(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置（１０）において、
チャンバ（１２）が設けられており、該チャンバ内に半導体ウェハ（１４）が処理のために導入され、
前記チャンバ（１２）内のウェハを加熱するためのヒータが設けられており、
前記ウェハ（１４）の選択された領域から熱放射を収集するための、光ファイバから成る放射ガイド（４０）が設けられており、
基部（２５）を備えたウェハ支持アセンブリ（２４）が設けられており、該ウェハ支持アセンブリが、ウェハを支持しかつ、前記放射ガイド（４０）を、ウェハの選択された領域からの放射以外の放射から遮へいするようになっており、
前記放射ガイド（４０）によって収集された放射を受け取るように結合された高温計（９０）が設けられている形式のものにおいて、
前記ウェハ支持アセンブリ（２４）が、該ウェハ支持アセンブリ（２４）の基部（２５）を、ウェハの選択された領域の温度よりも低い温度にまで冷却するための、冷却水を循環させるための、シャフト（３２）における管（２９）に接続された複数の通路（２７）を有しており、
放射ガイド（４０）の上端部（４２）が、ウェハ支持アセンブリ（２４）の基部（２５）と熱的に結合されており、
前記ウェハ（１４）が、下面（３８）を有しており、該下面が、ウェハ支持アセンブリ（２４）と相俟って、不要放射が進入しないように閉鎖されたキャビティ（３３）を形成されており、放射ガイド（４０）が、前記キャビティ（３３）内から放射を受け取る上端部（４２）を有しており、
キャビティ（３３）が黒体キャビティとして作用せず、
前記放射ガイド（４０）が軸線（２６）を中心に回転するようになっており、前記放射ガイド（４０）の下端部（４８）に隣接して定置の放射ガイド（７２）が位置決めされており、これにより、前記放射ガイド（４０）によって受け取られた放射を定置のガイド（７２）へ、次いで高温計（９０）へ伝達するようになっており、
ウェハ支持アセンブリが、環状の滑りなしリング（２８）と、該環状の滑りなしリング（２８）を基部（２５）に対して所定の位置に定置にかつ対称的に保持するリング保持器（３０）とから成ることを特徴とする、半導体処理装置。
【請求項２】
前記放射ガイド（４０）の下端部（４８）を定置の放射ガイド（７２）に結合するコネクタ（５０）が設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記定置の放射ガイド（７２）が、前記放射ガイド（４０）と相互に軸方向で整合している、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記放射ガイド（４０）が、ウェハ支持アセンブリ（２４）に定置に取り付けられており、これにより、該ウェハ支持アセンブリと共に回転するようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
半導体ウェハ（１４）を熱処理する方法において、
ウェハが、基部（２５）を備えたウェハ支持アセンブリ（２４）上にチャンバ（１２）内で支持されながら前記ウェハを加熱し、
ウェハの選択された領域から放射される熱放射を、該ウェハの選択された領域の近傍に位置決めされた、光ファイバから成る放射ガイド（４０）の上端部（４２）を用いて収集し、該放射ガイド（４０）の上端部（４２）が、ウェハ（１４）の選択された領域以外の放射源から放射される放射から遮蔽され、収集された放射を、放射ガイドと、該放射を受け取るために結合された高温計（９０）との間で伝達し、この場合、前記放射ガイド（４０）の上端部（４２）が基部（２５）に熱的に接続されており、
ウェハ支持アセンブリ（２４）の基部（２５）をウェハの選択された領域の温度よりも低い温度にまで冷却し、
収集された熱放射に応答してウェハ（４０）の選択された領域の温度を決定し、これにより、処理が、決定された温度に応答して制御され、
放射ガイド（４０）の上端部（４２）が、ウェハ（１４）の下面（３８）とウェハ支持アセンブリ（２４）との間の実質的に閉鎖されたキャビティ（３３）を形成することによりウェハ（１４）の選択された領域以外の放射源から放射される放射から遮蔽され、
キャビティ（３３）が黒体キャビティとして作用せず、
前記放射ガイド（４０）を軸線（２６）を中心に回転させ、定置の放射ガイド（７２）を前記放射ガイド（４０）の下端部（４８）に隣接して位置決めし、これにより、前記放射ガイド（４０）によって受け取られた放射を定置のガイド（７２）へ、次いで高温計（９０）へ伝達し、
ウェハ支持アセンブリが、環状の滑りなしリング（２８）と、該環状の滑りなしリング（２８）を基部（２５）に対して所定の位置に定置にかつ対称的に保持するリング保持器（３０）とから成ることを特徴とする、半導体ウェハを熱処理する方法。
