JPH0789542B2 - 圧力−熱補償機能を備えたウエハ反応容器窓 - Google Patents
圧力−熱補償機能を備えたウエハ反応容器窓Info
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- JPH0789542B2 JPH0789542B2 JP3227288A JP22728891A JPH0789542B2 JP H0789542 B2 JPH0789542 B2 JP H0789542B2 JP 3227288 A JP3227288 A JP 3227288A JP 22728891 A JP22728891 A JP 22728891A JP H0789542 B2 JPH0789542 B2 JP H0789542B2
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
- C23C16/481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation by radiant heating of the substrate
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハを処理す
るための炉に関し、特に、圧力−熱補償機能を備えた輻
射線透過窓を有する炉に関する。
るための炉に関し、特に、圧力−熱補償機能を備えた輻
射線透過窓を有する炉に関する。
【０００２】
【従来技術】及び
【発明が解決しようとする課題】炉は、加熱口を介して
赤外線を炉室内に放射する外部ランプにより加熱され
る。加熱口を覆う石英窓は、輻射線を透過し、周囲環境
内に反応気体が漏れるのを防ぐように周縁部が封止され
ている。平坦な窓は、ウエハと窓の内側面との間に均一
な空間を形成し、窓に沿った反応ガスの規則的な流動、
及びウエハ上への反応材料の均質な蒸着を促進する。従
って、平坦な窓は、特に反応室内の反応ガスを室外の周
囲気体とほぼ同じ圧力に維持するときに望ましい。
赤外線を炉室内に放射する外部ランプにより加熱され
る。加熱口を覆う石英窓は、輻射線を透過し、周囲環境
内に反応気体が漏れるのを防ぐように周縁部が封止され
ている。平坦な窓は、ウエハと窓の内側面との間に均一
な空間を形成し、窓に沿った反応ガスの規則的な流動、
及びウエハ上への反応材料の均質な蒸着を促進する。従
って、平坦な窓は、特に反応室内の反応ガスを室外の周
囲気体とほぼ同じ圧力に維持するときに望ましい。
【０００３】しかしながら、反応ガスは周囲気体よりも
低い圧力に維持されることが多く、石英窓を挟んで圧力
差を生じる。周囲気体の内向きの圧縮力に対抗するに
は、外向きの湾曲部を有するドーム形のカバーを使用す
る。従来の反応容器は、２組の互換性のある窓を有して
いる。即ち、反応室の圧力が周囲圧力であるときに用い
る平坦な窓と、反応室の圧力を減少させたときに用いる
ドーム形窓である。窓を交換するには、炉の運転を中断
して開口する必要がある。その結果生じる中断時間は、
窓交換作業が複雑であるために長くなりがちである。先
ず、システムを室温まで冷却して周囲圧力まで圧力を増
加し、不活性気体でパージしなければならない。締め付
けボルトを外して窓を交換し、締め付けボルトを交換し
てトルクを付与する。その後、装置を高温でＨＣＬによ
りパージして粒状物質を除去し、装置をベークしてサセ
プタ及び石英から水分を除去する必要がある。
低い圧力に維持されることが多く、石英窓を挟んで圧力
差を生じる。周囲気体の内向きの圧縮力に対抗するに
は、外向きの湾曲部を有するドーム形のカバーを使用す
る。従来の反応容器は、２組の互換性のある窓を有して
いる。即ち、反応室の圧力が周囲圧力であるときに用い
る平坦な窓と、反応室の圧力を減少させたときに用いる
ドーム形窓である。窓を交換するには、炉の運転を中断
して開口する必要がある。その結果生じる中断時間は、
窓交換作業が複雑であるために長くなりがちである。先
ず、システムを室温まで冷却して周囲圧力まで圧力を増
加し、不活性気体でパージしなければならない。締め付
けボルトを外して窓を交換し、締め付けボルトを交換し
てトルクを付与する。その後、装置を高温でＨＣＬによ
りパージして粒状物質を除去し、装置をベークしてサセ
プタ及び石英から水分を除去する必要がある。
【０００４】個々の反応容器を、共通の操作プラットホ
ーム上で炉の列の一つとして設置することがあるが、こ
の場合、個々の反応容器のいずれか一つの窓を交換する
ために、炉の列全体の運転を中断しなければならない。
アンダーソン他（本譲受人により１９９０年３月９日に
出願された係属米国出願第０７／４９１４１６号）は、
上部及び下部加熱口を覆う対向した石英カバーを備えた
ウエハ反応容器を開示している。１９９０年５月１日付
