(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のサイズのウエハに対応でき、処理過程で概ね均一な温度に過熱できる、高速熱処理反応炉を提供する。【解決手段】高速熱処理（ＲＴＰ）反応炉３００は、単一の若しくは２個の熱源３１０を用い、複数のウエハ３１１、３１２若しくは１枚の大型のウエハを処理する。１枚のウエハ若しくは複数のウエハ３１１，３１２は、サセプタ支持部３０４によって支持された回転可能なサセプタ３０２の上に配置されている。サセプタ位置制御部は、処理過程中にウエハ３１１，３１２を回転させ、かつウエハ３１１，３１２をローディングしかつ処理するための様々な位置でサセプタ３０２を上昇及び降下させる。熱制御部が、処理過程中にウエハを概ね均一な温度に加熱する単一の熱源若しくは２個の熱源を制御する。ガス流制御部は、反応チャンバ内に流れこむガス流を制御する。【選択図】図３
2005045213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理するための反応炉内の構造であって、
その上に半導体基板を取り付けるべく適合された第１の表面と、第２の表面と、前記第１の表面から前記第２の表面へ貫通して形成された複数の開口部とを備えたサセプタと、
複数の半導体基板支持ピンとを有し、
第１の位置では、前記半導体基板支持ピンは前記サセプタ内に収容され、第２の位置では、前記半導体基板支持ピンは前記第１の表面の上に前記半導体基板を保持するべく、前記各半導体基板支持ピンは前記開口部の各々に移動可能に取り付けられていることを特徴とする構造。
【請求項２】
各々が前記各半導体基板支持ピンに対応する、前記反応炉内に取り付けられた複数の支持部を更に有し、
前記サセプタが第３の位置にあるとき、前記複数の支持部が前記複数の半導体基板支持ピンに係合し、かつ前記半導体基板支持ピンを前記第２の位置に保持することを特徴とする請求項２に記載の構造。
【請求項３】
前記サセプタが第４の位置にあるとき、前記半導体基板支持ピンが前記第１の位置にあることを特徴とする請求項２に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの熱処理に関し、特に複数枚の半導体ウエハ及び１枚の大型半導体ウエハの高速熱処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの表面に膜を堆積させる過程は、半導体処理の共通の過程である。典型的には、半導体ウエハを収容した堆積チャンバ内で、選択された化学ガスが混合される。通常、チャンバ内のガスの化学反応を促進し、かつ膜が堆積されるウエハの表面を加熱するために熱が加えられる。
【０００３】
堆積過程では、堆積された膜の厚さ及び抵抗率を均一に保ちながら、ウエハのスループット（即ち単位時間当たりに処理されるウエハの数）を最大にすることが望まれる。均一な厚さ及び抵抗率を得るには、ウエハを均一な温度に保つことが重要である。
【０００４】
多くの異なる堆積反応炉が開発されてきた。一般的に、各堆積反応炉は、反応チャンバと、ウエハ取扱いシステムと、熱源及び温度制御部と、ガス供給システム（吸気、排気、及び流量制御システム）とを有する。
【０００５】
図１−Ａには、水平炉と呼ばれる従来技術の１つの形式の堆積反応炉１００の簡略化された断面図が示されており、この水平炉内では、サセプタ１０１が水平な管１０２（通常は長方形の断面を有する）内に配置されており、この水平な管１０２の内部が反応チャンバとなっている。半導体ウエハ１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃが、サセプタ１０１の表面１０１ａに載置されている。熱源１０４がウエハを加熱し、反応ガス１０５が管１０２を通して流れ、ウエハの周囲を通過する。サセプタ１０１は、図１−Ａに示されているように傾いて配置されており、表面１０１Ａは、反応ガス１０５の流れに向かい合い、反応ガス１０５の流れの端部付近のウエハの近傍で反応ガスが枯渇する問題が発生することを最小にする。
【０００６】
図１−Ｂは、バレル反応炉と呼ばれる従来のある形式の反応炉１１０の概略斜視図であり、この反応炉内では、サセプタ１１１は反応炉を画定するベルジャ１１２の内部に支持されている。半導体ウエハ、例えばウエハ１１３は、サセプタ１１１の側面例えば側面１１１ａにほぼ垂直に載置されている。熱源１１４がウエハを加熱し、反応ガスがガス入口１１５を通してベルジャ１１２の上部に供給される。ガスは、サセプタ１１１の長手方向に沿って下向きに移動し、ウエハの表面の上を通過し、かつベルジャ１１２の底部のガス出口（図示されていない）を通って反応炉から排気される。
【０００７】
図１−Ｃは、パンケーキ（ｐａｎｃａｋｅ）反応炉と呼ばれる従来の更に他の形式の反応炉１２０の概略断面図であり、この反応炉内では、垂直方向に固定されたサセプタ１２１が、反応チャンバを画定するベルジャ１２２の底部から支持されている。半導体ウエハ、例えばウエハ１２３は、サセプタ１２１の表面１２１ａの上で水平に載置されている。ウエハはＲＦ熱源（図示されていない）によって加熱され、反応ガスはサセプタ支持部１２５を通って反応チャンバ内のウエハの上部に供給される。反応ガスは下向きに流れてウエハの上部に達し、ベルジャ１２２の底部のガス出口（図示されていない）を通して排気される。
【０００８】
堆積反応炉は、その動作の特徴に基づいて分類される。即ち、反応炉はコールドウォール（ｃｏｌｄ  ｗａｌｌ）反応炉またはホットウォール（ｈｏｔ  ｗａｌｌ）反応炉の何れかである。コールドウォール反応炉は、チャンバの壁面に好ましくない堆積が形成されないために、通常はより好ましいものである。
【０００９】
反応炉はまた、ウエハを加熱及び冷却するために要する時間によって分類される。従来の反応炉では、ウエハのバッチを処理するために必要な１サイクルに４０〜９０分を要した。一方、高速熱処理（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ）（ＲＴＰ）反応炉は、ウエハの処理に２〜１５分のみを要する。従って、高速熱処理反応炉は、従来の反応炉の処理時間よりも十分に短い処理時間を要することを特徴とする。
【００１０】
従来の反応炉は、１つのバッチで複数枚のウエハまたは一枚のウエハを処理するために用いられてきたが、一方ＲＴＰ反応炉は、一枚のウエハを有するバッチを処理するために用いられてきた。ＲＴＰ反応炉は、複数枚のウエハを備えたバッチを処理するためには用いられない。その理由は、ＲＴＰ反応炉の温度が迅速に変化するので、反応チャンバ内に均一な温度の領域を形成することが困難となるためである。反応チャンバ内の均一な温度の領域によって、反応炉で処理できるウエハが、概ね２００mm以下の直径の一枚のウエハに限定される。
【００１１】
従来の反応炉とは異なり、ＲＴＰ反応炉は同時に一枚のウエハのみを処理するが、従来の反応炉によって可能な抵抗率及び厚さよりもより均一な抵抗率及び厚さを形成することができるために、ＲＴＰ反応炉が用いられている。従来の反応炉では、厚さ及び抵抗率のばらつきは３〜１０％となっている。ＲＴＰ反応炉では、厚さのばらつきは１〜２％であり、抵抗率のばらつきは１〜５％である。
【００１２】
反応炉はまた、反応チャンバ内のウエハの姿勢に基づいて分類される。垂直反応炉は、その内部でガスが堆積される表面がほぼ垂直に配置されている。水平反応炉は、その内部でガスが堆積される表面がほぼ水平に配置されている。
【００１３】
反応炉はまた、ウエハを加熱するために用いられる熱源の形式に基づいて分類される。半導体処理のために放射加熱を用いる方法は、従来から公知であり、１９６０年代まで遡ることができる。半導体を処理するためにさまざまなシステムが開発され、これらのシステムは放射加熱用の熱源またはＲＦ熱源及びサセプタを備えている。しかし、これらの装置の各々は少なくとも１つの問題点を有する。
【００１４】
シーツ（Ｓｈｅｅｔｓ）による米国特許第４，６４９，２６１号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗａｆｅｒｓ  ｉｎ  Ｏｒｄｅｒ  Ｔｏ  Ａｃｈｉｅｖｅ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ，  Ｓｉｌｉｃｉｄｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，  Ｒｅｆｌｏｗ  ｏｆ  Ｇｌａｓｓ，  Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒｓ，  ｅｔｃ．」に開示された発明では、２つの放射熱源即ち連続した熱を放射する熱源及びパルス状の熱を放射する熱源が用いられており、静止したウエハを１秒間に２００℃〜５００℃の割合で加熱している。シミズ（Ｓｈｉｍｉｚｕ）による米国特許第４，５３３，８２０号「Ｒａｄｉａｎｔ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」は、ペデスタルによって支持された半導体ウエハを加熱する複数の２次元に配置された光源によって囲繞された反応チャンバが開示されている。シミズは、光源が点灯した後に３分間で均一な酸化膜が半導体ウエハに形成されることを報告している。
【００１５】
半導体ウエハを加熱するために２つの放射熱源を用いた他の構造が、例えば、１９８７年７月１４日にガット（Ｇａｔ）らに発行された米国特許第４，６８０，４５１号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ＣＷ  Ｌａｍｐｓ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗａｆｅｒ，」、及び１９８５年１０月２９日にアライ（Ａｒａｉ）らに発行された米国特許第４，５５０，２４５号「Ｌｉｇｈｔ−Ｒａｄｉａｎｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ  ｆｏｒ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗａｆｅｒｓ，」に開示されている。ガットらは、１０．１６cm（４インチ）のウエハを３秒間で７００℃に加熱し、１０秒間この温度に保持し、次に３秒間で温度を低下させることを報告している。アライらは、放射熱源の各ランプに１６００Ｗの電力を供給して、厚さ４５０μｍ、面積２５．８１cm（４平方インチ）のシリコンウエハを、ランプが点灯された後１０秒間で１２００℃に加熱したことを報告している。
【００１６】
半導体ウエハを加熱するための更に他の装置が、ロビンソン（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）らによる米国特許第４，７８９，７７１号明細書に開示されており、この明細書には、ウエハが反応チャンバのサセプタの上に支持されていることが記載されている。この装置では、赤外線ランプが反応チャンバを加熱するように配置されている。この構造はいくつかの欠点を有するものである。例えば、放射加熱ランプが反応チャンバ内のガスにさらされるために、ランプの表面に堆積物が形成される。更に、ランプ及び反射器の内側面はチャンバ内のガスの流れによってのみ冷却されるので、ランプの寿命が短くなると予想される。また、ランプの石英ガラスばかりでなくランプの反射器が明らかに高温度となるために、長時間に亘って使用されるうちに、ランプ及び反射器の表面に堆積物が形成され、この堆積物がサセプタの上に形成される層の均一性に影響を及ぼすことになる。更に、放射エネルギーを完全には透過しないサセプタの回転機構によって、サセプタの裏側面全体が直接加熱されることが妨げられるので、サセプタの表面を均一に加熱するための特別な機構が必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の新規な高速熱処理（ＲＴＰ）反応炉は、１枚の半導体ウエハばかりでなく、複数枚の半導体ウエハをも処理する。本明細書で説明されるＲＴＰ反応炉は、従来の反応炉の処理サイクル時間と比べてその処理サイクル時間が短いことを特徴とする。ウエハを迅速に加熱することは、本発明の反応炉を特徴づける短い処理サイクル時間の要因の１つである。本発明に基づくＲＴＰ反応炉は、ひとつの熱源または２個の熱源を用いて、複数枚のウエハもしくは１枚の大型なウエハ、例えば２５０mm（１０インチ）、３００mm（１２インチ）及び４００mm（１６インチ）の直径のウエハを処理する（以下、ウエハの寸法をウエハの直径で表す）。
【００１８】
本発明のある実施例に基づけば、１つのバッチで、１２５mm（５インチ）及び１５０mm（６インチ）のウエハは４枚処理され、２００mm（８インチ）のウエハは３枚処理され、２５０mm（１０インチ）、３００mm（１２インチ）及び４００mm（１６インチ）のウエハは各々１枚づつ処理される。しかし、本発明の原理を用いたより大型の反応炉を用いることによって、より大型のバッチを処理することができる。
【００１９】
より詳しく説明すれば、本発明の半導体処理構造は、反応チャンバ内に取り付けられた回転可能なサセプタを備えた反応チャンバを有する。回転可能なサセプタは、（１）１枚のウエハまたは（２）複数枚のウエハの何れか一方を取り付けるように適合された第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する。放射熱源が反応チャンバの外側に取り付けられており、放射熱源からの放射熱が、回転可能なサセプタに載置された１枚のウエハまたは複数枚のウエハを直接加熱する。放射熱源は、１枚のウエハまたは複数枚のウエハの温度を、概ね均一なプロセス温度に上昇させ、このプロセス温度は、この半導体処理構造が高速熱処理反応炉として特徴づけられるような時間内で良好な処理結果を得ることのできるような十分に均一な温度である。
【００２０】
他の実施例では、半導体処理構造は更に、反応チャンバ内に回転可能なサセプタの第２の表面の近傍に取り付けられた加熱器を有する。この加熱器は、例えば抵抗加熱器からなる。抵抗加熱器へは絶縁された電源ラインから電力が供給され、この電源ラインは反応チャンバの動作温度よりも低い温度定格を有する絶縁被覆を有する。絶縁された電源ラインを反応チャンバの動作温度に対して熱的に絶縁するために、この電源ラインは環状シャフト内を配線されている。
【００２１】
前記環状シャフトは、壁面と、抵抗加熱器に取着された第１の端部と、第２の端部と、前記第１及び第２の端部に対して垂直な方向に前記第２の端部から前記第１の端部へ前記壁面に延在する導管とを有する。環状シャフトの第２の端部は、反応チャンバの外部に配置されている。絶縁された電源ラインは、前記導管を通って抵抗加熱器に接続されているので、反応チャンバの動作温度から熱的に絶縁されている。ある実施例では、ねじ、好ましくはモリブデン製のねじが、絶縁された電源ラインを抵抗加熱器に接続している。
【００２２】
本発明のある実施例では、回転可能なサセプタは、石英ガラスからなり、かつ第１の表面はビードブラスト（ｂｅａｄ  ｂｌａｓｔ）され、一方第２の表面は炎研磨（ｆｌａｍｅ  ｐｏｌｉｓｈ）されている。サセプタは、各ウエハを支持するポケットを有する。このポケットの深さは、ウエハの厚さと等しいかまたはウエハの厚さよりもわずかに浅く、ウエハがポケット内に載置されたとき、ウエハの表面はサセプタの第１の表面と同一平面にあるかまたは第１の表面からわずかに低い位置にある。
【００２３】
１枚のウエハが処理される場合、ポケットの中心は、回転可能なサセプタの中心と一致するか若しくはサセプタの中心から変位して配置されている。前記ポケットの中心を変位して配置することによって、ウエハのローディング及びアンローディングが容易となる。
【００２４】
ウエハの温度を均一にすることを強化するために、ウエハ囲繞リングが、少なくともウエハのエッジ部分を囲繞するべく、サセプタのポケット内に配置されている。他の実施例では、その内部にサセプタインサート及びまたはスピンドルが配置される開口部が、ウエハ囲繞リングの中心に形成されている。ウエハ囲繞リングの凹部と、サセプタインサート及び／またはスピンドルは、等しい深さを有し、ウエハがウエハ囲繞リング及びサセプタインサート及び／またはスピンドルの上に載置されたとき、ウエハの表面がサセプタの前記第１の表面と同一平面にあるかまたは第１の表面からわずかに低い位置に配置され、ウエハは前記ポケットの外側エッジ面によって定位置に保持される。他の実施例では、ウエハ囲繞リングの表面に、ウエハのエッジ付近の表面に隣接する溝が形成されている。ウエハ囲繞リングには、ウエハが当接する傾斜した棚が形成されても良く、ウエハが加熱されて湾曲したとき、ウエハの表面は概ねウエハ囲繞リングの表面と接触した状態を保つ。
【００２５】
更に他の実施例では、反応チャンバ内の加熱器は、受動熱分配要素に置き換えられ、この熱分配要素は、回転可能なサセプタの第２の表面の近傍に取り付けられている。前記受動熱分配要素は、石英ガラスで被覆されたまたは石英ガラスの上に配置されたシリコンカーバイドを含む。代わりに、黒鉛を用いることもできる。
【００２６】
本発明の反応炉内にプロセスガスを注入するために、反応チャンバ内に取着された複数のガス噴出孔若しくは中心に配置されたガス注入ヘッドが用いられる。反応チャンバは、水冷された側壁と、水冷された底壁と、強制空冷された上壁とを備えた容器によって画定されている。空気によって冷却された上部の壁は、ドーム型の石英ガラスからなる。
【００２７】
本発明の放射エネルギー源は、複数のランプバンクを有し、このランプパンクには少なくとも１個のランプが備え付けられている。このランプは、タングステン電極を備えたクォーツハロゲンランプからなる。
【００２８】
本発明の新規な反応炉には、環状シャフトに連結されかつサセプタ支持手段に連結されたサセプタ配置機構が更に備えられている。このサセプタ配置機構は、環状シャフト及びサセプタ支持手段を第１の方向に移動し、これによって回転可能なサセプタを第１の方向に移動させる。
【００２９】
本発明の更に他の実施例では、半導体ウエハを処理する反応炉は、頭部を備えたテーブルに取り付けられた反応チャンバ容器を有する。第１の方向に延在する溝には、シェルが移動可能に接続されており、前記溝は、テーブルに固着されている。前記シェルは、連結手段によって前記トラックに移動可能に接続されている。前記連結手段は、前記シェルに取着された複数のコネクタを有する。前記複数のコネクタは、前記シェルに選択的に着脱可能である。
【００３０】
前記連結手段が前記溝に沿って移動するとき、前記シェルは前記表面と接触する第１の位置から、前記テーブルの表面から隔てられた第２の位置へ、第１の向きに移動する。シェルが第２の位置にあるとき、複数のコネクタの１つをシェルから遮断することによって、シェルは、前記第１の方向とほぼ直交する第２の方向に沿って移動可能となり、前記シェルによって制限されずに、前記反応チャンバ容器に接近することが可能となる。
【００３１】
ある実施例では、前記連結手段は溝に移動可能に接続されたヨークを有する。このヨークは、第１及び第２のボスと、第３及び第４のボスとを有する。第１及び第２のボスの各々は、その内部に形成された開口部を有し、この第１及び第２のボスの開口部の中心は互いに等しい軸上に配置されている。第３及び第４のボスもまた、その内部に形成された開口部を各々備え、この第３及び第４のボスの開口部の中心も互いに等しい軸上に配置されている。シェルは、貫通する開口部を備えた第１のボスと、貫通する開口部を備えた第２のボスとを有する。
【００３２】
ヨークの第１のボスの開口部と、シェルの第１のボスの開口部と、ヨークの第２のボスの開口部とを貫通する第１のピンが、ヨークとシェルとを連結している。ヨークの第３のボスの開口部と、シェルの第２のボスの開口部と、ヨークの第４のボスの開口部とを貫通する第２のピンが、ヨークとシェルとを連結している。第１のピンを取り除くことによって、シェルは第２の方向に移動可能となる。
【００３３】
上述されたように、本発明のサセプタは、半導体ウエハを載置するように適合された第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する。ある実施例では、サセプタは、第１の表面から第２の表面へ貫通する複数の開口部を更に有する。ウエハ支持ピンが、サセプタの開口部の各々の中に収容されている。ウエハ支持ピンは、第１の位置にあるときサセプタ内に収容されており、また第２の位置にあるとき半導体ウエハを第１の表面の上で保持する。各々のウエハ支持ピンに対応する複数の支持部が、反応炉内に取り付けられており、サセプタが所定の位置に配置されているとき、複数の支持部は複数のウエハ支持ピンに係合し、かつウエハ支持ピンを第２の位置に保持する。サセプタが他の所定の位置に配置されているとき、複数のウエハ支持ピンは第１の位置に配置されている。
【００３４】
本発明のＲＴＰ反応炉の石英ガラス部分及びサセプタに堆積したシリコンは、ＲＴＰ反応炉を通して予め決められた百分率のＨＣｌを含むガスを流す過程と、ＲＴＰ反応炉の壁への冷媒の流れを減少し、壁の温度をシリコン堆積過程の通常の動作時の壁の温度よりも高く保つ過程とからなる方法を用いることによってエッチングされる。
【００３５】
その表面に対して垂直方向に移動可能なサセプタを備えた高速熱処理反応炉の反応チャンバ内の微粒子による汚染は、反応チャンバの壁を貫通する支持手段にサセプタを取着し、支持手段に取着された機構によって、サセプタを前記垂直な方向に反応チャンバの外へ移動させ、これによって反応チャンバ内の部品の数を制限することで減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の原理に基づけば、１枚の半導体ウエハだけでなく、複数枚の半導体ウエハを処理する新規な高速熱処理（ＲＴＰ）反応炉が提供される。ここで、ＲＴＰ反応炉は、従来の反応炉に比べ処理サイクル時間が短い反応炉である。本発明のＲＴＰ反応炉は、１０℃／秒と４００℃／秒との間の割合で１枚のウエハまたは複数枚のウエハを加熱することができる。ある実施例では、本発明のＲＴＰ反応炉は、ウエハを２０℃／秒の割合で加熱する。他の実施例では、本発明のＲＴＰ反応炉は、ウエハを１０℃／秒の割合で加熱する。ウエハの迅速な加熱は、本発明のＲＴＰ反応炉を特徴づける短い処理サイクル時間の要因の１つである。本発明に基づくＲＴＰ反応炉は、単一の熱源または２つの熱源を用いて、複数枚のウエハまたは、１枚のウエハ、例えば、２５０mm（１０インチ）、３００mm（１２インチ）、４００mm（１６インチ）の直径のウエハを処理する（以下、ウエハの寸法は、ウエハの直径によって表す）。
【００３７】
本発明のある実施例に基づけば、１つのバッチで１２５mm（５インチ）または１５０mm（６インチ）のウエハが３枚処理され、２００mm（８インチ）、２５０mm（１０インチ）または３００mm（１２インチ）のウエハは各々１枚づつ処理される。しかし、本発明の原理に基づく大型の反応炉を用いることによって、より長寸のバッチを処理することができる。例えば、本発明の他の実施例に基づくＲＴＰ反応炉は、１つのバッチで１５０mm（６インチ）のウエハを４枚処理し、２００mm（８インチ）のウエハを３枚処理し、３００mm（１２インチ）または４００mm（１６インチ）のウエハを１枚処理する。
【００３８】
図２−Ａは、複数枚のウエハ２１０を処理するための、本発明のある実施例に基づくＲＴＰ反応炉２００の概略断面図である。ウエハ２１０は、サセプタ支持部２１２によって支持されたサセプタ２０１に載置される。サセプタ位置制御部２０２は、処理中にウエハ２１０を回転させると共に、ウエハ２１０をロードしかつ処理するために、サセプタ２１０を様々な位置へ上昇及び下降させる。熱制御部２０３は、ウエハ２１０を処理する間、概ね均一な温度に加熱する単一の熱源２０４を制御する。ガス流制御部２０５は、入口導管２０６とガス注入ヘッド２０７を通して反応炉２００の反応チャンバ２０９内へ流れ込むガスの流れを調節し、かつ出口導管２０８を通して反応チャンバ２０９からガスを排気する。
【００３９】
図２−Ｂは、複数枚のウエハ２１０を処理するための、本発明の他の実施例に基づくＲＴＰ反応炉２２０の概略断面図である。図２−Ａに示されているように、反応炉２２０は、サセプタ２０１、サセプタ支持部２１２、サセプタ位置制御部２０２、熱制御部２０３、熱源２０４、ガス流制御部２０５、入口導管２０６、出口導管２０８、ガス注入ヘッド２０７及び反応チャンバ２０９を有する。反応炉２２０はまた、熱制御部２０３によって制御された第２の熱源２２４を有する。
【００４０】
図２−Ｃは、１枚の大型のウエハ２５０を処理するための本発明の他の実施例に基づくＲＴＰ反応炉２０４の概略断面図である。ウエハ２５０はサセプタ２４１の上に載置される。反応炉２４０の構成要素の他の部分は、反応炉２２０と等しい。詳細に説明すれば、反応炉２４０は、２個の熱源２０４及び２２４を有する。図２−Ａ〜図２−Ｃは、以下に説明されるように、その中心部からガスが注入されるＲＴＰ反応炉を例示しているが、これらのＲＴＰ反応炉の各々では、側壁からガスを注入するための複数の噴出孔を用いることもできる。
【００４１】
複数枚のウエハまたは１枚の大型のウエハを処理するために用いられた従来の反応炉では、長い加熱サイクル、処理サイクル及び冷却サイクルが必要とされた。即ち、１１００℃に加熱することが必要な堆積過程では、加熱、処理及び冷却に必要な総時間は、従来の反応炉を用いた場合、概ね４５〜９０分である（本明細書の説明では、堆積過程は、フィルムがウエハの上に成長させられる処理時間を含んで定義されている）。等しい処理及び温度に対して、ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０を用いた場合、加熱、処理及び冷却のための必要な時間は、非常に短い（即ち２〜２０分）。
【００４２】
反応炉２００、２２０及び２４０では、サセプタ２０１の熱質量（ｔｈｅｒｍａｌ  ｍａｓｓ）によって、サセプタを用いていない反応炉と比べ、加熱及び冷却時間が増加するが、サセプタ２０１が、複数枚のウエハ２１０（図２−Ａ及び図２−Ｂ）の各ウエハまたは１枚のウエハ２５０（図２−Ｃ）の中心部分と周辺部分との間の温度差を最小にし、これによってウエハ２１０またはウエハ２５０を処理する間に、従来の反応炉と比べ、定常状態でのウエハ２１０またはウエハ２５０の温度の均一性が高められる。更に、以下により詳しく説明されるように、サセプタ２０１の材料は、サセプタ２０１に関連する不利益な熱効果を最小にするように選択される。
【００４３】
熱源２０４（図２−Ａ及び図２−Ｃ）は、放射熱源からなる。熱源２２４（図２−Ｂ及び図２−Ｃ）は、抵抗加熱器からなる。代わりに、本明細書の開示内容の観点から、当業者は、ＲＴＰ反応炉２２０または２４０の熱源２２４を抵抗加熱器ではなく、ＲＦ熱源を用いて実施することもできる。
【００４４】
図２−Ａ〜図２−Ｃに例示された本発明の各実施例では、ウエハ２１０またはウエハ２５０の温度がほぼ均一となるように、熱源２０４（図２−Ａ）または熱源２０４及び２２４（図２−Ｂ及び図２−Ｃ）が、ウエハ２１０またはウエハ２５０の温度を、周囲温度から定常状態のプロセス温度まで迅速に上昇させ、処理が行われている間、この概ね均一な温度を保持する。処理が終了した後に、ウエハ２１０またはウエハ２５０は、水素ガスによって冷却され、次に窒素ガスが反応チャンバ２０９から反応ガスをパージするために用いられる。迅速に加熱することによって、ウエハ２１０またはウエハ２５０を迅速に処理することができる。概ね均一なウエハの温度は、多くの半導体処理過程では重要であり、例えば、概ね均一な温度が受容可能な均一な厚さ及び抵抗率を得るために特に重要な、エピタキシャル層の形成過程で重要である。
