(57)【要約】半導体デバイスの全体に渡って一定の温度分布を達成し得るようなシステム及び方法が提供される。その炉アセンブリは、半導体ウエハを補完的に受容する形状を有するウエハキャリアを着脱可能に受容するべく構成された処理管を含む。加熱アセンブリは電気抵抗性加熱要素を含むものであってよく、これは処理室内に導入されるべき空気または他のガスを加熱するべく配置される。ウエハキャリア及び加熱アセンブリは、駆動機構を用いることにより、上下方向に駆動され、処理室内の位置に配置される。加熱アセンブリが処理管内にてシールを形成した後に、処理管が排気され、パージされる。ガスが、入口から処理室内に導入され、ガスは加熱要素と熱交換を行う。加熱されたガスは処理室内にて循環し、対流加熱をすることによりウエハの温度を高める。
2005535128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ処理システムであって、
１枚又は複数枚の半導体ウエハを支持するべく構成されたウエハキャリアを受容するべく構成された処理管を含む処理室と、
前記ウエハキャリアに近接してプラットフォーム上にマウントされた加熱アセンブリとを有し、
前記加熱アセンブリ及びウエハキャリアが前記処理管外であるような第１の位置と、前記加熱アセンブリ及びウエハキャリアが前記処理管内であるような第２の位置との間を、前記処理室が移動可能であることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記加熱アセンブリが、熱源及び反射器を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記熱源が、電気抵抗加熱要素を含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記熱源が、ハロゲンランプ、金属ハライドランプ及びディスチャージ（放電）ランプを含むグループから選択されたランプからなることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記加熱アセンブリが、更にウエハキャリアマウント手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記処理室を、前記第１の位置と前記第２の位置との間で上下させるための昇降機構を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
複数の半導体ウエハを処理するための炉アセンブリであって、
複数の半導体ウエハを支持するべく構成されたウエハキャリアを受容するべく構成された処理管を含む可動処理室と、
前記処理管内にガスを流入させるための入口管と、
前記処理管内に配置された熱源とを有し、
前記熱源からの熱エネルギ出力が、前記ガスに伝達され、前記処理管内全体の処理温度を提供することを特徴とする炉アセンブリ。
【請求項８】
前記可動処理室が、前記処理管外の第１の位置と、前記処理管内の第２の位置との間を移動可能であることを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項９】
前記熱源が、前記ガスの温度を１００℃から約１２００℃の範囲に高めることを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項１０】
前記熱源が、電気抵抗加熱要素を含むことを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項１１】
前記熱源が、ハロゲンランプ、金属ハライドランプ及びディスチャージ（放電）ランプを含むグループから選択されたランプからなることを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項１２】
前記熱源がマウントされた固定プラットフォームを更に有し、前記固定プラットフォームが前記処理室に接触しない前記第１の位置と、前記固定プラットフォームが前記処理室に接触する前記第２の位置との間を、前記可動処理室が移動可能であることを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項１３】
固定プラットフォームを更に有し、前記可動処理室が前記固定プラットフォームに接触する位置に移動したときに、前記熱源が前記処理管内の或る位置を占めるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項１４】
