(57)【要約】加熱段階または冷却段階、あるいはその両段階中に、基板の温度応答を制御可能な熱処理方法について説明する。この方法により、基板の熱使用量は減少し、基板上に形成される素子の特性および性能が改善される。特に、基板と熱供給源（例えば、水冷反射器プレートアセンブリ）との間の熱伝達速度を制御することによって、熱処理中の基板の温度応答が制御可能である。基板と熱供給源との間の熱伝導度を変化させる、または熱供給源の表面の放射率を変化させる、あるいは基板と熱供給源との間の距離を変えることによって、熱伝達速度を変化させることが可能である。基板と熱供給源との間に位置する熱移送媒体（例えば、パージガス）の特性を変えることによって、熱伝導度を変化させることが可能である。例えば、基板と熱供給源との間のパージガスの組成、または圧力を変えることによって、熱伝導度を変化させることが可能である。１つの実施において、基板は熱スケジュールに従って加熱され、熱スケジュール中に熱処理システム内の基板と熱供給源との間の熱伝達速度が変化する。別の実施において、第１のパージガスが熱処理システム内に供給され、基板が熱スケジュールに従って加熱され、第１のパージガスとは異なる第２のパージガスが熱処理システム内に供給される。
2004503108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理システム内で基板を熱処理する方法であって、
熱スケジュールに従って前記基板を加熱する工程と、
前記熱スケジュール中に、前記熱処理システム内で前記基板と熱供給源との間の熱伝達速度を変化させる工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記熱伝達速度は、前記基板と前記熱供給源との間の熱伝導度を変えることによって変化する、請求項１の方法。
【請求項３】
前記熱伝導度は、前記基板と前記熱供給源との間の熱移送媒体の特性を変えることによって変化する、請求項２の方法。
【請求項４】
前記熱移送媒体はパージガスを含み、前記熱伝導度は、該パージガスの組成を変えることによって変化する、請求項３の方法。
【請求項５】
前記熱移送媒体はパージガスを含み、前記熱伝導度は、前記基板と前記熱供給源との間の該パージガスの圧力を変えることによって変化する、請求項３の方法。
【請求項６】
前記熱供給源は、処理チャンバー内で比較的低温の表面を含み、前記基板と該比較的低温の表面との間の熱伝導度は、前記熱スケジュールの冷却段階中に大きくなる、請求項１の方法。
【請求項７】
前記熱伝導度は、前記基板と前記比較的低温の表面との間に比較的大きい熱伝導度を有するガスを供給することによって大きくなる、請求項６の方法。
【請求項８】
第１のパージガスは、前記熱スケジュールの加熱段階中に前記基板と前記比較的低温の表面との間に供給され、第２のパージガスは、前記熱スケジュールの冷却段階中に前記基板と前記比較的低温の表面との間に供給され、該第２のパージガスは、該第１のパージガスよりも大きい熱伝導度を有する、請求項６の方法。
【請求項９】
前記第１のパージガスは、窒素、アルゴン、キセノンから選択され、前記第２のパージガスは、ヘリウム、水素から選択される、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記熱伝達速度は、前記熱供給源の表面の放射率を変えることによって変化する、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記熱伝達速度は、前記基板と前記熱供給源との間の距離を変えることによって変化する、請求項１の方法。
【請求項１２】
熱処理システム内で基板を熱処理する方法であって、
該熱処理システム内に、第１のパージガスを供給する工程と、
熱スケジュールに従って前記基板を加熱する工程と、
前記熱処理システム内に、前記第１のパージガスとは異なる第２のパージガスを供給する工程と、
を含む方法。
【請求項１３】
前記第２のパージガスは、前記熱スケジュールの冷却段階中に前記熱処理システム内に供給される、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記第２のパージガスは、前記基板の温度がターゲットピーク温度まで加熱された時に、またはその前後に、前記熱処理システム内に供給される、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記第２のパージガスは、前記基板の温度が下降している間に、前記熱処理システム内に供給される、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第１のパージガスは、前記熱スケジュールの加熱段階中に前記熱処理システム内に供給される、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記第２のパージガスの熱伝導度は、前記第１のパージガスの熱伝導度よりも大きい、請求項１２の方法。
