JP6045035B2 - 基板処理装置およびシステム - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年７月２９日に出願された、Ｒｏｎａｌｄ Ｌ．Ｃｏｌｖｉｎらによる、「基板処理装置およびシステム」（“ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ”）というタイトルの米国特許出願第６１／３６９，０４７号明細書（ファイル番号ＬＡＳ−００１）の便益を主張するものである。本出願は、２０１０年７月３０日に出願された、Ｒｏｎａｌｄ Ｌ．Ｃｏｌｖｉｎらによる、「電気抵抗ヒーターおよびヒーターアセンブリ」（“ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＨＥＡＴＥＲ ＡＮＤ ＨＥＡＴＥＲ ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ”）というタイトルの米国特許出願第６１／３６９，０７７号明細書（ファイル番号ＬＡＳ−００２）、２０１０年７月３０日に出願された、Ｒｏｎａｌｄ Ｌ．Ｃｏｌｖｉｎらによる、「コアンダ効果を用いて基板を化学的に処理するためのシステム、装置、および方法」（“ＳＹＳＴＥＭＳ， ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬＬＹ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＣＯＡＮＤＡ ＥＦＦＥＣＴ”）というタイトルの米国特許出願第６１／３６９，０７２号明細書（ファイル番号ＬＡＳ−００３）、２０００年４月１７日に出願された米国特許第６，３３１，２１２号明細書、および２００１年７月７日に出願された米国特許第６，７７４，０６０号明細書に関連する。これらの出願および特許の全ての内容を全体として本明細書に援用する。
本発明は、基板を処理するため、特に、電子デバイスおよび光電子デバイス用の基板を化学的および／または熱的に処理するためのシステム、装置、および方法に関する。
基板の化学および／または熱処理は、現代のマイクロ電子デバイス製造等の数多くの用途において使用されている。これらの処理には、化学蒸着（ＣＶＤ）、およびシリコンエピタキシ、シリコンゲルマニウムエピタキシ、および化合物半導体エピタキシ等のエピタキシャル半導体堆積等の処理が包含され得る。これらの処理は、半導体ウェハー、フラットパネルディスプレイ基板、太陽電池基板、および他の基板等の基板表面上で反応を生じさせる１つまたは複数のガスを用いて行うことができる。
本発明は、基板処理における１つまたは複数の欠点を克服できるシステム、装置、および方法の提供を目指すものである。本発明の局面の１つは、基板を処理するためのシステムである。このシステムは、処理室、処理室内に配置された基板支持材、加熱システム、およびガス注入システムを含む。
ある実施形態では、加熱システムは、外半径を線引きするように配置された複数のピーク部および内半径を線引きするように配置された複数のトラフ部を有する正弦波状加熱素子を含む少なくとも１つの電気抵抗ヒーターを含む。加熱素子が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、加熱素子の対向側面同士が実質的に一定の間隔を形成できるように、加熱素子の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、加熱素子の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数である。
別の実施形態では、ガス注入システムは、コアンダ効果ガスフローを１つまたは複数の基板および／または基板支持材の表面上に供給するように基板支持材の周辺端部に隣接して配置された少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターを含む。
さらに別の実施形態では、加熱システムは、外半径を線引きするように配置された複数のピーク部および内半径を線引きするように配置された複数のトラフ部を有する正弦波状加熱素子を含む少なくとも１つの電気抵抗ヒーターを含む。加熱素子が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、加熱素子の対向側面同士が実質的に一定の間隔を形成できるように、加熱素子の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、加熱素子の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数である。ガス注入システムは、コアンダ効果ガスフローを１つまたは複数の基板および／または基板支持材の表面上に供給するように基板支持材の周辺端部に隣接して配置された少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターを含む。
本発明の別の局面は、基板を処理する方法である。この方法は、基板を設けるステップと、１つまたは複数の反応性ガスを供給するステップとを含む。この方法は、外半径を線引きするように配置された複数のピーク部および内半径を線引きするように配置された複数のトラフ部を有する正弦波状加熱素子を含む少なくとも１つのヒーターまたはヒーターアセンブリを設けるステップも含む。加熱素子が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、加熱素子の対向側面同士が実質的に一定の間隔を形成できるように、加熱素子の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、加熱素子の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数である。この方法は、少なくとも１つのヒーターまたは加熱アセンブリを用いて基板に熱を与え、基板上部に１つまたは複数の反応性ガスのコアンダ効果ガスフローを生じさせるステップをさらに含む。
本発明は、その用途において、以下の説明に記載の、または図面に示された構造詳細および構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法での実践および実行が可能である。さらに、本明細書において使用される表現および用語は、説明を目的としたものであり、限定的に捉えられるべきものではないことを理解されたい。
図１は、本発明の一実施形態のブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態の側断面図である。 図３は、本発明の一実施形態の装置の背面図である。 図３−１は、本発明の一実施形態の装置の斜視背面図である。 図３−２は、本発明の一実施形態による電気アダプタの斜視図である。 図３−３は、本発明の一実施形態による電気アダプタの斜視断面図である。 図４は、本発明の一実施形態の装置の背面図である。 図４−１は、本発明の一実施形態の装置の斜視背面図である。 図５は、本発明の一実施形態の装置の前面図である。 図５−１は、本発明の一実施形態の装置の背面図である。 図６は、本発明の一実施形態の側断面図である。 図７は、本発明の一実施形態の装置の上面図である。 図７−１は、図７に示す装置の側断面図である。 図８は、本発明の一実施形態の側断面図である。 図８−１は、本発明の一実施形態の内部の上面図である。 図９は、本発明の一実施形態のプロセス図である。
図面中の要素は、簡潔さ、および明瞭さを目的として描かれたものであり、必ずしも一定の縮尺で描かれたものではないことを当業者であれば理解する。例えば、図面中の要素の一部の寸法は、本発明の実施形態の理解を深める一助となるように、他の要素に比べて拡大される場合がある。
以下に定義される用語に関して、これらの定義は、特許請求の範囲または本明細書の他の箇所において異なる定義が与えられていない限り適用されるものとする。本明細書において、全ての数値は、明確に示されているか否かにかかわらず、「約」という用語を用いて変更されるものと定義する。「約」という用語は、一般的に、実質的に同じ特性、機能、結果等を生み出すのに記載値と同等であると当業者が見なすであろう数値の範囲を指す。最小値および最大値によって示される数値範囲は、数値範囲内に含まれる全ての数と、数値範囲内に含まれる全ての部分範囲を包含するものと定義される。一例として、１０〜１５の範囲は、これらに限定されることはないが、１０、１０．１、１０．４７、１１、１１．７５〜１２．２、１２．５、１３〜１３．８、１４、１４．０２５、および１５を含む。
本発明の実施形態の動作を、シリコンウェハー上にドープシリコンのエピタキシャル層を堆積するという状況に関連して以下に説明する。しかしながら、本発明による実施形態を用いて、基板全体の層厚さの均一性、組成均一性、および／または温度均一性から恩恵を受け得る基本的にどのような基板処理も行うことができることを理解されたい。例としては、本発明の実施形態は、窒化ガリウム、ガリウムヒ素、シリコンゲルマニウム、ガリウムアルミニウムヒ素、リン化インジウム、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム水銀、炭化ケイ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ドープ酸化ケイ素、リン化ホウ素ケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラス等の材料層を堆積するための機器および／または処理を包含し得る。
