JP6408606B2 - マスキングされたエッジを有する支持リング - Google Patents
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Description
［０００１］本発明の態様は概して、基板の支持に使用されるデバイス、及び上記デバイスを形成するための方法に関する。更に具体的には、本発明の実施形態は、熱処理チャンバ内でエッジリングを支持する支持リングに関する。
［０００２］例えば半導体ウエハ等の基板の処理において、処理チャンバ内で適切な処理条件が維持されている間、基板は処理チャンバ内の支持体に配置される。急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバを使用して、基板の下に配置されたランプで基板を加熱することができる。例えば、基板を、摂氏２５０度から摂氏１３５０度の温度範囲内の高温に急速に加熱することができる。熱プロセスの間、例えばエッジリングなどの基板のエッジ領域周囲の支持構造によって、基板を支持することができる。エッジリングは、例えば支持リング等の別の支持構造によって支持されうる。
［０００３］エッジリング及び支持リングは、数えきれないほどの急速な加熱及び冷却サイクルに耐えることができる材料で構成される。石英（例えばアモルファスシリカ）は、支持リング構造にしばしば使われる材料である。ＲＴＰチャンバ内のランプで下から基板を加熱している時は通常、ＲＴＰチャンバ内の基板の上のエリアにランプの放射線が入らないように遮断することが望ましい。基板の上のエリアでは、例えばパイロメータ等の基板によって放射された放射線に敏感な放射線センサがしばしば使用される。基板の上のエリアにランプの放射線が入るのを防ぐことにより、放射線によって温度センサの性能が妨げられるのが防止される。石英は光と赤外線エネルギーを透過させるので、石英の支持リングの上面は多くの場合、例えばシリコン等の材料でコーティングされ、ランプの放射線に対して不透明となる。
［０００４］繰り返し加熱され冷却された後、シリコンでコーティングされた石英の支持リングに半径方向の亀裂が生じ始める。亀裂は、ほんの数回の加熱サイクルの後に生じ始める場合がある。亀裂により、シリコンでコーティングされた石英の支持リングが最終的に使用不能となり、支持リングを頻繁に交換することはコスト効率が悪い。
［０００５］従って、不透明なコーティングを有する、改善された石英の支持リングが必要である。
［０００６］一実施形態では、半導体処理のための支持リングが提供される。支持リングは、内側エッジと外側エッジとを有するリング状本体を含み、内側エッジと外側エッジは中央軸を同心とする。リング状本体は更に第１の側面と、第２の側面と、内側エッジにおいてリング状本体の第１の側面から延在している隆起した環状肩部を含む。支持リングはまた、第１の側面上のコーティングを含み、コーティングは、隆起した環状肩部に当接する低下した厚さの領域の内側領域を有する。
［０００７］別の実施形態では、半導体処理のための支持リングが提供される。支持リングは、内側エッジと外側エッジとを有するリング状本体を含み、内側エッジと外側エッジは中央軸を同心とする。リング状本体は更に、第１の側面と第２の側面とを含む。支持リングはまた、第１の側面上のコーティングも含み、コーティングは、均一厚さの外部放射線遮断領域と、エッジリングを支持するように構成された低下した厚さの内側領域とを有する。
［０００８］別の実施形態では、堆積チャンバにおいてリング状本体をコーティングする方法が提供される。本方法は、堆積チャンバにリング状本体を提供することであって、リング状本体は中央軸を同心とする内側エッジ及び外側エッジと、第１の側面及び第２の側面を有する、提供することと、内側エッジにおいて第１の側面の上にマスクを配置することであって、マスクと第１の側面との間の距離は約５００ミクロン未満である、配置することと、第１の側面にコーティングを形成することとを含み、マスクにより、マスク下の第１の側面上のコーティングの厚さが縮小する。
