JP2018064094A - 回収装置を有する熱処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】回収装置を有する熱処理システムを提供する。【解決手段】熱処理システム１００は複数の基板１０を収容可能なチャンバ２と、チャンバ２の遠位部にあるガス吸気通路５と、熱処理中に生成されるガスおよび揮発性種用の排気通路６であってチャンバ２の近位部にある排気通路６と、を備える。熱処理システム１００は、チャンバ２の近位部において、排気通路６と連通する隔室であって回収装置２００の内表面において揮発性種の凝集物７の形成が促進されるように、ガスおよび揮発性種が流れる隔室を規定する回収装置２００を備える。【選択図】図２ａ

Description

本発明は、複数の基板を収容可能なチャンバを備える熱処理システムに関する。このシステムには、排出されるべきガスの一部がチャンバの内壁において凝縮することで生じる凝集物と、基板をアンロードする工程において生じる特定の汚染と、を制限するために、回収装置が設けられている。

シリコン基板またはシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板は、マイクロエレクトロニクス装置の製造に一般的に利用されている。それ自体よく知られているように、そのような基板は、支持基板上に設けられた、シリコンおよび埋め込み酸化物の有用層（useful layer）を含む。上記基板上におけるトランジスタの集積度をさらに高めることを可能にする目的で、基本要素の横寸法およびエッチングの厚さを削減するには、結晶の品質および層の均一性という観点と特定の汚染という観点の双方で、より高品質な基板が必要となる。

ＳＯＩ基板を製造するために、具体的には結合界面またはシリコンおよび埋め込み酸化物の有用層が仕上ったもの（finish）を強固にする（consolidating）工程において、高温の熱処理が行われる。熱処理システム、具体的には縦置きの炉であり複数の基板を同時に処理可能なものである、は、特にこのタイプの工程に適している。図１ａに示すように、縦置きの炉１は、主としてチャンバ２（または筒）によって構成され、その内側では、複数の基板１０を支持するローディングカラム３が、複数の基板１０をロード／アンロードしたりそれらをチャンバ２内で保持したりするための縦方向の並進運動を実行できる。発熱体４、新しいガス用の少なくとも１つの吸気通路５および排出されるべきガス用の排気通路６とともにチャンバ２の周囲に設けられている、もまたこのタイプの炉を構成している。

一例では、ＳＯＩ基板は、シリコンの表面を平滑化するためおよび／または埋め込み酸化物（ＢＯＸと称される）の全部または一部を溶解（dissolve）させるために、不活性雰囲気化で高温の熱処理（＞１１００℃）に曝されることがある。これらの処理条件下では、溶解現象によるＢＯＸの厚さの減少が見られる。ガス状の一酸化ケイ素（ＳｉＯ）は、上記溶解反応の生成物である。一酸化ケイ素は、縦置きの炉１のチャンバ２内を流れる熱移動ガスの流れによって運ばれる前においては溶解速度に比例する量で、ＳＯＩ基板の表面からチャンバ２の底に存する炉の排気通路６（排気管とも称される）へと逃げる。溶解現象は、特に、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ， ｖｏｌｕｍｅ １５６−１５８ （２０１０）,６９−７６頁に掲載されたＯ． Ｋｏｎｏｎｃｈｕｃｋらによる文書“Ｎｏｖｅｌ ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ ＳＯＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＣＭＯＳ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”において報告されている。

チャンバ２の底では、ガスは、それが発熱体４の近くの領域を離れ排気管６へと流れるときに、徐々に冷える。ＳｉＯは熱移動ガスに対して高い可溶性を示すわけではないため、それは、炉１の底の中実部分：主として、チャンバ２の内壁と、排気通路６のダクトと、基板１０のローディングカラム３の下部とにおいて、臨界温度未満で凝縮する（図１ｂ）。基板１０の処理を通じて、上記凝集物７は厚さを増していき、その厚さは数マイクロメートルに達し得る。ＳｉＯ、ＳｉおよびＳｉＯ₂の混合体でできているため、それは、過度に厚くなると、相当程度の応力がかかり、削り屑の形状で剥離する。炉１をロードする段階およびアンロードする段階において、ローディングカラム３はチャンバ２に入ったりチャンバ２から出たりし、基板１０はＳｉＯ凝集物７があるチャンバ２の底を直接的に通る（図１ｃ）。ＳｉＯ凝集物７の剥離により、基板１０の特定の汚染が生じる。このことで、その最終的な品質は大きく損われる。

