JP6980021B2 - 汚染物質を捕捉するための装置を備えた縦型炉 - Google Patents

Description

本発明は縦型炉に関する。本発明は特に、熱処理中に注入されたフレッシュガス中に存在する汚染物質の全部または一部を捕捉するための装置を備えた縦型炉に関する。

シリコンまたはシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板は、マイクロ電子デバイスの製造に広く使用されている。それ自体よく知られているように、そのような基板は、キャリア基板上に配置されたシリコンの活性層と埋め込み酸化物とを含む。これらの基板上へのトランジスタのより一層の集積化を可能にするために、個々の構成要素の横方向寸法の縮小およびエッチングの微細さは、結晶品質および層の均一性の両方に関して基板が品質向上することを必要とする。

ＳＯＩ基板の製造に関し、特に接合界面を強化するために、あるいはシリコンの活性層および埋込み酸化物の仕上げを達成するために、高温熱処理が適用される。特に、不活性雰囲気下で約１２００℃で熱アニールするステップは、要求される表面粗度、典型的には＜０．２ｎｍＲＭＳを達成するために活性層の熱平滑化のために使用され得る。

熱平滑化の物理学において、基材の表面に存在するガスは非常に重要な役割を果たす。高温では、酸素は瞬時にシリコンと反応し、平滑化を妨げ、表面のオーバーエッチングを引き起こす。したがって、必要な表面粗度を得るためには、平滑化工程の間、非常に低い酸素含有量（＜１０ｐｐｍ）を維持しなければならない。Ｎ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ、ＣＯ₂などの他のガスも同様の効果があり、これらは汚染ガスと呼ばれる。

しかしながら、アルゴンに基づく不活性ガスの流入は依然として少量の汚染ガスを含んでいる。後者は、基板と接触して、より具体的にはその縁部で反応するが、フレッシュガス導入口付近の炉内に配置された基板は、通常最も影響を受け、縁部に高粗度の領域を有する。これらの周辺粗度領域（ＺＲ）は、ヘイズ測定から生じるマッピング（図１）にはっきりと確認できる。ｐｐｍで測定されるヘイズは、特徴付けられる表面の光反射特性を使用する方法から導き出され、その微小粗度により表面で散乱される光信号に対応する。

これらの高粗度の周辺領域は、目標用途には対応しないＳＯＩ基板の最終活性層の厚さの不均一性をもたらす。

フレッシュガスの流入流を十分なレベルに精製するための簡単な解決法はなく、ＳＯＩ基板の表面の平滑化は、最小の汚染ガスの存在に対してさえも非常に敏感である。先行技術（例えば、米国特許出願公開第２００５／００５３５３５号）による解決策である汚染物質の濃度をｐｐｔ未満に減少させることができる市販のフィルタまたは高温精製器は、チャンバの上部に配置された基板の外周部における高粗度領域の完全な抑制ができない。
（発明の目的）
本発明は、従来技術の欠点の全部または一部を克服することを目的としている。本発明の１つの主題は、処理対象の複数の基板と接触するフレッシュガス中の汚染物質の存在を制限することを可能にする縦型炉である。

本発明は、充填塔を収容するためのチャンバと、
チャンバの上端に配置されたフレッシュガス導入チャネルと
を備え
充填塔は、上部と、複数の基板を支持するための中央部とを備える縦型炉に関する。

縦型炉は、縦型炉がフレッシュガス中に存在する汚染物質の全部または一部を捕捉することができる少なくとも１つの材料から形成される捕捉装置をさらに含むことにおいて特筆すべきである。捕捉装置は、充填塔の上部に配置された円形部を含み、円形部は、捕捉装置のフレッシュガスとの接触領域を増大するために、円形部の上部表面上に規則的に分配されているブレードを含む。円形部はまた、直径が当該円形部の直径の２０％から５０％に相当する中央開口部を含む。

