TWI642137B - Substrate processing apparatus, reaction container, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於縮短處理室內之升溫時間。

本發明之基板處理裝置具備：處理室，其處理基板；基板保持具，其於處理室內保持基板；處理氣體供給部，其對處理室內供給處理氣體；第1加熱器，其設置於處理室外，對處理室內進行加熱；隔熱部，其設置於基板保持具之下方；第2加熱器，其設置於隔熱部內，對處理室內進行加熱；及沖洗氣體供給部，其以對隔熱部內供給沖洗氣體而沖洗隔熱部內之方式構成。

Description

基板處理裝置、反應容器及半導體裝置之製造方法

本發明係關於一種基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及記錄媒體。

於半導體裝置(器件)之製造步驟中之基板之熱處理中，例如使用立式基板處理裝置。於立式基板處理裝置中，於垂直方向排列特定片數之基板並將其保持於基板保持具上，將基板保持具搬入至處理室內。其後，於藉由設置於處理室外之加熱器加熱基板之狀態下對處理室內導入處理氣體，對基板進行薄膜形成處理等。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2003-218040號公報

於習知之立式基板處理裝置中，存在熱易於在處理室內之下方逃散之情形。因此，存在尤其是使位於處理室下方之基板升溫至處理溫度時，需要較長升溫時間之情形。

本發明之目的在於提供一種能夠縮短處理室內之升 溫時間之技術。

根據本發明之一態樣提供一種技術，其具備：處理室，其處理基板；基板保持具，其於上述處理室內保持上述基板；處理氣體供給部，其對上述處理室內供給處理氣體；第1加熱器，其設置於上述處理室外，且對上述處理室內進行加熱；隔熱部，其設置於上述基板保持具之下方；第2加熱器，其設置於上述隔熱部內，且對上述處理室內進行加熱；及沖洗氣體供給部，其以對上述隔熱部內供給沖洗氣體而沖洗上述隔熱部內之方式構成。

根據本發明，能夠縮短處理室內之升溫時間。

4‧‧‧立式熱處理裝置(基板處理裝置)

8‧‧‧處理爐

32‧‧‧晶舟升降機

34‧‧‧加熱器

35‧‧‧歧管

36‧‧‧反應管

36A‧‧‧氣體供給空間

36B‧‧‧氣體排氣空間

36C‧‧‧凸緣部

36D‧‧‧排氣埠

37A‧‧‧供給狹縫

37B‧‧‧排氣狹縫

38‧‧‧處理室

40‧‧‧晶舟

42‧‧‧噴嘴

42A‧‧‧氣體供給孔

44a、44b、44c‧‧‧氣體供給管

46a、46b、46c‧‧‧質量流量控制器(MFC)

48a、48b、48c‧‧‧閥

50‧‧‧排氣管

52‧‧‧壓力感測器

54‧‧‧APC閥

56‧‧‧真空泵

58‧‧‧溫度檢測部

60‧‧‧密封蓋

60A‧‧‧O形環

60B‧‧‧密封蓋板

62‧‧‧旋轉機構

62A‧‧‧殼體

62B‧‧‧內軸

62C‧‧‧外軸

62D、62E‧‧‧內側軸承

62F、62G‧‧‧外側軸承

62H、62I‧‧‧磁性流體密封圈

62J‧‧‧蓋

62K‧‧‧蝸輪

62L‧‧‧電動馬達

62M‧‧‧蝸軸

62N、62P‧‧‧支撐部

64‧‧‧副加熱器

64A‧‧‧支柱部

64B‧‧‧發熱部

64C‧‧‧發熱體

66‧‧‧旋轉軸

68‧‧‧隔熱部

68A‧‧‧上部隔熱體

68B‧‧‧下部隔熱體

68C‧‧‧支撐部

70‧‧‧支承部

70A‧‧‧排氣孔

72‧‧‧保持部

72A‧‧‧保持架

72B‧‧‧供給口

74‧‧‧圓筒部

76‧‧‧隔熱體

76A‧‧‧反射板

76B‧‧‧隔熱板

80‧‧‧排氣口

82‧‧‧第3排氣口

200‧‧‧控制器

212‧‧‧CPU

214‧‧‧RAM

216‧‧‧記憶裝置

218‧‧‧I/O端口

220‧‧‧內部匯流排

222‧‧‧輸入輸出裝置

224‧‧‧外部記憶裝置

A‧‧‧處理區域

B‧‧‧隔熱區域

C‧‧‧空間

h₁、h₃、h₄、h₅、h₆‧‧‧間隔

h₂‧‧‧孔徑

S‧‧‧間隔

S₁‧‧‧水平面

S₂‧‧‧傾斜面

S₃‧‧‧垂直面

S₄‧‧‧水平面

W‧‧‧晶圓

圖1係利用縱剖視圖表示本發明之實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之處理爐部分之圖。

圖2係表示本發明之實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之隔熱部之縱剖視圖。

圖3係表示本發明之實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之支承部之俯視圖。

圖4係表示本發明之實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之 控制器之控制系統之方塊圖。

圖5係表示使沖洗氣體供給位置發生變化之情形之圓筒部內之處理氣體之莫耳分率之圖。

圖6係表示使沖洗氣體供給位置發生變化之情形之處理室內之處理氣體之莫耳分率之圖。

圖7係表示藉由本發明之實施形態加熱處理室內之情形之底部區域之溫度分佈之圖。

圖8係表示藉由習知例加熱處理室內之情形之底部區域之溫度分佈之圖。

圖9係表示藉由本發明之實施形態與習知例加熱處理室內之情形之晶圓溫度與面內溫度差之圖。

圖10係利用縱剖視圖表示本發明之第2實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之處理爐部分之圖。

圖11係利用立體圖表示本發明之第2實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之排氣口之圖。

圖12係表示本發明之第2實施形態與比較例之處理氣體之莫耳分率之說明圖。

圖13係利用縱剖視圖表示本發明之第3實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之處理爐部分之圖。

