(57)【要約】      （修正有）【課題】エピタキシャル堆積チャンバにおける基板の処理および移送のための装置および方法を提供する。【解決手段】堆積チャンバの処理量を最大にし、膜の堆積の均一性を向上するように適合される。一実施形態において、冷壁の低圧化学気相堆積反応炉において基板１２０の放射加熱を用いて、２つの基板が、同時に処理される。【選択図】図１
2008227487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバであって、
前記処理チャンバに配置される処理ガス入口ポートおよび出口ポートと、
前記処理チャンバに配置される２つの予熱リングと、
前記処理チャンバに配置される上部サセプタおよび下部サセプタと、
前記処理チャンバに配置される３つ以上のキャリアロッドを有するサセプタリフトアセンブリと、
を備え、
前記キャリアロッドが、前記上部サセプタ、前記下部サセプタおよび前記上部サセプタと前記下部サセプタとの間にある１つ以上の基板を支持するように構成される処理チャンバ。
【請求項２】
前記キャリアロッドが、前記上部サセプタと前記下部サセプタとの間にある１つ以上の追加のサセプタを支持するように構成され、１つ以上の基板が、前記サセプタ間に配置される、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項３】
前記サセプタが、シリコンカーバイドでコーティングされる黒鉛を備える、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項４】
前記処理ガス入口ポートが、多数のガス入口ポートを含み、前記入口ポートが、２つ以上のフローゾーンに分割され、その処理ガス流速度が、各ゾーンに関して独立に調整されることができる、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項５】
前記処理ガス入口ポートが、２つのフローゾーンに分割される、請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項６】
前記処理ガス入口ポートおよび前記出口ポートが、基板処理中に、前記上部サセプタおよび前記下部サセプタと予熱リングとの間に配置される、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項７】
前記上部サセプタの温度を測定するように適合される前記上部サセプタの上に配置される１つ以上の赤外線温度センサと、前記下部サセプタの温度を測定するように適合される前記下部サセプタの下に配置される１つ以上の赤外線温度センサと、をさらに備える、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項８】
前記赤外線温度センサが、パイロメータである、請求項７に記載の処理チャンバ。
【請求項９】
前記サセプタリフトアセンブリおよび前記基板が、回転可能である、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項１０】
前記処理チャンバが、エピタキシャル堆積チャンバである、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項１１】
前記処理チャンバが、放射加熱を用いる冷壁の低圧化学気相堆積チャンバである、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項１２】
前記キャリアロッドが、石英を備える、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項１３】
反応炉チャンバにおいて、基板の上に薄膜を堆積する方法であって、
上部サセプタと下部サセプタとの間に２つ以上の基板を配置するステップと、
処理ガス入口ポートと出口ポートとの間にある２つ以上の基板にわたって予熱された処理ガスを流すステップと、
ランプによって加熱される前記サセプタを用いて、前記基板を間接的に加熱するステップと、
１つ以上の温度センサを用いて、前記基板に関する基板温度を測定するステップと、を備える方法。
【請求項１４】
予熱リングおよび前記上部サセプタおよび前記下部サセプタを用いた基板処理中に、水平ガス流チャネルを形成するステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
反応炉チャンバにおいて、基板の上に薄膜を堆積する方法であって、
１つ以上の予熱リングおよび２つ以上のサセプタを用いて処理ガスを予熱するステップを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は一般に、シリコンウェーハなどの半導体基板の上への膜の堆積に関する。特に、本発明の実施形態は、半導体基板の上のエピタキシャル膜を堆積する際に用いられる方法および装置に関する。
【０００２】
従来技術の説明
[0002]シリコンを包含するエピタキシャル膜の成長は、高度の半導体デバイス向けの新たな用途のためにますます重要になっている。そのような膜は、基板上に選択的または非選択的（ブランケット堆積）に成長されてもよい。選択的な成長によって、エピタキシャル膜は、その中にすでに組み込まれたデバイス特徴パターンを有する基板上の特定の位置で成長されることを一般に意味している。たとえば、基板は、ゲート電極、スペーサ、極浅接合または他の特徴部用のパターンを含んでもよい。作製中、そのようなデバイス特徴部の損傷を回避するために、エピタキシャル膜成長中に、より低温のプロセスを用いることが望ましい場合がある。
【０００３】
[0003]より低いプロセス温度に関する要望は、低圧化学気相堆積または減圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤまたはＲＰＣＶＤ；本明細書ではＬＰＣＶＤと呼ぶ）エピタキシャル反応炉の開発をもたらしている。より低圧における堆積は、より低温を用いることを可能にすると同時に、膜の均一性を向上する。ＬＰＣＶＤエピタキシャルシリコン堆積の一例において、反応炉の堆積温度は、摂氏約６００℃〜約１１００℃の範囲であってもよく、堆積圧は、約１０トール〜１００トールの範囲であってもよい。しかし、より低いプロセス温度は、膜の特性に悪影響を及ぼしうる化学反応速度を遅くする可能性がある。
