、プロセスチャンバを少なくとも２つの部分チャンバに分割する少なくとも１つの分離エレメントがプロセスチャンバに設けられており、第１の部分チャンバが、熱処理される基板を完全に包囲しており、第２の部分チャンバが、少なくとも回転装置の一部を包囲しており、第１及び第２の部分チャンバが、少なくとも、分離エレメントと、回転装置の少なくとも１つの回転するエレメントとの間に形成された空隙によって接続されており、少なくとも１つのガス入口が第１の部分チャンバへ開放しており、少なくとも１つのガス出口が第２の部分チャンバへ開放している、基板の熱処理のための急速加熱システムによって達成される。
【００１５】
このタイプの装置により、加熱される基板を収容するための第１のチャンバと、プロセスチャンバ内に回転装置を少なくとも部分的に収容するための第２のチャンバとが実質的に互いから分離されることができ、これにより、回転装置によって生ぜしめられた粒子が基板から隔離されることができる。第１の部分チャンバにおける基板の処理が、第２の部分チャンバ内に配置されたガスによって影響されることなく、部分チャンバにおける異なるガス雰囲気を提供することもでき、このことは、ガス駆動式回転の場合に特に有利である。
【００１６】
好適には、分離エレメントと、少なくとも１つの回転エレメントとは、接触しないように互いに対して配置されており、空隙は回転エレメントの回転軸を包囲しており、これにより、分離エレメントと少なくとも１つの回転エレメントとの間の摩耗によって生ぜしめられた粒子の形成が回避されることができる。
【００１７】
本発明の好適な実施形態の場合、分離エレメントと少なくとも１つの回転エレメントとは、空隙の寸法、及び部分チャンバの間のガスの交換を制限するために、互いから僅か５ｍｍだけ離れている。好適には、空隙は、僅か５ｍｍの通路高さを有しており、３ｍｍ、特に１ｍｍの最大通路高さが好適である。空隙の他に、第１の部分チャンバと第２の部分チャンバとの間に別のガス通路が設けられることもでき、このような別のガス通路は好適には、分離エレメントに設けられている。空隙及び別のガス通路を介して、ガスは第１の部分チャンバから第２の部分チャンバ内へ吸入されることができる。このことは、第１の部分チャンバがいわゆる死空間エレメントを含むならば特に有利である。これらは、他の容積エレメントと比較して、極めて低速なガス交換のみを許容する容積エレメント、例えば一方の側にのみ開放しておりかつガスの極めて低速な流れのみを許容する止り穴又はその他の空間的凹所、として理解される。
【００１８】
回転装置によって生ぜしめられた粒子に対する基板の良好な遮蔽のために、１つの実施形態において、回転装置は完全にプロセスチャンバ内に配置されている。回転装置は好適には、少なくとも１つの定置の部分と１つの回転可能な部分とを有しており、少なくとも定置の部分は、部分の間の摩擦によって生ぜしめられた粒子を基板から引き離しておくために、第２の部分チャンバに配置されている。
【００１９】
本発明は、定置の部分から流出するガス流が、回転可能な部分を支持するためのガスのクッション及び／又は回転衝撃を形成するように、定置の部分に少なくとも１つのガスノズルを有しておりかつ回転可能な部分の表面に対して整合させられた、急速加熱システムに特に有利である。プロセスチャンバを２つの部分チャンバに分離することによって、プロセスガスと、回転を生ぜしめるためのガスとの混合は実質的に排除され、これにより、回転を生ぜしめるためのガスのための要求は、厳しい必要はない。特に、基板の処理と回転とのために異なるガスが使用されることができる。加速及び減速を達成するために、好適には少なくとも２つのガスノズルが設けられており、これらのノズルは、回転可能な部分の表面に整合させられており、回転可能な部分から流出するガス流が反対方向に回転衝撃を生ぜしめるようになっている。好適には、ガスノズルは個々に制御されることができる。第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへのガスの流れを阻止するために、ガスノズルを介して、第２の部分チャンバに直接に、単位時間ごとに供給されるガスの量を制御するための制御ユニットが好適には設けられており、これにより、この量は、第２の部分チャンバへ開放した少なくとも１つのガス出口を介して短時間ごとに排出されるガスの量よりも小さい。
