(57)【要約】【課題】プロセスチャンバ天井部を能動的に冷却しなければならないコールドウォール式堆積プロセスを行うための汎用型の装置を開発する。【解決手段】基板(4)上に１または複数の層を堆積するための装置であり、反応炉ハウジング(1)内に配置されかつ基板を載置させる加熱可能な床部(3)とこれに平行な天井部(5)とを備えたたプロセスチャンバ(2)と、プロセスガスの流入手段(6)とを有する。天井部(5)と床部(3)との間の距離(H)は、鉛直方向においてゼロまで短くできる。層を堆積させるプロセス位置においては、天井部(5)の上方に設けられた冷却部品(7)を用いて天井部(5)が冷却され、天井部(5)と床部(3)との間の距離(H)が短くなると、冷却部品(7)と天井部(5)との間の距離が長くなる。【選択図】図１
2009534526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板(４)上に１または複数の層を堆積させるための装置であって、反応炉ハウジング(１)内に設置されたプロセスチャンバ(２)と、プロセスガスを導入するためのガス流入手段(６)とを有し、前記プロセスチャンバは、基板を載置させる加熱可能な床部(３)と、該床部(３)に平行に延在する天井部(５)とを備えており、該天井部(５)と該床部(３)との間の距離(Ｈ)を、前記基板上に前記層を堆積させるプロセス位置から該プロセスチャンバを清浄化するクリーニング位置まで、ゼロとなるまで短くすることが可能な上記装置において、
前記天井部(５)の上方に配置された冷却部品(７)を有し、前記プロセス位置では前記層が堆積する間に該冷却部品を用いて該天井部(５)が冷却され、
前記天井部(５)と前記床部(３)との間の距離(Ｈ)が短くなると、前記冷却部品(７)と該天井部との間の距離が長くなることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記冷却部品(７)が、前記天井部(５)の裏面(５”)に対して平行に延在する冷却面(８)を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセス位置では、前記冷却面(８)が、前記天井部(５)の裏面(５”)に対して当接するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記冷却部品(７)の冷却面(８)が、前記天井部(５)の裏面(５”)の実質的に全体に亘って延在しかつ該天井部(５)に対して熱伝導するよう当接して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記冷却部品(７)が、冷却液体が流れる中空体を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記反応炉ハウジング内で鉛直方向に変位可能な床ホルダーまたは天井ホルダー（９、１０）を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記天井部(５)の縁部に係合するための保持手段(１１、１２)を、前記天井ホルダー(９)が具備することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記天井部が環状の天井パネル(５)であり、該天井パネルの内縁が、前記天井ホルダー(９)の内円筒(１３)の保持手段(１２)上に載置されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記天井パネルの外縁が、前記天井ホルダー(９)の外円筒(１４)の保持手段(１１)上に載置されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセスチャンバ(２)の上方に配置されかつ前記天井ホルダー(９)を鉛直方向に変位させるリフト手段(１５)を有することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記ガス流入手段(６)が、前記床部(３)を通ってプロセスチャンバ(２)内に下方から突出し、かつ、前記天井部(５)が降下した位置