TWI437641B - 熱處理裝置及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

熱處理裝置及半導體裝置之製造方法 Download PDF

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Akira Hayashida
Masaaki Ueno
Manabu Izumi
Katsuaki Nogami
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Description

熱處理裝置及半導體裝置之製造方法
本發明係關於製造半導體晶圓或玻璃等之基板的熱處理裝置及半導體裝置之製造方法。
以往，在作為將基板熱處理之熱處理裝置方面，廣泛使用縱型熱處理裝置。此習知的縱型熱處理裝置具有反應爐。在反應爐內處理晶圓的期間，在密封的反應爐內導入有氣體的環境下透過加熱到既定的溫度以實施既定的製程。
此時反應爐的環境(氣體的純度)是重要的。通常反應爐(反應管內)係相對於爐外(大氣)成為負壓。在此情況。例如當被控制成反應管與歧管的密封部(抵接部)有洩漏時，大氣會由反應爐外流入爐內。如此一來，當大氣或雜質混入爐內的氣體環境則無法實施所期望的製程，處理過的晶圓無法達到期望的性能。
另外，在因裝置故障等而一時讓大量的氣體等流入反應爐內的情況、或在氣體排氣口等堵塞的情況，反應爐內相對於反應爐外(大氣壓)成為正壓。在此情況，當反應管與歧管之間有洩漏時，處理氣體會由反應爐內洩漏至反應爐外。此製程處理所使用的處理氣體也會有使用具有毒性或爆炸的危險性氣體的情況，所以不可洩漏到反應爐外(大氣)。即，不可從反應爐外朝反應爐內及從反應爐內朝反應爐外洩漏氣體。
於是，為了要將上述的反應管與歧管之間密封而在抵接部對環狀的溝槽供應惰性氣體，該溝槽內壓力設成比反應室及反應室外還高(正壓)，以抑制氣體從反應爐內洩漏、及外部氣體朝反應爐外滲入。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]　日本專利特開2009-16532號公報
然而，由於此密封亦不是完全密封，還是會發生很多從反應爐內洩漏氣體、外部氣體滲入到反應爐外之情況。因而，會有無法實施所期望的製程或危險度升高的問題。
本發明的目的在於：提供可解決上述習知的問題點，實現高精度的製程處理及高安全性之熱處理裝置及半導體裝置之製造方法。
依據本發明的一種形態，提供一種熱處理裝置，係具有：處理基板之反應管、支撐前述反應管之歧管、設置在前述反應管的周圍用以對前述反應管內加熱之加熱器、以包覆比前述加熱器還要下方之前述反應管的側方的方式設置之包覆部、對前述包覆部與前述反應管之間的間隙進行強制排氣之排氣裝置、及設置在前述反應管與前述歧管之間的抵接部之密閉構件；其中前述包覆部設有吸氣口供前述排氣裝置將前述包覆部之外側的環境氣體朝前述間隙吸進。
依據本發明的另一種形態，提供一種半導體裝置之製造方法，係具有：將基板搬入被支撐在歧管的反應管內之製程、在前述反應管內將基板熱處理之製程、及由前述反應管搬出熱處理後的基板之製程；前述反應管與前述歧管之間的抵接部利用密閉構件密閉，設有包覆前述反應管的側方之包覆部，該包覆部設有吸氣口，至少在前述熱處理製程中，對前述反應管與前述包覆部之間的環境氣體進行強制排氣，且由前述吸氣口朝前述間隙進氣。
依據本發明，提供可實現高精度的製程處理及高安全性之熱處理裝置以及可實現半導體裝置之製造方法。
 [用以實施發明的形態]
其次，根據圖面來說明本發明的第1實施形態。
第1圖中顯示本發明的第1實施形態之熱處理裝置10的一個例子。此熱處理裝置10為批次式縱型熱處理裝置，具有供主要部位配置的框體12。此框體12的正面側連接晶圓盒台14，晶圓盒16搬送至此晶圓盒台14。晶圓盒16收納例如25片的基板，且以未圖示的蓋關閉的狀態下放置在晶圓盒台14。
在框體12內的正面側且與晶圓盒台14對向的位置，配置晶圓盒搬送裝置18。另外，此晶圓盒搬送裝置18的附近配置有晶圓盒棚架20、開盒機22及基板片數測知器24。晶圓盒棚架20配置在開盒機22的上方，基板片數測知器24與開盒機22鄰接配置。晶圓盒搬送裝置18係在晶圓盒台14、晶圓盒棚架20及開盒機22之間搬送晶圓盒16。開盒機22係用以開啓晶圓盒16的蓋，藉由基板片數測知器24測知此蓋既開啓之晶圓盒16內的基板片數。
再者，框體12內配置有基板移載機26、缺口對準機28及支撐具(晶舟)30。基板移載機26具有可取出例如5片基板之臂(夾具)32，透過移動此臂32，以在被置放於開盒機22的位置之晶圓盒16、缺口對準機28及支撐具30之間搬送基板。缺口對準機28係用以檢測出形成在基板之缺口(notch)或定向平面(orientation flat)，以使基板的缺口或定向平面對齊於一定的位置。
再者，在框體12內的背面側上部配置反應爐40。另外，在反應爐40的下部，裝設對反應爐40內搬入(插入)或搬出(從反應管42內拉出)支撐具30之晶舟升降控制裝置(未圖示)。藉由此晶舟升降控制裝置，朝反應爐40內搬入已裝填複數片基板的支撐具30，以進行熱處理。
