JP2002141294A - ゾーン加熱用改良加熱ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱ランプの配列により加熱される領域にお
ける温度の均一性を改善する加熱ランプを提供するこ
と。 【解決手段】 反応チャンバーが、加熱ランプの上部列
と加熱ランプの下部列との間に位置する。上部列及び下
部列を形成する加熱ランプの少なくとも１つが、加熱ラ
ンプの長さに沿って電気出力が異なるようにしたセグメ
ントフィラメントを特徴とする。一構成では、加熱ラン
プは、低エネルギー出力領域により互いに離間した一対
の高エネルギー出力領域を有する。いくつかの構成で
は、上部列及び下部列を形成する加熱ランプの少なくと
も１つは、Ｕ字形等の非直線形である。さらなる構成で
は、非直線形加熱ランプは、巻き密度の異なる部分また
は領域を持つセグメントフィラメントを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概ね、加熱ランプ
に関する。本発明は、特に、加熱ランプの配列により加
熱される領域における温度の均一性を改善する加熱ラン
プに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェハのような基板に材料から
薄膜を形成するための化学気相成長法（ＣＶＤ）は、半
導体産業において非常によく知られているプロセスであ
る。化学気相成長プロセスにおいて、堆積される材料で
ある気体分子が、化学反応によりウェハにその材料から
なる薄膜を形成するようにウェハに付与される。このよ
うに形成される薄膜は、多結晶、アモルファスまたはエ
ピタキシャルとすることができる。化学気相成長プロセ
スは、化学反応を促進するとともに高品質の膜を生成す
るために温度を高くして行われるのが典型的である。エ
ピタキシャルシリコン成長などのプロセスには、（９０
０℃を超える）極めて高温で行われるものもある。

【０００３】所望の高温度を達成するために、抵抗加
熱、誘導加熱または放射加熱を利用して基板を加熱する
ことができる。これらの加熱技術の中で、放射加熱が、
最も効率の良い技術であり、従って幾つかのタイプの化
学気相成長に現在有利とされている方法である。放射加
熱には、リアクターと呼ばれる、高温の炉内に配置され
た反応チャンバーの周囲に、赤外線ランプを配置するこ
とが含まれる。

【０００４】残念ながら、放射エネルギーは、局在化さ
れた放射エネルギー源を使用しその結果として集束及び
干渉という影響が出ることから、「ホットスポット」な
どの不均一な温度分布を生じる傾向がある。

【０００５】化学気相成長プロセス中、１つ以上の基板
が、リアクター（すなわち、反応チャンバー）内に画定
された反応チャンバー内のウェハ支持部（すなわち、サ
セプタ）上に配置される。ウェハ及び支持部は、共に所
望の温度まで加熱される。典型的なウェハ処理ステップ
において、反応ガスが、加熱されるウェハ上方を通過さ
せられ、これにより、ウェハ上に所望の材料から薄い層
を形成する化学気相成長（ＣＶＤ）が引き起こされる。
成長させられる層が、その下にあるシリコンウェハと同
じ結晶構造を有する場合、それはエピタキシャル層と呼
ばれる。これは、唯一の結晶構造を有することから、単
結晶層と呼ばれることもある。次のプロセスにより、こ
れらの層は、集積回路になり、ウェハの大きさと回路の
複雑さにより異なるが何十個から何千個または何百万個
の集積デバイスを作り出す。

【０００６】種々のプロセスパラメータは、化学気相成
長により結果として出来上がる層を確実に高品質にする
ように注意深く制御されなければならない。このような
重要なパラメータの１つが、ウェハプロセスの各処理ス
テップ中のウェハ温度である。例えば、化学気相成長中
のウェハの温度は、堆積ガスが特定の温度で反応しウェ
ハ上に堆積することからウェハ上における材料の堆積速
度を決める。ウェハの表面において温度が異なると、膜
の成長にむらが生じ、ウェハにおける物理的特性が不均
一となってしまう。さらに、エピタキシャル成長におい
ては、温度がわずかに不均一であっても、結果として結
晶のスリップが生じかねない。

【０００７】半導体産業において、材料がウェハ上に均
一な特性を伴って均一に厚く堆積させられることは、重
要である。例えば、超大規模集積回路及び超々大規模集
積回路（ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ）技術において、ウェハ
は、集積回路を有する個別のチップに分割される。化学
気相成長プロセスステップにより不均一性を有する成長
層が生成されると、チップ上のデバイスが、領域によ
り、操作特性が異なるかまたは全く作動しなくなる可能
性がある。

【０００８】同様に、他の熱処理中のウェハにおける温
度の不均一性または不安定性は、結果としてできる構造
体の均一性に影響する可能性がある。温度制御が重要な
他のプロセスとして、酸化、窒化、ドーパント拡散、ス
パッタ堆積、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、
プラズマプロセス、及び高温アニールがある。

【０００９】リアクターが上述の問題を克服するように
再設計された１つの方法は、ウェハを回転させることで
ある。このようなリアクターの一例が、米国特許第６，
０９３，２５２号に示されている。このリアクターは、
ウェハより直径が若干大きい円形の回転可能なサセプタ
ーを含んでいる。サセプターは、ウェハの中心に垂直な
軸線の周りにウェハを回転させる。サセプターの回転に
より、堆積される材料の成長速度が平均され、反応ガス
がウェハ上を流れる際に堆積材料が集中かつ減少すると
いう問題が多少とも解消される。サセプタの回転は、ウ
ェハ表面の温度勾配の平均化を促進するが、これは、全
ての部分が等しく温度環境を全て経ることによる。この
ことは、結果として、サセプタ内及びその上で支持され
ているウェハ内における温度の違いを減少させることに
なる。

【００１０】いくつかの構成において、リアクター内の
赤外線ランプは、反応チャンバー内の種々の場所におけ
る温度勾配の制御が容易となるように配置される。例え
ば、図示した構成では、赤外線ランプの設計は、概ね直
線であり、かつ、一対の交差した配列で配置されてい
る。交差配列構成の結果として生じる格子によって、ウ
ェハの温度の均一性に対する制御は、特定のランプまた
はランプのグループに届く出力を調節することによりい
くらか容易となるが、高温であること及び温度の均等性
がかなり高く求められることから、このような均一性を
提供するようにランプ配列を適宜構成することは難しい
場合がある。

【００１１】ウェハ上においてさらに均一の温度勾配を
提供するように努めて、リフレクターが、ウェハを間接
的に照射するようにランプの裏側に装着された。リフレ
クターすなわち光ダムは、反応チャンバーの中をさらに
温度分布を平均化するように関連の局部に制限した領域
においてランプの一部分を覆う。これらのリフレクター
は、卑金属からなるのが一般的であり、かつ、反射性を
高めるために金めっきされることがよくある。平らな反
射面は、加熱中のウェハにホットスポットを引き起こす
傾向がなおある。さらに、リフレクターは、温度分布を
改善し得るが、リフレクターを製造設備に組み込むこと
は、組み立ての点及びエネルギー効率の点からするとこ
れまで非常に難しかった。また、このような構造は、ラ
ンプバンク設計をさらに複雑にする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、プロセス中の
半導体ウェハの均一な温度分布を達成するシステムに対
する要請が存在する。このようなシステムは、放射加熱
の利点を維持し、一方では、適宜のランプバンク設計の
複雑さを低減するものであることが望ましい。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、加熱ランプは、対応の巻き密度が変化した複数の領
域を伴い形成されている。複数の領域は、赤外線出力従
って放射熱の配置に対してより大きな分解能を提供す
る。例えば、単一のランプの２つの端部に、同じランプ
の中間部よりも単位長さ当りのフィラメント巻線をより
多く設けることにより、端部が中間部よりも放射エネル
ギーと放射熱とをより多く出力する。従って、ランプに
より加熱された領域内の温度はランプの一方の端から他
方の端へと変化する（すなわち高温−低温−高温）。

