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TWI770095B - 成膜裝置、成膜方法及絕熱構件 - Google Patents

成膜裝置、成膜方法及絕熱構件 Download PDF

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TWI770095B
TWI770095B TW106144309A TW106144309A TWI770095B TW I770095 B TWI770095 B TW I770095B TW 106144309 A TW106144309 A TW 106144309A TW 106144309 A TW106144309 A TW 106144309A TW I770095 B TWI770095 B TW I770095B
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小森克彥
岡田充弘
渡邊將久
高橋和也
矢野一紀
藤田圭介
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之目的在於針對基板固持具所多層固持之複數個被處理基板進行成膜處理之際，調整被處理基板群中之由基板固持具的上部側或下部側所固持之被處理基板的面內之膜厚分佈，並且提昇被處理基板間之膜厚的均勻性。本發明係將裝置構成為具備：氣體供給源24，用以將成膜氣體供給至立式的反應容器11內；絕熱構件R，在基板固持具(晶舟)3之中在比被處理基板(晶圓)W的配置區域更上方或更下方設置成與該配置區域重疊，用以在反應容器11內將前述配置區域與比該配置區域更上方之上方區域、或前述配置區域與比該配置區域更下方之下方區域加以絕熱；以及貫穿孔35，為了調整絕熱構件R附近的被處理基板(晶圓)W的面內的溫度分佈，而設置在該絕熱構件R之中與該被處理基板(晶圓)W的中心部重疊之位置。

Description

成膜裝置、成膜方法及絕熱構件
本發明係關於在立式的反應容器內針對由基板固持具所固持之被處理基板進行成膜處理之技術領域。
為了製造半導體製品，有時會使用批次式立式熱處理裝置，其中，批次式立式熱處理裝置針對複數片之被處理基板即半導體晶圓(以下記載為晶圓)而整批進行CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積)等成膜處理。此情形下，將晶圓轉移至立式的基板固持具即晶舟而呈架狀多層支持，並將該基板固持具搬入至構成立式熱處理裝置且一併使內部成為真空氣體環境之立式反應容器(反應管)內。而且，於反應容器內已加熱之狀態下，供給成膜氣體而進行成膜。
如上所述針對晶圓進行成膜之際，有以下情形：上述基板固持具之中，在如上述固持成架狀之晶圓群的上側及下側，例如固持複數片不以半導體製品之製造為目的之虛置晶圓。藉由此虛置晶圓，而使基板固持具的上部側、下部側所分別固持之晶圓係與該基板固持具中之基板固持區域的外側分別絕熱。就其 結果而言，可使該晶圓的溫度較高，並在基板固持具所固持之晶圓間使形成之膜的膜厚整齊。此外，專利文獻1揭示有一種技術，其由環構件構成晶舟中之晶圓的載置部，且利用此環構件消耗成膜氣體，藉以調整晶圓的周緣部的成膜氣體濃度，並使該晶圓的周緣部的膜厚增厚。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1；日本特開平7-122504號公報
為了對應成膜後將晶圓蝕刻處理之蝕刻裝置的特性等，有時要求以晶圓的周緣部的膜厚比中心部的膜厚大之方式進行成膜。然而，於上述立式熱處理裝置從下方側對於基板固持具所固持之晶圓群供給甲矽烷(SiH4)氣體作為成膜氣體而形成矽(Si)膜之際，已確認晶舟的下部側所固持之複數片晶圓會以相對於中心部的膜厚而言周緣部的膜厚係薄之方式使Si膜成膜。
吾人認為此係因為從晶圓群的下方供給之SiH4氣體於到達晶舟的下部側中之複數片晶圓的周緣部之時間點未充份加熱，而未在該晶圓的周緣部充份分解並生成Si。亦如後述評估實驗所示，可不在晶圓群的下側裝載虛置晶圓，而進行處理，藉以調整此面內之膜厚分佈，但當不裝載虛置晶圓時則晶圓間之膜厚的均勻性會降低。如上所述，晶圓的面內之膜厚之形狀的良好度與晶圓間中之膜 厚的均勻性會係取捨(trade-off)關係。上述專利文獻1未記載解決如此問題之方法。
如此，要求一種技術，其可抑制晶圓W間之膜厚的偏差、並且調整晶圓的面內之膜厚分佈。此外，就調整晶圓的面內的膜厚分佈而言，不限於如同上述在晶圓的中心部與周緣部之間調整膜厚的厚薄，亦包含抑制此晶圓的面內之膜厚的偏差。又，針對晶圓間中之膜厚的均勻性及晶圓的面內之膜厚的均勻性而言，係反應容器內中之SiH4氣體等成膜氣體的分佈造成影響。吾人要求用以使此成膜氣體分佈適當之技術。
本發明於如此背景下形成，其目的係提供一種技術，可於針對基板固持具所固持成架狀之複數個被處理基板進行成膜處理之際，調整被處理基板群中之基板固持具的上部側或下部側所固持之被處理基板的面內之膜厚分佈，並提昇被處理基板間中之膜厚的均勻性。
