(57)【要約】      （修正有）【課題】熱処理の間、基板の過剰な温度勾配を生ずることなく、また、基板の温度勾配の生成を減少するために基板の加熱率に十分に近い速度で加熱するサポートリングを提供する。【解決手段】基板サポートリングは、少なくとも部分的に基板の周辺を包囲する内側周辺部を有するバンドを有する。バンドは、放射吸収面を有する。リップは、基板を支持するために、中心へ放射状にバンドの内側周辺部から伸びている。バンドとリップは炭化ケイ素から形成することができ、放射吸収面は炭化ケイ素の酸化した層であり得る。一態様においては、バンドとリップは、複合熱質量Tmを有し、放射吸収面は、吸収率Aと表面積Saを有し、その比率（A×Sa/Tm）は、約4×l0-5 m2K/Jから約9×10-4 m2K/Jまでである。【選択図】図１
0003109840.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
（a)少なくとも部分的に基板の周辺を包囲するために、内側周辺部を含んでいるバンドであって、該バンドが放射吸収面を含んでいるバンドと;
（b）該基板を支持するために、内側へ放射状にバンドの該内側周辺部から伸びているリップと、
を備え、該バンドとリップが炭化ケイ素の焼結組成物を含み、該放射吸収面が酸化した炭化ケイ素の層を備えている基板サポートリング。
【請求項２】
該焼結組成物が、実質的に入射光を通さないように十分に高い窒素含有量を有する、請求項１記載のリング。
【請求項３】
該バンドとリップが複合熱質量Tmを有し、該放射吸収面が吸収率Aと表面積Saを備え、比率(A×Sa)/Tmが約4×10-5 m2K/Jから約9×10-4m2K/Jまでである、請求項１記載のリング。
【請求項４】
該放射エネルギ吸収面が吸収率Aと表面積Saを備え、比率(A×Sa)/Tmが約5.2×10-4K/Jから約7.6×10-4K/Jまでである、請求項３記載のリング。
【請求項５】
該放射吸収面の吸収率が約0.1から約1.0であり、該放射吸収面の表面積が約2×10-3 m2から約3×10-2 m2である、請求項１に記載のリング。
【請求項６】
該バンドとリップの熱容量が約900J/Kg/Kから約1300J/Kg/Kまでであり、該熱量が約2J/Kから約750J/Kまでである、請求項１記載のリング。
【請求項７】
基板サポートリングであって、
（a）少なくとも部分的に該基板の周辺を包囲するために、内側周辺部を含んでいるバンドであって、該バンドが放射吸収面を含んでいるバンドと;
（b）内側へ放射状に該バンドの該内側周辺部から伸びているリップと、
を備え、該バンドとリップが複合熱質量Tmを含み、該放射吸収面が吸収率Aと表面積Saを備え、比率（A×Sa)/Tmが約4×10-5 m2K/Jから約9×10-4 m2K/Jまでである、前記リング。
【請求項８】
該放射エネルギ吸収面が吸収率Aと表面積Saを備え、比率（A×Sa)/Tmが約5.2×10-4K/Jから約7.6×10-4K/Jまでである、請求項７記載のリング。
【請求項９】
該放射吸収面の吸収率が約0.1から約1.0までであり、該放射吸収面の表面積が約2×10-3 m2から約3×10-2 m2である、請求項７記載のリング。
【請求項１０】
該バンドとリップが炭化ケイ素の焼結組成物を含み、該バンドの該放射吸収面が炭化ケイ素の該焼結組成物の酸化された層を備えている、請求項７記載のリング。
【考案の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
本考案の実施形態は、処理チャンバ内の基板を支持するためのサポートリングに関する。
【０００２】
半導体ウェハやディスプレイのような基板の処理においては、基板は、処理チャンバの支持体に載置され、処理チャンバ内に適切な処理条件が維持される。例えば、熱的に基板を処理するために、基板が制御加熱サイクルで加熱されることができる。基板は、例えば、チャンバ内の基板の上下に配置される加熱ランプの列によって加熱されることができる。熱処理は、例えば、基板上にイオンを注入した層をアニールするために用いてもよく、熱酸化又は窒化物形成処理を実行してもよく、又は基板上で熱化学気相堆積プロセスを実行してもよい。
【０００３】
しかしながら、基板全体の温度勾配のばらつきは、基板を不均一に処理する結果となりうる。例えば、不均一な対流又は伝導熱が支持体又は他のチャンバ構成部分と接触させた基板の領域や支持体と接触していない基板領域から損失するので、温度の不均一性は、異なる基板領域で起こる。基板が急速な加熱率で加熱されるときに、例えば、急速熱処理（RTP）システムで、基板全体の温度均一性を成し遂げることは特に難しい。このように、通常、均一の処理結果を得るために、熱処理の間、基板全体が均一の温度となるよう維持することが、望ましい。
【０００４】
基板の温度勾配は、基板の周囲を取り囲むために基板から外側へ伸びる基板サポートリングを使用することにより減少した。リングは、効果的に膨張するか又は基板周囲からリングの外縁端まで、基板の温度勾配を押し出す。支持体は、また、更に基板中心と周辺間の温度を等しくするために基板のそれに類似した熱吸収特性を有する材料でできている最上面を有してもよい。例えば、シリコンで被覆される炭化ケイ素を含んでいるサポートリングは、Mayurらの米国特許第6,280,183号やJenningsの米国特許第6,200,388号、共にアプライドマテリアルズに譲渡したものであり、その開示内容は本明細書に全体として援用されている。