けのアダム他の米国特許第４９２０９１８号は、開口端
部を備えた細長い湾曲した石英室を開示している。
ーム上で炉の列の一つとして設置することがあるが、こ
の場合、個々の反応容器のいずれか一つの窓を交換する
ために、炉の列全体の運転を中断しなければならない。
アンダーソン他（本譲受人により１９９０年３月９日に
出願された係属米国出願第０７／４９１４１６号）は、
上部及び下部加熱口を覆う対向した石英カバーを備えた
ウエハ反応容器を開示している。１９９０年５月１日付
けのアダム他の米国特許第４９２０９１８号は、開口端
部を備えた細長い湾曲した石英室を開示している。
【０００５】本発明の目的は、反応容器用の改良型窓カ
バー部材を提供することである。本発明のもう１つの目
的は、低減された圧力と周囲圧力のいずれの用途にも適
した平坦な湾曲部を備えた窓部を有するカバー部材を提
供することである。本発明のもう１つの目的は、窓部の
曲率半径を最大限にすることにより、平坦な湾曲部を有
する窓部を提供することである。
バー部材を提供することである。本発明のもう１つの目
的は、低減された圧力と周囲圧力のいずれの用途にも適
した平坦な湾曲部を備えた窓部を有するカバー部材を提
供することである。本発明のもう１つの目的は、窓部の
曲率半径を最大限にすることにより、平坦な湾曲部を有
する窓部を提供することである。
【０００６】本発明のもう１つの目的は、圧力−熱補償
機能を備えた窓部を有するカバー部材を提供することで
ある。本発明のもう１つの目的は、半径方向周縁フラン
ジ部が中央窓部の熱膨張を制限する窓カバーを提供する
ことである。
機能を備えた窓部を有するカバー部材を提供することで
ある。本発明のもう１つの目的は、半径方向周縁フラン
ジ部が中央窓部の熱膨張を制限する窓カバーを提供する
ことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】要約すれば、本発明の上
記及びその他の目的は、低圧の処理ガス内で半導体ウエ
ハを高温で処理するための炉を提供することにより達成
される。反応容器はウエハ室と加熱口とを有し、反応容
器の外側の輻射エネルギーヒータは、加熱口を介してウ
エハ室内に輻射エネルギーを付与してウエハの温度を上
昇させる。処理ガスがウエハ室に導入され、又、そこか
ら排出される。カバー部材が加熱口を覆うように取り付
けられ、このカバー部材は中央窓部と周縁のフランジ部
とを有している。中央窓部は、輻射エネルギーをウエハ
室内に通過させるため加熱手段からの輻射エネルギーに
対して概して透過性の材料から形成される。中央窓部
は、ウエハ室内の低圧力により生成される圧縮力に対抗
するために、凸状の外側面と凹状の内側面とを備えた外
向きの湾曲部を有している。周縁フランジは窓部を支持
すると共に窓部内の熱膨張に応じて窓部を半径方向に制
限して窓部の外向きの湾曲の度合いを高める。
記及びその他の目的は、低圧の処理ガス内で半導体ウエ
ハを高温で処理するための炉を提供することにより達成
される。反応容器はウエハ室と加熱口とを有し、反応容
器の外側の輻射エネルギーヒータは、加熱口を介してウ
エハ室内に輻射エネルギーを付与してウエハの温度を上
昇させる。処理ガスがウエハ室に導入され、又、そこか
ら排出される。カバー部材が加熱口を覆うように取り付
けられ、このカバー部材は中央窓部と周縁のフランジ部
とを有している。中央窓部は、輻射エネルギーをウエハ
室内に通過させるため加熱手段からの輻射エネルギーに
対して概して透過性の材料から形成される。中央窓部
は、ウエハ室内の低圧力により生成される圧縮力に対抗
するために、凸状の外側面と凹状の内側面とを備えた外
向きの湾曲部を有している。周縁フランジは窓部を支持
すると共に窓部内の熱膨張に応じて窓部を半径方向に制
限して窓部の外向きの湾曲の度合いを高める。
【０００８】本発明によるカバー部材及び圧力−熱補償
部材の更なる目的と利点は、添付図面を参照して以下の
詳細な説明から明らかになろう。
部材の更なる目的と利点は、添付図面を参照して以下の
詳細な説明から明らかになろう。
【０００９】
【実施例】全体的な装置（図１） 炉１０は、上部加熱口を覆うように取り付けられたウエ
ハカバー部材１２及び下部加熱口を覆うように取り付け
られたサセプタ・アクセス部材１３を備えたウエハ反応
室１０Ｃを構成する反応容器１０Ｖにより形成されてい
る。外部輻射線ランプ１０Ｌ等の適当な熱源は、透明な
部材１２及び１３を介して、赤外線輻射熱をウエハ反応
室内に付与する。ウエハカバー部材１２は、加熱輻射線
を透過する中央窓部１２Ｗと、この中央窓部を支持する
周縁フランジ部１２Ｆとを有している。フランジは、容
器の側壁内に形成された基板１４Ｂと、締め付けボルト
１４Ｌ等の適当な締め付け手段により基板１４Ｂに取り
