JPH1056008A - 基板加熱装置 - Google Patents

基板加熱装置

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JPH1056008A
JPH1056008A JP9145015A JP14501597A JPH1056008A JP H1056008 A JPH1056008 A JP H1056008A JP 9145015 A JP9145015 A JP 9145015A JP 14501597 A JP14501597 A JP 14501597A JP H1056008 A JPH1056008 A JP H1056008A
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substrate
reflector
heating device
energy source
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JP9145015A
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Suneet Bahl
バール スニート
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Applied Materials Inc
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Publication date
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation by radiant heating of the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/12—Heating of the reaction chamber

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の所定の領域を照射する複数の放射エネ
ルギ源を備えた急速加熱システムを提供する。 【解決手段】 放射エネルギ源がリフレクタと関連する
ことにより、隣接する放射エネルギ源の放射領域の一部
分が重なる。リフレクタは、それらの光放出端または出
口にフレア正反射面を備える。フレア正反射面は、基板
に向かって放射エネルギを反射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に急速加熱装
置及び基板を急速に加熱する方法に関し、特に放射エネ
ルギ源からのエネルギを反射させることによって基板の
空間(spatial) 加熱の制御可能性を改善した放射エネル
ギ加熱源に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の枚葉式描画は、超大規模集積
（ＶＬＳＩ）及び超超大規模集積（ＵＬＳＩ）電子装置
の製造に効果的で多用性のある技術である。これは、低
熱多(mass)光子援用急速ウェハ加熱と反応性周囲半導体
プロセスとを組み合わせる。ウェハ温度とプロセス環境
の両方が、（短い過渡時間のために）急に変化し、結果
として各製造工程とそのサブプロセスが、製造装置の全
体性能を改善するために独立して最適にされることがで
きる。半導体ウェハの急速熱プロセス（ＲＴＰ）が、枚
葉式ランプ加熱プロセスリアクタにウェハ間の優れたプ
ロセス反復可能性を与える。多くのシリコン製造技術
が、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）、急速熱クリーニン
グ（ＲＴＣ）、急速熱化学気相成長（ＲＴＣＶＤ）、急
速熱酸化（ＲＴＯ）、及び急速熱窒化（ＲＴＮ）を含む
ＲＴＰ技術を用いる。例えば、導体（例えば、アルミニ
ウム、銅、タングステン、及び窒化チタン）だけでな
く、絶縁体（例えば、酸化物及び窒化物）、半導体材料
（例えば、アモルファスシリコン及びポリシリコン）を
形成するＲＴＣＶＤプロセスが、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ
装置の製造に改良されたＲＴＰ技術を用いて行われるこ
とができる。
【０００３】半導体産業において、基板の温度サイクル
の間、各基板の表面にわたって均一な温度を実現するこ
とが望ましい。均一な表面温度が、膜堆積、酸化物生成
およびアニーリングのような様々な温度が与えられる段
階に対して、（例えば、層厚さ、抵抗率およびエッチン
グ深さ等の）均一なプロセス変数を提供する。又、均一
な温度は、そり、欠陥生成および滑り等の熱応力誘導損
傷を防ぐために必要である。ＲＴＯ又はＲＴＮによるＣ
ＭＯＳゲート絶縁体形成の特別な態様において、ゲート
絶縁体の厚さ、成長温度および均一性は、装置全体の性
能および製造歩留りに影響を与えるクリティカルなパラ
メータである。現在のところ、ＣＭＯＳ装置は、わずか
