TWI601232B - 支持體構造及處理設備 - Google Patents

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TWI601232B
TWI601232B TW100121071A TW100121071A TWI601232B TW I601232 B TWI601232 B TW I601232B TW 100121071 A TW100121071 A TW 100121071A TW 100121071 A TW100121071 A TW 100121071A TW I601232 B TWI601232 B TW I601232B
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淺利伸二
岡田充弘
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東京威力科創股份有限公司
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Description

支持體構造及處理設備 【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2010-139145號之權利，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待處理物(例如：半導體晶圓)之支持體構造、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。當藉由使用如專利文獻1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多片晶圓(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之後，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)(專利文獻2)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(專利文獻3與4)，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。
【先前技術文獻】
(專利文獻1)日本公開專利公報第H6-275608號。
(專利文獻2)日本公開專利公報第2004-006551號。
(專利文獻3)日本公開專利公報第H6-45256號。
(專利文獻4)日本公開專利公報第H11-87341號。
本發明之目的係提供能改善待處理物上所形成之膜之厚度之面內(in-plane)均勻度之一支持體構造與一處理設備。
為了達到目的，本發明提供用來支撐多個待處理物之支持體構造，其設置在處理氣體從底部流向頂部或從頂部流向底部之處理容器構造中，該支持體構造包含一頂板部分；一底部部分；及連接頂板部分與底部部分之多個支撐柱，其中，在各支撐柱中沿著縱向方向形成用來支撐待處理物之多個支持體部分，而在處理氣體之流動方向之下游側之支持體部分之間距設定為大於在其上游側之支持體部分之間距。
因為在處理氣體之流動方向之下游側之用來支撐待處理物之支撐柱之支持體部分之間距設定為大於在其上游側之支撐柱之支持體部分之間距，處理氣體可以容易地進入位在處理氣體之流動之下游側之待處理物間之空間。使得改善位在下游側之待處理物上所形成之膜之厚度之面內均勻度變得有可能。
本發明亦提供用來支撐多個待處理物之支持體構造，其設置在處理氣體從一側水平地流向對側之處理容器構造中，該支持體構造包含：一頂板部分；一底部部分；及連接頂板部分與底部部分之多個支撐柱，其中，在各支撐柱中沿著縱向方向形成用來支撐待處理物之多個支持體部分，而在頂側之支持體部分之間距與在底側之支持體部分之間距設定為大於在中間區域之支持體部分之間距。
根據將多個待處理物夾持在處理容器結構(在其中處理氣體從一側水平地流動到對側)中之各支撐柱之支持體部分上之支持體構造，在頂側之支持體部分之間距與在底側之支持體部分之間距設定為大於在中間區域之支持體部分之間距。使得改善位在支持體構造之頂部與底部區域之待處理物上所形成之膜之厚度之面內均勻度變得有可能。
本發明亦提供用來實現多個待處理物之預定處理之處理設備，該處理設備，包含：一直立開放底部處理容器構造，能容納待處理物，並且在其中處理氣體從底部流動到頂部或從頂部流動到底部；一遮蓋，用來關閉處理容器構造之開放底部；一支持體構造，用來支撐待處理物，並且可以插入或抽出處理容器構造；一氣體導引裝置，包含用來導引氣體到處理容器構造中之氣體噴嘴；一排氣裝置，用來排出在處理容器構造中之空氣；及一加熱裝置，用來加熱該待處理物，其中該支持體構造，包含一頂板部分；一底部部分；及連接頂板部分與底部部分之多個支撐柱，其中，在各支撐柱中沿著縱向方向形成用來支撐待處理物之多個支持體部分，而在處理氣體之流動方向之下游側之支持體部分之間距設定為大於在其上游側之支持體部分之間距。
