(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）真空室へシリコンウェハーを挿入する工程と、
（ｂ）ウェハーの上方に位置する第１熱源から熱エネルギーを放射し、ウェハーの上面がその第１熱源とウェハーとの間に位置する第１の熱プレートから発する熱エネルギーの少なくとも一部を吸収する工程と、
（ｃ）ウェハーの下方に位置する第２熱源から熱エネルギーを放射し、ウェハーの底面がその第２熱源とウェハーとの間に位置する第２の熱プレートから発する熱エネルギーの少なくとも一部を吸収する工程と、
（ｄ）ウェハーの外縁に近接して位置する第３熱源から熱エネルギーを放射し、ウェハーを横方向から包囲する熱リングが第３熱源から発する熱エネルギーを吸収し、その熱エネルギーをウェハーの外縁へ送る工程とを有し、第１の熱プレートと第２の熱プレートはウェハーに接触しないで位置して、真空室のシリコンウェハー全体に均一温度を保持する方法。
【請求項２】
第１熱プレート、第１熱プレートの下方に位置し、第１熱プレートとの間にウェハーを介在させ、そのウェハーに第１熱プレートとともに接触しないように配置した第２熱プレートを含む室と、
第１熱プレートの上方に位置する第１熱源であって、第１熱プレートがその第１熱源からの熱エネルギーを吸収し、その熱でウェハーを加熱する第１熱源と、
第１と第２部分を有し、第２熱プレートの下方に位置する第２熱源であって、
第２熱プレートが第２熱源の第１部分から発する熱エネルギーを吸収してウェハーを加熱する第２熱源とを有するＣＶＤリアクタ。
【請求項３】
ウェハーの外縁部を横から包囲する熱リングプレートをさらに含み、熱リングプレートが第２熱源の第２部分から発する熱エネルギーを吸収してウェハーの外縁を加熱する請求項２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項４】
第１及び第２熱プレートは黒鉛からなる請求項２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項５】
ウェハーを回転させる手段をさらに有する請求項２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項６】
第１及び第２熱プレートは１．０の輻射能を有する請求項２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項７】
第１及び第２熱源の各々は、複数個のタングステンハロゲンランプからなる請求項２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項８】
コンピュータと、
第１熱プレート内に埋め込まれ、コンピュータに連結されて第１熱プレートの温度を測定する第１サーモカップルと、
熱リングプレート内に埋め込まれ、コンピュータに連結されて熱リングプレートの温度を測定する第２サーモカップルとを有し、
コンピュータは、第１熱プレートの温度に応答して第１熱源の熱強度を調整し、かつ、熱リングプレートの温度に応答して第２熱源の第１及び第２部分の熱強度を調整する請求項３項に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項９】
反応物質ガスを室へ注入するガスインジェクタを更に有し、ガスインジェクタは、
複数の独立して回転するノズルと、各々がノズルに関連させられて接続されている複数の第１ガスラインとを有する天板と、
第１ガスラインの各々に接続する第１端と、ガス用取付口に接続する第２端とを有する第２ガスラインを備えた軸とを有し、
ガスがガス用取付口へ注入され、ノズルの１本又は複数本を通ってウェハーへ導かれる請求項２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１０】
さらに、
第２の複数の個々独立して回転するノズルと、
複数の第３ガスラインとを有し、
第３ガスラインの各々は第２ノズルの関連する各ノズルに接続され、軸が第３ガスラインの各々に接続した第１端と、第２ガス用取付口に接続した第２端とを有する第４ガスラインを有し、その結果、第１のガスとは異なる、第２ガス用取付口へ注入される第２ガスを第２ノズルの１本又は複数本を通してウェハーへ向けて導く請求項９に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１１】
