特許 6873218 ミリ秒アニールシステムにおける基板支持

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6873218

(24)【登録日】2021年4月22日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】ミリ秒アニールシステムにおける基板支持

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20210510BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20210510BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/26 G

   H01L21/26 J

   H01L21/26 Q

   H01L21/26 T

   H01L21/265 602B

   H01L21/68 N

【請求項の数】8

【外国語出願】

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2019-223633(P2019-223633)

(22)【出願日】2019年12月11日

(62)【分割の表示】特願2018-521892(P2018-521892)の分割

【原出願日】2016年12月14日

(65)【公開番号】特開2020-57801(P2020-57801A)

(43)【公開日】2020年4月9日

【審査請求日】2019年12月17日

(31)【優先権主張番号】62/272,841

(32)【優先日】2015年12月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502278714

【氏名又は名称】マトソン テクノロジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｍａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(73)【特許権者】

【識別番号】520111187

【氏名又は名称】ベイジン イータウン セミコンダクター テクノロジー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅ−Ｔｏｗｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(72)【発明者】

【氏名】ジョゼフ シーバー

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２２４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０９７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７３１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０８６４９６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ミリ秒アニールシステムにおける支持構造に由来する、基板における局所的な接触応力を求めるための方法において、
１つまたは複数のプロセッサ回路によって、所定の期間にわたり基板に関する複数の面法線推定値を取得するステップと、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記複数の面法線推定値に少なくとも部分的に基づいて、時間にわたる前記基板の底面プロフィールを規定するモデルを生成するステップと、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記基板と支持構造との間の接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップと、
を含んでいる方法。

【請求項2】

前記方法は、前記局所的な接触応力を表すデータ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熱処理を変更するステップを含んでいる、
請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップは、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記モデルを使用して、前記底面プロフィールの、前記支持構造との交差を識別するステップと、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記交差に基づいて、前記支持構造との接触点を求めるステップと、
を含んでいる、
請求項１記載の方法。

【請求項4】

前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップは、前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記支持構造との接触速度を求めるステップを含んでいる、
請求項３記載の方法。

【請求項5】

前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップは、前記接触点および前記接触速度に基づいて、前記局所的な接触応力を推定するステップを含んでいる、
請求項４記載の方法。

【請求項6】

前記方法は、前記モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記基板にわたる応力分布を推定するステップを含んでいる、
請求項１記載の方法。

【請求項7】

前記応力分布を、前記基板に関連付けられた複数の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて推定する、
請求項６記載の方法。

【請求項8】

前記支持構造は、支持ピンを含んでいる、
請求項１記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権の主張
本願は、２０１５年１２月３０日に出願された、米国仮特許出願第６２／２７２，８４１号、発明の名称「Ｗａｆｅｒ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｉｎ ａ 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。

【0002】

分野
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。

【背景技術】

【0003】

ミリ秒アニールシステムは、基板、例えばシリコンウェハを超高速に熱処理するための半導体プロセスに使用することができる。半導体プロセスにおいては、ドーパント種の拡散を制御しつつ、それと同時に、注入ダメージを回復させるため、堆積された層の品質を向上させるため、層界面の品質を向上させるため、ドーパントを活性化させるため、また他の目的を達成するために、高速な熱処理をアニールステップとして使用することができる。

【0004】

毎秒１０⁴℃を上回ることができる割合で基板の上面全体を加熱するために、集中的で短時間の露光を使用することによって、半導体基板のミリ秒の、または超高速の温度処理を達成することができる。基板の一方の表面のみを高速に加熱することによって、基板の厚さにわたり大きい温度勾配を生じさせることができ、その一方で、基板のバルクは、露光の前の温度を維持する。したがって、基板のバルクはヒートシンクとして機能し、その結果、上面の高速な冷却速度が生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の実施の形態の態様および利点は、下記の明細書において部分的に明らかになるか、明細書から理解されるか、または実施の形態の実践によって理解される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の１つの例示的な態様は、ミリ秒アニールシステムに関する。ミリ秒アニールシステムは、ウェハ支持プレートと、そのウェハ支持プレートから延びる複数の支持ピンと、を有しているプロセスチャンバを含むことができる。半導体基板を支持するように、複数の支持ピンを構成することができる。支持ピンのうちの少なくとも１つは、基板との接触点における基板面法線の変化する角度に適応するための球状表面プロフィールを有している。本発明の別の例示的な態様は、ミリ秒アニールシステムにおける支持構造に由来する、基板における局所的な接触応力を求めるための方法に関する。本方法は、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、所定の期間にわたり基板に関する複数の面法線推定値を取得すること、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、複数の面法線推定値に少なくとも部分的に基づいて、時間にわたる基板の底面プロフィールを規定するモデルを生成すること、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、モデルに少なくとも部分的に基づいて、基板と支持構造との間の接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めること、を含むことができる。

【0007】

本発明の例示的な態様に対して変更および修正を行うことができる。本発明の他の例示的な態様は、半導体基板を熱処理するための、システム、方法、装置およびプロセスに関する。他の例示的な態様は、基板応力および基板運動を求めて解析するためのプロセスに関する。

【0008】

種々の実施の形態のそれらの特徴、態様および利点ならびに他の特徴、態様および利点は、下記の明細書および添付の特許請求の範囲を参照することにより一層理解されるであろう。本願に組み込まれ、また本願の一部を成す添付の図面は、本発明の実施の形態を示しており、また明細書と共に、関連する原理を説明するために用いられる。

【0009】

当業者に対する実施の形態の詳細な説明を、添付の図面を参照しながら下記に記す。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例による、例示的なミリ秒アニール加熱プロフィールを示す。

【図2】本発明の実施例による、例示的なミリ秒アニールシステムの一部の例示的な斜視図を示す。

【図3】本発明の実施例による、例示的なミリ秒アニールシステムの分解図を示す。

【図4】本発明の実施例による、例示的なミリ秒アニールシステムの断面図を示す。

【図5】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使用される例示的なランプの斜視図を示す。

【図6】本発明の実施例による、ミリ秒アニールシステムのウェハ面プレートにおいて使用される例示的なエッジ反射器を示す。

【図7】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使用することができる例示的な反射器を示す。

【図8】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使用することができる例示的なアークランプを示す。

【図9】本発明の実施例による、例示的なアークランプの動作を示す。

【図10】本発明の実施例による、例示的なアークランプの動作を示す。

【図11】本発明の実施例による、例示的な電極の断面図を示す。

【図12】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使用される例示的なアークランプに水およびガス（例えばアルゴンガス）を供給するための例示的な閉ループシステムを示す。