石英窓及び該石英窓の上方近接位置に配置された熱拡散部材を含む作動面を備えた固定プラットフォームを更に有し、前記熱拡散部材に、それが前記熱源を構成するように熱エネルギを供給するようにし、前記固定プラットフォームが前記可動処理室に接触しない前記第１の位置と、前記固定プラットフォームが前記可動処理室にシール可能に接触する前記第２の位置との間を、前記可動処理室が移動可能であることを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項１５】
前記ガスを前記処理管の周りに循環させるためのガス循環手段を更に有することを特徴とする請求項７に記載の炉アセンブリ。
【請求項１６】
ウエハを処理するための方法であって、
処理管を、熱源を受容する第１の位置に搬送する過程と、
前記熱源から熱エネルギを供給する過程と、
前記処理管内にて第１のガスを循環させ、前記第１のガスに前記熱エネルギを吸収させ、前記熱エネルギを熱力学的に前記ウエハに伝達する過程と、
その後に、前記熱源からの熱エネルギの供給を停止する過程と、
前記処理管内にて第２のガスを循環させ、前記第２のガスに前記ウエハから熱エネルギを吸収させ、前記ウエハの温度を低下させる過程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記処理管を、前記熱源が取り出された状態の第２の位置に搬送する過程を更に有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記処理管を前記第１の位置に搬送する前記過程が、前記処理管を隔絶することを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱源が、電気抵抗性加熱要素を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に関する言及）
本出願は、２００２年８月２日に出願された米国特許出願第１０／２１１，７５７号の一部継続出願に基づくもので、同出願に関する言及をもって、その内容を本出願の一部とする。
【０００２】
本発明は半導体製造装置に関し、さらに詳しくは半導体ウエハの処理システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイスの処理の際に、デバイスに加えられる熱処理を正確に制御することが極めて望ましい。場合によっては、主にウエハからなるデバイスのバッチを半導体処理炉内で処理するが、処理炉は所望の処理を行うために注意深く制御された処理環境を備えている。
【０００４】
残念ながら、多くの従来形式の上下に配置された炉に於いては、処理管を加熱要素により外囲することにより、所望の温度を処理管内部において達成するようにしている。このような構成に於いては、先ず、輻射及び対流が処理管を加熱するために利用され、次に熱エネルギーがより低温のウエハに伝達される。処理管は、通常隔絶されているため、対流による加熱は通常有効ではない。低温に於けるウエハの処理作業中においては、このような加熱の構成は非効率的であって多大な時間を要する。しかも、この種の構成に於いては、異なるバッチのウエハを処理する作業の間に於いて、炉アセンブリ全体の温度を下げることが困難かつ非効率であるため、通常別個の冷却室又はブロアが炉全体を急速に冷却するために必要となる。
【０００５】
このような理由により、処理されるウエハの均一性に関する問題を生ずることなく、処理温度を正確にかつダイナミックに制御し得るような、半導体デバイスの表面全体に渡って一定の温度分布を達成し得るようなシステム及び方法が望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、処理の際に半導体デバイスの全体に渡って温度を均一にするためのシステム及び方法を提供する。その炉アセンブリは、半導体ウエハを補完的に受容する形状を有するウエハキャリアを着脱可能に受容するべく構成された処理管を含む。加熱アセンブリは電気抵抗性加熱要素を含むものであってよく、これは処理室内に導入されるべき空気または他のガスを加熱するべく配置される。ウエハキャリア及び加熱アセンブリは、駆動機構を用いることにより、上下方向に駆動され、処理室内の位置に配置される。加熱アセンブリが処理管内にてシールを形成した後に、処理管が排気され、パージされる。ガスが、入口から処理室内に導入され、ガスは加熱要素と熱交換を行う。加熱されたガスは処理室内にて循環し、対流加熱をすることによりウエハの温度を高める。
【０００７】
加熱アセンブリは電気抵抗性加熱要素を含むものであってよく、これは処理室内に導入されるべき空気または他のガスを加熱するべく配置される。加熱アセンブリは、加熱要素の周りを通過し、処理管を流れるガスの流れの向きを定めるための反射器を備えるものであってよい。
【０００８】