圖14係利用縱剖視圖表示本發明之第3實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之隔熱部之圖。

圖15係利用縱剖視圖表示本發明之第4實施形態中較佳地使用之基板處理裝置之處理爐部分之圖。

圖16係利用立體圖表示本發明之第4實施形態中較佳地使用 之基板處理裝置之隔熱部之圖。

以下使用圖1~3對本發明之一實施形態進行說明。

如圖1所示，於本實施形態中，基板處理裝置構成為實施積體電路(IC，Integrated Circuit)之製造方法之熱處理步驟之立式熱處理裝置(基板處理裝置)4。處理爐8具有作為加熱手段(加熱機構)之加熱器單元(以下稱為加熱器)之加熱器34。加熱器34為圓筒形狀，藉由支撐於作為保持板之加熱器基座(未圖示)上而垂直安裝。如下所述，加熱器34亦可作為利用熱使氣體活化(激發)之活化機構(激發部)而發揮功能。

於加熱器34之內側配設有構成反應容器(處理容器)之反應管36。反應管36例如由石英(SiO₂)或碳化矽(SiC)等耐熱性材料構成，形成為上端閉合且下端開口之圓筒形狀。於反應管36之外方，以相向之方式向外側突出形成有氣體供給空間36A與氣體排氣空間36B。又，於反應管36之下端形成有向外側突出之凸緣部36C。反應管36藉由設置於其下方之圓筒形狀且為金屬製之歧管35支撐。於反應管36之筒中空部形成有處理室38。處理室38藉由下述晶舟40能夠收容作為基板之晶圓W地構成。處理室38與氣體供給空間36A及氣體排氣空間36B藉由內壁區隔。歧管35之直徑形成得比反應管36之內壁之直徑(凸緣部36C之直徑)大。藉此，可於反應管36之下端(凸緣部36C)與下述之密封蓋60之間形成下述圓環狀之空間。

於氣體供給空間36A內設置有噴嘴42。於噴嘴42連接有氣體供給管44a。於氣體供給管44a自上游方向依序設置有作 為流量控制器(流量控制部)之質量流量控制器(MFC)46a、及作為開關閥之閥48a。於較氣體供給管44a之閥48a更靠下游側連接有供給惰性氣體之氣體供給管44b。於氣體供給管44b自上游方向依序設置有MFC46b及閥48b。作為處理氣體供給系統之處理氣體供給部主要包括氣體供給管44a、MFC46a、閥48a。

噴嘴42於氣體供給空間36A內以沿自反應管36之下部向上部，且朝向晶圓W之排列方向上方豎立之方式設置。於噴嘴42之側面設置有供給氣體之氣體供給孔42A。氣體供給孔42A以朝向反應管36之中心之方式開口，能夠向晶圓W供給氣體。於氣體供給空間36A與處理室38之間之內壁，以對應氣體供給孔42A及晶圓W之方式於垂直方向設置有複數段橫長之供給狹縫37A。

於氣體排氣空間36B與處理室38之間之內壁，以對應於供給狹縫37A之方式於垂直方向設置有複數段作為第1排氣部(第1排氣口)之橫長之排氣狹縫37B。於反應管36之下端形成有與氣體排氣空間36B連通之排氣埠36D。於排氣埠36D連接有排出處理室38內之環境氣體之排氣管50。於排氣管50經由作為檢測處理室38內之壓力之壓力檢測器(壓力檢測部)之壓力感測器52、及作為壓力調整器(壓力調整部)之自動壓力控制器(APC，Auto Pressure Controller)閥54而連接有作為真空排氣裝置之真空泵56。APC閥54可藉由於使真空泵56作動之狀態下開關閥而進行處理室38內之真空排氣及真空排氣停止。進而，以如下方式構成，即，可藉由於使真空泵56作動之狀態下基於藉由壓力感測器52檢測之壓力資訊調節閥開度而調整處理室38內之壓力。排氣系統主要包括排氣管50、APC閥54、壓力感測器52。亦可考慮將真空泵56包含於排氣 系統中。

於歧管35之下方設置有作為能夠將歧管35之下端開口氣密地閉合之爐口蓋體之密封蓋60。密封蓋60例如包含SUS或不鏽鋼等金屬，形成為圓盤狀。密封蓋60之上表面設置有作為與歧管35之下端抵接之密封構件之O形環60A。又，於較O形環60A更靠內側之密封蓋60之上表面設置有保護密封蓋60之密封蓋板60B。密封蓋板60B例如由石英或SiC等耐熱性材料構成，形成為圓盤狀。

密封蓋60以藉由垂直配備於反應管36之外部之作為升降機構(搬送機構)之晶舟升降機32於垂直方向升降之方式構成。即，晶舟升降機32以藉由使密封蓋60升降而將晶舟40及晶圓W搬入搬出處理室38內外之方式構成。

作為基板保持具之晶舟40以使複數片例如25~200片晶圓W以水平姿勢且中心相互對齊之狀態於垂直方向整齊排列並多段支撐之方式，即以空開間隔而排列之方式構成。晶舟40例如由石英或SiC等耐熱性材料構成。

於晶舟40之下部配設有下述隔熱部68。隔熱部68以可藉由沖洗氣體沖洗其內部之方式構成。

於反應管36之外壁設置有溫度檢測部58。基於藉由溫度檢測部58檢測之溫度資訊而調整向加熱器34之通電情況，藉此處理室38內之溫度成為所需之溫度分佈。

於密封蓋60之與處理室38為相反側設置有使晶舟40旋轉之旋轉機構62。如圖2所示，旋轉機構62具備形成為上端開口且下端閉合之大致圓筒形狀之殼體62A，殼體62A配置於密封 蓋60之下表面。於殼體62A之內部配置有細長之圓筒形狀之內軸62B。於殼體62A之內部配置有形成為直徑比內軸62B之外徑大之圓筒形狀之外軸62C，外軸62C藉由夾設於與內軸62B之間之上下一對內側軸承62D、62E及夾設於與殼體62A之間之上下一對外側軸承62F、62G而旋轉自如地被支承。

