专利名称：衬底处理装置和方法以及半导体器件制造方法
技术领域：
本公开涉及一种用于处理衬底的衬底处理装置和方法以及一种半导体器件制造方法。
背景技术：
作为用于功率器件的材料的一个例子，注意力集中于具有形成于衬底表面上的碳化硅(SiC)膜的碳化硅(SiC)衬底。SiC膜可以通过如下方式形成将保持衬底的衬底保持物加载进入处理室并且供应包含硅元素的膜形成气体以及包含碳元素的膜形成气体进入该处理室，同时通过感应加热等来提升衬底的温度至1500摄氏度至1800摄氏度。在用于执行膜形成工艺的衬底处理装置中，在衬底保持物之下提供热绝缘部分以保护具有低耐热性的炉喉部分(参见例如JP2011-003885A)。从处理室卸载形成有膜的衬底，同时将衬底的温度降低至例如约500摄氏度。此时，允许低温冷却气体在形成有膜的衬底上流动，从而加速衬底的温度降低。
发明内容
本发明人通过深入研究已经发现，如果在衬底保持物之下提供热绝缘部分，则可以阻碍衬底的热耗散并且可以降低半导体处理产率(产量)。供应用于加速温度降低的冷却气体与衬底接触并且变热。热气体朝热绝缘部分流动，因而增加热绝缘部分的温度。这阻碍了从衬底通过热绝缘部分的热耗散，增加了降低衬底的温度所需的时间并且降低了衬
底处理产率。此外，本发明人通过深入研究发现如果在衬底保持物之下提供热绝缘部分，则在处理室内生成的外来材料(颗粒)的量可能增加，并且衬底处理质量可能降低。由于在膜形成工艺期间，热绝缘部分的温度低于衬底的温度，所以有可能朝热绝缘部分流动的膜形成气体和反应产物附着至热绝缘部分的表面。剥离沉积在热绝缘部分的表面上的附着材料，从而在处理室内生成颗粒并且降低衬底处理质量。本公开提供了衬底处理装置和半导体器件制造方法的一些实施例，它们能够加速在降低衬底温度的过程中的热耗散并且能够提高衬底处理产率。此外，本公开提供了衬底处理装置和半导体器件制造方法的一些实施例，它们能够减少在膜形成工艺中在处理室内外来材料的生成并且能够提高衬底处理质量。根据本公开的一个方面，提供了一种衬底处理装置，包括处理室，配置成处理多个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；以及气体供应系统，配置成至少向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应指定气体。根据本公开的另一方面，提供了一种衬底处理装置，包括处理室，配置成处理多个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；第一气体供应单元，配置成向处理室内的衬底容纳区域至少供应膜形成气体；第二气体供应单元，配置成向处理室内的热绝缘部分容纳区域至少供应冷却气体；以及控制单元，配置成至少控制加热单元、第一气体供应单元和第二气体供应单元，该控制单元配置成通过使得加热单元开始加热操作从而提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始供应膜形成气体而在衬底上形成指定薄膜；以及继而通过停止由加热单元执行的加热操作并且停止从第一气体供应单元的膜形成气体的供应并且使得第二气体供应单元开始供应冷却气体来降低衬底的温度。根据本公开的又一方面，提供了一种衬底处理装置，包括处理室，配置成处理多
个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；第一气体供应单元，配置成向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体；第二气体供应单元，配置成向处理室内的热绝缘部分容纳区域至少供应膜形成抑制气体；以及控制单元，配置成至少控制加热单元、第一气体供应单元和第二气体供应单元，该控制单元配置成通过使得加热单元开始加热操作、提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始供应膜形成气体而在衬底上形成指定薄膜；该控制单元配置成在形成薄膜时使得第二气体供应单元供应膜形成抑制气体。根据本公开的又一方面，提供了一种半导体器件制造方法，包括在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，该衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，该热绝缘部分配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；通过使得提供为包围处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作、提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体而在衬底上形成指定薄膜；以及通过停止由加热单元执行的加热操作并且停止由第一气体供应单元执行的膜形成气体的供应并且使得第二气体供应单元开始向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应冷却气体来降低衬底的温度。根据本公开的又一方面，提供了一种半导体器件制造方法，包括在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，该衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，该热绝缘部分配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；以及通过使得提供为包围处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作从而提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体而在衬底上形成指定薄膜；其中在形成薄膜时从第二气体供应单元向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应膜形成抑制气体。
图I是显示了根据本公开的第一实施例的衬底处理装置的立体视图。图2是显示了根据本公开的第一实施例的处理炉的侧截面图。
图3是根据本公开的第一实施例的处理炉的顶部截面图。图4是显示了根据本公开的第一实施例的控制器的框图。图5是显示了根据本公开的第一实施例的处理炉及其周围结构的示意图。图6A至图6E是示出了当执行根据本公开的第一实施例的衬底处理步骤时晶舟位置的示意图，图6A显示了在加载晶舟之前的晶舟位置，图6B显示了温度提升和膜形成期间的晶舟位置，图6C显示了在温度降低期间的晶舟位置，图6D显示了在卸载晶舟期间的晶舟位置，并且图6E显示了卸载晶舟之后的晶舟位置。图7是表示根据本公开的第一实施例的气体供应序列的图。图8A是显示根据本公开的第二实施例的气体供应单元的管嘴的侧截面图，并且图8B是管嘴的立体图。 图9A是根据本公开的第三实施例的气体供应单元的管嘴的侧截面图，并且图9B是管嘴的立体图。
具体实施例方式<第一实施例>现在将描述本公开的第一实施例。(I)衬底处理装置的配置首先，将参考图I至图5描述根据本公开的衬底处理装置10的配置。图I是显示了根据本实施例的衬底处理装置10的立体图。图2是显示了根据本实施例的处理炉40的侧截面图。图3是根据本实施例的处理炉40的顶部截面图。图4是显示了根据本实施例的控制器152的框图。图5是显示了根据本实施例的处理炉40及其周围结构的示意图。<总体配置>参见图I，衬底处理装置10是批量式竖直热处理装置。衬底处理装置10包括外壳12，在外壳12中提供诸如处理炉40等之类的某些部件。晶片盒16用作用于传递衬底进入外壳12的容器(晶片承载器)。晶片盒16配置成存储多个(例如二十五个)晶片14作为由Si或SiC制成的衬底。晶片盒台18布置在外壳12的前表面侧。晶片盒16配置成使得其可以放置在晶片盒台18上，并且晶片盒16的盖保持关闭。在外壳12的前表面侧(在图I中的右侧)，将晶片盒传递设备20提供在面对晶片盒台18的位置处。晶片盒安装架22、晶片盒开具24和晶片数目检测器26提供在晶片盒传递设备20的附近。晶片盒安装架22布置在晶片盒开具24之上并且配置成保持安装于其上的多个晶片盒16。晶片数目检测器26提供为邻近晶片盒开具24。晶片盒传递设备20配直成在晶片盒台18、晶片盒安装架22和晶片盒开具24之间传递晶片盒16。晶片盒开具24配置成打开晶片盒16的盖。晶片数目检测器26配置成检测存储在其盖打开的晶片盒16内的晶片14的数目。在外壳12内提供晶片传送机28和作为衬底保持物的晶舟30。晶片传送机28包括臂部(镊子)32。臂部32可以借由图中未示出的驱动装置上下移动。臂部32配置成一次取出例如5个晶片。通过操作臂部32，可以在放置在晶片盒开具24上的晶片盒16和晶舟30之间传送晶片14。晶舟30由例如碳石墨或SiC的耐热材料制成。