【０００５】
しかしながら、このようなサポートリングは、高速加熱速度プロセス、例えば、少なくとも約200℃/秒の加熱率を有するプロセスにおいては基板全体の十分な温度均一性を与えることに失敗する可能性がある。これらの処理においては、サポートリングと基板間の加熱率の違いは、基板の周辺に沿って、温度勾配を生成し、加熱工程ステップの間、容認できない高温となる。例えば、急熱速度過程において従来のリングを使用すると、基板全体の温度を少なくとも約15℃変動させる可能性があり、それは極端に高い。
【０００６】
従って、熱処理の間、基板の過剰な温度勾配を生じないサポートリングを備えていることが、望ましい。また、基板の温度勾配の生成を減少させるために基板の加熱率に十分に近い速度で加熱するサポートリングを備えていることが望ましい。
【概要】
【０００７】
一実施形態においては、基板サポートリングは、少なくとも部分的に基板の周囲を取り囲む内側周辺部を備えているバンドを備えている。バンドは、放射吸収面を備えている。リップは、基板を支持するために、中心へ放射状にバンドの内側周辺部から伸びている。バンドとリップは炭化ケイ素、例えば、炭化ケイ素の焼結組成物から形成することができ、放熱吸収面は炭化ケイ素の酸化層であり得る。
【０００８】
サポートリングの他の実施形態では、バンドとリップは複合熱量Tmを有し、比率(A×Sa)/Tmが約4×10-5 m2K/Jから約9×10-4 m2K/Jであるように、放熱吸収面は吸収率Aと表面積Saを備えている。
【０００９】
一実施形態においては、処理チャンバの中の基板を支持する基板サポートリングが製造される。基板は、熱量Tmsと、吸収率As、表面積Sasを持つ上面を有する。基板の基板加熱速度値は、(As×Sas)/Tmsである。サポートリングを製造するために、少なくとも部分的に基板の周囲を取り囲む内側周辺部を有しているバンドが形成される。中心へ放射状にバンドの内側周辺部から伸びているリップも形成される。バンドとリップは、複合熱量Tmrとサポートリング加熱速度値(Ar×Sar)/Tmrを有する。放射吸収面もバンドに形成される。放射吸収面は吸収率Arと表面積Sarを有し、基板加熱速度値に対するサポートリング加熱値の比率は所定の範囲内である。
【００１０】
本考案のこれらの特徴、態様、利点は、次の説明、添付の実用新案登録請求の範囲、本考案の実施例を示す添付図面に関してよりよく理解される。しかしながら、各々の機能は、単に具体的な図面に関してでなく、本考案に一般に用いることができ、本考案はこれらの特徴のいかなる組合せも含むことを理解すべきである。
【説明】
【００１１】
本考案の実施形態は、処理チャンバ206内で処理の間、基板104を支持するためのサポートリング102に関する。サポートリング102は、図1に示されるように、外側バンド105と、処理の間基板104を支持するために協動する内側リップ106を備えている。バンド105とリップ106は、ほぼ環状形状を含むことができる。外側バンド105は、少なくとも部分的に基板104の周囲103を取り囲む内側周辺部107を備えている。バンド105は、基板104の温度勾配の生成を減少させるために効果的に基板104の加熱直径を伸ばすのに役立つ。
【００１２】
リング102の内側リップ106は、基板104を支持するための支持でっぱり部を形成するために、中心へ放射状にバンド105の内側周辺部107から伸びている。内側リップ106の基板支持面109は、バンド105の周辺部107の中で基板104を保持する凹部116を形成するために、外側バンド108のトップ面110の下にある。リップ106は、基板104のサイズに従って大きさが設定される。例えば、約0.1cmから約0.5cmまで、リップ106は、基板104の下で十分な距離を伸ばすことができる。図1に示される態様においては、リップ106の内側周辺部118は、基板104全体の領域の少なくとも約75%まで伸びる開放領域121を画成する。
【００１３】
サポートリング102は、更に、下にある構造、例えば、下にある支持シリンダ209上にリング102を保持する環状支持側壁112を備えている。図1と図2に示される態様においては、支持側壁112は、リング102をシリンダ209上に支持するために、バンド105の外側の周辺部114で、下方へ伸びる。サポートリング104は、また、リップ106にバンド105を接続するためにバンド105の内側周辺部107から下方へ伸びる環状コネクタ側壁122を備えることができる。あるいは、リップ106は、バンド105に直接取り付けられてもよい。
【００１４】
サポートリング102は、サポートリング102の表面111上へ向けられるエネルギーを吸収する放射吸収面111を備えている。放射吸収面111は、基板104の周囲103でリング102と基板104間で温度差を生じさせる温度勾配を減少させるために設けられる。吸収面111には、サポートリング102の一部の上面が設けられて、放射源210にさらされるように構成されている。例えば、吸収面111は、バンド105の一部の上面110であってもよくて、バンド105の全ての上面110を含むことさえもできる。吸収面111は、また、基板104の周囲103とバンド105の内側周辺部107の間である内側リップ面109のさらされた表面部分117を備えることができる。