【００１４】本発明の別の態様によれば、加熱ランプは
非直線形の構造を伴い形成されている。例えば、加熱ラ
ンプは、曲り部により分けられた２本の概ね平行な脚部
をランプが有する概ねＵ字形の構成とすることができ
る。勿論、適用例によってＣ字形、Ｓ字形、Ｌ字形、Ｊ
字形等の他の非直線形構成を利用することもできる。非
直線形構造は、所与のランプ列幅にわたって動作する複
数のランプを有する装置において特に有利である。例え
ば、並んで位置するとともに（例えば直線形ランプの長
さが列の幅を画定する）列の幅全体に延びるいくつかの
ランプを特徴とするランプ列では、非直線形構造によっ
て、ランプ寸法及び／またはエネルギー入力を個々に制
御することにより、列幅に沿ったエネルギー出力の制御
が可能となる。加えて、２つのランプが端部を互いに直
近させ脚部を反対方向に延ばして配置される場合には、
列全体（すなわち列長さ）及び列幅全体にエネルギー出
力を異ならせることができる。

【００１５】本発明のさらなる態様によれば、非直線形
のランプにセグメントフィラメントを設けることができ
る。このような構成は上述した両方の構成の利点を提供
する。

【００１６】本発明の一態様はまた、少なくとも１つの
壁により画定されたチャンバーと、チャンバー内の基板
を支持する構造と、チャンバーの直近に配置された少な
くとも１つの加熱ランプとを備えたコールドウォール型
半導体処理装置を含む。少なくとも１つの加熱ランプ
は、第１の出力領域と第２の出力領域とを含み、第１の
出力領域は第１のレベルの放射エネルギー出力を有し、
第２の出力領域は第２のレベルの放射エネルギー出力を
有する。第１のレベルは第２のレベルよりも大きい。

【００１７】本発明の別の態様は、基板処理ゾーン内で
基板を水平に位置決めするための領域を有し、基板表面
全体にわたるガス流を導通しチャンバー壁を有する処理
チャンバーを備えた化学気相成長装置を含む。加熱ラン
プの第１のバンクは基板処理ゾーンの概ね上方に配置さ
れ、加熱ランプの第２のバンクは基板処理ゾーンの概ね
下方に配置される。第１のバンクは長さと幅を持ち、第
１の組のランプがそれぞれ第１のバンク幅全体に延びる
長さを持つ。第２のバンクは長さと幅を持ち、第２の組
のランプがそれぞれ第２のバンク幅全体に延びる長さを
持つ。第１のバンク幅と第２のバンク幅は概ね平行な平
面に配置されるが、互いに概ね垂直な方向に延びる。第
１のバンクと第２のバンクのうち少なくとも１つは更
に、第１のバンク幅と第２のバンク幅のうちの対応する
１つの全体にわたるランプ出力を調整する手段を有する
少なくとも１つのランプを備えている。

【００１８】本発明のさらなる態様は、上昇させた温度
で半導体ウェハを処理するための装置を含む。装置は、
少なくとも１つの壁により画定された高温処理チャンバ
ーと、処理すべきウェハを支持するとともに外周を有す
るようにチャンバー内に配置されたサセプターとを備え
ている。支持プレートが、サセプターの上面と概ね一直
線の面を有する。支持プレートは、サセプターに対して
非対称の細長の開口部を画定する。図示した実施形態で
は、この非対称部を、円形のサセプターを囲む概ね長方
形の外周を持つ「リング」と明示する。加熱ランプの第
１の列がサセプターの直近に配置され、加熱ランプの第
２の列がサセプターの直近に配置される。サセプター
は、第１の列の少なくとも一部と第２の列との間に配置
される。第１の列または第２の列の少なくとも１つのラ
ンプは、高エネルギー出力部と低エネルギー出力部を備
えている。両エネルギー出力部の少なくとも一部が、サ
セプターの外周によりサセプターに垂直な方向に画定さ
れた容積内に配置される。

【００１９】本発明のさらなる態様は、チャンバー直近
に配置された複数のランプの列により加熱される半導体
処理チャンバーにおいてランプを形成する方法を含む。
複数のランプは、長さを持つ少なくとも１つの直線形ラ
ンプを備え、この長さが列の幅を画定する。この方法
は、基板全体の温度における非均一性を特定すること
と、列を形成する複数のランプの少なくとも１つを、列
の幅全体の異なる電気出力を準備する調整ランプと取り
替えることとを含む。調整ランプは、基板全体を通して
より良い温度の均一性を達成するように、チャンバー内
の比較的低いまたは比較的高い温度ゾーンを補償する点
で調整策である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明のいくつかの特徴、態様及
び利点を実施するランプ及びランプ列を説明する前に、
半導体形成設備において利用するための加熱システムに
ついてのいくらかの背景情報を含む、発行された２つの
特許及び関連係属出願を参照する。

【００２１】１９８９年６月６日付でRobinson他に対し
て発行された米国特許第４，８３６，１３８号明細書及
び１９８９年５月９日付でCrabb他に対して発行された
米国特許第４，８２８，２２４号明細書は、典型的なコ
ールドウォール型枚葉式ウェハ反応チャンバーを説明し
ており、これらは、参照により本明細書に明白に組み込
まれたものとする。これらの反応チャンバーは、本発明
のいくつかの特徴、態様及び利点に従い構成された加熱
ランプ及び加熱ランプ列を使用可能である典型的な環境
である。１つの好ましい構成において、加熱ランプ及び
列は、化学気相成長チャンバー内で使用される。さらに
好ましい構成において、加熱ランプは、エピタキシャル
成長のために最適化された化学気相成長チャンバー内で
使用される。

【００２２】２０００年７月２５日付でWengert他に対
して発行された米国特許第６，０９３，２５２号明細書
も、加熱ランプ及び加熱ランプ列を使用することにより
有利となり得る反応チャンバーの構成を開示している。
該特許の開示内容は、参照により本明細書にはっきりと
組み込まれたものとする。さらに、該特許の詳細の幾つ
かを、以下に再説明する。

【００２３】図１から図８を参照すると、化学的気相プ
ロセスなどのための典型的な反応チャンバー１０が図示
されている。見て分かるように、反応チャンバー１０
は、長く、概ね平らな外形を有し、その断面は、概ね両
凸レンズ形状である。両凸レンズ形状は、円形に湾曲し
得る両凸面を向かい合わせにしたものである。いくつか
の構成において、反応チャンバーは、四角形、長方形な
ど他の外形を有する場合がある。例えば、四角形の反応
チャンバーが、２０００年１１月７日付で発行された米
国特許第６，１４３，０７９号明細書に開示されてお
り、参照により本明細書に全て組み込まれたものとす
る。図１から図８に図示された反応チャンバーは、外側
凸面及び内側凹面を有する上壁１２と、外側凸面及び内
側凹面を有する下壁１４とを備えている。上壁１２及び
下壁１４は、垂直に短いサイドレール１６及び１８によ
り接続されている。これらの壁及びサイドレールは、上
流の入口端フランジ２０と下流の出口端フランジ２２と
によりさらに連結されている。上流及び下流とは、これ
から説明するが、プロセスガス流の方向に関連してお
り、本明細書では、前方及び後方と同じ意味合いであ
る。

【００２４】ここで図２を参照すると、上壁１２及び下
壁１４は、長方形の平らな垂直突起部を有する、薄く、
湾曲したプレート状の要素である。上壁１２及び下壁１
４は、円の曲率半径（circular radius of curvature）
を有するとともに石英または同様の材料からなる円筒チ
ューブから切断されたセグメントにより形成可能である
ことが望ましい。さらに大きい反応チャンバーにおいて
は、上壁１２及び下壁１４は、平らな石英プレートを加
熱及び形成することにより構成可能である。石英が好ま
しいが、同様の望ましい特性を有する他の材料を代用し
てもよい。これらの望ましい特性には、融点が高いこ
と、大きく急速な温度変化に抵抗可能であること、化学
的に不活性であること、及び光透過性が高いことが含ま
れる。

