TWI610395B - 支持體構造、處理容器構造及處理設備 - Google Patents

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Abstract

一種支持體構造用來支持待處理且待置於處理容器構造中的複數個物體，處理氣體在該處理容器構造中水平地自一側流至對側，該支持體構造包含頂板部；底部；及連接頂板部和底部的複數個支持柱，其中用以支持待處理物體的複數個支持部係以預定間距沿著縱向形成在各支持柱中，且將各支持柱之支持部的最高支持部和頂板部之間的距離、以及各支持柱之支持部的最低支持部和底部之間的距離設定成不大於支持部之間距。支持體構造可預防紊亂氣流出現在處理容器構造之頂部區域及底部區域中。

Description

支持體構造、處理容器構造及處理設備 【相關申請案的交互參照】
本申請案係基於在2010年6月15日提出申請的日本專利申請案第2010-136482號而主張優先權，其整體揭示內容係併入於此作為參考。
本發明係有關於用來支持如半導體晶圓的待處理物體之支持體構造，且有關於處理容器構造和處理設備。
在半導體積體電路之製程中，如由矽基板所構成的半導體晶圓通常受到如成膜處理、蝕刻、氧化、擴散處理、修改、自然氧化物薄膜之移除等的各種形式的處理。此處理係藉由使用以逐一的方式來處理晶圓的單一晶圓處理設備，或一次處理複數個晶圓的批次處理設備來加以執行。當半導體晶圓之處理藉由使用如揭示於專利文件1的垂直批次處理設備來加以執行時，首先將半導體晶圓自可容納如約25個的複數個晶圓的小盒運送至其中晶圓被支持成複數階層的直式晶舟。
依據晶圓尺寸大小，晶舟通常可夾持約30至150個晶圓。在將其中容納晶圓的晶舟由下方裝載至可排空處理容器中之後，處理容器之內部係維持氣密。然後執行預定的晶圓之熱處理，同時控制如處理氣體之流量、處理壓力、處理溫度等的處理條件。以成膜處理為熱處理之實例，已知的成膜方法包含化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)(專利文件2)及原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)。
為了改善電路元件之特性的目的，存在有減少半導體積體電路之製程中的熱歷程之需求。因此一種涉及間歇地供應原料氣體等以反覆形成原子或分子層級的一層至數層薄膜、且可不使晶圓曝露於過度高溫而執行預期之處理的ALD方法變得更頻繁地被使用(專利文件3及4)。
[專利文件]
專利文件1：日本公開專利公報第H6-275608號
專利文件2：日本公開專利公報第2004-006551號
專利文件3：日本公開專利公報第H6-45256號
專利文件4：日本公開專利公報第H11-87341號
本發明之目的係提供支持體構造、處理容器構造及處理設備，其可預防紊亂氣流出現在支持待處理物體的支持體構造之頂部區域及底部區域中，藉此增強所形成的薄膜之厚度的面內均勻性及薄膜之品質。
為達成本目的，本發明提供用來支持待處理且待置於處理容器構造中的複數個物體的支持體構造，處理氣體於該處理容器構造中水平地自一側流至對側，該支持體構造包含：頂板部；底部；及連接頂板部和底部的複數個支持柱，其中用以支持待處理物體的複數個支持部係以預定間距沿著縱向形成在各支持柱中，且將各支持柱之支持部的最高支持部和頂板部之間的距離、以及各支持柱之支持部的最低支持部和底部之間的距離設定成不大於支持部之間距。
支持體構造可預防紊亂氣流出現在處理容器構造之頂區及底區中，因此預防所形成的薄膜之厚度的面內均勻性下降及薄膜之品質下降。
本發明亦提供用以容納待處理的複數個物體且其中處理氣體於該處理容器構造中水平地自一側流至對側的處理容器構造，該處理容器構造包含：具有閉合頂部及開放底部的石英處理容器，其係配置成容納支持於支持體構造中的待處理物體；用以容納氣體噴嘴的噴嘴容納區域，其係沿著縱向裝設在處理容器之一側上；及沿著縱向在相對於噴嘴容納區域的位置設置在處理容器之側壁中的狹縫狀排出埠，排出埠之上端係在等於或高於支持體構造之上端的高度，且排出埠之下端係在等於或低於支持體構造之下端的高度。
依據處理容器構造，在不改變流向的情況下，已水平流經在支持於支持體構造中的處理物體之間的空間的氣體係自狹縫狀排出埠排出。這可預防紊亂氣流出現在處理容器構造之頂區及底區中，藉此預防所形成的薄膜之厚度的面內均勻性降低及薄膜之品質降低。
本發明亦提供用以執行待處理之複數個物體之預定處理的處理設備，其包含：具有底部開口的處理容器構造，其係用以容納待處理物體，且處理氣體在處理容器構造中水平地自一側流至對側；用以關閉處理容器構造之底部開口的蓋體；用以支持待處理物體的支持體構造，且其可被插入處理容器構造或自處理容器構造抽出；包含氣體噴嘴的氣體引入裝置，其係用以將氣體引入處理容器構造；用以排出處理容器構造中的空氣的排出裝置；及用以加熱處理中之物體的加熱裝置。其中處理容器構造包含具有閉合頂部及開放底部的石英處理容器，該石英處理容器係配置成容納支持於支持體構造中之待處理物體；用來容納氣體噴嘴的噴嘴容納區域，其係沿著縱向裝設在處理容器之一側上；及狹縫狀排出埠，其係沿著縱向在相對於噴嘴容納區域的位置設置在處理容器之側壁中，，排出埠之上端係在等於或高於支持體構造之上端的高度，且排出埠之下端係在等於或低於支持體構造之下端的高度。並且，其中支持體構造包含頂板部；底部；及連接頂板部和底部的複數個支持柱，其中用以支持待處理物體的複數個支持部係以預定間距沿著縱向形成在各支持柱中，且將各支持柱之支持部的最高支持部及頂板部之間的距離、以及各支持柱之支持部的最低支持部及底部之間的距離設定成不大於支持部之間距。
