(57)【要約】  化学気相成長（ＣＶＤ）装置が、チャンバ内で、基板または他の加工物の垂直次元にわたって所望の温度勾配プロファイルを提供するように位置決めされた複数の加熱器を含むことによって、温度勾配を高めたＣＶＤ操作を行うために構成される。そのように構成されると、そのチャンバを使用して、温度勾配の方向に平行にトップダウン型またはボトムアップ型で、中間被膜を通した拡散によって、制御して薄膜を成長させることもできる。【選択図】図６Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２２）上に被膜を化学気相成長させるために構成されたチャンバ（２６）を含む装置であって、
前記チャンバ（２６）が、前記基板（２２）を支持するように構成された下側加熱器（３８）と、前記下側加熱器（３８）の上方に特定の垂直距離で配置された上側加熱器（３６）を有するガス分配器（２８）とを内部に含み、
前記上側加熱器（３６）が、個別に加熱されるガス供給ライン（４６ａ、４６ｂ）を備えた第１の加熱段階（図６Ａ）と個別に加熱されるガス供給管（５０ａ、５０ｂ）を備えた第２の加熱段階（図６Ｂ）とを有し、
前記ガス供給管（５０ａ、５０ｂ）の中の複数のものが前記ガス供給ライン（４６ａ、４６ｂ）の中の共通のものによって供給され、
前記ガス分配器（２８）から前記基板（２２）に向けて前記チャンバ内部で反応ガスが垂直に通ることができるようにするために、前記個別に加熱されるガス供給管（５０ａ、５０ｂ）の１つ以上と各々が一致する複数の貫通穴を有する、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記上側加熱器（３６）の面積被覆率が５０％よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ガス供給管（５０ａ、５０ｂ）が、加熱コイルによって加熱され、当該加熱コイルがお互いに独立して制御され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４】
前記ガス供給管（５０ａ、５０ｂ）が、ガス分配器（２８）の中心について多数の同心の並び（５０ａ、５０ｂ、５０ｎ）に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記上側加熱器（３６）と前記下側加熱器（３８）の一方または両方が、プラズマを発生させるために電圧を印加できるように構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
基板（２２）上に被膜を化学気相成長させるために構成されており、前記基板（２２）を支持するように構成された下側加熱器（３８）を内部に含むチャンバ（２６）と、
前記基板（２２）に向けて反応ガスが垂直に通ることができるように構成されたガス分配器（２８）と、
５０％よりも大きい面積被覆率で前記ガス分配器（２８）と前記基板（２２）との間に加熱面を存在させるように構成されており、前記下側加熱器（３８）から垂直の移動で調整可能である多段階上側加熱配置と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項７】
前記下側加熱器（３８）が冷却要素を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記上側加熱配置と前記下側加熱器（３８）の一方または両方が、プラズマを発生させるために電圧を印加できるように構成されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
基板（２２）が前記下側加熱器（３８）の近傍に位置決めされる真空チャンバ内で、多段階上側加熱器（３６）と当該多段階上側加熱器（３６）から垂直に配置された下側加熱器（３８）との間に温度差によって温度勾配を確立するステップと、