【００２５】厚いサイドレール１６、１８は、長方形の
断面の石英ロッドから機械加工するか、またはそうでは
なく図２に図示した断面形状に形成することができる。
各サイドレール１６、１８は、上壁１２の湾曲した外面
の続きを形成する上面２４と、下壁１４の外面の続きを
形成するように湾曲した下面２６とを有する補強された
本体を含んでいる。各サイドレール１６、１８の横方向
の外面２８は、平らでかつ垂直に延びている。各サイド
レール１６、１８の内面は、上方、中央、及び下方の突
出壁部３２ａ、３２ｂ、３２ｃを形成し長手方向に延び
る上凹所３０ａ及び下凹所３０ｂによりそれぞれ形成さ
れている。上方及び下方突出壁部３２ａ、３２ｃは、長
手方向の溶接接合面３９で上壁１２及び下壁１４の側縁
と接合している。一実施形態において、サイドレール１
６、１８の本体の寸法は、厚さまたは幅が約２０ｍｍ
で、高さが約２１ｍｍである。

【００２６】図示した構成において、支持部すなわちス
トリンガーが、サイドレール１６及び１８の間を延びる
平らで長方形の支持プレート４０の形状で備えられるこ
とが好ましい。図４において見られるように、支持プレ
ート４０は、反応チャンバー１０の幅を延びるとともに
支持プレート４０を入口プレート部４６ａと出口プレー
ト部４６ｂとに分ける空隙（void）すなわち開口部４４
を画定する孔４２を含んでいる。入口プレート部４６ａ
は、入口端フランジ２０から開口部４４の上流縁へ延び
ており、かつ、出口プレート部４６ｂは、開口部４４の
下流縁から出口端フランジ２２へ延びている。図４から
分かるように、支持プレート４０の入口プレート部４６
ａの長手方向長さは、出口プレート部４６ｂより短い。
より具体的には、好ましい構成において、入口プレート
部４６ａは、出口プレート部４６ｂの長さの約７０％で
ある。その比例した構成は、概ね反応チャンバー内のプ
ロセスガスの流れに関連している。

【００２７】図２において最もよく分かるように、各サ
イドレール１６及び１８は、支持プレート４０の延長部
分を実質的に形成し内部方向に延びる中央突出壁部３２
ｂを含んでいる。この点で、支持プレート４０は、実際
には、サイドレール１６、１８の本体でまたは言い換え
れば凹所３０ａ、３０ｂの横方向外側領域で終わってい
る。長手方向接合部４８とは、支持プレート４０の横方
向縁と各サイドレール１６及び１８の中央突出壁部３２
ｂとの間における溶接される接合部を指す。中央突出壁
部３２ｂは、上壁１２及び下壁１４を正確に二分してお
り、従って、支持プレート４０は、それらの間において
正確な中央線にすなわち中央平面に位置する。

【００２８】図１及び図３を参照すると、各入口端フラ
ンジ２０、出口端フランジ２２は、それぞれ面取り角５
２を有する外側の概ね長方形のスラブ５０、５１と内側
両凸レンズ状延長部５４とを含む。ここで図１及び図３
を参照すると、内側延長部５４は、上壁１２、下壁１４
及び中央支持プレート４０の形状に適合している。さら
に具体的には、短い長手方向部分が、上壁１２、下壁１
４、中央支持プレート４０とそれぞれ接合するようにス
ラブ５０、５１から延びている。反応チャンバー１０の
各端において、曲線溶接接合部５６が、湾曲した上壁１
２と延長部５４の上部分との間、及び、湾曲した下壁１
４と延長部５４の下部分との間に形成されており、ま
た、直線接合ライン５８が、延長部５４の中央部分と支
持プレート４０の長手方向端部分との間に画定されてい
る。

【００２９】入口端フランジ２０のスラブ５０は、反応
チャンバー１０内において支持プレート４０上方かつ上
壁１２下方の上方領域６６（図２を参照）に通じる上側
部分に、横方向に延びる孔６０（図３を参照）を含んで
いる。逆に、出口端フランジのスラブ５１は、一対の横
方向に延びる孔６２、６４（図３を参照）を含み、上方
孔６２は、既述した反応チャンバー１０の上方領域６６
（図２を参照）と連通し、下方孔６４は、反応チャンバ
ー１０の支持プレート４０下方かつ下壁１４上方におい
て画定された下方領域６８（図２を参照）と連通してい
る。サイドレール１６、１８内の丸くなった凹所３０
ａ、３０ｂは、上方領域６６、下方領域６８の横方向の
境界を画定する。以下に述べるが、ウェハ処理は、上方
領域６６においてのみ行われ、支持プレート４０は、プ
ロセス区域の下方の境界を画定している。

【００３０】図３及び図８に図示したように、支持プレ
ート４０の開口部４４は、サセプター７０と温度補正リ
ング７２（図４及び図８を参照）とを受け取るような寸
法であり、温度補正リング７２はサセプター７０を囲ん
でいる。温度補正リング７２は、反応チャンバー１０内
の温度均一性の向上を促進するように設定された熱量を
有する。一構成において、温度補正リング７２自体は、
処理されるウェハに対して非対称であり、その結果、温
度補正リング７２は、ウェハとは熱量の中心が異なる、
すなわち、ウェハの周りにおいて熱量は不均一に分布さ
れる。例えば、一構成において、温度補正リング７２
は、結果として高熱量が角に集中するがウェハに対する
熱量の中心は同じである実質的に長方形の外周とするこ
とが可能である。他の構成においては、温度補正リング
７２は、ウェハの周りの熱量分布が不均一である、中心
がずれた構成（例えば、図示した長くなった長方形）と
することができる。例えば、温度補正リング７２は、中
心以外の場所でウェハを受け取ることができる。温度補
正リング７２は、反応チャンバー１０内の他の特徴をな
す構造及びガス流路によりある程度異なるが、三角形、
円形、楕円形、または他の適宜の形状とすることができ
ることは当然である。

【００３１】サセプター７０は、固定の温度補正リング
７２内において回転するように適合されているととも
に、そこから、約０．５から１．０ｍｍの狭い環状ギャ
ップＧの間隔を置いていることが好ましい。概ね円形の
温度補正リング７２の中心線が、図４において図示され
た破線の円７４により概略が図４に図示されている。温
度補正リング７２を囲んでいる支持プレート４０内の孔
４２の形状は、開口部４４の縁が温度補正リング７２に
極めて接近するように円形とすることもできる。しかし
ながら、図４に図示したように、幾分丸くなった角を有
する長方形の孔４２が好ましいことが分かった。支持プ
レートの入口プレート部４６ａ、出口プレート部４６ｂ
は、正確な形状を提供するように切断可能であり、製造
上の便宜のために、詰め物（fill）としての短く幾分三
角形の部分７６が、所望の構成を提供するようにプレー
ト部分及び反応チャンバーのサイドレール１６、１８に
溶接可能である。

【００３２】図４に図示した円７４は、温度補正リング
７２（図８を参照）の中心線を表すものであって、反応
チャンバーの上流端及び下流端または開口部４４のどち
らに対しても中央に配置されているのではないことに注
意する。その代わりに、円７４の上流または前縁の方が
上流縁入口プレート部４６ａの下流縁に、円の下流また
は後縁が出口プレート部４６ｂに接近しているよりもさ
らに接近している。この配置は、出口プレート部４６ｂ
の上流縁の失透速度を低減することにより反応チャンバ
ーの強度を維持することに役立つ。すなわち、ガス流
は、反応チャンバーの壁の温度がサセプター７０のまさ
に下流において最高となるようにサセプター７０上を通
過すると熱くなる。従って、上流縁は、サセプター７０
に接近し過ぎた場合著しい熱循環運動と失透にさらされ
る可能性があるので、サセプター７０は、開口部４４内
において、それらの間の間隔を大きくするように前方に
オフセットされる。

