CN108695200A - 立式热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及立式热处理装置，在将棚架状地保持晶圆的基板保持器具搬入反应容器内并且在真空环境下对基板进行热处理时，抑制微粒附着于基板。在将多个晶圆以棚架状地保持于作为基板保持器具的晶舟后搬入反应容器内，并且在真空环境下进行热处理，从被设为在反应容器内以沿晶舟的高度方向延伸的、且沿晶舟而形成有多个气体喷出孔的气体喷嘴喷出气体。微粒与气体一并从气体喷出孔喷出，在反应容器的内壁上的、隔着晶舟而与气体喷嘴相向的区域形成带状延伸的突起部，使微粒与突起部碰撞而向上下方向或横向反弹。由此，能够抑制微粒向晶圆侧反弹，因此能够抑制微粒附着于晶圆。

Description

立式热处理装置

技术领域

本发明涉及一种将棚架状地保持多个基板的基板保持器具搬入立式的反应容器内，并且在真空环境下对基板进行热处理的立式热处理装置。

背景技术

作为半导体制造装置之一具有一种对多个半导体晶圆(以下称作“晶圆”)统一进行热处理的立式热处理装置。在该热处理装置中，例如在真空环境的反应容器内，从沿晶舟的高度方向延伸并且沿着其长度方向具备多个气体喷出孔的气体喷嘴对棚架状地保持多张晶圆的晶舟供给气体，进行规定的热处理。在该热处理中，有时微粒突然附着于晶圆，认为其原因是由于在气体喷嘴内产生的微粒与气体一并被喷出到反应容器内，微粒在反应容器内移动而落到晶圆上。

在专利文献1中提出如下一种技术：在形成于气体导入喷嘴的多个喷出口中，在喷出口的开口缘边部形成逐渐变窄或变宽的R倒角部或近似曲面部。在该方法中，通过抑制气体的紊乱，能够在抑制由于气相中的分解反应的过度发展引起的微粒的产生的同时抑制附着于气体导入喷嘴的微粒的剥离，从而抑制微粒的产生。然而，这并不是抑制在反应容器内从气体喷嘴喷出的微粒附着于晶圆，因此不能够解决本发明的课题。

专利文献1：日本专利第4861391号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是基于这样的情况而完成的，其目的在于提供如下一种技术：在将棚架状地保持多个基板的基板保持器具搬入立式的反应容器内并且在真空环境下对基板进行热处理的立式热处理装置中，抑制微粒附着于基板。

用于解决问题的方案

因此，本发明的立式热处理装置，将棚架状地保持多个基板的基板保持器具搬入立式的反应容器内，并且在真空环境下对所述基板进行热处理，所述立式热处理装置的特征在于，具备：气体喷嘴，其被设为在所述反应容器内沿所述基板保持器具的高度方向延伸，并且沿所述基板保持器具形成有多个气体喷出孔；突起部，其形成在所述反应容器的内壁上的、隔着所述基板保持器具而与所述气体喷嘴相向的区域；以及真空排气部，其用于对所述反应容器内进行真空排气，其中，以使从所述气体喷出孔喷出的微粒向上下方向或横向反弹的方式来形成所述突起部。

发明的效果

根据本发明，在立式的反应容器的内壁上的、隔着基板保持器具而与气体喷嘴相向的区域形成突起部，利用该突起部使从气体喷出孔喷出的微粒向上下方向或横向反弹。因此，能够抑制碰撞到反应容器的内壁的微粒向基板侧反弹，从而抑制微粒附着于基板。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的立式热处理装置的一个实施方式的纵剖侧视图。

图2是表示设置于立式热处理装置的突起部和气体喷嘴和晶圆的侧视图。

图3是表示设置于立式热处理装置的反应管和气体喷嘴和晶圆的俯视图。

图4是表示反应管和气体喷嘴和晶圆的侧视图。

图5是表示立式热处理装置的其它例子的纵剖侧视图。

图6是表示突起部和气体喷嘴和晶圆的侧视图。

图7是表示立式热处理装置的另一其它例子的纵剖侧视图。

图8是表示反应管和气体喷嘴和晶圆的俯视图。

图9是表示立式热处理装置的另一其它例子的纵剖侧视图。

图10是表示立式热处理装置的另一其它例子的纵剖侧视图。

附图标记说明

W：半导体晶圆；11：热处理炉；12：加热机构；2、8：反应管；21：内管；22：外管；3：晶舟；4：气体喷嘴；41：气体喷出孔；5、6、7：突起部；51、62：倾斜面；52、61：水平面。