前記基板上に堆積を形成するために反応ガスを前記チャンバ内に垂直に導入するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記上側加熱器（３６）の温度が前記下側加熱器（３８）より高く維持され、従って正の温度勾配を与えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記下側加熱器（３８）の温度が前記上側加熱器（３６）より高く維持され、従って負の温度勾配を与えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、真空ポンプを使用して前記チャンバから反応ガスを排気するステップを含むことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応ガスが、前記基板の上面に当たるより前に前記上側加熱器の貫通穴を通って垂直に流れるようにされていることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応ガスが、前記基板の上面に当たるより前に前記上側加熱器において個別に加熱されるガス供給ライン（４６ａ、４６ｂ）を通って垂直に流れるようにされていることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応ガスが、前記基板（２２）の上面に当たるより前に前記上側加熱器（３６）において個別に加熱されるガス供給ライン（４６ａ、４６ｂ）と個別に加熱されるガス供給管（５０ａ、５０ｂ）を通って垂直に流れるようにされており、前記ガス供給管（５０ａ、５０ｂ）の中の複数のものが前記ガス供給ライン（４６ａ、４６ｂ）の中の共通のものによって供給されることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００７年５月２７日出願の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００１３２６の一部継続出願であり、国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００１３２６は２００８年５月２８日出願の米国仮特許出願第６１／０５６６１９号の優先権の利益を主張する。本出願は、参照によってこれら両出願を組み込むものである。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノワイヤについての温度勾配を高めた化学気相成長のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に受け入れられているナノチューブおよびナノワイヤに関する成長メカニズムは、触媒によるガスの拡散である。ガスの拡散率を制御する因子の１つは、触媒または基板にわたる温度勾配である（例えば、Ｒ．Ｔ．Ｋ．Ｂａｋｅｒ，「Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｌａｍｅｎｔｓ」Ｃａｒｂｏｎ，ｖ．２７，ｐｐ．３１５−３２９（１９８９）およびＲ．Ｓ．Ｗａｇｎｅｒ，ｉｎ  Ｗｈｉｓｋｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａ．Ｐ．Ｌｅｖｉｔｔ  Ｅｄ．，ｐ．４７（Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９７０）参照）。従って、ナノチューブおよびナノワイヤの成長、特に基板の上での垂直方向の成長に関して、垂直方向で温度勾配を制御することが重要である。
【０００４】
図１を参照すると、高温壁装置１０内で、加熱器１２が、チャンバ１４を取り囲み、チャンバおよびチャンバ内部の基板１６を成長温度まで加熱する。ガスが、水平にチャンバを通って基板１６の上に流れて、成長を促進する。チャンバと基板は同じ温度であり、従って、ウェハの両面間にわたる垂直方向の温度勾配を形成することはできない。
【０００５】
図２を参照すると、加熱式の基板装置２０において、チャンバ２６内で、基板２２が加熱器２４の上に配置される。次いで、基板が成長温度まで加熱される。ガスが（例えばガス分配器２８を経て）上からチャンバ２６内に導入され、基板の上面を冷却し、次いで排気口３０を通して除去される。ウェハの上面の温度が、加熱器と接触するウェハの底面よりも低いので、これは負の温度勾配を形成する。負の温度勾配は、ナノチューブおよびナノワイヤの成長を妨げることがある。いくつかの場合には、基板の上方でガスを分解するためにプラズマが使用されるが、依然として負の温度勾配の問題がある。
【０００６】