［０００９］本発明の上述の特徴を詳細に理解し得るように、上記に簡単に要約されている本発明のより詳細な説明を、一部が付随の図面に示される実施形態を参照することによって行いうる。しかしながら、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面は本発明の典型的な実施形態のみを例示し、従って発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
［００１５］理解しやすくするために、可能な場合には、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。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
［００１６］加熱及び冷却の繰り返しに対する耐久性が改善された支持リングと、上記支持リングを作製する方法が記載される。本明細書に記載された支持リングは、繰り返し約２５０℃と約１３５０℃の間の温度まで加熱し、周囲温度まで冷却することによって生じる熱応力下の亀裂に耐性がある。
［００１７］図１は、一実施形態による支持リング１００の断面図である。支持リング１００は、熱処理チャンバ（図示せず）でエッジリング１６０を支持するように構成される。エッジリング１６０は、チャンバ内部で処理されうる基板１５０を支持するのに使用される。一般に、支持リング１００は、例えばシリンダ１７０等のチャンバの構成要素上に配置される。
［００１８］支持リング１００はリング状本体１１０を含む。リング状本体１１０は、内側エッジ１１２と外側エッジ１１４とによって画定することができ、内側エッジ１１２と外側エッジ１１４は、リング状本体１１０の中央軸を同心とするものであってよい。リング状本体１１０は更に、第１の側面１１６、第２の側面１１８、及び内側エッジ１１２においてリング状本体１１０の第１の側面１１６から延在している隆起した環状肩部１２０を含む。支持リング１００はまた、第１の側面１１６上にコーティング１４０も含み、コーティング１４０は、均一厚さ１４４の外側領域と、隆起した環状肩部１２０に当接した低下した厚さの１４２内側領域とを有する。均一厚さ１４４の外側領域は、低下した厚さの１４２内側領域の向こうに半径方向外向きに延在する。均一厚さ１４４の外側領域は、低下した厚さの１４２内側領域よりも厚みがある。均一厚さ１４４の外側領域と、低下した厚さの１４２内側領域はリング状であってよい。低下した厚さの１４２内側領域は、エッジリング１６０を支持するように構成可能である。支持リング１００はまた、支持リング１００をシリンダ１７０上に位置決めする位置決めリム１３０も含みうる。
［００１９］リング状本体１１０は、石英（例えばアモルファスシリカ）、炭化ケイ素、酸化ケイ素（例えばアモルファスガラス）、セラミック、又は任意の他の耐熱材料からなるものであってよい。上記材料の組み合わせも使用可能である。
［００２０］コーティング１４０は、例えば多結晶シリコン、単結晶シリコン、微結晶シリコン、ナノ結晶性シリコン、アモルファスシリコン等の任意の使いやすい形態を有しうるシリコンからなるものであってよい。均一厚さ１４４の外側領域は、外部放射線遮断領域でありうる。２５ミクロン以上のシリコンコーティングにより、支持リング１００のコーティングされた面が、処理チャンバ内部の温度を測定するのに使用される一又は複数のパイロメータ（図示せず）の動作範囲の放射線の波長に対して不透明になりうる。一又は複数のパイロメータは、支持リング１００の上から温度を測定することができ、加熱源（図示せず）は支持リング１００の下に位置づけすることができる。不透明とは、支持リング１００の下に配置された加熱源、例えばランプ（図示せず）からコーティング１４０を通過するパイロメータの動作範囲の放射線の平均強度が、例えば加熱源に面する第２の側面１１８等の面の支持リング１００が受ける入射放射線よりも少なくとも６桁小さいことを意味する。コーティング１４０の厚さとその他の特性は、コーティング１４０を通過する放射線が、加熱源から支持リング１００が受ける入射放射線よりも少なくとも１２桁小さくなるように設定されうる。パイロメータが感知可能な波長に対して不透明なコーティングを使用することで、加熱源から直接来る波長範囲の放射線が一又は複数のパイロメータに実質的に到達しないようにすることができる。
