(57)【要約】【課題】従来技術の欠点を解消する放射加熱源を提供する。【解決手段】半導体ウエハ等の加工物を加熱するための放射源は、放射源の中心軸線の回りにほぼ同軸上に１つのアレイとして配置された複数の放射加熱要素を含む。リフレクタは、加熱要素を含むキャビティまたはチャネルを定める反射面を有し、このリフレクタは、前記中心軸線回りに延在し、ウエハによって占有される領域に加熱要素によって放出された放射エネルギーを反射するように仕上げられている壁面を含む。チャネルの反射面は、前記加熱要素の湾曲した回転表面に対して、平面および／または円筒面および／または円錐面および／または凸状の少なくとも一部分を構成し、２つ以上の隣接する加熱要素に広がる境界を定めている。
2006518552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射源に対して位置決めされた前記加工物を加熱するための放射源であって、
前記放射源の中心軸線回りにほぼ同軸上に配置した複数の放射加熱要素と、
加工物の方向に開口し、かつ前記加熱要素を含むチャネルを区画する反射面を有するリフレクタとを含み、
前記リフレクタは、前記中心軸線の少なくとも一部分の回りに延在し、前記加工物によって占有される領域に前記加熱要素によって注入された放射エネルギーを反射するために仕上げられた表面である壁面を構成し、
前記チャネルの壁面は、加工物に向かう放射エネルギーを反射する２つ以上の隣接する加熱要素に広がって回転する、平面および／または円筒面および／または円錐面の一部分からなることを特徴とする放射源。
【請求項２】
前記チャネルは、２つ以上の隣接する加熱要素に広がる加熱要素の位置から見て、１つまたは複数の凸部によって境界を定めることを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項３】
前記反射面のいくつかまたは全てが、前記放射加熱要素を支持する放射源ベースから形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項４】
前記チャネルの少なくとも一部分は、反射面を有する壁面によって境界を定め、放射源の中心軸線に垂直な断面において、前記反射面は、前記加熱要素の数に少なくとも等しい数の反射面を有する多面体の表面であることを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項５】
前記反射面は、前記放射源の中心軸線回りに回転する、内側、外側および／または底部の表面を形成する前記リフレクタの部品から形成されることを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項６】
同軸配置された異なる形状の前記リフレクタと、単一のリフレクタベースとの異なる組を含み、異なる組のリフレクタが、１つの共通のベースに設置されることを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項７】
取替え可能な反射インサートを含み、該インサートは、異なる方向に放射エネルギーの一部を再分配するために、前記リフレクタ内に同軸配置されて、回転する、平面および／または円筒面および／または円錐面および／または凸状の湾曲面を含むことを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項８】
前記チャネルを遮るように定め、かつ前記リップ部分の存在により目標物を見失った放射エネルギーが再び加工物に戻るように方向づける他の反射面に対して、エネルギーを反射させるために、前記チャネルの一部分に突き出るリップ部分を有する壁面を含むことを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項９】
前記放射加熱要素を作動させる電気コネクタから機械的に独立して、前記リフレクタに対して位置決めされる前記加熱要素を含んでいることを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項１０】
前記加熱要素は、アレイまたは加工物の中心軸線に対して傾斜させた個別の細長い電球を含んでいることを特徴とする請求項１記載の放射源。
【請求項１１】
前記リフレクタに対して前記加熱要素を支持するための中間ブッシュを含み、前記中間ブッシュは、高熱伝導材料からなることを特徴とする請求項１０記載の放射源。
【請求項１２】
前記リフレクタは、リフレクタのチャネルを少なくとも部分的に形成するリフレクタベースを含み、前記リフレクタベースは、前記チャネル内に前記加熱要素の方向を定める複数の貫通通路を含むことを特徴とする請求項１０記載の放射源。
【請求項１３】
前記中間ブッシュは、前記加熱要素の向きを固定するとともに、前記リフレクタベースの貫通通路内に配置されていることを特徴とする請求項１２記載の放射源。
【請求項１４】
放射源に対して配置された加工物を加熱するための放射源であって、
１つのアレイ内に配置され、放射源の中心軸線回りに、ほぼ同軸上に配置される複数の放射加熱要素と、
前記加熱要素を含むチャネルの境界を定める反射面を有するリフレクタとを含み、
前記リフレクタは、前記中心軸線の少なくとも一部分の回りに延在し、かつ前記加工物によって占められる領域に前記加熱要素によって放出される放射エネルギーを反射させるために仕上げられた壁面を含み、
前記壁面は、加熱要素のアレイ内の複数の加熱要素の数に少なくとも等しい数の対向面を有する多面体表面からなる偏向面からなることを特徴とする放射源。
