TWI482212B - 處理設備及膜形成方法 - Google Patents

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Description

處理設備及膜形成方法 【相關專利申請案之交叉參照】
本申請案主張於2010年6月18日提出申請之日本專利申請案第2010-139146號的權利，其公開內容在此全部引用以作為參考。
本發明係關於用來支撐如半導體晶圓之處理物之支撐構造、及關於處理設備。
在半導體積體電路之製造中，半導體晶圓(例如：由矽基板所組成)普遍須經各種類型之處理，例如：膜形成處理、蝕刻、氧化作用、擴散處理、改良處理、天然氧化膜之去除等等。藉由使用單晶圓處理設備(以一片接一片之方式處理晶圓)或批次處理設備(同時處理多片晶圓)來實現這類處理。當藉由使用如日本公開專利公報第H6-275608號所揭示之直立批次處理設備來實現半導體之處理時，半導體晶圓最先從可以容納數片晶圓(例如：約25片)之晶圓卡匣傳送到以多層之方式支撐晶圓之直立晶舟盒。
依晶圓尺寸而定，晶舟盒通常可以容納約30到150片晶圓。在晶舟盒(其中容納有晶圓)從下方裝載到可排氣之處理容器中時，處理容器之內部保持密閉。當控制處理條件時，例如：處理氣體之流量、處理壓力、處理溫度等等，晶圓之預定熱處理接著被實現。以膜形成處理作為熱處理之範例，已知之膜形成方法包含化學氣相沉積法(CVD，chemical vapor deposition)(日本公開專利公報第2004-006551號)與原子層沉積法(ALD，atomic layer deposition)。
為了改善電路元件之特性，存在減少製造半導體積體電路之製程中之熱歷程之要求。因此變得更頻繁地使用ALD法(日本公開專利公報第H6-45256和H11-87341號)，該ALD法，包含間歇地供給原料氣體等等，以在原子或分子等級重複地形成一層到多層之膜，且不需將晶圓暴露到極度高溫就能完成預期的處理。
本發明之目的係提供一處理設備與一膜形成方法，由於其排氣能力之增加，即使以高流量將氣體供給到處理容器中時，該處理設備與該膜形成方法可以快速並有效率地使處理容器之內部處於減壓大氣下。
為了實現該目的，本發明提供用來執行數個處理物之預定處理之處理設備，該處理設備包含：一處理容器構造，具有底部開口並包含具有用來容納處理物之處理空間之處理容器，該處理容器在處理空間之一側設有一噴嘴容納區，而在遠離噴嘴容納區之處理空間之相對側設有一縱切狀排氣口；一遮蓋，用來關閉處理容器構造之底部開口；一支撐構造，用來支撐處理物，並且可以插入或抽出處理容器構造；一氣體導引裝置，包含容納在噴嘴容納區中之氣體噴嘴；一排氣裝置，包含用來排出處理容器構造中之空氣之數個排氣系統；一加熱裝置，用來加熱處理物；及一控制裝置，用來控制氣體導引裝置、排氣裝置、與加熱裝置。
因為排氣裝置(包含用來排放處理容器中之空氣之數個排氣系統)之設置，增加處理設備之排氣能力變得有可能。即便以高流量將氣體供給到處理容器中時，快速並有效率地使處理容器之內部處於減壓大氣也因此變得有可能。
本發明亦提供膜形成方法，藉由使用處理設備以在數處理物上形成膜，該處理設備包含：一處理容器構造，具有底部開口並包含具有用來容納處理物之處理空間之處理容器，該處理容器在處理空間之一側設有一噴嘴容納區，而在遠離噴嘴容納區之處理空間之相對側設有一縱切狀排氣口；一遮蓋，用來關閉處理容器構造之底部開口；一支撐構造，用來支撐處理物，並且可以插入或抽出處理容器構造；一氣體導引裝置，包含容納在噴嘴容納區中之氣體噴嘴；一排氣裝置，包含用來排出處理容器構造中之空氣之數個排氣系統；一加熱裝置，用來加熱處理物；及一控制裝置，用來控制氣體導引裝置、排氣裝置、與加熱裝置，該膜形成方法包含輪流且重複地執行將原料氣體供給到處理容器中之第一步驟，及將與原料氣體反應之反應氣體供給到處理容器中之第二步驟，加上在各第一步驟與各第二步驟間所插入之將洗滌氣體供給到處理容器中以排放餘留氣體之洗滌步驟，其中在第一或第二步驟中，藉由使用該數個排氣系統中之至少一個來排放處理容器中之空氣，及在洗滌步驟中，藉由使用數個排氣系統中之至少另一個排氣系統來排放處理容器中之空氣。
