TW457617B - Heat-treating method and heat-treating reactor - Google Patents

Description

457617___ 五、發明說明（1) '' (本發明所屬之技術領域） 本發明係有關於一種對基板實施加熱之熱處理方法以及 熱處理裝置’特別是有關於-種可均勻且高速地將基板溫 度加熱到所希望之溫度為止之熱處理方法以及熱處理裝 置。 (習知技術） 广為了半導體之高積體化以及降低生產成本，隨著晶園直

控的大型化’以往的批次（batch)式縱型CVD裝置，很難A 著批次内的全部晶圓整面高精度地形成暝。在此，對晶^ 一個個進行處理之扇葉型的CVD裝置乃成為主流。而對%於 扇葉型的CVD裝置則具有冷牆式（cold wal丨）與熱牆式（h〇 wall)。 (1) 冷牆式（cold wall) 冷牆式則是直接以燈（lamp)，對被設置在被冷卻之反應 爐，之中的晶圓實施加熱、或是將晶圓載置在經電熱器或 燈等加熱之承載器上，而供給原料氣體而形成膜。而'由於 =同於批次（batch)型，每次幾乎要在相同的加熱條件下、 實施成模，因此，為了要減低晶圓之間之變動，而使得在 晶圓面内之膜厚分佈能夠均勻化，乃必須要讓晶圓回轉， 或是從晶圓上部，如淋浴（化0财^)狀地供給氣體， 要達到均勾化，乃必須下各種的功夫。又，如特開：為了 4 2 5 5 2 1 4號公報所§己載，藉著對加熱用燈之形狀或配置下 功夫’而使晶圓的溫度變得均勻。 (2) 熱牆式（hot wall)

457617 五、發明說明¢2) 另一方面，熱牆（hot wall)式，則是避免了在冷牆 (cold wal 1)式CVD裝置中之複雜的均一化手段，而很容易 使晶圓的溫度均一化’例如記載於特開平7 - 9 4 41 9號公報 之中。該熱牆（hot wal 1)式CVD裝置的斷面模式圖則表示 在圖1 0。從反應爐體3的外側，利用電阻加熱電熱器4，使 反應爐體3本身成為高溫’而對位在反應爐體3内的晶圓界 實施加熱。被支樓器8所支撐’而從搬送室1，經由閘口閥 (gate valve)5 ’而搬入到反應爐體3内的晶圓w，在加熱 初期’雖然由於具有與熱牆（hot wal 1)系統之溫度的差 (400〜700 C) ’而有務微快的昇溫速度，但由於昇溫速度 係與溫度差的4次方呈比例，因此，隨著晶圓的溫度接近 於熱牆（hot wa 11)系統的溫度，其昇溫速度會降低，結 果’如圖11所示’預熱（preheat)時間需要5分鐘以上。相 較於此’在燈加熱中，由於燈絲（filament)的溫度高，因 此，即使晶圓接近於所希望的溫度（4 0 0〜7 0 0。(：），由於晶 圓的溫度與燈絲的溫度的溫度差在2 0 〇 〇 t左右，因此，昇 溫速度幾乎不會降低，而使得預熱的時間大幅地縮短。 在此’所謂的預熱（preheat)時間’係指從將晶圓w搬入 到反應爐體3内，晶圓W到達所希望的溫度，且達到均一化 為止的時間。此外，所謂上述之熱牆（hot wal 1)系統，係 指藉由電阻加熱電熱器4而被加熱的系統。在此系統中， 則包含反應爐體3本身與存在於反應爐體3内之環境以及物 體。 (本發明所想要解決的課題）

89106038.ptd 第5頁 d^76 1 7 ____________ 五、發明說明（3) — ' 在上述之熱牆（hot wall)式CVD裝置中，由於晶圓W與反 應爐體3之内壁成為熱平衡狀態（兩者的溫度相等的狀 $ )’因此’具有不管膜的種類如何，均會使晶圓的溫度 成為一定’而擁有優越的溫度均一性以及溫度安定性的特 徵、°更者’雖未圖示’在和突緣（flange)13連通之CVI)氣 f導入口 6與和突緣（f lange)14連通之氣體排氣口 7之挾著 =圓W相對的位置’則備有另一個的氣體導入口與氣體排 氣口’藉著在成膜的過程中加以切換，而讓氣體的流動方 向反轉’而具有所形成之膜厚擁有優越之均一性的特徵。 然而’在熱牆（hot wall)式CVD裝置中，從晶圓W在幾乎 接近於室溫的溫度下被搬入到反應爐體3内開始到達所希 望之溫度的預熱（preheat)時間，由於有5分鐘左右（參照 圖11)、或是更長’且包含成膜時間在内之整體的處理時 間（duct time)變長，而有生產效率（thr〇ugh put)降低的 問題。 更者，此一現象，則加熱溫度（爐體溫度愈低），愈加顯 著。而此則是基於以下的理由。反應爐體3愈是低溫（〜 500 C)，則如圖12所示，除了分光放射強度（輻射強度）會 降低外，黑體放射波長分佈（輻射波長分佈）也會朝長波長 側位移。另一方面’石夕晶圓（S i w a f e r )，如圖1 3所示，由 於在較1，2 # m為長的長波長，其吸收係數非常的小，因 此，幾乎無法吸收來自爐體的熱，而使得加熱效率非常的 差。例如當λ=3ηιη時，則吸收效率在晶圓的溫度為4〇〇 、50〇 C下分別為3%、1 5%。因此，反應爐體3愈是低

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加熱效率愈降低。而此則成為在以熱牆（hot wal 1 ) 、置對as圓貫施加熱時，為什麼需要長時間的原 lil 〇 更者’藉著將冷的晶圓w搬入到反應爐體内，隨著爐體 身的溫度也降低，則必須要有一讓其回復的時間。為了 要改善此情升>，則提出有Feed,Forward，Control(FFC) 方式與高溫昇溫電熱器方式。 ① FFC方式 如上所述’在熱牆（h〇t wan )型式中，雖然會有晶圓的 昇溫溫度慢的問題’但是也會有因為將晶圓搬入到系統之 中’而導致系統的溫度降低的另一個問題。針對於該另一 個問題’事先考慮反應爐體之溫度降低成分，而將糸統的 溫度設定成稍微升高的手法即是FFC。但是，FFC的結果， 如圖1 4所示，對於將系統的溫度（FFC設定溫度）設定成稍 微高些的情形（由於沒有冷卻機構，因此不能設定成高 溫’只能夠高數1 〇 °c)而言，只能夠稍微地改善預熱 (preheat)時間，卻無法大幅地予以改善。 ② 高溫昇溫電熱器方式 如圖1 5之斷面模式圖所示，乃附加了包括可減小對反應 爐體3加熱之電熱器本身的熱容量，可以高速地實施昇溫 的高速昇溫電熱器9、以及將強制冷卻空氣送到過度成為 高溫的反應爐體3，而能夠高速地使反應爐體3冷卻的強制 空冷機構（未圖示）。在本方式中，由於在搬入晶圓W的時 點，可以將系統的溫度（FFC設定溫度）設定成更高’因

89106038.ptd 第7頁 4576 1 7 五、發明說明（5) ----- 此，忐夠縮紐到達設定溫度為止的初期加熱時間。但是由 於無法縮短在使設定溫度達到維持安定所需要的控制時 間，因此，，然可以使預熱時間較以往稍微縮短，但是其 效果小。該岗溫昇溫電熱器方式，在成膜作業結束到搬入 下一個晶圓為止的期間内，如何使系統的溫度充分地回 復到FFC設定溫度為止即成為一主要目標。而熱牆（h〇t wa 11)型式的特徵，則是在於：即使是有搬入晶圓w之些許 旳外擾因子存在，但是也不會受到其影響，而會經常形成 一定溫度的系統。因此，如高速昇溫電熱器方式般，為了 要縮短些許的昇溫時間，而讓系統本身的溫度升降的方 式’由於抵消了熱牆型式原本即具有的長處，而反而使得 對晶圓溫度的控制變得更加複雜，因此並不好。 如先前所述，熱牆（hot wall)型式之反應爐體加熱的特 徵在於：將晶圓W投入到被均勻加熱的爐體3之中，若成為 熱的平衡狀態’則很容易使晶圓W也達到與爐體3相同的溫 度’而不需要考慮到會因為晶圓W的種類的不同，而對放 射率及吸收係數等之熱的特性帶來影響的因素。 但疋上述的特徵’係針對熱牆（hot wall)式反應爐體3 的熱谷量相對於晶圓W的熱容量為無限大的理想的系統， 實際上’將冷的晶圓w搬入到系統之中會使系統混亂，而 導致整個系統的溫度降低。 本發明即提供一以更接近於理想的形式來實現之熱處理 方法以及熱處理裝置。亦即，本發明的課題係針對一以往 即已使用的熱牆（h〇w wau)式熱處理裝置，提供一種除了

