JP2024510365A - エピタキシ処理チャンバにおける複数ゾーンランプ加熱及び温度監視 - Google Patents

Abstract

本開示は、概して、半導体基板を処理するためのエピタキシャルチャンバに関する。一例において、エピタキシャルチャンバがチャンバ本体アセンブリを有する。チャンバ本体アセンブリが、下方ウィンドウ及び上方ウィンドウを含み、チャンバ本体アセンブリと、下方ウィンドウと、上方ウィンドウとが内部空間を取り囲む。サセプタアセンブリが、内部空間内に配置されている。エピタキシャルチャンバは、複数の温度制御要素も有している。複数の温度制御要素は、上方ランプモジュール、下方ランプモジュール、上方ヒータ、下方ヒータ、又は加熱ガス通路の１つ以上を含む。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、概して、半導体基板を作製するための装置及び方法に関する。より具体的には、本明細書に開示される装置は、複数の温度制御要素を有するエピタキシャル堆積チャンバに関する。

半導体基板は、集積デバイス及び微小デバイスの製造を含む様々な用途のために処理される。このような処理装置の１つに、エピタキシャル処理チャンバがある。処理中に、基板は、エピタキシャル処理チャンバ内のサセプタ上に配置される。サセプタは中心軸の周りに回転可能な支持体シャフトによって支持される。基板の上下に配置された複数の加熱ランプといった熱源を正確に制御することで、極めて厳密な許容誤差の範囲内で基板を加熱することが可能となる。基板の温度は、基板の上に堆積する材料の均一性に影響を及ぼしうる。

エピタキシャル処理チャンバ内の基板温度を正確に制御する能力はスループット及び生産収率に大きな影響を与える。従来のエピタキシャル処理チャンバでは、次世代デバイスの製造に必要な温度制御基準を満たしつつ、生産収率の向上及びスループットの高速化に対するますます高まる要求を満たすことが困難であった。

従って、エピタキシャル処理チャンバ内の温度制御を改善する必要がある。

本開示は、概して、複数の温度制御要素を有する半導体基板を処理するための処理チャンバに関する。一例において、エピタキシャルチャンバがチャンバ本体アセンブリを有する。チャンバ本体アセンブリが、下方ウィンドウ及び上方ウィンドウを含み、チャンバ本体アセンブリと、下方ウィンドウと、上方ウィンドウとが内部空間を取り囲む。サセプタアセンブリが、内部空間内に配置されている。エピタキシャルチャンバは、複数の温度制御要素も有している。複数の温度制御要素は、上方ランプモジュール、下方ランプモジュール、上方ヒータ、下方ヒータ、又は加熱ガス通路で構成される群から選択された２つ以上の温度制御要素を含む。

本開示の先に記載した特徴が詳細に理解できるように、先に簡潔に要約した本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得るができ、実施形態の一部が添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容されうることに注意されたい。

本開示の実施形態に係る処理チャンバの概略図である。 本開示の実施形態に係る、上方ランプアセンブリの概略的な底面図である。 本開示の実施形態に係る、図２Ａの上方ランプモジュールの概略的な平面図である。 本開示の実施形態に係る、切断線２Ｃ－２Ｃで切った図２Ａの上方ランプモジュールの概略的な断面図である。 本開示の一実施形態に係る、下方ランプモジュールの概略的な底面図である。 本開示の実施形態に係る、図３Ａの下方ランプモジュールの概略的な平面図である。 本開示の実施形態に係る、図３Ａの切断線３Ｃ－３Ｃで切った上方ランプモジュールの概略的な断面図である。 本開示の実施形態に係る、上方ヒータ及び下方ヒータの概略的な断面図である。 本開示の実施形態に係る、図４Ａに示すヒータの概略的な等角図である。 本開示の実施形態に係る、他の実施形態による下方ヒータの概略的な断面図である。 図５Ａの下方ヒータ１５２の追加の例を示す概略的な等角図である。 一実施形態による光学フィルタの概略図である。 他の実施形態による光学フィルタの概略図である。 ドームヒータの概略図である。 上方ランプモジュール内の加熱ガス通路の概略的な断面図である。

理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の構成要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると想定されている。

本開示は、概して、複数の温度制御要素を有する半導体処理のための装置に関する。より具体的には、本明細書に開示される装置は、処理チャンバ及びその構成要素に関する。処理チャンバは、エピタキシャル堆積チャンバといった熱堆積チャンバとして構成されている。処理チャンバは、従来のチャンバに比べて部品が安価であるため、チャンバ本体の一部が摩耗した後又はチャンバ本体の一部に改良された設計が施されたときの処理チャンバの一部の交換コストを削減する。開示される処理チャンバは、処理チャンバでの均一な熱制御の改善を含む従来の課題を克服し、これによりスループットがより良くなってプロセス歩留まりが向上する。

本明細書では、温度制御の改善を可能とする処理チャンバの構成要素も開示される。改善された温度制御を可能とする構成要素には、上方ランプモジュール、下方ランプモジュール、及び１つ以上の加熱要素が含まれる。温度制御を改善する上記処理チャンバの構成要素のそれぞれを、個別に、又は１つ以上の他の温度制御改善チャンバ構成要素と共に利用して、エピタキシャル堆積により基板を処理する間処理チャンバの温度を制御することが可能であり、このことは、エピタキシャル堆積膜の品質及び処理スループットに対して、実質的で有益な影響を与える。

図１は、本開示の実施形態に係るエピタキシャルチャンバ１００の概略図である。エピタキシャルチャンバ１００は、エピタキシャル堆積チャンバであり、クラスタツール（図示せず）の一部として使用することができる。エピタキシャルチャンバ１００は、基板１５０といった基板上にエピタキシャル膜を堆積させるために利用される。

エピタキシャルチャンバ１００は、複数の温度制御要素１９９、チャンバ本体アセンブリ１０６、サセプタアセンブリ１２４、下方ウィンドウ１２０、及び上方ウィンドウ１２２を含む。上方ウィンドウ１２２、チャンバ本体アセンブリ１０６、及び下方ウィンドウ１２０が、エピタキシャルチャンバ１００の内部空間１１０を取り囲んでいる。複数の温度制御要素１９９は、ランプモジュール１０１、上方ヒータ１５８、下方ヒータ１５２、及び加熱ガス通路１３６を含む。複数の温度制御要素１９９のそれぞれは、基板１５０を処理する間エピタキシャルチャンバ１００の温度を制御するために、個別に、又は１つ以上の他の複数の温度制御要素１９９と共に利用されうる。ランプモジュール１０１が、上方ランプモジュール１０２及び下方ランプモジュール１０４を含む。

サセプタアセンブリ１２４が、内部空間１１０内に配置されており、基板支持面１５１で基板１５０を支持するよう構成されている。サセプタアセンブリ１２４は、上方ランプモジュール１０２と下方ランプモジュール１０４との間に配置されている。下方ウィンドウ１２０が、サセプタアセンブリ１２４と下方ランプモジュール１０４との間に配置されている。上方ウィンドウ１２２が、セプタアセンブリ１２４と上方ランプモジュール１０２との間に配置されている。

上方ランプモジュール１０２は、サセプタアセンブリ１２４の上に配置されており、サセプタアセンブリ１２４上に配置された基板１５０といった基板を加熱するよう構成されている。上方ランプモジュール１０２は、上方モジュール本体１２６と、上方モジュール本体１２６を貫通して配置された複数のランプ開口部１２８と、を含む。複数のランプ開口部１２８のそれぞれは、ランプベース１２９、又はソケットを含み、その中に１つのランプ１３０が配置されている。ランプ１３０の向きは、一般に、ランプ１３０のフィラメントに沿ってランプ１３０の先端まで延びる仮想線によって定義される。例えば、表面上に横向きに置かれたランプ１３０は、その仮想線がフィラメントと揃っており、表面に対して平行である。ランプ１３０の向きはまた、上方ランプモジュールの中心を垂直方向に延びるチャンバ中心線‘Ａ’に対して垂直でもある。ランプ１３０のそれぞれは、ランプベース１２９の１つに結合されている。ランプベース１２９のそれぞれは、ランプ１３０のうちの１つを支持し、各ランプ１３０を電源（図示せず）に電気的に接続する。ランプ１２９のそれぞれは、開口部１２８内に固定されている。

上方ランプモジュール１０２は、加熱ガス路１３６と、高温計通路１３８と、をさらに含む。加熱ガス通路１３６が、加熱ガス供給源１３２に流体的に結合している。加熱ガス通路１３６は、上方モジュール本体１２６の上面から底面まで延びている。加熱ガス通路１３６は、加熱された空気又は加熱された不活性ガスといった加熱されたガスが、加熱ガス供給源１３２から上方ウィンドウ１２２の上面まで流れて、上方ウィンドウ１２２を対流的に加熱することを可能とするよう構成されている。上方ウィンドウ１２２を加熱することで、ランプ１３０のエネルギーの多くが、上方ウィンドウ１２２の加熱のためではなく、基板１５０に方向付けられることが保証される。