では、前記内円筒(１３)により少なくとも部分的に覆われることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記天井部(５)が、前記ガス流入部品(６)のガス流出面を形成し、シャワーヘッド状に設けられたガス流出開口(１６)を有していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記床部(３)に設けられたエッチングガスのためのガス流出開口(１７)を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に１または複数の層を堆積させるための装置に関し、反応炉ハウジング内に設置されたプロセスチャンバを有し、プロセスチャンバは、基板が載置される加熱可能な床部と、床部に対して平行に延在する天井部と、プロセスガスを導入するためのガス流入手段とを備え、プロセスチャンバ天井部とプロセスチャンバ床部との間の距離は、基板上に層を堆積するプロセス位置から、プロセスチャンバが清浄化されるクリーニング位置まで、ゼロとなるまで下降可能である。
【背景技術】
【０００２】
このような装置は、特許文献１から公知である。プロセスチャンバ床部は加熱可能である。プロセスチャンバ天井部は、プロセスチャンバ床部の上方に位置する。プロセスガスがプロセスチャンバ内に導入され、その中に載置された基板上に堆積するプロセス位置においては、プロセスチャンバは、プロセスチャンバ床部とプロセスチャンバ天井部との間の距離で設定された第１の高さにある。プロセスチャンバ床部を上昇させることにより、プロセスチャンバ天井部とプロセスチャンバ床部との間の距離を短くすることができる。この低減された距離位置においては、プロセスチャンバはエッチング位置とされ、導入されたエッチングガスによりプロセスチャンバを清浄化することができる。
【０００３】
特許文献２は、プラズマ処理装置を開示しており、プロセスチャンバ天井部とプロセスチャンバ床部との間の距離を変更できる。
【０００４】
特許文献３〜９も同様に、プロセスチャンバ内で基板上に多層を堆積するための装置を開示しており、プロセスチャンバの高さを変更できる。
【０００５】
特許文献１０は、反応炉ハウジングとその中に設置されたガス流入手段とを備えたＣＶＤ反応炉を開示する。プロセスガスは、この流入手段を通してプロセスチャンバに導入される。プロセスチャンバは、天井部及び床部を備える。基板は床部上に載置される。床部は、下方から加熱される。天井部は、床部から所定の距離に水平に延在し、床部に対して平行である。ガス流入手段は、この場合、反応炉天井部の上方に配置される。反応炉天井部は、シャワーヘッド状のガス流出開口を備え、ガス流出開口を通してプロセスガスがプロセスチャンバ内に入ることができる。
【０００６】
特許文献１１は、ＣＶＤ反応炉を開示し、プロセスガスは、プロセスチャンバの中央部に導入される。プロセスチャンバを通過する水平な流れが径方向に生じる。プロセスチャンバは、ガス流出リングにより囲まれている。それにより、プロセスガスが送出される。
【特許文献１】米国特許出願公開2006/0051966 A1公報
【特許文献２】独国特許出願公開DE 101 03 341 A1公報
【特許文献３】国際公開WO 03/063216 A1公報
【特許文献４】米国特許5,399,387号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開2005/0199182 A1公報
【特許文献６】国際公開WO 00/42236公報
【特許文献７】米国特許出願公開2003/0000469 A1公報
【特許文献８】米国特許出願公開2005/0242061 A1公報
【特許文献９】特開2005-029302号公報
【特許文献１０】独国特許出願公開DE 102 11 442 A1公報
【特許文献１１】独国特許出願公開DE 101 33 914 A1公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、プロセスチャンバ天井部を能動的に冷却しなければならないコールドウォール式堆積プロセスを行うための汎用型の装置を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、特許請求の範囲に特定される発明により達成される。各請求項は独立した解決手段を構成し、他の任意の請求項と組合せ可能である。