付けられた締め付け板１４Ｃとの間で取り外し可能に挟
持されている。
ハカバー部材１２及び下部加熱口を覆うように取り付け
られたサセプタ・アクセス部材１３を備えたウエハ反応
室１０Ｃを構成する反応容器１０Ｖにより形成されてい
る。外部輻射線ランプ１０Ｌ等の適当な熱源は、透明な
部材１２及び１３を介して、赤外線輻射熱をウエハ反応
室内に付与する。ウエハカバー部材１２は、加熱輻射線
を透過する中央窓部１２Ｗと、この中央窓部を支持する
周縁フランジ部１２Ｆとを有している。フランジは、容
器の側壁内に形成された基板１４Ｂと、締め付けボルト
１４Ｌ等の適当な締め付け手段により基板１４Ｂに取り
付けられた締め付け板１４Ｃとの間で取り外し可能に挟
持されている。
【００１０】ウエハカバー部材は、基板とフランジとの
間の基部封止Ｏリング及び締め付け板とフランジとの間
の締め付け封止Ｏリング等の適当な緩衝材料により、基
板と締め付け板との間で弾力的に支持されている。Ｏリ
ングは締め付けボルトにより予め負荷をかけられて二重
封止構造を形成し、ウエハ反応室内の反応処理ガスが周
囲環境に漏れるのを防止している。サセプタ・アクセス
部材１３は、窓部１３Ｗと、同様に締め付けボルト１６
Ｌ及びＯリング１７Ｂを介して基板１６Ｂと締め付け板
１６Ｃの間に取り付けられたフランジ部１３Ｆとを有し
ている。
間の基部封止Ｏリング及び締め付け板とフランジとの間
の締め付け封止Ｏリング等の適当な緩衝材料により、基
板と締め付け板との間で弾力的に支持されている。Ｏリ
ングは締め付けボルトにより予め負荷をかけられて二重
封止構造を形成し、ウエハ反応室内の反応処理ガスが周
囲環境に漏れるのを防止している。サセプタ・アクセス
部材１３は、窓部１３Ｗと、同様に締め付けボルト１６
Ｌ及びＯリング１７Ｂを介して基板１６Ｂと締め付け板
１６Ｃの間に取り付けられたフランジ部１３Ｆとを有し
ている。
【００１１】処理ガスは、矢印Ｓで示したように供給口
１０Ｓからウエハ反応室に入り、矢印Ｅで示したように
排出口１０Ｅから排出される。ウエハ反応室内の気体の
低圧力は、供給口において計量して供給流量Ｓを制限す
ると共に、排出口においてポンプ排気して排出流量Ｅを
抽出することにより維持される。半導体ウエハ１８は、
ウエハ反応室内のサセプタ１８Ｓ等の適当な支持プラッ
トホームの頂部に配設され、反応処理ガスの流れに晒さ
れる。ウエハを処理中に回転して、より均一な加熱と蒸
着を行うようにしてもよい。サセプタはサセプタ・アク
セス部材１３を貫通する駆動軸１８Ｄの上端部に固定さ
れ、サセプタ駆動モータ１８Ｍにより回転される。駆動
軸は、二重ガスケットリング１８Ｃ等の適当な弾性構造
によりサセプタ・アクセス部材１３に対して封止され
る。
１０Ｓからウエハ反応室に入り、矢印Ｅで示したように
排出口１０Ｅから排出される。ウエハ反応室内の気体の
低圧力は、供給口において計量して供給流量Ｓを制限す
ると共に、排出口においてポンプ排気して排出流量Ｅを
抽出することにより維持される。半導体ウエハ１８は、
ウエハ反応室内のサセプタ１８Ｓ等の適当な支持プラッ
トホームの頂部に配設され、反応処理ガスの流れに晒さ
れる。ウエハを処理中に回転して、より均一な加熱と蒸
着を行うようにしてもよい。サセプタはサセプタ・アク
セス部材１３を貫通する駆動軸１８Ｄの上端部に固定さ
れ、サセプタ駆動モータ１８Ｍにより回転される。駆動
軸は、二重ガスケットリング１８Ｃ等の適当な弾性構造
によりサセプタ・アクセス部材１３に対して封止され
る。
【００１２】石英カバー部材（図２及び図３） 中央窓１２Ｗは、僅かに凸状の外側面即ちランプ側表面
２２Ｌと僅かに凹状の内側面即ちウエハ側表面２２Ｗと
を形成する僅かに外向きに湾曲した部分を有する。窓
は、外表面全体に亘って矢印１０Ｆにより指示された対
流により冷却され、内側面への反応材料の不要な蒸着を
防いでいる。窓の外向きの湾曲部は、反応ガスの規則正
しい流れと反応材料の均質な蒸着を促進する程度に平坦
である。外向きの湾曲部は、ウエハ処理中の低減した内
部圧力に対する周囲圧力の圧縮力に対抗する程度に湾曲
している。半径方向の制限による窓の熱補償により、反
応容器の作業温度が上昇して周囲圧力と更に対抗するよ
うになると、外向きの湾曲の程度が強まる。ウエハカバ
ー部材は低圧力及び周囲圧力のいずれの用途にも適す
る。周縁フランジ１２Ｆは支持境界面２２Ｓに沿った円
周部の周囲で中央窓１２Ｗと係合し、炉内で窓を支持す
ると共に窓の熱膨張を制限する。フランジは、内側面即
ちウエハ反応室面２２Ｃと外側面即ち基部面２２Ｂとの
間で、境界面（寸法２２Ｒ）から半径方向外方に延びて
いる。フランジ材料の質量が、窓材料の熱膨張に対抗し
てそれを制限する剛性の周縁体を形成する。フランジは
円形で中心線Ａに対して概して対称である。図２の実施
例では、窓はほぼ円形の周縁部を有するものとして示さ