本發明亦提供用來實現多個待處理物之預定處理之處理設備，該處理設備，包含：一直立開放底部處理容器構造，能容納待處理物，並且在其中氣體從一側水平地流動到對側；一遮蓋，用來關閉處理容器構造之開放底部；一支持體構造，用來支撐待處理物，並且可以插入或抽出處理容器構造；一氣體導引裝置，包含用來導引氣體到處理容器構造中之氣體噴嘴；一排氣裝置，用來排出在處理容器構造中之空氣；及一加熱裝置，用來加熱待處理物，其中該支持體構造，包含一頂板部分；一底部部分；及連接頂板部分與底部部分之多個支撐柱，其中，在各支撐柱中沿著縱向方向形成用來支撐待處理物之多個支持體部分，而在頂側之支持體部分之間距與在底側之支持體部分之間距設定為大於在中間區域之支持體部分之間距。
本發明之支持體構造與處理設備可以達到下述之有利功效。
根據本發明，在處理氣體之流動方向之下游側之用來支撐待處理物之支撐柱之支持體部分之間距設定為大於在其上游側之支撐柱之支持體部分之間距，使處理氣體更容易進入支撐在支持體構造之下游側之待處理物間之空間，使得改善位在下游側之待處理物上所形成之膜之厚度之面內均勻度變得有可能。
根據本發明，在將多個待處理物夾持在處理容器構造(在其中處理氣體從一側水平地流動到對側)中之各支撐柱之支持體部分上之支持體構造中，在頂側之支持體部分之間距與在底側之支持體部分之間距設定為大於在中間區域之支持體部分之間距。使得改善位在支持體構造之頂部與底部區域之待處理物上所形成之膜之厚度之面內均勻度變得有可能。
將參考圖示來詳細說明根據本發明之支持體構造與處理設備之較佳實施例。
(第一實施例)
圖1係根據本發明第一實施例之包含支持體構造之處理設備之直立剖面圖；圖2係圖1所顯示之支持體構造之橫剖面圖；及圖3(A)與3(B)係前視圖，說明圖1所顯示之支持體構造中之間距。下面敘述說明處理設備執行膜形成處理以在半導體晶圓上形成膜之示範實例。如圖1所顯示，處理設備40包含作為處理容器構造42之具有預定垂直長度之底部開放圓柱形直立處理容器44。舉例來說，處理容器44可以由非常耐熱之石英所組成。
處理容器44中容納有作為支持體構造之晶舟盒46，該晶舟盒以多層之方式支撐多片作為待處理物之半導體晶圓W。晶舟盒46可垂直地移動，並且可以向上插入或向下抽出處理容器44。舉例來說，整個晶舟盒46由石英所組成。晶舟盒46由設置在頂部之頂板部分48、設置在底部之底部部分50、及連接頂板部分48與底部部分50之多個支撐柱60所組成。晶圓W之周圍部份安置且支撐在形成於各支撐柱60中之支持體部分上。下面將詳細說明支持體部分。舉例來說，晶舟盒46能以多層之方式支撐50到150片具有直徑300 mm之晶圓W。然而，本發明並不限制於該晶圓尺寸與該晶圓數目。
在晶舟盒46插入處理容器44中之後，處理容器44之底部開口會關閉並且藉由遮蓋62(例如：由石英所組成)而氣密密封。在處理容器44之下端與遮蓋62之周圍部份間插入密封構件64(例如：O型環)，以維持氣密性。遮蓋62可以由不鏽鋼所組成。晶舟盒46透過石英保溫基底66安置在支撐於轉動軸70之上端之工作台68上，該轉動軸70穿透用以打開與關閉處理容器44之底部開口的遮蓋62。舉例來說，在轉動軸70與遮蓋62之間插入磁性流體密封72，以可旋轉地支撐轉動軸70同時氣密密封轉動軸70。轉動軸70架置在藉由升降機構74(例如：晶舟盒升降機)所支撐之橫桿74A之前端，如此晶舟盒46、遮蓋62等等可以一起垂直地移動。
圍繞處理容器44設置有加熱裝置75(例如：包含碳絲加熱器)，如此便可以加熱位在加熱裝置75內側之處理容器44與容器中之半導體晶圓W。在處理容器44之側壁之下端設置用來將預定氣體供給到處理容器44之氣體導引裝置76。氣體導引裝置76包含多個(例如所顯示之三個)石英氣體噴嘴78、80、82。氣體噴嘴78到82穿透處理容器之側壁，並且可以從其前端之氣體孔78A、80A、82A向處理容器之底部區域噴射氣體。可以使用膜形成原料氣體、氧化氣體、及洗滌氣體，而且必要時能以控制之流量供給各氣體。
當然，使用之氣體應當依據欲形成膜之類型而變化。設於處理容器44之下端之凸緣部分中實際上設置有氣體噴嘴78到80。也可能在處理容器44之底部設置圓柱形不鏽鋼歧管，及在歧管中設置氣體噴嘴78到80。
在處理容器44之頂部部分中設置有彎折成「L」字型之排氣口80。排氣口80連接到用來將處理容器44之內部抽真空之排氣裝置83。排氣裝置83包含排氣通道84、及皆插在排氣通道84中之壓力調節閥85(例如：蝶形閥)與真空幫浦86。
(晶舟盒)
將參考圖2與圖3說明作為支持體構造之晶舟盒46。圖3(A)顯示晶舟盒之第一範例，圖3(B)顯示晶舟盒之第二範例。如上所述，整個晶舟盒由耐熱之石英所組成。晶舟盒46由盤狀頂板部分48、盤狀底部部分50、及連接頂板部分48與底部部分50之多個支撐柱60所構成。在這個實施例中，支撐柱60由三個支撐柱60A、60B、60C所組成，該支撐柱60A、60B、60C以均等間隔沿著晶圓W之圓形外形之半圓弧部分而設置。藉由未顯示之傳送臂，可以從未設置支撐柱60A到60C之另一半圓弧側來傳送晶圓W。