これより、本発明の一実施形態によるシステム１００のブロック図を示す図１を参照する。システム１００は、処理室１５０を包含する。処理室１５０は、電子および光電子デバイスの製造に使用される基板等の基板を処理するための処理室等の処理室であり得る。基板は、半導体ウェハー等の基板、サファイアウェハー等の単結晶基板、およびガラス基板でもよい。システム１００には、基板に熱を与えるための加熱システム２００も包含される。システム１００は、基板および／または処理室１５０に１つまたは複数のガスまたはガス混合物を供給するためのガス注入システム２５０を包含する。システム１００は、任意選択として、制御システムを包含していてもよい。存在した場合、制御システムは、動作の監視、情報の収集、システム１００の動作を制御するためのコマンドの発行および実行を行うために、処理室１５０、加熱システム２００、およびガス注入システム２５０との通信が可能である。
これより、本発明の一実施形態によるシステム１０１の側断面図を示す図２を参照する。システム１０１は、実質的に図２に示すような上面１５２−１および底面１５２−２を有する処理室を含む。任意選択的に、処理を行うための処理室の底部に、１つまたは複数の基板１５４（基板の位置を破線で示す）を設置してもよい。あるいは、システム１０１は、処理室内で１つまたは複数の基板１５４を保持するように配置された基板ホルダー１５６を包含する。本発明の一部の実施形態における任意選択として、処理室の底面１５２−２は、少なくとも部分的に基板ホルダー１５６を収容する陥凹領域１５３を有する。
図２に示されるシステム１０１は、１つまたは複数の基板１５４に回転を与えるように基板ホルダー１５６に接続された回転式継手１８０を含む。より具体的には、システム１０１は、基板支持材１５６の表面と、もしその上に存在すれば１つまたは複数の基板１５４とを回転させるために配置された回転式継手１８０を含む。あるいは、システム１０１は、基板支持材１５６の表面の線形平行移動を行うために基板支持材１５６と接続された線形アクチュエータを含んでいてもよい。
システム１０１は、基板１５４に熱を与えるように配置されたヒーターアセンブリ２０２を包含する加熱システムを含む。システム１０１は、基板を背面から加熱するように、底面１５２−２の外側に対向するように配置されたヒーターアセンブリ２０２を有する。ヒーターアセンブリ２０２は、１つまたは複数の電気抵抗ヒーターを包含する。
これより、本発明の一実施形態による、ヒーターアセンブリ２０２に用いることが可能な電気抵抗ヒーター２２０の背面図を示す図３を参照する。電気抵抗ヒーター２２０は、内半径２２６を線引きするように配置された複数のトラフ部２２４と、外半径２３０を線引きするように配置された複数のピーク部２２８とを有する正弦波状加熱素子２２２によって形成される。つまり、電気抵抗ヒーター２２０は、ヒーター２２０が円形（円または円の一部）となるような内半径２２６および外半径２３０を有する輪または輪の一部分を形成する。正弦波状加熱素子２２２が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、正弦波状加熱素子２２２の対向側面２３４および２３６同士が実質的に一定の間隔２３２を形成できるように、正弦波状加熱素子２２２の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、正弦波状加熱素子２２２の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数である。正弦波状加熱素子２２２の対向側面同士の間隔２３２は、選択された一定値に維持され、また最小限に抑えられてもよく、その限界は、アーク放電を回避する必要性、熱膨張および熱収縮による制約、および製造による制約によって決定される。加熱素子２２２は、内側半径２２６から外側半径２３０まで延在する複数のスポーク２３３を有するものとして表すことができる。
正弦波状加熱素子２２２の断面積は、概ね各半径方向位置にある正弦波状加熱素子２２２の断面幅に、概ね各半径方向位置にある正弦波状加熱素子２２２の断面厚さを掛けることによって与えられる。断面積は、加熱される表面の大きさおよび消費電力要件に基づいて、半径方向位置によって異なる。正弦波状加熱素子の断面積を決定する付加的要因は、正弦波状加熱素子における振動数、正弦波状加熱素子の抵抗率、正弦波状加熱素子の対向面同士の間隔、および正弦波状加熱素子の長さである。
上記のように、各半径方向位置における加熱素子の断面厚さおよび断面幅は、正弦波状加熱素子上の半径方向位置の関数である。厚さは、一般的に、ｆ１（１／ｒ）の形式の関数によって表すことができ、ｒは、正弦波状加熱素子上の半径方向位置であり、ｆ１は、その関数である。１／ｒの項を用いて、この関係が逆相関であることが示されている。幅は、一般的に、ｆ２（ｒ）の形式の関数によって表すことができ、ｒは、正弦波状加熱素子上の半径方向位置であり、ｆ２は、その関数である。結果的に、正弦波状加熱素子の断面積は、（ｆ１（１／ｒ））（ｆ２（ｒ））の形式の関数である。
本発明の一部の実施形態に関しては、正弦波状加熱素子の断面厚さは、方程式：
ｔ＝２πｒｉ ２Ｇｔｉ／（２πｒ２Ｇ−Ｓｒ） （１）
から導き出され、式中、ｔは、加熱素子の断面厚さであり、ｒは、加熱素子上の半径方向位置であり、πは、数学定数パイであり、ｒｉは、加熱素子の内側半径であり、ｔｉは、初期試用厚さであり、Ｇは、ヒーターの角サイズで割った加熱素子スポークの角度幅を等しくする幾何学的因子であり、Ｓは、加熱素子の対向側面同士の間隔である。より具体的には、ｔおよびｒは、変数であり、π、ｒｉ、ｔｉ、Ｇ、およびＳは、数値パラメータである。ヒーターに関する数値パラメータの知識を用いて、半径方向位置の関数として、その厚さを計算することができる。
当業者には認識されるように、方程式１およびその数値パラメータは、本発明の１つまたは複数の実施形態による、ヒーター寸法の数値表現を得るための１つの手法の結果に過ぎない。本明細書の開示を鑑みて、他の手法が当業者には認識されるであろう。方程式（１）の導出は、数学定数πと、設計者によるチョイスのｒｉ、設計者によるチョイスのヒーターの外側半径、設計者によるチョイスのＧ、および設計者によるチョイスのＳを用いて達成されたものである。内側半径におけるヒーター素子の初期試用厚さｔｉもまた設計者によるチョイスであるが、ヒーター素子の抵抗が、ヒーターと共に使用される電源の全電圧および電流容量との使用に対してより適切に適合するように、任意選択的に、ｔｉは、反復によって改良されなければならない場合がある。電源の容量もまた、設計者によるチョイスである。あるヒーター設計例における１つの可能な反復手順を以下に示す。
方程式（１）に類似の方程式に関する数値パラメータまたは対応する定数を導き出すことも、ヒーターに関して、半径方向位置の関数としてのヒーター厚さのデータが分かっている場合には可能である。このような状況に関するさらに簡易化した方程式は、形式：
ｔ＝Ａ／（Ｂｒ２−Ｓｒ） （１．１）
となり得、式中、ｔ、ｒ、およびＳは、上記と同じであり、ＡおよびＢは、上記の数値パラメータの１つまたは複数の組み合わせから生じた数値である。
本発明の一部の実施形態に関しては、正弦波状加熱素子の断面幅は、方程式：
ｗ＝２πＧｒ−Ｓ （２）
から導き出され、式中、ｗは、加熱素子の断面幅であり、ｒは、加熱素子上の半径方向位置であり、πは、数学定数パイであり、Ｇは、ヒーターの角サイズで割った加熱素子スポークの角度幅を等しくする幾何学的因子であり、Ｓは、加熱素子の対向側面同士の間隔である。半径方向位置の関数としての加熱素子の幅は、本発明の１つまたは複数の実施形態の場合、加熱素子スポークの角度幅、ヒーターの角サイズ、および間隔に関する設計者が規定した値を用いて計算することができる。
正弦波状加熱素子２２２に対して様々な材料を使用することができる。本発明の一実施形態によれば、正弦波状加熱素子２２２は、耐火性導電体を含む。正弦波状加熱素子２２２は、熱分解グラファイト等のグラファイトを含んでいてもよい。炭化ケイ素等の材料を用いて熱分解グラファイトをコーティングすることにより、一例として、炭化ケイ素でコーティングされた熱分解グラファイト導体を有する正弦波状加熱素子２２２を作成する等のさらなる変更を行うことが可能である。正弦波状加熱素子２２２に使用可能な他の材料例には、限定されることはないが、ニッケル・クロム合金、モリブデン、タンタル、タングステン、および電気抵抗加熱に使用される他の材料が包含される。
本発明の一実施形態によれば、正弦波状加熱素子２２２の対向側面同士の間隔２３２は、正弦波状加熱素子２２２の動作中は、真空状態にある、またはガスで満たされている。
