説明

改善された熱特性を具えた半導体処理装置およびその処理装置を提供する方法

【課題】本発明は、改善された熱特性を有する半導体処理装置を提供すること、およびその提供方法を提供する。
【解決手段】加熱されたガス状の雰囲気を含むように構成されるプロセスチャンバを含む半導体処理装置であって、多くの機械部品を含み、その部品のうちの少なくとも1つに加熱反射アモルファスSiO粒子コーティングが少なくとも部分的に設けられる装置が開示される。さらに、半導体処理装置の構成要素を処理する方法であって、構成要素の表面にアモルファスSiO粒子コーティングを少なくとも部分的に設けるステップと、任意で、前記塗布されたコーティングの表面を密封するステップと、を含む方法が開示される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体処理分野を対象としており、さらに詳細には、改善された熱特性を具えた装置およびその装置を提供する方法を対象としている。
【背景技術】
【0002】
基板上に膜を付着させる化学蒸着装置などの半導体処理装置は、基板が受ける処理の性質によって必然的に高い内部温度で動作することもある。一般に、このような熱集約型のプロセスは、高い雰囲気温度を持続することが可能なプロセスチャンバ内で実施される。実際には、プロセスチャンバの内部からその外部に熱が漏れるのを防ぐのは容易ではないことが分かる。さらに、プロセスチャンバ自体は、動作中に様々な温度に保持されるのが好ましい機械構成要素を含むこともある。したがって、熱管理は、優れたプロセスチャンバ設計ための重要な側面である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許出願公開第2008/0075949号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
高断熱性材料が熱流を制御または遮断するために使用可能であるが、その多くは半導体処理環境における使用に適していない。それにもかかわらず、この目的に向けた試みがなされることもある。例えば、断熱性材料は、大気と直接接触するのを防ぐように、透明な石英ガラスの(envelope)の中のプロセスチャンバ内に配置されてもよい。残念ながら、エンベロープは高温にさらされると、エンベロープの中のガスが膨張することによって破裂する危険性がある。このような破裂の危険は、膨張するガスを開放することができるいわゆる抜き穴(bleeding hole)をエンベロープに設けることによって避けることもできる。しかしながら、ほとんどの断熱性材料には強いガス放出性があるため、放出されたガスは、プロセスチャンバの制御された環境の中で存在することが望ましくないパーティクル(particle)を含むという意味で汚染されている。汚染ガスは実際の処理領域から隔離されていなければならないので、特に低い圧力環境では、エンベロープから汚染ガスが放出されると問題となる。あるいは、エンベロープは、破裂を防ぐために真空にして完全に密封されてもよい。しかしながら、多くの断熱性材料には前述のようなガス放出性があるため、さらにエンベロープが何度も熱サイクルを受けることによってリークを起こすことがある危険性を考慮すると、この解決策も避けた方がよい。
【0005】
したがって、本発明は、改善された熱特性を有する半導体処理装置を提供すること、およびその提供方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一形態は、加熱されたガス状のプロセス雰囲気を含むように構成されるプロセスチャンバを含む半導体処理装置の部品またはこれに用いるのに適している部品を提供する。この部品は、アモルファスSiO粒子から構成される熱反射コーティングが少なくとも部分的に設けられる。さらに、本発明は、前記部品のうちの1つ以上を含む半導体処理装置も提供する。
【0007】
本発明の別の形態は、半導体処理装置の構成要素、ただし前記装置は加熱されたプロセスガスを使用し、前記構成要素は動作中に加熱されたプロセスガスにさらされる、半導体処理装置の構成要素の処理方法を提供する。この方法は、構成要素の表面にアモルファスSiO粒子から構成されるコーティングを少なくとも部分的に設けるステップを含む。さらに、この方法は、例えば、火炎研磨によって塗布されたコーティングの表面を密封するステップも含む。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、改善された熱特性を有する半導体処理装置を提供すること、およびその提供方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】熱特性を改善する1つ以上の対策が設けられる半導体処理装置を示す側断面図である。
【図2】熱特性を改善する1つ以上の対策が設けられる半導体処理装置を示す側断面図である。
【図3】熱特性を改善する1つ以上の対策が設けられる半導体処理装置を示す側断面図である。
【図4】熱特性を改善する1つ以上の対策が設けられる半導体処理装置を示す側断面図である。
【図5】図1の半導体処理装置とともに用いられるペデスタル(pedestal)を示す概略図である。
