TW497150B

TW497150B - Heat treatment apparatus and cleaning method of the same

Info

Publication number: TW497150B
Application number: TW090115013A
Authority: TW
Inventors: Yutaka Takahashi; Hisashi Kato; Hiroyuki Yamamoto; Katsutoshi Ishii; Kazuaki Nishimura
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2002-08-01
Also published as: DE60120278D1; KR100791153B1; US20040163677A1; EP1167568A1; DE60120278T8; KR20010114169A; EP1167568B1; US20010055738A1; DE60120278T2

Description

497150 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景發明領域本發明相關於在不須任何處理裝置下移除在膜或要被處理的物體上的污染物的熱處理設備及其淸潔方法。習知技術的敘述一般而言，爲製造半導體裝置，對成爲要被處理的物體的半導體晶圓重複地實施膜形成製程及圖型蝕刻製程，因而製造想要的裝置。特別是，對於膜形成製程，其規格 (亦即設計規則）由於半導體裝置的高密度及高積體而逐年地日趨嚴格。例如，甚至是對於非常薄的氧化物膜，例如裝置的電容器絕緣膜或閘極絕緣膜，也要求有更薄的膜，並且同時也要求有更高的絕緣性質。在此種情況下，取代傳統使用的矽氧化物膜及矽氮化物膜，爲了要有具有較佳的絕緣性質以及電特性例如介電常數的材料，已曾硏究金屬氧化物膜，例如鉅氧化物膜（ T a 2 0 5 )，以及具有比鉅氧化物膜大的介電常數的複合金屬氧化物膜，例如S r T i〇3 (下文稱爲S T〇）及 B a X S r ! - X T i〇3 (下文稱爲B S T〇）。除此之外，已曾硏究各種不同的金屬膜及金屬氧化物膜來成爲介電層。同時，成批式熱處理設備例如膜形成設備具有由石英製成的直立或水平圓柱形處理容器。在此種成批式熱處理設備中，爲移除黏著於處理容器或晶圓船的內壁的不需要的膜，週期性或不規則性地實施移除此種不需要的膜的淸本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 4 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 經濟部智慧財產局員工消費合作社印髮 A7 B7 五、發明説明（2 ) 潔處理。在淸潔處理中，發展出大規模的濕式淸潔來移去處理容器本身，將處理容器浸在淸潔溶液中，因而移除不需要的膜。發展出不須長處理時間的-簡單乾式淸潔來在處理容器保持組裝的狀態中流動淸潔氣體例如C 1 F 3，H C L， C 1 2，NF3，或F2並且移除不需要的膜。從增進半導體裝置整體生產率（物料通過量）的觀點而言，必須使用乾式淸潔以及更有效地移除不需要的膜。但是，在形成例如近來已被硏究的上述的S T〇或 B S T 0的複合金屬氧化物膜或新的金屬氧化物膜的情況中，有此種不需要的膜不能被完全移除的情況。例如，一般而言，隨著處理容器的溫度在淸潔時的增加，淸潔氣體的反應性增加。結果，向來難以被移除的新的膜種類可被移除，因而淸潔效率增加。但是，同時，由石英製成的處理容器以及固持半導體晶圓的由石英製成的晶圓船易於被淸潔氣體損壞，並且處理容器的溫度不能過度增加。另外，雖然如上所述想要更有效地且於較短的時間移除不需要的膜，例如傳統使用的矽氧化物膜或矽氮化物膜，但是當溫度增加時，會使處理容器本身受到很大的損壞。因此，雖然取決於淸潔氣體種類，但是溫度不能增加至例如8 0 0 °C或以上，因而淸潔效率不能更加增進。另外，在淸潔氣體的引入部份的附近，氣體是以接近常態溫度的溫度被引入，使得淸潔氣體發生溫度被部份降低的問題，因而不能有效地完全移除氣體引入部份的附近本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐)ΓβΖ 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