図３を参照すると、ホットワイヤ化学気相成長法（ｈｏｔ  ｆｉｌａｍｅｎｔ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｕｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）において、加熱式の基板装置２０に関連して使用されるものと同様の装置２０’が使用され、ただし、チャンバ２６内でガス分配器と基板２２との間に細いワイヤまたはフィラメント３２が導入される点が異なる。細いワイヤまたはフィラメントは、ガスが基板に達する前にガスを分解するために使用される。細いワイヤまたはフィラメントは、しばしば、１０００℃を超える温度で動作される。ワイヤは細いことが多く、面積被覆率が５０％未満であり、基板に対する加熱効果を低下させる。また、ワイヤと基板の間の距離は固定されている。
【０００７】
特許文献１は、基板を支持し、基板の温度を制御するための基板ホルダと、水素ラジカルを生成するホットフィラメント水素ラジカル源を含む処理システムを開示する。ホットフィラメント水素ラジカル源は、基板を水素ラジカルにさらすための基板に面したガス通路を持つシャワーヘッドプレートを備えたシャワーヘッドアセンブリと、Ｈ２Ｏガスを水素ラジカルに熱的に解離させるための少なくとも１つの金属ワイヤフィラメントとを含む。
【０００８】
特許文献２は、誘電体膜の特性を制御するために、堆積システムのコンポーネントパラメータ（例えば、シャワーヘッドの加熱、または堆積システムのシャワーヘッドと被膜が堆積するウェハとの間の距離の調節）の修正を含む堆積システムを開示する。
【０００９】
特許文献３は、加熱チャンバの上と下に形成された上側加熱器と下側加熱器を含む処理装置を開示する。シャワープレートが上側加熱器と下側加熱器の間に配置される。Ｎ２ガスが上側加熱器とシャワープレートとの間のガス加熱空間に導入され、それからシャワープレートを通ってシャワーの形で基板に供給される。基板は、Ｎ２ガスからの対流熱伝達にさらされ、上側加熱器からも加熱されたＮ２ガスからも放射熱伝達を受ける。そして、基板はまた下側加熱器によって加熱される。
【００１０】
特許文献４は、処理槽に処理ガスを導入するためのシャワーヘッドと、上昇した温度にシャワーヘッドを加熱するための加熱器とを備えた処理装置を開示する。シャワーヘッドが加熱および冷却される間、冷却液体制御システムが冷却液体の流れを制御する。
【００１１】
特許文献５は、ステージに載置された基板を加熱する基板加熱手段と、ステージに対向して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと、シャワーヘッドを冷却するためにシャワーヘッドの上方に設けられた冷却手段と、冷却手段を介してシャワーヘッドを加熱するために冷却手段の上方に設けられた加熱手段と、を備えた成膜装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０４２６９１号明細書
【特許文献２】米国公開特許公報第２００２／０１３２３７４号
【特許文献３】米国公開特許公報第２００１／００３５１２４号
【特許文献４】米国公開特許公報第２００４／０１２９２２４号
【特許文献５】特開２００８−１９２３号公報
【発明の概要】
【００１３】
一実施形態では、本発明は、基板上に被膜を化学気相成長させるために構成されたチャンバであって、前記基板を支持するように構成された下側加熱器と、下側加熱器の上方に特定の垂直距離で配設された上側加熱器とを内部に含むチャンバを含む気相成長装置を提供する。上側加熱器は、チャンバ内部のガス分配器から基板に向けて反応ガスが垂直に通ることができるようにするために貫通穴を有する。いくつかの例では、上側加熱器の面積被覆率は５０％よりも大きい。また、加熱器間の垂直距離の調節を容易にするために、上側加熱器と下側加熱器の一方が垂直運動できるように、または両方が互いに対して垂直運動できるように構成されることがある。いくつかの場合には、上側加熱器がガス分配器と一体化される。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態は、基板上に被膜を化学気相成長させるために構成されたチャンバであって、前記基板を支持するように構成された下側加熱器と、下側加熱器の上方に特定の垂直距離で配設された上側加熱器とを内部に含むチャンバを含む気相成長装置であって、上側加熱器が、基板に向けて反応ガスが垂直に通ることができるようにするために貫通穴を有するガス分配器の上方に位置決めされる気相成長装置を提供する。反応ガスは、アセチレン、エチレン、メタン、および／またはアルコールから成る。これらの反応ガスは、基板上でカーボンをベースにした被膜または構造、例えば、カーボンナノチューブまたはカーボンナノワイヤを成長させるために分解する。
