(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第一室を画定する複数の壁と、
ｂ）作業片の第一エネルギー伝達面上に入射放射線を放射する第一放射源と、
ｃ）前記作業片を前記第一室内に保持し、且つエネルギー伝達面を有する保持装置であって、該装置と前記作業片との両エネルギー伝達面が前記第一室内で非入射放射線を反射し放出するような装置と、
ｄ）前記第一室の少なくともひとつの壁に設けられ、前記第一のエネルギー伝達面が前記第一放射源から直接に放射される前記入射放射線だけに主としてさらされるよう、前記両エネルギー伝達面から反射され放出された前記非入射放射線を吸収する放射線吸収面とを包含する、作業片を急速且つ均一に加熱する装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記作業片に所望の熱パターンを与えるように前記第一放射源を制御する第一制御部装置をさらに包含する装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、前記第一制御装置が、前記第一放射源からの前記入射放射線を制御して前記作業片に所望の放射線パターンの入射を与えるように操作できるようにした装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、前記作業片に所望の放射線パターンを与える更なる入射放射線を生じさせる第二放射源を前記第一室内にさらに包含する装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、前記壁の少なくとも１つに、前記第一室内に前記入射放射線を進入させる第一開口を有し、この第一開口が、前記放射線吸収面の面積よりも小さいかあるいは等しい断面積を有する装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、前記第一放射源が、アーク軸線を有する第一高出力不活性ガスアークを包含する装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記放射線吸収面が前記アーク軸線におおよそ平行に配設された装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、第二室をさらに包含し、前記第一室は前記作業片の第一側面上に配設され、前記第二室は前記作業片の第二側面に配設され、該第二側面が前記第一側面の反対側にある装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、前記第二室が複数の壁を有し、各壁は、前記作業片により反射された放射線を再びこの作業片に戻すように反射する反射面を有する装置。
【請求項１０】
請求項５記載の装置において、前記第一開口を覆う窓をさらに包含し、この窓が、前記第一エネルギー伝達面に対して角度をなして配設された部分反射面を有するとともに、前記入射放射線が前記窓を通るように、また前記窓の前記部分反射面が前記部分反射面に当たる前記非入射放射線を前記放射線吸収面の少なくとも１つに指向させるように、前記窓を前記第一放射源と前記保持装置との間に位置させた装置。
【請求項１１】
作業片を急速に且つ均一に加熱する方法において、
ａ）第一放射源から前記作業片の第一面に放射線を差し向けて前記第一面に入射放射線を生じさせ、
ｂ）前記第一面及びこれの近傍の面を包含するエネルギー伝達面から反射され放出される非入射放射線を吸収して、前記第一面を前記第一放射源から直接に放射される前記入射放射線だけに主としてさらされるようにする工程を包含する方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、
ａ）前記作業片を第一室内に保持し、
ｂ）前記入射放射線を前記第一室内に照射し、
ｃ）前記第一室を形成する少なくとも１つの壁の放射線吸収面で前記非入射放射線を吸収する工程をさらに包含する方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記第一放射源を制御して前記作業片に所望の熱パターンを形成させる工程をさらに包含する方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記第一放射源からの前記入射放射線を制御して前記作業片に所望の放射パターン入射を達成させる工程をさらに包含する方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記入射放射線を、前記第一面に対して角度をなして配設された部分反射面を有する窓を介して差し向け、前記部分反射面に当たる前記非入射放射線を前記放射線吸収面の少なくとも１つに差し向けるようにする工程をさらに包含する方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の方法において、前記作業片の第一面と対向する側に配置された作業片の第二面から放出される放射線の実質的に全部を前記作業片の第二面に再び戻すように反射して、前記作業片全体に所望の均一な温度分布を保つ工程をさらに包含し、その反射工程を前記作業片の第二面に対向して配設された第二反射面を用いて行う方法。
