JPH0855898A - 堆積装置用サセプタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ウェーハ裏面に堆積ガスを流入あるいは拡散さ
れることによりウェーハとサセプタ間に良好な熱伝導を
実現し、ウェーハを容易かつ急速に加熱する。 【構成】ウェーハ３０をその裏面３１をサセプタプレー
ト３２の表面から離して支持するように成されている。
支持ポスト３６の長さは、ウェーハ３０とプレート表面
３４との間に堆積ガスが流れたり拡散したりすることを
可能にするのに十分な距離だけウェーハ３０をプレート
表面３４から離す長さであって、それでもなお、主とし
て伝導によるプレート３２からウェーハ３０への熱伝達
を可能ならしめる長さである。サセプタプレート３２に
は、支持ポスト３６上に着座させられたウェーハ３０の
横方向移動を防ぐための手段として、保持ピン３８また
は凹部も設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ウェーハの表面上に
材料層を堆積させる(deposit) ための堆積装置 (depos
ition apparatus)内にウェーハを支持するためのサセプ
タに関し、詳しくはウェーハの両面への堆積を可能にす
るサセプタに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体産業において用いられる堆積装置
の一つのタイプは、単一式（あるいは枚葉式）ウェーハ
チャンバ装置であって、一度に一枚のウェーハを堆積チ
ャンバ内に配置し、ウェーハ上に材料の層を堆積させる
ようになっている。図１は、典型的な単一ウェーハ堆積
装置１０の一形態(form)を示す。堆積装置１０は、上部
ドーム１４、下部ドーム１６、および上部ドーム１４と
下部ドーム１６との間の側壁１８から囲まれたチャンバ
１２を備えている。チャンバ１２の内部にはそれを横切
って延在するように平坦なサセプタ２０が取り付けられ
ている。サセプタは全体としてシャフト２２の上に取り
付けられ、シャフトにより回転が与えられる。予熱リン
グ２１がサセプタ２０の外周にあり、サセプタ２０と側
壁２１の間に延在している。堆積ガス導入口２４がチャ
ンバ１２の側壁１８を貫通して延在している。排気口２
６も実質的に導入口２４の斜め反対側で側壁１８を貫通
して延在している。ランプ２８のような加熱手段がチャ
ンバ１２の周りに取り付けられ、それらの光を上部およ
び下部ドーム１４および１６を通してサセプタ２０上へ
向けさせ、サセプタ２０および予熱リング２１を加熱す
る。側壁１８は、図示しないドアも有していて、それを
通じてチャンバ１２に対するウェーハの搬入搬出が可能
となっている。

【０００３】ウェーハ３０の表面上へのシリコン等の材
料の堆積にあたっては、ウェーハ３０をサセプタ２０上
に配置し、堆積ガスの流れを導入口２４から排出口２６
へとチャンバ１２を横切って供給する。シリコンの堆積
にあたっては、使用するガスはシラン等のシリコン含有
物質および水素等の不活性キャリヤーガスを含む。サセ
プタ２０およびウェーハ３０はランプ２８によって加熱
される。加熱されたサセプタ２０と、予熱リング２１
と、ウェーハ３０は、それらの表面上を通過する堆積ガ
スを加熱することによって、ガスを反応させ、材料すな
わちシリコンの層をウェーハ３０の表面上に堆積させ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ランプ２８からの熱は
サセプタ２０によって吸収され、通常はウェーハ３０と
サセプタ２０との間の薄い接合面(interface) を横切る
伝導によりウェーハ３０に伝達される。ウェーハ３０は
サセプタ２０上に取り付けられ、ウェーハ３０およびサ
セプタ２０はかなり直接的接触状態にある。しかし、図
２に示すように、サセプタ２０の表面は完全に平滑では
なく、多少の粗さを有する。サセプタ２０の表面粗さの
ため、ウェーハ３０は実際にはサセプタ２０に数カ所で
接触するに過ぎない。ウェーハ３０とサセプタ２０の平
坦度は千分の数インチ（１インチ＝２５．４ｍｍ）なの
で、熱はウェーハ３０とサセプタ２０との間の空間を占
有するガスの分子を介して容易に伝達可能である。図３
に示すように、場合によっては、サセプタ２０の表面
は、ウェーハとサセプタの点接触に起因するホットスポ
ットを避けるため、ウェーハ３０から離れるよう（典型
的には１０００分の２ないし１０インチ（０．０５０８
〜０．２５４ｍｍ））湾曲しすなわち凹んでいる。しか
し、いずれの場合にも、ウェーハ３０とサセプタ２０と
の間の主要な熱伝達は両面間のガスフィルムを横切る伝
導である。輻射熱伝達も起こるが、ウェーハ３０とサセ
プタ２０との間隔が小さいので、これは二次的な重要性
しか持たない。

