JP4970683B2 - 基板をエピタキシャルにより処理するための装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明の分野は一般に、半導体処理に関する。殊に、本発明の分野は、化学的気相成長（ＣＶＤ）及び熱処理、例えばエピタキシャル堆積のためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
２．背景
様々な半導体プロセスは、高温での均一な熱処理を必要とする。そのようなプロセスの一例は、化学的気相成長（ＣＶＤ）と呼ばれ、ここで、蒸気相からの材料の層は、リアクタ内のサセプタ上に置かれている半導体基板上へ堆積される。サセプタは、ついで誘導によるか又は高輝度の光放射により、高温、典型的には約８００〜１２５０℃に加熱される。ガスは、ついでリアクタを通過し、かつ堆積プロセスは、化学反応によって、気相内で、しかし基板の表面に厳密に近接して起こる。反応は、基板上への所望の生成物の堆積をもたらす。
【０００３】
処理のこの種類の一つの形は、エピタキシーと呼ばれ、ここで、物質の単結晶層は、事実上単結晶でもある基板上に堆積される。一例として、シリコンエピタキシーは、集積回路デバイスの製造において行われる第一段階の１つであり、かつこのプロセスにおいて、ドープされた単結晶シリコンの層は、トランジスタ及び他のデバイスが形成されることができて既知でかつ厳密に調節された抵抗率の層を有するように、シリコンウェーハ上へ堆積される。エピタキシーは、ドーピング層の厚さ、濃度及びプロファイルを制御するための好都合な方法を提供する。
【０００４】
エピタキシャル堆積の間に制御されなければならない重要なパラメーターは、基板の温度均一性である。基板の温度不均一性は、スリップと呼ばれる塑性変形のプロセスをまねくかもしれず、ここで、結晶は、その構造の一部が他の領域に対して移動するのを可能にすることにより、蓄積(built-up)応力を軽減する。スリップは、結晶中で一定の結晶面に亘りかつ一定の結晶方向に沿って発生し、その際、材料の一部分が他のものに対して置換されている。結晶中のスリップの共通原因は、膜成長の間の温度勾配であるが、しかしまた、基板が支持される方法、基板が加熱される機構及びエピタキシャルプロセスの時間−温度プロファイルの結果でもありうる。スリップに関連した欠陥は、最もしばしば基板のエッジで見出され、かつショートラインとして現れる。
【０００５】
基板中の熱勾配は、ＣＶＤリアクタ内の不均一な熱環境の結果として生じうる。ＣＶＤリアクタ内でガス流れが存在するので、熱伝達機構は、伝導及び対流並びに放射を包含している。しかしながら、放射熱伝達はおそらく、温度均一性に関して最も重要でありうる。コールドウォール型のリアクタ内で加熱されたサセプタに近接した基板は、軸及び半径方向の双方で様々な熱勾配があるだろう。これらの熱勾配は大きな効果を有する、それというのも、２つの物体間の放射熱伝達は、２つの温度の関数であるからであり、その際、各温度は４乗される。
【０００６】
多くのＣＶＤ及びエピタキシャル堆積システムにおいて、高輝度ランプ、例えばタングステン−ハロゲンランプは、コールドウォール炉内でウェーハを選択加熱するのに使用される。ランプは極めて低い熱質量(thermal mass)を有するので、ウェーハは急速に加熱されることができる。しかしながら、低い熱質量のランプ加熱のみを用いて半導体基板の温度を制御するのはより困難である。一部のリアクタは、処理の間の基板の温度均一性を保持するために、大きな熱質量の炭化ケイ素被覆グラファイトサセプタを使用する。処理すべき基板は、サセプタ上にか又はサセプタに近接して置かれ、かつサセプタの高い熱伝導率のために、横方向に熱伝導して、温度均一性を保持しかつ基板全体での不均一性を一様にすることができる。サセプタは典型的には、基板よりも幅広く、これは基板のエッジでの放射熱損失を補償するのを可能にする。
【０００７】
選択的に、サセプタは、ＲＦ誘導により加熱されることができる。この方法は、サセプタに近接して置かれた導体を通過する振動電流が、導体の周りに振動磁界を生じさせ、これはそしてまた、サセプタ自体の中で振動電流を誘導するという事実を利用する。サセプタは電気抵抗を有するので、振動電流は、サセプタを加熱する。サセプタ中で誘導された電流が、導体からの距離と共に非線形に減少することに注意すべきである。磁束が距離の逆二乗として変化するという関係である。
【０００８】
コイルプロファイルの典型的な構成は、図１に示されている。任意の１つの特別なコイルセグメントとサセプタとの間の距離は、スタンドオフ（図１に示されていない）で調節されることができる。図１中のコイルは、サセプタが処理温度である場合に、サセプタのエッジで起こる放射熱損失を補償するプロファイルを有しており、ひいては、コイルセグメント１２０は、コイルセグメント１２２よりもサセプタに接近している。リアクタが処理温度である場合に、図１に示されたコイル構成が最適であるが、しかしリアクタが加熱されているか又は冷却されている場合の過渡的な期間の間に最適ではないかもしれないことに注意すべきである。
