CN104947075B - 立式热处理装置的运转方法和立式热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供立式热处理装置的运转方法和立式热处理装置。该立式热处理装置的运转方法是运转立式热处理装置的方法，该立式热处理装置使被加热机构包围的立式的反应管内成为真空气氛后，向所述反应管内的基板供给成膜用的气体而进行成膜处理，其中，该热处理装置的运转方法包括以下工序：将以搁板状保持有多个基板的基板保持件搬入到所述反应管内，对所述基板进行成膜处理；从所述反应管搬出所述基板保持件；以及向所述反应管内搬入冷却用的器具而将所述反应管的内壁冷却，利用热应力使附着在该内壁上的薄膜剥离，并且利用热泳将该薄膜捕集在所述冷却用的器具上。

Description

立式热处理装置的运转方法和立式热处理装置

技术领域

本发明涉及在立式的反应管内对多张基板一次性进行成膜处理的立式热处理装置的运转方法和立式热处理装置。

背景技术

作为对半导体晶圆(以下称作“晶圆”)等基板形成薄膜(例如氮化硅(Si－N)膜)的装置，公知有一种在立式的由石英构成的反应管内对多张晶圆一次性进行成膜的分批式的立式热处理装置。作为采用该装置进行的具体的成膜方法，例如可采用多次交替地供给含有硅的原料气体和用于使该原料气体氮化的反应气体(例如氨(NH₃)气)的方法、所谓的ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)法。氮化硅膜不仅是在晶圆的表面成膜，也在用于供给各气体的气体喷射器的外表面、反应管的内壁面等上成膜。

但是，在喷射器、反应管处成膜的氮化硅膜的膜内部的应力极大，而且该氮化硅膜的热膨胀系数以及热收缩率与构成反应管的石英的热膨胀系数以及热收缩率大不相同，因而该氮化硅膜随着反应管的升温、降温而易于自气体喷射器、反应管的表面脱离。因此，在重复这样的形成氮化硅膜的工艺时，自气体喷射器、反应管的表面脱离的氮化硅膜作为微粒附着在晶圆上，导致成品率下降。

公知有一种在形成了氮化硅膜之后通过进行反应容器的升温、降温来抑制微粒附着在晶圆上的技术。但是，在该技术中，由于与通常的工艺时相比过量的电流被供给到用于将反应容器内加热的加热器，因此加热器易于劣化(加热器的寿命变短)。此外，在这种情况下，在冷却反应容器时从该反应容器的外侧吹送0℃的温度极低的冷却气体。因此，在之后使反应管内恢复到工艺时的温度时，该反应管的内部温度难以稳定化。

公知有使用两个舟皿的技术、在卸载舟皿时将反应室内排气的技术，而且公知有在晶圆的装载时或者卸载时向反应室内大流量地吹扫气体而排出微粒的技术。但是，即使在这些情况下，也称不上能够充分地抑制微粒附着于晶圆。

发明内容

发明要解决的问题

本发明提供一种在立式的反应管内对多张基板一次性进行成膜处理的过程中能够抑制微粒附着在基板上的技术。

用于解决问题的方案

本发明的一个技术方案的立式热处理装置的运转方法是运转立式热处理装置的方法，该立式热处理装置使被加热机构包围的立式的反应管内成为真空气氛后，向所述反应管内的基板供给成膜用的气体而进行成膜处理，其中，

该立式热处理装置的运转方法包括以下工序：

将以搁板状保持有多个基板的基板保持件搬入到所述反应管内，对所述基板进行成膜处理；

从所述反应管搬出所述基板保持件；以及

向所述反应管内搬入冷却用的器具而将所述反应管的内壁冷却，利用热应力使附着在该内壁上的薄膜剥离，并且利用热泳将该薄膜捕集在所述冷却用的器具上。

此外，本发明的另一个技术方案的立式热处理装置将以搁板状保持有多个基板的基板保持件搬入到被加热机构包围的立式的反应管内，向所述基板供给成膜用的气体而进行成膜处理，其中，