【００１５】
吸収面111の特性は、処理を改善するサポートリング102の熱量(Tm)と関連して選ばれる。例えば、良好な加熱結果は、所定の範囲内である熱量(Tm)となる吸収表面111の吸収率(A)の比率(R)に吸収表面111の表面積（Sa)を乗算したものによって得られることが分かった。比率(R)の式は、下記の方程式(1)に示される。
1）R =(A×Sa)/Tm
ある変形例においては、比率(R)は、約4×10-5 m2K/Jから約9×10-4 m2K/Jまでである。例えば、比率(R)は、直径が約200mmである基板104を処理するために、約5.7×10-5 m2K/Jから約8.8×10-4m2K/Jまであり得、直径が約300mmである基板104を処理するために、約8.1×10-4m2K/Jから約5.2×10-5 m2K/Jまでであり得る。所望の比率を有しているサポートリング102を有する処理基板は、例えば、基板全体の温度の範囲が、放射源210の変調によって制御されるのに十分少ない範囲である約2℃未満となるように、基板104上の温度勾配を減少させる。
【００１６】
サポートリング102の比率(R)を求めるために、サポートリング102の吸収表面111の吸収率が測定される。吸収率は、反射されるか又は表面で伝達されることに対し、表面によって吸収される表面上の放射入射の部分の測定値である。表面の吸収率は、表面の組成や反射率に左右されるので、異なる組成を有している表面は、典型的には様々な吸収率値を有することになる。例えば、炭化ケイ素を含んでいる表面は、典型的には入射光の異なる部分を吸収するので、酸化シリコンを含んでいる表面と吸収率が異なる。さまざまな分光測光法の技術が、吸収率を測定するために、例えば、当業者に既知の、部分的な半球状の反射率測定、完全な半球状の測定、部分的な半球放射率測定、完全な半球放射率測定を用いることができる。吸収率は、入射光の一定の波長を、又は、例えば、約0.2ミクロンから約5ミクロンまでの範囲の波長の範囲にわたって測定することができる。
【００１７】
一変形例においては、吸収率は、表面から反射したある部分的に空間的に平均された放射の測定である、照射を受けた表面の部分的な半球状の反射率を検出することで測定され、その一例が日立国際電気株式会社に譲渡された池田の米国特許出願番号第2003/0027364号に記載され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。この変形例においては、サポートリング102は測定チャンバの中に配置され、放射はサポートリング102の吸収表面111に向けられる。サポートリング102又は基板104の表面から反射される放射特性が、検出される。例えば、約0.2ミクロンから約5ミクロンまでの波長強度などの一つ以上の波長における反射された放射強度を検出することができる。反射された放射の空間的に平均された測定を得るために反射された放射を検出する間、サポートリング102は回転することもできる。表面111から反射される全方向の放射エネルギの空間的に平均された値を示す完全な半球状の反射率測定が得られる一方、反射された放射の一部だけが平均される部分的な半球状の測定も使うことができる。例えば、一変形例で、検出された反射した放射は、表面に垂直なベクトルの中央に置かれる90度の円錐の照射を受けた表面から反射される放射である。
【００１８】
吸収率は、以下の関係に従って反射率測定から求めることができる。
2) A＋r＋t＝1
上式においては、吸収率(A)は、表面、反射率（r）によって吸収される入射光の部分であり、反射率（r）は、表面によって反射される入射光の部分であり、透過率（t）は、物体を貫通する入射光の部分であるが、サポートリング104と基板102はゼロに近い。反射率は、表面から反射される検出放射強度を表面上に入射した放射強度で割った値に等しい。従って、表面の吸収率は、上の方程式(2)中の反射された放射を検出することによって得られた反射率の値を挿入することによって求めることができる。このように、部分的な半球状の反射率測定は、サポートリング102の照射を受けた吸収表面111の吸収率を測定し、これから、方程式(1)中の比率(R)を求めることができる。
【００１９】
熱量Tmはサポートリング102の方程式(1)において物体が作られる材料の熱容量(c)であり、全てのサポートリング102の全体の熱容量の測定値を得るためにリング102の量（m）を掛ける。材料の熱容量は、温度の単位変化によって材料の質量の単位温度を上げるために必要とする熱量である。このように、式3に示されるように、熱容量は、物体の温度の変化を、物体へ移す、又は物体から移される全熱量と関連づける比例定数である。
3) q＝mCΔT
ここで、qは、物体へ移される熱であり、mは、物体の質量であり、ΔTは、熱（q）移動から生じる物体の温度の変化である。熱容量は、ルックアップ表又は熱量測定から求めることができる。更に、材料の熱容量は、温度の範囲以上に変動することができるので、
