(57)【要約】  半導体熱処理用のウェーハ支持タワー（２２）を包囲するライナ（２０）上部で支持されるバッフル・ライナ・カバー（４０）。カバーは、連続した水平表面を有し、パーティクルがライナ内に落下することを防止する一方、バッフル・アセンブリ内に水平方向に延在するガス流路（５０）を設け、処理ガスがカバーを通過できるようする。一つの実施例では、バッフル・アセンブリ（５６）はカップ状部材（９０）を含み、カップ状部材は、タワー上面板（２８）の中央開口部に配置され、開放上部、連続した床（６２）、側面を貫通する水平穴部（６０）、及び回旋状の環状通路を画定する側面周辺のリム（６４）を有する。代替的には、平面的な上面板は、斜めに貫通する穴部（１１６，１２２）、又は、表面積の極僅かを占める垂直穴部（１３６）を含んでもよい。ライナ及びカバーは、水晶、又は炭化シリコン、好ましくはシリコンによって構成されてもよい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉で使用するライナ・アセンブリであって、
側壁が中心軸に沿って延び、複数のウェハを水平方向に支持するタワーを内蔵した、円筒状のライナと、
通り貫けできる通路を有し、前記通路は前記中心軸に対して少なくとも一部が傾いた通路軸に沿って延在する、前記ライナの上面を覆うカバーと、を具備することを特徴とするライナ・アセンブリ。
【請求項２】
前記円筒状のライナには、複数の側板が固着されていることを特徴とする請求項１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項３】
前記カバーは、前記ライナに固定されていないことを特徴とする請求項１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項４】
前記カバーは、前記ライナに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項５】
前記通路の少なくとも一部が前記中心軸に直交していることを特徴とする請求項１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項６】
前記ウェハを支える前記タワーの脚部には、上面板が固定され、
前記上面板には中央開口部が設けられ、前記カバーは部分的に前記中央開口部に嵌合していることを特徴とする請求項１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項７】
前記カバーは、環状で平坦な外周部分と、前記環状部分の中央開口に嵌合し、
前記通路を含む中央部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項８】
前記カバーは、ディスク状の平板を有し、前記通路が前記平板に１つ又はそれ以上の傾斜した角度でくり貫かれていることを特徴とする請求項１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項９】
前記ライナと前記カバーとは、少なくとも９９ａｔ％シリコンで構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のライナ・アセンブリ。
【請求項１０】
前記ライナと前記カバーとは、水晶と炭化シリコンとからなるグループから選択された少なくとも１つの多成分シリコン含有物質で構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のライナ・アセンブリ。
【請求項１１】
熱処理炉で使用するライナ・アセンブリであって、
側壁が中心軸に沿って延び、複数のウェハを水平方向に支持するタワーを内蔵した、円筒状のライナと、
通り貫けできる開口を有し、前記開口は前記ライナの上面の面積の０．５％以上１０％以下を占める、前記ライナ上面を覆うカバーと、を具備することを特徴とするライナ・アセンブリ。
【請求項１２】
前記開口は、少なくとも部分的には前記中心軸に対して傾斜した方向に沿って延在していることを特徴とする請求項１１に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項１３】
