(57)【要約】サセプタ上に処理チャンバ内で半導体基板を加熱する処理およびシステムを開示する。本発明によるサセプタを開示する。本発明によれば、サセプタは、サセプタ上にウエハを懸架する比較的低い熱伝導率を有する材料から作られた支持構造体を含む。支持構造体は、高い温度の処理の間にウエハに形成される径方向の温度勾配を抑制するまたは妨げる特定の高さを有する。必要であれば、リセスを、支持構造体を配置しかつ位置決めするためにサセプタに形成することができる。サセプタは、加熱サイクル間にウエハの形状に一致するように構成された形状を有するポケットを画定するウエハ支持表面を含むことができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理するシステムであって、
半導体ウエハを含むように構成された処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置されるサセプタとを備え、前記サセプタが、半導体ウエハを受けるウエハ支持表面を備え、前記ウエハ支持表面が、少なくとも１つのリセスと前記リセス内に配置された対応する支持構造体とを含み、前記支持構造体が、前記ウエハの熱処理中に前記サセプタ上に半導体ウエハを上げるように構成され、前記支持構造体が、１１００℃の温度で約０．０６Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下の熱伝導率を有し、前記システムがさらに、
前記サセプタ上に支持された半導体ウエハを加熱するために、前記サセプタと協働して動作するように配置された加熱デバイスを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記加熱デバイスは、電気抵抗ヒータまたは誘導ヒータを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記加熱デバイスは、炭化シリコンによって囲まれたグラファイト素子を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記処理チャンバは、低温壁チャンバを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記支持構造体は、水晶を含む材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ウエハ支持表面はポケットを備え、前記ポケットは、前記ウエハが前記ポケットの頂部表面に接触することなく、加熱中に半導体ウエハが曲がることを許容するように構成された形状を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ポケットは、前記ポケットの頂部表面が、最高処理温度で半導体ウエハから約０．０２５ｍｍ（約１ｍｉｌ）から約約０．５ｍｍ（約２０ｍｉｌ）まで離間されるように形成されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ポケットは、前記最高処理温度で、前記ウエハと前記ポケットの頂部表面との間の空間が、実質的に均一でありかつ約０．０５ｍｍ（約２ｍｉｌ）以下だけ変化するようにさらに形成されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記支持構造体は、以下のように計算される距離の５％以内である高さを有し、すなわち、
【数１】
2005530335.tif 000004
ここで、ｄｇは、前記サセプタと半導体ウエハとの間の距離であり、
ｋｓは、前記支持構造体の熱伝導率であり、
ｋｇは、前記処理チャンバ内に存在するガスの熱伝導率であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記サセプタは、共通の径に沿って配置された少なくとも３個のリセスを含み、前記支持構造体は、対応する複数のピンを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記サセプタは、円形に形成されたリセスを含み、前記支持構造体がリングを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記支持構造体が、約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）から約２．５ｍｍ（約０．１インチ）の高さを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記支持構造体は、約１５ｃｍ（６インチ）以上の径を有するウエハを保持するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記リセスが内壁を含み、前記支持構造体が、前記内壁から所定の距離だけ離間されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記リセスが、約０．２５ｍｍ（約０．０１インチ）から約２ｍｍ（約０．０８インチ）までの深さを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記支持構造体が、前記ウエハの縁部近くに半導体ウエハを支持するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記支持構造体が、前記ウエハの重心近くに半導体ウエハを支持するように、前記ウエハ支持表面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
