TWI463546B - 半導體製程用之反應管及熱處理設備 - Google Patents

半導體製程用之反應管及熱處理設備 Download PDF

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TWI463546B
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Hirofumi Kaneko
Hisashi Inoue
Keishi Shionaga
Shingo Hishiya
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Description

半導體製程用之反應管及熱處理設備
本發明係關於半導體製程用之反應管,其用以在真空氣壓下在目標物上執行製程,以及關於使用該反應管之熱處理設備。在此使用之『半導體製程』用語包含各種用以執行在目標物上,以預定的圖案,藉由形成半導體層、絕緣層、以及導體層,而製造半導體元件或具有線路層、電極等以連接半導體元件的結構之製程,其中該目標物諸如半導體晶圓以及使用在例如LCD(液晶顯示器)的FPD(平面顯示器)之玻璃基板。
圖12係一顯示使用在半導體製造系統之垂直熱處理設備(垂直爐)的例子之視圖。該設備包含一在下側具有排氣埠105之垂直石英反應管101。當執行一預定的熱處理,具若干半導體晶圓(其可能簡稱為晶圓)W間隔堆放其上之晶舟145載入反應管101中,然後以套蓋143a氣密地關閉該反應管101。然後,當一處理氣體供應進入反應管101中同時,該反應管101內部以加熱器102加熱。針對這種反應管有各種型式的氣體供應結構。在此例中,一垂直窄長的氣體供應輸送導管106裝設至反應管101之外表面,而且在該反應管101之壁面形成孔洞107,以使得氣體從輸送管經孔洞107供應進入該反應管101。
在垂直熱處理設備中執行的熱處理包含在真空氣壓下執行的製程,諸如CVD(化學氣相沉積)、ALD(原子層沉積)、以及退火。上述的垂直熱處理設備係用以執行這些熱處理。
由於當反應管101內部的壓力設定為真空而產生其內外的壓差,使反應管101遭受一指向內的應力。因此,在反應管101之側壁與封閉端壁面之間的接面產生應力集中,而可能引起一導致反應管內爆(由於內外的壓差使反應管101向內破裂)之破壞應力。為預防此問題,習用之反應管的構造使封閉端壁面具有向外凸出的半圓球形以藉半圓球形的圓狀隅而分散應力。
然而當在習用之反應管101內執行熱處理,如圖13所示,晶圓W的熱從反應管101經半圓球形內的空間103向上釋放,因此晶圓W在接近其中央的溫度降低。此外,從反應管101側壁供應的處理氣體不是整體迅速地流入處理晶圓W用之處理場域120,而是部分流入上部空間103。由於上部空間103係半圓球形因而其相當寬闊,流經此處之部分的處理氣體具有較低的流速,所以停留在上部空間103較長的時間以及與在處理場域120之內部部分的處理氣體比起來較為分解。於此情況中,該氣體的分解部分較多流動環繞於靠近上部空間103之晶圓W之周圍部分。因此,在這些晶圓W的周圍上薄膜形成的速率較高而劣化在這些晶圓W上的平坦均勻度。此外,當該氣體的分解部分較多流動於靠近上部空間103之晶圓W之周圍部分時,這些晶圓W的平均薄膜厚度變得大於這些晶圓W下方之晶圓W的平均薄膜厚度,故晶圓間薄膜厚度之均勻度亦可能劣化。
為解決上述的問題,存在有一個包含配置在晶舟上的隔熱體以防止熱從上側的晶圓W釋放之習用的熱處理設備(日本公開專利公報第2004-111715號(專利文件1:第0030段以及圖1))。根據此專利文件1之熱處理設備,隔熱體防止上側之晶圓W的溫度改變。然而,氣體仍然會停留在上部空間,故晶圓間薄膜厚度之均勻度亦可能劣化。再者,晶舟需要增長對應於隔熱體長度之長度,因此增加該設備的大小。再者,由於反應生成物成分與隔熱體之熱膨脹收縮係數的差異,使沉積在隔熱體上之反應生成物成分可能剝落而產生微粒。此外,由於熱衝擊,隔熱體可能破裂。
