TWI518784B - 熱處理裝置 - Google Patents

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TWI518784B
TWI518784B TW101113544A TW101113544A TWI518784B TW I518784 B TWI518784 B TW I518784B TW 101113544 A TW101113544 A TW 101113544A TW 101113544 A TW101113544 A TW 101113544A TW I518784 B TWI518784 B TW I518784B
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高橋清彥
金子裕史
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東京威力科創股份有限公司
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Description

熱處理裝置
本發明係關於一種對半導體晶圓等基板進行熱處理之熱處理裝置、尤其係關於一種批次式熱處理裝置。
於半導體元件之製程中係使用批次式熱處理裝置，將複數基板以既定間隔來配置而進行一次性的處理。如此之熱處理裝置係具備有：下部呈開口之反應管；晶圓支撐部，可配置於反應管內部，將複數片基板以既定間隔來保持；以及，外部加熱器，係配置於反應管外側，對反應管內之基板進行加熱。此外，於反應管內係設有從下部開口沿著晶圓支撐部往上延伸之氣體供給噴嘴。
朝反應管內搬入支撐基板之晶圓支撐部，以外部加熱器來加熱基板、並從氣體供給噴嘴流出程序氣體，藉此對基板進行對應於程序氣體之處理。
專利文獻1 日本特開2000-068214號公報
專利文獻2 日本特開2008-172205號公報
於上述熱處理裝置，氣體供給噴嘴係延伸至比晶圓支撐部上端更高的位置，當從其前端供給程序氣體之情況，恐因程序氣體在晶圓支撐部下端側發生枯竭而導致處理均勻性在上端側基板與下端側基板之間出現惡化。是以，藉由使用長度不同之複數氣體供給噴嘴、或是使用以既定間隔形成有複數開口之氣體供給 噴嘴，來謀求沿著晶圓支撐部長邊方向從複數位置對基板供給程序氣體，來改善處理均勻性(例如專利文獻1)。
但是，即使於此情況下，由於程序氣體係一邊於氣體供給噴嘴內從下往上流動一邊受到加熱，故從氣體供給噴嘴上端側開口所供給之程序氣體會比從下端側開口所供給之程序氣體來得高溫。因此，無法充分地改善處理均勻性。
此外，當程序氣體使用2種類原料氣體之情況，若其中一者之原料氣體的分解溫度較另一者之原料氣體的分解溫度來得顯著的低，則有時分解溫度低的原料氣體會於氣體供給噴嘴之尤其上端側開始分解。如此一來，會於氣體供給噴嘴之內部或反應管內面沉積膜，降低膜於基板上之沉積速度。此外，原料氣體之利用效率也會惡化。再者，沉積於反應管內面之膜一旦剝落乃成為產生粒子的原因，故不得不提高反應管之洗淨頻率，導致生產量之降低。
是以，有人嘗試於反應管側部設置內部空間被區劃為複數氣體導入區劃部之氣體導入管，而對複數基板(相對於基板處理面配置於垂直方向上)從側方供給原料氣體(例如專利文獻2)。但是，即便將氣體導入管區劃為複數氣體導入區劃部，仍難以對複數基板均勻地供給原料氣體，而需要進一步提高均勻化。
本發明係鑑於上述情事所得者，其目的在於提供一種熱處理裝置，為將做為處理對象之複數基板以多段配置者，可改善基板間之處理均勻性。
依據本發明之樣態一種熱處理裝置，係具備有：反應管，係延伸於第1方向上；支撐體，係收容於該反應管內，可沿著該第1方向來將複數基板加以多段式支撐；複數氣體供給管，係於該反應管側面沿著該第1方向隔著間隔來配置排列而設置，對該反應管之內部供給氣體；板狀構件，係於該反應管內配置在該複數氣體供給管之開口端與收容在該反應管內之該支撐體之間，設有分別對應於該複數氣體供給管之複數開口部；以及加熱部，係配置於該反應管之外側。
依據本發明之實施形態，可提供一種使得做為處理對象之複數基板以多段配置之熱處理裝置，可改善基板間之處理均勻性。
以下，一邊參見所附圖式、一邊針對本發明之非限定性例示之實施形態做說明。所附全圖式，針對同一或是對應構件或是零件係賦予同一或是對應參見符號而省略重複說明。此外，圖式之目的並非顯示構件或是零件間之相對比，從而，具體尺寸應參酌以下之非限定性實施形態而由業界人士所決定。
圖1係顯示本實施形態之熱處理裝置之概略圖。
本實施形態之熱處理裝置1係具備有：外管10、內 管11、晶圓支撐體16、加熱部20、氣體分散板11b、支撐板12、底板13、排氣管14、蓋體15、氣體供給管17a~17d、支撐桿19、固定環71(環狀構件)。
外管10係包含有：管部分10p，呈圓筒形狀，下部開口且上部封閉；複數(圖1中為4個)導管10a,10b,10c,10d，係設置於管部分10p之側周面；凸緣10f，係設置於管部分10p之下端(下部開口部分)。導管10a~10d係於管部分10p之側周面沿著管部分10p之長邊方向(圖1中為縱向)配置成大致一列而設置。
外管10可由例如石英玻璃所構成。外管10能以例如以下方式來製作。於屬於有蓋圓筒管之管部分10p的側周面沿著長邊方向(第1方向)以既定間隔設置孔。其次，以複數管個別前端和此等孔連接的方式以熔接等將複數管裝設於管部分10p。此等管成為導管10a~10d。
