TWI584379B - A substrate processing apparatus, a heating apparatus, a top insulation body, and a semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Description
本發明是有關基板處理裝置、加熱裝置、頂部隔熱體及半導體裝置的製造方法。
作為基板處理裝置的一例，有半導體製造裝置，又，作為半導體製造裝置的一例，有縱型擴散．CVD裝置為人所知。在如此的基板處理裝置中，處理基板時使用用以加熱該基板的加熱裝置。
作為此加熱裝置的一例，具備：設在反應容器的外側之環狀的側壁隔熱體、及設在側壁隔熱體的內面之發熱體、及設在側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體，藉由發熱體來加熱反應容器內的基板，且在反應容器與側壁隔熱體之間的空間供給冷卻氣體，將加熱後的基板冷卻的技術為人所知(例如專利文獻1)。在專利文獻1記載的加熱裝置中，被供給至反應容器與側壁隔熱體之間的空間的冷卻氣體是經由頂部隔熱體來排出至加熱裝置的外部。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-311775號公報
在上述的加熱裝置中，經由頂部隔熱體來將冷卻氣體排出時，需要在頂部隔熱體設置冷卻氣體的氣道，因此依頂部隔熱體的部位，在隔熱性產生差異，恐有使基板的面內溫度均一性降低之虞。
本發明是有鑑於上述的課題，以提供一種可使基板的面內溫度均一性提升之基板處理裝置、加熱裝置、頂部隔熱體及半導體裝置的製造方法為目的。
本發明之一形態的基板處理裝置係具備：收容基板的反應容器、及加熱裝置，該加熱裝置係具有：設在前述反應容器的外周之側壁隔熱體；設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體；設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體；設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，
又，前述頂部隔熱體係以其厚度能夠形成外緣側比中心側更小方式，在內部設有前述冷卻氣體通過的氣道。
本發明之一形態的加熱裝置係具有：設在反應容器的外周之側壁隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體、及設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，前述頂部隔熱體係以其中實剖面積能夠形成外緣側比中心側更小的方式，在內部設有前述冷卻氣體通過的氣道。
本發明之一形態的頂部隔熱體係設在基板處理裝置中所被使用的加熱裝置的側壁隔熱體的上部，前述頂部隔熱體係以其中實剖面積能夠形成外緣側比中心側更小的方式，在內部設有前述冷卻氣體通過的氣道。
本發明之一形態的半導體裝置的製造方法，係在冷卻氣體流路及氣道中流動冷卻氣體而冷卻收容於前述反應容器的基板，該冷卻氣體流路係設在反應容器與位於其外周的側壁隔熱體之間，該氣道係以在位於前述側壁隔熱體的上部的頂部隔熱體的內部，前述頂部隔熱體的中實剖面積能夠形成周緣側比前述頂部隔熱體的中心側更小的方式設置。
若根據本發明，則可使基板的面內溫度均一
性提升。
1‧‧‧基板處理裝置
200‧‧‧基板
203‧‧‧反應容器
206‧‧‧加熱裝置
208‧‧‧發熱體
250‧‧‧側壁隔熱體
252‧‧‧頂部隔熱體
260‧‧‧氣道
圖1是表示本發明的實施形態的基板處理裝置的剖面圖。
圖2是表示本發明的實施形態的加熱器的概略立體圖。
圖3是本發明的實施形態的頂部隔熱體的擴大剖面圖。
圖4是本發明的實施形態的下部隔熱材的上面圖。
圖5是本發明的實施形態的下部隔熱材的底面圖。
圖6是圖4的下部隔熱材的A-A線剖面圖。
圖7是本發明的實施形態的上部隔熱材的上面圖。
圖8是本發明的實施形態的上部隔熱材的底面圖。
圖9是圖8的上部隔熱材的B-B線剖面圖。
圖10是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的內部的冷卻氣體的流動的說明圖。
圖11是表示使用本發明的實施形態的加熱器時的晶圓的剖面溫度分布的說明圖。
圖12是表示使用本發明的實施形態的加熱器時的晶圓的溫度遷移圖。
圖13是表示未具有本發明的實施形態的冷卻氣體的冷卻機能的加熱器的例子的概略圖。
圖14是表示使用圖13所示的加熱器時的晶圓的剖面溫度分布的說明圖。
圖15是表示使用圖13所示的加熱器時的晶圓的溫度遷移圖。
圖16是表示具有冷卻氣體的冷卻機能的加熱器的例子的概略圖。
圖17是表示使用圖16所示的加熱器時的晶圓的剖面溫度分布的說明圖。
圖18是表示具有冷卻氣體的冷卻機能的加熱器的其他例的概略圖。
圖19是表示使用圖18所示的加熱器時的晶圓的剖面溫度分布的說明圖。
圖20是表示使用圖18所示的加熱器時的晶圓的溫度遷移圖。
圖21是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第1變形例的剖面圖。
圖22是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第2變形例的剖面圖。
圖23是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第3變形例的剖面圖。
