JP7039722B2 - 熱処理システムにおける局所加熱のための支持板 - Google Patents

Description

優先権主張
本出願は、２０１８年３月２０日に出願され、「熱処理システムにおける局所加熱のための支持板」という発明の名称の米国仮出願第６２／６４５，４７６号の優先権の利益を主張し、その全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、熱処理システムに関する。

背景
本明細書で使用される熱処理チャンバは、半導体ウェハなどのワークピースを加熱するデバイスを指す。そのようなデバイスは、１つまたは複数の半導体ウェハを支持するための支持板と、加熱ランプ、レーザまたは他の熱源などの、半導体ウェハを加熱するためのエネルギ源とを含むことができる。熱処理中、半導体ウェハは、事前設定された温度状況に従い制御された条件下で加熱することができる。

多くの半導体加熱プロセスでは、ウェハがデバイスに組み入れられている際に様々な化学的かつ物理的変化が起こり得るように、ウェハを高温に加熱する必要がある。例えば、急速熱処理中、半導体ウェハは、典型的には数分未満である時間の間、支持板を通してランプのアレイによって約３００℃～約１，２００℃の温度に加熱され得る。これらのプロセス中の主な目標は、ウェハをできるだけ均一に加熱することであり得る。

概要
本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明で部分的に説明されるか、またはその説明から学ぶことができ、または実施形態の実施を通じて学ぶことができる。

本開示の１つの例示的な態様は、熱処理装置を対象とする。この装置は、ワークピースを加熱するように構成された複数の熱源を含む。この装置は、熱処理中にワークピースを支持するように動作可能な回転可能な支持板を含む。この回転可能な支持板は、ワークピースに接触するように構成された透過性支持構造を含む。この透過性支持構造は、第１の端部および第２の端部を含む。支持構造の第１の端部は、ワークピースを支持するように配置される。装置は、透過性支持構造を通してコヒーレント光を放射し、該コヒーレント光がワークピースの、透過性支持構造に接触する部分を加熱するよう動作可能な光源を含む。

本開示の他の例示的な態様は、半導体基板を熱的に加工するためのシステム、方法、デバイス、およびプロセスを対象とする。

様々な実施形態のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照してよりよく理解されるであろう。本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する添付の図面は、本開示の実施形態を示し、説明とともに、関連する原理を説明するのに役立つ。

当業者を対象とする実施形態の詳細な説明は、添付の図面を参照する明細書に記載されている。
本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する支持板を有する例示的な急速熱処理（ＲＴＰ）システムを示す。 本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する例示的な支持板を示す。 本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する例示的な支持板を示す。 本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する支持板を通してワークピースを加熱するためのプロセスのフロー図を示す。 本開示の例示的な実施形態による、回転可能な支持板およびコヒーレント光源を有する例示的なＲＴＰシステムを示す。 本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する例示的なベースを示す。 本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する回転可能な支持板を通してワークピースを加熱するコヒーレント光の例を示す。 本開示の例示的な実施形態による、リング支持体を有する例示的な回転可能な支持板を示す。 本開示の例示的な実施形態による、回転可能な支持板およびコヒーレント光源に基づいてワークピースを加熱するためのプロセスのフロー図を示す。

詳細な説明
次に、実施形態を詳細に参照し、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本開示を限定するものではなく、実施形態の説明のために提供される。実際、当業者には、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、実施形態に様々な修正および変更を加えることができることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して、さらに別の実施形態を生み出すことができる。したがって、本開示の態様は、そのような修正および変形を網羅することが意図されている。

本開示の例示的な態様は、半導体ワークピース、光電子ワークピース、フラットパネルディスプレイまたは他の適切なワークピースなどのワークピースを均一に加熱するための、熱処理システムにおける局所加熱のための支持板を対象とする。ワークピース材料は、例えば、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガラス、プラスチック、または他の適切な材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、ワークピースは半導体ウェハであり得る。支持板は、真空アニールプロセスに限定されないが急速熱プロセスなどを含む様々なワークピース製造プロセスを実施する様々な熱処理システムでワークピースを支持するために使用することができる。支持板は、ワークピースの片面（例えば、裏面）または両面が１つまたは複数の熱源に曝される上記の熱処理システムに適用することができる。

熱処理チャンバは、紫外線から近赤外線電磁スペクトルの範囲の光を放射する熱源を含むことができる。ワークピースの片面または両面を熱源に曝すために、ワークピースは、通常はワークピースの下方のベースである、キャリア構造に取り付けられた１つまたは複数の支持ピンによって支持される。支持ピンおよびベースは支持板を形成する。いくつかの構成では、ベースは、熱源からの光を遮らないように、非常に透明で均一な材料（例えば、石英ガラス）から作られる。しかしながら、支持ピンによる光の妨害は避けられない。そのため、支持ピンと接触するワークピースの接触領域でワークピースの温度を低下させるピンスポット効果が生じ得る。

ワークピースの加熱中、ワークピースは、熱処理チャンバ内の壁および支持板と熱平衡状態にない。支持ピンの材料（例えば、石英材料）の熱伝導率が低く、また支持ピンと接触しているワークピースの接触領域が小さい場合でも、支持ピンに関連したより低温の接触領域への熱伝導による冷却効果が依然として存在する。さらに、高速熱過渡現象（例えば、急速熱処理アプリケーション）では、増加した支持ピンの熱質量が、接触領域でのワークピースの昇温速度を低下させる可能性がある。その結果、接触領域でワークピースの温度が低下し、冷温スポットが形成される。通常、１つまたは複数の冷温スポットは、支持板と接触しているワークピースの１つまたは複数の接触領域に残され得る。冷温スポットは、シャドウイング、熱伝導、およびより高い熱質量などの３つの主な効果によって引き起こされ得る。本開示の例示的な態様によれば、接触領域の局所加熱を使用して、ワークピースに残った冷温スポットを補償することができる。

