TW201511130A - 立式熱處理裝置之運轉方法與記憶媒體及立式熱處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明旨在提供一種立式熱處理裝置之運轉方法與記憶媒體及立式熱處理裝置。 其中，於該立式熱處理裝置之運轉方法內，該立式熱處理裝置包含：立式之反應容器，於周圍設置加熱部；第1氣體噴嘴，用來供給原料氣體亦即第1氣體；及第2氣體噴嘴，用來供給與原料氣體之分子反應而產生反應產物，作為反應氣體之第2氣體；該立式熱處理裝置之運轉方法之特徵在於包含：送入程序，將由基板固持具固持成架座狀之複數之基板送入該反應容器內；成膜程序，交互重複進行下列步驟：將第1氣體暫時儲存在設於該第1氣體噴嘴之上游側之氣體供給通道之儲存部而使其昇壓，開啟該儲存部之下游側之閥，對係真空環境之反應容器內供給第1氣體；及自該第2氣體噴嘴對該反應容器內供給第2氣體；沖洗程序，接著，將固持該基板之基板固持具自該反應容器送出後，關閉反應容器之基板送入送出口，為強制剝離附著於反應容器內之薄膜，對反應容器內供給沖洗氣體，並使該反應容器之溫度變化；噴吐程序，進行該沖洗程序時，重複多數次於該儲存部儲存沖洗氣體而使其昇壓，開啟該儲存部之下游側之閥，對反應容器內噴吐沖洗氣體而操作該閥之動作；及該成膜程序，在重複多數次操作該閥而對該反應容器內噴吐沖洗氣體之動作之該噴吐程序後進行。

Description

立式熱處理裝置之運轉方法與記憶媒體及立式熱處理裝置
本發明係關於令基板固持具固持複數之基板，進行成膜處理之立式熱處理裝置及此裝置之運轉方法，以及非臨時性地記憶用來運轉此裝置之程式之記憶媒體。
作為半導體製造程序中對半導體晶圓（以下稱「晶圓」）進行成膜之處理之一，因其對微細之圖案之階梯覆蓋性（埋入特性）良好，或薄膜之緻密性高等，進行堆疊反應產物之原子層或是分子層之處理。令經加熱之晶圓吸附第1氣體，接著令晶圓上第1氣體之分子與第2氣體反應，使該分子例如氮化或是氧化，重複此程序多數次，藉此進行此成膜處理。
為對複數之晶圓一併進行如此之成膜處理，使用立式熱處理裝置，作為其一例，可舉出自相互不同之氣體噴嘴交互地對立式熱處理裝置之反應容器內供給矽烷類氣體與氨氣，在晶圓上使矽氮化膜成膜之例。如此之成膜處理中，申請人為盡速對反應容器內供給各氣體，曾檢討於各氣體供給通道設置緩衝槽，於緩衝槽內暫時儲存氣體，使其昇壓後，立刻噴吐該氣體之方法。
另一方面，為抑制上述之矽氮化膜自反應容器剝離而產生微粒，例如在進行針對晶圓之成膜處理後，每次都進行關閉反應容器之蓋，使反應容器內之溫度變化，對膜施加熱應力，強制剝離膜之處理。藉由如此之處理，雖可抑制產生微粒，但可吾人發現如上述若使用緩衝槽供給氣體後，微粒即會傾向於附著於晶圓表面徑方向之線上。考慮到微粒之線與氣體噴嘴之配置，可想像微粒係自矽烷類氣體供給通道噴出。
以往，存在有下列手法：於氣體積存部暫時儲存二氯矽烷氣體而昇壓後，對處理室內供給該氣體，接著將在設於該氣體積存部之上游側之惰性氣體專用氣體積存部所積存之惰性氣體，經由該氣體積存部對處理室內供給。然而，此手法與本發明之手法不同。
[發明所欲解決之課題]
本發明提供一種技術，使用立式熱處理裝置，交互進行於儲存部使原料氣體昇壓後，對基板供給之階段，與對基板供給反應氣體之階段，進行成膜處理時，可減少微粒污染。 [解決課題之手段]
依本發明之一實施形態之立式熱處理裝置之運轉方法中，該立式熱處理裝置包含： 立式之反應容器，於周圍設置加熱部； 第1氣體噴嘴，用來供給原料氣體亦即第1氣體；及 第2氣體噴嘴，用來供給與原料氣體之分子反應而產生反應產物，作為反應氣體之第2氣體； 該立式熱處理裝置之運轉方法之特徵在於包含： 送入程序，將由基板固持具固持成架座狀之複數之基板送入該反應容器內； 成膜程序，交互重複進行下列步驟： 將第1氣體暫時儲存在設於該第1氣體噴嘴之上游側之氣體供給通道之儲存部而使其昇壓，開啟該儲存部之下游側之閥，對係真空環境之反應容器內供給第1氣體；及 自該第2氣體噴嘴對該反應容器內供給第2氣體； 沖洗程序，接著，將固持該基板之基板固持具自該反應容器送出後，關閉反應容器之基板送入送出口，為強制剝離附著於反應容器內之薄膜，對反應容器內供給沖洗氣體，並使該反應容器之溫度變化； 噴吐程序，進行該沖洗程序時，重複多數次於該儲存部儲存沖洗氣體而使其昇壓，開啟該儲存部之下游側之閥，對反應容器內噴吐沖洗氣體而操作該閥之動作；及 該成膜程序，在重複多數次操作該閥而對該反應容器內噴吐沖洗氣體之動作之該噴吐程序後進行。
依本發明之另一實施形態之記憶媒體係一種非臨時性記憶媒體，儲存有用於立式熱處理裝置之電腦程式，該立式熱處理裝置將固持複數之基板之基板固持具送入至於周圍設有加熱部之立式之反應容器內，進行熱處理，該非臨時性記憶媒體之特徵在於： 該電腦程式中裝有步驟群組，俾實行上述立式熱處理裝置之運轉方法。