【請求項６】
前記放射ガイド（４０）が、ウェハ支持アセンブリ（２４）に定置に取り付けられており、これにより、該ウェハ支持アセンブリと共に回転するようになっている、請求項５記載の方法。
【請求項７】
放射ガイド（４０）の下端部（４８）を定置の放射ガイド（７２）にコネクタ（５０）を用いて結合させ、これにより、定置の放射ガイド（７２）が、前記放射ガイド（４０）と相互に軸方向で整合している、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記ウェハ支持アセンブリ（２４）の基部（２５）が、該基部（２５）に形成されかつシャフトにおける管（２９）に接続された複数の通路（２７）を通じて冷却水を循環させることによって冷却される、請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記温度を決定することが、前記選択された領域の放射率の事前知識なしに前記選択された領域の温度を決定することを含む、請求項５記載の方法。
【請求項１０】
前記温度を決定することが、放射を前記選択された領域に伝達することと、伝達された放射に応答して前記領域の温度を評価することとから成り、これにより、前記領域の放射率を評価する、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して材料を熱処理するための装置、特に、可変温度で半導体ウェハを処理するための装置に関する。
【０００２】
発明の背景
半導体デバイスを製造するための、半導体ウェハ、例えばシリコンウェハの熱処理は、この分野においてよく知られている。この処理は、通常、種々異なる既知の温度に所定の時間ウェハを維持することを含む。処理中には、反復可能な結果を得るために、ウェハの温度を高い精度で知る必要がある。ウェハからの赤外放射及び反射に基づき温度を測定する高温計が、温度を監視するために一般的に使用されている。しかしながら、正確な高温計の温度測定は、ウェハの放射率を知ることに依存し、この放射率は、前の処理ステップ、温度及び測定が行われている間に行われる処理ステップに応じて変化する。
【０００３】
急速熱処理（ＲＴＰ）は、半導体デバイスを製造するために使用される最高技術水準のプロセスであり、この場合、ウェハ又はウェハの所定の領域が一連の所定の温度を急速に循環させられる。しばしば急速熱処理は化学気相成長法（ＲＴＣＶＴ）と組み合わされる。両プロセスは、処理されている領域の温度の正確なリアルタイムでの決定に依存する。カリフォルニア州所在のAcademic Pressから出版されたRapid Thermal Processing Science and Technology（ISBN-0-12-247690-5）というタイトルのＲＴＰの評論は、引用によりここに組み込まれる。この評論の第９章は、処理効率が、処理中のウェハの正確な温度測定に決定的に依存することを示している。
【０００４】
Advances in Temperature Measurement and Control for RTP (Peuse他、第５回半導体の発展した熱処理−ＲＴＰ−に関する国際会議  １９９７年）（引用によりここに組み込まれる）において、著者は、カリフォルニア州サンタクララ所在のアプライドマテリアルズ社により製造された、Centuraシステムとして知られるＲＴＰシステムを使用した半導体ウェハの処理を説明している。このシステムは、ウェハの放射率のばらつきの影響をできるだけ排除するためにウェハを反射率の高い包囲体内に配置することに依存し、これにより、包囲体全体はほぼ黒体に近似する。（対象物からの放射を分析することによる高温測定的温度決定の理論は、対象物の放射率又は有効放射率が分かっていることを必要とする。つまり、黒体は単位放射率を有する）。
【０００５】
引用によってここに組み込まれる、シーティンガー他に発行された米国特許第５４９０７２８号明細書は、基板の、温度を含む特性を測定するための非接触式高温測定技術を説明している。この技術は、ウェハから反射された放射におけるリップルフラックスの振幅を、交流電源式加熱ランプによる進入するリップルフラックスの振幅と比較することによって、ウェハの放射率を評価する。
【０００６】
引用によってここに組み込まれる、モスレヒ他に発行された米国特許第５２５５２８６号明細書は、５μｍのオーダの波長で、単色のコヒーレント放射を用いて半導体ウェハを放射することによる光高温測定の方法を説明している。ウェハからの反射されたコヒーレント放射と放射された非干渉性放射との強度が、ウェハの放射率及び温度の値を決定するために使用される。