【図13】本発明の実施例による、ミリ秒アニールシステムのための例示的な温度測定システムを示す。

【図14】本発明の実施例による、例示的な方法のフローチャートを示す。

【図15】本発明の実施例による、ミリ秒アニールプロセス中のウェハの面法線の変化する向きを示す。

【図16】本発明の実施例による、ミリ秒アニールプロセス中にウェハが支持ピンと接触する変化する角度を示す。

【図17】本発明の実施例による、例示的な支持ピンの例示的な球状表面プロフィールを示す。

【図18】本発明の実施例による、ウェハ中心に対して相対的な点の半径方向の位置の関数としての、最大角度面法線に関する例示的な境界値を示す。

【図19】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使用することができる、球状の表面を支持するための種々のベース構造を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下では、複数の実施の形態をより詳細に説明し、またそれらの実施の形態のうちの１つまたは複数は、図面に図示されている。各実施例は、実施の形態の説明を目的として表されており、本発明の限定を目的として表されたものではない。実際には、当業者であれば、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、種々の修正および変更を実施の形態に対して行えることが分かる。例えば、１つの実施の形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施の形態と共に用いて、さらに別の実施の形態を創作することができる。したがって、本発明の態様がそのような修正および変更をカバーすることが意図されている。

【0012】

概観
本発明の例示的な態様は、半導体基板のミリ秒アニール中の半導体基板（例えば、ウェハ）の支持に関する。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。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。

【0013】

毎秒１０⁴℃を上回ることができる割合でウェハの上面全体を加熱するために、集中的で短時間の露光を使用することによって、半導体ウェハのミリ秒の、または超高速の温度アニールを達成することができる。ウェハ表面の高速な加熱は、ウェハの厚さにわたり大きい温度勾配を生じさせ、この大きい温度勾配によって、顕著な熱応力がもたらされる。それらの応力は、ウェハを湾曲または変形させる歪みをウェハに惹起し始める。この歪みは、表面を加熱してからかなりの時間が経過した後においても、ウェハの変形を継続させる虞がある。この継続する歪みは、場合によっては熱歪みを軽減することができる熱平衡に達するためにウェハが必要とする期間よりも一般的には遙かに短い期間にわたりウェハの表面が加熱されるということに起因していると考えられる。続いて、継続する歪みは、衝撃力として作用する応力を惹起し、ウェハの運動を制限または限定するために配置されている機構が存在しなければ、この応力によって、ウェハに振動がもたらされる可能性がある。振動するウェハ表面が、ウェハを支持することを意図した構造、例えばウェハ支持ピンと、０ではない速度で接触する場合には、それらのウェハ振動によって、ウェハ破損の危険が高まると考えられる。本発明の例示的な態様によれば、ウェハと接触する支持ピンの表面の形状、向き、および／または運動の自由度を、支持ピンと接触している間にウェハが受ける応力を低減するように構成することができる。

【0014】

（１つまたは複数の）支持ピンの要求は、高速熱アニールまたは高速熱処理とも称される、ウェハの非ミリ秒の、または従来の温度アニールにおける（１つまたは複数の）支持ピンの要求とは大きく異なると考えられる。従来の高速熱処理においては、（１つまたは複数の）支持ピンがウェハと接触する領域を含んでいるウェハのバルクが、１，２００℃以上の温度に達する可能性があり、また数秒または数分にわたりその温度に留まる可能性がある。この従来のアニールの間、（１つまたは複数の）支持ピンに関する主たる関心事は、（１つまたは複数の）支持ピンがウェハと接触するウェハ領域にわたる熱損失を低減することである。一般的に、この関心事には、ウェハと接触する（１つまたは複数の）支持ピンの縮小された接触面積にわたり、支持ピンによって支えられるウェハの重量の一部によってもたらされる過度の接触圧力または接触応力によって、ウェハまたは支持ピンが損傷し始めることを阻止するという制約条件下で、支持ピンの表面積を縮小することによって取り組むことができる。

【0015】

半導体ウェハのミリ秒の、または超高速の温度アニールでは、（１つまたは複数の）支持ピンがウェハと接触する領域において、ウェハの温度のみが、約８００〜９５０℃の範囲に達する。それらの温度では、（１つまたは複数の）支持ピンがウェハと接触しているウェハ領域にわたる熱損失は、（１つまたは複数の）支持ピンと接触しているウェハの横方向の変形および振動運動によってもたらされる可能性がある衝撃的な事象よりも関心は低い。ウェハの振動運動は、ドラムスティックによって叩かれた、緊張されたドラムヘッドの表面の振動に類似する。

【0016】

本発明の例示的な態様によれば、ウェハの振動運動を、ミリ秒温度アニールプロセス中のウェハ表面の反射性の高速写真測量を用いた定量測定法および有限要素シミュレーションを使用して定量化することができる。ウェハの振動運動は、数ミリ秒の周期にわたり数ミリメートルのオーダで横方向の変位を示す可能性がある。したがって、ウェハの表面の横方向の速度は、毎秒数メートルのオーダの大きさに達すると考えられる。支持構造、例えば（１つまたは複数の）ピンが、それらの速度で運動するウェハ表面と接触すると、ウェハ表面における接触領域内、またその周囲に顕著な応力が発生して、場合によってはウェハを破損させる可能性がある。したがって、ウェハ表面と支持構造、例えば支持ピンとの場合によって生じる接触によってもたらされる応力を低減することが重要である。

【0017】

本発明の例示的な態様によれば、湾曲部の広がりが接触点におけるウェハ面法線の変化する角度に適応するように支持ピンの曲率半径を大きくすることによって、かつ／またはウェハ表面と接触する領域にわたり支持ピンの表面の平滑度を高めることによって、例えば石英支持ピンを火炎研磨して高めることによって、ウェハの表面が支持ピンと接触した際にウェハが受ける接触応力を低減することができる。

【0018】

例えば、本発明の１つの実施例は、ミリ秒アニールシステムに関する。システムは、ウェハ支持プレートを有しているプロセスチャンバを含んでいる。システムは、基板を支持するように構成されているウェハ支持プレートから延びる複数の支持ピンを含んでいる。支持ピンのうちの少なくとも１つは、基板との接触点における基板面法線の変化する角度に適応するための球状表面プロフィールを有している。

【0019】

幾つかの実施の形態においては、球状表面プロフィールが、基板との接触点における基板面法線の最大角度に少なくとも部分的に基づいて求められた範囲を有している。例えば、球状表面プロフィールは、少なくとも２倍の最大角度に関連付けられた範囲を有している。幾つかの実施の形態においては、最大角度が、約２°〜約８°の範囲内にある。

【0020】

幾つかの実施の形態においては、複数の支持ピンが、基板の中心に対して相対的な第１の半径方向の距離に配置されている第１の支持ピンと、基板の中心に対して相対的な第２の半径方向の距離に配置されている第２の支持ピンと、を含んでいる。第２の半径方向の距離は、第１の半径方向の距離よりも長くてよい。幾つかの実施の形態においては、第１の支持ピンが、第１の範囲を備えた球状表面プロフィールを有しており、また第２の支持ピンが、第２の範囲を備えた球状表面プロフィールを有している。第２の範囲は、第１の範囲よりも大きくてよい。

【0021】

幾つかの実施の形態においては、支持ピンが石英材料を含んでいる。幾つかの実施の形態においては、球状表面プロフィールが研磨されている。幾つかの実施の形態においては、支持ピンが、球状表面プロフィールを支持するベース構造を有している。ベース構造は、垂直ベース構造、傾斜ベース構造、またはＴ字形の横断面を備えたベース構造であってよい。