依本發明之又一實施形態之立式熱處理裝置，將把複數之基板固持成架座狀之基板固持具送入至於周圍設有加熱部之立式之反應容器，自第1氣體噴嘴供給原料氣體亦即第1氣體，並自第2氣體噴嘴，供給該與原料氣體之分子反應而產生反應產物，作為反應氣體之第2氣體，該立式熱處理裝置之特徵在於包含： 氣體供給通道，用來對該第1氣體噴嘴供給該第1氣體； 儲存部，設於該氣體供給通道，用來藉由儲存氣體使其內部昇壓； 閥，分別設於該氣體供給通道中該儲存部之上游側及下游側； 沖洗氣體供給部，用來對該儲存部供給沖洗氣體；及 控制部，用來實行下列者： 成膜步驟，進行交互重複進行下列步驟而操作該閥之動作： 開啟該儲存部之下游側之閥，對係真空環境之反應容器內供給第1氣體；及 自該第2氣體噴嘴對該反應容器內供給第2氣體；及 沖洗步驟，接著，將固持該基板之基板固持具自該反應容器送出後，關閉反應容器之基板送入送出口，為強制剝離附著於反應容器內之薄膜，重複多數次操作該閥之動作，俾於該儲存部儲存該沖洗氣體而使其昇壓，接著，自該儲存部對反應容器內噴吐該沖洗氣體。
以下，參照圖式說明此發明之實施形態。下述之詳細說明中，為可充分理解本發明，賦予大量具體的詳細內容。然而，孰悉該技藝者在無如此之詳細說明之情形下達成本發明係自明之事項。其他例中，為避免難以理解各種實施形態，未詳細揭示關於公知之方法、順序、系統或構成要素。又，橫跨全圖，對共通之部分賦予共通之參照符號。
參照圖1及圖2說明關於依本發明之實施形態之立式熱處理裝置。圖1及圖2中，1係例如以石英呈立式之圓筒狀形成之反應容器，此反應容器1內之上部側，由石英製之頂棚板11封閉。且反應容器1之下端側，連結例如以不鏽鋼呈圓筒狀形成之岐管2。岐管2之下端作為基板送入送出口21開口，藉由設於晶舟升降部22之石英製之蓋體23氣密地封閉。旋轉軸24貫通設置於蓋體23之中央部，於其上端部搭載作為基板固持具之晶圓舟3。
該晶圓舟3如圖3所示，具有例如4根支柱31，支持晶圓W之外緣部，可固持成架座狀複數片例如125片晶圓W。圖中32係隔熱單元。該晶舟升降部22可藉由未圖示之昇降機構任意昇降，該旋轉軸24可藉由作為驅動部之馬達M繞著鉛直軸任意旋轉。如此晶圓舟3可在將該晶圓舟3裝載（送入）反應容器1內，以蓋體23封閉反應容器1之基板送入送出口21之處理位置，與反應容器1之下方側之送出位置（圖3所示之位置）之間任意昇降。所謂該送出位置，係晶圓舟3設於未圖示之裝載區域內，處於晶圓W之移載區域之位置。
立式熱處理裝置如圖3所示，包含自反應容器1卸載（送出）晶圓舟3時，用來封閉反應容器1之基板送入送出口21之蓋體41。此蓋體41例如以不鏽鋼構成，連接開合機構4。且開合機構4包含： 支持構件42，支持蓋體41；及 移動機構43，使蓋體41在封閉基板送入送出口21之位置，與開啟基板送入送出口21之位置之間移動。 所謂該開啟基板送入送出口21之位置，於此例中係基板送入送出口21之側方之位置，以此為待命位置。 該移動機構43例如組合以可任意昇降之方式支持支持構件42之基端側之昇降機構431，與使此昇降機構431繞著鉛直軸旋轉之旋轉機構432而構成。
於反應容器1之側壁之一部分設置電漿產生部12。包覆形成於反應容器1之側壁，沿上下細長之開口部13，剖面呈凹部狀之例如石英製之區隔壁14氣密地接合反應容器1之外壁，藉此構成此電漿產生部12。沿上下方向較長地形成該開口部13，俾可涵蓋由晶圓舟3支持之所有晶圓W。且於區隔壁14之兩側壁之外側面，設有沿其長度方向（上下方向）相互對向之一對電漿電極15。此電漿電極15經由供電線161連接電漿產生用高頻電源16，對電漿電極15施加例如13.56MHz之高頻電壓，藉此可產生電漿。且於區隔壁14之外側，安裝包覆區隔壁14而例如由石英所構成之絕緣保護蓋板17。
於反應容器1中與該電漿產生部12對向之區域，為使反應容器1內之環境真空排氣，形成沿上下細長之排氣口18。於此排氣口18，安裝包覆排氣口18而例如由石英所構成，剖面呈ㄇ字狀形成之排氣蓋板構件19。排氣蓋板構件19沿例如反應容器1之側壁順著上下延伸，包覆反應容器1之上方側，例如於該排氣蓋板構件19之頂棚側形成氣體出口191。此氣體出口191連接包含作為真空排氣機構之真空泵91及壓力調整部92之排氣管93。且如圖1所示，設有包圍反應容器1之外周，作為加熱部之筒狀體之加熱器44。且例如於反應容器1與加熱器44之間，設有環狀之送氣埠45，自冷卻氣體供給源46朝此送氣埠45輸送冷卻氣體。
