JP3962111B2 - Ｒｔｐ炉のサセプタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面に膜を形成するために用いられる基板の支持構造に関し、より詳しくは、ＲＴＰ炉（ rapid thermal process reactor ）で処理される基板の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ若しくはその他の基板の表面に膜を形成する過程は、半導体製造方法及びフラットパネル型電子ディスプレイデバイスの製造方法における共通の過程である。典型的には、半導体ウェハを含む反応炉内で、選択された化学ガスが混合される。通常は、反応炉内のガスの化学的な反応を促進し、かつ膜がその表面に形成される半導体ウェハの表面を加熱するために熱が供給される。膜形成過程において、均一な膜を形成しつつウェハのスループット（即ち単位時間当たりに処理されるウェハの枚数）を最大にすることが望ましい。典型的には、均一な膜を形成するためには、半導体ウェハを均一な温度に保つことが重要である。
【０００３】
様々な種類の反応炉が開発されてきた。一般的には、各反応炉は、反応チャンバと、半導体ウェハ搬送装置と、熱源及び温度制御部と、ガス伝達装置（吸気、排気、及び流量調節）とを有する。
【０００４】
図１は、水平型反応炉として知られている１つの形式の従来技術の反応炉１００の簡略化された断面を表しており、この反応炉内にはその内部が反応チャンバとなっている水平な円筒部１０２（通常は長方形の断面を有する）にサセプタ１０１が配置されている。半導体ウェハ、例えばウェハ１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃがサセプタ１０１の表面１０１ａに取り付けられている。熱源１０４がウェハを加熱し、反応ガス１０５が円筒部１０２内を流れ、ウェハの近傍を通過する。サセプタ１０１は図１に例示されているように傾けられて配置され、かつ回転せず、表面１０１ａが反応ガス１０５の流れに面し、反応ガス１０５の流れの下流側の半導体ウェハの部分において反応ガスが減少する問題を最小にする。
【０００５】
図２は、シリンダ型反応炉として知られている、他の形式の従来の反応炉１１０の簡略化された斜視図であり、この反応炉内においてサセプタ１１１は、反応炉を画定するベルジャー１１２の内部に懸架されている。半導体ウェハ、即ちウェハ１１３は、サセプタ１１１の側面、即ち側面１１１ａに概ね垂直方向に沿って取り付けられている。熱源１１４がウェハを加熱し、反応ガスが吸気口１１５を通してベルジャー１１２の上部に供給されている。反応ガスはサセプタ１１１の長手方向に沿って下向きに流れ、半導体ウェハの表面を通過し、ベルジャー１１２の底部に設けられたガス排気口（図示されていない）を通して反応炉から排気される。
【０００６】
図３は、縦型反応炉として知られている、他の形式の従来の真空蒸着反応炉１２０の簡略化された断面図であり、この反応炉内において垂直方向に沿って固定されたサセプタ１２１は反応炉を画定するベルジャー１２２の底部から支持されている。半導体ウェハ、即ちウェハ１２３は、サセプタ１２１の表面１２１ａに水平方向に取り付けられている。半導体ウェハはＲＦ熱源（図示されていない）によって加熱され、反応ガスはサセプタ支持部１２５を通してウェハの上部の反応炉内に供給される。反応ガスはウェハの上を通過して流れ、ベルジャー１２２の底部に設けられたガス排気口（図示されていない）を通して排気される。
【０００７】
これらの従来の反応炉において、サセプタは熱的なフリーホイール（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｌｙｗｈｅｅｌ）として働く。より詳しくは、サセプタの熱的質量（ｔｈｅｒｍａｌ ｍａｓｓ）は、サセプタの上に置かれたウェハの熱的質量よりも概ね大きく、サセプタは、熱源のエネルギーを吸収しかつ熱を伝える材料から製造されていた。従って、サセプタが動作温度に加熱されたとき、サセプタの大きな熱的質量によって、サセプタの各部分が特定の温度に保持された。半導体ウェハはサセプタによって保持されているので、サセプタの温度が一定であることにより半導体ウェハの好ましくない温度勾配が最小にされた。
【０００８】
サセプタの大きな熱的質量が均一な膜を形成するために必要である一方、大きな熱的質量によって反応炉のスループットが制限されていた。より詳しくは、サセプタは処理される半導体ウェハのバッチ毎に加熱されそして冷却されなければならない。特に、加熱及び冷却時間は、ウェハの各バッチを処理するために必要なトータルの時間を制限する要因となっている。従来の反応炉では、ウェハの各バッチの完全なプロセスサイクルに４０分から９０分を要した。
【０００９】
一方、ＲＴＰ炉は、ウェハの処理時間として２分から１５分のみを要する。即ち、ＲＴＰ炉は、従来の反応炉のプロセスサイクル時間と較べ非常に短いプロセスサイクル時間を要することを特徴とする。更に、サセプタの熱的フリーホイールの特性は、ＲＴＰ反応炉に望ましいものであるが、大きな熱的質量に関連する時間遅れは望ましいものではない。
【００１０】
例えば、１９９２年３月２４日にナルマン（Ｎｕｌｍａｎ）らに付与された米国特許第５，０９８，１９８号明細書「Ｗａｆｅｒ Ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」は、サセプタ２１３とサセプタ２１３によって支持された半導体ウェハ２１４との間の迅速な熱的応答を提供するための薄型の一定の反射率を備えたサセプタ２１３（図４）について記載している。サセプタ２１３は、シリコンカーバイド若しくは個体シリコンカーバイドによってコーティングされたグラファイトによって形成されている。サセプタ２１３は、非常に迅速な熱的応答時間を提供するべく、典型的には０．５ｍｍから８ｍｍ、好ましくは、２ｍｍの非常に薄型のサセプタとして記載されている。サセプタの直径及びウェハの直径については記載されていないが、サセプタは一枚の半導体ウェハを支持するものとして記載されている。
【００１１】
１９９０年１２月１８日に付与されたＭ．ミラーによる米国特許第４，９７８，５６７号明細書「Ｗａｆｅｒ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｆｉｘｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ」は、ＲＴＰ反応炉の更に異なる形式の一枚のウェハを支持するサセプタについて記載している。第１のサセプタ３００（図５）はシリコンカーバイトから形成されており、ウェハを支持するための凹部３０４を含む平坦な上側面３０２と、側壁３０３とを有する。平坦な上側面３０２及び側壁３０３は約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）から約０．６４ｍｍ（０．０２５インチ）の範囲の厚みを有する。しかしながら、そのような薄いサセプタは、その熱的応答が早いが、必要な安定性及び剛性を提供する点に関して問題がある。
【００１２】
続いて、シリコンカーバイドからなる第２のサセプタ３１０（図６）は凹部３１７を備えた平坦な上側面３１２と、側壁３１３と、中空の環状部分３１４とを有する。環状部３１４が支持されている半導体ウェハの近傍から十分に隔てられ、加熱されたときにウェハの熱的応答を抑制することのないように、内側の側壁３２０から側壁３１３までの中空の環状部分３１４の幅は、平坦な上側面３１２の内側のリム部３１５から外側のリム部３１６までの長さの５０％の以下となっている。しかしながら、中空の環状部分３１４と平坦な上側面３１２との熱的質量が異なることによって、これら２つの部分が加熱されたときに異なる温度となり、サセプタ３１０に温度勾配が生ずる。このような温度勾配によって、サセプタの曲がり、そり、若しくは亀裂が生じ、半導体ウェハの各バッチにおける均一な膜の形成が抑制されることになる。特に、サセプタ３１０にそりが生じた場合、サセプタ３１０の不規則な表面によって、半導体基板の表面が反応炉内の異なる処理条件に曝されることになる。更に、サセプタがシリコンカーバイドから形成されている場合、サセプタにはそりが生ずるよりも亀裂が生ずることになる。
【００１３】
１９９２年４月２８日にアンダーソンらに付与された米国特許第５，１０８，７９２号明細書「Ｄｏｕｂｌｅ−Ｄｏｍｅ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」に記載された他の型式のＲＴＰ反応炉では、サセプタは、熱的質量を低くするための薄型プレートと、剛性を高めるためのリム部とからなるものとして記載されている。しかしながら、この特許明細書には、１枚の半導体ウェハを支持する支持部若しくはサセプタの寸法が記載されていない。提供された唯一の教示内容は、サセプタが低い熱的質量を有するということであり、ウェハ、リム部及び薄型プレートの間の関係については何ら記載されていない。この特許明細書はまた、そのＲＴＰ反応炉システムが、加熱時間及び冷却時間がウェハの熱的質量によって主に制限されるように、サセプタを含まないものであることが企図されていることを記載している。
【００１４】
多くの従来のＣＶＤ反応炉は、複数のウェハのバッチを処理するものである。大きな熱的質量を有するサセプタは、複数の半導体ウェハを支持するように適合されている。しかし、多くのＲＴＰ反応炉は１枚の半導体ウェハを処理するために用いられてきた。上述されたように、ＲＴＰ反応炉のサセプタに対する主要なアプローチは、より大きい質量を備えた外側リムによって支持された薄型の平坦なプレートを用いるものである。残念ながら、この薄型の平坦なプレートがより大きくなるにつれ、この平坦なプレートは１枚の大型の半導体ウェハ若しくは複数の半導体ウェハを支持するための十分な安定性及び剛性を有しないものとなる。ＲＴＰ反応炉のサイクル時間に関する特性を保持することが重要な場合、１枚の大型な半導体ウェハ若しくは複数の半導体ウェハを支持することのできる高い安定性及び剛性を備えたグラファイト若しくはシリコンカーバイトによってコーティングされたグラファイトからなるサセプタは、ＲＴＰ反応炉において用いるには大きすぎる熱的質量を有する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＲＴＰ反応炉においてスループットを向上させるのに適した熱的質量を有すると共に、１枚の大型の半導体ウェハ若しくは複数の半導体ウェハを支持することのできる安定性及び剛性を備えたサセプタを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＲＴＰ炉のサセプタであって、基板包囲リングと、前記基板包囲リングの周りに隣接して配置された複数の熱分配要素とからなる複数の構成要素を有する第１の層と、第１の表面と前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する第２の層とを有し、前記第１の層の前記複数の構成要素が、前記第２の層が前記第１の層を支持するように前記第２の層の前記第１の表面の上に配置されていることを特徴とするＲＴＰ炉のサセプタを提供することによって達成される。
【００１７】