本開示の例示的な態様は、ワークピース上の冷温スポットを補償するための、熱処理システムにおける局所加熱のための支持板を対象とする。局所加熱は、冷温スポットを引き起こす領域に近接する、支持板の１つまたは複数の部分が支持板の残りの部分よりも多くの熱を透過するように、支持板の熱透過率を修正することで実現される。

例えば、支持板は、ベースと、処理中にワークピースと接触するための１つまたは複数の支持ピンとを含むことができる。１つまたは複数の熱源（例えば、ランプ、レーザ、または他の熱源）が、ワークピースを加熱するために使用される。局所加熱は、支持ピンに近接する（例えば、下方および／または周囲、上方および／または周囲など）支持板の領域が支持板の残りの部分よりも熱源からの光をより多く透過するように、支持板の光透過率を修正することで実現される。例えば、支持板の光透過率は、支持ピンがベースに接合されるベースの部分のみがベースの未加工の材料（例えば、石英ガラス）に対して変化しないように修正される。ベースの、支持ピンから離れた部分では、ベースの石英ガラスを加工することにより光透過率が低下させられる。光透過率を低下させる加工には、研削、コーティング、彫刻(engraving)、またはドーピングが含まれ得る。ベースの、未加工の石英ガラスを有する部分は、ベースの、加工済みの石英ガラスを有する部分と比較して、より高い熱流束を透過する。そのようにして、ワークピースは、ベースの、支持ピンに近接して位置する部分からのより高い熱流束に曝され、結果として、支持ピンによって引き起こされる冷温スポットは補償される。

本開示の別の例示的な態様は、ワークピース上の冷温スポットを補償するための、熱処理システムにおける局所加熱のための熱処理装置を対象とする。熱処理装置は、１つまたは複数の熱源（例えば、ランプ、または他のあらゆる熱源）と、コヒーレント光源（例えば、レーザ、または他のあらゆる適切な光源）と、支持構造（例えば、１つまたは複数の支持ピンまたはリング支持体など）を有する回転可能な支持板とを含む。ワークピースの、支持構造との接触から生じる冷温スポットは、熱源からの光によってワークピースを全体的に加熱することに加えて、コヒーレント光源がワークピースを支持構造を通して加熱することにより、補償することができる。そのようにして、冷温スポットはコヒーレント光源からの光によって局所的に加熱される。

例えば、いくつかの実施形態において、冷温スポットは、コヒーレント光源からのコヒーレント光のビーム（例えば、レーザビーム）を支持ピンに照射することによって補償される。支持ピンは、石英などの透過性材料から作られている。コヒーレント光は透過性の支持ピンを通過して、ワークピースの、支持ピンに接触している部分を加熱する。

いくつかの実施形態では、コヒーレント光源は熱処理装置の静止部分に取り付けられ、支持板の回転中に支持ピンはコヒーレント光を通って回転する。コヒーレント光源は、いくつかの実施形態では、ワークピースの、支持ピンと接触している接触領域のみを加熱するように、ワークピースの回転に同期してオンとオフとが切り替えられるように制御することができる。例えば、支持板の回転中に支持ピンがコヒーレント光源の前方を通過するときのみコヒーレント光を放射するようにコヒーレント光源を制御することができる。

いくつかの実施形態では、同期は、光源から放射されるコヒーレント光のパワーを整形することによって達成することができる。例えば、支持ピンがコヒーレント光源の前方を通過していないときは、コヒーレント光のパワーを第１の値になるように制御することができる。支持ピンがコヒーレント光源に近づくにつれて、コヒーレント光のパワーを増加させることができる。支持ピンがコヒーレント光源を通過するとき、コヒーレント光のパワーは、第１の値より大きい第２の値になるように制御することができる。支持ピンが回転してコヒーレント光源から離れるにつれて、コヒーレント光のパワーは減少させることができ、例えば、第１の値に戻すか、または第２の値よりも小さい第３の値にすることができる。

いくつかの実施形態では、この同期は、電気制御回路によって達成することができ、トリガ信号は、回転方向および回転速度を示すセンサ信号から生成される。例えば、回転可能な支持板のまたはワークピースの回転方向および速度の既知の情報に基づいて、コヒーレント光源の放射を、回転可能な支持板の動きと同期させることができる。コヒーレント光源は、支持板の回転中に支持ピンがコヒーレント光源の上方を通過するときに支持ピン内にかつワークピース上にコヒーレント光を放射し、またコヒーレント光源は、支持ピンがコヒーレント光源の前方に位置しないときにコヒーレント光の放射を停止する。

いくつかの実施形態では、局所加熱は、ベースの、支持ピンに近接する１つまたは複数の部分がコヒーレント光を透過させ、かつベースの残りがコヒーレント光源からのコヒーレント光に対して不透明になるように、ベースの光透過率を修正することによって達成することができる。ベースの不透明部分は、研削、コーティング、彫刻、またはドーピングによって生成することができる。ベースの不透明部分は、熱源からの光を妨げないように小さくすることができる。いくつかの実施形態では、不透明部分は、準環状不透明部分（例えば、分断リング）の形態をなす、ベースの片面（例えば、裏面）または両面の波長選択コーティングである。準環状不透明部分は、コヒーレント光源に対する支持板の回転中にベースに沿ったコヒーレント光の経路に沿って支持ピンの間に延びることができる。

いくつかの実施形態では、準環状不透明部分の幅は、ベースに接触するコヒーレント光の接触領域の直径以下とすることができる。接触領域の例には、ベース上へのコヒーレント光の焦点、またはベースと接触するコヒーレント光の断面が含まれる。波長選択コーティングは、コヒーレント光放射の狭帯域のみを遮断する一方、熱源からの広帯域光をほぼ完全に透過させるよう選択され、これにより全体的な温度均一性への影響は低減される。そのようにして、回転可能な支持板の回転に対するコヒーレント光源の同期は、回転可能な支持板自体によって本来的にもたらされる。この例示的な実施形態では、コヒーレント光源は、熱サイクル全体または熱サイクルの関連部分の間、オンに維持してコヒーレント光を放射することができる。