第2圖中顯示第1實施形態之反應爐40的一個例子。此反應爐40具有碳化矽(SiC)製的反應管42。此反應管42設成上端部封閉而下端部開口之圓筒形狀，開口的下端部形成為凸緣狀。用於此反應管42等之SiC製的構件，因受到強度及尺寸的限制，難以施予切割溝槽等的加工，對此反應管42並未施予溝槽加工等。反應管42的下端部形成為凸緣狀。
另外，在反應管42的下方配置支撐反應管42之金屬製的歧管(爐口歧管)44。此外，此歧管44也可以由石英製所構成。此歧管44設成上端部及下端部均開口之圓筒形狀，開口的上端部及下端部形成為凸緣狀。在歧管44之上端部凸緣的上面與反應管42之下端部凸緣的下面之間，夾設有作為密閉構件的O型環150。藉由反應管42及歧管44形成處理室201。另外，在反應管42的上方周圍配置加熱器46。此加熱器46用以對反應管內加熱。此加熱器46支撐在加熱器基體460。
在加熱器46設置複數個檢測加熱器46內部的溫度之作為溫度檢測器的溫度感測器263。作為溫度感測器263，例如使用放射溫度計或R型、B型熱電偶等。在加熱器46及溫度感測器263電連接溫度控制部238，建構成：以根據由溫度感測器263所檢測之溫度資訊，調整對加熱器46的通電程度，使處理室201內的溫度成為所期望的溫度分布依照所期望的時序(timing)進行控制。
反應爐40的下部為了要插入支撐具30而張開，此張開部分(爐口部)係設成藉由爐口封蓋48隔著作為密閉構件的O型環50抵接於歧管44之下端部凸緣的下面而被密閉。爐口封蓋48具有例如由石英所構成之石英基體68、及成為此石英基體68之基座的金屬製基體基座70。爐口封蓋48設成藉由石英基體68將支撐具30支撐，且可與支撐具30一起升降。爐口封蓋48的石英基體68與支撐具30之間設有隔熱筒52、複數片隔熱板、及由支撐這些隔熱板的隔熱板架所構成之隔熱構件152。此外，隔熱筒52及隔熱構件152兩者可以是不設置隔熱筒52而只由隔熱構件152所構成，也可以不設置隔熱構件152而只由隔熱筒52所構成。支撐具30係在反應管42內以水平姿勢隔著間隙多段地積層並支撐複數片的基板54。
在歧管44，設置有與歧管44一體的氣體供應口56及氣體排出口59。氣體供應口56連接氣體導入管60，氣體排出口59連接排氣管62。歧管44的內壁位於比反應管42的內壁還要內側(突出)，在歧管44的側壁部(厚壁部)設置與氣體供應口56連通並朝向垂直方向之氣體導入路徑64，在其上部以向上方開口的方式設置噴嘴安裝孔。此噴嘴安裝孔係在反應管42的內部之歧管44的上端部凸緣側的上面開口，且與氣體供應口56及氣體導入路徑64連通。噴嘴66插入此噴嘴安裝孔並固定。即，是在反應管42內部之歧管44的比起反應管42的內壁還要向內側突出之部分的上面連接噴嘴66。藉由此構成，噴嘴連接部不易因熱而變形且不易破損。且亦有噴嘴66與轉接器(adapter)44的組裝、解體變容易的優點。從氣體導入管60導入氣體供應口56之處理氣體，透過設置在轉接器44的側壁部之氣體導入路徑64、噴嘴66而供應到反應管42內。此外，噴嘴66係以沿著反應管42的內壁延伸至基板配列區域的上方(支撐具30的上方)為止的方式構成。此外，氣體導入路徑64、噴嘴66也可以是設有複數個的構成。另外，也可以構成為不是將噴嘴安裝孔向上方開口而將噴嘴安裝孔向歧管44的側方開口，另分開設置角形的噴嘴支架並在此噴嘴支架將噴嘴安裝孔向上方開口。
在氣體導入管60連接氣體供應管232。在氣體供應管232的與氣體導入管60連接之連接側的相反側、即上游側，透過作為氣體流量控制器的MFC(質量流量控制器)241，連接未圖示的處理氣體供應源或惰性氣體供應源。MFC241電連接氣體流量控制部235，建構成以所要供應的氣體流量成為所期望的量的方式依照所期望的時序作控制。
另外，在排氣管62的與歧管44之連接側的相反側，即下游側，透過作為壓力檢測器的壓力感測器245及壓力調整裝置242，連接真空泵等的真空排氣裝置246，建構成能進行真空排氣使處理室201內的壓力成為既定的壓力(真空度)。在壓力調整裝置242及壓力感測器245電連接壓力控制部236，壓力控制部236係建構成：以根據由壓力感測器245所檢測出的壓力，藉由壓力調整裝置242使處理室201的壓力可成為所期望的壓力的方式，依照所期望的時序作控制。
其次，針對冷卻上述反應管42的側壁之強制冷卻部600作說明。
第3圖中顯示用於強制冷卻部600周邊各部位的零件之透視圖。如第2圖、第3圖所示，加熱器基體460的下面設有保持第1絕熱構件503之保持部507。保持部507係被第1保持部5071及第2保持部5072呈圓弧狀地分離成2個，使第1保持部5071與第2保持部5072接合而整體形成為環狀。第1保持部5071及第2保持部5072則是藉由上面是形成為凸緣部的側壁及在此側壁的下端內徑側突出的載置部而形成剖面呈Z字形。在凸緣部，於圓周方向上等間隔地形成安裝孔，利用螺栓或螺絲等的安裝材貫穿此安裝孔並固定在加熱器基體460的下面，藉以支撐第1保持部5071及第2保持部5072。
