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TWI783238B - 隔熱構造體、基板處理裝置及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

隔熱構造體、基板處理裝置及半導體裝置之製造方法 Download PDF

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TWI783238B
TWI783238B TW109120717A TW109120717A TWI783238B TW I783238 B TWI783238 B TW I783238B TW 109120717 A TW109120717 A TW 109120717A TW 109120717 A TW109120717 A TW 109120717A TW I783238 B TWI783238 B TW I783238B
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嶋田寛哲
谷山智志
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日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於，提供一種使處理室下部之隔熱性能提高，且縮短處理室內之溫度穩定時間之技術。 本發明之解決手段為，一種隔熱構造體，其係配置於熱處理爐之具有溫度梯度之爐口附近；其具備複數個隔熱板，該隔熱板具有金屬製之熱屏蔽材、及覆蓋熱屏蔽材之表背各面之石英或陶瓷製之密封構件，於構成在上述密封構件之內部的真空空洞內配置上述熱屏蔽材，複數個隔熱板分別相互隔開間隔而配置。

Description

隔熱構造體、基板處理裝置及半導體裝置之製造方法
本揭示係關於一種隔熱構造體、基板處理裝置及半導體裝置之製造方法。
於半導體裝置(元件)之製造步驟中之基板(晶圓)的熱處理中，例如使用有縱型基板處理裝置。於縱型基板處理裝置中，藉由基板保持器沿垂直方向排列保持複數個基板，且將基板保持器搬入處理室內。然後，於藉由設於處理室外之加熱器來加熱基板之狀態下將處理氣體導入處理室內，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2018-49853號公報 專利文獻2：國際公開第2016/135876號小冊子 專利文獻3：國際公開第2019/053807號小冊子
(發明所欲解決之問題)
於如上述之縱型基板處理裝置中，有時於朝爐外之散熱量大之處理室的下部設置副加熱器，且由設置於處理室外之主加熱器與副加熱器兩者加熱基板。
然而，於以此種方式設置副加熱器之情況下，若副加熱器之升溫不能追蹤主加熱器，則需要花費時間以穩定處理室之溫度。此外，由於副加熱器係加熱基板中心，因此有基板面內之溫度分佈變得不均勻的情形。
本揭示之目的在於提供一種技術，其使處理室下部之隔熱性能提高，且縮短處理室內之溫度穩定時間。 (解決問題之技術手段)
根據本揭示之一個態樣，提供一種具有隔熱構造體之技術，該隔熱構造體係配置於熱處理爐之具有溫度梯度之爐口附近；其具備複數個隔熱板，該隔熱板具有金屬製之熱屏蔽材、及覆蓋上述熱屏蔽材之表背各面之石英或陶瓷製之密封構件，於構成在上述密封構件之內部的真空空洞內配置上述熱屏蔽材，上述複數個隔熱板分別相互隔開間隔而配置。 (對照先前技術之功效)
根據本揭示，提供一種可使處理室下部之隔熱性能提高且縮短處理室內之溫度穩定時間的技術。
以下，使用圖1對本揭示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1係作為縱型熱處理裝置而構成，其用以於半導體積體電路之製造中實施熱處理步驟，且具備爐2。爐2係圓筒形之電氣爐，且藉由支撐於作為保持板之加熱器基座2A上，而被垂直地安裝於基板處理裝置1之設置地板上。為了均勻地加熱爐內，於爐2之內面側設置有作為第一加熱器之加熱器3。如後述，加熱器3還擔負作為活化機構(激發部)之功能，該活化機構係藉由熱而活化(激發)氣體。
於爐2之內側配置有構成反應容器(處理容器)之反應管4。反應管4例如由穿透紅外線之石英(SiO2 )或近似黑體之碳化矽(SiC)等耐熱材料構成，且被形成為上端封閉、下端開口之圓筒形狀。於反應管4之外側，以面對面之方式朝外側突出形成有氣體供給空間(供給管道)4A與氣體排出空間(排氣管道)4B。此外，於反應管4之下端形成有朝外側突出的凸緣部4C。凸緣部4C隔著作為密閉構件的O形環5A而與蓋19側之對象側構件即歧管5連接。
於反應管4之中空部形成有處理室6。處理室6係被構成為能藉由後述之晶舟21收容晶圓7。處理室6與氣體供給空間4A及氣體排出空間4B係藉由反應管4(內壁)而區隔。