在各個三支撐柱60A到60C之內側上，沿著縱向方向並以適當間隔形成用來支撐晶圓W之支持體部分88。支持體部分88由支撐凹槽90所組成，該支撐凹槽90藉由切割支撐柱60A到60C之內側而形成。藉由將晶圓W之周圍部份放置在支撐凹槽90上，能以多層之方式來支撐晶圓W。
本發明之特徵係將在處理容器44中流動之處理氣體之流動方向之下游側之支撐凹槽90(作為支持體部分88)之間距設定為大於其上游側之支撐凹槽90之間距。在這個實施例中，處理氣體從處理容器44之底部區域向上流動到頂部部分。因此，晶舟盒46之底或下側相當於上游側，而晶舟盒46之頂或上側相當於下游側。如此，在晶舟盒46之底側之支撐凹槽90之間距(垂直方向之空間)小於在其頂側之支撐凹槽90之間距。
特別地，沿著處理氣體之流動方向，將支撐凹槽90劃分為多個群組。如圖3(A)所顯示之範例中，將支撐凹槽90自晶舟盒46之底部到頂部劃分為三個群組G1、G2、G3，而群組G1、G2、G3中之支撐凹槽90之間距P1、P2、P3設定如下：P1<P2<P3。因此，使下游側之兩相鄰晶圓W間之空間為較大的，如此處理氣體可以容易地進入在下游側之晶圓W間之空間。設定同一個群組中之支撐凹槽90之間距為固定的。
舉例來說，各群組G1到G3中所支撐之晶圓數目為整個晶舟盒46中所支撐之晶圓數目之1/3。因此，假定整個晶舟盒46中可以支撐總數90片晶圓W，各群組之支撐凹槽90上可以支撐30片晶圓W。考量形成膜之厚度之面內均勻度，可以適當地決定各群組中之晶圓之數目。
關於間距之示範值，間距P1為約6.5 mm、間距P2為約7.3 mm、而間距P3為約8.0 mm。這些值並非限制的。考量膜厚度之面內均勻度與產能(依同時可以處理之晶圓之數目而定)，可以適當地決定間距P1到P3。
回到圖1，藉由控制裝置92(例如：由電腦所組成)來控制如此構成之處理設備之全部運作。控制裝置92具有儲存媒體94，例如：軟碟、快閃記憶體、硬碟、CD-ROM、或DVD，用來儲存控制設備之整個運作之電腦可讀寫程式。
(處理設備之運作)
將說明如此構成之處理設備40之運作。當處理設備40處於待機狀態時(在裝載如矽晶圓之半導體晶圓W之前)，處理設備40維持在比處理溫度低之低溫度下。首先，室溫下夾持大量(例如：90片)晶圓W之晶舟盒46，被舉起並裝載到已藉由加熱裝置75而達到熱壁條件之處理容器44中，並接著藉由使用遮蓋62關閉處理容器44之底部開口來氣密密封處理容器。
當藉由持續地使用排氣裝置83將處理容器44抽真空以將處理容器44之內部保持於預定處理壓力時，藉由增加供應到加熱裝置75之電力來將晶圓W之溫度提升到處理溫度，並且保持在處理溫度下。實現膜形成處理所必需之預定處理氣體會從氣體導引裝置76之氣體噴嘴78到82供給到處理容器44中，同時控制各氣體之流量。
夾持晶圓W之晶舟盒46在處理容器44中旋轉，而從氣體噴嘴78到82之氣體孔78A到82A噴射出之氣體在處理容器中向上流動，同時通過晶圓W間之空間。晶圓W之表面上會沉積膜，例如：透過原料氣體之氧化或分解反應。舉例來說，藉由熱CVD來完成膜沉積。在處理容器44中之空氣、或在處理容器44中向上流動同時進入晶圓W間之空間之處理氣體，會藉由排氣裝置83而從設置在處理容器44之頂部部分中之排氣口80排出容器外。
當氣體在處理容器44中向上流動時，藉由在晶圓W之表面上之膜之沉積作用逐漸地消耗從氣體噴嘴78到82導引到處理容器44中之氣體。因此，隨著氣體向下游流動(即在這個實施例中為在處理容器44中向上流動)，氣體(例如：原料氣體與氧化氣體)之濃度逐漸地減少。在習知之處理設備中，皆以固定間距安置晶圓W，也因此，隨著氣體向下游流動，進入晶圓W間之空間之處理氣體之量跟著減少，導致形成膜之厚度之面內均勻度之減少。
另一方面，根據本發明，在處理氣體之流動方向之下游側之支撐凹槽90之間距(即相鄰晶圓W間之空間)設定為大於在其上游側之支撐凹槽90之間距。因此，氣體可以容易地進入在下游側之晶圓W間之空間，儘管氣體濃度之減少，有可能滿意地形成膜。
更具體來說，參考圖3(A)所顯示之群組G1到G3中之凹槽90之間距P1到P3，間距滿足以下關係：P1<P2<P3。從氣體流動之上游側(下側)到下游側(上側)，晶圓間距因此逐步地增加。換句話說，兩相鄰晶圓W間之空間在群組G1中為最小的，並按照群組G1、群組G2、與群組G3之順序而逐步地增加，如此氣體可以容易地進入在較高群組中之晶圓W間之空間。因此，即使處理氣體之濃度隨著氣體向下游(向上)流動而減少，也可以補償氣體濃度之減少。因此，即使位在氣體流動下游側之晶圓W，也能充分地執行膜之形成作用，使得改善膜厚度之面內均勻度變得有可能。
因此，根據本發明，在處理氣體之流動方向之下游側之支撐柱之支持體部分(用來支撐待處理物)之間距設定大於在其上游側之支撐柱之支持體部分之間距。這樣使處理氣體更容易進入夾持在支持體構造之下游側之待處理物間之空間，有可能改善位在下游側之待處理物上所形成之膜之厚度之面內均勻度。
