JP2005503003A - 集積回路用の急速熱処理システム - Google Patents
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Abstract
急速熱処理装置において加熱ランプの配列は、半導体ウェーハのような半導体基板の表面を、密封されたチャンバ内に保持されているときに1つの選択された温度、又はセットを成す複数の選択された温度に加熱するための放射熱を発生するものである。加熱ランプは、チャンバ環境および該チャンバ環境内のウェーハからその加熱ランプを絶縁分離する1つ以上の光学的透過性外被により個別に、又はグループで、取り囲まれる。光学的透過性外被は、放出された放射熱エネルギの比較的大きな割合をランプから半導体ウェーハの方に向けるため、関連する反射器および/またはレンズを含むことができる。薄い平坦な石英ライナをランプと基板との間に挿入することもできる。チャンバ内の放射エネルギ分布を制御し、そして、従来技術の急速熱処理装置におけるランプを絶縁分離するため通常使用される厚い平坦石英窓を省略することにより、より高い処理速度及び改善された信頼性が得られる。
Description
【技術分野】
【0001】
発明の背景
本発明は集積回路の製造に関する。とりわけ、制御された圧力及び温度環境内で半導体基板を加熱するためのシステムが開示される。
【0002】
金属酸化物半導体(MOS)のような集積回路の製造には、制御された圧力環境、たとえば真空での半導体ウェーハの急速熱処理が必要である。例えば、MOSトランジスタを形成するプロセスにおいて、ゲート酸化物層は、通常、実質的に純粋な酸素雰囲気中でシリコン基板の熱酸化により形成される。しかし、MOS ULSI回路のような特定の適用において、ゲート酸化物層は、ホットキャリア効果に基づく比較的低い信頼性及び抵抗の問題と共に、比較的高い欠陥密度及びチャージトラップのような不都合な特性を呈するおそれがある。
【0003】
シリコン基板の急速熱処理(RTP)のシーケンスを使用することによってMOSトランジスタのゲート誘電特性を改善できることは公知である。これらの処理ステップは、(1)酸化窒素(NO)での酸窒化物(oxynitride)の成長を生成するステップ、(2)化学蒸着法(CVD)プロセスで窒化ケイ素(SiN)を施すステップ、(3)アンモニア(NH3)でのアニールのステップ、および(4)N2Oでのアニールステップを含む。種々のRTP処理ステップは、一般に温度制御される真空内で行われる。1つのRTPオーブンは、石英窓で区画され、この石英窓は放射加熱ランプの多重配列により加熱すべきウェーハを収容する中央真空チャンバを画定する。石英窓は、加熱プロセス中ウェーハを、加熱ランプ及び汚染物の他の源から分離する。石英窓のエッジは、チャンバ壁によってシールされ、気密のチャンバ外被を形成する。チャンバ内を真空引もしくは真空吸引すると、2〜4トンの大気による力が石英窓に向かって生じる。石英窓は、その力に耐えるのに十分な厚さであり、一般に少なくとも25mm〜35mmである。一般に少なくともほぼ3mm〜6mm厚の比較的薄厚の石英窓は、大気圧で動作するチャンバのためだけ使用される。
【0004】
内部チャンバ環境を汚染物質のない状態に維持する間、石英窓の絶縁分離チャンバ構造は、チャンバ内のウェーハと加熱源(ランプ)との間で大きな熱的慣性を引き起こし、加熱効率がより小さくなり、ウェーハ温度制御がより困難となる。付加的な熱的慣性により、プロセス反復性及び品質制御を維持することが困難になる。石英窓は、それの厚さにより、破損を受け易く、著しいコストを急速熱処理装置に付加する。従って、石英窓形オーブンにより引き起される複雑性、費用及び反復性の問題を回避するRTP処理のためのシステムが望ましい。
【0005】
さらに、半導体ウェーハRTP処理のスループットを増大させる努力によりランプベースの加熱とは異なる代替手段が創出されている。マットソンテクノロジィ(Mattson Technology)社は、サセプタベースの加熱を使用した単一処理チャンバ内で2つのウェーハを処理するASPEN II RTPシステムを提供している。米国特許明細書第6,133,550号は、ファーネスでのウェーハの挿入及び取出を迅速に行うことによりウェーハをRTP処理する方法を開示している。ウェーハサイズが増大し、そして、より大きいウェーハ収容するため、益々大きくなるチャンバの窓への応力が増大すると、一つのチャンバ内で多重のウェーハを処理することによりランプベースのRTP装置のスループットを増大させることができる潜在能力が制限されている。従って、スループットの増大を可能にするランプベースのRTP処理装置もまた望ましい。
【0006】
発明の要約
本発明による急速熱処理(RTP)装置は、半導体ウェーハ及び集積回路等の基板を処理するため制御される圧力及び温度環境を提供するものである。その装置は、所望の加熱レシピに従って、選択された値又は値の範囲で、チャンバ内に保持された半導体ウェーハの温度を維持するために、放射熱を発生する加熱チャンバ及び加熱ランプの配列を含む。各加熱ランプは、1つのバルブを有し、少なくともそのようなバルブは、チャンバの内部及びその内のウェーハからバルブを絶縁分離する光学的透過性外被により取り囲まれている。有利には、光学的透過性外被は石英窓から形成されており、バルブにより放出される放射熱エネルギに対して完全に又は実質的に透過性の表面を有する。チャンバ内部及びその中のウェーハを加熱ランプのバルブ及び所属のコンポーネントから絶縁分離することにより、光学的透明外被は、加熱ランプからの汚染物質がチャンバに入ることを防止し、又はチャンバ内の半導体ウェーハ上に付着するのを防止するのに役立つ。
【0007】
本発明の別の側面では、バルブ表面の少なくとも一部にわたり配置されるか、又は、光学的透過性外被の少なくとも一部にわたり配置された反射器表面を備えたバルブを持つ加熱ランプを使用することにより、温度制御を改善することができる。反射器は、プロセス中にランプからの放射を制御し、半導体ウェーハの表面へ向けるのに役立つ。択一的に、反射器表面を、チャンバの壁上に、殊に、凹面状に成形された、又は放物面状に成形された内面を持つチャンバ壁内のキャビティ中に設けることができる。加熱ランプをキャビティ内に位置付ける場合、キャビティ壁上の反射器表面は、処理中にランプからの放射を制御し、半導体ウェーハの表面へ向けるのに役立つ。
【0008】
有利な実施形態では、バルブを取り囲む光学的透過性外被がバルブから発せられた放射熱を半導体ウェーハ表面上に集中するレンズ構造に成形される。レンズ構造は、加熱ランプがチャンバー壁のキャビティで保持される場合、そのキャビティの開口にわたって凸面状にわん曲したカバーとして形成できる。択一的にレンズ構造は、加熱ランプを収容するための開いた内部コア部分を持つ、石英のような光学的透過性材料から成る部材又はソリッドなブロックとして形成できる。前記のブロックの1つの表面は、バルブから放出された放射加熱エネルギを、被処理半導体ウェーハへ向けるか又は制御するため、凸面状に成形されるか又は凹面状に成形されたレンズに形成される。
【0009】
本発明の別の実施形態では、封入された加熱ランプの配列と、処理チャンバ外被における単一ウェーハ又は多重ウェーハとの間に光学的透過性ライナが挿入されている。その光学的透過性ライナは、バルブを取り囲む光学的透過性外被に付加して設けられており、さらに、ウェーハ表面に到達することのないように汚染物質を制限するため、バルブをウェーハから絶縁分離する。光学的透過性ライナは、従来技術の石英窓とは異なるものである。それというのは、光学的透過性ライナはチャンバ側壁にシールされず、チャンバ内を真空引もしくは真空吸引する際に大きな圧力差に耐える必要がないので、より薄厚の部材として形成できるからである。光学的透過性ライナをチャンバ側壁にシールすれば、ライナの各側の圧力をつり合せるためポンプのほかに付加的に弁の系列が設けられ、それによりそうしなければ圧力差により引き起こされるおそれのある破壊力を防止する。択一的に、過度な応力を回避するため、より小さい表面積を有する多重の光学的透過性ライナの系列を、バルブと組み合わせて使用することもできる。
【0010】
本発明の他の目的及び利点は、本発明の望ましい実施例もしくは実施形態の以降の詳細な説明から当業者には容易に理解できるであろう。了解されるように、本発明は、異なる他の実施形態を可能にするものであり、それの幾つかの詳細部により、本発明から逸脱することなく、種々の明らかな観点における変形を行うことができる。従って、記載は、性質上例示的なものとみなすべきであり、限定的なものではない。
【0011】
図面の説明
図1 半導体ウェーハに対する制御される温度及び圧力環境を提供するための従来技術の急速熱処理装置を示す図である。
【0012】
図2 本発明の望ましい実施例による急速熱処理装置の断面図である。
【0013】
図2A 図2の線2A−2Aに沿って切断して側面図として示す部分的な横断面図である。
【0014】
図3 急速熱処理装置の代替実施例の断面図である。
【0015】
図4 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの断面図である。
【0016】
図5 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの択一的な実施例の断面図である。
【0017】
図6 放射エネルギを方向付けするための反射器を有する加熱ランプの断面図である。
【0018】
図7 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0019】
図8 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための反射器の別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0020】
図9 急速熱処理装置のチャンバの壁内に埋め込まれた加熱ランプの配列の横断面図である。
【0021】
図10A 急速熱処理装置のチャンバ壁上に支持された加熱ランプ及び石英外被の断面図である。
【0022】
図10B チャンバ壁内に部分的に埋め込まれた択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0023】
図10C チャンバ壁内のキャビティ中に完全に埋め込まれたなお別の択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0024】