【請求項１５】
加工物を加熱するのに使用するための方法であって、
中心軸線の少なくとも１部分の回りに延在する１つのチャネルを形成する反射面を有する放射加熱リフレクタを設け、
前記反射面は、湾曲した回転表面の加熱要素に対して円筒および／または円錐および／または凸形状の一部を形成する複数の壁面を含み、
前記加工物の領域に向けて放射エネルギーを反射させるために、チャネルの壁面が２つ以上の隣接する加熱要素の回りに広がるように、前記中心軸線の回りにほぼ同軸上に１つのリフレクタアレイとして配置されるリフレクタのチャネル内に、複数の放射加熱要素を取り付け、
前記加工物の領域に放射エネルギーを向けるために、前記加熱要素から放射エネルギーを放出するように、前記加熱要素を制御して加熱することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記加工物の領域に前記加熱要素によって放出された放射エネルギーを反射させるために、放射エネルギーの反射被膜を有する反射面を仕上げることをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記チャネルの前記反射面のいくつかまたは全部が、放射加熱要素を支持する放射源ベースから形成されていることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記加熱要素を取り付ける工程は、この加熱要素を中間ブッシュに結合し、さらにこの中間ブッシュを前記放射源ベースに取り付けることによって実行されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記中間ブッシュによって接点位置が固定される電気接点に、加熱要素を加熱するための回路を取り付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記放射源ベースによって定められる前記チャネル内に異なる形状の同軸配置されたリフレクタの異なる組をインサートし、前記リフレクタの異なる組が共通のベース上に設置されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
取替え可能な反射インサートを含み、該インサートは、異なる方向に放射エネルギーの一部を再分配するために、前記リフレクタ内に同軸配置されて、回転する、平面および／または円筒面および／または円錐面および／または凸状の湾曲面を含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記チャネルを定める他の反射面に対して、エネルギーを反射させるために、前記チャネルの一部分に突き出るリップ部分を有する前記加熱要素からエネルギーを遮ることによって、前記エネルギーが再び加工物に戻るように方向づけることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱源、特に半導体ウエハ又は同等の対象物等の加工物を加熱するのに使用する加熱源に関し、さらに、放射加熱源を用いて加工物を加熱する温度依存性を有する処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ処理におけるいくつかの形式の処理速度は、ウエハ表面の領域で、処理ガス中の活性成分の濃度又は配送速度に依存する。また、この速度は、ウエハ表面で維持される基板温度にも依存する。処理システムの目標は、ウエハ処理領域での均一な温度及び活性成分の分布を与えることである。ある環境では、取り扱う処理の温度傾斜期間中のこれらのパラメータ全体の制御を維持することが重要である。
【０００３】
不幸なことに、加熱及び処理ガスの供給は、分離した処理ツール要素の制御下にあり、かつ処理ユニットの形状及び構造に依存する。従来のウエハ処理システムの加熱及びガスの配給部品は、動作における達成時間及び表面の均一性に制限されてきた。その結果として、温度に依存する処理反応が起こる時点での処理速度は、異なるウエハ位置で異なっている。この減少は、一般的に、不均一性の処理と呼ばれる。この不均一性の処理は、プラズマの過度の露光を生じさせて次に続くウエハの損傷及び他の否定的な影響を及ぼす。ストリッピング動作中、不均一性のためにレジストの洗浄速度が遅くなり、そのため、ストリッピング処理のウエハ処理能力を減少させる。
【０００４】
処理容積またはチャンバの大部分は、ウエハと同様に、基本的に中心軸線回りに対称配置されている。加熱および活性プラズマ成分の供給等のウエハに付加される処理パラメータは、ウエハの軸線回りに対称とすべきである。一般的に、ガス／イオン種の分布及びウエハ表面上の熱交換処理のための境界条件は、この軸線回りに回転対称となる傾向にある。それゆえ、処理及び温度の不均一性は、放射成分及び方位角成分の重ね合わせとして考えることができる。
【０００５】
不均一な処理の放射方向成分は、ウエハ半径に沿って測定される。この放射成分は、特に、ウエハ直径間のプラズマ集中と温度の不完全な相互補償の結果である。例えば、ウエハの中心において温度が低いと、ウエハの中心領域でのプラズマイオン種の活性化に対して補償が必要となる。ヒータ構造が十分に補償できないか又は過度に補償されるならば、放射処理は、不均一なものとなる。
【０００６】
