(57)【要約】    【課題】  ウエハーホルダー(４２)と直接接触するよう装着される前のウエハー(４４)の予熱に、前記ウエハー(４４)への熱衝撃のリスクを減らしつつ最大限の処理能力を提供する。  【解決手段】  三つのうち一つ以上の異なった対処方法が取られる。第一の対処方法は、前記ウエハー(４４)を前記反応チャンバ(２０)へ挿入し前記ウエハー(４４)を前記ウエハーホルダー(４２)の上方で保持する前に、前記ウエハーホルダー(４２)を上昇位置へ移動することである。第二の対処方法は、前記ウエハー(４４)を挿入する前に、熱伝導性ガス(H２パージガス等)を前記チャンバ(２０)内に高流量で供給することである。第三の対処方法は、前記反応チャンバ(２０)の上方の熱放射素子(例えば加熱ランプ)(５１)にバイアスパワーを供給することである。
2005524222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハーを反応チャンバ内のウエハーホルダー上に装着する方法であって、前記ウエハーホルダーは最初は前記ウエハーより高い温度を有し、前記ウエハーホルダーの少なくとも一部は下降位置および上昇位置を有し、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上面は、前記ウエハーの下面の表面積の２５％より大きい表面積を有し、：
前記反応チャンバ内に熱伝導性ガスを流し；
前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部を上昇位置へ移動し；
前記ウエハーを前記反応チャンバ内へ挿入し；
前記ウエハーが前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に下降させられる場合、前記反応チャンバ内に前記熱伝導性ガスが流れている間に、前記ウエハーにそりまたははじけが生じる可能性を実質的に減少させるのに十分なレベルに前記ウエハー温度を上昇させるのに十分な時間、前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上方の上昇位置において保持し；
前記時間の終了後、前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に下降させることを含む前記方法。
【請求項２】
前記時間の終了後および前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に前記ウエハーを下降させる前に、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部を下降位置へ移動させることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間の終了後、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部を下降位置へ移動させることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ウエハーが前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に下降させられた後、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部を下降位置へ移動させる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記反応チャンバの上の少なくとも一つのランプから前記反応チャンバへ放射熱を供給することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複数のランプが前記反応チャンバの上方に設けられ、放射熱供給は、前記反応チャンバの上方の前記複数のランプへの固定電力の供給を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
複数のランプが前記反応チャンバの上方に設けられ、さらに；
前記時間の前に、前記反応チャンバの温度制御をフィードバック温度制御から一つ以上の前記複数のランプへの固定電力に切り替え；
および前記時間の終了後、前記反応チャンバの温度制御を一つ以上の前記複数のランプへの固定電力からフィードバック温度制御に切り替えることを含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に保持することは、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上面の最高部と前記ウエハーの下面の間に１．３００ｍｍより小さい空隙が維持されるよう前記ウエハーを保持することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に保持することは、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上面と前記ウエハーの下面の間に１．１４３ｍｍより小さい空隙が維持されるよう前記ウエハーを保持することを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に下降させることは、前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に落下させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウエハーを保持することは、前記ウエハーをロボットエンドエフェクタで保持することを含み、また前記ウエハーを下降させることは、前記エンドエフェクタが前記ウエハーを離して落下させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記エンドエフェクタがベルヌーイワンドを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ウエハーの前記反応チャンバ内への挿入が、：
前記ウエハーをベルヌーイワンドで保持し；
前記ウエハーが前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上方で上昇位置に保持されるよう前記ワンドを前記反応チャンバの中へ移動させる
ことを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
熱伝導性ガスを流すことは、前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に下降させる前に第一の流量で、また前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上に下降させた後に第二の流量でガスを流すことを含み、前記第二の流量は前記第一の流量の少なくとも５０％低い請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