497150 A7 B7 五、發明説明（3 ) 的不需要的膜。發明槪說本發明被開發來考慮及有效_地解決上述問題，並且提供用來在不損壞處理裝置下有效地移除由石英製成的處理容器中的不需要的膜及有效地移除要被處理的物體上的污染物的熱處理設備，以及其淸潔方法。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，用來在一處理容器中饋送淸潔氣體，以及移除處理容器中的不需要的膜，此熱處理設備的淸潔方法包含的步驟爲在處理容器的外部將淸潔氣體預熱；及將被預熱的淸潔氣體饋送至處理容器內’並且將處理容器的內部加熱及保持於一預定溫度。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中處理容器是在要被處理的物體的固持工具容納在處理容器內的狀態中被加熱及保持於預定溫度。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中淸潔氣體在預熱步驟被預熱至淸潔氣體的活化溫度。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中淸潔氣體在預熱步驟被預熱至淸潔氣體的熱解溫度。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中淸潔氣體包含Cl F3，並且在預熱步驟被預熱至在2 0 0°C至 4 0 0 t的範圍內的C 1 F 3的活化溫度。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中淸潔氣體包含C 1 F3，並且在預熱步驟被預熱至在3 0 0°C至本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-口經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 ___B7 五、發明説明（4 ) 1〇00°C的範圍內的C 1 F3的熱解溫度。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中處理容器中的不需要的膜爲與在處理容器中形成在要被處理的物體的表面上的膜相同種類的膜。 - 本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中處理容器是由石英或S i C製成。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，用來在容納要被處理的物體的一處理容器中饋送淸潔氣體，以及移除處理容器中的要被處理的物體上的污染物，此熱處理設備的淸潔方法包含的步驟爲在處理容器的外部將淸潔氣體預熱至淸潔氣體的活化溫度；及將被預熱的淸潔氣體饋送至處理容器內，並且將處理容器的內部加熱及保持於一預定溫度。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中淸潔氣體包含氫氯酸，並且被加熱至至少8 0 0 °C的氫氯酸的活化溫度，且處理容器的內部被加熱及保持於7 0 0 °C至 1 〇 0 0 °c。本發明爲一種熱處理設備的淸潔方法，其中要被處理的物體上的污染物爲鐵，銅，鋁，及鎢的至少之一。本發明爲一種熱處理設備，包含一處理容器，具有要被處理的物體的固持工具；一處理容器加熱器，配置在處理容器的外部，用來加熱處理容器；淸潔氣體饋送機構，用來將淸潔氣體饋送至處理容器內；及一淸潔氣體加熱器，連接於淸潔氣體饋送機構，用來在處理容器的外部預熱 i紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董)~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 _B7_ 五、發明説明（5 ) 淸潔氣體；其中淸潔氣體加熱器及處理容器加熱器是由控制機構來控制。本發明爲一種熱處理設備，其中要被處理的物體是由固持工具固持；且淸潔氣體由淸潔氣體加熱器預熱至活化溫度，使得在要被處理的物體上的污染物被移除。本發明爲一種熱處理設備，其中淸潔氣體包含氫氯酸 ;且控制機構控制淸潔氣體加熱器來將淸潔氣體加熱至至少8 0 0 °C的活化溫度，並且控制處理容器加熱器來將處理容器加熱至7 00°C至1 000°C。本發明爲一種熱處理設備，其中在要被處理的物體上的污染物爲鐵，銅，鋁，及鎢的至少之一。本發明爲一種熱處理設備，其中處理設備包含用來容納要被處理的物體的一內管，以及具有覆蓋內管的一頂板的一外管；且淸潔氣體饋送機構連接於內管。本發明爲一種熱處理設備，其中在淸潔氣體加熱器的下游側’安裝有一孔口來給予淸潔氣體一流動路徑阻力。根據本發明，在不對處理容器或不對處理容器以及要被處理的物體的固持工具造成損壞之下，可增進不需要的膜的移除率，並且可有效地移除藉著傳統方法不能移除的不需要的膜。根據本發明，淸潔氣體被加熱至活化溫度，並且被加熱的淸潔氣體被饋送至處理容器。處理容器中的溫度被加 _ S預定溫度，例如用來保持淸潔氣體的活化狀態的溫度 °因此’淸潔氣體在活化狀態中被饋送至處理容器內，並本紙張尺度適用中關家標準（CNS ) A4規格（210X297公羡） 8 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線ϋ丨*-- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 ____B7_ 五、發明説明（6 ) 且甚至是在處理容器中也被保持於活化狀態。活化狀態中的淸潔氣體以此方式與在要被處理的物體上的污染物反應 ’使得反應被促進。因此，可增進黏著在要被處理的物體上的污染物的移除效率。 - 根據本發明，淸潔氣體被由控制機構空置的淸潔氣體加熱器加熱至活化溫度，並且被加熱的淸潔氣體被淸潔氣體饋送機構饋送至處理容器內。另外，處理容器中的溫度被處理容器加熱器加熱至預定溫度，例如用來藉著控制機構而保持淸潔氣體的活化狀態的溫度。因此，淸潔氣體在活化狀態中被饋送至處理容器內，並且甚至是在處理容器中也被保持於活化狀態。活化狀態中的淸潔氣體以此方式與污染物反應，因而反應被促進。因此，可增進黏著於要被處理的物體的污染物的移除效率。圖式簡要敘述圖1顯示本發明的第一實施例的熱處理設備。圖2顯示具有由石英製成的外圓筒的單管結構的熱處理設備。圖3顯示另一單管結構的熱處理設備。圖4顯示本發明的第二實施例的熱處理設備。圖5爲顯示本發明的第二實施例中加熱器的溫度與反應管（處理容器）的溫度之間的關係的表。 10 加熱機構（處理容器加熱器）本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_9 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

497150 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 12 熱絕緣材料 14 加熱單元 16 歧管 1 6 A 支撐板 18 晶圓船 2 0 絕緣圓筒 2 2 轉台 2 4 蓋子 2 6 周轉軸 28 磁性流體密封件 3 0 密封構件 32 升降機構 3 4 臂件 3 6 氣體引入噴嘴 3 8 淸潔氣體引入噴嘴 4 0 排氣通口經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42 淸潔氣體饋送機構 44 淸潔氣體源 46 氣體路徑 4 8 開關閥 50 流量控制器 52 氣體加熱機構 5 4 氣體加熱器（淸潔氣體加熱器） 56 密封構件本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 1〇 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 B7 五、發明説明（8 ) 1〇1 熱處理設備 1 〇 2 反應管（處理容器） 1 0 3 內管 1 〇 4 外管 1 〇 5 歧管 1 〇 6 支撐環 1 〇 7 蓋子 1 〇 8 船升降機 1 〇 9 晶圓船 1 1 0 半導體晶圓 111 熱絕緣器 112 溫度升高加熱器 113 淸潔氣體引入管 1 1 4 排出通口 1 1 5 加熱器（淸潔氣體加熱器） 116 控制器 w 半導體晶圓較佳寶施例的敘述例以下參考圖式詳細敘述本發明的熱處理設備及其淸潔方法的第一實施例。圖1顯示用來執行根據本發明的淸潔方法的熱處理設備（膜形成設備）。此處會說明使用L P — C V D的直立本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 210X297公釐1 ~- 11 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

