(57)【要約】【解決手段】半導体、ガラスあるいは金属基板などの特に扁平物体の熱的処理、特に短時間処理に供する方法および装置において、熱は、少なくとも部分的に、熱伝導媒体を介し熱伝導により基板の両側に供給され、あるいはそれらから取り出される。このため、熱伝導率が大きく異なる二種の気体からなる混合物を熱伝導媒体として使用する。基板（１）の両側における混合物は、それぞれの表面温度が熱放射によるそれぞれの熱交換を考慮することにより時間制御されるように個別に調節される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体、ガラスまたは金属基板などの特に扁平な物体であって、これに、あるいはこれからその両側に熱が供給あるいは散逸される前記物体の、少なくとも部分的に熱伝導媒体を介した熱伝導を通じて行われる特に短時間の熱処理に供するプロセスであって、使用される熱伝導媒体が非常に異なる熱伝導率を有する少なくとも二種の気体の混合物であることを特徴とし、更に混合物が基板（１）の二つの側面に、熱輻射を介しそれぞれの熱交換を考慮してそれぞれの表面温度が時間制御されるように個別に設定されることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
少なくとも部分的に熱伝導媒体を介し熱伝導を通じて行われる基板（１）との熱交換のため基板表面の両側に配置された温度影響装置（２，３）を有する半導体、ガラスあるいは金属基板などの特に扁平な物体の特に短時間の熱処理に供する装置であって、前記伝導媒体は非常に異なる熱伝導率を有する少なくとも二種の気体の混合物であることを特徴とし、該混合物が基板の二つの側面に個別に設定されることを特徴とする装置。
【請求項３】
温度は、温度影響作用の間は両側で同じであることを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項４】
温度は、温度影響作用の間両側で異なることを特徴とする先行する請求項に記載の一項あるいはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項５】
気体は水素および窒素あるいはヘリウムおよびアルゴンであることを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項６】
温度影響装置（２、３）および基板（１）の間のギャップ空間（４，５）内への気体の連続流を特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項７】
気体流は質量流制御装置（８、９；８‘、９’）により制御されることを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載される方法または装置。
【請求項８】
基板（１）は、基板の下側に係わる気体流により形成されたガスクッションに自由に浮動して装着されることを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項９】
基板（１）は、熱伝導媒体を形成する気流により自由に浮動して回転駆動されることを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項１０】
温度制御は、熱の散逸または熱の供給を含むことを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項１１】
気体の組成または気体の圧力は、時間の経過にわたる熱交換の間に変化することを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【請求項１２】
ギャップ空間（４、５）中への熱的に伝導性の媒体の質量流は、気体質量流を介して供給あるいは散逸される熱の量が、熱伝導を介して散逸または供給される熱よりかなり少なくなるようにわずかであることを特徴とする先行する請求項の一項またはそれ以上に記載の方法または装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体やガラス、または金属基板などの特に扁平な物体の特に短期間の熱処理に供する装置と方法に関し、上記の物体は、基板表面の両側に配置されて、少なくとも一部は熱伝導媒体を介し熱伝導を通じて行われる基板との熱交換を行う温度影響装置を具備してなる装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料から諸要素を生成するに際し、例えば注入ステップにより他のある方法でコートまたは予備処理されている基板または既にパターン化された基板を更に他の熱処理に賦することがしばしば必要になる。基板の二つの対向する広幅の側面は異なる表面輻射率を有する。
【０００３】
基盤を一様に、すなわち内部温度勾配なしに加熱するには、二つの側面を加熱する放射パワーは異なる表面輻射率に整合させなければならない。この加熱は、赤外線により、あるいは基板表面に当接する媒体、例えば気体を介して行われる熱伝導を通じて行われる。冷却速度も表面輻射率に依存する。従って、両表面上で温度が一様に減少あるいは増加することを補償する適切な対策を取らなければならない。加熱および冷却は迅速に行われなければならない。表面輻射率はＲＴＰプロセス中に変化する。輻射率は、基板が熱を輻射し、放射熱を吸収する程度を示す測度である。
