JP2001237239A

JP2001237239A - 一体化ガス分散通路を有するベル・ジャー

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Publication number: JP2001237239A
Application number: JP2000388743A
Authority: JP
Inventors: John Michael Mitzan; マイケルミトザンジョン
Original assignee: Axcelis Technologies Inc
Current assignee: Axcelis Technologies Inc
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-08-31
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: US6302963B1; EP1111660A3; US20010037767A1; JP4665204B2; TW499698B; KR20010062458A; EP1111660A2; KR100559198B1

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス分散機構を備えた、収納された基材を加
工するための熱加工チャンバーを提供する。【解決手段】収納された基材を加工するための熱加工
チャンバー(10)であって、(i) 第一領域(44)を定義し、
且つ加工すべき基材が前記加工チャンバーの第一領域(4
4)内に挿入されそして第一領域(44)から除去され得る開
口部(21)を備える、加工すべき基材が配置され得る主加
工部(12)、(ii)主加工部(12)の上に配置され、第二領域
(39)を定義し、且つ前記加工チャンバーの閉鎖端部を備
える上部(11)、(iii) 第二領域(39)にガスを供給するガ
ス注入器(18)、及び(iv)第一領域(44)を第二領域(39)か
ら分離するガス分散板(20)からなる熱加工チャンバー(1
0)が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に熱加工系
の分野に関し、そして更に特別には、一体化ガス分散通
路を有する垂直な熱加工系のための、改良された熱加工
チャンバーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術・発明が解決しようとする課題】熱加工炉
は広く知られており、そしてアニーリング、拡散、酸化
及び化学的気相蒸着（ＣＶＤ）法を含む種々の半導体製
造工程を実施するために、長年使用されている。その結
果、これらの工程は、とりわけ得られる製品の品質及び
均一性に関する工程変動性の影響に関して、良く理解さ
れている。熱加工系は、典型的には、水平型炉又は垂直
型炉の何れかを用いる。幾つかの用途において、垂直型
炉は、使用中により少ない粒子を生じさせ、それ故、汚
染率及びウェファー廃棄率を低減させ、容易に自動化さ
れ得、そして加工チャンバーの垂直的配向は比較的小さ
い設置面積で済むので、垂直型炉は少ないフロアー・ス
ペースを要求するので好まれる。

【０００３】水平型炉及び垂直型炉の両方は、公知の如
く、線幅を１ミクロン以下に保持しつつ、所望の深さへ
埋め込まれるドーパントの更なる拡散を促進するため
か、又は、他の慣用の加工技術、例えば、ウェファーへ
の酸化物層の適用若しくはＣＶＤ法におけるウェファー
への化学的蒸気層の蒸着を実施するため、半導体ウェフ
ァーを所望の温度に加熱するように設計されている。加
工すべきウェファーの均一加熱、並びにウェファーの表
面全体の均一なガスの流れは、これらの工程において重
要である。

【０００４】管炉又はベル・ジャー炉のような加工チャ
ンバーを用いる慣用の垂直型熱加工炉は、炉内の加工管
を垂直位置に支持するように設計されている。このよう
な垂直型炉も、単一のウェファーが載る昇降機駆動台
か、又は加工管の内外にウェファー（群）を移動させる
ための適切な移送機構に加えて、複数のウェファーを保
持するためのウェファー・ボート・アセンブリーの何れ
かを、典型的に使用している。酸化物形成又はＣＶＤ法
を行うべき炉にはガス注入手段が設けられている。シリ
コン集積回路のための限界寸法はミクロン以下の仕様に
向かって連続的に微細化しているので、ウェファー温度
の均一性及びガス流の均一性、並びにウェファー毎の加
工再現性に対する要求が一層厳しくなっている。

【０００５】加工チャンバーに均一なガス流を供給する
従来技術及び機構は、バッチ（ウェファー・ボート）環
境のためには、管の垂直距離全体に延びる貫通孔がある
ガス管を含む。このような系は、ミヤシタ(Miyashita)
他により、アメリカ合衆国特許第５０２９５５４号に開
示されている。単一のウェファー環境においては、ウェ
ファー表面全体のガス分散流を制御する公知機構は、加
工チャンバー中のガス流の望ましい分散を得るために、
中央の通路がベル・ジャーの上部にガス流の一部を向か
わせ、そしてガス流の他の部分に輻射状の要素を付加す
るという、クリステンセン(Christensen) に付与され
た、アメリカ合衆国特許第５０６２３８６号に開示され
た機構を含む。

