(57)【要約】  複数のウェーハを支持する塔とチューブ状のライナとの間の縦型炉内の空間に処理ガスを注入するのに使用するためのガスインジェクタは、第１の遠位端と、第１の軸に沿って延在する第１の内腔とを有し、シリコン、石英、及びシリコンカーバイドで構成される群から選択された第１の単一の材料からなる、チューブ状ストローと、ストロー部に離脱可能に接続され、第１の材料とは異なる第２の材料からなるコネクタであって、第１の軸に垂直な第２の軸に沿って延在する第２の内腔を有し、第１の内腔と流体連結し、ガス供給ラインに接続可能な遠位端を有する供給チューブを含むコネクタとを含んでいる。
2013506300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のウェーハを支持する塔とチューブ状のライナとの間の縦型炉のホットゾーンに処理ガスを注入するためのガスインジェクタであって、
該ガスインジェクタは、
チューブ状ストローであって、第１の遠位端から第１の近位端へ該チューブ状ストローの第１の軸に沿って延在する第１の内腔を規定し、該チューブ状ストローが、シリコン、石英、及びシリコンカーバイドのうちの少なくとも１つから選択された第１の材料からなる、チューブ状ストローと、
該チューブ状ストローに離脱可能に接続されると共に該チューブ状ストローと流体連結するコネクタであって、該コネクタが、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなり、該コネクタが、供給チューブを含み、該供給チューブが、当該供給チューブの第２の軸に沿って延在する第２の内腔を規定し、該第２の軸が、前記第１の軸に対して実質的に垂直であり、前記コネクタが、（ｉ）前記供給チューブの第２の遠位端でガス供給ラインから前記処理ガスを受け、（ｉｉ）前記供給チューブの第２の近位端で前記チューブ状ストローの前記第１の近位端に前記処理ガスを送り出すように構成され、配置されている、コネクタと
を備えるガスインジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスインジェクタであって、
前記第２材料は、金属である
ことを特徴とするガスインジェクタ。
【請求項３】
請求項２に記載のガスインジェクタであって、
前記金属は、ステンレス鋼である
ことを特徴とするガスインジェクタ。
【請求項４】
請求項１に記載のガスインジェクタであって、
前記第１の材料は、ポリシリコンである
ことを特徴とするガスインジェクタ。
【請求項５】
請求項４に記載のガスインジェクタであって、
前記第２の材料は、ステンレス鋼である
ことを特徴とするガスインジェクタ。
【請求項６】
請求項１に記載のガスインジェクタであって、
さらに、
前記コネクタに螺入され、ストロー部を前記コネクタに締結するネジを備える、
ガスインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２００９年８月２５日に出願され、「ハイブリッドガスインジェクタ」と題された米国仮特許出願第６１／２７７，３６１号の利益を主張するものであり、その内容及びその教示の全てが参照により本願に援用される。
［発明の背景］
１．発明の分野
本発明は、概して半導体ウェーハの熱処理に関する。具体的には、本発明は、熱処理炉におけるガスインジェクタに関する。
２．先行技術の説明
一括熱処理は、シリコン集積回路の製造におけるいくつかの段階に使用され続けている。ある低温熱処理は、通常、約７００℃の範囲の温度において前駆体ガスとしてクロロシラン及びアンモニアを使用して、化学蒸着により窒化ケイ素の層を堆積させる。他の低温処理としては、ポリシリコンまたは二酸化シリコンの堆積、あるいはより低い温度を使用する他の処理がある。高温処理としては、酸化、アニーリング、ケイ素化、及び、例えば１０００℃を超える、あるいは１２００℃にもなる、より高い温度を通常使用する他の処理がある。
【０００２】
