JP2019501295A - 気相堆積のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

第１の面および第１の面に対向する第２の面を有する基材に少なくとも１つの物質を気相堆積するためのシステムおよび方法。システムは、基材を保持するように構成された保持部材、少なくとも１つの物質を少なくとも１つの方向から基材に適用するように構成された堆積部材、および、基材から離れて位置し、基材の第１の面の側および基材の第２の面の側から基材に熱を加えるように構成されたヒーター、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、第１の面および第１の面に対向する第２の面を有する基材（または基板）の第１の面の側および基材の第２の面の側から基材にエネルギーを適用するためのヒーターを用いて、基材に少なくとも１つの物質を気相堆積（ｇａｓ ｐｈａｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）するためのシステムおよび方法に関する。

一般に、気相からの堆積は、パイプ、チャネルおよび反応器容積の自由空間を利用することによる、被覆面に向かった物質移動であると考えられる。従って、液相エピタキシー（ＬＰＥ）および固相エピタキシーまたは結晶化とは異なる。ほとんどの場合、特定の成分を含有する前駆体を分解するために必要な化学反応を誘発するために、および／または、基材面上での直接的な所望の化合物の合成を可能にするために、追加のエネルギーが例えば熱、光またはプラズマの形態で基材面に供給される。

従って、堆積プロセスおよびそれを実施する機械設備（ｈａｒｄｗａｒｅ）についての古典的な見解は、次の事項を前提としている。基材（すなわちその成長面）のみがエネルギー供給され（例えば加熱される）、他の全ての装置構成要素は冷たい（エネルギー供給されていない）ままであるが、これは、開放面、すなわち、基材面以外の面の汚染を避けて、従って装置の物理的特性が変動するのを防止するため、そして、装置面からの脱着を原因とする基材および成長層の粒子（開放面から剥離するコーティング層片）およびガス（Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ等）による制御不能な汚染を避けるためである。

しかしながら、堆積プロセスの間の反応器内の熱（エネルギー）および物質移動のために、周囲環境を上述した現象から完全に影響を受けないように保つことは難題である。これは、反応器内の制御不能なガスの脱着および寄生（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）コーティングをもたらし、前のプロセスから続くプロセスへの望ましくない影響を引き起こす。堆積自体が複雑な事項であり、いくつかの要因を考慮する必要があり、その大部分は互いに依存し合っているので、上述した影響は、複雑であり、プロセスパラメータの再調整によって取り除くことは困難である。

この問題を克服するために過去にいくつかの方策が検討されてきたが、それら全てに独自の欠点がある。

古典的なアプローチは、Ｔｈｏｍａｓ Ｓｗａｎ＆Ｃｏ．，ＧＢにより開発された図１に示されるような、いわゆるクローズ・カップルド・シャワーヘッド（ＣＣＳ）タイプの構成であり、水冷却ＣＣＳ２００は基材面１００に対してすぐ近く（５〜２５ｍｍ）に配置され、高い前駆体利用効率（例えば４０％まで）を提供する。水冷却ＣＣＳ２００にもかかわらず、熱基材キャリア３００の熱のため、表面温度は１５０℃を容易に上回るまで上がり得、この温度は、ある種類の前駆体（例えばＴＭＧａ）を分解するのに十分である。ＣＣＳ２００はプロセスの間に寄生コーティングを受け、これは次のプロセスにおいて上述した悪影響を有する。このようなコーティングの除去は、通常、反応器または周囲領域（例えばグローブボックス）内への粒子の広がりを生ずる、反応器の開放およびその後の機械的処理無しには行うことができない。

ＣＣＳ構成の状況を改善するために、熱基材キャリア３００とシャワーヘッド２００との間の距離を増大させることが提案された。シャワーヘッド２００と熱基材キャリア３００との間の距離が増大することによって、シャワーヘッド２００の温度はそのような高温には達しないので、その結果、シャワーヘッド２００における前駆物質の堆積が低減する。しかしながら、この構成は、前駆体の利用効率の実質的な低下（例えば１％未満）をもたらし、それに対応して、いくつかのプロセスでは製造不可能または不適なレベルまで成長速度が低下する。