本発明の基本理念に基づけば、ＲＴＰ反応炉のサセプタは複数の層からなる構造を有する。このＲＴＰ反応炉用のサセプタの第１の層は、シリコンカーバイド、グラファイト、若しくはグラファイをコーティングされたシリコンカーバイドからなり、かつ約６ｍｍ以下の厚さを有する複数の薄い構成要素を含み、この第１の層は、熱を放射する放射率を備え、かつサセプタによって支持されている１枚若しくは２枚以上の半導体基板の温度を均一に保つことを容易にするとともに半導体基板全体に亘って反応ガスの特性を均一に保つことを容易にするような熱伝達特性を備えている。このサセプタの第２の層は、ＲＴＰ反応炉の熱源からの熱を吸収することなく（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）伝達し、第１の層に対する硬いかつ安定したプラットホームを提供する。熱を吸収することなく伝達する第２の層によって提供された支持力及び剛性によって、それ自体は十分な剛性を備えていない薄い第１の層を１枚の大型の半導体基板、例えば３００ｍｍの直径の半導体ウェハ、若しくは複数の半導体基板を支持するために用いることができる。即ち、第１の層と第２の層の合計の厚さによって、１枚の大型の半導体基板を支持するための若しくは同時に複数の半導体基板を支持するための十分な安定性と剛性が提供され、かつ第２の層が熱を吸収しないために、サセプタの熱的質量は第１の層によって決定され、かつＲＴＰ反応炉のプロセスサイクルにも適合できるものとなる。
【００１８】
好ましくは、第１の層は、半導体基板包囲リングと、複数の熱分配要素を含む。この複数の熱分配要素によって、サセプタの曲がり、そり、亀裂の発生といった問題が低減される。加えて、この第１の層は均一な温度特性を有するので、従来技術のＲＴＰ反応炉のサセプタにおけるように薄い中心部分とこの薄い中心部分の外周に沿って配置されたより大きな重量の支持構造部との間の熱特性の差によって生ずる問題が低減される。また、第１の層が均一な形状を有することによって、この第１の層の製造が容易となり、かつプロセスガスの特性を均一にすることが容易となる。本発明の２つの層からなるサセプタは、任意の熱源と共に、若しくはＲＴＰ反応炉において用いられているように複数の熱源の組み合わせと共に用いることができる。
【００１９】
即ち、本発明の基本理念に基づけば、ＲＴＰ炉のサセプタは、（ｉ）半導体基板包囲リングと、（ｉｉ）前記半導体基板包囲リングに隣接してかつ前記半導体包囲リングの上に配置された複数の熱分配要素とを含む複数の構成要素を有する。また、本発明に基づくサセプタの第２の層は、第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有し、前記第２の層が前記第１の層を支持するように前記第２の層の第１の表面には前記第１の複数の構成要素が取り付けられている。この実施例では、第２の層は、ＲＴＰ反応炉の熱源の熱を概ね吸収することなく伝達するので、サセプタの熱的質量は、第１の層の特性によって決定される。
【００２０】
第１の層の複数の構成要素はまた、円周エッジ面を備えた半導体基板包囲リングインサートを含み、この半導体基板包囲リングインサートの円周エッジ面は、半導体基板包囲リングの内側の円周エッジ面と隣接している。好ましくは、半導体基板包囲リングインサートを動かさずに半導体基板包囲リングを半導体基板包囲リングインサートから持ち上げることのできるように、半導体基板包囲リングインサートの円周エッジ面と半導体基板包囲リングの内側円周エッジ面とは面取りされている。
【００２１】
ある実施例では、半導体基板包囲リングには、半導体基板包囲リングの内側円周エッジ面から外側円周エッジ面に向けて予め決められた距離に亘って延在する棚部が設けられており、半導体基板包囲リングに配置された半導体基板がこの棚部によって支持される。半導体基板包囲リングはまた、半導体基板包囲リングの外側エッジ面の上にリム部を備え、このリム部の内側円周エッジ面と棚部との交差部分によって棚部の外側エッジが画定される。即ち、リム部の内側円周エッジ面が、棚部からリム部の上側部分まで延在する壁を形成する。この壁は、基板の厚さのおよそ２倍の高さを有する。更に、棚部の外側エッジは、壁と基板のエッジとの間隔が約０．１３ｃｍ（０．０５インチ）から０．５１ｃｍ（０．２インチ）の範囲にあるように、ある実施例では約０．１６ｃｍ（０．０６２５インチ）となるように配置されている。
【００２２】
他の実施例では、サセプタの第１の層は、内側円周エッジ面から延在する複数のリフトタブを備えた内側円周エッジ面を有する半導体基板包囲リングと、外側円周エッジ面に設けられた複数のノッチを有する半導体基板包囲リングインサートとを有し、半導体基板包囲リングインサートが半導体基板包囲リングと嵌合されかつはめ合わされるようになっている。
【００２３】
複数の熱分配要素が、半導体基板包囲リングの周りに半導体基板包囲リングに隣接して配置されており、熱分配要素同士の隣接するエッジ面の間に第１のギャップが形成され、熱分配要素と半導体基板包囲リングの外側円周エッジ面との間に第２のギャップが形成される。複数の熱分配要素の各々は、外側円周エッジ面にノッチを有する。第２の層は、第２の層の表面から延在し、かつ第２の層の外側円周エッジに隣接して配置された複数のピンを有する。熱分配要素に設けられたノッチは、前記複数のピンの対応するピンに嵌合される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の基本理念に基づけば、半導体ウェハ若しくはフラットパネル型ディスプレイなどの１枚の基板、若しくは複数の基板を支持するためのＲＴＰ炉（ rapid thermal process reactor ）の新規なサセプタが、ＲＴＰサイクロタイムに適合する熱的な質量を有し、かつ基板上に均一な被膜を形成するために必要な剛性及び安定性を有する。
【００２５】
本発明のサセプタは、ＲＴＰ炉内において１枚の基板を処理するのみでなく、更に複数の基板をも処理することができる。一方、ＲＴＰ反応炉は、従来の反応炉における同様の過程のサイクルタイムと比較してより短いサイクルタイムを有する。このＲＴＰ反応炉は、典型的には１０℃／秒から４００℃／秒の間の加熱速度で１枚若しくは２枚以上の半導体ウェハを加熱することができる。ある実施例では、ＲＴＰ反応炉は、２０℃／秒の加熱速度で１枚若しくは２枚以上のウェハを加熱する。他の実施例は、ＲＴＰ反応炉は、１０℃／秒の加熱速度で１枚にウェハ若しくは２枚以上のウェハを加熱する。ウェハの迅速な加熱は本発明のＲＴＰ反応炉を特徴づけるより短いプロセスサイクル時間の必須ｄ条件の１つである。本発明の新規なサセプタにより、単一の熱源若しくは２つの熱源を用いて、複数のウェハ若しくは１枚の大型のウェハ、例えば、２５０ｍｍ（１０インチ）、３００ｍｍ（１２インチ）、４００ｍｍ（１６インチ）の直径のウェハを処理することが可能となる（以下の説明において、ウェハの寸法は特に明示のない限りウェハの直径を表している）。
【００２６】
本発明に用いるのに適した１つのＲＴＰ反応炉は、本件出願と同一の出願人による１９９４年１月２１日に出願されたガリ・Ｍ・ムーア及びカツヒコ・ニシカワによる米国特許出願第０８／１８５，６９１号明細書「Ａ ＲＡＰＩＤ ＴＨＥＲＭＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＷＡＦＥＲ」と、１９９３年１月２１日に米国特許出願第０８／００７，９８１号として出願されたガリ・Ｍ・ムーア及びカツヒコ・ニシカワによる米国特許第５，４４４，２１７号明細書「Ａ ＲＡＰＩＤ ＴＨＥＲＭＡＬ ＰＲＯＣＳＳＩＮＧ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＴＵＳ ＦＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＷＡＦＥＲ」に記載されており、この２つの特許明細書はここで言及されたことによって本出願の一部とされたい。
る）。
【００２７】
処理される１枚の半導体ウェハ若しくは２枚以上の半導体ウェハがサセプタの凹部内に配置されるので、凹部の個数及び寸法が異なるり、異なるサセプタが、若しくは以下により詳しく説明される少なくとも１つのサセプタの異なる第１の層が、異なる各々の半導体ウェハの寸法に対して必要となる。異なる本数のウェハ支持ピンが、寸法の異なるウェハをサセプタの本体の上に持ち上げるために用いられるので、異なる１枚のサセプタ、またはこのサセプタの少なくとも１つの異なる第１の層が必要とされる。典型的には、ある特定の寸法の半導体基板のバッチが通常は連続して処理され、サセプタの交換回数を最小にすることが要求されるので、他のサセプタによって若しくは少なくとも１つの異なるサセプタの第１の層によって半導体基板の高いスループットを達成するための障害がもたらされることはない。ある実施例では、各サセプタは、直径が３５．６ｃｍ（１４インチ）であり、（ウェハの凹部が形成されている部分以外では）約０．９５ｃｍから１．２７ｃｍ（０．３５７インチから０．５インチ）の厚さを有する。他の実施例では、サセプタは直径が４５．７ｃｍ（１８インチ）であり、更に他の実施例では、直径が４５．７ｃｍ（１８インチ）であり、更に他の実施例では、直径が５０．８ｃｍ（２０インチ）である。
【００２８】
本発明のサセプタは、水晶から形成されているか、代わりにサセプタの支持層が水晶から形成されている。サセプタが水晶から形成されている場合、放射熱源に面するサセプタの表面は、ビードブラスト（ｂｅａｄ ｂｌａｓｔ）され、保温力が増加される。その一方、抵抗加熱器若しくは自動熱分配要素に面するサセプタの表面は、例えば、炎洗浄（ｆｌａｍｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）若しくは機械洗浄（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって洗浄され、サセプタを通過して半導体基板により多くの熱が伝えられるようにされている。代わりに、一方の表面がビードブラストされ、他方の表面が洗浄され、若しくは任意の表面が選択的にビードブラストされて選択された位置での保温力が増加される。この選択は、サセプタが使用されているＲＴＰ反応炉に対する所望のある特定の加熱効果に基づいてなされる。
【００２９】
基板全体に亘るほぼ均一な温度と、基板の表面全体に亘る均一な反応ガスの流れとを保持することは、半導体基板の正確な処理にとって肝要な事柄となっている。特に、半導体基板のエッジ部分において、半導体基板から反応チャンバ内のより低温の周囲環境への熱の放散は、エピタキシャル処理過程における「スリップ（ｓｌｉｐ）」として知られている好ましくない現象を生み出すエッジ部分における大きな温度勾配を形成することにもなる。即ち、半導体ウェハのエッジ部分における温度を制御するための手段が特に必要とされている。
【００３０】
図７及び図８は、本発明の実施例に基づくポケット４３内にウェハ包囲リング４０１及びウェハ４０４が配置されたサセプタ４００の平面図及び側面図を各々表している。ウェハ包囲リングの１つの働きは、ウェハのエッジ部分における均一な温度を保持することである。
【００３１】
ウェハ包囲リング４０１の中心部分には貫通孔が形成されている。凹部を形成する棚部が、この貫通孔の周りに形成されており、かつウェハエッジ接触面４０１ｆとウェハ裏側接触面４０１ｅとによって画定されている。ウェハ包囲リング４０１はスピンドル４０２を取り囲むように配置されており、ウェハ包囲リング４０１のウェハ裏側接触面４０１ｅは、スピンドル４０２のウェハ裏側接触面４０２ａとほぼ同一平面上に配置されている。