该立式热处理装置包括：

冷却用的器具，其用于将所述反应管的内壁冷却，利用热应力使附着在该内壁上的薄膜剥离，并且利用热泳捕集该薄膜；以及

升降机构，其用于相对于所述反应管搬入、搬出所述基板保持件和所述冷却用的器具。

附图说明

添加的附图作为本说明书的一部分而编入，表示本发明的实施方式，与上述一般的说明和后述的实施方式的详细内容一同说明本发明的概念。

图1是表示本发明的立式热处理装置的一例子的纵剖视图。

图2是表示图1的所述立式热处理装置的横剖视图。

图3是表示所述立式热处理装置的一例子的纵剖视图。

图4是表示图3的所述立式热处理装置的横剖视图。

图5是表示所述立式热处理装置的另一个例子的纵剖视图。

图6是表示图5的所述立式热处理装置的横剖视图。

图7是表示在所述立式热处理装置中进行的处理的一例子的序列图。

图8是表示所述立式热处理装置的作用的概略图。

图9是表示所述立式热处理装置的作用的概略图。

图10是表示所述立式热处理装置的作用的概略图。

图11是表示所述立式热处理装置的作用的概略图。

图12是表示所述立式热处理装置的作用的概略图。

图13是表示所述立式热处理装置的作用的概略图。

图14是表示冷却用的器具的另一个例子的立体图。

图15是表示冷却用的器具为圆筒形状的情况下的旋转台的例子的立体图。

图16是表示在反应管内配置有图14所示的冷却用的器具的状态的横剖视图。

图17是表示在反应管内配置有图14所示的冷却用的器具时的情形的说明图。

图18是表示冷却用的器具的又一例子的立体图。

图19是表示冷却用的器具的再一例子的立体图。

具体实施方式

参照图1～图6说明本发明的立式热处理装置的实施方式的一例子。在下述的详细说明中，为了能够充分地理解本发明，给出了很多具体的详细说明。但是，不进行这样详细的说明本领域技术人员就能实现本发明是不言自明的。在其他的例子中，为了避免难以理解各种各样的实施方式，并未详细地示出公知的方法、过程、系统、结构元件。如图1所示，该装置构成为，在设于基板移载区域1的作为基板保持件的晶圆舟皿11上堆叠了多张晶圆W之后，将晶圆舟皿11搬入到设置在该基板移载区域1的上方侧的处理区域2中的立式的反应管12，对各晶圆W进行薄膜的成膜处理。而且，如后所述，为了抑制附着(成膜)在反应管12的内壁面上的薄膜作为微粒10飞散到晶圆W，在基板移载区域1的相对于晶圆舟皿11向侧方侧分开的位置设有用于捕集该微粒10的冷却用的器具(捕集用器具)3。图1和图2中的附图标记30是构成立式热处理装置的包装体的壳体，附图标记40是在该壳体30的外侧放置已收纳有多张晶圆W的输送容器(FOUP)41的载置台。

在说明反应管12的内部结构、冷却用的器具3的具体结构之前，首先说明基板移载区域1中的各构件的详细情况。如图1和图2所示，在该基板移载区域1中的、反应管12的下方位置设有利用升降机构5升降的舟皿升降机4。在舟皿升降机4上设有利用旋转机构49绕铅垂轴线旋转的旋转轴47，在旋转轴47的顶部设有用于载置晶圆舟皿11或者冷却用的器具3的旋转台47a。此外，在舟皿升降机4上设有用于堵塞后述的反应管12的下端开口部的盖体25，在该盖体25上例如以包围旋转轴47的方式设有隔热部48。

如图2所示，在相对于舟皿升降机4向侧方侧分开的位置互相横向排列地形成有由载置部构成待机区域(待机位置)11a、3a，该载置部用于分别临时载置晶圆舟皿11和冷却用的器具3。在该例子中，晶圆舟皿11的待机区域11a以与舟皿升降机4相邻的方式形成，冷却用的器具3的待机区域3a从该待机区域11a观看时形成在与舟皿升降机4相反的一侧。如图2所示，舟皿升降机4、待机区域11a、3a以在俯视观看时呈圆弧状的方式排列。图2中的附图标记30a是设置在这些待机区域11a、3a之间的遮挡板。另外，在从待机区域11a、3a观看时与舟皿升降机4相反的一侧配置有具备用于使清洁空气流通到这些待机区域11a、3a的过滤器、风机的未图示的构件，但在此省略说明。

而且，如图2所示，当在俯视观看时描画连结这些舟皿升降机4、待机区域11a、3a的想象上的圆时，在该圆的大致中心位置设有用于相对于舟皿升降机4上的旋转台47a、待机区域11a、3a交接晶圆舟皿11、冷却用的器具3的第1输送机构6。该第1输送机构6以升降自如并相对于舟皿升降机4、待机区域11a、3a进退自如的方式构成。

即，如图1和图2所示，在相对于第1输送机构6向壳体30的内壁面侧分开的位置设有沿着晶圆舟皿11的长度方向上下延伸的升降轴31。从该升降轴31朝向壳体30的内部区域伸出的大致板状的基部32的一端侧以升降自如的方式安装于该升降轴31。即，在升降轴31上设有以沿着该升降轴31升降自如的方式构成的包含马达等驱动部的升降构件32a，基部32的一端侧与该升降构件32a连接。

在基部32的另一端侧安装有沿着未图示的轨道进退自如的大致箱型的进退部33，该轨道以沿着该基部32的长度方向延伸的方式形成，在该进退部33的上表面侧层叠有以相对于该进退部33绕铅垂轴线旋转自如的方式构成的板状的旋转板34。在该旋转板34上沿着水平方向形成有轨道34a，在该旋转板34的上表面侧设有以沿着该轨道34a进退自如的方式构成的臂35。例如舟皿升降机4上的旋转台47a形成为直径比晶圆舟皿11、冷却用的器具3的底面的直径小的圆形，因此，能够使臂35的顶端部的两股分支部位进入到晶圆舟皿11、冷却用的器具3的下方侧。而且，通过抬起臂35，晶圆舟皿11、冷却用的器具3以输送自如的方式被支承。而且，在将晶圆舟皿11、冷却用的器具3载置在旋转台47a、待机区域11a或3a时，使支承晶圆舟皿11、冷却用的器具3的臂35下降，接着使该臂35退避。

此外，在以上说明的第1输送机构6的上方侧设有用于在输送容器41和晶圆舟皿11之间交接晶圆W的第2输送机构7，该第2输送机构7采取与已述的第1输送机构6大致同样的形态。具体地讲，第2输送机构7包括基部32、进退部33、旋转板34以及臂35，其以沿着与第1输送机构6共用的升降轴31升降的方式构成。为了一次性输送多张例如5张晶圆W，在第2输送机构7上设有5根臂35。另外，在图1中，为了简化图示，示意地描画了第2输送机构7的臂35的根数。此外，由于第1输送机构6和第2输送机构7的配置位置在铅垂方向上互相重合，因此，在图2中省略描画了该第2输送机构7。

接着，详细说明晶圆舟皿11、冷却用的器具3以及反应管12的内部的构件。晶圆舟皿11由石英构成，如图1所示，其以将很多张例如150张晶圆W堆叠成搁板状的方式形成。在晶圆舟皿11中的比晶圆W的堆叠区域靠上方侧和下方侧的位置分别形成有顶板45和底板46作为该晶圆舟皿11的一部。已述的第1输送机构6构成为通过从下方侧支承该底板46来输送晶圆舟皿11。在向反应管12内气密地搬入晶圆舟皿11时，堆叠在该晶圆舟皿11上的多张晶圆W(产品用晶圆)中的最下层的晶圆W的高度位置成为比反应管12的下端位置靠上方该反应管12的高度尺寸的30％的量的位置。

