(57)【要約】送風コントローラモジュール及びコントローラモジュールのコードを有するエピタキシャルクリーニング装置の提供。該送風コントローラモジュールは、反応チャンバを有するエピタキシャル蒸着装置の送風機と、冷却空気を送風機から反応チャンバへと送る送風機及び複数のプレナムチャンバと、該送風機の速度を制御する送風機の電源との間に配置される。送風コントローラモジュールを制御する該コントローラモジュールのコードは、該エピタキシャル蒸着装置に接続されたコントロールモジュールにインストールされ、該エピタキシャル蒸着装置の運転を制御する。
2004508724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャルクリーニング装置であって、
反応チャンバを有するエピタキシャル蒸着装置の送風機と、送風機及び前記送風機から前記反応チャンバへ冷却空気を送風する複数のプレナムチャンバと、前記送風機の速度を制御する送風機の電源との間に電気的に接続された送風コントローラモジュールと、
前記送風コントローラモジュールを制御するコントロールモジュールプログラムコードであって、前記エピタキシャル蒸着装置の運転制御のために前記エピタキシャル蒸着装置に接続されたコントロールモジュール内にインストールされるようにされたコントロールモジュールプログラムコードと、を備えたエピタキシャルクリーニング装置。
【請求項２】
前記送風コントローラモジュールがアナログスピードコントロール入力、アナログスピードコントロール出力及びスピードコントロールエラー信号出力を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アナログスピードコントロール入力、前記アナログスピードコントロール出力及びスピードコントロールエラー信号出力が前記コントロールモジュールに接続された請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記コントロールモジュールコードが前記反応チャンバ内に配置されたベルジャーの表面温度を上昇させるため、送風スピードコントロールを開始させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コントロールモジュールコードが前記エピタキシャル蒸着装置に配置された排出プレナム内部の冷却空気の温度を読取らせ、前記送風機のスピードを調整することによって該冷却空気の温度を規定温度範囲内に保持するプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記反応においてガス状反応物質を副産物として形成させるプログラムコードも含み、前記コントロールモジュールコードが前記ベルジャーの内側に蒸着した物質との反応を引き起こすために前記ベルジャー内に反応ガスを導入させる請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記コントロールモジュールコードがパージガスを用いて前記ベルジャーを浄化させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記コントロールモジュールコードが、前記エピタキシャル蒸着装置がクリーニングモードにあるとき、前記ベルジャーの表面温度を監視させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記コントロールモジュールコードが更に、送風スピードコントロールを終了させ、設定スピードでの送風スピードコントロールを再開し、前記ベルジャーの表面温度を低下させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントロールモジュールコードが前記ベルジャーの表面温度が規定温度範囲を超えた際、前記ベルジャーの内側におけるクリーニングを中断させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
エピタキシャル蒸着装置のクリーニング方法であって、
前記エピタキシャル蒸着装置内に配置されたベルジャーの表面温度を第一規定温度範囲まで上昇させ、
前記ベルジャーの内側に蒸着した物質と第一規定温度範囲内で反応可能な反応ガスを導入させ、ガス状の副産物を形成し、
前記ベルジャー表面温度を前記ベルジャーの前記内側上の前記蒸着物質を除去するのに十分な時間、前記第一規定温度範囲内に保持するエピタキシャル蒸着装置のクリーニング方法。
【請求項１２】
前記方法が前記ベルジャーからの前記ガス状副産物の除去も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記除去ステップがパージガスを用いてベルジャーを浄化することによって行われる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法が前記ベルジャー内側の透明度の測定も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が前記ベルジャーからの前記反応ガスの浄化も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記方法が前記ベルジャー内側から前記蒸着物を除去した後、前記ベルジャー表面温度を第二規定温度まで低下させることを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記温度を上昇させる前記ステップが前記エピタキシャル蒸着装置に配置された空気循環送風機の減速も含み、前記送風機によって形成される気流が前記ベルジャーを通過し、該気流が前記ベルジャー表面温度を制御するのに用いられる請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記第一規定温度の範囲において前記ベルジャーの表面温度を保持するステップが前記ベルジャー表面温度の測定も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