本發明之支持體構造、處理容器構造及處理設備可達成下列 有利功效。
依據本發明，可預防紊亂氣流出現在支持體構造之頂部區域及底部區域中。這可預防所形成的薄膜之厚度的面內均勻性降低及薄膜之品質降低。
依據本發明，在不改變流向之情況下，已水平流經在支持於支持體構造中的處理物體之間的空間的氣體自狹縫狀排出埠排出。這可預防紊亂氣流在處理容器構造之頂區及底區中出現，藉此預防所形成的薄膜之厚度的面內均勻性降低及薄膜之品質降低。
依據本發明的支持體構造、處理容器構造及處理設備之較佳實施例將參考圖式加以詳述。
<第一實施例>
圖1為依據本發明之包含支持體構造的示範性處理設備之垂直剖面圖；圖2為處理設備的處理容器構造部之橫剖面圖；圖3為處理容器之立體圖；圖4為依據本發明之第一實施例的支持體構造之設計圖；圖5為設於支持體構造中的蓋構件之立體圖；圖6為設於保熱支架中的空間外罩構件之立體圖。
以下敘述內容闡明其中處理設備執行成膜處理以在作為待處理物體之半導體晶圓上形成薄膜之示範性實例。如圖1所示，處理設備32主要包含用以容納待處理物體的處理容器構造34；用以密封關閉在處理容器構造34之下端的開口之蓋體36；用來以預定間距支持作為待處理物體且被插入處理容器構造34或自處理容器構造34抽出的複數個半導體晶圓W的支持體構造38；用來引入必要氣體進入處理容器構造34的氣體引入裝置40；用來排出處理容器構造34中的空氣之排出裝置41、及用來加熱半導體晶圓W的加熱裝置42。
處理容器構造34主要係由具有閉合頂部及開放底部之圓柱形處理容器44、及覆蓋處理容器44之外部的具有閉合頂部及開放底 部之圓柱形外罩容器46所構成。處理容器44及外罩容器46兩者係由耐熱且在雙管構造中共軸排列的石英所構成。
處理容器44之頂棚部44A係平坦地成形。用以容納下述氣體噴嘴之噴嘴容納區域48係沿著縱向形成於處理容器44之一側上。如圖2所示，噴嘴容納區域48係形成於處理容器44之側壁的向外膨脹部50內側。
寬度L1沿著縱向(垂直方向)為固定值的狹縫狀排出埠52(見圖3)係在相對於噴嘴容納區域48的位置形成於處理容器44之側壁中，使得處理容器44中的空氣可被排出。狹縫狀排出埠52之長度等於或大於支持體構造38之長度；排出埠52之上端係在等於或高於支持體構造38之上端的高度，且排出埠52之下端係在等於或低於支持體構造38之下端的高度。
更具體而言，支持體構造38之上端及排出埠52之上端之間在高度方向上的距離L2通常在約0至5mm的範圍之內，且支持體構造38之下端及排出埠52之下端之間在高度方向上的距離L3通常在約0至350mm的範圍之內。寬度L1通常在約1至6mm的範圍之內，較佳地在約2.5至5.0mm的範圍之內。處理容器構造34之下端係藉例如由不鏽鋼所製成的圓柱形歧管54加以支持。
歧管54在其上端具有外罩容器46之下端裝設並支持於其上的凸緣部56。如O形環的密封構件58係設置於凸緣部56及外罩容器46之下端之間以將外罩容器46之內部維持於密封狀態。再者，環狀支持部60係設於歧管54之內部壁之上部之上，且處理容器44之下端係裝設並支持於支持部60之上。蓋體36係經由如O形環的密封構件62密封地裝設至歧管54之底部開口，來密封關閉處理容器構造34之底部開口側，即歧管54之開口。舉例而言，蓋體36係由不鏽鋼所形成。
貫通蓋體36的旋轉軸66係經由蓋體36之中心的磁性流體密封部64而設置。旋轉軸66之下端在由舟升降機所構成的抬升裝置68之臂桿68A上可旋轉地受到支持。旋轉軸66係藉由未顯示的馬達而旋轉。用來夾持晶圓W的支持體構造38係經由石英保 熱支架72置於轉盤70上。因此，藉由垂直移動抬升裝置68，蓋體36與支持體構造38一同垂直移動，使得支持體構造38可被插入處理容器構造34及從處理容器構造34抽出。
石英保熱支架72包含以直立形式裝設在底座75上且支持體構造38裝設及支持於其上的四支持柱74(在圖1及4中僅顯示兩支柱)。支持柱74係設有在支持柱74之縱向上以適當間隔排列的複數個保熱板。
另一方面，用來將氣體引入處理容器44的氣體引入裝置40係設於歧管54中。更具體而言，氣體引入裝置40包含例如所述之三個的複數個石英氣體噴嘴76、78、80。氣體噴嘴76至80係沿著縱向而設置於處理容器44中，且彎曲成L字形的氣體噴嘴之底座端部貫通歧管54並因此受到支持。
如圖2中所顯示，氣體噴嘴76至80係於沿著圓周方向的線條設置於處理容器44之噴嘴容納區域48中。氣孔76A、氣孔78A及氣孔80A沿噴嘴之縱向而分別以預定間距形成在氣體噴嘴76、78及80中，使得氣體可自氣孔76A至80A之各者朝水平方向被射出。氣孔76A至80A之預定間距係設定成等於支持在支持體構造38中的晶圓W之間距，且氣孔76A至80A之各者的高度位置係設定成位於垂直相鄰的晶圓W中間，使得各氣體可被有效地供應至晶圓W之間的空間。