雖然在圖3(A)所顯示之示範之晶舟盒46中，將支持體部分88劃分為三個群組G1到G3，如此在群組中之晶圓之數目皆相等，也可能將支持體部分88劃分為在群組中晶舟盒46之高度方向之長度皆相等之群組。劃分群組之數目並不限制為3，但可以為不小於2之任何數目。舉例來說，如圖3(B)所顯示之晶舟盒46中，將支持體部分88劃分為兩個群組G4、G5，而在處理氣體之流動方向之下游側之群組G5之間距P5設定大於在其上游側之群組G4之間距P4(P4<P5)。舉例來說，群組G5部分之長度可以為約1/3之晶舟盒46之長度。
也可能不將晶舟盒46之支持體部分88劃分成群組，但將支持體部分88(支撐凹槽90)間之空間設定為所有空間皆互相不同，並沿著處理氣體之流動方向逐漸地增加。這類的晶舟盒可以達到與上述晶舟盒相同之有利功效。
儘管允許圖1所顯示之處理設備中之氣體由處理容器44之底部區域向上流動到頂部區域，本發明也可以應用在設置為允許氣體從處理容器之頂部區域向下流動到底部區域之處理設備。在這類處理設備中，與圖1所顯示之設備相反，處理容器之頂部或上部區域相當於氣體流動之上游側，而處理容器之底部或下部區域相當於氣體流動之下游側。並且，雖然在圖1所顯示之設備中，處理容器構造42具有由單個處理容器44所組成之單管構造，本發明亦可以應用在由內圓筒與圍繞內圓筒之外圓筒所組成之雙管構造之處理容器構造。
(驗證實驗)
進行實驗以驗證本發明之有效性。本實驗中使用具有相同長度之兩個晶舟盒：一個為具有設置為6.5 mm間距之143個支撐凹槽之習知之晶舟盒；另一個為具有設置為11 mm間距之85個支撐凹槽之晶舟盒。使用二氯矽烷(DSC，dichlorosilane)、NH3、與N2作為處理氣體，在相同之氣體流量、處理溫度、與處理壓力之條件下，在個別晶舟盒中所夾持之矽晶圓上形成氮化矽膜。允許處理氣體從處理容器之底部區域向上流動到頂部區域。圖4係顯示在實驗中獲得之膜之厚度之面內均勻度之數據。在圖4中，橫座標表示從晶舟盒之底部起算之距離，橫座標之右端代表底部，而左端代表頂部。
從圖4中之數據可以看出，相較於使用具有小晶圓間距之習知晶舟盒，使用具有大晶圓間距之晶舟盒之所有晶圓可以獲得較好之膜厚度之面內均勻度。然而，使用大間距會減少晶舟盒中所能夾持之晶圓之數目，導致產能之減少。因此，從實驗數據中可以理解，藉由僅在習知晶舟盒中膜厚度之面內均勻度特別不良之部分使用大晶圓間距，尤其是長度約為1/3之晶舟盒之長度之下游側部分(即位在大於距離晶舟盒之底部670 mm之部分)(圖4中之左側區域)，產能不會顯著減少即可改善膜厚度之面內均勻度。
(第二實施例)
將說明根據本發明第二實施例之支持體構造。圖5係根據本發明第二實施例之包含支持體構造之處理設備之直立剖面圖；圖6係圖5所顯示之支持體構造之橫剖面圖；及圖7係前視圖，說明圖5所顯示之支持體構造中之間距。
如圖5所顯示，處理設備100主要包含：一直立處理容器構造102，用來容納待處理物；一遮蓋104，用來氣密關閉處理容器構造102下端之開口，一晶舟盒106，作為用來以預定間距支撐作為待處理物之多片半導體晶圓W之支持體構造，並且可以插入與抽出處理容器構造102；一氣體導引裝置108，用來將必要氣體供給到處理容器構造102中；一排氣裝置110，用來排放處理容器構造102中之空氣；及一加熱裝置112，用來加熱半導體晶圓W。
處理容器構造102主要由以下所組成：具有封閉頂部與開放底部之圓柱形處理容器114、及具有封閉頂部與開放底部且圍繞處理容器114之外部之圓柱形遮蓋容器116。處理容器114與遮蓋容器116皆由熱之石英所組成，並以雙管構造同軸地配置。
平坦地形成處理容器114之頂部部分。在處理容器114之一側沿著縱向方向形成用來容納下述氣體噴嘴之噴嘴容納區118。如圖6所顯示，在處理容器114之側壁之外凸部分120之內側形成噴嘴容納區118。
在處理容器114之側壁中(於噴嘴容納區118對面之位置)形成縱切狀排氣口122(參考圖6)，沿著縱向方向(垂直方向)其寬度為固定的，如此可以排放處理容器114中之空氣。縱切狀排氣口122之長度為等於或大於晶舟盒106之長度；排氣口122之上端在晶舟盒106之上端之相同或更高水平面，而排氣口122之下端在晶舟盒106之下端之相同或更低水平面。藉由圓柱形歧管124(例如：由不鏽鋼所組成)來支撐處理容器構造102之下端。
歧管124之上端具有凸緣部份126，遮蓋容器116之下端架置並支撐在凸緣部份126上。在凸緣部份126與遮蓋容器116之下端之間插入密封構件128(例如：O型環)，以將遮蓋容器116之內部保持在密封狀態。另外，環狀支持體部分130設置在歧管124之內壁之上部部分，而處理容器114之下端架置並支撐在支持體部分130上。遮蓋104透過密封構件132(例如：O型環)而氣密地架置到歧管124之底部開口，以氣密地關閉處理容器構造102之底部開口側(即歧管124之開口)。舉例來說，遮蓋104由不鏽鋼所組成。