【０００４】
[0004]エピタキシャル膜において、均一性の欠如は、貧弱なデバイス性能をもたらす可能性がある。ガス流の力学は、厚さの均一性を決定するのに役立つ。ある種のエピタキシャルプロセスは、より低い温度で行われてもよく、その結果、反応速度論は堆積速度を制御する。この場合には、温度は、厚さおよび抵抗率の両方の均一性にさらに著しく影響する。しかし、ガス流は、依然として厚さに作用する。
【０００５】
[0005]ガス流の力学および基板温度のよりよい制御に対する要望は、放射加熱を用いる単一基板ＬＰＣＶＤエピタキシャル反応炉チャンバの開発をもたらしている。多くの基板のバッチ処理は、バッチ内およびバッチからバッチへの各基板にわたる温度およびガス流における変動を作成する。単一基板反応炉における放射加熱の使用は、基板面にわたるより均一な温度プロファイルを可能にし、ガス流の力学は、基板上の反応体材料の分配がより均一であるように、単一基板に関してさらに的確に制御されることができる。
【０００６】
[0006]残念なことに、単一基板処理反応炉は、バッチ（５０個超える基板）、ミニバッチ（約２５〜５０個の基板）またはマイクロバッチ（２５個未満の基板）ＬＰＣＶＤエピタキシャル反応炉の処理量に適合することができない。加えて、基板の放射率が、基板面における薄膜構造および材料に大きく左右されることから、選択的エピタキシャル堆積中の放射加熱の使用は、基板面にわたる温度変動をもたらす可能性がある。
【０００７】
[0007]したがって、向上した基板温度の均一性および基板面にわたるより均一な処理ガス流を提供することができ、増大した処理量を具備する低温エピタキシャル堆積反応炉に対する需要がある。
【発明の開示】
【０００８】
[0008]本発明は一般に、半導体基板を処理するための方法および装置を提供する。特に、本発明の実施形態は、２つ以上の基板を同時に処理することができると同時に、単一基板処理の利点の多くを保持する化学気相堆積（ＣＶＤ）エピタキシャル処理チャンバを提供する。
【０００９】
[0009]本発明の一実施形態は、半導体基板を処理するためのプロセスチャンバを提供する。プロセスチャンバは、処理容積を形成する１つ以上の壁と、処理ガス入口ポートおよび出口ポートと、２つの予熱リングと、上部サセプタおよび下部サセプタと、３つ以上のキャリアロッドを有するサセプタリフトアセンブリと、を備える。キャリアロッドは、上部サセプタと、下部サセプタと、上部サセプタと下部サセプタとの間の２つの基板と、を支持するように構成される。
【００１０】
[0010]本発明の別の実施形態において、反応炉チャンバにおいて基板の上に薄膜を堆積する方法が提供される。この方法は、上部サセプタと下部サセプタとの間の２つ以上の基板を配置するステップと、処理ガス入口ポートと処理ガス出口ポートとの間の２つ以上の基板にわたって予熱した処理ガスを流すステップと、ランプによって加熱されるサセプタを用いて、基板を間接的に加熱し、２つ以上の温度センサを用いて基板に関する基板温度を測定するスッテップと、を含む。
【００１１】
[0011]本発明のさらに別の実施形態において、反応炉チャンバにおいて基板の上に薄膜を堆積するための別の方法が提供される。この方法は、予熱リングおよび２つ以上のサセプタを用いて処理ガスを予熱するステップを含む。
【００１２】
[0012]本発明の上記に記載した特徴は詳細に理解されることができるように、上記で簡単に概略を述べた本発明のさらに具体的な説明は、実施形態を参照することによって得られると考えられ、実施形態の一部は添付図面に示されている。しかし、添付図面は、本発明の代表的な実施形態に過ぎず、したがって、本発明は他の等しく有効な実施形態を認めうることから、その範囲を限定するものと考えるべきではないことを留意すべきである。
【００１３】
[0032]理解を促進するために、可能な限り、図面に共通である同一の要素を指示するために、同一の参照数字が用いられた。しかし、添付図面は、本発明の代表的な実施形態を図示するに過ぎず、したがって、本発明は他の等しく有効な実施形態を認めうることから、その範囲を限定するものと考えるべきではないことを留意すべきである。
【詳細な説明】
【００１４】
[0033]本発明は一般に、一度に２つ以上の基板を処理することができる性能を有し、単一基板処理の多くの好適な態様を保持するエピタキシャル堆積チャンバのための装置および方法を提供する。本明細書に記載される本発明の実施形態は、基板の面にわたってガス流および温度の均一性を最大にし、それゆえ、プロセス結果の均一性および反復可能性を提供するように適合されている。
【００１５】
[0034]図１は、本発明の一実施形態によるエピタキシャル堆積反応炉チャンバ１５０の概略断面図である。反応炉チャンバ１５０は、包囲された処理容積１７５を具備する処理チャンバ１５８と、放射加熱用の高強度上部ランプ１２１Ａおよび下部ランプ１２１Ｂと、を含む。本実施形態において、処理チャンバは、冷壁ＬＰＣＶＤチャンバである。
【００１６】
[0035]処理チャンバ１５８は、上部ドーム１００、下部ドーム１１９およびベースリング１０５を含む。ベースリング１０５はステンレス鋼から形成されてもよく、上部および下部のドーム１００、１１９は、基板１２０の放射加熱のために光を通過可能にするために、高純度石英などの透明な材料から形成されてもよい。また、石英は、比較的高い構造強度を呈し、堆積チャンバのプロセス環境に対して化学的に不活性である。ベースリング１０５のステンレス鋼を処理チャンバ１５８の処理容積１７５から分離し、プロセス汚染物質を防止するために、上部ライナ１０８および下部ライナ１０６は、ベースリング１０５の内部側壁に対して装着される。上部および下部のライナ１０８、１０６は、ベースリング１０５のステンレス鋼を熱および処理ガスから保護するために、不透明な石英から形成されてもよい。不透明な石英は、光を散乱し、放射源からベースリング１０５のステンレス鋼への放射加熱の伝達を抑制する。
【００１７】