いくつかの実施形態では、支持板はリング支持体を含むことができる。リング支持体は、コヒーレント光源からのコヒーレント光を通過させてワークピースを加熱することを可能にする透過性材料（例えば、石英）であり得る。この例示的な実施形態では、コヒーレント光源は、熱サイクル全体または熱サイクルの関連部分の間、オンに維持してコヒーレント光を放射することができる。リング支持体は、ワークピースの中心に対して芯だし(centered)してベースに取り付けることができる。リング支持体の高さは、支持ピンの高さとほぼ同じにすることができる。追加の加熱がない場合、リング支持体はワークピースに回転対称の冷温パターンを引き起こす可能性がある。コヒーレント光源をリング支持体に近接させて（例えば、下方）に配置するとともに、ワークピースおよびリング支持体を共通の中心周りに回転させることにより、冷温パターンは、コヒーレント光源からのコヒーレント光をリング支持体を通してワークピースに連続的に放射することにより補償される。

本開示の態様は、多くの技術的効果および利益を達成することができる。例えば、本開示の態様は、熱処理ツールにおける支持ピンに関連した冷温スポットの存在を減らすことができる。

本開示のこれらの例示的な実施形態に対して変更および修正を行うことができる。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎｄ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。「第１」、「第２」、「第３」、および「第４」の使用は、識別子として使用され、処理の順序に向けられている。例示的な態様は、例示および説明の目的で、「基板」、「ウェハ」または「ワークピース」を参照して説明され得る。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の例示的な態様をあらゆる適切なワークピースと共に使用できることを理解するであろう。数値と併せて「約」という用語を使用することは、言及される数値の２０％以内を指す。

ここで図を参照して、本開示の例示的な実施形態を詳細に説明する。図１は、本開示の例示的な実施形態による例示的な急速熱処理（ＲＴＰ）システム１００であって、空間的に配置された低透過ゾーンを有する支持板１２０を有する例示的な急速熱処理（ＲＴＰ）システム１００を示す。図示のように、ＲＴＰシステム１００は、ＲＴＰチャンバ１０５、ワークピース１１０、支持板１２０、熱源１３０および１４０、空気軸受１４５、高温計１６５、コントローラ１７５、ドア１８０、およびガス流量コントローラ１８５を含む。

処理すべきワークピース１１０は、支持板１２０によってＲＴＰチャンバ１０５（例えば、石英ＲＴＰチャンバ）内で支持される。支持板１２０は、熱処理中にワークピース１１０を支持する。支持板１２０は、回転可能なベース１３５と、回転可能なベース１３５から延びる少なくとも１つの支持構造１１５とを含む。支持構造は、熱処理中にワークピースに接触して支持する構造を表す。支持構造の例には、１つまたは複数の支持ピン、リング支持体、あるいはワークピースに接触して支持する他のあらゆる適切な支持体が含まれ得る。図１に示すように、支持構造１１５は、１つまたは複数の支持ピン（１つのみが示される）を含む。支持構造１１５および回転可能なベース１３５は、熱源１４０からの熱を透過し、ワークピース１１０から熱を吸収することができる。いくつかの実施形態では、支持構造１１５および回転可能なベース１３５は、石英から作られ得る。以下でさらに説明するように、回転可能なベース１３５は、規定の回転方向および規定の回転速度でワークピース１１０を回転させる。

ガードリング（図示せず）を使用して、ワークピース１１０の１つまたは複数のエッジからの放射のエッジ効果を低減することができる。端板１９０はチャンバ１０５を密閉し、ドア１８０はワークピース１１０の入室を可能にし、閉鎖時にはチャンバ１０５の密閉と、チャンバ１０５内へのプロセスガス１２５の導入とを可能にする。２段の熱源（例えば、ランプ、または他の適切な熱源）１３０および１４０が、ワークピース１１０の両面側に示されている。コントローラ１７５（例えば、コンピュータ、１つまたは複数のマイクロコントローラ、他の１つまたは複数の制御デバイスなど）は、熱源１３０および１４０を制御するために使用される。コントローラ１７５は、ガス流量コントローラ１８５、ドア１８０、および／またはここでは高温計１６５として示される温度測定システムを制御するために使用することができる。

ガス流１５０は、ワークピース１１０と反応しない不活性ガスとすることができ、またはガス流１５０は、ワークピース１１０の材料（例えば、半導体ウェハなど）と反応してワークピース１１０上に層を形成する酸素または窒素などの反応性ガスとすることができる。ガス流１５０は、処理中のワークピース１１０の加熱表面で反応してワークピース１１０の表面からいかなる材料も消費することなく該加熱表面上に層を形成するシリコン化合物を含み得るガスとすることができる。ガス流１５０が反応して表面上に層を形成するとき、このプロセスは急速熱化学蒸着（ＲＴ－ＣＶＤ）と呼ばれる。いくつかの実施形態では、ＲＴＰシステム１００内の雰囲気中に電流を走らせることによって、表面とまたは表面で反応するイオンを生成することができるとともに、表面に高エネルギイオンを衝突させて表面に追加のエネルギを与えることができる。

コントローラ１７５は、回転可能なベース１３５を制御して、ワークピース１１０を回転させる。例えば、コントローラ１７５は、回転可能なベース１３５の回転方向および回転速度を規定する命令を生成し、回転可能なベース１３５を制御してワークピース１１０を規定の回転方向および規定の回転速度で回転させる。回転可能なベース１３５は、空気軸受１４５によって支持されている。回転可能なベース１３５に衝突するガス流１５０は、回転可能なベース１３５を軸線１５５周りに回転させる。

