TW201604312A - 立式熱處理裝置、立式熱處理裝置之運轉方法及記錄媒體 - Google Patents

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Abstract

一種立式熱處理裝置，在立式反應容器内，將表面形成有凹凸的複數之被處理基板保持於基板保持具之狀態下，由加熱部進行加熱，來對該被處理基板進行成膜處理；該立式熱處理裝置具備： 氣體供給部，用以對該反應容器内供給成膜氣體；及 氣體分布調整構件，係由石英構成，分別設於該基板保持具所保持的該複數之被處理基板之配置區域的更上方及下方； 若令該氣體分布調整構件中的每單位區域之表面積為S，且令該被處理基板之表面積除以依被處理基板的外形尺寸所計算之表面積而得到的每單位區域之表面積為S0，則S除以S0之値(S/S0)係設定為0.8以上。

Description

立式熱處理裝置、立式熱處理裝置之運轉方法及記錄媒體
本揭示係基於2014年3月11日申請之日本專利申請案第2014-047790號下的優先權利益，該日本申請案之所有內容，在此作為參考照文獻並納入。
本發明係關於一種對複數基板一併進行成膜處理之立式熱處理裝置、立式熱處理裝置之運轉方法及存有執行該運轉方法的程式之記錄媒體。
一般而言，為了製造半導體製品，會對由矽基板等所構成之半導體晶圓(以下記為晶圓) 進行ALD(Atomic Layer Deposition) 或CVD(Chemical VaporDeposition)等成膜處理。此成膜處理，有時以將複數片晶圓一起處理之批次式的立式熱處理裝置來進行，在此情形，將晶圓往立式晶圓舟移載，以棚狀多段支持於晶圓舟。該晶圓舟，於可排氣之反應容器(反應管)内由其下方送入(載入)。之後，在反應容器内維持氣密之狀態下，對反應容器内供給各種氣體，對晶圓進行該成膜處理。作為習知技術，將晶圓載置於該晶圓舟來進行該CVD之手法已為人所知。
於該晶圓舟之上部側及下部側保持有擋片晶圓，而有用以製造該半導體製品之被處理基板即晶圓(為了便於說明，有時記為製品晶圓)被該等擋片晶圓以上下包夾方式多數保持，於此狀態下，如上所述將晶圓舟送入反應容器内。如此將製品晶圓與擋片晶圓一起保持於晶圓舟之原因，其目的在於讓處理容器内之氣體流動較順暢，並且提高製品晶圓間溫度之均一性，對製品晶圓進行高均一性之成膜，或是當石英所構成之該晶圓舟產生微粒時，該微粒不會附在該製品晶圓。該擋片晶圓異於製品晶圓，其表面並沒形成有用以形成該半導體製品之各種膜，因而也沒有形成有用以形成配線之凹凸。以下，有時將該擋片晶圓記為裸晶圓。
【發明所欲解決之問題】
但是半導體製品之微細化持續進展，而該凹凸高密度形成於製品晶圓之表面，讓該製品晶圓之表面積逐漸增加。因此，在該成膜處理時，相對於該裸晶圓中的處理氣體之消耗量(反應量)，製品晶圓中的氣體之消耗量逐漸變大。從而，就晶圓舟之上段側、下段側所分別支持之製品晶圓而言，於該製品晶圓附近配置處理氣體消耗量較少之裸晶圓，因而會有相對較多之處理氣體供給。可是，就晶圓舟中段所支持之製品晶圓而言，其上下所支持之製品晶圓的處理氣體消耗量較大，所以每1片之處理氣體供給量相對較少。結果，於製品晶圓間，因該處理氣體所形成之膜厚不均變大，有這樣的疑慮存在。
該習知技術中，為了控制該處理氣體之分布，係將表面積略等於製品晶圓並由矽所構成之擋片晶圓搭載於晶圓舟，來進行CVD的成膜處理。又，上述習知技術中，在成膜後，將擋片晶圓浸漬於氟酸溶液，將已成膜之膜除去，藉以將擋片晶圓再利用。可是，如此以濕蝕刻為必要之構成，則必須將擋片晶圓從立式熱處理裝置往其他裝置移載，會造成不便，故較為不利。
本發明提供一種技術，當將以棚狀保持複數基板之保持具送入反應容器内，對反應容器内供給處理氣體來進行成膜處理時，可提高基板間的膜厚均一性，並且降低裝置運用之勞力。 【解決問題之技術手段】
本發明之立式熱處理裝置，係在立式反應容器内，將表面形成有凹凸的複數之被處理基板保持於基板保持具之狀態下，由加熱部進行加熱，來對該被處理基板進行成膜處理；該立式熱處理裝置具備： 氣體供給部，用以對該反應容器内供給成膜氣體；及 複數之氣體分布調整構件，係由石英構成，分別設於該基板保持具所保持的該複數之被處理基板之配置區域的更上方及下方； 若令該氣體分布調整構件中的每單位區域之表面積為S，且令該被處理基板之表面積除以依被處理基板的外形尺寸所計算之表面積而得到的每單位區域之表面積為S0，則S除以S0之値(S/S0)係設定為0.8以上。
本發明之立式熱處理裝置之運轉方法，係在立式反應容器内，將表面形成有凹凸的複數之被處理基板保持於基板保持具之狀態下，由加熱部進行加熱，來對該被處理基板進行成膜處理；該立式熱處理之運轉方法具備以下步驟：在由石英所構成的氣體分布調整構件，分別位於該基板保持具所保持的該複數之被處理基板之配置區域的更上方及下方之狀態下，由氣體供給部對該反應容器内供給成膜氣體；若令該氣體分布調整構件中的每單位區域之表面積為S，且令該被處理基板之表面積除以依被處理基板的外形尺寸所計算之表面積而得到的每單位區域之表面積為S0，則S除以S0之値(S/S0)係設定為0.8以上。
本發明之非暫時性可電腦讀取之記錄媒體，存有用以實施上述運轉方法而應用於立式熱處理裝置的程式之記錄媒體。