【請求項１８】
前記第２のパージガスは、ヘリウムまたは水素、あるいはその両方を含む、請求項１７の方法。
【請求項１９】
前記第１のパージガスは窒素を含み、前記第２のパージガスはヘリウムを含む、請求項１７の方法。
【請求項２０】
前記第２のパージガスは、前記熱処理システム内で前記基板の表面と熱供給源との間の該熱処理システム内に供給される、請求項１２の方法。
【請求項２１】
前記第１のパージガスは、前記熱スケジュールの加熱段階中に、前記基板の表面と前記熱供給源との間の前記熱処理システム内に供給され、前記第２のパージガスは、前記熱スケジュールの冷却段階中に、前記基板表面と前記熱供給源との間の前記熱処理システム内に供給される、請求項２０の方法。
【請求項２２】
熱処理システム内で基板を熱処理する方法であって、
第１のパージガスを該熱処理システム内に供給する工程と、
前記基板をターゲット温度まで加熱する工程と、
前記基板の温度が該ターゲット温度まで加熱された時に、またはその前後に、前記熱処理システム内に、前記第１のパージガスよりも高い熱伝導度を有する第２のパージガスを供給する工程と、
を含む方法。
【請求項２３】
前記第２のパージガスはヘリウムを含む、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記第１のパージガスは窒素を含む、請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記第１のパージガスの前記熱処理内への供給は、前記基板が前記ターゲット温度まで加熱された時点で、またはその前後で終了する、請求項２２の方法。
【請求項２６】
熱処理システム内で基板を熱処理する方法であって、
前記基板をターゲット温度まで加熱する工程と、
前記基板が該ターゲット温度まで加熱された時に、またはその前後に、前記熱処理システム内の前記基板の表面と熱供給源との間の該熱処理システム内に、該基板の表面と該熱供給源との間の熱伝導度を大きくするパージガスを供給する工程と、
該パージガスが前記熱処理システムに供給される速度と略同一の速度で、該熱処理システムから該パージガスを除去する工程と、
を含む方法。
【請求項２７】
前記パージガスは、比較的大きな熱伝導度を有する、請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記パージガスはヘリウムを含む、請求項２７の方法。
【請求項２９】
前記パージガスは、熱スケジュールの冷却段階中に前記熱処理システム内に供給される、請求項２６の方法。
【請求項３０】
前記パージガスは、前記基板が前記ターゲット温度である時間を最短にするために、比較的速い流入速度で前記熱処理システム内に供給される、請求項２６の方法。
【請求項３１】
前記パージガスは、前記基板が前記ターゲット温度まで加熱される約１〜３秒前に、前記熱処理システムに供給される、請求項２６の方法。
【請求項３２】
前記パージガスは、前記基板が前記ターゲット温度まで加熱される約１〜２秒前に、前記熱処理システムに供給される、請求項２６の方法。
【請求項３３】
前記パージガスは、前記基板が前記ターゲット温度まで加熱される約１〜１．５秒前に、前記熱処理システムに供給される、請求項２６の方法。
【請求項３４】
熱処理システム内で基板を熱処理する方法であって、
第１のパージガスを該熱処理システム内に供給する工程と、
前記基板をターゲット温度まで加熱する工程と、
前記基板が該ターゲット温度まで加熱された時に、またはその前後に、前記第１のパージガスより大きい熱伝導度を有する第２のパージガスを、前記熱処理システム内の該基板の表面と熱供給源との間の該熱処理システム内に供給する工程と、
前記第２のパージガスが前記熱処理システムに供給される速度と略同一の速度で、該熱処理システムから該第２のパージガスを除去する工程と、
を含む方法。
【請求項３５】
前記第１のパージガスは窒素を含み、前記第２のパージガスはヘリウムを含む、請求項３４の方法。
【請求項３６】
前記熱処理内への前記第１のパージガスの供給は、前記基板が前記ターゲット温度まで加熱された時点で、またはその前後で、終了する、請求項３４の方法。
【請求項３７】
前記第２のパージガスは、前記基板が前記ターゲット温度である時間を最短にするために、比較的速い流入速度で前記熱処理システム内に供給される、請求項３６の方法。
【請求項３８】