【００４５】
ここで、「概ね均一な温度」は、実施される特定な処理過程に対して、受容可能な質を備えた処理過程を達成するために必要な温度の分布を意味している。例えば、エピタキシャル過程では、温度の分布は、ずれ、厚さの均一性及び抵抗率の均一性に対する工業規格を少なくとも満たすウエハを形成するべく、十分に均一でなければならない。実際、本発明のＲＴＰ反応炉では、温度の均一性は、以下に詳しく説明されるように、エピタキシャル過程では、工業規格よりも良好な結果が得られるものとなっている。
【００４６】
本発明の重要なアスペクトは、反応チャンバ２０９内の多くの構成要素の個数が最小化されているということである。特に、反応チャンバ２０９内に含まれる構成要素は、サセプタ２０１、サセプタ支持部２１２、熱源２２４（適切な場合）及びガス注入ヘッド２０７のみである。即ち、反応チャンバ２０９内にサセプタ配置制御部２０２のすべてまたは一部が含まれている従来の反応炉と比較して、反応チャンバ２０９内の潜在的な汚染物質源を非常に減少することができる。
【００４７】
ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０は、２００mm（８インチ）以下の１枚のウエハのみを処理する従来のＲＴＰ反応炉を用いる全ての処理を実施するために用いることができる。例えば、ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０は、アニールまたは、層または導電性領域をウエハ上に形成しない他の半導体処理過程に用いることができる。
【００４８】
例えば、約１１００℃での約２秒間のアニールによって、約８０ｋｅＶのイオン加速電圧で注入されたドーズ量１×１０１６の砒素イオンからの損傷を除去し、十分に活性化する。典型的には、反応炉２００、２２０及び２４０を用いた迅速な熱アニールは、約１秒から約１５秒の範囲で実施され、かつ約８００℃から約１２００℃の範囲のピーク温度を有する。活性化されるドーパントの割合は、典型的には約５０％から約９０％の範囲である。当業者には明らかなように、特定の持続時間及びピーク温度は、注入されるドーパント濃度及び種によって決定される。
【００４９】
アニールに加え、ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０は、金属接触部を焼結するためにも用いられる。堆積の後に、金属と半導体との良好な接触部を形成するために、ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０の何れもが、半導体と金属の組合せを、金属と半導体の境界面で相互拡散及び合金化が生ずる温度まで加熱する。例えば、アルミニウムに対しては、この温度は、不活性ガスまたは水素雰囲気中で約５秒から約２０秒間の範囲の持続時間に亘って約４５０℃から約５００℃の範囲内にある。
【００５０】
代わりに、ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０は、シリコン化合物とシリコンとの間のオーミックコンタクトを形成するためにも用いられる。このような用途では、通常は耐火金属からなる薄い金属層が、ウエハの上に堆積され、ウエハがＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０の何れか１つの反応炉によって加熱され、金属がシリコンと接触する位置でシリコン化合物が形成される。次に、反応していない金属がエッチングによって除去される。金属・シリコン化合物は、加熱過程の時間または温度の何れにも特別に影響されずに形成される。耐火性シリコン化合物に対して、加熱温度は約８００℃から約１１００℃の範囲にあり、加熱時間は約１秒から約８０秒の範囲にある。
【００５１】
上述された過程のみが、特定の層または特定の複数の層を備えた半導体ウエハを加熱するべく、ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０を用いる。ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０はまた、支持部の上に特定の層、例えば酸化膜、種々の絶縁層、誘電体層及びパッシベーション層をシリコンウエハまたは化合物半導体ウエハの上に形成するため、またはエピタキシャル層をシリコンウエハの上に形成するために用いられる。ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０はまた、３００〜６００℃の温度での化合物半導体処理過程に用いられる。ＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０は更に、フラットパネルディスプレイを製造するためにも用いられる。
【００５２】
更に、本明細書の開示内容の観点から、当業者は、ポリシリコンの成長のような気相成長法のためにＲＴＰ反応炉２００、２２０及び２４０を用いることもできる。
【００５３】
即ち、シリコンエピタキシャル層が、シリコンウエハの表面の上に形成される。ウエハは、９００℃から１２００℃の温度に加熱され、かつシリコンソースガスまたはドーパントソースガスのような１種類または複数の反応ガスと混合された水素キャリアガスからなる混合ガスにさらされる。シリコン層は、シリコン基板と等しい結晶方向を有するようにシリコン基板の上に堆積される。
【００５４】
以下に、本発明の個々のアスペクトがより詳しく説明される。これらの説明は、１枚のウエハの処理に関して説明されることもあり、または複数枚のウエハの処理に関して説明されることもある。しかし、以下の各説明では、１枚または複数枚のウエハが単一のバッチで処理されることが理解される。一般的に、本発明は、１回につき１枚または複数枚のウエハを処理する過程を含む。更に、以下に、特定の寸法のウエハに対する特定のバッチの寸法について説明が行われるが、本発明は、以下に説明される寸法以外の寸法のバッチを処理する過程をも含むことが理解される。一般的に、本発明は、特定のウエハの寸法に対する特定のバッチの寸法の処理過程に限定されるものではなく、かつ特定の寸法の複数枚のウエハを処理する過程に限定されるものでもない。
【００５５】
図３、図４、図５及び図６は、本発明に基づくＲＴＰ反応炉３００、３２０、３４０及び３６０の概略断面図である。図３、図４、図５及び図６は、本発明に基づく反応炉の基本的な構成要素を表し、かつ本発明に基づく反応炉に対する、熱源とガス注入システムのいくつかの可能な組合せを例示している。
【００５６】
図３は、１枚または複数枚の半導体ウエハ、例えばウエハ３１１、３１２を処理するためのＲＴＰ反応炉３００の概略断面図である。反応炉３００は、容器３０１、サセプタ３０２、サセプタ支持部３０４、放射熱源３１０（複数のランプ３０５及び反射器３０６を含む）、受動熱分配要素３０７、側壁に設けられた注入ガス噴出孔３１４ａ、３１４ｂ、及びガス排気パイプ３０９ａ、３０９ｂを有する。
【００５７】
容器３０１は、底壁３０１ａ、側壁３０１ｂ及びドーム型の上壁３０１ｃから形成されている。底壁３０１ａ、側壁３０１ｂ及び上壁３０１ｃは、反応チャンバ３０３を画定している。底壁３０１ａ及び側壁３０１ｂはステンレス鋼から形成され、かつ石英ガラスを内張りされている。ある実施例では、底壁３０１ａは円形であり、かつ側壁３０１ｂは円筒形である。ドーム型の上壁３０１ｃは、放射熱源３１０からの放射熱が上壁３０１ｃによってほとんど吸収されることのないように石英ガラスから形成されている。従って、放射エネルギーは上壁３０１ｃによって妨害されずに上壁３０１ｃを通過してウエハ３１１及び３１２を直接加熱する。
【００５８】
上壁３０１ｃの形状は、いくつかの要因に基づく折衷案として選択されたものである。例えば低圧のＢＩＣＭＯＳ過程の間、例えば１００トル以下の真空に反応チャンバ３０３が保持された場合、上壁３０１ｃの形状が平坦な形状に近づくほど、上壁３０１ｃがつぶれる可能性が増加する。一方、上壁３０１ｃの曲率が増加すると、放射熱源３１０がウエハ３１１、３１２からより遠ざけられ、そのために、ウエハ３１１、３１２の所定の温度を保持するべく、放射熱源３１０からのより大きなエネルギーが必要となる。更に、上壁３０１ｃの曲率が増加すると、ウエハ３１１及び３１２からの上壁３０１ｃへの距離が増加し、プロセスガスの少なくとも一部をより長い距離に亘って下降させられなければならず、このためガスがウエハ３１１及び３１２の上に堆積される前により長い加熱時間が必要となる。上壁３０１ｃの曲率はまた、プロセスガスがウエハ３１１及び３１２の上に下降するとき、プロセスガスの流れに影響を与える。
【００５９】
上壁３０１ｃの正確な形状は、多くの異なる形状について試験し、かつ上壁３０１ｃの形状によって影響を受ける上述された特性の好ましい組合せを得ることのできる形状を選択することによって実験的に決定される。図３、図４、図５及び図６では、上壁３０１ｃは、ほぼ円弧形の外観を形成する断面の形状を有する。図７−Ａは、湾曲したまたは「ベル」形の外観を有する上壁３８１ａを含む、本発明の他の実施例に基づく容器３８１の概略断面図である。
【００６０】
図８は、本発明に基づく反応炉と共に用いられる容器の上壁３７１の断面である。上壁３７１の断面の形状はほぼ円形である。
【００６１】
上壁３７１は、フランジ３７１ａの底面３７１ｂから上壁３７１の内側の最も高い点までの垂直距離として定義される高さと直径との比（Ｈ／ｄ）を有する。好ましくは、上壁３７１は、Ｈ／ｄが３〜５となる形状を有する。本発明に基づく反応炉は、この好ましいＨ／ｄを有するように形成される。
【００６２】
本発明の他の実施例に基づけば、上壁３７１の正確な形状は、上壁３０１ｃの中心を通過する上壁３０１ｃに垂直な線に沿って測定されたある曲率半径によって、または２つ以上の曲率半径の組合せによって定義される。例えば、上壁３７１は４３２mm（１７インチ）〜５７０mm（２２．５インチ）の直径３７２、及び約３０５mm（１２インチ）〜５３３mm（２１インチ）の曲率半径とを有する。曲率半径の組合せが用いられる場合、上壁３７１の中心の曲率半径は、例えば、約２５４mm（１０インチ）〜３０５mm（１２インチ）であり、上壁３７１の周縁部分での曲率半径は、例えば３４３mm（１３．５インチ）〜４０６mm（１６インチ）である。高さ３７５は、上述された曲率半径及び上述されたＨ／ｄに従うように変化する。
【００６３】
ガス偏向棚３７３が、容器の反応チャンバ内の側壁に隣接して石英ガラスの上に配置されている。ガス偏向棚３７３は、例えば、石英ガラスから形成され、サセプタ３７６及びウエハ内の温度分布をできるだけ乱すことのないようにされている。ガス偏向棚３７３によって、サセプタ３７６と反応炉の側壁との間を通過する可能性のあるガスは、サセプタ３７６の表面の上を通過する（即ちウエハまたは複数枚のウエハの上を通過する）。ガス偏向棚３７３はまた、サセプタ３７６のエッジ部分の近傍を通過するガスの速度を増加させるが、その理由は、ガス偏向棚３７３が配置されていない場合にサセプタ３７６と反応炉の側壁との間に存在する開口部よりも、少数のより小型の開口部３７４が、サセプタ３７６とガス偏向棚３７３の間に存在するためである。処理過程の所望の均一性を達成すガスの流れを形成するように、ガス偏向棚３７３とサセプタ３７６との間のより小型の開口部を形成するべく、ガス偏向棚３７３の長さを所望の値に変化させることができる。
【００６４】
ウエハ３１１、３１２（図３）は、反応チャンバ３０３内の円形サセプタ３０２の上に載置されている。ある実施例では、各ウエハ３１１、３１２は、サセプタ３０２の「ポケット」と呼ばれる凹部内に配置されている。凹部の深さは、ウエハの表面３１１ａ、３１２ａが、ほぼサセプタ３０２の表面３０２ａと等しい高さとなるように選択される。凹部の直径は、「ウエハ囲繞リング」と呼ばれる（以下により詳しく説明される）サセプタリングが、対応するウエハ３１１または３１２の周囲の各凹部内に嵌合されるように選択される。
【００６５】
図７−Ｂ及び図７−Ｃは各々、サセプタ３８２の上にウエハ３９１を載置するための他の手段を例示した、本発明の他の実施例に基づく、サセプタ３８２の側面図及び上面図である。図３、図４、図５及び図６のウエハ３１１、３１２のように凹部内に配置されるのではなく、ウエハ３９１は、サセプタ３８２の表面３８２ｅの上に配置され、かつポスト３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ、３８２ｄによって横方向の定位置に保持されている。ポスト３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ、３８２ｄは、石英ガラスから形成されている。代わりに、以下に説明される本発明のいくつかの実施例の場合のように、サセプタ３８２が黒鉛から形成されている場合、ポスト３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ、３８２ｄを黒鉛から形成することもできる。ポスト３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ、３８２ｄは、サセプタ３８２の他の部分と一体形成されるか、またはサセプタ３８２とは別個に形成されて、サセプタ３８２に形成された対応する開口部内に圧力締めによって取着される。４個のポスト３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ、３８２ｄが図示されているが、他の個数のポスト、例えば３個のポストを用いることもできることが理解される。
【００６６】
サセプタ支持部３０４（図３）は、サセプタ３０２を反応チャンバ３０３の選択された位置に保持する。サセプタ支持部３０４は、上昇または下降し、ウエハ３１１、３１２の反応チャンバ３０３内での位置を変える。ある実施例ではサセプタ３０２及び受動熱分配要素３０７は、ウエハ３１１、３１２を反応チャンバ３０３内で加熱する間、第１の方向の第１の位置（操作位置）に配置され、ウエハ３１１、３１２を反応チャンバ３０３から除去するときまたは反応チャンバ３０３内へ載置するとき、前記第１の位置とは異なる第１の方向の第２の位置（ローディング位置）に配置される。
【００６７】
サセプタ３０２、サセプタ支持部３０４及び受動熱分配要素３０７は、図３、図４、図５、及び図６では、ローディング位置に配置されて図示されている。ウエハ３１１、３１２は、１つのロボットまたはウエハ取扱いシステム（図示されていない）によって、側壁３０１ｂに形成されたドア３１３を通して反応チャンバ３０３内に載置され、及び反応チャンバ３０３から除去される。ローディング位置は、ロボットまたはウエハ取扱いシステムが、反応チャンバ３０３内に容易に延出し、かつウエハ３１１、３１２をサセプタ３０２の上に載置することができるように選択されている。
【００６８】
以下により詳しく説明されるように、サセプタ３０２がローディング位置にある場合、ある実施例では、ピン（図示されてない）がサセプタ３０２を貫通して形成された対応する開口部を通して延出し、ウエハ３１１、３１２を表面３０２ａの上に上昇させる。更に他の実施例では、ピンがサセプタ３０２に形成された開口部を通して延出し、ウエハ３１１、３１２が載置されたウエハ囲繞リングを上昇させる。各々のウエハ３１１、３１２またはウエハ囲繞リングを上昇させるために任意の個数のピンを使用することができるが、例えばウエハ３１１またはウエハ囲繞リングを安定して支持するためには少なくとも３個のリングを用いることが好ましい。ある実施例では、３〜８個のピンが用いられている。機械的な複雑さを最小にするために、使用されるピンの数を最少にすることが一般的に望まれるので、ピンがウエハ３１１、３１２を上昇させる本発明の更に他の実施例では、サセプタ３０２の周縁部に半径方向に１２０°の間隔を置いて配置された３個のピンが、１２５mm（５インチ）、１５０mm（６インチ）及び２００mm（８インチ）のウエハを支持するために用いられ、９０°の間隔を置いて配置された４個のピンが、２５０mm（１０インチ）及び３００mm（１２インチ）のウエハを支持するために用いられている。
【００６９】
ウエハ３１１、３１２は表面３０２ａの上に上昇させられるので、ロボットまたはウエハ取扱いシステムがウエハ３１１、３１２を除去するときにサセプタ３０２の表面３０２ａに接触せず、このために表面３０２をロボットまたはウエハ取扱いシステムが擦ることまたはその他の損傷が回避される。更に、ウエハ３１１、３１２は表面３０２ａの上に上昇させられているので、ロボットまたはウエハ取扱い手段は各々、ウエハの表面３１１ｂ及び３１２ｂを保持することによってウエハ３１１、３１２を除去することができ、このために、反応炉３００、３２０、３４０及び３６０を用いた多くの過程では、フィルムが堆積された表面３１１ａ、３１２ａに損傷が加えられることが回避される。
【００７０】
図３では、ウエハ３１１、３１２はサセプタ３０２の上に載置されており、サセプタ３０２、サセプタ支持部３０４及び受動熱分配要素３０７が、ウエハ３１１、３１２が放射熱源３１０へ接近するように操作位置に上昇させられ、従って反応炉３００の動作中に放射熱源３１０がより迅速かつより効果的にウエハ３１１、３１２を加熱することができる。
【００７１】
以下により詳しく説明されるように、反応炉３００の動作中に、サセプタ３０２は回転させられる。サセプタ３０２を回転させることによって、ウエハ３１１、３１２が処理されている間、ウエハ３１１、３１２の反応チャンバ３０３内の位置が、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って変化する。その結果、ウエハ３１１、３１２の位置が変化することによって、反応炉３００の動作中に存在する不均一性の効果を概ね除去することができるので、反応チャンバ３０３内で実施される処理がより均一に実施される。
【００７２】
図３及び図５に例示された本発明の実施例では、ウエハ３１１、３１２は、単一の熱源である放射熱源３１０によって加熱される。放射熱源３１０は、複数のランプ３０５を有し、このランプは、１μｍ以下から約５００μｍの範囲、好ましくは１μｍ以下から約１０μｍの範囲、より好ましくは１μｍ以下の範囲の波長の放射エネルギーを放射する。各々が各ランプ３０５に隣接する複数の反射器３０６が、放射エネルギーをウエハ３１１、３１２へ反射する。
【００７３】
放射熱源３１０は、以下により詳しく説明されるように、水冷及び強制空冷されている。水冷と強制空冷の組合せによって、ランプ３０５及び反射器３０６は所望の動作温度の範囲内に保持される。
【００７４】
反応炉３００（図３）及び反応炉３４０（図５）では、受動熱分配要素３０７が、サセプタ３０２の近傍のサセプタ３０２の下に取り付けられている。ここで用いられているように、「近傍」は、サセプタ３０２をサセプタ支持部３０４に熱的接続するための物理的空間の必要性による制限を考慮して、できるだけ接近した位置を意味している。受動熱分配要素３０７は、サセプタ３０２からの熱の損失を最小にし、これによってウエハ３１１、３１２からの熱の損失を最小にする。受動熱分配要素３０７は好ましくは熱を吸収すると共にサセプタ３０２へ再び熱を放射する材料もしくはサセプタ３０２へ向けて熱を反射する材料からなることが好ましい。
【００７５】
図４は、図３のウエハ３１１、３１２のような１枚または複数枚の半導体ウエハを処理するためのＲＴＰ反応炉３２０の概略断面図である。反応炉３２０は、反応炉３００と等しく、図３及び図４の構成要素と等しい構成要素には同じ番号が付されている。反応炉３２０では、ウエハ３１１、３１２を加熱するために２個の熱源が用いられている。
【００７６】
第２の熱源である抵抗加熱要素３２７は、抵抗加熱器３２７の抵抗要素に電流を流したとき熱を発生する。抵抗加熱器３２７が発生した熱の大部分がウエハ３１１、３１２に伝達されるように、サセプタ３０２は石英ガラスなどの材料によって形成されている。放射熱源３１０及び抵抗加熱器３２７は、ウエハ３１１、３１２の各々の全体の温度を概ね均一に保持する。
【００７７】
ウエハ３１１、３１２の中心部分よりも、ウエハ３１１、３１２の周縁部分の面積が大きいために、ウエハの中心部分よりも周縁部分での熱の損失が大きい。従って、いかなる補償も行われない場合、ウエハ３１１、３１２の中心部分よりもウエハ３１１、３１２の周縁部分での温度変化が大きくなる。この温度変化は好ましいものではなく、かつ半導体処理過程の歩留りを低いものとする。即ち、エピタキシャル層の製造過程でのウエハの半径方向に沿った温度の変化は、ずれと、厚さ及び抵抗率の不均一性に対する有害な効果を生み出す。半径方向の温度変化を最小にするべく、反応炉３００、３２０、３４０及び３６０では、熱的な絶縁性を備えたサセプタリング（図示されていない）がウエハ３１１、３１２の各々の周囲に配置されている。本発明のさまざまな実施例に基づくサセプタリングが、図３４−Ａ〜図４３を参照しながら、以下に説明される。
【００７８】
製造過程の開始時点で、反応炉３００（図３）または反応炉３２０（図４）では、ランプ３０５に供給される電力が、反応炉３２０では更に抵抗加熱器３２７へ加えられる電力が、ウエハ３１１、３１２の温度が急速に上昇するように増加させられる。ウエハ３１１、３１２の温度は、以下により詳しく説明されるように高温計または熱電対（図示されていない）によって検出される。ウエハ３１１、３１２の温度が所望の温度に達したとき、ランプ３０５の各々の集合の電力は、ウエハ３１１、３１２の各々の全体の温度が均一となるように調節される。
【００７９】
ウエハ３１１、３１２が所望の温度に加熱された後に、反応炉３００または３２０を用いる製造過程に対して必要な場合、ガスが反応チャンバ３０３内に側壁に形成された注入ガス噴出口３１４ａ、３１４ｂを通して供給される。ガスは、ウエハ３１１、３１２及びサセプタ３０２を、反応炉３２０では更に抵抗加熱器３２７を通過して流れ、底壁３０１ａに形成された排気管３０９ａ、３０９ｂを通して反応チャンバ３０３から排気される。
【００８０】
図５は、図３及び図４のウエハ３１１、３１２のような１枚または複数枚の半導体ウエハを処理するためのＲＴＰ反応炉３４０の概略断面図である。反応炉３００（図３）と同様に反応炉３４０では、ウエハ３１１、３１２を加熱するために熱源３１０のみが用いられている。しかし、反応炉３４０では、反応炉３００のように側壁に設けられた注入ガス噴出孔３１４ａ、３１４ｂを通してガスが反応チャンバ３０３に供給されるのではなく、ガスはガス入口管３５４ａを通して流れ、ガス注入ヘッド３５４ｂを通して反応チャンバ３０３内に供給される。反応炉３００及び３２０（図４）と同様に、反応炉３４０では、ガスは底壁３０１ａに形成された排気管３０９ａ、３０９ｂを通して反応チャンバ３０３から排気される。
【００８１】
図６は、図３、図４及び図５のウエハ３１１、３１２のような１枚または複数枚の半導体ウエハを処理するためのＲＴＰ反応炉３６０の概略断面図である。反応炉３６０では、ウエハ３１１、３１２は、放射熱源３１０と抵抗加熱器３２７の２つの熱源によって加熱される。ガスは、ガス入口管３５４ａ及びガス注入ヘッド３５４ｂを通して反応チャンバ３０３内に供給され、排気管３０９ａ、３０９ｂを通して排気される。
【００８２】
半導体ウエハの上に層を堆積させるためにガスを用いる典型的な半導体製造過程では、ガスをパージすることが必要となる。ウエハ３１１、３１２を反応チャンバ３０３内に配置するために、またはウエハ３１１、３１２を反応チャンバ３０３から取り出すためにドア３１３を開いたとき、反応炉３００、３２０、３４０または３６０の周囲の空気が反応チャンバ３０３内に入る。特に、ウエハ３１１、３１２を処理する前に、空気中の酸素が反応チャンバ３０３から除去されなければならない。用いられる反応炉に応じて、側壁に形成された注入ガス噴出孔３１４ａ、３１４ｂまたはガス注入ヘッド３５４ｂを通して、窒素が反応チャンバ３０３に供給され、反応チャンバ３０３の酸素をパージする。次に、水素が反応チャンバ３０３内に供給され、窒素をパージする。
【００８３】
水素が供給された後に、上述されたように、ウエハ３１１、３１２が加熱され、プロセスガスが反応チャンバ３０３に供給される。処理過程が終了した後に、水素ガスを用いて反応チャンバ３０３から残りのプロセスガスをパージする。次に、窒素を用いて水素ガスをパージする。水素ガス及び窒素ガスを用いることによって、ウエハ３１１、３１２が冷却される。窒素ガスをパージした後に、ウエハ３１１、３１２が冷却され、ドア３１３が開けられ、ウエハ３１１、３１２が取り出される。
【００８４】
約９００〜１２００℃の間のプロセス温度でシリコンを堆積させる過程を含む処理過程では、ウエハ３１１、３１２は周囲温度まで冷却されず、処理過程中でウエハ３１１、３１２が加熱される温度に応じて、３００℃から６００℃の範囲の温度に冷却される。典型的には、冷却時間は、２〜５分である。ある実施例では、ウエハ３１１、３１２は、約１１３０℃から約４５０℃へ冷却され、冷却時間は約２．５〜３．５分である。より低い温度（即ち９００℃以下の温度）で実施される処理過程では、ウエハ３１１、３１２は反応チャンバ３０３から除去される前にプロセス温度の約５０％の温度に冷却される。
【００８５】
ウエハ３１１、３１２を、周囲温度まで冷却する必要がないために、冷却時間が短縮され、ウエハのスループットが向上する。更に、反応チャンバ３０３を、上述された１つまたは複数の処理過程の前のパージ動作の間に加熱することが可能であり、このため複数のウエハのバッチを処理するための時間が短縮される。
【００８６】
ウエハ３１１、３１２は、反応チャンバ３０３から取り出される前に、ウエハ３１１、３１２が硬化する温度まで冷却されなければならない。更に、反応チャンバ３０３は、ウエハ３１１、３１２を取り出すためにドア３１３を開いたときに、水素が反応チャンバ３０３内に残留している場合に生ずる爆発の可能性を最小にする温度に冷却されなければならない。
【００８７】
反応炉３００、３２０、３４０または３６０が、例えばエピタキシャル層などのある材料からなる層をウエハの上に堆積するためにガスを用いる半導体処理過程に用いられる場合、長時間に亘って使用されたとき、反応炉３００、３２０、３４０または３６０の一部分、例えば壁３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの上に、ある材料からなる層が堆積される可能性がある。以下により詳しく説明されるように、底壁３０１ａ及び側壁３０１ｂは水冷されている。上壁３０１ｃは、ランプ３０５及び反射器３０６と同様に、空冷されている。壁３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを冷却することによって、堆積過程中に壁３０１ａ、３０１ｂ及び３０１ｃの上に望まれない層が堆積されることを最小にすることができる。
【００８８】