前記ライナと前記カバーとは、水晶と炭化シリコンとからなるグループから選択された共通多成分シリコン含有物質で構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項１４】
前記ライナと前記カバーが共に、共通の物質であるシリコンで構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のライナ・アセンブリ。
【請求項１５】
基板を支持するタワーを内蔵するように構成された円筒状ライナの上面に整合させるように覆うバッフル・ライナ・カバーであって、
軸の周りに面状に延在し、前記ライナによって支持される周辺端と、中央開口と有する上面板と、
上部に、前記中央開口に整合させるためのリムと、
前記上面板の面内で上端が開口し、前記軸に平行に延び、水平方向に貫通する複数の孔を有し、前記軸に直交するように延在する連続した床を下部で支える、ほぼ円筒状の側壁と、
を備えたバッフル・アセンブリと、を具備することを特徴とするバッフル・ライナ・カバー。
【請求項１６】
前記バッフル・アセンブリが、
前記床の外周部に結合され、前記上面板に向って延在し、前記水平方向に貫通する複数の孔の近傍の前記円筒状の側壁との間で環状の垂直通路を形成する環状フランジと、
前記上面板の底面との間で連結された環状の水平通路と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のバッフル・ライナ・カバー。
【請求項１７】
前記上面板と前記バッフル・アセンブリとが共に、水晶と炭化シリコンとからなるグループから選択された多成分シリコン含有物で構成されていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のバッフル・ライナ・カバー。
【請求項１８】
前記上面板と前記バッフル・アセンブリが共に、物質であるシリコンで構成されていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のバッフル・ライナ・カバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を熱処理する際に使用する装置に係り、より詳細には、加熱炉中で半導体処理の際に使用する円筒状のライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッチ式熱処理は、シリコン集積回路の製造段階で広く使用されている。低温熱処理の一例として、クロロシラン及びアンモニアを約７００℃の範囲内の温度で前駆体ガスとして使用する化学蒸着法によって窒化シリコン層を堆積させるものがある。一方、高温熱処理としては、例えば、通常１０００℃以上、場合によっては１３５０℃以上の高温での酸化、アニーリング、シリサイド化、及び他の処理がある。
【０００３】
大規模商業生産の場合には、縦型炉や炉内に多数のウェーハを支持し、垂直方向に配置されたウェーハタワーが、多くの場合、図１の概略断面図に図示されるような構成で通常使用されている。炉１０は、図示されていない電源を動力とする抵抗加熱コイル１４を支持する断熱ヒータ・キャニスタ１２を含む。通常、水晶により構成されるベルジャ１６は、ドーム型ルーフ１８を含み、加熱コイル１４内に組み込まれる。端部が開放されたライナ２０は、ベルジャ１６内に組み込まれる。支持タワー２２は台座２４上に位置し、処理中、台座２４及び支持タワー２２は一般にライナ２０により包囲されている。タワー２２は、端部をタワー上面板２８とタワー下面板３０に固定された垂直方向に伸張する脚部２６を３本か４本含む。脚部２６は水平方向に配置された溝３２を含み、溝３２はバッチモードで熱処理される複数のウェーハ３４を支持する。複数のウェーハ３４は、各々が溝に水平に配置され、縦方向に向かって積み重なっている。１つ又はそれ以上のガス注入器３６は、主としてライナ２０とタワー２２との間に配置され、複数のガス排出口３８をそれぞれ異なる高さに設け、使用時にライナ２０内に処理ガスを注入する。図示されていない真空ポンプは、ベルジャ１６の底部を通じて処理ガスを除去する。従来、ライナ２０の上部は開放されており、処理中、処理ガスはライナ２０内を上方向へ流れ、ライナ２０の上部から出て、ライナ２０の外側から周りに沿って真空ポンプのある下方向へ流れる。ヒータ・キャニスタ１２、ベルジャ１６、及びライナ２０は、ウェーハをタワー２２に出し入れできるように垂直方向に上昇させることができる。逆に、上記の構成要素を固定し、エレベータが台座２４及びウェーハを含むタワー２２を炉１０の底部から出入りして上下に移動させる構成にすることもできる。