加熱ガス通路について、さらに図７Ａ及び図７Ｂを参照して述べる。図７Ａは、ドームヒータ７５０の概略図である。図７Ｂは、上方ランプモジュール１０２内の加熱ガス通路１３６の概略的な断面図である。加熱ガス通路１３６は、入口７３６を有する。加熱されたガスは、加熱ガス通路１３６を介して、上方ランプモジュール１０２と上方ウィンドウ１２２の間に画定された上方プレナム１８０に供給される。加熱ガス通路１３６は、上方ランプモジュール１０２の中央に配置されうる。加熱ガス通路１３６は、円錐形状を有しうる。代替的に、加熱ガス通路１３６は、上方プレナム１８０内への外向きの流れを促進するために、円錐台形状をしていてよい。代替的に、加熱ガス通路１３６は、代替的な加熱ガス通路７３０によって示されるように、放射状に配置された１より多い通路を有しうる。代替的な加熱ガス通路７３０は、加熱されたガスを均等に分配するための第１の通路７８２、第２の通路７８４及び第３の通路１８６を有する。このようにして、上方ウィンドウ１２２のより良好な温度均一性が保たれうる。これにより、有利に、処理温度の変動が低減される。

ドームヒータ７５０は、ガス通路１３６の入口７３６に接続されている。ドームヒータ７５０は、電気抵抗ヒータ、セラミックヒータ、放射ヒータ、又は他の適切なヒータであってよく、熱風を発生させて動かすためのファンを内蔵している。ドームヒータ７５０は、ガス通路１３６内への約１，６５２°Ｆの空気出口温度を生成することができる。ドームヒータ７５０は、最小約４ＣＦＭから最大約１６ＣＦＭの加熱された空気流を有しうる。ドームヒータ７５０は、コントローラ７５２に接続されている。コントローラ７５２は、センサからのフィードバックを利用して、ドームヒータ７５０からの熱を調節することで、上方ランプモジュール１０２及び上方ウィンドウ１２２の温度を維持することができる。例えば、コントローラ７５２は、上方ランプモジュールの温度が閾値を下回っていることに応じて、ドームヒータ７５０のヒータ及び／又はファンを制御して温風を供給することができる。又は逆に、コントローラ７５２は、上方ランプモジュールの温度が閾値を上回っていることに応じて、ドームヒータ７５０のヒータ及び／又はファンを制御して、熱風の供給を減らし又は停止することができる。

ドームヒータ７５０は、有利に、上方ウィンドウ１２２を加熱して、寄生成長（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）から上方ウィンドウ１２２を洗浄する。なぜなら、寄生成長は、基板のランプ加熱に悪影響を及ぼしうるコーティングを形成する可能性があるからである。しかしながら、ドームヒータ７５０及びガス通路１３６は、下方ウィンドウ１２０のためにも実現されうると理解されたい。下方ウィンドウ１２２は、先に開示された加熱のための同様の装置及び方法を利用できると想定されている。

ここで図１に戻ると、加熱ガス排気通路１４２も、上方モジュール本体１２６を貫通して配置されている。加熱ガス排気通路１４２は、加熱排気ポンプ１４０に結合されている。加熱排気ポンプ１４０は、上方プレナム１８０から加熱ガス排気通路１４２を通じてガスを除去する。加熱排気ポンプ１４０はまた、処理空間の排気ポンプとしても機能する。加熱ガス排気通路１４２は、幾つかの実施形態において、上方モジュール本体１２６の縁部に沿って形成された溝又はチャネルであってよく、又は上方プレナム１８０と流体連通した別個のチャンバ構成要素を通って形成されてよい。

高温計通路１３８は、走査高温計といった高温計１３４が基板１５０の温度を測定することを可能とするよう、上方モジュール本体１２６を貫通して配置されている。この高温計１３４はまた、チャンバ壁、ライナ等の温度を測定するためにも使用されうる。高温計１３４は、上方モジュール本体１２６の上に高温計通路１３８に隣接して配置されている。高温計通路１３８は、上方モジュール本体１２６の上面から、上方ウィンドウ１２２の近傍にある上方モジュール本体１２６の底面まで延びている。

下方ランプモジュール１０４は、サセプタアセンブリ１２４の下方に配置されており、基板がサセプタアセンブリ１２４上に配置されたときには、基板１５０の底面を加熱するよう構成されている。下方ランプモジュール１０４は、下方モジュール本体１８２を含む。複数のランプ開口部１８６が、下方モジュール本体１８２を貫通して配置されている。複数のランプ開口部１８６のそれぞれの中には、ランプ１８８が配置されている。各ランプ１８８は、ランプベース１８４に結合されている。ランプベース１８４のそれぞれは、ランプ１８８のうちの対応する１つを支持し、各ランプ１８８を電源（図示せず）に電気的に接続する。ランプ１８８の向きは、エピタキシャルチャンバ１００の鉛直方向の中心線に対して概ね垂直である。たとえば、ランプ１８８の向きは、一般に、フィラメントを通ってランプ１８８の先端まで延びる仮想線によって定義される。ランプ１８８は、基板１５０に対して概ね垂直な配向で配置されうる。

下方ランプモジュール１０４は、サセプタシャフト通路１９５と、高温計通路１９２と、をさらに含む。サセプタシャフト通路１９５は、下方モジュール本体１８２の中央を貫通して配置されている。支持シャフトが、サセプタシャフト通路１９５を通って配置されており、サセプタ１２４に結合されている。サセプタシャフト通路１９５は、サセプタ１２４の支持シャフトが下方モジュール本体１８２を通れるよう構成されている。

走査高温計といった高温計１９０が基板１５０の底面又は基板支持体の底面の温度を測定することを可能とするよう、高温計通路１９２が下方モジュール本体１８２を貫通して配置されている。高温計１９０が、下方モジュール本体１８２の下に、高温計通路１９２に隣接して高温計通路１９２と位置合わせして配置されている。高温計通路１９２は、下方モジュール本体１８２の底面から、下方ウィンドウ１２０の近傍の下方モジュール本体１８２の上面まで配置されている。

チャンバ本体アセンブリ１０６が、注入リング１１６及びベースリング１１４を含む。注入リング１１６は、ベースリング１１４の上に配置されている。注入リング１１６は、１つ以上のガスインジェクタ１０８が、自身を貫通して配置されている。ベースリング１１４は、基板移送通路１６２、１つ以上の上方チャンバ排気通路、及び下方チャンバ排気通路１６４を含む。基板移送通路１６２が、１つ以上の上方チャンバ排気通路及び下方チャンバ排気通路１６４に対向して、ベースリング１１４を貫通して配置されている。１つ以上の上方チャンバ排気通路のそれぞれは、ベースリング１１４を通って配置されており、排気モジュールに結合されている。下方チャンバ排気通路１６４もまた、ベースリング１１４を貫通して配置されている。

上方チャンバ１１１は、内部空間１１０のうち、基板１５０が処理されガスインジェクタ１０８を介してプロセスガスが注入される部分である。下方チャンバ１１３は、内部空間１１０のうち、基板１５０がサセプタアセンブリ１２４上へとロードされる部分である。上方チャンバ１１１は、サセプタアセンブリ１２４が処理位置にある間サセプタアセンブリ１２４のサセプタ支持表面１５１の上にある空間と説明することができる。下方チャンバ１１３は、サセプタアセンブリ１２４が処理位置にある間サセプタアセンブリ１２４のサセプタ支持表面１５１の下にある空間である。処理位置（図示せず）とは、水平基準面１２５と同じ平面上に又は水平基準面１２５より上に基板１５０が配置される位置である。水平基準面１２５は、注入リング１１６とベースリング１１４が互いに接触する平面である。水平基準面１２５は、エピタキシャルチャンバ１００の垂直方向の中心線に対して垂直である。

１つ以上の上方チャンバ排気通路及び下方チャンバ排気通路１６４は、１つ以上の排気ポンプ（図示せず）に結合されている。１つ以上の排気ポンプは、１つ以上の上方チャンバ排気通路及び下方チャンバ排気通路１６４を介して、内部空間１１０から排気ガスを除去するよう構成されている。幾つかの実施形態において、上方チャンバ排気通路及び下方チャンバ排気通路１６４のそれぞれは、複数の導管を用いて単一の排気ポンプに結合されている。他の実施形態において、上方チャンバ排気通路が、下方チャンバ排気通路１６４とは異なる排気ポンプに結合されている。

基板移送通路１６２は、ベースリング１１４を貫通している。基板移送通路１６２は、クラスタツール（図示せず）の移送チャンバから、基板がそこを通って通過することを可能とするよう構成されている。エピタキシャルチャンバ１００をクラスタツール（図示せず）に取り付けることを可能とするために、フランジ１６８が、ベースリング１１４の一端に取り付けられている。基板移送通路１６２は、フランジ１６８を貫通している。

上方冷却リング１１８及び下方冷却リング１１２が、チャンバ本体アセンブリ１０６の両側に配置されている。上方冷却リング１１８は、注入リング１１６の上に配置されており、注入リング１１６を冷却するよう構成されている。下方冷却リング１１２は、ベースリング１１４の下方に配置されており、ベースリング１１４を冷却するよう構成されている。上方冷却リング１１８は、冷却材通路１４６がその中に配置されている。冷却液通路１４６を通って循環する冷却液には、水、油、又は他の適切な伝熱流体が含まれる。下方冷却リング１１２は、冷却材通路１４８がその中に配置されている。冷却材通路１４８を循環する冷却材は、上方冷却リング１１８の冷却材通路１４６を循環する冷却材と同様である。幾つかの実施形態において、上方冷却リング１１８及び下方冷却リング１１２は、エピタキシャルチャンバ１００内で注入リング１１６及びベースリング１１４を固定するのを支援する。上方冷却リング１１８は、上方ランプモジュール１０２を部分的に支持することができ、下方冷却リング１１２は、ベースリング１１４及び注入リング１１６を部分的に支持することができる。

