JP2007518249A - 半導体製造時にウェハを支持するホルダ - Google Patents

半導体製造時にウェハを支持するホルダ Download PDF

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Abstract

各種ウェハ処理分野に使用される現在の最高技術水準のホルダに勝る製造及び性能利点を有する改善されたウェハホルダ設計を開示する。このウェハホルダには、一連の短い半径方向溝が組み込んである。溝は環状チャンネルの基部から延び、このチャンネルはウェハ寸法と肉厚に基づき変化する固定された半径方向位置へ基部ウェハ凹部の外径沿いに延びている。この溝がウェハに対し若干の重複を備え、ウェハの着脱操作に必要なウェハ下側での自由なガス交換を容易にしている。半径方向溝の短い長さが、ウェハホルダをより簡単に製造させ、現在の最高技術水準のホルダに比べより優れた性能を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体デバイスの製造に用いる基板ウェハの製法に係り、詳しくは半導体製造工程中反応室内の基板支持機構に用いるサセプタ及び他の基板ウェハホルダに関する。
（関連出願についての相互参照）
本出願の原出願は、２００３年８月１日に出願された「半導体製造期間中にウェハを支持するサセプタ（SUSCEPTOR FOR SUPPORTING WAFERS DURING SEMICONDUCTOR MANUFACTURE）」と題する米国仮特許出願第６０／４９２０６３号の恩典を受ける資格を有し、優先権を主張するものであり、その全体を参照用に本願明細書に取り込むものである。
典型的なウェハホルダが、米国特許第４８２１６７４号と第５４２７６２０号明細書に記載されている。該ウェハホルダは、通常集積回路の製造期間中の各種ウェハ処理工程中に単一基板ウェハを支持すべく用いられる。この種処理工程分野には、化学蒸着（「ＣＶＤ」）や物理蒸着（「ＰＶＤ」）等のシリコン応用処理工程や、急速熱処理（「ＲＴＰ」）や高温エッチング工程等の半導体ウェハ基板処理に用いる熱処理応用等が含まれる。
処理時間を節約すべく、基板ウェハは昇温した温度にて装荷せねばならず、ウェハを平坦で滑らかな非破壊面に載置した際、熱関連対流が基板ウェハの能力に影響を及ぼして不均一に定着させる。かくして、前述の特許明細書に開示の如く、一連の交差チャンネルを通常は機械加工し、或いはホルダのウェハ接触面に適用しているが、その意図は基板とホルダの間に自由なガス流を供給し、着脱操作期間中の基板の不要な動きを排除することにある。交差チャンネルの存在は、ウェハ下側から高温ガスを逃すことで基板定着問題を軽減する。交差チャンネルは、ベルヌーイの定理を用いたウェハの搭載をも容易にする。
上記の特許明細書には、限られた数の交差チャンネルだけを持つウェハホルダが記述されている。しかし実際には、ホルダが支持する基板ウェハの表面上で一様な温度特性を維持する必要性の故に、必要なチャンネル数は非常に多い。加えて、チャンネル化面の均一性を維持することは困難であり、そのことは処理ウェハに対する像転写等の問題を排除する上で重要な意味を持つ。温度一様性と像転写の問題は共に、全ての蒸着被覆と併せ処理ウェハの適正な電気的、物理的特性を保証すべく排除せねばならない。
米国特許第５４０３４０１号明細書は、一連の下敷き交差チャンネルを持つ基板接触面を持つウェハホルダ、即ち図１Ａ〜図１Ｃに示した典型例を含む幾つかの製造問題を指摘している。具体的には、チャンネルがホルダの一面にのみ存在する場合、このウェハホルダは製造期間中に平坦さを維持するのは困難である。機械加工後、通常黒鉛から機械加工するこれらウェハホルダは、高温でＣＤＶにより蒸着する炭化シリコン（ＳｉＣ）等の被膜が生ずる。ホルダが室温迄冷却されると、ホルダ基板と被覆との間の収縮差が概ね一定の歪状態へ至り、そこで被覆は圧縮を受け、基板は引っ張りを受ける（但しこの歪状態は基板と被覆の性状に応じ逆転することもある）。歪量は、表面積に一部依存する。その結果、一方の面だけを機械加工した際に存在するもの等の同一ホルダの二つの面間の大きな表面積差が大きな歪の差異に通じ、その結果部品の歪みや曲がりを生じ得る。