穿透遮蓋104之轉動軸136，透過磁性流體密封部分134設置在遮蓋104之中心。轉動軸136之下端可旋轉地支撐在升降裝置138(由晶舟升降機所組成)之橫桿138A上。轉動軸136藉由馬達(未顯示)來轉動。旋轉盤140設置在轉動軸136之上端。用來夾持晶圓W之晶舟盒106透過石英保溫台142放置在旋轉盤140上。因此，藉由垂直地移動升降裝置138，遮蓋104連同晶舟盒106垂直地移動，如此晶舟盒106可以插入或抽出處理容器構造102。
石英保溫台142包含架置在基底144上之直立位置之四個支撐柱146(圖5中僅顯示兩個支柱)，並且其上架置並支撐有晶舟盒106。支撐柱146設有多個保溫盤148，以適當之間隔安置在支撐柱146之縱向方向。
另一方面，歧管124中設置有用來將氣體導引到處理容器114中之氣體導引裝置108。更具體來說，氣體導引裝置108包含多個(例如所描述之三個)石英氣體噴嘴150、152、154。處理容器114中沿著縱向方向配置有氣體噴嘴150到154，而氣體噴嘴之基端部分(彎折成L字型)穿透歧管124並因此被支撐。
如圖6所顯示，在處理容器114之噴嘴容納區118中，沿著圓周方向以一直線設置氣體噴嘴150到154。在氣體噴嘴150、152、154中，沿著噴嘴之縱向方向並以適當間距個別地形成氣體孔150A、氣體孔152A、與氣體孔154A，如此氣體可以從各個氣體孔150A到154A以水平方向噴射出。如此設定氣體孔150A到154A之間距：在垂直方向上各氣體孔150A到154A位於晶舟盒106中所支撐之垂直相鄰晶圓W間之中間，如此個別氣體可以有效地供給到晶圓W間之空間。
可用氣體之範例可能包含原料氣體、氧化氣體、與洗滌氣體。若有需要可以透過氣體噴嘴150到154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、使用臭氧作為氧化氣體、及使用N2氣體作為洗滌氣體，以藉由ALD形成ZrOx膜。當然，使用之氣體之類型應當依據欲形成膜之類型而改變。
在歧管124之側壁之上部部分中與支持體部分130之上形成氣體出口156，如此處理容器114中之空氣(從排氣口122排放到處理容器114與遮蓋容器116間之空間)可以排出系統外。氣體出口156設有排氣裝置110。排氣裝置110包含連接到氣體出口156之排氣通道162、及插在排氣通道162中用來抽真空之壓力調節閥164與真空幫浦166。用來加熱晶圓W之加熱裝置，具有圓柱形形狀並圍繞遮蓋容器116之外周圍。
(晶舟盒)
將說明作為支持體構造之晶舟盒106。如上所述，整個晶舟盒106由耐熱之石英所組成。如圖7所顯示，晶舟盒包含位在晶舟盒之上端之盤狀頂板部分168、位在晶舟盒之下端之盤狀底部部分170、及連接頂板部分168與底部部分170並以多層方式支撐晶圓W之支撐柱172。在這個實施例中，支撐柱172由三個支撐柱172A、172B、172C所組成(參考圖6)，以均等間隔設置在沿著晶圓W之圓形外形之半圓弧部分。從未設置支撐柱172A到172C之另一半圓弧端來執行晶圓之傳送。
連接頂板部分168與底部部分170之板狀石英加強支撐柱174(參考圖6)，設置在接近支撐柱172A與172B之中間及支撐柱172B與172C之中間，以增加晶舟盒之強度。
在各個三支撐柱172A到172C之內側上，以適當間距沿著縱向方向形成用來支撐晶圓W之支持體部分178。支持體部分178由支撐凹槽180所組成，藉由切割支撐柱172A到172C之內側來形成該支撐凹槽180。藉由將晶圓W之周圍部分放置在支撐凹槽180上，能以多層方式支撐晶圓W。舉例來說，晶圓W之直徑為300mm，則晶舟盒中可以支撐約50到150片晶圓W。
本發明之特徵在於，關於作為支持體部分178之支撐凹槽180之間距，將在頂端之支撐凹槽180之間距與在底端之支撐凹槽180之間距設定為大於在中間區域之支撐凹槽180之間距。因此，將晶舟盒106劃分為頂部區域G6、底部區域G8、與位在兩者間之中間區域G7。將在頂部區域G6之支撐凹槽180之間距P6與在底部區域G8之支撐凹槽180之間距P8各設定為大於在中間區域G7之支撐凹槽180之間距P7：P6>P7、P8>P7。
在晶舟盒106中，在最上面之支撐凹槽180A之上存在具有寬度大於間距P6之空間182。同樣地，在最下面之支撐凹槽180B之下存在具有寬度大於間距P8之空間184。頂部區域G6之間距P6可以設定為等於底部區域G8之間距P8。夾持在頂部區域G6之晶圓之數目與夾持在底部區域G8之晶圓之數目可以一樣或可以不一樣。
因此藉由將頂部區域G6之間距P6與底部區域G8之間距P8設定為寬於中間區域G7之間距P7，使處理氣體容易進入位在頂部與底部區域之晶圓間之寬空間變得有可能，因而改善在晶圓上所形成之膜之厚度之面內均勻度。雖然沒有特別地限制容納在各頂部區域G6與底部區域G8之晶圓之數目，為了促進晶圓處理，數目可以設定為等於載具盒(用來傳送晶圓W)中可以容納之晶圓W之數目(例如：25片)。另外，為了有效地執行將晶圓傳送到晶舟盒106中，數目可以可以設定為等於傳送臂(未顯示)可一次夾持與傳送之晶圓之數目(例如：5片)。
