JP2000516772A

JP2000516772A - 半導体処理チャンバ内で使用する同時回転エッジリング延長部

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Publication number: JP2000516772A
Application number: JP10549667A
Authority: JP
Inventors: ビアマン，ベンジャミン; ウィリアムズ，メレディス，ジェイ．; バランス，デイヴィッド，エス．; ハース，ブライアン; デトン，ポール; ティーツ，ジェイムズ，ヴィ．
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2000-12-12
Also published as: TW396376B; EP0918887A1; KR20000023850A; WO1998051844A1; US6133152A

Abstract

(57)【要約】回転フレームから回転可能に伸びる支持シリンダと、該支持シリンダから伸びる同時回転エッジリング延長部とからなり、該同時回転エッジリング延長部が、該延長部上方の域を、該同時回転エッジリング延長部の下方の領域から、熱的、光学的および機械的の少なくとも一つで隔離する、プロセスチャンバにおいて回転フレームを隔離するための装置。

Description

【発明の詳細な説明】半導体処理チャンバ内で使用する同時回転エッジリング延長部発明の分野本発明は半導体処理チャンバに関する。より詳細には、チャンバの回転部材及び他の敏感な部材を、高温プロセスガスの影響から保護するバリアを有する急速熱処理（ＲＴＰ）に関する。バリアは、ガス流に関する有利な特徴も提供する。発明の背景ＲＴＰ装置技術は、ウエハのハンドリングを最小にすると同時に、ウエハの製造スループットを増加するために開発されてきた。本明細書で関連するウエハのタイプは、超大型集積（ＵＬＳＩ）回路のためのものも含む。ＲＴＰは、急速熱アニーリング(ＲＴＡ)、急速熱クリーニング(ＲＴＣ)、急速熱化学気相堆積(ＲＴＣＶＤ)、急速熱酸化（ＲＴＯ）及び急速熱窒化（ＲＴＮ）を含む種々の異なった処理に関連している。ＲＴＰプロセスでは、ウエハが、温度数百℃で、窒素（Ｎ₂）ガス雰囲気の処理チャンバ内にロードされる場合がある。ウエハの温度は、プロセス温度に急変（ramp）され、その温度は、通常８５０〜１２００℃である。温度は、多くのハロゲンランプを用いて上昇され、ハロゲンランプは放射的にウエハを加熱する。温度はプリセット時間にわたって安定に保たれる。反応ガスは、温度急変前に、急変中に、或いは急変後に導入される。例えば、酸素がシリコン酸化物（ＳｉＯ₂ ）の成長のために導入されるあろう。処理中の基板に対して温度均一性を得ることが望ましい。この温度均一性により、基板に対するプロセス変数（例えば、層厚さ、抵抗及びエッチング深さなど）の均一性を、種々のプロセスステップ（膜堆積、酸化生長及びエッチングを含む）でもたらす。更に、基板の温度均一性は、熱応力誘発ウエハダメージ（例えば、そり(warpage)、欠陥発生及びスリップ）を防止するためにも必要である。このタイプのダメージは、熱勾配で発生し、これは温度均一性で最小にされる。ウエハは、高温処理中にわずかな温度差でさえも許容できないことが多々ある。例えば、温度差が、１２００℃で１−２℃／センチメータ（ｃｍ）より大きいことが可能な場合、その結果の応力は、シリコン結晶内でスリップを発生しやすい。結果のスリップ平面は、そこを横切るいかなるデバイスも破壊する。そのようなレベルの温度均一性を達成するためには、閉ループ温度制御用の信頼できるリアルタイム、マルチポイント温度測定が必要である。温度均一性を達成する一方法は、処理中に基板を回転することである。これは、自由度の方位に沿った温度依存性を除去する。この依存性は、基板の軸が、回転軸と共線（collinear）であるので除去される。その理由は、ウエハのどの環周（どの任意の半径でも）に沿っても全ての点が、同じ量の放射に露出されるからである。多くのパイロメータ及びフィードバック装置を提供することによって、放射温度依存性が残っていても除去することができ、良好な温度均一性が達成され、全基板にわたって維持される。サンタクララのアプライドマテリアルズインコーポレイテッドによって市販されているような機械的回転装置では、基板サポートは、ベアリングアセンブリそのものに回転可能な状態でに取り付けられており、真空シール駆動アセンブリに連結されている。このような装置の確実な詳細は、１９９２年１０月１３日に付与され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，１５５，３３６号明細書、名称「急速熱加熱装置及び方法」に記載されており、その内容は本明細書に援用されている。例えば、図１Ａはそのような装置を示している。ウエハ１２はエッジリング１４に置かれ、エッジリングはシリンダ１６に摩擦的にはめられている。シリンダ１６は、磁石である上部ベアリングレース２１上に着座している。上部ベアリングレース２１は、壁部３９内に配置されており、多くのボールベアリング２２（１つのみを図示）によって、下部ベアリングレース２６に関して回転する。下部ベアリングレース２６は、通常チャンバ底部２８に取り付けられている。水冷式リフレクタ２４がチャンバ底部２８に、温度測定装置の一部として配置されている（詳細には図示せず）。リフレクタ２４は加熱ランプ（図示せず）からの放射エネルギを、効果的に加熱するようにウエハに向かって後方に反射する。リフレクタ２４は有利にも反射キャビティの１側として使用される。反射キャビティの他側はシリンダ１６とウエハ１２とによって形成されている。