具体实施方式

参照图1～图3来说明本发明所涉及的立式热处理装置的一个实施方式。在图1中，11为热处理炉，具备反应管2以及加热机构12，反应管2包括两端开口的内管21和上端闭塞的外管22，是例如透明石英制的二重管构造，加热机构12被设为包围所述反应管2的周围，例如包括加热器。内管21和外管22的下部侧被筒状的歧管23支承。

图1中的3为沿着反应管2的长度方向将多个晶圆W排列为棚架状地保持的基板保持器具即晶舟。该晶舟3构成为利用舟升降机31上升而被搬入到热处理炉11内的结构。歧管23的下端开口部构成为被盖体32闭塞，在该盖体32与晶舟3之间设置有具备例如未图示的旋转轴的筒状体33。

歧管23经由具备排气阀门V的排气路24来与作为真空排气部的真空泵25连接，并且构成为从内管21与外管22之间对反应管2内进行真空排气。在该例子中，由反应管2和歧管23构成反应容器，内管21的内壁相当于反应容器的内壁。

例如前端被封闭的、细长的管状的、石英制的气体喷嘴4插入到歧管23中。该气体喷嘴4被设为在反应管2内沿着晶舟3的高度方向垂直地延伸，并且沿着晶舟3来形成有多个气体喷出孔41。气体喷出孔41形成在与被搭载于晶舟3的各晶圆W对应的位置，在本例中如图2所示形成在上下方向邻接的晶圆W间之间喷出气体的位置。

图2表示晶舟3的最上层的晶圆W1和其下方侧的多张晶圆W。气体喷嘴4的基端侧经由歧管23中的未图示的端口来与具备包括阀门、质量流量控制器等的流量调整部43的气体供给路42连接，该气体供给路42的另一端侧与处理气体例如甲硅烷(SiH₄)气体的气体供给源44连接。

在反应管2的内管21上，在隔着晶舟3而与气体喷嘴4相向的区域设置有突起部5。有时形成于喷嘴内部的反应生成物即膜的膜剥落粒、构成气体喷嘴4的石英的破裂粒、安装时的石英粉等以微粒的形式存在于气体喷嘴4的内部，这些微粒与气体一并突然从气体喷出孔41喷出。突起部5用于使从气体喷出孔41喷出的微粒向上方反弹。

从气体喷出孔41喷出的微粒如后述的那样朝向与气体喷出孔41相向的部位直线移动，并且碰撞到该部位。因此，突起部5设置于内管21上的、隔着晶舟3而与气体喷嘴4相向的区域。该例子中的所谓“相向的区域”是指会有从气体喷出孔41喷出的微粒碰撞到的风险的区域，通过掌握微粒的产生状态来决定该区域。具体地说，关于“相向的区域”，例如在图3中为从晶圆W的中心O观察时从直线L沿周向偏离+θ(θ＝45)度、-θ(θ＝45度)度的直线L22、直线L32之间的区域S。

突起部5设置在相向的区域S的、内管21的内壁上，既可以设置于整个该区域S，也可以设置在区域S的一部分、即与气体喷出口41相向的部位(相向部位)。所谓相向部位是指从气体喷出孔41喷出的微粒较多碰撞到的区域，在本例中，在相向部位设置突起部5。例如在图3中俯视示出内管21的那样，当将例如通过气体喷出孔41的周向的中心和被搭载于晶舟3的晶圆W的中心O的直线设为直线L1时，从晶圆W的中心O观察时，相向部位为从直线L1沿周向偏离+θ(θ＝10度)、-θ(θ＝10度)的直线L21、L31之间的部位。

本例具备带状的突起部(突条部)5，突起部沿上下方向连续地形成。例如图1和图3所示，在从与晶舟3的最上层的晶圆W对应的高度位置到与最下层的晶圆W对应的高度位置为止的区域，沿上下方向设置有多个突起部5，当从沿着纵向的剖面来观察多个突起部5时，突起部5形成为在晶舟3侧具有顶部的三角波形状。关于本例的突起部5，构成三角波形状的上侧的面为倾斜面51，下侧的面形成为水平面52，例如图2所示，倾斜面51形成为相对于水平面在40度～50度的范围内倾斜。另外，水平面51是指相对于水平面的倾斜度为10度以内的状态。