【０００５】シリコン等の材料層をウェーハ３０の表面
に堆積させる際、この材料を含む分子（シリコンに対し
てはシランが代表的）がウェーハ３０の裏面に拡散す
る。このことは、当初は当該分子がウェーハ３０とサセ
プタ２０との間に存在しない故、分子が分圧差によって
追いやられるという事実に起因する。これらの原子は熱
分解し、ウェーハ３０の裏面および対応するサセプタ２
０の表面にシリコンを堆積させる。しかし、この堆積は
ウェーハ３０の端から数ミリメートルに限られる。ある
種の半導体装置、例えば集積回路の製造には、場合によ
ってウェーハ３０の表面のみならず裏面全体にもシリコ
ンを堆積させることが望ましい。ウェーハ３０の裏面に
堆積される層の均一性は問題ではないが、完全にカバー
（被覆）することが重要である。また、時間節約のた
め、ウェーハ３０の表面のコーティングと同時にウェー
ハ３０の裏面のコーティングができることも望ましい。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】この発明の一
つの局面は、ウェーハの表面上に一つの材料の一つの層
を堆積させるための装置に用いるサセプタに向けられて
いる。サセプタは表面を有するプレートを備えている。
このプレートの表面からは複数の支持ポストが突出して
いる。支持ポストは、ウェーハをプレートから間隔を空
けて支持ポスト上へ載置できるようなパターンで、相互
に間隔を空けて配置されている。

【０００７】この発明の更に他の局面は、ウェーハ上に
一つの材料の一つの層を堆積させるための装置に向けら
れ、当該装置は、堆積チャンバ、チャンバ内でシャフト
上に回転可能に取り付けた円形のサセプタープレート、
チャンバへのガス導入口、チャンバからの排気装置、お
よびサセプタプレート加熱手段を有する。サセプタープ
レートはその表面から突出する複数の支持ポストを有す
る。支持ポストは、ウェーハをプレートから間隔を空け
て支持ポスト上に載せることができるようなパターン
で、相互に間隔を空けて配置されている。

【０００８】

【実施例】図４は、この発明によるサセプタ３２の一形
態の部分断面図を示す。サセプタ３２は、比較的平坦な
上面３４を有する円形のプレートと、底面の中央に固定
されたシャフト （図示せず）とを有する。複数の支持
ポスト３６が上面３４から上方へ突出している。支持ポ
スト３６は、サセプタ３２上で処理されるべきウェーハ
３０の直径よりやや小さい円の周りに相互に間隔を空け
て配置されている。支持ポストの必要最小数は３本であ
り、図５に示すように、サセプタ３２上の支持ポストの
数は６本が望ましい。支持ポスト３６は、ウェーハ３０
の裏面３１がサセプタ３２の上面からわずかに離れた状
態で、ウェーハ３０を支持ポスト３６上に支持するよう
になっている。支持ポスト３６の長さは、堆積ガスの分
子がウェーハ３０の裏面全体へ拡散するのを可能ならし
めるのに十分な距離だけ、ウェーハ３０の裏面３１がサ
セプタ３２の上面３４から離れるような長さである。し
かしその間隔は、サセプタ３２からウェーハ３０への熱
伝達の大部分が伝導によって行われるのに十分な近さで
なければならない。しかし、ウェーハ３０はサセプタ３
２の表面３４から離れているので、輻射による熱伝達は
ウェーハがサセプタ表面上に直接載っている場合よりは
るかに重要である。支持ピン３６の典型的な長さは０．
５乃至２ミリメートルである。支持ピン３６の直径は、
ウェーハ３０を支えるのに十分な太さでなければならな
いが、ウェーハ３０の裏面３１のかなりの面積にわたる
程太すぎてはならない。支持ピン３６の典型的な直径は
１乃至３ミリメートルである。