この問題を軽減すべく、上記特許明細書は歪差を排除し、被覆後に部品が平坦さを維持するため、同様の細部機械加工をウェハホルダの両面に加えることを示唆している。しかしウェハホルダの両面に細部機械加工を追加すると、製造コストが著しく増大する。上記明細書に開示された別の解決策では、被覆厚を調整し、二つの対向面間に制御された被覆差を維持する。大筋で、これは適切な修正である。しかし、実際には面間の一貫した被覆肉厚差を維持することは困難である。必要な肉厚差分量がホルダ基板と表面被覆との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の差分の関数であるという問題も存在する。残念なことに、黒鉛等の幾つかのホルダ基板材料は一定範囲に亙るＣＴＥを有し、これがこの処理工程を複雑化する。例えば黒鉛の範囲は、その製造に使用するコークスの種類や固着剤レベルや粒子寸法や処理温度により影響を受ける。
基板ウェハの背面の如何なる痕跡をも最小化するだけでなく、ウェハ表面を横断する一様な温度特性をも維持すべく、ウェハホルダと基板ウェハの間の総接触面積を最小化する必要性も存在する。総接触面積を最小化するためチャンネル数は意図的に多くしてあり、これはチャンネル交差部に形成される格子を小さく保つことを意味する。ウェハ基板に対する支持を提供するのは、チャンネルにより形成されたこれら個々の格子領域の頂部である。小さな格子に付随する問題は、それらがホルダ表面の比較的脆弱な領域であり、かくして損傷を受けやすい点にある。このことが、他方で１以上の格子が破損された場合にウェハホルダの寿命に影響を及ぼす。
１以上の面上に多数の交差チャンネルを持つウェハホルダの追加的な欠点は、この種のウェハホルダの表面被覆内にピンホールが発現しがちな点にある。このこともまた、ウェハホルダを排除させることになる。何故なら一旦被覆が破綻すると、被覆下側の基板が処理環境へ露出するからである。多数のチャンネルで機械加工する部品上の表面被覆を介するピンホールのより多くの発生は、清掃問題と併せ被覆肉厚のばらつきに起因するものであり、それは細部機械加工おいてより問題となる。ピンホール生成はホルダの使用期間中の一定時間期間に亙って発生し、このことは、一般には清浄度により影響される表面腐食問題につながる。
多数の交差チャンネルをもって機械加工したウェハホルダに対する最終的な一つの欠点は、特に高度の温度一様性が要求される大径ウェハおよび／又は低温の工程に対し、凹陥形状の輪郭を基板ウェハに接触するホルダの面に加工することがしばしば望まれる点にある。大量の表面細部の存在が、この種輪郭の機械加工の複雑さを大幅に増大させ、それが更に部品コストに付加される。
本発明のウェハホルダは、現在の最高水準のウェハホルダに勝る幾つかの利点を持つ。例えばより少量の機械加工で製作でき、より複雑さの少ない機械加工しか必要とせず、特に大きな基板ウェハ径に対する凹面輪郭の導入をより簡単にする。このことは、部品同士の改善された一貫性をもたらす。それはまた損傷に対しより耐性があり、製造期間中の寸法制御の維持をより簡単にし、改善されたウェハホルダ性能を提供する。
広義には、本発明の一態様は、化学蒸着システムにおいて半導体基板ウェハを保持するウェハホルダであり、上面を有するホルダ本体と、ホルダ本体の上面内の円形ウェハ凹部と、外周縁部と内部領域とを有する前記ウェハ凹部と、ホルダ本体の上面内に配置した複数の溝穴と、各々がウェハ凹部の外周縁に隣接して始まりウェハ凹部の内部領域へ向けて延びてそこで終端された前記複数の溝穴とを含む。
この態様の特徴において、ウェハホルダはウェハ凹部の外周縁周りに延びる環状溝を更に含み、ほぼ全ての溝穴が環状溝からウェハ凹部の内部領域へ半径方向に延びている。ホルダ本体は、黒鉛、シリコン、窒化珪素、炭化珪素、水晶および酸化アルミニウムの内の少なくとも一つから形成する。少なくともホルダ本体の上面に表面被覆を被着し得る。表面被覆は、炭化珪素、窒化珪素、熱分解性黒鉛、熱分解性炭素、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、二酸化硅素および炭化タンタルのうちの少なくとも一つから形成する。ウェハ凹部は、凹面を含ませ得る。ウェハ凹部の凹面は、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハ下側のガス流を支援するよう適合させる。ウェハ凹部の凹面は、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの表面を横断する均一な温度特性を維持するのに役立つよう適合させる。溝穴の数は、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの熱特性に対する負の影響を最小化すべく選択する。溝穴の数は基板ウェハ下側に十分なガス流を可能にし、適切な着脱操作を支援するよう選択する。