エピタキシャルリアクタを原位置でクリーニングするキットであって、
電源に接続された電源入力接続部と、エピタキシャルリアクタの送風モーターに接続された電源出力接続部と、エピタキシャルシステム制御装置に接続された入力／出力接続部とを有する送風モーターコントローラ、と
エピタキシャルリアクタのベルジャーの内側のクリーニングを引き起こすために前記送風モーターコントローラを制御するコンピュータ可読のプログラムコードを有するコンピュータで使用可能な媒体で構成されるプログラムプロダクトとを備え、前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが
前記システム制御装置に送風スピードコントロールを開始させ送風スピードの減速によって前記ベルジャーの表面温度を上昇させるコンピュータ可読プログラムコードと、
前記システム制御装置に前記ベルジャーの前記表面温度を読取らせ、規定温度範囲内に前記表面温度を保持させるコンピュータ可読プログラムコードと、
前記システム制御装置に前記ベルジャー内へ反応ガスを導入させ、前記ベルジャーの内側に蒸着した物質と該反応ガスとを反応させ、ガス状反応物質を副産物として形成させるコンピュータ可読プログラムコードと、
前記システム制御装置にパージガスを用いて前記ベルジャーの浄化をさせるコンピュータ可読のプログラムコードとを含むキット。
【請求項２０】
前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが、前記エピタキシャルリアクタがクリーニングモードにあるとき、前記システム制御装置に前記ベルジャーの前記表面温度を常時監視させるコンピュータ可読のプログラムコードも含む請求項１９記載のキット。
【請求項２１】
前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが送風スピードコントロールを終了させ、設定スピードでの送風スピードコントロールを再開し、前記ベルジャーの表面温度を低下させるコンピュータ可読のプログラムコードも含む請求項１９記載のキット。
【請求項２２】
前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが前記ベルジャーの前記表面温度が前記規定温度範囲を超えた際に前記ベルジャーの前記内側の前記クリーニングを中断させるコンピュータ可読のプログラムコードも含む請求項１９記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
１、発明の分野
本発明は、概して半導体素子の製造に有益なシリコンウェファーの製造装置の分野に関するものである。本発明は特に、気密反応チャンバ内で高周波エネルギー或いは赤外熱線で加熱された支持部材に取り付けられた基板に半導体物質のエピタキシャルの薄いフィルム層を成長させるエピタキシャル成長装置及び方法に関するものである。より詳細には、本発明はエピタキシャルリアクタを運転制御するエピタキシャル成長装置及び方法に関するものである。さらに詳細には、本発明はエピタキシャル反応チャンバ洗浄のための制御された高速エッチング工程を行う方法と装置とを有するエピタキシャルリアクタを運転制御するエピタキシャル成長装置、及び方法に関するものである。
２、従来の技術
エピタクシーは、２つの結晶性固体の間での結晶構造の成長に適応している。より一般的には、エピタクシーとは結晶基板上の結晶層の成長を指す。エピタキシャル成長の一般的な方法の１つとして、化学気相蒸着（ＣＶＤ）が挙げられる。超小型電子産業においては、例えば、結晶シリコンは加熱されたリアクタ内で起こるシリコンウェファー基板上のエピタキシャル成長がある。該リアクタはエピタキシャルリアクタと呼ばれる。
【０００２】
従来のエピタキシャルリアクタは、バレル型のホルダ、或いはサセプタを備え縦軸回りに回転するＣＶＤチャンバを有するバレルリアクタである。半導体ウェファーはサセプタによって規定された凹型ポケットに配置される。サセプタは、該ポケット内のウェファーを保持するために重力を利用し、ウェファーの表面部分ができるだけ多く化学気相にさらされるようウェファーを保持する。またバレルリアクタは、ＣＶＤチャンバ上部付近にガス注入口を、ＣＶＤチャンバ底部付近に排気口を有し、ガスがチャンバに流入し排気口を経由してチャンバから排出する前に、ウェファー上を通常下方向に流れる。配列された加熱ランプはＣＶＤチャンバ周辺に配置される。発生された放射エネルギーは、所望の材料を蒸着させるためにサセプタを処理に適した温度まで加熱する。冷却空気の流路は送風機からテーパ状の流入ダクトを経由し、ＣＶＤチャンバ上部に延出し、かつ同軸で囲む広いプレナムチャンバ部分まで延出する。該プレナムチャンバから冷却空気が同軸で下方向にＣＶＤチャンバを形成する石英ベルジャーの表面上を流れ、半径方向内向きにベルジャーを取り囲む放射加熱ランプのバンク部分を流れる。
【０００３】
米国特許Ｎｏ．５，２８８，３６４（１９９４年、バート他）において、ベルジャーを有しエピタキシャル蒸着を行うエピタキシャルリアクタが開示されている。エピタキシャル蒸着サイクル中、赤外線検出器がベルジャーの温度を監視する。温度が規定値に達すると、それ以上のエピタキシャル蒸着サイクルの開始は抑制される。
【０００４】