【００３２】
スピンドル４０２はサセプタ４０２と一体的に形成されてもよく、またスピンドル４０２は、ポケット４０３内に配置される別個の構成部品として形成されてもよい。以下で、本発明の以下の説明において、「スピンドル」は、サセプタのポケット内の中心に配置された構成要素を表すために用いられ、このスピンドルはサセプタと一体的に形成されてもよく、若しくは別個の構成要素として形成されてもよい。「サセプタインサート」は、サセプタのポケット内の中心に配置されかつサセプタとは別個に形成された構成要素を表すために用いられる。更に、本発明明細書中で用いられるように、「スピンドル」は、「サセプタインサート」よりも厚い構成要素を表すが、しかしながらこれは必ずしも必須要件ではなくある場合にはスピンドルとサセプタインサートが等しい厚さを有してもよい。一般的に、「スピンドル」と「サセプタインサート」は、概ね等しい構成要素を表し、かつ一方の用語若しくはもう一方の用語を用いることは、サセプタと一体的に形成された構成要素若しくはサセプタと別個に形成された構成要素と、任意の厚さの構成要素とを表すものである。ウェハ４０４は、ウェハ包囲リング４０１のウェハ裏側接触面４０１ｅとスピンドル４０２のウェハ裏側接触面４０２ａとの上に配置されており、ウェハ４０４の上側面４０４ａはウェハ包囲リング４０１の環状上側面４０１ｄよりもわずかに低い位置に配置されている。ウェハ包囲リング４０１はアメリカ合衆国ミシガン州のミッドランド・マテリアルズ・リサーチ社から入手することができる。ウェハ包囲リング４０１は、比較的低い熱伝導率を有する材料、例えばグラファイト若しくはシリコンカーバイドからなる。グラファイトが用いられた場合、ウェハ包囲リング４０１はシリコンカーバイドによってコーティングされている。シリコンカーバイドの被膜は、グラファイトの薄片がウェハの上にはがれ落ちることによるグラファイトからの炭素による汚染を防止するので、シリコンカーバイドの被膜によって粒子の汚染が最小となる。シリコンカーバイドの被膜は、グラファイトからの炭素の薄片によるウェハ４０４の汚染を防止するために十分な厚みをもって形成される。
【００３３】
しかしながら、シリコンカーバイドの被膜が形成されるグラファイトのある部分が薄い場合、その薄い部分の一方の表面にシリコンカーバイドの被膜を真空蒸着法によって形成することによりその部分にそりが生ずることになる。このそりを解消するために、その薄いグラファイトの部分のもう一方の表面に形成される真空蒸着法による被膜の厚さはそりを相殺しシリコンカーバイドの被膜によって覆われた平坦な部分を形成するような値に選択される。即ち、薄いグラファイトの部分の両側の表面に形成されたシリコンカーバイドの厚さは異なる値となってもよい。シリコンカーバイドの被膜の正確な厚さ及び両側の面における厚さの違いは、ミッドランド・マテリアルス・リサーチ社の特許情報である。
【００３４】
以下で、本発明のこれから説明される実施例では、様々な構成要素、例えばウェハ包囲リング、スピンドル、及びサセプタインサートは、グラファイトから形成されている。これらの構成要素のうちの１つがグラファイトから形成されている場合、この構成要素を、上述されたようにかつ上述された理由によりシリコンカーバイドによってコーティングすることが望ましい。例えば、２００ｍｍ（８インチ）のウェハを保持するために十分な大きさのポケット４０３を備えた直径３５６ｍｍ（１４インチ）のサセプタ４００に対して、ウェハ包囲リング４０１の環状上側面４０１ｄは３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）の幅４０１ａを有し、ウェハ包囲リング４０１のウェハ４０４の下の部分４０１ｂの厚みは０．２５４ｍｍ（０．１０インチ）であり、ウェハ包囲リング４０１の外側エッジ面４０１ｇから内側エッジ面４０１ｈまでの幅４０１ｃは１５．２ｍｍ（０．６０インチ）となっている。サセプタの寸法が異なる場合、幅４０１ａ、厚さ４０１ｂ、及び幅４０１ｃの値は上述されたものと異なる値となる。スピンドル４０２は、例えばグラファイト、シリコンカーバイド、若しくは水晶から形成される。グラファイト及びシリコンカーバイドは、ウェハ４０４の裏側面４０４ｂへより多くの熱を伝達し、かつ／またはウェハ４０４の裏側面４０４ｂへの熱の伝達を阻止するために望ましい。水晶は、ウェハ４０４の裏側面４０４ｂへごくわずかの熱を伝達するかまたは熱を伝達せず、ウェハ４０４の裏側面４０４ｂからの熱の伝達をわずかに阻止するか全く阻止しない。しかしながら、熱の損失はウェハ４０４のエッジ４０４ｃにおいて主に問題となるので、水晶をスピンドル４０２、即ちウェハ４０４の中心部分の下に用い、グラファイト若しくはシリコンカーバイドをウェハ包囲リング４０１、即ちウェハ４０４のエッジ４０４ｃの下及びエッジ４０４ｃの周りに用いることは、ウェハ４０４の望ましい温度の均一性を提供する。
【００３５】
ウェハ包囲リング４０１（以下に説明される本発明の他の実施例に基づくウェハ包囲リング）は、サセプタ４００のポケット４０３内に配置されたウェハ４０４を所定の位置に保持する。特に、ウェハ４０４のエッジ４０４ｃの周りのウェハ包囲リング４０１によって、ウェハ４０４のエッジ４０４ｃの近傍の温度は、ウェハ４０４のその他の部分の温度と概ね等しく保持される。
【００３６】
図９は、本発明の他の実施例に基づくウェハ包囲リング４０１、サセプタインサート４１７、スピンドル４１２、及び半導体ウェハ４０４が、ポケット４０３内に配置されたサセプタ４００の断面図である。ウェハ包囲リング４０１がポケット４０３内に配置された後に、ウェハ包囲リング４０１を貫通してその中心に形成された開孔内のポケット４０３にサセプタインサート４１７が配置される。スピンドル４１２は、サセプタインサート４１７の厚さの１倍から３倍の厚さを有し、このスピンドル４１２はウェハ包囲リング４０１の開孔内のサセプタインサート４１７の上に配置され、スピンドル４１２のウェハ接触面４１２ａは、ウェハ包囲リング４０１のウェハ接触面４０１ｅと概ね等しい平面内に配置される。ウェハ４０４は、ウェハ包囲リング４０１内のウェハ包囲リング４０１のウェハ接触面４０１ｅ及びスピンドル４１２のウェハ接触面４１２ａの上に配置される。
【００３７】
スピンドル４１２及びサセプタインサート４１７は、例えば、水晶、シリコンカーバイド若しくはグラファイトから形成される。典型的には、スピンドル４１２及びサセプタインサート４１７の一方が水晶から形成され、もう一方がグラファイト若しくはシリコンカーバイトから形成される。
【００３８】
代わりに、サセプタインサート４１７は硬いプレート若しくは柔軟な布から形成されていても良い。本発明のある実施例では、サセプタインサート４１７は全体の厚さがおよそ３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）のシリコンカーバイドによってコーティングされたグラファイト製のプレートからなる。
【００３９】
本発明の他の実施例では、サセプタインサート４１７は、０．００２５ｍｍ（０．０００１インチ）から３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）の厚さを有するシリコンカーバイド製のプレートからなる。シリコンカーバイド製のプレートは、上述されたグラファイト製のプレートよりもその厚みを小さくできるが、その理由は通常ＲＴＰ反応炉に対して用いられるプロセスの温度を超える温度に曝されたときシリコンカーバイド製のプレートはグラファイト製のプレートよりもそりに対する抵抗が大きいからである。より薄いシリコンカーバイド製のプレートによって、ウェハ４０４をより迅速に加熱及び冷却することができる。しかしながら、グラファイト製のプレートは、シリコンカーバイド製のプレートよりも製造コストが低い。
【００４０】
本発明の更に他の実施例では、サセプタインサート４１７は、シリコンカーバイドの布からなる。シリコンカーバイドの布は、シリコンカーバイド製のプレートよりも製造コストが低いが、しかしシリコンカーバイド製のプレートにくらべ粒子の汚染を生じやすい。
【００４１】
図１０は、本発明の他の実施例に基づくウェハ包囲リング４２１、スピンドル４２２及びウェハ４０４がサセプタ４００のポケット４０３内に配置されたサセプタ４００の断面図である。ウェハ包囲リング４２１は、サセプタ４００のポケット４０３内のスピンドル４２２の周りに配置されている。（図７から図９の）ウェハ包囲リング４０１とは異なり、ウェハ包囲リング４２１はその中心部分を貫通する開孔部を備えていない。その代わり、ウェハ包囲リング４２１の内側エッジ面４２１ｃと外側エッジ面４２１ｄが、ウェハ包囲リング４２１の上側面４２１ａから下側面４２１ｂまで各々延在している。ウェハ４０４はスピンドル４２２の裏側接触面４２２ａの上に配置され、そのエッジ４０４ｃがウェハ包囲リング４２１の内側エッジ面４２１ｃと接触することによって横方向に保持されている。
【００４２】
スピンドル４２２はサセプタ４００と一体的に形成されてもよいし、またスピンドル４２２はサセプタ４００とは別個の構成部品として形成され、ポケット４０３内に配置されてもよい。スピンドル４２２は例えばグラファイト、シリコンカーバイド、若しくは水晶から形成される。スピンドル４２２がサセプタ４００と一体的に形成されている場合、スピンドル４２２はサセプタ４００と同じ材料から形成される。ウェハ包囲リング４２１は例えばシリコンカーバイド若しくはグラファイトから形成される。
【００４３】
図１１は、本発明の他の実施例に基づくウェハ包囲リング４２１、サセプタインサート４３７、スピンドル４３２及びウェハ４０４がサセプタ４００のポケット４０３内に配置されたサセプタ４００の断面図である。ウェハ包囲リング４２１はポケット４０３内に配置されている。サセプタインサート４３７はウェハ包囲リング４２１を貫通して形成された開孔内に配置されている。スピンドル４３２はウェハ包囲リング４２１の中心に形成された開孔内のサセプタインサート４３７の上に配置されている。ウェハ４０４は、スピンドル４３２のウェハ裏側接触面４３２ａの上に配置され、そのエッジ４０４ｃがウェハ包囲リング４２１の内側エッジ面４２１ｃと接触することによって横方向に保持されている。
【００４４】
ウェハ包囲リング４２１、サセプタインサート４３７、及びスピンドル４３２は、（図９の）ウェハ包囲リング４０１、サセプタインサート４１７、及びスピンドル４１２と等しい材料から形成されている。更に、サセプタインサート４１７と同様に、サセプタインサート４３７は柔軟な布または硬いプレートの何れかから形成される。
【００４５】
図１２は、本発明の他の実施例に基づくウェハ包囲リング４４１、ウェハ４０４がサセプタ４００のポケット４０３内に配置されたサセプタ４００の断面図である。ウェハ裏側接触面４４１ａとウェハエッジ接触面４４１ｂとによってウェハ包囲リング４４１内に凹部が画定されている。ウェハ４０４はウェハ包囲リング４４１の凹部内に配置され、ウェハ４０４の上側面４０４ａが、ウェハ包囲リング４４１の上側面４４１ｃよりもわずかに低い位置に配置されている。ウェハ包囲リング４４１は、例えばシリコンカーバイド若しくはグラファイトから形成される。
【００４６】