如图1所示，冷却用的器具3在该例子中成为由石英构成的中空的圆筒体。为了使冷却用的器具3的热容量比堆叠有晶圆W的晶圆舟皿11的热容量大，所述圆筒体的壁厚尺寸k例如为5mm～50mm。此外，为了在将冷却用的器具3搬入到反应管12内时使该冷却用的器具3的外表面和反应管12的内表面尽可能地接近，俯视观看时的所述圆筒体的直径尺寸形成为大于晶圆W的直径尺寸、晶圆舟皿11的直径尺寸，具体地讲是320mm～360mm。

接着，说明反应管12的内部结构。反应管12由石英构成，如图3所示，其呈下表面侧开口的大致圆筒形状。因而，晶圆舟皿11、冷却用的器具3被从反应管12的下方侧气密地搬入到该反应管12。图3和图4表示在反应管12内配置有晶圆舟皿11的状态，反应管12和晶圆舟皿11之间的分开尺寸d1在反应管12的整个长度方向上是10mm～35mm。另一方面，图5和图6表示在反应管12内配置有冷却用的器具3而替代晶圆舟皿11的状态，反应管12和冷却用的器具3之间的分开尺寸d2在反应管12的整个长度方向上是5mm～30mm。因而，在该例子中，在反应管12的整个长度方向上，所述分开尺寸d2小于所述分开尺寸d1。这些分开尺寸d2、d1的关系优选的是，在反应管12的长度尺寸的70％以上的整个范围内被设定为d2＜d1。

如图3和图5所示，在反应管12的外侧以包围该反应管12的方式设有圆筒形的加热炉主体14，在加热炉主体14的内壁面的整个圆周方向上配置有作为加热机构的加热器13。图3和图5中的附图标记16是底板，而且附图标记18是从下方侧支承反应管12的歧管。

如图4和图6所示，俯视观看时的反应管12的一端侧(近前侧)的部位在该反应管12的整个长度方向上朝向外侧鼓起，形成等离子体产生区域12c。在该等离子体产生区域12c中收纳有沿着晶圆舟皿11的长度方向延伸的作为处理气体供给部(气体喷射器)的氨气喷嘴51a。该氨气喷嘴51a的下端部气密地贯穿构成该等离子体产生区域12c的反应管12的内壁面，与氨气的供给源55a连接。如图3和图5所示，该氨气喷嘴51a的靠所述供给源55a侧的端部在中途部位分支，与氮(N₂)气等吹扫气体的供给源55c连接。

如图4和图6所示，为了使从氨气喷嘴51a供给的氨气等离子体化，在等离子体产生区域12c的外侧(反应管12的外侧)以从左右夹着该等离子体产生区域12c的方式设有一对等离子体产生用电极61、61。等离子体产生用电极61、61分别以在晶圆舟皿11的整个长度方向上延伸的方式形成，并且配置在接近等离子体产生区域12c的位置。在等离子体产生用电极61上经由开关部62和匹配器63连接有频率和输出功率分别为例如13.56MHz和1kW的高频电源64。

而且，如图4和图6所示，在接近晶圆舟皿11的位置的从等离子体产生区域12c观看时的右侧配置有原料气体喷嘴51b，该原料气体喷嘴51b用于供给含有硅的原料气体、在该例子中是DCS(二氯硅烷)气体。原料气体喷嘴51b的下端部气密地贯穿反应管12的内壁面，并与原料气体的供给源55b连接。图3等中的附图标记52是气体喷出口，形成在各晶圆W的每个载置位置。

此外，如图3和图5所示，在反应管12的内壁面上的这些气体喷嘴51a、51b的贯穿位置的附近位置气密地插入有自氟化氢(HF)气体、氟(F₂)气等清洁气体的供给源55d伸出的清洁气体喷嘴51c。该清洁气体喷嘴51c的顶端部在晶圆舟皿11的下方位置开口。图3和图5中的附图标记53是阀，附图标记54是流量调整部。另外，在图4和图6中省略了清洁气体喷嘴51c的记载。

在反应管12内以与以上说明的各气体喷嘴51a～51c相对的方式配置有沿上下方向延伸的杆50，在该杆50的侧面侧安装有用于测量反应管12内的温度的未图示的温度检测部(热电偶的端部)。温度检测部沿着杆50的长度方向形成在多处。

如图4和图6所示，在反应管12中的、从等离子体产生区域12c观看时向侧方侧分开的位置形成有顶端部伸出为凸缘状且由石英构成的排气部21。在自该排气部21伸出的排气通路22上经由蝶阀等压力调整部23连接有作为真空排气机构的真空泵24。另外，在图3和图5中，为了便于图示，在与等离子体产生区域12c相对的位置描画了排气部21。

如图1所示，在该立式热处理装置上设有用于控制装置整体的动作的由计算机构成的控制部100，在该控制部100的存储器内存储有用于进行后述的成膜处理的程序。该程序自硬盘、光盘、光磁盘、存储卡、软盘等作为存储介质的存储部101安装在控制部100内。

接着，说明作为上述实施方式的作用的立式热处理装置的运转方法。首先说明该方法的大致内容，在立式热处理装置中，如图7的上层所示，在重复多次对很多张晶圆W进行的分批处理(薄膜的成膜工序)的过程中，在一个分批处理与接着该一个分批处理的另一个分批处理之间自反应管12的内壁除去导致微粒10的附着物200。