前記第２のパージガスは、前記基板の温度が下降している間に、前記熱処理システム内に供給される、請求項３４の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願に対するクロスリファレンス
【０００２】
本出願は、１９９９年７月８日に提出された米国出願番号第０９／３５０，４１５の一部継続出願であり、１９９７年７月３０日に提出された米国出願番号第０８／８８４，１９２と関連する。両出願共に、参照として本明細書に包含されるものとする。
【０００３】
発明の背景
【０００４】
本発明は、半導体基板を熱処理するシステムおよび方法に関する。
【０００５】
基板処理システムは、半導体論理素子およびメモリ素子、フラットパネル表示、ＣＤ−ＲＯＭ、その他の素子を生産するために用いられる。処理中に、そのような基板には、化学蒸着法（ＣＶＤ）および急速加熱処理（ＲＴＰ）が行われる可能性がある。ＲＴＰは、例えば、急速加熱アニーリング（ＲＴＡ）、急速加熱クリーニング（ＲＴＣ）、急速加熱化学蒸着法（ＲＴＣＶＤ）、急速加熱酸化（ＲＴＯ）、急速加熱窒化（ＲＴＮ）を含む。通常ＲＴＰシステムは、光透過性ウインドウを介して基板を放射加熱する、１つまたは複数のランプから形成された加熱素子を含む。ＲＴＰシステムは、さらに、基板の裏面に対向した光反射面などの、１つまたは複数の異なる光要素と、処理中に基板の温度を測定する１つまたは複数の光検知器とを含んでもよい。多くの急速加熱処理には、長時間にわたる基板温度の精確な制御が必要とされる。
【０００６】
発明の概要
【０００７】
本発明は、加熱段階または冷却段階、あるいはその両段階中に、基板の温度応答が制御可能な熱処理方法を特徴とする。この方法により、基板の熱使用量が減少し、基板上に形成される素子の特性および性能が改善される。特に、本発明は、基板と熱供給源（例えば、水冷反射器プレートアセンブリ）との間の熱伝達速度を熱処理中に制御することにより、基板の温度応答を制御可能にすることを実現した。
【０００８】
１つの態様において、基板が熱スケジュールに従って加熱され、熱スケジュール中に、熱処理システム内の基板と熱供給源との間の熱伝達速度が変化する。
【０００９】
本発明の利点を以下に示す。基板が熱処理システム内で加熱または冷却される速度が速ければ、特定の熱処理方法（例えば、極浅接合を形成する方法）の結果が改善される。熱処理中に処理チャンバー内の基板と熱供給源との間の熱伝達速度を変化させることにより、加熱段階または冷却段階、あるいはその両方の段階が最適化され、作成される素子の特性を改善することが可能となる。基板上の温度の均一性も改善される。
【００１０】
別の特徴および利点は、請求項と、図面を含む以下の説明とから明らかになるであろう。
【００１１】
詳細な説明
【００１２】
図１を参照すると、基板１２を処理するためのシステム１０は、水冷加熱ランプアセンブリ１６によって、石英ウインドウ１８を介して放射加熱される、処理チャンバー１４を含む。基板１２の外周縁は、最大約３００ｒｐｍ（回転／分）の速度で回転可能な回転可能支持構造２０によって支持される。基板１２の下には、基板１２の放射効率を高めるために、熱供給源として機能し、かつ基板１２の裏面に対向する光反射面を有する反射器プレートアセンブリ２２がある。反射キャビティ１５は、基板１２と反射器プレートアセンブリ２２の上面との間に形成される。８インチ（２００ｍｍ）シリコンウェーハを処理するために設計されたシステムにおいて、反射器プレートアセンブリの直径は約８．９インチ、基板１２と反射器プレートアセンブリ２２の上面との間の離隔距離は約５〜１０ｍｍ、そして基板１２と石英ウインドウ１８との離隔距離は約２５ｍｍである。反射器プレートアセンブリ２２は、通常約２３℃で保持される水冷基部２３上に搭載される。
【００１３】
基板１２の局部領域の温度は、基板上の異なる半径方向位置の基板温度を測定するために配置された複数の温度プローブ２４によって測定される。温度プローブ２４は、反射器プレートアセンブリ２２の上面に延在する光ポート２５、２６、２７を介して、処理チャンバーの内部からの光を受ける。処理システム１０は、全部で１０個の温度プローブを備えることが可能であるが、図１では３個のプローブのみが示されている。より一般的には、２００ｍｍの基板に対しては５個の温度プローブが用いられ、３００ｍｍの基板に対しては７個のプローブが用いられる。
【００１４】
反射器プレートの表面において、各光ポートは、約０．０８インチの直径を有することが可能である。サファイア光パイプは、光ポートが受けた光をそれぞれの光検知器（例えば高温計）に分配する。この光検知器は、基板１２の局部領域の温度を判定するために用いられる。光検知器からの温度測定値は、コントローラ２８によって受け取られ、コントローラ２８は加熱ランプアセンブリ１６の放射出力を制御し、そのフィードバックループの結果、基板１２の温度を均一に加熱する処理システムの能力が改善される。このような制御システムは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，７５５，５１１で説明されており、この開示は全て本明細書に参照として包含されものとする。