処理チャンバ内で半導体ウエハを保持しかつ加熱するためのサセプタであって、
加熱デバイスと、
半導体ウエハを受けるウエハ支持表面とを備え、前記ウエハ支持表面が、前記ウエハがポケットの頂部表面と接触することなく、加熱中に半導体ウエハが曲がることを許容するように構成された形状を有するポケットを画定し、前記サセプタがさらに、
前記ポケットの頂部表面上に半導体を懸架するための前記ウエハ支持表面から延びる支持構造体を備え、前記支持構造体が、１１００℃の温度で約０．０６Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下の熱伝導率を有する材料から作られることを特徴とするサセプタ。
【請求項１９】
前記加熱デバイスは、電気抵抗ヒータまたは誘導ヒータを備えることを特徴とする請求項１８に記載のサセプタ。
【請求項２０】
前記ポケットの前記頂部表面は、炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項１８に記載のサセプタ。
【請求項２１】
前記支持構造体は、水晶を含む材料で形成されることを特徴とする請求項１９に記載のサセプタ。
【請求項２２】
前記ポケットは、前記ポケットの頂部表面が、最高処理温度で半導体ウエハから約０．０２５ｍｍ（約１ｍｉｌ）から約０．５ｍｍ（約２０ｍｉｌ）まで離間されるように形成されることを特徴とする請求項１９に記載のサセプタ。
【請求項２３】
前記ポケットは、前記最高処理温度で、前記ウエハと前記ポケットの頂部表面との間の空間が、実質的に均一でありかつ約０．０５ｍｍ（約２ｍｉｌ）以下だけ変化するようにさらに形成されることを特徴とする請求項２２に記載のサセプタ。
【請求項２４】
前記支持構造体は、以下のように計算される距離の２５％以内である高さを有し、すなわち、
【数２】
2005530335.tif 000005
ここで、ｄｇは、前記サセプタと半導体ウエハとの間の距離であり、
ｋｓは、前記支持構造体の熱伝導率であり、
ｋｇは、前記処理チャンバ内に存在するガスの熱伝導率であることを特徴とする請求項２３に記載のサセプタ。
【請求項２５】
前記ウエハ支持表面がリセスを画定し、前記支持構造体が前記リセス内に配置されることを特徴とする請求項１９に記載のサセプタ。
【請求項２６】
前記サセプタは、共通の径に沿って配置された少なくとも３個のリセスを含み、前記支持構造体は、対応する複数のピンを備えることを特徴とする請求項２５に記載のサセプタ。
【請求項２７】
前記サセプタは、円形に形成されたリセスを含み、前記支持構造体がリングを備えることを特徴とする請求項２５に記載のサセプタ。
【請求項２８】
前記支持構造体が、約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）から約２．５ｍｍ（約０．１インチ）の高さを有することを特徴とする請求項１９に記載のサセプタ。
【請求項２９】
加熱されたサセプタ上で半導体ウエハを均一に加熱するプロセスであって、
サセプタを含む処理チャンバを提供することを含み、前記サセプタは加熱されウエハ支持表面を画定し、前記サセプタが、さらにウエハ支持表面から延びる支持構造体を備え、前記ウエハ支持表面が、前記表面と接触することなく、加熱中に半導体ウエハが曲がることを許容するように構成された形状を有し、前記支持構造体が、１１００℃で約０．０６Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下の熱伝導率を有する材料から作られ、前記プロセスがさらに、
半導体ウエハを前記支持構造体に配置すること、および
前記ウエハ支持表面に接触することなく、前記ウエハを曲げさせる最高処理温度に前記半導体ウエハを加熱すること
を含むことを特徴とするプロセス。
【請求項３０】