不均一な処理の方位角成分は、ウエハ表面上の特定の境界に沿う処理速度の偏差の度合いとして測定される。この不均一な処理の成分は、大部分は、局部的に非対称の結果であり、これは、処理室／ガス供給システムの設計に特定されるか、あるいはシステムにおける異なる寸法誤差によって生じる。例えば、このような非対称は、処理室のドア領域でのガスの流れの非対称により、または、放射線ヒータの電球フィラメント位置及び（または）電球ベースの取り付け位置における過度の寸法誤差によって生じるものである。
【０００７】
処理領域上のウエハ領域に対する温度の均一性と活性成分濃度の均一性の両方を同時に達成することは難しい。例えば、ダウンストリーム型のマイクロ波アッシャーのための、処理ガスの給排は、活性イオン種の供給において、放射方向成分と方位角成分において不均一性を生じる。この不均一な処理の放射方向成分は、ウエハ軸に関して基本的に対称である構造に対して、活性イオン種の分配における放射方向の不均一性と温度における放射方向の不均一性から生じるものであり、相互に補償され得るであろう。ウエハ表面上の熱分配の最適化において、より柔軟性を有する熱源を開発することは、要求される補償を達成するために重要となる。
【０００８】
説明を簡単にするために、次の用語、「均一加熱」及び「均一温度」は、上述した、不均一な放射プラズマの動作状態を理想的に補償するために必要な分配に比較される、加熱速度の放射分配と実際の温度との間の偏差の程度を特定するために用いられる。また、加熱及び温度における処理の均一性及び方位角の均一性は、これらの原意、即ち、対応する統計的平均値からの偏差の程度として、利用される。
【０００９】
特許文献１において、ポジティブな効果は、２つの個別のリフレクタ、即ち、楕円形状の背面リフレクタと付加的な筒状リフレクタに関連した複数の電球（バルブ）を含む放射加熱装置を用いることにより達成される。
【００１０】
また、上記特許文献１は、ある問題を例示している。それは、筒状リフレクタと組み合わされる楕円形リフレクタが、個々のパラメータ及び電球／リフレクタの各組に対する空間的な位置決めに基づいて強い局部的な処理速度を作り出すことである。これは、各組の放射方向のエネルギーが、個々のリフレクタによって、各組に対して配置された目標物の比較的狭い領域に集中されるからである。この従来技術の装置は、温度における方位角及び特に放射方向の不均一性を生じる。それゆえ、処理速度も不均一になる。
【００１１】
さらなる付加的な加熱源の不均一性は、個々のリフレクタの形状、仕上げ品質、更に、リフレクタの寸法誤差と電球取付けによる位置とその方位角が一致しないことによる。
【００１２】
また、多くの製造上及び組立上の寸法誤差としては、個々の電球の光量の強さ、フィラメントの空間位置、リフレクタ及び電球のベース設置を含み、これらが、温度の不均一性を生じさせ、そして、処理効率に影響を与える。
【００１３】
上記特許文献１に開示されている構造において、適切な処理の均一性を達成するために示された実例は、製造において、ヒータ用の電球及びリフレクタにおける個々の選択を必要としている。さらに、この特許文献１に開示されたシステムは、製造中の処理テストにおいて、ヒータの再配置を必要とし、個々の電球特性に対する処理の均一性の大きな補正及び電球のフィラメントの空間的位置における寸法誤差に偏差を生じる機械的許容公差がある。
【００１４】
リフレクタがウエハ表面から加熱室及びヒータ構造を介してフィラメントの空間的方位に延びているので、全ての各電球の位置決め公差を最小にすることは難しいと思われる。
【００１５】
新しく組立てられたヒータに対するランダムな寸法誤差の組み合わせは、高い不均一性を生じて、製造中に全体の組立体が廃棄されることになる。この場合、個々の部品の配置及び選択が十分ではない。特許文献２には、焦点合わせされたリフレクタを備えて、２つのレベルゾーンを制御することが可能な放射加熱装置が記載されている。
【００１６】
実際の経験が示すように、この形状を用いる有効な利用では、高価なツールに対してのみ受け入れられる個々に製造されたリフレクタに対して実行されるゾーンマップ形式を必要とする。さらに、ウエハ温度の上昇時にゾーンに分かれる出力ゾーンは、加熱に対して、効率の悪い出力状態を示す。より低いウエハ温度を有する領域に対して、過度の熱を光学的に再分配する代わりに、部分的に利用可能なエネルギーを単純に用いることはできない。その理由は、配列された複数の電球のいくつかに印加されるゾーン出力が100％以下だからである。
【００１７】
これは、皿形状をした１つの壁の非対称構造の問題であり、中心軸に向かう放射エネルギーが設計者の制御下にないため、エネルギーは、改良された均一性を維持してウエハの適当な領域に再度向けられることはない。
【００１８】
筒状又は皿形状のリフレクタを用いる他の問題点は、電球エネルギー部分の損失であり、このエネルギーは、ウエハ平面に平行又は平行に密接して向けられる。この放射エネルギー部分は、放射エネルギーがヒータから離れてウエハの方向に向かう前に、リフレクタ表面上で部分的に吸収される多くの背面リフレクタ及び他の電球により吸収される。
【００１９】
このような電球アレイの全体の有効な加熱は、ウエハを加熱することなく失われる吸収されたエネルギーによって低下する。
【００２０】
特許文献２に適合して組み立てられた装置の分析では、部品毎の偏差の主たる影響が、方位角温度の不均一性であることを示している。この不均一性は、電球の各リングに対して個別に焦点合わせされたリフレクタを用いることにより、電球の各リング間のウエハ領域において大きくなる。
【００２１】
各電球に対して、リフレクタ表面のパラボラ領域間の方向において各電球に集束作用により不均一さを増幅させる効果があることに注目してほしい。
