TWI483293B - 自使用於批式熱處理裝置之石英元件零件去除金屬雜質之方法 - Google Patents

自使用於批式熱處理裝置之石英元件零件去除金屬雜質之方法 Download PDF

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Description

自使用於批式熱處理裝置之石英元件零件去除金屬雜質之方法
本發明係關於一種自使用於用於對目標基板(諸如半導體晶圓)執行熱處理之批式熱處理裝置之石英元件零件去除金屬雜質(諸如鋁)的方法，且尤其係關於一種用於半導體製程領域中之技術。本文中所用之術語"半導體製程"包括經執行以藉由在諸如半導體晶圓或用於FPD(平板顯示器)(例如LCD(液晶顯示器))之玻璃基板之目標基板上以預定圖案形成半導體層、絕緣層及導電層而在該目標基板上製造半導體設備或具有連接至半導體設備之佈線層、電極及其類似物的結構的各種製程。
就用於執行製造半導體設備之製程的熱處理裝置而言，存在一種垂直熱處理裝置，其為批式熱處理裝置。此類垂直熱處理裝置包括一由一底部開放的垂直反應容器及一環繞該反應容器之加熱器形成之加熱爐。大量半導體晶圓(將稱為晶圓)在垂直方向上間隔地支撐於一稱為晶舟之晶圓支座上。將支撐於該晶舟上之晶圓自下方裝載於反應容器中且使其經受熱處理，諸如氧化、擴散或使用CVD(化學氣相沈積)成膜。
在此類垂直熱處理裝置中，某些元件零件(諸如反應容器、晶舟及隔熱單元(保溫單元))通常由石英製成。然而，通常石英產物最初含有金屬雜質，諸如鋁，該等金屬雜質可在加熱該等產物時得以除去。因此，在垂直熱處理裝置的情況下，當於反應容器內加熱石英元件零件時，金屬雜質分散於反應容器內之經加熱之環境中且可部分沈積於正加工之晶圓上。
近年來，隨著半導體設備之薄膜厚度及尺寸逐漸變小，慣常可忽略量之沈積於晶圓上之金屬雜質(諸如鋁)可能損壞半導體設備的特性。因此，需要提供防止晶圓由於金屬雜質(諸如鋁)而受污染之技術。
專利文獻1(日本專利申請案KOKAI公開案第2002-313787號：第0017至0018段)揭示一種自石英元件零件(諸如反應容器)之表面去除銅的技術。根據此技術，在熱處理裝置用於對產品晶圓執行熱處理之前，將氯化氫氣體及氧氣供應於反應容器中，將該反應容器設定成具有加熱之環境。然而，如隨後參考實驗結果所描述，本發明者已發現在使用專利文獻1中所揭示之技術時鋁去除並不充分。
本發明之一目標為提供一種自使用於用於對目標基板(諸如半導體晶圓)執行熱處理之批式熱處理裝置之石英元件零件去除金屬雜質(諸如鋁)之方法。
根據本發明之第一態樣，提供一種自批式熱處理裝置中之石英元件零件去除金屬雜質之方法，該裝置包含一經配置以在垂直方向上間隔地容納複數個目標基板且於其中形成熱處理環境的處理容器，該處理容器包括一待曝露於該熱處理環境之石英內表面、一經配置以加熱該處理容器之內部之加熱器、一經配置以自該處理容器內排氣之排氣系統及一經配置以向該處理容器供應處理氣體之處理氣體供應系統，該方法包含：在無產物目標基板放置於其中之該處理容器內放置複數個虛設基板以便允許金屬雜質沈積於其上；隨後向該處理容器供應含氯氣體及水蒸氣且在處理溫度下加熱該處理容器之石英內表面，藉此對該石英內表面施加烘焙處理以自該石英內表面除去該金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上；且隨後自反應容器卸載該等帶有沈積於其上之該金屬雜質的虛設基板。
根據本發明之第二態樣，提供一種自批式熱處理裝置中之石英元件零件去除金屬雜質之方法，該裝置包含一經配置以在垂直方向上間隔地容納複數個目標基板且於其中形成熱處理環境的處理容器、一包括一待曝露於該熱處理環境之石英部分之預定構件、一經配置以加熱該處理容器之內部之加熱器、一經配置以自該處理容器內排氣之排氣系統及一經配置以向該處理容器供應處理氣體之處理氣體供應系統，該方法包含：在無產物目標基板放置於其中之該處理容器內放置該預定構件以及複數個虛設基板以便允許金屬雜質沈積於該等虛設基板上；隨後向該處理容器供應含氯氣體及水蒸氣且在處理溫度下加熱該預定構件之石英部分，藉此對該石英部分施加烘焙處理以自該石英部分除去金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上；且隨後自反應容器卸載該等帶有沈積於其上之該金屬雜質的虛設基板。