[0036]上部締め付けリング１０１は、上部ドーム１００をベースリング１０５に対して締め付けるために用いられ、下部締め付けリング１０３は、下部ドーム１１９をベースリング１０５に対して締め付けるために用いられる。上部および下部の締め付けリング１０１、１０３は、ステンレス鋼から形成されてもよい。石英と金属のベースリングと締め付けリングとの間の直接接触は、ｏリング（図示せず）またはポリマーの保護リング（図示せず）を用いて、防止される。
【００１８】
[0037]処理チャンバ１５８の内側に、サセプタリフトアセンブリ１７６が配置される。サセプタリフトアセンブリ１７６は、平坦で円形の上部サセプタ１１７、平坦で円形の下部サセプタ１１８およびキャリアロッド２１０を含む。２つの基板２１０は、上部サセプタ１１７と下部サセプタ１１８との間に配置されてもよい。上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８および基板１２０は、１２０°離隔して配置される（キャリアロッド２１０を含むサセプタリフトアセンブリ１７６の平面図である図７Ｂにおいて分かるように）３つのキャリアロッド２１０によって支持される。本発明の一実施形態において、サセプタリフトアセンブリ１７６は、３つ以上のキャリアロッドを含んでもよい。他の実施形態において、キャリアロッドは、上部サセプタ１１７と下部サセプタ１１８との間で１つ以上の追加のサセプタ（図示せず）を支持するように適切に改変されてもよく、また、１つ以上の基板を支持するように適合されてもよく、基板１２０は、上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８を含んでもよいサセプタの間に位置付けられる。さらに別の実施形態において、キャリアロッドは、上部サセプタ１１７と下部サセプタ１１８との間に単一基板１２０を支持するように適合されてもよい。
【００１９】
[0038]サセプタリフトアセンブリ１７６はまた、３つのアーム１５６およびサセプタ支持軸１０７を含み、各アームは支持軸に接続されている。キャリアロッド２１０は、アームのそれぞれに装着され、サセプタ支持軸１０７は、下部サセプタ１１８の中心から垂直下方向に延びる。サセプタ支持軸１０７は、軸およびサセプタリフトアセンブリ１７６を回転することができるモータ（図示せず）に接続される。処理のための基板を位置決めするため、または、基板の装填および取り出しを容易にするため、サセプタリフトアセンブリ１７６はまた、矢印１５７によって図示されるように上下に移動することもできる。
【００２０】
[0039]図１を参照すると、処理チャンバ１５８はまた、上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８と同心である２つの環状予熱リング１１６を含む。１つの予熱リング１１６の外周は、上部ライナ１０８の内周に接続され、第２の予熱リング１１６の外周は、下部ライナ１０６の内周に接続される。図１は、処理位置におけるサセプタリフトアセンブリ１７６を図示し、この位置では、上部予熱リング１１６は、上部サセプタ１１７と同一平面にあり、下部予熱リング１１６は、下部サセプタ１１８と同一平面にある。この配置構成は、チャンバ処理容積１７５を３つの部分、すなわち上部サセプタ１１７の上に上部容積１５３、下部サセプタ１１８の下に下部容積１５４、上部サセプタ１１７と下部サセプタ１１８との間に中間容積１５５に分割する。中間容積１５５は、基板処理中の処理容積として機能する。本発明の一実施形態において、設計において同一である２つの予熱リング１１６は、上部予熱リング位置および下部予熱リング位置の両方に関して用いられる。他の実施形態において、処理チャンバ１５８は、多数の予熱リング１１６を含むように適合され、そのそれぞれは設計においてさまざまであってもよく、各予熱リング１１６は、対応するサセプタと整列されてもよい。
【００２１】
[0040]処理チャンバ１５８は、ガスが基板の面にわたって均一に分散されるように、処理ガスを反応炉チャンバに導入する手段を提供するように適合される。本実施例において、処理ガスは、処理チャンバ１５８に置かれたシリコンウェーハなどの基板上の膜の除去、加工または堆積を行うように作用するガスまたはガス混合物として画成される。処理ガスは、水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）または何か他の不活性ガスなどのキャリアガスを含んでもよい。エピタキシャルシリコン堆積の場合にはシラン（ＳｉＨ４）またはジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの前駆物質ガスが、処理ガスに含まれていてもよい。ジボラン（Ｂ２Ｈ６）またはホスフィン（ＰＨ３）などのドーパント源ガスもまた、含まれてもよい。洗浄またはエッチングの場合には、塩化水素（ＨＣｌ）が、処理ガスに含まれてもよい。本発明の処理ガス成分の追加の実施形態は、米国特許出願番号第２００６０１１５９３４号に記載されている。
【００２２】
[0041]複数の高強度上部ランプ１２１Ａおよび下部ランプ１２１Ｂが、処理チャンバ１５８の上および下の放射方向に位置決めされる。一実施形態において、タングステン−ハロゲンランプが用いられ、各ランプは定格約２ｋＷである。これらのランプは、赤外線において強く発する。上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８および予熱リング１１６を加熱するために、ランプは、それらの光を上部ドーム１００および下部ドーム１１９を通して上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８および予熱リング１１６に向かう。上部サセプタ１１７と下部サセプタ１１８との間にある基板１２０は、それらの温度のために上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８によって発せられた赤外（ＩＲ）放射線によって間接的に加熱される。サセプタは、高い放射率を有し、受光した放射エネルギを効率的に再放射してもよい。加えて、サセプタ材料および面の均一性は、放射加熱中のサセプタ温度の均一性を向上するサセプタの面にわたってかなり一定の放射率値を提供する。