【0022】

本発明の別の例示的な態様は、ミリ秒アニールシステムにおける支持構造に由来する、基板における局所的な接触応力を求めるための方法に関する。本方法は、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、所定の期間にわたり基板に関する複数の面法線推定値を取得すること、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、複数の面法線推定値に少なくとも部分的に基づいて、時間にわたる基板の底面プロフィールを規定するモデルを生成すること、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、モデルに少なくとも部分的に基づいて、基板と支持構造（例えば、支持ピン）との間の接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めること、を含んでいる。幾つかの実施の形態においては、方法は、局所的な接触応力を表すデータに少なくとも部分的に基づいて、熱処理を変更することを含むことができる。

【0023】

幾つかの実施の形態においては、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めることは、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、モデルを使用して、底面プロフィールの、支持構造との交差を識別すること、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、交差に基づいて支持構造との接触点を求めること、を含んでいる。幾つかの実施の形態においては、１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めることは、支持構造との接触速度を求めることを含んでいる。幾つかの実施の形態においては、接触点における局所的な接触応力を表すデータは、接触点および接触速度に基づいて、局所的な接触応力を推定することを含んでいる。

【0024】

幾つかの実施の形態においては、方法は、モデルに少なくとも部分的に基づいて、基板にわたる応力分布を推定することを含むことができる。応力分布を、基板に関連付けられた複数の温度測定値に基づいて推定することができる。

【0025】

例示的なミリ秒アニールシステム
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Ｔ_Iに加熱される。中間温度Ｔ_Iは、約４５０℃〜約９００℃の範囲であってよい。中間温度Ｔ_I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。本明細書において使用されているように、「約」という語は、数値と関連させて使用される場合、記載された数値の３０％以内を表す。

【0026】

例示的なミリ秒アニールシステムは、例えば半導体基板の上面をミリ秒の長さで露光するための、つまり、いわゆる「閃光」を生じさせるための光源として、複数のアークランプ（例えば、４つのアルゴンアークランプ）を含むことができる。基板が中間温度（例えば、約４５０℃〜約９００℃）に加熱されると、閃光を半導体基板に供給することができる。複数の連続モードアークランプ（例えば、２つのアルゴンアークランプ）を使用して、半導体基板を中間温度に加熱することができる。幾つかの実施の形態においては、中間温度への半導体基板の加熱が、ウェハのバルク全体を加熱する傾斜割合で、半導体基板の底部表面を介して達成される。

【0027】

図２から図５には、本発明の実施例による、例示的なミリ秒アニールシステム８０の種々の態様が図示されている。図２から図４に図示されているように、ミリ秒アニールシステム８０は、プロセスチャンバ２００を含むことができる。プロセスチャンバ２００を、ウェハ面プレート２１０によって、上部チャンバ２０２および下部チャンバ２０４に分割することができる。半導体基板（例えばシリコンウェハ）６０を、ウェハ支持プレート２１４（例えば、ウェハ面プレート２１０に挿入された石英ガラスプレート）に取り付けられている支持ピン（例えば、石英支持ピン）２１２によって支持することができる。

【0028】

図２および図４に図示されているように、ミリ秒アニールシステム８０は、例えば半導体基板６０の上面をミリ秒の長さで露光するための、つまり、いわゆる「閃光」を生じさせるための光源として、上部チャンバ２０２の近傍に配置されている、複数のアークランプ２２０（例えば、４つのアルゴンアークランプ）を含むことができる。基板が中間温度（例えば、約４５０℃〜約９００℃）に加熱されると、閃光を半導体基板に供給することができる。

【0029】

下部チャンバ２０４の近傍に設けられている、複数の連続モードアークランプ２４０（例えば、２つのアルゴンアークランプ）を使用して、半導体基板６０を中間温度に加熱することができる。幾つかの実施の形態においては、中間温度への半導体基板６０の加熱が、下部チャンバ２０４から、半導体基板６０のバルク全体を加熱する傾斜割合で、半導体基板の底部表面を介して達成される。

【0030】

図３に図示されているように、半導体基板６０を加熱するための、（例えば、中間温度への半導体基板の加熱に使用するための）下部アークランプ２４０からの光、および（例えば、閃光によるミリ秒の加熱の提供に使用するための）上部アークランプ２２０からの光を、水の窓２６０（例えば、水冷式の石英ガラス窓）を介して、プロセスチャンバ２００に入射させることができる。幾つかの実施の形態においては、水の窓２６０は、２つの石英ガラス板から成るサンドイッチ構造を含むことができ、それら２つの石英ガラス板の間において、約４ｍｍの厚さの水の層が石英板を冷却するために循環しており、また例えば約１，４００ｎｍを上回る波長に対する光学的なフィルタを提供することができる。

【0031】

さらに図３に図示されているように、プロセスチャンバ壁２５０は、加熱光を反射するための反射性のミラー２７０を含むことができる。反射性のミラー２７０は、例えば、水冷式の研磨されたアルミニウムパネルであってよい。幾つかの実施の形態においては、ミリ秒アニールシステムにおいて使用されるアークランプのメインボディは、ランプ放射に関する反射器を含むことができる。例えば、図５には、ミリ秒アニールシステム８０において使用することができる、上部ランプアレイ２２０および下部ランプアレイ２４０の両方の斜視図が示されている。図示されているように、各ランプアレイ２２０および２４０のメインボディは、加熱光を反射するための反射器２６２を含むことができる。それらの反射器２６２は、ミリ秒アニールシステム８０のプロセスチャンバ２００の反射表面の一部を形成することができる。

【0032】

半導体基板の温度均一性を、半導体基板の異なる領域に入射する光の密度を操作することによって制御することができる。幾つかの実施の形態においては、メイン反射器に対して小型の反射器の反射等級を変更することによって、かつ／またはウェハを包囲するウェハ支持面に取り付けられたエッジ反射器の使用によって、均一性の調整を達成することができる。

【0033】

例えば、下部ランプ２４０からの光を半導体基板６０の縁部に再方向付けるために、エッジ反射器を使用することができる。一例として、図６には、例示的なエッジ反射器２６４が図示されており、このエッジ反射器２６４は、下部ランプ２４０からの光を半導体基板６０の縁部に方向付けるために使用することができるウェハ面プレート２１０の一部を形成している。エッジ反射器２６４を、ウェハ面プレート２１０に取り付けることができ、またこのエッジ反射器２６４は、半導体基板６０を取り囲むことができるか、または少なくとも部分的に取り囲むことができる。

【0034】

幾つかの実施の形態においては、ウェハ面プレート２１０の近傍のチャンバ壁に、付加的な反射器を取り付けることもできる。例えば、図７には、加熱光のための反射器ミラーとして機能することができ、またプロセスチャンバ壁に取り付けることができる、例示的な反射器が図示されている。より詳細には、図７には、下部チャンバ壁２５４に取り付けられている、例示的なくさび形反射器２７２が示されている。また図７には、上部チャンバ壁２５２の反射器２７０に取り付けられている反射性の素子２７４も示されている。半導体基板６０の処理の均一性を、プロセスチャンバ２００における、くさび形反射器２７２および／または他の反射性の素子（例えば反射性の素子２７４）の反射等級を変更することによって調整することができる。