この態様の他の特徴では、溝穴の寸法を熱特性に対する悪影響やウェハ凹部内に配置する基板ウェハの背面の痕跡を最小化すべく選択する。溝穴の寸法は、適切な着脱操作を支援するため、基板ウェハ下側に有効なガス流が生ずるよう選択する。複数の溝穴は、長さを各々０．０７６〜２．５４cm、好適には０．０９〜０．１６５cmとする。複数の溝穴の幅は、各々０．０３〜０．０７６cm、好適には０．０４〜０．０６cmの間にする。複数の溝穴の深さは、各々少なくとも０．００３cm、好適には０．０１〜０．０２cmである。
この態様の他の特徴に従えば、ウェハホルダはサセプタでる。ウェハホルダは、更にウェハ端部を支える周縁隆起を含む。複数の溝穴は、周縁隆起内に少なくとも一部配置してある。ウェハ凹部は第１のウェハ凹部であり、複数の溝穴は第１の複数の溝穴であり、ウェハホルダは更に第１の円形ウェハ凹部に隣接するホルダの上面内の第２の円形ウェハ凹部であって、外周縁部と内部領域を有するウェハ凹部と、ホルダ本体の上面に配置した第２の複数の溝穴であって、各々が第２のウェハ凹部の前記外周縁部に隣接して始まり第２のウェハ凹部の前記内部領域へ向け延びてそこで終端する前記溝穴とを備える。
本発明の他の態様は、化学蒸着システムにおいて半導体基板ウェハを保持するウェハホルダであり、上面を有するホルダと、ホルダ本体の上面内の円形ウェハ凹部であって、外周縁部と内部領域とを有する凹部と、ホルダ本体の上面内に配置された複数の非交差溝穴であって、各々がウェハ凹部の外周縁に隣接して始まりウェハ凹部の内部領域に向け延びてそこで終端する溝穴とを含む。
この態様の特徴において、ウェハホルダは更にウェハ凹部の外周縁部周りに延びる環状溝を含む。ほぼ全ての溝穴が、ウェハ凹部の内部領域へ向け環状溝から半径方向に延びている。ホルダ本体は、シリコン、窒化珪素、炭化珪素、水晶および酸化アルミニウムのうちの少なくとも一つで形成したホルダ本体の少なくとも上面に、表面被覆を有し得る。表面被覆は、炭化珪素、窒化珪素、熱分解性黒鉛、熱分解性カーボン、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、二酸化硅素および炭化タンタルの内の少なくとも一つから形成する。ウェハ凹部は、凹面を囲繞することができる。ウェハ凹部の凹面は、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハ下側のガス流を支援する。ウェハ凹部の凹陥面は、ウェハ凹部内に配置する基板の表面を横断する一様な温度特性を維持するのに役立つ。溝穴の数は、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの熱特性に対する負の影響を最小化すべく選択する。溝穴の数は、適切な着脱操作を支援すべく基板ウェハ下側に十分なガス流を可能にするよう選択する。
この態様の他の特徴では、溝穴の寸法は熱特性に対する負の影響やウェハ凹部内に配置する基板ウェハの背面痕跡を最小化すべく選択する。溝穴の寸法は、適当な着脱操作を支援するため、基板ウェハの下側に有効なガス流を提供するよう選択する。複数の溝穴の各々は長さが０．０７６〜２．５４cm、好適には０．０９〜０．１６５cmであり、複数の溝穴の各々は幅が０．０３〜０．０７６cm、好適には０．０４〜０．０６cmであり、複数の溝穴の各々は深さが少なくとも０．００３cm、好適には０．０１〜０．０２cmである。
この態様の他の特徴において、ウェハホルダはサセプタであり、ウェハホルダは更にウェハ端部を支持する周縁隆起を含み、複数の溝穴を周縁隆起内に少なくとも一部配置してある。ウェハ凹部は第１のウェハ凹部であり、複数の溝穴は第１の複数の溝穴であり、ウェハホルダは更に第１の円形ウェハ凹部に隣接するホルダ本体上面内の第２の円形ウェハ凹部で、外周縁部と内部領域を有する前記ウェハ凹部と、ホルダ本体の上面に配置した第２の複数の溝穴で、各々が第２のウェハ凹部の外周縁部に隣接して始まり第２のウェハ凹部の内部領域へ向けて延びてそこで終端された前記溝穴とを備える。
本発明の更なる適用領域は、次の詳細な説明から明らかとなろう。本発明の好適な実施形態を示す一方で、詳細な説明と具体例は例示目的だけを意図するものであり、本発明範囲を限定する意図のないことは理解されたい。
本発明の更なる特徴や実施形態や効果を、図面を参照した以下の説明で明らかにする。
図面を参照するに、幾つかの図において同じ参照符号は同様の構成要素を表わす。続いて本発明の好適な実施形態を説明する。好適な実施形態の以下の説明は単なる例示であって、本発明やその応用分野や用途を限定する意図は決してないものである。
