JP2001508599A - ウェハ支持システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 上部および下部セクションならびにその中のガス流路を有する区分化サセプタ（６０２）から成るウェハ支持システム。サセプタの上部セクション（６０８）に形成された凹所（６０４）から突起する複数のスペーサまたは単一のスペーサ（６１５）が、凹所に対して間隔をあけた関係として配置されたウェハ（６４８）を支持する。区分化サセプタの底部（６１８）に掃引ガスが導入され、ガス流路内を移動して、凹所内および間隔をおいて配置されたウェハの下の少なくとも１つの円形配列された出口から排出する。掃引ガスはサセプタとウェハの間を半径方向に外向きに移動し、ウェハの裏面の汚染を防止する。ガスは中空駆動軸内を通り、サセプタの下のマルチアームサセプタ支持体に遅れられる。支持アームは掃引ガスを駆動軸から区分化サセプタのガス通路内に伝える。ガス通路は、掃引ガスをウェハの下に送出する前に加熱するように構成される。掃引ガスの一部をスペーサの周囲の領域に送出し、スペーサの周囲に保護パージガスの連続した流れを生じるために、短いパージチャネルを設けることができる。様々な大きさのウェハを支持するために、共通の下部セクションが複数の様々な上部セクションと協働して、区分化サセプタを形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ウェハ支持システム 発明の属する分野 本発明は、半導体反応室におけるウェハ用支持体に関し、さらに詳しくは、化 学気相成長室内でサセプタ上にウェハを支持するためのシステムに関する。 発明の背景 電子産業用の集積回路を形成する元になる半導体ウェハを処理するために、高 温反応炉またはリアクタが使用される。一般的にシリコンで作られる円形ウェハ または基板は、サセプタと呼ばれるウェハ支持体に載置される。ウェハおよびサ セプタは両方とも石英反応管に閉囲され、石英反応管の周囲に配置された複数の 放射ランプによって頻繁に、例えば６００℃（１１１２°Ｆ）或いはそれ以上の 高温に加熱される。加熱されたウェハ上に反応ガスが通され、ウェハ上に反応物 質の薄層の化学気相成長（ＣＶＤ）を引き起こす。他の装置におけるその後の工 程を通して、数十か ら数千個の集積回路から製造される単一の層を伴い、ウェハの大きさおよび回路 の複雑さに依存して、これらの層が集積回路に形成される。 堆積される層が下にあるシリコンウェハと同一の結晶学的構造を持つ場合、そ れはエピタキシャル層と呼ばれる。これは１つの結晶構造しか持たないので、し ばしば単結晶層とも称される。 結果的に得られる半導体の高品質を確実にするためには、様々なＣＶＤプロセ スパラメータを注意深く制御しなければならない。１つのそうした重要なパラメ ータが、処理中のウェハの温度である。堆積ガスは特定の温度で反応し、ウェハ 上に堆積する。温度がウェハの表面全体で大きく異なると、反応ガスの不均等な 堆積が発生する。 特定のバッチ処理装置（即ち、一度に１つ以上のウェハを処理するＣＶＤリア クタ）では、ウェハは、ウェハの温度が均一に維持されるのを助けるために、グ ラファイトまたは他の熱吸収物質で作られた比較的大質量のサセプタに載置され る。本文中の「大質量」サセプタとは、ウェハに対して大きい熱質量を持つサセ プタである。質量は、密度に容積を乗じたものに等しい。熱質量は、質量に比熱 容量を乗じたものである。 大容量サセプタの一例が、ＭｃＮｅｉｌｌｙに発行され た米国特許第４，４９６，６０９号に示されている。これは、ウェハを比較的大 容量のスラブ状サセプタ上に直接載置し、且つ密接な接触状態に維持してそれら の間の熱の伝達を可能にするＣＶＤプロセスを開示している。グラファイトのサ セプタはおそらく、熱をウェハに伝達してその温度を均一かつ比較的一定に維持 する熱的「はずみ車」として作動する。目的は、サセプタの「はずみ車」効果が 無ければ発生する、ウェハの周囲の過渡的温度変化を減少することである。 近年、同時にウェハをバッチ処理するのとは対照的なその高い精度をはじめと する様々な理由から、大径ウェハの枚葉式処理が発達してきた。枚葉式処理はそ れだけでバッチ処理より有利であるが、プロセスパラメータおよびスループット の制御が重要であることは変わらない。ウェハが大質量スラブ状サセプタと密接 に接触した状態に支持されるシステムでは、加熱および冷却サイクル中に均等な サセプタ温度を維持する必要性があるために、温度を変化することができる速度 が制限された。例えば、サセプタ全体の温度の均等性を維持するためには、サセ プタの周縁部へのパワー入力は、縁効果のために、中心部へのパワー入力より著 しく大きくしなければならなかった。 高品質ＣＶＤ薄膜を得ようと試みる際に直面する別の重 要な問題は、微粒子汚染である。金属およびその他の導体のＣＶＤにおける微粒 子の１つの厄介な発生源は、特定の条件下でウェハの裏面に形成される薄膜であ る。例えば、堆積中にウェハの裏面が保護されていなければ、または適切に保護 されていなければ、そこにＣＶＤ材料の部分的被膜が形成される。この部分的被 膜は材料の種類によってははがれやすく簡単に剥離し、堆積中およびその後の処 理段階中に成長室内に微粒子を導入する。処理中にウェハの裏面を保護する一例 が、ｖａｎ ｄｅ Ｖｅｎらの米国特許第５，２３８，４９９号に挙げられてい る。この特許では、不活性ガスが支持プラテンの周辺部の円形溝を通して導入さ れる。Ｆｏｓｔｅｒらの米国特許第５，３５６，４７６号には、反応ガスが下降 してウェハの外周とウェハ支持リップとの間の間隙内へ流動するのを防止するた めに、ウェハの外周にヘリウムまたは水素を導入するための複数の導管を含む半 導体ウェハ処理装置が示されている。しかし、上述の装置は、上述の有害な高熱 容量を特徴とする比較的大きいウェハ支持プラテンという特色が共通している。 現在、ウェハ表面全体の温度の均等性を確保する一方で、改善されたウェハ支 持システムが必要である。 発明の概要 本発明は、ウェハをサセプタから間隔をあけて支持するとともに前記２つの要 素間の伝導熱伝達を効果的に分断するサセプタを実現する。ウェハはサセプタの 好ましくは上面における凹所内の１つ以上のスペーサ上に支持され、ウェハの上 面はサセプタの外棚とほぼ同じ高さであることが好ましい。１つの構成ではスペ ーサピンを利用し、別の構成では単一スペーサリングを使用する。サセプタは、 複数の小さい掃引ガス穴位置で凹所内に開口している複数の内部通路を含むこと が好ましい。掃引ガスはサセプタ内を通って穴の外へ流れ、ウェハの裏面を堆積 ガスおよび微粒子汚染から保護する。掃引ガスは、サセプタ内を流れるときに、 ウェハの局所的冷却やスリップ発生可能領域を生じないように加熱される。 一実施形態で、サセプタは上下嵌め合いセクションによって形成され、内部通 路は２つのセクションの並置される表面の一方における溝によって形成される。 マルチアーム部材でサセプタを支持しかつ回転することが望ましく、前記部材は 放射エネルギを実質的に透過することが好ましい。支持部材のアームは中空であ り、内部通路に連絡しているサセプタの下面の孔に掃引ガスを送り込むことが好 ましい。掃引ガスの一部は、サセプタのスペーサピン近接位置から 流出して、その周囲を常時掃引ガスで保護するように送り込むことができる。 本発明の別の態様では、上述のスペーサリングがウェハの周辺部の下に配置さ れ、ウェハの下からの掃引ガス出口の大きさを縮小して堆積ガスがウェハの裏面 に流動するのを妨害するように機能する。リングは、１つの形態ではウェハを支 持するように構成される。リングおよびサセプタは、掃引ガスの出口通路を形成 するように構成することが好ましい。別の実施形態では、リングがウェハからわ ずかに間隔をあけて配置され、掃引ガスのための細い環状出口を提供し、ウェハ はピンによって支持される。 １つの態様で、本発明は、処理するウェハを支持するために高温反応室内に配 置されるサセプタを提供する。サセプタは、薄く実質的に円板状の下部セクショ ンと、前記下部セクションの上面と係合する下面を有する薄く実質的に円板状の 上部セクションとを含む。前記セクションの一方は外径が他方のセクションのそ れより大きく、大きい方のセクションは凹所を有し、その中に他方のセクション が配置される。両セクションの表面を係合することによって、１つ以上のガスチ ャネルが画定される。サセプタは下部セクション内に、その下面および前記チャ ネルに通じる１つ以上のガス入口を含む。上部セクション内の１つ以上のガ ス出口は、上部セクションの上面において処理対象ウェハが配置される領域の下 部に通じる。上部セクションの下面に、係合凹所を形成することが好ましい。１ つの形態として、チャネルは下部セクションの上面の溝によって形成され、前記 溝は上部セクションの下面によって閉じられる。前記入口のうち各々前記チャネ ルに通じるものが３つあることが好ましく、チャネルは相互接続されて全体を通 してガスが流れることができる。 別の態様では、本発明は、処理ガスを成長室内に注入するための処理ガス入口 を有する蒸着室を含む、半導体ウェハの化学気相蒸着用装置を提供する。成長室 に単一サセプタを設ける。サセプタの支持体は、サセプタの軸の下に配置された 中心主軸と、主軸から半径方向および上向きに伸長する複数の支持アームとを含 み、アームは下面を係合してサセプタを支持するように適応された上端を有する 。アームの１つ以上は管状であり、かつサセプタ内の入口と位置合せされている ので、ガスが管状アームを通して入口にまで伝導することができる。 本発明はまた、反応室内で半導体ウェハを支持し、かつウェハの下にガス流を 伝導する方法をも提供する。この方法は、サセプタの上面から上向きに突出する 複数のスペーサ上にウェハを配置して、ウェハを支持すると共にウェハ とサセプタの上面との間に間隙を形成する段階を含む。サセプタは、サセプタの 下面に係合する上端を有する複数のアーム上に支持される。ガスは１つ以上のア ーム内を通って、前記間隙に開口したサセプタの通路内に流れる。ガスは、ウェ ハの周辺部を超えて外側に向かって流動することができる。スペーサはサセプタ の孔内に配置することが望ましく、ガスの一部はアームからサセプタ通路を通っ て、スペーサの周囲の孔を介して間隙内に流れる。 本発明の別の態様では、半導体処理環境でウェハを支持するための装置は、下 部セクションと、各々が前記下部セクションと同心上に位置合せするように適応 された複数の円板状上部セクションとを含む。上部セクションは各々、他の上部 セクションとは異なる大きさの浅いウェハ凹所を持ち、処理するウェハの大きさ によって上部セクションを選択することができる。装置は、１００ｍｍを超える 直径を持つウェハを処理するための上部セクションを少なくとも２つ含むことが 好ましい。 本発明の好適な形態では、回転可能なサセプタが反応室内に概して水平に配置 され、単一ウェハをサセプタから間隔をあけて支持するために、１つ以上のスペ ーサがサセプタ上に伸長する。