【０００６】或いは又、加工チャンバーの内壁に沿って
垂直に配置された石英注入管が設けられてもよい。前記
注入管には、その全距離に貫通孔が設けられていてもよ
いし、又は加工チャンバー内へのガス注入のために、そ
の上部近傍に出口を設けてもよい。このような注入管に
より提供されたガス流パターンは、加工チャンバーの縦
方向の軸に関して軸対称的ではないので、固有の渦巻き
流を持つ非対照的なガス流を与える。

【０００７】更に又、アメリカ合衆国特許第５６５３８
０６号及び同第５９７６２６１号に開示されているよう
に、ウェファー表面全体に均一にガスを分散させるため
に、例えば調節板のようなシャワーヘッド型のガス分散
装置が用いられてもよい。このようなシャワーヘッド型
のガス調節板の場合は、高温加工により生じる調節板構
造の変形又は”歪み”は、ウェファー表面全体の不均一
なガス分散流の原因になる。このような変形が特に問題
となるのは、調節板が石英から構成されている場合であ
る。従って、アメリカ合衆国特許第５６５３８０６号及
び同第５９７６２６１号に開示されるような先行技術の
設計は、シャワーヘッド・調節板に隣接した又はそれと
一体化した温度制御機構を取り入れている。このような
付加的な部材は、炉の設計にコスト及び煩雑さを付け加
える。

【０００８】従って、ウェファー加工系における高温加
工に耐え得る単純化されたガス分散機構を提供すること
が本発明の目的である。垂直型熱加工炉におけるこのよ
うな機構を提供することが本発明の別の目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】収納された基材を加工す
るための熱加工チャンバーであって、（ｉ）第一領域を
定義し、且つ加工すべき基材が前記加工チャンバーの前
記第一領域内に挿入されそして前記第一領域から除去さ
れ得る開口部を備える、加工すべき基材が配置され得る
主加工部、（ii）前記主加工部の上に配置され、第二領
域を定義し、且つ前記加工チャンバーの閉鎖端部を備え
る上部、(iii) 前記第二領域にガスを供給するガス注入
器、及び（iv）前記第一領域を前記第二領域から分離す
るガス分散板からなる熱加工チャンバーが提供される。
前記ガス分散板は、前記第二領域に供給されたガスを前
記第一領域に流入可能にする多数の通路を提供する。前
記ガス分散板は、前記主加工部及び前記上部を一体化し
て形成されている。一つの態様において、前記主加工
部、前記上部、前記ガス注入器及び前記ガス分散板を含
む熱加工チャンバー全体は炭化珪素（ＳｉＣ）からな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態・実施例・発明の効果】さて図面を
参照すると、図１には、本発明の原理に基づいて構成さ
れた熱加工チャンバー１０が開示されている。この熱加
工チャンバー１０は、(i) 円筒状主部１２と、閉鎖端部
又はドーム状冠部１４とからなるベル・ジャー１１、(i
i)基部又は低部フランジ１６、(iii) ベル・ジャー１１
の円筒状主部１２内に存在する注入管１８、及び(iv)円
筒状主部１２とドーム状冠部１４とのほぼ接合部でベル
・ジャー１１内に配置された平円盤状ガス分散板２０、
からなる。注入管１８及び分散板２０は、以下に更に説
明するように、ベル・ジャー１１の円筒状主部１２に加
工ガスを均一に分散させるために機能する。

【００１１】好ましい態様において、ベル・ジャー１１
の円筒状主部１２及びドーム状冠部１４、低部フランジ
１６、注入管１８及びガス分散板２０を構築するために
炭化珪素（ＳｉＣ）が使用される。加工チャンバー１０
全体は、”未焼成”状態で前記成分から組み立てられ、
次いで、集積アセンブリー全体を完成させるために、オ
ーブン中で硬化又は加熱焼成される。

【００１２】ベル・ジャー１１の円筒状主部１２及びド
ーム状冠部１４は、ほぼ６ミリメートル（ｍｍ）厚の炭
化珪素から形成される。円筒状主部１２とドーム状冠部
１４との接合部の近傍には、ベル・ジャー１１の内周の
回りに伸びている内側に突き出たリッジ２２が形成され
ている。このリッジは、独立して形成されてもよいし、
又は円筒状主部１２又はドーム状冠部１４の何れかと一
体に形成されてもよい。円筒状主部１２、ドーム状冠部
１４及び内側に伸びる前記リッジは、それらの未焼成状
態で一体に結合され、未硬化の未焼成ベル・ジャー１１
を形成する。