【0035】

図８から図１１には、半導体基板６０の上面をミリ秒の長さで集中的に露光するための（例えば「閃光」を生じさせるための）光源として使用することができる、例示的な上部アークランプ２２０の種々の態様が図示されている。例えば、図８には、例示的なアークランプ２２０の横断面図が示されている。アークランプ２２０は、例えば、オープンフローのアークランプであってよく、このアークランプでは、加圧されたアルゴンガス（または他の適切なガス）がアーク放電中に高圧プラズマに変換される。アーク放電は、負に帯電されたカソード２２２と、そこから距離を置いて設けられている（例えば、約３００ｍｍ離隔されている）、正に帯電されたアノード２３０と、の間の石英管２２５において行われる。カソード２２２とアノード２３０との間の電圧が、アルゴンの降伏電圧（例えば、約３０ｋＶ）または他の適切なガスの降伏電圧に達すると、安定した低誘導性のプラズマが即座に形成され、このプラズマが電磁スペクトルの可視範囲およびＵＶ範囲の光を放射する。図９に図示されているように、ランプは、半導体基板６０の処理のためにランプによって提供された光を反射するために使用することができるランプ反射器２６２を含むことができる。

【0036】

図１０および図１１には、本発明の実施例による、ミリ秒アニールシステム８０におけるアークランプ２２０の例示的な動作の異なる態様が図示されている。より詳細には、プラズマ２２６が、水壁２２８によって内側から水冷される石英管２２５内に包含されている。水壁２２８は、高い流速でランプ２２０のカソード端部に注入され、またアノード端部において排出される。同一のことが、アルゴンガス２２９についても当てはまり、このアルゴンガス２２９もまた、カソード端部においてランプ２２０に供給され、アノード端部から排出される。水壁２２８を形成する水は、遠心作用が水の渦を生じさせるように、ランプの軸線に対して垂直に注入される。したがって、ランプの中心線に沿って、アルゴンガス２２９のためのチャネルが形成される。アルゴンガス柱２２９は、水壁２２８と同一方向に回転する。プラズマ２２６が形成されると、水壁２２８は石英管２２５を保護し、かつプラズマ２２６を中心軸線に向かって閉じ込める。水壁２２８および電極（カソード２３０およびアノード２２２）のみが、高エネルギのプラズマ２２６と直接的に接触する。

【0037】

図１１には、本発明の実施例による、アークランプと共に使用される例示的な電極（例えば、カソード２３０）の断面図が示されている。図１１には、カソード２３０が図示されている。しかしながら、類似の構成をアノード２２２に対して使用することができる。

【0038】

幾つかの実施の形態においては、電極が高い熱負荷に晒されるので、電極のうちの一方または両方がそれぞれ先端部２３２を含むことができる。この先端部をタングステンから作製することができる。またこの先端部を水冷式の銅製ヒートシンク２３４に接合かつ／または融着させることができる。銅製ヒートシンク２３４は、電極の内部冷却システムの少なくとも一部（例えば、１つまたは複数の水冷チャネル２３６）を含むことができる。電極はさらに、水または他の液体の循環および電極の冷却を提供するための水冷チャネル２３６を備えている真鍮製ベース部２３５を含むことができる。

【0039】

本発明の態様による例示的なミリ秒アニールシステムにおいて使用されるアークランプは、水およびアルゴンガスのための、オープンフローのシステムであってよい。しかしながら幾つかの実施の形態においては、保存上の理由から、両媒体を閉ループ系において循環させることができる。

【0040】

図１２には、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使用される、オープンフローのアルゴンアークランプを動作させるために必要とされる水およびアルゴンガスを供給するための、例示的な閉ループ系３００が図示されている。

【0041】

より詳細には、高純度水３０２およびアルゴン３０４がランプ２２０に供給される。高純度水３０２は、水壁および電極の冷却のために使用される。ランプから送り出されるものは、ガス／水混合物３０６である。この水／ガス混合物３０６は、ランプ２２０の入口に再び供給できるようになる前に、セパレータ３１０によって、ガスを含まない水３０２および乾性のアルゴン３０４に分離される。ランプ２２０を介する所要圧力降下を生じさせるために、ガス／水混合物３０６が、水駆動式のジェットポンプ３２０を用いてポンピングされる。

【0042】

高出力電気ポンプ３３０は、ランプ２２０における水壁を駆動させるための水圧、ランプ電極のための冷却水、およびジェットポンプ３２０のための駆動流を供給する。ジェットポンプ３２０の下流側に設けられているセパレータ３１０を、混合物（アルゴン）から液相および気相を抽出するために使用することができる。アルゴンはさらに、ランプ２２０に再び流入する前に、コアレッシングフィルタ３４０において乾燥される。必要に応じて、付加的なアルゴンをアルゴン源３５０から供給することができる。

【0043】

アークによって水中に放出された粒子を除去するために、水は１つまたは複数の粒子フィルタ３５０を通過する。イオン性汚染は、イオン交換樹脂によって除去される。水の一部は、混床イオン交換フィルタ３７０を通過する。イオン交換バイパス３７０への入口弁３７２を、水の抵抗率によって制御することができる。水の抵抗率が下側の値よりも低下すると弁３７２が開かれ、水の抵抗率が上側の値に達すると、弁３７２が閉じられる。システムは、活性炭フィルタバイパスループ３８０を含むことができ、そこでは水の一部を付加的に濾過して、有機汚染を除去することができる。水温を維持するために、水は熱交換器３９０を通過することができる。

【0044】

本発明の実施例によるミリ秒アニールシステムは、半導体基板の両表面（例えば、上面および下面）の温度を独立して測定するための能力を有することができる。図１３には、ミリ秒アニールシステム８０のための例示的な温度測定システム１５０が図示されている。

【0045】

ミリ秒アニールシステム８０の簡略化された図が図１３に示されている。半導体基板６０の両面の温度を、複数の温度センサによって、例えば温度センサ１５２および温度センサ１５４によって独立して測定することができる。温度センサ１５２は、半導体基板６０の上面の温度を測定することができる。温度センサ１５４は、半導体基板６０の下面を測定することができる。幾つかの実施の形態においては、約１，４００ｎｍの測定波長を有している、狭帯域高温測定センサを、例えば半導体基板６０の中心領域の温度を測定するための温度センサ１５２および／または温度センサ１５４として使用することができる。幾つかの実施の形態においては、温度センサ１５２および１５４が、閃光による加熱によって生じるミリ秒温度スパイクを分解するには十分な高さであるサンプリングレートを有している、超高速放射計（ＵＦＲ：ｕｌｔｒａ−ｆａｓｔｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）であってよい。

【0046】

温度センサ１５２および１５４の読取り値は、補償された放射率であってよい。図１３に図示されているように、放射率補償スキームは、診断用フラッシュ１５６と、基準温度センサ１５８と、半導体ウェハの上面および下面を測定するように構成されている温度センサ１５２および１５４と、を含むことができる。診断用加熱および測定値を、診断用フラッシュ１５６（例えば、試験用フラッシュ）と共に使用することができる。基準温度センサ１５８からの測定値を、温度センサ１５２および１５４の放射率補償のために使用することができる。

【0047】

幾つかの実施の形態においては、ミリ秒アニールシステム８０が、水の窓を含むことができる。水の窓は、温度センサ１５２および１５４の測定帯域にあるランプ放射を抑制する光学フィルタを提供することができ、それによって温度センサ１５２および１５４は、半導体基板に由来する放射のみを測定する。