根據本發明，因為排氣裝置(包含用來排放處理容器中之空氣之數個排氣系統)之設置，增加排氣能力變得有可能，甚至以高流量將氣體供給到處理容器中時，也可能快速並有效率地使處理容器之內部處於減壓大氣。
將參考圖示來詳細說明根據本發明之處理設備及膜形成方法之較佳實施例。
(第一實施例)
圖1係根據本發明第一實施例之處理設備之直立剖面圖；圖2係處理設備之處理容器構造部分之橫剖面圖；圖3係處理容器之透視圖；圖4係遮蓋容器之透視圖；及圖5A與5B係簡圖，說明包含數個排氣系統之排氣裝置。
下面之敘述說明處理設備執行膜形成處理以在作為處理物之半導體晶圓上形成膜之示範實例。如圖1所顯示，處理設備32主要包含：一處理容器構造34，用來容納處理物並具有底部開口34a；一遮蓋36，用來氣密地關閉位在處理容器構造34之下端之底部開口34a；一支撐構造(晶舟盒)38，用來以預定之間距支撐作為處理物之數片半導體晶圓W，並且該支撐構造38會被嵌入或抽出處理容器構造34；一氣體導引裝置40，用來將必要氣體導引到處理容器構造34中；一排氣裝置41，用來排出處理容器構造34中之空氣；及一加熱裝置42，用來加熱半導體晶圓W。本發明之特徵在於排氣裝置41包含數個排氣系統，而在本實施例中包含兩個排氣系統，第一排氣系統41A與第二排氣系統41B。
處理容器構造34主要由以下所組成：一圓柱形處理容器44，具有封閉頂部與開放底部；及一圓柱形遮蓋容器46，具有封閉頂部與開放底部，圍繞處理容器44之外部。處理容器44與遮蓋容器46皆由耐熱之石英所組成，並同軸地安置為雙管構造。處理容器44之內部作為容納半導體晶圓W之處理空間45。
平坦地形成處理容器44之頂部。在處理容器44之一側沿著縱向方向會形成用來容納下述之氣體噴嘴之噴嘴容納區48。如圖2所顯示，在處理容器44之側壁之外凸部50之內側形成噴嘴容納區48。
在處理容器44之側壁中(噴嘴容納區48對面之位置)，形成縱切狀排氣口52(參考圖3)，其寬度L1沿著縱向方向(垂直方向)為固定的，如此可以排放處理容器44中之空氣。為了順利地執行排氣，將縱切狀排氣口52之長度製造為等於或大於支撐構造38之長度；排氣口52之上端在支撐構造38之上端之相同或更高水平面，而排氣口52之下端在支撐構造38之下端之相同或更低水平面。
舉例來說，縱切狀排氣口52之寬度L1最好可以在15到30 mm之範圍內。如圖4所顯示，在沿著遮蓋容器46之側壁且相當於縱切狀排氣口52之位置，形成垂直延伸排氣空間53(以弧形向外凸出以局部地增加遮蓋容器46之容積)，如此可以更順利地執行排氣。
藉由圓柱形歧管54(例如：由不鏽鋼所組成)來支撐處理容器44之下端與遮蓋容器46之下端。圓柱形歧管54包含處理容器構造34之一部分。
歧管54之上端具有凸緣部份56，遮蓋容器46之下端架置並支撐在凸緣部份56上。在凸緣部份56與遮蓋容器46之下端之間插入密封構件58(例如：O型環)，以將遮蓋容器46之內部保持在密封狀態。另外，環狀支撐部分60設置在歧管54之內壁之上部分，而處理容器44之下端架置並支撐在支撐部分60上。遮蓋36透過密封構件62(例如：O型環)而氣密地架置到歧管54之底部開口，以氣密地關閉處理容器構造34之底部開口端(即歧管54之開口)。舉例來說，遮蓋36由不鏽鋼所組成。
穿透遮蓋36之轉動軸66，透過磁性流體密封部分64設置在遮蓋36之中心。轉動軸66之下端可旋轉地支撐在升降裝置68(由晶舟升降機所組成)之橫桿68A上。轉動軸66藉由馬達(未顯示)來轉動。旋轉盤70設置在轉動軸66之上端。用來夾持晶圓W之支撐構造38透過石英保溫台72而放置在旋轉盤70上。因此，藉由垂直地移動升降裝置68，遮蓋36連同支撐構造38垂直地移動，如此支撐構造38可以嵌入或抽出處理容器構造34。