［００２１］均一厚さ１４４の外側領域のコーティング１４０の厚さは、２５ミクロンと７５ミクロンの間、例えば約３０ミクロンと約６０ミクロンの間、例えば５０ミクロンであってよい。幾つかの実施形態では、均一厚さの外側領域のコーティング１４０の厚さは、約５０ミクロンと５００ミクロンの間、例えば１５０ミクロンであってよい。均一厚さ１４４の外側領域のコーティング１４０の厚さは実質的に均一であるが、一定の厚さである必要はない。例えば、均一厚さ１４４の外側領域の厚さは、支持リング１００の半径方向の寸法に沿って変化しうる。均一厚さ１４４の外側領域のコーティング１４０の厚さは、加熱源から支持リング１００の第２の側面１１８へ方向づけされた放射エネルギーの少なくとも一部の波長に対して、均一厚さの外側領域が実質的に不透明となるほど十分な厚さであってよい。低下した厚さの１４２の内側領域のコーティング１４０の厚さは、約１ミクロンと約３０ミクロンの間、例えば、約５ミクロンと約２０ミクロンの間、例えば１０ミクロン等であってよい。低下した厚さの１４２内側領域を、最小厚さの内側領域と記載することもできる。
［００２２］図２Ａに、リング状本体１１０上にコーティング１４０を形成するのに使用されうるマスク２１０の断面図を示す。図２Ｂに、マスク２１０の使用を通して形成されうるコーティング１４０を有する支持リング１００の断面図を示す。マスク２１０はリング状であり、コーティング１４０の形成中に、隆起した環状肩部１２０上にマスク２１０を支持するのに使用されうる支持面２１２を含みうる。マスク２１０はまた、コーティング１４０の形成中に、低下した厚さの１４２内側領域のコーティング１４０の厚さを低下させるのに使用されるマスキング面２１４も含む。マスク２１０はまた、コーティング１４０が形成された時に、低下した厚さの１４２内側領域と、均一厚さ１４４の外側領域の間に均一厚さの境界２１８を生じさせる外面２１６も含む。
［００２３］図１及び２Ｂを参照する。エッジリング１６０の支持面の外側エッジが支持されうる場所に、均一厚さの境界２１８が形成されうる。エッジリング１６０も放射線の一部の波長又はスペクトルに対して不透明でありうる放射線遮断材料、例えば炭化ケイ素からなる場合、熱処理チャンバの支持リング１００の下から放射している光及び赤外線エネルギーのほぼ全てが、基板１５０、エッジリング１６０、又は均一厚さ１４４の外側領域によって遮断される、又は吸収される。
［００２４］図１、２Ａ及び２Ｂを参照する。リング状本体１１０上にコーティング１４０を形成する方法は、リング状本体１１０を堆積チャンバ（図示せず）に提供することと、マスク２１０を内側エッジ１１２の第１の側面１１６の上に配置することと、第１の側面１１６上にコーティング１４０を形成することとを含みうる。マスク２１０により、マスキング面２１４の下の第１の側面１１６のコーティング１４０の厚さが低下する。マスキング面２１４と第１の側面１１６の間の距離は、約１０ミクロンと約５００ミクロンの間、例えば約２００ミクロンであってよい。幾つかの実施形態では、マスキング面２１４と第１の側面１１６の間の距離は、約１ミクロンと約３０ミクロンの間、例えば約５ミクロンと約２０ミクロンの間、例えば１０ミクロンであって良い。