温度補償リングはサセプタを包囲するが、サセプ タからわずかに間隔をあけて配置され、概して矩形 の外形を有する。反応室は、堆積ガスおよびキャリヤガスをウェハの上面全体に わたって流すために、少なくとも１つの処理ガス入口および少なくとも１つのガ ス出口を備え、かつ反応室は、ウェハおよび矩形リングを横切って流れるガス流 に対し概して垂直方向に概して矩形の断面を有する。反応室の入口部分は垂直方 向に短く、サセプタおよびリングは、リングおよびサセプタの上面を入口部分の 下方壁とほぼ同じ高さにして、入口部分に隣接して配置される。リングおよびサ セプタは、スペーサ上に搭載されたウェハと一緒に、上部および下部熱源によっ て非常に均等に加熱される。この配置により、被加熱リングおよびウェハの両方 に蒸着が行われるので、ガスは反応室の幅全体にわたり概して均等な流量を持つ 。その結果、キャリヤガスの流量が、通常はウェハの中心部では処理ガス流量を 上げ、かつウェハの縁部では処理ガス流量を下げる必要のある円形サセプタおよ び円形温度補償リングで必要とされる流量より低下し、有利である。キャリアガ スの流量の低下は、サセプタから間隔をあけて配置された熱的に敏感なウェハに 対する冷却効果を低下するので、特に望ましい。また、上部および下部熱源が矩 形のリングの外面の形状と一致する概して矩形の熱パターンを持つので、熱が主 としてリングの外面によって画定される領域に向けられることも望ましい。 本発明の別の態様では、システムは、ウェハの処理中に、急速な均等加熱を促 進するように、上部および下部熱源の凹所によって提供される加熱率を変化させ る能力を装備する。 ウェハはもはやサセプタと接触しないので、サセプタが加熱および冷却中に温 度の不均等性を経験する場合でも、ウェハの温度は均等に維持することができる 。この方法により、加熱および冷却時間はおそらく削減することができる。それ により処理スループットが、希望通りに増加する。本発明の別の態様は、ヘイズ の発生やウェハの下面に対する他の望ましくない効果をもたらすことなく、ウェ ハを処理することが可能である。ウェハがサセプタと接触することを止め、その 下面をガス、例えば水素で包むことによって達成されるこの改善は、両面研磨ウ ェハを処理する場合に特に重要である。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に係る改善されたウェハ支持システムを組み込んだ反応室の２ つの横軸のうち長い方に沿った断面図である。 図２は、本発明に係るウェハ支持システムの一実施形態 の断面図である。 図２ａは、ピンの形状のウェハスペーサの一実施形態の詳細図である。 図２ｂは、球体の形状の代替ウェハスペーサの詳細図である。 図２ｃは、代替ウェハスペーサ構成の図である。 図３は、図２に示したウェハ支持システムの分解図である。 図４は、図２の線４−４におけるウェハ支持システムの区分化サセプタの上部 セクションの平面図である。 図５は、図３の線５−５における区分化サセプタの下部セクションの平面図で ある。 図６は、本発明に係るウェハ支持システムで使用されるサセプタ支持体の図３ の線６−６における平面図である。 図７は、本発明に係る別のウェハ支持システムの断面図である。 図８は、図７のウェハ支持システムで使用される区分化サセプタの線８−８に おける平面図である。 図９は、同心円の周囲に分布されたガス出口を有する区分化サセプタの代替上 部セクションの平面図である。 図１０は、同心円に配列された複数のガス供給溝を有する区分化サセプタの代 替下部セクションの平面図である。 図１１は、本発明に係る好適なウェハ支持システムの平面図である。 図１２は、図１１のウェハ支持システムで使用される区分化サセプタの上部セ クションの第１実施形態の平面図である。 図１３は、図１１のウェハ支持システムの区分化サセプタの下部セクションの 平面図である。 図１４は、図１１の線１４−１４における区分化サセプタ内の捕獲されたウェ ハスペーサおよびパージチャネルの断面図である 図１５は、図１１のウェハ支持システムで使用される区分化サセプタの上部セ クション第２実施形態の平面図である。 図１６は、図１１のウェハ支持システムで使用される区分化サセプタの上部セ クションの第３実施形態の平面図である。 図１７は、図１１のウェハ支持システムで使用される区分化サセプタの上部セ クションの第４実施形態の平面図である。 図１８は、本発明に係るウェハ支持システムを組み込んだ反応室の別の実施形 態の断面図である。 図１９は、図１８の反応室の平面図である。 図２０は、堆積サイクル中のランプの電力比の変化を示すグラフである。 図２１は、区分化サセプタの別の実施形態の上部セクションの平面図である。 図２１Ｂは、図２１Ａに示した上部セクションと嵌合するサセプタの下部セク ションの平面図であり、上部セクションの一部分が示されている。 図２１Ｃは、組み立てられてウェハを支持している図２１Ａおよび図２１Ｂの セグメントの断面図である。 図２１Ｄは、周縁部に切欠きを有するウェハに対する支持ピンの位置をより明 確に図示する、図２１Ｃのアセンブリの一縁部の拡大断面図である。 図２１Ｅは、図２１Ｄに類似した図であるが、エッジアラインメントフラット を有するウェハを示している。 図２２Ａは、両者の関係を図解するために上部セクションの一部が上に重ね合 わされた、別の区分化サセプタ設計の下部セクションの平面図を示す。 図２２Ｂは、組み立てられてウェハを支持している図２２Ａの上部および下部 セクションの一部分の拡大断面図である。 図２３は、ウェハ支持リングが上部セクションに取り付けられた別のサセプタ の上部セクションの平面図であり、 下部セクションの一部分が示されている。 図２３Ｂは、図２３Ａのウェハ支持リングとウェハとの関係を示す拡大断面図 である。 図２３Ｃは、図２３Ａおよび図２３Ｂの支持リングの掃引ガス通路の断面を示 す拡大部分図である。 図２４は、スペーサまたはブロッカリングの別の実施形態の平面図である。 図２５は、図２４の線２５−２５における図である。 図２５Ａは、図２５の線２５Ａ−２５Ａにおける部分図であり、サセプタおよ びウェハを破線で示す。 図２５Ｂは、図２５の線２５Ｂ−２５Ｂにおける図である。 図２５Ｃは、図２５の線２５Ｃ−２５Ｃにおける図である。 図２６は、ブロッカリングの別の実施形態の平面図である。 図２７は、図２６の線２７−２７における図である。 図２７Ａは、図２７の線２７Ａ−２７Ａにおける部分図であり、サセプタおよ びウェハを破線で示す。 図２７Ｂは、図２７の線２７Ｂ−２７Ｂにおける図である。 図２７Ｃは、図２７Ｂのリングの変化例の断面図である。 図２７Ｄは、図２７Ｂに示す円２７Ｄで識別した領域の拡大図である。 図２８は、代替ブロッカリング構成の断面図である。 好適な実施形態の詳細な説明 図１は、本発明に係るウェハ支持システム２２が組み込まれた、半導体ウェハ を処理するための反応室２０を示す。ウェハ支持システム２２の詳細を説明する 前に、反応室２０の要素について説明する。この支持システムは多くの種類のウ ェハ処理システムに適しており、別のものを図１８および図１９に示すが、ここ での説明は１つの特定の反応室に限定されない。 反応室２０は、上壁２４、下壁２６、上流フランジ２８、および下流フランジ ３０によって画定される石英管で構成される。図には示さないが、壁は、凹状の 内壁と、横方向の断面から見たときに凸レンズの形状を持つ凸状の外面を持ち、 反応室２０の横方向端部は比較的厚いサイドレールを含み、それらの間に反応室 支持板３２が取り付けられる。図１は、反応室２０の中心垂直面に沿った長手方 向断面図であり、凸レンズ形状の垂直方向の寸法を示し、従ってサイドレールは 示されていない。反応室２０は石英で製造す ることが好ましい。反応室支持板３２は真空処理中の反応室２０を強化するもの であり、サイドレール（図示せず）の間に、好ましくは反応室２０の中心線に沿 って伸長する。支持板３２は、サイドレールの間の反応室２０の横方向の寸法全 体にわたって伸長する空隙または開口３５を画定するアパーチャ３３を含む。ア パーチャ３３は支持板３２を、上流フランジ２８からアパーチャの上流端部まで 伸長する上流セクションと、アパーチャの下流から下流フランジ３０まで伸長す る下流セクションとに分割する。支持板３２の上流セクションは長手方向の長さ が、下流セクションより短いことが好ましい。 細長い管３４が、下壁２６の中心に位置する領域から垂下する。駆動軸３６が 、管３４内を通って反応室２０の下部領域３８内へ伸長する。下部領域３８は、 中央反応室支持板３２と下壁２６との間に画定される。駆動軸３６の上端はテー パを付けられ、区分化サセプタ４２を回転するために、マルチアーム支持体また はスパイダアセンブリ４０の凹所内に嵌め込まれる。サセプタ４２は、擬似的に 図示するウェハ４４を支持する。電動機（図示せず）は軸３６を駆動して、次い でウェハ支持システム２２およびその上のウェハをアパーチャ３３内で回転する 。ガスインジェクタ４６は、矢印４８で示すように、ガスを反応室２０の上 部領域５０内へ導入する。上部領域５０は、上壁２４と反応室支持板３２との間 に画定される。処理ガスは、ウェハ４４の上面の上を通過し、その上に化学物質 を蒸着させる。システムは一般的に、ウェハ４４を加熱してその上の化学蒸着を 触発するために、反応室２０の外側の周囲に配列された複数の放射加熱ランプを 含む。上段１列の細長い加熱ランプが上壁２４の外側に図示されており、上段に 交差するように配置された下段１列のランプも一般的に利用される。さらに、サ セプタ４２の下側から上に向けられた集中配列のランプもしばしば使用される。 掃引ガス源３７は、質量流量制御装置３９を介して駆動軸３６に接続されるこ とが略図で示されている。ガスは中空の軸３６内の空間に流入し、最終的に、以 下でさらに詳しく説明するように、サセプタまで上向きに送られる。ガスを中空 の内部に流入させ、かつ軸３６を回転させる流体継手は図示しないが、多数の手 段によって達成することができ、その１つが、１９８９年４月１８日に発行され 、参照によって明示的にここに組み込まれる米国特許第号４，８２１，６７４号 に示され、説明されている。 ウェハは、ウェハ入口４７を通して反応室２０内に導入される。ウェハは一般 的に、入口４７を通して入ると共にウェハ支持システム２２上に伸長してその上 にウェハを載 置するロボットピックアップアーム（図示せず）によって移送される。次にＣＶ Ｄシステムは反応室２０を密閉し、１層のシリコンまたはその他の物質をウェハ 上に堆積するために、水素などのキャリアガスと一緒に堆積ガスを導入する。処 理後、ゲートバルブが開き、ロボットピックアップアームが入口４７を通して入 り、ウェハをサセプタ４２から取り出す。定期的に、反応室２０はその後の処理 のためにコンディショニングを行わなければならない。一般的なシーケンスは、 ゲートバルブを閉じて反応室内にエッチガスを導入し、内壁から特定の堆積物を 除去する。エッチング後、シリコン前駆物質がときどき反応室内に導入され、サ セプタ４２上にシリコンの薄膜が形成される。