JP4705244B2 - 急速熱処理（ｒｔｐ）システムのためのガス駆動式回転サセプタ及び急速熱処理する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本発明は、急速熱処理（ＲＴＰ）システムにおいて対象物をより均一に加熱するためのシステム、装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、このようなシステムにおいて処理される半導体ウェハを回転させるための便利かつ高価でない方法を開示する。
【０００２】
発明の背景
ＲＴＰの分野が直面する主たる問題は、ＲＴＰシステムにおいて処理される半導体ウェハの加熱の均一性であった。ＲＴＰシステムは、通常、ランプ等の放射源からの放射に対して透明な少なくとも１つの壁部を備えたチャンバを有している。処理したい対象物は、チャンバ内に配置され、対象物が加熱されるように放射源からの放射によって照射される。対象物が処理中に配置される雰囲気をシステムが制御するならば、透明な壁部を備えたチャンバはシステムにおいて必ずしも必要ではない。したがって、介在する窓を設けずにランプを対象物の近辺に配置することができる。照明放射の均一性を高めるために各ランプの個々の制御を行うランプのバッテリを使用することにおいて著しい進歩が達成された。しかしながら、結果的に形成される材料の均一性は、産業からの現在及び将来の要求に対し不十分である。
【０００３】
このようなシステムにおける結果の均一性を高める１つの方法は、ランプの下で基板を回転させることである。この回転を行うために多くの従来のシステムが出版された。しかしながら、これらの多くのシステムは、概して、半導体ウェハの一方の側において１列のランプのみを使用した。つまり、ウェハの他方の側は、ウェハをランプに対して機械的に回転させるためにチャンバ壁部を貫通した様々なシャフトのために使用することができる。従来の技術は、システムが高価であり、シールすることが困難であるという点で不十分である。従来のシステムにおいては、相対的に移動する部材から掻き取られた汚染物がチャンバを汚染する。従来のシステムは、ウェハの両側における光の列と共に使用することはできない。なぜならば、シャフト、ウェハを保持する回転するベース、シャフトをチャンバブロックに対して回転させるために必要な取付具又はその他のものが、ウェハの、シャフトと同じ側における列からの光を妨害し、ウェハに衝突する結果的に生じる光は、もはや均一ではないからである。
【０００４】
関連する応用例
ＲＴＰ原理に基づくリアクタは、ウェハ取扱い処理中に、反応装置チャンバの一方の端部の横断面全体が開放している。この構造は、ウェハよりも著しく大きな寸法を有しかつより厚い様々なウェハホルダ、保護リング及びガス分配プレートをチャンバ内に導入しなければならず、プロセスが変更される場合又は例えば別のウェハサイズが使用される場合に容易かつ迅速に変更されなければならない。反応チャンバの寸法はこれらの補助的な部材を考慮して設計される。米国特許第５５８０８３０号明細書は、プロセスチャンバにおいてガス流を調節しかつ不純物を制御するために、ガス流の重要性及び、ドアに設けられた開口の使用を教示している。極めて広いスペクトル反応の高温計を使用してウェハの温度を測定することの重要性は、米国特許第５６２８５６４号明細書に教示されている。改良された温度制御のための方法及び装置が米国特許第５８４１１１０号明細書に教示されている。
【０００５】
慣用のＲＴＰシステムにおいて加熱したいウェハは、通常、複数の石英ピンに載置されており、これらの石英ピンは、ウェハをシステムの反射壁部に対して正確に平行に保持する。従来のシステムは、ウェハ、通常均一なシリコンウェハを、装備されたサセプタに載置させている。特許出願番号第０８／５３７４０９号、現在は米国特許第５８４１１１０号明細書は、ウェハから分離されたサセプタプレートの重要性を教示している。ＩＩＩ−ＩＶ半導体の急速熱処理は、シリコンのＲＴＰほどは成功していない。その１つの理由は、表面が、例えば砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の場合においては砒素の比較的高い蒸気圧を有しているからである。表面領域からＡｓが消耗され、材料品質が低下する。特許出願第０８／６３１２６５号、現在は米国特許第５８３７５５５号明細書は、この問題を解決するための方法及び装置を供給する。ウェハを光のパルスで局所的に加熱することによって、軽度にドーピングされた比較的低温のウェハの放射率を高める方法が、出願番号第０８／６３２３６４号、現在は米国特許第５７２７０１７号明細書に開示されている。
【０００６】
ＲＴＰシステムのための膨張可能なシールが、アシュナー他による１９９７年７月１７日に出願された、同時係属中の許可された出願番号第０８／８９５６５５号明細書に開示されている。
【０００７】
対象物を急速熱処理するための方法、装置及びシステムが、ラーチ他による１９９７年１０月１７日に出願された、同時係属中の出願番号第０８／８８６２１５号明細書に開示されている。
【０００８】
酸化物又は半導体のエッチングを制御するために少量の反応性ガスが使用されるような、基板のＲＴＰの方法が、１９９７年７月１日に出願されたネニェイ他による同時係属出願第０８／８８６２１５号明細書に開示されている。
【０００９】
シリコンの蒸発が制御される、基板のＲＴＰの方法は、１９９８年１月２９日に出願されたマーカス他により同時係属出願第０９／０１５４４１号明細書に開示されている。
【００１０】
ＲＴＰシステムにおいてウェハを回転させる方法が、それぞれ１９９７年１０月２９日と１９９７年１１月２４日とに出願されたブラーシュ他とアシュナー他とによる出願番号第０８／９６０１５０号明細書及び第０８／９７７０１９号明細書に開示されている。
【００１１】
上に示された出願は、本発明の譲受人に譲渡され、引用によりここに組み込まれる。
【００１２】
発明の概要
本発明によれば、ＲＴＰシステムにおいて処理したい対象物は、回転するサセプタ上に配置されており、このサセプタは、高温の対象物からの放射からのサセプタの不均一な加熱による反りを防止されている。
