JP6577104B2 - Ｅｐｉプロセスのための均一性調整レンズを有するサセプタ支持シャフト - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般的に、処理チャンバ中で基板を支持することに関する。

処理期間中に、基板は、処理チャンバ内のサセプタ上に位置決めされる。サセプタは、中心軸の周りに回転可能な、サセプタ支持シャフトによって支持される。サセプタ支持シャフトは、サセプタを支持する、通常３個から６個の、サセプタ支持シャフトから延びる複数の腕を含む。サセプタ支持シャフトが処理期間中に回転すると、サセプタ支持シャフトから延びる腕が、サセプタまたは基板の温度を測定するために使用されるパイロメータビームを遮り、したがってパイロメータ読取値の妨害を引き起こす。腕は、一般的に光学的に透明である石英から形成される場合があるが、光の少なくともある程度の量が腕により吸収され、したがって完全には光学的に透明ではない。この、腕により吸収および散乱される光の量が、パイロメータビームによりサセプタに伝送される光の量に影響を及ぼし、したがってパイロメータによる温度測定の正確さに影響を及ぼす。サセプタ支持シャフトが回転すると、腕がパイロメータビーム経路内にある期間、および腕がパイロメータビーム経路に隣接する期間がある。したがって、サセプタに到達するパイロメータビームからの光の量は、サセプタ支持体が回転すると変化し、不正確な温度測定の期間をもたらす。

サセプタまたは基板の裏側から放出される放射の検知のために、通常、ＩＲ高温測定システムが使用され、パイロメータ読取値は、したがって、サセプタまたは基板の表面放射率に基づいて温度に変換される。通常、ソフトウェアフィルタが使用されて、（上記の回転期間中に、支持腕がパイロメータビームに入ったり出たりして動くことに起因する）温度リップルとの妨害を、約±１℃に減少させる。ソフトウェアフィルタは、２〜３秒の幅のサンプル窓中の平均データを含むアルゴリズムでやはり使用される。

先進的なサイクリックＥＰＩプロセスで、プロセス温度がレシピステップに従って変化することになり、レシピステップ時間は、より短くなっている。したがって、ソフトウェアフィルタの時間遅延は、最小化される必要があり、温度変化の動的応答を改善するために、はるかに狭いサンプル窓が必要になる。温度リップルは、最適なサイクル対サイクルの温度再現性のために、±０．５℃の範囲未満にさらに減少させる必要がある。

したがって、より正確な温度測定を可能にする装置が必要である。

本発明の実施形態は、一般的に、サセプタ支持シャフトおよびサセプタ支持シャフトを含む処理チャンバに関する。サセプタ支持シャフトは、サセプタ支持シャフト上にサセプタを支持し、今度はサセプタが処理期間中に基板を支持する。サセプタ支持シャフトは、サセプタ支持シャフトが回転するときでさえ、サセプタおよび／または基板へと向けられるパイロメータ焦点ビームのための一貫性のある経路を設けることにより、サセプタおよび／または基板の温度測定の変化を減少させる。サセプタ支持シャフトは、比較的少ない熱質量も有し、このことによって、プロセスチャンバ中のサセプタの、速いランプアップ速度およびランプダウン速度が可能になる。

一実施形態では、プロセスチャンバ用のサセプタ支持シャフトは、円筒形の支持シャフト、および支持シャフトに結合される支持本体を備える。支持本体は、中実のディスク、中実のディスクから延びる複数の先細基部、先細基部のいくつかから延びる少なくとも３つの支持腕、および先細基部のいくつかから延びる少なくとも３つのダミー腕を備える。１つの例では、特別製の屈折要素が、中実のディスクの頂部上に取り外し可能に配置され、サセプタおよび／または基板にわたって、２次的な熱分配を再分配することができる。

別の実施形態では、基板を加熱するためのプロセスチャンバが開示される。プロセスチャンバは、基板を支持するためプロセスチャンバ内に配設されるサセプタ、基板支持体の下に配設される下部ドーム、および下部ドームに対向して配設される上部ドームを備える。上部ドームは、中央窓部、および中央窓部の周縁の周りで中央窓部と係合する周辺フランジを備え、中央窓部および周辺フランジが光学的に透明な材料から形成される。

本発明の上の特徴が記載される様式を詳細に理解することができるように、そのいくつかが添付図面中に図示される実施形態を参照することによって、上に簡潔に要約された本発明のより具体的な記載を行うことができる。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態だけを図示しており、本発明が他の同等に効果的な実施形態を許容することができるので、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきでないことに留意されたい。

本発明の実施形態に従う処理チャンバを図示する横断面図である。 本発明の別の実施形態に従う熱処理チャンバの横断面図である。 頂部の周縁の周りに走る、筋を付けられた特徴を有する頂部を示す、図１Ｂのリフレクタの斜視図である。 本発明の実施形態に従う、サセプタ支持シャフトを図示する斜視図である。 本発明の一実施形態に従う、支持本体を図示する部分断面図である。 本発明の実施形態に従う、支持腕を図示する断面図である。 本発明の実施形態に従う、支持腕を図示する断面図である。 本発明の実施形態に従う、支持腕を図示する断面図である。 本発明の実施形態に従う、支持腕を図示する断面図である。 本発明の実施形態に従う、支持腕を図示する断面図である。 本発明の別の実施形態に従う、サセプタ支持シャフトを図示する斜視図である。 その上に屈折要素が位置決めされた、サセプタ支持シャフトを図示する斜視断面図である。