【０００９】
米国特許第６００１１７５号明細書には、高周波誘導コイルを利用する、結晶を製造する装置及び方法が開示されている。英国特許第２１２０２７９Ａ号明細書には、誘導コイルと基板保持体との間の距離が、誘導コイルのそれぞれのターンに固定された複数のボルトを回転作動させることにより調節されることを可能にするエピタキシャル成長装置において、誘導加熱コイルのための保持体が開示されている。
【００１０】
望まれることは、半導体基板のＣＶＤ及び／又はエピタキシャル処理のための改善された装置及び方法である。好ましくは、そのようなシステム及び方法が、均一な基板処理温度を提供するので、基板中の温度勾配及び、欠陥、例えば結晶学的なスリップに伴い生じる問題は低下されるか又は除去される。
【００１１】
発明の要約
本発明の態様は、エピタキシャル処理するためのＣＶＤリアクタを提供し、その際、リアクタは、基板中の熱勾配を低下させるように構成され、前記基板の上へエピタキシャル層が堆積されている。ウェーハ中の熱勾配を低下させると、スリップは減少する。エピタキシャルリアクタの１つの種類は、炭化ケイ素被覆グラファイトサセプタに近接して配置されたＲＦ誘導コイルを含む。コイルセグメントを通る交流は、各セグメントの周りに振動磁界を生じさせ、これはそしてまた、サセプタ中で電流を誘導する。誘導電流に関連した電気エネルギーは、熱エネルギーへ変換され、それによりサセプタを加熱している。コイルは、多数の支持スタッドにより支持され、かつコイルの異なるセグメントは、異なる高さで設定されることができ、従ってサセプタからコイルセグメントを分離している距離を変化させている。サセプタ中の温度均一性に対処する常用の方法は、コイルセグメントを調節することを含むので、それらは、エッジからのより多量の熱損失を補償するために、中心でよりもサセプタの内側及び外側のエッジでサセプタに接近している。更に、サセプタは、コイルに起因する温度勾配を最小限にするために、加熱及び処理する間に回転していなければならない。
【００１２】
温度均一性に対処する常用の方法に伴う問題は、コイル／サセプタ分離プロファイルが、処理温度でサセプタ中の最適な温度均一性を提供するように構成されていることである。このプロファイルは、プロセスの過渡的な部分、例えば、加熱上昇(heat ramp-up)及び冷却(cool down)に最適ではなく、そこで、サセプタのエッジで厳密に間隔のあいたコイルセグメントは、傾斜する(ramping)間にエッジを過熱する。コイル／サセプタ分離プロファイルが容易に再構成されないので、殊に処理の間に、コイル／サセプタ分離プロファイルが固定されることを前提として、プロセスの過渡的な部分の間にサセプタ中の温度均一性を改善するための装置及び方法が必要とされる。本発明の一態様によれば、半導体基板を処理するための熱処理装置が提供され、その際、次のもの：
処理チャンバ；
処理チャンバにガスを供給して基板上に所望の堆積物を形成させるためのガス源 ；
チャンバ内に配置されたインダクタ；
チャンバ内でインダクタに近接して配置され、基板を支持するためのサセプタ、その際、インダクタはサセプタに電磁エネルギーを供給する；
基板の加熱上昇及び冷却の間に、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させるためのエレベーショナル (elevational) リフト機構；及び
基板がない領域中のサセプタの上面を絶縁するための上部熱遮蔽
を含んでいる。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、半導体基板を処理するための方法が提供され、その際、次の段階：
基板をサセプタに近接して配置し；
サセプタを加熱するために、インダクタからサセプタにエネルギーを誘導結合させ；
チャンバ中へガスを注入し；
基板の加熱上昇及び冷却の間に、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させ；
基板がない領域中のサセプタの上面を熱遮蔽し；かつ
基板上に材料の層を堆積させる
ことを含んでいる。
【００１４】
本発明の一態様は、サセプタがリアクタ内で回転していると同時に、サセプタを上昇させかつ降下させるための機構を提供する。磁界は各コイルセグメントからの距離と共に非線形に減少するので、サセプタを上昇させると、エッジでのコイル（これは、サセプタにより接近している）を、中心でのコイル（これは、サセプタから更に離れる）よりも大きな程度に減結合させる。結果として、上昇の間に生じたサセプタエッジの過熱は緩和されうる。サセプタのこのｚ−運動なしで、サセプタのエッジは、中心よりも４０℃だけ高い温度に加熱されうる。本発明の一実施態様において、アルゴリズムは、異なる温度での均一性を保持するために、コイルとサセプタとの間の所望の距離を決定するのに使用される。サセプタは、アルゴリズムに従って過渡的な上昇期間の間に、温度の各インクリメントと共にコイルにより近接して移動する。その上、サセプタは、一部の実施態様において、過渡的な冷却期間の間にコイルから遠ざかってよい。サセプタのｚ−運動により与えられる付加的な利点は、リアクタが整備されるのにより好都合であるということである、それというのも、サセプタを、最初にそれを上昇させることによりリアクタから除去することは、保守要員にとってより簡単であるからである。