こうした被覆段階はときどきキャ ッピングと呼ばれる。エッチングおよびキャッピング段階の後、反応室は水素を パージされ、次のウェハを導入するために加熱される。 管３４は駆動軸３６よりわずかに大きく、それらの間にパージガス５２が流れ る空間が得られる。パージガスは反応室２０の下部領域３８に入り、反応ガスが 下部領域に堆積するのを防止するのに役立つ。これに関し、パージガス５２はウ ェハ支持システム２２の下に正圧を形成し、これは反応ガスが区分化サセプタ４ ２の側部を回って下部領域３８に移動するのを防止する。パージガスは次に、矢 印５ ５で示すように、サセプタ４２とアパーチャ３３の間から上部領域５０に抜け、 次いで下流フランジ３０の細長いスロット６０を通して排出される。これにより 、反応ガスが下部領域３８内に移動しないことが確実になる。パージガスは排気 システム５８へ続く。反応ガスは同様に、下流フランジ３０の細長いスロット６ ０を通って排気システム５８から排出される。 温度補償リング６２は、ウェハ支持システム２２を包囲することが好ましい。 リング６２は、支持板３２のアパーチャ３３によって形成される開口３５内に嵌 め込まれ、ウェハ支持システム２２およびリングは開口を実質的に埋め、下部お よび上部反応室領域３８、５０の間の構造を提供する。サセプタ４２はリング６ ２内で回転するものであり、そこから０．５〜１．５ｍｍの小さい環状間隙をお いて離して配置することが好ましい。リング６２を包囲する支持板３２のアパー チャ３３の形状は、開口３５の縁がリングと非常に近接するように円形にするこ とができる。しかし、概して矩形のアパーチャ３３の方が好ましいことが明らか になっている。これに関して、リング６２は概して矩形の外周を持つことができ 、あるいは円形リングとアパーチャ３３の間の間隙を埋める第２構造を利用する ことができる。以下でさらに詳しく説明するように、サセプタ４２は一定 外径を持ち、リング６２内にぴったり嵌まると共にアパーチャ３３を取り囲むよ うに製造することが好ましい。サセプタ４２は一定外径を持つが、多数の異なる サイズのウェハを処理するために、様々な構成が設けられることを明らかにしよ う。 特定の有利な実施形態では、温度補償リング６２は、熱電対６４を受容するた めの空洞を有する２部構造の円形リングで構成される。図示する実施形態では、 熱電対６４は下流フランジ３０に形成されたアパーチャから反応室２０に入り、 支持板３２の下を通って温度補償リング６２内に伸長する。一般的に追加密閉は 使用しないが、石英フランジ３０のアパーチャは、熱電対６４の周囲のガス漏れ を実質的に防止する。こうした熱電対を３個設け、１個はリング６２の先端６６ で終端し、１個は後端６８で終端し、１個はリングの横方向の側面のどちらか一 方で終端することが好ましい。区分化サセプタ４２の周囲のリング６２内の熱電 対は、放射加熱ランプの正確な制御のための良好な温度情報フィードバックを提 供する。支持板３２に取り付けられた複数の折曲りフィンガ７０は、リング６２ をサセプタ４２の周囲に支持する。リング６２およびその中の熱電対に加えて、 中心熱電対７２が、中空である駆動軸３６内を上向きに伸長し、スパイダアセン ブリ４０を通ってサセ プタ４２の中心部の下で終端する。したがって、中心熱電対７２はウェハ４４の 中心部付近の温度の正確なゲージを提供する。本システムでウェハの温度は素早 く変化するので、応答時間を高速化するために、熱電対の質量を最小にすること が望ましい。 図２を参照すると、ウェハ支持システム２２の第１実施形態が示されている。 再び、システム２２は一般に、スパイダアセンブリ４０のアーム７４によって支 持される区分化サセプタ４２で構成される。アーム７４はハブ７６から半径方向 に外向きに伸長し、所定の半径方向の距離位置で垂直方向に上向きに折れ曲がり 、サセプタ４２の下面と接触する。区分化サセプタ４２は、上部セクション７８ および下部セクション８０で構成され、両セクションは概して平面の円板形の要 素である。サセプタ４２’の両セクション７８、８０は、グラファイトから機械 加工することが好ましく、追加固定手段を使用せずに緊密にはめ合わせて、それ らの間のガス漏れを最小限にすることを確実にする。この目的のために受け入れ られる上部および下部セクション７８、８０の隣接する円形表面間の間隙は、０ ．００１インチ未満である。一方または両方のセクション７８、８０にシリコン カーバイドの薄い被膜を形成することができる。サセプタ４２の厚さは約０．３ ０インチが好ましい。 図３の拡大図に関連して、上部セクション７８は一般的に、より薄い円形中央 部を包囲する外側リング８２を含む。外側リング８２は上部リムまたは棚８４お よび下部リムまたはスカート８６を含み、これらはそれぞれ上部および下部ショ ルダまたは段８８、９０で終端する。上段８８は、棚８４と円形ウェハ受容凹所 ９２との間の移行部を形成する。下段９０は、スカート８６と上部セクション７ ８の下面の環状凹所９４との間の移行部を形成する。上部セクション７８はさら に、上部セクションの中心軸に対し対照的にかつ凹所９２内に配置された円形パ ターンの掃引ガス出口９６を含む。 サセプタ４２の軸を中心として同心円の周囲に分布する間隔をおいた位置に、 複数の端ぐり穴９８が上段８８に近接して形成される。端ぐり穴９８は、円形凹 所４２に開口した小さい貫通穴と、前記小さい貫通穴と同心でありかつ下向きに 環状凹所９４に開口した大きい端ぐりとを含む。各端ぐり穴９８は、円形凹所９ ２内に突起するウェハ支持体またはスペーサ１００を受容するような大きさにす る。ウェハ４４は、凹所９２の床面上でスペーサ１００上に置かれる。これに関 し、凹所９２は、その内部にウェハを受容してウェハの縁が段８８に非常に接近 するような大きさにする。上部セクション７８はさらに、下向きに垂下し、 環状凹所９４の半径方向に内側の境界を画定する中心支軸１０２を含む。中心熱 電対空洞１０４は、前述の中心熱電対７２の感知端部を受容するために、支軸１ ０２内に画定される。 図３および図５に関連して、環状下部セクション８０は、上部セクション７８ の下向きに垂下する支軸１０２の周囲に嵌まる大きさにした中心貫通穴１０６を 含む。下部セクション８０の上面は、複数のガス通路溝を含む。さらに詳しくは 、複数のガス流路１１０と中央円形送出溝１１２との間に、あるパターンの曲線 分配溝１０８が伸長する。溝１０８および１１２は各々半球形の断面を持ち、下 部セクション８０の厚さの半分にほぼ等しい深さを有する。各々のガス流路１１ ０は下向きに、浅いスパイダアーム空洞１１４内に開口している。 図３および図６に関連して、スパイダアセンブリ４０をさらに詳しく説明する 。中心ハブ７６は、下面１１６から上面１１８まで伸長する垂直貫通穴を有する 概して中空円筒形の部材を含む。貫通穴は、下部主軸受容テーパ部１２０と、中 央ガスプレナム１２２と、上部熱電対チャネル１２４で構成される。下部テーパ 部１２０は中空駆動軸３６のテーパ付き上端部を受容し、２つの要素はぴったり と嵌め合うように同一テーパ角を有する。熱電対チャネル１２ ４は、区分化サセプタ４２の上部セクション７８の熱電対空洞１０４に上向きに 伸長する中心熱電対７２を受容する。ガスプレナム１２２は、支持アーム７４の 各々と位置合わせした複数のアパーチャ１２６を有する。これに関して、支持ア ームは中空であり、内部に掃引ガス通路１２８を画定する。上方向に向けられた アーム７４の終端部は、環状リップ１３０によって強化される。リップ１３０は 、下部セクション８０の下面の浅いアーム受容空洞１１４内にぴったりと嵌まる 大きさにする。軸３６はスパイダアセンブリ４０を回転可能に駆動し、これは次 に、リップ１３０と下部セクション８０の下面の浅い空洞１１４との間の位置合 わせによって、サセプタ４２を駆動する。 代替実施形態では、スパイダアセンブリ４０の湾曲アームを１対の直交方向に 配置した管に置換することができる。つまり、３つのアームの各々の代わりに、 第１管は中心ハブ７６から半径方向に外向きに伸長し、それに直交し上向きに伸 長してアーム受容空洞１１４内にぴったりとはまるより大きい第２管と結合する 。この配列は、コーンパイプに似たようなもので視覚化することができる。各ア ームの第１管は、ハブ７６から水平方向に放射するか、またはわずかに上向きに 傾斜することができる。湾曲した石英管ではなく、まっすぐな円筒形断面を利用 すると、製造コスト が安価になる。 図２に戻ると、スペーサ１００は幾つかの形状を取ることができる。図２ａに 詳細に示す１つの好適な実施形態では、スペーサ１００は、丸みを帯びた小さい ヘッドを有する細長い上部１３２を含むピンの形状である。細長い部分１３２よ り大きくした基部１３４は、端ぐり穴９８内に嵌まる。基部１３４は下部セクシ ョン８０の上面に置かれる。複数のスペーサ１００の細長い部分１３２のヘッド は同じ高さに終端し、ウェハ４４のための平坦の支持面を提供する。端ぐり穴９ ８の上部は直径が約０．０６２インチであり、スペーサ１００はその中に嵌め込 まれる。スペーサ１００は、ウェハを凹所の上に好ましくは約０．０１０〜約０ ．２００インチの範囲、さらに好ましくは約０．０６０〜約０．０９０インチの 範囲の間隔をあけて配置し、最も好ましくはスペーサ１００は、ウェハ４４を凹 所の床面から約０．７５インチの高さに支持する。これは、一般的なウェハの厚 さの約３倍である。この間隔は、０．００５〜０．０１０インチの程度であるサ セプタやウェハの表面の平坦度からの偏差よりかなり大きい。またこの間隔は、 ウェハのピックアップも促進しながらサセプタとウェハ間の熱的接触を最適化す るように設計された、先行技術のサセプタの上面のグリッドの深さよりずっと大 きい。好適な実 施形態では、凹所９２の深さおよびスペーサ１００の高さは、ウェハ４４の上面 が外棚８４の平面にきて、凸凹や移変りが最小になると共にその上のガス流が円 滑になるようにする。代替的に、棚８４は、所望のウェハ４４の上面の上または 下に形成することができる。 図２ｂに示す代替実施形態では、スペーサ１００は球１３６の形状を取り、こ れは上部セクション７８の上面に形成された受台１３８内に嵌め込まれる。スペ ーサ１００は、上部セクション７８内に一体的に形成することもできる。スペー サ１００の上部ウェハ接触部は、ウェハとの接触面積を最小にするために丸くす るか、または一点で終端させることが望ましい。 しかし、図２ｃは、ウェハがピン上に載置されるときに短い距離落下するシス テムで有用な代替ピンヘッド構成を示す。つまり、あるウェハ移送システムでは ウェハはいわゆるベルヌーイ棒の使用によって保持され、そこでは、ウェハは、 ウェハの上面を棒に触れることなく、半径方向に外向きのガス流によって上から 保持される。ウェハがサセプタの少し上の所定の位置に移動した後、ガス流が遮 断され、ウェハはスペーサ上に落下する。落下距離は非常に小さいが、点接触す るスペーサピンはスペーサと接触するウェハの表面にチッピングや損傷を生じる 多少の可能性があ る。