【図6】図1の半導体処理装置とともに用いられるペデスタルを示す概略図である。
【図7】図1〜図4に示される化学蒸着装置などの半導体処理装置で用いられる反射プレートの2つの有利な実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明は、本発明を図示するが限定しないものとする添付図面と合わせて、本発明の特定の実施形態についての以下の詳細な説明から一層完全に理解されるであろう。
【0011】
図面では、同一または同様な装置、部品、空間、方向などは、同じ参照符号によって示されるものとする。さらに、分かり易くするため、対象物が1つ以上の先行する図面で既に特定されている場合には、幾つかの図面の参照番号は省略されるものとする。
【0012】
本開示による半導体処理装置では、1つ以上の機械部品が、優れた反射特性を有するコーティングで処理されている。このコーティングは、アモルファスSiO、好ましくは、特定の粒子サイズおよび粒子サイズ分布を有する粉砕された石英材料から構成される。粒子によって、コーティングの反射率は、3μmの波長を有する赤外線熱放射に対して最大で0.95と驚くほど高くなる。石英材料は、半導体処理に適合しており、例えば、化学蒸着反応炉に使用しても問題ない。このような反応炉の表面仕様に適合させるため、さらに多孔質コーティングのガス放出および/またはパーティクルの放出の危険性を低減するために、コーティングの表面は密封されてもよい。例えば、表面を軽く火炎研磨することによってこれを行うこともできる。軽い火炎研磨であればコーティングの反射特性に影響を及ぼさないことが分かった。
【0013】
本発明を実施するために使用することもできる市販のコーティングは、米国のニューヨーク州にあるアレムコプロダクツ社(Aremco Products Inc.)によって供給されるQuartz−Coat(商標)850である。代替の市販のコーティングは、ドイツのハーナウ(Hanau)にあるヘレウスクォーツグラス社(Heraeus Quartsglass GmbH & Co.KG)によって供給されるヘレウス反射コーティング(Heraeus Reflective Coating)である。コーティング材料は、アモルファスSiOのスラリー(slurry)および水分である。SiO粒子は、SiO開始粒子の湿式粉砕(wet milling)によって形成することもできる。コーティングされる部分にスラリーを塗布した後、スラリーを乾燥させて水分を除去してから高温で硬化させる(例えば、特許文献1を参照)。
【0014】
熱反射コーティングは、様々な厚さで塗布することもできる。実験では、0.8mm以上の厚さで250nm〜2650nmの範囲の電磁波波長に対し0.95の平均反射率が得られることが示された。もっと薄い厚さを使用して反射率がそれより低い反射コーティングを得ることもできる。例えば、0.3mmの厚さでは、約0.85の反射率となる。コーティングの厚さは、その目的に応じて変えることができるが、典型的には0.05mmから2mmの範囲、より好ましくは、0.1mmから1mmの範囲である。
【0015】
以下に、半導体処理装置における熱反射表面密封型ガラスセラミックコーティングの多くの具体的な適用について説明する。
【0016】
図1は、縦型化学蒸着装置100の側断面図を概略的に示す。この装置は、その底部側が開口しているプロセスチューブ101によって外形が主に定義されるプロセスチャンバ109と、プロセスチューブ101の開口した底部が着脱可能に受け入れるペデスタル103とを含む。ペデスタル103は、ウェハボート(図示せず)を支持しており、ペデスタル103は、ドアプレート105によって支持されている。プロセスチャンバ109は、加熱コイル(詳細には図示せず)などの加熱要素108、および断熱性材料(図示せず)によって取り囲まれている。プロセスチャンバ109の内部には、反応空間の限界を定めるライナー106、すなわち使用時に処理されるウェハを含むプロセスチャンバの中核部が設けられてもよい。プロセスガスおよびパージガスは、ガス供給口111を通って反応空間内に導入されてもよく、ライナー106とプロセスチューブ101との間の隙間113を経て真空排気口112を通してプロセスチャンバ109から排気されてもよい。プロセスチューブ101は、フランジ110上で支持されている。プロセスチューブ101が気密性を保つ形で確実に密封されるように、反応炉100の下部のプロセスチューブ101とフランジ110とドアプレート105との間に幾つかのエラストマのOリング120を使用してもよい。エラストマのOリングおよびVシールなどの他のシールの信頼性は、高温に繰り返しまたは継続的にさらされると悪化することもあるので、反応炉100の下部は、プロセスチャンバ109の中央部の温度より低い温度に保つのが好ましい。
【0017】