【００１５】
本発明の別の態様は、基板により断熱されないサセプタのそれらの領域を補償するためにサセプタの上に置かれることができる絶縁体遮蔽を提供する。サセプタからの熱損失は、主として放射により起こり、かつ（Ｔ_サセプタ）^４と（Ｔ_環境）^４との間の差に比例する。基板自体が、基板を支持するサセプタポケットでの絶縁を提供する傾向にあり、かつ残りの領域を遮蔽することは、サセプタの温度均一性を改善する。
【００１６】
本発明の別の態様は、エッジの周り及びエッジの下の双方で、サセプタエッジの近くに付加的な熱遮蔽を提供する。これらの遮蔽は、それぞれ、内側及び外側のサセプタエッジ放射遮蔽及び底部の内側及び外側の円周放射遮蔽と呼ばれうる。これらの遮蔽はエッジからの熱損失を低下させるので、エッジを加熱するコイルセグメントは、それらがその他の点で、従って、より均一な分離プロファイルを提供しているよりも、サセプタから更に離れて間隔があいてよい。
【００１７】
本発明の別の態様は、常用のリアクタに使用されるよりもより厚いサセプタを提供する。より厚いサセプタは、別個のコイルセグメントに起因するサセプタの底部での温度変量を、サセプタを通して基板が支持される上面に熱伝導されるように、一様にするのを可能にする。常用のサセプタの厚さは、例えば０．５〜０．９インチ（１２．７〜２２．８６ｍｍ）の範囲であり、かつ本発明の実施態様は、０．５〜１．５インチ（１２．７〜３８．１ｍｍ）の範囲のサセプタの厚さを提供する。本発明の一態様において、サセプタの厚さは、０．９〜１．２インチ（２２．８６〜３０．４８ｍｍ）増大した。
【００１８】
図面の簡単な説明
本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、添付された図面に関連して以下の詳述された記述から、当業者により明白となる。
【００１９】
詳細な記述
以下には、本発明の例示的な実施態様が記載されている。特別の設計の記述は例として提供される。好ましい実施態様への多様な変更は、当業者に容易にわかり、かつここに定義された一般原理は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施態様及び応用に適用されることができる。従って、本発明は、示された実施態様に制限されるものではなくて、ここに開示された原理及び特徴に一致して最も幅広い範囲を与えることを意図する。
【００２０】
図１は、本発明の例示的な一実施態様による、一般に１００で示されるＣＶＤリアクタの側部断面図である。図１の例示的なリアクタは、均一性の高い程度及び低下された汚染を有するシリコンのエピタキシャル堆積に適合される。もちろん、多種多様な他のプロセスが、本発明の態様を用いて実施されることもできる。図１を参照して、ベルジャエンクロージャ１０１は、シール機構１０３を用いてベースプレート１０２にシールされる。基板１０５を支持する水平サセプタ１０４は、リアクタの中心軸１０６の周りを回転する。サセプタ１０４は、誘導コイルであってよいインダクタ１０７により加熱される。誘導コイル１０７は、コイルカバー１０８によりサセプタ１０４から分離され、これは、ベルジャエンクロージャ１０１と共に、リアクタのガス反応体積を定義する。冷却媒体は、コイルに過熱が起こらないように、コイルにポンプ輸送されることができる。ガスは、リアクタの中心軸１０６に沿って位置している送込管１０９を介して導入される。ガス混合物は、反応性ガス、堆積ガス、キャリヤーガス、不活性ガス、ドーパントガス及び他の種類のガスを含んでいてよい。もちろん、他の実施態様において、ガスは、ベルジャの頂部又は側部を通過する管又はシャワーヘッドを介して導入されてよい。底部からエンクロージャに入るガスは、対流を意味する矢印１１０によりおおよそ示された経路をたどる。図１中の例示的な寸法Ｈ_１、Ｄ_１及びＤ_２は、それぞれ約３８、３２及び３３インチ（９６５．２、８１２．８及び８３８．２ｍｍ）である。
【００２１】
図１中の例示的なリアクタは、コントローラ１１８により制御される。コントローラ１１８は、ガスフロー１０９を調節するためにリアクタの底部への接続を有する。接続１２４は、エレベーショナル(elevational)リフト機構を駆動しかつサセプタに回転を与えるのに使用されることができる。接続１２６及び１２８は、それぞれサセプタの中心及び外側のエッジから、温度検知デバイス、例えば光高温計からの情報を読みとるのに使用されることができる。選択的に、温度検知は、接続１３４、１３６及び／又は１３８を介してなされることができ；これらの接続は、ガスを注入しかつガスフローを調節するのに使用されてもよい。ガスの排出は、中でも、リアクタ中の所望の圧力を保持するために接続１２８を介して調節されてよい。コントローラは、コイルを介して冷却媒体のフローを調節するのに使用されてもよい。
【００２２】