その可能性を最小にするために、図２ｃのピンヘッドは、平坦な上部表面１ ３９と丸みを帯びたショルダ１３９ａを持つ。好ましくは、平坦な領域の直径は 約０．０２５"〜０．０４５"の範囲内とするか、または約０．０５５"の上部表 面全体を平坦にすることができる。また、平坦な表面１３９は、ウェハを損傷す る可能性のある表面の凸凹を除去するために、研磨することも望ましい。 固定されたスペーサ１００は、ウェハを区分化サセプタ４２の上に間隔をあけ て配置するように、ウェハ４４用の平面支持台またはスタンドを画定し、これに 関して、少なくとも３個のスペーサが必要であるが、それ以上設けてることもで きる。好ましくは、スペーサ１００はセラミックあるいは天然または合成サファ イヤで製造し、サファイヤは酸化アルミニウムから誘導される単結晶である。代 替構成では、スペーサ１００は無定形石英で作ることができるが、この物質は最 終的に反応室２０内での反復熱サイクルにより不透明にすることができる。スペ ーサに使用できる別の材料として、モノクリスタルすなわち単結晶石英、シリコ ンカーバイド、窒化シリコン、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、お よび炭化ジルコニウム、またはウェハ反応室内の極温および化学環境に耐えるこ とができるその他の高温耐性材料が含まれる。これらの材料はいず れも、処理ガスへの暴露によるスペーサの劣化を防止するために、Ｓｉ、Ｓｉ₃ Ｎ₄、ＳｉＯ₂、またはＳｉＣで被覆することができる。 ウェハとサセプタ４２との間に入り込む反応ガスによるウェハ４４の裏面の汚 染を防止するために、新規の掃引ガスシステムを提供する。このシステムはまた 、ウェハと接触するガスであって、加熱しなければ局所的冷却およびウェハ上の スリップの可能領域を生じるおそれのあるガスを余熱する。さらに詳しく、図２ に関連して説明すると、掃引ガスは、矢印１４０で示すように、中空駆動軸３６ を通してウェハ支持システムに入り、プレナム１２２内に入る。ガスは次にアパ ーチャ１２６を通して、アーム７４内の掃引ガス通路１２８内に分配される。ガ スは、下部セクション８０のガス流路１１０内への入口流１４２に続く。分配溝 １０８は上部セクションの下面と共に、上部および下部セクション７８、８０間 のガスチャネルを画定する。図５を参照すると、ガスは様々な分配溝１０８に従 ってチャネルに沿って流れ、最終的に円形送出溝１１２に達し、その後、矢印１ ４４で示すように掃引ガス出口９６を通して排出される。分配溝内のガス流は矢 印１４６で示す。送出溝１１２内へのガス流は矢印１４８で示す。分配溝１０８ の特定の構成は、図５に示すそれとは異なることができる。 図示した構成は、掃引ガスを下部セクションにおける遠回りの対称的な経路にチ ャネル化することによって、下部セクション８０および区分化サセプタ４２の全 体としての温度の不均等性を低下するのに役立つ。溝１０８は、ガス流路１１０ から中央円形送出溝１１２および掃引ガス出口９６まで、非線形経路を取ること が望ましい。 円形送出溝１１２は、円形パターンの掃引ガス出口９６の真下に形成される。 図４に示すように、溝１１２内のガスの均等な分配により、出口９６から出てい く掃引ガス流１４８が、半径方向に外向きの方向に、サセプタ４２の中心に対し て軸対称になることが確保される。この方法により、ウェハとサセプタの間に入 り込む反応ガスがあっても、ウェハの下から半径方向に外向きの方向に掃引され る。中空軸３６および区分化サセプタ内の掃引ガスは５標準リットル／分未満の 流量を利用することが望ましく、３標準リットル／分未満の流量が好ましい。 他のガスを置換することもできるが、多くのＣＶＤ法と相容性があることから 、水素が好ましい。パージガスの使用によるウェハの裏面における優れた制御の 結果、ウェハがサセプタと接触するシステムとは異なり、両面研磨のウェハを正 常に処理することができる。 本発明は、様々な処理圧に対して中空軸３６および区分 化サセプタ内の掃引ガスの流量を調節するために、質量流量調整器３９を含む。 つまり、ある処理は大気圧で行われ、ある処理は減圧で行われる。流量調整に一 定の制限がある場合、他の全ての変数を同位置に維持しても、減圧処理では掃引 ガス出口９６のガス流量が、大気圧処理に比べて増加する傾向がある。したがっ て、質量流量調整器３９は処理圧力とは独立して作動し、５標準リットル／分の 一定流量を確保する。 図７および図８は、図２に示したウェハ支持システム２２と同じ要素を一部利 用する別のウェハ支持システム２２’を示す。さらに詳しくは、スパイダアセン ブリ４０および区分化サセプタ４２’の下部セクション８０は、第１実施形態に 関連して図示しかつ説明したものと同じである。しかし、区分化サセプタ４２’ は変形上部セクション７８’を含み、外側リング８２’は上部棚８４’および下 部スカート８６’で構成される。上部棚８４’は、第１実施形態に関連して説明 した棚８４と同様の大きさであり、円形凹所９２’に通じる円形段８８’で終端 する。円形凹所９２’は半径方向に外向きに下部セクション８０を通過して伸長 する。それに関連して、下部スカート８６’は、第１実施形態で説明したスカー ト８６に比較して半径方向の寸法がかなり大きいが、段９０’は第１実施形態の 段９０と 同じ大きさである。これにより、上部セクション７８は、第１実施形態の場合と 全く同様に、その中に環状下部セクション８０を受容することができる。 図７に示すように第１実施形態とは異なる点として、サセプタ４２’は、サセ プタ４２’の中心軸の周囲に円周上に分布される複数のサポートピン１５０の形 の複数のスペーサを、上部段８８’と下部段９０’との間の領域に含む。さらに 詳しくは、ピン１５０は、凹所９２’から延長スカート８６’まで上部セクショ ン７８’内を伸長し、段付き空洞１５２内を伸長する。示したピン１５０は、図 ２ａおよび図２ｂに関連して説明した最初の２つの実施形態とは幾分異なり、ウ ェハ４４’と接触する丸いヘッドを有する単純な円筒形要素を含む。 サセプタ内のガス通路溝の代替実施形態を図９および図１０に示す。前と同様 に、スパイダアセンブリ４０が、上部セクション１６２および下部セクション１ ６４を有する変形サセプタを支持する。下部セクション１６４は、下向きに開口 してスパイダアセンブリアーム７４の上端を受容する３つのガス流路１６６を含 む。この点に関し、掃引ガス入力の位置は、最初の２つのサセプタ実施形態４２ および４２’の場合と同じ位置にある。しかし、そこから、下部セクション１６ ４の上面の分配溝１６８は半径方向に外 向きに外側円形溝１７０へ伸長する。二次溝１７２は掃引ガスを半径方向に内向 きに送り、一連の同心円形送出溝１７４ａ、１７４ｂ、および１７４ｃを横切る 。各二次溝１７２は、各対の分配溝１６８の間に画定される夾角を二等分する線 に沿って位置することが好ましい。 図９および図１０を見ると、上部セクション１６２は、円形送出溝１７４ａ、 １７４ｂ、および１７４ｃに対応する一連の同心円に配置された複数のガス出口 を含む。さらに詳しくは、第１群の出口１７６ａは、最も小さい送出溝１７４ａ と同一半径位置の内側の円１７８ａに添って位置する。同様に、あと２つの出口 群１７６ｂおよび１７６ｃは、外側送出溝１７４ｂおよび１７４ｃに対応する外 側の同心円１７８ｂおよび１７８ｃの周囲にそれぞれ配置される。 各々の円１７８ａ、ｂ、ｃの周囲に均等に配分された４つの出口１７６が図示 されているが、それより多数または少数の出口を設けることもできる。さらに、 出口１７６の円周方向の配向は、図示するように円１７８の間で互い違いにする ことができる。１つの円１７８につき４つの出口１７６がある場合、出口の各パ ターンを他のパターンの１つに対して３０°回転させる。代替的に、例えば１つ の円につき互い違いに均等に配分された円１７８あたりの８つ の出口１７６は、各パターンの出口を他のパターンの１つに対して１５°回転す ることを意味する。パターン間の互い違い配置によって、出口１７６を整列させ た場合より、矢印１８０によって示すように、ウェハの下により効果的なガス掃 引が発生する。 別の変化例では、出口１７６ａの内側円１７８ａが円形送出溝１１２と整列す る限り、上部セクション１６２を、図３および図５に関連して上述した下部セク ション８０と一緒に使用することができる。この場合、出口１７６ｂ、ｃの外側 円１７８ｂ、ｃは使用されない。さらに、内側送出溝１７４ａが円形パターンの 出口９６、９６’と整列する限り、下部セクション１６４を上述の上部セクショ ン７８、７８’のいずれかと使用することができる。この場合、外側送出溝１７ ４ｂ，ｃは使用されない。いうまでもなく、他の変化例も考えられる。 ウェハ４４と区分化サセプタ４２の間の分離は、３つのスペーサ１００によっ て提供される最小直接支持体と共に、ウェハおよびサセプタを両者間の熱伝導を 効果的に緩和する。したがって、ウェハ４４の温度は主として、反応室の周囲の ランプによって与えられる放射熱流束から影響を受ける。 スパイダアセンブリ４０は、下部加熱ランプから放出さ れる放射熱の妨害を最小にするために、サセプタ４２の下面に透明な支持体を設 けるように石英で構成することが好ましい。石英が好適であるが、比較的高い放 射熱透過率を持つ他の物質を利用することもできる。スパイダアセンブリ４０を 作成するには、最初にハブ７６を適切な形状に機械加工する。管状アーム７４を まっすぐな部分から折り曲げ、例えば溶接によってハブ７６に取り付ける。熱処 理および火造りにより、石英の内部応力が減少する。 図１１は、再び同心円の凹所２０４を上面に有する区分化サセプタ２０２およ び凹所内に配置された複数のウェハ支持スペーサ２０６で構成される、本発明の 別のウェハ支持システム２００の平面図を示す。 区分化サセプタ２０２の上部セクション２０８を示す図１２に関連して、浅い 凹所２０４は、サセプタの最も高い表面を形成する棚２１２に通じる円形段２１ ０によってその外周部を画定される。構成は多くの点で、上述のサセプタと同様 である。 前述のサセプタと異なる点は、区分化サセプタ２０８が、２つの同心円の掃引 ガス出口を含むことである。１２個の掃引ガス出口２１４の外側の円が、１２個 の掃引ガス出口２１６の内側の円を取り囲む。図１２から、外側の掃引ガス出口 が、区分化サセプタ２０８の中心の周りに３０°の 間隔、すなわち１：００、２：００等の位置に分配されていることを容易に理解 できる。一方、内側の円形の掃引ガス出口２１６は、外側の円に対して１５°位 置がずれ、したがって、外側の円の出口の中間の１２：３０、１：３０等の回転 位置を占める。掃引ガス出口の数のこの増加および同心円の互い違いの関係によ り、図９に関連して述べたように、ウェハの下の掃引ガスの均等性が高まり、そ の性能が向上する。 図１１は、区分化サセプタ２０２の上部セクション２０８と下部セクション２ １８の間の境界２１９を破線で示す。下部セクションの平面図を図１３に示す。 下部セクション２１８の外周は、その周囲に１２０°の間隔で配置された３つの 平坦部２２０を除いて、実質的に円形である。