(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１４）を熱処理するための装置（１０）において、
少なくとも１つの基板（１４）を収容するための熱処理チャンバ（１２）と、
該熱処理チャンバ（１２）に収容された前記基板（１４）を加熱するための、前記熱処理チャンバ（１２）に関連した熱源（２２）と、
前記熱処理チャンバ（１２）に収容された前記基板（１４）を保持するための基板ホルダ（１５）と、
前記熱処理チャンバ（１２）に収容された前記基板（１４）を選択的に冷却するために、前記基板ホルダ（１５）の近傍に配置された冷却装置（６０）とが設けられており、該冷却装置（６０）が、基板（１４）の最大処理温度よりも低い温度に維持された冷却部材（６４）を有している形式のものにおいて、
前記冷却装置（６０）が、前記基板（１４）が冷却される場合に、該基板（１４）を前記基板ホルダ（１５）から分離させ、前記基板（１４）に直接に接触するように上昇するように形成されていることを特徴とする、基板を熱処理するための装置。
【請求項２】
基板（１４）を熱処理するための装置（１０）において、
少なくとも１つの基板（１４）を収容するための熱処理チャンバ（１２）と、
前記熱処理チャンバ（１２）に収容された前記基板（１４）を加熱するための、前記熱処理チャンバ（１２）に関連した熱源（２２）と、
前記熱処理チャンバ（１２）に収容された前記基板（１４）を保持するための基板ホルダ（１５）と、
前記熱処理チャンバ（１２）に収容された前記基板（１４）を選択的に冷却するための、前記基板ホルダ（１５）の近傍に配置された冷却装置（６０）とが設けられており、前記冷却装置（６０）が、基板（１４）の最大処理温度よりも低い温度に維持された冷却部材（６４）を有しており、該冷却部材（６４）が、冷却流体を循環させるための１つ又は２つ以上の冷却チャネル（６６）と、冷却ガスを流過させるための１つ又は２つ以上のガス通路（６８）とを形成しており、該ガス通路（６８）が、前記基板（１４）を冷却するために前記冷却ガスが前記半導体ウェハ（１４）に接触するように前記冷却ガスを前記基板（１４）に向かって方向付けるように構成されていることを特徴とする、基板を熱処理するための装置。
【請求項３】
前記冷却部材（６４）が、プレート状である、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記冷却部材（６４）が、金属から成る材料から形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記金属が、該金属と前記基板（１４）との間の汚染を防止するためにコーティングされている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記基板ホルダ（１５）が、前記基板（１４）を選択的に冷却するために、前記冷却装置（６０）に向かって及び該冷却装置から離れる方向に可動である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記冷却装置が、前記基板（１４）を選択的に冷却するために、前記基板ホルダ（１５）に向かって及び該基板ホルダから離れる方向に可動である、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記熱源（２２）が、複数の光エネルギ源（２４）から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記冷却ガスが、前記冷却チャネル（６６）を通って循環する前記冷却流体によって冷却される、請求項２記載の装置。
【請求項１０】
前記冷却流体が、液体である、請求項２記載の装置。
【請求項１１】
前記基板（１４）の冷却を制御するために前記１つ又は２つ以上のガス通路（６８）を通る前記冷却ガスの流れを制御するためのシステム制御装置が設けられている、請求項２記載の装置。
【請求項１２】
前記基板（１４）の冷却を制御するために前記１つ又は２つ以上の冷却チャネル（６６）を通る前記冷却流体の流れを調整するためのシステム制御装置が設けられている、請求項２記載の装置。
【請求項１３】
前記冷却装置（６０）が、前記基板（１４）及び前記基板ホルダ（１５）に対して定置である、請求項２，９，１０，１１，１２のうちのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記冷却装置（６０）が、前記基板（１４）及び前記基板ホルダ（１５）に対して可動である、請求項１，２，９，１０，１１，１２のうちのいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