【００２２】
これらの従来システムにおいて、加熱要素は、電気ソケットに差し込むことにより位置決められ、次に、ソケットがリフレクタアセンブリに取り付けられる。不均一な加熱を発生させる付加的な許容誤差は、電気ソケット位置に対する電球取付け面の寸法誤差である。
【特許文献１】米国特許第６,０２３，５５５号明細書
【特許文献２】米国特許第６,２５９，０７２Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述した従来技術の欠点を解消する放射加熱源を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明は、ウエハ等の加工物の平面を横切る放射方向及び方位角方向の両方における加熱条件に適合する放射加熱装置を提供する。反射内側壁面と、最適形状の内側壁面および外側壁面と、底部の反射面とを結合させた、角度付き放射エネルギー電球（放射加熱装置が底面に向けられている第１実施形態）を用いることによって、よりコンパクトな設計で、ウエハ表面上に均一な熱分布を与える。本発明の第１実施形態に従って構成された放射ヒータは、より均一な処理速度と加熱効率を与えるとともに、ウエハ表面を横切るより均一な処理パラメータを有する。
【００２５】
本発明の第１実施形態のリフレクタ構造は、より均一な処理条件と高い効率のエネルギーの使用を与えるように形作られた平面／回転面を含んでいる。
【００２６】
比較的平坦な非集束平面、円錐、円筒、または凸状の湾曲リフレクタ表面が、加熱要素の一群または全てからの加熱エネルギーを反射し、加工物領域で個々の電球エネルギーを合焦させることがない。凸状（加熱要素の位置から見て）の内壁面は、ウエハ表面の広い領域に対して各電球のエネルギーを拡散させ、そして、各電球からウエハに熱の集中を少なくして熱をスムーズに分配する。
【００２７】
この作用は、円筒状の外側壁型構造を含む、従来のパラボラ形、楕円形、または同等の凹面（加熱要素の位置から見て）の集束特性とは反対である。従来の凹面から反射した各電球からのエネルギーは、ウエハのより小さな領域に集中し、そして、この集中した領域で他の各電球の関与もわずかであるが等しい。本発明の実例は、従来例の加熱装置によって生じる非均一性を少なくするが、これは、製造および組立作業から生じる個々のあるいは複数の許容誤差によって生じる。各現場での加熱は、多数の電球からのエネルギーの増大した重なり合いの結果である。これは、電球／リフレクタの個々の特性の偏差を少なくさせるからである。焦点外れは、外側壁の反射表面が凸状（加熱要素の位置から見て）となるように作られる。１つの実施形態において、中心軸線回りに回転する湾曲したラインから形成される凸状外側壁部分が用いられる。これは、回転する底面および内面上で用いられ、さらに、内側円筒または円錐形の凸面に垂直な方向により凸状（電球の位置から見て）になる。これは、底面および外側反射壁面上で反射した放射線の付加的な焦点外れまたは発散を生じる。
【００２８】
さらに、一般に用いられる外側反射面および底部反射面に加えて内側反射面を用いると、底部反射面を備えても、または備えていなくても良い２つの壁面チャネルのようなリフレクタ形状を生じる。この内側壁面は、電球からの放射線が再び反射する際により柔軟な方向性を与える付加的な特徴を有する。本発明の反射面の形状および位置を最適化すると、内側壁面無しのリフレクタよりも、均一な熱分配およびより高い全体的な加熱効率を達成できる。「壁」および「底面」の用語は、１つの実施形態に記載されるものであり、ここで、加工物は、ヒータ源の上方で水平に配置される。しかしながら、本発明は、適当な用語、他の方向性において有益であり、別の方向に本発明の構成要素を設けることできる。
【００２９】
即ち、本発明の目的は、共通な反射面を、加熱要素の全部または少なくともいくつかに用いて、均一な加熱を与える多数の加熱要素を設けることである。例示する実施形態は、１つのチャネル型反射面を含み、これにより、個別のまたは組み合せの組立誤差を少なくして、均一な目標温度に加熱することができる。
【００３０】
少なくともいくつかの反射面は、ヒータの軸線回りに回転する表面によって形成される。チャネルリフレクタの断面形状は、直線および曲線に結合し、特定された利用のためのウエハ表面全体に、放射熱の強さを与える分布となるように選択される。
【００３１】
製造作業のために、上記のように回転する表面の形状は、多面体表面に近似させることができ、面の数は、例えば、加熱要素の数に一致されることができる。
【００３２】
更に、本発明の目的は、異なるタイプの処理のために用いられる加熱要素、および／または、反射面が、個別の同軸配置のリング、平面、または回転面の組み合せ、あるいは共通の軸線を有する多面体によって形成されるツールを提供することである。
【００３３】
更なる本発明の目的は、異なる処理および利用のために反射エネルギー分布を変えるために、複数のインサートを備えることによって改良される放射加熱源を提供することである。
【００３４】
さらに、本発明の目的は、加熱する対象表面に関係してフィラメントの配列をより合致させるために、電気コネクタから独立した特定位置に設けられる加熱要素を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図Ａは、半導体処理室において、ウエハを加熱するための従来の放射ランプアレイを示す平面図である。図Ｂは、図Ａの装置の斜視図を示す。これらの図は、ペネロン他に付与された米国特許第６,０２３，５５５号に示された図と同一である。この特許明細書は、参考として、ここに包含されている。上記各図において、放射源の加熱要素の半分が示され、他の半分は、図Ａ及び図Ｂに示されたものと同一である。図Ａの平面図において、８個の個別の加熱要素１の４つが図示されている。上記米国特許明細書に記載されているように、これらの加熱要素は、水晶の多面体電球である。