石英保溫台72包含架置在基底74上之直立位置之四個支撐柱76(圖1中僅顯示兩個支柱)，而且支撐構造38架置並支撐在石英保溫台72上。支撐柱76設置有數個保溫盤78，以適當之間隔安置在支撐柱76之縱向方向。
如上所述，整個支撐構造38由耐熱之石英所組成。支撐構造38包含設置在構造之上端之頂板部分80、設置在構造之下端之底部分82、及連接頂板部分80與底部分82並以多層方式支撐晶圓W之數個支撐柱84。在這個實施例中，支撐柱84由三個支撐柱84A、84B、84C所組成(參考圖2)，以均等間隔沿著晶圓W之圓形外形之半圓弧部分而設置。
從未設置支撐柱84A到84C之另一半圓弧端來執行晶圓之傳送。連接頂板部分80與底部分82之板狀石英加強支撐柱86(參考圖2)，設置在接近支撐柱84A與84B之中間及支撐柱84B與84C之中間，以增加支撐構造(晶舟盒)38之強度。
在各個三支撐柱84A到84C之內側上，以預定間距P1沿著縱向方向形成用來支撐晶圓W之支撐部分88(由支撐凹槽所組成)。藉由將晶圓W之周圍部分放置在支撐部分88上，可以以多層之方式來支撐晶圓W。舉例來說，晶圓W之直徑為300mm，則支撐構造38中可以支撐最大量約50到150片晶圓。間距P1普遍會在約5.0到16 mm之範圍內，而在本實施例中設定為約6.5mm。舉例來說，處理容器44之容積在約120到150公升之範圍內，而在本實施例中設定為約130公升，如此處理容器44中可以容納約100片晶圓。
另一方面，歧管54中設置有用來將氣體導引到處理容器44中之氣體導引裝置40。更具體來說，氣體導引裝置40包含數個(例如：描述為三個)石英氣體噴嘴90、92、94。處理容器44中沿著縱向方向配置有氣體噴嘴90到94，而氣體噴嘴之基端部分(彎折成L字型)穿透歧管54並因此被支撐。
如圖2所顯示，氣體噴嘴90到94沿著圓周方向以一直線設置在處理容器44之噴嘴容納區48中。在氣體噴嘴90、92、94中，沿著噴嘴之縱向方向並以預定間距個別地形成氣體孔90A、氣體孔92A、與氣體孔94A，如此氣體可以從各個氣體孔90A到94A以水平方向噴射出。氣體孔90A到94A之預定間距設定為等於支撐構造38中所支撐之晶圓W之間距，而各個氣體孔90A到94A之高度位置設定在垂直相鄰之晶圓W的中間，如此個別氣體可以有效地供給到晶圓W之間的空間。
可用氣體之範例可能包含原料氣體、反應氣體、與洗滌氣體。若有需要可以透過氣體噴嘴90到94供給這類氣體，同時控制各氣體之流量。在這個實施例中，使用四甲基鋯(zirconium tetramethyl)作為原料氣體、使用臭氧(為氧化氣體)作為反應氣體、與使用N2 氣體作為洗滌氣體，以藉由ALD法形成ZrOx膜。當然，使用之氣體之類型應當依據所欲形成之膜之類型而變更。
在歧管54之側壁之上部分中與支撐部分60之上形成第一氣體出口96，而在遮蓋容器46之頂部中形成具有直徑比第一氣體出口96之直徑更大之第二氣體出口98，如此在處理容器44中之空氣(從排氣口52排放到處理容器44與遮蓋容器46之間的空間)可以從第一與第二氣體出口96、98排出系統外。第一氣體出口96設置有包含排氣裝置41之一部分之第一排氣系統41A，而第二氣體出口98設置有包含排氣裝置41之一部分之第二排氣系統41B。更具體來說，亦如圖5A所顯示，第一排氣系統41A包含連接到第一氣體出口96之排氣通道100，及插在排氣通道100中用來抽真空之壓力調節閥102與第一真空幫浦104。
壓力調節閥102為可完全關閉的，並且能調整開放程度以調整處理容器44中之壓力。舉例來說，第一真空幫浦104之排氣能力為約30000公升/分。可以使用導管(例如：具有3到4英吋之內徑)(1英吋=2.54公分)作為排氣通道100。習知之一般排氣系統可以用來作為第一排氣系統41A。
亦如圖5B所顯示，第二排氣系統41B包含連接到第二氣體出口98之排氣通道106，及插在排氣通道106中用來抽真空之開關閥108與第二真空幫浦110。開關閥108能以逐步方式調整開放之程度。第二真空幫浦110之排氣能力設定為明顯高於第一真空幫浦104之排氣能力，舉例來說，約80000到160000公升/分，如此即使在有大量氣體供給到處理容器44中時，處理容器44可以快速並有效率地排氣。
