(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護ガスシールド装置（２２）であって、
側部及び端部から外方に延びる端部フランジ（３２）が設けられた後壁（２６）を備えるシールド本体と、
前記側部フランジ（３２）によって前記後壁から間隔を置いた状態で支持されていて、前記後壁（２６）と協働してプレナムを形成する有孔板状手段（３４）と、
各々が前記シールド本体（５６）のそれぞれの側部から内方に間隔を置いた状態で前記プレナム中へ延びていて、不活性ガスを前記プレナムに供給し、それによりガスが前記有孔板状手段（３４）から外方に流れるようにする少なくとも２本の導管（４７）とを有し、
前記シールド本体（５６）が、さらに、その端部に、前記有孔板状手段（３４）が取り付けられる側部フランジ（３３）を有し、
前記保護ガスシールド装置（２２）は、さらに、前記有孔板状手段（３４）の伸縮を可能にしながら、前記シールド本体（５６）の各前記端部及び前記有孔板状手段（３４）の縁部に係合して前記有孔板状手段（３４）をシールド本体（５６）上に保持する端部キャップとを有することを特徴とする保護ガスシールド装置。
【請求項２】
前記有孔板状手段は、前記有孔板状手段を形成するよう組み合わされる２つの有孔板から成ることを特徴とする請求項１記載の保護ガスシールド装置。
【請求項３】
前記後壁の縁部に隣接して前記後壁に沿って延びる直線部分と、前記後壁の端部に隣接して位置する曲り部とを備えた導管を更に有し、前記導管は、前記直線部分に沿ったところ及び曲り部のところに設けられていて、実質的に一様なガスの流れを前記プレナム及び前記端部中へもたらす穿孔を備えていることを特徴とする請求項１記載の保護ガスシールド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願〕
本願は、１９９９年５月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／１３５，３６２の優先権主張出願である。
【０００２】
〔発明の分野〕
本発明は、一般に化学的気相成長装置に関し、特に、化学的気相成長法の実施の際に用いられる保護ガスシールド装置に関する。
【０００３】
〔発明の背景〕
薄い一様な層又は薄膜を基板、例えば半導体ウェーハ上に成膜するのに化学的気相成長（ＣＶＤ）装置が用いられている。ＣＶＤ法の実施中、基板は、１以上の化学物質蒸気、例えばシラン、ホスフェン（phosphane ）、ジボラン等及びガス状物質、例えば酸素にさらされる。ガスは、他のガスと混じり合うと共に（或いは）基板の表面と反応して所望の膜を生じさせる。所望の反応は一般に、高い温度、例えば、３００〜５５０℃で生じ、基板及びチャンバは、選択された方法にとって適正な温度まで加熱される。半導体処理を含む多くの用途では、膜特性、例えば純度及び厚さの一様性は、厳しい品質基準を満たさなければならない。基板は、高品質の膜を得るためにクリーンで隔離された反応チャンバ内に置かれる。ＣＶＤシステムは代表的には、インジェクタを採用しており、このインジェクタは、ガス状物質を直接基板の表面に向けて送り出す。排出系統が、反応中に生じた廃棄物、例えば、粉末を含む未反応ガスを反応チャンバから除去する。時間の経過につれてチャンバの露出面上に被着した膜を取り除くため反応チャンバを定期的にクリーニングして、膜中に埋め込まれ又は膜の厚さの一様性を劣化させる場合のある粒子汚染源を無くす必要がある。
【０００４】
注入ポートは代表的には、基板の表面から１インチ（２．５４cm）未満、例えば，１／８インチ〜１／２インチ（３．１８mm〜１２．７mm）のところに配置されている。インジェクタと基板表面との間の隙間がこのように狭い状態では、インジェクタの表面は、反応中に生じた物質で被覆されるようになる。この領域における堆積量を減少させるため、ＣＶＤシステムの中には、インジェクタの前に配置されたシールド（遮蔽体）及び排出ポートを備えるものがある。シールドによって支持された有孔スクリーンを通って不活性ガス、例えば窒素を送ってシールド上への材料の堆積速度を遅らせている。ＣＶＤ反応チャンバ内の高温により、有孔スクリーンに熱応力が生じ、これにより、或る期間が経つとスクリーンが折れ曲がる場合がある。折れ曲がりにより、スクリーンを通る窒素の一様な流れが妨げられると共にチャンバ内のガス流が妨げられ、結果的にスクリーンが部分的に、付着物質の堆積に対して保護されない状態となる。スクリーンが窒素を反応チャンバに送り出す能力は、スクリーンが被着物質で被覆されるようになるので一段と下がり、シールドの取外し及びクリーニング又は交換が必要となる。
【０００５】
保護シールドに関する多くの形態が、米国特許第５，８４９，０８８号及び第５，９４４，９００号に開示されており、かかる米国特許の開示内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。これらには、シールドの性能を高める特定の設計上の特徴が記載されている。特に、シールドの有効寿命は、これらの従来技術を用いることにより伸びるようになっている。膜の一様性を向上させるためのこれら構成上の特徴のうち幾つかが図示されている。