【００２０】
回転装置の回転可能な部分の回転を生ぜしめるために、回転衝撃が生ぜしめられるように回転装置の回転可能な部分の少なくとも１つの輪郭付けられた表面に沿ってガスの流れを生ぜしめるための手段が好適に設けられている。
【００２１】
本発明の１つの実施形態の場合、回転装置の少なくとも１つの回転するエレメントは、分離エレメントにおける開口を被覆しており、これにより、回転装置の回転するエレメントは、付加的な分離エレメントとして働くことができる。分離エレメントと回転装置との間の空隙が熱処理中に基板の熱均一性に影響するのを阻止するために、回転装置は、基板の垂直な平行な投影が完全に分離エレメントにおける開口に合致するように、熱処理される基板をプロセスチャンバ内に支持する。好適には、回転装置は、分離エレメントの平面への、熱処理される基板の垂直な平行な投影と、同じ平面への、基板の投影方向に対して平行な空隙の平行な投影とが、いかなる点においても交差しないように、熱処理される基板をプロセスチャンバ内に支持する。
【００２２】
発明の特に好適な実施形態の場合、少なくとも１つの熱源は、光学的熱放射を放出し、基板の迅速かつ非接触式熱処理を許容する。熱源は好適には、少なくとも１つのハロゲン及び／又は少なくとも１つのアークランプを含む。この場合、分離エレメント及び／又は回転ディスクの少なくとも１つの回転ディスクは、熱放射により基板の直接加熱を可能にするために、熱源の光学的熱放射に対して少なくとも部分的に透明である。このために、分離エレメント及び／又は回転装置の少なくとも１つの回転ディスクは、少なくとも部分的に石英ガラスから形成されていることができる。しかしながら、この部分は、サファイア、又は例えばフッ化カルシウム等の光学的に透明なイオン結晶から形成されていることもできる。好適には、２５０ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲の光学的放射のための部分が透明である。しかしながら、これらの部分は、少なくとも部分的に金属、黒鉛又はＳｉＣから形成されるか、又はＳｉ又はＧｅ等の純粋半導体、又は例えばＧａＡｓ又はＩｎＰ等の複合半導体から形成されていることもできる。特に、分離エレメント及び／又は回転装置の部分は、好適には、これらの部分が、熱源と基板との間の直接的相互可視性の領域に位置しているならば、熱源の熱放射に対して光学的に透明である。
【００２３】
第１の部分チャンバにおけるガス流及び／又はガス雰囲気のより良好な制御を有することができるために、第１の部分チャンバへ開放した少なくとも１つの別のガス出口が設けられている。
【００２４】
本発明は、基板を収容するためのプロセスチャンバと、基板を加熱するための少なくとも１つの熱源と、基板を回転可能に保持するための回転装置と、プロセスチャンバを２つの部分チャンバに分割する少なくとも１つの分離エレメントとを備えており、これにより、第１の部分チャンバが熱処理される基板を完全に包囲しており、第２の部分チャンバが回転装置の少なくとも１つの部分を包囲している、急速加熱システムにおける基板の熱処理のための方法を含む。このような方法において、基板が加熱され、ガスは、第１の部分チャンバへ開放したガス入口を介して第１の部分チャンバへ供給され、ガスは第２の部分チャンバへ開放したガス出口を介して第２の部分チャンバから排出され、プロセスチャンバにおけるガス流は、第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへのガスの流れが実質的に阻止されるように設定されている。このように、既に上述された利点が達成されることができる。
【００２５】
発明の１つの実施形態において、少なくとも第１のガス流は、回転装置の回転可能なエレメントの表面上を又はこの表面に沿って供給され、回転可能なエレメントを回転させる。回転を減速させるために、少なくとも１つの第２のガス流が、回転装置の回転可能なエレメントの表面上を又はこの表面に沿って供給される。第２の部分チャンバにおける第１及び／又は第２のガス流は好適には、回転可能なエレメントの表面に向けられ、これにより、第２の部分チャンバにおいて粒子が生ぜしめられる／飛び回ることを制限する。
【００２６】