それぞれが、個々に関連したノズルの各々を通って流れるガスの速度を制御するため第１ガスラインの各対応ラインに接続される複数のコントローラを更に有する請求項９に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１２】
さらに、
少なくとも１つの熱源から少なくとも１つの熱プレートに輻射熱エネルギーを通す窓と、
反応物質ガスを室へ注入するガスインジェクタと、
窓と少なくとも１つの、窓を通して熱エネルギーを受ける熱プレートとの間に不活性物質ガスを注入する不活性ガスインジェクタとを含み、これにより窓と熱を受け取る熱プレートの間での反応物質ガスの反応を削減するために不活性物質ガス圧を発生する請求項２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１３】
さらに、
（ａ）少なくとも１つの熱源から少なくとも１つの熱プレートに輻射熱エネルギーを通す窓と、
（ｂ）反応物質ガスを室へ注入するガスインジェクタと、
（ｃ）窓と少なくとも１つの、窓を通して熱エネルギーを受ける熱プレートとの間に不活性物質ガスを注入する不活性ガスインジェクタとを含み、これにより窓と熱を受け取る熱プレートの間での反応物質ガスの反応を削減するために不活性物質ガス圧を発生する請求項８に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１４】
さらに、
（ａ）少なくとも１つの熱源から少なくとも１つの熱プレートに輻射熱エネルギーを通す窓と、
（ｂ）窓と少なくとも１つの、窓を通して熱エネルギーを受ける熱プレートとの間に不活性物質ガスを注入する不活性ガスインジェクタとを含み、これにより窓と熱を受け取る熱プレートの間での反応物質ガスの反応を削減するために不活性物質ガス圧を発生する請求項１０に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１５】
さらに、
（ａ）少なくとも１つの熱源から少なくとも１つの熱プレートに輻射熱エネルギーを通す窓と、
（ｂ）窓と少なくとも１つの、窓を通して熱エネルギーを受ける熱プレートとの間に不活性物質ガスを注入する不活性ガスインジェクタとを含み、これにより窓と熱を受け取る熱プレートの間での反応物質ガスの反応を削減するために不活性物質ガス圧を発生する請求項９に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１６】
さらに、ガスインジェクタを冷却する液体による冷却システムを有する請求項９に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１７】
液体による冷却システムはガスインジェクタを冷却するために液体が循環する通路を含む請求項１６に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１８】
さらに、ガスインジェクタを冷却する液体による冷却システムを有する請求項１２に記載のＣＶＤリアクタ。
【請求項１９】
液体による冷却システムはガスインジェクタを冷却するために液体が循環する通路を含む請求項１８に記載のＣＶＤリアクタ。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明はコールドウォールの気相成長法（ＣＶＤ）処理室に関し、特に、真空室内でウェハーを一定かつ均一温度に保持し、ウェハーに均一層の薄いフィルムが堆積されるようにその処理室への反応物質ガスの注入をコントロールすることに関する。
発明の背景
半導体装置の製造においてポリシリコンが広く使用されている。典型的には、図１に示すように、またここに参考文献として引用した、クルーワーアカデミック出版社１９９８年のＴ．カミンズ著の集積回路に使用する多結晶シリコンと題する書物の１２〜１４頁に記載されているように、温熱壁のＣＶＤリアクタ１０内にシラン又はジクロロシランと水素を注入することによってポリシリコンがシリコンウェハーに付着される。