理解を容易にするために、図に共通な同一の要素を表すため、可能な場合は、同一の参照番号が使用された。一実施形態で開示される要素は、具体的な記載なしで、他の実施形態中で有利に利用できることが意図される。

本発明の実施形態は、一般的に、サセプタ支持シャフトおよびサセプタ支持シャフトを含む処理チャンバに関する。サセプタ支持シャフトは、サセプタ支持シャフトの上にサセプタを支持し、今度はサセプタが処理期間中に基板を支持する。サセプタ支持シャフトは、サセプタおよび／または基板へと向けられるパイロメータ検知経路をカバーする、回転中心近くの中実のディスクを有するサセプタ支持シャフトを設けることにより、サセプタおよび／または基板の温度測定の変化を減少させるように設計される。中実のディスクがパイロメータ温度読取り経路をカバーすると、サセプタ支持シャフトが回転するときでさえ、パイロメータ読取値は、より少ない妨害を示す。中実のディスクは、回転中心近くのパイロメータ焦点ビームだけをカバーし、したがって、サセプタ支持シャフトは、比較的少ない熱質量を有し、このことによって、プロセスチャンバの、速いランプアップ速度およびランプダウン速度が可能になる。いくつかの実施形態では、特別製の屈折要素が、中実のディスクの頂部上に取り外し可能に配置され、エピタキシプロセスの最適な厚さ均一性のために、サセプタおよび／または基板にわたって、２次的な熱分配を再分配することができる。

本明細書に開示される実施形態は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から入手可能な、Ａｐｐｌｉｅｄ ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標） ＲＰ ＥＰＩチャンバ中で実施可能である。他の製造業者から入手可能な他のチャンバが、本明細書に開示される実施形態からやはり恩恵を受けることができることが意図される。

図１Ａは、本発明の実施形態に従う熱処理チャンバ１００の横断面図である。処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２、支持システム１０４、およびコントローラ１０６を含む。チャンバ本体１０２は、上部１１２および下部１１４を含む。上部１１２は、上部ドーム１１６と基板１２５の間のチャンバ本体１０２内に区域を含む。下部１１４は、下部ドーム１３０と基板１２５の底の間のチャンバ本体１０２内に区域を含む。堆積プロセスは、一般的に、上部１１２内の基板１２５の上面上で起こる。

処理チャンバ１００は、プロセスチャンバ１００内に位置決めされる構成要素に熱エネルギーを提供するように適合されるランプ１３５などの複数の熱源を含む。たとえば、ランプ１３５は、基板１２５、サセプタ１２６、および／または予熱リング１２３に熱エネルギーを提供するように適合することができる。下部ドーム１３０は、石英などの光学的に透明な材料から形成されて、そこを通る熱放射の通過を容易にすることができる。一実施形態では、ランプ１３５は、下部ドーム１３０と同様に上部ドーム１１６を通って熱エネルギーを提供するように位置決めできることが意図される。

チャンバ本体１０２は、その中に形成される複数のプレナム１２０を含む。たとえば、第１のプレナム１２０は、そこを通してプロセスガス１５０を、チャンバ本体１０２の上部１１２の中に提供するように適合することができ、一方、第２のプレナム１２０は、プロセスガス１５０を、上部１１２から排気するように適合することができる。そのような様式で、プロセスガス１５０は、基板１２５の上面に平行に流れることができる。基板１２５上にエピタキシャル層を形成するための、基板１２５上へのプロセスガス１５０の熱分解は、ランプ１３５によって促進される。

基板支持組立体１３２は、チャンバ本体１０２の下部１１４中に位置決めされる。基板支持体１３２は、基板１２５を処理位置に支持して図示される。基板支持組立体１３２は、光学的に透明な材料から形成されたサセプタ支持シャフト１２７およびサセプタ支持シャフト１２７により支持されるサセプタ１２６を含む。サセプタ支持シャフト１２７のシャフト１６０は、リフトピン接点１４２が結合される、シュラウド１３１内に位置決めされる。サセプタ支持シャフト１２７は、回転可能である。シュラウド１３１は、一般的に所定の位置に固定され、したがって、処理期間中に回転しない。

リフトピン１３３は、サセプタ支持シャフト１２７中に形成される（図２に示される）開口２８０を通して配設される。リフトピン１３３は、垂直に作動可能であり、基板１２５の下側に接触して、基板１２５を（示されるような）処理位置から基板取り外し位置に持ち上げるように適合される。サセプタ支持シャフト１２７は、石英から製作され、一方サセプタ１２６は、炭化ケイ素または炭化ケイ素でコーティングされたグラファイトから製作される。