【0048】

温度センサ１５２および１５４の読取り値を、プロセッサ回路１６０に供給することができる。プロセッサ回路１６０を、ミリ秒アニールシステム８０のケーシング内に配置することができるが、代替的には、プロセッサ回路１６０を、ミリ秒アニールシステム８０から離れた場所に配置することができる。本明細書に記載する種々の機能を、所望される場合には、単一のプロセッサ回路によって実行することができるか、または局所的なプロセッサ回路および／または遠隔のプロセッサ回路の他の組合せによって実行することができる。

【0049】

ミリ秒アニールシステムにおける例示的なウェハ応力の決定
本発明の例示的な態様は、ウェハ面法線測定値を使用することによって、ミリ秒アニールプロセス中の半導体基板（例えば、ウェハ）の変形および／または応力分布を推定するための方法に関する。方法を、例えば、ウェハ面法線測定値および／または表面温度測定値に基づいて、１つまたは複数のプロセッサ回路によって実施することができる。方法は、時間にわたる半導体基板の形状および運動を規定するモデルを生成することができ、またモデルを使用することによって、支持ピンとの接触点における局所的な接触応力を推定することができる。幾つかの実施の形態においては、半導体基板にわたる応力分布を推定するために、温度測定値をモデルと共に使用することができる。

【0050】

図１４には、本発明の実施例による、ミリ秒アニールプロセス中の半導体基板の接触点における局所的な接触応力を推定するための例示的な方法（４００）が図示されている。図１４を、１つまたは複数のプロセッサ回路によって実施することができる。本明細書において説明する方法を実行するための、１つまたは複数のメモリデバイスにおいてプログラミングされたコンピュータ可読命令を実行するように、（１つまたは複数の）プロセッサ回路を構成することができる。（１つまたは複数の）プロセッサ回路は、ミリ秒アニールシステムの一部（例えば、１つまたは複数のコントローラの一部）であってもよいし、ミリ秒アニールシステムから離れた場所に設けられていてもよい。

【0051】

（４０２）においては、方法が、（１つまたは複数の）プロセッサ回路によって、半導体基板に関する面法線推定値を取得することを含むことができる。面法線推定値を、例えば、メモリデバイスからアクセスすることができる。面法線測定値を、所定の期間にわたる異なる時点に取得することができる。幾つかの実施の形態においては、ウェハ面法線推定値を、例えば参照により本願に組み込まれる米国特許第９，０７０，５９０号に記載されているような画像解析を使用して取得することができる。より詳細には、１つの実施例においては、既知のシーン（例えば、格子線のパターン）を、例えば、照明源からウェハの裏面に投影することができる。既知のシーンの点（例えば、格子線または他の既知のシーンの点との交点）を、基板の表面から反射させて、カメラによって撮影することができる。画像を処理することによって、例えば、反射点の場所、面法線の向き、および／または反射角度を求めることができる。期間にわたるウェハ面法線測定値を、本発明の範囲から逸脱することなく、類似の適切なやり方で取得することができる。

【0052】

（４０４）においては、方法が、取得された面法線に少なくとも部分的に基づいて、時間にわたる半導体基板の底面プロフィールの形状および運動を規定するモデルを生成することを含むことができる。例えば、幾つかの実施の形態においては、ウェハの底面プロフィールを、ウェハの底面にわたり取得されるＭ個の面法線のセットを使用することによって、推定することができる。それらの面法線の位置は、均一な間隔を有している必要はないが、関心領域（例えば、ウェハの底面全体）にわたり分散するものであってよい。Ｍ個の面法線の各セットを、ｎ番目の時点ｔ_nにおけるウェハの底面の形状に関連付けることができる。ｍ番目の推定された面法線、またはより詳細には単位面法線は、

【数1】

として表され、ここで（ｘ_m，ｚ_m）は、ウェハ底面における法線の位置である。ベクトルは、太字で表されており、列ベクトルとして定義されていることを言及しておく。面法線の位置を識別するために使用される座標系は、底面がｙ＝０にあり、かつ半径方向の中心がｘ＝ｚ＝０にあり、またウェハの上面（デバイス側）に向けられている正のｙ軸およびツールの横方向の次元に便宜上位置合わせされている正のｘ軸およびｚ軸を備えているｘｚ平面に完全に平坦なウェハが位置するような座標系であってよい。

【0053】

ウェハ面法線のセット、Ｍ＝｛ｎ^_e（ｘ_m，ｚ_m）：ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝、が与えられている場合、Ｍから表面プロフィールを推定するという問題は、不良設定問題であると考えられる。より詳細には、セットＭを生成することができる無限数の表面プロフィールが存在する可能性がある。扱いやすい解を有するようにするために、考えられる表面プロフィールに対して、（１）単一の最適解を提供する、または少なくとも局所的に受け入れられる解を提供することができ、かつ（２）実際の表面プロフィールを許容可能な誤差レベルに近似させることができる、関数族の制約を課すことが要求されると考えられる。

【0054】

それら２つの要求を満たすために、２次元のｎ次多項式の族、つまり

【数2】

を使用することができ、ここで、係数の総数は（ｎ＋１）（ｎ＋２）／２によって与えられ、多項式表面は、底面がｙ＝０にあるｘｚ平面に平坦なウェハが位置することになるような、上記において定義した座標系に対応するｘおよびｚの関数として表される。幾つかの実施の形態においては、ｎ＝４の４次多項式が、閃光プロセス中のウェハの実際の底面プロフィールの許容可能な近似を提供できると仮定することができる。

【0055】

セットＭへのこの多項式表面のフィッティングの問題は、多項式表面ｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）の面法線を、画像解析から取得された、推定された面法線ｎ^_e（ｘ_m，ｚ_m）と比較すること、またそれに続いて、セットＭにおける各法線に関して、ｎ^_e（ｘ_m，ｚ_m）に可能な限り近いｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）を有するように多項式係数α_ijを調整することを要求すると考えられる。この問題は、非線形最適化問題であり、また目的関数またはコスト関数を設定し、この関数を、極小値が一度発見されれば、ｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）がすべてのｍに関して可能な限りｎ^_e（ｘ_m，ｚ_m）に近付くように極小化（または極大化）することを要求すると考えられる。

【0056】

コスト関数の一例を、以下のように定義することができる：

【数3】

ここで、||・||は、ｌ₂作用ノルムであり、ｗ_mは、重み付け係数である。したがって、コスト関数は、２つのベクトル間の距離の加重合計の二乗の尺度である。重み付け係数は、面法線を強調することができるか、または強調を弱めることができ、またｎ^_e（ｘ_m，ｚ_m）に関連付けられた不確実性推定値に従い設定することができる。つまり、高い不確実性は、ｗ_m→０をもたらす。それに続く問題記述は、
Ｃ⁺＝ｍｉｎ_αij∈R（Ｃ） （１．３）
であり、ここでＣ⁺は、Ｃの極小値、または場合によってはＣの最小値であり、また極小化は、実数Ｒに限定される多項式係数に関する。この極小化を、任意の数の非線形極小化法を使用して達成することができる。