歧管5係圓筒形狀且為金屬製，且以支撐反應管4之下端之方式設置。歧管5之內徑係被形成為大於反應管4之內徑(凸緣部4C之內徑)。藉此，可於反應管4之下端(凸緣部4C)與設於反應管4之下端(一端)的蓋19之間形成後述之圓環狀之空間。
於氣體供給空間4A內設有一根以上之噴嘴8。供給處理氣體(原料氣體)之氣體供給管9係貫通歧管5而分別連接於噴嘴8。於各氣體供給管9之流路上，自上游方向依序設置有作為流量控制器之質量流量控制器(MFC)10及作為開閉閥的閥11。於較閥11更靠下游側，於氣體供給管9上連接有供給惰性氣體之氣體供給管12。於氣體供給管12上，自上游方向依序設置有MFC 13及閥14。處理氣體供給系統即處理氣體供給部主要由氣體供給管9、MFC 10及閥11構成。此外，惰性氣體供給系統即惰性氣體供給部係由氣體供給管12、MFC 13及閥14構成。此外，也可考慮將氣體供給管12、MFC 13及閥14包含於處理氣體供給部(處理氣體供給系統)內。
噴嘴8係以自反應管4之下部立起之方式設置於氣體供給空間4A內。於噴嘴8之側面或上端設置有一個或複數個供給氣體之氣體供給孔8A。以朝向反應管4之中心之方式開口的氣體供給孔8A可朝晶圓7噴射氣體。於氣體供給空間4A與處理室6之間的內壁，以與晶圓7對應之間隔沿垂直方向設置有複數段之橫向較長的供給狹縫4E。
於氣體排出空間4B與處理室6之間的內壁，以與供給狹縫4E對應之方式沿垂直方向設置有複數段之作為第一排氣部(第一排氣口)之橫向較長的排氣狹縫4F。於反應管4之下端附近形成有連通於氣體排出空間4B之排氣埠4D。於排氣埠4D連接有排放處理室6內之環境氣體之排氣管15。於氣體排出空間4B下方之內壁(氣體排出空間4B與處理室6之間的壁)上形成有排氣口4G。此外，於凸緣部4C上還形成有連通處理室6與氣體排出空間4B之下端的排氣口4H。排氣口4G、4H主要以排出後述的沖洗氣體之目的而發揮功能。
於排氣管15上，經由作為檢測處理室6內之壓力的壓力檢測器(壓力計)之壓力感測器16及作為壓力調整器(壓力調整部)之APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥17，連接有作為真空排氣裝置之真空泵18。APC閥17藉由在使真空泵18運作之狀態下將閥加以開閉，而可進行處理室6內之真空排氣及真空排氣停止。並且，構成為，於使真空泵18運作之狀態下，根據壓力感測器16檢測之壓力資訊而調節閥開度，藉此可調整處理室6內之壓力。排氣系統主要由排氣管15、APC閥17及壓力感測器16構成。也可考慮將真空泵18包含於排氣系統內。
於歧管5之下方設有作為能氣密性地將歧管5之下端開口封閉的爐口蓋體之蓋19。蓋19例如由不銹鋼或鎳基合金等金屬構成，且形成為圓盤形狀。於蓋19之上面設置有與歧管5之下端抵接之作為密閉構件之O形環19A。
此外，於較歧管5之底部凸緣更靠內側之蓋19之上面設置有保護蓋19之蓋板20。蓋板20例如由石英、藍寶石或SiC等耐熱耐腐蝕性材料構成，且形成為圓盤形狀。由於蓋板20不需要機械強度，因此可形成為較薄之厚度。蓋板20不限於與蓋19分開準備之零件，也可為塗佈於蓋19之內面或將內面進行了改質之氮化物等薄膜或層。蓋板20也可具有自圓周之周緣沿歧管5之內面立起的壁。
作為基板保持器之晶舟21，係以水平姿勢且以中心相互對齊之狀態沿垂直方向排列地多段支撐複數片例如25〜200片晶圓7。其中，晶圓7係隔開一定之間隔而排列。晶舟21例如由石英或SiC等之耐熱材料構成。亦有希望反應管4具有能安全地搬入搬出晶舟21之最小限度的內徑之情況。
於處理室6內之晶舟21之下部且連接排氣管15之位置配置有隔熱構造體22。隔熱構造體22具有上下方向之熱之傳導或傳遞變小的構造，通常內部具有空洞。此外，詳細容待後述，隔熱構造體22具有不允許來自上方之輻射熱朝反應管4下部逃逸的構造。此外，隔熱構造體22之內部可藉由沖洗氣體進行沖洗。
於蓋19之與處理室6相反側設置有使晶舟21旋轉之旋轉機構23。於旋轉機構23連接有沖洗氣體之氣體供給管24。於氣體供給管24上，自上游方向依序設置有MFC 25及閥26，沖洗氣體供給部主要由其等構成。該沖洗氣體之目的之一係用以保護旋轉機構23之內部(例如軸承)免受在處理室6中使用之腐蝕性氣體等之腐蝕。沖洗氣體沿著軸而自旋轉機構23排出，且被導引至隔熱構造體22內。
晶舟升降機27係垂直設置於反應管4之外部下方，且作為使蓋19升降之升降機構(搬送機構)而運作。藉此，可將由蓋19支撐之晶舟21及晶圓7對處理室6內外搬入搬出。
於反應管4之外壁設置有溫度檢測器28。溫度檢測器28可由上下排列配置之複數個熱電偶構成。藉由根據溫度檢測器28檢測之溫度資訊來調整對加熱器3之通電狀況，以使處理室6內之溫度成為期望之溫度分佈。
控制器29係控制整個基板處理裝置1之電腦，且與MFC 10、13、25、閥11、14、26、壓力感測器16、APC閥17、真空泵18、加熱器3、後述之作為第二加熱器之副加熱器即蓋加熱器34、溫度檢測器28、旋轉機構23、晶舟升降機27等電性連接，而自其等接收信號或對其等進行控制。
