JP7051965B2 - ミリ秒アニールシステムのための予熱方法 - Google Patents
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Description
本願は、2015年12月30日に出願された、米国仮特許出願第62/272,811号、発明の名称「Pre-heat Processes for Millisecond Anneal System」の優先権の利益を主張するものであり、この文献は参照によって本願に組み込まれる。
本発明は、一般的に、基板、例えば半導体基板を処理するために使用される熱プロセスチャンバに関し、より詳細にはミリ秒アニール熱プロセスチャンバに関する。
本発明の例示的な態様は、基板のミリ秒熱処理中の第1の基板(例えば、シリコンウェハ)の影響を低減するための、ミリ秒アニールシステムのための予熱プロセスに関する。説明および考察を目的として、本発明の態様を、「ウェハ」または半導体ウェハを参照しながら考察する。当業者であれば、本明細書における開示内容によって、本発明の例示的な態様を、任意のワークピース、半導体基板または他の適切な基板に関連させて使用できることを理解するであろう。さらに、数値と関連させた「約」という語の使用は、記載された数値の10%以内を表すことが意図されている。
例示的なミリ秒アニールシステムは、集中的で短時間の露光を提供して、例えば約104℃/sを上回ることができる割合で、ウェハの上面を加熱するように構成することができる。図1には、ミリ秒アニールシステムを使用して達成される、半導体基板の例示的な温度プロフィール100が示されている。図1に図示されているように、半導体基板(例えば、シリコンウェハ)のバルクが、傾斜フェーズ102中に中間温度TIに加熱される。中間温度TIは、約450℃~約900℃の範囲であってよい。中間温度TIに達すると、半導体基板の上面を、非常に短い集中的な閃光に晒すことができ、その結果、約104℃/sまでの加熱の割合が得られる。窓110は、短い集中的な閃光中の、半導体基板の温度プロフィールを示す。曲線112は、閃光による露光中の、半導体基板の上面の急速な加熱を示す。曲線116は、閃光による露光中の、半導体基板のその他の部分またはバルクの温度を表す。曲線114は、ヒートシンクとして機能する半導体基板のバルクを介する、半導体基板の上面の伝導冷却による急速な冷却を示す。半導体基板のバルクは、基板に関する高速な上面冷却速度を生じさせるヒートシンクとして機能する。曲線104は、冷却剤としてのプロセスガスを用いる、熱放射および熱対流による半導体基板のバルクの緩慢な冷却を示す。
本発明の例示的な態様によれば、平衡温度にいつ達したかを求めるためのウェハ支持プレート温度測定システムの使用によって、チャンバを予熱するために必要とされる時間および予熱ダミーウェハの数を低減することができる。例えば、幾つかの実施の形態においては、特別な予熱レシピを用いてダミーウェハに熱を加えることによって、ウェハ支持プレートを加熱することができる。ウェハ支持プレートの温度が所望の温度に達すると、直ちに予熱レシピの実行を停止することができ、またウェハロットにおける最初のデバイスウェハを用いたプロセスレシピの実行を開始することができる。
本発明の例示的な態様によれば、予熱ダミーウェハを必要としない予熱プロセスを実施することができる。ウェハ支持プレートを石英から作製することができ、石英は、自身の光学的な特性に起因して、光によって加熱されにくい。本発明の実施例によるミリ秒アニールシステムにおいては、アークランプ(例えば、アルゴンアークランプ)を半導体基板の処理のために使用することができる。ランプから放出されたランプ放射の大部分は、水の窓によって透過される波長範囲である、1.5μmよりも短い波長の光を含むことができる。他の高速な熱プロセスシステムにおいては、光源が、約3,000Kのタングステンハロゲンランプであると考えられ、このタングステンハロゲンランプでは、スペクトルのピークが約1μmである。石英ガラスは、約90%を上回る透過効率を有しており、約2μmまでの光に対して透過性であると考えられる。その結果、アークランプからのランプ光の直接的な吸収によるウェハ支持プレートの加熱率は低い。
qx=-k(dT/dx)