【0057】

コスト関数を評価するために、コスト関数を極小化することができ、ｎ^_e（ｘ_m，ｚ_m）としてｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）を明示的に表現することを、画像解析によって提供することができる。ｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）のこの表現を、ｘおよびｚに関する最初の分Ｐ_n（ｘ，ｚ）によって取得することができ、またこれによって、

【数4】

を取得することができる。

【0058】

式（１．４）および式（１．５）は、方向微分を表し、またｘｙ平面およびｚｙ平面それぞれに位置するベクトルとみなすことができ、それらのベクトルを、

【数5】

を使用することによって、単位列ベクトルｎ^_x（ｘ，ｚ）、ｎ^_z（ｘ，ｚ）として表すこともできる。上記の式において、Ｔは、転置演算子である。さらに、相互に直交するそれら２つのベクトルもまた、微分が行われる多項式表面における点（ｘ_m，ｚ_m）に接する平面に位置していなければならない。この条件のもとで、この点における面法線を、それらの単位ベクトルのクロス積

【数6】

を取ることによって取得することができる。ここで

【数7】

は、クロス積演算子であり、ｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）の方向は、底面から離れる方向を指す方向である。つまり、接平面がｘｚ平面に位置する場合、ｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）は、−ｙ軸方向を指すことになる。ｎ^_p（ｘ_m，ｚ_m）は、微分式（１．１）によって取得されるので、ｋ＝０の係数はなくなり、ウェハの表面の近似には使用されないことを言及しておく。換言すれば、表面の形状のみが取得され、垂直方向のオフセット、またはｙ軸に沿った表面の位置は求められない。より詳細には、表面の形状は、

【数8】

によって与えられる多項式でもって近似される。測定された任意の２つ以上の面法線間にない点におけるウェハ表面の近似は外挿であるが、その誤差は、近似の点が測定された面法線から遠ざかる方向に移動するに連れ大きくなると考えられることを言及しておく。

【0059】

場合によっては、２次元のｎ次多項式を使用することによって適切な表面近似を取得するために必要とされる最小数の面法線が存在することも考えられる。幾つかの実施の形態においては、この最小数は、係数の総数（ｎ＋１）（ｎ＋２）／２−２によって正確に与えられている。例えば、単にｎ＝１である１次の２次元多項式、すなわち平面が使用されると仮定する。３次元空間における任意の平面を一意に定義するためには、少なくとも３つの点、すなわちｎ＝１では（ｎ＋１）（ｎ＋２）／２＝２×３／２＝３、が必要になることは明らかであるが、しかしながら平面の向きを規定するためにはただ１つの面法線だけが必要になり、もちろん、法線に沿った平面の位置は特定されないので、平面は一意には定義されない。したがって、ｎ＝４に設定された場合には、表面を定義するために、少なくとも５×６／２−２＝１３の面法線が要求されるが、しかしながら表面の位置は未知である。１３より多くの面法線ベクトルが利用できる場合には、極小化プロセスによって、最小二乗法の意味において、推定された面法線、ｎ^_e（ｘ_m，ｚ_m）に対する最も近いフィットを提供する最善の表面近似が発見されることになる。

【0060】

本発明の例示的な態様によれば、ウェハ面法線測定値に一般的に存在するシステム誤差を、ウェハが平坦である（これは、ミリ秒温度アニールプロセスの開始直前に生じる）と仮定した場合の、ウェハ面法線測定値のセットを取得することによって低減することができる。このシステム誤差を、平坦なウェハのウェハ面法線測定値から取得された表面近似を、後続の表面近似から減算することによって除去することができる。特に、ｔ＝ｔ_nにおける補正された多項式表面近似を
Ｑ_n（ｘ，ｚ，ｔ_n）＝Ｐ_n（ｘ，ｚ，ｔ_n）−Ｐ_n（ｘ，ｚ，ｔ₀） （１．１１）
によって与えることができ、ここで、Ｑ_n（ｘ，ｚ，ｔ_n）は、時点ｔ_nにおける補正された多項式表面近似であり、ｔ₀は、平坦なウェハに関連付けられた時点を特定する。

【0061】

上記において述べたように、ｔ_nにおけるウェハの底面の表面近似は、表面の形状しか提供せず、ｙ軸に沿った垂直方向のオフセット位置は提供しない。この垂直方向のオフセットを、例えば時点ｔ_nにおけるウェハの中心の垂直方向の位置を提供する、レーザ反射率測定を使用することによって取得された測定値から取得することができる。

【0062】

代替的に、ウェハの中心の垂直方向の位置が物理的に測定されない場合には、その位置を、既知のウェハ支持部の物理的な寸法制約条件を使用することによって推定することができる。例えば、ミリ秒温度アニールプロセスの直前に、ウェハを支持構造（例えば、支持ピン）に平らに置くことができ、ウェハの質量中心は、重力に由来する下向きの力を受けると考えられる。例えば、ウェハの垂直方向の位置のこの推定をどのように行うことができるかの図示の実施例では、ｔ₀においては、ウェハが支持構造に平らに置かれている、つまりウェハの底面の中心がｙ＝０にあるとみなされる。時点ｔ₁においては、α₀₀に関する未知の値を用いて、Ｑ₄（ｘ，ｚ，ｔ₁）に近似される仮定の何らかの形状を、ウェハ表面が有することになる。期間Δｔ₁＝ｔ₁−ｔ₀にわたり、ウェハは、重力の下向きの力ｇを受けることになり、この下向きの力ｇは、ウェハが支持構造による制約を受けない場合には、ウェハの質量中心の位置を

【数9】

によって与えられる量によって下向きに引っ張る。

【0063】

（４０６）においては、方法が、種々の期間における、モデルによって規定される底面プロフィールと、支持構造と、の交差を識別することを含むことができる。より詳細には、重力が存在せず、かつウェハが自由空間に吊されていると仮定した場合、ウェハに外力は作用しないことから、ウェハの質量中心の位置は変化しない。したがって、ニュートンの運動の法則によって、ミリ秒熱アニールプロセスに起因してウェハの形状が変化する時間は、質量中心の位置を変化させない時間であると考えられる。この事実を、有利には、少なくとも２つの点で使用することができる。

【0064】

第１に、支持構造素子、例えば支持ピンを、支持ピンから離れる方向に移動するウェハ形状の初期変化が生じる位置に配置することによって、少なくともある程度の初期期間にわたり、ウェハが支持ピンと接触することを回避できることが明らかになる。所定の期間にウェハが移動する一般的な距離は、ウェハが重力によって引っ張られることになるであろう距離よりも大きいので、支持ピンとの接触のこの回避を実現することができる。もちろん、より長い期間では、支持ピンまたは他の支持素子との接触が生じることになるほど、ウェハが重力によって十分に引っ張られることになる。

【0065】

第２に、ウェハがいずれの支持素子とも接触せず、また重力によって下向きに引っ張られているだけの期間中は、モデルＱ₁（ｘ，ｚ，ｔ_n）によって与えられるウェハ形状推定値は、体積Ｖによって与えられるウェハの質量中心の垂直方向の位置を積分