［００２５］図３Ａに、リング状本体１１０のテーパー状コーティング３４０を形成するのに使用されうるテーパー状マスク３１０の断面図を示す。図３Ｂに、テーパー状マスク３１０の使用を通して形成されうる、テーパー状コーティング３４０を有する支持リング３００の断面図を示す。テーパー状マスク３１０はリング状であり、テーパー状コーティング３４０の形成中に、隆起した環状肩部１２０にテーパー状マスク３１０を支持するのに使用されうるテーパー状マスク支持面３１２を含みうる。テーパー状マスク３１０は、テーパー状コーティング３４０が内側エッジ１１２に近づくにつれテーパー状コーティング３４０の厚さが低下するようにテーパー状になっている。テーパー状マスク３１０はまた、テーパー状コーティング３４０の形成中にテーパー状領域３４２のテーパー状コーティング３４０の厚さを低下させるのに使用されるテーパー状マスキング面３１４も含む。テーパー状マスキング面３１４は、第１の側面１１６に対してほぼ直線の傾斜を有しうる。テーパー状マスク３１０はまた、テーパー状コーティング３４０が形成されると、テーパー状領域３４２と、均一厚さ３４４の外側領域の間に外側テーパー境界３１８ができる外面３１６も含む。従って、テーパー状領域３４２（すなわちリング状本体１１０の半径寸法に沿った内側領域）は、外側テーパー境界３１８において均一厚さ３４４の外側領域と境を接する。
［００２６］均一厚さ３４４の外側領域のテーパー状コーティング３４０の厚さは、２５ミクロンと２００ミクロンの間、例えば６０ミクロンの厚さであってよい。幾つかの実施形態では、均一厚さ３４４の外側領域のテーパー状コーティング３４０の厚さは、約２００ミクロンと５００ミクロンの間、例えば４００ミクロンの厚さでありうる。
［００２７］テーパー状マスク３１０は、テーパー状コーティング３４０が形成された時に、隆起した環状肩部１２０に当接する最小厚さ３４６の領域を生じさせるのに使用されうる最小厚さのマスキング面３１３も含みうる。最小厚さのマスキング面３１３は、リング状本体１１０の第１の側面１１６とほぼ平行し、テーパー状コーティング３４０の厚さは最小厚さ３４６の領域においてほぼ均一となりうる。最小厚さ３４６の領域のテーパー状コーティング３４０の厚さはほぼ均一であるが、一定の厚さである必要はない。例えば、最小厚さ３４６の領域のテーパー状コーティング３４０の厚さは、支持リング３００の半径寸法に沿って変化しうる。テーパー状コーティング３４０が形成された後、テーパー状マスキング面３１４の、最小厚さのマスキング面３１３との接点により、内側テーパー境界３２０ができる。内側テーパー境界３２０は、テーパー状領域３４２と、最小厚さ３４６の領域（すなわち内側領域）との間である。従って、テーパー状コーティング３４０は外側テーパー境界３１８の均一厚さ３４４の領域から、リング状本体１１０の内側領域に位置づけされる内側テーパー境界３２０の低下した厚さ又は最小厚さまでテーパー状となる。テーパー状コーティング３４０は、内側テーパー境界３２０と内側エッジ１１２の間の最小厚さにほぼ等しい内側厚さを有しうる。
［００２８］内側テーパー境界３２０は、リング状本体１１０の内側エッジ１１２から第１の距離にあってよく、第１の距離は約０．１ｍｍと約２０ｍｍとの間、例えば約０．５ｍｍと約１５ｍｍの間、例えば約５ｍｍである。幾つかの実施形態では、最小厚さ３４６の領域のテーパー状コーティング３４０の厚さが、約１ミクロンと約３０ミクロンの間、例えば５ミクロンと約２０ミクロンの間、例えば１０ミクロンであってよい。外側テーパー境界３１８は、リング状本体１１０の内側エッジ１１２から第２の距離にあってよく、第２の距離は約０．２ｍｍと約２５ｍｍとの間、例えば約０．５ｍｍと約２０ｍｍの間、例えば約１０ｍｍである。幾つかの実施形態では、テーパー状マスク３１０により、テーパー状コーティング３４０の厚さが、中央軸から半径寸法に沿って０．１ｍｍと２４ｍｍの間、例えば０．５ｍｍと５ｍｍの間で低下しうる。
［００２９］内側テーパー境界３２０におけるテーパー状コーティング３４０の厚さは、約１ミクロンと約３０ミクロンの間、例えば約５ミクロンと約２０ミクロンの間、例えば１０ミクロンであってよい。外側テーパー境界３１８におけるテーパー状コーティング３４０の厚さは、約２５ミクロンと約７５ミクロンの間、例えば約３０ミクロンと約６０ミクロンの間、例えば５０ミクロンであってよい。幾つかの実施形態では、外側テーパー境界３１８におけるテーパー状コーティング３４０の厚さは６０ミクロンと５００ミクロンの間、例えば２５０ミクロンの厚さでありうる。