前記基板ホルダ（１５）が、前記半導体ウェハ（１４）を保持及び回転させる、請求項１，２，９，１０，１１，１２のうちのいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
前記熱源（２２）が、１つ又は２つ以上のランプ（２４）を含む、請求項１，２，９，１０，１１，１２のうちのいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記冷却ガスが、不活性ガスである、請求項２記載の装置。
【請求項１８】
前記冷却ガスが、分子窒素、アルゴン又はヘリウムである、請求項２記載の装置。
【請求項１９】
前記基板（１４）が熱処理チャンバ（１２）内にある時に前記基板（１４）の温度を監視するための温度検出装置が設けられている、請求項２記載の装置。
【請求項２０】
制御装置（５０）が設けられており、前記温度検出装置が前記制御装置（５０）と関連しており、前記制御装置が、前記温度検出装置から温度情報を受け取り、該温度情報に基づいて前記熱源（２２）を制御し、前記基板（１４）の加熱を制御する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
制御装置（５０）が設けられており、前記冷却装置（６０）がさらに、前記１つ又は２つ以上のガス通路（６８）に前記ガスを供給するためのガス源を有しており、該ガス源が前記制御装置（５０）と関連しており、該制御装置（５０）が、前記温度検出装置と関連しており、前記制御装置が、前記温度検出装置から温度情報を受け取り、該情報に基づいて、前記基板（１４）の冷却を制御するために前記ガス源から前記ガス通路（６８）へのガスの流れを制御する、請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
熱処理チャンバ（１２）において基板（１４）を熱処理する方法において、該方法が、
熱処理チャンバ（１２）に含まれた基板ホルダ（１５）に基板を配置するステップと、
熱源（２２）を用いて前記基板（１４）を所定の温度にまで加熱するステップと、
冷却装置（６０）を用い、基板ホルダ（１５）から前記基板（１４）を分離させ、基板（１４）と直接に接触するように、前記冷却装置（６０）を持ち上げることによって、前記基板（１４）を冷却するステップとを有しており、前記冷却装置（６０）が、基板（１４）の最大処理温度よりも低い温度に維持された冷却部材（６４）を有していることを特徴とする、熱処理チャンバ（１２）において基板（１４）を熱処理する方法。
【請求項２３】
熱処理チャンバ（１２）において基板（１４）を熱処理する方法において、該方法が、
熱処理チャンバ（１２）に含まれた基板ホルダ（１５）に基板を配置するステップと、
熱源（２２）を用いて前記基板（１４）を所定の温度に加熱するステップと、
冷却装置（６０）を用いて前記基板（１４）を冷却するステップとを含んでおり、前記冷却装置（６０）が、基板（１４）の最大処理温度よりも低い温度に維持された冷却部材（６４）を有しており、該冷却部材（６４）が、冷却流体を循環させるための１つ又は２つ以上の冷却チャネル（６６）と、冷却ガスを流過させるための１つ又は２つ以上のガス通路（６８）とを形成しており、該ガス通路（６８）が、前記冷却ガスが前記基板（１４）に接触しかつ該基板（１４）を冷却するように前記冷却ガスを前記基板（１４）に向かって方向付けるように構成されていることを特徴とする、熱処理チャンバ（１２）において基板（１４）を熱処理する方法。
【請求項２４】
前記基板（１４）の冷却を制御するために、前記１つ又は２つ以上のガス通路（６８）を通る前記冷却ガスの流れを制御する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記基板（１４）の冷却を制御するために、前記１つ又は２つ以上の冷却チャネル（６６）を通る前記冷却流体の流れを調節する、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
前記基板（１４）が、温度検出装置を備えた前記熱処理チャンバ（１２）内にある時に、前記基板（１４）の温度を監視する、請求項２２又は２３記載の方法。
【請求項２７】