60〜80オングストロームの厚さの絶縁層で生成されてお
り、その厚さの均一性は、＋／−２オングストロームの
範囲内に保たれなければならない。均一性のこのレベル
は、高温プロセス中に、数度（℃）を超える温度変化が
基板にわたって存在してはいけないことを要求する。
【０００４】ウェハ自身は、高温プロセス中の小さな温
度差であっても許容することができない。1200℃で、お
よそ１〜２℃を超える温度差が発生する場合、その結果
として生じる応力が、シリコン結晶中に滑りを生じさせ
るようになる。結果として生じた滑り面は、それらが生
じたデバイスを破壊する。装置の製造業者は、ＲＴＰシ
ステム内で均一にウェハを加熱することを保証するため
に、莫大な設計費用を費やしてきた。例えば、本出願の
譲受人に譲渡された米国特許第 5,155,336号が、基板に
熱を供給するように構成される複数の放射エネルギ源を
利用するＲＴＰチャンバを開示する。放射エネルギ源
は、隣接する放射エネルギ源に対応する基板の放射領域
が重なるように配置される。この重なりは、各放射エネ
ルギ源の放射エネルギ密度分布、いわゆるエネルギ／面
積の単位で測定されたエネルギ束分布を重ねることによ
って生じる。この重なりは、基板の表面全体が均一に放
射されることを確実にする役割を果たす。
【０００５】基板にわたる相対的な放射強度は、隣接す
る放射エネルギ源による重なり分布に依存する。しかし
ながら、隣接しない放射エネルギ源からの別の放射線
が、基板の表面およびＲＴＰチャンバの表面からの放射
エネルギの幾回かの反射を通じて基板表面の一部分に与
えられる。基板の表面の反射性をより大きくすると、よ
り多くのエネルギが基板表面から反射されてＲＴＰチャ
ンバ周囲に送られ、放射エネルギ源から離れた位置で基
板の表面と接触する。束分布の重なりと、多数回反射す
る放射エネルギの結果として、様々な放射エネルギ源
が、基板表面上のある一点での放射密度の大きさを変化
させることになる。この事実は、様々な放射エネルギ源
に与えられるエネルギを操作して、基板の表面にわたる
温度プロフィールを制御するプロセスを複雑にする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】基板表面にわたる温度
の均一性と放射エネルギ源の効率の間にはトレードオフ
が生じることが認識されてきた。例えば、ＲＴＰチャン
バにおいて、放射エネルギ源からのエネルギ束分布が、
基板の表面温度の優れた制御性を実現するように源の光
パイプ出口を狭くすることによって制限されるとき、基
板の方向に送られるエネルギが少なくなるために、放射
エネルギ源の効率が低減する。逆に、放射エネルギ源の
効率が、出口サイズ及び必要であれば放射エネルギ源か
ら解放される放射エネルギの分布を大きくすることによ
って増大されるとき、上述のような多数回の反射と束分
布の重なりのために、制御性が低くなる。従って、基板
に向けられる放射エネルギ分布の制御性を低減せずに、
放射エネルギ源の効率を改良することが望ましい。
【０００７】本発明の目的は、半導体ウェハのような基
板を急速熱処理するための改良された放射エネルギ加熱
源を提供することである。本発明の別の目的は、改良さ
れた放射エネルギ源の効率を実現しながら、基板に与え
られる放射エネルギの改良された空間制御を可能にする
放射エネルギ加熱源を提供することである。本発明の更
なる別の目的は、エネルギを基板の所定の重なり領域に
送る発光端部にテーパ状部分を有する複数のリフレクタ
を備える放射エネルギ加熱源を提供することである。本
発明の更なる目的及び利点が、以下の記載に説明され、
またこの記載から一部明らかにされており、また本発明
の実施により認識されるかもしれない。本発明の目的及
び利点は、請求項で特に主張される手段および組合せに
よって理解され、実現されることができるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板の急速熱
処理中に基板を加熱する加熱装置に関する。この装置
は、少なくとも２つの放射エネルギ源と少なくとも１つ
のリフレクタを備える。このリフレクタは、少なくとも
１つの放射エネルギ源からの放射エネルギを基板に向け
る。このリフレクタは、リフレクタ内の第１端部にアル
ミニウム正反射性リフレクタスリーブを備え、基板に向
かって放射エネルギを反射し、基板の限定された領域を
放射する。本発明の別の態様においては、正反射性リフ
レクタが、放射エネルギ源から基板に向かって放射エネ
ルギを反射するテーパ状領域を含む。本発明の別の態様
においては、加熱装置が、リフレクタの第１端部に正反
射性リフレクタ面を含む。この正反射性リフレクタ面
が、上方領域と下方領域とを含む。上方領域は、テーパ
状であって、放射エネルギを前記基板に向かって反射す
る。
【０００９】本発明の別の態様においては、加熱装置
が、基板が配置される処理チャンバを有する。この処理
チャンバは、放射エネルギ源と基板との間に窓を備え
る。放射エネルギが、光パイプ部の正反射性リフレクタ