【０００６】
これら米国特許に記載された保護シールドは、膜の一様性を向上させたが、一層の改良が望まれている。例えば、上述の保護シールドは、シールドの端部の近くでシールドプレナムに入り、次にシールドの長さに沿って下に延びて他端に至る不活性ガスラインを有している。かかる形態のＣＶＤ装置では一般に、不活性ガスラインが、シールドに向かって下へ延びてから曲がり、次にその長さに沿って延び、次に逆に上方へ曲がり、そして組立体から出ることが必要である。典型的には、ガスラインは、シールドの長さに沿って管の曲り部相互間に等間隔を置いて設けられた一連の穴を有しているのが通例である（しかしながら、必ずしもそのようにする必要ない）。これらの穴は、曲り部領域には設けられていない。この設計は初期の設計のものよりは優れていることが判明したが、管の曲り部は長さが０ではなく、最初の穴は、管が再び真っ直ぐになるところに設けられている。この結果、シールドの端部のところでのガス流量が少なくなり、この領域における材料の望ましくない堆積が増大することになる。
【０００７】
上述したように、ＣＶＤ反応チャンバ内の高温により、有孔スクリーンに熱応力が生じる。時間の経過につれこれにより、スクリーンは折れ曲がると共に（或いは）破断する。従来技術の設計は、この問題に取り組んでいる。例えば、米国特許第５，８４９，０８８号は、有孔前壁の伸縮を可能にする保護シールドを記載している。これは重要な技術的進歩であるが、組立体は構造が比較的複雑であり、製造費が高くつく場合がある。
したがって、端部のところでの材料の堆積を最小限に抑えると共に有孔前壁の伸縮を安価な組み立て方式で可能にする改良型保護ガスシールド装置を提供することが望ましい。
【０００８】
〔発明の目的及び概要〕
本発明の目的は、化学的気相成長法の実施の際に用いられる保護ガスシールド装置を提供し、特に、ガスインジェクタの露出面を保護するガスシールド組立体を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、シールドの長さに沿って実質的に一様な不活性ガスの流れを提供するガスシールド組立体を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、有孔前壁の伸縮を可能にする構造が簡単で安価なガスシールド組立体を提供することにある。
【００１１】
本発明の上記目的及び他の目的は、側部及び端部から外方に延びるフランジが設けられた後壁を備えるシールド本体と、フランジによって後壁から間隔を置いた状態で支持されていて、後壁と協働してプレナムを形成する有孔板とを有する保護ガスシールド装置によって達成される。少なくとも１本の導管が、シールド本体の側部から内方に間隔を置いた状態でプレナム中へ延びていて、不活性ガスをプレナムに供給し、それによりガスが有孔板から外方に流れるようにしている。リテーナが、有孔板の伸縮を可能にしながら、シールド本体の各端部及び有孔板の縁部に係合して有孔板をシールド本体上に保持している。
【００１２】
本発明の別の目的は、着脱自在及び交換可能な有孔前壁を備えたシールド組立体を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、寿命が長く、しかも、効率的且つ経済的に製造し保守できるシールド組立体を提供することにある。
本発明の追加の目的及び特徴は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明及び特許請求の範囲の記載を読むと明らかになろう。
【００１４】
〔好ましい実施形態の説明〕
図１は、処理モジュール又はチャンバ１１を概略的に示しており、この処理モジュールは、ＣＶＤ処理装置、例えば、米国特許第５，８４９，０８８号に記載されたＣＶＤ処理装置の経路に沿って設けられており、かかる米国特許の開示内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。処理モジュール１１は、化学試薬又は他のガス状物質をインジェクタ１２の真下に設けられた反応チャンバ又は処理領域１３中に注入するインジェクタ１２、例えば米国特許第５，６８３，５１６号又は第６，０２２，４１４号に示されたインジェクタを有している。処理されるべきウェーハ１４をコンベヤベルト１７で反応チャンバ中に移動させる。チャンバを反応チャンバに隣接して設けられた加熱器１８によって加熱するのがよい。
【００１５】
ウェーハ又は基板１４がインジェクタを通過すると、注入ガスは互いに反応すると共に基板の上面と反応して基板の表面上に薄い一様な層又は薄膜を生じさせる。反応副生物及び未反応ガスを含む廃棄物は、排出系統に結合された排出ベント２１を通って排出される。
【００１６】
図１に示すように、保護シールド組立体２２は、インジェクタ１２の露出面及び排出通路又は排出ベント２１の入口の前に配置されている。シールドは、インジェクタ及び排出通路を処理チャンバ１３内で生じる反応から隔離し、インジェクタの表面及び通路上への反応副生物及び他の汚染要因物の付着を防止する。シールド組立体は又、シールドの表面上へのかかる副生物及び汚染要因物の堆積を阻止し、したがって副生物の大部分が処理チャンバから排出系統中へ排出されるようにする。