さらに、上述のシステムは、一方の側、通常は成長面に対向する側のみからの基材加熱を利用し、従って基材に熱応力が生ずる。その結果、基材の上面と底面との温度差のため、基材が曲がり得る。層が成長することにより付加的に引き起こされ得る曲がりそれ自体は、基材上の温度均一性に直接的な影響を有する。基材キャリアの「ポケットプロファイリング（ｐｏｃｋｅｔ ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ）」は、あるたわみ度合い（ｂｏｗ ｖａｌｕｅ）場合のみの問題を解決することができる。ポケットプロファイル（ｐｏｃｋｅｔ ｐｒｏｆｉｌｅ）とは、堆積の間にその内部に基材を配置する基材ホルダーの輪郭を指す。ポケットプロファイリングは、不完全な加熱機構および基材形状（例えば２００μｍまでの基材の曲がり）によって引き起こされる温度の不均一性を補償するために使用される。基材ホルダーのポケットプロファイルは、その上に基材が置かれる平らな底面を備え得る。ポケットプロファイリングは、ある基材温度およびある基材の曲がり（たわみ）について最適化された、例えば凹型、ステップ状のポケットプロファイルまたはそれらの組合せ等の種々の幾何学的形状を提供することに関連する。しかし、ポケットプロファイルは、パラメータ毎に適合するようにプロセスの間に変更することはできず、垂直方向の温度勾配（基材内の応力にも繋がる）は避けることができない。

米国特許第４８３６１３８号明細書には、次のようなタイプの化学蒸着装置に使用するための加熱システムが開示されている。そこでは、反応ガスが基材上に物質を堆積するために水平な流れで導入され、該基材は中心から垂直に伸びる軸の周りで基材を回転させるために回転可能に駆動されるサセプタ上で反応チャンバ内に支持されている。

米国特許５５５１９８５号明細書には、真空チャンバを有する化学蒸着（ＣＶＤ）反応器が開示され、真空チャンバは、第１および第２の熱プレートをその内部に有し、その外部の周りに配置された２つの独立して制御される複数領域の熱源を含む。第１の熱源は３つの領域を有し、第２の熱源は２つの領域を有する。加工されるウエハは、第１の熱プレートの下方および第２の熱プレートの真上に配置される。ノズルは基材の側方に配置され、反応器を通るガスの水平な流れをもたらす。

全体的に、既知のシステムは、例えば次のような複数の欠点を有する。
（１）継続的な運転に影響を与える、例えば静的反応器の面上における前のプロセスからの寄生残留物。
（２）上面と底面との間の望ましくない温度差に起因する、基材内における機械的応力。
（３）基材１００とヒーター３００との間の大きな温度差は、より高温の領域（例えばヒーター）からより低温の領域（例えば基材）への寄生物質移動およびヒーターの短寿命をもたらす。
（４）大きな熱容量（高い熱質量）は、加熱および冷却プロセスの間に低い温度ランピング速度をもたらす。
（５）２００ｍｂａｒ未満の熱伝達の強い依存性は、ヒーター温度に対して例えば１００℃を超える基材温度の低下をもたらす。
（６）キャリアの取り扱いと基材からのその分離の必要性は、自動的なカセットからカセットへの基材の移動をより面倒とし、経済的に望ましくないようにする。
（７）キャリア、サセプタ、カバーセグメント、天井等の単数または複数の反応器の部分における残留寄生コーティングは、継続的な運転での影響を避けるために、それらを交換および洗浄する必要性が生じる。
（８）例えば手動クリーニング、反応器の部分交換のようなメンテナンスのために反応器を開けるには、ヒーターの電源を切らなければならず、そのためシステムのスループットを低下させ、すなわちコスト・オブ・オーナーシップ（ＣｏＯ）を増加させて、継続運転にさらに悪影響を及ぼす水分および酸素の汚染の機会を増加させる。
（９）標準的な加熱システムは、例えば１０００℃より高い温度で単一の基材（例えばＤ≧１５０ｍｍ）当たり、高い（例えば１０〜２０ｋＷ）電力消費をもたらす。これは、ＣＯ_２排出量と電力消費に悪影響を及ぼす。