【０００９】また、サセプタ３２の上面３４からは複数
の保持ピン３８が突出している。保持ピン３８は、サセ
プタ３２上で処理されるべきウェーハ３０の直径よりや
や大きい円の周りに相互に間隔を空けて配置されてい
る。図５は３本の保持ピン３８が用いられることを示し
ているが、その本数は６本であることが望ましい。保持
ピン３８の長さは、支持ピン３６の長さより長いが、ウ
ェーハ３０の厚さに等しい長さだけ支持ピン３６の長さ
より長いことが望ましい。典型的には、保持ピン３８は
支持ピン３６より少なくとも０．５ミリメートルだけ長
い。

【００１０】この発明のサセプタ３２は、図１に示した
ような堆積装置１０に用いられ、図１に示したサセプタ
２０に取って代わるものである。一つのウェーハ３０
が、サセプタ３２上に置かれ、保持ピン３８の内側で支
持ピン３６上に着座している(is seated) 。保持ピン３
８は、堆積作業中、サセプタ３２の回転に伴ってウェー
ハ３０が横方向に移動することを防止する。堆積ガスは
チャンバ１２に導入され、サセプタ３２がランプ２８に
よって加熱される。サセプタ３２はウェーハ３０を主と
して伝導によって加熱するが、部分的には輻射によって
も加熱する。堆積ガスはウェーハ３０の上面全体にわた
って流れるのみならず、ウェーハ３０の裏面３１とサセ
プタ３２の上面３４との間に流れたり拡散したりする。
ウェーハ３０の裏面３１は支持ポスト３６によってサセ
プタ３２の上面３４から離されているので、堆積ガスの
一部はウェーハ３０の裏面３１全体にわたって完全に流
れたり拡散したりする。加熱されたウェーハ３０がその
上に接触する堆積ガスを加熱することによって、堆積ガ
スを反応させ、ウェーハ３０の両表面上に材料の層を堆
積させる。このようにして、この発明のサセプタ３２
は、ウェーハ３０の上面をコートするのと同時にその裏
面３１もコートするが、それでもなお、ウェーハ３０の
加熱は、サセプタ３２からの熱の主として伝導によって
行われる。

【００１１】図６は、この発明によるサセプタの更に一
つの形４０を示す。サセプタ４０は、上面４２と、上面
４２内の円形凹部４３を有する円板とを備えている。凹
部４４の底面４６から複数の支持ポスト４４が上方に突
出している。支持ポスト４４は、サセプタ３２の支持ポ
スト３６と同様に、その上に支持されるべきウェーハ３
０の直径よりやや小さい直径の円の周りに相互に間隔を
空けて配置されている。サセプタ４０の支持ポスト４４
の数は、図４および図５に示した支持ポスト３２と同数
とすることができる。支持ポスト４４の長さは、ウェー
ハ３０を凹部４３の底面４６から離して支持する長さで
あるが、それでもなお主として伝導によってサセプタ４
０からウェーハ３０へと熱を伝達させる長さである。支
持ポスト４４の典型的な長さは０．５ないし２ミリメー
トルであり、典型的な直径は約１ないし３ミリメートル
である。凹部４３の直径は、サセプタ４０上で処理され
るべきウェーハ３０の直径よりやや大きい。また、凹部
４３の深さは、支持ポスト４４の長さより長く、典型的
には約０．５ミリメートル以上長い。