サセプタ支持シャフト１２７は、処理期間中に基板１２５の回転を容易にするために回転可能である。サセプタ支持シャフト１２７の回転は、サセプタ支持シャフト１２７に結合されるアクチュエータ１２９により促進される。支持ピン１３７は、サセプタ支持シャフト１２７をサセプタ１２６に結合する。図１Ａの実施形態では、１２０°間隔をあけた３つの支持ピン１３７（２つが図示される）が利用されて、サセプタ支持シャフト１２７をサセプタ１２６に結合する。

パイロメータ１３６は、サセプタ１２６または基板１２５の裏側から放出される放射を検知することにより、サセプタ１２６および／または基板１２５の温度を測定するように適合される。パイロメータ読取値は、次いで、サセプタまたは基板の表面放射率に基づいて温度に変換される。パイロメータ１３６は、下部ドーム１３０を通り、サセプタ支持シャフト１２７を通って向けられる焦点ビーム１３８を放出する。パイロメータ１３６は、（たとえば、サセプタ１２６が炭化ケイ素から形成されるとき）サセプタ１２６の温度、または（たとえば、サセプタ１２６が石英から形成されるとき、またはサセプタがなく、基板１２５がリングなど他の様式で支持されるとき）基板１２５の温度を測定する。リフトピン接点１４２は一般的に焦点ビーム１３８に隣接して位置決めされて回転せず、したがって、処理期間中にパイロメータ焦点ビーム１３８と干渉しないことに留意されたい。

予熱リング１２３は、チャンバ本体１０２に結合される下部ライナ１４０上に取り外し可能に配設される。予熱リング１２３は、チャンバ本体１０２の内部容積の周りに配設され、基板１２５が処理位置にあるとき、基板１２５を囲む。処理期間中に、予熱リング１２３は、ランプ１３５によって加熱される。予熱リング１２３は、プロセスガスが予熱リング１２３に隣接するプレナム１２０を通ってチャンバ本体１０２に入るとき、プロセスガスの予熱を容易にする。

上部ドーム１１６の中央窓部１１５および下部ドーム１３０の底部１１７は、石英などの光学的に透明な材料から形成されて、ランプからの放射を、著しく吸収することなく向けることができる。中央窓部の周縁の周りの中央窓部と係合する上部ドーム１１６の周辺フランジ１１９、底部の周縁の周りの底部と係合する下部ドーム１３０の周辺フランジ１２１は、すべて不透明の石英から形成されて、周辺フランジに近接するＯリング１２２を、熱放射に直接曝すことから保護することができる。

いくつかの場合では、周辺フランジ１１９を含む、上部ドーム１１６の全体が、すべて石英などの光学的に透明な材料から形成することができる。特定の例では、上部ドーム１１６および下部ドーム１３０の両方およびそれぞれの周辺フランジ１１９、１２１が、すべて石英などの光学的に透明な材料から形成することができる。周辺フランジ１１９、１２１を光学的に透明にすることは、有利な場合がある。エピタキシャル堆積は、単結晶層を作るために、基板表面上にＳｉ、Ｇｅ、またはドーパントなどの原子を置く複雑なプロセスである。上部および下部ドーム構造の本質は、透き通った石英ドームおよび不透明な周辺フランジが使用される場合、ドームの縁部から周辺フランジへの高熱温度勾配を招く可能性がある。これは、高い堆積温度において、ドーム温度は基板の上で約３４２℃に上昇する場合がある一方、周辺フランジ近くの区域は、約１００°低下する場合があり、そのような区域から急速に減少をおこし、このことがかなりの付着粒子を生じさせ、非常に厳しい温度管理を要求するエピタキシプロセスでは望ましくないからである。

全体が透き通ったドームは、チャンバガスの区域中で、ドーム／フランジに関して１０℃の差分内の熱均一性を可能にする。全体が透き通った石英から上部および下部ドームを構築することにより、石英の熱伝導率は非常に高くなり、表面にわたる非常に均一な温度プロファイルをもたらす。たとえば、高い堆積温度において、中央において３４２℃のドーム温度が測定され、一方周辺フランジの内縁において３３５℃が測定されたことが観察された。したがって、熱過渡安定化時間は、伝導性の改善に起因して２〜３倍、大きく改善される。これは、とりわけ、ＺＩＩ／ＶならびにＳｉＧｅおよびＳｉＣ用途に関して、より良好なプロセス制御を可能にすることになる。

支持システム１０４は、処理チャンバ１００中のエピタキシャル膜の成長など、予め決められたプロセスを実行および監視するために使用される構成要素を含む。支持システム１０４は、ガスパネル、ガス分配導管、真空および排気サブシステム、電源、およびプロセス制御機器のうちの１つまたは複数を含む。コントローラ１０６は、支持システム１０４に結合され、処理チャンバ１００および支持システム１０４を制御するように適合される。コントローラ１０６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、および支持回路を含む。コントローラ１０６に常駐する命令は、処理チャンバ１００の動作を制御するために実行することができる。処理チャンバ１００は、処理チャンバ１００の中で、１つまたは複数の膜形成または堆積プロセスを実施するように適合される。たとえば、炭化ケイ素エピタキシャル成長プロセスを処理チャンバ１００内で実施することができる。他のプロセスを処理チャンバ１００内で実施できることが意図される。