【００１５】
気相成長装置のさらなる別の例示形態は、基板上に被膜を化学気相成長させるために構成されたチャンバであって、前記基板を支持するように構成された下側加熱器と、下側加熱器の上方に特定の垂直距離で配設された上側加熱器とを内部に含むチャンバであって、上側加熱器が、基板に向けて反応ガスが垂直に通ることができるようにするために貫通穴を有するガス分配器の周囲に円周方向で位置決めされるチャンバを提供する。
【００１６】
上記の任意の、またはすべての実施形態において、底部加熱器が冷却要素を含むことがある。同様に、上側加熱器と下側加熱器の一方または両方が、プラズマを発生させるために電圧を印加できるように構成されることもある。
【００１７】
本発明の一実施形態に合致する方法は、基板が下側加熱器の近傍に位置決めされる真空チャンバ内で、上側加熱器と下側加熱器の間に温度勾配を確立するステップと、基板上に堆積を形成するために反応ガスをチャンバ内に垂直に導入するステップとを含む。上側加熱器の温度は下側加熱器よりも高く、または低く維持することができ、反応ガスは、基板の上面に当たるより前に上側加熱器の貫通穴を通って垂直に流れるようにされた後、真空ポンプを使用してチャンバから排気することができる。
【００１８】
本発明の追加の実施形態は、基板上に被膜を化学気相成長させるために構成されており、基板を支持するように構成された下側加熱器と下側加熱器の上方に特定の垂直距離で配置された上側加熱器を有するガス分配器とを内部に含むチャンバを備える装置を提供する。上側加熱器は、個別に加熱されるガス供給ラインを備えた第１の加熱段階と個別に加熱されるガス供給管を備えた第２の加熱段階とを有する。ガス供給管の中の複数のものが共通のガス供給ラインによって供給される。ガス分配器は、ガス分配器から基板に向けてチャンバ内部で反応ガスが垂直に通ることができるようにするために、個別に加熱されるガス供給管の１つ以上と各々が一致する複数の貫通穴を有する。
【００１９】
さらなる他の本発明の実施形態は、基板が下側加熱器の近傍に位置決めされる真空チャンバ内で、多段階上側加熱器と当該多段階上側加熱器から垂直に配置された下側加熱器との間に温度差によって温度勾配を確立するステップと、基板上に堆積を形成するために反応ガスをチャンバ内に垂直に導入するステップと、を提供する。 
【００２０】
以下、本発明のこれらおよび他の特徴および実施形態をさらに説明する。
【００２１】
本発明を、添付図面の図に例として、限定を意図せずに示す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】チャンバを取り囲む加熱要素によって基板が加熱される従来の装置を示す図である。
【図２】ただ１つの基板加熱要素を備えて構成された従来のチャンバを示す図である。
【図３】基板上で従来のホットワイヤ化学気相成長（ＣＶＤ）を行うために構成されたチャンバを示す図である。
【図４】基板上にナノ構造を成長させるために構成されたチャンバ内で上部加熱要素と底部加熱要素の両方を採用する、本発明の一実施形態に従って構成された装置を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による温度勾配を高めたＣＶＤのために構成された装置の代替構成を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による温度勾配を高めたＣＶＤのために構成された装置の代替構成を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に従って構成された多段階加熱器の第１の加熱段階を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された多段階加熱器の第２の加熱段階を示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従って構成された装置内でのナノ構造の成長を示す、サンプル・ウェハの撮影画像を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された装置内でのナノ構造の成長を示す、サンプル・ウェハの撮影画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書では、温度勾配を高めた化学気相成長（ＴＧＥ−ＣＶＤ）のための方法およびシステムを説明する。