いくつかの実施形態では、回転可能なベース１３５は、第１の熱透過率に関連する第１の部分と、第２の熱透過率に関連する第２の部分とを有することができる。第２の熱透過率は、第１の熱透過率とは異なる。第２の部分は、支持ピン１１５に近接して位置させられている。回転可能なベース１３５の例は、図２Ａおよび図２Ｂと共に以下でさらに説明される。

図２Ａおよび図２Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する例示的な支持板２００を示す。図２Ａおよび図２Ｂの実施形態では、支持板２００は、３つの支持ピン２１０および回転可能なベース２３０を含む。本開示の範囲から逸脱することなく、より多いまたはより少ない支持ピンを使用することができる。

いくつかの実施形態では、支持板２００は、支持板１２０（図１）の例示的な実施形態であり、１つの支持ピン２１０は、例示的な支持ピン１１５（図１）の実施形態である。各支持ピン２１０は、第１の端部２１２および第２の端部２１４を有する。支持ピン２１０の第１の端部２１２は、ワークピース（図示せず）に接触して該ワークピースを支持する。支持ピン２１０の第２の端部２１４は、回転可能なベース２３０に接触する（例えば、結合される）。いくつかの実施形態では、支持ピン２１０は、回転可能なベース２３０と一体であり得る。

図示のように、回転可能なベース２３０は、３つの円形領域２２０を含む。各円形領域２２０は、１つの支持ピン２１０の第２の端部２１４に近接して位置させられている。１つの円形領域２２０の直径は、回転可能なベース２３０に接触する対応する支持ピン２１０の接触領域の直径よりも大きい。１つの円形領域２２０の中心は、対応する支持ピン２１０の中心と一致する。回転可能なベース２３０の残余領域２４０は、回転可能なベース２３０内の３つの円形領域２２０を除く領域を表す。残余領域２４０は第１の熱透過率に関連し、３つの円形領域２２０は第２の熱透過率に関連する。第２の熱透過率は、第１の熱透過率とは異ならせることができる。例えば、第２の熱透過率は、第１の熱透過率よりも高くすることができる。領域２４０は、円形領域２２０よりも低い熱透過率を有する低透過ゾーンと呼ばれる。そのようにして、円形領域２２０は、残余領域２４０よりも多くの熱を透過して、支持ピン２１０によって支持されたワークピース上に残り得る冷温スポットを補償する。その結果、支持板２００を介して、より均一な熱がワークピースに分配される。

本開示は、例示および説明の目的で、円形の形状を有する領域２２０を用いて説明される。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、領域２２０が本開示の範囲から逸脱することなく他の形状を有することができることを理解するであろう。

いくつかの実施形態では、支持板２００の光透過率は、円形領域２２０が回転可能なベース２３０の未加工の材料（例えば、未加工の石英）から変化しないように修正される。残余領域は、円形領域２２０と比較して光透過率が低下させられた加工済みの材料（例えば、加工済みの石英）とすることができる。加工済みの石英は、研削、コーティング、彫刻、またはドーピングの１つまたは複数で加工され得る。未加工の石英を有する円形領域２２０は、加工済みの石英を有する残余領域２４０と比較して、より高い熱流束を透過する。そのようにして、ワークピースは、円形領域２２０からのより高い熱流束に曝され、その結果、支持ピン２２０によって引き起こされる冷温スポットは補償される。

本開示の態様は、例示および説明の目的で、支持構造として１つまたは複数の支持ピンと回転可能なベースとを有する支持板を参照して説明される。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の範囲から逸脱することなく回転不能なベースを使用できることを理解するであろう。例えば、回転不能なベースは、第１の熱透過率に関連する第１の部分と、第２の熱透過率に関連する第２の部分とを有することができる。第２の熱透過率は、第１の熱透過率とは異なり、第２の部分は、支持構造（例えば、支持ピン、リング支持体など）に近接して位置させられる。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の範囲から逸脱することなく、あらゆる支持構造（例えば、支持ピン、リング支持体、任意の形状の支持構造など）も使用できることを理解するであろう。

図３は、本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する支持板を通してワークピースを加熱するためのプロセス（３００）のフロー図を示す。このプロセス（３００）は、図１のＲＴＰシステム１００を使用して実施することができる。しかしながら、以下で詳細に説明するように、本開示の例示的な態様によるプロセス（３００）は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の熱処理システムを使用して実施することができる。図３は、例示および説明の目的ために特定の順序で実行されるステップを示している。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本明細書で説明される方法のいずれかの様々なステップを、本開示の範囲から逸脱することなく、省略し、拡張し、同時に実行し、再配置し、かつ／または様々に修正できることを理解するであろう。さらに、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な追加のステップ（図示せず）を実行することができる。

ステップ（３１０）で、このプロセスは、処理チャンバ内の支持板上にワークピースを配置することを含むことができる。例えば、図１の実施形態では、支持板１２０は、支持ピン１１５および回転可能なベース１３５を含む。ワークピース１１０は、ドア１８０を介してＲＴＰチャンバ１２０内の支持ピン１１５上に配置される。いくつかの実施形態では、支持板１２０は、アニール処理チャンバで使用することができる。例えば、アニーリング用のワークピースは、アニール処理チャンバ内の支持板１２０上に配置することができる。いくつかの実施形態では、支持板１２０は、他の支持構造（例えば、リング支持体、任意の形状の支持構造など）を含むことができる。いくつかの実施形態では、支持板１２０は、空間的に配置された低透過ゾーンを有する回転不能なベースを含むことができる。

ステップ（３２０）で、プロセスは、処理チャンバ内で支持板を用いてワークピースを回転させることを含むことができる。例えば、図１の実施形態では、コントローラ１７５は、回転可能なベース１３５に、ＲＴＰチャンバ１０５内のワークピース１１０を回転させるように命令する。