当工業界では、サセプタのエッジで起こるより多量の熱損失を補償するために、サセプタからの分離の異なる距離で、誘導コイルの異なるセグメントを構成することは公知である。任意の与えられたコイル構成が典型的には、プロセスの定常状態の高温部のために構成され、かつこの構成が、プロセスの過渡的な部分、例えば加熱上昇又は冷却のために必ずしも最適ではないことに注意すべきである。一部の実施態様において、リアクタ中の個々のコイルセグメントの高さは、簡単に論じられるべき支持スタッドを用いて、処理の間に自動的に調節されることができるが、しかし例示的な実施態様において、より単純なアプローチは、代わりにサセプタを移動することを包含している。もちろん、スタッドを支持する取付板は、なお上下に移動されることができる。本発明のこれらの実施態様は、普通に、インダクタと、それからエネルギーを受け取るサセプタとの間の分離の距離に影響を及ぼす能力を有する。従って本発明は、プロセスの過渡的な及び定常状態の部分の双方の温度均一性を最適化するための装置及び方法を提供する。
【００２３】
図２は、サセプタの真下にコイルを有するサセプタの平面図である。それぞれの説明のために、サセプタの下のコイル及びサセプタの上のウェーハの位置が同時に図２に示されているが、しかし、サセプタが、ウェーハからコイルを物理的に分離し、かつサセプタが実際には透明ではないことが容易に理解される。コイルが上にあってもよいか、又はサセプタ内でさえあってもよいことに注意すべきである。この図中の例示的なサセプタは、１８枚の１５０ｍｍ基板を同時に処理するように設計されている。コイルは、その最内部のターン２１０からその最外部のターン２１２へ進んで約１０回ターンする。数字２１４により表示されたコイルの幅及びコイルの１０ターンは、コイルがそれぞれ１５０ｍｍ基板の下を約４回通過するということである。
【００２４】
コイルは、コイルの長さに沿って周期的間隔で位置している約５０個の調整可能なスタッドにより支持される。コイルの最外部のターン上のこれらのスタッド保持体の幾つかは、図２中で場所２１６、２１８、２２０及び２２２により表示されている。保持体は、その特別なスタッド及びサセプタにより支えられたコイルのセグメント間の分離の距離を変化させるために調節されることができる。多重の数の調整可能なコイル保持体は、コイルの明確なセグメントが異なる高さにより保持されることができ、ひいては図１に示されたようなコイル構成が可能であることを意味する。
【００２５】
例示的なコイル保持体高さ又は“スタッド高さ”の構成は、図３に示されている。スタッド高さは、例えば、図４Ａ中のコイルセグメント４２２と取付板４２０との間の距離に関連しており、その際、実際の保持体は、図４Ａにスタッド４２４として表されている。最外部の保持体（図３中のスタッド番号１−１０）の高さは、約１．５インチ（３８．１ｍｍ）のスタッド高さに設定される。サセプタの中央に近接したコイルセグメントを支持するそれらのスタッド（スタッド番号１５−３０）は、約１．１〜１．２インチ（２７．９４〜３０．４８ｍｍ）に調節される。これらの高さは、図４Ａ中の取付板４２０に関するものであり、ひいてはスタッド１〜１０により支持されるコイルセグメントは、サセプタにより接近している。最内部のスタッド３５−５０を支持する高さは、１５−３０のそれよりも高い値に上昇するが、しかし１−１０ほどは高くない、それというのも、サセプタのこの領域、しかしエッジが、図４Ａ中の支持ステム４０８の他の側でコイルセグメントから一部の熱を得るからである。図４Ａを参照して、これは、コイルセグメント４０４がセグメント４１８よりもサセプタに接近しているが、しかし４１４ほど接近していないことを意味する。コイルは、ベルジャウィンドウを通して見る光高温計により測定されるような堆積温度でサセプタ全体で広がっている±５℃以内の温度プロファイルを得るように調節される。最終的なコイルプロファイルは、エピタキシャル膜の抵抗率均一性を測定し、かつ典型的には±２％以下の変量内で全基板面積に亘って抵抗率均一性を得るためにコイルプロファイルを調節することにより、得られる。ドーパントガスは、基板温度の変化に極めて感受性であり、ひいては最適な温度均一性のために、コイルを微同調するのに卓越した手段を提供する。
【００２６】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の一態様を説明し、ここで、温度均一性は、プロセスの過渡的な部分の間に、エピタキシャルＣＶＤリアクタのインダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させることにより改善される。図４Ａ中で、サセプタ４１０は、エピタキシャルプロセスの高温で定常状態の部分の間であったとしても、インダクタ、この場合に誘導コイルに対して厳密に間隔のあいた位置に示されている。この位置で、サセプタ４１２のエッジとコイルセグメント４１４との間の分離の距離は、サセプタ４１６の中央及びコイルセグメント４１８のそれよりも小さい。図４Ａ中のサセプタの位置は、定常状態のプロセスのためである。
【００２７】