上方冷却リング１１８及び下方冷却リング１１２を使用することで、Ｏリング又は真空シール領域を２５０℃未満まで冷却するよう、温度が工夫されている。これにより、良好な真空シールを維持するためのＯリングの寿命が延び、メンテナンスのダウンタイムが短縮される。

注入リング１１６のガスインジェクタ１０８は、注入リング１１６を貫通して形成された開口部を通って配置されている。図１に示される例では、複数のガスインジェクタ１０８が注入リング１１６を貫通して配置されている。各ガスインジェクタ１０８は、１つ以上のガス出口１７８を介して内部空間１１０にプロセスガスを供給するよう構成されている。検討を簡単にするために、１つのガスインジェクタ１０８が図１に示されている。ガスインジェクタ１０８は、１つ以上のガス出口１７８がガスインジェクタ１０８の下に存在するサセプタ１２４及び基板１５０に向かって下方を指すように、水平面に対して鋭角をなして配置されたものとして示されている。ガスインジェクタ１０８のそれぞれは、第１のプロセスガス供給源１７４又は第２のプロセスガス供給源１７６といった、１つ以上のプロセスガス供給源に流体的に結合されている。幾つかの実施形態において、第１のプロセスガス供給源１７４のみが利用される。第１のプロセスガス供給源１７４と第２のプロセスガス供給源１７６の双方が利用される一部の実施形態では、各ガスインジェクタ１０８内に２つのガス出口１７８が存在する。２つのガス出口１７８は、単一のガスインジェクタ１０８内に形成されており、ガスがガス出口１７８を通ってガスインジェクタ１０８を出て内部空間１１０に進入した後にのみガスの混合が可能となるよう積み重ねられた形態により、配置されている。

上方ウィンドウ１２２は、注入リング１１６と上方ランプモジュール１０２との間に配置されている。上方ウィンドウ１２２は光学的に透明なウィンドウであり、これにより、上方ランプモジュール１０２により生成された放射エネルギーがそれを通過する。一部の実施形態において、上方ウィンドウ１２２が石英又はガラス材材料で形成される。上方ウィンドウ１２２はドーム形状をしており、一部の実施形態では上方ドームとも呼ばれる。上方ウィンドウ１２２の外縁が、周辺支持部１７２を形成する。周辺支持部１７２は、上方ウィンドウ１２２の中央部分よりも厚い。周辺支持部１７２は、注入リング１１６の上に配置されている。周辺支持部１７２は、上方ウィンドウ１２２の中央部分に接続しており、上方ウィンドウ１２２の中央部分の光学的に透明な材料で形成されている。

下方ウィンドウ１２０は、ベースリング１１４と下方ランプモジュール１０４との間に配置されている。下方ウィンドウ１２０は光学的に透明なウィンドウであり、これにより、下方ランプモジュール１０４により生成された放射エネルギーがそれを通過する。一部の実施形態において、下方ウィンドウ１２０が石英又はガラス材材料で形成される。下方ウィンドウ１２０はドーム形状をしており、一部の実施形態では下方ドームとも呼ばれる。下方ウィンドウ１２０の外縁が、周辺支持部１７０を形成する。周辺支持部１７０は、下方ウィンドウ１２０の中央部分よりも厚い。周辺支持部１７０は下方ウィンドウ１２０の中央部分に接続しており、同じ光学的に透明な材料で形成されている。

様々なライナ及びヒータが、チャンバ本体アセンブリ１０６の内側及び内部空間１１０内に配置されている。図１に示すように、チャンバ本体アセンブリ１０６内には、上方ライナ１５６及び下方ライナ１５４が配置されている。上方ライナ１５６は、下方ライナ１５４の上方に、かつ注入リング１１６の内側に配置されている。下方ライナ１５４は、ベースリング１１４の内側に配置されている。上方ライナ１５６と下方ライナ１５４とは、処理空間内に存在する間、一緒に結合される。上方ライナ１５６及び下方ライナ１５４は、注入リング１１６及びベースリング１１４の内面を、処理空間内のプロセスガスから遮蔽する。上方ライナ１５６及び下方ライナ１５４はさらに、処理空間から注入リング１１６及びベースリング１１４への熱伝達を低減する役割を果たす。熱伝達が低減されると、基板１５０の均一な加熱が改善され、処理中の基板１５０上のより均一な堆積が可能になる。

下方チャンバ排気通路１６４は、基板移送通路１６２の向かい側に配置されており、下方チャンバ排気通路１６４を排気ポンプと接続する。排気ポンプはまた、２つの上方チャンバ排気通路開口部と結合することができ、２つの上方チャンバ排気通路開口部と流体連通することができる。

下方ライナ１５４は、ベースリング１１４の開口部の内側に位置している。下方ライナ１５４はリング形状をしており、下方ライナ本体を有する。下方ライナ１５４は、ベースリング１１４の内面を内部空間１１０から隔てるよう構成されている。上方ライナ１５６は、内部空間１１０内のプロセスガスからベースリング１１４の内面を保護し、さらにベースリング１１４及び下方ヒータ１５２によって放出される粒子又は他の汚染物質から内部空間１１０をさらに保護する。

上方ヒータ１５８及び下方ヒータ１５２も、チャンバ本体アセンブリ１０６内の内部空間１１０内に配置されている。上方ヒータ１５８は、上方ライナ１５６と注入リング１１６の間に配置されており、下方ヒータ１５２は、下方ライナ１５４とベースリング１１４の間に配置されている。上方ヒータ１５８と下方ヒータ１５２の双方は、チャンバ本体アセンブリ１０６の内側に配置されており、基板１５０がエピタキシャルチャンバ１００内にある間の基板１５０のより均一な加熱を可能にする。上方ヒータ１５８及び下方ヒータ１５２は、壁を加熱することによるチャンバ本体アセンブリ１０６の壁への熱損失を低減し、処理中に壁がヒートシンクとなるのを防止する。従って、上方ヒータ１５８及び下方ヒータ１５２は、内部空間１１０を形成する表面の周囲で、より均一な温度分布を形成する。上方ライナ１５６、下方ライナ１５４、上方ヒータ１５８、及び下方ヒータ１５２のそれぞれは、内部空間１１０内に配置されたフランジ１６０に結合されている。フランジ１６０は、上方ライナ１５６、下方ライナ１５４、上方ヒータ１５８、及び下方ヒータ１５２のそれぞれの固定を可能とするために、注入リング１１６の一部分とベースリング１１４との間に固定された、例えばクランプされた水平方向の表面である。本明細書に記載の実施形態では、上方ヒータ１５８は、他の種類のヒータの中でも、例えばランプ、赤外線ヒータ、伝熱流体導管又は抵抗性加熱要素といった任意の適切なヒータを含みうる。上方ヒータ１５８はさらに、注入リング１１６及びベースリング１１４を貫通する開口部を受け入れるよう成形されている。同様に、下方ヒータ１５２も上方ヒータ１５８と同じように構成されうる。下方ヒータ１５２はさらに、注入リング１１６及びベースリング１１４を貫通する開口部を受け入れるよう成形されている。

サセプタアセンブリ１２４は、内部空間１１０内に配置されており、処理中に基板１５０を支持するよう構成されている。サセプタアセンブリ１２４は、基板１５０を支持するための平面的な上面と、下方ウィンドウ１２０の一部分及び下方ランプモジュール１０４を通って延びるシャフトと、を含む。サセプタアセンブリ１２４は、シャフトによって移動アセンブリ１９４に結合されている。移動アセンブリ１９４は、回転アセンブリ１９６及びリフトアセンブリ１９８を含む。回転アセンブリ１９６は、中心軸Ａ周りにサセプタアセンブリ１２４を回転させるよう構成されており、リフトアセンブリ１９８は、中心軸Ａに沿って、内部空間１１０内を直線的にサセプタアセンブリ１２４を移動させるよう構成されている。中心軸Ａはまた、エピタキシャルチャンバ１００の垂直方向の中心線である。

図２Ａは、本開示の実施形態に係る、上方ランプアセンブリ１０２の概略的な底面図である。上方ランプモジュール１０２の上方モジュール本体１２６は、底面２０２、上面２１４（図２Ｂ）、及び底面２０２の外縁の周囲に配置された支持リッジ２０４をさらに含む。支持リッジ２０４は、上方ウィンドウ１２２（図１に図示）の一部と接触することで上方モジュール本体１２６を支持しつつ、底面２０２の残りの部分と上方ウィンドウ１２２との間の分離をもたらす。底面２０２の外側に配置された支持リッジ２０４は、上方モジュール本体１２６の重量を、上方ウィンドウ１２２の中央部分のみによって支持する代わりに、周辺支持部１７２又はチャンバ本体アセンブリ１０６の一部分の周りで分散させる。重量を分散させることで、上方ウィンドウ１２２が破断する確率が下がる。上方モジュール本体１２６から上方ウィンドウ１２２を離すことによって形成された上方プレナム１８０によって、当該上方プレナム１８０を流過するガスを使用して上方ウィンドウ１２２を加熱又は冷却することが可能となる。ガスは、加熱ガス源１３２といったガス供給源から上方プレナム１８０に供給することができる。底面２０２は湾曲しており、上方ウィンドウ１２２の中央部分と同様の形状している。底面２０２は凹状である。

