JPS599623B2 - 誘導加熱される蒸着装置を冷却する方法およびそのための冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷却方法に関し、特に誘導加熱される蒸着装置
を冷却する方法に関する。

誘導加熱される蒸着装置は典型的には内部にサセプタ支
持されたウエーハを配置せしめ、まわりにはＲＦ誘導加
熱コイルの本質的に電気的に絶縁されていない巻線を配
置せしめた蒸着封入体（エピタクシヤルな石英管または
ベル・シャーのごとき）を含む。

コイル巻線に電流が通されると、コイルは蒸着封入体を
通るガスをウエハ一上にエピメクシヤルに沈澱せしめる
に充分な温度（少なくとも５００℃）までサセプタの加
熱を誘導する。不都合なことは、サセプタがウエハ一を
加熱するにつれて、それは蒸着封入体をも加熱すること
により蒸着封入体を通るガスの、蒸着封入体の内壁上に
おける沈澱を促進する。蒸着封入体の内壁上におけるか
かる沈澱物は蒸着封入体内で成長しつつある材料の質に
有害な影響を及ぼし、スパイキ、ピツトおよびその他の
種々の表面欠陥の発生を促進する。かかる沈澱物は更に
与えられた操業からのドーバントを含むことがあ９うる
し、その場合沈澱物は将来の連続的な操業においてドー
パントの望まない源として作用しうる。いつたん形成し
たこれらの沈澱物を除去するには、蒸着封入体をクリー
ニングのために流れから取出すことにより、蒸着装置の
生産性を低下させねばならない。かかる沈澱物の形成を
防止するためには、蒸着封入体を種々の公知の技法のい
ずれかにより冷却するのが普通である。例えば、空気、
窒素または他のガスを冷却流内で蒸着封入体の外部上へ
と導いてそれから熱を吸収除去することができる。蒸着
封入体のまわりには水ジャケツトを配置してよく、それ
を通つて流れる水が蒸着封入体の外面から熱を吸収除去
する。蒸着封入体はその外面から放射熱を吸収する黒箱
によつて少なくとも部分的に包囲されてよい。遮壁包囲
管等の排気系を用いて蒸着ｍｌ人体の外面のすぐ近くか
ら熱を除去してもよい。しかし、公知の冷却技法のいず
れも系の資本および作動コストを不当に増大せしめる（
例えば、高価なガス冷却、熱交換器、排気ダクト等を必
要とすることにより）ことなしには充分な冷却を与えな
いものである。問題の複雑さを充分に理解するには、使
用され．る冷却技法がＲＦコイルの両端間（約１６キロ
ボルトの典型的な電圧差がこの点に存在する）における
短絡のいかなる可能性をも避けるのみならずＲＦコイル
の隣り合う巻線間または１つの巻線から接地への短絡を
も避けなければならないということが理解されねばなら
ない。

ＲＦ誘導源（即ち発生器）の発振回路と蒸着封入体内の
サセプタのコイル誘導周波数との間には基本的な合致が
ある。コイル巻線の最小限の短絡または接地の結果とし
ての不一致による平常周波数（典型的には約４．５メガ
ヘルツであるが使用される装備に依存する）からのいか
なる周波数変化も、１ミリボルト範囲内にあつても、発
振器の同調の損失従つて電力の有効損失を招来するもの
である。従つて本発明の１つの目的は経済的且つ効率的
な誘導加熱される蒸着装置を冷却するための方法を提供
することにある。

本発明の他の目的は作動が安全で容易な上記方法を提供
することにある。

本発明の更に他の目的はかかる冷却方法に使用するため
の装置を提供することにある。

本発明の上記および関連目的は蒸着装置上に直接吹付け
られる脱イオン化した水を使用することから成る冷却方
法において得られることが判明した。

従来一般にはＲＦコイルの高い作動電位（１６キロボル
トまでまたはそれ以上）直接水冷却技法の使用を近くの
作業員にとつてきわめて危険なものにすると当業者によ
つて考えられてきたが、少なくとも１４タグオーム一糎
の固有抵抗を有する脱イオン化した水は、かかる冷却工
程においても安全に使用されうることが判明した。水の
脱イオン化はその固有抵抗をその噴霧が工程中において
安全に使用されうる点まで増大せしめる。更に水の脱イ
オン化は水の噴霧が蒸発するにつれて蒸着封入体の外面
上での材料の沈澱を避けることにより、蒸着封入体内に
維持されている温度輪郭に影響し従つて除去を要するよ
うな望ましくない局部的沈澱物の形成を最小限に抑える
。更に特定的には、本発明は電気的に接地された蒸着封
入体と本質的に電気的に絶縁されていない巻線を蒸着封
入体のまわりに配置せしめたＲＦ誘導加熱コイルとを含
む誘導加熱される蒸着装置を冷却する方法に関する。