熱伝導性ガスを流すことは、４０〜６０ｓｌｍの速度でガスを流すことを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱伝導性ガスは、水素ガスを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ウエハーホルダーは、前記ウエハーを前記反応チャンバ内へ挿入する前記工程の間の温度が約９００℃であり、前記ウエハーは２００ｍｍウエハーであり、前記時間は約２．０〜４．０秒の範囲内である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ウエハーを前記反応チャンバ内へ挿入する前記工程の間、前記ウエハーホルダーは温度が約９００℃であり、前記ウエハーは３００ｍｍウエハーであり、前記時間は約５〜９秒の範囲内である請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
上壁を含む前記反応チャンバの壁が、石英から成る請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ウエハーホルダーが、サセプタを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ウエハーは、上面を持ち、前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上方に保持する前記工程の間、前記ウエハーの下面が受ける熱量が、前記ウエハーの上面が受ける熱量の約３０％である請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ウエハーホルダーの上面に凹部が形成されており、前記凹部は前記ウエハーを受けて密接する大きさおよび形状である請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
複数の溝が前記ウエハーホルダーの上面に形成され、前記溝は、前記ウエハーが前記ウエハーホルダーと接している場合に前記ウエハーと前記ウエハーホルダーの間にガスの流れを通すように形成されている請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ウエハーホルダーが単一片で構成される請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
ウエハーを反応チャンバ内のウエハーホルダー上に装着する方法であり、前記ウエハーホルダーは最初は前記ウエハーより高い温度を持ち、：
前記反応チャンバの上方の少なくとも一つのランプから前記反応チャンバへ放射熱を供給し；
前記反応チャンバ内に熱伝導性ガスを第一の流量で流し；
ウエハーを前記反応チャンバに挿入し；
前記ウエハーが前記ウエハーホルダーの上に装着され直接接触する場合、前記放射熱が前記反応チャンバに供給されている間および前記反応チャンバ内に前記熱伝導性ガスが流れている間、前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの上方にウエハーにそりまたははじけが生じる可能性を実質的に減少させるのに十分な時間保持し；
前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの上に下降させ；
前記ウエハーが前記ウエハーホルダーの上に下降させられた後、前記熱伝導性ガスの流れを前記第一の流量の少なくとも５０％低い第二の流量に減少させる方法。
【請求項２６】
前記熱伝導性ガスが水素ガスである請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ウエハーを反応チャンバ内のウエハーホルダー上に装着する方法であって、前記ウエハーホルダーは最初はウエハーより高い温度を持ち、：
電力を一定の割合で前記反応チャンバの上方および前記ウエハーホルダーの上方のほぼ中央に配置された複数のランプに供給し、同時に前記反応チャンバの外側にある他のランプには実質的に低い割合で電力を供給し、これらのランプは前記反応チャンバに放射熱を伝え；
前記反応チャンバ内に熱伝導性ガスを流し；
ウエハーを前記反応チャンバに挿入し；
前記ウエハーが前記ウエハーホルダーの上に下降させられる場合、電力を供給および熱伝導性ガスを流す前記工程の間に、前記ウエハーに熱衝撃が生じる可能性を実質的に減少されるのに十分なレベルに前記ウエハー温度を上昇させるのに十分な時間、前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの上方に保持し；
前記ウエハーを前記ウエハーホルダーの上に下降させる方法。
【請求項２８】
前記ウエハーホルダーの少なくとも一部は、下降位置および上昇位置を取り、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部の上面は前記ウエハーの下面の表面積の２５％より大きい表面積を持ち、さらに：
前記ウエハーを前記反応チャンバ内へ挿入する前に、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部を上昇位置へ移動し；
前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部を前記時間上昇位置で保持し；
前記時間の終了後、前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部を下降位置へ下降させる方法であって；
前記ウエハーホルダーの前記少なくとも一部が上昇位置に保持されている間、前記ウエハーが、前記ウエハーホルダーの少なくとも一部から１．３００ｍｍ以内の位置にある請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理チャンバ内でのウエハーの処理、さらに詳しくは、コールドウォール法化学蒸着チャンバ内においてウエハーをウエハーホルダー上に装着する方法全般に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温炉、もしくは反応器は、電子機器産業においては、集積回路を製造するための半導体ウエハーの処理に使用される。一般には円形のシリコンウエハーである基板は、ウエハーホルダーの上に載せられる。ウエハーホルダーが熱を集める働きをする場合は、サセプタと呼ばれる。ウエハーおよびウエハーホルダーは、クォーツチャンバの中に入れられ、クォーツチャンバのまわりに設けられた複数の放射ランプによって、６００〜１２００℃、もしくはそれ以上の高温に加熱される。反応ガスが、加熱されたウエハー上を通され、ウエハー上の反応材料の薄膜の化学蒸着法（ＣＶＤ）を起こす。他の設備によるこの後の処理を経て、ウエハーの大きさおよび回路の複雑さにより、一つの層が数十から数千の集積回路を作りつつ、これらの層は集積回路へと製造される。近年、枚葉式処理が、ウエハーの同時バッチ処理に対して、より精密であることを含む様々な理由から発展している。但し、バッチ処理と比べて劣る処理能力を補うため、より大きな直径のウエハーが採用されている。
【０００３】