発明の特に好適な実施形態において、第２の部分チャンバにおけるガス圧力は、第１の部分チャンバにおける圧力よりも小さな圧力に調整され、これにより、ガス及び／又は粒子が第２の部分チャンバから第１の部分チャンバに流入することを阻止する。ガス及び／又は粒子が第２の部分チャンバから第１の部分チャンバに流入するのを阻止するために、第２の部分チャンバに直接に供給される、単位時間ごとのガスの量は、好適には、第２の部分チャンバから直接に排出される、単位時間ごとのガスの量よりも小さい。
【００２７】
第１の部分チャンバにおけるガス雰囲気の改良された制御のために、ガスは好適には第１の部分チャンバからも直接排出される。そうする場合、第１の部分チャンバ内に供給される単位時間ごとのガスの量は好適には、第１の部分チャンバから直接に排出される単位時間ごとのガスの量よりも大きい。熱処理の間に第１の部分チャンバから第２の部分チャンバからのガスの正の流れを生ぜしめるために、ガスは好適には主に第２の部分チャンバを介して外部へ吸い出される。
【００２８】
処理結果が、第１及び第２の部分チャンバからのガスの混合によって影響されることを回避するために、回転のために、第１の部分チャンバ内に供給されるのと実質的に同じガスが使用される。回転のために、好適には以下のグループの内の少なくとも１つのガスが使用される：窒素、アルゴン、酸素、水蒸気、水素、又は少なくとも２つのガスの混合ガス。
【００２９】
発明の好適な実施形態において、プロセスチャンバ内の圧力は、７４０ｔｏｒｒよりも低い準大気圧範囲に設定されている。好適には、両方の部分チャンバの間のガス交換は実質的に、分離エレメントと回転装置の回転エレメントとの間の空隙を介して行われる。
【００３０】
発明の特に好適な実施形態によれば、２つの部分チャンバの間のガス流の最大で１％が、第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへ送られる。
【００３１】
発明の別の実施形態は請求の範囲に開示及び記載されている。
【００３２】
図面の簡単な説明
以下において、発明は、図面に関連した好適な実施形態を用いてより詳細に説明される。しかしながら、当業者は、発明の精神及び範囲を超えることなく実施形態及び変更を採用することができる。本発明による装置は有利には、特にここに説明されたもの以外の適用分野又は方法に関して使用されることもできる。
【００３３】
図面は以下のように示している：
図１は、本発明の第１の実施形態による急速加熱システムの概略的な断面図を示している；
図２は、図１による急速加熱システムの部分的に断面図で示された斜視図を示しており、ここでは、図を単純化するために幾つかのエレメントが省略されている；
図３ａ〜図３ｇは、急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【００３４】
好適な実施形態を含む発明の詳細な説明
図１は、急速加熱システム１の好適な実施例を断面図で概略的に示しているのに対し、図２は、急速加熱システムの部分的に断面図で示された斜視図を示している。急速加熱システム１は、半導体ウェハ等のディスク状の基板の熱処理のために設けられている。
【００３５】
全ての図面において、同じ又は同様の構成部材は同じ参照符号で示されている。例えば上側、下側等の以下の説明において使用される相対的な用語は、純粋に例として図面における表示に関連し、発明を限定するべきではない。
【００３６】
急速加熱システム１は、フレーム状のメインボディ３を有しており、メインボディの上端部及び下端部は、急速加熱チャンバ７を形成するためにプレートエレメント５，６によって被覆されている。
【００３７】
フレーム状のメインボディは、内方へ延びた突出部９を有しており、この突出部は、上側及び下側の周方向接触面１１及び１２を形成している。上側及び下側のプレートエレメント１４及び１５は、シールを形成するために接触面１１及び１２上に位置しており、メインボディに適切に取り付けられている。
【００３８】
プレートエレメント１４，１５は、急速加熱チャンバを、上側ランプチャンバ１７と、下側ランプチャンバ１８と、プレートエレメント１４，１５の間に配置されたプロセスチャンバ１９とに分割している。上側ランプチャンバ１７の領域に、複数の加熱ランプ２２、例えばハロゲンランプ又はアークランプが設けられている。適用分野に応じて、全ての加熱ランプ２２は、同じタイプであることができるか、又は異なるタイプが設けられることもできる。