根據本發明之第三態樣，提供一種自批式熱處理裝置中之一經配置以在垂直方向上間隔地固持複數個目標基板且包括一石英部分之固持構件去除金屬雜質的方法，該方法包含：在無產物目標基板放置於其中之一處理容器內放置該固持複數個虛設基板之固持構件以便允許該金屬雜質沈積於該等虛設基板上；隨後向該處理容器供應含氯氣體及水蒸氣且在處理溫度下加熱該固持構件之該石英部分，藉此對該石英部分施加烘焙處理以自該石英部分除去該金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上；且隨後自反應容器卸載該固持構件以及該等帶有沈積於其上之該金屬雜質的虛設基板。如上所述之方法中之每一者可在元件零件尚未用於對半導體基板之熱處理之階段或已發現半導體基板上有金屬污染之階段執行。應注意到"元件零件尚未用於對半導體基板之熱處理之階段"包括介於裝置之維修操作與熱處理之再起動操作之間的階段。
本發明之其他目標及優點將在以下描述中予以陳述，且部分將由該描述顯而易見，或可藉由實踐本發明而被瞭解。本發明之目標及優點可藉助於下文中特別指明之手段及組合來實現並獲得。
併入本說明書且構成本說明書之一部分的附圖說明本發明之實施例且同時上文給出之概述及下文給出之實施例之詳細描述用來說明本發明之原理。
現將參看附圖來描述本發明之實施例。在以下描述中，具有大體上相同之功能及配置的構成組件由相同的參考數字表示，且僅在需要時進行重複描述。
圖1為展示根據本發明之一實施例之垂直熱處理裝置的剖視圖。安排根據本發明之一實施例之烘焙法來執行石英元件零件的烘焙，同時利用此垂直熱處理裝置1中所提供之功能(諸如氣體供應功能及加熱功能)來執行製造半導體設備之製程。首先，將給出垂直熱處理裝置1之基本結構的說明。
如圖1中所示，裝置1包括一由石英製成之圓筒形反應容器2，該容器在底部具有一開口且在頂部具有一排氣口21。反應容器2係由一裝備有一安置於其內表面之加熱設備或加熱器23之圓筒形罩22環繞。舉例而言，加熱器23包含由高純度碳纖維之編織束形成且設定成在垂直方向上延伸的碳線加熱器。
將具有一覆蓋有一石英板之頂面之蓋24安置於反應容器2之下以藉由升降機構之一晶舟升降機25進行上下移動，以便使反應容器2之開口開啟及閉合。蓋24經配置以於其上支撐一用作用於固持在垂直方向上相隔一定距離之複數個(諸如100個)晶圓之固持器的晶舟3。當蓋24上下移動時，晶舟3得以裝載至反應容器2中及自反應容器2卸載。將一旋轉軸32安置於晶舟3之下且貫穿一隔熱單元31。旋轉軸32經配置以藉由一旋轉驅動單元33旋轉，以便使晶舟3可作為一個整體藉由旋轉驅動單元33而旋轉。
將一注射器4安置於反應容器2之底部附近且其向上延伸。注射器4用於在對晶圓執行熱處理時向反應容器2供應處理氣體。注射器4之上游端延伸至反應容器2之外且形成一分成複數個支線之氣體通道41，該等支線之一者連接至一處理氣體供應單元45。為根據在反應容器2內執行之熱處理類型供應各種處理氣體，處理氣體供應單元45包括複數組以下各物：一處理氣體源、一用於控制處理氣體流速之質量流量控制器及一閥，儘管為便利起見圖1將其以方塊展示。此外，如隨後所描述，處理氣體供應單元45可在開始烘焙之前供應淨化氮氣於反應容器2中。
垂直熱處理裝置1包括一用於控制加熱器23及如上所述之處理氣體供應單元45之操作的控制部分5。控制部分5由一包含一CPU及一儲存程式等之記憶體的電腦(未展示)形成。該等程式之每一者含有一組用於控制在垂直熱處理裝置1中執行對晶圓之熱處理或隨後所描述之烘焙所需之操作的步驟(指令)。舉例而言，該等操作包括控制加熱器23之溫度、調整反應容器2內之壓力及調整供應於反應容器2中之處理氣體或烘焙氣體的流速。該等程式儲存於一諸如硬碟、壓縮光碟、磁光碟或記憶卡之儲存媒體中且自其中安裝於電腦上。