ペデスタル103の主な目的は、使用時に加熱されたガス状雰囲気を含むプロセスチャンバ109と反応炉100の下部の環境との間の断熱を提供することである。さらに、反応炉の下部に存在するすべてのOリング、Vシールなどの温度を降下させるのに役立つ。そのために、ペデスタル103は、水平方向で垂直に積層される多くのディスク状熱シールド104、104’、104”などを含む。熱シールドが多いほど断熱レベルは向上するが、実際には、反応炉100内の空間が相対的に足りなくなることによって、使用してもよいシールドの数は制限される。
【0018】
したがって、熱シールド104、104’、104”などに、アモルファスSiO粒子から構成される熱反射コーティングを設けることが提案される。コーティングされた熱シールド104、104’などを含むペデスタル103は、改善された断熱性を合わせ持つ。パーティクル発生の危険性を排除するため、コーティングは火炎研磨されてその表面を密封することもできる。反応炉100の下方領域に存在するすべてのOリングまたはVシールは、寿命および信頼性が向上する。さらに、ペデスタル103は、反応炉の直径が増大するに伴って増加する反応炉の下部に対する熱負荷の一部を弱めることができるので、さらに大口径(450mm)のウェハ反応炉を可能にすることもできる。さらに、ペデスタル103は、低圧および大気圧化学蒸着装置と大気酸化/拡散装置との両方で使用することもできる。
【0019】
図2は、図1の半導体処理装置100の別の表現を示す。図2では、前述のペデスタル103は簡単にするために省略されている。
【0020】
本発明の一実施形態では、熱反射SiO粒子コーティングは、ライナー106の下部203に塗布される。コーティングは、ライナー106の下部の内面、外面および底面のうちの1つ以上に設けられてもよい。内面および外面のコーティングは、順にOリング120を収容するフランジ110、プロセスチューブフランジ202およびドアプレート105を含む反応炉100の下部方向に向かう加熱要素108からの赤外線放射204、204’、204”’を反射する。透明石英ガラスから構成することもできるライナーチューブ106にこのようなコーティングを設けることは、短いライナーを使用してその下端に不透明な石英部を溶接することよりも簡単でより経済的である。ライナー106の下部の底面へのコーティングは、ライナー本体を通して伝播される熱放射が底面に当たるとすぐにこれを部分的に反射するため、熱放射がOリングに達することも防ぐ。
【0021】
別の実施形態では、プロセスチューブ101の上部205は、アモルファスSiO粒子から構成される熱反射コーティングが設けられてもよい。反応炉の上部を通る熱損失を低減するのに役立つように、プロセスチューブの上部205の内側、外側または両側にコーティングが塗布されてもよい。任意で、さらに従来の断熱を上部205の外側に設けてもよい。反応炉の上部を通る熱流束を充分に小さくすることができる場合には、反応炉の上部/中央部の別々の加熱領域は不必要としてもよい。
【0022】
本発明のさらに別の実施形態では、コーティングされた熱シールド206をライナー106とプロセスチューブ101との間に配置して、2つの要素の間の放射熱流束および重要なOリング領域に向かう熱流を低減してもよい。描かれる熱シールド206(分かり易くするために左側のみ図示される)は水平方向に延在し、積層またはスタガ配置(staggering arrangement)で取り付けられてもよい。ライナー106とプロセスチューブ101との間の空間に取り付けられる熱シールドは、ガスの流出を阻害する可能性があるので、真空排気口112に接続される真空ポンプで適切に処理することができない圧力低下を引き起こすような位置に配置しないように注意する必要がある。
【0023】
不必要な圧力低下を避けるため、コーティングされたシールドは、図3に示されるシールド301、301’などのように垂直方向に配置されるのが好ましい。さらに、前記シールド301、301’などは、ライナー106とプロセスチューブ101との間の環状空間にも配置され、構造を支持するためのシリンダジャケット302に接続される。シールドは、垂直方向にすることで重要なOリング領域からプロセスチャンバ109およびそれを取り囲む加熱要素108を見る角度を効果的に小さくする。同様な効果は、異なる形状、例えば、直線でなく曲線を有するシールドを用いて達成することもできることに留意すべきである。代替の実施形態では、シールド301、301’などは、ライナー106またはプロセスチューブ101に装着されてもよい。
【0024】
図4は、プロセスチャンバ109のライナーチューブ106の内側に設けられるガス注入器401が追加された、図1の縦型蒸着装置を概略的に示す。ガス注入器401は、ほぼ反応領域403の高さに亘り垂直方向に延在し、複数のガス注入孔402を含む。ガス注入器401は、ガス供給口111に接続される供給端を有し、プロセスガスおよび/またはパージガスを反応領域403内に導入する。ライナー106とプロセスチューブ109との間の隙間113を経て真空排気口112を通してプロセスチャンバ109から前記ガスを排気することもできる。
【0025】