本発明の好適な実施形態を、別様の従来の化学蒸着（「ＣＶＤ」）システム１０を参照して説明するが、それはＣＶＤが、本発明のウェハホルダが応用分野を見出すことのできる典型的な処理工程の一例だからである。しかし本発明のウェハホルダが物理蒸着（「ＰＶＤ」）、急速熱処理（「ＲＴＰ」）、高温エッチング処理或いは他の熱処理を含む多種多様なウェハ処理工程に用いることができ、一般に半導体ウェハを概ね平坦な面から離昇させねばならない他の任意の工程を含むことは理解されたい。
図２は、従来の化学蒸着（ＣＶＤ）システム１０のブロック線図である。ＣＶＤシステム１０は、反応室１２と支持機構１４とを含む。反応室１２は、その全体を参照用に本願明細書に取り込む米国特許第５４２７６２０号明細書に開示された、通常水平流動反応室と呼ばれる型を含む任意の従来設計となし得る。
支持機構１４は好適には回転可能であり、米国特許第５４２７６２０号明細書に開示されたものと類似する、同様のものとなし得る。特に関連するもののうち、支持機構１４は反応室１２内に配置したウェハホルダ１６を含む。ホルダ１６は、多くの場合誘導的に加熱するサセプタと呼ばれるタイプや或いは当業者には公知のタイプとなし得る。
図３は、本発明の好適な実施形態に係る、図２のウェハホルダ１６を分離して示す斜視図である。図示した如く、ウェハホルダ１６は第一に概ね平坦なシリンダ形状をなす中実の本体１８を含む。本体１８は、一般的には純粋黒鉛を含むが、代替的にシリコン、窒化珪素、炭化珪素、水晶、酸化アルミニウム又は他のセラミック材や金属や金属合金で出来た任意の従来のウェハホルダ本体材料から形成できる。材料選定は、従来、最終ユーザの処理工程要件に依存する。
図４Ａは図３のウェハホルダ１６の上面図、図４Ｂは図４Ａのウェハホルダ１６の４Ｂ−４Ｂ線に沿う一部側断面図である。格別関心があり、恐らく図４Ａと図４Ｂを参照して最もよく理解される如く、ホルダ本体１８は上面２０と底面２２を含む。上面２０上に中心を定めるのは、以下に説明するホルダ本体１８内に若干凹ませた部分からなり、外周縁リム２６により画成したウェハ凹部２４である。凹部２４の周縁部に、外部リム２６の直ぐ内側に連続環状溝２８が配置してある。ウェハ凹部２４はその中にウェハ３０を支持するよう構成しており、ウェハ凹部２４の寸法と、かくして環状溝２８の位置はウェハ３０の寸法選択肢と併せ選択される。図４Ｃは、上にウェハ３０を配置した状態で図示した図４Ｂのウェハホルダ１６の一部側断面図である。図示の如く、ウェハ３０の外端を環状溝２８の直上に位置させた状態で、ウェハ凹部２４内にウェハ３０は楽に嵌まる。
厳密には不要であるが、環状溝２８は処理期間中ウェハ３０の下側に一様なガス流を保証する。溝２８の大きさを増やすことで、ガス流はより簡単に制御できるが、温度一様性問題が溝の過大な拡大を抑止する。溝２８の大きさは、かくして概ね従来の原理により規定され、適切な大きさの溝の選択はウェハホルダ１６を使用する製造工程に依存する。しかし、幅０．０９cmで深さ０．０９cmの半導体断面を有する溝２８が、以下本願明細書に説明する如く首尾よく使用されてきた。
上面２０は、更に溝２８から内方へウェハ凹部２４の中心に向けて一定距離だけ延びる幅狭の非交差溝穴３２のリングを含む。溝穴３２は好適には方向を半径方向とし、かくして溝穴３２がウェハ凹部２４の幾何学的中心へ向け真っすぐに延びるようにしているが、環状溝２８とウェハ凹部２４の内部領域との間に依然として流路を設けたまま溝穴３２の向き又は角度をしかるべく可変とすることや、この種の構成が本発明の範囲内にあることは明白である。各溝穴の深さは少なくとも０．００３cmであり、好適には０．０１〜０．０２cmであるが、他の深さも可能である。幅と数と併せ溝穴３２の固定長は、ベルヌーイの定理を用いた着脱期間中にウェハ３０を効果的に離昇させるべく、ウェハ３０の直径と肉厚に依存する。
半径方向溝穴３２がウェハ３０の下側を延びる距離（本明細書では基板ウェハ３０との「溝穴重複」量と呼ぶ）が、ＣＴＥ関連成長と基板ウェハ凹部２４内の基板ウェハ３０で起き得る中心ずれの両方を含むことは重要である。溝穴重複量もまた制御し、それが基板ウェハ３０の温度一様性に影響を及ぼし又は基板ウェハ３０の背面痕跡に寄与するほど大きくはしないようにせねばならない。溝穴３２をウェハ凹部２４の内部領域の実際の中心迄延ばすことが問題であることは、公知である。しかし、１５cm径のウェハ３０を収容するよう設計されたウェハホルダ１６を少なくとも用い、長さ２．５４cmの溝穴３２でもって首尾よき成果を達成できる。他方、重複を最小長として十分なガス流を供給し、ベルヌーイの定理を用いて基板ウェハの着脱操作を容易にせねばならない。最小長も最大長も共に既知ではないが、０．１〜０．１５cmの溝穴３２が本願明細書に前述した如く首尾よく使用されてきた。