作動中に、炉アセンブリは、駆動機構を用いることにより、ウエハキャリア及び加熱アセンブリ上の位置に下降される。加熱アセンブリが処理管内にてシールを形成した後に、処理管が排気され、パージされる。ガスが、入口から処理室内に導入される。ガスが処理管内を循環するに伴い、ガスは加熱要素と熱交換を行う。反射器は、ガスが処理管の底部からその上端に向けて循環するのを可能にする。このように均一な対流加熱を行うことによりウエハの温度を均一に高めることができる。
【０００９】
ウエハが処理された後、加熱要素は下向きに駆動され、加熱されないガスが処理管内にて流される。加熱されないガスは、ウエハを、それを取り出す前に冷却する。一旦冷却すると、駆動機構により、ウエハキャリア及び加熱アセンブリが処理室から取り出される。
【００１０】
好ましくは、ウエハの加熱及び冷却が、すべて処理室内にて対流加熱をすることにより達成される。循環する加熱ガスとウエハとの間の熱伝達は、輻射または伝導による加熱構造に比較してより直接的である。ウエハが処理室内にて冷却されるため、別途冷却室を設けたり、ブロアを追加する必要がなくなる。加熱要素の熱容量が小さいため、その昇温降及び降温に要する時間を短縮することができる。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、以下の添付の図面を参照する好適実施例の詳細な説明からおのずと明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の炉アセンブリ１００の一実施例を示す単純化された断面図である。炉アセンブリ１００は、内部スペース１０６を画定する処理管１０４を外囲する処理室１０２を含む。
【００１３】
ある実施例においては、処理室１０２の外側には、好ましくはアルミニウム、ステレンス鋼などの金属からなるハウジング１０８を含む。ハウジング１０８内の、ハウジング１０８と処理管１０４との間には、内部断熱材料１１２が設けられる。断熱材料１１２は、処理管１０４からハウジング１０８の外部に向けての熱損失を最小化することができる。所望に応じて、処理管１０４の周りの温度を高めるために処理管１０４と断熱層１１２との間に加熱要素１１４を配置し、ハウジング１００から外部への熱損失を最小化し、処理管１０４内の温度は安定化するのに要する時間を短縮することができる。断熱材料１１２は、セラミックファイバー材料など任意の適切な断熱材料からなるものであってよい。
【００１４】
処理室１０２は、底面１１２に設けられた開口１１０を有する。開口１１０は処理されるべきウエハを受容するウェアキャリアまたはボートを受け入れるべく構成されている。開口１１０は処理の前後において処理管１０４に対してウエハキャリアを導入したり取り出したりすることを可能にする。
【００１５】
処理管１０４は、処理室１０２内にマウントされる。ある実施例においては、処理管１０４はベル形ジャーなどの形状などをとるものであってよい。ベル形ジャー状の処理管は、外面１１８及び内面１２０を備えたシェルを有する。内面１２０は処理管１０４及び内部キャビティ１０６の外周部を画定する。処理管１０４は、ウエハのバッチを受容するウエハキャリアを外囲するために最小限の容積を有するような内部キャビティ１０６を画定するべくその形状が定められている。一般に、処理管１０４は、０．００１Ｔｏｒｒから１０００Ｔｏｒｒ、好ましくは０．１Ｔｏｒｒから約７６０Ｔｏｒｒの間の内圧力に耐えるべく構成される。
【００１６】
処理管１０４は、熱処理及びＣＶＤなどの分野に於いてよく知られているように、様々な温度に於いて、ガスをはじめとする様々な化学物質に対して半導体ウエハのバッチを暴露することを伴うような半導体ウエハの処理を行うためのものである。このような処理に於いては、処理管１０４には入口管１２２から所望の処理ガスが供給される。流失するガスは出口管１２４から排出される。出口管１２４の入口は、開口１１０から離れた、処理管１０４の上部の近傍に設けられ、ガスが上部に滞留しないようにしている。処理管１０４は石英その他の同様の材料からなるものであってよい。
【００１７】
図１に示されるように、複数のウエハ１２６を、処理に適する配置のアレイとして保持し得るようなウエハキャリアまたはボート１２８が設けられている。ウエハキャリア１２８は、石英その他の適切な材料からなる。処理管１０４及びウエハキャリア１２８は、互いに同軸的に配置されており、ウエハキャリア１２８は、以下に詳しく説明するように、処理管１０４内に、取り出し可能に受容されている。
【００１８】
ある実施例においては、ウエハキャリア１２８は、複数のノッチからなるものであってよい一連のウエハ容器を備えており、これらのノッチのそれぞれは、処理の間にウエハを所定の位置に保持することができる。ウエハキャリア１２８は、任意の数のウエハ１２６を保持し得るものでよいが、好ましくは２５ないし５０枚のウエハを保持するものであってよい。ある実施例においては、ウエハキャリア１２８はプラットフォームに結合するべく構成されているものであってよく、このプラットフォームは、ウエハレイが、処理管１０４内に配置されたり或いは処理管１０４から取り出し得るように上下に移動可能に構成されている。