リフレクタ２４の高反射特性によって、ウエハ１２の正確な温度測定ができる。磁石３０が、上部ベアリングレース２１の反対側にあるチャンバ底部２８の部分に隣接して位置している。磁石はモータ駆動磁石リング３２上に取り付けられている。処理中に回転基板が有する一つの問題は、不安定なガス流れが発生されうる場合があることであり、本明細書ではこれを「渦(うず：vortices)」と称す。これらのうずは、プロセスガスが回転基板を越える領域から非回転領域領域へ横切るとき、又はその反対の場合に反対に発生する。これらのうずは次に、予想できない方向に他の不安定なガス流れを引き起こす。これらの不安定なガス流れはしばしば膜の均一性を引き起こす。例えば、図１Ｂについて述べると、シリンダ１６上のエッジリング１４によって支持された基板１２が回転すると、プロセスガスは粘性により基板１２に沿って引っ張られる。プロセスガスがチャンバの非回転部分（部材３５として図示）に衝突すると、反対回転うずが、不安定なガス流れの確保によって発生されるだろう。達成された安定状態は、矢３７よって示すプロセスガス流れと矢３６によって示す反対回転うずで図に示されるであろう。この状態は、ウインド部３３に発生する望まない堆積リング３８を引き起こす。その理由は、熱いプロセスガスがウインド部３３に、冷却されうる前に衝突し、凝集するからである。凝集が発生する点は、しばしば２つのガス流れが出会う点であり、図１Ｂに点線で示す。上気した装置は他の欠点を有する。例えば、ボールベアリングに関する滑り及び回転接触が通常みら、それは処理チャンバ内で粒子発生を引き起こす。この粒子発生は、ボールベアリングとレースとの接触、及びベアリング装置に必要な潤滑剤から発生する。関連する欠点は、ウエハ上の化学的反応のガス状生成物が、排気装置によって十分に排気されないことによって起こる。これらのガスのいくらかは排気装置から逃れて、ウエハの平面の下の領域に流れことができ、これは望ましくない。例えば、通常のシリコン堆積は、トリクロロシラン（ＴＳＣ）と水素分子（Ｈ₂）との反応で、ウエハ上の処理領域で発生するであろう。これらの反応ガスは、処理チャンバの特定の部分に悪影響を与える。場合によってはプロセスガスのいくらかは、ウエハを支持しているエッジリングの不完全さによって、或いはエッジリングのウエハによる不完全なカバレージによって、ウエハの下の領域に漏れるであろう。漏れたガスは、約５〜１２ミリメートル（ｍｍ）の高さである可能性があり、ウエハとウエハの下方に配置されたリフレクタとの距離にほぼ相当する。この領域の上部に繋がっている点（ウエハ）での温度は等しいか或いは１１００℃より高い。この領域の下部に繋がっている点（リフレクタ表面）は通常約１５０℃である。これらの状況及びこの熱勾配で、通常注意されることは、トラップされたＴＣＳガスが、シリコン塩化物（ＳｉＣｌ₂）及び塩化水素（ＨＣｌ）に変わることである。これらのガスは、冷却されたリフレクタ表面に、凝集によって望まない堆積物を形成する傾向がある。これらの堆積は、ウエハの温度測定に悪影響を与える。望まない堆積物は、ウエハの裏面にも発生する。ベアリング／レース装置の壁面の残余物を形成する領域を含む他の領域も同様に影響する。回転に関する多くの敏感な部材がこの壁部に位置しているであろう。特にダメージ及び腐食がベアリング及びシリンダの延長部にこれら領域の熱いガスの存在によって発生するであろう。本回転装置に関する更なる問題は、ウエハ近傍のこれら部材に関係している。上部ベアリングレース２１（図１Ａ）等のこれら部材は、多くの放射熱を放射ランプ装置から受け、ウエハ１２によって達成される温度の実質的に一部に加熱される。前の堆積中に上部ベアリングレース２１上に吸収され得るガスが、加熱によってアウトガスし、従って汚染の可能性のある発生源を形成する。従って、これらの問題の影響を全てでなくとも、いくらか排除或いは低減する処理装置を提供することは有用である。発明の摘要本発明の一局面によれば、本発明は、プロセスチャンバ内の回転フレームを隔離する装置であって、回転フレームから回転自在に延びるサポートシリンダ（支持シリンダ）と、サポートシリンダから延びる同時回転エッジリング延長部であって、同時回転エッジリング延長部の上部領域は、実質的に熱的、光学的、及び／又は機械的の少なくとも１つが同時回転エッジリング延長部の下部領域から隔離されている、同時回転エッジリング延長部とを備える装置である。本発明の実施形態によれば、以下の１又はそれ以上を含んでもよい。サポートシリンダ及び同時回転エッジリング延長部は、クオーツで作製される。同時回転エッジリング延長部は、サポートシリンダの第１外周フランジから延びてもよい。同時回転エッジリング延長部は、摩擦により第１外周フランジと係合してもよい。サポートシリンダは、さらに第２外周フランジを含んでもよく、第２外周フランジの上部領域は、実質的に熱的、光学的、及び機械的の少なくとも１つが第２外周フランジの下部領域から隔離される。サポートシリンダは、さらに回転子と係合する第３外周フランジを含んでもよく、第３外周フランジは、回転子と摩擦により係合する複数のロケータピンを介して、回転子に摩擦により係合する。本発明の他の局面によれば、本発明は、プロセスチャンバにおける回転フレーム上の第１領域を第２領域から隔離する装置であって、回転フレームから回転自在に延びるサポートシリンダと、サポートシリンダから延び、第１領域及び第２領域間のガス流を制限するバリアを形成する同時回転エッジリング延長部とを備える装置である。本発明のさらに他の局面によれば、本発明は、半導体プロセスチャンバの一部を実質的に隔離する装置であって、回転フレームと、回転フレームから離れて延び、かつ回転フレームの対称軸に実質的に同一直線上の対称軸を有する同時回転エッジリング延長部とを備え、同時回転エッジリング延長部の形状は円錐状であり、その表面は同時回転エッジリング延長部の対称軸に対し所定の角度を形成している。