排氣通道106之內徑因此設定為明顯大於第一排放系統41A之排氣通道100之內徑。在本實施例中，使用導管(例如：具有8英吋之內徑)作為排氣通道106。之後將說明，在藉由使用ALD法之膜形成作用中之洗滌步驟期間，使用第二排氣系統41B來排氣。為了避免以高流量供給洗滌氣體時排氣傳導率之降低，第二排氣系統41B之排氣通道106最好具有不小於6英吋之內徑，不小於8英吋為更佳的。
回到圖1，用來加熱晶圓W之加熱裝置42，具有圓柱形形狀並圍繞遮蓋容器46之外周圍。如此構成之處理設備32之全部運作，例如：各氣體之供給之開始/停止、氣體導引裝置40、排氣裝置41、與加熱裝置42之控制等等，皆藉由控制裝置112(例如：由電腦所組成)來控制。用來執行運作之電腦程式儲存在儲存媒體114中，例如：軟碟、光碟片(CD，compact disk)、硬碟、快閃記憶體、或DVD。
(處理設備之運作)
將參考圖6來說明藉由使用如此構成之處理設備32所實現之膜形成處理。圖6係係時間圖表，顯示各氣體之供給方法與排氣裝置之閥之運作間之關係。下面敘述說明藉由ALD法之膜(例如：ZrOx膜)之形成作用，該ALD法包含各以預定時間週期之脈衝方式來重複供給原料氣體(例如：四甲基鋯)與反應氣體(例如：臭氧)之循環。舉例來說，使用N2 氣體作為洗滌氣體。
首先，由晶舟盒(於室溫下夾持大量(例如：50到150片)300-mm之晶圓W)所組成之支撐構造38，被舉起並裝載到已處於預定溫度之處理容器構造34之處理容器44中，並接著藉由使用遮蓋36關閉歧管54之底部開口，來氣密密封處理容器44。
當藉由持續地驅動排氣裝置41之第一與第二排氣系統41A、41B之真空幫浦104、110來不斷地將處理容器44抽真空，以將處理容器44之內部保持在預定處理壓力時，藉由增加供應到加熱裝置42之電力以將晶圓W之溫度提升到處理溫度，並且保持在處理溫度下。從氣體導引裝置40之氣體噴嘴90供給原料氣體、從氣體噴嘴92供給反應氣體(臭氧)、及從氣體噴嘴94供給洗滌氣體(N2 氣體)。更具體來說，原料氣體從氣體噴嘴90之氣體孔90A水平地噴射出、反應氣體從氣體噴嘴92之氣體孔92A水平地噴射出、及洗滌氣體從氣體噴嘴94之氣體孔94A水平地噴射出。原料氣體與反應氣體反應，以在旋轉支撐構造38中所支撐之晶圓W之表面上形成ZrOx膜。
如圖6所顯示，以上述之脈衝方式輪流並重複地供給原料氣體與反應氣體，並在每個接連的時間週期(兩處理氣體供給期間)之間設置洗滌週期。在洗滌週期期間供給洗滌氣體，以促進餘留之處理氣體之排出。從氣體噴嘴90到94之氣體孔90A到94A噴射出之個別氣體，在通過以多層方式所支撐之晶圓W之間時，水平地流向位於對面之縱切狀排氣口52，經排氣口52流入處理容器44與遮蓋容器46之間之排氣空間53，並透過第一氣體出口96或第二氣體出口98排放到處理容器構造34之外部。
因為氣體孔90A到94A如此設置(各氣體孔設置在與兩相鄰晶圓W間之空間相同之準位)，在晶圓W間之空間中，氣體實質上會以層流方式流動，而不會造成亂流。參考圖6，圖6(A)顯示原料氣體之供給方法、圖6(B)顯示反應氣體之供給方法、及圖6(C)顯示洗滌氣體之供給方法。如圖所顯示，以脈衝方式供給氣體，如此會輪流地重複數次供給原料氣體之第一步驟T1與供給反應氣體之第二步驟T2，加上在各第一步驟T1與各第二步驟T2之間所插入之供給洗滌氣體之洗滌步驟T3、T4。從開始供給原料氣體到下次開始供給原料氣體之時間週期，在此定義為一循環，並依據所欲形成膜之厚度來控制循環之次數。
當在第一步驟T1中供給原料氣體時，原料氣體黏附在晶圓表面，形成具有原子或分子等級之厚度之原料層。在隨後之洗滌步驟T3中，在排出餘留氣體的同時供給洗滌氣體。當在第二步驟T2中接著供給反應氣體時，反應氣體與原料層反應以形成膜。在隨後之洗滌步驟T4中，在排出餘留氣體的同時供給洗滌氣體。一完成該循環後，晶圓表面上因此形成具有原子或分子等級之厚度之一層膜。藉由重複該循環作用來生長膜。