［００３０］図１、３Ａ及び３Ｂを参照する。テーパー状コーティング３４０を形成する方法は、リング状本体１１０を堆積チャンバ（図示せず）に提供することと、テーパー状マスク３１０を第１の側面１１６の上に配置することと、第１の側面１１６上にテーパー状コーティング３４０を形成することとを含みうる。テーパー状マスク３１０により、テーパー状マスキング面３１４と最小厚さのマスキング面３１３の下の第１の側面１１６上のテーパー状コーティング３４０の厚さが低下する。テーパー状マスキング面３１４と第１の側面１１６の間の距離は、第１の値から第２の値までテーパー状になっていてよく、第１の値は約３００ミクロンと約５００ミクロンの間、例えば４００ミクロンであってよく、第２の値は約１０ミクロンと約２００ミクロンの間、例えば５０ミクロンであってよい。幾つかの実施形態では、テーパー状マスキング面３１４と第１の側面１１６の間の距離は、第１の値から第２の値までテーパー状になっていてよく、第１の値は約２５ミクロンと約７５ミクロンの間、例えば５０ミクロンであってよく、第２の値は約１ミクロンと約３０ミクロンの間、例えば１０ミクロンであってよい。幾つかの実施形態では、テーパー状マスキング面３１４と、第１の側面１１６との間の距離は、１０ミクロンと３００ミクロンの間、例えば５０ミクロンであってよい。幾つかの実施形態では、最小厚さのマスキング面３１３と、第１の側面１１６との間の距離は、１０ミクロンと２００ミクロンの間、例えば６０ミクロンであってよい。幾つかの実施形態では、最小厚さのマスキング面３１３と、第１の側面１１６との間の距離は、約１ミクロンと約３０ミクロンの間、例えば約５ミクロンと約２０ミクロンの間等の例えば１０ミクロンであってよい。
［００３１］第１の側面１１６をシリコン前駆体材料に曝露して、コーティング１４０又はテーパー状コーティング３４０を形成しうる。第１の側面１１６をシリコン前駆体材料に曝露するプロセスは、ＣＶＤプロセス又はＰＶＤプロセスであってよい。一態様では、例えばプラズマスプレープロセス又はプラズマＣＶＤプロセス等のプラズマプロセスが使用されうる。プラズマＣＶＤプロセスでは、シラン等のシリコン堆積前駆体、例えばトリメチルシラン、又はジシランが処理チャンバに提供され、処理チャンバは、その上に位置決めされたマスク２１０又はテーパー状マスク３１０を有するリング状本体１１０を含む。シリコン堆積前駆体は、アルゴン又はヘリウム等のプラズマ形成ガスと共に提供されうる。処理チャンバに容量結合プラズマ又は誘導プラズマが形成され、コーティング１４０又はテーパー状コーティング３４０が形成される。
［００３２］図１を参照する。例えばリング状本体１１０等の石英の支持リングの上面がほぼ均一厚さのシリコン層でコーティングされ、例えば少なくとも９００℃の温度等の高温に繰り返し加熱されると、わずか数回のサイクルの後で、亀裂が半径方向に形成され始めることが観察されている。亀裂により最終的に支持リングが使用不能となる。同じ支持リングが例えば薄い１４２内側領域等の内側エッジ１１２近辺に低下した厚さの領域を有するシリコンコーティングを有し、支持リングが繰り返し高温に加熱されると、亀裂の形成が大幅に遅くなる、又は低下することも観察されている。
［００３３］上記の記述は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他の及び更なる実施形態が、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、考案され、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。
Claims (15)
- 半導体処理のための支持リングであって、
リング状本体であって、
中央軸を同心とする内側エッジ及び外側エッジと、
第１の側面と第２の側面と
を備えたリング状本体、
前記内側エッジにおいて、前記リング状本体の第１の側面から延在している隆起した環状肩部、及び