晶舟30配置成保持多个晶片14，多个晶片14以水平姿态竖直地堆叠于彼此之上，其中多个晶片14的中心彼此对准。在晶舟30之下提供作为用于支撑晶舟30的热绝缘部分的晶舟绝缘部分34(参见图2)。晶舟绝缘部分34由例如石英(SiO2)或碳化硅(SiC)的耐热材料制成，并且形成为例如中空圆柱形。晶舟绝缘部分34充当热绝缘机构，其使得经加热的晶舟30 (晶片14)的热量难于传送至处理炉40的较低侧。作为指定冷却气体(热交换气体)的惰性气体(例如N2气体或Ar气体)可以供应进入晶舟绝缘部分34的中空区域。晶舟绝缘部分34并不限于上述示例，而是可以通过在竖直方向上以多阶堆叠(例如由SiO2或SiC制成的)中空圆柱形构件或者通过以多阶堆叠(例如由SiO2或SiC制成的)盘形绝缘板配置而成。在外壳12内的后侧上部中提供处理炉40。保持多个晶片14的晶舟30从下方被加载进入处理炉40。在处理室40之下提供作为用于接收晶舟30并且将晶舟30保持为待命状态的预备室的加载锁定室110 (参见图5)。处理炉40具有可以由炉喉闸板219a打开和关闭的开口(炉喉)(参见图6)。〈处理炉的配置〉图2和图3是显示了其中在晶片14上形成SiC膜的处理炉40的侧截面图和顶部截面图。(反应器皿)如图2和图3所示,处理炉40包括反应管42。反应管42由诸如石英或碳化娃的耐热材料制成。反应管42形成为圆柱形形状，其顶部端部闭合而其下端部打开。作为反应室的处理室44在反应管42内的管状中空部分中形成。处理室44配置成容纳保持多个晶片14的晶舟30，多个晶片14以水平姿态竖直地堆叠于彼此之上，其中多个晶片14的中心彼此对准。在反应管42之下以与反应管42同心的关系提供多支管43。多支管43例如由不锈钢(SUS)制成。多支管43形成为圆柱形形状，其中多支管的上端和下端打开。多支管43配置成从下方支撑反应管42。在多支管43和反应管42之间提供O环作为密封构件。由图中未示出的保持物支撑多支管43，由此反应管42保持为竖直姿态。反应器皿主要由反应管42和多支管43构成。(加热单元)处理炉40包括由感应加热所加热的感应加热主体48和作为感应加热单元(磁场生成单元)的感应线圈50。感应加热主体48由导电耐热材料(例如碳)制成，并且提供为包围容纳在处理室44内的晶舟30，即晶片14的容纳区域。感应加热主体48形成为圆柱形形状，其中感应加热主体48的上端闭合而下端打开。感应线圈50由线圈支撑50a支撑，线圈支撑50a由耐热绝缘材料制成，并且感应线圈50提供为包围反应管42的外圆周。从附图中未示出的交变电流源向感应线圈50供应例如IOkHz至IOOkHz以及IOkW至200kW的交变电流。如果由流过感应线圈50的交变电流生成交变磁场，则感应电流(涡流电流)在感应加热主体48中流动。因此，感应加热主体48由焦耳热量加热。如果感应加热主体48生成热量，则由晶舟30保持的晶片14和处理室44的内部空间由感应加热主体48生成的辐射热量加热至指定膜形成温度，例如从1500摄氏度至1800摄氏度。
在感应加热主体48的附近处提供用于检测处理室44内的温度的温度传感器(未示出)。下述的温度控制单元52 (参见图4)电连接至感应线圈50和温度传感器。温度控制单元52基于由温度传感器检测的温度信息控制对感应线圈50的电流供应，从而使得处理室44内的温度可以在指定定时具有指定温度分布。根据本实施例的加热单元主要由感应加热主体48、感应线圈50、线圈支撑50a、交变电流源(未示出)、温度传感器(未示出)和下述热绝缘主体54构成。在感应加热主体48和反应管42之间提供热绝缘主体54。热绝缘主体54由不受感应加热影响的材料(例如碳带)制成。热绝缘主体54形成为圆柱形形状，其中热绝缘主体54的上端闭合而下端打开。提供热绝缘主体54使得能够抑制感应加热主体48的热量传送至反应管42或反应管42的外侧。在作为感应加热单元的感应线圈50外侧提供屏蔽板100以包围感应线圈50。在屏蔽板100的外侧提供外壳12以包围屏蔽板100。屏蔽板100由诸如Cu (铜)之类的导电 材料制成。具有屏蔽板100使得能够在使得交变电流流过感应线圈50时抑制感应电流流过外壳12的导电部分。(第一气体供应单元)在多支管43的侧壁中，提供管嘴60以用于向晶片14的容纳区域供应作为膜形成气体的含硅气体、第一冷却气体、第三冷却气体和吹扫气体，并且提供管嘴70用于向晶片14的容纳区域供应作为膜形成气体的含碳气体、第一冷却气体、第三冷却气体和吹扫气体。有可能使用例如娃烧(SiH4)气体作为含娃气体、丙烧(C3H8)气体作为含碳气体、氢(H2)气体作为第一冷却气体、以及诸如氩(Ar)气体等的稀有气体或氮(N2)气体作为第三冷却气体和吹扫气体。管嘴60和70例如由碳石墨形成为类杆形。管嘴60和70的下游延伸布置在感应加热主体48和晶舟30的预期加载区域之间。在管嘴60的下游延伸的侧部处形成多个气体供应孔60a，从堆叠的晶片14之间的空间的一侧(即，从晶片14的容纳区域的一侧)通过多个气体供应孔60a水平地供应气体。管嘴60向晶片14的容纳区域供应气体。然而，管嘴60并不直接向晶片14的容纳区域之下的晶舟绝缘部分34供应气体。气体供应管道260的下游端连接至管嘴60的上游端。SiH4气体供应管道261的下游端、H2气体供应管道262的下游端以及Ar气体供应管道263的下游端连接至气体供应管道260的上游延伸。SiH4气体供应源261a、作为流速控制器的质量流控制器261b (流速控制装置)以及阀门261c在SiH4气体供应管道261中从上游侧按列举的顺序提供。H2气体供应源262a、作为流速控制器的质量流控制器262 (流速控制装置)以及阀门262c在H2气体供应管道262中从上游侧按列举的顺序提供。Ar气体供应源263a、作为流速控制器的质量流控制器263b (流速控制装置)以及阀门263c在Ar气体供应管道263中从上游侧按列举的顺序提供。在管嘴70的下游延伸的侧部形成多个气体供应孔70a，从堆叠的晶片14之间的空间的一侧(即从晶片14的容纳区域的一侧)通过该多个气体供应孔70a水平地供应气体。管嘴70向晶片14的容纳区域供应气体。然而，管嘴70并不向晶片14的容纳区域之下的晶舟绝缘部分34直接供应气体。气体供应管道270的下游端连接至管嘴70的上游端。C3H8气体供应管道271的下游端、H2气体供应管道272的下游端以及Ar气体供应管道273的下游端连接至气体供应管道270的上游延伸。C3H8气体供应源271a、作为流速控制器的质量流控制器271b (流速控制装置)以及阀门271c在C3H8气体供应管道271中从上游侧按列举的顺序提供。H2气体供应源272a、作为流速控制器的质量流控制器272b (流速控制装置)以及阀门272c在H2气体供应管道272中从上游侧按列举的顺序提供。Ar气体供应源273a、作为流速控制器的质量流控制器273b (流速控制装置)以及阀门273c在Ar气体供应管道273中从上游侧按列举的顺序提供。阀门261c、262c、263c、271c、272c 和 273c 以及质量流控制器 261b、262b、263b、271b,272b和273b电连接至后文将阐述的气体流速控制单元78 (参见图4)。气体流速控制单元78控制阀门261c、262c、263c、271c、272c和273c以及质量流控制器261b、262b、263b,271b,272b和273b，从而使得供应进入处理室44的气体流速可以在指定定时等于指
定流速。根据本实施例的第一气体供应单元主要由以下项构成管嘴60和70、气体供应孔60a和70a、气体供应管道260和270、SiH4气体供应管道261、C3H8气体供应管道271、H2气体供应管道262和272、Ar气体供应管道263和273、阀门261c、262c、263c、271c、272c和273c、质量流控制器 261b、262b、263b、271b、272b 和 273b、SiH4 气体供应源 261a、C3H8 气体 供应源271a、H2气体供应源262a和272a、以及Ar气体供应源263a和273a。根据本实施例的第一管嘴主要由管嘴60和70构成。(第二气体供应单元)在多支管43的侧壁中提供至少一个管嘴90，其作为用于向晶舟绝缘部分34的容纳区域供应膜形成抑制气体、第二冷却气体、第四冷却气体和吹扫气体的第二管嘴。有可能使用例如含氯的氯化氢(HCL)气体作为膜形成抑制气体、氢(H2)气体作为第二冷却气体、以及诸如氩(Ar)气体等的稀有气体或氮(N2)气体作为第四冷却气体和吹扫气体。管嘴90例如由碳石墨形成为类杆形。管嘴90的下游延伸布置在感应加热主体48和晶舟绝缘部分34的预期加载区域之间。管嘴90的数目并不限于一个，而是可以多于一个。在此情形下，优选的是，沿晶舟绝缘部分34的侧壁的圆周方向以指定间隔提供多个管嘴90。在管嘴90的下游延伸的侧部处形成多个气体供应孔90a，从晶舟绝缘部分34的一侧通过多个气体供应孔90a水平地供应气体。管嘴90向晶舟绝缘部分34供应气体。