最後に、捕捉装置は、基板を支持するようにされている中央部の位置の上方にある、充填塔の上部内に保持された複数のスクリーンを含む。

本発明の有利な特徴の単独での採用または組み合わせによれば、
ブレードは実質的に垂直であり、
ブレードは着脱可能であり、
少なくとも上部位置に配置されたスクリーンは、中央オリフィスを含み、
上部位置に配置されたスクリーンおよび下部位置に配置されたスクリーンの間に位置するスクリーンの全てまたは一部はそれぞれ、中央オリフィスを含み、そのオリフィスの直径はその上部に配置される隣接スクリーンのオリフィスの直径より小さく、
上部位置に配置されたスクリーンは、中央オリフィスの周囲に配置された垂直要素を含み、
捕捉装置は、充填塔が基板をチャンバ外に排出する位置にある時には着脱可能であり、
捕捉装置はシリコンから構成される。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照する以下の説明からより明らかになるであろう。
周囲の粗さ領域を含む基板のヘイズマッピングを示す。 （ａ）および（ｂ）は先行技術による縦型炉を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第１の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第１の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第１の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第１の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第２の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第２の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第２の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第２の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第３の実施形態を示す。 本発明による縦型炉用の捕捉装置の第３の実施形態を示す。

説明のセクションでは、図面中の同じ参照符号を同質の要素に使用することがある。

本発明は熱処理装置に関し、特に縦型構造の炉に関する。先行技術でよく知られているように、縦型炉１は、充填塔３（図２）を収納するためのチャンバ２を含む。縦型炉はまた充填塔３を含み、その中央部分３ａは複数の基板１０を支持するように構成されている。中央部分３ａはチャンバ２内であって、炉１の加熱要素４の調整により良好な温度均一性を保証する中央領域に配置されている。充填塔３はまた、上部３ｂと下部３ｃを含み、これらの部分には基板が存在しない。上部３ｂは上部平坦要素３０を含み、また、上部平坦要素３０の下に、基板１０が充填塔３の中央部分３ａに支持される位置決め部と実質的に同一である位置決め部３１を含み得る。

縦型炉１は、チャンバ２の上端に配置されたフレッシュガス導入チャネル５と、チャンバ２の下端に配置されたガス出口チャネル６とを備える。

図３（ａ）、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、本発明による縦型炉１はまた、充填塔３の上部３ｂ上に配置された捕捉装置１００を含む。捕捉装置１００は、したがってフレッシュガス導入口にできるだけ接近して配置され、処理すべき基板１０が存在する充填塔３の中央部分３ａには侵入しない。捕捉装置１００は、フレッシュガス中に存在する汚染物質の全部または一部を捕捉することができる少なくとも１つの材料から形成されている。

有利なことに、捕捉装置１００はシリコンから構成され、シリコンは、高温ではフレッシュガス中に含まれる汚染ガスとよく反応する。捕捉装置１００の材料は、これに限定されないが、単結晶、多結晶または非晶質シリコンまたは炭化シリコンより成り得る。

捕捉装置１００は、充填塔３の上部３ｂに配置された円形部分１０１、１１１を含み、円形部分１０１、１１１は、捕捉装置１００とフレッシュガスとの接触面積を増大させるために、円形部分１０１、１１１の上面にわたって規則的に分配されたブレード１０２、１１２ｂを含む。

有利なことには、捕捉装置１００は、充填塔３がチャンバ２の外部に基板１０を排出する位置にあるときに着脱可能である。これにより、捕捉装置１００に汚染物質が導入された場合、装置１００の電位変更および洗浄が可能になる。装置１００の交換は、炉１内で行われる処理数の関数として定義することができる。

本発明の第１の実施形態によれば、捕捉装置１００は、充電塔３の上部３ｂ上に配置された円形部分１０１を備える（図３（ａ））。特に、円形部分１０１は、上部平坦要素３０上に配置されている。