図１Ｂは、本発明の別の実施形態に従う熱処理チャンバ１００の横断面図である。図１Ｂは、リフレクタ１５５が頂部ドーム１１６の上に配設されることを除いて図１Ａと実質的に同一である。リフレクタ１５５は、本体１５６の外周から広がる頂部１５７を有する円筒形本体１５６を有することができる。頂部１５７は、外面において筋を付けられた特徴を有し、処理チャンバ１００の中央において、ランプ１３５からのエネルギー放射を分け、かつ／または方向を変えるのを助けることができる。筋を付けられた特徴は、エピタキシプロセスの最適な厚さ均一性のために、サセプタ１２６または基板１２５にわたって、エネルギー放射の再分配を容易にすることができる。図１Ｃは、頂部１５７の全周縁の周りに走る、またはリフレクタ１５５の円筒形本体の任意の所望の場所における、筋を付けられた特徴１５９を有する頂部１５７を示す、リフレクタ１５５の斜視図である。いくつかの実施形態では、筋を付けられた特徴１５９は、頂部１５７の周縁、またはリフレクタ１５５の円筒形本体の周りに任意の所望の水平面に断続的に延びることができる。リフレクタ１５５は、パイロメータからの１つまたは複数のパイロメータ焦点ビームが通過できるように、リフレクタ１５５の底に１つまたは複数の開口１６１（ただ１つが部分的に図示される）を有することができる。パイロメータは、リフレクタ１５５の上に位置決めすることができる。１つの例では、リフレクタ１５５の底は、パイロメータの場所に対応する位置に配置される３つの開口を有する。パイロメータの数に応じて、より多いまたは少ない開口が意図される。

図２は、本発明の一実施形態に従う、サセプタ支持シャフト１２７の斜視図を図示する。サセプタ支持シャフト１２７は、円筒形を有し、支持本体２６４に結合されるシャフト２６０を含む。シャフト２６０は、支持本体２６４に、ボルト留め、ねじ留め、または別の様式で接続することができる。支持本体２６４は、中実のディスク２６２、および中実のディスク２６２の外周２７３から延びる複数の先細基部２７４を含む。中実のディスク２６２は、パイロメータ温度読取り経路をカバーすることが可能な表面区域を有する円錐形または任意の所望の形状を有することができる。１つの例では、少なくとも３つの支持腕２７０が、先細基部２７４のいくつかから延び、少なくとも３つのダミー腕２７２が、先細基部２７４のいくつかから延びる。先細基部２７４は、中実のディスク２６２への支持腕２７０およびダミー腕２７２の接続を容易にする。

支持腕２７０は、そこを通して形成される開口２８０を含むことができる。開口２８０は、先細基部２７４のうちの１つに接続する接続面２７８に隣接して配置することができる。開口２８０は、そこを通るリフトピンの通過できるようにする。支持腕２７０の遠位端２８１は、ピン１３７を受け入れるための開口２８２をやはり含むことができる（図１Ａに図示される）。開口２８０および２８２は、全体として互いに平行であり、全体としてシャフト２６０にも平行である。各支持腕２７０は、ピン１３７を受け入れるため、開口２８２の向きを向けるために上方に曲がるエルボー２８３を含むことができる（図１Ａに図示される）。一実施形態では、エルボー２８３は、鈍角を形成する。支持腕２７０は、中実のディスク２６２の外周２７３の周りに等間隔で離間される。図２に示される実施形態では、支持腕２７０は、互いから約１２０°離間される。

支持本体２６４は、複数のダミー腕２７２も含むことができる。各ダミー腕は、先細基部２７４に結合され、そこから直線的に延びる。ダミー腕２７２は、たとえば約１２０°で、互いから等間隔で離間される。図２に示される実施形態では、ダミー腕２７２は、支持腕２７０の各々から６０°上に配置され、支持腕２７０の各々と、中実のディスク２６２の周りで交番する。ダミー腕２７２は、一般的に、サセプタに接触せず、またはサセプタを支持しない。ダミー腕は、シャフトが回転するとき、処理期間中の基板の均一な温度分布を容易にする。

処理期間中にサセプタ支持シャフト１２７は、サセプタおよび／または基板を加熱するために利用されるランプから熱エネルギーを吸収する。吸収された熱は、サセプタ支持シャフト１２７から放射する。サセプタ支持シャフト１２７、特に支持腕２７０により放射される放射熱は、サセプタおよび／または基板により吸収される。サセプタまたは基板に支持腕２７０が比較的近い位置であるため、熱はサセプタまたは支持シャフトに容易に放射され、支持腕２７０に隣接する、温度が上昇した区域を生じさせる。しかし、ダミー腕２７０を利用することによって、サセプタ支持シャフト２７０からサセプタおよび／または基板への、熱のより均一な放射を容易にし、したがって、ホットスポットの発生が減らされる。たとえば、ダミー腕２７２の利用によって、支持腕２７２に隣接する３つの局所的なホットスポットではなく、サセプタの均一な放射をもたらす。