米国特許Ｎｏ．５，２７９，９８６（１９９４年、マロニ他）において、送風機からテーパ流入ダクトを経由し広いプレナムチャンバまで延出する冷却空気の流路を有するエピタキシャルリアクタ内においてエピタキシャル層を化学気相蒸着によって蒸着させる半導体基板の製法が開示されている。該プレナムチャンバは蒸着装置の上部に延出している。該プレナムチャンバから冷却空気が同軸で下方向に反応チャンバを形成する石英ベルジャーの表面上を流れ、半径方向内向きにベルジャーを同軸で取り囲む放射加熱ランプのバンク部分を流れる。
【０００５】
米国特許Ｎｏ．５，１６０，４５４（１９９２年、マロニ他）において、送風機からテーパ流入ダクトを経由し広いプレナムチャンバまで延出する冷却空気の流路を有するエピタキシャルリアクタ内における化学気相蒸着によるエピタキシャル層が開示されている。該プレナムチャンバは蒸着機器上部に延出している。プレナムチャンバから冷却空気が同軸で下方向に反応チャンバを形成する石英ベルジャーの表面上を流れ、半径方向内向きにベルジャーを同軸上に取り囲む放射加熱ランプのバンク部分を流れる。
【０００６】
米国特許Ｎｏ．５，１５２，８４２（１９９２年、ウラタ他）において、半導体ウェファーが配置されているサセプタがヒーターによって加熱されるエピタキシャル成長のためのリアクタが開示されている。該サセプタは、ベルジャー内に縦方向に配置されたガス供給管の周囲を回転する。ガス供給管からベルジャー内に取り込まれたガスはウェファー上の結晶性半導体材料を蒸着させるために分解される。該ウェファーはサセプタのポケット内に配置され、該ポケットはサセプタの一定な温度が保持される箇所に配置される。
【０００７】
米国特許Ｎｏ．４，８５８，５７７（１９８９年、ポゼティ他）は、中波加熱システムを用いた結晶基板上におけるエピタキシャル層の化学気相蒸着のためのリアクタが開示されている。加熱のパワーは多方向回転コイルによって発せられ、透明なベルジャーに内蔵され、導電材料から構成されるサセプタ内に電流を生じさせる。コイルの回転の内側は、運転中にコイルによって照射された熱をサセプタに反射させるため、光学的に処理されている。反応電流をコイルの異なる回転から減らす或いは加えることと、温度の変化度を制御するためにサセプタの側面を正確に形成することによって加熱を制御する。
【０００８】
エピタキシャルリアクタの通常の運転中、蒸着したシリコンはシリコンウェファーを保持するために用いられるリアクタの内部の特定箇所を覆う。蒸着が一定の厚さに達すると、融除されて固相シリコン粒子という形で汚染を引き起こす前に、除去しなくてはならない。該粒子はリアクタで処理されたシリコンウェファー上に蒸着したシリコンフィルムに不良を引き起こす。
【０００９】
全ての化学気相蒸着エピタキシャルリアクタにおいて、各ウェファーにおけるエピタキシャル層の均一な厚みの形成補助のためにサセプタ上にシリコンが堆積できるようになっている。残念ながら、シリコンの一部はベルジャーの内面上に堆積し、ベルジャーを曇らせる。シリコンは一般に高速エッチングと呼ばれる方法でサセプタから定期的に除去される。蒸着したシリコンをサセプタから除去するには、リアクタは反応ガスの中で高温に達するまで加熱される。該温度は通常摂氏約１，１００〜１，３００度の範囲で、該反応ガスは高モル容積の塩化水素ガスである。反応チャンバが必要温度に達すると、反応ガスがチャンバ内へ導入される。該反応ガスがサセプタから蒸着したシリコンをエッチングし、該反応ガスは排気口を経由してチャンバから排出される。反応チャンバの他の表面は、この反応を起こすために十分な温度には達しない。したがって、蒸着サイクルとその後の高速エッチング運転を何度も繰り返した後には、最終的にベルジャーを取り外し、ウェットエッチングでの洗浄が必要になる。
【００１０】
ウェットエッチングの不利な点は、リアクタによるウェファーの製造が何時間もできなくなるという点である。また、毎回ウェットエッチング洗浄のためにリアクタが開けられるので、リアクタのランプ及びシールの使用可能期間が短縮する。このことはリアクタの運転コストを増加させ、ウェファーの製造コストを増加させる。
【００１１】
よって、蒸着−エッチングの連続数を上げるエピタキシャルクリーニング装置及び方法が必要である。更に、ベルジャー上を通過する冷却空気を制御することで蒸着−エッチングの連続数を上げるエピタキシャルクリーニング装置及び方法が必要である。また更には、ベルジャー上を通過する冷却空気流を減少させ、それによってベルジャーの温度を高速エッチング処理中に上昇させ、ベルジャーの曇りを実質的に除去することによって蒸着−エッチングの連続数を上げるエピタキシャルクリーニング装置及び方法が必要である。そのまた更には、リアクタのランプ及びシールの使用可能期間を延ばし、リアクタの運転コスト及びウェファーの製造コストを減らすエピタキシャルクリーニング装置及び方法が必要である。
発明の概要
本発明の目的は、エピタキシャルリアクタの蒸着−エッチング連続数を上げるエピタキシャルクリーニング装置及び方法の提供である。ベルジャー上を通過する冷却空気を制御することによって蒸着−エッチングの連続数を上げるエピタキシャルクリーニング装置及び方法の提供が本発明の更なる目的である。ベルジャー上を通過する冷却空気流を減少させ、それによってベルジャーの温度高速エッチング処理中に上昇させ、ベルジャーの曇りを実質的に除去することによって蒸着−エッチングの連続数を上げるエピタキシャルクリーニング装置及び方法の提供が本発明のもう一つの目的である。リアクタのランプ及びシールの使用可能期間を延ばし、リアクタの運転コスト及びウェファーの製造コストを減らすエピタキシャルクリーニング装置及び方法の提供が本発明の更に他の目的である。
【００１２】