qx:熱流速密度
k:材料の熱伝導率
dT/dx:温度勾配
本発明の別の例示的な態様は、ミリ秒アニールシステムが遠赤外線の温度センサを使用することによって動作することができる最小中間温度を低減することに関する。上記において考察したように、熱処理中に半導体基板の温度を測定するために使用される典型的な温度センサは、UFRを含んでいる。UFRは、通常の場合、半導体基板の温度を求めるために1.45μmの波長を使用する。この波長について、僅かにドープされたシリコンは、約450℃を下回る温度では透過性である。したがって、UFR温度センサは、450℃を下回る温度を測定するためには使用することができない。
[請求項1]
ミリ秒アニールシステムのための予熱方法において、前記予熱方法は、
前記ミリ秒アニールシステムのプロセスチャンバであって、上部チャンバおよび下部チャンバに分割されているプロセスチャンバ内のウェハ支持プレートに基板を収容するステップと、
温度センサを使用することによって、前記ウェハ支持プレートの1つまたは複数の温度測定値を取得するステップと、
前記ウェハ支持プレートの前記1つまたは複数の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ウェハ支持プレートを加熱するために予熱レシピを適用するステップと、
を含んでいる予熱方法。
[請求項2]
前記ウェハ支持プレートは、石英材料を含んでいる、
請求項1記載の予熱方法。
[請求項3]
前記基板には、ダミー半導体基板が含まれる、
請求項1記載の予熱方法。
[請求項4]
前記ウェハ支持プレートの前記1つまたは複数の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ウェハ支持プレートを加熱するために予熱レシピを適用するステップは、前記ウェハ支持プレートの温度が事前設定温度に達するまで、前記ウェハ支持プレートを加熱するために前記予熱レシピを適用するステップを含んでいる、
請求項1記載の予熱方法。
[請求項5]
前記ウェハ支持プレートが、前記事前設定温度に達すると、前記予熱方法は、
前記予熱レシピを停止するステップと、
前記予熱レシピとは異なるプロセスレシピを、前記プロセスチャンバにおける第2の基板に適用するステップと、
を含んでいる、
請求項4記載の予熱方法。
[請求項6]
前記予熱レシピは、前記ミリ秒アニールシステムにおける前記下部チャンバの近傍に配置されている1つまたは複数の連続モードランプを使用することによる、前記ウェハ支持プレートおよび前記基板の加熱を指定している、
請求項1記載の予熱方法。
[請求項7]
前記1つまたは複数の連続モードランプは、前記ウェハ支持プレートの前記1つまたは複数の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて制御される、
請求項6記載の予熱方法。
[請求項8]
前記温度センサは、約4μmよりも大きい波長に関連付けられた測定温度を有しているパイロメータを含んでいる、
請求項1記載の予熱方法。
[請求項9]
前記温度センサは、前記下部チャンバに配置されており、かつ、前記ミリ秒アニールシステムの水の窓によって遮られることのない前記ウェハ支持プレートの視野を有している、
請求項1記載の予熱方法。
[請求項10]
ミリ秒アニールシステムのための温度測定システムにおいて、前記システムは、
ウェハ面プレートによって上部チャンバおよび下部チャンバに分割されているプロセスチャンバを有しているミリ秒アニールシステムにおける基板の1つまたは複数の温度測定値を、約450℃未満のプロセス温度において取得するように構成されている遠赤外線温度センサと、
前記温度センサからの測定値を処理して、約450℃未満の温度において、前記基板の温度を求めるように構成されている処理回路と、
を含んでいる温度測定システム。
[請求項11]
前記遠赤外線温度センサは、約8μmから約14μmまでのスペクトル範囲に関連付けられたパイロメータを含んでいる、
請求項10記載の温度測定システム。
[請求項12]
前記遠赤外線温度センサは、ミリ秒アニールシステムの前記上部チャンバの角に取り付けられている、
請求項10記載の温度測定システム。
[請求項13]