本発明の実施形態によれば、以下の１又はそれ以上を含んでもよい。同時回転エッジリング延長部は、錐台断面を有してもよい。同時回転エッジリング延長部がサポートシリンダから延びるように、サポートシリンダは、回転フレームと同時回転エッジリング延長部との間に配置されてもよい。基板を支持するエッジリングを設けてもよく、エッジリングはサポートシリンダに接続される。同時回転エッジリング延長部は、半導体プロセスチャンバの壁部に実質的に延びてもよい。本発明のさらに他の局面によれば、本発明は、回転基板上にプロセス領域を有する半導体プロセスチャンバである。チャンバは、ハウジング内に取り付けられる回転フレームと、回転フレームに回転自在に結合されるサポートシリンダと、回転フレームが結台した側と他端のサポートシリンダから延びるエツジリングとを含む。エッジリングは、基板を支持するように構成される。システムはさらに、回転フレームを回転する手段を備える。同時回転エッジリング延長部はエッジリングから離れて延び、エッジリングの対称軸に実質的に同一直線上の対称軸を有する。同時回転エッジリング延長部の上部領域は、実質的に熱的、光学的、及び機械的の少なくとも１つが同時回転エッジリング延長部の下部領域から隔離される。本発明の実施形態によれば、以下の１又はそれ以上を含んでもよい。サポートシリンダ及び同時回転エッジリング延長部は、クオーツで作製されてもよい。本発明のさらに他の局面によれば、本発明は、プロセス中半導体プロセスチャンバの一部を他の部分から実質的に隔離する方法である。この方法は、回転フレームを備える工程と、サポートシリンダを回転させるためにフレームに結合させる工程と、フレームに結合された側と反対側のサポートシリンダの他端にエッジリングを結合して基板を支持する工程と、及び、同時回転エッジリング延長部の対称軸がサポートシリンダの対称軸に実質的に同一直線上となるように、同時回転エッジリング延長部をサポートシリンダから延ばす工程とを含む。本発明の実施形態によれば、以下の１又はそれ以上を含んでもよい。サポートシリンダにより部分的に画成されたキャビティに流してもよい。チャンバ内にプロセスガスを流し、及び基板を加熱する工程を更に含んでもよい。本発明のさらに他の局面によれば、本発明は、半導体プロセスチャンバ内に複数のガスの渦巻きが発生するのを減少させる方法である。この方法は、ハウジング内に取り付けられた回転フレームを設ける工程と、及びサポートシリンダを回転のためにフレームに結合する工程とを含む。フレームに結合された側と反対側のサポートシリンダの他端にエッジリングを結合し、これにより基板を支持する。同時回転エッジリング延長部の対称軸がサポートシリンダの対称軸に実質的に同一直線上となるように、同時回転エッジリング延長部はサポートシリンダから延びる。チャンバ内のプロセスガスの一部は、基板の表面から同時回転エッジリング延長部の表面に実質的に沿って流れる。本発明のさらに他の局面によれば、本発明は、半導体プロセスチャンバ内のプロセスガスの温度を減少させる方法であり、これにより、プロセスガスがチャンバの壁部に堆積するのを減少する。この方法は、ハウジング内に取り付けられた回転フレームを設ける工程と、サポートシリンダを回転のためにフレームに結合する工程と、フレームに結合された側と反対側のサポートシリンダの他端にエッジリングを結合し、これにより基板を支持する工程と、及び同時回転エッジリング延長部の対称軸がサポートシリンダの対称軸に実質的に同一直線上となるように、同時回転エッジリング延長部をサポートシリンダから延ばす工程を含む。チャンバ内のプロセスガスの一部は、基板の表面から同時回転エッジリング延長部の表面に実質的に沿って流れ、同時回転エッジリング延長部に接触することにより、プロセスガスの温度は減少する。他の局面によれば、本発明は半導体処理チャンバ内のエッジリングに対する熱損失を減らす方法に関する。この方法は、ハウジング内に取り付けられた回転フレームを準備するステップ、サポートシリンダをフレームに接合し、それと共に回転させるステップ、フレームに接合された反対側のサポートシリンダ端部にエッジリングを接合して基板を支持するステップ、サポートシリンダから同時回転エッジリング拡張部を拡張するステップを有する。同時回転エッジリング拡張部の対称軸は、実質的にサポートシリンダの対称軸と共線である。同時回転エッジリング拡張部の熱質量は、エッジリングの熱損失を減らす。本発明の利点は、ＲＴＰチャンバの処理領域内の反応ガスと放射からの、回転コンポーネントの実質的な隔離が、光学的、熱的、かつ機械的に達成される点である。より安定した、乱れの少ないガスの流れが達成される。冷却されたコンポーネントに対する熱損失は減少し、チャンバ壁及びウインドウの好ましくない粒子の形成が減少する。本発明の他の利点及び特徴は、図面及び請求項を含む、以下の説明から明らかになるであろう。図面の簡単な説明図１Ａは、ＲＴＰチャンバ内に使用される従来の支持及び回転システムの断面図である。図１Ｂは、図１Ａの回転システム内のガス流変動を示す概略図である。図２は、本発明の一実施例によるＲＴＰチャンバの断面図である。図３は、本発明に使用されるロータシステムの一部の分解斜視図であり、特に、本発明の一実施例によるバリア又は同時回転エッジリング拡張部を示す。図４は、当該システムの詳細を示す断面図である。図５は、図４の一部の拡大図である。図６は、図４の他の一部の拡大図であり、ガス流の方向を示す。詳細な説明本発明は、熱化学処理チャンバに使用されるバリアに関し、特に、１９９４年１２月１９日に出願され、「基板温度の測定方法及び装置」という発明の名称を有し本発明の譲受人に譲渡され本願に引用形式で組み込まれる米国特許出願第０８／３５９３０２号に開示されたＲＴＰ装置に使用されるバリアに関する。