然而，管嘴90并不直接向晶舟绝缘部分34之上的晶片14的容纳区域供应气体。气体供应管道290的下游端连接至管嘴90的上游端。HCL气体供应管道291的下游端、H2气体供应管道292的下游端以及Ar气体供应管道293的下游端连接至气体供应管道290的上游延伸。HCL气体供应源291a、作为流速控制器的质量流控制器291b (流速控制装置)以及阀门291c在HCL气体供应管道291中从上游侧按列举的顺序提供。H2气体供应源292a、作为流速控制器的质量流控制器292b (流速控制装置)以及阀门292c在H2气体供应管道292中从上游侧按列举的顺序提供。Ar气体供应源293a、作为流速控制器的质量流控制器293b (流速控制装置)以及阀门293c在Ar气体供应管道293中从上游侧按列举的顺序提供。阀门291c、292c和293c以及质量流控制器291b、292b和293b电连接至后文将阐述的气体流速控制单元78 (参见图4)。气体流速控制单元78控制阀门291c、292c和293c以及质量流控制器291b、292b和293b，从而使得供应进入处理室44的气体流速可以在指定定时等于指定流速。根据本实施例的第二气体供应单元主要由以下项构成管嘴90、气体供应孔90a、气体供应管道290、HCL气体供应管道291、H2气体供应管道292、Ar气体供应管道293、阀门291c,292c和293c、质量流控制器291b,292b和293b、HCL气体供应源291a、H2气体供应源292a、以及Ar气体供应源293a。(吹扫气体供应单元)在多支管43的侧壁中提供管嘴80，其用于向反应管42和热绝缘主体54之间的空间供应吹扫气体。有可能使用例如诸如氩(Ar)气体等的稀有气体或氮(N2)气体作为吹扫气体。管嘴80例如由碳石墨形成为类杆形。管嘴80的下游延伸布置在反应管42和热绝缘主体54之间。至少一个气体供应孔80a在管嘴80的下游延伸处形成。气体供应管道280的下游端连接至管嘴80的上游端。Ar气体供应源281a、作为流速控制器的质量流控制器281b (流速控制装置)以及阀门281c在气体供应管道280中从上游侧按列举的顺序提 供。阀门280c和质量流控制器280b电连接至后文将阐述的气体流速控制单元78 (参见图4)。气体流速控制单元78控制阀门280c和质量流控制器280b，从而使得供应进入处理室44的气体流速可以在指定定时等于指定流速。吹扫气体供应系统主要由以下项构成管嘴80、气体供应孔80a、气体供应管道280、阀门280c、质量流控制器280b以及Ar气体供应源280a。(排气系统)排气管道230的上游端连接至多支管43的侧壁的下部，通过排气管道230排出存在于处理室44内的大气气体。图中未示的压强传感器、作为压强调节设备的APC(自动压强控制器)阀门214、以及真空泵220在排气管道230中从上游侧按列举的顺序提供。压强传感器(未示出)、APC阀门214以及真空泵220电连接至后文将阐述的压强控制单元98 (参见图4)。压强控制单元98基于由压强传感器测量的压强信息反馈式地控制APC阀门214的打开程度，从而使得处理室44内的压强可以在指定定时等于指定压强。根据本实施例的排气系统主要由排气管道230、压强传感器(未示出)、APC阀门214和真空泵220构成。通过使用上述的配置，使得供应自第一气体供应单元的膜形成气体(含硅气体和含碳气体)、第一冷却气体和第三冷却气体与晶片14的表面平行地流动，并且继而在处理室44内沿晶舟绝缘部分34的侧壁向下流动。之后，气体从排气管道230排出。使得供应自吹扫气体供应单元的吹扫气体在反应管42和热绝缘主体54之间流动，并且从排气管道230排出。<处理炉的周围结构>接着，将描述处理炉40的周围结构。图5是显示了根据本公开的第一实施例的处理炉40及其周围结构的示意图。如上所述，在处理炉40之下提供作为预备室的加载锁定室110。在加载锁定室110中，提供用于将第五冷却气体供应进入加载锁定室110的第三气体供应单元以及用于在处理炉40的内部和加载锁定室110的内部之间传递晶舟30的晶舟升降机。加载锁定室110的内部由图中未示出的排气系统排空。(第三气体供应系统)在加载锁定室110的侧壁处提供管嘴300，其用于向加载锁定室110内的晶片14的容纳区域供应第五冷却气体和吹扫气体。有可能使用例如诸如氩(Ar)气体等的稀有气体或氮(N2)气体作为第五冷却气体和吹扫气体。管嘴300例如由碳石墨形成为类杆形。管嘴300的数目并不限于一个，而是可以多于一个。在此情形下，优选的是，沿晶舟30和晶舟绝缘部分34的侧壁的圆周方向以指定间隔提供多个管嘴300。在管嘴300的下游延伸的侧部处形成多个气体供应孔300a，从晶片14的容纳区域的一侧通过多个气体供应孔300a水平地供应气体。管嘴300配置成不仅向晶片14的容纳区域供应气体，而且还向晶片14的容纳区域之下的晶舟绝缘部分34供应气体。气体供应管道301的下游端连接至管嘴300的上游端。Ar气体供应源301a、作为流速控制器的质量流控制器301b (流速控制装置)以及阀门301c在气体供应管道301中从上游侧按列举的顺序提供。
阀门301c和质量流控制器301b电连接至后文将阐述的气体流速控制单元78 (参见图4)。气体流速控制单元78控制阀门301c和质量流控制器301b，从而使得供应进入加载锁定室110的气体流速可以在指定定时等于指定流速根据本实施例的第三气体供应单元主要由以下项构成管嘴300、气体供应孔300a、气体供应管道301、阀门301c、质量流控制器301b以及Ar气体供应源301a。根据本实施例的气体供应系统由以下项构成用于将气体供应进入处理室44的第一气体供应单元、第二气体供应单元和吹扫气体供应单元；以及用于将气体供应进入加载锁定室110的第三气体供应单元。(晶舟升降机)在加载锁定室110的侧壁的外表面上提供晶舟升降机115。晶舟升降机115包括下基板112、导轴116、滚珠螺杆118、上基板120、升降机电机122、升降机基板130和折箱(bellow) 128。下基板112以水平姿态固定至加载锁定室110的侧壁的外表面。适配于升降机台114的导轴116以及使用螺纹啮合升降机台114的滚珠螺杆118以竖直姿态安装在下基板112上。上基板120以水平姿态固定至导轴116和滚珠螺杆118的上端部。由安装至上基板120的升降机电机122转动滚珠螺杆118。导轴116允许升降机台114上下移动，同时抑制升降机台114在水平方向转动。通过转动滚珠螺杆118使得升降机台114上下移动。中空升降机轴124以竖直姿态固定至升降机台114。升降机台114和升降机124的连接部分保持为气密的。升降机轴124与升降机台114 一起上下移动。升降机轴124的下端部分延伸通过加载锁定室110的顶部板126。在加载锁定室110的顶部板126中形成的通孔的内径被设置为大于升降机轴124的外径以防止升降机轴124和顶部板126彼此接触。作为具有弹性的中空的扩张和收缩主体的折箱128被提供于加载锁定室110和升降机台114之间以包围升降机轴124的外圆周。升降机台114和折箱128的连接部分以及顶板126和折箱128的连接部分保持为气密的，从而不透气地密封加载锁定室110的内部。折箱128足够有弹性以允许升降机台114的上下移动。折箱128的内径充分大于升降机轴124的外径，从而使得升降机轴124和折箱128并不彼此接触。升降机基板130水平地固定至升降机轴124的、突入加载锁定室110的下端。升降机轴124和升降机基板130的连接部分保持为气密的。密封帽219通过诸如0环之类的密封构件气密地附接至升降机基板130的上表面。密封帽219由金属(例如不锈钢)形成为盘形。如果通过驱动升降机电机122和转动滚珠螺杆118来向上移动升降机台114、升降机轴124、升降机基板130和密封帽219，则晶舟30被加载进入处理室44 (晶舟加载)并且由密封帽219关闭处理炉40的开口(炉喉)。如果通过驱动升降机电机122和转动滚珠螺杆118来向下移动升降机台114、升降机轴124、升降机基板130和密封帽219，则从处理室44卸载晶舟30 (晶舟卸载)。驱动控制单元108电连接到升降机电机122。驱动控制单元108控制晶舟升降机115以在指定定时执行指定操作。
