JP2003531489A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハーの装填および取出しのためのポートを有し、ハウジングを通してパージガスを流すためのパージガス注入口ポートおよびパージガス出口ポートを有するハウジングと、
ハウジング内に包含されて、ウェハーの装填および取出しのためのポートを有し、ウェハーを保持するためのウェハー支持体を含む処理チャンバーと、
ハウジング内に配置され、処理チャンバーの外面に熱を与えるようにして配列される複数の加熱エレメントと、
少なくとも１つの加熱エレメントとハウジングとの間に配置される少なくとも１つの熱シールドと、
加熱エレメントを制御してウェハーを実質的に熱処理温度に保つ温度制御システムとを含む、半導体ウェハーを熱処理する装置であって、
処理チャンバーが前処理ゾーン、処理ゾーン、後処理ゾーンを含み、各ゾーンが独立した温度を保てるように、温度制御システムが前処理ゾーン、処理ゾーン、後処理ゾーンについてあらかじめ選択された温度を独立に制御できる、半導体ウェハーを熱処理する装置。
【請求項２】
加熱エレメントが電気抵抗ストリップヒーターを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ウェハー支持体を処理チャンバーに回転できるように連結して、ウェハーを回転できるようにする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ハウジング内面への蒸着を実質的に防止するために、ハウジング内面に隣接して配置されるライナーをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ハウジングがハウジングを冷却するための流体を受け取るための溝を有する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
処理ガスを処理チャンバーに運ぶために処理チャンバーに結合されるガス注入コンジットと、
処理ガスを処理チャンバーから除去するために処理チャンバーに結合されるガス排気コンジットとをさらに含み、
ガス注入コンジットおよびガス排気コンジットが、処理チャンバーに入る処理ガスがウェハー表面と実質的に平行な方向に流れるように配列される、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
実質的に硬質で処理チャンバーに結合され、ウェハー支持体の上を流れる処理ガスのための流路の片側を画定するようにウェハー支持体に隣接して配置される速度勾配プレートをさらに含み、
流路の断面積が、速度勾配プレートとウェハー支持体との間の垂直距離変化に応じて、処理ガスの流れ方向に小さくなる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
速度勾配プレートが、速度勾配プレートとウェハー支持体との間の距離を調節できるように処理チャンバーに可動的に結合される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前処理ゾーンが、処理チャンバーへ処理ガスを流入するためのガス注入器と、
処理ガスがウェハー支持体に到達する前にあらかじめ選択された前処理温度前後に予熱されるように、熱を処理ガスに伝達できるガス予熱器とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
処理ゾーンにウェハーホルダーを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
処理ゾーンを後処理ゾーンから隔離する阻流板をさらに含み、
阻流板は、ガスが処理ゾーンから後処理ゾーンに流れることを可能にし、後処理ゾーンをあらかじめ選択された後処理温度を保つことができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
処理チャンバーが実質的に等温の処理ゾーンを含み、
ストリップヒーターの実質的に等温の区画のみが処理チャンバーの等温の処理ゾーンを加熱するように、ストリップヒーターのための電気接点が等温の処理ゾーンから離れて配置される、請求項２に記載の装置。
【請求項１３】
電気接点に近いストリップヒーターのより冷たい区画が、実質的に処理チャンバーを冷却しないように、ストリップヒーターの電気接点が処理チャンバーから離れて配置される、請求項２に記載の装置。
【請求項１４】
加熱エレメントが電気抵抗ストリップヒーターを含み、
ストリップヒーターの実質的に等温の区画のみが処理チャンバーの処理ゾーンを加熱するように、ストリップヒーターのための電気接点が処理チャンバーから離れて配置される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
電気接点に近いストリップヒーターのより冷たい区画が処理チャンバーの処理ゾーンを実質的に冷却しないように、ストリップヒーターの電気接点が処理チャンバーから離れて配置される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
加熱エレメントが、ａ）電気抵抗ストリップヒーター、およびｂ）赤外線ランプの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
加熱エレメントが、ａ）電気抵抗ストリップヒーター、およびｂ）赤外線ランプの少なくとも１つを含み、加熱エレメントのための電気接点が処理チャンバーから離れて配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
加熱エレメントが、電気抵抗ストリップヒーター、赤外線ランプ、および高周波誘導ヒーターから成る群より選択される電力加熱エレメントであって、
電気接点に近い加熱エレメントのより冷たい区画が処理チャンバーの処理ゾーンを実質的に冷却しないように、加熱エレメントのための電気接点が処理チャンバーの処理ゾーンから離れて配置される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
処理チャンバーが耐熱材料からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
耐熱材料が、炭化ケイ素、炭化ケイ素被覆グラファイト、グラファイト、石英、ケイ素、セラミック、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、および酸化ジルコニウムから成る群より選択される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
少なくとも２つの熱シールドと、
熱シールド間に配置されるスペーサーとを有し、