舉例而言，在具有如上所述之結構的垂直熱處理裝置1中，將具有大量支撐於其上之晶圓之晶舟3裝載於反應容器2中且將反應容器2設定為具有加熱之真空環境。隨後，將處理氣體自處理氣體供應單元45供應於反應容器2中以執行熱處理以便於晶圓表面上形成一預定薄膜。
在如上所述之垂直熱處理裝置1中，作為垂直熱處理裝置1之元件零件之反應容器2及晶舟3係由石英製成，亦即其皆為石英元件零件。如先前技術中所述，諸如鋁、鈦及銅之金屬存在於石英元件零件之表面上及/或存在於石英元件零件之表面中，且其可在熱處理期間沈積於晶圓上且藉此損壞半導體設備的特性。考慮到此問題，根據此實施例之垂直熱處理裝置1包括執行烘焙之功能，以便在石英元件零件尚未被用於對晶圓之熱處理的階段或在已發現因金屬導致之金屬污染的階段自晶舟3及反應容器2之表面去除該等金屬。與烘焙功能有關之裝置之結構將在下文加以說明。
就烘焙功能而論，垂直熱處理裝置1包括一氯化氫氣體供應單元42及一水蒸氣供應單元43，以便將含氯氣體(諸如氯化氫氣體)及水蒸氣經由注射器4供應於反應容器2中。氯化氫氣體供應單元42及水蒸氣供應單元43包括一氯化氫氣體源、一水蒸氣源、質量流量控制器及閥，且其如同處理氣體供應單元45連接至氣體通道41之上游端上之支線。舉例而言，氯化氫氣體係自由填充有高濃度氯化氫氣體之氣瓶形成之氯化氫氣體源供應。另一方面，舉例而言，水蒸氣係自催化劑型之水蒸氣源供應，其中將氫氣及氧氣加熱且在催化劑存在下使其彼此接觸而產生水蒸氣。或者，水蒸氣源可為燃燒型，其中使氧氣及氫氣燃燒以產生水蒸氣。或者，水蒸氣源可為蒸發器型，其中使水蒸發以產生水蒸氣。根據催化劑型或燃燒型，水蒸氣係在相對於化學計量比而言富含氧氣之條件下產生，且因此氧氣包含在藉由此類型如此產生之水蒸氣中。此外，氣體通道41連接至一包括一氧氣瓶、一質量流量控制器等等的氧氣供應單元44。該氧氣瓶用於在烘焙石英元件零件(諸如反應容器2及晶舟3)完成之後供應淨化氧氣於反應容器2中。
接著，參看圖2之流程圖，將給出在垂直熱處理裝置1中執行之烘焙石英元件零件(諸如反應容器2及晶舟3，亦即垂直熱處理裝置1之元件零件)之步驟的說明。圖2之流程圖展示在石英元件零件尚未用於對晶圓之熱處理之階段所執行的烘焙步驟。舉例而言，此階段出現於將製造者製造之垂直熱處理裝置1之元件零件送至半導體設備工廠且隨後將垂直熱處理裝置1在半導體設備工廠中組裝之後。
假設將垂直熱處理裝置1安裝於半導體製造廠(步驟S1)中且從現在起將要開始運作。垂直熱處理裝置1中所用之石英元件零件(諸如反應容器2及晶舟3)於其中含有鋁且藉此在將其用於產物晶圓之前如下述對其執行烘焙處理。首先，將由矽製成之虛設晶圓DW放置於晶舟3上，其中虛設晶圓DW之數量通常與熱處理中之晶圓數量相同，諸如為100。隨後，使蓋24向上移動，以便將虛設晶圓DW裝載於反應容器2中且反應容器2之底部開口由蓋24閉合以將反應容器2置於氣密狀態中(步驟S2)。
隨後，將氮氣自處理氣體供應單元45以預定流速供應於反應容器2中以於反應容器2內執行氮氣淨化。此外，控制加熱器23之輸出以升高反應容器2內之溫度。隨後，基於由諸如熱電偶之測溫器(未展示)所獲得之偵測值，確認反應容器2內之溫度達到(例如)550℃或550℃以上及1,200℃或1,200℃以下且較佳1,050℃或1,050℃以下(諸如750℃)之烘焙溫度。隨後，在將反應容器2內之壓力保持在大氣壓下的同時，供應經設定流速為(例如)0.1L/min至3.0L/min之氯化氫氣體及經設定流速為5.0L/min至10L/min之水蒸氣以執行石英元件零件2及3之烘焙(步驟S3)。相對於供應至反應容器2之所有氣體(氯化氫氣體+水蒸氣)而言，氯化氫氣體之比率設定為(例如)0.5體積%至30體積%，諸如10體積%。若氯化氫氣體之濃度超過30體積%，則可能導致裝置受不當腐蝕。