【０００４】
基板からの熱の除去、特に高温におけるそれは対応する表面の輻射率に大きく依存し、また前面および後面の輻射率は一般には同等ではないので、基板が、冷却または加熱されるとき熱的に曲げられるという基本的なリスクが存在する。基板が大きくなる程、この減少は更に重要になる。円形ウエーハの形態をなす基盤は例えば３００ｍｍの直径を有する。基盤の二つの広い側面の加熱を別々に制御することによりこの現象を処理する方法が従来知られている。これには非常に正確な輻射率を補償する温度測定が要求される。しかしながら、これには、精度が制限された経費のかかる測定と制御フィッテイングズを使用するという欠点がある。更に、この種の構造を用いると、例えば冷却時に前面から後面への温度勾配を完全に回避することは出来ないという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、使用するのに都合がよい一般的なタイプの方法と装置を開発する目的に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、請求項１に記載の方法および請求項２に記載の装置により実現され、その場合熱伝導性媒体は非常に異なる熱伝導率を有する少なくとも二種類の気体の混合物であり、この混合物は基板の二つの広い側面にセットすることが出来る。この混合物は、優勢である表面温度が、熱輻射を介して優勢である全熱交換を考慮して時間制御される。特に、加熱または冷却時の温度プロフィール、および二つの基板の二つの広い側面に対するそのそれぞれの値は同等である。熱輻射を介した効果の増加は、熱伝導率が小さい熱伝導率の気体が優勢である気体混合比を用いることにより補償することが出来る。
【０００７】
熱輻射を介した低レベルの熱交換が、高い熱伝導度を持つ気体が支配的な気体混合物を用いることにより対応して補償される。しかしながら、本発明によれば、二つの側面での熱交換が異なるレベルに維持することも可能であり、従って基板の加熱または冷却時に、全体の熱処理時間または熱効果時間を通して特に同一に維持される温度勾配が、基板内で前面から後面まで形成される。二種類の気体混合物は別々に制御する。これらの気体混合物は純度が高く、比熱伝導率が異なる不活性気体から選択することが出来る。制御は、簡単な質量流制御器により行うことが出来る。高い熱伝導率を持つ気体の例としては、水素あるいはヘリウムが挙げられる。低い熱伝導度を持つ気体には窒素あるいはアルゴンがある。混合物は、熱伝導の結果として充分な熱が基板と交換されるように、基板の上および／または下において全圧と比を有してプロセス室に導入される。従って、特に基板を冷却するために用いられる温度影響装置を基板の上または下のわずかな距離を置いて配置することが出来る。
【０００８】
基板がプロセス室内の垂直方向の位置にあるときは、二個の温度影響装置は基板に隣接して水平方向に配置され、温度影響装置の配置と形状は、基板からあるいは基板への熱伝達が基板表面の全体にわたって一様に行われ、如何なる大きな温度差も基板表面にわたって確立されるように選択される。温度影響装置および二種類の気体の混合物は、熱輻射による熱伝達を考慮して、単位時間当たり交換される熱量が両側で、基板の前面から後面への内部温度勾配がゼロであるように設定され得る。混合物は基板の上および／または下に配置された空隙を流動すると好適である。この気体の連続的な交換は、気体混合物を迅速に変えることが可能ということを意味する。熱交換時の混合比の変化は、可変熱伝導により熱フラックスの制御を可能にする。含まれる熱応力が認められるときは、熱バランスが各々の表面に対して異なるように慎重に設定することが出来る。これは、また気体混合物をトリミングすることにより行うことが出来る。比較的薄い気体ギャップのみが基板の下側に配置されると好適である。このとき、気体の容積は、基板が静置される気体クッションを形成するのに充分希薄である。この気体クッションは、容積中への適度の気体混合流により形成される。流入する気体の質量は、如何なる熱も気体質量流を介して散逸されないように低レベルに維持される。基板は、浮動位置に、また同時に平衡し、等温的に装着出来るだけでなく、気体流により回転駆動されることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の例示としての実施例を、添付した図面を参照して以下に説明する。
図１に示した実施例において、基板１は支承スカート１０上に静置されている。これらの支承スカート１０は、基板１により低い温度影響装置３からギャップ間隔５を採らせる。この温度影響装置３はヒートシンクあるいはヒートソースである。基板の上に配置された温度影響装置２が、これは同様にギャップスペース４を介して基板１からある間隔をもって配置された温度影響装置２であるが、ヒートシンクまたはヒートソースであることが可能になる。温度影響装置２および３はまた両機能を果たすことも出来る。例えば、これらは冷却面を形成し、また他の時点でそれらは、一方で熱を散逸することにより基板を冷却するために、他方で熱を供給することにより基板を加熱するために赤外線を放射する効果を有する。
【００１０】
