JPH10173032A - 傾斜付き基板支持具 - Google Patents

傾斜付き基板支持具

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JPH10173032A
JPH10173032A JP30294297A JP30294297A JPH10173032A JP H10173032 A JPH10173032 A JP H10173032A JP 30294297 A JP30294297 A JP 30294297A JP 30294297 A JP30294297 A JP 30294297A JP H10173032 A JPH10173032 A JP H10173032A
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angle
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annular
shelf
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JP30294297A
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David S Ballance
エス. バランス デイヴィッド
Benjamin Bierman
ビアマン ベンジャミン
Robert M Haney
エム. ハニー ロバート
David W Lacourt
ダブリュー. ラコート デイヴィッド
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Applied Materials Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の歩留りに与えるスクラッチの影響を最
小限に抑える基板用支持具を提供する。 【解決手段】 棚部を備えた基板支持具であって、この
棚部は、この支持具が基板の実質的にエッジ部分で基板
に接触するような角度で傾斜した表面を有している。棚
部の角度は、基板のエッジ部分の角度よりも大きい。棚
部の表面は、その平滑度が高まるように機械加工または
研磨されていても良い。この基板支持具は、これによ
り、支持具によって生じる基板上のスクラッチの影響ま
たは深刻度を低減する。この結果、この基板支持具は、
基板の歩留りを改善することになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体処理チャン
バ内に配置される基板用の支持具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】多くの半導体デバイス製造プロセスで
は、必要とされる高い水準のデバイス性能、歩留り、お
よびプロセス再現性は、基板(例えば、半導体ウェー
ハ)が基板の処理中に比較的欠陥が生じないでいる場合
にしか得ることができない。
【0003】例えば、幾つかの異なる製造プロセスで用
いられる急熱処理(rapid thermalprocessing;RTP)
を考えてみる。この急熱処理には、急熱アニーリング
(rapid thermal annealing;RTA)、急熱クリーニン
グ(rapid thermal cleaning;RTC)、急熱化学蒸着
(rapid thermal chemical vapor deposition;RTCV
D)、急熱酸化反応(rapid thermal oxidation;RT
O)、および急熱窒化反応(rapid thermal nitridatio
n;RTN)が含まれている。
【0004】これらの処理には、同時に製造できるデバ
イスの数を増やせるように基板寸法を大きくする傾向が
ある。基板の厚さが一定であれば、基板の質量は、その
半径またはエッジ長の2乗に比例している。
【0005】サセプタシステムにおいて、基板は、サセ
プタ支持具上に配置されることによって支持されてい
る。このため、支持具の量は、基板の表面積に比例して
いる。サセプタなしのシステムでは、基板は、通常、エ
ッジリングを用いてその周縁でしか支持されない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、我々
は、エッジリングが基板底面の周縁にスクラッチの局所
的なリングを与える傾向を有することを発見した。これ
については、後述する。基板は、エッジリングによって
支持されていない箇所、すなわちそのエッジから離れた