テーパ状領域から反射され、窓を通ってチャンバに入
り、基板を放射する。本発明の別の態様においては、加
熱装置が、フレア正反射性リフレクタスリーブを有する
少なくとも１つのリフレクタを備え、放射エネルギ源か
らの放射エネルギを反射し、それを基板に向けて、基板
の制限された領域を放射する。本発明の別の態様におい
ては、基板の急速熱処理用の装置が、窓を備える排気可
能チャンバと、チャンバの外側であって窓の近くに配置
される複数の放射エネルギ源とを備える。放射エネルギ
源は、窓に対して実質的に垂直な方向に延びる中心長手
軸を有する。放射エネルギ源に関するリフレクタは、放
射エネルギを窓に通し、ある放射強度のパターンでチャ
ンバ内の基板の所定の領域を放射する。このリフレクタ
は、放射エネルギ源の長手軸の大部分にわたって延び
る。このリフレクタは、窓に隣接する第１端部にテーパ
状領域を含み、放射エネルギ源からの放射エネルギを反
射し、それを基板に向ける。この放射エネルギ源とリフ
レクタは、１つの放射エネルギ源により放射される所定
の領域の一部が、隣接する放射エネルギ源により放射さ
れる所定の領域の一部に重なるように配置され、基板に
わたって、隣接する放射エネルギ源の強度に依存する放
射強度を提供する。
【００１０】本発明の多くの利点が、以下に示される。
本発明の加熱装置は、基板に向けられる放射エネルギの
分布の制御性を損なわないで、改良された放射エネルギ
源の効率を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本明細書で説明される発明は、米
国特許第 5,155,336号に開示される種類の急速加熱シス
テムに関連して用いられることができ、この特許の全体
の内容は本明細書の一部として組み込まれる。この処理
チャンバは、単一の窓または二重窓組立体のいずれかを
備えて、大気圧または減圧状態（真空）で作動されるこ
とができる。減圧状態のシステムのみが以下に示され
る。まず図１を参照すると、本発明の装置が、排気可能
チャンバ３３、窓組立体３７、及び窓組立体の上方にあ
る放射エネルギ組立体３８を備えた減圧又は真空ＲＴＰ
チャンバ２０に関連して示される。チャンバ３３の壁３
４が、概略的に示されている。窓組立体３７は、チャン
バ３３の上壁を形成し、Ｏリング３６によりそれにシー
ルされる。チャンバ３３内のシリコンウェハのような基
板８１が、支持管８３に取り付けられた離間支持フィン
ガ８２によりその縁に支持される。ＲＴＰチャンバは、
プラスチックパネル、ガラスプレート又はディスク及び
プラスチック部材のような別の種類の基板を処理するた
めにも用いられることができる。
【００１２】支持管８３は、ベアリング組立体８４によ
りチャンバ壁３４から回転可能に支持される。磁石８６
が、支持管８３に取り付けられる。磁石８６の磁界は、
壁３４を通って延び、適切に駆動される駆動リング８８
上の磁石８７に結合する（図示せず）。リングの回転に
より、支持管８３及び基板８１が回転される。熱処理
中、全体的に示される支持構造１０８が、およそ 90RPM
で回転される。この磁気カップリングは、複雑な真空密
封駆動組立体に対する必要性を取り除く。ガス噴射ヘッ
ド８９が、処理ガスをチャンバ３３内に噴射するために
設けられ、様々な処理ステップが、チャンバ内で実行さ
れる。放射エネルギ組立体３８が、リフレクタに関連す
る複数の放射エネルギ源又はランプ３９を含む。１つの
具体例においては、ランプ３９は、マサチューセッツ州
デンバー(Danvers) の 100エンディコットストリート01
923 にあるシルバニア(Sylvania)社により製造された製
品番号ULS-750-QJKTの 750ワット、 120ボルトタングス
テンハロゲンランプである。リフレクタは、その内部に
ランプを取り付けた光パイプ４１であってよい。この光
パイプは、ステンレス鋼、黄銅、アルミニウム又は別の
金属により製造されてもよい。１つの具体例において
は、カリフォルニア州サンタクララの2775ノースウェス
タンパークウェイ95051-0903にあるLuxtron Corporatio
n-Accufiber Divisionにより製造されるステンレス鋼光
パイプが用いられてもよい。光パイプ４１の端部は、上
方冷却チャンバ壁４２と下方冷却チャンバ壁４３の開口
にろう付され、又は溶接され、又は別の方法で固定され
る。円筒壁４４が、冷却チャンバ壁４２及び４３の周縁
にろう付され、又は溶接され、又は別の方法で固定され
て、一緒になって冷却チャンバ４６を形成する。
【００１３】水のような冷却剤が、入口４７を介してチ
ャンバ４６に導かれ、出口４８で除去される。この流体
は、様々な光パイプ４１の間の空間を動き、これらを冷
却する。バッフル（図示せず）が、チャンバ４６を通る
適切な流れを確実にするために設けられてもよい。図２
を参照すると、各光パイプ４１が、窓組立体３７に近接
する端部１６４に配置される正反射性リフレクタ１５９
と壁１５２とを備える。壁１５２が、光パイプ４１の構
