JPH10504936A - 急速熱処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 作業片１２を急速且均一に加熱する装置及び方法であって、第一室２０を画定する複数の壁と、作業片１９の第一エネルギー伝達面上に入射放射する第一放射線源４４と、上記室の作業片面中に作業片を保持する保持装置と、室の少くとも１つの壁２２、２４、２６の上の放射線吸収面とを有する。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面は室に放射線を反射、放出し、放射線吸収面はエネルギー伝達面より反射放出した非入射放射線を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】 急速熱処理装置及び方法発明の背景 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４４８２３９ ３号（１９８４年１１月１３日発行、西山氏他）、同第５１５５３３６号（１９ ９２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１ ８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を含んでもよい。 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か如き 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生じ、室の壁の放射線吸収表 面に到達する。 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、１ｍＳｅ ｃ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、ウエーハに当たるや否や、ウ エーハの露出表面上に入射放射線の大部分を吸収させる。これらの波長ではウエ ーハを通過することによって、出力はウエーハの第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 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、ウエーハ１ ２の温度により、その上に衝突する放射線の一部を反射するように操作し得そし 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 の壁は一般的に自動装置アクセスのためのアクセス開口部３２を有している。自 動装置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、囲いの中に、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少な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、および反射面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ＮｏｄｗｅＩｌ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１ ４において、波長１．２×１０^-6ｍ以下の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、放射線が温度測定できるように直ちに不活化される、あるい は熱画像を源放射線の影響なしにとることができるのであり、そしてウエーハ１ ２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。 アークの短時定数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を比較することである。これら の反射率の同時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 ef fect)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の望 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達成するのを助け、一般的にそのパターンはウエーハ １２の完全な第一面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、ここはウエーハ１２の端部１８にこの放射線が濃縮して 直射する部分である、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３ ０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を有するよう考慮されている。 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、そしてそのいくつかは窓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。これらの端には小壁を有する第二室６８が連結されている、その 内三つだけが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。第一室２０に入 るこれらの面８８および９０により反射または放出されたエネルギーは、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 く吸収され得ることが好ましく、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 れることが望ましい。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を含み、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 により放出された旅射線がウエーハ１２の第二面１６および端部１８に逆反射す るように、ウエーハ１２の第二面１６の反対側の第二室６８内に位置する、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の点が異な っている。第二反射材１０２は第二面１６および端部１８に反射した放射線の配 分に協同しており、それはウエーハ１２の中心部１９に比較して端部１８により 放出された放射線量の大部分が、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において濃縮され逆反 射されるように協同している。 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、ウエーハ１２と第二反射材１０２の間の、第二室６８内に備え 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１１ ２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）によりなされ得る。 変形として、米国特許４，９５８，０６１号に記載されたタイプの環状様温度 保護部材、文献としてここに採り入れられている、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が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が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、窓の位置のためにウエーハ 放射線の少しの割合で照射不均一が引き起こされるであろう。更に、窓は室の温 度記憶を与える。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 を再位置決めすることにより減少され、第５図に示されたようにいくつかの変形 がなされる。 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１２ ２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に対してほんの約３ ／４の距離だけ延長している。また、第三の壁１２４は、第二および第三の壁１ ２２および１２４の間に第一開口部１２６を残して、第二の壁１２２に対しほん の約１／３の距離だけ延長している。