(转动机构)驱动单元盖132通过诸如O环之类的密封构件气密地附接至升降机基板130的下表面。升降机基板130和驱动单元盖132构成驱动单元存储箱140。驱动单元存储箱140的内部与加载锁定室110内的大气隔离。在驱动单元存储箱140内提供转动机构104。电源线缆138连接至转动机构104。电源线缆138从升降机轴124的上端通过升降机轴124延伸至转动机构104，从而使得可以经由电源线缆138向转动机构104供应电流。转动机构104包括转动轴106，转动轴106的上端部分延伸通过密封帽219以从下方支撑晶舟30。通过操作转动机构104，保持在晶舟30中的晶片14可以在处理室44内转动。驱动控制单元108电连接至转动机构104。驱动控制单元108控制转动机构104，从而使得转动机构104可以在指定定时执行指定操作。在驱动单元存储箱140内的转动机构周围提供冷却结构136。在冷却机构136和密封帽219中形成冷却流路径140a。冷却水管道142连接至冷却流路径140a，通过冷却水管道142供应冷却水。冷却水管道142从升降机轴124的上端延伸通过升降机轴124至冷却流路径140a，从而使得冷却水可以经由冷却水管道142供应至冷却流路径140a。<控制器>图4是显示了作为用于控制衬底处理装置10的相应部分的操作的控制单元的控制器152的框图。控制器152包括主控制单元150、温度控制单元52、气体流速控制单元78、压强控制单元98和驱动控制单元108，后面四个单元电连接至主控制单元150。主控制单元150包括操作部分和输入/输出部分。控制器152配置成通过使得感应线圈50开始对感应加热主体48的感应加热来将晶片14的温度提升至例如1500摄氏度至1800摄氏度；通过使得第一气体供应单元开始供应膜形成气体(例如SiH4气体和C3H8气体)来在晶片14上形成SiC膜；使得感应线圈50停止对感应加热主体48的感应加热，同时使得第一气体供应单元停止供应膜形成气体；以及通过使得第二气体供应单元开始供应第一冷却气体(例如H2气体)来降低晶片14的温度。这些控制操作将随后描述。控制器152配置成使得第二气体供应单元在通过使得感应线圈50开始对感应加热主体48感应加热来增加晶片14的温度至例如1500摄氏度至1800摄氏度时并且在通过使得第一气体供应单元开始供应膜形成气体(例如SiH4气体和C3H8气体)来在晶片14上形成SiC膜时供应膜形成抑制气体(例如HCL气体)。这些控制操作也将随后描述。(2)衬底处理步骤接着，作为半导体器件制造步骤的一个示例，将参考图6和图7描述用于在晶片14上形成例如SiC膜的衬底处理步骤。图6A至图6E是示出了在执行根据本实施例的衬底处理步骤时晶舟位置的示意图，图6A显示了在加载晶舟之前的晶舟位置，图6B显示了在温度提升和膜形成期间的晶舟位置，图6C显示了在温度降低期间的晶舟位置，图6D显示了在卸载晶舟期间的晶舟位置，并且图6E显示了在卸载晶舟之后的晶舟位置。图7是表示根据本实施例的气体供应序列的图。由上述衬底处理装置10执行衬底处理步骤。在下面的描述中，由控制器152控制构成衬底处理装置10的相应部分的操作。(加载步骤)包含多个晶片14的晶片盒16放置在晶片盒台18上并且继而由晶片盒传递设备20传送至晶片盒安装架22。由晶片盒传递设备20将放置在晶片盒安装架22上的晶片盒16传递至晶片盒开具24。晶片盒16的盖由晶片盒开具24打开。包含在晶片盒16中的晶片14的数目由晶片数目检测器26检测。晶片14从晶片盒16取出并由晶片传送机28传送至加载锁定室110内的晶舟30。图6A示出了晶片14被完全装载至晶舟30的状态。在装载晶片14的过程期间，从第三气体供应单元供应作为吹扫气体的Ar气体，从 而吹扫加载锁定室110。换言之，在使用图中未示的排气系统对加载锁定室110的内部排空时，打开阀门301c并且由质量流控制器301b调节其流速的Ar气体被供应至加载锁定室110内，从而吹扫加载锁定室110。这使得有可能抑制颗粒附着至晶片14。此时，关闭炉喉闸板219a并且使处理炉40的开口(炉喉)保持气密。连续地执行从第三气体供应单元的吹扫气体供应，至少直至后文将描述的温度降低步骤结束。在将晶片14完全装载进入晶舟30之后，炉喉闸板219a打开，并且操作晶舟升降机115以将晶舟30加载进入处理室44 (晶舟加载)。在将晶舟30完全加载之后，多支管43的下端由密封帽219不透气地密封。图6B示出了其中晶舟30被完全加载的状态。在加载晶舟30的过程期间，作为吹扫气体的Ar气体从第一气体供应单元和第二气体供应单元供应，同时从第三气体供应单元持续地供应Ar气体，从而吹扫处理室44。更具体而言，在通过操作真空泵220和在该状态下打开APC阀门214对处理室44排空时，阀门263c、273c、280c和293c进一步打开，并且其流速由质量流控制器263b、273b、280b和293b调节的Ar气体被供应进入处理室44，从而吹扫处理室44。为了防止颗粒从加载锁定室110扩散(漂旋)进入处理室44，优选的是，在加载步骤中将供应进入处理室44的Ar气体的流速设置为大于供应进入加载锁定室110的Ar气体的流速，最终生成从处理室44朝向加载锁定室110流动的气流。(压强降低和温度提升步骤)在将晶舟30完全加载进入处理室44中之后，根据由压强传感器测量的压强信息反馈式地控制APC阀门214的打开程度，从而对处理室44排空，从而使得处理室44的内部压强可以等于指定压强(真空程度)。此时，可以连续地执行或停止Ar气体向处理室44中的供应。图7通过示例的方式示出了如下情形停止从第二气体供应单元供应Ar气体，同时连续地执行从第一气体供应单元供应Ar气体。从交变电流源(未示出)向感应线圈50供应例如IOkHz至IOOkHz和IOkW至200kW的交变电流。因而，向感应加热主体48施加了交变磁场，并且允许感应电流流过感应加热主体48，从而使得感应加热主体48生成热量。保持在晶舟30中的晶片14和处理室44的内部通过由感应加热主体38所生成的辐射热量加热至例如1500摄氏度至1800摄氏度的膜形成温度。此时，可以根据由温度传感器检测的温度信息通过反馈式地控制向感应线圈50施加的电流来调节晶片14的温度和处理室44内的温度。当向感应线圈50供应电流和加热晶片14时，操作转动机构104以转动晶舟30和晶片14。连续地执行晶舟30和晶片14的转动，至少直至后文将描述的膜形成步骤结束。(膜形成步骤)
如果晶片14和处理室44内部的温度到达指定膜形成温度(1500摄氏度至1800摄氏度)，则打开阀门261c和271c以开始将作为膜形成气体的SiH4气体和C3H8气体供应进入处理室44。供应进入处理室44的SiH4气体和C3H8气体与保持在晶舟30中的晶片14的表面平行地流动。在SiH4气体和C3H8气体与热的晶片14的表面接触时，在晶片14上形成SiC膜。此时，在该实施例中，优选的是，保持阀门263c和273c打开，并且连续地执行来自第一气体供应单元的Ar气体的供应。供应自第一气体供应单元的Ar气体充当用于促使SiH4气体和C3H8气体更快捷地供应或扩散进入处理室44的载体气体。此时，还优选的是，打开阀门280c，从而开始从吹扫气体供应单元供应作为吹扫气体的Ar气体。这使得有可能抑制膜形成气体渗透进入反应管42和热绝缘主体54之间的空间，并且抑制不必要的副产品附着至反应管42和热绝缘体主体54的表面。如上所示，由晶舟绝缘部分34从下方支撑保持晶片14的晶舟30。晶舟绝缘部分34由耐热材料(诸如石英或碳化硅)形成为例如中空圆柱形。因此，被加热至高温的膜形成气体与晶舟绝缘部分34的侧壁接触并且与晶舟绝缘部分34交换热量，从而晶舟绝缘部分34作用为降低被加热至高温的膜形成气体的温度。晶舟绝缘部分34充当热绝缘机构，其使得由感应加热主体48加热的晶舟30(晶片14)的热量难于传送至处理炉40的下侧。通过允许晶舟绝缘部分34充当热交换机构或热绝缘机构，有可能降低对位于处理炉40之下的组成构件(例如多支管43、密封帽219、转动机构104、加载锁定室110等)的热损害。然而，本发明人通过深入研究已发现如果在晶舟30之下提供晶舟绝缘部分34，则可以增加在处理室44内生成的外来材料(颗粒)的量并且可以降低衬底处理质量。充当热绝缘机构的晶舟绝缘部分34的温度变得低于晶片14和晶舟30的温度(例如1500摄氏度至1800摄氏度)。更具体而言，晶舟绝缘部分34的侧壁的温度从晶片14的容纳区域朝处理炉40的下侧逐渐变低。未在晶片14的表面上被消耗的膜形成气体和由膜形成反应生成的反应产物沿晶舟绝缘部分34的侧壁朝处理室44的下侧流动。由于晶舟绝缘部分34的侧壁的温度如上所述地保持为低温，因此膜形成气体和反应产物容易附着至晶舟绝缘部分34的侧壁。剥离沉积在晶舟绝缘部分34的侧壁上的附着材料，从而在处理室44内生成颗粒。在上面的情形中粘附力通常较弱，并且因此附着材料容易由压强和温度改变剥离。在本实施例中，当在晶片14上形成SiC膜时，从第二气体供应单元供应膜形成抑制气体，从而防止膜形成气体和反应产物附着至晶舟绝缘部分34。换言之，当打开阀门261c和271c并且向晶片14的容纳区域供应SiH4气体和C3H8气体时，还打开阀门291c，从而使得作为膜形成抑制气体的HCL气体可以在晶舟绝缘部分34的容纳区域中流动。因此，即使晶舟绝缘部分34的侧壁的温度低于前述膜形成温度(例如1500摄氏度至1800摄氏度)，仍有可能有效地抑制膜形成气体和反应产物附着至晶舟绝缘部分34的表面并且减少在处理室44内生成的颗粒的量。在膜形成步骤中处理室44内的压强(处理压强)被设定为落入例如从1330Pa至13300Pa的范围内。由质量流控制器261b控制的SiH4气体的流速被设定为落入例如从lOOsccm至300SCCm的范围内。由质量流控制器271b控制的C3H8气体的流速被设定为落入例如从IOsccm至lOOsccm的范围内。由质量流控制器291b控制的HCL气体的流速被设定为落入例如从IOOsccm至IOOOsccm的范围内。如果在过去指定时间段之后形成具有指定厚度的SiC膜，则关闭阀门261c和271c并且停止向晶片14的容纳区域供应SiH4气体和C3H8气体。关闭阀门291c并且停止向晶舟绝缘部分34的容纳区域供应HCL气体。停止对感应线圈50供应交变电流并且停止感应加热主体48的感应加热。(温度降低和大气压强恢复步骤)