於該岐管2之側壁，插入有用來供給矽烷類氣體例如二氯矽烷（DCS：SiH2 Cl2 ）之二氯矽烷供給通道51，於此二氯矽烷供給通道51之前端部設有例如2根第1氣體噴嘴54，俾於反應容器1內朝上方向延伸。第1氣體噴嘴54由例如石英管構成，包夾電漿產生部12之開口部13配置。於此等第1氣體噴嘴54，沿其長度方向隔著既定之間隔形成複數之氣體噴吐孔541。二氯矽烷氣體相當於作為原料氣體之第1氣體，二氯矽烷供給通道51相當於第1氣體噴嘴54之上游側之氣體供給通道。
且於岐管2之側壁，插入有用來供給氨（NH3 ）氣之氨供給通道61，於此氨供給通道61之前端部，如圖2所示，設有例如石英管所構成之第2氣體噴嘴63。第2氣體噴嘴63於反應容器1內朝上方向延伸，於途中彎曲而配置於電漿產生部12內，沿其長度方向隔著既定之間隔形成複數之氣體噴吐孔631。氨氣相當於作為與原料氣體之分子反應而產生反應產物之反應氣體之第2氣體。
接著說明關於氣體供給系。該二氯矽烷供給通道51之一端側，連接二氯矽烷供給部511，且於此二氯矽烷供給通道51，自反應容器1側起依序設有閥V1、作為儲存部之儲存槽71、壓力偵測部72、流量調整部MF1、與閥V11。且二氯矽烷供給通道51經由自流量調整部MF1與閥V11之間分支，包含閥V12及流量調整部MF2之沖洗氣體供給通道52，連接作為沖洗氣體之氮氣之供給源521（或亦稱沖洗氣體供給源）。且二氯矽烷供給通道51經由自閥V1與儲存槽7之間分支之取代氣體供給通道53，連接作為取代氣體之氮氣之供給源531。於此取代氣體供給通道53，自反應容器1側起依序設有閥V13、流量調整部MF3、閥V14。該閥決定是否供給氣體，流量調整部調整氣體供給量，關於以下之閥及流量調整部亦相同。
該儲存槽71在關閉其下游側之閥V1，對儲存槽71供給氣體時，於該儲存槽71內儲存氣體，藉由持續供給此氣體，儲存槽71內可昇壓。此儲存槽71使用例如不鏽鋼製，例如其耐壓性能為例如93.3kPa，內容積約為1升者。
該氨供給通道61之一端側連接氨氣供給部611，於此氨供給通道61，自反應容器1側起依序設有閥V2、與流量調整部MF4。且氨供給通道61藉由於閥V2之下游側分支，包含閥V21及流量調整部MF5之取代氣體供給通道62，連接作為取代氣體之氮氣之供給源621。
包含以上說明之構成之立式熱處理裝置，如圖1所示連接控制部100。控制部100由例如包含未圖示之CPU與記憶部之電腦構成，於記憶部記錄有裝有關於立式熱處理裝置之作用，亦即於反應容器1內對晶圓W進行成膜處理時之控制，與沖洗反應容器1內時之控制之步驟（命令）群組之程式。此程式例如由硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡等記憶媒體收納，自此安裝於電腦。
接著參照圖4～圖7說明關於使本立式熱處理裝置運轉之方法。此裝置之運轉方法包含： 送入程序，將晶圓W送入反應容器1內； 成膜程序，於晶圓W形成薄膜；及 沖洗程序，對反應容器1內供給沖洗氣體。 將晶圓舟3送入反應容器1內後，實施該成膜程序。此成膜程序中，以真空泵91將反應容器1內設定為約13.33Pa（0.1Torr）之真空環境，在令晶圓舟3旋轉之狀態下，對反應容器1內供給作為原料氣體（第1氣體）之二氯矽烷氣體。此時暫時儲存二氯矽烷氣體於儲存槽71，使其昇壓再對反應容器1噴吐。具體而言，如圖5（a）所示，於二氯矽烷供給通道51，關閉閥V1，開啟閥V11。且分別關閉關於沖洗氣體供給通道52之閥V12及取代氣體供給通道53之閥V13及V14、氨供給通道61之閥V2、取代氣體供給通道62之閥V21。如此於儲存槽71以既定之流量例如2000sccm供給二氯矽烷氣體，於該槽71內充填。又，就圖5及圖7，對閥中開啟者賦予「O」並以白色表示，對關閉者賦予「C」並以黑色表示。
因供給二氯矽烷氣體，儲存槽71中壓力逐漸升高。又，將儲存槽71內之壓力昇壓至第1壓力例如33.33kPa（250Torr）以上53.33kPa（400Torr）以下，關閉閥V11。藉此，二氯矽烷供給通道51中閥V1之上游側、自閥V1之上游側至沖洗氣體供給通道52之閥V12之下游側之流路、與自閥V1之上游側至取代氣體供給通道53之閥V13之下游側之流路，分別充滿二氯矽烷氣體。
接著如圖5（b）所示，開啟閥V1，對反應容器1內噴吐儲存槽71內之二氯矽烷氣體。反應容器1內設定為真空環境，故開啟閥V1後，即會自儲存槽71猛烈釋放二氯矽烷氣體，於第1氣體噴嘴54內以既定之流速流動，經由噴吐孔541對反應容器1內噴吐。於反應容器1內二氯矽烷氣體朝排氣口18流動，經由氣體出口191朝外部排出。設置第1氣體噴嘴54與排氣口18，俾隔著晶圓W對向，故二氯矽烷氣體於晶圓W之表面自一方側朝另一方側流動，二氯矽烷氣體之分子吸附晶圓W表面。
