JP4417641B2 - 環状チャネルを有するプロセスチューブ支持スリーブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概ね半導体ウェハ処理用の炉に関し、さらに詳細には、高温プロセスにおいて用いるプロセスチューブ支持用のスリーブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
いくつかの理由から、半導体プロセスに通常用いる炉には欠点がある。
【０００３】
例えば、半導体産業において、例えば約１１００℃から１３５０℃の範囲の温度で処理を行う高温プロセスに使用する炉では、SiC（炭化ケイ素）からなるプロセスチューブを用いることが典型的である。炭化ケイ素は、望ましくは高温に耐え得る材料であるとともに半導体プロセスにおける使用に適切な純度のものを入手可能であることから、プロセスチューブを形成するために用いられる。
【０００４】
しかしながら、SiCが遭遇する問題は、SiCが高い熱伝導率を有することである。この高い熱伝導率のために、炉内の加熱エレメントから離れた場所にあるSiCプロセスチューブの末端は、加熱エレメントに近いプロセスチューブ部分と比べても非常に高温のままである。従って、SiCは、加熱エレメントに近い領域から遠ざかる方へ熱を伝導し、その結果、プロセスチューブの末端において望ましくない熱損失が生じ得る。プロセスチューブからの熱損失を最低限にするために、ASM International N.V.に譲渡された米国特許第5,662,470号明細書が、プロセスチューブとより低温の金属製の支持構造体との間において、SiCからなる同様の部分よりも熱伝導率が低い、石英製の支持スリーブを使用することを説明している。
【０００５】
炉の種々の部分が接する場所において、プロセスガスの周囲環境への漏出および、プロセスチューブ内への大気の漏入を防ぐために、通常シールが必要である。熱伝導率が高いために、シールの場所におけるSiCプロセスチューブの温度は、炉の作動温度に近づくことになるので、特に炉を高温プロセスに用いる場合には、シールは耐熱性のあるものとすべきである。米国特許第5,662,470号明細書において、シールは、SiCプロセスチューブ面を石英支持スリーブ面と単に接触させることにより形成される。しかしながら、このようなシールでは、いくらかのプロセスガス及び大気の漏出入がなお起こり得るので、プロセスチューブ内における高純度雰囲気が必要な場合に使用するには適切ではない。
【０００６】
プロセスチューブの雰囲気純度要件から生じる問題に加えて、炉に関する別の問題が、縦型炉内へガスを給送することにより起こる熱影響から生じる。ガスは、炉に入る前に、室温からプロセス温度へ加熱すべきである。先行技術に係る１つの設計において、ガス給送管は、プロセスチューブの外側に装着される。ガスは、プロセスチューブの底部近くに配置された給送管の底部から供給され、給送管を通り上方向に炉の上部へ流れ、該炉の上部において中央に反応チャンバー内へ導入される。この方法によって、ガスが、ガス給送管を通り上方へプロセスチューブの長さを流れる間に、ガス給送管の配置場所において炉から熱を引き出すことにより高温となるので、温度がプロセスチューブの長さに渡って径方向に均等でなくなる。さらに、プロセスチューブの上部におけるガスの導入は、下方のウェハに対して最上部のウェハにおける熱影響を強める結果となる。
【０００７】
ガスの給送により生じる熱影響とは別に、ガスのプロセスチューブ内への給送及びそこからの排出動作は、円筒形でも対称的でもないプロセスチューブ内に流れのパターンを生じさせ得る。すなわち、該流れパターンは、プロセスチューブの水平方向の断面に渡って対称的でない。この非対称的な流れパターンは、プロセスチューブ内において処理されるウェハにおける処理結果を不均一にする可能性がある。
【０００８】
処理結果におけるこれらの不均一を最小限にする１つの可能な解決法は、処理中に、ウェハを収容したボートを回転させることである。ウェハを回転させることによって、局所的な不均一が、完全な円形上においてわかりにくくなるかまたは平均化される。しかしながら、高温の適用については、このような適用において用いられる、（例えば、1100℃から1350℃の）高温に十分耐えるボート回転機構および回転給送スルーを設けることは困難である。
【０００９】
通常用いる炉に伴うさらなる問題は、SiCプロセスチューブの製造は、特にガス給送管またはガス分配管をプロセスチューブ内に組み込む必要がある場合には、コストがかかり複雑であることである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上述の欠点及び問題点の１つまたはそれ以上の欠点及び問題点を克服する方法及び構造体を炉のために提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の好適な一実施形態によれば、半導体プロセス用の炉内においてプロセス槽を支持する支持スリーブが提供される。支持スリーブは、上面及び底面と、支持スリーブを画定する壁とを含む。壁は、少なくとも１つのチャネルを有し、壁面はチャネルの側部を画定する。チャネルは、壁に沿って水平方向に延び、ガス連通ラインに連結される。