【０００９】
本発明においては、クリーニング位置に到達させるために、プロセスチャンバ天井部とプロセスチャンバ床部との間の距離をゼロまで低減できる。プロセスチャンバの床部のみが加熱される。プロセスチャンバ天井部は、堆積プロセス中に能動的に冷却される。冷却部品がこの目的のために設けられ、この部品は、反応炉ハウジング内のプロセスチャンバ天井部の上方に設置され、そして反応炉に固定されてもよい。プロセスチャンバ天井部がプロセスチャンバ床部の方へ下降するとき、天井部の裏面と冷却部品との間の距離は長くなり、それにより、プロセスチャンバ天井部に対する冷却部品の冷却作用が著しく低下する。従って、好適にはエッチングプロセスである清浄化プロセス中に必要なことは、プロセスチャンバ天井部を下降させることだけである。プロセス位置において、冷却部品をプロセスチャンバ天井部の裏面に当接させた状態に保持する手段を設けることが有用である。この手段は、冷却部品の冷却面とプロセスチャンバ天井部の裏面との間における大面積係合の形態を採ってもよい。これは、コールドウォール式反応炉における多層の堆積中に生じる問題を解決することができる。すなわち、特にＭＯＣＶＤにおいて生じる問題である。プロセスチャンバ床部上に載置された基板上に多層が堆積されるとき、プロセスガスは、熱分解的に反応させられる。得られた固体は、基板上に結晶化する。基板を取り囲みサセプタを形成するプロセスチャンバ床部の表面上における寄生的な成長は、避けられない。反応炉の天井は冷却されるが、そこでの寄生的成長もまた、避けられない。寄生的成長に起因する汚染は、プロセスチャンバ内に導入されるプロセスガスの消費表面を形成する。このことは、プロセスの効率を低下させ、基板上に堆積される多層の成長挙動に悪影響を及ぼす。従って、プロセスチャンバを清浄化することが必要となり、特に、寄生的成長により悪影響を及ぼされる表面を清浄化することが必要となる。
【００１０】
１つの方法は、費用は高いが、反応炉の適宜の部分を反応炉から取り外し、反応炉から分離してそれらを清浄化することである。このようなプロセスチャンバは、交換可能なプロセスチャンバ床部と交換可能なプロセスチャンバ天井部を備えている。
これに替わる方法としては、導入されたＨＣｌなどの適切なエッチングガスによるその場での清浄化がある。しかしながら、この処理は、エッチングされる表面が所定の表面温度となっていることを必要とする。加熱されたプロセスチャンバ床部を、必要なエッチング温度まで加熱することには、通常、大きな問題はない。問題は、冷却されたプロセスチャンバ天井部において生じる。プロセスチャンバ天井部は、実質的に、プロセスチャンバ床部から放射される放射によってしか加熱されないからである。
【００１１】
これらの問題は、請求項に係る発明により解決される。エッチング処理を行うために、プロセスチャンバ天井部を、プロセスチャンバ床部の近傍まで下降させる。しかしながら、これに替わる方法として、プロセスチャンバ床部を、プロセスチャンバ天井部の近傍まで上昇させることも可能である。プロセスチャンバ天井部を冷却するための冷却手段は、天井部または床部のいずれかにおけるこの鉛直方向の変位中に床部からの距離を維持することができる。それにより、プロセスチャンバ天井部は、効果的に冷却部品から離れていることが可能となる。しかしながら、これに替わる方法として、冷却手段がさらに、プロセスチャンバ天井部から遠ざかるようにすることも可能である。
【００１２】
冷却部品は、好適には、床部の方へ向いた下向きの水平面を有する。この水平面は、プロセスチャンバ天井部の裏面に対して平行である。プロセスチャンバ天井部の裏面は、天井パネルにより形成されている。天井パネルは、好適には、冷却部品に対して当接するように載置されている。反応炉ハウジング内のプロセスチャンバの天井部または床部を支持するために、天井ホルダーまたは床ホルダーを設けてもよい。これらのホルダーの１つまたは双方が、鉛直方向に変位可能であることにより、プロセスチャンバをエッチングするために床部と天井部との間の距離を短くすることができる。