【００１３】
図面の簡単な説明
図１は、従来のＲＴＰ処理システムを示している。
【００１４】
図２は、ウェハ１１０を保持した回転するベース若しくはサセプタ２１０を示している。
【００１５】
図３は、本発明の択一的な実施例を示している。
【００１６】
図４は、本発明の最も有利な実施例の縦断面を示している。
【００１７】
図５は、本発明の択一的な実施例を示している。
【００１８】
図６は、本発明の択一的な実施例を示している。
【００１９】
図７は、本発明の最も有利な実施例の改良されたバージョンの分解図を示している。
【００２０】
図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは、本発明の最も有利な実施例の詳細な図を示している。
【００２１】
発明の詳細な説明
図１は、従来のＲＴＰ処理システムを示している。処理したい半導体ウェハ１１０又はその他の対象物が、石英製のＲＴＰチャンバ１２０内において石英製の支持ピン１６０（１つのみ図示）によって支持されている。ウェハ１１０の縁部からの放射のエッジ効果を低減するために保護リング１７０が使用されている。端部プレート１９０はチャンバ１２０をシールしており、ドア１８０はウェハ１１０の進入を可能にし、閉鎖されている場合には、チャンバがシールされ、プロセスガス１２５がチャンバ内へ導入される。２列の放射源１３０及び１４０がウェハ１１０の両側に示されている。この分野において知られるようなコンピュータ１７５又はその他の制御手段が、ランプ１３０及び１４０を制御するために、及びガス流制御装置１８５、ドア１８０及びここでは高温計１６５として示された温度測定システムを制御するために使用される。ガス流は、ウェハと反応しない不活性ガスであっても、半導体ウェハ上に層を形成するために半導体ウェハの材料と反応する酸素又は窒素等の反応性ガスであってもよく、ガス流は、対象物の表面からいかなる材料も消費することなしに、加熱された表面上に層を形成するために、処理される対象物の加熱された表面において反応する珪素化合物を含有するガスであってよい。ガス流が表面上に層を形成するために反応する場合、そのプロセスは、急速熱的化学蒸着法（ＲＴ−ＣＶＤ）と呼ばれる。電流は、ＲＴＰシステム内の雰囲気中に流されてよく、これにより、表面と又は表面において反応するイオンを発生し、表面に高エネルギーイオンを衝突させることにより表面に余分なエネルギを付与する。
【００２２】
図２は、ウェハ１１０を保持する回転するベース又はサセプタ２１０を示している。ガス流によって駆動されるこのような回転するベースは、１９９７年１１月２４日に出願されたアシュナー他による特許出願第０８／９７７０１９号明細書に詳細に記載されている。ベース２１０は空気軸受２２０によって支持されている。回転するベースに衝突するガス流２３０は、ベースを軸線２４０を中心に回転させる。ベース２１０をセンタリングするための手段は図２に示されていない。特許出願第０８／９７７０１９号明細書に説明された装置が、ウェハ１１０を高温にまで比較的長時間加熱するために使用されるならば、高温のウェハ１１０からの赤外線放射が、ランプ１４０からの放射に対して透明な石英又はその他の材料から形成されたベースによって部分的に吸収され、ベースの反りを生ぜしめ、これにより、ベースの平らな表面は空気軸受２２０に載置されなければならず、回転が停止してしまう。本発明は、このような反りを回避するための装置及び方法を詳説する。
【００２３】
吸収及び反りを回避する１つのこのような方法が図２に示されており、この場合、層２５０がベース２１０の一部に堆積されて示されている。層２５０は、ウェハからの赤外線放射を反射する反射性の層であってよいが、ランプ１４０からの可視光線及び近赤外線は透過させる。このような反射性の層は、図示したようにベース上で均一であっても、ベースに衝突する、ウェハからの赤外線放射の不均一性を打ち消すために不均一に提供されていてもよい。層２５０は、ウェハ１１０からの不均一な放射を打ち消すようなパターンで放射を吸収する吸収層であってもよい。本発明の別の有利な実施例は、ベース２１０の石英ガラスに、ウェハからの放射を吸収する原子又は分子をドーピングすることであり、これにより、分子又は原子の濃度の半径方向勾配が提供され、有利にはこの濃度はベース２１０の内部から外部に向かって増大している。ベースが主に中央領域において不均一に照射されるとしても、ドーピングは、ベース２１０のより均一な半径方向温度プロフィルを生ぜしめる。ベース２１０のより均一な半径方向温度分布により、ウェハ及びベースの湾曲が回避される。
【００２４】
図３は、ウェハ１１０からの赤外放射がベース２１０を加熱して反らせることを阻止するための択一的な実施例を示している。プレート３１０がウェハ１１０とベース２１０との間に配置されており、このプレート３１０は、ウェハ１１０からの放射を吸収し、赤外放射がベース２１０を加熱することを阻止する。プレート３１０は石英から形成されていると有利であり、これにより、ランプ１４０からの加熱放射が透過され、その際には、ウェハ１１０からのより長い波長の放射が吸収される。プレート３１０及びベース２１０の温度分布を制御するためにプレート３１０は反射性又は吸収性の層でコーティングされていてもよい。別の解決手段は、ウェハからの放射を吸収する分子又は原子の濃度の半径方向勾配、有利にはプレート３１０の内部から外部にまで増大する濃度を得るために、プレート３１０の石英ガラスに原子又は分子をドーピングすることである。サセプタが主として中央領域において不均一に照射されるとしても、ドーピングはサセプタ３１０のより均一な半径方向温度プロフィルを生ぜしめるであろう。プレート３１０のより均一な半径方向温度分布によりウェハの湾曲が回避される。プレート３１０の直径はウェハ１１０の直径とほぼ同じであると有利である。
【００２５】