反応領域403に対向するガス注入器401の外面の一部は、熱反射アモルファスSiO粒子コーティングが設けられてもよい。コーティングによって生じる拡散反射は、反応炉の下部のガスを加熱するのに役立つこともできる。あるいは、ガス注入器401の外面領域を完全にコーティングして、注入器が過熱するのを防ぐこともできる。完全にコーティングされたガス注入器401に当たる熱放射は反射され、注入器内へ未使用ガスを供給することには冷却効果がある。注入器401内の温度をプロセスチャンバ109内の温度より僅かに低くすることは、プロセスガスの早期の熱分解を防ぐ点で有効となり得る。任意で、追加の別の閉ループ冷却ガス管を注入器401内に設けてもよい。
【0026】
図5は、多くの水平方向の熱シールド104、104’などを含むペデスタル103を概略的に示す。熱シールドは石英で構成される3本以上の脚部501によって支持される。脚部のうちの2本が図5に概略的に示される。脚部501の最下部をコーティングして、ドアプレート105(図5参照)などのペデスタルを支持する下部構造への「赤外光導管(infrared light piping)」による熱伝導を防ぐこともできる。
【0027】
図6は、断熱性材料の本体601を有する代替型のペデスタルを概略的に示す。一般に、このようなペデスタルには不透明な石英のエンベロープ602が設けられる。本発明の一実施形態では、エンベロープ602は、透明な石英ガラスから構成され、エンベロープの内側および外側のうちの少なくとも1つにアモルファスSiO粒子のコーティングが設けられる。
【0028】
図7は、半導体処理装置で使用される反射プレート701、703の2つの有利な実施形態を概略的に示す。例えば、プレート701、703は、図1〜図4に示される化学蒸着装置のペデスタル103の熱シールドとして使用されてもよい。(A)で示される第1の実施形態では、反射プレート701は、主要な表面領域を有する一方の側面702上に熱反射表面密封型ガラスセラミックコーティングが設けられる。(B)で示される第2の実施形態では、プレート703は、その主要な面704、705の両方に熱反射コーティングが設けられる。後の実施形態では、コーティングは、両方の側面704、705で同じ厚さを必ずしも有するとは限らない。前述のように、プレート703がペデスタル103に使用される場合、例えば、そのプロセスチャンバに面する側には、0.95の平均反射率に対応する厚さを有するコーティングが設けられてもよく、そのドアプレートに面する側には、0.20から0.80の間の反射率に対応する厚さを有するコーティングが設けられてもよい。実施形態AおよびBでは、反射プレート701、703の本体は、不透明または透明な石英ガラス材料から構成されてもよい。
【0029】
一実施形態では、コーティングの表面は密封されてもよい。コーティング自体は、ランプの反射体などの通常の使用に対しては既に相対的にガスの放出も汚染もない状態であるが、半導体処理装置のプロセスチャンバ内部でガスの放出およびパーティクルの発生がないことに対する非常に厳しい要求には依然として適合していないこともある。コーティングを密封することは、このような厳しい要求に応えるのに役立つ。例えば、表面を軽く火炎研磨することによってこれを行ってもよい。軽い火炎研磨は、コーティングの反射特性に影響を及ぼさないことが分かった。
【0030】
別の実施形態では、反射SiO粒子コーティングが設けられる反射プレート上に石英プレートが配置され、石英プレートは密封係合状態で反射プレートのコーティングされた側面に接触してもよい。そのために、横方向の寸法が等しい2枚のプレートの縁部は、ともに火炎研磨または溶接されてもよい。このようにして、熱反射コーティングを2つの石英プレートの間に挟み、ガスが放出するどんな潜在的危険性も避けるようにする。
【0031】
一実施形態では、機械部品が部分的にコーティングされてもよい。例えば、局所的に低温箇所または高温箇所が反応炉の中に存在する場合、部品を部分的にコーティングして所望の熱的改善を達成することもできる。コーティングの反射率は、コーティングの厚さを調整することによって調整することができるが、反射率を調整する別の方法は、コーティングの厚さは一定の値に維持しながら、表面を部分的に覆うようなパターンのコーティングを設けて表面の残りの部分はコーティングしないまま残しておくことである。
【0032】
本発明の説明に役立つ実施形態が、添付図面を参照しながらより詳細に説明されたが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことが理解されるべきである。請求項の範囲に定義されるような本発明の範囲または趣旨から逸脱することなしに、様々な変更または改変が当業者によって行われてもよい。したがって、本明細書において「一実施形態(”one embodument” or ”an embodiment”)」に言及しているのは、その実施形態に関して説明される特定の機能、構造、または特徴が、少なくとも一実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書において様々な箇所に「一実施形態では(”in one embodiment” or ”in an embodiment”)」という語句が現れるが、これは、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照しているわけではない。さらに、特定の機能、構造、または特徴は、1つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【0033】