前記最高処理温度が少なくとも１０００℃であることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記サセプタおよび前記ウエハが、電気抵抗ヒータまたは誘導ヒータによって加熱されることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記支持構造体が、水晶、サファイヤ、またはダイアモンドを含む材料から作られることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記ウエハ支持表面は、前記表面が、前記最高処理温度で前記半導体ウエハから約０．０２５ｍｍ（約１ｍｉｌ）から約０．５ｍｍ（約２０ｍｉｌ）まで離間され、前記ウエハと前記支持表面との間の空間が、前記最高処理温度で実質的に均一でありかつ約０．０５ｍｍ（約２ｍｉｌ）以下だけ変化するように形成されることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記支持構造体は、前記最高処理温度で以下のように計算される距離の５％以内である高さを有し、すなわち、
【数３】
2005530335.tif 000006
ここで、ｄｇは、前記サセプタと半導体ウエハとの間の距離であり、
ｋｓは、前記支持構造体の熱伝導率であり、
ｋｇは、前記処理チャンバ内に存在するガスの熱伝導率であることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記支持構造体は、共通の径に沿って配置された少なくとも３個の支持ピンを備えることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記支持構造体は、リングの形状であることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記支持構造体が、約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）から約２．５ｍｍ（約０．１インチ）の高さを有することを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記ウエハ支持表面がさらにリセスを画定し、前記支持構造体が前記リセス内に配置されることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記ウエハが、低温壁処理チャンバで加熱されることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記半導体ウエハが、少なくとも約２５ｃｍ（１０インチ）の直径を有することを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記ウエハが、前記最高処理温度で、前記半導体ウエハを通じて約５℃以下の温度差しか存在しないように加熱されることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理チャンバ内のサセプタで半導体ウエハを加熱する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路および他の電子デバイスの製造の間に、半導体ウエハは、一般に熱処理チャンバに配置されかつ加熱される。加熱の間に、様々な化学および物理処理を実行することができる。例えば、加熱サイクルの間、半導体ウエハをアニールすることができ、または様々な被覆およびフィルムを、ウエハ上に堆積することができる。
【０００３】
ウエハを、特にエピタキシャル処理の間に処理チャンバ内で加熱する方法は、加熱されたサセプタ上にウエハを配置することである。サセプタは、例えば、誘導加熱デバイスまたは電気抵抗ヒータを使用して加熱されることができる。サセプタを含む多くのシステムにおいて、処理チャンバ壁は、加熱処理の間に任意の望ましくない粒子または汚染を生成する壁上への任意の堆積物を避けるために、サセプタより低い温度に維持される。これらのタイプの処理チャンバは、「低温壁チャンバ（ｃｏｌｄ  ｗａｌｌ  ｃｈａｍｂｅｒ）」と呼ばれ、熱非平衡状態で動作する。
【０００４】
図１を参照すると、低温壁処理チャンバの図が一般に符号１０で示される。処理チャンバ１０を、熱絶縁体から作ることができ、かつ能動的に冷却することもできる壁１２を含む。例えば、炭化シリコンで作られたサセプタ１４が、チャンバ１０内部にある。この実施形態において、サセプタ１４は、コイル１６によって加熱される。
【０００５】
図１に示される実施形態において、処理チャンバ１０は、同時に複数の半導体ウエハを処理するように構成される。示されるように、多数のウエハ１８が、サセプタ１４の頂部に配置されるポケット２０内に配置される。処理ガス２２が、チャンバを通じて循環する。
【０００６】
処理中、半導体ウエハ１８を、サセプタによって約１０００℃から約１２００℃への温度に加熱することができる。不活性ガス、または半導体ウエハと反応するように構成されるガスなどの処理ガスが、ウエハが加熱される間またはウエハが加熱された後、反応装置に導入される。
【０００７】
図１に示されるシステムにおいて、ウエハ１８は、ほとんど伝導によってサセプタから加熱される。しかしながら加熱の間、ウエハは、ウエハと処理ガスとの間の温度差のために、放射によって、囲んでいるチャンバ壁１２に対して熱を失う。さらに、わずかな量の熱が、またウエハから処理ガスへ伝達される。ウエハを通過する熱のために、温度勾配は、ウエハ厚みを通って展開する。温度勾配は、ウエハに曲がりおよび変形を導入することがある。
