JP2019071439A - 熱処理チャンバのための支持シリンダー - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理中の処理チャンバ及び基板の汚染を防止するように遮光性を強化した支持シリンダーを提供する。【解決手段】支持シリンダー２００は、内周面２０２及び外周面２０４を有し、不透明石英ガラス材料を含み、且つ、光学的透明層でコーティングされるリング体を備える。光学的透明層は、不透明石英ガラス材料と実質的に一致する又は類似する熱膨張係数を有し、それにより、高熱負荷の下で熱応力を引き起し得る熱膨張の不一致が減少する。一例では、不透明石英ガラス材料は合成黒色石英であり、光学的透明層は透明溶融石英材料を含む。【選択図】図２Ａ

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して熱処理チャンバ内で使用されるウエハ支持シリンダー（ｗａｆｅｒ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）に関する。

［０００２］多くの半導体デバイスの製造プロセスにおいて、基板処理中に基板（例えば、半導体ウエハ）の温度を厳しくモニター且つ制御して初めて、デバイスに必要とされる高レベルの性能、収率、及び処理再現性を達成することができる。急速熱処理（ＲＴＰ）は、例えば、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）を含む幾つかの異なる製造プロセスで使用されている。

［０００３］ＲＴＰチャンバ内では、例えば、チャンバ壁から内側に向かって延在し且つ基板の周縁を囲む基板支持リングの端部によって、基板がその外縁上で支持される場合がある。基板支持リングは、基板支持リング及び支持された基板を回転させ、処理中に基板の温度の均一性を最大限にする回転可能な管状支持シリンダー上に置かれる。支持シリンダーは、不透明石英から作られ、それにより、遮光性及び低熱伝導率が提供され、処理エリア及び／又は熱源からの熱が支持シリンダーの近傍で実質的に弱まる。支持シリンダーは、典型的にポリシリコン層でコーティングされ、それにより、基板の温度測定に使用される周波数範囲内の放射に対して不透過になる。

［０００４］しかしながら、高温度下におけるポリシリコン層と不透明石英との熱膨張係数の不一致によって、ポリシリコン層において、及び／又は、ポリシリコン層と不透明石英との間のインターフェース付近において亀裂が生じ得ることが観察されてきた。このような亀裂は、基板にとって有害である場合がある。なぜなら、亀裂が下部の石英まで広がり、それにより、ポリシリコン層とポリシリコン層に付着している下部の石英の一部とが熱循環の後に剥離するためである。ポリシリコン層と石英片の剥離は、支持シリンダーの不透明度を損なうだけではなく、更に処理チャンバ及び基板を粒子で汚染する。

［０００５］したがって、熱処理中の処理チャンバ及び基板の汚染を防止するように遮光性を強化して、支持シリンダーを改善する必要がある。

［０００６］本開示の実施形態は、概して熱処理チャンバ内で使用される支持シリンダーに関する。一実施形態では、支持シリンダーは、内周面及び内周面と平行な外周面を有するリング体、並びに外周面から内周面へ径方向に延在する平坦面を備え、リング体は、不透明石英ガラス材料を含み、且つ光学的透明層でコーティングされる。光学的透明層は、不透明石英ガラス材料と実質的に一致する又は類似する熱膨張係数を有し、それにより、高熱負荷の下で熱応力を引き起し得る熱膨張の不一致が減少する。一例では、不透明石英ガラス材料は、合成黒色石英（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｂｌａｃｋ ｑｕａｒｔｚ）であり、光学的透明層は、透明溶融石英材料（ｃｌｅａｒ ｆｕｓｅｄ ｑｕａｒｔｚ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む。

［０００７］別の実施形態では、熱処理チャンバ内で使用されるリング体を処理する方法が提供される。この方法は、不透明石英ガラス材料を含むリング体上に光学的透明層を形成することであって、リング体が、内周面、外周面、及び外周面から内周面へ径方向に延在する平坦面を有する、形成することと、約１．５の屈折率を有する光学的透明層でリング体の少なくとも一部をコーティングすることとを含む。