本發明之成膜裝置，在立式的反應容器內將複數個被處理基板以呈架狀固持於基板固持具之狀態藉由加熱部加熱，而針對前述被處理基板進行成膜處理，且特徵為包括：排氣部，為了使前述反應容器內成為真空氣體環境而進行排氣；氣體供給部，用以將成膜氣體供給至已成為前述真空氣體環境之反應容器內；第一絕熱構件，在前述基板固持具之中在比前述複數個被處理基板的配置區域更上方或更下方設置成與該配置區域重疊，用以在前述反應容器內將前述 配置區域與比該配置區域更上方之上方區域、或前述配置區域與比該配置區域更下方之下方區域加以絕熱；以及貫穿孔，為了調整前述第一絕熱構件附近所固持之前述被處理基板的面內的溫度分佈，而設置在該第一絕熱構件之中與該被處理基板的中心部重疊之位置。
本發明之成膜方法，使用一種成膜裝置，其在立式的反應容器內將複數個被處理基板以呈架狀固持於基板固持具之狀態藉由加熱部加熱，而針對前述被處理基板進行成膜處理，且特徵為包括：排氣程序，為了藉由排氣部使前述反應容器內成為真空氣體環境而進行排氣；供給程序，藉由前述氣體供給部而將成膜氣體供給至已成為真空氣體環境之前述反應容器內；絕熱程序，藉由在前述基板固持具之中在比前述複數個被處理基板的配置區域更上方或更下方設置成與該配置區域重疊之絕熱構件，而在前述反應容器內，將前述配置區域與比該配置區域更上方之上方區域、或前述配置區域與比該配置區域更下方之下方區域加以絕熱；且前述絕熱構件具備：貫穿孔，為了調整該絕熱構件附近所固持之前述被處理基板的面內的溫度分佈，而設置在該絕熱構件之中與該被處理基板的中心部重疊之位置。
本發明之絕熱構件，使用於一種成膜裝置，其在立式的反應容器內將複數個被處理基板以呈架狀固持於基板固持具之狀態藉由加熱部加熱，而針對前述被處理基板進行成膜處理， 該絕熱構件，在前述基板固持具之中在比前述複數個被處理基板的配置區域更上方或更下方設置成與該配置區域重疊，且用以在前述反應容器內，將前述配置區域與比該配置區域更上方之上方區域、或前述配置區域與比該配置區域更下方之下方區域加以絕熱，且特徵為包括：貫穿孔，為了調整該絕熱構件附近所固持之前述被處理基板的面內的溫度分佈，而設置在與前述被處理基板的中心部重疊之位置。
依據本發明，則在前述基板固持具之中，在比複數個被處理基板的配置區域更上方或更下方，以與該配置區域重疊之方式設置：絕熱構件，用以在反應容器內，將前述配置區域與比該配置區域更上方之上方區域、或更下方之下方區域加以絕熱。而且，此絕熱構件在與被處理基板的中心部重疊之位置設有貫穿孔。從而，可使該絕熱構件附近所固持之被處理基板的中心部之散熱量較大而調整該被處理基板的面內的溫度分佈，因此可調整該被處理基板的面內的膜厚分佈。又，藉由此絕熱構件而將該絕熱構件附近所固持之被處理基板的溫度降低加以抑制，因此就其結果而言，可抑制被處理基板間中之膜厚的均勻性之降低。
D:虛置晶圓
L1~L3:直徑
R:環板
W:晶圓
1:立式熱處理裝置
3:晶舟
4:立式熱處理裝置
6:立式熱處理裝置
10:載置部
11:反應容器
12:內管
13:外管
14:歧管
15:支持環
16:蓋體
17:開口部
19:加熱器
20:舟昇降機構
21:氣體供給口
22:成膜氣體導入管
23:氣體供給機構
24:氣體供給源(供給源)
25:排氣口
26:排氣管
27:閥
28:真空泵
30:Si膜
31:頂板
32:底板
33:支柱
34:支持部
35:貫穿孔
41:貫穿孔
42:圓板
51:注入器
52:噴吐孔
53:開口部
54:罩蓋
55:空間
60:蓋體
61:蓋體排氣口
100:控制部
圖1係本發明的第一實施形態之立式熱處理裝置的縱切側視圖。
圖2係搬入至前述立式處理裝置之晶舟的側視圖。
圖3係前述晶舟所裝載之虛置晶圓的俯視圖。
圖4係前述晶舟所裝載之環板的俯視圖。
圖5係將成膜處理時中之前述晶舟周圍的氣體的流向加以顯示之示意圖。
圖6係將成膜處理時中之前述晶舟周圍的氣體的流向加以顯示之示意圖。
圖7係成膜處理時中之前述晶舟周圍的氣體的流向加以顯示之示意圖。
圖8係前述晶舟的側視圖。
圖9係前述晶舟的側視圖。
圖10係環板以外之絕熱構件的俯視圖。
圖11係本發明的第二實施形態之立式熱處理裝置的縱切側視圖。
圖12係前述立式熱處理裝置的橫切俯視圖。
圖13係本發明的第三實施形態之立式熱處理裝置的縱切側視圖。
圖14係前述立式熱處理裝置的橫切俯視圖。
圖15係將評估實驗的結果加以顯示之圖表。
圖16係將評估實驗的結果加以顯示之圖表。
圖17係將評估實驗的結果加以顯示之圖表。
〔實施發明之較佳形態〕
(第一實施形態)
一邊參照圖1之縱切側視圖一邊說明本發明之成膜裝置之第一實施形態即立式熱處理裝置1。此立式熱處理裝置1將SiH4氣體作為成膜氣體而供給至圓形之被處理基板即晶圓W，並藉由CVD而將Si膜形成至晶圓W。晶圓W係製造半導體元件之基板，且例如由矽構成。該晶圓W的直徑例如係300mm。又，立式熱處理裝置1具備長邊方向係朝著垂直方向之略圓筒狀的真空容器即反應容器11。反應容器11具備由內管12與有頂壁的外管13所構成之雙重管構造，其中，該外管 13形成為係覆蓋該內管12並且係與內管12具有固定間隔。內管12及外管13係由耐熱材料例如石英形成。
外管13的下方配置有由形成為筒狀之不繡鋼(SUS)所構成之歧管14。歧管14係與外管13的下端氣密連接。又，內管12從歧管14的內壁突出，並且由與歧管14形成為一體之支持環15所支持。