在停止向晶片14的容纳区域供应膜形成气体、停止向晶舟绝缘部分34的容纳区域供应HCL气体以及停止向感应线圈50供应交变电流之后，晶舟30保持为待命状态，直至晶片14的温度从处理刚结束时的温度(例如1500摄氏度至1800摄氏度)降低至指定传递温度(例如500摄氏度至800摄氏度，这是加载锁定室110的耐热温度)。图6C示出了如下状态，其中晶舟30在处理室44内保持为待命状态。通过从晶舟30通过晶舟绝缘部分34的热传送逐渐地执行晶片14的温度降低。此时，从第一气体供应单元供应作为第一冷却气体的H2气体，这使得有可能加速晶片14的冷却。换言之，在对处理室44的内部排空的同时，打开阀门262c和272c并且允许具有增加的热交换速率的H2气体朝晶片14的表面流动。这使得有可能加速在晶片14和H2气体之间的热交换并且有可能更快速地降低晶片14的温度。然而，本发明人通过深入研究已经发现如果在晶舟30之下提供晶舟绝缘部分34，则可以阻碍晶片14的热耗散并且温度降低步骤所需的时间可能更长，这可能降低衬底处理产率。供应的用于加速温度降低的作为第一冷却气体的H2气体通过与晶片14接触并且与其热交换而变热。热的H2气体朝晶舟绝缘部分34流动并且增加晶舟绝缘部分34的温度。作为结果，阻碍了通过晶舟绝缘部分34的热传送，并且由来自晶舟绝缘部分34的辐射热量再次加热晶片14。例如，如果在晶舟30之下提供晶舟绝缘部分34，则降低晶片14的温度至传递温度(例如500摄氏度至800摄氏度)需要长达100分钟至150分钟的延长的时间段。在本实施例中，当降低晶片14的温度时，即当向晶片14供应作为第一冷却气体的H2气体时，还从第二气体供应单元供应作为第二冷却气体的H2气体，从而防止在晶舟绝缘部分34中的温度上升。换言之，在对处理室44的内部排空时，打开阀门262c和272c并且还打开阀门292c，从而使得作为第二冷却气体的H2气体可以朝晶舟绝缘部分34的侧壁流动。因此，即使由与晶片14的热交换而变热的H2气体沿晶舟绝缘部分34的侧壁流动，仍有可能有效地防止在晶舟绝缘部分34中的温度上升。因此，有可能缩短温度降低步骤所需的时间并且提高衬底处理产率。温度降低期间处理室44内的压强被设定为落入例如从IOOOPa至3000Pa的范围内。由质量流控制器262b控制的H2气体的流速被设定为落入例如从3000SCCm至lOOOOsccm的范围内。由质量流控制器272b控制的H2气体的流速被设定为落入例如从3000SCCm至lOOOOsccm的范围内。由质量流控制器292b控制的H2气体的流速被设定为落入例如从lOOOOsccm 至 lOOOOOsccm 的范围内。
如果在过去指定时间段之后晶片14和晶舟30的温度降低至指定的晶舟卸载温度(例如500摄氏度至800摄氏度)，则关闭阀门262c和272c以停止向处理室44内供应H2气体，并且打开阀门263c和273c以开始向处理室44内供应作为第三冷却气体的Ar气体。同时地，关闭阀门292c以停止向晶舟绝缘部分34的侧壁供应H2气体，并且打开阀门293c以开始向处理室44内供应作为第四冷却气体的Ar气体。此外，打开阀门280c以开始向处理室44内供应作为吹扫气体的Ar气体。之后，调整APC阀门214的打开程度，从而使得处理室44内的压强可以恢复至大气压强。(卸载步骤)在通过Ar气体吹扫处理室44的内部之后并且在处理室44内的压强恢复至大气压强之后，操作晶舟升降机115以开始从处理室44的内部卸载晶舟30。图6D示出了如下状态，其中晶舟30被卸载。在卸载晶舟30的过程期间，开始从第三气体供应单元供应作为第五冷却气体的Ar气体，同时连续地执行向处理室44内供应Ar气体(第三冷却气体、第四冷却气体和吹扫 气体)，从而连续地冷却被传递的晶片14。为了加速加载锁定室110内的晶片14的冷却，在一些实施例中，优选的是，在卸载步骤中从第三气体供应单元供应的Ar气体(第五冷却气体)的流速被设定为大于在加载步骤至温度降低步骤中从第三气体供应单元供应的Ar气体(吹扫气体)的流速。就防止颗粒从加载锁定室110内部扩散进入处理室44的角度而言，在一些实施例中，优选的是，在卸载步骤中，供应进入加载锁定室110的Ar气体的流速设定为小于供应进入处理室44的Ar气体的流速。(卸载后冷却步骤)在卸载晶舟30之后，关闭炉喉闸板219a以不透气地密封处理室44的内部(处理炉40的开口)。图6E示出了如下状态，其中晶舟30被完全卸载。接着，持续待命状态，直至晶片14的温度从晶舟卸载温度(例如500摄氏度至800摄氏度)降低至指定的晶片传递温度(例如常温至80摄氏度)。此时，可以通过从第三气体供应单元连续供应作为第五冷却气体的Ar气体来加速晶片14的冷却。由于炉喉闸板219a此时保持为关闭，因此供应进入加载锁定室110的Ar气体的流速可能会大于在卸载步骤中供应进入加载锁定室110的Ar气体的流速。这使得有可能进一步加速晶片14的冷却。在晶片14的温度下降至指定的晶片传递温度(例如80摄氏度)之后，停止将Ar气体供应进入加载锁定室110。温度降低的晶片14从晶舟30取出并且以与前述顺序相反的顺序被接收于空的晶片盒16内。晶片14被传递至另一衬底处理装置以用于执行其他衬底处理步骤。因此，本实施例的衬底处理步骤结束。(3)本实施例所提供的效果本实施例提供下述的一个或多个效果。(a)使用本实施例，提供了用于从下方支撑晶舟30的晶舟绝缘部分34。晶舟绝缘部分34由耐热材料(例如石英(SiO2)或碳化硅(SiC))制成，并且形成为例如中空圆柱形。因此，晶舟绝缘部分34充当热绝缘机构，其使得由感应主体48加热的晶舟30(晶片14)的热量难于传送至处理炉40的下侧。通过允许晶舟绝缘部分34充当热绝缘机构，有可能减少对位于处理炉40之下的组成构件(例如多支管43、密封帽219、转动机构104和加载锁定室110等)的热损害。(b)使用本实施例，当执行膜形成步骤时，从第二气体供应单元向晶舟绝缘部分34供应膜形成抑制气体(例如HCL气体)。这使得有可能防止膜形成气体和反应产物附着至晶舟绝缘部分34。换言之，即使晶舟绝缘部分34的侧壁温度低于膜形成温度(例如1500摄氏度至1800摄氏度)，仍有可能有效地抑制膜形成气体和反应产物附着至晶舟绝缘部分34的表面并且减少处理室44内生成的颗粒的量。
从第二气体供应单元供应的膜形成抑制气体不仅扩散至晶舟绝缘部分34还扩散至感应包围晶舟绝缘部分34的加热主体48的表面和处理室44的内壁。使用本实施例，因此不仅有可能有效地抑制膜形成气体附着至晶舟绝缘部分34的侧壁，还有可能抑制膜形成气体附着至包围晶舟绝缘部分34的感应加热主体48。由于膜形成气体附着到晶舟绝缘部分34的表面可以通过上述的供应膜形成抑制气体来有效地得以抑制，因此在执行膜形成步骤时可以主动地冷却晶舟绝缘部分34。更具体而言，可以有可能向晶舟绝缘部分34的表面供应膜形成抑制气体和第二冷却气体或者向晶舟绝缘部分34的内部供应指定冷却气体(热交换气体)。通过如此行事，进一步增强由晶舟绝缘部分34提供的热绝缘效果并且进一步减少对位于处理炉40之下的构成构件的热损害是有可能的。(c)使用本实施例，当执行温度降低步骤时，从第一气体供应单元向晶片14供应第一冷却气体(例如H2气体)。这使得有可能加速晶片14的冷却并且提高衬底处理产率。如果使用具有提高的热交换速率的H2气体作为第一冷却气体，则有可能更为快速地降低形成有膜的晶片14的温度。还有可能降低第一冷却气体的流速并且减少对形成在晶片14上的SiC膜的损害。(d)使用本实施例，当在温度降低步骤中向晶片14供应第一冷却气体时，从第二气体供应单元向晶舟绝缘部分34供应第二冷却气体(例如H2气体)。因此，即使因与晶片14热交换而变热的第一冷却气体沿着晶舟绝缘部分34的侧壁流动，仍有可能有效地防止晶舟绝缘部分34中的温度上升。作为结果，有可能缩短温度降低步骤所需的时间并且提高衬底处理产率。如果使用具有增加的热交换速率的H2气体作为的第二冷却气体，则有可能有效地防止晶舟绝缘部分34中的温度上升。还有可能降低第二冷却气体的流速以及抑制附着材料从晶舟绝缘部分34的分离或颗粒扩散。(e)使用本实施例，当执行卸载步骤时，从第三气体供应单元向加载锁定室110内供应第五冷却气体(例如Ar气体)。作为第五冷却气体的Ar气体的流速被设定为高于加载步骤至温度降低步骤的从第三气体供应单元供应的作为吹扫气体的Ar气体的流速。这使得有可能进一步加速卸载步骤中晶片14的冷却。