497150 A7 __B7 五、發明説明（9 ) 膜形成裝置的例子來成爲熱處理設備1。如圖所示，熱處理設備1具有雙管結構的熱處理容器8，其包含由石英製成的圓柱形內管2 ，以及在內管2的外部同心地配置的由石英製成的外管6 ，而在二者之間形成預定間隙4，並且處理容器8的外部被具有加熱機構（處理容器加熱器） 1 0例如加熱器的加熱單元1 4及熱絕緣材料1 2覆蓋。加熱機構1 0安裝在熱絕緣材料1 2的整個內表面上。處理容器8的下端是由例如由不鏽鋼製成的圓柱形歧管1 6支撐，而內圓筒（內管）2的下端是由從歧管1 6 的內壁向內凸出的環形支撐板1 6 a支撐，並且由石英製成的晶圓船1 8被安裝成爲要被處理的物體的固持工具，用來從歧管16的下方載入成爲要被處理的物體的多個半導體晶圓W，以成爲可直立移動且可自由地被移去。晶圓船1 8經由由石英製成的絕緣圓筒2 0而安裝在轉台2 2上，而轉台2 2被支撐在通過用來打開或關閉歧管1 6的下端開口的蓋子2 4的周轉軸2 6上。磁性流體密封件2 8設置成爲環繞周轉軸2 6 ，並且氣密地支撐周轉軸2 6以使其自由旋轉。另外，在蓋子 2 4的周邊部份與歧管1 6的下端之間，由例如〇形環構成的密封構件3 0被設置來保持容器8內部的密封性質。周轉軸2 6附著於由升降機構3 2例如船升降機支撐的臂件3 4的端部，以將晶圓船1 8及蓋子2 4成整體地上下移動。在歧管1 6之側，分別設置有用來將膜形成氣體及惰本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）-12 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線‘ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7____五、發明説明（1〇 ) 性氣體例如N 2氣體引入內圓筒2內的氣體引入噴嘴3 6，用來在乾式淸潔時將淸潔氣體引入處理容器8的淸潔氣體引入噴嘴3 8，以及用來從內圓筒2與外圓筒（外管）6 之間的間隙4的底部排出處理容器8中的氣氛的排氣通口 4 0。抽空系統經由圖中未顯示的真空泵而連接於排氣通口 4 0。另外，淸潔氣體饋送機構4 2連接於淸潔氣體引入噴嘴3 8。淸潔氣體饋送機構4 2具有安裝在氣體路徑 4 6上的連接於淸潔氣體源4 4及開關閥4 8的氣體路徑 4 6 ，用來控制淸潔氣體的流量的例如爲質量流控制器的流量控制器5 0，以及在流量控制器5 0的下游側的用來將流動的淸潔氣體預熱至預定溫度的氣體加熱機構5 2。流量被控制於想要的値的淸潔氣體被加熱至預定溫度，並且流入處理容器8內。氣體加熱機構5 2具有被控制的氣體加熱器（淸潔氣體加熱器）5 4。氣體加熱器5 4可使用任何的內部結構，只要其可加熱淸潔氣體。此處，使用例如三氟化氯的C 1 F 3氣體成爲淸潔氣體。也可使用氟化氯（C 1 F )成爲淸潔氣體。在圖中，5 6標示位在外圓筒6的下端與歧管1 6的上端之間的例如爲〇形環的密封構件。其次，說明使用如上所述地建構的設備的膜形成製程 0 首先，當用來固持半導體晶圓（要被處理的物體）W 的晶圓船（要被處理的物體的固持工具）1 8處於未裝載狀態且膜形成設備處於待命狀態時，處理容器8被保持在 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 訂線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 B7 五、發明説明（11 ) 膜形成製程溫度，例如6 0 0。(：或以下。未處理的晶圓W 從圖中未顯示的晶圓載具被裝載在晶圓船1 8上，且處於常態溫度的裝載有晶圓W的晶圓船1 8從下方向上移動且被載入處理容器8中’然後歧管1 6的下端開口由蓋子 2 4關閉，因而緊密地關閉處理容器8。然後，處理容器8的內部保持於預定的膜形成製程壓力且待命，直到晶圓溫度上升且穩定在預定的膜形成製程溫度，然後預定的膜形成氣體從處理氣體引入噴嘴3 6被引入處理容器8內。膜形成氣體從處理氣體引入噴嘴3 6 被引至內圓筒2的內部底部上，然後藉著與在內圓筒2中旋轉的晶圓W接觸來執行膜形成反應而向上移動，從頂板向下在內圓筒2與外圓筒6之間的間隙4中移動，並且從排氣通口 4 0排出至容器外部。結果，預定的膜形成在每一晶圓W上。上述爲膜形成過程的流程。但是，當重複此膜形成製程時，沿著膜形成氣體的流動方向，不需要的膜不可避免地形成在石英構件的壁表面上。不需要的膜黏著在晶圓船 1 8上’內圓筒2的內及外表面上，外圓筒6的內表面上，以及絕緣圓筒2 0的表面上。因此’當膜形成製程實施至某一程度時，實施用來移除造成粒子的不需要的黏著膜的淸潔操作。例如，淸潔操作是在未固持任何晶圓的空的晶圓船 1 8被引入處理容器8內的狀態中實施。亦即，在實施上述的膜形成製程之後’升降機構3 2被驅動，因而從處理張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）ΤίΓΙ -- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