【００１９】
図１、２は加熱アセンブリ１３０の実施例を示しており、ウエハキャリア１２８を処理管１０４内に向けて上下方向に駆動するための手段をなすように構成されている。加熱アセンブリ１３０は、ウエハキャリアを移動させることに加えて、開口１１０に嵌め合い、処理の間に、処理管１０４をシールするように構成されている。ある実施例においては、加熱アセンブリ１３０は、ウエハキャリア１２８、反射器１３４及び加熱源１３６を、すべてベース即ちプラットフォーム１３８の作動面１３５上にマウントするための手段１３２を備えており、プラットフォーム１３８は昇降装置１５０により上下に駆動することができる。
【００２０】
マウントするための手段１３２は、ウエハキャリア１２８をプラットフォーム１３８上に着脱可能にマウントし得る任意の構造をなすものであってよい。例えば、マウント手段１３２は、開かれたフランジを、それをプラットフォーム１３８に結合する軸部等を有するものであってよい。開かれたフランジは、ウエハキャリア１２８を配置するためのリップを有するものであってよい。当業者であれば、本発明の概念から逸脱することなく様々なマウント手段１３２を実現することができる。
【００２１】
処理管１０４内におけるガスの循環は、ガスを特定の方向に移動させるような任意の装置を利用することにより効率的に行うことができる。ある実施例においては、処理管１０４内のガスの循環は、反射器１３４を用いて促進される。反射器１３４は、プラットフォーム１３８の作動面１３５の概ね中心に取り付けられたロート状の装置からなるものであってよい。ロート状をなす反射器１３４は、加熱源１３６の近傍およびその周囲に流れを向けるために利用することができる。反射器１３４は、ガスが、図１において符号を付していない矢印により示される方向に沿って、ウエハキャリア１２８の周りを流れるようにする。反射器１３４は、アルミニウム、ステンレス鋼、その他の非反応性材料からなるものであってよい。また、反射器１３４は、処理管１０４内にガスの流れの向きを制御するために利用し得る装置の一例であるに過ぎないことを了解されたい。
【００２２】
熱源１３６は、ウエハの処理を行うために必要となる所要の加熱能力を有する任意の熱源からなるものであってよい。例えば、熱源１３６は、処理管１０４内の温度が、１００℃から約１２００℃の範囲の温度、より好ましくは約１００℃から約１２００℃の範囲の温度、より好ましくは約１００℃から約８００℃の温度に高め得るものであってよい。
【００２３】
ある実施例においては、熱源１３６は、リング状の加熱要素などからなるものであってよい電気抵抗性加熱要素からなる。この実施例においてはリング状の加熱要素が、その中心に反射器１３４を備えた状態で示されているが、実施例によっては、熱源１３６の位置は以下に示されるように変更することができる。
【００２４】
電気抵抗性加熱要素は、熱処理の用途において用いるのに適する任意の従来形式の加熱要素からなるものであってよい。例えば、リング状加熱要素は、抵抗性の加熱要素コアを、フィラメントワイアにより被覆した構成を要するものであってよい。コアは、セラミック材料からなるものであってよいが、任意の耐熱性の非導電性材料からなるものであってよい。フィラメントワイヤは、コアの周りに従来形式をもって巻かれ、最適量の輻射熱が加熱要素から放射されるようになっている。フィラメントワイアは、適宜な電気抵抗性加熱可能なワイアからなるものであってよく、ＳｉＣ，ＳｉＣにより被覆された黒鉛、黒鉛及びＡｌＮｉなど熱応答が良好であって高温安定性を備えた高密度材料からなるものであってよい。加熱要素は、米国Connecticut州Stamfordに所在するOmega Engineering Inc.により市販されている。
【００２５】
別の実施例においては、加熱要素は、電気絶縁のために圧縮された酸化マグネシウム粉を用いた筒状ヒータや金属被覆カートリッジヒータからなるものであってよい。
【００２６】
これらの実施例においては、加熱要素は加熱要素端子及び関連する配線（図示せず）を介して、電源システムに電気的に接続される。
【００２７】
加熱アセンブリ１３０がプラットフォーム１３８上に配置される。ある実施例においては、プラットフォーム１３８は加熱アセンブリ１３０の部品をマウントし得るような作動面１３５を画定する第１段の面を備えた概ね非反応性の材料からなるものであってよい。第２段の面は処理管１０４を閉じるためのシールを形成するように処理室１０２とインターフェース可能なリップ部１４２を画定する。プラットフォーム１３８は、機械加工、成形あるいはその他の製造工程により構成されたものであってよい。