圖2顯示隔熱構造體22及旋轉機構23之剖面。旋轉機構23具備殼體(本體)23A，該殼體23A被形成為上端開口且下端封閉之大致圓筒形，且殼體23A藉由螺栓而固定於蓋19之下面。於殼體23A之內部，自內側依序同軸地設置有圓筒形之內軸23B及外軸23C，該外軸23C係形成為直徑大於內軸23B之直徑的圓筒形。並且，外軸23C藉由介設於與內軸23B之間的上下一對之內側軸承23D、23E、及介設於與殼體23A之間的上下一對之外側軸承23F、23G而被旋轉自如地支承。另一方面，內軸23B係與殼體23A固定，而變得不能旋轉。
於內側軸承23D及外側軸承23F上即處理室6側設置有磁性流體密閉件23H、23I，磁性流體密閉件23H、23I係用以隔離真空與大氣壓之空氣。外軸23C安裝有藉由電動馬達(未圖示)等而驅動之蝸輪或滑輪23K。
副加熱器支柱33被垂直地插通於內軸23B之內側。副加熱器支柱33係石英製之管，於其上端同心地保持有作為在處理室6內自下方加熱晶圓7之副加熱器之蓋加熱器34。副加熱器支柱33係於內軸23B之上端位置藉由以耐熱樹脂形成之支撐部23N所支撐。於更下方，副加熱器支柱33藉由連接於內軸23B或殼體23A之真空用接頭23P，經由O形環而將其外面與內軸23B之間密封。
於形成為凸緣狀之外軸23C之上面固定有下端具有凸緣之圓筒形之旋轉軸36。副加熱器支柱33係貫通旋轉軸36之空泂。於旋轉軸36之上端部，與蓋板20隔開既定之間隔而固定有圓盤形之旋轉台37，該旋轉台37係於中央形成有供副加熱器支柱33貫通之貫通孔。
旋轉台37例如由不銹鋼等之金屬形成。於旋轉台37之上面，同心地載置有保持複數個隔熱板40之隔熱板保持器38及圓筒形之罩體(蓋)39，且藉由螺絲等而固定。
蓋加熱器34係位於晶舟21之下方且設於較晶舟21更靠近蓋19側，而加熱反應管4內。
如圖2及圖3所示，蓋加熱器34係形成為直徑小於晶圓7或罩體39之任一者之直徑的圓環形狀，且以與晶圓7成為平行之方式藉由副加熱器支柱33而連接支撐。於其等之內部分別插入構成線圈狀之電阻發熱體即發熱體34B之加熱線。發熱體34B例如藉由Fe-Cr-Al合金、二矽化鉬、鎢等形成。
蓋加熱器34具有獨立之導線，可獨立地通電。蓋加熱器34配置於隔熱構造體22內之上端附近。此外，於蓋加熱器34之下方配置有複數之隔熱板40。並且，蓋加熱器34係加熱位於其周圍之罩體39之上面、隔熱板40A、位於晶舟21之最下段之晶圓7(底部晶圓)。蓋加熱器34係用以實現以下之2個功能：進行加熱以補償自爐口逸出之熱量而使隔熱構造體22之外表隔熱性變得非常高；及將底部晶圓之面內溫度分佈均勻化。前者有助於晶圓7之間的溫度均勻化。藉由於升溫過程中進行此種之加熱，可接近處於溫度穩定化之穩態下之溫度分佈(溫度梯度分佈)，且可加快加熱器3之溫度控制的收斂。
如圖2所示，於凸緣部4C之上面即與歧管5相反側的面上設置有具有既定之放射率的吸熱體56。較佳為，吸熱體56係於O形環5A之耐熱溫度下之黑體放射之峰值波長與反應管4之中央部溫度下之黑體放射之峰值波長之間的至少一部分波長範圍內，具有接近1(即接近黑體)之放射率。吸熱體56係於入射於反應管4之體內之光藉由多重反射等而到達O形環5A之前，於凸緣部4C附近吸收輻射熱。藉此，以保護凸緣部4C與歧管5之間的O形環5A免於受熱。較佳為，吸熱體56緊貼著凸緣部4C，且可形成為具有彈性的薄片。吸熱體56也可作為緩衝墊而被夾入於將凸緣部4C壓在歧管5上之背板(未圖示)與凸緣部4C之間。
此外，於凸緣部4C之上方且爐2之蓋19側之端與蓋19之間的反應管4之外周面設置有隔熱布51。此外，於隔熱布51之外側裹捲有熱屏蔽片53。藉由隔熱布51及熱屏蔽片53，可防止輻射熱自反應管4之外部侵入內部，而可使爐內溫度穩定。這點於鄰接配置有可在不同溫度下運用之其他反應管4之情況下能有效利用。此外，可防止底部晶圓等之溫度容易下降之部位處之爐內之熱逃逸，以提高隔熱性能，且可縮短溫度穩定時間。
熱屏蔽片53例如為由鉬(Mo)等之高反射率(低放射率)之金屬製之片材。假若片材之表面如鏡面狀平坦，可減小垂直放射率。片材也可為不透射紅外線之程度之厚度的金屬薄膜與樹脂薄膜之積層體。片材也可被裹捲一層以上。
其次，使用圖式對隔熱構造體22之構成進行說明。
隔熱構造體22，係由隔熱保持器38、罩體39及複數個隔熱板40構成，且被載置於旋轉台37上。隔熱構造體22係配置於處理室6內之晶舟21與蓋19之間之具有溫度梯度之爐口附近。更具體而言，較佳為，隔熱構造體22之反應管4之裡面側的端係配置於較爐2之蓋19側之端更靠反應管4之裡面側。