有利なことには、図３（ｂ）に示すように、円形部分１０１上のブレード１０２は実質的に垂直であり、円形部分１０１の上面にわたって規則的に分布している。上述のように、それらは捕捉装置１００のフレッシュガスとの接触面積を増大させる目的を有し、それ故にそれが含む汚染ガスの捕捉を促進する。ブレード１０２の形状およびその配置もまた、チャンバ２の壁に向かうフレッシュガスの均一な流れを促進するように選択されることができる。図３（ｂ）に示す例では、円形部分１０１の中央領域１０３には、ブレード１０２がなく、この領域は、導入チャネル５がフレッシュガスを注入する区域である。ブレード１０２の形状は、円形部分１０１の周囲に向かって、従ってチャンバ２の壁に向かってフレッシュガスの流れの均一化を促進する。

有利なことには、円形部分１０１はまた、ブレード１０２を含む面とは反対側の面に膨らみ１０４を含む。この膨らみ１０４は、充填塔３の上部平坦要素３０と協働し、充填塔３上に捕捉装置１００を正確にセンタリングし機械的に保持するように構成されている。

円形部分１０１は、中央領域１０３内に中央開口部を含み得る。中央開口部は、円形部分１０１の直径の２０％から５０％に相当する直径を有する（図３（ｃ））。この場合、捕捉装置１００は有利には、充填塔３の上部３ｂに保持され、基板１０を支持するようになっている中央部３ａの位置の上に複数のスクリーン１０５を含む（図３（ｄ））。円形部分１０１、ブレード１０２およびスクリーン１０５は全て、フレッシュガス中に存在する汚染物質を捕捉することができる材料で形成されており、捕捉装置１００のこの構成により、フレッシュガスとの接触面積をさらに増大させることができる。

本発明の第２の実施形態によれば、捕捉装置１００はまた、充電塔３の上部平坦要素３０上に配置された円形部分１１１を含む（図４（ａ））。図４（ｂ）に示すように、円形部分１１１は、円形部分１１１の上面にわたって分布する直線状のハウジング１１２ａを含む。ハウジング１１２ａは、ブレード１１２ｂを収容するように構成されている。後者は円形部分１１１とは無関係に着脱可能であり、個々に交換することができる。上述のように、後者は、捕捉装置１００とフレッシュガスとの接触面積を増大させ、それにより捕捉装置１００が含む汚染ガスの捕捉を促進するという目的を有する。ブレード１１２ｂの形状およびその配置もまた、チャンバ２の壁に向かうフレッシュガスの均一な流れを促進するように選択されることが可能である。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示す例では、円形部分１１１の中央領域１１３にはブレード１１２ｂが存在せず、この領域は導入チャネル５がフレッシュガスを注入する区域である。ブレード１１２ｂの形状および配向は、円形部分１１１の周囲に向かって、したがってチャンバ２の壁に向かってフレッシュガスの流れの均一化を促進する。

有利なことには、円形部分１１１はまた、ブレード１１２ｂを含む面とは反対側のその面に膨らみを含む。この膨らみは、充填塔３の上部平坦要素３０と協働するように構成されており、捕捉装置１００を充填塔３上に正確にセンタリングおよび機械的に保持することを可能にする。

円形部分１１１は、中央領域１１３内に中央開口部を含んでもよく、その直径は円形部分１１１の直径の２０％から５０％に相当する（図４（ｃ））。この場合、捕捉装置１００は、有利には、図４（ｄ）に示すように、充填塔３の上部３ｂに保持され、基板１０を支持するようになされた中央部３ａの位置の上に複数のスクリーン１１５を含み、この図では、円形部分１１１の中央開口部の視覚化を可能にするためにブレード１１２ｂは示されていない。円形部分１１１、ブレード１１２ｂおよびスクリーン１１５はすべて、フレッシュガス中に存在する汚染物質を捕捉することができる材料で形成され、捕捉装置１００のこの構成は、フレッシュガスとの接触面積をさらに増大させることを可能にする。