前記温度検出装置が制御装置（５０）と関連しており、該制御装置（５０）が前記熱源（２２）と関連しており、前記制御装置が前記温度検出装置から温度情報を受け取り、該情報に基づいて前記熱源（２２）を制御し、前記基板（１４）の加熱を制御する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記冷却装置がさらに、制御装置（５０）を含んでおり、前記冷却装置（６０）がさらに、前記１つ又は２つ以上のガス通路（６８）に前記ガスを供給するためのガス源を有しており、前記ガス源が前記制御装置（５０）と関連しており、該制御装置（５０）が前記温度検出装置と関連しており、前記制御装置（５０）が前記温度検出装置から温度情報を受け取り、該情報に基づいて、前記ガス源から前記ガス通路（６８）へのガスの流れを制御し、前記基板（１４）の冷却を制御する、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して、熱処理チャンバにおいて半導体ウェハを急速に加熱及び急速に冷却するための方法及び装置に関する。特に、本発明は、半導体ウェハが加熱された後にこのウェハを急速に冷却するための冷却装置を含む急速熱処理装置に関する。
【０００２】
発明の背景
ここで使用されている熱処理チャンバは、半導体ウェハ等の対象物を急速に加熱する装置をいう。このような装置は、通常、半導体ウェハを保持するための基板ホルダと、ウェハを加熱するための光エネルギを放射する光源等の熱エネルギ源とを有している。熱処理中、半導体ウェハは、所定の温度レジームに従って制御された条件下で加熱される。熱処理中に半導体ウェハの温度を監視するために、熱処理チャンバは、通常、高温計等の温度検出装置をも有しており、この温度検出装置は、選択された波長帯で半導体ウェハによって発せられる放射を検出する。ウェハによって発せられる熱放射を検出することにより、ウェハの温度をかなりの精度で計算することができる。
【０００３】
択一的な実施例では、放射検出装置を使用する代わりに又はこれを使用するのに加えて、熱処理チャンバは、ウェハの温度を監視するための熱電対を有することもできる。熱電対は、直接接触により対象物の温度を測定する。
【０００４】
多くの半導体加熱プロセスは、ウェハを高温にまで加熱しなければならないので、ウェハがデバイスに製造される場合に様々な化学的及び物理的反応が発生するおそれがある。１つのタイプの処理である急速熱処理時には、半導体ウェハは、通常、光の列によって例えば約４００〜１２００℃にまで通常数分間加熱される。これらのプロセス時には、１つの主たる目標は、ウェハをできるだけ均一に加熱することである。
【０００５】
特に、過去には、半導体ウェハは所定の加熱サイクルに従って加熱された。例えば、ウェハは初期温度から所望の温度にまで極めて急速な加熱速度で加熱された。次いで、ウェハは、所望のプロセスを行うのに十分な時間所望の温度に維持された。例えば、これらの加熱サイクルの間ウェハをアニールすることができるか、様々なコーティング及び成膜、例えば酸化皮膜をウェハ上に載置することができる。
【０００６】
加熱サイクルを完了するために、光源のスイッチが切られ、ウェハは、所望の温度に所定の時間だけ維持された後冷却させられる。概して、ウェハは、単に加熱源を排除又は切ることによって自然に冷却させられる。具体的には、ウェハは、高温ボディからの放射によるエネルギの損失によって冷却する。ウェハから損失されるエネルギ量は、ウェハの温度と周囲大気の温度との差に比例する。その結果、これらのプロセス時には、ウェハの冷却速度は、高温において比較的急速で、ウェハ温度が低下するに従い指数関数的に減速する。
【０００７】
最近では、より効率的でかつより動作するためのパワーを必要としない、より薄くかつより均一な層を有する集積回路を形成することが重視されている。これに関して、最近の焦点は、熱処理チャンバにおいてより正確にコーティング及び成膜を形成するのみならず、チャンバにおける加熱サイクルを完了するために掛かる時間を短縮することに移っている。しかしながら、あいにく、熱処理チャンバにおいてウェハを冷却するための慣用の方法は、これらの目的を満足しない。
【０００８】
例えば、前記のように、熱処理チャンバにおいてウェハを冷却するための慣用の方法は、ウェハが比較的ゆっくりと冷却されるという点で、チャンバ内での加熱サイクルを完了するために掛かる時間を著しく延長させる傾向がある。さらに、サイクルのこの低速冷却段階では、望ましくない化学的及び物理的反応が発生するおそれがあり、これは、半導体ウェハ上に形成されるコーティング及び成膜の電気的特性に不都合な影響を与えるおそれがある。
【０００９】
したがって、急速熱処理チャンバにおいてウェハを冷却するための改良された装置及び方法が現在必要とされている。特に、ウェハが加熱された後に半導体ウェハを積極的に極めて急速に冷却することができる急速熱処理チャンバが現在必要とされている。
【００１０】
発明の概要