於內側軸承62D及外側軸承62F分別設置有磁性流體密封圈62H、62I。於殼體62A之閉合壁下表面固定有密封外軸62C之下端部之蓋62J。於外軸62C之外周之外側軸承62F與外側軸承62G之間固定有蝸輪62K。於蝸輪62K上嚙合有藉由電動馬達62L旋轉驅動之蝸軸62M。

於內軸62B之內側垂直插通有於處理室38內自下方加熱晶圓W之作為第2加熱手段(加熱機構)之加熱器單元之副加熱器64。副加熱器64具備垂直延伸之支柱部64A與相對於支柱部64A水平連接之發熱部64B。支柱部64A於內軸62B之上端位置藉由由耐熱樹脂形成之支撐部62N而支撐。又，支柱部64A之下端部於較殼體62A之閉合壁下表面更靠下之位置隔著O形環而藉由作為真空用接頭之支撐部62P支撐。

發熱部64B形成為直徑比晶圓W之外徑小之大致環狀，以與晶圓W平行之方式藉由支柱部64A連接支撐。於發熱部64B之內部封入有構成作為線圈狀之電阻發熱體之發熱體64C之加熱器裸線。發熱體64C例如藉由Fe-Cr-Al合金、二矽化鉬等形成。

於外軸62C之上表面固定有下端具有凸緣之圓筒形狀之旋轉軸66。旋轉軸66於其中心形成有使副加熱器64貫通之貫通孔。中心形成有使副加熱器64貫通之貫通孔之圓盤形狀之支承 部70與密封蓋板60B空開特定之間隔h₁固定於旋轉軸66之上端部。h₁較佳為設定於2~10mm。若h₁小於2mm，則存在晶舟旋轉時構件彼此接觸，或因流導降低而下述圓筒部74內之氣體排氣速度降低之情形。若h₁大於10mm，則存在處理氣體大量侵入圓筒部74內之情形。

支承部70例如由不鏽鋼等金屬形成。於支承部70之上表面載置有保持隔熱體76之作為隔熱體保持器之保持部72與圓筒部74。隔熱部68由支承部70、保持部72、圓筒部74及隔熱體76構成。圓筒部74以將副加熱器64收納於內部之方式形成為上端閉合之圓筒形狀。如圖3所示，於俯視下，於保持部72與圓筒部74之間之區域形成有排出圓筒部74內之氣體之孔徑為h₂之排氣孔70A。排氣孔70A例如沿支承部70之同心圓上等間隔形成有數個。h₂較佳為設定為10~40mm。若h₂小於10mm，則存在因流導降低而圓筒部74內之氣體排氣速度降低之情形。若h₂大於40mm，則存在支承部70之耐負重強度降低而破損之情形。

如圖2所示，保持部72構成為於中心具有使副加熱器64貫通之貫通孔之圓筒形狀。保持部72之下端具有外徑比支承部70小之朝外之凸緣形狀。保持部72之上端形成為直徑比上下端之間之柱部分之直徑大，構成沖洗氣體之供給口72B。貫通孔之直徑構成為比副加熱器64之支柱部64A之外壁之直徑大，藉由此種構成而可於保持部72與支柱64A之間形成作為向隔熱部68內供給沖洗氣體之沖洗氣體供給路之圓環狀之空間之第1流路。

保持部72例如包含石英或SiC等耐熱性材料而形成。保持部72以下端之凸緣與柱之連接面成為曲面之方式形成。 藉由此種構成可抑制應力集中於連接面而提高保持部72之強度。又，藉由將連接面製成平滑之形狀，可不妨礙沖洗氣體之流動而抑制於圓筒部74內產生沖洗氣體之沈澱。

於俯視下，於保持部72之內壁與支柱部64A之外壁之間形成有圓環狀之空間。如圖1所示，於圓環狀之空間內連接有氣體供給管44c。於氣體供給管44c自上游方向依序設置有MFC46c及閥48c。如圖2所示，圓環狀之空間之上端構成為供給口72B，自供給口72B向圓筒部74之內側上方供給沖洗氣體。藉由將供給口72B製成圓環狀之開口，可遍及圓筒部74之上端及圓環狀之平面徑向之全周方向均勻地供給沖洗氣體。又，藉由使供給口72B之直徑比柱部分之直徑大，可向圓筒部74內之徑向及圓筒部74內之上方空間大範圍地供給沖洗氣體。如此，藉由利用沖洗氣體積極地沖洗圓筒部74內之尤其是設置有發熱部64B之上端部(頂壁)附近，可抑制發熱部64B暴露於處理氣體中。自供給孔72B供給之沖洗氣體經由作為保持部72與圓筒部74之內壁之間之空間之第2流路向圓筒部72B外排氣。

於保持部72之柱設置有反射板76A與隔熱板76B作為隔熱體76。反射板76A例如藉由焊接而固定性地保持於保持部72之上部。隔熱板76B例如藉由焊接而固定性地保持於保持部72之中間部。於隔熱板76B之上下之保持部72形成有保持架72A，能夠追加保持隔熱板76B。保持架72A以自保持部72之柱之外壁向外側水平延伸之方式構成。藉由此種構成可使隔熱板76B以水平且中心相互對齊之狀態整齊排列而保持多段。反射板76A與隔熱板76B之間形成有特定之間隔h₃。h₃較佳為設定為100~300mm。

於將隔熱板76B頂部對齊而設置於保持架72A上之情形時，即，於將隔熱板76B載置於固定之隔熱板76B之上方之保持架72A上而縮小h₃之情形時，可延長處理室38之熱平坦區長度。相反地，於將隔熱板76底部對齊而設置於保持架72A之情形時，即，於將隔熱板76B載置於固定之隔熱板76B之下方之保持架72A上而增大h₃之情形時，可降低爐口部之溫度。考慮溫度恢復時間、熱平坦區長度、隔熱性能等而綜合性地確定將隔熱板設為頂部對齊、抑或底部對齊。