如此釋放所有儲存槽71內之二氯矽烷氣體後，對反應容器1內供給作為取代氣體之氮氣，對反應容器1內進行氮沖洗。此程序中，如圖5（c）所示，開啟二氯矽烷供給通道51之閥V1及取代氣體供給通道53之閥V13、V14，關閉其他閥V11、V12、V2、V21。又，經由第1氣體噴嘴54對反應容器1內供給作為取代氣體之氮氣既定時間，藉此，以氮氣取代反應容器1內之二氯矽烷氣體。
接著，對反應容器1內，供給作為反應氣體（第2氣體）之氨氣。此程序中，開啟氨供給通道61之閥V2及取代氣體供給通道62之閥V21，在高頻電源16為ON之狀態下，藉由第2氣體噴嘴63對反應容器1內供給氨氣及氮氣。其他閥V1、V11、V12、V13、V14則關閉。藉此，電漿產生部12中，在於圖2以虛線表示之區域PS產生電漿，產生例如N自由基、NH自由基、NH2 自由基、NH3 自由基等活性種，此等活性種吸附晶圓W表面。又，晶圓W之表面中，二氯矽烷氣體之分子與NH3 之活性種反應，形成矽氮化膜（SiN膜）之薄膜。其後，關閉閥V2，停止供給氨氣，另一方面，持續自第2氣體噴嘴63對反應容器1內供給氮氣，以氮氣取代反應容器1內之氨氣。重複如此之一連串之程序，藉此，於晶圓W之表面逐一堆疊SiN膜之薄膜，於晶圓W之表面形成所希望之厚度之SiN膜。於此成膜處理時反應容器1內之設定溫度為例如500℃。
此例中，於儲存槽71充填二氯矽烷氣體時，設定對儲存槽71之二氯矽烷氣體之供給量與供給時間，俾槽71之壓力於預先設定之時間為第1壓力。例如二氯矽烷氣體之供給量為一定，調整供給時間，藉此，於既定時間設定儲存槽71內之壓力為第1壓力。又，根據該供給時間，控制閥V1、V11之開合。且自儲存槽71對反應容器1供給二氯矽烷氣體時，預先掌握自開啟閥V1至釋放所有儲存槽71內之二氯矽烷氣體止之時間，根據此供給時間，控制用來供給取代氣體（氮氣）之閥V13、V14之開合。所謂釋放所有該儲存槽71內之二氯矽烷氣體，係指儲存槽71內之壓力為與反應容器1內之壓力大致相同之壓力（例如1.33Pa（0.01Torr））之狀態。
如此進行成膜程序後，設定反應容器1內之溫度為例如500℃，開啟例如閥V1、V13、V14、V21，關閉此以外之閥，例如經由取代氣體供給通道53、62對反應容器1供給氮氣，使反應容器1內恢復至大氣壓。接著，卸載晶圓舟3後，以蓋體41封閉反應容器1之基板送入送出口21。亦即，藉由開合機構4之旋轉機構432使處於待命位置之蓋體41迴旋移動至基板送入送出口21之下方側，接著，藉由昇降機構431使其上昇至封閉基板送入送出口21之位置，藉此，以蓋體41氣密地封閉基板送入送出口21。
接著，進行反應容器1之沖洗程序。因已述之成膜處理，於反應容器1之內壁或第1氣體噴嘴54之表面等附著薄膜，故為對反應容器1內供給沖洗氣體，強制剝離而去除此等薄膜，進行此程序。首先，以真空泵91使反應容器1內抽真空，將其設定為既定之真空環境例如1.33Pa（0.01Torr）。且如圖6所示，開始對反應容器1抽真空，同時使反應容器1內之溫度自500℃昇溫至沖洗程序之溫度例如800℃。又，維持反應容器1於800℃例如20分鐘期間後，自冷卻氣體供給源46對送氣埠45供給例如室溫空氣，藉此，使反應容器1自800℃急速降溫至200℃。
於此使反應容器1降溫之時機，對反應容器1內供給作為沖洗氣體之氮氣。此沖洗氣體供給中，如圖7（a）所示，開啟閥V12，關閉其他閥V1、V11、V13、V14、V2、V21。如此經由沖洗氣體供給通道52及二氯矽烷供給通道51，對儲存槽71以既定之流量例如2000sccm供給沖洗氣體，於該儲存槽71內充填之。因供給沖洗氣體，儲存槽71中壓力逐漸升高。又，使儲存槽71內之壓力昇壓為高於第1壓力之第2壓力，關閉閥V12。藉此，二氯矽烷供給通道51中閥V1之上游側至閥V11之下游側之流路、閥V1之上游側至沖洗氣體供給通道52之沖洗氣體供給源521之流路、與閥V1之上游側至取代氣體供給通道53之閥V13之下游側之流路，分別充滿沖洗氣體。
該所謂第2壓力，係較以二氯矽烷氣體使儲存槽71昇壓時該儲存槽71之壓力高之壓力。昇壓時儲存槽71之壓力若過高，如後述對反應容器1內供給沖洗氣體時，反應容器1內之壓力即會升高。供給沖洗氣體時反應容器1內之壓力宜在1.33kPa（10Torr）以下，依此觀點第2壓力宜設定在53.33kPa（400Torr）以上93.33kPa（700Torr）以下。
接著，如圖7（b）所示，開啟閥V1，對反應容器1內噴吐儲存槽71內之沖洗氣體。反應容器1設定於真空環境，故開啟閥V1後，即猛烈釋放儲存槽71內之沖洗氣體，朝第1氣體噴嘴54流動之。又，於第1氣體噴嘴54內以既定之流速流動，經由噴吐孔541對反應容器1內噴吐，經由排氣口18、氣體出口191朝外部排出。於儲存槽71內充填沖洗氣體時，較於儲存槽71充填二氯矽烷氣體時，該儲存槽71內之壓力高，故沖洗氣體以大於二氯矽烷氣體之流速於第1氣體噴嘴54內流動。