497150 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______________B7_五、發明説明（12 ) 容器8卸載晶圓船1 8 °然後，晶圓船1 8中所容納的處理過的晶圓W使用圖中未顯示的轉移機構而被轉移至晶圓載具（圖中未顯示），因而使晶圓船1 8淨空。在如此地完成處理過的晶圓W的轉移之後，升降機構3 2再次被驅動，因而空的晶圓船1 8被載入處理容器8內，然後歧管 1 6的下端開口由蓋子2 4緊密地關閉。處理容器8藉著加熱機構1 0而被保持在預定溫度，例如在從2 0 0 °C至1 〇〇 0 °C的範圍內，然後成爲淸潔氣體的流量被控制的C 1 F 3氣體從淸潔氣體引入噴嘴3 8 被饋送至內圓筒2的內部底部，同時在有需要時，惰性氣體例如N 2氣體成爲稀釋氣體從處理氣體引入噴嘴3 6被引入。在此情況中，上述的淸潔氣體就在被引入處理容器8 之前被氣體加熱機構5 2預熱至預定溫度。上述的惰性氣體及預先被預熱至預定溫度的淸潔氣體在處理容器8中混合，並且混合氣體以與上述的膜形成氣體相同的方式在內圓筒2中向上移動，到達頂板，與該處轉回，在內圓筒2與外圓筒6之間的間隙4中向下移動，並且從排氣通口 4 0排出至容器的外部。在C 1 F 3氣體流動通過的路徑中，黏著於壁表面的不需要的膜與C 1 F 3氣體反應及被其鈾刻而被緩慢地移除。在此情況中，如上所述，淸潔氣體就在被引入處理容器8之前被預熱至預定溫度，使得不需要的膜處於完全反應狀態而可被有效且快速地移除，因而可例如在短時間內有效地執行淸潔。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .

、1T 線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）-15 - 497150 A7 _____B7 五、發明説明（13 ) 具體地說，藉著在氣體加熱機構5 2中加熱的淸潔氣體的溫度氣體分子的動能剛好增加的溫度，或是氣體分子在高能量狀態被激發及活化成使得其非常易於化學反應的溫度，例如在C 1 F 3氣體的情況中爲大約2 0 0 t至 4 〇 0 °C，或者另外是氣體分子被分解成元素的溫度，例如在C 1 F 3氣體的情況中爲大約3 0 0 °C至1 0 0 0 t：。在本發明的淸潔方法中，淸潔氣體就在其被引入處理容器8之前被預熱至預定溫度。當在常態溫度左右的淸潔氣體如同傳統方法般地被引 λ 0寺’氣體引入部份附近的溫度被部份降低，因而不能完全移除該部份的不需要的膜，而在本發明的方法中，氣體引入部份附近的溫度不會降低，因此可幾乎完全地移除該部份上的不需要的膜。另外，當淸潔處理條件例如處理容器8的溫度以與傳統方法相同的方式被設定且處理容器8被淸潔時，根據本發明藉著預熱淸潔氣體使得淸潔率（膜移餘率）增加，因而淸潔時間縮短，並且使由石英製成的組件部份不會受到大的損壞。另外，在傳統方法中，除非淸潔溫度增釦，否則不能移除不需要的膜，但是由石英製成的組件部份的損壞大，而在本發明的方法中，即使設定的淸潔溫度低，淸潔氣體的溫度藉著預熱而增加而與不需要的膜完全反應，使得由石英製成的組件部份的表面不會有大的損壞，並且有效地移除不需要的膜，因而可淸潔處理容器8。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐).>\Q . ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -—-________B7 五、發明説明（14 ) 另外’在傳統方法中，除非淸潔溫度增加，否則不會g 移除不需要的膜’但是由石英製成的組件部份的損壞大，而在本發明的方法中，即使設定的淸潔溫度低，淸潔氣體的溫度藉著預熱而增加而與不需要的膜完全反應，使得由石英製成的組件部份的表面不會有大的損壞，並且有效地移除不需要的膜，因而可淸潔處理容器8。另外’甚至是在可藉著加熱器14來增加的上限溫度從電力裝置的構成的觀點而言爲大約8 〇至1 〇〇〇 C且不需要的膜不能在此溫度被移除時，在本發明的方法中，淸潔處理溫度（處理容器8及其他部份的溫度）如上所述可被保持於大約8 ο 〇 r至1 〇〇〇 °c，而淸潔氣體被預熱至比處理容器8的溫度高的溫度，例如1 2 0 0 t ’使得對石英製成的組件部份不會有任何損害，並且可移除藉著傳統方法不能移除的不需要的膜。另外，雖然傳統淸潔方法中的處理容器內的壓力爲大約數百P a (數T 〇 r r )，但是當其被設定於數十 k P a (數百Tor r)時，可較有效地移除不需要的膜 ’並且可更增進淸潔效果。此處，要被淸潔的不需要的膜爲例如M〇S F E T中所用的膜，例如S i膜，S i〇2膜，S i 3 N 4膜， B S T 0 (BaxSrx- xTi〇3)膜， ST〇（SrTi〇3)膜，TiN 膜，Ru 膜，Ru〇2 膜，Ti2〇5膜，W膜，以及WSi膜。在上述的實施例中，說明直立處理容器8具有包含內本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-17 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