【請求項１７】
請求項１１記載の方法において、前記作業片の第二面及び縁部により放出された放射線の実質的に全部を、前記作業片の前記第二面及び縁部に再び戻すように反射する工程をさらに包含する方法。
【請求項１８】
請求項１１記載の方法において、前記第一面とは反対側にある前記作業片の第二面を、第二放射源により照射する工程をさらに包含する方法。
【請求項１９】
作業片を急速に且つ均一に加熱する方法において、
ａ）第一放射源からの放射線を前記作業片の第一面に差し向けて第一面に入射放射線を生ぜしめ、
ｂ）第二放射源からの放射線を、前記作業片の前記第一面の反対側の第二面に差し向けて前記第二面に入射放射線を生ぜしめ、
ｃ）前記第一面が前記第一放射源から直接に放射される前記入射放射線だけに主としてさらされるよう、前記作業片の第一面から反射され放出される非入射放射線を吸収する工程を包含する方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、
ｄ）夫々複数の壁を有する第一室と第二室とに区分され、第一室の少なくとも１つの壁が放射線吸収面である室内に、作業片を上記第一室及び第二室が夫々上記作業片の第一面側及び第二面側に配置されるよう保持し、
ｅ）前記第一及び前記第二放射源からの前記放射線を夫々前記第一室及び第二室に差し向け、
ｆ）前記非入射放射線を前記の少なくとも１つの壁の放射線吸収面に吸収させる工程をさらに包含する方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は作業片の急速熱処理方法、特に半導体ウエーハの熱処理に関する。
急速熱処理リアクターは半導体ウエーハの焼なましに通常使用されている。これらリアクターの操作項目は、半導体ウエーハ上の空間を減少するよう求められている。例えば、０．２５μｍ間隔の装置の高温急速熱処理では＋／−３度Ｃの温度均一性を、０．１８μｍ間隔の装置では＋／−１度Ｃの温度均一性を要する。
装置を使って半導体ウエーハを均一に放射する試みは、色々あって、その装置は米国特許第４６４９２６４号（１９８７年３月１０日発行、シーツ氏）、同第５２７９９７３号（１９９４年１月１８日発行、スイヅ氏）、同第４４８２３９３号（１９８４年１１月１３日発行、西山氏他）、同第５１５５３３６号（１９９２年１０月１３日発行、グロネット氏他）、同第４９８１８５１号（１９９１年１月１日発行、カコシュケ氏）及び同第４９５８０６１号（１９９０年９月１８日発行、若林氏他）に記載されている。一般にそれらの特許は、少くとも１つの光源と、該光源から発生する光を半導体ウエーハに向ける種々の反射装置とを示している。通常の光源を使用すると、複数の光源を必要とすることが多く、必要な放射パターンをウエーハに生じさせ、ウエーハ中に必要な熱パターンを得るためには反射体を効率よく使用せねばならない。上記特許に記載の反射体のデザイン及び放射システムには、通常ウエーハ自身の反射、放出及び吸収効率を補完する必要がある。それはウエーハの裏の室内にある種々の反射表面から反射される放射を、ウエーハが反射、放出し、それによって熱い部分スポットがウエーハに生成するからである。更にウエーハ上での位置的及び各部分の熱的性質の差異によって、放出、吸収及び反射効果を複雑化し、部分的に熱いスポットをウエーハに生成させることになる。
従って望ましいことは、ウエーハを均一に放射し、ウエーハによって吸収、反射される放射線の効果を減少させるシステムである。これらの効果を減少させることによって、１μｍより少ない間隔を有する装置に必要な温度均一性を得ることが出来る。
発明の概要
本発明の１つの特色は、作業片を急速且均一に加熱する装置を提供するにある。その装置は、第１室を画定する複数の壁と、作業片の第１エネルギー伝達面上に入射放射を生ずる第１放射線源と、上記室中の作業片平面中に作業片を保持する保持装置と、上記室の少くとも１つの壁に設けた放射線吸収表面とを有する。保持装置はエネルギー伝達面を有し、保持装置及び作業片のエネルギー伝達面は、室内で放射線を反射、放出し、放射線吸収面はエネルギー伝達面より反射、放出された非入射放射線を吸収するものである。