式(1)において使用する熱容量は、関連する温度範囲、例えば、基板104の処理の間、起こる温度範囲にわたる材料の熱容量の平均であるとみなすことができる。一変形例においては、サポートリング102の熱容量は、熱スパイクをアニールしているプロセスにおいて用いられる温度範囲にわたるリング102の熱容量の平均として、例えば約100℃から約1350℃までの温度範囲、また、約550℃から約1050℃までの範囲を取ることもできる。サポートリング102の質量は、サポートリング102の重さによって決定することができ、又はサポートリング102の体積を決定して、体積にサポートリング102が作られる材料の密度を掛けることによって求めることができる。
【００２０】
放射源によって照射を受ける支持体リング面の表面積は、式(1)に従ってサポートリング102の比率(R)を求めるために決定される最終的な量である。サポートリング102の照射を受ける表面積は、吸収面111の領域であり、サポートリング・バンド105の上方面110の領域を含んでもよく、サポートリング・リップ106上の基板104の周囲103にさらされた表面部117の領域を含んでもよい。例えば、サポートリング吸収面111の表面積は、式(π(R2)2-π(R1)2)に従って決定することができる、前記式においては、R1は基板104の半径であり、R2はバンド105の外側の周辺部114の半径である。
【００２１】
一変形例においては、所望の比率(R)を有しているサポートリング102は、サポートリングの特性、例えば、所定の範囲の中で比率(R)を与える放射吸収面111などを選ぶことによって考案することができる。例えば、より高い比率(R)を設けるために、サポートリング104は、入射光のより大きな部分を吸収するより高い吸収率を有する材料を含んでいる吸収面111を有するように製造されることができる。より高い吸収率を有するコーティングを設けることもできる。例えば、表面の幾何学径を増やすことによって、また、処理面粗さを増やすことによって、入射光が吸収されるより大きな領域を提供するために、照射を受けた表面の表面積を更に増加することができる。反対に、吸収率が低い吸収面を与えるか、又は照射を受けた表面積を減少させることは、サポートリング102の比率(R)を減少させる。サポートリング102の比率(R)を減少させる他の方法においては、例えば、より高い熱容量を有している材料からサポートリングを製造することによって、サポートリング102の熱量を増加させることができる。サポートリング102の熱量は、リング102の量を増やすことによって、例えば、サポートリング102の寸法を増やすことによって、又はより高い密度を有する材料からサポートリング102を製造することによって、増加させることができる。反対に、低い熱容量を有している支持体リング材を選ぶこと、リング102の寸法を減少させることによってサポートリング102の質量を減少させること、又はより密度の高くないリング材を選ぶことは、サポートリング102の熱量を減少させることになって、サポートリング102の比率を増やすことになる。
【００２２】
一変形例においては、所望の比率(R)を有するサポートリング102は、酸化した炭化ケイ素を含んでいる一体化された表面被覆113を有している炭化ケイ素材料を備えている。図1の概略図の点線で示されるように、一体化された表面コーティング113は、一体的な連続構造をリング102において形成し、その間で不連続ではっきりした結晶質の境界線はない。吸収面111は、一体化された表面コーティング113の一部の上面部を含んでいる。一変形例においては、一体化された表面コーティング113は、下にあるリング102から一体化された表面コーティング113を“成長させる”ことによって、リング102の表面からインサイチュで形成される。一体化された表面コーティング113は、下にあるリング材に、例えば、下にあるリング構造の5つの不連続な界面を有する、熱的に吹き付けられたコーティングのような従来のコーティングより強く結合する。酸化した種を含んでいる一体化された表面コーティング113は、約1ナノメートルから約5000ナノメートルまでの厚み幅を含むことができる。一実施例として、酸化されたコーティングは、酸化炭化ケイ素の層であり得る。
【００２３】
一変形例においては、サポートリング102は、酸化された種を含んでいる表面コーティング113とともに、炭化ケイ素と窒素の組成物を含む焼結材料を含んでいる。焼結炭化ケイ素と窒素材料は、炭化けい素粉末に窒素の供給源、例えばポリイミド樹脂又はアミン化合物と、補助焼結剤を混ぜることによって形成することができる。混合物は、それから、所望の形状を有している型に入れられて、適切な焼結温度において不活性雰囲気で加圧して例えば、約300から700kgf/cm2までの圧力においては、約2,000℃から約2,400℃の焼結温度で加熱されて焼結製品が得られる。混合物から不純物を除去するために、例えば、焼結の前に予熱混合物を予熱するなど、さまざまな処理前のステップも行うことができる。焼結材料は、望ましくは約2.5から約3.2g/cm3までの密度を有する。焼結材料も、望ましくは、材料が入射光、例えば、約0.2ミクロンから約5ミクロンまでの範囲の放射エネルギを実質的に通さなくするために十分に高い窒素含有量を有する。望ましい窒素含有量は、少なくとも約1ppmであってもよく、例えば、約1ppmから約150,000ppmまででもよい。焼結材料は、望ましい形状、例えば、図1に示されるサポートリング形状に機械処理することができる。酸化された種を有する一体的な表面コーティング113を形成するために、焼結材料は、燃焼加熱炉内に配置され、材料の表面でシリコンを含む種を酸化させるために、酸素を含む環境において加熱し、このように、炭化ケイ素の酸化する層を含んでいる一体的な表面コーティング113を形成してもよい。例えば、焼結材料は、O2含有雰囲気中で少なくとも約1000℃の温度まで加熱されてもよい。