本發明之目的係要提供:一反應管,其具有平的封閉端壁面,但當其設置在真空狀態時不會引起內爆、以及一設有該反應管的熱處理設備,其可以執行具有高均勻度的熱處理。
根據本發明的第一實施態樣,提供一半導體製程用之反應管,以在真空狀態下在多數個間隔堆放之目標物上執行熱處理,該反應管以電性絕緣以及隔熱材料一體地製成,且包含:一圓柱形 的側壁,其在下端具有一負載埠,用以將目標物裝載至該反應管以及由該反應管卸載目標物;以及一圓形的頂壁,其封閉側壁的上端,並具有沿著垂直於側壁之軸向延伸之平的內表面,且該頂壁具有一形成於沿著側壁之外表面的周圍區域之環狀溝槽。
根據本發明的第二實施態樣,提供一半導體製程用之熱處理設備,該設備包含:一反應管,用以在真空狀態下在多數個間隔堆放之目標物上執行熱處理;一加熱器,環繞該反應管;一基板座,用以在該反應管內固持目標物;一氣體供應系統,連接到該反應管,用以供應處理氣體進入該反應管;以及一排氣系統,連接到該反應管,用以從該反應管內部真空排氣;其中該反應管以電性絕緣以及隔熱材料一體地製成,且包含:一圓柱形的側壁,其在下端具有一負載埠,用以將目標物裝載至該反應管以及由該反應管卸載目標物;以及一圓形的頂壁,其封閉側壁的上端,並具有沿著垂直於側壁之軸向延伸之平的內表面,且該頂壁具有一形成於沿著側壁之外表面的周圍區域之環狀溝槽。
本發明的其它目的以及優點將在以下的說明中提出,以及由此說明在某種程度上將更加明白,或可以藉由本發明的實施方式知悉。本發明的目的以及優點可以利用以下特別指出的機構及組合而實現與獲得。
現在將參考隨附之圖式,說明本發明的實施例。在下面的說明中,具有相同功能與配置之組成元件以相同的參考符號表示,只有必要時才會做重複的描述。
<第一實施例>
圖1係一剖面圖,概要地顯示根據本發明之第一實施例之半導體製程用之熱處理設備1。如圖1所示,此熱處理設備1包含:圓柱體21,以例如隔熱材料所製成、以及設置在沿著圓柱體21之內表面的環狀加熱器22。反應管3配置在圓柱體21之內,以電性絕緣及隔熱材料如石英一體地製成,且實質上具有圓柱形狀。反應管3在水平剖面圖中具有完美的圓形,並在一端開口(在本實 施例中的下端)以作為爐埠(輸送埠)41,且在另一端封閉(在本實施例中的上端)以作為平的封閉端30。爐埠41設有凸緣42在其周圍,並且可以藉由套蓋43以打開及封閉、藉由晶舟升降機43a以上升及下降。在本實施例中,反應管3以石英製成,但是其亦可以由其他電性絕緣及隔熱材料製成,如Si(矽)或SiC(碳化矽)。
包含若干翼片46a以及轉軸44之隔熱單元46設置在套蓋43之上。轉軸44藉由馬達M而轉動,該馬達M經由套蓋43裝設至晶舟升降機43a以作為驅動部。基板座或是晶舟45裝設至轉軸44之上側,用以間隔地在垂直方向固持多數個(如125個)基板或晶圓W。因此,藉由上升及下降套蓋43以裝載晶舟45前往反應管3及由反應管3卸載晶舟45。當在多數個晶圓W上一起同時執行熱處理時,晶舟45藉由馬達M與轉軸44一起轉動。
當執行熱處理時,晶舟45以及固持在其上之晶圓W被置放在反應管3內之處理場域10之內。此時,晶圓W之邊緣與反應管3之側壁之內表面之間的距離、以及晶舟45之頂板45a與封閉端30之內表面之間的距離,預設為盡可能的小,俾使處理氣體的流速為高以及在晶圓上之熱處理為均勻。如圖4所示,在此實施例中,晶舟45之頂板45a與封閉端30之內表面之間的距離h1預設為小於或等於晶圓W之邊緣與反應管3之圓柱形側壁3a之內表面之間的距離h2(如10mm)。在此實施例中,距離h2為10mm,但是依據相關的因素,如反應管的形狀,距離h2可能設為10mm至35mm。