反射板76A為直徑比晶圓W之直徑小之圓板形狀，例如由不透明石英形成，以特定之間隔h₄保持於上方之保持架72A上。h₄較佳為設定為2~10mm。若h₄小於2mm，則存在反射板76A間滯留氣體之情形。又，若h₄大於10mm，則存在熱反射性能降低之情形。

隔熱板76B為外徑比晶圓W之外徑小之圓板形狀，藉由由熱容較小之材料形成，例如藉由石英、矽(Si)、SiC等形成。此處，4片隔熱板76B以特定之間隔h₅保持於下方之保持架72A上。h₅較佳為設定為2mm以上。若h₅小於2mm，則存在隔熱板76B間滯留氣體之情形。

反射板76A與隔熱板76B之保持片數並不限定於上述之片數，只要隔熱板76B之保持片數為反射板76A之保持片數以上即可。如此，於上方設置反射板76A，於下方設置隔熱板76B，藉由反射板76A反射來自副加熱器64之輻射熱，又，藉由隔熱板76B於遠離晶圓W之地方阻斷來自加熱器34及副加熱器64之輻射熱，藉此可改善晶圓W之溫度響應性而可縮短升溫時間。

為了抑制處理氣體向石英筒內侵入而減少其向處理室38流出，反應管36之內壁與圓筒部74之外壁之間隔h₆較理想為設定得較窄，例如較佳設為7.5mm~15mm。若h₆小於7.5mm，則存在晶舟旋轉時反應管36與圓筒部74接觸而破損之情形。若h₆大於15mm，則存在處理氣體變得易於流向晶舟下部，對成膜造成不良影響之情形。

於圓筒部74之上表面設置有晶舟40。於圓筒部74之上表面之外周遍及全周形成有溝槽，於該溝槽中載置有晶舟40之環狀底板。藉由此種構成，不使副加熱器64旋轉即可使圓筒部74及晶舟40旋轉。

圓筒部74上表面之溝槽之深度形成為與晶舟40之底板之高度大致相同，於載置晶舟40時，晶舟40之底板與圓筒部74之上表面之高度平坦。藉由此種構成可改善處理氣體之流動，從而可提高於底部區域之成膜均一性。

圓筒部74之上端形成為凸狀。圓筒部74之上端之內周(內壁)側由較側面之內周面更向內側突出之水平面S₁、與水平面S₁連續設置之傾斜面S₂、自傾斜面S₂於鉛垂方向連續設置之垂直面S₃、及自垂直面S₃連續設置之水平面S₄形成。即，凸狀之水平面S₁與垂直面S₃之連接部分(角部)變為錐狀，以隨著靠近圓筒部上部而俯視之截面積逐漸變小之方式形成。又，垂直面S₃與水平面S₄之連接部分形成為曲面。藉由此種構成可改善圓筒部74內之氣體之流動，可抑制凸狀部分之氣體滯留。又，因自供給口72B供給之沖洗氣體碰撞圓筒部74上表面之內壁流向圓周方向後，沿圓筒部74內之側壁自上方向下方流動，故而於筒部74內易於形成沖 洗氣體之降流。即，可於第2流路形成降流。進而，藉由水平面S₁可使晶舟載置部分之下側之厚度比圓筒部74之圓柱部分之厚度厚，故而可增加圓筒部74之強度。

發熱部64B設置於支柱部72之上端與圓筒部74上表面之內壁之間之區域，較佳為以發熱部64B之至少一部分處於傾斜面S₂之高度位置之中之方式設置。即，以發熱部64B於高度方向處於水平面S₁和傾斜面S₂之切點、與傾斜面S₂和垂直面S₃之切點之間之區域之方式設置。

於上述，雖於隔熱部68包含圓筒部74，但主要進行隔熱者為副加熱器64以下之區域、即隔熱體76之區域，故而方便起見亦可將隔熱體76稱為隔熱部。於該情形時，亦可謂副加熱器64設置於晶舟40與隔熱部之間。

如圖4所示，MFC46a~46c、閥48a~48c、壓力感測器52、APC閥54、真空泵56、加熱器34、副加熱器64、溫度檢測部58、旋轉機構62、晶舟升降機32等各構成連接於作為控制部(控制手段)之控制器200。控制器200構成為具備中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)212、隨機存取記憶體(RAM，Random Access Memory)214、記憶裝置216、I/O端口218之電腦。RAM214、記憶裝置216、I/O端口218構成為能夠經由內部匯流排220而與CPU212交換資料。I/O端口218連接於上述之各構成。於控制器200例如連接有構成為觸控面板等之輸入輸出裝置222。

記憶裝置216例如包含快閃記憶體、硬盤驅動器(HDD，Hard Disk Drive)等。記憶裝置216內可讀取地儲存有控制基板處理裝置4之動作之控制程式、或根據處理條件用以使基板處 理裝置4之各構成執行處理之程式(製程配方或清潔配方等配方)。亦可簡單將製程配方或控制程式等總稱為程式。RAM214構成為臨時保存由CPU212讀取之程式或資料等之記憶區域(工作區)。

CPU212以自記憶裝置216讀取並執行控制程式，並且根據來自輸入輸出裝置222之操作命令之輸入等自記憶裝置216讀取配方，並按照配方控制各構成之方式構成。

控制器200可藉由將儲存於外部記憶裝置(例如磁帶、軟碟或硬碟等磁碟、CD或DVD等光碟、MO等磁光碟、USB記憶體或記憶卡等半導體記憶體)224中之上述程式安裝於電腦中而構成。記憶裝置216或外部記憶裝置224構成為能夠由電腦讀取之記錄媒體。以下亦可簡單將該等總稱為記錄媒體。再者，亦可不使用外部記憶裝置224而使用網際網路或專用線路等通信手段向電腦提供程式。

其次，使用上述處理裝置4，作為半導體裝置(器件)之製造步驟之一個步驟，對於基板上形成膜之處理(以下亦稱為成膜處理)之序列例進行說明。

以下，對使用六氯二矽烷(HCDS)氣體作為第1處理氣體(原料氣體)，且使用氨(NH₃)氣體作為第2處理氣體(反應氣體)，於晶圓W上形成氮化矽(SiN)膜之例進行說明。再者，於以下之說明中，基板處理裝置4之各構成之動作由控制器200控制。