此外，於外管10之下端形成有凸緣10f，此凸緣10f係經由未圖示之既定密封構件而由支撐板12所保持，藉由將支撐板12螺固於底板13來使得外管10相對於底板13受到固定。
內管11係包含有：管部分11p，呈圓筒形狀，下部開口且上部封閉；擴張部11a，係裝設於管部分11p之側周面之一部分；以及，凸緣11f，係設置於管部分11p之下端(下部開口部分)。內管11可通過外管10之下部開口而進出於外管10內。
內管11係經由固定環71而被外管10所支撐。亦即 ，內管11之凸緣11f係藉由固定環71所支撐，固定環11係被支撐於外管10，藉此，內管11相對於外管10受到固定。關於內管11之詳細構成以及內管11之裝設方法將於後述。
此外，氣體供給管17a~17d係於內管11之管部分11p側周面沿著長邊方向(圖1中為縱向)配置成大致一列而設置。
外管10之導管10a~10d分別對應於氣體供給管17a~17d而設置。於導管10a~10d內係被插入與之對應之氣體供給管17a~17d。亦即，導管10a~10d係支撐著對應之氣體供給管17a~17d。於氣體供給管17a~17d係連接著來自氣體供給系統(後述)之對應的配管，來自氣體供給系統之程序氣體通過氣體供給管17a~17d而供給於內管11之內部(後述)。
排氣管14係設置於外管10之管部分10p的下方。排氣管14係設置於複數導管10a~10d當中位於最下方的導管10d之下方。於排氣管14之前端形成有凸緣，以既定接頭來連接於排氣系統(後述)。
藉此，通過氣體供給管17a~17d而供給於內管11內之程序氣體於通過晶圓W表面上之後，通過設置於內管11之一個或是複數個開口部或是狹縫(未圖示)而從排氣管14被排氣。
其次，說明本實施形態之內管11之構成。
圖2係顯示本實施形態之內管11之概略圖。圖3A係本實施形態之內管11之概略俯視圖。
內管11可由例如石英玻璃所構成。於內管11之管部分11p的側面亦即外周面之一部分係沿著長邊方向形成有大致矩形形狀之開口。擴張部11a具有對應於此開口之大致箱形的形狀，以包覆此開口的方式裝設於管部分11p。於本實施形態，擴張部11a係從管部分11p突出而形成。
擴張部11a沿著內管11之長邊方向配置成大致一列之複數氣體供給孔H1~H4係隔著既定間隔來形成。如圖示般，氣體供給孔H1~H4係對應於上述氣體供給管17a~17d來形成。換言之，氣體供給管17a~17d係以開口端近接於對應之氣體供給孔H1~H4的方式由外管10之導管10a~10d所支撐著(圖2中基於說明起見，氣體供給管17a~17d與氣體供給孔H1~H4係相互分離)。藉由如此之構成，來自氣體供給系統之程序氣體係通過氣體供給管17a~17d以及氣體供給孔H1~H4而供給於內管11內。
如圖3A所示般，氣體供給孔H1之內徑以略大於氣體供給管17a外徑為佳。藉此，氣體供給管17a可從氣體供給孔H1插入擴張部11a內部。但是並不限定於此，亦可例如使得氣體供給孔H1之內徑與氣體供給管H1之內徑成為相等。
參見圖3A，於擴張部11a與內管11之交界，以阻塞擴張部11a之開口10m的方式設有氣體分散板11b。
圖3B係顯示氣體分散板11b構成之一例之圖。
於氣體分散板11b設有複數狹縫群110。各狹縫群 110係分別對應於各氣體供給管17a~17d、亦即對應於擴張部11a之氣體供給孔H1~H4而設置。於本實施形態，於氣體分散板11b係形成有分別對應於擴張部11a之氣體供給孔H1~H4的4個狹縫群110。於圖3B，為便於說明起見係將氣體供給管17a以及17b之開口端的對應位置以虛線來表示。
此處，各狹縫群110係包含有2個狹縫11s(狹縫部)與2個狹縫11t。各狹縫11s係具有：第1狹縫1a，相對於氣體分散板11b之長邊方向(內管11之長邊方向)呈傾斜；第2狹縫1b，係連續於第1狹縫1a之下端，於氣體分散板11b之長邊方向平行延伸；以及第3狹縫1c，係連續於第2狹縫1b之下端，相對於氣體分散板11b之長邊方向係和第1狹縫1a呈相反傾斜。此處，氣體供給管17a~17d之開口端係和2個狹縫11s之第2狹縫1b大致對向地配置。
此處，各狹縫11s係沿著氣體分散板11b之長邊方向延伸設置。於本實施形態，由於複數狹縫群110係沿著氣體分散板11b之長邊方向配置，故複數狹縫11s可沿著氣體分散板11b之長邊方向上大致均等地設置於全體。
各狹縫群110之2個狹縫11s係以對應於該狹縫群110之氣體供給管(17a等)的對應位置(圖中以虛線表示之部位)為中心，在相對於氣體分散板11b之長邊方向呈大致垂直之寬度方向(第2方向)隔著間隔來設置。此外，各狹縫群110之2個狹縫11s係以對應於該狹縫群 110之氣體供給管(17a等)的對應位置(圖中以虛線表示之部位)為中心，沿著氣體分散板11b之長邊方向逐漸擴大彼此間隔地形成。亦即，各狹縫群110之2個狹縫11s係以氣體供給管(17a等)之對應位置(圖中以虛線表示之部位)為中心，以於圖3B中上下延伸、且往左右(寬度方向)擴展的方式來設置，具有大致X形狀。
亦即，各狹縫群110之2個狹縫11s的第1狹縫1a彼此係沿著氣體分散板11b之長邊方向朝不同方向延伸，第2狹縫1c彼此也朝不同方向延伸。
此外，鄰接狹縫群110之2個狹縫11s間的距離d雖取決於例如各狹縫11s之長度等條件，但可設定在可對配置於內管11內之複數晶圓W均等地供給氣體的距離。例如將此距離d設定在既定範圍以內，即便對於和狹縫群110間的位置相對應之晶圓W也能供給充分量之氣體。此外，若將此距離d保持在較既定範圍來得大，可避免來自雙方狹縫群110的氣體被重複過度地供給。藉由採用以上構成，可使得從氣體供給管17a~17d所供給之氣體能對配置於內管11內之複數晶圓W做均等的供給。