れている。湾曲部の外向きの湾曲も、中心線に対して半
径方向に対称であることが好ましい。図３の実施例で
は、窓の外向きの湾曲は、中心線に沿った中心Ｃと大き
な曲率半径Ｒとを有する球の一部により形成される球形
として示されている。
２２Ｌと僅かに凹状の内側面即ちウエハ側表面２２Ｗと
を形成する僅かに外向きに湾曲した部分を有する。窓
は、外表面全体に亘って矢印１０Ｆにより指示された対
流により冷却され、内側面への反応材料の不要な蒸着を
防いでいる。窓の外向きの湾曲部は、反応ガスの規則正
しい流れと反応材料の均質な蒸着を促進する程度に平坦
である。外向きの湾曲部は、ウエハ処理中の低減した内
部圧力に対する周囲圧力の圧縮力に対抗する程度に湾曲
している。半径方向の制限による窓の熱補償により、反
応容器の作業温度が上昇して周囲圧力と更に対抗するよ
うになると、外向きの湾曲の程度が強まる。ウエハカバ
ー部材は低圧力及び周囲圧力のいずれの用途にも適す
る。周縁フランジ１２Ｆは支持境界面２２Ｓに沿った円
周部の周囲で中央窓１２Ｗと係合し、炉内で窓を支持す
ると共に窓の熱膨張を制限する。フランジは、内側面即
ちウエハ反応室面２２Ｃと外側面即ち基部面２２Ｂとの
間で、境界面（寸法２２Ｒ）から半径方向外方に延びて
いる。フランジ材料の質量が、窓材料の熱膨張に対抗し
てそれを制限する剛性の周縁体を形成する。フランジは
円形で中心線Ａに対して概して対称である。図２の実施
例では、窓はほぼ円形の周縁部を有するものとして示さ
れている。湾曲部の外向きの湾曲も、中心線に対して半
径方向に対称であることが好ましい。図３の実施例で
は、窓の外向きの湾曲は、中心線に沿った中心Ｃと大き
な曲率半径Ｒとを有する球の一部により形成される球形
として示されている。
【００１３】圧力−熱補償 中央窓の石英材料は、著しく吸収されることなく窓を通
ってウエハ反応室内に伝播する赤外線加熱ランプからの
直接輻射線に対して概して透過性である。しかしなが
ら、加熱されたウエハ及びサセプタから再放射された低
周波エネルギーの一部は、窓の石英内に伝播され、窓材
料に相当吸収される。これらの再輻射線は窓内に熱を発
生させて熱膨張力を生じる。周縁フランジは、中央窓と
比較すると冷えたままであり、窓を半径方向に制限して
当初の室温での湾曲以上に外向きに湾曲させる。窓は薄
くて湾曲の増加に順応するのに十分な可撓性を有してい
る。フランジは厚くて窓を制限するのに十分な剛性を有
している。その結果、窓内の熱膨張力は熱補償湾曲とし
て表現される。図１の実施例では、フランジの外側面２
２Ｂは基板及び締め付け板の内縁部から間隔を隔てて配
置されている。その間の円周方向の空間１４Ｓは、フラ
ンジの半径方向の膨張をある程度許容する。反応容器の
温度が上昇すると、窓の熱補償湾曲が増加する。即ち、
室温での湾曲の度合いは、高温時での湾曲の度合いより
小さい。必要ならば、反応容器の始動時に、ウエハ反応
室を、その圧力をポンプ排気して低下させながら加熱し
てもよい。熱湾曲は、差圧が増大するにつれて大きくな
る。温度変化とウエハ反応室の圧力変化とを調整するこ
とにより内部応力を最小化できる。即ち、ウエハ反応室
の圧力が減少（又は増大）するとき同時に温度を上昇
（又は下降）させることにより、最小の内部応力で窓を
作動（又は室の）温度及び圧力にすることができる。
ってウエハ反応室内に伝播する赤外線加熱ランプからの
直接輻射線に対して概して透過性である。しかしなが
ら、加熱されたウエハ及びサセプタから再放射された低
周波エネルギーの一部は、窓の石英内に伝播され、窓材
料に相当吸収される。これらの再輻射線は窓内に熱を発
生させて熱膨張力を生じる。周縁フランジは、中央窓と
比較すると冷えたままであり、窓を半径方向に制限して
当初の室温での湾曲以上に外向きに湾曲させる。窓は薄
くて湾曲の増加に順応するのに十分な可撓性を有してい
る。フランジは厚くて窓を制限するのに十分な剛性を有
している。その結果、窓内の熱膨張力は熱補償湾曲とし
て表現される。図１の実施例では、フランジの外側面２
２Ｂは基板及び締め付け板の内縁部から間隔を隔てて配
置されている。その間の円周方向の空間１４Ｓは、フラ
ンジの半径方向の膨張をある程度許容する。反応容器の
温度が上昇すると、窓の熱補償湾曲が増加する。即ち、
室温での湾曲の度合いは、高温時での湾曲の度合いより
小さい。必要ならば、反応容器の始動時に、ウエハ反応
室を、その圧力をポンプ排気して低下させながら加熱し
てもよい。熱湾曲は、差圧が増大するにつれて大きくな
る。温度変化とウエハ反応室の圧力変化とを調整するこ
とにより内部応力を最小化できる。即ち、ウエハ反応室
の圧力が減少（又は増大）するとき同時に温度を上昇
（又は下降）させることにより、最小の内部応力で窓を
作動（又は室の）温度及び圧力にすることができる。