一般に、ウエハーはロボットのエンドエフェクタによって反応チャンバの中へ挿入される。ある配置においては、エンドエフェクタが、ベルヌーイの法則に基づいて動作するベルヌーイワンドを備え、該ベルヌーイワンドは、複数の比較的高速なガスの流れをウエハーの上に供給してウエハー全体に圧力低下を引き起こし、ウエハーをワンドの方へ引き上げる。このジェット気流は、ウエハーとワンドが直接接触することを防ぐために、通常わずかに下方に角度がついている。ベルヌーイワンド内で使用するための代表的なガスは、Ｎ２である。このベルヌーイワンドは、ウエハーがワンドから横に飛んでしまうのを防ぐための下部ワンド脚を含み、このワンド脚は、通常ウエハーの下面の下に下方向に延びている。ベルヌーイワンドは、一般にウエハーホルダーの上方中心にウエハーを位置させ，次にそのウエハーをウエハーホルダーの上に降ろすか、もしくはその上に落下させる。ウエハーホルダーは、ウエハーを受けるよう設計されたポケットまたは凹部を含んでもよい。ウエハーホルダーのポケットの上面には、ウエハーの端を避けるような形で、ウエハーとウエハーホルダー間にガスを通過させるための溝が含まれていてもよい。そのような溝は、ウエハーがウエハーホルダーに対して水平にずれるのを防ぐ役目をする。
【０００４】
別の配置においては、ロボットのエンドエフェクタは、ウエハーの下面をウエハーの外端においてのみ支持するフォーク形メンバを備える。そのようなエンドエフェクタは、例えば、ラーイジュマカースらによる米国特許第６，２９３，７４９に示されている。この発明では、エンドエフェクタは、内部ウエハーホルダー部分の垂直運動を収容するのに十分な広さの内部間隙の輪郭を成す２本のアームを含む。ウエハーの装着は、エンドエフェクタの上にウエハーを支持し、内部ウエハーホルダー部分をエンドエフェクタの２本のアームによって輪郭を成される間隙の中を垂直に動かしてウエハーをその上方に持ち上げ、反応チャンバからエンドエフェクタを引き抜き、その後内部ウエハーホルダー部分を下げることによって行われる。あるいは、リフトピンを垂直に上げてウエハーをフォーク型エンドエフェクタから受け取ってもよい。
【０００５】
高品質の半導体を確実に得るためには、種々のＣＶＤ処理パラメータを、慎重に制御せねばならない。そのような重要なパラメータの一つは、ウエハーとウエハーホルダーとの温度差である。これは、前者が後者の上に装着されるためである。上記で説明したとおり、ＣＶＤ処理は、６００〜１２００℃、もしくはそれ以上の温度で起こることが多い。ＣＶＤ処理に関してよく問題となるのは、ウエハーの「そり」や「はじけ」を招く「熱衝撃」である。比較的低温（たとえば室温）のウエハーを比較的高温（たとえば６００℃以上）のウエハーホルダーの上面に装着するとき、ウエハーは、ウエハーホルダーからウエハーへの急激な伝導性熱伝達によって引き起こされるウエハー内の温度勾配が原因の熱衝撃を受ける可能性がある。この熱応力はウエハーのそり、つまり曲げによる変形の原因となる場合があり、このためウエハーがウエハーホルダーの中心からずれてしまうことが多い。極端な例では、ウエハーがはじけ飛ぶこともあり、ウエハーがウエハーホルダーのポケットから飛び出して、エンドエフェクタを破損する可能性がある。ウエハーとエンドエフェクタとが接触すると、ウエハーの上側を破損、および／またはウエハーから粒子がフレーク状に剥がれ落ちてチャンバ内を汚染する可能性がある。また、熱衝撃は結晶のずれを招く。ずれはウエハーの結晶構造の欠陥であり、ずれが貫通すればどんなデバイスでも破壊されるというものである。そり、はじけ、およびずれは、一般にウエハー性能を低下させ（例えば、装置の増大や漏電）、ウエハーを使用不能にさえしかねない。
【０００６】
熱衝撃を減少させるためには、いくつかの方法が採用できる。解決策のひとつとしては新しいウエハーを挿入する前に、毎回反応チャンバおよびウエハーホルダーの温度を低下させることである。この方法では、ウエハーとウエハーホルダーとの接触時に、ウエハーホルダーの温度をウエハーのそりが起こりにくいようなレベルに低下させる。一度ウエハーが装着されると、ウエハーホルダーおよびウエハーを含めて、所期の処理温度まで反応チャンバの温度が確実に上昇する。この反応チャンバの温度制御方法は熱衝撃を防ぐことが出来る一方、高い処理温度と、熱衝撃を実質的に抑える低い温度の間で反応チャンバの温度を連続的に変化させるにはとても時間がかかるため、処理能力が著しく低下する。処理能力の低下は生産高の減少および製造コストの増大を招くため、この熱衝撃の減少方法は、あまり実用化されていない。
【０００７】
別の熱衝撃の防止策としては、ウエハーホルダーと接触させる前に、ウエハーを徐々に予熱することがある。一般に、ウエハーは予熱した反応チャンバの中に挿入され、しばらくの間、ウエハーホルダーの上方に、接触することなく保持される。ウエハーホルダーの上方に位置している間、ウエハーは反応チャンバを取り巻くランプからの熱を、放射およびチャンバ内の暖かいガスからの対流の形で与えられる。ウエハーは、もしウエハーホルダーの上に下ろされたら、ウエハー温度が熱衝撃が起きにくいレベルに上昇するまでその位置で維持される。一旦ウエハーがその温度に達すると、ウエハーはウエハーホルダーの上に下ろされる。この方法は、２００１年４月２３日出願の同時継続中の米国特許出願第０９／８４０，５３２号、「基板の高温低下（Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｄｒｏｐ−ｏｆｆ  ｏｆ  ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」に開示されている。
【０００８】
ウエハーを予熱する方法のひとつでは、ロボットエンドエフェクタによって、ウエハーを、ウエハーホルダーの上に落下させる前にウエハーホルダーの上方で数秒間保持する。別の方法では、ウエハーを、ウエハーの周縁周囲に配置した複数の垂直に移動可能なリフトピンによってウエハーホルダーの上方で保持する。リフトピンは、一般にウエハーの外径方向周辺近傍の３箇所以上の位置でウエハーを支持する。リフトピンは、ウエハーがウエハーホルダーに接触しない上昇位置、およびウエハーがウエハーホルダー上に静置された状態の下降位置を持つ。反応チャンバにウエハーが挿入されると、リフトピンが上昇され、ウエハーがウエハーホルダーと接触しないようになる。一旦ウエハー温度が十分に上昇すると、リフトピンが下降され、ウエハーがウエハーホルダーと接触する。