保持部507的載置面保持有第1絕熱構件503。第1絕熱構件503形成為圓筒狀。第1絕熱構件503的內徑尺寸形成為比反應管42的外徑稍大。較佳為形成和反應管42的外徑大致相同的尺寸。另外，第1絕熱構件503的外徑尺寸形成為比保持部507之側壁的內徑稍小。較佳為，形成與保持部507之側壁的內徑大致相同的尺寸。
第1絕熱構件503上面設有第2絕熱構件504。第2絕熱構件504形成為圓筒狀。形成為內徑與第1絕熱構件503尺寸相同。即，第2絕熱構件504的內徑尺寸形成為比反應管42的外徑稍大。較佳為，形成為與反應管42的外徑尺寸大致相同。另外，第2絕熱構件504的外徑形成為外徑比第1絕熱構件503小，比加熱器46之側壁的內徑尺寸稍小。較佳為，是與加熱器46之側壁的內徑尺寸大致相同。作為第1絕熱構件503及第2絕熱構件504的材質，選用鋁、氧化矽等。
此外，第1絕熱構件503的上端位於比至少支撐在支撐具30的最下端之基板還要下方，在與第1保絕熱構件503及第2絕熱構件504對向的位置配置有隔熱構件152。藉由具備第1保絕熱構件503及第2絕熱構件504，可以抑制來自加熱器46的加熱區域內、即基板處理區域的散熱，並且抑制對熱處理的不良影響。
保持部507的下方側設有包覆部500。包覆部500係被第1包覆部5001及第2包覆部5002呈大致圓弧狀地分離成2個，使第1包覆部5001及第2包覆部5002接合而整體形成為環狀或圓筒狀。第1包覆部5001係由中央突出至外側的形成圓弧狀之側壁、在此側壁的下端外徑側突出之凸緣狀的載置部、及在側壁的側方兩端突出至外徑側之凸緣狀的抵接部所形成。第1包覆部5001及第2包覆部5002各自的側壁的內徑係形成為比保持部507之側壁的外徑大。
在第1包覆部5001及第2包覆部5002各自側壁的上端，於圓周方向等間隔地形成安裝孔，利用螺栓或螺絲等的安裝材貫穿此安裝孔，固定在保持部507的側壁。包覆部500以由金屬材例如不鏽鋼材所構成者較佳。藉此，可以促進來自包覆部500的散熱。
在第1包覆部5001及第2包覆部5002的載置部，於圓周方向等間隔地形成安裝孔。利用螺栓或螺絲等的安裝材貫穿此安裝孔，固定在保持基體5013的上面。
另外，在第1包覆部5001及第2包覆部5002的抵接部上，於上下方向等間隔地形成安裝孔，利用螺栓或螺絲等的安裝材貫穿此安裝孔，以固定彼此的抵接部。第1包覆部5001及第2包覆部5002設置在保持基體5013，固定彼此的抵接部，且固定在保持部507，藉以在反應管42與包覆部500之間形成空間、即間隙506。
第1包覆部5001的側壁設有吸氣口501。較佳為在第1包覆部5001之側壁的圓周方向等間隔地設置複數個吸氣口501。又較佳為，在第1包覆部5001之側壁的上下方向等間隔地設置複數個吸氣口501。再者，較佳為複數個吸氣口501的總開口面積形成比側壁的總面積(除了吸氣口的開口面積之外的總面積)小。藉此，可將第1包覆部5001之外側的環境氣體(外氣)以均等的氣體流速由各吸氣口501吸進，且可更均一地對反應管42冷卻。
第2包覆部5002的側壁設有吸氣口501。較佳為，在第2包覆部5002之側壁的圓周方向等間隔地設置複數個吸氣口501。又較佳為，在第2包覆部5002之側壁的上下方向等間隔地設置複數個吸氣口501。再者，較佳為，複數個吸氣口501的總開口面積形成比側壁的總面積(除了吸氣口的開口面積之外的總面積)小。藉此，可將第1包覆部5002之外側的環境氣體(外氣)以均等的氣體流速由各吸氣口501吸進，且可更均一地對反應管42冷卻。
較佳為，包覆部500係建構成：間隙506的長邊方向(第2圖中的上下方向)的長度比寬度方向(第2圖中的左右方向)的寬度還大。藉此，可使從吸氣口501吸進的環境氣體容易衝擊反應管42的側壁，可更容易冷卻反應管42的側壁。
再者，較佳為，包覆部500的外徑係構成為比加熱器46的外徑小。藉此，從吸氣口501吸進的環境氣體容易衝擊反應管42的側壁，可更容易冷卻反應管42的側壁。另外，包覆部500的設置空間增大、無效空間增多、及熱處理裝置10的尺寸增大均可以受到抑制。再者，較佳為，建構成包覆部500的內徑成為加熱器46內徑以下的大小。藉此，可以使從吸氣口501進氣的環境氣體易於對反應管42的側壁衝擊，更易於對反應管42的側壁冷卻。
另外，包覆部500的設置空間增大、無效空間增多、及熱處理裝置10的尺寸增大均可以受到抑制。
第2包覆部5002的側壁設有排氣口5021，此排氣口5021連接排氣管502。較佳為，建構成排氣口5021是設置在第2包覆部5012之側壁的下方側，在比該排氣口5021還要上方側設置吸氣口501。藉此，排氣口5021周邊因氣體流速大而易於變冷，不過排氣口5021是設置在第2包覆部5012之側壁的下方側，藉此，可抑制因急遽冷卻由加熱器46的加熱區域加熱過的反應管42而引起的溫度差所產生之對反應管42的過度應力。另外，因可將流通於間隙506的環境氣體的方向設成遠離加熱器46，所以可以抑制來自加熱器46的加熱區域內、即基板處理區域的散熱，並且抑制對熱處理的不良影響。