【００１４】曲率半径を３５インチ（９０ｃｍ）±１０
インチ（２６ｃｍ）とすることにより、室温と摂氏１２
００度との間のウエハ温度において、ゼロと１気圧の間
の窓差圧に十分耐えうる湾曲が得られる。即ち、窓は以
下の圧力−温度状態のいずれかにおいて機能することが
できる。 １）ウエハ反応室の圧力を周囲圧力として、ウエハの温
度を上昇させる−「熱負荷」のみを伴う小さい圧力差で
の使用。 ２）ウエハ反応室の圧力をゼロとして、ウエハの温度を
上昇させる−「熱負荷」及び「圧力負荷」の両方を伴う
大きい圧力差での使用。 ３）ウエハ反応室の圧力を周囲圧力として、ウエハの温
度を室温とする−一時的な無負荷始動状態。 ４）ウエハ反応室の圧力差をゼロとして、ウエハの温度
を室温とする−一時的な始動状態。
インチ（２６ｃｍ）とすることにより、室温と摂氏１２
００度との間のウエハ温度において、ゼロと１気圧の間
の窓差圧に十分耐えうる湾曲が得られる。即ち、窓は以
下の圧力−温度状態のいずれかにおいて機能することが
できる。 １）ウエハ反応室の圧力を周囲圧力として、ウエハの温
度を上昇させる−「熱負荷」のみを伴う小さい圧力差で
の使用。 ２）ウエハ反応室の圧力をゼロとして、ウエハの温度を
上昇させる−「熱負荷」及び「圧力負荷」の両方を伴う
大きい圧力差での使用。 ３）ウエハ反応室の圧力を周囲圧力として、ウエハの温
度を室温とする−一時的な無負荷始動状態。 ４）ウエハ反応室の圧力差をゼロとして、ウエハの温度
を室温とする−一時的な始動状態。
【００１５】熱負荷及び圧力負荷により石英内で内部応
力が生じるが、この内部応力は図４の実施例において示
したように境界面２２Ｓに隣接したフランジ内の寸法の
遷移部に沿って現れる。薄い中央窓部から厚いフランジ
部へと滑らかに且徐々に遷移することによって、応力集
中は遷移部において最小化される。遷移部は、窓側とフ
ランジ側とで同じ湾曲と厚さを有する境界面２２Ｓを含
まない。フランジは境界面に沿って窓と整合するように
形成されて境界面応力を低減させている。遷移領域に沿
った頂部面２２Ｃの湾曲は、窓の外側面２２Ｌの湾曲と
概して整合している。同様に、遷移領域に沿った底部面
２２Ｆの湾曲は、窓の内側面２２Ｗの湾曲に整合してい
る。境界面におけるフランジの厚さは窓の厚さと概して
同じであり、寸法の不連続及びそれと関連した応力集中
を減少させている。
力が生じるが、この内部応力は図４の実施例において示
したように境界面２２Ｓに隣接したフランジ内の寸法の
遷移部に沿って現れる。薄い中央窓部から厚いフランジ
部へと滑らかに且徐々に遷移することによって、応力集
中は遷移部において最小化される。遷移部は、窓側とフ
ランジ側とで同じ湾曲と厚さを有する境界面２２Ｓを含
まない。フランジは境界面に沿って窓と整合するように
形成されて境界面応力を低減させている。遷移領域に沿
った頂部面２２Ｃの湾曲は、窓の外側面２２Ｌの湾曲と
概して整合している。同様に、遷移領域に沿った底部面
２２Ｆの湾曲は、窓の内側面２２Ｗの湾曲に整合してい
る。境界面におけるフランジの厚さは窓の厚さと概して
同じであり、寸法の不連続及びそれと関連した応力集中
を減少させている。
【００１６】アンダーソン他は、本発明と同様の圧力−
熱補償を教示していないし、その対向した石英カバーに
ついて高温で湾曲が増加することを教示していない。ア
ダム他（米国特許第４９２０９１８号）は、２つの長い
側部から延びるフランジを備えた細長いの石英反応室を
教示している。反応室の側部はフランジを有していない
ので、長い寸法部に沿って補償湾曲を行うように中央窓
を制限することができない。更に、反応室はフランジの
間に延びる補強リブ又はガセットを有して短い寸法部に
おける補償湾曲を防止している。
熱補償を教示していないし、その対向した石英カバーに
ついて高温で湾曲が増加することを教示していない。ア
ダム他（米国特許第４９２０９１８号）は、２つの長い
側部から延びるフランジを備えた細長いの石英反応室を
教示している。反応室の側部はフランジを有していない
ので、長い寸法部に沿って補償湾曲を行うように中央窓
を制限することができない。更に、反応室はフランジの
間に延びる補強リブ又はガセットを有して短い寸法部に
おける補償湾曲を防止している。
【００１７】冷却フランジ 加熱中の窓の半径方向の制限及び湾曲の増加は、窓より
低い作業温度に維持されるフランジの剛性により付与さ
れる。フランジは以下の設計及び材料特性により窓より
低い温度に維持される。フランジは、加熱ランプ１０Ｌ
からより遠くに位置決めされていると共に、より強い赤
外線の中心領域の外側に位置している。
低い作業温度に維持されるフランジの剛性により付与さ
れる。フランジは以下の設計及び材料特性により窓より
低い温度に維持される。フランジは、加熱ランプ１０Ｌ