89106038.ptd 第8頁 457617 五、發明說明（6) 利用谷易實現基板溫度之均一化的長處外，也能夠改善以 在之熱踏式熱處理裝置之缺點，縮短基板的加熱時間，而 提尚裝置之生產率（through put)之熱處理方法及熱處理 裝置。 … (解決課題的手段） 本發明的特徵在於同時利用燈（非平衡）加熱與熱牆爐體 (平衡）加熱。在將基板搬入到系統之前，在事先將基板的 平均溫度設成與系統相同的溫度後，才將基板搬入到系 統、或者是在剛將基板搬入後，而幾乎奪走所有的熱量之 前’從系統的外面’在極短的時間内，將基板加熱到與系 統的溫度相同，藉此，可以幾乎消除系統被弄亂的情形。 之後’則可以利用基板本身所具有的熱傳導，在比較短的 時間内，使溫度得以均一化。此時，用來使基板加熱到與 系統的溫度相同的方式即是燈加熱，之後，用來使基板溫 度得以均—化者即是熱牆（hot wal 1)爐體加熱方式。在 此’若是重新敘述燈加熱的特徵時，則其最大的特徵在 於：將發光體（在燈内的燈絲）與作為被加熱體之基板的溫 度差加大，而加大發光體的放射強度，藉此，很容易縮短 基板的昇溫時間（加熱速度乃與溫度差的4次方以及放射強 度的1次方呈比例）^即使是目前在市面上販售的裝置，若 是採用燈加熱，也能夠實現l〇(TC/秒左右的昇溫速度。因 此，藉著使用燈加熱，相較於以熱牆（h〇t财&11)方式加熱 到5 0 0 °C需要5分鐘的情形，可以快上數1 q倍。 但是在燈加熱方式中，由於平常即處於非平衡的狀態

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457617 五、發明說明（7) (亦即’根據從燈到基板之輻射而來的熱入量與根據來自 基板的放射而來的熱出量的平衡來決定溫度），因此會有 很難維持在一定的溫度、以及若是不高精度地控制對基板 的照度分佈，則無法使基板面内的溫度達到均一化的重大 缺點。 在此，本發明則實現一能夠同時利用燈（非平衡）加熱與 熱牆爐體（平衡）加熱，在加熱初期完全不考慮到溫度的分 佈情形，特別以燈對基板作高速加熱（在此一狀態下並不 均勻），之後，則在熱均勻的系統内，藉由熱傳導，使得 基板面内的溫度達到均一化之熱處理方法以及熱處理裝 置。以下，則列舉能夠達成本發明之課題的實現手段。 第1項的發明的熱處理方法，其主要係針對一在將基板 搬入到反應爐内之前，會藉由電阻加熱電熱器，將在上述 反應爐内的溫度保持在所設定之溫度的熱牆（hot wan)式 的熱處理裝置，其特徵在於： 、.在上述反應爐體之外，備有可藉由透過反應爐體的放射 光，而對被搬入到反應爐内的基板加熱的燈， 在將基板搬入到上述被保持在所設定之溫度的反應爐體 内之後，則具有在繼續由上述電阻加熱電熱器維持加熱的 情況下’藉由設在上述反應爐體之外的上述燈，將基^直 接加熱到所希望之溫度為止的過程。根據本發明，相較於 藉由”，、胺（ho t wa 11)方式的加熱時間，由於可以大幅地縮 短加熱時間，因此，能夠得到高的生產率（thr〇ugh put)，而可以提高製程的生產性。

89106038.ptd 第10頁 457617 五、發明說明（8) 法第2在項藉發由'的熱處理方法，係在第1項所記載的熱處理方 法在猎由上述燈，將基板幾乎加熱到所希望 則使燈熄掉’ ,作里的/皿度後， 轨反應處理之前’會將基板在藉由上述電阻加 …電…^破維持加熱之反應爐體内保持一定之時間的過 程:在藉由燈加熱，而使基板的平均溫度到達所希望的時 =’ ^將燈熄掉，在㈣後，讓基板在熱牆（hQt wa⑴ =統=中保持所設定的時間，等待基板本身藉由熱傳導而 均一化。因此，可以彌補雖然能夠對基板實施高速加熱， 但是部报難高精度地控制成一定之溫度的缺點。根據本發 明’相較於利用燈加熱時的加熱溫度，可以高精度地控制 加熱溫度 第3項的發明的熱處理方法’係在第】項所記載的熱處理 方法 在藉由上述燈’將基板幾乎加熱到所希望之溫度 為止後則使燈媳掉’而在熄掉燈的時點，為了使反應爐 體内的溫度成為所希望的反應時溫度，則在熄掉燈前的時 點，事先將在反應爐體内的溫度設定在與反應時溫度不同 的溫度。在事先設定熱牆（h〇t wal 1 )系統的溫度時，為了 要彌補在搬送基板時所產生之溫度降低以及在藉由燈加熱 時之燈光長波長成分所導致之反應爐之加熱等的熱牆（hot wa U )系統的變動成分’則將其設定成較處理溫度稍高或 稍低。在點免燈之前’若將在反應爐内的溫度設定成不同 於反應時溫度的溫度時’則在將燈熄掉的時點，可以將在 反應爐體内的溫度設成所希望的反應時溫度。

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第11頁 457617 五、發明說明（9) 第4項的發明的熱處理方法’係在第1項記載之熱處理方 法’在事先將基板搬入到反應爐體内，而點亮燈後，則測 量基板的溫度到達大略所設定之溫度為止的燈的輸出、燈 點亮時間等的燈加熱條件， 在實際的基板處理過程中，則根據由上述測量所得到的 上述燈加熱條件’來對基板進行加熱。由於使用事先具有 大約與製品基板相同之熱特性的假（dummy)基板，來測量 最適當的燈輸出、點燈時間，因此，可以得到最適合於高 速加熱之最佳燈加熱條件。在此，所謂的燈輸出、點燈時 間’係指當根據與在實際進行基板處理之際所加諸之燈加 熱條件相同的燈加熱條件來對假基板加熱時，到達所設定 之溫度的燈輸出、點燈時間。 第5項之發明的熱處理方法，其主倭係針對一在將基板 搬入到反應爐内之前，會藉由電阻加熱電熱器，將在上述 反應爐體内的溫度保持在所設定之溫度的熱牆（hot wai 1) 式的熱處理方法，其特徵在於： 在搬入基板之前，具有對基板實施預先加熱，以使得基 板溫度較在上述反應爐内之所設定溫度為高的過程。在與 上述反應爐體連設的搬送室備有可針對基板實施預先加熱 的基板預先加熱機構，估計在從上述搬送室，將基板搬入 到被維持在上述所設定之溫度的反應爐體内時之基板的溫 度降低成分，而如使剛搬入後的基板成為所希望的溫度般 地來彌補上述溫度降低成分，而對上述基板實施預先加 熱。

89106038.ptd 第12頁 45761 7 五、發明說明α〇) — 在本發明中，雖然必須在搬送室新設置基板預先加熱機 構、，是在搬送基板之前必須要有多出的加熱時間，但由 於不是在反應爐體，而是在反應爐體外部對基板實施預先 加熱，因此’帶給反應爐體之熱的影響會變小，而能夠活 用熱牆C^hot wall)的特徵，又，因並無要求反應爐體（包 含著付著於反應爐體的内壁之膜）要有光透過性，因此， 不限定於用來產生具有透過性之特定之膜種的裝置，而能 夠適用於所有膜種的熱處理裝置。 第6項之發明的熱處理方法，係在第5項所記載之熱處理 方法’事先測量基板冷卻速度，藉此，算出作為適當之上 述反應爐體内之所設定溫度與基板之預先加熱溫度之差的 彌補溫度， 在實際的處理過程中，則根據一由上述測量所算出之彌 補溫度所決定出之適當的基板預先加熱溫度，而對基板實 施預先加熱。由於當算出更適當的彌補溫度時，可將基板 預先加熱到最適當的溫度，因此，因為將基板搬入到反應 爐體内’而對反應爐體内的溫度所造成的影響會變得非常 的小，而能夠更加縮短在將基板搬入到反應爐體内時之基 板的溫度安定化時間。 第7項之發明的熱處理方法，係在第5項所記載之熱處理 方法中，在對2個基板同時實施預先加熱，而搬送到反應 爐體内之際， 推測因為從各自之預備加熱位置到反應爐體為止之距離 的差異而導致之在搬送時之溫度降低的差異，而依據各自