(f)使用本实施例，在完成卸载步骤和关闭炉喉闸板219a之后，供应进入加载锁定室Iio的作为第五冷却气体的Ar气体的流速被设定为大于在卸载步骤中作为第五冷却气体的Ar气体的流速。这使得有可能进一步加速未卸载的晶片14的冷却。(g)使用本实施例，在加载步骤和卸载步骤中从第三气体供应单元供应进入处理室44的Ar气体的流速被设定为大于供应进入加载锁定室110的作为第五冷却气体的Ar气体的流速。这使得有可能在加载步骤和卸载步骤中生成从处理室44的内部朝加载锁定室110流动的气体流，并且防止颗粒从加载锁定室110的内部扩散进入处理室44。〈第二实施例〉在上述的第一实施例中，第二气体供应单元的管嘴90形成为类杆形。然而，本公开并不限于第一实施例。图8A是显示了根据本公开的第二实施例的第二气体供应单元的管嘴401的侧截面图，并且图8B是其立体图。如图8A和图SB所示，根据本实施例的第二气体供应单元的管嘴401形成为包围晶舟绝缘部分34的上延伸的环形。换言之，管嘴401形成为类C形的中空圆柱截面形状以仅包围晶舟绝缘部分34的上延伸。管嘴401由热交换部分401c从下方支撑。热交换部分401c与管嘴401相似地形成为类C形的中空圆柱截面形状。作为指定冷却气体(热交换气体)的惰性气体(例如N2气体或Ar气体)被供应进入热交换部分401c的中空空间。例如在管嘴401的底部中形成一个或多个气体入口孔401b。气体入口路径401d的下游端连接至气体入口孔401b，通过气体入口路径401d供应膜形成抑制气体、第二冷却气体、第四冷却气体和吹扫气体进入管嘴401。在热交换部分401c内限定气体入口路径401d。上述的气体供应管道290的下游端连接至气体入口路径401d的上游端。在管嘴401的内圆周壁上形成一个或多个气体供应孔401a，通过该一个或多个气体供应孔401a朝晶舟绝缘部分34的上侧表面水平地供应气体。在一些实施例中，气体供应孔401a在圆周方向上以规律间隔布置。使用该配置，有可能使得膜形成抑制气体和其他气体沿晶舟绝缘部分34的圆周方向均匀地流动。还有可能使得从第一气体供应单元向晶片14供应的各种气体的向下的流动路径变窄。换言之，有可能可靠地使热的气体与晶舟绝缘部分34的侧表面和热交换部分401c的内圆周壁接触。这使得有可能促进晶舟绝缘部分34和热交换部分401c与热的气体的热交换，从而有效地冷却热的气体以及降低对位于处理炉40之下的构成构件的热损害。如果通过供应诸如N2气体或Ar气体之类的惰性气体进入热交换部分401c而将热交换部分401c的内圆周壁冷却，则有可能进一步加速热的气体和热交换部分401c之间的热交换，以及以更为可靠的方式减少热损害。如果像本实施例一样,仅朝晶舟绝缘部分34的上延伸供应膜形成抑制气体,则有可能有效地抑制晶舟绝缘部分34的损害。换言之，膜形成抑制气体朝晶舟绝缘部分34的下侧流动。在从晶舟绝缘部分34的上延伸和下延伸以一致的流速供应膜形成抑制气体的假设情形中，从晶舟绝缘部分34的上延伸供应的膜形成抑制气体与从晶舟绝缘部分34的下延伸供应的膜形成抑制气体合并。因此，晶舟绝缘部分34的下延伸暴露给大量膜形成抑制气体并被损害。然而在本实施例中，仅从晶舟绝缘部分34的上延伸供应膜形成抑制气体。这使得有可能避免上述问题。在本实施例中，已描述了管嘴401和热交换部分401c形成为类C形的中空圆柱形的情形。然而，本公开并不限于本实施例。换言之，类C形管嘴401的圆周端部分可以结合于一起，从而使得管嘴401可以具有环形的截面。这使得有可能使气体供应流速和流动路径在晶舟绝缘部分34的整个圆周区域上的截面面积均匀。还有可能使晶舟绝缘部分34的冷却效率和膜形成抑制效果均匀。〈第三实施例〉在上述第二实施例中，第二气体供应单元的管嘴401形成为环形以包围晶舟绝缘部分34的上延伸。然而，本公开并不限于第二实施例。图9A是显示了根据本公开的第三实施例的第二气体供应单元的管嘴402的侧截 面图，而图9B是其立体图。如图9A和图9B所示，根据本实施例的第二气体供应单元的管嘴402形成为包围晶舟绝缘部分34的竖直整体区域的环管形。换言之，管嘴402形成为在圆周方向和竖直方向上包围晶舟绝缘部分34的广阔区域的类C形的中空圆柱截面形。在管嘴402的内圆周壁上形成一个或多个气体供应孔402a，通过该气体供应孔402a朝晶舟绝缘部分34的整个侧区域水平地供应气体。在一些实施例中，在圆周方向上以规律的间隔并且在竖直方向上以指定的间隔布置气体供应孔402a。例如在管嘴402的底部部分中限定气体入口孔402b。气体供应管道290的下游端连接至气体入口孔402b，通过该气体供应管道290供应膜形成抑制气体、第二冷却气体、第四冷却气体和吹扫气体进入管嘴402。 使用该配置，有可能使得膜形成抑制气体和其他气体在晶舟绝缘部分34的圆周方向上均匀地流动。还有可能使从第一气体供应单元向晶片14供应的各种气体的向下的流动路径变窄。换言之，有可能使得热的气体与晶舟绝缘部分34的侧表面和管嘴402的内圆周壁可靠地接触。这使得有可能促进晶舟绝缘部分34和管嘴402与热的气体的热交换，从而有效地冷却热的气体并且减少对位于处理炉40之下的构成构件的热损害。具体而言，如果通过供应第二冷却气体或第四冷却气体进入管嘴402而将管嘴402的内圆周壁冷却，则有可能进一步加速热的气体和管嘴402之间的热交换并且以更为可靠的方式减少热损害。在本实施例中，气体供应孔402a的直径可以改变，从而使得供应至晶舟绝缘部分34的上延伸的膜形成抑制气体的流速可以小于供应至晶舟绝缘部分34的下延伸的膜形成抑制气体的流速。这使得即使当从晶舟绝缘部分34的上延伸供应的膜形成抑制气体与从晶舟绝缘部分34的下延伸供应的膜形成抑制气体合并时，仍有可能有效地抑制晶舟绝缘部分34的损害。在本实施例中，已经描述了管嘴402形成为类C形的中空圆柱形。然而，本公开不限于本实施例。换言之，类C形管嘴402的圆周端部可以结合在一起，从而使得管嘴402可以具有圆环形截面。这使得有可能使气体供应流速和流动路径在晶舟绝缘部分34的整个圆周区域上的截面面积均匀。还有可能使得晶舟绝缘部分34的冷却效率和膜形成抑制效果均匀。〈其他一些实施例〉虽然上面详细描述了本公开的某些实施例，但是本公开并不限于这些实施例，而是可以在不偏离本公开的范围和精神实质的前提下以许多不同的形式修改。作为一个示例，在本公开的膜形成步骤中从第二气体供应单元不仅可以供应膜形成抑制气体还可以供应第二冷却气体。由于膜形成抑制气体的供应可以有效地抑制膜形成气体附着至晶舟绝缘部分34的表面，因此有可能在执行膜形成步骤时主动地冷却晶舟绝缘部分34(除了冷却之外，还有可能有效地抑制膜形成气体附着至晶舟绝缘部分34)。结果，有可能进一步增强由晶舟绝缘部分34提供的热绝缘效果并且进一步减少对位于处理炉40之下的构成构件的热损害。作为一个附加的示例，根据本公开的温度降低步骤不限于同时开始从第一气体供应单元供应第一冷却气体和从第二气体供应单元供应第二冷却气体的情形。例如，在温度降低步骤中，可以首先开始仅从第二气体供应单元供应H2气体，并且晶舟30和晶片14的温度可以由通过晶舟绝缘部分34的热传送而降低至例如约1200摄氏度。之后，可以开始从第一气体供应单元供应H2气体。这使得有可能防止晶舟30和晶片14从刚处理之后的温度(1500摄氏度至1800摄氏度)突然冷却，并且有可能减少可能由热应力导致的对晶舟30和晶片14的损害。作为一个附加的示例，作为对H2气体的替代，诸如Ar气体等的稀有气体或N2气体可以用作根据本公开的第一冷却气体和第二冷却气体。如果具有提高的热交换速率的4气体用作第一冷却气体和第二冷却气体，则有可能增加上述的温度降低效率并且降低第一冷却气体和第二冷却气体的流速。在具有低于H2气体的热交换速率的其他气体被用作第一冷却气体和第二冷却气体的情形中，有可能防止SiC膜、晶片14、晶舟30和晶舟绝缘部分34的温度的突然下降，并且有可能减少对SiC膜、晶片14、晶舟30和晶舟绝缘部分34的损害。在供应第一冷却气体和第二冷却气体的过程期间，可以改变第一冷却气体和第二冷却气体的种类。例如，在温度降低步骤的早期阶段中可以使用诸如Ar气体之类的惰性气体。在温度被降低至指定温度之后，可以使用H2气体来替代Ar气体。在一些实施例中，优选的是，在卸载晶舟30之前由Ar气体替代H2气体，从而降低处理室44内的H2浓度。作为一个附加示例，作为对Ar气体的替代，可以有可能使用诸如氦(He)气体、氖 (Ne)气体、氪(Kr)气体或氙(Xe)气体之类的稀有气体或N2气体作为第三冷却气体、第四冷却气体和第五冷却气体。作为一个附加的示例，作为上述氯化氢(HCL)气体的替代，诸如氯(Cl2)气体等的其他卤素气体可以用作膜形成抑制气体。作为附加的示例，作为对上述的硅烷(SiH4)气体的替代，可以使用乙硅烷(Si2H6)气体或丙娃烧(Si3H8)气体作为含娃气体。此外，含娃和氯的气体(例如四氯化娃(SiC14)气体、三氯硅烷(SiHCl3，通常称为“TCS”)气体或二氯甲硅烷(SiH2Cl2，通常称为“DCS”))可以被用为含娃气体。