JP2002522897A - 半導体処理用の小型外部トーチアセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 半導体処理で使用するための小型トーチ（１０）であって、これは、このトーチを再構成することなく、蒸気を製造するため、また、種々の濃度で湿式または乾式ジクロロエチレン（ＤＣＥ）酸化を実施するための両方に使用され得、加熱および点火要素（１６）を自動バックアップするという冗長性と共に、この酸化生成物気体を非機械的に流動制御して、この酸化生成物気体の完全な温度制御を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は、一般に、半導体処理で使用するためのトーチに関する。

【０００２】 （発明の背景） 半導体製造での多数の方法には、極めて純粋な状態の特定化学物質を処理チャ
ンバまたは炉へと導入することが必要である。例えば、湿式処理法には、蒸気が
必要であり、そして乾式処理法には、塩化水素（ＨＣｌ）が必要である。これら
の両方は、典型的には、酸化生成物をこの処理チャンバに供給するトーチチャン
バにて、酸化により生成される。公知のトーチには、Ｐｙｒｏｇｅｎｉｃ Ｅｘ
ｔｅｒｎａｌ Ｔｏｒｃｈｅｓ（ＰＥＴ）があり、これらは、典型的には、外部
点火要素、石英製の水素／酸素注入器、石英トーチチャンバ、安全シールド、お
よび主要コンピューター制御装置と安全に連動および操作連絡するための電子制
御装置を包含する。水素および酸素の加熱流れは、ノズルを経由して、このトー
チチャンバへと注入され、ここで、それらは発火して、それにより、蒸気を生成
する。これらのトーチはまた、ＨＣｌ製造用に設計され得るが、それらは、その
とき、ＨＣｌ酸化を維持するための追加ヒーターを必要とする。両方の場合の既
存トーチは、この半導体処理に必要な量より多い熱を発生する傾向にあり、この
投入気体を変えるとき、またはヒーターが故障した場合には、貴重な中断時間を
受ける。さらなる欠点には、これらの酸化生成物の流動制御が機械弁により達成
され、これは、特に、半導体製造おけるような熱いおよび／または化学反応性の
流れの場合には、制御している気体流れに汚染物を導入し得る。

【０００３】 当該技術分野の状況を示すものとしては、本願と同じ譲渡人に譲渡された米国
特許第５，２５７，９２６号で開示されたトーチアセンブリがあり、その内容は
、本明細書中で参考として援用されている。

【０００４】 （発明の要旨） 本発明は、半導体処理で使用するための小型トーチを提供するように努め、こ
れは、このトーチを再構成することなく、蒸気と、種々の濃度の湿潤または乾燥
塩化水素との両方を製造するのに使用され得、加熱および点火要素を自動バック
アップするという冗長性と共に、およびこの酸化生成物気体の非機械的な流動制
御と共に、この酸化生成物気体の完全な温度制御を提供する。

【０００５】 それゆえ、本発明の好ましい実施態様に従って、半導体処理用の反応器チャン
バで使用するために、燃焼および火炎なし酸化過程の両方のためのトーチアセン
ブリが提供されており、このトーチアセンブリは、以下を包含する： 石英チャンバであって、この石英チャンバは、その中で、燃焼および火炎なし
酸化過程を維持するためにあり、そして気体状酸化生成物を出すための縦軸およ
び開口部を有する； 気体注入サブアセンブリであって、この気体注入サブアセンブリは、第一およ
び第二気体用のノズルおよび供給導管と共に、この石英チャンバの他端にて、密
封装置と一体的または取り外し可能のいずれかで、取り付けられている； 起動器ユニットであって、この起動器ユニットは、放射エネルギー放出体およ
び少なくとも１個の放射エネルギー吸収体を包含し、少なくとも１個の熱点（ｈ
ｏｔ ｓｐｏｔ）を与えて、この石英チャンバの予め選択したゾーンにある気体
の酸化を開始する； 少なくとも１個のヒーターであって、このヒーターは、このチャンバの予め選
択したゾーンにて、これらの気体を、その酸化を持続させるのに充分な温度まで
加熱するために、このチャンバ軸にほぼ平行に取り付けられている； 冷却配列であって、この冷却配列は、このチャンバの壁部分と熱交換関係にあ
る；および 制御装置であって、この制御装置は、その操作を制御するために、このトーチ
アセンブリに付随している。

【０００６】 さらに、本発明の好ましい実施態様に従って、このチャンバの壁部分は、内部
および外部リーフを有する二重壁部分であり、この内部および外部リーフは、空
間を規定しており、そしてこの冷却配列は、このチャンバの壁部分の内部リーフ
と熱交換接触させるためにこの空間を経由して流動可能冷却媒体を配向する器具
を包含し、この空間はさらに、一般的に流動可能冷却媒体のための螺旋流れ経路
を規定するためのリッジを有する。

【０００７】 さらに、本発明の好ましい実施態様に従って、この放射エネルギー放出体は、
少なくとも１個のランプを包含し、これは、タングステンフィラメントを備えた
石英ハロゲンランプであり得、この少なくとも１個の放射エネルギー吸収体は、
このランプから所定距離に配置された少なくとも１個の黒体部材を包含し、これ
は、炭化ケイ素から製造され得、石英カプセル化されそして排気され得る。

【０００８】 なおさらに、本発明の好ましい実施態様に従って、この少なくとも１個のヒー
ターは、少なくとも２個のヒーターであり、その各々は、このチャンバの予め選
択したゾーンにて、これらの気体を、その酸化を持続させるのに充分な温度まで
加熱するように、単独で操作可能であり、ここで、この制御装置は、これらのヒ
ーターのうちの少なくとも１個が故障した場合に、このチャンバの予め選択した
ゾーンにて、これらの気体を、その酸化を持続させるのに充分な温度まで加熱す
るために、故障していないヒーターを単独で操作させるように、操作可能である
。