様々な例示形態において、本発明は、上側と下側両方の加熱器または加熱要素を含むＣＶＤ用（または他の形態の堆積用）のチャンバを提供する。下側加熱器（動作中、２０〜１０００℃の間の温度で維持されることがある）は、基板または他の加工物を支持するように構成されることがあり、上側加熱器（動作中、２０〜１０００℃の間の温度で維持されることがある）は、下側加熱器の上方に特定の距離（例えば５〜７５ｍｍ）で配設される。いくつかの例では、上側加熱器は、チャンバ内部のガス分配器から基板に向けて反応ガスが垂直に通ることができるようにするために貫通穴を有することがある。例えば、上側加熱器は、ガス分配器と一体化することができる。
【００２４】
上側および／または下側加熱器の一方が垂直運動できるように、または両方が互いに対して垂直運動できるように構成することができる。これにより、加熱器間の垂直距離の調節が容易になる。さらに、上側加熱器の面積被覆率は５０％よりも大きいことがある。
【００２５】
代替の例示形態は、基板を支持するように構成された下側加熱器と、下側加熱器の上方に特定の垂直距離で、しかもガス分配器の上方に配設された上側加熱器とを内部に含むＣＶＤ用（または他の形態の堆積用）のチャンバを含む。この配置により、反応ガスが、基板に向けて垂直方向に妨げられずに進むことができるようになる。
【００２６】
さらなる他の例示形態は、ＣＶＤチャンバを含む装置を提供する。このＣＶＤチャンバ内には、基板を支持するように構成された下側加熱器と、下側加熱器の上方に特定の垂直距離で配設された上側加熱器とが含まれ、上側加熱器は、基板に向けて垂直に反応ガスが進むことができるようにするために貫通穴を有するガス分配器の周囲に円周方向で位置決めされる。いくつかの例では、下側加熱器が冷却要素を含むことがある。さらに、上側加熱器と下側加熱器の一方または両方が、プラズマを発生させるために電圧を印加できるように構成されることがある。
【００２７】
物理的な例示形態とは関係なく、本発明に従って構成されたシステムは、（必ずしもそうである必要はないが、通常は下側加熱器の近傍に）基板が位置決めされる真空チャンバ内部で、上側加熱器と下側加熱器との間に温度勾配を確立することができる。基板上に堆積を形成するためにチャンバ内に反応ガスが垂直に導入され、温度勾配は、加熱器の一方の温度を他方よりも高く維持することによって保たれる。
【００２８】
ここで図４を参照すると、本発明の一実施形態による温度勾配を高めたＣＶＤ用に構成された装置３４が示されている。チャンバ２６内部で、基板２２が底部加熱器３８の上に配置される。これは、当技術分野で知られているような従来の真空ロボット・ウェハ搬送装置を使用して行うことができる。ガス分配器２８から基板２２に反応ガスが垂直に通ることができるようにするために貫通穴３７を有する上部加熱器３６が、基板２２の上方に懸垂される。チャンバ内部に垂直方向の温度勾配を生成するのに上部加熱器の効率が最大となるように、上部加熱器の面積被覆率は５０％よりも大きいことが好ましい。加熱器間の垂直距離の調節を容易にするために、上部加熱器３６または底部加熱器３８の一方または両方を垂直方向に移動させることができる。
【００２９】
基板２２の垂直次元にわたる温度勾配を制御するために、加熱器間の温度の差および加熱器間の距離を用いることができる。例えば、上部加熱器の温度が底部加熱器よりも高い場合、（基板の上部から基板の底部への）正の温度勾配が形成される。他方、底部加熱器の温度が上部加熱器よりも高い場合、（基板の上部から基板の底部への）負の温度勾配が形成される。
【００３０】
様々な異なるチャンバ／加熱器構成を採用することができる。例えば、図５Ａは、装置３４’が、ガス分配器４０と一体化された上部加熱器３６’（可動であっても、固定されていてもよい）を含む構成を示す。ガス分配器４０は、基板の方向にガスを供給するために複数のガス出口またはインジェクタを有するシャワーヘッドとして構成されることがある。この特定の例では、上部加熱器３６’がシャワーヘッド４０の上方に位置決めされるが、他の実施形態は、これらの要素を異なる様式で組み込むことがある。例えば、加熱器がシャワーヘッドの周囲に円周方向で位置決めされたり、シャワーヘッドの中央に位置決めされたりすることがある。