加えて、いくつかの従来の手法に使用されるような、サセプタに隣接する支持リングがないことによって、基板にわたる熱均一性が増加する。サセプタ支持シャフト１２７は、サセプタ支持シャフトの末端を結合する環状リングを含まず、したがって、熱均一性を改善する。そのようなリングを利用することによって、（たとえば、サセプタの周囲近くで）リングに隣接する温度勾配の増加をもたらす可能性がある。さらに、支持腕２７０とダミー腕２７２の間の材料がないことによって、サセプタ支持シャフト１２７の質量が減少する。したがって、質量が減少することによって、サセプタ支持シャフト１２７の回転を容易にし、（たとえば、熱質量の減少に起因して）サセプタ支持シャフト１２７からサセプタへの不要な熱放射の量も減少する。サセプタ支持シャフト１２７の質量が減少することは、基板上で、より速いランプアップおよびクールダウンを達成することも支援する。より速いランプアップおよびクールダウンは、スループットおよび生産性の増加を容易にする。

図２は、一実施形態を図示するが、さらなる実施形態も意図される。別の実施形態では、中実のディスク２６２、支持腕２７２、およびダミー腕２７４が、別個の構成要素ではなく、石英などの材料の一体化された部片から形成できることが意図される。別の実施形態では、支持腕２７０の数を増加できることが意図される。たとえば、およそ、４個または６個の支持腕２７０を利用することができる。別の実施形態では、ダミー腕２７４の数は、増減させることができ、ゼロを含むことができることが意図される。別の実施形態では、ダミー腕２７２は、エルボーおよび垂直に向けられた遠位端を含み、支持腕２７０とのさらなる対称性を容易にし、したがって、基板およびサセプタの、さらに均一な加熱を実現することができる。ダミー腕２７２上にエルボーを含む実施形態または追加のダミー腕２７２または支持腕２７０を含む実施形態は、熱質量が増える望ましくない結果をもたらす可能性があることに留意されたい。別の実施形態では、中実のディスク２６２は、平面により切断される半球形または球の一部であってよい。

図３は、本発明の一実施形態に従う、支持本体２６４の部分断面図を図示する。中実のディスク２６２は、第１の厚さを有する頂端部２８３を含むことができる。頂端部３８３は、図１Ａに示されるシャフト１６０などのシャフトと結合するように適合される。中実のディスク２６２は、頂端部２８３の第１の厚さより薄い第２の厚さ３８５を有する側壁３８４をさらに含む。相対的に減った厚さは、支持本体２６４の熱質量を減らし、したがって、処理期間中により均一な加熱を容易にする。第２の厚さ３８５は、実質的に一定の厚さであってよいが、変化する厚さ３８５が意図される。中実のディスク２６２の側壁３８４は、全体として、パイロメータ温度読取り経路を十分にカバーする表面積を有する。したがって、側壁３８４は、そこを通るパイロメータ焦点ビーム１３８が通過できるようにする（図１Ａに示される）。サセプタ支持シャフト１２７が処理期間中に回転すると、パイロメータ焦点ビーム１３８は、側壁３８４を常時通過する。側壁３８４はパイロメータ焦点ビームの経路内に配設されるが、支持シャフト１２７が回転するにもかかわらず経路は一定のままである。したがって、サセプタへと支持シャフト１２７を通過するパイロメータ焦点ビームの量は一定である。したがって、パイロメータ焦点ビーム１３８を使用する温度測定は、支持シャフト１２７の３６０°の回転を通じて正確に決定することができる。

中実のディスク２６２は、基板の表面積（片側）よりも小さい表面積（片側）を有することができる。たとえば、中実のディスク２６２は、基板の表面積よりも、約９０％少ない、約８０％少ない、約７０％少ない、約６０％少ない、約５０％少ない、約４０％少ない、約３０％少ない、約２０％少ない、または約１０％少ない表面積を有することができる。１つの例では、中実のディスク２６２は、基板の表面積（片側）よりも約３０％〜８０％少ない表面積（片側）を有する。１つの例では、中実のディスク２６２は、約６０ミリメートルの半径を有し、そこを通るパイロメータ焦点ビームの通過を確実にすることができる。そのような実施形態では、パイロメータ焦点ビームは、実質的に一定の厚さを有する側壁３８４を通過する。

対照的に、従来知られたサセプタ支持部は、パイロメータ焦点ビームを遮る腕を有した。したがって、サセプタ支持体が回転すると、ビームは、（たとえば、サセプタ支持腕を通る、またはサセプタ支持腕に隣接する）異なる伝送経路の区域を経験することになる。従来の方法の異なる経路は、不正確な温度測定の期間をもたらした。というのは、異なる媒体の伝送部を通って使うためにパイロメータを正確に較正するのは困難だからである。対照的に、サセプタ支持シャフト１２７は、パイロメータ焦点ビーム伝送の一貫性のある経路を容易にし、したがって、パイロメータ焦点ビーム１３８を使用する温度測定の正確さが増加する。