【０００９】 さらに、本発明の好ましい実施態様に従って、この気体注入ノズルは、このチ
ャンバ軸に対して所定角度（それぞれ、５°〜９０°の範囲）で、少なくとも最
小所定出口速度で、これらの気体の流れを供給し、それにより、これらの気体を
混合して、このチャンバ軸にほぼ平行に、混合流れを生じる。これらのノズルは
、それぞれ、さらに、１個またはそれ以上のオリフィス（これらは異なる直径の
ものであり得る）を有する；そしてこの供給導管は、この気体の流出がこの最小
所定出口速度を有するように、これらの各個の気体をそれらの各個のオリフィス
に選択可能に供給する。この気体注入サブアセンブリは、さらに、これらのオリ
フィスの全てをその上に備えた単一放出面（ここで、これらの気体流れは、放出
面に対してそれぞれ５°〜９０°の範囲の所定角度で、放出される）、または２
個の放出面（各気体およびその各個のオリフィスに対して１個であって、ここで
、これらの気体流は、この各個の放出面にほぼ垂直である）を有し得る。これら
の気体導管は、さらに、これらの気体の予め選択した濃度で混合物を供給するた
めの分枝および混合導管を包含し、この場合、この第一気体は、酸素であるか、
または窒素中に所定濃度で懸濁させた酸素およびジクロロエチレン（ｄｉｃｈｌ
ｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅ）（ＤＣＥ）蒸気の予め選択した濃度の混合物であり得、
そして第二気体は水素であり、これは、流れ生成が必要とされる場合に供給され
る。このトーチアセンブリはまた、この制御装置に付随した火炎検出器および多
数の温度センサを包含し得る。

【００１０】 本発明のさらに他の好ましい実施態様に従って、このトーチアセンブリは、さ
らに、分流器を包含し、この分流器は、この気体状酸化生成物の流れを制御する
ために、この石英チャンバの開放末端と半導体製造用の反応器チャンバとの間に
位置している。この分流器は、以下を有する： 一次導管であって、この一次導管は、この石英チャンバからこの反応チャンバ
へと、この気体状酸化生成物を導くためにあり、これは、補助投入導管を包含し
得、この補助投入導管は、予め選択した補助化学物質を、この一次導管を流れる
気体状酸化生成物に添加するためにある； 二次導管であって、この二次導管は、この反応器チャンバの上流位置でその側
壁に形成された出口を経由して、この一次導管と交差して連絡している；および キャリヤ流体または気体の流れを使用して、この一次導管および二次導管を横
切る圧力低下を選択可能に加えるための器具であって、これは、弁により制御さ
れ得、この二次導管にてベンチュリ効果を生じ、それにより、この一次導管にあ
る気体状酸化生成物を二次導管へと流して、この気体状酸化生成物がこの反応器
チャンバに到達するのを防止する。

【００１１】 本発明は、図面と関連して、上記詳細な説明から、さらに充分に理解され、そ
して評価される。

【００１２】 （発明の詳細な説明） 今ここで、図１Ａを参照すると、本発明の１実施態様に従って構成された操作
可能なトーチアセンブリ（これは、一般に、１０で示される）の概略図が示され
ている。トーチアセンブリ１０は、石英チャンバ１１０を包含し、ここで、気体
の酸化が起こり、この石英チャンバは、トーチアセンブリ１０用の縦軸１８０を
規定している。この図面で示されているように、石英チャンバ１１０の左端１２
は開いており、典型的には、半導体処理炉（図示せず）と接続するように構成さ
れており、トーチアセンブリ１０内の気体状酸化生成物（例えば、超高純度蒸気
または塩化水素ガス）は、そこから出ていって、この半導体処理炉により、投入
気体として受容され得る。石英チャンバ１１０は、典型的には、その中で燃焼が
起こるときに生じ得る過剰な加熱を防止するために、それに付随した冷却装置（
図示せず）を有する。

【００１３】 石英チャンバ１１０の開放末端１２と反対側には、１２０で一般に示される気
体注入サブアセンブリがあり、これは、この酸化用気体をトーチアセンブリ１０
に供給するが、そこの中に密封されているという条件で、石英チャンバ１１０に
一体的または取り外し可能のいずれかで取り付けられ得る。気体注入サブアセン
ブリ１２０は、酸化気体用のノズル１３を包含し、これは、軸１８０に一般的に
沿って、その混合流れが生じるように、設計されている。気体注入サブアセンブ
リ１２０は、さらに、予め選択した酸化気体をノズル１３に供給するために、導
管および弁システム１３０（これは、概略的に、箱Ｖで示されている）を包含す
る。

【００１４】 トーチアセンブリ１０での気体混合流れの燃焼は、点火ユニット（これは、放
射エネルギー源１４および黒体放射エネルギー吸収部材１５を含む）により、開
始される。本発明の好ましい実施態様に従って、放射エネルギー源１４は、タン
グステンフィラメントを備えた１つ以上の石英ハロゲンランプであり、そして黒
体放射エネルギー吸収部材１５は、１個またはそれ以上の排気した石英カプセル
化顆粒炭化ケイ素カプセルである。米国特許第５，２５７，９２６号（その内容
は、本明細書中で参考として含まれている）で記述されているように、ランプ１
４を起動すると、その放射エネルギーは、典型的には、１分間未満の時間で、黒
体部材１５に迅速に吸収され、黒体部材１５の温度を、チャンバ１１０内の気体
の必要点火温度まで上げる。黒体部材１５は、その点火のための熱点を与えるよ
うに、酸化気体混合流れの充分に近くに配置される。例えば、トーチアセンブリ
１０を超高純度蒸気を生じるのに使用するとき、水素および酸素ガスは、この酸
化気体であり、そして黒体部材１５は、７６０℃まで上がるが、これは、半導体
産業の安全基準によれば、半導体産業用の安全な点火温度である。