於本實施形態之成膜處理中，藉由將如下步驟反覆進行特定次數(1次以上)而於晶圓W上形成SiN膜，即上述步驟為：向處理室38內之晶圓W供給HCDS氣體；自處理室38內去除HCDS氣體(殘留氣體)；向處理室38內之晶圓W供給NH₃氣體；及自處 理室38內去除NH₃氣體(殘留氣體)。

於本說明書中，方便起見亦存在以如下之方式表示該成膜序列之情形。再者，於以下之變化例或其他實施形態之說明中亦使用相同之記法。

(晶圓添加及晶舟載入)

當複數片晶圓W裝填(晶圓添加)於晶舟40中時，晶舟40由晶舟升降機32搬入(晶舟載入)處理室38內。此時，密封蓋60藉由O形環60A成為歧管35之下端氣密閉合(密封)之狀態。自添加晶圓前之待機狀態打開閥48c，開始向圓筒部74內供給沖洗氣體。

(壓力調整及溫度調整)

以處理室38內、即存在晶圓W之空間變為特定之壓力(真空度)之方式藉由真空泵56進行真空排氣(減壓排氣)。此時，處理室38內之壓力利用壓力感測器52測定，基於該測定壓力資訊反饋控制APC閥54。真空泵56至少於直至對晶圓W之處理結束為止之間維持始終作動之狀態。又，向圓筒部74內之沖洗氣體供給至少於直至對晶圓W之處理結束為止之間持續進行。

又，以處理室38內之晶圓W變為特定之溫度之方式藉由加熱器34及副加熱器64加熱處理室38內。此時，以處理室38變為特定之溫度分佈之方式基於溫度檢測部58進行檢測所得之溫度資訊反饋控制對加熱器34及副加熱器64之通電情況。利用加熱器34及副加熱器64對處理室38內進行之加熱至少於直至對晶 圓W之處理結束為止之間持續進行。再者，此時亦可視需要停止副加熱器64之加熱。

又，開始利用旋轉機構62旋轉晶舟40及晶圓W。藉由旋轉機構62而經由旋轉軸66、支承部70、圓筒部74使晶舟40旋轉，藉此不使副加熱器64旋轉而使晶圓W旋轉。利用旋轉機構62對晶舟40及晶圓W進行之旋轉至少於直至對晶圓W之處理結束為止之間持續進行。

(成膜處理)

若處理室38內之溫度穩定保持於預先設定之處理溫度，則依序執行步驟1~2。

[步驟1]

於步驟1中向處理室38內之晶圓W供給HCDS氣體。

於打開閥48a之同時打開閥48b，向氣體供給管44a內流入HCDS氣體，且向氣體供給管44b內流入N₂氣體。分別藉由MFC46a、46b對HCDS氣體及N₂氣體進行流量調整，經由噴嘴42向處理室38內供給且自排氣管50排出。藉由向晶圓W供給HCDS氣體，而於晶圓W之最表面上例如形成具有自未滿1個原子層至數個原子層之厚度之含矽(Si)層作為第1層。

形成第1層後關閉閥48a，停止HCDS氣體之供給。此時，APC閥54保持打開狀態，藉由真空泵56對處理室38內進行真空排氣，將處理室38內殘留之未反應或幫助形成第1層後之HCDS氣體自處理室38內排出。此時，使閥48b保持打開狀態， 維持向處理室38內供給N₂氣體。將N₂氣體用作沖洗氣體，藉此，可提高將處理室38內殘留之氣體自處理室38內排出之效果。

[步驟2]

於步驟2中向處理室38內之晶圓W供給NH₃氣體。

於該步驟中利用與步驟1之閥48a、48b之開關控制相同之程序進行閥48a、48b之開關控制。分別藉由MFC46a、46b對NH₃氣體及N₂氣體進行流量調整，藉由噴嘴42向處理室38內供給，自排氣管50排出。供給向晶圓W之NH₃氣體與步驟1中形成於晶圓W上之第1層、即含Si層之至少一部分發生反應。藉此第1層氮化而變化(改質)為包含Si及N之第2層、即氮化矽層(SiN層)。

形成第2層後關閉閥48a，停止NH₃氣體之供給。然後，藉由與步驟1相同之處理程序，將處理室38內殘留之未反應或幫助形成第2層後之NH₃氣體或反應副產物自處理室38內排出。

(實施特定次數)

藉由將非同時、即不同步地進行上述2個步驟之循環進行特定次數(n次)，可於晶圓W上形成具有特定組成及特定膜厚之SiN膜。再者，較佳為反覆進行複數次上述循環。

作為上述序列之處理條件，例如可例示：處理溫度(晶圓溫度)：250~700℃、處理壓力(處理室內壓力)：1~4000Pa、HCDS氣體供給流量：1~2000sccm、 NH₃氣體供給流量：100~10000sccm、N₂氣體供給流量：100~10000sccm。

藉由將各個處理條件設定為各自範圍內之某值，能夠適當地進行成膜處理。

(沖洗及大氣壓恢復)

成膜處理結束後打開閥48b，自氣體供給管44b將N₂氣體供給向處理室38內，且自排氣管50排出。將N₂氣體用作沖洗氣體。藉此，沖洗處理室38內，將處理室38內殘留之氣體或反應副產物自處理室38內去除(沖洗)。其後，將處理室38內之環境氣體置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，使處理室38內之壓力恢復為常壓(大氣壓恢復)。

(晶舟卸載及晶圓卸除)

藉由晶舟升降機32密封蓋60下降，歧管35之下端開口。然後，將已處理完之晶圓W於支撐於晶舟40上之狀態下自歧管35之下端搬出反應管36之外部(晶舟卸載)。已處理完之晶圓W自晶舟40取出(晶圓卸除)。