図３は、正弦波状加熱素子２２２の概ね各端部に位置する２つの任意選択的な電気コンタクト２３８を含む電気抵抗ヒーター２２０を示す。接触を取るための他の手段を電気ヒーター２２０に使用することが可能であることを理解されたい。図３の実施形態に関して示される電気コンタクト２３８は、正弦波状加熱素子２２２の一部として機械加工されたツメでもよい。任意選択として、電気コンタクト２３８は、電気抵抗ヒーター２２０の表面に対して実質的に垂直に配向される。本開示を鑑みて当業者には明らかとなるように、電気コンタクト２３８の他の配向を用いることもできる。電気コンタクト２３８を使用して、直流または交流電流を正弦波状加熱素子２２２に印加することができる。
これより、本発明の一実施形態による、ヒーターアセンブリ２０２に使用することが可能な電気抵抗ヒーター２２０−１の斜視図を示す図３−１を参照する。電気抵抗ヒーター２２０−１は、電気抵抗ヒーター２２０−１が蛇行導電体２２２の各端部に電気コンタクト２３８と連結した任意選択的な電気アダプタ２４０を包含することを除いては、図３に関して記載した電気抵抗ヒーター２２０の記載と基本的に同じである。
本発明の一実施形態によれば、電気アダプタ２４０は、電気コンタクト２３８に対して圧入（当該分野では、締まりばめを有することも知られている）連結が行われるように形成されている。本発明の一部の実施形態の場合、蛇行加熱素子２２２は、熱分解グラファイトから作成されてもよく、それらの実施形態に関する任意選択として、電気アダプタ２４０が熱分解グラファイトから作成されてもよい。任意選択的に、電気アダプタ２４０は、電気接続に適した熱分解グラファイト以外の材料から作成してもよい。
本発明者らは、圧入連結構成および炭化ケイ素コーティングプロセスにおいて正弦波状加熱素子２２２に熱分解グラファイトを使用し、電気アダプタ２４０に熱分解グラファイトを使用する本発明の実施形態に関して、相乗的恩恵が生じ得ることを発見した。より具体的には、正弦波状加熱素子２２２に対して炭化ケイ素の熱被覆を施し、電気アダプタ２４０を圧入連結することにより、低接触抵抗で、正弦波状加熱素子２２２および電気アダプタ２４０間の機械的に強固な接続が生まれる。結果的に、導電性の強固な機械的接続が形成され、圧入連結の域を越える複雑な機械加工工程を行うことなく、それを達成することができる。
炭化ケイ素コーティングの形成に用いられる堆積条件は、熱分解グラファイトのコーティングに通常用いられるものと同じである。一般的に、シリコン源および炭素源は、１２００℃の高温で反応が引き起こされ、それによって、炭化ケイ素の堆積コーティングが生じる。
これより、本発明の１つまたは複数の実施形態に適した電気アダプタ２４０−１の斜視図を示す図３−２および断面斜視図を示す図３−３を参照する。電気アダプタ２４０−１は、熱分解グラファイトまたは電気抵抗ヒーターの電気コンタクトに適した他の材料等の適切な導電体から作成された実質的剛体である。電気アダプタ２４０−１は、ネジ式接続を行うためにネジ山をつけられたネジ穴２４０−２を有する。電気アダプタ２４０−１は、電気抵抗ヒーター２２０（これに限定されることはない）等の電気抵抗ヒーターの電気コンタクトと圧入連結を行うように構成された圧入穴２４０−３を有する。
これより、本発明の一実施形態による、ヒーターアセンブリ２０２に用いることが可能な電気抵抗ヒーター２４２の背面図を示す図４を参照する。電気抵抗ヒーター２４２は、内半径２２６を線引きするように配置された複数のトラフ部２２４と、外半径２３０を線引きするように配置された複数のピーク部２２８とを有する正弦波状加熱素子２２２によって形成される。つまり、ヒーター２４２は、ヒーター２４２が円の一部となるような内半径２２６および外半径２３０を有する輪の一部分を形成する。正弦波状加熱素子２２２が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、正弦波状加熱素子２２２の対向側面２３４および２３６同士が実質的に一定の間隔２３２を形成できるように、正弦波状加熱素子２２２の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、正弦波状加熱素子２２２の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数である。正弦波状加熱素子２２２の対向側面同士の間隔２３２は、選択された一定値に維持され、また最小限に抑えられてもよく、その限界は、アーク放電を回避する必要性、熱膨張および熱収縮による制約、および製造による制約によって決定される。
正弦波状加熱素子２２２の断面積は、概ね各半径方向位置にある正弦波状加熱素子２２２の断面幅に、概ね各半径方向位置にある正弦波状加熱素子２２２の断面厚さを掛けることによって与えられる。断面積は、加熱される表面の大きさおよび消費電力要件に基づいて、選択された一定値に維持される。正弦波状加熱素子の断面積を決定する付加的要因は、正弦波状加熱素子における振動数、加熱素子の抵抗率、正弦波状加熱素子の対向面同士の間隔、および正弦波状加熱素子の長さである。
上記のように、各半径方向位置における加熱素子の断面厚さおよび断面幅は、正弦波状加熱素子上の半径方向位置の関数である。厚さは、一般的に、ｆ１（１／ｒ）の形式の関数によって表すことができ、ｒは、正弦波状加熱素子上の半径方向位置であり、ｆ１は、その関数である。１／ｒの項を用いて、この関係が逆相関であることが示されている。幅は、一般的に、ｆ２（ｒ）の形式の関数によって表すことができ、ｒは、正弦波状加熱素子上の半径方向位置であり、ｆ２は、その関数である。結果的に、正弦波状加熱素子の断面積は、（ｆ１（１／ｒ））（ｆ２（ｒ））の形式の関数である。
本発明の一部の実施形態に関しては、正弦波状加熱素子の断面厚さは、方程式：
ｔ＝２πｒｉ ２Ｇｔｉ／（２πｒ２Ｇ−Ｓｒ） （１）
から導き出され、式中、ｔは、加熱素子の断面厚さであり、ｒは、加熱素子上の半径方向位置であり、πは、数学定数パイであり、ｒｉは、加熱素子の内側半径であり、ｔｉは、初期試用厚さであり、Ｇは、ヒーターの角サイズで割った加熱素子スポークの角度幅を等しくする幾何学的因子であり、Ｓは、加熱素子の対向側面同士の間隔である。より具体的には、ｔおよびｒは、変数であり、π、ｒｉ、ｔｉ、Ｇ、およびＳは、数値パラメータである。ヒーターに関する数値パラメータの知識を用いて、半径方向位置の関数として、その厚さを計算することができる。
当業者には認識されるように、方程式１およびその数値パラメータは、本発明の１つまたは複数の実施形態による、ヒーター寸法の数値表現を得るための１つの手法の結果に過ぎない。本明細書の開示を鑑みて、他の手法が当業者には認識されるであろう。方程式（１）の導出は、数学定数πと、設計者によるチョイスのｒｉ、設計者によるチョイスのヒーターの外側半径、設計者によるチョイスのＧ、および設計者によるチョイスのＳを用いて達成されたものである。内側半径におけるヒーター素子の初期試用厚さｔｉもまた設計者によるチョイスであるが、ヒーター素子の抵抗が、ヒーターと共に使用される電源の全電圧および電流容量との使用に対してより適切に適合するように、任意選択的に、ｔｉは、反復によって改良されなければならない場合がある。電源の容量もまた、設計者によるチョイスである。あるヒーター設計例における１つの可能な反復手順を以下に示す。
方程式（１）に類似の方程式に関する数値パラメータまたは対応する定数を導き出すことも、ヒーターに関して、半径方向位置の関数としてのヒーター厚さのデータが分かっている場合には可能である。このような状況に関するさらに簡易化した方程式は、形式：
ｔ＝Ａ／（Ｂｒ２−Ｓｒ） （１．１）
となり得る。
式中、ｔ、ｒ、およびＳは、上記と同じであり、ＡおよびＢは、上記の数値パラメータの内の１つまたは複数の組み合わせから生じた数値である。
本発明の一部の実施形態に関しては、正弦波状加熱素子の断面幅は、方程式：
ｗ＝２πＧｒ−Ｓ （２）
から導き出され、式中、ｗは、加熱素子の断面幅であり、ｒは、加熱素子上の半径方向位置であり、πは、数学定数パイであり、Ｇは、ヒーターの角サイズで割った加熱素子スポークの角度幅を等しくする幾何学的因子であり、Ｓは、加熱素子の対向側面同士の間隔である。半径方向位置の関数としての加熱素子の幅は、本発明の１つまたは複数の実施形態の場合、加熱素子スポークの角度幅、ヒーターの角サイズ、および間隔に関する設計者が規定した値を用いて計算することができる。
正弦波状加熱素子２２２に対して様々な材料を使用することができる。本発明の一実施形態によれば、正弦波状加熱素子２２２は、耐火性導電体を含む。正弦波状加熱素子２２２は、熱分解グラファイト等のグラファイトを含んでいてもよい。炭化ケイ素等の材料を用いて熱分解グラファイトをコーティングすることにより、一例として、炭化ケイ素でコーティングされた熱分解グラファイト導体を有する正弦波状加熱素子２２２を作成する等のさらなる変更を行うことが可能である。正弦波状加熱素子２２２に使用可能な他の材料例には、限定されることはないが、ニッケル・クロム合金、モリブデン、タンタル、タングステン、および電気抵抗加熱に使用される他の材料が包含される。