図10D チャンバ壁内のキャビティ内に埋め込まれた加熱ランプを、キャビティの開口をカバーする石英窓と共に示す断面図である。
【0025】
図10E ランプから放射された放射エネルギの分散を制御するためのレンズを有し、チャンバ壁内に埋め込まれた加熱ランプの断面図である。
【0026】
図10F チャンバ壁上に支持された単一の石英外被内の多重ランプの断面図である。
【0027】
図11A 石英レンズにより密封された点光源形ランプの断面図である。
【0028】
図11B 石英レンズにより密封されライトガイド内に埋め込まれたランプの断面図である。
【0029】
図11C ライトガイドの遠心端にレンズを有し、ライトガイド内に封入されたランプの断面図である。
【0030】
図11D 石英レンズにより取り囲まれ、チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれたランプを有する択一的な配置構成の断面図である。
【0031】
図12 石英発散レンズにおける加熱ランプの断面図である。
【0032】
図13 チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれ、冷却源により取り囲まれた石英外被内に封入されたランプを有する択一的な実施例の断面図である。
【0033】
図14 チャンバ壁内のチャネル中に保持された点光源形ランプが示されており、前記チャネルが光学的外被でカバーされている、本発明による択一的な急速熱処理装置のチャンバ壁の底面の平面図である。
【0034】
図15 チャンバ内に保持された2つのウェーハを示し、本発明の望ましい実施例による他の択一的な急速熱処理装置を示す断面図である。
【0035】
図16 点光源加熱ランプの系列と組み合わせた光学的透過性ライナの系列を示す、本発明の望ましい他の択一的な急速熱処理装置の断面図である。
【0036】
望ましい実施例の説明
従来技術によれば、図1は半導体ウェーハ7の急速熱処理(RTP)を実行するための装置10の縦断面図である。装置10は、その中にウェーハが処理のため置かれている中央チャンバ11を画定するハウジング12を備える。真空チャンバ11の第1の端部におけるドアスロット26は、ウェーハ7をチャンバ11内にロードし、ロータ23上の支持ピン25上に位置付けることを許容する。ロータ23は、ボス21aに固定されたピン24上に回転するように支持されており、ボス21aは、石英窓21から石英パッド27内の開口を通って延びている。
【0037】
石英窓21は真空チャンバ11の下方境界を形成し、シール28により残りのチャンバコンポーネントに対してシールされる。真空チャンバ11の上方境界は石英窓20で形成される。石英窓20,21は光学的に透過性であり、放射熱エネルギをチャンバ11内へ通過させる。一酸化窒素(NO)、アンモニア(NH3)又はN2O等の処理ガスが、ウェーハ処理期間中チャンバ11の第2端部における開口13を通ってチャンバ11内に導入される。
【0038】
装置10用の放射加熱源は、実質的に並列なランプ配列17および18を有し、これらのランプ配列17および18は、ハウジング12内に位置付けられているが、チャンバ11の外側に位置付けられており、装置10の内壁により支持されている。付加的な放射熱は、装置10の壁により支持された反射器15を有する長手側方ランプ14により与えられる。真空ポート(図示せず)は、チャンバ11内を真空引することを可能にし、石英窓20および21に対して作用する大気による著しい力を生じさせる。
【0039】
石英窓20および21は、チャンバを外部汚染から絶縁分離するのに十分な、適当な機械的強度を伴う厚さを有する。それらは通常、3mm〜6mm厚である。急速熱処理装置におけるより大きい半導体ウェーハサイズ及びより高いウェーハスループットに対する要求が増大するに従って、横断面積が増大する。さらに、低圧プロセスチャンバは、スループットを向上するため、真空ロードロック及びウェーハトランスファーモジュールと両立性のあることが要求される。低圧RTP装置に要求される石英窓20および21の厚さを、それらの要求を充足するため著しく増大させる必要がある。RTPチャンバ内を真空引すると、2〜4トンのもしくは大気による力が、石英窓に向かって生じる。それらの窓は、その力に耐えるのに十分な厚さを有しなければならず、一般に25mm〜35mm厚である。石英窓の厚さが増大するに従い、加熱ランプ17,18の配列とチャンバ11との間の距離も増大する。さらに、より厚い窓は、大きな熱的慣性を与え、ウェーハ温度に対する制御がより困難になる。従って本発明者は、それらの不具合を克服することに努めたのである。
【0040】
本発明の望ましい実施例によれば、従来RTP装置(図1)の石英窓20,21を省略できる。図2を参照すると、本発明の第1実施例のRTP装置60はチャンバ62を有し、このチャンバ62は、熱処理中半導体ウェーハ64を支持するためウェーハホルダ65を含む。ウェーハ64は、ドアスロット又は開口67を通してチャンバ62内にロードされる。石英から成るものであって良い光学的透過性ライナ66および68は、チャンバ62に対して圧力シーリング表面を形成するものでなく、チャンバ62内で支持され、その結果ライナ66および68の各側で圧力が等しくなる。こうして、ライナ66および68は、大きな大気圧力差に耐えなければならない従来のチャンバ石英窓より薄厚であってよく、より小さな熱的慣性を有し、しかも、ウェーハを汚染のない状態に維持するのに役立つ。ライナはほぼ0.25mm〜2.0mmの厚さを有するのが望ましいが、ほぼ1.0mm〜2.0mm厚であるのが最も望ましく、そして、炭化ケイ素(SiC)又は他のセラミック材料から形成されていてよく、前記の他のセラミック材料は、光学的に透過性であり、通常の急速熱処理温度に耐えることができるものである。その処理温度は、1000℃を越えることがある。
【0041】
図2の実施例において、タングステンハロゲン加熱ランプ又はキセノンアークランプ等の光源の第1および第2の配列が、チャンバ62の上部及び下部に沿って設けられる、すなわち、ウェーハ支持体65の上方及び下方に設けられる。チャンバ62の上部及び下部に沿った光源の配列はウェーハがウェーハ支持体65上に支持されると、直接放射熱をウェーハ64に供給する。各光源はチャンバ62の上部及び下部上の光学的透過性外被(石英管のような)74,76内に線形ランプ70,72を含む。石英管74,76は、個別に、各ランプ70,72を取り囲み、シール78,80でチャンバ62の側壁にシールされ、こうして、石英管74,76を取り囲むエリヤとチャンバ62の残りの部分を同じ圧力、望ましいのは真空圧に維持する。チャンバ62の上部壁91及び下部壁93を、メタリックゴールド等の反射性コーティング69又はTiO2及びAl2O3のような他の赤外反射性コーティングで被覆できる。図2Aに極めてよく示されているように、ランプ70,72は、並行位置関係で配置され、ここで、各々の密封されたランプが隣接する密封されたランプからわずかだけ離間しており、それぞれチャンバ及び反射性コーティング69の上部壁及び下部壁から離間すると望ましい。配列の各々は並行な位置関係で示されているが、もちろんその配列を垂直又は他の非並行な位置関係で配向させることができる。更に、チャンバの上部壁91に隣接する第1の並行な配列を、チャンバの下部壁93に隣接する第2の並行な配列に対して並行にしてもよい。しかしながら、第2の並行な配列のランプを、第1の並行な配列のランプに対して横方向に配置できる。
【0042】
入口82及び出口84を有する個々の冷却チャネルは、水又は冷却オイル等の液体、又は空気又は空気とヘリウムとの混合気、または空気と水素との混合気等の適当な熱伝導性を有するガス等の冷却流体を、各々の石英管74,76を通して循環させ、ランプ70,72を冷却する。冷却流体は光屈折特性を有していてよく、ランプバルブ70,72から放出された放射熱又は放射光を半導体ウェーハ64に向けるように、冷却流体の流れの経路を設計できる。
【0043】
図2及び図2Aに示すように、チャンバ62は石英外被74,76の第1の配列および第2の配列を有し、各石英外被はそれぞれのランプ70,72を含む。石英外被74,76及びライナ66,68は、光源とウェーハとの間に大きな熱的慣性を導入せずに、RTP処理中ウェーハを収容するチャンバ62の内部部分を、汚染物質で汚染されない状態に維持するように、ランプバルブをチャンバ62から絶縁分離するのに役立つ。
【0044】
オプショナルな真空ライン101を、チャンバ62からガスを排気し、チャンバ内に真空引するため使用できる。真空ラインが図2A中仮想輪郭線で示されている。
【0045】
図2には示されていないが、もちろん第1ランプ配列及び第2ランプ配列をチャンバ62から絶縁分離するため異なる厚さのライナを使用することが可能である。例えば、0.25mmの公称厚さを有するより薄厚のライナは、第1のランプ配列を絶縁分離するのに適したものであってよく、温度応答をより速くして温度ランプアップ(ramp up)をより高くできるという利点を有する。
【0046】
図3は、ウェーハ支持体65上に支持されたウェーハ64に対する付加的汚染防止を提供する本発明の択一的な実施例90の断面図である。図3の実施例において、窓86,88は、チャンバ62,96を画定するハウジングの各側まで完全に延びていて、ウェーハ支持体65に対するシールされた外被を形成し、ランプ70,72又は該ランプを取り囲む外被74,76により発生される汚染物質からウェーハ64及びウェーハ支持体65をより良好に絶縁分離する。窓86および88の各側における圧力平衡を維持し、それにより、従来技術のRTP装置において使用されたような熱的に慣性のある厚い石英窓の必要性をなくすため石英窓86および88の両側における圧力が制御される。図3に示す実施例において、圧力ポンプ92を通して真空引され、そして、レギュレータ94,96は、伝導ライン98,100および102を通して、窓板86および88の各側における圧力をつり合わせる。チャンバ62および95の側壁と窓86,88との間の適当なシール104は、チャンバ62および95内で、実質的に汚染物質のない環境を真空下に維持する。
【0047】