ウエハーが処理され反応チャンバから取り出された後、および新しいウエハーが反応チャンバに挿入され処理される前、一般にＮ２、Ｈ２などのパージガス、もしくは希ガスがチャンバ内を流される。パージガスは、ウエハーを扱うチャンバの中および他の部分に存在しうる粒子が反応チャンバに入ったり、汚染したりするのを防ぐ働きをする。またパージガスは、反応チャンバに挿入される際ウエハーの表面で好ましくない酸化が起きるのを防ぐ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ウエハーをウエハーホルダーの上に装着する前に予熱するというこれらの努力にもかかわらず、特に特定の形状を持つウエハーホルダーに関して、熱衝撃に伴う問題が相変わらず存在することが確認されてきた。ウエハーとの接触表面積が大きくなるよう構成されたウエハーホルダーは、前記した熱衝撃に関する問題をより引き起こし易いことが分かっている。接触表面積が大きい程、ウエハー内での温度勾配が大きくなる。本発明は、ウエハーホルダーの形状に関わらず、熱衝撃の可能性を実質的に低下させる、ウエハーを装着する方法に対する既存の需要を満たす。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ウエハーホルダーと直接接触させる前にウエハーを予熱するという処理を改良する少なくとも三つの対処方法を提供する。これらの三つの対処方法は、単独または二種以上を自由に組み合わせて相補することが出来る。好ましくは、三つの対処方法すべてが併用される。第一の対処方法は、ウエハーホルダー（もしくは少なくともその重要な部分）を、ウエハーを装着している間もしくは前に、ウエハーに近い位置に移動させることである。これにより、ウエハーホルダーからウエハーへの熱流束路が減少し、そのため予熱処理が加速される。第二の対処方法は、チャンバ内の熱伝導性ガス（Ｈ２パージガス等）の流量を、ウエハー装着の前および／またはその間増加させることである。これにより、ウエハーへの対流による熱伝達が増加する。第三の対処方法は、反応チャンバの（ウエハーホルダー側に対して）ウエハー側の熱放射素子（例えば加熱ランプ）にバイアスパワーを供給することである。これにより、特にウエハー近傍へのウエハーホルダーの移動によって起きるウエハーホルダーに面するウエハー表面への熱流量の増加という点において、ウエハーの上面および下面の熱流量のバランスが取られる。このように熱流量のバランスを保つことは、ウエハーがウエハーホルダーの近くに位置する間ウエハーにそりが生じる可能性を低下させる。また、ウエハー側のランプへのバイアスパワーは、熱伝導性ガスの温度を上昇させ、ウエハーの予熱処理を改良する。これは、通常伝導性ガスが、主にウエハーホルダーのウエハー側を流されるためである。これら三つの対処方法は、特に組み合わせて行えば、より高速なウエハーの予熱作業を可能とし、よって処理能力が上昇する。
【００１１】
ある側面によると、本発明は、ウエハーホルダーの温度が、最初はウエハーの温度より高い方法で、ウエハーを反応チャンバ内のウエハーホルダーの上に装着する方法を提供する。ウエハーホルダーの少なくとも一部が、下降位置および上昇位置を取る。ウエハーホルダーの少なくとも一部の上面は、ウエハーの下表面積の２５％より大きい表面積を持つ。この方法によると、熱伝導性ガスが反応チャンバ内に流される。ウエハーホルダーの少なくとも一部は、上昇位置に移動され、ウエハーが反応チャンバには挿入される。ウエハーは、熱伝導性ガスが反応チャンバ内を流れている間、ウエハーホルダーの少なくとも一部の上方に、上昇位置において保持される。ウエハーは、ウエハーホルダーの少なくとも一部の上にウエハーがおろされた場合、ウエハーにそりやはじけが生じる可能性を実質的に低下させる十分なレベルにウエハー温度が上昇するのに十分な時間、この位置に保持される。この時間経過後、ウエハーはウエハーホルダーの少なくとも一部の上に降ろされる。
【００１２】
別の側面によると、本発明は、ウエハーホルダーの温度が、最初はウエハーより高い方法で、反応チャンバ内のウエハーホルダー上に装着する方法を提供する。この方法によると、放射熱が反応チャンバ上方の少なくとも一つのランプから反応チャンバに供給される。熱伝導性ガスが、第一の流量で反応チャンバ内に流される。ウエハーが、反応チャンバに挿入される。ウエハーは、放射熱が反応チャンバに供給されている間、および熱伝導性ガスが反応チャンバ内を流れている間、ウエハーホルダーの上方で保持される。ウエハーは、ウエハーホルダーと直接接触するよう装着された場合、ウエハーにそりまたははじけが生じる可能性を実質的に低下させるのに十分な時間この位置で保持される。その後ウエハーは、ウエハーホルダーの上に降ろされる。ウエハーがウエハーホルダーの上に降ろされた後、熱伝導性ガスの流れは、第一の流量の少なくとも５０％低い第二の流量に減少させられる。
【００１３】
また別の側面によると、本発明は、ウエハーホルダーの温度が、最初はウエハーより高い方法であり、ウエハーを反応チャンバ内のウエハーホルダー上に装着する方法を提供する。この方法によると、一般に反応チャンバの上方中心およびウエハーホルダーの上方中心に配置されたランプの列に、電力が一定の割合で供給される。同時に、電力がかなり低い割合で反応チャンバの外にある他のランプに供給される。ランプは、放射熱を反応チャンバへ伝達する。熱伝導性ガスが、反応チャンバ内に流される。ウエハーが、反応チャンバへ挿入される。ウエハーは、前記の電力供給および熱伝導性ガスを流す工程の間、ウエハーホルダーの上方で保持される。ウエハーは、ウエハーホルダーの上にウエハーが降ろされる場合、ウエハー温度がウエハーの熱衝撃の可能性を実質的に低下させるのに十分なレベルに上昇するのに十分な時間その位置で保持される。その後ウエハーは、ウエハーホルダー上に降ろされる。
【００１４】
本発明の要点および従来技術に対する利点を述べるため、本発明の目的および利点を上記したが、さらに下記に詳述する。尚，言うまでもなく、必ずしも全ての目的または利点が本発明のある特定の実施形態によって実現されるものではない。つまり、例えば、当業者は、本発明が、必ずしも本明細書に開示または示唆した他の目的または利点を達成することなく、一つもしくは複数の利点を、本明細書に開示した利点の実現方法または最適化方法によって具体化または実施されることを理解すべきものである。
これら全ての実施形態は、本明細書によって開示される本発明の範囲内であると意図されるものである。本発明のこれらおよび他の実施形態は、当業者にとっては下記の好ましい実施形態の詳細な記述から、添付図面を参照すれば、本発明が開示内容のうち特定の好ましい実施形態に限定されるものではないことが容易に明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上述のように、従来技術のウエハーの予熱方法は、ウエハーを反応チャンバの中へ装着するため、速度が遅すぎて最大の処理能力を得られないことが多い。一方、低温のウエハーを高温のウエハーホルダーの上に直接装着することは、時間は短縮できるものの、熱衝撃を招きかねない。本発明は、これらの方法の中間点を提供し、熱衝撃を実質的に防ぎながら最大の処理能力を得る。
【００１６】
本発明は、半導体ウエハーを予熱および反応チャンバ内のウエハーホルダーの上に装着するする方法を含む。図１は、本発明によって中でウエハーを装着できる、反応チャンバの一例を示す。しかしながら、当業者にとっては本明細書の開示から、本発明の方法は、多種多様なタイプのウエハーホルダーおよび反応チャンバに採用できることは明白である。本明細書中の記載は、ある特定のタイプの反応チャンバまたはウエハーホルダー限定されるものではない。また、本明細書中において記載されている本発明は、標準のシリコンウエハーを想定して図示されている一方、ＣＶＤ、物理蒸着法（PVD）、エッチング法、アニーリング、ドーパント拡散、フォトリソグラフィーなどの高温処理に供されるガラスなどの他の種類の基板を装着するのに使用できる。本発明の方法は、高温処理用の基板の装着に特に有益であり、また比較的低温（例えば室温）のウエハーが比較的高温（例えば６００℃以上）のウエハーホルダーに装着されるような処理にはさらに有益である。本明細書中では、「基板」および「ウエハー」は同様の意味である。