497150 A7 B7 五、發明説明（15 ) 圓筒2及外圓筒6的雙管結構的情況的例子。但是，本發明不受限於此種處理容器，並且本發明可應用於圖2所示的情況，其中處理容器8爲單管結構的膜形成設備，其例如只包含由石英製成的外圓筒6 -。在圖2中’相同的數字被用來標示與圖1所示的設備相同的組件部份，因而省略其詳細敘述。在此情況中，如上所述，處理容器8包含由石英製成的一外圓筒6。具有一大隙孔的排氣通口 4 0被設置在外圓筒6的上端上，並且抽空處理容器8。在此情況中，於淸潔時，預熱的淸潔氣體從設置在歧管16上的淸潔氣體引入噴嘴3 6而在處理容器8中向上移動，移除黏著於由石英製成的組件部份的表面的不需要的膜，然後從在上端處的排氣通口 4 0而被排出至容器的外部。在圖2所示的單管結構的設備例子中，排氣通口 4 0 設置在處理容器8的上端處。但是，本發明不受限於圖2 的設備。如圖3所示，排氣通口 4 0可以與圖1所示的情況相同的方式設置在歧管1 6上，並且氣體引入噴嘴3 6 及淸潔氣體引入噴嘴3 8沿著單管結構的處理容器的內_ 向上延伸，且噴嘴端部被定位在處理容器8的頂板上。預熱的淸潔氣體沿著淸潔氣體引入噴嘴3 8流動，然後在處理容器8中向下移動。淸潔氣體移除黏著於石英製成的組件部份的表面的不需要的膜，並且從歧管1 6的排出通口 4 0排出至容器8的外部。甚至在圖2及3所示的設備中，也可實施與圖1所示本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_化 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 B7 五、發明説明（彳6 ) 者相同的操作效果，並且例如在不對石英製成的構件的表面造成損害下，可有效地移除不需要的膜。以上使用一次處理多個半導體晶圓的成批式膜形成設備的例子來說明本發明的方法。彳旦是，本發明不受限於此類型的設備，並且不用說，本發明的方法可應用於用來一個接一個地處理半導體晶圓的單一晶圓處理型膜形成裝置〇〇要被處理的物體不受限於半導體晶圓，並且不用說，可使用L C D基板及玻璃基板。

另外，雙管結構或單管結構的處理容器8可由S i C 製成。如上所述，根據本發明的淸潔方法，可產生以下的優異操作功效。因爲淸潔氣體被預熱而引入處理容器內，所以可在不對處理容器或不對處理容器及要被處理的物體的固持工具造成損害之下，增進不需要的膜的移除率，並且有效地移除藉著傳統方法不能移除的不想要的膜。第二實施例以下用使用圖4所示的成批式直立熱處理設備來移除黏著於半導體晶圓的污染物的情況的例子來敘述根據本發明的熱處理設備及其淸潔方法的第二實施例。如圖4所示，熱處理設備1 0 1具有縱向指向直立方向的圓柱形反應管（處理容器）102。反應管102由本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐）-19 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 _____ _B7 _ 五、發明説明（17 ) 雙管結構構成’其包含內管1 〇 3以及具有頂板的外管 104 ’而外管104覆蓋內管1〇3 ，且形成爲與內管 1 0 3具有固定的間隙。內管1 〇 3及外管1 0 4是由例如石英的熱絕緣材料形成。在外管1 0 4下方，配置有由不鏽鋼（sU S )製成的圓柱形歧管1 0 5。歧管1 〇 5氣密地連接於外管 1〇4的下端。內管1 〇 3由從歧管1 0 5的內壁凸出且與歧管1 0 5成整體地形成的支撐環1 〇 6支撐。盘子1 0 7 s受置在歧管1 q 5的下方。蓋子1 0 7建構成爲可藉著船升降機1 〇 8而上下移動。當蓋子1 〇 7 被船升降機1 0 8向上移動時，蓋子1 〇 7與歧管1 0 5 接觸，並且反應管1 〇 2被緊密關閉。在蓋子1 0 7上，裝載有由例如石英製成的晶圓船（要被處理的物體的固持工具）1 〇 9。多個要被處理的物體例如半導體晶圓1 1 〇以預定的間隔被直立地容納在晶圓船1 0 9中。熱絕緣器1 1 1被安裝成爲環繞反應管1 0 2。由例如加熱電阻器構成的溫度升高加熱器（處理容器加熱器） 1 1 2被安裝在絕緣器1 1 1的內壁表面上。淸潔氣體引入管（淸潔氣體饋送機構）1 1 3連接於歧管1 0 5之側。淸潔氣體引入管1 1 3連接於歧管 1 0 5在支撐環1 〇 6的下方的部份，以成爲面對內管 1 〇 3。從淸潔氣體引入管1 1 3引入的淸潔氣體例如氫氯酸（HC 1 )氣體以及成爲稀釋氣體的氮（N2)氣體在本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）-20 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