大規模な商業生産では、通常、縦型炉と、炉内の多数のウェーハを支持している垂直に配置されたウェーハ塔とを、多くの場合、図１の概略断面図に図示された構成において使用する。炉には、図示しない電源から電力を供給される抵抗加熱コイル１４を支持している断熱ヒータキャニスタ１２が含まれる。石英から通常構成されるベルジャー１６は、屋根を備え、加熱コイル１４内に嵌合する。ベルジャー１６内に嵌合する開放端付きライナ１８が使用されることもある。支持塔２０は台座２２の上に載置され、台座２２及び支持塔２０は、処理中、ライナ１８によって通常囲まれている。塔２０は、一括モードで熱処理される水平に配置された複数のウェーハを保持するための、垂直に配置されたスロットを含んでいる。塔２０とライナ１８との間に主として配置されたガスインジェクタ２４は、ライナ１８内に処理ガスを注入するための出口を当該ガスインジェクタ２４の上端に有している。通常、長さの異なる複数のガスインジェクタ２４は、複数の高さで処理ガスを注入する。図示しない真空ポンプはベルジャー１６の底部を介して処理ガスを取り除く。ヒータキャニスタ１２、ベルジャー１６、及びライナ１８を垂直に持ち上げることでウェーハを塔２０との間で移動させることができる。ただし、いくつかの構成においては、これらの要素は、静止したままである一方、エレベーターが、台座２２と、装填された塔２０とを上下させて、台座２２と、装填された塔２０とが炉１０の底部で出入りする。
【０００３】
上端で閉じられているベルジャー１８によって、炉１０は、当該炉の中間部及び上部において、温度が概ね一様に高い傾向を有するようになる。ベルジャー１８はホットゾーンと呼ばれ、ホットゾーンでは、最適化された熱処理のために温度が制御されている。しかしながら、ベルジャー１８の開放された底端部と台座２２の機械的支持とにより、炉の下端部は、より低い温度を有するようになり、例えば化学蒸着などの処理が完全には効果的でないほどにまで低くなることが多い。ホットゾーンは、塔２０の下部スロットのいくつかを除外することができる。
【０００４】
従来、低温のアプリケーションにおいては、塔、ライナ、及びインジェクタは、これまで、石英または溶融シリカから構成されていた。しかしながら、石英の塔及びインジェクタは、シリコンの塔やインジェクタに置き換われつつある。カリフォルニア州サニーベールのインテグレイテッド・マテリアルズ社から市販されているシリコンの塔の１つの構成
は、参照により本明細書に援用される米国特許第６，４５５，３９５号において、ボイル等によって説明されている。シリコンのライナは、米国特許出願公報２００２／０１７０４８６号においてボイル等によって提案されている。
【０００５】
Ｚｅｈａｖｉ等は、米国特許出願公報２００６／０１８５５８９号において、図２の正投影図に図示されるシリコンインジェクタ２４と、その製造方法とを開示している。シリコンインジェクタ２４には、（チューブとも称される）インジェクタストロー２６と、（ナックルとしても知られる）コネクタ２８とが含まれている。コネクタ２８は、供給チューブ２０と、インジェクタストロー２６を受容するための凹部を有するエルボ３２とを含んでいる。供給チューブ３０は、約４〜８ｍｍの外径を有し、対応するサイズの内側の円形内腔３４を伴っていてもよい。供給チューブ３０は、炉の下部のマニホールドを通過する。
【０００６】
供給チューブ３０の端部を、例えばＵｌｔｒａｔｏｒｒ金具などの真空金具及びＯリングを通してガス供給ラインに連結し、炉内に所望のガスまたは混合ガス（例えば、窒化ケイ素のＣＶＤ堆積用のアンモニア及びシラン）を供給することができる。一体型コネクタ２８全体を、米国特許第６，４５０，３４６号にボイル等によって説明された処理に従ってアニールされたバージンポリシリコンから機械加工できる。その機械加工には、ストローを受容する凹部に供給用内腔３４を連結することが含まれる。あるいは、コネクタ２８は、別個のチューブ３０を別に機械加工されたエルボ３２に対して嵌合させて結合することにより組み立てることができる。
【０００７】
インジェクタストロー２６は、例えば、その長さ全体に沿って延在する供給チューブ３０の円形内腔３４の直径と同様の直径を有する円形の内腔であるインジェクタ内腔３６と共に形成される。インジェクタストロー２４は、例えば、チャンバライナに向かい合う、図示のような、傾斜した端部を有するか、またはストロー２６の軸に垂直な平端部を有することができる。インジェクタストロー２６の断面形状は、図示のように実質的に四角形としてもよいし、または、八角形または円形あるいは炉のメーカー及び製造ラインの要件に応じた形状としてもよい。インジェクタストロー４２は、２つのシェル５４，５６から構成され、シェル５４，５６は、ストローに沿って軸方向に延在する、図示されない、さねはぎ継ぎ構造を介して互いに接合されている。