【００３６】
図Ａおよび図Ｂには、隣接する筒状のリフレクタ３に結合される楕円形の背面リフレクタ２が図示されている。リフレクタ３は、関連する加熱ランプの細長い軸線に平行な方向に伸びた複数の反射面を有する。楕円形及び筒状の各リフレクタは、関連した単一の電球加熱要素に取り付けられ、半導体ウエハの方向に放射エネルギーをそれぞれ集中させるように作動する。
【００３７】
図Ａ及び図Ｂに示す従来のリフレクタ２,３は、リフレクタに関連した電球の近くおいて、ウエハ表面にかなり強い放射エネルギーを集中させることができる。図Ａに示したランプアレイ内の他のランプからウエハに供給される熱の重なり合いは、最小化される。電球出力、フィラメント、およびリフレクタ位置における個々の許容公差は、対応する電球のウエハ領域に隣接する個々のリフレクタの合焦作用により比較的大きくなる。十分な放射、特に方位角方向の均一性は、このような装置によって達成することは非常に難しい。
【００３８】
従来の筒状リフレクタおよび内側壁面を有しない皿形状のリフレクタは、放射エネルギーの損失が発生する。これらのリフレクタは、黒体と同様な機能するからである。ウエハの平面に平行またはほぼ平行に向けられる、電球からのエネルギーは、このエネルギーがリフレクタから離れる前に多くのリフレクタに向かう。多くのリフレクタでは、熱がリフレクタの壁面に吸収されるので、熱の損失を避けることができず、その結果、放射源からの電力出力の幾分が浪費される。
【００３９】
図Ｂに示す図から明らかなように、各電球は、電気ソケットにはめ込まれ、そして、装置のベースに固定される。このリフレクタ２は、電球取付ベースからはなれた取付ブラケット５に固定される。ウエハ−室−ベースソケット−フィラメントからウエハ、およびウエハ−室−ベースブラケット−２つのリフレクタからウエハに至るつながりの各リンクを考慮すると、加熱対象物に対するフィラメント−リフレクタの相互位置およびそれぞれの位置を正確に与えることは難しい。これは、ウエハ温度及びアッシング率の不均一の付加的な原因となる。
【００４０】
すでに注目したように、構成部品の許容公差の組み合わせにより、不均一なウエハへの放射が生じ、そのため、均一性が僅かで受け入れ難いものとなり、製造試験中にアレイの再配置が頻繁となり、更に、製造中の処理性能試験中、加熱組立体が使用不可能となる場合もある。従来装置において受け入れられた不均一性の値が、本発明が提案する実施形態により実行された試験の結果と比較される。
【００４１】
図１Ａは、放射源１１０に対して位置決めされた半導体ウエハ１１２(図５）を加熱するための放射（エネルギー）源１１０を示している。この放射源は、中心軸線１２２の回りにほぼ同軸配置される１つのアレーで配置された複数の放射加熱要素１２０を含んでいる。また、放射源１１０は、機械加工されたアルミニウム本体から構成されたベース１３０を含んでおり、このアルミニウム本体は、ウエハの方向以外の全ての方向から加熱要素を仕切り、２つのチャネルまたはキャビティ１３２を形成する。内側壁面及び外側壁面に沿ってキャビティを仕切る外側及び内側のチャネル壁１３４は、図示する実施形態において、中心軸線１２２の回りに延び、加熱要素１２０によって放出された放射エネルギーを、ウエハ１１２によって占有される領域に反射する。本発明の例示する実施形態では、少なくともいくつかの壁は、中心軸線１２２の回りに回転することによって形成される円筒表面および／または円錐表面によって定められる。
【００４２】
図１Ａ及び図１Ｂにおいて、見られるように、本発明の実施形態では、本体は、ベース１３０を一緒に形成する２つの対称な半割体１３１ａ、１３１ｂによって形成される。２つの対称構造は、処理排気ラインの底部中央位置に整合したダウンストリーム型のプラズマアッシャーに適している。１つの部品構造の場合には、更に製造に対して適切であり、コストを低下させる。
【００４３】
図２及び図５において、キャビティを仕切る反射面は、平らな底部壁面１３４ａと、ほぼ垂直な円筒形外側壁面１３４ｂ及び円錐形壁面１３４ｄから作られる外側壁面と、円錐形内側壁面１３４ｃと、上方位置の背面反射円錐表面１３４ｅとを含んでいる。円錐形表面１３４ｅは、電球の領域に向けて放射線を反射させる突出部を有するリップを形成する。このリップは、チャネルの領域に戻るように目標物を遮る放射を可能にしており、その結果、放射線が反射面から再び反射して、ウエハに再度戻るように向けられている。
【００４４】
この特徴は、高出力で効果的なコンパクトなヒータを作り出すために重要であり、ウエハ加熱速度を増加させ、さらに、ツールの生産能力を改善する。この目的を達成するために、より多くの電球が用いられると、このヒータ及びヒータの出力のための光学ダイヤフラムは、より大きくなり、そして、ウエハの寸法を越える。このリターン用リップがないと、ヒータから放出されるエネルギーの一部は、ウエハ領域からはずれ、そして、ヒータ源のエネルギーを損失させるとともに効率を低下させる。より多くの電球を使用すると、エネルギーの損失は更に大きくなる。
【００４５】