所与の溝穴面積に基づき、着脱操作期間中に基板ウェハ３０に適切に係合させるよう最小数の溝穴３２を必要とする点で、溝穴３２の数を制御することもまた重要である。最小数は、主にウェハ凹部２４の表面積に対する溝穴３２の表面積に依存する。何故ならこのために対応する離昇力を生ずるからである。かくして、溝穴３２の数は、ウェハ凹部２４の大きさだけでなく使用する溝穴３２の幅と長さとにも依存する。しかしながら、幅広の溝穴３２は排除すべきである。何故ならそれらが局所的な熱的影響に通じ、前述の如く溝穴３２の長さを制御すべきだからである。溝穴３２の数と、幅に対する厳密な限界は未知であるが、各々幅が０．０５cmの９６個の溝穴３２が本願明細書に後述する１５cm径のウェハ３０を収容するよう設計されたウェハホルダ１６内に首尾よく使用されてきた。
温度一様性等を維持すべく、溝穴３２はウェハ凹部２４の周縁部周りに概ね一様なパターンで配置せねばならない。かくして、溝穴３２間の間隔は、好適には全周縁部周りに一定とし、各溝穴３２の長さと幅と深さの一定とするとよい。しかし、本発明範囲から逸脱することなく、長さや幅や間隔が一様変化するパターンを有する一様パターンの溝穴３２を使用することも可能である。
ホルダ本体１８の底面２２は、従来設計に従う。環状の支持溝３４を底面２２内に配置し、ウェハホルダ１６を米国特許第５４２７６２０号明細書に開示の、典型的には水晶で出来た蜘蛛型基台等の支持機構１４内の適当な構造上に配置又は装着できる。
ホルダ本体１８は、炭化珪素、窒化珪素、熱分解性黒鉛、熱分解性カーボン、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、シリコン、二酸化硅素および炭化タンタルのうちの一つからなる表面被覆３６を備え得る。従来は、被覆３６を、これらに限定はされないが上面と底面２０、２２を含む基板全体に付していた。
ウェハ凹部２４を形成する若干の陥凹は、図４Ｃから明瞭な、若干凹んだ輪郭を有し、それはホルダ本体１８の上面２０を機械加工することで作成できる。ガスがウェハ３０の下側を自由に流動できるようにし、ウェハ３０が平坦面に固着しないようにすることで、陥凹は更にホルダ１６から基板ウェハ３０を解放するのに役立つ。ウェハ３０が高温で陥没する傾向があるため、改善されたウェハ温度一様性のためには凹陥面輪郭が望ましい。陥没により生ずる変形は、最終ユーザの処理条件だけでなく基板ウェハ直径の関数ともなろう。更に、陥没ウェハ３０とホルダ本体１８の上面との間の空隙が比較的均一であるときに温度一様性を最適化すべく、ウェハ凹部２４の輪郭を陥没ウェハ３０のそれに一致或いは近似させるとよい。かくして、陥没を想定したときのウェハ３０の特性が大雑把には球面をなすが故に、ウェハ凹部２４の凹陥性は同様に球面となる。しかし、陥没が非球面特性を示す際のウェハ３０の輪郭のより緻密な分析、即ちウェハ凹部２４の特性がしかるべく可変であることは明白である。
一般に、より大径のウェハ３０とより低い末端用途処理温度条件は、より大きな皿形形状を持つ輪郭の使用に好都合である。それは、より大きなウェハ３０がより重く、かくしてウェハ３０と基板ホルダ１６の嵌合面との間の接着を最小化する必要性がより重大な意味を持つという事実を含む。加えて、より大きなウェハ３０は、より小型のウェハ３０よりも或る温度で余計に陥没し、かくしてより大きな皿形状特性が改善された温度一様性を獲得するのに役立つ。ウェハ処理に用いる従来のウェハ凹部の凹陥度は０．００５〜０．０２５cmの範囲におよび、特に敏感な処理向けにはより大きな凹陥度が要求される。
本明細書に記載した原理に従って設計製造して６個のサセプタ型ウェハホルダを、標準的な処理条件下で試験した。ウェハホルダは、１５cmの直径を持つウェハを収容する大きさのウェハ凹部が含まれる。各ウェハホルダには、各々深さ０．０１８cmで幅０．０５cmで長さ０．１cmの９６個の半径方向溝穴を含む。各ウェハホルダのウェハ凹部は深さ０．０４cmであり、０．００５cmだけ輪郭が凹んでいて、各ウェハホルダの連続溝は幅０．０９cm、深さ０．０９cmであった。６個の試験部品は１００００回迄首尾よく作動（ベルヌーイの定理に基づくピックアップを用いたウェハホルダからの半導体ウェハを首尾よく解放）し、それは図１Ａ〜１Ｃに図示したもの等の従前のウェハホルダについて産業界が経験する約２０００〜４０００回の一般的寿命と比較したときに好ましいものであった。