如圖2所示,氣體供應輸送管60由具有垂直長窄形狀之平的套管構成,其裝設至反應管3之側壁3a之外表面,並作為氣體供應手段的一部分。氣體輸送孔洞61形成於側壁3a中對應於氣體供應輸送管60及處理場域10之位置,俾使氣體供應輸送管60經由孔洞61與反應管3相通。在此實施例中,處理氣體經由氣體供應輸送管60及氣體輸送孔洞61而供應進入反應管3之中。氣體輸送孔洞61在垂直方向上以實質上規則的間隔形成於多數個位置(例如10個位置)俾使處理氣體迅速地供應遍及整個處理場域10之 中。在此實施例中,氣體輸送孔洞61排列於一個垂直列中,但其也可以排列於多數個垂直列中,如2個垂直列。
例如,7個氣體通道73在徑向形成於凸緣42中,個別的氣體通道73之一端連接到在凸緣42根部之氣體供應輸送管60。例如,個別的氣體通道73之另一端連接到與不同氣體供應源連接的7個氣體供應線65。例如,圖1顯示二氯矽烷(SiH2Cl2)之氣體源70與氨氣(NH3)之氣體源71。氣體供應線設有包含閥與流速控制器之氣體供應硬體組72。反應管3在下側具有與排氣線53連接的排氣埠5。排氣線53設有包含蝶型閥等之壓力調節器52、以及真空排氣裝置或真空泵51。
接著,參考圖3A與3B,將詳細說明反應管3之封閉端30。圖3B省略部分的設備以釐清封閉端30之形狀。如圖3A與3B所示,密閉端30包含在另一端作為反應管3的封閉端壁面之圓形頂壁31。頂壁31具有沿著垂直於反應管3軸向延伸之平的內表面。頂壁31具有對稱的形狀,而且最好是在徑向的任何橫剖面對於反應管3之軸具有相同的對稱形狀。在上表面(外表面)上,頂壁31具有形成於中央區域之圓形凹部32、形成於周圍區域並且沿著反應管3之圓柱形側壁3a在環狀方向延伸之環狀溝槽34。環狀突出35界定於圓形凹部32與環狀溝槽34之間。圓形凹部32之側表面向上及向外傾斜,使得圓形凹部32的橫剖面形狀形成為倒梯形。環狀溝槽34之內側表面向上及向內傾斜。環狀溝槽34之外側表面向上及向外傾斜。在環狀溝槽34底部之壁面厚度小於在圓形凹部32底部之壁面厚度。
由於環狀溝槽34之外側表面係傾斜,這部分的頂壁31(環狀溝槽34的外角隅以下的部分)比起環狀溝槽34的底部有較大的壁面厚度。上升部37形成為反應管3的圓柱側壁3a之垂直延伸,而因此具有沿著頂壁31周圍邊緣延伸的環形。上升部37具有上端38,該上端38位於環狀突出35上表面之上方,並且以90°向內彎以延伸於水平方向。上升部37之上端38在頂壁31的外表面上為最高。
接著,將說明熱處理設備1之操作。首先,晶舟45以及固持在其上之125片晶圓W由晶舟升降機43a裝載進入反應管3,該反應管3藉由套蓋43氣密地封閉,並且反應管3內部的壓力藉由真空泵51降低至例如27Pa(0.2Torr)。然後,反應管3的內部藉由加熱器22加熱至預定的處理溫度,例如600℃。控制這處理溫度以使反應管3內的晶圓W具有固定的溫度(在設定的溫度±1~2%之範圍內,例如600℃±5℃)。另外,舉例而言可能控制加熱器22以在反應管3內部形成溫度傾斜。
然後,操作氣體供應硬體組72以供應處理氣體,如二氯矽烷(SiH2Cl2)與氨氣(NH3),從氣體源70與氣體源71經由氣體供應線65及氣體通道73進入氣體供應輸送管60。在被加熱同時,處理氣體在氣體供應輸送管60內部向上流動,並且經由氣體輸送孔洞61輸送進入反應管3。然後,處理氣體向下流動穿越晶圓W與反應管3之內表面間狹小的間隙,同時從此間隙向晶圓W的中央擴散,而因此氮化矽薄膜形成於晶圓W之表面。然後,藉由真空泵51,經由在反應管3下側之排氣埠,排出包含未反應部分的處理氣體及副產品之氣體。依此方式,執行一系列的薄膜形成處理。
根據熱處理設備1,如圖4所示,頂壁31具有平的形狀,以使得晶舟45的頂板45a與封閉端30的內表面之間的距離h1,小於或等於晶圓W的邊緣與反應管3的側壁3a之間的距離h2。因此,處理氣體在頂板45a與封閉端30之間的流速增加,因而防止處理氣體在晶舟45之上方停留。
因為上述的熱處理係在真空氣壓下執行,而產生反應管3內外之壓差。由於此壓差,在反應管3之頂壁31及側壁3a產生向反應管3內部的應力。在這些應力之中,施加在側壁3a上之應力藉由側壁3a之圓形管形狀而疏散,因而反應管3的側壁3a之應力集中得到舒解。另一方面,包含平的頂壁31之封閉端30,無法疏散向內的應力,而接收如在圖5中箭頭A表示的應力。頂壁31被此應力向下拉,因此連接頂壁31之側壁3a的上端接收一向反應管3中心的應力。