於各狹縫群110，2個狹縫11t係於2個狹縫11s之兩側以和第2狹縫1b大致平行地排列之方式而形成。藉由如此之構成，能以更高精度來分散氣體。
此外，狹縫11s相對於對應之氣體供給管(17a等)的開口端形狀，於寬度方向之寬度係狹窄形成。藉此，從氣體供給管(17a等)流出之氣體不會直接供給至被 晶圓支撐體16所支撐之晶圓W，能以氣體分散板11b所阻斷。
此外，氣體分散板11b能以例如石英玻璃所構成。此外，如圖3A所示般，氣體分散板11b相對於氣體供給管17a~17d之開口端係隔著間隔而設置。藉此，從氣體供給管17a~17d之開口端所流出之氣體一邊沿著氣體分散板11b而往擴張部11a內分散、一邊從狹縫群110供給至被晶圓支撐體16所支撐之晶圓W處。
晶圓支撐體16係將複數晶圓W加以多段支撐。晶圓支撐體16可通過內管11之下部開口而進出於內管11。
晶圓支撐體16係具有至少3根支柱16a。於支柱16a以既定間隔設有複數缺口部，晶圓W係將其周緣部插入缺口部而被支撐。於本實施形態，晶圓支撐體16可支撐117片晶圓W。具體而言，從上起算4片仿真晶圓、從下起算4片仿真晶圓、以及於此等之間以3片仿真晶圓來隔離之4群(每1群25片)之處理對象晶圓W係受到支撐。此外，晶圓支撐體16對於100片晶圓W當中從上起算之25片處理對象晶圓W係大致從插入於外管10之導管10a的氣體供給管17a供給程序氣體，而對於下面25片處理對象晶圓W係大致從氣體供給管17b供給程序氣體，對於再下面之25片處理對象晶圓W係大致從氣體供給管17c供給程序氣體，對於再下面之25片處理對象晶圓W係大致從氣體供給管17d供給程序氣體。
晶圓支撐體16係固定於支撐桿19上。支撐桿19係 支撐於蓋體15。蓋體15係利用未圖示之升降機構來升降，藉此，支撐桿19以及晶圓支撐體16可相對地進出於內管11內。一旦晶圓支撐體16進入內管11，則蓋體15經由未圖示之密封構件而和外管10之凸緣10f下面相接，藉此外管10內之環境氣氛從外部環境氣氛被隔離。
此外，亦可於蓋體15設置可貫通支撐桿19之開口，讓支撐桿19通過此開口，將開口與支撐桿19之間以磁性流體等做密閉，並藉由旋轉機構來旋轉支撐桿19。藉此，晶圓支撐體16以及晶圓W成為旋轉狀態，晶圓W可更均勻地暴露在從氣體供給管17a~17d所供給之氣體中。
加熱部20係以包圍外管10的方式設置，通過外管10以及內管11對晶圓支撐體16上所支撐之晶圓W進行加熱。加熱部20具有：被覆外管10之側周部的第1加熱部21、以及被覆第1加熱部21之上端部的第2加熱部22。
第1加熱部21係具有：金屬製筒狀體23、沿著筒狀體23內面設置之絕緣體24、以及由絕緣體24所支撐之發熱體25。此外，於第1加熱部21之上端形成有上端排氣口22D，用以將對加熱部20與外管10之間的內部空間所供給之空氣(後述)加以排氣，通過連接於上端排氣口22D之排氣管(未圖示)而將來自加熱部20之內部空間的空氣排氣至外部。此外，於第1加熱部21之筒狀體23側面係設有對發熱體25供給電力之複數電流導入端子 25a。加熱部20之詳細說明將於後述。
其次說明加熱部20之構成。以下，參見圖1以及圖4來說明。
圖4係顯示本實施形態之加熱部20之第1加熱部21以及外管20之構成的概略立體圖。於第1加熱部21設有從第1加熱部21之下端延伸至上端而容許外管10之導管10a~10d穿過之狹縫。具體而言，係於筒狀體23之一部分沿著筒狀體23之長邊方向從筒狀體23之下端延伸至上端所形成的狹縫23C，對應於此，於絕緣體24也形成有從絕緣體24之下端延伸至上端的狹縫24C。因此，第1加熱部21係具有大致C字形的平面形狀。此外，第1加熱部21之內面除了狹縫(23C,24C)係面對於外管10之外周面。
參見圖1以及圖4，外管10相對於第1加熱部21係以導管10a~10d側之外周面近接於第1加熱部21之內周面的方式呈偏心狀態。藉此，可縮短第1加熱部21內部以及內側之導管10a~10d以及氣體供給管17a~17d的長度。第1加熱部21之內部以及內側會因為來自發熱體25之輻射熱而成為高溫環境氣氛，但氣體供給管17a~17d並不會長距離通過該高溫環境氣氛。因此，氣體供給管17a~17d程序氣體並不會被加熱到相當的高溫即可供給到內管11內。從而，即便是分解溫度相對低的氣體也不會分解或是不必要地被活性化，而可到達晶圓W。
此外，如圖4所示般，由第1加熱部21之狹縫 (23C,24C)之兩緣與導管10a~10d所決定的空間設有隔熱材26。隔熱材26可具有例如熱傳導率儘可能小的例如矽玻璃之纖維(玻璃棉)所形成之做為包裹材之外皮層、以及被填塞於外皮層內之矽玻璃的纖維或是粉體。藉此，由於隔熱材26具有柔軟性，而可因應於上述空間變形，將此空間以無間隙方式填埋。藉由使用隔熱材26，可防止第1加熱部21內部的熱通過此空間而輻射到外部，可抑制第1加熱部21內部之均熱性的惡化。再者，為了進一步抑制均熱性之惡化，亦可於絕緣體24之狹縫24C的兩側或是一側設置沿著狹縫24C延伸之棒狀加熱器。
其次，針對內管裝設(固定)所利用之構件，參見圖5A、圖5B、圖5C以及圖6來說明。
圖5A、圖5B以及圖5C係顯示內管11之安裝夾具70、以及和安裝夾具70一同使用而用來支撐內管11之固定環71的立體圖。
首先，參見圖5A來說明。安裝夾具70係具有基部77以及對基部77進行旋動之旋動部72。安裝夾具70係用以將固定環71安裝於外管10與內管11之間所使用者。