當將該等氣體供應於反應容器2中時，存在於反應容器2之內表面及晶舟3之表面上及存在於反應容器2之內表面及晶舟3之表面中之金屬(諸如鋁)與氯化氫反應且轉化為氯化物(諸如氯化鋁)，且其亦與水蒸氣反應且轉化為氫氧化物(諸如氫氧化鋁)(在下文中，將該等氯化物及氫氧化物共同稱為金屬化合物)。如此產生之金屬化合物自石英表面散布至反應容器2內之環境中且部分與烘焙氣體(氯化氫氣體及水蒸氣)一起自排氣口21經由一排氣通道(未展示)排出反應容器2。
關於專利文獻1中所論述之銅，在其自石英元件零件散布至反應容器2內之環境中後，其在不重新沈積於石英元件零件上之情況下(痕量銅可能再沈積)得以排出。然而，已發現鋁再沈積於石英元件零件上。根據此實施例，因為大量虛設晶圓DW放置於反應容器2內，所以散布至反應容器2內之環境中之鋁沈積於虛設晶圓DW上。隨後，將與矽結合之鋁用作虛設晶圓DW之材料且因此其幾乎不可能再次散布至環境中。因此，自石英元件零件散布至反應容器2內之環境中之鋁由虛設晶圓DW依次捕獲。
在如上所述執行石英元件零件2及3之烘焙預定時間(諸如30分鐘至1小時)後，停止供應氯化氫氣體及水蒸氣。或者，自氧氣供應單元44向反應容器2供應氧氣，同時自反應容器2排出氣體以執行氧氣淨化歷時(例如)30分鐘至1小時(步驟S4)。伴隨此淨化，排出氯化氫氣體及水蒸氣，以便阻止於反應容器2內形成腐蝕環境。在垂直熱處理裝置1為在真空環境下執行熱處理之類型時，如上所述之氧氣淨化可在於反應容器2內形成真空環境之後執行，以便可靠地排出作為腐蝕因素之氯化氫氣體。
此後，停止供應氧氣且將氮氣供應於反應容器2中以執行氮氣淨化，同時藉由(例如)自然冷卻將反應容器2冷卻至自室溫至100℃之預定溫度。隨後，使蓋24向下移動以便將晶舟3自反應容器2卸載(步驟S5)。隨後，獲得試樣虛設晶圓DW且藉由(例如)ICP-MS(感應耦合電漿-質譜分析)量測試樣虛設晶圓DW上之目標金屬(諸如鋁)的濃度(步驟S6)。隨後，若所量測之鋁濃度高於目標值(步驟S7；N)，則將晶舟3上之虛設晶圓DW替換為新虛設晶圓DW(步驟S9)。隨後，將新虛設晶圓DW裝載於反應容器2中，且再次執行烘焙及量測虛設晶圓DW上之鋁的濃度(步驟S2至S7)。
另一方面，當虛設晶圓DW上之鋁的濃度變得低於目標值(步驟S7；Y)時，將用於製造半導體設備之產物晶圓放置於晶舟3上以代替虛設晶圓DW。隨後，開始對產物晶圓執行一般熱處理(步驟S8)。如上所述，執行石英元件零件2及3之烘焙。
根據如上所述之實施例的烘焙方法提供下列效應。具體言之，通常自石英元件零件(諸如反應容器2及晶舟3)散布之鋁可易於再沈積於石英元件零件上。然而，由於對大量放置於烘焙環境內之虛設晶圓DW執行烘焙，故藉由虛設晶圓DW捕獲經散布之鋁，從而降低石英元件零件內之鋁量。因此，當此後對產物晶圓執行熱處理時，可抑制晶圓上之鋁污染。
此外，在重複烘焙，同時將反應容器2內之虛設晶圓DW替換為新虛設晶圓時，防止石英元件零件2及3受自虛設晶圓DW散布之鋁污染，且自垂直熱處理裝置1內可靠地去除鋁。此外，在烘焙後，量測沈積於某些自反應容器2卸載之虛設晶圓DW上之鋁的濃度且使用此量測結果來判斷是否需要用新虛設晶圓DW再次執行烘焙。因此，可可靠地降低石英元件零件中之鋁的濃度，同時防止虛設晶圓DW出現不必要消耗。
在如上所述之實施例中，以氯化氫氣體例示連同水蒸氣一起供應於反應容器2中之含氯氣體。代替此氣體，含氯氣體可為另一氣體，諸如氯氣或有機氯化合物，例如反-二氯乙烯。
如先前所述，執行烘焙石英元件零件2及3之時機不限於在組裝垂直熱處理裝置1後之時機。舉例而言，可定期量測沈積於經熱處理之晶圓上之鋁的濃度，以便當發現量測結果超過設定值時暫時停止對晶圓之一般熱處理且執行展示於圖2中之步驟S2至步驟S9。在此實施例中，以鋁例示可引起晶圓污染之目標金屬。代替鋁，目標金屬可為另一金屬，諸如最初於石英元件零件中之所含量僅次於鋁之鈦。