従来の反応炉では、反応炉の一部分、即ち、黒鉛から形成された部分から、堆積されたシリコンを除去するために「ハイエッチング（ｈｉｇｈ  ｅｔｃｈ）」を用いることができ、このハイエッチングでは、反応チャンバ３０３が少なくとも１１５０〜１２００℃の温度にあるとき、少なくとも９０％のＨＣｌを含む混合ガスを３〜２０分間反応チャンバ３０３に注入する。しかし、ハイエッチングによって、石英ガラスの上に堆積したシリコンが除去されることはない。従って、従来の反応炉では、石英ガラスによって形成された構成要素を洗浄するために、これらの構成要素を反応炉から取り出さなければならない。本発明の原理に基づけば、壁３０１ａ、３０１ｂの温度を通常の動作温度以上に上昇させることによって、堆積されたシリコンを、ハイエッチングの間に石英ガラスからなる構成要素から除去することができる。堆積されたシリコンの除去は、壁３０１ａ、３０１ｂが冷却される程度を低下させるように、ハイエッチングの間に壁３０１ａ、３０１ｂを冷却するために用いられる流体の温度を上昇させることによって実施される。
【００８９】
反応炉３００、３２０、３４０及び３６０では、ウエハ３１１、３１２と、サセプタ３０２と、サセプタ支持部３０４の一部と、抵抗加熱器３２７（反応炉３２０及び３６０）または受動熱分配要素３０７（反応炉３００及び３４０）と、側壁に形成された注入ガス噴出孔３１４ａ、３１４ｂ（反応炉３００及び３４０）またはガス注入ヘッド３５４ｂ及びガス入口管３５４ａの一部（反応炉３２０及び３６０）のみが、反応チャンバ３０３の内部に配置されている。従来技術の反応炉では、反応炉３００、３２０、３４０及び３６０よりも多くの機械的な構成要素が反応炉内に配置されている。（先行する堆積過程の間に堆積される材料を含む）これらの機械的な構成要素による汚染は、従来技術の反応炉の微粒子による大きな汚染源となっている。反応炉３００、３２０、３４０及び３６０は、従来の反応炉と比べより少数の機械的な構成要素を備えており、汚染物質を提供する機械的な構成要素が少ないため、及び反応炉３００、３２０、３４０及び３６０を繰り返し使用する間にその表面にシリコンが堆積される機械的な構成要素が少ないため、反応炉３００、３２０、３４０及び３６０の汚染物質の問題は軽減される。従って、反応炉３００、３２０、３４０及び３６０の反応チャンバ３０３の内部に配置される機械的な構成要素の個数を少なくすることによって、従来の反応炉の問題点が実質的に解決される。
【００９０】
更に、熱源とサセプタとの新規な組合せによって、従来のＲＴＰ反応炉よりも、反応チャンバ３０３のより広い領域に亘って概ね均一な温度が保持されるので、従来のＲＴＰ反応炉によって処理される１枚の小型のウエハ（例えば１００mm、１２５mm、及び１５０mm）ではなく、複数枚のウエハ（例えば１２５mm、１５０mm、及び２００mm）または１枚の大型のウエハ（例えば２５０mm、３００mm、及び４００mm）の何れをも処理することが可能となる。複数枚のウエハが処理できることによって、ウエハのスループットが向上し、かつ大型のウエハを処理できることによって、より大型のウエハを必要とする産業界の要求にＲＴＰ反応炉が対応することが可能となる。
【００９１】
反応炉３００、３２０、３４０及び３６０は更に、多数のバッチに対する温度の良好な再現性を提供する。その結果、従来のＲＴＰ反応炉では必要とされた、所望の温度の均一性を保持するべく反応炉３００、３２０、３４０及び３６０を再校正する必要がなくなる。校正のためのダウンタイムがないために、ウエハを処理するためにより多くの割合の時間を費やすことが可能となるため、従来のＲＴＰ反応炉と比べウエハのスループットを向上させることができる。
【００９２】
更に、従来の反応炉と比較し、複数枚のウエハを備えたバッチを処理することが可能となり、厚さ及び抵抗率の均一性が改善される。従来の反応炉では、厚さ及び抵抗率のばらつきが３〜１０％のウエハが形成される。本発明に基づくＲＴＰ反応炉では、１〜２％の厚さのばらつき及び１〜５％の抵抗率のばらつきが達成される。
【００９３】
図９及び図１０は、本発明のある実施例に基づく、反応炉４００のより詳細な断面図である。図１１は、反応炉４００の概略上面図である。図９の断面図は、図１０の線４Ｂ−４Ｂから見た断面図である。図１０の断面図は、図９の線４Ａ−４Ａから見た断面図である。
【００９４】
反応炉４００に関する以下の説明（とりわけ図９、図１０、図１１、第１２図、第１３図、図１４、図１５、図１６及び図１７に関する説明）では、反応炉４００のいくつかの要素（以下「省略された要素」と呼ぶ）が、図面には表されていないが、実際にはこれらの省略された要素が存在するのでこれらの要素は表現されるべきものである。この省略された要素は、図を明瞭にするために省略されている。ある図面に表現されていない省略された要素は、他の図面では表現されており、当業者には、全体の図面から、省略された構成要素の形状及び図面に例示された他の構成要素との関係が明らかとなる。
【００９５】
以下により詳しく説明されるように、フレーム４５０は反応炉４００の選択された部分を囲繞し、かつ例えば冷間圧延鋼板１０１８から形成されている。図１１に例示されているように、反応炉４００は、いくつかの区分４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、及び４００ｅに分割されている。区分４００ａは、容器４０１、熱源、ガス注入システム、及びサセプタ支持及び駆動機構を収容している。区分４００ｂは、反応炉４００を用いる製造過程の必要性に応じて、従来技術のバレルＣＶＤ反応炉で用いられるガスパネルと等しい性能のガスパネルを収容している。勿論、ガスパネルは、反応炉４００内で実施される製造過程に必要な全てのガスを保持しかつ提供する構造を有する。区分４００ｃは、ガス排気システムの一部を収容している。区分４００ｄは、熱源に電力を供給するため電源及びＳＣＲ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ）を収容している。区分４００ｅは、残りの回路要素、即ち他の電源、プロセス変数（例えば、ガスの流れ、熱源からのエネルギー）を制御するためのコンピュータ、電気的なリレーその他を収容している。
【００９６】
図９及び図１０に例示されているように、区分４００ａは、テーブル４５１によって２つの部分に分割されている。シェル４５２は、テーブル４５１と接触して固定されており、かつ容器４０１の上側部分と、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ（図９）、４０５ｃ、４０５ｄ（図１０）を囲繞している。図１０に例示されているように、シェル４５２は、３５６アルミニウム合金から形成されたヨーク４５３に取着されている。ヨーク４５３は、直線状のレール４５４に移動可能に取着されている。線形状のレール４５４は、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコのシュネーベルガー社（Ｓｃｈｎｅｅｂｅｒｇｅｒ  Ｉｎｃ．）から、Ｎｏ．１  ＭＲＡ  ２５  ６５８−Ｗ１−Ｇ３−Ｖ１として入手することができる。ヨーク４５３は、直線状のレール４５４に沿って上下し、シェル４５２をテーブル４５１の上または下に移動する。直線状のレール４５４は、例えば３．１８mm（０．１２５インチ）の厚さの冷間圧延鋼板から形成された柱４５８に取着されている。柱４５８はテーブル４５１に取着されている。
【００９７】
反応炉４００の動作中に、シェル４５２は図９及び図１０に例示された位置まで下降し、シェル４５２がテーブル４５１と接触する。反応炉４００の保守を行う場合、シェル４５２はテーブル４５１から離れて上昇させられ、シェル４５２とテーブル４５１との間に収容された反応炉４００の構成要素に接近することが可能となる。更に、以下により詳しく説明されるように、シェル４５２は、シェル４５２がテーブル４５１の直下に配置されることのないように、ピン４５７ａ、４５７ｂ（図１０）の一方を中心としてヨーク４５３に対して回動するように取り付けられても良く、これによって、反応炉４００の構成要素へ接近することがより容易となる。
【００９８】
シェル４５２は、反応炉４００内でさまざまな機能を実施する。ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄは、シェル４５２によって支持されている。更に、シェル４５２には、以下に説明されるように、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄと、容器４０１の上側部分とを冷却するための空気を流す通路が形成されている。プロセスガスがチャンバの中心から注入される場合（図５及び図６）、シェル４５２にはランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄを冷却するための冷却水が流れる冷却水管だけでなく、ガス入口管４０８ａ及びガス供給システムで用いられる他のハードウェアも収容しされている。このようにして、シェル４５２によって、容器４０１が損傷を受けることが防止される。
【００９９】
シェル４５２は、アルミニウムから形成されており、かつ耐熱性のテフロク(商標)塗料が塗布されている。テフロク(商標)塗料は、反応炉４００内でウエハを処理する間シェル４５２がさらされる高温度にシェル４５２が耐えることを援助する。
【０１００】
容器４０１は、３つの壁、即ち底壁４０１ａ、側壁４０１ｂ、及び上壁４０１ｃを有する。容器４０１の内側の領域が、反応チャンバ４０３を構成する。上壁４０１ｃは、概ね円弧状の断面を有し、かつ５mm（０．１９７インチ）の厚さを有する。上壁４０１ｃの内面の最高点は、シェル４５２に接触するテーブル４５１の表面から約１１．７３cm（４．６１９インチ）離れている。（図示されていない）ウエハは、側壁４０１ｂに形成されたドア４１３（図９）を通して、反応チャンバ４０３内に載置され、または反応チャンバ４０３から取り出される。以下により詳しく説明されるように、ウエハはサセプタ４０２に形成された凹部に載置される。サセプタ４０２と側壁４０１ｂとの間の距離は約３．８cm（１．５インチ）である。
【０１０１】
図２−Ａ〜図２−Ｃは、各々、サセプタ２１を回転させ、上昇させ及び下降させるサセプタ位置制御部２０２を備えた、本発明に基づく種々の反応炉２００、２２０及び２４０の概略断面図である。図９及び図１０では、このサセプタ位置制御部が、反応炉４００内で電動機４１５及び４１７を備えている。電動機４１５はシャフト４１６を駆動し、サセプタ４０２を回転させる。電動機４１７は、ベルト４１８を駆動し、リードねじ４２８を回転させ、プレート４２８が上昇または下降し、サセプタ４０２を上または下に移動させる。サセプタ４０２が垂直方向に移動することによって、１枚のウエハまたは複数枚のウエハをローディング及びアンローディングするため、及び処理するために適切な高さにサセプタ４０２が配置される。更に、以下により詳しく説明されるように、サセプタ４０２がウエハローディング位置へ降下したとき、ピンがサセプタ４０２の開口部を通して延出し、１枚のウエハまたは複数枚のウエハをサセプタ４０２の上に持ち上げ、１枚のウエハまたは複数枚のウエハのアンローディング及びローディングを容易にする。
【０１０２】
抵抗加熱器４０７、または（以下により詳しく説明される）受動熱分配要素が、黒鉛から形成された環状シャフト４１９に取着されている。シャフト４１６は、環状のシャフト４１９と同軸に取着されている。（第４Ｅ図及び第４Ｆ図を参照しながら以下により詳しく説明される）ベローアセンブリ４２０が、シャフト４１６と、環状シャフト４１９と、関連する機構を囲繞する領域４２７を密閉するようにプレート４２６と底壁４０１ａとの間に取着され、シャフト４１６と環状シャフト４１９との間の空隙及び環状シャフト４１９と底壁４０１ａとの間の空隙を通して反応チャンバ４０３から漏洩する可能性のあるガスを収容する。これらのガスは、以下により詳しく説明されるようにパージされる。
【０１０３】
例えば、図２−Ｂ及び図２−Ｃの反応炉２２０及び２４０のように、２個の熱源を用いる本発明の実施例では、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄと、抵抗加熱器４０７が、１枚のウエハまたは複数枚のウエハを概ね均一な温度に加熱するべく用いられる。例えば、図２−Ａの反応炉２００のように、単一の熱源を用いる本発明の実施例では、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄのみがウエハを加熱するために用いられ、これらの実施例では、（図２１を参照しながら以下により詳しく説明される）受動熱分配要素が、１枚のウエハまたは複数枚のウエハ全体に亘って概ね均一な温度を達成することを援助するべく用いられる。
【０１０４】
以下により詳しく説明されるように、２個の熱源を用いる本発明の実施例では、ランプの集合と抵抗加熱器４０７が、ウエハの温度の測定値に応答して、種々の熱量を提供するべく別個に電気的に制御されている。ある実施例では、ウエハの温度は直接測定されおらず、即ち、温度センサがウエハに接触していない。アメリカ合衆国イリノイ州ナイルスのイルコン社（Ｉｒｃｏｎ、  Ｉｎｃ．）から入手可能な、６００℃から１２５０℃の範囲の温度を測定することが可能な光学的高温計がシェル４５２の外側のヘッド４５５（図１０）に取り付けられている。高温計熱感知要素は、シェル４５２内からシェル４５２に形成された開口部４５６ａを通して放射された熱を感知する。開口部４５６ａは、薄い石英ガラス（ＢａＦ2もしくはＣａＦ2）から形成されている窓によって被覆されている。所望に応じてハンドヘルド高温計を用いることができるようにするために、第２の開口部４５６ｂがシェル４５２に形成される。開口部４５６ｂはまた、反応炉４００の動作中に反応チャンバ４０３内を視覚的に観測するために用いられる。高温計は、反応炉４００の試験運転の間に、高温計の測定値と、試験されるサセプタと接触する熱電対によって測定されたサセプタの温度の測定値とを相関させることによって校正される。
【０１０５】
高温計による温度の測定に加えて、もしくは高温計による温度の測定の代わりに、ウエハの温度は、以下により詳しく説明されるように、容器４０１に形成された開口部、例えば４２５ａ（図１０）を通して挿入された熱電対によって測定することもできる。高温計と同様に、反応炉４００の試験運転中に、この熱電による試験されるウエハの温度の測定値と、試験されるウエハに接触した他の熱電対によって測定された温度の測定値とを相関させることによって、この熱電対が校正される。
【０１０６】
反応炉４００の動作中に、壁４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃ（図９及び図１０）は、反応チャンバ４０３の動作温度に関連する冷却温度、例えば６００℃に保持される。壁４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃがこの冷却温度に保持されない場合、反応炉４００の堆積過程中に、膜が壁４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃに堆積される可能性がある。壁４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃに膜が形成されることは、いくつかの理由から好ましいものではない。反応炉４００の動作中に、壁４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃに形成された膜は、熱を吸収し、これによって反応チャンバ４０３の熱の分布に影響が及ぼされ、ウエハに許容されない温度の変化が形成される。更に、壁４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃに形成された膜は、ウエハを汚染する粒子を反応炉４００の動作中に発生させる可能性がある。
【０１０７】
底壁４０１ａ及び側壁４０１ｂは、以下により詳しく説明されるように、壁４０１ａ及び４０１ｂを通して流れる水によって冷却されている。ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄは、強制空冷及び水冷されている。上壁４０１ｃは強制空冷されている。強制空冷のための空気は、２個の遠心送風機４２３（図１０）を駆動する電動機４２２によって循環されている。１個の遠心送風機のみが図１０には図示されている。もう一方の遠心送風機は図示された遠心送風機の裏側近傍に配置されている。遠心送風機４２３は、出口圧力０．０４４気圧（１８インチＨ2Ｏ）の空気を毎分１６．９９ｍ３（６００立方フィート）送り出す。反応炉４００の動作中に、冷却システムを通過する流速は、毎分１６．９９ｍ３（６００立方フィート）である。本発明で用いられる電動機４２２及び遠心送風機４２３は、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタモニカのパクストン・プロダクツ社（Ｐａｘｔｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、  Ｉｎｃ．）から、製品番号ＲＭ−８７Ｃ／１８４ＴＣとして入手することができる。
【０１０８】
反応チャンバ４０３またはランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ及び４０５ｄから熱を吸収した空気は、従来の熱交換器４２４を通過させることによって、約４０〜１００℃に冷却される。この熱交換器は、アメリカ合衆国マサチューセッツ州ウェイクのＥＧ＆Ｇ  ウェイクフィールド・エンジニアリング（Ｗａｋｅｆｉｅｌｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）から製品番号７２５として入手することができる。熱交換器４２４は、空気を約４０℃に冷却するように設計されている。熱交換器４２４の冷却水の流速は概ね毎分２７．２７ｌ〜４５．４５ｌ（６〜１０ガロン）の範囲である。加熱された排気空気は、始めに遠心送風機４２３を通り、次に熱交換器４２４を通過する。遠心送風機４２３と熱交換器４２４のこの順序は、加熱された排気空気が熱交換器４２４を通り次に遠心送風機４２３を通る場合よりもより良好な冷却効果を提供するので、好ましいものである。
【０１０９】
プロセスガスは、ガス入口管４０８ａ（図１０）を通して反応チャンバ４０３内に供給され、以下により詳しく説明されるようにガス注入ヘッド４１４を通して反応チャンバ４０３内に注入される。代わりに、ガスはガス入口管４０８ｂを通して流れ、かつ以下により詳しく説明される、底壁４０１ａに形成された開口部、例えば開口部４２５ｂを通して挿入された複数のガス注入噴出孔、例えばガス注入噴出孔４２１ａを通して反応チャンバ４０３内に注入される。ガスは、サセプタ４０２に載置されたウエハを通過し、排気ライン４０９ａ及び４０９ｂ（図９及び図１０）を通して反応チャンバ４０３から共通の排気ライン４０９ｃ（図１０）へ排気される。排気ライン４０９ａ、４０９ｂ、及び４０９ｃは、反応チャンバ４０３の圧力より低い０．０４４〜０．２２気圧（１〜５インチＨ2Ｏ）の圧力に保持されているので、ガスは反応チャンバ４０３から排気される。ガスは排気ライン４０９ｃを通り反応炉４００の区分４００ｃに達し、従来どおり反応炉４００から排気される。
【０１１０】
使用された反応ガスは反応炉４００から排気された後に、１９９２年１月２２日にジョンスガード（Ｊｏｈｎｓｇａｒｄ）らに発行された米国特許第４，９８６，８３８号「Ｉｎｌｅｔ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｇａｓ  Ｓｃｒｕｂｂｅｒ」に開示されたスクラバのような（図示されていない）スクラバによって洗浄される。上述された米国特許は、ここで言及したことによって本出願の一部とされたい。
【０１１１】
第１２図及び第１３図は各々、シェル４５２及びテーブル４５１の間の反応炉４００の構成要素及びシェル４５２を詳細に表した、図９及び図１０の部分図である。図１４は、シェル４５２の内側部分を表す、シェル４５２の底面図である。図１５は、冷却空気入口５５３ａ、５５３ｂと、冷却空気出口５５４ａ、５５４ｂとを表した、反応炉４０３及びテーブル４５１の上面図である。図１６及び図１７は、テーブル４５１の下の反応炉４００の区分を詳細に表した、図１０の一部を表す図である。図１６は、サセプタ４０２の上にウエハ５１をローディングするための下降した位置のサセプタ４０２を表し、図１７は、ウエハ５１１を処理するための上昇した位置のサセプタ４０２を表している。
【０１１２】
第１２図及び第１３図に示されているように、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄは、上壁４０１ｃの上に配置されている。各ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ及び４０５ｄは、反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄとして一体形成された１個または複数のランプ５０５と、ランプと等しい個数の反射器を含む（以下、代表的なランプまたは複数のランプは、ランプ５０５または複数のランプ５０５と呼ばれ、１個または複数の特定のランプは、例えば、ランプ５０５ａと呼ばれる）。各ランプバンク４０５ａ及び４０５ｂ（第１２図）には、ランプ５０５が７個備えられている。ランプバンク４０５ｃ及び４０５ｄ（第１３図）には、１個のランプ５０５が備えられている。以下により詳しく説明されるように、その一部が第１２図及び第１３図に示されているように、スロットが、ランプ５０５ａ、５０５ｂ、及び５０５ｄの上の反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄに形成されている。
【０１１３】
ランプバンクのケーシング５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、及び５３５ｄは、各々、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄの大部分を囲繞している。ランプバンクのケーシング５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、及び５３５ｄは、例えばランプ５０５に隣接してその底部が開いており、ランプ５０５から放射されたエネルギーが反応チャンバ４０３へ向かい、冷却空気が容器４０１へ向かう。ランプバンクのケーシング５３５ａ、５３５ｂ、５３５ｃ、及び５３５ｄは、金メッキされたステンレス鋼から形成されている。
【０１１４】
各ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄは、その両端がねじ切りされた４本のスタッド５０４によってシェル４５２に取り付けられている。各スタッド５０４のねじ切りされた一方の端部は、シェル５４２に形成されたねじ切りされた開口部に螺合されている。各スタッド５０４のもう一方の端部は、対応するランプバンク、例えばランプバンク４０５ａに螺合されている。ある実施例では、各ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄは、対応する取り付け面５１５ａ、５１５ｂ、５１５ｃ、及び５１５ｄが、サセプタ４０２に対して約２０°の角度を形成するように、取り付けられている。この角度は、以下により詳しく説明される手段を用いてランプバンクの隅の位置を調節することによって、特定のランプバンク、例えばランプバンク４０５ａに対してわずかに変化させることができる。このような角度の変更は、スタッド５０４のねじ切りされた部分の直径と、ランプバンク４０５ａのねじ切りされた開口部との間に設けられた空間的な許容誤差のために可能となっている。
【０１１５】
ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄを、２０°以外の角度で取り付けることも可能である。本発明のある実施例では、図９、図１０、図１１、第１２図、第１３図、図１６、及び図１７の反応炉４００の上壁４０１ｃの形状に対しては、各ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄは、対応する取り付け面５１５ａ、５１５ｂ、５１５ｃ、及び５１５ｄが、サセプタ４０２との間に１０〜４０°の角度をなすように取り付けられている。異なる形状の上壁を備えた容器を有する本発明に基づく反応炉に対しては、異なる範囲の角度が適切である。
【０１１６】
図１８は、ランプバンク４０５ｂ及び４０５ｄの斜視図である。各ランプバンク、例えばランプバンク４０５ｂは、ランプフレーム、例えばランプフレーム６０５ｂ、及び６０５ｄと、反射器アセンブリ、例えば反射器アセンブリ５０６ｂ、及び５０６ｄと、（図１８では図示されていない）１個または複数のランプ５０５と、ランプクリップ６１７の１つまたは複数の集合とを有する。各反射器アセンブリ、例えば反射器アセンブリ５０６ｂは、ナット及びボルトによってランプバンク、例えばランプバンク４０５ｂに取り付けられている。反射器アセンブリ５０６ｂの各反射器に形成されたスロット６１８によって、以下により詳しく説明されるように、冷却用空気が反射器アセンブリ５０６ｂを通過しランプ５０５を通過することが可能となる。各ランプ５０５の向かい合う端部は、ランプクリップ６１７の片方に取着され、このランプクリップ６１７はナット及びボルトによってランプフレーム６０５ｂに取着されている。
【０１１７】
スタッド５０４は、ランプフレーム、例えばランプフレーム６０５ｂの４つの隅、例えば隅６１５ａ、６１５ｂ、６１５ｃ、及び６１５ｄの各々に螺着されている。スペーサ、ロックナット、及びナット（何れも図１８には図示されていない）が、ランプフレーム６０５ｂに螺着された各スタッド５０４のねじ切りされた端部に螺合されている。スペーサは、ランプバンク、例えばランプバンク４０５ｂの位置が、シェル４５２（第１２図及び第１３図）に対して変化するように、異なる長さを有してもよい。シェル４５２が取り付けられるテーブル４５１の表面から最も接近して配置されたランプ５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ、及び５０５ｄの中心線のテーブル４５１の表面からの距離は、約１０．９５cm（４．３１インチ）であり、最も離れて配置されたランプ５０５ｅ、及び５０５ｆの中心線のテーブル４５１の表面からの距離は約１６cm（６．３１インチ）である。しかし、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄの角度が２０°の場合、これらの距離は、約５．０８cm（２インチ）だけ増減することができる。
【０１１８】
反応炉４００の区分４００ｄ（図１１）から耐熱性のワイヤを通してランプ５０５に電力が供給される。２個のランプバンク、例えばランプバンク４０５ｂ、及び４０５ｄの耐熱性のワイヤは、テーブル４５１（図１５）に形成された開口部５５６ａ、及び５５６ｂのうちの一方の開口部を通過し、他の２個のランプバンク、例えばランプバンク４０５ａ及び４０５ｃのワイヤは、開口部５５６ａ及び５５６ｂのうちのもう一方の開口部を通過している。
【０１１９】