【００１２】
別の好適な実施形態によれば、半導体プロセス用の炉が提供される。炉は、プロセス槽が支持される第１の面を有したプロセス槽支持スリーブを含み、第１の面は周縁を有する。炉はまた、支持スリーブの上に横たわり第２の面を有するプロセス槽を含む。第２の面は、第１の面と接し、該第１の面は、その面内に開口部を有する。開口部は、第１の面と第２の面との間の境界の長さに沿って延び、該境界は、支持スリーブの周縁の長さに沿って延びる。
【００１３】
さらに別の好適な実施形態によれば、半導体プロセス用炉の部品同士の間においてシールを形成する方法が、提供される。本方法は、壁面により画定される第１のシール用チャネル内にガスを循環させるステップを含む。第１のシール用チャネルは、第１の接触部分で第１の接触面に開口する。壁は、支持スリーブを画定し、ウェハ処理用の反応空間と周囲環境とを部分的に分ける。支持スリーブは、プロセスチューブを支持する。本方法は、さらに、第１の圧力差を生じるステップを含み、その場合、第１のシール用チャネルガス圧が反応空間ガス圧と周囲環境ガス圧とよりも大きくなるか或いは、シール用チャネルガス圧が反応空間ガス圧と周囲環境ガス圧とより小さくなるかのいずれかとなる。
【００１４】
さらに別の好適な実施形態によれば、半導体デバイス製造方法が提供される。本方法は、支持スリーブの円周周りにおいて、プロセス槽を支持する支持スリーブを画定する壁の内部の周りにガスを流すステップと、支持スリーブ面からガスを排出するステップとを含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、好適な実施形態についての詳細な説明及び添付の図面からよりよく理解され、これらは、本発明を図示することを意図したものであって、限定するものではない。
【００１６】
本発明の好適な実施形態は、とりわけ、環状チャネル、すなわち支持スリーブの周縁に沿って延びガス流用通路を提供するチャネルを含む、半導体プロセス槽を支持する支持スリーブを提供することによって、従来の炉の欠点の多くを克服する。該チャネルは、ガスをチャネル内へ給送したりチャネルから排出したりできるガス連通ラインに連結されることが好ましい。有利には、支持スリーブの上面において環状チャネル中を流れるガスを利用して、支持スリーブと、上に横たわるプロセスチューブまたは槽との間にガスシールを形成可能である。上に横たわるプロセスチューブとガスシールとを関連付けて、またはそれとは別に、支持スリーブの底面において環状チャネル中を流れるガスを利用して、下に横たわる支持スリーブ面とガスシールを形成可能である。支持スリーブはまた、プロセスチューブ内にガスを注入するガス注入孔を備え得、該ガス注入孔は、プロセスチューブにより画定される反応空間に面した支持スリーブ面に沿って配置され、好ましくは環状チャネルから反応空間内へガスを給送し、そこにおいて半導体ウェハを処理可能である。さらに、支持スリーブの上面にガス排出孔開口部を有した支持スリーブがまた提供される。ガス排出孔は、ガス排出部に連結され、炉内のガス用の出口として機能可能である。
【００１７】
典型的には、プロセスチューブは、支持スリーブの上面に重力だけで載っており、すなわち、構造体は、プロセスチューブの底の周縁全体に沿って、上に横たわるプロセスチューブを支持可能である。一般に、プロセスチューブおよび支持スリーブの接触面を研削及び研磨することによって、それらの面が平滑となり、それらの面同士の間における境界のギャップが最小限になり、プロセスチューブ内部と周囲環境との間にガスの拡散に対する抵抗が得られる。このように、適切なシールが得られる。このようなシールは、従来の先行技術の支持スリーブにおいて一般的である。
【００１８】
しかしながら、不安定な適用については、このシールは、ガス漏出がなお起こり得るので適切でない。さらに、シールの質は、接触面の平坦さと面の粗さとに非常に依存する。接触面の平坦さおよび／または粗さにおける種々の変動は、シールの質を変化させる結果になる。本発明の好適な実施形態は、好ましくは優れたシールを提供することが望ましい。
【００１９】
好適な一実施形態によれば、支持スリーブの上面に隣接しそれに沿って上へ開口する環状チャネルが、提供される。半導体プロセス用炉内において使用される場合には、プロセスチューブは、好ましくは支持スリーブの上に横たわるかまたはそれにより支持される。他の構成においては支持スリーブとプロセスチューブとの間の接触圧力を増すように当該技術において知られる機械手段を用いることができるが、プロセスチューブは、支持スリーブ上面上に重力のみにより横たわることが好ましい。有利には、支持スリーブの上面における開口部によって、環状チャネルは、シール用環状チャネルとして機能可能であり、プロセスチューブと支持スリーブとの間にガスシールを提供する。