リップの形状は、必ずしも円錐でなくてもよく、均一の条件を最適化させるものであればよい。このリップの内径は、全ての光線を戻すために選択されることが好ましく、そうでなければ、この光線はウエハに戻ることができない。リップの利用は、リフレクタの光学的ダイヤフラムがウエハよりも大きい場合には、より有効となる。
【００４６】
本発明の例示的な実施形態において、壁面１３４ａ〜１３４ｅは、金メッキされたプレートであり、高い効率でこれらの壁面からの熱を反射させる。図面に示されたこの反射壁面は、軸線１２２に同軸配置され、上述したように、反射チャネルの内側、外側、底部の各表面を形成しており、電球パターンをウエハに面する方向に延びている３つの面で仕切ることになる。同一の軸線回りに配置された１つ以上の略円形の電球アレイは、反射チャネル内で、例えば、より大きなウエハ寸法のための機械または付加されるより小さな電球の場合に用いることができる。
【００４７】
加熱要素１２０は、アレイの中心軸線１２２に対して角度Ａ１（図６）で方向付けられている中心軸を有する細長い電球１３８（図９）を含んでいる。本発明の実施形態によれば、図示の反射チャネルまたはキャビティ１３２内に円形の対称パターンに配置されている１２個の電球がある。
【００４８】
アルミニウム本体を構成する半割体１３１ａ、１３１ｂは、反射本体に作られたチャネル１３５を通って流れる水により水冷される。加熱要素１２０の各々の細長い電球１３８は、通路または開口１４０（図８Ａ）に向けられている。この開口は、２つの半割体１３１ａ、１３１ｂの一方の底部から、ベース１３０に設けた反射キャビティ／チャネルに通じるように上方に伸びている。
【００４９】
加熱要素１２０は、ＵＳＨＩＯから部品番号J1H240V-1000WCHとして市販されているハロゲン電球１３８を含む。これらの電球は、中間ブッシュ１５０（図９）によって反射ベースに固定される。ブッシュ１５０は、アルミニウム等の高熱伝導材料から作られ、過熱を防止するために電球シールから離れて熱を伝達する。ブッシュ１５０は、電球のベース１５４に収容するためにブッシュ本体を通って延びるスロットを有する。電球の向きは、ブッシュに設けた開口１５８を通るネジ１５６によって固定される。その結果、電球のベースがブッシュにはまり込み、ネジがベースに食い込む形で固定される。これにより、電球の向きと位置が固定される。ベースから伸びる接触ピン１６０はソケット１５２に係合しており、このソケットは、電球１３８を制御して作動させるための回路に結合されている。
【００５０】
電気ソケット１５２は、ブッシュ１５０に設けた電球支持体を介して電球に取り付けられるので、電球の向きに影響を与えない。この個別の取付けにより、ウエハに対して電球フィラメントを長い寸法にわたって整合させるために必要な許容寸法を維持しなくてもよい。ここで開示する構造は、ウエハへの温度均一性及び処理性能の均一性を改善する。
【００５１】
上述の好ましい実施形態に対して、アレイの中心軸線１２２から電球までの距離、中心軸線１２２に対する所定の電球１２０ａの中心軸の角度Ａ１、及び反射円錐表面及び円筒表面の直径と角度が、実験的に選択されて、従来のヒータ構造として用いることができる異なる２つの形式の処理室の利用のために、レジスト除去の均一性を含むレジスト除去、またはアッシング性能を最適化させる。内側表面は、ウエハによって占有される目標物領域にわたり分布する均一な放射エネルギーを達成するために、ヒータの能力を高めることができる。
【００５２】
図面に見られるように、所定の電球の近くにあるウエハ加熱領域は、アレイまたはその構造によって、アレイ内の他の電球からの放射線に対して遮蔽されない。ウエハ上のある点での放射線の強さは、与えられた領域に注がれる全ての電球からの放射線の合計量に等しい。更に注目すべき点は、チャネルを仕切る底部表面及び側部表面は、電球の焦点調整に影響を与えないことである。これは、このような表面がリフレクタに組み込まれるならば、楕円形、パラボラ形、または他の湾曲した凸表面の場合とは異なるであろう。上記２つのファクターにより、個々の電球の出力許容差を生じさせ、かつ個々のフィラメントの整合許容差をある程度相互に補償でき、また、ウエハ温度の均一性に与える影響を少なくして、処理の均一性を維持する。
【００５３】
図１３は、放射エネルギー源１１０を含む処理室２１０を示す。この放射源１１０は、図１３に示され、凹部２１２を含む処理室の頂部に関して配置されている。処理室を用いている間、凹部またはキャビティは、複数の貫通孔を有するバッフル板(図示略)によって上方から仕切られている。処理ガスは、バッフル板に設けたこれらの孔を介してウエハによって占有された領域に流れる。
【００５４】
処理室２１０の側面にあるゲート(図示略)は、開閉することによって、キャビティ内に伸びるウエハ通路２１６を介してウエハを処理室に挿入したり、排出することができる。ロボットアーム(図示略)が室内部に挿入されると同時にウエハを動かして、ウエハを水晶の窓２１８上に配置する。この窓は、この窓上にウエハが載置される立上りピン２２０を有している。放射源ランプ１２０からの熱は、選択されたウエハ領域からフォトレジストを除去する工程等のウエハ処理中、水晶窓２１８を通過する（この窓は、ランプ上に配置され、ウエハ処理容積部分からヒータランプを分離する。）。
【００５５】