以下，參照圖式說明此發明之數個實施形態。另，於全圖中，對共通的部分附上共通的元件符號。在下述的詳細說明中，為使人能充分理解本揭示而附有許多具體詳細內容。然而，沒有如此詳細說明時，所屬技術領域中具有通常知識者亦可達成本揭示，乃是不證自明的。在其他例中，為避免讓人不易理解各種實施形態，對於已知之方法、順序、系統或構成要素並未詳示。(第1實施形態)
基於圖式說明本發明之第1實施形態。圖1及圖2係本發明下的立式熱處理裝置1之概略縱剖面圖及概略橫剖面圖。圖1及圖2的11係為反應管，為由例如石英形成立式圓柱狀的處理容器。又，於此反應管11之下端開口部的周緣部有凸緣12一體形成；於此凸緣12之底面，有由例如不鏽鋼形成圓筒狀之歧管2藉由O型環等密封構件21所連結著。
該歧管2之下端當作送入出口(爐口)而開口，其開口部22之周緣部則有凸緣23一體形成。於該歧管2之下方，有例如石英製之蓋體25藉著晶舟升降機26可於上下方向開閉，其藉由O型環等密封構件24將開口部22氣密閉塞於凸緣23之底面。該蓋體25之中央部有旋轉軸27貫通設置，於其上端部藉由平台39搭載著基板保持具即晶圓舟3。
於該歧管2之側壁，插設有L字型之第1原料氣體供給管40；於該第1原料氣體供給管40之前端部，如圖2所示有於反應管11内往上方向延伸的石英管所構成之2根第1原料氣體供給噴嘴41，包夾後述電漿產生部60之細長的開口部61而配置著。於此等第1原料氣體供給噴嘴41、41，沿著其長度方向有複數(多數)氣體噴吐孔41a隔著既定間隔形成；可從各氣體噴吐孔41a、41a朝水平方向略均一地噴吐氣體。且該第1原料氣體供給管40之基端側，係經由供給設備群42來與第1原料氣體即矽烷類氣體例如SiH2 Cl2 (二氯矽烷：DCS)氣體之供給源43連接著。
且於該歧管2之側壁，插設有L字型之第2原料氣體供給管50；於該第2原料氣體供給管50之前端部設有第2原料氣體供給噴嘴51，其於反應管11内往上方向延伸並於途中彎曲、設於後述電漿產生部60内、由石英所構成。於此第2原料氣體供給噴嘴51，沿著其長度方向有複數(多數)氣體噴吐孔51a隔著既定間隔形成；可從各氣體噴吐孔51a朝水平方向略均一地噴吐氣體。且該第2原料氣體供給管50之基端側分岐為兩端，一方的第2原料氣體供給管50經由供給設備群52來與第2原料氣體即氨(NH3 )氣體之供給源53連接著；另一方的第2原料氣體供給管50經由供給設備群54來與氮(N2 )氣體之供給源55連接著。
更於歧管2之側壁，插設有清洗氣體供給管45之一端。清洗氣體供給管45之另一端分岐，分別經由供給設備群46、47，分別與F2 (氟)氣體之氣體供給源48、HF(氟化氫)之氣體供給源49連接著。藉此，可對反應管11内供給F2 與HF之混合氣體作為清洗氣體。作為清洗氣體，並不限於使用此種以氟氣體或是氟化氫氣體為主成分之氣體，亦可使用例如以其他氟化合物為主成分之氣體。另，該供給設備群42、46、47、52、54分別由閥體及流量調整部等所構成。
且於該反應管11之側壁的一部分，沿著其高度方向設有電漿產生部60。該電漿產生部60係由以下方式所構成：將該反應管11之側壁沿著上下方向以既定幅度削除藉以形成上下細長之開口部61，並將以覆蓋此開口部61方式呈剖面凹部狀形成之上下細長的例如石英製區隔壁62，與反應管11之外壁氣密焊接接合。由此區隔壁62所包圍之區域成為電漿產生區域PS。
該開口部61，為了可以於高度方向蓋住晶圓舟3所保持之所有晶圓，而形成為上下方向相當長。且於該區隔壁62之兩側壁的外側面，以沿著其長度方向(上下方向)互相面對之方式設有細長的一對電漿電極63。此電漿電極63，和電漿產生用之高頻電源64係經由供電線路65連接著，並可對上述電漿電極63施加例如13.56MHz之高頻電壓藉以產生電漿。且於該區隔壁62之外側，以覆蓋該區隔壁62之方式而安裝有例如石英所構成之絕緣保護蓋66。
且於歧管2，為了將反應管11内之環境氣體真空排氣而有排氣口67開口著。排氣口67連接著排氣管59，其具備作為可將反應管11内減壓排氣至所求真空度的真空排氣機構之真空泵68、及例如蝶形閥所構成之壓力調整部69。且如圖1所示以包圍反應管11的外周之方式，設有將反應管11及反應管11内的晶圓加熱之加熱機構即筒狀體的加熱器28。
又，上述立式熱處理裝置1具備控制部100。該控制部100由例如電腦所構成，並控制晶舟升降機26、加熱器28、供給設備群42、46、47、52、54、高頻電源64、壓力調整部69等。更具體而言，控制部100具備：記錄有用以執行反應管11内所進行後述一連串處理步驟的序列程式之記錄部、及讀取各程式之命令並往各部輸出控制信號之機構等。另，此程式係在儲存於例如硬碟、軟碟、光碟、磁光碟(MO)、記憶卡等記錄媒體之狀態下儲存於控制部100。
接著，針對該晶圓舟3做進一步說明。晶圓舟3係由石英所構成，具備成膜處理時互相平行置放之頂板31與底板32；此等頂板31及底板32，分別與上下延伸之3個支柱33之一端、另一端連接著。各支柱33多段地設有支持部34(參照圖2)，可將晶圓水平保持於此支持部34上。從而，晶圓係多段棚狀地保持於晶圓舟3。將各支持部34上的支持晶圓之區域標記為插槽，此例中插槽設有120個。又，各插槽以1~120之編號表示，越上段側之插槽附上較小之編號。