接着，说明在立式热处理装置中进行的具体的处理。首先，设为，在反应管12内已经气密地搬入了堆叠有很多张晶圆W的晶圆舟皿11，已经开始对各晶圆W进行薄膜(氮化硅膜)的成膜处理。在将开始成膜处理的时刻设为“t0”时，已述的各加热器13在时刻t0被设定为作为成膜温度的设定温度T0(550℃)。因而，如图7的下层所示，反应管12内的实际温度(检测温度)也成为与该设定温度T0相同或者与设定温度T0大致相同的温度。冷却用的器具3载置在待机区域3a。

之后，在时刻t1，对各晶圆W进行的成膜处理结束时，在反应管12内的各晶圆W的表面形成有氮化硅膜。如后所述，该氮化硅膜通过向反应管12内供给原料气体、反应气体而形成，因此，其作为附着物200不仅形成在晶圆W的表面，也形成在反应管12的内壁等在反应管12内气体所接触的部位。之后说明在该反应管12内进行的成膜处理的详细内容。

在成膜处理完成的时刻t1向反应管12内供给吹扫气体而恢复为大气气氛之后使晶圆舟皿11下降时，该反应管12的内部气氛与下方侧的常温气氛接触，因此从已述的成膜温度稍稍降温。然后，在使晶圆舟皿11下降至基板移载区域1的底面之后(时刻t2)，如图8所示，利用第1输送机构6使该晶圆舟皿11移动到待机区域11a，并且将冷却用的器具3移载到舟皿升降机4(将晶圆舟皿11和冷却用的器具3调换)。

对在时刻t3移载到待机区域11a的晶圆舟皿11、处理完毕的晶圆W进行冷却(cooling)。即，由于基板移载区域1被设定为常温气氛，因此，放置在该常温气氛中的晶圆舟皿11、处理完毕的晶圆W被自然冷却。或者通过强制地向晶圆舟皿11、处理完毕的晶圆W吹送氮气而进行冷却。另外，晶圆舟皿11、处理完毕的晶圆W实际上是在被从反应管12取出的时刻t1以后被冷却，但为了便于说明，在此说明晶圆舟皿11、处理完毕的晶圆W从放置在待机区域11a的时刻t3开始进行冷却的方式。

此外，如图7和图9所示，在时刻t3使冷却用的器具3开始上升。此时的冷却用的器具3的上升速度是300mm/分～1800mm/分的高速度，在该例子中是600mm/分。

在此，在对晶圆W进行成膜处理的期间冷却用的器具3放置在作为常温气氛的基板移载区域1，因而其温度比反应管12的内部的温度低。因此，在这样的冷的冷却用的器具3的顶端部上升至与反应管12的下端侧内壁面相对的位置时，如图7的下层所示，该下端侧内壁面被冷却用的器具3冷却而降温至温度T1(例如350℃)。另一方面，冷却用的器具3被反应管12加热，但像已述那样使该冷却用的器具3高速地进入到反应管12内。因而，可以说比该下端侧内壁面冷的冷却用的器具3的外周面持续与反应管12的所述下端侧内壁面相对，直到结束将冷却用的器具3搬入到反应管12内为止。

而且，附着物200像已述那样附着在反应管12的内壁面，像在背景技术中说明的那样，该附着物200的内部的应力较强，而且与构成反应管12的石英的热膨胀系数以及热收缩率相比其热膨胀系数以及热收缩率较大。因此，在反应管12的下方位置的内壁面上，附着物200自该内壁面剥离而作为微粒10在反应管12中漂浮。

但是，如图10所示，从微粒10观看时高温的反应管12位于一侧，低温的冷却用的器具3位于另一侧(与反应管12相反的一侧)，因此，微粒10由于热泳而被引向冷却用的器具3。即，如图11所示，在高温的构件和低温的构件隔着微粒10等微小粒子彼此相对时，在高温的构件侧气氛中的气体分子剧烈地运动，而在低温的构件侧气体分子的运动并不那么剧烈。

因此，气体分子在气氛中运动的过程中冲撞微粒10时，微粒10自所述高温侧的气体分子承受的动能大于自所述低温侧的气体分子承受的动能。因而，在形成了这样的温度梯度的气氛中，微粒10由于热泳而被引向所述低温侧的构件(冷却用的器具3)。而且，微粒10一旦附着在冷却用的器具3上，则该微粒10例如由于静电而难以自冷却用的器具3脱离。因而，例如即使在各气体喷嘴51a～51c的外周面附着有附着物200，也与反应管12的内壁面的附着物200同样地能够利用冷却用的器具3除去(捕集)已附着在各气体喷嘴51a～51c的外周面的附着物200。

这样在时刻t4完成了向反应管12内搬入冷却用的器具3(将反应管12内气密地堵塞)之后，如图12所示，置换反应管12内的气氛。气氛的置换是进行这样的所谓循环吹扫：在对反应管12内抽真空而成为真空的状态之后，使该反应管12保持真空的状态，间歇地向反应管12内供给吹扫气体，这样重复多次抽真空和吹扫气体的供给。通过置换反应管12内的气氛，并不那么强有力地吸附在反应管12的内壁面上的(正自反应管12的内壁面剥离的)微粒10、或者未被冷却用的器具3捕集而在反应管12内漂浮的微粒10被朝向排气部21排出。在反应管12内，由于在时刻t0之后一直对加热器13通电使得反应管12内成为设定温度T0，因此，如图7的下层所示，反应管12内的温度例如朝向成膜温度上升。