放射線吸収面は、アノード化不錆鋼、アノード化アルミニウム、ブラックニッケル被覆、グラファイトを含むペイント又は他の吸収性物質である。
成る可く、本装置は、放射線の第１給源をコントロールして希望の熱パターンを作業片中に生成させる第１コントローラーを有する。即ち放射線をコントロールすることにより、希望の放射パターン入射を作業片上に作製する。上記第１コントローラーは、第１放射線給源の後に第１反射体を設置し、第１放射線給源を第１反射体と作業片との間に位置させる。
成可くなら、第１給源からの放射線が、作業片の第１面に、８０°より小さい入射角で当るようにする。
成可くなら、少くとも１つの壁は、放射線を室内に入れる第１開口を有し、該開口の断面積が放射線吸収面積より小さいか、或は等しいのが好ましい。
成可くなら、第１放射線給源は、第１高出力不活性ガスアーク、例えばエネルギー吸収面に概して平行に設置されたアーク軸を有する水管壁アークを有するものとする。成可くなら、第１放射給源は１．２μｍより小なる波長で、そのエネルギーの少くとも６０％のエネルギーを有する放射線を発生するものが好ましい。そして第１面で、少くとも４０Ｗ／ｃｍ2の放射線束を１０ｍＳｅｃより小さい応答時間で発生するようにする。
成可く、本装置には上記開口を覆う窓を設け、該窓は第１面に斜めに設けた部分反射面を有する。また窓を第１給源と保持装置との間に設置して、入射放射線がその窓を通るようにし、また窓の部分反射面を作動して、反射面に衝突する非入射放射線が少くとも１つの放射線吸収面に向うようにする。本装置には、冷却器を設け、液体冷却剤と接触させて窓を冷却する。
必要あれば、少くとも１つの放射線吸収面を、第１室中の作業片面と放射線吸収表面との間の角度が９０度より大きく設置する。
必要あれば、放射線吸収表面と第１室の隣接壁との間の角度を９０度より小にすることも出来る。
必要あれば、放射線吸収表面に多数の切子面を設け、表面に鋸歯形パターンを作り、隣接切子面が互いに９０度より小なる角度をなすようにしてもよい。
必要あれば、室にはアーク軸に垂直に少くとも１つの反射壁を設けてもよい。
第１室には、例えばキセノンアークランプの如き第２放射線給源を設け、更に入射放射線を発生させ、作業片上に希望の放射線パターンを作る。
本装置に第２室を設けてもよい。その場合には、第１室を作業片面の第１側面に、第２室を作業片面の第２側面に設置し、第２側面と第１側面とは相対向するものとする。第２室は、複数の壁を有し、その各壁に反射面を設けて、作業片によって放出された放射線を作業片に反射し返す。少くとも１つの第２副反射装置を上記第２側面に対向させ、第２表面から放出された反射線を第２表面に反射し返してもよい。少くとも１つの反射装置を成型して反射放射線を第２側面に分配し、実質的に均一な温度分布を第２側面の一面に亙って保持するようにも出来る。更に、本装置に少くとも１つの端部反射装置を作業片の端部に隣接設置し、端部より放出された放射線を端部に反射し返すように操作も出来る。上記第２副反射装置と端部反射装置とは協働して、反射された放射線を第２側面及び端部に分配し、作業片の第２側面及び端部の全体に亙って、実質的に均一な温度分布が得られるようにする。
本装置には、第２放射線給源を設けてもよい。即ち少くとも１つの短いキセノンアークランプで作業片の第２表面を放射し、第２表面は作業片の側面に位置し、第１表面に対向する。成る可くならば、放射線の第２給源は第２室内に位置させ、該第２給源をコントロールする第２コントローラーを設け、第２面上に希望の放射線パターンを保持することによって、作業片中に希望の熱パターンを得る。成る可くなら、第２コントローラーに第２反射装置を設け、放射線の第２給源の後に位置させる。そして第２給源が第２反射装置と作業片との間にあるようにする。
以上の代りに、第２給源に少くとも１つのタングステンランプを使用してもよい。
本発明の他の特色は、作業片を急速且均一に加熱する方法を提供するにある。その方法は下記の工程を含むものである。
ａ．第１の放射線給源よりの放射線を作業片の第１表面に当て、その第１表面上に入射放射線を発生させること、及び
ｂ．上記第１表面及びその付近の表面を含むエネルギー伝達面から反射、放出された非入射放射線を吸収して、第１表面に、放射線給源から直接放出される入射放射線のみを一次的にあてること。
上記方法は更に下記工程を含むものである。
ａ．作業片を第１室に保持すること、
ｂ．放射線を第１室に放射すること、及び
ｃ．第１室を構成する壁の少くとも１つの放射線吸収表面に非入射放射線を吸収させること。
本発明の他の特色は、作業片を急速且均一に加熱する方法を提供するものであって、その方法は下記工程を含むものである。