【数10】

で表すことができ、ここでＭ_wは、ウェハの総質量であり、ρは、ウェハの密度であり、かつｙ_comは、所定の許容誤差Ｅｒｒ_ycom内でほぼ０に近い。換言すれば、｜ｙ_com｜≦Ｅｒｒ_ycomである場合には、ウェハは依然として落下しており、かついずれの支持素子とも接触していない。

【0066】

ウェハが支持構造素子と接触すると、ウェハは、１つまたは複数の支持構造点に対してウェハが押し付けられることによって生じる反力を受けることになる。ここでもまた、ニュートンの運動の法則によって、質量中心の位置が変化することになる。接触中には、ウェハの形状が変化し、その結果、ウェハの質量中心の垂直方向の位置がもはやほぼ０ではなくなる、つまり｜ｙ_com｜＞Ｅｒｒ_ycomになる可能性が高い。この場合、α₀₀の値によって与えられるウェハの垂直方向の位置を、任意の支持構造素子との交差のＥｒｒ_ycom内でＱ₁（ｘ，ｚ，ｔ_n）によって与えられる形状に従う、ウェハの表面の１つ、またはそれ以上の点を有するためにはα₀₀のどの値が必要とされるかを算術的に求めることによって推定することができる。ウェハ表面が任意の支持構造素子と交差するか否かを求めるこのプロセスを、各時点ｔ_nに対して使用することができる。モデルＱ₁（ｘ，ｚ，ｔ_n）によって与えられる任意の形状の、支持構造との交差を、ウェハ表面が支持構造と接触しているか否か、またいつ接触したかを求めるために使用することができる。

【0067】

したがって、方法（４００）は、（１つまたは複数の）接触点を求めるため（４０８）、ならびに接触速度を求めるため（４１０）に、モデルの交差を使用することができる。（１つまたは複数の）接触点および接触速度が一度既知となれば、この情報を、（４１２）において示すように、（１つまたは複数の）接触点における（例えば速度の関数としての）局所的な接触応力の大きさを（例えば運動の法則を使用することによって）計算するために使用することができる。

【0068】

局所的な接触応力の他に、本発明の幾つかの実施の形態は、オプションとして、Ｑ₁（ｘ，ｚ，ｔ_n）ならびにウェハの上面および下面に由来する温度測定値を使用することによって、ウェハにおける応力分布を推定すること（４１４）に関する。例えば、半導体基板の温度推定値を取得することができる。この応力分布は、基板上の複数の点における温度に依存するものであってよい。Ｑ₄（ｘ，ｚ，ｔ_n）および温度測定値によって提供される境界条件および初期条件を満たすために要求される応力分布について解く有限要素解析を実施することができる。幾つかの実施の形態においては、半導体ウェハの上面および下面のウェハ表面の中心位置から熱的に放出された放射に基づいて、ウェハ表面温度推定値を取得することができる。ウェハ表面温度測定値を、本発明の範囲から逸脱することなく、類似の適切なやり方で取得することができる。

【0069】

基板の形状および運動を規定するモデルからは、推定された局所的な接触応力および／または推定された応力分布を、種々の目的のために使用することができる。幾つかの実施の形態においては、ミリ秒アニールシステムにおける熱処理を、モデル、推定された局所的な接触応力、および／または推定された応力分布に基づいて変更することができる。例えば、モデル、推定された局所的な接触応力、および／または推定された応力分布に基づいて、支持構造を設計かつ／または配置することができる。局所的な接触応力を低減するための情報を使用することによって、加熱レシピ（例えば、プロセスレシピ）を規定および変更することができる。モデル、推定された局所的な接触応力、および／または応力分布に基づいて、本発明の範囲から逸脱することなく、他の適切なパラメータおよび係数を変更することができる。

【0070】

幾つかの実施の形態においては、基板の処理中に、局所的な接触応力および／または応力分布をリアルタイムで、かつ／またはほぼリアルタイムで求めることができる。熱処理（例えば、プロセスレシピ、ランプ加熱のプロフィールの制御など）を、処理中に、本発明の実施例による局所的な接触応力の計算に少なくとも部分的に基づいて局所的な接触応力を低減するために変更することができる。

【0071】

ミリ秒アニールシステムにおける接触応力を低減するための例示的なウェハ支持ピン
本発明の例示的な態様によれば、基板の表面が、例えば相対的な速度で支持ピンと接触した際に基板が受ける接触応力を低減することができる。より詳細には、幾つかの実施の形態においては、湾曲部の広がりが接触点におけるウェハ面法線の変化する角度に適応するように支持ピンの曲率半径を大きくすることによって、かつ／またはウェハ表面と接触する領域にわたり支持ピンの表面の平滑度を高めることによって、例えば石英支持ピンを火炎研磨して高めることによって、接触応力を低減することができる。

【0072】

図１５に示されているように、任意の特定の半径位置におけるウェハ面の法線の向きは、アニールプロセスの間に変化する可能性がある。例えば、図１５に図示されているように、ウェハ５０２は、半径方向位置ｒ₁および時点ｔ_nにおいて、第１の面法線５０４を有している可能性がある。ウェハ５０２は、半径方向位置ｒ₂および時点ｔ_nにおいて、第２の面法線５０６を有している可能性がある。ウェハ５０２は、半径方向位置ｒ₃および時点ｔ_nにおいて、第３の面法線５０８を有している可能性がある。面法線（例えば、面法線５０４、５０６および５０８）の向きの変化は、ミリ秒アニール中のウェハ５０２の時変的な横方向の熱勾配および惹起された振動運動によってもたらされる、ウェハ５０２の横方向の撓みに起因すると考えられる。

【0073】

ウェハの表面が例えば支持ピンと接触した場合、接触点においてウェハ表面が位置している角度が、ウェハ面法線の向きによって求められることになる。例えば、図１６には、面法線（例えば、面法線５０４、５０６および５０８）の向きに依存する、ウェハ５０２が支持ピン５１０と接触することになる種々の角度が図示されている。この接触に由来する応力を低減するために、支持構造、例えば支持ピンの表面が、接触の領域にわたり、ウェハ面法線の向きに可能な限り平行な向きの面法線を有していることが望ましいと考えられる。

【0074】

幾つかの実施の形態においては、ウェハ表面に対する球状表面プロフィールを表すように支持構造の表面を構成することによって、このことを達成することができる。図１７には、球状表面プロフィールが図示されている。より詳細には、図１７Ａは、球体５１２の横断面ならびに支持ピンに関する球状表面プロフィール５１５を示す。同様に、図１７Ｂは、球体５１２の立体図ならびに支持ピンに関する球状表面プロフィール５１５を示す。

【0075】

幾つかの実施の形態においては、支持ピンが球状表面プロフィールを示す広がりまたは範囲を、達成できる垂直方向の軸線に関する面法線の最大角度θ_maxによって求めることができる。一例として、球状表面プロフィール５１０は、２×θ_maxの関数である範囲を有することができる。