歧管14的下方配置有蓋體16，且該蓋體16藉由舟昇降機20而構成為在上昇位置與下降位置之間自由昇降。圖1表示位在上昇位置之狀態之蓋體16，於此上昇位置，蓋體16將歧管14的下方側之反應容器11的開口部17加以封閉，使該反應容器11內氣密。蓋體16的上部設有載置部10，且在此載置部10上載置基板固持具即晶舟3。此晶舟3於後詳細說明。反應容器11的周圍以包圍反應容器11之方式設有絕熱體18，且其內壁面例如設有加熱部即由電阻發熱體構成之加熱器19，能加熱反應容器11內。
歧管14之中，上述支持環15的下方側開口設有成膜氣體導入口21。此成膜氣體導入口21位在比為了進行成膜處理而搬入至反應容器11內之晶舟3的下端更下方。成膜氣體導入口21連接有成膜氣體導入管22的下游端，且成膜氣體導入管22的上游端經由氣體供給機構23而連接有成膜氣體即SiH4氣體之供給源24。氣體供給機構23具備閥或質流控制器，且構成為可控制自氣體供給源24供給至成膜氣體導入口21之成膜氣體即SiH4氣體之供給源24的流量。
又，歧管14之中，支持環15的上方的側面開口設有排氣口25，在內管12產生之排放氣體等通過內管12與外管13之間所形成之空間而由該排氣口25所排 氣。排氣口25氣密連接有排氣管26。排氣管26自其上游側而依此順序插設有閥27、真空泵28。藉由調整閥27的開度，而將反應容器11內的壓力控制成期望壓力。由排氣管26、閥27、真空泵28而構成排氣部。
接下來，亦一邊參照圖2的概略側視圖、圖3及圖4的橫切俯視圖，一邊進一步說明晶舟3。此外，分別利用圖3表示後述第二絕熱構件即虛置晶圓D的上表面、圖4表示後述第一絕熱構件即環板R的上表面。晶舟3係由石英構成，且具備相互相向之圓形的頂板31及圓形的底板32，此等頂板31及底板32分別呈水平連接至沿上下垂直延伸之三具支柱33的一端、及另一端。將支柱33沿著頂板31及底板32的周方向空出間隔而設置。俯視下，自支柱33以朝頂板31及底板32的中心部之方式伸出有舌狀的支持部34。
此支持部34係設為多層，可在各高度的支持部34上水平固持晶圓W。從而，晶舟3呈架狀多層固持晶圓W。當將各支持部34上之可裝載晶圓W之區域標記為槽時，則此晶舟3例如設有156個槽。以下說明之中，針對各槽標註1~156之號碼而表示。越上層側的槽標註越小的號碼。其中，各圖未表示此槽之號碼。支持部34沿上下方向以等間隔配置，因此槽亦以等間隔配置。
然而，上述槽亦可水平裝載虛置晶圓D或環板。從而，一個槽可將晶圓W、虛置晶圓D、及環板R中之任一者加以選擇裝載。此第一實施形態之中，例如於槽1~槽4裝載有虛置晶圓D、槽5~槽134裝載有晶圓W、槽135~槽145裝載有虛置晶圓D、槽147~槽156裝載有環板R之狀態下，針對晶圓W進行成膜處理。從而，裝載晶圓W之槽5~槽134構成為晶圓W的配置區域。又，將虛置晶圓D及環板R如同上述地與晶圓W同樣裝載於槽，藉以在晶舟3之中設置成與晶圓W的配 置區域重疊。此外，槽146未裝載晶圓W、虛置晶圓D、及環板R中任一者之狀態即空蕩狀態。
虛置晶圓D係不以製造半導體元件為目的之基板，且構成與晶圓W同樣的形狀。從而，圖3所示之虛置晶圓D的直徑L1係300mm。此虛置晶圓D係例如由矽構成。接下來，說明環板R。環板R係例如由石英構成之圓環板，且係其厚度H1(參照圖2)為1mm~3mm的圓形板。環板R具備將該環板R沿厚度方向穿孔之圓形的貫穿孔35。此貫穿孔35的中心與環板R的中心係一致。圖4所示之環板R的外徑L2係300mm，且貫穿孔35的直徑L3係例如200mm。
如上所述，晶圓W、虛置晶圓D、環板R分別具有相同大小的外形，且在各槽之中相互裝載在俯視下相同位置。意即，此等晶圓W、虛置晶圓D、及環板R由晶舟3支持成相互重疊。而且，如同上述形成環板R的貫穿孔35，藉以於如上所述地由晶舟3支持晶圓W、虛置晶圓D、及環板R時，使該貫穿孔35重疊於晶圓W的中心部及虛置晶圓D的中心部。
於成膜處理時，反應容器11內係由加熱器19所加熱。於此加熱時，如同前述地配置在槽135~156之虛置晶圓D及環板R具有以下作用：使配置在晶舟3之晶圓W群中之下部側的複數片晶圓W相對於反應容器11內比槽135~156更下方並且溫度較低的區域(以下稱作下方低溫區域)而言絕熱。意即，包含槽134之連續的複數個槽所裝載之晶圓W相對於該下方低溫區域而言絕熱。此外，槽1~4所裝載之虛置晶圓D係與反應容器11內之此等槽1~4的上方區域、晶圓W群中之上部側的複數片晶圓W絕熱。
而且，如同上述使環板R的中心部開口，藉以使槽135~145的虛置晶圓D及上述晶圓W群中之下部側的複數片晶圓W(以下稱作配置區域下部側晶圓W)周緣部比中心部相對於下方低溫區域而言比較大幅絕熱。意即，就此等配置區域下部側晶圓W及虛置晶圓D而言，中心部的散熱量較大。從而，可藉由環板R而控制配置區域下部側晶圓W的面內的溫度分佈。此外，當將晶圓W配置在環板R的正上時，則有該配置在正上之晶圓W的中心部之散熱過度變大之虞。於是，如同前述地將虛置晶圓D配置在環板R與晶圓W之間，抑制晶圓W的中心部之過量散熱。