【０００８】
これらの処理の間、平坦な表面上にウエハを配置することは、一般に好ましくない。特に曲がりの間に、ウエハは、中心だけでサセプタと接触し、ウエハの中心での温度を上昇させ、かつウエハにおける径方向の温度勾配を生成する。ウエハにおける径方向の温度勾配は、欠陥中心での核への転位を引き起こすことがある、ウエハにおける熱応力を生じることがある。応力で生成された転位は、優先結晶学の面（ｆａｖｏｒｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｐｌａｎｅ）および方向に沿ってほとんど移動し、結晶表面の一部が、垂直方向の段差によって他から転位される可視のスリップラインを残す。この現象は、一般に「スリップ」と呼ばれる。
【０００９】
過去において、処理中のウエハ上のスリップを低減するために、多数の方法が示唆された。例えば、過去において、サセプタの表面に、加熱中のウエハの起こり得る曲がりの湾曲に適合するために、ウエハ下のポケットを形成するように浅いくぼみが提供された。しかしながら、ウエハがサセプタと均一に接触するポケットを設計し製造することは困難である。任意の位置ずれは、径方向の温度勾配およびスリップを引き起こす可能性がある。
【００１０】
他の実施形態において、サセプタは、ウエハの任意の起こり得る曲がりより深い深さを有するように設計されたポケットを有して設計された。この実施形態において、ウエハが加熱されたときに、ウエハが、サセプタポケットの縁部によってだけでその縁部で支持され、かつ任意の他の位置でポケットと接触しない。ウエハが、縁部でサセプタと接触するので、ウエハの縁部は、ウエハの中心について温度を上昇させ、かつ径方向の温度勾配を形成することができる。しかしながら、この技術は、８インチ（約２０ｃｍ）より小さい直径を有するウエハに関して使用され、ある程度成功した。しかしながら、より大きな直径を有するウエハは、より大きな径方向の温度勾配を形成し、したがってより多くのスリップを形成する傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記を考慮して、現在、熱処理チャンバ内のサセプタ上の半導体ウエハを加熱するシステムおよび方法の必要性が存在する。より詳細には、現在、熱処理チャンバ内でウエハを支持しかつ加熱でき、かつウエハの曲がりを収容でき、一方、同時にウエハを均一に加熱できるサセプタ設計の必要性が存在する。そのようなシステムは、６インチ（約１５ｃｍ）以上の直径を有するより大きなウエハに特に有用である。
【００１２】
本発明は、従来技術の構造および方法の前述の欠点および他の欠点を認識しかつ対処する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一般に、本発明は、熱処理チャンバ内のサセプタで半導体ウエハを加熱する方法およびシステムに向けられる。本発明によれば、サセプタは、サセプタ上にウエハを支持するための支持構造体を含む。支持構造体は、加熱中、およびアニール中、堆積中、またはエピタキシャル中などの処理中に、ウエハに形成されることがある径方向の温度勾配を低減する。ウエハにおける径方向の温度勾配を低減することによって、ウエハに形成されるスリップを、排除または最小化することができる。また、ウエハがより均一に加熱されるので、本発明のシステムおよびプロセスは、また、被覆処理の間にウエハ上の堆積均一性を改善する。
【００１４】
例えば、ある実施形態において、本発明は、処理チャンバを含む半導体基板を処理するシステムに向けられる。サセプタは、処理チャンバ内に配置される。サセプタは、チャンバ内に含まれる半導体ウエハを加熱するために、誘導加熱デバイスまたは電気抵抗ヒータなどの加熱デバイスと協働して動作するように配置される。サセプタは、さらに、半導体ウエハを受けるためのウエハ支持表面を含む。ウエハ支持表面は、少なくとも１つのリセスと、リセス内に配置された対応する支持構造体とを含む。支持構造体は、ウエハの熱処理中、半導体ウエハをサセプタ上に上げる（ｅｌｅｖａｔｅ）ように構成される。
【００１５】
本発明によれば、支持構造体は、１１００℃の温度で約０．０６Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下の熱伝導率を有する。例えば、支持構造体は、水晶、サファイヤ、またはダイアモンドから作られることができる。
【００１６】
多くの適用に関して、処理チャンバは、低温壁チャンバであることができる。サセプタを加熱するために使用される誘導ヒータは、例えば、炭化シリコンによって囲まれたグラファイト素子であることができる。
【００１７】