作为附加的示例，作为对上述的丙烷(C3H8)气体的替代，可以使用诸如乙烯(C2H4)气体、乙炔(C2H2)气体等之类的其他含碳气体作为含碳气体。在前述实施例中，已描述将本公开应用至SiC外延生长装置的情形。然而，本公开并不限于前述实施例。本公开并不意味着可以应用至用于加热处理室内部和处理衬底的所有种类的衬底处理装置。此外，该加热方法并不限于前述实施例中示出的感应加热方法。例如，在本公开中可以运用诸如电阻器加热方法和灯照射加热方法之类的其他加热方法。然而，本公开在应用至用于加热处理室内部的温度至超高温度的衬底处理装置时可以提供显著效果。本公开在应用至运用感应加热方法的衬底处理装置时可以提供尤其显著的效果。在下文中将附加地陈述本公开的一些方面。本公开的第一方面可以一种衬底处理装置，包括处理室，配置成处理多个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；以及第二气体供应单元，配置成至少向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应指定气体。根据第一方面的衬底处理装置还可以包括第一气体供应单元，配置成向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体。根据本公开的第二方面可以提供一种衬底处理装置，包括处理室，配置成处理多个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；第一气体供应单元，配置成向处理室内的衬底容纳区域至少供应膜形成气体；第二气体供应单元，配置成向处理室内的热绝缘部分容纳区域至少供应冷却气体；以及控制单元，配置成至少控制加热单元、第一气体供应单元和第二气体供应单元，该控制单元配置成通过使得加热单元开始加热操作从而提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始供应膜形成气体而在衬底上形成指定薄膜；以及继而通过停止由加热单元执行的加热操作并且停止从第一气体供应单元的膜形成气体的供应并且使得第二气体供应单元开始供应冷却气体来降低衬底的温度。根据本公开的第三方面可以提供一种衬底处理装置，包括处理室，配置成处理多个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；第一气体供应单元，配置成向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体；第二气 体供应单元，配置成向处理室内的热绝缘部分容纳区域至少供应膜形成抑制气体；以及控制单元，配置成至少控制加热单元、第一气体供应单元和第二气体供应单元，控制单元配置成通过使得加热单元开始加热操作、提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始供应膜形成气体而在衬底上形成指定薄膜；控制单元配置成在形成薄膜时使得第二气体供应单元供应膜形成抑制气体。第一气体供应单元可以包括在加热单元和衬底保持物之间的区域中提供的一个或多个第一管嘴。可以在第一管嘴的侧部中形成一个或多个气体供应孔，通过该一个或多个气体供应孔朝处理室内的衬底容纳区域的一侧水平地供应膜形成气体。第二气体供应单元可以包括在加热单元和热绝缘部分之间的区域中提供的一个或多个第二管嘴。可以在第二管嘴的侧部中形成一个或多个气体供应孔，通过该一个或多个气体供应孔朝热绝缘部分的一侧水平地供应指定气体。第二气体供应单元可以包括在加热单元和热绝缘部分之间的区域中提供的、用以包围热绝缘部分的上延伸的环形的第二管嘴。可以在第二管嘴的内圆周壁中形成一个或多个气体供应孔，通过该一个或多个气体供应孔朝热绝缘部分的上侧表面水平地供应指定气体。第二气体供应单元可以包括在加热单元和热绝缘部分之间的区域中提供的、用以包围所述热绝缘部分的竖直的整个区域的环形管形状的第二管嘴。可以在第二管嘴的内圆周壁中形成一个或多个气体供应孔，通过该一个或多个气体供应孔朝热绝缘部分的整个侧区域水平地供应指定气体。根据本公开的第四方面，提供了一种衬底处理装置，包括处理室，配置成处理多个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；预备室，配置成容纳从处理室卸载的衬底保持物；第一气体供应单元，配置成向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体、第一冷却气体和第三冷却气体；第二气体供应单元，配置成向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应膜形成抑制气体、第二冷却气体和第四冷却气体；第三气体供应单元，配置成向预备室内的衬底容纳区域供应第五冷却气体；以及控制单元，配置成至少控制加热单元、第一气体供应单元、第二气体供应单元、第三气体供应单元，控制单元配置成顺序地执行使得加热单元开始加热操作、提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始供应膜形成气体而在衬底上形成指定薄膜的工艺；通过如下操作来使衬底温度降低至指定卸载温度的工艺，即停止由加热单元执行的加热操作并且停止由第一气体供应单元执行的膜形成气体的供应、开始由第一气体供应单元执行的第一冷却气体的供应和由第二气体供应单元执行的第二冷却气体的供应、通过使得第三气体供应单元开始以第一流速供应第五冷却气体来吹扫预备室；以及如下工艺，即在衬底的温度降低至卸载温度之后开始由第一气体供应单元执行的第三冷却气体的供应以及由第二气体供应单元执行的第四冷却气体的供应，使得第三气体供应单元开始以大于第一流速的第二流速供应第五冷却气体，并且从处理室卸载衬底保持物进入预备室。控制单元可以配置成在从处理室内部卸载衬底保持物进入预备室时，将从第三气体供应单元供应的第五冷却气体的流速设定为高于从第一气体供应单元供应的第三冷却气体和从第二气体供应单元供应的第四冷却气体的总流速。
控制单元可以配置成在完成将衬底保持物卸载进入预备室并且不透气地密封处理室的内部之后，执行如下工艺，即通过使得第三气体供应单元开始以高于第二流速的第三流速供应第五冷却气体来进一步降低衬底的温度。膜形成抑制气体可以优选地是含氯的气体。第一冷却气体和第二冷却气体可以是含氢的气体。第三冷却气体、第四冷却气体和第五冷却气体可以是惰性气体。本公开的第五方面可以提供一种半导体器件制造方法，包括在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，热绝缘部分配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；通过使得提供为包围处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作、提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体而在衬底上形成指定的薄膜；以及通过停止由加热单元执行的加热操作并且停止由第一气体供应单元执行的膜形成气体的供应并且使得第二气体供应单元开始向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应冷却气体来降低衬底的温度。本公开的第六方面可以提供一种半导体器件制造方法，包括在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，热绝缘部分配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；以及通过使得提供为包围处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作、提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体而在衬底上形成指定的薄膜；其中在形成薄膜时从第二气体供应单元向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应膜形成抑制气体。