図１の室１０のような温熱壁室は、しかしながら問題がある。例えば、ウェハー１２のＣＶＤ処理中、室１０の表面が熱くなり、室１０の壁１４に反応物質蒸気の薄層が形成されるほど熱くなる。この層が次第に肉厚となると、壁１４から剥がれてウェハー１２を汚染してしまう。さらにそのような層が形成されると、反応種が減少し、ウェハー１２への堆積が減ってしまったり、時には、全く堆積が行われないときもある。
この問題に応えて、“コールドウォール”処理が開発された。そこでは、シリコンウェハーを加熱用つかみでつかみ、誘導コイルを外面に備えた真空室にそれを挿入するようになっている。加熱用つかみは誘導コイルからＲＦエネルギーを吸収し、ウェハーを間接的に加熱する。真空管の壁は透明であって、輻射熱エネルギーをさえぎることはないので、その壁は誘導コイルから放射されるＲＦエネルギーを吸収することはない。かくして、真空管の壁は比較的冷たくて、それは反応温度（即ち、ウェハーの温度）より低い温度に保持される。従って、真空室の壁には、堆積はほんのわずかしか生じない。
コールドウォール室ＣＶＤリアクタの大きな欠点は各ウェハーを均等に加熱することができないことにある。ウェハーを横切って均等に熱を単にかけるだけでは、ウェハーの中心部分と外側部分との間に大きな温度差が生じてしまう。図２ＡはコールドウォールＣＶＤリアクタ（図示せず）内の熱源１６から放射される均等な輻射によって加熱されるウェハー１２の横断面を示す。図２Ｂは、ウェハー１２から損失する輻射熱の典型的な損失パターンを示す。ウェハー１２の辺縁部での熱の損失は、ウェハー１２の中心部の熱の損失より大きいので、ウェハー１２の辺縁部と中心部との間に温度差が生じる。この温度差が図２Ｃにグラフで示されており、線１８は図２Ｂに示すウェハー１２の横断面の距離の関数としてウェハー１２の温度を示す。
ウェハー１２に対する反応物質ガスの堆積率はウェハー１２の温度に比例する。かくして、ウェハー１２の中心部と辺縁部との間の温度変化はそのような材料の不均等な層の堆積を生じさせてしまう（即ち、不均一な厚みの層）。例えば、ポリシリコンの堆積率は１℃当たり２．０〜２．５％変化する（Ｒ．Ｓ．ロスラー著のポリ、ニトリド及びオキサイドの低圧ＣＶＤ製造方法、ソリットステートテクノロジー、１９７７年４月号、６３〜７０頁参照）。
ウェハーの辺縁部のより大きな熱の損失を補償する１つのアプローチは、Ｍ．モスレヒ他著のテキサス  インスツルメンツ  テクニカル  ジャーナル、９巻、Ｎｏ．５、９〜１０月号、１９９２年、４４〜４５頁に記載されるように、マルチゾーン加熱源を使用することによって、ウェハーの辺縁をより強く加熱することである。不都合なことに、そのような技術は完璧なものではない。熱エネルギーは直線的ではないので（即ち、熱源からあらゆる方向へ放出する）、この更なる熱エネルギーをウェハー１２の辺縁部のみに導くことは事実上、不可能である。ウェハー１２の辺縁部へ導かれる熱エネルギーの一部は、ウェハー１２の辺縁から５ｍｍほど離れたウェハー１２部分を加熱する。従って、ウェハー１２の辺縁部と中心部との間に好ましくない温度変化が生じることになる。
コールドウォールＣＶＤ方法の更なる問題は処理速度にある。反応物質ガスが低い部分圧、即ち約１０ｍＴｏｒｒ以下に保持される時、その堆積率は主に温度との関係で変化する。その堆積率は反応物質ガスの部分圧を上昇させることによって増大する。しかしながら、部分圧がより高まると、堆積率は温度との関係で変化するばかりでなく、ウェハーの表面に生じるガスの分配パターンの変化との関係で変化する。反応物質ガスが室へ流入する速度が高速となり、かつまた、室内で反応物質ガスが物体にぶつかることにより室内で乱流が生じると、室内でガス流を真に層流にすることは不可能に近い。かくして、分配パターンを正確にコントロールすることのむづかしさは、ウェハー１２に均等な分配層を形成するために反応物質ガスを低い部分圧に保持する必要があることであり、そのことは結果的に、堆積率を制限してしまう。
ポリシリコンの堆積率は、典型的には、１０ｍＴｏｒｒで毎分１００〜２００Åである。典型的な温熱壁式ＣＶＤ方法では、１００個以上のウェハーが同時に処理されるようになっており、そのような堆積率は容認できるものである。しかしながら、コールドウォールＣＶＤ方法においては、１回に１個だけのウェハーが処理される。従って、コールドウォールＣＶＤ装置において、毎分１００〜２００Åの堆積率では、ウェハーの生産率が容認できないほど低くなる。かくして、堆積層の均一性を犠牲にすることなしに、高速の処理速度をもつようなコールドウォールＣＶＤ装置が必要となる。