領域でたるむ傾向があり、これにより基板が湾曲形状を
帯びるようになる。基板を高温にさらすと、基板はより
たるみやすくなり、これにより基板の湾曲が大きくな
る。
【0007】この湾曲のため、基板のエッジは、水平か
らわずかな角度を有することになる。例えば、12イン
チ(300mm)径基板のエッジは、室内温度でその中
心よりも約150μm高くなる場合があり、これにより
基板のエッジが水平から約0.1度の角度を有するよう
になることがある。この角度のため、基板は、エッジリ
ングの表面上に平坦に載らずに、リングの内側エッジに
接触する。この状態は、基板10およびエッジリング2
0に関する図1に示されている。この結果、エッジリン
グは、基板の底面にスクラッチを付けやすくなる。
【0008】大きな、例えば12インチ(300mm)
の基板は、二つの理由によって特にスクラッチを受けや
すい。第1に、大きな基板は重く、エッジで支持される
と大きく湾曲するので、基板がエッジリングに大きな力
で接触することになるからである。第2に、大きな基板
は、通常、高度に研磨された背面を備えているので、未
研磨の表面よりも容易にスクラッチを示す傾向があるか
らである。
【0009】エッジリングの内側エッジ上に存在するリ
ッジ(ridge)、すなわち「エッジクラウン(edge crow
n)」も、基板にスクラッチを付けることが分かってい
る。このエッジクラウンは、エッジリングがポリシリコ
ンの層で被覆されているときに形成され、エッジリング
の内側エッジ上に優先的に堆積する超過ポリシリコンか
ら構成されている。エッジリングは、基板の温度測定に
用いられる周波数範囲で非透過性になるようにポリシリ
コン層で被覆されており、これにより、温度測定の精度
が高められている。
【0010】基板表面上のスクラッチは、基板のすべり
(slip)の生じやすさを高めるので望ましくない。すべ
りとは、基板の結晶構造中の欠陥である。この欠陥は、
この欠陥が通るいかなるデバイスをも破壊し、これによ
り基板の歩留りを低減する。具体的には、基板上にスク
ラッチが存在していると、スクラッチが存在していない
場合よりも低い温度で基板中にすべりが生じることにな
る。言い換えれば、スクラッチが存在していると、基板
の強度が低下し、高温に対する耐性が弱まる。スクラッ
チは、また、急激に変化する温度条件における基板のす
べりの生じやすさを高める。従って、スクラッチは、R
TPチャンバ内で処理される基板にとって特に重大な問
題である。RTPチャンバでは、温度が通常1100℃
を超えており、また、温度が急激に変化しやすい。
【0011】基板のすべりの生じやすさを高めることに
加えて、スクラッチは、基板内に望ましくない装飾欠陥
(cosmetic imperfections)を導く。さらにまた、スク
ラッチは、デバイス製造プロセスを汚染することにより
歩留りを低減する可能性のある漂遊粒子(stray partic
les)を生成することもある。
【0012】従って、本発明は、基板の歩留りに与える
スクラッチの影響を最小限に抑える基板用支持具を提供
することを目的としている。
【0013】また、本発明は、基板にスクラッチを付け
る傾向を最小限に抑える基板用支持具を提供することも
目的としている。
【0014】本発明の更なる目的と利点は、以下の説明
の中で述べられ、一部はこの説明から明らかであり、あ
るいは本発明の実施によって確かめることができる。本
発明の目的と利点は、特許請求の範囲で特に指摘される
手段およびコンビネーションによって理解および取得す
ることができる。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板支持具に
関するものである。この基板支持具は棚部を備えてお
り、この棚部は、環状であっても良く、水平から第1の
角度で傾斜した表面を有している。この第1角度は、こ
の基板支持具が実質的に基板のエッジ部分で基板と接触
するように選択されている。棚部の第1角度は、基板の
エッジ部分の角度よりも大きい。例えば、第1角度は、
1〜10度の範囲であっても良い。この基板支持具に
は、基板支持具が基板に接触する箇所を基板のエッジの
方に移動させるための傾斜面が設けられており、これに
より、歩留りに影響を与えない基板のエッジ付近にしか
スクラッチが形成されないようになっている。
【0016】棚部の表面は、断面で見て、平面、凹面ま
たは凸面のいずれであっても良い。さらにまた、表面の
断面形状は、球面、放物面、あるいは他の経験的に導か
れる形状であっても良い。