RTP装置のさらなる改善として、ランプ70,72からウェーハ64を収容するチャンバ62へ供給された放射エネルギの量を、ランプバルブを包囲する外被の特性を変えることにより最適化できる。図4は、ランプ配列70のうちの1つに対する透過性外被74のうちの1つの断面図を示す。この実施例において、透過性外被は、バルブ70からウェーハ支持体65上のウェーハ64へ放射エネルギを向けるのに役立つ反射性コーティング106を有する内表面上に被覆されている石英管74aである。望ましい反射性コーティング材料は、金、又はTiO2及びAl2O3のような他の赤外反射性コーティングである。内部反射性コーティング106は、図4において角度Aで示すように、石英管74aの180°より小さな角度にわたってカバーしていることが示されている。角度Aは、ほぼ160〜180°の範囲内にあるのが望ましい。そこでウェーハが処理されるエリヤ内で放射エネルギ強度を制御することにより、温度安定性を改善し、よりよいプロセス反復性を生じさせることができる。
【0048】
図5の断面図に示す択一的な配置構成では、反射性コーティング108がランプバルブ70aの外表面に施されて、チャンバ62内に保持されたウェーハへ放射エネルギを向ける。
【0049】
図6の断面図に示す他の実施例では反射性コーティング110がランプバルブ70を取り囲む透過性外被74bの外表面を被覆するため施される。外表面を被覆することにより、放射エネルギがチャンバ62内のウェーハに向けられるが、ただし、透過性外被74aの内表面にコーティング106が施される場合(図4に示す)生じるパターンとは異なったパターンでその放射エネルギが向けられる。
【0050】
放物面状反射器112を、バルブ70を取り囲む透過性外被74に隣接して設けることができる。図7に示すように、放物面状反射器112は、図6における透過性外被74の外表面に施される反射性コーティング110と比較してより真っ直ぐで、より並行の経路で、放出された放射をウェーハの方へ向けるために用いられ、前記の反射性コーティング110は、放射をより発散する経路で反射する。放出された放射を、より真っ直ぐで、より並行の経路でウェーハの方に向ける放物面状反射器が望ましい。
【0051】
放射のためのより真っ直ぐで、より並行な経路の利点は、次のような場合でも得られる、すなわち、図8に示すように真っ直ぐの反射器114を透過性外被74bに隣接して導入することにより反射性コーティング110を透過性外被74bの外表面に施す場合でも得られる。反射性コーティング110と組み合わされた真っ直ぐの反射器114は、放出された放射を半導体ウェーハの方に向けるのに役立つ。反射器114が密封されたランプの配列で隣接する透過性の外被間に配置される場合、反射器114の反射性表面はチャンバ62内のウェーハ64のほうに幾らかの発散性の放射光線を向け直す。
【0052】
装置60又は90の上部壁及び下部壁を、代替的に、図9に極めて良好に示すように、放物面状の反射性形態のチャネル状キャビティ116の1つ又は系列として形成できる。図9はチャンバの上部部分の端面から見て示す横断面図である。そのような実施例において、透過性外被74内に封入された各ランプ70は、チャンバ壁93内に形成された放物面状のチャネル116内に保持される。組み立てのための別個の部分がより少なければ、この実施例において、ランプの周りの透過性外被に関連付けられた別個の被覆又は別個の部品から反射性コーティングを形成する場合より、発生する汚染物質が少なくなる。更に、放射面状チャネル116の開口をまた、光学的透過性の窓(図9には図示してない)でカバーすることもできる。
【0053】
石英管等の光学的透過性外被を有する線型ランプの個別のシーリングを提供する前述の実施例は、従来のシステムにおいて使用されたより厚くてより高いコストを要する石英板又は窓を使用しないで済む。更に、ランプの周りの光学的透過性外被は、より高い大気圧に耐えられる外被の能力を改善する横断面形状を有することができる。例えば、円形又は放物面状の横断面形状は、より扁平な表面を有する他の横断面形状よりも大きな圧力に耐えることができる。しかしながら、真空吸引の程度又はチャンバ内部と外部との間の圧力差に依存して、他の横断面形状を使用することもできる。
【0054】
図10Aから10Fは、チャンバ62の壁93上又はその中に線形ランプ70を支持するための種々の実施形態を示す。図10Aは、石英管74により取り囲まれ、チャンバの側壁93にすぐ隣接して位置付けられたバルブ70を示す。択一的に図10Bは、石英管74により取り囲まれたバルブ70を示し、ここで、その石英管はチャンバの側壁93内に形成されたキャビティ内に部分的に埋め込まれている。他の択一的な実施形態として、図10Cは、石英管74により取り囲まれたバルブ70を示し、ここで、その石英管74は、チャンバの側壁93内に形成されたアーチ状のキャビティ118内に完全に埋め込まれている。アーチ状のキャビティ118は、石英管全体を保持するのに十分な深さを有する。
【0055】
図10Dにおいて、バルブ70は、アーチ状のベースを有するキャビティ118内に保持されている。キャビティ118の開口は、石英のような光学的透過性の材料から形成されている扁平なカバー120でシールされている。そのような実施態様において、バルブを封入する管は存在しないが、バルブはカバー120によりチャンバの内部から絶縁分離されている。このアプローチに対する代替的手段として、図10Eにおいて、バルブはチャンバの壁93内に形成されたアーチ状ベースを有するキャビティ118内に保持されており、そして、石英のような透過性材料から成るわん曲したカバー122がキャビティ開口をシールする。わん曲したカバー122は凸面状にわん曲したレンズとして成形し、放射エネルギをランプバルブ70から、チャンバ内に保持されたウェーハへ集中、伝達するのを助ける。
【0056】
単一の透過性外被内に多重ランプを封入することにより、さらなる効率を得ることができる。図10Fは、石英管74内に封入されたバルブ70c、70dを示す。石英管74は、チャンバの壁93に直ぐ隣接して位置付けられている。1つのランプ配列における多重ランプは、RTP装置における加熱源として使用できるが、本発明の地点を得る上で、光学的透過性外被と、そのような外被により取り囲まれたバルブとの1対1の対応関係を用件とするものでない。
【0057】
管状の構造というよりむしろ、光学的透過性外被を、変化する横断面を有する他の幾何学的形状で形成できる。例えば、図12において、バルブ70を、光学的透過性材料のソリッドな部材124内に形成されたキャビティ中に保持できる。そのソリッドな部材は、チャンバの壁93に取り付けられており、そして、バルブ70により放出された放射エネルギを指向させ、集束させるのを助けるよう凹面状にわん曲したレンズを形成するため一方の側で成形されている。
【0058】
図13に示すなお他の実施例において、チャンバ透過性材料から成るソリッドなブロック126がチャンバの壁93内に形成されたキャビティ130中に保持される。バルブ70は、ソリッドなブロックの中空部分内に保持される。冷却チャネル128はキャビティ130内にソリッドなブロック126の周りに設けられており、液体又はガスのような冷却流体の流れがブロック126及びランプバルブ70を冷却するのを助けることができるようにする。冷却チャネル128は、キャビティ130内でブロック126をシールする陶磁器材料又はシール材料129内に保持される。
【0059】
本発明の基本手法を、図2及び図3の実施例に示すよりはむしろ直線形ランプに等しく適用できる。加熱源として点光源形ランプ142を使用するRTP装置140の上部壁144を図14に示す。そのような実施例において、バルブ142は、ソケット内に保持され、その結果バルブ部分は、処理のためチャンバ内に保持された半導体ウェーハのような半導体基板に対して垂直方向に延びる。図14に示すように、バルブは、溝内に保持され、行として整列されている。点光源形ランプ142を有するRTP装置140を使用した本発明の1実施例として、光学的透過性外被材料のストリップ(図示せず)は、バルブを保持する溝をカバーし、処理すべきウェーハを保持するチャンバからバルブ絶縁分離する。
【0060】
代替的に、図11Aに示すように、壁144内のソケット(図示せず)中に保持された各々の個別のランプバルブ142を、光学的透過性外被146内に封入して、ランプ142をチャンバの内部から絶縁分離できる。ランプバルブ142から放出された放射エネルギを、処理すべきウェーハに向けるのを助けるため、バルブ142をライトガイド148内に保持でき、そして、バルブ及びライトガイド148を共に、図11Bに示すように光学的透過性外被内に封入できる。図11A及び図11Bにおいて、光学的透過性外被146はわん曲した又は放射面状の形態もしくは形状を有し、チャンバ内で圧力が変化されたときその上への圧力及び力に比較的良好に耐える。
【0061】
図11Cに示す配置構成では、個別の点光源形ランプ142がライトガイド148内に封入され、ここで、ライトガイド148の近端がチャンバの壁144に取り付けられている。その際ライトガイド148の遠端が、わん曲した、又は放射面状の光学的透過性外被150で密封され、ライトガイド及び外被により形成されたキャビティをシールし、バルブ142をウェーハから絶縁分離して、バルブからの汚染がウェーハに到達するのを防止する。図11Dにおいて、点光源形ランプ142は、チャンバの壁144内のキャビティ又は凹部152内に保持されている。石英又は他の光学的透過性材料を比較的少量だけわん曲した、又は放射面状のカバー146において使用し、キャビティ開口をカバーし、バルブを、処理すべきウェーハから絶縁分離することができる。
【0062】
前述の図11A〜Dの前述の実施例の各々を、点光源形ランプ又はライトガイド148と組み合わされた点光源形ランプ142の周りのわん曲した石英外被について示してあるが、もちろん、バルブの各々を、チャンバ壁144内の凹部又はキャビティ中に配置し、単一の扁平な石英カバーを設けて、ランプの各々を、外被内の圧力差に対してシールすることが可能である。
【0063】
ランプ70,72,142からの放射エネルギの分散を制御するための前述の事例は例示的なものに過ぎない。ランプ、反射性コーティング及びレンズ表面の賢明な選択をすることにより、処理チャンバ内への放射光についての一層高度の制御が与えられることは明らかである。前述の望ましい実施例の説明及び例示では、それらの関係を固定的なものとして示されている。しかし、それらは、放射ランプを反射性表面及びレンズに対して放射ランプを移動する装置を位置付けることによりそれらの実施例を拡張できる。ランプからの光/エネルギ分散を制御するためのそれらの要素の位置を、チャンバ62又はチャンバ91のようなチャンバ内に保持されたウェーハの内表面にわたる均一な光分布に関連して説明したが、ランプ及びランプ配列を、外被内の温度プロフィールを制御するよう位置付けできる。