下部セクション２１８の外周は、 図１２に破線で示し、図１４、の断面図に示されるように、上部セクション２０ ８の同様の形状の下部段２２２内に嵌め込まれる。下部セクション２１８の平坦 部２２０は、下部段２２２に形成された内向きの平坦部２２４と協働して、上部 セクション２０８を下部セクション２１８を一緒に配向する。下部セクション２ １８はさらに、小さい中心貫通穴２２６を含み、その中に下向きに垂下する上部 セクションのハブまたは支軸２２８が嵌め込まれる。 下部セクション２１８の下面は、上述したものと同様の３つの浅いスパイダア ーム空洞２３０を含む。空洞２３０は、サセプタの下部セクション２１８の上面 に形成された複数のガス分配溝２３４に通じる垂直ガス流路２３２と連絡する。 図１３に示すように、各ガス流路２３２は、最初に半径方向に外向きに、次にサ セプタの下部セクションの外周に隣接して円周方向に、そして最後に概して半径 方向に内向きに下部セクション２１８の中心に向かって伸長する遠回りの経路を 通る末広溝２３４と連絡する。この方法により、掃引ガスは実質的にサセプタ全 体を概して軸対称パターンで流れ、高温サセプタから掃引ガスへ、およびその逆 の均等な熱伝達を達成する。 両方のガス分配溝２３４は、下部セクション２１８に同心円に形成された連続 外側円形送出溝２３６と交差する。外側の溝２３６から、複数の傾斜スポーク２ ３８は、再び下部セクション２１８に同心円に形成された内側送出溝２４０に通 じる。ガス分配溝２３４は各々のスポーク２３８に直接つながるように示されて いるが、他の構成も可能である。さらに、スポーク２３８は、概して接線角度で 内側円形送出溝２４０と交差するように示されているが、他のより直接的な半径 方向の角度で接続することもできる。ガス流路２３２は掃引ガス出口２１６から 半径方向に外向き に配置され、ガス分配溝２３４はそれらの間に、望ましくは通路２３２のいずれ かと出口２１６との間の直接線より長く、最も好ましくは図に示すような遠回り のパターンで、非線形経路を取ることが望ましい。 内側円形送出溝２４０は、上部セクション２０８が下部セクション２１８上に 結合されたときに、掃引ガス出口２１６の内側円の真下に位置する。同様に、外 側円形送出溝２３６は、掃引ガス出口２１４の外側円の真下に位置する。この構 成により、区分化サセプタ２０８の上面における出口２１４、２１６への掃引ガ スの均等な圧力および供給が可能になる。上部および下部セクション２０８、２ １８の間に形成される圧力は、掃引ガス出口２１４、２１６の数の増加および入 口ガス流路２３２の大きさの低下によって、前述の実施形態より多少低下する。 さらに詳しくは、入口ガス流路２３２は約０．０６０〜０．０７０インチの直径 を持つ。図１１は、流路２３２から分配溝２３４を通るガス流を矢印２４２で示 す。 上述の実施形態と異なる点は、図１２に示すように、スぺーサ２０６の各々に ガス分配溝２３４の１つからパージチャネル２４４を介してパージガスが供給さ れる。これらのパージチャネルは図１４に断面が示されており、それぞれのガス 分配溝２３４から直接スペーサ２０６へ伸長する。 この方法により、２４６で示すパージガス流の連続供給は、各スペーサ２０６の 周囲の領域に供給される。各々のスペーサ２０６は、凹所２０４の上面に形成さ れたアパーチャ２５０内に嵌め込まれる。パージガスがスペーサの周辺に上向き に流れてスペーサを堆積ガスから保護することができるように、スペーサ２０６ とそのアパーチャ２５０との間に隙間が設けられる。さらに詳しくは、ウェハ２ ４８が存在しないときに、出口２１４、２１６からの掃引ガスは、各々のスペー サの周囲に外向きにではなく、一般的に上向きに反応室内に流れる。これにより 、スペーサ２０６はエッチガスまたはキャッピングガスから保護されない状態に 放置される。スペーサは、下方の円筒形基部２５２および丸い上面を持つ上方の 細長い円筒形ピン２５４によって画定される。ピン部２５４はアパーチャ２５０ に対して小さく、パージガス流２４６がそこから入ることができる。あるの実施 形態で、ピン２５４は０．０５０から０．０５５インチの間の直径を持つ一方、 アパーチャ２５０は０．０６２から０．０６７インチの間の直径を持つ。 本発明は、処理されるウェハの大きさによって、様々な上部セクションの選択 を可能にするサセプタの組合せを提供する。こうした組合せは、支持板３２を有 する反応室２０で特に有用である。上述の通り、サセプタは、リング６ ２内に納めるために一定の外径および支持板３２のアパーチャ３３を有すること が好ましい。上部セクションはサセプタの外周を画定するので、ウェハの凹所の 大きさは、様々なウェハの大きさを収容するために変化するが、一定の外径を持 つことは必要である。各々の上部セクションの底面形状は、単一下部セクション と嵌めあうように設計され、これによりコストは多少低下する。図１１〜図１７ は、４つの異なるウェハの大きさのために４つの異なるサセプタの組合せ２００ 、２５８、２７８、および３００を示す。他の大きさのウェハも、そのような組 合せによって収容することができ、最大サイズは、サセプタの外径によってのみ 制限される。 図１５は、ウェハ支持システム２００の上部セクション２６０の第２バージョ ンを示す。下部セクションは、図１１〜図１４に関して説明したものと同じであ る。実際、上部セクション２６０と下部セクション２１８との間の境界２６２は 上述の場合と同じであり、下部セクションのガス分配溝２３４は同じ位置にある 。上部セクション２５０は、縮小した直径の凹所２６４が上述のバージョンと異 なる。凹所２６４は円形段２６６によって画定され、これが次に棚２６８のより 大きい半径方向の寸法を形成する。上部セクション２６０は、凹所２６４内によ り小さいサイズのウ ェハを支持するように適応される。これに関して、複数のスペーサ２７０が、サ セプタの中心の周りに１２０°の間隔で、約１５０ｍｍのウェハの適切な支持体 を提供する半径方向の距離位置に配置される。パージガス溝２３４をスペーサ２ ７０に接続するために、短縮されたパージチャネル２７２が設けられる。 図１６は、ウェハ支持システム２００の上部セクション２８０の第３バージョ ンを示す。再び、下部セクションは前と同一であり、上部および下部セクション の間の境界２８２も同一である。上部セクション２８０は、円形段２８６で終端 する拡大棚２８４を含む。こうして形成される凹所２８８は、直径が約１２５ｍ ｍのウェハを受容する大きさである。パージチャネル２８８は、縮小サイズのウ ェハを支持するのに充分な半径方向の寸法位置の捕捉されたスペーサ２９０の周 囲のアパーチャに通じる。ガス分配溝２３４は凹所２６６から半径方向に外向き に伸長し、次に内向きに円形送出溝まで続くことに注意されたい。 図１７に示す上部セクション３０２の第４の例では、段３０４はさらに内側に 移動し、凹所３０６は１００ｍｍのウェハを支持するのに充分な大きさに縮小す る。サセプタ３００の下部セクションは前述と同一なので、再びインタフェース ３０８は同一位置に維持される。外棚３１０はこ の実施形態で大きく拡大される。サセプタの中心の周りに１２０°の間隔で３つ のスペサー３１２が設けられ、３つの関連パージチャネル３１４によりガス分配 溝２３４がそこに接続される。スペーサ３１２の半径方向の位置は、サセプタの 下面の３つのガス入口アパーチャによって形成される円内にあることに注意され たい。実際に、ガス分配溝２３４は凹所３０６から半径方向に外向きに伸長し、 次に内向きに円形送出溝に続く。さらに、支持アーム受容空洞の位置は凹所３０ ６のすぐ外側であり、したがってウェハがサセプタ３００上に配置されたときに その外側になる。凹所３０６を包囲する棚３１０は、ウェハから少なくともウェ ハ直径の半分の距離だけ半径方向に外側に伸長する。 ここで図２１Ａ〜図２１Ｅを参照すると、区分化サセプタの別の変化例が示さ れている。図２１Ａは、サセプタの最も高い表面を形成する棚４１２に通じる円 形段４１０によってその外周を画定される浅い凹所４０４を有する上部セクショ ン４０８を示す。間隔をあけて配置される円周上の掃引ガス出口４１６は、円形 段４１０にかなり近接して配置される。図示される配列では、２４の出口が設け られている。円周方向に間隔をおいて配置された１周の支持ピンまたはスペーサ 穴４５０は、段にさらに近接して配置される。この配列により、ウェハ支持ピン またはスペーサは、 ウェハの下面をその外周に隣接して係合する。ウェハは一般的にその外周に位置 合わせ平坦部または切欠き部を有するので、上述の配列のように３つではなく、 ６つの支持ピンが設けられている。したがって、ウェハ位置合わせ平坦部または 切欠き部は支持ピンと整列して、特定のピンによってほとんどまたは全く支持が 得られない場合でも、ウェハはまだ他の５つのピンによって適切に支持される。 図２１Ｂに示すように、サセプタの下部セクション４１８は、上述のものと同 様の浅いスパイダアーム空洞４３０を含む。空洞は、サセプタの下部セクション ４１８の上面に形成された複数のガス分配溝４３４に通じる垂直ガス流路４３２ と連絡する。図２１Ｂに示すように、各ガス流路４３２は、外周上の間隔をおい た位置で外側環状溝４３５に通じる回り道を通る溝セクションと連絡する。各経 路の１つのセグメントは最初に半径方向に外向きに伸長し、次に内向きに反転し て、馬蹄形のような形を形成し、次に円周方向および半径方向に外向きに伸長し て第２馬蹄形部分を形成した後、外側溝４３５で終わる。経路のその他のセクシ ョンは、最初に半径方向に内向きに伸長し、次に半径方向に外向きに湾曲し、次 に円周方向に湾曲した後、外側溝４３５で終わる。 図２１Ｂの上部セグメント４０８の断片部分から分かる ように、また図２１Ｃ、図２１Ｄ、および図２１Ｅにさらに示すように、外側溝 ４３５は、１周の掃引ガス出口４１６円の下に位置する。掃引穴を外周に非常に 近接して配置することによって、裏面堆積の危険性が大幅に低下する。さらに、 ガス流路４３４は、ガス出口２１６の数の増加とあいまって、掃引ガス流量を増 加する。また、ウェハの外周と周囲の凹所の壁との間の間隔を約０．１０インチ に減少することにより、堆積ガスがウェハの下に入り込む可能性はさらに最小に なる。 支持ピン空洞４３０をサセプタの凹所の外周に隣接して配置することによって 、ウェハ支持ピン４４６の上面は、排他ゾーン４４９と呼ばれる外側領域でウェ ハ４４８の外周の下面を係合する。このゾーンは通常、半導体回路チップの部分 にはならない。したがって、支持ピンによって生じるかもしれないウェハの下面 のわずかな傷は問題にならない。 図２１Ｄは、ウェハに位置合せ切欠き４５１が形成されている状況を示す。こ うした配列の場合でも、ウェハが中央に置かれ、かつウェハの縁と周囲の凹所と の間の間隙が小さい限り、切欠きが偶然ウェハと整合すれば、ピンはウェハと係 合する。実際には、間隙が充分に小さければ、たとえウェハがサセプタの中心に 置かれていなくても、ピン はウェハと係合する。 図２１Ｅは、ウェハの平坦部４５３が支持ピン４４６の位置にくる状況を示す 。