【0076】

図１８は、ウェハに沿った半径方向の位置の関数としての、ウェハ面法線の最大角度θ_maxに関する境界値を示す。図１８において、水平方向の軸に沿って半径方向位置がプロットされており、また垂直方向の軸に沿ってθ_maxがプロットされている。曲線５２０によって示されているように、最大角度θ_maxは、ウェハの半径方向の場所に依存して、約２°〜約８°であってよい。球状の表面が、ウェハの半径方向の場所に関するθ_maxの境界値に少なくとも等しいか、またはそれ以上であるθ_maxに基づいて求められた範囲を有するように、球状表面の広がりまたは範囲を構成することによって、球状表面が、場合によっては支持ピンと接触している間にウェハ表面に示される尤度を高めることができる。

【0077】

一例として、システムは、第１の半径方向の場所における第１の支持ピンおよび第２の半径方向の場所における第２の支持ピンを含むことができる。第２の半径方向の場所は、第１の半径方向の場所に対して相対的に、半導体基板の中心からより遠い場所であってよい。第１の支持ピンは、第１の範囲を備えた球状表面プロフィールを有することができる。第２の支持ピンは、第２の範囲を備えた球状表面を有することができる。第１の範囲は、第２の範囲よりも小さくてよい。例えば、第１の範囲は、約２°の最大角度θ_maxに基づくものであってよい。第２の範囲は、約８°の最大角度θ_maxに基づくものであってよい。

【0078】

幾つかの実施の形態においては、支持ピンの球状表面プロフィールは、可能な限り大きい、表面曲率半径ＲＯＣを有することができる。この曲率を、支持ピンの横断面の幅、または円形の横断面の直径ｄと、最大角度θ_maxと、によって、例えば
ＲＯＣ＝（ｄ／２）／ｓｉｎθ_max
を使用することによって求めることができる。図１６には、本発明の実施例による、支持ピン５１０の球状表面５１５に関するｄ／２およびθ_maxの例が示されている。

【0079】

要求される球状表面プロフィールが維持される限り、支持構造、例えば支持ピンの球状表面プロフィールを、あらゆる適切なベース構造に配置できることを言及しておく。図１９には、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使用することができる、球状表面を支持するための種々のベース構造が示されている。

【0080】

例えば、図１９Ａは、球状表面５１５および垂直ベース構造６０２を備えた支持ピン５１０を示す。図１９Ｂは、球状表面５１５および第１の方向に向かって角度付けられている傾斜ベース構造６０４を備えた支持ピン５１０を示す。図１９Ｃは、球状表面５１５および第２の方向に向かって角度付けられている傾斜ベース構造６０４を備えた支持ピン５１０を示す。図１９Ｄは、球状表面５１５および傾斜ベース構造６０８を備えた支持ピン５１０を示す。傾斜ベース構造６０８は、第１の方向に角度付けられている第１の部分および第２の方向に角度付けられている第２の部分を有している。図１９Ｅは、球状表面５１５および傾斜ベース構造６１０を備えた支持ピン５１０を示す。傾斜ベース構造６０８は、第１の方向に角度付けられている第１の部分および第２の方向に角度付けられている第２の部分を有している。図１９Ｆは、球状表面５１５およびＴ字形の横断面を有しているベース構造６１２を備えた支持ピン５１０を示す。

【0081】

本発明の対象を、本発明の特定の実施例を参照しながら詳細に説明したが、当業者であれば、上記の記載を理解することによって、そのような実施の形態の代替形態、変形形態および等価形態を容易に創作できることは明らかである。したがって、本明細書の範囲は、限定的なものではなく、むしろ例示的なものであり、また本発明の対象は、当業者には容易に明らかになるであろう、本発明の対象に対するそのような修正、変更および／または追加が含まれることを排除するものではない。

【0082】

以下は、親出願（特願２０１８−５２１８９２）の出願当初請求項である。
[請求項１]
ミリ秒アニールシステムにおいて、
ウェハ支持プレートを有しているプロセスチャンバと、
基板を支持するように構成されている前記ウェハ支持プレートから延びる複数の支持ピンと、
を含んでおり、
前記複数の支持ピンのうちの少なくとも１つは、前記基板との接触点における基板面法線の変化する角度に適応するための球状表面プロフィールを有している、
ミリ秒アニールシステム。
[請求項２]
前記球状表面プロフィールは、前記基板との接触点における前記基板面法線の最大角度に少なくとも部分的に基づいて求められた範囲を有している、
請求項１記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項３]
前記球状表面プロフィールは、少なくとも２倍の最大角度に関連付けられた範囲を有している、
請求項２記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項４]
前記最大角度は、約２°〜約８°の範囲内にある、
請求項２記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項５]
前記複数の支持ピンは、基板の中心に対して相対的な第１の半径方向の距離に配置されている第１の支持ピンと、前記基板の中心に対して相対的な第２の半径方向の距離に配置されている第２の支持ピンと、を含んでおり、前記第２の半径方向の距離は、前記第１の半径方向の距離よりも長い、
請求項１記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項６]
前記第１の支持ピンは、第１の範囲を備えた球状表面プロフィールを有しており、前記第２の支持ピンは、第２の範囲を備えた球状表面プロフィールを有しており、前記第２の範囲は、前記第１の範囲よりも大きい、
請求項５記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項７]
前記球状表面プロフィールは、研磨されている、
請求項１記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項８]
前記支持ピンは、石英材料を含んでいる、
請求項１記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項９]
前記支持ピンは、前記球状表面プロフィールを支持するベース構造を含んでいる、
請求項１記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項１０]
前記ベース構造は、垂直ベース構造である、
請求項９記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項１１]
前記ベース構造は、傾斜ベース構造である、
請求項９記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項１２]
前記ベース構造は、Ｔ字形の横断面を有している、
請求項９記載のミリ秒アニールシステム。
[請求項１３]
ミリ秒アニールシステムにおける支持構造に由来する、基板における局所的な接触応力を求めるための方法において、
１つまたは複数のプロセッサ回路によって、所定の期間にわたり基板に関する複数の面法線推定値を取得するステップと、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記複数の面法線推定値に少なくとも部分的に基づいて、時間にわたる前記基板の底面プロフィールを規定するモデルを生成するステップと、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記基板と支持構造との間の接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップと、
を含んでいる方法。
[請求項１４]
前記方法は、前記局所的な接触応力を表すデータに少なくとも部分的に基づいて、熱処理を変更するステップを含んでいる、
請求項１３記載の方法。
[請求項１５]
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップは、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記モデルを使用して、前記底面プロフィールの、前記支持構造との交差を識別するステップと、
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記交差に基づいて、前記支持構造との接触点を求めるステップと、
を含んでいる、
請求項１３記載の方法。
[請求項１６]
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップは、前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、前記支持構造との接触速度を求めるステップを含んでいる、
請求項１５記載の方法。
[請求項１７]
前記１つまたは複数のプロセッサ回路によって、接触点における局所的な接触応力を表すデータを求めるステップは、前記接触点および前記接触速度に基づいて、前記局所的な接触応力を推定するステップを含んでいる、
請求項１６記載の方法。
[請求項１８]
前記方法は、前記モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記基板にわたる応力分布を推定するステップを含んでいる、
請求項１３記載の方法。
[請求項１９]
前記応力分布を、前記基板に関連付けられた複数の温度測定値に少なくとも部分的に基づいて推定する、
請求項１８記載の方法。
[請求項２０]
前記支持構造は、支持ピンを含んでいる、
請求項１３記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】