図４は、本発明の最も有利な実施例の断面図を示している。本発明の回転するベース４１０は、空気軸受２２０によって支持されたリングである。リングは、複数の箇所４３０において支持されたプレート４２０を支持している。プレート４２０は、支持のための複数の突起４４０を有するように示されている（１つの突起のみが図示されている）。この場合、プレート４２０がウェハ１１０からの放射によって加熱されると、プレートはベース４１０のリング内で膨張し、ウェハ１１０からの比較的少ない放射を受け取るベース４１０は、反りかつ空気軸受２２０に載置されるという問題を生じるほどの応力を受けない。突起４４０はプレート４１０に装着されて示されているが、このような突起は、同様にプレート４２０を底部から支持するためにベース４１０に装着されることができる。この場合にも、ベース４１０及びプレート４２０を軸線２４０を中心に回転させるセンタリングポスト又はもどり止装置は示されていない。
【００２６】
図４は、ベース４１０の角度位置を決定する方法をも示している。光ビーム４５０がベース４１０を通過し、検出器４６０によって検出される。ベース４１０上には特徴的部分４７０が配置されており、この特徴的部分４７０は、光ビームを変化させ、ひいては検出器４６０によって検出されてよい。有利な特徴的部分はサンドブラストされた特徴的部分であり、これらの特徴的部分は、光ビーム４５０を散乱させるが、それ以外にはランプ１４０からの放射を妨害しない。最も有利な特徴は、レーザからの光を中断させるようにサンドブラストされた、特許出願第０８／９７７０１９号に示された歯である。便宜上、ベースの円周に沿って等間隔に配置された３６０個の歯が設けられている。余分な基準信号を発生させるために３６０個の歯のうちの２つの歯の間に余分な歯が付加的に挿入されて使用される。別の有利な特徴的部分は、吸収性の特徴的部分又は反射性の特徴的部分であってよい。特徴的部分４７０は、磁気的な特徴的部分であってもよく、この特徴的部分は、光学的検出器の代わりに磁気的な検出器によって検出されてよい。
【００２７】
プレート４２０がベース４１０に対して回転することを阻止するために、プレート４２０から突出した歯がベース４１０に設けられたもどり止に嵌合することにより、又は突起４４０がベース４１０に設けられたもどり止に係合することにより、又は当業者に対して明らかであろうあらゆる適切な組合せ又は別の手段により、プレート４２０がベース４１０に係合してよい。
【００２８】
リング４１０及びプレート４２０の非平衡を回避するために、突起４４０ピン１６０を保持するためのピン保持手段、ベース４１０に設けられたもどり止、プレート４１０の余分な歯等の装置の特徴的部分が、装置全体を平衡させるための適切な形式で配置されている。
【００２９】
本発明の択一的な実施例が図５に示されている。リングの形式のベース５１０が、複数のロッド５３０によってプレート５２０に結合されている。ロッド５３０は十分に弾性的であり、これにより、プレート５２０がウェハからの放射によって加熱された場合にベース５１０にほとんど応力が加えられないことを保証している。
【００３０】
本発明の択一的な実施例が図６に示されている。ベース６１０は、プレートに形成された一連のスロット状切欠き６４０を有しており、これにより、応力が内部６２０から外部６３０へ伝達されないことを保証する。
【００３１】
図２、図５及び図６に示された実施例の利点は、回転可能な基板の歪みが極端に減じられるということである。なぜならば、回転するシステムの内部が外部から機械的に切断されているからであるが、外部は、空気軸受の機能に関して、回転手段の重要な部分である。その結果、回転するシステムの直径が大きい場合又はウェハと回転手段の内部との温度が極めて高い場合にさえも、外部の軸受面は、空気軸受の表面に対して極めて平行のままである。
【００３２】
図７は、本発明の最も有利な実施例の改良されたバージョンの分解図を示している。ガスをガス軸受２２０に供給するために、下部石英プレート７０１はガスライン７０２を有している。サファイアから形成されていると有利である中央の軸受７０３は、装置をプレート７０１に対してセンタリングするために働く。図４のベース４１０及びプレート４２０が、空気軸受に載置されており、外部チューブ（図示せず）から吹き付けられるガスによって回転させられる。一連の光学素子７０７〜７１６が示されており、これらの光学素子は、ウェハ１１０からの赤外放射を制御する。素子７０７は、ウェハ１１０を支持するためのピン１６０を保持する中空の円筒体である。付加的な保持手段７０８は、７１０及び７１１等のセグメントから成るリングを保持する。保持手段７０８及びリングセグメント７１０及び７１１は回転しないが、プレート７０１によって保持されている。リングセグメント７１０及び７１１は石英から形成されていると有利であり、ウェハ１１０、特に保護リング７１４，７１５及び７１２から反射及び放射される放射から、回転するベース４１０を遮へいしている。リング７１４，７１５及び７１２はセグメントから形成されて示されている。リング７１０及び７１１及び保護リング７１４，７１５及び７１２は、コスト上の理由から、及び１つのセグメントが損壊した場合における容易な交換のために、セグメントから形成されている。しかしながら、これらのリングは、１つの材料片から形成することができる。保護リング７１４，７１５及び７１２は珪素から形成されていると有利であり、珪素はコーティングされていると有利であり、これにより、保護リングが安定であり、反射率及び吸収特性が時間が経過しても変化しないことを保証する。
【００３３】
保持手段７０８は、ピン７０４及び７０９を介して石英プレート７０１と係合させられる。リングセグメント７１０及び７１１は、保持手段７０８の中空の円筒状のピン７０８ａ上に支持される。ピン７１３は、中空のピン７０８Ａに挿入され、セグメント７１０及び７１１から突出し、これにより、保護リングセグメント７１２，７１４及び７１５を支持する。ウェハ１１０をシステム内に導入しかつこのウェハ１１０を、ウェハ１１０が保護リングセグメント７１４及び７１５と同一平面を成すように下降させたロボットアームの抜出を可能にするために、セグメントが選択的に保護リングの平面（より高い又はより低い）から外されてよいことを示すために、１つのセグメント７１２が他のセグメント７１４の平面からずらされて示されている。