ＳｉＯ凝集物７の大部分を回収して炉１のチャンバ２の健全性（integrity）を確保するように、水晶保護スクリーンがチャンバ２の底に配置され得る。これらのスクリーンは、犠牲的である：それらは、交換可能であり、熱処理システムにおける非常に高価な部品であり交換に長時間かかるものであるチャンバ２の耐用寿命を相当程度伸ばすことを可能にする。

しかしながら、それらの非常に規則的な交換、そのような交換は経済的に実行不可能である、がなされない場合には、上述の保護スクリーンはＳｉＯ凝集物の剥離による基板１０の特定の汚染の問題に対する解決策にはならない。なぜなら、ロード工程およびアンロード工程において基板１０のローディングカラム３が汚染されたスクリーンの近くを通ることが続けられるためである。

本発明は、上述の欠点の全部または一部を解決することを目的とする。本発明の１つの主題は、熱処理システムであって、該基板の品質を損なう特定の汚染を避けるために、該システムのチャンバ内の基板移送領域における凝集物の存在を減少させることまたはなくすことを可能にする回収装置が設けられた、熱処理システムである。

本発明は、複数の基板を収容可能なチャンバと、基板がチャンバに入る領域の反対に存するチャンバの遠位部にあるガス吸気通路と、熱処理中に生成されるガスおよび／または揮発性種用の排気通路であって基板がチャンバに入る上記の領域の近くに存するチャンバの近位部にある排気通路と、を備える熱処理システムであって；熱処理システムは、チャンバの近位部において、回収装置であって：
・チャンバの遠位部の方を向いた取り込み開口を有し、
・排気通路と連通する隔室であって回収装置の内表面において揮発性種の凝集物の形成が促進されるように、ガスおよび揮発性種が取り込み開口を介して隔室に入り隔室を通過して排気通路に至るように構成された隔室を規定する、回収装置、を備えることを特徴とする熱処理システムに関する。

チャンバ内を流れるガスおよび揮発性種が、揮発性種が凝縮して凝集物が形成され得るチャンバの近位部にある回収装置の隔室内で回収される。凝集物は、いくらか形成されるのが避けられないのであれば、回収装置の隔室の内表面に少なくともある程度生じる。剥離が生じたとしても、粒子は、実質的に、チャンバ内ではなく回収装置の隔室内で生成されることになる：これにより、システムのロードおよび／またはアンロードのためにローディングカラム内に設けられた基板を移送する際の、特定の汚染のリスクが相当程度制限される。

本発明の有利な特徴によれば、単独でまたは組み合わせで、以下が採用される：
・回収装置は、環状断面を有する中空シリンダーの全体形状を有し、上記の環状断面は、隔室の断面を形成する；
・回収装置は、環状断面を有する中空シリンダーの全体形状を有し、上記の環状断面は、隔室の断面を形成する；
・隔室の断面は、１ｍｍから１０ｍｍの、好ましくは５ｍｍの幅を有する；
・取り込み開口は、温度が揮発性種の臨界凝縮温度よりも高いチャンバ内の位置に存する；
・隔室は、チャンバの内壁に設けられた第１のシリンダー状壁と、少なくとも１つのパージ孔を有する第２のシリンダー状壁と、を備える；
・回収装置は、排気通路に挿入可能なチップであって、該チップの一端が隔室と連通しているチップを備える；
・回収装置は、取り外し可能である；
・回収装置は、水晶、シリコンカーバイド、シリコン、窒化アルミニウムおよびアルミナから選択される材料から形成されている。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面の参照を伴う詳細な説明により明らかとなる。

図１ａ，１ｂおよび１ｃは、先行技術の縦置きの炉の構成を示す。 図１ａ，１ｂおよび１ｃは、先行技術の縦置きの炉の構成を示す。 図１ａ，１ｂおよび１ｃは、先行技術の縦置きの炉の構成を示す。 図２ａおよび２ｂは、本発明に係る、回収装置が設けられた熱処理システムを示す。 図２ａおよび２ｂは、本発明に係る、回収装置が設けられた熱処理システムを示す。 図３ａおよび３ｂは、本発明に係る、回収装置の実施形態を示す。 図３ａおよび３ｂは、本発明に係る、回収装置の実施形態を示す。 図４ａおよび４ｂは、本発明に係る、回収装置の別の実施形態を示す。 図４ａおよび４ｂは、本発明に係る、回収装置の別の実施形態を示す。