【００１５】
図１に示されるように、いくつかの熱処理において、処理ガス３９がガス入力３０を介して処理チャンバー１４内に供給される。処理ガスは、基板１２の上面に渡って流動し、加熱された基板と反応して、例えば酸化膜層または窒化膜層を形成する。過剰な処理ガスおよび任意の揮発性反応による副生成物（基板によって放出される酸化物等）は、ポンプシステム３４により、処理チャンバー１４からガス出力３２を介して回収される。別の熱処理において、パージガス（例えば窒素）を、ガス入力３０を介して熱処理チャンバー１４内に供給してもよい。パージガスは、基板１２の上面に渡って流動し、処理チャンバー１４内の揮発性汚染物質を運び去る。
【００１６】
反射キャビティ１５において、パージ流体注入器４０は、反射器プレートアセンブリ２２の上面に渡ってパージガス４２の略層流を生成する。パージガス４２は、排気ポート４４を介して反射キャビティ１５から除去される。排気ポート４４は約０．３７５インチの直径を有し、反射器プレートアセンブリ２２の中軸から約２インチの位置に配置可能である。動作時は、パージガス入力４６内にパージガスが注入され、複数のチャンネル４８を介して反射器プレートアセンブリ２２で分散される。次いで、パージガスは、反射器プレートアセンブリ２２の上面上に例えば約０．０１インチ（０．２５ｍｍ）の間隔を置いて配置されたディフェクタ５０に向かって流入し、パージガス４２の略層流を生成する。
【００１７】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、１つの実施形態において、不純物がドープされた半導体基板に極浅接合が以下のようにして形成される。基板は熱処理チャンバー１４内に取付けられる（ステップ２００）。第１のパージガス（例えば窒素）は、ガス入力３０を介して熱処理チャンバー１４内に、またはパージ流体注入器４０の出力を介して反射キャビティ１５内に、あるいはその両方に供給される（ステップ２０２）。基板は、加熱ランプアセンブリ１６によって、初期温度の約７００℃まで加熱される（ステップ２０４）。加熱ランプアセンブリ１６は、時間ｔ０で、ターゲットピーク温度、例えば約１０００℃または１１００℃まで基板を加熱し始める（ステップ２０６）。基板が（時間ｔ１で）ターゲットピーク温度にほぼ一致する温度まで加熱された後は、加熱ランプアセンブリ１６によって供給された放射エネルギーが減少し、第２のパージガス（例えばヘリウム）が、パージ流体注入器４０によって反射キャビティ１５内に供給される（ステップ２０８）。実際には、ターゲットピーク温度に達する直前にヘリウムパージガスの注入を開始してもよい。それによって、基板と反射アセンブリ２２との間に画定された反射キャビティ１５は、基板が加熱されてターゲット温度に達する時間までには第２のパージガスで充満される。第１のパージガスが、加熱段階中にパージ流体注入器４０によって供給された場合、パージガスの供給は、時間ｔ１で、または時間ｔ１前後で第１のパージガスから第２のパージガスへと切換えられる。基板が閾値温度未満（例えば８００℃未満）まで冷却された後、基板は熱処理チャンバー１４から取り外される（ステップ２１０）。
【００１８】
第２のパージガスは、ターゲット温度に到達する約１〜３秒前に反射キャビティ１５に供給可能である。第２のパージガスの流入を、ターゲット温度に到達する約１〜２秒前に始動させるか、あるいは第２のパージガスの流入を、ターゲット温度に到達する約１〜１．５秒前に開始できることが理想的である。実際の時間は、反射キャビティ内に第２のパージガスを導入するために用いられるシステムによって選択される（図４を参照）。
【００１９】
第１のパージガスの流動が停止し、排気ポート４４を介して反射キャビティから排出されるに伴い、第１のガスが反射キャビティ１５内に存在していれば第２のパージガスへ切り替えられる。
【００２０】
第２のパージガスは、熱処理の任意の冷却段階中に、反射キャビティ１５内に導入してもよい。例えば、別の実施形態において、第２のパージガスは、熱処理の熱ソーク周期後の冷却段階中に、反射キャビティ１５内に供給されてもよい。
【００２１】
本発明者は、熱処理中に処理チャンバー内の基板と熱供給源との間の熱伝達速度を変化させることにより、加熱段階または冷却段階、あるいはその両段階を最適化し、作成される素子の特性の改善を実現した。
【００２２】