要旨
そこで、前述した技術の問題を克服した改良型のコールドウォール型ＣＶＤリアクタを開示する。本発明によれば、ＣＶＤリアクタは真空室を有し、その中に第１及び第２熱プレートがあり、その真空室の外部のまわりに、独立して制御される多数のゾーンからなる加熱源が２つ配置される。第１熱源は３個の独立して制御されるゾーンを有し、第２熱源は２個の独立して制御されるゾーンを有する。処理されるウェハーは第１熱プレートの下で、第２熱プレートの真上に位置づけられる。そのウェハーは第１熱プレートを介して第１熱源により上から間接的に加熱され、そして第２熱プレートを介して第２熱源の第１ゾーンにより下から間接的に加熱される。ウェハーの辺縁部を横から包囲する熱リングプレートが、第２熱源の第２部分から発した熱エネルギーを吸収し、ウェハーの外縁部を加熱する。
ウェハーが約５ＲＰＭで回転して、複数の独立した回転ノズルを有するガスインジェクタによって、反応物質ガスが真空室へ注入される。各ノズルを通って送られるガスの方位と速度は、その反応物質ガスがウェハーの表面に非常に均一に分配されるように調整される。このような高度な均一性により、反応物質ガスの部分圧が上昇し、それによって、その堆積率が向上するが、ウェハーに堆積される層の均一性を犠牲にすることはない。
第１熱プレートに埋め込まれた第１センサーは、第１熱プレートの温度を測定し、この温度をコンピュータへ送り、そのコンピュータは順次、第１熱プレートを一定温度に保持するために第１熱源の第１ゾーンへの電力を調整する。コンピュータは、ウェハー上の温度が均一となるように、第１熱源の第２、第３ゾーンの熱強度を第１ゾーンの所定の熱強度係数に保持する。
熱リングプレートに埋め込まれた第２センサーは、熱リングプレートの温度をコンピュータへ送る。この温度に応答して、コンピュータは、熱リングプレートを一定温度に保持するために、第２熱源の第２ゾーンの熱強度を調整する。コンピュータは、ウェハーが均一温度に保持されるように、即ち、ウェハーの外縁部と中心部との間の温度変化を最小限にするために、第２熱源の第１ゾーンの熱強度を第２ゾーンの所定の熱強度に保持する。
【図面の簡単な説明】
図１は従来の温熱壁式ＣＶＤ処理室を示す。
図２Ａ〜２ＣはコールドウォールＣＶＤ室で処理されるシリコンウェハーの熱損失パターンを示す。
図３は、本発明のＣＶＤコールドウォール処理リアクタの正面図である。
図４は図４のＣＶＤリアクタの横断面の前面図である。
図５Ａ、５Ｂは図３、図４のＣＶＤリアクタ内の真空室の横断面図である。
図６は、図５Ａ、５Ｂの真空室の一部の展開図であって、本発明のマルチゾーン加熱組立体をも示す。
図７は本発明のマルチガスインジェクタの斜視図である。
図８は図７のマルチガスインジェクタの横断面図である。
図９は本発明の多段式ガスインジェクタを示す。
図１０Ａは図６に示すマルチゾーン加熱組立体の一部の横断面図である。
図１０Ｂは図１０Ａの加熱組立体の底面図である。
図１１は本発明の温度調節システムの概略図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図３〜１１を参照して好ましい実施形態の説明をする。これらの図面を通して、同一部品は同一符号で示す。上述の好ましい実施形態の作用については、ウェハー１２にポリシリコンを堆積することに関連して以下で説明する。しかしながら、本発明の実施形態は、本発明の効果を実現しながら、ウェハーに他の適切な材料を堆積するために使用することもできる。
ここではじめに、図３〜６を参照すれば、気相成長法（ＣＶＤ）用リアクタ３０は天板３４と底板３６を備えた真空室３２を有する。天板３４と底板３６は両方とも冷却壁である。側壁３８は天板３４に取付られＯリング３８ａで天板３４に真空シールされ、また、底板３６に取付られて、Ｏリング３８ｂで底板３６に真空シールされる（図５）。
リアクタ３０に従って処理されるウェハー１２は、室３２内に置かれる。反応物質ガスがガスインジェクタ４０を通って室３２へ注入され、そのガスは、ホース４２を通って適切な真空ポンプ（図示せず）を使って室３２から除去される。その室３２には、後述するように、ウェハーの上に位置する第１熱源から、そしてまた、ウェハーの下に位置する第２熱源から赤外線熱エネルギーが送られる。