図１３は、本発明の他の実施例に基づくサセプタインサート４５７、ウェハ包囲リング４５１、及びウェハ４０４がサセプタ４００のポケット４０３内に配置されたサセプタ４００の断面図である。サセプタインサート４５７は、ポケット４０３の底部表面の全体を覆うようにポケット４０３内に配置されている。ウェハ包囲リング４５１はポケット４０３内のサセプタインサート４５７の上に配置されている。凹部が、ウェハ裏側接触面４５１ａとウェハエッジ接触面４５１ｂとによってウェハ包囲リング４５１内に画定されている。ウェハ４０４は、ウェハ包囲リング４５１の凹部内に配置され、ウェハ４０４の上側面４０４ａは、ウェハ包囲リング４５１の上側面４５１ｃよりもわずかに低い位置に配置されている。ウェハ包囲リング４５１は、（図１２）のウェハ包囲リング４４１と等しい材料から形成される。サセプタインサート４５７は例えばグラファイトから形成される。上述したように、サセプタインサート４５７は柔軟な布若しくは硬いプレートの何れかから形成される。図７から図１３に例示された実施例において、ウェハ包囲リング、スピンドル及びサセプタインサートの特定の寸法は、スリップを最小にしかつウェハ４０４の温度を概ね均一に保つべく実験により決定される。更に、シリコンカーバイド若しくはグラファイトの代わりに水晶が用いられた場合、この選択は、グラファイト若しくはシリコンカーバイドの望ましい保温力とこれらの物質の好ましくない熱的慣性（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｅｒｔｉａ）とを比較考量した結果なされたものである。更に、スピンドル若しくはウェハ包囲リングが水晶から形成されている場合、この水晶の表面はビードブラスト若しくは洗浄される。ビードブラストによって水晶はより多くの熱を保持するようになる。最終的に、図７から図１３では本発明の実施例はサセプタの上に１枚の半導体ウェハが配置されるものとして説明されてきたが、ウェハが配置される上記の構造のうちの１つを各ポケット内に配置することによって１つ若しくはそれ以上の半導体ウェハが取り付けられるサセプタに、上述された構造が用いられることは容易に理解される。
【００４７】
図１４及び図１５は、本発明のある実施例に基づくウェハ包囲リングのＣ型部分４９５の平面図及び側断面図を各々表している。本発明に基づくウェハ包囲リングは２つの部分、即ちＣ型部分４９５と、このＣ型部分４９５とはめ合わされることによって円環状のウェハ包囲リングを形成するはめあい部分（図示されていない）から形成されている。ウェハは、ウェハ包囲リングの上側面４９５ｇよりわずかに低い位置に形成されているウェハ裏側接触面４９５ｆの上に載せられる。Ｃ型部分４９５のサセプタ接触面４９５ｅには凹部４９５ａ、４９５ｂ、４９５ｃ及び４９５ｄが形成されている。
【００４８】
サセプタが下降されたときに、ウェハ支持ピンがこの凹部４９５ａ、４９５ｂ、４９５ｃ及び４９５ｄと接触し、Ｃ型部分４９５をサセプタから持ち上げる。ウェハ裏側接触面４９５ｆの上に載せられたウェハは、Ｃ型部分４９５と共に持ち上げられる。しかし、Ｃ型部分４９５が持ち上げられたとき、はめあい部分はサセプタの上に載せられたまま残る。即ち、はめあい部分が占めていた部分に開かれた部分が形成され、この開かれた部分を通してロボットアーム若しくはウェハ取り扱いシステムが容易に入り込み、Ｃ型部分４９５からウェハを持ち上げかつウェハを取り除く。
【００４９】
Ｃ型部分４９５の内側エッジ面４９５ｈと外側エッジ面４９５ｉとは各々面取りされているので、サセプタ接触面４９５ｅはウェハ裏側接触面４９５ｆと上側面４９５ｇとの合計の幅よりも短い幅を有する。サセプタのポケット部の側面は、面取りされており、Ｃ型部分４９５の内側エッジ面４９５ｈと外側エッジ面４９５ｉとにはめあ合わされるようになっている。Ｃ型部分４９５とサセプタとの間の境界面を各々面取りすることによって、Ｃ型部分４９５がサセプタの上に配置されたときＣ型部分４９５が良好に気密され、Ｃ型部分４９５とサセプタとの間を通してガスが漏洩せず、ウェハの裏側面が汚染されない。更に、面取りされた面を用いることによってウェハ包囲リングをサセプタに載せること及びウェハ包囲リングをサセプタから取り除くことがより容易となる。はめあい部分もまた同様な面取りされた面を有する。
【００５０】
Ｃ型部分４９５の開いた端部におけるエッジ面４９５ｊ及び４９５ｋもまた、ウェハ裏側接触面４９５ｆ及び上側面４９５ｇからサセプタ接触面４９５ｅにいくに従って先細りとなるように面取りされている。ウェハ包囲リングのはめあい部分もまた、対応する面取りされたエッジ面を有する。ここでも同様にＣ型部分４９５とはめあい部分との間の境界面を面取りすることによって、Ｃ型部分とはめあい部分との間に良好な気密が形成される。エッジ面４９５ｊ及び４９５ｋは、ウェハのローディング若しくはアンローディングのためにサセプタが下降されたときに、Ｃ型部分４９５がはめあい部分を持ち上げることのないように、内向きに（ウェハ裏側接触面４９５ｆからサセプタ接触面４９５ｅに行くに従って先細りとなるように）面取りされていなければならない。このはめあい部分は、はめあい部分及びサセプタに形成された対応する開孔部内に嵌合されたピンによってサセプタ上の横方向に固定して保持される。
【００５１】
他の実施例では、Ｃ型部分４９５、サセプタのポケットの側面、及びはめあい部分のエッジ面は面取りされずに直線状に形成されている。
【００５２】
図１６は、Ｃ型部分４９８及びはめあい部分４９９を含む本発明の他の実施例に基づくウェハ包囲リング４９７の平面図である。Ｃ型部分４９８はリム部４９８ａ及びフロア部４９８ｂを含む。同様に、はめあい部分４９９は、リム部４９９ａ及びフロア部４９９ｂを含む。ウェハ包囲リング４９７は、図１４及び図１５に関して上述されたウェハ包囲リングと概ね等しいが、図１４及び図１５のウェハ包囲リングのごく一部分がウェハの下に配置されているのに対し、フロア４９８ｂ及び４９９ｂがウェハの下側に完全に延在している点が異なる。ウェハ包囲リング４９７は、図１４及び図１５のウェハ包囲リングに関して上述された材料と等しい材料から形成される。
【００５３】
本発明の他の実施例では、図１７に例示されているように、新規な複数の層からなるサセプタ５００は、基板支持リングと、基板包囲リングインサートと、複数の熱分配要素５０３ａ〜５０３ｆとを含む複数の構成要素から形成された第１の層５０１を含む。第１の層５０１は第２の層５０２によって支持されている。第１の層を構成するこれらの複数の構成要素は、グラファイト及びシリコンカーバイドと同等の熱伝達特性及び放射率を備えた材料から形成される。この第１の層５０１の働きは、反応ガスがサセプタ５００による温度勾配の影響を受けることがないように、第１の層５０１によって支持された基板５３０（図１８）の温度勾配を最小にし、かつ基板５３０を取り囲む周囲の温度を概ね均一に保つことである。
【００５４】
第１の層５０１を形成する複数の構成要素の厚さは、この第１の層５０１の熱的な質量がＲＴＰ反応炉のサイクルタイムに影響を及ぼさないように最小化されなければならないが、一方では温度勾配を最小にしかつプロセスガスへの影響を最小にするために十分な厚さが保たれていなければならない。加えて、第１の層５０１は以下により詳しく説明されるように、そり及び亀裂に関する問題を最小にするようにその形状が構成されている。第１の層５０１は第２の層５０２によって支持されることによってその剛性及び安定性が確保されているので必要に応じてできるだけ大きい横方向の寸法を有することができる。
【００５５】
第２の層を構成する材料は、吸収される熱量が最小となるように、即ち第２の層５０２がＲＴＰ反応炉内の熱源からの熱を概ね吸収することなく伝達するように決定されている。従って、第２の層５００には熱的質量に関与しないが、第２の層５０２は第１の層５０１に対する剛性及び支持を提供する。しかし、第２の層は、選択された部分において保温力を増すように形成されてもよい。
【００５６】
第１の層５０１と第２の層５０２とを組み合わせることによって、第１の層５０１によってもたらされた低い熱的質量と、基板の近傍における概ね均一な温度分布とを有し、その一方で１枚の大型の半導体基板若しくは複数の半導体基板を支持するための安定性及び剛性を備えたサセプタ５００が形成される。更に、従来技術のＲＴＰ反応炉用のサセプタに関する薄型の内側のプレートとより大きな重量の外側のリム部に関する上述された問題が解消されるが、その理由は第１の層５０１を構成する各構成要素が均一な熱的質量の特性を有し、従って、個々の構成要素の熱的質量の相違を原因とする温度勾配が発生しないためである。
【００５７】
この実施例では、サセプタ５００はその上にペデスタルプレート５１１が取り付けられたペデスタル支持シャフト５１０によって支持されている。ペデスタルプレート５１１は複数のコラム５１２〜５１４を、この実施例では３本のコラムを有し、このコラムは第２の層５０２を支持している。受動熱分配器５１５、若しくはその代わりとなるセラミック抵抗加熱器が、ペデスタル支持プレート５１１の上側面５１１ａの上に配置されており、ペデスタルプレート５１１の上側面５１１ａから延在する複数のピンによって所定の位置に保持されている。カバー５１６が、受動熱分配器５１５の上に配置されている。基板支持ピン５２０ａから５２０ｄは、第２の層５０２の面取りされた面との間で気密を形成する第１の面取りされた表面と、基板包囲リング５４０の対応する面取りされた開孔部に嵌合される第２の面取りされた表面とを有する。以下により詳しく説明されるように、基板支持ピン５２０ａから５２０ｄは、基板５３０が基板取り扱いシステムによって処理されるように基板包囲リング５４０を、従って、基板５３０を第１の層５０１の上側面の上に持ち上げるために用いられる。
【００５８】
図１８は、サセプタ５００の上面図を表している。この実施例では、サセプタ５００は約５０．８ｃｍ（２０インチ）の直径を有する。破線５１０ａは、ペデスタル支持シャフト５１０の頭部の円周を表している。ペデスタル支持プレート５１１の底面の放射状リブ及び支持コラム５１２〜１４もまた破線によって表されている。その他の隠れた構成要素は図面を明瞭にするために図示されていない。
【００５９】
熱分配要素５０３ａから５０３ｆは複数の円筒形ピン５０５ａ１から５０５ｆ２によって所定の位置に保持されており、例えば熱分配要素５０３ａは、ピン５０５ａ１に対応する部分に第１の半円形ノッチ、ピン５０５ａ２に対応する部分に第２の半円形ノッチを各々有する。ピン５０５ａ１から５０５ｆは、第２の層５０２の上側面５０２ａの周縁部に形成されている。各熱分配要素は、対応する円筒形ピンと嵌合する外側の円周のエッジ面に設けられた半円形ノッチを有する。
【００６０】
図１８では、熱分配要素５０３ａから５０３ｆの隣接する熱分配要素のエッジ面の間に小さいギャップ５０６ａから５０６ｆが描かれている。また、基板包囲リング５０４の外側円周エッジ面５４１と、熱分配要素５０３ａから５０３ｆの内側エッジ面との間の小さい円周ギャップ５０７も描かれている。これらの種々のギャップの寸法は、動作温度において熱分配要素が互いに接触し、かつ基板包囲リング５４０と接触するような値に設定されている。即ち、動作温度において、熱分配要素５０３ａから５０３ｆは、加熱された反応ガスの流れが基板５３０の上全体に亘って適切に保持されるように基板５３０の上で加熱された表面を形成する。
【００６１】