突起部5形成为使从气体喷出孔41喷出的微粒向上方反弹。因此，例如图2所示，从晶圆W的侧方观察时，对每个气体喷出孔41来设置倾斜面51，以各气体喷出孔41与倾斜面51彼此相向的方式进行排列。在该例子中，例如形成为气体喷出孔41的高度方向的中心部与倾斜面51的高度方向的中心部的高度位置彼此一致。

在内管21中，微粒碰撞到的区域会因气体的种类、流量、反应容器内的压力而不同，因此例如后述的那样通过预先观察反应容器内的微粒的运动来掌握微粒会碰撞到的区域，以覆盖该区域的方式设定突起部5的形状、安装区域。

接着，使用利用SiH₄气体作为处理气体来成膜Si膜的例子来说明上述的立式热处理装置的作用。首先，将规定张数的晶圆W保持于晶舟3，并且通过使舟升降机31上升来将晶舟3搬入(加载)到包括反应管2和歧管23的反应容器内。在搬入晶舟3并且利用盖体32闭塞歧管23的下端开口部之后，使反应容器内的温度例如升温到500℃，同时打开排气阀门V来利用真空泵25将反应容器内真空排气到规定的真空度，例如133Pa。

然后，一边使晶舟3绕铅垂轴旋转一边从气体供给源44经由气体喷嘴4以例如1000sccm的流量对反应容器内供给SiH₄气体。朝向高度方向上邻接的晶圆W间之间，从气体喷嘴4的气体喷出孔41对被搭载于晶舟3的晶圆W喷出气体，从而在晶圆W表面形成Si膜。从沿晶舟3而形成的多个气体喷出孔41对所对应的晶圆W供给气体，因此气体也充分遍布于晶圆W的中心部，从而遍及晶圆面内地均匀地进行成膜处理。

在此，对与成膜气体一并从气体喷嘴4喷出的微粒进行说明。如已述的那样有时在气体喷嘴4的内部中存在有微粒，这些微粒有时突然与成膜气体一并从气体喷出孔41喷出到反应容器内。本发明人们通过高速摄像头拍摄从气体喷出孔41喷出到反应容器内的微粒的样态来确认微粒的运动。

使用气体喷出孔41的孔径一致的气体喷嘴4，将例如1升的罐中所充填的气体供给到反应容器内，在反应容器内的压力约为66660Pa时，微粒容易从气体喷嘴4的下部侧的气体喷出孔41排出，存在反应容器的下部侧的微粒数变多的倾向。另一方面，确认到在反应容器内的压力约为133Pa的减压时，存在反应容器的上部侧的微粒数变多的倾向。认为这是由于减压时气体分子量少，微粒在气体喷嘴4内运动到上部侧，在气体喷嘴4的前端处碰撞而失去动能，被从气体喷嘴4的上部侧的气体喷出孔41排出。

另外，在反应容器内为真空环境时，从气体喷出孔41排出的微粒与气体的流动相对独立地直线移动。通过运动图像确认出：例如在图2中由虚线示出微粒的路径的那样，微粒一边反复与晶圆W碰撞一边朝向与气体喷出孔41相向的内管21的内壁(反应容器的内壁)前进。然后，微粒碰撞到突起部5的倾斜面51上而向上改变前进路线，向上方反弹，从而例如碰撞到上方侧的突起部5的水平面52后再次向下方反弹。确认出如下情形：微粒每当碰撞一次就失去动能并失去势力，结果落到晶圆W的外侧的突起部5的附近区域。因而，即使从气体喷出孔41喷出微粒，也能够抑制微粒附着于晶圆W。

另一方面，在如以往的那样不具备突起部的结构中，如图4所示，微粒一边反复与晶圆W碰撞一边朝向与气体喷出孔41相向的内管21的内壁(反应容器的内壁)前进，并且碰撞到内管21内壁后向晶圆W侧反弹而返回。像这样，微粒碰撞到内壁21而反弹后落到晶圆W上，因此微粒附着于晶圆W。

通过掌握在真空环境的反应容器内从气体喷嘴4的气体喷出孔41喷出的微粒的运动而完成本发明，根据上述的实施方式，如已述的那样，在内管21的内壁上的、隔着晶舟3而与气体喷嘴4相向的区域设置有突起部5。因此，即使从气体喷出孔41向反应容器内喷出微粒，微粒也碰撞到突起部5而向上方反弹。因而，能够抑制微粒碰撞到内管21的内壁而朝向晶圆W反弹，因此能够抑制微粒附着于晶圆W。