此第1實施形態中，晶圓10與晶圓71搭載於該插槽。晶圓10，係先前技術的項目中所述之用以製造半導體製品之製品晶圓，由例如矽基板所構成。如圖3所示，於晶圓10之表面形成有用以形成配線之凹凸。圖中，35係多晶矽膜，36係鎢膜。37係此等膜35、36中所形成之凹部。38係由此立式熱處理裝置1所成膜之SiN膜(氮化矽膜)。
晶圓71係由石英所構成之晶圓(以下記為石英晶圓)。石英晶圓71，為使其可載置於晶圓舟3，於俯視下其外形與晶圓10之外形一致。為了防止操作時的破損，石英晶圓71之厚度稍大於例如晶圓10的厚度，例如2mm所構成。圖1之虛線箭頭前端所示之虛線圓内，係將石英晶圓71之縱剖側視面擴大顯示。如此處所示，於石英晶圓71之表面及背面形成有凹凸。此凹凸係由例如雷射加工或機械加工等所形成。
晶圓10之表面積除以依晶圓10的外形尺寸所計算之表面積所得的每單位區域之表面積為S0。以該外形尺寸所求出之表面積，係指不考慮晶圓10之表面的凹部37，而是令晶圓10之表面為平坦面所求出之假設表面積。也就是說，實際的晶圓10之表面積除以該假設表面積之値，為每該單位區域之表面積S0。此處所稱之晶圓的表面積，係指晶圓之頂面(表面)的面積+底面(背面)之面積。而石英晶圓71之表面積除以依該石英晶圓71的外形尺寸所計算之表面積所得的每單位區域之表面積為S。石英晶圓71的以該外形尺寸所求出之表面積，係指與晶圓10的情形相同，不考慮石英晶圓71之表面及背面所形成之凹部，而是令石英晶圓71之表面及背面為平坦面所求出之假設表面積。如後所述為了調整晶圓舟3上下方向的氣體分布，S/S0係設定為0.8以上。於此例中以S/S0=1之方式構成石英晶圓71。
如圖1所示石英晶圓71保持於晶圓舟3的插槽之中的上端側及下端側之複數插槽。沒有保持石英晶圓71之插槽，則保持晶圓10。從而，晶圓10群以被石英晶圓71上下包夾之方式，保持於晶圓舟3。該石英晶圓71，可與晶圓10同樣地對著晶圓舟3任意裝卸，亦可固定。晶圓10，係對著晶圓舟3由未圖示之移載機構予以移載。在石英晶圓71以對著晶圓舟3任意裝卸方式所構成之情形，由例如該移載機構與晶圓10同樣地予以移載。由於操作容易，所以於此例中令石英晶圓71固定於晶圓舟3。
接著，針對立式熱處理裝置1所實施之成膜處理做說明。首先，如上所述晶圓10群以被石英晶圓71上下包夾方式載置之晶圓舟3，使之於預先設定成既定溫度之反應管11内，自其下方上升並送入(載入)，以蓋體25將歧管2之下端開口部22閉合，藉以將反應管11内密閉。
而藉著真空泵68將反應管11内抽真空，使得反應管11内為既定之真空度。其次令反應管11内之壓力為例如665.5Pa(5Torr)，由第1原料氣體供給噴嘴41對反應管11内將DCS氣體及N2 氣體分別在例如1000sccm、2000sccm之流量、例如3秒間、高頻電源64關閉之狀態下進行供給，使旋轉的晶圓舟3所棚狀保持之晶圓10的表面吸附DCS氣體之分子(步驟S1)。
其後，停止DCS氣體之供給，持續對反應管11内供給N2 氣體並且令反應管11内之壓力為例如120Pa(0.9Torr)，對反應管11内進行N2 沖洗(步驟S2)。其次，令反應管11内之壓力為例如54Pa(0.4Torr)，由第2原料氣體供給噴嘴51對反應管11内將NH3 氣體及N2 氣體分別在例如5000sccm、2000sccm之流量、例如20秒間、高頻電源64開啟之狀態下進行供給(步驟S3)。藉此N自由基、H自由基、NH自由基、NH2 自由基、NH3 自由基等活性種與DCS氣體之分子進行反應，生成圖3所示之SiN膜38。
然後，停止NH3 氣體之供給，持續對反應管11内供給N2 氣體並且令反應管11内之壓力為例如106Pa(0.8Torr)，對反應管11内進行N2 沖洗(步驟S4)。圖4係顯示各氣體的供給時序與高頻電源64開啟的時序之時序圖。如此圖所示，上述步驟S1~步驟S4重複進行複數次例如200次，藉以讓晶圓10之表面有SiN膜38之薄膜可說是一層一層地疊層成長，於晶圓10之表面形成所求厚度之SiN膜38。
用圖5之示意圖，來說明上述成膜處理中供給DCS氣體時，晶圓10及石英晶圓71之狀態。圖中70係DCS氣體之分子。於晶圓舟3之中段，多段配置有表面形成凹凸因而表面積較大之晶圓10；供給至晶圓舟3之中段的該分子70，消耗(吸附)於此等晶圓10。如此分子70以在晶圓10間高均一性分配之方式消耗掉，晶圓10每1片的分子70之吸附量過剩得以抑制。
而晶圓舟3之上段及下段所保持之晶圓10，亦與中段所保持之晶圓10同樣地，其附近存在表面積較大之晶圓，也就是石英晶圓71。從而，供給至晶圓舟3之上段及下段的該分子70，以在晶圓10及石英晶圓71中高均一性分配之方式消耗掉。也就是說，因其表面積較大所以石英晶圓71中的分子70之吸附量相對較多，進而抑制過剩的分子70往晶圓10供給，晶圓10每1片的分子70之吸附量過剩得以抑制。