基部77係具有：中央有開口之圓環板77a、以及以內周和圓環板77a之開口緣成為一致的方式裝設之環狀直立部77b。於環狀直立部77b的上面係如後述般載置著內管11。此外，於環狀直立部77b的上面係沿著內周緣形成有脊部77r。脊部77r之外徑相對於內管11之內 徑來得略小，藉此，內管11受到定位。此外，於環狀直立部77b的上面，在脊部77r外側設有突起77p。突起77p係以嵌入在內管11之凸緣內面所形成之凹部(未圖示)的方式來設置。利用突起77p與凹部之嵌入也能讓內管11對環狀直立部77b之上面受到定位。
旋動部72係具有基座部72a、圓筒部72b、以及旋動桿72L。基座部72a係由圓環狀板所構成，其外徑較基部77之圓環板77a外徑來得小，內徑較基部77之環狀直立部77b的外徑來得略大。此外，於旋動部72係沿著基座部72a內周緣裝設有圓筒部72b。從而，圓筒部72b之內徑也較環狀直立部77b之外徑來得略大。此外，於圓筒部72b上面形成有突起72p。
旋動部72係以圓筒部72b包圍基部77之環狀直立部77b的方式載置於圓環板77a上。此外，於旋動部72之基座部72b外周緣裝設有2個桿72L。一旦旋轉桿72L，則旋動部72相對於基部77進行旋轉。
固定環71係具有圓環形狀，其內徑較基部77之環狀直立部77b的外徑來得略大，外徑係和旋動部72之圓筒部72b外徑大致相等。此外，於固定環71之外周面係以大致等角度間隔設有3個鍔部71p。
圖5B係顯示將固定環71嵌入旋動部72之狀態。固定環71係載置於旋動部72之圓筒部72b的上面。此時，於圓筒部72b上面所形成之突起72p與於固定環71之下面所形成之凹部(未圖示)相嵌。藉此，固定環71對旋動部72受到定位。此外，由於突起72p與凹部之相嵌，故 若使得旋動部72之桿72L旋轉，則固定環71可隨同旋動部72進行旋轉。
圖5C係顯示內管11被支撐於基部77之狀態。內管11係以凸緣11f之內面相接於基部77之環狀直立部77b上面的方式被支撐。內管11之凸緣11f的內面係如後述般和固定環71之上面呈現隔離。從而，當將旋動部72之桿72L旋轉時，固定環71不會相接於內管11之內面而可進行旋轉。
接著，針對外管10之凸緣10f形狀，參見圖6來說明。圖6係顯示外管10之下端部的部分切開立體圖。
為便於說明凸緣10f，係將具有有蓋形狀之管部分10p加以切開顯示。如圖示般，管部分10p係裝設於凸緣10f之上面。於凸緣10f內周設有內周壁之一部分在內周的全周往外側凹陷形成之溝槽部10i。於溝槽部10i之下方，3個缺口部10n係以大致等角度間隔來形成。此等缺口部10n係對應於參見圖5A所說明之固定環71之鍔部71p而形成。亦即，如後述般，當內管11插入外管10內之際，固定環71之鍔部71p可穿過外管10之凸緣10f的對應之缺口部10n。
此外，於溝槽部10i上面以大致等角度間隔設有3個凹部10h。此等凹部10h也對應於固定環71之鍔部71p而形成。如後述般，鍔部71p在穿過對應之缺口部10n後，一旦使得旋動部72之桿72L旋轉，則固定環71會旋轉，鍔部71p於溝槽部10i內沿水平面內移動而到達對應之凹部10h的上方。此外，此處雖以溝槽部10i設置 於凸緣10f內周為例，但亦可不設置溝槽部10i，而使得凸緣10f之內周上面的高度和凸緣10f之外周上面的高度成為相同，於此情況也可成為於凸緣10f之內周上面之一部分設有3個凹部10h之構成。
針對內管11是如何相對於以上構成之外管10進行固定，參見圖7A~圖7D來說明。圖7A~圖7D係示意顯示內管11以及外管10之下端部分的截面圖。此外，外管10如上述般係經由固定夾具12而固定於底板13(參見圖1)，為便於說明起見，於圖7A~圖7D係省略了固定夾具12以及底板13。此外，此處係顯示了於內管11之凸緣10f內周並未設置溝槽部10i之構成。
圖7A係顯示內管11支撐於安裝夾具70之狀態。具體而言，內管11之凸緣11f係載置於安裝夾具70之環狀直立部77b。此處，環狀直立部77b上面的脊部77r係和內管11之凸緣11之內周面相咬合，藉此，內管11相對於安裝夾具70受到定位。
一旦將安裝夾具70以及支撐於該處之內管11以未圖示之升降機構朝上方移動，則內管11會插入外管10內。此處，為便於說明起見，係顯示了外管10之凸緣10f之凹部10h。
圖7B係顯示安裝夾具70之旋動部72的基座部72a相接於外管10之凸緣10f下面，往上方之移動停止後的狀態。此時，於旋動部72之圓筒部72b上的固定環71所形成之鍔部71p係穿過於外管10之凸緣10f內周所形成之對應的缺口部10n(圖示省略)。具體而言，鍔部71p 之下面係配置於凸緣10f內周上面。
此處如圖7C所示般，藉由旋轉旋動部72之桿72L，使得固定環71之鍔部71p位於外管10之凸緣10f內周上面的對應之凹部10h上方。此時，由於內管11之凸緣11f的內面具有段差，故固定環71之上面與凸緣11f之內面不會接觸。從而，固定環71可在不接觸於凸緣11f的情況下旋轉。再者，由於內管11被基部77之環狀直立部77b的上面所支撐，由突起77p而被定位，故即便旋動部72旋轉，內管11也不會旋轉。
其次，如圖7D所示般，一旦利用升降機構(未圖示)使得安裝夾具70往下方移動，則固定環71之鍔部71p會被納入外管10之凹部10h，固定環71藉由外管10之凸緣10f而被支撐。此外，一旦內管11往下方移動，其凸緣10f會被載置於固定環71之上面。換言之，內管11係從安裝夾具70之環狀直立部77b移交到固定環71。藉此，內管11乃經由固定環71而被支撐於外管10之凸緣10f。
如以上般，於本實施形態，內管11經由固定環71而被支撐於外管10。是以，可無須旋轉內管11而可藉由外管10所支撐。