關於在區域G6到G8中之支撐凹槽180之間距之示範值，間距P6可以在6到16 mm之範圍內、間距P7可以在5到12 mm之範圍內、而間距P8可以在6到16 mm之範圍內。
回到圖5，藉由控制裝置186(例如：由電腦所組成)來控制如此構成之處理設備100之全部運作。用來執行運作之電腦程式儲存在儲存媒體188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)
將說明藉由使用如此構成之處理設備100所實現之膜形成處理。下面敘述說明使用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)與氧化氣體(例如：臭氧)之循環。舉例來說，使用N2氣體作為洗滌氣體。
首先，室溫下夾持大量(例如：50到150片)300-mm之晶圓W的晶舟盒106，被舉起並裝載到已處於預定溫度之處理容器構造102之處理容器114中，並接著藉由使用遮蓋104關閉歧管124之底部開口來氣密密封處理容器114。
當藉由持續地將處理容器114抽真空以將處理容器114之內部保持在預定處理壓力時，藉由增加供應到加熱裝置112之電力來將晶圓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108之氣體噴嘴150供給原料氣體、從氣體噴嘴152供給臭氧氣體、及從氣體噴嘴154供給洗滌氣體。更具體來說，原料氣體從氣體噴嘴150之氣體孔150A水平地噴射出、臭氧氣體從氣體噴嘴152之氣體孔152A水平地噴射出、而洗滌氣體從氣體噴嘴154之氣體孔154A水平地噴射出。原料氣體與臭氧氣體反應，以在旋轉晶舟盒106中所支撐之晶圓W之表面上形成ZrOx膜。
以上述之脈衝方式輪流並重複地供給原料氣體與氧化氣體，並在每個接連的時間週期(供給處理氣體期間)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150到154之氣體孔150A到154A噴射出之個別氣體，水平地流向位於對面之縱切狀排氣口122，同時通過以多層方式支撐之晶圓W之間，經排氣口122流入處理容器114與遮蓋容器116間之空間158，並透過氣體出口156排放到處理容器構造102之外部。
因為如此設定氣體孔150A到154A：各氣體孔設置在與相鄰晶圓W間之空間之相同準位，故在相鄰晶圓W間之空間中，個別氣體實質上會以層流方式流動，而不會造成亂流。
之後將參考圖10來說明在晶舟盒之頂部與底部區域中具有大空間24A、24B(參考圖10)(垂直寬度大於晶圓之間距)之比較晶舟盒。氣體以高速流經空間24A、24B，而氣體以低速流經位在晶舟盒之頂部與底部區域中之晶圓W間之空間，如此會造成混亂的氣體流動。
根據本發明，使在晶舟盒106之頂部區域G6中之支撐凹槽180之間距P6與在晶舟盒106之底部區域G8之支撐凹槽180之間距P8大於在中間區域G7中之支撐凹槽180之間距P7。因此使在頂部與底部區域G6與G8中之兩相鄰晶圓W間之空間之寬度為寬的。這樣可以增加流經位在頂部區域G6與底部區域G8之晶圓W間之空間之處理氣體之流速，使充足地將處理氣體供給到晶圓W變得有可能。
因為膜形成處理氣體可以如此充足地供給到位在頂部區域G6與底部區域G8之晶圓W上，因此可以改善晶圓W上所形成之膜之厚度之面內均勻度。參考圖4亦說明可允許大量之處理氣體進入晶圓W間之寬空間。
另外，僅需要設定晶舟盒106之頂部與底部區域之寬晶圓間距。因此，與整個晶舟盒中均設定為寬間距之情況比較，晶舟盒中可以夾持之晶圓之數目沒有顯著的減少，也因此可以縮小產能之減少。
雖然在圖5所顯示之設備中，處理容器構造102具有雙管構造(由處理容器114與圍繞處理容器114之外部之遮蓋容器116所組成)，本發明可以應用在任何處理容器構造，而在該處理容器構造中，氣體從具有一些氣體孔之氣體噴嘴(設置在處理容器之一側)水平地噴射出，而容器中之空氣從垂直延伸之縱切狀排氣口(設置在處理容器之對側)排出。
(階梯覆蓋率之評估)
使用如圖5到7所顯示之處理設備來進行階梯覆蓋率之評估之實驗。實驗中使用具有相同長度之兩個晶舟盒：一個為具有117個支撐凹槽(間距設置為8.0 mm)之習知晶舟盒；另一個為具有53個支撐凹槽(間距設置為16mm)之晶舟盒。使用四甲基鋯與臭氧作為處理氣體，在相同之氣體流量、處理溫度、與處理壓力之條件下，藉由ALD在個別之晶舟盒中所夾持之晶圓上形成ZrOx膜。允許處理氣體水平地流經晶圓W間之空間(如圖5所顯示)。圖8顯示實驗中得到之階梯覆蓋率之數據。對各晶圓之中間與邊緣執行階梯覆蓋率之量測。
從圖8中可以看出，當晶圓W之間距為窄的(8.0 mm)時，在邊緣之階梯覆蓋率高達61.9%(為好的)，但在中間之階梯覆蓋率低至20%(為不好的)。另一方面，當晶圓W之間距為寬的(16 mm)時，階梯覆蓋率在邊緣為69%，而在中間為73.1%，皆表示好的階梯覆蓋率。實驗數據因此驗證使用寬晶圓間距可以改善位在晶舟盒之頂部區域(G6)與底部區域(G8)之晶圓上所形成之膜之階梯覆蓋率。