このバリアは、当該バリアの下方領域を上方領域から、少なくとも熱的、機械的、光学的に隔離する。ここで機械的隔離とは、物理的バリアに貢献するものを意味し、ガス粒子の経路を、一の領域から他の領域へと制限する。図２はディスク形、１２インチ（３００ｍｍ）径シリコン（Ｓｉ）基板１１７を処理するためのＲＴＰ処理チャンバ１００を示す。基板１１７はチャンバ１００の内部でローターシステム１１１上に取り付けられ、基板１１７のすぐ上に配置された加熱素子１１０によって加熱される。加熱素子１１０は、水冷クオーツウインドウアセンブリ１１４を通じて処理チャンバ１００に入り込めるる、放射１１２を生成する。ウインドウアセンブリは、基板の上方、約２５ｍｍに配置してもよい。基板１１７の下方にあるのは、概略円筒基体を有するセントラルアセンブリ（中央組立体）１５１上に取り付けられたリフレクタ１５３である。リフレクタ１５３は、アルミニウムで形成することが可能で、良好な反射面コーティング１２０を有する。（図６，図７及び図１０に示される）リフレクタカバー１５５は、リフレクタを保護するために使用してもよい。そのようなリフレクタカバーの詳細は、本願と同日に出願され、「クオーツリフレクタカバー」という発明の名称を有し、本発明の譲受人に譲渡され、本願に引用形式で組み込まれている米国出願に開示されている。基板１１７の下部１６５とリフレクタ１５３の上部には反射キャビティ１１８が形成され、基板の有効放射率を強化されている。基板１１７とリフレクタ１５３の間の離隔距離は、変えることができる。１２インチシリコンウエハの為に設計された処理システムにおいて、基板１１７とリフレクタ１５３の間の距離は、約３ｍｍから２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍから８ｍｍにすることができる。キャビティ１１８の幅−高さ比は、約２０：１より大きくすべきである。基板１１７の局部領域１０２での温度は、（図２には３個しか示されていないが）複数の温度プローブにより測定される。各温度プローブは、セントラルアセンブリ１５１の裏側からリフレクタ１５３の上部を通り抜ける導管１２４内に挿入されたサファイア製の光導体１２６を有する。サファイア製光導体１２６は直径が約０．０８０インチで、導管１２４は、これより僅かに大きく、光導体が容易に導管内に挿入できる。光導体１２６は、測定温度を示す信号を生成する、光ファイバ１２５を介してパイロメータ１２８に接続されている。この温度測定を達成する一つの方法は、「基板温度の測定方法及び装置」という発明の名称で、引用形式で本願に組み込まれる特許出願に開示されている。処理領域１６３は、概略的に基板１１７の上方に位置する。処理領域１６３及びチャンバの他の領域の一定範囲において、処理ガスが、ランプ１１０を介する基板１１７の温度制御と共に使用され、基板１１７上で化学反応が行われる。これらの反応には、酸化、窒化、膜形成などが含まれるが、これらに限定されるものではない。処理ガスは、通常、処理領域１６３の上部又は側部に配置されたガスプレナムやシャワーヘッドを介して処理領域１６３に導入される。図２において、これらのガスは、ガス入口１７７から入れられる。必要に応じて、処理ガスは、公知設計の真空引きシステム１７９により、チャンバから真空引き、又は排気される。基板１１７は、一般的に、大径のシリコンウエハである。他の材料のウエハも同様に使用可能である。上述したように、本願で説明された実施例は３００ｍｍウエハであるが、本発明は、２００ｍｍ、４５０ｍｍ、それ以上若しくはそれ以下のサイズのウエハを含む、あらゆるサイズのウエハに対する回転駆動装置を意図するものである。セントラルアセンブリ（中央組立体）１５１は、冷却されたガスや液体循環剤のような冷却剤が通過しこれによりリフレクタ１５３を冷却する冷却剤入口１８５（図５参照）によって供給されるチャンバを含む循環サーキットを含む。基板１１７は、サポートシリンダ１１５上に載置されたエッジリング１１９上に配置される。サポートシリンダ１１５は、ロータ１１３のような回転フレームに接続される。本発明の同時回転エッジリングエクステンション１２１は、エッジリング１１９から伸張する。同時回転エッジリングエクステンション１２１は、エッジリング１１９に不可欠なものとすることができる。エッジリング１１９、サポートシリンダ１１３、同時回転エッジリングエクステンション１２１、及びロータ１１３ロータシステム１１１の主要な要素である。エッジリング１１９の内部領域上に、基板１１７を支持するための棚(shelf) １３４がある。棚１３４は、エッジリング１１９の残部より低い、エッジリング１１９の内部円周の周辺領域である。この棚上において、エッジリング１１９は、基板の外辺部の周辺で基板と接触し、これにより外辺部まわりの小さい環状領域を除いて基板１１７の下側１６５の全部をさらしたままにする。部分的に基板１１７に隣接して配置されるエッジリング１１９は、反応性ガスが基板１１７上に材料を堆積する、その処理領域１６３への近接のために腐食にさらされている。エッジリング１１９は、このような腐食に耐性がある。エッジリング１１９は、サポートシリンダ１１５で光を通さないシールをつくるよう設計されている。エッジリング１１９は、外側の直径がサポートシリンダ１１５の外側直径より僅かに大きく、リップ１０９サポートシリンダ１１５上にフィットし光を通さないシールを形成する、円筒形状リップ又はスカート１０９を有する。むろん、スカート１０９は、他の種々の方法でサポートシリンダに接続することができる。エッジリング１１９がサポートシリンダ（支持シリンダ）１１５の半径より大である外側半径を有するので、サポートシリンダ１１５を越えて伸張する。