【００３４】
石英ピン７０９に載置される付加的な石英プレート７１６は、ウェハの上方における高温ガスの乱流が最小化されるという利点を有する。
【００３５】
図８Ａ〜図８Ｅ及び図９Ａ〜図９Ｇは、本発明の最も有利な実施例の詳細な図を示している。特に、リング４１０がプレート４２０を駆動するように、リング４１０に設けられたノッチ８２２が、プレート４２０に設けられた歯９３２を収容している。サンドブラストされた歯４５０及び余分な歯８２５も示されており、この余分な歯８２５はコンピュータに校正点を提供し、この校正点から、光学的検出手段を通過する歯の数を数える。
【００３６】
明らかに、本発明の多くの修正及び変更が上の説明の範囲内で可能である。したがって、冒頭の請求項の範囲内で、本発明は、具体的に説明された以外で実施されてよいことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のＲＴＰシステムを示す図である。
【図２】 ウェハ１１０を保持する回転するベース若しくはサセプタ２１０を示す図である。
【図３】 本発明の択一的な実施例を示す図である。
【図４】 本発明の最も有利な実施例の縦断面を示す図である。
【図５】 本発明の択一的な実施例を示す図である。
【図６】 本発明の択一的な実施例を示す図である。
【図７】 本発明の最も有利な実施例の改良されたバージョンを示す拡大図である。
【図８Ａ】 本発明の最も有利な実施例におけるリング及びプレートを示す上面図である。
【図８Ｂ】 図８Ａにおいて円で囲んだ部分Ｚを拡大して示す図である。
【図８Ｃ】 図８Ａにおいて円で囲んだ部分Ｘを拡大して示す図である。
【図８Ｄ】 リングの側面図である。
【図８Ｅ】 図８Ａにおいて円で囲んだ部分Ｙを拡大して示す図である。
【図９Ａ】 プレートを詳細に示す上面図である。
【図９Ｂ】 図９Ａにおいて円で囲んだ部分Ｚを拡大して示す図である。
【図９Ｃ】 図９Ａに示したプレートをＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。
【図９Ｄ】 プレートの側面図である。
【図９Ｆ】 図９Ｄにおいて円で囲んだ部分Ｘを拡大して示す図である。
【図９Ｇ】 図９Ｄにおいて円で囲んだ部分Ｖを拡大して示す図である。
【符号の説明】
１１０ ウェハ、 １２０ チャンバ、 １２５ プロセスガス、 １３０，１４０ ランプ、 １６０ 支持ピン、 １６５ 高温計、 １７０ 保護リング、 １７５ コンピュータ、 １８０ ドア、 １８５ ガス流制御装置、 １９０ 端部プレート、 ２１０ ベース若しくはサセプタ、 ２２０ 空気軸受、 ２３０ ガス流、 ２４０ 軸線、 ２５０ 層、 ３１０ プレート、 ４１０ ベース、 ４２０ プレート、 ４３０ 箇所、 ４４０ 突起、 ４５０ 光ビーム、 ４６０ 検出器、 ４７０ 特徴的部分、 ５３０ ロッド、 ６１０ ベース、 ６２０ 内部、 ６３０ 外部、 ６４０ 切欠き、 ７０１ プレート、 ７０２ ガスライン、 ７０３ 中央軸受、 ７０４ ピン、 ７０７ エレメント、 ７０８ 保持手段、 ７０８ａ，７０９ ピン、 ７１０，７１１ リングセグメント、 ７１２，７１４，７１５ 保護リング、 ７１３ ピン、 ８２２ ノッチ、 ８２５ 歯、 ９３２ 歯
発明の分野
本発明は、急速熱処理（ＲＴＰ）システムにおいて対象物をより均一に加熱するためのシステム、装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、このようなシステムにおいて処理される半導体ウェハを回転させるための便利かつ高価でない方法を開示する。
【０００２】
発明の背景
ＲＴＰの分野が直面する主たる問題は、ＲＴＰシステムにおいて処理される半導体ウェハの加熱の均一性であった。ＲＴＰシステムは、通常、ランプ等の放射源からの放射に対して透明な少なくとも１つの壁部を備えたチャンバを有している。処理したい対象物は、チャンバ内に配置され、対象物が加熱されるように放射源からの放射によって照射される。対象物が処理中に配置される雰囲気をシステムが制御するならば、透明な壁部を備えたチャンバはシステムにおいて必ずしも必要ではない。したがって、介在する窓を設けずにランプを対象物の近辺に配置することができる。照明放射の均一性を高めるために各ランプの個々の制御を行うランプのバッテリを使用することにおいて著しい進歩が達成された。しかしながら、結果的に形成される材料の均一性は、産業からの現在及び将来の要求に対し不十分である。
【０００３】
このようなシステムにおける結果の均一性を高める１つの方法は、ランプの下で基板を回転させることである。この回転を行うために多くの従来のシステムが出版された。しかしながら、これらの多くのシステムは、概して、半導体ウェハの一方の側において１列のランプのみを使用した。つまり、ウェハの他方の側は、ウェハをランプに対して機械的に回転させるためにチャンバ壁部を貫通した様々なシャフトのために使用することができる。従来の技術は、システムが高価であり、シールすることが困難であるという点で不十分である。従来のシステムにおいては、相対的に移動する部材から掻き取られた汚染物がチャンバを汚染する。従来のシステムは、ウェハの両側における光の列と共に使用することはできない。なぜならば、シャフト、ウェハを保持する回転するベース、シャフトをチャンバブロックに対して回転させるために必要な取付具又はその他のものが、ウェハの、シャフトと同じ側における列からの光を妨害し、ウェハに衝突する結果的に生じる光は、もはや均一ではないからである。
【０００４】
関連する応用例