該方法は少なくとも１４タグオーム「糎の固有抵抗を有
する脱イオン化しｊた液体を装置上に直接吹付ける工程
から成る。

脱イオン化した液体は典型的には室温にある、好ましく
は脱イオン化した水である。脱イオン化した液体は一般
に蒸着封入体およびコイル巻線上に、好ましくは装置の
頂部上に、直接吹付けられる。脱イオン化した液体は好
ましくは蒸着封入体のより高温部がより低温部よりも大
きな容積の脱イオン化した液体を受容するように体積測
定パターンで吹付けられる。本発明の好ましい一実施例
においては、装置は流体を受容するようになされた容器
を蔽つて配置され、コイルの両端部は該容器の底部を通
され、該両端部は容器およびその液体内容物から電気的
に隔離される。

コイル端部は該コイル端部を電気的に隔離するためにポ
リテトラフルオロエチレンで好ましくは包まれる。本発
明の他の面はかかる誘導加熱される蒸着装置を冷却する
に用いるに適した装置における改良に関し、かかる脱イ
オン化した液体を封入体上に直接吹付けるために蒸着封
入体に接近しうる位置に位置せしめられた手段と吹付け
られた液体を回収するための手段とから成る。

好ましくは、回収手段は液体を受容するようになされた
容器から成り、蒸着装置はコイルの両端部が容器の底部
を通るようにして容器の底部よジ上方に配置され、該両
端部は容器およびその液体内容物から電気的に隔離され
る。

吹付け手段、回収手段およびコイル端部は好ましくは独
立に接地される。さて図面、特にその第１図および第２
図を参照するに、全体的に１０で示される誘導加熱され
る蒸着装置が図示されている。

装置１０は流体を受容するようになされた頂部開口した
容器１２またはパン内に装着されており、蒸着封入体１
４（例えば水平石英エピタクシ管）と該蒸着封入体１４
のまわりに巻線１８を配置された内側を水で被覆された
ＲＦ誘導加熱コイル１６とを含む。かかる装置の常とし
て、結晶成長に必要なガスを蒸着室１４の入口端へ給送
するために入口導管２０が設けられる一方、矢印２３の
方向に流れる未使用のガスを除去するために蒸着封入体
１４の出口端には出口導管２２が連結されている。コイ
ル巻線１８の間隔を維持するために電気的絶縁材料で形
成された適切なスペーサ（不図示）が用いられている。
ＲＦ誘導コイル１６の一端２４は発生器（（不図示）等
のＲＦ誘導源に固定され、他端２４は接地されている。
蒸着封入体１４内には発生器の発振回路に同調せしめら
れた段状サセプタ（不図示）が配置されている。上記要
素のすべて（パン１２を例外として）は誘導加熱される
蒸着装置において公知であるから、ここではこれ以上説
明しない。次に本発明の新規な特徴について述べると、
公知の装置１０はパン１２の頂部と底部の中間に配置さ
れ、コイル巻線１８の底部は好ましくはパン底部よりも
約フインチ（約１７．７８０！ＩＬ）だけ上方にあり、
ガス入口２０およびガス出口２２はパン側壁を貫通して
いる。

パン１２は好ましくは電気的に接地された枠（不図示）
内に装着され、そして後述の理由からパン１２内の流体
のレベルをパン底部よりも約１インチ（約２．５４Ｃｒ
！Ｌ）上方に維持すると共に余剰分を廃棄する電気的に
絶縁されたドレン２６をそなえている。蒸着装置１０の
上方には全体的に３０で示された噴霧系が配置され、該
噴霧系３０はその上に配置された装置の頂部、更に詳細
には蒸着封入体１４およびコイル巻線１８を液体が噴霧
するようになされた複数のノズル３４を有する液体導管
３２から成る。