図面は、限定的な意味を有するものとして解釈されるべきではない図表示である。図面における同じ参照符号が、似た要素に用いられることがある。

本発明は、複数の基板１０を処理可能な熱処理システム１００に関する。図２ａおよび２ｂに示すように、システム１００は、ローディングカラム３によって支持された複数の基板１０を収容可能なチャンバ２を備える。また、それは、チャンバ２における遠位部と称される第１部分に、ガスまたはガス混合体用の吸気通路５を備える。遠位部は、基板１０がチャンバ２に入る領域の反対に存するチャンバ２の端部を指す。チャンバが横置きまたは縦置きである熱処理システムにおいて、ガスがチャンバ２の遠位部に取り込まれるのは一般的なことである。また、システム１００は、熱処理中に生成され得るガスおよび／または揮発性種用の排気通路６を備える。上記排気通路６は、チャンバ２の近位部と称される第２部分に存する；近位部は、基板１０がチャンバ２に入る領域の近くに存するチャンバ２の部分を指す。

一例では、冒頭で述べたように、ＳＯＩ基板を平滑化するための熱処理の際、吸気通路５によって取り込まれるガスは、アルゴンなどの不活性ガスである；約１１００℃で、埋め込み酸化物の溶解の現象が現れ、これにより、揮発性化合物：ガス状の一酸化ケイ素（ＳｉＯ）が生成される。ＳｉＯ揮発性種は、アルゴンの流れによって、排気通路６へと運ばれる。

また、熱処理システム１００は、チャンバ２の近位部に、回収装置２００を備える。回収装置２００は、排気通路６と連通する隔室２０１を規定しており、そこではガスおよび揮発性種は排出されるよう流れる。回収装置２００は、チャンバ２の近位部に存し、そこではシステム１００における発熱体４からの距離により温度が下がる。この部分では、ガスおよび揮発性種は冷える：そして、ガスおよび／または揮発性種の全部または一部は、それらが接触する要素の壁で凝縮し、本明細書の以下で汚染凝集物と称される凝集物７が形成され得る。隔室２０１の内側におけるガスおよび揮発性種の強制的な流れにより、回収装置２００の上記隔室２０１の内表面における汚染凝集物の形成が促進される。これにより、ローディングカラム３の下部（すなわち、チャンバ２の近位部に存する部分）とともに、チャンバ２の内壁および／または回収装置２００の外表面における上記汚染凝集物７の形成を制限できる。剥離が生じたとしても、粒子は、実質的に、チャンバ２内ではなく回収装置２００の隔室２０１内で生成されることになる：これにより、システム１００のロードおよびアンロードの際、ローディングカラム３によって支持された基板１０の移送時における特定の汚染のリスクが相当程度制限される。

回収装置２００の隔室２０１は、チャンバ２の遠位部の方を向いた取り込み開口２０２を有する。隔室２０１は、取り込み開口２０２によってチャンバと連通している。吸気通路５から排気通路６へとチャンバ２内を流れるガスおよび揮発性種は、取り込み開口２０２を介して隔室２０１に入り、隔室２０１を通過して排気通路６に至る。排気通路６は隔室２０１に連通している。排気通路６に至るように、ガスおよび揮発性種は、強制的に、回収装置２００の隔室２０１を通って流れる。

取り込み開口２０２は、チャンバ２の中央領域の下、中央領域では基板がローディングカラム３内に保持されている、に存する。

有利には、取り込み開口２０２は、ガスおよび揮発性種の温度が揮発性種の全部または一部の臨界凝縮温度（critical condensation temperature）よりも高いチャンバ２内の位置に存する。凝縮する場合、汚染凝集物は、ガスが取り込み開口２０２を介して入った後に隔室２０１の内壁で凝集することになる。これにより、基板のロードまたはアンロードの際に基板へと粒子を放出するおそれまたはローディングカラム３の底部、ローディングカラム３は交換もしくは洗浄が困難で費用がかかる、へと粒子を放出するおそれがある凝集物が壁に形成されることが防止される。