89106038.ptd 第13頁 4576 五、發明說明（π) 所希望的加熱條件，對各自的基板實施預先加熱。由於分 別同時針對2個基板獨立地實施預先加熱，因此，能夠估 計因為從各預先加熱位置到反應爐體為止之搬送距離的不 同所造成之搬送時間的差異，亦即’估計溫度降低的差異 锃度’而能夠分別依據所希望的加熱條件實施預先加熱。 第8項之發明的熱處理裝置，其主要係針對一藉由設在 反應爐體外的電阻加熱電熱器，對反應爐體内進行加熱之 熱牆（hot wall)式的熱處理裝置，其特徵在於： 被及在上述反應爐體之外’藉由透過反應爐體之放射 光，而對在上述反應爐體内的基板實施加熱的燈； 在將基板搬入到上述反應爐體内之前，會對上述電阻加 熱電熱器實施通電’讓在反應爐内的溫度保持在所設定的 溫度’連在搬入基板後，仍維持上述通電的電阻加熱加熱 器控制機構及； 在搬入上述基板後，則點亮上述燈，將上述基板加熱到 所疋之溫度附近為止，在加熱後，則讓上述燈熄掉的燈 控制機構。反應爐最好是由石英製成，且能夠同時針對J 個乃至於2個左右的基板進行處理之扇葉型。燈最好是採 用鹵素燈（hoiogen lamp)。而電阻加熱電熱器控制部與燈 控制部可以個別地構成，或是一體地構成。 在反應爐體的外侧設置燈與電阻加熱電熱器，而同時利 用燈(&非平衡）加熱與熱牆（平衡）加熱。首先，在將基板搬 入之則藉由熱牆加熱’使反應爐體保持在所設定的溫 度。接著’在將基板搬入到反應爐體後，則藉由燈高速對

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第14頁 4576 17 五 、發明説明（12) 基板實把加熱，而加熱到接近於所設定的溫度為止，才讓 燈熄掉。之後，藉由熱牆（h〇t waU)加熱，藉著基板在熱 量成為均勻的系統内進行熱傳導，可以使基板的溫度達到 均一化。又，由於藉著將反應爐體維持在所設定的溫度， 而使得基板溫度達到均一化，因此，在實施燈加熱時，也 可以不特別針對對基板的照度分佈實施高精度的控制。根 據本發明’相較於依據熱牆（h〇 t wa 1 1 )方式的加熱時間， 可以大幅地縮短加熱時間。又，由於相較於依據燈加熱方 式的加熱時間，可以高精度地控制加熱溫度，而能夠獲得 生產效率高的熱處理裝置。 第9項之發明之熱處理裝置，係在第8項所記载之熱處理 裝置，將基板平坦面，在反應爐體内，與基板搬送方向大 致成平行地予以支撐，而加以處理，由於是使基板平坦 面，在反應爐内，與基板搬送方向大致成平行地來支撐基 板’相較於使基板平坦面相對於搬送方向呈垂直地支撐^ 情形，可以提高燈加熱的加熱效率，而能夠對基板實施更 南速的加熱。 第1 0項之發明的熱處理裝置’係在第9項所記載之熱處 理裝置’針對1個基板’或是在垂直於基板平坦面的^ 向’上下積層的2個基板進行處理。由於是一種採用了可 對1個乃至於2個基板進行處理之併用加熱方式的扇葉式熱 處理裝置，因此’除了可對各基板實施高速加熱外，也^ 夠沿著整面高精度地進行熱處理。 b 第11項之發明的熱處理裝置’係在第9項所記載之熱處

4576 彳 7 五、發明說明（13) 理裝置上述燈乃面向於基板平坦面而被配置。由於燈 係面向基板平垣面而被配置，因此例如相較於面向基板端 =而；配置的情形，可以使來自燈的放射光有效地作用在 ίΪΠΓ,更可以進一步對基板實施高速加熱，且更能 夠 ^ 生產率（t h r 〇 u g h p u t )。 第1 2項之發明之熱處理裝置，係在處理2個基板之第1 〇 項所記載的熱處理裝置中，將上述燈設在上部與下部，上 ^燈，則面向上部基板平坦面，直接對上部基板平坦面進 仃加熱，而下部燈，則面向下部基板平坦面，直接對下部 基板平坦面進行加熱般地被配置。當配置成使上部燈面向 ^部基，平坦面，而下部燈面向下部基板平坦面時，則上 郤基板藉由上部燈、或下部基板藉由下部燈分別實施加 熱’更能夠提高生產率（through put)。 S上σ卩燈直接對上部基板平坦面加熱，而下部燈直 ，對下部基板平坦面加熱時，相較於對端面加熱的情形， 可以同時且更高速地對2個基板實施加熱。又，即使上部 基板與下部基板的加熱條件不同，由於能夠進行與上部燈 和下部燈之各自不同的加熱條件呈對應的設定，因此，能 夠進行使上部基板與下部基板之溫度成為均勻的加熱。 第13項之發明的熱處理裝置，係在第〗2項所記載之熱處 理裝置中，使上部燈與上部基板的距離大約相等於下部燈 $下部基板的距離。當上部燈與上部基板的距離大約相等 =下部燈與下部基板的距離時，則很容易對上部基板與下 4基板實施均勻的加熱，且可以同時將厚度設有偏差

4576 1 五、發明說明（14) (variation)的成膜形成在2個基板上。 第14項之發明的熱處理裝置，係在第8項所記載之熱處 理裝置’將多個上述的燈配置在基板搬送方向上。即使在 基板面内的加熱條件不同，由於可以針對各點進行與不同 之加熱條件呈對應的設定，因此，能夠在基板面内/高速地 進行均勻的加熱。 第15項之發明的熱處理裝置，係在第14項所記載的熱處 理裝置，上述的燈為一棒形的燈，而垂直於基板搬送方向 被配置。最重要的是要具有能夠以燈均勻地對晶圓實施加 ，的照度分佈。此時’嚴格的說’「均勻的基板加熱」與 均勻的照度分佈」並不一定是一致，而存在了最適當的 照度分佈。為了要控制照度分佈，乃舉出有適當地配置多 =f或即使疋棒狀的燈，也要使燈内的發光密度得以疏 =2針對反射面下功夫等之數種的方法。而最簡單的 設成棒狀’且將多個該棒狀的燈，設成與被 、!的基板平坦面呈平行’且相對於基板搬送方向呈 ϋ :藉此’能夠快速地使晶圓的平均溫度上昇，而可以 内的溫度分佈得以均一化，結果，能夠使晶圓的 μ ^句勻地快速地加熱到所希望的溫度為止。 理=之！”熱處理裝置’係在第12項所記載之熱處 制产的鈐山β以蜀立地控制燈的輪出。由於能夠獨立地控 近i 此’可以彌補在搬送時因為熱從搬送口附 的度降低成分…能夠對在基板面内 ' ㈣任意地進㈣正’而能夠使得在基板面内

^57617 五、發明說明（15) 之膜厚更加均一化，而沿著整個 望之膜厚與均句之膜厚的膜。又’彳以形成—具有所希 板的加熱條件不同，也能夠針對^ /使上部基板與下部基 自不同之加熱條件對應的：對；燈；下部燈進行與各 基板與下部基板實施加熱。目此’可以均勾地對上部 理處；褒置’係在第8項所記載之熱處 為了要使在反應爐内的溫度 ?為所希望的反應時溫《，乃在點亮燈之前的時點，事先 ^在反應爐内的溫度設定成與反應時溫度不同的溫度。在 事先設定熱牆（hot wall)系統的溫度時，為了要彌補在搬 送基板時所造成的溫度降低成分，或是在實施燈加熱時因 為燈光長波長成分而造成反應爐之加熱等的熱牆（h〇t wal 1)系統的變動成分’乃設定成較處理溫度稍19高或稍 低。 第18項之發明的熱處理裝置，係在第8項所記載之熱處 理裝置’具有一可相對於用來測量在反應爐内之基板附近 之溫度的反應爐體自由裝卸的溫度測量機構， 利用事先設置在反應爐體内的上述溫度測量手段，在將 基板搬入到反應爐體内’而將燈點亮後，則測量在基板的 溫度大略到達所設定之溫度為止的燈的輸出、燈點亮時間 等的燈加熱條件， 在沒有上述溫度測量機構之實際的基板處理過程中，則 根據由上述測量所得到之上述燈加熱條件，對基板進行加 熱。由於事先使用具有與製品基板大致相同之熱特性的假

