專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法和襯底處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法和襯底處理裝置，尤其涉及用于排除反應(yīng)室內(nèi)的粉粒的裝置。
背景技術(shù)：
作為用于實(shí)施半導(dǎo)體器件(device)的一個(gè)制造工序的襯底處理裝置，有在反應(yīng)室內(nèi)(以下也稱爐內(nèi))對(duì)多塊晶片實(shí)施成膜等處理的立式CVD裝置。以往的立式CVD裝置，在半導(dǎo)體制造處理中，特別是在反應(yīng)室開放時(shí)，粉粒從爐內(nèi)的粉粒產(chǎn)生源飛散開來(lái)，容易附著在晶片表面。粉粒產(chǎn)生源是吸附于反應(yīng)室壁、管道壁等上的反應(yīng)生成物。在爐內(nèi)反復(fù)成膜，導(dǎo)致反應(yīng)生成物的膜吸附在反應(yīng)室壁、管道壁等上，該膜剝落后，如圖8所示，成為粉粒92。例如，當(dāng)反復(fù)進(jìn)行氮化硅膜(SiN膜)的成膜時(shí)，在大于或等于500℃的高溫區(qū)域，在壁面上將淀積Si3N4膜90，在150℃的低溫區(qū)域，將淀積氯化銨膜(NH4Cl膜)91，它們剝落后，成為粉粒92。
在成膜工序中，在圖8中，首先，列舉容易吸附Si3N4膜90的部位，有構(gòu)成外周設(shè)置了加熱器102的雙重管構(gòu)造的石英制反應(yīng)管(以下稱為爐體)103的內(nèi)部反應(yīng)管104的內(nèi)壁、和石英制舟117的表面。接下來(lái)，列舉容易吸附NH4Cl膜91的部位，有排氣口111附近的內(nèi)部反應(yīng)管104的下部外壁、供給管132、連接排氣管112的金屬制例如不銹鋼制的集流腔(manifold)106的內(nèi)壁、導(dǎo)入反應(yīng)氣體的供給管132的內(nèi)壁、連接在集流腔106的排氣口111上的排氣管112的內(nèi)壁、以及密封爐口部開口116的密封蓋119的內(nèi)壁等。
由于在爐內(nèi)反復(fù)成膜，從而在這些部件的高溫區(qū)域逐漸淀積Si3N4膜90，在低溫區(qū)域逐漸淀積NH4Cl膜91。在反應(yīng)室101內(nèi)淀積的Si3N4膜90、在反應(yīng)室低溫區(qū)域、集流腔和管道上淀積的NH4Cl膜91剝落后，成為粉粒92。另外，在附圖中，為了便于看圖，對(duì)SiN(Si3N4)膜90、NH4Cl膜91、粉粒92進(jìn)行了突出描繪。
吸附、淀積在壁面上的膜，因?yàn)槟撤N原因而從壁面上剝落后，成為粉粒92，以下使用圖9對(duì)該粉粒產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行說(shuō)明。
圖9示出了使裝入了晶片100的舟117沿空心箭頭方向上升(boat up舟上升)而向反應(yīng)室101內(nèi)裝入晶片100的工序(wafer load工序晶片裝載工序)。當(dāng)為了使舟上升而打開爐口部開口116時(shí)，造成從爐口部開口116向外部散熱，從而爐體降溫。
由于反應(yīng)室101內(nèi)被裝入室溫的晶片100和舟117，因此將造成正加熱的反應(yīng)管103的壁面溫度的降低。因此，附著在反應(yīng)管壁面等上的SiN膜90，將受到由其與反應(yīng)管103的熱膨脹差引起的應(yīng)力的作用而從壁面上剝落，從而產(chǎn)生粉粒92。
另外，在使保持處理后的晶片100的舟117下降(boat down舟下降)而從反應(yīng)室101內(nèi)取出晶片100(wafer unload晶片卸載)的工序中，也會(huì)因同樣的機(jī)理而產(chǎn)生粉粒。這被認(rèn)為是在晶片100和舟117從反應(yīng)室101內(nèi)取出時(shí)，反應(yīng)管壁面、集流腔沿管軸方向逐漸受到舟的高溫部的烘烤，因此特別是吸附在成為低溫區(qū)域的反應(yīng)管下部壁面和集流腔內(nèi)壁面上的NH4Cl膜91將受到應(yīng)力作用而從壁面上剝落，從而產(chǎn)生粉粒92。
因此，為了防止上述的粉粒污染晶片，以前提出了在晶片裝載/晶片卸載時(shí)，對(duì)反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反向清洗(back purge)并緩慢排氣的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)和在反應(yīng)室開放的狀態(tài)下向反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體并緩慢排氣的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)1日本特開平10-326752號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開平8-31743號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，如專利文獻(xiàn)1、2所述，在晶片裝載/晶片卸載時(shí)，或者在反應(yīng)室開放時(shí)，通過(guò)緩慢排氣使反應(yīng)室排氣的做法等不能形成用于去除粉粒的有效氣流，因此存在改善的余地。