本発明は、従来の構成及び方法の前記欠点及びその他の欠点を認識しかつ注目している。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、半導体ウェハ等の対象物を熱処理するための改良された方法及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、ウェハを急速に冷却することができる、半導体ウェハを熱処理するための改良された装置を提供することである。
【００１３】
本発明さらに別の目的は、ウェハが加熱された後にウェハを積極的に冷却する冷却装置を有する、半導体ウェハを熱処理するための改良された装置を提供することである。
【００１４】
本発明のこれらの目的及びその他の目的は、集積回路を製造するプロセスの間に半導体ウェハを熱処理するための装置を提供することによって達成される。この装置は、様々なオペレーション、例えば、イオン注入ステップ後にウェハをアニールするために、又は半導体ウェハ上に、導電性材料、絶縁体、及び半導体材料から形成されているようなコーティング及び成膜を形成又はアニールするために使用することができる。装置は、半導体ウェハを収容するための熱処理チャンバを有している。基板ホルダは、ウェハを保持しかつ回転させるために熱処理チャンバ内に収容することができる。ウェハを加熱するために、熱源を、熱処理チャンバに関連して配置することができる。熱源は、例えば、熱光エネルギを発する複数のランプであることができる。
【００１５】
本発明によれば、装置はさらに、熱処理チャンバに収容された半導体ウェハを選択的に冷却するために、基板の近傍に配置された冷却装置を有している。冷却装置は、液体等の冷却流体を循環させるための少なくとも１つの冷却チャネルを形成した冷却部材を有している。特に、冷却流体を冷却部材に循環させることにより、冷却装置は、比較的低い温度を維持し、この温度は次いで、対流及び伝導によって半導体ウェハを冷却するために使用される。
【００１６】
有利には、本発明の冷却装置は、半導体ウェハを選択された時間において、例えばウェハが所定の最大温度にまで加熱された後に冷却するためにのみ使用される。例えば、１つの実施例では、冷却装置は、冷却装置を係合位置と非係合位置との間で移動させるための移動機構を有することができる。係合位置においては、冷却装置は、ウェハを冷却するために基板ホルダに保持された半導体ウェハの近傍に、場合によっては直接接触して配置される。これに対して非係合位置においては、冷却装置は半導体ウェハから所定の間隔を置いて配置され、ウェハをほとんど冷却しないか、ウェハが加熱されている間ウェハに干渉しない。択一的に、ウェハを選択的に冷却するために冷却装置が基板ホルダに向かって又はこれから離れる方向へ可動である代わりに、基板ホルダが冷却装置に向かって又はこれから離れる方向に可動であることができる。
【００１７】
本発明の別の実施例によれば、冷却装置は定置であることができ、また、冷却装置にガスを循環させるための１つ又は２つ以上のガス通路を有することができる。特に、ガス通路は、通路を流通するガスが、冷却装置を循環させられている冷却流体によって冷却されるように設計することができる。冷却されると、ガスは、ウェハを冷却するために、基板ホルダに保持された半導体ウェハに向かって方向付けられかつ半導体ウェハに接触することができる。冷却ガスは、例えば分子窒素又はヘリウムであることができる。ウェハを選択された時期にのみ冷却するために、冷却装置を通る冷却ガスの流れを、所望の時期に停止及び形成させることができる。
【００１８】
本発明の有利な実施例において、装置はさらに、熱処理チャンバ内に収容された半導体ウェハの温度を監視するための温度検出装置を有している。制御装置は、温度検出装置に関連して配置することができ、熱源及び冷却装置を制御するように構成することもできる。具体的には、制御装置は、温度検出装置から温度情報を受け取ることができ、この情報に基づき、所定の温度サイクルに従ってウェハを加熱又は冷却するために熱源及び冷却装置を自動的に制御することができる。
【００１９】
熱源を制御する場合、例えば、制御装置は、半導体ウェハへ発せられる熱エネルギの量を増減させるために使用することができる。これに対して、冷却装置を制御する場合、制御装置は、冷却装置の移動及び／又は冷却装置に出入する冷却流体の流れを制御するように構成することができる。
【００２０】
本発明のその他の目的、特徴及び側面を以下により詳細に説明する。
【００２１】
図面の簡単な説明
当業者を対象とした、本発明の最良の実施形態を含む、本発明の完全かつ実施可能な記載は、添付の図面を参照した明細書の以下の部分においてより具体的に開示される。
【００２２】
図１は、本発明による半導体ウェハを熱処理するための装置の１つの実施例を示す横断面図であり、
図２は、本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の１つの実施例を示す横断面図であり、