反射材口部１３０を有する第一の非対称形 反射材１２８は第二および第三の壁１２２および１２４の間を連結して第一室２ ０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、第二および第三の壁１２２および１２４の間に、第二の窓 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１ ４２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１４ ６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の壁２２、１２２、１２４の 放射線吸収面３６、１２３、１２５の少なくとも一つに対する第一室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直接放射線を操 作し得るように、覆っている。反射材は異なった長さの第一および第二側位置１ ４８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のであるが。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に対 し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１ ５０は、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ために、 遠い端部１８．２に対しより放射線を向けるように作用する。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 小固体角、ウエーハから離れた直接反射光のために必要な窓のより大きな距離及 び角度はガスアークの極端な高出力と小さな容積によってウエーハへの比較的小 さな反射材および大きな距離ができるので可能になる。 所望により、液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。作業片面６６と第一室２０の内部の第一の壁 上の放射線吸収面３６の間に含まれた角１６２が９０度より大きく、第一の壁２ ２上の放射線吸収面３６と第二の壁１２２上の放射線吸収面１２３の間に含まれ た角１６４が９０度より小さいようになっている。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１７ ４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９ ０ 度以内の角１７６に配置され、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、第二面から反射放出された放射線が比較的小角度、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、で小面１７ ４をたゝくように作業片に関して配置されている。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 置と必須的に、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入射放射線を生じる第一室２０内の第二放 射線源１８０を含んでいる。この具体例において、第二の放射線源は第一の窓３ ０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１ ８６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 ためのウエーハの性質の依存性を除去する。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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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する第一放射源と、 ｃ）前記作業片のエネルギー伝達面と共に前記第一室内に放射線を反射 し放出するエネルギー伝達面を有し、前記第一室内の作業片面中に前記作業片を 保持する保持装置と、 ｄ）前記第一室の少なくともひとつの壁に設けられ、前記エネルギー伝 達面から反射され放出された非入射放射線を吸収する放射線吸収面とを包含する 、作業片を急速に且つ均一に加熱する装置。 ２． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記放射線吸収面が、陽極処理 ステンレス鋼を包含する装置。 ３． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記放射線吸収面が、陽極処理 アルミニウムを包含する装置。 ４． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記放射線吸収面が、黒色ニッ ケル被覆を包含する装置。 ５． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記放射線吸収面が、ペンキ含 有黒鉛を包含する装置。 ６． 請求の範囲第１項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 。 ７． 請求の範囲第６項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。 ８． 請求の範囲第７項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。 ９． 請求の範囲第８項記載の装置において、前記第二放射源がクセノンアー ク灯を包含する装置。 １０． 請求の範囲第７項記載の装置において、前記第一制御装置が、第一反射 装置を包含し、前記第一放射源が前記第一反射装置と前記作業片との間に位置す るように、前記第一反射装置を前記第一放射源の背後に配設した装置。 １１． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記第一放射源からの放射線が 、前記作業片の第一面に、この第一面に対して80度以下の入射角で差し向けられ るようにした装置。 １２． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記壁の少なくとも１つが、前 記第一室内に放射線を進入させる第一開口を有し、この第一開口が、前記放射吸 収面の面積よりも少ないかあるいは等しい断面積を有する装置。 １３． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記第一放射源が、アーク輔線 を有する第一高出力不活性ガスアークを包含する装置。 １４． 請求の範囲第１３項記載の装置において、前記エネルギー吸収面が前記 アーク軸線におおよそ平行に配設された装置。 １５． 請求の範囲第１３項記載の装置において、前記第一室が、前記アーク輔 線に垂直な少なくとも１つの反射壁を有する装置。 １６． 請求の範囲第１３項記載の装置において、前記第一高出力不活性ガスア ークが水壁アークを包含する装置。 １７． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記第一放射源が、1.2×10^-6 メートル以下の波長において少なくともエネルギーの95パーセントを有する放射 線を生ずる装置。 １８． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記第一放射源が、前記第一面 に少なくとも40Ｗ/cm²の放射線束を生ずるように操作可能な装置。 １９． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記第一放射源が10ミリ秒以下 の応答時間を有する装置。 ２０． 請求の範囲第１項記載の装置において、第二室をさらに包含し、前記第 一室が前記作業片の第一側面に配設され、前記第二室が前記第一側面の反対側の 、前記作業片の第二側面に配設された装置。 ２１． 請求の範囲第２０項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。 ２２． 