TW300327B - - Google Patents

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經濟部中央標準局負工消费合作社印氧 Α7 Β7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於半導體晶片等之被處理基板之熱處理裝 置。 在半導髏裝置之製造過程中，為了對被處理基板之半 導體晶片進行氧化，擴散，CVD(Chemical Vapor Deposition) ，退火等處理，使用各種熱處理装置。其中，對多枚晶片 能同時作分批處理之縱型熱處理裝置，則配設有，在其周 圍配置加熱器之所諝熱壁（Hot Wall)型之嫌内設有具有熱 處理室功能之縱型之反應管（process tube〉。而在此反應 管内，介由被處理基板之支持具之晶片盤，Μ適宜間隔上 下方向成水平且多層搭載多枚晶片，而同時對此等多枚晶 .片進行熱處理。 在這種傳統之熱處理裝置，各方向之加熱器放射之熱 量比較容易射入搭載於晶片盤之晶片周緣部，較少射入其 中央部。尤其是進行快速昇降溫時，很容易在晶片中央部 與周緣部之溫度回應性產生顯著之差異，而有由於一片晶 片之面内溫度差所產生之内部應力，使晶片有產生滑動（ 結晶錯開）之傾向。要消除這個問題點，在傳統之縱型熱 處理裝置，係在晶片盤配設Μ面接觸方式支持晶片之周緣 部下面之環狀之支持板（如此配設環狀支持板之晶片板稱 為環形盤），藉此支持板之熱容量抑制晶片周緣部之溫度 回應性，設法減少晶片中央部與周緣部之面内溫度差。 然而，在上述傳統之縱型熱處理裝置，不僅是晶片與 環狀之支持板間之熱傳導爲放射傳熱，晶Η與支持板間所 存在之經由氣體之熱傳導（氣體之傳熱，亦稱作對流傳熱） 本紙張尺度適角中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 4 丨丨；---：---一|裝------訂-----{線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（ 也當作重要因素。因此，將反應管内減壓之狀態下進行快 速昇降溫時，環狀之支持板之效果無法充分發揮，又很難 減少晶片中央部與周緣部之面内溫度差。因此，在這種傳 統之縱型熱處理裝置，於減壓下進行快速昇降溫很困難， 因此對提高生產量自有其極限。 因之，本發明是在解決上述問題，其目的在提供，在 熱處理室内，不論是常壓下，縱使在減壓下，也能充分減 少被處理基板之中央部與周緣部之面内溫度差，可進行快 速昇降溫，能夠提高生產量之熱處理裝置。 爲了達成上述目的，本發明之在熱處理室内收容被處 理基板Μ進行熱處理之熱處理装置之特擻爲，在被處理基 板之周圍配設，可Μ遮擋在被處理基板之周緣部射入具有 一定角度Μ上射入角度之加熱器之熱放射之隔熱構件（缓 衝件）。 一般在被處理基板（例如晶片）之周緣部，從加熱器之 熱放射之射入角度愈增大（對射入，被處理基板之被處理 面成為直角），所謂放射形態係數會增大，容易受到熱放 射之影響。惟依據本發明時，由於設在被處理基板周圍之 隔熱構件，可以遮擋在被處理基板之周緣部射入之加熱器 放射之一定射入角度以上之熱放射，因此可顯著抑制周緣 部受到之熱放射之影饗。因此，與傳統之熱處理裝置有異 ，本發明之熱處理装置不僅是從氣體之傳熱，同時也從放 射傳熱之觀點抑制被處理基板周緣部所受到之熱放射之影 蜜，因此在熱處理室内，不僅是在常壓下，在減壓下仍可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 5 ----·---：----f -裝------訂-----(線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印装 _B7_ 五、發明説明（3 ) 充分減少被處理基板之中央部與周緣部之面内溫度差。其 結果，可Μ進行快速昇降溫，而得提高生產量。 Η參照附圖說明將本發明熱處理裝置應用在縱型熱處 理裝置之第1實施例如下。在第1圖内，1係藉減壓CVD 對被處理基板，例如對半導體晶片W施Μ成膜處理之縱型 熱處理裝置。