其次，對本發明之構成與習知之構成進行說明。

於習知之構成中存在因副加熱器64暴露於處理氣體中而於副加熱器64之表面形成薄膜，從而對加熱性能產生不良影響之情形。又，存在因隔熱體76暴露於處理氣體中而於隔熱體76之表面亦形成薄膜之情形。進而，存在因形成於副加熱器64或隔熱體76之表面之薄膜剝離而於處理室38內產生微粒之情形。

發明者等人進行努力研究之結果獲得如下知識見解，即，藉由將副加熱器64或隔熱體76自處理室38之環境氣體隔離，進而沖洗隔離空間內，可抑制副加熱器64或隔熱體76暴露於處理氣體中。即發現藉由將副加熱器64或隔熱體76設置於圓筒部74內，並沖洗圓筒部74內，能夠抑制於副加熱器64或隔熱體76之表面形成薄膜。

使用圖5對朝圓筒部74內供給沖洗氣體進行說明。此處，進行不向圓筒部74內供給沖洗氣體之情形、自圓筒部74內之下部供給沖洗氣體之情形、及自圓筒部74內之上部供給沖洗氣體之情形之處理氣體向圓筒部74內之擴散量之比較。於將處理室38內之處理氣體之莫耳分率設為1時，不向圓筒部74內供給沖洗氣體之情形時副加熱器64附近之處理氣體之莫耳分率為1。與此相對，於自下部供給沖洗氣體之情形時副加熱器64附近之處理氣體之莫耳分率約為0.14。又，於自上部供給沖洗氣體之情形時副加熱器64附近之處理氣體之莫耳分率約為0.03。

於不向圓筒部74內供給沖洗氣體之情形時，處理氣體自排氣孔70A進入圓筒部74內，成為與處理室38內之環境氣體相同之氣體。與此相對，於向圓筒部74內供給沖洗氣體之情形時，可抑制自排氣孔70A之處理氣體之流入。

如圖6所示，相比於自圓筒部74內之下部沖洗之情形，自圓筒部74內之上部沖洗之情形之設置有發熱部64B之圓筒部74內上方之莫耳分率較小。可認為因於自圓筒部74內之下部供給沖洗氣體之情形時，於沖洗氣體供給口之上方設置有隔熱體76，故而阻礙沖洗氣體流向上方，沖洗氣體易於滯留於隔熱體76之下 方，難以沖洗圓筒部74內上方。因此，藉由濃度擴散處理氣體易於擴展至圓筒部74內上方。又，可認為因少量自排氣孔70A進入之處理氣體比供給至圓筒部74內之沖洗氣體高若干溫度，故而產生上升氣流，易於流向圓筒部74內上方。進而，因於圓筒部74內上方設置有副加熱器64，故而與隔熱體76區域相比溫度變高。因此，亦可認為與圓筒部74內上方之環境氣體相比溫度較低之沖洗氣體較其向上方之氣流，其向排氣孔70A之氣流為主流。

與此相對，於自圓筒部74內之上部供給沖洗氣體之情形時，因沖洗氣體之供給口位於副加熱器附近，故而可使沖洗氣體濃度保持較高(使處理氣體濃度保持較低)。又，可認為藉由自圓筒部74內之上部供給沖洗氣體，可於圓筒部74內形成自上部之供給口72B流向下部之排氣孔70A之沖洗氣體之氣流(降流)，可更加有效地抑制處理氣體向上部擴散。又，可認為於自圓筒部74內之上部供給沖洗氣體之情形時，供給至圓筒部74內之沖洗氣體比自排氣孔70A少量進入之處理氣體之溫度高。因此，圓筒部74內之上方易於充滿沖洗氣體環境。

其次，將本發明之構成之溫度解析結果示於圖7。此處，例如將製程溫度設定為600℃，將副加熱器64之設定溫度設定為680℃。晶舟40最下部之晶圓溫度保持於600℃，且圓筒部74之溫度亦變為600℃。藉此，可知可不於晶舟40下部設置虛設晶圓而執行成膜處理。又，處理室38內無如處理氣體發生過度反應般之高溫、即無比製程溫度高溫之部分。因此，藉由於圓筒部74內設置副加熱器64，即便於製程處理時，亦能夠始終對副加熱器64通電。藉此，可提高生產性。作為習知例將不使用副加熱器64之 情形之溫度解析結果示於圖8。可知因於晶舟40最下部中溫度成為製程溫度以下，故而不得不設置虛設晶圓。

又，將本發明之構成與習知之構成之升溫時之實際測量資料示於圖9。與習知之構成相比，本發明之構成之基板面內溫度差(△T)及基板溫度(T)相對於目標值較早收斂。此處，目標值為△T=2℃、T=630±2℃。如此，藉由使用副加熱器64能夠實現高速升溫，可提高生產性。又，藉由利用沖洗氣體至少沖洗副加熱器64周邊，抑制副加熱器64與處理氣體之接觸，能夠任意將副加熱器64用於製程中之任一步驟。

於本實施形態中可獲得以下所示之1個或數個效果。

(a)將副加熱器64設置於圓筒部74內，進而，藉由沖洗圓筒部74內，可抑制副加熱器64表面形成薄膜。藉此，即便於製程處理時，亦能夠始終對副加熱器64通電，就可於底部區域確保基板之面內溫度均一性之方面而言，可提高成膜之面內均一性。又，於晶舟40下部去除虛設晶圓，可提高生產性。

(b)藉由自圓筒部74內之上部(副加熱器64附近)供給沖洗氣體，可使副加熱器64之周圍為沖洗氣體環境，可防止處理氣體接觸副加熱器64。藉此，可防止副加熱器64之表面形成薄膜，可抑制微粒之產生或副加熱器64之加熱性能下降。

(c)藉由將副加熱器64設置於晶舟40下方，可縮短底部晶圓之低溫部之升溫時間，從而可縮短恢復時間。

其次，對第2實施形態進行說明。與第1實施形態不同之方面為如下，即，形成第2排氣部，且將排出圓筒部74內之沖洗氣體之排氣通路獨立於成膜區域之排氣通路而配置。於圖10 中，對與圖1中所說明之元件實質上相同之元件附註相同之符號，並省略其說明。