請求の範囲第２１項記載の装置において、前記第二側面に対向して配設 された少なくともひとつの第二側部反射装置をさらに包含し、これにより、前記 第二面によって放出された放射線を前記第二面に戻すように反射する装置。 ２３． 請求の範囲第２２項記載の装置において、前記少なくと も１つの第二側部反射装置を、実質的に均一な温度分布が前記第二側面に亘って 維持されるように、反射放射線を前記第二側面に分布させるような形状とした装 置。 ２４． 請求の範囲第２３項記載の装置において、前記作業片の縁部部分に隣接 して配設された少なくとも１つの縁部反射装置をさらに包含し、この縁部反射装 置が、前記縁部部分によって放出された放射線を前記縁部部分に再び戻すように 反射するようにした装置。 ２５． 請求の範囲第２４項記載の装置において、 ａ）前記第二側面に対向して配設され前記第二面により放出された放射 線を再び前記第二面に戻すように反射する少なくとも１つの第二側部反射装置と 、 ｂ）前記作業片の縁部部分に隣接して配設され前記縁部部分により放出 された放射線を再び前記縁部部分に戻すように反射する少なくとも１つの縁部反 射装置とをさらに包含し、 前記第二側部反射装置と前記縁部反射装置とが、反射された放射線 を前記第二側面及び前記縁部に分布させて、実質的に均一な温度分布が前記作業 片の前記第二側面と前記縁部に亘って維持されるようにした装置。 ２６． 請求の範囲第２５項記載の装置において、前記第一面の反対側の、前記 作業片の側面である第二面を照射する第二放射源をさらに包含する装置。 ２７． 請求の範囲第２６項記載の装置において、前記第二放射源が前記第二室 内に位置する装置。 ２８． 請求の範囲第２７項記載の装置において、前記第二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第二制御装置をさらに包含する装置。 ２９． 請求の範囲第２８項記載の装置において、前記第二制御装置を、前記第 二面上の所望の放射線パターンを維持するように操作可能とした装置。 ３０． 請求の範囲第２９項記載の装置において、前記第二制御装置が、前記第 二放射源の背後に配設された第二反射装置を包含し、前記第二放射源が前記第二 反射装置と前記作業片との間に位置するようにした装置。 ３１． 請求の範囲第２６項記載の装置において、前記第二放射源が、少なくと も１つの短クセノンアーク灯を包含する装置。 ３２． 請求の範囲第２６項記載の装置において、前記第二放射源が、少なくと も１つのタングステン灯を包含する装置。 ３３． 請求の範囲第１２項記載の装置において、前記開口をう窓をさらに包含 し、この窓が、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 とともに、前記入射放射線が前記窓を通るように、また前記窓の部分反射面が前 記反射面に当たる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。 ３４． 請求の範囲第３３項記載の装置において、流体冷却剤と の接触により前記窓を冷却する冷却装置をさらに包含する装置。 ３５． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記放射線吸収面の少なくとも １つを、前記第一室内における前記作業片面と前記少なくとも１つの放射線吸収 面との間の角度が90度より大きいように配設した装置。 ３６． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記少なくとも１つの放射線吸 収面と前記第一室の隣接する壁との間になす角度を90度以下とした装置。 ３７． 請求の範囲第１項記載の装置において、前記少なくとも１つの放射線吸 収面が、おおよそ鋸歯状のパターンをなす複数のファセットを包含し、それぞれ の隣接するファセットが互いに90度より小さい角度で配設されている装置。 ３８． 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、主として前記第一面を前記放射源か ら直接に放射される入射放射線だけにさらされるようにする工程を包含する方法 。 ３９． 請求の範囲第３８項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。 ４０． 請求の範囲第３９項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。 ４１． 請求の範囲第４０項記載の方法において、前記第一放射源からの放射線 をを制御して前記作業片に所望の熱パターン入射を達成させる工程をさらに包含 する方法。 ４２． 請求の範囲第３８項記載の方法において、前記放射線を、前記第一面に 対して80度以下の入射角で前記第一面に差し向ける工程をさらに包含する方法。 ４３． 請求の範囲第４２項記載の方法において、前記放射線を、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。 ４４． 請求の範囲第４３項記載の方法において、流体冷却剤との接触により前 記窓を冷却する工程をさらに包含する方法。 ４５． 請求の範囲第３８項記載の方法において、前記第二面により放出される 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 業片の異なった領域における熱係数の差を減少させる工程をさらに包含し、この 工程として前記第二面の対向して配設された第二反射面を用いる方法。 ４６． 請求の範囲第３８項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第二面により放出 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。 ４７． 請求の範囲第４６項記載の方法において、前記反射する工程が、前記第 二面及び前記縁部に対向して配設された成形反射装置により前記第二面及び前記 縁部から放出された放射線を反射する工程を包含し、前記成形反射装置として、 前記第二面及び前記縁部に戻された反射放射線を、おおよそ均一な温度分布が前 記第二面及び前記縁部に亘って維持されるように分布させる形状の成形反射装置 を用いる方法。 ４８． 請求の範囲第３８項記載の方法において、前記第一面とは反対側の、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。 ４９． 請求の範囲第４８項記載の方法において、前記第二放射源を制御して前 記作業片に所望の放射線パターンを達成する工程をさらに包含する方法。 ５０． 請求の範囲第４９項記載の方法において、前記第二放射源を制御して前 記作業片に所望の熱パターンを達成する工程をさらに包含する方法。 ５１． 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第一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）第二放射源から前記作業片の前記第一面の反対側の第二面に第二放 射線を差し向けて前記第二面に入射 放射線を生じさせ、 ｃ）前記第一面、第二面及び前記作業片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する工程を包含する方法。 ５２． 請求の範囲第５１項記載の方法において、 ａ）少なくとも１つの壁が放射線吸収面を有する、複数の壁を備えた室 内に前記作業片を保持し、 ｂ）前記第一放射源及び前記第二放射源からの前記放射線を前記室内に 差し向け、 ｃ）前記非入射放射線を前記少なくとも一つの壁の放射線吸収面におい て吸収する工程をさらに包含する方法。 ５３． 請求の範囲第５２項記載の方法において、前記第一放射源及び第二放射 源からの放射線を制御して前記作業片上に所望の放射線パターンを達成させる法 廷をさらに包含する方法。 ５４． 請求の範囲第５３項記載の方法において、前記第一放射源の背後に配置 した第一反射装置から、前記第一放射源からの放射線を反射し前記第二放射源の 背後に配置した第二反射装置から、前記第一放射源からの放射線を反射する工程 をさらに包含する方法。 ａ）少なくとも１つの壁が放射線吸収面を有する、複数の壁を備えた室 内に前記作業片を保持し、 ｂ）前記第一放射源及び前記第二放射源からの前記放射線を前記室内に 差し向け、 ｃ）前記非入射放射線を前記少なくとも１つの壁の放射線吸収面におい て吸収する工程をさらに包含する方法。