天井パネルは丸くしてもよい。しかしながら、平面視に円形ディスクの形態を有してもよい。好適には、この円形ディスク形状の天井パネルの内縁が、内円筒の保持手段上に載置される。内円筒は、リフト手段により下降させることができる。リフト手段は、天井パネルの中央部に設置してもよい。
【００１３】
さらに、ガス流入手段が、プロセスチャンバの中央部に配置されていてもよい。これは、プロセスガスを下方から供給されるのに好適である。ガス流入手段は、プロセスガスをプロセスチャンバ内に導入するための複数の分離した流路を有してもよい。各流路に連通する流出開口は、円筒の水平面上に設けてもよい。これにより、複数のガス流出面の回転対称を実現しており、それらのガス流出面は互いに上下に重なっている。
【００１４】
プロセスチャンバ天井部とプロセスチャンバ床部との間の距離が短くなるとき、プロセスガスの流出開口は、部分的に、内円筒の内壁により覆われる。こうして、プロセスチャンバをエッチングするために用いられるＨＣｌを、これらの中央供給ラインを通して、すなわちガス流入手段を介して、プロセスチャンバ内に導入することができる。エッチング用のガスは、好適には、最上部のガス流出開口から出て、内円筒の内壁に沿って通過する。その後、水平方向に曲がり、高さの低くなったプロセスチャンバを通って流れ、プロセスチャンバの床部及び天井部の双方がエッチングされる。
【００１５】
変形例では、ガス流入手段が、プロセスチャンバ天井部自体により形成される。その場合、天井部は、ガス流出面を形成する。ガス流出面は、シャワーヘッドの形態で設置された複数のガス流出開口を有する。このようなプロセスチャンバが、ガス収集リングにより囲まれている場合もある。天井部の上方には、通常水冷されるシャワーヘッド状のガス充填体が配置されており、このガス充填体がガス流出開口にガスを供給する。必要な場合は、このガス充填体を通して、エッチングガスをプロセスチャンバに導入することも可能である。しかしながら、プロセスチャンバは、プロセスチャンバ床部を通って延在する別の供給ラインを中央部に有し、これを通してエッチングガスをプロセスチャンバに導入することが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２は、反応炉ハウジング１の概略構成図である。反応炉ハウジング１は、床部３を備え、これはグラファイトまたは他の適宜の材料、例えばサファイアや石英からなる。床部３は、床部キャリア上に載置されている。ヒーター２１は、床部キャリアの下方に設置されている。このヒーターは、ＲＦヒーター若しくは抵抗ヒーターでよく、床部３をプロセス温度まで加熱する。床部は、床ホルダー１０に搭載されている。
【００１７】
プロセスチャンバの天井部５は、床部の上方に距離Ｈの位置にある。天井部５は、石英、サファイア、グラファイトまたは他の適宜の材料からなる環状の天井パネル５である。図１に示すプロセス位置においては、この天井部５は、冷却面８に対して当接するように置かれている。冷却面８は、冷却部品７の下面である。床部３及び天井部５は、コーティングされていてもよい。
【００１８】
冷却部品７は、その中を流れる冷却液体を充填した中空体である。冷却部品７は、反応炉ハウジング１に固定されている。天井パネル５の内縁は、内円筒１３の鍔部１２上に載置されている。内円筒１３は、天井ホルダー９の一部であり、天井ホルダー９は、リフト手段１５により鉛直方向に変位可能である。天井ホルダー９はさらに、外円筒１４を備えている。外円筒１４は、内方に向いた鍔部１１を具備し、その上に、天井パネル５の外縁が載置されている。外円筒１４は、横断連結部２３により内円筒１３に連結され、それにより外円筒１４及び内円筒１３を降下させることができる。外円筒１４及び内円筒１３が降下させられると、プロセスチャンバ天井部５は、冷却面８から離れる。距離Ｈが短くなると、同時に、天井部５がサセプタ２２の方へ移動する。サセプタ２２は、床部３の一部であり、プロセス工程中にはその上に基板４が設置される。