縦置きの熱処理システム１００の図示のケースでは、取り込み開口２０２が存する位置の高さは、隔室２０１に入る際の揮発性種の温度を規定する。この高さは、典型的には、基板１０の取り入れ口（縦置きの炉の底に位置する）と取り込み開口２０２との間の距離に対応する。チャンバ２の内壁における汚染凝集物７の発生を避けるために、回収装置２００の高さは、隔室２０１に入る際の揮発性種の温度が揮発性種の臨界凝縮温度（Ｔc）よりも高くなるように選択される。

例えば、ＳｉＯの揮発性種では、隔室２０１の取り込み開口２０２に入る際の揮発性種は約１１００℃であり、臨界凝縮温度は１０５０℃程度である。例えば、チャンバ２が１７０ｃｍの長さと３５ｃｍの直径の断面を有する縦置きの炉１００では、取り込み開口２０２の高さは約３０ｃｍであり、基板１０がローディングカラム３によって支持されている中央領域は、４５ｃｍの高さから１５０ｃｍの高さまで延びている。

熱処理システム１００で実装される方法、温度プロファイルならびにガスおよび揮発性種のタイプによって規定される、によっては、チャンバ２の内側の回収装置２００の取り込み開口２０２の高さは、揮発性種がその臨界凝縮温度となる高さに調節されるように、異なるものであってもよい。このため、方法によっては、特定の寸法を有する様々な回収装置２００があってもよい。

明らかではあるが、有利には、回収装置２００の取り込み開口２０２は、チャンバ２の取り入れ領域に最も近い基板よりも低い位置にある。

また、同一方法において、熱処理システム１００のタイプ（その寸法、その温度制御など）に応じて回収装置２００の取り込み開口２０２の高さは調節されてもよい。なぜなら、チャンバ２の内側の熱プロファイルは、システムによって異なることがあるためである。

第１の実施形態によれば、回収装置２００は、環状断面を有する中空シリンダー部の全体形状を有する（図３ａおよび３ｂ）。この環状断面は、隔室２０１の断面を形成する。取り込み開口２０２は、環状断面の部分の形状を有する。有利には、回収装置２００は、排気通路６のダクトの内壁を少なくとも部分的に汚染凝集物７から保護するために、排気通路６に挿入可能なチップ２０３を備える。チップの一端は、隔室２０１と連通している。

図３ｂは、本発明の第１の実施形態に係るシステム１００のチャンバの近位部の部分図である。隔室２０１の第１のシリンダー状壁は、チャンバ２の内壁に設けられている；本明細書では、シリンダー状壁は、完全なシリンダーまたはシリンダーの一部を形成する壁を指す。第２のシリンダー状壁はチャンバ２の内側に向かって第１の壁の反対にあり、第２の壁は第１の壁の高さと実質的に同じ高さを有する。チップ２０３は、排気通路６に挿入されている。

一変形例によれば、チャンバ２の内壁に設けられた第１のシリンダー状壁が内壁の一部だけではなく全周にわたって延び、一方、第２の壁がシリンダー部のみにおいて隔室を規定していてもよい。

図４ａおよび４ｂに示す第２の実施形態によれば、回収装置２００は環状断面を有する中空シリンダーの全体形状を有し、この環状断面は隔室２０１の断面を形成している。取り込み開口２０２は、環状断面の形状を有する。有利には、回収装置２００は、排気通路６に挿入可能なチップ２０３を備える（図では直接的には見えない、というのは、それは背景にあるためである）。

第１の実施形態および第２の実施形態で説明された構成の両方において、ガスの流れが隔室２０１を通る。取り込み開口２０２とチャンバ２の取り入れ口との間に存するチャンバ２の近位部に存するガスの体積は、凝集物７が生じないデッドボリュームである。しかしながら、システム１００を開くドアの熱保護の観点から、近位部において小さい流れを維持することが有利となり得る。一変形例によれば、隔室２０１の第２のシリンダー状壁は、少なくとも１つのパージ孔２０４を有する。これにより、隔室２０１の取り込み開口２０２とチャンバ２の取り入れ口との間に存するガスの体積を放出することが可能となる。しかしながら、チャンバ２の内側または隔室２０１の第２のシリンダー状壁の外表面（すなわち、チャンバ２の内側）における汚染凝集物７の形成を可能な限り制限するには、パージ孔２０４の総断面を取り込み開口２０２の断面に比べて無視できるようにする必要がある。