ステップ（３３０）で、このプロセスは、複数の熱源を用いて支持板を通してワークピースを加熱することを含むことができる。例えば、図１の実施形態では、コントローラ１７５は熱源１４０を制御して、回転可能なベース１３５および支持ビン１１５を通してワークピース１１０を事前設定された温度まで加熱する。

ステップ（３４０）で、このプロセスは、ワークピースを支持板から取り外すことを含むことができる。例えば、図１の実施形態では、ワークピース１１０を、支持ビン１１５から取り外し、ドア１８０を介してＲＴＰチャンバ１０５から排出することができる。

図４は、本開示の例示的な実施形態による、回転可能な支持板４１０とコヒーレント光源４３０とを有する例示的なＲＴＰシステム４００を示す。図示のように、ＲＴＰシステム４００は、ＲＴＰチャンバ１０５と、ワークピース１１０と、支持ピン４１５およびベース４２０を有する回転可能な支持板４１０と、コヒーレント光源４３０と、コントローラ４４０と、熱源１３０および１４０と、空気軸受１４５と、高温計１６５と、ドア１８０と、ガス流量コントローラ１８５とを含む。

コヒーレント光源４３０（例えば、レーザ）は、チャンバ１０５にコヒーレント光４３５を提供することができる。いくつかの実施形態では、コヒーレント光源４３０は、チャンバ１０５の外部に位置させられ、光４３５を、光パイプまたは光導体４３５（例えば、光ファイバ）を介してチャンバ１０５に伝送する。

回転可能な支持板４１０は、熱処理中にワークピース１１０を支持する。回転可能な支持板４１０は、透過性支持構造と回転可能なベース４１５とを含む。透過性支持構造は、ワークピース１１０に接触して該ワークピースを支持し、かつ熱処理中にコヒーレント光源４３０（例えば、レーザ）からの光４３５をワークピース１１０に透過させる構造を表す。透過性支持構造の例には、１つまたは複数の支持ピン、リング支持体、あるいはワークピース１１０に接触して該ワークピース１１０を支持しかつ光をワークピース１１０に透過させる他のあらゆる適切な支持体が含まれ得る。

透過性支持構造は、第１の端部および第２の端部を含む。透過性支持構造の第１の端部は、ワークピース１１０を支持するように配置される。透過性支持構造の第２の端部は、回転可能なベース４２０の第１の表面と接触する（例えば、結合される）。図１の例示的な実施形態では、透過性支持構造は、１つまたは複数の支持ピン４１５（１つのみが示される）を含む。１つの支持ピン４１５の一方の端部は、ワークピース１１０の裏面に接触し、該支持ピン４１５の他方の端部は、ベース４２０の表面に接触する。以下でさらに説明するように、ベース４２０は、コントローラ４４０から受け取った命令に基づいて、規定の回転方向および規定の回転速度でワークピース１１０を回転させる。

いくつかの実施形態では、透過性支持構造およびベース４２０は、熱源１４０から熱を透過し、ワークピース１１０から熱を吸収することができる。例えば、透過性支持構造およびベース４２０は、石英から作られ得る。

いくつかの実施形態では、回転可能な支持板４１０は、１つまたは複数の支持ピン４１５と、少なくとも２つの支持ピン４１５の間に配置された準環状不透明部分（図５および図６に示す）を有するベース４２０とを含む。準環状不透明部分は、ワークピース１１０の回転中にコヒーレント光源４３０がコヒーレント光をベース４２０内およびベース４２０上に連続的に放射できるようにするために、コヒーレント光源４３０のコヒーレント光がワークピース１１０を加熱するのを妨げることができる。

いくつかの実施形態では、回転可能な支持板４１０は、リング支持体（図７に示す）およびベース４２０を含む。例えば、リング支持体およびベース４２０の両方は、コヒーレント光源４３０から連続的に放射されるコヒーレント光を通過させてワークピース１１０を加熱することができる透過性材料（例えば、石英）であり得る。

コヒーレント光がワークピース１１０の、透過性支持構造に接触する部分を加熱するように、コヒーレント光源４３０は、回転可能ベース４２０および透過性支持構造を通してコヒーレント光４３５を放射する。コヒーレント光源４３０の例は、連続波レーザ、パルスレーザ、またはコヒーレント光を放射する他の適切な光源を含み得る。