図１８に示されているように、耐熱性のワイヤは、ラウティングボード６１０に取り付けられた軍用コネクタ、例えば軍用コネクタ６０４ａ、６０４ｂを通してシェル４５２内に挿入されている（図１８にはラウティングボード６１０のみが例示されているが、ランプバンク４０５ａ及び４０５ｃに関連する同様のラウティングボード６１０も配置されている）。耐熱性のワイヤは、ワイヤの束、例えばワイヤの束６１１ａ、６１１ｂとして、シェル４５２内で束ねられている。ワイヤの束６１１ａは、ランプバンク４０５ｂのランプ５０５の耐熱性のワイヤを含み、ワイヤの束６１１ｂは、ランプバンク４０５ｄのランプ５０５の耐熱性のワイヤを含む。
【０１２０】
スペーサ、ロックナット、ワイヤラグ及びナット、例えばスペーサ６０６ａ、ロックナット６０７ａ、ワイヤラグ６０８ａ、及びナット６０９ａは、複数のねじの各々、例えばねじ６１６ａに螺合されており、複数のねじはランプフレーム６０５ｂに螺合されている。各ランプ５０５には１つのねじが備えられている。ねじ６１６ａによって、（ある実施例ではセラミックから形成された）電気的な絶縁スペーサ６０６ａを通して、対応するランプ５０５からワイヤラグ６０８ａへの電気的な接続が形成される。耐熱性のワイヤの１つである導電性ワイヤ６１９ａは、ワイヤラグ６０８ａ（及びランプ５０５）を、軍用コネクタ６０４ａに接続し、かつ外部の電源に接続している。
【０１２１】
上述されたように、ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄは水冷されている。外部の水供給源から供給される冷却水は、各ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄの背面に取着された銅製の管、例えば管６１２を通して供給されている。管６１２は、断路器６１３ａ、６１３ｂを備えたラウティングボード６１０に取着されている。冷却水は、管の区分６１２ａを通して導入される。冷却水は、管６１２を通してランプバンク４０５ｂに供給され、このランプバンク４０５ｂでは、図１８には図示されていないが、管６１２はランプバンク６０５ｂの背面の大部分に亘って蛇のような形状で配置され、ランプバンク４０５ｂを冷却する大量の冷却水を得ることができる。次に、冷却水がランプバンク４０５ｄの背面の管６１２を流れ、管６１２を通って管区分６１２ｂへ戻り、外部の冷却水供給源の排水管に戻る。冷却水の流速は、ある実施例では毎分約６．８１７５ｌ（１．５ガロン）である。
【０１２２】
ランプ５０５は、反応チャンバ４０３内のウエハ５１１（図１６及び図１７）に放射エネルギーを供給し、ウエハ５１１を加熱する。ランプ５０５は、クォーツハロゲンランプからなる。電圧が各ランプ５０５に印加され、加熱されたタングステンフィラメントから短波長の、即ち１μｍ以下から約５００μｍの範囲の波長の放射エネルギーが放射される。本発明に用いるために適したクォーツハロゲンランプは、アメリカ合衆国カリフォルニア州９０５０２・トーランスのウシオ・アメリカン社（Ｕｓｈｉｏ  Ａｍｅｒｉｃａｎ、  Ｉｎｃ．）から、製品番号第ＱＩＲ  ４８０−６０００Ｅとして発売されている。このランプの仕様が表１に表されている。
【０１２３】
【表１】
2005045213.tif 000003
【０１２４】
各ランプ５０５は、パラボラ型の金メッキされた高度に磨きあげられた反射器内に配置されている。各反射器は、個々のランプ５０５の長手方向に沿った放射線型の断面を有するように形成されている。反射器は、反応チャンバ４０３及びウエハ５１１に伝達される熱の量を最大にするべく提供されている。反応チャンバ４０３から遠ざかる向きにランプ５０５から放射された放射エネルギーは、反射器によって反応チャンバ４０３に向かって再び放射される。更に、反応チャンバ４０３から反射されたエネルギーは、反射器によって再び反応チャンバ４０３に向かって反射される。一般的に、反射器は、ランプ５０５の寿命を制限することのない、またはウエハ５１１の温度分布が不均一とならない任意の形状を有しかつ任意の姿勢に配置される。
【０１２５】
上述されたように、反応炉４００では、各ランプバンク４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、及び４０５ｄに対する全ての反射器は、反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄとして一体形成されている。反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄは、アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベイルのエピタキシャルサービス（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）から、製品番号第９０１４５として入手することができる。本発明に用いるために適した他の反射器アセンブリは、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタクララのベクトル・テクノロジー・グループ社（Ｖｅｃｔｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｇｒｏｕｐ、  Ｉｎｃ．）から、スパイラル・アレイ・リフレクタ・エクステンディッド（Ｓｐｉｒａｌ−Ａｒｒａｙ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ）（製品番号第９０１４５）として入手することができる。
【０１２６】
反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄの他に、反射器５１７（第１２図及び第１３図）が、ボルトによってクランプリング４０１ｄに取着されている。反射器５１７は、金属板、例えばステンレス鋼から形成され、かつ金、ニッケルまたは銀のような反射性の材料をメッキされている。反射器５１７の表面のうち反応チャンバ４０３に面した部分のみがメッキされていればよいが、概ね、反射器５１７の表面全体がメッキされている。反射器５１７は、反応チャンバ４０３の周辺部分全体に亘って取着されており、かつサセプタ４０２に向かってエネルギーを反射するように配置されている。
【０１２７】
上壁４０１ｃは、ランプ５０５からの放射エネルギーが上壁４０１ｃによってほとんど吸収されないように石英ガラスによって形成されているので、放射エネルギーの大部分が、反応チャンバ４０３を通ってウエハ５１１に直接伝達される。図１６及び図１７に最もよく表されているように、上壁４０１ｃは、クランプリング４０１ｄを貫通すると共にテーブル４５１に形成されたねじ切りされた開口部内に延出するねじ切りされた部材５４９によって所定の位置に締着されている。クランプリング４０１ｄはステンレス鋼から形成されている。２個のＯリング５５１ａ、及び５５１ｂがテーブル４５１の溝内に配置されており、ねじ切りされた部材４５９が締め付けられたとき、Ｏリング５５１ａ、５５１ｂは、圧縮され、テーブル４５１と上壁４０１ｃとの間を密閉する。クランプリング４０１ｄと上壁４０１ｃとの間が、Ｏリング５５１ｃによって密閉される。
【０１２８】
ランプ５０５及び反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄは、上述された水冷に加え強制空冷されている。図１４に表されているように、冷却用の空気が、空気入口５５３ａ、５５３ｂを通してシェル４５２の頭部に形成された空間内に供給される。空気入口５５３ａ、及び５５３ｂは、７．６cm（３インチ）の直径を有する。冷却用の空気は、６個の通気孔５５５ａ、５５５ｂ、５５５ｃ、５５５ｄ、５５５ｅ、及び５５５ｆを通してシェル４５２と容器４０１との間の領域内に供給される。空気が、シェル４５２と容器４０１との間の領域を通過するとき、空気は反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄと、ランプ５０５の上を通過し、反射器アセンブリとランプとを冷却する。更に、空気は容器４０１の上壁４０１ｃの上を通過し、上壁４０１ｃを冷却する。
【０１２９】
図１５に表されているように、加熱された空気は、（テーブル４５１に形成されている）空気出口５５４ａ、及び５５４ｂを通して、シェル４５２と容器４０１との間の領域から流出する。空気出口５５４ａ、及び５５４ｂは、１０．２cm（４インチ）の直径を有する。次に加熱された空気は図１０に関して上述されたように、空気を冷却する熱交換器に戻される。次に冷却された空気はシェル４５２と容器４０１との間の領域に再び供給され、ランプ５０５と、反射器アセンブリ５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、及び５０６ｄと、上壁４０１ｃとを再び冷却する。
【０１３０】
サセプタ４０２の下部に配置されたＲＦ熱源を用いた本発明のある実施例では、以下により詳しく説明されるように、ＲＦ熱源のコイルは、容器４０１の下から供給されたコイルを通過する水流によって冷却されている。
【０１３１】
図１５に表されているように、テーブル４５１は２つの区分からなる。テーブルの区分４５１ａはアルミニウムから形成されており、テーブルの区分４５１ｂには、耐腐食性であって区分４５１ｂがさらされる高温度に耐える能力を有するステンレス鋼が用いられている。
【０１３２】
上述されたように、シェル４５２は、反応炉４００の何れか一方の側面に向かってテーブル４５１から離れるように回動するようにヨーク４５３に取り付けられている（図１０）。図１４に詳しく表示されているように、ピン４５７ａ及び４５７ｂが、シェル４５２の（「ボス」と呼ばれる）取着区分５５２ａ、及び５５２ｂに形成された開口部と、（図１４には図示されていない）ヨーク４５３に形成された整合する開口部とに挿入され、シェル４５２をヨーク４５３に対して横方向の定位置に保持する。シェル４５２は、シェル４５２の取着区分５５２ａ、及び５５２ｂの一方の端部に接触するヨーク４５３（図１０を参照のこと）の端部４５３ａ、及び４５３ｂによって垂直方向の定位置に保持されている。シェル４５２は、ピン４５７ａ、及び４５７ｂの一方を取り除き、かつシェル４５２をピン４５７ａ、及び４５７ｂのもう一方のピンを中心として回転させるとによってテーブル４５１から回動して遠ざけられる。２個のピン４５７ａ、及び４５７ｂが提供されているので、シェル４５２を２つの向きの何れにも開くことが可能であり、反応炉４００を用いる様々な条件のもとで、容器４０１及びシェル４５２の内部の反応炉４００の構成要素に接近することが容易となる。
【０１３３】
側壁４０１ｂと底壁４０１ａが図１６及び図１７に示されている。側壁４０１ｂと底壁４０１ａは、ステンレス鋼から形成されており、互いに溶接されている。石英ガラスの内張り５０１ａ及び５０１ｂが各々、底壁４０１ａ及び側壁４０１ｂに隣接する反応チャンバ４０３内に配置されている。内張り５０１ａ及び５０１ｂは、各々、反応炉４００内でウエハ５１１を処理する間に、底壁４０１ａ及び側壁４０１ｂにガスが堆積することを防止する。内張り５０１ａ、５０１ｂは、反応チャンバ４０３の内側に面したビードブラストされた表面を備えた純粋な石英ガラスから形成されている。ビードブラストされた表面によって、表面がビードブラストされていない場合には内張り５０１ａ、及び５０１ｂから剥離する堆積された膜を、内張り５０１ａ、及び５０１ｂに固着させることができる。従って、膜の剥離による汚染が防止され、反応炉４００を長時間に亘って使用した後に、内張り５０１ａ及び５０１ｂが反応チャンバ４０３から取り出され、酸を用いたエッチングによって洗浄される。
【０１３４】
図１５に表されているように、開口部４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、及び４２５ｄが、底壁４０１ａに形成されている。開口部４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、及び４２５ｄは各々、１．９cm（０．７５インチ）の直径を有する。開口部４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、及び４２５ｄの各々は、温度を測定するために反応チャンバ４０３内に熱電対を挿入するために用いられてもよい。開口部４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、及び４２５ｄの各々はまた、ウエハ５１１をより速く冷却するために、ウエハの処理後のパージングの間に反応チャンバ４０３内に更にパージガスを導入するために用いられてもよい。開口部４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、及び４２５ｄの各々はまた、ウエハ５１１に粒子が堆積することを防止することを援助するために、処理前もしくは処理後のパージングの前もしくはパージングの間に、ウエハ５１１に向かって空気を噴出させるために用いられてもよい。
【０１３５】
本発明のある実施例では、熱電対５２５（図１６及び図１７）が、開口部４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、及び４２５ｄの１つ（開口部４２５ａが図示されている）を通して挿入されている。熱電対５２５は、その先端部分が露出された、石英ガラスによって被覆された熱電対ワイヤを有する。熱電対ワイヤは、例えば、Ｋ型の熱電対ワイヤであってよい。熱電対ワイヤは、石英ガラスによって被覆されて剛性を備え、反応チャンバ４０３内での熱電対ワイヤの位置を調節することがより容易となり、反応チャンバ４０３内に存在する水素にさらされることによる熱電対ワイヤの劣化速度が遅くなる。熱電対ワイヤの先端部分が黒鉛によって覆われることによって、熱電対ワイヤが反応チャンバ４０３内の水素雰囲気から更に保護される。黒鉛は十分な熱伝導性を有するので、熱電対ワイヤの温度測定能力は、実際には制限されることはない。
【０１３６】
熱電対５２５は、熱電対５２５を開口部５２５ａを通して上または下に移動させることによって、反応チャンバ４０３の所望の高さに配置される。ある実施例では、熱電対５２５は、サセプタ４０２の上側面の上方約２．５４cm（１インチ）に配置されている。更に、熱電対５２５は、所望の位置に回転する。本発明のある実施例では、熱電対５２５が直線の形状を有する場合と比べ、熱電対５２５の端部５２５ａがサセプタ４０２により接近するように、熱電対５２５の端部５２５ａが、ある角度に折り曲げられ、かつ熱電対５２５が回転して配置されている。
【０１３７】
図１９は、抵抗要素のパターンを表す、３個の等しい区分７０７ａ、７０７ｂ、及び７０７ｃから形成された抵抗加熱器４０７の断面図である。図２０−Ａ及び図２０−Ｂは各々、抵抗加熱器４０７の区分７０７ａの平面図及び一部切欠き断面図である。図２０−Ｃは、図２０−Ａの区分線Ａ内の７０７ａの一部の詳細図である。抵抗加熱器４０７は、アメリカ合衆国オハイオ州クリーブランドのユニオン・カーバイド・アドバンス・セラミクス社（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ａｄｖａｎｃｅ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．）によって製造されており、図１９、図２０−Ａ、図２０−Ｂ及び図２０−Ｃの図面を提供し、かつ製品番号第Ｅ１０００５を指定することによって入手することができる。
【０１３８】
抵抗加熱器４０７の各区分、例えば区分７０７ａは、３つの層、即ちセラミックからなる２つの外側層と、黒鉛からなる１つの内側層からなる。図１９は、黒鉛の層を表した抵抗加熱器４０７の断面図である。黒鉛層は、電気的な絶縁領域、例えば領域７０８が、黒鉛層の部分、例えば部分７０９ａ、７０９ｂを分割するようにパターン化されているので、黒鉛層が迷路のような形状を有する通路を形成する。抵抗加熱器４０７は、電流がこの迷路のような形状の通路を流れるときに熱を発生する。電気的な絶縁領域、例えば領域７０８は、セラミックから形成されている。代わりに、電気的な絶縁領域、例えば領域７０８は黒鉛層内に形成された溝であっても良い。この後者の場合、溝内の空気が、十分に電気的な絶縁を提供する。
【０１３９】
抵抗加熱器４０７の直径は、３５．６cm（１４インチ）であり、厚さは１．２７cm（０．５インチ）である。この抵抗加熱器は三相交流によって動作する。印加電圧が２４０Ｖの場合、４６Ａの電流が流れ、印加電圧が４８０Ｖの場合、９２Ａの電流が流れる。
【０１４０】
抵抗加熱器４０７の中心に形成された開口部７１０によって、以下により詳しく説明されるように、シャフト５１６（図１６及び図１７）が抵抗加熱器４０７を通過し、かつサセプタ４０２を支持することが可能となる。複数の開口部、例えば開口部７１１ａ、７１１ｂが、抵抗加熱器４０７を貫通して形成されることによって、取着ロッド、例えば取着ロッド５１２ａ、５１２ｂ（図１６及び図１７）が抵抗加熱器４０７を通過することが可能となり、これらの取着ロッドは、以下により詳しく説明されるように、ウエハ５１１をローディング及びアンローディングするために用いられる。抵抗加熱器４０７には、１２個の開口部、例えば、開口部７１１ａ、及び７１１ｂが形成されているが、特定のウエハローディング及びアンローディング技術に適合するように任意の個数の開口部が形成されてもよい。各々の開口部、例えば開口部７１１ａ、及び７１１ｂは、取着ロッド５１２ａ、及び５１２ｂの直径よりも僅かに大きい０．９５３cm（０．３７５インチ）の直径を有する。開口部、例えば開口部７１１ａ、及び７１１ｂは、対応する取着ロッド、例えば取着ロッド５１２ａ、及び５１２ｂの位置に対応して配置されている。
【０１４１】
図１９及び図２０−Ａに図示され、かつ以下により詳しく説明されるように、３個のモリブデン製のねじ７１４ａ、７１４ｂ及び７１４ｃが抵抗加熱器４０７の区分７０７ａ内に配置されている。ねじ７１４ａは、外部の電源と、抵抗加熱器４０７の区分７０７ａ内の黒鉛から形成された抵抗要素とを電気的に接続する。ねじ７１４ｂ及び７１４ｃは各々、区分７０７ａと区分７０７ｂ及び区分７０７ａと区分７０７ｃとを電気的に接続するために用いられている。図１９に示されているように、区分７０７ａのねじ７１４ｂと、区分７０７ｂのねじ７１４ｄは、抵抗加熱器４０７の底部のセラミック層内に配置されたモリブデンまたは黒鉛から形成されたスリーブ７１２と各々接触し、区分７０７ａの黒鉛から形成された抵抗要素と、区分７０７ｂの黒鉛から形成された抵抗要素とを電気的に接続する。同様に、区分７０７ａと区分７０７ｃと、及び区分７０７ｂと区分７０７ｃとが接続されている。
【０１４２】
図２０−Ａでは、モリブデン製のねじ７１４ｂ、及び７１４ｃの中心は、抵抗加熱器４０７の中心から１６．８０cm（６．６１４インチ）離れており、かつ各々、区分７０７ａの側壁７１７ａ、及び７１７ｂから０．９５３cm（０．３７５インチ）離れている。モリブデン製のねじ７１４ａは、抵抗加熱器４０７の中心から２．０７cm（０．８１３インチ）離れており、かつ区分７０７ａの側壁７１７ａから１．０３cm（０．４０７インチ）離れている。各モリブデン製のねじ、例えばねじ７１４ａ、７１４ｂ、及び７１４ｃの直径は、０．９１２cm（０．３５９インチ）であり、図２０−Ｂに示されているように、各モリブデン製のねじの厚さは０．５０８cm（０．２インチ）である。厚さ０．３１８cm（０．１２５２インチ）のスロット７１５が、各ねじ７１４ｂ及び７１４ｃの底部に隣接して形成されており、このスロットによって、電線が各ねじ７１４ｂ及び７１４ｃと接触して、上述したように抵抗加熱器７０７の区分７０７ａ、７０７ｂ、及び７０７ｃを電気的に接続している。反応炉４００では、表面７１３（図２０−Ｂ）が、サセプタ４０２と隣接して配置されている。
【０１４３】
図１６及び図１７に示されているように、抵抗加熱器４０７は石英ガラス層５０８の上に取り付けられており、かつ石英ガラス被膜５０７によって被覆されている。サセプタ４０２に面する石英ガラス被膜５０７の表面は、サセプタの下方約２．２２cm（０．８７５インチ）に配置されている。石英ガラス層５０８は、ウエハ５１１の処理過程中に、抵抗加熱器４０７にプロセスガスが堆積することを防止する。石英ガラス被膜５０７もまた、抵抗加熱器４０７にプロセスガスが堆積することを防止する。石英ガラス層５０８及び石英ガラス被膜５０７は抵抗加熱器４０７よりも容易に洗浄することができるので、石英ガラス層５０８及び石英ガラス被膜５０７を提供することによって、次の利点が提供される。上述された石英ガラスの内張り５０１と同様に、反応炉４００を長時間に亘って使用した後に、石英ガラス層５０８及び石英ガラス被膜５０７を反応チャンバ４０３から取り出し、洗浄することができる。
【０１４４】
更に、層５０８及び被膜５０７は石英ガラスから形成されているので、層５０８及び被膜５０７は抵抗加熱器４０７から放射される熱をほとんど吸収しない。従って、石英ガラス被膜５０７によって、抵抗加熱器４０７からの熱の大部分がウエハ５１１に伝達され、石英ガラス層５０８はウエハ５１１から放射される熱を吸収するヒートシンクとして作用することはない。
【０１４５】
抵抗加熱器４０７は反応チャンバ４０３内に配置されているので、高電圧の電源ラインを反応チャンバ４０７内に配置しなければならない。しかし、反応炉４００の動作中に、反応チャンバ４０３内の温度は約１２００℃に達する。この反応炉内の高温度は、一般的に入手可能な電線の絶縁温度の仕様を超過している。例えば、本発明のある実施例では、アメリカ合衆国カリフォルニア州レッドウッドシティのベイ・アソシエイツ（Ｂａｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）から入手可能な３９９℃及び６００Ｖを定格とするファイヤーゾーン（Ｆｉｒｅｚｏｎｅ）１０１電線が抵抗加熱器４０７に電流を供給するために用いられている。更に、多くの過程では、水素が反応チャンバ４０３内に存在している。このため、電線の絶縁が破壊された場合、反応チャンバ４０３内のアーク放電によって爆発が生ずる危険性がある。
【０１４６】
本発明のある実施例に基づけば、上述された電源に関する問題は、抵抗加熱器４０７の底面から反応チャンバ４０３の外側に延在する環状シャフト４１９の導管、例えば導管４１９ａ（図１６及び図１７）を提供することによって解決される。導管、例えば導管５０８ａは、石英ガラス層５０８を貫通して形成されている。導管５０８ａは導管４１９ａと接触している。モリブデン製のねじ、例えばねじ５２４ａは、抵抗加熱器４０７を石英ガラス層５０８に保持している。ねじ５２４ａは、抵抗加熱器４０７の黒鉛製の抵抗要素と接触し、かつ導管５０８内に延在している。モリブデンはその導電率が高く、かつ腐食及び熱に対する良好な耐性を有する（ねじ５２４ａは１３７０℃までの温度に耐えることができる）ので、ねじ５２４ａを構成する材料として選択されている。定格４００℃の導電性ワイヤが、反応チャンバ４０３の外側から導管４１９ａ及び５０８ａを通してねじ５２４ａに配線されている。このようにして、電線を非常に高い温度または水素にさらさずに、反応チャンバ４０３の外側から抵抗加熱器４０７の抵抗要素に電流が供給される。抵抗加熱器４０７には三相交流電力が供給されているので、上述された導管及びねじの３個の集合が電源を反応チャンバ４０３に供給するために用いられている。
【０１４７】
上述されたように、本発明のある実施例では、反応チャンバの上に配置された単一の放射熱源のみが用いられている。これらの実施例では、熱を再放射またはウエハに向かって反射する材料からなる層をサセプタの下に配置することが望ましい。この受動熱分配要素によって、処理中のウエハ全体に亘ってほぼ均一な温度を保持することが援助される。
【０１４８】
図２１は、ウエハ５１１が載置されるサセプタ４０２を支持するようなシャフト４１６の断面図である。反応炉４００のある実施例では、受動熱分配要素７２７は布またはプレートから形成され、かつ布支持部７２８と布カバー７２９の間に配置されている。受動熱分配要素７２７は、黒鉛、金属またはシリコンカーバイドから形成することができる。本発明のある実施例では、受動熱分配要素７２７はシリコンカーバイドから形成されている。本発明の他の実施例では、受動熱分配要素７２７はシリコンカーバイドで被覆された黒鉛から形成されている。受動熱分配要素７２７は、サセプタ４０２と等しい直径、即ち３５．６cm（１４インチ）を有する。
【０１４９】
本発明のある実施例では、布支持部７２８と布カバー７２９は、各々、図１６及び図１７に関して上述されたように、石英ガラス層５０８及び石英ガラス被覆５０７からなる。石英ガラス層５０８は１．５９cm（０．６２５インチ）の厚さを有し、石英ガラス被覆は０．３１８cm（０．１２５インチ）の厚さを有する。石英ガラス被覆５０７は、石英ガラス層５０８の裏側面の直下まで延在し、受動熱分配要素７２７が粒子によって汚染されることを防止する。しかし、ウエハ５１１がロードまたはアンロードされるとき、石英ガラス被覆５０７、受動熱分配要素７２７及び石英ガラス層５０８がサセプタ４０２と共に下降する場合、石英ガラス被覆５０７が底壁４０１ａに接触するほど石英ガラス被覆５０７が下に延在するべきではない（図１６）。
【０１５０】
図２２は、容器３０１の底壁３０１ａに取着された反射板７３０を含む、本発明の他の実施例に基づく反応炉７００の概略断面図である。反応炉７００は反応炉３００（図３）と等しく、等しい構成要素には等しい符号が付されている。反応炉７００では、反射板７３０は、ナット及びボルトによって反応チャンバ３０３の外側の容器３０１の底壁３０１ａに取着されている。底壁３０１ａは、反応チャンバ３０３から遠ざかるランプ３０５から放射されたエネルギーを反応チャンバ３０３に向けて反射する。反射板７３０は、金またはニッケルをメッキされたステンレス鋼から形成されている。本発明のこの実施例では、抵抗加熱器３２７（図４及び図６）と、受動熱分配要素３０７（図３及び図５）と、関連する支持部及び被覆（図１６及び図１７）が反応炉３００から除去されているので、側壁３０１ｂは、他の場合よりも短くなっている。これは、反射板７３０がサセプタ３０２により近く配置されているので、反射板７３０からサセプタ３０２へ反射されるエネルギーがより強くなることを意味している。
【０１５１】
上述されたように、容器４０１の底壁４０１ａと側壁４０１ｂは、底壁４０１ａ及び側壁４０１ｂを通過する冷却水によって冷却されている。図１６及び図１７に表されているように、導管５０３ｃは底壁４０１ａに形成されており、側壁４０１ｂによってキャビティ５０３ａが形成されている。導管５０３ａ及びキャビティ５０３ｃの両方は、バッフルを含み、このバッフルによって、底壁４０１ａ及び側壁４０１ｂが均一に冷却されるように冷却水の流れが決定される。更に、キャビティ５０３ｂ内の水流は、Ｏリング５５１、及び５５１ｂが冷却されるようにテーブル４５１内で形成される。冷却水は、外部の冷却水供給源からキャビティ５０３ａからキャビティ５０３ａ、５０３ｂと導管５０３ｃへ、通常の管を通して容器５０１の下から約５．４７２気圧（８０ｐｓｉ）の圧力で供給されており、冷却水の流速は通常の弁によって制御されている。本発明のある実施例では、導管５０３ｃ及びキャビティ５０３ａ、及び５０３ｂの各々を通過する冷却水の流速は毎分約５．９ｌ（１．３ガロン）となっている。
【０１５２】
ウエハ５１１が所定の温度まで加熱されたとき、混合ガスが２つの従来の方法、即ちドーム型の上壁４０１ｃの中心からガスを注入する方法と、側面からガスを注入する方法の何れかの方法によって反応チャンバ４０３内に導入される。ガスラインは、ガスパネルをテーブル４５１の下に配置された通常のＴ型弁に接続している。Ｔ型弁は、上壁の中心からガスを導入する方法及び側面からガスを注入する方法の何れか一方の方法を切り替えて用いるために配置されている。