【０００７】
引用によりここに組み込まれる、第６回半導体の進歩した熱処理に関する国際会議−ＲＴＰ′９８、グラズマン他による“Optical Pyrometry in RTP/RTCVD Systems : A New Approach”において、著者は、光学的高温測定を用いて半導体ウェハの温度を測定するための技術を説明している。この技術は、ウェハの真実の放射率を動的に測定するために能動的なマルチスペクトルシステムを使用する。測定された放射率は、ウェハの温度を評価するために、ウェハによって放射された放射の測定と共に利用される。
本特許出願人の前任者であるAG Associates （イスラエル）Ltd. に対する国際公開第９９／０２９５２号パンフレットは、処理中に半導体ウェハの温度を測定するための装置を開示しており、前記処理において、ウェハは包囲された容積内に配置され、ヘッドアセンブリを貫通させられた光ファイバ熱伝導部材が、包囲された容積に露出された１つの端部を有しており、これにより、ウェハから及び包囲された容積において放射された熱放射を受け取るようになっている。ヘッドアセンブリは、冷却液体の循環のためのチャネルを有しておらず、冷却されない。つまり、ヘッドアセンブリを加熱する熱放射は、光ファイバに衝突し、温度測定を妨げ、光ファイバ熱伝導部材の耐用寿命を短縮してしまう。
米国特許第５８３０２７７号明細書は、半導体基板を処理するために使用される、遮へいされた光学的高温測定を用いる熱処理システムを開示している。半導体基板の表面は、不要放射からの干渉を回避するために基板の表面と遮へい部との間にキャビティを形成するように遮へいされている。光センサが放射を高温計へ伝達する。光センサはウェハ支持体内に配置されている。ウェハ支持体は、冷却液体の循環のためのチャネルを有しておらず、冷却されない。したがって、ウェハ支持体からの熱放射は光ファイバに衝突する。さらに、中央支持体及び駆動機構は、ウェハを移動させるための手段を提供するが、これに伴って光センサの位置を変化させることはない。センサは定置に保持されているので、ウェハに対するセンサの位置は、ウェハ毎に変化するおそれがある。
【０００８】
発明の概要
本発明の幾つかの態様の目的は、材料の改良された熱処理のための方法及び装置を提供することである。
【０００９】
本発明の幾つかの態様の別の目的は、材料の改良された温度測定のための方法及び装置を提供することである。
【００１０】
本発明の幾つかの態様の別の目的は、材料の移動する領域の改良された熱処理のための方法及び装置を提供することである。
【００１１】
本発明の有利な実施例において、熱処理したい対象物、通常ウェハは、チャンバ内に配置され、このチャンバにおいて、対象物は周囲温度よりも高く加熱される。ウェハは、チャンバ内にウェハ支持アセンブリによって保持され、このウェハ支持アセンブリの区分、通常ウェハとは反対側の区分は、ウェハの温度よりも実質的に低い温度にまで冷却されると有利である。ウェハ支持アセンブリは、このアセンブリとウェハの表面とが相俟って実質的に閉鎖されたキャビティを形成するように構成されており、これにより、ウェハ表面以外の放射源からの放射をキャビティから排除する。
【００１２】
ウェハの表面の領域の温度は、有利には光ファイバから成る放射ガイドの遠位端部において領域からの放射を収集することによって測定される。放射ガイドは、アセンブリの冷却される区分を貫通しかつこれに熱的に結合されていると有利である。ガイドは、閉鎖されたキャビティの構造によって、領域からの放射以外の放射から遮へいされている。放射ガイドは、近位端部において高温計に放射的に結合されており、この高温計は、収集された熱放射に応答して領域の温度を決定する。不要放射からの放射ガイドの遮へい及び支持構造体の冷却によるガイドに進入する熱放射の低減は、光ファイバが向けられたウェハの特定領域の温度測定の精度を実質的に改善する。正確に分かっている温度でウェハを処理することができることにより、この分野において従来公知の方法及びシステムと比較し、熱処理の効率及び速度が著しく改善される。さらに、放射ガイドをアセンブリの冷却される区分に熱的に結合することにより、ガイドの遠位部分が冷却され、ひいてはガイドの寿命を延長する。
【００１３】
有利には、高温計は、ウェハの領域の温度をこの領域の既知の放射率に基づき測定する。択一的に、高温計は、例えば前記特許及び出版物に記載されているように又はこの分野で知られているように、領域の放射率が事前に分かっているかどうかに拘わらず温度を測定することができる。領域がチャンバと熱平衡である必要はない。
【００１４】