【００１９】
リフト手段１５は、図面においては概略のみ示す。これは、油圧シリンダの形態でもよく、また、歯車機構若しくは梃子機構を用いることもある。
【００２０】
図１に示したプロセスチャンバ２は、環形状である。プロセスガスを導入するためのガス流入手段６は、プロセスチャンバ２の中央部に配置されている。プロセスガスは、主要なIII族元素をプロセスチャンバ内に入れるための有機金属化合物でもよい。主要なV族元素は、水素化物としてプロセスチャンバ内に入れられる。しかしながら、主要なIII族元素を、塩化物としてプロセスチャンバ内に入れてもよい。各プロセスガスは、互いに上下方向に並んだガス流出部２５、２６、２７を通して別々にプロセスチャンバ２内に導入される。導入は、回転対称な方式で行われる。ガス流出部２５、２６、２７の上方に延在して内円筒１３とガス流入手段６の上部との間にある間隙２４は、不活性ガスを流される。コーティングプロセス中、床パネル３の凹部に配置された円形ディスク形状のサセプタ２２は回転している。
【００２１】
エッチングプロセスを行うために、概略的に示したリフト手段１５により天井ホルダー９が降下させられる。エッチングプロセス中は、プロセスチャンバ２内に基板４はない。天井パネル５は、冷却部品７から離れて移動しており、床部から放射され天井パネルに作用する放射熱により加熱される。例えばＨＣｌであるエッチングガスは、ガス流入手段６を通してプロセスチャンバ内に入れられる。これは、好適には、最上部のガス流出開口２５を通して行われることにより、エッチングガスが、内円筒１３の内壁に沿って鉛直下方に流れた後に、水平方向に曲げられて床部３の上面及び天井部５の下面５’に沿って流れることになる。互いに向き合っている床部３及び天井部５のこれらの面は、エッチングされる。これにより、成長プロセス中に生じた寄生成長の結果堆積した材料を除去する。
【００２２】
図３及び図４は、いわゆるシャワーヘッド反応炉を示す。これもまた、プロセスチャンバ２内に導入されるプロセスガスを用いて基板４上に多層を堆積させるＣＶＤ反応炉である。この場合、ガス流入手段６が、プロセスチャンバの表面全体に亘って延在している。ガス流入手段６は、ガス流出開口をその下面に設けたガス充填体を有する。ガス流入手段６の下面は、冷却面である。それは、冷媒により冷却される。天井パネル５は、冷却面８の下方に配置されている。天井パネル５は、複数のガス流出開口を具備し、それらのガス流出開口は、スクリーンの形態で設置され、冷却面８のガス流出開口と揃った位置にある。これにより、ガス流入部２０を通してガス流入部品６内に導入されたガスが、ガス流出開口１６を通りプロセスチャンバ２内に流れることができる。
【００２３】
図３に示すプロセス位置においては、グラファイト、石英、サファイアまたは他の適宜の熱伝導性若しくは熱絶縁性の材料からなる天井パネル５が、冷却面８に対して当接するように置かれている。このために、天井パネル５は、天井ホルダー９により形成された保持突起１１上に載置されている。天井ホルダー９は降下させることができ、それにより天井パネル５を床部３の表面の方へ移動させることができる。
【００２４】
床部３は、床ホルダー１０上に載置されている。床部３の下方にはヒーターが配置されており、床部を加熱可能である。床部は、グラファイト、石英、サファイアまたは他の適宜の材料からなり、床部３上に載置されている基板４を加熱可能である。
【００２５】
プロセスチャンバは、環状のガス流出リング１９により囲まれている。これは、反応生成物や使用されなかったプロセスガスを導出させることができる。
【００２６】
コーティングプロセスが完了し、プロセスチャンバ２から基板４を取り出した後、天井ホルダー９をリフト機構（図示せず）を用いて降下させることができる。従って、床部３と天井部５との間の距離Ｈは、短くなる。同時に、天井部５と冷却面８との間の距離は長くなる。これにより、天井部５は加熱される。その結果、導入されたエッチングガスを用いてそこに堆積した材料を除去できる。
【００２７】