熱処理中のウエハの曲がりを収容するために、サセプタのウエハ支持表面は、ウエハがポケットの頂部表面と接触することなしに、加熱中に半導体ウエハが曲がることを許容するように構成された形状を有するポケットを含むことができる。例えば、ポケットは、ポケットの頂部表面が、最高処理温度で、半導体ウエハから約０．０２５ｍｍ（約１ｍｉｌ）から約０．５ｍｍ（約２０ｍｉｌ）まで離間するように形成されることができる。さらにポケットは、最高処理温度で、ウエハとポケットの頂部表面との間の空間が、実質的に均一であり、かつ約０．０５ｍｍ（約０．０５ｍｉｌ）以下だけ変化するように形成されることもできる。
【００１８】
上述のように、支持構造体は、半導体ウエハをサセプタの表面上に上げる。支持構造体の高さは、最も高い処理チャンバで半導体ウエハを通って流れる熱が均一であるように計算されることができる。一般に、支持の高さは、以下のように計算された距離の約５％以内であることができる。
【００１９】
【数１】
2005530335.tif 000002
【００２０】
ここで、ｄｇは、サセプタと半導体ウエハとの間の距離であり、ｋｓは、支持構造体の熱伝導率であり、ｋｇは、処理チャンバ内に存在するガスの熱伝導率に等しい。
【００２１】
本発明で使用される支持構造体は、様々な形態および形状を有することができる。例えばある実施形態において、支持構造体は、対応する複数のリセス内に配置された複数のピンを備えることができる。ピンを、半導体ウエハを支持する共通の径に沿って離間することができる。代わりに、支持構造体は、トレンチ形状のリセスに配置されたリングを備えることができる。多くの適用に関して、支持構造体は、約０．５ｍｍ（０．０２インチ
）から約２．５ｍｍ（約０．１インチ）の高さを有することができる。他方、リセスの深さは、約０．０１インチ（約０．３ｍｍ）から約０．０８インチ（約２ｍｍ）であることができる。
【００２２】
支持構造体は、ウエハの縁部近くで半導体ウエハを支持することができる。代わりに、支持構造体は、ウエハの重心近くにウエハを支持することができる。本発明のシステムは、任意のサイズおよび形状の半導体ウエハを処理することができる。しかしながら、本発明のシステムは、６インチ（約１５ｃｍ）以上の直径を有する半導体ウエハを均一に加熱するのに、特に良好に適している。そのようなウエハは、有意な量のスリップの形成なしに加熱されることができる。
【００２３】
本発明の処理の間、半導体ウエハは、少なくとも８００℃まで加熱させることができ、好ましくは１０００℃まで、より詳しくは、少なくとも１１００℃まで加熱されることができる。本発明によれば、ウエハを、ウエハの径方向距離にわたって約５℃以下の温度差が存在するように、最大処理温度まで加熱することができる。ウエハを均一に加熱することによって、ウエハ上にフィルムまたは被覆を均一に堆積することができる。本発明の他の特徴、態様、および利点は、以下の通り詳細に議論される。
【００２４】
当業者に対して、本発明の最良の形態を含む本発明の完全な開示および可能な開示は、添付の図面の参照を含む本明細書の残りでより詳細に示される。
【００２５】
本明細書および図面における繰り返し使用される参照符号は、本発明の同一または類似する特徴または要素を示すことを目的としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本議論は、例示的な実施形態を記載するだけであり、より広い態様が例示的な構造で実現される本発明のより広い態様を制限することを目的とするものではないことは、当業者によって理解されよう。
【００２７】
一般に、本発明は、熱処理チャンバ内のサセプタ上の半導体ウエハをより均一に加熱するためのシステムおよびプロセスに向けられる。本発明によれば、半導体ウエハは、サセプタ上で加熱されることができ、一方、スリップまたは他のウエハ欠陥を引き起こす可能性がある径方向の温度勾配を低減しまたは削除する。本発明によれば、半導体ウエハは、水晶などの比較的低い伝導材料で作られた支持構造体を使用して、加熱されたサセプタ上に懸架される。支持構造体は、ピン、リング、円弧形状セクションなどの任意の所望の形状であることができる。支持構造体を、サセプタ表面に形成されたリセスに適合して配置することができる。リセスを、ウエハ下の選択された場所で任意の組み合わせで配置することができる。
【００２８】
本発明によれば、リセスの深さおよび支持構造体の高さは、支持構造体を通る熱伝達に対する抵抗値が、ウエハとサセプタの表面との間の空間またはギャップを通る熱伝達と類似するまたは実質的に同一であるように構成される。このように加熱の間、支持構造体の直上のウエハ温度は、ウエハの底部表面の残りと実質的に同一のままであり、したがって径方向の温度勾配を排除する。
【００２９】
サセプタ内のリセスの深さまたは支持構造体の高さなどの本発明のシステムの実際の構成は、動作温度範囲などの動作状態、チャンバ内のガスのタイプ、および支持構造体を形成するために使用された材料に応じる。
【００３０】