噴霧系３０は少なくとも１４タグオーム一糎の固有抵抗
を有する脱イオン化した液体、好ましくは脱イオン化し
た水の源（不図示）に連結されており、該源は導管３２
を介し従つて噴霧ノズル３４を介して装置１０上へと与
えられた固有抵抗の脱イオン化した流体を導入するよう
になされている。脱イオン化した液体は少なくとも１４
タグオーム一糎、好ましくは１４〜１８タグオーム一糎
の固有抵抗を有しなければならないという条件は、蒸着
封入体およびＲＦコイルに沿つて分配される脱イオン化
した流体の通路は制御不可能であつてある時には分配さ
れた噴霧はＲＦ源の全電力（この場合には約１６Ｋ）に
さらされる電気通路を構成しうるという仮定に基くもの
である。蒸着装置上に噴霧される流体の脱イオン化した
（即ち非鉱物化した）性質はその外壁上に局部的な冷却
を行なわせ、結局沈澱物除去のために装置の閉止を要す
ることになるかもしれない鉱物沈澱物が形成されるのを
妨げるものである。も．ちろん噴霧系３０はその中を矢
印３５の方向に通過する流体の脱イオン化した性質また
は高固有抵抗に悪影響を与えない材料で構成されている
。ＲＦコイル１６の両端２４が容器１２の底部を貫通し
、パンの底部上には流体３８の浅い溜めが存在する（第
２図参照）から、ＲＦコイルの各端２４は全体的に４０
で示した隔離組立体によつてパン１２（およびその中の
流体）から遮蔽されている。次に特に第３図を参照する
に、各隔離組立体４０は１対の同軸状の管と、テフロン
（ポリテトラフルオロエチレンに対するデユポン社の登
録商標）製の内側管４２と、各端において外側にねじ山
を付けられたアルミニウム製の外側管４４とから成る。

管４２，４４の各端の中間にはテフロン製縁当４６が配
置される一方、外側アルミニウム製管４４の両端上には
縁当４６を管４２，４４と共に機械的にロツクするため
にアルミニウム製ナツト４８が螺着されている。各アル
ミニウム製ナツト４８の外端上にはテフロン製ブツシユ
５０が嵌合せしめられ、これはコイル端２４と内側管４
２との中間で下方へ延びてコイル端２４を溜め内の流体
にさらされないように密封する内側フランジ５２を有す
る。隔離組立体４０の頂部（即ちブツシユ５０の頂部）
はパン底部より約３インチ（約７．６２ＣｆＬ）だけ上
方に、従つて溜め内の流体のレベルよυ約２インチ（約
５．０８？）だけ上方に延びている。溜め内に流体が存
在することはパン１２、従つてそれを貫通する隔離組立
体４０のテフロン部分をも冷却状態に保つことを助ける
（（そうでなければ該部分は割れる恐れがある）一方、
隔離組立体４０の頂部を溜め内の流体のレベルより上方
に配置したことは溜め内の流体が２つのコイル端２４間
に直接的な電気通路を与える可能性を最小に抑えるもの
である。隔離組立体４０の内側スリーブ４２の最小厚さ
は用いられる材料の種類に依存する。

ポリテトラフルオロエチレンは厚さ１ミリにつき１キロ
ボルトの誘電容量を有するので０．０６０インチ（０．
１５２４（Ｍｌｔ）の内側スリーブ厚さは１６キロボル
トまでを含む電力適用例に対し充分以上である。ポリテ
トラフルオロエチレンはよく知られているように溶解す
ることなしに高温に耐えうることと、その絶縁性と、そ
の機械加工のし易さと、その非多孔性と、割れることな
しに温度差に順応しうることとのため好ましいプラスチ
ツク材である。ＲＦコイルの両端２４上に利用される隔
離組立体４０が必要とされるのは該両端がパン１２の底
部にある流体のブールを直接貫通するからだけである。