［０００８］更に別の実施形態では、熱処理チャンバ内で基板を処理する方法が提供される。この方法は、熱処理チャンバの内周面の径方向内側にリング体を位置決めすることであって、リング体が、不透明石英ガラス材料を含み、且つその上に形成された光学的透明層を有し、リング体が、内周面、外周面、及び内周面から外周面へ径方向に延在する平坦面を有する、位置決めすることと、リング体の平坦面によって支持リングを支持することであって、支持リングが、半導体基板の外縁を半導体基板の裏面から支持するために支持リングの表面から径方向内側に延在する端部リップ（ｅｄｇｅ ｌｉｐ）を有する、支持することとを含む。

［０００９］本開示の上述の特徴の態様を詳細に理解することができるように、上記で簡単に概説した本開示のより具体的な記載を実施形態を参照することによって得ることができ、これら実施形態の幾つかは添付の図面で示される。 しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得るため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

急速熱処理チャンバの断面図を概略的に示す。 本開示の一実施形態による、図１の支持シリンダーの代わりに使用し得る支持シリンダーの概略上面図である。 図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取った支持シリンダーの概略図である。 図２Ｂに示される支持シリンダーの部分「２Ｃ」の拡大図である。 本開示の一実施形態による、図２Ｂに示される支持シリンダーの一部の概略側面図を示す。 本開示の別の実施形態による、反射コーティング層を使用する図３に示される支持シリンダーの一部の概略側面図を示す。 本開示の更に別の実施形態による、図３に示される支持シリンダーの一部の概略側面図を示す。

［００１７］本開示の実施形態は、概して熱処理チャンバ内で使用される支持シリンダーに関する。熱処理される基板は、その外縁上で支持リンクによって支持される。支持リングは、処理チャンバの内周面に沿って径方向内側に延在し、基板の外縁を囲む。支持リングは、裏面から基板の外縁を支持するために支持リングの表面から径方向内側に延在する端部リップを有する。支持リングは、支持シリンダーに連結する底部を有する。支持シリンダーは、内周面及び外周面を有するリング体を備える。外周面は、内周面よりも、支持シリンダーの中央長手方向軸から更に離れている。支持シリンダーは、赤外線に対して不透過な合成黒色石英材料から作られてもよい。一実施形態では、支持シリンダーは、遠赤外領域で高放射率を有する透明溶融石英でコーティングされる。透明溶融石英及び下部の合成黒色石英は、すべて似たような熱膨張係数を有する石英部品であるため、本発明の支持シリンダーは、従来の支持シリンダーに通常見られるような、不透明石英とその上にコーティングされたポリシリコン層との間の熱膨張係数の不一致に起因する粒子の汚染の問題がない。支持シリンダーの様々な実施形態は、以下で更に詳細に説明される。

例示的な急速熱処理チャンバ
［００１８］図１は、急速熱処理チャンバ１０の断面図を概略的に示す。適切なＲＴＰチャンバの例としては、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標） ＲＴＰ又はＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標） ＲＴＰチャンバが含まれてもよい。処理チャンバ１０は、上部加熱構成（すなわち、基板の比較的上部に加熱ランプが設けられる）を示しているが、本開示の恩恵を受けるため、下部加熱構成（すなわち、基板の比較的下部に加熱ランプが設けられる）を更に利用してもよいと考えられている。基板１２、例えば、熱処理されるシリコン基板などの半導体基板は、バルブ又はアクセスポート１３を通過し、処理チャンバ１０の処理領域１８内に入る。基板１２は、その外縁上で環状支持リング１４によって支持される。端部リップ１５は、環状支持リング１４の内側に向かって延在し、基板１２の裏面の一部に接触する。基板１２の前面に既に形成された処理されたフィーチャ１６が、透明石英窓２０によって上側で画定された処理領域１８に向かって上方に面するように、基板が配向されてもよい。基板１２の前面は、ランプ２６の配列に向かって面する。幾つかの実施形態では、基板１２の前面は、その上に形成された処理されたフィーチャとともに、ランプ２６の配列から離れる方向に面してもよい（すなわち、パイロメータ４０に向かって面する）。概略図とは異なり、フィーチャ１６は、ほとんどの場合、基板１２の前面を越えて実質的な距離突出しないが、前面の平面の中とその付近にパターンを構成する。