在排氣口5021，以第2包覆部5012的側壁之上方側的吸氣口501的數量比排氣口5021的下方側多者較佳。藉此，可更加抑制因急遽冷卻由加熱器46的加熱區域加熱過的反應管42而引起的溫度差所產生之對反應管42的過度應力。
此外，因排氣口5021設置在第2包覆部5012，所以在第1包覆部5001設置吸氣口501的話，即使不在第2包覆部5002的側壁5002設置吸氣口501，仍可以確保間隙506有一定的氣體(環境氣體)流，故可以達到一定的效果。
排氣管502連接排氣導管5022。排氣導管5022設有對氣體冷卻之冷卻裝置300、及對間隙506進行強制排氣並且調整由排氣口5021排氣的排氣量之排氣裝置301。藉由排氣管502、排氣導管5022構成排氣管線。
作為排氣裝置301言，例如使用排氣鼓風機等。排氣裝置301係電連接排氣量控制部237，建構成：以根據預先設定所期望的時序或由溫度感測器263所檢測出的溫度資訊，調整對排氣裝置301的通電程度或頻率，使反應管42下方的溫度成為所期望的溫度分布的方式依照所期望的時序作控制。
較佳為，以至少在加熱器46將反應管42內的溫度加熱到基板的處理溫度以上的期間，控制應對間隙506進行強制排氣的排氣裝置310的方式來構成排氣量控制部237。另外，較佳為，以至少在加熱器46將反應管42內的溫度加熱到基板的處理溫度以上的期間，對間隙506進行強制排氣，控制用以使反應管42的加熱器46下部的溫度應成為既定溫度以下之排氣裝置301的方式來構成排氣量控制部237。
氣體流量控制部235、壓力控制部236、排氣量控制部237、溫度控制部238亦構成操作部、輸入輸出部，且電連接至控制熱處理裝置之主控制部239。這些氣體流量控制部235、壓力控制部236、排氣量控制部237、溫度控制部238、主控制部239係構成為控制器240。
其次，說明如同上述構成之熱處理裝置10的作用。此外，在以下的說明中，構成基板處理裝置之各部位的動作係由控制器240控制。
首先，當晶圓盒台14置放有已收容複數片的基板之晶圓盒16時，藉由晶圓盒搬送裝置18將晶圓盒16從晶圓盒台14搬送至晶圓盒棚架20，並儲存在此晶圓盒棚架20。其次，藉由晶圓盒搬送裝置18，將儲存在此晶圓盒棚架20之晶圓盒16搬送至開盒機22並放置，藉由此開盒機22開啓晶圓盒16的蓋，且藉由基板片數測知器24測知晶圓盒所收容的基板片數。
其次，藉由基板移載機26，從位在開盒機22的位置上之晶圓盒16取出基板，移載至缺口對準機28。此缺口對準機28則是一面使基板旋轉，一面檢測出缺口，根據檢測出的資訊，使複數片基板的缺口整列在相同位置。其次，藉由基板移載機26，從缺口對準機28取出基板，移載至支撐具30。
如此，將1批次份量的基板移載至支撐具30後，將已裝填複數片基板的支撐具30裝入(搬入)被設定在例如600℃程度的溫度之反應爐40內，藉由爐口封蓋48將反應爐40內部(基板搬入製程)密閉。其次，使爐內溫度升溫至熱處理溫度為止，並從氣體導入管60經由氣體導入口56、被設置在轉接器44側壁部之氣體導入路徑64及噴嘴66，將處理氣體導入反應管42內，對反應管40內的基板進行熱處理(熱處理製程)。處理氣體包括氮(N2 )、氬(Ar)、氫(H2 )、氧(O2 )、氯化氫(HCl)、二氯乙烯(C2 H2 Cl2 ，簡稱DCE)等。當對基板熱處理之際，將基板加熱到例如1100℃程度以上的溫度。
基板結束熱處理，在例如將爐內溫度降溫到600℃程度的溫度後，從反應爐40將支撐熱處理後的基板之支撐具30卸載(搬出)，迄至支撐在支撐具30的全部基板變冷以前，支撐具30係在既定位置待機(基板搬出製程)。其次，當待機之支撐具30的基板冷卻到既定溫度時，藉由基板移載機26，從支撐具30取出基板，搬送並收容到被設定在開盒機22之空的晶圓盒16。其次，藉由晶圓盒搬送裝置18，將收容有基板之晶圓盒16搬送至晶圓盒棚架20或晶圓盒台14而結束作業。
然而，為了要使處理室201內可在1100℃以上的溫度進行處理，依照使用頻度、時間，也有可將反應管42設成石英製的情況，不過作成碳化矽(SiC)製並使耐熱性提高者較佳。例如，作成SiC製的反應管42時，由於SiC材本身的導熱率高，所以作成隔著O型環150而藉由歧管44密封之構造時，會有因透過SiC製的反應管所傳達的熱使O型環150成為高溫而將高密封材料的O型環150熔化之虞。另一方面，當為使O型環不熔化而只將SiC製的反應管42的密封部急遽冷卻時，則SiC製的反應管42會因溫度差所造成的熱膨脹差而破損。於是，在本實施形態中，當在至少1100℃以上的高溫進行處理時，使排氣裝置301啓動，經由排氣導管5022及排氣管502，從排氣口5021對間隙506進行強制排氣，由複數個吸氣口501朝已排氣的間隙吸進包覆部500外側的環境氣體。藉此，不僅冷卻反應管42的密封部，還可以冷卻比加熱器46還要下方側之反應管42的側壁，緩和源自被加熱器加熱過之反應管42部位的熱傳導，可在不致於熔化O型環150且不致於損傷反應管42之下，將反應管42與歧管44間等予以密封。再者，由於設有第1絕熱構件503及第2絕熱構件504，故可更加抑制來自加熱器46的加熱區域，即基板處理區域的散熱，並且抑制對熱處理的不良影響。