図４は、正弦波状加熱素子２２２の概ね各端部に位置する２つの任意選択的な電気コンタクト２３８を含む電気抵抗ヒーター２４２を示す。接触を取るための他の手段を電気ヒーター２２０に使用することが可能であることを理解されたい。電気コンタクト２３８は、正弦波状加熱素子２２２の一部として機械加工されたツメでもよい。任意選択として、電気コンタクト２３８は、電気抵抗ヒーター２２０の表面に対して実質的に垂直に配向される。本開示を鑑みて当業者には明らかとなるように、電気コンタクト２３８の他の配向を用いることもできる。電気コンタクト２３８を使用して、直流または交流電流を正弦波状加熱素子２２２に印加することができる。
図４は、ピーク部２２８の任意選択的な構成を示す。具体的には、図４のピーク部の内の２つに関して示されるように、ピーク部の１つまたは複数が、周囲のピーク部よりも短くてもよい。この任意選択的な構成を用いることにより、電気抵抗ヒーター２４２の操作および監視に使用可能な、アタッチメント構造体等の他の構造体、センサー、ホルダーを収容することができる。同様の変更をトラフ部２２４に行うことができる。
これより、電気抵抗ヒーター２４２−１の斜視背面図を示す図４−１を参照する。電気抵抗ヒーター２４２−１は、電気抵抗ヒーター２４２−１が正弦波状導電体２２２の各端部の電気コンタクト２３８と連結した任意選択的な電気アダプタ２４０を包含することを除いては、図４に関して記載した電気抵抗ヒーター２４２の記載と基本的に同じである。
本発明の一実施形態によれば、電気アダプタ２４０は、電気コンタクト２３８に対して圧入（当該分野では、締まりばめを有することも知られている）連結が行われるように形成されている。本発明の一部の実施形態の場合、蛇行加熱素子２２２は、熱分解グラファイトから作成されてもよく、それらの実施形態に関する任意選択として、電気アダプタ２４０が熱分解グラファイトから作成されてもよい。任意選択的に、電気アダプタ２４０は、電気接続に適した熱分解グラファイト以外の材料から作成してもよい。
これより、本発明の一実施形態による、システム１００またはシステム１０１において使用可能なヒーターアセンブリ２４４の前面図を示す図５を参照する。ヒーターアセンブリ２４４は、輪または輪の部分として成形された複数の電気抵抗ヒーターを含む。より具体的には、ヒーターアセンブリ２４４は、中心に位置決めされる第１のヒーター２４６を含む。任意選択的に、第１のヒーター２４６は、輪状ヒーターまたは輪状ヒーターの一部分でもよい。別の任意選択として、第１のヒーター２４６は、図３に示したような電気抵抗ヒーター２２０または図４に示したような電気抵抗ヒーター２４２の組み合わせと基本的に同じ輪状ヒーターでもよい。あるいは、第１のヒーター２４６は、上記の電気抵抗ヒーター２２０および電気抵抗ヒーター２４２の構成以外の構成であってもよい。図５に示される本発明の実施形態は、電気抵抗ヒーター２２０および電気抵抗ヒーター２４２の構成とは似ていない構成を有する加熱素子を包含する第１のヒーター２４６を有する。
ヒーターアセンブリ２４４は、第１のヒーター２４６を取り囲む電気抵抗ヒーター２２０をさらに含む。電気抵抗ヒーター２２０は、図３の電気抵抗ヒーター２２０に関する記載と基本的に同じである。
ヒーターアセンブリ２４４は、輪の４分の１部分として成形され、かつ、実質的に円形の加熱領域のために、同心円状の輪の実質的に平面のアレイを形成するように配置された１２の電気抵抗ヒーター２４２をさらに含む。電気抵抗ヒーター２４２は、図４の電気抵抗ヒーター２４２に関する記載と基本的に同じである。本発明の他の実施形態が１２以外の数の電気抵抗ヒーター２４２を用いることが可能であり、かつ、輪状ヒーターおよび輪状ヒーター部分の組み合わせもまた、図５に関して記載されたものと異なっていてもよいことを理解されたい。具体的には、本発明の実施形態において、１２より多い電気抵抗ヒーター２４２を使用することが可能であり、あるいは、本発明の実施形態による加熱アセンブリにおいて、１２より少ない電気抵抗ヒーター２４２を使用することが可能である。同様に、本発明の実施形態による加熱アセンブリにおいて２つ以上の電気抵抗ヒーター２２０を使用してもよく、あるいは、本発明の実施形態において、抵抗ヒーター２２０を使用しなくてもよい。
本発明の実施形態によるヒーターアセンブリは、電気抵抗ヒーター２２０、電気抵抗ヒーター２２０−１、電気抵抗ヒーター２４２、および電気抵抗ヒーター２４２−１から成る群から選択された少なくとも１つの電気抵抗ヒーターを包含する。
これより、本発明の一実施形態による、ヒーターアセンブリ２４４−１の背面図を示す図５−１を参照する。ヒーターアセンブリ２４４−１は、輪または輪の部分として成形された複数の電気抵抗ヒーターを含む。より具体的には、ヒーターアセンブリ２４４−１は、中心に位置決めされる第１のヒーター２４６−１を含む。第１のヒーター２４６−１は、実質的に上記のような電気コンタクト（図５−１では電気コンタクトは不可視）と、電気コンタクトに連結された実質的に上記のような電気アダプタ２４０−１等の電気アダプタとを含む。任意選択的に、第１のヒーター２４６−１は、輪状ヒーターまたは輪状ヒーターの一部分でもよい。別の任意選択として、第１のヒーター２４６−１は、図３−１に示したような電気抵抗ヒーター２２０−１または図４−１に示したような電気抵抗ヒーター２４２−１の組み合わせと基本的に同じ輪状ヒーターでもよい。あるいは、第１のヒーター２４６−１は、上記の電気抵抗ヒーター２２０−１および電気抵抗ヒーター２４２−１の構成以外の構成であってもよい。図５−１に示される本発明の実施形態は、電気抵抗ヒーター２２０−１および電気抵抗ヒーター２４２−２の構成とは似ていない構成を有する加熱素子を包含する第１のヒーター２４６−１を有する。
ヒーターアセンブリ２４４−１は、第１のヒーター２４６−１を取り囲む電気抵抗ヒーター２２０−１をさらに含む。電気抵抗ヒーター２２０−１は、図３−１の電気抵抗ヒーター２２０−１に関する記載と基本的に同じである。電気抵抗ヒーター２２０−１用の電気アダプタ２４０−１もまた図５−１に示されている。
ヒーターアセンブリ２４４−１は、輪の４分の１部分として成形され、かつ、実質的に円形の加熱領域のために、同心円状の輪の実質的に平面のアレイを形成するように配置された１２の電気抵抗ヒーター２４２−１をさらに含む。電気抵抗ヒーター２４２−１は、図４−１の電気抵抗ヒーター２４２−１に関する記載と基本的に同じである。電気抵抗ヒーター２４２−１用の電気アダプタ２４０−１もまた図５−１に示されている。
本発明の別の実施形態による装置は、熱分解グラファイト加熱素子を含む電気抵抗ヒーターである。熱分解グラファイト加熱素子は、１つまたは複数の熱分解グラファイト電気コンタクトを有する。電気抵抗ヒーターは、上記の電気アダプタ２４０および電気アダプタ２４０−１等の１つまたは複数の熱分解グラファイト電気アダプタをさらに含む。１つまたは複数の電気アダプタは、１つまたは複数の熱分解グラファイト電気コンタクトに圧入連結される。電気抵抗ヒーターは、加熱素子および電気アダプタをオーバーコートする炭化ケイ素の層をさらに包含する。炭化ケイ素のオーバーコーティングは、１つまたは複数の熱分解グラファイト電気コンタクトを１つまたは複数の電気アダプタに対して圧入連結した後に塗布される。炭化ケイ素のコーティングは、高温化学蒸着プロセスを用いて塗布することができる。
これより、本発明の一実施形態によるシステム１０３の側断面図を示す図６を参照する。システム１０３は、上面１５２−１および底面１５２−２を有する処理室を含む。任意選択的に、処理を行うための処理室の底部に、１つまたは複数の基板１５４（基板の位置を破線で示す）を設置してもよい。あるいは、システム１０３は、処理室内で１つまたは複数の基板１５４を保持するように配置された基板ホルダー１５６を包含する。本発明の一部の実施形態における任意選択として、処理室の底面１５２−２は、少なくとも部分的に基板ホルダー１５６を収容する陥凹領域１５３を有する。システム１０３は、実質的に上記のような回転式継手１８０と、実質的に上記のようなヒーターアセンブリ２０２とを含む。システム１０３は、上記のようなシステム１０１と基本的に同じであるが、少なくとも１つのコアンダガスインジェクター２５２が追加されている。
より具体的には、システム１０３は、コアンダ効果ガスフローを基板支持材１５６および／または１つまたは複数の基板１５４の表面上に供給するように基板支持材１５６の周辺端部に隣接して配置された少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２を含む。本発明の一部の実施形態によれば、システム１０３は、１つまたは複数の反応性ガスを少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２に供給するように少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２と流体連通したガスフロー制御システム（図３では不図示）をさらに含む。