本公开的第七方面可以提供一种半导体器件制造方法，包括在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，热绝缘部分配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；通过使得提供为包围处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作、提升衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体而在衬底上形成指定的薄膜；通过如下操作来使衬底温度降低至指定卸载温度，即停止由加热单元执行的加热操作并且停止由第一气体供应单元执行的膜形成气体的供应、开始由第一气体供应单元执行的第一冷却气体的供应和由第二气体供应单元执行的向处理室内的热绝缘部分容纳区域的第二冷却气体的供应、以及通过使得第三气体供应单元开始以第一流速供应第五冷却气体进入容纳从处理室卸载的衬底保持物的预备室来吹扫预备室；在衬底的温度降低至卸载温度之后开始由第一气体供应单元执行的第三冷却气体的供应和由第二气体供应单元执行的第四冷却气体的供应、使得第三气体供应单元以高于第一流速的第二流速连续地供应第五冷却气体、以及将衬底保持物从处理室卸载进入预备室；以及在完成将衬底保持物卸载进入预备室并且不透气地密封处理室的内部之后通过使得第三气体供应单元以高于第二流速的第三流速连续地供应第五冷却气体来进一步降低衬底的温度。 使用根据本公开的衬底处理装置和半导体器件制造方法，在一些实施例中可以通过加速在降低衬底温度时的热耗散来提高衬底处理产率并且通过抑制在膜形成步骤期间在处理室内的外来材料的生成而提高衬底处理质量。虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅通过示例的方式展示，而非旨在限制公开的范围。实际上，本文描述的新装置和方法可以以各种其他形式体现；此外，在不偏离本公开的精神的前提下，可以做出以本文描述的实施例的形式的各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等同范围旨在覆盖将落入本公开的范围和精神实质的这些形式或修改。
权利要求
1.一种衬底处理装置，包括 处理室，配置成处理多个衬底； 衬底保持物，容纳于所述处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持所述衬底； 热绝缘部分，配置成在所述处理室内从下方支撑所述衬底保持物； 加热单元，包围所述处理室内的衬底容纳区域；以及 气体供应系统，配置成至少向所述处理室内的热绝缘部分容纳区域供应指定气体。
2.一种衬底处理装置，包括 处理室，配置成处理多个衬底； 衬底保持物，容纳于所述处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持所述衬底； 热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑所述衬底保持物； 加热单元，包围所述处理室内的衬底容纳区域； 第一气体供应单元，配置成向所述处理室内的所述衬底容纳区域至少供应膜形成气体； 第二气体供应单元，配置成向所述处理室内的热绝缘部分容纳区域至少供应冷却气体；以及 控制单元，配置成至少控制所述加热单元、所述第一气体供应单元和所述第二气体供应单元，所述控制单元配置成通过使得所述加热单元开始加热操作、提升所述衬底的温度至指定温度并且使得所述第一气体供应单元开始供应所述膜形成气体而在所述衬底上形成指定薄膜；以及继而通过停止由所述加热单元执行的加热操作并且停止从所述第一气体供应单元的所述膜形成气体的供应并且使得所述第二气体供应单元开始供应所述冷却气体来降低所述衬底的温度。
3.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其中所述第一气体供应单元包括 在所述加热单元和所述衬底保持物之间的区域中提供的一个或多个第一管嘴；以及 在所述第一管嘴的侧部中提供的一个或多个气体供应孔，通过所述一个或多个气体供应孔朝所述处理室内的所述衬底容纳区域的一侧水平地供应所述膜形成气体。
4.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其中所述第二气体供应单元包括 在所述加热单元和所述热绝缘部分之间的区域中提供的一个或多个第二管嘴；以及在所述第二管嘴的侧部中提供的一个或多个气体供应孔，通过所述一个或多个气体供应孔朝所述热绝缘部分的一侧水平地供应所述冷却气体。
5.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其中所述第二气体供应单元包括 在所述加热单元和所述热绝缘部分之间的区域中提供的、用以包围所述热绝缘部分的上延伸的环形的第二管嘴，以及 在所述第二管嘴的内圆周壁中提供的一个或多个气体供应孔，通过所述一个或多个气体供应孔朝所述热绝缘部分的上侧表面水平地供应所述冷却气体。
6.根据权利要求2所述的衬底处理装置，其中所述第二气体供应单元包括 在所述加热单元和所述热绝缘部分之间的区域中提供的、用以包围所述热绝缘部分的竖直的整个区域的环形管形状的第二管嘴，以及 在所述第二管嘴的内圆周壁中提供的一个或多个气体供应孔，通过所述一个或多个气体供应孔朝所述热绝缘部分的整个侧区域水平地供应所述冷却气体。
7.一种衬底处理装置，包括 处理室，配置成处理多个衬底； 衬底保持物，容纳于所述处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持所述衬底； 热绝缘部分，配置成在所述处理室内从下方支 撑所述衬底保持物； 加热单元，包围所述处理室内的衬底容纳区域； 第一气体供应单元，配置成向所述处理室内的所述衬底容纳区域供应膜形成气体；第二气体供应单元，配置成向所述处理室内的热绝缘部分容纳区域至少供应膜形成抑制气体；以及 控制单元，配置成至少控制所述加热单元、所述第一气体供应单元和所述第二气体供应单元，所述控制单元配置成通过使得所述加热单元开始加热操作、提升所述衬底的温度至指定温度并且使得所述第一气体供应单元开始供应所述膜形成气体而在所述衬底上形成指定薄膜；所述控制单元配置成在形成所述薄膜时使得所述第二气体供应单元供应所述膜形成抑制气体。
8.一种半导体器件制造方法，包括 在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，所述衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，所述热绝缘部分配置成在所述处理室内从下方支撑所述衬底保持物； 通过使得提供为包围所述处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作、提升所述衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向所述处理室内的所述衬底容纳区域供应膜形成气体而在所述衬底上形成指定的薄膜；以及 通过停止由所述加热单元执行的所述加热操作并且停止由所述第一气体供应单元执行的所述膜形成气体的供应并且使得第二气体供应单元开始向所述处理室内的热绝缘部分容纳区域供应冷却气体来降低所述衬底的温度。
9.一种半导体器件制造方法，包括在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，所述衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，所述热绝缘部分配置成在所述处理室内从下方支撑所述衬底保持物；以及通过使得提供为包围所述处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作、提升所述衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向所述处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体而在所述衬底上形成指定的薄膜； 其中在形成所述薄膜时从第二气体供应单元向所述处理室内的热绝缘部分容纳区域供应膜形成抑制气体。
10.一种衬底处理方法,包括 在处理室内容纳衬底保持物和热绝缘部分，所述衬底保持物配置成以竖直分隔的关系保持多个衬底，所述热绝缘部分配置成在所述处理室内从下方支撑所述衬底保持物；以及通过使得提供为包围所述处理室内的衬底容纳区域的加热单元开始加热操作、提升所述衬底的温度至指定温度并且使得第一气体供应单元开始向所述处理室内的衬底容纳区域供应膜形成气体而在所述衬底上形成指定的薄膜，其中当形成所述薄膜时从第二气体供应单元向所述处理室内的热绝缘部分容纳区域供应膜形成抑制气体。
全文摘要
本发明的实施例涉及衬底处理装置和方法以及半导体器件制造方法。衬底处理装置包括处理室，配置成处理多个衬底；衬底保持物，容纳于处理室内并且配置成以竖直分隔的关系保持衬底；热绝缘部分，配置成在处理室内从下方支撑衬底保持物；加热单元，提供为包围处理室内的衬底容纳区域；以及气体供应系统，配置成至少向处理室内的热绝缘部分容纳区域供应指定气体。
文档编号C23C16/455GK102646617SQ20121004177
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月20日 优先权日2011年2月18日
发明者今井义则, 佐藤明博, 室林正季, 山口天和, 白子贤治, 西堂周平 申请人:株式会社日立国际电气