本発明の幾つかの有利な実施例において、熱処理が行われるウェハは、空密のチャンバ内に実質的に水平に取り付けられる。チャンバは入口及び出口チューブを有しており、これらのチューブは、チャンバを排気しかつ処理に使用されるガスの進入を可能にするために使用される。有利には、ウェハが取り付けられるウェハ支持アセンブリは鉛直軸線を中心にして回転可能であり、ウェハの面に沿って処理均一性を改善するためにチャンバ内でウェハを回転させる。チャンバはさらにヒータ、最も有利にはウェハの上方に位置決めされた白熱ランプを有しており、これらのヒータはウェハを加熱するために使用される。加熱されたウェハから放射される放射に対して実質的に透過性な放射ガイドは、アセンブリ及びウェハと共に回転するように、ほぼウェハ支持アセンブリの軸線に沿って定置に取り付けられている。回転するガイドの上部（遠位）端部は、温度が測定されるウェハの領域の近傍に、しかし接触せずに位置決めされており、これにより、領域からの熱放射を収集する。
【００１５】
回転するガイドの下部（近位）端部は、定置の放射ガイドの遠位端部に光学的に（光を伝達するように）結合されており、放射ガイドは、回転するガイドと軸方向で整合されていると有利である。最も有利には、定置のガイドの直径は回転するガイドの直径とほぼ等しく、これにより、放射がガイドの間で伝達する場合に損失が最小限となる。したがって、回転するガイドの上部端部によって収集された放射は、定置のガイドへ伝達され、さらに定置のガイドによって放射高温計へ伝達され、この放射高温計において領域の温度が、この分野で知られている方法によって、放射について行われた測定に応答して評価される。
【００１６】
したがって、本発明の有利な実施例によれば、
チャンバが設けられており、このチャンバ内に半導体ウェハが、この半導体ウェハの処理の処理のために導入され、
ヒータが設けられており、このヒータが、チャンバ内のウェハを加熱し、
放射ガイドが設けられており、この放射ガイドが、ウェハの選択された領域からの熱放射を収集し、
ウェハ支持アセンブリが設けられており、このウェハ支持アセンブリが、ウェハを支持しかつ、領域からの放射以外の放射から放射ガイドを遮へいし、
高温計が設けられており、この高温計が、ガイドからの放射を受け取るように結合されており、前記高温計が、処理を制御する場合に使用するために、領域の温度を決定するために放射を分析する、半導体処理装置が提供される。
【００１７】
有利には、ウェハ支持アセンブリの少なくとも一部が、領域の温度よりも実質的に低い温度にまで冷却される。
【００１８】
有利には、ウェハの近傍の放射ガイドの部分は、ウェハ支持アセンブリの冷却される部分と伝熱し合う。
【００１９】
有利には、ウェハ及びウェハ支持アセンブリは、不要放射の進入に対して実質的に閉鎖されたキャビティを形成している。
【００２０】
択一的に、ウェハ支持アセンブリは、ウェハの位置を変化させ、ウェハと協働して放射ガイドの位置を変化させる。
【００２１】
有利には、装置は、定置の放射ガイドを有しており、この放射ガイドは、放射をガイドと高温計との間で伝達するために、可変に位置決めされた放射ガイドに結合されている。
【００２２】
択一的に、装置は、定置のガイドを、可変に位置決めされたガイドに、相互に軸方向に整合するように結合するコネクタを有しており、これにより、定置のガイドと可変に位置決めされたガイドとの間の放射伝達を可能にする。
【００２３】
有利には、放射は、定置のガイドと可変に位置決めされたガイドとの間で、実質的に両ガイドの間に介在する光学エレメントなしに、伝達される。
【００２４】
有利には、可変に位置決めされたガイドは、定置のガイドと可変に位置決めされたガイドとに共通の長手方向軸線を中心に回転する。
【００２５】
有利には、高温計は、実質的に領域の放射率の事前の知識なしに、領域の温度を決定する。
【００２６】
択一的に、高温計は、放射をガイド内へ伝達し、伝達される放射に応答してウェハの反射率を測定し、これにより、ウェハの放射率を評価する。
【００２７】
有利には、アセンブリは、放射ガイドをウェハの近傍の位置にまで駆動する鉛直方向駆動機構を有している。
【００２８】
有利には、アセンブリは、放射ガイドをウェハと共に回転させる軸駆動機構を有している。
【００２９】
有利には、放射ガイドは、ウェハ支持アセンブリと共に回転するようにウェハ支持アセンブリに定置に取り付けられている。
【００３０】
択一的に、熱放射は実質的に非干渉性である。
【００３１】
さらに、本発明の有利な実施例によれば、
対象物を加熱し、
熱放射収集装置を対象物の選択された領域の近傍に配置し、
放射収集装置を領域からの放射以外の放射から遮へいし、
放射収集装置を使用して領域からの熱放射を収集し、