システム１０３の一実施形態においては、コアンダ効果ガスインジェクター２５２は、ガス入口ポート２５３、ガス流路２５４、およびガス出口ポート２５５を有する。ガス出口ポート２５５は、ガス流路２５４と流体連通しており、ガス流路２５４は、ガス入口ポート２５３と流体連通している。ガス流路２５４は、コアンダ効果ガスインジェクター２５２の凸面２５４−１によって形成され、これにより、コアンダ効果ガスフローが生じる。より具体的には、凸面２５４−１は、基板１５４の表面および／または基板ホルダー１５６の表面に概ね位置する面に対して接線方向に近づくように形成および配置される。本発明の一実施形態による凸面２５４−１は、曲面である。他の実施形態における任意選択として、凸面２５４−１は、１つまたは複数の傾斜面によって形成され、各傾斜面は、曲率が僅かである、あるいは、曲率を持たない。
コアンダ効果ガスフローは、ガスフローが凸面２５４−１を実質的にたどることができるようにガスフローと凸面２５４−１との付着を引き起こす凸面２５４−１上にガスを流すことから生じる。本発明者らは、コアンダ効果ガスインジェクター２５２を離れたガスが、基板ホルダー１５６の表面の少なくとも一部および／または１つまたは複数の基板１５４の表面の少なくとも一部を包含するある距離の間、付着を継続するように見えることを発見した。本発明者らは、考えられる説明は、基板表面の処理に対して１つまたは複数の反応性化学物質をより効率的に使用することができるように、ガスフローと表面との付着が、ガスフロー中の１つまたは複数の反応性化学物質を基板表面に対してより近く維持する援助を行っている、あるいは、１つまたは複数の他の現象が、コアンダ効果の利用による恩恵を生み出すことに関与しているかもしれないと考えている。つまり、コアンダ効果ガスフローは、基板表面と相乗的に相互作用を起こし、これによって、より長期間、１つまたは複数の反応性化学物質が基板表面付近に維持されるように見える。コアンダ効果の考察は、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏａｎｄａ Ｅｆｆｅｃｔ」（Ｉｍａｎｔｓ Ｒｅｂａ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ，Ｖｏｌ．２１４，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ １９６６，ｐ．８４−９２）およびＨ．Ｃｏａｎｄａの米国特許第２，０５２，８６９号明細書において見つけることができ、これらの文献の内容は、本明細書において援用される。
本発明の一部の実施形態の任意選択として、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２は、スリットを形成するように長方形の形状をしたガス出口ポート２５５を有する。あるいは、ガス出口ポート２５５は、正方形または別の幾何学的形状でもよい。
本発明の一部の実施形態における任意選択として、ガス出口ポート２５５が、１つまたは複数の基板１５４の表面に対して実質的に同一平面上または上となる、および／または基板支持材１５６の表面に対して実質的に同一平面上または上となるように、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２を処理室内に配置する。別の任意選択として、ガス出口ポート２５５が、処理室の底面１５２−２に対して実質的に同一平面上または上となるように、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２を処理室内に配置する。
これより、本発明の１つまたは複数の実施形態のコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１の上面図および側断面図をそれぞれ示す図７および図７−１を参照する。破線は、隠線を示すために使用されている。コアンダ効果ガスインジェクター２５２−１は、任意選択として、図６に示す本発明の実施形態に関して記載された少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２に換えて使用することができる。コアンダ効果ガスインジェクター２５２−１は、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２に類似のものである。
コアンダ効果ガスインジェクター２５２−１は、ガス入口ポート２５３、ガス流路２５４、およびガス出口ポート２５５を有する、実質的に剛性の構造体である。コアンダ効果ガスインジェクター２５２−１は、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２には存在しないプレナム２５６も有する。ガス出口ポート２５５は、ガス流路２５４を介してプレナム２５６と流体連通している。ガス入口ポート２５３は、プレナム２５６と流体連通している。ガス流路２５４は、コアンダ効果ガスフローが生じるように、コアンダ効果ガスインジェクター２５２−１の少なくとも１つの凸面２５４−１によって形成されている。
動作中は、コアンダ効果ガスインジェクター２５２−１は、ガス入口ポート２５３において、ガスまたはガス混合物を受け取り、ガスは、ガス入口ポート２５３からプレナム２５６内に流入し、引き続きガス流路２５４内へと入り、凸面２５４−１上を通過し、ガス出口ポート２５５から抜け出る。
これより、本発明の一実施形態による基板を処理するためのシステム１０６の側断面図およびシステム１０６の内部の上面図を示す図８および図８−１を参照する。システム１０６は、底面１５２−２および上面（上面は、図８−１では不図示）を包含する処理室を含む。システム１０６は、処理室内で１つまたは複数の基板１５４を保持するように配置された基板ホルダー１５６を包含する。図８および図８−１は、破線を用いて、基板ホルダー１５６上で処理を行うために３つの基板１５４をどのように配置し得るかを一例として示している。本発明の一部の実施形態における任意選択として、処理室の底面１５２−２は、少なくとも部分的に基板ホルダー１５６を収容する陥凹領域（図８−１では不図示）を有する。システム１０６は、排気口１７２を有する外室１７０を含む。外室１７０は、処理室を実質的に取り囲んでいる。
システム１０６は、基板支持材１５６の表面と、もしその上に存在すれば１つまたは複数の基板１５４とを回転させるために基板支持材１５６と接続された任意選択的な回転式継手を含む。あるいは、システム１０６は、基板支持材１５６の表面の線形平行移動を行うために基板支持材１５６と接続された線形アクチュエータを含んでいてもよい。
システム１０６は、基板１５４に熱を与えるように配置されたヒーターアセンブリ２０２を包含する加熱システムを含む。システム１０６は、基板を背面から加熱するように、底面１５２−２の外側に対向するように配置されたヒーターアセンブリ２０２を有する。任意選択的に、ヒーターアセンブリ２０２は、基板を前面から加熱するように、上面１５２−１の外側に対向するように配置されてもよい。図８に示されるような、さらに別の任意選択として、システム１０６は、基板を背面および前面から加熱することができるように、上面１５２−１の上に配置されたヒーターアセンブリ２０２と、底面１５２−２の下に配置されたヒーターアセンブリ２０２とを有する。ヒーターアセンブリ２０２は、実質的に上記のような１つまたは複数の電気抵抗ヒーターを包含する。
より具体的には、ヒーターアセンブリ２０２は、上記のような１つまたは複数の電気抵抗ヒーター２２０、上記のような１つまたは複数の電気抵抗ヒーター２２０−１、上記のような１つまたは複数の電気抵抗ヒーター２４２、上記のような１つまたは複数の電気抵抗ヒーター２４２−１、および／または上記のような１つまたは複数の第１のヒーター２４６−１を含み得る。ヒーターアセンブリ２０２は、上記のようなヒーターアセンブリ２４４等のヒーターアセンブリ、または上記のようなヒーターアセンブリ２４４−１等のヒーターアセンブリでもよい。
システム１０６は、コアンダ効果ガスフローを基板支持材１５６および／または１つまたは複数の基板１５４の表面上に供給するように基板支持材１５６の周辺端部に隣接して配置された少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１を含む。図８−１は、５つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１を示す。本発明の一部の実施形態によれば、システム１０６は、１つまたは複数の反応性ガスを少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１に供給するように少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１と流体連通したガスフロー制御システム（図８および図８−１では不図示）をさらに含む。
コアンダ効果ガスインジェクター２５２−１は、図７および図７−１に関する上記記載と基本的に同じである。あるいは、システム１０６は、図６に関して上記に記載したようなコアンダ効果ガスインジェクター２５２等の１つまたは複数のコアンダ効果ガスインジェクター、あるいはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。