本發(fā)明的課題在于提供能將粉粒從反應(yīng)室內(nèi)有效地排除的半導(dǎo)體器件的制造方法和襯底處理裝置。
第1發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括將至少一塊襯底裝入反應(yīng)室的步驟；向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入反應(yīng)氣體，使上述反應(yīng)室排氣，處理上述襯底的步驟；以及將處理后的襯底從上述反應(yīng)室取出的步驟；在裝入上述襯底的步驟或/和取出上述襯底的步驟中，以比處理上述襯底的步驟中的排氣流量大的排氣流量使上述反應(yīng)室排氣。
在裝入襯底的步驟或/和取出襯底的步驟中，引起反應(yīng)室壁的溫度變化，由附著在反應(yīng)室壁上的淀積膜和反應(yīng)室壁的熱膨脹差引起的應(yīng)力使淀積膜從反應(yīng)室壁上剝落，成為粉粒。當(dāng)以比處理襯底的步驟中的排氣流量大的排氣流量使上述反應(yīng)室排氣時(shí)，能夠形成用于去除粉粒的有效氣流，因此粉粒能被有效地排出到反應(yīng)室外。從而能夠減少粉粒向襯底的附著。
第2發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第1發(fā)明中，在裝入上述襯底的步驟或/和取出襯底的步驟中，邊向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊以比處理上述襯底的步驟中的排氣流量大的排氣流量使上述反應(yīng)室排氣。
當(dāng)邊向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊以比處理襯底的步驟中的排氣流量大的排氣流量使上述反應(yīng)室排氣時(shí)，能夠形成用于去除粉粒的有效氣流，因此粉粒能被有效地排出到反應(yīng)室外。從而能夠減少粉粒向襯底的附著。
在這種情況下，使用的惰性氣體，在粉粒的尺寸大于或等于0.5μm時(shí)，也可以使用分子比N2氣大的Ar氣等其它的氣體，在粉粒的尺寸為0.1μm～0.5μm的量級(jí)時(shí)，最好使用最普遍使用的N2氣。
第3發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括將至少一塊襯底裝入反應(yīng)室內(nèi)的步驟；向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入反應(yīng)氣體，由與真空泵連通的第一排氣管路使上述反應(yīng)室排氣，處理上述襯底的步驟；以及將處理后的襯底從上述反應(yīng)室取出的步驟；在裝入上述襯底的步驟或/和取出上述襯底的步驟中，由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
當(dāng)由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使反應(yīng)室排氣時(shí)，能夠形成用于去除粉粒的有效氣流，因此粉粒能被有效地排出到反應(yīng)室外。從而能夠減少粉粒向襯底的附著。
第二排氣管路只要進(jìn)行大氣壓排氣即可，而不是真空排氣。這是因?yàn)榇髿鈮号艢馀c真空排氣相比，能夠更有效地排出粉粒。
第4發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第3發(fā)明中，在裝入上述襯底的步驟或/和取出襯底的步驟中，邊向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
當(dāng)邊向反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由排氣流量比第一排氣管路大的第二排氣管路使反應(yīng)室排氣時(shí)，能夠形成用于去除粉粒的有效氣流，因此粉粒能被有效地排出到反應(yīng)室外。從而能夠減少粉粒向襯底的附著。
第5發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第3發(fā)明中，還包括用惰性氣體對(duì)取出襯底后的反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行清洗的步驟，在從取出上述襯底的步驟到對(duì)上述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行清洗的步驟結(jié)束的期間，邊向上述反應(yīng)室內(nèi)連續(xù)地導(dǎo)入惰性氣體，邊由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
當(dāng)在從取出上述襯底的步驟到對(duì)上述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行清洗的步驟結(jié)束的期間，邊向上述反應(yīng)室內(nèi)連續(xù)地導(dǎo)入惰性氣體，邊由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣時(shí)，能夠有效地將粉粒排出到反應(yīng)室外。