【0017】棚部は、面取り部分を含んでいても良い。
この面取り部分は、環状であっても良く、棚部の内側エ
ッジ上に配置される。この面取り部分は、棚部の第1角
度よりも大きな第2の角度で傾斜した表面を有してい
る。この面取り部分は、エッジリングの内側エッジ上に
形成されたリッジに基板が接触することを防止するよう
に設けられており、これにより、リッジが基板にスクラ
ッチを付けることを防止している。
【0018】本発明は、複数の材料を含んでいても良
い。この基板支持具は、シリコン炭化物から構成されて
いても良い。この基板支持具は、支持具の表面上に配置
された少なくとも一つの被覆をさらに含んでいても良
い。一つの態様では、この被覆は、ポリシリコンの層で
ある。別の態様では、この被覆は、シリコン窒化物の層
である。また別の態様では、この被覆は、環状棚部を覆
っていない。
【0019】本発明は、複数の表面仕上げを備えていて
も良い。環状棚部の表面は、機械加工または研磨されて
いても良い。この他に、被覆の表面が機械加工または研
磨されていても良い。
【0020】本発明の利点には、以下が含まれる。第1
に、本発明は、スクラッチが形成される領域を実質的に
基板のエッジに移動させる。基板のエッジはデバイスを
含んでいないので、スクラッチは歩留りに悪影響を与え
ない。第2に、本発明は、支持具が基板表面にスクラッ
チを付ける傾向を低減し、これにより、すべりを発生さ
せることなく基板を処理することが可能な温度を高めて
いる。この結果、直径が12インチまでの基板、あるい
はそれ以上の基板を、RTPのようなプロセスに必要と
される高い温度において十分な歩留りで処理することが
できる。
【0021】
【発明の実施の形態】添付の図面は、本明細書に組み込
まれ、本明細書の一部を構成する。これらの添付図面
は、本発明の実施形態を概略的に図示しており、以下の
全体的な説明とともに本発明の原理を説明するのに役立
つ。
【0022】本発明に係るRTPシステムは、図2に示
されている。このシステムは、同時継続米国特許出願第
08/641,477号「基板温度を測定する方法および装置」
(出願日1996年5月1日)において更に詳細に説明されて
いる。この出願は、参照文献として本明細書に組み込ま
れる。
【0023】図2に示されるRTPシステムは、円板形
の12インチ(300mm)径シリコン基板106を処
理するための処理チャンバ100を備えている。この基
板106は、チャンバの内側において基板支持構造10
8の上に設置され、基板の上方に直接配置された加熱素
子110によって加熱される。加熱素子110は、水冷
石英窓装置114を介して処理チャンバ100に入射す
る放射線112を生成する。この窓装置114は、基板
の上方約1インチ(2.5cm)に位置している。基板
106の下方には、水冷ステンレス鋼ベース116上に
取り付けられた反射体(reflector)102がある。反
射体102は、アルミニウムから作製することができ、
高反射性の表面被覆120を有している。基板106の
下面および反射体102の上面は、反射キャビティ11
8を形成している。この反射キャビティ118は、基板
の実効放射率(effective emissivity)を高め、これに
より温度測定の精度を改善するためのものである。
【0024】基板106の局所領域109における温度
は、複数の温度プローブ126および高温計(pyromete
r)128によって測定される。これらの温度プローブ
は、基板106の中心から種々の距離の位置に配置され
ている。
【0025】熱処理の間、支持構造108は、毎分約9
0回転で回転する。このため、各プローブは、基板上の
対応する環状リング領域の温度分布を実際にサンプリン
グする。基板を回転させるこの支持構造は、エッジリン
グ134を備えている。このエッジリング134は、基
板の外周で基板に接触しており、これにより、基板の下
面全体をその外周の周囲の小さな環状領域を除いて露出
させている。
【0026】エッジリング134は、回転自在の管状石
英円筒体136の上に載置されており、この石英円筒体
136は、高温計128の周波数範囲内で非透過性にな
るようにシリコンで被覆されている。石英円筒体上のシ
リコン被覆は、温度測定を混乱させる可能性のある外部
源からの放射を遮断するバッフル(baffle)として機能
する。石英円筒体の底部は、環状上部軸受レース141
によって保持されている。この軸受レース141は、複
数の玉軸受(ball bearing)137の上に載置されてい
る。これらの玉軸受137は、固定の環状下部軸受レー