基板に対する上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８の近接性、基板の直径に比べたサセプタのより大きな直径はまた、基板１２０によって発せられるＩＲ放射線が上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８によって捕捉され、基板１２０の上に再放射されてもよいため、黒体共振器放射体に近似していてもよいサセプタ間の容積を作成する。この構成の利点は、基板の放射率に対する放射加熱の依存性が著しく低減される可能性があることである。放射加熱に関して基板の放射率におけるそのような低減された依存性は、特に、基板の放射率が基板面にわたって変化し、それぞれ新しい堆積層を具備する選択的堆積の場合には、エピタキシャル堆積の場合に望ましい。本発明の一実施形態において、サセプタと最も近い基板との間の距離は、約５ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲にある。この実施形態は基板加熱のために赤外ランプを用いるが、他のタイプのランプが用いられてもよい。他の実施形態において、無線周波数誘導加熱または無線周波数抵抗加熱などの他の加熱方法が、用いられてもよい。
【００２３】
[0042]図１を参照すると、パイロメータなどの温度センサ１２３が、下部ドーム１１９の下に装着され、下部サセプタ１１８の下面に面している。温度センサ１２３は、加熱されるとサセプタによって発せられる赤外放射線を受光することによって、下部サセプタ１１８の温度を監視するために用いられる。この温度情報は、次に、必要に応じて下部ランプ１２１Ｂに供給されるパワーを調整するために用いられることができる。パイロメータなどの第２の温度センサ１２２が、上部ドーム１１０の上に装着され、上部サセプタ１１７の上面に面している。温度センサ１２２は、加熱されるとサセプタによって発せられる赤外放射線を受光することによって、上部サセプタ１１７の温度を監視するために用いられる。この温度情報は、次に、必要に応じて上部ランプ１２１Ａに供給されるパワーを調整するために用いられることができる。この実施例において、サセプタの温度は、基板の温度を間接的に測定するために用いられる。しかし、前述したように、サセプタ材料および面の均一性は、サセプタの面にわたってかなり一定の放射率値を提供し、これは、サセプタの面にわたる温度の均一性を作成するのに役立つ。結果として、パイロメータなどのＩＲ温度センサを用いたサセプタの温度測定は、さらに正確になる。一実施形態において、温度センサ１２２、１２３は、パイロメータなどの赤外線の非接触温度センサであってもよい。他の実施形態において、他のタイプの温度センサが、用いられてもよい。さらに別の実施形態において、２つ以上の温度センサが、上部サセプタ１１７の上および下部サセプタ１１８の下に配置されてもよい。
【００２４】
[0043]本実施形態において、図１に図示される反応炉チャンバ１５０はまた、「冷壁」反応炉である。ベースリング１０５、上部ライナ１０８および下部ライナ１０６は、処理中、予熱リング１１６、上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８および基板１２０より著しく低い温度である。たとえば、エピタキシャル堆積が生じると、サセプタおよび基板は、摂氏約８００℃〜約９００℃の温度まで加熱されてもよく、ベースリングおよび上部および下部のライナは、約４００℃〜約６００℃の温度である。ベースリング１０５は、水冷され、上部ドームフランジ１５２、下部ドームフランジ１５１、上部ライナ１０８および下部ライナ１０６は、金属のベースリング１０５に対してＩＲ放射線の伝搬を抑制するために、不透明な石英から構成される。加えて、上部ライナ１０８および下部ライナ１０６は、反射体１６６のために上部ランプ１２１Ａおよび下部ランプ１２１Ｂからの直接放射線を受光しない。
【００２５】
[0044]図２Ａは、本発明による図１に描かれたキャリアロッドの一実施形態の詳細図である。キャリアロッド２１０は、第１の縁部および第２の縁部を具備し、第１の縁部にボス２１３を具備し、第２の縁部にベース２１５を具備するロッドを含む。ベース２１５は、形状において円形であってもよく、サセプタ支持軸１０７のアーム１５６によって収容されてもよい突出ピン２１６を有する。ピン２１６は、キャリアロッド２１０をアーム１５６に接続可能にする。キャリアロッド２１０は、第１の縁部と第２の縁部との間に２つの支持フィンガ２１２を含み、各縁部は基板１２０を支持することができる平坦な基板支持面２１７を有する。基板支持面２１７は、微粒子の生成を防止するために、火炎研磨されてもよい。基板支持面２１７付近の垂直面２１４は、基板１２０用ポケットを形成する。キャリアロッド２１０の第１の縁部にあるボス２１３または他の突出部は、上部サセプタ１１７における凹部またはスロット２１８によって収容されてもよい。一実施形態において、キャリアロッド２１０は、石英から形成されてもよい。他の実施形態において、他の材料が、キャリアロッド用に用いられてもよい。その上、本発明の他の実施形態において、キャリアロッド２１０は、３つ以上のフィンガを有してもよく、３つ以上のサセプタ（上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８を含む）と、３つ以上の基板と、を支持するように適合されてもよい。さらに別の実施形態において、キャリアロッド２１０は、上部サセプタ１１７と下部サセプタ１１８との間に単一基板１２０を支持するための単一のフィンガを有してもよい。
【００２６】
[0045]図２Ｂは、図２Ａに示されたキャリアロッド２１０の等角断面図である。この図では、キャリアロッド２１０、予熱リング１１６、上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８の相対的な位置および形状が、図示されている。本実施形態において、キャリアロッド２１０のベース２１５は、円筒であるが、他の実施形態において他の形状を有してもよい。
【００２７】