第6發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第3發(fā)明中，上述第二排氣管路與建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備連通。作為第二排氣管路，可以使用組裝在建筑物附屬設(shè)備內(nèi)的排氣流量大的排氣設(shè)備來(lái)進(jìn)行排氣，因此能夠可靠且容易地進(jìn)行排氣流量比第一排氣管路大的排氣。
第7發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第3發(fā)明中，在處理上述襯底的步驟中，在襯底上淀積氮化硅膜。處理襯底的步驟為在襯底上淀積氮化硅膜的步驟時(shí)，能夠有效地將粉粒排出到反應(yīng)室外，該粉粒是由淀積在處理室內(nèi)然后剝落了的氮化硅膜或氯化銨膜構(gòu)成的。
第8發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第4發(fā)明中，上述惰性氣體的流量大于或等于反應(yīng)氣體流量的100倍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，惰性氣體的流量最好大于或等于反應(yīng)氣體流量的100倍。
第9發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第4發(fā)明中，上述惰性氣體的流量大于或等于100L/min。為了克服粉粒的重力，將粉粒順利地運(yùn)送到反應(yīng)室外，惰性氣體的流量最好大于或等于100L/min。
第10發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第4發(fā)明中，上述惰性氣體的流量為100L/min～200L/min。為了將粉粒順利地運(yùn)送到反應(yīng)室外，并且使反應(yīng)室內(nèi)的熱不過(guò)度散失，惰性氣體的流量最好為100L/min～200L/min。特別是在將惰性氣體的流量的上限設(shè)為150L/min時(shí)，能夠抑制設(shè)備費(fèi)用的增加，而且能使反應(yīng)室內(nèi)的熱不過(guò)度散失。
第11發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第4發(fā)明中，上述第二排氣管路的排氣流量大于上述惰性氣體的供給流量。當(dāng)?shù)诙艢夤苈返呐艢饬髁砍^(guò)惰性氣體的流量時(shí)，大氣被吸入到反應(yīng)室內(nèi)，因此在不希望在襯底上形成氧化膜的情況下，最好使第二排氣管路的排氣流量為與惰性氣體的流量大致相同的排氣流量。但是，當(dāng)在襯底上形成氧化膜也可以時(shí)，為了將粉粒更有效地排出到反應(yīng)室外，第二排氣管路的排氣流量最好大于惰性氣體的流量。
第12發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在第4發(fā)明中，上述惰性氣體被加熱后導(dǎo)入上述反應(yīng)室內(nèi)。當(dāng)惰性氣體被加熱后導(dǎo)入上述反應(yīng)室內(nèi)時(shí)，即使是在襯底裝入步驟或/和襯底取出步驟，也能抑制反應(yīng)室內(nèi)溫度的變化，因此能夠抑制因反應(yīng)室溫度降低而產(chǎn)生淀積膜的碎裂，從而能夠進(jìn)一步抑制粉粒的產(chǎn)生。
特別是在上述惰性氣體的加熱溫度約為反應(yīng)室內(nèi)溫度時(shí)，即使是在襯底裝入步驟或/和襯底取出步驟，也能抑制反應(yīng)室內(nèi)溫度的變化，因此能夠進(jìn)一步抑制反應(yīng)室內(nèi)溫度的變化，從而能夠進(jìn)一步抑制粉粒的產(chǎn)生。
第13發(fā)明提供一種襯底處理裝置，包括進(jìn)行至少一塊襯底的處理的反應(yīng)室；向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入氣體的至少一條氣體供給管路；由真空泵進(jìn)行上述反應(yīng)室內(nèi)的排氣的第一排氣管路；排氣流量比進(jìn)行上述反應(yīng)室內(nèi)的排氣的上述第一排氣管路大的第二排氣管路；以及控制器，在向上述反應(yīng)室內(nèi)裝入襯底時(shí)或/和從上述反應(yīng)室取出襯底時(shí)，進(jìn)行控制，使得由上述第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
如果具有控制器，則能夠容易地實(shí)施在反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的粉粒的排出，上述控制器在向上述反應(yīng)室內(nèi)裝入襯底時(shí)或/和從上述反應(yīng)室取出襯底時(shí)，進(jìn)行控制，使得由排氣流量比進(jìn)行上述反應(yīng)室內(nèi)的排氣的上述第一排氣管路大的第二排氣管路進(jìn)行排氣。
第14發(fā)明的襯底處理裝置的特征在于在第13發(fā)明中，上述控制器在向上述反應(yīng)室內(nèi)裝入襯底時(shí)或/和從上述反應(yīng)室取出襯底時(shí)，進(jìn)行控制，使得邊由上述氣體供給管路向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由上述第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