之后，在时刻t5完成了反应管12内的气氛置换之后，利用吹扫气体使反应管12内的气氛恢复为大气气氛，使冷却用的器具3下降。在反应管12的内部，如图7的下层所示，由于下端开口部开口，因此自成膜温度稍稍下降。在直到这样完成搬出冷却用的器具3的时刻t6为止的期间里，如图12所示，晶圆舟皿11、处理完毕的晶圆W的冷却已经结束，利用第2输送机构7替换晶圆W。即，使晶圆舟皿11中的处理完毕的晶圆W返回到空的输送容器41，并且从另一个输送容器41向该晶圆舟皿11移载未处理的晶圆W。换言之，如图7所示，在晶圆舟皿11、处理完毕的晶圆W的冷却和晶圆W的更换完成的时刻t6之前，自反应管12的下端侧内壁面产生的微粒10的捕集和反应管12内的气氛的置换已完成。

接着，将舟皿升降机4中的冷却用的器具3与堆叠有未处理的晶圆W的晶圆舟皿11调换。而且，如图7和图13所示，在时刻t7使晶圆舟皿11开始上升。晶圆舟皿11的上升速度是比已述的冷却用的器具3的上升速度慢的速度，具体地讲是200mm/分～500mm/分、在该例子中是300mm/分。该晶圆舟皿11像已述那样放置在常温气氛的基板移载区域1，因此，其温度比反应管12的内部的温度低。因而，随着晶圆舟皿11进入到反应管12内，反应管12的内壁面(特别是反应管12的下端侧内壁面)欲降温。

但是，由于像已述那样晶圆舟皿11的上升速度慢于冷却用的器具3的上升速度，因此，在晶圆舟皿11上升的期间里利用加热器13迅速地加热该晶圆舟皿11。此外，由于晶圆舟皿11的热容量比冷却用的器具3的热容量小，因此，该晶圆舟皿11在被加热器13加热时迅速地升温。并且，俯视观看时的晶圆舟皿11和反应管12之间的分开尺寸d1大于冷却用的器具3和反应管12之间的分开尺寸d2。因此，反应管12难以受到晶圆舟皿11的温度的影响。

因而，如图7的下层所示，在将晶圆舟皿11搬入到反应管12内时该反应管12的下端侧内壁面降温而达到的温度T2高于在搬入已述的冷却用的器具3时该反应管12的下端侧内壁面降温而达到的温度T1。具体地讲，温度T2例如是400℃。因此，即使在反应管12的下端侧内壁面仍然附着有附着物200，由于该附着物200不承受比利用冷却用的器具3降温时更大的热应力，因此也会继续附着在所述下端侧内壁面。即，由于附着物200的热膨胀系数以及热收缩率像已述那样与反应管12的内壁面的热膨胀系数以及热收缩率大不相同，因此在该附着物200附着在该内壁面上的状态下进行升温、降温时，该附着物200相对于该内壁面产生热应力而欲伸长或者收缩。而且，在该热应力大于附着物200欲附着在反应管12的内壁面上的附着力时，附着物200剥离(被破坏)而成为微粒10。

因而，可以说即使比所述附着力和所述热应力相对抗的水平小的热应力施加于附着物200，该附着物200也不会自反应管12的内壁面脱离或者难以脱离。换言之，在将晶圆舟皿11搬入到反应管12内时，利用晶圆舟皿11将反应管12的下端侧内壁面冷却而欲产生微粒10，但已经利用之前的冷却用的器具3的搬入工序捕集了该微粒10。因此，能够抑制微粒10附着在晶圆W上。这样在时刻t8将晶圆舟皿11气密地收纳反应管12内时，开始对晶圆W进行成膜处理。另外，在以上的图8、图9、图12以及图13中，简化地描画了反应管12等，而且对于附着物200省略描画了除反应管12的内壁面之外的部位。

接着，说明在反应管12内对各晶圆W进行的成膜处理的一例子。已述的氮化硅膜在该例子中是利用交替地向晶圆W供给互相反应的多种(两种)气体的方法、所谓的ALD法形成的。具体地讲，在将堆叠有多张未处理的晶圆W的晶圆舟皿11气密地搬入到反应管12内之后，对该反应管12内进行抽真空。接着，设定压力调整部23(蝶阀的开度)使得反应管12内成为进行成膜处理时的处理压力，并且向该反应管12内供给DCS(二氯硅烷)气体。在该DCS气体与各晶圆W接触时，该DCS气体中的成分吸附在晶圆W的表面而形成吸附层。像已述那样，该吸附层不仅形成在晶圆W的表面，也形成在反应管12的内壁面等。

接着，在停止供给DCS气体而将反应管12内抽真空之后，向反应管12内供给吹扫气体，置换反应管12内的气氛。在进行1次以上这样的反应管12内的气氛的置换之后，停止供给吹扫气体而将反应管12内设定为处理压力，并且向等离子体产生用电极61供给高频电力。而且，从氨气喷嘴51a向等离子体产生区域12c供给氨气。氨气利用供给到等离子体产生用电极61的高频电力等离子化而朝向各晶圆W流通。在该氨气的等离子体与各晶圆W的表面接触时，与形成在晶圆W的表面、反应管12的内壁面的吸附层进行反应，形成由氮化硅构成的反应层。

之后，在停止供给氨气和向等离子体产生用电极61供电而对反应管12内进行置换之后，将该反应管12内设定为处理压力。通过这样重复多次对反应管12内进行置换并交替地向反应管12内供给DCS气体和氨气的等离子体的成膜循环，反应层层叠多层而形成由氮化硅膜构成的薄膜。