可用氣體之實例可包含原料氣體、氧化氣體及清除氣體。當必要時，可供應此等氣體通過氣體噴嘴76至80，同時控制各氣體之流量。在本實施例中，四甲基鋯(zirconium tetramethyl)被用為原料氣體，臭氧被用為氧化氣體，及N2氣體被用為清除氣體以藉由ALD來形成ZrOx薄膜。欲使用的氣體形式理應依據待形成薄膜的形式而加以變換。
氣體出口82係形成在歧管54之側壁的上部中並位於支持部60上方，使得自排出埠52排入處理容器44及外罩容器46之間的空間84中的處理容器44中之空氣可被排離系統。氣體出口82設有排出裝置41。排出裝置41包含排出通道86，該排出通道86係 連接至氣體出口82，且壓力調節閥88及真空泵90為抽真空之目的而插入其中。排出埠52之寬度L1被設定在1至6mm的範圍之中，使得處理容器44中的空氣可被有效地排出。用來加熱晶圓W的加熱裝置42具有覆蓋外罩容器46之外部的圓柱形狀。
<支持體構造>
現將描述由晶舟所構成的支持體構造38。如上所述，支持體構造38整體由耐熱的石英所形成。如圖4中所顯示，支持體構造38包含位於構造之上端的頂板部92、位於構造之下端的底部94、及連接頂板部92和底部94且在將晶圓W支持成複數階層的複數個支持柱96。在本實施例中，支持柱96由沿著晶圓W之圓形輪廓的半圓弧部以相等間隔所排列的三支持柱96A、96B、96C(見圖2)所組成。
自未設有支持柱96A至96C的另一半圓弧側執行晶圓之運送。連接頂板部92和底部94的板狀石英強化支持柱98(見圖2)係約略設於支持柱96A及96B中間與支持柱96B及96C中間來增加晶舟之強度。
用來支持晶圓W的支持部100係以預定間距P1沿著縱向形成在三支持柱96A至96C之各者的內側上。支持部100係由藉切除支持柱96A至96C之內側所形成的支持凹槽101所構成。可藉由將晶圓W之周邊部放置在支持凹槽101上而將晶圓W支持成複數階層。晶圓W之直徑為例如300mm，且可在晶舟中支持約50至150個晶圓W。間距P1一般可在約6至16mm的範圍之中，且在本實施例中，被設定在約6.5mm。
頂板部92由最高主頂板92A、及置於主頂板92A之下的一或更多次要頂板92B所構成。在圖4中描繪兩次要頂板92B。主頂板92A及次要頂板92B係彼此以間距P2分隔，且係如藉由焊接加以固定地設置。再者，各支持柱之支持部100的最高支持部100A(最高支持凹槽101A)及頂板部92，尤其是最低次要頂板92B，係亦以間距P2分隔。
各支持柱之最高支持部100A及頂板部92之間的距離被設定 成不大於支持部100之間距，即具有下列關係：間距P2
Figure TWI610395BD00001
間距P1。這可預防紊亂氣流出現於身為晶舟的支持體構造38之頂區中。
為了更有效預防紊亂氣流之出現，間距P2較佳地被設定成等於間距P1，即P1=P2。間距P2之下限較佳地應為間距P1之1/2。若間距P2小於下限，則頂板部92中的排出傳導性將變低。因此，氣體可能流入晶圓W及處理容器44之間的空間，這可能造成形成於晶圓W上的薄膜之厚度的面內均勻性減少。間距P2可不必為固定值，且在同一晶舟中可採用在上述範圍中的各種不同的值。
支持體構造38之底部94主要係由具有中心孔104的環狀石英主底板94A、及關閉孔104的石英蓋構件94B所構成。主底板94A為具有孔104形成在中心的環狀。在保熱支架72之各支持柱74的頂部的凸起部74A係接合於孔104之周邊表面來夾持整個支持體構造38。蓋構件94B具有如圖5中所顯示的形狀。蓋構件94B之設置預防氣體往下洩漏通過主底板94A之孔104。
各支持柱的支持部100之最低支持部100B及蓋構件94B係以對應至間距P3的距離分隔。各支持柱之最低支持部100B及底部94之間的距離被設定成不大於支持部100之間距，即具有下列關係：間距P3
Figure TWI610395BD00002
間距P1。這可預防紊亂氣流出現於身為晶舟的支持體構造38之底區中。間距P3之下限較佳地應為間距P1之1/2。若間距P3小於下限，則該區域中的排出傳導性將變低。因此，氣體可能流入晶圓W及處理容器44之間的空間，這可能造成形成於晶圓W上的薄膜之厚度的面內均勻性減少。間距P3可不必為固定值，且在同一晶舟中可採用在上述範圍中的各種不同的值。
蓋上主底板94A之下的空間的如顯示於圖6中的石英外罩構件110係裝設在保熱支架72之最高保熱板73A之上。外罩構件110具有供支持柱74插入用的四支持柱孔112(圖6中僅顯示兩孔)。外罩構件110在其上端亦具有水平延伸環狀凸緣部114。凸緣部114之周邊端及處理容器44之內周之間的間隙係製成盡可能地狹窄以使流入支持體構造38之底部94下方的空間之氣體量最小化，藉此預防紊亂氣流之出現。
在本實施例中，支持體構造38之外周及處理容器44之內周(排除噴嘴容納區域48)之間的距離L4(見圖2)被設定成非常小，以減少流通支持體構造38及處理容器44之間的空間之氣體量。距離L4通常係於5至20mm的範圍之內，且在本實施例中被設定成例如約18mm。
回至圖1，如此構成的處理設備32之整體操作係由如電腦所構成的控制裝置116所控制。用來執行操作的電腦程式係儲存於如軟碟、CD(compact disc)、硬碟、快閃記憶體或DVD的儲存媒體118中。