水平狀備有，例如不锈辆製之中央部位有圓 形開口部2a之基板2。在此基板2之下方設有，上端及下 端設有朝外之突緣部3a，3b之例如與開口部2a成同心狀配 置之不綉鋼製之短圓筒狀之岐管3，此岐管3上成氣密狀 連接有，形成縱型熱處理爐（熱處理室）之具耐熱性及耐腐 蝕性之材料，例如不透明石英所構成之熱處理容器之反應 管（處理管）4。 反應管4之上端封閉，下端開口，同時在下端有朝外 之突緣部4a。本第1實施例之反應管4之内側有，將上端 及下端開口之石英製之内管5，繫止於形成在岐管3内面 之朝内延伸之突緣部3c，配置成同心圓狀，藉此呈雙層管 構造之縱型熱處理爐。 岐管3在反應管5内設有，從未圖示之處理用氣體供 應源或惰性氣體供應源引進處理用氣體或惰性氣體之多數 導管部6。而且在岐管3設有*可藉未圖示之真空泵浦等 之減壓構件將反應管4內排氣，使成例如10〜1(Γ 8 Torr前 後之真空度之排氣管部7。同時在反應管4之周圍配置有 ，可將反應管4内加熱到例如700〜1200X前後之例如將 霣阻發熱體形成螺旋狀等之加熱源之加熱器8。此加熱器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） j ,0 ^ I裝 訂 f 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 8之外周係介由隔熱材料9覆蓋以冷却護套構造'之例如不 锈鋼製之外殼10。藉此構成所諝分批處理型之加熱爐。再 者，加熱器8，隔熱材9及外殼10係豎立支持在基板2上 。此外，在岐管3之下方成可昇降狀配設有開閉其開口端 之，例如Μ不锈銷製成之蓋體11，可由昇降機構12使其昇 降。在此蓋體11上，介由石英製之保溫茼14載置有多枚， 例如150枚左右之將晶片W上下方向分開適宜間隔多層保 持搭載成水平狀之基板支持具之不透明石英製之晶片盤13 。亦可在蓋體11配設介由保溫茼14使晶片盤13轉動以平均 對晶片W施加熱處理之轉動驅動機構（未圖示）。 晶片盤13係如第1圖至第3圖所示，備有Μ適宜間隔 配置成圍繞圓板狀之晶片W周圍之多根（3〜4根，第1 實施例爲3根〉支柱15,此等支柱15設有，可將多片例如 150片左右之晶片W在上下方向分開適宜間隔多層支持搭 載成水平狀之溝狀之繫止部16。支柱15之一方成開放部17 ，俾可由水平方向藉由移載機構（移載用機器人）移載晶片 W。再者，上述移載機構係如第3圖所示，備有舌片狀之 移載臂18,可將晶片W載置於移載臂18上，在反應管4下 方之移載區進行將晶片W移載於晶片盤13等之移載作業。 特別是本發明熱處理裝置之第1實施Μ係如第2圖與 第3圖所示，在晶片盤13之支柱15，於晶片W周圍Μ跟晶 片W相同之間隔多層配設有呈百葉窗型之圓環狀之隔熱構 件19 (緩衝件）19，可使各晶片W位於上下相鄰之隔熱構件 19中間，俾遮擋從加熱器以一定之射入角度θ Μ上之角度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） -7 - ； 7 J 丨裝 訂 未 备 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（5 ) 射入晶片W周緣部之放射熱。隔熱構件19由具有耐熱性及 隔熱性，且不易成為晶片之污染源之材質，例如不透明石 英，所構成。而隔熱構件19係形成為可鬆嵌於晶片盤13之 支柱外侧之偏平圓環狀，並將其内緣部之幾處用焊接20固 定在晶片盤13之支柱15外侧，而固定之（參照第2圖及第 3圖）。 假設如第2圖所示，晶片W之半徑為R，隔熱構件19 之内緣（內徑）部之半徑為Ra。外緣（外徑）部之半徑為Rb， 則隔熱構件19之大小係如下決定。即，一般在溫度不相同 之兩個固體面間之放射傳熱之傳熱量Q〔kcal/h〕可由下 式Q= F(T14 - T24〕A表示之。F係放射形態係數，對射入面 之射人角度在0度時為〇，隨箸射入角度之增大而增大，射 入角度在90度時為最大之無次元數。兩個固定面之面積極 大，而距離極近時，取最大值1。亦即，這個時候是放射 不會漏到兩固定面間Μ外之狀態。T1係加熱器8之溫度， Τ2係晶片W之溫度，Α係其他常數。 