本発明の目的は、先行技術の上述の問題を克服する気相堆積方法およびシステムを提供することである。

この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。従属請求項は、本発明のさらなる要旨に関する。

本発明は、ヒーターが基材に接触することなく、堆積の間の基材の両方の面に境界がはっきりとした熱を提供する一般的な発明思想に基づく。

本発明の１つの要旨では、第１の面および第１の面に対向する第２の面を有する基材、例えば平坦な基材に少なくとも１つの物質を、例えば蒸気相堆積（ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（例えば蒸気相エピタキシー）で気相堆積するためのシステムが提供される。システムは、基材を保持するように構成された保持部材、少なくとも１つの物質を少なくとも１つの方向から基材に適用する（ａｐｐｌｙ）ように構成された堆積部材、および、基材から離れて位置し、基材の第１の面の側および基材の第２の面の側から基材に熱を加える（または、熱を適用する（ａｐｐｌｙ））ように構成されたヒーターを備える。

しかしながら、基材は、任意の幾何学的形状を有する任意の材料から構成され得るが、フォトニクス（例えばＬＥＤ、レーザー、フォトダイオード等）、エレクトロニクス（例えばパワーエレクトロニクス、高周波エレクトロニクス、デジタルエレクトロニクス）、光電池等の製造に使用されるものであってよい。即ち、本発明は、例えば上記の分野による材料および幾何学的形状からの基材に応じて、種々の材料および幾何学的形状の様々な基材に関連して使用され得る。

堆積部材およびヒーターは、同じ方向からの例えば熱であるエネルギーおよびガスを適用するように相互に位置させることができる。

成長用のキャリアガス中に希釈された反応物の導入、エッチング、または、純粋なキャリアガス供給の場合の単純なパージング機能のための堆積部材（ガスインジェクター）およびヒーターは、互いに近接して配置することができる。すなわち、堆積部材およびヒーターは、基材の第１の面の側および基材の第２の面の側から基材にガスを適用するために、互いに位置させることができる。従って、第１の面に対するガスの適用は、第２の面に適用されるガスと異なっていてもよい。すなわち、基材の第１の面に対する熱の適用および／またはガスの適用は、基材の第２の面に対する熱および／またはガスとは異なってもよい。好ましくは、堆積部材およびヒーターは、基材の第１および第２の面に同じ方向から熱およびガスを適用するように１つのシステムに組み込まれている。

堆積部材は、少なくとも１つの第１のガス成分中空ピンと、少なくとも１つの異形の、または平坦なシートリフレクターとを備え得、少なくとも１つのシートリフレクターは少なくとも１つの孔を備え得る。第１のガス成分は少なくとも１つの中空ピンを介して基材の面に適用され得、一方、第２のガス成分は少なくとも１つのシートリフレクターの少なくとも１つの孔を介して適用され得る。第２のガス成分は、基材にパージされながら、好ましくは予熱されている。従って、第２のガス成分は、より高い温度で基材の面に到達することができ、そのため、より高い効率（供給された物質の割合）で分解されるのに、基材の面からのエネルギーおよび時間がより少なくてすむ。結果として、第２のガス成分の適用量は、同じ堆積速度の場合、減少させることができ、または供給量を変化させずにより高い堆積速度を維持することができ、そのため、寄生気相反応の速度は両方の成分の濃度の積に依存するので、選択された堆積速度に関連する基材上の寄生気相反応速度の割合は減少する。結果として、第２の成分が分解されるためにはより少ない基材からのエネルギーを必要とするので、同じ層の品質を維持しながら、堆積温度を低下させることができる。また、第２のガス成分が総流量の大きな割合を占める場合には、反応器を通る総ガス流量を減少させることができる。堆積部材の更なる有利な効果は、当業者にとっては明らかであろう。上記のような堆積部材は、本発明の気相堆積システムまたは方法に関連する発明と併せて、または従来技術によるシステムにおいて、すなわち本発明の他の特徴の存在無しで、もしくは独立して、発明を構成することができる。

さらに、堆積部材は、第１および第２の面に異なるプロセスを適用するように、すなわち、一方の側（例えば第１の面）に堆積プロセスを、他方の側（例えば第２の面）にエッチングプロセスを同時に、または同時に２つの異なる堆積プロセスを、適用するように構成され得る。

ヒーターは、基材の第１の面に第１の温度の熱を、基材の第２の面に第２の温度を適用するように構成してもよい。すなわち、ある場合には、２つの温度は、２つの面への熱供給（ｈｅａｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）のさらなる自由度を有するように互いに異なっていてもよい。