【００２８】
昇降装置１５０は矢印１５２に示される方向にプラットフォーム１３８を昇降するために利用することができる。昇降装置１５０は、加熱アセンブリ１３０を、処理管１０４の内部キャビティ１０６に対して出し入れするようにプラットフォーム１３８を介して昇降し得る任意の従来形式の装置からなるものであってよい。例えば、昇降装置１５０は、当技術分野において知られた空気圧、油圧リフト、機械式ウォーム装置その他のリニアアクチュエータ装置からなるものであってよい。
【００２９】
処理管１０４のシールは、プラットフォーム１３８のリップ部１４２が、処理室１０２と加熱アセンブリ１３０との間のインターフェースとして形成されたフランジ１４０その他の装置と接触することにより達成される。ある実施例においては、入口管１２２及び出口管１２４が、処理管１０４に到達するようにフランジ１４０を貫通するように設けられている。シール１４４が、処理室１０２とフランジ１４０との接触部間及びフランジ１４０及びリップ部１４２の接触部間に配置されている。シール１４４は、処理の間に処理管１０４をハーメチックシール可能とする。
【００３０】
図１に示されるように、所望に応じて温度センサ１６０ａ、１６０ｂが図示されない温度制御装置に接続され、処理管１０４内の温度の変化を監視するようにしている。ある実施例においては、温度センサ１６０ａ、１６０ｂが処理管１０４内の適切な位置に配置され、熱源１３６により得られた温度を表示するようにしている。例えば、センサ１６０ａを、熱源１３６から離れた処理管の上端部に配置し、同様に、センサ１６０ｂを熱源の温度を監視するために熱源１３６に近接して配置することができる。作動に際して、熱源１３６を起動し、加熱を開始するに伴い、処理管１０４の上端と底端との間に、短時間ではあるが、ある温度差が発生する。この温度差は約１０℃から約１００℃の範囲である。温度センサ１６０ａ、１６０ｂは、熱源１３６に供給されたパワーを制御することにより、遅延により、上端が所望の温度に達する間に、処理管１０４の底端が過熱することがないようにすることができる。温度センサ１６０ａ、１６０ｂは、例えば米国Connecticut州Stamfordに所在するOmega Engineering Inc.により市販されている従来形式のＲ型またはＫ型の熱電対からなるものであってよい。
【００３１】
図３、４、５は本発明の更に別の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された図である。図３に於いて、加熱アセンブリ３００は、いずれもプラットフォーム１３８の作動面１３５上に設けられた（図示されない）ウエハキャリアマウント手段、反射器１３４及び熱源１３６を備えている。加熱アセンブリ３００の全体が、昇降装置１５０により処理管１０４内に向けて上昇することができる。
【００３２】
本実施例に於いては、プラットフォーム１３８にはガス入口管３０２が設けられ、ガスが、その作動面１３５上の出口から、処理管１０４内に向けて流入することができる。同様に、プラットフォーム１３８に出口管３０４を設けることができる。出口管３０４の入口は、作動面１３５の上方にある間隔をもって離隔した位置に設けられ、プラットフォーム１３８が、処理管１０４をシールする位置に達すると、出口管３０４の入口が処理管１０４の上端に位置するようになっている。
【００３３】
本実施例に於いては、温度センサ１６０ａ、１６０ｂが作動面１３５上に取り付けられ、温度センサ１６０ａ、１６０ｂがプラットフォーム１３８と共に処理管１０４内に導入され、上記したような所定の位置を占めるようになっている。
【００３４】
図４は本実施例に基づく加熱アセンブリ４００の更に別の実施例を示し、この加熱アセンブリ４００も、（図示されない）ウエハキャリアマウント手段、反射器１３４及び熱源１３６を備えている。理解を容易にするために、プラットフォーム１３８の第１段の面４０２は透明に示されている。本実施例に於いては、第１段の面４０２は、その外周に沿って配置された複数の孔４０４を備えた凹室を画定している。熱源１３６は、この凹室内に配置されている。ガス入口４０４が、プラットフォーム１３８を貫通し、第１段の面４０２に於いて開口している。本実施例に於いては、熱源１３６は、第１段の面４０２により画定される凹室に流入するガスを加熱する。ガスは、ガス入口４０４から流れ込み、処理管１０４内に至る。
【００３５】