【００１５】 トーチアセンブリ１０での燃焼は、上記ランプ１４および黒体部材１５の配置
により維持できるものの、当業者が理解するように、タングステン−ハロゲンラ
ンプは、このような用途で連続使用するなら、比較的に寿命が短い。従って、本
発明の好ましい実施態様に従って、トーチアセンブリ１０は、石英チャンバ１１
０へと伸長しているウエル１７内に２個またはそれ以上の電気ヒーター１６を包
含し、これは、これらの気体を加熱して、燃焼を持続させる。以下の図２Ａおよ
び２Ｂに関連して記述されるように、２個またはそれ以上のヒーター１６は、ト
ーチ操作（従って、半導体処理）が、ヒーター故障の場合にさえ、中断すること
なく維持できるように、余剰性およびバックアップ性能を提供するために、使用
される。ヒーター１６はまた、これらの燃焼気体用の点火装置としても使用でき
るが、上記ランプ−黒体配置よりも、ある程度ゆっくりと必要温度に到達する。

【００１６】 トーチアセンブリ１０は、さらに、火炎検出器および多数の温度センサ（典型
的には、熱電対であって、図示せず）を包含し、これらは、このアセンブリの多
数の所定位置に配置される。これらのセンサ装置は、制御装置１４０（これによ
り、所望の操作のために、このアセンブリをモニターできるようになる）に接続
されている。制御装置１４０はまた、電気装置（例えば、ランプ１４およびヒー
ター１６）ならびに弁Ｖ １３０に接続されて、典型的には、トーチアセンブリ
１０が接続されている半導体処理システムの制御装置と関連して、トーチ操作の
全ての局面を制御可能にする。

【００１７】 図１Ｂを簡単に参照すると、本発明の代替実施態様に従って構成された操作可
能なトーチアセンブリ１０を使用する半導体処理システムのブロック線図が示さ
れている。処理炉またはチューブ１１５は、投入気体として、例えば、超高純度
蒸気または塩化水素ガス（これは、トーチ１１１の酸化生成物であり、トーチ１
１１は、制御装置１４０により制御され、制御装置１４０は、処理炉１１５の制
御システム１１６と直接接続する）を受容する。トーチ１１１から処理炉１１５
への気体流れは、分流器１１８により、制御される。

【００１８】 今ここで、図２Ａおよび２Ｂを参照すると、本発明の好ましい実施態様に従っ
て構成されたトーチアセンブリの石英チャンバ（これは、一般に、参照番号２０
で示されている）の縦軸２８０に沿って、互いに垂直に取り出した２個の側面断
面図が示されており、ここで、図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ線に沿っており、そし
て図２Ａは、図２ＢのＡ−Ａ線に沿っている。

【００１９】 本発明の好ましい実施態様に従って、石英チャンバ２０は、それぞれ、内壁２
１および外壁２２を備えた二重壁の囲壁であり、ゾーン２３０（ここで、トーチ
酸化が起こる）を取り囲んでいる。内壁２１と外壁２２との間の空間は、このト
ーチを操作している間（それゆえ、過剰の熱を生じている間）、主として内壁２
１を熱交換により所望温度範囲内の温度まで冷却するために、冷却流体の流れを
その間に向けるように、内部チューブ２３および外部チューブ２４を有する。こ
の冷却流体は、気体（例えば、圧縮空気）または液体（例えば、水）であり得る
。本発明の好ましい実施態様では、内壁２１および外壁２２の相互に向かい合っ
た面の一方または両方にて、螺旋状リッジ２５が形成されており、これは、この
冷却媒体の流れを螺旋様式に向けて、この流体とこれらのチャンバ壁との間のさ
らに効率的な熱交換を与える。また、温度センサ（例えば、熱電対）を収容して
、この温度をトーチ制御装置１４０（図１Ａ）により制御するために、内壁２１
と外壁２２との間の空間へと伸長している薄い管状囲壁２６もある。

【００２０】 今ここで、図２Ｂを参照すると、２個の大きな円筒形ウエル２７が示されてお
り、これらは、好ましくは、チャンバ２０の軸２８０と平行である。図２Ａで示
すように、ウエル２７は、チャンバ２０の長さに沿って縦方向に、酸化ゾーン２
３０の下であるが依然としてチャンバ２０内で、伸長している。ウエル２７は、
一対のヒーター（図示せず）を収容しており、これらは、一旦、酸化が開始する
と、この酸化気体を、その酸化を持続させるのに充分な温度まで加熱する。本発
明の好ましい実施態様に従って、これらのヒーターは、高出力の電気抵抗コイル
ヒーターである。

【００２１】 このトーチが正常に動作している状態では、これらのヒーターは、それぞれ、
中間出力レベルで共に作動して、これらの酸化気体を必要温度まで加熱する。本
発明の好ましい実施態様に従って、各ヒーターは、このトーチにて酸化を持続さ
せるのに充分な熱を生じるために、単独で操作可能である。これらのヒーターの
１個が故障または著しく出力低下した場合には、制御装置１４０（図１Ａ）は、
直ちに、動作しているヒーターの出力を上げて、欠陥ヒーターを交換する必要な
しに、現在の半導体処理工程または工程手順を完了まで継続する。本発明のヒー
ターの余剰性およびバックアップ配置により与えられる連続した操作を維持する
この性能は、半導体製造において非常に有用であり、また、従来技術を超える著
しい改良点であることを、当業者は理解する。さらに、２個より多いヒーターを
使用する類似の余剰性およびバックアップ配置もまた、本発明の範囲内に含まれ
ることに注目すべきである。

【００２２】 当業者が知っているように、半導体製造での既存のトーチは、そのチャンバ壁
上に外部に配置された加熱要素（これは、このチャンバ全体を加熱することが不
可避である）によって、この酸化ゾーンを加熱する。それらは、所望温度に到達
するのに、本発明よりも長くかかり、また、このチャンバ壁の過剰加熱の結果と
して、失透の危険を冒す。本発明は、所望温度範囲（これは、そこで発生した蒸
気の凝縮を妨げる程に充分に熱いが、このトーチに対する損傷およびその失透な
らびに石英チャンバ２０の失透から保護する程に充分に冷たい）で操作可能であ
る。これは、本発明のトーチのコンパクトなサイズ、およびチャンバ２０内での
ヒーターウエル２７でのヒーターの内部位置の両方による；両方の因子により、
さらに低い出力要件で、酸化ゾーン２３０全体を加熱できるようになる。図３を
簡単に参照すると、図２Ａの石英チャンバ２０の３−３線に沿って取り出した断
面図が示されており、これは、このチャンバ内でのヒーターウエル３７の位置を
示す。この図面では、温度センサ（例えば、熱電対）を収容するための薄いウエ
ル３９（図２Ａでは、２９で示す）もまた示されており、これは、トーチ制御装
置１４０（図１Ａ）により、酸化ゾーン２３０の近くの温度をモニターできるよ
うにする。