天板３４の上に上部ランプ組立体４３が配置され（図３）、その組立体４３は２キロワットのタングステンハロゲンランプ４４ａ〜４４ｃを１９個有する（図４）。天板３４内には、上部石英窓４５が取付られ、ランプ４４ａ〜４４ｃから発した赤外線エネルギーが石英窓を通過し、室３２に置かれたウェハー１２を加熱する。Ｏリング４８，４９は上部石英窓４５と天板３４との間に真空シールを形成する（図５）。黒鉛ガスケット５０は上部石英窓４５と室３２との間にシールを形成する。クランプ４６が上部石英窓４５に下方への圧力をかけることにより、上部石英窓４５と黒鉛ガスケット５０との間にきちんとした適合を確実にする。クランプ４６はボルト５２によって天板３４に固定される（図４〜６）。
上部ランプ組立体４３のランプ４４ａ〜４４ｃから発する赤外線エネルギーは、ウェハー１２の頂面の上方約１２．７〜１９．１ｍｍ（０．５〜０．７５インチ）に位置づけられる黒鉛熱プレート５４を加熱する（図５、図６）。熱プレート５４は好ましくは、プレート５４の迅速な熱循環を可能にするため低熱質量を有する。熱プレート５４は複数のクリップ５６によって熱絶縁石英リング５８に固定される（図面を簡単化するため、図５には、クリップ５６は１個しか示していない）。石英リング５８は熱プレート５４と天板３４との間の熱伝導を減少させる。熱プレート５４の温度はその中に埋め込まれたサーモカップル６０によって測定される（図５Ａ）。
下部ランプ組立体６２は底板３６（図３）の下に配置され、２キロワットランプ６４ａ，６４ｂを１８個有する。上部石英窓４５が天板３４にシールされるのと同様に、下部石英窓６６が底板３６内に備えられ、クランプ６８、Ｏリング７０，７１、黒鉛ガスケット７２により真空シールされる（図５）。
ウェハー１２はそのウェハー１２の外縁が円形黒鉛キャリヤ７４上に載置されるように室３２内に配置される（図５Ａ−５Ｂ）。キャリア７４は熱質量を最小にするようにできるだけ薄くなければならない（約２．５４ｍｍ（０．１インチ））。この熱質量を小さくすることによってキャリヤ７４の熱循環を迅速にすることができる。
リング７４の外側部分のすぐ下に熱ブロック７８を配置する。リング７４の外縁は熱ブロック７８の内縁と重なり、キャリヤ７４の底面と熱ブロック７８の上面との間は約１．０２ｍｍ（０．０４インチ）しか離れていない。石英リング８０が熱ブロック７８と底板３６との間で熱絶縁をする。熱ブロック７８に埋め込まれたサーモカップル８６（図５Ｂ）は、サーモカップルクランプ９０内のＯリング８８によって室３２の外部からシールされ、クランプ９０はＯリング９２によって側壁３８にシールされる。
キャリヤ７４は熱プレート９４に取り付けられた石英リング９３によって支持される。好ましくは熱プレート９４は黒鉛で形成され、プレート９４の迅速な熱循環を可能にするため熱質量の低い熱プレート９４は、下部石英窓６６の開口を通り室３２を通って伸長する管９６の上端に連結される。管９６は真空室３２を外気からシールする強磁性流体シール９８内を貫通し、その中で自由に回転する（図４）。管９６の下端は軸アダプタ１００に接続され、シールされる。管９６に連結される第１プーリー１０４をまわり、モータ１０８に連結される第２プーリー１０６をまわってベルト１０２がかかっている。モータ１０８がプーリ１０６に接続されると、管９６が回転し、それによってキャリヤ７４を回転させ、ひいては、ウェハー１２を回転させる。
管９６内に位置する軸１１０の下端は、ベロー１１２の内側部分に取付られ、このベロー１１２はリフトブロック１１４に連結される。リフトブロック１１４は偏心組立体１１８を介してモータ１１６により縦方向へ駆動される。軸１１０の上端は軸アダプタ１２２を介して石英ピンホルダー１２０に取付られ、そのピンホルダー１２０には、リフトピン１２４が取付られている（図５、図６）。そのリフトピン１２４は、ウェハー１２をロボット腕により室３２から取り出すことができるように、ウェハー１２をキャリヤ７４から上方へ持ち上げるために使用される（図示せず）。
内部にガス取付口１２６を有するプラグ１２５が天板３４に備えられ、それはチャンネル１２８に接続する。（図４、図５）Ｏリング１３０によりプラグ１２５を外気からシールし、Ｏリング１３２がプラグ１２５を室３２の内部からシールする。ガス取付口１２６へ注入されるアルゴンは、チャンネル１２８を通って流れ、矢印１３３で示すように熱プレート５４と上部石英窓４５との間の室部分３２へ流入する（図５）。