支持本体２６４は、中実のディスク２６２の外周２７３から延びる複数の先細基部２７４も含む。先細基部２７４の幅３８６が減少するにつれて（たとえば、先細基部２７４が中実のディスク２６２から外側に延びるにつれて）、先細基部の高さまたは厚さ３８７が増加する。先細基部の厚さ３８７の増加は、幅３８６の減少に起因する、先細基部の構造強度の減少を補償する。加えて、同様の曲げ慣性モーメントが維持される。１つの例では、厚さ３８５は、約３．５ミリメートルなど約３ミリメートル〜約５ミリメートルである。厚さ３８７は、約３ミリメートル〜約１２ミリメートルの範囲内であってよい。厚さ３８７および３８５が所望に応じて調節できることが意図される。

図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の実施形態に従う、支持腕の断面図を図示する。図４Ａは、支持腕２７０の横断面図を図示する。横断面は六角形である。支持腕２７０の相対寸法が、支持腕２７０の慣性モーメントを最大化し、一方支持腕２７０の面積（したがって質量）を最小化する。１つの例では、基部Ｂは約８ミリメートルであってよく、一方高さＨは約９．５ミリメートルであってよい。支持腕２７０の接続面２７８が矩形の横断面を有し、支持腕２７０を先細基部への結合を容易にすることに留意されたい。

図４Ｂ〜図４Ｅは、他の実施形態に従う、支持腕のさらなる断面図を図示する。図４Ｂは、支持腕２７０Ｂの断面図を図示する。支持腕２７０Ｂは矩形の横断面を有する。図４Ｃは、支持腕２７０Ｃの断面図を図示する。支持腕２７０Ｃはひし形の横断面を有する。図４Ｄは、支持腕２７０Ｄの断面図を図示する。支持腕２７０Ｄは、図４Ａに示される横断面と異なる相対寸法の六角形の横断面を有する。図４Ｅは、支持腕２７０Ｅの断面図を図示する。支持腕２７０Ｅは円形の横断面を有する。多角形の横断面を含む、他の形状を有する支持腕がさらに意図される。

図５Ａは、本発明の実施形態に従う、サセプタ支持シャフト１２７の斜視図を図示する。光学的屈折要素５０２が中実のディスク２６２の頂部上に追加で位置決めされることを除いて、サセプタ支持シャフト１２７は、図２に示されるサセプタ１２７と実質的に同一である。屈折要素５０２は、エピタキシの最適な厚さ均一性のため、サセプタ１２６の裏側（図１Ａ）にわたって、熱／光放射を再分配するように適合される。図５Ｂは、その上に屈折要素５０２が位置する、サセプタ支持シャフト１２７の斜視断面図を図示する。図５Ｂは、サセプタ１２６と屈折要素５０２の間の、シミュレーションされた２次的な熱放射も示す。

屈折要素５０２は、中実のディスク２６２の周縁に実質的に一致するようにサイズ決定され、その結果、サセプタ支持シャフト１２７がプロセス期間中に回転するときに、屈折要素５０２は、動くことなく、中実のディスク２６２上に完全に支持され、確実に位置決めされる。屈折要素５０２は、任意の所望の寸法を有することができる。屈折要素５０２は、パイロメータ温度読取り経路を十分にカバーして、パイロメータ読取りの、すべての可能な妨害を回避するように構成することができる。屈折要素５０２は、メンテナンスのために交換することができる。屈折要素５０２は、複数の腕を使用する任意のサセプタ支持シャフトへの簡単な追加物であってよい。様々な例では、屈折要素５０２は、透き通った石英、またはガラスもしくは透明なプラスチックなどの任意の好適な材料から形成することができる。

図５Ｂを参照すると、屈折要素５０２は、（サセプタに面する）第１の側に凸面を有し、図１Ａのサセプタ１２６などのサセプタの中心区域から離すように２次的な熱放射５０６をそらすことができる。屈折要素５０２の（サセプタから離れた方を向く）第２の側は、凹またはほぼ平坦でよい。凸−凹の屈折要素５０２が示される一方で、平−凸の屈折要素（すなわち、片面が凸で他の面が平坦）、凹−凸の屈折要素、または示されるような凸−凹の屈折要素と光学的に等価な任意の他の光学要素も使用することができる。屈折要素５０２は、一定の厚さ、またはサセプタ１２６の裏側へ熱分配を操作するための独立した調整ノブを設けるために異なる横断面を有する厚さを有することができる。屈折要素５０２は、ランプから放出される放射エネルギーの平行化および均質化を容易にするため、所望のレンズとして形成できることが意図される。