【００２３】 図２Ａおよび２Ｂで示されるように、チャンバ２０の左端２６０は、その縦軸
２８０に沿って、開いている。このトーチアセンブリは、典型的には、図１Ｂで
示すように、この開口末端２６０により、半導体処理システムに接続されており
、それにより、気体状酸化生成物（例えば、超高純度蒸気または塩化水素ガス）
を、このトーチアセンブリから出して、この半導体処理炉に入れる。本発明のさ
らに好ましい実施態様では、このトーチアセンブリとこの半導体処理炉との間に
は、分流器（図１Ｂでは、１１８）（これは、図１０Ａおよび１０Ｂに関連して
、以下で述べる）が包含され得る。再度、図２Ａおよび２Ｂで示されるように、
チャンバ２０の右端２７０には、その縦軸２８０に沿って、このトーチアセンブ
リのバーナーの気体注入サブアセンブリ２２０が取り付けられている。本実施態
様では、気体注入サブアセンブリ２２０は、チャンバ２０に熱的に溶接されて、
このトーチアセンブリに対して一体的構造を与え、迅速かつ容易な組立および分
解が可能となる。本発明の代替実施態様では、気体注入サブアセンブリ２２０は
、取り外し可能であるが密封して、チャンバ２０に取り付けられ得る。本実施態
様は、図２Ａで示すように、気体投入用の３個の導管、すなわち、２個の水素導
管２２１（高速流れ水素用の１個、および低速流れ水素用の１個）、および酸素
または他の気体導管２２３（これは、ＤＣＥ蒸気のような追加気体を導入するた
めの「ティー」２２４を備えている）を有する。

【００２４】 今ここで、図４〜９Ｂを参照すると、本発明の代替実施態様に従って構成した
多数の操作可能な気体注入サブアセンブリが示されている。本発明の代替実施態
様に従って構成した操作可能な気体注入サブアセンブリの全てに共通しているも
のには、その燃焼性気体用にその上にオリフィスを形成した放出面、およびこれ
らのオリフィスを気体供給源に接続する気体回送装置がある。これらのオリフィ
スは、その気体流れを、所望の所定気体流速を得るために、所定の交差および混
合ゾーン（ここで、酸化が起こる）へと導くサイズおよび配向であり、すなわち
、それを燃焼火炎に晒さないようにするために、この放出面から充分に遠くに離
れており、そして充分な速度を有して、それにより、この放出面およびそのオリ
フィスに対する失透または損傷の危険を防止する。この混合気体流れ（それゆえ
、この燃焼火炎）は、さらに、石英チャンバ２０の縦軸２８０とほぼ平行である
（図２Ａ）。

【００２５】 今ここで、図４および５を参照すると、本発明の代替実施態様により気体注入
サブアセンブリ（これは、一般に、６０で示されている）の２個の断面図（互い
に垂直にとった）が示されている。気体注入サブアセンブリ６０の本体は、気体
入口６２を経由する１燃焼性気体用の導管であり、そして入口６４を経由する第
二燃焼性気体用の導管６３が、その間に貫通している。気体注入サブアセンブリ
６０は、面板６５を有し、これは、好ましくは、そこを通るレーザー穿孔により
、その上に形成したオリフィス６８および６９と共に、サブアセンブリ６０の本
体および導管６３に熱的に溶接されており、この面板面および互いに対して所定
角度で、これらの気体流れの放出が可能となる。第二燃焼性気体導管６３は、１
個のオリフィス６９を取り囲むように、面板６５の後方に溶接されている。本実
施態様では、オリフィス６８および６９は、そこからの気体流れが、０．２〜１
．８ｍｍの範囲の直径で、１０°〜１７０°の範囲の角度であるように、放出面
６７に対して配向されている。気体注入サブアセンブリ６０は、必要に応じて、
さらに、気体注入サブアセンブリ６０を石英チャンバ２０（図２Ａ）に密封して
取り付けるための取付部分６１を包含し得る。

【００２６】 今ここで、図６および７を参照すると、本発明のさらなる代替実施態様による
気体注入サブアセンブリ（これは、一般に、７０で示されている）の２個の断面
図（互いに垂直にとった）が示されている。本実施態様は、余分な内部導管７３
（これは、面板７５上に、余分な付随オリフィス７７を備えている）およびそれ
自身の第二気体入口を包含する点で、図４で示した先の実施態様とは異なる。こ
れにより、単一のトーチアセンブリが、２種の第二酸化気体（例えば、蒸気生成
用の酸素、およびＨＣｌ生成用のＤＣＥおよび酸素）を選択するかまたは連続さ
せることが可能となり、その流れは、全体的に、このトーチ自体の外部気体流れ
制御弁の制御下にある。