此立式熱處理裝置1設有由電腦構成之控制部100，且控制部100具備程式。此程式為了能針對晶圓W進行後述一連串成膜處理而將步驟群編排成可將控制信號輸出至立式熱處理裝置1的各部分，而控制該各部分的動作。具體而言，將控制信號輸出成控制舟昇降機20所行之蓋體16的昇降、加熱器19的輸出(即晶圓W的溫度)、閥27的開度、氣體供給機構23所行之往反應容器11內之SiH4氣體的供給流量等。此程式係例如以儲存在硬碟、軟碟、光碟、磁光碟(MO)、記憶卡等記憶媒體之狀態而儲存在控制部100。
接下來，一邊參照將晶舟3的下部側的縱切側面加以表示之概略圖即圖5~圖7一邊說明在立式熱處理裝置1實施之成膜處理。圖5~圖7表示上述裝載在晶舟3之晶圓W群中之下部側之配置區域下部側晶圓W、裝載在晶舟3的下部側之虛置晶圓D及環板R，並且利用箭號表示在晶舟3的下部側的周圍流動之SiH4氣體的流向。此外，圖5~圖7省略表示晶舟3的支持部34。
首先，將晶圓W、虛置晶圓D、及環板R例如藉由未圖示之搬運機構而分別搬運至晶舟3的前述槽而固持。其後，將晶舟3配置至位在下降位置之蓋體16上。而且蓋體16朝上昇位置上昇，將晶舟3搬入至反應容器11內，且藉由蓋體16而封閉反應容器11的開口部17，並使該反應容器11內氣密。接下來，將反應容器11內排氣而成為預定壓力之真空氣體環境，並且藉由加熱器19而將反應容器11內加熱成預定溫度。
如同前述，藉由環板R的形狀，使配置區域下部側晶圓W的周緣部相對於比配置環板R之區域更下方之下方低溫區域而言絕熱幅度高，且並使配置區域下部側晶圓W的中心部相對於該下方低溫區域而言絕熱幅度低。因應於如此絕熱幅度之不同，而將溫度分佈形成為在配置區域下部側晶圓W的面內之中周緣部的溫度比較高。又，如上所述，加以絕熱，藉以將配置區域下部側晶圓W之過度的溫度降低加以抑制。
接下來，自成膜氣體導入口21將SiH4氣體供給至將反應容器11加以構成之內管12內。此SiH4氣體，利用將內管12內定為自上方側排氣的構成，而在該內管12內隨著往上方側而被加熱，且滯流於由環板R的貫穿孔35形成之空間而進一步被加熱(圖5)，且在內管12內更往上方，則自內管12的上端流動至內管12與外管13之間的間隙，而自排氣口25排氣。
如同上述，在環板R的貫穿孔35之形成空間被加熱之SiH4氣體到達至配置區域下部側晶圓W所位於之高度，並自該晶圓W的周緣部朝中心部流動。利用由環板R絕熱而將配置區域下部側晶圓W的周緣部加熱至較高的溫度，且進一步如上所述，在供給至下部側晶圓W之前將SiH4氣體加熱至較高的溫度，因此較多SiH4 氣體在該晶圓W的周緣部分解，使Si膜30成膜(圖6)。其後亦持續將SiH4氣體供給至配置區域下部側晶圓W，如上所述在晶圓W的周緣部使較多SiH4氣體分解，藉以使Si膜30成膜為周緣部的膜厚厚於中心部的膜厚，且被覆晶圓W的表面全體(圖7)。
又，就擴散至比配置區域下部側晶圓W所位於之高度更上方之SiH4氣體而言，於在反應容器11內流通較長時間藉以加熱至較高的溫度之狀態下，供給至位在比配置區域下部側晶圓W更上方的各高度之晶圓W的表面的周緣部，且朝該晶圓W的中心部流動。如上所述，在供給至晶圓W的表面之前充份加熱，藉以在該各晶圓W的周緣部使較多SiH4氣體分解，於是亦在此等各晶圓W的面內使Si膜30成膜為周緣部的膜厚厚於中心部的膜厚。如上所述，當在各晶圓W的表面形成Si膜30時，則停止來自成膜氣體導入口21之SiH4氣體之供給，並使蓋體16下降而從反應容器11搬出晶舟3後，藉由未圖示之搬運機構從晶舟3取出晶圓W、虛置晶圓D、環板R，結束成膜處理。
依據此立式熱處理裝置1，則於晶舟3之中晶圓W的配置區域的下方設置有環板R之狀態下進行成膜處理。藉由環板R而調整配置區域下部側晶圓W的面內之溫度分佈，因此就該配置區域下部側晶圓W而言，可使周緣部的Si膜的膜厚厚於中心部的Si膜的膜厚。再者，藉由該環板R而使配置區域下部側晶圓W相對於下方低溫區域而言絕熱，因此將該晶圓W的面內之各溫度會變成較低的溫度之情形加以抑制。從而，將配置區域下部側晶圓W的Si膜的膜厚相對於晶舟3所載置之其他晶圓W的Si膜的膜厚而言有所降低之情形加以抑制。從而，抑制晶舟3所載置之各晶圓W間中之Si膜的膜厚的均勻性降低
就環板R而言，如同前述，為了調整配置區域下部側晶圓W的面內的溫度分佈、且一併使配置區域下部側晶圓W相對於下方低溫區域而言絕熱，只要在晶舟3所裝載之晶圓W群的下方配置一片以上即可，不限於依循上述配置例而配置。例如上述配置例裝載有10片環板R，但就環板R的裝載片數而言不如同上述限於10片。又，就裝載複數個環板R之槽而言，不限於上下連續之槽，亦可在裝載環板R之槽之間具有一個或複數個未裝載環板R之槽。又，上述配置例之中，在虛置晶圓D群配置之槽與環板R群配置之槽之間配置有空蕩的槽，但亦可不設置如此空蕩的槽。
晶圓W及虛置晶圓D，就如同前述配置例配置在槽者而言，具體例舉環板R的配置例。例如可將環板R配置至槽147、149、151、153、155，且將槽146、148、150、152、154、156定為空蕩之配置。又，可將環板R配置至槽146~155，並使槽156定為空蕩之配置。可將環板R配置至槽147~151，且將槽146、152~156定為空蕩之配置。又，在裝載環板R之複數個槽之間設置不裝載環板R之槽之情形下，就不裝載該環板R之槽而言，可定為空蕩、亦可配置虛置晶圓D。從而，例如圖8所示，亦可交錯配置環板R與虛置晶圓D。