ａ．第１放射線給源からの放射線を作業片の第１表面に向け、該第１表面上に入射放射線を発生させること、
ｂ．第２放射線給源からの放射線を作業片の第２表面に向け、該第２表面上に入射放射線を発生させ、上記第１表面と第２表面とを作業片に対向する両側に配置すること、及び
ｃ．第１表面と、第２表面と、作業片の付近の表面とを含むエネルギー伝達面から反射、放出された非入射放射線を吸収すること。
本方法は更に下記工程を含んでもよい。
ａ．複数の壁を有し、その少くとも１つの壁が放射線吸収表面を有するが如き室内に作業片を保持すること、
ｂ．第１及び第２の給源から放射線を上記室内に放射すること、及び
ｃ．上記の少くとも１つの壁の放射線吸収表面で非入射放射線を吸収すること。
上記装置は、実質的に総てのウエーハ放射線がウエーハに帰る前に、その放射線を吸収することによって、ウエーハ反射性及び非均一性を減少する。放射線吸収表面及び放射線給源に対する給源の相対位置によって、ウエーハより反射される放射線と、ウエーハよりの熱放射線の大部分とを、室の壁の放射線吸収表面に到達するようにする。
ガスアークを使用すれば、信頼出来而も再現可能な放射線給源が得られる。更に本明細書に記載のアークは、アーク放射線の９０％より多くがコールドシリコンの１．２ミクロンバンドギャップ吸収より小であるスペクトル分布を有する。従って、アーク放射線の実質的にすべてが、すべての温度でシリコンに強く吸収され、殆んどウエーハを通過することはない。更に本願でのアークは、１ｍＳｅｃ時間応答を示すから加熱プロファイルの調節を改良し、容易且正確な温度測定が出来るようになる。アークのスペクトル分布は、ウエーハに当たる入射放射線の大部分を、ウエーハの露出表面上に吸収させる。これらの波長では出力はウエーハを通過してウエーハの第２の側（装置側）に達しない。ウエーハを通る出力の伝達を最小にすれば、ウエーハのパターン効果が最小となり、ウエーハの表面に垂直方向の熱勾配が減少して熱応力が減少する。酸化物の上にシリコンの如き絶縁層を有する装置には、この点が特に重要である。
【図面の簡単な説明】
本発明の態様を説明する図面に於て
第１図は本発明の第１の態様による装置の断面図、
第２図は第１図の線２−２に沿った第１図装置の断面図、
第３図は本発明の第２の態様による装置の断面図、
第４図は本発明の第３の態様による装置の断面図、
第５図は本発明の第４の態様による装置の断面図、
第６図は本発明の第５の態様による装置の断面図、
第７図は本発明の第６の態様による装置の断面図、
第８図は本発明の第７の態様による装置の断面図
である。
詳細な説明
第１図を参照すれば、作業片を急速且つ均一に加熱する装置は一般的に１０で示される。この具体例において、作業片は第一面１４、第一面の反対側に配置された第二面１６およびウエーハの円形周辺を限定し、且つウエーハ１２の中心部１９を囲む円形端部１８を有するシリコンウエーハ１２である。第一面１４は一般的に基板側であり、第二面１６は一般的に装置側である。第一の側は一般的に均一な熱係数を有し、第二の側は異なった熱係数の領域を有していることが好ましい。更に、放射線を吸収するように操作し得、結果としてウエーハの加熱をもたらす、エネルギー伝達面として作用するウエーハの第一および第二の側は、ウェーハ１２の温度により、その上に衝突する放射線の一部を反射し、そして熱放射線を放出するように操作し得ることが好ましい。
装置１０は第一室２０を画定する複数の壁を含む。この具体例において、第一、第二および第三の壁２２、２４および２６があり、それらは図面の面に直角に延長され、夫々は互いに直角に配置されており、そして第四および第五の壁は図面の面に平行に広がっている。第２図を参照すれば、第四の壁は２８で示され、第五の壁は２９で示される。第１図に戻って参照すれば、第一の壁２２は一般的に切れ目がなく、第二の壁２４はその中に第一の開口部３０を有し、そして第三の壁は一般的にロボットのアクセスのためのアクセス開口部３２を有している。ロボットのアクセスが作動していないときはアクセス開口部３２は着脱しうるカバー３４により閉鎖されている。第２図を参照すれば、第四および第五の壁２８、２９は一般に切れ目がない。
第１図を参照すれば、この具体例において、壁２２、２４および２６およびアクセス開口部カバー３４（第１図に見られる）は、陽極酸化されたステンレスチールから構成されており、各壁の少なくとも一つの内部に面した面は黒色で放射線吸収性である。壁２２、２４および２６は、それぞれ放射線吸収面３６、３８および４０を有しており、それぞれはその上に衝突する放射線を囲いの内部から吸収するように操作し得る面領域を有している。壁２２、２４および２６のそれぞれは通常の方法により水冷される。第２図を参照すれば、残った壁２８および２９は、例えばアルミニウムの高反射面コーティングで覆われており、それぞれ反射面３１および３３を有する。