【００２０】
ガスシールが、プロセスチューブと支持スリーブとの接触面同士の間の境界面中にガスを流すことにより生成されるシールであり、ガスは支持スリーブ内外へ流れることが理解されよう。例えば、一実施形態において、シール用環状チャネルは、ガス給送部、好ましくは不活性ガス給送部であるガス連通ラインに連結され、該ガス連通ラインは、次に、圧縮ガス源、好ましくは圧縮不活性ガス源に連結される。シール用環状チャネルは、支持スリーブの上面に開口する。開口部は、上面の周縁全体を延びる単一の連続した開口部であることが好ましい。別の実施形態において、開口部は、上面の周縁に沿って延びる複数の開口部を含み、各開口部は、支持スリーブの壁の厚さより大きくない間隔で隔たっていることが好ましい。圧縮不活性ガス源からシール用環状チャネル内へ不活性ガスを給送することによって、シール用環状チャネル内部における不活性ガスの圧力は、プロセスチューブ内のガス圧力および、プロセスチューブ外部の、周囲環境におけるガス圧力より大きくすることができる。従って、反応空間内におけるガス圧力も、周囲環境におけるガス圧力も、シール用環状チャネル内のガス圧力よりも大きくならない。その結果、不活性ガスは、シール用環状チャネルから外へ流すことができ、一方の方向にプロセスチューブにより画定される反応空間内へ、また、他方の方向に周囲環境内へ漏出する。このように、不活性ガス及びその漏出は、ガスシールを構成し、シールから漏出するガスは、実質的に反応空間内のガスが、シール内へ、シール中を、シールから周囲環境内へ漏出することを妨げるか、またはその逆の漏出を妨げる。
【００２１】
有利には、ガスシールを提供することによって、シールの質がさらに一定で信頼性のあるものとなり、接触面の平坦さおよび粗さへの依存が少なくなる。ガスシールの別の利点は、接触面から結果として生じる単純な機械（重力）シールと同程度だが、密閉においてはさらに有効な、高温に対する抵抗力を有し、接触面の平坦さおよび粗さへの依存を低減させることである。さらに、通常不活性ガスは、またはこれらのガスの混合物は、不活性ガスシールに用いることができるが、適切な不活性ガスは、窒素（Ｎ₂）またはアルゴン（Ａｒ）のような、一般に用いられる不活性ガスを含み得ると都合がよい。
【００２２】
別の好適な実施形態によれば、追加のシール用環状チャネルが、支持スリーブの底面に隣接して設けられ、該シール用環状チャネルは、底面の全長に渡って底面へ開口する。上面シール用環状チャネルの場合のように、好ましくは、底面シール用環状チャネル用の開口部は、底面の全周縁を延びる単一で連続した開口部である。別の実施形態において、底面シール用環状チャネルは、底面の周縁に沿って延びる複数の開口部を含み、各開口部は支持スリーブの壁の厚さより大きくない間隔で隔たっていることが好ましい。さらに、支持スリーブの底面は、好ましくは、取り外し可能なクロージャの一部分を構成する、すなわち、好ましくは、閉鎖場所において、底面は、炉から取り外し可能で支持スリーブとシールを形成する構造体と嵌合する。例えば、支持スリーブは、好ましくは、静止したままであり、プロセスチューブを支持し、示す実施形態について以下に説明するように、取り外し可能なクロージャは、台の一部分であり、該台は、ウェハボートを支持し、炉から取り外し可能である。台は、炉内へ挿入されると、支持スリーブと接し、支持スリーブと機械シールを形成し、クロージャとして機能する。
【００２３】
底面シール用環状チャネルは、不活性ガス用圧縮源に連結された不活性ガス給送部に連結されることが好ましい。各チャネルのために別個の不活性ガス給送部と別個のガス源とを使用可能であるが、圧縮不活性ガス源を、支持スリーブの上面においてシール用環状チャネルに用いられるものと同じものにできることが理解されよう。このように、追加のシール用環状チャネルは、有利には、支持スリーブの底部に不活性ガスシールを供給し、ガスシールは、支持スリーブ上部の、支持スリーブとプロセスチューブとの間のガスシールと同様である。
【００２４】
従って、有利には、支持スリーブは、種々の上下に横たわる面との接触境界面で上下に横たわる構造体とガスシールを形成することが好ましい。これらの境界面は、４つの面同士の間における接触部分を含むことが好ましい。例えば、プロセス槽の底部は、支持スリーブの上面である、第２の面と接する第１の面を含む。支持スリーブの下に横たわる取り外し可能なクロージャは、支持スリーブの底面である、第４の面と接する第３の面を含む。示した実施形態において、ガスシールは、第１の面と第２の面との間に、また第３の面と第４の面との間に形成される。しかしながら、当業者は、ガスシールが、両方の境界面に形成する必要はない、すなわち、シールが一方または他方の境界面に形成可能であることを容易に理解するだろう。
【００２５】