【００２７】 今ここで、図８を参照すると、本発明の好ましい実施態様による気体注入サブ
アセンブリ（これは、一般に、８０で示されている）の斜視図が示されている。
気体注入サブアセンブリ８０は、堅固な気体放出ヘッド８５を有し、これは、そ
の間の所定角度（好ましい実施態様では、１０°〜１８０°の範囲）で、２種の
酸化気体それぞれ用の別個の放出面８６および８７を備えている。放出面８６お
よび８７は、それぞれ、その上に、気体流れ放出用の２個のオリフィス８３およ
び８４を形成されている。先の実施態様（図６および７）とは反対に、オリフィ
ス８３および８４ならびに気体流れは、この放出面角度のために、放出面８６お
よび８７と実質的に垂直である。この垂直気体流れは、それが現れるときに、乱
流になりにくく、それにより、速い気体流れ（これは、幅広くなりにくい）を与
えるので、このことは、本実施態様での利点であることが示される。図６および
７で示した先の実施態様と同様に、２個の第一気体オリフィスは、単一の気体導
管により、給送されるのに対して、２個の第二気体オリフィスの各々は、それ自
身の気体導管を有する。本実施態様では、図９Ｂで示すように、第一気体オリフ
ィス８３は、０．５〜２．０ｍｍの範囲の直径を有し、そして２個の第二気体オ
リフィス８４は、０．１〜０．８ｍｍおよび０．５〜１．５ｍｍの範囲の直径を
有する。当業者が理解するように、より小さいオリフィスは、より速い気体流速
を与え、これは、燃焼が起こったとき、より長い火炎を生じ、これは、より低い
気体流速の場合には、制御装置１４０（図１Ａ）に付随した火炎検出器（図示せ
ず）により、さらに容易に検出可能であり、それにより、トーチアセンブリ１０
の操作のより良好な制御を提供する。

【００２８】 再度、図１Ｂを簡単に参照すると、本発明の代替実施態様に従って作製した操
作可能なトーチアセンブリ１０を使用する半導体処理システムのブロック線図が
示されている。この線図における実施態様は、トーチ１１１から処理炉１１５へ
の燃焼気体の流れを制御するための分流器１１８を包含する。今ここで、図１０
Ａおよび１０Ｂを参照すると、本発明のトーチアセンブリを使用する半導体処理
システムにある分流器（これは、一般に、５１０で示されている）の詳細な概略
ブロック線図が示されている。分流器５１０は、トーチ５１２により生成した酸
化生成物気体が反応器チャンバ５１４に到達するのを選択的に防止するために、
使用されている。

【００２９】 本実施態様の分流器は、半導体工業において、ケイ素の急速酸化に使用する湿
式酸化過程での使用に、特に適している。本実施態様が湿式酸化過程で特に適し
ていることは、以下の事実から、理解できる：従来のシステムとは異なり、それ
は、この酸化生成物と接触する可動部を有さず、それゆえ、本実施態様の器具に
より、この処理流体流れには、汚染粒子が放出され得ない。

【００３０】 しかしながら、本発明はまた、他の技術的用途での使用にも適し得、それゆえ
、本発明を、単に、半導体工業での使用に限定することは意図されないことが分
かる。

【００３１】 分流器５１０は、二次導管５１８を包含し、これは、反応器チャンバ５１４の
上流位置にて、一次導管５１６の側壁５２２に形成された出口５２０を経由して
、一次導管５１６と交差して連絡している。さらに、三次導管５２４が設けられ
、これもまた、一次導管５１６と交差している。三次導管５２４は、自由末端部
５２６を有し、これは、一次導管５１６を横切って伸長するように、また、出口
５２０を通って二次導管５１８内へと突出するように、出口５２０と反対側に形
成された開口部５２８を通って伸長している。分かるように、自由末端部５２６
は、二次導管５１８のすぐ内側に狭いオリフィスを有する末端狭窄部５２７を規
定しているが、その機能は、以下で記述する。

【００３２】 これらの図面で見られるように、三次導管５２４の自由末端部５２６は、その
中での流体流れを妨害しないように、一次導管５１６の直径よりも小さな直径を
有し、さらに、出口５２０を通って流れる流体のその中での流体流れを妨害しな
いように、二次導管５１８の直径よりも小さな直径を有する。二次導管５１８は
、吸出弁５３０（これは、任意の適当な型であり得、そして出口５２０の下流に
配列されている）を有し、また、三次導管５２４は、吸気弁５３２（これは、吸
出弁５３０と類似し得、キャリヤ流体供給源５３８と制御関係で配置されている
）を有する。

【００３３】 トーチ５１２から処理チャンバ５１４へと酸化生成物を正常に流そうと努める
とき、弁５３０および５３２は閉じられるかオフにされ、一次導管５１６を通る
流れは、遮断されない。しかしながら、これらの酸化生成物が反応器チャンバ５
１４に到達するのを防止するような様式で、この流れを妨害しようと努めるが、
従来技術とは異なり、この処理流体への汚染粒子の導入を回避するとき、弁５３
０および５３２は開けられ、それにより、弁５３２および三次導管５２４を経由
して、二次導管５１８へと、このキャリヤ流体を注入することが可能となる。

【００３４】 三次導管５２４の自由末端５２６に形成された狭い狭窄部５２７を通って二次
導管５１８に入るキャリヤ流体の流出は、周知のベンチュリ効果により、圧力低
下を起こすように、操作可能である。このキャリヤ流体が供給される圧力は、二
次導管および三次導管５１８および５２４の幾何学的配置と組み合わせて、一次
導管５１６と二次導管５１８との間で圧力低下を起こすように、操作可能であり
、その結果、一次導管５１６中の酸化生成物は、強制的に、出口５２０を通って
、二次導管５１８へと入る。弁５３０および５３２の引き続いた閉鎖により、こ
の圧力低下が取り除かれ、これらの酸化生成物は、次いで、一次導管５１６に沿
って、反応器チャンバ５１４へと、それらの流れを再開する。

【００３５】 上で記述したように、本実施態様は、ケイ素の湿式酸化で使用するのに特に適
しており、この場合、この酸化生成物は、蒸気であり、そしてこのキャリヤ流体
は、不活性気体（例えば、窒素）である。それはまた、ＤＣＥ酸化にも適してお
り、この場合、この酸化生成物は、ＨＣｌである。ある種の半導体処理では、こ
の反応器チャンバに補助化学物質を導入するのが望ましい。本発明の代替実施態
様では、一次導管５１６は、これらの補助化学物質の導入用の補助投入導管（図
示せず）を有する。