根據本發明之膜形成方法，為了快速並有效率地排放餘留氣體(包含藉由反應而產生之氣體)，在處理設備中設置兩個排放系統，除此之外，以高流量供給洗滌氣體。圖6(D)顯示第一排氣系統41A之壓力調節閥102之運作，而圖6(E)顯示第二排氣系統41B之開關閥108之運作。
如圖所顯示，在供給原料氣體之第一步驟與供給反應氣體之第二步驟期間，開關閥108完全地關閉，如此氣體將不會流經第二排氣系統41B，而當從第一排氣系統41A排放氣體時，調整壓力調節閥102之開放程度以控制處理容器44中之壓力。在第一步驟與第二步驟中之氣體流量為低的；舉例來說，原料氣體之流量約為20 sccm，而反應氣體之流量為約20 sccm。舉例來說，在第一與第二步驟中之處理壓力為約0.5到2.0 Torr。
相反地，在洗滌步驟T3、T4期間，壓力調節閥102完全地關閉，如此氣體將不會從第一排氣系統41A排出，而打開開關閥108以從第二排氣系統41B排出洗滌氣體與餘留氣體。洗滌氣體之流量顯著地大於原料氣體與反應氣體之流量。舉例來說，會以每片晶圓約1公升/分之流量供給洗滌氣體。因此，假定處理容器44中容納100片晶圓W，將以約100公升/分之高流量供給洗滌氣體。
如上所述，因為第二排氣系統41B(包含大直徑排氣通道106與具有大排氣能力之真空幫浦110)之設置，即使以高流量供給洗滌氣體，也可以快速並有效率地將處理容器44中之洗滌氣體與餘留氣體排出。如此，儘管以高流量供給洗滌氣體，處理容器44之內部可以維持在減壓大氣下，例如：在約1Torr以下之壓力。
因此，藉由ALD法來滿意地形成高品質膜(甚至對具有深寬比高達約40之表面不規則之晶圓)變得有可能。在洗滌步驟T3、T4期間，關閉壓力調節閥102之理由如下：第二排氣系統41B之第二真空幫浦110之排氣能力相當大於第一真空幫浦104之排氣能力。因此，如果在洗滌步驟期間打開壓力調節閥102，包含微粒等等之氣體可能會從第一排氣系統41A倒流。壓力調節閥102應當關閉以避免這類現象。
至於洗滌氣體之排氣，以弧形向外凸出之排氣空間53沿著遮蓋容器46之側壁設置在相當於縱切狀排氣口52之位置，以避免在該區域中之排氣傳導率之降低。更快速並有效率地排放洗滌氣體與餘留氣體變得有可能。洗滌氣體不限制於N2 氣體；亦可以使用惰性氣體，例如：He。
因為排氣裝置41(包含用來排放處理容器44中之空氣之兩個排氣系統41A、41B)之設置，增加排氣能力變得有可能，甚至以高流量將氣體供給到處理容器44中時，也可能快速並有效率地使處理容器44之內部處於減壓大氣下。
(模擬使用8英吋導管)
使用8英吋導管作為排氣通道106來進行抽真空模擬。圖7A與7B係簡圖，顯示模擬之結果。圖7A顯示處理容器(管狀物)之壓力分配，而圖7B顯示關於用真空幫浦(幫浦)抽真空之8英吋導管中之壓力分配。在模擬中，處理容器之容積設定為130公升、以100 slm之流量供給作為洗滌氣體之N2 氣體、8英吋導管之長度設定為10 m、而真空幫浦之排氣能力設定為16000公升/分。模擬結果證實處理容器(管狀物)中之壓力可以減少為接近1 Torr。
(縱切狀排氣口之寬度之評估之模擬)
進行模擬以確定當縱切狀排氣口52之寬度L1變化時，晶圓間(在處理容器中)之壓力之改變。圖8係圖表，顯示縱切狀排氣口之寬度與晶圓間之壓力之關係。在使用如圖7A與7B所顯示之相同處理容器之模擬中，以100 slm之流量供給作為洗滌氣體之N2 氣體。縱切狀排氣口52之寬度L1在5到30 mm之範圍內變化。
從圖8可看出，當排氣口52之寬度L1在5到15 mm之範圍內時，晶圓間之壓力隨著寬度L1之增加而線性且快速地減少，最小值為約1.2 Torr。另一方面，當寬度L1超過15 mm時，晶圓間之壓力之減少很和緩：當寬度L1在15到30 mm之範圍內時，晶圓間之壓力慢慢地減少，並大約到達飽和狀態。資料因此指出排氣口52之寬度L1設定在15到30 mm之範圍內為較佳的。
(第二實施例)