ＲＴＰ原理に基づくリアクタは、ウェハ取扱い処理中に、反応装置チャンバの一方の端部の横断面全体が開放している。この構造は、ウェハよりも著しく大きな寸法を有しかつより厚い様々なウェハホルダ、保護リング及びガス分配プレートをチャンバ内に導入しなければならず、プロセスが変更される場合又は例えば別のウェハサイズが使用される場合に容易かつ迅速に変更されなければならない。反応チャンバの寸法はこれらの補助的な部材を考慮して設計される。米国特許第５５８０８３０号明細書は、プロセスチャンバにおいてガス流を調節しかつ不純物を制御するために、ガス流の重要性及び、ドアに設けられた開口の使用を教示している。極めて広いスペクトル反応の高温計を使用してウェハの温度を測定することの重要性は、米国特許第５６２８５６４号明細書に教示されている。改良された温度制御のための方法及び装置が米国特許第５８４１１１０号明細書に教示されている。
【０００５】
慣用のＲＴＰシステムにおいて加熱したいウェハは、通常、複数の石英ピンに載置されており、これらの石英ピンは、ウェハをシステムの反射壁部に対して正確に平行に保持する。従来のシステムは、ウェハ、通常均一なシリコンウェハを、装備されたサセプタに載置させている。特許出願番号第０８／５３７４０９号、現在は米国特許第５８４１１１０号明細書は、ウェハから分離されたサセプタプレートの重要性を教示している。ＩＩＩ−ＩＶ半導体の急速熱処理は、シリコンのＲＴＰほどは成功していない。その１つの理由は、表面が、例えば砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の場合においては砒素の比較的高い蒸気圧を有しているからである。表面領域からＡｓが消耗され、材料品質が低下する。特許出願第０８／６３１２６５号、現在は米国特許第５８３７５５５号明細書は、この問題を解決するための方法及び装置を供給する。ウェハを光のパルスで局所的に加熱することによって、軽度にドーピングされた比較的低温のウェハの放射率を高める方法が、出願番号第０８／６３２３６４号、現在は米国特許第５７２７０１７号明細書に開示されている。
【０００６】
ＲＴＰシステムのための膨張可能なシールが、アシュナー他による１９９７年７月１７日に出願された、同時係属中の許可された出願番号第０８／８９５６５５号明細書に開示されている。
【０００７】
対象物を急速熱処理するための方法、装置及びシステムが、ラーチ他による１９９７年１０月１７日に出願された、同時係属中の出願番号第０８／８８６２１５号明細書に開示されている。
【０００８】
酸化物又は半導体のエッチングを制御するために少量の反応性ガスが使用されるような、基板のＲＴＰの方法が、１９９７年７月１日に出願されたネニェイ他による同時係属出願第０８／８８６２１５号明細書に開示されている。
【０００９】
シリコンの蒸発が制御される、基板のＲＴＰの方法は、１９９８年１月２９日に出願されたマーカス他により同時係属出願第０９／０１５４４１号明細書に開示されている。
【００１０】
ＲＴＰシステムにおいてウェハを回転させる方法が、それぞれ１９９７年１０月２９日と１９９７年１１月２４日とに出願されたブラーシュ他とアシュナー他とによる出願番号第０８／９６０１５０号明細書及び第０８／９７７０１９号明細書に開示されている。
【００１１】
上に示された出願は、本発明の譲受人に譲渡され、引用によりここに組み込まれる。
【００１２】
発明の概要
本発明によれば、ＲＴＰシステムにおいて処理したい対象物は、回転するサセプタ上に配置されており、このサセプタは、高温の対象物からの放射からのサセプタの不均一な加熱による反りを防止されている。
【００１３】
図面の簡単な説明
図１は、従来のＲＴＰ処理システムを示している。
【００１４】
図２は、ウェハ１１０を保持した回転するベース若しくはサセプタ２１０を示している。
【００１５】
図３は、本発明の択一的な実施例を示している。
【００１６】
図４は、本発明の最も有利な実施例の縦断面を示している。
【００１７】
図５は、本発明の択一的な実施例を示している。
【００１８】
図６は、本発明の択一的な実施例を示している。
【００１９】
図７は、本発明の最も有利な実施例の改良されたバージョンの分解図を示している。
【００２０】
図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは、本発明の最も有利な実施例の詳細な図を示している。
【００２１】
発明の詳細な説明
図１は、従来のＲＴＰ処理システムを示している。処理したい半導体ウェハ１１０又はその他の対象物が、石英製のＲＴＰチャンバ１２０内において石英製の支持ピン１６０（１つのみ図示）によって支持されている。ウェハ１１０の縁部からの放射のエッジ効果を低減するために保護リング１７０が使用されている。端部プレート１９０はチャンバ１２０をシールしており、ドア１８０はウェハ１１０の進入を可能にし、閉鎖されている場合には、チャンバがシールされ、プロセスガス１２５がチャンバ内へ導入される。２列の放射源１３０及び１４０がウェハ１１０の両側に示されている。この分野において知られるようなコンピュータ１７５又はその他の制御手段が、ランプ１３０及び１４０を制御するために、及びガス流制御装置１８５、ドア１８０及びここでは高温計１６５として示された温度測定システムを制御するために使用される。ガス流は、ウェハと反応しない不活性ガスであっても、半導体ウェハ上に層を形成するために半導体ウェハの材料と反応する酸素又は窒素等の反応性ガスであってもよく、ガス流は、対象物の表面からいかなる材料も消費することなしに、加熱された表面上に層を形成するために、処理される対象物の加熱された表面において反応する珪素化合物を含有するガスであってよい。ガス流が表面上に層を形成するために反応する場合、そのプロセスは、急速熱的化学蒸着法（ＲＴ−ＣＶＤ）と呼ばれる。電流は、ＲＴＰシステム内の雰囲気中に流されてよく、これにより、表面と又は表面において反応するイオンを発生し、表面に高エネルギーイオンを衝突させることにより表面に余分なエネルギを付与する。
【００２２】