もしＲＦコイル２４がパン１２からその側部を介して（
底部でなしに）且つその中に蓄積された流体のレベルよ
り上方において取出されるならば、隔離組立体４０は全
く無くてもよい。脱イオン化した流体はまた蒸着封入体
１４の両側および底部においてノズル３４により導かれ
うる（但しパン１２が分配された噴霧の回収を確実なら
しめるに充分な高さを有するならば、であるが、通常最
も高温でそれゆえ最大量の冷却を要するのは、蒸着封入
体１０の頂部である。均等な蒸着を確実ならしめるため
に段状サセプタが採用される場合には、蒸着封入体のよ
リ高温部分がより低温部分よりも常に大きな容積の脱イ
オン化した液体を受容するように、ノズル３４の間隔を
変化せしめる（例えば、第１図に示すごとくノズルを蒸
着装置の高温端に一団に集めることにより）か、あるい
は特定のノズル３４の体積測定容量を変化せしめればよ
い。流体の必要固有抵抗、利用される流体体積率、吹付
角および採用されるべき噴霧パターンはすべて個々の適
用例とともに変化し、且つ所望の冷却量（利用されうる
ＲＦ源電力および蒸着封入体壁上に凝縮しようとするガ
スの傾向により定められるごとき）、蒸着封入体の面積
、採用されるＲＦ電力範囲、サセプタ温度選択および輪
郭等の要因に依存する。

ＲＦ電力範囲を１６キロボルトまでとし、サセプタ温度
を少なくとも５００℃、一般には１０００〜１２００℃
とし、クロロシレン（ＣｈｌＯｒＯｓｉｌａｎｅ）ガス
からの蒸着を包含する与えられた適用例の場合、適当な
パラメータは以下の通りである。水固有抵抗 １４〜
１８タグオーム一糎ノズル吹付角 ８０〜９０タ ノズル噴霧パ ターン 立体円錐 全系のための ノズル容積： ３０ｐｓｉｇにて毎分当ク０．０５２ガ
ロンノズル間隔： ８インチ（２０．３２（１７７！）
管の場合、中心から中心までの間隔が８インチ（２０．
３２ＣＴＩＬ） 隔離組立体の内側 スリープの厚さ ：０．０６０インチ（イ）．１５２４
（７ｎ）上述の方法は最小量の脱イオン化した流体を要
する作動において使用するのに適しているが、より大き
な量が必要とされる場合には、使われた脱イオン化した
流体をただ単に廃棄するよりもそれを集め、冷却しリサ
イクルする方が経済的である。

安全手段として、ドレン２６、パン１２、蒸着封入体１
４、更には、流体導管３２も独立に接地されるべきであ
る。更に、パン１２の壁は吹付けられた液体が蒸着封入
体およびパン１２からはね返ることを防止するに充分な
高さにすべきである。本発明の目的は冷却方法であるが
、蒸着封入体の過剰冷却、特にその局部的過剰冷却を生
じることがないように注意せねばならないことは言うま
でもない。この目的上、脱イオン化した流体は好ましく
は室温かそれに近い温度にし、ノズル３４は噴霧の重な
り合いを最小にすべく充分に離隔せしめられる。一方、
蒸着封入体１４の長さに沿つて延びる１列のノズル３４
が蒸着封入体１４の幅の故に充分な冷却を与えることが
できない場合には、複数の平行列のノズル３４を用いて
よい。本発明によれば蒸着封入体の壁は容易且つ経済的
に冷却されうることにより蒸着封入体の内壁上での蒸着
が少なくなるから、蒸着されるエピタクシヤルな結晶の
質が向上する（スパイキ、ピツトおよび表面欠陥を最小
にすることによＶ））と共に保守が最小にされ、吸収さ
れたドーパントによる未来操業の汚染が最小にされ、ま
たガス冷却、水ジヤケツト、黒箱および排気系が必要と
されないので作動コストが低減せしめられるものである
。従つて本発明は経済的で、効率的で安全且つ操作し易
い冷却方法を提供するものである。本発明の好ましい実
施例を詳細に図示説明した以上本発明における種々の変
形および改良は当業者には容易に明らかとなるであろう
。