如已述暫時使反應容器1昇溫至800℃，接著降溫至200℃後，因反應容器1或第1氣體噴嘴54以石英構成，故由於石英與附著於反應容器1等之薄膜之熱收縮之差，於薄膜產生應力，造成裂縫。又，於反應容器1降溫之時機導入沖洗氣體，故沖洗氣體沖擊產生裂縫之薄膜，該薄膜剝離，經由排氣口18朝外部排氣。此時，沖洗氣體暫時於儲存槽71內昇壓，故以較強之壓力，經由第1氣體噴嘴54朝反應容器1噴吐沖洗氣體。因此，於儲存槽71之下游側中沖洗氣體之流路，沖洗氣體以較大的流速流動，故存在於該流路之微粒或反應產物與此氣流一齊被去除。藉由如此進行沖洗程序，附著於反應容器1之內壁或第1氣體噴嘴54之表面之薄膜被去除，且存在於二氯矽烷供給通道51或第1氣體噴嘴54之內部之微粒被去除。
如此釋放所有儲存槽71內之沖洗氣體後，關閉閥V1，開啟閥V12，再次如圖7（a）所示，對儲存槽71充填沖洗氣體。又，儲存槽71內之壓力再次為該第2壓力後，如圖7（b）所示，即關閉閥V12，開啟閥V1，對反應容器1噴吐沖洗氣體沖洗之。如此例如重複50次以上以沖洗氣體使儲存槽71內昇壓，與對反應容器1噴吐沖洗氣體，實施沖洗程序。此重複次數宜多，但若過多即有處理能力降低之虞，故考慮朝晶圓舟3晶圓W之移載時間設定之。
圖6係分別簡略顯示反應容器1內之溫度與時間之關係，及儲存槽71內之壓力與時間之關係之特性圖。此例中，儲存槽71內之壓力，藉由關閉閥V1，對儲存槽71內供給沖洗氣體，昇壓至79.99kPa（600Torr），藉由開啟閥V1，釋放沖洗氣體降壓至1.33Pa（0.01Torr）。如此於儲存槽71內昇壓至79.99kPa，再對反應容器1供給沖洗氣體後，反應容器1內之壓力即上昇至例如0.51kPa（3.8Torr）。又，例如沖洗程序中，進行50次該昇壓及沖洗氣體之釋放。儲存槽71內之壓力，與設有壓力偵測部72之二氯矽烷供給通道51內之壓力大致相同，故在此為儲存槽71之壓力。
此例中，對儲存槽71充填沖洗氣體時，分別設定對儲存槽71沖洗氣體之供給量與供給時間，俾儲存槽71內之壓力以預先設定之時間為第2壓力，根據此供給時間，分別控制閥V1、V12之開合。且自儲存槽71對反應容器1釋放沖洗氣體時，將釋放所有儲存槽71內之沖洗氣體止，對反應容器1沖洗氣體之供給時間預先掌握，根據該供給時間，分別控制閥V1、V12之開合。所謂釋放所有該儲存槽71內之沖洗氣體，係指儲存槽71內之壓力為與反應容器1內之壓力大致相同之壓力。且考慮儲存槽71之耐壓性能等或沖洗氣體之供給量、供給時間，適當設定對儲存槽71沖洗氣體充填時之槽壓力。
如此進行反應容器1內之沖洗處理之期間，晶圓舟3被卸載而處於送出位置，如圖4所示，藉由移載機構8，對晶圓舟3進行取出成膜處理結束之晶圓W，與傳遞未處理之晶圓W。又，沖洗程序結束後，設定反應容器1內之溫度為成膜處理時之溫度，例如開啟閥V1、V13、V14、V21，關閉此以外之閥，對反應容器1例如經由取代氣體供給通道53、62供給氮氣，使反應容器1內恢復為大氣壓。接著，開啟蓋體41，位於待命位置後，將搭載未處理之晶圓W之晶圓舟3裝載於反應容器1，與上述相同，進行下一成膜處理。
上述之例中，未根據壓力偵測部72之偵測值控制閥之開合。因此嚴密而言，亦可能發生儲存槽71內之壓力不為第1或第2壓力前噴吐二氯矽烷氣體或沖洗氣體，未釋放所有儲存槽71內之二氯矽烷氣體或沖洗氣體前關閉閥V1，充填氣體之情形。然而，以二氯矽烷氣體使儲存槽71昇壓再釋放，藉此，可獲得原料氣體迅速吸附晶圓全面之效果。且以沖洗氣體使儲存槽71昇壓再釋放，藉此，可獲得優異之沖洗效果。因此，該第1壓力或第2壓力係目標，實際上儲存槽71內之壓力不在該第1壓力或第2壓力以上時開啟閥V1，未釋放所有儲存槽71內之氣體前關閉閥V1之情形亦包含於本發明。
依上述之實施形態，可減少晶圓W之微粒污染。如已述，申請人發現，交互進行於儲存槽71使二氯矽烷氣體昇壓後，對晶圓W供給之階段，與對晶圓W供給氨氣之階段，進行成膜處理時，於第1次噴吐二氯矽烷氣體時微粒附著晶圓W。因此，可想像此微粒自作為矽烷類氣體供給通道之二氯矽烷供給通道51及第1氣體噴嘴54噴出。
在此追加實施第1次成膜程序前，重複於儲存槽71儲存沖洗氣體而昇壓、噴吐之動作之程序。於儲存槽71儲存沖洗氣體而昇壓，再噴吐後，即會於二氯矽烷供給通道51及第1氣體噴嘴54猛烈釋放沖洗氣體，以較大的流速流動。藉此，於儲存槽71之下游側之二氯矽烷氣體之流路，藉由沖洗氣體之劇烈流動，存在於該流路之微粒與沖洗氣體一齊流動，朝反應容器1流出。另一方面，進行用來強制剝離附著於反應容器1內之薄膜之沖洗程序，而藉由利用此時機進行該程序，可使起因於產生於反應容器1內之剝離之薄膜之微粒，與自二氯矽烷氣體之流路流動而來的微粒被排氣而去除。