【0064】
図15中に、本発明の別の代替実施例が示してある。この実施例において、スループットは、同時の処理のため、チャンバ内に、ウェーハホルダ65上へ2つの半導体ウェーハ64を置くことにより増大される。石英であってよい光学的透過性ライナ66,68は、チャンバ62に対して圧力シーリング表面を形成せず、チャンバ62´内に支持されており、その結果圧力はライナ66,68の各側でつり合わされる。タングステンハロゲン加熱ランプ又はキセノンアークランプのような光源の第1、第2配列が、チャンバ62´の上部及び下部に沿って設けられている、すなわち、ウェーハ支持体65の上方及び下方に設けられている。チャンバ62´の上部及び下部に沿っての光源の配列は、ウェーハがウェーハ支持体65上に保持されているので、直接の放射熱をウェーハ64へ向ける。各光源は、チャンバ62´の上部及び下部上の光学的透過性外被(石英管のような)74,76内に直線形ランプ70,72を含む。石英管74,76は、個別に各ランプ70,72を取り囲み、そして、シール78,80によりチャンバ62´の側壁にシールされており、こうして、石英管74,76を取り囲むエリヤ及びチャンバ62の残りの部分が、同じ圧力のもとに置かれ、望ましいのは真空下に維持する。上方配列におけるランプ70は、下方配列におけるランプに対して垂直な方向に配置される。
【0065】
入口82及び出口84を有する個別の冷却チャネルは、水又は冷却オイルのような液体又は、空気又は、空気とヘリウム又は水素の混合物のような適当な熱伝導度を有するガスのような冷却流体を、それぞれの石英管74,76を通して循環し、ランプ70,72を冷却する。冷却流体は、光屈折特性を有してよく、冷却流体の流れの経路を、ランプバルブ70,72から放射された放射熱又は光を半導体ウェーハ64のほうに向けるよう設計できる。
【0066】
チャンバ62の上部及び下部壁91,93を、メタリックゴールドのような反射性コーティング69、又はTiO2及びAl2O3のような他の赤外反射性コーティングで被覆できる。
【0067】
図15に示すようにチャンバ62´は、石英外被74,76の第1、第2配列を有し、各々の石英外被は、それぞれのランプ70,72を含む。石英外被74,76及びライナ66,68は、光源とウェーハとの間で大きな熱的慣性を導入することなく、RTP処理中ウェーハを収容するチャンバ62の内部部分を汚染物質のない状態に維持するように、ランプバルブをチャンバ62から絶縁分離する助けをする。
【0068】
図16に示す装置のなお別の代替的実施例では、チャンバ62´´の外壁162内に装着されたソケット160中に保持された複数の点光源形ランプ142が、チャンバ62´´内のウェーハ支持体65上に保持されたウェーハ64のほうに放射エネルギを向けるように位置付けられる。点光源形ランプ142は、汚染物質の放出を最小化するため石英外被164により取り囲まれる。更に、石英から成るのが望ましい光学的透過性ライナ166の系列は、チャンバ62´´の内壁168における開口をおおって置かれ、チャンバ66´´内に保持されたウェーハ64から点光源形ランプ142をさらに遮蔽する。
【0069】
ライナ166は、シール169で内壁168にシールされる。チャンバ壁内に形成されたチャネル170,172は、ガスのような冷却流体がランプ142を冷却するよう点光源形ランプ142を通過して循環することを許容する。これらのチャネル170,172もまたガスがチャンバ62´´内に導入され、そして、そこから取り出されることを許容し、処理のためウェーハ64を密封するチャンバ62´´の部分及び点光源形ランプ142を密封するチャンバ62´´の部分174における圧力を安定化又はつり合わせるのに役立つ。
【0070】
本発明は、上述の実施例の特徴が交換され、および/又は全体的に又は部分的に組み合わされるような実施形態を含む。
【0071】
本発明のこれまでの説明は、本発明の望ましい実施例もしくは実施形態を例示し、記述するものである。ただし、本発明は他の種々の組合せ、変形及び環境において使用でき、本明細書中で表現されたような発明性の設計技術思想の範囲内で変更又は変形を、関連する技術水準の上述の教示および/又は、技量又は、知識に相応して行うことができる。記載は、本明細書中に開示された形態に本発明を限定するべきものではない。当業者に明白な代替的実施形態は添付クレームの範囲内に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【0072】
【図1】半導体ウェーハに対する制御される温度及び圧力環境を提供するための従来技術のRTP装置を示す図である。
【0073】
【図2】本発明の望ましい実施例による急速熱処理装置の断面図である。
【0074】
【図2A】図2の線2A−2Aに沿って切断して側面図として示す部分的な横断面図である。
【0075】
【図3】急速熱処理装置の択一的な実施例の断面図である。
【0076】
【図4】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの断面図である。
【0077】
【図5】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの択一的な実施例の断面図である。
【0078】
【図6】放射エネルギを方向付けするための反射器を有する加熱ランプの断面図である。
【0079】
【図7】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0080】
【図8】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための反射器の別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0081】
【図9】急速熱処理装置のチャンバの壁内に埋め込まれた加熱ランプの配列の横断面図である。
【0082】
【図10A】急速熱処理装置のチャンバ壁上に支持された加熱ランプ及び石英外被の断面図である。
【0083】
【図10B】チャンバ壁内に部分的に埋め込まれた択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0084】
【図10C】チャンバ壁内のキャビティ中に完全に埋め込まれたなお別の択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0085】
【図10D】チャンバ壁内のキャビティ内に埋め込まれた加熱ランプを、キャビティの開口をカバーする石英窓と共に示す断面図である。
【0086】
【図10E】ランプから放射された放射エネルギの分散を制御するためのレンズを有し、チャンバ壁内に埋め込まれた加熱ランプの断面図である。
【0087】
【図10F】チャンバ壁上に支持された単一の石英外被内の多重ランプの断面図である。
【0088】
【図11A】石英レンズにより密封された点光源形ランプの断面図である。
【0089】
【図11B】石英レンズにより密封されライトガイド内に埋め込まれたランプの断面図である。
【0090】
【図11C】ライトガイドの遠心端にレンズを有し、ライトガイド内に封入されたランプの断面図である。
【0091】
【図11D】石英レンズにより取り囲まれ、チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれたランプを有する択一的な配置構成の断面図である。
【0092】
【図12】石英発散レンズにおける加熱ランプの断面図である。
【0093】
【図13】チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれ、冷却源により取り囲まれた石英外被内に封入されたランプを有する択一的な実施例の断面図である。
【0094】
【図14】チャンバ壁内のチャネル中に保持された点光源形ランプが示されており、前記チャネルが光学的外被でカバーされている、本発明による択一的な急速熱処理装置のチャンバ壁の底面の平面図である。
【0095】
【図15】チャンバ内に保持された2つのウェーハを示し、本発明の望ましい実施例による他の択一的な急速熱処理装置を示す断面図である。
【0096】
【図16】点光源加熱ランプの系列と組み合わせた光学的透過性ライナの系列を示す、本発明の望ましい他の択一的な急速熱処理装置の断面図である。
【0001】
発明の背景
本発明は集積回路の製造に関する。とりわけ、制御された圧力及び温度環境内で半導体基板を加熱するためのシステムが開示される。
【0002】
金属酸化物半導体(MOS)のような集積回路の製造には、制御された圧力環境、たとえば真空での半導体ウェーハの急速熱処理が必要である。例えば、MOSトランジスタを形成するプロセスにおいて、ゲート酸化物層は、通常、実質的に純粋な酸素雰囲気中でシリコン基板の熱酸化により形成される。しかし、MOS ULSI回路のような特定の適用において、ゲート酸化物層は、ホットキャリア効果に基づく比較的低い信頼性及び抵抗の問題と共に、比較的高い欠陥密度及びチャージトラップのような不都合な特性を呈するおそれがある。
【0003】
シリコン基板の急速熱処理(RTP)のシーケンスを使用することによってMOSトランジスタのゲート誘電特性を改善できることは公知である。これらの処理ステップは、(1)酸化窒素(NO)での酸窒化物(oxynitride)の成長を生成するステップ、(2)化学蒸着法(CVD)プロセスで窒化ケイ素(SiN)を施すステップ、(3)アンモニア(NH3)でのアニールのステップ、および(4)N2Oでのアニールステップを含む。種々のRTP処理ステップは、一般に温度制御される真空内で行われる。1つのRTPオーブンは、石英窓で区画され、この石英窓は放射加熱ランプの多重配列により加熱すべきウェーハを収容する中央真空チャンバを画定する。石英窓は、加熱プロセス中ウェーハを、加熱ランプ及び汚染物の他の源から分離する。石英窓のエッジは、チャンバ壁によってシールされ、気密のチャンバ外被を形成する。チャンバ内を真空引もしくは真空吸引すると、2〜4トンの大気による力が石英窓に向かって生じる。石英窓は、その力に耐えるのに十分な厚さであり、一般に少なくとも25mm〜35mmである。一般に少なくともほぼ3mm〜6mm厚の比較的薄厚の石英窓は、大気圧で動作するチャンバのためだけ使用される。
【0004】