雖然上述處理設備具有下列特徵：處理容器44之排出埠52具有等於或大於支持體構造(晶舟)38之長度的長度；且支持體構造38之頂區及底區中未提供大的空間，但只能將這兩個特性之一者應用於圖12及13中所顯示的習用處理設備中。
<操作>
現將描述藉由使用如此構成的處理設備32來執行的成膜處理。下列描述闡明利用ALD法之如ZrOx膜的薄膜之形成，該ALD法包含各以脈衝方式將如四甲基鋯(zirconium tetramethyl)的原料氣體及如臭氧的氧化氣體供應一預定時期之反覆循環。舉例來說，N2氣體被用為清除氣體。
首先，將在室溫夾持例如50至150個的大量的300-mm晶圓W之晶舟所構成的支持體構造38抬升並裝載至已達預定溫度的處理容器構造34之處理容器44中，而後處理容器44係藉由以蓋體36關上歧管54之底部開口來加以密封地關閉。
當藉由持續將處理容器44抽成真空來將處理容器44之內部維持在預定處理壓力時，晶圓W之溫度係藉由增加供應至加熱裝置42之功率來提升至處理溫度，並維持處理溫度。自氣體引入裝置40之氣體噴嘴76來供應原料氣體，自氣體噴嘴78來供應臭氧氣體，且自氣體噴嘴80來供應清除氣體。更具體而言，原料氣體係自氣體噴嘴76之氣孔76A水平射出，臭氧氣體係自氣體噴嘴78之氣孔78A水平射出，清除氣體係自氣體噴嘴80之氣孔80A 水平射出。原料氣體與臭氧氣體反應而在旋轉中的支持體構造38中受到支持的晶圓W之表面上形成ZrOx膜。
原料氣體及氧化氣體係以如上述之脈衝方式輪替且反覆地供應，且在供應處理氣體的每一連續時期的期間設有清除期。在清除期之期間供應清除氣體來促進殘餘處理氣體之排出。自氣體噴嘴76至80之氣孔76A至80A所射出的各氣體在通過被支持成複數階層的晶圓W之間時水平地流向位於對面的狹縫狀排出埠52，流經排出埠52進入處理容器44及外罩容器46之間的空間84，且經由氣體出口82被排至處理容器構造34之外。
狹縫狀排出埠52之橫剖面積被設定成設有真空泵90的排出通道86之橫剖面積之一至二倍的範圍之內，以便在不讓氣體保留在處理容器44中的情況下，可將氣體平滑排出。因為氣孔76A至80A係排列成各氣孔位於與相鄰晶圓W之間的空間相同的高度，所以各氣體在未導致紊流的情況下以實質層流在相鄰晶圓W之間的空間中流動。
如於後所描述，如於圖12及13中所顯示的習用晶舟在晶舟之頂區及底區中具有大空間30A及30B(見圖13)，空間30A及30B具有大於晶圓之間距P1的垂直寬度。在空間30A、30B中將產生可能導致紊亂氣流之快速氣流。本發明之晶舟消除此大空間30A、30B並因此可預防紊亂氣流之出現。
尤其，由主頂板92A及次要頂板92B所構成的頂板部92係設在支持體構造38之頂區中，且主頂板92A和垂直相鄰之次要頂板92B之間的距離以及次要頂板92B之間距P2均被設定成不大於晶圓W之間距P1。因此，可使得主頂板92A及相鄰次要頂板92B之間及次要頂板92B之間流動的氣體流速大約等於晶圓W之間流動的氣體流速。這可預防紊亂氣流在支持體構造38之頂區中出現。
間距P2係較佳地等於間距P1：P1=P2。然而，因為通常將假晶圓放置於最高支持部100A之最高支持凹槽101A上，所以間距P2可能比間距P1小。由於可如此預防紊亂氣流在支持體構造38 之頂區中出現，因此可增進位於頂區中的晶圓W之表面上所形成的薄膜之厚度的面內均勻性、及薄膜之品質。
在支持體構造38之底區中，構成底部94之部分的環狀主底板94A之中心孔104係以蓋構件94B關閉。再者，身為蓋構件94B之上端及其為最低支持部100B的最低支持凹槽101B之間的距離之間距P3被設定成不大於晶圓W之間距P1。因此，可明顯減少流入底部94下方的空間之氣體量，且可使得蓋構件94B及最低晶圓W之間流動的氣體流速大約等於晶圓W之間流動的氣體流速。這可預防紊亂氣流在支持體構造38之底區中出現。
間距P3較佳地係等於間距P1：P1=P3。然而，因為通常將假晶圓放置於最低支持部100B之最低支持凹槽101B上，所以間距P3可能比間距P1小。由於可如此預防紊亂氣流在支持體構造38之底區中出現，故可增進位於底區中的晶圓W之表面上所形成的薄膜之厚度的面內均勻性、及薄膜之品質。
再者，在支持體構造38之底區中，外罩構件110係設在保熱支架72之最高保熱板73A上，使得外罩構件110佔據空間，此外，環狀凸緣部114係設於外罩構件110之上端周圍以減少往下流入凸緣部114下方的空間之氣體量。這可進一步預防紊亂氣流在支持體構造38之底區中出現。
在不改變流向之情況下，已在晶圓W之間之層流中水平流動並流經支持體構造38中的頂板部92及底部94的各氣體係自在處理容器44之垂直方向上至少延伸過晶舟之全長的狹縫狀排出埠52平順地排出。因此，可預防紊亂氣流在排出埠52之區域中出現。這可進一步預防紊亂氣流在支持體構造38之頂區及底區中出現。
僅藉由增加次要頂板92B、蓋構件94B及外罩構件110至圖13中所顯示的習用晶舟，即可構成依據第一實施例的支持體構造(晶舟)，亦即，並未涉及設備構造之設計的實質改變。