基板包囲リング５４０は、切欠き部分を備えた円環状構造を有し、基板包囲リング５４０は図１８に例示されているように文字Ｃと類似した形状を有する。基板包囲リング５４０は、その上に基板５３０が置かれる内側円周エッジ面５４２に隣接して設けられた棚部５４４を有する。基板包囲リング５４０のリム部５４５は棚部５４４の上に延在し、かつ基板５３０の外側円周エッジ面を取り囲む。内側円周エッジ面５４２は面取りされており、かつ基板包囲リングインサート５５０の面取りされた外側円周エッジ面とはめあわされる。以下に詳しく説明されるように、基板包囲リングインサート５５０は、概ね円形であり、かつ棚部５５４と概ね等しい高さを有し、基板５３０の裏側面もまた基板包囲リングインサート５５０の上側面と接するようになっている。加えて、基板包囲リングインサート５５０は、その中心線に沿った外向きに延在する突出部を有する。基板包囲リングインサート５５０のリム部は、基板包囲リング５４０のリム部５４５の切欠き部分を完全に補完し、サセプタ５５０が処理位置に置かれている時、基板５３０の外側円周エッジ面がリム部によって完全に取り囲まれるようになっている。好ましくは、棚部５４４からリム部の頭部までの距離は、基板の厚みのおよそ２倍である。１つの重要な点は、リム部の高さが、処理中に基板の外側エッジがリム部の頭部より低い位置に保たれる様な値に設定されているということである。従って、図１７では基板５３０は見えない位置に配置されている。
【００６２】
基板包囲リング５４０は、基板包囲リング５４０を貫通するリム部５４５に形成された複数の孔５４８Ａから５４８Ｄを含む。孔５４８Ａから５４８Ｄは先細りとなった部分を有し、以下に説明されるように、基板支持ピン５２０Ａから５２０Ｄの第２の先細りとなった面とはめあわされる。サセプタ５００が処理位置から下降された時、先細りとなった端部と反対側の基板支持ピン５２０ａから５２０ｄの端部が、ＲＴＰ反応炉の反応チャンバ内の面と接触し、サセプタ５００が更に下降されると、基板支持ピン５２０ａから５２０ｄによって基板包囲リング５４０が固定位置に留められる。即ち、基板包囲リング５４０と組み合わされた基板５３０は、図１９に示されたようにサセプタ５００の上に保持される。基板包囲リングインサート５５０は第２の層５２０の上に置かれている。即ち、この下降位置では、基板取り扱い手段が基板包囲リングのギャップを通して基板の下側面の下に配置され、基板５３５をＲＴＰ反応炉から移動させることができる。この基板が反応炉から取り除かれた後に、他の基板が基板包囲リング５４０に配置される。
【００６３】
図２０は、本発明のこの実施例における熱分配要素５０３ａから５０３ｆをより詳しく表している。熱分配要素５０３ａから５０３ｆは、シリコンカーバイドでコーティングされているグラファイトからなり、この実施例では、約０．３６ｃｍ（０．１４インチ）の厚さを有する。円形の切欠き部分６０１は、中心線６０２に沿ってサセプタ５００の中心６０１Ｓから距離「ＣＯＦＦ」だけ離れて配置された中心６０１Ｃを有する。この実施例では、円形切欠き部分６０１の中心から中心６０１Ｃからの直径は約３４．３ｃｍ（１３．５インチ）である。距離「ＣＯＦＦ」はこの実施例では約５．７ｃｍ（２．４４インチ）である。
【００６４】
熱分配要素５０３ａ、５０３ｂ及び５０３ｃは、中心線６０２に関して熱分配要素５０３ｆ、５０３ｅ及び５０３ｄと各々線対称の形状を有する。熱分配要素が線対称の形状を有するので、図２０ではノッチ６０１ｂ２から６０１ｅ１の位置のみが示されている。各半円形ノッチは、中心６０１Ｓを通って半径方向に延在する第１の中心線と、熱分配要素の外側円周エッジ面に接しかつ前記第１の中心線と直交する第２の中心線とを有する。各半円形ノッジの半径は約０．７ｃｍ（０．２８インチ）である。
【００６５】
ノッチ６０１ｃ１及び６０１ｄ２の第１の中心線の各々は、中心線６０２との間で角度βをなす。ノッチ６０１ｃ２及び６０ｄ１の第１の中心線は、中心線６０２との間で角度β／２をなす。ノッチ６０１ｂ２及び６０１ｅ１の第１の中心線は、中心線６０２との間で角度１．５×βをなす。この実施例では角度βは４５度である。
【００６６】
ギャップ５０６ａ及び５０６ｂの各々に沿った直線はサセプタ５００の中心６０１Ｓで交差し、この実施例では、各ギャップはおよそ０．２５ｃｍ（０．１インチ）の幅を有する。ギャップ５０６ａは、各々が熱分配要素の外側円周エッジ面から内側円周エッジ面まで延在する熱分配要素５０３ａと５０３ｆの隣接するエッジ面によって形成されている。ギャップ５０６ｂは、各々が熱分配要素の外側円周エッジ面から内側円周エッジ面まで延在する熱分配要素５０３ａと５０３ｂとの隣接するエッジ面によって形成されている。ギャップ５０６ｃは、各々が熱分配要素の外側円周エッジ面から内側円周エッジ面まで延在する熱分配要素５０３ｂと５０３ｃとの隣接するエッジ面によって形成されている。ギャップ５０６ｄは、熱分配要素の外側円周エッジ面から内側円周エッジ面まで延在する熱分配要素５０３ｃと５０３ｄとの隣接するエッジ面によって形成されている。ギャップ５０６ｅは、各々が熱分配要素の外側円周エッジ面から内側円周エッジ面まで延在する熱分配要素５０３ｄと５０３ｅとの隣接するエッジ面によって形成されている。ギャップ５０６ｆは、各々が熱分配要素の外側円周エッジから内側円周エッジ面まで延在する熱分配要素５０３ｅと５０３ｆとの隣接するエッジとによって形成されている。
【００６７】
隣接する２つのギャップの中心線は角度αを画定する。この実施例では角度αは６０度となっている。熱分配要素の数が増加若しくは減少された場合、角度αの熱分配要素の数に応じて変わることは当業者には容易に理解される。更に、この実施例では熱分配要素５０３ａから５０３ｆは、サセプタの中心線に関して対応する熱分配要素と互いに線対称の形状を有するが、他の実施例では、第１の層５０１の様々の構成要素は、その製造及び使用が容易となるような任意の形状を有するものであってよい。構成要素の寸法を選択する重要な条件は、そり、曲がり、亀裂を最小にするような寸法を選択するということである。
【００６８】
図２１は、基板包囲リング５４０のより詳細な上面である。図２２は、切欠き部分７５０を通して眺めた基板包囲リング５４０の端面図である。図２３は基板支持ピン孔を含む基板包囲リング５４０のエッジ部分の拡大図である。この実施例では、基板包囲リング５４０はシリコンカーバイドから形成されている。
【００６９】
図２１では、基板包囲リング５４０は中心７０１Ｃを有する。基板包囲リング５４０が面５０２の上に配置された時、中心５０１Ｃは中心６０１Ｃと重なる。基板包囲リング５４０の内側円周エッジ面５４２は、約２８．８３ｃｍ（１１．３５インチ）の直径を有する。リム部５４５の内側円周エッジ面５４３によって確定される円形部分は、約３０．３５ｃｍ（１１．９５インチ）の直径を有し、Ｒ１は約１．５２ｃｍ（０．６０インチ）となる。
【００７０】
エピタキシャルプロセスにおいて、リム部５４５の内側円周エッジ面５４３の位置が重要である。基板とエッジ面５４３（壁５４３）との間のギャップが大きい場合、スリップが発生する。従って、壁５４３は基板のエッジ部分からの熱の損失を最小にするように基板のエッジ部分にできる限り近づけて配置される。特に、壁５４３の直径は、できる限り基板の直径に近い値に設定され、しかし基板が基板包囲リング５４０内に置かれた時、基板は壁５４３に触れずに棚部５４４にその全体が配置されなければならない。基板のエッジ部分と壁５４３との間のギャップは約０．１３ｃｍ（０．０５インチ）から０．５１ｃｍ（０．２インチ）の範囲にあり、ある実施例では約０．１６ｃｍ（０．０６２５インチ）となっている。同様に、棚部５４４の幅Ｒ１は、基板包囲リング５４０と基板包囲リングインサート５５０との間の境界面の効果を最小にするように設定することができる。内側円周エッジ面５４２は、図２３に示された角度β１によって画定されるように面取りされている。この実施例では角度β１は約１５度となっている。
【００７１】
基板ピン支持孔５４８Ａ〜５４８Ｄはリム部５４５の中心線に沿って配置されている。基板支持ピン孔５４８Ａ及び５４８Ｄは、基板包囲リング５４０の中心線７０２から距離ｄ１だけ離れたところに形成されている。この実施例では距離ｄ１は約１３．９７ｃｍ（５．５インチ）となっている。基板包囲リング５４０の一方の端部７５１からもう一方の端部７５２までの開孔部７５０は、約５．１８ｃｍ（２．０４インチ）の距離を有する。即ち、基板包囲リング５４０は、ギャップ７５０だけ隔てられた第１の端部７５１と第２の端部７５２とを有し、この基板包囲リング５４０は文字Ｃと類似した形状を有する。基板支持ピン孔５４０Ａから５４０Ｄは中心線７０３からおよそ距離ｄ４だけ離れた位置に設けられている。距離ｄ４はこの実施例では約８．１３ｃｍ（３．２インチ）となっている。
【００７２】
基板支持ピン孔５４８Ｂと５４８Ｃは、中心線７０２から距離ｄ２だけ離れかつ中心線７０３から距離ｄ３だけ離れた位置に設けられている。この実施例では距離ｄ２は７．６２ｃｍ（３．０インチ）であり、距離ｄ３は１３．４ｃｍ（５．６３インチ）である。外円周エッジ面５４１の直径は約３３．７８ｃｍ（１３．３インチ）となっている。外円周エッジ面５４１における包囲リングの厚みは、約０．６４ｃｍ（０．２５インチ）であり、内側円周エッジ面５４２での基板包囲リングの厚みは約０．５１ｃｍ（０．２０インチ）となっている。即ち、棚部５４２はリム部５４５の頭部から約０．１３ｃｍ（０．０５インチ）の深さを有し、即ち、壁５４３の高さは図２２の垂直な破線によって表されているように約０．１３ｃｍ（０．０５インチ）となっている。
【００７３】
図２３は基板包囲リング５４０の基板支持ピン孔を表すための切欠き図である。基板支持ピン孔は基板包囲リングのリム部５４５を貫通し、約２０度の角度のβ２を画定するように面取りされている。
【００７４】
図２４は基板包囲リング５４０とはめ合わされる基板包囲リングインサートの５５０の上面図である。図２５は、基板包囲リングインサート５５０の側面図であり、図２６は基板包囲リングインサート５５０の突出部８５０の切欠き図である。
【００７５】
基板包囲リングインサート５５０はその上側面８０１での外側円周部の直径が２８．７ｃｍ（１１．３インチ）であり、その下側面８０２での外側円周の直径が２８．９６ｃｍ（１１．４インチ）であり、これによって基板包囲リング５４０の面取りされた内側円周エッジ面５４２とはめ合わされる。この実施例では、基板包囲リングインサート５５０は厚さ０．５１ｃｍ（０．２インチ）のシリコンカーバイドから形成されている。
【００７６】
突出部８５０は、基板包囲リング５４０の棚部５４４とリム部５４５と類似の形状を有するその中心線８０３に沿った棚部及びリム部を有し、かつ基板包囲リング５４０ギャップ７５０を補完する。図２６は、基板包囲リングインサート５５０を所定の位置に保持するように表面５０２のリップ部とはめ合わされる基板包囲リングインサート５５０のリム部８４５に設けられた溝を表している。
【００７７】
図２７は、サセプタ５００の第２の層５０２の上面図である。図２８は第２の層５０２の側面図である。図２９は基板支持ピン孔９４８Ａから９４８Ｄの側断面図である。図３０はコラム５１２から５１３を受容する第２の層５０２の下側面９１１に設けられた凹部９４９Ａから９４９Ｃを表す側断面図である。
【００７８】