別の好適な実施形態によれば、シール用環状チャネルの１つまたは両方は、ガス排出部であるガス連通ラインに連結可能である。排出部は、真空を発生させる装置、例えばチャネルからガスを排出するために使用する真空ポンプに連結される。この実施形態において、シール用環状チャネル内におけるガス圧は、プロセスチューブ内におけるガス圧または、プロセスチューブの外部の、周囲環境におけるガス圧のいずれよりも低い。従って、ガスシールは、ガスがプロセスチューブ内から、また外部の周囲環境からシール用環状チャネル内へ引き出されて排出部を介して真空ポンプにより除去されるように、低圧力のシール用チャネルにより形成される。
【００２６】
この実施形態の利点は、プロセスチューブ内のプロセスガスが、ガスシールからの圧縮不活性ガスがプロセスチャンバー内へ漏入した場合に起こり得るように、不活性ガスで薄くならないことである。このような濃度低下は、ガスシールの近辺においてウェハ上における処理結果に望ましくない影響を与える可能性がある。それゆえ、圧縮不活性ガスよりも真空を用いることによって、プロセスガスの濃度低下により起こるプロセス上の変化を低減可能である。さらに、この実施形態は、プロセスチューブの支持スリーブへの固定を促進するという利点を有する。すなわち、プロセスチューブは、重力、すなわちプロセスチューブ自体の重量によるだけではなく、真空によりかかる力によっても、支持スリーブ上の所定位置に維持される。
【００２７】
別の好適な実施形態によれば、支持スリーブの環状チャネルが、プロセスガス源に連結されるとともに、環状チャネルの長さに沿って相互に間隔をおいて配置される複数のガス注入孔が環状チャネルに設けられる。このように、環状チャネルは、ガス分配用環状チャネルとして機能する。ガス注入孔は、反応空間へ開口し、プロセスガスをガス分配用環状チャネルからそのボリューム内へ流出可能にする。好ましくは、ガス注入孔は、反応空間内へガスを輸送するための単一の入口部を提供する。さらに、ガス注入孔は、好ましくは、ガス分配用環状チャネルの長さに渡って等間隔に配置される。各ガス注入孔の断面積は、好ましくは、ガス分配用環状チャネルの断面積と比較して小さく、その結果、各ガス注入孔の中におけるガス流は、ほぼ等しくなる。ガス注入孔からのガスの流れがほぼ等しくなる結果、プロセスガスは、プロセスチューブ内に円筒対称的に注入されることが望ましい。
【００２８】
さらに別の好適な実施形態によれば、支持スリーブは、ガス排出部に連結された環状チャネルが設けられるので、ガス排出用環状チャネルとして機能する。ガス排出用環状チャネルは、ガス排出用環状チャネルの長さに沿って相互に間隔をおいて配置される複数の排出孔が設けられる。ガス排出孔は、ガス排出用環状チャネルの長さに渡って等間隔に配置されることが好ましい。さらに、各ガス排出孔の断面積は、好ましくは、排出用チャネルの断面積と比較して小さいので、その結果、各ガス排出孔中におけるガスの流れが、ほぼ等しくなり、ガスは円筒対称的に流れる。
【００２９】
次に、同様の部分には同様の番号を用いた図面を参照する。
【００３０】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る支持スリーブ１００が設けられた炉５を示す。図２は、炉５の下方部分をさらに詳細に示す。図１及び図２の両方を参照すると、外側プロセスチューブまたは槽１０と、内側チューブまたは槽１２とが、支持スリーブ１００により支持され、該支持スリーブ１００は、次に、フランジ１６により支持される。支持スリーブはまた、台６０の一部分として示したフランジ１８と接する。円筒形のプロセスチューブ１０は、下方端がフランジ１１で終わり、円筒加熱コイル２０、上部加熱コイル２２、隔離材３０及び外側シェル４０により囲まれる。ドアプレート５０が、台６０、支持シリンダー７０及びウェハボート８０を支持する。プロセスガスが半導体製造プロセス中においてウェハ（図示せず）と相互作用可能な処理領域、すなわち反応空間１５が、（底及び上端が開口するとともに外側プロセスチューブ１０内にある）内側チューブ１２、外側プロセスチューブ１０、支持スリーブ１００および台６０によって画定される。内側チューブ１２内において、プロセスガスが上方向に流れる。ガスは、炉の上部から内側チューブ１２と外側プロセスチューブ１０との間において環状ギャップ１３中を下方向に排出される。
【００３１】
図示した実施形態において、以下にさらに詳細に説明するように、支持スリーブ１００は、上に横たわるプロセス槽１０と下に横たわる台のフランジ１８と、それらの構造体の種々の接触面同士の間の相互作用面においてガスシールを形成することが好ましい。図示するように、フランジ１１の底部は、第２の面と接触させて示した第１の面を構成し、第１の面は、支持スリーブ１００の上面である。フランジ１８は、第４の面と接する第３の面を構成し、第３の面は、支持スリーブ１００の底面である。ガスシールは、第１の面と第２の面との間に、かつ、第３の面と第４の面との間に形成可能である。
【００３２】
図３及び図４は、支持スリーブ１００をさらに詳細に示す斜視図であり、図４は、図３に示した支持スリーブ１００の部分切開図である。支持スリーブ１００は、底面１０２、外側面１０４、内側面１０６および上面１０８を伴って図示する。図４を参照すると、示した典型的な実施形態では、４つの環状チャネル、