圖24是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第4變形例的剖面圖。
圖25是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第4變形例的下部隔熱材的平面圖。
圖26是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第4變形例的下部隔熱材的底面圖。
圖27是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第5變形例的下部隔熱材的平面圖。
圖28是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第5變形例的下部隔熱材的底面圖。
圖29是表示本發明的實施形態的頂部隔熱材的第5變形例的上部隔熱材的底面圖。
以下，根據圖面說明本發明的實施形態。
圖1是表示適用在本發明的實施形態的基板處理裝置的剖面圖。
如圖1所示般，基板處理裝置1是具備處理爐202。處理爐202是具有作為加熱裝置的加熱器206。加熱器206是圓筒形狀，被作為保持板的加熱器基座251所支撐，藉此垂直安裝。
在加熱器206的內側是與加熱器206同心圓狀地配設有作為反應容器的製程管203。換言之，加熱器206是配置於製程管203的外側。製程管203是由：作為內部反應容器的內管204、及設於其外側之作為外部反應容器的外管205所構成。內管204是例如由石英(SiO2)或碳化矽(SiC)等的耐熱性材料所構成，形成上端及下端為開口的圓筒形狀。在內管204的內部是形成處理室201，
構成可藉由晶舟217來以水平姿勢多段排列於垂直方向的狀態下收容作為基板的晶圓200。外管205也是例如由石英或碳化矽等的耐熱性材料所構成，形成內徑比內管204的外徑更大，上端為閉塞，下端為開口的圓筒形狀，與內管204同心圓狀地設置。
在外管205的下方是與外管205同心圓狀地配設有集流腔(manifold)209。集流腔209是例如由不鏽鋼等所構成，形成上端及下端為開口的圓筒形狀。集流腔209是卡合於內管204及外管205，以能夠支撐該等的方式設置。另外，在集流腔209與外管205之間是設有作為密封構件的O型環220a。集流腔209會被加熱器基座251所支撐，藉此製程管203是形成垂直安裝的狀態。藉由製程管203及集流腔209來形成反應容器。
在後述的密封蓋219，作為氣體導入部的噴嘴230是被連接成連通至處理室201內，噴嘴230是連接氣體供給管232。在與氣體供給管232和噴嘴230的連接側相反側的上游側是經由作為氣體流量控制器的MFC(質量流控制器)241來連接未圖示的處理氣體供給源或惰性氣體供給源。在MFC241是電性連接氣體流量控制部(氣體流量控制器)235，構成在所望的時機控制成所供給的氣體的流量能夠成為所望的量。
在集流腔209是設有將處理室201內的環境排氣的排氣管231。排氣管231是配置於藉由內管204與外管205的間隙所形成的筒狀空間250的下端部，連通至
筒狀空間250。在與排氣管231和集流腔209的連接側相反側的下游側是經由作為壓力檢測器的壓力感測器245及壓力調整裝置242來連接真空泵等的真空排氣裝置246，構成可真空排氣來使處理室201內的壓力成為預定的壓力(真空度)。在壓力調整裝置242及壓力感測器245電性連接壓力控制部(壓力控制器)236，壓力控制部236是構成根據藉由壓力感測器245所檢測出的壓力，藉由壓力調整裝置242，在所望的時機控制成處理室201內的壓力會成為所望的壓力。
在集流腔209的下方設有可氣密地閉塞集流腔209的下端開口之作為爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219是從垂直方向下側抵接於集流腔209的下端。密封蓋219是例如由不鏽鋼等的金屬所構成，形成圓盤狀。在密封蓋219的上面是設有與集流腔209的下端抵接之作為密封構件的O型環220b。在密封蓋219之與處理室201相反側設置有使晶舟217旋轉的旋轉機構254。旋轉機構254的旋轉軸255是貫通密封蓋219，而連接至晶舟217，使晶舟217旋轉，藉此構成使晶圓200旋轉。密封蓋219是構成藉由在製程管203的外部垂直設置之作為昇降機構的晶舟昇降器115來昇降於垂直方向，藉此可使晶舟217對於處理室201搬入搬出。在旋轉機構254及晶舟昇降器115電性連接驅動控制部(驅動控制器)237，構成可在所望的時機控制成所望的動作。
晶舟217是例如由石英或碳化矽等的耐熱性
材料所構成，構成使複數片的晶圓200以水平姿勢且彼此中心一致的狀態排列保持成多段。另外，在晶舟217的下部，例如由石英或碳化矽等的耐熱性材料所構成的圓板形狀之作為隔熱構件的隔熱板216會以水平姿勢多段配置複數片，構成來自加熱器206的熱不易傳至集流腔209側。
在製程管203內是設置有作為溫度檢測器的溫度感測器263。在加熱器206及溫度感測器263電性連接溫度控制部238。溫度控制部238是根據藉由溫度感測器263所檢測出的溫度資訊來調整往加熱器206(具體而言是加熱器線208)的通電情況。藉此，從其外緣側加熱晶圓200，昇溫至所望的溫度。另外，加熱器206是亦具有藉由冷卻氣體來冷卻加熱後的晶圓200之冷卻機能，有關於此會在往後敘述。
氣體流量控制部235、壓力控制部236、驅動控制部237、溫度控制部238是亦構成操作部、輸出入部，電性連接至控制基板處理裝置全體的主控制部(主控制器)239。該等氣體流量控制部235、壓力控制部236、驅動控制部237、溫度控制部238、主控制部239是構成為控制器240。
