TWI258189B - Thermal treatment apparatus and thermal treatment method - Google Patents

Description

(2) 1258189 爲第5A圖的B-B’斷面圖，預熱環53是載置於台座54的 總孑L ( spot facing ) 54ao 此預熱環53是在進行熱處理時，利用加熱裝置一同 將載置於感受器5 2的晶圓W加熱。藉此，例如在冷壁式 熱處理裝置，爲了防止在熱處理中多晶矽等堆積於熱處理 容器的內側，而以冷卻手段將熱處理容器冷卻，但’以此 預熱環53將感受器52的周圍包圍，受到被冷卻的熱處理 器的影響而防止了配置於感受器的晶圓W周邊部的溫度 下降。又，供給至熱處理容器內的氣體由氣體供給口到達 晶圓W之間，利用通過預熱環5 3上，而氣體被適度地加 溫，形成可適當地進行熱處理。 然而，預熱環53在目的上期望設成儘可能地接近感 受器52，但由於在熱處理中，於內側感受器52旋轉，故 ，需要作成不與感受器52接觸。因此，在感受器52與預 熱環53之間設置稍許的間隙A。 又，爲了防止預熱環53受到熱膨脹而在台座54上移 動後與感受器52接觸，故在雜孔54a的內周54aa與預熱 環5 3之間設置稍許的間隙C，並且設定間隙C的寬度， 使熱膨脹所引起的移動在預定的範圍內。 雖在於熱處理裝置，如第5A、5B圖所示，設計成感 受器52與預熱環53呈同心圓，但，受到構持熱處理裝置 的各構件的精準度、或組裝精準度的誤差的影響，如第6 圖所示，會有感受器52的中心52b與預熱環53的中心 5 3 a稍許偏移。特別是在處理直徑大的晶圓的熱處理裝置 -6- (3) 1258189 的情況時，若偏移1〜2 111111程度的話，則感受器5 2與預熱 環53會相互接觸。 當發生此接觸時’在熱處理中感受器52與預熱環53 摩擦而產生大量的微粒’附著於晶圓而產生了結晶缺陷等 ，使得成品率降低。 _ 爲了防止如此的接觸，即使欲因應感受器5 2的偏移 - 而將預熱環53在台座54的鎩孔54a內移動’也由於鎩孔 54a的內周54aa與預熱環53的間隙C如上所述地被限制 · ，故會有界限。又，當將預熱環53的內徑增大時，因預 熱環5 3與感受器5 2之距離變大，無法充分地發揮其功能 ，所以不合適。 因此，爲了避免感受器52與預熱環53之接觸，需要 進行調整感受器的支承手段等之作業，非常繁雜且費時。 特別是在熱處理容器的洗淨等之維修後，在調整此感受器 52與預熱環53上非常費時，故也形成停止作業時間變長 的原因之一。 0 本發明的課題是在於提供可容易防止感受器與預熱環 的接觸，減低微粒的產生，能理想地實施熱處理之熱處理 裝置、及熱處理方法。 【發明內容】 - 【發明的揭示】 爲了解決上述課題，在於本發明之第1發明，本發明 的熱處理裝置是具備：可旋轉地具備於熱處理容器（1) -7- (4) 1258189 內’載置基板的感受器（2)、受到設在前述熱處理容器 內的支承手段（例如台座4 )所支承，接近前述感受器而 非接觸地包圍前述感受器的周圍之預熱環（3)、用來加 熱載置於前述感受器的基板（晶圓W)之加熱裝置（8 ) 的熱處理裝置，其特徵爲··前述預熱環是形成：內周中心 (31 a )對該預熱環的外周（32 )偏移（偏心）。 若根據本發明的熱處理裝置的話，因預熱環的內周中 心形成對預熱環的外周偏移（偏心），所以，即使在感受 器對預熱環的支承手段偏移的情況，也能利用將預熱環定 位而支承於支承手段使感受器的中心與預熱環的內周中心 的距離變得最小，來在感受器周圍與預熱環之間形成適當 的間隙，而可以防止感受器與預熱環的接觸。 因此，能夠防止在熱處理中受到感受器與預熱環的接 觸所產生的微粒，所以，可減低微粒附著到基板，而能抑 制成品率降低。又，因容易進行調整成預熱環與感受器非 接觸，可縮短在進行熱處理裝置的維修後的調整時所需的 作業停止時間，所以很理想。 又，在於本發明的熱處理裝置，前述支承手段是形成 有用來載置前述預熱環的總孔（4a)之台座（4)爲佳。 