・上に横たわるプロセスチューブ１０（図１）を伴ってシールを提供する上部シール用環状チャネル１２０、
・下に横たわる面、例えば台６０の面１８（図２）のような取り外し可能なクロージャーを伴ってシールを提供する下部シール用環状チャネル１２２、
・ガス分配用環状チャネル１２４、および
・ガス排出用環状チャネル１２６が設けられる。
【００３３】
上部シール用環状チャネル１２０は、支持スリーブ１００の上面１０８において開口する。チャネル１２０は、上面１０８で完全に開口することが好ましく、その結果、開口部は、上面１０８の周縁に沿って連続して延びる。上部シール用環状チャネル１２０は、管１１０によって表したガス連通ラインに連結され、該ラインは、圧縮ガスを上部シール用環状チャネル１２０内へ給送するために、または上部シール用環状チャネル１２０からガスを排出するために使用可能である。管１１０が、上部シール用環状チャネル１２０内に圧縮ガスを給送する場合には圧縮ガス源（図示せず）に連結され、また、上部シール用環状チャネル１２０からガスを排出する場合には真空ジェネレータ（図示せず）、例えば真空ポンプに連結されることを理解されよう。
【００３４】
下部シール用環状チャネル１２２には、チャネル１２２の全長に沿って連続して開口する、図示したスリット１２３が設けられ、該開口部は、支持スリーブ１００の下面１０２に開口する。下部シール用環状チャネル１２２は、管１１２により示したガス連通ラインに連結され、該ガス連通ラインは、下部シール用環状チャネル１２２に圧縮不活性ガスを給送するために、または、下部シール用環状チャネル１２２からガスを排出するために使用可能である。上に説明したように、圧縮ガスが下部シール用環状チャネル１２２に給送される場合には管１１２が圧縮ガス源（図示せず）に連結され、また、ガスが下部シール用環状チャネル１２２から排出される場合には管１１２が真空ジェネレータ（図示せず）、例えば、真空ポンプに連結されることを理解されよう。
【００３５】
ガス分配用環状チャネル１２４には、複数のガス注入孔１３４が設けられ、該ガス注入孔１３４は、示したように、等間隔に配置されるとともに、ガス分配用環状チャネル１２４の長さに渡って相互に間隔をあけて配置されることが好ましい。ガス注入孔１３４は、底部環状ギャップ１７内へ開口する（図１および図２）。ガス分配用環状チャネル１２４は、ガス給送管１１４により示したガス連通ラインに連結され、該ガス給送管１１４は、さらに１つまたはそれ以上のプロセスガス源（図示せず）に連結される。
【００３６】
ガス排出用環状チャネル１２６は、リング１３０により上部で閉鎖され、該リング１３０には、複数のガス排出孔１３２が設けられ、該ガス排出孔１３２は、示したように、等間隔に配置されるとともにリング１３０の円周上において相互に間隔をおいて配置されることが好ましい。ガス排出孔１３２は、環状排出ギャップ１３内に開口して（図１）、ガスが反応空間１５（図１）から出ることができるようにする。ガス排出用環状チャネル１２６自体は、排出管１１６に連結される。
【００３７】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、異なる場所における、支持スリーブ１００の異なる断面の側面図を示す。図５Ａは、図３の５Ａ−５Ａの垂直面に沿って排出管１１６中を通る横断面を示す。留意すべきことは、排出管１１６が、ガス排出用環状チャネル１２６に連結して示されていることである（図４も参照）。
【００３８】
図５Ｂは、図４の５Ｂ−５Ｂの垂直面に沿った、ガス注入孔１３４の１つがある場所における横断面を示す。留意すべきことは、ガス注入孔１３４が、ガス分配用環状チャネル１２４用の開口部を提供するものとして示されていることである（図４も参照）。
【００３９】
図５Ｃは、図４の５Ｃ−５Ｃの垂直面に沿った、ガス排出孔１３２の１つがある場所における横断面を示す。留意すべきことは、ガス排出孔１３２が、ガス分配用環状チャネル１２６用の開口部を提供するものとして示されていることである（図４も参照）。
【００４０】
本発明の好適な実施形態により行われる半導体プロセスは、多数の利点を提供する。例えば、図１及び図４を参照すると、半導体プロセス中において、プロセスチューブ１０は、上部シール用環状チャネル１２０がプロセスチューブ１０のフランジ１１により完全に閉鎖されるように支持スリーブ１００の上面１０８に着座する。内側チューブ１２はまた、上面１０８上に、さらに詳細にはプロセスチューブの中心により近いリング１３０の上面部分上に載る。プロセスガスが、ガス注入孔１３４から炉５の反応空間１５内に注入される。好ましくは、ガス注入孔１３４は、実質的に等間隔に配置され、その断面積は、ガス分配用環状チャネルの断面積と関連し、各ガス注入孔１３４からのガス流がほぼ等しくなるのに十分な程度小さく、この場合、支持スリーブ１００と台６０との間における下方ギャップ１７によって、プロセスガスをプロセスチューブ内へ円筒対称的に注入することができる。反応空間１５が内側チューブ１２により画定されるとともに処理中においてウェハ（図示せず）により占拠されることが理解されよう。