この実施例では、第２の層５０２は透明な（ｃｌｅａｒ）水晶から形成されており、上側面９１０及び下側面９１１は炎洗浄されている。外側円周エッジ面９１２はビードブラストされている。他の実施例では、基板包囲リングの下の部分がビードブラストされていてもよい。この実施例では、層５０２は約５０．８ｃｍ（２０インチ）の直径と、１．１１ｃｍ（０．４３７インチ）の厚さを有する。基板支持ピン孔９４８Ａから９４８Ｄの位置は、図３２に示された基板支持ピン孔１１４８Ａから１１４８Ｄに各々等しい。しかし、第２の層５０２が複数の第１の層５０１と共に用いられる場合、第２の層５０２に取り付けられた各基板包囲リングに対する複数の基板支持ピン孔を有する。
【００７９】
１２個のピン５０５Ａ１から５０５Ｆ２の各々を通る中心線９１４は、この実施例では５０．１７ｃｍ（１９．７５インチ）の直径を有し、基板支持ピン５０５Ａ１から５０５Ｆ２は外側円周エッジ面９１２に隣接して設けられている。各々の基板支持ピンは約０．３６ｃｍ（０．１４インチ）の高さと約０．６１ｃｍ（０．２４インチ）の直径を有する。
【００８０】
第２の層５０２は基板包囲リングインサート５５０のリム部８４５の下側面の対応する凹部と係合するように配置された上側面９１０のリップ部９５１を有する。リップ部９５１は中心線９０２と直交して設けられておりかつ中心線９０２に関して線対称に設けられている。リップ部９５１は中心線９０２に沿って中心線９０３から距離ｄ９だけ離れて配置されており、この実施例では距離ｄ９は約２１．５９ｃｍ（８．５インチ）となっている。
【００８１】
図２９は、基板支持ピン孔９４８Ａから９４８Ｂの各々の側断面図を表している。各々の基板支持ピン孔は下側面９１１において直径ｄ９１を有し、上側面９１０において直径ｄ９２を有する。上側面９１０における基板支持ピン孔の開孔は下側面９１１に向かうに従って先細りとなっており、下側面９１１における開孔は、上側面９１０から距離ｄ９３だけ離れた位置まで直径ｄ９１を有する。サセプタ５００が処理位置にある時、基板支持ピンの対応する先細りの形状を有する部分との間で気密状態が形成されるように、この先細りの形状は正確に選択されている。この実施例では、距離ｄ９１は約０．５１ｃｍ（０．２インチ）であり、距離ｄ９２は約０．７６ｃｍ（０．３インチ）であり、距離ｄ９３は約０．５８ｃｍ（０．２３インチ）であり、角度β９は約３０度である。この実施例では、第２の層５０２は約１１．２ｃｍ（０．４４インチ）の厚さを有し、リップ部９５１は０．０２ｃｍ（０．０８インチ）の高さを有する。図３０では、凹部９４９は０．３２ｃｍ（０．１２５インチ）の深さを有する。
【００８２】
基板支持ピン１０００（図３１）は、基板支持ピン５２０Ａから５２０Ｄの各々を表したものである。基板支持ピン１０００は、その全長が８．２６ｃｍ（３．２５インチ）であり、その直径は、面取りされた部分以外は０．３２ｃｍ（０．１２５インチ）である。円筒形部分１００２に続いて第１の面取りされた部分１００３が設けられており、この面取りされた部分１００３は円筒形部分１００２から離れるに従ってその直径が増加している。第１の面取りされた部分１００３の次に設けられた第２の面取りされた部分１００４は、第１の面取りされた部分から離れるに従ってその直径が減少しその端部において円筒形部分１００２と等しい直径を有する。
【００８３】
図３２は、カバー５１６の上面図である。この実施例では、カバー５１６は炎洗浄された透明な水晶からなり、厚さ０．３３ｃｍ（０．１３１インチ）及び直径５０．８ｃｍ（２０インチ）である。開孔１１０１Ａから１１０１Ｃは直径１．９１ｃｍ（０．７５インチ）であり、基板支持ピン孔１１４８Ａから１１４８Ｄは直径０．９７ｃｍ（０．３８インチ）である。距離ｄ１及びｄ２は、図２に示された対応する距離と等しい。その他の距離はこの実施例では以下の表に表された値となっている。
【００８４】
【表１】

【００８５】
図３３は、グラファイトでコーティングされたシリコンカーバイドから形成された受動熱分配器５１５のより詳細な図である。受動熱分配器５１５は、コラム５１２から５１４に対する開孔部を備えていること以外は熱分配要素と類似の形状を有する。受動熱分配器５１５の開孔の位置は、カバー５１６に設けられた開孔の位置と等しい。円形の開孔部分は直径２１．２１ｃｍ（１１．５インチ）を有する。角度及びギャップの寸法は、図２０の熱分配要素の角度及びギャップの寸法と等しく、熱分配要素に関する説明をここで引用する。
【００８６】
図３４及び図３５は、各々、ペデスタルプレート５１１の上面図と側面図である。コラム５１２から５１４は直径１．６０ｃｍ（０．６３インチ）と高さ０．２４ｃｍ（０．８８インチ）である。基板支持ピン孔１３４８Ａから１３４８Ｄは、他の構成要素に関して説明された位置と等しい位置に設けられている。ペデスタルプレート５１１の上側面１３０１に設けられたピンは、第２の層５０２の外側円周部分に設けられたピンと等しい位置に設けられており、かつ等しい寸法を有する。ペデスタルプレート５１１は炎洗浄された不透明な（ｏｐａｑｕｅ）水晶からなる。
【００８７】
図３６及び図３７は各々ペデスタルシャフト５１０の上面図と側面図である。上側部分１４０１は不透明な水晶から構成されており、一方底部１４０２は透明な水晶から構成されている。
【００８８】
熱分配要素及び基板包囲リングを備えたサセプタ５００は１枚の大型の基板用として構成されている。サセプタ５００は固定されているかまたは回転するように設けられている。同様に、サセプタ５００は一枚の基板ではなく複数の基板を支持するように変形される。図３８では、サセプタ１５００は、複数の基板用に用いられること以外はサセプ５００と等しい基本理念を用いている。
【００８９】
図３８には示されていないが、サセプタ１５００は２つの層を有する。第１の層１５０１は、複数の基板包囲リングと、複数の基板包囲リングの各々に対する基板包囲リングインサートと、複数の熱分配要素１５０３Ａから１５０３Ｅを含む複数の構成要素から形成されている。第１の層１５０１を形成する複数の構成要素は、第２の層１５０２によって支持されている。各々の基板包囲リング及び基板包囲リングインサートは、より小さい寸法の基板を支持するように適した寸法を備えていること以外は上述された対応する基板包囲リング及び基板包囲リングインサートと等しく、これらの構成要素に関する説明はここでは省略する。
【００９０】
第１の層１５０１を形成する複数の構成要素は、グラファイト及びシリコンカーバイドと同様の熱伝達特性及び放射率を有する材料から形成されている。この第１の層１５０１の働きは、第１の層１５０１によって支持されている基板内の温度勾配を最小にすること、及び基板を取り囲む空間の温度を概ね均一に保持して反応ガスがサセプタ１５００によって形成された温度差の影響を受けないようにすることである。同様に、第２の層１５０２を形成する材料は、吸収される熱エネルギーが最小となるよう、即ちこの第２の層１５０２がＲＴＰ反応炉の熱源からの熱をほとんど吸収することなくこの熱を伝達するような材料が選択されている。従って、第２の層１５０２は、実質的な熱的質量を有しないが、この第２の層１５０２によって第１の層１５０１に対する剛性及び支持が提供される。
【００９１】
第１の層１５０１と第２の層１５０２とを組み合わせて用いることにより、第１の層１５０１による低い熱的質量と、基板の近傍の概ね均一な温度分布と、複数の基板を支持するための安定性及び剛性とを備えたサセプタ１５００が達成される。更に、第１の層１５０１の各構成要素は均一な熱的質量の特性を有し、構成要素毎の熱的質量の差によって生ずる温度勾配が発生しないので、薄型の内側プレートとより質量の大きい外側リム部とを備えた一枚の基板のみを支持する従来技術のＲＴＰ反応炉で用いられるサセプタに関する問題点は生じない。
【００９２】
この実施例では、サセプタ１５００は約３６．２ｃｍ（１４．２５インチ）の直径を有する。熱分配要素１５０３Ａから１５０３Ｃは、複数の円筒形ピン１５０５Ａ１から１５０５Ｃ２によって所定の位置に保持されており、例えば、熱分配要素１５０３Ａは円筒形ピン１５０５Ａ１に対応する第１の半円形ノッチと円筒形ピン１５０５Ａに対応する第２の半円形ノッチとを有する。円筒形ピン１５０５Ａ１から１５０５Ｃ２は、第２の層１５０２の上側面１５０２Ａの周縁部分に設けられている。各熱分配要素１５０３Ａから１５０３Ｃは対応する円筒形ピンと嵌合される外側円形エッジ面に設けられた半円形ノッチを有する。熱分配要素１５０３Ｄは、上述された３つの熱分配要素とは異なり、４個のコラムを備えたペデスタルプレートのポストの頭部に嵌合される。
【００９３】
図３８では、小さいギャップ１５０６Ａから１５０６Ｃが各々、熱分配要素１５０３Ａから１５０３Ｃの隣接するエッジ面の間に描かれている。基板包囲リング１５４０Ａから１５４０Ｃの外側円周エッジ面１５４１Ａ〜１５４１Ｃの各々と、熱分配要素１５０３Ａ〜１５０３Ｃの隣接する内側円周エッジ面との間の小型のギャップ１５０７Ａ〜１５０７Ｃもまた図示されている。更に、熱分配要素１５０３Ｄの外側エッジ面と、基板包囲リング１５４０Ａ〜１５４０Ｃの外側円周エッジ面との間の小型のギャップが形成されている。これらのギャップの寸法は動作温度に於て熱分配要素が互いに接触し、かつ基板包囲リング１５４０Ｃと接触するように決定されている。従って、動作温度では、熱分配要素１５０３Ａから１５００Ｄは、複数の基板に対して加熱された表面を形成し、これら複数の基板の上で加熱された反応ガスの流れが適切に保持される。
【００９４】
図３９は、本発明の実施例に用いるペデスタルプレート及びペデスタルシャフトを表す図である。図は、第２の層１５０２を貫通して延在し、その上に熱分配要素１５０３Ｄが取り付けられたコラム１６０１を表している。この特別なコラムが、基板の枚数を変えた場合について、及び基板包囲リングの関連する特徴について考慮されたとき、サセプタ５００のための上述された他の構成要素は、図３８に例示された構成の観点から、サセプタ１５００に用いるために当業者によって容易に変更される。従って、様々な構成要素についての説明は省略される。
【００９５】
本発明の上述された実施例では、基板包囲リングはその上に基板が配置される棚部を有し、基板包囲リングインサートは基板包囲リングの棚部と等しい高さの平坦面を有する。他の実施例では、基板を取り囲むリム部が基板包囲リングインサートに配置されていること以外には、同様の構成が用いられる。図４０は、本発明のこの実施例の上面図である。
【００９６】
図４０において、基板包囲リング１７４０と、基板包囲リングインサート１７５０と、基板包囲リングギャップインサート１７６０のみが描かれかている。これらの構成要素は、サセプタ５００Ａを構成するために、例えば、基板包囲リング５４０と、サセプタ５００の上の基板包囲リングインサート５５０との代わりに用いられている。基板支持ピンの本数の変更によるこの変更及び変形は、サセプタ５００のその他の特徴を変更せずに保持する。同様に、図４０に例示された構成要素はサセプタ１５００に用いることができる。従って、図４０に例示されたこれら３つの構成要素のみについてその特徴を以下により詳しく説明する。
【００９７】
基板包囲リング７４０は、切欠き部分を有する円環状の形状を有し、図４０に表されているようにＣ型の形状を有する。基板包囲リング１７４０は、その内側円周エッジ面１７４２に設けられた複数のリフトタブ１７４５Ａから１７４５Ｃを有する。各リフトタブはこの実施例では概ね長方形の形状を有する。各リフトタブは上面に沿って除去された部分を有し、内側円周エッジ面１７４２から除去されたリフトタブの端部に棚部を形成する。更に、上述されたように、内側円周エッジ面１７４２及び各リフトタブの垂直エッジ面は面取りされており、基板包囲リングインサート１７５０の対応する面取りされた外側円周エッジ面とはめあわされる。