本発明のこれら及びその他の目的は、エピタキシャルリアクタの送風モーターの駆動に必要なサイズの可変速モーターコントローラ及び、可変速モーターコントローラを制御するプログラムコードを有するシステムを備えることで実現される。典型的なバレルエピタキシャルリアクタは５つの主要構成部分、反応チャンバ、ガス流量コントロールシステム、ＳＣＲ温度コントロールシステム、空気冷却システム及び制御装置を有する。反応チャンバは３つの別個の構成部分、サセプタ、石英ベルジャー及び石英加熱ランプで構成される。サセプタは処理されるシリコンウェファーを保持するための炭化珪素で覆われたグラファイトホルダである。グラファイトは反応チャンバを過熱する目的で使用される石英ランプによって放出される赤外線を通さないという理由から使用される。不透明であることによって、サセプタに石英ランプの全ての放射エネルギーを吸収させる。このことはまた、シリコンウェファーの処理に必要な温度までサセプタを加熱する。
【００１３】
石英ベルジャーはサセプタを囲み、サセプタに近接する位置で全ての処理ガスを保持する。これによりサセプタ上に堆積したシリコンウェファー付近で必要な化学反応が起こる。処理ガスは一組の水冷金属密閉フランジからベルジャー上部に流入する。石英は石英加熱ランプによって発せられる赤外線を通すことから、ベルジャーは石英で構成される。
【００１４】
石英加熱ランプは反応チャンバ内部の約５つのランプ構成部品上に配置されている。ランプ構成部品は石英ベルジャーを囲む。ランプ構成部品がベルジャーを囲んでいるため、該構成部品は処理ガスのいずれのものにも接触することはない。
【００１５】
ガス流量コントロールシステムは搬送ガス、反応ガス及びパージガスの必要なガスの全てを反応チャンバに供給する。これらのガスは一連の圧力調整器、弁及び流量調整器を通して供給され、測定される。このタイプのシステムで使用されるのに好ましいガスは水素である。反応ガスはシリコンソースのものと、ドーパントソースのものの２つの基本タイプに分けられる。シリコンソースガスの例は、ジクロロシラン、シラン、シリコン四塩化物及びトリクロロシランである。ドーパントソースガスの例は、砒化水素、ホスフィン及びジボランである。パージガスは処理が完了すると全ての処理ガスを反応チャンバから排出するようになっている。典型的なパージガスの例は窒素及びアルゴンである。
【００１６】
ＳＣＲ温度コントロールシステムは、サセプタを適度な処理温度にまで過熱するのに使用される反応チャンバ石英ランプに電力を供給する。標準処理温度は通常、摂氏約９００〜１，２５０度の範囲である。
空気冷却システムは反応チャンバを過熱するのに使用される全てのランプ構成部品及び石英ベルジャーの外側に強制冷却空気を供給する。ベルジャーを冷却し、シリコンを蒸着させるのに必要な活性化エネルギーよりベルジャーの内側の温度を低くする必要がある。通常は、ベルジャーの表面温度は摂氏約６００度を超えることはない。ベルジャー内の上昇した温度は反応ガスを反応させ、シリコンをサセプタ及びシリコンウェファー上に蒸着させるようになっている。ベルジャー内の温度をシリコンを蒸着させるのに必要な活性エネルギーより上昇させることは、現在のシステムで現在行われるより更に速くシリコンをベルジャーの内側に蒸着させることになる。このような状態はランプ構成部品によって発せられた放射エネルギーに干渉し、サセプタに不規則な過熱を引き起こす。更に、ベルジャーの内側に蒸着したシリコンは、シリコン層が規定の厚さに達すると、該内側から除去され始める。このことは固相シリコンの粒子と蒸着したエピタキシャル層内で不良を誘発しているシリコンウェファーとの接触を引き起こす。
【００１７】
制御装置がエピタキシャルリアクタの運転の全てを制御する。制御装置はこの精巧な処理を全ての面において制御するように設計された特別なソフトウェアによって、制御を行う。
強制冷却空気システムがベルジャーを摂氏約６００度に下げるが、尚、少量のシリコンがベルジャーの内側に蒸着する。ベルジャーの内側に蒸着したシリコンが厚くなりすぎると、反応チャンバを解体しなくてはならない。ベルジャーを取り外し、蒸着物全てを除去するため、酸浴槽でエッチングする。通常のシリコンウェファー処理中にシリコンが約１，０００〜１，２００ミクロン蒸着すると、通常この作業を要する。解体、ウェットエッチング及び再組み立ての作業は膨大な時間と、シリコンウェファー処理が再開される前に修正されなければならないような工程の変更とを何度も要する。
【００１８】
蒸着したシリコンを石英ベルジャーの内側から取り除き、ベルジャーの解体を必要としないエッチング処理の使用によって実際に生産にかけられる時間を長くする。本発明と既存のエピタキシャルリアクタとを組み合わせることによって、或いは上述の特性を備えた新たなエピタキシャルリアクタを開発することによってエピタキシャルリアクタが実際に生産にかけられる時間を長くする。本発明の発明者たちは原位置エッチング法を達成させる方法と装置を発明した。本発明は、システム全体及び、ベルジャーの外側を冷却する強制冷却送風機の毎分回転数を減らすことによって実現する。冷却送風機の毎分回転数を減らすことによってベルジャー内側の実際の温度は上昇する。ベルジャーの内側で上昇した温度は、方程式１に記述の気相反応に要する活性エネルギーを上回る。
【００１９】
【化１】
2004508724.tif 000003
【００２０】
塩化珪素及び水素ガスの副産物はシステムの排気口を経由して反応チャンバから除去される。
本発明のモーターコントローラを用いることによって強制冷却送風機の毎分回転数の減少を実現した。該モーターコントローラは送風機の電源と送風機の駆動モーターとの間に配置される。所要の入力及び出力接続部と、変速モーターコントローラの運転を制御する所要のソフトウェアとが制御装置に備えられている。