為了與圖5做比較，而顯示圖6之示意圖。此圖6顯示：已述之配置石英晶圓71的各插槽中，配置先前技術的項目所說明之裸晶圓72進行處理，來取代該石英晶圓71，在此情形中，分子70對晶圓10吸附的狀況。如前所述裸晶圓72由例如矽所構成，其表面未有元件形成用之凹凸形成，所以表面積較小。即使在配置了該裸晶圓72之情形，在晶圓舟3之中段，如圖5所說明分子70分配至各晶圓10，每1片晶圓10之吸附量得以抑制。可是，晶圓舟3之上段及下段所保持之晶圓10，其附近存在裸晶圓72，而該裸晶圓72因其表面積較小所以分子70之吸附量較小，導致未在裸晶圓72消耗完畢的剩餘分子70吸附於該晶圓10。
如圖5、圖6所說明，將石英晶圓71保持於晶圓舟3，藉以抑制分子70過剩地吸附於晶圓舟的上段側及下段側之晶圓10，結果分子70高均一性地吸附於晶圓間。雖舉例說明了DCS氣體之分子70的吸附，但藉著將石英晶圓71保持於晶圓舟3，讓上述NH3 氣體、N2 氣體所產生之自由基亦與該分子70同樣高均一性地供給至各晶圓10間。而所供給之自由基與該分子70進行反應。
如上所述步驟S1~S4重複進行200次，製程結束之後，將晶圓舟3從反應管11送出。將處理完畢之晶圓10從晶圓舟3取出後，將該晶圓舟3再次往反應管11送入，將該開口部22閉合。將反應管11内抽真空，設定成既定之壓力，並且將其溫度設定成例如350℃。將已述之F2 及HF所構成之清洗氣體往反應管11内供給。因此，讓反應管11内，晶圓舟3及石英晶圓71上成膜之SiN膜38受蝕刻，順著排氣流從反應管11中除去。然後，停止清洗氣體之供給，將晶圓舟3從反應管11送出。其後，晶圓舟3搭載後續晶圓10，依上述步驟S1~S4對該後續晶圓10進行成膜處理。
圖7顯示晶圓10的膜厚與插槽位置之關係之曲線圖。曲線圖之橫軸對應晶圓10的膜厚，縱軸對應插槽位置。將晶圓舟3，以曲線圖之縱軸與其高度對應之方式，附上插槽編號予以顯示。虛線所示之曲線圖係依實驗所取得之數據，顯示：如圖6所說明將裸晶圓72保持於晶圓舟3進行成膜處理來取代石英晶圓71，在此情形中各插槽的晶圓10的膜厚分布。由於圖6所述之理由，晶圓10的膜厚自晶圓舟3之中段插槽越往上段及下段插槽越逐漸增大；上端部及下端部的插槽之晶圓10，與中段部的插槽之晶圓10，膜厚之差相對較大。也就是說，插槽間膜厚不均較大。另，於圖7中的晶圓舟3，顯示依實施形態保持石英晶圓71之狀態，而非該裸晶圓72。
圖7之實線的曲線圖，係如圖1~圖5所說明，假定配置石英晶圓71進行處理之情形下的曲線圖，顯示第1實施形態之効果。由於圖5所說明之理由，由石英晶圓71抑制對晶圓舟3之上部側及下部側的晶圓10之過剩氣體供給，所以如曲線圖所表示，抑制此等上部側及下部側之晶圓10的膜厚變大。結果，可提高各插槽間晶圓10的膜厚之均一性。
又，吾人認為石英晶圓71之表面積越大，對晶圓舟3之上部側及下部側的晶圓10之氣體供給越能得以抑制。圖7中之雙短劃虛線的曲線圖，係假定石英晶圓71之表面積大於晶圓10之表面積之情形下的膜厚分布之曲線圖。以因應晶圓10之表面積而呈適當的膜厚分布之方式，來決定石英晶圓71之表面積。另，石英晶圓71，在晶圓舟3之上部、下部分別只設置一片，亦可如前所述調整晶圓10之氣體分布。可是，從控制晶圓10間之溫度分布的觀點來看，宜設置複數片。
而且石英晶圓71係為石英，所以與Si所構成之晶圓相比，上述氟氣體或氟化合物所構成之氣體即清洗氣體的腐蝕得以抑制。因此，可如上所述重複進行該成膜處理來加以使用。又，無須為了進行而搬運至進行濕蝕刻之裝置，所以裝置運用的勞力得以抑制。
但是有時晶圓舟3保持相對較少片數的晶圓10來進行處理。在此情形，例如圖8所示保持晶圓10來進行處理。加以說明，係將晶圓10保持於中段之插槽。圖8之例中，編號35附近~60附近之插槽連續載置著晶圓10。而於其上下之插槽分別將該石英晶圓71予以例如複數片保持。圖8所示之例中保持晶圓10之插槽的上下分別保持5片左右的石英晶圓71。
以包挾此石英晶圓71群及晶圓10群之方式，將該裸晶圓72保持於晶圓舟3之上側的各插槽及下側的各插槽。此裸晶圓72係用以防止反應管11内的氣體流動不一致，或晶圓10中的溫度分布不一致所搭載。如此1號~120號之插槽，保持晶圓10、石英晶圓71及裸晶圓72中的任一者。
圖8亦表示與圖7同樣地顯示膜厚分布之曲線圖。實線之曲線圖，顯示：假定如上所述晶圓舟3搭載石英晶圓71對晶圓10進行處理，在此情形下晶圓10的膜厚分布。虛線之曲線圖，顯示：上述說明中保持石英晶圓71之插槽，保持裸晶圓72進行處理來取代石英晶圓71，在此情形之晶圓10的膜厚分布。如此圖8之曲線圖所例示，對於少數片之晶圓10進行處理之情形，石英晶圓71亦如上所述搭載於晶圓舟3，而由於圖5、圖6所說明之理由，可防止晶圓舟3所搭載之晶圓10群當中，上方側之晶圓10及下方側之晶圓10的膜厚增大。其結果，可提高晶圓10間的膜厚均一性。 (第2實施形態)
如圖5所說明，只要是比晶圓舟3所搭載之晶圓10群更上方及下方且相對表面積較大之構件，便可使晶圓10群當中上方側、下方側之氣體供給量降低，於晶圓10間調整膜厚分布。從而，此種調整氣體分布之調整構件，並不限於石英晶圓71。圖9、圖10分別顯示第2實施形態下的立式熱處理裝置1之縱剖側視圖及橫剖俯視圖。第2實施形態之立式熱處理裝置1，就第1實施形態之反應管11之構成乃有所不同，其他各部分則為同樣構成。在圖9、圖10中，將第1實施形態中所說明之構件的一部分予以省略。