【０００４】
ベルジャ１６は上端部をドーム１８により閉鎖されており、炉１０の垂直方向中央部及び上部で温度をほぼ均一な高温にする。これはホットゾーンと呼ばれ、温度が制御されて熱処理を最適化する。しかしながら、炉１０の下端部の温度は、ベルジャ１６の下端が開放され台座２２が機械的に支持されているため、多くの場合、低温になってしまい、化学蒸着のような熱処理が効果的でなくってしまう。タワー２２の下部の溝はホットゾーンから外れるので、いくつかは除去してもよい。
【０００５】
従来、低温で用いられる場合、タワー、ライナ、ドーム及び注入器は水晶、典型的には溶融シリカにより構成されていた。しかしながら、水晶のタワー及び注入器に代わって、シリコンのタワー、ライナ及び注入器が使用されるようになってきている。炭化シリコンのタワーも又、利用可能である。用途によっては若干異なる構成のシリコンのタワー及び注入器は、カリフォルニア州サニーベイルのインテグレイティッド・マテリアルズ・インクによって市販されており、特許文献１及び特許文献２にそれぞれ開示されている。一般に円筒（実際は多角形）型に接合されるシリコン板からなるシリコンライナは、参照として本出願に取り込まれた特許文献３で開示されている。特許文献４には、好適なライナのデザインが開示されており、ほぼ長方形の側板を含み、端部でそれぞれ連結する構造を有する。上記すべての特許文献は参照として本出願に取り込まれている。シリコンは、バージン・ポリシリコン（電子等級シリコンとしても知られる）の様態として不純物を極僅かしか含まず、非常に高純度で入手することができる。しかしながら、シリコン部材の基礎となるシリコンは９５ａｔ％以上、好適には９９ａｔ％以上の純度のものとして規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６４５０３４６号
【特許文献２】米国特許公開第２００６／０１８５５８９号（米国特許出願第１１／１７７８０８号）
【特許文献３】米国特許第７１３７５４６号
【特許文献４】米国特許出願第１１／５３６３５２号
【特許文献５】米国特許第１６０８３６９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリコンタワー、シリコンライナ、及びシリコン注入器を使用することで、ホットゾーンにシリコン部材のみを含むことを可能にし、実質的に汚染やパーティクルを削減することができる。しかしながら、水晶ベルジャ１６のドーム１８は０．２〜１μｍの範囲、若しくはそれ以上の範囲の大きさの著しい数のパーティクルを発生させ、パーティクルはライナ２０の開放端部へ落下したり、又、ライナ２０及びタワー２２の構成に関わらず、タワー２２及びタワーに支持されたウェーハ上へ落下したりする可能性があると思われる。パーティクルが落ちたダイは、正常に動きにくいか、少なくとも信頼性に欠ける。つまり、パーティクルは歩留まりに重大な影響を与える。しかし、ライナ２０の上端部を塞ぐと、注入器３４からの処理ガスがタワー２２及びタワーに支えられたウェーハ３４を規則的に通過して流入することが阻害される恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の広範な態様のひとつには、垂直方向に配置された複数の基板を支持するタワーを収容し、熱基板処理中に使用される、ライナ用カバーが含まれる。カバーは、大部分のパーティクルがライナ内に落下することを防ぎつつも、通過していく処理ガスの実質的な流れを確保する。カバーは、カバー表面積の１０％以下を有する孔又はライナの開口部を含んでもよい。ライナとカバーは、水晶、炭化シリコンもしくはシリコンで構成されてもよく、好ましくは両者とも同じ素材で構成されるとよい。
【０００９】