【００３９】
下側ランプチャンバ１８の領域において、複数の加熱ランプ２３が設けられており、これらは、加熱ランプ２２と同じタイプであるか、又は異なるタイプであることができる。
【００４０】
プレートエレメント１４，１５は、加熱ランプ２２，２３からの熱放射に対して実質的に透明であり、例えば石英から形成されている。
【００４１】
フレーム状のメインボディ３の一方の側に、プロセスチャンバ１９に基板を導入したり、プロセスチャンバ１９から基板を取り出したりするための、挿入／取出し開口２５が設けられている。挿入／取出し開口２５は、閉鎖機構（詳細には示されていない）によって外側から閉鎖されることができる。
【００４２】
プロセスチャンバ１９の内部には、プロセスチャンバ１９を第１の部分チャンバ３２と第２の部分チャンバ３３とに分割する分離エレメント３０が設けられている。分離エレメント３０は、円形の開口３６を備えた、プレートエレメント１４，１５に対して実質的に平行に延びた水平な区分３５である。さらに、分離エレメント３０は、ボードエレメント１５に対して垂直に延びた第１の取付け区分３８を有しており、この第１の取付け区分は、水平な区分３５と下側プレートエレメント１５との間に延びている。
【００４３】
さらに、分離エレメント３０は、挿入／取出し開口２５とは反対の端部において上側プレートエレメント１４と下側プレートエレメント１５との間に実質的に垂直に延びたガス入口区分４０を有している。ガス入口区分４０は実質的に、２つの垂直に延びた壁エレメント４２，４３によって形成されており、壁エレメント４２は第１の部分チャンバ３２に面している。壁エレメント４２には複数の開口４４が形成されており、これらは、プロセスチャンバ１９のためのガス入口として働く。壁エレメント４２，４３の間には分配チャンバ４６が形成されており、この分配チャンバは、プロセスガスを、壁エレメント４２における開口４４を介して、プロセスチャンバ１９の第１の部分チャンバ３２に導入するために、供給部（詳細に示されていない）を介してプロセスガスにさらされることができる。
【００４４】
第１の部分チャンバ３２の領域に、補償リング５０が設けられており、この補償リングは、プロセスチャンバ内に収容された基板２を半径方向で包囲しておりかつホルダ５１によって支持されている。補償リング５０は複数のセグメントから形成されており、そのうち少なくとも１つのセグメントは、ハンドリング機構を用いて基板２にアクセスすることができるように、基板２の平面からずれるように枢動させられることができる。補償リング５０は、基板と同じ材料から形成されており、基板のエッジにおける基板の最も均一な加熱を保証するために働く。
【００４５】
第２の部分チャンバ３３の領域は回転装置５５が設けられている。回転装置５５は、ガス入口５７，５８から成る定置部分と、下側プレートエレメント１５と一体的に形成された保持及び軸受部分６０とを有している。さらに、回転装置は、円形プレートセグメント６２と環状リングセグメント６３とを含む回転部分を有している。プレートセグメント６２は、リングセグメント６３の内側周方向エッジ上に位置しており、リングセグメント６３に適切に取り付けられることができる。プレートセグメント６２とリングセグメント６３とは実質的にレベル面を形成している。
【００４６】
プレートセグメント６２の上側に、基板保持ピン６６を収容するための複数のリテーナ６５が設けられている。基板保持ピン６６は、基板２を支持するための、上方に向けられた支持点を有している。したがって、基板保持ピン６６は、加熱される基板に、点において、数カ所だけにおいて接触する。
【００４７】
さらに、プレートセグメント６２は、回転装置５５の回転軸６９を形成した、下方に向けられた突出部を有している。回転軸６９は、下側プレートエレメント１５の保持及び軸受部分６０に収容されており、保持及び軸受部分に回転可能に取り付けられている。
【００４８】