図４の例示的な実施形態では、コヒーレント光源４３０は、ＲＴＰチャンバ１０５の静止部分に取り付けられ、回転可能な支持板４１０の回転中に支持ピン４１５はコヒーレント光４３５を通って回転する。コヒーレント光源４３０は、ベース４２０の裏面にコヒーレント光４３５を放射し、放射されたコヒーレント光は、支持ピン４１５を通過して、ワークピース１１０の、該支持ピン４１５に接触する接触領域を加熱することができる。そのようにして、ワークピース１１０が支持ピン４１５と接触することで生じる冷温スポットは、熱源１４０からの光によってワークピース１１０を全体的に加熱することに加えて、コヒーレント光源４３０で支持ピン４１５を通してワークピース１１０を加熱することによって補償することができる。いくつかの実施形態では、コヒーレント光源４３０は、ワークピースの、支持ピン４１５に接触する接触領域を加熱するようにワークピース１１０の回転に同期してオンとオフとが切り替えられるようにコントローラ４４０によって制御される。コントローラ４４０は、回転可能なベース４１５と、コヒーレント光源４３０と、熱源１３０および１４０と、ガス流量コントローラ１８５と、ドア１８０と、高温計１６５とのうちの１つまたは複数を制御する。コントローラ４４０は、ベース４２０を制御して、規定の回転方向および規定の回転速度でワークピース１１０を回転させる。例えば、コントローラ４４０は、ベース４２０の回転方向および回転速度を規定する命令を生成し、ベース４２０を制御してワークピース１１０を規定の回転方向および規定の回転速度で回転させる。いくつかの実施形態では、コントローラ４４０は、ベース４２０の回転方向および回転速度に基づいてコヒーレント光４３５を放射するようにコヒーレント光源４３０を制御する。例えば、コントローラ４４０は、ベース４２０の回転方向および回転速度を示すセンサ信号に基づいてコヒーレント光源４３０をトリガしてコヒーレント光４３５を放射させるトリガ信号を生成する電気制御回路を含むことができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ４４０は、ベース４２０の回転中に支持ピン４１５がコヒーレント光源４３０を通過するときにコヒーレント光源４３０が支持ピン４１５の１つにおよびワークピース１１０にコヒーレント光を放射し、また支持ピン４１５がコヒーレント光源４３０の前方に位置していないときにコヒーレント光源４３０がコヒーレント光の放射を停止するように、コヒーレント光源４３０からのコヒーレント光の放射をベース４２０の動きと同期させる。例えば、コントローラ４４０は、ベース４２０の回転方向および回転速度に基づいてコヒーレント光源４３０にコヒーレント光を放射するように命令する命令を生成する。この命令は、コヒーレント光源４３０にコヒーレント光を放射するように命令するコマンド、コヒーレント光源４３０にコヒーレント光の放射を停止するように命令するコマンド、ワークピース１１０の回転方向および回転速度に基づいてコヒーレント光源４３０の放射とその次の放射との間の時間間隔を計算するコマンドなどを含むことができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ４４０はコヒーレント光源４３０を制御して、コヒーレント光を透過性支持構造内に連続的に放射させる。例えば、コントローラ４４０は、コヒーレント光源４３０をオンに維持してコヒーレント光をベース４２０上に連続的に放射するように命令する命令を生成する。ベース４２０は、コヒーレント光源４３０のコヒーレント光が、ワークピース１１０の、支持構造と接触していない部分を加熱するのを妨げる準環状不透明部分を含むことができる。支持ピン４１５がコヒーレント光源４３０の前方に位置しない場合、コントローラ４４０は、コヒーレント光源４３０をオンに維持し、コヒーレント光を準環状不透明部分に連続的に放射するようコヒーレント光源４３０に命令し、放射されたコヒーレント光は準環状不透明部分によって遮断される。支持ピン４１５が連続的に放射されるコヒーレント光の前方を通過するとき、コヒーレント光は支持ピン４１５を通過してワークピース１１０を加熱する。

別の例では、コントローラ４４０は、コヒーレント光源４３０をオンに維持し、コヒーレント光をリング支持体を有する回転可能な支持板４１０上に連続的に放射するように命令する命令を生成する。ワークピース１１０の回転中、リング支持体は常にコヒーレント光源４３０を通過し、コヒーレント光を透過させてワークピース１１０を加熱する。コントローラ４４０は、コヒーレント光源４３０にコヒーレント光をリング支持体内に連続的に放射するように命令する。そのようにして、リング支持体によって引き起こされる冷温パターンは、コヒーレント光源４３０からのコヒーレント光をリング支持体を通してワークピース１１０上に連続的に照射することによって補償される。

図５は、本開示の例示的な実施形態による、空間的に配置された低透過ゾーンを有する例示的なベース５００を示す。図５の実施形態では、ベース５００は、ベース４２０の実施形態であり得る。ベース５００は、３つの丸形部分５１０と、複数の準環状不透明部分５２０と、残余部分５３０とを含む。１つの丸形部分５１０は、ワークピースの、支持ピン（図示せず）に接触する接触領域である。各準環状不透明部分は、３つの丸形部分５１０のうちのいずれか２つの間に配置される。ベース５００の残余部分５３０は、ベース５００内の３つの丸形部分５１０および複数の準環状不透明部分５２０を除いた部分を表す。

図６は、本開示の例示的な実施形態による、ベース５００および支持ピン４１５を通してワークピース１１０を加熱するコヒーレント光６１０の例を示す。コヒーレント光６１０は、コヒーレント光源（図示せず）から放射される。コヒーレント光６１０は、支持ピン４１５を通過して、ワークピース１１０を加熱する。ベース５００が回転すると、支持ピン４１５はコヒーレント光６１０の前方に位置しないが、１つの準環状不透明部分５２０がコヒーレント光６１０の上方を通過し、コヒーレント光６１０がワークピース１１０を加熱するのを妨げる。そのようにして、冷温スポットは、ベース５００の回転中に、連続的に放射するコヒーレント光を各支持ピンに照射することによって補償される。

図５および６の実施形態では、準環状不透明部分５２０の幅は、ベース５００と接触しているコヒーレント光６１０の接触領域の直径を下回らない。コヒーレント光６１０の接触領域の例には、ベース５００上へのコヒーレント光６１０の焦点、またはベース５００に接触するコヒーレント光６１０の断面が含まれる。丸形部分５１０および残余部分５３０は、ベース５００の未加工の材料（例えば、未加工の石英）に関して不変であり得る。準環状不透明部分５２０は、コヒーレント光源（図示せず）のコヒーレント光がワークピース１１０を加熱するのを妨げる加工済みの材料（例えば、加工済みの石英）であり得る。加工済みの材料は、研削、コーティング、彫刻、またはドーピングの１つまたは複数で加工され得る。いくつかの実施形態では、準環状不透明部分５２０は、ベース５００の片面（例えば、裏面）または両面上の波長選択コーティングを含む。波長選択コーティングは、コヒーレント光放射の狭帯域のみを遮断する一方、熱源からの広帯域光をほぼ完全に透過させるよう選択され、これにより全体的な温度均一性への影響は低減される。

いくつかの実施形態では、準環状不透明部分５２０は、コヒーレント光源（図示せず）に対するベース５００の回転中に、ベース５００に沿ったコヒーレント光６１０の経路に沿って支持ピン４１５の間を延びることができる。準環状不透明部分５２０は、熱源（図示せず）からの光を妨げないように小さくすることができる。準環状不透明部分５２０は、コヒーレント光がワークピースを加熱するのを妨げる低透過ゾーンとも呼ばれる。