依據本實施形態，達到以下所述的效果中至少1個以上的效果。
(1)可在1100℃以上的高溫範圍進行基板的處理。尤其可實現在1400℃以上的高溫下之熱處理。另外，將反應管設成多孔質狀的碳化矽材，可使耐壓性更加提高。
(2)在高溫處理基板時，可藉由排氣裝置強制排氣，迅速對反應管的下方進行冷卻。
(3)由於具有處理基板之反應管、支撐前述反應管之歧管、設置在前述反應管的周圍且以包覆比加熱對前述反應管內部的加熱器還要下方之反應管的側方的方式設置之包覆部、對包覆部與反應管之間的間隙進行強制排氣之排氣裝置、以及設置在反應管與歧管之間的抵接部之密閉構件，且其中包覆部設有排氣裝置用以將包覆部之外側的環境氣體朝間隙吸進之吸氣口，所以可縮短加熱器下方的區域。即，可以抑制熱處理裝置的裝置高度，並且使基板處理區域增大，可增加一次能處理的基板片數。
(4)在將冷卻氣體對反應管噴吹的情況，因為成為依供應來決定速度，故在反應管的圓周方向上均等的冷卻會有困難，經由將間隙從排氣口排氣並且從吸氣口朝間隙進氣，可作成依排氣來決定速度，相較於依供應來決定速度，可更加在反應管的圓周方向上均等地冷卻。
(5)當以高溫處理基板時，造成處理基板的區域以外的部分也會成為高溫。
此時，構成處理室的構件必須在耐熱溫度以下，因而必須設置隔熱區域。但是，為了要使處理室溫度降低到構件的耐熱溫度以下，必須取得較長的隔熱區域。在該情況，既然裝置的高度受到限制，必然處理區域會變短且處理片數會變少。於是，可以將處理區域及隔熱區域隔間，包覆加熱區域下部的隔熱區域，從排氣管線起至該包覆內部利用鼓風機等強制製作空氣流，利用該空氣帶走隔熱區域的熱，且利用外氣除去隔熱區域的熱，而可縮短隔熱區域且增長處理區域。
(6)在基板加熱區域加熱基板時，加熱後的熱傳導至處理裝置的下部，將隔熱區域高溫化。由於隔熱區域高溫化，雖會發生使構成隔熱區域的構件高溫化，造成超過耐熱溫度的情形，但為抑制這點，例如將藉由金屬製的包覆設置在隔熱區域，利用鼓風機等將該包覆內的環境氣體排氣，也可以同時帶走積存在包覆之熱能量，可更加低溫化。
(7)設置在包覆部的排氣口建構成：設置在包覆部之側壁的下方側，且在比排氣口還要上方側設置吸氣口，排氣口周邊由於氣體流速大而易於變冷，但透過排氣口是設置在包覆部之側壁的下方，可抑制因急遽冷卻由加熱器的加熱區域加熱過的反應管所引起的溫度差而產生對反應管之過度應力。另外，因可設成將流通於間隙的環境氣體的方向遠離加熱器，所以可抑制來自加熱器的加熱區域內，即基板處理區域的散熱，並且抑制對熱處理的不良影響。
(實施例1)
使用上述的實施形態之熱處理裝置，在將排氣裝置301的排氣速度設成一定，且使處理室201溫度改變之如下的處理條件下，測定反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的熱影響程度。其結果得到以下的溫度測定結果。處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1000℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率30Hz，反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度測定值為124℃；處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1100℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率30Hz，反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度測定值為151℃；處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1200℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率30Hz，反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度測定值為182℃；處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1300℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率30Hz，反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度測定值為200℃。