この種の成功に鑑み、本明細書に記載した原理に従って設計し、製造したサセプタ型ウェハホルダを、シリコンエピタキシ蒸着工程に使用した。ウェハホルダは、１５cmの直径を有するウェハを収容する大きさのウェハ凹部を備える。ウェハホルダは、各々長さ０．１５cm、深さ０．０１cm、幅０．０５cmの９６個の半径方向溝穴を含む。ウェハ凹部は深さ０．０４cmで、輪郭を０．００６cmだけ凹ませてあった。連続溝は、幅０．０９cm、深さ０．０９cmであった。ウェハホルダは、無関係な問題のために使用を停止する前に１７８回首尾よく使用できた。一般性能は、図１Ａ〜１Ｃに示したウェハホルダ等の従前のウェハホルダと等しかったが、重要なことに、試験ウェハホルダを用いて行なった全てのウェハ被覆が前述の温度一様性問題や像転写問題を示すことなく高品質であった。
本発明のウェハホルダの代替構造は、当業者には明らかであろう。例えば図５は多重化ウェハホルダ６６の上面図であり、ここでは本発明の代替実施形態に従い、二つのウェハ凹部７４を単一のホルダ本体６８内に並置している。各ウェハ凹部７４は、前述したウェハホルダ２４に配設した溝２８と溝穴３２と同様の環状溝７８及び複数の溝８２を含む。第２のウェハ凹部７４と第２の複数の溝８２を包む以外は、図５のウェハホルダ６６は概ね第１のウェハホルダ１６と同様である。
この種の構成は、特定の反応室１２内で製作される幾つかのウェハ３０を最小化するのに役立つ。例えば特定の反応室１２を２０cmウェハ３０の製造に対応するよう設計できるが、製造者は時として僅か１０cmの直径のウェハ３０の製造に反応室１２を使用したいと望む。いずれのウェハ寸法の製作も、本願明細書に記載した種の適当な大きさのウェハホルダ１６の使用を通じて達成できる。しかし２０cm反応室１２内での１０cmウェハ３０の製作は、図５に概略図示したもの等のウェハホルダ６６を用いて最適化可能である。この手法は更に、当業者に明らかな如く、他の数や寸法や構成のウェハ凹部を有するウェハホルダ（図示せず）の設計に使用できる。
本発明の教示は、他種のウェハホルダにも適用できる。例えば図６Ａは先行技術の段付きウェハホルダ１１６の斜視図であり、図６Ｂは図６Ａのウェハホルダ１１６の６Ｂ−６Ｂ線に沿う一部側断面図である。段付きウェハホルダ１１６は、ウェハ凹部１２４の周縁部周りにウェハ３０の外端を支持する周縁隆起１１９を含む。処理期間中、ウェハ３０は従来本発明ウェハホルダ１６に類似する方法でウェハ凹部１２４内に陥没していた。一般に、段付きウェハホルダ１１６はウェハ３０の下側に配置されウェハ凹部１２４内の開口１２５を貫通突出するよう配置した離昇ピンを用い、ウェハ３０を上側から持ち上げるベルヌーイ型ピックアップを用いずに、下側からホルダ１１６の頂部からウェハ３０を持ち上げる。具体的には例示しないが、本発明の原理は隆起１１９に溝穴（図示せず）を適用することで階段状ウェハホルダ１１６へ同様に適用できる。これにより、段付きウェハホルダ１１６は脱装操作期間中に従来のベルヌーイ型ピックアップが使用可能となる。
前述の情報に基づき、本発明が幅広い有用性と応用分野の余地があることは当業者には容易に理解されよう。本願明細書に具体的に記載したもの以外の本発明の多くの実施形態や改良は、他の変形例や改良例や等価構成同様、本発明の要旨ならびに範囲から逸脱することなく、本発明ならびに前述の説明から明白となるか或いは当然に示唆されよう。従って、本発明を好適な実施形態に関連して本明細書に詳細に説明してきたが、本開示が本発明を図示し例示しただけであり、本発明の完全かつ実施可能な開示を提供する目的で為されたものであることを理解されたい。前述の開示は、本発明を限定し、又は他のいかなる実施形態や改作や変形や改変や等価構成等を排除するものと解釈されることを意図するものではない。本発明は、本願明細書に添付した特許請求の範囲とその等価物によってのみ限定されるものである。本願明細書では具体的な用語を用いたが、それらは包括的かつ記述的な意味にだけ使用し、限定目的に使用したものではない。
典型的な先行技術ウェハホルダの上面図である。 図１Ａの先行技術ウェハホルダの１Ｂ−１Ｂ線に沿う側断面図である。 その上にウェハを配置して図示した図１Ｂの先行技術ウェハホルダの側断面図である。 従来の化学蒸着システムのブロック線図である。 本発明の実施形態に係る分離図示した図２のウェハホルダの斜視図である。 図３のウェハホルダの上面図である。 図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線に沿うウェハホルダの一部側断面図である。 ウェハを配置して図示した図４Ｂのウェハホルダの一部側断面図である。 単一ホルダ本体内に二つのウェハ凹部を並置した多重化ウェハホルダの上面図である。 先行技術の段付きウェハホルダの斜視図である。 図６Ａのウェハホルダの６Ｂ−６Ｂ線に沿う一部側断面図である。