【００１２】サセプタ４０は、サセプタ２０の代わりに
図１に示した堆積装置にも用いられる。サセプタ４０を
用いるにあたっては、ウェーハ３０をサセプタ４０の凹
部４３の中に、ウェーハ３０の裏面３１が支持ポスト４
４の上に着座するように、配置する。堆積ガスの流れを
チャンバ１２に供給し、サセプタ４０およびウェーハ３
０をランプ２８によって加熱する。更に、いくらかの熱
がサセプタ４０からウェーハ３０に伝達される。これに
よって、ウェーハ３０の上面を流れる堆積ガスが加熱さ
れるのでガスが反応し、ウェーハ３０の上面に材料層が
堆積する。同時に、堆積ガスのいくらかがウェーハ３０
のエッジの周りおよび、ウェーハ３０の裏面３１と凹部
４３の底面４６との間に流れたり拡散したりする。ウェ
ーハ３０の裏面３１と凹部４３の底面４６との間のガス
は加熱され、ウェーハ３０の裏面３１に材料層が堆積す
る。このようにして、材料の層がウェーハ３０の表裏両
面に同時に堆積することになる。

【００１３】このようにして、この発明は、ウェーハを
サセプタの表面からわずかに離して支持する堆積装置用
サセプタを提供する。このことにより、堆積ガスはウェ
ーハ上面および、ウェーハ底面とサセプタとの間の、両
方を通過できるようになる。よって、加熱されたウェー
ハによって堆積ガスが加熱されると、堆積ガスが反応
し、材料の層がウェーハの表裏両面に堆積させられる。
ウェーハはサセプタの表面から離して支持されるもの
の、サセプタとウェーハとの間の熱伝達が主として伝導
によって行われ、ごく一部分が輻射によって行われるよ
う、両者の距離は十分に近くなっている。このようにし
て、それでもなお、ウェーハは容易かつ急速にサセプタ
によって加熱される。支持ピンおよび保持ピンは、円形
のウェーハを支持するよう、円形配置として示されてい
るが、これらのピンは、任意の形状のウェーハを支持す
るため、任意の閉鎖図形に配置することができる。例え
ば、四角形、長方形、三角形、などである。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、ウェーハ裏面に堆積ガスを流入あるいは拡
散されることによりウェーハとサセプタ間に良好な熱伝
導を実現し、ウェーハを容易かつ急速に加熱することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来技術の単一ウェーハ堆積装置の概
要断面図である。

【図２】図２は、図１に示した装置に用いるサセプタの
一つの形の部分拡大断面図である。

【図３】図３は、図１に示した装置に用いるサセプタの
更に一つの形の部分拡大断面図である。

【図４】図４は、この発明によるサセプタの一つの形の
部分断面図である。

【図５】図５は、図４に示したサセプタの平面図であ
る。

【図６】図６は、この発明によるサセプタの更に一つの
形の部分断面図である。

【符号の説明】

１０…堆積装置、１２…チャンバ、１４…上部ドーム、
１６…下部ドーム、１８…側壁、２０、４０…サセプ
タ、２１…予熱リング、２２…シャフト、２４…堆積ガ
ス導入口、２６…排気口、２８…ランプ、３０…ウェー
ハ、３１…ウェーハの裏面、３４、４２…サセプタの上
面、３６…支持ポスト、３８…保持ピン、４３…円形凹
部、４４…支持ポスト、４６…凹部の底面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マハリンガム ヴェンカテサン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95130， サン ノゼ， パーク ウエス ト ドライヴ 4749 (72)発明者 ロジャー エヌ． アンダーソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 95124， サン ノゼ， ネストリタ ウ ェイ 1824