【０１５３】
中心からガスを注入する方法では、ガスはガス入口管４０８ａ（第１３図）を通過し、使用されるガスに応じて流速３〜１５０ｓｌｍで、ガス注入ヘッド５１４（第１２図及び第１３図）に形成された開口部を通して反応チャンバ４０３内に注入される。ガス注入ヘッド５１４は、図１０のガス注入ヘッド４１４とは異なる。一般に、本発明に用いるガス注入ヘッドは、任意の形状、例えばシャワーヘッド形、円錐形、または球形であってよい。
【０１５４】
上述された容器４０１では、ガス注入ヘッド５１４は容器４０１の中心に配置されている。ガス注入ヘッド５１４は石英ガラスまたは黒鉛から形成することができる。黒鉛は、ガスが反応チャンバ４０３内に導入されるときにガスを予熱することが望ましい場合に用いられる。ガス入口管４０８ａは、ステンレス鋼から形成され、直径０．６４cm（０．２５インチ）である。ガスは反応チャンバ４０３内を下降し、サセプタ４０２及び抵抗加熱器４０７を通過し、底壁４０１ａに配置された排気開口部４０９ａ及び４０９ｂ（図９及び図１０）を通して反応チャンバ４０３から排気される。
【０１５５】
側面からガスを注入する方法では、ガスはガス入口管４０８ｂ（第１３図）を通過し、底壁４０１ａに形成された開口部５２１ａ、５２１ｂ、及び５２１ｃ（図１５）を通って、反応チャンバ４０３の周縁部分に配置された複数のガス注入噴出孔、例えばガス注入噴出孔４２１ａ（図１６及び図１７）から反応チャンバ４０３内に導入される（符号４２１は図面に記載されていないが、以下の説明ではガス注入噴出孔はガス注入噴出孔４２１と呼ばれる）。これまでの説明から明らかなように、開口部５２１ａ、５２１ｂ、及び５２１ｃは、底壁４０１ａのエッジ付近に対称的に配置されており、かつある円の円周上に１２０°毎に配置されている。各開口部５２１ａ、５２１ｂ、及び５２１ｃの中心線は、側壁４０１ｂから１．８４cm（０．７２５インチ）離れている。各開口部５２１ａ、５２１ｂ、及び５２１ｃの直径は、１．９〜３．２cm（０．７５〜１．２５インチ）である。ある実施例では、各開口部５２１ａ、５２１ｂ、及び５２１ｃの直径は、２．２２cm（０．８７５インチ）となっている。ガス注入噴出孔４２１の各々は、回転し、かつ底壁４０１ａを通して上下に移動するので、ガスは所望に応じて種々の高さ及び向きで反応チャンバ４０３内に注入される。ガス注入噴出孔４２１は、所望に応じて様々な他の位置、例えば側壁４０１ｂを通して、または上壁４０１ｃを通して、反応チャンバ４０３に向けて形成される。反応チャンバ４０３内へ注入されるガスの位置及び向きは、ガス注入噴出孔４２１が反応チャンバ４０３内に配置される特定の方法よりも重要である。
【０１５６】
ガスは、使用されるガスに応じて１００〜２００ｓｌｍの流速でガス注入噴出孔４２１を通して反応チャンバ４０３内に導入される。本発明のある実施例では、３個のガス注入噴出孔４２１が設けられており、各注入噴出孔は石英ガラスから形成されており、かつ直径０．４６cm（０．１８０インチ）の単一の円形の開口部を備えている。本発明では、異なる個数のガス注入噴出孔４２１が用いられてもよい。即ち、２〜１０個のガス注入噴出孔４２１を、反応チャンバ４０３内の所望のガスの流れを形成するために用いることができる。更に、ガス注入噴出孔４２１は、開口部以外を備えていてもよく、かつ開口部の形状は円形以外の形状であってもよい。更に、ガス注入噴出孔４２１は石英ガラスではなくステンレス鋼または黒鉛から形成されていてもよい。
【０１５７】
図２３−Ａは、本発明の他の実施例に基づく、ガス注入噴出孔８２１の一部の斜視図である。ガス注入噴出孔８２１は、ガス注入噴出孔４２１と等しい。ガス注入噴出孔の端部８０１は、ガス注入噴出孔の管８０５に溶接されている。代わりに、ガス注入噴出孔の端部８０１にねじ切りされた部分が形成され、ガス注入噴出孔の管８０５内に形成された対応するねじ切りされた凹部内に螺合されてもよい。ガス注入噴出孔の端部８０１とガス注入噴出孔の管８０５は、石英ガラス、ステンレス鋼または黒鉛から形成される。
【０１５８】
図２３−Ｂは、本発明のある実施例に基づく、ガス注入噴出孔８２１に用いるガス注入噴出孔の端部８０３の断面図である。キャビティ８０３ｄが、ガス注入噴出孔の端部８０３の中心に形成されている。ガス注入噴出孔の端部８０３を通過するガスの流れの全体的な方向と平行な方向から眺めた場合、キャビティ８０３ｄは例えば円形もしくは正方形の断面を有する。キャビティ８０３ｄは、第１の幅８０３ｃから、ガス注入噴出孔の端部８０３の末端部分８０３ｅでガスが噴出される開口部の幅である第２の幅８０３ａへ先細りとなる形状を有する。本発明のある実施例では、幅８０３ａは約３．１８mm（０．１２５インチ）であり、角度８０３ｂは約４５°であり、幅８０３ｃは約９．５３mm（０．３７５インチ）である。
【０１５９】
図２３−Ｃは、本発明のある実施例に基づく、ガス注入噴出孔８２１に用いられるガス注入噴出孔の端部８１３の断面図である。キャビティ８１３ｆは、ガス注入噴出孔の端部８１３の中心に設けられている。ガス注入噴出孔の端部８１３を通るガス流の全体的な流れと平行な方向から眺めた場合、キャビティ８１３ｆは例えば円形または正方形の形状を有する。キャビティ８１３は、第１の幅８１３ｅから第２の幅８１３ｃへ先細りとなり、次に幅８１３ｂへ再び拡張する形状を有する。ガスが噴出されるガス注入噴出孔の端部８１３の末端部分８０３ｇの開口部は幅８１３ｂを有する。本発明のある実施例では、幅８１３ｅは約９．５３mm（０．３７５インチ）であり、角度８１３ｄは約４５°であり、幅８１３ｃは３．１８mm（０．１２５インチ）であり、角度８１３ａは約６０°であり、幅８１３ｂは約６．３５mm（０．２５インチ）である。
【０１６０】
図２３−Ｄは、本発明のある実施例に基づく、ガス注入噴出孔８２１に用いるガス注入噴出孔の端部８２３の断面図である。キャビティ８２３ｂは、ガス注入噴出孔の端部８２３の中心に設けられている。ガス注入噴出孔の端部８２３を通るガス流の全体的な流れに平行な向きから見た場合、キャビティ８２３ｆは例えば円形もしくは正方形の断面を有する。ガス注入噴出孔の端部８０３及び８１３とは異なり、本発明のある実施例では、ガス注入噴出孔の端部８２３のキャビティ８２３ａは約６．３５mm（０．２５インチ）の一定の幅８２３ａを有する。好ましくは、ガス注入噴出孔の端部８２３は、図２４−Ａ〜図２４−Ｄに関してこれまで説明されたように、ベーンの実施例の１つを含むガス注入ヘッド８２１の実施例に用いられる。
【０１６１】
図２４−Ａ及び図２４−Ｂは各々、本発明のある実施例に基づくガス注入噴出孔８２１に用いられるベーン８０２の変形平面図及び側面図である。ベーン８０２は、溶接によってガス注入噴出孔の管８０５の内壁に一体形成されたベーンプレート８０２ａ及び８０２ｂを有する。図２４−Ｂに表されているように、ベーンプレート８０２ａ及び８０２ｂは、互いにある角度をなして形成されている。ある実施例では、角度８０２ｅは約９０°となっている。図２４−Ａは、ベーンプレート８０２ａ及び８０２ｂの形状をより明瞭に表現するために、互いにある角度をなして形成されたベーンプレート８０２ａ及び８０２ｂを同一の平面にあるように表現した「変形」平面図である。ベーンプレート８０２ａと８０２ｂには各々、切り抜き部分８０２ｃと８０２ｄが形成されている。図２４−Ａに表されているように、切り抜き部分８０２ｃ及び８０２ｄは概ね楕円形の形状を有するが、他の形状であってもよい。更に、図２４−Ａの実施例では、切り抜き部分８０２ｃと８０２ｄが互いに重なることのないように形成され、かつ、切り抜き部分８０２ｃまたは８０２ｄは各々、ベーンプレート８０２ａまたは８０２ｂの中心より上側または下側の部分に形成されている。しかし、切り抜き部分は必ずしも上述されたように形成される必要はない。
【０１６２】
図２４−Ｃ及び図２４−Ｄは各々、本発明の他の実施例に基づく、ガス注入噴出孔８２１に用いられるベーン８１２の変形平面図及び側面図であるベーン８１２は、一体形成されたベーンプレート８１２ａ及び８１２ｂを含む。図２４−Ｄに表されているように、ベーンプレート８１２ａ及び８１２ｂは互いにある角度をなして形成されている。ある実施例では、角度８１２ｅは約４５°となっている。図２４−Ｃは、ベーンプレート８１２ａ及び８１２ｂの形状をより明瞭に表すために、互いにある角度をなして形成されたベーンプレート８１２ａ及び８１２ｂを同一平面にあるように表現した「変形」平面図である。開口部８１２ｃ及び８１２ｄは各々、ベーンプレート８１２ａ及び８１２ｂに形成されている。図２４−Ｃに表されているように、開口部８１２ｃ及び８１２ｄは概ね円形であるが、他の形状であってもよい。
【０１６３】
上述されたガス注入噴出孔８２１の実施例は、断面の幅の変化するキャビティを備えたガス注入噴出孔の端部と、ガス注入噴出孔の端部が取着されたガス注入噴出孔の管の端部部分に形成されたベーンとを有する。ガス注入噴出孔のこれらの実施例によって、ガス注入噴出孔から霧が噴出される。このような霧は、ウエハの表面に下降するガスの分布が、ウエハの表面に堆積される層の十分に均一な性質、例えば、抵抗率及び厚さを達成するために適切であることを確実にするために望ましいものである。一般的に、本発明に基づけば、上述されたように、ガス注入噴出孔８２１がガス注入噴出孔の端部及び／またはベーンと共に形成され、これによって所望の均一性を達成する霧が形成される。更に、本発明は、反応炉の反応チャンバ内に霧を形成する任意のガス注入システムを包含するものである。
【０１６４】
ガス注入噴出孔４２１からのガスの流れが上壁４０１ｃの直下の点に向けられ、ガスの流れが衝突し、ウエハ５１１の上に下降するガスの流れが生み出され、均一な膜が堆積されるように、ガス注入噴出孔４２１が配置されている。代わりに、ガス流が上壁４０１ｃに向かって流れ、上壁４０１ｃの湾曲した部分と共働してウエハ５１１の上に下降する他のガス流が形成されるように、ガス注入噴出孔４２１が配置されてもよい。ガスはガス注入噴出孔４２１から上壁４０１ｃへそして上壁４０１ｃからサセプタ４０２へ移動するので、ウエハ５１１に到達するまでに十分に加熱される。ガスは、反応チャンバ４０３内を下向きに流れ、サセプタ４０２及び抵抗加熱器４０７を通過し、排気開口部５０９ａ及び５０９ｂを通して排気される。
【０１６５】
反応炉４００の動作中に、シャフト４１６と環状シャフト４１９との間の空隙、及び環状シャフト４１９と底壁４０１ａとの間の空隙（図１６及び図１７）を通してガスが反応チャンバ４０３から漏洩する可能性がある。ガスの漏洩する可能性は、シャフト４１６と環状シャフト４１９との間の距離及び環状シャフト４１９と底壁４０１ａとの間の距離をできるだけ短くすることによって最少にされる。この実施例では、シャフト４１６と環状シャフト４１９との間の最小の空間は約１．６mm（０．０６２インチ）となっている。環状シャフト４１９と底壁４０１との間の間隔は、０．８mm（０．０３１インチ）となっている。
【０１６６】
更に、上述されたように、アメリカ合衆国フロリダ州オーモンドビーチのメタル・ファブリック社（Ｍｅｔａｌ  Ｆａｂ．  Ｃｏｒｐ．）から製品番号第ＳＫ−１６０１−６００９として入手可能な従来のベロウアセンブリ４２０がシャフト４１６と、環状シャフト４１９と関連する機構を囲繞する領域４２７（図９及び図１０を参照のこと）を密閉し、漏洩したガスを収容する。ベロウアセンブリ４２０は、２個のフランジ区分（上側のフランジ区分４２０ａのみが図１６及び図１７に表されている）の間に溶接された蛇腹状の区分４２０ｂ（図１６及び図１７）を有する。区分４２０ｂはステンレス鋼板から形成されており、サセプタ４０２が下降及び上昇するとき収縮及び伸張する。フランジ区分、例えば上側フランジ区分４２０ａもまたステンレス鋼から形成されている。上側フランジ区分４２０ａは底壁４０１ａにボルト締めされている。（図示されていない）下側フランジ区分は、棚４２６（図１０）に取着されている。
【０１６７】
ベローパージ５２６は、領域４２７からガスをパージする。パージガスは、反応チャンバ４０３の圧力よりも高い圧力で、ベローパージ５２６を通して領域４２７内に供給される。その結果、反応チャンバ４０３から漏洩する可能性のあるガスが、反応チャンバ４０３内に保持される。パージガスもまた反応チャンバ４０３内に進入するが、パージガスは底壁４０３ａを通して反応チャンバ４０３の底部に進入し、かつ反応チャンバ４０３内のガスの流れは排気ライン４０９ａ、４０９ｂに向かって下向きに流れているので、パージガスは、排気ライン４０９ａ、及び４０９ｂを通して急速に反応チャンバ４０３から排気される。領域４２７内のパージガスの残りの部分及び領域４２７に漏洩するプロセスガスは、排気管５２７を通して放出される。ある実施例では、ガス及び粒子を領域４２７から除去することを援助するために、領域４２７の圧力は排気管５２７を通して真空ポンプによって約１０トルにされる。ウエハ５１１を反応炉４００内で処理する間、パージガスの一部が反応チャンバ４０３内に進入するために、水素ガスがベローパージ５２６を通してパージガスとして用いられている。ウエハ５１１の処理が終了した後に、窒素ガスがパージガスとして用いられる。
【０１６８】
図１６及び図１７に表されているように、サセプタ４０２はシャフト５１６によって支持されている。サセプタ４０２の下側面に取着された端部と反対側のシャフト５１６の端部は、円錐形の形状を有し、かつシャフト４１６の端部に形成された補完的な円錐形の凹部にピン（図示されていない）によって取着されている。円錐形の形状のシャフト５１６の端部を円錐形のシャフト４１６の凹部に嵌合させることによって、反応炉４００の動作中にシャフト４１６が回転した場合に、サセプタ４０２が水平に保たれる（即ち、動揺しない）ことが確実になる。サセプタ４０２を水平に保つことは、反応炉４００の動作中にウエハ５１１に堆積されるある材料からなる層がウエハ５１１の表面の上に平坦に堆積されることを確実にするために重要である。
【０１６９】
代わりに、サセプタ４０２が回転するときに、サセプタ４０２の動揺が最小にされるならば、シャフト５１６の端部は円錐形ではなく、円筒形に形成され、かつシャフト４１６には円筒形の補完的な開口部が形成される。重要な点は、サセプタ４０２の回転中にサセプタ４０２が水平に保持されるように、シャフト４１６とシャフト５１６が接続されることである。
【０１７０】
他の実施例では、シャフト４１６に挿入されるシャフト５１６の端部は、六角柱の形状を有する。シャフト４１６の端部には補完的な六角形の凹部が形成されている。サセプタ４０２の重量によって、シャフト５１６がシャフト４１６に形成された凹部の定位置に保持される。シャフト５１６の六角形の断面を有する端部と、シャフト４１６の六角形の断面を有する凹部とを嵌合することによって、（以下により詳しく説明される本発明のある実施例に基づき）サセプタ４０２の上にウエハ５１１を移動するために用いられるピンに対してサセプタ４０２が適切な方向に配置され、これらのピンがサセプタ４０２に形成された対応する開口部を貫通することが確実となる。代わりに、シャフト５１６の端部は、サセプタ４０２が適切な方向に保持されるような他の断面の形状、例えば四角形の断面の形状を有してもよい。サセプタの端部はまた、サセプタ４０２が回転する間にウエハ５１１を支持するサセプタの表面を水平に保持するべくサセプタ４０２の動揺を最小にする。
【０１７１】
シャフト５１６は、反応チャンバ４０３内の動作環境（即ち、高温度のガス雰囲気中）に耐えることのできる任意のセラミック材料、石英ガラス、黒鉛から形成される。本発明のある実施例では、シャフト５１６は石英ガラスから形成されている。石英ガラスは黒鉛と比べ吸収する熱が少ないために、シャフト５１６の温度が上昇し、サセプタ４０２に載置されたウエハ５１１の温度が不均一となる可能性が少なくなる。シャフト４１６はステンレス鋼から形成されている。
【０１７２】
図１６及び図１７に表された本発明の実施例では、この好適な実施例では、シャフト５１６がサセプタ４０２と一体形成されているので、サセプタ４０２の支持部が２つの区分、即ちシャフト４１６とシャフト５１６から形成されていることが好ましい。以下に説明されるように、異なる寸法のウエハ、例えばウエハ５１１を処理するために異なるサセプタ４０２を用いることが好ましい。従って、サセプタ支持部は、異なるサセプタ４０２と交換することが望まれるときに、シャフト５１６がサセプタ支持部の残りの部材から容易に分離されるように、２つのシャフト４１６及び５１６から形成されていなければならない。
【０１７３】
図２５−Ａ及び図２５−Ｂは、各々、本発明の他の実施例に基づく、サセプタ支持部９１６の平面図及び断面図である。サセプタ支持部９１６は、シャフト９１６ａと、シャフト９１６ａの一方の端部からシャフト９１６ａから直角に延在する３個のアーム９１６ｂ、９１６ｃ、及び９１６ｄを有する。アーム９１６ｂ、９１６ｃ、及び９１６ｄは互いに等しい間隔を置いて配置されている。
【０１７４】
スロット９１６ｅが、サセプタ支持部９１６のシャフトのもう一方の端部に形成されている。補完的な機械キーがシャフトに形成されており、この機械キーにサセプタ支持部９１６のシャフトが嵌合され、トルクを分布させ、かつサセプタ支持部９１６が破壊されることを防止する。
【０１７５】
アーム１１６ｂ、１１６ｃ、及び１１６ｄの各々の端部には架台が形成されており、これらの架台は、サセプタの下側面に形成された対応する開口部に嵌合される。これらの架台は、サセプタを横方向の定位置に保持する。
【０１７６】
以下により詳しく説明されるように、図２９はサセプタ支持部９１６に取着されたサセプタ１１０２を表している。図２９に表されているように、アーム９１６ｂ、９１６ｃ、及び９１６ｄの各々は、サセプタ１１０２の中心からサセプタ１１０２のエッジ部分に向けて中心からほぼ１／２の部分まで延在している。本発明のある実施例に基づけば、アーム９１６ｂ、９１６ｃ、及び９１６ｄは、サセプタ１１０２の中心からサセプタ１１０２のエッジ部分に向けて１／５から２／３の距離だけ延在している。
【０１７７】
サセプタ支持部９１６は、アーム９１６ｂ、９１６ｃ、及び９１６ｄの端部に形成された架台のみでサセプタに接触している。これは、架台のみがサセプタの裏側面の熱の分布に影響を及ぼすために好ましいことである。図２９に表されているように、架台は、ウエハ１１０１ａ、１１０１ｂ、及び１１０１ｃの下にくることのないように配置されている。本発明に基づけば、サセプタ支持部９１６と等しいサセプタ支持部が形成され、架台はサセプタに載置されたウエハの下の位置でサセプタに接触することはない。
【０１７８】
サセプタ支持部、例えばサセプタ支持部９１６は、図２５−Ａ及び図２５−Ｂに関して説明されたように、サセプタのエッジまで延在するアームを備えたサセプタ支持部を上回る利点を有する。第１に、このサセプタを製造するためにより少ない材料が用いられるので、このサセプタはより低価格となる。第２に、アームが短い距離に亘って延在するので、アームは、十分な構造的な強度を保ちながらより少ない断面積で（即ちより少ない材料を用いて）形成することができる。
【０１７９】
図２６−Ａ及び図２６−Ｂは各々、本発明の他の実施例に基づくサセプタ支持部１０１６の上面図及び側面図である。サセプタ支持部１０１６は、支持シャフト１０１６ａを含み、この支持シャフト１０１６ａから支持アーム１０１６ｂが延出している。支持アーム１０１６ｂの端部には、サセプタマウント１０１６ｃが形成されている。
【０１８０】
図２７−Ａは、図２６−Ａ及び図２６−Ｂのサセプタ支持部１０１６に用いられるサセプタ１００２の平面図である。図２７−Ｂは、図２７−Ａの線１０Ｃ−Ｃから見たサセプタの断面図である。（図示されていない）ウエハが、サセプタ１００２に形成された凹部１００２ａ内に載置されている。サセプタ支持スロット１００２ｂがサセプタ１００２を貫通して形成されている。支持アーム１０１６ｂは、サセプタ支持スロット１００２ｂ内に嵌合されている。サセプタ支持スロット１００２ｂのある角度に曲げられた部分は、支持アーム１０１６ｂを支え、サセプタ１００２を垂直方向の定位置に保持する。サセプタ支持スロット１００２ｂのおり曲げられた部分及び側壁は、支持アーム１０１６ｂを支え、サセプタ１００２を横方向の定位置に保持する。代わりに、支持アーム１０１６ｂをサセプタ１００２と一体形成することもできる。
【０１８１】
反応炉４００内でウエハ５１１を処理する過程の一部として、処理過程を開始する前に反応チャンバ４０３内のサセプタ４０２にウエハ５１１を載置し、処理過程が終了した後に反応チャンバ４０３から処理されたウエハ５１１を取り出すことが必要である。ウエハ５１１を反応チャンバ４０３から取り出すとき、またはウエハ５１１を反応チャンバ４０３内へ挿入するとき、サセプタ４０２を（「ホーム」位置と呼ばれる）特定の位置まで回転させることによって、ウエハ５１１を取り除くことが可能となる。ウエハ５１１がサセプタ４０２の上に載置されたとき、もしくはサセプタ４０２から取り除かれたとき、サセプタ４０２は底壁４０１ａの近くの位置へ下降させられる。
【０１８２】
図１６は、サセプタ４０２の上にウエハ５１１をロードするための下降位置にあるサセプタ４０２を表している。複数の取着ロッド、例えば取着ロッド５１２ａ、及び５１２ｂが、底壁４０１ａに取着されている。取着ロッド、例えば取着ロッド５１２ａは、ステンレス鋼もしくは黒鉛から形成されている。抵抗加熱器４０７、石英ガラス層５０８、及びサセプタ４０２には各々、取着ロッド５１２ａに対応する開口部、例えば開口部５３１ａ、５３２ａ、及び５３３ａが形成されている。取着ロッドの端部、例えばウエハ支持ピン５１３ａ、及び５１３ｂに対する取着ロッド５１２ａ及び５１２ｂの端部には各々、円筒形の凹部が形成されており、これらの円筒形の凹部にはウエハ支持ピン、例えばウエハ支持ピン５１３ａ、及び５１３ｂが取着されている。（これ以降、特定の取着ロッド、ウエハ支持ピン、または開口部、例えば取着ロッド５１２ａについて言及する場合以外は、取着ロッド、ウエハ支持ピン、及び開口部は、その符号が図示されていない場合でも、取着ロッド５１２、ウエハ支持ピン５１３、及び開口部５３１、５３２及び５３３について言及しているものとする）。サセプタ４０２が図１６に表された位置にあるとき、取着ロッド５１２は開口部５３１、５３２、及び５３３を貫通しウエハ支持ピン５１３と係合し、ウエハ支持ピン５１３はウエハ５１１を載置するサセプタ４０２の表面の上に上昇する。
【０１８３】
（図１６及び図１７には表されていない）ドア４１３が、容器４０１の一方の側面に形成されており、このドアを通してウエハ５１１が反応チャンバ４０３内へ挿入され、または反応チャンバ４０３から取り出される。ウエハ５１１は、ロボット装置によってまたは手動操作の機械装置によってサセプタ４０２の上に載置されまたはサセプタ４０２から取り除かれる。ロボット装置が用いられる場合、ロボットアームが適切な距離に亘って延出し、ウエハ５１１をサセプタ４０２から持ち上げるかまたはウエハ５１１をサセプタ４０２の所定の位置に正確に配置するようにロボット装置がプログラムされている。手動操作の装置が用いられる場合、アームがストップに当たり、アームが適切に配置されてウエハ５１１をサセプタ４０２から持ち上げるかまたはウエハ５１１をサセプタ４０２に載置するように、ウエハ取扱いアームの動きを制限するべく、機械的なストップが配置されている。このように、何れの装置を用いる場合でも、ウエハ５１１をサセプタ４０２の上に載置するための良好な制御が行われる。
【０１８４】
一旦、ウエハ５１１がウエハ支持ピン５１３の上に載置されると、ウエハ取扱いアームは反応チャンバ４０３から除去され、ドア４１３が閉鎖される。サセプタ４０２は、ウエハ５１１を処理する間サセプタ４０２が保持される位置へ上昇させられる（図１７）。サセプタ４０２が上昇したとき、取着ロッド５１２は開口部５３１、５３２、及び５３３を通して後退する。ウエハ支持ピン５１３は開口部５３３を通して後退する。実際には、ウエハ支持ピン５１３は、ウエハ支持ピン５１３の先細りとなった端部が開口部５３３の先細りとなった区分内に配置されるように後退する。この時点で、ウエハ支持ピン５１３は、ウエハ５１１が載置されるようなサセプタ４０２の表面と同一平面にあり、ウエハ５１１がサセプタ４０２の上に載置された状態となる。
【０１８５】
図２８−Ａは、サセプタ４０２の開口部５３３の先細りとなった区分内に配置されたウエハ支持ピン５１３の詳細断面図であり、この時点で取着ロッド５１２は、ウエハ支持ピン５１３が開口部５３３の先細りとなった区分内に配置されるように十分に後退している。
【０１８６】
図２８−Ｂは、本発明の他の実施例に基づくウエハ支持ピン１１１３の詳細断面図であり、この時点で取着ロッド１１１４はウエハ支持ピン１１１３が配置されるように十分後退している。ウエハ支持ピン１１１３は円筒形のヘッドを備えており、この円筒形のヘッドはサセプタ１１０３に形成された円筒形の凹部１１３３ａ内に配置されている。ウエハ支持ピン１１１３もまた、サセプタ１１０３に形成された開口部１１３３ｂを貫通する円筒形のシャフトを有する。円筒形の凹部が、円筒形のシャフトに形成されており、このシャフト内には取着ロッド１１１４が延出している。代わりに、円筒形のシャフトはより小さい直径を有するように形成されかつ凹部を備えず、取着ロッド１１１４の代わりとなる対応するシャフト内に形成された凹部内に延出してもよい。取着ロッド１１１４及びウエハ支持ピン１１１３は、ウエハ支持ピン５１３及び取着ロッド５１２について上述されたように動作する。
【０１８７】
図２８−Ｃは、本発明の他の実施例に基づくウエハ支持ピン１１２３の詳細断面図であり、この時点で取着ロッド１１２２はウエハ支持ピン１１２３が配置されるように十分後退している。ウエハ支持ピン１１２３は円筒形であり、かつ円錐形の頭部に形成された窪みを有する。ウエハ支持ピン１１２３はサセプタ１１０４に形成された円錐形の凹部１１４３ａに配置されている。取着ロッド１１２２は、サセプタ１１０４を貫通して形成された開口部１１４３ｂ内に延在し、かつウエハ支持ピン１１２３に形成された窪みに嵌合している。取着ロッド１１２２及びウエハ支持ピン１１２３は、ウエハ支持ピン５１３及び取着ロッド５１２についてこれまで説明されたように動作する。
【０１８８】
ウエハ支持ピン５１３、１１１３、及び１１２３は、石英ガラス、シリコンカーバイド、または黒鉛から形成される。好ましくは、ウエハ支持ピン５１３、１１１３及び１１２３はウエハ支持ピン５１３、１１１３、及び１１２３の熱伝達特性がサセプタ４０２、１１０３、及び１１０４の熱伝達特性と等しくなるように、対応するサセプタ４０２、１１０３、及び１１０４（または少なくともウエハ支持ピン５１３、１１１３、及び１１２３を囲繞するサセプタ４０２、１１０３、及び１１０４の領域）と等しい材料から形成される。ウエハ支持ピン５１３、１１１３、及び１１２３は各々、サセプタ４０２、１１０３、及び１１０４の開口部の凹部内に密着して配置されなければならず、これによって反応ガスが開口部内に流れ込むことが防止される。
【０１８９】
以下により詳しく説明されるように、ウエハの寸法が異なる場合、各ウエハの寸法に対してウエハがサセプタ４０２の異なる位置に配置されるので、異なるサセプタ４０２が必要となる。更に、取着ロッド５１２、ウエハ支持ピン５１３、及び開口部５１３、５３２、及び５３３の個数及び位置が、使用される特定のサセプタ４０２に応じて変化する。従って、異なる寸法のウエハを上昇及び下降させるために、異なる取着ロッド５１２が用いられる。