本開示の態様は、例示および説明の目的で、透過性支持構造としての３つの支持ピンを有する回転可能な支持板を参照して説明される。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の範囲から逸脱することなく、回転可能な対称配置を有する複数の分離された支持体を使用できることを理解するであろう。例えば、複数の支持体は相互に接続されていないが、これらの複数の支持体はベース上で回転可能な対称パターンで配置される。支持体は任意の形状を持つことができる。

図７は、本開示の例示的な実施形態による、リング支持体７２０を有する例示的な回転可能な支持板７００を示す。図７の実施形態では、回転可能な支持体７００は、回転可能な支持板４１０の実施形態であり得る。回転可能な支持体７００は、回転可能なベース７１０およびリング支持体７２０を含む。リング支持体７２０は、回転可能なベース７１０の中心に対して芯だしされる。いくつかの実施形態では、リング支持体７２０は、リング支持体７２０に接触するワークピース（図示せず）の中心に対して芯だしされる。リング支持体７２０の幅は、リング支持体７２０と接触するコヒーレント光（図示せず）の接触領域の直径を下回らない。コヒーレント光の接触領域の例には、リング支持体７２０上へのコヒーレント光の焦点、またはリング支持体７２０に接触するコヒーレント光の断面が含まれる。いくつかの実施形態では、リング支持体７２０の高さは、支持ピン４１５の高さとほぼ同じにすることができる。いくつかの実施形態では、回転可能なベース７１０およびリング支持体７２０の両方は、コヒーレント光源からのコヒーレント光の通過を可能にしてワークピースを加熱する透過性材料（例えば、未加工の石英）であり得る。そのようにして、コヒーレント光源は、回転可能なベース７１０およびリング支持体７２０を通過するコヒーレント光を連続的に放射して、リング支持体７２０に接触するワークピースを加熱することができる。さらに、リング支持体７２０によって引き起こされる冷温パターンは、コヒーレント光源から連続的に放射してワークピースを加熱することよって補償することができる。

本開示の態様は、例示および説明の目的で、透過性支持構造としてのリング支持体を有する回転可能な支持板を参照して説明される。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の範囲から逸脱することなく、回転可能な対称形状を有するあらゆる透過性支持構造も使用できることを理解するであろう。

図８は、本開示の例示的な実施形態による、回転可能な支持板およびコヒーレント光源に基づいてワークピースを加熱するためのプロセス（８００）のフロー図を示す。このプロセス（８００）は、ＲＴＰシステム４００を使用して実施することができる。しかしながら、以下で詳細に説明するように、本開示の例示的な態様によるプロセス（８００）は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の熱処理システムを使用して実施することができる。図８は、例示および説明の目的ために特定の順序で実行されるステップを示している。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本明細書で説明される方法のいずれかの様々なステップを、本開示の範囲から逸脱することなく、省略し、拡張し、同時に実行し、再配置し、かつ／または様々に修正できることを理解するであろう。さらに、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な追加のステップ（図示せず）を実行することができる。

ステップ（８１０）で、このプロセスは、処理チャンバ内の回転可能な支持板上にワークピースを配置することを含むことができる。回転可能な支持板は、透過性支持構造およびベースを含む。例えば、図４の実施形態では、回転可能な支持板４１０は、支持ピン４１５およびベース４２０を含む。ワークピース１１０は、ドア１８０を介してＲＴＰチャンバ１０５内の支持ピン４１５上に配置される。いくつかの実施形態では、回転可能な支持板４１０は、アニール処理チャンバ内で使用することができる。例えば、アニーリングのためのワークピースは、アニール処理チャンバ内の回転可能な支持板４１０上に配置することができる。

ステップ（８２０）で、このプロセスは、１つまたは複数の熱源を用いてワークピースを加熱することを含むことができる。例えば、図４の実施形態では、コントローラ４４０は熱源１４０を制御して、ベース４２０および支持ビン４１５を通してワークピース１１０を事前設定された温度に加熱する。

ステップ（８３０）で、このプロセスは、ワークピースの加熱中に、１つまたは複数の熱源に対して回転可能な支持板でワークピースを回転させることを含むことができる。例えば、図４の実施形態では、コントローラ４４０は、ベース４２０に、規定の回転方向および規定の回転速度でＲＴＰチャンバ１０５内のワークピース１１０を回転させるように命令する。

ステップ（８４０）で、このプロセスは、コヒーレント光源からコヒーレント光をベースおよび透過性支持構造を通して放射し、該コヒーレント光が、ワークピースの、透過性支持構造に接触する部分を加熱することを含むことができる。例えば、図４の実施形態では、コントローラ４４０は、ベース４２０の回転中に支持ピン４１５がコヒーレント光源４３０を通過するときにコヒーレント光源４３０が支持ピン４１５の１つにおよびワークピース１１０にコヒーレント光を放射し、また支持ピン４１５がコヒーレント光源４３０の前方に位置していないときにコヒーレント光源４３０がコヒーレント光の放射を停止するように、コヒーレント光源４３０からのコヒーレント光の放射をベース４２０の動きと同期させる。別の例では、コントローラ４４０は、コヒーレント光源４３０を制御してコヒーレント光を連続的に放射し、回転可能な支持板４１０（例えば、図５および図６の支持ピン４１５およびベース５００を有する回転可能な支持板または図７の回転可能な支持板７００）を通してワークピース１１０を加熱する。

ステップ（８５０）で、このプロセスは、回転可能な支持板からワークピースを取り外すことを含むことができる。例えば、図４の実施形態では、ワークピース１１０を、支持ビン４１５から取り外し、ドア１８０を介してＲＴＰチャンバ１０５から排出することができる。

本開示の態様は、回転可能な支持板を参照して説明される。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の例示的な態様が静止支持板で実施できることを理解するであろう。例えば、１つまたは複数のコヒーレント光源は、静止支持板上の支持ピンを考慮して位置決めされ得る。コヒーレント光源は、ワークピースの冷温スポットを低減するために、コヒーレント光を静止支持板にかつ支持ピンを通して放射することができる。