ガス入口５７，５８がリングセグメント６３の下方に配置されており、それぞれ、リングセグメント６３の下側に向けられた少なくとも１つのガスノズルを有している。ガス入口５７，５８のノズルは、リングセグメント６３の下側に向けられており、これにより、ノズルから出るガスの流れは、回転軸６９の周囲に回転衝撃を生ぜしめる。ガス入口５７の少なくとも１つのノズルはこの場合、ノズルから出るガスの流れが、ガス出口５８の少なくとも１つのノズルから出るガス流によって生ぜしめられる回転衝撃とは反対方向の回転衝撃を生ぜしめるように配置されている。
【００４９】
回転衝撃を生ぜしめるとともに、ガス入口５７，５８の少なくとも１つのノズルは、リングセグメント６３とプレートセグメント６２とを支持するためのガスのクッションを提供することもできる。この場合、回転軸６９は、側方軸受のみを提供する。
【００５０】
２つのガス入口５７，５８のみが図１に示されているが、もちろん複数のガス入口が設けられることもでき、ガス出口から出るガスの流れはそれぞれガスのクッション及び／又は回転衝撃を生ぜしめることができる。
【００５１】
プレートセグメント６２及びリングセグメント６３は別個のエレメントとして示されているが、もちろん一体的なセグメントとして形成されていることもできる。
【００５２】
リングセグメント６３は、分離エレメント３０の水平区分３５における円形の開口３６の内周よりも大きな外周を有している。したがって、リングセグメント６３と水平区分３５とは少なくとも部分的に重なり合う。この重なり合う領域において、リングセグメント６３の上側と水平区分３５の下側との間に空隙７１が形成されており、この空隙は、プロセスチャンバ１９の第１の部分チャンバ３２を第２の部分チャンバ３３に接続させている。したがって、プレートセグメント６２とリングセグメント６３とは、第１の部分チャンバと第２の部分チャンバとを互いから分離させるための付加的な分離エレメントとして働く。第２の部分チャンバ３３の領域において、ガス出口ライン７３（図２）に接続されたガス出口（詳細に示されていない）も設けられている。
【００５３】
挿入／取出し開口２５の領域において、プロセスチャンバ１９の第１の部分チャンバ３２に直接接続されたガス出口も設けられている。ガス出口は、メインボディ３に形成された出口ライン７６に接続された、メインボディ３における複数の排出開口７５によって形成されている。ガス出口ライン７３及び７６は、個々の吸入装置、例えばポンプ、特に真空ポンプに接続されている。吸入装置は、第１及び第２の部分チャンバから吸い出されたガスの量を制御するために個々に制御されることができる。
【００５４】
対応して、ガス入口区分４０とガス入口５７，５８とは、プロセスチャンバ１９の第１及び第２の部分チャンバ３２，３３における個々のガス出口を制御するために、個々に制御可能なガス供給部に接続されている。
【００５５】
プロセスガスは、通常、ガス入口区分を介して第１の部分チャンバ３２に導入されるが、その他のガス、例えばパージガス及び／又は不活性ガスも、ガス入口区分を介して導入されることができる。
【００５６】
ガス入口５７，５８を介して同じガス又は異なるガスが第２の部分チャンバに導入されることができ、前記ガス入口が実質的に、回転装置５５のための回転衝撃を生ぜしめるために働く。
【００５７】
以下で、急速加熱システムの作動が図１及び図２によって簡単に説明される。
【００５８】
基板２、例えば半導体ウェハが挿入／取出し開口２５を介してプロセスチャンバ１９の第１の部分チャンバ３２内に挿入され、基板保持ピン６６上に載置される。次いで、挿入／取出し開口２５は閉鎖され、適切であるならば、プロセスチャンバは、パージガス、例えば不活性ガスを導入することによってフラッシングされる。次いで、所定の温度／時間プロフィルを用いて基板２の熱処理が行われ、この場合、基板２を加熱するために加熱ランプ２２，２３が公知の形式で使用される。この熱処理の間、リングセグメントを回転させるためにガス入口５７及び／又は５８の少なくとも１つを介してガスがリングセグメント６３に供給される。リングセグメント６３を用いて、基板２の均一な加熱を公知の形式で促進するために、プレートセグメント６２及びこれを介して、基板も回転させられる。
【００５９】