符号の説明
１０ 化学蒸着システム、１２ 反応室、１４ 支持機構、１６ ウェハホルダ、１８ 本体、２０ 上面、２２ 底面、２４ ウェハ凹部、２６ 外周縁リム、２８ 連続環状溝、３０ ウェハ、３２ 非交差溝穴、６６ 多重化ウェハホルダ、６８ ホルダ本体、７４ ウェハ凹部、７８ 環状溝、８２ 溝、１１６ 段付きウェハホルダ、１１９ 周縁隆起、１２４ ウェハ凹部、１２５ 開口

Claims (46)

  1. 化学蒸着システムにおいて半導体基板ウェハを保持するウェハホルダであって、
    上面を有するホルダ本体と、
    前記ホルダ本体上面の円形ウェハ凹部であって、外周縁部と内部領域を有するウェハ凹部と、
    前記ホルダ本体の前記上面内に配置した複数の溝穴であって、各々が前記ウェハ凹部の前記外周縁部に隣接して始まり、前記ウェハ凹部の前記内部領域へ向け延び、そこで終端する溝穴とを備えることを特徴とするウェハホルダ。
  2. 前記ウェハ凹部の外周縁部周りに延びる環状溝を更に備える請求項１記載のウェハホルダ。
  3. 前記溝穴の全てを、前記環状溝から前記ウェハ凹部の内部領域へ向け半径方向に延ばした請求項２記載のウェハホルダ。
  4. 前記ホルダ本体は、黒鉛、シリコン、窒化珪素、炭化珪素、水晶および酸化アルミニウムの少なくとも一つからなる請求項３記載のウェハホルダ。
  5. 前記ホルダ本体の少なくとも上面に表面被覆を付した請求項３記載のウェハホルダ。
  6. 前記表面被覆は、炭化珪素、窒化珪素、熱分解性黒鉛、熱分解性カーボン、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、二酸化硅素および炭化タンタルのうちの少なくとも一つからなる請求項５記載のウェハホルダ。
  7. 前記ウェハ凹部が凹面を囲繞する請求項３記載のウェハホルダ。
  8. 前記ウェハ凹部の凹面が、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハ下側のガス流を支援する請求項７記載のウェハホルダ。
  9. 前記ウェハ凹部の前記凹面が、前記ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの表面を横断する一様な温度特性の維持に役立つ請求項７記載のウェハホルダ。
  10. 前記溝穴の数が、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの熱特性に対する負の効果を最小化するよう選択された請求項３記載のウェハホルダ。
  11. 前記溝穴の数が、基板ウェハ下側に十分なガス流を可能にして適切な着脱操作を支援するように選択された請求項３記載のウェハホルダ。
  12. 前記溝穴の寸法が、前記ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの温度特性又は背面痕跡に対する負の影響を最小化するよう選択された請求項３記載のウェハホルダ。
  13. 前記溝穴の寸法が、着脱操作の支援目的で基板ウェハ下側に効果的ガス流を供給するよう選択された請求項３記載のウェハホルダ。
  14. 前記複数の溝穴の各々は長さが０.０７６〜２．５４cmである請求項３記載のウェハホルダ。
  15. 前記複数の溝穴の各々が、０．０９〜０．１６５cmの長さを持つ請求項１４記載のウェハホルダ。
  16. 前記複数の溝穴の各々が、０．０３〜０．０７６cmの幅を持つ請求項３記載のウェハホルダ。
  17. 前記複数の溝穴の各々が、０．０３８〜０．０６cmの幅を持つ請求項１６記載のウェハホルダ。
  18. 前記複数の溝穴の各々が、少なくとも０．００３cmの深さを持つ請求項３記載のウェハホルダ。
  19. 前記複数の溝穴の各々が、０．０１〜０．０２cmの深さを持つ請求項１８記載のウェハホルダ。
  20. 前記ウェハホルダがサセプタである請求項３記載のウェハホルダ。
  21. 前記ウェハ端を支持する周縁隆起を更に備える請求項３記載のウェハホルダ。
  22. 前記複数の溝穴が、周縁隆起内に少なくとも一部配置された請求項２１記載のウェハホルダ。
  23. 前記ウェハ凹部は第１のウェハ凹部であり、複数の溝穴は第１の複数の溝穴であり、前記ウェハホルダが更に、
    前記第１の円形ウェハ凹部に隣接する前記ホルダの前記上面内の第２の円形ウェハ凹部で、外周縁部と内部領域を有する前記ウェハ凹部と、