另外，以分别沿周向延伸的方式，沿上下方向设置有多个突起部5，因此即使从沿气体喷嘴4的长度方向形成的多个气体喷出孔41喷出微粒，也能够使各个微粒向上方反弹。并且，当从沿着纵向的剖面来观察时，突起部5形成为三角波形状，因此微粒容易碰撞到三角波形状的倾斜面，从而容易使微粒向上下方向反弹。

并且，突起部5的构成三角波形状的上侧的面形成为倾斜面51、下侧的面形成为水平面52，因此微粒向上反弹，反弹后的微粒如已述的那样碰撞到在上侧邻接的突起部5而失速，从而降落到晶圆W的外侧。另外，被最上层的突起部5反弹的微粒由于从突起部5到晶舟3的上端的距离短，因此即使微粒朝向斜上方反弹也不会与晶圆W碰撞地向晶舟3的上方侧前进，因此微粒污染的防止效果大。

接着，对突起部的其它例子进行说明。图5和图6所示的突起部6与上述的突起部5不同的点包括构成三角波形状的上侧的面为水平面61、下侧的面形成为倾斜面62。例如，倾斜面62形成为相对于水平面在40度～50度的范围内倾斜，水平面61也包括相对于水平面的倾斜度为10度以内的状态。

在具备这样的突起部6的反应容器中，微粒一边反复与晶圆W碰撞一边朝向与气体喷出孔41相向的内管21的内壁(反应容器的内壁)前进，并且碰撞到突起部6的倾斜面62后向下改变前进路线而向下方反弹，从而例如碰撞到下方侧的突起部6的水平面61。微粒每当碰撞一次就失去动能并失去势力，因此结果是落到晶圆W的外侧的突起部5的附近区域。由此，在使用了该突起部6的结构中，也能够抑制微粒附着于晶圆W。另外，构成三角波形状的下侧的面为倾斜面62，因此从气体喷出口41喷出的气体与倾斜面62相碰触而改变前进路线后朝向斜下方侧供给向晶圆W。由此，能够使向晶圆面内的气体的供给量增多。

对突起部的另一其它例子进行说明。图7和图8所示的突起部7沿上下方向设置，形成为随着从顶部71朝向内管21的内壁侧而横向宽度变宽，使从气体喷出孔41喷出的微粒向横向反弹。例如当俯视观察时，突起部7形成为三角形状，顶部71设置于所述直线L1上。三角形状形成为使微粒碰撞到倾斜部72、73而向横向反弹的形状。

在具备这样的突起部7的反应容器中，微粒一边碰撞到晶圆W一边例如朝向与气体喷出孔41相向的内管21的内壁(反应容器的内壁)前进，并且碰撞到突起部7的倾斜部72、73后向横向改变前进路线，从而向横向反弹(参照图8)。像这样，微粒由于与突起部7等碰撞而失去动能并失去势力，从而落到晶圆W的外侧。因而，在利用该突起部7的结构中也能够抑制微粒附着于晶圆W。

接着，对反应容器的其它例子进行说明。图9所示的立式热处理装置的反应管2为内管21和外管22的二重管构造，在内管21的内部容纳有以沿该内管21的长度方向延伸的方式形成的气体喷嘴4。以与该气体喷嘴4相向的方式在内管21的侧面上的上下方向的多个部位形成有沿该内管21的长度方向延伸的狭缝状的开口部26。其它结构与上述的立式热处理装置相同，对相同结构构件标注相同标记，省略说明。在该例子中，也由反应管2和歧管23构成反应容器，内管21的内壁相当于反应容器的内壁。

在内管21中的与气体喷嘴4相向的区域形成突起部。突起部的结构与上述的实施方式相同。在图9中表示形成有使微粒向上反弹的结构的突起部5的例子，该突起部5以与气体喷出孔41相向的方式设置于开口部26以外的区域。该例子的反应管2在与气体喷嘴4相向的部位形成有开口部26，因此从气体喷出孔41喷出的微粒朝向开口部26向横向流动，通过内管21与外管22之间被排出到反应管2之外。另外，在没有设置有开口部26的区域中，微粒碰撞到突起部5而向上方反弹，通过反复碰撞而失去动能，从而落到晶圆W的外方，这样能够抑制微粒附着于晶圆W。设置于内管21的突起部也可以为使微粒向下反弹的结构的突起部6、使微粒向横向反弹的结构的突起部7，根据微粒的产生状态来选择。