収集された熱放射に応答して領域の温度を決定し、これにより、処理は、決定された温度に応答して制御されるようになっている、対象物を熱処理する方法が提供される。
【００３２】
有利には、放射収集装置の遮へいは、対象物の近傍の構造体と収集装置とを、対象物の領域の温度よりも実質的に低い温度にまで冷却することを含む。
【００３３】
有利には、構造体の冷却は、構造体と伝熱し合う放射収集装置の一部を冷却することを含む。
【００３４】
有利には、放射収集装置の遮へいは、対象物を、放射収集装置への入口を遮へいするように支持することを含む。
【００３５】
有利には、放射収集装置を領域の近傍に配置することは、対象物に隣接して実質的に閉鎖されたキャビティを形成することを含み、放射を収集することが、キャビティ内から放射を収集することを含む。
【００３６】
択一的に、前記方法は、領域の位置を変化させ、付随して放射収集装置の位置を変化させることを含む。
【００３７】
有利には、領域の位置を変化させることが、対象物を回転させることを含み、放射収集装置の位置を変化させることが、ウェハと共に収集装置を回転させることを含む。
【００３８】
有利には、放射を収集することが、定置の放射収集装置を回転する収集装置に相互に軸方向で整合するように結合することを含み、これにより、両収集装置の間での放射の伝達を可能にし、この伝達に応答して温度が決定される。
【００３９】
有利には、放射は、定置の収集装置と回転する収集装置の間で、実質的にこれらの収集装置の間に介在する光学エレメントなしに、伝達される。
【００４０】
有利には、温度を決定することが、領域の放射率の事前知識なしに領域の温度を決定することを含む。
【００４１】
択一的に、温度を決定することが、放射を領域に伝達することと、伝達された放射に応答して領域の反射率を測定することとを含み、これにより、領域の放射率を評価する。
【００４２】
さらに、本発明の有利な実施例によれば、
チャンバが設けられており、このチャンバ内に、半導体ウェハが、この半導体ウェハの処理のために導入され、
ヒータが設けられており、このヒータが、チャンバ内のウェハを加熱し、
放射ガイドが設けられており、この放射ガイドが、ウェハの所定の領域からの熱放射を収集し、
ウェハ支持アセンブリが設けられており、このウェハ支持アセンブリが、ウェハを支持しており、領域の近傍に位置する少なくともウェハ支持アセンブリの一部と、放射ガイドとが、領域の温度よりも実質的に低い温度にまで冷却され、
高温計が設けられており、この高温計が、ガイドからの放射を受け取るように結合されており、また処理を制御する場合に使用するために領域の温度を決定するために放射を分析するようになっている、半導体処理装置が提供される。
【００４３】
さらに、本発明の有利な実施例によれば、
対象物の領域を熱処理する方法であって、
領域を加熱し、
熱放射収集装置を領域の近傍に配置し、
対象物の領域及び放射収集装置の近傍における構造体を、対象物の領域の温度よりも実質的に低い温度にまで冷却し、
放射収集装置を使用して対象物の領域から熱放射を収集し、
収集された熱放射に応答して対象物の領域の温度を決定し、これにより、処理が、決定された温度に応答して制御されるようになっている、方法が提供される。
【００４４】
本発明は、以下の図面を参照した、本発明の有利な実施例の以下の詳細な説明からより十分に理解される。
【００４５】
図面の簡単な説明
図１Ａは、本発明の有利な実施例に基づく熱処理装置を示す概略的な縦断面図である；
図１Ｂは、図１Ａの上部の詳細を示す拡大図である；
図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ａの装置の上部区分の別の詳細を示し、また、本発明の有利な実施例に基づく装入位置と処理位置とのそれぞれにおけるウェハを示す概略的な縦断面図である；
図３は、本発明の有利な実施例による図１Ａの装置の下部区分の詳細を示す概略的な縦断面図である。
【００４６】
有利な詳細の詳細な説明
熱処理装置１０を示す概略的な縦断面図である図１Ａと、本発明の有利な実施例に基づく、図１Ａの上部８１の拡大図である図１Ｂとが今や参照される。装置１０は、排気可能な処理チャンバ１２を有しており、この処理チャンバ２には、処理したいウェハ１４がロボットアーム１８によって配置される。例えば、処理チャンバ１２は、イスラエル、Migdal Ha'EmekのAG Associates （イスラエル）Ltd. によって製造された熱処理装置“IntegraPro”に設けられているものとほぼ同様のものであってよい。ウェハ１４は、１回又は２回以上の所定の回数だけ、１つ又は２つ以上の所定の温度にまで、１つ又は２つ以上の選択されたガスの雰囲気中で加熱されることによって処理される。例えば、ウェハ１４は、１０torrのシラン中で６０秒間６２５℃にまで加熱されるポリシリコンウェハから成っていていよい。ウェハ１４は、放射透過性な窓１６を介してウェハを放射する放射ヒータ（図示せず）によって加熱されると最も有利である。一般的に、チャンバ１２に導入されるガスのうちの１つ又は２つ以上が、ウェハ１４の表面における化学気相成長（ＣＶＤ）によってウェハ１４の表面の化学的変化を生ぜしめる。