隔熱板保持器38係被構成為中心具有供副加熱器支柱33貫通之空洞之圓筒形。隔熱板保持器38係與隔熱板40之排列軸大致同軸設置，且保持複數個圓盤形之隔熱板40。於隔熱板保持器38之圓筒部38A設置有複數個保持隔熱板40之鍔狀的保持部38D。此外，於隔熱板保持器38之下端具有朝向外側之凸緣形狀之腳38C。 腳38C係於其下端抵接旋轉台37。隔熱保持器38可由石英等之耐熱材料形成。
於隔熱板保持器38上相互隔開間隔地分別配置有複數個隔熱板40。亦即，隔熱構造體22係被構成為相互隔開間隔地分別配置有複數個隔熱板40。
另一方面，隔熱體保持器38之上端係以使副加熱器支柱33自其突出之方式開口，以構成沖洗氣體之供給口38B。
於隔熱板保持器38與副加熱器支柱33之間形成具有圓環形之剖面的第一流路，該第一流路係作為將沖洗氣體供給於隔熱構造體22內之上部的沖洗氣體供給路徑。
自供給孔38B供給之沖洗氣體向下流入隔熱板保持器38與罩體39的內壁之間的空間即第二流路，且自設於罩體39下端之複數個排氣孔22A朝罩體39外排出。
罩體39之上端係由平坦之板封閉，且於此處設置有晶舟21。罩體39之上端形成為凸形。換言之，於罩體39上面之外周沿全周形成有段差，晶舟21之環形之底板嵌合於該段差。藉由設為上述構成，可於不旋轉蓋加熱器34之情況下使罩體39及晶舟21旋轉。
由於較罩體39上面之段差高之部分未被施加晶舟21之負荷，因此可以較薄之壁厚形成為任意之形狀，例如可施以調整底部晶圓之加熱量之成形或不透明化處理。
罩體39係石英或陶瓷製，且與隔熱板40之排列軸大致同軸設置，構成為覆蓋複數之隔熱板40之側面及上面。此外，於罩體39之側面埋入有筒形之側部熱屏蔽材54。側部熱屏蔽材54例如構成為片狀。具體而言，具有鉬(Mo)片、鉑(片)等之金屬製片材、或氧化鋁(AlO)、氧化鋯(ZrO)等之陶瓷片材。其中，較佳為由Mo片構成。更佳為，側部熱屏蔽材54之表面構成為鏡面。藉由將該表面構成為鏡面，可提高反射率，從而可提高熱屏蔽效果。
如圖4(A)及圖4(B)所示，於隔熱板保持器38之保持部38D上同軸設置有隔熱板40A及隔熱板40B而作為隔熱板40。隔熱板40A及隔熱板40B係以既定間隔保持於隔熱板保持器38。隔熱板40A係被保持於隔熱板保持器38之最上段、即配置有蓋加熱器34之側，且於其下方保持有隔熱板40B。
於隔熱板40B上沿半徑方向切設有長孔形狀之缺口部40C。缺口部40C之寬度係被設定為以能保持於隔熱板保持器38之保持部38D之方式小於保持部38D之外徑，且以能供隔熱板保持器38之圓筒部38A逃逸之方式略大於圓筒部38A之外徑，且缺口部40C之長度係被設定為較隔熱板40B之半徑大出其寬度之份量。並且，於分別被插入保持部38D上之狀態下，各段之隔熱板40B之缺口部40C係以不相互重疊之方式於圓周方向上彼此錯開。如此，藉由各段之隔熱板40B之缺口部40C於圓周方向上錯開，以減少各段之隔熱板40B之缺口部40C之不利影響。此外，由於各段之貫通孔50A(後述)變得未配置於一直線上，因此穿過貫通孔50A之光線容易由下段之隔熱板40B反射，從而可提高隔熱性。
於隔熱板40A上，於隔熱板40A之中心形成有孔40D。孔40D之直徑係被設定為以能保持於隔熱板保持器38之保持部38D之方式小於保持部38D的外徑。藉由於隔熱板40A上形成圓形之孔40D而不形成如隔熱板40B般之缺口部40C，而可使對底部晶圓之加熱均勻化。孔40D之內徑小於蓋加熱器34之內徑(例如，一半以下)。
隔熱板40A、40B係被形成為直徑為以能收容於罩體39內之方式小於晶圓7的直徑、且大於蓋加熱器34之外徑(例如1.5倍以上)之圓盤形。隔熱板40A、40B係於隔熱構造體22內形成適宜之垂直方向之溫度梯度。隔熱板40A係擔負反射來自加熱器3及蓋加熱器34之輻射熱，於當場封鎖較隔熱板40A更上方的熱量，並且將載置於晶舟21之最下段之晶圓7的面內溫度分佈平坦化之功能。
於本例中，將隔熱板40B之片數設定為隔熱板40A之片數以上。如此，藉由於上方設置隔熱板40A且於下方設置隔熱板40B，以隔熱板40A反射來自蓋加熱器34之輻射熱而進行隔熱。並且，藉由隔熱板40B，於遠離晶圓7之部位將自上方之隔熱板40A、40B輻射或透射的光線反射而進行隔熱，藉此可改善晶圓7之溫度響應性，進而可縮短升溫時間。再者，隔熱板40A及隔熱板40B之數量及配置不限於上述，可以使通過隔熱構造體22之熱流束最小化之方式加以最佳化。
其次，以隔熱板40B為例，且使用圖5(A)、圖5(B)、圖6(A)及圖6(B)，對構成適合在本揭示之實施形態中使用之隔熱構造體22之隔熱板40之構成進行說明。再者，圖6(A)及圖6(B)為示意性顯示隔熱板40B之一部分的縱剖視圖。
隔熱板40B係由熱屏蔽材50及一對密封板52A、52B所構成。密封板52A、52B係相同直徑之圓盤形狀，且彼此協同動作而作為密封構件。熱屏蔽材50係被設定為較密封板52A、52B之任一者更薄，且略小於密封板52A、52B的外徑。