ス139内に順次に保持されている。
【0027】図3および図4に示されるように、エッジ
リング134は、環状棚部135を有している。この棚
部135の上には、基板106のエッジが載置される。
環状棚部135の表面200は、水平から角度202で
傾斜している。
【0028】12インチ(300mm)基板の場合、エ
ッジリング134は、約13.2インチ(335mm)
の直径(d)を有することができる。環状棚部135
は、約1.3インチ(4.1mm)の径方向幅(w)を
有することができる。基板106およびエッジリング1
34間の径方向の重なりは、基板106が環状棚部13
5の中心部分に配置されている場合、約2.7mmとす
ることができる。
【0029】図5に示されるように、環状棚部135の
角度202は、エッジリング134が実質的に基板のエ
ッジ部分209で基板106に接触するように選択され
ている。基板106のエッジ部分209は、通常、デバ
イスを含んでいないので、エッジ部分209の付近に形
成されたスクラッチが基板の歩留りに影響を与える可能
性は少ない。角度202は、基板106のエッジ部分2
09の角度215以上の値とすることができる。基板1
06の湾曲は温度が高いほど大きくなるので、角度20
2は、基板106がさらされる最高の温度での角度21
5以上の値に選択しても良い。角度202は、例えば、
水平から1〜10度の範囲にわたっていても良い。一つ
の実施形態では、角度202は、水平から5.6度であ
る。
【0030】環状棚部135の表面200は、種々の形
状のうちの一つをとることができる。図4および図5に
示されるように、表面200は、実質的に平面の断面を
有していても良い。この他に、表面200は、図6に示
されるように、凹面の断面を有していても良いし、ま
た、凸面(図示せず)の断面を有していても良い。さら
にまた、表面200の断面形状は、球面、放物面、また
は他の経験的に導かれる形状であっても良い。表面20
0が凹面または凸面である場合、角度202は、棚部を
径方向に横切るのに伴って変動する。図6に示されるよ
うに、角度202は、環状棚部135の内側エッジ20
6で1度、中間領域207で3度、外側エッジ208で
5度となる場合もある。
【0031】図7に示されるように、環状棚部135
は、その内側エッジ206上に配置された面取り部分
(beveled portion)136含んでいても良い。面取り
部分136の表面205は、水平から角度203だけ傾
斜している。
【0032】図8に示されるように、面取り部分136
は、以下で述べるように、エッジリングの内側エッジ2
06上に形成されたリッジ204が基板106に接触し
てスクラッチを付けることを防止する。角度203は、
環状棚部135の角度202よりも大きく、基板106
がリッジ204に触れないですむように選択されてい
る。例えば、角度203は、水平から5〜10度とする
ことができる。
【0033】図3および図4を再び参照すると、エッジ
リング134は、環状リブ137も備えることができ
る。リブ137は、エッジリング134用の構造支持体
を提供する。
【0034】エッジリング134は、シリコン炭化物
(SiC)から作製することができる。しかし、SiC
は、基板の温度測定に用いられる周波数範囲内での放射
に対して透過性である。この結果、エッジリング134
は、温度測定の精度に影響を与えることのある迷放射線
(stray radiation)を伝送する可能性がある。従っ
て、エッジリング134は、ポリシリコンの層で被覆し
て、このような放射に対して非透過性にしても良い。
【0035】図9に示されるように、ポリシリコン層2
10は、エッジリング134の上面211および底面2
12上に形成しても良い。ポリシリコン層210は、各
面に対して一つずつの二つのマスクを用いて堆積プロセ
ス(deposition process)により形成することができ
る。
【0036】しかし、ポリシリコン層210のエッジリ
ング134上への堆積は、図8および図9に示されるよ
うに、リッジ204を形成することになる場合がある。
リッジ204は、ポリシリコン層210の堆積中、エッ
ジリング134の内側エッジ206にポリシリコンが優
先的に堆積することの結果として生じる。既に述べたよ
うに、リッジ204は、基板106にスクラッチをつけ
ることがある。
【0037】スクラッチが付くことを防ぐため、ポリシ
リコン層213は、図10に示されるようにエッジリン
グ134の底面212上に単独で配置することができ