497150 A7 B7 五、發明説明（18 ) 內管10 3中被饋送至反應管1 0 2內。在歧管1 0 5之側，圖中未顯示的處理氣體引入管連接於反應管1 〇 2。藉著從處理氣體引入管引入的處理氣體來實施各種不同的處理，例如在每一半導體晶圓1 1 〇上形成薄膜。加熱器（淸潔氣體加熱器）1 1 5連接於淸潔氣體引入管1 1 3。加熱器1 1 5具有由例如加熱電阻器構成的加熱器，並且將饋送至加熱器1 1 5內的淸潔氣體加熱至預定溫度。排出通口1 1 4形成在歧管1 1 5上。排出通口 1 14設置在支撐環1 0 6的上方，並且與形成在反應管 1 0 2中的內管1 0 3與外管1 0 4之間的間隙連通。淸潔氣體從淸潔氣體引入管1 1 3饋送至內管1 0 3內，並且實施黏著於半導體晶圓1 1 0的每一個的表面的污染物的移除處理，且移除處理所產生的反應產物經由內管 1 0 3與外管1 0 4之間的間隙而從排出通口 1 1 4排出〇控制器1 1 6連接於船升降機1 0 8，溫度升高加熱器1 1 2，淸潔氣體引入管1 1 3，以及加熱器1 1 5。控制器1 1 6包含微處理器及處理控制器，測量熱處理設備1 0 1的每一單元的溫度及壓力，根據測量的資料輸出控制訊號至上述的每一單元，並且控制熱處理設備1 0 1 的每一單元。其次，以下用藉著氫氯酸氣體（淸潔氣體）來移除黏著於半導體晶圓1 1 0的每一個的表面的污染物的情況的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）21 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貢) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 _B7____ 五、發明説明（19 ) 例子來說明使用如上所述地建構的熱處理設備1 〇 1於半導體晶圓1 1 〇的淸潔方法。在以下的說明中’構成熱處理設備1 0 1的每一單元的操作是由控制器1 1 6來控制〇首先，加熱器1 1 5被加熱至預定溫度。加熱器 115的溫度可爲活化饋送至加熱器115內的淸潔氣體的溫度，並且在淸潔氣體如同此實施例包含氫氯酸的情況中，加熱器1 1 5的溫度較佳地爲8 0 0 °C或以上。在此實施例中，加熱器1 1 5被加熱至1 0 0 0 °C。另外，反應管1 0 2的內部被溫度升高加熱器1 1 2 加熱至預定溫度。反應管1 0 2中的溫度可爲保持從淸潔氣體引入管1 1 3饋送的淸潔氣體的活化狀態的溫度’並且在淸潔氣體如同此實施例包含氫氯酸氣體的情況中’溫度較佳地爲7 0 0 °C或以上。但是，極小量的重金屬（污染物）例如鋁，鐵，或銅包含在內管1 〇 3的石英中’並且當反應管1 0 2的內部被加熱至高於1 0 0 0 °C的溫度時，污染物有可能會從石英排出。因此，在此實施例中’ 反應管1 0 2的內部被加熱至8 0 0 °C。其次，在蓋子1 0 7被船升降機1 0 8降低的狀態中，容納有半導體晶圓1 1 0的晶圓船1 0 9裝載在蓋子 1 0 7上。其次，蓋子1 〇 7藉著船升降機1 0 8而向上移動，因而將晶圓船1 〇 9 (半導體晶圓1 1 0 )裝載在反應管1 0 2中。藉此’半導體晶圓1 1 〇容納在反應管 1 0 2的內管1 〇 3中，且反應管1 0 2被緊密地關閉。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）- 22- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