成部分であっても、光パイプ４１内にある上方スリーブ
３１として形成されてもよい上方部分を備える。上方ス
リーブ３１は、ステンレス鋼から形成されてもよい。正
反射性リフレクタ１５９は、光パイプ４１内にあるスリ
ーブとして形成されることができる。代わりに、正反射
性リフレクタが、光パイプ４１の構成部分であってもよ
い。正反射性リフレクタ１５９が、アルミニウムから構
成されることができる。リフレクタ１５９の表面をより
反射性にすると、より多くのエネルギが反射されて、チ
ャンバ３３内の基板８１に達する。従って、正反射性リ
フレクタ１５９の面１６０が、反射性を改善するために
研磨される。研磨は、正反射性リフレクタ１５９をゆっ
くりと機械加工することによって行われてもよく、又は
機械加工後にエメリーバフ又はバフ車を用いることによ
って行われてもよい。１つの具体例においては、研磨後
に、表面１６０が金めっきされ、表面の酸化を防止する
とともに、高いレベルの反射性を維持する。金が正反射
性リフレクタに移行しないようにするために、ニッケル
拡散バリアが、金めっきする前に、表面１６０に与えら
れる。ニッケルバリアが、標準無電解ニッケルめっき技
術を用いて施され、その後、高純度の金が、めっきする
ことにより施される。
【００１４】各ランプ３９が、ベース５４、フィラメン
ト１６１、ランプ囲い１６２、リード線１６３及び導体
（モリブデンプレート）５３とを備える。導体５３は、
リード線１６３から与えられる電気エネルギをフィラメ
ント１６１に送る。フィラメント１６１は、ランプ囲い
１６２の長手中心軸に並行な軸をもつコイルとして巻か
れてもよい。ランプからの光のほとんどは、取り囲んで
いる光パイプ４１の壁１５２に向かってこの軸に垂直方
向に発せられる。ランプ３９からの放射エネルギは、多
くの反射の後に、その関連する光パイプの端部１６４で
外に向けられる。しかしながら、エネルギのいくらか
は、ベース５４で吸収される。このことは、オープンス
ペースで放射するランプと比較すると、ランプのベース
をより高い温度に到達させる。ベースが熱くなりすぎる
と、ランプの平均寿命が実質的に低くなる可能性があ
る。従って、ランプベースを冷却する手段が設けられ
る。特に、セラミック注封部材５８が、ランプベース５
４と上方スリーブ３１の間に配置され、ベース５４から
セラミック注封部材５８と上方スリーブ３１を通って周
囲壁１５２に熱を伝える。セラミック注封部材は、優れ
た熱伝導体であって、ベースから周囲壁に非常によく熱
を伝える。
【００１５】ランプ囲いの温度がおよそ 550℃を超える
とき、別のランプ故障機構が生じる。この温度で、ラン
プ囲い１６２は、膨らむ又はふくれを生じるのに十分に
柔らかくする。非常に高い内部ガス圧で動作するタング
ステンハロゲン電球を用いるとき、このことは特別な問
題となる。この問題は、アルミニウム正反射性リフレク
タ１５９を用いることによって本発明において緩和され
る。高温計または検出器８６が、上方冷却チャンバ壁４
２と下方冷却チャンバ壁４３の間に延びる細い光パイプ
７８に接続されるアダプタ７７と協動する様子が図２に
示されている。検出器８６は、光パイプ７８の視野内の
基板の表面温度を示す出力信号を提供する。フィルタ７
９は、検出器８６の前面に挿入され、波長領域 4.8〜5.
2 マイクロメートルの放射エネルギを通過するように選
択され、光パイプ４１により送られる放射エネルギによ
る干渉を防止する。
【００１６】複数の光パイプ４１と、関連するランプ３
９からなる放射エネルギ組立体３８は、薄い石英窓の使
用を可能とし、チャンバ３３内の基板を加熱するための
光学ポートを提供する。低圧（真空）ＲＴＰチャンバに
関して、米国特許第 5,155,336号に十分に記載されてい
る水冷石英窓組立体が用いられ、図３にその一部が詳細
に示されている。窓組立体３７は、壁６４にシールされ
た外縁を有する上方フランジ板６２及び下方フランジ板
６３に溶接され、又は別の方法で固定され、又はそれら
に一体となった短い光パイプ６１を備える。この光パイ
プ６１は、放射エネルギ組立体３８の光パイプ４１に位
置を合わせる。冷却水が、光パイプ６１とフランジ板６
２及び６３の間の空間６６に注がれ、光パイプ６１とフ
ランジ板６２及び６３を冷却する。このフランジ板と光
パイプは、２つの石英板６７及び６８の間に挟まれる。
石英板６７及び６８は、Ｏリング６９及び７１によりそ
れぞれフランジ板６２及び６３に対してシールされる。
光パイプ６１内で、光パイプ６１の１つに接続される管
７３を通じてポンピングすることによって真空が引か
れ、この１つの光パイプ６１は、下方フランジ板６２内
の小さいリセス又はグルーブ７２によって残りの光パイ
プ６１に接続されている。
【００１７】窓組立体３７において、光パイプ７８に隣
接する石英窓６７及び６８が削られ、およそ 6.5マイク
ロメートルの波長の光を透過するサファイア窓８０を備
えつけられる。従って、基板からの光が、サファイア窓
８０を通って、光パイプ７８を上がり、フィルタ７９を