図から分かるように、スペーサピンは事実上ウェハと係合しないが、ウェハは ５つの他のスペーサによって支持されるので、これは重要ではない。 図２２Ａおよび図２２Ｂは、別の区分化サセプタアセンブリを示す。ここでは 、３つのスパイダアーム流路５３２と交差する円形溝５３７を持つサセプタの下 部セクション５１８が示される。浅い環状凹所５３９が、溝５３７から下部セク ションの外周５１８Ａに近接する円形縁部５４１まで伸長する。さらに詳しくは 、縁部５４１は、図２２Ａに一部断片が示されているサセプタの上部セクション ５１２の外周に隣接して円周方向に間隔をおいて配置された掃引ガス出口５１６ の円陣の半径方向にすぐ外側に位置する。６つの支持ピン５４６も都合よく図２ ２Ａに示されている。図２２Ａおよび図２２Ｂの配列に示す出口５１６の円陣は 、３倍の数の出口が示されている以外は、基本的に図２１Ａに示したものと同一 である。したがって、この配列では、２００ｍｍのウェハ５４８を受容するよう に適応されたサセプタのために、７２個の出口が利用される。出口の厳密な数は 、言うまでもなく変化させることができるが、図２２Ａに矢印で示すように、多 くの掃引ガス出口を持ち、こ れらの出口に掃引ガスを供給するために、浅いが大面積の環状凹所５３９を設け ると好都合である。ガス流量の増加は、堆積ガスがウェハの裏面に達する危険性 を大幅に減少する。 図２３Ａ、図２３Ｂ、および図２３Ｃは、複数のピンではなくリングの形態の スペーサを採用する以外は、上述の配列のどれにでも類似させることができる配 列を示す。さらに詳しくは、区分化サセプタ６０２の上部セクション６０８の浅 い凹所６０４内に配置された、薄く概して平坦なスペーサリング６１５が示され ている。リング６１５の外周は、サセプタの上面を形成する棚６１２に通じる円 形段６１０によって画定される凹所の縁部のすぐ内側に位置する。リング６１５ は内向きに、図２１および図２２の配列で支持ピンによって占有される位置付近 まで伸長する。図２３Ｂから分かるように、リング６１５の上面６１５ａは完全 な水平ではない。それどころか、半径方向に内側に向かって下向きに勾配または 傾斜している。したがって、半径方向に外側の部分が縦方向に最も厚い。ウェハ によって係合される領域のリングの縦方向の厚さは、上述の配列のサセプタの上 部セクションの凹所から上に突起する支持ピン部分の高さに等しい。ウェハはサ セプタから熱的に効率よく分断され、サセプタの外棚の上面に対して適切に配置 される。ウェハ６４８の下面の外周だけがリング６１５と係合するので、リング はウェハの裏面に傷が付くのを防止または最小にする。さらに、取るに足りない 影響があってもウェハの排他ゾーン内であり、ウェハの縁部プロファイルに限定 される。 複数の半径方向に伸長する通路または溝６１７ｂが、スペーサリング６１５の 上面に形成される。２００ｍｍのウェハを受容するためのサセプタに、３２の通 路が図示されている。図２３Ａから分かるように、これらの通路は円周方向に間 隔をおいて配置され、図２３Ｂに矢印で示すように、掃引ガスのための出口を提 供する。これらの通路の間および周囲のリング本体は、堆積ガスがウェハの裏面 に流入するのを阻止する。 図２３Ｃは半球形の断面の通路６１５ｂを示すが、言うまでもなく、他の構成 を採用することができる。通路の断面積および数は、図２３Ｂに示すサセプタの 下部セクション６１８の通路６３２を介して提供されるガスと矛盾せず、所望の 流量が得られるように選択する。通路６３２が便宜的に図２３Ａに示されている が、サセプタの下部セクションのその他の詳細は示されていない。上述した通り 、上述のどの掃引ガス配列でも、図２３Ａ〜図２３Ｃのリング概念と共に使用す ることができる。実際、支持リングは、ピ ン穴がリングの使用と抵触せず、かつ掃引ガス系統に有意の影響を及ぼさない限 り、支持ピンを受容するように設計されたサセプタの上部セクションと共に使用 することができる。したがって、ユーザはどちらの方法でも使用することができ る。 リングは支持ピンまたはサセプタと同一物質で作ることができ、便利である。 上述のウェハ支持システムの試験で、反応システムの特定の側面が、満足でき る結果を得る上で特に重要であることが分かった。図１８は、入口部の平坦な上 壁３２４および平坦な下壁３２５、ならびに平坦な垂直壁３２７によって壁３２ ５から一段下がった平坦な下壁３２６を持つ矩形反応室を示す。水平壁３２４、 ３２５、および３２６は、平坦な垂直側壁３２８および３３０と接合して、浅い 矩形の入口部およびそれに隣接した深い矩形部を有する反応室を形成し、前記深 い矩形部にはサセプタ３８２および温度補償リング３６２が配置される。 サセプタを包囲するリング３６２は、図１９に示すように、概して矩形の外形 を持つことが好ましい。さらに、投影された放射熱パターンまたはカラムが同様 にリングと概して整列するように、図１８の石英反応室の上壁および下壁３２４ および３２６の上および下の放射加熱ランプ列３ ５１および３５２が、概して矩形であってリングの外形と一致する外形を画定す ることも望ましい。つまり、熱は、リングに隣接する石英の壁に向けられるので はなく、主としてリングおよびサセプタに向けられる。この加熱構成は非常に効 率的であり、リングおよびサセプタ全体の均等な温度および堆積を促進する。ち なみに、サセプタの中心部の下のスポットランプ３５３は、下部ランプ列３５２ の一部とみなされる。 リングは、反応室の底部に載置した適切な石英台３５６上に支持される。隣接 する石英構造物から伸長する棚またはフィンガを利用するなど、代替支持配列を 使用することもできる。リングおよび放射ランプのこの構成は、平坦な上壁およ び下壁３２８および３２６ならびに垂直側壁３２４および３３０によって形成さ れる概して矩形の断面を有する反応室で特によく機能することが明らかになって いる。 矩形の反応室と矩形のリングの組合せは、ウェハ全体の処理ガスの流動を簡素 化する。矩形のリングにより、図１の４６のようなインジェクタを介して導入さ れる処理ガスは、反応室の幅全体にわたって一般的に均等に消費されるので、処 理ガスの速度分布を、図１９に矢印３３１で概略的に示すように、反応室全体で 概して均等にすることができる。したがって、断面が矩形のリングおよび矩形の 反応 室の場合、中心部の流量を高める必要がないので、必要なキャリヤガスが最小限 ですむ。キャリヤガスの流量の低下は、ウェハの冷却効果が低いことを意味する 。間隔をおいて配置されるウェハは、サセプタに直接支持されるウェハの場合よ り、冷却ガス流に対して大きく反応するので、サセプタから間隔をおいて配置さ れるウェハにとって、これは重要である。水素ガスの量は、原型システムでは約 ７５％減少した。言い換えると、キャリアガス対堆積ガスの比率が、少なくとも 約１５：１から少なくとも約５：１に低下したことになる。 ウェハがサセプタから熱的に分断された場合、ランプ列の熱出力の不均等制に 極めて敏感すなわちよく応答することが分かった。例えばランプの間隔や、ウェ ハおよびサセプタ３８２からのランプ列の距離は、ウェハ上で得られる熱パター ンの均等性に影響する。したがって、ウェハをサセプタ３８２から間隔をおいて 配置した場合、ウェハと上部ランプ列３５１の間の距離は、ウェハをサセプタ上 に直接配置した場合に使用した距離より大きくすることが望ましいことが明らか になった。同様に、サセプタから下部ランプ列３５２までの距離を増加すること が望ましいことが明らかになった。しかし、ウェハと上部ランプ列３５１との間 の空間は、下部ランプ列３５２とサセプタとの間の空 間以上に大きくすることが望ましいことが明らかになった。 開示した様々な配列の全てに共通して、ウェハはサセプタから熱的に大幅に分 断された反応室内に支持される。つまり、ウェハは、ウェハをサセプタの上にか なりの距離をおいて配置するスペーサまたはピン上に支持される。ピンはウェハ との接触が最小限である。掃引ガスは、ウェハの温度に対する影響が取るに足り ず、しかしそれでも処理ガスがウェハの裏面に堆積するのを効果的に防止するよ うに、新規のサセプタ設計によって予熱される。ウェハは基本的にサセプタから 分断されているので、ウェハがサセプタと接触しているシステムに比べて、より 迅速にウェハを加熱することができる。 ランプ列３５１および３５２は、図１８に３９０で概略的に示した適切な電子 制御装置によって制御される。制御装置は、サセプタを包囲するリング内の温度 センサおよびサセプタの下面の中心部に配置されたセンサからの信号を受信する 送信器構成部品を含む。これらの温度信号は、加熱器制御回路機構に送信される 。さらに、特定の堆積サイクルに対して所望する様々な温度設定値などの温度制 御情報が、加熱器制御回路機構に入力される。この情報は次に制御回路機構によ って処理され、制御回路機構は加熱アセンブリの電力を制御する制御信号を生成 する。こうしたシ ステムのこれ以上の詳細は米国特許第４，８３６，１３８号に開示されており、 これを参照によってここに組み込む。 そうした先行システムでは、上部および下部ランプ列の一部のランプが１つの ユニットとして調節されるゾーンとして、ひとまとめに制御される。つまり、電 力比が固定されたので、上部列のランプの電力を増加すると、下部列のその特定 ゾーンのランプにも、対応する電力の増加が生じた。制御信号をランプ列に与え られる前に変化させる予備設定比率電位差計を介して、所定のランプ列の温度制 御信号を与えることによって、電力比は有利に固定される。他のランプ列は、同 様の比率制御回路機構を使用してその制御信号を有利に変更させ、それによって ゾーン内のランプ列間に予め設定された電力比を提供する。この方法により、様 々なゾーンを独立して調整することができる。ウェーハをスペーサ上に載置する 設計の結果として、特許第４，８３８，１３８号に記載されたシステムに１つの 変更が行われた。サセプタからウェハの熱的分断の結果、特定の加熱ゾーンの上 部ランプと下部ランプの間のランプ列電力比を処理中の様々な時点で調整できる ようにするために、回路機構にアナログ比率制御機能が追加された。これは、ゾ ーン内の上部ランプ列におけるランプのための予め設定された比率の電位差計と 直列に動的に制御可能な電位差計を追 加することによって、現行システム内で有利に達成される。したがって、ゾーン 内の上部ランプ列の制御信号は、動的に制御可能な電位差計を使用して変化させ ることができる。そのゾーンのランプに加えられる総電力はほぼ同一に維持され るので、ゾーン内の上部ランプ列のランプの電力が変化すると、下部ランプ列の 対応するランプ３５２の電力は逆方向に変化する。したがって、２つの間の電力 比は変化する。これにより、サセプタおよびウェハが物理的に離れていても、こ れらの温度を一緒に近接状態に維持することができる。 米国特許第４，８３８，１３８号に開示された加熱システムをさらに詳しく参 照すると、図６のランプ４８Ｂおよび４８Ｃは上部ランプ列の中心加熱部を形成 し、ランプ７８Ｂおよび７８Ｃは下部列の中心部を形成する。