例如，即便不使用固定環71，而將和固定環71之鍔部71p同樣的3個鍔部設置於內管11之凸緣11f外周，此等鍔部可相對於在外管10之凸緣10f的溝槽部10i上面所形成之凹部10h受到收納，藉此，內管11可藉由外管10來支撐。但是，於此情況，為了進行鍔部與凹 部10h之對位，必須使得內管11相對於外管10進行旋轉。
但是，本實施形態之內管11具有擴張部11a，被外管10之導管10a~10d所支撐之氣體供給管17a~17d相對於在擴張部11a所形成之氣體供給孔H1~H4進行插入。因此，假使旋轉內管11來支撐於外管10，則氣體供給孔H1~H4與對應之氣體供給管17a~17d的對位變得甚為困難。
依據本實施形態之構造，由於使得固定環71旋轉而將固定環71之鍔部71p收納於對應之外管10之凹部10h，將內管11以固定環71來支撐，故內管11不會過度上下動地旋轉。從而，將內管11插入外管10之際，只要氣體供給管17a~17d可插入於擴張部11a之對應的氣體供給孔H1~H4來定位，則將內管11裝設於外管10之時不會發生位偏，藉此，內管11可對外管10輕易地安裝。
其次，針對氣體分散板11b的效果，參見圖8來說明。圖8係針對從氣體供給管17a通過氣體供給孔H1(參見圖2)而供給於內管11內之氣流圖案以電腦模擬所得結果。
此處圖8A以及圖8B係使用圖3B所示氣體分散板11b之情況的結果，圖8C以及圖8D係使用無圖3B之氣體分散板11b中狹縫11t的氣體分散板之情況的結果。此外，圖8A以及圖8C係顯示氣體供給管17a之高度上內管11在水平面內的流動圖案，圖8B以及圖8D係顯示 包含氣體供給管17a之垂直面內的流動圖案。此外，圖8A~圖8D所示曲線為等速度線。此外，圖8A~圖8D中之參見符號11e係內管11和擴張部11a對向之側周部處所形成的排氣狹縫。於本實施形態，內管11內之氣體係從排氣狹縫11e到達內管11與外管10之間的空間，通過排氣管14而被排氣。
如圖8A以及圖8B所示般，從氣體供給管17a往擴張部11a供給之氣體係衝撞於氣體分散板11b而往橫向以及縱向擴展，通過於氣體分散板11b所形成之狹縫11s(1a、1b、1c)以及11t而到達內管11內。由於受到氣體分散板11b所擴展，故氣體於內管11內係大致均勻地流動。此外，電腦模擬之結果，從氣體供給管17a噴出到擴張部11a之氣體流速為90~100m/秒，但內管11內之晶圓W上(或是晶圓W間)的氣體流速為30~60m/秒。亦即，氣體在晶圓W上係以相對慢的速度均勻地流動著。從而，可高均勻性地處理晶圓W。此外，由於在內管11內之流速慢，而可抑制晶圓W溫度因氣體而下降。
此外，圖8C以及圖8D也得到大致同樣的結果。實際說起來，於上下方向之上部、中間部、以及下部的流速差，圖8A以及圖8B相對於圖8C以及圖8D來得小。一般認為此乃由於圖3B所示氣體分散板11b之狹縫11t的效果。
於氣體分散板11b所形成之狹縫群110(開口)形狀不限定於上述例，可作各種變形。例如，圖3B所示構 成中，亦可採行各狹縫群110不具有2個狹縫11t之構成。
此外，圖9A~圖9D係顯示於氣體分散板11b所形成之狹縫群110之變形例之圖。此處為便於說明起見，氣體供給管17a以及17b之開口端的對應位置係以虛線表示。
具體而言，圖9A~圖9D所示氣體分散板111b中，並無和圖3B之氣體分散板11b中的狹縫1b以及11t相當之部分。於此情況，來自氣體供給管17a(~17d)之氣體係衝撞於1組狹縫1a與1組狹縫1c之間的區域(以下稱為中央區域)後往上下左右擴展，而通過此等狹縫1a以及1c流入內管11內。由於沒有相當於狹縫1b以及11t之部分，可更為降低於內管11內之流速。
此外，圖9B所示狹縫1a以及1c隨著從中央區域往上方或是下方離開而朝向氣體分散板111b之長邊彎曲。據此，衝撞於中央區域之氣體由於往全方向(360°)擴展，而可期待於離開中央區域之區域可輕易通過狹縫1a以及1c。
此外，於圖9C以及圖9D所示狹縫1a以及1c，係從中央區域沿著往上或是下離開之方向而增寬。藉此，可期待在離開中央區域之區域可輕易通過狹縫1a以及1c。
依據所使用氣體之性質(分子量、濃度、黏性等)來適宜變更狹縫之配置以及形狀，可控制內管11內之氣體分布以及流速。
其次，本實施形態於熱處理裝置1得以實施之處理之一例，係針對於藍寶石基板上沉積氮化鎵(GaN)膜，參見圖10來說明。
如圖10所示，氣體供給管17a~17d係經由管La~Ld而連接著對應之鎵原料槽31a~31d。鎵原料槽31a~31d為所謂的起泡器，於本實施形態，內部填充有三甲基鎵(TMGa)。此外，於鎵原料槽31a~31d係經由設有對應之流量調整器(例如質流控制器)3Fa~3Fd之配管Ia~Id而和既定載氣供給源連接著。載氣可使用例如高純度氮氣體。配管La~Ld以及配管Ia~Id在靠近鎵原料槽31a~31d處設有連動開閉之一組開閉閥33a~33d。此外，設有將配管La~Ld與配管Ia~Id做聯繫之旁通管，於旁通管設有對應之旁通閥Ba~Bd。一旦開放旁通閥Ba~Bd而關閉開閉閥33a~33d，則載氣會通過旁通管到達對應之氣體供給管17a~17d而供給至內管11內。相反地，一旦關閉旁通閥Ba~Bd而開放開閉閥33a~33d，則載氣被供給至鎵原料槽31a~31d，流出到充填於內部之TMGa液中，藉此，包含TMGa之蒸氣(或是氣體)從流出口流出。所流出之包含TMGa蒸氣(氣體)的載氣到達對應之氣體供給管17a~17d而供給於內管11內。