【００２４】
所定の範囲の比率(R)を得ために、窒素を含んでいる焼結炭化ケイ素材料を含み、酸化された層から成る一体的な表面コーティング113を有するサポートリング102が、望ましくは製造される。焼結材料を含んでいるサポートリング102は、約0.1から約1.0までの、更に約0.8から約1までの吸収率値を有している吸収面111を有し、例えば、部分的な半球状の反射率方法で測定されるときに、約0.94となるような吸収率を有する。焼結材料の熱容量(C)は、約900J/Kg/Kから約1300J/Kg/Kまでであり、例えば約550℃から約1050℃までの温度範囲にわたって平均されたとき、約1130J/Kg/Kとなる値である。照射を受けた表面積（S）は、約2×10-3 m2から約3×10-2 m2までであり、例えば約1.4×10-2 m2である。
【００２５】
サポートリング102の寸法は、適切な熱量（Tm）を提供するように選ばれる。例えば、寸法は、約4gから約40gまでの質量に等しい質量、例えば、約20gを提供するように選ばれてもよく、300mmの直径と約0.95の基板吸収率を有している基板を処理するために、
約2J/Kから約750J/Kまでの熱量（Tm）を与える。例えば、熱量は、直径が約300mmで吸収率が約1.0である基板を処理するために、約2×10-3 m2から約3×10-2 m2までの照射を受けたリング面領域として約3J/Kから約45J/Kまでの熱量に等価であり得る。他の実施例として、熱量は、直径が約300mmで吸収率が約1.0である基板を処理するために、約3×10-3 m2から約3×10-2 m2までの照射を受けたリング面領域として約30J/Kから約450J/Kまでの熱量に等価であり得る。一変形例においては、サポートリング102の熱量は、約4J/Kから約44J/Kまで、例えば、約23J/Kである。例えば、寸法は、サポートリングバンド105とリップ106の一つ以上の厚み幅を増減することによって選択することができる。例えば、バンド105の適切な厚み（W1）は、約2.3×10-4 mから約2.8×10-4 mまでの厚み幅に等しい厚み幅、例えば、約2.5×10-4 mであってもよく、リップ106の適切な厚み幅（W2）は、約1.8×10-4 mから約2.3×10-4 mまでの厚み幅に等しい厚み幅であってもよく、直径が約300mmの基板104を処理するために、例えば、約2.0×10-4 mでもよい。バンド105又はリップ106の直径は、サポートリング側壁112及びコネクタ側壁122の寸法と同様に、所望の質量を得るために変更することができる。更に、リップ厚み幅（W2）とバンド厚み幅（W1）の比率を約1.14から約1.3までに維持することがサポートリング102の質量を良好に分配するとともに基板104の温度勾配を減少させるために望ましいことが分かった。一変形例においては、約7.6×10-4m2K/Jから5.2E10-4、約6.4×10-4 m2K/Jの比率(R)を与えるために、炭化ケイ素と窒素を含んでいる焼結材料を含み、酸化された種を有する一体化された表面コーティング113を有するサポートリング102の特性が選択される。
【００２６】
所定の範囲の比率(R)を有するサポートリング102によって与えられる改良された基板処理結果は、処理された基板104に対する比率を有するサポートリング102を“熱に適合させること”によるものであると考えられる。そのような“熱的に適合された”サポートリング102について、サポートリング102と基板104の温度は、基板処理の間、単位時間につき、ほぼ同一量変化し、このことにより、サポートリング102と基板104の温度が処理の全体を通じて実質的に適合したままであることが確保される。この熱に適合させることは、より熱い又はより冷たいサポートリング102が熱を基板104の端部と交換し得るので処理結果の均一性に悪影響を及ぼし得る基板104に沿って温度勾配を生じることから重要である。加熱率が“適合した”サポートリング102について、基板の端の温度勾配作用は低下し、このことにより、基板のプロセス均一性と全収率が改善される。望ましくは、
基板加熱率の所定の範囲内のサポートリング102の加熱の速度を与えるように、例えば、サポートリング加熱率が基板加熱率の約105%から約130%までであるように、サポートリングの特性が選択される。
【００２７】