このエッジリング１１９のサポートシリンダ１１５を越える環状伸張は、散乱光が反射キャビティ１１８に入ることを防ぐバッフルとして機能する。散乱光が反射キャビティ１１８に入る可能性をさらに低減するために、エッジリング１１９は加熱エレメント１１０（たとえば、シリコン）によって発生される放射線を吸収する材料でコーティングしてもよい。吸収は、少なくとも、たとえば、０．８から約１．１ミクロンの高温計の波長範囲内で起こるよう選択されなければならない。キャビティ１１８に入る散乱光の量をさらに低減するために、同時回転するエッジリングエクステンション１２１を以下に述べるよう使用してもよい。サポートシリンダ１１５は、たとえば、クオーツで造られ、高温計１２８の周波数範囲内、特に０．８から約１．１ミクロンの範囲内で不伝導性にするためシリコンでコーティングしてもよい。サポートシリンダ１１５上のＳｉコーティングは、高温計温度測定を汚染する外部発生源からの放射線を遮断するバッフルとして働く。ロータ１１３は、その上で回転力がロータシステム１１１を回転するよう働く要素である。たとえば、磁気浮揚システムをこの回転を実施するために使用することができる。磁場は、永久磁石（浮揚用）及び電磁石（制御用）を有するステータアセンブリ１２７によって発生した。ともに、同日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された、「Magnetically Levitated Rotor System for an RTP Chamb er」と題する米国特許出願中に記載されており、参考に本明細書に組み込まれる。ステータと磁石システムは、ステファンニコルズ他の「Integrated Magnetic Levitation and Rotation System」と題する米国特許出願番号第０８／５４８，６９２号(SatCon,Inc.に譲渡されている)において記載されているタイプのものでよく、この米国特許出願は参考としてこの明細書に組み入れられる。しかし、本発明は、このようなシステムに関して記載されている。本発明は、本明細書に組み入れられる他の出願や特許中に記載されているものを含み、回転フレームや回転ベアリングを有するあらゆる回転システムとともに使用することができる。たとえば、レースベアリングシステム(race and bearing system)は、本発明において使用することができるタイプの回転システムである。図３を参照すれば、サポートシリンダ１１５は第１フランジ１０４、第２フランジ１４３及び第３フランジ１０６を有する。厳密には要求されないが、第１フランジ１０４及び第２フランジ１４３は垂直方向において相殺(offset)されて、サポートシリンダ１１５が狭い一部の断面を維持することができる。各フランジは、以下に詳細に述べるが、第１フランジ１０４は同時回転リングエクステンション１２１を支持し、第２フランジはリフレクタ側壁１２２（たとえば、図５〜６中に示す）に向かって伸張し、これら二つの間に最小限の隙間を許容し、第３フランジ１０６はサポートシリンダ１１５をロータ１１３に不ぶっｂてきに載置するために使用される。上述した全体のシステムは、図４中の断面図で示す。図５の拡大した断面図を参照すると、循環サーキット及びチャンバ１４６は、薄い壁１２９、ステータアセンブリ１２７及びロータ１１３から熱を引き出す。特に、熱は、チャンバへの放射によってこれらの要素から除去される。このことは、ロータ１１３が浮揚するので、通常の方法で冷却することが困難であるため、ロータ１１３に関して特に重要である。パージガスは、以下に記述するように、ロータ１１３からチャンバ１４６への熱の伝導を促進するために供給される。支持シリンダ１１５の第３フランジ１０６は、複数の柔軟位置決めピン（フレキシブルな配置ピン）１２３と摩擦係合している。これらの位置決めピンは、回転子１１３の上部周縁面１１３ａ内の複数の穴に摩擦装着されている。位置決めピン（ロケータピン、配置ピン）１２３は、例えばテフロン（Teflon：ＰＴＦＥ）やヴェスペル（Vespel）から製造することができる。使用可能と分かった一つの設計では、４個の位置決めピン１２３を使用する。各位置決めピン１２３は、ピンを取り囲む一つの位置決めピンＯリング１０５を、一般にその最も狭い位置に有している。Ｏリング１０５は、過度に大きなゆかみに対抗するように位置決めピン１２３を強化および補強する。各位置決めピン１２３は、ピンプラグ１５９によって固定される。ここで、等しい数のピンプラグが、回転子１１３の上部周縁面１１３ａのまわりにほぼ等間隔に配置される。ピンプラグ１５９は、回転子１１３の上面内の対応する穴へ非ねじ式で摩擦挿着される。第３フランジ１０６と位置決めピン１２３との係合によって、支持シリンダ１１５は、しっかりとであるが柔軟に回転子１１３上に支持される。面１１３ａ内の複数の穴２０４は、支持シリンダ１１５の半径よりも全体的に大きな半径を有する円を形成する。回転子１１３の回転は、結果として、支持シリンダ１１５の対応する回転を引き起こす。位置決めピン１２３を用いた第３フランジ１０６の摩擦装着は、回転子１１３が動作速度まで達せられるにつれて支持シリンダ１１５が位置決めピン１２３上で滑ったり飛び跳ねたりしないように十分にしっかりしている。位置決めピン１２３の使用により、支持シリンダ１１５は処理中に偏心回転しなくなる。前述のように、回転子１１３は処理中に加熱される。このため、回転子は膨張し、その直径が増加する。柔軟な位置決めピン１２３は、この膨張を許容する。図６を参照し、本発明の一実施形態に係る同時回転エッジリング延長部（共回転エッジリング延長部）１２１を特に説明する。第１フランジ１０４は、同時回転エッジリング延長部１２１用の支持体として使用される。同時回転エッジリング延長部１２１は、ほぼ円錐台形状を有しており、第１フランジ１０４からチャンバ１００の側面へ向かって径方向外向きに延びている。