特に、ヒーターは、基材の第１の面に第１の所定の熱供給を適用し、基材の第２の面に第２の所定の熱供給を適用するように構成することができる。第１の所定の熱供給および第２の所定の熱供給は、基材の材料および／または寸法のような基材の性質、および／または堆積の手順要件に応じて、同じであっても、または、互いに異なっていてもよい。

加えて、熱容量の低いヒーター故に、熱は比較的高い時間変動（例えば８００℃／ｓ）で、すなわちパルス方式で熱を加えることができ、それによって、より高い基材温度で通常の高い層品質を維持しながら、堆積プロセスの間のさらにより低い平均基材温度を達成できる。

ヒーターは３次元ヒーターとして構成されてもよく、すなわち、ヒーターは場合によっては基材の周りに３次元で延在していてもよい。しかし、ヒーターは、３次元ヒーターの所定の領域からのみ熱が加えられるように別々に制御することができる異なる領域を備えてもよい。

ヒーターは、２以上の１次元（線形）または２次元（円形または基材の形状と同様の形状）の加熱ユニットを備えることができ、ここで、第１の加熱ユニットは基材の第１の面に対して第１の距離に配置されており、第２の加熱ユニットは基材の第２の面に対して第２の距離に配置される。すなわち、加熱ユニットは、基材の両方の面に熱を加えることを可能にする。線形（１Ｄ）ヒーターは、基材の上下に位置された一連の線形ヒーターを備えるのが好ましく、線形反応器の構成を可能にし、その場合、物理的に異なる位置で異なる材料または同じ材料の堆積を種々の条件で行う間に、単一の基材、複数の基材またはロール材料さえも前後に（または前に）移動することができる。さらに、複数の基材に対してロール・ツー・ロールまたはノンストップのプロセスフローを可能にすることができる。それは、加熱および冷却プロセスをさらに除くことができ、時間的なスペースから物理的なスペースにフェーズをシフトすることになる。基材のちょうど上および下の局所的な加熱要素の数故に、基材は、ある温度範囲（前のプロセス工程に適している）から別の温度範囲（続くプロセス工程に適している）へ「移す」ことができる。

円形（２Ｄ）ヒーターは、温度ランピングプロセスを含む堆積サイクル全体の間に単一の基材がチャンバ内に静的に配置される標準的な古典的アプローチを前提とする。

ヒーター（または加熱ユニット）は、基材の第１の面および第２の面に対して、非対称に配置してよい。すなわち、ヒーター（または加熱ユニット）をそれぞれの面から等距離に配置しながら基材の２つの面に異なる温度の熱を加える代わりに、ヒーター（または加熱ユニット）を２つの面からの異なる距離に配置してもよい。同様の効果は、上記のように加熱ユニット（またはヒーターの領域）の異なる温度制御によっても達成され得る。すなわち、第１の加熱ユニットの第１の温度を第１の温度に設定し、第２の加熱ユニットを第１の温度とは異なる第２の温度に設定するように温度を制御してもよい。

要するに、基材面に適用される熱は、２つの面のそれぞれについて異なっていてもよい。これは、ヒーター（または加熱ユニット）をそれぞれの面から異なる距離に位置させることによって、またはヒーター（または加熱ユニット）によって放射される温度を２つの面に関して変化させることによって達成することができる。さらに、ヒーターを、２つの面から異なる距離に配置して、かつ面に適用される温度が異なる値に設定してもよい。ヒーター（または加熱ユニット）を異なる距離に配置する代わりに、ヒーター（または加熱ユニット）を２つの面に対してある角度に位置させてもよい。角度は、それぞれのヒーターについて同じであってもよく、または２つの面で異なる熱供給を達成するように異なっていてもよい。

ヒーターは、抵抗ヒーター、ＲＦヒーターおよび電磁ヒーターのうちの１つであってよく、ヒーターは好ましくは熱供給プロファイルを基材に適用するように、および／または、熱を動的に加えるように構成されている。すなわち、基材の面（複数の面）が所定の熱供給（ヒートプロファイル）を受けるように、基材に加える熱は制御され得る。例えば、ヒーターは基材の縁（ｅｄｇｅ）および基材の中央にそれぞれ異なる温度を適用してもよく、例えば温度は基材の中心に向かって徐々に増加してもよい。加えて、温度は動的に適用されてもよく、すなわち、適用される熱は時間依存的に変化してもよい。つまり、基材に適用される熱の量および／または熱供給は、時間に応じて可変であってもよい。成長プロセスをモニターしてもよく、これから熱供給を調整することができる。他のプロセスパラメータもモニターしてもよく、従って、変化した熱要求が生じると、それに応じて調整できる。