【００１７】
図１は、本発明の方法によって中で半導体ウエハーが装着できるコールドウォール反応チャンバ２０の一例を示す。発明の詳細を述べるに際して、反応チャンバ２０の要素について説明する。チャンバ２０は、サセプタシステム２２の形のウエハーホルダーを含む。図１がサセプタを示す一方、他のタイプのウエハーホルダーを代わりに使うこともできる。チャンバ２０は、上壁２４、下壁２６、上流フランジ２８、および下流フランジ３０によって輪郭を定められたクォーツ管を備える。図示はしないが、反応チャンバ２０の側縁は、比較的太いサイドレールを複数含み、それらの間にはチャンバ仕切り板３２が取り付けられている。図１は、チャンバ２０の垂直方向の大きさを示す、チャンバ２０の中央の垂直平面に沿った長手方向の断面図である。そのため、サイドレールは、示されていない。好ましくは、チャンバ２０は、クォーツから製造される。チャンバ仕切り板３２は、チャンバ２０を真空処理の間補強し、サイドレール（図示せず）間に、好ましくはチャンバ２０の中心線に沿って伸びている。仕切り板３２は、サイドレール間のチャンバ２０の横幅を横切って伸びる空隙または間隙３５の輪郭を定めている開口部３３を含む。開口部３３は、仕切り板３２を上流フランジ２８から開口部３３の上流端に向かって伸びる上流部分と、開口部の下流端から下流フランジ３０に向かって伸びる下流部分とに分割される。仕切り板３２の上流部分は、好ましくは長手方向において下流部分より短い。
【００１８】
延長チューブ３４は、下壁２６の中央区域から伸びている。駆動軸３６は、チューブ３４を通ってチャンバ２０の下部区域の中へと伸びている。下部区域３８は、中央のチャンバ仕切り板３２と下壁２６によって挟まれ輪郭を定められている。駆動軸３６の上端は、多腕支持体のくぼみ内またはサセプタ４２を回転させるクモ状アセンブリ４０に嵌るよう先細になっている。サセプタ４２は、ウエハー４４を支持する。モーター（図示せず）が、軸３６を駆動し、それによりサセプタシステム２２とその上に開口部３３内で装着されたウエハー４４を回転させる。ガス注入器４６が、処理用ガスを、矢印４８で示すように、チャンバ２０の上部区域５０の中に導入する。上部区域５０は、上壁２４とチャンバ仕切り板３２に挟まれて輪郭を定められている。前記処理用ガスは、装着されたウエハー４４上面の上を通過し、処理（例えば成膜）をその上に行う。このシステムは、一例として、ウエハー４４を加熱し、その表面での化学反応における触媒の働きをする、反応チャンバ２０外側の周辺に一列に配置された複数の熱放射ランプを含む。延長加熱ランプ５１の上方群は、上壁２４の外側に図示されており、また、一例として、上方群を横切るように一列に配置されたランプの下方群（図示せず）をも利用している。また、サセプタ４２の下から上向きに照らすスポットランプの列が使用されることも多い。
【００１９】
ある実施形態では、サセプタシステムは、処理用ガスの裏面成膜を防ぐため、ウエハーの下面にガスを流す手段を含む。図示した実施形態において、ガス源３７が質量流コントローラ３９を介して駆動軸３６に接続されていることが概略的に示されている。このガス源は、図示されてはいないが、好ましくはガスの温度を加熱器などを用いて制御する機能を備えている。ガスは、下記において詳述するとおり、中空軸３６内の空間へ流れ、最終的にサセプタ４２を通って上方に向かう。ガスを回転する中空軸３６へと流れるようにする流体継手は図示されないが、米国特許第４，８２１，６７４号が示し説明する手段を含む、様々な手段によって実現することが出来る。
【００２０】
ウエハー４４は、反応チャンバ２０にウエハー挿入部４７を通して挿入できる。ウエハーは、一例として、挿入部４７を通って入りウエハー支持システム２２の上に伸びてウエハーをその上に取り付ける、エンドエフェクタ（図示せず）が取り付けられたロボットピックアップアームによって運ばれる。上記背景技術の欄で述べたとおり、好ましい実施形態のエンドエフェクタはベルヌーイワンドである。ロボットピックアップアームが反応チャンバ２０から引き戻された後、ＣＶＤシステムはチャンバを封じ、シリコンまたは他の材質の層をウエハーに付着させるための処理用ガスを導入する。処理の後、ゲート弁が開きロボットピックアップアームが挿入部４７から入り、ウエハーをサセプタ４２から抜き出す。反応チャンバ２０は、次の処理に備えて定期的に調節されることが好ましい。調節作業の例としては、支持構造体および内壁からのあらゆる特定の付着物を除去するため、ゲート弁を閉じてのエッチングガスの反応チャンバへの導入が挙げられる。エッチングの後、シリコンの前駆体がシリコンの薄膜をサセプタ４２上に施すためチャンバ内に導入されることがある。このようなコーティング工程は、「キャッピング」と呼ばれることがあり、サセプタの放射率を複数の成膜サイクルにわたって安定化する役目をする。エッチングおよびキャッピング工程の後、チャンバ２０は次のウエハーの挿入に備えて水素で置換される。
【００２１】
チューブ３４は駆動軸３６よりも若干大きくなっており、このためチューブ３４と駆動軸３６の間にパージガス５２が通って流れるスペースが出来ている。パージガスは、反応チャンバ２０の下部区域３８に入り、下部区域に反応ガスが付着するのを防ぐ。この点では、パージガス５２は、ウエハー支持システム２２の下に正圧を発生させ、これにより反応ガスが下部区域３８のサセプタ４２の側方周辺に移動するのを防ぐ。パージガスはその後、矢印５４および５５で示されるように、サセプタ４２と開口部３３の間から上部区域５０へ、そして延長スロット６０を通って下流フランジ３０へと排出される。これにより、反応ガスの下部区域３８への拡散を確実に防止する。パージガスは、排気装置５８を通って流れ続ける。同様に、過剰となった反応ガスおよび反応副生成物はすべて、下流フランジ３０の延長スロット６０を通過して、排気装置５８より排出される。
【００２２】
好ましくは、温度補償リング６２は、ウエハー支持システム２２を取り囲んでいる。リング６２は、仕切り板３２の開口部３３によって作られた間隙３５に嵌り、ウエハー支持システム２２とリング６２とは、その間隙を実質的に満たし下部および上部チャンバ区域３８、５０の間に構造を供給する。前記サセプタ４２は、リング６２内で回転し、好ましくは、そこから０．５〜１．５ｍｍの小さな円形の間隙を挟んで位置している。リング６２の外周縁が円形の場合には、リング６２を包囲する仕切り板３２の開口部３３の形状は、間隙３５の端がリングと近接するようにするため、円形とすることが出来る。あるいは、リング６２は、外周縁が丸みを帯びた長方形でもよい。下記にて詳述するとおり、サセプタ４２は好ましくはリング６２内に合うよう一定の外径を持つように製造される。サセプタ４２は外径が一定であっても、様々なサイズのウエハーを処理するため、種々の形状が供給されることが分かるであろう。