如上文所述，本發明使得紊亂氣流在處理容器構造之頂區及底區中之出現可加以預防，藉此預防所形成的薄膜之厚度的面內 均勻性降低及薄膜之品質降低。
再者，依據本發明，在未改變流向的情況下，已水平流經在支持於支持體構造中的處理物體之間的空間的氣體係自狹縫狀排出埠排出。這可進一步預防紊亂氣流在處理容器構造之頂區及底區中出現，藉此預防所形成的薄膜之厚度的面內均勻性降低及薄膜之品質降低。
<實驗>
藉由使用下述之依據本發明的處理設備來實施成膜實驗。圖7顯示實驗之結果。
首先，將採用上述支持體構造(晶舟)38的處理設備用來實施成膜實驗。尤其是處理設備使用如以上參考圖4而敘述的設有次要頂板92B、蓋構件94B、外罩構件110等來消除晶舟之頂區及底區中的大空間的支持體構造38，並使用與上述相同但具有代替排出埠52的圖12所示之狹縫狀排出埠16的處理容器44，該狹縫狀排出埠16之長度係小於支持體構造(晶舟)38之長度。實驗之結果係顯示於圖7(A)中。在圖7(A)中，橫座標指示晶圓位置；「頂側」指示晶圓位於支持體構造之頂區中，而「底側」指示晶圓位於支持體構造之底區中。左縱座標指示平均薄膜厚度，而右縱座標指示薄膜厚度之面內均勻性。實施相同的成膜實驗，但使用圖12及13所示之習用處理設備，來作為比較性的實驗。比較性的實驗之結果係亦顯示於圖7(A)中。
如於圖7(A)中可見，使用依據本發明的處理設備及使用習用處理設備之間，在平均薄膜厚度上沒有實質差異。關於薄膜厚度之面內均勻性，在使用依據本發明的處理設備及使用習用處理設備之間，對於位於約5至110的晶圓位置的晶圓而言沒有實質差異。然而，對於位於頂側上在約1至4的晶圓位置的晶圓，且對於位於底側上在約111至118的晶圓位置的晶圓而言，資料顯示使用依據本發明的處理設備可獲得增大的薄膜厚度之面內均勻性，特別是對於底側晶圓而言。
其次，將採用上述狹長排出埠52的處理設備用來實施成膜實 驗。尤其，處理設備使用長度等於或大於晶舟之長度的狹縫狀排出埠52，並使用如於圖12中所顯示的在頂區及底區中具有大空間的晶舟。實驗之結果係顯示於圖7(B)中。在圖7(B)中，橫座標指示晶圓位置；「頂側」指示晶圓位於支持體構造之頂區中，而「底側」指示晶圓位於支持體構造之底區中。左縱座標指示平均薄膜厚度，且右縱座標指示薄膜厚度之面內均勻性。實施相同的成膜實驗，但使用圖12及13中所示的習用處理設備，來作為比較性的實驗。比較性的實驗之結果係亦顯示於圖7(B)中。
如於圖7(B)中可見，使用依據本發明的處理設備及使用習用處理設備之間，在平均薄膜厚度上沒有實質差異。關於薄膜厚度之面內均勻性，在使用依據本發明的處理設備及使用習用處理設備之間，對於位於約20至90的晶圓位置的晶圓而言沒有實質差異。然而，對於位於頂側上在約5至19的晶圓位置的晶圓，且對於位於底側上在約91至110的晶圓位置的晶圓來說，資料顯示使用依據本發明的處理設備可獲得顯著增強的薄膜厚度之面內均勻性，特別是對於底側晶圓而言。
其次，將採用上述支持體構造(晶舟)38及上述狹長排出埠52兩者的處理設備用來實施成膜實驗。尤其，處理設備使用如以上參考圖4而敘述的設有次要頂板92B、蓋構件94B、外罩構件110等來消除晶舟之頂區及底區中的大空間的支持體構造38，並使用長度等於或大於晶舟之長度的狹縫狀排出埠52。實驗之結果係顯示於圖7(C)中。在圖7(C)中，「頂部」指示晶圓位於支持體構造之頂區中，「中心」指示晶圓位於支持體構造之中心區中，而「底部」指示晶圓位於支持體構造之底區中。實施相同的成膜實驗，但使用圖12及13中所示的習用處理設備，來作為比較性的實驗。比較性的實驗之結果係亦顯示於圖7(C)中。
如於圖7(C)中可見，相較於使用習用處理設備，使用依據本發明的處理設備對於所有晶圓而言可獲得增大的薄膜厚度之面內均勻性。位於支持體構造之中心區至頂區中的晶圓之增大效果較大，尤其對於位於頂區中的晶圓而言。
<排出埠之開口面積及排出通道之橫剖面積之間的關係之評估及排出埠之寬度的評估>
實施實驗來評估狹縫狀排出埠52之開口面積及其中置入真空泵90的排出通道86之橫剖面積之間的關係。再者，實施實驗來測定對於狹縫狀排出埠之各種寬度的氣體流速。尤其是藉由在狹縫狀排出埠52之開口面積及排出通道86之橫剖面積之間的不同比例[(排出埠之開口面積)/(排出通道之橫剖面積)]的模擬來確定薄膜厚度之面內均勻性。狹縫狀排出埠之寬度係變化如下：2.5mm、5.0mm及10.0mm。
實驗之結果係顯示於圖8(A)及8(B)中。圖8(A)為顯示處理壓力及排出埠之開口面積和排出通道之橫剖面積的比例之間的關係的圖表，而圖8(B)為顯示排出埠之寬度及朝排出埠之縱向的氣體流速之間的關係的圖表。如於圖8(A)中所顯示，當上列面積比隨著排出埠之寬度增加而增加時，處理容器44中之壓力減少並接近1Torr，並且雖然未顯示於曲線圖中，薄膜厚度之面內均勻性亦增強。圖8(A)亦顯示對於僅由外罩容器46所構成而未設有處理容器44的處理容器構造的參考壓力資料。結果指示鑑於處理壓力可較佳地至多約1.5Torr的情況，面積比較佳地不小於0.5，且當處理壓力之減少達到飽和時，面積比更佳地不小於1。