図５は本実施例に基づく加熱アセンブリ５００の更に別の実施例を示し、この加熱アセンブリ５００は輻射熱を利用する。加熱アセンブリ５００も、（図示されない）ウエハキャリアマウント手段、反射器１３４及び熱源５０６を備えている。理解を容易にするために、プラットフォーム１３８は透明に示されている。本実施例に於いては、第１段の面５０２及び第２段の面５０４が、いずれも凹室を画定している。第１段の面５０２の作動面１３５は、その直上方位置に設けられた熱拡散部材５１０を備えた石英窓５０８を有する。熱拡散部材５１０は、作動面１３５と反射器１３４との間の、石英窓５０８に近接した位置に設けられる。熱拡散部材５１０は、シリコンカーバイド、シリコンカーバイドにより被覆された黒鉛、シリコン等の十分に高い熱伝導率を有する適宜な熱拡散材料からなるものであって良い。
【００３６】
本実施例に於いては、熱源５０６は、第２段の面５０４の凹室内に配置されている。熱源５０６は、光エネルギを供給する１つ又は複数の高輝度ランプ５０６からなるものであってよい。高輝度ランプ５０６の例としては、限定的ではないが、タングステンハロゲンランプやフィラメントを用いない高輝度ランプが含まれる。ランプ５０６が出力する光エネルギは、第２段の面５０４から、第１の段の面５０２を経て石英製の窓５０８から出射される。熱拡散部材５１０は、窓５０８から放射される光エネルギを吸収し、光エネルギーを処理管１０４内において熱エネルギに変換する。処理管１０４内を循環するガスは、本発明に基づき、反射器１３４により熱拡散部材５１０に向けられ、循環ガスの温度が高められる。
【００３７】
図６は、本発明に基づく方法６００の概略を示すフロー図である。作動中において、ウエハキャリアマウント手段１３２、反射器１３４及び熱源１３６と共に、プラットフォーム１３８は、ウエハキャリア１２８が手動又は自動にプラットフォーム１３８上によりロード／アンロードされるような第１の位置即ちローディング位置と、ウエハキャリア１２８が処理管１０４内に位置する第２の位置即ち処理位置との間を移動することが出来る。
【００３８】
ステップ６０２に於いて、ウエハ１２６は、ウエハキャリア１２８を介してウエハキャリアマウント手段１３２上にロードされる。昇降装置１５０がプラットフォーム１３８をフランジ１４０にシール可能に接触する位置に上昇させる。この様にして、ウエハ１２６は処理されるべき位置に到達する。
【００３９】
ステップ６０４に於いて、処理管１０４がポンプにより排気され、殆ど真空状態に至るようにし、Ｎ２、Ａｒ等のパージガスが、入口管１２２から処理管１０４内に導入される。出口管１２４は、処理管１０４内からガスを排気する。入口管１２２及び出口管１２４を組み合わせた効果により、ガスが循環し、処理管１０４からパージされる。ポンプ及びパージ技術のおかげで、処理管１０４から空気がパージされ、ある実施例においては、例えば、処理管１０４内の残留Ｏ２のレベルが、約１、０００ｐｐｍに低下され、これを更に約１ｐｐｍ以下に低下されることもできる。
【００４０】
ステップ６０６に於いて、処理管１０４がパージされると、プロセスガスが処理管１０４内に導入される。ガスが流れている間、加熱源１３６が起動される。処理管１０４内を循環するプロセスガスは、加熱源１３６から熱を吸収する。循環するプロセスガスは、更にウエハ１２６の周りを循環し、熱エネルギをウエハ１２６に伝達する。反射器１３４は、ロート状をなし、循環するプロセスガスの少なくとも一部が加熱源１３６に向けられるようにし、プロセスガスへの熱伝達を促進する。
【００４１】
加熱源１３６は、マイクロプロセッサ、プロセス制御コンピュータ等を用いて制御され、処理管１０４内の半導体ウエハ１２６の処理を制御し、診断的な目的で、システムの状態をモニターするために利用される。ある実施例においては、プロセス制御コンピュータは、処理管１０４の上端の温度センサ１６０ａ及び処理管１０４の下端の温度センサ１６０ｂからの温度データに応答して、コントローラに制御信号を送信する。コントローラは、熱源１３６に電力を供給するＳＣＲ位相制御電源に制御信号を供給する。コントローラは、両温度センサ１６０ａ、１６０ｂの温度を比較し、処理管１０４内にて平衡状態が達成されるようにし、熱源１３６が処理管１０４の下端を過熱することのないように電源を制御する。
【００４２】
処理コンピュータは、更に、図示されないポンプアセンブリに圧力のセットポイントを送信し、ガスネットワークに於けるマスフローコントローラに、ガス及びプラズマ入口流れ信号を送信する。好適実施例に於いては、コントローラは、Omega Corporationにより市販されているリアルタイムＰＩＤコントローラからなる。
【００４３】
ステップ６０８に於いて、ウエハ１２６が処理温度に達すると、ウエハ１２６を更に処理するために追加のガスが処理管１０４に供給される。このようなガスとしては、成膜及び熱処理のためのＯ２、ＮＨ３、ＴａＥＴＯ、ＳｉＣｌ４等がある。
【００４４】