晶片W之半徑R為1時，從Μ—定間隔縱方向配置多層 之晶片W之面内某一點對加熱源整體之放射形態係數F， 係如第4圖所示，大致從0.7之點至晶片W之邊緣部（1之 點）急激增大。因此，如第2圖所示之晶片W之半徑11為0.7 ，隔熱構件19之外緣部之半徑Rb為1時，則可使晶片W面 内之放射形態係數F較小。因此，以晶片对之半徑[^為1時 ，隔熱構件19之外緣部之半徑為1.4，邸為晶片W之半徑R .之1.4倍時最佳。再者，從隔熱效果來講，隔熱構件19之 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 8 | ^ ·裝 訂 ^線 (請先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局真工消费合作社印製 A7 B1_ 五、發明説明（6 ) 外緣部之半徑Rb因具有某種程度之允許範圍，因此是晶片 W之半徑R之1.2〜1.8倍最好。其理由是，其比例低於1.2 倍時，隔熱效果會降低，而超過1.8倍時，隔熱效果會增 大而妨礙快速昇降溫。 而隔熱構件19之内緣部之半徑Ra如果差不多等於晶片 W之半徑R(即兩者十分接近時），則可以較晶片W之半徑R 稍小，或如本第1實施例較晶片W之半徑R稍大（參照第2 圖）。同時，隔熱構件19之厚度等亦可調節使其熱容量較 晶片W為大。而隔熱構件19之内徑（內緣部），外徑（外緣 部）及厚度係考慮上述之值（比），同時經實驗而具體設定 之，俥在實際之快速昇降溫時能儘量減少晶片W之中央部 與周緣部之面内溫度差。 其次說明本第1實施例之作用。首先如第1圖所示， 當藉移載臂18 (參照第3圖）將晶片W移載至，利用昇降機 構12下降移動至反應管4下方之移載區之配設在蓋體11上 之晶片盤13後，刖由移載機構12使蓋體11移動上昇，將晶 片盤13運進反應管4内。然後蓋體11則氣密狀抵接於岐管 3之下端突緣部3b，密封反應管4內。 而利用排氣管部7之排氣（抽真空）將反應管4内置換 成真空後，從引進管部6引進惰性氣體，例如気氣（N2)， Μ気氣（Na)置換反應管4内。然後停止引進惰性氣體，藉 加熱器8快速使晶HW昇溫至一定之處理溫度後，由引進 管部6引進一定之處理用氣髏，同時將反應管4内維持在 一定之減壓狀態，對晶片W進行成膜處理等之熱處理。結 本紙浪尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐） --I---；----* 裝------訂-----(線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本覓) 經濟部中央梂準局—工消費合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（7 ) 束此項熱處理後，令熱處理過之晶片W快速降溫至例如室 内溫度藉蓋體11之下降移動將處理後之晶片W連同晶片盤 13蓮出反應管4外。 如此，本發明第1實施例之熱處理装置，係在減壓下 之熱處理室內進行晶片W之快速昇溫及快速降溫。而依據 本發明之熱處理裝置時，可利用設在晶片W周圍之隔熱構 件19,遮擋從加熱器射入此周緣部之一定射入角度ΘΜ上 之熱放射，而抑制晶片W周緣部之熱放射造成之影堪（參 照第2圖）。亦即，隔熱構件19之遮擋作用及其熱容量之 缓和作用，抑制起因於分批處理型加熱之晶片W周緣部之 ,熱放射之影逛，使晶片W周緣部之溫度回應性與中央部之 溫度回應性大致上相同。而且能夠儘可能減少快速昇降溫 時之晶片W中央部與周緣部之面内溫度差》使晶片W之面 内溫度均勻。 因此，與傳統之熱處理裝置不同，本發明第1實施例 之縱型熱處理装置係從氣體傳熱及放射傳熱之觀點來抑制 晶片W周緣部所受之熱放射之影湛，因此在熱處理室内， 不僅是在常壓下，在減壓下也可將晶片w之中央部與周緣 部之面内溫度差充分減小Μ進行快速昇降溫，能夠提高生 產量。上述第1實施例之晶片W係以水平狀態上下方向分 開適宜間隔，由周圍配置有多根（例如3根）支柱15之晶片 盤13搭載支持之。