图10所示的立式热处理装置的反应管8为单管构造，反应管8的上部侧经由具备排气阀门V的排气路81来与作为真空排气部的真空泵82连接。反应管8的下部侧与歧管83连接，在反应管8的内部容纳有以沿该反应管8的长度方向延伸的方式形成的气体喷嘴4。其它结构与上述的立式热处理装置相同，对相同结构构件标注相同标记，省略说明。在该例子中也由反应管8和歧管83构成反应容器，反应管8的内壁相当于反应容器的内壁。

如图10所示，在反应管8中的与气体喷嘴4相向的区域形成突起部。突起部的结构与上述的实施方式相同。在图10中表示形成有使微粒向上反弹的结构的突起部5的例子。该例子的反应管8从上部侧进行排气，因此从气体喷出孔41喷出的气体一边与晶圆W表面接触一边向横向流动，并且朝向反应管8的上部侧经由排气路81进行排气。另外，从气体喷出孔41喷出的微粒一边反复与晶圆W碰撞一边朝向与气体喷嘴4相向的部位前进，并且碰撞到突起部5而失速。然后，在晶圆W的外方与气体的流动一并朝向反应管8的上部侧经由排气路81进行排气。由此，能够抑制微粒附着于晶圆W。设置于反应管8的突起部也可以为使微粒向下反弹的结构的突起部6、使微粒向横向反弹的结构的突起部7，根据微粒的产生状态进行选择。

以上，突起部也可以设置于从与晶舟3的最上层的晶圆W对应的高度位置到与最下层的晶圆W对应的高度位置的区域的一部分中。例如在掌握微粒的产生状况而如已述的那样晶舟3的上部侧的微粒数多的情况下，突起部可以形成在反应容器的内壁上的、至少从与晶舟3的最上层的晶圆W对应的高度位置到与从上往下数第十个晶圆W对应的高度位置的区域。

并且，突起部不是必须沿上下方向连续地设置，也可以是沿上下方向彼此隔开间隔地设置。例如可以在隔着晶舟3而与气体喷出口41相向的区域，在搭载于晶舟3的上下方向邻接的晶圆W彼此之间、以与气体喷出口41对应的方式沿上下方向彼此隔开间隔地设置突起部。另外，在连续或间隔地形成三角形状的凹部的情况下，这些凹部以外的部分相当于突起部，该情况也包含在权利范围内。

另外，在设置有多个会有喷出微粒的风险的气体喷嘴4的情况下，既可以在掌握微粒的产生状况的情况下与多个气体喷嘴4对应地设置多个突起部，也可以在包括所有多个气体喷嘴4的相向部位的整个区域设置突起部。并且，对立式热处理装置实施的处理不仅为上述的成膜处理，也可以为退火处理等热处理。

Claims (6)

1.一种立式热处理装置，将棚架状地保持多个基板的基板保持器具搬入立式的反应容器内，并且在真空环境下对所述基板进行热处理，所述立式热处理装置的特征在于，具备：

气体喷嘴，其被设为在所述反应容器内沿所述基板保持器具的高度方向延伸，并且沿所述基板保持器具形成有多个气体喷出孔；

突起部，其形成在所述反应容器的内壁上的、隔着所述基板保持器具而与所述气体喷嘴相向的区域；以及

真空排气部，其用于对所述反应容器内进行真空排气，

其中，以使从所述气体喷出孔喷出的微粒向上下方向或横向反弹的方式来形成所述突起部。

2.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，

沿上下方向设置有多个所述突起部，当从沿纵向的剖面来观察多个所述突起部时，所述突起部形成为三角波形状。

3.根据权利要求2所述的立式热处理装置，其特征在于，

多个所述突起部的构成三角波形状的上侧的面和下侧的面中的一方为水平面，另一方为倾斜面。

4.根据权利要求3所述的立式热处理装置，其特征在于，

所述倾斜面相对于水平面在40度～50度的范围内倾斜。

5.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，

沿上下方向设置所述突起部，并且所述突起部形成为随着从顶部朝向所述内壁侧而横向宽度变宽，使得所述微粒向横向反弹。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的立式热处理装置，其特征在于，

所述突起部至少设置在从与所述基板保持器具的最上层的基板对应的高度位置到与从上往下数第十个基板对应的高度位置为止的区域。