雖然在圖5所顯示之設備中之晶圓上沉積ZrOx膜，當然，本發明並不限制於特定膜之沉積。雖然圖5所顯示之設備使用ALD膜形成方法(包含輪流供給原料氣體與氧化氣體)，當然，本發明可以應用在其他膜形成方法，舉例來說，同時地將原料氣體及與原料氣體反應之氣體供給到晶圓之CVD法。
本發明中能使用作為待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。
將說明示範之比較處理設備。
圖9係顯示一示範之比較批次處理設備之概略視圖，而圖10係顯示另一示範之比較批次處理設備之概略視圖。圖9所顯示之處理設備為允許氣體從處理容器之一側流向容器之縱向方向之對側之類型之處理設備。如圖9所顯示，處理設備包含作為處理容器構造之石英頂部開放處理容器2。藉由可垂直地移動之遮蓋4，可打開與氣密關閉處理容器2之底部開口。在處理容器2中容納有以預定間距並以多層方式夾持晶圓W之石英晶舟盒6。晶舟盒6可以向上插入或向下拉出處理容器2。在處理容器2之底部區域插入氣體噴嘴8、10，如此可以將必要氣體供給到處理容器2之底側。
處理容器2之頂部部分設有排氣口12，如此以使氣體從處理容器2之底部區域流向頂部(頂部部分)，並由排氣口12排出。使流動氣體與晶圓W之表面接觸，並透過CVD反應在表面上形成膜。圍繞處理容器2之外圍設置圓柱型加熱器14，如此可以加熱晶舟盒6中所支撐之晶圓W以藉由CVD來形成膜。
圖10所顯示之處理設備為允許氣體從直立處理容器之一側流向容器之對側之類型之處理設備。如圖10所顯示，批次處理設備包含處理容器構造20，其由石英頂部封閉處理容器16、與同中心地包圍處理容器16之周圍之石英頂部封閉遮蓋容器18所組成。藉由遮蓋22可以打開或氣密關閉處理容器構造20之底部開口。在處理容器16中容納有以多層方式夾持晶圓W之石英晶舟盒24。晶舟盒24可以向上插入或向下抽出處理容器構造20。氣體噴嘴26、28從處理容器16之底部插入處理容器16中。氣體噴嘴26、28各具有大量安置在噴嘴之縱向方向之氣體孔26A、28A，而必要氣體能以控制之流量個別地從氣體孔26A、28A水平地噴測出。
在處理容器16之側壁中(氣體噴嘴26、28對面之位置)形成一垂直延伸縱切狀排氣口30。從排氣口30排出之氣體，可以從設置在遮蓋容器18之側壁之下方部分之氣體出口32排出系統外。圍繞處理容器構造20之外周圍，設置有用來加熱晶舟盒24中所支撐之晶圓W之圓柱形加熱器34。晶舟盒24安置在包含多個石英支撐柱之保溫台36上。
晶舟盒24包含多個(例如：三個)連接頂板部分與底部部分之支撐柱38(圖10中僅顯示兩個支柱)。藉由三個支撐柱38能以預定間距且多層方式支撐晶圓W。
在處理設備中，舉例來說，藉由從氣體噴嘴26、28之氣體孔26A、28A輪流並重複地水平噴射出原料氣體與氧化氣體，以在各晶圓W之表面上沉積膜(藉由ALD)。處理容器16中之氣體從縱切狀排氣口30排出，並從設置在遮蓋容器18之側壁之下方部分之氣體出口32排出系統外。
如上所述，在圖9所顯示之處理設備中，將處理氣體(例如：膜形成氣體)導引到處理容器2之底部區域，而氣體在處理容器2中向上流動，並從設置在處理容器2之頂部部分之排氣口12排出容器外。當處理氣體在處理容器2中向上流動時，處理氣體會逐漸地被膜之形成作用而消耗，並因此，處理氣體之濃度逐漸地減少。
習知之處理設備因此具有膜(形成於晶舟盒6之頂部區域所夾持之晶圓上)之厚度之面內均勻度之減少之問題。尤其是在具有大的表面不規則性(即具有氣體消耗量大的區域)之多層裝置構造之實例中，對於位於氣體流動之下游側之晶圓而言，膜厚度之面內均勻度之減少更為顯著。
圖10中所顯示之處理設備中，當晶圓W以預定之固定間距夾持在晶舟盒24中，在晶舟盒24之頂側與底側個別地形成各具有寬度比兩相鄰晶圓W間之空間大之空間24A、24B。因此在空間24A、24B中之氣體流動之傳導性大於在晶圓間W之狹窄空間中之氣體流動之傳導性，如此氣體流經寬空間24A、24B之流速高於氣體流經晶圓W間之流速。這會在寬空間24A、24B中或其鄰近地區造成混亂的氣體流動，導致位在晶舟盒24之頂部或底部區域中之晶圓上所形成之膜之厚度之面內均勻度為低的。
另一方面，如上所述，本發明能改善晶圓上所形成之膜之厚度之面內均勻度。
W．．．晶圓
G1、G2、G3、G4、G5．．．群組
P1、P2、P3、P4、P5．．．間距
2．．．處理容器
4．．．遮蓋
6．．．晶舟盒
8、10．．．氣體噴嘴
12．．．排氣口
14．．．加熱器
16．．．處理容器
18．．．遮蓋容器
20．．．處理容器構造
22．．．遮蓋
24．．．晶舟盒
24A、24B．．．空間
26、28．．．氣體噴嘴
26A、28A．．．氣體孔
30．．．排氣口
32．．．氣體出口
34．．．加熱器
36．．．保溫台
38．．．支撐柱
40．．．處理設備
42．．．處理容器構造
44．．．處理容器
46．．．晶舟盒
48．．．頂板部分
50．．．底部部分
60、60A、60B、60C．．．支撐柱
62．．．遮蓋
64．．．密封構件
66．．．石英保溫基底
68．．．工作台
70．．．轉動軸