内部チャンバ環境を汚染物質のない状態に維持する間、石英窓の絶縁分離チャンバ構造は、チャンバ内のウェーハと加熱源(ランプ)との間で大きな熱的慣性を引き起こし、加熱効率がより小さくなり、ウェーハ温度制御がより困難となる。付加的な熱的慣性により、プロセス反復性及び品質制御を維持することが困難になる。石英窓は、それの厚さにより、破損を受け易く、著しいコストを急速熱処理装置に付加する。従って、石英窓形オーブンにより引き起される複雑性、費用及び反復性の問題を回避するRTP処理のためのシステムが望ましい。
【0005】
さらに、半導体ウェーハRTP処理のスループットを増大させる努力によりランプベースの加熱とは異なる代替手段が創出されている。マットソンテクノロジィ(Mattson Technology)社は、サセプタベースの加熱を使用した単一処理チャンバ内で2つのウェーハを処理するASPEN II RTPシステムを提供している。米国特許明細書第6,133,550号は、ファーネスでのウェーハの挿入及び取出を迅速に行うことによりウェーハをRTP処理する方法を開示している。ウェーハサイズが増大し、そして、より大きいウェーハ収容するため、益々大きくなるチャンバの窓への応力が増大すると、一つのチャンバ内で多重のウェーハを処理することによりランプベースのRTP装置のスループットを増大させることができる潜在能力が制限されている。従って、スループットの増大を可能にするランプベースのRTP処理装置もまた望ましい。
【0006】
発明の要約
本発明による急速熱処理(RTP)装置は、半導体ウェーハ及び集積回路等の基板を処理するため制御される圧力及び温度環境を提供するものである。その装置は、所望の加熱レシピに従って、選択された値又は値の範囲で、チャンバ内に保持された半導体ウェーハの温度を維持するために、放射熱を発生する加熱チャンバ及び加熱ランプの配列を含む。各加熱ランプは、1つのバルブを有し、少なくともそのようなバルブは、チャンバの内部及びその内のウェーハからバルブを絶縁分離する光学的透過性外被により取り囲まれている。有利には、光学的透過性外被は石英窓から形成されており、バルブにより放出される放射熱エネルギに対して完全に又は実質的に透過性の表面を有する。チャンバ内部及びその中のウェーハを加熱ランプのバルブ及び所属のコンポーネントから絶縁分離することにより、光学的透明外被は、加熱ランプからの汚染物質がチャンバに入ることを防止し、又はチャンバ内の半導体ウェーハ上に付着するのを防止するのに役立つ。
【0007】
本発明の別の側面では、バルブ表面の少なくとも一部にわたり配置されるか、又は、光学的透過性外被の少なくとも一部にわたり配置された反射器表面を備えたバルブを持つ加熱ランプを使用することにより、温度制御を改善することができる。反射器は、プロセス中にランプからの放射を制御し、半導体ウェーハの表面へ向けるのに役立つ。択一的に、反射器表面を、チャンバの壁上に、殊に、凹面状に成形された、又は放物面状に成形された内面を持つチャンバ壁内のキャビティ中に設けることができる。加熱ランプをキャビティ内に位置付ける場合、キャビティ壁上の反射器表面は、処理中にランプからの放射を制御し、半導体ウェーハの表面へ向けるのに役立つ。
【0008】
有利な実施形態では、バルブを取り囲む光学的透過性外被がバルブから発せられた放射熱を半導体ウェーハ表面上に集中するレンズ構造に成形される。レンズ構造は、加熱ランプがチャンバー壁のキャビティで保持される場合、そのキャビティの開口にわたって凸面状にわん曲したカバーとして形成できる。択一的にレンズ構造は、加熱ランプを収容するための開いた内部コア部分を持つ、石英のような光学的透過性材料から成る部材又はソリッドなブロックとして形成できる。前記のブロックの1つの表面は、バルブから放出された放射加熱エネルギを、被処理半導体ウェーハへ向けるか又は制御するため、凸面状に成形されるか又は凹面状に成形されたレンズに形成される。
【0009】
本発明の別の実施形態では、封入された加熱ランプの配列と、処理チャンバ外被における単一ウェーハ又は多重ウェーハとの間に光学的透過性ライナが挿入されている。その光学的透過性ライナは、バルブを取り囲む光学的透過性外被に付加して設けられており、さらに、ウェーハ表面に到達することのないように汚染物質を制限するため、バルブをウェーハから絶縁分離する。光学的透過性ライナは、従来技術の石英窓とは異なるものである。それというのは、光学的透過性ライナはチャンバ側壁にシールされず、チャンバ内を真空引もしくは真空吸引する際に大きな圧力差に耐える必要がないので、より薄厚の部材として形成できるからである。光学的透過性ライナをチャンバ側壁にシールすれば、ライナの各側の圧力をつり合せるためポンプのほかに付加的に弁の系列が設けられ、それによりそうしなければ圧力差により引き起こされるおそれのある破壊力を防止する。択一的に、過度な応力を回避するため、より小さい表面積を有する多重の光学的透過性ライナの系列を、バルブと組み合わせて使用することもできる。
【0010】
本発明の他の目的及び利点は、本発明の望ましい実施例もしくは実施形態の以降の詳細な説明から当業者には容易に理解できるであろう。了解されるように、本発明は、異なる他の実施形態を可能にするものであり、それの幾つかの詳細部により、本発明から逸脱することなく、種々の明らかな観点における変形を行うことができる。従って、記載は、性質上例示的なものとみなすべきであり、限定的なものではない。
【0011】
図面の説明
図1 半導体ウェーハに対する制御される温度及び圧力環境を提供するための従来技術の急速熱処理装置を示す図である。
【0012】
図2 本発明の望ましい実施例による急速熱処理装置の断面図である。
【0013】
図2A 図2の線2A−2Aに沿って切断して側面図として示す部分的な横断面図である。
【0014】
図3 急速熱処理装置の代替実施例の断面図である。
【0015】
図4 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの断面図である。
【0016】
図5 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの択一的な実施例の断面図である。
【0017】
図6 放射エネルギを方向付けするための反射器を有する加熱ランプの断面図である。
【0018】
図7 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0019】
図8 急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための反射器の別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0020】
図9 急速熱処理装置のチャンバの壁内に埋め込まれた加熱ランプの配列の横断面図である。
【0021】
図10A 急速熱処理装置のチャンバ壁上に支持された加熱ランプ及び石英外被の断面図である。
【0022】
図10B チャンバ壁内に部分的に埋め込まれた択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0023】
図10C チャンバ壁内のキャビティ中に完全に埋め込まれたなお別の択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0024】
図10D チャンバ壁内のキャビティ内に埋め込まれた加熱ランプを、キャビティの開口をカバーする石英窓と共に示す断面図である。
【0025】
図10E ランプから放射された放射エネルギの分散を制御するためのレンズを有し、チャンバ壁内に埋め込まれた加熱ランプの断面図である。
【0026】
図10F チャンバ壁上に支持された単一の石英外被内の多重ランプの断面図である。
【0027】
図11A 石英レンズにより密封された点光源形ランプの断面図である。
【0028】
図11B 石英レンズにより密封されライトガイド内に埋め込まれたランプの断面図である。
【0029】
図11C ライトガイドの遠心端にレンズを有し、ライトガイド内に封入されたランプの断面図である。
【0030】
図11D 石英レンズにより取り囲まれ、チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれたランプを有する択一的な配置構成の断面図である。
【0031】
図12 石英発散レンズにおける加熱ランプの断面図である。
【0032】
図13 チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれ、冷却源により取り囲まれた石英外被内に封入されたランプを有する択一的な実施例の断面図である。
【0033】
図14 チャンバ壁内のチャネル中に保持された点光源形ランプが示されており、前記チャネルが光学的外被でカバーされている、本発明による択一的な急速熱処理装置のチャンバ壁の底面の平面図である。
【0034】
図15 チャンバ内に保持された2つのウェーハを示し、本発明の望ましい実施例による他の択一的な急速熱処理装置を示す断面図である。
【0035】
図16 点光源加熱ランプの系列と組み合わせた光学的透過性ライナの系列を示す、本発明の望ましい他の択一的な急速熱処理装置の断面図である。
【0036】
望ましい実施例の説明
従来技術によれば、図1は半導体ウェーハ7の急速熱処理(RTP)を実行するための装置10の縦断面図である。装置10は、その中にウェーハが処理のため置かれている中央チャンバ11を画定するハウジング12を備える。真空チャンバ11の第1の端部におけるドアスロット26は、ウェーハ7をチャンバ11内にロードし、ロータ23上の支持ピン25上に位置付けることを許容する。ロータ23は、ボス21aに固定されたピン24上に回転するように支持されており、ボス21aは、石英窓21から石英パッド27内の開口を通って延びている。
【0037】
石英窓21は真空チャンバ11の下方境界を形成し、シール28により残りのチャンバコンポーネントに対してシールされる。真空チャンバ11の上方境界は石英窓20で形成される。石英窓20,21は光学的に透過性であり、放射熱エネルギをチャンバ11内へ通過させる。一酸化窒素(NO)、アンモニア(NH3)又はN2O等の処理ガスが、ウェーハ処理期間中チャンバ11の第2端部における開口13を通ってチャンバ11内に導入される。
【0038】
装置10用の放射加熱源は、実質的に並列なランプ配列17および18を有し、これらのランプ配列17および18は、ハウジング12内に位置付けられているが、チャンバ11の外側に位置付けられており、装置10の内壁により支持されている。付加的な放射熱は、装置10の壁により支持された反射器15を有する長手側方ランプ14により与えられる。真空ポート(図示せず)は、チャンバ11内を真空引することを可能にし、石英窓20および21に対して作用する大気による著しい力を生じさせる。