尤其是，在此晶片盤13之支柱15Μ差不 多與晶片W同一間隔且交錯配設有多層之圓環狀之隔熱構 件19,因此不僅是常壓下，在減壓下亦可僅可能減少所搭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210Χ 297公釐） ~~ΤΤΓΊ I---：---；-----裝------訂-----{線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明（8 ) 載之多片晶片W之中央部與周緣部之面内溫度差，進行快 速昇降溫，而得進一步提高生產量。同時，本發明第1實 施例之縱型熱處理裝置係在上下相鄰接之隔熱構件19之中 間，Μ相互交錯方式配設晶片W，因此，從水平方向移載 晶片W時，移載機構之移載臂18 (參照第3圖〉不會干擾到 隔熱板19，可很容易且迅速經由支柱15間之開口部17移載 晶片W，進一步提高生產量。而且，因隔熱構件19之熱容 量較晶片W爲大*因此不僅是其隔熱效果，連同其熱容量 亦可緩和溫度回應性良好之晶片W周緣部之快速之昇降溫 。其結果，在熱處理室内，不僅是常溫下，在減壓下也可 以充分減小晶片W之中央部與周緣部之面内溫度差，進行 更快速之昇降溫，更進一步提高其生產量。 經使用上述第1實施例之晶片盤13與現用之環形盤進 行快速昇降溫比較試驗（模擬試驗），而獲得下述結果。首 先，現用之環形盤之支持板内徑為140mm，外徑為200mm， 厚度為5mm，另一方面，本第1實施例之晶片盤13之隔熱 構件19之内徑（Ra)爲210m，外徑（Rb)爲280mm，厚度（t) 為5mm。而晶片W之大小為8吋，晶片間隔（p)爲20mm (參照 第2圖〉。 而對晶片W進行從室溫25·〇快速昇溫到800¾之昇溫 處理（例如〇〇 /分），與從800=0快速降溫到251C之快速 降溫處理（例如-〇〇 10/分）。其結果，使用現用之環形盤 時，晶片W之中央部與周緣部之面內溫度差最多達50C， 而使用本第1實施例之晶片盤13時之晶片W之中央部與周 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11 I ^ ^ ^ — 裝 I I I 、今口 1 I |( 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標牟局負工消费合作社印製 五、發明説明（9 緣部之面内溫度差則最多35¾。结果是充分證實3可藉本 發明減少晶片W之面内溫度差。 第5圖及第6圖表示本發明之熱處理裝置之第2實施 例。其與上述第1實施例相同之部分檷有同一記號，而詳 細之說明則從略。如圖示，本第2實施例之晶片盤13備有 以圍繞平坦而圓環狀之隔熱構件19周圍狀分開適宜間隔配 置之多根（3〜4根），例如3根之支柱15。在此支柱15内 側Μ焊接其外緣部之方式，固定上下方向分開適宜間隔之 多層圓環狀之隔熱構件19。並且在配設多層之各隔熱構件 19之内緣部上面，於周方向分開適宜間隔（例如在3等分 之位置）設有用以將晶片W支持在相鄰隔熱構件19中間之 支持部21。依據本第2實施例時，可獲得與上述第1實施 例一樣之作用效果，同時因晶片盤13之支柱15離開晶片W 之周緣部，因此可儘可能減少支柱15對晶片W之面内溫度 之均勻化產生影轡。 如以上所述，本發明之熱處理裝置可用作熱處理多片 晶片之分批式縱型熱處理裝置，而且也可以應用作熱壁型 之葉片式熱處理裝置。而被處理基板則除了半導體晶片之 外，例如也可以處理LCD基板等。而隔熱構件之材料則除 了不透明石英之外，也可Μ使用例如碳化矽（Sic)等。 圖式之簡單說明 第1圖係表示本發明熱處理裝置之第1實施例之整體 結構之縱向截面圖。 第2画係表示在本發明第1實施例之熱處理裝置之被 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 12 I丨---^----j--裝------訂-----{ 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3003^7 五、發明説明（10 ) 處理基板搭載部之從加熱器射入1½¾放射之狀態之概略縱 向截面圖。 第3圖係第2圖所示被處理基板搭載部之平面圖。 第4圖係表示晶片尺寸與放射形態係數之關係之曲線 画。 