特に、第１フランジ１０４は、同時回転エッジリング延長部１２１が載置される一体縁部１０４ａを有している。同時回転エッジリング延長部１２１は、エッジリング１１９および回転子（ロータ）１１３の対称軸と実質的に一直線上の対称軸を有していてもよい。同時回転エッジリング延長部１２１の表面１２１ａは、その対称軸と所定の角度をなしている。この角度は、約０°〜約３０°の範囲内とすることができ、特に１１° とすることができる。同時回転エッジリング延長部１２１の第１フランジ１０４への摩擦装着により、同時回転エッジリング延長部１２１が飛び跳ねたり滑ったりすることなく支持シリンダ１１５と共に回転するようになる。同時回転エッジリング延長部１２１の一つの特徴は、チャンバ１００の壁上における望ましくない堆積物の蓄積の防止に関連する。同時回転エッジリング延長部１２１は、ほとんどチャンバ１００の壁まで延在しうるので、大きな熱質量（ thermal mass）を有することができる。一般に、チャンバ１００の壁から一定の距離を有する同時回転エッジリング延長部１２１では、大きなθは、大きな熱質量を意味する。更に、同時回転エッジリング延長部１２１の厚さが大きいほど、熱質量は大きい。同時回転エッジリング延長部１２１は、例えば水冷ステンレス鋼軸受カバー１６１などの部品上への堆積を防止する。この軸受カバーは、その下方に位置する部品、例えば薄壁１２９を腐食から防護する。同時回転エッジリング延長部１２１の付近に来たり、同時回転エッジリング延長部１２１に接触することがある熱いプロセスガスのために、上記の堆積が代わりに同時回転エッジリング延長部１２１上で生じる可能性がある。大きな熱質量、クオーツによる赤外エネルギの貧弱な吸収、および同時回転エッジリング延長部１２１が軸受カバー１６１（水冷されている）に近接していることに起因して、熱いプロセスガスは、同時回転エッジリング延長部１２１に近づいたり接触するにつれて冷える傾向を持つことができる。（ほとんどのガス堆積化学作用には高温が必要なため）冷たいガスはチャンバ１００の壁に堆積する可能性か低いので、同時回転エッジリング延長部１２１は、チャンバ壁上での堆積物の蓄積を抑え、チャンバ１００を清浄に保つ傾向を持つ。堆積を防止する別の方法は、熱いプロセスガスを冷却することによる。図６は、矢印２００によって示される全体ガス流路を示している。熱いプロセスガスは基板１１７および同時回転エッジリング延長部１２１に沿って粘りを帯びて引っ張られるので、これらの表面と接触することにより冷却される。例えば、約１１００℃という通常のプロセス温度では、位置２０１で示される位置のガスの温度は約１１００℃となりうる。エッジリング１１９の周辺における位置２０２では、ガスを約１０００℃に冷却することができる。ガスが同時回転エッジリング延長部１２１に向かい、延長部１２１上を流れるにつれて、ガスはより一層冷却される。例えば、位置２０３では、ガスを約３００℃まで冷却することができる。この温度は、チャンバ壁への堆積に必要な温度を十分に下回っている。同時回転エッジリング延長部１２１は、軸受カバー１６１を覆うように広がっている。同時回転エッジリング延長部１２１とその下方に位置する軸受カバー１６１との間隙は小さく、約０．０３０〜０．１２０インチの範囲内にすることができる。このため、軸受カバー１６１が同時回転エッジリング延長部１２１によって覆われていることから、軸受カバー１６１が受ける放射１１２が少なくなる。軸受カバー１６１が冷たい温度に維持されるので、その結果、軸受カバー１６１は、その内部、表面、又は付近に存在しうる汚染物質の拡散や脱ガスをあまり受けなくなる。同時回転エッジリング延長部１２１と軸受カバー１６１との間のクリアランスが制限されていることによって、処理領域１６３から下方に位置するシリンダ１１５および回転子１１３の下部付近の領域に至るプロセスガス、熱および放射の量が、実質的に減衰される。同時回転エッジリング延長部１２１は、クオーツまたは他の材料、例えば、グラファイト、シリコンカーバイド、セラミック等から形成されていてもよい。このような材料の構同時回転エッジリング延長部１２１を成することにより、それは、ランプの輻射エネルギーの大量を吸収しなくて済む。このような吸収は同時回転エッジリング延長部１２１を加熱し、それは、その下にあるベアリングカバー１６１の加熱を引き起こすのみならず、その表面からの熱反応性化学種が蒸発してプロセス領域１６３にバックすることを増大させるであろう。加熱サイクルの間、同時回転エッジリング延長部１２１は、プロセッシングパラメータにより、定常状態温度に到達する傾向がある。同時回転エッジリング延長部１２１は、この定常状態温度において、例えば、基板１１７およびエッジリング１１９からの望ましくない加熱ロスを低減する。特に、基板１１７およびエッジリング１１９は、水冷リフレクタ１５３およびベアリングカバー１６１に対して、熱をロスする可能性がある。同時回転エッジリング延長部１２１の熱質量は、このようなロスを低減する。もちろん、プロセスの要請により、ランプにより同時回転エッジリング延長部１２１を加熱させるようにする事は望ましい。例えば、壁上への堆積が殆どないし全く生じない、および同時回転エッジリング延長部１２１上では堆積が積極的に防止されている、短い成長プロセスにおいては、このような加熱は望ましい。この場合、同時回転エッジリング延長部１２１は、例えばグラファイトから形成されていることができる。同時回転エッジリング延長部１２１は、連続的に組み立てステップ中を流れるプロセスガスからの堆積を低減する。特に、同時回転エッジリング延長部１２１は、基板１１７の中心からチャンバ１００の外側壁へのスムーズなガス流路を許容するが、これは、それが基板１１７とともに、および同じ速度でスピン（ないし同時回転）するからである。