【００２１】
該モーターコントローラは、送風機の電源と送風機の駆動モーターとの間に接続され、３相の送風速度コントロールでする。該モーターコントローラは、３本の入力／出力ラインを経由してエピタキシャルリアクタシステム制御装置にも接続される。該ラインのうち２本がシステム制御装置入力信号を伝達し、１本がシステムコントロール出力信号を伝達する。２本の入力信号を伝達するラインのうち１本が送風機の速度に対するシステム制御装置への入力をつかさどるアナログスピードの信号を伝達する。もう１本がシステム制御装置への入力をつかさどるスピードコントローラエラー信号を伝達する。該スピードコントローラエラー信号は、スピードコントローラに不良が生じた場合に発せられる。システム制御装置から発せられる出力信号は、スピードコントローラに対するアナログスピードコントロール入力信号である。該信号は送風モーターに特定の毎分回転数で十分なパワーを供給するよう、スピードコントローラを指示／調整する。
【００２２】
特定のコントロールソフトウェア部は制御装置内に配置されている。クリーニングサイクルが開始されると、シリコン或いはドーパントガスが供給されているかどうかシステムがチェックする。供給されている場合には、送風スピードコントロールは作動せず、送風機は通常の速度で作動し続ける。シリコン及びドーパントガスが供給されていない場合には、システムがリアクタ内部及び通気プレナム内部の各種の温度センサーを測定する。温度が一定の範囲以内であれば送風スピードコントロールは開始／抑制される。すなわち、送風コントロールは通常よりも減速して作動する。温度が一定の範囲以内でなければ通常の送風スピードは保持され、クリーニングサイクルが停止する。
【００２３】
基本的に、送風速度は送風スピードコントロールが抑制されると減速する。このことにより、ベルジャーの温度を通常運転温度である６００℃より高い温度に上昇させる。この上昇した温度はエッチング処理が行われる範囲以内の温度である。ベルジャー及びチャンバの温度は常時測定されている。もしベルジャー及びチャンバの温度がエッチング処理の範囲を超えてしまった場合、送風スピードコントロールは作動せず、通常の送風速度が再開する。また、オペレータはクリーニング工程を中断することも可能である。中断命令が出されると、送風スピードコントロールは作動せず、通常の送風速度が再開する。ベルジャー及びチャンバの温度は規定範囲以内であり、システム中断命令は出されない。そしてクリーニング工程は最後まで行われる。クリーニング工程が終了すると、システムは通常運転のために通常送風スピードコントロールを再開する。
【００２４】
先行技術に基づく装置には、リアクタシステムの分解をせずに曇りの除去ができるものはない。曇りによって放射された赤外線及び赤外線検出器を有するベルジャーを監視することによって蒸着−エッチングの連続数を最大にするという先行技術に基づく装置が１つある。しかし何回もの蒸着−エッチングの工程後、それ以上の蒸着サイクルを正確に制御するには多量の曇りがベルジャーに残留するため、この時点でリアクタは分解され、ウェットエッチングによって曇りが除去されなければならない。
【００２５】
本発明の更なる有利な点及び実施例は、以下の発明の詳細な説明で述べられており、その説明から明らかになる点、または本発明の実施によって確認される点もある。前述の本発明の概要及び以下に記載の詳細な説明は模範的及び解説のためものであり、本発明の請求の範囲どおり更なる説明がなされる。
好ましい実施例の説明
本発明の好ましい実施例は図１−３に図示されている。図１は、石英ベルジャー１７内部のグラファイトサセプタ１５上に載置された半導体基板上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル蒸着装置１０を示す。上部サポート１９及び下部サポート２１はエピタキシャル装置１０内部のベルジャー１７を支える。ベルジャー１７は熱活性ガス混合物を運転中にベルジャー１７に取り込むダクト（図示なし）を有する。ベルジャー１７は中心軸に対して放射相称を有するよう、円柱状であることが望ましい。
【００２６】
ベルジャー１７の同軸上を囲むように配置されているのは放射ヒーター２３である。横断面に図示の通り、放射ヒーター２３には複数の加熱ランプ２５が使用され、横方向に通気性のある支持フレーム２７に支えられている。ランプ２５は長時間、約３，０００ケルビン温度で運転可能な直線状の管状ハロゲン石英ランプでもよい。ベルジャー１７は高温に比較的耐久性があり、ヒーター２３から発せられる熱放射を比較的通しやすい石英で構成されることが望ましい。
【００２７】
基板１３及びサセプタ１５はヒーター２３によって通常摂氏約９００〜１，２５０度まで加熱され、ベルジャー１７内部において熱活性ガス混合物を基板１３上に所望層として蒸着させる。熱活性ガス混合物の例としては、基板１３上にシリコンエピタキシャル層を蒸着させるために、水素担体ガス中のジクロロシラン、シラン、シリコン四塩化物及びトリクロロシランが挙げられる。
【００２８】
高品質で均一なエピタキシャル層を形成するために、化学気相蒸着反応を起こすのに必要な的確な温度まで基板１３の温度を均一に上昇させなくてはならない。配置されたヒーターは、広範囲をほぼ均一に加熱する。該ヒーターの使用が動径上に放射形対称な形状を形成し、基板１３及びサセプタ１５を運転中、継続的に回転させることによって、求められる加熱の均一性をもたらす。ベルジャー１７の側面への不必要な蒸着を防ぐために、該側面の温度は摂氏９００〜１，２５０度よりも十分低い温度の範囲に保持されなければならない。ベルジャー１７の壁面の温度は摂氏約６００度程度に保持されることが望ましい。
【００２９】