此外，自其去除金屬(諸如鋁)之石英元件零件不限於參看圖2之流程圖說明的反應容器2或晶舟3。舉例而言，覆蓋蓋24頂面之石英板及隔熱單元31亦為該等用作垂直熱處理裝置1之元件零件的石英元件零件。
由石英元件零件組裝之垂直熱處理裝置1可由用於氧化矽薄膜之氧化爐、用於將雜質擴散至半導體層中之擴散爐及CVD爐例示。
在如上所述之實施例中，在組裝垂直熱處理裝置1之後執行石英元件零件之烘焙。然而，可在使用石英元件零件來組裝垂直熱處理裝置1之前執行石英元件零件之烘焙。圖3為展示用於在將晶舟3併入垂直熱處理裝置1中之前去除存在於晶舟3(石英元件零件)上及於其中之金屬的烘焙裝置10之視圖。
烘焙裝置10具有類似於垂直熱處理裝置1之結構。具體言之，烘焙裝置10包括一在頂部具有一排氣口511之石英反應容器51、一具有覆蓋有一石英板521之一頂面的蓋52及一用於固持待烘焙之晶舟3的支撐構件53。此外，烘焙裝置10包括一外殼61、一加熱器62及一用於上下移動蓋52之升降機63。安置一氣體供應管線7且使其在其上游端連接至一氯化氫氣體供應單元71、一水蒸氣供應單元72及一氧氣供應單元73。
在製造者製造出晶舟3之後且在將其併入垂直熱處理裝置1中之前藉由使用(例如)步驟S2至S7及S9執行烘焙。具體言之，將具有支撐於其上之虛設晶圓DW之晶舟3裝載於反應容器51中且如上所述執行加熱、排氣及氣體供應以執行烘焙。隨後，量測虛設晶圓DW上之金屬的濃度且使用此量測結果來判斷是否需要用新虛設晶圓DW再次執行烘焙。如需要，則重複烘焙，以便使晶舟3不含金屬(諸如鋁)。
<本發明之實例>
(實驗1)
進行實驗以檢驗用於烘焙石英元件零件之氣體之類型與自石英元件零件去除鋁之效果之間的關係。
A.實驗條件
在展示於圖1中之垂直熱處理裝置1中，將三個虛設晶圓DW分別放置於晶舟3之頂部、中部及底部。隨後，執行石英元件零件(諸如反應容器2及晶舟3)之烘焙，同時分別供應不同氣體且在750℃下加熱反應容器2之內部。在執行烘焙預定時間之後，藉由ICP-MS量測沈積於虛設晶圓DW上之鋁的濃度。
在如上所述之實驗條件下，將如下所闡明之不同氣體分別供應於反應容器2中。
(本發明之實例PE1)
氯化氫氣體：0.6L/min
水蒸氣：10L/min(比較實例CE1)
氧氣：10L/min(比較實例CE2)
水蒸氣：10L/min(比較實例CE3)
氯化氫氣體：0.6L/min
氧氣：10L/min
B.實驗結果
圖4展示在如上所述之本發明之實例及比較實例中在經過預定時間之後在放置於晶舟3底部之虛設晶圓DW表面上之鋁的原子濃度。在圖4中，水平軸表示加熱時間[min]且垂直軸表示以對數形式之鋁濃度[原子/平方公分]。在圖4中，"●"表示本發明之實例PE1，"■"表示比較實例CE1，"▲"表示比較實例CE2且"×"表示比較實例CE3。沈積於虛設晶圓DW上之鋁源自於存在於反應容器2內之石英元件零件上及該等石英元件零件中的鋁。因此，當沈積於虛設晶圓DW上之鋁量越大(鋁原子濃度越高)時，自石英元件零件去除鋁之效果越高。
根據展示於圖4中之結果，當同時供應水蒸氣及氯化氫氣體(本發明之實例PE1)時，去除鋁之效果即使在10分鐘及數分鐘之較短處理時間下亦為最高。另一方面，當僅供應氧氣(比較實例CE1)時，在(例如)5分鐘之處理時間下之效果僅為本發明之實例PE1之效果的約百分之一。當僅供應水蒸氣(比較實例CE2)時，需要約400分鐘之處理時間來獲得與本發明之實例PE1相同之鋁去除效果。當供應氧氣及氯化氫氣體(比較實例CE3)時，鋁去除效果即使經過較長處理時間亦不能與本發明之實例PE1相比。因此，經發現同時供應含氯氣體及水蒸氣來執行烘焙之方法為自石英元件零件去除鋁的最有效方法。
(實驗2)
進行實驗以檢驗用於烘焙石英元件零件之氣體類型與沈積於產物晶圓上之鋁量之間的關係。
A.實驗條件
在展示於圖1中之垂直熱處理裝置1中，將氣體供應於反應容器2中，同時加熱容器2之內部來執行烘焙。此後，將晶圓裝載於反應容器2中且使其經受熱處理。重複執行此順序。量測在熱處理期間沈積於晶圓上之鋁的濃度。在此實驗之烘焙中，未將虛設晶圓DW放置於反應容器2內。