【０１９０】
寸法の異なる各ウエハに対する取着ロッド５１２の位置が図１５に表されている。１２５mm（５インチ）、１５０mm（６インチ）及び２００mm（８インチ）のウエハに対して、取着ロッド５１２ｂ、５１２ｄ、及び５１２ｅが用いられている。所望に応じて取着ロッド５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｅ、及び５１２ｄが２００mm（８インチ）のウエハに用いられる。２５０mm（１０インチ）のウエハに対して、取着ロッド５１２ａ、５１２ｃ、５１２ｆ、及び５１２ｇが用いられている。３００mm（１２インチ）のウエハに対して、取着ロッド５１２ｆ、５１２ｇ、５１２ｈ、及び５１２ｉが用いられている。
【０１９１】
以下により詳しく説明されるように、本発明の他の実施例では、ウエハ囲繞リングがサセプタに形成されたポケット内に配置され、ポケット内に配置された各ウエハ囲繞リングが、少なくともウエハの一部の下に配置される。これらの実施例では、ウエハ支持ピンは上述されたウエハ支持ピンと同様に形成され、サセプタが下降したとき、ウエハ囲繞リングと接触しかつウエハ囲繞リングを持ち上げる。次に、ウエハがウエハ囲繞リング内に載置され、サセプタが上昇し、ウエハがウエハ囲繞リングと密着する。ウエハを処理した後に、サセプタは再び下降し、ウエハ支持ピンがウエハ囲繞リングをサセプタの上に持ち上げる。ウエハ囲繞リングは少なくともウエハの一部分の下に配置されているので、ウエハもまたサセプタの上に上昇し、ウエハを反応チャンバから容易に取り除くことができる。
【０１９２】
図２９は、３枚のウエハを保持するための本発明に基づくサセプタ１１０２の平面図である。以下により詳しく説明されるウエハ囲繞リング１１０１ａ、１１０１ｂ、及び１１０１ｃは、サセプタ１１０２の対応するポケット内に配置されている。サセプタ１１０２はサセプタ支持部９１６の上に載置されている。
【０１９３】
図３０は、サセプタ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｃ、及び１１１２ｄによってサセプタ１１０２の上に持ち上げられたウエハ囲繞リング１１０１ａの概略断面図である。サセプタ支持部９１６は図を明瞭にするために図３０では省略されている。ウエハ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｃ、及び１１１２ｄは、支持ピンプレート１１１５と一体形成されている。代わりに、ウエハ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｃ、及び１１１２ｄはウエハ支持ピンプレート１１１５に溶接されるかまたは支持ピンプレート１１１５に形成された開口部に螺合されてもよい。支持ピンプレート１１１５は、ナット及びボルトによって容器４０１の底壁４０１ａに固着されるか、または底壁４０１ａにピンを用いて留められる。
【０１９４】
ある実施例では、各ウエハ囲繞リング、例えばウエハ囲繞リング１１０１ａの裏側面には、サセプタ１１０２が下降したときに対応するウエハ支持ピン、例えばウエハ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｅ、及び１１１２ｄが取着される窪みが形成されており、ウエハ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｃ、及び１１１２ｄがウエハ囲繞リング１１０１ａと接触する。これに対応して、各ウエハ支持ピン、例えばウエハ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｃ、及び１１１２ｄの各々は、ウエハ囲繞リング１１０１ａに形成された対応する窪みに嵌合する円錐形の頭部を備えている。ウエハ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｃ、及び１１１２ｄは、石英ガラス、黒鉛、セラミック、またはステンレス鋼から形成されている。図には４個のウエハ支持ピンが表されているが、３個または５個もしくはそれ以上の個数のウエハ支持ピンを用いることもできる。
【０１９５】
図１６及び図１７に表されているように、サセプタ支持構造の概ね全ての部分が反応チャンバ４０３内に配置されることはない。シャフト５１６のわずかな部分及び環状シャフト４１９のある部分（サセプタ４０２の位置によって変わる）が、反応チャンバ４０３内に配置される。シャフト５１６の中間部分は、石英ガラス被覆５０７によって囲繞されており、この中間部分はまた、シャフト４１６及びシャフト５１６の底部部分を反応チャンバ４０３に対して密閉している。抵抗加熱器４０７はサセプタ４０７と共に上昇及び下降するので、サセプタ４０２が図１６の下降位置にあるとき、または図１７の上昇位置にあるときに、サセプタ支持構造の概ね大部分が反応チャンバ４０３内に配置されることはない。
【０１９６】
重要なことであるが、電動機４１５及び４１７（図９及び図１０）が反応チャンバ４０３の外側に配置されている。サセプタ４０２を支持し、かつ移動させるための構造の構成要素の大部分が、反応チャンバ４０３の外側に配置されているので、従来の反応炉と比べ、望まれないプロセスガスの堆積が形成される表面が少なくなる。従って、反応炉４００を連続して用いる間に、ウエハ５１１に堆積されたある材料からなる層に悪影響を及ぼし、または反応炉４００の加熱特性を変える、汚染が少なくなる。
【０１９７】
これまで説明されたように、サセプタ４０２を回転させることができる。サセプタ４０２は時計方向もしくは反時計方向に回転させることができる。サセプタ４０２が回転することによって、（サセプタ４０２の回転の軸と一致する点を除く）ウエハ５１１の表面の各点の位置が反応炉４００の動作中に、ウエハ５１１を通過するガス流の平均的な向きに対して連続的に変化する。従って、ウエハ５１１の断層及びずればかりでなく、ウエハ５１１に堆積された膜の不均一性を発生させる熱またはガスの分布の不均一性の影響が概ね除去される。ウエハを特定の位置に配置した場合に比べ、サセプタを回転させることによって、熱の不均一性を除去し若しくはガスをウエハ５１１（図１７）の上側面５１１ａに亘って分布させることができる。典型的には、サセプタ４０２は０．５〜３０ｒｐｍの速度で回転する。正確な速度は、反応炉４００が特定の用途のために設計された後に、「回転」反応炉４００の過程の一部として実験的に決定される。
【０１９８】
図１６及び図１７に表されているように、抵抗加熱器４０７は環状シャフト４１９に取着されており、抵抗加熱器４０７はサセプタ４０２の下の近傍に配置されている。サセプタ４０２が回転することによってサセプタ４０２と抵抗加熱器４０７との間に摩擦が生じ、この摩擦によって望まれない粒子が発生し、かつサセプタ４０２若しくは抵抗加熱器４０７が損傷される可能性があるために、抵抗加熱器４０７とサセプタ４０２は接触させることができないが、理想的には、抵抗加熱器４０７とサセプタ４０２との間は最小の間隔を置いて配置されていることが好ましい。ある実施例では、抵抗加熱器４０７は、サセプタ４０２の下に１．３cm（０．５インチ）離れて配置されている。抵抗加熱器４０７は、反応チャンバ４０３内でサセプタ４０２が上または下に移動するときに、サセプタ４０２と共に上または下に移動するので、抵抗加熱器４０７は、反応チャンバ４０３内のサセプタ４０２の位置とは無関係に、所定の電力レベルに対して、ウエハ５１１に等しい熱量を提供する。
【０１９９】
反応チャンバ４００内でのウエハの処理を開始する時点で、ウエハ５１１の温度をウエハの過度の応力を発生させることなしに、できるだけ迅速かつ均一に上昇させるべくランプ５０５及び抵抗加熱器４０７が熱を供給する。異なる熱量が、ランプ５０５及び抵抗加熱器４０７の各々によって供給される。ランプ５０５及び抵抗加熱器４０７によって供給される熱量は、先行する温度校正に基づいて予め決定されている。反応炉４００内の温度が、センサ、例えば熱電対５２５によって測定された反応炉の動作温度の範囲内に達したときに、ランプ５０５の集合及び抵抗加熱器４０７は別個に、反応炉４００内の測定された温度に基づいて制御され、ウエハ５１１がプロセス温度にさらされたときに、ウエハ５１１全体の温度を概ね均一に保つべく必要な様々な熱量を供給する。
【０２００】
複数のＳＣＲ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ）が、両方の熱源に供給される電流を制御し、各熱源からの熱量を制御する。図９、図１０、第１２図、第１３図、図１４、図１５、図１６、及び図１７に表された本発明の実施例では、７個のＳＣＲが用いられている。ＳＣＲ１及びＳＣＲ２は、抵抗加熱器４０７を制御している。抵抗加熱器４０７が発生する熱量は、抵抗加熱器４０７の発熱要素に印加される電圧及び発熱要素に流れる電流の大きさに比例するので、ＳＣＲ１及びＳＣＲ２は、抵抗加熱器の発熱要素を流れる電流を変化させ、抵抗加熱器４０７によって供給される熱量を減少もしくは増加させる。ＳＣＲ３〜ＳＣＲ７は各々、ランプ５０５の集合を制御する。各ランプ５０５から放射される放射エネルギーは、ランプ５０５に印加された電圧及びランプ５０５を流れる電流に比例する。従って、各ＳＣＲ３〜７ＳＣＲは、関連するランプ５０５の電流を制御し、これらのランプ５０５によって供給される熱量を調節する。
【０２０１】
図３１は、本発明のある実施例に基づくランプ５０５のランプアレイ１２００の概略平面図である。既に明らかなように、１６個のランプ５０５、即ち、５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ、５０５ｄ、５０５ｅ、５０５ｆ、５０５ｇ、５０５ｈ、５０５ｉ、５０５ｊ、５０５ｋ、５０５ｌ、５０５ｍ、５０５ｎ、５０５ｏ、及び５０５ｐが存在する。１６個のランプ５０５によって５つの集合が形成されている。ＳＣＲ３は２個の両側のランプ５０５ａ及び５０５ｂに電力を供給している。ＳＣＲ４は、ランプ５０５の中央の行の４個の外側のランプ５０５ｃ、５０５ｄ、５０５ｍ、及び５０５ｐに電力を供給している。ＳＣＲ５は、ランプ５０５の中央の行の中心部分のランプ５０５ｅ及び５０５ｆに電力を供給している。ＳＣＲ６は、ランプ５０５ｇ、５０５ｉ、５０５ｊに電力を供給し、ＳＣＲ７は、ランプ５０５ｋ、５０５ｌ、５０５ｎ、及び５０５ｏに電力を供給している。
【０２０２】
本発明に基づけば、ランプ５０５は、並列接続若しくは直列接続と並列接続の組合せで接続される。本発明の好適な実施例では、全てのランプ５０５は並列接続され、４８０Ｖの電源から電力を供給される。即ち、２個のランプを直列接続してすべてのランプを接続する場合、ランプ５０５を点灯させるためには９６０Ｖの電源を使用することが必要となる。
【０２０３】
反応炉４００の動作中に、ランプ５０５と抵抗加熱器４０７によって供給される熱量を調節するべく、ランプ５０５と抵抗加熱器４０７はコンピュータによって制御される。動作の開始時点で、反応炉４００が加熱されるとき、コンピュータは、コンピュータ内に記憶されたパラメトリックな情報及び反応炉４００に対して前もって実施された温度校正に基づいてランプ５０５の各集合及び抵抗加熱器を自動的に制御する。校正から得られたパラメトリックな情報は、ＳＣＲ及び抵抗加熱器の電流を変化させるためにコンピュータによって使用され、ウエハ５１１を始めに加熱する間にウエハ５１１全体のほぼ均一な温度を保持するために必要な適切な各時刻の空間的な熱の分布を形成する。
【０２０４】
コンピュータによる制御によって、ウエハ５１１を始めに加熱する間の、様々な電力の上昇率が達成される。本発明のある実施例では、計算機を適切に予めプログラムすることによって、ウエハ５１１を始めに加熱する間に３０種類までの電力の上昇率が達成される。使用される電力の上昇率は、反応炉４００の複数の試験運転から実験的に決定され、ウエハ５１１の温度をほぼ均一に保ち、処理過程に対して適切な場合、ウエハのずれが最小となる。
【０２０５】
反応チャンバ４０３内の温度が、使用されている温度センサが正確に動作する温度のレベルに達したとき（例えば、温度センサとして熱電対５２５が用いられる場合８００〜１１００℃）、コンピュータは上述された自動制御からフィードバック制御に制御を切り替える。検出された温度はコンピュータによってモニタされ、かつランプ５０５及び抵抗加熱器４０７に関する記憶されたパラメトリックな情報に基づいて、ランプ５０５及び抵抗加熱器４０７が発生する熱を適切に制御するべくＳＣＲ及び抵抗加熱器４０７を適切に調節するために用いられ、ウエハ５１１全体の温度分布を予め決められた範囲内に保持する。全てのランプ５０５の電力は同時に増加若しくは減少させられるが、ランプ間の電力の比は固定されており、概ね１以外の値に固定されており、ランプ５０５の電力を増加させることによって、個々のランプの集合の電力は、ランプの集合の（校正時に）予め決められた電力の比に基づいてそれぞれ異なる量だけ増加する。
【０２０６】
図３１のランプ５０５の中央の列の側面図が、第１２図に表されている。列の中心近く（及びサセプタ４０２の中心部分の上）のランプ５０５、例えばランプ５０５ｅ及び５０５ｆは、列の両端のランプ５０５、例えばランプ５０５ｃ及びランプ５０５ｄよりも、サセプタ４０２の表面、従ってウエハ５１１の表面５１１ａ（図１７）から離れて配置されている。従って、ウエハのエッジ５１１ｃでの熱の損失を補い、かつウエハ５１全体の温度を均一に保つべく、より多くの熱がエッジ５１１ｃ（図１７）に供給されるように、ランプ５０５ｃ及び５０５ｄがランプ５０５ｅ及び５０５ｆよりも多くの熱を供給するように動作することが予測されるにも関わらず、ランプ５０５ｅ及び５０５ｆからの熱は、ウエハ５１１の表面に吸収される前に、ランプ５０５ｅ及び５０５ｄから放射された熱にくらべより長い距離を移動しなければならないので、ランプ５０５ｃ及び５０５ｄがより多くの熱を発生させる必要はない。
【０２０７】
抵抗加熱器４０７を用いず、かつ受動熱分配要素７２７（図２１）を含む反応炉４００の実施例では、ウエハ５１１を始めに加熱する間、ランプ５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ及び５０５ｄ（第１２図及び第１３図）は、ウエハ５１１のエッジ５１１ｃに向けられ、ウエハ５１１の中心付近の領域に向けられたランプ５０５ｅ及び５０５ｆよりも、およそ２０〜３０％大きいエネルギーを放射するように制御されている。反応チャンバ４０３がプロセス温度に近づいたとき、ランプ５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ及び５０５ｄは、ランプ５０５ｅ及び５０５ｆのおよそ２倍のエネルギーを放射するように制御される。他のランプ５０５は、ランプ５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ、及び５０５ｄと、ランプ５０５ｅ及び５０５ｆとのエネルギーレベルの間にあるエネルギー量を放射するように制御されている。他のランプ５０５によって放射されるエネルギーの正確な量は、ウエハのずれを最小にし、かつ受容可能な均一な抵抗率を生み出すように実験的に決定されている。ランプの各集合から放射されるエネルギーの量の上述された関係は、ウエハ５１１が加熱されているとき、ウエハ５１１全体（または複数枚のウエハが処理されている場合には各ウエハの全体）の温度が概ね均一となるような関係となっている。
【０２０８】
受動熱分配要素７２７の代わりに、抵抗加熱器４０７（図９、図１０、図１６及び図１７）を含む本発明の他の実施例では、特定のランプ５０５の放射エネルギーの間には同様の関係が存在する。適切な電力の比が、いくつかの校正を実施することによって実験的に決定される。抵抗加熱器４０７が存在しないかまたは動作していない実施例と比べ、中心のランプ５０５ｅ、５０５ｆは、外側のランプ５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ及び５０５ｄよりも多くのエネルギーを放射することが予測される。
【０２０９】
図３１に表されたランプアレイ１２００が、抵抗加熱器４０７を備えた実施例若しくは備えていない実施例の何れにも設けられていることが注目される。ランプアレイ１２００が何れの実施例でも等しく配置され、ウエハ５１１全体に亘って概ね均一な温度が保持されるように、ランプ５０５の各集合の適切な電力比を確定するための温度校正を実施することのみが必要である。
【０２１０】
更に、反応炉４００よりも大きい本発明に基づく反応炉は、ランプアレイ１２００を使用し、ウエハの概ね均一な温度を達成するべくランプの適切な電力比を決定するために温度校正を実施することのみが必要である。そのような大型の反応炉は、反応炉４００が処理することのできるウエハよりもより大型なウエハまたは同時に所定の寸法の複数枚のウエハを処理するために用いられる。
【０２１１】
代わりに、反応炉４００よりも十分に大きい反応炉では、ランプアレイ１２００に更にランプを加えることができる。例えば、１個または複数のランプが、ランプアレイ１２００の両側、即ちランプ５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ及び５０５ｄに隣接して配置される。更に、反応炉４００よりも大型の反応炉では、、ランプアレイ１２００の両端に順番にランプが加えられたとき、隅に発生する「ギャップ」にランプを配置するべく、対角線上に配置されたランプが、ランプアレイ１２００の隅に加えられる。上述された全てのランプアレイに対して、ウエハ５１１の処理が実施される間、ウエハ５１１の概ね均一な温度を達成するためのランプ５０５に対する適切な制御を決定するために、校正が実施される。
【０２１２】
図３２は、本発明の他の実施例に基づくランプアレイ１２５０の概略平面図である。ランプ１２５０ａ〜１２５０ｒは、ウエハが載置されているサセプタ１２０２の表面と直交する方向から眺めたとき、サセプタ１２０２の手前に延在する行に配置されている。ランプ１２５０ｓ及び１２５０ｔは、ランプ１２５０ａ〜１２５０ｒの行の一方の側面に、行と直角に配置されており、ランプ１２５０ｕ及び１２５０ｖは、ランプ１２５０ａ〜１２５０ｒの行のもう一方の側面に行と直行して配置されている。１２５０ｗ〜１２５０ｚの各ランプは、ランプアレイ１２５０の各隅に存在する「ギャップ」に対角線上に配置されている。
【０２１３】
本発明の他の実施例では、サセプタ４０２の下に配置された抵抗加熱器４０７を用いる代わりに、誘導コイルを含むラジオ周波数（ＲＦ）熱源がサセプタ４０２の下に配置されている。図３３−Ａ及び図３３−Ｂは各々、本発明の実施例に基づくサセプタ４０２の下に配置された誘導コイル１３１１の側面図及び平面図である。コイル１３１１は、サセプタ４０２の面と概ね平行な面内に配置されている。図３３−Ａに表されているように、コイル１３１１の巻線は、サセプタ４０２から様々な距離に配置されている。サセプタ４０２のエッジ部分では、コイル１３１１の巻線はサセプタ４０２の近傍に配置されている。サセプタ４０２の中心に向かうに従って、コイル１３１１の巻線はサセプタ４０２から遠ざけられて配置されている。サセプタ４０２の中心付近では、コイル１３１１の巻線は再びサセプタ４０２の近傍に配置されている。
【０２１４】
コイル１３１１に電流が流れるとき、コイル１３１１の近傍に電磁界が誘導される。一方、この電磁界によってサセプタ４０２に電流が誘導される。この電流によってサセプタ４０２が加熱される。一般によく知られているように、サセプタ４０２に分布する電流（及び熱の分布）は、コイル１３１１の巻線間の距離と、コイル１３１１の巻線とサセプタ４０２との間の距離と、コイル１３１１を流れる電流の周波数との関数となっている。従って、これらの変数は、サセプタ４０２の所望の温度分布を達成するように設定されている。
【０２１５】
ＲＦ熱源が用いられる場合、サセプタ４０２は、コイル１３１３を流れる交流電流によって誘導される電磁界からのエネルギーを吸収するべく（石英ガラスではなく）黒鉛から形成されなければならない。黒鉛によって形成されたサセプタ４０２は、サセプタ４０２の上に載置されたウエハ５１１を加熱するエネルギーを吸収するので、抵抗加熱器４０７と石英ガラス製のサセプタ４０２の組合せが用いられている場合よりも、所望の温度レベルを達成するためにより長い時間が必要となる。
【０２１６】
反応炉４００は、１枚のウエハまたは複数枚のウエハを処理するために用いられる。処理される１枚のウエハ若しくは複数枚のウエハがサセプタの凹部に載置されるので、異なる寸法のウエハに対して、凹部の個数及び寸法の異なるサセプタ、例えばサセプタ４０２を用いることが必要である。更に、サセプタ４０２の上に異なる寸法のウエハを上昇させるために異なる個数のウエハ支持ピン５１３（図１６及び図１７）が用いられるので、異なるサセプタ４０２が必要となる。典型的には、異なるサセプタを用いることによって、ウエハの高いスループットを得ることは制限されない。その理由は、特定のウエハの寸法に対するバッチは、通常順番に処理され、必要となるサセプタを交換する回数が最少となっているためである。各サセプタ、例えばサセプタ４０２は、その直径が３５．６cm（１４インチ）であり、その厚さは（ウエハを収容するための凹部以外では）約０．９５〜１．２７cm（０．３７５〜０．５インチ）である。
【０２１７】
サセプタ４０２は石英ガラスから形成されてもよい。サセプタ４０２が、石英ガラスから形成されている場合、ランプ５０５に面したサセプタ４０２の表面は、保温性を増加させるためにビードブラストされている。抵抗加熱器４０７または受動熱分配要素７２７に面したサセプタ４０２の表面は、炎研磨（ｆｌａｍｅ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または機械研磨によって洗浄され、ウエハ５１１への熱がサセプタ４０２を通してより多く伝達されることになる。
【０２１８】
サセプタ４０２の下に配置された熱源が抵抗加熱器４０７からなる本発明の前記実施例では、サセプタ４０２は、抵抗加熱器４０７からの熱をほとんど吸収することのない石英ガラスから形成されていることが好ましい。大部分の熱が、石英ガラスを通してウエハ５１１に伝達されるために、１枚のウエハまたは複数枚のウエハが比較的迅速に（１５〜３０秒で）加熱される。
【０２１９】
ＲＦ熱源がサセプタ４０２の下に配置されている本発明の実施例では、サセプタ４０２は、ＲＦエネルギーを吸収し、かつウエハ５１１に伝達される熱を発生する黒鉛によって形成されていなければならない。サセプタ４０２が黒鉛から形成されている場合、サセプタ４０２はウエハ５１１がサセプタ４０２の上に配置されたとき炭素によってウエハ５１１が汚染されることを防止するべく、サセプタ４０２はシリコンカーバイドの薄い膜によって被覆されている。
【０２２０】
これまでの説明からも明らかなように、ウエハ５１１の全体に亘って均一な温度を保持することは、ウエハ５１１を正確に処理するために重要である。特に、ウエハ５１１の端部５１１ｃでは、反応チャンバ４０３内の周囲温度の雰囲気へのウエハ５１１の熱の放散は、エッジ５１１ｃでの大きい熱の変化を形成し、エピタキシャル層の「ずれ」と呼ばれる好ましくない現象を生み出す。従って、ウエハ５１１のエッジ５１１ｃの温度を調節する手段が特に必要となる。
【０２２１】
図３４−Ａ及び図３４−Ｂは各々、本発明のある実施例に基づく、ポケット１４０３内にウエハ囲繞リング１４０１及びウエハ１４０４が配置されるサセプタ４０２の平面図及び側面図である。ウエハ囲繞リング１４０１の中心には開口部が形成されている。棚が開口部に隣接して形成され、かつウエハエッジ接触面１４０１ｆとウエハ背面接触面１４０１ｅとによって画定されている。ウエハ囲繞リング１４０１は、ウエハ囲繞リング１４０１のウエハ背面接触面１４０１ｅがスピンドル１４０２のウエハ背面接触面１４０２ａとほぼ同一平面となるように、スピンドル１４０２の周りに配置されている。
【０２２２】
スピンドル１４０２は、サセプタ４０２と一体形成されるかまたはポケット１４０３内に配置される別個の部品として形成されてもよい。以後、本発明の以下の説明では、「スピンドル」は、サセプタのポケットの中心に配置され、かつサセプタと一体的に形成されたまたは別個に形成された構成要素を表している。「サセプタインサート」は、サセプタのポケットの中心に配置され、かつサセプタとは別個に形成された構成要素を表している。更に、本明細書で典型的に用いられているように、「スピンドル」は、「サセプタインサート」よりも大きな厚さを有する構成要素を表し、しかし、これはある場合では必ずしも必要なことではなく、スピンドル及びサセプタインサートが等しい厚さを有してもよい。一般的に、「スピンドル」と「サセプタインサート」は、概ね等しい構成要素を表し、「スピンドル」若しくは「サセプタインサート」を用いることによって、任意の厚さを備え、かつサセプタと別個に形成された構成要素若しくはサセプタと一体形成された構成要素を表している。
【０２２３】
ウエハ１４０４は、ウエハ囲繞リング１４０１のウエハ背面接触面１４０１ｅ及びスピンドル１４０２のウエハ背面接触面１４０２ａの上に載置されており、ウエハ１４０４の上側面１４０４ａはウエハ囲繞リング１４０１の環状の上側面１４０１ｄよりわずかに低い位置に配置されている。
【０２２４】
ウエハ囲繞リング１４０１は、アメリカ合衆国ミシガン州ミッドランドのミッドランド・マテリアルズ・リサーチ（Ｍｉｄｌａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ）から入手することができる。ウエハ囲繞リングは、黒鉛またはシリコンカーバイドのような比較的低い熱伝導率を有する材料から形成されている。ウエハ囲繞リングが黒鉛から形成されている場合、ウエハ囲繞リング１４０１はシリコンカーバイドによって被覆されている。シリコンカーバイドは、黒鉛が剥離することによるウエハ表面への炭素の混入を防止するので、シリコンカーバイドによって、粒子による汚染が最小となる。シリコンカーバイドの被膜は、黒鉛から炭素が剥離することによるウエハ１４０４の汚染を防ぐために十分な厚さを有するように形成されている。シリコンカーバイドの被膜の正確な厚さは、ミッドランド・マテリアルズ・リサーチの専有の情報である。
【０２２５】
本発明の更に他のいくつかの実施例では、様々な構成要素、例えばウエハ囲繞リング、スピンドル、及びサセプタインサートが黒鉛から形成されている。これらの構成要素の内の１つが黒鉛から形成されている場合、その構成要素を上述された理由から、上述されたようにシリコンカーバイドで被覆することが好ましい。
【０２２６】
例えば、２００mm（８インチ）のウエハを保持するために十分な大きさを有するポケット１４０３を備えた直径３５６mm（１４インチ）のサセプタ１４０２では、ウエハ囲繞リング１４０１の環状の上側面１４０１ｄの幅１４０１ａは、３．１８mm（０．１２５インチ）であり、ウエハ１４０４の下のウエハ囲繞リング１４０１の厚さ１４０１ｂは２．５４mm（０．１０インチ）であり、ウエハ囲繞リング１４０１の外側エッジ面１４０１ｇと内側エッジ面１４０１ｈとの間の幅１４０１ｃは、１５．２mm（０．６０インチ）である。幅１４０１ａ、厚さ１４０１ｂ及び幅１４０１ｃはその他の値であってもよい。
【０２２７】