其次，說明有關使用上述構成的處理爐202，作為半導體裝置的製造工程的一工程，藉由CVD法在晶圓200上形成薄膜的方法。另外，在以下的說明中，構成基板處理裝置的各部的動作是藉由控制器240來控制。
一旦複數片的晶圓200被裝填於晶舟217(晶
圓裝上)，則如圖1所示般，保持複數片的晶圓200的晶舟217會藉由晶舟昇降器115來舉起而搬入至處理室201(晶舟裝載)。在此狀態下，密封蓋219是形成隔著O型環220b來密封集流腔209的下端之狀態。
藉由真空排氣裝置246來真空排氣，而使處理室201內能夠成為所望的壓力(真空度)。此時，處理室201內的壓力是以壓力感測器245來測定，壓力調節器24會根據此被測定的壓力來反饋控制。並且，藉由加熱器206來加熱，而使處理室201內能夠成為所望的溫度。此時，根據溫度感測器263所檢測出的溫度資訊，往加熱器206的通電情況會被反饋控制，而使處理室201內能夠成為所望的溫度分布。接著，藉由旋轉機構254，在晶舟217旋轉下，晶圓200被旋轉。
其次，從處理氣體供給源供給且以MFC241來控制成所望的流量之氣體是流通於氣體供給管232而從噴嘴230導入至處理室201內。被導入的氣體是在處理室201內上昇，從內管204的上端開口流出至筒狀空間250而自排氣管231排氣。氣體是在通過處理室201內時與晶圓200的表面接觸，此時藉由熱CVD反應，在晶圓200的表面上堆積(沈積)薄膜。
一旦經過預先設定的處理時間，則從惰性氣體供給源供給惰性氣體，處理室201內會被置換成惰性氣體，且處理室201內的壓力會恢復成常壓。並且，晶圓200會藉由加熱器206的冷卻機能來急冷至所望的溫度。
然後，藉由晶舟昇降器115來下降密封蓋219，集流腔209的下端會被開口，且處理完了晶圓200會被保持於晶舟217的狀態下從集流腔209的下端搬出至製程管203的外部(晶舟卸載)。然後，處理完了晶圓200由晶舟217取出(晶圓卸下)。
另外，在本實施形態的處理爐處理晶圓時的處理條件，例如在SiN膜(矽氮化膜)的成膜中是顯示處理溫度400~800℃，處理壓力1~50Torr，成膜氣體種類SiH2Cl2，NH3，成膜氣體供給流量SiH2Cl2：0.02~0.30slm，NH3：0.1~2.0slm，且在Poly-Si膜(多晶矽膜)的成膜中是顯示處理溫度350~700℃，處理壓力1~50Torr，成膜氣體種類SiH4、成膜氣體供給流量0.01~1.20slm，將各處理條件維持於一定於各範圍內的某值，藉此對晶圓200進行處理。
詳述有關加熱器206。加熱器206是具有：設在製程管203的外周之側壁隔熱材(側壁隔熱體)250、及設在側壁隔熱材250的上部之頂部隔熱材(頂部隔熱體)252、及設在側壁隔熱材250的內壁之加熱器線(發熱體)208、及設在製程管203與側壁隔熱材250之間的冷卻氣體的流路256。在側壁隔熱材250的下端附近是至少設有一個的吸氣口258。形成於加熱器206的內部之流路256是藉由此吸氣口258來連通至加熱器206的外部。
頂部隔熱材252是在其內部設有中空的氣道260。氣道260是與流路256連通，且連通至頂部隔熱材
252的外周面具體而言側面所連接的排氣管56。排氣管56是設有可開閉的擋板54，且在擋板54的下游側連接散熱器58及風扇60。藉由加熱器206來加熱晶圓200時，擋板54是被關閉，風扇60不動作。另一方面，藉由加熱器206的冷卻機能來冷卻晶圓200時，擋板54會被開啟，且風扇60動作，冷卻氣體會被吸引。
在此，說明有關加熱器206的冷卻機能。加熱器206是可藉由在流路256中流動冷卻氣體(例如空氣或惰性氣體)來從其外緣側冷卻晶圓200。冷卻氣體是從加熱器206的外部經由吸氣口258來流入加熱器206的流路256，從下方往上方通過流路256之後，經由設在頂部隔熱材252的內部之氣道260、及連通的排氣管56、散熱器58及風扇60來排出至基板處理裝置1的外部。另外，風扇60是藉由控制器240(例如其中的溫度控制部238)來控制其動作。並且，圖1是在側壁隔熱材250的下部設置吸氣口258，但亦可在側壁隔熱材250的上端附近或中間位置等設置。該情況，例如使冷卻氣體通過側壁隔熱材250的內部，也供給至流路256的下方，而構成冷卻氣體遍及流路256的全體。
其次，說明有關在本發明中特徵性的頂部隔熱材252的構造。圖2是表示加熱器206的概略立體圖。並且，圖3是頂部隔熱體252的擴大剖面圖。
頂部隔熱材252是由高隔熱性的材料(例如陶瓷等)所製作，如圖2所示般，平面視呈圓形。在頂部隔
熱材252的外周面具體而言是側面，複數的排出口262會鄰接而設。複數的排出口262是分別連通至上述的氣道260。
另外，在圖2中，吸氣口258是省略圖示。
如圖2及圖3所示般，頂部隔熱材252是由層疊於上下方向的複數個具體而言是2個的構件252a，252b所構成。以下，將下側的構件252a稱為「下部隔熱材」，將上側的構件252b稱為「上部隔熱材」。
圖4是下部隔熱材252a的上面圖，圖5是下部隔熱材252a的底面圖。又，圖6是圖4的A-A線剖面圖。如圖4~圖6所示般，下部隔熱材252a是在其上面具備複數個具體而言是2個的凹部252a1。凹部252a1是亦可謂在周緣具有側壁的沉孔部。2個的凹部252a1是隔著頂部隔熱材252的水平面上的任意的中心線來形成對稱。在凹部252a1的各個的底部是設有連通至加熱器206的流路256之導入口252a2。凹部252a1是在將晶圓200收容於製程管203時，平面視設在比晶圓200的外緣更外側的位置。因此，導入口252a2也形成平面視設在比晶圓200的外緣更外側的位置。並且，複數的導入口252a2是在以頂部隔熱體252的中央部為中心的同心圓上，以各間隔能夠成為最大的方式設置。就圖示的例子而言，2個的導入口252a2是在同心圓上，約隔開180°的間隔設置。