送風機２９は装置１０を冷却するために大量の冷却空気を排出ダクト３１を経由して送り出す。冷却空気は通常下部流入プレナムチャンバ３３に流入し、バイパスダクト３５を経由して上部流入プレナムチャンバ３７へと流入する。チャンバ３３及び３７はトロイダル形であり、装置１０周辺の同軸上に延出している。プレナムチャンバ３７から冷却空気が半径方向内向き及び下向きにベルジャー１７の軸に沿って流れ、ベルジャー１７を冷却する。矢印４１の示すとおり、プレナムチャンバ３３から冷却空気は上向きに流れ、ヒーターサポート２７と装置１０の隣接面３９との間の狭小なスペースに流入する。図示の通り、矢印４１はプレナムチャンバ３３の上面の開口部から上向きに延出する。プレナムチャンバ３３の上面には、このような開口部が複数方位角上に間隔をあけて配置されており、冷却空気の上向きの流れを通す。
【００３０】
ヒーター２３周辺に流入した冷却空気はヒーターサポート２７のスロットを通過する。該冷却空気はその後、上部流入プレナムチャンバ３７から流れる下向きの気流に合流し、同軸の排出プレナムチャンバ４５に流入する。装置１０から排出された加熱された排気が、排出プレナムチャンバ４５から空気−水熱交換器４７へ流れ、流入ダクト４９を経由して送風機２９へ戻る。
【００３１】
送風モーターコントローラ１００は送風機２９と電源１５０とに電気的に接続されている。送風モーターコントローラ１００はシステムコントロールモジュール２００へも電気接続されている。
図２において、送風モーターコントローラ１００は強力で、市販の周波数インバーターであり、３相の、４６０ＶＡＣモータースピードコントローラである。送風モーターコントローラ１００は送風機の電源１５０と送風機２９の送風ドライブモーターとの間に配置される。送風モーターコントローラ１００は、システムコントロールモジュール２００に接続する３つの入力／出力ラインを有する。ライン１０２は出力ラインで、システムコントロールモジュール２００に送風モーターコントローラのエラー信号を伝達する。ライン１０４も出力ラインで、システムコントロールモジュール２００にアナログスピード信号を伝達する。ライン１０６は入力ラインで、システムコントロールモジュール２００から送風モーターコントローラ１００へのアナログスピードコントロール入力を受信する。送風モーターコントローラ１００に使用され得るものの例としては、ボルダー社のＮｏ． ＩＤ １５Ｈ４１５−Ｅという製品が挙げられる。該製品はマサチューセッツ州チェルシーアーリントンストリート２１４にあるニューイングランドエレクトリックサービスモータ社で入手可能である。システムコントロールモジュール２００は、外部ガス圧／ガス流モニター（図示なし）から信号６０を、外部温度モニター（図示なし）から信号７０を受信する。システムコントロールモジュール２００は、該信号６０及び信号７０によって送風モーターコントローラ１００を経由し送風機２９の送風スピードを適切に調整する。
【００３２】
図３は高速エッチングクリーニングサイクルを行うための本発明の典型的な工程のフローチャートである。本発明を使用するには、エピタキシャル蒸着装置１０の送風モーター２９と送風モーター電源１５０との間に送風モーターコントローラ１００が配置されていることが必要である。送風モーターコントローラ１００の３つの入力／出力ラインは、既知の技術の通りの適切な接続ポイントにおいてシステム制御装置２００に接続されている。エピタキシャルクリーニングサイクルのコントロールに関するソフトウェアがシステム制御装置２００にインストールされており、システムを起動する。エピタキシャル蒸着装置１０がベルジャー１７内部のクリーニングを要する際、ユーザーがクリーニングサイクルプログラムを開始する。
【００３３】
本発明の工程は図３の図示の通りに進む。ステップ３００において、クリーニングサイクルが開始される。ユーザーによって該クリーニングサイクルが開始されると、ステップ３１０において、反応ガスが供給されているかどうかシステムがチェックする。ガス流モニターからシステム制御装置２００へ送られる信号６０によって該チェックが行われる。反応ガスが供給されている場合、クリーニングサイクルは抑制され、送風スピードコントロールはステップ３９０において中断され、送風コントロールは標準１００％の運転をする。反応ガスが供給されていない場合、ベルジャー内部の温度および空気流センサーがチェックされる。外部温度モニターからシステム制御装置２００へ送られる信号７０によって該チェックが行われる。ベルジャー内部の温度及び空気流が許容範囲以内、（すなわちベルジャー内部の温度がベルジャーの内側の蒸着物のエッチングに適切であり、出力プレナムチャンバ４５付近のベルジャー外部の空気流温度が上部サポート１９及び下部サポート２１内のＯ−リングシールに過度の加熱を引き起こす温度よりも低い温度に保持されているのであれば、送風スピードコントロールはステップ３３０において抑制される。ベルジャー内部の温度が許容範囲を超えた場合、クリーニングサイクルは中断され、送風スピードコントロールはステップ３９０において拒否され、通常の送風スピードが再開／保持される。
【００３４】
送風スピードコントロールが開始されると、ベルジャー内部の温度及び空気流のセンサーがチェックされる。該チェックは信号７０によって行われる。本発明の目的はベルジャー１７の内側のクリーニングを行うことであるため、送風スピードは減速し、ベルジャーの表面温度を上げる。これは高速エッチング処理を行うのに要する活性化エネルギーを使用するため必要である。高速エッチングは、ベルジャー内側に蒸着した蒸着シリコンが反応チャンバ内に導入された高百分率のモル容積の塩化水素ガスと水素ガスとに反応することによって達成される。該反応は以下のようである。
【００３５】
【化２】