本発明によると、基材とヒーターとの間に物理的接触はない。すなわち、接触することなく熱対流（例えばガス）または熱放射（例えばＥＭまたはＲＦ）、すなわち真空中での放射によって、熱を移動させることができる。従って、光の吸収またはＥＭ場の変動によって生じる電流のいずれかが存在する。後者の場合、基材は導体であってよい。光の場合、基材面は光を吸収するように構成されていてよい。抵抗ヒーターもＩＲ可視スペクトルで放射するので、ＥＭヒーターと見なすことができる。別の選択肢としては、ランプ（水銀陰極、ＬＥＤ等）またはレーザー（ＶＣＳＥＬ）の使用であってよい。ヒーター自体は加熱される面を備えず、むしろ基材の面に向かってＥＭエネルギーを放出する。加えて、フェムト秒（またはピコ秒）のレーザーは光を放出し、それは、ある波長に対して透過性であっても任意の固体面により吸収される。例えば、サファイアは可視スペクトルにおいて透過性を有するが、その表面（全体ではない）は、フェムト秒レーザーパルス、例えばわずかに緑色の光を吸収する。従って、堆積チャンバおよび／またはバルク材料の他の要素を加熱することなく、基材の面のみが加熱される。

保持部材は、基材の少なくとも１つの面に配置されてよい。すなわち、保持部材は、基材の第１の面および／もしくは第２の面に、または、基材の第３の面および／もしくは第４の面に配置されてよい。第３の面および第４の面は、長尺の基材の場合は短い側面であってよいし、または、平坦な基材の厚み方向における薄い側面であってよい。換言すれば、基材は、少なくとも１つの物質の堆積が行われる、２つの主表面（上面および底面）を備え得る。保持部材は、例えば側面（第３の面および／または第４の面）のように、２つの主表面以外の別の面に配置されてもよい。丸い基材の場合、基材は、第１の面および第２の面の周りで延びる第３の面のみを有し得る。一方、矩形の基材（例えば直方体）の場合、第１の面および第２の面の周りで延びる面は、第３の面から第６の面に細分され得、第３の面から第６の面のうちの２つが互いに対向して位置する。例えば、第３の面および第４の面は、互いに対向して位置する矩形の基材の面（側面）に対応し得る。

保持部材は、基材の面のうちの１つの中央領域、または、基材の面のうちの１つの縁領域に配置されていてもよい。保持部材は、１以上の位置において基材に取り付けることができる。保持部材は、サンプルをヒーターに対してある距離において保持するように構成されている。基材の幾何学的形状に応じて、保持部材は、シャドーイング効果、すなわち保持部材の接触によって材料が堆積され得ない領域を避けるために、基材との接触が最小限である安定した状態で基材を保持するように適合される。保持部材を基材の縁領域に配置することにより、シャドーイング効果無しに、基材の中央領域の均一な堆積を達成することが可能である。保持部材が基材の第３の面および／もしくは第４の面または薄い側面に配置される場合、基材はヒーターに対して所定の距離に保持された状態で、第１の面および第２の面全体にわたる均一な堆積がシャドーイング効果無しに達成され得る。

保持部材はまた、基材をヒーターに対して所定の距離に保つように、基材の浮揚効果を達成するようなガス流であってもよく、すなわち、基材がガス流に浮いてもよい。

本発明の別の要旨によると、第１の面および第１の面に対向する第２の面を有する基材への少なくとも１つの物質の気相堆積のための方法が提供される。方法は、保持部材を用いて基材を保持する工程、基材から離れて位置するヒーターを用いて、基材の第１の面の側および基材の第２の面の側から基材に熱を加える工程、および、少なくとも１つの物質を少なくとも１つの方向から基材に堆積する工程を含む。

好ましくは、基材に熱を加えることは、基材の第１の面に第１の温度の熱を加えて、基材の第２の面に第２の温度を加えることを含む。

さらに、基材に熱を加えることは、基材の第１の面に対して第１の距離から、基材の第２の面に対して第１の距離とは異なる第２の距離から、基材に熱を加えることをさらに含んでもよい。