［００１９］基板がパドル又はロボットブレード（図示せず）の間で引き渡され、基板が処理チャンバ内に入り、支持リング１４上に載るとき、３つのリフトピンなどの複数のリフトピン２２を昇降させて基板１２の裏面を支持してもよい。放射加熱装置２４は、窓２０の上に位置決めされ、放射エネルギーを窓２０を通して基板１２に向けて方向付けるように構成される。処理チャンバ１０内では、放射加熱装置は、窓２０の上に六角形の密集した配列で構成されたそれぞれの反射管２７内に位置決めされた多数（例示的な数として４０９個）の高輝度のタングステンハロゲンランプ２６を含んでもよい。ランプ２６の配列は、ランプヘッドと呼ばれるときがある。しかしながら、他の放射加熱装置を代用してもよいと考えられている。通常、これらの放射加熱装置は、放射源の温度を迅速に上昇させるために抵抗加熱を必要とする。適切なランプの例には、フィラメントを取り囲むガラス又はシリカの外被を有する水銀ランプ、及び気体を通電すると熱源を提供するキセノンなどの気体を取り囲むガラス又はシリカの外被を備えるフラッシュランプが含まれる。本明細書では、ランプという用語が熱源を取り囲む外被を含むランプを包含することが意図されている。ランプの「熱源」とは、基板の温度を上昇させることができる材料又は要素、例えば、通電することができるフィラメント又は気体、或いは、ＬＥＤ又は固体レーザ及びレーザダイオードなどの放射を放出する材料の個体領域のことを指す。

［００２０］本明細書では、急速熱処理又はＲＴＰとは、約５０℃／秒以上の速度で、例えば約１００℃／秒から１５０℃／秒、及び約２００℃／秒から４００℃／秒の速度で、基板を均一に加熱することが可能な装置又はプロセスのことを指す。ＲＴＰチャンバ内の典型的な降温（冷却）速度は、約８０℃／秒から１５０℃／秒の範囲内である。ＲＴＰチャンバ内で実行される幾つかのプロセスでは、基板全体にわたって温度の変動を摂氏数度未満にする必要がある。したがって、ＲＴＰチャンバは、最大約１００℃／秒から１５０℃／秒、並びに約２００℃／秒から４００℃／秒の速度で加熱可能なランプ又は他の適切な加熱システム及び加熱システム制御部を含む必要があり、それにより、急速熱処理チャンバと、こうした速度で急速加熱が可能な加熱システム及び加熱制御システムをもたない他の種類の熱チャンバとが区別される。このような加熱制御システムを有するＲＴＰチャンバは、５秒未満で、例えば１秒未満で、及び幾つかの実施形態では、数ミリ秒でサンプルをアニールし得る。

［００２１］基板１２全体にわたる温度を、基板１２全体にわたって均一に、綿密に定義された温度に制御することが重要である。均一性を改善する１つの受動的手段としては、基板１２の下方に配置されるリフレクタ２８が含まれてもよい。リフレクタ２８は、基板１２と平行に延在し、且つ基板１２より大きい領域を覆うように延在する。リフレクタ２８は、基板１２から放出された熱放射を基板１２の方へ効率的に後方反射し、基板１２の見掛けの放射率（ａｐｐａｒｅｎｔ ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）を向上させる。基板１２とリフレクタ２８の間の間隔は、約３ｍｍから９ｍｍの間の範囲内であってもよく、空胴の幅と厚さのアスペクト比は２０より大きいと有利である。リフレクタ２８の上面は、アルミニウムから作られてもよく、反射率の高い表面コーティング又は多層の誘電体干渉鏡を有し、基板１２の裏面には、基板の効果的な放射率を向上させる反射空胴が形成され、それにより、温度測定の正確性が改善される。特定の実施形態では、リフレクタ２８は、より不規則な表面を有してもよく、又は黒体壁により似るように黒色又は他の色の表面を有してもよい。リフレクタ２８は、金属から作られた水冷式の基部である第２の壁５３上に配置されてもよく、それにより、特に冷却中の基板からの過剰放射がヒートシンクされる。したがって、処理チャンバ１０のプロセス領域は、少なくとも２つの実質的に平行な壁を有する。それは、石英など、放射に対して透明な材料から作られた窓２０である第１の壁と、第１の壁と実質的に平行であり、且つそれほど透明ではない金属から作られた第２の壁５３である。