此第2實施形態之立式熱處理裝置1中，針對包含反應管11之頂棚面與上部側周面之上方區域81、及反應管11之下方側周面即下方區域82，為了使其表面積增大而有凹凸形成。此等上方區域81及下方區域82係為反應管11之内周面。該下方區域82包含：晶圓舟3収納於反應管11時，晶圓舟3所載置之晶圓10群更下方之區域。上方區域81及下方區域82之凹凸，由例如噴砂或化學藥液處理所形成。以噴砂進行處理之情形，算術平均粗度Ra為例如0.4~4.0μm，化學藥液處理之情形，算術平均粗度Ra為0.3~4.0μm。第1實施形態之石英晶圓71，亦可藉著此種噴砂或化學藥液處理來進行凹凸之形成。又，亦可與石英晶圓71相同，藉著雷射加工，於反應管11形成該凹凸。
如此形成粗糙(凹凸)，進而該上方區域81及下方區域82，係與第1實施形態之石英晶圓71同樣地達成調整氣體供給分布之作用。因此就上方區域81及下方區域82而言，若令各自的每單位區域之表面積為S，則與晶圓10之每單位區域之表面積S0之關係，係與第1實施形態同樣地以S/S0為0.8以上之方式來形成該凹凸。此上方區域81及下方區域82之表面積，係指面臨氣體供給之處理空間的面之表面積。舉例對上方區域81之每單位區域之表面積S做更具體說明，則上方區域81，係沒有該凹凸而切割成具有與晶圓10之外形所包圍區域的面積相同的面積A。就此切割處，若令反應管11内面臨處理空間之面的表面積為B，則該S為B/A。該表面積B，係有凹凸所測定之表面積。下方區域82之S亦同樣地計算。
在反應管11之内周側面中，令該上方區域81與下方區域82所包夾之區域為中間區域83。此中間區域83，當反應管11中有晶圓舟3送入時，係位於晶圓10群之外周。對中間區域83，不進行上述之噴砂及化學藥液處理，以平滑面所構成。也就是說，與上方區域81、下方區域82相比，中間區域83之粗糙較小。
在此第2實施形態之立式熱處理裝置1中，亦與第1實施形態同樣地進行成膜處理及清洗處理。如上所述反應管11之内周面係粗糙地構成，進而讓成膜處理時往晶圓舟3之上部側及下部側供給之氣體在該上方區域81及下方區域82消耗掉。因此，與第1實施形態同樣地，可防止氣體過剩地供給至晶圓舟3之上部側及下部側所保持之晶圓10。如此反應管11之上方區域81及下方區域82達成與第1實施形態之石英晶圓71同樣的作用，所以於此例中晶圓舟3係有別於第1實施形態，有裸晶圓72對著晶圓舟3任意裝卸並受保持來取代石英晶圓71。也就是說，晶圓10群以被裸晶圓72上下包夾之方式保持。於清洗處理時，裸晶圓72有別於使用石英晶圓71之情形，先從晶圓舟3取下。
圖11係與圖7同樣地顯示各插槽之晶圓10的膜厚分布。圖中之虛線的曲線圖，顯示：反應管11未形成上述粗糙來進行處理，在此情形下之晶圓10的膜厚分布。圖中之實線的曲線圖，顯示：假定如上所述上方區域81及下方區域82形成粗糙來進行處理，在此情形下晶圓10間的膜厚分布。如曲線圖所例示，反應管11内形成上述粗糙，進而與第1實施形態同樣地可防止氣體過剩地供給至晶圓舟3所保持之晶圓10群當中，上部側之晶圓10與下部側之晶圓10，可提高晶圓10間膜厚的均一性。
於此反應管11之晶圓10群的更上部側形成粗糙之區域，亦可只有頂棚面及側周面當中的任一方。又，在反應管11中比晶圓10群更下方之區域，並非只於側周面形成粗糙，亦可於反應管11之底板，即蓋體25之表面形成粗糙。 (第3實施形態)
在第3實施形態中，使用與第1實施形態同樣的立式熱處理裝置1，例如反應管11之内面沒有第2實施形態中所說明之粗糙形成。相對於此，晶圓舟3之頂板31及底板32的表面，係與第2實施形態中所說明之反應管11的上方區域81及下方區域82同樣地粗糙，其每單位區域之表面積S/晶圓10之每單位區域之表面積S0≧0.8。圖12顯示如此形成了粗糙之晶圓舟3。晶圓舟3，係與例如第2實施形態同樣地，搭載晶圓10及裸晶圓72來進行成膜處理。在成膜處理中，該頂板31及底板32，達成與第1實施形態中所說明之石英晶圓71、及第2實施形態中所說明之該反應管11的上方區域81及下方區域82同樣之作用，調整晶圓10間之膜厚分布。
先對晶圓舟3的頂板31之每單位區域之表面積S做具體說明，則頂板31，係沒有該凹凸而切割成具有與晶圓10之外形所包圍區域的面積相同的面積A。就此切割處，若令反應管11内面臨處理空間之面的表面積為B，則該S為B/A。頂板31，係頂面、底面都面臨該處理空間，所以該表面積B係為該頂面及底面之表面積的合計。晶圓舟3的底板32之每單位區域之表面積S亦同樣地計算，但底板32之底面被支持晶圓舟3之平台39(參照圖1)覆蓋，沒有面臨處理空間，所以該表面積B為頂面之表面積。
圖12之曲線圖，與其他圖之曲線圖同樣地顯示晶圓10之插槽與膜厚之關係。虛線之曲線圖係：上述頂板31及底板32未形成粗糙來進行處理，在此情形下晶圓10間之膜厚分布。實線之曲線圖係：假定以該粗糙已形成之晶圓舟3進行處理時，晶圓10間之膜厚分布。 (第4實施形態)
在第4實施形態中，亦與第1實施形態同樣使用立式熱處理裝置1，晶圓舟3亦與第1實施形態同樣地構成。在第4實施形態中，晶圓舟3保持晶圓10及裸晶圓76。裸晶圓76，形狀雖與裸晶圓72同樣地構成，但係由石英所構成而非Si。與第1實施形態同樣地對裸晶圓76求每單位區域之表面積S之情形，與晶圓10之每單位區域之表面積S0關係，係S/S0＜1.0。