図１１Ａは、図Ａ及び図Ｂに関連して上述した従来のヒータを用いて実行されるフォトレジスト除去のテスト処理の結果を示している。グラフの各線は、異なる放射方向（例えば、0,45,90、...315の角度）で除去されるフォトレジストの厚さを示している。このウエハ全体の標準的非均一性のフォトレジスト除去特性は、ほぼ、この種の処理室に対する電流特定値となる。図１１Ａは、受入れ可能な偏差を示すが、図Ａおよび図Ｂの従来システムでは容易に達成されるものではない。新しく作られたアレイ（未調整）の処理のテスト結果では、30〜70％より大きい範囲となるために、この偏差は、受け入れ難い。図Ａ及び図Ｂに示すような従来例のシステムを用いて、多数の電球及びリフレクタの位置の再調整の試みは、通常、図１１Ａに示す除去されるフォトレジスト量の受入れ可能な非均一性が達成される前に必要とされる。
【００５６】
本発明において、同一の条件で得られた改良された結果が、図１１Ｂに同一スケールで示されている。この図は、取り除かれたフォトレジストの厚さの放射方向分布を示す。見られるように、図１１Ａの約1／2の偏差が得られる。図１１Ｂの結果は、全体として、図Ａ及び図Ｂに関連して論じられた従来技術のアレイによって達成される非均一性が、ほぼ半分になっている。
【００５７】
同一の実行で処理される同一対のウエハに対する方位角成分の非均一性についての比較が、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されている。図１２Ａでは、ウエハの外側、中間半径、及び内側の領域に対して取り除かれる方位角偏差量の範囲は、現在の仕様における非均一性に対応する。これらのテスト結果は、図Ａ及び図Ｂに示される従来のヒータアレイを用いて得られた。
【００５８】
他の条件を維持しながら、本発明の実例によって達成されたテスト結果は、外側、内側、および中間半径の円形パターン測定（図１２Ｂ）に対応するものよりも、それぞれ概略、2.7倍、1,7倍、及び2.5倍良くなっている。
【００５９】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂのこれらのテスト結果が示すように、従来例に比較して本発明は、放射方向および方位角方向の両成分における非均一性がかなり改善されている。
【００６０】
本発明を用いると、図Ａと図Ｂの実施形態によるプラグアンドプレイの結果に比較して30〜75％だけ、全体のプラグアンドプレイの非均一性を少なくすることができる。この全体のプラグアンドプレイの結果は、図Ａおよび図Ｂで用いられた実施形態とは一致していないが、１つの電球アレイから次の電球アレイで一定である。従来システムにおけるプラグアンドプレイの結果は、しばしば仕様の範囲外となる。製造時における多くの再調整では、獲得された結果を保証することができない。特定された均一性が達成されたときでさえ、本発明を用いた均一性は、25〜40％だけ良くなり、そして、プラグアンドプレイが達成される。
【００６１】
ウエハのバルクストリップ処理は、最も短縮可能な時間周期に対するウエハ表面からの完全なレジスト除去を必要とする。この処理期間は、ウエハ表面状の最低処理速度によって決定される。同一の平均アッシング率において、より多く均一な処理がなされたウエハは、より早くレジストを完全に除去できることになる。この理由は、改良された均一な処理が、本発明では達成されることになり、従来の装置よりもより高い処理能力を与えるからである。
【００６２】
均一な処理に加えて、例示する実施形態は、約40％だけウエハ温度が増加する時点で、ランプ効率を増加させる。この結果は、図示した実施形態と同一の空間または容積を占める米国特許第６，０２３，５５５号明細書の従来技術に比較した場合において、達成される。
それゆえ、本発明は、全体の処理時間を減少し、かつツールの生産量を増大させる高い熱効率を有するコンパクトなヒータを与える。
【００６３】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、チャネル１３４内に適合するインサート３１０,３１２，３１４を含む本発明の他の例示的な実施形態を示す。これらのインサートは、適当な固定具で固定される(図示略)。図１４Ａに示した構成において、インサート３１０は、ほぼ垂直な壁面３１０ａと、円錐部分を形成する壁面部分３１０ｂとを有する。図１４Ｂにおいて、チャネル形状は、２つのインサート３１２，３１４を用いて修正される。このインサート３１４は、内側壁面１３４ｃの形状を変え、この壁面１３４ｃの放射線の反射特性を調整する。第２のインサート３１２は、ほぼ垂直な外側壁面１３４ｂを修正すると同時に壁面１３４ｄの傾斜を変える。放射エネルギーを注入する電球に対面するインサートの壁面は、金メッキで仕上げられ、あるいは被覆されて、これらの表面から放射エネルギーの効率的な反射を与えることができる。
【００６４】
放射源１１０における放射エネルギーの反射特性は、チャネル１３２(図２）のための新た支持体壁面寸法または形状に基づく制御された形式で修正される。この装置の目的は、異なる処理応用または異なるツールに対する内部リフレクタ構造のアレイを再使用するために、費用効率及び効果的な方法を与えることである。
【００６５】
図１５および図１６において、これらの図は、本発明の他の実施形態を示し、チャネル１３２の内側壁面および外側壁面を形成する反射壁面１３４ｃ、１３４ｄが、加熱アレイ内の多数の加熱要素に等しい多数の対面またはファセットを備える多面体表面によって形成される。図１５および図１６の実施形態は、放射源をもっと経済的に製造するのに望ましいものとなる。
【００６６】