【００３３】いくつかの構成において、すぐ上で述べた
オフセットされた配置は、反応チャンバーの中における
プロセスガスの流れにも影響する。さらに具体的には、
温度補正リング７２に囲まれたサセプター７０に配置さ
れたウェハは、ウェハの上流において開口部４４を通過
する反応ガス量を最小限とするために入口プレート部４
６ａの下流縁近くに配置される。これにより、反応チャ
ンバー１０の下方領域６８においてサセプター７０の下
面に堆積可能な反応ガス量は最小限となる。この構成に
より、ウェハに近接した領域を均一な温度とすることが
難しくなることにも留意すべきである。

【００３４】図４及び図８を引き続き参照すると、温度
補正リング７２は、支持プレート部分に溶接された垂直
に延びる部分を有する３つのひじ状支持要素により支持
されている。さらに具体的には、前方支持要素すなわち
フィンガー８０は、反応チャンバーのサイドレール１
６、１８間の中間において前方の入口プレート部４６ａ
の後部に溶接されており、前方支持要素すなわちフィン
ガー８０の水平部分は、温度補正リング７２の前縁の下
に配置されるように後方に開口部４４へ向かって延びて
いる。一対の間隔を置いた支持要素すなわちフィンガー
８２は、図２から図７と同様に図８において見られるよ
うに、温度補正リング７２の後縁の下において前方に延
びる長くなった水平部分を有している。各フィンガーす
なわち支持要素８０、８２は、温度補正リング７２の下
に横たわるピン（図示せず）を含んでいることが好まし
い。従って、温度補正リング７２は、支持要素すなわち
フィンガー８０、８２の垂直ピン（図示せず）により３
点で水平面において支持されている。ピンは、熱循環運
動が繰り返されて、プロセスエッチングガスに晒される
ことによりついに劣化する場合があるものの、かなり容
易に交換することができる。

【００３５】図８において、サセプター７０が、反応チ
ャンバー１０の下壁１４からぶら下がるチューブ９２の
中を延びる回転可能な軸の上端に接続された適宜の支持
部８８のアーム８６上において支持されているところ
が、図示されている。サセプター７０が、温度補正リン
グ７２の上端及び支持プレート４０の上面とほぼ同じレ
ベルであるところが、図示されている。これにより、ウ
ェハは、サセプター７０の上方かつ反応チャンバー１０
の上方領域６６内に配置することができる。

【００３６】なお図８を参照すると、入口端フランジ２
０は、ウェハを挿入可能な水平方向に長いスロット９６
と、スロット９６からウェハハンドリングチャンバー
（図示せず）に通じる遮断バルブが閉鎖された後プロセ
スガスを反応チャンバーの上方領域６６に引き入れるた
めの長い入口９８とを有する入口部９４に接続されるよ
うに適合されている。これに対応して、出口端フランジ
２２は、反応チャンバー１０からプロセスガス１１２を
排出するとともに反応チャンバーを減圧するための出口
部１００と接合するように適合されている。図８から分
かるように、出口端フランジ２２は、支持プレート４０
下方の反応チャンバー下方領域６８及び支持プレート４
０上方の上方領域６６に開口している。

【００３７】複数の熱電対１０２が、出口部１００から
反応チャンバーの下方領域６８へ延びている。熱電対１
０２は、サセプター７０及びそこに配置されたウェハを
囲む局所的温度を感知するようにサセプター７０の直近
まで延びている。米国特許第６，０９３，２５２号明細
書においてすでに説明されているように、サセプター７
０を囲む熱電対１０２の感知端部の有利な配置により、
ウェハの温度についての包括的なフィードバックが可能
となり、かつ、後程説明する、温度の不規則さを補正す
るために放射加熱ランプの調節が可能となる。さらに詳
細には、前縁の熱電対１０４は、サセプター７０の前方
端に近接して終わり、後縁の熱電対１０６は、サセプタ
ーの後方端に近接して終わり、及び、横方向の熱電対
（図示せず）は、サセプターの横方向端に近接して終わ
っている。各熱電対１０２は、温度補正リング７２内に
中空内部を提供するように２つの部分からなる温度補正
リング７２に入る。再度、この温度補正リングは、米国
特許第６，０９３，２５２号明細書にすでに説明されて
おり、参照により本明細書に明らかに組み込まれたもの
とする。

【００３８】温度補正リング７２は、グラファイトまた
は他のこのような高熱吸収材料から構成されることが好
ましい。温度補正リング７２は、プロセス環境において
いくつかの利点を提供し、主として、サセプター７０か
らの端部熱損失を低減する。さらに具体的には、温度補
正リング７２は、サセプター７０の端を接近して囲むと
ともに、材料が同じであることからプロセス中には同じ
温度に維持される。従って、サセプター７０及び温度補
正リング７２は、その間において放射熱損失を著しく低
減させるように相互に熱を放射し合う。温度補正リング
７２の別の利点は、ウェハの領域において反応ガスを予
熱及び後加熱することである。特に、反応ガスは、非反
応周囲温度で反応チャンバーに入り、サセプター及びウ
ェハを通過する際に堆積に適する温度まで加熱される。
従って、周囲の温度補正リング７２は、サセプター７０
の前縁続いてウェハの前縁に到達する前に反応ガスの流
れを予熱する。これにより、プロセスガスは、ウェハの
縁を通過する前にほぼ定常状態の温度となる。さらに、
温度補正リング７２が下流の加熱領域を延びているの
で、ガスの温度は、ウェハの下流縁を通過後あまり下が
らない。いくつかの構成において、温度補正リングは、
温度の低下がウェハからさらに下流で起こるように下流
方向に長くすることができる。

【００３９】反応チャンバー中のガスの流れが、図８に
図示されている。反応ガスは、米国特許第５，２２１，
５５６号明細書に記載の分布のような所定の横方向速度
分布で入口部９４に入るが、その記載全体は、参照によ
り本明細書に組み込まれたものとする。所定の速度分布
により、サセプター７０上において支持された円形ウェ
ハの中央において堆積通路が長くなっていることに対す
る補償を行うように横方向の外側端よりも反応チャンバ
ー１０の中央部分へのガス流が大きくなる。換言すれ
ば、ウェハ上においてその流路に沿い反応物が減少する
ために、ウェハの中央部分にはより多い量の反応ガスが
供給される。

【００４０】反応ガスは、矢印１１２により示したよう
に長手方向後方に継続し、矢印１１６により示したよう
に出口部１００から排出管１１４へ下向きに出て行く。
一般的には、パージガスが、軸９０を囲む中空チューブ
９２の中を上方に供給され、チューブ９２は、軸９０を
囲むガス通路を提供するような大きさである。パージガ
スは、矢印１１８により示したように反応チャンバー１
０の下方領域６８に入る。パージガスは、サセプター７
０の下方における粒子の望ましくない堆積を防止すると
ともに、矢印１２０により示したように出口端フランジ
２２の下方長手方向の孔６４から出ていく。次に、パー
ジガスは、使用済みの反応ガスと混ざり矢印１１６の通
路に沿い排出管１１４を引き続き下りて行く。

【００４１】図１から図７を参照すると、入口端フラン
ジ２０、出口端フランジ２２は、半透明であり、かつ、
内部に窒素の泡が分散された石英から形成されることが
好ましい。中央の薄い上壁１２、下壁１４及び支持プレ
ート４０は、一方では、放射エネルギーに対して透明で
あり、これにより、これらの構造体内の温度を高くせず
に、反応チャンバー１０内のサセプター７０及びウェハ
を放射加熱することができる。半透明の入口端フランジ
２０、出口端フランジ２２は、それらを通じて「ライト
パイピング（light-piping）」が減少するように放射エ
ネルギーを散乱する。これにより、入口端フランジ２
０、出口端フランジ２２の外側のＯ型リング１２２が、
反応チャンバー１０内において生成される極高温に晒さ
れることから保護される。下壁１４下のチューブ９２の
部分は、同様に、分散された窒素の泡により半透明であ
ることが好ましい。