如圖13所示，搭載此等晶圓10、76之插槽，係有別於第2及第3實施形態。裸晶圓76，係與第2及第3實施形態同樣地，搭載於晶圓舟3之上端的複數插槽及下端的複數插槽，另外還搭載於晶圓舟3之中段編號連續之插槽。圖13之例中，自50號之插槽到60號附近之插槽連續搭載了裸晶圓76。未配置裸晶圓76之插槽則配置晶圓10。
在第4實施形態中，亦與其他實施形態同樣地進行成膜處理及清洗處理。於此成膜處理時，晶圓舟3之中段部搭載著複數裸晶圓76，所以於該中段部附近氣體之消耗量變少。從而，就搭載此裸晶圓76之插槽附近的插槽所載置之晶圓10，氣體之供給量變多。
圖13之虛線的曲線圖，顯示：僅以晶圓舟3之上段部及下段部搭載裸晶圓76來進行成膜處理，在此情形下晶圓10的膜厚分布。實線之曲線圖，顯示：假定如上所述晶圓舟之中段部亦配置裸晶圓76來進行處理，在此情形下晶圓10的膜厚分布。如各曲線圖所示中段部配置了裸晶圓76之情形，如上所述該中段部的氣體消耗量得以抑制，所以隨著自晶圓舟3之上段及下段朝中段，膜厚一時地減少之後，又上升。成為如此分布，進而與中段部未配置裸晶圓76之情形相比，膜厚不均得以抑制。
如上所述，裸晶圓76為石英，所以於該清洗處理時，係與第1實施形態相同，與晶圓舟3一起送入反應管11加以清洗。裸晶圓76，亦可與第1實施形態之石英晶圓71同樣地，對著晶圓舟3受固定，亦可任意裝卸。為了充分改善氣體之供給分布，被處理基板間板狀構件即裸晶圓76，可於晶圓舟3之中段連續設置複數片，但亦可只設置1片。
此第4實施形態，係與其他實施形態組合。具體而言，上述之圖13中，晶圓舟3之上端及下端的各複數插槽所搭載之晶圓採用裸晶圓76，在與第1實施形態組合之情形，係搭載例如石英晶圓71進行處理來取代此裸晶圓76。又，如第2實施形態所示，對内面粗糙之反應管11，如圖13所示送入搭載了各晶圓10、76之晶圓舟3，來進行處理。又，如第3實施形態中所說明，於頂板31及底板32粗糙之晶圓舟3，如圖13所示配置各晶圓10、76來進行處理。也就是說，如上所述於晶圓10間配置1片或是複數片裸晶圓76，且於該晶圓10之上方及下方配置由石英所構成、用以調整氣體分布之相對表面積較大之構件，在此狀態下進行處理。
上述之立式熱處理裝置1，雖以進行ALD之方式所構成，但本發明可適用於供給氣體來進行成膜之批次式處理裝置。從而，進行CVD之立式熱處理裝置亦可適用本發明。又，上述各實施形態，可互相組合來加以實施。例如第1實施形態中，亦可如第2實施形態中所說明使用形成粗糙之反應管11來進行處理。在第1~第3實施形態中亦可適用第4實施形態，於晶圓10群與晶圓10群之間配置裸晶圓76。又，在第2、第3實施形態中，亦可搭載裸晶圓76進行處理來取代裸晶圓72。
但是吾人認為晶圓10，於其每一批次進行不同處理，而圖案的線寬、或凹凸形成之膜厚有所不同，以此狀態搭載於晶圓舟3，在此情形，也就是往立式熱處理裝置1搬運之每一批次的晶圓10之表面積會有所不同。在此情形，就例如第1實施形態之石英晶圓71，準備可自晶圓舟3任意裝卸，且表面積互不相同之複數種類。而亦可從該複數種類當中因應在該立式熱處理裝置1進行處理之晶圓10的批次，選擇搭載於晶圓舟3之石英晶圓71。因此，可將供給至晶圓舟3之上部側及下部側的晶圓10之氣體量，於晶圓10的每一批次加以控制，可在各插槽間讓晶圓10的膜厚有更高均一性。 (評價試驗)
說明與本發明相關所進行之評價試驗。作為評價試驗1，係如先前技術之項目所說明，於晶圓舟3之上端部的複數插槽及下端部的複數插槽搭載裸晶圓72，於其他插槽搭載晶圓10，以立式熱處理裝置進行成膜處理。成膜處理後，對各插槽之晶圓10的膜厚做測定。又，作為評價試驗2，係搭載試驗用之晶圓進行處理來取代裸晶圓72。此試驗用晶圓，具有與晶圓10相同之表面積，材質亦與晶圓10一樣。晶圓10及試驗用晶圓當中，其表面積均為裸晶圓72之表面積的3倍。
此評價試驗所使用之立式熱處理裝置，雖使用了與上述實施形態的裝置大略同樣構成之裝置，但供給DCS氣體之噴注器，係如圖14所示地構成。也就是說，設置：對晶圓舟3之上部側進行氣體供給之原料氣體供給噴嘴41b、及對晶圓舟3之下部側進行氣體供給之原料氣體供給噴嘴41c，分別自此等噴嘴41b及41c供給DCS氣體。
圖15之曲線圖係顯示評價試驗1、2之結果的曲線圖，橫軸顯示插槽編號，縱軸顯示所測定之晶圓10的膜厚(單位：Å)。又，於各評價試驗搭載晶圓10之插槽間的膜厚變動範圍係以箭頭顯示。如圖15所明示，在評價試驗1中與評價試驗2相比，上段側及下段側之插槽，也就是搭載裸晶圓72之插槽附近的插槽中的晶圓10的膜厚較大。因此，就評價試驗1，插槽間之晶圓10的膜厚不均大於評價試驗2。相對於此，在評價試驗2中此種上段側及下段側之插槽中的晶圓10的膜厚上升得以抑制，因此插槽間之膜厚不均得以抑制。由此試驗之結果，吾人可知如各實施形態中所說明，在晶圓10群配置區域之上方及下方設置表面積較大之構件是有効的。 【發明之効果】
根據本發明，將石英所構成之氣體分布調整構件，分別設於該基板保持具所保持的該複數之被處理基板之配置區域的更上方及下方。從而，可分別調整氣體對基板保持具之上方及下方的供給量，提高基板間所形成膜厚之均一性。又，該氣體分布調整構件由石英所構成，所以相較於由矽所構成之情形，不容易受往反應管内供給之氟或是含氟化合物的氟類氣體即清洗氣體蝕刻。從而可藉由該氣體將該氣體分布調整構件與反應管内一起進行清洗，所以可減輕裝置運用之勞力。