根据上述的实施方式，在反应管12中对堆叠在晶圆舟皿11上的多张晶圆W一次性进行氮化硅膜的成膜处理的过程中，设置相对于该晶圆舟皿11独立的冷却用的器具3。而且，在成膜处理结束之后，将冷却用的器具3搬入到反应管12内而替代晶圆舟皿11，基于冷却用的器具3和反应管12之间的温度差使附着在该反应管12的内壁面上的附着物200剥离。此外，自所述内壁面剥离而作为微粒10在反应管12内漂浮的附着物200由于热泳而附着在冷却用的器具3上。因此，在捕集附着物200之后进行的后续的成膜处理中，在将晶圆舟皿11搬入到反应管12内时，基于晶圆舟皿11和反应管12之间的温度差使反应管12内的附着物200欲剥离，但由于已经利用冷却用的器具3使附着物200剥离，因此，能够抑制微粒10附着在晶圆W上。

而且，在将冷却用的器具3搬入到反应管12内时该反应管12的下端侧内壁面降温的温度T1低于在将晶圆舟皿11搬入到反应管12内时所述下端侧内壁面降温的温度T2。具体地讲，使冷却用的器具3的热容量比晶圆舟皿11的热容量大，并且，使冷却用的器具3和反应管12的内壁面之间的分开尺寸d2小于晶圆舟皿11和反应管12的内壁面之间的分开尺寸d1。并且，使冷却用的器具3上升到反应管12内的速度快于使晶圆舟皿11上升到反应管12内的速度。

因而，在利用冷却用的器具3使反应管12的内壁面的附着物200剥离之后，即使在该内壁面仍然残留有附着物200，在之后将晶圆舟皿11搬入到反应管12内时，该附着物200也不会承受比由于冷却用的器具3而承受的热应力大的热应力。因此，预先对该附着物200施加比由晶圆舟皿11对反应管12的内壁面上的附着物200施加的热应力大的热应力，因此，能够抑制由微粒10引起的晶圆W的污染。

而且，在利用冷却用的器具3将反应管12的内壁面上的附着物200冷却的过程中，并不是将反应管12的整体冷却，而是从反应管12的内侧仅将附着物200或者反应管12的附着有附着物200的部分的附近位置冷却。此外，在进行各处理的整个期间里，反应管12内的设定温度被同样地设定为温度T0。因此，在使附着物200剥离之后，能够使反应管12内快速地升温到进行成膜处理的温度T0，能够迅速地开始后续的处理。即，在本发明中，在使附着物200自反应管12的内壁剥离的过程中，仅将所需最小限度的部位冷却。另一方面，在已述的背景技术中的专利文献1中，由于从反应容器的外侧将该反应容器的整体冷却，因此，为了之后使反应容器内的温度恢复为成膜温度，需要设置某种程度的待机时间，会导致生成率下降。

并且，由于每当对晶圆W进行分批处理时都利用冷却用的器具3对附着物200进行剥离处理(微粒10的捕集处理)，因此，能够在各分批处理的整个过程中稳定地抑制产生微粒10。此外，在将处理完毕的高温的晶圆W冷却和调换处理完毕的晶圆W和未处理的晶圆W的期间里，利用已述的冷却用的器具3对附着物200进行剥离处理，可以说是在进行通常的成膜循环的同时捕集微粒10。因此，在抑制产生微粒10的过程中，例如与在暂时停止成膜处理而除去了微粒10之后再次开始成膜处理的情况相比，能够抑制生成率下降。

在以上说明的例子中，在将冷却用的器具3气密地收纳在反应管12内之后进行循环吹扫(反应管12内的真空排气和吹扫气体的供给)，但也可以不进行这样的循环吹扫。具体地讲，在将冷却用的器具3气密地搬入到反应管12内之后立即取出该冷却用的器具3。并且，像已经详细说明的那样，对于由冷却用的器具3捕集的微粒10，自附着在反应管12内的下部侧的侧壁上的附着物200产生的量多于自附着在反应管12内的上部侧的侧壁上的附着物200产生的量。因而，也可以是，在将冷却用的器具3搬入到反应管12内时，使冷却用的器具3上升，直到该冷却用的器具3的上端面与反应管12的下端位置相同的高度水平、或者冷却用的器具3的上端面位于比反应管12的下端位置稍靠上方侧的位置的高度水平，接着使冷却用的器具3下降。在这样不进行循环吹扫的情况下，能够迅速地完成除去附着物200的工序。

该“冷却用的器具3的上端面位于比反应管12的下端位置稍靠上方侧的位置的高度水平”优选为比反应管12的下端位置靠上方该反应管12的高度尺寸的30％的量的位置。即，像已述那样，在反应管12的高度方向上，最下层的晶圆W位于比反应管12的下端位置靠上方该反应管12的高度尺寸的30％的量的位置。因而，对于堆叠在晶圆舟皿11上的任一个晶圆W而言，为了抑制微粒10的附着，也优选的是预先除去已附着在比与该最下层的晶圆W相同的高度水平靠下方侧的附着物200。

就将冷却用的器具3搬入到反应管12内时该反应管12的下端侧内壁面达到的温度T1和将晶圆舟皿11搬入到反应管12内时所述下端侧内壁面达到的温度T2之间的关系而言，在已述的例子中说明了T1＜T2的例子。通过设定冷却用的器具3的热容量、外形尺寸或者晶圆舟皿11和冷却用的器具3的上升速度以实现这样的温度关系，能够获得已经说明的效果，但也可以是T1＝T2。即，设为在将晶圆舟皿11搬入到反应管12内时能够利用冷却用的器具3将作为微粒10产生的附着物200剥离的程度即可。并且，例如在附着在反应管12的内壁上的附着物200的量并没有那么多等的情况下，温度T1、T2也可以设为T1＞T2。