プロセス期間中に、（たとえば、図１Ａのランプ１３５といった）ランプからの熱放射は、サセプタ１２６の裏側１８０に当たり、サセプタ１２６により屈折要素５０２に（熱放射５０４と示される）反射する。屈折要素５０２の凸面は、したがって、これらの２次的な熱放射をサセプタ１２６にそらして戻す。これらの２次的な熱放射は、サセプタ１２６と屈折要素５０２の間で行ったり来たりはね返り、一部の放射は、屈折要素５０２を通過する。２次的な熱放射の反射角は、屈折要素の外形に応じて、凸面の様々な半径で変化することができる。示されるような実施形態では、２次的な熱放射の一部は、屈折要素５０２の凸面に起因して、サセプタ１２６の中心区域から離してそらすことになる。一部の２次的な熱放射５０６をサセプタ１２６の中心区域から離してそらすことは有利な場合がある。というのは、中実のディスク２６２の上の中心区域は、２次的な放射の大部分をサセプタ１２６の中心区域に向けて反射する、中実のディスク２６２の円錐または鉢状の形状に起因して、過剰な熱を受ける可能性があるからである。屈折要素５０２の助けで、２次的な熱放射は、サセプタ１２６および基板にわたって再分配することができる。結果として、基板上のより均一な熱プロファイルが得られる。基板上の均一な熱プロファイルによって、エピタキシプロセスの所望の堆積厚をもたらし、これが今度は、高品質およびより効率的に製造されたデバイスをもたらす。

屈折要素５０２の凸面は、たとえば、約２００ｍｍ〜約１２００ｍｍ、±３００ｍｍといった、所望の曲率半径を有することができる。屈折要素５０２の凹面は、凸面のものと同じまたは異なる曲率半径を有することができる。屈折要素の曲率半径は、サセプタおよび／または基板に応じて変えることができる。屈折要素５０２の凸面の直径および／もしくは曲率半径、さらには中実のディスク２６２の形状および直径、またはそれらの組合せを独立して調節して、基板全体、または基板上の特定の半径領域の効果的な加熱のために熱分散を操作することができる。

本発明の利益は、一般的に、処理期間中のサセプタおよび基板のより正確な温度測定を含み、具体的には、回転するサセプタ支持シャフトを使用するときの温度測定を含む。本発明のサセプタ支持シャフトは、サセプタ支持シャフトが回転する際の、一貫性のあるパイロメータビーム伝送を容易にする。したがって、パイロメータビームの伝送経路の変化によって生じる温度測定変動が減少する。さらに、開示されるサセプタ支持体の質量が減少することによって、基板温度均一性が改善し、プロセスのランプアップおよびランプダウン時間の機能性が高まる。

上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態は、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲により規定される。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
プロセスチャンバ用のサセプタ支持シャフトであって、
円筒形の支持シャフト、および
前記支持シャフトに結合される支持本体
を備え、前記支持本体が、
中実のディスクと、
前記中実のディスクから延びる複数の先細基部と、
前記先細基部のいくつかから延びる少なくとも３つの支持腕と、
前記先細基部のいくつかから延びる少なくとも３つのダミー腕と
を備える、サセプタ支持シャフト。
（態様２）
前記支持腕が互いから等間隔で離間され、前記支持腕の各々がエルボーを含む、態様１に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様３）
前記先細基部の各々の幅が減少するにつれて前記先細基部の各々の厚さが増加する、態様１に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様４）
前記支持腕の各々がそこを通してリフトピンを受け入れるための開口を含む、態様１に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様５）
前記支持腕の各々が六角形の横断面を有する、態様１に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様６）
前記中実のディスクが約６０ミリメートルの半径を有する、態様１に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様７）
前記中実のディスク上に取り外し可能に位置決めされる屈折要素をさらに備え、前記屈折要素が光透過性の材料から形成される、態様１に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様８）
前記屈折要素が第１の側に凸または凹面を、第２の側に凸または凹面を有する、態様７に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様９）
前記屈折要素が一定の厚さを有する、態様８に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様１０）
前記屈折要素の前記凹面が約２００ｍｍ〜約１２００ｍｍの曲率半径を有する、態様８に記載のサセプタ支持シャフト。
（態様１１）
基板を加熱するためのプロセスチャンバであって、
基板を支持するため前記プロセスチャンバ内に配設されるサセプタ、
基板支持体の下に配設される下部ドーム、
前記下部ドームに対向して配設される上部ドームであって、
中央窓部、および
前記中央窓部の周縁の周りで前記中央窓部と係合する周辺フランジ
を備え、前記中央窓部および前記周辺フランジが光透明性の材料から形成される、上部ドーム、ならびに
前記サセプタに結合されるサセプタ支持シャフトであって、
円筒形の支持シャフト、および
前記支持シャフトに結合される支持本体
を備え、前記支持本体が、
中実のディスクと、
前記中実のディスクから延びる複数の先細基部と、
前記先細基部のいくつかから延びる少なくとも３つの支持腕と、
前記先細基部のいくつかから延びる少なくとも３つのダミー腕と
を備えるサセプタ支持シャフト
を備える、プロセスチャンバ。
（態様１２）
前記中実のディスクが約６０ミリメートルの半径を有し、前記中実のディスクが前記基板の表面積（片側）よりも約３０％〜８０％少ない表面積（片側）を有する、態様１１に記載のプロセスチャンバ。
（態様１３）
前記サセプタ支持シャフトが、
前記中実のディスク上に取り外し可能に位置決めされる屈折要素をさらに備え、前記屈折要素が透き通った石英、ガラス、または透明なプラスチックから形成され、前記屈折要素が前記中実のディスクの外周に実質的に一致するようにサイズ決定される、態様１１に記載のプロセスチャンバ。
（態様１４）
前記屈折要素が、前記サセプタの裏側に面する第１の側に凸または凹面を有し、前記屈折要素が、前記サセプタの裏側から離れる方向に面する第２の側に凸または凹面を有する、態様１３に記載のプロセスチャンバ。
（態様１５）
前記上部ドームの上に配設されるリフレクタをさらに備え、前記リフレクタが、前記リフレクタの外面上に１つまたは複数の筋を付けられた特徴部を有し、前記１つまたは複数の筋を付けられた特徴部が前記リフレクタの周縁の周りを延伸する、態様１１に記載のプロセスチャンバ。