［００２２］均一性を改善する１つの方法は、処理チャンバ１０の内周面６０の内側に向かって径方向に配置される回転可能な支持シリンダー３０上で支持リング１４を支持することを含む。支持シリンダー３０は、処理チャンバ１０の外部に位置決めされた回転可能なフランジ３２に磁気結合される。モータ（図示せず）は、フランジ３２を回転させ、したがって、基板をその中心３４の周りで回転させる。この中心３４は、ほぼ左右対称のチャンバの中心線でもある。代替的に、支持シリンダー３０の底部は、回転可能なフランジ３２内に配置される磁石によって保持され、且つ回転可能なフランジ３２内のコイルからの、回転可能なフランジ３２内の回転磁界によって回転する磁気浮上式シリンダー（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｌｅｖｉｔａｔｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）であってもよい。

［００２３］均一性を改善する別の方法では、ランプ２６を分割して、中心軸３４の周りでほぼリング状に構成される区間にする。制御回路は、種々の区間内でランプ２６に伝送される電圧を変動させ、それにより、放射エネルギーの径方向の分布を調整する。区分した加熱の動的制御は、リフレクタ２８内の開孔を通って基板１２の裏側に面するように位置決めされた１つ又は複数の光学的光パイプ４２を通して結合された１つ又は複数のパイロメータ４０の影響を受け、それにより、回転する基板１２の半径全体にわたる温度が測定される。光パイプ４２は、サファイア、金属、及びシリカファイバを含む様々な構造体から形成されてもよい。コンピュータ化されたコントローラ４４は、パイロメータ４０の出力を受け取り、それに応じてランプ２６の種々のリングに供給される電圧を制御し、それにより処理中の放射加熱強度及びパターンを動的に制御する。パイロメータは、通常、約７００から１０００ｎｍの間の範囲内で、例えば４０ｎｍの狭い波長帯域幅内の光強度を測定する。コントローラ４４又は他の計測器は、その温度で保持された黒体から発する光強度のスペクトル分布の周知のプランク分布によって、光強度を温度に変換する。しかしながら、高温測定は、基板１２のうちの走査されている部分の放射率の影響を受ける。放射率εは、黒色本体に対する１と完全なリフレクタに対する０との間で変動する可能性があり、したがって、基板の裏側の反射率Ｒ＝１−εの逆の基準（ｉｎｖｅｒｓｅ ｍｅａｓｕｒｅ）である。基板の裏面は通常均一であり、したがって均一の放射率が予期されるが、裏面の組成は、事前の処理に応じて変動し得る。高温測定は、基板を光学的に調査するためにエミッショメータ（ｅｍｉｓｓｏｍｅｔｅｒ）を更に含み、関連する波長範囲内でエミッショメータが面する基板の部分の放射率又は反射率を測定することによって、並びに、測定した放射率を含むコントローラ４４内の制御アルゴリズムによって改善することができる。

例示的な支持シリンダー
［００２４］図２Ａは、本開示の一実施形態による、図１の支持シリンダー３０の代わりに使用し得る支持シリンダー２００の概略上面図である。図２Ａに示される支持シリンダー２００は、処理チャンバ、例えば、図１に示された急速熱処理チャンバ１０の中に配置されてもよい。支持シリンダー２００は、概して、実質的に一貫した径方向幅「Ｗ」を有する連続リング体である。支持シリンダー２００は、内周面２０２及び内周面２０２と平行な外周面２０４を有する。外周面２０４は、内周面２０２よりも、支持シリンダー２００の中央長手方向軸「Ｃ」から更に離れている。ここでは図示されていないが、支持シリンダー２００は、図１に関連して以上で説明されたように、外周面２０４が処理チャンバの内周面の内側に向かって径方向に配置されるように寸法形成される。

［００２５］図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取った支持シリンダー２００の概略図である。図２Ｃは、図２Ｂに示される支持シリンダー２００の部分「２Ｃ」の拡大図である。３００ｍｍの基板に対しては、支持シリンダー２００は、約３１０ｍｍから約３６０ｍｍ、例えば、約３３０ｍｍの外径「Ｄ１］（外周面２０４から測定した場合）、及び約３０５ｍｍから約３５０ｍｍ、例えば、約３２４ｍｍの内径「Ｄ２］（内周面２０２から測定した場合）を有してもよい。支持シリンダー２００は、約１０ｍｍから約８０ｍｍ、例えば、約２４ｍｍの厚み「Ｔ１」（図２Ｂ）を有してもよい。支持シリンダー２００は、約２．５ｍｍから約３５ｍｍ、例えば、約６ｍｍの径方向幅（Ｗ１）を有してもよい。通常、この径方向幅（Ｗ）の寸法は、支持シリンダー２００と支持リングが処理中に回転するとき、支持シリンダー上に配置された支持リング（すなわち、図１の支持リング１４）が支持シリンダーから滑り落ちないことを確実にするように選択される。より大きな又はより小さな基板及び／又は処理チャンバが使用される場合、以上の寸法は変わり得ると考えられている。