實際上實施本發明之運轉方法，確認有無微粒。沖洗程序中，重複實施50次使反應容器1暫時昇溫至800℃，再降溫至200℃，此降溫時，儲存沖洗氣體於儲存槽71，昇壓至79.99kPa（600Torr）再對反應容器1供給之程序。接著，將搭載虛擬晶圓之晶圓舟3送入反應容器1，供給成膜程序之第1次之二氯矽烷氣體，以SEM（掃描型電子顯微鏡）確認虛擬晶圓之表面時，未發現沿徑方向於線上微粒附著之情形。
且本發明中，重複多數次於儲存槽71儲存沖洗氣體而昇壓之程序，及接著，開啟儲存槽71之下游側之閥V1，對反應容器1內噴吐沖洗氣體之程序。因此，二氯矽烷氣體之流路及反應容器1中，供給沖洗氣體時之壓力變動增大，故更易引起流路內微粒之移動或反應容器1之膜剝離，可確實去除微粒。並且沖洗程序，在自反應容器1送出晶圓舟3，針對此晶圓舟3，移載處理完畢之晶圓與未處理之晶圓時實行，故可同時並行實施微粒之去除，與對晶圓舟3晶圓W之移載，可抑制處理能力之降低。
且使供給沖洗氣體時儲存槽71之壓力，高於供給二氯矽烷氣體時儲存槽71之壓力，再對反應容器1供給沖洗氣體後，沖洗氣體即以大於成膜時之流速於第1氣體噴嘴54內流動。流動之氣體流速愈大，第1氣體噴嘴54等氣體之流路內微粒之去除效果愈高，故可藉由沖洗氣體之流通，於儲存槽71之下游側確實去除微粒。因此，即使在沖洗程序後接著進行成膜程序時，於儲存槽71使二氯矽烷氣體昇壓再供給，因此二氯矽烷氣體之流通，與二氯矽烷氣體一齊被運送之微粒亦已不存在。藉此，可確實抑制微粒污染。
且暫時於儲存槽71內儲存沖洗氣體再昇壓後，對反應容器1噴吐之程序，不僅在成膜程序與成膜程序之間進行，亦在清洗反應容器1後進行。藉由例如使反應容器1真空排氣，同時自清洗用氣體噴嘴供給清洗氣體，進行此清洗。作為清洗氣體，使用氟類氣體，例如氟化氯氣體（ClF3 氣體）。清洗後清洗氣體或清洗殘渣雖可能進入第1氣體噴嘴54或第2氣體噴嘴63內，但清洗後，藉由實施上述之沖洗程序，可以沖洗氣體之流通將殘留於此等氣體噴嘴54、63內之清洗氣體等排出。因此，以清洗→沖洗程序→成膜程序之順序進行處理，藉此，可抑制於成膜程序對氣體噴嘴供給原料氣體或反應氣體時，在氣體噴嘴之內部，清洗氣體混入原料氣體等。此時，若於氨供給通道61設置儲存槽，暫時於儲存槽內儲存沖洗氣體而昇壓後，經由該氨供給通道61及第2氣體噴嘴63對反應容器1噴吐，即可去除殘留於第2氣體噴嘴63內之清洗氣體或清洗殘渣。
於以上，在儲存槽儲存沖洗氣體而昇壓，開啟該儲存槽之下游側之閥，對反應容器內噴吐沖洗氣體之程序，不僅可在沖洗程序中使反應容器1降溫之時機進行，亦可在使反應容器1昇溫之時機，或維持反應容器1於高溫之時機進行。此因即使於此等時機進行，亦可於儲存槽71之下游側之二氯矽烷氣體之流路，以沖洗氣體之流通去除微粒。
且於儲存槽71儲存沖洗氣體而昇壓時之壓力，未必需高於成膜程序時二氯矽烷氣體之昇壓時之壓力，沖洗氣體昇壓時之壓力與二氯矽烷氣體昇壓時之壓力亦可相等。此因於此時，在儲存槽71之下游側之二氯矽烷氣體之流路，亦可以沖洗氣體之流通去除微粒。且沖洗程序中，亦可自二氯矽烷供給通道51對反應容器1噴吐作為沖洗氣體之氮氣，並自氨供給通道61作為沖洗氣體對反應容器1噴吐氮氣。且於使反應容器1昇溫之程序，亦可自氨供給通道61對反應容器1噴吐氨氣。
且亦可以例如壓力偵測部72偵測儲存槽71內之壓力，根據此偵測值使閥V1開合，藉此，對反應容器1供給二氯矽烷氣體及沖洗氣體。於此時，例如儲存槽71內之壓力為預先設定之上限值後，即開啟儲存槽71與反應容器1之間之閥V1，對反應容器1噴吐氣體。又，進行控制，俾因自儲存槽71噴吐氣體，儲存槽71內之壓力降壓，為預先設定之下限值後，即關閉閥V1，再次使儲存槽71內昇壓至上限值。
並且上述之實施形態中，雖經由二氯矽烷供給通道51分別對儲存槽71供給沖洗氣體（氮氣），但亦可不經由二氯矽烷供給通道51，對儲存槽71直接供給沖洗氣體。即使於此時，亦可以沖洗氣體之流通於儲存槽71之下游側之氣體之流路去除微粒，故可抑制晶圓W之微粒污染。且作為儲存部71亦可不使用槽，以氣體供給通道之一部分為儲存部，藉由該儲存部之下游側及上游側之閥之開合，使儲存部內之壓力昇壓。且亦可不設置取代氣體供給通道53，經由沖洗氣體供給通道52及二氯矽烷供給通道51對反應容器1供給作為取代氣體之氮氣。並且沖洗程序亦可在自反應容器1送出固持處理完畢之晶圓W之晶圓舟3後，自該晶圓舟3送出處理完畢之晶圓W，接著將空的晶圓舟3送入反應容器1再進行。此時，在以設於晶舟升降部22之蓋體23關閉反應容器1之基板送入送出口21之狀態下，實施該沖洗程序。