【００４７】
高温計９０は、チャンバ１２に放射的に（放射を伝達するように）結合されており、また以下に詳細に説明するようにウェハ１４の温度を測定するために使用される。有利には、ウェハ１４がチャンバ１２内に配置される前又は後に、種々異なる既知の反射率を有する複数の試験ウェハが、チャンバを開放させることなく、ロボットアーム１８によってチャンバ１２内に次々に配置される。反射率が分かっているウェハはチャンバ１２内では室温に維持されると最も有利である。ウェハは、高温計がウェハ放射率の事前知識なしにウェハ１４の温度を測定することができるように、高温計９０を校正するために使用される。
【００４８】
鉛直方向軸線２６を中心にして軸方向でほぼ対称的なウェハ支持アセンブリ２４が、ウェハ１４を収容及び保持するためにチャンバ１２内に配置されている。ウェハ支持アセンブリ２４は、鉛直方向のシャフト３２の上端部に支持されており、シャフト３２は、鉛直方向駆動装置３４によって鉛直方向に、また回転駆動装置３６によって回転方向に駆動される。シャフト３２と、シャフト３２が結合された、装置１０の下部区分８０との鉛直方向の移動は、ベローズ８２によって提供される。したがって、シャフト３２は、装置１０内で回転することができ、その際、装置１０の外部ハウジング８４は定置のままである。しかしながら、鉛直方向駆動装置３４はシャフト３２及び外部ハウジング８４に作用するので、シャフト及び外部ハウジングは同時に昇降される。
【００４９】
アセンブリ２４の基部２５は、この基部を貫通した複数の通路２７を有しており、これらの通路は、シャフト３２における管２９に接続されている。ウェハが加熱される場合に基部２５をウェハ１４の温度よりも実質的に低い温度に維持するために冷却水が管２９を介して通路２７へ送入される。
【００５０】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の有利な実施例に基づき、装入位置と処理位置とのそれぞれにおけるウェハ１４を示す処理チャンバ１２の一部の概略的な縦断面図である。ウェハ支持アセンブリ２４は、複数の支持体２０、有利には３つの支持体を有しており、これらの支持体は、軸線２６を中心に対称的に配置されており、また、アセンブリ２４に収容された個々のスリーブ２２内で鉛直方向に移動することができる。チャンバ１２に個々のウェハ１４を装入する場合、ウェハ支持アセンブリ２４は、駆動装置３４によって下降位置に位置決めされ（図２Ａ）、これにより、支持体２０は、ロボットアーム１８からウェハ１４を受け取るためにアセンブリ２４より鉛直方向上方へ延長される。支持体２０は、有利にはリングとして形成された支持ストッパ８４によって、延長した装入位置に維持される。
【００５１】
ウェハ１４が位置決めされると、ウェハ支持アセンブリ２４が駆動装置３４によって上昇させられ、支持体２０及びウェハ１４が、自重によってアセンブリ２４に対して鉛直方向下方へ移動する。ウェハ支持アセンブリ２４は、環状の滑りなしリング２８と、リング２８を基部２５に対して所定の位置に定置にかつ対称的に保持するリング保持器３０とから成っている。アセンブリ２４は、ウェハ１４がリング２８に接触するまで上昇させられる。さらに、ヘッドアセンブリを上昇させることにより、支持体２０がアセンブリ２４内に引っ込む（図２Ｂ）。ウェハ１４のための滑りなしの耐熱性の支持体を提供するために、リング２８が、硝酸アルミニウムでコーティングされた黒鉛又はポリシリコンから形成されていると有利である。基部２５、支持体２０及びリング保持器３０が、硝酸アルミニウムでコーティングされたInconel又はステンレス鋼から形成されていると有利である。当業者に明らかなように他の材料が使用されてもよい。
【００５２】
アセンブリ２４が上昇位置に位置すると、ウェハ１４は、この分野で知られているようにチャンバ１２に設けられたポート３１（図１Ｂ）を介してガスを導入してウェハ１４と接触させ、またガスを放出することによって処理される。処理中、アセンブリ４及びウェハ１４は、最も有利には、駆動装置３６によって軸線２６を中心にして回転させられ、これにより、ウェハ内の領域の、角度方向での向きを含む位置を時間と共に変化させ、これにより、ウェハ１４の温度の均一性を高め、また、ウェハ上での化学的析出の均一性を高める。