スピンドル１４０２は、黒鉛、シリコンカーバイドまたは石英ガラスから形成される。黒鉛及びシリコンカーバイドは、ウエハ１４０４の裏側面１４０４ｂへの熱の伝達をより大きくし、かつウエハ１４０４の裏側面１４０４ｂからの熱の伝達を防止するために望ましいものである。石英ガラスは、ウエハ１４０４の裏側面１４０４ｂへ熱をほとんど伝達せず、かつウエハ１４０４の裏側面１４０４ｂからの熱の伝達を防止する。しかし、熱の損失は、主にウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃで問題となるので、スピンドル１４０２、即ちウエハ１４０４の中心部分の下に石英ガラスを用い、かつウエハ囲繞リング１４０１、即ちウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃの下及び周囲に、黒鉛若しくはシリコンカーバイドを用いることによって、ウエハ１４０４の好ましい温度の均一性が提供される。
【０２２８】
ウエハ囲繞リング１４０１（及び以下に説明される本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング）は、ウエハ１４０４をサセプタ４０２のポケット１４０３内の定位置に保持する。特に、ウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃの周囲にウエハ囲繞リング１４０１を配置することによって、ウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃ付近の温度を、ウエハ１４０４の他の部分の温度と概ね等しくすることができる。
【０２２９】
図３５−Ａは、本発明の他の実施例に基づく、ポケット１４０３内にウエハ囲繞リング１４０１、サセプタインサート１４１７、スピンドル１４１２及びウエハ１４０４が配置されたサセプタ４０２の断面図である。ウエハ囲繞リング１４０１がポケット１４０３の定位置に配置された後に、サセプタインサート１４１７は、ウエハ囲繞リング１４０１の中心にウエハ囲繞リング１４０１を貫通して形成された開口部内のポケット１４０３内の定位置に配置される。サセプタインサート１４１７の厚さの３倍の厚さを備えたスピンドル１４１２が、ウエハ囲繞リング１４０１の開口部内でサセプタインサート１４１７の上に配置され、スピンドル１４１２のウエハ接触面１４１２ａが、ウエハ囲繞リング１４０１のウエハ接触面１４０１ｅと概ね同一平面に配置される。ウエハ１４０４は、ウエハ囲繞リング１４０１のウエハ接触面１４０１ｅとスピンドル１４１２のウエハ接触面１４１２ａとの上のウエハ囲繞リング１４０１内に載置されている。
【０２３０】
スピンドル１４１２及びサセプタインサート１４１７は、石英ガラス、シリコンカーバイドまたは黒鉛から形成される。典型的には、スピンドル１４１２とサセプタインサート１４１７の一方が石英ガラスから形成され、もう一方が黒鉛またはシリコンカーバイドから形成される。
【０２３１】
サセプタインサート１４１７は、硬質のプレートまたは柔軟な布から形成されてもよい。本発明のある実施例では、サセプタインサート１４１７はシリコンカーバイドで被覆された板状のプレートからなり、全体の厚さは約３．１８mm（０．１２５インチ）である。
【０２３２】
本発明の他の実施例では、サセプタインサート１４１７は、厚さ０．００２５mm（０．０００１インチ）から３．１８mm（０．１２５インチ）の板状のシリコンカーバイドから形成されている。シリコンカーバイド製のプレートは、上述された黒鉛製のプレートよりも薄いものであってよく、この理由はプレートが、本発明に基づく反応炉を用いる製造過程の高温度にさらされたとき、シリコンカーバイド製のプレートが黒鉛製のプレートよりも湾曲に対する耐性が高いためである。薄いシリコンカーバイド製のプレートによって、ウエハ１４０４をより急速に加熱及び冷却することが可能となる。しかし、黒鉛製のプレートの製造コストはシリコンカーバイド製のプレートの製造コストよりも低い。
【０２３３】
本発明の更に他の実施例では、サセプタインサート１４１７はシリコンカーバイド製の布からなる。シリコンカーバイド製の布はシリコンカーバイド製のプレートよりもその製造コストが低いが、しかしプレートと比べより多くの粒子による汚染を生み出す。
【０２３４】
図３５−Ｂは、本発明の他の実施例に基づくサセプタ４０２のポケット１４０３に配置されたウエハ囲繞リング１４２１と、スピンドル１４２２と、ウエハ１４０４の断面図である。ウエハ囲繞リング１４２１は、サセプタ４０２のポケット１４０３のスピンドル１４２２の周囲に配置されている。ウエハ囲繞リング１４０１（図３４−Ａ〜図３５−Ａ）とは異なり、ウエハ囲繞リング１４１２はその中心に形成された自己整合開口部を備えていない。しかし、ウエハ囲繞リング１４２１の内側のエッジ面１４２１ｃ及び外側のエッジ面１４２１ｄは、ウエハ囲繞リング１４２１の上側面１４２０ａから下側面１４２１ａへ各々延在している。ウエハ１４０４は、スピンドル１４２２のウエハ背面接触面１４２２ａの上に載置されており、かつウエハ囲繞リング１４２１の内側エッジ面１４２１ｃと、ウエハ１４０４のエッジ１４０４ｃとが接触することによって横方向の定位置に保持されている。
【０２３５】
スピンドル１４２２はサセプタ４０２と一体形成されるかまたは別個の部品として形成され、ポケット１４０３内に配置される。スピンドル１４２２は、黒鉛、シリコンカーバイドまたは石英ガラスから形成されている。スピンドル１４２２がサセプタ４０２と一体形成されている場合、スピンドル１４２２はサセプタ４０２と等しい材料から形成されている。ウエハ囲繞リング１４２１は、シリコンカーバイドまたは黒鉛から形成されている。
【０２３６】
図３５−Ｃは、本発明の他の実施例に基づく、サセプタ４０２のポケット１４０３内に配置されたウエハ囲繞リング１４２１、サセプタインサート１４３７、スピンドル１４３２及びウエハ１４０４の断面図である。ウエハ囲繞リング１４２１はポケット１４０３内に配置されている。サセプタインサート１４３７は、ウエハ囲繞リング１４２１を貫通して形成された開口部内に配置されている。スピンドル１４３２は、ウエハ囲繞リング１４２１の中心に形成された開口部内のサセプタインサート１４３７の上に配置されている。ウエハ１４０４は、スピンドル１４３２のウエハ背面接触面１４３２ａの上に載置され、かつウエハ囲繞リング１４２１の内側エッジ面１４２１ｃとウエハ１４０４のエッジ１４０４ｃとが接触することによって横方向に保持されている。
【０２３７】
ウエハ囲繞リング１４２１、サセプタインサート１４３７及びスピンドル１４３２は、ウエハ囲繞リング１４０１、サセプタインサート１４１７及びスピンドル１４１２（図３５−Ａ）と等しい材料から形成されている。更に、サセプタインサート１４１７と同様に、サセプタインサート１４３７は柔軟な布若しくは硬質のプレートの何れか一方によって形成されている。
【０２３８】
図３６−Ａは、本発明の他の実施例に基づく、サセプタ４０２のポケット１４０３内に配置されたウエハ囲繞リング１４４１とウエハ１４０４の断面図である。ウエハ囲繞リング１４４１はポケット１４０３内に配置されている。ウエハ背面接触面１４４１ａとウエハエッジ接触面１４４１ｂとによって、ウエハ囲繞リング１４４１に凹部が画定されている。ウエハ１４０４は、ウエハ１４０４の上側面１４０４ａが、ウエハ囲繞リング１４４１の上側面１４４１ｃよりもわずかに低くなるようにウエハ囲繞リング１４４１の凹部内に配置されている。ウエハ囲繞リング１４４１は、シリコンカーバイド若しくは黒鉛から形成されている。
【０２３９】
図３６−Ｂは、本発明の他の実施例に基づく、サセプタ４０２のポケット１４０３内に配置されたサセプタインサート１４５７、ウエハ囲繞リング１４５１及びウエハ１４０４の断面図である。サセプタインサート１４５７は、ポケット１４０３内に配置され、ポケット１４０３の底面全体を覆っている。ウエハ囲繞リング１４５１は、ポケット１４０３内のサセプタインサート１４５７の上に配置されている。ウエハ背面接触面１４５１ａとウエハエッジ接触面１４５１ｂとによって、ウエハ囲繞リング１４５１内に凹部が画定されている。ウエハ１４０４は、ウエハ１４０４の上側面１４０４ａが、ウエハ囲繞リング１４４１の上側面１４５１ｃよりもわずかに低くなるようにウエハ囲繞リング１４５１の凹部内に配置されている。
【０２４０】
ウエハ囲繞リング１４５１は、ウエハ囲繞リング１４４１（図３６−Ａ）と等しい材料から形成される。サセプタインサート１４５７は、黒鉛から形成される。上述されたように、サセプタインサート１４５７は、柔軟な布若しくは硬質のプレートから形成されている。
【０２４１】
図３７−Ａは、サセプタ４０２（図３４−Ａ〜図３６−Ｂ）のポケット１４０３内に配置される、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング１４０１、スピンドル１４３３、サセプタインサート１４１７及びウエハ１４０４の断面図である。図３４−Ｂに関して既に説明されたように、スピンドル１４３３は別個の部品として形成されるか、若しくはサセプタ４０２と一体形成される。図３５−Ａのスピンドル１４１２とサセプタインサート１４１７の位置が、図３７−Ａのスピンドル１４３３とサセプタインサート１４１７の位置と逆になっていること以外は、図３７−Ａの構成は、図３５−Ａの構成と等しい。図３５−Ａに関してなされたこれまでの説明は、図３７−Ａに関しても適用される。これまで説明されたように、スピンドル１４３３及びサセプタインサート１４１７は、任意の所望の厚さを有してよく、ある実施例では等しい厚さを有する。
【０２４２】
図３７−Ｂは、サセプタ４０２（図３４−Ａ〜図３６−Ｂ）のポケット１４０３内に配置される、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング１４０６及びウエハ１４０４の断面図である。ウエハ囲繞リング１４６１は、キャビティ１４６１ａがその裏側面１４６１ｂに形成されている以外は、ウエハ囲繞リング１４４１（図３６−Ａ）と等しい。
【０２４３】
キャビティ１４６１ａは、ウエハ１４０４が載置されるウエハ囲繞リング１４６１の上側面１４６１ｄに形成された凹部１４６１ｃと対称的に形成されていることが好ましい。キャビティ１４６１ａはその全体に亘って均一な深さを有し、図３７−Ａの面と直交する方向から眺めた場合、キャビティ１４６１ａは長方形の断面を有する。ある実施例では、サセプタ４０２のシャフト５１６（図１６及び図１７）と平行な方向から眺めた場合、キャビティ１４６１ａが円筒形の形状を有するようにキャビティ１４６１ａは円形の断面を有するが、しかし他の形状の断面、例えば正方形を有してもよい。
【０２４４】
図３７−Ｃは、サセプタ４０２（図３４−Ａ〜図３６−Ｂ）のポケット１４０３内に配置される、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング１４７１及びウエハ１４０４の断面図である。ウエハ囲繞リング１４７１は、キャビティ１４７１ａがキャビティ１４６１ａとは異なり、その全体に亘って等しい深さを備えていないこと以外はウエハ囲繞リング１４６１と等しい。キャビティ１４７１ａの深さは、キャビティ１４７１ａのエッジ部分からキャビティ１４７１ａの中心に向けて段階的に増加しているので、図３７−Ｃと直交する方向から眺めた場合、キャビティ１４７１ａは三角形の形状を有する。ある実施例では、サセプタ４０２のシャフト５１６（図１６及び図１７）と直交する方向から眺めた場合、キャビティ１４６１ａが円錐形であるようにキャビティ１４７１ａは円形の断面を有するが、他の断面の形状、例えば正方形を有してもよい。
【０２４５】
本発明に基づく他のウエハ囲繞リングには、ウエハ囲繞リング１４６１及び１４７１に関して例示された形状以外のキャビティを形成することもできる。一般的に、キャビティは、ウエハ１４０４の裏側面１４０４ｂ（図３４−Ｂ）の温度が均一に保持される任意の形状に形成される。
【０２４６】
図３８及び図３９は各々、サセプタ４０２（図３４−Ａ〜図３６−Ｂ）のポケット１４０３内に配置される、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング１４８１、スピンドル１４０２及びウエハ１４０４の断面図及び平面図である。ウエハ１４０４は、ウエハ囲繞リング１４８１を明瞭に表すために図３９では省略されている。既に説明されたように、スピンドル１４０２は、サセプタ４０２のポケット１４０３内に配置される別個の部品として形成されるかまたはサセプタ４０２と一体形成される。ウエハ囲繞リング１４８１及びスピンドル１４０２は、上述されたように、ウエハ囲繞リング１４０１及びスピンドル１４０２（図３４−Ａ及び図３４−Ｂ）を形成する材料から形成されている。
【０２４７】
ウエハ囲繞リング１４０８の全体的な形状は、ウエハ囲繞リング１４０１と等しい。しかし、ウエハ囲繞リング１４０８のウエハ背面接触面１４８１ｂに溝１４８１ａが形成されている。溝１４８１ａは、スピンドル１４０２が配置されるウエハ囲繞リング１４８１の中心に形成された開口部と同中心に前記開口部の周辺に円形の形状を有して形成されている。
【０２４８】
図４０は、サセプタ４０２（図３４−Ａ〜図３６−Ｂ）のポケット１４０３に配置される、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング１４８２及びスピンドル１４０２の平面図である。ウエハ囲繞リング１４８２を明瞭に図示するために、ウエハ１４０４は図４０では省略されている。ウエハ囲繞リング１４８２は、溝１４８２ａが、ウエハ囲繞リング１４８１の溝１４８１ａのように円形の形状を有するのではなく、ウエハ囲繞リング１４８１の中心に形成された開口部から半径方向に延在して形成されている以外はウエハ囲繞リング１４８１と等しい。
【０２４９】
ウエハ囲繞リング１４８１及び１４８２に各々溝１４８０ａ及び１４８２ａを形成することによって、ウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃで、ウエハ１４０４の裏側面１４０４ｂ（図３８）に向かい合うウエハ囲繞リング１４８１または１４８２の表面積が大きくなる。従って、溝が形成されない場合と比べ、ウエハ１４０４と、ウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃ付近のウエハ囲繞リング１４８１若しくは１４８２との間のより良好な熱の伝達が達成され、上述されたウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃでの熱の損失の問題を解決することが援助され、かつウエハ１４０４全体に亘る均一な温度を保持することが可能となる。
【０２５０】
溝１４８１ａおよび１４８２ａは、フライス削りによって形成される。例えば、溝１４８１ａ及び１４８２ａは０．７６mm（０．０３０インチ）の厚さ及び０．１５mm（０．０２０インチ）の幅を有する。より一般的には、溝１４８１ａ及び１４８２ａは、ウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃ付近の温度の均一性を保持することのできる任意の幅及び深さを有するように形成することができる。
【０２５１】
図３９には２個の溝１４８１ａが、図４０には３９個の溝１４８２ａが各々例示されているが、図３９及び図４０に例示された何れの実施例でも任意の個数の溝を形成することができる。更に、図３８に例示された溝１４８１ａは正方形の断面を有するが、溝１４８１ａ及び溝１４８２ａの何れも、他の形状の断面、例えば長方形若しくはＶ型の形状の断面を有してもよい。更に、溝１４８１ａはウエハ囲繞リング１４８１の中心に形成された開口部の周囲に連続的な円形の形状を有するように形成されているが、連続的な形状を有することは必ずしも必要ではない。溝１４８２ａは、図４０に示されているように、ウエハ１４０４を保持する凹部の外側端部１４８２ｂからウエハ囲繞リング１４８２の内側エッジ１４８２ｃに形成されたものでなくてもよい。
【０２５２】
図４１−Ａは、サセプタ４０２（図３４−Ａ〜図３６−Ｂ）のポケット１４０３内に配置される、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング１４９１及びウエハ１４０４の断面図である。ウエハ囲繞リング１４９１では、ウエハ１４０４が載置される凹部は、上述された実施例の平坦な棚ではなく、傾斜した棚１４９１ａを有する。
【０２５３】
図４１−Ｂは、処理中に加熱されたウエハ１４０４が湾曲した状態を例示した、ウエハ囲繞リング１４９１及びウエハ１４０４の断面図である。傾斜した棚１４９１ａを形成することによって、ウエハ１４０４が湾曲したときに、ウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃ付近の領域を、湾曲した棚１４９１ａと接触した状態に保持することが可能となる。従って、ウエハ囲繞リングの棚が平坦な場合と比べ、ウエハ１４０４のエッジ部分１４０４ｃの領域をより均一な温度に保持することができる。傾斜した棚１４９１ａの角度は、加熱中に湾曲したウエハ１４０４のエッジ部分の近傍の角度と概ね一致するように選択されていることが好ましい。例えば、この角度は、１５０mm（６インチ）のウエハに用いられるウエハ囲繞リングでは約４．７°であり、２００mm（８インチ）のウエハに用いられるウエハ囲繞リングでは約４．１°である。
【０２５４】
図４１−Ａ及び図４１−Ｂには表されていないが、スピンドルは、ウエハ囲繞リング１４９１の中心に形成された開口部内のウエハ１４０４の下に配置される。更に、スピンドルは、ウエハ１４０４が加熱されて湾曲したときに、ウエハ１４０４の予測される曲率に一致するような形状を備えたウエハ１４０４に隣接する表面を有する。
【０２５５】
図４１−Ｃは、本発明の他の実施例に基づく、ウエハ囲繞リングの断面図である。ウエハ囲繞リング１４９２は、ウエハ１４０４が配置される傾斜した棚１４９２ａを備えている。更に、傾斜した棚１４９２ａには円形の溝１４９２ｂが形成されている。溝１４９２ｂは、溝１４８１ａ（図３８及び図３９）に関して説明された効果と等しい効果を提供する。溝１４９２ｂはまた、図４０に例示されたように傾斜した棚１４９２ａに放射状に形成されてもよい。溝１４９２ｂは、溝１４８１ａ及び１４８２ｂに関して説明された方法と等しい方法を用いて形成される。溝１４９２ｂの寸法は、溝１４８１ａ及び１４８２ａに関して説明されたように決定される。
【０２５６】
図３４−Ａ〜図４１−Ｃの上述された実施例では、ウエハ囲繞リング、スピンドル及びサセプタインサートの前記特定の寸法は、ずれを最小にし、かつウエハ１４０４のほぼ均一な温度を保持するべく、実験的に決定されている。更に、シリコンカーバイド若しくは黒鉛の代わりに石英ガラスが用いられている場合、そのような材料は、それらの材料の好ましくない熱慣性（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｅｒｔｉａ）と黒鉛若しくはシリコンカーバイドの好ましい熱保持力（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｔａｎｔｉｏｎ）とを比較することによって決定される。更に、スピンドル若しくはウエハ囲繞リングが石英ガラスから形成されている場合、石英ガラスの表面はビードブラスト若しくは洗浄される。石英ガラスの表面をビードブラストすることによって、熱保持力が増加する。更に、図３４−Ａ〜図４１−Ｃでは、１枚のウエハがサセプタの上に載置された本発明の実施例が例示されているが、上述された構造の１つをウエハが載置される各ポケット内に配置することによって、上述された構造を１枚以上のウエハが載置されるサセプタに用いることもできる。
【０２５７】
図４２−Ａ及び図４２−Ｂは、本発明のある実施例に基づく、ウエハ囲繞リングのＣ型区分１４９５の平面図及び側断面図である。本発明に基づくウエハ囲繞リングは、Ｃ型区分１４９５と、前記Ｃ型区分１４９５と嵌合して円形のウエハ囲繞リングを形成する（図示されていない）補完的な区分の２つの部分から形成されている。ウエハは、ウエハ囲繞リングの上側面１４９５ｇよりも低い位置にあるウエハ背面接触面１４９５ｆの上に載置される。窪み１４９５ａ、１４９５ｂ、１４９５ｃ、及び１４９５ｄが、Ｃ型区分１４９５のサセプタ接触面１４９５ｅに形成されている。
【０２５８】
図２８−Ａ及び図２８−Ｂに関して既に説明されたように、サセプタが下降したとき、ウエハ支持ピン１１１２ａ、１１１２ｂ、１１１２ｃ、及び１１１２ｄが窪み１４９５ａ、１４９５ｂ、１４９５ｃ及び１４９５ｄと接触し、Ｃ型区分１４９５をサセプタから離れるように持ち上げる。ウエハ背面接触面１４９５ｆの上に載置されたウエハは、Ｃ型区分１４９５と共に持ち上げられる。しかし、Ｃ型区分１４９５が持ち上げられたとき、補完的な区分はサセプタ内に留まる。こうして、補完的な区分が嵌合されていた場所に開いた領域が形成され、この開いた領域を通してロボットアーム若しくはウエハ取扱いシステムがＣ型区分１４９５からウエハを持ち上げかつ移動させる。
【０２５９】
サセプタ接触面１４９５ｅが、ウエハ背面接触面１４９５ｆと上側面１４９５ｇとからなる部分の幅よりも短い幅を有するように、Ｃ型区分１４９５の内側エッジ面１４９５ｈと外側エッジ面１４９５ｉは各々傾斜して形成されている。サセプタのポケットの側面は、Ｃ型区分１４９５の内側エッジ面１４９５ｈと外側エッジ面１４９５ｉに一致するように傾斜して形成されている。Ｃ型区分１４９５とサセプタとの間の境界面を傾斜させることによって、Ｃ型区分１４９５がサセプタの上に配置されたとき、Ｃ型区分１４９５が好適に密閉され、ガスがＣ型区分１４９５とサセプタとの間から漏洩しかつウエハの裏側面を汚染することが防止される。境界面を傾斜させることによって、サセプタへのウエハ囲繞リングの配置及びサセプタからのウエハ囲繞リングの除去がより容易となる。補完的な区分もまた等しい傾斜した表面を有する。
【０２６０】
Ｃ型区分１４９５の開いた端部のエッジ１４９５ｊ及び１４９５ｋも、ウエハ背面接触面１４９５ｆ及び上側面１４９５ｇからサセプタ接触面１４９５ｅへ向けて内側に傾斜して形成されている。ウエハ囲繞リングの補完的な区分には、対応する傾斜したエッジが形成されている。Ｃ型区分１４９５と補完的な区分との間の境界面を傾斜させることによって、Ｃ型区分の補完的な区分に対する良好な密閉が形成される。ウエハをローディングまたはアンローディングするためにサセプタが降下したとき、Ｃ型区分１４９５が補完的な区分を持ち上げることのないように、エッジ１４９５ｊ及び１４９５ｋは内側に傾斜していなければならない。補完的な区分は、補完的な区分及びサセプタに形成された対応する開口部内に嵌合するピンによってサセプタの上の横方向の定位置に保持されている。
【０２６１】
他の実施例では、Ｃ型区分１４９５、サセプタのポケットの側壁、及び補完的な区分には、傾斜したエッジではなく垂直なエッジが形成されている。
【０２６２】
図４３は、Ｃ型区分１４９８及び補完的な区分１４９９を含む、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング１４９７の平面図である。Ｃ型区分１４９８はリム１４９８ａ及びフロア１４９８ｂを含む。同様に、補完的な区分１４９９はリム１４９９ａ及びフロア１４９８ｂを含む。ウエハ囲繞リング１４９７は、フロア１４９８ｂ及び１４９９ｂが、図４２−Ａ及び図４３のウエハ囲繞リングのようにウエハの一部分の下に配置されているのではなく、ウエハの下全体に延在していること以外は図４２−Ａ及び図４２−Ｂに関して説明されたウエハ囲繞リングと等しい。
【０２６３】
反応炉４００では、処理中のウエハ全体の温度を概ね均一に保とうとする場合、処理中のウエハをその外側に載置することのできない、概ね温度の均一な領域が反応チャンバ４０３の中心部分に存在する。しかし、この温度の概ね均一な領域内では、ウエハはサセプタ４０２の上の任意の位置に載置されてよい。図４４−Ａ、図４４−Ｂ、及び図４４−Ｃは、ウエハを載置するための３通りの可能な方法を例示した、反応炉４００に用いるための３個のサセプタ１５０２、１５２２及び１５４２の平面図である。
【０２６４】
図４４−Ａでは、ウエハ１５１１の中心１５１１ａがサセプタ１５０２の中心１５０２ａと一致しないようにウエハ１５１１が載置されている。ある実施例では、中心１５１１ａは中心１５０２ａから５．０８cm（２インチ）離れている。反応炉４００内に形成された温度の均一な広い領域によって、ウエハ１５１１がサセプタ４０２の中心に配置されていない場合、即ちウエハ１５１１が反応チャンバ１４０３の中心に配置されていない場合でも、ウエハ１５１１全体の温度が概ね均一に保持される。このようにウエハを中心から離して配置することは、サセプタ１５０２を適切な位置で回転させた場合、ウエハ１５１１をローディング及びアンローディングするためにウエハローディングアームが移動する距離を最小とし、様々な問題（例えばサセプタ１５０２とウエハ１５１１の不整合）がウエハ取扱い過程で発生する確率を減少させる。
【０２６５】
図４４−Ｂでは、ウエハ１５３１は、その中心１５３１ａがサセプタ１５２２の中心１５２２ａと一致するように載置され、従って、ウエハ１５３１は反応チャンバ４０３の概ね均一な温度の領域の中心に載置されている。このようにウエハをサセプタの中心に載置することによって、サセプタ１５２２の上に載置されているウエハ１５３１を、サセプタ１５０２の上に載置されているウエハ１５１１よりも大型にすることができる。
【０２６６】
図４４−Ｃでは、ウエハ１５５１、１５５２及び１５５３は、サセプタ１５４２の上に対称的に載置されている。ある実施例では、ウエハ１５５１、１５５２、及び１５５３の中心１５５１ａ、１５５２ａ及び１５５３ａは、各々、サセプタ１５４２の中心１５４２ａから９．６０９cm（３．７８３インチ）離れて配置されている。ウエハ１５５１、１５５２、及び１５５３の中心１５５１ａ、１５５２ａ及び１５５３ａは各々、サセプタ１５４２の周方向に互いに１２０°の角度αをなして載置されている。同時に複数枚のウエハが処理されるので、ウエハ１５５１、１５５２及び１５５３を反応チャンバ４０３の概ね均一な温度の領域内に保持するために、ウエハ１５５１、１５５２、及び１５５３の最大の寸法は、図４４−Ｂのウエハ１５３１の最大の寸法より小さくなっている。
【０２６７】
図４４−Ａ、図４４−Ｂ及び図４４−Ｃには、１枚または３枚のウエハが載置されたサセプタが例示されているが、本発明に基づく反応炉では、４枚以上のウエハが載置されるサセプタを用いることもできる。しかし、同時に処理することのできるウエハの枚数は、処理されるウエハの寸法によって限定される。
【０２６８】