【００４１】
引き続き図１および図２を参照すると、注入されたガスがガス分配用環状チャネル１２４（図４）中を通過し、支持スリーブ１００と台６０との間の下方ギャップ１７内を上方向にガスが通過している間において、支持スリーブ１００及び台６０からガスへの有効な熱伝達が、下方ギャップ１７中においてガス流路上における接触面積が非常に大きいために生じる。下方ギャップ１７が反応空間１５の小区域であることが、理解されよう。望ましくは、注入後のガスが円筒対称的であることから、熱は、実質的に円筒対称的に台６０および支持スリーブ１００から引き出されることになる。その結果、ガスが内側チューブ１２により画定される反応空間１５に入ると、反応空間１５は、炉５内の下方領域において温度が対称となることを全く妨げられることなく効果的に余熱されることになる。次に、ガスは、ウェハボート８０内に格納されたウェハに接し、炉５の上部へ移動する。次に、ガスは、内側チューブ１２と外側チューブ１０との間において排出ギャップ１３を流れ、次に支持スリーブ１００の上面１０８内においてガス排出孔１３２、ガス排出用環状チャネル１２６（図４）それから排出チューブ１１６（図３）中を流れることにより対称的に排出される。ガス排出孔１３２が実質的に等間隔に配置されることと、注入されたガスが円筒対称的なパターンで上方へ流れることとが、孔１３２中の対称的な排出に役立つことが、理解されよう。
【００４２】
図２を参照すると、例えば図２および図４に示したように、支持スリーブ１００を構成する際に、支持スリーブ１００の上部分１００ａは、好ましくは、内側チューブ１２の内径より若干小さい内径を有し、その結果、内側チューブ１２は、外側プロセス槽１０とほぼ同心に配置され、かつ、直径と、支持スリーブ１００の上面上における内側チューブ１２の配置とにおけるいくらかの許容差を可能にしながら、適切に支持され得る。しかしながら、支持スリーブ１００の下部分１００ｂは、上部分１００ａと同じ直径を有する必要はない。例えば、図１から図５に示したように、下部分１００ｂは、上面１０８における支持スリーブ１００の内径に対して大きい直径にすることができ、その結果、示した台６０の上部分６０ａのような台の上部分に対して大きな直径を有した、図示した台６０の下部分６０ｂのような台の下部分が収容され得る。従って、好適な実施形態において、支持スリーブ１００の下部分１００ｂの内径は、内側チューブ１２の内径と等しいかまたはそれよりも大きい直径を有した、支持スリーブ１００の下部分１００ｂを伴って、台６０を収容可能とする程度十分大きい。有利には、このように、炉５の高温領域から直視（direct sight）ラインに沿った放射による熱輸送は、直視ラインが途切れるので妨げられる。
【００４３】
本発明の好適な実施形態に係る環状チャネル１２０、１２２、１２４および／または１２６のような環状チャネルを有する支持スリーブ１００が、製造費用の高い複雑な構造であることが理解されよう。従って、支持スリーブは、石英からなることが好ましく、石英によって、冷間機械加工技術、熱変形（hot welding and deformation）技術による成形が可能となる。石英材料は、不透明石英材料であり、透明石英材料ではないことが好ましい。透明石英では、熱伝導率が比較的低いが、石英中を伝わる、放射による熱輸送が実質的なものになり得る。しかしながら、不透明石英では、放射による熱輸送は、効果的に妨げられることが有利である。
【００４４】
石英で複雑な構造体を製作することが、高温プロセス用にプロセスチューブを作製する際に典型的に使用される材料のようなSiC材料でこのような構造体を製作するよりも容易で簡単であることが理解されよう。シール用の、ガス給送用環状チャネル及びガス排出用環状チャネルの構造上の複雑さを石英支持スリーブ内に集中させることによって、SiCプロセスチューブの設計は、簡素なままである。上部が閉鎖され底部にフランジを有し均一に平滑な側壁、すなわちいかなる連結チューブまたは他の突起もない側壁を有した非常に簡素なチューブである。さらに、図示した支持スリーブ１００のような、好適な実施形態に係る支持スリーブによって容易となる、円筒対称的なガス流のために、非円筒対称的なプロセスガス流により生じる不均一を平均する複雑なボート回転機構を用いることは、必要なくなることが望ましい。従って、先行技術の支持スリーブよりよい結果を得ることに加えて、好適な実施形態に係る支持スリーブを有した炉を提供することは、先行技術の炉に伴う問題への非常にコスト上有効な解決法である。
【００４５】
実際に、外側プロセスチューブ１０、内側チューブ１２及び支持スリーブ１００を相互に適切に配置可能なように位置調整手段も設けることが好ましいことが理解されよう。これらの位置調整手段は、外側チューブ１２、支持スリーブ１００および／または内側チューブ１２上に設けられるセンタリングカム（図示せず）により製作可能である。