如上所述，狹縫狀排出埠52之寬度L1較佳地在1至6mm的範圍之中。如圖8(B)中所顯示，當排出埠之寬度為10.0mm時，在排出埠之底區中的氣體流速過大，而導致晶圓的薄膜厚度之的均勻性不佳。另一方面，當排出埠之寬度為5.0mm或2.5mm時，在排出埠之底區中的氣體流速係顯著地較低，且在排出埠之縱向上的氣體流速之分佈約呈均勻。因此增強晶圓的薄膜厚度之均勻性。因此結果指示排出埠之寬度係更佳地在2.5至5.0mm的範圍之中。
<第二實施例>
現將描述依據本發明之第二實施例的支持體構造。圖9顯示依據本發明之第二實施例的支持體構造之平面圖。在圖9中，對 與圖4中所顯示者相同之元件賦予相同的參考編號，並將省略其描述。
在第二實施例中，支持體構造38之頂板部92具有與以上參考圖4來敘述者相同的構造，且底部94具有在反轉時與頂板部92相似的構造。更具體而言，不具有中心孔104(見圖4)的主底板94C被用為底部94之主底板，且與支持柱74之凸起部74A接合的凹部120係設於主底板94C之背表面中。由於缺少孔104，所以未裝設蓋構件94B(見圖4)，且取而代之的為具有與上述次要頂板92B相同構造的一或更多次要底板94D係以預定間距P3設置。間距P3被設定成相同於以上參考次要頂板92B而敘述的間距P2。第二實施例可達到與上述第一實施例相同的有利效果。
<第三實施例>
現將描述依據本發明之第三實施例的支持體構造。圖10顯示依據本發明之第三實施例的支持體構造之平面圖。在圖10中，對與圖4及9中所顯示者相同的元件賦予相同的參考編號，並將省略其描述。
雖然在上述第二實施例中，次要頂板92B被用於支持體構造38之頂板部92中且次要底板94D被用於底部94中，但仍可設置當作支持部100的支持凹槽101以取代次要頂板92B及次要底板94D，使得晶圓W可被放置於那些凹槽上。在本實施例中，頂板部92係僅由主頂板92A所構成且底部94係僅由主底板94C所構成。主頂板92A及最高晶圓W之間的距離被設定成上述的間距P2，且主底板94C及最低晶圓W之間的距離被設定成上述的間距P3。第三實施例可達到與上述第一及第二實施例相同的有利效果。
<第四實施例>
雖然在上述實施例中，處理容器構造具有由內處理容器44及圍繞容器44之外部的外罩容器46所構成的雙管構造，但是本發明並不侷限於此雙管構造。因此，本發明可被應用於如揭露於日本公開專利公報第2008-227460號中的單管構造的處理容器構造。
圖11顯示依據本發明之第四實施例的處理容器構造之示意 圖。僅有處理容器構造係顯示於圖11中，而省略其他部分之圖示。本實施例之處理容器構造包含單管構造的處理容器44。處理容器44在一側上具有垂直延伸開口122及覆蓋開口122的隔牆124。噴嘴容納區域48係形成於開口122及隔牆124之間。狹縫狀排出埠52係在相對於噴嘴容納區域48的位置形成於處理容器44之壁中，且設置排出外罩構件126使其覆蓋排出埠52。排出外罩構件126在其上端具有氣體從其排出系統的氣體出口82。
在具有單管構造的處理容器構造之情況中，容器構造可僅由不具有歧管的石英處理容器所構成。當本發明被應用於此處理容器構造時，可達到與上述相同的有利效果。
雖然已舉例描述ZrOx薄膜之形成，本發明可被應用於任何形式的薄膜之形成。雖然已舉例描述ALD成膜方法，本發明當然可被應用於其他成膜方法，例如將原料氣體及與原料氣體反應的氣體同時供應至晶圓的CVD方法。
本發明亦可被應用於使用電漿的成膜處理。在該情況中，用以施加產生電漿的高頻功率的電極板係設於外部並沿著定義噴嘴容納區域48的向外膨脹部50的隔牆之縱向而裝設。
可用於本發明中當作處理物體的半導體晶圓包含矽晶圓及諸如GaAs、SiC、GaN等的化合物半導體基板。本發明亦可被應用於其他形式的基板，例如用於液晶顯示裝置的玻璃或陶瓷基板。
現將描述比較性的處理設備。圖12顯示示範性比較批次處理設備之示意圖，且圖13顯示晶舟之前視圖。如於圖12中所顯示，批次處理設備包含由具有閉合頂部的石英處理容器2、及同心地覆蓋處理容器2之周邊的具有閉合頂部的石英外罩容器4所構成的處理容器構造6。處理容器構造6之底部開口可藉由蓋體8開啟及密封關閉。在將晶圓W夾持成複數階層的石英晶舟10係安置於處理容器2中。晶舟10可被向上插入處理容器構造6且可自處理容器構造6被往下抽出。氣體噴嘴12、14係自處理容器2之底部插入處理容器2。氣體噴嘴12、14各具有朝噴嘴之縱向排列的大量的氣孔12A、14A，且必要氣體可自氣孔12A、14A各自以受控 流量被水平射出。
垂直延伸的狹縫狀排出埠16係在相對於氣體噴嘴12、14的位置形成在處理容器2之側壁中。自排出埠16排出之氣體可從裝設在外罩容器4之側壁的下部中的氣體出口18被排出系統。用來加熱支持在晶舟10中的晶圓W的圓柱加熱器19係圍繞處理容器構造6之外周而設置。晶舟10係放置於包含如四個的複數個石英支持柱20A(僅顯示兩支柱)的保熱支架20上。
如於圖13中所顯示，晶舟10包含頂板部22、底部24、及連接頂板部22和底部24的如三個的複數個支持柱26(於圖13中僅顯示二支柱)。三支持柱26係以相等間隔沿著晶圓W之圓形輪廓的半圓弧部排列。
支持凹槽27係以預定間距P1形成在支持柱26之各者中，使可藉由將晶圓W之周邊部放置至支持凹槽27上而將晶圓W支持成複數階層。連接頂板部22和底部24的石英強化支持柱28係各自大約裝設於相鄰支持柱26之中間。底板24為具有孔29形成在中心的環狀。在保熱支架20的各支持柱20A之頂部的凸起部21係接合於孔29之周邊表面來夾持整個晶舟10。