【００４２】図９は、ＣＶＤ処理に使用できる変更され
た反応チャンバー１３０周囲の構成要素の特別な配置を
示している。反応チャンバー１３０は、前述した内部支
持プレート４０と同様の内部支持プレート１３２を含
み、従ってその中に形成された開口部１３３を含んでい
る。開口部１３３は、温度補正リング１５５と半導体ウ
ェハを支持するサセプター１３４とを受けるような大き
さに作られる。支持プレート１３２は、開口部１３３上
流の前部１３５ａと開口部１３３下流の後部１３５ｂと
に分けられる。サセプター１３４は、中空軸１４０に取
り付けられた中央ハブ１３８の、半径方向に延びる複数
のアーム１３６上に位置している。中空軸１４０は次に
反応チャンバー１３０下方に配置されたモーター１４２
により回転される。モーター１４２と中空軸１４０との
間の回転結合は、先に参照により組み込んだ米国特許第
６，０９３，２５２号にはっきりと記載されている。モ
ーター１４２は、固定フレームに取り付けられ、サセプ
ター１３４を反応チャンバー１３０内に適切に位置決め
するための調整機構を含んでいることが好ましい。

【００４３】複数の放射熱ランプが、反応チャンバー１
３０の周りに配置されて、サセプター１３４とその上の
ウェハとを加熱する。第１の上部ランプバンク１４６
が、反応チャンバー１３０に対して長手方向に延びてい
る。第２の下部ランプバンク１４８が、反応チャンバー
１３０に対して横方向に延びている。上部ランプバンク
１４６の配置は、妨げられず、ランプの規則的な配列
が、反応チャンバー１３０の横方向範囲にわたって提供
される。一方、下部ランプバンク１４０は、中空軸１４
０の両側に設けられるが、中空軸周囲の領域で中断され
る。それに伴い、１つまたは複数のスポットライトまた
は有向ランプ１５０が、反応チャンバー１３０の下に配
置され、反応チャンバー１３０に一体形成され下方に垂
下した石英チューブ１５２を囲んでいる。チューブ１５
２は中空軸１４０を同軸に受ける。チューブ１５２と中
空軸１４０は、それらの間に、サセプター１３４下側の
領域にパージガスを注入するのに使用される環状空間を
生成している。有向ランプ１５０は、サセプター１３４
の下面にエネルギーを放射するが、それは、軸１５２及
び支持構造体により遮られ得る。特定の加熱構成は、米
国特許第４，８３６，１３８号に記載され図示されたも
のと同様であって、参照により本明細書にはっきりと組
み込まれたものとする。

【００４４】上部ランプバンク１４６及び下部ランプバ
ンク１４８は、それぞれサセプター１３４の上下に概ね
長方形の形状に配置されている。この構成は、有向ラン
プ１５０と組み合わされて、サセプター１３４とそれに
対応するウェハとに放射エネルギーを集束させる。加え
て、上部ランプバンク１４６と下部ランプバンク１４８
との直交した向きが、サセプター１３４の加熱の均一性
を更に高める。図９に拡大した温度補正リング１５５が
示されている。但し、変更された温度補正リング１５５
の周囲の形状は概ね長方形であり、この形状が、上部ラ
ンプバンク１４６及び下部ランプバンク１４８からの放
射熱に概ね適合することに注意すべきである。この構成
は、非常に効率的であるので、その結果サセプター１３
４全体の温度がより均一となる。それにもかかわらず、
以下に記述する理由で温度の不均一性が依然として存在
することがある。

【００４５】次に図１０に関し、上部ランプバンク１４
６及び下部ランプバンク１４８から形成された加熱ラン
プの典形的な格子を図中に示す。図示した構成では、ウ
ェハは、概ね上部ランプバンク１４６と下部ランプバン
ク１４８との間に位置する反応チャンバー１３０内に配
置される。上部列と下部列とを異なった構成にすること
ができるチャンバーもあることに注意すべきである。例
えば図９の構成においては、下部ランプバンク１４８
は、有向ランプ１５０、回転中空軸１４０、ガス供給チ
ューブ１５２を概ね収容している。従って、下部列の中
央域においては、直線形ランプが全て、一方の側から他
方の側へ通り抜けられる訳ではない。反対に、このよう
な構成では、上部列にはそのような妨害がなく、一方の
側から他方の側へ通り抜ける直線形ランプ全部が、容易
に収容かつ実施される。

【００４６】続けて図１０を参照し、格子の一構成にお
いて、ランプは直線形であり、かつ、１１個のランプで
上部列と下部列のそれぞれを構成している。他の数のラ
ンプも使用できることに注意すべきである。上部ランプ
バンク１４６は下部ランプバンク１４８に概ね垂直に延
びることが好ましい。一般に上部ランプバンク１４６と
下部ランプバンク１４８は、終端効果及びウェハ全体の
温度勾配を変化させ得る他の現象を見込んで異なるレベ
ルの電力を受ける。電力レベルが異なることによりいく
つかのゾーンが生じる。図示した構成では、６つのゾー
ン（すなわちゾーン１〜６）が上部列に設けられ、９つ
のゾーン（すなわちゾーン７〜１５）が下部列に設けら
れる。これらのゾーンは異なるレベルの電力を受けるの
で、ウェハ全体の温度勾配がウェハ表面の全ての部分で
ほぼ均一となり得る。上部ランプバンク１４６及び下部
ランプバンク１４８は、個々に制御することができる
か、または、図示したグループあるいはゾーンで制御す
ることができる。各ゾーンは、温度センサからのフィー
ドバックに基づく温度制御モジュールに関連付けること
ができる（例えば図８の熱電対１０２、１０４、１０
６）。

【００４７】次に図１１〜１３に関し、典形的なランプ
２３０を図中に示す。図示したランプ２３０は、チュー
ブ２３６の両端部に配置された２つのコネクタ２３２、
２３４を一般に備えている。図１１、１２に概略を示す
フィラメント２３８は、チューブ２３６の中を延び、各
端部コネクタ２３２、２３４に電気接続されている。従
って、端部コネクタ２３２、２３４間に電源を接続する
と、フィラメント２３８が、電流を受け、当業界の当業
者に一般に公知の方法で放射エネルギー源を提供する。
ランプは適用及び希望する大きさに応じて寸法を変える
ことができる。

【００４８】この背景を考慮することによって、ウェハ
に対するチャンバー内の熱量の配分が異なることによ
り、反応チャンバー内、特にウェハ表面全体にホットス
ポット及びコールドスポット、または不均一な温度分布
が生じ得ることがわかった。例えば概ね四角形のリング
を特徴とする構成では、サセプターの角が、サセプター
の残りの部分に対して増加した熱量を有する。１つの適
用例では、３００ｍｍのウェハが上記のように反応チャ
ンバー内で処理される場合、四角形の補正リングの角部
は「コールド」スポットとなるが、これはリングの角部
が、大きな表面積及び縁部の冷却効果による「冷却フィ
ン」として機能するからである。ウェハ上の「コール
ド」スポットにより、リング中央部に隣接したウェハ上
に関連する「ホット」スポットが生じる。これは、角部
のグラファイトの熱伝達係数に直接影響するＨ₂ガス速
度と非常に関連があり、サセプターは、さらなる熱抵抗
すなわちウェハが存在するため若干離される。このため
角部は、より冷却され、従ってウェハから熱を引き離
す。