ランプ開口部１２８のそれぞれは内壁２０６を含む。内壁２０６のそれぞれは、底面２０２において円形又は楕円形の開口部を形成する。内壁２０６は、放射エネルギーを反射するよう構成されており、ランプ１３０（図１に図示）の放射エネルギーを集束させ、かつ基板１５０に亘る放射エネルギーの制御されたエネルギー分布を可能にする。本明細書に記載の実施形態では、内壁２０６のそれぞれは、当該内壁２０６が楕円の部分を形成するように、湾曲している。他の実施形態において、内壁２０６は垂直である。内壁２０６は、約７００ｎｍ～約１５０００ｎｍの間の波長、例えば、約７００ｎｍ～約１０００ｎｍ又は約１０００ｎｍ～約１５０００ｎｍの間の波長に対して、約９０％より大きな反射率、例えば約９８％より大きな反射率を有する。内壁２０６上は、例えば、金、研磨されたアルミニウム、又は赤外波長に対して高い反射率を有する他の研磨された材料のコーティングといった反射コーティングを有しうる。幾つかの実施形態において、上方モジュール本体１２６が、アルミニウム又はスチールといった反射性材料で形成されている。幾つかの実施形態において、上方モジュール本体１２６が、アルミニウム又はスチールといった第１の材料から形成され、第２の材料でメッキされている。第２の材料は、銅、ニッケル、真鍮、青銅、銀、金、アルミニウム、又はこれらの合金のいずれか１つでありうる。第２の材料は、反射率を高めるために研磨することができる。幾つかの実施形態において、底面２０２も反射性を備える。底面２０２は、約７００ｎｍ～約１５０００ｎｍの間の波長、例えば、約７００ｎｍ～約１０００ｎｍ又は約１０００ｎｍ～約１５０００ｎｍの間の波長に対して、約９０％より大きな反射率、例えば約９８％より大きな反射率を有しうる。底面２０２は、内壁２０６と同様の材料から作製され又は内壁２０６と同様の材料でコーティングされている。

内壁２０６は、当該内壁２０６が底面２０２から上面２１４に向かって延びるように、上方モジュール本体１２６を通って垂直に延びている。内壁２０６、従って、ランプ開口部１２８が概ね垂直に配向されることで、基板上の放射エネルギーのより集束した分布が可能となる。ランプ開口部１２８の概ね垂直な配向は、上方モジュール本体１２６によって吸収される放射エネルギーをさらに削減する。内壁２０６は、球体の一部分を形成している。ランプ開口部１２８のそれぞれは、内壁２０６がその周りに形成される中心軸Ａと調和した中心軸を含む。各ランプ開口部１２８を通る中心軸は、上方ランプモジュール１０２の底面２０２の下に共通の交点を有し、これにより、各ランプ開口部１２８は、中心軸Ａに向かって内方を向いている。

ここに示すように、高温計通路１３８は、上方モジュール本体１２６を貫通して配置されたスリットである。高温計通路１３８は、底面２０２において第１の長さＬ_１を有し、上面２１４において第２の長さＬ_２を有する（図２Ｂ）。第１の長さＬ_１は、第２の長さＬ２よりも長い。第１の長さＬ_１は第２の長さＬ_２よりも長く、上面２１４における開口部は縮小するが、高温計１３４といった走査高温計による基板１５０の上面の完全な走査は可能である。加熱ガス通路１３６が、上方モジュール本体１２６の中心を通って配置されている。

図２Ｂは、図２Ａの上方ランプモジュール１０２の概略的な平面図である。図２Ｂに示すように、複数のランプ開口部１２８のそれぞれは、ランプベース支持部２１２と、ランプベース支持部２１２のそれぞれを通って配置された電球開口部２１０と、をさらに含む。電球開口部２１０は、ランプベース支持部２１２と反射性の内壁２０６とを接続する。ランプベース支持部２１２は、電球開口部２１０の周囲に配置された段差面である。各ランプベース支持部２１２は、中心ボア２１１と、中心ボアを取り囲む円弧状の凹部２１３と、を含む。ランプベース支持部２１２は、ランプベース１２９を支持するよう構成されている。電球開口部２１０は、ランプベース支持部２１２の底面２１５を貫通して配置された円形の開口部である。電球開口部２１０は、ランプ１３０の電球が通れるよう寸法決定されている。

上方ランプモジュール１０２の上面２１４は、隆起部２１６を含む。隆起部２１６は、上面２１４の外側部分に対してわずかに隆起している。隆起部２１６は、上方ランプモジュール１０２の構造強度を高め、ランプ１３０、及び高温計１３４といった測定ツールを支持するときの上方ランプモジュール１０２のたわみを低減する。

図２Ｃは、図２Ａ～図２Ｂの上方ランプモジュール１０２を切断線２Ｃ－２Ｃで切った概略的な断面図である。中心軸Ａが、上方モジュール本体１０２の上面及び底面を通って延びている。上方モジュール本体１２６は、中心軸Ａを中心に配置されている。反射性の内壁２０６のそれぞれは、電球から光をランプ開口部１２８の周りで反射し、光を内壁２０６により形成された開口２１７を通して基板１５０（図１に図示）に向かって方向付けるよう構成されている。ランプ開口部１２８の開口２１７は、内壁２０６と底面２０２とが交差するところに配置されている。内壁２０６、及び各ランプ開口部１２８の開口２１７は、ランプ開口軸Ｅを取り囲んでいる。ランプ開口軸Ｅは、ランプ開口１２８を通る中心線であり、中心軸Ａに対して角度φで配置されている。角度φは約４５度よりも小さく、例えば、約３０度未満、例えば約２０度未満である。ランプ開口部１２８のそれぞれが同様のランプ開口軸Ｅを含み、中心軸Ａに対して角度φで配置されている。全てのランプ開口軸Ｅは同じ角度φを有するわけではないが、上述の角度φの範囲内で角度が付けられる。

ランプ開口部１２８の中心線２７２は、上方ランプモジュール１０２の側面２５２に垂直に引かれた水平線２６０に対して、角度２６２で配向されうる。ランプ開口部１２８の中心線２７２は、上方ランプモジュール１０２の中心線２９９に対して角度２６９で配向されうる。各ランプ開口部１２８の各中心線２７２は、各ランプ開口部１２８の中心線２７２が上方ランプモジュール１０２の中心線２９９で交差するように、径方向に揃えることができる。中心線２７２の交点が、基板支持面１５１よりも十分下にあることに注意されたい。ランプ開口部１２８の中心線２７２は、上方ランプモジュール１０２の底面２０２に対して角度２６９で配置されうる。底面２０２は、中心線２７２の角度２６９が、中心線２７２と底面２０２との交点における底面２０２の接線に対して垂直であるように、湾曲しうる。各ランプ開口部１２８の配向角度２６２に関する先の様々な記載は、説明の条件を満たすために若干異なりうると理解されたい。例えば、ランプ開口部１２８は、２つ又は３つの同心円状のリング内に配置することができ、外側のリング内のランプ開口部１２８の角度２６２は、内側のリング内のランプ開口部１２８の角度２６２とは異なっている。ランプ開口部１２８を含む角度２６２の比較において、外側リング内のランプ開口部１２８は、内側リング内のランプ開口部１２８よりも浅い角度、すなわち小さい角度２６２を有しうる。

各開口２１７は、底面２０２において第１の直径Ｄ_１を有する。第１の直径Ｄ_１は、約１０ｍｍ～約５０ｍｍであり、例えば、約２０ｍｍ～約４０ｍｍである。第１の直径Ｄ_１は、複数のランプ開口部１２８のそれぞれから出る放射エネルギーの分布及び放射エネルギーの焦点位置を制御するよう選択されている。電球開口部２１０のそれぞれは、第２の直径Ｄ_２を有する。ランプ開口軸Ｅが同様に、開口２１７と電球開口部２１０とがランプ開口軸Ｅの周りで同心円上にあるように、電球開口部２１０の中心を通っている。第２の直径Ｄ_２は、約５ｍｍ～約４０ｍｍであり、例えば、約１０ｍｍ～約３０ｍｍである。第２の直径Ｄ_２は、ランプ１３０のうちの１つの電球がそこを通過するのに十分な大きさであるが、電球開口部２１０を介した熱損失を低減するのに十分な小ささである。幾つかの実施形態において、第１の直径Ｄ_１の大きさと第２の直径Ｄ_２の大きさとの比が、約２：１～約５：４であり、例えば約２：１～約４：３、例えば約２：１～約３：２である。第１の直径Ｄ_１と第２の直径Ｄ_２との比は、上方モジュール本体１２６の下に配置される基板で所望のエネルギー分布を形成するよう構成されている。幾つかの実施形態において、各ランプ１３０の電球の最大直径が、第２の直径Ｄ_２よりも１ｍｍ未満分小さい。