［００２６］図２Ｃに示される１つの実施形態では、支持シリンダー２００の第１の端部２０６は、傾斜面部２０８及び曲面部２１０を有してもよい。曲面部２１０は、支持シリンダー２００内の機械的応力を減少させるために約０．２５ｍｍから約０．５ｍｍの半径を有してもよい。傾斜面部２０８は、支持シリンダー２００の外周面２０４から内周面２０２へ径方向に延在する平坦面２１２を介して曲面部２１０に接続する。傾斜面部２０８は、内周面２０２に対して約１５°から約４０°、例えば約３０°の角度「α」で内周面２０２に向かって下方に傾斜する。平坦面２１２は、約０．５ｍｍの幅「Ｗ２」を有してもよい。平坦面２１２は、半導体基板を支持する支持リング（図示せず）と物理的に接触するように構成される。したがって、支持シリンダー２００と支持リング（及び基板）の間の伝導性熱伝達に利用可能な接触領域を実質的に減少させるため、支持シリンダー２００は、平坦面２１２においてのみ支持リングに接触する。

［００２７］同様に、支持シリンダー２００の第２の端部２１４は、傾斜面部２１６及び曲面部２１８を有してもよい。傾斜面部２１６は、支持シリンダー２００の外周面２０４から内周面２０２へ径方向に延在する平坦面２２０を介して曲面部２１８に接続する。傾斜面部２１６は、外周面２０４に対して約１５°から約４０°、例えば約３０°の角度「θ」で外周面２０４に向かって下方に傾斜する。平坦面２２０は、磁気ロータ（図示せず）に連結されるように構成される。磁気ロータは回転可能なフランジ３２（図１）に磁気結合されており、それにより、支持シリンダー２００の中央長手方向軸「Ｃ」の周りで磁気ロータが回転し、したがって、支持シリンダー２００、支持リング、及び支持された基板が回転する。

［００２８］支持シリンダー２００の傾斜面部は、レーザ加工技法又は任意の適切な技法を使用して形成されてもよい。支持リングに接触するために平坦面２１２を用いる代わりに、支持シリンダー２００の第１の端部２０６が、支持シリンダー２００とその上に配置される支持リングとの間の伝導性熱伝達の接触領域が限られているバンプ又は突出部を提供するように構成されてもよい。バンプ又は突出部は、長方形、菱形、正方形、半球形、六角形、又は三角形の突出部などの任意の適切な形状であってもよい。半球形状のバンプ又は突出部は、表面接触を点接触に変えることによって、支持シリンダー２００と支持リング（及びその上に配置された基板）の間の表面接触領域を更に減少させるため、半球形状のバンプ又は突出部は、効果的な熱質量減少（ｔｈｅｒｍａｌ ｍａｓｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）に関して有利であり得る。平坦面２１２（又は使用される場合、バンプ／突出部）の形状及び／又は寸法は、基板支持体と支持シリンダー２００の間の最小限の接触領域によって支持リングが固定的に支持されている限り、変動してもよい。