図３は、図２に示された冷却装置の横断面図であり、
図４は、本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の択一的な実施例を示す図であり、
図５は、慣用の加熱サイクルと、本発明により形成された熱処理チャンバにおいて使用される加熱サイクルとの差を表す時間温度グラフである。
【００２３】
本明細書及び図面における参照符号の反復使用は、本発明の同じ又は類似の特徴又はエレメントを表している。
【００２４】
有利な実施形態の詳細な説明
この説明は単に典型的な実施例の説明であり、本発明のより広い範囲を限定するものではなく、このより広い範囲が典型的な構成において実施されているということを当業者は理解すべきである。
【００２５】
概して、本発明は、熱処理チャンバにおいてウェハを加熱及び冷却するための装置及び方法に関する。半導体ウェハを加熱するために、熱処理チャンバは、放射エネルギを発する複数のランプ等の慣用の熱源を収容することができる。本発明によれば、装置はさらに、半導体ウェハが加熱された後にウェハを積極的に冷却する冷却装置を収容している。冷却装置は、様々な形式を取ることができ、種々異なる形式で機能することができる。例えば、１つの実施例では、冷却装置は、冷却装置をより低い温度に維持するために冷却流体を受け取る冷却部材を有することができる。冷却装置は、さらに、ウェハを選択された時期にのみ冷却するように構成された機構を有することができる。
【００２６】
様々な利点及び利益が本発明の装置及び方法によって達成される。例えば、冷却装置を使用することにより、本発明の装置において加熱サイクルを完了するために掛かる時間が著しく短縮される。加熱サイクルを完了するために掛かる時間の長さを短縮することにより、本発明により形成された熱処理チャンバは、特に、シリコンにおいて欠陥の有効なアニールとイオン注入された不純物の活性化とを惹起し、半導体ウェハ上に極めて薄いコーティング及び成膜を形成し、かつ半導体ウェハに前もって載置された、導電性又は絶縁性の薄い成膜をアニールするのに、適している。本発明の熱処理チャンバは、改良された電気的特性を有する極めて均一なコーティング及び成膜を形成することもできる。特に、本発明によれば、半導体ウェハを極めて急速に冷却することができ、このことは、チャンバ内で生じている高温における化学的及び物理的反応を“凍結する”。言い換えれば、ウェハを急速に冷却することにより、加熱サイクルの比較的低速な冷却中に望ましくない化学的及び物理的反応が生じることを妨げかつ抑制する。
【００２７】
図１を参照すると、シリコン等の半導体材料から形成されたウェハを熱処理するための、本発明により形成されたシステム１０が示されている。システム１０は、様々なプロセスを行うためにウェハ１４等の基板を収容するための処理チャンバ１２を有している。図示したように、ウェハ１４は、石英等の断熱材から形成された基板ホルダ１５上に位置決めされている。チャンバ１２は、ウェハ１４を極めて急速に、注意深く制御された条件下で加熱するように設計されている。チャンバ１２は、金属を含む様々な材料から形成することができる。例えば、チャンバ１２は、ステンレス鋼、黄銅又はアルミニウムから形成することができる。
【００２８】
チャンバ１２が伝熱性材料から形成されている場合、チャンバは冷却システムを有していると有利である。例えば、図１に示したように、チャンバ１２は、チャンバの周囲に巻き付けられた冷却導管１６を有している。導管１６は、水等の冷却流体を循環させ、この冷却流体は、チャンバ１２の壁部を比較的低い温度に維持するために使用される。
【００２９】
チャンバ１２は、さらに、ガスをチャンバに導入するために及び／又はチャンバを所定の圧力範囲に維持するために、ガス入口１８とガス出口２０とを有している。例えば、ガスを、ウェハ１４と反応させるためにガス入口１８を介してチャンバ１２に導入することができ、これにより、例えば、酸化物コーティング、導電層等を形成する。処理されると、ガスを、ガス出口２０を使用してチャンバから排出することができる。
【００３０】
択一的に、あらゆる望ましくない副反応がチャンバ内で生じるのを防止するためにガス入口１８を介してチャンバ１２内に不活性ガスを供給することができる。別の実施例においては、ガス入口１８とガス出口２０とを、チャンバ１２を加圧するために使用することができる。真空を、ガス出口２０又は水の高さより下方に位置決めされた付加的なより大きな出口を使用して、望ましい時期にチャンバ１２内に発生させることもできる。
【００３１】