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【００３６】
反応ガスが導入される前に、ベルジャーの温度及び空気流センサーがステップ３４０においてチェックされる。該温度及び該センサーは許容範囲内でなければならない。許容範囲内でなければ、クリーニングサイクルが中断され、送風スピードコントロールはステップ３９０において拒否される。ベルジャー内部及び外部の両方においてクリーニングサイクルの温度が許容範囲内であれば、ステップ３５０においてシステムが中断されているかどうかをチェックする。システムの中断はユーザーによってされるか、或いは不正確なモニター信号、センサーの不具合、或いはシステム制御装置２００にエピタキシャル蒸着装置１０の停止を引き起こさせる原因があるために、システムによって中断される。システムが中断している場合、送風スピードコントロールはステップ３９０において拒否される。システムが中断していない場合は、ステップ３６０において、高速エッチングガスが供給されているかどうかをシステム制御装置２００がチェックする。高速エッチングガスが供給されていない場合は、ステップ３６５において該高速エッチングガスが供給され、クリーニングサイクルが進行する。高速エッチングガスが供給している場合は、ステップ３７０においてクリーニングサイクルが完了しているかどうかをシステムがチェックする。クリーニングサイクルが完了していない場合は、システムは、リアクタの温度及び空気流センサーがクリーニングサイクルの許容範囲内であるか、システムが中断していないか、クリーニングサイクルが完了していないかを順にチェックする。
【００３７】
クリーニングサイクルが完了すると、該クリーニングサイクルはステップ３８０で終了する。クリーニングサイクルの時間を規定の長さに調節することも可能である。或いは、クリーニングサイクルに１つ或いは複数のセンサーを用いてベルジャーの不透明度／透明度をチェックすることも可能である。規定の不透明度／透明度の値に達すると、システム制御装置２００がクリーニングサイクルを終了することもあり得る。その際、標準送風コントロールがステップ４００において再開し、エピタキシャル蒸着装置１０がシリコン或いはドーパント蒸着処理を続行する準備ができる。
【００３８】
本発明の好ましい実証例がここに記載されているが、上記の記述は例証に過ぎない。本発明における更なる改良が先行技術に加えられ、それらの改良の全ては請求項に規定された本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明及びエピタキシャル蒸着装置の概略断面図である。
【図２】電源への送風モーターコントロールの接続、送風機及び制御装置の概略ブロック図である。
【図３】本発明を具体化するクリーニングサイクルの実施を図解するフローチャートである。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年7月15日(2002.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャルクリーニング装置であって、
反応チャンバを有するエピタキシャル蒸着装置の送風機と、送風機及び前記送風機から前記反応チャンバへ冷却空気を送風する複数のプレナムチャンバと、前記送風機の速度を制御する送風機の電源との間に電気的に接続された送風コントローラモジュールと、
前記送風コントローラモジュールを制御するコントロールモジュールプログラムコードであって、前記エピタキシャル蒸着装置の運転制御のために前記エピタキシャル蒸着装置に接続されたコントロールモジュール内にインストールされるようにされたコントロールモジュールプログラムコードと、前記コントロールモジュールコードが更に前記エピタキシャル蒸着装置に配置された排出プレナム内の冷却空気の温度を読み取らせ、前記送風機のスピードを調整することによって該冷却空気の温度を規定温度範囲内に保持させるプログラムコードを含む前記コントロールモジュールコードとを備えたエピタキシャルクリーニング装置。
【請求項２】
前記送風コントローラモジュールがアナログスピードコントロール入力、アナログスピードコントロール出力及びスピードコントロールエラー信号出力を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アナログスピードコントロール入力、前記アナログスピードコントロール出力及びスピードコントロールエラー信号出力が前記コントロールモジュールに接続された請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記コントロールモジュールコードが前記反応チャンバ内に配置されたベルジャーの表面温度を上昇させるため、送風スピードコントロールを開始させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コントロールモジュールコードが、前記ベルジャーの前記表面温度が前記規定温度範囲を超えた際、前記ベルジャーの内側のクリーニングを中断させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記反応においてガス状反応物質を副産物として形成させるプログラムコードも含み、前記コントロールモジュールコードが前記ベルジャーの内側に蒸着した物質との反応を引き起こすために前記ベルジャー内に反応ガスを導入させる請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記コントロールモジュールコードがパージガスを用いて前記ベルジャーを浄化させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