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(dummy)基板，來測晋备止 此，所謂的最佳的燈熱之最佳的燈加熱條件。在 際進行基板處理時所加諸^燈時間’係指在依據與在實 此，可以得到適合於高、;^虽之燈輸出、點燈時間，因 來對假基板實施加C熱條件相同的燈加熱條件 燈時間。 …子到達所設定之時間的燈輸出、點 第19項之發明的 板之前，藉由電阻 保持在所設定之溫 其特徵在於： 熱處理裝置，其主要 加熱電熱器，而使在 & 之熱腾（hot wall) 係針對一在搬入基 反應爐體内的溫度 式的熱處理裝置， 備有：被設在與上述反應爐體連設之搬送室，而對基板 實施預先加熱的基板預先加熱機構及； 在從上述搬送室，將基板搬入到上述被保持在所設定之 ^度的反應爐體内之際’為了要彌補基板之溫度降低成 分’乃針對上述基板實施預先加熱，以使得基板溫度變得 較在上述反應爐體内的所設定溫度為高。更具體地說，預 先加熱機構’估計在將基板搬入到被維持在上述所設定之 溫度的反應爐體内時之基板的溫度降低成分，而如使剛搬 入後的基板成為所希望的溫度般地來彌補上述溫度降低成 刀’而對上述基板實施預先加熱。 在本發明中，雖然必須在搬送室新設置基板預先加熱機 構、或是在搬送基板之前必須要有多出的加熱時間，但由 於不是在反應爐體，而是在反應爐體外部對基板實施預先 加熱’因此，帶給反應爐體之熱的影響會變小，而能夠活

89106038.ptd 第19頁 457617 五、發明說明（π) 用熱牆⑽t wa⑴的特徵，因&，不 透過性之特定膜種的裝置，而能妁 用米座玍 诚姑麥。7 ，土认*此·.而此夠適用於所有膜種的熱處 詈預弈A埶—笪送至设置預先加熱機構，而不需要 另夕h又置預先加熱至專’因此，可以使裝置小型化。 第20項之發明的熱處理裂置， 理裝置，在上述搬送室備有： ％所忑戰之”、、处 可以同時對2個基板實施預先加熱的2處的預先加熱位置 及； 各自依據所希望的加熱條件，獨立地對被配置在該2位 置之預備加熱位置實施預先加熱的2個的基 構。由於分別在2個位置設置預先加熱位置與基板預= 熱機構，而可以分別對2個基板同時獨立地實施預先加 熱，因Λ，估計因為從各預先加熱位置到反應^體為止之 搬送距離的不同所造成之搬送時間的差異’亦即，溫度降 低程度的差異，而分別依據所希望的加熱條件來實^ ς先 加熱0 第21項之發明的熱處理裝置，係在第19項所記載之熱處 理裝置中，在搬送室備有用來測量基板之溫度的溫度檢 器， 在上述搬送室，在藉由上述基板預先加熱機構對基板加 熱後， 土 ρ 藉由設在上述搬送室内之溫度檢測器，根據測量基板 溫度變化而算出基板的冷卻速度，藉此，算出成為在上述 反應爐内的所設定溫度與基板之預先加熱溫度之差的彌補\

89106038.ptd 第20頁 457617 五、發明說明（18) 溫度’而決定出在上述搬送室内之適當的基板預先加熱溫 度。當算出更適當的彌補溫度時，由於可以將基板預先加 熱到最適當的溫度，因此，因為將基板搬入到反應爐體内 而造成在反應爐體内之溫度降低的影響會變得極小，因 此，能夠更加縮短在將基板搬入到反應爐體内後之基板的 溫度安定化時間。 第22項之發明’係在第19項所記載之熱處理裝置，在搬 送室之基板預先加熱機構為燈（lamp)。搬送室的基板預先 加熱機構雖然可以是電阻加熱電熱器，但是從高速加熱的 觀點來看’最好是一燈（lamp)。 (發明之實施形態） 以下則以高速加熱熱牆（hot wa 1 1)型CVD裝置作為本發 明的實施形態來加以說明。同時利用燈加熱與熱牆（h〇 t wal 1)加熱’在加熱初期’以燈等進行高速加熱，而在加 熱後’則藉由熱傳導，以熱牆（h〇 t wa 11)方式，使在晶圓 面内的溫度得以均一化。而此’在此，則藉由以下的2個 實施形態來加以實現。 (〇、直接在石英反應爐體内’以燈（lamp)對基板實施 加熱的方法（第1實施形態） 如何使來自燈的光能夠充分地透過被加熱的石英反應爐 (2 )、事先在將基板搬入到爐體内之前加熱的方法（ 實施形態） 在搬入到爐體内之前，如何防範基板溫度降低即成為_

89106038.ptd 第21頁 457617 五、發明說明（19) 課題。 第1實施形態 圖1係表高速加熱熱牆（hot wal 1 )型CVD裝置之斷面模式 圖。CVD裝置備有一具有扁平之空間的石英製的反應爐體 3。在反應爐體3的中央，則設有用來支撐在與晶圓平坦面 呈垂直的方向上，隔著間隙而積層在上下方向之2個晶圓W 的2組的晶圓支撐台12，而能夠以2個為單位進行扇葉處 理。在反應爐體3的一端（右端）設有突緣（flange)13，而 經由與突緣13連通的氣體導人1:7 6 ’將⑽氣體導入到反應 爐體3内。又，在反應爐體3的另〆端(左,）設有突緣14,, 而從與該突緣1 4連通的氣體排氣口 7 :::。此外’雖然. 加 是未圖示，但是在上述氣體二個的氣體導入口與氣體排 晶圓W而相向的位置設置男：加以切換，而讓氣體的流動 氣口，而將該些在成膜的途周圍則設有分割型的電阻 方向得以反轉。在反應爐體部，針對與多個的電阻j 加熱電熱器4，可將反應爐艘e)"實施加熱。此外，則鄰 熱電熱器4呈對應的各區威（2^，而設置用來搬送晶圓W的 接於熱牆（hot wall)反應據爐體3之一端側的突緣13 搬送室1。該搬送室1，則與 ^ 口閥（gate valve)5而進 連通，該連通部，則可以藉 f 行開閉。 在晶圓加熱相期，為了 射光，而直接對在反應嫁 此，在位於石英製的反應

要進行藉由透過反應爐體3的放 肉的晶圓#加熱的燈加熱，因 :體3的外側，巾用來形成熱牆 457617 五、發明說明（20) (hot wall)的電阻加熱電熱器4的内側設置燈1〇。而多數 的燈1 0則配置在晶圓搬送方向上。燈1 〇則配置成可以控制 (con tro 1)照度的分佈情形，而可以均勻地對晶圓w實施加 熱。具體地說，將燈1 0設成棒狀，以成為線狀光源，將多 個的該棒狀燈1 0設置成與被水平保持的晶圓平坦面呈平 行、且垂直於晶圓搬送方向。 棒狀燈1 0，則如面向晶圓平坦面般地被設在反應爐體3 的上下方向。上部燈1 0則面向上部晶圓W，直接對上部晶 圓平坦面實施加熱，且將下部燈10配置成面向下部晶圓 W而直接對下部晶圓平坦面實施加熱。又，將上部燈1 〇 與上邛Θ3圓W的距離6免成大約相等於下部燈1 〇與下部晶圓w 的距離。而之所以如此地配置是為了要使上下部晶圓w的 溫度得以均一化。 在圖示的例子中’係以晶圓”為中心、將問口闕(gate = = e)5的側前方設為F、將位在其相反側的後方設為b、 :上方設為U、將下方設為L，將燈加熱分割成υρ、⑽、 L^U的4個區域，而將2個燈1〇並聯連接到丨個區域内， 而k高在燈加熱時之溫度分佈的均—性。在Η_(〇〜 ZKw)的輸出範圍内’可以控制各區域。 :外’纟此’雖然是將燈加熱分割成4個區域， :要進行更加彈性的控制’當然也可以分割成更多的區 t ^ ’在此然是將2個燈並聯連接到1個區域内而加 摇^，但是若疋要並聯連接配置更多的燈時，則可以更 口挺尚在剛進行完燈加熱後之溫度分佈的均一性。當然，