如果具有控制器，則能夠容易地實(shí)施在反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的粉粒的排出，上述控制器在向反應(yīng)室內(nèi)裝入襯底時(shí)或/和從上述反應(yīng)室取出襯底時(shí)，進(jìn)行控制，使得邊從氣體供給管路向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由第二排氣管路進(jìn)行排氣。
襯底處理裝置，例如在為了將襯底裝入反應(yīng)室而使用保持夾具(舟等襯底保持工具)的情況下，在反應(yīng)室開放時(shí)，主要進(jìn)行將由保持工具所保持的襯底裝入反應(yīng)室的襯底裝入(襯底裝載)步驟，從反應(yīng)室取出由保持工具所保持的處理后襯底的襯底取出(襯底卸載)步驟。如本發(fā)明所示，將邊從氣體供給管路向反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體邊由第二排氣管路進(jìn)行排氣的期間限定在襯底裝入時(shí)或/和襯底取出時(shí)，與在反應(yīng)室開放的整個(gè)期間邊持續(xù)從氣體供給管路向反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體邊由第二排氣管路進(jìn)行排氣的情況相比，第二排氣管路排熱的期間縮短，因此能夠保護(hù)構(gòu)成排氣管路的部件。另外，將邊從氣體供給管路向反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體邊由第二排氣管路進(jìn)行排氣的期間限定在襯底裝入步驟時(shí)或/和襯底取出步驟時(shí)，能夠減少惰性氣體的消耗量。
第15發(fā)明的襯底處理裝置的特征在于在第13發(fā)明中，上述控制器還進(jìn)行控制，使得在從上述襯底取出時(shí)到襯底取出后進(jìn)行的反應(yīng)室清洗結(jié)束的期間，邊由上述氣體供給管路連續(xù)地向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由上述第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
當(dāng)控制器進(jìn)行控制，使得在從取出襯底時(shí)到反應(yīng)室清洗結(jié)束的期間，邊連續(xù)地向反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體邊由第二排氣管路使反應(yīng)室排氣時(shí)，能夠更有效地將粉粒排出到反應(yīng)室外。
第16發(fā)明的襯底處理裝置的特征在于在第13發(fā)明中，上述第二排氣管路與建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備連通。
當(dāng)?shù)诙艢夤苈放c建筑物附屬設(shè)備連通時(shí)，能夠使用排氣流量大的排氣設(shè)備來(lái)排氣，因此能夠可靠且容易地進(jìn)行排氣流量大于第一排氣管路的排氣。
第17發(fā)明的襯底處理裝置的特征在于在第13發(fā)明中，還具有保持工具，在上述反應(yīng)室內(nèi)以水平姿態(tài)裝入多層襯底。由于從排氣流量大的第二排氣管路使反應(yīng)室排氣，因此，即使是收容裝入多層襯底的保持工具那樣的大容積的反應(yīng)室，也能有效地排出粉粒，因此在保持工具的哪一層都能減少粉粒向襯底的附著。
第18發(fā)明的襯底處理裝置的特征在于在第13發(fā)明中，上述反應(yīng)室由外部反應(yīng)管和內(nèi)部反應(yīng)管構(gòu)成。
為了將在上述反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的粉粒排出到反應(yīng)室外，需要克服重力使粉粒上升，從而難以將粉粒排出，因此根據(jù)本發(fā)明，由于由排氣流量大的第二排氣管路進(jìn)行排氣，因此，即使是由外部反應(yīng)管和內(nèi)部反應(yīng)管構(gòu)成的反應(yīng)室，也能容易地排出粉粒。
第19發(fā)明的襯底處理裝置的特征在于在第13發(fā)明中，使上述襯底等待的預(yù)備室與上述反應(yīng)室連通。由于預(yù)備室與反應(yīng)室連通，所以反應(yīng)室開放時(shí)，能夠不使反應(yīng)室開放于大氣中地進(jìn)行襯底的裝入、取出。特別是在具有向預(yù)備室導(dǎo)入惰性氣體的功能的情況下，并用氣體供給管路、或不使用氣體供給管路，也能夠從預(yù)備室向反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體。上述預(yù)備室，例如是真空進(jìn)片室(load lock)或N2氣清洗箱(purge box)。