第１図に戻って参照すれば、好ましくは、第二の壁２４の第一の開口部３０は、第一室の全放射線吸収面領域の面積より小さいか等しい断面積を有しており、それを通して第一室２０に放射線が入る開口部となっている。全放射線面積は第一室の放射線吸収面のそれぞれの表面積の合計である。一般的に、第一室２０の内部から放射線吸収面にできるだけ多く放射線を吸収することができるように、第一開口部３０の断面積を最小限にして放射線吸収面積を最大にすることが望ましい。
アーク軸４５を有する第一高出力不活性ガスアーク４４は、アーク軸が放射線吸収面３６、３８および４０に平行で、反射面２８および２９に垂直になるように第一開口部３０の辺りに確保されている。高出力アークはウエーハ１２の第一のエネルギー伝達面１４上に入射放射線を発生するための第一の放射線源として作用する。高出力不活性ガスアークは、好ましくは、１９７７年５月３１日Ｎｏｄｗｅｌｌらに対し発行された米国特許第４，０２７，１８５号、１９８７年１０月１３日Ｃａｍｍらに対し発行された米国特許第４，７００，１０２号および１９９０年６月２６日Ｃａｍｍらに対し発行された米国特許第４，９３７，４９０号、（これらの開示は参考文献としてこゝに取り入れられている）に記載されたタイプの水管壁アークである。
一般的に、シリコンウエーハの処理のためには、ガスアーク５５は、第一面１４において、１．２×１０-6ｍより小の波長でエネルギー含量の少なくとも９５％を有する放射線を発生し得ること、および３０−１００Ｗ／ｃｍ2の範囲、好ましくは５０Ｗ／ｃｍ2の放射線束を発生し得ることが好ましい。この放射線束のレベルはウエーハ１２を加熱するのに第一室２０内に充分な放射線エネルギーを供給し、同時にウエーハ１２から反射した放射線が、第２図に示された放射線吸収面３６、３８および４０により吸収される、あるいは壁２８、２９の反射面３１および３３によりこれらの面に反射される、のに充分である。換言すれば、装置はウエーハを加熱するためにウエーハからの反射放射線を必要としない、むしろ完全な加熱効果は主として第一放射線源からの直接の入射放射線によるものである。
第１図に戻って参照すれば、ガスアーク４４はオン／オフ応答時間１０ミリ秒以下、好ましくは１ミリ秒以下を達成できるべきであり、これはウエーハの温度時間定数（thermal time constant）より短時間である。これにより、放射線が直ちに不活化され源放射線の影響なしに温度測定、あるいは熱画像をとることができるのであり、そしてウエーハ１２の温度を回復または保持するために放射線を急速に再活性化することができるのである。また、通常の温度および熱画像装置を使用して、必要なウエーハ１２の非常に正確な温度図をとることができるのである。
アークの小時定数回路（fast time constant）の一つの応用可能性は、反射ならびに熱放射の両方を測定するためにウエーハ放射をアークのオンおよびオフと比較することである。これらの反射率の実時間測定は放射率を計算するのに使われ、そして熱放射と組合せるとき、測定は温度を与える。吸収室は反射室によりつくられる空洞効果（cavity effect）を除去するので、真のウエーハ放射率を測定することができる。半球形反射率の概算は、ウエーハを二次元に分解する影像検出器の注意深い位置決めおよびウエーハ上の照射の判っている空間および角分布を用いて得ることができる。
ウエーハ１２の加熱中、ウエーハ１２の異なった領域が一般に異なった割合で放射線を放出する。それゆえ、第一反射材４６はガスアークの軸に平行にガスアーク４４の背後に配置される。そのため、ガスアーク４４は、ウエーハ１２上に望ましい放射線パターン入射（radiation pattern incident）を達成するためガスアーク４４からの放射線束を制御するように、第一反射材４６とウエーハ１２の間に配置される。また反射壁２８および２９は、この望ましい放射線パターンを形成するのを助ける。一般的にそのパターンはウエーハ１２の第一面１４全体に均一な束分布である。