然而,根據本實施例,頂壁31在環狀溝槽34之下的壁面厚度設定為小於在其他部分的壁面厚度,使得應力集中發生在環狀溝槽34。此配置可以舒解在側壁3a上端之徑向地向內應力(在箭頭B表示的方向),亦即將側壁3a上端拉向內的應力。在箭頭B方向施加在環狀溝槽34上之應力傾向集中在環狀溝槽34之外角隅。然而,此外角隅設有從環狀溝槽34底部向上及向外傾斜的表面,使得壁面厚度在此位置增加。因此,在此角隅集中的應力疏散了,故而防止環狀溝槽34遭受在此產生之過度的局部應力集中。
此外,一向下及向外的應力傾向在某種程度上集中在靠近環狀溝槽34之此傾斜的表面。然而,具有上端38之上升部37由環狀溝槽34連續地向上形成,用以有效地疏散集中在靠近此傾斜的表面之應力。換言之,當一應力施加在側壁3a上,使其擴張向外,形成為側壁3a之延伸的上升部37會變形,以使其向反應管3之中心倒下。然後,在均勻的應力向內施加在此環形之情況下,上升部37與具有此環形之上端38會以相同的方式變形。然後,上升部37及上端38反抗此變形而因此產生疏散此應力之推斥力,而防止側壁3a變形。
因上述的原因,根據本實施例之熱處理設備1包含具有頂壁31之封閉端30,其中該頂壁31設有環狀溝槽34在其上表面的周圍區域。當在反應管3內部形成真空狀態,指向內的應力在橫越反應管3軸向的方向施加在頂壁31上,但此應力由環狀溝槽34所疏散。此外,在環狀溝槽34之外角隅的下方部分具有大於環狀溝槽34其它部分的壁面厚度,俾使疏散施加在環狀溝槽34外角隅的應力。因此,即使反應管3之封閉端30包含平的頂壁31,當內部形成真空狀態時仍可防止反應管3引起內爆。
具有根據本實施例使用此反應管3之熱處理設備1,並由於由半圓球形的封閉端30所致的非必要空間不再出現,流動於封閉端30與頂板45a之間之處理氣體的流速增加,而因此防止處理氣體停留在晶舟45上方、以及過度地分解。因此,可以執行具有高平面均勻度之熱處理,尤其在上側的晶圓W上,故亦改善晶圓間薄 膜厚度之均勻度。此外,設備的高度可以較小。
<第二實施例>
圖6係一剖面圖,概要地顯示根據本發明的第二實施例之半導體製程用之熱處理設備11。如圖6所示,熱處理設備11包含:具有大的氣體輸送埠63在封閉端80的中央之反應管8、以及延伸至反應管8頂部之氣體供應輸送管62。在熱處理設備11中,封閉端80包含平的頂壁,俾使晶舟45之頂板45a與頂壁之間的距離較小。於此情況下,處理氣體的流速增加,因而使得從氣體輸送埠63供應的處理氣體迅速地供應而沒有停留於處理場域10之上方。因此,根據第二實施例之熱處理設備11可以提供如同根據第一實施例之熱處理設備1之效果與優點,因此改善晶圓W的處理速率。在本實施例中,反應管8只有一氣體輸送埠63,但是反應管8亦可,例如設有氣體輸送孔洞61形成於側壁之上以與氣體供應輸送管62相通,如在第一實施例中。
<第三實施例>
圖7係一剖面圖,概要地顯示根據本發明的第三實施例之半導體製程用之熱處理設備12。如圖7所示,熱處理設備12包含具有由外管19與內管29所形成的雙管構造之反應管9。外管19由石英製成,並具有封閉的上端與開口的下端。內管29由石英製成,並且由具開口端在相對側之直管所形成。外管19與內管29由在下端的歧管47所支持。歧管47之下端開口作為晶舟45之裝載埠。
多數個氣體進料管嵌入歧管47中,而且每一個氣體通道(73與76)從水平方向彎到垂直方向以提供氣體進料埠在內管29之中為面向上。為方便之故,圖7只顯示2個氣體通道73與76。歧管47連接至排氣線53,該排氣線53開口至外管19與內管29之間的空隙。因此,當在內管29的底部供應氣體時,氣體在內管29的內部之中向上流動,然後經由外管19與內管29之間的空隙向下流動,然後並經由排氣線53排氣。外管19之上封閉端90包含平的頂板,該頂板與根據第一實施例之頂板31有相同的結構。