このようにして、ガス流れ中の多方向渦が回避され、単一流れ渦によって置換されるが、これは、渦中のホットプロセスガスが、それらのシステムからの排気前に、非回転コンポーネントの最小限に衝突するからである。スムーズなガス流れを確保することは、少なくとも３つの利点を有する。第一に、それは、基板１１７上のより均一な堆積に帰着する。第二に、それは、時々、多方向渦の発生に伴って生ずるチャンバ１００中の汚染粒子の生成を低減する傾向を有する。理想的堆積温度の、あるいはそれに近い温度に維持されたガスが、「気相核形成」を経験し、そこでは、小さな粒子が「基板」のように作用して、材料がその上に堆積するとともに、より大きく成長するために、この粒子発生が起こる。他の特徴において、同時回転エッジリング延長部１２１は、アウトオブラウンド歪みを防止するために、ある程度の剛性（stiffness）を支持シリンダ１１５に与える。特に、上述したように、支持シリンダ１１５は、第一に、薄いクオーツ材料から構成されることができ、有害なプロセス条件および高回転速度に晒されることができる。支持シリンダ１１５の歪みを避けるためには、高められた強度および剛性を有する同様のものを与えることが有利である。同時回転エッジリング延長部１２１は、この重要な強度の程度を与えることを助ける。同時回転エッジリング延長部１２１の他の特徴において、薄壁１２９近くのロータウェル１１６の容量から出現する粒子およびガス発生（アウトガス）が低減できることである。これらの粒子およびガスは、もしプロセス中で基板１１７に接触を許されたならば、基板１１７に有害な影響を与える。同時回転エッジリング延長部１２１は、このような粒子およびガスに、プロセス領域１６３に到達するための、より遠い回り道を行くようにさせる。このようにして、より少ない数のこのような粒子が、プロセス領域１６３に出現する。このような粒子が出現する程度まで、それらは排気ガスポート１８３により迅速に掃除され、ポンプシステム１７９により除去される。特に、ロータウェル１１６から出現する如何なる粒子も、排気ガスポート１８３の近くでそうなり、したがってそれらは容易に掃除により除去される。図４〜５に示したように、パージガス入口ないしインジェクタ１４７を通して、パージガスがキャビティ１１８に導入されることができる。パージガス入口１４７は、ガス源（図示しない）に接続されている。このパージガスシステムに関する更なる詳細は、ディートン等への「化学的蒸気プロセス中の基板へのバックサイドをパージするための装置および方法」と題した、これと同等の日（evenda te）に出願され、本出願の譲受人に譲渡され、レファレンスにより包含された米国特許出願中に見出すことができる。パージガスは、キャビティ１１８に導入されることができる。図６を参照して、パージガス流路は、第１のガス流路の矢印１７５により示される。このパージガスは、レフレクタ側壁１２２と、支持シリンダ１１５との間を、下方に向かって流れる。パージガスは、次いで、中央アセンブリ１５１およびロータ１１３の方へ向かって下方に流れる。パージガスは、次いで、ロータ１１３、および上方隣接（up adjacent）薄壁１２９のまわりに流れる。該ガスは、次いで、ベアリングカバー１６１と同時回転エッジリング延長部１２１との間を流れる。このようにして、該ガスは、同時回転エッジリング延長部１２１に沿って粘性的に押出される。同時回転エッジリング延長部１２１の高速回転速度は、この効果を助長する。パージガスは、次いで、ガス排気ポート１８３に入り、ポンプシステム１７９によって除去される。例えば、エッジリングにおける欠陥に起因して、パージガスがキャビティ１１８からプロセス領域１６３にリークする場合においては、これらのガスも、同時回転エッジリング延長部１２１に沿って押出され、除去される。このパージガスは、堆積が基板１１７の裏面１６５上で生じないように、連続的な背圧（back pressure）を維持することを保証する。適切な背圧は、この圧力はプロセスによって変動するが、約１００ミリトルである。本発明を「好ましい態様」について記述して来た。本発明は、しかしながら、描かれ記載された態様に限定されない。むしろ、該発明の範囲は、付随するクレームによって定義される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者バランス，デイヴィッド，エス. アメリカ合衆国カリフォルニア州クパティノエレンダドライヴ 20862 (72)発明者ハース，ブライアンアメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼジョセフレーン 5363 (72)発明者デトン，ポールアメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼヴェニスウェイ 4471 (72)発明者ティーツ，ジェイムズ，ヴィ. アメリカ合衆国カリフォルニア州フリーモントレイノルズドライヴ 36712

Claims