457 6 17 五、發明說明（21) 形成1個區域的燈也可以是1個。 為了要使上述之高速加熱熱牆（hot wall)型CVD裝置作 動，乃設置裝置本體控制電源1 5，而可以從裝置本體控制 電源1 5輸出閘口閥（g a t e v a 1 v e)開閉控制信號，而對閘口 閥5實施開閉控制。在裝置本體控制電源丨5，則連接了作 為電阻加熱電熱器控制機構的電熱器控制電源t 6，與作為 燈控制機構的燈控制電源1 7。電熱器控制電源丨6，則根據 來自裝置本體控制電源1 5的信號，而對被分割的電阻加熱 電熱器4獨立地進行控制。又，燈控制電源丨7，也可以獨 立地控制各區域的燈1 〇。 藉由獨立地對燈1 〇進行控制，針對例如燈1 〇的閘口閥 (gate valve)侧F、閘口閥的相反侧B，為了要修正在搬入 基板時，因為熱從閘口閥逃出而導致在閘口閥附近的溫度 降低隋开y，乃將接近於閘口閥5的溫度設定成較離開閘口 閥5較遠處的溫度為高。此時’ ϋ由對燈實施獨立控制， f夠修正膜厚的分佈情形。又，為了要修正由於依存著 二體？動方向而使膜厚度分布的不均一性，乃將從閘口 二A處的溫度設定成較近閘口閥5較近的溫度為高時，

像适樣情形’可用燈之獨立控制，可修正膜厚之分布。 又，針對燈10的上方u、T 士T 曰11 Μ # A h 下方L ,上方的燈10會直接對上部 此而奢β 4也丄…而下方的燈10則直接對下部晶圓的 背面的熱的^率不同ft由於在晶圓w的表面以及 面，因此，此時，則使下ϋ來說，吸收率為背面7表 、使下方的溫度控制成較上方的溫度為

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低’而肊夠使上。P Ba圓與下部晶圓的溫度得 。麸 而，實際的晶圓製品，由於在类而4 L ^ …' s %在表面加上各種的材料以及圖 案（pattern)，因此吸收率也有在晶圓W的表面以及背面 正好相反的情形’而配合此一狀況M固別地控制燈，以使 得上部晶圓與下部晶圓的溫度得以均一化。 燈控制電源17，則從裝置本體控制電源15接受到由以下 3種的信號所構成的燈點亮控制信號，而可以對各區域 LB、UB、UF、LF的燈1 0實施控制。 (1)、從閘口閥5打開開始到讓燈1〇點亮為止之燈點亮開 始時間（timing)信號 (2 )、作為燈1 〇之點燈時間的點亮時間長度控制信號（對 各區域的相對的加熱量控制，雖然是根據後述之燈輸出控 制信號來進行’但是整體的加熱量控制，則是根據該點亮 時間長度控制信號所代表的時間的長短來進行） (3 )、對各區域進行點亮時之電源輪出控制的燈輸出控 制信號（X 4個區域） 如圖2所示’在打開閘口閥（ga t e vai 1 ve) 5後，從搬送室 1 ’將晶圓W搬送到反應爐體3，而通常到此結束為止的時 間為5〜20秒左右。該點亮時間（塗黑的時間（timing)部 分）的上升緣’則被上述燈點亮開始時間信號所控制，而 燈點亮開始時間，則被上述點亮時間長度控制信號所控 制。燈點亮開始時間（t i m i ng ) ’也可以以晶圓w被搬入到 反應爐體3内時之閘口閥5的開放信號 '或是來自基板搬送 機器（未圖示）的晶圓搬入信號等依據在即將將晶圓W搬入

89106〇38.ptd 第25頁 457617 五、發明說明（23) 到反應爐體3内之前的時間（timing)而來的信號作為基準 而形成。 > j外，在上述的控制方式中，雖然是取代將各區域的點 焭時間設為一定的方式，而改採將各區域的輸出設成可變 化」而改變對各區域所施加之加熱量的方式，但是也可以 在该方式之外，另外將各區域的輸出設成一定，而改變對 各區域的點党時間。 I又而D燈加熱乃使用函素燈（hologen lamp)。圖3 則是表示橫轴為波長（//m) '縱軸為放射能量比(%)之齒素 燈（h〇l〇gei^lamp)的發光波長分佈的情形。又，反應爐體 3乃使用石英’而圖4係表被加熱到25與5〇〇亡時之石英 的透過特性的說明圖。橫軸為波長（㈣）、縱轴為透過率 (%)。此外，石英則為GE214的對應品（由七-氺-儿工卜夕 卜IJ夕社製造的商品名）。更者，當也配合於上述石夕晶 圓的吸收波長特性，來考慮該些的波長分佈特 =◦的放射光幾乎不會被石英所吸收，而會 = 圓w上’可知在^會弄亂作為錢（h。t w a⑴的系統的^晶 況下，可以選擇性地只對晶圓w實施高速加熱。 更者，在上述的構成中，在搬入晶圓之前，藉由 3 本體控制電源15之控制信號的電熱器控制電S' 慮器4實施通電’而事先使反應爐體3的 度’連在搬入晶圓·，也維持上述 ^而保持所設定的溫度。在搬入晶圓w 口閥開閉控制信號，而打開閉口闕(gate vaive):輸^

89106038.ptd 第26頁 4576 1 7 五、發明說明（24) 撐器8來支撐2個的晶圓W，藉由未圖示的基板搬送機器， 經由突緣1 3而搬入到反應爐體3内，分別載置在2組的晶圓 支撐台12上。 從裝置本體控制電源1 5接受到燈點亮控制信號的燈控制 電源1 7，則從打開閘口閥5打開開始，將晶圓w搬入到反應 爐體3内’若到3由燈點亮開始時間信號所決定之所設定的 燈點亮開始時間（t i m i ng)時，則根據點亮時間長度控制信 號’對燈1 0通電所設定的時間（1 〇〜20秒）而加以點亮，而 將晶圓W急速加熱到接近於所設定之溫度為止。在晶圓w的 平均溫度大約到達所希望的溫度的時點，則停止對燈丨〇通 電’而讓燈10熄掉’之後，則在熱牆（hot wan)系統之 中，晶圓本身會藉由熱傳導而等待達到均一化（在晶圓内 作熱擴散）。圖5則是表示該晶圓之溫度的變化情形。橫軸 為時間（m i η)、縱軸為晶圓溫度（。〇)。晶圓溫度，在藉由 燈加熱而急速地上昇後，則在晶圓内作熱擴散，而維持在 與反應爐體3相同的設定溫度。此期間之預熱（preheat)時 間’則由於是利用燈加熱，因此會非常的短。又，在搬入 晶圓W的時點’雖然石英反應爐體3的溫度才開始降低，但 由於會在數秒〜十數秒内’使晶圓的溫度上昇到爐體溫度 為止’因此不會像從前會大幅地攪亂系統。 更嚴格地說，由於燈放射光的長波長成分（較約3 p為 長的波長）會對石英反應爐體3加熱，因此，在晶圓加熱初 期’有可旎會多少彌補石英反應爐體3被冷卻的部分，或 是精微使爐體溫度上昇H在㈣熄掉的時點，則為 89106038.ptd 第27頁 457617 五、發明說明（25) 了要考慮到使熱牆（hot wa 11)系統的溫度能夠與所希望之 晶圓W的平均溫度成為一致’因此，在作精密的溫度控制 時’必須要事先設定熱踏（h 〇 t w a 1丨）系統的溫度。 又’在作實際的基板處理之際，為了要根據適合於高速 加熱的最佳的燈加熱條件來對燈實施晶圓W，則最好要事 先測量燈的加熱條件。具體地說，事先在反應爐體内，安 裝一可相對於反應爐體自由裝卸的溫度測量機構（熱電偶 等）’利用該溫度測量機構，在將基板搬入到反應爐體 内，將燈點亮後’而測量在基板的溫度大約到達所設定之 溫度為止時的燈的輸出、燈點亮時間等的燈加熱條件。藉 由如此的設定，在讓溫度測量機構脫離，而沒有溫度測量 機構的實際的基板處理過程中，則可以根據由上述測量所 得到之最佳的燈加熱條件，來對基板實施加熱。此外，有 關上述燈加熱條件的測量，則在後述的實施例中會詳細地 加以說明。 圖6係表在本實施形態中所使用的燈丨〇與對晶圓$之昭度 分佈圖像（image)的具體例。如圖6(a)所示，一半為透’過又 燈絲（f i lament)28看得到之對加熱有效的部分，而剩下 的一半則被反射部分29所覆蓋。如圖6(b)戶斤示，將2個的 ，1〇接^配置’使其放射輝度分佈彼此互補，而得以 :去：熱(preheat)時間為一由將晶圓w的平 所：望之溫度為止的時間與之後，藉由晶圓本身的妖傳以 广化所需要的時間加在一起所得到的時間'、，、、 虽然在被加熱到所希望之溫度的狀態下，若晶圓的溫度分