複数のランプ開口部１２８は、特徴的なゾーン内に配置されている。ここに示すように、複数のランプ開口部１２８は３つのゾーン内に配置されている。３つのゾーンはそれぞれ、各ゾーンが円の１セクタ（扇形）を形成するように、ほぼパイ形状でありうる。ゾーンが円のセクタとして配置された例では、各セクタが、上方ランプモジュール１０２の約１２０度をカバーしうる。代替的に、３つのゾーンが、同心円状に配置されうる。さらに別の例において、ゾーンが螺旋状に配置されうる。各ゾーンが、ランプ開口部１２８の別個の一群を含む。

各ゾーンは、約５～１０個のランプ開口部１２８、例えば、約６～８個のランプ開口部１２８を含む。ゾーンはそれぞれ、基板の異なる部分を加熱するよう配置されている。複数のランプ開口部１２８の各ゾーンは、内側のランプ開口部１２８のサブセットと、外側のランプ開口部１２８のサブセットと、を含む。内側のランプ開口部１２８のサブセットの中には、複数のランプ開口部１２８が存在する。内側のランプ開口部１２８のサブセット内のランプ開口部１２８は、互いの間に小さな間隔を有する。上記小さな間隔は、内側のサブセット内のランプ開口部１２８の１つから、隣接するゾーンの範囲内にある第２の内側のランプ開口部１２８のサブセット内の任意のランプ開口部１２８までの距離よりも小さい。外側のランプ開口部１２８のサブセット内のランプ開口部１２８は、上方ランプモジュール１０２上に均一に間隔が置かれている。外側のランプ開口部１２８のサブセット内の各ランプ開口１２８は、第２の外側のサブセット内の隣接するランプ開口１２８からは、同じ外側のサブセット内の隣りのランプ開口部１２８と等しい距離にある。

複数のランプ開口部１２８の他の配置も考えられる。複数のランプ開口部１２８の１つの代替的な配置は、複数のランプ開口部１２８を複数の同心リング内、例えば２つ又は３つの同心リング内に配置すること、又は、ランプ開口部１２８が上方ランプモジュール１０２全体にわたって均一に分布する他の形態で配置することを含みうる。

ランプ１３０の大まかな配向は、各ランプ開口部１２８の形状及び配置によって決定されうる。各ランプ開口部１２８内のランプ１３０の大まかな配向は、中心軸Ａから角度２６１にありうる。角度２６１によって、結果的に、サセプタアセンブリ１２４の基板支持面１５１に対して、ランプ１３０の垂直な配向がもたらされうる。基板支持面１５１に対する角度２６１は、中心軸Ａに対して約±６０度、例えば中心軸Ａに対して約±４５度、例えば中心軸Ａに対して約±２０度でありうる。一部の例において、底面２０２が、放物線のように湾曲してよく、各ランプ１３０が、底面２０２に対して直交して配向されうる。さらに他の例において、各第１のゾーン内の各ランプ１３０が第１の角度にあり、各第２のゾーン内の各ランプ１３０が第２の角度に配向されており、ここで、第１の角度は第２の角度に等しくない。このようなゾーン配置においては、中心軸Ａから離れたゾーン内のランプ１３０は、中心軸Ａに近いゾーン内のランプ１３０よりも大きな角度にあることがさらに想定される。

図３Ａは、下方ランプモジュール１０４の概略的な上面図である。下方ランプモジュール１０４の下方モジュール本体１８２は、上面３０２、底面３１４（図３Ｂに図示）、及び上面３０２の外縁の周囲に配置された支持リッジ３０４をさらに含む。支持リッジ３０４は、下方モジュール本体１８２の上面３０２の周囲に配置されており下方モジュール本体１８２から外方に延びるリングである。支持リッジ３０４は、下方ウィンドウ１２０（図１に図示）の一部分と接触することで下方ウィンドウ１２０から下方モジュール本体１８２の上面３０２を分離しつつ、底面２０２の残りの部分と下方ウィンドウ１２０との間の分離をもたらすよう構成されている。支持リッジ３０４によって、下方モジュール本体１８２が、下方ウィンドウ１２０の中央部分にではなく、周辺支持部１７０又はチャンバ本体アセンブリ１０６の一部分にのみ接触することが可能となる。これにより、下方ウィンドウ１２０が破断する確率が下がり、かつ下方プレナム１８１が形成される。上面２０２は、下方ウィンドウ１２０の中央部分と同様の形状をしている。本明細書に記載の実施形態では、上面２０２は凹面状である。

ランプ開口部１８６のそれぞれは内壁３０６を含む。各内壁３０６は、上方ランプモジュール１０２の内壁２０６と同様である。ランプ開口部１８６の内壁３０６は、放射エネルギーを反射して、ランプ１８８（図１に図示）からの放射エネルギーの集束を可能とし、かつ基板１５０に亘る制御されたエネルギー分布を可能とするよう構成されている。内壁３０６のそれぞれは、上面３０２のランプ開口部１８６まで円形又は楕円形の開口部を形成する。

内壁３０６は、当該内壁３０６が上面３０２から底面３１４に向かって延びるように、下方モジュール本体１８２を通って垂直方向に延びている。内壁３０６、従ってランプ開口部１８６が垂直方向に配向されることで、基板上の放射エネルギーのより集束した分布が可能となる。ランプ開口部１８６の垂直方向の配向は、下方モジュール本体１８２によって吸収される放射エネルギーをさらに削減する。

幾つかの実施形態において、下方モジュール本体１８２は、アルミニウム又はスチールといった第１の材料から形成され、第２の材料でメッキされている。第２の材料は、銅、真鍮、青銅、銀、金、アルミニウム、又はこれらの合金のいずれか１つでありうる。幾つかの実施形態において、下方モジュール本体１８２が第２の材料のコーティングを含まず、代わりに単一の材料である。下方モジュール本体１８２は、研磨された上面３０２を有しうる。幾つかの実施形態において、上面３０２も反射性を備える。上面３０２は、約７００ｎｍ～約１５０００ｎｍの間の波長、例えば、約７００ｎｍ～約１０００ｎｍ又は約１０００ｎｍ～約１５０００ｎｍの間の波長に対して、約９０％より大きな反射率、例えば約９８％より大きな反射率を有しうる。上面３０２は、内壁３０６と同様の材料から作製され又は内壁３０６と同様の材料でコーティングされている。

ここに示すように、高温計通路１９２は、下方モジュール本体１８２を貫通して配置されたスリットである。高温計通路１９２は、上面３０２において第３の長さＬ_３を有し、底面３１４において第４の長さＬ_４を有する（図３Ｂ）。第３の長さＬ_３は第４の長さＬ_４よりも長い。第３の長さＬ_３は、第４の長さＬ_４よりも長く、底面３１４における開口部を縮小するが、高温計１９０といった走査高温計による基板１５０の底面又はサセプタの底面の完全な走査は可能である。

図１に示すように、サセプタシャフト通路１９５が、下方モジュール本体１８２の中心を貫通して配置されている。サセプタシャフト通路１９５は、下方モジュール本体１８２の上面３０２と底面３１４の間に配置され、下方モジュール本体１８２の上面３０２と底面３１４とを接続する。サセプタシャフト通路１９５の、上面３０２に隣接する部分が湾曲面２０８を含む。サセプタシャフト通路１９５を通るように下方ウィンドウ１２０が湾曲するにつれて、湾曲面２０８は、下方ウィンドウ１２０の形状に沿うよう構成されている。湾曲面２０８が、底面３１４とサセプタシャフト通路１９５の内面とを接続する。

図３Ｂは、本開示の実施形態に係る、図３Ａの下方ランプモジュール１０４の概略的な平面図である。図３Ｂに示すように、複数のランプ開口部１８６のそれぞれは、ランプベース支持部３１２と、ランプベース支持部３１２のそれぞれを通って配置された電球開口部３１０と、をさらに含む。電球開口部３１０は、ランプベース支持部３１２と内壁３０６とを接続する。ランプベース支持部３１２は、電球開口部３１０の周囲に配置された段差面である。各ランプベース支持部３１２は、中心ボア３１１と、中心ボアを取り囲む円弧状の凹部３１３と、を含む。ランプベース支持部３１２は、ランプベース１８４を支持し及び／又はランプベース１８４に結合するよう構成されている。電球開口部３１０は、ランプベース支持部３１２の上面を貫通して配置された円形の開口部である。電球開口部３１０は、ランプ１８８の電球が通れるよう寸法決定されている。

図３Ｃは、図３Ａの下方ランプモジュール１０４を平面３Ｃ－３Ｃで切った概略的な断面図である。図３Ｃに示すように、下方モジュール本体１８２は、中心軸Ｂを中心に配置されている。幾つかの実施形態において、内壁３０６と上面３０２が交差して開口３１７が形成される。開口３１７は、第１の直径Ｄ_１を有する。幾つかの実施形態において、開口３１７が楕円又は長円である。同実施形態において、第１の直径Ｄ_１は、開口３１７の長軸長となる。第１の直径Ｄ_１は、上方モジュール本体１２６を参照して記載した第１の直径Ｄ_１と同様である。電球開口部３１０のそれぞれは、第２の直径Ｄ_２を有する。第２の直径Ｄ_２は、上方モジュール本体１２６を参照して記載した第２の直径Ｄ_２と同様である。幾つかの実施形態において、各ランプ１８８の電球の最大直径が、第２の直径Ｄ_２よりも１ｍｍ未満分小さい。