温度影響装置２、３の各々を通して供給ライン６、７は導かれる。供給ライン６、７は異なって構成されてもよい。これらの目的は、例えばヘリウムおよびアルゴンまたは水素および窒素からなる気体混合物を二つのギャップ空間４、５に導くことにある。
【００１１】
水素および窒素またはヘリウムおよびアルゴンからなる個々の気体混合物が二つのギャップ空間４、５の各々に連続的に導入される。二種の気体混合物の全圧力はほぼ同じである。ギャップ空間４、５における気体が熱伝導作用を持つことは充分に高い。ギャップ空間４、５の気体幅はまた上記に基づいて適切に選択される。水素および窒素が個別の質量流制御装置８、９によりそれぞれの供給ライン６、７に供給される。
【００１２】
図２に示した例示としての実施例において、基板１は、熱交換時に、基板１のエッジを支承するスカート１０上に装着されるのではなく、むしろ供給ライン７を通してギャップ空間５中に導入されている気体混合物により維持されるガスクッション上に自由に浮上して静置される。例えば、この場合、基板１を適切に保持する支持ウエブ１１を設けることが単純に必要とされる。しかしながら、これらのウエブも絶対必要ということではない。基板はまた、ガスクッション上に自身で芯だしするように静置してもよい。
【００１３】
更に、プロセス室がロードまたはアンロードされるために基板１をリフトすることが出来る選択的な支承スカート１０を図２に示す。
【００１４】
本発明による装置は次のように機能する。基板１はその二つの基板表面上で異なる輻射率を有してよい。この結果は、加熱機能を果たす温度影響装置２，３からの同じ放射パワーに対して、二つの対向する基板の広い側面が加熱される程度は異なってもよいということである。いずれにしても、熱輻射を介した基板への熱の流れは異なっている。基盤１の冷却時に類似の効果が生じる。異なる輻射率の結果、熱輻射時に異なる熱量が両側に解放される。この結果、基板の加熱または冷却時に基板表面が異なる温度になる。この内部温度勾配は望ましくない変形をもたらす。
【００１５】
水素および窒素からなる気体混合物が基板の上および下のギャップ空間４，５に導入される。高い輻射率を有する基盤側ではこの気体混合物の窒素含有量は高い。このとき気体混合物は低い熱伝導率を有する。輻射率が低い側では、気体混合物４はより高い水素含有量を有し、従って気体混合物はそこでより高い熱伝導率を有することになる。異なる熱輻射のため一側においてより少ない程度まで輻射され、あるいは輻射により供給される熱は、熱伝導を介し対応する熱の散逸あるいは熱伝導を介した熱の供給により補償され、従って表面温度は熱交換の間二枚の基板の広い側面にほぼ同じものを残留させる。この意味で、質量流制御装置８，９により設定出来る気体混合物が加熱あるいは冷却プロセスの間に変更される必要がある。
【００１６】
図２に示した例示としての実施例においては基板１が自由に浮動する気体クッションは質量流制御装置８‘、９’により与えられた気体流により形成される。保持スカートなどに当接する表面を介した熱交換はこれにより回避される。供給ライン７の端部に位置づけされたノズルの向きは、回転運動量が基板１に送出されるように設定してもよい。特に、多数のノズルを基板１の上および下の両者に設けると好適である。基板１はこれらのノズルにより回転駆動可能である。
【００１７】
二つの表面上での熱バランスは、ある用途では異なるレベルで慎重に設定されると都合がよい。このことは、特に前面および背面の間の温度差により熱応力を慎重に導入することが望まれるときは、好ましい。
【００１８】
プロセスの間に二つの表面の温度を光学的に測定することが出来る。温度ドリフトは、気体混合物の組成を変えることを含む適切な制御測度により防ぐことが出来る。
【００１９】
図３は、加熱や熱処理、および冷却の間での一方の基板表面の温度T１および他方の基板表面の温度T２のプロフィルを示す。この図で、温度T１のプロフィルは連続線により示され、温度T２のプロフィルはダッシュ線により示される。これらの二つのラインは実質的に一致する。これは、一方では熱輻射により基板の広い側面への熱の供給の最適なトリミング、および他方では制御された熱伝導のものの結果である。冷却プロセスも、輻射と伝導により散逸される熱により行われる。この場合も熱の伝導は制御される。
【００２０】
上記に開示した全ての特徴は本発明に固有のものである。関連する、および／または添付した優先権書類（先行出願のコピー）の開示内容が、これによりその全体が、出願の開示において、一部は本願のクレームにおけるこれらの書類の特徴を取り込むという観点と共に、取り込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】基板の上および下に配置された装置影響装置と共に本発明の第一の例示としての実施例の高度に模式的な図を示す。
【図２】基板がガスクッションの上で自由に浮動する本発明の第二の例示としての実施例を示す。
【図３】加熱あるいは冷却の間に二つの基板表面の温度T1,T2の温度プロフィルを示す。
【符号の説明】
【００２２】
１：基板
２、３：温度影響装置
４、５：ギャップ空間
６、７：供給ライン
８、９；８‘、９’：質量流制御装置
１０：支承スカート
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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