【００９８】
以下により詳しく説明されるように、基板包囲リングインサート１７５０はほぼ円形の形状を有し、かつリフトタブ１７４５Ａから１７４５Ｃの棚部の高さとほぼ等しい高さを有し、基板の裏側面が、基板包囲リングインサート１７５０の上側面と各リフトタブ１７４５Ａから１７４５Ｃとに接する。
【００９９】
基板包囲リングインサート１７５０は、外側円周エッジ面に設けられた複数のノッチを有し、各ノッチは基板包囲リング１７４０の内側円周エッジ面１７４２の対応するリフトタブとはめ合わされる。更に、基板包囲リング１７５０はリム部１７５１を有し、このリム部１７５１は、その上側面１７５０Ａの外側円周部分にノッチが設けられていること以外は、上側面１７５０Ａの外側円周部において基板包囲リング１７４０と等しい高さを有する。
【０１００】
基板包囲リングギャップインサート１７６０は、基板包囲リング１７４０の切欠き部分を補完し、サセプタ５００Ａが処理位置に配置されているとき、基板の外側円周エッジ面がリム部１７５１と基板包囲リング１７４０とによって形成されたリム部によって完全に取り囲まれる。
【０１０１】
基板包囲リング１７４０は、基板包囲リング１７４０を貫通して延在する複数の開孔１７４８Ａから１７４８Ｃを有する。開孔１７４８Ａから１７４８Ｃには上述されたように先細り部分が設けられており、基板支持ピンの第２の先細り部分とはめ合わされる。サセプタ５００Ａが処理位置から下降されたとき、先細り部分が設けられた端部とは反対側の基板支持ピンの端部がＲＴＰ反応炉の反応チャンバ内の表面に接触し、一方サセプタ５００Ａが引き続いて下降されたとき、基板支持ピンは基板包囲リング１７４５を制止した状態に留める。即ち、基板は基板包囲リング１７４０の複数のリフトタブによって支持されており、それにより基板がサセプタ５００Ａの上に保持されることになる。この位置では、基板取り扱い装置が基板の下側面の下に配置され、ＲＴＰ反応炉から基板を取り除く。
【０１０２】
図４１は、基板包囲リング１７４０のこの実施例のより詳細な図面である。上述されたように、基板包囲リングの本体部分は、切欠き部分１８５０を有する円環状部分１８０５からなる。円環状部分１８０５の内側円周エッジ面１７４２は面取りされており、内側円周エッジ面１７４２から円環状部分１８０５の中心１８０１Ｃへ向けて延出する複数のリフトタブを有する。この実施例では、円環状部分１８０５はリフトタブ１７４５Ａから１７４５Ｃによって等しい寸法の３つの部分に区分けされる、即ちリフトタブは１２０度ごとに配置されている。更に、基板支持ピン孔が対応するリフトタブの中心線上の環状部分１８０５に形成されている。各リフトタブの上側面は円環上部分１８０５から最も離れた部分においてその一部が切欠き部分となっており、これによって棚部即ち棚部１８４５Ａから１８４５Ｃが形成されており、これらの棚部は基板を支持する。図４０は、リフトタブ１７４５Ａの上側面に形成された棚部１８４５Ａを備えた各リフトタブ１７４５Ａの拡大図である。
【０１０３】
この実施例では、基板包囲リング１７４０は３個のリフトタブを有し、この３個のリフトタブは内側円周エッジ面に等間隔に設けられている。しかし、リフトタブの個数を変更することは可能であり、リフトタブの間隔は、任意の物理的な必要性及びプロセスの特性の必要性に応じて変更できる。即ち、本発明の実施例は本発明の基本理念を例示提示するものであり、この実施例の特別な特徴への本発明の限定を意図するものではない。
【０１０４】
図４３は、基板包囲リングインサート１７５０のこの実施例のより詳細な図である。上述されたように、基板包囲リングインサート１７５０の本体は上側面１９０２の外側円周部に形成されたリム部１７５１と、面取りされた外側円周エッジ面１９０５に形成された複数のノッチ１９４５Ａから１９４５Ｃとを有する平坦な円筒部からなる。面取りされた外側円周エッジ面１９０５は、ノッチ１９４５Ａから１９４５Ｃによって３つの等しい寸法の部分に区分され、即ちノッチは１２０度の間隔で配置されている。各ノッチは、基板包囲リング１７４０のリフトタブがノッチ内に配置されたとき、即ちノッチがリフトタブとはめ合わされたとき、連続した基板支持面と基板包囲リム部とが形成されるように形成されている。
【０１０５】
図４４は基板包囲リングインサート１７５０の外側円周エッジ面１９０５の拡大断面図であり、リム部１７５１と基板を支持する表面１８０２をより明瞭に表している。リフトタブの棚部は、表面１８０２と等しい高さを有し、リフトタブの上側面は、基板包囲リングインサート１７５０のノッチとはめ合わされてリム部１７５１を補完する。
【０１０６】
図４５から図４７は基板包囲リングギャップインサート１７６０の上面図と断面図とを各々表している。基板包囲リングギャップインサート１７６０の内側エッジ面２００１は基板包囲リングインサート１７５０とはめ合わされるように面取りされている。同様に端部エッジ面２００２及び２００３は基板包囲リング１７４０の面取りされた端部とはめ合わされるように面取りされている。更に、基板包囲リングギャップインサート１７６０は、その裏側面にノッチ２００５が形成されており、上述されたようにサセプタの第２の層のリップ部９５１と係合する。
【０１０７】
これまで２つの層からなるサセプタの様々な実施例が説明されてきた。これらの様々な実施例は本発明の基本理念を例示するためのものであり、これまで記載された特定の特徴及び寸法に本発明を限定することを意図するものではない。例えば、１つの基板包囲リング若しくは複数の基板包囲リングと、第１の層を形成する熱分配要素と、基板を支持するための第２の層とを備えた２つの層からなるサセプタを、固定された長方形若しくはその他の形状のサセプタとして用いることができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＲＴＰ反応炉においてスループットを向上させる熱的質量を有すると共に、１枚の大型の半導体ウェハ若しくは複数の半導体ウェハを支持することのできる安定性及び剛性を備えたサセプタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 その内部にサセプタが配置された、水平型反応炉として知られている従来技術の反応炉の簡略化された断面図。
【図２】 その内部に反応炉を画定するベルジャーの内部にサセプタが懸架された、シリンダ型反応炉として知られている他の形式の従来技術の反応炉の簡略化された斜視図。
【図３】 その内部に垂直方向に関して固定されたサセプタが反応炉を画定するベルジャーの底部から支持された、縦型反応炉として知られている更に他の形式の従来の化学蒸着反応炉の簡略化された断面図。
【図４】 従来技術のサセプタを表す図。
【図５】 ＲＴＰ炉において用いられる従来技術の他の形式のサセプタを表す図。
【図６】 ＲＴＰ炉において用いられる更に他の形式の従来技術のサセプタを表す図。
【図７】 本発明のある実施例に基づくサセプタのポケット部内に配置されたウェハ包囲リング、スピンドル、及びウェハの平面図。
【図８】 本発明のある実施例に基づくサセプタのポケット部内に配置されたウェハ包囲リング、スピンドル、及びウェハの側面図。
【図９】 本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット部内に配置されたウェハ包囲リング、サセプタインサート、スピンドル、及びウェハの断面図。
【図１０】 本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット部内に配置されたウェハ包囲リング、スピンドル、及びウェハの断面図。
【図１１】 本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット部内に配置されたウェハ包囲リング、サセプタインサート、スピンドル、及びウェハの断面図。
【図１２】 本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット部内に配置されたウェハ包囲リング、及びウェハの断面図。
【図１３】 本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット部内に配置されたサセプタインサート、ウェハ包囲リング、及びウェハの断面図。
【図１４】 本発明のある実施例に基づくウェハ包囲リングのＣ型部分の平面図。
【図１５】 本発明のある実施例に基づくウェハ包囲リングのＣ型部分の側断面図。
【図１６】 Ｃ型部分とはめ合い部分とを含む本発明の他の実施例に基づくウェハ包囲リングの平面図。
【図１７】 処理位置における本発明の基本理念に基づく２つの層からなるＲＴＰ反応炉用サセプタを表す図。
【図１８】 図１７に例示されたサセプタの上面図。
【図１９】 上昇位置における半導体基板及び半導体基板包囲リングを含む本発明の基本理念に基づく２つの層からなるＲＴＰ反応炉用サセプタを表す図。
【図２０】 本発明に基づくサセプタの第１の層の複数の熱分配要素の上面図であり、本発明のこの実施例における各熱分配要素の形状及び相互の位置を例示する図。
【図２１】 ウェハ包囲リングのある実施例をより詳細に表した上面図。
【図２２】 切り欠き部分を通して眺めた図２１のウェハ包囲リングの端面図。
【図２３】 本発明の基本理念に基づく基板支持ピン孔を含む基板包囲リングのエッジ部分の拡大図。
【図２４】 図２１に例示されたウェハ包囲リングとはめ合わされるウェハ包囲リングインサートの上面図。
【図２５】 図２４に例示されたウェハ包囲リングインサートの側面図。
【図２６】 図２４及び図２５に例示されたウェハ包囲リングインサートの突出部の断面図。
【図２７】 本発明のサセプタの第２の層の上面図。
【図２８】 図２７に例示された第２の層の側面図。
【図２９】 サセプタの第２の層の基板支持ピン孔の側断面図。
【図３０】 サセプタの第２の層の円筒形凹部の側断面図。
【図３１】 本発明の２つの層からなるサセプタに用いられる基板支持ピンを表す図。
【図３２】 本発明の２つの層からなるサセプタのある実施例で用いられる受動熱分配器用のカバーの上面図。
【図３３】 本発明の２つの層からなるサセプタのある実施例で用いられる受動熱分配器のより詳細な上面図。
【図３４】 本発明の２つの層からなるサセプタのある実施例で用いられるペデスタルプレートの上面図。
【図３５】 本発明の２つの層からなるサセプタのある実施例で用いられるペデスタルプレートの側面図。
【図３６】 本発明の２つの層からなるサセプタのある実施例で用いられるペデスタルシャフトの上面図。
【図３７】 本発明の２つの層からなるサセプタのある実施例で用いられるペデスタルプレートの側断面図。
【図３８】 複数の半導体基板を支持する本発明の基本理念に基づく２つの層からなるサセプタの上面図。
【図３９】 図３８の２つの層からなるサセプタに用いられるために適したペデスタルプレートとペデスタルシャフトを表す図。
【図４０】 本発明の２つの層からなるサセプタで用いられる基板包囲リング、基板包囲リングインサート、及び基板包囲リングギャップインサートのある実施例の上面図。