第20發(fā)明的襯底處理裝置的特征在于在第14發(fā)明中，上述氣體供給管路包括反應(yīng)氣體用管路和惰性氣體用管路，上述惰性氣體從上述惰性氣體用管路導(dǎo)入。由于從惰性氣體用管路導(dǎo)入惰性氣體，所以能不給附著在反應(yīng)用管路上的淀積膜施加由惰性氣體導(dǎo)入引起的應(yīng)力。從而能抑制在反應(yīng)氣體用管路上附著的淀積膜發(fā)生碎裂。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在裝入襯底的步驟或/和取出襯底的步驟中，以比處理襯底的步驟中的排氣流量大的排氣流量使反應(yīng)室排氣，因此能夠?qū)⒎哿姆磻?yīng)室有效地排出，能夠減少粉粒向襯底的附著。
另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置，具有控制器，進(jìn)行控制，使得在向反應(yīng)室內(nèi)裝入襯底時(shí)或/和從上述反應(yīng)室取出襯底時(shí)，由排氣流量比進(jìn)行反應(yīng)室內(nèi)的排氣的第一排氣管路大的第二排氣管路進(jìn)行排氣，因此能夠有效地將粉粒從反應(yīng)室排出，從而能夠減少粉粒向襯底的附著。


圖1是構(gòu)成第1實(shí)施方式的襯底處理時(shí)的襯底處理裝置的處理爐的說(shuō)明圖。
圖2是比較粉粒個(gè)數(shù)在進(jìn)行第1實(shí)施方式的HFV管路的排氣時(shí)與不進(jìn)行HFV管路的排氣時(shí)(沒(méi)有HFV)怎樣變化的說(shuō)明圖。
圖3是表示第1實(shí)施方式的預(yù)備室與處理爐連接的情況下的晶片裝載時(shí)的變形例的說(shuō)明圖。
圖4是第1實(shí)施方式的供給系統(tǒng)的詳細(xì)說(shuō)明圖。
圖5是表示第1實(shí)施方式的惰性氣體導(dǎo)入管與反應(yīng)氣體導(dǎo)入管分開地獨(dú)立設(shè)置時(shí)的變形例的說(shuō)明圖。
圖6是表示第1實(shí)施方式的第2排氣管路與建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備連通時(shí)的說(shuō)明圖。
圖7是構(gòu)成第2實(shí)施方式的晶片裝載時(shí)的襯底處理裝置的處理爐的說(shuō)明圖。
圖8是表示以往的立式CVD裝置的粉粒產(chǎn)生源的說(shuō)明圖。
圖9是說(shuō)明利用以往的舟上升進(jìn)行晶片裝載時(shí)產(chǎn)生粉粒的機(jī)理的圖。
圖10是說(shuō)明以往的舟上升/下降引起的爐溫變化的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
以下說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法和用于實(shí)施該方法的襯底處理裝置。襯底處理裝置為立式裝置時(shí)，作為使裝載了晶片的舟上升而裝入到爐內(nèi)的動(dòng)作的舟裝載相當(dāng)于晶片裝載(襯底裝入)。另外，作為使裝載了晶片的舟下降而從爐內(nèi)取出的動(dòng)作的舟卸載相當(dāng)于晶片卸載(襯底取出)。在以下的說(shuō)明中，對(duì)立式CVD裝置進(jìn)行說(shuō)明，因此晶片裝載和舟裝載同義。晶片卸載和舟卸載同義。
發(fā)明人對(duì)反應(yīng)管的壁面溫度(爐溫)在半導(dǎo)體制造工序的晶片裝載工序和晶片卸載工序中變化到什么樣的程度進(jìn)行了考察。用圖10對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。圖10表示在伴有舟上升的晶片裝載工序和伴有舟下降的晶片卸載工序中產(chǎn)生的爐溫變化。圖10中，U、CU、CL、L分別表示爐的上部、中央上部、中央下部、下部的溫度變化曲線。成膜溫度設(shè)定為750℃，但是，由于在爐內(nèi)形成了溫度梯度，因此U、CU、CL、L部的溫度不同，越向下方溫度越低。在舟上升時(shí)，向爐內(nèi)裝入常溫的舟117，因此稍稍遲于裝入時(shí)刻，在爐內(nèi)暫時(shí)產(chǎn)生大幅的溫度下降。另外，舟卸載時(shí)，高溫的舟117被從爐內(nèi)取出，因此在取出的過(guò)程中，除了U部之外的溫度比U部低的CU、CL、L部，都受到來(lái)自高溫的舟117的熱輻射的影響，這些部分的溫度反而上升。
根據(jù)記載于圖10中的表可知在反應(yīng)室開放的晶片裝載和晶片卸載時(shí)，U部的最高溫度和最低溫度的溫度差為12.0℃，而在CU、CL、L部，從CU部到L部，溫度差分別增大到53.9℃、87.8℃、90.8℃。反應(yīng)管壁面在晶片裝載和晶片卸載時(shí)，承受這樣大的溫度變化，因此作用于壁面的膜的熱應(yīng)力增加，從而發(fā)生膜碎裂，膜從壁面上剝落。膜剝落后，成為粉粒飛散開來(lái)，附著在反應(yīng)室101內(nèi)的晶片上，污染晶片。雖然在成膜工序，粉粒有時(shí)也會(huì)因逆流或者擴(kuò)散而附著在晶片上，但是本發(fā)明人得到的結(jié)論是由晶片裝載和晶片卸載時(shí)的附著造成的污染最多。
另外，發(fā)明人還得出了以下結(jié)論主要的粉粒產(chǎn)生源是晶片裝載時(shí)附著在內(nèi)部反應(yīng)管上的膜，以及晶片卸載時(shí)附著在舟上的膜。
得到圖10的爐溫特性時(shí)的成膜條件如下膜種類SiN成膜氣體SiH2Cl230～100sccmNH3300～900sccm成膜溫度680～800℃壓力10～100Pa在舟上所裝載的晶片塊數(shù)少于或等于200塊晶片直徑大于或等于φ200mm本發(fā)明人根據(jù)上述結(jié)論完成了本發(fā)明。以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
