JP6820866B2 - リフレクタを有する処理チャンバ - Google Patents

Description

［０００１］本書に記載された実施形態は、概して、半導体処理チャンバに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、一又は複数のリフレクタを有する半導体処理チャンバに関する。

［０００２］集積回路の製造では、半導体基板上に様々な材料の膜を堆積させるための堆積プロセスが使用される。これらの堆積プロセスは、閉鎖型処理チャンバで行われうる。エピタキシは、基板の表面上に超高純度の薄層を成長させる堆積プロセスであって、超高純度層の材料は典型的にはシリコンやゲルマニウムである。基板表面全体にわたって均一の厚さで基板上にエピタキシャル層を形成することは、困難でありうる。例えば、エピタキシャル層には、未知の原因で厚さが低下した、あるいは増加した部分がしばしば存在する。これらの厚さの変動により、エピタキシャル層の品質が低下し、生産コストが上がりうる。したがって、基板表面全体で均一の厚さを有するエピタキシャル層を生じさせる、改善された処理チャンバが必要である。

［０００３］本書に開示する実施形態は概して、半導体処理チャンバで使用されるリフレクタに関する。一実施形態では、半導体基板を処理するためのリフレクタが提供されている。リフレクタは、外側エッジと、内側エッジと、底部側とを有する環状本体を含む。底部側は、複数の第１の面と複数の第２の面とを含む。各第１の面と各第２の面は、環状本体周囲で異なる角位置に位置づけされている。各第１の面は、約１．５０インチから約２．２０インチの曲率半径を有する曲面である。

［０００４］別の実施形態では、半導体基板を処理するためのリフレクタが提供されている。リフレクタは、外側エッジと、内側エッジと、底部側とを有する環状本体を含む。底部側は、２０個の第１の面と１２個の第２の面とを含む。各第１の面と各第２の面は、環状本体周囲で異なる角位置に位置づけされている。各第１の面は、約２．０２インチから約２．１０インチの曲率半径を有する曲面である。各第２の面は、２つの第１の面に隣接して２つの第１の面の間に配置されている。

［０００５］別の実施形態では、側壁と、基板支持体と、基板支持体の上に配置された第１のリフレクタとを含む処理チャンバが提供されている。第１のリフレクタは、外側エッジと、内側エッジと、複数の第１の面及び複数の第２の面を含む底部側とを有する環状本体を含む。各第１の面と各第２の面は、環状本体周囲で異なる角位置に位置づけされている。各第１の面は、約１．５０インチから約２．２０インチの曲率半径を有する曲面である。

［０００６］本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって、得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。

本開示の一実施形態に係る処理チャンバの側面断面図である。 本開示の一実施形態に係る図１の処理チャンバで使用されるリフレクタの底面斜視図である。 本開示の一実施形態に係る図２Ａのリフレクタの部分側面断面図である。

［００１０］理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。

［００１１］本書に記載される実施形態は、概して、半導体処理チャンバに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、一又は複数のリフレクタを有する半導体処理チャンバに関する。

［００１２］この開示において、「上部」、「底部」、「側面」、「上」、「下」、「アップ」、「ダウン」、「上方」、「下方」、「水平」、「垂直」等の語は絶対方向を指すものではない。代わりに、これらの語は、チャンバの基準平面、例えばチャンバの半導体処理面に平行する平面に対する方向を指すものである。

［００１３］図１は、本開示の一実施形態に係る処理チャンバ１００の側面断面図である。処理チャンバ１００を使用して、基板５０上にエピタキシャル膜を堆積させることができる。処理チャンバ１００は、低圧で、又は大気圧近辺で動作しうる。処理チャンバ１００は、一又は複数の側壁１０２と、底部１０３と、側壁１０２上に配置された上部１０４とを有するチャンバ本体１０１を含む。