しかしながら、この状況の前には、過渡的な加熱上昇である。本発明のこの態様において、サセプタは、図４Ｂに示されているように配置されていてよい。プロセスの過渡的な部分のためにサセプタを上昇させると、中央の近くに位置しているコイルセグメント４３４及び４３６よりもっとサセプタのエッジに近接して位置しているコイルセグメント４３０及び４３２を減結合させる。サセプタが、コイルから遠ざかるので、サセプタに結合した仕事率は低下する。サセプタに最も接近したコイルセグメントは、最大のエネルギーをサセプタへ結合させ、かつ降下は、距離と共に非線形に増大する。従って、サセプタが遠ざかるので、仕事率移動の降下は、より接近した（エッジ）コイルにとって最も大きい。
【００２８】
結果は、異なるコイルの間での位置の小さな差が、サセプタが遠ざかるほどより少ない衝撃を有するということである。サセプタが接近している場合には、コイルセグメントの間の距離の差は、百分率に関して相対的に大きな量だけ変化し、かつ結合した仕事率の差は重要である。より大きな距離で、コイルセグメントからの仕事率移動は、より類似している。
【００２９】
エッジセグメントが、インダクタ／サセプタ分離距離の変化を伴って中央のセグメントが結合するよりも、エネルギーを異なる速度でサセプタ中へ結合するという事実が生じる、それというのも、コイルセグメントを取り囲む磁束線が、距離と共に非線形に減少するからである。エッジセグメントは、サセプタにより接近しているので、サセプタにより遮断された磁束線は、より高密度であり、ひいてはサセプタ内の熱の発生に関してより大きな効果としてサセプタから遠ざかっている。インダクタが定常状態の部分のために構成されている場合に、プロセスの過渡的な部分のためにインダクタに対してサセプタを移動すると、温度均一性を改善する。
【００３０】
サセプタの温度は、光高温計又は他の温度測定器により測定されることができる。サセプタの温度を監視することは、いつサセプタの位置を調節するかを決定するために重要である。しかしながら、繰り返される予測できるプロセスのためには、過渡的な期間の各段階での温度を測定するよりむしろ、一定のレシピに従って、期間の設定のための距離を調節することが可能でありうる。
【００３１】
エピタキシャルプロセスの過渡的な部分のための例示的なプロセスは、以下に包含されうる：図４Ｂに示された分離距離４３８でのサセプタから開始し；７００℃の平衡化された温度に到達させるために回転するサセプタを準備し；微細なインクリメントの距離を、例えば単に約０．２インチ（５．０８ｍｍ）だけ漸次に減少させる、それというのも急速な変化は、サセプタの炭化ケイ素被覆及び／又はＲＦ発生器制御システムに伴う問題の原因となるからであり；８００℃の平衡化された温度に到達させるためにサセプタを準備し；距離を約０．２インチ（５．０８ｍｍ）だけ再び低下させ；１０５０℃の平衡化された温度に到達させるためにサセプタを準備し；かつついで更に０．２インチ（５．０８ｍｍ）だけ距離を低下させる。この点で、回転するサセプタは、図４Ａに示された厳密に間隔のあいた位置に位置している。
【００３２】
サセプタを上昇させかつ下降させるのに使用される機構の断面図は、図５に示されており、そこでサセプタ５０１は、ＲＦコイルアセンブリ５０５に関係して示されている。サセプタ５０１は、ペデスタル５１０により支持され、これはペデスタルキャップ５１２に置かれ、かつサセプタリフトプレート５２５により上昇するか又は降下される。ペデスタルキャップは、ステンレス鋼を含んでいてよい。
【００３３】
リフトプレート５２５は、リードスクリュー５２０により上下に駆動される。モータ（示されていない）からの回転運動は、ロータリーフィードスルー５３０を介してリードスクリューに伝達される。サセプタリフトプレートのアラインメントは、リニアベアリング５２７の使用により保持される。リニアベアリングは、リフトガイドベアリングとも呼ばれうる。第二のロータリーフィードスルー５５０は、回転スリーブ５４０上のギアを介して、サセプタに回転を与えるのに使用される（そこで回転機構のための駆動装置は示されていない）。
【００３４】
図６は、本発明の一態様を説明し、ここで、サセプタリフトは、サセプタ全体での温度変量を監視するコントローラにより制御される。例示的な一実施態様において、過渡的な加熱傾斜は、その最も上部の位置のサセプタから開始される。ついでサセプタは、光高温計６１０により測定されるような中心温度が、光高温計６２０により測定されるようなサセプタの外側のエッジでの温度と実質的に調和するように増大するまで、下降される。
【００３５】
図７は、温度均一性を改善するために熱遮蔽を使用する本発明の実施態様を説明する。図７の例示的なサセプタは、１８個の１５０ｍｍ基板を支持する。もちろん、基板は、サセプタの中央の周りの環に沿って、単列で配列されていてよいが、しかしこのパターンは、より多数の基板を、より高いスループットを達成する図７の複列パターンで同時に処理されるのを不可能にする。図７中で、内側の環中の基板１枚毎に外側の環内に基板２枚が存在する。この実施態様は、もちろん、単独でか、移動可能なサセプタと組み合わせるか、又は本発明の他の態様と組み合わせて使用されることができる。