雖然前面之實施例中之處理容器構造具有雙管構造，該雙管構造由內處理容器44與圍繞容器44之外部之遮蓋容器46所組成，本發明並不限制於這類的雙管構造。因此，本發明可應用在如日本公開專利公報第2008-227460號所揭示之單管構造之處理容器構造。
圖9係顯示根據本發明第二實施例之處理容器構造之概略視圖。圖9中僅顯示處理容器構造，省略其他部分之圖示。此實施例之處理容器構造包含單管構造之處理容器44。該處理容器44在某一側具有垂直延伸之開口122與遮蓋該開口122之分隔壁124。在開口122與分隔壁124之間形成噴嘴容納區48。在處理容器44之壁中(噴嘴容納區48對面之位置)，形成縱切狀排氣口52，並設置排氣遮蓋構件126以遮蓋排氣口52。第二排氣系統41B連接到形成於排氣遮蓋構件126上方之第二氣體出口98，而第一排氣系統41A連接到形成於歧管54中之第一排氣出口96。
在具有單管構造之處理容器構造之實例中，容器構造可能僅僅由不具有歧管之石英處理容器所組成。當本發明應用於這類處理容器構造時，可以達到與上述相同之有利功效。
儘管已藉由範例來說明ZrOx膜之形成作用，本發明可以應用於藉由ALD(包含供給洗滌氣體之洗滌步驟)所形成之膜之範圍內之各種類型之膜之形成作用。雖然在前面實施例中，在處理容器構造之上方與下方分別設有第一排氣系統41A與第二排氣系統41B，也能設計第一氣體出口96與第二氣體出口98，該第一氣體出口96大於該第二氣體出口98，並能將第二排氣系統41B連接到第一氣體出口96與將第一排氣系統41A連接到第二氣體出口98。
本發明亦可應用於使用電漿之膜形成處理。在這個情況下，舉例來說，沿著凸部50(界定噴嘴容納區48)之分隔壁之縱向方向與其外側設置有電極板(用以施加電漿產生高頻電力)。
本發明中能使用作為處理物之半導體晶圓，包含矽晶圓與化合物半導體基板(例如：GaAs、SiC、GaN等等)。本發明也可以應用於其他類型之基板，例如液晶顯示裝置中所使用之玻璃或陶瓷基板。
(比較設備)
將說明比較批次處理設備。圖10係一示範之比較批次處理設備之概略視圖。如圖10所顯示，批次處理設備包含處理容器構造6，該處理容器構造6由上方封閉之石英處理容器2與上方封閉之石英遮蓋容器4(同中心地圍繞處理容器2之圓周)所組成。處理容器2之內部作為處理空間7。藉由遮蓋8能開放與氣密密封處理容器構造6之底部開口。
在處理容器2中容納有石英晶舟盒10(以多層方式夾持晶圓W)。晶舟盒10可以向上插入或向下抽出於處理容器構造6。氣體噴嘴12從處理容器2之底部插入處理容器2中。氣體噴嘴12具有多個安置在噴嘴之縱向方向之氣體孔12A，而必要氣體可以控制之流量從氣體孔12A水平地噴射出。雖然僅圖示說明一個氣體噴嘴，實際上根據使用氣體之類型設置有多個(例如：三個)氣體噴嘴。
在處理容器2之側壁中(氣體噴嘴12對面之位置)形成一垂直延伸之縱切狀排氣口16。從排氣口16排出之氣體，可以從設置在遮蓋容器4之側壁之下方部分之氣體出口18排出系統外。排氣系統19連接到氣體出口18。排氣系統19包含連接到氣體出口18之排氣通道20及插入於排氣通道20中之壓力調節閥22與真空幫浦24。圍繞處理容器構造6之外周圍，設置有用來加熱支撐在晶舟盒10中之晶圓W之圓柱形加熱器19A。晶舟盒10安置在包含數個石英支撐柱20A之保溫台26上。
在處理設備中，藉由從氣體噴嘴12之氣體孔12A輪流並重複地水平噴射出原料氣體與反應氣體(與原料氣體反應以形成膜)，例如：氧化氣體，各晶圓W之表面上會藉由ALD而沉積膜。在原料氣體之供給與反應氣體之供給之間隔期間，供給洗滌氣體(例如：N2 氣體)以排放餘留氣體。處理容器2中之氣體從縱切狀排氣口16排出，並從設置在遮蓋容器4之側壁之下方部分之氣體出口18排出系統外。
目前，通常以多層方式在半導體晶圓上形成半導體裝置。這類晶圓之表面不規則之深寬比高達約40。此外，線路寬度與凹槽寬度變得越來越細小。當藉由ALD在這類晶圓上形成膜時，為了達到高產能，在原料氣體之供給與反應氣體之供給之間執行之洗滌步驟中，必須快速並有效率地排出餘留在處理容器2中之氣體與藉由膜形成反應所產生之氣體，如此處理容器2中之壓力將快速地減少到接近1 Torr(此時氣體分子之平均自由路徑足夠長)。為了有效率地排出餘留氣體與副產物氣體，必須大量供給洗滌氣體到處理容器2中，以藉著洗滌氣體取代內部空氣。