本主題は、その特定の例示的な実施形態に関して詳細に説明されているが、当業者は、前述の理解を得ると、そのような実施形態の代替、変形、および同等物を容易に作り出すことができることが理解されよう。したがって、本開示の範囲は、限定ではなく例としてのものであり、主題とする開示は、当業者に容易に明らかになるような本主題に対するそのような修正、変形および／または追加を包含することを排除しない。

Claims (18)

1. ワークピースを加熱するよう構成された複数の熱源と、
   熱処理中、前記ワークピースを支持するよう動作可能な回転可能な支持板と、
   光源と、
   を備え、
   前記回転可能な支持板は、前記ワークピースに接触するよう構成された透過性支持構造であって、第１の端部および第２の端部を備え、前記支持構造の該第１の端部が前記ワークピースを支持するよう配置された、透過性支持構造を備え、
   前記光源は、前記透過性支持構造を通してコヒーレント光を放射し、該コヒーレント光が前記ワークピースの、前記透過性支持構造に接触する部分を加熱するよう動作可能であり、
   前記透過性支持構造はベースおよび複数の支持ピンを備え、該ベースは、該複数の支持ピンのうちの少なくとも２つの間に配置された準環状不透明部分を有し、前記準環状不透明部分は、前記光源の前記コヒーレント光が前記ワークピースを加熱するのを妨げるよう構成されている、
   熱処理装置。
2. 前記透過性支持構造は、前記複数の熱源からの熱を前記ワークピースに透過するよう構成されている、請求項１記載の熱処理装置。
3. 前記透過性支持構造は、石英材料を備える、請求項１または２記載の熱処理装置。
4. 前記光源は、前記ワークピースの熱処理中の前記回転可能な支持板の回転中に、前記回転可能な支持板に対して静止位置に維持されるよう構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の熱処理装置。
5. 前記光源は、レーザを備える、請求項１から４までのいずれか１項記載の熱処理装置。
6. 前記準環状不透明部分の幅は、前記ベースと接触する前記コヒーレント光の接触領域の直径を下回らない、請求項１から５までのいずれか１項記載の熱処理装置。
7. 前記準環状不透明部分は、前記ベースの第２の表面上に波長選択コーティングを備える、請求項１から６までのいずれか１項記載の熱処理装置。
8. 前記支持板の回転中に前記複数の支持ピンの１つが前記光源を通過するときに前記光源が前記複数の支持ピンの１つにかつ前記ワークピース上に前記コヒーレント光を放射し、かつ、前記複数の支持ピンの１つが前記光源の前方に位置していないときに前記光源が前記コヒーレント光の放射を停止するように、前記光源からの前記コヒーレント光の放射をベースの動きと同期させるコントローラをさらに備える、請求項１から７までのいずれか１項記載の熱処理装置。
9. 前記透過性支持構造は、リング支持体を備える、請求項１から８までのいずれか１項記載の熱処理装置。
10. 前記リング支持体は、前記ワークピースの中心に対して芯だしされている、請求項９記載の熱処理装置。
11. 前記リング支持体の幅は、前記リング支持体に接触する前記コヒーレント光の接触領域の直径を下回らない、請求項９または１０記載の熱処理装置。
12. コヒーレント光源を制御して前記コヒーレント光を前記リング支持体に連続的に放射するよう構成されたコントローラをさらに備える、請求項９から１１までのいずれか１項記載の熱処理装置。
13. 熱処理装置内でワークピースを支持するための支持板であって、
    ベースと、
    前記ベースから延びる少なくとも２つの支持構造であって、熱処理中に前記ワークピースを支持するよう構成された少なくとも２つの支持構造と、
    を備え、
    前記ベースは、第１の光透過率に関連する第１の部分と、第２の光透過率に関連する第２の部分とを備え、前記第２の光透過率は前記第１の光透過率より高く、前記第２の部分は、前記少なくとも２つの支持構造に近接して位置し、
    前記第１の部分は、前記少なくとも２つの支持構造の間に配置された準環状不透明部分を有する、
    支持板。
14. 前記少なくとも２つの支持構造は、支持ピンを備える、請求項１３記載の支持板。
15. 前記第２の部分は、前記支持ピンが前記ベースに接触する場所に位置する円形領域を備え、該円形領域の直径は前記支持ピンの直径よりも大きい、請求項１４記載の支持板。
16. 前記第２の部分は未加工の石英を備え、前記第１の部分は加工済みの石英を備え、前記加工済みの石英は前記第２の部分に比べて光透過率が低下させられている、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の支持板。
17. 前記加工済みの石英は、研削、コーティング、彫刻、またはドーピングの１つまたは複数で加工されている、請求項１６記載の支持板。
18. 処理チャンバ内でワークピースを加熱するためのプロセスであって、
    前記処理チャンバ内の支持板上に前記ワークピースを配置するステップであって、
    前記支持板は、熱処理中に前記ワークピースを支持するよう動作可能であり、
    該支持板は、
    ベースと、
    該ベースから延びる少なくとも２つの支持構造と、
    を備え、
    前記少なくとも２つの支持構造は、熱処理中に前記ワークピースを支持するよう構成され、
    前記ベースは、第１の光透過率に関連する第１の部分と、第２の光透過率に関連する第２の部分とを備え、前記第２の光透過率は前記第１の光透過率より高く、前記第２の部分は、前記少なくとも２つの支持構造に近接して位置し、前記第１の部分は、前記少なくとも２つの支持構造の間に配置された準環状不透明部分を有する、
    支持板上に前記ワークピースを配置するステップと、
    前記ワークピースをコヒーレント光源で前記ベースおよび前記少なくとも２つの支持構造を通して加熱するステップと、
    を含む、プロセス。

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