通って検出器８６に入り、この検出器が、光パイプ７８
の視野内の基板の表面温度を示す出力信号を生成する。
図２を参照すると、光パイプ４１の長さが、その関連す
るランプ３９と少なくとも同じ長さに選択される。基板
に達するパワーが、結果として反射が多くなることによ
って実質的に減衰しない限りにおいて、それは更に長く
生成されてもよい。図４は、光パイプ端１６４まで実質
的に延びるランプ囲い１６２をランプ３９が有する構成
を示す。特に、ランプ囲い１６２は、端0.010 インチの
上方、ほぼ0.010 インチの範囲まで延びる。この構成
は、拡散リフレクタと石英スリーブを有する同様の構成
の放射エネルギ加熱源と比較して、放射エネルギ加熱源
の35パーセント（例えば、光パイプ４１に対する出口で
27パーセントの放出パワー／入力パワー効率）の効率を
上昇させる。
【００１８】代わりに、ランプ囲い１６２が光パイプ４
１の端を超えて延びるように、ランプ３９が光パイプ４
１に取りつけられてもよい。このタイプの長いランプの
構成は、放射エネルギ組立体３８の効率を改良する。図
５に示されるように、放射エネルギ組立体３８の効率を
高めるために、光パイプ４１は、フレア正反射性リフレ
クタスリーブ２００を備えてもよい。フレア正反射性リ
フレクタは、別のスリーブとは異なり、光パイプ４１の
構成部分として形成されてもよい。フレア正反射性リフ
レクタスリーブ２００は、ランプ囲い１６２に対向する
（並行な）上部円筒領域２０２と、長さＤを有する下部
テーパ状領域２０４とを備える。下部テーパ状領域２０
４が、およそ１〜89°の、好適には１〜30°となりうる
テーパ角度αによって定められる。テーパ領域２０４
は、好適には全体長さの30から50パーセントであるフレ
ア正反射性リフレクタスリーブ２００の長さの実質的な
部分を構成する。テーパ角度が大きくなると、光パイプ
４１から逃げるエネルギ量が大きくなり、それによって
ランプ３９の効率が大きくなる。テーパ角αは、均一な
照明、所望の空間強度プロフィール又は所望のランプ効
率を提供するように経験的に最適にされることができ
る。
【００１９】テーパ状領域２０４は、ランプ囲い１６２
の端の位置で始まってもよいが、別の構成が、所望のラ
ンプ効率によって用いられてもよい。例えば、図６は、
およそ４°のテーパ角α１を有し、フレア正反射性リフ
レクタスリーブ２００のおよそ30パーセントの長さＤ１
を有したテーパ領域を生成するように対向するランプ囲
い１６２の位置から始まるテーパ状領域２０４を示す。
シルバニア 750ワットタングステンハロゲンランプ(ULS
-750-QJKT)を用いたこの具体例においては、拡散リフレ
クタと石英スリーブを有する同様の放射エネルギ加熱シ
ステムに対して、効率の60パーセントの上昇（例えば、
光パイプ４１の出口では32パーセントの放出パワー／入
力パワー）が測定された。図７は、およそ２°のテーパ
角α２を有するテーパ状領域２０４を示し、フレア正反
射性リフレクタスリーブ２００の全体長さＤ２を包含す
る。フレア正反射性リフレクタスリーブの大きくなった
長さは、ランプ３９の効率を大きくし、光パイプ４１の
出口に向かって、より多くの放射エネルギを反射する。
しかしながら、フレア領域の長さが大きくなると、ラン
プの冷却が、重要な問題となってくる。テーパ領域の長
さが大きくなると、より大きいエアギャップが、ランプ
囲いとリフレクタスリーブの間に生成される。エアは、
熱エネルギの伝熱体として優れていないために、ランプ
ベースがオーバーヒートする。テーパ角及びテーパ領域
の長さの選択は、この潜在的な異常の主な原因となるも
のである。
【００２０】図８は、ランプ３９のベース５４近くの第
１端部３０４と、第１端部３０４からテーパ角βでラン
プ囲い１６２から離れる方に延びるテーパ状領域３０６
と、下方領域３１０とを有するフレア正反射性リフレク
タスリーブ３００を示す。テーパ角βは、およそ１から
89°、好ましくは10から45°であってよい。テーパ領域
３０６は、好ましくは全体長さの30から50パーセント
で、フレア正反射性リフレクタスリーブ３００の長さの
実質的な部分を構成してもよい。この具体例において
は、テーパ角が大きくなると、光パイプ４１から出るエ
ネルギ量が大きくなり、それによって放射エネルギ熱源
の効率を大きくする。また、フィラメント長さがテーパ
領域３０６に向かい合っている部分では、放射エネルギ
が、ランプ囲い１６２の中心軸に並行に直接反射される
傾向がある。ランプフィラメントに対向するテーパ状領
域の部分は、放射エネルギを並行にする傾向がある。
【００２１】下方領域３１０は、光パイプ４１の端１６
４に対して垂直な壁を形成する形状の円筒形である。代
わりに、下方領域３１０自身が、テーパ角βとは異なる
角度でテーパ状にされてもよい。下方領域３１０は、光
パイプ４１の端１６４の外に放射エネルギを反射する第
２表面３１２を提供する。１つの具体例においては、フ
レア正反射性リフレクタ３００が、アルミニウムで構成