【特許請求の範囲】１．処理チャンバにおいて回転フレームを遮断する装置であって、回転可能な状態で前記回転フレームから延びる支持シリンダと、前記支持シリンダから延びる同時回転エッジリングであって、前記同時回転エッジリング延長部の上方領域は、前記同時回転エッジリングの延長部の下方領域から、熱、光、あるいは機械的の少なくともいずれか１つについて遮断される、前記同時回転リングとを備える装置。２．前記支持シリンダ及び前記同時回転エッジリング延長部が、クオーツ製である請求項１に記載の装置。３．前記同時回転エッジリング延長部が、前記支持シリンダの第１の外周フランジから延びる請求項１に記載の装置。４．前記同時回転エッジリング延長部が、摩擦によるはめあいにより前記第１の外周フランジに係合する請求項３に記載の装置。５．前記支持シリンダが更に、第２の外周フランジを備え、前記外周フランジの上方領域は、前記外周フランジの下方領域から、熱、光、あるいは機械的の少なくともいずれか１つについて遮断される請求項１に記載の装置。６．前記支持シリンダが更に、前記ロータに係合する第３の外周フランジを備え、前記第３の外周フランジは、複数の配置ピンにより摩擦で前記ロータに係合する請求項１に記載の装置。７．前記配置ピンが、摩擦により前記ロータにはめあわされる請求項６に記載の装置。８．処理チャンバの回転フレームの上方の第１の領域を第２の領域から遮断する装置であって、回転可能な状態で前記回転フレームから延びる支持シリンダと、前記支持シリンダから延びて、前記第１の領域と前記第２の領域の間のガスの流れを制限するガスバリアを形成する、同時回転エッジリングとを備える装置。９．半導体処理チャンバの一部をほぼ遮断するための装置であって、回転フレームと、前記回転フレームから遠方へ延び、前記回転フレームの対称軸とほぼ同一延長線上となる対称軸を有する、同時回転エッジリング延長部とを備え、前記同時回転エッジリング延長部の形状が円錐状であり、その表面が、前記同時回転エッジリング延長部の前記対称軸と所定の角をなす装置。１０．前記同時回転エッジリング延長部が、錐台状の断面を有する請求項９に記載の装置。１１．前記回転フレームと前記同時回転エッジリング延長部との間に配置される支持シリンダを更に備え、前記同時回転エッジリング延長部が前記支持シリンダから延びる請求項９に記載の装置。１２．基板を支持するためのエッジリングを更に備え、前記エッジリングは前記支持シリンダに接続される請求項１１に記載の装置。１３．前記同時回転エッジリング延長部が、ほぼ前記半導体処理チャンバの壁まで延びる請求項９に記載の装置。１４．回転する基板の上方に処理領域を有する半導体処理チャンバであって、ハウジングに取り付けられる回転フレームと、回転可能な状態で前記回転フレームにつなげられる支持シリンダと、前記支持シリンダの前記回転フレームにつながった方とは反対側の端から延びて、基板を支持するような構成が与えられる、エッジリングと、前記回転フレームを回転させるための回転手段と、前記エッジリングから遠方へ延び、前記エッジリングの対称軸とほぼ同一延長線上となる対称軸を有する、同時回転エッジリング延長部と、を備え、前記同時回転エッジリング延長部の下方の領域を、前記同時回転エッジリングの延長部の上方の領域から、熱、光、あるいは機械的の少なくともいずれか１つについて遮断するように、前記同時回転エッジリング延長部は、その構成及び配置が与えられる装置。１５．前記同時回転エッジリング延長部が、錐台状の断面を有する請求項１４に記載の装置。１６．前記支持シリンダ及び前記同時回転エッジリング延長部が、クオーツ製である請求項１４に記載の装置。１７．半導体処理チャンバの一部分を処理中に他からほぼ遮断するための方法であって、回転フレームを与え、支持シリンダを前記回転フレームと共に回転するように前記回転フレームにつなげ、前記支持シリンダの前記回転フレームがつながっている方とは反対の端に、基板を支持できるようにエッジリングをつなげ、同時回転エッジリング延長部を前記支持シリンダから延ばし、その際、前記同時回転エッジリング延長部の対称軸が前記支持シリンダの対称軸のほぼ同一延長線上にあるようにされる方法。１８．更に、前記支持シリンダにより一部分が画されるキャビティの中にパージガスを流す請求項１７に記載の方法。１９．更に、前記チャンバ内にプロセスガスを流入し、前記基板を加熱する請求項１７に記載の方法。２０．半導体処理チャンバ内でのガスの渦巻きが多数発生することを低減するための方法であって、ハウジング内に取り付けられる回転フレームを与え、支持シリンダを前記回転フレームと共に回転するように前記回転フレームにつなげ、前記支持シリンダの前記回転フレームがつながっている方とは反対の端に、基板を支持できるようにエッジリングをつなげ、同時回転エッジリング延長部を前記支持シリンダから延ばし、その際、前記同時回転エッジリング延長部の対称軸が前記支持シリンダの対称軸のほぼ同一延長線上にあるようにし、前記チャンバ内のいずれかのプロセスガスの一部が、前記基板の表面から前記同時回転エッジリング延長部の表面に至り、これにほぼ沿って流れる方法。２１．半導体プロセスチャンバの壁へのプロセスガスの堆積を減らすよう、半導体プロセスチャンバ内の温度を下げるための方法であって、ハウジング内に取り付けられた回転フレームを与え、支持シリンダを前記回転フレームと共に回転するように前記回転フレームにつなげ、前記支持シリンダの前記回転フレームがつながっている方とは反対の端に、基板を支持できるようにエッジリングをつなげ、同時回転エッジリング延長部を前記支持シリンダから延ばし、その際、前記同時回転エッジリング延長部の対称軸が前記支持シリンダの対称軸のほぼ同一延長線上にあるようにし、その際、前記チャンバ内のプロセスガスの一部が、前記基板の表面から前記同時回転エッジリング延長部の表面に至り、これにほぼ沿って流れ、前記同時回転エッジリング延長部と接触することにより、該プロセスガスの温度が下げられる方法。２２．半導体処理チャンバのエッジリングへの熱損失を低減するための方法であって、ハウジング内に取り付けられた回転フレームを与え、支持シリンダを前記回転フレームと共に回転するように前記回転フレームにつなげ、前記支持シリンダの前記回転フレームがつながっている方とは反対の端に、基板を支持できるようにエッジリングをつなげ、同時回転エッジリング延長部を前記支持シリンダから延ばし、その際、前記同時回転エッジリング延長部の対称軸が前記支持シリンダの対称軸のほぼ同一延長線上にあるようにし、その際、前記同時回転エッジリング延長部の熱質量が、前記エッジリングの熱損失を低減する方法。