［００１４］処理チャンバ１００は更に、処理中に基板５０を支持するために、チャンバ本体１０１に配置された基板支持体１１０を含む。基板支持体１１０上の基板５０は、基板支持体１１０上下に配置されたランプ１５０によって加熱されうる。ランプ１５０は例えば、タングステンフィラメントランプであってよい。基板支持体１１０の下のランプ１５０は、基板支持体１１０の下に配置された下方ドーム１２０を介して例えば赤外線放射等の放射線を当てて、基板５０及び／又は基板支持体１１０を加熱しうる。下方ドーム１２０は、例えば石英等の透明な材料でできていてよい。ある実施形態では、環状の基板支持体１１０が用いられうる。環状の基板支持体を使用して、基板５０の底部がランプ１５０からの熱に直接さらされるように、基板５０のエッジ周囲で基板５０を支持することができる。他の実施形態では、基板支持体１１０は、処理中に基板５０の温度均一性を高める、加熱サセプタである。基板支持体１１０の下のランプ１５０は、下方外側リフレクタ１３０内に、又は下方外側リフレクタ１３０に隣接して、また下方内側リフレクタ１３２内に、又は下方内側リフレクタ１３２に隣接して設置されうる。下方外側リフレクタ１３０は、下方内側リフレクタ１３２を囲んでいてよい。下方外側リフレクタ１３０と下方内側リフレクタ１３２は、アルミニウムで形成され、金等の反射材料でメッキされていてよい。例えばパイロメータ等の下方温度センサ１９１を下方内側リフレクタ１３２内に設置して、基板支持体１１０、又は基板５０の背面の温度を検出しうる。

［００１５］基板支持体１１０の上のランプ１５０は、基板支持体１１０の上に配置された上方ドーム１２２を介して、例えば赤外線放射等の放射線を当てることができる。上方ドーム１２２は、例えば石英等の透明な材料でできていてよい。基板支持体１１０の上のランプ１５０は、上方内側リフレクタ２００（第１のリフレクタ）内に又は隣接して、また上方外側リフレクタ１４０（第２のリフレクタ）内に又は隣接して設置されうる。上方外側リフレクタ１４０は、上方内側リフレクタ２００を囲んでいてよい。上方外側リフレクタ１４０と上方内側リフレクタ２００はアルミニウムから形成され、金等の反射材料でメッキされていてよい。パイロメータ等の上方温度センサ１９２を上方内側リフレクタ２００内に又は隣接して設置して、処理中の基板５０の温度を検出することができる。図１では、同じランプ１５０がリフレクタ１３０、１３２、１４０、２００内に設置されているところを示したが、これらリフレクタ１３０、１３２、１４０、２００の各リフレクタ内に、又は隣接して異なる種類及び／又はサイズのランプを設置することが可能である。更に、異なる種類又はサイズのランプを、リフレクタのうちの１つのリフレクタ内に又は隣接して設置することが可能である。

［００１６］処理チャンバ１００は、エピタキシャル堆積において使用される処理ガスを供給しうる一または複数の処理ガス源１７０に連結されていてよい。処理チャンバ１００は更に、例えば真空ポンプ等の排気装置１８０に連結されうる。ある実施形態では、処理ガスは、処理チャンバ１００の片側（例えば図１の左側）に供給され得、処理チャンバの反対側（例えば図１の右側）から排気され得、これにより基板５０の上に処理ガスの直交流ができる。処理チャンバ１００はまた、パージガス源１７２にも連結されうる。

［００１７］図２Ａは、本開示の一実施形態に係る図１の上方内側リフレクタ２００の底面図である。図２Ｂは、本開示の一実施形態に係る図２Ａの上方内側リフレクタ２００の部分側面断面図である。上方内側リフレクタ２００は、外側エッジ２０２、内側エッジ２０３、及び底部側２０４を有する環状本体２０１を含む（図２Ｂ参照）。上方内側リフレクタ２００は更に、環状本体２０１の底部側２０４の上及び外側に配置された外側リム２０５を含む。ある実施形態では、設置中に外側リム２０５を使用して上方内側リフレクタ２００を留めることができる。底部側２０４は、複数の第１の反射面２１０（第１の面）及び複数の第２の反射面２２０（第２の面）を含む。第１の反射面２１０及び第２の反射面２２０は、処理チャンバ１００内のランプ１５０から放射線を反射させるために、例えば金等の高反射性の材料でできていてよい。第２の反射面２２０は、第２の反射面２２０を第１の反射面２１０から更に区別するために、斜線が引かれている。各第１の反射面２１０と各第２の反射面２２０は、環状本体２０１周囲で異なる角位置に位置づけされている。ある実施形態では、上方内側リフレクタ２００は、約１６個から約２４個の第１の反射面２１０、例えば約２０個の第１の反射面２１０を含む。図２Ａには、２０個の第１の反射面２１０が描かれている（２１０２０参照）。ある実施形態では、上方内側リフレクタ２００は、約８個から１６個の第２の反射面２２０、例えば約１２個の第２の反射面２２０を含む。図２Ａには、１２個の第２の反射面２２０が描かれている（２２０１２参照）。