ステップ６１０に於いて、加熱源１３６が下向きに駆動され、処理管１０４に於ける循環ガスへの熱エネルギの伝達を停止させる。加熱されないガスは継続して処理管１０４に向けて流されるに伴い、ウエハ１２６は、加熱されないガスに向けて熱の伝達を開始し、それによってウエハ１２６を冷却する。
【００４５】
ステップ６１２に於いて、ウエハの所望の温度が達成されると、プラットフォーム１３８が、処理管１０４から離反するように下降し、ウエハキャリア１２８を取り出すことができる。
【００４６】
図７は、本発明の別の実施例を単純化して示すもので、炉アセンブリ７０２、ウエハカセット７０４、ウエハボート７１２、ウエハトランスポート機構７０６、ガス供給ボックス７０８、パワーコントローラ７１０及び内部加熱アセンブリ１３０を含むウエハ処理システム７００を備えている。
【００４７】
図８から理解されるように、炉アセンブリ７００には、内部スペース１０６を画定する処理管１０４を外囲する処理室１０２を備えている。処理室１０２内には、ハウジング１００と処理管１０４との間に、内部断熱材利用１１２が設けられているものであってよい。所望に応じて、１つ又は複数の加熱要素１１４を処理管１０４と断熱層１１２との間に設けて、処理管１０４の周囲の温度を高め、ハウジングを介して外部へ熱が失われるのを最小化し、処理管１０４内における温度が安定化するのに要する時間を短縮することが出来る。
【００４８】
図７に示されるように、ウエハボート７１２が設けられ、これは処理のためのアレイをなす複数のウエハ１２６を保持することが出来る。ウエハボート７１２には、ウエハカセット７０４からトランスポート機構７０６を介してウエハ１２６がロードされる。処理管１０４及びウエハボート７１２は、互いに同軸をなすように配置され、ウエハボート７１２は処理管１０４内に、取り出し可能に受容されている。ある実施例においては、ウエハボート７１２は加熱アセンブリ１３０と共に固定されたプラットフォーム８０２に結合し得るように構成されているものであってよい。
【００４９】
図７、８に示されるように、炉アセンブリ７０２を矢印７２２により示される方向に上下に昇降させるために利用することが出来る。昇降装置７２０は、ウエハ２２６を処理するために、炉アセンブリ７０２をウエハボート７１２及び加熱アセンブリ１３０上に移動させるために必要な昇降動作を行い得る任意の形式の装置からなるものであってよい。例えば、昇降装置７２０は空気圧式又は油圧式のリフト、機械式ウォーム駆動機構その他の当該技術分野においてよく知られたリニアアクチュエータ装置からなるものであってよい。
【００５０】
処理管１０４のシールは、固定プラットフォーム８０２のリップ部１４２が処理室１０２と固定プラットフォーム８０２との間のインターフェイスに形成されたフランジ１４０等の構造と接触することにより達成される。ある実施例においては、入口管１２０及び出口管１２２が、フランジ１４０を貫通して処理管１０４内に至るように設けられている。ある実施例においては、シール１４４が処理室１０２及びフランジ１４０の接触部分間及びフランジ１４０及びリップ部１４２の接触部分間に設けられている。シール１４４は、処理の間に処理管１０４がハーメチックにシールされるようにする。
【００５１】
図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは本発明に基づく処理システム７００の作動の経過を示す。別途記載されている場合を除いて、炉アセンブリ１００について上記した性能、機能及び組み合わせは、炉アセンブリ７０２にも適用可能であることを了解されたい。
【００５２】
処理システム７００の要素は、スペースを効率的に利用するように機能的に配置される。例えば、ある実施例において、処理システム７００は約９００ミリの幅Ｗ（図７）、１７１０ミリの長さＬ及び１９２５ミリの高さＨを有するように構成されている。
【００５３】
図９Ａは、処理システム７００がロード／アンロード過程を行う様子を示している。ウエハボート７１２が加熱アセンブリ１３０の上方に配置され、これら両者は固定プラットフォーム８０２上に設けられている。ウエハボート７１２及び加熱アセンブリ１３０は、炉アセンブリ７０２内において互いに同軸的に組み合わされるようにその寸法が定められ且つ組み合わされている。
【００５４】
図９Ａには、炉アセンブリ７０２が、プラットフォーム８０２の上方の第１の位置にある様子が示されている。処理管１０４が、積み重ねられたウエハボート７１２及び加熱アセンブリ１３０に対して同軸をなしている。第１の位置に於いては、炉アセンブリ７０２の処理管１０４はプラットフォーム８０２と接触していない。炉アセンブリ７０２は、プラットフォーム８０２上の距離ｄに渡って昇降することが出来る。距離ｄは、ウエハボート７１２及び加熱アセンブリ１３０の全体の高さ及びウエハ１２６をアンロードするためにウエハボート７１２と炉アセンブリ７０２との間に必要な空隙に基づいて定められる。ある実施例においては、距離ｄが約５５０ミリ以下とされる。