ある実施形態において、支持構造体は、サセプタの表面に形成されたポケット上の半導体ウエハを懸架する。ポケットは、ウエハが、ウエハを十分に曲げさせる温度に加熱された場合に、加熱中に半導体ウエハの形状と実質的に適合する形状を有することができる。ウエハの曲がりの傾斜に対してサセプタポケットの傾斜を適合させることは、さらに、加熱処理の間に径方向の温度の均一性を維持することを支援することができる。径方向の温度の均一性を維持することは、ウエハにおけるスリップを低減するまたは排除し、かつウエハ上の被覆の形成中に堆積の均一性を改善する。
【００３１】
本発明のプロセスおよびシステムは、低温壁処理チャンバで使用するのに特に良く適する。しかしながら、本発明のシステムおよびプロセスを、様々な他のタイプのチャンバで使用することもできる。さらに、本発明のシステムおよびプロセスを、アニールの間またはエピタキシャル処理の間などの任意のタイプのウエハ加熱処理の間に使用することができる。
【００３２】
図２を参照すると、本発明により作られた全般的に符号１１４のサセプタの一実施形態が示されている。サセプタ１１４は、図１で示された処理チャンバなどの処理チャンバに配置されるように構成される。
【００３３】
図２に示されるように、サセプタ１１４は、半導体ウエハを加熱するための加熱デバイス１１６と協働して動作するように配置される。加熱デバイスは、無線周波数誘導コイルなどの任意の適切なヒータでありえる。代わりに、サセプタは、電気抵抗ヒータによって加熱されることができる。ある実施形態において、例えば、加熱デバイスは、炭化シリコンによって囲まれたグラファイト素子を含む誘導ヒータである。加熱デバイス１１６は、半導体ウエハを保持するように構成されたサセプタの一部に一体化されることができ、または代わりに、間隔を空けた関係でサセプタの表面を加熱することができる。
【００３４】
図２に示されるように、サセプタ１１４は、半導体ウエハ１１８を受けるためのポケット１２０を含む。本発明によれば、ウエハ１１８は、支持構造体１２４上に配置される。支持構造体１２４は、少なくとも１つのリセス１２６内に配置される。示されるように、支持構造体１２４は、リセス１２６の底部内で固定される。しかしながら、一般に、リセス１２６の内側壁は、サセプタ１１４と支持構造体との間で直接の熱伝達を防止するために、支持構造体１２４と非接触の関係にある。
【００３５】
支持構造体１２４の目的は、ポケット１２０の頂部表面上でウエハ１１８を懸架し、かつ有意な径方向の温度勾配がないように、より均一なウエハの加熱を支援することである。上述のように、特に低温壁処理チャンバにおいて、半導体ウエハ１１８は、放射によって、囲んでいるチャンバ壁に対して熱を失うことができる。ウエハを通る熱伝達のために、温度勾配は、ウエハの厚みを介して展開する。本発明のシステムおよびプロセスの目的は、径方向の温度勾配の展開または生成なしに、ウエハの厚みを介して熱伝達を可能にすることである。本発明により加熱されたウエハで展開する径方向の温度勾配の傾向は、支持構造体１２４の使用により低減される。一般に、支持構造体１２４は、加熱サイクルの間に実質的に同一の温度でウエハの底部表面を維持し、径方向の温度勾配の形成を防ぐ。
【００３６】
サセプタ上のウエハ温度の均一性を促進するために、理想的には、支持構造体は、サセプタの表面とウエハの底部表面との間に存在する任意のガスと実質的に同一の伝導率を有する。しかしながら、あいにく、ガスの伝導率に等しい伝導率を有する固体材料は存在しない。固体材料の伝導率は常により高い。しかしながら、本発明によれば、サセプタを形成するために使用された材料の伝導率より著しく低い伝導率を有する、支持構造体の材料を使用することによって、かつ支持構造体に、サセプタに形成されるリセスにおける特定の高さを提供することによって、ウエハにおける温度均一性が維持されることが、本発明者によって見出された。
【００３７】
例えば、サセプタおよび処理ガスを介する熱抵抗値に等しく、支持構造体を介する熱抵抗値を設定することによって、以下の式が得られる。  
（Ｔｇ１−Ｔｗ）ｋｓ／ｄｓ＝（１／（ｄｒ／Ｋｓｕ＋ｄｇ／ｋｇ））（Ｔｇ１−Ｔｗ）＋σ＊（１／（１／εｓ＋１／εｗ−１））（Ｔｇ２４−Ｔｗ４）  
ここで、
ｋｓは支持構造体の伝導率であり、
ｄｓは支持構造体の高さであり、
ｋｓｕはサセプタの伝導率であり、
ｄｒはリセスの高さであり、
ｋｇは処理ガスの伝導率であり、
ｄｇはウエハとサセプタとの間の距離であり、
Ｔｇ１はリセスの底部のサセプタ温度であり、
Ｔｇ２はサセプタ頂部表面温度であり、
Ｔｗはウエハ底部表面温度であり、
σはＳｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数であり、
εｓはサセプタの放射率であり、
εｗはウエハの放射率である。
【００３８】
図３を参照すると、支持構造体１２４の拡大図に、サセプタ１１４上のウエハ１１８の支持が示されている。示されるように、支持構造体１２４は、リセス１２６内に配置される。支持構造体１２４は、リセスの内壁に接触することなくリセス１２６内に配置される。
【００３９】