基材に熱を加えることは、所定のプロファイルに従って基材に熱を加えること、および／または、基材に熱を動的に加える、すなわち基材に適用される熱が時間に応じて可変であることをさらに含んでも構わない。

さらに、基材を保持することは、基材の第１の面および／もしくは第２の面、または、基材の第３の面および／もしくは第４の面で、基材を保持することを含んでよい。

基材は、基材の面のうちの１つの中央領域、または、基材の面のうちの１つの縁領域で保持されてもよい。

例えば熱であるエネルギーおよびガスは、同じ方向から適用され得る。

本発明によると、熱の方向および少なくとも１つの物質を適用する方向は、本質的に同一であってもよい。

従って、本明細書で記載する本発明は、とりわけ、先行技術に対して複数の利点を有する。すなわち、本発明によるシステムでは、ヒーターの熱容量が小さいため、前のプロセスからの寄生コーティング残留物を、例えば急速熱エッチング（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＴＥ）プロセスで、容易に熱除去することができる。

本明細書で記載するツインＥＭヒーター（ＴＥＭＨ）システムを用いると、上面と底面との間の温度差は、２つの面の間の温度差が正、負またはゼロに近くなるように、容易に調節することができる。その結果、加熱、冷却または定常状態のプロセス工程の間に基材に追加の応力は生じない。

両方のヒーターが同じ温度を有する場合、従来のシステムの場合における１００℃以上（≧１００℃）に比べて、基材の温度は数℃（＜１０℃）よりも高い温度より低くはない温度とすることができる。従って、ヒーターの寿命が長くなり、かつヒーターから基材への寄生物質移動を抑制することができる。また、組成物および厚みの均一性も、基材へ直接近接（接触）する非常に高温の面またはスポットがないため改善される。

本発明のＴＥＭＨによると、従来のシステム（例えば、＜２℃／秒）と比較して、より速い温度ランピング速度（例えば、＞１０℃／ｓ）を達成することが可能である。また、はるかに低い熱容量（質量）のために、受動的な冷却プロセスははるかに短い時間（例えばわずか２０％）ですみ、生産のためのスループットを改善し、制御された冷却プロセスの能力が残る。

さらに、両側（ＥＭ）ヒーターは、基材温度に対してＲＰ（ｒｅａｃｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＲＰ（または反応器圧力））の影響を全く、または無視できるほどしか与えないので、高温および低圧プロセスを行うことができる（例えば、ＡｌＮ成長）。すなわち、従来のシステムは低圧力および基材とキャリアとの間の小さなギャップ（例えば、〜１００μｍ）における接触ベースの熱伝達であるため、熱伝導は著しく低下する。本発明のように、より大きなギャップ（例えば、＞２ｍｍ）を有する場合、接触ベースの熱伝達は抑制され、基材の温度は反応器圧力（ＲＰ）から独立しており、そのため、より高い基材温度（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＳＴ）に達成し、その安定性を維持することが可能である。従って、ＲＰおよびＳＴは互いに独立しており、そのため、単一のプロセスパラメータの変動が可能になる。

本発明によると、プロセス運転間に置換すべき、基材の他の追加の反応器部品は存在しない。

ＴＥＭＨの有効性のために、高温で操作する場合であっても、単一基材当たりの電力消費は、＜１０ｋＷとすることができる。

いくつかの好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。特許請求の範囲としての本発明の範囲から逸脱することなく、説明の目的で、様々な具体的な詳細を述べる。

図１は、従来の気相堆積システムを示す。 図２は、本発明の第１の実施形態による気相堆積システムを示す。 図３は、本発明の第２の実施形態による代替の保持システムを示す。 図４は、本発明の第３の実施形態による別の代替の保持システムを示す。

図２は、本発明の例示的な実施形態を示す。図２は、平坦な基材１０の２つの側（面）１１，１２に対して配置したツイン電磁ヒーター（ＴＥＭＨ）３０を示す。基材は保持部材２０の上部上に置かれている。第１の実施形態による保持部材２０は、基材１０の中心位置において等間隔であり、面１２において基材２０と接触している。