從這些的結果得知，雖是預測，但若設成排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率30Hz，利用排氣裝置301對間隙506進行強制排氣的話，即使處理室201內溫度(基板處理溫度)成為1400℃，反應管42與歧管44之間之抵接部周邊的溫度值仍成為260℃程度，若使用耐熱300℃程度的密閉構件，例如O型環可抑制O型環的劣化。
(實施例2)
使用上述的實施形態之熱處理裝置，在將處理室201溫度設成一定，且使排氣裝置301的排氣速度改變之如下的處理條件下，測定反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的熱影響程度，得到以下的溫度測定結果。1)處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1250℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率20Hz，反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度測定值為237℃；處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1250℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率30Hz，反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度測定值為200℃；處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1250℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率40Hz，反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度測定值為165℃。
從這些的結果得知，若使排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率增加的話，可使反應管42與歧管44之間的抵接部周邊的溫度降低。
(實施例3)
使用上述過的實施形態之熱處理裝置，在將處理室201溫度設成一定，且使排氣裝置301的排氣速度改變之如下的處理條件下，測定反應管42與歧管44之間的間隙506的腰間高度周邊且是與在反應管42的圓周方向上的排氣口5021的複數個位置的熱影響程度，得到以下的溫度測定結果。1)處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1200℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率20Hz，與反應管42的圓周方向上之排氣口5021約相隔90度的位置之溫度測定值為450℃，與反應管42的圓周方向上之排氣口5021約相隔180度的位置之溫度測定值為438℃；處理條件：處理室201內溫度(基板處理溫度)1200℃，排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率40Hz，與反應管42的圓周方向上之排氣口5021約相隔90度的位置之溫度測定值為374℃，與反應管42的圓周方向上之排氣口5021約相隔180度的位置之溫度測定值為373℃。
從這些結果得知，若使排氣裝置301(鼓風機)的設定頻率增加的話，可使間隙506之反應管42的圓周方向的溫度均等性提高。
以下說明本發明的第2實施形態。
第4圖中顯示本發明的第2實施形態之反應爐4001的一個例子。如第4圖所示，在第2實施形態中，作為支撐具3001、隔熱構件1521、加熱器4601、強制冷卻部600，包覆部5001、間隙5061之長邊方向的長度與第1實施形態不同、及另新設有第3絕熱構件506的這兩點不同，其他與第1實施形態相同。
一次可熱處理基板的片數越多越好，而本實施形態中，係建構成：反應爐4001的全長與第1實施形態同樣，一次可熱處理基板的片數可更多。即，建構成使加熱器4601及支撐具300的長邊方向增長，支撐具3001所支撐的基板54片數增多。另外，建構成使隔熱構件1521長邊方向縮短，使包覆部5001、間隙5061的長邊方向縮短，作成強制冷卻部6001。這種形態會使間隙5061的容積變小，或使包覆部5001之吸氣口501的數量變少，因而強制冷卻力會比第1實施形態差，提高O型環150劣化的可能性。於是，在本實施形態中，在用以抑制此O型環150劣化的可能性之反應管42與歧管44之抵接部的正上面配置有第3隔熱構件505。
第3絕熱構件505形成為圓筒狀。第3絕熱構件503的內徑形成為比反應管42的外徑大若干的尺寸。較佳為形成為與反應管42的外徑大致相同的尺寸。另外，第3絕熱構件505的外徑形成為比反應管42的內徑稍小的尺寸。較佳為，是與包覆部5001之側壁的內徑大致相同的尺寸。
藉此，不僅冷卻反應管42的密封部，還可冷卻比加熱器46還要下方側之反應管42的側壁，緩和源自被加熱器46加熱過之反應管42部位的熱傳導，可在不致於熔化O型環150又不致損傷反應管42之下將反應管42與歧管44間等密封。