又，環板R的貫穿孔35的直徑L3(參照圖4)的大小不限於上述例，亦可係例如150mm。又，晶舟3不限於將構成為貫穿孔35的直徑L3係相同大小之環板R加以裝載而進行成膜處理。例如圖9顯示一例，其係越上方側的槽則配置貫穿孔35的孔徑越大之環板R。又，就環板R而亦可係例如其一部分切除。再者，只要使晶圓W的中心部的散熱量大於周緣部的散熱量即可，因此就絕熱構件而言，亦可代替環板R而如圖10所示將在晶圓W的中心部分散配置有多數個貫穿孔41之圓板42裝載至晶舟3。以可裝載至晶舟3之方式而例如將圓板42的直徑構成為 與晶圓W的直徑相同大小。又，此圓板42未在其周緣部形成貫穿孔41，但只要相比於周緣部而中心部的開口面積大，則可與環板R同樣地相比於晶圓W的周緣部而使晶圓W的中心部的散熱大，因此亦可在該圓板42的周緣部亦形成有貫穿孔41。
又，上述的環板R構成為對著晶舟3自由裝卸，但亦可固定至晶舟3。再者，就用以將溫度分佈形成於晶圓W之絕熱構件而言不限於板狀，亦可構成為例如豎立之圓筒狀。其中，當如上所述構成為圓筒狀時，則因該絕熱構件的容積較大，而使從開始反應容器11內之加熱至達成預定溫度為止之時間較長，且使從將晶舟3搬入至反應容器11至能開始成膜處理為止之時間變慢，因此宜如同前述環板R構成為板狀。
此外，立式熱處理裝置1及後述立式熱處理裝置4、6亦可係如下構成：利用蓋體16的下方所設之電動機而使載置部10旋轉，藉以使晶舟3繞著通過各晶圓W的中心之垂直軸旋轉。又，噴吐之成膜氣體亦不限定於SiH4氣體，亦可使用用以形成各種膜之成膜氣體。再者，不限於藉由CVD進行成膜，亦可藉由ALD(Atomic Layer Deposition；原子層沉積)進行成膜。此情形下，將以下氣體導入至反應容器11內：原料氣體；反應氣體，其與原料氣體進行化學反應；以及噴吹氣體，供給原料氣體及反應氣體中之一者後，於供給另一者前，將反應容器11內加以噴吹。
(第二實施形態)
接下來，以與立式熱處理裝置1之差異點為重心，一邊參照圖11的縱切側視圖一邊說明成膜裝置的第二實施形態之立式熱處理裝置6。又，圖12係將立式熱 處理裝置6加以構成之反應容器11的橫切俯視圖，且亦適當參照此圖12。此外，圖12中的箭號表示反應容器11內的氣體的流向。圖中的符號51係將歧管14水平貫穿之注入器，且其前端部在反應容器11內彎折，並在內管12內朝上方垂直延伸。圖中的符號52係設在注入器51的前端部之噴吐孔，且水平開口。注入器51的基端部在歧管14的外部連接至成膜氣體導入管22，且該注入器51從各噴吐孔52將SiH4氣體朝晶舟3的各槽噴吐。
立式熱處理裝置6的內管12的側壁之中，將配置晶舟3之區域加以包夾而與上述注入器51的前端部相向之區域，例如沿上下方向空出間隔而開口有複數個開口部53。意即，沿著內管12的高度方向而設置貫穿孔。例如圖12所示，俯視觀察下該開口部53係形成為往與連接有排氣管26之排氣口25相同的朝向開口。再者，內管12以封堵其上部側之方式而設有圓形的蓋體60。從而，蓋體60構成內管12的頂壁部。而且，此蓋體60設有將該蓋體60往厚度方向加以開口之貫穿孔而作為蓋體排氣口61。圖12係用鏈線表示此蓋體排氣口61。俯視觀察下蓋體60的中心係與晶圓W的中心一致。而且，內管12之中，當將構成氣體供給部之注入器51所設置之側定為前方側、並將開口部53所設置之側定為後方側時，則此例之中，蓋體排氣口61在比蓋體60的中心更靠後方側局部開口，且在蓋體60的直徑上形成為沿著前後方向延伸之狹縫狀。
又，將內管12與外管13之間所形成之空間作為排氣空間62表示。於注入器51噴吐SiH4氣體而針對晶圓W進行成膜之期間，藉由排氣管26而將排氣空間64進行排氣，並經由開口部53及蓋體排氣口61而進行內管12內的排氣。如上所述，因為進行排氣，所以立式熱處理裝置6之中，可視為反應容器係內管12，外管13係在反應容器的外側形成排氣道之排氣道形成構件。從而，此立式熱處理裝置6 係一種成膜裝置，在立式的反應容器內將複數個被處理基板以呈架狀固持於基板固持具之狀態藉由加熱部加熱，而針對前述被處理基板進行成膜處理，並具備：氣體供給部，用以將成膜氣體供給至已成為前述真空氣體環境之前述反應容器內；第一貫穿孔，在前述反應容器的側壁沿著該反應容器的高度方向而設置；第二貫穿孔，設在前述反應容器的頂壁；以及排氣部，於前述成膜氣體供給時從前述第一貫穿孔及前述第二貫穿孔將該成膜氣體加以排氣。
內管12的蓋體60具有以下作用：於如同上述地將SiH4氣體供給至晶圓W之際，使內管12內的上端部附近之SiH4氣體的流向不因排氣空間64的排氣而紊亂。再者，將蓋體排氣口61設置在此蓋體60，可藉以調整SiH4氣體往內管12內之供給速度與來自內管12內之排氣速度之平衡。更詳細而言，可由蓋體排氣口61進行排氣，藉以防止在內管12內的上端部中之SiH4氣體之滯留。藉此，如後述評估實驗所示，可防止晶舟3的上部側的槽所裝載之各晶圓W的膜厚過厚，提高晶圓W間之膜厚的均勻性，且防止上部側的槽所裝載之晶圓W之面內之膜厚的偏差變大。
