立式热处理装置和热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在立式的反应管内自气体喷嘴对呈搁板状保持在基板保持件上的基板供给处理气体并进行热处理的立式热处理装置和热处理方法。
【背景技术】
[0002]作为用于对多张半导体晶圆(以下称作“晶圆”)等基板一并进行成膜处理等热处理的装置，公知有一种将呈搁板状装载有这些晶圆的晶圆舟皿(基板保持件)自下方侧气密地输入到立式的反应管内并进行热处理的立式热处理装置。在反应管内，沿着晶圆舟皿的铅垂方向配置有用于供给处理气体的气体喷嘴，该处理气体用于形成热处理时的气氛。另外，在反应管的外侧设有构成用于对各晶圆进行加热的加热机构的加热器，该加热器在上下方向上划分为多处例如5处区域并构成为能够分别独立地进行温度调整。
[0003]在这样的装置中，当完成晶圆的热处理后，在继续向加热器通电(继续对反应管内部进行加热)的状态下，在反应管的下方侧将晶圆舟皿上的处理完成后的晶圆调换为未处理的晶圆，接着使晶圆舟皿上升而对该未处理的晶圆进行热处理。此处，在将晶圆舟皿输入到反应管内时，在反应管内，下方侧的区域的温度比上方侧的区域的温度容易下降。因此，在将晶圆舟皿向反应管内输入时，为了在各晶圆之间使加热温度一致，对于负责对所述的5处区域中的最下层的区域(或者除了该最下层的区域还有该最下层的上一层的区域)进行加热的加热器，使对其的通电量多于对其他加热器的通电量。
【发明内容】
_4] 发明要解决的问题
[0005]作为所述成膜处理的具体的一个例子，可列举出通过交替地供给相互反应的处理气体来层叠这些处理气体的反应生成物而形成薄膜的方法即ALD(Atomic LayerDeposit1n:原子层沉积)。在作为这样的薄膜而形成氧化給(Hf — O)等高介电常数膜的情况下，作为处理气体而使用作为原料气体的例如TDMAH(四(二甲胺基)铪)气体和作为反应气体的臭氧气体(O3)。另外，作为氧化铪膜以外的高介电常数膜，公知有氧化锆(Zr —O)膜、氧化钛(T1- O)膜或氧化铝(Al - O)膜等，将含金属的炭化物(有机物)系气体用作原料气体来形成这些高介电常数膜。分别使用相互独立的气体喷嘴来供给这些原料气体和反应气体。另外，在形成高介电常数膜时，为了尽量降低在该高介电常数膜中残存的杂质程度，将晶圆的加热温度设定在原料气体的热分解温度附近。
[0006]另外，若在形成这样的高介电常数膜时进行所述的区域控制，则供给原料气体的气体喷嘴内部有可能超过该原料气体的热分解温度。即，若将反应管内的晶圆的加热温度设定在原料气体的热分解温度附近、并与此相对将最下层的区域的温度设定为高于其他区域的温度，则位于该最下层的区域的气体喷嘴内容易达到超过原料气体的热分解温度的温度。并且，若气体喷嘴内超过原料气体的热分解温度，则容易使附着物附着在该气体喷嘴内，因此，为了抑制随着该附着物的剥离而产生的微粒、喷嘴堵塞，不得不频繁地更换气体喷嘴。作为抑制这样的附着物的附着的方法，还可列举出在供给原料气体之后将氮气(N2)等向气体喷嘴内吹送的方法，但没有发现很大程度上的改善。
[0007] 在使用CVD (Chemical Vapor Deposit1n:化学气相沉积)法来进行薄膜的成膜时，为了抑制四氯化锡和水蒸气在喷射器的表面发生反应，公知有一种自该喷射器的表面喷射氮气的技术。在单片式装置中，公知有一种将喷射器头、喷射器冷却的技术。然而，在这些以往的技术中，没有研宄立式热处理装置中的处理气体的温度分布。
_8] 用于解决问题的方案
[0009]本发明提供如下一种技术:在立式的反应管内，在自气体喷嘴对呈搁板状保持在基板保持件上的基板供给处理气体并进行热处理时，使处理气体的温度沿着该气体喷嘴的长度方向均匀化。
[0010]本发明提供一种立式热处理装置，其用于将呈搁板状保持有多张基板的基板保持件输入到被加热机构包围的立式的反应管内并进行热处理，其中，该立式热处理装置包括:气体喷嘴，其以沿所述基板保持件的铅垂方向延伸的方式设于所述反应管内，用于喷射处理气体；以及流路形成构件，其以包围所述气体喷嘴的方式设于所述反应管内，该流路形成构件形成用于对所述气体喷嘴内的所述处理气体进行调温的调温流体的流通空间并具有所述调温流体的供给口和排出口。
[0011]本发明提供一种热处理方法，在该热处理方法中，将呈搁板状保持有多张基板的基板保持件输入到被加热机构包围的立式的反应管内并进行热处理，其中，该热处理方法包括以下工序:自以沿所述基板保持件的铅垂方向延伸的方式设于所述反应管内的气体喷嘴喷射处理气体；以及向以包围所述气体喷嘴的方式设于所述反应管内的流路形成构件供给调温流体而对所述气体喷嘴内的所述处理气体进行调温。