上部列と下部列の 間の電力比は、上部列のランプ４８Ｂおよび４８Ｃに加える電力を変化すること によって、アナログ比率制御を利用して変更されるが、ランプ７８Ｂ、７８Ｃ、 ４８Ｂおよび４８Ｃに与えられる総電力はほぼ同一に維持される。この結果、下 部ランプ列の電力が反対方向に変化する。 図２０のグラフに、アナログ比率制御を利用する一例を示す。実線は、半導体 ウェハの処理のための時間温度レシピを示す。実線は、９００℃の開始温度が得 られるように ランプを設定した状態で、ウェハが反応室に装填される場合を示す。温度を約３ ０秒間そのレベルに維持する。次に追加加熱を行って、約７０秒で約１１５０℃ まで温度を上昇させる。次にそのレベルでウェハを約１分間ベーキングまたはエ ッチング段階にさらす。次に温度を、冷却器で約３０秒間に約１０５０℃の堆積 温度まで低下させる。温度を１０５０℃で約７０秒間予備堆積段階に維持し、そ の後ウェハに堆積を行いながら約７０秒間維持する。次に同様の時間だけウェハ を約９００℃に冷却させる。次にサイクルを終了し、ウェハを９００℃レベルで 取り出す。 上述の通り、処理されるウェハがサセプタ上に直接支持される場合、上部ラン プ列と下部ランプ列の間の熱の比率は予め定められた比率に維持される。この方 法は、サセプタとウェハ間の温度がサイクル全体を通してほぼ同一である限り、 サセプタ上に配置したウェハでは満足できる方法である。しかし、ウェハがサセ プタの上に間隔をおいて配置される場合、サイクル中にウェハの中心部の上部と 下部の加熱列間の比率を変えることが望ましい。図２０の破線はアナログ比率制 御の一例を提供する。比率変化百分率を図２０のグラフの右側の尺度に示す。サ イクルの開始時に、比率は変動率ゼロであることが示されており、ランプが定常 状態または固定比率位置と呼ばれる状態であることを意 味する。これは、上部および下部のランプ列間の電力が必ずしも同一であること を意味しない。稼働システムの一例として、上部ランプは電力の約４８％を受け 取り、下部ランプは約５２％を受け取った。ウェハがサセプタと直接接触した状 態で支持される場合、電力比は単にゼロすなわち定常状態ラインに維持されるだ けであろう。しかし、ウェハがサセプタから離して配置される場合、それは充分 ではない。 ウェハとサセプタの間の温度は、加熱サイクル中、ほぼ同一に維持することが 望ましい。ウェハはサセプタの上に間隔をあけて配置され、かつサセプタより質 量が小さいので、ウェハはサセプタより迅速に加熱される。したがって、温度が ９００℃から１１５０℃まで上昇するサイクル段階中に、ウェハに必要な熱の百 分率は低下する。したがって、グラフの破線は、上部ランプに加えられる電力の 百分率が、定常状態またはゼロ変化状態より約２０％低い比率に低下する。上述 の通り、ランプに加えられる総電力は、比率が変化しない場合と同様にほぼ同一 であり、したがってこの結果、下部ランプに加えられる電力の百分率が増加する 。この比率の変化により、ウェハおよびサセプタの温度は、温度が１１５０℃レ ベルにまで上昇するときに、ほぼ同一に維持される。ベーキングまたはエッチン グ段階で温度が そのレベルに維持される間、可変比率制御は、グラフに示すようにゼロまたは定 常状態比率に戻る。 次にウェハを１１５０℃から１０５０℃に冷却することが望まれる場合、電力 は低下されるが、冷却を制御するために多少の電力が持続される。サセプタから 離して配置されたウェハはサセプタより迅速に冷却するので、ウェハをサセプタ の温度に維持するために、上部ランプおよび下部ランプの間の比率は、上部ラン プの電力を下部ランプの電力より低い百分率に低下することによって変化する。 破線で示すように、上部ランプの電力の百分率は、上部ランプの比率が約２０％ 増加するように増加する。ウェハが１０５０℃レベルに維持される間、電力比は 定常状態に戻るので、予備堆積段階が終了し、堆積段階が開始される時点で、電 力比はいわゆる定常状態である。堆積後、ウェハを８００℃レベルに冷却させる ことが望ましい。したがって再び、上部ランプの電力の百分率を約２０％増加す ることによって、比率を変化させる。８００℃のレベルに達すると、上部ランプ に対する電力百分率が低下し、比率はその定常状態に戻る。加えられる総電力は ほぼ同一であり、変化するのは上部列と下部列の間の電力比だけであることを念 頭に置く必要がある。実際の変化百分率は、言うまでもなく、処理される特定の ウェハならびに関係する特定の温度およ び処理に対して決定する必要がある。アナログ比率制御機能は、所望の結果を得 るために乗算回路を使用して、適切な分だけ上部ランプの電力信号を変化させる 。 図２４および図２５は、図２３Ａ、図２３Ｂ、および図２３Ｃと同様の配列を 示すが、これはスペーサリング６１５とは異なる構成を持つスペーサリング７１ ５を含む。上面の円周方向に間隔をおいて配置された複数の溝６１５ｂを持つ平 坦なリングの代わりに、リング７１５は、図２５Ｂに最もよく示すように、概し て平坦な矩形の断面を持つ中央本体部７１５ｂを含む。複数のランド、リップ、 または突起７１５ａが本体部７１５ｂから上向きに伸長して、基板のためのスペ ーサを形成する。図２４に示す配列では、円周上に約６０°の均等な角度αの間 隔で配置された６個のそうしたランドが設けられる。図２５Ａから分かるように 、ランドはリングの半径方向の完全な厚さだけ伸長するが、ランド２５ｂの上面 は、リングの半径方向に外側の端部から半径方向に内側の低くなった端部までわ ずかに傾斜する。この構成は、基板６４８との間の接触を、６つのランド位置の 非常にわずかな線接触にまで最小化する。さらに、図２５から分かるように、ラ ンドの円周方向の幅は非常にちいさく、好ましくはわずか約０．０３０インチで ある。ランドの上面の傾斜は、水平方向からわずか約２°で ある。ランドの代わりに、他の形状を持つ突起または突出物を使用することがで きる。 リング７１５はさらに、本体部７１５ｂから円周方向に間隔をおいて垂下する 複数の脚７１５ｃを備えている。さらに詳しくは、図２４から分かるように、１ 対のそうした脚がランド７１５ａにまたがり、ランドから円周方向に１０°の角 度βの間隔で配置される。これにより、全部で１２の脚が各ランド７１５ａの両 側に２つづつ隣接して形成される。図２５Ａ、図２５Ｂ、および図２５Ｃから分 かるように、脚７１５ｃの外側下隅部が面取りされている以外、脚はリング本体 ７１５ａの幅全体に伸長する。 サセプタの上部にウェハを支持するスペーサは、ウェハとサセプタの間のガス より伝熱抵抗が小さい。したがって、ウェハ内の接触領域付近に、望ましくない 熱勾配が発生する可能性がある。これは、システムの急速な熱上昇中に発生する 大きい熱勾配のときに、最も顕著である。脚７１５ｃから円周方向に間隔をおい て配置されたランド７１５ａを持つ利点は、サセプタとウェハ間の熱的経路が、 ２つの構成部品の間にスペーサが直接伸長する場合よりずっと長くなることであ る。つまり、言い換えると、１つの脚の底部から隣接するランドの頂部までの熱 的経路は、脚とランドを含むリングの高さよりずっと大きい。これが今度はシ ステムの急速な加熱を可能にし、これは言うまでもなく生産性を向上する。 図２４および図２５に示す配列では、サセプタのその他の部分は、スペーサピ ンの有無に関わらず、図２〜図１７の任意のサセプタ構成を利用して形成するこ とができる。つまり、スペーサリングがスペーサピンの高さと等しい高さを持つ 場合、スペーサピンを使用する必要はない。代替的に、基板がスペーサピンによ って支持されるように、ブロッカまたはスペーサリングの全高をスペーサピンの それよりわずかに低くすることができる。 様々な寸法のスペーサリング７１５を使用することができる。例えば、８イン チのウェハ用の１つの原型版のランド７１５ａの高さＡは約０．０２２インチで あり、中心本体部分は約０．０３５インチ、脚は約０．０２０であり、合計する と約０．０７７インチである。中心本体部７１５ｂの厚さＢを増加して、ランド 間及び脚間の通路の領域を減少することができる。別の構成では、本体部７１５ ｂは約０．０４５インチ、突起７１５ａは約、００１７インチ、脚は約０．０１ ５インチである。基板の直径はリングの外径よりわずかに小さいので、基板の外 周部が接触する領域のランド７１５ａの高さは脚の高さとほぼ同じであることに 、注意する必要がある。別の構成では、中心本体部７１ ５ｂは約０．０５５インチ、上部および下部は各々約０．０１０インチである。 さらに４番目の構成では、中心本体部は約０．０６５インチ、上部および下部突 起はわずか約０．００５インチであった。したがって、リングの寸法を変えるこ とによって、リングと基板の間、およびリングとサセプタの間の通路の断面積が それに対応して変化することが分かる。 図２６および図２７は、スペーサまたはブロッカリング８１５の別の構成を示 す。図２６、図２７、図２７Ａ、および図２７Ｂから分かるように、リングは概 して矩形の断面を有する本体部８１５ｂを含み、かつリングの内径と外径のほぼ 中間に位置し上向きに伸長する連続環状リブ８１５ａを含む。リングはさらに、 円周方向に間隔をおいて配置され本体部８１５ｂから垂下する複数の脚８１５ｃ を備える。これらの脚は、図２５に示す脚７１５ｃとほぼ同じである。つまり、 図示する配列では、１対の脚８１５ｃが相互に約２００の近似角度θで相互に間 隔をおいて配置される。さらに、円周方向に約６００の間隔をおいて配置された ６対のそうした脚があり、それによって合計で１２個の脚が形成される。 リング８１５はリングの全高が上述の支持ピンまたはスペーサのそれより小さ いブロッカリングとして使用し、基 板がブロッカリングよりスペーサピンに支持されるようにすることが好ましい。 この意味で、リング８１５は、堆積ガスの内向きの流れを遮断すると共に、リブ ８１５ａの上端部との間にわずか約０．０１０インチの細い環状通路またはスリ ットを設けることによって、掃引ガスまたはパージガスの作用をさらに高めるた めに機能するだけである。さらに、円周方向に間隔をおいて配置された、垂直方 向に短い通路が脚８１５ｃの間に設けられる。好適な配列では、リブ８１５ａの 高さＡ１は約０．０２５インチ、本体の高さＢ１は約０．０３０インチ、脚部の 高さＣ１は約０．０１０インチで、合計約０．０６５インチである。０．０７５ インチの間隙を形成するスペーサピンを使用する場合、これによりリブと基板の 間の通路は０．０１０インチになった。 環状リブ８１５ａの半径方向の寸法または幅は約０．０２５インチが好ましく 、図２７Ｂに示すように、それは概して平坦な中心部と丸みを帯びたショルダを 有する。 基板とサセプタの間の間隙をさらに遮断するために、ブロッカリング脚８１５ ｃを除去し、図２７Ｃに示す断面を形成することができる。ここで、本体部は約 ０．０４０インチである。 図２８は、リングの内径に隣接して環境リブ９１５ａが 配置され、したがってリングの断面が幾分Ｌ字形になり、リングの半径方向の寸 法がＬ字形の長い脚を表し、上向きに伸長するリブが短い脚を表すことを除いて 、リング８１５と同様の断面を有するブロッカリング９１５を示す。 