熱屏蔽材50例如被構成為片狀。具體而言，具有鉬(Mo)片、鉑(片)等之金屬片材、或氧化鋁(AlO)、氧化鋯(ZrO)等之陶瓷片材。其中，較佳為由Mo片構成。更佳為，熱屏蔽材50之表面被構成為鏡面。藉由將表面構成為鏡面，可提高反射率，從而可提高熱屏蔽效果。此外，於熱屏蔽材50上形成有複數個連通表背面之間的方形之貫通孔50A。再者，貫通孔50A亦可為圓形。
密封板52A、52B係由石英或陶瓷製之耐熱耐腐蝕性材料構成，且具有不會因其自重而彎曲之剛性及能承受1大氣壓以上之壓力差的強度。於密封板52A、52B之至少一者且與熱屏蔽材50之貫通孔50A對應之位置，分別形成有與貫通孔50A相同之形狀且略小於貫通孔50A之突起58A、58B。此外，於密封板52A、52B之至少一者，沿包含缺口部40C之邊緣的全周設置有與突起58A、58B相同高度之側壁59A、59B。突起58A、58B係相互對準位置而規則地(例如，呈格子狀)配置，其形成密度可選自0.1〜10cm-2 。
如圖6A及圖6B所示，隔熱板40B係以將熱屏蔽材50夾入一對密封板52A、52B的方式形成。具體而言，隔熱板40B係藉由使密封板52A、52B之突起58A、58B之任一者插入貫通孔50A內，且一面抽真空一面實施熱處理並加以接合，而分別將側壁59A、59B、突起58A、突起58B相互接合而形成。此時，熱屏蔽材50可於其兩面形成真空之隔熱層，而無需與密封板52A、52B熔接。用以使一對密封板52A、52B一體化之接合，可採用熱處理(熔接)、雷射焊接、真空接合等。此外，熔接之後可抽真空，於此情況下，密封用之細管垂直地於密封板52A、52B之任一者突出，且於密封之後也殘留為臍部。當如圖4所示堆疊時，若將堆疊間隔設定為臍部高度之2倍以上，則藉由使鄰接之隔熱板40B之缺口部40C之方向與臍部位置對準，而可避免與臍部接觸。
亦即，隔熱板40B係於形成在一對密封板52之間的真空空洞60內配置有熱屏蔽材50，且於空洞60內以既定之圖案配置有跨設於一對密封板52之間的柱，藉此可以維持強度。密封板52A、52B之表面可藉由火焰拋光等而形成鏡面或充分予以光學性平坦，且內部可透明或不透明。當藉由氣泡等而作成不透明時，雖然強度降低，但可減小因輻射之透射及傳導而產生之熱流束。為了抑制穿透突起58A、58B(柱)或側壁59A、59B之幅射，可僅於其等部分將隔熱板40B之外側表面作成噴砂面、或者可使內部不透明化。此外，熱屏蔽材50可與密封板52A、52B之任一者皆不以面接合而是以點接觸。例如，兩面被施以壓花加工之熱屏蔽材50可利用面朝下之突起前端之點接觸，而由空洞60之底部即密封板52B支撐。
再者，於隔熱板40A及罩體39之側面，也同樣於內部形成有真空之空洞，且於每個空洞內配置有熱屏蔽材50或側部熱屏蔽材54。
如此，與內部未形成空洞60之隔熱板比較，內部形成有真空之空洞60且空洞60內具有熱屏蔽材50之隔熱板40，可抑制厚度方向之熱傳導，因此可提高每一片之隔熱性能。此外，藉由於罩體39之側面設置側部熱屏蔽材54，不僅能提高隔熱構造體22之內外的隔熱性，而且隔熱板40之間的隔熱性也可因形態因數之降低而改善。此外，側部熱屏蔽材54之較隔熱板40A更上方的部分可反射來自蓋加熱器34之輻射熱，使輻射熱朝晶圓7反射，而不會朝處理室6之下部逃逸。
如圖7所示，控制器29係與MFC 10、13、25、閥11、14、26、壓力感測器16、APC閥17、真空泵18、加熱器3、蓋加熱器34、溫度檢測器28、旋轉機構23、晶舟升降機27等之各個構成電性連接，且自動控制其等。控制器29係構成為電腦，且具備CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)212、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)214、記憶裝置216、I/O埠218。RAM 214、記憶裝置216及I/O埠218係構成為可經由內部匯流排220而與CPU 212交換資料。I/O埠218係連接於上述各構成。於控制器29上連接有例如觸控面板等之輸入輸出裝置222。
記憶裝置216例如由快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動器)等構成。於記憶裝置216內可讀取地儲存有下述程式：控制基板處理裝置1之動作之控制程式、及用以根據處理條件而使基板處理裝置1之各構成執行成膜處理等之程式(製程配方或清洗配方等配方)。RAM 214係構成為暫時保存藉由CPU 212讀出之程式及資料等之記憶體區域(工作區域)。
CPU 212自記憶裝置216中讀取並執行控制程式，並且根據來自輸入輸出裝置222之操作命令的輸入等而自記憶裝置216中讀取配方，且根據配方控制各構成。
控制器29可藉由將持續地儲存於外部記憶裝置(例如，USB記憶體或記憶卡等之半導體記憶體、CD或DVD等之光碟、HDD)224之上述程式安裝於電腦上而構成。記憶裝置216及外部記憶裝置224係構成為電腦可讀取之有形媒體。以下，將其等統稱為記錄媒體。再者，對電腦之程式供給也可不使用外部記憶裝置224，而採用網際網路或專用線路等通信手段。