若根據此熱處理裝置的話，不僅可達到上述的效果， 並且由於將預熱環支承於形成有鎞孔的台座上，故預熱環 可藉由台座的德孔容易進行外周的定位，且即使感受器的 中心偏移，也能利用將預熱環旋轉移動於圓周方向或在台 座內移動使感受器的中心與預熱環的內周的中心之距離變 -8- (6) 1258189 以下，參照圖面說明本發明的實施形態。 第1圖是顯示作爲本發明的一例之葉片式熱處理裝置 100的槪略構成圖；第2圖是顯示具備在熱處理裝置1〇〇 的感受器2、預熱環3、台座4的上面圖。熱處理裝置 1 〇〇是對一片一片的例如矽單結晶晶圓（晶圓W )等的基 板的主表面進行氣相磊晶成長、與氮化矽膜的形成等之伴 隨加熱的處理的裝置。 如第1圖所示，在熱處理裝置100，具備用來在晶圓 W實施熱處理的熱處理容器1。熱處理容器1的頂壁la 及底壁1 b是以透光性的石英所形成。在熱處理容器丨的 其中一方側，形成將反應氣體供給至熱處理容器1內的氣 體供給口 5，又在另一方側，形成由熱處理容器丨將氣體 排出的氣體排出口 6。 在熱處理容器1的內部，具備對石墨塗佈碳化矽（ SiC)所形成的感受器2。如第2圖所示，在感受器2的 主表面，形成用來將晶圓 W載置於略水平方向的大致呈 圓形的總孔2a。以2b顯示此感受器2的外周的中心（與 總孔2a的中心相同）。 感受器2是如第1圖所示，由下方受到支承手段7所 支承。支承手段7是主要以在於感受器2的下方朝上下方 向延伸的旋轉軸7 a、由旋轉軸7 a的上端部分歧成放射狀 ，其前端部支承感受器2的下面之輪幅（spoke )所構成 。在旋轉軸7a連結著未圖示的旋轉驅動手段，感受器2 是利用受到此支承手段7所支承’來在熱處理容器1內以 -10- (7) 1258189 2 b爲中心可進行旋轉。 在熱處理容器1的上方及下方’設有以鹵素 成的加熱裝置8，能將載置於感受器2上的晶圓 又，在熱處理裝置1〇〇’具備用來以預定的組成 各種的反應氣體供給至熱處理容器1內的氣體供 省略圖示），介由氣體供給管9等將氣體供給至 器1。 台座4(支承手段）是在於熱處理容器1內 2側方，設置成包圍感受器2的周圍，在上部形 熱環3用的雜孔4a。 預熱環3是對石墨塗佈碳化矽（SiC)所形 構件，在於熱處理容器1內載置（支承）於台座 4a，設置成包圍感受器2的側方周圍。以31爲 的內周，32爲外周。 此預熱環3是在熱處理中熱膨脹，故設定預 外徑的大小（及台座4的總孔4a的大小），使 著預熱環3的狀態下，於台座4的總孔內周4aa 3的外周32之間可形成預定的間隙C。在此，由 3是配合感受器2的中心而設置在鎩孔4 a內， 熱環3的周圍，會有在間隙C的寬度上產生偏移 當將間隙C的寬度設定小時，如上所述，在預熱 圍於間隙C的寬度上產生偏移的情況下，已經熱 熱環3會在間隙C的寬度之狹窄部份與饑孔內周 ’使得預熱環3偏移，結果與感受器2接觸。另 燈等所構 W加熱。 及流量將 給裝置（ 熱處理容 的感受器 成載置預 成的環狀 4的總孔 預熱環3 熱環3的 得在載置 與預熱環 於預熱環 故在於預 的情況。 環3的周 膨脹的預 4aa接觸 一方面， -11 - (8) 1258189 當總孔內周4aa與預熱環3的間隙C的寬度過大時，則不 易將預熱環3在台座4上定位。因此，考量預熱環3在熱 處理中熱膨脹有1.5〜2.5画程度，故設定約2.0 mm作爲此 預熱環3與總孔內周4 a a的間隙C的大小爲佳，預熱環3 的外徑是有鑑於此間隙C的範圍而設定。 又，預熱環3是在支承於台座4的狀態下，在與感受 器2的周圍之間設置預定的間隙A而形成非接觸，並且， 接近感受器2。這是由於當感受器2與預熱環3的間隙A 過大時，則與感受器2的距離變大，無法充分發揮預熱環 3之防止晶圓W周圍的溫度下降等的功能之故。因此，設 定約1 · 0〜2 · 5 mm程度作爲間隙A的寬度爲佳，預熱環3 的內徑是有鑒於此間隙A而設定。 