【００３６】 この場合、一次導管５１６を流れている蒸気の圧力は、大気圧より少し高く（
ｊｕｓｔ ａｂｏｖｅ）、また、一次導管５１６からの全蒸気流れを反らすのに
必要な二次導管５１８の圧力は、大気圧よりある程度低い（典型的には、５６０
０〜５７００ｍｍ Ｈｇの範囲内）。これは、５１０ｐｓｉ〜５１００ｐｓｉの
範囲の圧力で供給される不活性気体の流れにより、発生される。

【００３７】 さらに、図１０Ｂを特に参照すると、一次、二次および三次導管５１６、５１
８および５２４の内部寸法は、典型的には、以下である： 一次導管５１６ −内径Ｄ１：８〜５２０ｍｍ 二次導管５１８ −内径Ｄ２：６〜７ｍｍ 三次導管５２４ −内径Ｄ２：５〜７ｍｍ 三次導管５２４、 末端狭窄部のオリフィス５２７ −内径ｄ：１〜３ｍｍ 本発明が、単に、湿式酸化過程に限定されず、可動部を有する弁と処理流体と
の間の直接接触をなくすことに努めている他の環境でも使用され得ることは、当
業者が理解する。これらの場合には、一次導管５１６からの流体流れの偏向（上
記のような）だけでなく、導管５１６、５１８および５２４および末端狭窄部５
２７のオリフィスの幾何学的配置を達成するのに必要な様々な圧力は、使用する
液体または気体の性質およびこの処理の性質に従って、決定される。

【００３８】 本発明の範囲が、単に、例として、本明細書において上で具体的に示し記述し
たものには限定されないことは、当業者がさらに理解する。むしろ、本発明の範
囲は、上記特許請求の範囲によってのみ、規定される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】 図１Ａは、本発明の１実施態様に従って作製された操作可能なトーチアセンブ
リの概略図である。

【図１Ｂ】 図１Ｂは、本発明のトーチアセンブリを使用する半導体処理システムのブロッ
ク線図である。

【図２】 図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の好ましい実施態様の石英チャンバの２つの側
面断面図であり、これらは、互いに垂直に取り出されている。

【図３】 図３は、図２Ａの石英チャンバの断面図であり、これは、線３−３に沿って取
り出されている。

【図４】 図４は、本発明の代替実施態様に従ったトーチアセンブリの気体注入サブアセ
ンブリの側面断面図であり、これは、図５と垂直に取り出されている。

【図５】 図５は、本発明の代替実施態様に従ったトーチアセンブリの気体注入サブアセ
ンブリの側面断面図であり、これは、図４と垂直に取り出されている。

【図６】 図６は、本発明のさらに他の代替実施態様に従ったトーチアセンブリの気体注
入サブアセンブリの側面断面図であり、これは、図７と垂直に取り出されている
。

【図７】 図７は、本発明のさらに他の代替実施態様に従ったトーチアセンブリの気体注
入サブアセンブリの側面断面図であり、これは、図６と垂直に取り出されている
。

【図８】 図８は、本発明の好ましい実施態様に従ったトーチアセンブリの気体注入サブ
アセンブリの横断図である。

【図９】 図９Ａおよび図９Ｂは、図８の気体注入サブアセンブリの気体注入ノズルの詳
細図である。

【図１０Ａ】 図１０Ａは、本発明のさらに他の実施態様のトーチアセンブリを使用する半導
体処理システムにある分流器の詳細な概略ブロック線図であり、ここで、酸化気
体は、それぞれ、この半導体反応器チャンバに到達するのを許容されるかまたは
防止されることがわかる。

【図１０Ｂ】 図１０Ｂは、本発明のさらに他の実施態様のトーチアセンブリを使用する半導
体処理システムにある分流器の詳細な概略ブロック線図であり、ここで、酸化気
体は、それぞれ、この半導体反応器チャンバに到達するのを許容されるかまたは
防止されることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5F045 AA20 AC03 AC11 EE04 EE05 EE06 EE07 EF01 EK11