497150 A7 _ B7 五、發明説明（2〇 ) 在反應管1 0 2緊密地關閉之後，預定流量的淸潔氣體從淸潔氣體引入管1 1 3饋送至加熱器1 1 5內。在此實施例中，饋送0 · 5公升/分鐘（1/m i η)的氫氯酸氣體以及1 0公升/分鐘（1/m i η)的氮（Ν2)氣體。饋送至加熱器1 1 5的氫氯酸氣體在加熱器1 1 5中被加熱及活化。然後，氣體以活化狀態被饋送至淸潔氣體引入管1 1 3中，且被引入內管1 0 3內。在此情況中，反應管1 0 2的內部被加熱至保持淸潔氣體的活化狀態的溫度，使得氫氯酸氣體以活化狀態被饋送至半導體晶圓 1 1 0的每一個的表面。當活化的氫氯酸被饋送至半導體晶圓1 1 0的每一個的表面時，黏著於半導體晶圓1 1 0的每一個的表面的污染物（例如鐵）與氫氯酸氣體中的氯互相反應，因而產生氯化物（例如氯化鐵（F e C 1 2 )，三氯化鐵（ F e C 1 a ))。在此情況中，饋送至半導體晶圓1 1 0的每一個的表面的‘氫氯酸氣體被活化，使得氫氯酸氣體中的氯與污染物的反應被促進，因而可增進污染物的移除效率〇所產生的氯化物經由排出通口 1 1 4而從熱處理設備 1 0 1排出。當氯氣被饋送一段預定時間例如1 5分鐘時，黏著於半導體晶圓110的每一個的表面的污染物幾乎完全被移除，因而淸潔半導體晶圓1 1 0。當半導體晶圓1 1 〇已被淸潔時，來自淸潔氣體引入管1 1 3的氯氣的饋送停止。其次，預定量的氮氣例如本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-23 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A 7 B7 五、發明説明（21 ) 2 0公升/分鐘（1/m 1 η )從淸潔氣體引入管1 1 3 饋送。最好重複反應管1 0 2中氣體的饋送及排出，以確保排出反應管1 0 2中未反應的氫氯酸氣體。在未反應的氫氯酸氣體從反應管1 0 2排出之後，實施各種不同的製程，例如在已被淸潔的半導體晶圓1 1 0 的每一個上形成矽氧化物膜。當對半導體晶圓1 1 0實施各種不同的處理時，蓋子1 0 7藉著船升降機1 0 8而向下移動，並且晶圓船1 0 9 (半導體晶圓1 1 0 )從反應管1 0 2被卸載。然後，下一批半導體晶圓1 1 0容納在晶圓船1 0 9中，並且晶圓船1 0 9被載入反應管1 0 2 內，然後重複相同的處理。其次，爲確定此實施例的效果，1 X 1 0 1 3 原子/ c m 2 (平方公分）的鐵成爲污染物黏著於半導體晶圓1 1 0 ，然後半導體晶圓1 1 0被淸潔。0 · 5公升/ 分鐘（1/m : η )的氫氯酸氣體及1 0公升/分鐘（ 1 /m 1 η )的氮氣從淸潔氣體引入管1 1 3饋送至反應管1 0 2內1 5分鐘，以淸潔半導體晶圓1 1 0。加熱器 1 1 5的加熱溫度（未加熱，7 0 0 °C，8 0 0 °C， 1000 t)與反應管102中的溫度（600 °C， 7 0 0 t：，8 0 0 °C )之間的關係被硏究。結果顯示在圖 5中。如圖5所示，在反應管1 0 2中的溫度等於或高於 7 0 0 °C的情況中，當加熱器1 1 5的加熱溫度被設定爲等於或高於8 0 0°C而使淸潔氣體被加熱時’與淸潔氣體本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-24 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 B7 五、發明説明（22 ) 未被加熱器1 1 5加熱的情況相比’確定可大幅減少黏著於半導體晶圓1 1 0的鐵的量。其原因在於藉著利用加熱器1 15來加熱淸潔氣體至800 °C，氯氣可被活化’並且可藉著將反應管1 〇 2中的溫度設定爲等於或高於 7 0 0 t而在反應管1 〇 2中將氯氣保持於活化狀態。在反應管1 〇 2中的溫度爲8 0 0 °C的情況中，即使加熱管1 1 5的加熱溫度被設定爲7 0 0 °C而使淸潔氣體被加熱，饋送至反應管1 0 2內的氯氣未活化，並且與淸潔氣體未被加熱器1 1 5加熱的情況相比，不能減少黏著於半導體晶圓1 1 0的鐵量。另外，在反應管1 〇 2中的溫度爲6 0 0 °C的情況中，即使加熱器1 1 5的加熱溫度被設定爲1 0 0 0 °C而使淸潔氣體被加熱，活化的氯氣不能在反應管1 0 2中被保持活化，並且與淸潔氣體未被加熱器1 1 5加熱的情況相比，不能減少黏著於半導體晶圓 1 1 0的鐵量。〔請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製應加鐵加升分，反 5 的量公 5 潔在 1 ο 流 1 1 淸氣 1 1 的至管從被氯器 1 體}^如式且熱圓氣 nI?例方化加晶酸iHr，的活被體良氯 m2時同 5未導㈣M/fr倍相 1體半|的lsf加以 1氣於移來也ο 器潔著的1鐘當間1 熱淸黏)01分且時1 加與少^)管/並送圓被，減染入升 h 饋晶氣時幅ir5弓公}的體氯化大(°體 5 η 體導當活可鐵氣 · .1 氣半 ’持，Jii潔 om酸，述保比增淸從 \ 氯鐘所中相可自如1氣分上 2 況且來例彳的 ο 如 ο 情並當，鐘 3 3 1 的，時分 1 至管熱量倍 \ 1 鐘 •線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 25 - 497150 A7 ___B7 五、發明説明（23 ) 且來自淸潔氣體引入管113的氫氯酸氣體的流量及饋送時間被硏究。可確定淸潔效果受氫氯酸氣體的流量及饋送時間的影響很小，並且獲得幾乎相同的結果。如上所說明，根據此實施例，當加熱器1 1 5的加熱溫度被設定爲等於或高於8 0 0 °C而使氫氯酸氣體被活化時’並且當反應管1 0 2中的溫度被設定爲等於或高於 7 0 0 t：而使氫氯酸氣體保持活化時，與淸潔氣體未被加熱器1 1 5加熱的情況相比，可大幅減少黏著於半導體晶圓1 1 0的鐵量，並且可增進鐵的移除效果。本發明不受限於上述的實施例，也可應用於例如以下的情況。在此實施例中，使用以氫氯酸氣體成爲用來移除黏著於半導體晶圓1 1 〇的污染物的淸潔氣體的例子來說明本發明。但是，可根據污染物來使用各種不同的淸潔氣體。在此情況中，宜於使加熱器1 1 5的溫度爲將饋送至加熱器1 1 5內的淸潔氣體活化的溫度，並且使反應管1 〇 2 中的溫度爲保持淸潔氣體的活化狀態的溫度。其溫度隨著所使用的淸潔氣體的種類而改變。包含氫氯酸氣體的淸潔氣體可爲例如氫氯酸氣體與二氯乙烯（c2H2c 1 2)的混合氣體。另外，氧氣可與氫氯酸氣體混合。在此情況中，即使污染物爲氧化物，其也可從熱處理設備1 0 1被排出，並且可增進污染物的移除效率。但是，最好嚴格地控制半導體晶圓1 1 0的淸潔條件，以防止半導體晶圓1 1 0的每一個的表面具有不需要本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） 26 - ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（24 ) 的氧化物膜。在此實施例中，使用鐵成爲污染物的例子來說明本發明。但是，污染物除鐵之外可能爲銅（C u )，鋁（A 1 )，或鎢（W )。甚至是在污染物爲其任何之一時，也可以與鐵相同的方式來增進移除效果。在此實施例中，用使用氮氣成爲氫氯酸氣體的稀釋氣體的情況的例子來說明本發明。但是，稀釋氣體可爲與氫氯酸氣體不具有任何反應性的氣體。例如，可使用鈍氣，例如氬（A r )。在淸潔氣體引入管1 1 3的加熱器1 1 5的下游側，可設置用來使淸潔氣體引入管1 1 3的內徑變窄的孔口 1 1 3 a 。在此情況中，通過加熱器1 1 5內部的淸潔氣體被給予充分的保留時間，因而增進加熱器1 1 5的加熱效率。結果，可更增進黏著於半導體晶圓1 1 〇的污染物的移除效率。另外，可降低加熱器1 1 5的加熱溫度。在此實施例中，說明成批式直立熱處理設備。但是，本發明不受限於此設備，並且也可應用於例如單一晶圓處理型熱處理設備。要被處理的物體不受限於半導體晶圓，而也可應用於L C D玻璃基板。如上所述，根據本發明，可增進黏著於要被處理的物體的污染物的移除效率。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) — 訂線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 27 -