【００４６】
好適な実施形態は、プロセスチューブがSiCからなり支持スリーブが石英からなるとともに好適な実施形態が特に有利である、高温の炉について説明しているが、本教示は、この文脈に限定されないことが理解されよう。従って、本設計は簡潔なものであり、その結果円筒形にかなり近く対称性が非常に高いが、好適な実施形態に係る支持スリーブの利点を他の環境において利用可能であることを期待できる。例えば、他の構成において、温度が適度に高い環境に好適な実施形態を適用可能であり、その結果、石英プロセスチューブを使用可能である。
【００４７】
さらに、円筒形プロセス槽またはチューブについて好適な実施形態を説明してきたが、プロセス槽が、中空空間を備えるとともに処理用ウェハを収容可能とする必要のみがあることが理解されよう。プロセス槽の実際の水平方向横断面形状と、延長することによる支持スリーブの水平方向横断面形状とは、本教示により限定されない。しかしながら、好ましくは、その形状は、プロセスガスを円筒対称的にすることが容易になるように、円形のような滑らかな湾曲状である。さらには、支持スリーブをプロセスチューブおよび／または取り外し可能なクロージャと直接接するように図示したが、支持スリーブおよび／または取り外し可能なクロージャとの間に介在する構造体も考えられる。
【００４８】
同様に、本発明の範囲から逸脱することなく、上に説明した本方法及び構造に種々の他の変形、省略及び追加を行うことができる。このような全ての変形および変更は、添付の請求項により確定されるように、本発明の範囲内に入るように意図する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体デバイス製造用炉のプロセスチューブと支持スリーブとの間においてプロセスガス及び大気の漏出入を防止し、かつ、プロセスチューブ内に均等な温度でプロセスガスを供給し、ウェハにプロセスガスを均一に行き渡らせることができるので、ウェハの処理結果を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る支持スリーブが設けられた炉の横断側面図である。
【図２】図１の下方部分の拡大図である。
【図３】図１及び図２の支持スリーブの斜視図である。
【図４】図３の支持スリーブの部分切断図である。
【図５Ａ】図３の５Ａ−５Ａの垂直面に沿った、図３及び図４の支持スリーブの一部分の横断側面図である。
【図５Ｂ】図４の５Ｂ−５Ｂの垂直面に沿った、図３及び図４の支持スリーブの一部分の横断側面図である。
【図５Ｃ】図４の５Ｃ−５Ｃの垂直面に沿った、図３及び図４の支持スリーブの一部分の横断側面図である。
【符号の説明】
５ 炉
１０ 外側プロセスチューブ／槽
１２ 内側チューブ
１５ 反応空間
１００ 支持スリーブ
１１０ 管（不活性ガス給送部／排出部）
１１２ 管（不活性ガス給送部／排出部）
１１４ ガス給送管（ガス供給部）
１２０ 上部シール用環状チャネル（プロセス槽シール用チャネル／上面シール用チャネル）
１２２ 下部シール用環状チャネル（底面シール用チャネル）
１２４ ガス分配用環状チャネル（ガス分配用チャネル）
１２６ ガス排出用環状チャネル（ガス排出用チャネル）
１３２ ガス排出孔（ガス排出開口部）
１３４ ガス注入孔（開口部）

Claims (30)

1. 半導体プロセス用の炉内においてプロセス槽を支持する支持スリーブであって、
   支持スリーブを画定する壁と、
   上面と、
   底面と、
   前記支持スリーブに配置され、前記上面へ開口したプロセス槽シール用チャネル開口部を有するプロセス槽シール用チャネルであって、前記壁の面は、前記プロセス槽シール用チャネルの側部を画定し、当該プロセス槽シール用チャネルは、前記壁に沿って水平方向に延びガス連通ラインに連結されている、プロセス槽シール用チャネルと、
   前記支持スリーブに配置され、前記上面へ開口した排出用チャネル開口部を有する排出用チャネルであって、前記壁の面は、前記排出用チャネルの側部を画定し、当該排出用チャネルは、前記壁に沿って水平方向に延びガス排出ラインに連結されている、排出用チャネルと、を備え、
   前記排出用チャネル開口部が、前記シール用チャネル開口部よりも前記支持スリーブの内周縁に近い位置に配置されるように、前記排出用チャネル開口部が、前記シール用チャネル開口部から横方向の内側に配置されている、支持スリーブ。
2. 前記排出用チャネル開口部は、前記支持スリーブの内周縁に沿って延び、
   前記プロセス槽シール用チャネルは、前記支持スリーブの外周縁に沿って延びる、請求項１に記載の支持スリーブ。
3. 前記プロセス槽シール用チャネル開口部は、前記支持スリーブの周縁全体に沿って連続して開口する請求項２に記載の支持スリーブ。
4. 前記上面のシール用チャネルは、不活性ガス給送部に連結される請求項１に記載の支持スリーブ。
5. 前記上面のシール用チャネルは、前記上面のシール用チャネル内において真空を生じるための排出部に連結される請求項１に記載の支持スリーブ。