され、その（ランプ３９に面する）外面が金めっきされ
て、フレア正反射性リフレクタの反射特性を改良する。
このタイプのフレア正反射性リフレクタスリーブに関す
る効率は、拡散リフレクタと石英スリーブを有する構成
と比較すると、結果として 150パーセント（例えば光パ
イプ４１の出口での放出パワー／入力パワーは50パーセ
ント効率）の上昇を示す。
【００２２】図５、６、７及び８に関連して説明された
フレア正反射性リフレクタスリーブに加えて、下方パワ
ー放射エネルギ源が用いられてもよく、結果として改善
されたエネルギ効率と改善された放射源の寿命を提供す
る。特に、図８の具体例において、例えば、ランプ３９
が、シルバニアにより製造された製品番号ULS-AM410/82
である密なコイルを有する 410ワット82ボルトのタング
ステンハロゲンランプであってよい。このランプは、長
く幅広のフィラメントランプよりも、エネルギ点源を接
近させる比較的短いフィラメントと、より小さい全体の
電球径を有する。エネルギ点源は、源から生成されるほ
ぼ全ての放射エネルギを、光パイプの方に向けて基板の
特定の部分に正確に焦点合わせすることを可能とし、制
御性を向上して、エネルギ損失を最小にする。又、より
小さい電球の径は、放射エネルギが動くための空間を多
くする。ランプ囲いとリフレクタの間で利用できる空間
が大きくなると、より多くの放射エネルギが光パイプの
端から出ることが可能となる。
【００２３】代わりに、図９に示されるように、ランプ
３０１が、水平フィラメント３５０を備えるように構成
されてもよい。これまでは、水平フィラメントを備える
放射エネルギ源は、光パイプの径や反射の結果に制約が
与えられるため、基板の対応する部分を加熱する十分な
量の放射エネルギを発することができなかった。前述し
たように、光パイプの径を大きくすると、放射源の制御
が複雑となり、基板表面にわたる均一な加熱を維持する
際に反射の問題が生じる。しかしながら、（例えば図
５、６、７及び８に関連して示されるように）フレア正
反射性リフレクタスリーブを付加すると、端１６４で光
パイプ４１を出るランプ（図９のランプ３０１）からの
放射エネルギ量が実質的に大きくなり、水平フィラメン
ト（図９のフィラメント３５０）を含むランプの使用が
可能となる。１つの具体例においては、シルバニア社で
製造された 230ワットで28ボルトの水平フィラメントタ
ングステンハロゲンランプが用いられた。
【００２４】ランプ間隔、光パイプの形状とテーパ角の
最適な組合せが、ＲＴＰチャンバの所望の特性と基板の
照射要求に応じて経験的に定められることができる。こ
れらのパラメータを制御することによって、ランプパワ
ーを個々のランプに制御することによって変調されるこ
とができる均一な強度プロフィールを実現し、動的な温
度均一性又は単純に改良された静的状態の均一性を提供
することができ、一方で個々のランプのエネルギ効率を
改善することができる。光パイプ、放射エネルギ源およ
びテーパ状正反射性リフレクタは、各要素がそれぞれ対
応する関係を有するものとして説明されてきたが、別の
具体例においては、リフレクタの概念は、テーパ状正反
射性領域に関連して多くの放射エネルギ源を囲むことに
よって実施されてもよい。このような構成は図１０に示
されており、リフレクタ４００が７つのエネルギ源３９
を取り囲む。各リフレクタ４００は、基板に最近接する
端部でテーパ状正反射性領域４０１を備える。
【００２５】代わりに、リフレクタが同心円状に配置さ
れ、大きな径を有する円筒形リフレクタが、複合の放射
エネルギ源だけでなく、より小さい径を有するリフレク
タをも取り囲むことになる。図１１が、５つの同心円筒
形リフレクタ４０２、４０４、４０６、４０８及び４１
０が多くのエネルギ源３９を取り囲む構成を示す。各リ
フレクタ４０２、４０４、４０６、４０８及び４１０
が、１端にテーパ状正反射性領域４１４を備え、これら
の外で放射エネルギが基板に向かって反射される。要約
すると、放射エネルギ源の回りのフレア正反射性リフレ
クタスリーブを結合することによって、放射エネルギ源
の効率を向上し、それによって、より多くのエネルギを
基板の所望の部分に向ける装置および方法が本明細書に
開示される。
【００２６】本発明は、好適な具体例の観点から説明さ
れてきた。しかしながら、本発明は、説明され図示され
た具体例に制限されるものではない。本発明は、特許請
求の範囲に記載した内容によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの具体例によるＲＴＰシステムの
図式的な横断面を示す。
【図２】本発明の１つの具体例による光パイプを示す拡
大概略図である。
【図３】本発明の１つの具体例による窓組立体を示す拡
大概略図である。
【図４】本発明の別の具体例による光パイプを示す概略
図である。
【図５】本発明に従って、光放射端にテーパ状正反射性
リフレクタを備えた光パイプを示す拡大概略図である。
【図６】本発明の別の具体例に従って、ランプ囲いに対