如圖10所示，於反應管36下方(包含隔熱部68之區域、隔熱區域B)之內壁上形成有作為第2排氣部(第2排氣口)之排氣口80。藉由形成排氣口80，自排氣孔70A至排氣口80之流路構成為用以排出沖洗氣體之沖洗排氣通路。排氣口80以連通處理室38與氣體排氣空間36B之方式形成，排出處理室38內之隔熱區域B之環境氣體。即，藉由於面向隔熱區域B之位置設置排氣口80，而抑制隔熱區域B之沖洗氣體向處理區域A擴散，並且抑制因處理區域A之處理氣體稀釋所致之成膜均一性之惡化。

排氣口80較佳為形成於與隔熱部68重疊之高度位置。換言之，即排氣口80形成於與隔熱區域B對應之位置。又，較佳為以於水平方向排氣口80之開口區域至少一部分與排氣埠36D(排氣管50與反應管36之連接部分)之開口區域重疊之方式形成。藉由此種構成可更加有效率地排出沖洗氣體。又，可不於氣體排氣空間36B內產生處理氣體或沖洗氣體之沈澱或滯留，而順利地排出處理氣體及沖洗氣體。

沖洗隔熱部68內之沖洗氣體自排氣孔70A排出。換言之，即沖洗氣體自較反應管36之下端(凸緣部36C)更靠下(隔熱區域B下方)之位置供給至處理室38內。於較凸緣部36C更靠下之位置形成有圓環狀之空間C。空間C亦可包含於隔熱區域B中。於俯視下，空間C之圓環部之寬度比反應管36之內壁與隔熱部之寬度(圖2之h₆)寬。藉由此種構成易於形成沿空間C之邊緣之沖洗氣體之流動。藉此，可始終使排氣孔70A附近為沖洗氣體環境，從而 可抑制成膜氣體流入隔熱部68。又，藉由自排氣口80之相反側之排氣孔70A排出之沖洗氣體亦於空間C流動，可順利地進行排氣。

如圖11所示，排氣口80形成為長方形，其開口面積比氣體排氣狹縫37B之一個開口面積大，比氣體排氣狹縫37B之開口總面積小。又，排氣口80之長方形之長邊之寬度形成為氣體排氣空間36B之寬度以下。藉由此種構成，尤其可於處理區域A與隔熱區域B之邊界部分抑制沖洗氣體自氣體排氣狹縫37B排出。

對排氣口80之角部進行倒角而使之帶有弧度。藉由此種構成可抑制應力集中於角部而導致破損之情形。又，可使沖洗氣體之流動順暢，更加有效率地排出沖洗氣體。

圖12表示基於有無排氣口80之莫耳分率之比較結果。若無排氣口80，則存在藉由沖洗圓筒部74內之沖洗氣體擴散至成膜區域而稀釋處理氣體，尤其是於底部區域處理氣體之莫耳分率變小之情形。與此相對，於有排氣口80之情形時，因自排氣孔70A排出之沖洗氣體自排氣口80排出，故而不擴散至成膜區域，成膜區域之莫耳分率變為與整個區域大致相同。藉由設置排氣口80，可抑制自圓筒部內排出之沖洗氣體向處理區域A擴散，可抑制因處理區域A之處理氣體被稀釋所致之成膜均一性之惡化。

其次，對第3實施形態進行說明。於第3實施形態中，於反應管36之凸緣部36C形成第3排氣口82。

如圖13及14所示，於排氣口80之下方之凸緣部36C形成作為第3排氣部(第3排氣口)之排氣口82。排氣口82以連通空間C與氣體排氣空間36B之方式形成。自氣體供給管44c供給之沖洗氣體自排氣口80及排氣口82排出，排出隔熱區域B之環境氣 體。即，可抑制供給至隔熱部68之周圍之沖洗氣體向處理區域A擴散，可抑制因處理區域A之處理氣體被稀釋所致之成膜均一性之惡化。又，因可於隔熱區域B之尤其是爐口部周圍(歧管35周邊)之空間C直接排氣，故而可抑制於該空間產生沖洗氣體之滯留或沈澱。

排氣口82之開口面積較佳為形成為比排氣口80之開口面積小。又，較佳為排氣口82之橫寬形成為比排氣口80之橫寬窄。藉由此種構成可使排氣口80之排氣量大於排氣口82之排氣量。藉此，可於沖洗氣體到達隔熱部68及隔熱部68之周圍之前，防止大量之沖洗氣體自排氣口82排出，可適當地沖洗隔熱部68。

其次，對第4實施形態進行說明。於第4實施形態中使用上下分割之隔熱部68。

如圖15及16所示，隔熱部68分割為圓筒狀之上部隔熱體68A與圓筒狀之下部隔熱體68B。下部隔熱體68B之上表面周圍例如等間隔設置有4個圓筒狀之支撐部68C。上部隔熱體68A與下部隔熱體68B隔開特定之間隔S，藉由支撐部68C支撐。

排氣口80形成於處於上部隔熱體68A與下部隔熱體68B之間隔S內之位置，換言之，即形成於至少一部分與間隔S重疊之位置。藉由此種構成而隔熱部68之周圍之沖洗氣體經由間隔S排向排氣口80。

隔熱部68與反應管36之內壁之間隙之中之於氣體供給空間36側之間隙流動之沖洗氣體因附近無排氣口80故而存在難以排出而易於向處理區域A擴散之情形。與此相對，藉由形成間隔S，該沖洗氣體流向間隔S之方向，故而不使沖洗氣體到達處理區 域A而可更加有效率地進行排氣。較佳為於排氣口80之開口之至少一部分與間隔S之至少一部分於高度方向重疊之位置形成排氣口80。藉由此種構成，可將通過間隔S之沖洗氣體自排氣口80直線排出，可形成無沈澱之排氣之流動。又，藉由於間隔S之高度位置形成沖洗氣體之水平流動(氣簾)，可區隔處理區域A側與排氣孔70側之環境氣體。藉此，可抑制因處理區域A之處理氣體稀釋所致之成膜均一性之惡化。