図２は、ウェハ１１０を保持する回転するベース又はサセプタ２１０を示している。ガス流によって駆動されるこのような回転するベースは、１９９７年１１月２４日に出願されたアシュナー他による特許出願第０８／９７７０１９号明細書に詳細に記載されている。ベース２１０は空気軸受２２０によって支持されている。回転するベースに衝突するガス流２３０は、ベースを軸線２４０を中心に回転させる。ベース２１０をセンタリングするための手段は図２に示されていない。特許出願第０８／９７７０１９号明細書に説明された装置が、ウェハ１１０を高温にまで比較的長時間加熱するために使用されるならば、高温のウェハ１１０からの赤外線放射が、ランプ１４０からの放射に対して透明な石英又はその他の材料から形成されたベースによって部分的に吸収され、ベースの反りを生ぜしめ、これにより、ベースの平らな表面は空気軸受２２０に載置されなければならず、回転が停止してしまう。本発明は、このような反りを回避するための装置及び方法を詳説する。
【００２３】
吸収及び反りを回避する１つのこのような方法が図２に示されており、この場合、層２５０がベース２１０の一部に堆積されて示されている。層２５０は、ウェハからの赤外線放射を反射する反射性の層であってよいが、ランプ１４０からの可視光線及び近赤外線は透過させる。このような反射性の層は、図示したようにベース上で均一であっても、ベースに衝突する、ウェハからの赤外線放射の不均一性を打ち消すために不均一に提供されていてもよい。層２５０は、ウェハ１１０からの不均一な放射を打ち消すようなパターンで放射を吸収する吸収層であってもよい。本発明の別の有利な実施例は、ベース２１０の石英ガラスに、ウェハからの放射を吸収する原子又は分子をドーピングすることであり、これにより、分子又は原子の濃度の半径方向勾配が提供され、有利にはこの濃度はベース２１０の内部から外部に向かって増大している。ベースが主に中央領域において不均一に照射されるとしても、ドーピングは、ベース２１０のより均一な半径方向温度プロフィルを生ぜしめる。ベース２１０のより均一な半径方向温度分布により、ウェハ及びベースの湾曲が回避される。
【００２４】
図３は、ウェハ１１０からの赤外放射がベース２１０を加熱して反らせることを阻止するための択一的な実施例を示している。プレート３１０がウェハ１１０とベース２１０との間に配置されており、このプレート３１０は、ウェハ１１０からの放射を吸収し、赤外放射がベース２１０を加熱することを阻止する。プレート３１０は石英から形成されていると有利であり、これにより、ランプ１４０からの加熱放射が透過され、その際には、ウェハ１１０からのより長い波長の放射が吸収される。プレート３１０及びベース２１０の温度分布を制御するためにプレート３１０は反射性又は吸収性の層でコーティングされていてもよい。別の解決手段は、ウェハからの放射を吸収する分子又は原子の濃度の半径方向勾配、有利にはプレート３１０の内部から外部にまで増大する濃度を得るために、プレート３１０の石英ガラスに原子又は分子をドーピングすることである。サセプタが主として中央領域において不均一に照射されるとしても、ドーピングはサセプタ３１０のより均一な半径方向温度プロフィルを生ぜしめるであろう。プレート３１０のより均一な半径方向温度分布によりウェハの湾曲が回避される。プレート３１０の直径はウェハ１１０の直径とほぼ同じであると有利である。
【００２５】
図４は、本発明の最も有利な実施例の断面図を示している。本発明の回転するベース４１０は、空気軸受２２０によって支持されたリングである。リングは、複数の箇所４３０において支持されたプレート４２０を支持している。プレート４２０は、支持のための複数の突起４４０を有するように示されている（１つの突起のみが図示されている）。この場合、プレート４２０がウェハ１１０からの放射によって加熱されると、プレートはベース４１０のリング内で膨張し、ウェハ１１０からの比較的少ない放射を受け取るベース４１０は、反りかつ空気軸受２２０に載置されるという問題を生じるほどの応力を受けない。突起４４０はプレート４１０に装着されて示されているが、このような突起は、同様にプレート４２０を底部から支持するためにベース４１０に装着されることができる。この場合にも、ベース４１０及びプレート４２０を軸線２４０を中心に回転させるセンタリングポスト又はもどり止装置は示されていない。
【００２６】
図４は、ベース４１０の角度位置を決定する方法をも示している。光ビーム４５０がベース４１０を通過し、検出器４６０によって検出される。ベース４１０上には特徴的部分４７０が配置されており、この特徴的部分４７０は、光ビームを変化させ、ひいては検出器４６０によって検出されてよい。有利な特徴的部分はサンドブラストされた特徴的部分であり、これらの特徴的部分は、光ビーム４５０を散乱させるが、それ以外にはランプ１４０からの放射を妨害しない。最も有利な特徴は、レーザからの光を中断させるようにサンドブラストされた、特許出願第０８／９７７０１９号に示された歯である。便宜上、ベースの円周に沿って等間隔に配置された３６０個の歯が設けられている。余分な基準信号を発生させるために３６０個の歯のうちの２つの歯の間に余分な歯が付加的に挿入されて使用される。別の有利な特徴的部分は、吸収性の特徴的部分又は反射性の特徴的部分であってよい。特徴的部分４７０は、磁気的な特徴的部分であってもよく、この特徴的部分は、光学的検出器の代わりに磁気的な検出器によって検出されてよい。
【００２７】
プレート４２０がベース４１０に対して回転することを阻止するために、プレート４２０から突出した歯がベース４１０に設けられたもどり止に嵌合することにより、又は突起４４０がベース４１０に設けられたもどり止に係合することにより、又は当業者に対して明らかであろうあらゆる適切な組合せ又は別の手段により、プレート４２０がベース４１０に係合してよい。
【００２８】
リング４１０及びプレート４２０の非平衡を回避するために、突起４４０ピン１６０を保持するためのピン保持手段、ベース４１０に設けられたもどり止、プレート４１０の余分な歯等の装置の特徴的部分が、装置全体を平衡させるための適切な形式で配置されている。
【００２９】
本発明の択一的な実施例が図５に示されている。リングの形式のベース５１０が、複数のロッド５３０によってプレート５２０に結合されている。ロッド５３０は十分に弾性的であり、これにより、プレート５２０がウェハからの放射によって加熱された場合にベース５１０にほとんど応力が加えられないことを保証している。
【００３０】