此外，於鎵原料槽31a~31d設有恒溫槽32，以未圖示之溫度控制器將鎵原料槽31a~31d乃至於內部之TMGa的溫度維持在既定溫度，TMGa之蒸氣壓對應於溫度而維持於一定值。以恒溫槽32將TMGa蒸氣壓維持於一定，並以設置於配管La~Ld之壓力調整器PCa~PCd 將配管La~Ld內之壓力維持一定，藉此，流經配管La~Ld之載氣中的TMGa濃度可維持一定。
此外，於配管La~Ld匯集有例如來自氨氣(NH3)供給源之對應的配管50a~50d。於配管50a~50d設有對應之流量調整器(例如質流控制器)4Fa~4Fd以及開閉閥Va~Vd。一旦開放開閉閥Va~Vd，則來自NH3供給源之NH3氣體係由流量調整器4Fa~4Fd做流量控制，通過配管50a~50d而流入對應之配管La~Ld。藉此，TMGa之蒸氣(氣體)、NH3、以及載氣之混合氣體通過氣體供給管17a~17d而供給於內管11內。
此外，設置有和未圖示之沖洗氣體供給源相連接之沖洗氣體配管PL。於本實施形態，沖洗氣體係和載氣同樣地使用高純度氮氣體。沖洗氣體配管PL係位於流量調整器4Fa與開閉閥Va之間的位置，相對於配管50a經由開閉閥Pa來連接著。此外，沖洗氣體配管PL係於開閉閥Pa之前方(沖洗氣體供給源側)分歧，相對於配管50b經由開閉閥Pb來連接於流量調整器4Fb與開閉閥Vb之間的位置，相對於配管50c經由開閉閥Pc來連接於流量調整器4Fc與開閉閥Vc之間的位置，相對於配管50d經由開閉閥Pd來連接於流量調整器4Fd與開閉閥Vd之間的位置。
此外，於外管10之排氣管14係經由主閥2A以及壓力調整器2B而和泵(例如機械昇壓泵)4與泵(例如乾式泵)6連接著。藉此，外管10內被維持在既定壓力，外管10內之氣體受到排氣。此外，被排氣之氣體係從泵6 導向既定除毒設備，於此處進行除毒而後釋放於大氣。
於以上之構成，係依以下順序在藍寶石基板上沉積GaN膜。
首先，以未圖示之升降機構將晶圓支撐體16從內管11內往下方取出，利用未圖示之晶圓負載器來將例如直徑4英寸的複數藍寶石基板搭載於晶圓支撐體16。其次，以升降機構將晶圓支撐體16負載於外管10內，支撐板12經由密封構件(未圖示)密合於外管10之下端，使得外管10受氣密密閉。
接著，利用泵4以及6將外管10內減壓成為既定成膜壓力。配合於此，打開旁通閥Ba~Bd、關閉開閉閥33a~33d，從載氣供給源流出氮氣體，則由流量調整器3Fa~3Fd做流量控制後之氮氣體乃通過配管Ia~Id以及旁通閥Ba~Bd而流向配管La~Ld，從氣體供給管17a~17d流入內管11內。此外，藉由開放開閉閥Pa~Pd，則由流量調整器4Fa~4Fd做流量控制後之氮氣體會通過配管50a~50d而流入對應之配管La~Ld，從氣體供給管17a~17d流向內管11。
如上述般使得氮氣體流入外管10內來沖洗外管10內，並藉由控制供給於加熱部20(第1加熱部21以及第2加熱部22)之電力，將支撐於晶圓支撐體16之藍寶石基板W加熱至既定溫度(例如850℃~1050℃)。藍寶石基板W之溫度係藉由於外管10內沿著晶圓支撐體16之長邊方向配置之一或是複數熱電偶(未圖示)來測定，基於測 定溫度進行控制而維持於一定。
於內管11內之沖洗結束、藍寶石基板W之溫度在既定溫度穩定後，開始GaN膜之成膜。具體而言，首先，開放開閉閥Va~Vd、關閉開閉閥Pa~Pd，將由流量調整器4Fa~4Fd做過流量控制之NH3氣體供給於內管11內。藉此，內管11內之環境氣氛從氮環境氣氛變化成為NH3環境氣氛。此外，所供給之NH3氣體係受到藍寶石基板W之熱而分解。此時，藍寶石基板W之表面會因為NH3經分解所生成之N原子而被氮化。於經過既定時間，內管11內之NH3濃度成為一定(和NH3氣體供給源之濃度大致相等)之後，開放開閉閥33a~33d並關閉旁通閥Ba~Bd，藉此，由流量調整器3Fa~3Fd做過流量控制之氮氣體被供給於鎵原料槽31a~31d，含有TMGa蒸氣(氣體)之氮氣體會通過配管La~Ld以及氣體供給管17a~17d而供給於外管10內。供給於外管10內之TMGa受到藍寶石基板S之熱而分解，所分解生成之Ga原子與因NH3分解所生成之N原子會在藍寶石基板W上化合而沉積GaN膜。
依據以上說明之實施形態，於內管11之側周面設有氣體供給管17a~17d，從該處對外管10內供給包含程序氣體(例如TMGa蒸氣(氣體)之載氣與NH3氣體之混合氣體)。
此處，例如當程序氣體於內管11內流經沿著長邊方向(高度方向)從下往上延伸之具有複數孔的氣體供給噴嘴內之情況，由於程序氣體愈往氣體供給噴嘴上 端加熱愈明顯，故溫度不同的程序氣體會被供給至各晶圓W，恐會損及程序氣體對晶圓處理之均勻性。但是，依據本實施形態，如上述般，程序氣體不會沿著內管11之長邊方向流經內管11內，而是從設置於內管11側周面的氣體供給管17a~17d供給於晶圓W，故程序氣體能以大致相等溫度供給於各晶圓W。因此，可提高晶圓處理之均勻性。
此外，有別於程序氣體從下而上流經內管11內之情況，程序氣體在幾乎未發生熱分解(或是熱反應)之情況下供給於晶圓W，而可利用晶圓W之熱來產生熱分解(或是熱反應)，故可謀求程序氣體之利用效率。
尤其，使用TMGa與NH3之GaN膜的沉積之情況，若使用於內管11內從下而上延伸之氣體供給噴嘴來供給TMGa與NH3，則分解溫度低的TMGa會在氣體供給噴嘴內或是反應管之氣相中分解，Ga會析出於氣體供給噴嘴內或反應管內面。如此一來，沉積於藍寶石基板W上之GaN膜的沉積速度會降低，或是已析出的Ga因剝離成為粒子，此為問題所在。但是，依據本實施形態之熱處理裝置(成膜裝置)，由於TMGa與NH3不會長時間流經外管10或是內管11內，而從氣體供給管17a~17d直接到達藍寶石基板W之表面，故可抑制TMGa之分解，可抑制成膜速度之降低、Ga之析出。