例えば、処理システム１０内の基板１２と熱供給源（例えば、冷却反射器プレートアセンブリ２２）との間に供給されるパージガスを適切に選択することにより、基板が冷却される速度の実質的加速が可能である。１つの態様において、本発明者は、比較的高い熱伝導度を有するパージガス（例えば、ヘリウム、水素、またはこれらの混合物）で、基板の冷却速度を加速し、それにより特定の素子（例えば、極浅接合トランジスタ）の動作特性または処理の歩留まりの向上を実現した。例えば、低い熱伝導率を有するパージガス（例えば、窒素）を使用した場合よりも、ヘリウムガスを反射キャビティ１５内に供給した場合の方が、基板冷却速度は実質上速い。図２Ｂに示すように、基板の温度は、ヘリウムパージガスを用いた場合は、時間ｔ１とｔ２との間（約６秒程度）で約１１００℃から６５０℃に降下しているのに対し、窒素パージガスを用いた場合は、同一時間で約８００℃までしか降下しない。別の態様において、本発明者は、比較的低い熱伝導度を有するパージガス（例えば、窒素、アルゴン、キセノン、またはこれら２種類もしくはそれ以上の混合物）を反射キャビティ１５の内に供給して、基板１２と反射器プレートアセンブリ２２との間の熱結合を減らすことにより、熱処理の加熱段階中（例えば、図２Ｂの時間ｔ０とｔ１との間）に基板の温度が上昇する速度を加速することを実現した。それゆえ、熱処理の加熱および冷却段階中に基板と熱供給源との間に供給されるパージガスを適切に選択することによって、総熱使用量、すなわち一定期間での基板の温度Ｔ（ｔ）の積分量∫Ｔ（ｔ）・ｄｔを減少させることが可能である。これにより、そのような熱処理によって作成される特定の素子の特性が改善される。
【００２３】
第２のパージガス（例えば、ヘリウム）が反射キャビティから排気される速度｛分毎の標準リットル（ｓｌｍ）｝は、最も効率的な冷却速度を得るために最適化されるのが望ましい。排気速度が速過ぎると、ヘリウムパージガスが急速にチャンバーから流出し、基板と反射器プレートアセンブリとの間の効果的な熱結合が妨げられる。一方、排気速度が遅過ぎると、ヘリウムパージガスが基板の中央部に到達するまでの時間が長くなり、その結果、基板の外周部がより早く冷却される。これにより、著しい熱応力が生じ、それが基板に影響を及ぼす可能性がある。
【００２４】
第２のパージガスが反射キャビティ内に注入される速度は、第２のパージガスが反射キャビティから排出される速度とほぼ同一であることが有利となる。これは、本発明者により見出されたものであり、これによって基板の温度勾配が冷却動作中に実質的に降下し、基板の欠陥形成が抑制される。
【００２５】
また、本発明者は、冷却中、第２のパージガスを、例えばスパイクアニール動作中にできるだけ速く反射キャビティ内へ流入させることが有利であることを見出した。これにより、最大瞬間降下速度、Ｍａｘ ｄＴ／ｄｔ（℃／ｓ）および基板がターゲット温度にある時間が、極浅接合形成を得るため確実に最適化される。
【００２６】
表１に示されるように、第２のパージガスの注入速度と排気速度が実質的に同一の場合は（運転Ｆ）、基板上の温度均一性｛最大Δ（℃）｝は冷却中に最適化される。最大Δのデータは、５つの異なる半径方向位置で基板の温度を測定する５つの光検知器によって読み取られた最大温度値と最低温度値との差を示している。これからわかるように、流入するパージガスの速度が、流出するパージガスの速度と略同一の場合、最大Δは最低になり、それゆえ基板上の温度均一性は最良の状態となる。
【００２７】
またこのデータは、第２のパージガスの流速が比較的速い場合（運転Ｆ）には、最大瞬間降下速度と、基板がターゲット温度｛時間＞１０００℃（ｓ）｝にある時間とが最適化されることも示している。すなわち、反射キャビティ内のパージガス流速が比較的速い場合は、基板がターゲット温度にある時間は最短となる。
【００２８】
【表１】
2004503108.tif 000003
【００２９】
図２Ｃにおいて、運転Ａ〜Ｆの特定のデータがグラフによって比較されている。曲線ＡＡおよびＡＢは、それぞれ運転Ａにおける基板の中心部および端部の光検知器によって読み取られた温度値を示す。一方、曲線ＦＡおよびＦＢは、それぞれ運転Ｆにおける基板の中心部および端部の光検知器によって読み取られた温度値を示す。曲線ＡＣおよびＦＣは、それぞれ運転ＡおよびＦにおける基板上の温度均一性（ＭａｘΔ）を示す。以上のように、第２のパージガス流入速度が、第２のパージガス流出速度と実質的に同一の場合、温度均一性が最適化される。