在具有上述結構之熱處理設備12中,反應管9的外管19之 封閉端90被形成如同在根據第一實施例之封閉端30,俾使封閉端90具有平的形狀。於此情況中,在用以處理晶圓W之處理場域10上方之上部空間變得更窄,因此,在處理氣體向上流動經晶舟45之後,處理氣體迅速流進入外管19與內管29之間的空隙而沒有停在上部空間長久的時間。因此,吾人預期處理氣體很難會從上部空間再擴散進入處理場域,俾使藉由解決這種熱處理局部地較為發展的問題,改善製程之晶圓間的均勻度,其中該問題如:薄膜形成速率局部地變大,在靠近晶舟45之上端的晶圓W大於在下側的晶圓W。此外,藉由解決這種薄膜形成速率在晶圓W的周圍部分比在晶圓的中心大的問題,對在靠近晶舟45之上側的晶圓W而言,平面均勻度亦改善。此外,與包含具有半圓球形的習用之外管的設備比較,此設備的高度可以較小。
<第四實施例>
圖8係一剖面圖,概要地顯示根據本發明的第四實施例之半導體製程用之熱處理設備13的部分。如圖8所示,熱處理設備13係第三實施例的設備之修改,以使得內管29在上開口端設有水平地向內管的中心軸延展之翼片29a。由於第四實施例的其他部分與第三實施例相同,圖8僅顯示熱處理設備13之上側。在熱處理設備13之中,封閉端90之頂板與翼片29a之間的空隙更小,因而處理氣體的流速增加。此外,翼片29a可以防止作用中的組件成分從反應管9之上部空間掉落。因此,吾人預期第四實施例可以增強根據第三實施例之熱處理設備12所提供的效果與優點。
<其它實施例>
本發明已參考數個實施例加以描述,然而本發明並不限於這些實施例,而且它可以用各種的方式修改。圖9A至9D係顯示根據本發明的其他實施例之修正的封閉端30之形狀的視圖,其以根據第一實施例的反應管3之頂壁31為例。例如,如圖9A所示,上升部37可具有一沒彎曲的上端。此結構無法提供藉由彎曲的上升部37所得到之優點,但可以防止反應管3之內爆,因為頂壁31比具有平的上表面之頂壁具有較高的強度。如圖9B所示,環狀溝 槽34之外角隅能以直角形成,以取代提供較大壁面厚度之傾斜的側表面。此結構無法提供藉由外角隅以下之較大壁面厚度所得到之優點,但可以藉由環狀溝槽34與上升部37提供疏散應力的效果、以及可以防止反應管3之內爆,因為頂壁31比具有平的上表面之頂壁有較高的強度。在圖9B所示之結構中,上升部37係為彎曲,但其亦可不彎曲。
如圖9C所示,環狀溝槽34之外側表面可以形成為具階梯形狀之傾斜的側表面,以取代僅傾斜的側表面。此結構可以提供類似僅傾斜的側表面之效果與優點、以及可以防止反應管3之內爆,因為頂壁31比具有平的上表面之頂壁有較高的強度。參考實施例,如上所述,問題係由從頂壁31施加到側壁3a之應力所引起。因此,本發明之另一實施例可以配置以僅疏散此應力。例如,在本發明之另一實施例中,如圖9D所示,頂壁31可以僅設有環狀溝槽34以疏散施加到頂壁31之應力,俾使頂壁31比具有平的上表面之頂壁有較高的強度。於此情況下,環狀溝槽34之外側表面為傾斜,俾使環狀溝槽34的外角隅以下部分具有較大之壁面厚度,因此改善強度以有效地防止反應管3之內爆。
<實驗>
接著,參考圖10A至10D,將說明執行用以確認本發明效果之實驗。
作為本發明的例子,藉由使用根據第一實施例之熱處理設備1,在供應85ml的六氯乙矽烷(Si2Cl6)、425ml的氨氣(NH3)、以及1,800ml的乙烯(C2H4)作為給晶圓的處理氣體之製程條件下,執行一形成摻雜碳的氮化矽薄膜之薄膜形成製程。處理壓力設在27Pa(0.2Torr),且處理溫度設在600℃。此外,作為比較性例子,藉由使用圖12所示之習用之熱處理設備100,在與本發明的例子相同的條件下,執行一薄膜形成製程。測試晶圓W置於晶舟45或145之5個被選擇的溝槽之中,使用形成在每一晶圓W上之摻雜碳的氮化矽薄膜之平均薄膜厚度,以計算薄膜形成速率以及薄膜厚度之平面均勻度。在實際上執行熱處理之前,量測在處理場 域10或120內的溫度分布並且調整加熱器以設定晶圓W的溫度為固定。