100 縦型化学蒸着装置
101 プロセスチューブ
103 ペデスタル
104、104’、104” ディスク状熱シールド
105 ドアプレート
106 ライナーチューブ
108 加熱要素
109 プロセスチャンバ
110 フランジ
111 ガス供給口
112 真空排気口
113 隙間
120 Oリング
202 プロセスチューブフランジ
203 下部
204、204’、204”、204”’ 赤外線放射
205 上部
206 熱シールド
301、301’ シールド
302 シリンダジャケット
401 ガス注入器
402 ガス注入孔
403 反応領域
501 脚部
601 本体
602 エンベロープ
701、703 反射プレート
702 側面
704、705 主要な面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
加熱されたガス状のプロセス雰囲気を含むように構成されるプロセスチャンバを含む半導体処理装置の部品またはこれに使用するのに適している部品であって、アモルファスSiO粒子から構成される熱反射コーティングが少なくとも部分的に設けられる部品。
【請求項2】
前記部品が、動作中の前記プロセスチャンバ内部の前記加熱されたガス状の雰囲気にさらされるように構成される請求項1に記載の部品。
【請求項3】
塗布される熱反射コーティングが、0.05mmから2mmの間の厚さを有する請求項1に記載の部品。
【請求項4】
塗布される熱反射コーティングが、250nmから2650nmの間の電磁波波長に対して、0.95を超える平均反射率を有する請求項1に記載の部品。
【請求項4】
前記熱反射コーティングの表面が、例えば、火炎研磨によって密封されている請求項1に記載の部品。
【請求項5】
前記アモルファスSiO粒子コーティングは、アレムコ(Aremco)社のQuartz−Coat(商標)850またはヘレウス(Hereaus)社のヘレウス反射コーティングである請求項1に記載の部品。
【請求項6】
前記部品が、前記プロセスチャンバに少なくとも部分的に受け入れ可能なペデスタルであって、前記ペデスタルが、多くの熱シールドを含み、そのうちの少なくとも1つに、前記プロセスチャンバ内に熱を誘導するために前記熱反射コーティングが設けられる請求項1に記載の部品。
【請求項7】
前記部品は、前記プロセスチャンバを少なくとも部分的に取り囲むように構成されるプロセスチューブである請求項1に記載の部品。
【請求項8】
前記部品は、前記プロセスチャンバ内部に配置されるように構成されるライナーチューブである請求項1に記載の部品。
【請求項9】
前記部品は、前記プロセスチャンバ内部のプロセスチューブとライナーチューブとの間に配置されるように構成される熱シールドである請求項1に記載の部品。
【請求項10】
前記部品は、前記熱反射コーティングによって互いに隔てられる2つ以上の石英プレートの構成物である請求項1に記載の部品。
【請求項11】
前記部品は、前記プロセスチャンバ内部に配置されるように構成されるガス注入器である請求項1に記載の部品。
【請求項12】
加熱されたガス状のプロセス雰囲気を含むように構成されるプロセスチャンバと、先行する特許請求の範囲のいずれか1項に記載の1つ以上の部品と、を含む半導体処理装置。
【請求項13】
半導体処理装置の構成要素を処理する方法、ただし前記装置が、加熱されたプロセスガスを使用し、前記構成要素が、動作中に、前記加熱されたプロセスガスにさらされる方法であって、
前記構成要素の表面にアモルファスSiO粒子から構成されるコーティングを少なくとも部分的に設けるステップ、
を含む方法。
【請求項14】
前記反射コーティングの表面が、火炎研磨によって密封される請求項13に記載の方法。
【請求項15】
塗布されるコーティングが、250nmから2650nmの間の電磁波波長に対して0.95以上の平均反射率を有する請求項13に記載の方法。
【請求項16】
前記アモルファスSiO粒子コーティングは、アレムコ(Aremco)社のQuartz−Coat(商標)850またはヘレウス(Hereaus)社のヘレウス反射コーティングである請求項13〜15のうちのいずれか1項に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2009−302547(P2009−302547A)
【公開日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2009−158225(P2009−158225)
【出願日】平成21年6月12日(2009.6.12)
【出願人】(501380070)エーエスエム インターナショナル エヌ.ヴェー. (26)
【氏名又は名称原語表記】ASM INTERNATIONAL N.V.
【住所又は居所原語表記】The Netherlands 3723 BG Bilthoven Rembrandtlaan 7−9
【Fターム(参考)】