然而，在熱處理裝置100，設計成：感受器2的中心 2b與台座4的鍤孔4a的內周中心4b —致，感受器2的外 周與台座4的雜孔內周4aa呈同心圓。但，受到構成熱處 理裝置1 00的各構件的精準度、與組裝精準度的誤差等， 會有如第2圖所示，在感受器2的中心2b與台座4的鉋 孔4a的內周中心4b上產生稍許的偏差。 因此，如第3圖所示，將預熱環3形成：內周中心 3 1 a與外周中心3 2a偏移即內周中心3 1 a對外周3 2偏移（ 偏心）的形狀。 關於使預熱環3的內周中心31 a對外周3 2偏移（偏 心）的程度，由於根據個別的熱處理裝置其感受器2與台 座4的偏移程度不同，故適宜地設定。 -12- 1258189 Ο) 在處理直徑300 mm的晶圓W之葉片式熱處理裝置中 ，感受器2的外周的直徑約爲373 mm、台座4的雜孔內周 4aa的直徑約爲447腿、預熱環的內徑約爲377腿、外徑 爲約443酬之熱處理裝置的一例的情況，感受器2的中心 2b對台座4的總孔內周4aa的內周中心4b偏移1〜2腿的 情形多。因此，在這種型的熱處理裝置，使用形成內周中 心與外周中心偏移1〜2 min之預熱環即可。 又，在於處理其他大小的晶圓W的熱處理裝置，適 宜地考量感受器對台座偏移的大小的程度，形成預熱環即 可 ° 當將預熱環3安裝於台座4上時，在將預熱環3載置 於台座4後，使預熱環3的外周部分對台座4定位，使得 可在預熱環3的全周圍區域與趨孔內周4aa之間形成上述 的間隙C。這是由於在預熱環3的一部分接觸於德孔內周 4aa而設置的情況時，會有在熱處理中預熱環3產生熱膨 脹而於感受器2的方向偏移之故。 又，將預熱環3的圓周方向的朝向定位，使得預熱壞 3的內周中心3 1 a與感受器2的中心2b的距離變得最小。 這是由於能以進行圓周方向的定位，將感受器2的外周與 預熱環3的內周31做成更接近同心圓的狀態，故，能夠 在感受器2的全周圍區域更均等地形成感受器2與預熱壤 3的間隙A，而使預熱環3與感受器2更理想地呈非接觸 之故。再者，預熱環3的內周中心31a與感受器2的中心 2b —致的話最理想。 -13- (10) 1258189 說明利用此熱處理裝置1 0 Q之熱處理方法。 首先’在於熱處理容器1內，將預熱環3載置於台座 4後’如上所述，對台座4的鉋孔內周4aa與感受器2將 預熱環3定位。 然後’將晶圓W載置於熱處理容器丨內的感受器2 上，實施熱處理。使載置有晶圓W的感受器2朝圓周方 向旋轉，並且，利用加熱裝置8來將晶圓W與預熱環3 加熱至預定的溫度。接著，由氣體供給口 5側朝氣體排出 口 6方向以預定的流量及組成使反應氣體流通，使得氣體 流動於晶圓W的表面上。 例如，在矽磊晶層形成的情況時，將矽原料氣體（例 如，二氯硅烷、三氯硅烷）或摻質氣體等與氫氣等之載體 氣體一同供給至已加熱的晶圓W上；又，在氮化矽膜形 成的情況時，將甲硅烷與與氫氣等之載體氣體一同供給至 已加熱的晶圓W上；又，在蝕刻，將二氟化氮（NF3 )或 三氟化氯（C1F3 )等的蝕刻氣體與氫氣等之載體氣體一同 供給至已加熱的晶圓W上。利用此反應氣體與載體氣體 的混合氣體，在晶圓W的主表面上進行矽磊晶層或氮化 矽膜等的薄膜形成、蝕刻。再者，加熱溫度、流通的氣體 之組成及流量、以及流通時間是在每個期望的薄膜之特性 與厚度、或如爲蝕刻的話則鈾刻厚度等的處理’適宜地設 定。 如此，利用將預熱環3定位’對感受器2及台座4的 鑣孔4 a設置預定的間隙A及C ’而在晶圓W進行熱處理 -14- (11) 1258189 ’使得即使在熱處理中預熱環3產生熱膨脹、或感受器2 旋轉，預熱環3與感受器2也不會接觸，且預熱環3接近 感受器2的周圍而予以包圍，能適宜地實施熱處理。 若根據上述的熱處理裝置1〇〇，因預熱環3是形成內 周中心31 a對外周32呈偏移（偏心）形狀，所以，即使 在感受器2的中心對台座4的總孔內周4aa偏移的情況時 ’也可將預熱環3載置於台座4，利用將預熱環3定位， 來在感受器2的全周圍區域與預熱環3之間形成預定的間 隙A，使得感受器2的中心與預熱環3的內周31的中心 之距離形成最小。