システム１０６は、処理室の底面１５２−２の上に１つまたは複数のガスまたはガス混合物を供給するように配置された少なくとも１つの二次ガスインジェクター２７０を含む。より具体的には、少なくとも１つの二次ガスインジェクター２７０は、ガスまたはガス混合物を基板１５４および／または基板ホルダー１５６上に流すように配置される。図７は、５つの二次ガスインジェクター２７０を有する。少なくとも１つの二次ガスインジェクター２７０は、コアンダ効果ガスインジェクターではない。少なくとも１つの二次ガスインジェクター２７０は、管等、シャワーヘッドまたはノズルを有する管等、または別のタイプのノズル等の、内部をガスが流れるボアホールを有する固体等の基板の処理に通常用いられるような標準的なガスインジェクターでもよい。
システム１０６は、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１の後部に配置された少なくとも１つの二次ガスインジェクター２７０を有する実施形態を示している。本発明の他の実施形態が、図８および図８−１に示される配置とは異なる、少なくとも１つの二次ガスインジェクター２７０および少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１の相対位置および配向を有し得ることを理解されたい。
本発明の一部の実施形態に関して、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１および少なくとも１つの二次インジェクター２７０の使用を組み合わせた結果、潜在的恩恵が達成され得る。つまり、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクター２５２−１からのガスフローと、少なくとも１つの二次インジェクター２７０からのガスフローとの相乗的相互作用により、プロセス結果の向上がもたらされ得る。
本発明の一部の実施形態に関する任意選択として、システム１０１、システム１０３、およびシステム１０６等のシステムは、基板１５４、基板ホルダー１５６、および上面１５２−１および底面１５２−２を包含する処理室の壁を加熱するように電気抵抗ヒーターを配置した高温壁処理室を有するように構成されてもよい。あるいは、システムは、電気抵抗ヒーターが、処理室の壁の実質的な加熱を行うことなく実質的に基板１５４および／または基板ホルダー１５６のみを加熱できるように構成された、および／または冷却された処理室の壁を有する低温壁システムでもよい。本発明の一部の実施形態の潜在的恩恵は、コアンダ効果ガスフローにより、基板上部の温度変動によって引き起こされる温度誘発対流の影響の一部が軽減され得ることである。
本発明の一部の実施形態に関して、処理室、基板支持材、外室、ヒーターアセンブリ、およびコアンダ効果ガスインジェクターは、半導体デバイスの処理に適した材料を含む。本発明の実施形態での使用に適した材料例には、限定されることはないが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、石英または溶融石英等の二酸化ケイ素、ステンレス鋼、グラファイト、および炭化ケイ素被覆グラファイトが含まれる。
上記のシステムおよび装置は、本発明の実施形態に従い、多種多様な処理に使用することができる。これより、本発明の一実施形態による、例示的プロセス図２９１を示す図９を参照する。例示的プロセス図２９１は、追加のステップ（不図示）を加えることも可能な、非網羅的な一連のステップを含む。当業者であれば、数多くのバリエーション、改変、および代替を認識するであろう。図９は、基板上で化学反応を起こすための例示的プロセス図２９１が、基板を設けるステップ２９３を含むことを示している。例示的プロセス図２９１は、上記に記載し、図２、図３、図３−１、図４、図４−１、図５、および図５−１に示したような少なくとも１つのヒーターまたはヒーターアセンブリを設けるステップ２９５を含む。例示的プロセス図２９１に適したヒーターの具体例は、電気抵抗ヒーター２２０、電気抵抗ヒーター２２０−１、電気抵抗ヒーター２４２、電気抵抗ヒーター２４２−１、および第１のヒーター２４６−１である。例示的プロセス図２９１は、１つまたは複数の反応性ガスを供給するステップ２９７を含む。例示的プロセス図２９１は、少なくとも１つのヒーターまたは加熱アセンブリを用いて熱を基板に与え、基板上部に１つまたは複数の反応性ガスのコアンダ効果ガスフローを生じさせるステップ２９９をさらに含む。この熱は、基板を処理温度に至らせるため、および／または処理のための処理温度で基板を維持するために、使用することができる。例示的プロセス図２９１は、化学反応を生じさせるのに十分な追加の処理条件を維持するステップも含み得る。
任意選択として、例示的プロセス図２９１は、本発明の追加の実施形態に関して、１つまたは複数の改変を包含することもできる。改変例は、限定されることはないが、以下の、２９９の期間中に基板を回転させるステップを包含し得る。基板を設けるステップ２９３は、半導体ウェハーを設けるステップを含む。基板を設けるステップ２９３は、電子または光電子デバイスを製造するための基板を設けるステップを含む。基板を設けるステップ２９３は、シリコンウェハーを設けるステップを含む。１つまたは複数の反応性ガスを供給するステップ２９７は、半導体堆積のための１つまたは複数の前駆体を供給するステップを含む。１つまたは複数の反応性ガスを供給するステップ２９７は、シリコン前駆体を供給するステップを含む。１つまたは複数の反応性ガスを供給するステップ２９７は、シラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、および四塩化ケイ素から成る群から選択された化合物を供給するステップを含む。１つまたは複数の反応性ガスを供給するステップ２９７は、半導体用のドーパント化合物を供給するステップを含む。１つまたは複数の反応性ガスを供給するステップ２９７は、ＩＶ族元素半導体、ＩＶ族元素化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族元素半導体、またはＩＩ−ＶＩ族元素半導体を堆積するための１つまたは複数の前駆体を供給するステップを含む。化学反応を生じさせるのに十分な条件を維持しながら、基板上部に１つまたは複数の反応性ガスのコアンダ効果ガスフローを生じさせるステップ２９９は、エピタキシャルシリコンの堆積条件を含む。化学反応を生じさせるのに十分な条件を維持しながら、基板上部に１つまたは複数の反応性ガスのコアンダ効果ガスフローを生じさせるステップ２９９は、限定されることはないが、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム水銀、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、リン化インジウム、シリコン、シリコンゲルマニウム、および炭化ケイ素等の材料のエピタキシャル層の堆積条件を含む。
明らかに、本発明の実施形態は、半導体デバイス製造の処理等の多種多様な処理に使用することができる。選択された処理用ガスおよび処理条件の変更により、本発明の実施形態が、エピタキシャル層、多結晶層、ナノ結晶層、またはアモルファス層用の堆積処理、基板のエッチングまたは洗浄等の処理、基板の酸化、および／または基板のドーピング等の基板処理を包含することが可能となる。
本発明の実施形態は、元素材料、化合物、化合物半導体、および化合物誘電材料等の材料層を成長させるための方法および装置も包含する。化合物半導体適用の好ましい実施形態では、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、鉛、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、硫黄、セレン、テルル、水銀、カドミウム、および亜鉛の元素の内の少なくとも１つを含むガスフローを提供するように、コアンダ効果ガスインジェクターの少なくとも１つが接続される。任意選択的に、水素、不活性ガス、ドーパント混合水素、またはドーパント混合不活性ガス等のガスまたはガス混合物のフローを提供するように、１つまたは複数のコアンダ効果ガスインジェクター、および／または１つまたは複数の二次ガスインジェクターが接続される。
本発明の実施形態による方法は、上記の処理用ガス等の様々な処理用ガスの使用を包含し得る。本方法に使用されるガスは、処理によって決まる。ある実施形態では、ガスフローの流れは、シリコン源ガス、ドーパントガス、および炭素を含む。
上述の明細書では、具体的な実施形態に関連して本発明の説明を行った。しかしながら、当業者は、以下の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改変および変更を行い得ることを理解する。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で捉えられるものであり、このような改変は全て、本発明の範囲内に包含されることが意図されたものである。