接著，作為半導體裝置(元件)之製造步驟之一個步驟，使用上述基板處理裝置1，針對於基板上形成膜之處理(以下，也稱為成膜處理)之順序例進行說明。
在此，對設置2根以上之噴嘴8，且分別自噴嘴8a供給六氯二矽烷(HCDS)氣體作為第一處理氣體(原料氣體)、自噴嘴8b供給氨氣(NH3 )作為第二處理氣體(反應氣體)，於晶圓7上形成氮化矽(SiN)膜之例子進行說明。再者，於以下之說明中，基板處理裝置1之各構成之動作係藉由控制器29控制。
於本實施形態之成膜處理中，藉由重複既定次數(一次以上)下述步驟，而於晶圓7上形成SiN膜，其等步驟包含：對處理室6內之晶圓7供給HCDS氣體之步驟；自處理室6內除去HCDS氣體(殘留氣體)之步驟；對處理室6內之晶圓7供給NH3 氣體之步驟；及自處理室6內除去NH3 氣體(殘留氣體)之步驟。於本說明書中，為方便起見將該成膜順序表述如下：
(HCDS→NH3 )×n
Figure 02_image001
SiN
(晶圓裝填及晶舟裝載) 將複數片晶圓7裝填於晶舟21內(晶圓裝填)之後，藉由晶舟升降機27將晶舟21搬入處理室6內(晶舟裝載)。此時，蓋19處於隔著O形環19A而將歧管5之下端氣密性地封閉(密閉)之狀態。可自晶圓裝填之前的待機狀態起，開啟閥26，朝罩體39內供給少量沖洗氣體。
(壓力調整)
以處理室6內即晶圓7所在之空間成為既定之壓力(真空度)之方式，藉由真空泵18進行真空排氣(減壓排氣)。此時，藉由壓力感測器16測定處理室6內之壓力，且根據該測定之壓力資訊而反饋控制APC閥17。並且，至少於結束對晶圓7之處理為止之期間，維持朝罩體39內之沖洗氣體供給及真空泵18之運作。
(升溫)
於自處理室6內充分排放氧氣等之後，開始處理室6內之升溫。以處理室6成為適合於成膜之既定溫度分佈之方式，根據溫度檢測器28檢測之溫度資訊，反饋控制朝加熱器3及蓋加熱器34之通電狀況。並且，至少於結束對晶圓7之處理(成膜)為止之期間，加熱器3及蓋加熱器34所進行之對處理室6內之加熱係持續進行。對蓋加熱器34之通電期間，不必與加熱器3之加熱期間一致。例如，希望蓋加熱器34之溫度於即將開始成膜之前達到與成膜溫度相同的溫度，且歧管5之內面溫度達到180℃以上(例如260℃)。於即將開始成膜之前進行加熱，可縮短O形密封環19A曝露於高溫中的時間，從而可延長壽命。
此外，開始旋轉機構23所進行之晶舟21及晶圓7之旋轉。晶舟21經由旋轉軸36、旋轉台37及罩體39而藉由旋轉機構23旋轉，藉此使晶圓7旋轉而不使蓋加熱器34旋轉。藉此，可減少加熱不勻。並且，至少於結束對晶圓7之處理為止之期間，旋轉機構23所進行之晶舟21及晶圓7之旋轉係持續地進行。
(成膜) 當處理室6內之溫度穩定為預先設定之處理溫度時，重複執行步驟1〜4。再者，也可於開始步驟1之前，開啟閥26而增加沖洗氣體之供給。
[步驟1：原料氣體供給步驟] 於步驟1中，將HCDS氣體供給於處理室6內之晶圓7。與開啟閥11a之同時開啟閥14a，以使HCDS氣體朝氣體供給管9a內流入，且使N2 氣體朝氣體供給管12a內流入。HCDS氣體及N2 氣體分別藉由MFC 10a及13a而進行流量調整，且經由噴嘴8a而朝處理室6內供給，然後自排氣管15排出。藉由將HCDS氣體供給於晶圓7，於晶圓7之最表面上形成例如未滿一個原子層至數個原子層之厚度的含矽(Si)膜作為第一層。
[步驟2：原料氣體排氣步驟] 於形成第一層之後，關閉閥11a，停止HCDS氣體之供給。此時，APC閥17維持開啟狀態地，藉由真空泵18對處理室6內進行真空排氣，將殘留於處理室6內之未反應或已貢獻在第一層之形成之後的HCDS氣體自處理室6內排出。此外，維持開啟閥14a之狀態地，以供給之N2 氣體對氣體供給管9a、噴嘴處理室6內進行沖洗。
[步驟3：反應氣體供給步驟] 於步驟3中，將NH3 氣體供給於處理室6內之晶圓7。以與步驟1中之閥11a、14a之開閉控制相同之順序進行閥11b、14b之開閉控制。NH3 氣體及N2 氣體分別藉由MFC 10b、13b而進行流量調整後，經由噴嘴8b而朝處理室6內供給，然後自排氣管15排出。供給於晶圓7之NH3 氣體與在步驟1中形成於晶圓7上之第一層即含Si層之至少一部分反應。藉此，第一層被氮化，進而變化(改質)為含Si及N之第二層即氮化矽層(SiN層)。
[步驟4：反應氣體排氣步驟] 於形成第二層之後，關閉閥11b，停止供給NH3 氣體。然後，藉由與步驟2相同之處理順序，將殘留於處理室6內之未反應或已貢獻於第二層之形成之後的NH3 氣體及反應副生成物自處理室6內排出。
藉由進行既定次數(n次)不同時即不重疊地進行上述4個步驟之循環，可於晶圓7上形成既定組成及既定膜厚之SiN膜。再者，較佳為重複複數次上述循環。