向するテーパ部を備えたテーパ状正反射性リフレクタを
含んだ図５の光パイプの概略図である。
【図７】本発明の別の具体例に従って、全体の長さに沿
ってテーパ状にされたテーパ状正反射性リフレクタを含
んだ図５の光パイプの概略図である。
【図８】本発明に従って、低出力放射エネルギ源を含ん
だ光パイプを示す拡大概略図である。
【図９】本発明に従って、水平フィラメントを有する低
出力放射エネルギ源を含んだ図８の光パイプを示す概略
図である。
【図１０】多くのリフレクタが多くのエネルギ源を取り
囲んだ、本発明が用いられる別の構成のリフレクタ及び
放射エネルギ源の組合せを例示する図式的な平面図であ
る。
【図１１】多くの同心リフレクタが多くのエネルギ源を
取り囲んだ、本発明が用いられる別の構成のリフレクタ
及び放射エネルギ源の組合せを例示する図式的な平面図
である。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の急速熱処理中に基板を加熱する加
    熱装置であって、 少なくとも２つの放射エネルギ源と、 前記放射エネルギ源の少なくとも１つから前記基板に放
    射エネルギを向ける少なくとも１つのリフレクタと、 前記少なくとも１つの放射エネルギ源から前記基板に放
    射エネルギを反射し、前記基板の限定された領域を放射
    する、前記リフレクタ内の第１端にあるアルミニウム正
    反射性リフレクタスリーブとを備え、 隣接する放射エネルギ源の放射領域の一部が重なり、 前記一部での強度が、前記隣接する放射エネルギ源の強
    度に依存する前記基板にわたる放射強度を提供すること
    を特徴とする加熱装置。
  2. 【請求項２】 基板の急速熱処理中に基板を加熱する加
    熱装置であって、 少なくとも２つの放射エネルギ源と、 長手中心軸と第１端とを有し、少なくとも１つの前記放
    射エネルギ源からの放射エネルギを、前記第１端を出て
    前記基板に向ける少なくとも１つのリフレクタと、 前記少なくとも１つの放射エネルギ源からの放射エネル
    ギを前記基板に反射し、前記基板の限定された領域を放
    射するテーパ状領域を備えた前記第１端の正反射性リフ
    レクタ面とを備える加熱装置。
  3. 【請求項３】 前記テーパ状領域が、前記少なくとも１
    つの放射エネルギ源から前記中心軸に実質的に並行に放
    射エネルギを反射することを特徴とする請求項２に記載
    の加熱装置。
  4. 【請求項４】 前記正反射性リフレクタが第１の長さを
    有し、 前記テーパ状領域が、前記第１の長さのほぼ 100パーセ
    ントからなることを特徴とする請求項２に記載の加熱装
    置。
  5. 【請求項５】 前記テーパ状領域が、前記第１の長さの
    ほぼ30から50パーセントからなることを特徴とする請求
    項２に記載の加熱装置。
  6. 【請求項６】 前記テーパ状領域が、前記第１の長さの
    ほぼ30パーセントからなることを特徴とする請求項５に
    記載の加熱装置。
  7. 【請求項７】 前記テーパ状領域が、ほぼ１から89°の
    テーパ角を有することを特徴とする請求項２に記載の加
    熱装置。
  8. 【請求項８】 前記テーパ角が、ほぼ１から30°である
    ことを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
  9. 【請求項９】 前記放射エネルギ源が、前記リフレクタ
    内に少なくとも部分的に存在するランプ囲いを備え、 前記ランプ囲いが、前記ランプの基部近くの第１端と、
    第２端とを有し、 前記正反射性リフレクタの前記テーパ状領域が、前記ラ
    ンプ囲いの前記第２端に向かい合うところを始点とする
    ことを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
  10. 【請求項１０】 放射エネルギ源が、前記リフレクタ内
    に少なくとも部分的に存在するランプ囲いを備え、 前記ランプ囲いが、前記放射エネルギ源の基部近くの第
    １端と、第２端とを有し、 前記ランプ囲いの前記第２端が、前記リフレクタの前記
    第１端の辺りで終了することを特徴とする請求項２に記
    載の加熱装置。
  11. 【請求項１１】 前記少なくとも１つの放射エネルギ源
    が、前記リフレクタ内にあるランプ囲いを有し、 前記テーパ状領域が、前記ランプ囲いの少なくとも一部
    と向かい合っていることを特徴とする請求項２に記載の
    加熱装置。
  12. 【請求項１２】 前記正反射性リフレクタがスリーブで
    あることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
  13. 【請求項１３】 前記正反射性リフレクタが、放射エネ
    ルギを反射する材料で被覆された外面を有することを特
    徴とする請求項１２に記載の加熱装置。