凹部252a1具體而言是形成以下部隔熱材252a的中央部為中心的圓弧狀。在二個的凹部252a1之間
是形成有下部隔熱壁252a3，各個的凹部252a1會被空間性分離。並且，凹部252a1是形成在頂部隔熱材252的中心側具有傾斜部252a4，凹部252a1的深度會隨著接近頂部隔熱材252的中央部而變小。而且，在凹部252a1，在與下部隔熱壁252a3鄰接的外緣側側壁是形成有缺口部252a6。
在下部隔熱材252a的上面，在比凹部252a1更內側(下部隔熱材252a的中心側)是形成有環狀的溝部252a7。並且，在下部隔熱材252a的底面，溝部252a8會複數從下部隔熱材252a的中央部形成放射狀。溝部252a8是應力緩和用的溝，緩和在頂部隔熱材252被加熱時產生的應力，防止頂部隔熱材252的破損。溝部252a8的至少一個是連接至導入口252a2，溝部252a8的至少一個是至下部隔熱材252a的外周，至少一個是形成不至下部隔熱材252a的外周。
圖7是上部隔熱材252b的上面圖，圖8是上部隔熱材252b的底面圖。又，圖9是圖8的B-B線剖面圖。如圖7~圖9所示般，上部隔熱材252b是在其底面具備複數個具體而言是2個的凹部252b1。凹部252b1是亦可謂在周緣具有側壁的沉孔部。2個的凹部252b1是隔著頂部隔熱材252的水平面上的任意的中心線來形成對稱。凹部252b1是在將晶圓200收容於製程管203時，平面視設在比晶圓200的外緣更外側的位置。
凹部252b1具體而言是形成以上部隔熱材
252b的中央部為中心的圓弧狀。在二個的凹部252b1之間是形成有上部隔熱壁252b3，各個的凹部252b1會被空間性分離。又，凹部252b1是形成在頂部隔熱材252的中心側具有傾斜部252a4，凹部252b1的深度會隨著接近頂部隔熱材252的中央部而變小。並且，在凹部252b1，在與上部隔熱壁252b3鄰接的外緣側側壁是形成有缺口部252b6。而且，在上部隔熱材252b的上面，在凹部252b1的內側是形成有環狀的突起部252b7。
下部隔熱材252a的凹部252a1與上部隔熱材252b的凹部252b1是除了導入口252a2的有無以外，當重疊下部隔熱材252a的上面與上部隔熱材252b的底面時該等的形狀是形成對稱或大致對稱。
如圖3所示般，以下部隔熱材252a的凹部252a1與上部隔熱材252b的凹部252b1能夠對向配置的方式重疊下部隔熱材252a與上部隔熱材252b，藉此形成2個的氣道260。各凹部252a1，252b1是如上述般形成以各隔熱材252a，252b的中央部為中心的圓弧狀，因此氣道260也是形成以頂部隔熱板252的中央部為中心的圓弧狀。
頂部隔熱材252是在其內部設有以中央部為中心的圓弧狀的氣道260，藉此外緣側的厚度(t2)比中心側的厚度(在圖3中以符號t1表示)更小。在此，所謂頂部隔熱板252的「厚度」是意思頂部隔熱材的鉛直方向的厚度，特別是在圖3中以t2所示般，從頂部隔熱板252的
底面側往上面側，構件連續的長度。另外，在頂部隔熱材252的內部存在氣道260等的空間時，亦可以該空間的下部與上部的構件的厚度的合算值作為「厚度」。
如此，頂部隔熱材252是外緣側的厚度t2形成比中心側的厚度t1更小，藉此頂部隔熱材252是其中實剖面積(在垂直剖面中除了中空部分的面積)外緣側形成比中心側更小。
另外，圖1及圖3是在包含圖4所示的A-A切斷線及圖8所示的B-B切斷線的切剖面，分別切斷基板處理裝置1及頂部隔熱材252的剖面圖。
在各氣道260的各個之間是設有下部隔熱壁252a3及上部隔熱壁252b3，因此各氣道260是在頂部隔熱材252的內部被空間性分離。並且，各氣道260是藉由凹部252a1，252b1來形成以頂部隔熱材252的中央部為中心的圓弧狀的空間，平面視設在比晶圓200更外側的位置。而且，各氣道260是藉由下部隔熱材252a的傾斜部252a4及上部隔熱材252b的傾斜部252b4來形成隨著接近頂部隔熱體252的中心側而剖面積變小。換言之，頂部隔熱材252是形成隨著接近其中心側而中實剖面積變大。
另外，在重疊下部隔熱材252a與上部隔熱材252b時，下部隔熱材252a的溝部252a7與上部隔熱材252b的突起部252b7會勘合。藉此，下部隔熱材252a與上部隔熱材252b會彼此一面對位，一面固定。有關下部隔熱材252a與上部隔熱材252b的固定是亦可附加性地使
用黏著劑等。
並且，在重疊下部隔熱材252a與上部隔熱材252b之下，下部隔熱材252a的缺口部252a6與上部隔熱材252b的缺口部252b6會對向配置，且分別在氣道260形成有上述排出口262。分別設在氣道260的排出口262是隔著下部隔熱壁252a3及上部隔熱壁252b3而鄰接(參照圖2)。
圖10是表示頂部隔熱材252的內部的冷卻氣體的流動的說明圖。如圖10所示般，從設在各氣道260的導入口252a2來流入頂部隔熱材252的冷卻氣體是一面充滿氣道260，一面經由設在各氣道260的排出口262來流入排氣管56，往基板處理裝置1的外部排出。
其次，說明有關使用加熱器206時的晶圓200的溫度特性。
圖11是表示使用加熱器206時的晶圓200的剖面溫度分布的說明圖。又，圖12是表示使用加熱器206時的晶圓200的溫度遷移的圖。