予想外にも、サポートリング102と基板104の相対的な加熱率の良好な測定は、サポートリング102の比率(R)と基板104の比率(R)とを比較することによって得ることができることがわかった。基板104の比率(R)は、式(1)に従って求められる。基板比率(R)は、基板102の上面101の吸収率（A）掛ける上面101の表面積（Sa）を熱質量（Tm）で割ることによって得られる。基板104の吸収率と熱量は、上のサポートリング104のために記載されている手法に従って求めることができ、基板104の表面積は、π(R1)2に等しい。ここで、R1は、基板104の半径である。比率(R)がサポートリング102と基板104の真の加熱率の近似の測定値であり、且つリング102と基板104の加熱の速度に対する作用が大きい因子が考慮されると考えられる。従って、被処理基板104に関して良好な相対的な加熱率を有するサポートリングを考案することができる。例えば、基板比率（Rs）の約5%から約30%までのリング比率（Rr）を有するサポートリング102を与えることができる。また、比率(R)は典型的に正確な加熱率に近い測定値であるので、サポートリング102の望ましい加熱速度比（Rr）は、支持体104の加熱速度比（Rs）以外の値であり得る。一態様においては、支持体104に対するサポートリング102の望ましい相対的な加熱率（Rrs）は、基板加熱速度比(Rs)にサポートリングの加熱速度比（Rr）の比率を用いることによって、また、比率が所定の範囲内にあるかを求めることによって決定することができる。例えば、基板104に関するサポートリング102の望ましい相対的な加熱速度比（Rrs=Rr/Rs）が、約1.05から約1.30まであってもよく、例えば、約1.10から約1.20まで、更に約1.12から約1.15まで、例えば、約1.14であってもよい。
【００２８】
加熱速度を有効に測定するためには、基板、サポートリング、チャンバ環境間の多くの複雑な熱伝達機構が評価されなければならないと考えられたので、サポートリング102と基板104の比率RrとRsの比較が相対的な加熱速度を良好に予想することができたという発見は予想外であった。例えば、完全な熱伝達モデルは、それ自身非常に複雑である、サポートリング102と基板104の間で伝導する熱交換のモデリングを必要とするだけでなく、サポートリング102とチャンバの他の部分、例えば、下にある支持シリンダとの間で伝導する熱交換のモデリングも必要とする。このような完全なモデルは、また、基板又はサポートリング及び周囲の構成部分、例えば、チャンバ壁間の熱カップリングの程度を求めることを必要とし、更に基板の下で基板と開放域の反射板の間で起こっている放熱による熱交換のモデリングと、他のいかなる熱交換の放射源も必要とする。また、チャンバ環境に対する熱の対流損失も、モデル化されなければならないが、例えば、図2の熱処理チャンバに使われているような回転可能な支持体について算出することは、特に困難であり得る。しかしながら、熱伝達プロセスの複雑な性質にもかかわらず、出願人は、加熱比率RrとRsを比較することによって、集中的で複雑な計算を必要とせずに、熱的に適合されたサポートリング102と基板104を製造するための、サポートリング102と基板104の相対的な加熱率の良好な測定が提供されるということを発見した。
【００２９】
所定比(R)を有するサポートリング102は、処理チャンバ206、例えば、高速熱プロセスチャンバ206）において準備することができ、その実施形態を図2に示す。高速加熱処理チャンバ206は、例えば、熱アニール、熱洗浄、熱化学気相堆積、熱酸化、熱窒化のプロセスのために基板104を加熱する制御熱サイクルを与えることができる。前記プロセスは、いずれもアプライドマテリアルズ社も譲渡されたJenningsの米国特許第6,200,388号やDeatonらの米国特許第6,048,403号に記載され、これらの明細書の記載は本願明細書に含まれるものとする。処理チャンバ206は、プロセスゾーン205を囲んでいるチャンバ壁204を備えている。サポートリング102を有する基板支持体208は、プロセスゾーン205における処理の間、基板104を保持する。基板支持体208は、処理の間、サポートリング102と基板104を回転させる回転可能な構造を含むことができる。例えば、支持体208は、磁気的に浮揚して、シリンダを回転させることによって回転するリング102を支持している石英支持シリンダ209を含むことができ、例えば、アプライドマテリアルズに共同譲渡されたCregorら米国特許出願第2003/0183611号に記載され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。支持体208は、反射型キャビティ217を形成する基板104の下に配置される反射板211を更に備えていることができる。1つ以上の温度センサ219、例えば、光ファイバプローブを有する高温計も、処理の間、基板104の温度を検出するために設けることができる。
【００３０】