吾人應設想到，這次所揭示之實施形態從所有觀點看來僅為例示，並非有所限制。實際上，上述實施形態可以多種形態予以具體化。又，上述實施形態，亦可不脫離所附之申請專利範圍及其主旨，而以各式各樣之形態予以省略、替換、變更。本發明之範圍，在所附之申請專利範圍及其均等之意思及範圍内之所有變更均包含在內，此乃吾人之意圖。
1‧‧‧立式熱處理裝置
2‧‧‧歧管
3‧‧‧晶圓舟
10‧‧‧晶圓
11‧‧‧反應管
12‧‧‧击緣
21‧‧‧密封構件
22‧‧‧開口部
23‧‧‧击緣
24‧‧‧密封構件
25‧‧‧蓋體
26‧‧‧晶舟升降機
27‧‧‧旋轉軸
28‧‧‧加熱器
31‧‧‧頂板
32‧‧‧底板
33‧‧‧支柱
34‧‧‧支持部
35‧‧‧多晶矽膜
36‧‧‧鎢膜
37‧‧‧凹部
38‧‧‧SiN膜
39‧‧‧平台
40‧‧‧第1原料氣體供給管
41‧‧‧第1原料氣體供給噴嘴
41a‧‧‧氣體噴吐孔
41b‧‧‧原料氣體供給噴嘴
41c‧‧‧原料氣體供給噴嘴
42‧‧‧供給設備群
43‧‧‧第1原料氣體供給源
45‧‧‧清洗氣體供給管
46、47‧‧‧供給設備群
48‧‧‧F2氣體供給源
49‧‧‧HF氣體供給源
50‧‧‧第2原料氣體供給管
51‧‧‧第2原料氣體供給噴嘴
51a‧‧‧氣體噴吐孔
52‧‧‧供給設備群
53‧‧‧第2原料氣體供給源
54‧‧‧供給設備群
55‧‧‧氮氣體供給源
59‧‧‧排氣管
60‧‧‧電漿產生部
61‧‧‧開口部
62‧‧‧區隔壁
63‧‧‧電漿電極
64‧‧‧高頻電源
65‧‧‧供電線路
66‧‧‧絕緣保護蓋
67‧‧‧排氣口
68‧‧‧真空泵
69‧‧‧壓力調整部
70‧‧‧分子
71‧‧‧石英晶圓
72‧‧‧裸晶圓
76‧‧‧裸晶圓
81‧‧‧上方區域
82‧‧‧下方區域
83‧‧‧中間區域
100‧‧‧控制部
PS‧‧‧電漿產生區域
所附圖式，係作為本說明書之一部分予以納入來顯示本揭示之實施形態，並且與上述一般說明及後述實施形態的詳細內容，一起說明本揭示之概念。
【圖1】係本發明第1實施形態下的立式熱處理裝置之縱剖側視圖。
【圖2】係該立式熱處理裝置之橫剖俯視圖。
【圖3】係製品晶圓之縱剖側視圖。
【圖4】係該立式熱處理裝置之處理時序圖。
【圖5】係顯示第1實施形態中製品晶圓成膜狀況之說明圖。
【圖6】係顯示比較例中製品晶圓成膜狀況之說明圖。
【圖7】係顯示該立式熱處理裝置所處理之晶圓間的膜厚分布之曲線圖。
【圖8】係顯示晶圓舟中的製品晶圓之配置例之說明圖。
【圖9】係第2實施形態下的立式熱處理裝置之縱剖側視圖。
【圖10】係該立式熱處理裝置之橫剖俯視圖。
【圖11】係顯示該立式熱處理裝置所處理之晶圓間的膜厚分布之曲線圖。
【圖12】係顯示第3實施形態下的用晶圓舟進行處理之晶圓間的膜厚分布之曲線圖。
【圖13】係顯示第4實施形態下的用晶圓舟進行處理之晶圓間的膜厚分布之曲線圖。
【圖14】係顯示評價試驗所用噴注器的構成之說明圖。
【圖15】係顯示評價試驗結果之曲線圖。
1‧‧‧立式熱處理裝置
2‧‧‧歧管
3‧‧‧晶圓舟
10‧‧‧晶圓
11‧‧‧反應管
12‧‧‧凸緣
21‧‧‧密封構件
22‧‧‧開口部
23‧‧‧凸緣
24‧‧‧密封構件
25‧‧‧蓋體
26‧‧‧晶舟升降機
27‧‧‧旋轉軸
28‧‧‧加熱器
31‧‧‧頂板
32‧‧‧底板
33‧‧‧支柱
39‧‧‧平台
40‧‧‧第1原料氣體供給管
41‧‧‧第1原料氣體供給噴嘴
41a‧‧‧氣體噴吐孔
42‧‧‧供給設備群
43‧‧‧第1原料氣體供給源
45‧‧‧清洗氣體供給管
46、47‧‧‧供給設備群
48‧‧‧F2氣體供給源
49‧‧‧HF氣體供給源
50‧‧‧第2原料氣體供給管
51‧‧‧第2原料氣體供給噴嘴
51a‧‧‧氣體噴吐孔
52‧‧‧供給設備群
53‧‧‧第2原料氣體供給源
54‧‧‧供給設備群
55‧‧‧氮氣體供給源
59‧‧‧排氣管
60‧‧‧電漿產生部
61‧‧‧開口部
62‧‧‧區隔壁
63‧‧‧電漿電極
66‧‧‧絕緣保護蓋
67‧‧‧排氣口
68‧‧‧真空泵
69‧‧‧壓力調整部
71‧‧‧石英晶圓
100‧‧‧控制部

Claims (24)

  1. 一種立式熱處理裝置，在立式反應容器内，將表面形成有凹凸的複數之被處理基板保持於基板保持具之狀態下，由加熱部進行加熱，來對該被處理基板進行成膜處理；該立式熱處理裝置具備： 氣體供給部，用以對該反應容器内供給成膜氣體；及 複數之氣體分布調整構件，由石英所構成，分別設於該基板保持具所保持的該複數之被處理基板之配置區域的更上方及下方； 若令該氣體分布調整構件中的每單位區域之表面積為S，且令該被處理基板之表面積除以依被處理基板的外形尺寸所計算之表面積而得的每單位區域之表面積為S0，則S除以S0之値(S/S0)係設定為0.8以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更上方所設之該複數之氣體分布調整構件當中的至少任一個，係為設於該基板保持具之第1板狀構件。