図１７Ａ〜図１７Ｃは、本発明の他の使用例を示す。ベース３３０は、図１７Ｃに図示されている。このベース３３０は、図１７Ａおよび図１７Ｂのぞれぞれに示された２つのチャネル形成部材３３４、３３６のいずれかを支持する頂部面３３２を有する。図１７Ａの実施形態では、チャネル形成部材３３４は、円錐形状の外側壁面３５２に合致するほぼ垂直な外側壁面３５０を有する。内側壁面３５４もまた円筒形状であり、チャネルの周囲内に離間した多数の加熱源を収容するチャネルのための傾斜した内側境界面を形成する。
図１７Ｂの実施形態において、チャネル境界面の垂直部分３６０は、図１７Ａの垂直な外側壁面３５０よりも短く、そして、円錐形状の内側壁面３６２は、図１７Ａの内側壁面３５４よりも大きい傾斜面を有している。
【００６７】
２つのチャネル形成部材３３４、３３６の各々は、それ自体、放射エネルギーの反射特性を有し、かつ異なる処理操作のために選択的に選ばれて、例えば、適当な固定具によってベース３３０に取付けられる。このベースは、再使用され、かつこのような装置を単純化する修正のために使われる。
【００６８】
図１８は、放射源リフレクタの外側壁面部分３７０の使用を説明する。このリフレクタの少なくとも一部分は、回転する湾曲した表面から作られる。それは、部分的に、楕円形、パラボラ形、円形または他の湾曲面の一部を部分的に形成する。図１８を見ると、放射源の反射面は、また、中心軸線回りに回転するストレートラインの部分を含み、円筒、円錐、または水平の各表面を形成する。この図１８に示す湾曲した線は、電球の方向に凸面で対面している。従来の、例えば、家庭用および他の放射ヒータは、電球に対して凹面で対面するパラボラ形、楕円形、または同様な形状を用いており、それゆえ、光を特定の領域に集中させる。図１８における形状のような凸面を用いると、与えられた電球からの個々の要素のエネルギーをより大きな領域の範囲に広げることができ、全ての要素から上に配置されて、よりスムーズでより均一な加熱分布を作ることができる。
【００６９】
しかしながら、上述した記載について、これらの記述は、例示のためのものであり、本発明は、個々に記載の特定の実施形態に制限されるものではない。種々の再配置、修正、および代替物は、添付の請求の範囲およびそれらの等価物によって定められる本発明の範囲から逸脱しない上述の記載に関して実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図Ａ】処理中の半導体加工物の放射加熱に用いられる従来の放射加熱装置の平面図を示す。
【図Ｂ】図Ａに示された従来技術の実施形態の斜視図である（図Ａ及び図Ｂは、米国特許第６，０２３，５５５号の図４及び図５である。）。
【図１Ａ】本発明の例示的な実施形態に従って構成された放射加熱装置の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した放射加熱装置の２つの対称部品の一方を示す斜視図である。
【図２】図１Ａの放射加熱装置のベース、即ち、取付け構造の斜視図である。
【図３】取付ブッシュ及び電気ソケットを含む加熱要素の配列を示す斜視図である
【図４】図１Ａに示した放射加熱装置の上面図である。
【図５】図４における線５−５から見たウエハ位置を示す断面図である。
【図６】加熱装置から取り除かれるランプ及びランプ取付ソケットを示す放射加熱装置の断面図である。
【図７】図１Ａの放射加熱装置の底面図である。
【図８】８Ａ及び８Ｂは、ランプ取付ベースの断面図であり、８Ｃは、図８Ｂの線６−６から見た断面図である。
【図９】ランプ、ランプ用電気ソケット、電球固定用ネジを有するランプ取付ブッシュの分解組立斜視図である。
【図１０】10Ａ、10Ｂ、10Ｃ、10Ｄは、ランプを支持するソケットの頂部、側面、底面、及び他側面の各図である。
【図１１】11Ａ及び11Ｂは、従来技術と対比する本発明の試験データを示すグラフである。
【図１２】12Ａ及び12Ｂは、従来技術と対比する本発明の試験データを示すグラフである。
【図１３】半導体ウエハ等の加工物を加熱するための処理室の斜視図である。
【図１４】14Ａおよび14Ｂは、反射チャネルの内部に同軸配置された異なる形状の置換可能な放射加熱装置の２つの代替例を示す図である。
【図１５】多面体の表面として反射表面134ｃ、134ｄが形成されたアレイおよびアレイベースの上面配置図である。
【図１６】多面体の表面として反射表面134ｃ、134ｄが形成された他のアレイおよびアレイベースの上面配置図である。
【図１７】17Ａ、17Ｂ、17Ｃは、加工物の領域に別の放射エネルギーを配給するのに用いられる多数の反射チャネル部材を有する、単一リフレクタベースを用いる例を示す図である。
【図１８】放射加熱要素に対面する凸表面を、リフレクタの外側壁面の部分に有するリフレクタの概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１１０  放射エネルギー源
１１２  半導体ウエハ
１２０  放射加熱要素
１２２  中心軸線
１３０  ベース
１３１ａ、１３１ｂ  半割体
１３２  チャネル
１３４  チャネル壁面
１３４ａ  底壁面
１３４ｂ  垂直円筒壁面
１３４ｃ  円錐内側壁面
１３４ｄ  円錐外側壁面
１５０  ブッシュ
１５２  ソケット
１５４  ベース
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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】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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