前記遠赤外線温度センサは、前記ミリ秒アニールシステムの水の窓によって遮られない、
請求項12記載の温度測定システム。
[請求項14]
前記温度測定システムはさらに、前記ミリ秒アニールシステムにおけるウェハ支持プレートの温度を測定するように構成されている第2の温度センサを含んでおり、前記第2の温度センサは、前記下部チャンバに配置されており、かつ、前記ウェハ支持プレートの視野を有している、
請求項10記載の温度測定システム。
[請求項15]
ミリ秒アニールシステムのための予熱方法において、前記予熱方法は、
上部プロセスチャンバおよび下部プロセスチャンバに分割されているプロセスチャンバを有している前記ミリ秒アニールシステムにおけるウェハ支持プレートの視野を有している温度センサから1つまたは複数の温度測定値を取得するステップと、
前記1つまたは複数の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ミリ秒アニールシステムにおける前記ウェハ支持プレートを加熱するためにパルス制御式予熱レシピを適用するステップと、
を含み、
ただし、パルス制御式加熱レシピを適用している間は、前記ウェハ支持プレート上に基板は配置されていない、
予熱方法。
[請求項16]
前記ウェハ支持プレートは、石英材料を含んでいる、
請求項15記載の予熱方法。
[請求項17]
前記ウェハ支持プレートの温度に少なくとも部分的に基づいて、前記ウェハ支持プレートを加熱するためにパルス制御式予熱レシピを適用するステップは、前記ウェハ支持プレートの温度が事前設定温度に達するまで、前記ウェハ支持プレートを加熱するために前記予熱レシピを適用するステップを含んでいる、
請求項15記載の予熱方法。
[請求項18]
前記ウェハ支持プレートが、前記事前設定温度に達すると、前記予熱方法は、
前記予熱レシピを停止するステップと、
前記予熱レシピとは異なるプロセスレシピを、前記プロセスチャンバにおける第2の基板に適用するステップと、
を含んでいる、
請求項17記載の予熱方法。
[請求項19]
前記パルス制御式予熱レシピは、加熱光のパルスの数を指定している、
請求項15記載の予熱方法。
[請求項20]
前記温度センサは、約4μmよりも大きい波長に関連付けられた測定温度を有しているパイロメータを含んでいる、
請求項15記載の予熱方法。
Claims (6)
- ミリ秒アニールシステムのための予熱方法において、前記予熱方法は、
上部プロセスチャンバおよび下部プロセスチャンバに分割されているプロセスチャンバを有している前記ミリ秒アニールシステムにおけるウェハ支持プレートの視野を有している温度センサから1つまたは複数の温度測定値を取得するステップと、
前記1つまたは複数の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ミリ秒アニールシステムにおける前記ウェハ支持プレートを加熱するためにパルス制御式予熱レシピを適用するステップと、
を含み、
ただし、前記パルス制御式予熱レシピを適用している間は、前記ウェハ支持プレート上に基板は配置されていない、
予熱方法。 - 前記ウェハ支持プレートは、石英材料を含んでいる、
請求項1記載の予熱方法。 - 前記ウェハ支持プレートの温度に少なくとも部分的に基づいて、前記ウェハ支持プレートを加熱するためにパルス制御式予熱レシピを適用するステップは、前記ウェハ支持プレートの温度が事前設定温度に達するまで、前記ウェハ支持プレートを加熱するために前記パルス制御式予熱レシピを適用するステップを含んでいる、
請求項1記載の予熱方法。 - 前記ウェハ支持プレートが、前記事前設定温度に達すると、前記予熱方法は、
前記パルス制御式予熱レシピを停止するステップと、
前記パルス制御式予熱レシピとは異なるプロセスレシピを、前記プロセスチャンバにおける第2の基板に適用するステップと、
を含んでいる、
請求項3記載の予熱方法。 - 前記パルス制御式予熱レシピは、加熱光の複数のパルスを指定している、
請求項1記載の予熱方法。 - 前記温度センサは、4μmよりも大きい波長に関連付けられた測定温度を有しているパイロメータを含んでいる、
請求項1記載の予熱方法。
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