【００４９】以下に説明するランプ列及びランプ構成
は、本発明の種々の特徴、態様及び利点に従って構成さ
れており、ゾーン制御、セグメント及び／または非直線
形ランプ構成を使ってそのような影響を補償するのに使
用することができる。

【００５０】従って、本発明のある特徴、態様及び利点
によれば、上部列及び下部列の少なくとも一方に配置さ
れたランプ２３０の少なくとも１つ、好ましくは２つ以
上に、セグメントランプが含まれる。セグメントランプ
２３０は、フィラメントの長さ全体にわたるフィラメン
ト巻線の数または密度を操作することにより実現され
る。従って、図１４に示すセグメントランプ２３０は、
チューブ２３６内の端部コネクタ２３２、２３４間を延
びるフィラメント２３８を備えている。フィラメント２
３８はフィラメント２３８の巻線数の変化によって示さ
れる２つ以上の領域を有することが好ましい。

【００５１】単位長さ（例えばインチ）当りの巻線数ま
たは巻線密度は、チューブ２３６の長さ（すなわちコネ
クタ２３２、２３４間の距離）に沿って変化させること
ができる。例えば、図示した構成では、２つの比較的巻
きが固い部分２４０、２４２が、比較的巻きが緩い部分
２４４により隔てられる。その結果ランプ２３０は、部
分２４０、２４２に対応する比較的高いエネルギー出力
（すなわち高熱）の領域と、部分２４４に対応する比較
的低いエネルギー出力（すなわち低熱）の領域の特徴を
有する。中間部分２４４は、この部分で放散される電力
が巻き密度のより高い部分２４０、２４２で放散される
わずかな電力であるためランプ２３０の「不活性」部分
として作用する。セグメントランプ２３０（または不活
性部分を持つランプ）により、実際のワット／ｃｍ²で
極制御（extra control）または分解能を提供可能であ
ることによって、特定のゾーン（図１６参照）への電力
配分で蒙る複雑さが低減し、従ってランプバンク設計の
複雑さが低減する。

【００５２】図示した構成では、より多くの放射エネル
ギーが、ランプ２３０の２つの端部分２４０、２４２に
より出力される。中間部分２４４が２つの加熱部分２４
０、２４２間を接続する際に、中間部分２４４もある程
度の放射エネルギーを出力することが予想される。この
放射エネルギーのレベルは、ランプの製造中に中間部分
内に含まれる巻線の密度を変えることにより制御するこ
とができる。勿論、望ましい場合には、中間部分２４４
をほとんど放射エネルギー出力のない実質上の不活性と
することもできる。

【００５３】図示した構成では、上部ランプバンク１４
６のランプ２３０は、ランプ２３０全長の１／６〜１／
３の間で延びる中間部分２４４を備えることが好まし
い。例えば、１６．５インチのランプでは、中間部分
が、３インチ〜５インチの長さの間で延びるとともに概
ね中央に位置している。図１５に示すように、中間部分
２４４は、セグメントランプの反応チャンバー内におけ
る位置に応じて長さを変えることができる。

【００５４】格子列の平衡（balance）（すなわち標準
の放射熱ランプ）に関し、個々のセグメントランプに
は、ウェハ全体の温度分布をより良く制御するために異
なる電力レベルを受けさせることができる。本発明のあ
る特徴、態様及び利点によれば、セグメントランプは、
一定数のゾーンにより制御量と分解能を増加させる。従
って、標準の直線形ランプを使用すれば過熱されるであ
ろう領域の直近において放射出力を減少させることによ
り、ランプは、ウェハ全体の温度分布をより良く制御す
る。一般にセグメントランプを設けることにより、及び
周囲のランプの出力を増加させることにより、典形的な
過熱領域を減少させるかまたはなくすことができる。こ
れによりウェハ表面全体を通してより均一な温度分布が
得られる。

【００５５】次に図１６に関し、典形的な格子に関する
データが１つの図に与えられている。例えば、温度測定
値を格子列に重ねてウェハ全体の温度分布を示してい
る。これらの温度は、所望の最大温度勾配６℃で６０Ｓ
ＬＭのＨ₂の環境で約９００℃まで加熱した際に、図９
のリアクター内の３００ｍｍウェハ上において取ったデ
ータを反映している。上記のように、図示した格子は１
５の異なるゾーンを特徴としており、６つのゾーンが上
部ランプ列に沿って配置され、残りの９つのゾーンが下
部ランプ列に沿って配置される。典形的な適用例で各ラ
ンプに印加される相対電力率もこの図中に示されてい
る。例えば上部列の中央のゾーン、すなわちゾーン１で
は、最大電力の３％がランプに供給され、下部列の反応
チャンバー内へのガス流入に最も近いゾーン（すなわち
ゾーン７）では、最大電力の２９％がランプに供給され
る。図示したように、セグメントランプは、典形的な過
熱領域で使用され、その結果これらの交差領域で生じる
温度がより低くなる。

【００５６】次に図１７、１８に関し、典形的な構成の
２つのランプ列のそれぞれにわたる最大電力率をグラフ
で表したものを示す。まず図１７に関し、上部列のウェ
ハ全体（すなわちチャンバーの左から右へ）の電力率を
図中に示す。図示したように、電力レベルが、チャンバ
ー幅の約１／３の一方の縁部から増加し、チャンバー中
央に向けて減少し、再び増加し、チャンバーの他方の側
に向けて減少する。この電力分布は、ランプの変化に対
処するとともに、終端効果と、個々のウェハ全体の温度
勾配に影響するものとして知られる他の現象とに対処す
るものである。

【００５７】次に、下部列のウェハ全体の最大電力率を
グラフに表した図１８に関し、下部列では分布が上部列
に比べて対称になっていない。具体的には、電力が列の
前方近くで高く、列中央部のすぐ上流の点に向かって減
少する。中央部では電力が、わずかに増加し、わずかに
減少して、その後再び増加する。列の前方（すなわち上
流縁部）から後方（すなわち下流縁部）にわたる距離の
約２／３で、電力が減少し下部列の最後のランプに向け
て次第に減少する。再び、この分布は、セグメントラン
プの組込みと組み合わされて、図示した反応チャンバー
内のウェハに通常伴う温度勾配変化に対処する。ランプ
の種類を変えて組合わせること、及び、図示した上部ラ
ンプ及び下部ランプ全体の電力を変化させることによ
り、温度のより均一な分布が達成され、これにより、こ
れまで好ましいリアクターにおいて達成されなかったウ
ェハ表面全体の温度の均一性が可能となる。

【００５８】次に図１９及び２０に関し、上部ランプ列
３０２及び下部ランプ列３０４の放射加熱ランプの別の
構成を図中に示す。この構成も、本発明によるある特
徴、態様及び利点を有する。図１９、２０に示したラン
プの構成により、反応チャンバー内での温度のゾーン制
御が改良されるため、均一な温度またはほぼ均一な温度
が、ウェハ表面全体にわたって達成できる。理解できる
ように、この構成は、上記のセグメント直線形ランプを
使用するのではなく、少なくとも１つ、好ましくは４つ
の非直線形ランプ３００を特徴としている。理解できる
ように、いくつかの適用例においてセグメント可能な
（すなわちランプ長さに沿って出力エネルギーのレベル
が変化する）いくつかの直線形ランプ３０１も列で使用
される。全体で、図示した構成の各列は、１３のランプ
を備えていることになる。ランプの数は適用例や反応チ
ャンバーの大きさ及び構成に応じて変えることができる
のは当然である。