図３は、上記式で使用される様々な距離およびパラメータを示す。上述のように、上記式は、支持構造体を介する熱束１３０は、サセプタを介し、かつサセプタとウエハとの間のギャップを介する熱束１３２に等しい状態を表すことを目的としている。図３において、処理ガス１２８は、ウエハとサセプタとの間の空間に存在する。
【００４０】
本発明によれば、支持構造体１２４の伝導率が、サセプタ１１４の伝導率よりかなり小さく（ｋｓ＜＜ｋｓｕ）、かつウエハとサセプタとの間の放射エネルギーが無視できるなら、上記式は以下のように単純化されることができる。
【００４１】
【数２】
2005530335.tif 000003
【００４２】
上記単純化は、サセプタが、グラファイトまたは炭化シリコンなどの高い熱伝導率を有する材料から作られるとき、特に適用可能である。上記に示されるように、この場合、支持構造体の高さは、支持構造体の伝導率と処理ガスの伝導率との比を掛けた、ウエハとサセプタとの間の距離に等しい。
【００４３】
本発明によりサセプタを構成するときに、上記計算された距離に可能な限り近い支持構造体の高さを有することが一般に望ましい。しかしながら、許容可能な結果は、支持構造体の高さが、上記計算された距離の約２５％以内、特に上記計算された距離の約１０％以内、より特に上記計算された距離の約５％以内であるなら達成される。
【００４４】
本発明で使用される支持構造体１２４の実際の高さは、様々な要因に応じて変わる。そのような要因は、支持構造体を構成するために使用される材料、処理ガスの伝導率、ウエハとサセプタとの間の距離、処理温度などを含む。一般にある実施形態において、支持構造体１２４の高さは、約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）から約２．５ｍｍ（約０．１インチ）までであり、特に約約０．７５ｍｍ（約０．０３インチ）から約２ｍｍ（約０．０８インチ）までであることができる。これらの高さで、リセス１２６の深さは、約０．２５ｍｍ（約０．０１インチ）から約２ｍｍ（約０．０８インチ）まで、特に約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）から約１．２５ｍｍ（０．０５インチ）までであることができる。サセプタ内のリセスの存在は、特定の支持構造体の高さに関して許容し、一方、ウエハがまだ所望のサセプタの頂部表面に近いように維持する。
【００４５】
例えば、加熱サイクルの間、ウエハ１１８は、サセプタの頂部表面から約０．０２５ｍｍ（約１ｍｉｌ）から約０．５ｍｍ（約２０ｍｉｌ）、特に約０．１２５ｍｍ（約５ｍｉｌ）から約０．２７５ｍｍ（約１１ｍｉｌ）から離間されるべきである。ある実施形態において、サセプタの表面は、ウエハを受けるためにポケット１２０を形成する。ある好ましい実施形態において、ポケットの頂部表面は、一般に最高処理温度でウエハの形状に一致する形状を有する。例えば最高処理温度で、ウエハが曲がる傾向があるなら、ポケット１２０の頂部表面は、ウエハにおける曲がりに一致すべきである。ウエハを通じてより良い温度均一性は、ウエハのサセプタとの接触なしに、サセプタとウエハとの均一な距離を維持することによって維持される。理想的には、最高処理温度で、ポケット１２０の頂部表面とウエハ１１８の底部表面との距離は、約０．０５ｍｍ（約２ｍｉｌ）以下だけ、特に約０．０２５ｍｍ（約１ｍｉｌ）以下だけ変化すべきである。
【００４６】
様々な材料が、本発明による支持構造体１２４を形成するために使用されることができることが考えられる。一般に、支持構造体を形成するために選択される材料は、より高い温度で比較的低い熱伝導率を有するべきであり、加熱されたとき処理チャンバを汚染すべきではない。例えば、支持構造体を形成するために使用される材料は、ウエハが加熱される温度で金属ガスを形成するべきではない。
【００４７】
一般に、支持構造体の熱伝導率は、約０．０６ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃より低いことができ、好ましくは、約１１００℃以上で約０．００３７ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃から約０．０６ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃であることができる。本発明で使用するのに良く適した特定の材料は、水晶、サファイヤ、またはダイアモンドを含む。
【００４８】
本発明のシステムおよびプロセスを介して、ウエハを、有意な径方向の温度勾配なく、熱処理チャンバ内での加熱されたサセプタ上で非常に有効に加熱することができる。例えば、ウエハを、径方向に１０℃以下の温度差を有し、特に約５℃以下の温度差を有し、ある実施形態において、径方向に約３℃以下の温度差を有するように、本発明により処理することができると考えられる。
【００４９】