圖10A與圖10B係顯示這些實驗結果之圖表。在圖10A中,垂直軸表示薄膜形成速率,水平軸表示晶圓W被固持在晶舟45上的位置(溝槽位置)以使溝槽位置1為最上面的溝槽位置。在圖10B中,垂直軸表示薄膜形成之平面均勻度,水平軸表示如圖10A中之溝槽位置。在這些圖中,連接”●”的線La與Lc表示使用熱處理設備1之本發明的例子,連接”■”的線Lb與Ld表示使用熱處理設備100之比較性例子。如圖10A與圖10B所示,在比較性例子中,在靠近晶舟145上端之晶圓W上比在其下之晶圓W,薄膜形成速率較大而且薄膜形成平面均勻度較差。另一方面,在本發明的例子中,在所有的晶圓W上,包含靠近晶舟45上面之晶圓W,薄膜形成速率以及薄膜形成平面均勻度幾乎固定。因此,於此情況下,不只平面均勻度還有晶圓間均勻度皆較好。因此,吾人確認:相較於具有半圓球形的上端之反應管101,具有平的上端之反應管3允許執行有較高均勻度之熱處理。
<模擬>
接著,參考圖11A至11C,將說明用以分析當應力施加在根據本發明之頂壁31之上時之強度的模擬。
執行一模擬,使得圖11C所示之根據第一實施例之反應管3被真空排氣,並被設定在固定的真空狀態以產生由於反應管3之內外壓力差所致之應力。在此狀態中,執行一分析,其關於如此施加到反應管3之應力如何作用在頂壁31之上。執行相同的模擬在圖11A所示之反應管3上,其具有排除環狀溝槽34之傾斜的外側表面及上升部37之上端38在外的頂壁31。此外,執行相同的模擬在圖11B所示之反應管3上,其具有排除環狀溝槽34之傾斜的外側表面在外但是在環狀溝槽34之底部具有較大壁面厚度的頂壁31。
在使用圖11A所示之反應管3之情況中,當指向內的應力施加到反應管3上,環狀溝槽34衰減一藉由頂壁31使側壁3a被徑 向地拉向內之力量,所以側壁3a之變形較小。於此情形中,在側壁3a與頂壁31的接面T1之應力約19.84[MPa],其中在該接面應力集中為最大,故頂壁31比具有平的上表面之頂壁有較高的強度並且可以防止反應管3之內爆。在使用圖11B所示之在環狀溝槽34之底部具有較大壁面厚度的反應管3之情況中,在側壁3a與頂壁31的接面T2之應力約12.55[MPa],其中在該接面應力集中為最大。於此情形中,相較於圖11A所示之反應管3,環狀溝槽34增加一藉由頂壁31使側壁3a被徑向地拉向內之力量,但是上升部37與上端38可靠地阻擋側壁3a之變形。因此,相較於圖11A所示之反應管3,圖11B所示之反應管3設有較大強度之頂壁31,而可以更有效地防止反應管3之內爆。
在使用圖11C所示之在環狀溝槽34之底部具有較小壁面厚度,以及在環狀溝槽34之外角隅具有傾斜的表面之反應管3之情況中,應力集中在環狀溝槽34而由傾斜的表面疏散。於此情況中,在側壁3a與頂壁31的接面T3之應力約4.80[MPa],其中在該接面應力集中為最大,故這種配置可以可靠地阻擋側壁3a之變形。因此,圖11C所示之反應管3比圖11A與11B所示之反應管3設有較大強度之頂壁31,而可以更有效地防止反應管3之內爆。
在根據本發明之實施例的反應管中,環狀溝槽形成於封閉端壁面之外表面的周圍區域。當在反應管內部形成真空狀態時,指向內的應力在橫越反應管軸向的方向施加在封閉端壁面上,但此應力由環狀溝槽所疏散。此外,在環狀溝槽外角隅下方部分具有大於環狀溝槽其它部分的壁面厚度,俾使疏散施加在環狀溝槽外角隅的應力。因此,即使反應管之封閉端為平的,當內部形成真空狀態時反應管仍可防止引起內爆。此外,此反應管可以消除由半圓球形的封閉端壁面所致的非必要空間,故流動於反應管之封閉端壁面與基板之間之處理氣體的流速增加,而防止處理氣體在反應管上側比在下側較為分解。因此,可以改善薄膜厚度之平面均勻度,尤其在上側的基板上,以及改善在位於上側的基板與位於下側的基板之間的基板間薄膜厚度之均勻度。此外,設備的高 度可以較小。