此外，如圖1以及圖4所示般，由於外管10相對於第1加熱部21呈偏心配置，儘量縮短位於第1加熱部21之內側的氣體供給管17a~17d之長度，而可抑制氣體供 給管17a~17d之加熱。從而，也可抑制氣體供給管17a~17d因加熱而造成TMGa之分解。
以上，已參見幾個實施形態以及實施例說明了本發明，但本發明不限定於上述實施形態以及實施例，可參照所附申請專利範圍來進行各種變形或是變更。
例如，氣體分散板11b(或是111b，以下相同)除了狹縫群(11s,11t)亦可由不透明材料所構成。藉此，可降低晶圓W之熱通過氣體分散板11b而從第1加熱部21之狹縫(23C,24C)輻射，從而，可提高內管11內之溫度均勻性。具體而言，氣體分散板11b亦能以包含多數微小氣泡之石英玻璃(所謂的不透明玻璃)所製作。此外，亦可將以透明石英玻璃所製作之氣體分散板11b之一面或是兩面以例如噴砂等來粗化而成為不透明。此外，將氣體分散板11b之一面或是兩面以碳化矽(SiC)塗布成為不透明也可得到同樣效果。
此外，氣體分散板11b不限於平板亦可呈彎曲。例如，能以和內管11之側周面大致相等曲率、或是和晶圓W外周大致相等曲率來彎曲。此外，氣體分散板11b也可和內管11一體構成。亦即，可將內管11側壁之一部分當作氣體分散板11b來使用。
此外，於上述實施形態，氣體分散板11b於內管11內係配置於氣體供給孔H1~H4與晶圓支撐體16之間，但亦可如圖11A以及圖11B所示般裝設於外管10之內周面。於此情況，無須於內管11設置擴張部11a，僅需設置對應於氣體分散板11b之開口11m即可。此外，於 圖11A以及圖11B所示例中也可不設置內管11。
此外，於上述實施形態中係於一個擴張部11a設置4個氣體供給孔H1~H4，但亦可設置4個較擴張部11a來得小之箱形形狀擴張部，分別對應於氣體供給管17a~17d來形成氣體供給孔。
此外，於上述實施形態中，裝設於內管11之擴張部11a(包含4個小的擴張部)係具有大致箱形形狀，但亦可具有曲面。例如，擴張部11a亦可具有半圓的上面形狀。此外，擴張部11a亦可具有沿著從內管11外側朝向內側之方向擴展為角形狀的形狀。
此外，雖說明了使用熱處理裝置1之GaN膜的成膜，但不限定於此，亦可例如為了以二氯矽烷(SiH2Cl2)氣體與NH3為原料氣體而於矽晶圓上沉積氮化矽膜而使用熱處理裝置1，亦可為了以矽烷(SiH4)氣體為原料氣體而於矽晶圓上沉積多晶矽膜而使用熱處理裝置1。再者，不光是薄膜之沉積，亦可例如於矽晶圓之熱氧化上使用熱處理裝置1。
此外，於GaN膜之沉積所使用之鎵原料除了TMGa，亦可使用三乙基鎵(TEGa)等其他有機鎵原料、或是氯化鎵(GaCl)。此外，不光是填充三烷鎵、亦可使得填充有例如三甲基銦(TMIn)等三烷銦之原料槽來和鎵原料槽31a~31d分別並列設置，將含有三烷鎵蒸氣(氣體)之載氣與含有三烷銦蒸氣(氣體)之載氣混合而供給於外管10內。藉此，可沉積氮化銦鎵(InGaN)。
此外，為了進一步抑制三烷鎵(且/或三烷銦)於氣 體供給管17a~17d發生分解，較佳為以2個大致同心圓狀的石英管所構成之雙重管來形成導管10a~10d(換言之，於導管10a~10d設置襯套)，而從內管內側往外管10內流動載氣，並於內管與外管之間流經例如冷卻媒體以冷卻氣體供給管17a~17d。
此外，設置於外管10之排氣管14於本實施形態係形成於導管10d下方，但亦可在避開外管10之相當於導管10a~10d相反側的位置(對向位置)之位置來形成。例如，亦可於對向位置之側方、下方、或是上方形成排氣管。此外，當於對向位置側方設置排氣管14之情況，可於對向位置之兩側各設一個排氣管。再者，亦可於對向位置之側方對應於導管10a~10d來設置複數排氣管。
此外，第1加熱部21雖為具有狹縫(23C,24C)之大致圓柱狀形狀，但亦可為例如多角形柱形狀。於此情況，狹縫(23C,24C)以沿著多角形柱邊來設置為佳。
此外，於內管11內亦可設置從下方往上方延伸之氣體導入管，來和氣體供給管17a~17d併用。於此情況，較佳為將分解溫度低的氣體從氣體供給管17a~17d來供給，將分解溫度高的氣體從氣體導入管來供給。藉此，可抑制分解溫度低的氣體在到達晶圓W之前出現分解，可將分解溫度高的氣體予以充分加熱後到達晶圓W。亦即，可因應於氣體之分解溫度來適當加熱氣體。
此外，氣體供給管17a~17d亦可成為雙重管構造。 於此情況，較佳為分解溫度低的氣體供給於內側，分解溫度高的氣體供給於外側。藉此，可讓分解溫度低的氣體保持於低溫下到達晶圓。
此外，亦可於導管10a~10d之外周設置加熱器、水冷襯套。可因應於程序條件來輕易調整氣體溫度，提高成膜效率。
1‧‧‧熱處理裝置
1a‧‧‧第1狹縫
1b‧‧‧第2狹縫
1c‧‧‧第3狹縫
2A‧‧‧主閥
2B‧‧‧壓力調整器
3Fa~3Fd‧‧‧流量調整器
4‧‧‧泵
4Fa~4Fd‧‧‧流量調整器
6‧‧‧泵
10‧‧‧外管
10a~10d‧‧‧導管
10f‧‧‧凸緣
10i‧‧‧溝槽部
10h‧‧‧凹部
10m‧‧‧開口
10n‧‧‧缺口部
10p‧‧‧管部分
11‧‧‧內管
11a‧‧‧擴張部
11b‧‧‧氣體分散板
11e‧‧‧排氣狹縫
11f‧‧‧凸緣
11p‧‧‧管部分
11s‧‧‧狹縫
11t‧‧‧狹縫
12‧‧‧支撐板
13‧‧‧底板
14‧‧‧排氣管
15‧‧‧蓋體
16‧‧‧晶圓支撐體
16a‧‧‧支柱
17a~17d‧‧‧氣體供給管