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体処理用の反応器チャンバで使用するために、燃焼およ
   び火炎なし酸化過程のためのトーチアセンブリであって、該トーチアセンブリは
   、以下を包含する： 石英チャンバであって、該石英チャンバは、その中で燃焼および火炎なし酸化
   過程を持続させるためにあり、長手方向軸を規定しており、そして第一および第
   二末端を有し、少なくとも該第二末端は、該チャンバ内の気体の酸化により生成
   される気体状酸化生成物をそこを通って出すように、開いている； 気体注入サブアセンブリであって、該気体注入サブアセンブリは、該チャンバ
   の該第一末端と連携して取り付けられており、そして第一気体注入ノズルおよび
   第二気体注入ノズルおよび第一導管および第二導管を有し、該第一導管および該
   第二導管は、それぞれ、該ノズルを、第一および第二気体供給源に接続する； 起動器ユニットであって、該起動器ユニットは、該気体注入サブアセンブリに
   付随しており、放射エネルギー放出体および少なくとも１個の放射エネルギー吸
   収体を包含し、該少なくとも１個の放射エネルギー吸収体は、該放射エネルギー
   放出体から発した放射エネルギーに応答して、少なくとも１個の熱点を与えて、
   該チャンバの予め選択したゾーンにある該第一および第二気体の酸化を開始する
   ように、操作可能である； 少なくとも１個のヒーターであって、該ヒーターは、該チャンバの該予め選択
   したゾーンにて、該第一および第二気体を、その酸化を持続させるのに充分な温
   度まで加熱するために、該チャンバ内の該長手方向軸にほぼ平行に取り付けられ
   ている； 冷却装置であって、該冷却装置は、該チャンバの壁部分と熱交換関係にある；
   および 制御装置であって、該制御装置は、その操作を制御するために、該トーチアセ
   ンブリに付随している、 を包含する、トーチアセンブリ。
2. 【請求項２】 前記冷却装置が、流動可能冷却媒体を前記チャンバの予め選
   択した前記壁部分と熱交換関係にするための器具を包含する、請求項１に記載の
   トーチアセンブリ。
3. 【請求項３】 前記壁部分が、内部および外部リーフを有する二重壁であり
   、該内部および外部リーフが、相互に向かい合った表面を有していて、その間に
   空間を規定し、そして前記冷却装置が、該空間を通る流動可能冷却媒体を該内部
   リーフと熱交換関係にするための器具を包含する、請求項１に記載のトーチアセ
   ンブリ。
4. 【請求項４】 前記内部リーフおよび前記外部リーフの前記相互に向かい合
   った表面の少なくとも一方が、その上に、前記流動可能冷却媒体用のほぼ螺旋状
   流路を規定するためのリッジを形成している、請求項３に記載のトーチアセンブ
   リ。
5. 【請求項５】 前記放射エネルギー放出体が、少なくとも１個のランプを包
   含し、そして前記少なくとも１個の放射エネルギー吸収体が、該ランプから所定
   距離に配置された少なくとも１個の黒体部材を包含する、請求項１に記載のトー
   チアセンブリ。
6. 【請求項６】 前記少なくとも１個のランプが、タングステンフィラメント
   を備えた石英ハロゲンランプである、請求項５に記載のトーチアセンブリ。
7. 【請求項７】 前記少なくとも１個の黒体部材が、少なくとも１個の炭化ケ
   イ素部材である、請求項５に記載のトーチアセンブリ。
8. 【請求項８】 前記少なくとも１個の黒体部材が、少なくとも１個の石英カ
   プセル化炭化ケイ素部材である、請求項５に記載のトーチアセンブリ。
9. 【請求項９】 前記少なくとも１個の黒体部材が、少なくとも１個の排気し
   た石英カプセル化炭化ケイ素部材である、請求項５に記載のトーチアセンブリ。
10. 【請求項１０】 前記気体注入サブアセンブリが、前記チャンバの前記第一
    末端と一体的に連結されている、請求項１に記載のトーチアセンブリ。
11. 【請求項１１】 前記気体注入サブアセンブリが、前記チャンバの前記第一
    末端上へ取り外し可能に取り付けられており、ここで、該気体注入サブアセンブ
    リが、該気体注入サブアセンブリを該チャンバの該第一末端に密封するための器
    具を包含する、請求項１に記載のトーチアセンブリ。
12. 【請求項１２】 前記少なくとも１個のヒーターが、少なくとも２個のヒー
    ターであり、該少なくとも２個のヒーターが、前記チャンバの前記予め選択した
    ゾーンにて、前記第一および第二気体を、その酸化を持続させるのに充分な温度
    まで加熱するように、単独で操作可能であり、ここで、前記制御装置が、該少な
    くとも２個のヒーターのうちの少なくとも１個が故障した場合に、該チャンバの
    該予め選択したゾーンにて、該第一および第二気体を、その酸化を持続させるの
    に充分な温度まで加熱するために、故障していないヒーターを単独で作動させる
    ように、操作可能である、請求項１に記載のトーチアセンブリ。
13. 【請求項１３】 前記第一気体注入ノズルが、前記長手方向軸に対して所定
    の第一角度で配向された第一軸に沿って、少なくとも最小所定出口速度で、前記
    第一気体の流れを供給するように、操作可能であり；そして 前記第二気体注入ノズルが、該長手方向軸に対して所定の第二角度で配向され
    た第二軸に沿って、少なくとも最小所定出口速度で、前記第二気体の流れを供給
    するように、操作可能であり、 それにより、該第一および第二気体を混合して、該長手方向軸にほぼ沿って、
    その混合流れを生じる、請求項１に記載のトーチアセンブリ。
14. 【請求項１４】 前記第一角度が、５°〜９０°の範囲である、請求項１３
    に記載のトーチアセンブリ。
15. 【請求項１５】 前記第二角度が、５°〜９０°の範囲である、請求項１３
    に記載のトーチアセンブリ。
16. 【請求項１６】 前記第一気体注入ノズルが、その中に、前記第一軸と整列
    したまたは平行な少なくとも１個のオリフィスを形成しており、そして 前記第一導管が、さらに、該第一気体を該少なくとも１個の第一気体オリフィ
    スに選択可能に供給するための器具を包含し、該第一軸にほぼ沿って、該第一気
    体の流れを流出させ、該流出が、少なくとも前記最小所定速度のオリフィス出口
    速度を有する、請求項１３に記載のトーチアセンブリ。
17. 【請求項１７】 前記第一気体注入ノズルが、その中に、少なくとも２個の
    第一気体オリフィスを形成しており、そして 前記第一気体供給器具が、さらに、該第一気体を該少なくとも２個の第一気体
    オリフィスのうちの少なくとも選択したものに選択可能に供給するための器具を
    包含し、該第一軸にほぼ平行な該第一気体の流れを各該選択した第一気体オリフ
    ィスから流出させ、該流出の各々が、少なくとも前記最小所定速度のオリフィス
    出口速度を有する、請求項１６に記載のトーチアセンブリ。
18. 【請求項１８】 前記少なくとも２個の第一気体オリフィスの各々が、該第