【００５９】非直線形ランプ３００は、反応チャンバー
の上または下に延びる領域内（すなわちランプ列に概ね
垂直に画定された容積と反応チャンバーの外辺部）に少
なくとも部分的に延び、かつ、反応チャンバーの外縁部
に向けて逆戻りするようにＵ字形であることが好まし
い。この構成により、上部ランプ列３０２の幅全体のゾ
ーンと上部ランプ列３０２の長さに沿ったゾーンの両方
を制御できるようになる。本明細書中で使われているよ
うに、列の幅は、一般に２つのコネクタ間の１つの直線
形ランプの長さにより画定され、列の長さは、いくつか
のランプにわたる距離（すなわちランプの直径とランプ
間の空間）によって画定される。例えば、上部列のラン
プがガス流に平行に延びる適用例では、上部列の幅は、
ガス流に沿って画定された距離であり、長さは、ガス流
に垂直に画定された距離である。同様の構成は、下部ラ
ンプ列３０４でも使用できる。分割した非直線形ランプ
を使用することにより、放射エネルギーの分布を、制御
したい領域でより厳密に制御することができる。例え
ば、非直線形ランプ３００は典形的に高度の放射エネル
ギーを受ける領域（すなわちホットスポット）に配置す
ることが好ましい。しかし、非直線形のランプにより、
エネルギーが、制御され所望の位置に適宜に配置可能と
なる。従って放射エネルギーのより正確な制御を、上部
ランプ列３０２及び下部ランプ列３０４の両方から行う
ことができる。

【００６０】次に図２１及び２２に関し、非直線形ラン
プ３００は、Ｕ字形状の外側チューブ３０５を有すると
ともに、チューブ３０５の全長に沿ってまたはその長さ
の一部だけにフィラメント巻線３０６を含むことができ
ることが好ましい。フィラメント３０６の巻き密度は、
チューブ３０５の長さに沿って変えることもできる。例
えば、Ｕ字形すなわち非直線形のチューブ３０５には、
上記の直線形セグメントランプに関連した同じタイプの
フィラメント３０６を設けることができる。

【００６１】従って、ランプの一構成においては、１つ
または複数の直線形ランプを少なくとも１つのＵ字形ラ
ンプと取り替え可能なように、ランプの形が直線形から
Ｕ字形に変えられている。図１９及び２０に示す提案さ
れた構成を使用すると、上部ランプ列３０２の直線形ラ
ンプのうちの２つと下部ランプ列３０４の直線形ランプ
のうちの２つをＵ字形ランプに取り替えてウェハ全体に
わたってより良い温度の均一性を達成することができ
る。別の構成では、ランプ列全体をＵ字形のチューブで
構成することができる。これにより、ウェハ表面全体の
種々の温度ゾーンをより良く制御できるようになる。さ
らなる構成では、温度の均一性及び制御をより良くする
ために、Ｕ字形ランプを異なる長さにして重ね合せるこ
とができる。

【００６２】図示した非直線形ランプ３００は、シリコ
ン制御整流器または他の適宜の電源装置に容易に接続で
きるようにするものである。従って、この設計を使用す
ることにより、容易に端子接続できるように、フィラメ
ントの２つの端部のそれぞれをチャンバーの一方の側に
沿った各ソケットに持ってくることができる。１つの直
線形ランプを２つのＵ字形ランプに分けることにより、
２つのＵ字形ランプは、別個に制御可能となる。従っ
て、Ｕ字形ランプは、加熱能力を高めるとともに別個の
制御され得る。更に、これらのランプを別個に制御し、
かつ、特に直線形ランプと組み合わせて有利な位置に配
置することにより、ウェハ表面全体の温度勾配が、減少
しより良く管理できるようになる。一対の直線形ランプ
を２つのＵ字形ランプと取り替えるため、新しいランプ
のそれぞれのワット密度（watt density）は、取替え後
もほぼ同じにすることができる。これにより、フィラメ
ントに掛かる過度の応力が減少し、ランプの寿命を改善
可能となる。加えて、ほとんど電力を出力しない（例え
ば同じランプの他の領域の出力の１０％未満の）ないし
は電力を出力しない「デッドスポット」を選択的に作る
ことができる。

【００６３】Ｕ字形または非直線形ランプ３００を設け
ることにより、ウェハ全体の温度勾配をより良く制御で
きる。加えて、Ｕ字形や他の非直線形ランプ及び／また
はセグメントランプの使用により、ある位置（例えばウ
ェハの角部）に一般に配置されるコールドスポットを大
いに減少するまたはなくすことができる。従って、これ
らのランプの使用により、製造中のウェハ上でのスリッ
プを避けるために温度を非常にゆるやかに上昇させるこ
とを必要とする影響を減少させるかまたはなくすことが
できる。これが可能な理由は、２つの開示されたランプ
構成、すなわち非直線形ランプとセグメントランプとを
使用することにより、単一のランプの異なる部分に対す
る電力分布を制御可能なことである。この方法では、格
子列全体のランプを適宜に制御してコールドスポット及
びホットスポットを減少させることにより、ウェハ全体
の温度勾配を減少させることが技術的に実行可能であ
る。更に、これらの構成によりランプの異なる部分の電
力をより良く制御できるので、最終製品の品質を低下さ
せることなく温度の上昇速度を上げることが可能であ
る。

【００６４】セグメント直線形ランプ及び非直線形ラン
プは、温度分布について極制御を提供するとともに装置
のセットアップ時間を節約し得る。加えて、これらのラ
ンプは、より大きな放射フラックス分解能を提供しなが
ら、ランプバンク設計の複雑さを低減することができ
る。ランプ長さに沿って電気出力を制御できることか
ら、電力を必要な所により良く分布できるので、セグメ
ントランプを使用することにより典形的な放射熱ランプ
よりも少ない入力でより大きな均一性を得ることができ
る。更に、ランプをセグメントランプに替えることによ
り、リフレクタまたは光ダムの据付け及び取外しという
困難で時間の掛かる作業に比べるとより汎用性のある構
成が得られる。これらの手段により、セグメントランプ
の取替えは標準の直線形ランプの取替えと同様であるこ
とから、メンテナンスが、減るかまたは簡略化される。

【００６５】従って、本発明のランプ（すなわち直線形
セグメント、非直線形セグメント、非直線形）は、基板
全体の温度の不均一性を減少またはなくすことができる
ように、コールドウォールチャンバー内の温度勾配を減
少させる有利な方法において使用可能である。このよう
な方法においては、チャンバー内の温度の不均一性また
はチャンバー内で処理される基板全体の不均一性を、分
析して、関連するコールドスポットまたはホットスポッ
トを判定することができる。ひとたび不均一性が見つか
れば、チャンバーを加熱するのに使用されている列内の
いくつかのランプは、列の領域全体に異なる電気出力を
提供するランプと取り替えることができる。このような
ランプは、増加したエネルギーをコールドスポット直近
に配置可能なように、または、減少したエネルギーをホ
ットスポット直近に配置可能ように、セグメントランプ
または非直線形ランプとすることができる。一構成で
は、ランプは、ランプの１つの領域とランプの別の領域
との間において固定の電力率を提供する。この方法を使
用することにより、チャンバー内、従って基板全体の温
度勾配を、大いに減少させることができるとともに製品
の均一性を改善させることができる。温度の不均一性は
いかなる適宜の方法によって判定してもよく、この方法
には、基板の直接温度測定、非直接温度測定（すなわち
チャンバー内の温度測定）または処理される材料の厚さ
測定が含まれるが、これに限定されるものではないこと
に注意すべきである。

【００６６】ある好ましい実施形態に関して本発明を説
明してきたが、当業者に明らかな他の実施形態も本発明
の範囲に含まれるものとする。従って本発明の精神及び
範囲を逸脱することなく種々の変更及び修正を行うこと
ができる。例えば、種々の構成要素を望ましい位置に変
えてもよい。更に、特徴、態様及び利点のすべてが必ず
しも本発明の実施に必要というわけではない。

【００６７】本発明のこれら及び他の特徴、態様、利点
は、いくつかの好ましい実施形態についての図面に関連
して説明するが、これらの実施形態は、図示を目的とす
るものであって本発明を限定する目的はない。図面は、
２２図からなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のある特徴、態様及び利点を有するラン
プを実施可能である反応チャンバーの一実施形態の透視
図である。