且亦可不於二氯矽烷供給通道51設置儲存槽，於連接二氯矽烷供給通道51之沖洗氣體供給通道52設置儲存槽。此時，於例如沖洗氣體供給通道52中之儲存槽與沖洗氣體供給部之間設置第1閥，並於儲存槽之下游側設置第2閥。且於二氯矽烷供給通道51中與沖洗氣體供給通道52之連接部之下游側設置第3閥。又，於儲存槽儲存二氯矽烷氣體時，關閉儲存槽之上游側之第1閥及二氯矽烷供給通道51之第3閥，開啟儲存槽之下游側之第2閥，自二氯矽烷供給通道51經由沖洗氣體供給通道52於儲存槽儲存二氯矽烷氣體而昇壓。如此使儲存槽內昇壓至既定之壓力後，開啟該第3閥，對第1氣體噴嘴噴吐二氯矽烷氣體。且於儲存槽儲存沖洗氣體時，開啟儲存槽之上游側之第1閥，關閉儲存槽之下游側之第2閥及二氯矽烷供給通道51之第3閥，於儲存槽儲存沖洗氣體而昇壓。又，使儲存槽內昇壓至既定之壓力後，開啟該第2閥及第3閥，對第1氣體噴嘴噴吐沖洗氣體。
於以上作為矽烷類氣體，除二氯矽烷氣體外，可舉出BTBAS（（雙第三丁胺基）矽烷）、HCD（六氯二矽甲烷(hexachlorodisilane)）、3DMAS（參-二甲胺基矽烷(tris-dimethylaminosilane)）等。且作為沖洗氣體及取代氣體，除氮氣外可使用氬氣等惰性氣體。
此外，本發明之立式熱處理裝置中，亦可例如使用氯化鈦（TiCl4 ）氣體作為原料氣體（第1氣體），使用氨氣作為反應氣體（第2氣體），使氮化鈦（TiN）膜成膜。且亦可使用TMA(三甲基鋁) 作為原料氣體。
且使吸附晶圓W之表面之原料氣體反應，獲得所希望之膜之反應，例如亦可採用利用O2 、O3 、H2 O等之氧化反應、利用H2 、HCOOH、CH3 COOH等有機酸、CH3 OH、C2 H5 OH等醇類等之還元反應、利用CH4 、C2 H6 、C2 H4 、C2 H2 等之碳化反應、利用NH3 、NH2 NH2 、N2 等之氮化反應等各種反應。
且亦可使用3種類反應氣體或4種類反應氣體作為反應氣體。例如作為使用3種類反應氣體時之例，有時使鈦酸鍶（SrTiO3 ）成膜，使用作為例如Sr原料之Sr（THD）2 （雙(四甲基庚二酮酸)鍶(bis(tetramethylheptanedionate strotium)）、作為Ti原料之Ti（OiPr）2 （THD）2 （雙異丙氧雙(四甲基庚二酮酸)鈦(bisisoproxidebis(tetramethylheptanedionate titanium)）、與作為此等者之氧化氣體之臭氧氣體。此時，依Sr原料氣體→取代用氣體→氧化氣體→取代用氣體→Ti原料氣體→取代用氣體→氧化氣體→取代用氣體之順序切換氣體。
本發明中，使用立式熱處理裝置，交互進行於儲存部使原料氣體昇壓後，對基板供給之階段，與對基板供給反應氣體之階段，進行成膜處理時，發現噴吐第1次之原料氣體之際發生基板之微粒污染。在此，追加將基板送入反應容器前，重複多數次於該儲存部儲存沖洗氣體而昇壓、噴吐之動作之程序。另一方面，在將處理後之基板與未處理之基板交換之期間，進行用來強制剝離附著於反應容器內之薄膜之沖洗程序，而藉由利用此時機進行該程序，使於反應容器內產生之微粒排氣。因此，如由試驗結果所確認，微粒污染減少。
吾人應理解本次揭示之實施形態於所有點上皆係例示，非限制性者。事實上，上述之實施形態可以各種形態實現。且上述之實施形態只要不逸脫添附之申請範圍及其主旨，亦可以各種形態省略、取代、變更。本發明之範圍企圖包含添附之申請專利範圍與其均等之意義及在範圍內之所有變更。
M‧‧‧馬達
V1-V21‧‧‧閥
W‧‧‧晶圓
1‧‧‧反應容器
2‧‧‧岐管
3‧‧‧晶圓舟
11‧‧‧頂棚板
12‧‧‧電漿產生部
13‧‧‧開口部
14‧‧‧區隔壁
15‧‧‧電漿電極
17‧‧‧絕緣保護蓋板
18‧‧‧排氣口
19‧‧‧排氣蓋板構件
21‧‧‧基板送入送出口
22‧‧‧晶舟升降部
23‧‧‧蓋體
24‧‧‧旋轉軸
31‧‧‧支柱
32‧‧‧隔熱單元
44‧‧‧加熱器
45‧‧‧送氣埠
46‧‧‧冷卻氣體供給源
51‧‧‧二氯矽烷供給通道
52‧‧‧沖洗氣體供給通道
53‧‧‧取代氣體供給通道
54‧‧‧第1氣體噴嘴
61‧‧‧氨供給通道
62‧‧‧取代氣體供給通道
63‧‧‧第2氣體噴嘴
71‧‧‧儲存槽
72‧‧‧壓力偵測部
91‧‧‧真空泵
92‧‧‧壓力調整部
93‧‧‧排氣管
100‧‧‧控制部
191‧‧‧氣體出口
511‧‧‧二氯矽烷供給部
521‧‧‧沖洗氣體供給源
531‧‧‧供給源
541‧‧‧氣體噴吐孔
611‧‧‧氨氣供給部
621‧‧‧供給源
631‧‧‧氣體噴吐孔
作為本說明書之一部分導入附圖，以揭示本發明之實施形態，與上述之一般說明及後述之實施形態之詳細內容一齊說明本發明之概念。