4576 1 7 五、發明說明（26) "" ' -- 佈均一性愈優良，則在之後藉由熱傳導達到均一化所需要 的時間會被縮短，而連預熱（pr ehe at)時間也會被縮短。 因此，即使是簡單的燈加熱，若為了要更提高均一性，則 最好是考慮到照度分佈，而來決定燈的構造以及配置情形 等。因此，圖6雖然只是表示2個的情形，但是當然只要是 不需要考慮到成本，可以使用更多的燈來提高在加熱初期 的晶圓溫度的均一性。 更者’在使晶圓内的溫度均一化後，則從氣體導入口 6 被導入到反應爐體3内的反應氣體會分解，而在晶圓的表 面堆積反應生成物’而產生薄膜。反應後之已經使用完畢 的氣體則從排氣口 7被排出。而經過成膜處理的晶圓w，則 從突緣13、閘口閥5 ’被鑷子（tweezer)8所支撐而被搬送 到搬送室1。 第2實施形熊 圖7係表在鄰接於反應爐體3的搬送室21具有在將晶圓W 搬入到反應爐體3之前會事先實施加熱之預先加熱機構18 的高速加熱熱嗇（hot wall)型CVD裝置的斷面模式圖。而 與第1實施形態不同之處’即在於取代從反應爐體3取去燈 的方式，而改採在搬送室21設置預先加熱機構1 8以及用來 測量晶圓溫度的溫度檢測器2 2。預先加熱機構1 8雖然可以 是一電阻加熱電熱器，但是從高速加熱的觀點來看時，在 此使用燈1 9。 在為支撐器8所支撐的晶圓W被預先加熱之搬送室21的預 先加熱位置的上部，則設有具有大約與晶圓相等之直徑的

89106038.ptd 第29頁 4576 1 7 五、發明說明（27) 燈用開口部23 ’而在該燈用開口部23，則如與晶圓W的平 坦面呈垂直地安裝一燈1 9以作為點狀光源。燈1 9則藉由一 在内面具有拋物線狀之反射面24的安裝體2〇而被安裝。之 所以將燈1 9設成點狀光源，係因為相較於反應爐體3，對 於安裝條件及溫度條件的限制少，而更能夠簡單且便宜地 構成之故。燈用開口部23則嵌入一玻璃窗25以封住。為了 使來自燈19的放射光能夠有效地作用在晶圓的表面而實施 預先加熱’乃使包圍晶圓W之周圍的環狀的反射板26從搬 送室上部垂下來。 在搬送室21的預先加熱位置的下部，則設有直徑較燈用 開口部2 3為小的檢測器用開口部3 〇，而在該檢測器用開口 部30，則安裝有可以即時（reai time)地測量晶圓之溫度 的溫度檢測器22。溫度檢測器22則最好是採用一監視 (monitor)從晶圓的背面所放射出來的紅外線，而根據該 強度來測量溫度的紅外線溫度檢測器（丨r檢測器）。檢測器 用開口部30則不同於燈用開口部23，乃嵌入CaF2或BaF2等 之紅外線透過率局材質的窗2 7而加以封住。但是除了成本 以外’也需要考量各自的透過波長，而可以選擇其他的材 料。 在本方式中，即使在搬送室2 1内對晶圓w實施加熱，由 於在搬送到反應爐體3的期間會導致晶圓w的溫度降低，因 此必須要事先彌補溫度的降低成分，而對晶圓實施加熱。 由於放射率會因為晶圓的種類的不同而異，因此，無法 對其進行一致的定義，當假設將所希望的晶圓的溫度設成

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五、發明說明（28) 500 °C (亦即’在搬入到爐體内的時點為50〇 °c )時，則若將 從預先加熱位置開始的搬送時間設成5秒時，則必須要加’ 熱到600〜650 °C為止。 藉著利用IR檢測器即時地（real time)來測量晶圓的溫 度’則在將晶圓W搬入到反應爐體之前，可以進行晶圓的 溫度管理。而此是因為不只是要控制在各處理中之晶圓預 先加熱溫度’也是為了在加熱後，在不搬送晶圓w的情形 下，能夠藉由測量在此狀態下的溫度變化，即知道晶圓的 冷卻速度之故。因此，即使晶圓W的種類改變，也可以根 據晶圓的冷卻速度來算出適當的預先加熱溫度。 如圖8所示’根據第2實施形態，在晶圓的溫度到達所設 疋之溫度為止的時間，則需要包括：對加熱到足以彌補溫度 降低成分所需要之爐體外預熱（preheat)時間（5〜1〇秒）Γ 晶圓搬送時間（5〜1 〇秒）、以及藉由在晶圓内作熱擴散， 直到穩定地到達所設定溫度的爐體内預熱時間（丨〜2分鐘 左右）。在此’爐體内預熱時間愈短愈好，而在處理前， 當利用IR檢測器來測量晶圓溫度的冷卻速度時，由於可以 倒算出從結束預先加熱後’到將晶圓W搬入到反應爐體3内 為止的期間内被冷卻的溫度，因此，最好是對晶圓w實施 預先加熱以使得晶圓W能夠達到可以彌補所預估之溫度降 低成分的溫度。但是，當考慮到裝置（device)的特性Λ時， 則因為晶圓W之種類的不同’而會存在有允許加熱的上限 溫度，而不一定能夠被預先加熱到上述之溫度^此時，藉 著將晶圓W實施預先加熱到所允許的溫度為止，相較於以

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往完全不實施預先加熱的情形’彳以使得反應爐體3因為 將晶圓搬入所造成之溫度降低的影響得以減小，具有因為 縮短加熱時間而提高生產率（through put)、以及減少在 進行晶圓連續處理時，在晶圓間之膜厚的變動的效果。 在反應爐體3中，由於同時針對2個晶圓w進行處理，因 此，即使是預先加熱，也必須要同時針對2個進行加熱。 在此，則在搬送室21設置2個的預先加熱位置，而在;g；位 置設置預先加熱機構18 ,藉此，能夠同時針對2個進行加 熱。 圖9係表備有2個如此之預先加熱機構之CVD裝置的說明 圖。在中央的搬送室21，則在裝載器（loader)31侧，經由 閘口閥（gate valve)33，呈鄰接地設有2個的卡匣室 (cassette room)32，且在相對向的位置設有2個的冷卻室 3 4。又，在2個的冷卻室3 4之間，則經由閘口閥3 7、3 8， s又有第1反應爐35、第2反應爐36 ^搬送室21，則備有基板 搬送機器41 ’該基板搬送機器41具有2個可一次一個獨立 地搬送晶圓W (當然可以同時搬送2個）的鑷子 (tweezer)39、40。如圊所示，在2處使預先加熱位置A、B 呈平面地並列，而在該位置則分別設有上述的預先加熱位 置（未圖示），能夠同時對2個實施預先加熱。又，該些的 預先加熱機構’在同時將2個晶圓w搬送到反應爐之際，則 考慮因為從預先加熱位置A到反應爐為止的距離，與從預 先加熱位置B到反應爐為止之距離的差而導致之搬送時間 的差異、或是在將晶圓W搬送到多個的反應爐3 5、3 6時，

89106038.ptd 第32頁 ^576 1 7 五、發明說明（30) 也要考慮到從各自之預先加埶位置 為止的搬送時間，可以分 ;^自之反應爐35、36 地進行預先加熱。希望的加熱條件，獨立 圓溫度管理而達成 以由使用上述之IR檢測器的晶 古該第Λ實施形態’若與先前之第1實施形態相比較時，則 置複雜的預先加熱機構等，或是在搬送晶圓 ，前要花費多出的加熱時間等之困難。但是相對於第^ 她形態’只限定適用於燈光可透過之膜種的cvd裝置但 疋第2實施形‘態’則適用於所有膜種的㈣裝置，則可以視 為是一原理上帶給反應爐體之熱的影響最小，且最能夠活 用熱牆（hot wall)之特徵的手法。 此外，在實施形態中，雖然是針對CVD裝置加以說明， 但是本發明並不限定於CVD裂置，例如也可以適用在 裝置等。 、 [實施例] /岣參照圖1 7來說明第1實施形態的實施例。熱處理裝置 係屬於一在反應爐體3的外側設置電阻加熱電熱器4，而進 行反應爐體3之加熱的熱牆（hot wall)方式。更者，在反 應爐體3的外側，則設有可藉由透過反應爐體3的放射光’ 而直接對晶圓W實施加熱的燈1 〇。如將晶圓w分割成多個區 域（zone)’而能夠獨立地對各區域實施加熱般地配置多個 可獨立地進行通電控制的燈1 〇。如圖所示的例子，設成閘 口閥側的上部UF、位在與閘口閥相反側的上部UB、閘口閥 侧的下部L F、位在與閘口閥相反側的下部L B共4個區域。