上述之比較處理設備之排氣系統19，使用具有內徑約3到4英吋(1英吋=2.54公分)之排氣通道20。這類習知之排氣系統因為沒有充足之排氣能力而不能快速抽真空。尤其為了處理容器2中之快速氣體替換，必須以高流量(例如：每片晶圓1公升/分)供給洗滌氣體，也因此，可以適當地應付如此大量洗滌氣體之供給之處理設備是有需求的。
本發明能增加如上所述之排氣能力，甚至以高流量將氣體供給到處理容器中時，快速並有效率地使處理容器之內部處於減壓大氣也為可能的。
W．．．晶圓
L1．．．寬度
P．．．真空幫浦
2．．．處理容器
4．．．遮蓋容器
6．．．處理容器構造
7．．．處理空間
8．．．遮蓋
10．．．晶舟盒
12．．．氣體噴嘴
12A．．．氣體孔
16．．．排氣口
18．．．氣體出口
19．．．排氣系統
19A．．．加熱器
20．．．排氣通道
20A．．．支撐柱
22．．．壓力調節閥
24．．．真空幫浦
26．．．保溫台
32．．．處理設備
34．．．處理容器構造
34a．．．底部開口
36．．．遮蓋
38．．．支撐構造(晶舟盒)
40．．．氣體導引裝置
41．．．排氣裝置
41A．．．第一排氣系統
41B．．．第二排氣系統
42．．．加熱裝置
44．．．處理容器
45．．．處理空間
46．．．遮蓋容器
48．．．噴嘴容納區
50．．．外凸部
52．．．排氣口
53．．．排氣空間
54．．．歧管
56．．．凸緣部份
58、62．．．密封構件
60．．．支撐部分
64．．．磁性流體密封部分
66．．．轉動軸
68．．．升降裝置
68A．．．橫桿
70．．．旋轉盤
72．．．石英保溫台
74．．．基底
76、84、84A、84B、84C．．．支撐柱
78．．．保溫盤
80．．．頂板部分
82．．．底部分
86．．．板狀石英加強支撐柱
88．．．支撐部分
90、92、94．．．氣體噴嘴
90A、92A、94A．．．氣體孔
96．．．第一氣體出口
98．．．第二氣體出口
100、106．．．排氣通道
102．．．壓力調節閥
104．．．第一真空幫浦
108．．．開關閥
110．．．第二真空幫浦
112．．．控制裝置
114．．．儲存媒體
122．．．開口
124．．．分隔壁
126．．．排氣遮蓋構件
圖1係根據本發明第一實施例之處理設備之直立剖面圖；
圖2係處理設備之處理容器構造部分之橫剖面圖；
圖3係處理容器之透視圖；
圖4係遮蓋容器之透視圖；
圖5A與5B係簡圖，說明包含數個排氣系統之排氣裝置；
圖6係時間圖表，顯示氣體之供給方法與排氣裝置之閥之運作之關係；
圖7A與7B係簡圖，顯示使用8英吋導管之模擬之結果；
圖8係圖表，顯示縱切狀排氣口之寬度與晶圓間之壓力之關係；
圖9係根據本發明第二實施例之處理容器構造之概略視圖；及
圖10係一示範之比較批次處理設備之概略視圖。
W．．．晶圓
32．．．處理設備
34．．．處理容器構造
34a．．．底部開口
36．．．遮蓋
38．．．支撐構造(晶舟盒)
40．．．氣體導引裝置
41．．．排氣裝置
41A．．．第一排氣系統
41B．．．第二排氣系統
42．．．加熱裝置
44．．．處理容器
45．．．處理空間
46．．．遮蓋容器
48．．．噴嘴容納區
50．．．外凸部
52．．．排氣口
53．．．排氣空間
54．．．歧管
56．．．凸緣部份
58、62．．．密封構件
60．．．支撐部分
64．．．磁性流體密封部分
66．．．轉動軸
68．．．升降裝置
68A．．．橫桿
70．．．旋轉盤
72．．．石英保溫台
74．．．基底
76．．．支撐柱
78．．．保溫盤
80．．．頂板部分
82．．．底部分
90、92、94．．．氣體噴嘴
90A．．．氣體孔
96．．．第一氣體出口
98．．．第二氣體出口
100、106．．．排氣通道