処理中には、基板ホルダ１５は、１つの実施例において、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できる。ウェハを回転させることにより、ウェハの表面上の温度均一性を向上させ、ウェハ１４と、チャンバに導入されるあらゆるガスとの接触を高める。しかしながら、ウェハの他に、チャンバ１２は、光学的部材、成膜、繊維、リボン、あらゆる特定の形状を有するその他の基板を処理することにも適している。
【００３２】
熱源又は加熱装置２２が、処理中にウェハ１４を加熱するためにチャンバ１２と関連しながら設けられている。加熱装置２２は、タングステンハロゲンランプ等の複数のランプ２４を有している。図１に示したように、ランプ２４はウェハ１４の上方に配置されている。しかしながら、ランプ２４は、あらゆる特定の位置に配置されてもよいことを理解すべきである。さらに、望ましいならば、付加的なランプをシステム１０内に設けることもできるであろう。
【００３３】
熱源としてランプ２４を使用することは概して有利である。例えば、ランプは、電気素子又は慣用のファーネス等の他の加熱装置よりも著しく高い加熱及び冷却速度を有する。ランプ２４は、通常極めて短い、よく制御された始動期間を必要とする、瞬間エネルギを提供する急速恒温処理システムを形成する。ランプ２４からのエネルギの流れはあらゆる時期に突然停止させることもできる。図示したように、ランプ２４には、全てのランプによって発せられる放射エネルギを増大又は低減するために使用することができる漸進的なパワー制御装置２５が装備されている。
【００３４】
熱処理中にウェハ１４の温度を監視するために、この実施例においては、熱処理チャンバ１２は、複数の放射検出装置２７を有している。放射検出装置２７は、複数の光ファイバ又はライトパイプ２８を有しており、この光ファイバ又はライトパイプ自体は、複数の対応する光検出装置３０に関連している。光ファイバ２８は、特定の波長でウェハ１４によって発せられる熱エネルギを受け取るように構成されている。次いで、検出された放射の量が、光検出装置３０に伝送され、この光検出装置は、ウェハの温度を決定するための有効電圧信号を発生し、このウェハの温度は、部分的にプランクの法則に基づき計算することができる。１つの実施例においては、光検出装置３０に関連した各光ファイバ２８は高温計を有している。
【００３５】
概して、熱処理チャンバ１２は、１つ又は複数の放射検出装置を収容していることができる。有利な実施例においては、図１に示したように熱処理チャンバ１２は複数の放射検出装置を有しており、これらの放射検出装置は、種々異なる箇所においてウェハの温度を測定する。種々異なる箇所におけるウェハの温度を知ることは、ウェハに加えられる熱の量を制御するために使用することができる。
【００３６】
本発明のプロセス中、システム１０は、光ファイバ２８がウェハ１４によって発せられた熱放射のみを検出し、ランプ２４によって発せられる放射を検出しないように設計されていることが望ましい。これに関して、システム１０はフィルタ３２を有しており、このフィルタ３２は、光検出器３０が作動する波長における、ランプ２４によって発せられる熱放射が、チャンバ１２に進入しないようにする。フィルタ３２はランプ２４をウェハ１４から隔離するためにも働き、チャンバの汚染を防止する。図１に示したフィルタ３２は、チャンバ１２と熱源２２との間に位置決めされた窓であることができ、例えば融解石英から形成することができる。択一的な実施例においては、各ランプ２４を個別のフィルタにより被覆することができる。
【００３７】
放射検出装置を使用する代わりに、他の温度検出装置を本発明のシステムにおいて使用してもよい。例えば、１つ又は２つ以上の熱電対が、１箇所又は複数の箇所でウェハの温度を監視するためにシステムに組み込まれていてよい。熱電対は、ウェハと直接に接触して配置するか、ウェハの近傍に配置することができ、ウェハから温度を推定することができる。
【００３８】
システム１０は、さらに、システム制御装置５０を有しており、このシステム制御装置５０は、例えばマイクロプロセッサであることができる。制御装置５０は、光検出器３０から、様々な箇所においてサンプルされた放射量を表す電圧信号を受信する。受信された信号に基づき、制御装置５０は、種々異なる位置におけるウェハ１４の温度を計算するように構成されている。
【００３９】
図１に示したようなシステム制御装置５０は、ランプパワー制御装置２５と関連していることもできる。この構成においては、制御装置５０はウェハ１４の温度を決定することができ、この情報に基づき、ランプ２４によって発せられる熱エネルギの量を制御する。この形式では、注意深く制御された範囲内で、ウェハ１４を処理するための反応器１２内の条件に応じて瞬間的な調節を行うことができる。
【００４０】