五'發明說明（31) 1-- 在搬入晶圓之前’對電阻加熱電熱器4通電，讓反應爐體3 以及在反應爐體3内的溫度維持在所設定的溫度，連在搬 入晶園後’也維持通電。在搬入晶圓後，對燈丨〇通電，而 將晶圓W加熱到接近於所設定的溫度為止，加熱後，則停 止對上述燈進行通電。在停止通電後，藉由熱牆（h〇t w a 1 1 )系統的温度’而使得晶圓的溫度得以均一化。 在此，則使用上述的熱處理裝置’在τ&2〇5成膜的標準條 件下（晶圓溫度為470 °C、膜厚均一性為土3%)，相較於習 知例，評估使晶圓昇溫到470 t為止，而到成膜為止的製 程（process)時間。此外’晶圓溫度為47〇。〇僅表示其__ 例’本發明也可以適用在3〇〇〜7〇〇Dc之溫度範圍的以〇成 膜上。 在此評估中，很難直接測量晶圓的溫度，特別是當要觀 測伴隨著晶圓的搬進搬出而造成的過度的溫度變化時，則 無法採用以往在穩定狀態下來測量晶圓溫度的方法，例如 藉由直接貼在晶圓W上的熱電偶來測量的方法。在此，如 圖17所示’將放入有多個熱電偶的石英管（以下稱為 Profile TC)11搬入到上下2個的晶圓w之前，在晶圓w的前 後左右4點與中央共5點進行測量，而間接地推測晶圓溫度 的趨勢。 圖18係表示首先，為了要決定由燈加熱所產生之適當的 加熱量，乃將所有之區域的燈輸出設為85%，將從打開閘 口閥到點亮燈為止的時間固定在1 5秒，而讓加熱時間依 5、1 0、1 5秒變化時，監視上述輪廓pr 〇f丨1 e TC (晶圓中

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第34頁 89106038,ptd 457617 五、發明說明（32) 心）之溫度的結果。在此，由於pr〇f丨le TC本身的熱容量 (主要是石英管），因此可以預測會較實際的晶圓溫度在時 間上來得相當的遲地發生，而在大致上接近於穩定的階 段，則將最接近於在搬入晶圓前之爐體溫度（47〇。〇的加 熱量判斷為適當的加熱量。由同一圖的結果可知，5秒時 的加熱並不充分，但在15秒時則為加熱過剩、1〇秒則判斷 為大致上適當或是稍嫌不足，而當為燈輸出85%時，則暫 時地將加熱時間為11秒時的加熱量設為適當的加熱量。 圖19係表在上述所得到之適當加熱量的燈輸出85%，而 加熱時間設為11秒的條件下，在改變從打開閘口閥到點亮 燈為止之時間時，監視上述pr〇f丨丨e TC(晶圓中心位置）之 溫度的結果。由同一圖的結果可知，可知在13〜2〇秒之間 幾乎是沒有什麼變化，即使是產生些許的時間上的變動， 也確認可以有某種程度的範圍（range)。該結果，在以後 的實驗中’則將從打開閘口閥到開始點亮燈為止的時間設 為1 5秒。 圖2 0係表比較利用由上述實驗所決定之燈加熱的條件 (每個區域的燈額定輸出2Kw · 85% X 4個區域、從打開閘口 閥到開始點亮燈為止的時間為丨5秒、燈點亮時間為1丨秒） 來實施燈加熱的情形（本實施例）與未實施燈加熱的情形 (習知的加熱方法）的說明圖。更者，如上所述，由於 Profile TC的溫度變化會較實際之晶圓溫度的變化為慢， 因此依據上述的加熱條件而實際上成膜，根據其成膜速度 或是膜厚，藉由公式來加以倒算，而畫出晶圓溫度的曲

S9106038.ptd 第35頁 4 5 7 6 17 五、發明說明（33) 線。此外，在圖中，完全未被表示的曲線，則是在依據上 述的加熱條件來對晶圓實施加熱時，監視上述pr〇f丨丨e Tc (晶圓中心位置）之溫度的結果。又’所謂的石英爐體内面 溫度係指在依據上述的加熱條件來對晶圓實施加熱時之石 英反應爐體的内面溫度的預測值，係表示在作燈加熱時， 藉由燈使得石英反應爐體加熱的情形，由該圖可知，相較 於以往的加熱方法，在搬入晶圓w，而熱牆（hot wall)型 爐體經過8分鐘後仍然未能達到470 t的情形，若是利用燈 加熱方式，則大約3分鐘即可以到達470 °C ± 1。(：。又，以 往係在大約加熱5分鐘後，才開始實施成膜，但是若在大 約相同的溫度下，即開始成膜的情形，則可知加熱時間大 約被縮短成2分鐘。由此可知，藉著本實施例的熱牆（h〇t wa 11)系統同時利用燈來加熱，可知能夠縮短加熱時間， 且大幅地提高生產率。 圖2 1係表在連續5次實施晶圓處理時之pr 〇 f丨1 e tc (晶圓 中心位置）之溫度推測的說明圖。對於未實施燈加熱的習 知例而言’當連續對晶圓W進行處理時，則反應爐體3的溫 度會降低，但是本實施例的燈併用加熱方式，不只是能夠 提南生產率’在對晶圓W實施連續處理時，反應爐體3的溫 度也不會因為搬入晶圓而降低，而能夠經常穩定地維持爐 體溫度。而此則表示對於在連續處理時減低晶圓之間之膜 厚的變動極具效果。 (發明的效果） 根據本發明’可以直接利用容易實現基板溫度之均一化

4 5 7 6 1 1 五、發明說明（34) 的長處，也能夠改善熱牆式熱處理裝置的缺點，大幅地縮 短基板的加熱時間，而可以提高裝置的生產率以及製程 (process)的生產性。 元件編號之說明： 1 搬送室 3 反應爐體 4 電阻加熱電熱器 5 閘口閥 6 CVD氣體導入口 7 排氣口 8 鑷子 9 高速昇溫電熱器 10 燈 11 石英管 12 晶圓支撐台 13 突緣 14 突緣 15 裝置本體控制電源 16 電熱器控制電源 17 燈控制電源 18 預先加熱機構 19 燈 20 安裝體 21 搬送室

89106038.ptd 第37頁 S76 1 7 五、發明說明（35) 22 溫度檢測器 23 燈用開口部 24 反射面 25 玻璃窗 26 反射板 27 南材質的窗 28 燈絲 29 反射部分 30 檢測器用開口 31 裝載器 32 卡匣室 33 閘口閥 34 冷卻室 35 第1反應爐 36 第2反應爐 37 閘口閥 38 閘口閥 39 鑷子 40 鑛子 41 基板搬送機器

89106038.ptd 第38頁 4576U …, _案號89106038_年月日 修正 : ' , 圖式簡單說明 圖1係表在採用了第1實施形態之初期燈加熱方式的高速 加熱熱牆（hot wall)型CVD裝置的斷面模式圖。 圖2係表第1實施形態之燈點亮時間（t i in i ng)圖。 圖3係表ii素燈（hologen lamp)之發光光譜（spectrum) 的說明圖。 圖4係表石英（GE 2 1 4的對應品）之透過率的說明圖。 圖5係表第1實施形態之晶圓溫度上升的說明圖。 J 6 ( a ) Β 6 r h ^係表在第1實施形態中所使用的燈以及 從燈光對晶圓的照射強度分佈圖像（i m a g e )圖。 圖7係表採用了第2實施形態之爐體外預先加熱 (preheat)方式之高速加熱熱牆（h〇t wall)型CVD裝置的斷 面模式圖。 圖8係表第2實施形態之晶圓溫度上升的說明圖。 圖9係表備有2個之預先加熱機構之裝置構成的平面 圖。 圖1 0係表習知例之熱牆（h 〇 t w a 1 1)型C V D裝置的斷面模 式圖。 圖11係表習知例之晶圓溫度上升的說明圖。 圖1 2係表黑體放射波長的分佈圖。 圖13係表秒晶圓（Si wafer)之吸收係數的說明圖。 圖14係表备在習知例之熱牆（hot wall)型CVD裝置中敕 用m控制方式時之晶圓溫度上升的說明上裝置中仏 】圖i5係表採用習知例之高速昇溫加熱方式之熱牆（hot waU)型CVD裝置的斷面模式圖。