作為上述時序之處理條件，例示如下： 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(噴嘴)：100〜10000sccm； N2 氣體供給流量(旋轉軸)：100〜500sccm。 藉由將各處理條件設定為各自範圍內之某個值，可正確地進行成膜處理。
HCDS等之熱分解氣體存在相較於石英而於金屬之表面更容易形成副生成物之膜之情況。曝露於HCDS(及氨)之表面，於260℃以下時尤其容易附著SiO、SiON等。
(沖洗及恢復大氣壓) 於完成成膜處理之後，開啟閥14a、14b，將N2 氣體自氣體供給管12a、12b朝處理室6內供給，然後自排氣管15排出。藉此，處理室6內之環境氣體被置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，然後自處理室6內將殘留之原料及副生成物去除(沖洗)。然後，關閉APC閥17，直至處理室6內之壓力成為常壓為止，充填N2 氣體(恢復大氣壓)。
(晶舟卸載及晶圓卸除) 藉由晶舟升降機27而使蓋19下降，開放歧管5之下端。然後，將處理完畢之晶圓7在被支撐於晶舟21之狀態下自歧管5之下端搬出至反應管4之外部(晶舟卸載)。自晶舟21中取出處理完畢之晶圓7。
於本實施形態中，可獲得以下所示之一個或複數個效果。(a)藉由於隔熱板40內部形成真空之空洞，且將高反射率的熱屏蔽材埋入空洞內，可使輻射熱反射，以提高處理室內之隔熱性能。(b)藉此，可縮短處理室內之溫度穩定時間，且可提高晶圓之面內均勻性。(c)具體而言，藉由在蓋加熱器34之下部，於內部形成真空之空洞，且於空洞內配置埋入有熱屏蔽材50之隔熱板40，可使蓋加熱器34之輻射熱停留在爐內，而抑制處理室6下部之熱逃逸。(d)此外，藉由於覆蓋隔熱板40之罩體39之側面設置側部熱屏蔽材54，可使蓋加熱器34之輻射熱朝晶圓7反射，而不會朝處理室6之下部逃逸。(e)此外，藉由在反應管4之爐口附近裹捲隔熱布51，且進一步以熱屏蔽片53覆蓋，可提高底部晶圓等之溫度容易下降之部位的隔熱性能，且可縮短處理室內之溫度穩定時間。此外，對自外部朝爐內之輻射熱加以反射，可使爐內之溫度穩定。(f)此外，藉由在凸緣部4C之上面設置吸熱體56，吸收凸緣部4C附近的輻射熱，可保護凸緣部4C與歧管5之間的密閉構件。(g)此外，可以與習知相同之片數提高隔熱性能。此外，當欲維持與習知相同之隔熱性能時，可減少隔熱板40之片數。再者，只要為本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該能理解，上述實施形態中之石英罩體之熱屏蔽材可配置於較最上層之隔熱板更上方，且於其下方可不需要該熱屏蔽材或可以不透明的石英代替。
此外，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該能理解，可於隔熱板40之空洞60內層積設置複數之熱屏蔽材50。
以上，雖然具體地對本揭示之實施形態進行了說明，但本揭示不限於上述實施形態，只要於不超出本發明之實質內容之範圍內，即可進行各種之變更。
1:基板處理裝置
2:爐
2A:加熱器基座
3:加熱器
4:反應管
4A:氣體供給空間(供給管道)
4B:氣體排出空間(排氣管道)
4C:凸緣部
4D:排氣口 4E:供給狹縫 4F:排氣狹縫 4G:排氣口 4H:排氣口 5:歧管 5A:O形環 6:處理室 7:晶圓 8、8a、8b:噴嘴 8A:氣體供給孔 9、9a:氣體供給管 10、10a、10b:質量流量控制器(MFC) 11、11a、1b:閥 12、12a、12b:氣體供給管 13、13a、13b:MFC 14、14a、14b:閥 15:排氣管 16:壓力感測器 17:APC(自動壓力控制器)閥 18:真空泵 19:蓋 19A:O形環 20:蓋板
21:晶舟
22:隔熱構造體
22A:排氣孔
23:旋轉機構
23A:殼體(本體)
23B:內軸
23C:外軸
23D、23E:內側軸承
23F、23G:外側軸承
23H、23I:磁性流體密閉件
23K:蝸輪或滑輪
23N:支撐部
23P:真空接頭
24:氣體供給管
25:MFC
26:閥
27:晶舟升降機
28:溫度檢測器
29:控制器
33:副加熱器支柱
34:蓋加熱器
34B:發熱體
36:旋轉軸
37:旋轉台
38:隔熱板保持器(隔熱保持器、隔熱體保持器) 38A:圓筒部 38B:供給口(供給孔) 38C:腳 38D:保持部 39:罩體(蓋) 40、40A、40B:隔熱板 40C:缺口部 40D:孔 50:熱屏蔽材 50A:貫通孔 51:隔熱布 52、52A、52B:密封板 53:熱屏蔽片 54:側部熱屏蔽材 56:吸熱體 58A、58B:突起 59A、59B:側壁 60:空洞 212:CPU(中央處理單元) 214:RAM(隨機存取記憶體) 216:記憶裝置 218:I/O埠 220:內部匯流排 222:輸入輸出裝置 224:外部記憶裝置