因此，能夠容易調整感受器2與預熱環 3使其接近且非接觸。又，藉此，因能夠縮短在熱處理裝 置的維修後之調整所需的時間，所以，也可提升生產性， 非常理想。 且’因能夠使感受器2與預熱環3接近且非接觸而進 行熱處理，所以，能夠減低感受器2與預熱環3的接觸所 造成之微粒的產生，而可以減少附著於晶圓W的微粒。 其結果，能夠抑制成品率降低，非常理想。 再者，本發明並非限定於上述實施形態。 例如，用以支承預熱環的支承手段是除了台座之外， 亦可爲以臂部由下方支承預熱環的下面之複數處所的手段 。在於如此的熱處理裝置，即使感受器對預熱環的支承手 段偏移的情況時，使預熱環在支承手段上移動的話，也能 形成使預熱環非接觸且接近感受器的全周圍區域。 又，本發明亦適用於一次處理複數片的晶圓w之具 -15- (12) 1258189 有感受器的熱處理裝置。 且在於熱處理裝置，亦可準備複數個改變對外周 使內周中心偏移（偏心）的程度之預熱環，邊觀看感 的中心對預熱環的支承手段偏移的程度’邊適宜地選 熱環而加以使用。 (實施例） 在於本實施例，使用第1圖之熱處理裝置100, 徑3 00 mm的晶圓上實施氣相磊晶成長。 所使用的熱處理裝置1 〇〇是感受器外周的直徑 3 7 3腿、台座的鉋孔內周的直徑爲約447 mm，對台座 周中心，感受器的中心偏移約1 nun。又，預熱環是內 約377腿、外徑爲約443腿，使內周中心與外周中心 I mm地將內周中心對外周偏移（偏心）而形成。 隨著上述實施形態，在將預熱環載置於台座的總 ，使預熱環對台座的鉋孔內周與感受器定位。在此狀 ，預熱環與感受器是在感受器全周圍的區域形成約 2.5 mm的範圍之間隙。 然後，將晶圓載置於感受器，實施矽單結晶薄膜 相成長。氣相成長是利用藉由加熱裝置將晶圓加熱 II 10°C〜1 190 °C，而在預定時間將矽原料氣體供給到 理容器內，來在晶圓的主表面上形成約3 // m的矽磊 〇 針對形成有此砂裔晶層的晶圓，利用使用雷射光 中心 受器 擇預 在直 爲約 的內 徑爲 偏移 孔後 態下 1.5〜 的氣 成約 熱處 晶層 的微 -16- (13) 1258189 粒計數器，來偵知附著於晶圓的主表面之微粒。 其結果，在晶圓的主表面上所偵知到的微粒數目爲 0.12〜10.0/zm的微粒6個，而並未偵知到較10/zm大的 微粒。在此晶圓上所偵知到的微粒如第4A圖所示。 (比較例） · 在本比較例，使用具備內周中心與外周中心一致的預 熱環之以往的熱處理裝置，在預熱環與感受器接觸的狀態 馨 下，在與上述實施例相同的條件下實施矽單結晶薄膜的氣 相形成。 針對形成有此矽磊晶層的晶圓，與上述實施例同樣地 偵知晶圓主表面的微粒，結果，0.12〜10.0# m的微粒183 個，而較1 0 // m大的微粒3 3個。在此晶圓上所偵知到的 微粒如第4B圖所示。 再者，在於第4B圖，晶圓周圍的以箭號所顯示的處 所是對應感受器與預熱環所接觸的位置。 # 根據實施例與比較例的比較，當感受器與預熱環接觸 時，比起非接觸的狀態，微粒數目極端地增加。又，由於 在接近感受器與預熱環的接觸處所的處所，偵知到多數的 微粒，故，感受器與預熱環的接觸是與微粒的產生有非常 大的關聯。 f 因此，因可利用形成內周中心對外周偏移（偏心）的 預熱環，並且將其定位成與感受器非接觸且接近而實施熱 處理，大幅地減低微粒的產生，所以，能夠防止微粒附著 -17- (14) 1258189 於晶圓，抑制成品率的降低，非常理想。 【產業上的利用可能性】 若根據本發明的話，即使在感受器的中心對預熱環的 支承手段偏移的情況，能利用移動預熱環而將其支承於支 Λ 承手段使得感受器的中心與預熱環的內周中心的距離形成 ， 最小，來在感受器與預熱環之間形成適當的間隙，能夠防 止感受器與預熱環接觸。 φ 又，能將預熱環在台座的總孔內將其外周定位，並且 即使感受器對台座偏移的情況，也可利用將預熱環在台座 內移動，來容易調整成預熱環與感受器非接觸。 且’在使預熱環與感受器呈非接觸而抑制了微粒的產 生之狀態下，能夠對基板理想地實施熱處理。 