【図４１】 図４０に例示された基板包囲リングのより詳細な上面図。
【図４２】 図４０に例示された基板支持リングのリフトタブの拡大図。
【図４３】 図４０に例示された基板包囲リングインサートのより詳細な上面図。
【図４４】 図４０に例示された基板包囲リングインサートの拡大断面図。
【図４５】 図４０に例示された基板包囲リングギャップインサートの上面図。
【図４６】 図４０に例示された基板包囲リングギャップインサートの断面図。
【図４７】 図４０に例示された基板包囲リングギャップインサートの断面図。
【符号の説明】
１００ 従来技術の反応炉
１０１ サセプタ
１０１ａ サセプタ１０１の表面
１０２ 水平な円筒部
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ 半導体ウェハ
１０４ 熱源
１０５ 反応ガス
１１０ 従来の反応炉
１１１ サセプタ
１１１ａ サセプタ１１１の側面
１１２ ベルジャー
１１３ 半導体ウェハ
１１４ 熱源
１１５ 吸気口
１２０ 従来の真空蒸着反応炉
１２１ サセプタ
１２１ａ サセプタ１２１の表面
１２２ ベルジャー
１２３ 半導体ウェハ
１２５ サセプタ支持部
２１３ サセプタ
２１４ 半導体ウェハ
３００ 第１のサセプタ
３０４ 凹部
３０２ 上側面
３０３ 側壁
３１０ 第２のサセプタ
３１２ 上側面
３１３ 側壁
３１４ 中空の環状部分
３１５ 内側のリム部
３１６ 外側のリム部
３１７ 凹部
３２０ 内側の側壁
４００ サセプタ
４０１ ウェハ包囲リング
４０１ａ ウェハ４０４の上側面
４０１ｂ ウェハ包囲リング４０１の厚み
４０１ｃ ウェハ包囲リングの幅
４０１ｄ ウェハ包囲リング４０１の環状上側面
４０１ｅ ウェハ裏側接触面
４０１ｆ ウェハエッジ接触面
４０２ スピンドル
４０２ａ ウェハ裏側接触面
４０３ サセプタ４００のポケット
４０４ ウエハ
４０４ａ ウェハの上側面
４１７ サセプタインサート
４２１ｃ ウェハ包囲リング４２１の内側エッジ面
４２１ｄ ウェハ包囲リング４２１の外側エッジ面
４２２ａ スピンドル４２２の裏側接触面
４３７ サセプタインサート
４４１ ウェハ包囲リング
４４１ａ ウェハ裏側接触面
４４１ｂ ウェハエッジ接触面
４４１ｃ ウェハ包囲リング４４１の上側面
４５１ ウェハ包囲リング
４５１ａ ウェハ裏側接触面
４５１ｂ ウェハエッジ接触面
４５１ｃ ウェハ包囲リング４５１の上側面
４５７ サセプタインサート
４９５ ウェハ包囲リングのＣ型部分
４９５ａ〜４９５ｄ 凹部
４９５ｅ Ｃ型部分４９５のサセプタ接触面
４９５ｆ ウェハ裏側接触面
４９５ｈ 内側エッジ面
４９５ｇ 上側面
４９５ｉ 外側エッジ面
４９７ ウェハ包囲リング
４９８ Ｃ型部分
４９９ めあい部分
４９８ａ Ｃ型部分のリム部
４９８ｂ Ｃ型部分のフロア部
４９９ａ はめあい部分のリム部
４９９ｂ はめあい部分のフロア部
５００ サセプタ
５０１ サセプタの第１の層
５０２ サセプタの第２の層
５０３Ａ〜５０３Ｆ 熱分配要素
５０４ ウェハ包囲リング
５０５Ａ１、５０５Ａ２〜５０５Ｆ１、５０５Ｆ２ ピン
５０６Ａ〜５０６Ｆ ギャップ
５０７ 円周ギャップ
５１０ ペデスタルシャフト
５１０Ａ ペデスタルシャフトの輪郭
５１１ ペデスタルプレート
５１２〜５１４ コラム
５１５ 受動熱分配器
５１６ カバー
５２０Ａ〜５２０Ｄ 基板支持ピン
５３０ 基板
５４１ 基板包囲リング５０４の外側円周エッジ面
５４２ 内側円周エッジ面
５４３ リム部５４５の内側円周エッジ面
５４４ 棚部
５４５ リム部
５４８Ａ〜５４８Ｄ 孔
５５０ インサート
６０１ 円形の切欠き部分
６０１Ａ１、６０１Ｂ１〜６０１Ｆ１、６０１Ｆ２ 熱分配要素のノッチ
６０１Ｃ 円形の切欠き部分６０１の中心
６０１Ｓ 熱分配要素全体の中心
７５０ 基板包囲リング５４０の切欠き部分
７５１、７５２ 基板包囲リング５４０の端部
８５０ 基板包囲リングインサート５５０の突出部
８４５ 基板包囲リングインサート５５０のリム部
８０１ 基板包囲リングインサート５５０の上側面
８０２ 基板包囲リングインサート５５０の下側面
９１０ 第２の層５０２の上側面
９１１ 第２の層５０２の下側面
９１２ 外側円周エッジ面
９１４ 中心線
９４８ 基板支持ピン孔
９４８Ａ〜９４８Ｄ 基板支持ピン孔
９４９ サセプタの第２の層の凹部
９４９Ａ〜９４９Ｃ サセプタの第２の層の凹部
９５１ リップ部
１０００ 基板支持ピン
１００２ 基板支持ピンの本体部分
１００３ 基板支持ピンの面取りされた部分
１００４ 基板支持ピンの面取りされた部分
１１０１Ａ〜１００１Ｃ 開孔
１１４８Ａ〜１１４８Ｄ 基板支持ピン孔
１３０１ ペデスタルプレート５１１の上側面
１３４８Ａ〜１３４８Ｄ 基板支持ピン孔
１４０１ ペデスタルシャフト５１０の上側部分
１４０２ ペデスタルシャフト５１０の下側部分
１５０３Ａ〜１５０３Ｄ 熱分配要素
１５０５Ａ１、１５０５Ａ２〜１５０５Ｃ１、１５０５Ｃ２ 円筒形ピン
１５０６Ａ〜１５０６Ｃ ギャップ
１５０７Ａ〜１５０７Ｃ ギャップ
１５４０Ａ〜１５０４Ｃ 基板包囲リング
１５４１Ａ〜１５４１Ｃ 基板包囲リングの外側円周エッジ面
１６０１ コラム
１７４０ ウェハ包囲リング
１７４２ 基板包囲リングの内側円周エッジ面
１７４５Ａ〜１７４５Ｃ リフトタブ
１７４８Ａ〜１７４８Ｃ 開孔
１７５０ ウェハ包囲リングインサート
１７５１ ウェハ包囲リングインサート１７５０のリム部
１７５１Ａ ウェハ包囲リング１７５０の上側面
１７６０ ウェハ包囲リングギャップインサート
１８０１Ｃ 円環状部分１８０５の中心
１８０２ 表面
１８０５ 円環状部分
１８４５Ａ〜１８４５Ｃ 棚部
１８５０ 切欠き部分
１９０２ ウェハ包囲リングインサート１７５０の上側面
１９０５ ウェハ包囲リングインサート１７５０の外側円周エッジ面
１９４５Ａ〜１９４５Ｃ ノッチ
２００１ 基板包囲リングギャップインサート１７６０の内側エッジ面
２００２ 基板包囲リングギャップインサート１７６０の端部エッジ面
２００３ 基板包囲リングギャップインサート１７６０の端部エッジ面
２００５ ノッチ

Claims (15)

1. ＲＴＰ炉のサセプタであって、
   基板包囲リングと、前記基板包囲リングの周りに隣接して配置された複数の熱分配要素とからなる複数の構成要素を有する第１の層と、
   第１の表面と前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する第２の層とを有し、
   前記第１の層の前記複数の構成要素が、前記第２の層が前記第１の層を支持するように前記第２の層の前記第１の表面の上に配置され、
   第１のギャップが前記熱分配要素の隣接するエッジ面の間に形成され、第２のギャップが前記熱分配要素のエッジ面と前記基板包囲リングの外側円周エッジ面との間に形成されるように、前記複数の熱分配要素が前記基板包囲リングの周りに前記包囲リングと隣接して配置され、これら第１及び第２のギャップの寸法は、動作温度において前記熱分配要素が互いに接触し、かつ前記基板包囲リングと接触するように設定されていることを特徴とするＲＴＰ炉のサセプタ。
2. 前記第２の層が、前記第１の層と比較して熱的質量が小さいことにより、前記サセプタの熱的質量が前記第１の層の特性のみによって決定されることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
3. 前記複数の構成要素が、前記基板包囲リングの内側円周エッジ面に隣接する円周エッジ面を備えた基板包囲リングインサートを更に有することを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
4. 前記基板包囲リングインサートを変位させずに前記基板包囲リングが前記基板包囲リングインサートから持ち上げられるように、前記基板包囲リングインサートの前記円周エッジ面と前記基板包囲リングの前記内側円周エッジ面とが面取りされたことを特徴とする請求項３に記載のサセプタ。
5. 前記基板包囲リングが、前記基板包囲リングに配置された基板を支持するための、前記基板包囲リングの前記内側円周エッジ面から前記基板包囲リングの外側円周エッジ面に向けて所定の長さに亘って延在するように前記内側円周エッジ面の周りに設けられた棚部を更に有することを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
6. 前記基板包囲リングが、前記基板包囲リングの前記外側円周エッジ面に沿ったリム部を更に有し、
   前記リム部の内側円周エッジ面と前記棚部との交差部分が前記棚部の外側エッジを画定し、前記リム部の前記内側円周エッジ面が前記棚部から前記リム部の頭部まで延在する壁を形成することを特徴とする請求項５に記載のサセプタ。
7. 前記基板包囲リングがギャップによって互いに隔てられた第１の端部と第２の端部とを含み、前記基板包囲リングがＣ字形をなすことを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
8. 前記複数の構成要素が前記基板包囲リングの内側円周エッジ面に隣接した円周エッジ面を備えた基板包囲リングインサートを更に有することを特徴とする請求項７に記載のサセプタ。
9. 前記基板包囲リングインサートを変位させずに前記基板包囲リングが前記基板包囲リングインサートから持ち上げられるように、前記基板包囲リングインサートの円周エッジ面と前記基板包囲リングの前記内側円周エッジ面とが面取りされたことを特徴とする請求項８に記載のサセプタ。
10. 前記基板包囲リングが、前記基板包囲リング内に配置された基板を支持するための、前記基板包囲リングの前記内側円周エッジ面から前記基板包囲リングの外側円周エッジ面に向かって所定の距離に亘って延在し前記基板包囲リングの前記内側円周エッジ面に沿って設けられた棚部を更に有することを特徴とする請求項７に記載のサセプタ。
11. 前記基板包囲リングが、前記基板包囲リングの前記外側円周エッジ面に沿って設けられたリム部を更に有し、
    前記リム部の内側円周エッジ面と前記棚部との交差部分が前記棚部の外側エッジを画定し、前記内側円周エッジ面が前記棚部から前記リム部の頭部まで延在する壁を画定することを特徴とする請求項１０に記載のサセプタ。
12. 前記基板包囲リングインサートが、棚部と、前記基板包囲リングの前記ギャップ内に嵌合されるリム部とを備えた突出部を更に有することを特徴とする請求項１１に記載のサセプタ。
13. 前記基板包囲リングが、前記基板包囲リングの前記内側円周エッジ面から延出する複数のリフトタブを更に有することを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
14. 前記複数の熱分配要素の各々が外側円周エッジ面に設けられたノッチを有することを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
15. 前記第２の層が、前記第２の層の表面から延出しかつ前記第２の層の外側円周エッジ面に隣接して配置された複数のピンを更に有し、
    前記熱分配要素の前記ノッチが前記複数のピンの対応するピンと嵌合されることを特徴とする請求項１４に記載のサセプタ。

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