圖1係顯示依本發明之立式熱處理裝置之一例之縱剖面圖。
圖2係顯示立式熱處理裝置之一例之橫剖面圖。
圖3係顯示立式熱處理裝置之一部分之立體圖。
圖4係用來說明立式熱處理裝置之運轉方法之程序圖。
圖5(a)~(c)係顯示於立式熱處理裝置進行之成膜程序之構成圖。
圖6係用來說明於立式熱處理裝置進行之沖洗程序之特性圖。
圖7(a)~(b)係顯示於立式熱處理裝置進行之沖洗程序之構成圖。
M‧‧‧馬達
V1-V21‧‧‧閥
W‧‧‧晶圓
1‧‧‧反應容器
2‧‧‧岐管
3‧‧‧晶圓舟
11‧‧‧頂棚板
12‧‧‧電漿產生部
13‧‧‧開口部
14‧‧‧區隔壁
15‧‧‧電漿電極
17‧‧‧絕緣保護蓋板
18‧‧‧排氣口
19‧‧‧排氣蓋板構件
21‧‧‧基板送入送出口
22‧‧‧晶舟升降部
23‧‧‧蓋體
24‧‧‧旋轉軸
31‧‧‧支柱
32‧‧‧隔熱單元
44‧‧‧加熱器
45‧‧‧送氣埠
46‧‧‧冷卻氣體供給源
51‧‧‧二氯矽烷供給通道
52‧‧‧沖洗氣體供給通道
53‧‧‧取代氣體供給通道
54‧‧‧第1氣體噴嘴
61‧‧‧氨供給通道
62‧‧‧取代氣體供給通道
63‧‧‧第2氣體噴嘴
71‧‧‧儲存槽
72‧‧‧壓力偵測部
91‧‧‧真空泵
92‧‧‧壓力調整部
93‧‧‧排氣管
100‧‧‧控制部
191‧‧‧氣體出口
511‧‧‧二氯矽烷供給部
521‧‧‧沖洗氣體供給源
531‧‧‧供給源
541‧‧‧氣體噴吐孔
611‧‧‧氨氣供給部
621‧‧‧供給源
631‧‧‧氣體噴吐孔

Claims (5)

  1. 一種立式熱處理裝置之運轉方法，該立式熱處理裝置包含： 立式之反應容器，於周圍設置加熱部； 第1氣體噴嘴，用來供給原料氣體亦即第1氣體；及 第2氣體噴嘴，用來供給與原料氣體之分子反應而產生反應產物的反應氣體亦即第2氣體； 該立式熱處理裝置之運轉方法之特徵在於包含： 送入程序，將由基板固持具固持成架座狀之複數之基板送入該反應容器內； 成膜程序，交互重複進行下列步驟：將第1氣體暫時儲存在設於該第1氣體噴嘴之上游側之氣體供給通道之儲存部而使其昇壓，開啟該儲存部之下游側之閥，對係真空環境之反應容器內供給第1氣體；及自該第2氣體噴嘴對該反應容器內供給第2氣體； 沖洗程序，接著，將固持該基板之基板固持具自該反應容器送出後，關閉反應容器之基板送入送出口，為強制剝離附著於反應容器內之薄膜，對反應容器內供給沖洗氣體，並使該反應容器之溫度變化； 噴吐程序，進行該沖洗程序時，重複多數次於該儲存部儲存沖洗氣體而使其昇壓，開啟該儲存部之下游側之閥，對反應容器內噴吐沖洗氣體而操作該閥之動作；及 該成膜程序，係在重複多數次操作該閥而對該反應容器內噴吐沖洗氣體之動作之該噴吐程序後進行。
  2. 如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中 於該儲存部儲存沖洗氣體而使其昇壓時之壓力，較於該成膜程序時第1氣體昇壓時之壓力高。
  3. 如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中 第1氣體係矽烷類氣體。
  4. 一種非臨時性記憶媒體，儲存有用於立式熱處理裝置之電腦程式，該立式熱處理裝置將固持複數之基板的基板固持具送入致在周圍設有加熱部之立式之反應容器內，進行熱處理，該非臨時性記憶媒體之特徵在於： 該電腦程式中包含用以實行如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置之運轉方法的步驟群組。
  5. 一種立式熱處理裝置，將把複數之基板固持成架座狀的基板固持具送入至於周圍設有加熱部之立式之反應容器，自第1氣體噴嘴供給原料氣體亦即第1氣體；並自第2氣體噴嘴，供給該與原料氣體之分子反應而產生反應產物的反應氣體亦即第2氣體；該立式熱處理裝置之特徵在於包含： 氣體供給通道，用來對該第1氣體噴嘴供給該第1氣體； 儲存部，設於該氣體供給通道，用來藉由儲存氣體使其內部昇壓； 閥，分別設於該氣體供給通道中的該儲存部之上游側及下游側； 沖洗氣體供給部，用來對該儲存部供給沖洗氣體；及 控制部，用來實行下列步驟： 成膜步驟，進行交互重複進行下列步驟而操作該閥之動作：開啟該儲存部之下游側之閥，對係真空環境之反應容器內供給第1氣體；與自該第2氣體噴嘴對該反應容器內供給第2氣體；及 沖洗步驟，接著，將固持該基板之基板固持具自該反應容器送出後，關閉反應容器之基板送入送出口，為強制剝離附著於反應容器內之薄膜，重複多數次操作該閥之動作，俾於該儲存部儲存該沖洗氣體而使其昇壓，接著，自該儲存部對反應容器內噴吐該沖洗氣體。
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