【０００８】
Ｚｅｈａｖｉ等のインジェクタ４０の全ての部品は、シリコン、好ましくは、ポリシリコン、最も好ましくはバージンポリシリコンから構成されている。それらの部品は、米国特許第７，０８３，６９４号にボイル等によって説明されるような、スピンオンガラス（ＳＯＧ）とシリコン粉末とから構成される硬化型接着剤を使用して融合されることができる。その流動性の接着剤は、部品の接合領域に塗布され、その部品はその後、図示された構造に組み立てられる。その構造はその後９００〜１１００℃の範囲の温度でアニールされ、スピンオングラスを、しっかりとシリコン部分に結合すると共にシリコン粉末を組み込んだシリカマトリックスに変換する。
【０００９】
シリコンガスインジェクタは、炉で生成されて、加工されたウェーハ上に落ちて生産量を減少させる有害な粒子の数を減らすのにこれまで非常に効果的であった。
［発明の概要］
残念ながら、上記の従来の単一のシリコンガスインジェクタにはいくつかの欠点がある。複雑なシリコンインジェクタの製造は手間とコストのかかる処理である。その結果、シリコンインジェクタは、その費用が製造歩留まりの増加及びインジェクタの寿命の拡張によって緩和されているにもかかわらず、高価である。また、シリコン構造は長く、時には１ｍをはるかに越える長さであり、壊れやすく、破損しやすい。組み立て後のインジェクタの出荷は輸送中にインジェクタが壊れるのを防ぐために注意を要する。長いストローが
破損するたびに、インジェクタを新しいインジェクタに置き換える必要があるのは明らかである。また、インジェクタが、ウェーハ欠陥の増加または堆積速度または均一性の変化など主として堆積物の積層により耐用年数の終わりに達したとき、インジェクタは、通常は廃棄され、高価な新しいものに置き換えられる。
【００１０】
すべてがシリコンからなるガスインジェクタは、不要な粒子形成を減少させるという点で、以前に使用されていた構造に対してパフォーマンスを向上してきたものの、このパフォーマンスの向上は、非常に高い温度にさらされるインジェクタの部分にのみ必要なものである。確かに、インジェクタのストローのみがホットゾーンの処理領域内に延在し、処理ガスによる大規模なコーティングの対象となる。コネクタまたはナックルは、処理領域の下部にあって低温に見舞われるため顕著な堆積が発生しない。
【００１１】
上記の従来のガスインジェクタに対し、改良されたガスインジェクタは、（ｉ）粒子形成に抵抗しながら炉のホットゾーンを通って延在するように構築され、配置されたシリコンなどの高純度材料で作られたストローと、（ｉｉ）より脆弱でなく、安価に製造可能であり、不要な粒子形成を産出可能な（炉の加熱コイル１４により一般的に区切られた）ホットゾーンの外側に配置されるように構築され、配置された別の材料で作られたコネクタとを有するハイブリッド構造を含んでいる。ストローは、代わりに石英またはシリコンカーバイドから構成されてもよい。コネクタは、例えばステンレス鋼またはインコネルで作られてもよい。
【００１２】
コネクタの材料は、ストローの材料より堅牢かつ低コストであるのが好ましい。シリコンストローについては、石英及びシリコンカーバイドをコネクタに使用することができる。しかしながら、例えば、ステンレス鋼やインコネルなどの頑丈な金属は、当該金属の優れた強度と加工のしやすさとによりコネクタに適している。さらに、ステンレス鋼及びインコネルは、注入されるガスの純度レベルに影響を与えない。
【００１３】
有利なことに、ストローは、例えば、ネジなどのようなネジ山付き要素を使用して、取り外し可能なカップリングを介してコネクタに接合される。その結果、ストロー及びコネクタは、より単純な構造として別々に出荷することができ、現地で簡単に組み立てられる。また、ストローの交換は、新しいコネクタを必要としない。ストローが壊れる、または過度にコーティングされた場合には、新しいストローを以前使用したコネクタに接合することができる。前述のように、コネクタにおける堆積は、はるかに少ない。コネクタを掃除する必要があっても、コネクタのより小さいサイズ、低減された複雑さ、及び堅牢な組成により、掃除が容易である。
【００１４】