以上说明的冷却用的器具3例如也可以采用与用于对晶圆W进行成膜处理的晶圆舟皿11相同的结构的另一个晶圆舟皿11。在这种情况下，就用于捕集微粒10的晶圆舟皿11而言，为了使其热容量比成膜处理用的晶圆舟皿11大，例如也可以堆叠厚度尺寸比晶圆W的厚度尺寸大的由石英构成的虚拟晶圆。

此外，在已述的例子中，采用了交替供给DCS气体和氨气的等离子体的方法，但也可以利用作为同时向反应管12内供给这些DCS气体和氨气的方法的CVD(Chemical VaporDeposition，化学气相沉积)法形成氮化硅膜。并且，在晶圆W上成膜的薄膜既可以是在氮化硅膜中掺杂有硼(B)、氧(O)或者碳(C)而成的多成分类的薄膜，也可以是由氧化硅(Si－O)膜等其他的化合物、作为金属氧化物的high－k材料构成的薄膜而替代氮化硅膜。针对在形成氧化硅膜时使用的各气体列举一例子，原料气体使用含有硅的有机类的气体，与该原料气体进行反应的反应气体采用氧气、臭氧(O₃)气体。high－k材料能够列举出氧化铪(Hf－O)、氧化铝(Al－O)、氧化锆(Zr－O)、氧化锶(Sr－O)、氧化钛(Ti－O)等。而且，在成膜high－k材料时，采用含有金属元素和有机物的原料气体和氧化气体。

并且，在反复对多张晶圆W进行分批处理的过程中，每当进行分批处理时都利用冷却用的器具3对附着物200进行剥离处理，但也可以在进行了多次分批处理之后进行该剥离处理。此外，捕集了微粒10的冷却用的器具3也可以在进行了多次已述的分批处理之后在对晶圆舟皿11进行清洁时与该晶圆舟皿11同样地进行清洁。具体地讲，将附着有微粒10的冷却用的器具3气密地收纳在反应管12内。接着，在一边将反应管12内加热一边向该反应管12内供给清洁气体时，微粒10被蚀刻而被朝向排气部21排出。

接着，记载冷却用的器具3的另一个例子。冷却用的器具3即便不像之前的实施方式那样是中空体，也可以是上下的面开口的筒状体或者上下的一个面开口的筒状体。

此外，冷却用的器具3也可以采用在与反应管12的内周面相对的外周面设置多个突出部的结构。图14表示该结构的冷却用的器具3的一例子，该例子的冷却用的器具3在圆筒体300的外周面上，在圆周方向上空开间隔地形成有分别沿圆筒体300的轴线方向(上下方向)延伸且横截面为大致四边形的多个方形的突出部301。

在突出部301中，从与反应管12的内周面相对的面到圆筒体300的中心轴线的距离大于晶圆舟皿11的半径。因而，将冷却用的器具3搬入到反应管12时突出部301和反应管12之间的距离小于晶圆舟皿11和反应管12之间的距离。表示图14所示的冷却用的器具3的各部分尺寸的一例子，圆筒体300的高度是200mm～1000mm，突出部301的高度h是10mm～100mm，突出部301的宽度d是2mm～20mm，突出部301的排列间距(彼此相邻的突出部301的宽度方向中心部彼此的间隔)p是5mm～20mm。另外，为了便于图示，图14的突出部301与已述的尺寸并不匹配。

例如，如图15所示，用于保持具备该圆筒体300的冷却用的器具3的旋转台47a设为针对与圆筒体300的外径相同的外径的圆板切除彼此相对的周缘部位而成的形状。虚线表示未切除的情况下的圆板的轮廓。圆板中的切除的部位成为供输送冷却用的器具3的臂35进入的区域。

图16是表示图14所示的冷却用的器具3被搬入到反应管12内的状态的横剖视图，但冷却用的器具3和反应管12之间的距离、突出部301的各尺寸等是为了方便起见的大小，并不是沿着实际的尺寸描画的，是用于进行说明的图。此外，图17是在冷却用的器具3被搬入到反应管12内的状态下放大地表示一部分的图。通过冷却用的器具3具备突出部301，于在横截面上观看附着物200时，由于附着在反应管12上的附着物200和冷却用的器具3之间的距离不同而产生温度变化。即，附着物200中的与突出部301相对的部位的温度低于不与突出部301相对的部位的温度。因此，如箭头所示从温度较高的部位朝向温度较低的部位的应力起作用，因此，能够进一步促进膜剥离。

使用这样具备突出部301的冷却用的器具3的做法是有效的，但类似的结构能够列举出图18和图19所示的冷却用的器具3。图18所示的冷却用的器具3在圆筒体300的外周面的上下方向上排列有多个圆顶状、例如半球状的突出部302，在圆筒体300的圆周方向上排列有这些突出部302的列。此外，图19所示的冷却用的器具3是将图18所示的圆顶状的突出部302替换为圆锥形的突出部303而成的。并且，虽未图示，但也可以将图18所示的圆顶状的突出部302替换为方形的块状的突出部而成的冷却用的器具3。

就图18和图19所示的各突出部302(303)的尺寸而言，例如高度是10mm～100mm，圆筒体300侧的(根侧)的直径是2mm～20mm，排列间距是5mm～20mm。另外，在突出部为方形的块状的情况下，高度和排列间距的一例子是同样的，但宽度例如是2mm～20mm。

此外，冷却用的器具3的突出部的形态并不限定于已述的例子，例如也可以是在上下方向上空开间隔地设有多层突出部的结构，该突出部在圆筒体300的圆周方向上形成为环状。另外，在圆筒体300的外周面设置多个凹部而形成凹凸的情况下，若以凹部为基，则该外周面相当于突出部，因此，也包含于在圆筒体300上设置突出部这样的意思。