る。ポリシリコン層213は、単一のマスクを用いて堆
積することができる。この実施形態は、ポリシリコンで
はなくSiCから構成されるエッジリング134への接
触面を基板106に与える。
【0038】この他に、図11に示されるように、上面
211および底面212の双方の上にポリシリコン層2
14が形成されているが、環状棚部135の表面200
からはポリシリコン層が除去されていても良い。ポリシ
リコン層214は、単一のマスクを用いてドライ塩化水
素(HCl)エッチングを行うことにより除去すること
ができる。この実施形態は、リッジ204が基板106
にスクラッチを付けることを防止する。また、この実施
形態は、ポリシリコンではなくSiCから構成されるエ
ッジリング134への接触面を基板106に与える。
【0039】エッジリング134がポリシリコン層21
0、213または214のいずれかで被覆されている場
合、エッジリングは、ポリシリコン層上に配置されたシ
リコン窒化物(Si34)の層をさらに備えていても良
い(図示せず)。このシリコン窒化物層は、ポリシリコ
ン層中に存在する可能性のある金属不純物による基板1
06の汚染を防止する拡散障壁(diffusion barrier)
として機能する。
【0040】図4を再び参照すると、環状棚部135の
表面200は、その平滑度(smoothness)が高まるよう
に機械加工または研磨を施し、これにより基板106に
スクラッチを付ける傾向を低減しても良い。機械加工の
場合、表面200の表面粗さを、約4〜16マイクロイ
ンチにすることができる。研磨の場合、表面200の表
面粗さを、約0.4〜4マイクロインチにすることがで
きる。比較のために述べると、表面仕上げをしていない
面200の表面粗さは、約40〜100マイクロインチ
である。表面200がポリシリコン層210で被覆され
ている場合は、このポリシリコン層を同様に機械加工ま
たは研磨することができる。
【0041】表面200は、光学特性研磨(optical qu
ality polish)を用いて形成することもできる。この方
法で研磨すると、表面200の表面粗さを、約0.02
〜0.2マイクロインチ(5〜50オングストローム)
にすることができる。この研磨は、手作業か機械のいず
れかで行うことができる。
【0042】以上、本発明を好適な実施形態に関して説
明してきた。しかしながら、本発明はここに記載、説明
された形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は
特許請求の範囲によって画定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術のエッジリングおよび基板の拡大側断
面図である。
【図2】本発明に係るRTPシステムの側断面図であ
る。
【図3】本発明に係るエッジリングの平面図である。
【図4】図3のエッジリングの3−3線に沿った側断面
図である。
【図5】図3のエッジリングの3−3線に沿った拡大側
断面図である。
【図6】湾曲した表面を備える環状棚部を有する本発明
に係るエッジリングの拡大側断面図である。
【図7】面取り部分を有する本発明に係るエッジリング
の拡大側断面図である。
【図8】図7のエッジリングの8−8線に沿った拡大側
断面図であり、ここで、エッジリングは、ポリシリコン
の層を更に備えている。
【図9】本発明に係るエッジリングの拡大側断面図であ
り、ここで、エッジリングは、リングの様々な表面を覆
うポリシリコンの層を有している。
【図10】本発明に係るエッジリングの拡大側断面図で
あり、ここで、エッジリングは、リングの様々な表面を
覆うポリシリコンの層を有している。
【図11】本発明に係るエッジリングの拡大側断面図で
あり、ここで、エッジリングは、リングの様々な表面を
覆うポリシリコンの層を有している。
【符号の説明】
100…処理チャンバ、102…反射体、106…基
板、108…基板支持構造、110…加熱素子、112
…放射線、114…水冷石英窓装置、116…水冷ステ
ンレス鋼ベース、118…反射キャビティ、120…表
面被覆、126…温度プローブ、128…高温計、13
4…エッジリング、135…環状棚部、136…石英円
筒体、137…環状リブ、204…リッジ、206…内
側エッジ、207…中間領域、208…外側エッジ、2