  3. 如申請專利範圍第2項之立式熱處理裝置，其中， 該第1板狀構件，係為由搬運該被處理基板的搬運機構所搬運之板狀構件。
  4. 如申請專利範圍第2項之立式熱處理裝置，其中， 該第1板狀構件，係以支柱固定於該基板保持具之頂板的更下方位置。
  5. 如申請專利範圍第2項之立式熱處理裝置，其中， 該第1板狀構件，係為該基板保持具之頂板。
  6. 如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更上方所設之該複數之氣體分布調整構件當中的至少任一個，係為該反應容器之頂棚部。
  7. 如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更下方所設之該複數之氣體分布調整構件當中的至少任一個，係為設於該基板保持具之第2板狀構件。
  8. 如申請專利範圍第7項之立式熱處理裝置，其中， 該第2板狀構件，係為由搬運該被處理基板的搬運機構所搬運之板狀構件。
  9. 如申請專利範圍第7項之立式熱處理裝置，其中， 該第2板狀構件，係以支柱固定於該基板保持具之底板的更上方位置。
  10. 如申請專利範圍第7項之立式熱處理裝置，其中， 該第2板狀構件，係為該基板保持具之底板。
  11. 如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更下方所設之該複數之氣體分布調整構件當中的至少任一個，係為該反應容器之内壁部。
  12. 如申請專利範圍第1項之立式熱處理裝置，其中更具備： 至少一個被處理基板間板狀構件，即為在該被處理基板所包夾的區域受該基板保持具所保持之氣體分布調整構件； 若令該被處理基板間板狀構件中的每單位區域之表面積為S，且令該被處理基板之表面積除以依被處理基板的外形尺寸所計算之表面積而得到的每單位區域之表面積為S0，則S除以S0之値(S/S0)係設定為小於1.0之值。
  13. 如申請專利範圍第12項之立式熱處理裝置，其中， 該被處理基板間板狀構件，係以複數片上下連續方式複數保持於該基板保持具。
  14. 如申請專利範圍第12項之立式熱處理裝置，其中， 該被處理基板間板狀構件係由石英構成。
  15. 如申請專利範圍第12項之立式熱處理裝置，其中， 該被處理基板間板狀構件固定於該基板保持具。
  16. 一種立式熱處理裝置之運轉方法，在立式反應容器内，將表面形成有凹凸的複數之被處理基板保持於基板保持具之狀態下，由加熱部進行加熱，來對該被處理基板進行成膜處理； 該立式熱處理之運轉方法具備以下步驟： 在由石英所構成的氣體分布調整構件，分別位於該基板保持具所保持的該複數之被處理基板之配置區域的更上方及下方之狀態下，由氣體供給部對該反應容器内供給成膜氣體； 若令該氣體分布調整構件中的每單位區域之表面積為S，且令該被處理基板之表面積除以依被處理基板的外形尺寸所計算之表面積而得到的每單位區域之表面積為S0，則S除以S0之値(S/S0)係設定為0.8以上。
  17. 如申請專利範圍第16項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更上方所設之該氣體分布調整構件，係為設於該基板保持具之板狀構件。
  18. 如申請專利範圍第16項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更上方所設之該氣體分布調整構件，係為該反應容器之頂棚部。
  19. 如申請專利範圍第16項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更下方所設之該氣體分布調整構件，係為設於該基板保持具之板狀構件。
  20. 如申請專利範圍第16項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中， 該複數之被處理基板之配置區域的更下方所設之該氣體分布調整構件，係為該反應容器之内壁部。
  21. 如申請專利範圍第16項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中具備以下步驟：在該被處理基板所包夾的區域中，於氣體分布調整構件即至少一個被處理基板間板狀構件保持於該基板保持具的此狀態下，由該氣體供給部對該反應容器内供給成膜氣體； 若令該被處理基板間板狀構件中的每單位區域之表面積為S，且令該被處理基板之表面積除以依被處理基板的外形尺寸所計算之表面積而得到的每單位區域之表面積為S0，則S除以S0之値(S/S0)係設定為小於1.0之值。
  22. 如申請專利範圍第21項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中， 該被處理基板間板狀構件，係以複數片上下連續方式複數保持於該基板保持具。
  23. 如申請專利範圍第21項之立式熱處理裝置之運轉方法，其中， 該被處理基板間板狀構件係由石英構成。
  24. 一種非暫時性可電腦讀取之記錄媒體，儲存有為了實施如申請專利範圍第16項的立式熱處理裝置之運轉方法而應用於立式熱處理裝置之程式。
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