保持部材２０は、基材をＴＥＭＨ３０に対して等しい距離で保持するように、少なくとも２つの長尺のピンを備え、距離はプロセス要件により規定される最低位置から最高位置で変えることができる。ピン２０の幾何学的形状および数は、基材１０の幾何学的形状に応じて調整してもよい。すなわち、基材１０をその位置に安定に保持するためには３つのピン２０で十分とすることができるが、より安定した構成を達成するために、３つより多いピンを設けてもよい。しかしながら、ピン２０の代わりに、保持部材は、基材をその上に置くためのより大きな支持領域を有する少なくとも２つの長尺の保持部を備えることができる。すなわち、ピン２０の数はピンの具体的な幾何学的形状に依存する。十分に大きな支持領域を有するピンもまた、基材に安定した構成を提供するのに十分であり得る。小さな針（小さい支持領域）のようなピンが設けられる場合、基材を安定に支持するために少なくとも３つのピンが設けられるべきである。

それぞれのＥＭヒーター部３０は、成長のための反応物の導入および／またはエッチング（例えばパージガスのみ）のために組み込まれたガスインジェクター（堆積部材）を有しても、または有さなくてもよい。ガスインジェクターは、加熱ユニット３０のうちの１つに組み込まれているだけでもよく、または加熱システム３０から完全に独立していてもよい（図示せず）。すなわちガスノズルが加熱ユニット３０から分離されてもよい。ＥＭヒーター部３０の両方の間の距離は、基材の厚みとその可能である変形との和よりも大きい。それぞれのＥＭヒーター部３０はそれ自体に堆積部材を有してもよいので、２つの面１１，１２に異なる処理を適用することが可能である。すなわち、一方の側に堆積プロセスを適用し、他方の側にエッチングプロセスを適用すること、または、２つの異なる堆積プロセスを同時に適用することが可能である。

図２に示すように、ヒーターシステム３０により、基材１０の両側から熱（矢印で示す）が加えられる。ヒーターシステムは、図２に示すように２つの独立した加熱ユニット３０で構成されていてもよい。しかしまた、ヒーターシステム３０は、熱が基材１０の少なくとも２つの対向する側から加えられる限り、単一の部品として構成されていてもよい。

図３は、保持部材２０が基材１０の２つの縁位置において取り付けられる代替の実施形態を示す。すなわち、プロセスの間の基材中央領域のシャドーイングを避けるために、基材１０を縁の近くで保持している。この実施形態は、自重のため、いかなるプロセス条件下でも変形しない安定した基材に有用である。

代替の実施形態（図示せず）では、保持部材２０を、基材１０の対向する面側に取り付けられたクランピング部材により、基材１０の縁に取り付けてもよい。

保持部材２０を、基材１０の少なくとも２または３の周囲の縁位置に配置してもよく、または基材１０全体の周りに延在、すなわち基材１０の周りに完全に延在してもよい。具体的な構成は、基材１０の幾何学的形状および基材の安定性に関する要件に依存し得る。

図４は、本発明のさらなる代替の実施形態を示す。ここで、保持部材２０は、基材１０の２つの縁（面１１，１２を除く）に配置されている。この２つの他の面は、長尺の基材１０の短い側面であってもよい。さらに、ヒーターシステム３０および基材１０は垂直方向に配置されてもよく、すなわち、この実施形態は垂直の堆積システムと呼ばれる。しかし、図３の実施形態では、図２および図３に示すような水平設置も可能である。

保持部材２０を基材の面に取り付けるために、基材１０は、２つの縁面のそれぞれに溝を備えてもよく、保持部材２０をその溝に取り付けてもよい。これは、基材をプロセスチャンバに導入するため、またはプロセスチャンバから基材を取り出すための移動および回転機能をさらに提供することができる。この場合、基材の２つの主表面１１，１２において不利なシャドーイング効果はない。

本発明は、その範囲または本質的な特徴から逸脱することなくいくつかの形態で具現化することができるので、上述の実施形態は、他に断らない限り、前述の説明の詳細のいずれによっても限定されるものではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に規定される範囲内のものであると広く解釈されるべきであり、従って、本発明に含まれる全ての変更および修正は、添付の特許請求の範囲によって包含されることを意図する。

さらに、特許請求の範囲において、「備える（または含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ））」という用語は他の要素または工程を排除するものではなく、単数不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を排除しない（すなわち、名詞で記載する要素については他に断らない限り単数および複数の場合を含む。）。単一のユニットは、特許請求の範囲に示されたいくつかの特徴の機能を果たしてもよい。性質または値に関して「本質的に」、「約」、「おおよそ」等の用語は、特に、正確に性質または正確に値をそれぞれ意味する。