09…エッジ部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベンジャミン ビアマン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, ミルピタス, チューポン アヴェニュー 1321 (72)発明者 ロバート エム. ハニー アメリカ合衆国, カリフォルニア州, パロ アルト, サークル ドライヴ 630 (72)発明者 デイヴィッド ダブリュー. ラコート アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サン ラファエル, ベイヒルズ ドライ ヴ 30

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平から第1の角度で傾斜した表面を有
    する棚部を備える基板支持具であって、 前記棚部の第1角度は、この支持具が実質的に基板のエ
    ッジ部分で基板と接触するように選択されている基板支
    持具。
  2. 【請求項2】 熱処理チャンバ内に配置される請求項1
    記載の基板支持具。
  3. 【請求項3】 前記棚部の第1角度は、前記基板のエッ
    ジ部分の角度以上である請求項1記載の基板支持具。
  4. 【請求項4】 前記棚部の第1角度は、約1度〜約10
    度である、請求項1記載の基板支持具。
  5. 【請求項5】 水平から第1の角度で傾斜した表面を有
    する環状棚部を備える基板支持具であって、前記環状棚
    部の第1角度は、この支持具が実質的に基板のエッジ部
    分で基板と接触するように選択されている基板支持具。
  6. 【請求項6】 熱処理チャンバ内に配置される請求項5
    記載の基板支持具。
  7. 【請求項7】 前記環状棚部の第1角度は、前記基板の
    エッジ部分の角度以上である請求項5記載の基板支持
    具。
  8. 【請求項8】 前記基板のエッジ部分の角度は、前記基
    板がさらされる最も高い温度で測定されたものである請
    求項7記載の基板支持具。
  9. 【請求項9】 前記環状棚部の第1角度は、約1度〜約
    10度である、請求項5記載の基板支持具。
  10. 【請求項10】 前記環状棚部の表面の断面形状が平面
    である請求項5記載の基板支持具。
  11. 【請求項11】 前記環状棚部の第1角度は、前記環状
    棚部を径方向に横切るのに伴って変動している請求項5
    記載の基板支持具。
  12. 【請求項12】 前記環状棚部の前記表面の断面形状
    は、凹面または凸面のいずれかである請求項11記載の
    基板支持具。
  13. 【請求項13】 前記環状棚部は、前記環状棚部の内側
    エッジ上に配置された環状面取り部分を備えており、前
    記環状面取り部分は、水平から第2の角度で傾斜した表
    面を有しており、この第2角度は、前記環状棚部の第1
    角度よりも大きい、請求項5記載の基板支持具。
  14. 【請求項14】 この基板支持具の表面上に配置された
    少なくとも一つの被覆をさらに備えている請求項5記載
    の基板支持具。
  15. 【請求項15】 前記環状棚部が前記被覆によって覆わ
    れていない請求項14記載の基板支持具。
  16. 【請求項16】 シリコン炭化物から構成されている請
    求項14記載の基板支持具であって、前記被覆は、ポリ
    シリコンの層である請求項14記載の基板支持具。
  17. 【請求項17】 前記被覆は、シリコン窒化物の層であ
    る、請求項14記載の基板支持具。
  18. 【請求項18】 前記環状棚部の表面が研磨されている
    請求項5記載の基板支持具。
  19. 【請求項19】 前記被覆の表面が研磨されている請求
    項14記載の基板支持具。
  20. 【請求項20】 研磨された前記表面は、約0.02マ
    イクロインチ〜約4マイクロインチの粗さを有してい
    る、請求項18または19記載の基板支持具。
  21. 【請求項21】 熱処理チャンバ内の基板を支持するた
    めのエッジリングであって、 水平から約1度〜約10度という第1の角度で傾斜した
    表面を有する環状棚部を備えるエッジリング。
  22. 【請求項22】 前記環状棚部は、その内側エッジ上に
    配置された環状面取り部分を備えており、この環状面取
    り部分は、水平から第2の角度で傾斜した表面を有して
    おり、この第2角度は、前記環状棚部の第1角度よりも
    大きい、請求項21記載のエッジリング。
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