【００３０】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、パージ反射器４０の１つの実施形態において、反射器プレートアセンブリ２２は、ディフレクタリング５２と、上部反射器プレート５４と、底部反射器プレート５６とを含む。底部反射器プレート５６は、パージガスを入力４６から受け取り、垂直チャネル６０へ分配する水平チャネル５８を有する。垂直チャネル６０は、上部反射器プレート５４の複数の水平チャネル４８と通じている。水平チャネル４８は、パージガスを上部反射器プレート５４の外周部の異なる位置に行き渡らせる。ディフレクタリング５２は、底部反射器プレート５６の下側周辺端部６４上にある周辺壁６２を含み、上部反射器プレート５４の周辺壁と共に、０．０２７５インチ幅の垂直チャネルを画定する。垂直チャネルは、パージガスの流動をディフレクタ５０へと導き、反射プレート５４の上面に渡って略層流を生成する。パージガスおよび運び去られたあらゆる揮発性汚染物質は、排気ポート４４を介して処理チャンバーから除去される。底部反射プレート５６の水平チャネル６６は、排気ポート４４から排気されたガスを受け取り、その排気されたガスをポンプシステムに接続されたライン６８へと導く。チャネル４８、５８、６０のそれぞれは、約０．２５インチ×約０．１インチの断面の流動領域を有することが可能である。
【００３１】
図３Ｃを参照すると、パージガスは、上部反射プレート５４の上面で、外周上約７５°の円弧に沿って反射キャビティ内へ導入されることが可能である。その結果、パージガス４２の略層流は、上面反射プレート５４の１０個の光ポートのうち、９個（光ポート２５、２６、２７を含む）を含む約７５°の扇形７０に相当する上部反射プレート５４の上面領域に渡って拡張する。上述の実施形態において、高い熱伝導度のパージガス４２（例えば、ヘリウムまたは水素）は、急速加熱処理の冷却段階（例えば、図２の時間ｔ１〜ｔ２）中に基板１２と反射アセンブリ２２との間の熱伝導度を高める。
【００３２】
パージガスおよび処理ガスの流速は、図４に示される流体制御システムによって制御される。流体質量コントローラ８０は、ガス入力３０を介して処理チャンバー１４内へ流入するガスの流動を調節するために用いられ、圧力トランジューサ８２および圧力制御バルブ８４は、ガスがガス出力３２を介して処理チャンバー１４から除去される速度を調整するために用いられる。パージガスは、フィルタ８６に接続された入力４６を介して、反射キャビティ１５内に導入される。流体質量コントローラ８８は、パージガス注入器４０を介して反射キャビティ１５内に流入するガスの流動を調整するために使用される。可調整流動リストリクタ９０および流体質量コントローラ９２は、パージガスが反射キャビティ１５から除去される速度を調整するために使用される。基板１２上方で、反射キャビティ１５の処理領域内へ移動するパージガスを減少させるために、パージガスが反射キャビティ１５内へ導入される速度が、反射キャビティ１５から除去される速度と実質的に同一となるまで、可調整流動リストリクタ９０が調整される。電磁シャットオフバルブ９４および９６は、反射キャビティ１５を介したパージガスの流動を追加的に制御する。８インチ（２００ｍｍ）シリコンウェーハの処理用に設計されたシステムにおいて、パージガスは反射キャビティ１５を介して約９〜２０ｓｌｍ（分毎の標準リットル）で流動可能である。ただし、パージガス流速は、反射キャビティ１５内部の圧力およびポンプシステム３４のポンプ容量によって変化する可能性がある。反射キャビティ１５および処理チャンバー１４の内部圧力は、約８５０ｔｏｒｒである。
【００３３】
パージガスは、種々の異なる方法で反射キャビティ１５内へ供給可能である。
【００３４】
図５を参照すると、１つの実施形態において、反射器プレートアセンブリ１００は、上部反射プレート１０４の全外周の異なる位置からパージガス１０２を導入するように設計されていることを除いて、反射器プレートアセンブリ２２の構造に類似している。パージガス１０２は、上部反射プレート１０４を通して延在する排気ポート１０６を介して除去される。パージガス１０２は、反射器プレート１０２の中心から約４．３３インチの位置で導入されることが可能であり、排気ポート１０６は、反射プレート１０２の中心から約２インチの位置に配置可能である。本実施形態は、光ポート１０８が、反射プレート１０２の全表面に渡って配置された場合に使用可能である。
【００３５】
図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、別の実施形態においても、反射器プレートアセンブリ１１０は、反射器プレートアセンブリ２２の構造に類似しているが、反射器プレートアセンブリ１１０が、ディフレクタプレート１１２および上部反射プレート１１４を含む点で異なる。ディフレクタプレート１１２および上部反射プレート１１４は、光ポート１２４および１２６を包囲する円周領域１１６〜１２２においてパージガスの略層流を生成する流動チャンネルを共に画定する。パージガスは、上部反射器プレート１１４の垂直環状チャンネル１２８および１２９を介して流動する。パージガスは、上部反射器プレート１１４を通じて延在する排気ポート（図示せず）を介して排気されてもよい。つまり、パージガスは、反射器プレートアセンブリ１１０の円周端上で選択的に排気されることが可能である。本実施形態において、ディフレクタプレート１１２の上面は、基板の裏面に対向する主光反射面として作用する。ディフレクタプレート１１２は、上部反射プレート１１４の上部に０．０１インチ（０、２５ｍｍ）の間隔を置いて配置される。