反射性の内壁３０６のそれぞれは、電球から光をランプ開口部１８６の周りで反射し、内壁３０６により形成された開口３１７を通して光を基板１５０（図１）に向かって方向付けるよう構成されている。開口３１７は、内壁３０６と上面３０２とが交差するところに配置されている。内壁３０６の壁、及びランプ開口部１８６のうちの１つの開口３１７は、ランプ開口軸Ｆを取り囲んでいる。ランプ開口軸Ｆは、ランプ開口部１８６を通る中心線である。ランプ開口軸Ｆは同様に、開口３１７と電球開口部３１０とがランプ開口軸Ｆの周りで同心円上にあるように、電球開口部３１０の中心を通っている。

下方ランプモジュール１０４における複数のランプ開口部１８６は、ゾーン内に配置されている。ゾーンは、上方ランプモジュール１０２に関して上述したものと同様に構成されうる。ここに示すように、複数のランプ開口部１８６は、２つの同心円状のゾーン内に配置されている。各ゾーンが、サセプタシャフト通路１９５の中心線の周りに共通の直径で配置された、ランプ開口部１８６のリングを含み、サセプタシャフト通路１９５の中心線は、エピタキシャルチャンバ１００の中心線でもある。ランプ開口部１８６の各リングは、少なくとも３つのランプ開口部１８６を含む。本明細書に記載の実施形態では、内側のゾーンが、８～１６個のランプ開口部１８６、例えば１０～１４個のランプ開口部１８６を有するリングを含む。外側のゾーンは、１２～２０個のランプ開口部１８６、例えば１４～１８個のランプ開口部を有するリングを含む。本明細書では、外側のゾーンは、内側のゾーンよりも多いランプ開口部１８６を含む。

ランプ１８８の配向は、中心軸Ａに対して定められうる。中心軸Ａは、下方ランプモジュール１０４の上面３０２及び底面３１４を通って延びている。上方モジュール本体１２６は、中心軸Ａを中心に配置されている。ランプ１８８の配向は、中心軸Ａに対して平行とすることができる。代替的に、ランプ１８８の配向は、下方ランプモジュール１０４の底面３１４に対して垂直であると表現することもできる。一部の例において、ランプ１８８の配向は、中心軸Ａに対して０度よりも大きい角度にあってよく、例えば、中心軸Ａに対して約±６０度、例えば、中心軸Ａに対して約±４５度、例えば、中心軸Ａに対して約±２０度の角度にあってよい。一例において、ランプ１８８の配向は、中心軸Ａに対して０度である。他の例において、各第１のゾーン内の各ランプ１８８は、第１の角度であって、各第２のゾーン内の各ランプ１８８の第２の角度とは異なる第１の角度にある。

図４Ａは、本開示の第１の実施形態に係る、上方ヒータ１５８及び下方ヒータ１５２の概略的な断面図である。下方ヒータ１５２が、フランジ１６０に結合されている。上方ヒータ１５８が、フランジ１６０の上に配置されている。下方ヒータ１５２は、フランジ１６０によって、下方ライナ１５４及びベースリング１１４から間隔が置かれている。一例において、下方ヒータ１５２が、下方ライナ１５４及びベースリング１１４の１つ以上と接触していない。従って、下方ヒータ１５２は、下方ライナ１５４とベースリング１１４との間の空間を加熱し、特にベースリング１１４を加熱する。この配置によって有利に、下方ライナ１５４及びベースリング１１４からは独立して、下方ヒータ１５２を交換し修理することが可能となる。

下方ヒータ１５２は、１つ以上の加熱要素を含みうる。一例において、加熱要素は抵抗性加熱要素４０２である。他の種類のヒータも考えられる。下方ヒータ１５２は、処理中に壁がヒートシンクになるのを防ぎ、エピタキシャルチャンバ１００の壁への熱損失を低減する。特に、下方ヒータ１５２は、内部空間１１０からベースリング１１４への熱損失を補償するよう構成されている。ベースリング１１４で失われる熱を補償することで、内部空間１１０の温度をより容易に所望の温度に維持することができる。

下方ヒータ１５２は、抵抗性加熱要素４０２を貫通して配置された基板通路開口部４０４を含む。基板通路開口部４０４は、基板移送通路１６２と位置合わせされるよう構成されている。基板通路開口部４０４は、図１に示す基板１５０といった基板が通れるよう寸法設定されている。基板通路開口部４０４の幅Ｗ_８は、約３０５ｍｍ～約３５０ｍｍであり、例えば約３０５ｍｍ～約３１５ｍｍである（図４Ｂ）。

一例において、抵抗性加熱要素４０２がリング形状をしている。リング形状内では、抵抗性加熱要素４０２は、蛇行配置おいて配置されており、これにより、抵抗性加熱要素４０２は複数のターン及び屈曲を含む。抵抗性加熱要素４０２は、互いに平行に配置された垂直部分４１１と、互いに平行に配置された水平部分４１２と、を含む。垂直部分４１１が、高さ４９１を有する。垂直部分４１１のそれぞれは、１の末端が、水平部分４１２のうちの１つによって、隣接する垂直部分４１１に接続されており、垂直部分４１１の反対側の他の末端が、水平部分４１２のうちの他の１つによって、隣接する垂直部分４１１に接続されている。電源（図示せず）からの電流が、抵抗性加熱要素４０２のコイル、即ち、蛇行した抵抗性加熱要素を通って流れ、抵抗性加熱要素４０２を抵抗加熱する。

一例において、抵抗性加熱要素４０２は、炭素ベースの材料であり、これにより、コイル材料の抵抗率が約５００μΩ・ｃｍ～約１５００μΩ・ｃｍであり、例えば約７５０μΩ・ｃｍ～約１２５０μΩ・ｃｍである。幾つかの実施形態において、抵抗性加熱要素４０２がグラファイト材料で形成される。抵抗性加熱要素４０２を形成する他の材料として、パラリティックグラファイト(ｐａｒａｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ)及び炭化ケイ素が挙げられる。パラリティックグラファイト及び炭化ケイ素は、代替的な抵抗率範囲を含みうる。隣接する垂直部分４１１のそれぞれの間には、間隙４０８が形成されている。間隙４０８は、抵抗性加熱要素４０２の熱膨張を可能とし、かつ、パージガス又は他のガスがそこを通って通過することも可能としうる。間隙４０８は、排気ガスといった排ガスが通過することを可能とするために、基板通路開口部４０４に対向する抵抗性加熱要素４０２の側に沿ってより大きくてよい。代替的に、抵抗性加熱要素４０２における開口部又は切れ目が、下方チャンバ排気通路１６４の近傍に配置される。排気ガスは間隙４０８を通って、下方チャンバ排気通路１６４（図１）へと向かうことになる。

抵抗性加熱要素４０２は、湾曲した形状又は中空の円筒形状をしており、下方ライナ１５４とベースリング１１４の内壁４０４との間に配置されている。抵抗性加熱要素４０２は、少なくとも部分的リングを形成する。一部の例において、抵抗性加熱要素４０２は、内部空間１１０及び下方ライナ１５４を完全に又は部分的に取り囲んでいる。抵抗性加熱要素４０２の各コイル４０６が、各垂直部分４１１の第１の遠位端で水平部分４１２によって結合された２つの垂直部分４１１と、各垂直部分４１１の反対側の遠位端に結合された水平部分４１２の半分と、を含む。抵抗性加熱要素４０２内には複数のコイル４０６が配置されている。

上方ヒータ１５８は、注入リング１１６の内周面と上方ライナ１５６の外周面との間に配置されている。一例において、上方ヒータ１５８は、注入リング１１６とは接触する一方で、上方ライナ１５６から間隔を置いて配置される。他の例において、上方ヒータ１５８は、上方ライナ１５６及び注入リング１１６の両方から間隔が置かれている。上方ヒータ１５８は、下方ヒータ１５２と同様の抵抗性加熱要素４０２から形成されうる。例えば、上方ヒータ１５８は蛇行配置において配置されている。上方ヒータ１５８は、高さ４９２を有する垂直部分を含む。垂直部分は、互いに平行に配置されている。一例において、垂直部分が全て同じ高さ４９２を有する。上方ヒータ１５８はさらに、幅４２６を有する水平部分を含む。上方ヒータ１５８はさらに、互いに平行に配置された水平部分を含む。一例において、水平部分は全て同じ幅４２６を有する。しかしながら、水平部分の幅４６２は全てが同じでなくてよいと理解されたい。垂直部分のそれぞれは、１の末端が、水平部分のうちの１つによって、隣接する垂直部分に接続されており、垂直部分の反対側の他の末端が、水平部分のうちの他の１つによって、隣接する垂直部分に接続されており、加熱要素４０２の蛇行した配置を形成する。