スペーサーは熱シールド間の接触を防ぐことができ、スペーサーが耐熱材料で作られる、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
温度制御システムが、加熱エレメント温度、処理チャンバー温度、およびウェハー温度を制御するための複数の温度センサーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
温度センサーが、ａ）高温計、およびｂ）熱電対の少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
ａ）前処理ゾーン、処理ゾーン、後処理ゾーンを含む処理チャンバーを提供するステップと、
ｂ）電気抵抗ストリップヒーターの実質的に等温の区画を使用して処理チャンバーの壁を温め、処理チャンバー内に実質的に等温の処理ゾーンを作り出すステップと、
ｃ）ウェハーを処理ゾーン内に提供するステップと、
ｄ）ウェハーを回転させるステップと、
ｅ）実質的にウェハー表面と平行な方向に予熱されたガスをウェハー上に流すステップと、
ｆ）ガス速度がガスの流れ方向に増大するように、予熱されたガス内に速度勾配を導入するステップと、
ｇ）ガスが処理チャンバーを出るまで、後処理ゾーン内のガスをあらかじめ選択された温度に保つステップとを含む、半導体ウェハーを熱処理する方法。
【請求項２５】
ヒーターおよび処理チャンバーからの熱損失を制限するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
処理チャンバーからの実質的に全ての処理ガス漏洩を捕捉するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
ステップｂ）が温度を複数の部位で測定するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
ステップｄ）の後、ウェハーが回転する間 に、温度をウェハー上の複数の部位で測定するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
ステップｅ）で述べられるガスが、アニーリング、ドーパント活性化、化学蒸着による蒸着、エピタキシャル蒸着による蒸着、ドーピング、ケイ化物形成、窒化、酸化、蒸着のリフローイング、および再結晶から成る群より選択される、半導体ウェハーの処理ステップを引き起こすように選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
ハウジング内に処理チャンバーを封入するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ウェハーの装填および取出しのためのポートを有し、ハウジングを通してパージガスを流すためのパージガス注入ポートおよびパージガス出口ポートを有するハウジングと、
ハウジング内に包含され、前処理ゾーン、処理ゾーン、および後処理ゾーンを有し、ウェハーの装填および取出しのためのポートを有し、
ウェハーを処理ゾーン内に保持するためのウェハー支持体を有し、
ウェハー支持体が処理チャンバー内で回転できるように結合される処理チャンバーと、
ハウジング内に配置され、処理チャンバー外面に熱を与えるように配列される複数の電気抵抗ストリップヒーターと、
少なくとも１つのストリップヒーターとハウジングとの間に配置される少なくとも１つの熱シールドと、
ストリップヒーターを制御してウェハーを実質的に熱処理温度に保つ温度制御システムであって、各ゾーンが独立した温度を保てるように、前処理ゾーン、処理ゾーン、および後処理ゾーンのためにあらかじめ選択された温度を独立に制御できる温度制御システムと、
処理ガスを処理チャンバーに運ぶために処理チャンバーに結合されたガス注入コンジットと、
処理ガスを処理チャンバーから除去するために処理チャンバーに結合されたガス排気コンジットと、
実質的に硬質で、処理チャンバーと結合され、ウェハー支持体の上を流れる処理ガスのための流路の片側を画定するようにウェハー支持体に隣接して配置される速度勾配プレートと、を含み、
流路の断面積が、速度勾配プレートとウェハー支持体との間の垂直距離変化に応じて、処理ガスの流れ方向に小さくなる、半導体ウェハー上でエピタキシャル成長を行わせるための装置。
【請求項３２】
実質的にハウジング内面への蒸着を防ぐために、ハウジング内面に隣接して配置されるライナーをさらに含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
ストリップヒーターのための電気接点が、処理チャンバーの処理ゾーンから離れて配置される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
温度制御システムが、加熱エレメント温度、処理チャンバー温度、およびウェハー温度を制御するための複数の温度センサーを含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
処理チャンバー内のポートに近接して配置され、ａ）処理チャンバー、ｂ）ハウジング、およびｃ）熱シールドの少なくとも１つと可動的に結合し、
ウェハーの装填および取り出しができるように、処理チャンバー内におけるポートへのアクセスを可能にする第１の位置と、ウェハー処理中に処理チャンバー内部からの放射熱損失を低減するように、処理チャンバー内におけるポートへのアクセスを妨げる第２の位置との間で可動的である、チャンバーアクセスプレートをさらに含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３６】
前処理ゾーンに、処理ガスが処理ゾーンに入る前に処理ガスを加熱するためのガス予熱器を有する、請求項３１に記載の装置。

ウェハーの端とホットウォール輻射線源とが近接しているために、ウェハーの端がウェハー中心よりも熱くなってしまうという、加熱炉システムにさらに別の問題が起こる。この状況はウェハーの結晶格子中に熱圧力割れを生じさせて転位を起こし、結果としてすべりまたはその他の欠陥を生じさせる。欠陥が回路中に生じた場合、これらのタイプの欠陥は現代の装置において歩留まりの問題を引き起こすことが知られている。ウェハーが反ったり歪んだりして、その後の処理に適さなくなった場合、別の問題が生じる。典型的にはウェハーは、ウェハーを保持するスロットがある石英またはＳｉＣボートに装填される。スロット周囲の領域は、処理中に均一性の問題を引き起こす。さらにウェハーが挟まれて局部的な圧力を受けると、すべりを生じさせることとなる。

ここで図３について述べると、処理チャンバー５４の実施の形態例の横断面図が示される。処理チャンバー５４は、処理ゾーン５８、前処理ゾーン１１４、および後処理ゾーン１１８の３つのゾーンを含む。処理ゾーン５８は、前処理ゾーン１１４と後処理ゾーン１１８とを隔てる。