【００３６】
図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、別の実施形態において、反射器プレートアセンブリ１３０は、パージガスの流動を受け取る垂直チャネル１３２と、反射プレート１４０を通して延在する光ポート１３８上において、矩形のカーテンとしてパージガス１３６の流動の向きを変える、スロット形状ディフレクタ１３４とを含む。スロット形状排気ディフレクタ１４２は、パージガス１３６を除去するために用いられる。ディフレクタ１３４は、反射プレート１４０の上面上に０．０１インチ（０、２５ｍｍ）の間隔を置いて配置される。
【００３７】
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、別の実施形態において、反射器プレートアセンブリ１５０は、共通ガスプレナム１５８に結合され、次いで、パージガス入力１６０に結合された複数のオリフィス１５２、１５４、１５６を含んでもよい。オリフィス１５２〜１５６は、基板１２と反射器プレートアセンブリ１５０との間に画定された反射キャビティ内にパージガスを均一に導入するように配置されている。オリフィス１５２〜１５６は、同様に、基板によって放射された光を温度プローブ２４が受ける時に介する、光ポート２５〜２７を収容するように配置されている。動作時に、パージガスは、約９〜２０ｓｌｍの流速で反射キャビティ内に流入するが、概して、その流速は、支持構造２０から基板１２を浮かせるのに要する速度未満にするべきである。パージガスは、ポンプシステム１６２によって排気ポート１６４を介して、反射キャビティから除去される。
【００３８】
別のパージガス吐き出しシステムを考えることも可能である。例えば、参照として本明細書に包含される、１９９９年４月７日に提出された米国出願番号第０９／２８７，９４７、発明の名称「Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　（半導体基板を熱処理する装置および方法）」で説明されている循環ガス吐き出しシステムによって、パージガスの供給が可能である。
【００３９】
別の実施形態も本請求項の範囲内である。
【００４０】
例えば、単一で比較的低温の熱供給源（例えば、反射器プレートアセンブリ２２）を参照して上述の実施形態を説明したが、別の熱供給源構成も可能である。熱供給源は、熱処理システム１０内の異なる位置に配置されてもよい。２つまたはそれ以上の個別の熱供給源が提供可能である。熱供給源は、比較的高温の表面を含むことが可能であり、基板の温度応答を制御するために、種々のパージガスを、熱供給源と基板との間に画定された反射キャビティ１５内に供給することが可能である。実施形態の中には、熱供給源の温度が熱処理中に変化し、基板の温度応答を改善することが可能なものもある。
【００４１】
別の実施形態において、熱処理中に熱供給源の放射率を変化させることによって、処理システム１０内の基板と熱供給源との間の熱伝達速度を最適化することが可能である。例えば、反射器プレートアセンブリ２２の上面は、コーティングを挟んで印加される電圧を変えることによって、選択的に変化可能な反射率を有するエレクトロクロミックコーティングを含むことが可能である。動作時に、反射器プレートアセンブリ２２の反射率は、熱処理の加熱段階中に最大にされ、冷却段階中に最小にされることが可能である。このように、基板と反射器プレートアセンブリ２２との間の熱伝達速度は、加熱段階中に減速され、冷却段階中に加速されることが可能である。
【００４２】
更に別の実施形態において、処理システム１０内の基板と熱供給源との間の熱伝達速度は、熱供給源から基板が離れている距離を変化させることによって、最適化可能である。例えば、支持構造２０は、反射器プレートアセンブリ２２の上面に対して相対的に上下に移動するように構成されてもよい。動作時に、１つの実施形態において、支持構造２０は、熱処理の過熱段階中に反射器プレートアセンブリ２２から相対的に遠ざけた位置に基板を配置し、熱処理の冷却段階中に反射器プレートアセンブリ２２から相対的に近づけた位置に基板を配置してもよい。このように、基板と反射器プレートアセンブリ２２との間の熱伝導度を、熱処理の加熱段階中に小さくし、熱処理の冷却段階中に大きくして、基板上に作成される素子の特性を改善することが可能である。