[0046]図２Ｃは、本発明による図１に示されたキャリアロッドの別の実施形態の詳細図である。この実施形態において、キャリアロッド２１０は、キャリアロッドアセンブリ２４０によって置換されてもよい。本発明の一実施形態において、キャリアロッドアセンブリ２４０は、キャリアロッド２４１、上部ワッシャ２００および下部ワッシャ２０１を含む。キャリアロッド２４１は、第１の縁部および第２の縁部を具備し、第１の縁部にボス２１３を具備し、第２の縁部にベース２４２を具備するロッドを含む。ベース２４２は、形状において円形であってもよく、サセプタ支持軸１０７のアーム１５６によって収容されてもよい突出ピン２１６を有する。ピン２１６は、キャリアロッド２４１をアーム１５６に接続可能にする。キャリアロッド２４１は、第１の縁部と第２の縁部との間に２つの支持フィンガ２４３を含み、各フィンガはテーパが付けられた縁部を有し、テーパが付けられた縁部は基板１２０を支持することができる平坦な基板支持面２１７を有する。基板支持面２１７は、微粒子の生成を防止するために、火炎研磨されてもよい。基板支持面２１７付近の傾斜面２４４は、基板１２０用ポケットを形成し、傾斜面２４４は、基板支持面２１７と同一平面である水平面に対して約６０°で角度を成してもよい。他の実施形態において、異なる角度が、傾斜面２４４のために用いられてもよい。キャリアロッド２４１の第１の縁部にあるボス２１３または他の突出部は、上部サセプタ１１７における凹部またはスロット２１８によって収容されてもよい。上部ワッシャ２００が、ボス２１３の上に置かれ、上部サセプタが上部ワッシャ２００の上に載っている。下部ワッシャ２０１は、キャリアロッド２４１のベース２４２の上に載っており、下部サセプタ１１８を支持する。一実施形態において、キャリアロッド２４１は、石英から形成されてもよく、上部のワッシャ２００および下部のワッシャ２０１は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）から形成されてもよい。他の実施形態において、他の材料が、キャリアロッド用およびワッシャ用に用いられてもよい。その上、本発明の他の実施形態において、キャリアロッド２４１は、３つ以上のフィンガを有してもよく、３つ以上のサセプタ（上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８を含む）と、３つ以上の基板と、を支持するように適合されてもよい。さらに別の実施形態において、キャリアロッド２４１は、上部サセプタ１１７と下部サセプタ１１８との間に単一基板１２０を支持するための単一のフィンガを有してもよい。
【００２８】
[0047]図２Ｄは、図２Ｃに示されたキャリアロッドアセンブリ２４０の実施形態の等角図である。本実施形態において、上部ワッシャ２００は、閉じた環状リングであり、下部ワッシャ２０１は、矩形の外周および開放縁部のスロットを有する。他の実施形態において、上部のワッシャ２００および下部のワッシャ２０１は、他の形状を有してもよい。本実施形態において、キャリアロッド２４１のベース２４２は、円筒であるが、他の実施形態において他の形状を有してもよい。
【００２９】
[0048]図３Ａは、本発明による下部サセプタ１１８の一実施形態を描いている。下部サセプタ１１８は、約１２０°離隔して位置付けられた３つの開放縁部のスロット３０１を具備するディスクである。図３Ｂは、本発明による上部サセプタ１１７の一実施形態を描いている。上部サセプタ１１７は、約１２０°離隔して位置付けられた３つのブラインドスロット３５１を具備するディスクである。一実施形態において、ブラインドスロット３５１は、スロット２１８と同一であってもよい。他の実施形態において、両方のサセプタのスロットは、閉じていてもよく、通り抜けてもよく、他の形状を有してもよい。本実施形態において、上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８の両方は、黒鉛から形成されてもよく、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）でコーティングされてもよい。別の実施形態において、サセプタは、高純度の焼結ＳｉＣから構成されてもよい。さらに他の実施形態において、異なる材料（たとえば、セラミックス）が、サセプタ用に用いられてもよい。本発明の一実施形態において、上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８の直径は、基板１２０の直径より大きくてもよい。
【００３０】
[0049]図４Ａは、本明細書による図１に描かれたチャンバ用のガス流パターンの一実施形態を図示する概略断面図である。ガス入口マニフォルド１１０が、ベースリング１０５の一側部に接続され、ガス源から処理チャンバ１５８へガスを入れるように適合される。排気マニフォルド１０２は、ベースリング１０５に接続され、ガス入口マニフォルド１１０の対角線において対向して位置決めされ、処理チャンバ１５８からのガスを排気するように適合される。
【００３１】
[0050]ガス入口マニフォルド１１０は、処理ガス１６２を処理チャンバ１５８に送り込む。ガス入口マニフォルド１１０は、注入バッフル１２４と、ベースリング１０５に挿入される入口ポートライナ１０９と、を含む。入口ポートライナ１０９は、ステンレス鋼のベースリング１０５を腐食性処理ガスから保護するために、石英から形成されてもよい。ガス入口マニフォルド１１０、注入バッフル１２４および入口ポートライナ１０９は、上部ライナ１０８と下部ライナ１０６との間に形成される入口路１６０の中に位置決めされる。入口路１６０は、処理チャンバ１５８の中間容積１５５に接続される。処理ガスは、ガス入口マニフォルド１１０から処理チャンバ１５８に導入され、次に、注入バッフル１２４を通り、入口ポートライナ１０９を通り、入口路１６０を通り、続いて、基板１２０を含む中間容積１５５に流れ込む。
【００３２】