［００２９］一実施形態では、支持シリンダー２００は、不透明石英ガラス材料から作られる。不透明石英ガラス材料は、高濃度で微視的に小さな気体含有物（ｇａｓ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）又はボイドを有してもよく、それにより、支持シリンダー２００が、基板の温度測定に使用されるパイロメータ（例えば、図１のパイロメータ４０）の周波数範囲内の放射に対して不透過になる。本明細書で使用される「不透過」という用語は、１．７から２．２ｇ／ｃｍ^３の範囲内の見掛け密度、１０から１００μｍの範囲内の平均的なバブル又は気体含有物直径、及び６×１０^５から９×１０^８バブル／ｃｍ^３のバブル又は気体含有物含有量を有する石英ガラスを指してもよい。不透明石英ガラス材料は、温度測定を阻害し得る外部源からの放射を遮断することができるため、基板の温度測定の正確性が改善される。更に、不透明石英ガラス材料から作られた支持シリンダーは、より高い熱抵抗率を有し、それにより、支持シリンダー２００の中心から支持リングなどの周囲の構成要素への熱伝導が減少する。不透明石英ガラス材料内の気体含有物又はボイドは、更に、支持シリンダー２００がヒートシンクになることを回避するため、石英内に捕捉された光を散乱させる。１つの例示的な不透明石英ガラス材料は、ドイツ国のＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧから入手可能な合成黒色石英（ＳＢＱ）である。代替的に、不透明石英ガラス材料は、様々な形状の気体含有物又はボイドから作られたものに加えて、又はそれら以外に、微細個体粒子ＺｒＯ_２及びＨｆＯ_２から作られてもよい。合成黒色石英は、断熱性があり、高温度で寸法安定性があり、並びに基板からのパイロメータ信号との望ましくない干渉を回避するため、パイロメータ（例えば、図１のパイロメータ４０）の周波数範囲内の赤外線に対して本質的に不透過である。特に、合成黒色石英材料は、低い熱膨張係数（約５．１×１０^−７／℃）を有し、それにより、支持シリンダー２００及びその上に形成されるコーティング層（以下で説明される）は、互いに実質的に一致する又は類似する熱膨張係数を有し、それにより、高熱負荷の下で熱応力を引き起し得る熱膨張の不一致が減少する。合成黒色石英材料は、更に極めて低い不純物レベルを有する。本明細書に記載される低不純物レベルとは、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、及びＴｉなどの金属不純物の総含有量が、５ｗｔ． ｐｐｍ以下である、高純度黒色石英を指す。合成黒色石英材料の幾つかの特性は、表１で示される。

［００３０］幾つかの実施形態では、合成黒色石英は、石英ガラスの材料に黒色化成分又は化合物を添加することによって作ってもよい。適切な化合物は、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃ、Ｓｉ、酸化鉄、又はタングステンが含んでもよい。添加された黒色化成分の量は、特に限定されないが、通常、石英ガラスの重量に基づいて、０．１から１０重量％である。幾つかの実施形態では、合成黒色石英は、石英ガラス又はブラックシリカを石英ガラス、金属、又はセラミックスなどの基板上に溶射することによって作ってもよい。基板上に形成されたこのような黒色石英ガラス溶射膜（ｂｌａｃｋ ｑｕａｒｔｚ ｇｌａｓｓ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｅｄ ｆｉｌｍ）を有する支持シリンダーは、優れた遠赤外線放射特性、並びに優れた遮光性及び遮熱性を有する。所望する場合、不透明石英ガラス溶射膜（ｏｐａｑｕｅ ｑｕａｒｔｚ ｇｌａｓｓ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｅｄ ｆｉｌｍ）を更に黒色石英ガラス溶射膜の上に積層してもよい。このような不透明石英ガラス溶射膜が積層された黒色石英ガラス溶射膜は、赤外線を散乱させ、可視光を通さず、したがって、断熱特性についてより効果的である。

［００３１］幾つかの実施形態では、不透明石英ガラス材料は、真空下で、大気圧下で、或いは約９００℃から約２５００℃の間などの高温において０．０５Ｍｐａ以上（例えば、１０００Ｍｐａ）の高圧下で、石英ガラス多孔質体を加熱且つ燃焼することによって得ることができる。

［００３２］合成黒色石英材料を使用する他の種類の支持シリンダー２００も考慮されている。例えば、支持シリンダー２００は、透明石英、炭化ケイ素、シリコン含浸炭化ケイ素などから作られたコア体であってもよく、以上で説明されたように、コア体のほとんどの露出面を覆う、合成黒色石英材料から作られたコーティング層を有する。