【００３６】
この技術がリアクタのスループットを増大させるけれども、基板がサセプタの平面に平行な方向により多種多様な熱環境があるだろうという点で、新しい温度不均一性をまねきうる。例えば、基板７４６は、方向７２３に沿って基板７２０に一部の絶縁を提供し；基板がないよりも少なくともより多い絶縁は、方向７２２及び７４４に沿って提供する。双方とも基板の間のポケットをもたらす方向７２２及び７４４に沿ってでさえ、熱環境が同じではないことに注意すべきである。７４４方向のポケットが小さければ小さいほど、ひいては方向７２２に沿ったより大きなポケットよりも、基板７２０により大きな絶縁を提供する。本発明の例示的な実施態様は、熱遮蔽を用いて上部のサセプタ表面に平行な方向に、増大した熱均一性を提供する。熱遮蔽は、幾分、それらが、サセプタの上面で基板ポケットの間の領域に置かれうるという事実のために、様々な形状を有しうる。選択的に、熱遮蔽は、サセプタ上の適合したポケットにフィットするように位置合わせされることもできる。遮蔽の形状の変量は、基板直径及びサセプタ中のポケットの数に依存する。
【００３７】
遮蔽の目的は、基板の各エッジが、実質的に同じ熱環境に暴露され；熱環境が処理されるべき基板の全てに実質的に同じであり；かつ熱環境がサセプタ上の位置から独立しているような状況を、各基板に提供することである。遮蔽の代表的な選択は、図７中で遮蔽７５０、７５２及び７５４として示され、かつ図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃ中で、それぞれ遮蔽８１０、８２０及び８３０として再現されている。遮蔽は、炭化ケイ素又は炭化ケイ素被覆グラファイトであってよく、かつ厚さが約０．０２〜０．０６インチ（１．５２４ｍｍ）で変化しうる。一般的な経験則は、遮蔽の厚さが、基板の厚さと実質的に同じであるべきことである。
【００３８】
サセプタの上面に平行な横方向の温度均一性はまた、サセプタのエッジで配置された遮蔽、例えば図９Ａに示された遮蔽９１０により影響されうる。組み合わされた９２０及び９３０の同等の厚さを有している単一の遮蔽が設けられているよりもその他の点で絶縁の程度が増大するという条件で、サセプタのエッジでの多重の遮蔽が存在していてよいか、又は遮蔽９１０は、サセプタ９４０の内側並びに外側のエッジを断熱するために２つの直立部９２０及び９３０に分離されていてよい。遮蔽材料は、炭化ケイ素又は炭化ケイ素被覆グラファイトを含んでいてよい。
【００３９】
サセプタの軸に平行な垂直方向のサセプタの温度均一性は、本発明の別の態様によりなお改善されることができる。これは、図９Ａ中の参照数字９５０として示されているサセプタエッジ放射遮蔽（底部の放射状円周）の使用に伴ってなされることができる。半径方向（サセプタの上面に平行）の温度プロファイル上にこれらの遮蔽を加えた結果は、図９Ｂ中で曲線９６０として示されている。
【００４０】
付加的に、軸方向（サセプタに対して垂直）の温度均一性は、図１０Ａ及び１０Ｂに示されているように、サセプタの厚さを増大させることにより改善されることができる。軸方向の温度不均一性は、図１０Ａ中で曲線１０１０として示されており；これらの不均一性は、別個の種類のインダクタコイルセグメント及びそれらが加熱するサセプタの区間のためである。時間により、熱は、より低い表面１０３０から上部表面１０４０へサセプタの厚さ１０２０を介して移動されており、温度均一性は、幾分か一様にされうる。サセプタの厚さを、図１０Ａ中の１０２０（これは約０．９インチ（２２．８６ｍｍ）でありうる）から図１０Ｂ中で数字１０６０により表されたそれ（これは約１．２インチ（３０．４８ｍｍ）でありうる）に増大させることにより、サセプタ温度均一性は、図１０Ｂに示されている曲線１０７０へと更になめらかになる。
【００４１】
これは、図１０Ａ中のプロファイル１０８０から図１０Ｂ中のプロファイル１０９０へのサセプタ上面に平行な方向の温度不均一性を低下させる。常用のサセプタの厚さは、０．５〜０．９インチ（１２．７〜２２．８６ｍｍ）の範囲であり、かつ本発明の実施態様は、０．５〜１．５インチ（１２．７〜３８．１ｍｍ）の範囲のサセプタの厚さを提供する。本発明の一態様において、サセプタの厚さは、０．９〜１．２インチ（２２．８６〜３０．４８ｍｍ）増大した。
【００４２】
もちろん、本発明の多様な実施態様は、単独で及び組み合わせて使用されることができる。換言すると、一部の状況で、より厚いサセプタをバットウィング熱遮蔽と共に使用することが適切でありうる。別の状況で、より薄いサセプタを用いて、サセプタの外側のエッジの周りの遮蔽と共に、インダクタとサセプタとの間の分離距離を変化させることは、最も良好な熱均一性を提供しうる。本発明の一部の態様、例えばサセプタエッジ遮蔽の使用が、本発明の他の態様が実施される程度、例えばインダクタに対して軸方向のサセプタの相対運動を軽減しうることは、当業者により正当に評価されるだろう。
【００４３】