本発明の第３の実施形態によれば、捕捉装置１００は、上部平坦要素３０上に配置された円形部分１０１、１１１のうちの１つまたはその他のものを含んでもよく、ブレード（１０２、１１２）を備えた円形部分１０１、１１１は、第１または第２の実施形態で説明した他の特徴の全部または一部を有することができる。捕捉装置１００はまた、充填塔３の上部３ｂ内であって、基板１０を支持するようになされた中央部３ａの位置決め部の上方に保持された複数のスクリーン１２５を含む。

この第３の実施形態によれば、円形部分１０１、１１１は中央開口部を含み、上方位置に配置された少なくともスクリーン１２５ａは中央オリフィスを含む。

図５（ａ）に示す好ましい変形例では、上部位置１２５ａに配置されたスクリーンと下部位置１２５ｂに配置されたスクリーンとの間に配置されたスクリーン１２５の全部または一部はそれぞれ、直径が上方に配置された隣接するスクリーンの開口部の直径より小さい中央オリフィスを含む。この構成は、フレッシュガスの流れを様々なスクリーン１２５の間で漸進的に分配することを可能にし、捕捉装置１００と当該ガスとの間の接触面積を改善する。

この第３の実施形態の別の変形例によれば、上方位置１２５ｂに配置されたスクリーンは、中央開口部の周りに配置された垂直要素１２６を含む（図５（ｂ））。これらの垂直要素の役割は、導入チャネル５から到達するガスの流れを円形部分１０１、１１１の中央開口部を通して、または充填塔３の上部平坦要素３０のオリフィスを通して運ぶことであり、またスクリーン１２５間の漸進的分布を促進することである。

もちろん、本発明は説明された実施形態に限定されず、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく実施形態の変形形態が導入されてもよい。

Claims (7)

1. 充填塔（３）を収容するためのチャンバ（２）と、
   前記チャンバ（２）の上端に配置されたフレッシュガス導入チャネル（５）と
   を備える縦型炉（１）であって、
   前記充填塔（３）は、上部（３ｂ）と、複数の基板（１０）を支持するための中央部（３ａ）とを備え、
   前記縦型炉（１）は捕捉装置（１００）を含むことを特徴とし、前記捕捉装置（１００）は、
   前記フレッシュガス中に存在する汚染物質の全部または一部を捕捉することができる少なくとも１つの材料から形成され、
   前記充填塔（３）の前記上部（３ｂ）に配置された円形部（１０１、１１１）を含み、
   前記円形部（１０１、１１１）は、前記円形部（１０１、１１１）の上部表面上に規則的に分配されているブレード（１０２、１１２ｂ）を含み、また直径が前記円形部（１０１、１１１）の直径の２０％から５０％に相当する中央開口部を含み、
   前記基板（１０）を支持するようにされている前記中央部（３ａ）の位置の上方にある、前記充填塔（３）の前記上部（３ｂ）内に保持された複数のスクリーン（１０５、１１５、１２５）を含むことを特徴とする縦型炉（１）。
2. 前記ブレード（１１２ｂ）は着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の縦型炉（１）。
3. 少なくとも上部位置（１２５ａ）に配置された前記スクリーンは、中央オリフィスを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の縦型炉（１）。
4. 前記上部位置（１２５ａ）に配置された前記スクリーンおよび下部位置（１２５ｂ）に配置されたスクリーンの間に位置する前記スクリーンの全てまたは一部はそれぞれ、中央オリフィスを含み、そのオリフィスの直径はその上部に配置される隣接スクリーンの前記オリフィスの直径より小さいことを特徴とする請求項３に記載の縦型炉（１）。
5. 前記上部位置（１２５ａ）に配置された前記スクリーンは、前記中央オリフィスの周囲に配置された垂直要素（１２６）を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の縦型炉（１）。
6. 前記捕捉装置（１００）は、前記充填塔（３）が前記基板（１０）を前記チャンバ（２）外に排出する位置にある時には着脱可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の縦型炉（１）。
7. 前記捕捉装置（１００）はシリコンから構成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の縦型炉（１）。

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