襯底處理裝置具有處理爐，該處理爐具有處理襯底的反應(yīng)室。將裝入了襯底的襯底保持部件收容到處理爐中對(duì)襯底進(jìn)行處理。圖1示出了該處理爐。
圖1是第一實(shí)施方式的減壓CVD處理爐的剖視圖。外部反應(yīng)管205由例如石英(SiO2)等耐熱性材料構(gòu)成，是上端封閉、下端有開口的圓筒狀的形式。內(nèi)部反應(yīng)管204是上端和下端這兩端具有開口的圓筒狀的形式，同軸地配置在外部反應(yīng)管205內(nèi)。外部反應(yīng)管205和內(nèi)部反應(yīng)管204之間的空間形成成為氣體通路的筒狀空間210。從反應(yīng)管204的上部開口升上來(lái)的氣體通過(guò)筒狀空間210從排氣管路260排氣。
由電阻加熱器等構(gòu)成的加熱裝置202同軸地配置在外部反應(yīng)管205的外周。加熱裝置202由控制器120控制，使得外部反應(yīng)管205內(nèi)的溫度為預(yù)定的處理溫度。上述內(nèi)部反應(yīng)管204、外部反應(yīng)管205和后述的集流腔209構(gòu)成反應(yīng)室201，該反應(yīng)室201用于收納并處理由后述的舟217支撐的作為襯底的晶片200。
在外部反應(yīng)管205和內(nèi)部反應(yīng)管204的下端接合有由例如不銹鋼等構(gòu)成的集流腔209，外部反應(yīng)管205和內(nèi)部反應(yīng)管204被保持在該集流腔209上。外部反應(yīng)管205的下端部和集流腔209的上部開口端部分別設(shè)置有環(huán)狀的法蘭，這些法蘭之間設(shè)置有氣密部件(以下稱為O型圈220)，兩者之間被氣密密封。
在集流腔209的下端開口部(以下稱為爐口開口部)設(shè)置有環(huán)狀的法蘭，由例如不銹鋼等構(gòu)成的圓盤狀的蓋體(以下稱為密封蓋219)隔著氣密部件(以下稱為O形圈220a)氣密密封地且可自由裝拆地安裝在該法蘭上。另外，在集流腔209的爐口開口部設(shè)置有爐口閘板(shutter)218，在從反應(yīng)室201取出了舟217的狀態(tài)下，能夠取代密封蓋219自由地打開、關(guān)閉爐口開口部。爐口閘板218在裝載晶片時(shí)打開，在晶片卸載結(jié)束后關(guān)閉。
密封蓋219上連接有旋轉(zhuǎn)裝置211，使襯底保持部件(以下稱為舟217)和保持于舟217上的晶片200旋轉(zhuǎn)。另外，密封蓋219連接在升降裝置213上，使舟217進(jìn)行升降。由控制器120進(jìn)行控制，使得旋轉(zhuǎn)裝置211轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸212、舟217的旋轉(zhuǎn)速度以及升降裝置213使舟217升降的升降速度為預(yù)定的速度。
集流腔209的下部設(shè)置有氣體導(dǎo)入管路240。氣體導(dǎo)入管路240具有氣體供給管232。由氣體供給管232將處理用的氣體(反應(yīng)氣體)或者惰性氣體導(dǎo)入內(nèi)部反應(yīng)管204、外部反應(yīng)管205內(nèi)。氣體供給管232連接在氣體的流量控制裝置(以下稱為質(zhì)量流量控制器(MFC)231)上，MFC231連接在控制器120上，能夠?qū)?dǎo)入的氣體流量控制為預(yù)定量。
在設(shè)置有氣體導(dǎo)入管路240的集流腔209的與下部相反一側(cè)的上部設(shè)置有上述排氣管路260，排氣管路260主要由第一排氣管路261和第二排氣管路262構(gòu)成。第二排氣管路262在此以從第一排氣管路261分支出來(lái)的形式設(shè)置。
第一排氣管路261，與排氣裝置(以下稱為真空泵246)連通，對(duì)從氣體導(dǎo)入管路240導(dǎo)入到反應(yīng)室201內(nèi)的反應(yīng)氣體進(jìn)行排氣。第二排氣管路262，與大容量的排氣設(shè)備連通，對(duì)從氣體導(dǎo)入管路240導(dǎo)入到反應(yīng)室201內(nèi)的惰性氣體進(jìn)行大量的排氣。作為從氣體導(dǎo)入管路240導(dǎo)入到反應(yīng)室201內(nèi)的惰性氣體，可使用例如N2氣、He氣、Ar氣等。
由第二排氣管路262進(jìn)行排氣的排氣流量設(shè)定得比由第一排氣管路261排氣的排氣流量大。因此，第二排氣管路262連接在例如建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備等上。由第二排氣管路262排氣時(shí)，從氣體導(dǎo)入管路240導(dǎo)入到反應(yīng)室201內(nèi)的惰性氣體的流量在反應(yīng)氣體的流量的20～100倍以上。