前記第１の側面上のコーティングであって、前記肩部に当接している減少した厚さの内側領域を有するコーティング
を備える支持リング。 - 減少した厚さの前記内側領域はリング状である、請求項１に記載の支持リング。
- 前記リング状本体は石英を含む、請求項２に記載の支持リング。
- 前記コーティングはポリシリコンである、請求項３に記載の支持リング。
- 前記コーティングは、減少した厚さの前記内側領域の向こうに半径方向外向きに延在している、均一厚さの外側領域を有する、請求項４に記載の支持リング。
- 前記外側領域における前記コーティングの前記厚さは、３０ミクロンと６０ミクロンの間であり、前記内側領域における前記コーティングの前記厚さは、１ミクロンと３０ミクロンの間である、請求項５に記載の支持リング。
- 前記外側領域及び前記内側領域との間にある、テーパー状領域であって、前記外側領域と前記テーパー状領域との間に外側テーパー境界を形成し、前記テーパー状領域と前記内側領域との間に内側テーパー境界を形成するテーパー状領域を更に備え、前記コーティングは、前記外側テーパー境界における前記均一厚さから、前記内側テーパー境界における前記減少した厚さまでテーパー状になっている、請求項５に記載の支持リング。
- 前記内側テーパー境界は前記内側エッジから第１の距離にあり、前記外側テーパー境界は前記内側エッジから第２の距離にあり、前記第１の距離は０．１ｍｍと２０ｍｍの間であり、前記第２の距離は０．２ｍｍと２５ｍｍまでの間である、請求項７に記載の支持リング。
- 前記外側領域における前記コーティングの前記厚さは３０ミクロンと６０ミクロンの間であり、前記内側領域における前記コーティングの前記厚さは１ミクロンと３０ミクロンの間である、請求項７に記載の支持リング。
- 前記内側テーパー境界は前記内側エッジから第１の距離にあり、前記外側テーパー境界は前記内側エッジから第２の距離にあり、前記第１の距離は０．１ｍｍと２０ｍｍの間であり、前記第２の距離は０．２ｍｍと２５ｍｍまでの間である、請求項９に記載の支持リング。
- 半導体処理のための支持リングであって、
リング状本体であって、
中央軸を同心とする内側エッジ及び外側エッジと、第１の側面と第２の側面と
を備えたリング状本体及び、
前記第１の側面上のコーティングであって、均一厚さの外部放射線遮断領域と、エッジリングを支持するように構成された減少した厚さの内側領域を有するコーティング
を備える支持リング。 - 前記内側領域は、外側テーパー境界において前記外部放射線遮断領域と境を接し、前記コーティングの厚さは、前記外側テーパー境界における前記均一厚さから、前記内側領域に位置づけされた内側テーパー境界における最小厚さまで半径方向内向きにテーパー状になっており、前記コーティングは前記内側テーパー境界と前記内側エッジとの間の前記最小厚さと等しい内側厚さを有する、請求項１１に記載の支持リング。
- リング状本体を堆積チャンバ内でコーティングする方法であって、
中央軸を同心とする内側エッジと外側エッジ、及び第１の側面と第２の側面とを有する前記リング状本体を前記堆積チャンバに提供することと、
前記内側エッジにおいて前記第１の側面の上にマスクを配置することであって、前記マスクと前記第１の側面との間の距離は５００ミクロン未満である、配置することと、
前記第１の側面上にコーティングを形成することであって、前記マスクにより、前記マスクの下の前記第１の側面上のコーティングの厚さが減少する、形成することと
を含む方法。 - 前記マスクは、前記コーティングが前記内側エッジに近づくにつれ前記コーティングの前記厚さが減少するようにテーパー状になる、請求項１３に記載の方法。
- 前記マスクと前記第１の側面との間の距離が第１の値から第２の値までテーパー状になっており、前記第１の値は３００ミクロンと５００ミクロンの間であり、前記第２の値は１０ミクロンと２００ミクロンの間である、請求項１４に記載の方法。
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