【0039】
石英窓20および21は、チャンバを外部汚染から絶縁分離するのに十分な、適当な機械的強度を伴う厚さを有する。それらは通常、3mm〜6mm厚である。急速熱処理装置におけるより大きい半導体ウェーハサイズ及びより高いウェーハスループットに対する要求が増大するに従って、横断面積が増大する。さらに、低圧プロセスチャンバは、スループットを向上するため、真空ロードロック及びウェーハトランスファーモジュールと両立性のあることが要求される。低圧RTP装置に要求される石英窓20および21の厚さを、それらの要求を充足するため著しく増大させる必要がある。RTPチャンバ内を真空引すると、2〜4トンのもしくは大気による力が、石英窓に向かって生じる。それらの窓は、その力に耐えるのに十分な厚さを有しなければならず、一般に25mm〜35mm厚である。石英窓の厚さが増大するに従い、加熱ランプ17,18の配列とチャンバ11との間の距離も増大する。さらに、より厚い窓は、大きな熱的慣性を与え、ウェーハ温度に対する制御がより困難になる。従って本発明者は、それらの不具合を克服することに努めたのである。
【0040】
本発明の望ましい実施例によれば、従来RTP装置(図1)の石英窓20,21を省略できる。図2を参照すると、本発明の第1実施例のRTP装置60はチャンバ62を有し、このチャンバ62は、熱処理中半導体ウェーハ64を支持するためウェーハホルダ65を含む。ウェーハ64は、ドアスロット又は開口67を通してチャンバ62内にロードされる。石英から成るものであって良い光学的透過性ライナ66および68は、チャンバ62に対して圧力シーリング表面を形成するものでなく、チャンバ62内で支持され、その結果ライナ66および68の各側で圧力が等しくなる。こうして、ライナ66および68は、大きな大気圧力差に耐えなければならない従来のチャンバ石英窓より薄厚であってよく、より小さな熱的慣性を有し、しかも、ウェーハを汚染のない状態に維持するのに役立つ。ライナはほぼ0.25mm〜2.0mmの厚さを有するのが望ましいが、ほぼ1.0mm〜2.0mm厚であるのが最も望ましく、そして、炭化ケイ素(SiC)又は他のセラミック材料から形成されていてよく、前記の他のセラミック材料は、光学的に透過性であり、通常の急速熱処理温度に耐えることができるものである。その処理温度は、1000℃を越えることがある。
【0041】
図2の実施例において、タングステンハロゲン加熱ランプ又はキセノンアークランプ等の光源の第1および第2の配列が、チャンバ62の上部及び下部に沿って設けられる、すなわち、ウェーハ支持体65の上方及び下方に設けられる。チャンバ62の上部及び下部に沿った光源の配列はウェーハがウェーハ支持体65上に支持されると、直接放射熱をウェーハ64に供給する。各光源はチャンバ62の上部及び下部上の光学的透過性外被(石英管のような)74,76内に線形ランプ70,72を含む。石英管74,76は、個別に、各ランプ70,72を取り囲み、シール78,80でチャンバ62の側壁にシールされ、こうして、石英管74,76を取り囲むエリヤとチャンバ62の残りの部分を同じ圧力、望ましいのは真空圧に維持する。チャンバ62の上部壁91及び下部壁93を、メタリックゴールド等の反射性コーティング69又はTiO2及びAl2O3のような他の赤外反射性コーティングで被覆できる。図2Aに極めてよく示されているように、ランプ70,72は、並行位置関係で配置され、ここで、各々の密封されたランプが隣接する密封されたランプからわずかだけ離間しており、それぞれチャンバ及び反射性コーティング69の上部壁及び下部壁から離間すると望ましい。配列の各々は並行な位置関係で示されているが、もちろんその配列を垂直又は他の非並行な位置関係で配向させることができる。更に、チャンバの上部壁91に隣接する第1の並行な配列を、チャンバの下部壁93に隣接する第2の並行な配列に対して並行にしてもよい。しかしながら、第2の並行な配列のランプを、第1の並行な配列のランプに対して横方向に配置できる。
【0042】
入口82及び出口84を有する個々の冷却チャネルは、水又は冷却オイル等の液体、又は空気又は空気とヘリウムとの混合気、または空気と水素との混合気等の適当な熱伝導性を有するガス等の冷却流体を、各々の石英管74,76を通して循環させ、ランプ70,72を冷却する。冷却流体は光屈折特性を有していてよく、ランプバルブ70,72から放出された放射熱又は放射光を半導体ウェーハ64に向けるように、冷却流体の流れの経路を設計できる。
【0043】
図2及び図2Aに示すように、チャンバ62は石英外被74,76の第1の配列および第2の配列を有し、各石英外被はそれぞれのランプ70,72を含む。石英外被74,76及びライナ66,68は、光源とウェーハとの間に大きな熱的慣性を導入せずに、RTP処理中ウェーハを収容するチャンバ62の内部部分を、汚染物質で汚染されない状態に維持するように、ランプバルブをチャンバ62から絶縁分離するのに役立つ。
【0044】
オプショナルな真空ライン101を、チャンバ62からガスを排気し、チャンバ内に真空引するため使用できる。真空ラインが図2A中仮想輪郭線で示されている。
【0045】
図2には示されていないが、もちろん第1ランプ配列及び第2ランプ配列をチャンバ62から絶縁分離するため異なる厚さのライナを使用することが可能である。例えば、0.25mmの公称厚さを有するより薄厚のライナは、第1のランプ配列を絶縁分離するのに適したものであってよく、温度応答をより速くして温度ランプアップ(ramp up)をより高くできるという利点を有する。
【0046】
図3は、ウェーハ支持体65上に支持されたウェーハ64に対する付加的汚染防止を提供する本発明の択一的な実施例90の断面図である。図3の実施例において、窓86,88は、チャンバ62,96を画定するハウジングの各側まで完全に延びていて、ウェーハ支持体65に対するシールされた外被を形成し、ランプ70,72又は該ランプを取り囲む外被74,76により発生される汚染物質からウェーハ64及びウェーハ支持体65をより良好に絶縁分離する。窓86および88の各側における圧力平衡を維持し、それにより、従来技術のRTP装置において使用されたような熱的に慣性のある厚い石英窓の必要性をなくすため石英窓86および88の両側における圧力が制御される。図3に示す実施例において、圧力ポンプ92を通して真空引され、そして、レギュレータ94,96は、伝導ライン98,100および102を通して、窓板86および88の各側における圧力をつり合わせる。チャンバ62および95の側壁と窓86,88との間の適当なシール104は、チャンバ62および95内で、実質的に汚染物質のない環境を真空下に維持する。
【0047】
RTP装置のさらなる改善として、ランプ70,72からウェーハ64を収容するチャンバ62へ供給された放射エネルギの量を、ランプバルブを包囲する外被の特性を変えることにより最適化できる。図4は、ランプ配列70のうちの1つに対する透過性外被74のうちの1つの断面図を示す。この実施例において、透過性外被は、バルブ70からウェーハ支持体65上のウェーハ64へ放射エネルギを向けるのに役立つ反射性コーティング106を有する内表面上に被覆されている石英管74aである。望ましい反射性コーティング材料は、金、又はTiO2及びAl2O3のような他の赤外反射性コーティングである。内部反射性コーティング106は、図4において角度Aで示すように、石英管74aの180°より小さな角度にわたってカバーしていることが示されている。角度Aは、ほぼ160〜180°の範囲内にあるのが望ましい。そこでウェーハが処理されるエリヤ内で放射エネルギ強度を制御することにより、温度安定性を改善し、よりよいプロセス反復性を生じさせることができる。
【0048】
図5の断面図に示す択一的な配置構成では、反射性コーティング108がランプバルブ70aの外表面に施されて、チャンバ62内に保持されたウェーハへ放射エネルギを向ける。
【0049】
図6の断面図に示す他の実施例では反射性コーティング110がランプバルブ70を取り囲む透過性外被74bの外表面を被覆するため施される。外表面を被覆することにより、放射エネルギがチャンバ62内のウェーハに向けられるが、ただし、透過性外被74aの内表面にコーティング106が施される場合(図4に示す)生じるパターンとは異なったパターンでその放射エネルギが向けられる。
【0050】
放物面状反射器112を、バルブ70を取り囲む透過性外被74に隣接して設けることができる。図7に示すように、放物面状反射器112は、図6における透過性外被74の外表面に施される反射性コーティング110と比較してより真っ直ぐで、より並行の経路で、放出された放射をウェーハの方へ向けるために用いられ、前記の反射性コーティング110は、放射をより発散する経路で反射する。放出された放射を、より真っ直ぐで、より並行の経路でウェーハの方に向ける放物面状反射器が望ましい。
【0051】
放射のためのより真っ直ぐで、より並行な経路の利点は、次のような場合でも得られる、すなわち、図8に示すように真っ直ぐの反射器114を透過性外被74bに隣接して導入することにより反射性コーティング110を透過性外被74bの外表面に施す場合でも得られる。反射性コーティング110と組み合わされた真っ直ぐの反射器114は、放出された放射を半導体ウェーハの方に向けるのに役立つ。反射器114が密封されたランプの配列で隣接する透過性の外被間に配置される場合、反射器114の反射性表面はチャンバ62内のウェーハ64のほうに幾らかの発散性の放射光線を向け直す。
【0052】
装置60又は90の上部壁及び下部壁を、代替的に、図9に極めて良好に示すように、放物面状の反射性形態のチャネル状キャビティ116の1つ又は系列として形成できる。図9はチャンバの上部部分の端面から見て示す横断面図である。そのような実施例において、透過性外被74内に封入された各ランプ70は、チャンバ壁93内に形成された放物面状のチャネル116内に保持される。組み立てのための別個の部分がより少なければ、この実施例において、ランプの周りの透過性外被に関連付けられた別個の被覆又は別個の部品から反射性コーティングを形成する場合より、発生する汚染物質が少なくなる。更に、放射面状チャネル116の開口をまた、光学的透過性の窓(図9には図示してない)でカバーすることもできる。
【0053】