これは、ガスアーク４４から直接放射される放射線部分が第一および第二の角の部分４８および５０（ウエーハ１２の端部１８にこの放射線が濃縮して直射する部分）により反射されるように、第一および第二の角の部分４８および５０と共に反射材４６を形成することにより達成される。反射面３１および３３もまた第一源によりウエーハ１２に放出された放射線のいくらかを反射する。これらの面はそれぞれのガスアークの影像をつくるが、それは実際よりも長くアークが現れる原因となり、その結果アークの端部を通り越して均一な放射線パターンを生じることを助ける。それゆえ、第一反射材４６および反射壁２８および３０は第一面１４に望ましい放射線パターンを達成するように第一放射線源を効率的に制御する。この均一な放射線パターンの効果は第一面１４を横切って一般に均一な温度分布を生み出すことである。通常の反射材設計技術を用いて、最も実用的な放射パターンを創りだすために、適当な第一反射材を設計することができる。
窓５６は第一開口部３０の上に配置され、ガスアーク４４を第一室２０から分離する、そしてガスアーク４４および第一反射材４６から第一開口部３０を通って室２０に放射線が通過することを可能にする。一般的に、窓は通常の石英設計であり、それを通して第一および第二面への大部分の放射線入射を可能にするが、しかしいくらかの放射線は反射される。それゆえ、窓は第一および第二部分反射面５８および６０を有すると考えてもよい。
ウエーハ１２は全ての方向に放射線を反射放出し、そのいくらかは壁の放射線吸収面３６、３８および４０と交差し、またいくつかは窓５６の第一部分反射面５８と交差する。室２０の壁２２、２４および２６と衝突するこの反射放出された放射線は放射線吸収面３６、３８および４０により吸収される。窓５６に衝突する反射放出された放射線のいくらかは窓を通過し、第一反射材４６によって室２０に逆反射される、同時にこの放射線のいく分かは窓５６により室２０に逆反射される。第一反射材４６によるこの放射線の過剰反射を避けるために、上記した５０Ｗ／ｃｍ2の放射線束でウエーハ１２の第一面１４を照射するためにガスアーク４４からの放射線が充分に室２０に入れるようにしている間、第一開口部３０および従って窓５６をできるだけ小さく保持することが望ましい。高出力ガスアーク４４の使用はこれを可能にする、というのは必要な線束強度でウエーハを照射するため比較的小さな第一開口部３０を通して充分な放射線が発生する程強力であるからである。
第一、第三、第四および第五（図示せず）の壁２２，２６および２８はそれぞれ外側端を有し、その内二つだけが作業片面６６上にある６２および６４として示されている。これらの端には同様な壁を有する第二室６８が連結され、その壁の三つだけが７０、７２および７４として示されている。第一室２０はそれゆえ作業片面６６の第一側７６に配置されており、同時に第二室６８は作業片面６６の第二側７８に配置されており、第二側７８は第一側７６の反対側にある。
第二室６８は、また第二室６８が第一室２０に連結されるとき囲まれた空間は完全に囲まれるように、それぞれ壁７０、７２および７４と連結する底部８０を有する。第二室６８の壁７０、７２および７４および第二室６８の底部８０は、ウエーハによって放出された放射線がウエーハ１２に逆反射するように、例えばアルミニウムで被覆された高度反射面でそれぞれ被覆されている。
第二室６８の壁７０、７２、７４は、環状の作業片保持部８６とつながった内部に向かったフランジ部８４に終わっている。作業片保持部は第一および第二の主エネルギー伝達面８８および９０を有しており、それぞれは第一または第二室２０、６８のいずれかに放射線を反射放出するよう操作される。これらの面８８および９０により反射または放出され第一室２０に入るエネルギーは第一室２０の壁２２、２４、２６の放射線吸収面３６、３８、４０、４２によりたやすく吸収され、同時に第二室６８に入るエネルギーは第二室６８の壁７０、７２および７４と底部８０上の高度反射面被覆８２により反射される。
変形
代替として、第一室２０の壁は陽極酸化されたアルミニウムからつくられる、その場合放射線吸収面は陽極酸化されたアルミニウムである。あるいは壁は実質的に他の金属または熱伝導性物質から作られ、黒ニッケル被覆あるいはグラファイトを含む黒塗料被覆で被覆され、ここでこれら二つの被覆は放射線吸収面として作用する。
第３図を参照すると、本発明の第二の具体例に従った装置が概略的に１００で示される。装置は第１図に示した装置に類似するが、第二面１６および端部１８により放出された放射線がウエーハ１２の第二面１６および端部１８に逆反射するように、第二側反射部１０４および端部反射部１０６を含む集積第二反射材１０２が第二室６８内で、ウエーハ１２の第二面１６に対向している点が異なっている。第二反射材１０２は第二面１６および端部１８上で反射した放射線の配分に協同し、ウエーハ１２の中心部１９に比較して端部１８により放出された、より大量の放射線量が、ウエーハ１２の第二面１６および端部１８全体に実質的に均一な温度分布が保持されるように、端部１８において集約され逆反射される。