例えば、ある実施形態は、複数のウェーハを支持する塔とチューブ状のライナとの間の縦型炉のホットゾーンに処理ガスを注入するためのガスインジェクタに関している。ガスインジェクタは、チューブ状ストローであって、第１の遠位端から第１の近位端へ当該チューブ状ストローの第１の軸に沿って延在する第１の内腔を規定するチューブ状ストローを含んでいる。チューブ状ストローは、シリコン、石英、及びシリコンカーバイドのうちの少なくとも１つから選択された第１の材料からなる。ガスインジェクタはまた、チューブ状ストローに離脱可能に接続すると共にチューブ状ストローに流体連結するコネクタを含んでいる。コネクタは、第１の材料とは異なる第２の材料からなり、供給チューブは、当該供給チューブの第２の軸に沿って延在する第２の内腔を規定する。第２の軸は、第１の軸に対して実質的に垂直である。コネクタは、（ｉ）供給チューブの第２の遠位端でガス供給ラインから処理ガスを受け、（ｉｉ）供給チューブの第２の近位端でチューブ状ストローの第１の近位端に処理ガスを送り出すように構成され、配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】縦型炉の断面図である。
【図２】全てがシリコンからなるガスインジェクタの正投影図である。
【図３】本発明のガスインジェクタの第１実施形態の正投影図である。
【図４】本発明のガスインジェクタの第２実施形態の正投影図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
本発明の好適な実施形態を図１〜４に図示する。
改良されたガスインジェクタは、（ｉ）粒子形成に抵抗しながら炉のホットゾーンを通って延在するように構築され、配置された高純度材料（例えば、シリコン、石英またはシリコンカーバイド）で作られたストローと、（ｉｉ）より脆弱でなく、製造するのにより安価であり、不要な粒子形成を産出可能なホットゾーンの外側に配置されるように構築され、配置された別の材料（例えば、ステンレス鋼またはインコネル）で作られたコネクタとを有するハイブリッド構造を含んでいる。
【００１７】
図３の正投影図に図示されたハイブリッドガスインジェクタ５０の一実施形態は、シリコンストロー５２を含み、シリコンストロー５２は、融合された２つのポリシリコンシェル５４，５６で形成され、２つのポリシリコンシェル５４，５６の間に形成された中央内腔５８を有している。ストロー５２の下端はアダプタ６０に接合されており、アダプタ６０もまた、その中を通って延在する中央内腔を有し、その中央内腔はストロー５２の中央内腔５８と一直線になっている。２つの切欠部６２，６４は、ストロー５２の軸に対して垂直な２つの対向する辺に沿って延在するアダプタ６０に機械加工されている。アダプタ６０は、必要な小型サイズに容易に機械加工することができるポリシリコンで形成されてもよい。アダプタ６０は、比較的小さく、単純形状であり、単一の部材から機械加工することができる。機械加工されたアダプタ６０は、ストロー５２の主要な部分を形成する同じＳＯＧ／シリコン融合操作でポリシリコンシェル５４，５６に融合させるか、または別の操作で融合させることができる。
【００１８】
コネクタ６６は、好ましくはステンレス鋼またはインコネル等の金属で構成され、ガス供給ラインに接続するための中央内腔を有する供給チューブ６８を含んでいる。供給チューブ６６は、ストロー５２の中央内腔５８と供給チューブ６８の中央内腔との間を接続するために、例えば、２つの接続する垂直に配置された垂直及び水平方向の内腔が機械加工により設けられたステンレス鋼エルボ７０に溶接により結合される。エルボ７０は、平坦な上面７２を有し、上面７２の上には、アダプタ６０が、当該アダプタ６０の中央内腔がエルボ７０内の垂直方向の内腔と一直線になるように載置されている。２つのホルダ７４，７６は、アダプタ６０の切欠部６２，６４に係合可能なそれぞれ水平方向に延在する歯を有している。ネジ７８，８０は、自由にアダプタ７０のフランジ８２，８４を通過し、ホルダ７４，７６に螺入される。これにより、ネジ７８，８０は、垂直方向のエルボの内腔を囲むエルボ７０の平坦面７２に対してアダプタ６０を締めることができる。ネジ７８，８０を緩めることでストロー５２からコネクタ６６を取り外すことができる。この結果、ストロー５２が破損や寿命により交換する必要がある場合に、コネクタ６６を新しいストロー５２に対して再利用することができる。ホルダ７４，７６とネジ７８，８０もまた、ステンレス鋼で構成されるのが好ましい。