孔は上記表面積に制限される必要はないが、好ましくは、タワー及びライナの垂直軸を横切って水平に広がり、垂直方向へ完全に貫通するようには延びない。孔はバッフル型に形成されてもよく、又は、少なくとも１つの直角に曲がった回旋状の通路として形成されてもよい。
【００１０】
他の実施例では、孔は表面を１０％以下の制限をもって垂直に延在してもよい。
カバーに装着されたバッフル構造体は、好ましくは、タワーの上端部板上の中央開口部に嵌合される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１を含む熱処理加熱炉と炉に含まれる部材の垂直断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係るライナカバーの側面断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係るライナカバーの断面正投影図である。
【図４】本発明の実施例３に係るライナカバーの断面正投影図である。
【図５】本発明の実施例４に係るライナカバーの断面図である。
【図６】本発明の実施例５に係るライナカバーの断面図である。
【図７】本発明の実施例６に係るライナカバーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１の部分断面正面図に図示されているように、又一部既述したように、本発明の態様のひとつには、ライナ２０の上部を覆って配置されたカバー４０が含まれる。カバー４０は、落下してくるパーティクルを捕え、しかも、ライナ２０の内側と炉１０の上部との間での通常の処理ガスの流れを阻害することがない。図１の実施例のカバー４０は、ほぼ平面的なディスク４２を含む。ディスク４２は、ライナ２０上部の周縁上に支持され、タワー２２及びウェーハ３４を支持するタワーのほぼ中央軸の周辺近傍に設けられた大きな中央開口部４４を有する。水平方向に延在する床４６は、上部ディスク４２から側壁４８により吊り下げられている。水平方向に延在する複数のバッフル穴部５０は、側壁４８を貫通し、ライナ２０の内側と外側との間のガスの流れを規制する。
【００１３】
ガス注入器３６は、処理ガスをライナ２０の内側から注入し、装置の底部に位置する図示されていない真空ポンプは、ライナ２０の外側から処理ガスを吸い出し、処理ガスがライナ２０の内側から外側へ向かってバッフル穴部５０の内部を通って放射状に流れるようにする。ベルジャのドーム１８から落下する重量のあるパーティクルは、上部ディスク４２上か床４６上のどちらか一方へ落下する。より軽量なパーティクルは処理ガスの流れに取り込まれうるが、バッフル穴部５０を通過し放射状に内側へと向かうガスの流れにより、パーティクルがライナ２０の内側及びタワー２２とタワーに支持されるウェーハ３４上に入り込んでしまうことを防ぐ。本実施例では、パーティクルがライナ２０の内側に直接落ちてしまわないように、カバーを貫通して垂直方向には延在していない。
【実施例２】
【００１４】
図２の断面正投影図に図示される実施例２は、好ましくは共に接合された３つの部材からなるカバー５１を含む。環状のディスク状カバープレート５２は、炉１０の中央軸に対して環状にほぼ対称である。稼動中、カバープレート５２は、ライナ２０の上部にベルジャドーム１８に対向するように取り付けられる。カバープレート５２は、ライナ２０の周囲に取り付けられる任意の付属する外側リム５４を有しもよい。リム５４はライナ２０がカバープレート５２を支持し、且つ、整合することを可能にするが、本実施例ではライナに接合されていない。リム５４の代わりに、環状の溝、若しくは、切り込みに代えてもよく、トッププレートの底部をライナ２０の上部に差し込んでもよい。カバープレート５２の中央開口には壁面型バッフル部材５６が設けられ、中央開口はバッフル部材５６により塞がれる。バッフル部材５６は、カバー５１とベルジャドーム１８との間の空間を開放する中央穴部５８を有する。複数の通路６０は、中央穴部５８の垂直軸から外側に向かって水平方向に放射状に伸びる。バッフル部材５６の底部は床部材６２に固定され、床部材６２は上方向に伸長する上向きリム６４を有する。リム６４は逆カップ型を形成し、通路６０を通り放射状に外側へと向かう回旋状のガス流路と、バッフル部材５６の外側とリム６４の内側との間に位置する上方軸方向を垂直に伸長する環状の間隙６６と、ライナ２０内の処理空間に入る前にリム６４の上部とカバープレート５２の底面との間に位置する放射状に外側に向けて伸びる環状の間隙６８とを設ける。しかしながら、処理ガスは、ライナ２０内の処理空間から中央穴部５８へと反対方向に、ライナ２０の外側を効率的に流れる。回旋上のガス流路は３つの直角の曲がり角を含む。