上述第一排氣管路261，包括用于進(jìn)行主排氣處理的主排氣管路263、從主排氣管路263側(cè)導(dǎo)入惰性氣體來(lái)調(diào)整反應(yīng)室201內(nèi)的壓力用的壓力調(diào)整管路264，用于進(jìn)行緩慢排氣處理的緩慢排氣管路265，以及用于使反應(yīng)室201內(nèi)的壓力為不超過(guò)大氣壓的壓力(過(guò)加壓)的過(guò)加壓防止管路251。在此，壓力調(diào)整管路264的壓力調(diào)整處理在關(guān)閉了反應(yīng)室時(shí)進(jìn)行。緩慢排氣管路265的緩慢排氣處理在晶片裝載處理后的真空排氣處理(抽真空處理)開始時(shí)進(jìn)行。過(guò)加壓防止管路251的過(guò)加壓防止處理在反應(yīng)室201內(nèi)的大氣恢復(fù)時(shí)進(jìn)行。該大氣恢復(fù)是在晶片處理后的對(duì)反應(yīng)室內(nèi)的清洗之后進(jìn)行的上述第一排氣管路261具有主排氣管道1A。該主排氣管道1A的一個(gè)端部連接在集流腔209上。主排氣管道1A的另一個(gè)端部從上游側(cè)到下游側(cè)依次連接有構(gòu)成真空泵246的渦輪分子泵246A、和干式真空泵246B。在該主排氣管道1A上接入有主排氣閥1B。
上述壓力調(diào)整管路264具有壓力調(diào)整管道2A。該壓力調(diào)整管道2A的一個(gè)端部連接在主排氣管道1A上。其連接位置設(shè)定在主排氣閥1B和真空泵246之間。另一個(gè)端部與惰性氣體源、例如N2氣源連通。該壓力調(diào)整管道2A上經(jīng)由閘門閥2B連接有控制N2氣流量的壓電閥(piezo valve)2C。
上述緩慢排氣管路265具有緩慢排氣管道3A。該緩慢排氣管道3A的一個(gè)端部，在主排氣閥1B的上游側(cè)連接在主排氣管道1A上，另一個(gè)端部，在主排氣閥1B的下游側(cè)連接在主排氣管道1A上。緩慢排氣管道3A上設(shè)置有閘門閥3B。
上述過(guò)加壓防止管路251具有壓力檢測(cè)器250和過(guò)加壓防止管道5A。該壓力檢測(cè)器250和過(guò)加壓防止管道5A的一個(gè)端部，在主排氣閥1B的上游側(cè)連接在主排氣管道1A上。過(guò)加壓防止管道5A的另一個(gè)端部經(jīng)由閘門閥252由單向閥(check valve)253封閉。
控制與真空泵246連通的主排氣管道1A，使得將在外部反應(yīng)管205和內(nèi)部反應(yīng)管204之間的筒狀空間210流過(guò)的氣體排出，使外部反應(yīng)管205內(nèi)成為預(yù)定壓力的減壓氣氛。該控制由控制器120進(jìn)行，該控制器120操作主排氣閥1B、閘門閥2B、壓電閥2C以及閘門閥3B。
上述第二排氣管路262由用于進(jìn)行大量排氣處理的作為普通排氣管路的大流量排氣管路(High Flow Vent Line，以下稱為HFV管路)266構(gòu)成。HFV管路與利用真空泵抽真空的真空排氣管路不同，是在大氣壓下排氣的排氣管路。HFV管路266具有副排氣管道4A。該副排氣管道4A的一個(gè)端部連接在主排氣管道1A上。其連接位置設(shè)定在主排氣閥1B的上游側(cè)。該副排氣管道4A上設(shè)置有閘門閥4B。由操作閘門閥4B的控制器120進(jìn)行控制，使得在反應(yīng)室201內(nèi)形成從氣體供給管232流向副排氣管道4A的大氣流。
可以將上述控制器進(jìn)行控制，使得邊從氣體導(dǎo)入管路240向反應(yīng)室201內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體邊由HFV管路266對(duì)惰性氣體進(jìn)行大量排氣的期間，作為反應(yīng)室201開放的整個(gè)期間，在此，限定為將晶片200裝入反應(yīng)室201內(nèi)的晶片裝載工序、和將處理后的晶片200從反應(yīng)室201內(nèi)取出的晶片卸載工序期間。另外，控制器120在此期間起到以下作用(1)使大流量的惰性氣體流過(guò)，(2)使HFV管路266進(jìn)行惰性氣體的排氣，(3)控制惰性氣體的流量。
下面，對(duì)HFV管路的特征進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明。與真空泵246連通的主排氣管路263、從主排氣管路263分支出的緩慢排氣管路265、過(guò)加壓防止管路251是不同的排氣管路。HFV管路266從主排氣管路263分支出來(lái)，與建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備連通。排氣流量設(shè)定得大于主排氣管路263、緩慢排氣管路265、過(guò)加壓防止排氣管路251，能夠在大氣壓下流過(guò)大流量的氣體。HFV管路266的內(nèi)徑小于主排氣管路263的內(nèi)徑，大于緩慢排氣管路265、過(guò)加壓防止管路251的內(nèi)徑。