【００２３】
特に有利な実施形態では、温度補償リング６２は、熱電対６４を受けるためのくぼみを中に持つ、二つの部分から成る円形のリングを備える。図示の実施形態では、熱電対６４は、チャンバ２０の下流フランジ３０に形成された開口部を通って入り、仕切り板３２の下を温度補償リング６２の中へと伸びている。クォーツフランジ３０の開口部は、一般に追加で漏れ止めなどは施されないが、実質的に熱電対６４の周りのガス漏れを防ぐ。好ましくは、そのような熱電対が三つあり、そのうちの一つの熱電対６６は末端が前縁であり、１つの熱電対６８は末端が後縁であり、残りの一つの熱電対（図示せず）は末端がリング６２の横側のいずれかである。サセプタ４２を包囲するリング６２内の熱電対は、放射加熱ランプの正確な制御のため、好適な温度情報をフィードバックする。仕切り板３２に取り付けられた複数の湾曲指状部７０が、サセプタ４２の周縁周辺でリング６２を支持する。温度補償リング６２およびその中の熱電対に加え、中央の熱電対７２は、中空に形成されている駆動軸３６を通って上方に伸び、クモ状アセンブリ４０を通過しサセプタ４２の中心の下で端を成している。よって、中央の熱電対７２は、ウエハー４４の中心近くで正確な温度の測定値を供給する。
【００２４】
温度補償リング６２は、熱電対６４を収容するのみならず、高温処理の間放射熱を吸収する。これにより、ウエハーの端でより大きな熱損失が起こる傾向、つまりそのような端部近傍では一定の体積に対して表面積が多く集中しているため起こることが知られている現象、が緩和される。端部損失を最小にすることおよびウエハー全体の径方向での温度が不均一であることに対処することによって、温度補償リング６２は、結晶のずれおよびウエハー全体での温度の不均一性に関わる他の問題を防ぐことが出来る。前記温度補償リング６２は、適切な手段によって垂設出来る。例えば、図示の温度補償リング６２は、クォーツチャンバ仕切り３２から伸びるエルボー７０の上に載せられている。
【００２５】
図２〜７は、ウエハー４４のウエハー支持システム２２への好ましい装着方法を示す、図１の反応チャンバ２０の部分的な概略断面図である。図２は、処理されるウエハーを装着する前の反応チャンバの状態を示す。簡便化のため、図２はランプ５１の上部アレイ５３、反応チャンバの上部クォーツ壁２４、およびサセプタシステム２２（図１）のサセプタ４２のみ示す。図示の実施形態では、サセプタ４２は、単独の一体部材から成る。サセプタ４２は、好ましくは下降位置および上昇位置を持つ。図２において、サセプタ４２は下降位置にある状態である。別の実施形態では、サセプタは二つ以上の部分から成り、少なくともその一つは垂直に移動して下降位置および上昇位置を取る。そのような構成を持つサセプタの一例は、ラーイジュマカースらによる米国特許６，２９３，７４９号に開示されている。この発明では、サセプタは、内部分および外部分を含み、前者は後者に対して垂直に移動可能である。図２を参照すると、サセプタ４２の上面（もしくは、サセプタが、複数部分から成る場合、サセプタの垂直に移動可能である部分の上面）は、ウエハー４４の下面８２（図４）の表面積の、好ましくは２５％を超える、より好ましくは５０％を超える、さらに好ましくは７５％を超える表面積を持つ。
【００２６】
この構成は、サセプタ（もしくは、サセプタが複数部分から成る場合、垂直に移動可能である部分）が上昇位置にある場合、十分に減少した熱流束路をサセプタおよびウエハーの間に供給する。一方、サセプタの上面の表面積（もしくはその垂直に移動可能である部分）が小さすぎれば、ウエハー４４の下面は、より少ない熱をサセプタから受け取り、ウエハー予熱の効率が悪くなる。ウエハーの予熱を行うのにサセプタを上昇および下降させることについて、以下に説明する。好ましくは、実質的にサセプタの上面全体（もしくはその垂直に移動可能である部分）が、ウエハー４４の下面に接触するようにするように構成されている。
【００２７】
図示の実施形態において、サセプタ４２は、ある大きさのウエハーを受けるのに適当な大きさと形状にされたウエハー受け凹部７４を持つ。凹部７４は、上面４５を持つ円形の肩状部４７によって輪郭を定められている。凹部７４は、ポケット内表面４３を持つ。当業者にとっては、ウエハー受け凹部のないものを含めて、多種多様なサセプタが使用できることは明白である。例えば、本発明の方法と併用できるサセプタの一種が、２０００年１２月２２日出願の米国特許出願０９／７４７，１７３号、「処理性能改良のためのサセプタポケットの形状（Ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ  Ｐｏｃｋｅｔ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  ｔｏ  Ｉｍｐｒｏｖｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）」に開示されている。このサセプタは、その上面に格子状の溝を含む。その格子状の溝は、ウエハーホルダーとウエハーの間にある程度のガスを流れさせ、ウエハーホルダーにウエハーが付着するのを防ぐ働きをする。
【００２８】
続いて図２を参照すると、本発明においては、より多くの熱をウエハーおよびサセプタの上面、および反応チャンバの上部区域５０の熱伝導性ガス（後述）に伝達するため、上部ランプアレイ５３に、反応チャンバ２０を包囲する他のランプより多くの電力を供給することが好ましい。多くのＣＶＤ処理では、反応チャンバ２０は、普通は、熱電対６６および６８を含め、ランプ５１への電力が反応チャンバの熱電対からフィードバックされる信号に基づいて制御される「フィードバック温度制御」の管理下にある。既存の制御システムは、一般に最小限の電力要求を反応チャンバを包囲するほとんどまたは全ての個々のランプに課し、上部ランプアレイ５３への全電力を制限する。そのため、発明の好ましい実施形態において、新しいウエハーを反応チャンバ２０へ挿入する前またはしている間、チャンバは、フィードバック温度制御から上部ランプアレイ５３へのバイアスパワーを使用する「固定電力モード」に切り替えられる。固定電力モードでは、一定の割合で電力がランプに供給される。固定電力は、従来のランプ条件（つまり、従来の電力出力）を行い、反応チャンバの下方および側方にあるランプに供給される電力と比較して、上部ランプアレイ５３全体へのより大きな電力印加を可能にするため好ましい。また、上部ランプアレイ５３へのバイアスパワーは、反応チャンバ２０のクォーツ上壁２４を予熱する働きをする。これにより、順番に、より大きな熱伝達が上部区域５０の伝導性ガスに伝達され、ウエハーがより速く予熱できるようになる。固定電力モードでは、チャンバ温度は通常フィードバック温度制御の設定から大きく逸脱することはない。固定電力モードに転換することは、チャンバ温度を急激に上昇させることなくウエハーへの熱伝達を最大に増加させる非常に効果的な方法である。
【００２９】