【００３１】
さらなる実施形態が図５Ｂに示される。この例示形態では、装置３４’’は、冷却要素４２をそれ自体が含む底部加熱器３８を含む。底部加熱器３８と冷却要素４２はどちらも（一緒に、または互いに独立して）可動にすることができ、それにより、大きな温度勾配を形成するために上部加熱器が基板の近傍に移動される状況で、上部加熱器３６からの余剰の放射加熱がある場合に、基板２２の一定温度を維持する。さらに、上述したいかなる構成においても、プラズマを発生させるために上部加熱器および／または底部加熱器に電圧を印加することができる。
【００３２】
上述したように、独立して移動可能な上部加熱器および／または底部加熱器を用いて基板の両面にわたる温度勾配を制御することに加えて、またガス相の反応を促進することが重要である。発明者達は、カーボンナノ構造の良好な成長条件は約８５０℃の温度のシャワーヘッドに対応することを見い出した。そして、その温度で新しいラジカルの形成が観測された。チャンバに導入されるガスの経路と加熱効率を増加させるために、最終温度まで加熱されたシャワーヘッドプレートにガスが接触する前に２段階加熱プロセスを使用することができる。
【００３３】
図６Ａと図６Ｂに示されるように、２段階加熱プロセスの第１の部分はガス分配器２８の第１の段階によって実現され、その第１の段階ではコイル状に巻かれた加熱要素４８ａ、４８ｂによりガス供給ライン４６ａ、４６ｂが加熱される。これらの加熱コイルは、ガス供給ライン４６ａ、４６ｂを通って与えられる供給ガスの各々が最適な温度に加熱されるようにお互いに独立して制御されてもよいし、または共通の加熱制御によって制御されてもよい。１つ以上の反射プレート４４を放射加熱のために用いてもよい。２本のガス供給ラインがこの例示で示されるけれども、本発明の他の実施形態ではそれぞれ個別の加熱コイルを備えたより多い、またはより少ないガス供給ラインを使用してもよいことに注意すべきである。
【００３４】
２段階加熱プロセスの第２の部分は追加の個別加熱コイルを含む。図６Ｂに示されるように、供給ガスは、第１の段階から個別のガス供給管５０ａ、５０ｂの中にガス供給ライン４６ａ、４６ｂを経由して供給される。ガス供給ライン４６ａから供給されるガスのために多数のガス供給管５０ａがあり、そしてガス供給ライン４６ｂから供給されるガスのために多数のガス供給管５０ｂがあることに注意すべきである。ガス供給管５０ａの数は、ガス供給管５０ｂの数より多くてもよいし、少なくてもよいし、または等しくてもよい。一般に、ガス供給管は、ガス分配器２８の中心（または他の点）について多数の同心の並び５０ａ、５０ｂ、５０ｎに配置されてもよいし、望ましいガス散布特性のタイプに依存して、異なる並びが様々なガス供給管５０ａ、５０ｂの異なる数を有していてもよい。
【００３５】
個々のガス供給管５０ａ、５０ｂの各々はコイル状の加熱要素５２を用いて加熱される。ガス供給管５０ａ、５０ｂを通って与えられる供給ガスの各々が最適な温度に加熱されるように、異なるガス供給管５０ａ、５０ｂのためのこれらの加熱コイルはお互いに独立して制御されてもよいし、またはそれらの加熱コイルは共通の加熱制御によって制御されてもよい。２グループのガス供給管がこの例示で示されるけれども、本発明の他の実施形態では（一般に、第１の加熱段階からのガス供給ラインの数に従って）それぞれ個別の加熱コイルを備えたより多い、またはより少ないグループのガス供給管を使用してもよいことに注意すべきである。
【００３６】
２段階加熱プロセスの第２の段階から、個々のガス供給管５０ａ、５０ｂが図４に示される上部加熱器３６にそれらの個別のガスを供給する。個々のガス供給管５０ａ、５０ｂは貫通穴３７と一致してもよいし、またはいくつかの例では、２つ以上のガス供給管が上部加熱器３６の１つの貫通穴３７を共有してもよい。更に、この上部加熱器３６を、ガス供給管５０ａ、５０ｂから放出されるガスのための急な熱勾配を防ぐ熱障壁として使用することもできる。
【００３７】