一例において、下方ヒータ１５２の垂直部分４１１の高さ４９１が、上方ヒータ１５８の高さ４９２より大きい。しかしながら、下方ヒータ１５２と上方ヒータ１５８のそれぞれの高さ４９１、４９２は、チャンバ構成要素によって定められると理解されたい。

図４Ｂは、図４Ａに示すヒータ１５２、１５８の概略的な平面等角断面図である。上方ヒータ１５８及び下方ヒータ１５２が、ベースリング１１４及び注入リング１１６と共に部分的に組み立てられた様子が示されている。この部分的な組立では、上方ライナ１５６又は下方ライナ１５４は示されていない。上方ヒータ１５８及び下方ヒータ１５２の湾曲が、エピタキシャルチャンバ１００の内部空間１１０内に配置された開口部４１０を形成する。フランジ１６０が、下方ヒータ１５２の上端に接続されており、かつ下方ヒータ１５２から径方向外方に延びている。フランジ１６０は、注入リング１１６のベース本体１１４の溝又は凹所に接続し又は当該溝又は凹所内に収まるよう構成されうる。一部の実施形態では、フランジ１６０は、ベース本体１１４と注入リング１１６との間に延在しうる。フランジ１６０は、平坦なリング形状をしている。

下方ヒータ１５２の抵抗性加熱要素４０２は、第１の電気接続４０６ａ（図４Ａに図示）及び第２の電気接続４５２に電気的に接続されている。第１の電気接続４０６ａ及び第２の電気接続４５２は、電源に接続されるよう構成されている。第１の電気接続４０６ａ及び第２の電気接続４０６ｂは、下方ヒータ１５２の抵抗性加熱要素４０２に電力を供給し、これにより、下方ヒータ１５２の温度を制御することができる。同様に、上方ヒータ１５８の抵抗性加熱要素４０２が、第１の電気接続４５１Ａ及び第２の電気接続４５１Ｂに電気的に接続されている。第１の電気接続４５１Ａ及び第２の電気接続４５１Ｂは、電源に接続されるよう構成されている。第１の電気接続４５１Ａ及び第２の電気接続４５１Ｂは、上方ヒータ１５８の抵抗性加熱要素４０２に電力を供給し、これにより、上方ヒータ１５８の温度を制御することができる。

図５Ａは、本開示の第２の実施形態５００に係る、下方ヒータ１５２の概略的な断面図である。図５Ｂは、図５Ａの下方ヒータ１５２の追加の例を示す概略的な等角図である。下方ヒータ１５２の加熱要素は、チューブ５１０で形成することができる。一例において、チューブ５１０は、周囲の温度を制御するためにチューブに成形されたランプ、すなわち電球である。チューブ５１０は、石英、又は他の高温耐性の透明材料から作製することができる。タングステンといったフィラメントが、チューブ５１０内に配置されている。フィラメントが熱くなり、上方ランプモジュール内及び下方ランプモジュール内で使用されるランプと同様のやり方で、放射加熱を発生させる。下方ヒータ１５２は、チャンバ壁及び／又はチャンバライナに対して熱を放射する１つ又は複数の曲線状ランプでありうる。他の例において、チューブ５１０は、周囲の温度を制御するために、チューブ５１０内を流れる温度制御流体を有する。

下方ヒータ１５２のチューブ５１０は、第１の接続５５１及び第２の接続５５２を有しうる。第１の接続５５１及び第２の接続５５２は電気的であってよく、下方ヒータ１５２の温度を制御するために電力をチューブに供給することができる。例えば、第１の接続５５１及び第２の接続５５２に供給される電力は、チューブ５１０内のタングステンフィラメントを加熱することができる。一例において、下方ヒータ１５２が、タングステンフィラメントを有する１つの連続的な石英チューブ５５０である。下方ヒータ１５２が、熱を放射するための他の方法を利用できると理解されたい。例えば、下方ヒータ１５２は炭素ベースの抵抗コイル、又は流体であありうる。

他の例において、下方ヒータ１５２は、図５Ｂに示すように、１つより多い加熱要素、すなわちチューブ５１０から形成されうる。下方の加熱要素１５２は、複数のチューブから形成することができ、又は、１より多い第１の接続５５１及び１より多い複数の第２の接続部５５２が存在するように、形成することができる。例えば、第１のチューブ５５０の第１の接続５５１及び第２の接続５５２は、第２のチューブの第３の接続及び第４の接続と異なっていてよい。このような例では、下方ヒータ１５２の各チューブ５５０は、個別に独立して制御することができる。

さらに別の例において、下方ヒータ１５２が、３つ以上の別個のチューブ５１０から形成されうる。下方ヒータ１５２は、第１の入口コネクタ５７１及び第１の出口コネクタ５７２を有する第１のチューブ５７０と、第２の入口コネクタ５８１及び第２の出口コネクタ５８２を有する第２のチューブ５８０と、第３の入口コネクタ５９１及び第３の出口コネクタ５９２を有する第３のチューブ５９０と、を有しうる。第１のチューブ５７０、第２のチューブ５８０、及び第３のチューブ５９０のそれぞれを通る電力の流れを個別に制御することができ、有利に、より良好なプロセス制御及び均一性のための、注入リング１１６の様々な領域に沿った局所的な温度のより良好な制御が可能となる。

上記の例では、チューブ５１０は、クロスオーバー（ｃｒｏｓｓ ｏｖｅｒ）５４２又はねじれを有することができ、チューブ５１０の熱膨張の影響をなくしつつ、チューブ５１０の温度出力がチューブ５１０の内部に流れる流体の温度として一定であることを保証する。例えば、第２のチューブ５８０で示されるように、フィラメントは、第２の入口５８１を通って第１の上側部分５２１に入り、９０度の屈曲部５２４を通ってから、第２の下側部分５２２に沿って戻ってくる。チューブ５１０内に第２の下側部分５２２に沿って配置されたフィラメントは、クロスオーバー５４２に入ってから第３の上側部分５５３に入り、９０度の屈曲部５２５によってフィラメントは第４の下側部分５５４に沿って戻って、第２のチューブ５８０の第２の出口コネクタ５８２に接続する。第２のチューブ５８０の蛇行経路は、熱をより均等に分散し、下方ヒータ１５２の容易な取り付けを可能にしつつ、チューブ５１０の結合又は破損を防止するため熱膨張を補正する。幾つかの位置では、基板移送のためのスロットの周囲に配置された第３のチューブ５９０で示されるように、チューブ５１０の加熱は、９０度の屈曲部５０３により接続された上側部分５０１及び下側部分５０２のみを有する。しかしながら、チューブ５１０の熱膨張が無視できる場合、例えば、チューブ５１０の大きさがその位置に対して小さい場合などには、簡素化のために、クロスオーバー５４２を組み込んでいないチューブ５１０を全体的に利用できると理解されたい。

有利に、チューブ５１０で構成された下方ヒータ１５２によって、下方ヒータ１５２をエピタキシャルチャンバ１００の加熱装置に容易に組み込むことが可能となる。

図６Ａ及び図６Ｂは、高温計通路１３８／１９２のための光学フィルタ６００の２つの例を示している。光学フィルタ６００は、各高温計通路１３８／１９２を覆うために、上方ドーム１０２内又は下方ドーム１０４内で使用することができる。光学フィルタ６００は、高温計の測定値を改善するために、ランプ１３０からの赤外周波数をフィルタに掛けて選択する。

ＩＲ高温計が、エピタキシチャンバ１００内の基板の温度を測定するために使用される。典型的に、単一の波長（又は「色」）が選択され、高温計によって基板からのＩＲ放射を監視し、それを（目標の光学特性の知識とともに）プランクの法則を用いて温度に変換する。監視する波長は、当該波長が上方ウィンドウ１２２又は下方ウィンドウ１２０によって遮断されないように、選択される。例えば、石英のウィンドウ（１２０、１２２）の場合、４ｕｍを超える波長はフィルタで除去されることになり、従って、高温計によって検出される波長は、この４ｕｍという限界値未満となる。波長が低いほど、ＩＲ信号の検出の観点ではより高い解像度を実現できるが、波長がより低いということは、信号対雑音比がより弱くなるということも意味している。エピタキシ処理チャンバ（温度が～１２００℃）内での温度測定におけるもう一つの複雑さは、ＩＲ検出器によって受信される信号が、注目しているターゲットと、（ランプ加熱システム内の）加熱フィラメントからの放射と、の両方からの複雑な信号だということである。従って、スペクトルから特定の波長（例えば２．７ｕｍ）のピークをフィルタではじく、適切なＯＨ含有量を含む石英製のスリーブ又は平板の形態による光学フィルタ６００が開示されている。選択された波長は、ランプ１３０からの放射によるノイズを最小に抑えた、高温計による検出のために使用されうる。代替的な実施形態では、ランプ電球フィルタ６００の材料として、ＯＨ含有量を調整した石英材料（例えば、低ＯＨ、低Ｆｅの不純物の石英で、不要な発光を完全に遮断するために厚さが～５ｍｍのもの）を使用することが可能であろう。一例において、ＯＨ含有量の低い石英が、チャンバ内の熱の良好なＩＲ検出を可能とするため、２．７ｕｍをフィルタではじくために使用される。