在此，為了方便理解，說明有關將加熱器設為其他形態時的晶圓的溫度特性進行說明。
圖13是表示未具有冷卻氣體的冷卻機能的加熱器的例子的概略圖。又，圖14是表示使用圖13所示的加熱器時的晶圓的剖面溫度分布的說明圖。如上述般，製程管(process tube)內的晶圓(wafer)是藉由配置在製程管的外側的加熱器(heater)來加熱。因此，圖13所示的加熱器
的例子是如圖14所示般，相較於晶圓的中心部，外緣部的溫度會變高。在圖14中，以△t來表示晶圓的中心部與外緣部的溫度的差。
圖15是表示使用圖13所示的加熱器時的晶圓的溫度遷移的圖。如圖15所示般，藉由加熱器來將晶圓加熱至目標溫度時，依據圖14所示的溫度分布傾向，首先晶圓外緣部的溫度會到達目標溫度，慢點，晶圓中心部的溫度會達成目標溫度。此昇溫延遲時間Tdl是使晶圓處理的處理能力降低，因此最好小。
圖16是表示具有冷卻氣體的冷卻機能之加熱器的例子的概略圖。圖16所示的加熱器是與圖1~圖10所示的加熱器206不同，在頂部隔熱材的中央部設有冷卻氣體的導入口。
圖17是表示使用圖16所示的加熱器時的晶圓的剖面溫度分布的說明圖。
圖16所示的加熱器是在頂部隔熱材的中央部設有冷卻氣體的導入口，因此頂部隔熱材的中實剖面積(或厚度)是中心部附近比外緣部小(中心部的厚度t1<外緣部的厚度t2)。因此，頂部隔熱材的中心部附近的隔熱性會比外緣部低，所以如圖17所示般，晶圓的中心部與外緣部的溫度差△t會變更大。因此，上述昇溫延遲時間Tdl也會有變更大之虞。此傾向是載置於晶舟的上方的晶圓越大。另外，在加熱器加熱晶圓時，如上述般，排氣管內的擋板會被關閉，形成在加熱器內滯留冷卻氣體的狀態。
圖18是表示具有冷卻氣體的冷卻機能的加熱器的其他例的概略圖。圖18所示的加熱器是在圖16所示的加熱器中，密封頂部隔熱材的冷卻氣體的導入口的中心部，從環狀的縫隙導入冷卻氣體。
圖19是表示使用圖18所示的加熱器時的晶圓的剖面溫度分布的說明圖。又，圖20是表示使用圖18所示的加熱器時的晶圓的溫度遷移的圖。
在圖18所示的加熱器中，雖頂部隔熱材的中心部附近的隔熱性提升，但恐有在晶圓的上方，經由冷卻氣體的導入口，產生冷卻氣體的對流之虞。一旦在晶圓的上方產生冷卻氣體的對流，則如圖19所示般，溫度差△t會殘存於晶圓的外緣部與中心部之間，且在晶圓的外緣部間也產生溫度差。因此，如圖20所示般，昇溫延遲時間Tdl也不會變小。
相對的，圖1~圖10所示的加熱器206是構成在頂部隔熱材252設置以其中央部為中心的圓弧狀的空間，冷卻氣體通過的氣道260，換言之，藉由設置該氣道260，頂部隔熱材252的中實剖面積(厚度)會形成頂部隔熱材252的外緣側比中心側更小，藉此頂部隔熱材252的隔熱性是外緣側比中心側更降低。因此，由其外緣側加熱晶圓200而產生之圖14所示那樣的溫度分布的傾向會被消除，如圖11所示般，晶圓200的面內溫度分布是從中心部到外緣部成為大致均一，亦即，晶圓200的面內溫度均一性會提升。並且，藉此，如圖12所示般，可使昇溫
延遲時間Tdl比圖13~圖20所示的例子還縮小。
而且，在氣道260中導入冷卻氣體的導入口252a2是平面視設在比晶圓200更外側的位置，因此即使從導入口252a2流入至氣道260的冷卻氣體產生對流，還是會冷卻晶圓200的外緣側，因此可防止晶圓中心側的溫度降低，可抑制對面內溫度均一性的不良影響。又，雖設有導入口252a2的部位是隔熱性最低，但因為該部位不存在於晶圓200的正方面，平面視位於比晶圓200的外緣部更外側，且藉由加熱器206從晶圓200的外緣側加熱，所以可抑制對面內溫度均一性的不良影響。
同樣，氣道260也是平面視設在比晶圓200更外側，因此也不會有藉由滯留於氣道260的冷卻氣體而晶圓中心側的溫度降低的情形。
並且，藉由設置複數個氣道260，在氣道260的各個之間設置隔熱壁252a3，252b3，可抑制氣道260彼此間的熱授受，抑制滯留於氣道260的冷卻氣體的對流。
而且，分別在複數的氣道260設置導入口252a2及排出口262，因此不會有導入口252a2彼此間經由氣道260來連接的情形，可更有效地抑制冷卻氣體的對流。
並且，氣道260是隨著接近頂部隔熱材252的中心側而剖面積變小(換言之，頂部隔熱材252是其中實剖面積會隨著接近中心側而變大)，亦即，構成隨著接
近頂部隔熱材252的中心側而慢慢地頂部隔熱材252的隔熱性變化(提升)，因此可使晶圓200的溫度分布更有效地均一化，或使溫度梯度緩和。
又，由於複數的導入口252a2是在以頂部隔熱材252的中央部為中心的同心圓上各間隔能夠成為最大的方式設置，因此頂部隔熱材252的隔熱性最低的部位會被均等地分配，可更有效地抑制對晶圓200的面內溫度均一性的不良影響。
又，由於各排出口262是與頂部隔熱材252的側面鄰接而設，因此可將排氣管56設為1系統，可使排氣構成簡素化。而且，將排出口262設在側面，相較於將排氣機構設在加熱器260的上部時，可降低全高。
另外，因為在氣道260設有導入口252a2，所以嚴格來說，在頂部隔熱材252的外緣側設置導入口252a2的部位的隔熱性會更小。並且，在頂部隔熱材252的外緣側也設有隔熱壁252a3，252b3的部位是隔熱性不會降低。然而，隨著該等局部性的隔熱性的變化之晶圓200的面內溫度偏差對於晶圓200的任意的中心線而言為對稱，藉由利用旋轉機構254來使晶圓200旋轉，可均一化。因此，藉由調整導入口252a2的大小或隔熱壁252a3，252b3的寬度，亦可實現所望的面內溫度分布。