好ましくは、上部ランプアレイ５３内でバイアスパワーは、上部ランプアレイ５３の上部中央域５５に供給される。つまり、中央域５５を含むランプは、好ましくは上部ランプアレイ５３内の他のランプより多くの電力を受け取る。上部中央域５５が備えるランプ５１の上部アレイの数は、いくつでもよい。好ましくは、上部中央域５５は、サセプタ４２の真上中央に位置する。また、域５５は、好ましくはサセプタ４２と同一の場所を占める。域５５のランプへのバイアスパワーは、後述のように、ウエハーが反応チャンバに装着される時、ランプ電力の大部分がウエハーの上面に向けられることを確実にする働きをする。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態において、ウエハーが処理されチャンバから取り出された後、熱伝導性ガスがチャンバに導入される。好ましくは、熱伝導性ガスは、パージガスとしての役割も果たすＨ２である。但し、反応チャンバの汚染を減少させ、ウエハー表面の酸化を減少させ、対流熱伝達を増大する目的に留意しつつ、他のガスを供給してもよい。当業者であれば知るとおり、熱伝導性ガスは、新しいウエハーがサセプタ４２上に装着される前と、後続のウエハー処理の間の両方供給されるのが好ましい。
【００３１】
本発明によると、新しいウエハーがサセプタ４２と直接接触するよう装着される前に、熱伝導性ガスは、好ましくは、後続のウエハー処理が行われる間のガスの供給流量より大きい第一の流量で供給される。この「第一の」または「高」流量は、熱伝導性パージガスがウエハー処理の間使用される通常のまたは普通の流量より大きいことを特徴とする。熱伝導性ガスの流量を増加することで、新しいウエハーが、サセプタ４２上に装着される前に受け取る対流熱が増大する。好ましくは、熱伝導性ガスの高流量は、新しいウエハーが反応チャンバに挿入される前であり、かつサセプタ４２が上昇位置に移動する前かする後に、供給される。図示の枚葉水平層流反応器において、Ｈ２ガスは、好ましくは２０〜１００ｓｌｍ（標準リットル毎分）、より好ましくは４０〜６０ｓｌｍの、第一の流量または高流量で流される。流量が大きすぎる場合には、ガスがウエハーの前面に到達する前にガスの温度が定常状態にまで上昇するには時間が足りないため、ウエハー前縁の温度が下がり好ましくない。一方、流量が小さすぎたり、ベルヌーイワンドがＮ２ガスと合わせて用いられる場合には、Ｎ２ガスの濃度がウエハーへの対流熱伝達を妨げるほど高くなる可能性がある。これは、一般的に、Ｎ２ガスの熱伝導性がＨ２ガスなどの熱伝導性ガスより低いためである。言うまでもなく、このことはエンドエフェクタが、米国特許６，２９３，７４９や、上記の背景技術欄に記載のようなフォーク型エンドエフェクタなど、ベルヌーイワンド以外の種類である場合は問題ではない。
【００３２】
新しいウエハーがサセプタと直接接触するよう装着された後（図６参照）、熱伝導性ガスの流量は、好ましくは通常または普通のレベル、つまり「第二の」または「低」流量に減少させられる。好ましくは、第二の流量は、第一の流量より、少なくとも２０〜８０％低く、より好ましくは約５０％低い。
【００３３】
発明の好ましい実施形態によると、図３に示すとおり、新しいウエハーを反応チャンバへ挿入する前または挿入する間、サセプタ４２は下降位置から上昇位置へ移動される。図示の実施形態において、図１を参照すると、クモ状アセンブリ４０、チューブ３４、駆動軸３６を含むサセプタシステム２２全体が、サセプタ４２に垂直に移動することが分かる。サセプタ４２は、上昇位置において、好ましくは、ウエハーが次に反応チャンバ２０に挿入されるとき、ウエハー４４の底面８２（図４）の位置に非常に近接している。このシステムは、ウエハーおよび／またはロボットエンドエフェクタの動きを妨げることなくサセプタ肩状部４７の上面４５が出来る限りウエハーの下面に接近するよう設計されているのが好ましい。
【００３４】
ベルヌーイワンドを利用するある実施形態では、サセプタ４２の上昇位置は、サセプタ肩状部４７の上面４５が、ウエハーが次に反応チャンバ２０に挿入される時、ベルヌーイワンドの脚の下面があるであろう位置から、好ましくは、約０．１２７〜０．５６０ｍｍ、より好ましくは約０．１２７〜０．３８１ｍｍ、さらに好ましくは約０．１２７ｍｍまたは０．２５４ｍｍである位置である。一例として、ワンドの脚は、ウエハー４４の底面８２の約０．７６２ｍｍ下を伸びている。そのような実施形態では、サセプタ肩状部４７の上面４５がワンドの脚の底面から約０．１２７〜０．３８１ｍｍである場合、ウエハー４４の底面８２は、サセプタ肩｛ショルダー｝の上面４５から約０．８８９〜１．１４３ｍｍである。あるいは、システムが、ベルヌーイワンドの代わりにフォーク型エンドエフェクタおよびサセプタシステム（米国特許第６，２９３，７４９号および上記背景技術の欄に記載）を含む場合、サセプタ内部の上面はウエハー４４の底面８２にかなり接近させることが出来る。実際に、サセプタの内部はフォーク型エンドエフェクタに接することが出来ないため、サセプタの内部をウエハーから所期の距離内まで運ぶことが出来る。いずれの場合も、ウエハー４４の底面８２は、図示のサセプタ肩状部４７の上面４５のようなサセプタの上面から好ましくは約１．３００ｍｍ以内、より好ましくは約１．２００ｍｍ以内、さらに好ましくは約０．８８９ｍｍ以内にある。
【００３５】
図４を参照すると、サセプタ４２が上昇位置にある状態で、新しいウエハー４４は反応チャンバ２０へパドル、フォーク、真空ワンド、またはベルヌーイワンド等のロボットエンドエフェクタを用いて挿入される。図示の実施形態において、ベルヌーイワンド７６が使用されているが、ランプ５１からの放射エネルギーを透過するクォーツまたは他の材質で出来ているのが好ましい。当業者にとっては明白であるが、図３および図４に示されている処理工程は、順番を逆にしても良いし、または同時に行っても良い。つまり、ウエハー４４は、サセプタ４２を上昇させる前または上昇させている間に反応チャンバに挿入することが出来る。好ましくは、図４に示す位置において、バイアスパワーは、上部ランプアレイ５３の中央域５５のランプ５１に供給され、熱伝導性ガスは、上述の通り、第一のまたは高流量で供給される。
【００３６】
従来技術では、ウエハーホルダーの上方に保持されている間にウエハーにそりが生じる場合があった。これはウエハーの上面と下面の間における熱吸収の不均衡が原因で起こる。特に、ウエハーの上面は、ウエハーの下面と比べてより多くの熱を吸収する傾向がある。これは、ウエハーの下面と反応チャンバの下の加熱ランプとの間に位置するウエハーホルダーが、ウエハーの下面によって吸収された放射熱を制限するのに対して、ウエハーの上面は反応チャンバの上の加熱ランプから直接放射される熱を吸収するためである。本発明は、ウエハーの上面および下面による熱吸収のバランスを取るウエハー装着方法に対する既存の需要を全般的に満たす。
【００３７】