本発明の択一的な実施例が図６に示されている。ベース６１０は、プレートに形成された一連のスロット状切欠き６４０を有しており、これにより、応力が内部６２０から外部６３０へ伝達されないことを保証する。
【００３１】
図２、図５及び図６に示された実施例の利点は、回転可能な基板の歪みが極端に減じられるということである。なぜならば、回転するシステムの内部が外部から機械的に切断されているからであるが、外部は、空気軸受の機能に関して、回転手段の重要な部分である。その結果、回転するシステムの直径が大きい場合又はウェハと回転手段の内部との温度が極めて高い場合にさえも、外部の軸受面は、空気軸受の表面に対して極めて平行のままである。
【００３２】
図７は、本発明の最も有利な実施例の改良されたバージョンの分解図を示している。ガスをガス軸受２２０に供給するために、下部石英プレート７０１はガスライン７０２を有している。サファイアから形成されていると有利である中央の軸受７０３は、装置をプレート７０１に対してセンタリングするために働く。図４のベース４１０及びプレート４２０が、空気軸受に載置されており、外部チューブ（図示せず）から吹き付けられるガスによって回転させられる。一連の光学素子７０７〜７１６が示されており、これらの光学素子は、ウェハ１１０からの赤外放射を制御する。素子７０７は、ウェハ１１０を支持するためのピン１６０を保持する中空の円筒体である。付加的な保持手段７０８は、７１０及び７１１等のセグメントから成るリングを保持する。保持手段７０８及びリングセグメント７１０及び７１１は回転しないが、プレート７０１によって保持されている。リングセグメント７１０及び７１１は石英から形成されていると有利であり、ウェハ１１０、特に保護リング７１４，７１５及び７１２から反射及び放射される放射から、回転するベース４１０を遮へいしている。リング７１４，７１５及び７１２はセグメントから形成されて示されている。リング７１０及び７１１及び保護リング７１４，７１５及び７１２は、コスト上の理由から、及び１つのセグメントが損壊した場合における容易な交換のために、セグメントから形成されている。しかしながら、これらのリングは、１つの材料片から形成することができる。保護リング７１４，７１５及び７１２は珪素から形成されていると有利であり、珪素はコーティングされていると有利であり、これにより、保護リングが安定であり、反射率及び吸収特性が時間が経過しても変化しないことを保証する。
【００３３】
保持手段７０８は、ピン７０４及び７０９を介して石英プレート７０１と係合させられる。リングセグメント７１０及び７１１は、保持手段７０８の中空の円筒状のピン７０８ａ上に支持される。ピン７１３は、中空のピン７０８Ａに挿入され、セグメント７１０及び７１１から突出し、これにより、保護リングセグメント７１２，７１４及び７１５を支持する。ウェハ１１０をシステム内に導入しかつこのウェハ１１０を、ウェハ１１０が保護リングセグメント７１４及び７１５と同一平面を成すように下降させたロボットアームの抜出を可能にするために、セグメントが選択的に保護リングの平面（より高い又はより低い）から外されてよいことを示すために、１つのセグメント７１２が他のセグメント７１４の平面からずらされて示されている。
【００３４】
石英ピン７０９に載置される付加的な石英プレート７１６は、ウェハの上方における高温ガスの乱流が最小化されるという利点を有する。
【００３５】
図８Ａ〜図８Ｅ及び図９Ａ〜図９Ｇは、本発明の最も有利な実施例の詳細な図を示している。特に、リング４１０がプレート４２０を駆動するように、リング４１０に設けられたノッチ８２２が、プレート４２０に設けられた歯９３２を収容している。サンドブラストされた歯４５０及び余分な歯８２５も示されており、この余分な歯８２５はコンピュータに校正点を提供し、この校正点から、光学的検出手段を通過する歯の数を数える。
【００３６】
明らかに、本発明の多くの修正及び変更が上の説明の範囲内で可能である。したがって、冒頭の請求項の範囲内で、本発明は、具体的に説明された以外で実施されてよいことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のＲＴＰシステムを示す図である。
【図２】 ウェハ１１０を保持する回転するベース若しくはサセプタ２１０を示す図である。
【図３】 本発明の択一的な実施例を示す図である。
【図４】 本発明の最も有利な実施例の縦断面を示す図である。
【図５】 本発明の択一的な実施例を示す図である。
【図６】 本発明の択一的な実施例を示す図である。
【図７】 本発明の最も有利な実施例の改良されたバージョンを示す拡大図である。
【図８Ａ】 本発明の最も有利な実施例におけるリング及びプレートを示す上面図である。
【図８Ｂ】 図８Ａにおいて円で囲んだ部分Ｚを拡大して示す図である。
【図８Ｃ】 図８Ａにおいて円で囲んだ部分Ｘを拡大して示す図である。
【図８Ｄ】 リングの側面図である。
【図８Ｅ】 図８Ａにおいて円で囲んだ部分Ｙを拡大して示す図である。
【図９Ａ】 プレートを詳細に示す上面図である。
【図９Ｂ】 図９Ａにおいて円で囲んだ部分Ｚを拡大して示す図である。
【図９Ｃ】 図９Ａに示したプレートをＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。
【図９Ｄ】 プレートの側面図である。
【図９Ｆ】 図９Ｄにおいて円で囲んだ部分Ｘを拡大して示す図である。
【図９Ｇ】 図９Ｄにおいて円で囲んだ部分Ｖを拡大して示す図である。
【符号の説明】
１１０ ウェハ、 １２０ チャンバ、 １２５ プロセスガス、 １３０，１４０ ランプ、 １６０ 支持ピン、 １６５ 高温計、 １７０ 保護リング、 １７５ コンピュータ、 １８０ ドア、 １８５ ガス流制御装置、 １９０ 端部プレート、 ２１０ ベース若しくはサセプタ、 ２２０ 空気軸受、 ２３０ ガス流、 ２４０ 軸線、 ２５０ 層、 ３１０ プレート、 ４１０ ベース、 ４２０ プレート、 ４３０ 箇所、 ４４０ 突起、 ４５０ 光ビーム、 ４６０ 検出器、 ４７０ 特徴的部分、 ５３０ ロッド、 ６１０ ベース、 ６２０ 内部、 ６３０ 外部、 ６４０ 切欠き、 ７０１ プレート、 ７０２ ガスライン、 ７０３ 中央軸受、 ７０４ ピン、 ７０７ エレメント、 ７０８ 保持手段、 ７０８ａ，７０９ ピン、 ７１０，７１１ リングセグメント、 ７１２，７１４，７１５ 保護リング、 ７１３ ピン、 ８２２ ノッチ、 ８２５ 歯、 ９３２ 歯