(比較實例CE4)
安排一烘焙循環僅以10L/min供應水蒸氣於反應容器2中且在1,000℃下加熱反應容器2之內部6小時。隨後，重複執行第一至第十烘焙循環。將晶圓裝載於反應容器2中且在開始第一烘焙循環之前及在執行各烘焙循環之後使其經受熱處理。量測在熱處理期間沈積於晶圓上之鋁的濃度。在於該等循環之間不對晶圓執行熱處理之情況下連續執行第七及第八烘焙循環12小時。
(本發明之實例PE2)
安排一烘焙循環以10L/min供應水蒸氣且以0.6L/min供應氯化氫氣體於反應容器2中且在1,000℃下加熱反應容器2之內部1小時。隨後，在比較實例CE4之第十循環之熱處理之後執行第一至第二烘焙循環。如在比較實例CE4中，在執行各烘焙循環之後對晶圓執行熱處理。量測在熱處理期間沈積於晶圓上之鋁的濃度。
B.實驗結果
圖5展示在比較實例CE4及本發明之實例PE2中在開始烘焙之前及在各烘焙循環之後沈積於經熱處理之晶圓上的鋁的濃度。根據比較實例CE4之結果，即使10個循環(亦即總共烘焙60小時)亦僅將沈積於晶圓上之鋁的濃度降低至開始烘焙之前所獲得之鋁濃度(約1.0×1011 原子/平方公分)的一半(約5.0×1010 原子/平方公分)。此外，查看第四至第十循環之後在各熱處理期間所沈積之鋁的濃度，即使在增加烘焙循環數之情況下，鋁濃度亦幾乎不變，亦即不顯示烘焙效果。
另一方面，根據本發明之實例PE2之兩個烘焙循環，由比較實例CE4之第十循環降至最低點之鋁濃度進一步將近減半且減少至開始烘焙之前所獲得之鋁濃度(約1.0×1011 原子/平方公分)的五分之一(約2.0×1010 原子/平方公分)。因此，亦由該等結果已發現同時供應含氯氣體及水蒸氣來執行烘焙之方法為自石英元件零件去除鋁的最有效方法。
(實驗3)
進行實驗以檢驗藉由對放置於反應容器2內之虛設晶圓DW進行烘焙所提供之鋁去除效果。
A.實驗條件
在展示於圖1中之垂直熱處理裝置1中，執行烘焙，同時以不同值設定虛設晶圓DW之數量。此後，將晶圓裝載於反應容器2中且使其經受熱處理。量測在熱處理期間沈積於晶圓上之鋁的濃度。在此實驗之烘焙中，將反應容器2內之溫度設定為1,000℃且烘焙時間設定為60分鐘。將用作含氯氣體之反-二氯乙烯以0.6L/min且水蒸氣以10L/min供應於反應容器2中。為證實再現性，執行相同實驗兩次。
(本發明之實例PE3-1及PE3-2)虛設晶圓數量：100
(本發明之實例PE4-1及PE4-2)虛設晶圓數量：50
(比較實例CE5-1及CE5-2)虛設晶圓數量：0
B.實驗結果
圖6展示在本發明之實例及比較實例之每一者的條件下執行烘焙之後對晶圓執行熱處理期間沈積於晶圓上之鋁的濃度的量測結果。根據實驗結果，當藉由使用虛設晶圓DW執行烘焙(本發明之實例PE3-1及PE3-2及本發明之實例PE4-1及PE4-2)時，在烘焙之後熱處理期間沈積於晶圓上之鋁的量小於藉由不使用虛設晶圓DW(比較實例CE5-1及CE5-2)時之情況所獲得之彼等鋁量。此外，將本發明之實例相互比較，具有較大數量之虛設晶圓的實例(本發明之實例PE3-1及PE3-2)提供比用較小數量之虛設晶圓之實例(本發明之實例PE4-1及PE4-2)小的鋁沈積量。因此，已發現當在烘焙期間放置於反應容器2內之虛設晶圓DW之數量增加時，去除鋁之效果增強。在此實驗中，反-二氯乙烯用作含氯氣體且發現其提供足夠之鋁去除效果。
(實驗4)
進行實驗以檢驗反應容器2內之溫度變化對鋁去除效果的影響。
A.實驗條件
在展示於圖1中之垂直熱處理裝置1中，將氣體(設定在0.6L/min下之氯化氫氣體及設定在10L/min下之水蒸氣)供應於反應容器2中，同時加熱容器2之內部來執行烘焙10小時。此後，將三個晶圓分別放置於晶舟3之頂部、中部及底部且使其經受熱處理。量測在熱處理期間沈積於晶圓上之鋁的濃度。在此實驗之烘焙中，未將虛設晶圓DW放置於反應容器2內。
(本發明之實例PE5)
反應容器內之溫度：550℃
(本發明之實例PE6)
反應容器內之溫度：700℃
(比較實例CE6)