図２６、図２７、および図２８に示す配列の利点は、リブ８１５ａおよび９１ ５ａが基板から間隔をおいて配置され、リングがサセプタから熱的に事実上分断 されるので、前記リング上のサセプタの領域にスリップを発生させるおそれのあ る著しい温度の不連続性が存在しないことである。同時に、間隙の実質的な部分 はリングによって遮断されるので、堆積ガスは基板の下の領域に入ることが妨げ られる。これに関連して、掃引ガスの速度はリングのそばを通過するときに増加 するという事実があり、これによりさらに堆積ガスの基板の下への流入が阻止さ れる。通路から支持スパイダを介して間隙へ流入する入力ガス流量は、所望の流 量を形成するように制御することができ、かつサセプタと基板との間の間隙に基 板上の圧力より大きい圧力が維持される。この圧力差は言うまでもなく、パージ ガスまたは掃引ガスの流動を維持し、かつ基板の裏面上の堆積ガスの流動を防止 する。図２３〜図２８に示すようなブロッカリングを使用することにより、リン グが無い場合より低いガス流量により、ウェハの裏面が適正に保護される。様々 な低 流量のガス流動が適正な結果をもたらす。 スペーサリングの幾つかについて、本体から下向きに突起する脚またはレッグ を持つものとして説明したが、サセプタはこれらの領域にリップまたはバンプを 設け、平坦または脚を持つリングと共に通路を形成することができる。同様に、 スペースリングまたはスペーサリングをサセプタとは別個に形成することが最も 実用的であるが、同様の構造はサセプタと一体的に形成することもできる。 また、上述した完全にリング形のブロッカは現在好適な形状であるが、閉じた ３６０°の形まで完全に伸長しないブロッカも利用されるであろう。同様に、リ ングは、実質的にリングを形成できる２つ以上の別個の部品として形成できるよ うにすると便利であろう。さらに、完全な円形でないブロッカも使用できる。他 のそうした変形も、添付する請求の範囲内に含まれる。 本発明を特定の好適な実施形態に関して説明したが、他の実施形態も本発明の 範囲内である。例えば、説明した実施形態の一部は特定の大きさのウェハについ て説明したが、同じ機能をより大きいウェハを収容するためにも使用できる。実 際、従来の２００ｍｍおよびそれ以下の大きさのウェハを補足するために、３０ ０ｍｍ以上のウェハが現在企図されている。より大きいウェハの場合、リング内 で追加 のスペーサを図１８に示した３つのスペーサ１００から半径方向に内側に間隔を おいて配置し、円周方向に位置をずらして図１８のスペーサの間に配置して使用 することが望ましい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／９２３，２４１ (32)優先日 平成９年９月４日(1997．9．4) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ｗ (72)発明者 ホーキンス マーク アール. アメリカ合衆国 85233 アリゾナ ギル バート ウェスト オックスフォード レ ーン 347 (72)発明者 フォスター デリック ダブリュ. アメリカ合衆国 85260 アリゾナ スコ ッツデール ナインティーセカンド プレ イス 12580 エヌ. (72)発明者 バイン ロバート エム. アメリカ合衆国 85284 アリゾナ テン ペ ベルベット 1936 イー. (72)発明者 ヴァンゲート ジョン エフ. アメリカ合衆国 85044 アリゾナ フェ ニックス ショミ ストリート 3832 イ ー. (72)発明者 ファン デア ジューゴ コーネリアス エー. アメリカ合衆国 85282 アリゾナ テン ペ パームクロフト ドライブ 1986 イ ー. (72)発明者 ヤコビス ローレン アール. アメリカ合衆国 85202 アリゾナ メサ ポサダ アベニュー 2135 ダブリュ. (72)発明者 バン ビルセン フランク ビー．エム. アメリカ合衆国 85044 アリゾナ フェ ニックス 4411 イースト チャンドレル ブルヴァード ナンバー1098 (72)発明者 グッドマン マシュー アメリカ合衆国 85283 アリゾナ テン ペ 995 イー．ベースライン ナンバー 2032 (72)発明者 ハートマン グレン アメリカ合衆国 85035 アリゾナ フェ ニックス バージニア アベニュー 4648 ダブリュ. (72)発明者 レイトン ジャソン エム. アメリカ合衆国 85225 アリゾナ チャ ンドレル イー．モントレー ストリート 433 【要約の続き】 するために、共通の下部セクションが複数の様々な上部 セクションと協働して、区分化サセプタを形成すること ができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 概して平板状の基板を受容するための領域を持つサセプタ上で前記基板を 処理するための装置であって、１つ以上のスペーサが前記サセプタの上に伸長し て前記基板を支持すると共に基板とサセプタとの間に間隙を形成して成る前記装 置が、 前記サセプタの下から前記間隙内に掃引ガスを導入して基板の下から半径方向 に外向きに流すための前記サセプタ内の１つ以上の通路と、 前記サセプタ上の前記基板の外側環状部の下となる前記領域の外周部に支持さ れるブロッカリングであって、前記外向きの半径方向の掃引ガスの流れを制限し かつサセプタ上のガスが前記領域内に流入するのを阻止するように構成された前 記リングと、 を含むことを特徴とする装置。 ２． 前記リングが、前記リングと基板との間に細い環状の掃引ガス通路を形成 するように構成された請求項１記載の装置。 ３． 前記リングが、前記リングの本体部から上向きに伸長する環状リブを有す る請求項１または２記載の装置。 ４． 前記リブがリングの内径と外径の間にほぼ中心に配 置されるか、またはリングの内径に隣接して配置される請求項３記載の装置。 ５． 前記リングが、リングとサセプタの間に円周方向に間隔をおいて配置され た複数の通路を形成する円周方向に間隔をおいて配置された複数の脚を有し、そ れによってリングの上および下に抑制された掃引ガスの流れができる請求項１か ら４のいずれか記載の装置。 ６． 前記スペーサが前記リングと一体的であり、前記リングの本体部から上向 きに伸長して、円周方向に間隔をおいて配置された通路をリングと基板との間に 形成する請求項１から５のいずれか記載の装置。 ７． 前記リングが、前記リングの本体部から垂下する円周方向に間隔をおいて 配置された複数の脚を含み、それによってリングとサセプタの間に円周方向に間 隔をおいて配置された複数の通路が形成され、脚の底面と隣接するスペーサの頂 面との間の熱的経路がスペーサおよび脚を含むリングの高さより大きくなるよう に前記スペーサが前記脚から円周方向に間隔をおいて配置される請求項１記載の 装置。 ８． 前記サセプタが実質的に円板形の下部セクションと、前記下部セクション の上面と係合する下面を有する実質的に円板形の上部セクションとを含み、前記 セクションの表面を係合することによって前記１つ以上のガス通路が画定 され、前記下部セクションの１つ以上のガス入口がその下面および前記通路に通 じ、前記上部セクションの１つ以上のガス出口が前記間隙に通じる請求項５、６ 、または７記載の装置。 ９． 前記１つ以上のガス通路が、前記ガス入口と出口の間に伸長する浅い環状 凹所を含む請求項８記載の装置。 １０． 中心軸および前記軸から半径方向および上方向に伸長する複数の支持ア ームを有する前記サセプタのための支持体を含み、前記アームが前記サセプタを 支持するために前記サセプタの下面と係合するように適応された上端を有し、１ つ以上の前記アームが管状であるので前記掃引ガスを前記管状アームを通して前 記ガス入口へ伝達することができる請求項８記載の装置。 １１． 前記サセプタが前記基板受容領域を形成する浅い凹所を有し、前記リン グが凹所の内径よりわずかに小さく、基板とサセプタの間の凹所内の基板の外周 部に嵌め込まれる請求項１から１０のいずれか記載の装置。 １２． サセプタ上および平板状基板の外周部の下に配置されるブロッカリング を含む、半導体ウェハを処理するための装置であって、前記リングは円周方向に 間隔をおいて配置された複数のランドまたは本体から上向きに伸長する環状リブ を有して成る装置。 １３． 前記リングがランドより円周方向に間隔をおいて配置され本体部から垂 下する複数の脚部を有する請求項１２記載の装置。 １４． 基板の高温処理中に基板を支持する方法において、 ウェハが実質的にサセプタから熱的に分断されるように、基板をサセプタの上 に間隔をおいて配置し、かつ 前記基板の外周部の下の前記サセプタ上にブロッカリングを配置する、 ことを含む方法。 １５． サセプタ上に伸長する１つ以上のスペーサ上の前記リング上に前記基板 を支持することを含む請求項１４記載の方法。 １６． 掃引ガスを基板とサセプタの間の間隙に導入し、かつ前記ブロッカリン グを通る１つ以上の抑制された通路を通して基板の下から半径方向に外向きに流 すために、前記サセプタに通路を設ける、 ことを含む請求項１４または１５記載の方法。 １７． ウェハの高温処理中に半導体ウェハの均等な温度を維持する方法におい て、 ウェハが実質的にサセプタから熱的に分断されるように、サセプタから上向き に伸長する１つ以上のスペーサ上にウェハを配置し、 ウェハの上に間隔をおいて配置された上部熱源およびサセプタの下に間隔をお いて配置された下部熱源によって、ウェハおよびサセプタを加熱し、 ウェハおよびサセプタが両方とも所望の温度であるときには、上部および下部 熱源によって提供される熱の比率を比較的一定に維持し、かつ ウェハおよびサセプタの温度を急速に変化させるときには、ウェハおよびサセ プタの温度が変化するときに、これらを実質的に同一温度に維持するために、前 記比率を変化する、 ことを含む方法。 １８． 前記比率の変化が、ウェハおよびサセプタの温度を急速に増加するとき には、上部熱源から提供される熱の百分率を減少することを含む請求項１７記載 の方法。 １９． 前記比率の変化が、均等性を維持するためにウェハおよびサセプタに多 少の熱を与えながらウェハおよびサセプタの温度を低下されるときには、上部熱 源から提供される熱の百分率を増加することを含む請求項１８記載の方法。 ２０． 基板を支持するためのサセプタと、 サセプタの上に間隔をおいて配置された上部熱源と、 サセプタの下に間隔をおいて配置された下部熱源と、 前記熱源の間で選択された比率で前記熱源に電力を提供する制御装置であって 、基板の高温処理サイクル中に前記比率を変化させ、それによってサイクル中に 熱源によって提供される熱の比率を変化させる制御装置と、 を含む基板を処理するための装置。 ２１． 前記熱源が放射加熱ランプであり、１つ以上の上部ランプおよび１つ以 上の下部ランプが前記制御装置によってユニットとして制御可能である請求項２ ０記載の装置。 ２２． 制御装置が前記熱源間の比率を変化させながら電力出力を実質的に一定 に維持するように構成された請求項２１記載の装置。