ここで、図７、８も合わせて参照すれば、ガスインジェクタ４０はその側部に６個の独立した回転ノズル１５２を有する組立体１５０をもつ。或る実施形態において、ノズル１５２は垂直方向及び水平方向へ回転する。ノズル１５２は反応物質ガス流をウェハー１２の表面へ向ける。ノズル１５２の各々は、各ノズル１５２から流出するガスの流量比と速度をコントロールする調整ねじ１５４を有する。
ガスインジェクタ４０はクランプ１６２により底板３６に取付られる（図４、図８）。Ｏリング１６４はガスインジェクタ４０を底板３６にシールする。クランプ１６７はまた、インジェクタ４０をそこに固定するために使用される。インジェクタ４０の下側に備えられた給水取付口１６８が組立体４０内部の水路１７０に接続される。インジェクタ４０を冷却するために水路１７０を通って水が循環する。
管１７２内へ注入される反応物質ガスはガスライン１７４を通って流れ、インジェクタ４０の組立体１５０内の室１７６へ注入する（図８）。組立体１５０内に配置された６本のガスライン１７８の各々は（図８には１本だけしか示していない）室１７６に接続する第１端とノズル１５２の各関連ノズル１５２に接続する第２端を有する。前述したように、各ノズル１５２を通って流れるガス流は、関連する各ガスライン１７８に連結される調整ねじ１５４によりコントロールされる。
もうひとつの実施形態において、ガスインジェクタ４０は図９に示すように、互いに積層した２個の組立体１５０を備える。この配置は２種類の異なる反応物質ガスを室３２へ注入することができる。
前述のガスインジェクタ４０は、通常のコールドウォールＣＶＤ装置よりずっと速い比率でウェハー１２を処理することができる上に、ウェハー１２に付着されるポリシリコン層の均一性を劣化させることもない。前述のように、ポリシリコンの堆積率は反応物質ガスの部分圧を上げることによって上昇する。部分圧が約１０ｍＴｏｒｒ以上に上昇すると、ウェハー１２の表面にかかる反応物質ガスの分配パターンが変化し、その結果、ウェハー１２に付着するポリシリコン層の均一性に非常に大きな変化が生じる。
この問題を解決するために、ウェハー１２を回転させながら、反応物質ガスをインジェクタ４０から室３２へ吹き付ける。ウェハー１２が回転すると、ウェハー１２の表面全体に付着するのに有用なガス量が平均化する。かくして、反応物質ガスの分配パターンを不均一にすると、ウェハー１２に付着されるポリシリコン層の均一性に対する重要度のインパクトが小さくなる。それにも拘わらず、ポリシリコン層の均一性を最大限に高めるためには反応物質ガスの分配パターンの均一性を最大にするのが望ましい。反応ガスの分配パターンの均一性は、各ノズル１５２を通って流れるガスの方位と流量比を巧みに操作することによって最適状態にすることができる。
反応物質ガスの分配パターンの重要性を最小限にすると、反応物質ガスの部分圧を約２００ｍＴｏｒｒに上昇させることができ、その圧力は、ポリシリコンの堆積率を２５００Å／分以上に向上させることができる。この堆積率の向上はウェハー１２に堆積されるポリシリコン層の均一性を犠牲にすることなく実現される。かくして、ウェハー１２の表面におけるガス境界層を減少させることによってガスインジェクタ４０は、従来のコールドウォールＣＶＤリアクタより高い堆積率を所与の部分圧で達成できる。
図１０Ａは水冷式上部ランプ組立体４３の横断面図である（図４も参照）。ランプ組立体４３内に備えられるランプソケット１７１は、前述のランプ４４ａ〜４４ｃを内蔵する。水用取付口１７３を介してランプ内へ吐出される水は、ランプ組立体４３内を循環し、それを冷却する。ランプソケット１７１はダクト１７９を通ってランプ組立体４３へ流入する空気によって冷却され、その空気は、ダクト１７５を通ってランプ組立体４３から流出する。電力はソケット１７７を通ってランプ組立体４０へ送られる。
図１０Ｂは上部ランプ組立体４３の底面図であって、３つの独立した同中心加熱ゾーン１７８，１８０，１８２を示す。外側ゾーン１７８は１２個のランプ４４ａを包含する外側リングを有し、中間ゾーン１８０は６個のランプ４４ｂを包含する内側リングを有し、内側ゾーン１８２はランプ組立体４３の中心部にランプ４４ｃを有する。