以下說明本發明的其他實施形態。
在保持部507的載置面保持第1絕熱構件503。第1絕熱構件503形成為圓筒狀。第1絕熱構件503的內徑形成為比反應管42的外徑稍大的尺寸。較佳為，形成為與反應管42的外徑大致相同的尺寸。另外，第1絕熱構件505的外徑形成為比保持部507之側壁的內徑稍小的尺寸。較佳為，與保持部507之側壁的內徑大致相同的尺寸。
上述之本發明的實施形態已針對設置保持部507、第1絕熱構件503及第2絕熱構件504作了說明，即使不設置這些仍可達到與本發明的效果同樣的一定效果。在此情況，建構成將包覆部500的上端直接固定在加熱器基體460的下面即可。另外，亦可建構成使用隔熱構件來替代第1絕熱構件503及第2絕熱構件504，使隔熱構件從加熱器46的下端朝反應管42側突出。在此情況，加熱器46的下端隔熱構件與反應管42之間的間隙會消失，因而難以完成該兩者交換等作業，或者加熱器46的下端隔熱構件與反應管42之間殘存些許的間隙，會有隔熱能力降低的可能性，不過至少可以達到與本發明同樣的效果之一定的效果。
上述之本發明的實施形態已針對在反應管42與歧管44之間的抵接部設置作為密閉構件的O型環150作了說明。不過尤其是在具有將處理室201的壓力設成真空狀態之製程，或具有設成10Pa以上且1000Pa以下程度的減壓狀態之製程的情況，宜在反應管42與歧管44之間的抵接部設置由高分子材料所構成之作為密閉構件的O型環。然而，本發明並不侷限於此，例如作為密閉構件，也可以由高分子材料所形成之平板環等所構成，也可利用金屬材來密閉。
在上述的實施形態中已說明了排氣裝置30係透過冷卻裝置300連接，但並不侷限於此，若是不怎麼擔心排氣裝置301熱劣化或不介意熱劣化程度的情形，也可不設置冷卻裝置301。
另外，在上述的實施形態中雖已說明針對包覆部500是如同上述二分割成第1包覆部5001及第2包覆部5002的形態，但並不侷限於此，例如可將第1包覆部5001及第2包覆部5002構成為一體，也可以構成為三分割以上的形態。
此外，在上述的實施形態中已針對反應管42為碳化矽製成作了說明，就碳化矽製而言，即使為固體狀的碳化矽或多孔狀的碳化矽，仍包括矽浸透物、燒結體、或是經組合該等者，或是經對該等上施予CVD塗佈等之塗佈者。另外，反應管42可以是矽製也可以是石英製。
本發明可應用於SOI(Silicon On Insulator)晶圓的一種，即SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)晶圓之製程的一個工程。
亦即，SIMOX係首先藉由離子注入裝置將氧離子注入單晶矽晶圓內。之後，使用上述實施形態的熱處理裝置，在例如Ar、O2 環境氣體中，以1300℃至1400℃，例如1350℃以上的高溫，對已注入氧離子的晶圓進行退火。藉由這些處理，製作出在晶圓內部形成有SiO2 層(埋入SiO2 層)之SIMOX晶圓。
另外，除了SIMOX晶圓之外，也可將本發明應用於氫氣退火晶圓之製程的一個工程。在此情況，使用本發明的熱處理裝置，在氫環境氣體中，以1200℃程度以上的高溫，對晶圓進行退火。藉此能減少可製作IC(積體電路)的晶圓表面之結晶缺陷，且可提高結晶的完全性。
且除此之外，還可將本發明應用於磊晶(epitaxial wafer)之製程的一個工程。
就基板而言，並不侷限於碳化矽製、矽製、藍寶石製、石英製。另外，基板並不侷限於晶圓，也可以是光罩或印刷電路板、液晶面板、光碟及磁碟等。
半導體製造裝置並不侷限於成膜處理所使用的CVD裝置，也可用於氧化膜形成處理或擴散處理等的熱處理。
即使是進行如同以上之屬基板製程的一個工程之高溫退火處理的情況，使用本發明仍可以實現高精度的製程處理及高安全性。
本發明也可應用於半導體裝置的製造製程。尤其，以應用在以較高的溫度進行之熱處理製程，例如濕式氧化、乾式氧化、氫燃燒氧化(水火成的氧化)、HCl氧化、一氧化氮(NO)氧化、二氧化氮(N2 O)氧化、減壓氧化等的熱氧化製程；或使硼(B)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等的雜質(摻雜)擴散在半導體薄膜之熱擴散製程等較佳。
即使是進行這種作為半導體裝置的製程的一個製程之熱處理製程的情況，使用本發明仍可以實現高精度的製程處理及高安全性。
以下，針對本發明的較佳形態進行附註。
本發明的第1形態係一種基板處理裝置，其具有：處理基板之反應管、支撐前述反應管之歧管、設置在前述反應管的周圍用以對前述反應管內加熱之加熱器、以包覆比前述加熱器還要下方之前述反應管的側方的方式設置之包覆部、對前述包覆部與前述反應管之間的間隙進行強制排氣之排氣裝置、及設置在前述反應管與前述歧管之間的抵接部之密閉構件；其中前述包覆部設有吸氣口供前述排氣裝置將前述包覆部之外側的環境氣體朝前述間隙吸。
較佳為，進一步具有控制器，係以至少在前述加熱器將前述反應管內的溫度加熱到前述基板的熱處理溫度以上的期間，對前述間隙進行強制排氣的方式控制前述排氣裝置。