石英管等の光学的透過性外被を有する線型ランプの個別のシーリングを提供する前述の実施例は、従来のシステムにおいて使用されたより厚くてより高いコストを要する石英板又は窓を使用しないで済む。更に、ランプの周りの光学的透過性外被は、より高い大気圧に耐えられる外被の能力を改善する横断面形状を有することができる。例えば、円形又は放物面状の横断面形状は、より扁平な表面を有する他の横断面形状よりも大きな圧力に耐えることができる。しかしながら、真空吸引の程度又はチャンバ内部と外部との間の圧力差に依存して、他の横断面形状を使用することもできる。
【0054】
図10Aから10Fは、チャンバ62の壁93上又はその中に線形ランプ70を支持するための種々の実施形態を示す。図10Aは、石英管74により取り囲まれ、チャンバの側壁93にすぐ隣接して位置付けられたバルブ70を示す。択一的に図10Bは、石英管74により取り囲まれたバルブ70を示し、ここで、その石英管はチャンバの側壁93内に形成されたキャビティ内に部分的に埋め込まれている。他の択一的な実施形態として、図10Cは、石英管74により取り囲まれたバルブ70を示し、ここで、その石英管74は、チャンバの側壁93内に形成されたアーチ状のキャビティ118内に完全に埋め込まれている。アーチ状のキャビティ118は、石英管全体を保持するのに十分な深さを有する。
【0055】
図10Dにおいて、バルブ70は、アーチ状のベースを有するキャビティ118内に保持されている。キャビティ118の開口は、石英のような光学的透過性の材料から形成されている扁平なカバー120でシールされている。そのような実施態様において、バルブを封入する管は存在しないが、バルブはカバー120によりチャンバの内部から絶縁分離されている。このアプローチに対する代替的手段として、図10Eにおいて、バルブはチャンバの壁93内に形成されたアーチ状ベースを有するキャビティ118内に保持されており、そして、石英のような透過性材料から成るわん曲したカバー122がキャビティ開口をシールする。わん曲したカバー122は凸面状にわん曲したレンズとして成形し、放射エネルギをランプバルブ70から、チャンバ内に保持されたウェーハへ集中、伝達するのを助ける。
【0056】
単一の透過性外被内に多重ランプを封入することにより、さらなる効率を得ることができる。図10Fは、石英管74内に封入されたバルブ70c、70dを示す。石英管74は、チャンバの壁93に直ぐ隣接して位置付けられている。1つのランプ配列における多重ランプは、RTP装置における加熱源として使用できるが、本発明の地点を得る上で、光学的透過性外被と、そのような外被により取り囲まれたバルブとの1対1の対応関係を用件とするものでない。
【0057】
管状の構造というよりむしろ、光学的透過性外被を、変化する横断面を有する他の幾何学的形状で形成できる。例えば、図12において、バルブ70を、光学的透過性材料のソリッドな部材124内に形成されたキャビティ中に保持できる。そのソリッドな部材は、チャンバの壁93に取り付けられており、そして、バルブ70により放出された放射エネルギを指向させ、集束させるのを助けるよう凹面状にわん曲したレンズを形成するため一方の側で成形されている。
【0058】
図13に示すなお他の実施例において、チャンバ透過性材料から成るソリッドなブロック126がチャンバの壁93内に形成されたキャビティ130中に保持される。バルブ70は、ソリッドなブロックの中空部分内に保持される。冷却チャネル128はキャビティ130内にソリッドなブロック126の周りに設けられており、液体又はガスのような冷却流体の流れがブロック126及びランプバルブ70を冷却するのを助けることができるようにする。冷却チャネル128は、キャビティ130内でブロック126をシールする陶磁器材料又はシール材料129内に保持される。
【0059】
本発明の基本手法を、図2及び図3の実施例に示すよりはむしろ直線形ランプに等しく適用できる。加熱源として点光源形ランプ142を使用するRTP装置140の上部壁144を図14に示す。そのような実施例において、バルブ142は、ソケット内に保持され、その結果バルブ部分は、処理のためチャンバ内に保持された半導体ウェーハのような半導体基板に対して垂直方向に延びる。図14に示すように、バルブは、溝内に保持され、行として整列されている。点光源形ランプ142を有するRTP装置140を使用した本発明の1実施例として、光学的透過性外被材料のストリップ(図示せず)は、バルブを保持する溝をカバーし、処理すべきウェーハを保持するチャンバからバルブ絶縁分離する。
【0060】
代替的に、図11Aに示すように、壁144内のソケット(図示せず)中に保持された各々の個別のランプバルブ142を、光学的透過性外被146内に封入して、ランプ142をチャンバの内部から絶縁分離できる。ランプバルブ142から放出された放射エネルギを、処理すべきウェーハに向けるのを助けるため、バルブ142をライトガイド148内に保持でき、そして、バルブ及びライトガイド148を共に、図11Bに示すように光学的透過性外被内に封入できる。図11A及び図11Bにおいて、光学的透過性外被146はわん曲した又は放射面状の形態もしくは形状を有し、チャンバ内で圧力が変化されたときその上への圧力及び力に比較的良好に耐える。
【0061】
図11Cに示す配置構成では、個別の点光源形ランプ142がライトガイド148内に封入され、ここで、ライトガイド148の近端がチャンバの壁144に取り付けられている。その際ライトガイド148の遠端が、わん曲した、又は放射面状の光学的透過性外被150で密封され、ライトガイド及び外被により形成されたキャビティをシールし、バルブ142をウェーハから絶縁分離して、バルブからの汚染がウェーハに到達するのを防止する。図11Dにおいて、点光源形ランプ142は、チャンバの壁144内のキャビティ又は凹部152内に保持されている。石英又は他の光学的透過性材料を比較的少量だけわん曲した、又は放射面状のカバー146において使用し、キャビティ開口をカバーし、バルブを、処理すべきウェーハから絶縁分離することができる。
【0062】
前述の図11A〜Dの前述の実施例の各々を、点光源形ランプ又はライトガイド148と組み合わされた点光源形ランプ142の周りのわん曲した石英外被について示してあるが、もちろん、バルブの各々を、チャンバ壁144内の凹部又はキャビティ中に配置し、単一の扁平な石英カバーを設けて、ランプの各々を、外被内の圧力差に対してシールすることが可能である。
【0063】
ランプ70,72,142からの放射エネルギの分散を制御するための前述の事例は例示的なものに過ぎない。ランプ、反射性コーティング及びレンズ表面の賢明な選択をすることにより、処理チャンバ内への放射光についての一層高度の制御が与えられることは明らかである。前述の望ましい実施例の説明及び例示では、それらの関係を固定的なものとして示されている。しかし、それらは、放射ランプを反射性表面及びレンズに対して放射ランプを移動する装置を位置付けることによりそれらの実施例を拡張できる。ランプからの光/エネルギ分散を制御するためのそれらの要素の位置を、チャンバ62又はチャンバ91のようなチャンバ内に保持されたウェーハの内表面にわたる均一な光分布に関連して説明したが、ランプ及びランプ配列を、外被内の温度プロフィールを制御するよう位置付けできる。
【0064】
図15中に、本発明の別の代替実施例が示してある。この実施例において、スループットは、同時の処理のため、チャンバ内に、ウェーハホルダ65上へ2つの半導体ウェーハ64を置くことにより増大される。石英であってよい光学的透過性ライナ66,68は、チャンバ62に対して圧力シーリング表面を形成せず、チャンバ62´内に支持されており、その結果圧力はライナ66,68の各側でつり合わされる。タングステンハロゲン加熱ランプ又はキセノンアークランプのような光源の第1、第2配列が、チャンバ62´の上部及び下部に沿って設けられている、すなわち、ウェーハ支持体65の上方及び下方に設けられている。チャンバ62´の上部及び下部に沿っての光源の配列は、ウェーハがウェーハ支持体65上に保持されているので、直接の放射熱をウェーハ64へ向ける。各光源は、チャンバ62´の上部及び下部上の光学的透過性外被(石英管のような)74,76内に直線形ランプ70,72を含む。石英管74,76は、個別に各ランプ70,72を取り囲み、そして、シール78,80によりチャンバ62´の側壁にシールされており、こうして、石英管74,76を取り囲むエリヤ及びチャンバ62の残りの部分が、同じ圧力のもとに置かれ、望ましいのは真空下に維持する。上方配列におけるランプ70は、下方配列におけるランプに対して垂直な方向に配置される。
【0065】
入口82及び出口84を有する個別の冷却チャネルは、水又は冷却オイルのような液体又は、空気又は、空気とヘリウム又は水素の混合物のような適当な熱伝導度を有するガスのような冷却流体を、それぞれの石英管74,76を通して循環し、ランプ70,72を冷却する。冷却流体は、光屈折特性を有してよく、冷却流体の流れの経路を、ランプバルブ70,72から放射された放射熱又は光を半導体ウェーハ64のほうに向けるよう設計できる。
【0066】
チャンバ62の上部及び下部壁91,93を、メタリックゴールドのような反射性コーティング69、又はTiO2及びAl2O3のような他の赤外反射性コーティングで被覆できる。
【0067】
図15に示すようにチャンバ62´は、石英外被74,76の第1、第2配列を有し、各々の石英外被は、それぞれのランプ70,72を含む。石英外被74,76及びライナ66,68は、光源とウェーハとの間で大きな熱的慣性を導入することなく、RTP処理中ウェーハを収容するチャンバ62の内部部分を汚染物質のない状態に維持するように、ランプバルブをチャンバ62から絶縁分離する助けをする。
【0068】
図16に示す装置のなお別の代替的実施例では、チャンバ62´´の外壁162内に装着されたソケット160中に保持された複数の点光源形ランプ142が、チャンバ62´´内のウェーハ支持体65上に保持されたウェーハ64のほうに放射エネルギを向けるように位置付けられる。点光源形ランプ142は、汚染物質の放出を最小化するため石英外被164により取り囲まれる。更に、石英から成るのが望ましい光学的透過性ライナ166の系列は、チャンバ62´´の内壁168における開口をおおって置かれ、チャンバ66´´内に保持されたウェーハ64から点光源形ランプ142をさらに遮蔽する。
【0069】