［００３３］図３は、本開示の別の実施形態による、図２Ｂに示される支持シリンダー２００の一部の概略側面図を示す。この実施形態では、支持シリンダー２００は、光学的透明層、例えば、透明溶融石英材料３０２で更にコーティングされている。透明溶融石英材料３０２は、約１．５の屈折率を有してもよい。透明溶融石英材料層３０２は、約３０μｍから約２００μｍ、例えば約１００μｍの厚み「Ｔ２｝を有してもよい。透明溶融石英材料層３０２は、ロータ又は他の構成要素に連結される位置である、傾斜面部２１６、平坦面２２０、及び曲面部２１８を除く支持シリンダー２００のほとんどの露出面を覆ってもよい。代替的に、透明溶融石英材料層３０２は、支持シリンダー２００の全表面を覆ってもよい。透明溶融石英材料層３０２は、約３００℃から約１４５０℃の関連する温度範囲内で低い熱膨張係数（約５．５×１０^−７／℃）を有するため、選択される。透明溶融石英材料層は、ＳｉＯ_２の少なくとも９９．９重量％の純度を有してもよい。

［００３４］透明溶融石英材料層３０２が下部の合成黒色石英材料に対して優れた接着を示すため、石英材料（すなわち、合成黒色石英）から更に作られている支持シリンダー２００上に透明溶融石英材料層を設けることは有利である。より重要なことは、透明溶融石英材料層３０２が、下部の合成黒色石英材料と実質的に一致する又は類似する熱膨張係数を有することであり、それにより、さもなければコーティングの中の亀裂、不透明度を損なう急速な部品劣化、及び粒子の問題に至ることがある支持シリンダー上の熱応力が減少し、或いは更に回避される。透明溶融石英材料層３０２は、赤外線領域内の支持シリンダー２００の放射率を更に改善する。赤外線領域内の支持シリンダー２００の放射率を更に増加させることによって、支持シリンダー２００をより迅速に加熱することができ、それにより、支持シリンダー２００は、支持リングから熱を奪う熱負荷として作用することはなく、基板の温度測定を阻害し得るヒートシンクとなることはない。

［００３５］底部加熱タイプ構成を採用する急速熱処理チャンバ（すなわち、基板は、裏面が放射熱源と対向する一方で、集積回路などの特徴が置かれている表面が放射熱源から離れる方向に面する状態で保持されている）に対して、支持シリンダー２００は、支持シリンダーの温度分布を制御するために透明溶融石英材料層の上又はその一部に形成される反射コーティング層を更に含んでもよい。図４は、本開示の更に別の実施形態による、反射コーティング層を使用する図３に示される支持シリンダー２００の一部の概略側面図を示す。支持シリンダー２００は、放射熱源に直接露出されると、熱くなりすぎて変形する場合があり、それによって、支持リング、そして支持された基板が水平移動する場合があることが観察されてきた。したがって、基板温度の均一性が望ましくないほど影響を受ける。支持シリンダー２００が熱くなりすぎることを防ぐため、反射コーティング層４０２を放射熱源に面する内周面２０２上の透明溶融石英材料層３０２の上に適用してもよく、それにより、熱放射が加熱ランプに反射され、支持シリンダー２００が処理中により低い温度を維持するのに役立つ。反射コーティング層４０２は、内周面２０２の表面積の約２０％から約１００％を覆ってもよい。様々な実施例では、反射コーティング層４０２は、内周面２０２の表面積の約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％を覆ってもよい。ある場合には、反射コーティング層４０２は、支持シリンダー２００からの熱放散を助けるために支持シリンダー４０２の全表面を覆ってもよい。このような反射コーティング層４０２は、図示されているように、支持シリンダー２００の内周面２０２にわたって均一であってもよく、或いは、支持シリンダー２００上に衝突する放射熱源からの赤外線の非均一性を弱めるために非均一に適用してもよい。いずれの場合でも、反射コーティング層４０２は、約２０μｍから約１５０μｍ、例えば約６０μｍの厚み「Ｔ３｝を有してもよい。

［００３６］反射コーティング層４０２を製造するために選択される材料は、中間の透明溶融石英材料層３０２と実質的に一致する又は類似する熱膨張係数を有してもよく、それにより、さもなければ高熱負荷下で亀裂が伴う層内の熱応力を引き起し得る熱膨張の不一致が減少する。反射コーティング層４０２に使用され得る例示的な材料としては、溶融シリカ、ホウケイ酸ガラスなどが含まれてもよい。