記コントロールモジュールコードが、前記エピタキシャル蒸着装置がクリーニングモードにあるとき、前記ベルジャーの表面温度を監視させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記コントロールモジュールコードが更に、送風スピードコントロールを終了させ、設定スピードでの送風スピードコントロールを再開し、前記ベルジャーの表面温度を低下させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントロールモジュールコードが前記ベルジャーの表面温度が規定温度範囲を超えた際、前記ベルジャーの内側におけるクリーニングを中断させるプログラムコードも含む請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
エピタキシャル蒸着装置のクリーニング方法であって、前記エピタキシャル蒸着装置内に配置されたベルジャーの表面温度を第一規定温度範囲まで上昇させ、
前記ベルジャーの内側に蒸着した物質と第一規定温度範囲内で反応可能な反応ガスを導入させ、ガス状の副産物を形成し、
前記ベルジャー表面温度を前記ベルジャーの前記内側上の前記蒸着物質を除去するのに十分な時間、前記第一規定温度範囲内に保持するエピタキシャル蒸着装置のクリーニング方法。
【請求項１２】
前記方法が前記ベルジャーからの前記ガス状副産物の除去も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記除去ステップがパージガスを用いてベルジャーを浄化することによって行われる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法が前記ベルジャー内側の透明度の測定も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が前記ベルジャーからの前記反応ガスの浄化も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記方法が前記ベルジャー内側から前記蒸着物を除去した後、前記ベルジャー表面温度を第二規定温度まで低下させることを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記温度を上昇させる前記ステップが前記エピタキシャル蒸着装置に配置された空気循環送風機の減速も含み、前記送風機によって形成される気流が前記ベルジャーを通過し、該気流が前記ベルジャー表面温度を制御するのに用いられる請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記第一規定温度の範囲において前記ベルジャーの表面温度を保持するステップが前記ベルジャー表面温度の測定も含む請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
エピタキシャルリアクタを原位置でクリーニングするキットであって、
電源に接続された電源入力接続部と、エピタキシャルリアクタの送風モーターに接続された電源出力接続部と、エピタキシャルシステム制御装置に接続された入力／出力接続部とを有する送風モーターコントローラ、と
エピタキシャルリアクタのベルジャーの内側のクリーニングを引き起こすために前記送風モーターコントローラを制御するコンピュータ可読のプログラムコードを有するコンピュータで使用可能な媒体で構成されるプログラムプロダクトとを備え、前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが
前記システム制御装置に送風スピードコントロールを開始させ送風スピードの減速によって前記ベルジャーの表面温度を上昇させるコンピュータ可読プログラムコードと、
前記システム制御装置に前記ベルジャーの前記表面温度及び排出プレナム内の空気流量を読取らせ、規定温度範囲内に前記表面温度を保持させるコンピュータ可読プログラムコードと、
前記システム制御装置に前記ベルジャー内へ反応ガスを導入させ、前記ベルジャーの内側に蒸着した物質と該反応ガスとを反応させ、ガス状反応物質を副産物として形成させるコンピュータ可読プログラムコードと、
前記システム制御装置にパージガスを用いて前記ベルジャーの浄化をさせるコンピュータ可読のプログラムコードとを含むキット。
【請求項２０】
前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが、前記エピタキシャルリアクタがクリーニングモードにあるとき、前記システム制御装置に前記ベルジャーの前記表面温度を常時監視させるコンピュータ可読のプログラムコードも含む請求項１９記載のキット。
【請求項２１】
前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが送風スピードコントロールを終了させ、設定スピードでの送風スピードコントロールを再開し、前記ベルジャーの表面温度を低下させるコンピュータ可読のプログラムコードも含む請求項１９記載のキット。
【請求項２２】
前記プログラムプロダクト中の前記コンピュータ可読のプログラムコードが前記ベルジャーの前記表面温度が前記規定温度範囲を超えた際に前記ベルジャーの前記内側の前記クリーニングを中断させるコンピュータ可読のプログラムコードも含む請求項１９記載のキット。
【国際調査報告】
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2004508724.tif 000032
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