【００４３】
別の実施形態において、処理システム１０内の基板と熱供給源との間の熱伝達速度は、熱処理中に基板と熱供給源との間のパージガスの圧力を変化させることによって、最適化することが可能である。例えば、熱処理の加熱段階中に、パージガスの圧力を大気より低い圧力（例えば１〜５Ｔｏｒｒ）まで下降させ、熱処理の冷却段階中に、パージガスの圧力を大気圧（７７０Ｔｏｒｒ）まで上昇させることが可能である。熱処理中に、パージガスの組成を替えることも可能である。例えば、加熱段階中は、パージガスは窒素からなり、冷却段階中はヘリウムからなることが可能である。
【００４４】
急速熱処理中に基板の温度応答を制御するためのシステムおよび方法が開示された。本発明により、改善された物理的特徴および動作特性を有する特定の素子（例えば、極浅接合トランジスタ）が形成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
反射器プレートアセンブリおよび流体注入器を含む、熱処理システムの側面部における概略図である。
【図２Ａ】
基板を処理する方法のフローにおける概略図である。
【図２Ｂ】
ヘリウムパージガスを用いたスパイクアニール熱処理中、および窒素パージガスを用いたスパイクアニール熱処理中の経過時間における基板の温度のプロット図である。
【図２Ｃ】
最適化された冷却処理に対して基板の温度の均一性を示す、グラフ図である。
【図３Ａ】
図１に示された反射器プレートアセンブリおよび流体注入器の分解図である。
【図３Ｂ】
図１に示された反射器プレートアセンブリおよび流体注入器の分解図である。
【図３Ｃ】
図１の反射器プレートアセンブリおよび流体注入器の上面における、破線を用いて底部反射プレートの特徴を示した概略図である。
【図４】
図１の基板処理システムにおけるパージガス制御システムの概略図である。
【図５】
代替の流体注入器の上面における概略図である。
【図６Ａ】
代替の流体注入器の側面部における概略図である。
【図６Ｂ】
代替の流体注入器の上面部における概略図である。
【図７Ａ】
代替の流体注入器の側面部における概略図である。
【図７Ｂ】
代替の流体注入器の上面部における概略図である。
【図８Ａ】
別の流体注入器の側面部における概略図である。
【図８Ｂ】
別の流体注入器の上面部における概略図である。
【符号の説明】
１０…熱処理システム、基板処理システム、１２…基板、１４…処理チャンバー、１５…反射キャビティ、１６…水冷加熱ランプアセンブリ、１８…石英ウィンドウ、２０…回転可能支持構造、２２…反射器プレートアセンブリ、２３…水冷基部、２４…温度プローブ、２５、２６、２７…光ポート、２６…コントローラ、３０…ガス入力、３２…ガス出力、３４…ポンプシステム、３９…処理ガス、４０…パージ流体注入器、４２…パージガス、４４…排気ポート、４６…パージガス入力、４８…チャネル、５０…ディフェクタ、５２…ディフェクタリング、反射器リング、５４…上部反射器プレート、５６…底部反射器プレート、５８…水平チャネル、６２…周辺壁、６４…下側周辺端部、６６…垂直チャネル、６８…ライン、８０…流体質量コントローラ、８２…圧力トランジューサ、８４…圧力制御バルブ、８６…フィルタ、８８、９２…流体質量コントローラ、９０…可調整流動リストリクタ、９４、９６…電磁シャットオフバルブ、１００…反射器プレートアセンブリ、１０２…パージガス、１０４…上部反射プレート、１０６…排気ポート、１０８…光ポート、１１０…反射器プレートアセンブリ、１１２…ディフレクタプレート、１１４…上部反射アセンブリ、１１６、１１８、１２０、１２２…外周領域、１２４、１２６…光ポート、１２８、１２９…垂直環状チャネル、１３０…反射器プレートアセンブリ、１３２…垂直チャネル、１３４…スロット形状ディフレクタ、１３６…パージガス、１３８…光ポート、１４０…反射プレート、１４２…スロット形状排気ポート、１５０…反射器プレートアセンブリ、１５２、１５４、１５６…オリフェス、１６４…排気ポート。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図６Ａ】
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【図７Ａ】
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【図８Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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