第４図を参照すると、本発明の第三の具体例に従った装置が概略的に１１０で示される。装置は第２図に示した装置に類似するが、第一および第二のキセノンアークランプ１１２および１１４を含む第二の放射線源が、ウエーハの第二面を照射するために、第二室６８内で、ウエーハ１２と第二反射材１０２との間に備えられている点が異なっている。
第二反射材１０２は、第二面１６全体に所望の均一な温度分布を保つために第二面１６上に所望の放射線パターンを達成するようにキセノンアークランプ１１２および１１４によって放出される放射線および第二面１６により放出反射される放射線が第二面１６上で逆反射するように操作される。
第二放射線源の使用は第二面１６の温度分布の非常に正確な制御が必要である場合に企図される。
変形として、この具体例において、第二放射線源は少なくとも一つのタングステンランプ（図示せず）に提供されてもよい。
変形として、米国特許４，９５８，０６１号（文献としてここに採り入れられている）に記載されたタイプの環状様温度保護部材が端部１８からの放射線吸収放出を釣り合わせるために採用され得る。さらに変形として、１９９１年１月１日付けKakoschkeへの米国特許４，９８１，８１５号（文献としてここに採り入れられている）に記載されたタイプの半円形スクリーンも端部周辺に採用され得る。あるいは、米国特許４，９８１，８１５号に記載されたタイプの環状光源および光源周囲の反射材も端部周辺に採用され得る。
第１および２図に示す第一の具体例による装置は、窓の位置によってウエーハ放射線の数％の照射不均一が引き起こされるかも知れない。更に、窓は室の温度記憶を増大させる。処理中、窓は源からの放射線、ウエーハからの熱放射線により加熱される。窓はほとんどのランプ放射線に対して透過性であるが、しかしウエーハからの大部分の赤外線照射は吸収する。ウエーハ中心の反対側の窓の位置は端に近い位置よりもより放射線を受けるので、放射状の温度勾配がウエーハの中心に向かって窓に生じる。続いてウエーハが、処理したウエーハの数、窓冷却、窓の熱的性質および工程のサイクルに応じて非均一窓に露光される。窓の効果はそれを再位置決めし、第５図に示されたようにいくつかの変形がなされることにより減少される。
第５図を参照すれば、本発明の第四の具体例による装置が一般的に１２０で示される。装置は第一２２、第四２８および第五（図示せず）の壁から形成された第一室２０および第二室６８を含む。それは、第１図に示した具体例の相当する成分に類似するが、しかし第１図に示した具体例の相当する壁とは異なっている第二および第三の壁１２２および１２４を有している。第二および第三の壁１２２および１２４は、しかし、それぞれ放射線吸収面１３および１２５を有している。
特に、第二の壁１２２は第一の壁２２から第三の壁１２４に至る距離の約３／４の長さだけ第一の壁から延在している。また、第三の壁１２４は、第二と第三の壁（１２２および１２４）との間に第一開口部１２６を残して、第二の壁１２２に至る距離の約１／３の長さである。反射材口部１３０を有する第一の非対称形反射材１２８は第二と第三の壁（１２２および１２４）との間を連結して第一室２０の角部１３２を形成している。第１図に関連して記載したタイプの高出力ガスアーク１３４は反射材１２８内に配置されている。上記した部分的反射面１３８を有する窓１３６は、第二と第三の壁（１２２および１２４）との間に延び、第二の壁１２２に対して第一の鈍角１４０で位置し、第三の壁１２４に対し第二の鈍角１４２で位置している。従って窓１３６はウエーハ１２の第一面１４に対し角１４６で配置されている。窓１３６は反射材１２８の口開部１３０を覆っているが、窓１３６がガスアーク１３４と保持装置８６の間に配置されるように、入射放射線が窓１３６を通過するように、そして部分反射面１３８が、第一室２０内のエネルギー伝達面、例えば１４および９０により放出反射された放射線を第一室２０の壁２２、１２２、１２４の放射線吸収面３６、１２３、１２５の少なくとも一つに向けるように操作し得るようになっている。反射材は異なった長さの第一および第二側位置１４８および１５０を有し非対称である。第一側部１４８は第二の壁１２２に隣接しており、第三の壁１２４に隣接して配置されている第二側部１５０と比較して相対的に短い。第一側部１４８はウエーハの全表面に対して一般的に上方に放射線を反射するよう操作される。しかし、ガスアーク１３４に比較的近いウエーハ１２の右手側端部１８．１がより放射線を受ける。第二側部１５０はガスアーク１３４より比較的離れているウエーハ１２の左手側端部１８．２に向かって選択的に上方に放射線を反射するように操作される。より大きな第二側部１５０は、より遠い端部１８．２に対し多量の放射線を向けるように作用する。それで第一面１４に比較的均一な放射線の分布が得られるように、より小さな第二側部によってつくられる一般的に非均一な放射線パターンを補償する。これは第一面１４全体に比較的均一な温度分布をもたらす。