如圖11所示般，在本實施形態中，以旋轉機構254來使晶圓200旋轉時，設定頂部隔熱材252的各部的厚度或導入口252a2的大小，以及隔熱壁252a3，252b3
的寬度，而使能夠成為晶圓200的中心部的溫度比外緣部高若干的溫度分布。從晶圓200的外緣側供給處理氣體時，有時處理氣體會在外緣側被消費而中心側的膜厚變薄，但藉由設為圖11所示那樣的溫度梯度，在晶圓200的中心側及外緣側，成膜速度會相等，可使膜厚均一性提升。
其次，說明有關本發明的變形例。另外，與從前的實施形態相異的點是頂部隔熱材的構成，因此只說明頂部隔熱材。
圖21是表示頂部隔熱材的第1變形例的剖面圖。如圖21所示般，第1變形例的頂部隔熱材300是由下部隔熱材300a及上部隔熱材300b所構成，在內部設有氣道360。在此，氣道360是只藉由形成於下部隔熱材300a的凹部300a1所構成。因此，冷卻氣體的排出口也只藉由下部隔熱材300a所構成。另外，氣道360是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。
在頂部隔熱材300也可取得與上述同樣的效果。
圖22是表示頂部隔熱材的第2變形例的剖面圖。如圖22所示般，第2變形例的頂部隔熱材400是由下部隔熱材400a及上部隔熱材400b所構成，在內部設有氣道460。在此，氣道460是只藉由形成於上部隔熱材400b的凹部400b1所構成。因此，冷卻氣體的排出口也只藉由下部隔熱材400b所構成。另外，氣道460是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。
在頂部隔熱材400也可取得與上述頂部隔熱材同樣的效果。
圖23是表示頂部隔熱材的第3變形例的剖面圖。如圖23所示般，第3變形例的頂部隔熱材500是構成設在下部隔熱材500a的凹部500a1的傾斜部500a4與設在上部隔熱材500b的凹部500b1的傾斜部500b4會連續。將傾斜部構成如此，亦可使頂部隔熱材500的厚度(隔熱性)從中心側到外緣側連續地變化。另外，凹部500a1及凹部500b1(以及藉由該等所構成的氣道)是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。
在頂部隔熱材500也可取得與上述頂部隔熱材同樣的效果。
圖24是表示頂部隔熱材的第4變形例的剖面圖。如圖24所示般，第4變形例的頂部隔熱材600是構成在上部隔熱材600b設置分別連通至各氣道660的排出口662。另外，排出口662是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。
此變形例也是除了排氣管(未圖示)需要2系統，及包含排氣管的加熱器的全高變高以外，可取得與上述頂部隔熱材同樣的效果。
圖25是表示頂部隔熱材的第4變形例的下部隔熱材的平面圖，圖26是表示頂部隔熱材的第4變形例的下部隔熱材的底面圖。如圖示般，第4變形例的頂部隔熱材700是分別在下部隔熱材700a的凹部700a1設置複
數個導入口700a2。圖示的例子是分別在2個凹部700a1各形成3個導入口700a2。各導入口700a2是在以頂部隔熱材700的中央部為中心的同心圓上各間隔能夠成為最大的方式間隔60°配置。另外，凹部700a1及凹部700b1(以及藉由該等所構成的氣道)是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。同樣，各導入口700a2也是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。
在第4變形例也可取得與上述頂部隔熱材同樣的效果。
另外，第4變形例是在一個的凹部700a1形成複數的導入口700a2，因此恐有在導入口700a2間產生對流之虞。然而，導入口700a2皆是平面視設在比晶圓的外緣部更外側，因此對於晶圓的溫度分布的影響，要比圖18所示的加熱器形狀來得小。
圖27是表示頂部隔熱材的第5變形例的下部隔熱材的平面圖，圖28是表示頂部隔熱材的第5變形例的下部隔熱材的底面圖。又，圖29是表示頂部隔熱材的第5變形例的上部隔熱材的底面圖。如圖示般，第5變形例的頂部隔熱材800是構成在下部隔熱材800a形成4個圓弧狀的凹部800a1，在各凹部800a1設置導入口800a2及缺口部800a6。並且，構成在上部隔熱材800b形成4個圓弧狀的凹部800b1，在各凹部800b1設置缺口部800b6。各缺口部800a6是配置成2個缺口部800a6會在頂部隔熱材800的側面鄰接。同樣，各缺口部800b6也配
置成2個缺口部800b6會在頂部隔熱材800的側面鄰接。另外，凹部800a1及凹部800b1(以及藉由該等所構成的氣道)是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。同樣，各導入口800a2也是平面視設在比晶圓的外緣部更外側。
此變形例也是除了排氣管(未圖示)需要複數系統以外，可取得與上述頂部隔熱材同樣的效果。
另外，在圖27中，在各凹部800b1各設2個缺口部800b6，但亦可在各凹部800b1只設1個缺口部800b6。
另外，亦可組合上述各變形例來構成頂部隔熱材。並且，氣道、導入口、排出口的數量也不限於上述的例子，亦可按照頂部隔熱材的大小等來變更。
(本發明的理想形態)
以下，附記有關本發明的理想形態。
[附記1]