本発明が、特別な実施態様に関して記載されかつ説明されている一方で、本発明の範囲が、開示された実施態様に制限されるのではなく、それどころか、特許請求の範囲の範囲の内に含まれている数多の他の変更及び同等の取り合わせをカバーすることを意図していることが、当業者に容易にわかるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的な一実施態様によるリアクタの側部断面図。
【図２】 本発明の一態様によるサセプタの真下に配置されたインダクタコイルの平面図。
【図３】 図２の例示的な誘導コイルに沿った位置の関数としてのコイルスタッド又は保持体高さのグラフ。
【図４Ａ】 分離プロファイルがプロセスの定常状態の高温部に適切である、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を示す横断面図。
【図４Ｂ】 分離プロファイルがプロセスの過渡的な加熱上昇及び冷却部分に適切である、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を示す横断面図。
【図５】 本発明の一態様において使用されることができるエレベーショナルリフト機構の側部断面図。
【図６】 インダクタとサセプタとの間の分離の距離を調節するのに使用されることができる例示的な光高温計を説明する側部横断面図。
【図７】 基板が経験していてよい熱環境の変化、並びに基板の間にフィットするように設計されていてよい例示的な熱遮蔽を示す、例示的なサセプタ上の１５０ｍｍウェーハの配置の平面図。
【図８Ａ】 サセプタの熱均一性を改善するために、サセプタ上に置かれていてよい例示的な熱遮蔽を示す図。
【図８Ｂ】 サセプタの熱均一性を改善するために、サセプタ上に置かれていてよい例示的な熱遮蔽を示す図。
【図８Ｃ】 サセプタの熱均一性を改善するために、サセプタ上に置かれていてよい例示的な熱遮蔽を示す図。
【図９Ａ】 本発明の例示的な実施態様においてサセプタのエッジで使用されることができる２つの例示的な熱遮蔽を説明する図。
【図９Ｂ】 図９Ａの例示的な熱遮蔽の使用で達成される利益を示す、半径方向のサセプタの熱プロファイルのグラフ。
【図１０Ａ】 薄いサセプタの軸方向の温度均一性を表す略示図。
【図１０Ｂ】 厚いサセプタの軸方向の温度均一性を表す略示図。
【符号の説明】
１００ ＣＶＤリアクタ、 １０１ ベルジャエンクロージャ、 １０２ ベースプレート、 １０３ シール機構、 １０４ サセプタ、 １０５ 基板、 １０６ 中心軸、 １０７ インダクタ、 １０８ コイルカバー、 １０９ 送込管、 １１０ 対流を意味する矢印、 １１８ コントローラ、 １２０、１２２ コイルセグメント、 １２４、１２６、１２８、１３４、１３６、１３８ 接続、 ２１０ 最内部のターン、 ２１２ 最外部のターン、 ２１４ コイルの幅、 ２１６、２１８、２２０、２２２ 保持体の位置、 ４０４ コイルセグメント、 ４０８ 支持ステム、 ４１０、４１２ サセプタ、 ４１４ コイルセグメント、 ４１６ サセプタ、 ４１８ コイルセグメント、 ４２０ 取付板、 ４２２ コイルセグメント、 ４２４ スタッド、 ４３０、４３２、４３４、４３６ コイルセグメント、 ４３８ 分離距離、 ５０１ サセプタ、 ５０５ ＲＦコイルアセンブリ、 ５１０ ペデスタル、 ５１２ ペデスタルキャップ、 ５２０ リードスクリュー、 ５２５ サセプタリフトプレート、 ５２７ リニアベアリング、 ５３０ ロータリーフィードスルー、 ５４０ 回転スリーブ、 ５５０ ロータリーフィードスルー、 ６１０ 光高温計、 ６２０ 光高温計、 ７２０ 基板、 ７２２、７２３、７４４ 方向、 ７４６ 基板、 ７５０、７５２、７５４ 遮蔽、 ８１０、８２０、８３０ 遮蔽、 ９１０ 遮蔽、 ９２０、９３０ 直立部、 ９４０ サセプタ、 ９５０ 参照数字、 ９６０ 曲線、 １０１０ 曲線、 １０４０ 上部表面、 １０３０ 下部表面、 １０２０ サセプタの厚さ、 １０６０ 数字、 １０７０ 曲線、 １０８０、１０９０ プロファイル

Claims (28)

1. 半導体基板を処理するための熱処理装置において、前記装置が、次のもの：
   処理チャンバ；
   処理チャンバにガスを供給して基板上に所望の堆積物を形成させるためのガス源；
   チャンバ内に配置されたインダクタ；
   チャンバ内でインダクタに近接して配置され、基板を支持するためのサセプタ、その際、インダクタはサセプタに電磁エネルギーを供給する；
   基板の加熱上昇及び冷却の間に、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させるためのエレベーショナルリフト機構；及び
   熱遮蔽；を含み、
   その際、
   （１）前記熱遮蔽は、内側及び外側の直立部に分離される；
   （２）前記熱遮蔽は、内側及び外側の直立部に分離され、さらに、サセプタの外側部分の底部に配置される；
   （３）前記熱遮蔽は、内側及び外側の直立部に分離され、さらに、基板がない領域中のサセプタの上面を絶縁し、その際、前記遮蔽は、サセプタ上の適合したポケットにフィットするように位置合わせされる；又は