この具体例において、窓はより少ない放射線を受け、それゆえに冷却状態にあるから温度記憶は減少する。窓の小さなサイズおよびウエーハからの長い距離はウエーハへの逆放射線伝達を減少し、放射線の寄与をより均一にする。窓のウエーハの陰影は大きな関連性はない。なぜなら窓によって反射されるウエーハからの放射線は高い吸収室壁に向けられウエーハに戻らないからである。窓によって限界を定められる小立体角、即ち反射光をウエーハから離れて向けるに必要な窓のより大きな距離及び角度はガスアークを極端に高出力とし容積を小とすることによって、比較的小さな反射材およびウエーハへの大きな距離ができるので可能になる。
所望により、流体冷媒に接触させて窓から熱を移すことによる、１９９４年７月２２日発行のカナダ特許出願第２，１１３，７７２号（文献としてここに引用されている）に記載されたような冷却系によって窓は冷却することができる。
第６図を参照すれば、本発明の第五の具体例による装置は一般的に１６０として示されている。一般的に、この第五の具体例は、以下の記載以外は、第４図に記載された具体例に類似している。第一室２０内で作業片面６６と第一の壁上の放射線吸収面３６との間に含まれた角１６２が９０度より大きく、第一の壁２２上の放射線吸収面３６と第二の壁１２２上の放射線吸収面１２３との間に含まれた角１６４が９０度より小さいように第一と第二の壁（２２，１２２）とを配するようになっている。この壁の配置はエネルギー伝達面により反射放出される放射線の吸収において以前に記載した具体例よりも効果的の傾向がある。
第７図を参照すれば、本発明の第六の具体例による装置は一般的に１７０として示されている。この第六の具体例は第１−５図に示した第一および第二の壁を必須的に排除しており、これらの壁を一般的に鋸歯型を形成する複数の小面１７４を有する単一の壁１７２で置換している。それぞれの隣接した小面は互いに９０度より小さい角１７６で配置され、黒色黒鉛を含む放射線吸収被覆１７８で被覆されている。小面１７４は、作業片面との関係では、第二面から反射放出された放射線が比較的小入射角度で入り、これによって小面１７４の反射効果を減少させ第一室２０の吸収を増強するよう、配置されている。この具体例では第一面１４からの放出反射放射線の効率的な吸収が提供される。
第８図を参照すれば、本発明の第七の具体例による装置は一般的に１８０として示されている。この第七の具体例による装置は第１および第２図に記載した装置と本質的に、以下の点を除き同一である。作業片上の全体にわたって所望の放射線パターンをより制御するために追加の入射放射線を生じる第二放射線源１８０を第一室２０内に含んでいる。この具体例において、第二の放射線源は第一の窓３０の反対側に配置された第一および第二のキセノンアークランプ１８４および１８６を含んでいる。この配置は、例えば、ウエーハ１２の第一側１４上に放射状に変化する強度パターンを生じる。
複数の具体例を記述してきたが、それぞれは独自の強さと弱さを持っている。例えば、第１および第２図に示した具体例は、ウエーハにおいて良好な温度均一性を生む基本設計に関するものである。第３図に示した具体例は、第１図のものより改善された均一性を生じるが、より大きな経費がかゝる。第４図に示した具体例は、パターン化したウエーハにより創出された効果に対しより大きな補償を提供する。第６および７図に示した具体例は、より確かにウエーハ上に適当な放射線パターンを生じ、ウエーハにおいて高い温度均一性を提供する。第８図に示した具体例は最良の性能を提供するが以前の具体例よりも比較的より複雑である。
上記した装置はウエーハの性質とは別に改善された温度均一性を提供する。装置はウエーハの基板側を通して加熱と冷却を行って、ウエーハと端の装置側を通して失われるエネルギーの釣り合いを保つ。第一室はウエーハから反射放出される放射線を吸収するように操作され、かくして所望の放射線パターンを創出するためにウエーハの性質に依存することを除去する。線源と反射材は第一室の小部分を構成しているから、診断及び温度測定目的のためにウエーハに容易にアクセスすることができる。
本発明の特定の具体例を記載し説明したが、そのような具体例は本発明の例示のみと解釈されるべきであり、付随する特許請求の範囲に従って解釈される本発明を制限するものではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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