熟悉本技藝者將不難想到額外之優點與修改。因此,本發明在其更為廣義之實施態樣並不受限於在此所說明之特定的細節與代表性的實施例。因此,可在不離開如隨附之申請專利範圍與其相等之變化所界定之一般發明概念之精神與範疇下做各種不同的修正。
1‧‧‧熱處理設備
10‧‧‧處理場域
11‧‧‧熱處理設備
12‧‧‧熱處理設備
13‧‧‧熱處理設備
19‧‧‧外管
21‧‧‧圓柱體
22‧‧‧加熱器
29‧‧‧內管
29a‧‧‧翼片
3‧‧‧反應管
30‧‧‧封閉端
31‧‧‧頂壁
32‧‧‧圓形凹部
34‧‧‧環狀溝槽
35‧‧‧環狀突出
37‧‧‧上升部
38‧‧‧上端
3a‧‧‧側壁
41‧‧‧爐埠(輸送埠)
42‧‧‧凸緣
43‧‧‧套蓋
43a‧‧‧晶舟升降機
44‧‧‧轉軸
45‧‧‧晶舟
45a‧‧‧頂板
46‧‧‧隔熱單元
46a‧‧‧翼片
47‧‧‧歧管
5‧‧‧排氣埠
51‧‧‧真空泵
52‧‧‧壓力調節器
53‧‧‧排氣線
60‧‧‧氣體供應輸送管
61‧‧‧氣體輸送孔洞
62‧‧‧氣體供應輸送管
63‧‧‧氣體輸送埠
65‧‧‧氣體供應線
70‧‧‧氣體源
71‧‧‧氣體源
72‧‧‧氣體供應硬體組
73‧‧‧氣體通道
76‧‧‧氣體通道
8‧‧‧反應管
80‧‧‧封閉端
9‧‧‧反應管
90‧‧‧封閉端
100‧‧‧熱處理設備
101‧‧‧反應管
102‧‧‧加熱器
103‧‧‧空間
105‧‧‧排氣埠
106‧‧‧氣體供應輸送導管
107‧‧‧孔洞
120‧‧‧處理場域
143a‧‧‧套蓋
145‧‧‧晶舟
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧箭頭
h1‧‧‧距離
h2‧‧‧距離
M‧‧‧馬達
T1‧‧‧接面
T2‧‧‧接面
T3‧‧‧接面
隨附的圖式併入及組成部分的說明書,說明本發明目前的較佳實施例,以及連同上述的一般說明及下述之較佳實施例的詳細說明用以說明本發明之原理。
圖1係一剖面圖,概要地顯示根據本發明之第一實施例之半導體製程用之熱處理設備1;圖2係一透視圖,顯示使用在如圖1所示之熱處理設備1之反應管;圖3A與3B係一透視圖與一剖面圖,顯示如圖2所示之反應管之封閉端30的形狀;圖4係一視圖,概要地顯示在熱處理設備1中之處理氣體的流動;圖5係一視圖,顯示根據第一實施例之修正的封閉端30之形狀;圖6係一剖面圖,概要地顯示根據本發明的第二實施例之半導體製程用之熱處理設備11;圖7係一剖面圖,概要地顯示根據本發明的第三實施例之半導體製程用之熱處理設備12;圖8係一剖面圖,概要地顯示根據本發明的第四實施例之半導體製程用之熱處理設備13的部分;圖9A至9D係視圖,顯示根據本發明的其他實施例之修正的封閉端30之形狀;圖10A與圖10B係圖表,顯示使用本發明之本發明的例子以及比較性例子之實驗的結果; 圖11A至11C係視圖,顯示根據本發明的實施例之頂壁的不同形狀,其使用在強度分析模擬;圖12係一剖面圖,概要地顯示習用之熱處理設備;圖13係一視圖,概要地顯示在習用之熱處理設備100中之處理氣體的流動。
1‧‧‧熱處理設備
10‧‧‧處理場域
21‧‧‧圓柱體
22‧‧‧環狀加熱器
3‧‧‧反應管
30‧‧‧封閉端
31‧‧‧頂壁
3a‧‧‧側壁
41‧‧‧爐埠(輸送埠)
42‧‧‧凸緣
43‧‧‧套蓋
43a‧‧‧晶舟升降機
44‧‧‧轉軸
45‧‧‧晶舟
45a‧‧‧頂板
46‧‧‧隔熱單元
46a‧‧‧翼片
5‧‧‧排氣埠
51‧‧‧真空泵
52‧‧‧壓力調節器
53‧‧‧排氣線
60‧‧‧氣體供應輸送管
61‧‧‧氣體輸送孔洞
65‧‧‧氣體供應線
70‧‧‧氣體源
71‧‧‧氣體源
72‧‧‧氣體供應硬體組
73‧‧‧氣體通道
M‧‧‧馬達

Claims (20)