【００５５】
ウエハトランスポート機構７０６が、ウエハをウエハカセット７０４からウエハボート７１２に移動させると、炉アセンブリ７０２は、処理管１０４がウエハボート７１２及び加熱アセンブリ１３０を受容し且つ密閉する第２の位置に向けて下降する。
【００５６】
図９Ｂに示されるように、炉アセンブリ７０２が処理管１０４と共にプラットフォーム８０２上に載置される位置に下降し、シールが形成されると、処理管１０４を、ウエハの処理に先立ってパージする。ウエハの処理は、炉アセンブリ１００及び加熱アセンブリ１３０について前記した要領をもって行われる。本実施例に於いて用いられる加熱アセンブリ１３０は、昇降機構１５０を除いて、図２、１０−１２について前記したような様々な形状を取ることが出来る。
【００５７】
処理過程が終了し、安全なスリップの起こらない温度が達成すると、加熱アセンブリ１３０から熱エネルギーが発生することなく、ガスを処理管１０４内に流すことにより温度の降下速度を大幅に加速することが出来る。更に、炉アセンブリ７０２をウエアボート７１２及び加熱アセンブリ１３０から上昇させることにより、更に一層ウエハの冷却が加速される。
【００５８】
図９Ｃに示されるように、炉アセンブリ７０２は、処理管１０４や加熱要素１１４等のようなアセンブリの主要な部品に対してアクセスが容易であるような構成をなしている。各部分がユニット式の構造を有することから、保守も容易である。
【００５９】
本発明を特定の実施例について記述してきたが、当業者であれば、本発明の概念及び技術範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に関して様々な変更を加えることができる。従って、本発明は添付の特許請求の範囲のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施例を示す単純化された断面図である。
【図２】本発明の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された斜視図である。
【図３】本発明の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された斜視図である。
【図４】本発明の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された斜視図である。
【図５】本発明の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された斜視図である。
【図６】本発明のシステムに基づく方法を示すフロー図である。
【図７】本発明の処理システムの別の実施例を示す単純化された斜視図である。
【図８】本発明の炉アセンブリの別の実施例を示す単純化された断面図である。
【図９Ａ】本発明に基づく作動経過を示す単純化された断面図である。
【図９Ｂ】本発明に基づく作動経過を示す単純化された断面図である。
【図９Ｃ】本発明に基づく作動経過を示す単純化された断面図である。
【図１０】本発明の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された斜視図である。
【図１１】本発明の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された斜視図である。
【図１２】本発明の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された斜視図である。
【図１】
2005535128.tif 000003
【図２】
2005535128.tif 000004
【図３】
2005535128.tif 000005
【図４】
2005535128.tif 000006
【図５】
2005535128.tif 000007
【図６】
2005535128.tif 000008
【図７】
2005535128.tif 000009
【図８】
2005535128.tif 000010
【図９Ａ】
2005535128.tif 000011
【図９Ｂ】
2005535128.tif 000012
【図９Ｃ】
2005535128.tif 000013
【図１０】
2005535128.tif 000014
【図１１】
2005535128.tif 000015
【図１２】
2005535128.tif 000016
【国際調査報告】
2005535128.tif 000017
2005535128.tif 000018