この場合も、好適にはエッチングガスが塩化物、特にＨＣｌであり、ガス流入手段すなわちガス流入部２０を通してプロセスチャンバ内に導入することができる。しかしながら、実施例では、床部３を通る供給ライン１８が設けられ、この供給ライン１８を通ってエッチングガスがプロセスチャンバの中央部に導入される。
【００２８】
図３及び図４に示した実施例においても、基板４を回転可能なサセプタ上に載置することができる。この場合もまた、床部３はその軸周りに全体として回転可能である。
【００２９】
上述の２つの実施例においては、天井部５と床部３との距離を短くするために天井パネルを降下させた。しかしながら、２つの実施例において、床ホルダー１０を適宜構成することにより、床部３を天井部５の方に移動させることも、同様に可能である。しかし好適には、この移動中に、冷却部品７すなわち冷却面８を天井部５から離すようにする。床部３を上昇させるリフト手段が、同時に、冷却部品７及び冷却面８を上昇させることができる。冷却部品７すなわち冷却面８と床部３との間の距離は、この鉛直変位の間も変更されずにそのままとすることができる。
【００３０】
冷却部品７が、反応炉ハウジングに固定されていることが特に有用と考えられる。よって、プロセスチャンバの床部３から一定の距離とすることが可能である。この距離は、プロセスチャンバ天井部５を、図１及び図３に示したプロセス位置から図２及び図４に示したクリーニング位置まで降下させる際に変更する必要がない。いずれの場合も、プロセスチャンバ床部３とプロセスチャンバ天井部５との間の距離Ｈが短くなる。しかしながら、同時に、プロセスチャンバ天井部５の裏面５”と、冷却部品７の冷却面との間の距離が長くなる。この冷却面はプロセスチャンバ天井部の裏面の方に向いている。図１及び図３に示したプロセス位置においては、冷却部品７の平坦な冷却面は、天井部の裏面５”に対して面接触している。このことにより、天井部５からの熱の最適な除去が確保される。熱は、冷却部品７の冷却容積に流れる冷却液体により取り去られる。冷却面の当接は、天井部５の実質的に表面全体に亘っているので、プロセスチャンバ２内でコールドウォール式の成長を行うことができる。それにも拘わらず、図２及び図４に示した位置においては、冷却部品７を非稼働とすることなく、寄生的成長をエッチングによりプロセスチャンバ天井部から除去することが可能である。このクリーニング位置においては、プロセスチャンバ２の天井部５と床部３との間の距離は、プロセスチャンバ天井部５の裏面５”と冷却部品７の冷却面８との間の距離よりも短い。
【００３１】
開示された全ての態様は、（それ自体）が本発明に関連するものである。関係する添付の優先権書類（先の出願の複写）の開示内容もまた、本願の特許請求の範囲におけるこれらの書類の態様を含める目的で、本願の開示に全て含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施例の反応炉ハウジングの半部の断面図であり、天井パネルがプロセス位置にある。
【図２】図１と同様であるが、天井パネルがエッチング位置に降下している。
【図３】第２の実施例の反応炉ハウジングの半部の断面図であり、天井パネルがプロセス位置にある。
【図４】図３と同様であるが、天井パネルがエッチング位置に降下している。
【符号の説明】
【００３３】
１  反応炉ハウジング
２  プロセスチャンバ
３  床部
４  基板
５  天井部
５”  天井部裏面
６  ガス流入手段
７  冷却部品
８  冷却面
９  天井ホルダー
１０  床ホルダー
１１  鍔部、保持突起
１２  鍔部
１３  内円筒
１４  外円筒
１５  リフト手段
１８  供給ライン
１９  ガス流出リング
２０  ガス流入部
２１  ヒーター
２２  サセプタ
２３  横断連結部
２４  間隙
２５、２６、２７  ガス流出部
【図１】
2009534526.tif 000003
【図２】
2009534526.tif 000004
【図３】
2009534526.tif 000005
【図４】
2009534526.tif 000006
【国際調査報告】
2009534526.tif 000007
2009534526.tif 000008
2009534526.tif 000009
2009534526.tif 000010