Claims (9)
- 装置において、
空気軸受（２２０）によって支持された回転可能なベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）を備えた回転するシステムが設けられており、
急速熱処理（ＲＴＰ）システムにおいて処理される対象物（１１０）を支持するための前記ベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）が、空気軸受のための軸受面を形成したリング（４１０，５１０，６３０）と、プレート（４２０，５２０，６２０）とから成り、回転するシステムのリング（４１０，５１０，６３０）及びプレート（４２０，５２０，６２０）であり、
前記ベースにガス流を衝突させベースを回転させる回転手段が設けられており、
前記プレート（４２０，５２０，６２０）が、回転するシステムのリング（４１０，５１０，６３０）から機械的に分離されており、これにより、処理される対象物（１１０）からの放射によるベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）の不均一な加熱を原因としてベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）が反ることを回避するための第１の手段を形成しており、
該第１の手段が、リング（４１０，５１０，６３０）の軸受面を、空気軸受（２２０）の表面に対して極めて平行に維持することを特徴とする、装置。 - 前記第１の手段が、ベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）に設けられたスロット切欠き（６４０）から成る、請求項１記載の装置。
- 前記第１の手段が、ベース（４１０，４２０）から分離されたプレート（４２０）から成り、該プレート（４２０）が、複数の箇所（４３０）においてベース（４１０，４２０）によって支持されており、プレート（４２０）が対象物（１１０）を支持している、請求項１記載の装置。
- プレート（４２０）がベース（４１０）に対して回転することを阻止するようにプレート（４２０）がベース（４１０，４２０）に係合させられている、請求項１記載の装置。
- 前記第１の手段が、ベース（４１０，５１０）に結合されたプレート（４２０，５２０）から成り、該プレート（４２０，５２０）が、結合手段（４４０，５３０）によって複数の箇所においてベース（４１０，５１０）に結合されている、請求項１記載の装置。
- 前記ベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）の回転方向の位置が、ベースを通過しかつ検出器（４６０）によって検出される光ビーム（４５０）によって決定される、請求項１記載の装置。
- 前記ベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）が石英から形成されており、該石英が、サンドブラストによって形成された光学的マーク（４７０）を有している、請求項６記載の装置。
- 前記ベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）の回転方向の位置が、磁気的な検出器によって決定される、請求項１記載の装置。
- 対象物（１１０）の急速熱処理（ＲＴＰ）の方法において、
空気軸受（２２０）によって支持された回転可能なベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）を用いて、回転するシステム上に対象物を支持し、
回転可能なベース上で対象物（１１０）を回転させながら、対象物を、ＲＴＰシステムの放射源（１３０）からの放射で処理し、前記ベースが、ベースにガス流を衝突させることにより回転させられるようになっており、
前記ベースが、空気軸受（２２０）のための軸受面を形成したリング（４１０，５１０，６３０）と、プレート（４２０，５２０，６２０）とを有しており、
第１の手段によって、リング（４１０，５１０，６３０）の軸受面を空気軸受（２２０）の表面に対して極めて平行に維持し、
前記第１の手段が、リング（４１０，５１０，６３０）からプレート（４２０，５２０，６２０）を機械的に分離させており、これにより、処理される対象物（１１０）からの放射によるベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）の不均一な加熱を原因とするベース（４１０，４２０，５１０，５２０，６１０）の反りを回避するようになっていることを特徴とする、対象物を急速熱処理する方法。
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|---|---|---|---|
| US09/209,735 US6449428B2 (en) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | Gas driven rotating susceptor for rapid thermal processing (RTP) system |
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| PCT/EP1999/009446 WO2000036635A1 (en) | 1998-12-11 | 1999-12-03 | Gas driven rotating susceptor for rapid thermal processing (rtp) system |
Publications (2)
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