プロセスガスはガス入口区分４０を介して第１の部分チャンバ３２に導入され、ガスは、第２の部分チャンバ３３におけるガス出口（詳細に図示せず）を介して吸い出される。少なくとも、ガス入口５７，５８を介して第２の部分チャンバに導入されるのと同じだけのガスがガス出口（図示せず）を介して吸い出される。好適には、ガス入口５７，５８を介して導入されるよりも多くのガスがガス出口（図示せず）を介して第１の部分チャンバから吸い出される。このように、ガスの流れは第１の部分チャンバ３２から第２の部分チャンバ３３への方向に生ぜしめられ、このことは、回転装置によって生ぜしめられた粒子、例えば保持及び軸受部分６０の領域における摩耗粒子が第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへ進入することを防止する。第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへの粒子の流れは、リングセグメント６３と、分離エレメント３０の水平区分３５との間の狭い空隙７１によってガス入口５７，５８を介して導入されるのと同じガスだけが第２の部分チャンバ３３から吸い出される場合でさえも、実質的に回避されることができる。熱処理の間、プロセスチャンバの２つの部分チャンバにおける圧力は、７４０〜７８０ｔｏｒｒの大気圧領域及び７４０ｔｏｒｒよりも低い準大気圧領域にあることができる。
【００６０】
ガス入口とガス出口とが第１の部分チャンバ及び第２の部分チャンバの両方に設けられるならば、ガスの供給及び排出の適切な調節により、第１の部分チャンバと第２の部分チャンバとの間に、圧力の少なくとも異なって小さな差が生じ、これにより、熱処理の間、第１の部分チャンバにおける圧力は第２の部分チャンバにおける圧力よりも常に大きく、これにより、第１の部分チャンバと第２の部分チャンバとの間の通路を通るガスの流れは、実質的に第１の部分チャンバから第２の部分チャンバに向かってのみ生じることができる。
【００６１】
ガス駆動式回転（詳細に示されていない）の実施形態において、回転ガスは、少なくとも第１、第２及び第３のガス入口を介して第２の部分チャンバに導入される。好適には、第１のガス入口はここでは回転エレメントのための空気のクッション又は空気軸受を形成しており、第２のガス入口は回転させかつ加速させ、第３のガス入口は回転を再び減速させる。しかしながら、このシステムの欠点は、空気のクッションが形成された後、回転を加速及び減速させる少なくとも第２及び第３のガス入口が、さらに、回転させ、一定の回転速度を保証し、かつ回転を再び減速させるために、一定に開放されかつ再び閉鎖されなければならないことである。しかしながら、ガス入口を開放及び閉鎖することによって、流れの突然の変化により付加的な粒子が生じ、これらの粒子が飛び回り、熱処理される基板に付着するおそれがある。
【００６２】
したがって、発明の好適な実施形態は、回転の加速及び減速を行うガス入口が同時に回転装置の回転部分のための空気のクッションをも形成することにより回転速度の能動的な調節（閉ループ）を可能にする。この場合、空気のクッションのみを形成するガス入口は省略されることができる。回転の加速と、回転速度を一定に維持することと、回転の減速とは、この構造を用いて、加速の場合、単位時間ごとのガスの量がガス入口による加速のために増大されるか、又はガス入口を通るガスの流れが減速のために減じられることによって行われる。それとは逆に、減速する場合、ガス入口を介する単位時間ごとのガスの量が減速のために増大されるか、又はガス入口を介するガスの流れが加速のために減じられる。一定の回転速度の場合、十分な量のガスが、回転の加速及び減速を行うガス入口を介して供給されなければならず、これにより、回転装置の定置の部分と回転部分との間の空気のクッションが、回転部分を維持する。このタイプの構造によって、回転ガスのためのガスの供給を突然にスイッチオン又はスイッチオフすることによって粒子が生ぜしめられることが回避される。
【００６３】
第２の部分チャンバから第１の部分チャンバへのガス及び／又は粒子の移動を回避するために、分離エレメント３０及び回転装置５５の異なる構成が可能であり、その内の幾つかが図３ａ〜図３ｇに示されている。図３ａによれば、水平区分３５の領域において、分離エレメント３０は、回転装置５５の回転軸６９が接触することなく貫通するのに十分な小さな通路開口３６のみを有している。回転軸６９の上端部におけるプレートセグメント６２が第１の部分チャンバ３２に配置されており、処理される基板が支持される。
【００６４】