又，設置蓋體排氣口61之位置、或蓋體排氣口61的個數不限於上述例。例如亦可將蓋體排氣口61設在蓋體60的前方側，但為了抑制由注入器51噴吐之成膜氣體到達至晶圓W前就被排氣，因此宜將蓋體排氣口61如同上述設在蓋體60的後方側。又，如同上述將蓋體排氣口61沿著前後方向而形成，可藉以防止因由注入器51噴吐之成膜氣體往左右方向散開而使氣流紊亂、並防止晶圓W的面內的膜厚分佈之降低，因此為宜。此外，就蓋體排氣口61而言，不限於形成為如上述狹縫狀。例如亦可沿著蓋體60的前後方向而將複數個較小的孔設成蓋體排氣口61。此外，用以從內管12的側壁排氣之開口部53，亦可為了在內管12內 的上下方向將成膜氣體高均勻排氣，而沿著該內管12的上下方向形成。從而，亦可代替如同上述地設置多數個開口部53，而例如設置從內管12的側壁的上端部連延至下端部而沿上下方向延伸之狹縫狀的開口部53。此外，此立式熱處理裝置6之中，成膜氣體亦可如同立式熱處理裝置1，係藉由形成成膜氣體供給部之成膜氣體導入口21，而自反應容器11的下方側供給。
此外，立式熱處理裝置6例如與第一實施形態同樣地在晶舟3裝載環板R，而如同上述地針對晶圓W進行成膜處理。從而，此第二實施形態發揮與第一實施形態同樣的效果。然而，前述蓋體60的效果，於晶舟3未裝載環板R之情形下亦發揮。意即，此立式熱處理裝置6利用晶舟3裝載有環板R之狀態下進行成膜處理，則可藉由蓋體60所成之作用、此外藉由此環板R之作用，而更確實在晶圓W間提昇膜厚之均勻性，且進一步調整晶舟3的上部側之晶圓W之面內之膜厚分佈。
(第三實施形態)
接下來，以立式熱處理裝置1與差異點為重心，而一邊參照圖13的縱切側視圖一邊說明成膜裝置的第三實施形態之立式熱處理裝置4。又，亦適當參照將立式熱處理裝置4加以構成之反應容器11的橫切俯視圖即圖14。此立式熱處理裝置4在反應容器11內形成往橫向流動之SiH4氣體的氣流，而將Si膜形成至晶圓W。此立式熱處理裝置4未設有內管12，且係藉由與立式熱處理裝置1的外管13相當之構件而構成反應容器11。反應容器11構成為於橫切視觀察下大概圓形。更詳細說明，則該反應容器11的側壁的一部分，於橫切視觀察下往該反應容器11的外方鼓起，且形成有縱長之噴嘴收納空間50。將注入器51設置成水平貫穿該歧管14來代替將成膜氣體導入口21設置在歧管14。
注入器51的前端部在反應容器11內彎折，且在上述噴嘴收納空間50朝上方而垂直延伸。如上所述往上方延伸之注入器51的前端部，以水平朝向晶舟3之方式沿上下方向空出間隔而開口有多數個噴吐孔52。而且，上述成膜氣體導入管22的下游端在歧管14的外部連接至注入器51的基端來代替連接至成膜氣體導入口21，且可從上述噴吐孔52將SiH4氣體朝晶舟3的各槽噴吐。
反應容器11的側壁之中，將配置晶舟3之區域加以包夾而與上述注入器51的前端部相向之區域，沿上下方向空出間隔而形成有複數個開口部53。以從反應容器11的外側覆蓋此開口部53之方式設有罩蓋54。從而，此罩蓋54亦係將反應容器的側壁的一部分加以形成之構件，但於說明之便宜上，係與反應容器11加以區別表示。該罩蓋54在反應容器11的外周，形成於橫切面觀察下沿著反應容器11的周而延伸之空間55。排氣管26的上游端連接至係此罩蓋54中比晶舟3更下方之位置、且係比形成有開口部53之區域更下方之位置，將該空間55加以排氣。又，如圖14所示，排氣管26在反應容器11的周方向之中，連接至相較開口部53而言靠近注入器51之位置，但圖13於圖式之便宜上，表示成排氣管26連接至注入器51的相反側。成膜處理中，可一同進行此空間55的排氣與來自注入器51之SiH4氣體的噴吐，並形成在反應容器11內沿橫向流動之SiH4氣體的氣流。圖14的箭號表示此氣流。
而且，在晶舟3從上方側往下方側依此順序裝載環板R群、虛置晶圓D群、晶圓W群、虛置晶圓D群、環板R群。將如上所述地裝載在晶舟3之虛置晶圓D群之上方側所裝載者、及下方側所裝載者，分別定為上方側虛置晶圓D群、及下方側 虛置晶圓D群。又，將如同上述地裝載在晶舟3之環板R群之上方側所裝載者、及下方側所裝載者，分別定為上方側環板R群、及下方側環板R群。
下方側環板R群、下方側虛置晶圓D群與第一實施形態之晶舟3的下部側所裝載之各環板R及各虛置晶圓D同樣，使晶圓W群中之下部側的晶圓W相對於下方低溫區域而言絕熱，藉以使下部側的晶圓W的溫度較高。而且，就下方側環板R群而言，調整上述下部側的晶圓W的面內的散熱量，並調整該面內的溫度分佈，藉以調整所形成之Si膜的膜厚分佈。
上方側環板R群、上方側虛置晶圓D群，使晶圓W群中之上部側的晶圓W相對於反應容器11內之中比槽1更上方側的區域而言絕熱，而調整其溫度。再者，就上方側環板R群而言，調整該上部側的晶圓W的面內的散熱量，且調整該面內的溫度分佈，藉以調整該配置區域上部側晶圓W所形成之Si膜的膜厚分佈。
如上所述，將環板R配置在晶圓W群的上方側、下方側，藉以使晶圓W群中之上部側的晶圓W及下部側的晶圓W相對於比晶圓W的配置區域更上方區域及更下方區域而言絕熱，可調整上部側的晶圓W及下部側的晶圓W的溫度，並可提昇晶圓W間膜厚的均勻性。又，就上部側的晶圓W及下部側的晶圓W而言，可在中心部與周緣部之間調整膜厚分佈。
此第三實施形態之中，就環板R群而言，亦可為了僅調整上部側的晶圓W及下部側的晶圓W中之一者的膜厚分佈，而僅設置上方側環板R群及下方側環板R群中之一者。又，前述各實施形態之中，係為了在晶圓W的面內使中心部的膜厚厚於周緣部的膜厚而使用環板R，但不限於因該目的而使用環板R，亦可為了 將中心部的膜厚與周緣部的膜厚相互整齊而使用環板R。又，吾人認為因所使用之成膜氣體的種類而定，使用環板R可能會使周緣部的膜厚厚於中心部的膜厚，但亦可為了形成如此膜厚分佈而使用環板R。此外，本發明之構成不限於前述各實施形態，亦可就各實施形態而言進行適當變更、或組合。