    前記ホルダ本体の前記上面に配置した第２の複数の溝穴で、各々が前記第２のウェハ凹部の前記外周縁部に隣接して始まり前記第２のウェハ凹部の前記内部領域へ向け延びてそこで終端された前記溝穴とを備える請求項３記載のウェハホルダ。
  24. 化学蒸着システム内に半導体基板ウェハを保持するウェハホルダであって、
    上面を有するホルダ本体と、
    前記ホルダ本体の上面内の円形ウェハ凹部で、外周縁部と内部領域とを有する前記ウェハ凹部と、
    前記ホルダ本体の上面内に配置した複数の非交差溝穴で、各々が前記ウェハ凹部の前記外周縁部に隣接して始まり前記ウェハ凹部の前記内部領域へ向け延びてそこで終端する溝穴とを備えることを特徴とするウェハホルダ。
  25. 前記ウェハ凹部の外周縁部周りを延びる環状溝を更に備える請求項２４記載のウェハホルダ。
  26. 前記溝穴の全てを前記環状溝から前記ウェハ凹部の前記内部領域へ向かって半径方向に延ばした請求項２５記載のウェハホルダ。
  27. 前記ホルダ本体が、黒鉛、シリコン、窒化珪素、炭化珪素、クォーツおよび酸化アルミニウムの少なくとも一つから形成された請求項２６記載のウェハホルダ。
  28. 少なくともホルダ本体の上面に表面被覆を付した請求項２６記載のウェハホルダ。
  29. 前記表面被覆が、炭化珪素、窒化珪素、熱分解性黒鉛、熱分解性カーボンかダイヤモンド、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムおよび二酸化硅素か炭化タンタルのうちの少なくとも一つからなる請求項２８記載のウェハホルダ。
  30. 前記ウェハ凹部が凹面を囲繞する請求項２６記載のウェハホルダ。
  31. 前記ウェハ凹部の前記凹面が、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハ下側のガス流を支援する請求項３０記載のウェハホルダ。
  32. 前記ウェハ凹部の凹面が、前記ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの表面を横断して一様な温度特性を維持する請求項３０記載のウェハホルダ。
  33. 前記溝穴の数が、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの温度特性に対する負の影響を最小化するよう選択された請求項２６記載のウェハホルダ。
  34. 前記溝穴の数が、適切な着脱操作を支援するよう基板ウェハ下側に十分なガス流を可能にするよう選択された請求項２６記載のウェハホルダ。
  35. 前記溝穴の寸法が、ウェハ凹部内に配置する基板ウェハの温度特性又は背面痕跡に対する負の影響を最小化するよう選択された請求項２６記載のウェハホルダ。
  36. 前記溝穴の寸法が、適切な着脱操作を支援する目的で基板ウェハ下側に有効なガス流を供給するよう選択された請求項２６記載のウェハホルダ。
  37. 前記複数の溝穴の長さが、各々０．０７６〜２．５４cmである請求項２６記載のウェハホルダ。
  38. 前記複数の溝穴の長さが、各々０．０９〜０．１６５cmである請求項３７記載のウェハホルダ。
  39. 前記複数の溝穴の幅が、各々０．００３〜０．０７６cmである請求項２６記載のウェハホルダ。
  40. 前記複数の溝穴の幅が、各々０．０４〜０．０６cmで請求項３９記載のウェハホルダ。
  41. 前記複数の溝穴の深さが、各々少なくとも０．００３cmである請求項２６記載のウェハホルダ。
  42. 前記複数の溝穴の深さが、各々０．０１〜０．０２cmである請求項４１記載のウェハホルダ。
  43. 前記ウェハホルダがサセプタである請求項２６記載のウェハホルダ。
  44. ウェハの端部を支える周縁隆起を更に備える請求項２６記載のウェハホルダ。
  45. 前記複数の溝穴を、周縁隆起内に少なくとも一部配置した請求項４４記載のウェハホルダ。
  46. 前記ウェハ凹部は第１のウェハ凹部であり、複数の溝穴は第１の複数の溝穴であり、前記ウェハホルダが更に、
    前記第１の円形ウェハ凹部に隣接する前記ホルダの前記上面内の第２の円形ウェハ凹部で、外周縁部と内部領域を有するウェハ凹部と、
    前記ホルダ本体の上面に配置した第２の複数の溝穴で、各々が前記第２のウェハ凹部の前記外周縁部に隣接して始まり前記第２のウェハ凹部の内部領域へ向け延び、そこで終端する溝穴とを備える請求項２６記載のウェハホルダ。
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