【００１５】
ウェーハ支持タワー２２の上面板２８には孔があり、床部材６２及びカバー５１のバッフル部材５６の下部に収容する中央開口部７０を含むが、炉の垂直方向の隙間は残す。タワー上面板２８にある車輪穴７２にタワー２２の脚部２６が嵌り込み、タワー上面板と接合する。
【００１６】
実施例１のカバー上面板５２、バッフル部材５６及び床部材６２は、シリコン、好ましくはバージン・ポリシリコンで構成され、特許文献５で開示されたスピンオングラスとシリコンパウダの合成接着剤で接合される。
【００１７】
ベルジャドーム１８から落下してくるパーティクルの多くは、カバー上面板５２上へ落下し、残留する。バッフル部材５６の穴部５８へ落下する、より重量のあるパーティクルの多くは、床部材６２の露出した上部表面上へ落下し、残留する。処理中、一般に処理ガスは、床部材６２から上方向に伸長したリム６４と壁面部材５６の外側との間の間隙６６、６８を含む回旋状の通路を通過してタワー付近から流れる。処理ガスは通路６０を通過しバッフル部材５６の穴部５８の内側へ放射状に流れた後、ベルジャ１８の上部へと上方向に向かう。その結果、不安定で特により軽量なパーティクルはガスの流れに取り込まれ、ライナ２０の内側から吹き飛びやすい。ガスの取り込む力は、通路が制限され流速が加速し、増強される。
【００１８】
ライナ２０は環状円筒型部材として図２で図示されている。しかしながら、シリコンライナはライナの周囲に接合されたほぼ長方形の側板で形成され、多角形の円筒型部材を形成してもよい。
【００１９】
カバー５１は、ライナ２０に固着されてもよく、もしくは、固着されずにライナ２０により支持されてもよい。後者のような配置では、ライナ２０及びカバー４０のクリーニングとメンテナンスとが簡素化され、又、実施例のカバープレート５２の外周構造は変化しうる。
【実施例３】
【００２０】
関連実施例のカバー８０は、図３及び図４のそれぞれ上から及び下から見た断面正投影図で図示されている。カバー８０は一般に、ディスク状上面板８２を含み、上面板８２はライナ２０の多角形型に配置された側板に合わせた多角形の外形を持つ。外周の切り込み８４は、ライナ２０の側板が上面板８２を支持し、且つ、整合することを可能にする。上面板８２は、環状の内部及び、カップ９０の外側リム８８を支える下側リム８６を有する中央開口を含む。好ましくは、カップ９０は下側リム８６と外側リム８８との間の接合部で上面板８２に固着される。軸方向に伸長する筒状の側壁９２は、水平に延在する底面９４を外側リム８８から吊るされており、複数の放射状に広がる穴部９６が設けられている。逆向きカップ９８は、上方向に伸長する環状フランジ１００を含んでおり、カップ９０の底面９４に接合する。フランジ１００は、フランジ１００と上面板８２の底面との間と、フランジ１００と側壁９２の外側表面との間に環状の回旋状通路１０２を形成する。カバー８０でも、ガスの流れ、パーティクルの排除及びタワーへの装着は図２のカバー５１が示したものと同様である。
【実施例４】
【００２１】
図５の断面図に図示される、より簡素なライナカバー１１０は、ディスク状上面板１１２を有し、上面板１１２はライナ２０上部の周囲に接合するために付属したリム１１４が設けられている。複数の傾斜穴部１１６は炉の中心垂直軸に対して傾斜し、穴部１１６が上面板１１２を炉の垂直方向の中心軸と平行に貫通して伸長しないように上面板１１２に機械加工される。傾斜穴部１１６は上面板１１２を貫通してドリルで開けられた環状断面でもよい。結果として、ベルジャ１６のドーム１８から落下してくるパーティクルは、上面板１１２の上部表面か傾斜穴部１１６の下部表面１１８のどちらか一方へ落下し、付着するであろう。前述したように処理ガスは概して上方向に流れ、傾斜穴部１１６を通過し、パーティクルを取り込み、ライナ２０の内側からパーティクルを運び去りやすくする。
【実施例５】
【００２２】