(評估實驗1)
以下，說明與本發明關連進行之評估實驗。就評估實驗1而言，使用第一實施形態的立式熱處理裝置1而針對晶圓W進行成膜處理。將晶圓W、虛置晶圓D、環板R分別裝載至第一實施形態說明之槽。意即，於槽5~134裝載有晶圓W、槽1~4、135~145裝載有虛置晶圓D、槽147~156裝載有環板R之狀態下進行成膜處理。而且，針對成膜處理後的各晶圓W，測量面內的各部分的膜厚，計算平均值及標準差。又，就比較實驗1而言，在晶舟3之中，槽147~156不裝載環板R、且槽144不裝載虛置晶圓D，此外係於與評估實驗1同樣的條件下進行成膜處理。而且，針對成膜處理後之各晶圓W而測量面內的各部分的膜厚，計算平均值及標準差。
圖15的圖表分別表示評估實驗1的結果、比較實驗1的結果。圖表的橫軸表示槽的號碼。圖表的縱軸表示晶圓W的面內之膜厚的平均值(單位：Å)、及晶圓W的面內之膜厚的標準差(單位：Å)。圖表中，就評估實驗1而言，分別利用實心方塊線圖表示膜厚的平均值、實心三角線圖表示膜厚的標準差。圖表中，就比較實驗1而言，分別利用空心方塊線圖表示膜厚的平均值、空心三角線圖表示膜厚的標準偏。如圖表所示，在評估實驗1及比較實驗1之中，就相互相同的槽所裝載之晶圓W而言，標準差約略相同。而且，就晶舟3的下端部所裝載之晶圓W的膜厚的平均值而言，評估實驗1的值大於比較實驗1的值。
由此評估實驗1的結果而言，已確認可藉由在晶舟3的下端部的槽裝載環板R而使各晶圓W的面內之膜厚的偏差程度不會大幅變化，且就環板R附近所裝載之晶圓W而言提昇膜厚的平均值。又，就晶舟3的下端部的槽所裝載之晶圓W而言，已確認評估實驗1之中，周緣部的膜厚厚於中心部的膜厚，且比較實驗1之中，周緣部的膜厚薄於中心部的膜厚。從而，已確認可利用裝載環板R，而變更該環板R附近所裝載之晶圓W的膜厚分佈。
(評估實驗2)
就評估實驗2-1而言，使用立式熱處理裝置1而針對晶圓W進行成膜處理。此評估實驗2-1之中，在槽135~156裝載虛置晶圓D，此外的槽係與第一實施形態同樣地裝載晶圓W及虛置晶圓D而進行成膜處理。而且，針對成膜處理後的各晶圓W，測量面內的各部分的膜厚，計算平均值及標準差。又，就評估實驗2-2而言，將槽135~156定為空蕩的狀態，其他則係與評估實驗2-1同樣地進行成膜處理。而且，針對成膜處理後的各晶圓W，測量面內的各部分的膜厚，並計算平均值及標準差。
圖16的圖表顯示評估實驗2-1、2-2的結果。圖表的橫軸表示槽的號碼。圖表的縱軸表示晶圓W的面內之膜厚的平均值(單位：nm)、及晶圓W的面內之膜厚的標準差(單位：Å)。此圖表中，就評估實驗2-1而言，分別利用實心方塊線圖表示膜厚的平均值、實心圓點線圖表示膜厚的標準差。就評估實驗2-2而言，分別利用空心方塊線圖表示膜厚的平均值、空心圓點線圖表示膜厚的標準差。
於評估實驗2-1與評估實驗2-2之間，相同槽的晶圓W的標準差無大差異。而且，就槽134的晶圓W而言，已確認評估實驗2-1之中，與晶圓W的周緣部相比則中心部的膜厚厚，但評估實驗2-2之中，與晶圓W的中心部相比則周緣部的膜厚厚。然而，如圖表所示，就槽134的晶圓W而言，評估實驗2-2的膜厚的平均值相較於評估實驗2-1的膜厚的平均值，會大幅降低。
評估實驗2-2之中，晶圓W群的下方未設置虛置晶圓D，因此晶圓W群的下方形成有較大的空間，且在該空間加熱至較高的溫度之SiH4氣體供給至晶圓W群的下部側的晶圓W，在該晶圓W的周緣部產生較多Si。吾人認為Si膜的膜厚分佈因此而成為如同上述之膜厚分佈。然而，評估實驗2-2之中，晶圓W群的下部側的晶圓W不由虛置晶圓D而絕熱，因此如同上述，膜厚的平均值係較低的值。意即，當不設置環板R而切換虛置晶圓D對於晶舟3之裝載及非裝載時，則亦如同本發明欲解決之問題之條目所述，不易兼顧晶圓的面內之膜厚的形狀之良好度、及晶圓間中之膜厚的均勻性之提昇。本發明係為了解決如此間題而成。
(評估實驗3)
就評估實驗3而言，使用第二實施形態之立式熱處理裝置6而針對晶圓W進行成膜處理。設定為分別以1500sccm而將成膜氣體供給至反應容器11的上部、中央部、下部，且將成膜處理中之反應容器11內的壓力設定為0.45Torr(60Pa)。成膜處理後，測量各晶圓W的膜厚、及各晶圓W的面內之膜厚的均勻性。就此膜厚的均勻性而言，計算將「±(膜厚的最大值-膜厚的最小值)/(膜厚的平均值)×100/2(單位：±%)」除以膜的霧度(Haze單位：ppm)之值，且此計算值的單位係%。而且，此計算值越小，則表示晶圓W的面內之中膜厚的均勻性越高。又，就比較實驗3而言，使用蓋體60未設置蓋體排氣口61之立式熱處理 裝置6而進行處理，此外於與評估實驗3與同樣的條件下進行成膜處理，並進行與評估實驗3同樣地形成在晶圓W之膜之測量。