からより遠くに位置決めされていると共に、より強い赤
外線の中心領域の外側に位置している。
【００１８】フランジの上部は、直接輻射からフランジ
を遮蔽する締め付け板１４Ｃにより覆われている。フラ
ンジを不透明とすることにより、フランジ材料の内部へ
の輻射線の侵入を防止し且つフランジ及び封止Ｏリング
内への輻射加熱エネルギーの伝播を最小化する。
を遮蔽する締め付け板１４Ｃにより覆われている。フラ
ンジを不透明とすることにより、フランジ材料の内部へ
の輻射線の侵入を防止し且つフランジ及び封止Ｏリング
内への輻射加熱エネルギーの伝播を最小化する。
【００１９】フランジは高い熱質量を有しているので、
窓より加熱されるのが遅くなる。窓の横断面を小さくし
ているので、窓を横切って境界面に至る熱の流れが最小
限となる。フランジと窓との間の境界面の横断面は小さ
いので、熱い窓からより冷たいフランジまで最小限の熱
だけを伝播する。
窓より加熱されるのが遅くなる。窓の横断面を小さくし
ているので、窓を横切って境界面に至る熱の流れが最小
限となる。フランジと窓との間の境界面の横断面は小さ
いので、熱い窓からより冷たいフランジまで最小限の熱
だけを伝播する。
【００２０】フランジは、寸法Ｒ及びＶの大きな横断面
を有しているので、フランジから周囲の反応容器へ最大
限の熱移動を行う。弾性Ｏリングとフランジ面との緊密
な接触により、基板及び締め付け板への熱伝達が促進さ
れる。容器材料は冷却されてフランジから熱を引き出
す。反応容器は適当な冷却媒体を受け入れるための内部
流路１０Ｗを有する。
を有しているので、フランジから周囲の反応容器へ最大
限の熱移動を行う。弾性Ｏリングとフランジ面との緊密
な接触により、基板及び締め付け板への熱伝達が促進さ
れる。容器材料は冷却されてフランジから熱を引き出
す。反応容器は適当な冷却媒体を受け入れるための内部
流路１０Ｗを有する。
【００２１】フランジフープの実施例（図５） 補強構造を周縁フランジの周囲に設けて、中央窓の制限
を強めるようにしてもよい。オーステナイト・ステンレ
ス鋼等の適度に剛性で耐蝕性材料から形成されたフープ
３２Ｈは、フランジ３２Ｆの外側面３２Ｂと係合してい
る。中央窓の温度が上昇すると、熱膨張の外向きの力は
フランジの剛性により制限される。フープはフランジの
剛性及び熱質量を増加して中央窓の制限を更に強化す
る。加えて、フープはフランジ材料内の熱膨張を制限し
ている。かくして、フランジの温度は窓より低いままで
あり、その熱膨張が小さい。しかしながら、作動中はフ
ランジの温度もある程度上昇するので、一定の熱膨張が
生じる。冷却流路３２Ｗは、冷却水又は冷却気体等の適
当な冷却流体をフープ中に循環させフープから熱を除去
する。
を強めるようにしてもよい。オーステナイト・ステンレ
ス鋼等の適度に剛性で耐蝕性材料から形成されたフープ
３２Ｈは、フランジ３２Ｆの外側面３２Ｂと係合してい
る。中央窓の温度が上昇すると、熱膨張の外向きの力は
フランジの剛性により制限される。フープはフランジの
剛性及び熱質量を増加して中央窓の制限を更に強化す
る。加えて、フープはフランジ材料内の熱膨張を制限し
ている。かくして、フランジの温度は窓より低いままで
あり、その熱膨張が小さい。しかしながら、作動中はフ
ランジの温度もある程度上昇するので、一定の熱膨張が
生じる。冷却流路３２Ｗは、冷却水又は冷却気体等の適
当な冷却流体をフープ中に循環させフープから熱を除去
する。
【００２２】質量を増加した実施例（図６） 必要に応じて、フランジ材料を増加することによりフラ
ンジの質量及び剛性を増大させてもよい。付加したフラ
ンジ部４２Ａは主フランジ部４２Ｆから下方に延びてお
り、下方のフランジによりフランジの高さ寸法が増加す
る。付加したフランジ材料は更に熱膨張力に対して中央
窓を制限し、圧力によりフランジ内に導入される曲げモ
ーメントに抵抗する。
ンジの質量及び剛性を増大させてもよい。付加したフラ
ンジ部４２Ａは主フランジ部４２Ｆから下方に延びてお
り、下方のフランジによりフランジの高さ寸法が増加す
る。付加したフランジ材料は更に熱膨張力に対して中央
窓を制限し、圧力によりフランジ内に導入される曲げモ
ーメントに抵抗する。
【００２３】流体冷却流路（図７） 冷却流体を、フランジから熱を除去するために基板とフ
ランジとの間の空間で流動させてもよい。図７の実施例
において、フランジの周囲に延びる一対の封止Ｏリング
５７が互いに間隔を隔てて配設されて、フランジ５２Ｆ
の外側面５２Ｂの全体に亘って冷却水又は冷却気体等の
適当な冷却流体を循環させる。図７の実施例では、フラ
ンジ内の膨張力は反応容器の構造により制限されてい
る。基部５４の壁はフランジの外側面を取り囲んでＯリ
ングを介した圧力によりフランジを制限している。
ランジとの間の空間で流動させてもよい。図７の実施例