Claims (18)

1. 第１の面（１１）および前記第１の面（１１）に対向する第２の面（１２）を有する基材（１０）に少なくとも１つの物質を気相堆積するためのシステムであって、
   前記基材（１０）を保持するように構成された保持部材（２０）、
   前記少なくとも１つの物質を少なくとも１つの方向から前記基材（１０）に適用するように構成された堆積部材、および、
   前記基材（１０）から離れて位置し、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）の側および前記基材（１０）の前記第２の面（１２）の側から前記基材（１０）に熱を加えるように構成されたヒーター（３０）、を備える、
   システム。
2. 前記ヒーター（３０）は、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）に第１の温度の熱を加えて、前記基材（１０）の前記第２の面（１２）に第２の温度の熱を加えるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ヒーター（３０）は、３次元ヒーターである、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記ヒーター（３０）は、少なくとも２つの１次元または２次元の加熱ユニットを備え、
   第１の加熱ユニットは前記基材（１０）の前記第１の面（１１）に対して第１の距離に位置し、前記第２の加熱ユニットは前記基材（１０）の前記第２の面（１２）に対して第２の距離に位置している、
   請求項１または２に記載のシステム。
5. 前記ヒーター（３０）は、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）および前記第２の面（１２）に対して、非対称に位置している、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記ヒーター（３０）は、抵抗ヒーター、ＲＦヒーターおよび電磁ヒーターのうちの１つであり、
   前記ヒーター（３０）は、好ましくは、前記基材（１０）に熱供給プロファイルを加えるように、および／または、熱を動的に加えるように構成されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記保持部材（２０）は、前記基材（１０）の少なくとも１つの面に配置されており、
   前記保持部材（２０）は、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）および／もしくは前記第２の面（１２）、または、前記基材（１０）の第３の面および／もしくは第４の面に配置されている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記保持部材（２０）は、前記基材（１０）の前記面（１１，１２）のうちの１つの中央領域、または、前記基材（１０）の前記面（１１，１２）のうちの１つの縁領域に配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記堆積部材および前記ヒーター（３０）は、同じ方向から熱およびガスを適用するために互いに応じて位置している、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 第１の面（１１）および前記第１の面（１１）に対向する第２の面（１２）を有する基材（１０）に少なくとも１つの物質を気相堆積するための方法であって、
    （ａ）保持部材（２０）を用いて前記基材を保持する工程、
    （ｂ）前記基材（１０）から距離を隔てて位置するヒーター（３０）を用いて、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）の側および前記基材（１０）の前記第２の面（１２）の側から前記基材（１０）に熱を加える工程、および、
    （ｃ）前記少なくとも１つの物質を少なくとも１つの方向から前記基材（１０）に堆積する工程、を含む、
    方法。
11. 前記工程（ｂ）は、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）に第１の温度の熱を加えて、前記基材（１０）の前記第２の面（１２）に第２の温度の熱を加えることを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記工程（ｂ）は、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）に対して第１の距離から前記基材（１０）に熱を加えて、前記基材（１０）の前記第２の面（１２）に対して前記第１の距離とは異なる第２の距離から前記基材（１０）に熱を加えることをさらに含む、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記工程（ｂ）は、前記基材（１０）に所定の熱供給プロファイルに従って熱を加えること、および／または、前記基材（１０）に熱を動的に加えることをさらに含む、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記工程（ｂ）では、前記基材（１０）に適用される熱量および／または熱供給が時間に応じて可変である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記工程（ａ）は、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）および／もしくは前記第２の面（１２）において、または、前記基材（１０）の第３の面および／もしくは第４の面において、前記基材（１０）を保持することをさらに含み、
    前記工程（ａ）は、好ましくは、前記基材（１０）の前記面（１１，１２）のうちの１つの中央領域、または、前記基材（１０）の前記面（１１，１２）のうちの１つの縁領域において、前記基材（１０）を保持することをさらに含む、
    請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記工程（ｃ）では、前記少なくとも１つの方向からの堆積は、前記基材（１０）の前記第１の面（１１）および／または前記第２の面（１２）に熱が加えられる方向のうちの少なくとも１つに相当する、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記工程（ｃ）では、熱およびガスは同じ方向から適用される、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 例えば蒸気相エピタキシーである、蒸気相堆積のための、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステムまたは請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の方法の使用。

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