【００１３】図２ないし４は、各々、加工チャンバー１
０の残りの部分、すなわち、低部フランジ１６、注入管
１８及びガス分散板２０、のより詳細な図を示す。図２
に示されるように、前記低部フランジは炭化珪素の環状
マスから構成されている。前記低部フランジの厚さは１
５ｍｍ程度である。

【００１４】低部フランジ１６には、注入管１８の低端
部２４を前記低部フランジに固定するための手段を提供
する、内側に突き出た突出部２３が設けられている（図
３参照）。この固定手段は突出部２３中の孔２６からな
り、孔２６を通って、注入管１８の低端部２４が硬化前
に挿入される。孔２６は、フランジ突出部２３中の注入
管１８の低端部２４の位置を確保するために、低部フラ
ンジ３０とかみ合うようにレッジ２８に設けられてい
る。

【００１５】注入管１８の上端部３２は、ベル・ジャー
１１の内側に突き出たリッジ２２中の孔３４内に嵌合し
ている（図１に戻って言及）。注入管１８の低端部２４
が低部フランジ１６の孔２６に据え付けられ、且つ前記
注入管の上端部３２がリッジ２２の孔３４に嵌合される
場合は、ベル・ジャー１１の円筒状主部１２の前記低端
部（ドーム状冠部１４の反対側）は、低部フランジ１６
に据え付けられている。前記ベル・ジャー中の加工すべ
きウェファーのような基材は、前記ベル・ジャーの開口
端部２１を介して、加工チャンバー１０内に挿入されて
よい。

【００１６】図１ないし４に示されるように、ガス分散
板２０は、内側に突き出たリッジ２２により、ベル・ジ
ャー１１内に配置されている。リッジ２２の内側に最も
突き出たエッジ３６は、板２０に支持を与えるために、
前記板の外辺部３８を越えて内側に伸びている。

【００１７】加工チャンバーアセンブリー１０全体は、
次いで、成分を一緒に溶融するために、オーブン中で加
熱焼成される。蒸発された炭化珪素が、次いで、結合さ
れた部品により形成された接合部に、化学的気相蒸着
（ＣＶＤ）法を介して施される。このような”充填材”
の堆積は、加工チャンバー１０が、基材を加工するため
気密の密閉された環境を提供することを確実にする。

【００１８】イオン操作において、窒素又は酸素のよう
なガスが、注入管１８を通って、ベル・ジャー１１のド
ーム状冠部１４の内部３９に流入する。このガスは、ガ
ス分散板２０中の通路（流路又は孔）４０，４２を通っ
て、前記ドーム状冠部から下側に流れ、そして、前記ベ
ル・ジャーの円筒状主部１２の内部４４内に流入する。
ガス分散板２０の中心近傍の孔４０は、前記ガス分散板
の周辺に沿った前記孔４２よりも、互いに一層離れて配
置されている。周辺の孔４２の間のより接近した間隔
は、ドーム状冠部１４の内部の周辺近傍に蓄積する傾向
がある圧力の増大を軽減するように設計されている。

【００１９】ベル・ジャー１１のドーム状冠部１４中の
どのような圧力の増大も排除するために、孔４０，４２
の断面積全体の合計は、注入管１８の断面積のほぼ４倍
である。開示された孔４０，４２のパターンは、前記ガ
ス分散板を通るガスの均一な流れを与える。従って、ベ
ル・ジャー内の下側で且つ前記ガス分散板に平行に配置
された、加工すべき珪素ウェファー（図示せず）のよう
な基材は、その表面全体を均一なガス流に晒されるであ
ろう。

【００２０】前記ガスは、主に酸化物形成（例えば、モ
ニター酸化物、ゲート酸化物及びマスク酸化物）のため
に使用される。炭化珪素構造物は、約摂氏１２５０度
（℃）の温度まで安全に対処することができる。加え
て、炭化珪素は、アルミニウムのような一層活性な物質
と異なり、加工チャンバー内で起こる加工に対して不活
性である。