次に提示するのは、本発明の一実施形態による、ヒーターの設計に使用可能な手順例である。この設計のヒーターは、図１に示す輪状ヒーターの構成に類似している。このヒーターに使用される入力データには、以下の、内側半径：２．７５インチ、外側半径：４．８５インチ、対向側面同士の間隔：０．０６０インチ、ヒーター材料：約０．０００４９オーム−インチの抵抗率を有する成形グラファイト、ヒーター角サイズ：実質的に３６０°、スポーク数：１０１、スポークの角度幅＋間隔：３．５４５度、セグメント長：０．２１インチ、および初期試用厚さ：０．１３５インチが包含される。この例の入力データを方程式（１）および方程式（２）に使用して、ヒーターの内側半径から外側半径に及ぶ計算を提供するように、セグメント長に等しい量ずつ徐々に増加する半径方向位置における加熱素子断面幅および加熱素子断面厚さを計算する。それらの計算を表１に示す。この例に関して、内側半径および外側半径を包含する、スポークの１つに沿った等間隔の１１の半径方向位置において計算を行う。
半径方向位置の関数としての加熱素子の断面積および各セグメント長の抵抗等の、さらなる関連の計算も表１に示す。セグメント長の抵抗は、スポークの全抵抗を得るために合計され、スポーク数によって乗算されることにより、加熱素子の全抵抗を決定した。これらの計算は、より厳密に、電源性能の望ましい、または最適な利用と一致できるように、設計者がヒーターの設計を改変するために用いることができる可能な手法の１つを示すことにも役立つ。具体的には、電源での使用に望ましい、または最適な抵抗との比較のために、設計者は、異なる初期試用厚さを選択し、計算を繰り返して、加熱素子の全抵抗を得ることができる。この反復プロセスは、加熱素子の全抵抗が、電源で使用される抵抗と最適または望ましい一致となるまで継続され得る。
具体的な実施形態に関連して、恩恵、他の利点、および課題の解決法を上記に記載してきた。しかしながら、恩恵、利点、課題の解決法、および恩恵、利点、または解決法を生じさせ得る、またはより顕著にし得る１つまたは複数の要素は、一部または全ての請求項の重要、必要、または必須の特徴または要素として解釈されるものではない。
本明細書において、「含む」（“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”）、「含んでいる」（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）、「包含する」（“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”）、「包含している」（“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”）、「有する」（“ｈａｓ”）、「有している」（“ｈａｖｉｎｇ”）、「少なくとも１つの」（“ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ”）、およびそれらのその他のバリエーションである用語は、非排他的包含を網羅することを意図したものである。例えば、要素リストを含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されることはなく、明示的にリストされていない、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有ではない他の要素を包含し得る。さらに、明示的にこれとは異なる記載がない限り、「または」（“ｏｒ”）は、排他的なｏｒではなく、包含的なｏｒを意味する。例えば、状態ＡまたはＢは、以下の内の何れによっても成立する：Ａが正しく（または存在する）、かつＢは誤っている（または存在しない）、Ａは誤っており（または存在しない）、かつＢは正しい（または存在する）、およびＡとＢの両方が正しい（または存在する）。
本発明の具体的な実施形態の記載および例示を行ったが、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物に定義される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、具体的に例示および記載された実施形態の詳細の変更を行うことが可能であることは明らかである。
Figure 0006045035

Claims (28)

  1. １つまたは複数の基板を処理するためのシステムにおいて、前記システムは、
    処理室と、
    １つまたは複数の基板を保持するために前記処理室内に配置された基板支持材と、
    外半径を線引きするように配置された複数のピーク部および内半径を線引きするように配置された複数のトラフ部を有する正弦波状加熱素子を含む少なくとも１つの電気抵抗ヒーターにおいて、前記加熱素子が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、前記加熱素子の対向側面同士が実質的に一定の間隔を形成できるように、前記加熱素子の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、前記加熱素子の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数であり、当該第２の関数は非線形関数であり、前記基板支持材および／または前記１つまたは複数の基板を加熱するように配置されている前記少なくとも１つの電気抵抗ヒーターと、
    を含んでおり、
    前記加熱素子の断面積が、前記半径方向位置によって変化する断面積を有していることを特徴とするシステム。
  2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    コアンダ効果ガスフローを前記基板支持材および／または前記１つまたは複数の基板の表面上に供給するように前記基板支持材の周辺端部に隣接して配置された少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターをさらに含むことを特徴とするシステム。
  3. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターは、ガス出口ポート、ガス流路、およびガス入口ポートを有し、前記ガス出口ポートは、前記ガス流路と流体連通しており、前記ガス流路は、前記ガス入口ポートと流体連通しており、前記ガス流路は、前記コアンダ効果ガスフローが生じるように、前記コアンダ効果ガスインジェクターの少なくとも１つの凸面によって形成されることを特徴とするシステム。
  4. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターは、ガス入口ポート、プレナム、ガス流路、およびガス出口ポートを有し、前記ガス出口ポートは、前記ガス流路を介して前記プレナムと流体連通しており、前記ガス入口ポートは、前記プレナムと流体連通しており、前記ガス流路は、前記コアンダ効果ガスフローが生じるように、前記コアンダ効果ガスインジェクターの少なくとも１つの凸面によって形成されることを特徴とするシステム。
  5. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記基板支持材と接続され、前記基板支持材の前記表面を回転させるための回転式継手をさらに含むことを特徴とするシステム。
  6. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記基板支持材と接続され、前記基板支持材の前記表面の線形平行移動を行う線形アクチュエータをさらに含むことを特徴とするシステム。
  7. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記処理室は、昇温処理用の高温壁室であることを特徴とするシステム。
  8. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記処理室、前記基板支持材、および前記少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ステンレス鋼、グラファイト、および炭化ケイ素被覆グラファイトから成る群から選択された材料を含むことを特徴とするシステム。
  9. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記正弦波状加熱素子の前記断面厚さは、ｆ（１／ｒ）の形式の関数であり、ｒは、前記ヒーター上の半径方向位置であることを特徴とするシステム。
  10. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記正弦波状加熱素子の前記断面幅は、ｆ（ｒ）の形式の関数であり、ｒは、前記ヒーター上の半径方向位置であることを特徴とするシステム。
  11. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記正弦波状加熱素子の前記断面厚さは、方程式：
    ｔ＝２πｒｉ ２Ｇｔｉ／（２πｒ２Ｇ−Ｓｒ）
    から導き出され、
    式中、
    ｔは、前記加熱素子の前記断面厚さであり、
    ｒは、前記加熱素子上の前記半径方向位置であり、
    πは、数学定数パイであり、
    ｒｉは、前記加熱素子の内側半径であり、
    ｔｉは、初期試用厚さであり、
    Ｇは、前記ヒーターの角サイズで割った加熱素子スポークの角度幅を等しくする幾何学的因子であり、
    Ｓは、前記加熱素子の対向側面同士の前記間隔である、