在處理設備中，舉例來說，藉由輪替及反覆地自氣體噴嘴12、14之氣孔12A、14A水平射出原料氣體及氣化氣體，而利用ALD使薄膜沉積於各晶圓W之表面上。處理容器2中的氣體係自狹縫狀排出埠16排出，並最終自裝設在外罩容器4之側壁的下部中的氣體出口18排離系統。
氣體噴嘴12、14之氣孔12A、14A係各形成於對應至垂直相鄰晶圓W之間的空間的位置，使得即使晶圓之間距P1如約6.5mm一樣小，各氣體仍可被有效地水平供應至晶圓W之間的空間。
然而，如於圖13中所顯示，最高晶圓W及頂板部22之間的空間30A之垂直寬度和最低晶圓W及底部24之間的空間30B之垂直寬度被設定成明顯大於間距P1。因此，流過空間30A、30B的氣體速度V1及流過晶圓W之間的間距P1之空間的氣體速度之間有差異，此造成空間30A、30B中的紊亂氣流。
因為底部24為環狀，所以也出現向下流過中心孔29的氣流31。因此，底部空間30B中出現更多的紊亂氣流。此紊亂氣流之出現造成諸如所形成的薄膜之厚度的面內均勻性下降或位於晶舟的頂區及底區中的晶圓W中的薄膜之品質下降的問題。
再者，在習用處理設備中，設於處理容器2之側壁中的排出埠16之長度被設定成短於晶舟10之長度。因此，在通過排出埠16之前，已水平流過晶舟10之頂區或底區的氣體將其流動方向改變成往下或往上的方向。這也造成上述的紊亂氣流。
相反地，依據本發明，可如上述般預防紊亂氣流之出現。因此，本發明能夠增強於晶圓上所形成的薄膜之厚度的面內均勻性及增強薄膜之品質。
2‧‧‧處理容器
4‧‧‧外罩容器
6‧‧‧處理容器構造
8‧‧‧蓋體
10‧‧‧晶舟
12‧‧‧氣體噴嘴
12A‧‧‧氣孔
14‧‧‧氣體噴嘴
14A‧‧‧氣孔
16‧‧‧排出埠
18‧‧‧氣體出口
19‧‧‧圓柱加熱器
20‧‧‧保熱支架
20A‧‧‧支持柱
21‧‧‧凸起部
22‧‧‧頂板部
24‧‧‧底部
26‧‧‧支持柱
27‧‧‧支持凹槽
28‧‧‧強化支持柱
29‧‧‧孔
30A‧‧‧空間
30B‧‧‧空間
31‧‧‧氣流
32‧‧‧處理設備
34‧‧‧處理容器構造
36‧‧‧蓋體
38‧‧‧支持體構造
40‧‧‧氣體引入裝置
41‧‧‧排出裝置
42‧‧‧加熱裝置
44‧‧‧處理容器
44A‧‧‧頂棚部
46‧‧‧外罩容器
48‧‧‧噴嘴容納區域
50‧‧‧向外膨脹部
52‧‧‧排出埠
54‧‧‧歧管
56‧‧‧凸緣部
58‧‧‧密封構件
60‧‧‧支持部
62‧‧‧密封構件
64‧‧‧磁性流體密封部
66‧‧‧旋轉軸
68‧‧‧抬升裝置
68A‧‧‧臂桿
70‧‧‧轉盤
72‧‧‧保熱支架
73‧‧‧保熱板
73A‧‧‧最高保熱板
74‧‧‧支持柱
74A‧‧‧凸起部
75‧‧‧底座
76‧‧‧氣體噴嘴
76A‧‧‧氣孔
78‧‧‧氣體噴嘴
78A‧‧‧氣孔
80‧‧‧氣體噴嘴
80A‧‧‧氣孔
82‧‧‧氣體出口
84‧‧‧空間
86‧‧‧排出通道
88‧‧‧壓力調節閥
90‧‧‧真空泵
92‧‧‧頂板部
92A‧‧‧主頂板
92B‧‧‧次要頂板
94‧‧‧底部
94A‧‧‧主底板
94B‧‧‧蓋構件
94C‧‧‧主底板
94D‧‧‧次要底板
96‧‧‧支持柱
96A‧‧‧支持柱
96B‧‧‧支持柱
96C‧‧‧支持柱
98‧‧‧強化支持柱
100‧‧‧支持部
100A‧‧‧最高支持部
100B‧‧‧最低支持部
101‧‧‧支持凹槽
101A‧‧‧最高支持凹槽
101B‧‧‧最低支持凹槽
104‧‧‧孔
110‧‧‧外罩構件
112‧‧‧支持柱孔
114‧‧‧凸緣部
116‧‧‧控制裝置
118‧‧‧儲存媒體
120‧‧‧凹部
122‧‧‧開口
124‧‧‧隔牆
126‧‧‧排出外罩構件
W‧‧‧晶圓
圖1為依據本發明的包含支持體構造的示範性處理設備之垂直剖面圖；圖2為處理設備的處理容器構造部之橫剖面圖；圖3為處理容器之立體圖；圖4為依據本發明之第一實施例的支持體構造之平面圖；圖5為設於支持體構造中的蓋構件之立體圖；圖6為設於保熱支架中的空間外罩構件之立體圖；圖7(A)至7(C)為顯示使用本發明所執行的實驗之結果的圖表；圖8(A)及8(B)為顯示本發明的估計結果曲線圖；圖9為依據本發明之第二實施例的支持體構造之平面圖；圖10為依據本發明之第三實施例的支持體構造之平面圖；圖11為依據本發明之第四實施例的處理容器之示意圖；圖12為比較性的批次處理設備之示意圖；及圖13為示範性晶舟之前視圖。
32．．．處理設備
34．．．處理容器構造
36．．．蓋體
38．．．支持體構造
40．．．氣體引入裝置
41．． 排出裝置
42．．．加熱裝置
44．．．處理容器
44A．．．頂棚部
46．．．外罩容器
48．．．噴嘴容納區域
50．．．向外膨脹部
52．．．排出埠
54．．．歧管
56．．．凸緣部
58．．．密封構件
60．．．支持部
62．．．密封構件
64．．．磁性流體密封部
66．．．旋轉軸
68．．．抬升裝置
68A．．．臂桿
70．．．轉盤
72．．．保熱支架
73．．．保熱板
74．．．支持柱
75．．．底座
76．．．氣體噴嘴
76A．．．氣孔
78．．．氣體噴嘴