有利には、隔室２０１の断面および取り込み開口２０２は、１ｍｍから１０ｍｍの範囲であり得る、好ましくは５ｍｍである幅を有する。この幅、この幅は回収装置２００の厚さを規定している、は、ローディングカラム３をチャンバ２に入れるための必要によって制限される。

有利には、回収装置２００は、水晶、シリコンカーバイド、シリコン、窒化アルミニウムおよびアルミナから選択される材料から形成されている。

有利には、回収装置２００は、取り外し可能に構成されている。汚染凝集物７は、システム１００から取り外された後に、回収装置２００を洗浄することによって除去できる。その後、それは、再利用のために、熱処理システム１００に再度取り付け可能である。

本発明は、ＳＯＩ基板を平滑化するための熱処理において特に有用である。ここで、この熱処理はＢＯＸの溶解を引き起こし排出されるべきＳｉＯガス状種を生成するものであり、ＳｉＯガス状種は冷えることにより壁で凝縮して凝集物７を形成するものである。

自明ではあるが、それは、チャンバ２内に存するガス状種の一部がある温度未満で凝縮して凝集物７が形成されるおそれがありこれに続く凝集物７の剥離により処理された基板の品質が損われる、他のタイプの熱処理に利用可能である。

本発明は、縦置き構造（すなわち、チャンバの主たる寸法が縦方向の姿勢をとる）の熱処理システムを参照して例示的に図示されてきた。本発明は、横置き構造の熱処理システムを構成することもできる。

さらに、本発明は、説明された実施形態に限定されず、請求項によって規定される本発明の範囲を逸脱することなく変形実施形態が提供され得る。

Claims (9)

1. 複数の基板（１０）を収容可能なチャンバ（２）と、基板（１０）が前記チャンバに入る領域の反対に存する前記チャンバ（２）の遠位部にあるガス吸気通路（５）と、熱処理中に生成されるガスおよび／または揮発性種用の排気通路（６）であって前記基板（１０）が前記チャンバに入る前記領域の近くに存する前記チャンバ（２）の近位部にある排気通路（６）と、を備える熱処理システム（１００）であって；前記熱処理システム（１００）は、前記チャンバ（２）の前記近位部において、回収装置（２００）であって：
   ・前記チャンバ（２）の前記遠位部の方を向いた取り込み開口（２０２）を有し、
   ・前記排気通路（６）と連通する隔室（２０１）であってガスおよび揮発性種が前記取り込み開口（２０２）を介して前記隔室（２０１）に入り前記隔室を通過して前記排気通路（６）に至るように構成された隔室（２０１）を規定する、回収装置（２００）、を備えることを特徴とする熱処理システム（１００）。
2. 前記回収装置（２００）は、環状断面を有する中空シリンダー部の全体形状を有し、前記環状断面は、前記隔室（２０１）の断面を形成する、先行する請求項に記載の熱処理システム（１００）。
3. 前記回収装置（２００）は、環状断面を有する中空シリンダーの全体形状を有し、前記環状断面は、前記隔室（２０１）の断面を形成する、請求項１に記載の熱処理システム（１００）。
4. 前記隔室（２０１）の前記断面は、１ｍｍから１０ｍｍの幅を有する、２つの先行する請求項のうちの１つに記載の熱処理システム（１００）。
5. 前記取り込み開口（２０２）は、温度が揮発性種の臨界凝縮温度よりも高い前記チャンバ（２）内の位置に存する、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱処理システム（１００）。
6. 前記隔室（２０１）は、前記チャンバ（２）の内壁に設けられた第１のシリンダー状壁と、少なくとも１つのパージ孔（２０４）を有する第２のシリンダー状壁と、を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱処理システム（１００）。
7. 前記回収装置（２００）は、前記排気通路（６）に挿入可能なチップ（２０３）であって、該チップ（２０３）の一端が前記隔室（２０１）と連通しているチップ（２０３）を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱処理システム（１００）。
8. 前記回収装置（２００）は、取り外し可能である、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱処理システム（１００）。
9. 前記回収装置（２００）は、水晶、シリコンカーバイド、シリコン、窒化アルミニウムおよびアルミナから選択される材料から形成されている、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱処理システム（１００）。