において、フランジの周囲に延びる一対の封止Ｏリング
５７が互いに間隔を隔てて配設されて、フランジ５２Ｆ
の外側面５２Ｂの全体に亘って冷却水又は冷却気体等の
適当な冷却流体を循環させる。図７の実施例では、フラ
ンジ内の膨張力は反応容器の構造により制限されてい
る。基部５４の壁はフランジの外側面を取り囲んでＯリ
ングを介した圧力によりフランジを制限している。
【００２４】特定の実施例 ウエハカバー部材及び炉の詳細を以下に示すが、これは
特定の実施例の説明上の一例として与えたものである。
この例において、 ウエハカバー部材１２ 直径−１５．６５インチ（４０ｃｍ） 透明な融解シリカ石英 中央窓１２Ｗ 直径−１１．９０インチ（２８ｃｍ） 曲率半径−３７．５インチ（９６ｃｍ） 厚さ−４ｍｍ 内側面の作業温度−摂氏６００度未満 フランジ４２Ｆ 直径−１５．６５インチ（４０ｃｍ） 厚さＲ１−０．９８インチ（２．５ｃｍ） 厚さＲ２−０．９０インチ（２．３ｃｍ） 高さＶ１−０．７５インチ（１．９ｃｍ） 高さＶ２−０．６６インチ（１．７ｃｍ） サセプタ１８Ｓの温度−１１５０Ｋ 反応室圧力−８０トル 上記値、寸法、及び材料は本発明の範囲を限定すること
を意図していない。種々の他の応用及び形態が考えられ
る。
特定の実施例の説明上の一例として与えたものである。
この例において、 ウエハカバー部材１２ 直径−１５．６５インチ（４０ｃｍ） 透明な融解シリカ石英 中央窓１２Ｗ 直径−１１．９０インチ（２８ｃｍ） 曲率半径−３７．５インチ（９６ｃｍ） 厚さ−４ｍｍ 内側面の作業温度−摂氏６００度未満 フランジ４２Ｆ 直径−１５．６５インチ（４０ｃｍ） 厚さＲ１−０．９８インチ（２．５ｃｍ） 厚さＲ２−０．９０インチ（２．３ｃｍ） 高さＶ１−０．７５インチ（１．９ｃｍ） 高さＶ２−０．６６インチ（１．７ｃｍ） サセプタ１８Ｓの温度−１１５０Ｋ 反応室圧力−８０トル 上記値、寸法、及び材料は本発明の範囲を限定すること
を意図していない。種々の他の応用及び形態が考えられ
る。
【００２５】産業上の利用可能性 反応容器用の改良型窓カバー部材を提供することによ
り、本発明の目的をここに述べたように達成し得ること
は、当業者にとって明らかであろう。カバー部材の中央
窓部は、低圧力にも周囲圧力にも適した平坦な湾曲部を
有している。この窓部は、窓部の周囲の周縁フランジ部
の制限作用により、圧力−熱補償機能を有している。
り、本発明の目的をここに述べたように達成し得ること
は、当業者にとって明らかであろう。カバー部材の中央
窓部は、低圧力にも周囲圧力にも適した平坦な湾曲部を
有している。この窓部は、窓部の周囲の周縁フランジ部
の制限作用により、圧力−熱補償機能を有している。
【００２６】結論 本発明の概念から逸脱することなく、ここに示した構造
及び実施例において、種々の変更を成しうることは明ら
かである。更に、種々の図で示した実施例の特徴を他の
図の実施例と組み合わせてもよい。従って、本発明の範
囲は、特許請求の範囲の用語及びその法的均等物により
決定されるべきである。
及び実施例において、種々の変更を成しうることは明ら
かである。更に、種々の図で示した実施例の特徴を他の
図の実施例と組み合わせてもよい。従って、本発明の範
囲は、特許請求の範囲の用語及びその法的均等物により
決定されるべきである。
【図１】反応容器及びウエハカバー部材を示す炉の断面
図。
図。
【図２】中央窓部と周縁フランジ部との間の境界部分を
示すウエハカバー部材の部分平面図。
示すウエハカバー部材の部分平面図。
【図３】図２のウエハカバー部材の側断面図。
【図４】図３のウエハカバー部材の境界部分及び寸法遷
移部分の拡大部分断面図。
移部分の拡大部分断面図。
【図５】周縁フランジのフープの実施例の断面図。
【図６】周縁フランジの質量を増大させた実施例の断面
図。
図。
【図７】周縁フランジを流体冷却させる実施例の断面
図。
図。
１０……炉 １０Ｃ……ウエハ反応室 １０Ｅ……処理ガス排出口 １０Ｌ……輻射線ランプ １０Ｓ……処理ガス供給口 １０Ｖ……反応容器 １２……カバー部材 １２Ｗ……中央窓部 １２Ｆ……周縁フランジ部 １３……サセプタ・アクセス部材 １３Ｆ……フランジ部 １４Ｂ、１６Ｂ……基板 １４Ｃ、１６Ｃ……締め付け板 １８……半導体ウエハ １８Ｍ……サセプタ駆動モータ １８Ｓ……サセプタ
フロントページの続き (72)発明者 ロジャー エヌ アンダーソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95124 サン ホセ ネストリタ ウェイ 1824
Claims (3)
- 【請求項１】 低圧の処理ガス内で半導体ウエハを高温
で処理するための炉であって、 処理中少なくとも１つの半導体ウエハを収容するための
ウエハ室と、このウエハ室まで貫通する加熱口とを有す