一種基板處理裝置係具備：收容基板的反應容器、及加熱裝置，該加熱裝置係具有：設在前述反應容器的外周之側壁隔熱體；設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體；設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體；設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，
又，前述頂部隔熱體係以其厚度能夠形成外緣側比中心側更小方式，在內部設有前述冷卻氣體通過的氣道。
[附記2]
如附記1記載的基板處理裝置，其中，前述氣道係以頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間。
[附記3]
如附記1或2記載的基板處理裝置，其中，前述氣道係具有：導入冷卻氣體的導入口、及將導入後的前述冷卻氣體排出的排出口，前述導入口係平面視設在比前述基板更外側的位置。
[附記4]
如附記1~3中的任一記載的基板處理裝置，其中，前述氣道係平面視設在比前述基板更外側的位置。
[附記5]
如附記1~5中的任一記載的基板處理裝置，其中，前述氣道係隨著接近前述頂部隔熱體的中心側而剖面積變小。
[附記6]
如附記1~5中的任一記載的基板處理裝置，其中，
前述氣道係設置複數個，且在前述氣道的各個之間設有隔熱壁。
[附記7]
如附記6記載的基板處理裝置，其中，分別在前述複數的氣道設有：導入前述冷卻氣體的導入口、及將導入後的前述冷卻氣體排出的排出口。
[附記8]
如附記7記載的基板處理裝置，其中，分別設在前述複數的氣道的前述導入口係以前述頂部隔熱體的中央部為中心的同心圓上各間隔能夠成為最大的方式設置。
[附記9]
如附記7或8記載的基板處理裝置，其中，分別設在前述複數的氣道的前述排出口係與前述頂部隔熱體的側面鄰接而設。
[附記10]
一種基板處理裝置，係具備：收容基板的反應容器、及加熱裝置，該加熱裝置係具有：設在前述反應容器的外周之側壁隔熱體；
設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體；設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體；設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，又，前述頂部隔熱體係於其內部設有以前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間，前述冷卻氣體通過的氣道。
[附記11]
一種加熱裝置，係具有：設在反應容器的外周之側壁隔熱體；設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體；設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體；設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，又，前述頂部隔熱體係以其中實剖面積能夠形成外緣側比中心側更小的方式，在內部設有前述冷卻氣體通過的氣道。
[附記12]
一種加熱裝置，係具有：設在反應容器的外周之側壁隔熱體；設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體；設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體；
設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，又，在前述頂部隔熱體中設有以前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間，前述冷卻氣體通過的氣道。
[附記13]
一種頂部隔熱體，係設在基板處理裝置中所被使用的加熱裝置的側壁隔熱體的上部，前述頂部隔熱體係以其中實剖面積能夠形成外緣側比中心側更小的方式，在內部設有前述冷卻氣體通過的氣道。
[附記14]
一種頂部隔熱體，係設在基板處理裝置中所被使用的加熱裝置的側壁隔熱體的上部，設有以前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間，冷卻氣體通過的氣道。
[附記15]
一種半導體裝置的製造方法，係在冷卻氣體流路及氣道中流動冷卻氣體而冷卻收容於前述反應容器的基板，該冷卻氣體流路係設在反應容器與位於其外周的側壁隔熱體之間，該氣道係以位於前述側壁隔熱體的上部的頂部隔熱體的內部，前述頂部隔熱體的中實剖面積能夠形成外緣側比前述頂部隔熱體的中心側更小的方式設置。
[附記16]
一種半導體裝置的製造方法，係在冷卻氣體流路及氣道中流動冷卻氣體而冷卻收容於前述反應容器的基板，該冷卻氣體流路係設在反應容器與位於其外周的側壁隔熱體之間，該氣道係以位於前述側壁隔熱體的上部的頂部隔熱體的內部所設的前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間。
[附記17]
一種半導體裝置的製造方法，係藉由加熱裝置來加熱處理收容於前述反應容器的基板，該加熱裝置係具有：設在反應容器的外周之側壁隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體、及設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，且在前述頂部隔熱體中，以其中實剖面積能夠形成前述頂部隔熱體的周緣側比中心側更小的方式設有前述冷卻氣體通過的氣道。
[附記18]