    一気体オリフィスの少なくとも１個の他のものとは異なる直径を有する、請求項
    １７に記載のトーチアセンブリ。
19. 【請求項１９】 前記第二気体注入ノズルが、その中に、前記第二軸と整列
    したまたは平行な少なくとも１個のオリフィスを形成しており、そして 前記第二導管が、さらに、該第二気体を該少なくとも１個の第二気体オリフィ
    スに選択可能に供給するための器具を包含し、該第二軸にほぼ沿って、該第二気
    体の流れを流出させ、該流出が、少なくとも前記最小所定速度のオリフィス出口
    速度を有する、請求項１３に記載のトーチアセンブリ。
20. 【請求項２０】 前記第二気体注入ノズルが、その中に、少なくとも２個の
    第二気体オリフィスを形成しており、そして 前記第二気体供給器具が、さらに、該第二気体を該少なくとも２個の第二気体
    オリフィスのうちの少なくとも選択したものに選択可能に供給するための器具を
    包含し、該第二軸にほぼ平行な該第二気体の流れを各該選択した第二気体オリフ
    ィスから流出させ、該流出の各々が、少なくとも前記最小所定速度のオリフィス
    出口速度を有する、請求項１９に記載のトーチアセンブリ。
21. 【請求項２１】 前記少なくとも２個の第二気体オリフィスの各々が、該第
    二気体オリフィスの少なくとも１個の他のものとは異なる直径を有する、請求項
    ２０に記載のトーチアセンブリ。
22. 【請求項２２】 前記気体注入サブアセンブリが、前記長手方向軸とほぼ垂
    直な単一放出面を有し、そして前記第一および第二気体注入ノズルが、前記第一
    および第二角度が９０°以下になるように、また、前記第一および第二気体流れ
    が該放出面から下流の所定ゾーンで収束し混ざるように、その中に位置している
    、請求項１３に記載のトーチアセンブリ。
23. 【請求項２３】 前記気体注入サブアセンブリが、第一および第二放出面を
    有し、該第一および第二放出面では、それぞれ、前記第一および第二気体注入ノ
    ズルが位置しており、ここで、前記第一および第二気体流が、それぞれ、該第一
    および第二放出面とほぼ垂直であり、そして該第一および第二気体注入ノズルが
    、該第一および第二気体流れが該放出面から下流の所定ゾーンで収束し混ざるよ
    うに、位置している、請求項１３に記載のトーチアセンブリ。
24. 【請求項２４】 さらに、分流器を包含し、該分流器が、前記気体状酸化生
    成物が前記反応器チャンバに到達することを選択可能に防止するために、前記石
    英チャンバの前記開放第二末端と半導体処理用の反応器チャンバとの間に位置し
    ており、ここで、該分流器が、以下： 一次導管であって、該一次導管は、該石英チャンバから該反応器チャンバへと
    、該気体状酸化生成物を導くためにある； 二次導管であって、該二次導管は、該反応器チャンバの上流位置でその側壁に
    形成された出口を経由して、該一次導管と交差して連絡している；および 該一次導管および該二次導管を横切る圧力低下を選択可能に加えるための器具
    であって、それにより、該一次導管にある該気体状酸化生成物を該二次導管へと
    流して、該気体状酸化生成物が該反応器チャンバに到達するのを防止する、 を包含する、請求項１に記載のトーチアセンブリ。
25. 【請求項２５】 前記選択可能に加えるための器具が、以下を包含する、請
    求項２４に記載のトーチアセンブリ： 三次導管であって、該三次導管は、前記一次導管と交差しており、そして自由
    末端部を有し、該自由末端部は、前記出口を通って前記二次導管へと突出するよ
    うに、前記一次導管に形成された開口部を通って、伸長している； 該三次導管の該自由末端部は、その中での流体流れを妨げないように、該一次
    導管の直径よりも小さい直径を有する； 該三次導管の該自由末端部は、さらに、該出口から該二次導管内へのその中で
    の流体流れを妨害しないように、該二次導管の直径よりも小さな直径を有する；
    および 注入導管であって、該注入導管は、該三次導管を通って該二次導管内へとキャ
    リヤ流体を選択可能に注入するためにあり、それにより、該二次導管にてベンチ
    ュリ効果を生じ、該一次導管にある気体状酸化生成物を該二次導管内へと流す、 を包含する、トーチアセンブリ。
26. 【請求項２６】 前記注入導管が、上流キャリヤ流体源に付随した吸気弁を
    包含し、そして前記分流器が、さらに、前記出口から遠位にある前記二次導管の
    下流部分に付随した吸出弁を包含し、ここで、該吸気弁および該吸出弁が閉じて
    いるとき、気体状酸化生成物が、前記一次導管に沿って、前記石英チャンバから
    前記反応チャンバへと流れることが可能であり、ここで、該吸気弁および該吸出
    弁が開いているとき、該石英チャンバから該反応器チャンバへと下流に流れる気
    体状酸化生成物が、強制的に、該一次導管を出て該二次導管へと入るようにする
    、請求項２５に記載のトーチアセンブリ。
27. 【請求項２７】 前記一次導管が、補助投入導管を包含し、該補助投入導管
    が、予め選択した補助化学物質を、該一次導管を流れる気体状酸化生成物に添加
    するためにある、請求項２４に記載のトーチアセンブリ。
28. 【請求項２８】 前記キャリヤ流体が、キャリヤ気体である、請求項２５に
    記載のトーチアセンブリ。
29. 【請求項２９】 前記キャリヤ流体が、不活性気体である、請求項２８に記
    載のトーチアセンブリ。
30. 【請求項３０】 さらに、以下を包含する、請求項１に記載のトーチアセン
    ブリ： 火炎検出器であって、該火炎検出器は、前記制御装置に付随しており、そして
    前記石英チャンバの前記予め選択したゾーンでの前記第一および第二気体の火炎
    燃焼の存在を確認するように、操作可能である；および 多数の温度センサであって、該温度センサは、該制御装置に付随しており、そ
    して前記石英チャンバ内でそれと連携して、多数の所定位置に配置されている、 を包含する、トーチアセンブリ。
31. 【請求項３１】 前記第一気体が、単一の第一気体、および複数の予め選択
    した第一気体の少なくとも２種の所定濃度の混合物のうちの１種であり、そして 前記第一および第二気体の所定濃度の混合物を選択的に生成し供給するために
    、前記第一導管が、分枝および混合導管ならびに第一気体流制御器具を包含し、
    そして前記第二導管が、第二気体流制御器具を包含し、 該第一および第二導管が、以下： 窒素中に所定濃度で懸濁させた酸素およびジクロロエチレン（ＤＣＥ）蒸気の
    予め選択した濃度の混合物である第一気体であって、該第一気体は、第二気体を
    含まない；それにより、適当な環境条件下にて、火炎なし酸化が起こる；および 酸素と、窒素中に所定濃度で懸濁させた酸素およびジクロロエチレン（ＤＣＥ
    ）蒸気の所定濃度の混合物とのうちの１種である第一気体；および 水素である第二気体；それにより、適当な環境条件下にて、燃焼が起こる、 の１種を供給するように、選択的に操作可能である、請求項１に記載のトーチ
    アセンブリ。