72．．．磁性流體密封
74．．．升降機構
74A．．．橫桿
75．．．加熱裝置
76．．．氣體導引裝置
78、80、82．．．氣體噴嘴
78A、80A、82A．．．氣體孔
80．．．排氣口
83．．．排氣裝置
84．．．排氣通道
85．．．壓力調節閥
86．．．真空幫浦
88．．．支持體部分
90．．．支撐凹槽
92．．．控制裝置
94．．．儲存媒體
100．．．處理設備
102．．．處理容器構造
104．．．遮蓋
106．．．晶舟盒
108．．．氣體導引裝置
110．．．排氣裝置
112．．．加熱裝置
114．．．處理容器
116．．．遮蓋容器
118．．．噴嘴容納區
120．．．外凸部分
122．．．排氣口
124．．．歧管
126．．．凸緣部份
128、132．．．密封構件
130．．．支持體部分
134．．．磁性流體密封部分
136．．．轉動軸
138．．．升降裝置
138A．．．橫桿
140．．．旋轉盤
142．．．石英保溫台
144．．．基底
146．．．支撐柱
148．．．保溫盤
150、152、154．．．氣體噴嘴
150A、152A、154A．．．氣體孔
156．．．氣體出口
158．．．空間
162．．．排氣通道
164．．．壓力調節閥
166．．．真空幫浦
168．．．頂板部分
170．．．底部部分
172、172A、172B、174C．．．支撐柱
174．．．板狀石英加強支撐柱
178．．．支持體部分
180、180A、180B．．．支撐凹槽
182、184．．．空間
186．．．控制裝置
188．．．儲存媒體
G6．．．頂部區域
G7．．．中間區域
G8．．．底部區域
P6．．．頂部區域之間距
P7．．．中間區域之間距
P8．．．底部區域之間距
圖1係根據本發明第一實施例之包含支持體構造之處理設備之直立剖面圖；
圖2係圖1所顯示之支持體構造之橫剖面圖；
圖3(A)與3(B)係前視圖，說明圖1所顯示之支持體構造中之間距；
圖4係圖表，顯示膜厚度之面內均勻度之實驗數據；
圖5係根據本發明第二實施例之包含支持體構造之處理設備之直立剖面圖；
圖6係圖5所顯示之支持體構造之橫剖面圖；
圖7係前視圖，說明圖5所顯示之支持體構造中之間距；
圖8係圖表，顯示階梯覆蓋率之實驗數據；
圖9係一示範之比較批次處理設備之概略視圖；及
圖10係另一示範之比較批次處理設備之概略視圖。
W．．．晶圓
G1、G2、G3、G4、G5．．．群組
P1、P2、P3、P4、P5．．．間距
46．．．晶舟盒
48．．．頂板部分
60、60A、60C．．．支撐柱
88．．．支持體部分
90．．．支撐凹槽

Claims (5)

  1. 一種支持體構造，用來支撐多個待處理物，並設置在處理氣體從一側水平地流向對側之處理容器構造中，該支持體構造包含：一頂板部分；一底部部分；及多個支撐柱，連接該頂板部分與該底部部分，其中，用來支撐該待處理物之多個支持體部分係在各該支撐柱中沿著縱向方向而形成，而在頂側之該支持體部分之間距與在底側之該支持體部分之間距係設定為大於在中間區域之該支持體部分之間距；在最上面之該支持體部分的上方形成第一空間部，該第一空間部之垂直方向的寬度，大於位於該頂側之該支持體部分的間距；在最下面之該支持體部分的下方形成第二空間部，該第二空間部之垂直方向的寬度，大於位於該底側之該支持體部分的間距。
  2. 如申請專利範圍第1項之支持體構造，其中在頂側之該支持體部分之間距等於在底側之該支持體部分之間距。
  3. 如申請專利範圍第1項之支持體構造，其中在頂側之該支持體部分之數目與在底側之該支持體部分之數目各等於用來傳送該待處理物之載具盒中所能容納之該待處理物之數目。
  4. 如申請專利範圍第1項之支持體構造，其中在頂側之該支持體部分之數目與在底側之該支持體部分之數目各等於用來傳送該待處理物之傳送臂每次所能夾持與傳送之該待處理物之數目。
  5. 一種處理設備，用來執行多個待處理物之預定處理，該處理設備包含：一直立開放底部處理容器構造，能容納該待處理物，並且在其中處理氣體從一側水平地流動到對側； 一遮蓋，用來關閉該處理容器構造之底部開口；一支持體構造，用來支撐該待處理物，並且可以插入或抽出該處理容器構造；一氣體導引裝置，包含用來導引氣體到該處理容器構造中之氣體噴嘴；一排氣裝置，用來排出在該處理容器構造中之空氣；及一加熱裝置，用來加熱該待處理物，其中該支持體構造包含：一頂板部分；一底部部分；及多個支撐柱，連接該頂板部分與該底部部分，其中，用來支撐該待處理物之多個支持體部分係在各該支撐柱中沿著縱向方向而形成，而在頂側之該支持體部分之間距與在底側之該支持體部分之間距係設定為大於在中間區域之該支持體部分之間距；在最上面之該支持體部分的上方形成第一空間部，該第一空間部之垂直方向的寬度，大於位於該頂側之該支持體部分的間距；在最下面之該支持體部分的下方形成第二空間部，該第二空間部之垂直方向的寬度，大於位於該底側之該支持體部分的間距。
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