図４５及び図４６は、各々、３枚の１５０mm（６インチ）のウエハ１５７１ａ、１５７１ｂ及び１５７１ｃと、１枚の２００mm（８インチ）のウエハ１５９１が載置された、反応炉４００で用いられるサセプタ１５６２と１５８２の平面図である。図４５では、開口部１５６３ａ、１５６３ｂ、１５６３ｃ、１５６３ｄ、１５６３ｅ、１５６３ｆ、１５６３ｇ、１５６３ｈ、及び１５６３ｉがサセプタ１５６２を貫通して形成されており、これらの開口部を通してウエハ支持ピン５１３が延出し、ウエハ１５７１ａ、１５７１ｂ及び１５７１ｃをサセプタ１５６２の上に上昇させる。各ウエハ１５７１ａ、１５７１ｂ、及び１５７１ｃはサセプタ１５６２を回転させることによって上昇し、ウエハ１５７１ａ、１５７１ｂまたは１５７１ｃが、取着ロッド５１２ｂ、５１２ｃ、及び５１２ｄ（図１５）の上の定位置に配置される。図４６では、開口部１５８３ａ、１５８３ｂ、１５８３ｃ、１５８３ｄ及び１５８３ｅがサセプタ１５８２を貫通して形成されており、これらの開口部を通してサセプタ支持ピン５１３が延出し、ウエハ１５９１をサセプタ１５８２の上に上昇させる。ウエハ１５９１は、サセプタ１５８２を回転させることによって上昇し、ウエハ１５９１が取着ロッド５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、５１２ｄ、及び５１２ｅの上の定位置に配置される。取着ロッド５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、及び５１２ｄ若しくは取着ロッド５１２ｂ、５１２ｃ、及び５１２ｅをウエハ１５９１を上昇させるために用いてもよい。
【０２６９】
上述されたように、ガスパネルからの反応ガスは、ガス入口管４０８ａを通り、かつガス注入ヘッド、例えばガス注入ヘッド４１４若しくはガス注入噴出孔４２１を通って反応チャンバ４０３内に供給され、かつ排気ライン４０９ａ、４０９ｂ、及び４０９ｃを通って反応炉４００から、ガスを大気中に排気する前に浄化するスクラバへ排気される。上述された反応炉では、ガス供給システムとスクラバを制御するために２つのコンピュータが用いられている。
【０２７０】
図４７は、１台のコンピュータ１６１０がガスパネル１６０１及びスクラバ１６０６を制御するために用いられている、本発明に基づく反応炉１６００の概略図である。反応ガスは、ガス入口１６０２を通してガスパネル１６０１から反応チャンバ１６０３に供給されている。ガスは反応チャンバ１６０３内を流れウエハ１６０４に達し、ガス排気孔１６０５を通してスクラバ１６０６へ排気されている。スクラバ１６０６はガスを浄化し、かつスクラバ排気孔１６０７を通してガスを大気中に排気する。
【０２７１】
コンピュータ１６１０は、所望の過程に対するコンピュータ１６１０に記憶されたオペレータによって指定されたデータに基づいて、ガスパネル１６０１から供給されるガス流の形式及び速度をガス供給制御ライン１６０８を通して制御する。同様に、コンピュータ１６１０は、使用されるプロセスガスに適したコンピュータ１６１０に記憶されたデータに基づき、スクラバ１６０６の浄化動作をスクラバ制御ライン１６０９を通して制御する。従って反応炉１６００では上述された反応炉とは異なり、ガス供給動作及びガス浄化動作のためのデータは１つの装置内に記憶されかつ１つの装置によって操作されるので、互いに関連したガス供給動作及びガス浄化動作のコンピュータによる制御が容易に行われる。
【０２７２】
本発明のある実施例では、上述されたプロセスコンピュータが、温度制御、電力制御などと同様に、反応炉の動作で用いられるインターロックを制御する。本発明の反応炉は多くの新規の特徴を有するが、プロセスコンピュータの動作は、これまで説明された新規な特徴を考慮した場合、他の反応炉のプロセスコンピュータの動作と等しい。
【０２７３】
他の実施例では、反応炉のプロセス制御を実施するばかりでなく、プロセスコンピュータは、実施される処理過程のための反応炉の構造及び、実施される処理過程のための統計的なデータのデータベースを記憶している。重要な統計的解析のための十分なデータがデータベースに含まれている場合、プロセスコンピュータは処理サイクルを完全に制御することができる。反応炉の操作員は、バッチの寸法、所望の処理過程、及び必要なウエハの均一性に関する情報のみを入力すればよい。プロセスコンピュータはこれらの情報を入力し、データベースを解析することによって、処理過程を実施するための適切なプロセスパラメータ、プロセス変数を決定する。プロセスコンピュータは次に、反応炉の操作員によって指定された結果を得るために、自動的に反応炉を構成しかつ自動的に処理過程を実施する。
【０２７４】
更に、反応炉を制御するためのコンピュータと、ガスキャビネットを制御するためのコンピュータと、スクラバを制御するためのコンピュータとを備えた従来技術のシステムとは異なり、本発明のプロセスコンピュータは、これら全ての動作を行うものである。従って、一つの制御盤から、反応炉の操作員は、特定の制御過程に対する特定の順序でガスを供給するためのガスパネルを構成し、かつ所望に応じて排気されたガスを処理するスクラバを構成することができる。これらの動作を一台のコンピュータによって集中して行うことにより、ハードウェアのコストを低減させ、更にシステム全体を構成するために必要な時間を短縮することができ、バッチサイクルに要する時間を増加させることができる。
【０２７５】
図４８は、本発明に基づく反応炉を用いた処理過程１６５０のブロック図である。過程１６５０は、例えば、エピタキシャル層もしくはポリシリコン層を堆積するための気相成長法を用いた過程からなる。本発明に基づく反応炉は、以下により詳しく説明される過程を含む過程１６５０以外の過程にも用いることができる。
【０２７６】
過程１６５１では、これまで詳しく説明されたように１枚のウエハもしくは複数枚のウエハが反応炉の反応チャンバ内にローディングされる。過程１６５２では、これまで説明されたように、窒素ガスを用いたパージングが実施され、次に水素ガスを用いたパージングが実施される。過程１６５４では、１枚のウエハもしくは複数枚のウエハが９００〜１２００℃に加熱される。過程１６５５では、適切な流速を形成するべくＨＣｌガスが排気され、更に水素ガスを用いたパージングが実施される。過程１６５６では、１枚のウエハもしくは複数枚のウエハが処理されるべきウエハの表面に形成されている酸化膜を除去するべくＨＣｌガスによってエッチングされる。過程１６５７では、更に水素ガスを用いたパージングが実施され、反応炉内の温度がプロセス温度まで上昇し、ガスの適切な流量を達成するべくプロセスガスが排気される。過程１６５８では、これまでに説明されたように、プロセスガスが反応チャンバ内に供給され、１枚のウエハもしくは複数枚のウエハの表面に堆積される。過程１６５９では、これまでに詳しく説明されたように、１枚のウエハもしくは複数枚のウエハが冷却され、水素ガスを用いてプロセスガスが反応チャンバからパージされる。過程１６６０では、上述されたように、水素ガスが反応チャンバからパージされる。最後に過程１６６１では、上述されたように、１枚のウエハもしくは複数枚のウエハが反応チャンバから取り除かれる。
【０２７７】
上述されたように、本発明に基づく反応炉は、様々な半導体処理過程に用いることができるので、半導体処理過程の連続した集合を実施するための反応炉の集合を組み立てることが可能である。図４９は、特定の半導体処理過程（例えば堆積過程、アニール過程など）を実施するために用いられている本発明に基づく反応炉１７１０、１７２０、１７３０及び１７４０の集合の平面図である。反応炉１７１０、１７２０、１７３０及び１７４０は、その内部にロボット１７０４が配置された密閉されたチャンバ１７０５の周りに配置されている。積み重ねられた複数枚のウエハを収容する複数のウエハカセット１７０２ａ、１７０２ｂ、及び１７０２ｃが、クリーンルーム１７０１に隣接するカセットルーム１７０３内に配置されている。
【０２７８】
始めに、ウエハカセット１７０２ａ、１７０２ｂ、及び１７０２ｃがクリーンルーム１７０１からカセットルーム１７０３へ転送される。コンピュータ制御システムはロボット１７０４に命令を与え、ロボット１４０７がカセットルーム１７０３からウエハカセット、例えばウエハカセット１７０２ａの適切なウエハを、取り出し、反応炉、例えば反応炉１７４０の適切な反応チャンバ、例えば反応チャンバ１７４０ａにウエハをロードする。ロボット１７０４はまた、反応チャンバ、例えば反応チャンバ１７４０ａから他の反応チャンバ、例えば反応チャンバ１７２０ａへウエハを転送するように制御されている。このように、半導体処理過程は、ロボット１７０４及び本発明に基づく反応炉の集合、例えば反応炉１７１０、１７２０、１７３０、及び１７４０を用いることによって自動化されかつ迅速に実施される。図４９には４個の反応炉１７１０、１７２０、１７３０、及び１７４０が例示されているが、２個、３個もしくは５個以上の本発明に基づく反応炉を同様に配置することもできる。
【０２７９】
図９及び図１０の反応炉４００に関して説明されたように、反応炉４００の保守が行われるときに、反応炉４００のシェル４５２を容器４０１から遠ざかるように回動できることが好ましい。空間的な制限から、シェル４５２を反応炉４００のある側面もしくは他の側面に向けて回動させることが好ましい場合がある。本発明に基づけば、シェル４５２は反応炉４００の何れの側面に向けても容易に回動させることができる。図４９では、反応炉１７２０は反応炉１７２０の第１の側面に向けて回動可能なシェル１７２０ｂを備えており、反応炉１７４０は、反応炉１７４０の第２の側面に向けて回動可能なシェル１７４０ｂを備えている。
【０２８０】
これまでに、本発明の様々な実施例について説明されてきた。これらの説明は例示を意図するものであり、本発明の限定を意図するものではない。従って、以下の請求の範囲によって限定される本発明の技術的な視点を逸脱することなしに、これまで説明された本発明に種々の変更を施すことが可能なことは当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０２８１】
【図１−Ａ】従来技術の水平反応炉の概略断面図である。
【図１−Ｂ】従来技術のバレル反応炉の概略斜視図である。
【図１−Ｃ】従来技術のパンケーキ反応炉の概略斜視図である。
【図２−Ａ】本発明のある実施例に基づく、複数枚のウエハを処理するための高速熱処理反応炉の概略断面図である。
【図２−Ｂ】本発明の他の実施例に基づく、複数枚のウエハを処理するための高速熱処理反応炉の概略断面図である。
【図２−Ｃ】本発明の他の実施例に基づく、１枚の大型なウエハを処理するための高速熱処理反応炉の概略断面図である。
【図３】ウエハが単一の熱源によって加熱され、プロセスガスが反応チャンバの側壁から注入される、本発明に基づく反応炉の概略断面図である。
【図４】ウエハが２つの熱源によって加熱され、プロセスガスが反応チャンバの側壁から注入される、本発明に基づく反応炉の概略断面図である。
【図５】ウエハが単一の熱源によって加熱され、プロセスガスが反応チャンバの中央から注入される本発明に基づく反応炉の概略断面図である。
【図６】ウエハが２つの熱源によって加熱され、プロセスガスが反応チャンバの中心から注入される本発明に基づく反応炉の概略断面図である。
【図７−Ａ】湾曲した形状またはベル型の上壁を備えた容器の概略断面図である。
【図７−Ｂ】ウエハをサセプタに取り付ける他の手段を例示した、本発明の他の実施例に基づくサセプタの側面図である。
【図７−Ｃ】ウエハをサセプタに取り付ける他の手段を例示した、本発明の他の実施例に基づくサセプタの平面図である。
【図８】本発明に基づく反応炉に用いるための容器の上部の壁の断面図である。
【図９】図１０の線４Ｂ−４Ｂから見た本発明の実施例に基づく反応炉の断面図である。
【図１０】図９の線４Ａ−４Ａから見た図９の反応炉の断面図である。
【図１１】図９の反応炉の概略上面図である。
【図１２】図９の一部の詳細図である。
【図１３】図１０の一部の詳細図である。
【図１４】シェルの内側部分を表す、図９〜図１１の反応炉のベルジャを覆うシェルの底面図である。
【図１５】反応チャンバ及び周囲のテーブルを表す、図９〜図１１の反応炉の一部の上面図である。
【図１６】下降した状態のサセプタを表す図１０の一部の詳細図である。
【図１７】上昇した状態のサセプタを表す図１０の一部の詳細図である。
【図１８】図９、図１０、及び図１１の反応炉の２個のランプバンクの斜視図である。
【図１９】本発明に基づく反応炉に用いられる、抵抗加熱器の断面図である。
【図２０−Ａ】図１９の抵抗加熱器の一部の平面図である。
【図２０−Ｂ】図２０−Ａに示された部分の一部切欠き側面図である。
【図２０−Ｃ】図２０−Ａに示された部分の一部の詳細図である。
【図２１】単一の熱源が用いられた図９、図１０及び図１１の反応炉の実施例に用いられる受動熱分配要素を表す断面図である。
【図２２】反応路の容器の底壁に取り付けられた反射器を含む本発明の他の実施例に基づく反応炉の概略断面図である。
【図２３−Ａ】本発明の他の実施例に基づくガス注入ジェットの一部の斜視図である。
【図２３−Ｂ】本発明のその他の実施例に基づく図２３−Ａのガス注入ジェットに用いるためのガスジェットの端部部分の断面図である。
【図２３−Ｃ】本発明のその他の実施例に基づく図２３−Ａのガス注入ジェットに用いるためのガスジェットの端部部分の断面図である。
【図２３−Ｄ】本発明のその他の実施例に基づく図２３−Ａのガス注入ジェットに用いるためのガスジェットの端部部分の断面図である。
【図２４−Ａ】本発明の他の実施例に基づく図２３−Ａのガス注入ジェットに用いるベーンの変形平面図である。
【図２４−Ｂ】本発明の他の実施例に基づく図２３−Ａのガス注入ジェットに用いるベーンの側面図である。
【図２４−Ｃ】本発明の他の実施例に基づく図２３−Ａのガス注入ジェットに用いるベーンの変形平面図である。
【図２４−Ｄ】本発明の他の実施例に基づく図２３−Ａのガス注入ジェットに用いるベーンの側面図である。
【図２５−Ａ】本発明の他の実施例に基づくサセプタ支持部の上面図である。
【図２５−Ｂ】本発明の他の実施例に基づくサセプタ支持部の断面図である。
【図２６−Ａ】本発明の他の実施例に基づくサセプタ支持部の側面図である。
【図２６−Ｂ】本発明の他の実施例に基づくサセプタ支持部の上面図である。
【図２７−Ａ】図２６−Ａ及び図２６−Ｂのサセプタ支持部に用いるサセプタの上面図である。
【図２７−Ｂ】図２７−Ａの線１０Ｃ−１０Ｃから見たサセプタの断面図である。
【図２８−Ａ】本発明の他の実施例に基づくサセプタの開口部のテーパ部分内に配置されたウエハ支持ピンの詳細断面図である。
【図２８−Ｂ】本発明の他の実施例に基づくサセプタの開口部のテーパ部分内に配置されたウエハ支持ピンの詳細断面図である。
【図２８−Ｃ】本発明の他の実施例に基づくサセプタの開口部のテーパ部分内に配置されたウエハ支持ピンの詳細断面図である。
【図２９】ウエハ囲繞リングが配置された、ウエハを保持するための３個のポケットを備えたサセプタの上面図である。
【図３０】本発明の実施例に基づくウエハ支持ピンによって、図２９のサセプタの上に持ち上げられた図２９に示されたウエハ囲繞リングの概略断面図である。
【図３１】本発明のある実施例に基づくランプのアレイの概略平面図である。
【図３２】本発明の他の実施例に基づくランプのアレイの概略平面図である。
【図３３−Ａ】本発明のある実施例に基づくサセプタの下に配置された誘導コイルの側面図である。
【図３３−Ｂ】本発明のある実施例に基づくサセプタの下に配置された誘導コイルの平面図である。
【図３４−Ａ】本発明のある実施例に基づくサセプタのポケット内に配置されたウエハ囲繞リング、スピンドル及びウエハの平面図である。
【図３４−Ｂ】本発明のある実施例に基づくサセプタのポケット内に配置されたウエハ囲繞リング、スピンドル及びウエハの側面図である。
【図３５−Ａ】本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット内に配置されたウエハ囲繞リング、サセプタインサート、スピンドル及びウエハの断面図である。
【図３５−Ｂ】本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット内に配置されたウエハ囲繞リング、スピンドル及びウエハの断面図である。
【図３５−Ｃ】本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット内に配置されたウエハ囲繞リング、サセプタインサート、スピンドル及びウエハの断面図である。
【図３６−Ａ】本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット内に配置されたウエハ囲繞リング及びウエハの断面図である。
【図３６−Ｂ】本発明の他の実施例に基づくサセプタのポケット内に配置されたサセプタインサート、ウエハ囲繞リング及びウエハの断面図である。
【図３７−Ａ】サセプタのポケット内に配置することのできる本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング、スピンドル、サセプタインサート及びウエハの断面図である。
【図３７−Ｂ】サセプタのポケット内に配置することのできる本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング及びウエハの断面図である。
【図３７−Ｃ】サセプタのポケット内に配置することのできる本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング及びウエハの断面図である。
【図３８】サセプタのポケット内に配置することのできる本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング、スピンドル及びウエハの断面図である。
【図３９】図３８のウエハ囲繞リング及びスピンドルの平面図である。
【図４０】サセプタのポケット内に配置することのできる本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング及びスピンドルの平面図である。
【図４１−Ａ】サセプタのポケット内に配置することのできる本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リング及びウエハの断面図である。
【図４１−Ｂ】処理中に加熱され湾曲したウエハの状態を例示した図４１−Ａのウエハ及びウエハ囲繞リングの断面図である。
【図４１−Ｃ】本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リングの断面図である。
【図４２−Ａ】本発明のある実施例に基づくウエハ囲繞リングのＣ型部分の平面図である。
【図４２−Ｂ】本発明のある実施例に基づくウエハ囲繞リングのＣ型部分の一部切欠き側面図である。
【図４３】Ｃ型部分及び補完部分を含む、本発明の他の実施例に基づくウエハ囲繞リングの平面図である。
【図４４−Ａ】１枚のウエハをサセプタの上に配置するための実施可能な方法を例示した本発明に基づく反応炉に用いるサセプタの上面図である。
【図４４−Ｂ】１枚のウエハをサセプタの上に配置するための実施可能な方法を例示した本発明に基づく反応炉に用いるサセプタの上面図である。
【図４４−Ｃ】複数枚のウエハをサセプタの上に配置するための実施可能な方法を例示した本発明に基づく反応炉に用いるサセプタの上面図である。
【図４５】複数枚のウエハをサセプタの上に配置するための実施可能な方法を例示した本発明に基づく反応炉に用いるサセプタの上面図である。
【図４６】１枚のウエハをサセプタの上に配置するための実施可能な方法を例示した本発明に基づく反応炉に用いるサセプタの上面図である。
【図４７】ガスパネル及びスクラバの両方を制御するために１台のコンピュータを用いた本発明に基づく反応炉の概略図である。
【図４８】本発明に基づく反応炉が用いられる処理方法の過程を表すブロック図である。
【図４９】各々が、特定の半導体処理を実施するために用いられ、かつカセットルームと反応炉との間または２つの反応炉の間でウエハを運搬するロボットを含む密閉されたチャンバの周囲に配置された、本発明に基づく反応炉の集合の上面図である。
【図１−Ａ】
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【図１−Ｂ】
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【図１−Ｃ】
2005045213.tif 000006
【図２−Ａ】
2005045213.tif 000007
【図２−Ｂ】
2005045213.tif 000008
【図２−Ｃ】
2005045213.tif 000009
【図３】
2005045213.tif 000010
【図４】
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【図５】
2005045213.tif 000012
【図６】
2005045213.tif 000013
【図７−Ａ】
2005045213.tif 000014
【図７−Ｂ】
2005045213.tif 000015
【図７−Ｃ】
2005045213.tif 000016
【図８】
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【図９】
2005045213.tif 000018
【図１０】
2005045213.tif 000019
【図１１】
2005045213.tif 000020
【図１２】
2005045213.tif 000021
【図１３】
2005045213.tif 000022
【図１４】
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【図１５】
2005045213.tif 000024
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2005045213.tif 000027
【図１９】
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【図２０−Ａ】
2005045213.tif 000029
【図２０−Ｂ】
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【図２０−Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３−Ａ】
2005045213.tif 000034
【図２３−Ｂ】
2005045213.tif 000035
【図２３−Ｃ】
2005045213.tif 000036
【図２３−Ｄ】
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【図２４−Ａ】
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【図２４−Ｂ】
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【図２４−Ｃ】
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【図２４−Ｄ】
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【図２５−Ａ】
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【図２５−Ｂ】
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【図２６−Ａ】
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【図２６−Ｂ】
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【図２７−Ａ】
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【図２７−Ｂ】
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【図２８−Ａ】
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【図２８−Ｂ】
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【図２８−Ｃ】
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【図２９】
2005045213.tif 000051
【図３０】
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【図３１】
2005045213.tif 000053
【図３２】
2005045213.tif 000054
【図３３−Ａ】
2005045213.tif 000055
【図３３−Ｂ】
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【図３４−Ａ】
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【図３４−Ｂ】
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【図３５−Ａ】
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【図３５−Ｂ】
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【図３５−Ｃ】
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【図３６−Ａ】
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【図３６−Ｂ】
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【図３７−Ａ】
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【図３７−Ｂ】
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【図３７−Ｃ】
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【図３８】
2005045213.tif 000067
【図３９】
2005045213.tif 000068
【図４０】
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【図４１−Ａ】
2005045213.tif 000070
【図４１−Ｂ】
2005045213.tif 000071
【図４１−Ｃ】
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【図４２−Ａ】
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【図４２−Ｂ】
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【図４３】
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【図４４−Ａ】
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【図４４−Ｂ】
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【図４４−Ｃ】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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