図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ６５０℃でのサンプル・ウェハの撮影画像であり、本発明のいくつかの実施形態に従って上部加熱器と底部加熱器で構成される装置におけるナノ構造の成長を示す。図７Ａでは、上部加熱器の温度が底部加熱器よりも低い負の温度勾配環境内で成長が行われた。図７Ｂでは、上部加熱器の温度が底部加熱器よりも高い正の温度勾配環境内で成長が行われた。
【００３８】
本発明の特徴を不必要に曖昧にしないように、本明細書に記載するナノ構造成長操作を行うのに適した装置の多くの詳細について詳しくは示していないことを理解すべきである。そのような詳細は、当然、動作システムに必要であるが、当技術分野で知られているものである。例えば、本発明の譲受人に譲渡され、参照として本明細書に組み込む米国特許第５８５５６７５号が、本発明による２つの加熱器をやはり含む装置に含まれることがある機構を適切に論じている。一般に、そのような工業用装置は、実質的に真空チャンバ内で動作するクラスタツール・ベースの処理システムとして編成することができる。ウェハ移送装置は、真空チャンバの中央から動作するように位置決めすることができ、回転および伸縮によって、基板、典型的には半導体基板を、上述した様式で構成され、実質的に円形（または正方形または他の形状）の真空移送チャンバの周辺上の点に取り付けられた処理チャンバから出し入れして配置したり取り出したりできるように適合させることができる。ウェハを外部環境からロードロックによって真空チャンバ内に移動させ、次いで１つまたは複数の処理チャンバに通し、最後にアンロードロックによって外部環境に戻すことができる。処理に使用されるガスは、ガス供給および制御ユニットによって、上述したシャワーヘッド・マニホールドなど（１つまたは複数の）管路およびマニホールドを通して導入することができる。別の方法として、他のガス分配器マニホールドを使用することもできる。
【００３９】
処理チャンバは、典型的には、チャンバ排気口に流体結合された真空ポンプを使用することによって大気圧以下で維持される。これは、雰囲気ガスおよび他の粒子による汚染を回避する。処理チャンバの１つでの処理中、真空ポンピングをスロットル調整してプロセス・チャンバ圧力を制御することができ、余剰量のプロセス・ガスを使用しない。そのようなスロッル調整は、制御可能な開口を有する弁によるものを含めたいくつかの方法で達成することができる。典型的なプロセス・サイクルでは、処理が完了した後、ガスの弁が閉じられ、スロットル調整メカニズムが開かれて、処理チャンバ内での最大ポンプ速度が基板移送チャンバ内でのガス圧力に近い値を実現する。次いで、処理されたウェハをチャンバから取り出すことができる。
【００４０】
処理チャンバの下に取り付けられた駆動アセンブリを使用して、基板支持体（例えば底部加熱器）が取り付けられる内部架台を昇降させることができる。別の方法として、底部加熱器がそのような架台の内部に含まれることがある。しかし通常は、架台装置は、処理すべきウェハを支持してウェハに熱を供給するための加熱炉床を有する。架台が最下位置にあるとき、ウェハをチャンバ内に挿入して、炉床の上に位置するように離すことができ、移送装置が引き戻った後、架台を上昇させることができ、支持されたウェハを処理位置まで上げて処理を行う。ウェハを処理チャンバから取り外すべきときには、逆の手順を行うことができる。ベローによって垂直方向での架台の運動自由度を与える一方、アセンブリ全体に関して真空の完全性を維持することができる。架台アセンブリを垂直方向で並進させることができる他の機構があること、また本発明の範囲から逸脱することなく成すことができる様々な変更形態があることは当業者にとって明らかである。例えば、エア・シリンダ、エアオイル・システム、油圧システムなど、使用することができるいくつかの異なる伸縮式の駆動機構がある。
【００４１】
以上、温度勾配を高めた化学気相成長のための手段を説明した。本発明を、いくつかの例示的実施形態を参照しながら論じたが、これらの例示で提供される例に限定する意図はない。例えば、本発明の方法およびシステムを使用して、温度勾配の方向に平行にトップダウン型またはボトムアップ型で、中間被膜を通した拡散によって、制御して薄膜を成長させることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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