［００１８］図２Ｂの部分側面断面図は、図２Ａの上部中央にある反射面２２０１、２１０１、及び２２０２の図である。第１の反射面２１０に対するランプ１５０の位置を示すために、図２Ｂにはランプ１５０も含まれている。ランプ１５０は、処理チャンバ１００内の第１の反射面２１０の下（すなわち、第１の反射面２１０と基板支持体１１０との間）に配置されている。ある実施形態では、ランプ１５０は、第２の反射面２２０と基板支持体１１０との間には配置されない。例えば、ランプ１５０が第１の反射面２１０の下にのみ配置されている場合、２０個のランプ１５０は、２０個の第１の反射面２１０を含む上方内側リフレクタ２００の下に配置される。

［００１９］複数の第１の反射面２１０と複数の第２の反射面２２０は、円形アレイの環状本体２０１周囲に配置されうる。第１の反射面２１０のうちの１つは、円形アレイの各第２の反射面２２０の１つ前の位置に、そして１つ後の位置に配置される。円形アレイは、２以上の第１の反射面が列をなして配置されている一または複数のインスタンスを含みうる。例えば、上方内側リフレクタ２００の円形アレイは、列をなす２つの第１の反射面２１０の８つのインスタンスを含む。更に、円形アレイは、第２の反射面２２０のうちの１つが、第１の反射面２１０のうちの１つの１つ前の位置及び１つ後の位置に配置されている４つのインスタンスを含む。

［００２０］各第１の反射面２１０は、約１．５０インチから約２．２０インチ、例えば約２．０２インチから約２．１０インチ等、例えば約２．０６インチの曲率半径２１２を有する曲面である。一方で、各第２の反射面２２０はほぼ平面である。ある実施形態では、各第１の反射面２１０は、リフレクタ２００の外側エッジ２０２から内側エッジ２０３へ向かう方向に延在する円筒形状を有する。他の実施形態では、各第１の反射面は、リフレクタ２００の外側エッジ２０２から内側エッジ２０３へ向かう方向に延在する円錐台形状を有する。円錐台形状を使用した実施形態では、曲率半径は、リフレクタの外側エッジ２０２から内側エッジ２０３へ向かう方向に縮小しうる。

［００２１］本願の発明者らは、図１に示す構成要素を含む処理チャンバ内で３００ｍｍ基板に形成されたエピタキシャル層の厚さの不均一性を観察した。これら不均一性は、基板の一又は複数の半径位置で発生した。不均一な厚さを有するエピタキシャル層により、製品の品質が低下し、不均一性が大きい場合は廃棄につながりうる。幾つかの処理チャンバ間の幾つかの差を見直したときに、発明者らは幾つかのチャンバが異なる上方内側リフレクタを含んでいたことに気が付いた。これらの処理チャンバの上方内側リフレクタは、上述した第１の反射面２１０に対応する、異なる第１の反射面を含んでいた。発明者らは、これら第１の反射面の半径が変化したときに、厚さの不均一性の度合いが変化したことに気が付いた。以前は、処理チャンバの上方内側リフレクタの反射面の半径を変化させることによって、結果的にその処理チャンバ内で形成されたエピタキシャル層の厚さの不均一性をなくすことができることは、認識されていなかった。

［００２２］第１の反射面を画定する半径を変化させることによって、厚さの不均一性をなくすことができることを発見した後に、発明者らは、例えば約２．０２インチから約２．１０インチの半径、例えば約２．０６インチの半径等の約１．５０インチから約２．２０インチの第１の反射面の曲面を画定する半径が、３００ｍｍ基板を処理するのに使われるチャンバ内で形成されたエピタキシャル層の厚さの不均一性をなくすのに最善の結果をもたらすと判断した。この厚さの不均一性をなくすことで、製品の品質が向上し、廃棄物が削減されうる。