[0051]図４Ａを参照すると、予熱リング１１６および上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８によって形成される中間容積１５５は、処理ガス１６２用の水平フローチャネルまたは管路として機能する。図４Ａに図示されているように、サセプタリフトアセンブリ１７６が処理位置にあるときには、処理ガス入口ポート１８０および出口ポート１８１は、予熱リングと上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８との間に配置される。処理ガス１６２が処理ガス入口ポート１８０を通って処理チャンバ１５８に入ると、予熱リング１１６および上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８は、チャネルを成し、基板１２０の上を経て出口ポート１８１にガス流を向ける。このフローの幾何構成は、基板１２０の上でさらに多くの層流で均一なガス流を作成するのに役立つ。本発明の一実施形態において、水平フローチャネルは、２つの予熱リングおよび２つのサセプタを用いて、作成される。他の実施形態において、多数のフローチャネルは、多数の予熱リングおよび多数のサセプタを用いて、作成されてもよい。
【００３３】
[0052]処理チャンバ１５８はまた、水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）などのパージガス１６１を処理チャンバの下部容積１５４に供給するための独立したパージガス入口（図示せず）を含む。この実施例において、パージガス入口は、ガス入口マニフォルド１１０から９０°の角度でベースリング１０５上に位置決めされる。他の実施形態において、処理ガスに関係なく、パージガスが制御されて、向けられることができるように、個別のフロー路が設けられる限り、パージガス入口は、ガス入口マニフォルド１１０に一体化されることができる。
【００３４】
[0053]一実施形態において、１つ以上の不活性パージガス１６１は、下部容積１５４に供給され、処理ガス１６２は、中間容積１５５に独立に供給される。パージガス１６１によって処理チャンバをパージすることにより、堆積が下部ドーム１１０または下部サセプタ１１８で生じないようにする。
【００３５】
[0054]上述したように、処理チャンバ１５８はまた、処理チャンバから処理ガスおよびパージガスの除去を可能にする排気マニフォルド１０２も含む。排気マニフォルド１０２は、中間容積１５５からベースリング１０５の外壁まで延びる排気路１６３を経てベースリング１０５に接続される。排気ポートライナ１０４は、ベースリング１０５の中に挿入される。排気ポートライナ１０４は、ステンレス鋼のベースリング１０５を腐食性処理ガスから保護するために、石英から形成されてもよい。処理チャンバ１５８における低圧または減圧を作成するためのポンプ（図示せず）などの真空源が、排気マニフォルド１０２に接続される出口管（図示せず）によって排気路１６３に連結される。処理ガス１６２は、排気路１６３を通って排気マニフォルド１０２の中に排気される。
【００３６】
[0055]通気路１６５は、処理チャンバ下部容積１５４から排気路１６３まで延びる。パージガス１６１は、下部容積１５４から通気路１６５を通り、排気路１６３を通り、出口管（図示せず）の中に排気される。通気路１６５は、下部容積１５４から排気路１６３までパージガスの直接排気を可能にする。
【００３７】
[0056]均一なエピタキシャル膜堆積のために、堆積反応が、基板面にわたって均一に生じるように、反応炉チャンバ１５０は、基板面にわたって均一に処理ガスを分配するための手段と、基板面を均一に加熱するための手段と、を提供してもよい。
【００３８】
[0057]予熱リング１１６および上部サセプタ１１７および下部サセプタ１１８の放射加熱はまた、基板に達する前に、処理ガスの予熱を提供する。図４Ａを参照すると、処理ガス１６２は、処理ガス入口ポート１８０を通って処理チャンバ１５８に入り、次に、下部予熱リング１１６を経て、基板１２０に達する前に下部サセプタ１１８を通りすぎる。基板の直径は、サセプタの直径より小さいため、処理ガスは、基板に達する前にサセプタによって加熱される。これは、基板面にわたって処理ガスの温度の均一性を向上するのに役立つ。
【００３９】
[0058]図４Ｂは、図１に描かれた処理チャンバ１５８に関する二重ゾーンガス流パターンの一実施形態を図示する概略平面図である。説明を分かりやすくするために、すべての処理チャンバ１５８の構成要素は、ガス入口マニフォルド１１０、注入バッフル１２４、入口ポートライナ１０９、下部ライナ１０６および基板１２０を除き、図から除去した。基板１２０は、上部基板を表しているが、同一の説明が下部基板にも当てはまる。２つの入口ポートライナ１０９は、下部ライナ入口ポート４０８と注入バッフル１２４との間に配置され、注入バッフル１２４は多数の貫通孔１７０を含む。各入口ポートライナ１０９は、図４Ａに示されている処理ガス入口ポート１８０に通じる多数のガス入口ポート１７１を作成するバッフル４１２を含む。ガス入口マニフォルド１１０は、２つの外部プレナム４０６および内部プレナム４０４を含む。２つの外部プレナム４０６は、路４０５によって接続される。個別のガスライン（図示せず）は、ガス入口マニフォルド１１０に接続され、処理ガス１６２（矢印）が内部および外部のプレナム４０４および４０６に向けられることができ、ガス流速度が、各プレナムに関して独立に制御されることができるようになっている。内部および外部のプレナム４０４、４０６は、２つのフローゾーン、すなわち、中心または内部のフローゾーン４０２、および２つの外部フローゾーン４０１を作成する。２つの入口ポートライナ１０９はさらに、内部フローゾーン４０２を２つの内部フローフィールドに分割する。基板面領域のより小さい部分が処理ガス１６２にさらされるため、ガス流速度は、外部フローゾーン４０１の場合には減速されてもよい。たとえば、内部フローゾーン４０２の場合の総ガス流速度は、外部ゾーン４０１の場合の総ガス流速度の２倍の速さであってもよい。外部フローゾーン４０１に関するフロー速度における減速は、より大きな内部領域１７２に比べて基板面のより小さな外部領域１７３により反応性の高い材料を堆積しないようにするのに役立ち、したがって、基板にわたる堆積の均一性を向上する。図４Ｂにおける点線は、基板面に関してフロー速度が異なる場合を大まかに表されている。本発明の別の実施形態において、多数のプレナムが、多数のガス入口ポート１７１と共に用いられる多数のガス流ゾーンを作成するために用いられてもよい。