Claims (20)

1. プロセスチャンバ用のサセプタ支持シャフトであって、
   支持シャフトと、
   前記支持シャフトに結合されるディスクと、
   前記ディスクから外側に延びる複数の支持腕であって、各支持腕が前記支持腕の遠位端へと上方に向かって曲がったエルボーを備えた複数の支持腕と、
   前記ディスクから外側に延び、前記ディスクの周りで前記支持腕と交番する複数のダミー腕であって、各ダミー腕が、エルボー及び垂直に向けられた遠位端を有する、複数のダミー腕とを備えた、サセプタ支持シャフト。
2. 前記複数のダミー腕が互いに等間隔で離間される、請求項１に記載のサセプタ支持シャフト。
3. 前記支持腕の前記エルボーが鈍角を有する、請求項１に記載のサセプタ支持シャフト。
4. 前記支持腕の各々がその中を通る開口を有する、請求項１に記載のサセプタ支持シャフト。
5. 前記開口はリフトピンが通過できるサイズを有する、請求項４に記載のサセプタ支持シャフト。
6. 前記支持腕の各々が長方形、六角形、ひし形、円形、または多角形の横断面を有する、請求項１に記載のサセプタ支持シャフト。
7. 前記支持腕及び前記ダミー腕が石英から形成されている請求項１に記載のサセプタ支持シャフト。
8. プロセスチャンバ用のサセプタ支持シャフトであって、
   支持シャフトと、
   前記支持シャフトに結合されるディスクと、
   前記ディスクから外側に延びる３つの支持腕であって、各支持腕が前記支持腕の遠位端へと上方に向かって曲がったエルボーを備える３つの支持腕と、
   前記ディスクから外側に延びる３つのダミー腕であって、前記ダミー腕は前記ディスクの周りで前記支持腕と交番し、各ダミー腕が、エルボー及び垂直に向けられた遠位端を有する、３つのダミー腕とを備える、サセプタ支持シャフト。
9. 前記３つの支持腕が、互いに約１２０°間隔を空けた、請求項８に記載のサセプタ支持シャフト。
10. 前記３つのダミー腕が、互いに等間隔で離間された、請求項８に記載のサセプタ支持シャフト。
11. 前記支持腕の各々がその中に開口を有する、請求項８に記載のサセプタ支持シャフト。
12. 前記開口はリフトピンが通過できるサイズを有する、請求項１１に記載のサセプタ支持シャフト。
13. 前記支持腕及び前記ダミー腕が石英から形成されている請求項８に記載のサセプタ支持シャフト。
14. 前記支持腕の各々が長方形の横断面を有する、請求項８に記載のサセプタ支持シャフト。
15. プロセスチャンバ用のサセプタ支持シャフトであって、
    支持シャフトと、
    前記支持シャフトに結合された支持本体であって、前記支持本体は、
    前記支持シャフトに結合された頂部と前記頂部から外側に延びる側壁とを備えたディスクと、
    前記側壁から延びる３つの支持腕であって、前記支持腕が互いに等間隔で離間された３つの支持腕と、
    前記側壁から外側に延びる３つのダミー腕であって、前記３つのダミー腕は前記ディスクの周りで前記３つの支持腕と交番し、前記３つのダミー腕が互いに等間隔で離間される、３つのダミー腕とを備える支持本体とを備えるサセプタ支持シャフト。
16. 前記支持腕の各々が長方形の横断面を有する、請求項１５に記載のサセプタ支持シャフト。
17. 前記側壁は、一定の厚さを有する、請求項１５に記載のサセプタ支持シャフト。
18. 各支持腕が、前記支持腕の遠位端へと上方に向かって曲がったエルボーを有する、請求項１５に記載のサセプタ支持シャフト。
19. 各ダミー腕が、エルボー及び垂直に向けられた遠位端を有する、請求項１５に記載のサセプタ支持シャフト。
20. 前記支持腕及び前記ダミー腕が石英から形成される、請求項１５に記載のサセプタ支持シャフト。
    

Images