［００２３］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 半導体基板を処理するためのリフレクタであって、
   外側エッジと、内側エッジと、複数の第１の面及び複数の第２の面を含む底部側とを有する環状本体を備え、
   各第１の面と各第２の面は、前記環状本体周囲で異なる角位置に位置づけされ、
   各第１の面は、１．５０インチから２．２０インチの曲率半径を有する曲面であり、
   曲面である各第１の面と、各第２の面とは、前記内側エッジまで延在しており、
   前記複数の第１の面は、第１の面のペアを８ペア含み、第１の面の各ペアは、１つのエッジを共有する２つの第１の面からなり、
   前記複数の第２の面は、第１の面の前記８ペアのうちの第１のペアと境界を接する第１のエッジと、第１の面の前記８ペアのうちの第２のペアと境界を接する第２のエッジとを有する第２の面を、少なくとも１つ含み、
   前記複数の第１の面は、前記複数の第２の面のうちの２つと境界を接する第１の面を、少なくとも１つ含む、リフレクタ。
2. 前記曲率半径が、２．０２インチから２．１０インチである、請求項１に記載のリフレクタ。
3. 前記底部側は、２０個の第１の面と１２個の第２の面とを含む、請求項１または２に記載のリフレクタ。
4. 前記第１の面は金でできている、請求項１から３のいずれか一項に記載のリフレクタ。
5. 各第１の面は、前記リフレクタの前記外側エッジから前記内側エッジへ向かう方向に延在する円筒形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のリフレクタ。
6. 各第１の面は、１．５０インチから２．２０インチの前記曲率半径の範囲内において、前記外側エッジから前記内側エッジへ向かう方向に前記曲率半径が縮小する円錐台形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のリフレクタ。
7. 前記複数の第１の面と前記複数の第２の面は円形アレイに配置され、各第２の面は、前記円形アレイ内の２つの第１の面に隣接して２つの第１の面の間に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のリフレクタ。
8. 各第２の面が平面である、請求項１から７のいずれか一項に記載のリフレクタ。
9. 半導体基板を処理するためのリフレクタであって、
   外側エッジと、内側エッジと、２０個の第１の面及び１２個の第２の面を含む底部側とを有する環状本体を備え、
   各第１の面と各第２の面は、前記環状本体周囲で異なる角位置に、円形アレイをなすように位置づけされ、
   前記２０個の第１の面は、８ペアの第１の面のペアで配置され、第１の面の各ペアは、互いに隣接する２つの第１の面からなり、前記２０個の第１の面の残りの４つの第１の面は、前記１２個の第２の面のうちの２つと境界を接しており、
   各第２の面が平面であり、
   各第１の面は、２．０２インチから２．１０インチの曲率半径を有する曲面であり、
   各第２の面は、２つの第１の面に隣接して２つの第１の面の間に配置されており、
   前記１２個の第２の面は、第１の面の前記８ペアのうちの第１のペアと境界を接する第１のエッジと、第１の面の前記８ペアのうちの第２のペアと境界を接する第２のエッジとを有する第２の面を、少なくとも１つ含み、
   各第１の面と、各第２の面とは、前記内側エッジまで延在しており、前記内側エッジは、前記環状本体の内側において切れ目のない円を形成している、
   リフレクタ。
10. 処理チャンバであって、
    側壁と、
    基板支持体と、
    前記基板支持体の上に配置されたリフレクタであって、外側エッジと、内側エッジと、複数の第１の面及び複数の第２の面を含む底部側とを有する環状本体を備えるリフレクタとを備え、
    各第１の面と各第２の面は、前記環状本体周囲で異なる角位置に位置づけされ、
    各第１の面は、１．５０インチから２．２０インチの曲率半径を有する曲面であり、
    曲面である各第１の面と、各第２の面とは、前記内側エッジまで延在しており、
    前記複数の第１の面は、第１の面のペアを８ペア含み、第１の面の各ペアは、１つのエッジを共有する２つの第１の面からなり、
    前記複数の第２の面は、第１の面の前記８ペアのうちの第１のペアと境界を接する第１のエッジと、第１の面の前記８ペアのうちの第２のペアと境界を接する第２のエッジとを有する第２の面を、少なくとも１つ含み、
    前記複数の第１の面は、前記複数の第２の面のうちの２つと境界を接する第１の面を、少なくとも１つ含む、処理チャンバ。
11. 前記曲率半径は２．０２インチから２．１０インチである、請求項１０に記載の処理チャンバ。
12. 前記リフレクタの前記底部側は、２０個の第１の面と１２個の第２の面とを含む、請求項１０または１１に記載の処理チャンバ。
13. 各第１の面と前記基板支持体との間にランプが配置されている、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
14. 前記リフレクタは更に、前記環状本体の前記底部側の上及び外側に配置された外側リムを備える、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
15. 前記リフレクタの前記複数の第１の面と前記複数の第２の面は円形アレイに配置され、各第２の面は、２つの第１の面に隣接して２つの第１の面の間に配置されている、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の処理チャンバ。

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