一種半導體裝置的製造方法，係藉由加熱裝置來加熱處理收容於前述反應容器的基板，該加熱裝置係具有：設在反應容器的外周之側壁隔熱
體、及設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體、及設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，且在前述頂部隔熱體中設有以前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間，前述冷卻氣體通過的氣道。
1‧‧‧基板處理裝置
54‧‧‧擋板
56‧‧‧排氣管
58‧‧‧散熱器
60‧‧‧風扇
115‧‧‧晶舟昇降器
200‧‧‧基板
201‧‧‧處理室
202‧‧‧處理爐
203‧‧‧反應容器
204‧‧‧內管
205‧‧‧外管
206‧‧‧加熱裝置
208‧‧‧加熱器線(發熱體)
209‧‧‧集流腔
216‧‧‧隔熱板
217‧‧‧晶舟
219‧‧‧密封蓋
220a、220b‧‧‧O型環
230‧‧‧噴嘴
231‧‧‧排氣管
232‧‧‧氣體供給管
235‧‧‧氣體流量控制部
236‧‧‧壓力控制部
237‧‧‧驅動控制部
238‧‧‧溫度控制部
239‧‧‧主控制部
240‧‧‧控制器
241‧‧‧質量流控制器
242‧‧‧壓力調整裝置
245‧‧‧壓力感測器
246‧‧‧真空排氣裝置
250‧‧‧側壁隔熱體
251‧‧‧加熱器基座
252‧‧‧頂部隔熱體
252a2‧‧‧導入口
254‧‧‧旋轉機構
255‧‧‧旋轉軸
256‧‧‧流路
258‧‧‧吸氣口
260‧‧‧氣道
263‧‧‧溫度感測器
Claims (14)
- 一種頂部隔熱體，係設在處理基板的基板處理裝置中所被使用的加熱裝置的側壁隔熱體的上部，其特徵為：前述頂部隔熱體係以其中實剖面積能夠形成外緣側比中心側更小的方式，在內部設有冷卻氣體通過的氣道，前述氣道係設置複數個，且在前述氣道的各個之間設有隔熱壁。
- 如申請專利範圍第1項之頂部隔熱體，其中，前述氣道係以頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間。
- 如申請專利範圍第1項之頂部隔熱體，其中，前述氣道係具有：導入前述冷卻氣體的導入口、及將導入後的前述冷卻氣體排出的排出口，前述導入口係平面視設在比前述基板更外側的位置。
- 如申請專利範圍第1項之頂部隔熱體，其中，前述氣道係平面視設在比前述基板更外側的位置。
- 如申請專利範圍第1項之頂部隔熱體，其中，前述氣道係隨著接近前述頂部隔熱體的中心側而剖面積變小。
- 如申請專利範圍第1項之頂部隔熱體，其中，前述氣道係設置複數個，且分別在前述複數的氣道設有：導入前述冷卻氣體的導入口、及將導入後的前述冷卻氣體排出的排出口。
- 如申請專利範圍第6項之頂部隔熱體，其中，分別設在前述複數的氣道的前述導入口係以前述頂部隔熱體的中央部為中心的同心圓上各間隔能夠成為最大的方式設 置。
- 如申請專利範圍第6項之頂部隔熱體，其中，分別設在前述複數的氣道的前述排出口係與前述頂部隔熱體的側面鄰接而設。
- 一種加熱裝置，係具有如申請專利範圍第1項所記載的頂部隔熱體，其特徵為：前述加熱裝置更具有：設在反應容器的外周之側壁隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體、及設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路。
- 一種基板處理裝置，係具有如申請專利範圍第9項所記載的加熱裝置，其特徵為：前述基板處理裝置係設有收容基板的反應容器。
- 一種頂部隔熱體，係設在基板處理裝置中所被使用的加熱裝置的側壁隔熱體的上部，其特徵為：在以前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間設有冷卻氣體通過的氣道，前述氣道係設置複數個，且在前述氣道的各個之間設有隔熱壁。
- 一種半導體裝置的製造方法，其特徵為：在冷卻氣體流路及氣道中流動冷卻氣體而冷卻收容於前述反應容器的基板，該冷卻氣體流路係設在反應容器與位於其外周的側壁隔熱體之間，該氣道係以在位於前述側壁隔熱體的上部的頂部隔熱 體的內部，前述頂部隔熱體的中實剖面積能夠形成周緣側比前述頂部隔熱體的中心側更小的方式設置，前述氣道係設置複數個，且在前述氣道的各個之間設有隔熱壁。
- 一種半導體裝置的製造方法，其特徵為：在冷卻氣體流路及氣道中流動冷卻氣體而冷卻收容於前述反應容器的基板，該冷卻氣體流路係設在反應容器與位於其外周的側壁隔熱體之間，該氣道係以位於前述側壁隔熱體的上部的頂部隔熱體的內部所設的前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間，前述氣道係設置複數個，且在前述氣道的各個之間設有隔熱壁。
- 一種半導體裝置的製造方法，其特徵為：藉由加熱裝置來加熱處理收容於前述反應容器的基板，該加熱裝置係具有：設在反應容器的外周之側壁隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的上部之頂部隔熱體、及設在前述側壁隔熱體的內壁之發熱體、及設在前述反應容器與前述側壁隔熱體之間的冷卻氣體的流路，且在前述頂部隔熱體中，以前述頂部隔熱體的中央部為中心的圓弧狀的空間，設有前述冷卻氣體通過的氣道，前述氣道係設置複數個，且在前述氣道的各個之間設有隔熱壁。
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