上述のように、支持構造体１２４は、一般にサセプタ１１４内に形成されたリセスに配置される。支持構造体１２４は、リセス内に配置されたときに、リセスの内壁から所定の距離だけ離間されるべきである。しかしながら支持構造体は、また、一旦リセス内に配置されると、所定の位置のままであるべきである。
【００５０】
図４Ａから図４Ｃを参照すると、支持構造体およびリセス構造の様々な実施形態が示されている。
【００５１】
例えば図４Ａに示されるように、支持構造体１２４は、全般的に均一な幅または径を有する。しかしながら、リセス１２６は、窪んだ部分（ｉｎｄｅｎｔｅｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）１３４を含む。この部分は、支持構造体を特定の位置に維持するように構成される。
【００５２】
一方、図４Ｂに示される実施形態において、支持構造体１２４は、リセス内に整列された状態で支持構造体１２４を維持するためのフットまたはタブ部分１３６を含む。
【００５３】
図４Ｃを参照すると、支持構造体およびリセス構造の他の実施形態が示されている。この実施形態において、リセス１２６は窪んだ部分１３４を含み、一方、支持構造体１２４は対応する狭い部分１３８を含む。狭い部分１３８は、窪んだ部分１３４内にぴったりと嵌まる。
【００５４】
その高さを除いて、支持構造体のサイズおよび形状は、一般に上述の数式とは無関係である。したがって、支持構造体を、半導体ウエハを支持できる任意の適切な形状で提供することができる。例えば図５を参照すると、ある実施形態において、支持構造体１２４を、リングの形状にすることができる。リング１２４は、サセプタ１１４内に形成されたリセス１２６内に納めてもよい。この実施形態において、リセス１２６は、トレンチ状の形状を有することができる。
【００５５】
ある実施形態において、支持構造体が、図５に示されるようなリングの形状であるときには、リングは、約６．２５ｍｍ（約０．２５インチ）の幅を有することができ、リセスは、約７．５ｍｍ（約０．３インチ）の幅を有するトレンチの形状であることができる。
【００５６】
図５に示されるようなリング形状を有することに加えて、支持構造体は、図６および図７に示されるようなピン１４０の形状であることができる。示されるように、ピンは、半導体ウエハを均一に支持するために共通の径に沿って離間されることができる。一般に、３個以上のピンが、ウエハを支持するために必要である。
【００５７】
図６に示される実施形態において、ピン１４０は、その縁部でまたは縁部近くで半導体ウエハを支持するように配置される。しかしながら図７において、ピンは、その重心近くにウエハを支持するように配置される。しかしながら、支持構造体は、任意の適切なウエハ径に配置されることができることが理解されるべきである。
【００５８】
ピンの断面形状は、一般に重要ではない。例えば、図６において、ピンは円筒形状を有して示され、一方、図７において、ピンは正方形または矩形形状を有する。例示だけの目的のために、円筒形状であるときに、ピンは、約６．２５ｍｍ（約０．２５インチ）の直径を有することができ、約７．５ｍｍ（約０．３インチ）の直径を有するリセス内に配置されることができる。
【００５９】
ピン１４０の頂部表面は、ウエハを支持するための他の任意の形状であることができる。例えば、多くの適用のために、ピンの頂部表面は平坦であるべきである。
【００６０】
本発明に対するこれらおよび他の修正形態および変形形態は、添付の特許請求の範囲により詳細に示される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって実施されることができる。さらに、様々な実施形態の態様は、全体または一部の両方で交換されることができる。さらに、前述の記載が例示だけを目的としており、添付の特許請求の範囲においてさらに記載されるように本発明を限定する目的ではないことは、当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来技術の熱処理チャンバの側面図である。
【図２】図１に示される熱処理チャンバなどの熱処理チャンバで使用するために、本発明によって作られたサセプタの一実施形態の切断部分を有する側面図である。
【図３】本発明によって作られた支持構造体のある実施形態の側面図である。
【図４Ａ】本発明によって作られた支持構造体の異なる実施形態の側面図である。
【図４Ｂ】本発明によって作られた支持構造体の異なる実施形態の側面図である。
【図４Ｃ】本発明によって作られた支持構造体の異なる実施形態の側面図である。
【図５】本発明によって作られたリング形状の支持構造体の一実施形態の斜視図である。
【図６】本発明によって作られたサセプタの他の実施形態の上面図である。
【図７】本発明によって作られたサセプタのさらに他の実施形態の上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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