  14. 【請求項１４】 前記放射エネルギを反射する材料が、
    金であることを特徴とする請求項１３に記載の加熱装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記正反射性リフレクタスリーブが、
    アルミニウムで構成されていることを特徴とする請求項
    １３に記載の加熱装置。
  16. 【請求項１６】 前記放射エネルギ源が、前記中心軸に
    実質的に垂直に向けられたフィラメントを備えることを
    特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
  17. 【請求項１７】 基板の急速熱処理中に基板を加熱する
    加熱装置であって、 少なくとも２つの放射エネルギ源と、 長手中心軸と第１端とを有し、少なくとも１つの前記放
    射エネルギ源からの放射エネルギを、前記第１端を出て
    前記基板に向ける少なくとも１つのリフレクタと、 前記リフレクタの前記第１端にある正反射性リフレクタ
    面とを備え、 前記正反射性リフレクタ面が、上方領域と下方領域とを
    有し、 前記放射エネルギ源の少なくとも１つからの放射エネル
    ギを前記基板に向けて反射し、前記基板の限定された領
    域を放射するように、前記上方領域がテーパ状にされる
    ことを特徴とする加熱装置。
  18. 【請求項１８】 前記テーパ状領域が、ほぼ１から89°
    のテーパ角を有することを特徴とする請求項１７に記載
    の加熱装置。
  19. 【請求項１９】 前記テーパ角が、ほぼ１から30°であ
    ることを特徴とする請求項１８に記載の加熱装置。
  20. 【請求項２０】 前記放射エネルギ源が、前記ランプ囲
    い内にフィラメントを有し、 前記フィラメントが、前記中心軸に実質的に垂直方向に
    向けられていることを特徴とする請求項１７に記載の加
    熱装置。
  21. 【請求項２１】 基板の急速熱処理中に基板を加熱する
    加熱装置であって、 複数の放射エネルギ源と、 前記放射エネルギ源に関連し、前記放射エネルギ源から
    の放射エネルギを前記基板に向ける第１端を有する複数
    の光パイプと、 前記光パイプの前記第１端にあり、放射エネルギ源から
    の前記放射エネルギを前記基板に向けて反射し、前記基
    板の限定された領域を放射するテーパ状領域を備えた正
    反射性リフレクタと、 基板が配置され、前記放射エネルギ源と前記基板との間
    に窓を備えた処理チャンバであって、前記放射エネルギ
    が、前記テーパ状領域から反射され前記窓を通って前記
    チャンバに入り前記基板を照射する、処理チャンバとを
    有し、 隣接する放射エネルギ源の放射された領域の一部分が重
    なり、 前記一部分の強度が、前記隣接する放射エネルギ源の強
    度に依存する前記基板にわたる放射強度を提供すること
    を特徴とする加熱装置。
  22. 【請求項２２】 基板の急速熱処理中に基板を加熱する
    加熱装置であって、 少なくとも２つの放射エネルギ源と、 内面と第１端とを有し、前記放射エネルギ源からの放射
    エネルギを前記第１端を出て前記基板の方に向ける少な
    くとも１つのリフレクタと、 前記リフレクタ内の前記第１端に配置され、前記放射エ
    ネルギ源から前記放射エネルギを反射し、それを前記基
    板に向けて前記基板の限定された領域を放射するフレア
    正反射性リフレクタスリーブとを有することを特徴とす
    る加熱装置。
  23. 【請求項２３】 基板の急速熱処理用装置であって、 窓を有する排気可能チャンバと、 前記チャンバの外部で、前記窓に隣接して配置され、前
    記窓に対して実質的に垂直な方向に延びる中心長手軸を
    有する複数の放射エネルギ源と、 前記放射エネルギ源に関連して、放射エネルギを前記窓
    に向け、前記チャンバ内の基板の所定の領域を放射強度
    のあるパターンで放射するリフレクタとを有し、 前記リフレクタが、前記放射エネルギ源の前記長手軸の
    主要部分に沿って延び、 前記リフレクタが、前記窓に隣接する第１端にテーパ状
    領域を備え、前記放射エネルギ源から前記放射エネルギ
    を反射し、それを前記基板に向け、 １つの放射エネルギ源より放射される所定の領域の一部
    が、隣接する放射エネルギ源により放射される所定の領
    域の一部に重なり、隣接する放射エネルギ源の強度に依
    存する基板にわたる放射強度を提供するように、前記放
    射エネルギ源及びリフレクタが配置されることを特徴と
    する装置。
JP9145015A 1996-06-03 1997-06-03 基板加熱装置 Pending JPH1056008A (ja)

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