１つの実施例においては、システム内の他のエレメントを自動的に制御するために制御装置５０を使用することもできる。例えば、制御装置５０は、ガス入口１８を介してチャンバ１２に進入するガスの流量を制御するために使用することができる。図示したように、さらに、ウェハ１４がチャンバ内で回転させられる速度を制御するために制御装置５０を使用することができる。
【００４１】
本発明によれば、図１に示したように、システム１０は、さらに、熱処理チャンバ１２に位置決めされた冷却装置６０を有している。図示したように、この実施例においては、冷却装置６０が、半導体ウェハ１４の下方に配置されており、ベース６２に取り付けられている。冷却装置６０は、特にウェハが所定の処理温度にまで加熱された後に、ウェハ１４を選択された時期に熱処理チャンバを用いて積極的かつ急速に冷却する。
【００４２】
本発明によれば、冷却装置６０は、様々な形式で構成することができ、ウェハを冷却するための種々異なる機構を有することができる。図２及び図３を参照すると、本発明に基づき形成された冷却装置の１つの実施例が示されている。この実地例においては、冷却装置６０は、プレート状の冷却部材６４を有している。冷却部材６４は、冷却チャネル６６を有しており、冷却チャネル６６は、冷却チャネルを通る冷却流体の流れを受け取るように設計されている。例えば、冷却部材６４は、水源等の冷却流体源と連絡しながら配置することができ、冷却流体源は、冷却流体を冷却チャネル６６に供給する。冷却流体は、冷却部材６４の温度を比較的低い温度に維持し、これにより、冷却装置６０は、ウェハと冷却部材との熱エネルギの直接交換によって、半導体ウェハを積極的に冷却することができる。
【００４３】
前記のように、有利には冷却装置６０は、チャンバにおいて行われる加熱サイクルの経過中の選択された時期においてのみウェハを冷却する。その結果、図２及び図３に示したように、冷却装置６０はウェハに向かって及びこれから離れる方向に可動である。例えば、図１に示したようなベース６２は、冷却装置を選択された時期に上昇及び下降させる機構を有することができる。
【００４４】
例えば、冷却装置６０は、図２に示したウェハ非係合位置と図３に示したウェハ係合位置との間を可動である。非係合位置においては、冷却装置６０は、ウエハが加熱されているときにこれを妨害しないように、ウェハ１４から十分な間隔を置いて位置することが望ましい。しかしながら、ウェハが加熱されて冷却される必要があると、図３に示したように冷却装置６０はウェハの近傍に配置される。特に、特定の応用例に応じて、冷却装置６０は、ウェハと直接に接触して配置することも、ウェハに接触せずにウェハの極めて近くに移動させられることもできる。図３に示したような係合位置に配置されると、ウェハ１４は急速に冷却される。
【００４５】
しかしながら、冷却装置６０をウェハに向かって及びウェハから離れる方向に移動させる代わりに、択一的に、基板ホルダ１５を、ウェハ自体を冷却装置に向かって及び冷却装置から離れる方向に移動させるように構成することができる。
【００４６】
さらに、ウェハに対する冷却装置の位置を調節する代わりに、本発明に従ってウェハを選択的に冷却するために別の制御装置を使用することができる。例えば、冷却装置６０の冷却チャネル６６を通る冷却流体の流れを、あらゆる特定の時期に望まれる冷却の程度に応じて調節することができる。例えば、冷却したくない場合、冷却装置６０への冷却流体の流れを減速又は停止させることができる。これに対し、ウェハを冷却したい場合には、冷却流体の流れを冷却装置によって増大させることができる。１つの実施例においては、冷却装置の位置を自動的に調節しかつ／又は装置への冷却流体の流れを制御するために、図１に示したようなシステム制御装置５０を冷却装置６０に関連して配置することができる。
【００４７】
冷却装置６０の冷却部材６４は様々な材料から形成することができる。特に、冷却部材６４は、冷却流体と半導体ウェハ１４との熱交換器として働く伝熱材料から形成されていることが望ましい。冷却部材６４を構成するために使用されてよい様々な材料は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼又は黄銅等の金属を含んでいる。この金属は、これと半導体ウェハとの間の汚染を防止するためにコーティングされていてよい。
【００４８】
図４を参照すると、本発明の装置及び方法において使用されてよい加熱装置６０の択一的な実施例が示されている。図２及び図３に示した実施例と同様に、この実施例においては、加熱装置６０は、液体等の冷却流体を循環させるための１つ又は２つ以上の冷却チャネル６６を形成している冷却部材６４を有している。しかしながら、この実施例においては、冷却部材６４はさらに少なくとも１つのガス通路６８を形成している。