   （４）前記熱遮蔽は、内側及び外側の直立部に分離され、さらに、サセプタの外側部分の底部に配置され、さらに、基板がない領域中のサセプタの上面を絶縁し、その際、前記遮蔽は、サセプタ上の適合したポケットにフィットするように位置合わせされる；
   ことを特徴とする、半導体基板を処理するための熱処理装置。
2. インダクタが誘導コイルである、請求項１記載の熱処理装置。
3. エレベーショナルリフト機構に接続されており、かつ定常状態の処理期間の間よりも、加熱上昇及び冷却の間でのインダクタとサセプタとの間の分離のより大きな距離を保持するために、エレベーショナルリフト機構を指示するように構成されているコントローラを更に含んでいる、請求項１記載の熱処理装置。
4. コントローラが、予め決定されたしきい値を超える基板の温度に応じて、加熱上昇の間に予め決定された量により分離の距離をインクリメントで減少するように構成されている、請求項３記載の熱処理装置。
5. サセプタが炭化ケイ素被覆グラファイトである、請求項１記載の熱処理装置。
6. サセプタが１．５インチ（３８．１ｍｍ）未満の厚さを有している、請求項５記載の熱処理装置。
7. サセプタが０．９〜１．５インチ（２２．８６〜３８．１ｍｍ）の厚さを有している、請求項６記載の熱処理装置。
8. サセプタを回転させるための機構を更に含んでいる、請求項１記載の熱処理装置。
9. サセプタのエッジを熱遮蔽するための内側及び外側の熱遮蔽を更に含んでいる、請求項１記載の熱処理装置。
10. 熱遮蔽が、サセプタのエッジを熱遮蔽するために内側及び外側の直立部に分離されている、請求項１記載の熱処理装置。
11. 熱遮蔽が、サセプタの外側部分の底部に配置されている、請求項１記載の熱処理装置。
12. 底部の熱遮蔽が、サセプタの底部エッジを熱遮蔽するための底部の放射状遮蔽を含んでいる、請求項１１記載の熱処理装置。
13. 基板保持体がサセプタである、請求項１記載の熱処理装置。
14. 上部の熱遮蔽が、基板ポケット間の空間にある遮蔽を含んでいる、請求項１記載の熱処理装置。
15. 熱遮蔽が、基板がない領域中のサセプタの上面を絶縁し、その際、前記遮蔽は、サセプタ上の適合したポケットにフィットするように位置合わせされる、請求項１記載の熱処理装置。
16. 半導体基板を処理する方法において、前記方法が、次の段階：
    基板をサセプタに近接して配置し；
    サセプタを加熱するために、インダクタからサセプタにエネルギーを誘導結合させ；
    チャンバ中へガスを注入し；
    基板の加熱上昇及び冷却の間に、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させ；
    基板がない領域中のサセプタの上面を熱遮蔽し、さらに、内側及び外側の直立部に分離されている遮蔽を用いてサセプタのエッジを熱遮蔽し；
    かつ
    基板上に材料の層を堆積させ、その際、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させる段階を、インダクタが取り付けられている取付板を移動することにより達成し、；および処理の間にインダクタとサセプタとの間の分離の距離を調節する段階を更に含む
    ことを特徴とする、半導体基板を処理する方法。
17. インダクタが誘導コイルである、請求項１６記載の方法。
18. サセプタを回転させる段階を更に含む、請求項１６記載の方法。
19. 変化させる工程が、定常状態の処理期間の間よりも、加熱上昇及び冷却の間に、インダクタとサセプタの間の分離のより大きな距離を保持することを含む、請求項１６記載の方法。
20. 変化させる工程が、予め決定されたしきい値を超える基板の温度に応じて、加熱上昇の間に予め決定された量により分離の間隔をインクリメントで減少することを含む、請求項１６記載の方法。
21. サセプタの上面を熱遮蔽する段階が、基板ポケット間の空間にある遮蔽を用いることを含む、請求項１６記載の方法。
22. サセプタの上面を熱遮蔽する段階が、サセプタ上の適合したポケットにフィットするように位置合わせされた遮蔽を用いることを含む、請求項１６記載の方法。
23. サセプタが炭化ケイ素被覆グラファイトである、請求項１６記載の方法。
24. 処理終了後に、インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させる段階を更に含む、請求項１６記載の方法。
25. インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させる段階を、サセプタを移動することにより達成する、請求項１６記載の方法。
26. インダクタとサセプタとの間の分離の距離を変化させる段階を、コイルスタッドの高さを調節することにより達成する、請求項１６記載の方法。
27. 底部の放射状遮蔽を用いてサセプタのエッジを熱遮蔽する段階を更に含む、請求項１６記載の方法。
28. サセプタが０．９〜１．５インチ（２２．８６〜３８．１ｍｍ）の厚さを有する、請求項１６記載の方法。

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