圖17係將針對槽5、57、135的各晶圓W的結果加以顯示之圖表，分別藉由直條圖而表示晶圓W的膜厚、並藉由圖表中的線圖而表示晶圓W的面內之膜厚的均勻性。藉由直條圖而知評估實驗3相較於比較實驗3而言，晶圓W間中之膜厚的均勻性係高。又，針對晶圓W的面內之膜厚的均勻性的值，則比較實驗3之中，相較於槽135的晶圓W而言，槽57的晶圓W係高，且槽5的晶圓W係更高。然而，評估實驗3之中，各槽的晶圓W間未見大幅差異，係與就比較實驗3的槽135的晶圓W而言之值約略相同值。具體而言，比較實驗3之中，槽5的晶圓W的膜厚均勻性係0.53%，且評估實驗3之槽5的晶圓W的膜厚均勻性係0.33%。如上所述，由評估實驗3的結果，已確認可利用將蓋體排氣口61設置在蓋體60，而提昇晶圓W間中之膜厚的均勻性，並且提昇晶舟3的上部側之槽的晶圓W的面內之膜厚的均勻性。
L2、L3:直徑
R:環板
32:底板
33:支柱
34:支持部
35:貫穿孔

Claims (5)

  1. 一種成膜裝置，在立式的反應容器內，將複數個被處理基板以呈架狀固持於基板固持具之狀態藉由加熱部加熱，而針對該複數個被處理基板進行成膜處理，該成膜裝置包括：排氣部，為了使該反應容器內成為真空氣體環境而使用真空泵進行排氣；氣體供給部，用以將成膜氣體供給至已成為該真空氣體環境之反應容器內，該氣體供給部包括閥，用以控制該成膜氣體之流量；以及第一絕熱構件，在該基板固持具之中設置成在比該複數個被處理基板的配置區域更上方或更下方與該配置區域重疊，用以在該反應容器內將該配置區域與比該配置區域更上方之上方區域、或該配置區域與比該配置區域更下方之下方區域加以絕熱；其中該第一絕熱構件具有在其主體中之貫穿孔，該貫穿孔穿過該第一絕熱構件而形成於與該複數個被處理基板的中心部重疊之位置，以使該第一絕熱構件附近所固持之該複數個被處理基板的中心部之散熱量較大，而調整被固持於該第一絕熱構件附近之該複數個被處理基板每一者的面內之溫度分佈，其中該第一絕熱構件具有環形，該環形之內直徑與該貫穿孔之直徑相同，該環形之外直徑與該被處理基板之直徑相同，以及其中該基板固持具具有複數個槽，其在一部分的槽中裝載該複數個被處理基板，該第一絕熱構件係可分離地在該複數個槽之其他的槽中被提供；該第一絕熱構件為一個或複數個，當該第一絕熱構件為複數個時，該等複數第一絕熱構件各自的該貫穿孔之該直徑係不同或相同。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，於該基板固持具之中，在該複數個被處理基板的該配置區域與該第一絕熱構件之間設有第二絕熱構件，該第二絕熱構件之外直徑大小與該複數個被處理基板之直徑大小相同，該第二絕熱構件未設有該貫穿孔，用以將該配置區域與該上方區域、或該配置區域與該下方區域加以絕熱。
  3. 如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，該第一絕熱構件設在該複數個被處理基板之該配置區域的下方，且該氣體供給部在該反應容器內，將該成膜氣體供給至比該配置區域更下方之位置。
  4. 一種成膜方法，使用一成膜裝置，該成膜裝置在立式的反應容器內，將複數個被處理基板以呈架狀固持於基板固持具之狀態藉由加熱部加熱，而針對該複數個被處理基板進行成膜處理，該成膜方法包括：排氣程序，為了使該反應容器內成為真空氣體環境，藉由排氣部而使用真空泵進行排氣；成膜氣體供給程序，藉由氣體供給部而將成膜氣體供給至已成為真空氣體環境之該反應容器內，該氣體供給部包括閥，用以控制該成膜氣體之流量；以及絕熱程序，藉由於該基板固持具中在比該複數個被處理基板的配置區域更上方或更下方設置成與該配置區域重疊之絕熱構件，而在該反應容器內，將該配置區域與比該配置區域更上方之上方區域加以絕熱、或將該配置區域與比該配置區域更下方之下方區域加以絕熱； 其中該絕熱構件包括在其主體中之貫穿孔，該貫穿孔穿過該絕熱構件而形成於與該複數個被處理基板的中心部重疊之位置，以使該絕熱構件附近所固持之該複數個被處理基板的中心部之散熱量較大，而調整被固持於該絕熱構件附近之該複數個被處理基板每一者的面內的溫度分佈，其中該絕熱構件具有環形，該環形之內直徑與該貫穿孔之直徑相同，該環形之外直徑與該被處理基板之直徑相同，以及其中該基板固持具具有複數個槽，其在一部分的槽中裝載該複數個被處理基板，該絕熱構件係可分離地在該複數個槽之其他的槽中被提供。
  5. 一種絕熱構件，使用於一成膜裝置，該成膜裝置在立式的反應容器內，將複數個被處理基板以呈架狀固持於基板固持具之狀態藉由加熱部加熱，而針對該複數個被處理基板進行成膜處理，且該絕熱構件，於該基板固持具中，在比該複數個被處理基板的配置區域更上方或更下方設置成與該配置區域重疊，且用以在該反應容器內，將該配置區域與比該配置區域更上方之上方區域加以絕熱、或將該配置區域與比該配置區域更下方之下方區域加以絕熱，該絕熱構件包括：貫穿孔，該貫穿孔穿過該絕熱構件而形成於與該複數個被處理基板的中心部重疊之位置，以使該絕熱構件附近所固持之該複數個被處理基板的中心部之散熱量較大，而調整被固持於該絕熱構件附近之該複數個被處理基板每一者的面內的溫度分佈，其中該絕熱構件具有環形，該環形之內直徑與該貫穿孔之直徑相同，該環形之外直徑與該被處理基板之直徑相同，以及其中該基板固持具具有複數個槽，其在一部分的槽中裝載該複數個被處理基板，該絕熱構件係可分離地在該複數個槽之其他的槽中被提供； 該第一絕熱構件為一個或複數個，當該第一絕熱構件為複數個時，該等複數第一絕熱構件各自的該貫穿孔之該直徑係不同或相同。
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