放射源210は、基板104とサポートリング102の表面上に放射し、基板104より上に、例えば、チャンバ206の天井213に配置することができる。放射源210は、基板104とサポートリング102を加熱する波長で放射を生成させ、例えば、約0.2ミクロンから約5ミクロンまでの波長を有する放射を生成させる。一変形例においては、放射源210は、流体で冷やされたカバーの中にハロゲン電球214をハニカム配列212したものを含んでいる。アレイ212は、基板104全体の温度を制御するためにそれぞれに調整されることができる1つ以上の放射加熱ゾーンを含むことができる。放射源210は、急速な熱処理、例えば、約50c℃/sから約300℃/sまで、更に少なくとも約200℃/Sの速度で熱処理するために、基板104を加熱することができる。放射透過性窓218、例えば、石英窓は、放射源210から基板104への放射の伝達を容易にする。
【００３１】
ガス供給源221は、プロセスゾーン205にプロセスガスを供給することができ及び/又は処理チャンバ内の雰囲気を制御することができる。ガス供給源221は、処理ガス源とチャンバ206にガスを供給するための処理チャンバ206のガス入口と放射源を接続するフロー制御バルブを有するコンジットを備えている。排気装置216は、プロセスチャンバ206のガスの圧力を制御して、チャンバ206から処理ガスを排出する。排気装置216は、使い終った処理ガスを導出する1つ以上の排気口を備えることができ、使い終わった処理ガスを1つ以上の排気ポンプに入れる排気コンジットを備えることができる。排気コンジットのスロットルバルブは、チャンバ206のガスの圧力を制御する。
【００３２】
チャンバ206は、チャンバ内の条件を処理基板104に対して適切に保つためにチャンバ206の構成部分を作動させるための命令セットを有するプログラムコードを備える制御装置300によって制御される。例えば、制御装置300は、基板支持体208と基材搬送部（図示せず）の1つ以上を作動させて、チャンバ206の基板104を回転させ、位置決めを行う基板位置決め命令セット; 基板104の加熱を制御するために放射源210を作動させて、基板104の温度をモニタするために温度センサ219を作動させる温度制御命令セット; ガスの流れをチャンバ206に調整するために、フロー制御バルブを作動させるガスフロー制御命令セット; チャンバ206の圧力を維持するために、排気スロットルバルブを作動させるガス圧制御命令セットを備えることができる。
【００３３】
実施例
次の実施例は、望ましい所定比(R)を有するサポートリング102の改良されたプロセス性能を示すものである。実施例では、特性が異なる、例えば、組成物や寸法が異なるサポートリング102を、熱処理チャンバ、例えば、図2に示される処理チャンバ206において実行される熱スパイクアニールプロセスにおけるプロセス基板に使った。サポートリング102を有する基板104の処理の間、各々の基板104の異なる半径に沿って生じている温度を測定した。相対的な加熱速度比Rrs= Rring/Rsubstrateを求めるために、各々のサポートリング104の比率（Rr）を、各々の基板104の比率(Rs)に比較した。表1は、各々のサポートリング102に対して得られた結果を示すものである。
【００３４】
サポートリング102と共に処理される基板104は、従来のイオン注入処理によってイオンが注入された直径が300mmのシリコンウエハを備えている。基板は、吸収率が0.67の最上面101を備えて、照射を受けた表面積ごと熱量が1715J/Km2であった。基板104を処理するために、基板104のイオン注入された部分をアニールするために急速に基板104を加熱する処理を含んだ迅速な熱スパイクアニール処理を行った。プロセスでは、各々の基板104を、処理チャンバ206において下記の表1に記載されるサポートリング102のうちの1つに載置した。約1050℃の最終温度に到達するまで、基板104の温度は温度スパイクにおいて約250℃/sの速度で増加した。
【００３５】
処理の間、各々の基板104の表面101全体に生じている温度の違いを求めるために、アニールされた基板104の電気抵抗を、基板104の表面101に沿って、4ポイントの抵抗等高線地図を形成するために測定した。測定された電気抵抗を、前もって決定されたプロセス感度関係に従って温度に換算した。各々の基板104の中心100から147mmの半径の平均温度の違いは、基板につき温度範囲（ΔT）を求めるために、137mmの半径における平均温度から減算した。測定した温度範囲は、表1に各々の基板に対して示されている。温度範囲の正値は、基板104の周囲103で、より高い温度を示している。
【００３６】
実施例において試験されたサポートリング102は、組成と寸法が異なるサポートリングを含んだものである。サポートリングNo.1は、化学気相堆積プロセスによって形成され、それから酸化表面を有するシリコン層で被覆されたほとんど窒素を含まない炭化ケイ素材料を含む、従来のサポートリング102から構成されている。サポートリングNo.2は、窒素を含み、酸化表面のないシリコンの層で被覆される炭化ケイ素材料から構成されたものである。サポートリングNo.3とNo.9は、窒素を含有し、非酸化表面を有する焼結炭化ケイ素材料から構成されたものである。サポートリング4から8までは、窒素を含有し、酸化された種を含んでいる一体的な表面コーティング113を有する焼結炭化ケイ素材料から構成されたものである。サポートリング102の寸法は、異なる質量と従って異なる加熱速度比(R)を与えるために相互に異なるものである。サポートリングNo.5は、余分の質量を一様にバンド105とリップ106に分配することにより、よってより均一な半径方向寸法変化を与えることにより、サポートリングNo.4に対して寸法を変更したものである。サポートリングNo.6から9においては、バンド105だけの厚みを変えることによって、サポートリングNo.4に対して寸法を変更し、その一方で、リップ106の厚み幅は同じにしておいた。