【００４０】
[0059]処理ガス１６２は、基板１２０にわたって前縁４１６から後縁４１７まで流れるため、反応体材料が基板面にわたって流れ、前縁４１６から後縁４１７に容積されると、処理ガス濃度に関して減少する傾向がある。これは、後縁より基板の前縁でより多くの材料が堆積される結果を生じる可能性がある。この結果を回避するために、処理ガス中の反応体材料の分配が、基板面にわたって均一にされ、反応体の容積が、基板１２０の面にわたってより均一であるように、基板は、所定の方向４１５において軸４１４を中心にして回転されてもよい。
【００４１】
[0060]本発明の既に記載した態様は、堆積の均一性を向上するのに役立つ可能性があるが、別の態様は、２つの基板を同時に処理することによって基板の処理量を向上する。多数の基板処理は、処理チャンバからの多数の基板の装填および取り出しを必要とし、これはまた、基板の処理量に影響を及ぼす可能性がある。本発明の他の態様は、処理チャンバからの多数の基板の装填および取り出しを行うための方法を含む。
【００４２】
[0061]図５Ａ〜図５Ｃは、二重ブレード式ロボットを用いた基板の取り出しのための異なる場所におけるサセプタリフトアセンブリ１７６の概略側面図を描いている。サセプタリフトアセンブリ１７６は、上部および下部のサセプタ１１７および１１８と、キャリアロッド２１０と、サセプタ支持軸１０７と、アーム１５６と、を含む。図５Ａにおいて、サセプタリフトアセンブリ１７６は、処理位置にあり、上部および下部のサセプタ１１７および１１８は予熱リング１１６と同一平面にある。基板の処理が完了すると、サセプタリフトアセンブリ１７６は次に、基準位置まで移動し、二重ブレード式ロボット（図示せず）の２つのロボットブレード５０１が、図５Ｂに図示されているように、処理チャンバに入る。一旦、ブレードが図５Ｂに示されている位置まで延ばされると、リフトアセンブリ５００が、さらに下に移動し、基板がロボットブレード５０１の上に載るように、基板１２０がロボットブレード５０１によって支持フィンガ２１２から下ろされる。サセプタリフトアセンブリ１７６は、図５Ｃに図示される下方向への行程の下部の点で停止し、これが交換位置と呼ばれる。ロボットブレード５０１は次に、処理チャンバから基板を除去するために引っ込められる。基板の装填は、取り出しシーケンスを逆転することによって達成される。二重ブレード式ロボットを用いる利点は、２つの基板が、処理チャンバから同時に取り出しまたは装填されることができることであり、このことは処理チャンバの処理量を向上するのに役立つ。この実施形態において、ロボットブレードは、処理チャンバに対して一定の垂直位置を維持し、すべての装填位置および取り出し位置は、サセプタリフトアセンブリ１７６の運動によって有効となる。他の実施形態において、基板の装填および取り出しを促進するために、ブレードが垂直方向に移動することができるように、ロボットは、垂直運動性能（ｚ性能）を有してもよい。一実施形態において、サセプタは依然として、処理サイクル時間を短くするために、装填および取り出し中に、基板の処理温度またはその付近にとどまる。
【００４３】
[0062]図６Ａ〜図６Ｅは、単一ブレード式ロボットを用いた基板の取り出しのための異なる場所における基板リフトアセンブリ５００の概略側面図を図示している。図６Ａにおいて、サセプタリフトアセンブリ１７６は、処理位置にあり、上部および下部のサセプタ１１７および１１８は予熱リング１１６と同一平面にある。基板の処理が完了すると、サセプタリフトアセンブリ１７６は第１の基準位置まで移動し、単一ブレード式ロボット（図示せず）のロボットブレード５０１が、図６Ｂに示されているように、処理チャンバに入る。この実施形態において、ブレードは、第１の基準位置において、下部基板の下に位置決めされる。一旦、ブレードが図６Ｂに図示されている位置まで延ばされると、サセプタリフトアセンブリ１７６が、さらに下に移動し、下部の基板１２０がロボットブレード５０１の上に置かれる。サセプタリフトアセンブリ１７６は、図６Ｃに図示されるように、下方向への運動を継続し、次に第１の交換位置で停止する。この点では、ロボットブレード５０１は、引っ込めて、上部基板またはサセプタリフトアセンブリ１７６に触れることなく、処理チャンバから下部の基板１２０を除去することができるように、十分な間隙がある。ロボットブレード５０１は次に、処理チャンバから下部基板を除去するために引っ込められる。サセプタリフトアセンブリ１７６は、第２の基準位置までさらに下に移動し、ロボットブレード５０１が処理チャンバに入る。図６Ｄは、上部基板に対するブレードの位置を示している。サセプタリフトアセンブリ１７６は次に、再び下に移動し、上部の基板１２０がロボットブレード５０１の上に置かれる。サセプタリフトアセンブリ１７６は、その下方向への運動を継続し、その後図６Ｅに示すように、第２の交換位置で停止する。その後ロボットブレード５０１はプロセスチャンバから基板１２０を除去するように引っ込む。二重ブレードの取り出しの場合と同様に、基板の装填は、取り出しシーケンスを逆転することによって達成される。この実施形態において、単一のロボットブレードは、処理チャンバに対して一定の垂直位置を維持し、すべての装填位置および取り出し位置は、サセプタリフトアセンブリ１７６の運動によって有効となる。他の実施形態において、基板の装填および取り出しを促進するために、ブレードが垂直方向に移動することができるように、ロボットは、ｚ性能を有してもよい。その上、他の実施形態は、３つ以上の基板の装填および取り出しを含んでもよく、第１の基準位置は、下部基板に制限されなくてもよい。
【００４４】
[0063]図７Ｂは、図７Ａに示されたサセプタリフトアセンブリ１７６の概略平面図であり、基板の装填または取り出し中に下部サセプタ１１８が図から除去されている。基板１２０は、ロボットブレード５０１の上にあり、ブレードがキャリアロッド２１０の支持フィンガ２１２と干渉しないように、ブレードは、１つの縁部にある開口部７０３を有する。ロボットブレード５０１は、基板用のポケットを形成する前部上昇部分７０２および後部上昇部分７０１を有する。
【００４５】