因此’能夠容易防止感受器與預熱環的接觸，且防止 微粒產生而附著於基板上，所以，可抑制熱處理之成品率 降低。又’由於容易調整預熱環與感受器，故能縮短熱處 · 理裝置的維修等之作業停止時間，非常理想。因此，本發 明的熱處理裝置及熱處理方法是特別適合使用於，在矽單 結晶晶圓等的半導體基板的主表面上形成矽磊晶層與氮化 矽膜等的薄膜。 鼻 ί 【圖面之簡單說明】 第1圖是以一部分的斷面顯示適用本發明的熱處理裝 置的槪略構成圖。 -18- (15) 1258189 第2圖是顯示在於感受器與台座的舞孔的中心偏移之 熱處理裝置，預熱環具備於感受器周圍的樣子之上面圖。 第3圖是具備於本發明的熱處理裝置的預熱環的上面 圖。 第4A圖是顯示使用感受器與預熱環爲非接觸之熱處 · 理裝置，在晶圓上實施薄膜的氣相成長的情況時，在晶圓 ， 的主表面所偵知到的微粒之上面圖；第4B圖是顯示使用 感受器與預熱環爲接觸之熱處理裝置，在晶圓上實施薄膜 φ 的氣相成長的情況時，在晶圓的主表面所偵知到的微粒之 上面圖。 第5A圖是顯示在於以往的熱處理裝置，與熱環及台 座的錐孔的中心一致的樣子之上面圖；第5 B圖是第5 A 圖的B—B’斷面圖。 第6圖是顯示在於以往的熱處理裝置，感受器的中心 與預熱環的台座之鉋孔的中心偏移，使得感受器與預熱環 接觸的樣子的上面圖。 鲁 【圖號說明】 1…熱處理容器 2…感受器

2 a · · ·總孑L 2b···感受器中心 3…預熱環 3 1…預熱環的內周 -19- (16) (16)1258189 3 1a···內周中心 3 2 a…夕f周中心 4…台座（支承手段）

4 a…雜孑L 4aa…雜孔的內周 ' 4b…總？L的內周中心 - 8…加熱裝置 100···熱處理裝置 籲 W…晶圓 A、C…間隙

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Claims (1)

1. (1) 1258189 拾、申請專利範圍 1. 一種熱處理裝置，是具備：可旋轉地具備於熱處理 容器內，載置基板的感受器、 受到設在前述熱處理容器內的支承手段所支承，接近 前述感受器而非接觸地包圍前述感受器的周圍之預熱環、 〜 以及 - 用來加熱載置於前述感受器的基板之加熱裝置的熱處 理裝置，其特徵爲： _ 前述預熱環是形成：其內周中心對該預熱環的外周偏 移（偏心）。 2. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中，前述 支承手段爲形成有用來載置前述預熱環的鉋孔之台座。 3. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中，前 述預熱環的中心與前述感受器的中心一致。 4. 如申請專利範圍第2項之熱處理裝置，其中，設 定前述預熱環的外徑的大小及前述台座的德孔的大小，使 鲁 得可在前述台座的遍孔內周與前述預熱環的外周之間形成 預定的間隙。 5. —種熱處理方法，其特徵爲··將支承於申請專利範 圍第1項所述的熱處理裝置之前述支承手段的前述預熱環 〜 ，移動於前述感受器的周圍，而將前述預熱環定位成使前 、 述預熱環的內周的中心與前述感受器的中心之距離變成最 小，然後，將基板載置於前述感受器’在該基板上實施熟 處理。 -21 - (2)1258189 6.-範圍第2 環，移動 熱環的內 然後，將 〇 7.如 將前述預 基板上實 一種熱處理方法，其特徵爲··將支承於申請專利 項所述的熱處理裝置之前述支承手段的前述預熱 於前述德孔內，而將前述預熱環定位成使前述預 周的中心與前述感受器的中心之距離變成最小， 基板載置於前述感受器，在該基板上實施熱處理 〜 申請專利範圍第5或6項之熱處理方法，宜中，在 熱環疋位後’將基板載置於則述感受器，而在該 施薄膜的氣相成長。

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