この場合、プレートセグメント６２は第１の部分チャンバ３２と第２の部分チャンバ３３との間の付加的な分離エレメントとして働かない。分離は実質的に分離エレメント３０によってのみ形成される。改良された分離を提供するために、円形の開口３６の領域において、回転軸６９とフランジとの間に長手方向に延びた空隙７１を形成するために、回転軸６９に対して平行に延びたフランジが設けられることができる。
【００６５】
それ以外は、急速加熱システムの構造は実施形態の前の例に関して説明されることができる。
【００６６】
図３ｂは、分離エレメント３０と回転装置５５との構成の別の変更例を示している。分離エレメント３０はこの場合も円形の開口３６を備えた水平区分３５を有している。回転装置５５の回転軸６９は第２の部分チャンバ３３から開口３６を通って第１の部分チャンバ３２内へ延びている。回転軸６９の上端部には、円形の開口３６の内周よりも大きな外周を有するプレートセグメント６２が取り付けられている。したがって、水平区分３５とプレートセグメント６２とは重なり合っている。プレートセグメント６２は水平区分３５の上方に僅かな距離を置いて回転軸６９によって保持されているので、これらの２つのエレメントの間には小さな空隙７１が形成されている。
【００６７】
図３ｃは分離エレメント３０と回転装置５５との間の構成の別の変更例を示している。この構成変更例は実質的に図３ａによる構成変更例に対応するが、回転装置５５は回転軸６９の上端部にプレートセグメントを有している。回転軸６９の上端部には、基板２を支持するためのあらゆる適切な支持ユニットが設けられることができる。
【００６８】
図３ｅは分離エレメント３０と回転装置５５との間の構成の別の変更例を示している。この構成変更例の場合、分離エレメント３０はこの場合も円形の開口を備えた水平区分３５を有している。円形の開口の領域において、水平区分３５の平面と同じ平面に、回転軸６９によってこの位置に支持された回転装置５５のプレートセグメント６２が設けられている。プレートセグメント６２は、円形の開口の内周よりも小さな外周を有している。プレートセグメント６２の外周には、プレートセグメントに対して実質的に垂直に延びたフランジが設けられている。円形の開口の内周には対応するフランジも設けられており、これにより、これらのフランジの間に対応する空隙７１が形成されており、フランジの長さは、分離エレメント３０の水平区分３５の厚さとプレートセグメント６２の厚さよりも大きい。フランジは、プレートセグメント６２の外周と、分離エレメント３０の内周とに設けられているが、これらは省略されることができる。
【００６９】
図３ｆ及び図３ｇは、図１及び図２による構成変更例に実質的に対応する、分離エレメント３０と回転装置との間の構成の変更例を示している。しかしながら、分離エレメント３０は第２の部分チャンバ３３の容積を減じるための特別な形状を有している。
【００７０】
図３ａから図３ｇまでには、１つの回転軸と、適切な場合、回転装置５５の１つのプレートセグメント６２だけが個々に示されていた。その他の構成部材の構造は図１及び図２による実施形態の例と同様であることができるが、回転軸６９のための択一的な駆動装置を提供することもできる。
【００７１】
図１，２，３ｂ及び３ｄから３ｇまでによる実施形態の例において、基板はそれぞれ、円形の開口の内周よりも小さな外周を有している。さらに、熱処理のために、基板はそれぞれ、基板の平行投影が円形の開口３６の領域に完全に収まるように配置されている。図３ｅの場合、処理される基板の平行投影は、プレートセグメント６２の領域に完全に収まる。この場合、平行投影と空隙７１とはいかなる平面においても交差しない。実施形態の全ての例において、空隙は最大で５ｍｍの幅及び高さを有している。第１のチャンバと第２のチャンバとのガスの交換を困難にするために、空隙は好適には最大で３ｍｍ、特に最大で１ｍｍの幅及び高さを有している。
【００７２】