【００１７】
特に図２〜図５に示すように、シールド組立体２２は、インジェクタ１２の前面に隣接して配置されると共にインジェクタの外縁部に巻きついている後壁２６を有している。後壁は、試薬を処理チャンバ内へ流入させる入口ポートとなるスロット２８を有している。入口ポートの寸法形状及び形態は、インジェクタ及びそのポートの設計で決まる。シールドの後壁は、通路３１を形成するフランジ２９をスロット２８のところに備えている。後壁の側縁部及び端縁部は、端部フランジ３２及び側部フランジ３３を備えている。有孔板３４が、フランジ２９，３２，３３の頂部上に設けられている。好ましくは、有孔板は、２つの部分から成り、これらのうち一方の部分が、図５に示されている。２つの部分の切欠き３７は互いに協働して、入口ポート３１のスロットを構成する。切欠き３８は、以下に説明する不活性ガス入口導管を受け入れる。２つの部分は、フランジ上に配置され、図６に示すように端部キャップ又はエンドキャップ４１によって保持されている。端部キャップは、後壁フランジの端部と同一の形態になっており、これら端部キャップは、後壁に係合して有孔板の縁部を後壁フランジにクランプするフランジ４２を有している。端部キャップは、ねじ４３によって保持され、これらのねじは、図１に示すように支持体４４をシールド組立体に取り付けている。クランプ４６が、有孔板のスロットの縁部を入口ポートフランジ２９に弾性的にクランプしている。有孔板と後壁の熱膨張差は、後壁に対する有孔板の摺動運動によって許容される。後壁と有孔板との間のスペースは、プレナムとなる。プレナム中に送り込まれた不活性ガスは、有孔板の穿孔又は小穴を通って流れて有孔板状への反応副生物の付着を阻止する。
【００１８】
図４を参照すると、不活性ガスは、後壁の各縁部のところに設けられた導管又はパイプ４７によって送られる。パイプは、後壁に沿って長手方向に延びていて、例えば溶接により後壁に固定された直線部分４８を有している。直線部分４８は、曲り部４９相互間に位置し、導管の端部は、ガス供給源からの不活性ガスを受け入れるよう上方に延びている。直線部分４８は、不活性ガスがプレナムに沿って一様に流れることができるように符号５１のところで穿孔されている。本発明の一特徴によれば、曲り部もまた、不活性ガスがプレナムの端部に向かって流れてシールドの端部の近くで副生物の付着を阻止できるよう符号５２のところで穿孔されている。
【００１９】
有孔板が折れ曲がらないようにするために支持部材５４が湾曲部分に沿って後壁に溶接されている。支持部材は、シールド本体の端部相互間に延びている。プレナムに沿う不活性ガスの流れを可能にするために複数の穴又はスロット５５が支持体に形成されている。支持部材の位置及び支持部材の数は様々であってよいことは理解されるべきである。
【００２０】
シールド組立体は、支持体４４によってシールド組立体２２の上向き縁部から外方に支持されたシールド本体５６を更に有している。シールド本体５６とシールド組立体２２は協働して排出通路２１の入口を形成している。シールド本体５６は、後部６１及びこれから間隔を置いた有孔板６２を有し、これらの間にはプレナムが形成されている。不活性ガスが、パイプ又は導管６４によってプレナムに供給される。
【００２１】
上述のことから明らかなように、本発明は、構造が簡単で比較的安価なシールドを提供する。このシールドは、有孔板のひどい折れ曲がり又は破断を生じることなく、温度が変化する条件に対応できる。有孔板のクリーニング及び（又は）交換のためシールド組立体を容易に分解することができる。不活性ガスは、シールド組立体の長さ方向及び端部に沿って均一に流れる。
【００２２】
本発明の特定の実施形態を例示の目的で説明した。これら実施形態は、例示であるに過ぎず、またこれら実施形態は、本発明を開示した形態そのものに限定するものではなく、上記の教示に照らして多くの設計変更例及び改造例を想到できることは明らかである。これら実施形態は、本発明の原理及びその用途を最もよく説明し、それにより当業者が本発明を最もよく利用することができるように選択されており、特定の用途に合うように種々の設計変更を施した種々の実施形態を想到できる。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＣＶＤ装置の処理モジュール又はチャンバの略図であり、本発明のガスシールドを示す図である。
【図２】  本発明のガスシールド組立体の断面図である。
【図３】  本発明のシールド装置の斜視図である。
【図４】  シールド装置の後壁の片方の半部の斜視図であり、有孔ガス送出し管を示す図である。
【図５】  有孔板の片方の部分の斜視図である。
【図６】  有孔板保持キャップを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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