8910603B.ptc 第39頁傺正頁 4576 1 --89106038_年月日 修正 圖式簡單說明 "" " 圖16係表採用了高溫昇溫加熱方式之熱牆（h0t wal丨）型 CVD襄置之晶圓溫度上升的說明圖。 圖17(b)係表採用了與實施形態對應之初期燈 加熱方式之高速加熱熱牆（hot wa 1 1 )型CVD裝置以及晶圓 溫度測量裝置的斷面模式圖。 圖1 8係表在讓燈加熱時間變化時之輪廓（p r 〇丨丨1 e ) τ [(晶 圓中心位置）的溫度推測特性圖。 圖1 9係表在讓燈開始點亮時間變化時之輪廓（Pr〇 f丨丨e) TC (晶圓中心位置）的溫度推測特性圖。 圖20係表在有無實施燈加熱之輪廓（pr〇f Ue)TC溫度（晶 圓中心位置）以及從成膜速度所推測之晶圓溫度時間推測 特性圖。 圖21係表在連續5次實施晶圓處理時之輪廓（pr0f π e) T C (晶圓中心位置）的溫度推測特性圓。

Claims (1)

1. Kl4576 1 7 六、申請專利範圍 1. 一種熱處理方法，其主要係針對一在將基板搬入到反 應爐内之前，會藉由電阻加熱電熱器，將在上述反應爐内 的溫度保持在所設定之溫度的熱牆（hot wal 1)式的熱處理 裝置，其特徵在於： 在上述反應爐體之外’備有可藉由透過反應爐體的放射 光’而對被搬入到反應爐内的基板加熱的燈， 在將基板搬入到上述被保持在所設定之溫度的反應爐體 内之後，則具有在繼續由上述電阻加熱電熱器維持加熱的 情況下，藉由設在上述反應爐體之外的上述燈，將基板直 接加熱到所希望之溫度為止的過程。 2. 如申請專利範圍第1項之熱處理方法，其中，在藉由 上述燈，將基板幾乎加熱到所希望的溫度後，則使燈熄 掉， 具有在開始反應處理之前，會將基板在藉由上述電阻加 熱電熱器被維持加熱之反應爐體内保持—定之時間的過 3 J申請專利範圍第！項之熱處理方法，其巾，在藉由 ίΪ幾乎加熱到所希望之溫度為止*，則使燈 恩掉’而在熄掉燈的時點，& 所Μ M # 士 — 為了使反應爐體内的溫度成為 所布望的反應時溫度，則A u ^ 雍嬙触〜， 則在熄掉燈前的時點，事先將在反 4 , . A你，、反應時溫度不同的溫度。 4‘如申請專利範圍第1項之勒由Μ士 ^ ^ + 士 α* « , , 熱處理方法，其中，在事先 將基板搬入到反應爐體内， 产刭j β ^ — 而點亮燈後’則測量基板的溫 度到達大略所設定之溫廑Α 吸馬止的燈的輪出、燈點亮時間等

   4576 1 7 六、申請專利範圍 的燈加熱條件， 在實際的基板處理過程中，則根據由上述測量所得到的 上述燈加熱條件’來對基板進行加熱。 5. —種熱處理方法，其主要係針對一在將基板搬入到反 應爐内之前’會藉由電阻加熱電熱器，將在上述反應爐體 内的溫度保持在所設定之溫度的熱牆（h〇t wal丨）式的熱處 理方法，其特徵在於： 在搬入基板之前’具有對基板實施預備加熱，以使得基 板溫度較在上述反應爐内之所設定溫度為高的過程。 6 ·如申請專利範圍第5項之熱處理方法，其中，事先測 量基板冷卻速度’藉此’算出為適當之上述反應爐體内之 所設=溫度與基板之預先加熱溫度之差的彌補溫度， 在實際的處理過程中，則根據一由上述測量所算出之彌 補溫度所決定出之適當的基板預先加熱溫度，而對基板實 施預先加熱。 7. 如申請專利範圍第5項之熱處理方法，其中，在對2個 基板同時實施預先加熱，而搬送到反應爐體内之際， 推測因為從各自之預備加熱位置到反應爐體為止之距離 的差異而導致之在搬送時之溫度降低的差異，而依據各自 所希望的加熱條件，對各自的基板實施預先加熱。 8. —種熱處理|置，其主要係針對一藉由設在反應爐體 外的電阻加熱電熱器，對反應爐體内進行加熱之熱牆（h〇t wall)式的熱處理裝置，其特徵在於： 被設在上述反應爐體之外，藉由透過反應爐體之放射

   89106038.ptd 第42頁 4576 1 7 六、申請專利範圍 光’而對在上述反應爐體内的基板實施加熱的燈； 在將基板搬入到上述反應爐體内之前’會對上述電阻加 熱電熱器實施通電，讓在反應爐内的溫度保持在所設定的 溫度’連在搬入基板後，仍維持上述通電的電阻加熱電熱 器控制機構及； ..... 在搬入上述基板後，則點亮上述燈，將上述基板加熱到 所設定之溫度附近為止’在加熱後，則讓上述燈熄掉的燈 控制機構。 9.如申請專利範圍第8項之熱處理裝置，其中，將基板 平坦面’在反應爐體内’與基板搬送方向大致平行地予以 支撐，而加以處理。 1 0.如申請專利範圍第9項之熱處理裝置，其中，針對1 個基板，或是在垂直於基板平坦面的方向，上下積層的2 個基板進行處理。 11.如申請專利範圍第9項之熱處理裝置，其中，上述燈 乃面向基板平坦面而被配置。 1 2 ·如申請專利範圍第1 〇項之熱處理裝置，其中主要係 用以處理2個基板，將上述燈設在上部與下部，上部燈， 則面向上部基板平坦面，直接對上部基板平坦面進行加 熱’而下部燈，則面向下部基板平坦面，直接對下部基板 平坦面進行加熱般地被配置。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之熱處理裝置，其中，上部 燈與上部基板的距離，則大約相等於下部燈與下部基板的 距離。

   89106038.ptd 第43頁 4 5 7 6 1 7 六、申請專利範圍 14·如申請專利範圍第8項之熱處理裝置，其中，將多個 上述燈配置在基板搬送方向。 1 5,如申請專利範圍第1 4項之熱處理裝置，其中，上述 燈為一棒狀的燈’而配置成與基板搬送方向呈垂直。 1 6.如申請專利範圍第〗2項之熱處理裝置，其中，設成 可以獨立地控制燈的輸出。 、 17. 如申請專利範圍第8項之熱處理裝置，其中，在使燈 熄滅的時點，為了要使在反應爐内的溫度成為所希望的反 應時溫度’乃在點亮燈之前的時點’事先將在反應爐内的 溫度設定成與反應時溫度不同的溫度。 18. 如申請專利範圍第8項之熱處理裝置，其中，具有一 可相對於用來測量在反應爐内之基板附近之溫度的反應爐 體自由裝卸的溫度測量機構， 利用事先設置在反應爐體内的上述溫度測量手段，在將 基板搬入到反應爐體内，而將燈點亮後，則測量在基板的 溫度大略到達所定之溫度為止的燈的輸出、燈點亮時間等 的燈加熱條件， 在無上述溫度測量機構之實際的基板處理過程中，則根 據由上述測量所得到之上述燈加熱條件，對基板進行加 熱。 19_ 一種熱處理裝置’其主要係針對一在搬入基板之 前’藉由電阻加熱電熱器，而使在反應爐體内的溫度保持 在所設定之溫度之熱牆（hot wall)式的熱處理裝置，其特 徵在於： N

   457 6 17 六、申請專利範圍 備有：被設在與上述反應爐體連設之搬送室，而對基板 實施預備加熱的基板預先加熱機構及； 在從上述搬送室，將基板搬入到上述被保持在所設定之 溫度的反應爐體内之際’為了要彌補基板之溫度降低成 分’乃針對上述基板實施預先加熱，以使得基板溫度變得 較在上述反應爐體内的所設定溫度為高。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項之熱處理裝置，其中，在上 述搬送室備有： 可以同時對2個基板實施預先加熱的2處的預先加熱位置 及； * 各自依據所希望的加熱條件’獨立地對被配置在該2位 置之預備加熱位置實施預先加熱的2個的基板預先加熱機 構。 21 ·如申請專利範圍第1 9項之熱處理裝置，其中，在搬 送室備有用來測量基板之溫度的溫度檢測器， 在上述搬送室’在藉由上述基板預先加熱機構對基板加 熱後， 藉由設在上述搬送室内之溫度檢測器，根據測量基板的 溫度變化而算出基板的冷卻速度，藉此，算出成為在上述 反應爐内的所設定溫度與基板之預先加熱溫度之差的彌補 溫度，而決定出在上述搬送室内之適當的基板預先加熱溫 度。 22.如申請專利範圍第19項之熱處理裝置，其中，搬送 室的基板預備加熱機構是一燈（1 amp)。

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