［００３７］本開示の例示的な実施形態が示され且つ説明されているが、当業者であれば、本開示が組み込まれ、且つ更に本開示の範囲内にある他の実施形態を考案することができる。例えば、反射コーティング層４０２は、放射熱源及び／又は処理チャンバ内の１つ又は複数の構成要素からの熱放射を吸収することによって、支持シリンダー２００からの熱放散を助けるため、熱吸収コーティング層と交換してもよい。熱吸収コーティング層の材料は、１ミクロンから４ミクロンの波長、又は他の関心対象の波長で熱放射を吸収するために選択されてもよい。幾つかの可能な材料としては、ポリウレタン材料、カーボンブラックペイント（ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ ｐａｉｎｔ）、又はグラファイトを含む組成物が含まれてもよい。

［００３８］代替的に、反射コーティング層４０２を使用する代わりに、中間の透明溶融石英材料層３０２が、放射熱源及び／又は処理チャンバ内の１つ又は複数の構成要素からの放射を吸収する原子５０２（図５）でドープされてもよい。原子５０２は、内周面２０２において、又は図５で示されるように透明溶融石英材料３０２全体にわたって、透明溶融石英材料３０２内に均等に供給されてもよい。ドーパントを支持シリンダー２００の内周面２０２又は全面にわたって均一に分布した場合、ドーピングによって、支持シリンダー２００のより均一な温度プロファイルがもたらされる結果となり得る。

［００３９］以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び追加の実施形態を考案してもよく、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められている。

Claims (15)

1. 熱処理チャンバのための支持シリンダーであって、
   内周面及び前記内周面と平行な外周面を有するリング体、並びに
   前記外周面から前記内周面へ径方向に延在する平坦面を備え、前記リング体が、不透明石英ガラス材料を含み、且つ前記リング体が、光学的透明層でコーティングされる、支持シリンダー。
2. 前記不透明石英ガラス材料が合成黒色石英であり、且つ前記光学的透明層が約１．５の屈折率を有する、請求項１に記載の支持シリンダー。
3. 前記光学的透明層が、前記不透明石英ガラス材料と実質的に一致する又は類似する熱膨張係数を有する、請求項１に記載の支持シリンダー。
4. 前記光学的透明層が透明溶融石英材料を含む、請求項３に記載の支持シリンダー。
5. 前記光学的透明層が前記内周面上にコーティングされる、請求項１に記載の支持シリンダー。
6. 前記内周面上に形成された前記光学的透明層が、反射コーティング層によって覆われる、請求項５に記載の支持シリンダー。
7. 前記光学的透明層が、約３０μｍから約２００μｍの厚みを有する、請求項１に記載の支持シリンダー。
8. 前記リング体が、傾斜面部及び曲面部を備え、前記傾斜面部が、前記平坦面を介して前記曲面部に接続する、請求項１に記載の支持シリンダー。
9. 前記傾斜面部が、前記内周面に対して約１５°から約４０°の角度で前記内周面に向かって下方に傾斜する、請求項８に記載の支持シリンダー。
10. 熱処理チャンバ内で使用されるリング体を処理する方法であって、
    不透明石英ガラス材料を含むリング体上に光学的透明層を形成することであって、前記リング体が、内周面、外周面、及び前記外周面から前記内周面へ径方向に延在する平坦面を有する、形成することと、
    約１．５の屈折率を有する光学的透明層で前記リング体の少なくとも一部をコーティングすることと
    を含む方法。
11. 前記不透明石英ガラス材料が合成黒色石英である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光学的透明層が、前記不透明石英ガラス材料と実質的に一致する又は類似する熱膨張係数を有する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記光学的透明層が前記内周面上にコーティングされる、請求項１０に記載の方法。
14. 前記内周面上の前記光学的透明層を覆う反射コーティング層を形成することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
15. 熱処理チャンバ内で基板を処理する方法であって、
    前記熱処理チャンバの内周面の内側に向かって径方向にリング体を位置決めすることであって、前記リング体が、不透明石英ガラス材料を含み、且つその上に形成された光学的透明層を有し、前記リング体が、内周面、外周面、及び前記内周面から前記外周面へ径方向に延在する平坦面を有する、位置決めすることと、
    前記リング体の前記平坦面によって支持リングを支持することであって、前記支持リングが、半導体基板の外縁を前記半導体基板の裏面から支持するために前記支持リングの表面から径方向内側に延在する端部リップを有する、支持することと
    を含む方法。

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