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハの表面上に一つの材料の一つの
   層を堆積させるための装置用のサセプタであって、 表面を有するプレートと、 前記プレートの表面から突出する複数の支持ポストとを
   有し、 前記支持ポストが、ウェーハを前記プレート表面から離
   して前記支持ポスト上に着座させることを可能にする様
   式(pattern) で相互に間隔を空けて配置されている、サ
   セプタ。
2. 【請求項２】 前記支持ポストの長さが、ウェーハと前
   記プレート表面との間に堆積ガスが流れたり拡散したり
   することを可能にするのに十分な距離だけウェーハを前
   記プレート表面から離す長さであって、それでもなお、
   主として伝導による前記プレートからウェーハへの熱伝
   達を可能ならしめる長さである、請求項１記載のサセプ
   タ。
3. 【請求項３】 前記サセプタポストが、その上に着座さ
   せられるべきウェーハの直径よりわずかに小さい直径の
   円に沿って配置されている、請求項２記載のサセプタ。
4. 【請求項４】 前記プレートの表面から少なくとも３本
   の支持ポストが突出している、請求項３記載のサセプ
   タ。
5. 【請求項５】 前記プレート表面から６本の支持ポスト
   が突出している、請求項４記載のサセプタ。
6. 【請求項６】 前記支持ポストの長さが、０．５ないし
   ２ミリメートルである、請求項２記載のサセプタ。
7. 【請求項７】 前記支持ポストの直径が、約３ミリメー
   トルである、請求項６記載のサセプタ。
8. 【請求項８】 更に前記プレートの表面から突出する複
   数の保持ピンを有し、前記保持ピンが前記支持ポストよ
   り長く、前記支持ポスト上に支持されたウェーハが前記
   保持ピンより内側にある、請求項２記載のサセプタ。
9. 【請求項９】 前記支持ポスト上に着座させられる前記
   ウェーハの直径よりわずかに大きい直径の円の周りに前
   記保持ピンが相互に間隔を空けて配置されている、請求
   項８記載のサセプタ。
10. 【請求項１０】 前記保持ピンの長さが前記支持ピンの
    長さより少なくとも０．５ミリメートルだけ長い、請求
    項９記載のサセプタ。
11. 【請求項１１】 前記プレートが上面および、前記上面
    内の凹部を有し、前記凹部が底面を有し、前記凹部の底
    面から前記支持ポストが突出している、請求項２記載の
    サセプタ。
12. 【請求項１２】 前記凹部の直径が、前記支持ポスト上
    に着座すべきウェーハの直径よりわずかに大きく、その
    深さが前記支持ポストの長さより大きい、請求項１１記
    載のサセプタ。
13. 【請求項１３】 堆積チャンバと、 前記チャンバ内で回転可能にシャフト上に取り付けられ
    た円形のサセプタプレートと、 前記サセプタプレートはその頂部に表面と、前記表面か
    ら突出する複数の支持ポストとを有し、前記ウェーハが
    前記サセプタプレートの表面から離れて前記支持ポスト
    上に着座することを可能にする様式で、前記支持ポスト
    が相互に間隔を空けて配置されており、 チャンバへのガス導入口と、 前記チャンバからのガス排出口と、前記サセプタプレー
    トの加熱手段とを有する、前記ウェーハ上に一つの材料
    の一つの層を堆積させるための装置。
14. 【請求項１４】 前記サセプタプレート上の前記支持ポ
    ストの長さが、前記ウェーハと前記サセプタプレートと
    の間に堆積ガスが流れたり拡散したりすることを可能に
    するのに十分な距離だけ前記ウェーハを前記サセプタプ
    レートから離すが、それでもなお、主として伝導による
    前記サセプタプレートから前記ウェーハへの熱伝達を可
    能ならしめる長さである、請求項１３記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記支持ポストが、前記ウェーハの直
    径よりわずかに小さい直径の円に沿って配置されてい
    る、請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 少なくとも３本の支持ポストが前記サ
    セプタプレートの前記表面から突出している、請求項１
    ５記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記支持ポストの長さが０．５乃至２
    ミリメートル、直径が約３ミリメートルである、請求項
    １４記載の装置。
18. 【請求項１８】 更に、前記サセプタプレートの表面か
    ら突出する複数の前記保持ピンを有し、前記保持ピンが
    前記支持ポストより長く、前記支持ポスト上に着座させ
    られるウェーハが前記保持ピンの内側に位置する、請求
    項１４記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記保持ピンが、前記支持ポスト上に
    着座させられるウェーハの直径よりわずかに大きい円の
    周りに相互に間隔を空けて配置されている、請求項１８
    記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記保持ピンの長さが、前記支持ポス
    トの長さより少なくとも０．５ミリメートルだけ長い、
    請求項１９記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記サセプタプレートがその頂面に凹
    部を有し、前記凹部が底面を有し、前記凹部の底面から
    前記支持ポストが突出している、請求項１４記載の装
    置。
22. 【請求項２２】 前記凹部の直径が、前記支持ポスト上
    に着座する前記ウェーハの直径よりわずかに大きく、前
    記凹部の深さが前記支持ポストの長さよりわずかに大き
    い、請求項２１記載の装置。