る反応容器と、 前記反応容器の外側に配設され、加熱口を介してウエハ
室内にエネルギーを放射してウエハの温度を上昇させる
輻射エネルギー加熱手段と、 処理ガスを前記ウエハ室内に導入し、ウエハ室から排出
するためのガス手段と、 前記加熱口を覆うように取り付けられ、中央窓部と周縁
フランジ部とを有するカバー部材と、 を備え、 前記中央窓部は、ウエハ室内に輻射エネルギーを通過さ
せるため加熱手段からの輻射エネルギーに対して概して
透過性の材料から形成され、更にウエハ室内の低減され
た圧力により生じる圧縮応力に対抗するために凸状の外
側面と凹状の内側面とを構成する外向きの湾曲を有し、 前記周縁フランジ部は、窓部を支持すると共に窓部内の
熱膨張に応じて窓部を半径方向に制限して窓部の外向き
の湾曲の度合いを高めることを特徴とする炉。 - 【請求項２】 半導体反応容器の加熱口を覆うように取
り付けられる石英カバー部材であって、 ほぼ円形の周縁部を有し、室温で凸状の外側面と凹状の
内側面とを構成する外向きの湾曲部を有する薄い中央窓
部と、 前記窓部から半径方向外方に拡がって内側面と外側面と
を形成し、この内側面に沿って窓部の円形周縁部と係合
して半径方向に窓部を制限し、窓部内の熱膨張に応じて
窓部の外向きの湾曲の度合いを高める厚い周縁フランジ
部と、 前記窓部とフランジ部との間に形成された境界面と、 を備えたことを特徴とする石英カバー部材。 - 【請求項３】 半導体ウエハを処理するための炉を操作
する方法であって、 少なくとも１つの半導体ウエハを炉の処理室内に置き、 前記処理室内に処理ガスを導入し、 前記処理ガスの圧力を周囲圧力より低い圧力に低減し、 反応室内の加熱口を介して輻射エネルギーで処理室を加
熱して前記ウエハの温度と加熱口を覆う外向きに湾曲し
た透明な窓部の温度とを上昇させ、 前記窓部の周囲の周縁フランジにより窓部の熱膨張を半
径方向に制限し、 横断方向への窓部の熱膨張を許容して窓部の外側向きの
湾曲の程度を高め、前記処理室内の圧力の低減により生
じる内向きの圧縮力に対抗する、 工程より成ることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US579741 | 1990-09-07 | ||
| US07/579,741 US5085887A (en) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | Wafer reactor vessel window with pressure-thermal compensation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04245420A JPH04245420A (ja) | 1992-09-02 |
| JPH0789542B2 true JPH0789542B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=24318154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3227288A Expired - Lifetime JPH0789542B2 (ja) | 1990-09-07 | 1991-09-06 | 圧力−熱補償機能を備えたウエハ反応容器窓 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5085887A (ja) |
| EP (1) | EP0474251B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0789542B2 (ja) |
| DE (1) | DE69106285T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1990
- 1990-09-07 US US07/579,741 patent/US5085887A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-06 EP EP91115124A patent/EP0474251B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-06 JP JP3227288A patent/JPH0789542B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-06 DE DE69106285T patent/DE69106285T2/de not_active Expired - Lifetime
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