19‧‧‧支撐桿
20‧‧‧加熱部
21‧‧‧第1加熱部
22‧‧‧第2加熱部
22D‧‧‧上端排氣口
23‧‧‧筒狀體
23C‧‧‧狹縫
24‧‧‧絕緣體
24C‧‧‧狹縫
25‧‧‧發熱體
25a‧‧‧電流導入端子
26‧‧‧隔熱材
31a~31d‧‧‧鎵原料槽
32‧‧‧恒溫槽
33a~33d‧‧‧開閉閥
50a~50d‧‧‧配管
70‧‧‧安裝夾具
71‧‧‧固定環
71p‧‧‧鍔部
72‧‧‧旋動部
72a‧‧‧基座部
72b‧‧‧圓筒部
72L‧‧‧桿
72p‧‧‧突起
77‧‧‧基部
77a‧‧‧圓環板
77b‧‧‧環狀直立部
77p‧‧‧突起
77r‧‧‧脊部
110‧‧‧狹縫群
111b‧‧‧氣體分散板
Ba~Bd‧‧‧旁通閥
H1~H4‧‧‧氣體供給孔
Ia~Id‧‧‧配管
La~Ld‧‧‧配管
Pa~Pd‧‧‧開閉閥
PCa~PCd‧‧‧壓力調整器
Va~Vd‧‧‧開閉閥
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示本實施形態之熱處理裝置之概略圖。
圖2係顯示本實施形態之熱處理裝置之內管之概略圖。
圖3A係本實施形態之熱處理裝置之內管之概略俯視圖。
圖3B係說明於本實施形態之熱處理裝置之內管所設之氣體分散板的說明圖。
圖4係顯示本實施形態之熱處理裝置之加熱部以及外管之概略立體圖。
圖5A~5C係說明本實施形態之熱處理裝置之內管之安裝夾具的說明圖。
圖6係說明本實施形態之熱處理裝置之外管之下部構造的說明圖。
圖7A~圖7D係說明將圖1之熱處理裝置之內管裝設於外管之方法的說明圖。
圖8A~圖8D係說明圖1之熱處理裝置之氣體分散板之效果的顯示模擬結果之圖。
圖9A~9D係顯示本實施形態之熱處理裝置之氣體分散板之變形例之圖。
圖10於本實施形態之熱處理裝置連接氣體供給系統而構成之成膜系統之一例之圖。
圖11A以及圖11B係顯示本實施形態之熱處理裝置之變形例之概略圖。
1‧‧‧熱處理裝置
10‧‧‧外管
10a~10d‧‧‧導管
10f‧‧‧凸緣
10p‧‧‧管部分
11‧‧‧內管
11a‧‧‧擴張部
11b‧‧‧氣體分散板
11f‧‧‧凸緣
11p‧‧‧管部分
12‧‧‧支撐板
13‧‧‧底板
14‧‧‧排氣管
15‧‧‧蓋體
16‧‧‧晶圓支撐體
16a‧‧‧支柱
17a~17d‧‧‧氣體供給管
19‧‧‧支撐桿
20‧‧‧加熱部
21‧‧‧第1加熱部
22‧‧‧第2加熱部
22D‧‧‧上端排氣口
23‧‧‧筒狀體
24‧‧‧絕緣體
25‧‧‧發熱體
25a‧‧‧電流導入端子
71‧‧‧固定環
W‧‧‧晶圓

Claims (10)

  1. 一種熱處理裝置，係具備有：反應管，係延伸於長邊方向上；支撐體，係收容於該反應管內，可沿著該長邊方向來將複數基板加以多段式支撐；複數氣體供給管，係於該反應管側面沿著該第1方向隔著間隔來配置排列而設置，對該反應管之內部供給氣體；板狀構件，係於該反應管內配置在該複數氣體供給管之開口端與收容在該反應管內之該支撐體之間，設有開口部，該開口部包含有對應於該複數氣體供給管之開口端以上下左右線對稱的方式所形成的複數狹縫；以及加熱部，係配置於該反應管之外側；該複數狹縫分別具有：相對於長邊方向往上逐漸變寬地傾斜之1組的第1狹縫；以及與該第1狹縫並排而往下逐漸變寬地相對於該第1狹縫呈逆傾斜之1組的第3狹縫。
  2. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，係進一步具有內管，其配置於該反應管之內側且於該支撐體之外側，設置有和該複數氣體供給管對應之複數氣體供給孔；該板狀構件係配置於該複數氣體供給孔與該支撐體之間。
  3. 如申請專利範圍第2項之熱處理裝置，其中該 內管係具有往外側局部性擴張之擴張部，於該擴張部形成有該複數氣體供給孔。
  4. 如申請專利範圍第2項之熱處理裝置，係進一步具備有環狀構件，其可支撐該內管之下面，且具有從外周面往外側突出之複數鍔部；該反應管於下端部包含有可收容該環狀構件之該複數鍔部的凹部，藉由使得該複數鍔部支撐於該凹部，來將該內管支撐於該反應管。
  5. 如申請專利範圍第4項之熱處理裝置，其中該反應管係進一步包含有複數缺口部，係對應於該複數鍔部而設置，當該環狀構件相對於反應管往該長邊方向移動之時，該複數鍔部可通過該複數缺口部。
  6. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該反應管係進一步具備有複數支撐管，係對應於該複數氣體供給管而形成，用以支撐該複數氣體供給管。
  7. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該板狀構件係裝設於該反應管之內面。
  8. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該板狀構件係由不透明材料所構成。
  9. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該2個狹縫部在該寬度方向之寬度係分別相對於對應之該氣體供給管之該開口端的形狀而狹窄地形成。
  10. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該板狀構件之各該開口部的該2個狹縫部在和對應之該氣體供給管的該開口端相對應之部位並無開口。
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