ライナ166は、シール169で内壁168にシールされる。チャンバ壁内に形成されたチャネル170,172は、ガスのような冷却流体がランプ142を冷却するよう点光源形ランプ142を通過して循環することを許容する。これらのチャネル170,172もまたガスがチャンバ62´´内に導入され、そして、そこから取り出されることを許容し、処理のためウェーハ64を密封するチャンバ62´´の部分及び点光源形ランプ142を密封するチャンバ62´´の部分174における圧力を安定化又はつり合わせるのに役立つ。
【0070】
本発明は、上述の実施例の特徴が交換され、および/又は全体的に又は部分的に組み合わされるような実施形態を含む。
【0071】
本発明のこれまでの説明は、本発明の望ましい実施例もしくは実施形態を例示し、記述するものである。ただし、本発明は他の種々の組合せ、変形及び環境において使用でき、本明細書中で表現されたような発明性の設計技術思想の範囲内で変更又は変形を、関連する技術水準の上述の教示および/又は、技量又は、知識に相応して行うことができる。記載は、本明細書中に開示された形態に本発明を限定するべきものではない。当業者に明白な代替的実施形態は添付クレームの範囲内に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【0072】
【図1】半導体ウェーハに対する制御される温度及び圧力環境を提供するための従来技術のRTP装置を示す図である。
【0073】
【図2】本発明の望ましい実施例による急速熱処理装置の断面図である。
【0074】
【図2A】図2の線2A−2Aに沿って切断して側面図として示す部分的な横断面図である。
【0075】
【図3】急速熱処理装置の択一的な実施例の断面図である。
【0076】
【図4】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの断面図である。
【0077】
【図5】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための加熱ランプの択一的な実施例の断面図である。
【0078】
【図6】放射エネルギを方向付けするための反射器を有する加熱ランプの断面図である。
【0079】
【図7】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0080】
【図8】急速熱処理装置内で放射エネルギを半導体ウェーハに向けるための反射器の別の配置構成を有する加熱ランプの断面図である。
【0081】
【図9】急速熱処理装置のチャンバの壁内に埋め込まれた加熱ランプの配列の横断面図である。
【0082】
【図10A】急速熱処理装置のチャンバ壁上に支持された加熱ランプ及び石英外被の断面図である。
【0083】
【図10B】チャンバ壁内に部分的に埋め込まれた択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0084】
【図10C】チャンバ壁内のキャビティ中に完全に埋め込まれたなお別の択一的な配置構成における石英で密封された加熱ランプの断面図である。
【0085】
【図10D】チャンバ壁内のキャビティ内に埋め込まれた加熱ランプを、キャビティの開口をカバーする石英窓と共に示す断面図である。
【0086】
【図10E】ランプから放射された放射エネルギの分散を制御するためのレンズを有し、チャンバ壁内に埋め込まれた加熱ランプの断面図である。
【0087】
【図10F】チャンバ壁上に支持された単一の石英外被内の多重ランプの断面図である。
【0088】
【図11A】石英レンズにより密封された点光源形ランプの断面図である。
【0089】
【図11B】石英レンズにより密封されライトガイド内に埋め込まれたランプの断面図である。
【0090】
【図11C】ライトガイドの遠心端にレンズを有し、ライトガイド内に封入されたランプの断面図である。
【0091】
【図11D】石英レンズにより取り囲まれ、チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれたランプを有する択一的な配置構成の断面図である。
【0092】
【図12】石英発散レンズにおける加熱ランプの断面図である。
【0093】
【図13】チャンバ壁内のキャビティ中に埋め込まれ、冷却源により取り囲まれた石英外被内に封入されたランプを有する択一的な実施例の断面図である。
【0094】
【図14】チャンバ壁内のチャネル中に保持された点光源形ランプが示されており、前記チャネルが光学的外被でカバーされている、本発明による択一的な急速熱処理装置のチャンバ壁の底面の平面図である。
【0095】
【図15】チャンバ内に保持された2つのウェーハを示し、本発明の望ましい実施例による他の択一的な急速熱処理装置を示す断面図である。
【0096】
【図16】点光源加熱ランプの系列と組み合わせた光学的透過性ライナの系列を示す、本発明の望ましい他の択一的な急速熱処理装置の断面図である。
Claims (31)
- 半導体基板の急速熱処理装置において、
制御される圧力の加わる環境を提供するためのチャンバを有し、該チャンバ中に半導体基板が導入され、
前記チャンバは第1の壁を備え、
少なくとも前記のチャンバの第1の壁に沿って支持された加熱ランプが設けられており、
前記加熱ランプは、該加熱ランプを前記の制御された圧力の加わる環境から絶縁分離する光学的透過性外被を備え、
前記光学的透過性外被は、処理中、前記基板を加熱するためのランプから放射された放射熱エネルギを伝達するように構成されていることを特徴とする、急速熱処理装置。 - 少なくとも前記チャンバの前記第1の壁に沿って支持された複数の加熱ランプを有し、
前記加熱ランプのそれぞれが前記の制御された圧力の加わる環境から加熱ランプを絶縁分離する関連する1つの光学的透過性外被を有する、請求項1記載の装置。 - 前記加熱ランプの温度を制御するために前記光学的透過性外被に冷却流体を供給するための冷却チャネルを有する、請求項1記載の装置。
- 前記加熱ランプと前記基板との間に配置された光学的透過性ライナを有する、請求項1記載の装置。
- 前記光学的透過性ライナの各側で圧力をつり合わせるための手段を有する、請求項4記載の装置。
- 前記放射熱エネルギを前記基板に向けるため加熱ランプに関連する反射器を有する、請求項1記載の装置。
- 複数の加熱ランプが第1配列および第2配列で配置されており、
前記第1の配列は、前記チャンバの第1壁上に又はそれに隣接して配置されており、
前記第2の配列は、前記チャンバの第2壁上に又はそれに隣接して配置されており、
ここで、前記第1壁および第2壁は相互に対向している、請求項2記載の装置。 - 前記光学的透過性外被は前記基板に対面する表面を有し、
該表面は、放射熱エネルギを前記基板のほうに向けるためのレンズとして形成されている、請求項1記載の装置。 - 前記光学的透過性外被は石英から形成されている、請求項1記載の装置。
- 半導体基板は半導体ウェーハである、請求項1記載の装置。
- 加熱ランプは線形バルブを有する、請求項2記載の装置。
- 加熱ランプは点光源形バルブを有する、請求項2記載の装置。
- 半導体基板を処理するための熱処理システムにおいて、
制御された圧力の加わる環境を提供するためのチャンバを有し、
該チャンバには1つ以上の半導体基板が導入され、
前記チャンバは第1の壁を備え、
1つ以上の光学的透過性外被表面により、制御された圧力の加わる環境から絶縁分離された複数の放射加熱ランプが設けられており、
前記1つ以上の光学的透過性外被表面は、処理中、前記基板を加熱するためのランプにより放射された放射熱エネルギを伝達し、
前記加熱ランプの各々は、それに関連付けて、放射熱エネルギを前記の単数の半導体基板又は、複数の基板のほうに放射熱エネルギを制御可能に向けるための反射面を有することを特徴とする、熱処理システム。 - 前記加熱ランプの1つ以上のものが、前記チャンバの第1壁内のキャビティ中に少なくとも部分的に埋め込まれ、
それに関連して前記ランプは、前記放射熱エネルギを前記の半導体基板に向けるため前記ランプの表面上に反射器を有する、請求項13記載のシステム。 - 前記ランプのうちの1つ以上のものが、前記半導体基板に面するレンズを備えた表面を持つ光学的透過性外被内に設けられる、請求項13記載のシステム。
- 反射性コーティングが、前記光学的透過性外被の内面上に施される、請求項15記載のシステム。
- 反射性コーティングが、前記ランプの1つの表面上に施されている、請求項15記載のシステム。
- 光学的透過性外被内に前記ランプのうちの少なくとも2つが設けられている、請求項13記載のシステム。
- 複数の加熱ランプが第1配列および第2配列で配置され、
前記第1の配列は、前記チャンバの第1壁上に、又はそれに隣接して配置され、
前記第2の配列は前記チャンバの第2壁上に、又はそれに隣接して配置され、
ここで、前記の第1壁および第2壁は相互に対向している、請求項13記載のシステム。 - 前記の複数の加熱ランプは、離間された第1の直線形配列および第2の直線形配列を有する、請求項19記載のシステム。
- 前記の第1の直線形配列及び第2の直線形配列のランプは、並行な面内に位置付けられる、請求項20記載のシステム。
- 前記の第1及び第2の直線形配列のランプは、相互に並行な方向に延びている、請求項20記載のシステム。
- 前記ランプは、前記チャンバの第1壁内に形成された1つ以上のキャビティ中に少なくとも部分的に封入されている、請求項13記載のシステム。
- 前記ランプは、前記チャンバの第2壁内に形成された1つ以上のキャビティ中に少なくとも部分的に封入されている、請求項13記載のシステム。
- 前記チャンバ壁内の前記単数キャビティ又は複数キャビティ中に配置された冷却チャネルを有する、請求項23記載のシステム。
- さらに、前記チャンバ壁内の前記の単数キャビティ又は複数キャビティ中に配置された冷却チャネルを有する、請求項24記載のシステム。
- 少なくとも1つの半導体基板が半導体ウェーハである、請求項13記載のシステム。
- 前記第1の配列における前記ランプの各々がチャンバの第1壁内に形成されている放物面状キャビティ中に保持される、請求項19記載のシステム。
- 前記第2配列における前記のランプの各々が、チャンバの第2壁内に形成された放物面状キャビティ中に保持される、請求項19記載のシステム。
- 前記ランプは点光源形ランプである、請求項13記載のシステム。
- 前記ランプは線形ランプである、請求項13記載のシステム。
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