ここで再度、図３、図４を参照すれば、下部ランプ組立体６２のランプの配置が上部ランプ組立体４３のそれに類似して示されており、それは、１２個のランプ６４ａを含む外側リングと、６個のランプ６４ｂを含む内側リングとを有する。しかしながら、下部ランプ組立体６２は、上部ランプ組立体４３のランプ４４ｃに比較できる中心ランプを有しておらず、その代わりに開口を有し、その開口を通って管９６が伸びている（図４）。
ここで図１１を参照すれば、コンピュータ１９０はランプ４４ａ〜４４ｃ及び６４ａ〜６４ｂの強度を調整することによってウェハー１２の温度を調整する。上部ランプ組立体４３のランプ４４ａ（外側ゾーン１７８）、ランプ４４ｂ（中間ゾーン１８０）及びランプ４４ｃ（内側ゾーン１８２）への電力は、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）コントローラ１９２，１９４，１９６によってそれぞれ管理され、下部ランプ組立体６２のランプ６４ａ，６４ｂへの電力は、ＳＣＲコントローラ１９８，２００によってそれぞれ、管理される（図９Ａ、９Ｂも参照）。ＳＣＲコントローラ１９２〜２００の各々は、コンピュータ１９０のソフトウェア内に含まれる別個の比例積分微分（ＰＩＤ）ループによってコントロールされる。これらのＰＩＤループは通常の設計で作られる。
本発明に従ったウェハー１２へのポリシリコンの付着については後述する。キャリヤ７４上にウェハー１２がのせられる。プレート９４は、そのプレートの上面がウェハー１２の底面の下方約１２．７ｍｍ（０．５インチ）のところにくるように位置づけなければならない。ウェハー１２は約５ＲＰＭの速度で回転され、その間、反応物質ガスがノズル１５２から放出する（図５Ａ）。図７、８に関連して前述したように、ガスはインジェクタ４０を通って回転ウェハー１２の表面に均等に分配される。約５ＲＰＭ以上の回転速度でウェハー１２がリング７４から摺動する。
ガス取付口２０４を通ってリアクタ３０へ注入されるアルゴンガスは、チャンネル２０５を通って流れ（図４）、矢印２０６（図５）で示すように、約１００ｃｃ／分の比率で熱ブロック７８の下方部分へ流入することにより室３２へ流入する。熱ブロック７８とキャリヤ７４との間の１．０２ｍｍ（０．０４インチ）の間隙を通って流れるアルゴンは、反応物質ガスが下部石英窓６６と接触しないように保護する。反応物質ガスが流れて石英窓６６の上に蓄積すると、ポリシリコンが石英窓６６に付着し、それによって、下部ランプ組立体６２内のランプ６４ａ〜６４ｂの効率を低下させる。
同様に、ガス取付口１２６を通って注入されるアルゴンガスは、反応物質ガスが上部石英窓４５（図５）と接触してそこに付着しないようにするため、上部石英窓４５とプレート５４との間の部分から室３２へ流入する。
ウェハー１２は上部ランプ組立体４３の独立して個々にコントロールされるランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃにより上方から間接的に加熱される（図４、図１０）。ランプ４４ｃ、即ち、上部ランプ組立体４３の内側ゾーン１８２は、熱プレート５４の中心部分を加熱する。熱プレート５４の中間部分及び外側部分は上部ランプ組立体４４のランプ４４ｂ（中間ゾーン１８０）及びランプ４４ａ（外側ゾーン１７８）によってそれぞれ、加熱される。コンピュータ１９０はサーモカップル６０により熱プレート５４の温度をモニターし、それに応答して、熱プレート５４を一定温度に保持するようにランプ４４ｃへ送られる電力を調整する。コンピュータ１９０は、ランプ４４ｃへ送られる所定係数の電力量に基づいてランプ４４ａ，４４ｂへ送られる電力を調整する。即ち、ランプ４４ｃへ送られる第１及び第２の所定のパーセンテージの総電力がランプ４４ａ及び４４ｂへそれぞれ送られる。これらの所定係数は、ランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃへ送られる電力の関数として、ひいてはその温度の関数として堆積されるポリシリコン層の均一性を測定することによって経験的に決定される。熱プレート５４を横切って温度の変化が存在する場合、即ち、熱プレート５４の中心部が例えばその熱プレートの外縁とは異なる温度である場合、このポリシリコン層の均一性が最適となることを出願人は知った。