於未經烘焙處理之反應容器內對晶圓執行熱處理。
B.實驗結果
圖7為展示藉由此實驗所獲得之反應容器內之溫度變化之影響的特性曲線圖。根據實驗結果，當使用經烘焙處理之反應容器2(本發明之實例PE5及PE6)時，在熱處理2期間沈積於晶圓上之鋁的濃度小於藉由未經烘焙處理之反應容器所獲得之鋁的濃度。因此，該等本發明之實例顯示自石英元件零件去除鋁之足夠效果。另一方面，將本發明之實例PE5及PE6相互比較，反應容器2內之較低溫度(本發明之實例PE5)提供比較高溫度(本發明之實例PE6)更佳的鋁去除效果。然而，若反應容器2內之溫度過低，諸如遠低於500℃之溫度，則可能由於鹽酸或其類似物之冷凝而導致裝置不當腐蝕。另一方面，考慮到石英元件零件之耐熱性，將此溫度設定為1,200℃或1,200℃以下且較佳為1,050℃。
根據如上所述之本發明之實施例，於經加熱環境內對大量放置於其中之虛設基板執行石英元件零件之烘焙，同時供應含氯氣體及水蒸氣。將藉由烘焙散布之金屬沈積於虛設基板上，隨後將該等虛設基板自反應容器卸載。在此情況下，防止如此散布之金屬再次沈積於石英元件零件上。因此，可藉由使用帶有極少量存在於其上之金屬的石英元件零件對半導體基板執行熱處理，以便顯著抑制對半導體基板之金屬污染。
對於熟習此項技術者將易於發現其他優點及修改。因此，本發明在其寬廣態樣上不限於本文中所展示及所述之特定細節及代表性實施例。因此，在不悖離如附加申請專利範圍及其等效物所定義之一般發明概念的精神或範疇的情況下可進行各種修改。
1．．．垂直熱處理裝置/裝置
2．．．圓筒形反應容器/反應容器/容器/石英元件零件
3．．．晶舟/石英元件零件
4．．．注射器
5．．．控制部分
7．．．氣體供應管線
10．．．烘焙裝置
21．．．排氣口
22．．．圓筒形罩
23．．．加熱設備/加熱器
24．．．蓋
25．．．晶舟升降機
31．．．隔熱單元
32．．．旋轉軸
33．．．旋轉驅動單元
41．．．氣體通道
42．．．氯化氫氣體供應單元
43．．．水蒸氣供應單元
44．．．氧氣供應單元
45．．．處理氣體供應單元
51．．．石英反應容器/反應容器
52．．．蓋
53．．．支撐構件
61．．．外殼
62．．．加熱器
63．．．升降機
71．．．氯化氫氣體供應單元
72．．．水蒸氣供應單元
73．．．氧氣供應單元
511．．．排氣口
521．．．石英板
DW．．．虛設晶圓
圖1為展示根據本發明之一實施例之垂直熱處理裝置的剖視圖；
圖2為展示根據本發明之一實施例用於烘焙石英元件零件之方法之處理流程的流程圖；
圖3為展示根據本發明之另一實施例之烘焙裝置的剖視圖；
圖4為展示藉由在展示於圖1中之裝置中所執行的實驗獲得之烘焙法之金屬去除效果的特性曲線圖；
圖5為展示藉由在展示於圖1中之裝置中所執行的實驗獲得之烘焙法之金屬去除效果的第二特性曲線圖；
圖6為展示藉由在展示於圖1中之裝置中所執行的實驗獲得之烘焙法之金屬去除效果的第三特性曲線圖；且
圖7為展示藉由在展示於圖1中之裝置中所執行的實驗獲得之烘焙法中之溫度變化影響的特性曲線圖。

Claims (20)

  1. 一種自批式熱處理裝置中之石英元件零件去除金屬雜質之方法，該裝置包含：一處理容器，其經配置以在垂直方向上間隔地容納複數個目標基板且於其中形成熱處理環境，該處理容器包括一待曝露於該熱處理環境之石英內表面；一加熱器，其經配置以加熱該處理容器之內部；一排氣系統，其經配置以自該處理容器內部排氣；及一處理氣體供應系統，其經配置以向該處理容器供應處理氣體；該方法包含：在無產物目標基板放置於其中之該處理容器內放置複數個虛設基板，以允許該金屬雜質沈積於其上；隨後，向該處理容器供應含氯氣體及水蒸氣且在處理溫度下加熱該處理容器之該石英內表面，藉此對該石英內表面施行烘焙處理以自該石英內表面除去該金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上；且隨後，自該反應容器卸載該等帶有沈積於其上之該金屬雜質的虛設基板。