另外，較佳為，進一步具有控制器，係以至少在前述加熱器將前述反應管內的溫度加熱到前述基板的熱處理溫度以上的期間，對前述間隙進行強制排氣使前述反應管下部的溫度成為既定溫度以下的方式控制前述排氣裝置。
另外，較佳為，前述基板的熱處理溫度為1200℃以上。
另外，較佳為，進一步有對前述反應管內進行排氣之第2排氣裝置，前述控制器係以當前述反應管內處理基板時將前述反應管內維持在減壓狀態的方式控制前述第2排氣裝置。
另外，較佳為，前述反應管的材質由碳化矽材構成。
另外，較佳為，前述包覆部由金屬製形成。
另外，較佳為，前述吸氣口相較於前述排氣裝置之連接前述包覆部的排氣口，係以下方側多於上方側的方式設置。
本發明的第2形態係一種熱處理裝置，其具有：處理基板之反應管、支撐前述反應管之歧管、設置在前述反應管的周圍用以對前述反應管內加熱之加熱器、在與前述反應管之間形成第1間隙而支撐前述加熱器之支撐部、設置在前述第1間隙之絕熱構件、以包覆比前述絕熱構件還要下方之前述反應管的側方的方式設置之包覆部、對前述包覆部與前述反應管之間的第2間隙進行強制排氣之排氣裝置、及設置在前述反應管與前述歧管之間的抵接部之密閉構件，其中前述包覆部設有將前述包覆部之外側的環境氣體吸進之吸氣口。
10．．．熱處理裝置
12．．．框體
14．．．晶圓盒台
16．．．晶圓盒
18．．．晶圓盒搬送裝置
20．．．晶圓盒棚架
22．．．開盒機
24．．．基板片數測知器
26．．．基板移載機
28．．．缺口對準機
30．．．支撐具(晶舟)
32．．．臂(夾具)
40．．．反應爐
42．．．反應管
44．．．歧管
46．．．加熱器
48．．．爐口封蓋
50．．．O型環
52．．．隔熱筒
54．．．基板
56．．．氣體供應口
59．．．氣體排氣口
60．．．氣體導入口
62．．．排氣管
64．．．氣體導入路徑
66．．．噴嘴
68．．．石英基體
70．．．基體基座
152．．．隔熱構件
301．．．排氣裝置
500．．．包覆部
501．．．吸氣口
506．．．間隙
600．．．強制冷卻器
第1圖為顯示用於本發明的第1實施形態之熱處理裝置之立體圖。
第2圖為顯示用於本發明的第1實施形態之反應爐之縱向剖面圖。
第3圖為顯示第3圖中用於強制冷卻器600周邊各部位的零件之立體圖。
第4圖為顯示用於本發明的第2實施形態之反應爐之縱向剖面圖。
[產業上的可利用性]
本發明係可以用於必須實現高精度的製程處理及高安全性之熱處理裝置及半導體裝置之製造方法。
30．．．支撐具(晶舟)
40．．．反應爐
42．．．反應管
44．．．歧管(爐內歧管)
48．．．爐口封蓋
50．．．O型環
52．．．隔熱筒
54．．．基板
56．．．氣體供應口
59．．．氣體排氣口
60．．．氣體導入口
62．．．排氣管
64．．．氣體導入路徑
68．．．石英基體
70．．．基體基座
150．．．密閉構件
152．．．隔熱構件
201．．．處理室
232．．．氣體供應管
235．．．氣體流量控制部
236．．．壓力控制部
237．．．排氣量控制部
238．．．溫度控制部
239．．．主控制部
240．．．控制器
241．．．MFC(質量流量控制器)
245．．．壓力感測器
246．．．真空排氣裝置
263．．．溫度感測器
300．．．冷卻裝置
301．．．排氣裝置
460．．．加熱器基體
500．．．包覆部
501．．．吸氣口
503．．．第1絕熱構件
504．．．第2絕熱構件
506．．．間隙
507．．．保持部
600．．．強制冷卻器
5013．．．保持基體
5021．．．排氣口
5022．．．排氣導管

Claims (2)

  1. 一種熱處理裝置，係具有：處理基板之反應管、支撐前述反應管之歧管、設置在前述反應管的周圍用以對前述反應管內加熱之加熱器、以包覆比前述加熱器還要下方之前述反應管的側方的方式設置之包覆部、對前述包覆部與前述反應管之間的間隙進行強制排氣之排氣裝置、及設置在前述反應管與前述歧管之間的抵接部之密閉構件；其中前述包覆部具有設於前述包覆部的側壁之排氣口，與在圓周方向設置複數個的吸氣口，前述排氣裝置將前述包覆部之外側的環境氣體經由前述吸氣口朝前述間隙吸氣，前述吸氣口在前述排氣口之上方側設置的數量比在前述排氣口之下方側設置的數量還多。
  2. 一種半導體裝置之製造方法，係具有：將基板搬入被支撐在歧管的反應管內之製程；在前述反應管內將基板熱處理之製程；及由前述反應管搬出熱處理後的基板之製程；前述反應管與前述歧管之間的抵接部被密閉構件所密閉，設有包覆前述反應管的側方之包覆部，該包覆部設有：排氣口，其設於前述包覆部的側壁；吸氣口，在前述包覆部的側壁之圓周方向設有複數個，用以對前述包覆部的外側的環境氣體吸氣，至少在前述熱處理製程中，對前述反應管與前述包覆部之間的間隙之環境氣體進行強制排氣，且由前述吸氣口朝前述間隙吸進前述外側的環境氣體，前述吸氣口在前述排氣口之上方側設置的數量比在前述排氣口之下方側設置的數量還多。
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