再者，於第4實施形態中，對使用圓筒狀之上部隔熱體68A與圓筒狀之下部隔熱體68B之構成進行說明。然而並不限定於此，亦可將隔熱體設為積層複數個隔熱板而成之構成，設為於隔熱板之積層間具有於高度位置一部分與排氣口80重疊之間隔S之構成。又，亦適用於不僅設置有排氣口80且進而設置有第3實施形態中詳述之排氣口82之構成。

本發明可較佳地應用於形成包含半導體元素或金屬元素等特定元素之膜之情形。

又，於上述之實施形態中對使膜堆積於晶圓W上之例進行說明。然而本發明不限定於此種態樣。例如亦能夠較佳地應用於對晶圓W或形成於晶圓W上之膜等進行氧化處理、擴散處理、退火處理、蝕刻處理等處理之情形。

又，上述之實施形態或變化例可適當組合使用。此時之處理條件例如可設為與上述之實施形態或變化例相同之處理條件。

Claims (10)

1. 一種基板處理裝置，其具備：隔熱部，其配置於保持基板之基板保持具之下方；反應管(36)，其於內部構成處理室，該處理室包含配置有上述基板保持具之處理區域與配置有上述隔熱部之隔熱區域；處理氣體供給部，其對上述處理室內供給處理氣體；加熱器，其設置於上述處理室外，且對上述處理室內進行加熱；排氣空間，其形成於上述反應管之側方；第1排氣口(37B)，其形成於區分上述排氣空間與處理室之內壁，排出上述處理區域之環境氣體；排氣埠(36D)，其連通於上述排氣空間；沖洗氣體供給部，其以對上述隔熱區域供給沖洗氣體而沖洗上述隔熱區域之至少一部分之方式構成；及第2排氣口(80)，其形成於上述內壁之與上述隔熱區域在高度方向上重疊之位置，將上述隔熱區域之環境氣體朝上述排氣空間排氣。
2. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述隔熱部具有：圓筒部，其形成為上端閉合之圓筒形狀，且於其上表面載置上述基板保持具；中空之保持部，其於上述圓筒部內沿其中心軸配置，其前端係延伸至上述圓筒部之上表面附近，而朝向上述上表面開口；複數個反射板及隔熱板，該等被保持於上述保持部之側部；及孔(70A)，其將上述圓筒部內部之沖洗氣體朝上述處理室內排氣。
3. 如請求項2之基板處理裝置，其中，進而具備設置在上述隔熱 區域而對上述處理室內加熱之副加熱器，上述副加熱器係具有：支柱部，其貫通上述保持部之中空部分；及發熱部，其連接於上述支柱部；上述發熱部係形成為直徑比上述基板小之大致環狀，其不與位於上方之上述圓筒部之上表面及位於下方之上述反射板接觸地，隨著空隙水平地設置。
4. 如請求項2之基板處理裝置，其中，自上述沖洗氣體供給部供給之沖洗氣體係自下而上地通過上述保持部之中空部分而自其前端之上述開口放出，藉此導入至上述隔熱部內，其後，自上而下地流動於隔熱部內，自上述孔流入上述處理室內。
5. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述反應管係形成為下端開口之圓筒形狀，上述排氣空間係突出於上述反應管之側壁之外方而形成於垂直方向上，上述第1排氣口係以對應於基板之方式於垂直方向上設置複數個橫長狹縫者。
6. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述隔熱部係形成為圓筒形狀，於上述隔熱部之周圍，在與反應管之內壁之間存在有可使上述沖洗氣體朝上述處理區域流動之7.5mm~15mm之間隙。
7. 如請求項2或6之基板處理裝置，其中，上述隔熱部係進而具有支撐上述圓筒部與上述保持部之支承部，上述支承部係以與上述蓋之間隔成為2~10mm之方式設置，於上述支承部形成有複數個上述孔，沖洗上述隔熱部內之氣體係自上述 孔流至上述處理室內。
8. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述反應管形成有在上述反應管下端突出於外周側之凸緣，於上述凸緣係形成有使上述處理室之下方連通於上述排氣空間而將上述隔熱區域之環境氣體排氣之第3排氣口，上述基板處理裝置進而具備：歧管，其具有直徑較上述反應管之內壁之直徑大之圓筒形狀，而支撐上述凸緣；圓盤狀之爐口蓋體，其可氣密地閉合上述歧管之開口；及旋轉機構，其設置於上述爐口蓋體之與上述處理室相反之側，使上述基板保持具旋轉。
9. 一種反應容器，其具備：反應管(36)，其形成為上端閉合而下端開口之圓筒形狀，於內部構成處理室，該處理室包含配置有基板保持具之處理區域與配置有隔熱部之隔熱區域；凸緣(36C)，其朝外周側突出而形成於上述反應管之下端；排氣空間(36B)，其朝上述反應管之側壁之外方突出而形成於垂直方向上；供給空間(36A)，其以與上述排氣空間對向之方式，朝上述反應管之側壁之外方突出而形成於垂直方向上，並以可於內部設置氣體噴嘴之方式構成；第1排氣口(37B)，其形成於區分上述排氣空間與處理室之內壁，排出上述處理區域之環境氣體；排氣埠(36D)，其連通於上述排氣空間； 第2排氣口(80)，其形成於上述內壁之與上述隔熱區域在高度方向上重疊之位置，將上述隔熱區域之環境氣體朝排氣緩衝室排氣；及第3排氣口(82)，其使上述處理室之下方連通於上述排氣緩衝室，而將上述隔熱區域之環境氣體排氣。
10. 一種半導體裝置之製造方法，其係使用請求項1之基板處理裝置之半導體裝置之製造方法，具有如下步驟：將基板保持於設置在隔熱部之上方之基板保持具；及對藉由設置在處理室外之加熱器與設置在上述隔熱部內之副加熱器而被加熱之上述處理室內，供給處理氣體，而對上述基板進行處理；在處理上述基板之步驟中，以上述沖洗氣體沖洗上述隔熱部內。