【００４９】
ガス通路６８は、ガスを冷却装置６０に循環させるガス源に接続されるように設計されている。図示したように、ガス通路６８は、冷却部材６４内に延びており、半導体ウェハ１４付近でガスを解放する複数の出口を有している。この形式においては、ガス通路６８を介して供給されるガスは、チャネル６６を介して循環させられる冷却流体によって冷却され、次いで、半導体ウェハ１４を冷却するためにこのウェハ１４に向かって方向付けられる。ガス通路６８を介して供給されるガスは、望ましくない化学反応が生じないように、不活性ガスであることが望ましい、例えば、分子窒素、アルゴン又はヘリウムを冷却ガスとして使用することができる。
【００５０】
図４に示した実施例においては、冷却装置６０は、定置であるか、図２及び図３に示した実施例と同様に可動であることができる。有利には、ウェハを熱処理チャンバ内で選択的に冷却するために、ガス通路６８内への冷却ガスの流れは、ガス流を所望の時期に停止及び形成することができるように、制御可能であることが望ましい。これに関連して、図１に示したようなシステム制御装置５０を、冷却ガス源に関連して配置することができ、ガス源から冷却装置６０への冷却ガスの流れを制御するように設計することができる。
【００５１】
図示した実施例の他に、冷却装置６０は様々な別の形式で冷却することができる。例えば、択一的な実施例においては、冷却装置を伝導を介して冷却するために、積極的な冷却構造を冷却装置６０に隣接して配置するか又は冷却装置６０に取り付けることができる。択一的に、冷却装置６０は、冷却部材をより低い温度に維持する熱伝材料から形成された冷却部材を有することができる。
【００５２】
前記のように、冷却装置６０の目的は、熱処理チャンバ内のウェハを急速に冷却し、これにより、加熱サイクルをチャンバ内のウェハに対して行うことができる速度を高めることである。比較のために図５を参照すると、慣用の加熱サイクル（ａ）が、本発明の装置を使用して行うことができる加熱サイクル（ｂ）と比較して示されている。図示したように、本発明の装置を使用した場合の冷却速度は劇的に高められている。もちろん、図５に示されたグラフは典型的な例を示すためだけのものである。本発明の冷却装置の場合、冷却速度は、あらゆる所望の冷却曲線を得ることができるように制御することができる。
【００５３】
しかしながら、ほとんどの応用例に対し、本発明の冷却装置はウェハをできるだけ急速に冷却するために使用されるであろう。ウェハを急速に冷却することにより様々な利点が生じる。例えば、ウェハを処理するために掛かる時間を短縮する以外に、加熱サイクルの冷却段階において、望ましくない化学的及び物理的反応がより生じなくなる。
【００５４】
本発明に対するこれらの修正及び変更及びその他の修正及び変更は、記載の請求項により具体的に示された本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、当業者によって実行されてよい。さらに、様々な実施例の側面を、全体的に又は部分的に交換してよい。さらに、当業者は、前記説明が単に例であり、請求項に記載された本発明を限定するものではないことを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による半導体ウェハを熱処理するための装置の１実施例を示す横断面図である。
【図２】  本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の１実施例を示す横断面図である。
【図３】  図２に示された冷却装置の横断面図である。
【図４】  本発明による熱処理チャンバにおいて使用される冷却装置の択一的な実施例を示す図である。
【図５】  慣用の加熱サイクルと、本発明により形成された熱処理チャンバにおいて使用される加熱サイクルとの差を表す時間温度グラフである。
【符号の説明】
１０  システム、  １２  熱処理チャンバ、  １４  ウェハ、  １５  基板ホルダ、  １６  冷却導管、  １８  ガス入口、  ２０  ガス出口、  ２２  加熱装置、  ２４  ランプ、  ２５  パワー制御装置、  ２７  放射検出装置、  ２８  光ファイバ、  ３０  光検出装置、  ５０  システム制御装置、  ６０  冷却装置、  ６２  ベース、  ６４  冷却部材、  ６６  冷却チャネル、  ６８  ガス通路
【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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