[0012]附图是作为本说明书的一部分而引入的，其表示本发明的实施方式，该附图连同所述通常的说明和后述的实施方式的详细内容一起来说明本发明的技术方案。
【附图说明】
[0013]图1是表示本发明的立式热处理装置的一个例子的概略图。
[0014]图2是表示所述立式热处理装置的纵剖视图。
[0015]图3是表示所述立式热处理装置的横剖视图。
[0016]图4是将所述立式热处理装置的一部分放大表示的横剖视图。
[0017]图5是表示设于所述立式热处理装置的气体喷嘴的一个例子的立体图。
[0018]图6是表示所述气体喷嘴的纵剖视图。
[0019]图7是将所述成膜处理中的、各加热器的设定温度、晶圆的加热温度按照时间序列排列而成的概略图。
[0020]图8是示意性表示所述气体喷嘴的温度的示意图。
[0021]图9是将所述气体喷嘴剖开后进行拍摄而得到的SEM照片。
[0022]图10是将以往的气体喷嘴剖开后进行拍摄而得到的SEM照片。
[0023]图11是表示气体喷嘴的温度与调温流体的流量之间的相互关系的特性图。
[0024]图12是示意性表示本发明的其他例子中的调温流体的流量的经时变化的特性图。
[0025]图13是示意性表示本发明的另一例子中的调温流体的流量的经时变化的特性图。
[0026]图14是表示在本发明的又一其他例子中对气体喷嘴进行调温的机构的纵剖视图。
[0027]图15是示意性表示本发明的再一例子中的、气体喷嘴的温度分布的示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。在下述详细的说明中，为了能够充分地理解本发明而记载很多具体的详细内容。然而，不言自明，在没有这样的详细说明的情况下本领域的技术人员也能够获得本发明。在其他例子中，为了避免难以理解各种实施方式，没有详细地示出公知的方法、步骤、系统、构成要件。
[0029]参照图1?图6说明本发明的立式热处理装置的实施方式的一个例子。首先，简单地说明该装置的概略结构，该立式热处理装置是通过这样的ALD法来形成薄膜的成膜装置:在该ALD法中，将相互反应的原料气体和反应气体(氧化气体)交替地向晶圆W供给而层叠反应生成物。并且，本发明在用于供给原料气体的气体喷嘴的结构、使用该结构的成膜方法上具有特征，首先，详细说明该成膜装置。
[0030]如图1所示，在成膜装置中设有热处理区域I和晶圆W的输入输出区域2，在该热处理区域I中配置有用于对多张例如150张晶圆W —并进行成膜处理的反应管12，该输入输出区域2形成于该热处理区域I的下方侧。另外，在成膜装置中设有作为用于将晶圆W呈搁板状装载的基板保持件的晶圆舟皿11，该晶圆舟皿11在热处理区域I与输入输出区域2之间自由升降。在图1中，附图标记3是舟皿升降机，附图标记4是用于相对于晶圆舟皿11进行晶圆W的移载的臂。基于舟皿升降机3的晶圆舟皿11的升降速度例如为400_/min?600mm/min。另外，在热处理区域I与输入输出区域2之间设有沿水平方向滑动自如的盖体，该盖体用于在将晶圆舟皿11自反应管12取出了时封堵反应管12的下表面侧开口部，在此省略了图示。
[0031]如图2所示，在热处理区域I中设有下表面侧开口的大致圆筒型的加热炉主体14，在该加热炉主体14的内部配置有用于将晶圆舟皿11气密地收纳而进行成膜处理的反应管12。在加热炉主体14的内壁面，在整个周向上配置有作为加热机构的加热器13。该加热器13以跨越晶圆舟皿11中的晶圆W的收纳区域的方式设置，并以在上下方向上相互分开的方式配置在多处例如5处。
[0032]如图2所示，对于这些5个加热器(加热部)13，自上侧朝向下侧去依次标注附图标记“ 13a，，、“ 13b，，、“ 13c，，、“ 13d，，、以及“ 13e”，各个加热器13a?13e与电源15单独地连接。并且，各加热器13a?13e构成为，能够对各个加热器13a?13e所负责的反应管12内的各区域中的加热温度单独地进行调整。在本发明中，如后面详细叙述那样，在开始对晶圆W进行成膜处理时，使下侧两层加热器13d、13e的输出高于其他加热器13a?13c的输出。另外，在本例子中，在上下方向上设置了 5层加热器13a?13e，但既可以设置4层加热器13a?13d，也可以设置3层加热器13a?13c。即，在本发明中，在开始成膜处理时，使在上下方向上划分在多处的多个加热器13中的下侧的加热器13的输出高于其他加热器13的输出。
[0033]如图2和图3所不，反应管12由石英构成，并在该例子中成为由外管12a和收纳于该外管12a的内部的内管12b构成的双层管构造。这些外管12a和内管12b分别以下表面侧开口的方式形成。也如图3和图4所示，在俯视时的内管12b的一端侧(近前侧)的部位以在该内管12b的周向上朝向外管12a膨胀的方式形成，并构成用于收纳后述的各