104．．．第一真空幫浦
108．．．開關閥
110．．．第二真空幫浦
112．．．控制裝置
114．．．儲存媒體

Claims (11)

  1. 一種處理設備，用來執行多個處理物之預定處理，該處理設備包含：一處理容器構造，具有底部開口並包含具有容納該處理物之處理空間之處理容器，該處理容器在該處理空間之一側設有一噴嘴容納區，而在遠離該噴嘴容納區之該處理空間之相對側設有一縱切狀排氣口；一遮蓋，用來關閉該處理容器構造之該底部開口；一支撐構造，用來支撐該處理物，並且可以插入或抽出該處理容器構造；一氣體導引裝置，包含容納在該噴嘴容納區之氣體噴嘴；一排氣裝置，包含用來排放該處理容器構造中之空氣之數個排氣系統；一加熱裝置，用來加熱該處理物；及一控制裝置，用來控制該氣體導引裝置、該排氣裝置、與該加熱裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項之處理設備，其中該排氣系統各設置有真空幫浦。
  3. 如申請專利範圍第2項之處理設備，其中該排氣系統由設置在該處理容器構造之底部之第一排氣系統與設置在該處理容器構造之頂部之第二排氣系統所組成。
  4. 如申請專利範圍第3項之處理設備，其中該第一排氣系統與該第二排氣系統各包含一排氣通道，而該第一與該第二排氣系統之該排氣通道中之一者之內徑相對大於該第一與該第二排氣系統之該排氣通道中之另一者之內徑。
  5. 如申請專利範圍第4項之處理設備，其中包含相對大內徑之排氣通道之排氣系統具有一開關閥，其可打開與關閉該相對大內徑之排氣通道，而包含相對小內徑之排氣通道之排氣系統具有一壓力調節閥，其開放程度可加以控制。
  6. 如申請專利範圍第5項之處理設備，其中該相對大內徑之排氣通道之該內徑不小於8英吋。
  7. 如申請專利範圍第1項之處理設備，其中該縱切狀排氣口之寬度在15到30 mm之範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項之處理設備，其中設定該處理容器之容積，以使該處理容器中能容納該處理物之最大數量在50到150之範圍內。
  9. 如申請專利範圍第1項之處理設備，其中該處理物之直徑不小於300 mm。
  10. 如申請專利範圍第1項之處理設備，其中該預定處理，包含輪流並重複地執行將原料氣體供給到該處理容器中之第一步驟，及將反應氣體供給到該處理容器中之第二步驟，加上在各該第一步驟與各該第二步驟間插入將洗滌氣體供給到該處理容器中之洗滌步驟，其中該控制裝置控制該排氣裝置，俾在該第一或該第二步驟中，藉由使用該數個排氣系統中之至少一個來排放該處理容器中之空氣，及在該洗滌步驟中，藉由使用該數個排氣系統中之至少另一個排氣系統來排放該處理容器中之空氣。
  11. 一種膜形成方法，藉由使用處理設備以在數個處理物上形成膜，該處理設備包含：一處理容器構造，具有底部開口並包含具有容納該處理物之處理空間之處理容器，該處理容器在該處理空間之一側設有一噴嘴容納區，而在遠離該噴嘴容納區之該處理空間之相對側設有一縱切狀排氣口；一遮蓋，用來關閉該處理容器構造之該底部開口；一支撐構造，用來支撐該處理物，並且可以插入或抽出該處理容器構造；一氣體導引裝置，包含容納在該噴嘴容納區之氣體噴嘴；一排氣裝置，包含用來排出該處理容器構造中之空氣之數個排氣系統；一加熱裝置，用來加熱該處理物；及一控制裝置，用來控制該氣體導引裝置、該排氣裝置、與該加熱裝置，該膜形成方法包含：輪流且重複地執行將原料氣體供給到該處理容器中之第一步驟，及將與該原料氣體反應之反應氣體供給到該處理容器中之第二步驟，加上在各該第一步驟與各該第二步驟間所插入之將洗滌氣體供給到該處理容器中以排放餘留氣體之洗滌步驟，其中在該第一或該第二步驟中，藉由使用該數個排氣系統中之至少一個來排放該處理容器中之空氣，及在該洗滌步驟中，藉由使用該數個排氣系統中之至少另一個排氣系統來排放該處理容器中之空氣。
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