熱プレート５４は、ウェハー１２上に複数の温熱スポットが生じるのを防ぐためのランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃとウェハー１２との間の熱拡散手段として作用するので、そのプレート５４は、ウェハー１２上に均一層のポリシリコンが確実に堆積されることに役立つ（ランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃによりウェハー１２を直接、加熱すると、ランプ４４ａ，４４ｂ，４４ｃの各ランプのすぐ下で、ウェハー１２に局部的な温熱スポットがほぼ確実に生じる）。
ウェハー１２の外縁部は下部ランプ組立体６２の１２個の外側ランプ６４ａによって第１に、間接的に加熱される。個々独立してコントロールされるランプ６４ａから発する熱エネルギーは、熱ブロック７８により吸収され、その熱ブロック７８は、順次、ウェハー１２の外縁部を加熱する（図４、図６）。熱ブロック７８の温度はサーモカップル８６によって測定され、コンピュータ１９０へのフィードバックとして与えられる。コンピュータ１９０は、この温度をモニターし、それに応答して、熱ブロック７８を一定温度に保持するようにランプ６４ａへ送られる電力を調整する。温度でコントロールされる熱ブロック７８によってウェハー１２の外縁を包囲することによって、ウェハー１２の外縁部における熱の損失を最小限にする。
ウェハー１２は、下部ランプ組立体６２の６個の内側ランプ６４ｂによってはじめに、下から間接的に加熱される（図４、図６）。熱プレート９４は内側ランプ６４ｂから放出される熱エネルギーを吸収し、それは熱プレート５４と同じ方法で熱拡散手段として作用し、下からウェハー１２を加熱する。コンピュータ１９０は、外側ランプ６４ａへ送られる所定係数の電力量に基づいて内側ランプ６４ｂへ送られる電力をコントロールする。前述のように、この所定係数は、ランプ６４ａ，６４ｂへ送られる電力の関数として堆積されるポリシリコン層の均一性を測定することによって経験的に決定される。
他の実施形態において、ランプ６４ａ，６４ｂへ送られる電力量、ひいては、熱ブロック７８及び熱プレート９４の温度はそれぞれ、上部ランプ４４ａへ送られる所定のパーセンテージの電力として保持される。
第１表は、６５０℃の操作温度でポリシリコン層の均一性を最適状態にすることを出願人が知った各ランプ４４ａ，４４ｂ，６４ａへ送られる所定パーセンテージの電力を示す。
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図３〜１１に関連して前述したリアクタ３０はウェハーの外縁部と中心部との間の温度変化を最小限にする。以前に述べたように、ウェハー１２の熱損失量は、その外縁の方が内部部分より大きい。この外縁部におけるより大きな熱損失量は、個々に独立してコントロールされるランプ６４ａによりウェハー１２の外縁部を間接的に加熱することによって補償される。外側ランプ６４ａによって放出される熱エネルギーは、熱ブロック７８によって吸収され、この熱ブロック７８は順次、ウェハー１２の外縁を加熱する。熱ブロック７８はウェハー１２の外縁を横から包囲するので、熱ブロック７８から輻射し、ウェハー１２へ送られる熱エネルギーの量は、ウェハー１２の外縁からの距離に比例する。即ち、ウェハー１２の外縁から１ｍｍ離れたウェハー部分１２よりウェハー１２の辺縁へより多くの熱エネルギーが送られる。この特徴はコンピュータ１９０によるランプ４４ａ〜４４ｃ及び６４ａ〜６４ｂの連続調整により、ウェハー１２に非常に均一なポリシリコン層を堆積することができる。
ウェハーの外縁と、２００ｍｍ直径のウェハーの辺縁から３ｍｍ地点との間の測定した時、１％以下の不均一性をもつポリシリコン層の堆積をリアクタ３０が可能とし、その時ポリシリコンの堆積率は２５００Å／分以上であることを出願人が知った。
これまで、本発明の特定の実施形態について図示かつ説明してきたけれども、本発明から逸脱することなしにそのより広い側面で種々の変形や変更が可能であることはこの技術に熟達した者にとって自明であり、従って、本願の請求の範囲は本発明の本旨と範囲に包含されるような変形や変更を全てその範囲内に含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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