【００５３】
実質的に軸線２６上におけるウェハ１４の下面３８の温度は、以下に説明するように表面からの熱放射を測定することによって評価される。領域３８からの熱放射に対して実質的に透過性な放射ガイド４０は、シャフト３２内に軸方向に配置されている。ガイド４０は、石英又はサファイアから形成されていると最も有利であり、また、シャフト３２に定置に結合されており、これにより、ガイド４０は基部２５と良好な熱的及び機械的接触を行っており、また、ガイドはシャフト３２が回転すると回転する。ガイド４０は、３ｍｍのオーダの直径を有すると有利であり、また、ガイドの上端部４２が下面３８から７〜１０ｍｍのオーダであり、これにより、表面３８からの熱放射はガイド４０によって収集される。ガイド４０は、熱放射をガイド４０の上端部４２から下端部４４に伝達する。
【００５４】
ガイド４０の上端部４２は、ウェハ１４、基部２５、リング２８及び保持器３０によって規定された実質的に閉鎖されたキャビティ３３の部分であることによって、下面３８によって発生される放射以外の放射から遮へいされている。さらに、基部２５は、表面３８の温度よりも実質的に低い温度にまで冷却されるので、基部２５及び基部と熱接触した対象物からの固有の熱放射が、著しく低減される。したがって、表面３８からの放射以外の、ガイド４０によって受け取られる放射の部分が、遮へい及び／又は冷却が利用されていないシステムと比較して低減され、これにより、ガイド４０の下端部４４において受け取られる熱放射に基づく表面３８の温度測定の精度が著しく高められる。さらに、この分野において知られているシステムとは異なり、キャビティ３３は黒体キャビティとして働く必要がないので、キャビティが熱平衡に達する必要がなく、また基部２５の表面が特定の既知の反射率を有している必要がない。
【００５５】
図３は、本発明の有利な実施例に基づく、高温計９０へのガイド４０の結合の詳細を示す、装置１０の下部区分の概略的な縦断面図である。ガイド４０は、シャフト３２の下端部４６の下方へ突出しており、ガイド４０の下部領域４８は、ガイド保持アセンブリ５０によって締め付けられている。アセンブリ５０は、ガイドアダプタ５２と、Ｏリング５４と、ガイドハウジング５６とを有しており、これらは全て軸方向で対称的であり、これら全てをガイド４０は実質的に軸方向に貫通している。ガイド保持アセンブリ５０は、Ｏリング５４を圧縮するようにアダプタ５２とハウジング５６との間に複数のねじ６０を締め付けることによってガイド４０に定置に取り付けられており、これにより、ガイド４０の下端部４４は、実質的にハウジング５６の基部６４と整合されている。
【００５６】
さらに、アセンブリ５０は、ハウジング５６の外面に内部リング６６によって定置に結合された軸受６２、最も有利にはテーパしたころ軸受、例えば、スウェーデン、ゴーテンブルグ所在のＳＫＦ  Ｉｎｃ．によって製造された３２００４Ｘ軸受を有している。軸受６２の外部リング６８は、高温計ガイドホルダ７０に定置に結合されており、この高温計ガイドホルダには、以下に詳しく説明するように高温計放射ガイド７２が位置決めされており、高温計放射ガイドの内部区分は、領域３８からの熱放射に対して実質的に透過性である。ホルダ７０は、浮動機構７１及び結合ブラケット７６によってハウジング７４に結合されており、これにより、ガイド４０とガイド７２との間のぐらつきを排除する。
【００５７】
したがって、シャフト３２が駆動装置３６の動作下で回転すると、ガイド４０及びガイド保持アセンブリ５０も同じ速度で回転し、これに対してガイドホルダ７０及びガイド７２は定置のままである。シャフト３２は駆動装置３４によって鉛直方向に移動させられるので、ガイドホルダ７０及びガイド７２を含む下部区分８０は鉛直方向に移動させられる。
【００５８】
ガイド７２は、浮動機構７１によってホルダ７０内に調節可能に固定されており、前記浮動機構は、ガイド７２とガイド４０との軸線を実質的に整合させるために分割ハブクランプ８６と、ばね８８と、軸受６２とを有しており、これにより、ガイド７２の上端部９２は、ガイド４０の下端部４４から０．５ｍｍのオーダである。ガイド７２の内部区分がガイド４０の直径とほぼ等しい直径を有していると最も有利であり、これにより、放射がガイド４０とガイド７２との間で伝達する場合に実質的に熱放射の損失が生じない。ガイド７２はフレキシブルであると最も有利であり、これにより、ガイド７２の下端部に結合された高温計９０は、ガイドホルダ７０のいかなる鉛直方向動作中にも定置のままであってよい。例えば、ガイド７２は、約５ｍｍの外径を有する、マサチューセッツ、ローレンスのDolan-Jenner Industries Inc.によって製造されたＥＸ５２４光導管から成っている。