    ことを特徴とするシステム。
  12. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記正弦波状加熱素子の前記断面幅は、方程式：
    ｗ＝２πＧｒ−Ｓ
    から導き出され、
    式中、
    ｗは、前記加熱素子の前記断面幅であり、
    ｒは、前記加熱素子上の前記半径方向位置であり、
    πは、数学定数パイであり、
    Ｇは、前記ヒーターの角サイズで割った加熱素子スポークの角度幅を等しくする幾何学的因子であり、
    Ｓは、前記加熱素子の対向側面同士の前記間隔である、
    ことを特徴とするシステム。
  13. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの電気抵抗ヒーターは、炭化ケイ素被覆グラファイトを含むことを特徴とするシステム。
  14. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記加熱素子は、ニッケル・クロム合金、モリブデン、タンタル、およびタングステンから成る群から選択された材料を含むことを特徴とするシステム。
  15. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの電気抵抗ヒーターは、電気コンタクトと、それに圧入連結される電気アダプタとをさらに含むことを特徴とするシステム。
  16. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記処理室にガスフローを供給するように配置された二次ガスインジェクターをさらに含むことを特徴とするシステム。
  17. １つまたは複数の基板を処理するためのシステムにおいて、前記システムは、
    外室と、
    実質的に前記外室内に配置された処理室と、
    １つまたは複数の基板を保持するために前記処理室内に配置された基板支持材と、
    外半径を線引きするように配置された複数のピーク部および内半径を線引きするように配置された複数のトラフ部を有する正弦波状加熱素子を含む少なくとも１つの電気抵抗ヒーターにおいて、前記加熱素子が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、前記加熱素子の対向側面同士が実質的に一定の間隔を形成できるように、前記加熱素子の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、前記加熱素子の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数であり、前記少なくとも１つの電気抵抗ヒーターは、熱分解グラファイト電気コンタクトと、それに圧入連結される熱分解グラファイト電気アダプタと、熱蒸着された炭化ケイ素のオーバーコーティングとを含み、前記基板支持材および／または前記１つまたは複数の基板を加熱するように前記外室と前記処理室との間に配置される前記少なくとも１つの電気抵抗ヒーターと、
    コアンダ効果ガスフローを前記基板支持材および／または前記基板の表面上に供給するように前記基板支持材の周辺端部に隣接して配置された少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターにおいて、前記少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターは、ガス入口ポート、プレナム、ガス流路、およびガス出口ポートを有し、前記ガス出口ポートは、前記ガス流路を介して前記プレナムと流体連通しており、前記ガス入口ポートは、前記プレナムと流体連通しており、前記ガス流路は、コアンダ効果ガスフローが生じるように、前記コアンダ効果ガスインジェクターの少なくとも１つの凸面によって形成される、少なくとも１つのコアンダ効果ガスインジェクターと、
    前記処理室にガスフローを供給するように配置された少なくとも１つの二次ガスインジェクターと、
    前記基板支持材と接続され、前記基板支持材を回転させるための回転式継手と、
    を含み、
    前記正弦波状加熱素子の前記断面厚さは、方程式：
    ｔ＝２πｒｉ ２Ｇｔｉ／（２πｒ２Ｇ−Ｓｒ）
    から導き出され、
    式中、
    ｔは、前記加熱素子の前記断面厚さであり、
    ｒは、前記加熱素子上の前記半径方向位置であり、
    πは、数学定数パイであり、
    ｒｉは、前記加熱素子の内側半径であり、
    ｔｉは、初期試用厚さであり、
    Ｇは、前記ヒーターの角サイズで割った加熱素子スポークの角度幅を等しくする幾何学的因子であり、
    Ｓは、前記加熱素子の対向側面同士の前記間隔であり、
    前記正弦波状加熱素子の前記断面幅は、方程式：
    ｗ＝２πＧｒ−Ｓ
    から導き出され、
    式中、
    ｗは、前記加熱素子の前記断面幅であり、
    ｒは、前記加熱素子上の前記半径方向位置であり、
    πは、前記数学定数パイであり、
    Ｇは、前記ヒーターの前記角サイズで割った前記加熱素子スポークの前記角度幅を等しくする幾何学的因子であり、
    Ｓは、前記加熱素子の対向側面同士の前記間隔であり、
    前記凸面は、前記基板の表面および／または前記基板支持材の表面に概ね位置する面に対して接線方向に近づくように形成および配置され、
    前記ガス出口ポートが、前記１つまたは複数の基板の表面に対して実質的に同一平面上または上に位置し、および／または前記基板支持材の表面に対して実質的に同一平面上または上に位置することを特徴とするシステム。
  18. 基板を処理する方法において、前記方法は、
    基板を設けるステップと、
    １つまたは複数の反応性ガスを供給するステップと、
    外半径を線引きするように配置された複数のピーク部および内半径を線引きするように配置された複数のトラフ部を有する正弦波状加熱素子を含む少なくとも１つのヒーターまたはヒーターアセンブリを設けるステップにおいて、前記加熱素子が各半径方向位置において実質的に一定の熱流束を提供し、かつ、前記加熱素子の対向側面同士が実質的に一定の間隔を形成できるように、前記加熱素子の断面幅は、半径方向位置の第１の関数であり、前記加熱素子の断面厚さは、半径方向位置の第２の関数であり、当該第２の関数は非線形関数であるステップと、
    前記少なくとも１つのヒーターまたは加熱アセンブリを用いて前記基板に熱を与え、前記基板上部に前記１つまたは複数の反応性ガスのコアンダ効果ガスフローを生じさせるステップと、
    を含んでおり、
    前記加熱素子の断面積が、前記半径方向位置によって変化する断面積を有していることを特徴とする方法。
  19. 請求項１８に記載の方法において、前記基板を回転させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
  20. 請求項１８に記載の方法において、前記基板を設ける前記ステップは、半導体ウェハーを設けるステップを含むことを特徴とする方法。
  21. 請求項１８に記載の方法において、前記基板を設ける前記ステップは、電子または光電子デバイスを製造するための基板を設けるステップを含むことを特徴とする方法。
  22. 請求項１８に記載の方法において、前記基板を設ける前記ステップは、シリコンウェハーを設けるステップを含むことを特徴とする方法。
  23. 請求項１８に記載の方法において、前記１つまたは複数の反応性ガスを供給する前記ステップは、半導体堆積のための１つまたは複数の前駆体を供給するステップを含むことを特徴とする方法。
  24. 請求項１８に記載の方法において、前記１つまたは複数の反応性ガスを供給する前記ステップは、シリコン前駆体を供給するステップを含むことを特徴とする方法。
  25. 請求項１８に記載の方法において、前記１つまたは複数の反応性ガスを供給する前記ステップは、シラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、および四塩化ケイ素から成る群から選択された化合物を供給するステップを含むことを特徴とする方法。
  26. 請求項１８に記載の方法において、エピタキシャルシリコンの堆積を生じさせるのに十分な条件を維持するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
  27. 請求項１８に記載の方法において、前記１つまたは複数の反応性ガスを供給する前記ステップは、ＩＶ族元素半導体、ＩＶ族元素化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族元素半導体、またはＩＩ−ＶＩ族元素半導体を堆積するための１つまたは複数の前駆体を供給するステップを含むことを特徴とする方法。
  28. 請求項１８に記載の方法において、エピタキシャル層の堆積を生じさせるのに十分な条件を維持するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
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