圖1為適合在本揭示之實施形態中使用之基板處理裝置的縱型爐之概略構成圖，且為以縱剖視圖顯示爐內部之圖。 圖2為顯示適合在本揭示之實施形態中使用之基板處理裝置之蓋加熱器及其周邊部之縱剖視圖。 圖3為顯示適合在本揭示之實施形態中使用之基板處理裝置的蓋加熱器之立體圖。 圖4(A)及圖4(B)為用以說明適合在本揭示之實施形態中使用之基板處理裝置的隔熱構造體之立體圖。 圖5(A)為顯示構成適合在本揭示之實施形態中使用之隔熱構造體之隔熱板之俯視圖，圖5(B)為顯示適合在本揭示之實施形態中使用之基板處理裝置的隔熱板之縱剖視圖。 圖6(A)及圖6(B)為用以說明適合在本揭示之實施形態中使用之隔熱板的構成之縱剖視圖。 圖7為適合在本揭示之實施形態中使用之基板處理裝置的控制器之概略構成圖，且為以方塊圖顯示控制器之控制系統的圖。
40B:隔熱板
50:熱屏蔽材
50A:貫通孔
52A:密封板
52B:密封板
60:空洞

Claims (11)

  1. 一種隔熱構造體，其係配置於熱處理爐之具有溫度梯度之爐口附近者；其具備複數個隔熱板，該隔熱板具有金屬製之熱屏蔽材、及覆蓋上述熱屏蔽材之表背各面之石英或陶瓷製之密封構件，於構成在上述密封構件之內部的真空空洞內配置上述熱屏蔽材，上述複數個隔熱板分別相互隔開間隔而配置。
  2. 如請求項1之隔熱構造體，其中，上述密封構件係由一對圓盤狀之密封板構成，上述複數個隔熱板中之各個上述熱屏蔽材分別形成為較上述一對密封板之任一者皆薄，且具有連通表背面之間的至少一個貫通孔，上述一對密封板係於上述一對密封板之全周及上述貫通孔中相互連接。
  3. 如請求項1之隔熱構造體，其中，上述複數個隔熱板中之各個上述熱屏蔽材具有鏡面之表面。
  4. 如請求項2之隔熱構造體，其中，上述複數個隔熱板中之各個上述熱屏蔽材係於上述空洞內以不與上述一對密封板面接觸之方式被支撐。
  5. 如請求項2之隔熱構造體，其中，上述複數個隔熱板中之各個上述熱屏蔽材具有規則性地配置之複數個上述貫通孔。
  6. 如請求項2之隔熱構造體，其中，上述一對密封板具有不會因其自重而彎曲之剛性，且至少除了上述相互連接之部分外，具有鏡面之表面。
  7. 如請求項1之隔熱構造體，其中，更具備： 隔熱板保持器，其與上述複數個隔熱板的排列軸大致同軸設置，且保持上述複數個隔熱板；及筒形之罩體，其係石英或陶瓷製，與上述排列軸大致同軸設置，而覆蓋上述複數個隔熱板；上述罩體具有供筒形之側部熱屏蔽材嵌入之側面。
  8. 一種基板處理裝置，其具備：筒形之處理容器，其於內部處理基板；基板保持器，其於上述處理容器內保持上述基板；處理氣體供給部，其將處理氣體供給於上述處理容器內；筒形之第一加熱器，其設置於上述處理容器外，而加熱上述處理容器內；蓋，其配置於上述處理容器之一端；第二加熱器，其設置於較上述基板保持器更靠近上述蓋側，而加熱上述處理容器內；隔熱布，其於上述第一加熱器之上述蓋側之端與上述蓋之間，被設置於上述處理容器之外周；熱屏蔽片，其裹捲於上述隔熱布之外側；及隔熱構造體，其設置於上述蓋與上述基板保持器之間；上述隔熱構造體係相互隔開間隔地配置複數個隔熱板而構成，該隔熱板具有金屬製之熱屏蔽材、及覆蓋上述熱屏蔽材之表背各面之石英或陶瓷製之密封構件，於構成在上述密封構件之內部之真空空洞內配置有上述熱屏蔽材， 上述隔熱構造體之遠離上述蓋之端係配置於較上述第一加熱器之上述蓋側之端更靠上述處理容器之裡面側。
  9. 如請求項8之基板處理裝置，其中，上述處理容器係由反應管構成，該反應管之至少由上述第一加熱器包圍之部分係以穿透紅外線之材料形成，上述反應管具有隔著密閉構件而與上述蓋側之對象側構件連接之凸緣部，於上述凸緣部之與上述蓋側的對象側構件相反側之面上具備吸熱體，該吸熱體具有既定之放射率。
  10. 如請求項8或9之基板處理裝置，其中，上述熱屏蔽材及上述熱屏蔽片係鉬製。
  11. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：於在內部處理基板之筒形之處理容器內，將上述基板保持於基板保持器，且將處理氣體供給於上述處理容器內的步驟；及一面藉由隔熱布、裹捲於上述隔熱布之外側的熱屏蔽片、及隔熱構造體進行隔熱，一面藉由第一加熱器及設置於上述隔熱構造體內之第二加熱器加熱上述處理容器內的步驟；其中，該隔熱布係於設置在上述處理容器外之筒形之上述第一加熱器之設於上述處理容器之一端之蓋側的端與上述蓋之間，被設置於上述處理容器之外周；該隔熱構造體係於上述處理容器內之上述蓋與上述基板保持器之間相互隔開間隔地配置複數個隔熱板而構成，且遠離上述蓋之側的端係被配置於較上述第一加熱器之上述蓋側之端離上述蓋更遠，上述隔熱板具有金屬製之熱屏蔽材、及覆 蓋上述熱屏蔽材之表背各面之石英或陶瓷製之密封構件，於構成在上述密封構件之內部的真空空洞內配置上述熱屏蔽材。
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