  1. 一種半導體製程用之反應管,該反應管具有一內部空間用以在真空狀態下在多數個間隔堆放之目標物上執行熱處理,該反應管以電性絕緣以及隔熱材料一體地製成,並且包含:一圓柱形的側壁,其在下端具有一負載埠,用以將目標物裝載至該反應管以及由該反應管卸載目標物,該側壁定義出該內部空間的一圓柱形側輪廓;以及一圓形的頂壁,其封閉側壁的上端,並具有沿著垂直於側壁之軸向延伸之平的內表面,該頂壁之該平的內表面定義出該內部空間的一平的上輪廓,且該頂壁經由直接設於該側壁上方的該圓形頂壁的環狀外端而與該側壁形成為一體,且包含一形成於與該平的內表面沿著環狀外端相對之外表面的周圍區域之環狀溝槽,以使該環狀溝槽具有一環狀外側表面從其底部向外側與上方傾斜至該環狀外端,且該頂壁在該環狀溝槽之環狀外端的部分,比在環狀溝槽之底部具有較大的壁面厚度,以疏散該內部空間中的真空狀態所產生在該環狀外端的應力。
  2. 如申請專利範圍第1項之反應管,其中該頂壁包含一從該環狀外端一體地向上延伸之環狀上升部。
  3. 如申請專利範圍第2項之反應管,其中該上升部具有一向內彎之上端。
  4. 如申請專利範圍第3項之反應管,其中該上升部之上端實質上以90°向內彎。
  5. 如申請專利範圍第3項之反應管,其中該上升部之上端在頂壁之外表面上為最高。
  6. 如申請專利範圍第1項之反應管,其中該環狀溝槽包含一從其底部向內及向上傾斜之環狀內側表面。
  7. 如申請專利範圍第1項之反應管,其中該環狀溝槽之環狀外側表面係以階梯形狀傾斜。
  8. 如申請專利範圍第1項之反應管,其中該頂壁在外表面之中央區域具有一中央凹部,以形成一位於中央凹部與環狀溝槽之間的環狀突出。
  9. 如申請專利範圍第8項之反應管,其中該中央凹部具有一環狀外側表面向外及向上傾斜。
  10. 一種半導體製程用之熱處理設備,該設備包含:一反應管,具有一內部空間用以在真空狀態下在多數個間隔堆放之目標物上執行熱處理;一加熱器,環繞該反應管;一基板座,用以在該反應管內固持該目標物;一氣體供應系統,連接到該反應管,用以供應處理氣體進入該反應管;以及一排氣系統,連接到該反應管,用以從反應管內部真空排氣;其中該反應管以電性絕緣以及隔熱材料一體地製成,並且包含:一圓柱形的側壁,其在下端具有一負載埠,用以將目標物裝載至該反應管以及由該反應管卸載目標物,該側壁定義出該內部空間的一圓柱形側輪廓;以及一圓形的頂壁,其封閉側壁的上端,並具有沿著垂直於側壁之軸向延伸之平的內表面,該頂壁之該平的內表面定義出該內部空間的一平的上輪廓,且該頂壁經由直接設於該側壁上方的該圓形頂壁的環狀外端 而與該側壁形成為一體,且包含一形成於與該平的內表面沿著環狀外端相對之外表面的周圍區域之環狀溝槽,以使該環狀溝槽具有一環狀外側表面從其底部向外側與上方傾斜至該環狀外端,且該頂壁在該環狀溝槽之環狀外端的部分,比在環狀溝槽之底部具有較大的壁面厚度,以疏散該內部空間中的真空狀態所產生在該環狀外端的應力。
  11. 如申請專利範圍第10項之設備,其中該頂壁包含一從該環狀外端一體地向上延伸之環狀上升部。
  12. 如申請專利範圍第11項之設備,其中該上升部具有一向內彎之上端。
  13. 如申請專利範圍第12項之設備,其中該上升部之上端實質上以90°向內彎。
  14. 如申請專利範圍第12項之設備,其中該上升部之上端在頂壁之外表面上為最高。
  15. 如申請專利範圍第10項之設備,其中該環狀溝槽包含一從其底部向內及向上傾斜之環狀內側表面。
  16. 如申請專利範圍第10項之設備,其中該環狀溝槽之環狀外側表面係以階梯形狀傾斜。
  17. 如申請專利範圍第10項之設備,其中該頂壁在外表面之中央區域具有一中央凹部,以形成一位於中央凹部與環狀溝槽之間的環狀突出。
  18. 如申請專利範圍第17項之設備,其中該中央凹部具有一環狀 外側表面向外及向上傾斜。
  19. 如申請專利範圍第10項之設備,其中,該基板座之一頂板與該頂壁之平的內表面之間的一垂直距離,係設為小於或等於該目標物之邊緣與該反應管之側壁之間的一水平距離。
  20. 如申請專利範圍第19項之設備,其中該水平距離係設為10至35mm。
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