[0064]前述の内容は本発明の実施形態に指向しているが、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を逸脱することなく考案されてもよく、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態によるエピタキシャル堆積反応炉チャンバの概略断面図である。
【図２Ａ】本発明による図１に示されたキャリアロッドの一実施形態の詳細図である。
【図２Ｂ】本発明による図２Ａに示されたキャリアロッドの実施形態の等角断面図である。
【図２Ｃ】本発明による図１に示されたキャリアロッドの別の実施形態の詳細図である。
【図２Ｄ】本発明による図２Ｃに示されたキャリアロッドの実施形態の等角図である。
【図３Ａ】本発明による下部サセプタの一実施形態を図示する等角図である。
【図３Ｂ】本発明による上部サセプタの一実施形態を図示する等角図である。
【図４Ａ】本発明による図１に描かれたチャンバに関するガス流パターンの一実施形態を図示する概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明による図１に描かれたチャンバに関するガス流パターンの一実施形態を図示する概略平面図である。
【図５Ａ】本発明による図１に描かれたチャンバに関する処理位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図５Ｂ】本発明による二重ブレード式ロボットに関する図１に描かれたチャンバに関する基準位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図５Ｃ】本発明による二重ブレード式ロボットに関する図１に描かれた反応炉チャンバに関する交換位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図６Ａ】本発明による図１に描かれたチャンバに関する処理位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図６Ｂ】本発明による単一ブレードロボットに関する図１に描かれたチャンバに関する第１の基準位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図６Ｃ】本発明による単一ブレードロボットに関する図１に描かれたチャンバに関する第１の交換位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図６Ｄ】本発明による単一ブレードロボットに関する図１に描かれたチャンバに関する第２の基準位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図６Ｅ】本発明による単一ブレードロボットに関する図１に描かれたチャンバに関する第２の交換位置の一実施形態を図示する断面図である。
【図７Ａ】本発明による基板の装填または取り出し中のサセプタリフトアセンブリの概略断面図の一実施形態である。
【図７Ｂ】本発明による基板の装填または取り出し中に図から下部サセプタを除去した図７Ａに示されたサセプタリフトアセンブリの概略平面図の一実施形態である。
【符号の説明】
【００４７】
１００…上部ドーム、１０１…上部締め付けリング、１０２…排気マニフォルド、１０３…下部締め付けリング、１０４…排気ポートライナ、１０５…ベースリング、１０６…下部ライナ、１０７…サセプタ支持軸、１０８…上部ライナ、１０９…入口ポートライナ、１１０…ガス入口マニフォルド、１１６…予熱リング、１１７…上部サセプタ、１１８…下部サセプタ、１１９…下部ドーム、１２０…基板、１２１Ａ…上部ランプ、１２１Ｂ…下部ランプ、１２２…温度センサ、１２３…温度センサ、１２４…注入バッフル、１５０…反応炉チャンバ、１５１…下部ドームフランジ、１５２…上部ドームフランジ、１５３…上部容積、１５４…下部容積、１５５…中間容積、１５６…アーム、１５７…矢印、１５８…処理チャンバ、１６０…入口路、１６１…パージガス、１６２…処理ガス、１６３…排気路、１６５…通気路、１６６…反射体、１７０…貫通孔、１７１…ガス入口ポート、１７２…内部領域、１７３…外部領域、１７５…処理容積、１７６…サセプタリフトアセンブリ、１８０…処理ガス入口ポート、１８１…出口ポート、２００…上部ワッシャ、２０１…下部ワッシャ、２１０…キャリアロッド、２１２…支持フィンガ、２１３…ボス、２１４…垂直面、２１５…ベース、２１６…ピン、２１７…基板支持面、２１８…スロット、２４０…キャリアロッドアセンブリ、２４１…キャリアロッド、２４２…ベース、２４３…支持フィンガ、２４４…傾斜面、３０１…開放縁部スロット、３５１…ブラインドスロット、４０１…外部フローゾーン、４０２…内部フローゾーン、４０４…内部プレナム、４０５…路、４０６…プレナム、４０８…下部ライナ入口ポート、４１２…バッフル、４１４…軸、４１６…前縁、４１７…後縁、５１０…ロボットブレード、７０１…後部上昇部分、７０２…前部上昇部分、７０３…開口部
【図１】
2008227487.tif 000003
【図２Ａ】
2008227487.tif 000004
【図２Ｂ】
2008227487.tif 000005
【図２Ｃ】
2008227487.tif 000006
【図２Ｄ】
2008227487.tif 000007
【図３Ａ】
2008227487.tif 000008
【図３Ｂ】
2008227487.tif 000009
【図４Ａ】
2008227487.tif 000010
【図４Ｂ】
2008227487.tif 000011
【図５Ａ】
2008227487.tif 000012
【図５Ｂ】
2008227487.tif 000013
【図５Ｃ】
2008227487.tif 000014
【図６Ａ】
2008227487.tif 000015
【図６Ｂ】
2008227487.tif 000016
【図６Ｃ】
2008227487.tif 000017
【図６Ｄ】
2008227487.tif 000018
【図６Ｅ】
2008227487.tif 000019
【図７Ａ】
2008227487.tif 000020
【図７Ｂ】
2008227487.tif 000021
【外国語明細書】
2008227487000001.pdf