従つて、本発明の精神および範囲は特許請求の範囲によ
つてのみ限定されるべきであつて上記開示には限定され
ないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法において有用な装置の断片的土面
図、第２図は第１図の２−２線に沿つて一部断面した断
片的側立面図、第３図はＲＦコイルのカプセル付端部の
一部断面した断片的拡大側立面図である。 主要部分の符号の説明、蒸着装置・・・・・・１０、１
２・・・容器、１４・・・蒸着封入体、１６・・・ＲＦ
誘導加熱コイル、１８・・・コイル巻線、３４・・・ノ
ズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的に接地された蒸着封入体と本質的に電気的に
   絶縁されていない巻線を前記蒸着封入体のまわりに配置
   せしめたＲＦ誘導加熱コイルとを含む誘導加熱される蒸
   着装置を冷却する方法において、少なくとも１４メグオ
   ーム一糎の固有抵抗を有する脱イオン化した液体を前記
   装置上に直接吹付ける工程を設けたことを特徴とする方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記脱イオン化し
   た液体は、脱イオン化した水であることを特徴とする方
   法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項において前記脱
   イオン化した液体は前記蒸着封入体および前記コイル巻
   線上に直接吹付けられることを特徴とする方法。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記脱イオン化し
   た液体は前記装置の頂部上に直接吹付けられることを特
   徴とする方法。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記脱イオン化し
   た液体は室温にあることを特徴とする方法。 ６ 特許請求の範囲第１項において、前記脱イオン化し
   た液体は前記蒸着封入体のより高温部がより低温部より
   も大きな容積の前記脱イオン化した液体を受容するよう
   なパターンで吹付けられることを特徴とする方法。 ７ 特許請求の範囲第１項において、前記装置は流体を
   受容するようになされた容器内に配置され前記コイルの
   両端部は該容器の底部を貫通し、前記両端部は前記容器
   およびその液体内容物から電気的に隔離されていること
   を特徴とする方法。 ８ 特許請求の範囲第１項において、前記コイル端部は
   該コイル端部を電気的に隔離するためにポリテトラフル
   オロエチレンに包まれていることを特徴とする方法。 ９ 特許請求の範囲第７項において、前記容器内に前記
   包まれたコイル端部の頂部より下の液体レベルを維持す
   る工程を設けたことを特徴とする方法。 １０ 電気的に接地された蒸着封入体と本質的に電気的
   に絶縁されていない巻線を前記蒸着封入体のまわりに配
   置させたＲＦ誘導加熱コイルとを含む誘導加熱される蒸
   着装置を冷却するための装置において、少なくとも１４
   メグオーム一糎の固有抵抗を有する脱イオン化した液体
   を前記封入体上に直接吹付けるために前記封入体に接近
   しうる位置に位置せしめられた手段と、吹付けられた液
   体を回収するための手段とを有することを特徴とする装
   置。 １１ 特許請求の範囲第１０項において、前記脱イオン
   化した液体は、脱イオン化した水であることを特徴とす
   る装置。 １２ 特許請求の範囲第１０項において、前記吹付け手
   段は前記脱イオン化した液体を前記封入体および前記コ
   イル巻線上に直接吹付けるように配置されていることを
   特徴とする装置。 １３ 特許請求の範囲第１２項において、前記吹付け手
   段は前記脱イオン化した液体を前記蒸着装置の頂部上に
   直接吹付けるように配置されていることを特徴とする装
   置。 １４ 特許請求の範囲第１０項において、前記吹付け手
   段は前記蒸着封入体のよう高温部がより低温部よりも大
   きな体積の前記脱イオン化した液体を受容するようなパ
   ターンで前記脱イオン化した液体を吹付けるように配置
   されていることを特徴とする装置。 １５ 特許請求の範囲第１０項において、前記回収手段
   は液体を受容するようになされた容器から成り、前記蒸
   着装置は前記コイルの両端部が前記容器の底部を貫通す
   るようにして前記容器の底部より上方に配置され、前記
   両端部は前記容器およびその液体内容物から電気的に隔
   離されていることを特徴とする装置。 １６ 特許請求の範囲第１５項において、前記コイル端
   部は該コイル端部を電気的に隔離するためにポリテトラ
   フルオロエチレンに包まれていることを特徴とする装置
   。 １７ 特許請求の範囲第１５項において、前記容器内に
   前記包まれたコイル端部の頂部より下の液体レベルを維
   持するための手段を有することを特徴とする装置。 １８ 特許請求の範囲第１７項において、前記レベル維
   持手段は前記液体レベルを前記容器の底よりも約１イン
   チ（２．５４ｃｍ）だけ上方に維持するための手段から
   成ることを特徴とする装置。 １９ 特許請求の範囲第１０項において、前記吹付け手
   段および前記回収手段を独立に接地するための手段を含
   むことを特徴とする装置。 ２０ 特許請求の範囲第１５項において、前記コイル端
   部は接地されていることを特徴とする装置。