80．．．氣體噴嘴
82．．．氣體出口
84．．．空間
86．．．排出通道
88．．．壓力調節閥
90．．．真空泵
92．．．頂板部
92A．．．主頂板
94．．．底部
94A．．．主底板
94B．．．蓋構件
110．．．外罩構件
116．．．控制裝置
118．．．儲存媒體
W．．．晶圓

Claims (9)

  1. 一種支持體構造，用來支持待處理且待置於處理容器構造中的複數個物體，處理氣體在該處理容器構造中水平地自一側流至對側，該支持體構造包含：頂板部，包含一最高主頂板，該最高主頂板定義固定地附接至複數個支持柱的該支持體構造的最上方邊界；底部，包含一最低主底板，該最低主底板定義固定地附接至該複數個支持柱的該支持體構造的最下方邊界；及該複數個支持柱，連接該頂板部和該底部，其中用以支持待處理之該物體的複數個支持部係以預定間距沿著縱向形成在各支持柱中，且將各支持柱之該支持部的最高支持部和該頂板部之間的距離、以及各支持柱之該支持部的最低支持部和該底部之間的距離設定成不大於該支持部之該間距且在該間距之1/2以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之支持體構造，其中該頂板部包含該最高主頂板及相鄰的次要頂板，相鄰的該次要頂板係設於該主頂板下方，且其中將該主頂板及相鄰之該次要頂板之間的距離設定成不大於該支持部之該間距。
  3. 如申請專利範圍第1項之支持體構造，其中該底部包含該最低主底板及相鄰的次要底板，相鄰的該次要底板係設於該主底板上方，且其中將該主底板及該相鄰次要底板之間的距離設定成不大於該支持部之該間距。
  4. 如申請專利範圍第1項之支持體構造，其中該底部包含具有中心孔之環狀主底板、及覆蓋該孔之蓋構件。
  5. 如申請專利範圍第1項之支持體構造，其中該頂板部及該底部係藉由強化支持柱連接。
  6. 一種處理容器構造，用以容納待處理的複數個物體，且處理氣體在該處理容器構造中水平地自一側流至對側，該處理容器構造包含：石英處理容器，其具有閉合頂部及開放底部，該石英處理容器係配置成容納支持於支持體構造中之待處理的該物體，該支持體構造包含：頂板部，包含一最高主頂板，該最高主頂板定義固定地附接至複數個支持柱的該支持體構造的最上方邊界；底部，包含一最低主底板，該最低主底板定義固定地附接至該複數個支持柱的該支持體構造的最下方邊界；及該複數個支持柱，連接該頂板部和該底部，其中用以支持待處理之該物體的複數個支持部係以預定間距沿著縱向形成在各支持柱中，且將各支持柱之該支持部的最高支持部和該頂板部之間的距離、以及各支持柱之該支持部的最低支持部和該底部之間的距離設定成不大於該支持部之該間距且在該間距之1/2以上；噴嘴容納區域，用以容納氣體噴嘴，該噴嘴容納區域係沿著縱向設置於該處理容器之一側上；及狹縫狀排出埠，其係沿著該縱向在相對於該噴嘴容納區域的位置設置在該處理容器之該側壁中，該狹縫狀排出埠之上端係於等於或高於該支持體構造之上端的高度，且該狹縫狀排出埠之下端係於等於或低於該支持體構造之下端的高度。
  7. 如申請專利範圍第6項之處理容器構造，其中該氣體噴嘴係沿著該處理容器之縱向設置，且具有以預定間距沿著該縱向排列的一數量之氣孔。
  8. 如申請專利範圍第6項之處理容器構造，其中該狹縫狀排出埠之開口面積不小於排出通道之橫剖面積的0.5倍，該排出通道係連接至用以排出該處理容器中之空氣的真空泵，且該狹縫狀排出埠之寬度不大於6mm。
  9. 一種處理設備，用以執行待處理的複數個物體之預定處理，該處理設備包含：處理容器構造，其具有底部開口，該處理容器構造係用以容納待處理的該物體，且處理氣體在處理容器構造中水平地自一側流至對側；蓋體，用以關閉該處理容器構造之該底部開口；支持體構造，用以支持待處理的該物體，且該支持體構造可被插入該處理容器構造或自該處理容器構造抽出；氣體引入裝置，其包含一氣體噴嘴，該氣體引入裝置係用以將氣體引入該處理容器構造中；排出裝置，用以排出該處理容器構造中之空氣；及加熱裝置，用以加熱處理中之該物體，其中該處理容器構造包含：石英處理容器，其具有閉合頂部及開放底部，該石英處理容器係配置成容納支持於支持體構造中之待處理的該物體；噴嘴容納區域，其用來容納該氣體噴嘴，該噴嘴容納區域係沿著該縱向設置於該處理容器之一側上；及狹縫狀排出埠，其係沿著縱向在相對於該噴嘴容納區域的位置設置在該處理容器之側壁中，該排出埠之上端係於等於或高於該支持體構造之上端的高度，且該排出埠之下端係於等於或低於該支持體構造之該下端的高度，且其中該支持體構造包含：頂板部，包含一最高主頂板，該最高主頂板定義固定地附接至複數個支持柱的該支持體構造的最上方邊界； 底部，包含一最低主底板，該最低主底板定義固定地附接至該複數個支持柱的該支持體構造的最下方邊界；及該複數個支持柱，連接該頂板部和該底部，其中在各支持柱中以預定間距沿著縱向形成用以支持待處理之該物體的複數個支持部，且將各支持柱之該支持部的最高支持部和該頂板部之間的距離、以及各支持柱之該支持部的最低支持部和該底部之間的距離設定成不大於該支持部之該間距且在該間距之1/2以上。
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