図６の断面図に図示される本発明の関連実施例のライナカバー１２０は、図５のライナカバーと同様である。ライナカバー１２０は、上面板１１２を貫いて伸びる山型穴部１２２を含む。穴部１２２は、上面板１１２の中心に鋭角を有し、穴部１２２の中間でそれぞれ反対方向に傾く。穴部１２２は、中間近くで出会うように上面板１１２のどちらか一方からドリルで開けられた環状断面を有してもよい。図５及び図６のどちらの実施例でも、付属のリム１１４の代わりに、ほぼ環状の切り込みを外縁下方に置き換え、ライナ２０上部に整合するようにしてもよい。
【実施例６】
【００２３】
図７の断面図に図示されるさらにより簡素なライナカバー１３０は、ほぼディスク状の平らな上面板１３２を含み、上面板１３２は、ライナ２０上部を支持し、且つ、整合する下部外周の切り込み１３４を有する。上面板１３２も又、貫通する複数の垂直穴部１３６を含み、ライナ２０の内側と外側との間で、流体が相互に伝達する。垂直穴部１３６はライナ２０の上部表面積の極僅かしか占めておらず、表面積の１０％以下、好ましくは５％以下である。しかし、流量を過度に妨げないように、垂直穴部１３６は、ライナ２０の上部表面積の少なくとも０．５％、好ましくは少なくとも１％程度となるようにした方がよい。上記の比率はカバーそれ自体の断面積に対する比率でもよい。穴部１３６も又、ドリルで開けられた環状断面を有してもよい。パーティクルの多くは、ドームから上面板１３２の上部表面の開口していない部分に落下し、付着する。穴部１３６の領域に落下してきたパーティクルは、狭窄した穴部１３６を通過して増強したガスの流れに出くわす。にも拘らず、落下してくる、より重量のあるパーティクルのいくつかは穴部１３４を通って落下し、処理空間へと入りうる。しかしながら、処理空間へと落下するパーティクルの数は、ライナ上部が開放されたデザインのものに比べて著しく減少する。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
全シリコンホットゾーンの場合、カバー部品は、同様のシリコン部材であることが好ましく、シリコンタワー及びライナに使われるバージン・ポリシリコンとタワー及びライナ用に使われる同一のＳＯＧ／シリコン接着合成物によって融合されてもよい。しかしながら、チョコラルスキや鋳造シリコンのような他の種類のシリコンで代替しても、処理上大した影響を及ぼさない。シリコンカバーが純物質で構成されていなくとも、カバーと支持ライナとの間に熱膨張差はほとんど存在しない。大きなシリコン上面板、特に３００ｍｍの処理に必要な上面板は、複数のより小さなシリコンバーで形成されてもよく、シリコンバーは、特許文献４に記述されているように、シリカ・スピンオングラスとシリコンパウダとの合成接着剤でつながれた連動結合部を通じて、各々が外側端部で結合されてもよい。前述の方法により、極めて純粋なバージン・ポリシリコンを用いた大きなカバーの製造が経済的となる可能性がある。
【００２５】
しかしながら本発明では、タワー、ライナ及びカバーはシリコン部材に限定して形成されるわけではない。本発明は、他の部材、例えば、水晶や、シリコン含浸炭化シリコンなどの炭化シリコンでも有利に適用することができる。好ましくは、シリコン部材のパーティクル生成が、ルーフ及び炉の他の部材のパーティクル生成よりも少なくなるような構成を持つことが望ましい。とはいえ、シリコン部材が加熱及び冷却されている最中の熱膨張差、及びライナに対するカバーの摩擦を排除するためには、ライナ及びカバーは同一の構成であることが好ましい。
【符号の説明】
【００２６】
１０：炉
１２：ヒータ・キャニスタ
１４：抵抗熱コイル
１６：ベルジャ
１８：ドーム型ルーフ
２０：ライナ
２２：支持タワー
２４：台座
２６：脚部
２８：タワー上面板
３０：タワー下面板
３２：溝
３４：ウェーハ
３６：ガス注入器
３８：ガス排出口
４０、５１、８０、１１０、１２０、１３０：バッフル・ライナ・カバー
４２、５２、８２、１１２、１３２：カバー上面板
４４：中央開口部
４６：床
４８：側壁
５０：バッフル穴部
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2010508656.tif 000010
2010508656.tif 000011