【００２１】従って、一体化ガス分散機構を有する熱加
工チャンバーの好ましい態様が記載された。しかしなが
ら、先の記載の意図に関して、この記載は単なる実施例
としてのものであり、本発明は本文中に記載された特定
の態様に限定されず、そして、本発明の特許請求の範囲
及びそれらの同義語により定義された本発明の範囲から
逸脱することなく、先の記載に関して、種々の再配列、
変形及び置換が行われてよいと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の原理に基づいて構成された熱
加工チャンバーの断面図である。

【図２】図２は、本加工チャンバーの低部フランジを示
し、図１の熱加工チャンバーの、２−２線に沿って取ら
れた断面図である。

【図３】図１の熱加工チャンバーの注入器の破断断面図
である。

【図４】図４は、本加工チャンバーの一体化ガス分散板
を示し、図１の熱加工チャンバーの、４−４線に沿って
取られた断面図である。

【符号の簡単な説明】

１０：加工チャンバー１１：上部
（ベル・ジャー）１２：円筒状主部１４：ドーム
状冠部１６：低部フランジ１８：注入器２０：平円盤状ガス分散板２１：開口部２２：リッジ２３：突出部２４：低端部２６，３４：
孔２８：レッジ３２：上端部３６：エッジ３８：外辺部３９：第二領域４０：ガス流
路（中心孔）４２：ガス流路（周辺孔）４４：第一領
域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】収納された基材を加工するための熱加工
チャンバー（１０）であって、第一領域（４４）を定義し、且つ加工すべき基材が前記
加工チャンバーの前記第一領域（４４）内に挿入されそ
して前記第一領域（４４）から除去され得る開口部（２
１）を備える、加工すべき基材が配置され得る主加工部
（１２）、前記主加工部の上に配置され、第二領域（３９）を定義
し、且つ前記加工チャンバーの閉鎖端部を備える上部
（１１）、前記第二領域（３９）にガスを供給するガス注入器（１
８）、及び前記第一領域（４４）を前記第二領域（３
９）から分離し、前記第二領域に供給されたガスを前記
第一領域に流入可能にする多数の通路（４０，４２）を
備えるガス分散板（２０）であって、前記主加工部（１
２）及び前記上部（１１）を一体化して形成しているガ
ス分散板（２０）からなる熱加工チャンバー（１０）。
【請求項２】前記主加工部（１２）、前記上部（１
１）、前記ガス注入器（１８）及び前記ガス分散板（２
０）が炭化珪素（ＳｉＣ）からなる請求項１記載の熱加
工チャンバー（１０）。
【請求項３】前記ガス注入器（１８）が、前記加工部
の前記開口部（２１）から前記加工チャンバーの前記第
二領域（３９）内に伸びる管からなる請求項２記載の熱
加工チャンバー（１０）。
【請求項４】前記開口部（２１）を定義した低部フラ
ンジ（１６）を更に含み、該低部フランジは前記管（１
８）の下端部（２４）が据え付けられている孔（２６）
を備えた請求項３記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項５】前記低部フランジ（１６）が炭化珪素
（ＳｉＣ）からなる請求項４記載の熱加工チャンバー
（１０）。
【請求項６】前記ガス分散板（２０）中の前記通路
（４０，４２）が第一通路４０と第二通路４２とからな
り、前記第二通路４２が前記第一通路４０よりも互いに
接近して配置されている請求項２記載の熱加工チャンバ
ー（１０）。
【請求項７】前記第二通路４２が前記ガス分散板（２
０）の周辺部に沿って配置されている請求項６記載の熱
加工チャンバー（１０）。
【請求項８】前記熱加工チャンバー内周の回りに伸び
ている内側に突き出たリッジ（２２）であって、前記ガ
ス分散板（２０）が前記熱加工チャンバー内にそれ自体
をよりかからせるエッジ３６を備えるリッジ（２２）を
更に含む請求項４記載の熱加工チャンバー（１０）。
【請求項９】前記リッジ（２２）に、前記管（１８）
の上端部（３２）が少なくとも部分的に貫通した孔（３
４）が設けられている請求項８記載の熱加工チャンバー
（１０）。
【請求項１０】前記主加工部（１２）、前記上部（１
１）、前記ガス注入器（１８）及び前記ガス分散板（２
０）により形成された接合部に、化学的気相蒸着（ＣＶ
Ｄ）法を介して施される蒸発された炭化珪素を更に含む
請求項２記載の熱加工チャンバー（１０）。