発明は、示された実施形態の正確な例に制限されることなく、実施形態の好適な例によって詳細に上に説明された。特に、回転装置のための択一的な駆動機構が提供されることができる。したがって、例えば、回転が、分離エレメント及び／又は回転軸及び／又は空隙の領域におけるプレートセグメントにおける対応する輪郭付けによって、第１の部分チャンバから第２の部分チャンバへのガスの流れによって生ぜしめられることが可能である。回転は例えば機械的、電気的、電磁的、時期的又は静電的に駆動されることもできる。分離エレメントは、様々な形状を採ることもできる。空隙と同様に、第１の部分チャンバと第２の部分チャンバとの間、例えば分離エレメントに別のガス通路が設けられることもでき、このガス通路とを通ってガスが第１の部分チャンバから第２の部分チャンバへ吸い出されることができる。このことは、第１の部分チャンバがいわゆる死空間エレメントを含むならば特に有利である。これらは、他の容積エレメントと比較して極めて低速なガス交換のみを許容する容積エレメント、例えば一方の側へのみ開放しておりかつガスの極めて低速な流れのみを許容する止り穴又はその他の空間的凹所であると理解される。付加的なガス通路が分離エレメントに設けられているならば、これらは、空隙の通過領域よりも小さな合計通過領域を有している。
【００７３】
説明された発明の実施形態は、開示された実施形態のエレメント及び特徴の組合せから引き出されるか又は開示された実施形態のエレメント及び特徴を他のエレメント及び特徴と交換することから引き出されるエレメント及び特徴によって補足又は変更されることができる。
【００７４】
本明細書には、２００５年５月２５日に出願された独国優先文書１０２００５０２４１１８．２号及び２００５年７月６日に出願された米国仮出願第６０／６８６８７８号の開示内容は引用したことにより全体が記載されているものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態による急速加熱システムの概略的な断面図を示している。
【図２】図１による急速加熱システムの部分的に断面図で示された斜視図を示しており、ここでは、図を単純化するために幾つかのエレメントが省略されている。
【図３ａ】急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【図３ｂ】急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【図３ｃ】急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【図３ｄ】急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【図３ｅ】急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【図３ｆ】急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【図３ｇ】急速加熱チャンバにおける分離エレメント及び回転装置の部分のための構成の概略的な例を示している。
【符号の説明】
【００７６】
１  急速加熱システム、  ３  メインボディ、  ５，６  プレートエレメント、  ７  急速加熱チャンバ、  ９  突出部、  １１，１２  周方向接触面、  １４，１５  プレートエレメント、  １７，１８  ランプチャンバ、  １９  プロセスチャンバ、  ２２，２３  加熱ランプ、  ２５  挿入／取出し開口、  ３０  分離エレメント、  ３２，３３  部分チャンバ、  ３５  水平区分、  ３６  円形の開口、  ３８  第１の取付け区分、  ４０  ガス入口区分、  ４２，４３  壁エレメント、  ４４  開口、  ５０  補償リング、  ５１  ホルダ、  ５５  回転装置、  ５７，５８  ガス入口、  ６０  軸受部分、  ６２  プレートセグメント、  ６３  リングセグメント、  ６６  基板保持ピン、  ６９  回転軸、  ７１  空隙、  ７３，７６  ガス出口ライン、  ７５  排出開口
【図１】
2008546190.tif 000003
【図２】
2008546190.tif 000004
【図３ａ】
2008546190.tif 000005
【図３ｂ】
2008546190.tif 000006
【図３ｃ】
2008546190.tif 000007
【図３ｄ】
2008546190.tif 000008
【図３ｅ】
2008546190.tif 000009
【図３ｆ】
2008546190.tif 000010
【図３ｇ】
2008546190.tif 000011