6. 前記支持スリーブの下部内に配置された底面シール用チャネルをさらに含み、該底面シール用チャネルは、底面へ開口した底面シール用チャネル開口部を有し、該底面シール用チャネル開口部は、前記壁の周縁に沿って延びる請求項１に記載の支持スリーブ。
7. 前記底面シール用チャネル開口部は、前記支持スリーブの周縁全体に沿って連続して開口する請求項６に記載の支持スリーブ。
8. 前記底面シール用チャネルは、不活性ガス給送部に連結される請求項６に記載の支持スリーブ。
9. 前記底面シール用チャネルは、前記底面シール用チャネル内において真空を生じる排出部に連結される請求項６に記載の支持スリーブ。
10. 前記排出用チャネル開口部は、複数の円形孔を備え、該孔は、ガス排出用チャネルの長さに沿って等間隔に配置される請求項１に記載の支持スリーブ。
11. ガス分配用チャネルをさらに含み、該ガス分配用チャネルは、前記壁により部分的に画定されたボリュームへ開口する開口部を備える請求項１に記載の支持スリーブ。
12. 前記ボリュームは、前記炉の反応空間を含む請求項１１に記載の支持スリーブ。
13. 前記ガス分配用チャネルは、プロセスガス用ガス供給部に連結される請求項１１に記載の支持スリーブ。
14. 前記開口部は複数の孔を含む請求項１３に記載の支持スリーブ。
15. 前記孔は、水平面上において実質的に等間隔に配置され、位置調整されている請求項１４に記載の支持スリーブ。
16. 前記炉の反応空間中におけるプロセスガスの流れは、円筒対称的である請求項１５に記載の支持スリーブ。
17. 前記開口部の第１の断面積の、前記ガス分配用チャネルの第２の断面積に対する割合は、各孔中におけるガス流速が実質的に等しくなるように選択される請求項１５に記載の支持スリーブ。
18. 前記支持スリーブの水平方向の断面は、概ね円形である請求項１に記載の支持スリーブ。
19. 前記支持スリーブは石英を含む請求項１に記載の支持スリーブ。
20. 前記支持スリーブは不透明石英を含む請求項１に記載の支持スリーブ。
21. 半導体デバイス製造方法であって、
    支持スリーブの周囲にシール用ガスを流すステップであって、前記支持スリーブを画定する壁の内部に流れが生じ、前記支持スリーブは、当該支持スリーブの上面でプロセスチューブを支持し、前記プロセスチューブは反応空間を画定し、前記上面は、当該上面へ開口した前記支持スリーブの周囲に沿って延びる排出用チャネル開口部及び当該上面へ開口した前記支持スリーブの周囲に沿って延びるプロセス槽シール用チャネル開口部を有し、前記排出用チャネル開口部は、前記プロセス槽シール用チャネル開口部よりも前記支持スリーブの内周縁に近い位置に配置されるように、前記プロセス槽シール用チャネル開口部から横方向の内側に配置されている、ステップと、
    プロセスガスを前記反応空間へ排出するステップであって、前記支持スリーブは、前記壁の内部に前記支持スリーブの周囲に沿って延びるガス分配用チャネル及び前記支持スリーブの内側面に開口したガス分配用チャネル開口部を有し、前記ガス分配用チャネルを通して前記ガス分配用チャネル開口部から前記プロセスガスを流して前記反応空間へ排出するステップと、
    前記排出用チャネル開口部を通して前記反応空間から前記プロセスガスを排出するステップと、
    を含む、半導体デバイス製造方法。
22. １，１００℃を超える高温でウェハを処理するステップを含む請求項２１に記載の方法。
23. 前記温度は１，３５０℃である請求項２２に記載の方法。
24. 排出するステップは、半導体プロセス炉内において前記ガス分配用チャネル開口部を形成する複数の孔から前記反応空間内へ前記プロセスガスを注入するステップを含む請求項２１に記載の方法。
25. 前記プロセスガスは、実質的に等しい速度で前記複数の孔の各孔を出る請求項２４に記載の方法。
26. 前記プロセスガスは、前記複数の孔を出た後、円筒対称的な流れパターンで流れる請求項２５に記載の方法。
27. 排出するステップは、前記支持スリーブの前記上面における複数の前記排出用チャネル開口部を通して前記プロセスガスを除去するステップを含む請求項２４に記載の方法。
28. 前記支持スリーブの前記上面において前記プロセス槽シール用チャネル内へ前記シール用ガスとして圧縮不活性ガスを給送するステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
29. 前記支持スリーブの底面において第２のシール用チャネル内に真空を発生させるステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。
30. 前記支持スリーブの底面において第２のシール用チャネル内に前記シール用ガスとして圧縮不活性ガスを給送するステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。

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