【図２】２−２線に沿う図１の反応チャンバーの断面図
である。

【図３】３−３線に沿う図１の反応チャンバーの半分の
透視断面図である。

【図４】隠れ線により図示されたいくつかの内部構成要
素を有する図１の反応チャンバーの平面図である。

【図５】隠れ線により図示されたいくつかの内部構成要
素を有する図１の反応チャンバーの入口端部の図であ
る。

【図６】隠れ線により図示されたいくつかの内部構成要
素を有する図１の反応チャンバーの出口端部の図であ
る。

【図７】隠れ線により図示されたいくつかの内部構成要
素を有する図１の反応チャンバーの側面図である。

【図８】ウェハプロセスシステムの一部分に接続された
反応チャンバーを図示する断面図である。

【図９】別の反応チャンバー構成の上下に配置された放
射加熱ランプの配列を含むプロセスシステム環境を図示
する断面図である。

【図１０】典型的なウェハの上下に配置された放射加熱
ランプの配列を図示した、プロセスシステム環境の一部
分の概略平面図である。

【図１１】単一の直線放射加熱ランプの平面図である。

【図１２】図１１の直線形ランプの側面図である。

【図１３】図１１のランプの端面図である。

【図１４】本発明のある特徴、態様及び利点を有する直
線形セグメントランプの平面図である。

【図１５】直線形セグメントランプの特徴を有するラン
プの上部列の平面図である。

【図１６】上部ランプ列及び下部ランプ列におけるセグ
メントランプの使用を図示する典型的な温度分布図であ
る。

【図１７】ウェハに対するランプの位置と電力率を比較
した電力分布曲線であって、別個のポイントは、上部列
の各ランプに対応している。

【図１８】下部ランプ列内において前方から後方までの
電力率を図示する、図１７と同様の図である。

【図１９】本発明のある特徴、態様及び利点により配置
かつ形成された別の上部ランプ列の概略平面図である。

【図２０】本発明のある特徴、態様及び利点により配置
かつ形成された別の下部ランプ列の概略平面図である。

【図２１】本発明のある特徴、態様及び利点により配置
かつ形成されるとともに、図１９及び図２０において図
示された列と同様の列において使用される典型的な非直
線形ランプの概略図である。

【図２２】本発明のある特徴、態様及び利点により配置
かつ形成された非直線形セグメントランプの概略図であ
る。

【符号の説明】

１３０ 反応チャンバー １３２ 支持プレート １３３ 開口部 １３４ サセプター １４６ 上部ランプバンク １４８ 下部ランプバンク １５５ 温度補正リング ２３０ ランプ ２３６ チューブ ２３８ フィラメント ２４０、２４２ 比較的巻きが固い部分 ２４４ 比較的巻きが緩い部分 ３００ 非直線形ランプ ３０２ 上部ランプ列 ３０４ 下部ランプ列 ３０５ 外側チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック シェロ アメリカ合衆国 85016 アリゾナ フィ ーニックス ノース サーティース スト リート 3820 (72)発明者 ラビンダー ケイ．アジャルワル アメリカ合衆国 85016 アリゾナ ギル バート ウエスト ローヤル パームス ドライブ 819 (72)発明者 マイク ハルピン アメリカ合衆国 85044 アリゾナ フィ ーニックス イースト デザート トラン ペット ロード 3435 Ｆターム(参考） 3K092 QA02 QB27 QB42 RA04 VV16 VV22 4K030 CA04 CA12 FA10 KA09 KA23 5F045 AA03 BB02 DP04 EK12 EK14 EK21 EM10

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの壁により画定されたチ
   ャンバーと、前記チャンバー内において基板を支持する
   構造と、前記チャンバーの直近に配置された少なくとも
   １つの加熱ランプとを備え、 前記少なくとも１つの加熱ランプは、第１の出力領域と
   第２の出力領域とを含み、 前記第１の出力領域は、第１のレベルの放射エネルギー
   出力を有し、 前記第２の出力領域は、第２のレベルの放射エネルギー
   出力を有し、前記第１のレベルは、前記第２のレベルよ
   りも大きい、コールドウォール型半導体処理装置。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの加熱ランプは、更に第
   ３の出力領域を含み、 前記第３の出力領域は、第３レベルの放射エネルギー出
   力を有し、前記第３レベルは、前記第２レベルよりも大
   きい、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記第１のレベルと前記第３のレベルが
   ほぼ同じである、請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記第２の出力領域が前記第１の出力領
   域と前記第３の出力領域との間にある、請求項２に記載
   の装置。
5. 【請求項５】 前記少なくとも１つの加熱ランプは、外
   側チューブと該外側チューブの少なくとも一部を通って
   延びるフィラメントとを備え、前記フィラメントは、前
   記第１の出力領域内の第１の巻き密度と前記第２の出力
   領域内の第２の巻き密度とを含む、請求項１に記載の装
   置。
6. 【請求項６】 前記外側チューブは、概ね直線形であ
   る、請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 上昇させた温度で半導体ウェハを処理す
   るための装置であって、該装置は、 少なくとも１つの壁により画定された高温処理チャンバ
   ーと、 チャンバー内に配置された処理すべきウェハを支持する
   ためのサセプターとを備え、 前記サセプターは外周を有し、 加熱ランプの第１の列は、前記サセプターの直近に配置
   され、加熱ランプの第２の列は、前記サセプターの直近
   に配置され、 前記サセプターは、前記第１の列の少なくとも一部と前
   記第２の列との間に配置され、 前記第１の列または前記第２の列の少なくとも１つのラ
   ンプは、高エネルギー出力部と低エネルギー出力部を備
   え、 前記両エネルギー出力部の少なくとも一部は、前記サセ
   プターの外周により前記サセプターに垂直な方向に画定
   された容積内に配置された装置。
8. 【請求項８】 前記サセプターに対して非対称の概ね長
   方形の開口部を画定する支持プレートと、開口部内でサ
   セプターを囲む温度補正リングとを更に備えた、請求項
   ７に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記少なくとも１つの加熱ランプは、外
   側チューブと前記外側チューブを通って延びるフィラメ
   ントとを備え、 前記フィラメントは、巻線を備え、 前記高エネルギー出力部は高い巻き密度を有し、前記低
   エネルギー出力部は低い巻き密度を有する、請求項７に
   記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記少なくとも１つのランプは、第２
    の高エネルギー出力部を更に備え、 前記低エネルギー出力部は、前記高エネルギー出力部と
    前記第２の高エネルギー出力部との間にある、請求項７
    に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記第１の列は、第１の方向に延びる
    いくつかのランプを備え、前記第２の列は、前記第１の
    方向に概ね垂直な第２の方向に延びるいくつかのランプ
    を備えた、請求項７に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記少なくとも１つのランプは、長さ
    に沿って対応の巻き密度が変化したフィラメントを備え
    た、請求項７に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記フィラメントは、第１の活性部分
    と第２の活性部分とを分ける概ね不活性の部分を含む、
    請求項１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】 半導体処理チャンバー直近に配置され
    た複数のランプの列により加熱される前記チャンバーに
    おいてランプを形成する方法であって、 前記複数のランプは、長さを持つ少なくとも１つの直線
    形ランプを備え、この長さが前記列の幅を画定し、 前記方法は、基板の温度の不均一性を特定することと、
    前記列を形成する複数のランプの少なくとも１つを、前
    記列の幅全体の異なる電気出力を準備する調整ランプと
    取り替えて前記不均一性を補償することとを含む方法。
15. 【請求項１５】 前記調整ランプは、前記ランプの第１
    の領域から前記ランプの第２の領域まで固定の電力率を
    含む、請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記調整ランプは非直線形である、請
    求項１４に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記調整ランプはセグメント形であ
    る、請求項１４に記載の方法。