図４に示す位置において、ウエハーの上面８０は、上部ランプアレイ５３からの放射の形で熱を受ける。バイアスパワーが上部中央域５５に供給される場合、ウエハー４４の上面８０に吸収される放射熱のほとんどが域５５を備えるランプ５１からとなることが分かる。同時に、ウエハーの下面８２は、チャンバ２０内の熱伝導性ガスの流れから対流の形で、またこれよりは少ないが、反応チャンバを取り囲むランプおよび加熱されたサセプタ４２の両方から放射の形で熱を受ける。ウエハー４４とサセプタの間の空隙がウエハーとサセプタの間のガス分子の平均自由行程より小さい場合、サセプタ４２から受ける熱は「伝導」と呼ばれることがある。上述の通り、サセプタ肩状部４７の上面４５およびウエハー４４の下面８２の間の空隙は、非常に小さいのが好ましい。サセプタ４２とウエハー４４の間の空隙が小さいと、その間の熱流束路が減少する。このことで、ウエハー４４の下面８２から受ける熱吸収が自ずと高まる。好ましくは、ウエハー４４の上面８０によって吸収される熱量は、下面８２によって吸収される熱量とほぼ同じ（下面８２によって吸収される熱量の例えば３０％以内、より好ましくは１０％）。これにより、ベルヌーイワンド７６で保持されている間にウエハーにそりが生じるリスクが減少する。
【００３８】
ウエハー装着直後にサセプタ４２を上昇させる主な理由は、例えば４００℃程度の、ウエハー４４が放射を吸収できる温度レベルまでウエハー温度を上げるのに必要な時間を短縮するためである。低温では、ウエハーは一般的に、放射吸収率が非常に小さいために、放射を透過させる。吸収率は、ウエハー温度ともに増加する。そのため、ウエハーが最初に装着されるとき、ウエハーの上面８０が受ける熱（ほとんどが放射）は、下面８２が受ける熱よりかなり少ない。ウエハー温度が上昇するにつれて、主にサセプタ４２からの熱流によって、上面８０が受ける熱が増加する。一般に、ウエハー温度が約４００℃のとき、ウエハー４４の上面８０が受ける熱は、下面８２が受ける熱の約２０％に過ぎない。ウエハー温度が約４００〜７００℃のとき、上面８０および下面８２が受ける熱はほぼ同等である。ウエハー温度が約７００〜１２００℃のとき、上面８０が受ける熱は下面８２が受ける熱の約１５０〜２００％である。
【００３９】
ウエハー４４が図４に示す位置に保持される時間の好ましい長さ（「予熱時間」）は、サセプタ４２の温度およびウエハーの大きさによる。上述のように、ウエハー予熱時間は、好ましくは、ウエハーが次に下降されサセプタ４２と直接接触するとき、ウエハー温度が実質的にウエハーのそりやはじけの可能性を抑えるまたは相当に減少させられる十分なレベルまで上昇するように選択される。２００ｍｍの直径および７５０μmの厚さを持ち、温度が９００℃のサセプタの上に装着されるウエハーでは、ウエハー予熱時間は、好ましくは約２．０〜４．０秒、より好ましくは約３．０〜３．５秒、さらに好ましくは約３．５秒である。３００ｍｍの直径および７５０umの厚さを持ち、温度が９００℃のサセプタの上に装着されるウエハーでは、好ましいウエハー予熱時間約５〜９秒、より好ましくは約６〜８秒、さらに好ましくは約７秒である。
【００４０】
図５を参照すると、ウエハー４４が図４に示す位置に所期の予熱時間保持された後、サセプタ４２（サセプタが複数部分から成る場合、サセプタの垂直に移動可能である部分）は下降位置に戻されることが好ましい。その後ベルヌーイワンド７６内でのガスの流れを遮断し、図６に示したように、ウエハー４４を下降したサセプタ４２の上に落下させる。当業者にとっては明白であるが、図５および６に示した処理工程は順番を逆にすることが可能である。つまり、サセプタ４２（もしくはその垂直に移動可能である部分）がまだ図４に示す上昇位置にある間に、ワンド内のガスを遮断してウエハーを落下させることが出来る。その後、ウエハー４４がサセプタ４２上にある間に、サセプタ４２（もしくはその垂直に移動可能である部分）を下降位置に移動させることが出来る。ウエハーがサセプタ４２と直接接触するよう装着された後、上述のように、熱伝導性ガスを第二の流量または低流量に減少させ、反応チャンバの温度制御を固定電力モードからフィードバック温度制御に戻すのが好ましい。ワンド内のガスを遮断した後、図７に示すように、ワンド７６をチャンバ２０から引き抜く。ウエハー４４は、装着されＣＶＤ処理に備え準備が出来た状態となる。
【００４１】
本発明のウエハー装着方法は、ウエハーが運ばれウエハーホルダーと接触する前のウエハーの予熱に改良をもたらす。結果として、サセプタの形状に関わらず、ウエハーへの熱衝撃のリスクが実質的に幅に減少する。つまり、ウエハーとサセプタの間により大きな接触表面積を持つよう構成されたサセプタは、ウエハーに熱衝撃を引き起こす実質的なリスク増大を生じない。このため、より多様なサセプタを使用することできる。本発明は、ウエハー上側への損害、反応チャンバ内での粒子生成、およびエンドエフェクタ設備への損害を含む、熱衝撃の好ましくない影響を防ぐ働きをする。
【００４２】
本発明の方法は、様々な大きさおよび様々の種類の機器に使用されるウエハーを含む、多種多様なウエハーにも使用できる。例えば、本発明の方法は、多種多様な厚みのウエハーを使用できるのと同様、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、および３００ｍｍの直径を持つウエハーを使用することが出来る。また本発明の方法によると、多様なドーパント型のウエハーを装着することが出来る。
【００４３】
この発明は、ある好ましい実施形態および実施例との関連において開示されているが、本発明は、具体的に開示された実施形態の範囲を超えて他の代替の実施形態、および／もしくは発明の使用および自明な変更およびその同等物にまで及ぶことを当業者であれば理解する。また、この発明の種々の特徴は単独、もしくは上記にて明白に記載されたもの以外の本発明の他の特徴と組み合わせて使用できる。すなわち、本明細書中に開示された本発明の範囲は、上に開示された特定の実施形態に制限されるものではなく、続く請求項を公正に読むことによってのみ決められるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の方法によって、中でウエハーをウエハーホルダー上に装着することの出来る反応チャンバの具体例の概略断面図である。
【図２】図１の反応チャンバの一部の概略断面図であり、本発明の好ましい実施形態に係るウエハーのウエハーホルダーへの装着方法を図示している。
【図３】図１の反応チャンバの一部の概略断面図であり、本発明の好ましい実施形態に係るウエハーのウエハーホルダーへの装着方法を図示している。
【図４】図１の反応チャンバの一部の概略断面図であり、本発明の好ましい実施形態に係るウエハーのウエハーホルダーへの装着方法を図示している。
【図５】図１の反応チャンバの一部の概略断面図であり、本発明の好ましい実施形態に係るウエハーのウエハーホルダーへの装着方法を図示している。
【図６】図１の反応チャンバの一部の概略断面図であり、本発明の好ましい実施形態に係るウエハーのウエハーホルダーへの装着方法を図示している。
【図７】図１の反応チャンバの一部の概略断面図であり、本発明の好ましい実施形態に係るウエハーのウエハーホルダーへの装着方法を図示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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