【００５９】
ガイド７２は、ガイド４０から受け取られた熱放射を高温計９０に伝達し、この高温計は、放射を評価して、領域３８の温度の値を決定する。ガイドは、ウェハからの熱的エミッションに加えて、ウェハからの放射の反射を測定するために、放射を高温計からウェハ１４へ伝達するために使用されてもよい。高温計９０は、領域３８の放射率が事前に分かっていなくても、領域３８の温度を評価することができるので有利である。したがって、従来公知の半導体処理チャンバとは異なり、装置１０は、温度を平衡させる必要なく又は放射率を１に近い有効値にする必要なく、ウェハの特定の所定の領域において測定された温度に基づき、ウェハ１４を処理することができる。その結果、装置１０におけるウェハ処理、特にＲＴＣＶＤ処理は、一般的に利用されているシステムにおけるよりも高速でかつ処理パラメータをより正確に制御しながら行われる。
【００６０】
有利には、高温計９０は、既知の波長及びエネルギの放射を発生する放射源を用いて領域３８を照射し、領域から反射された放射及び固有の放射に応答して領域の温度を評価する。このような高温計は、例えば、「発明の背景」において引用されたモスレヒ他による特許及びグラズマン他による記事に説明されている。高温計は、放射をガイド７２からガイド４０へ、次いで領域３８へ伝達及び照射し、ガイド４０及びガイド７２を介して、反射された放射及び固有の放射を受け取る。択一的に、高温計９０は、例えばこの分野において知られた校正の方法によって、領域の有効放射率が分かっている場合には、領域３８の温度を評価することができる。有利には、高温計９０によって評価された温度は、この分野において知られた方法によって、ウェハ１４の温度を所定の値に維持するために使用される閉ループ制御システムにおけるパラメータとして使用される。
【００６１】
前記の有利な実施例は、処理装置１０の１つの構成を示しているが、当業者は、本発明の原理が処理システムの広い範囲において適用されてよいことを認識するであろう。このようなシステムは、本発明のエレメントの幾つか又は全てを種々異なる組合せ及び構成で用いてよい。例えば、ウェハの温度を測定するために放射を伝達する場合に放射ガイドを不要放射から遮へいする方法、及び／又はウェハの近傍の領域をウェハの温度よりも著しく低い温度にまで冷却し、これにより温度測定の精度を高める方法は、多くの種々異なる処理状況において利用できるであろう。このような全ての択一的な組合せ、構成及び用途は、本発明の範囲内であると考えられる。
【００６２】
したがって、前記の有利な実施例は例として引用されており、本発明の完全な範囲は請求項によってのみ限定されるということが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明の有利な実施例に基づく熱処理装置を示す概略的な縦断面図である。
【図１Ｂ】  図１Ａの上部の詳細を示す拡大図である。
【図２Ａ】  図１Ａの装置の上部区分の別の詳細を示し、また、本発明の有利な実施例に基づく装入位置におけるウェハを示す概略的な縦断面図である。
【図２Ｂ】  図１Ａの装置の上部区分の別の詳細を示し、また、本発明の有利な実施例に基づく処理位置におけるウェハを示す概略的な縦断面図である。
【図３】  本発明の有利な実施例による図１Ａの装置の下部区分の詳細を示す概略的な縦断面図である。
【符号の説明】
１０  熱処理装置、  １２  処理チャンバ、  １４  ウェハ、  １６  放射透過性な窓、  １８  ロボットアーム、  ２２  スリーブ、  ２４  ウェハ支持アセンブリ、  ２５  基部、  ２６  鉛直方向軸線、  ２７  通路、  ２８  滑りなしリング、  ２９  管、  ３０  保持器、  ３２  鉛直方向シャフト、  ３４  鉛直方向駆動装置、  ３６  回転駆動装置、  ３８  下面、  ４０  放射ガイド、  ４２  上端部、  ４４  下端部、  ５０  保持アセンブリ、  ５２  アダプタ、  ５４  Ｏリング、  ５６  ガイドハウジング、  ６０  ねじ、  ６２  軸受、  ６４  基部、  ６６  内部リング、  ６８  外部リング、  ７０  高温計ガイドホルダ、  ７１  浮動機構、  ７２  高温計放射ガイド、  ７４  ハウジング、  ７６  結合ブラケット、  ８０  下部区分、  ８４  外部ハウジング／支持ストッパ、  ８６  分割ハブクランプ、  ８８  ばね、  ９０  高温計
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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