【００３７】
表1は、試験した各々のサポートリングの値及び結果を示すものであり、バンド105とリップ106の厚み幅、吸収面111の吸収率(A)、各々のサポートリング102の照射を受けた領域（Tm/Sa）あたりの熱量、基板102に対するサポートリング104の相対的な加熱率（Rrs）、各々のサポートリング102と処理した後、測定された基板104全体の温度の範囲を含んでいる。サポートリング102と基板104の吸収率は、部分的な半球状の反射率測定から求め、各々のリングの熱容量は、550℃から1050℃までのプロセス範囲にわたって平均となるようにした。
【００３８】
【表１】
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表1によれば、基板温度の最も低い範囲は、それぞれ、-1.2及び1.5Kの温度範囲で、サポートリングNo.2とNo.5で得られた。しかしながら、一般の使用法においては、コーティング面が時間とともにゆっくり酸化し、リング102の吸収率と加熱速度が変化するので、非酸化シリコンコーティングを含んだサポートリング番号2は一貫して良好な処理結果を示すと思われない。このことは、前記リングの用途が酸化剤のないプロセスに制限することとなる。サポートリングNo.4がサポートリングNo.2と同じ寸法を有する一方、リングNo.4の酸化面は吸収率が大きくなるので、相対的な加熱速度が高くなり、温度範囲結果がより劣った。サポートリングNo.6からNo.8までは、7.5から-11.6Kの温度範囲において、良好な温度範囲結果を示さなかった。窒素を含有し、酸化された面を有し、また、示された寸法を有する焼結炭化ケイ素材料を備えている、サポートリング番号5は、改良された処理結果を示す基板104に対して相対的な加熱速度を与え、約1.5Kだけ基板104全体の温度範囲の減少を含んでいる。
【００３９】
図3は相対的な加熱速度（Rrs=Rring/Rsubstrate）を増加させるための基板温度範囲（ΔT）を示すグラフをであり、グラフ作成には、上の表1のデータを用いた。2つの別々のデータセットをデータとしてプロットした。線400によって示される第1データセットは、半径方向の質量分布が類似したサポートリング102を含んだ。即ち、比較的均一にバンド105とサポートリングのリップ106双方に質量が分配された。線402によって示される第2データセットは、半径方向の分布がより均一でないサポートリング102を含み、バンド105のみに質量が分配した。このグラフは、ゼロに最も近い基板全体の温度範囲、1.12から約1.15までの範囲、例えば約1.14の範囲が達成される相対加熱速度（Rrs）を示している。従って、サポートリング202は、この範囲内の相対的な加熱速度を有するリング102を選択することによって、熱的に基板104に適合させて、基板104の温度勾配を減少させるために考案することができる。
【００４０】
本考案の例示的実施形態を図示し説明するにもかかわらず、当業者は、本考案を組込み、本考案の範囲内である他の実施形態を考案することができる。例えば、特に言及された以外の他のサポートリング材料を、望ましい相対的な加熱速度を有するサポートリングを考案するために用いることもできる。更に、例示的実施形態について示される相対的な項目又は位置の項目は、交換可能である。従って、添付の実用新案登録請求の範囲は、本考案を例示するために本願明細書に記載されている好ましい態様、材料、又は空間配置の説明に限定すべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】基板サポートリングの実施形態の断面図である。
【図２】サポートリングを有する熱処理チャンバの実施形態の断面図である。
【図３】熱的に基板を処理するために使用したサポートリングの相対的な加熱速度を増加させるために熱的に処理された基板の表面全体を測定した温度の範囲のグラフである
【符号の説明】
【００４２】
１０２…サポートリング、１０３…周囲、１０４…基板、１０５…バンド、１０６…リップ、１０７…周辺部、１０９…基板支持面、１１０…上面、１１１…放射吸収面、１１２…側壁、１１３…コーティング、１１７…表面部分、１１８…周囲、１２１…開放領域、１２２…コネクタ側壁、２０５…プロセスゾーン、２０６…プロセスチャンバ、２０８…基板支持体、２０９…支持シリンダ、２１０…放射源、２１１…反射板、２１２…アレイ、２１３…天井、２１４…基板、２１６…排気、２１７…反射キャビティ、２１８…放射透過性窓、２１９…センサ、２２１…ガス供給源、３００…コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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