高温計通路１３８は、開口部６２６、側壁６２８、及び上壁６３８を有する。上壁６３８は円錐形状をしており、中央に開口部６３０を有することができる。開口部６３０が、高温計１３０が上壁６３８を通って高温計通路１３８内へと延びるよう構成されている。

一例において、光学フィルタ６００がカップ形状のレンズを有し、高温計通路１３８の上壁６３８に結合されている。光学フィルタ６００は、上壁６３８にねじ込むことができる。代替的に、光学フィルタ６００が、上壁６３８に形成された開口部に固定される突起部（ｔａｎｇ）を有しうる。しかしながら、光学フィルタ６００が不要なＩＲ波長を選別して除くことが可能な場合には、上壁６３８への光学フィルタ６００の取り付けは如何なるやり方でも適していると理解されたい。

他の例において、光学フィルタ６００は平坦な形状をしており、高温計通路１３８の側壁６２８に結合されている。光学フィルタ６００は、側壁６２８に固定することができる。代替的に、光学フィルタ６００は、例えば１／４回転で、側壁６２８から延びるフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）に係合する突起部を有しうる。しかしながら、側壁６２８に光学フィルタ６００を結合するための如何なる適切な技術も利用できると理解されたい。

有利に、光学フィルタ６００によって、温度の監視時の信号対雑音比を改善するためにランプ放射をフィルタに掛けることで、エピタキシャルチャンバ１００の内部の温度をより正確に検出することが可能となる。光学フィルタ６００は、エピタキシャルチャンバ１００内の温度の良好なＩＲ検出のために、無関係な波長による干渉を低減する。先に開示した様々な温度制御要素１９９によって、周囲のチャンバ構成要素から温度制御を切り離すことができ、これにより、より迅速で信頼性の高い温度制御が可能になる。従って、温度制御要素１９９は、同心円状に分けられたゾーン内の基板の温度プロファイルを管理し維持するための改善された方法を提供し、結果的に、膜の品質が向上し、スループットが向上し、保守及び洗浄の負担が軽減される。

本明細書で記載した構成要素によって、エピタキシャルチャンバ１００といった処理チャンバ内で、より良好な均一性及び堆積制御が可能となる。本明細書では、１つのエピタキシャルチャンバ１００内に一緒に示されているが、本明細書に記載の構成要素は、既存の又は代替的な堆積処理チャンバで別々に利用することができる。

先の記載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から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (20)

1. エピタキシャルチャンバであって、
   チャンバ本体とアセンブリと、
   下方ウィンドウと、
   上方ウィンドウと、
   を備え、
   チャンバ本体アセンブリが、
   前記下方ウィンドウと前記上方ウィンドウとが内部空間を取り囲み、
   前記エピタキシャルチャンバがさらに、
   前記内部空間内に配置されたサセプタアセンブリと、
   複数の温度制御要素と、
   を備え、
   前記複数の温度制御要素が上方ランプモジュールを含み、前記上方ランプモジュールが、
   上面と底面を含む上方モジュール本体、
   中心軸、
   前記底面から前記上面に向かって配置された複数のランプ開口部
   を含み、前記複数のランプ開口部が、
   ランプベース支持部、及び
   前記底面における電球開口部であって、各ランプ開口部が、前記中心軸に対して０度より大きい角度に電球を配向するよう構成されている、電球開口部
   を含む、エピタキシャルチャンバ。
2. 前記内部空間の内部かつ注入リングの近傍に配置された上方ライナと、
   前記内部空間の内部かつベースリングの近傍に配置された下方ライナと、
   をさらに含む、請求項１に記載のエピタキシャルチャンバ。
3. 前記複数の温度制御要素が、前記下方ライナと前記ベースリングの間に配置された下方ヒータをさらに含む、請求項２に記載のエピタキシャルチャンバ。
4. 前記複数の温度制御要素が、下方ランプモジュールをさらに含み、前記下方ランプモジュールが、
   上面と底面を含む下方モジュール本体、
   中心軸、
   前記底面から前記上面に向かって配置された複数のランプ開口部
   を含み、前記複数のランプ開口部が、
   ランプベース支持部、及び
   前記底面における電球開口部であって、各ランプ開口部が、前記中心軸に対して０度より大きい角度と、前記中心軸から４５度と、の間の角度に電球を配向するよう構成されている、電球開口部
   を含む、請求項１に記載のエピタキシャルチャンバ。
5. 前記複数のランプ開口部が３つの異なるゾーン内に配置されており、各ゾーンが、５～１０個のランプ開口部を含む、請求項１に記載のエピタキシャルチャンバ。
6. 前記上方ランプモジュール内に配置された加熱ガス通路と、
   前記加熱ガス通路に接続されており、前記上方ランプモジュールと前記上方ウィンドウの間に画定されたプレナム内に熱風を供給するよう構成されたドームヒータと、
   をさらに含む、請求項１に記載のエピタキシャルチャンバ。
7. 前記チャンバ本体アセンブリが、
   ベースリングと、
   前記ベースリングの上に配置された注入リングと、
   前記注入リングの内周面と上方ライナの外周面との間に配置された上方ヒータと、
   下方ライナと前記ベースリングの間に配置された下方ヒータと、
   をさらに含む、請求項６に記載のエピタキシャルチャンバ。
8. エピタキシャル処理チャンバのためのランプモジュールであって、
   上面及び底面を含むモジュール本体と、
   中心軸と、
   前記底面から前記上面に向かって配置された複数のランプ開口部と、
   を含み、前記複数のランプ開口部が、
   電球開口部であって、各ランプ開口部が、中心軸から０度より大きくかつ約４５度以下の角度に、電球を配向するよう構成されている、電球開口部
   を含む、エピタキシャル処理チャンバのためのランプモジュール。
9. 前記複数のランプ開口部が３つの異なるゾーン内に配置されており、各ゾーンが、５～１０個のランプ開口部を含む、請求項８に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
10. 反射性の内壁が、赤外波長に対して高い反射率を有する反射コーティングを含む、請求項９に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
11. 前記底面が湾曲しており、各電球が、前記底面に対して垂直に配向されている、請求項９に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
12. 各第１のゾーン内の各電球が第１の角度で配向されており、各第２のゾーン内の各ランプが第２の角度で配向されており、前記第１の角度は、前記第２の角度に等しくない、請求項９に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
13. 上方ランプモジュールが、
    前記上方ランプモジュールを貫通して前記上面から前記底面まで延びる加熱ガス通路と、
    高温計通路と、を含み、前記高温計通路が、
    底部開口部、
    側壁、及び
    第２の開口部を有する上壁
    を含む、請求項１０に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
14. 光学フィルタをさらに含む、請求項１５に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
15. 前記光学フィルタが前記上壁に結合されている、請求項１６に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
16. エピタキシャルチャンバであって、
    リング形状を有するチャンバ本体アセンブリと、
    前記チャンバ本体アセンブリの下方に配置され、前記チャンバ本体アセンブリに結合された下方ウィンドウと、
    前記チャンバ本体アセンブリの上方に配置され、前記チャンバ本体アセンブリに結合された上方ウィンドウと、
    を備え、
    チャンバ本体アセンブリが、
    前記下方ウィンドウと前記上方ウィンドウとが内部空間を取り囲み、
    前記エピタキシャルチャンバがさらに、
    前記内部空間内に配置されたサセプタアセンブリと、
    複数の温度制御要素と、
    を備え、前記複数の温度制御要素が上方ランプモジュールを含み、前記上方ランプモジュールが、
    上面と底面を含むモジュール本体、
    中心軸、
    光学フィルタを有する高温計通路、及び
    前記底面から前記上面に向かって配置されており、３つの異なる熱的ゾーン内に配置された複数のランプ開口部
    を含み、前記複数のランプ開口部が、
    ランプベース支持部、及び
    電球開口部であって、各ランプ開口部が、前記中心軸から０度より大きい角度に電球を配向するよう構成されている、電球開口部
    を含み、
    前記エピタキシャルチャンバがさらに、
    前記内部空間の内部かつ注入リングの近傍に配置された上方ライナと、
    前記内部空間の内部かつベースリングの近傍に配置された下方ライナと、
    ２つの異なる熱的ゾーンを有する下方ランプモジュールと、
    上方ヒータと、
    前記下方ライナと前記ベースリングとの間に配置された下方ヒータと、
    ドームヒータと、
    前記上方ランプモジュールを貫通して配置された加熱ガス通路と、
    を備える、エピタキシャルチャンバ。
17. 前記上方ランプモジュールの間に形成されたプレナムであって、前記プレナムが前記加熱ガス通路に流体的に結合されており、前記ドームヒータが前記加熱ガス通路を介して前記プレナム内に熱風を供給する、プレナム
    をさらに含む、請求項１６に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
18. 前記光学フィルタが上壁に結合されており、前記光学フィルタが、高温計から無関係な波長のノイズをフィルタで除去するよう構成されている、請求項１６に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
19. 前記底面が湾曲しており、各電球が、前記底面に対して垂直に配向されている、請求項１６に記載のエピタキシャル処理チャンバ。
20. 各第１のゾーン内の各電球が第１の角度で配向されており、各第２のゾーン内の各ランプが第２の角度で配向されており、前記第１の角度は、前記第２の角度に等しくない、請求項１６に記載のエピタキシャル処理チャンバ。

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