【００１９】
部品間のシールは、高圧シールを提供する必要がない。シリコンが適度に金属にシールすると思われる。しかしながら、例えば、Ｃシールのような金属製のシールまたはカルレッツなどの高温エラストマーシール等の、シーリング材を有利に使用できると考えられる。シールは、気体シーリング用部品の近接性を維持しながら、異なる素材の部品間の熱膨張差に対応する必要がある。
【００２０】
図４の正投影図に図示されたハイブリッドガスインジェクタ９０の別の実施形態は、図３のストローと同様な、第１及び第２シェル９４，９６を含み、第１及び第２シェル９４，９６に、当該第１及び第２シェル９４，９６に沿って軸方向に形成された中央内腔９８を有するストロー９２を含んでいる。しかしながら、第２シェル９６には、当該第２シェル９２の下端付近ではあるものの、当該第２シェル９２の下端からオフセットされた図示しない側面開口部が含まれている。また、エンドプレート９４がシェル９４，９６の底部に接着及びシールされ、中心内腔９８をブロックする。シェル９４，９６とエンドプレート９４とは、例えば、石英、シリコンカーバイドまたはシリコン、好ましくはポリシリコン、及び最も好ましくはバージンポリシリコンといった同じ材料から形成される。シリコンのエンドプレート９４は、シェル９４，９６が融合されるのと同時にシェル９４，９６に融合させることができる。
【００２１】
アダプタ１００は、例えば溶接により、クランプ構造のベース１０４に結合された供給チューブ１０２を含んでいる。ベース１０４は、供給チューブの中央内腔に連通すると共に第２シェル９６の側面開口部と一直線になる図示しない開口部を含んでいる。２つの取り外し可能なクランプ１０６，１０８は、第２シェル９６における開口部の反対側の第１シェル９４に当接可能な耳部１１０，１１２を含んでいる。第１シェル９４の角は、耳部１１０，１１２の凹状内面に適合するように丸められてもよい。クランプにおける孔を通るネジ１１４，１１６は、ベース１０４に螺入される。これにより、ネジ１１４，１１６は、第１シェル９４に対して耳部１１０，１１２を締めることができ、アダプタ１００にストロー９２の底部を保持させると共にベース１０４の内腔に第２シェル９６における開口部を密封し、ストロー９２の中央内腔９８から供給チューブ１０２の内腔への流体連結を提供する。ネジ１１４，１１６が緩められている場合には、ストロー９２をコネクタ１００から取り外すことができる。
【００２２】
本発明は、多くの利点を提供する。高温にさらされるインジェクタの部分、つまりストローは、当該ストローが例えばシリコンなどの重要な材料でより容易に形成できるように単純な形状を有している。インジェクタの残りの部分は、必要な形状により簡単に形成することができる重要度の低い材料、特に、ステンレス鋼、でより容易に形成することができる。コネクタ及び特に必要な９０°のカーブは、より頑丈な材料で形成することができる。より単純な部品は、出荷後、現場で簡単に組み立てることができる。ストローを交換する必要がある場合には、コネクタは、当該コネクタのガスラインから切り離されることなく、新しいストローに接続することができるので、メンテナンスコストが削減される。ストローのより単純なデザインにより、集合体全体の廃棄及び単一のインジェクタを洗浄する困難さよりもむしろストローの洗浄が容易になる。安価な材料で作られる再利用可能なコネクタにより、消耗品コストと所有コストとの全体が低減される。
【００２３】
本発明の好適な実施形態が本明細書中に記載されているが、上記の記載は単なる例示である。本明細書に開示される本発明の更なる変更は、各技術に精通した人であれば思いつくものであり、すべてのそのような変更は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内であると見なされる。
【図１】
2013506300.tif 000003
【図２】
2013506300.tif 000004
【図３】
2013506300.tif 000005
【図４】
2013506300.tif 000006
【国際調査報告】
2013506300.tif 000007
2013506300.tif 000008