第5圖係本發明熱處理裝置之第2實施例之被處理基 板搭載部之槪略縱向截面圖。 第6圖係第5圖所示被處理基板搭載部之平面圖。 元件檫號對照 經濟部中央標準局—工消费合作社印製 W . _ .晶片 11.. ..蓋體 1… .縱型熱處理装置 12.. .•昇降機構 2… .基板 13.. ..晶片盤 3 . . · .岐管 14.. ..保溫筒 4… .反應管 15.. ..支柱 5… .内管 16.. ..繫止部 6 ... .引進管部 17.. •.開口部 7 ... .排氣管部 18.. ..移載臂 8… .加熱器 19.. ..隔熱構件 9 . . · .隔熱材 21.. ..支持部 10··. .外殼 I丨^---1‘----{—裝------訂-----(線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 13

Claims (1)

1. 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 穴、申請專利範圍 1. ~棰在熱處理室内收容被處理基板進行熱處理之熱處 理裝置，其特徽為，在被處理基板之周圍配設，可Μ 遮檔射入其周緣部之一定射入角度Μ上之熱放射之隔 熱構件。 2. 如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其特擞為 ，上述隔熱構件之熱容量較被處理基板爲大。 3. 如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其特激為 ，上述隔熱構件由固定在搭載被處理基板之基板支持 具之支柱之環狀板所構成。 4. 如申請專利範圍第丨項所述之熱處理裝置，其特擻為 ，上述隔熱構件由不透明石英構成。 5. 如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其特擻為 ，上述隔熱構件由磺化矽所構成。 6. 如申請專利範圍第1項所述之熱處理装置，其特擻為 ，上述熱處理装置為分批式縱型熱處理裝置。 7·如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其特街[為 ，上述熱處理装置爲熱壁（Hot wall)型之葉片式熱處 理裝置。 8. 如申請專利範圍第i項所述之熱處理裝置，其特激為 ，上述被處理基板為半導體晶片。 9. 如申請專利範圍第丨項所述之熱處理裝置，其特戡爲 ，上述被處理基板為LCD基板。 10.如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其特傲為 ，上述隔熱構件由環狀板構成，其外緣部之半徑為圓 樣準卿丁_21〇><2_-ΓΤΓ— I I n-n ^ Α 裝 I ^ I n x"· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 板狀之被處理基板之半徑之1.2〜1.8倍。 11. 一種熱處理裝置，其特激為，被處理基板Μ上下方向 分開適宜之間隔成水平狀且成多層搭載在，具有配置 在其周圍之多數支柱之基板支持具上，在該基板支持 具之支柱配設有，與被處理基板大致上成上下方向相 同間隔之多層之環狀隔熱構件。 12. 如申請專利範圍第11項所述之熱處理裝置，其特擻為 ，上述隔熱構件被配設在相鄰接之被處理基板之中間 位置。 13. 如申請專利範圍第11項所述之熱處理装置，其特激爲 ，上述環狀之隔熱構件將其内緣部固定在上述支柱之 外側而安裝在上述支柱。 14. 如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其特激為 ，上述環狀之隔熱構件將其內線部固定在上述支持之 外側而安装在上述支柱上*同時在上述環狀隔熱構件 之内緣部上面，Μ適宜之間隔周方向配設有用Μ支持 被處理基板之支持部。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. 訂 經濟部中央標準局WC工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） 15