本发明在立式的反应管内对多张基板一次性进行成膜处理的过程中相对于堆叠这些基板的基板保持件独立地设置用于自反应管的内壁剥离微粒的冷却用的器具。而且，在成膜处理结束之后，维持反应管内的设定温度的状态下调换基板保持件和放置在基板移载区域中的冷却用的器具。因此，反应管的内壁面被冷却用的器具冷却而降温，随着该降温，自反应管的内壁面剥离的微粒由于热泳而吸附在该冷却用的器具上，因此，在之后对未处理的基板进行成膜处理的过程中，能够抑制微粒附着在该基板上。

应该认为本发明的实施方式在所有的方面都是例示，并不是限制性的。上述实施方式实际上能够以多种多样的形态来具体实现。此外，上述实施方式也可以不脱离添附的权利要求书和其主旨的情况下以各种多样的形态来省略、替换、变更。本发明的保护范围意思是包含添附的权利要求书以及其等同的意义和范围内的所有变更。

本发明基于2014年3月24日申请的日本特许出愿第2014－060494号和2015年1月26日申请的日本特许出愿第2015－012539号的优先权的利益，该日本申请的全部内容作为参考文献编入于此。

Claims (19)

1.一种立式热处理装置的运转方法，其是运转立式热处理装置的方法，该立式热处理装置使被加热机构包围的立式的反应管内成为真空气氛后，向所述反应管内的基板供给成膜用的气体而进行成膜处理，其中，

该立式热处理装置的运转方法包括以下工序：

将以搁板状保持有多个基板的基板保持件搬入到所述反应管内，对所述基板进行成膜处理；

从所述反应管搬出所述基板保持件；以及

向所述反应管内搬入冷却用的器具而对所述反应管的内壁进行冷却，利用热应力使附着在所述反应管的该内壁上的薄膜剥离，并且利用热泳将该薄膜捕集在所述冷却用的器具上。

2.根据权利要求1所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

在所述冷却用的器具位于所述反应管内时，进行向所述反应管内供给吹扫气体并且对所述反应管内进行真空排气的工序。

3.根据权利要求1所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

在所述冷却用的器具位于所述反应管内的期间，进行将保持在所述基板保持件上的处理完毕的基板更换为处理前的基板的工序。

4.根据权利要求1所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

所述冷却用的器具是筒状体。

5.根据权利要求1所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

若结束了将保持有所述基板的所述基板保持件搬入到反应管内的时刻的所述反应管的纵向上的下端部内壁的温度被设为T2、结束了将所述冷却用的器具搬入到所述反应管内的时刻的所述反应管的所述下端部内壁的温度被设为T1，则T1＜T2。

6.根据权利要求5所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

在所述反应管的高度方向的尺寸的70％以上的高度区域中，所述冷却用的器具和所述反应管的内周壁之间的距离小于所述基板保持件和所述反应管的内周壁之间的距离。

7.根据权利要求5所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

所述冷却用的器具的热容量比所述基板保持件的热容量大。

8.根据权利要求5所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

向所述反应管内搬入所述冷却用的器具时的速度快于向所述反应管内搬入所述基板保持件时的速度。

9.根据权利要求1所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

在所述冷却用的器具的与所述反应管的内周面相对的外周面上形成有多个突出部。

10.根据权利要求9所述的立式热处理装置的运转方法，其中，

所述冷却用的器具具有筒状部分，所述多个突出部沿着该筒状部分的圆周方向空开间隔地形成。

11.一种立式热处理装置，其将以搁板状保持有多个基板的基板保持件搬入到被加热机构包围的立式的反应管内，向所述基板供给成膜用的气体而进行成膜处理，其中，

该立式热处理装置包括：

冷却用的器具，其用于对所述反应管的内壁进行冷却，利用热应力使附着在该内壁上的薄膜剥离，并且利用热泳捕集该薄膜；以及

升降机构，其用于相对于所述反应管搬入、搬出所述基板保持件和所述冷却用的器具。

12.根据权利要求11所述的立式热处理装置，其中，

该立式热处理装置还包括：

真空排气机构，其用于对所述反应管内进行真空排气；

吹扫气体供给部，其用于向所述反应管内供给吹扫气体；以及

控制部，其输出控制信号，以执行这些步骤：在从所述反应管搬出了成膜处理后的基板之后，利用所述升降机构向所述反应管内搬入所述冷却用的器具；在所述冷却用的器具位于所述反应管内时，向所述反应管内供给所述吹扫气体，并且对所述反应管内进行真空排气。

13.根据权利要求11所述的立式热处理装置，其中，

所述冷却用的器具是筒状体。

14.根据权利要求11所述的立式热处理装置，其中，

若结束了将保持有所述基板的所述基板保持件搬入到所述反应管的时刻的所述反应管的纵向的下端部内壁的温度被设为T2、结束了将所述冷却用的器具搬入到所述反应管内的时刻的所述下端部内壁的温度被设为T1，则T1＜T2。

15.根据权利要求14所述的立式热处理装置，其中，

在所述反应管的高度方向的尺寸的70％以上的高度区域中，所述冷却用的器具和所述反应管的内周壁之间的距离小于所述基板保持件和所述反应管的内周壁之间的距离。

16.根据权利要求14所述的立式热处理装置，其中，

所述冷却用的器具构成为其热容量比所述基板保持件的热容量大。

17.根据权利要求14所述的立式热处理装置，其中，

向所述反应管内搬入所述冷却用的器具时的速度快于向所述反应管内搬入所述基板保持件时的速度。

18.根据权利要求11所述的立式热处理装置，其中，

在所述冷却用的器具的与所述反应管的内周面相对的外周面上形成有多个突出部。

19.根据权利要求18所述的立式热处理装置，其中，

所述冷却用的器具具有筒状部分，所述多个突出部沿着该筒状部分的圆周方向空开间隔地形成。