Claims

497150 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 一*種熱處理設備的淸潔方法’用來在一*處理容器中饋送淸潔氣體’以及移除該處理容器中的不需要的膜，該熱處理設備的淸潔方法包含以下步驟：在該處理容器的外部將該淸潔氣體預熱；及將被預熱的該淸潔氣體饋送至該處理容器內，並且將該處理容器的內部保持於一預定溫度。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的熱處理設備的淸潔方法，其中該處理容器是在要被處理的物體的固持工具容納在該處理容器內的狀態中被加熱及保持於該預定溫度。 3 .如申請專利範圍第1項所述的熱處理設備的淸潔方法，其中該淸潔氣體在該預熱步驟被預熱至該淸潔氣體的活化溫度。 4 .如申請專利範圍第1項所述的熱處理設備的淸潔方法，其中該淸潔氣體在該預熱步驟被預熱至該淸潔氣體的熱解溫度。 5 .如申請專利範圍第3項所述的熱處理設備的淸潔方法，其中該淸潔氣體包含C 1 F3，並且在該預熱步驟被預熱至在2 0 0 °C至4 0 0 °C的範圍內的C 1 F 3的活化溫度。 6 .如申請專利範圍第4項所述的熱處理設備的 '凊潔方法，其中 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28 - 497150 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍該淸潔氣體包含c 1 F3，並且在該預熱步驟被預熱至在3 0 〇°C至1 0 0 0°C的範圍內的c 1 F3的熱解溫度。 7 ·如申請專利範圍第1項所述的熱處理設備的淸潔方法，其中該處理容器中的該不需要的膜爲與在該處理容器中形成在要被處理的物體的表面上的膜相同種類的膜。 8 ·如申請專利範圍第1項所述的熱處理設備的淸潔方法，其中該處理容器是由石英或S i C製成。 9 · 一種熱處理設備的淸潔方法，用來在容納要被處理的物體的一處理容器中饋送淸潔氣體，以及移除該處理容器中的該要被處理的物體上的污染物，該熱處理設備的淸潔方法包含以下步驟：在該處理容器的外部將該淸潔氣體預熱至該淸潔氣體的活化溫度；及將被預熱的該淸潔氣體饋送至該處理容器內，並且將該處理容器的內部保持於一預定溫度。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項所述的熱處理設備的淸潔方法，其中該淸潔氣體包含氫氯酸’並且被加熱至至少8 0 0 °C 的氫氯酸的活化溫度；且該處理容器的內部被加熱及保持於7 0 0 °C至 1 ο ο 〇 r。 1 1 ·如申請專利範圍第9項所述的熱處理設備的淸本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -29 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497150 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍潔方法，其中該要被處理的物體上的該污染物爲鐵，銅，銘’及鎢的至少之一*。 1 2 · —種熱處理設備，包含：一處理容器，具有要被處理的物體的固持工具；一處理容器加熱器，配置在該處理容器的外部’用來加熱該處理容器；淸潔氣體饋送機構，用來將淸潔氣體饋送至該處理容器內；及一淸潔氣體加熱器，連接於該淸潔氣體饋送機構’用來在該處理容器的外部預熱該淸潔氣體；其中該淸潔氣體加熱器及該處理容器加熱器是由控制機構來控制。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述的熱處理設備’ 其中該要被處理的物體是由該固持工具固持；且該淸潔氣體由該淸潔氣體加熱器預熱至活化溫度，使得在該要被處理的物體上的污染物被移除。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項所述的熱處理設備，其中該淸潔氣體包含氫氯酸；且該控制機構控制該淸潔氣體加熱器來將該淸潔氣體加熱至至少8 0 0 °C的活化溫度，並且控制該處理容器加熱器來將該處理容器加熱至7 0 0°C至1 0 0 0°C。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -30 - 497150 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 5 .如申請專利範圍第1 3項所述的熱處理設備，其中在該要被處理的物體上的該污染物爲鐵，銅，鋁，及鎢的至少之一。 - 1 6 .如申請專利範圍第1 3項所述的熱處理設備，其中該處理設備包含用來容納該要被處理的物體的一內管，以及具有覆蓋該內管的一頂板的一外管；且該淸潔氣體饋送機構連接於該內管。 1 7 .如申請專利範圍第1 2項所述的熱處理設備，其中在該淸潔氣體加熱器的下游側，安裝有一孔口來給予該淸潔氣體一流動路徑阻力。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -31 -