  2. 如請求項1之方法，其中該金屬雜質包含鋁或鈦。
  3. 如請求項1之方法，其中該金屬雜質包含鋁。
  4. 如請求項3之方法，其中該處理溫度經設定為550℃至1,200℃。
  5. 如請求項3之方法，其中該等虛設基板中之每一者包含一矽表面。
  6. 如請求項1之方法，其中該含氯氣體包含氯化氫氣體。
  7. 如請求項1之方法，其中該方法包含對該石英內表面重複施行該烘焙處理，同時以新虛設基板替換該等虛設基板。
  8. 如請求項7之方法，其中該方法包含量測沈積於一經卸載之虛設基板上之該金屬雜質的濃度，且對該石英內表面重複施行該烘焙處理，同時以新虛設基板替換該等虛設基板直至該濃度變得低於目標值。
  9. 如請求項1之方法，其中該方法包含在該烘焙處理之後以氧氣淨化該反應容器之內部。
  10. 如請求項1之方法，其中該裝置包含一經配置以固持該等目標基板且包括一石英部分之固持構件，且該方法包含將固持該等虛設基板之該固持構件放置於該處理容器內，且亦對該固持構件之該石英部分施行該烘焙處理以自該石英部分除去該金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上。
  11. 如請求項1之方法，其中該裝置包含一包括一待曝露於該熱處理環境之石英部分之預定構件，且該方法包含在該處理容器內放置該預定構件以及該等虛設基板，且亦對該預定構件之該石英部分施行該烘焙處理，以自該石英部分除去該金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上。
  12. 一種自批式熱處理裝置中之石英元件零件去除金屬雜質之方法，該裝置包含：一處理容器，其經配置以在垂直方向上間隔地容納複數個目標基板且於其中形成熱處理環境；一預定構件，其包括一待曝露於該熱處理環境之石英部分；一加熱器，其經配置以加熱該處理容器之內部；一排氣系統，其經配置以自該處理容器內部排氣；及一處理氣體供應系統，其經配置以向該處理容器供應處理氣體；該方法包含：在無產物目標基板放置於其中之該處理容器內放置該預定構件以及複數個虛設基板，以允許該金屬雜質沈積於該等虛設基板上；隨後，向該處理容器供應含氯氣體及水蒸氣且在處理溫度下加熱該預定構件之該石英部分，藉此對該石英部分施行烘焙處理以自該石英部分除去該金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上；且隨後，自該反應容器卸載該等帶有沈積於其上之該金屬雜質的虛設基板。
  13. 如請求項12之方法，其中該金屬雜質包含鋁或鈦。
  14. 如請求項12之方法，其中該金屬雜質包含鋁。
  15. 如請求項14之方法，其中該處理溫度經設定為550℃至1,200℃。
  16. 如請求項14之方法，其中該等虛設基板中之每一者包含一矽表面。
  17. 如請求項12之方法，其中該含氯氣體包含氯化氫氣體。
  18. 如請求項12之方法，其中該方法包含對該石英部分重複施行該烘焙處理，同時以新虛設基板替換該等虛設基板。
  19. 如請求項18之方法，其中該方法包含量測沈積於一經卸載之虛設基板上之該金屬雜質的濃度，且對該石英部分重複施行該烘焙處理，同時以新虛設基板替換該等虛設基板直至該濃度變得低於目標值。
  20. 一種自批式熱處理裝置中之固持構件去除金屬雜質的方法，該固持構件經配置以在垂直方向上間隔地固持複數個目標基板且包括一石英部分，該方法包含：在無產物目標基板放置於其中之一處理容器內放置固持複數個虛設基板之該固持構件，以允許該金屬雜質沈積於該等虛設基板上；隨後，向該處理容器供應含氯氣體及水蒸氣且在處理溫度下加熱該固持構件之該石英部分，藉此對該石英部分施行烘焙處理以自該石英部分除去該金屬雜質且沈積該金屬雜質於該等虛設基板上；且隨後，自該反應容器卸載該固持構件以及該等帶有沈積於其上之該金屬雜質的虛設基板。
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