以下，說(shuō)明用圖1所示的處理爐進(jìn)行減壓CVD處理的方法的一個(gè)例子。首先，由升降裝置使舟217降下(boat down舟下降)。舟217從爐內(nèi)完全出來(lái)后，關(guān)閉爐口閘板218，堵住反應(yīng)室201的爐口開口部。由未圖示的輸送裝置向舟217裝入多塊晶片200(晶片裝入)。接下來(lái)，邊由加熱裝置202對(duì)反應(yīng)室201內(nèi)進(jìn)行加熱，邊使反應(yīng)室201內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)定的處理溫度。通過(guò)從氣體供給管232向反應(yīng)室201內(nèi)提供惰性氣體，來(lái)預(yù)先用惰性氣體填充反應(yīng)室201。在打開爐口閘板218后，由升降裝置使裝入了晶片200的舟217上升(boat up舟上升)，向反應(yīng)室201內(nèi)裝入晶片200(wafer load晶片裝載)，將反應(yīng)室201的內(nèi)部溫度維持在預(yù)定的處理溫度。在由緩慢排氣管路265將反應(yīng)室201內(nèi)緩慢排氣后，由第一排氣管路261使反應(yīng)室201排氣，直到預(yù)定的真空狀態(tài)，然后，由旋轉(zhuǎn)裝置211使旋轉(zhuǎn)軸212、舟217和裝在舟217上的晶片200旋轉(zhuǎn)。
在使晶片旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，從氣體供給管232導(dǎo)入反應(yīng)氣體。邊使所導(dǎo)入的反應(yīng)氣體在反應(yīng)室201內(nèi)上升，均勻地導(dǎo)入到多塊晶片200，邊通過(guò)第一排氣管路261排氣，進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的減壓CVD處理。
減壓CVD處理結(jié)束后，為了進(jìn)行下一次的晶片200的減壓CVD處理，用惰性氣體置換反應(yīng)室201內(nèi)的氣體，并且使壓力為常壓，然后，由升降裝置使舟217降下(boat down舟下降)，從反應(yīng)室201取出舟217和處理后的晶片200(wafer unload晶片卸載)。舟217從爐內(nèi)完全出來(lái)后，關(guān)閉爐口閘板218，堵住反應(yīng)室201的爐口開口部。從反應(yīng)室201取出的舟217上的處理后的晶片200，被冷卻(cooling)到可以輸送的溫度之后，由未圖示的輸送裝置回收(waferdischarge晶片退出)。向空了的舟217裝入未處理的晶片200(晶片裝入)，再次像上述那樣，打開爐口閘板218，使舟217在反應(yīng)室201內(nèi)上升，裝入舟217(舟上升、晶片裝載)，進(jìn)行減壓CVD處理。
但是，在上述減壓CVD處理工序中的晶片裝載和晶片卸載時(shí)，將產(chǎn)生上述那樣的現(xiàn)象。即、反應(yīng)室開放時(shí)，引起反應(yīng)室內(nèi)的溫度下降，而且，在晶片裝載時(shí)，當(dāng)室溫的晶片200和舟217插入爐內(nèi)時(shí)，將引起反應(yīng)管壁面等的溫度下降。因此，附著在反應(yīng)管壁面等上的淀積膜由于應(yīng)力而剝落，作為粉粒飛散，上述應(yīng)力是因與反應(yīng)管等的熱膨脹率的差異而產(chǎn)生的。飛散出的粉粒附著在晶片200上。另外，晶片卸載時(shí)也和晶片裝載時(shí)一樣，膜因由爐體的溫度變化引起的應(yīng)力而剝落，產(chǎn)生粉粒，附著在晶片200上。
因此，在第1實(shí)施方式中，在晶片裝載和晶片卸載時(shí)，為了防止飛散的粉粒附著在晶片200上，使大流量的惰性氣體、例如N2氣在爐內(nèi)從氣體導(dǎo)入側(cè)流向排氣側(cè)。
晶片裝載時(shí)，由MFC231控制的大量的N2氣從氣體供給管232(氣體導(dǎo)入管路240)導(dǎo)入到內(nèi)部反應(yīng)管204內(nèi)。所導(dǎo)入的N2氣在內(nèi)部反應(yīng)管204內(nèi)上升，在上方通過(guò)在內(nèi)部反應(yīng)管204和外部反應(yīng)管205之間形成的筒狀空間210，向從主排氣管道1A分支出的副排氣管道4A(HFV管路266)排出。卸載時(shí)也一樣，大量的N2氣被導(dǎo)入內(nèi)部反應(yīng)管204內(nèi)，并向副排氣管道4A排出。由此，在爐內(nèi)形成從反應(yīng)氣體的導(dǎo)入側(cè)流向排氣側(cè)的大流量的氣流，在爐內(nèi)產(chǎn)生的粉粒在晶片裝載和晶片卸載時(shí)與該氣流一起被排出到爐外。
在這種情況下，HFV管路266的排氣流量最好大于對(duì)襯底進(jìn)行減壓CVD處理時(shí)的主排氣管路263的排氣流量，從HFV266進(jìn)行的排氣最好不是真空排氣，而是在比真空狀態(tài)下的爐內(nèi)壓力、即對(duì)襯底進(jìn)行減壓CVD處理時(shí)的壓力大的壓力下的排氣，最好大于或等于400Pa，更理想的是大氣壓排氣(101，325Pa)。其原因在于當(dāng)用渦輪分子泵246A等真空泵246在減壓下排氣時(shí)，N2氣分子稀疏地存在于氣流中，N2氣分子的平均自由程較大，因此，即使加快N2氣的流速，也難以將粉粒作為分子流有效地排出去。因熱而做布朗運(yùn)動(dòng)的粉粒碰不到N2氣分子，因重力而落下的概率很高。此時(shí)，如果是大氣壓排氣，則雖然氣體流速慢到例如10cm/分鐘左右，但是，由于N2氣分子密集地存在于氣流中，容易與粉粒碰撞，因此容易將粉粒排出。這正是因?yàn)镹2氣形成的風(fēng)在爐內(nèi)從導(dǎo)入側(cè)吹向排氣側(cè)，粉粒與該風(fēng)一起被吹出到爐外的緣故。
這樣，通過(guò)在比襯底處理時(shí)的壓力大的壓力下進(jìn)行排氣，能夠?qū)⒎哿Ｓ行У嘏懦龅綘t外，由此，能夠抑制隨累積膜厚的增加而產(chǎn)生的粉粒的增加，能夠大幅地減少晶片裝載時(shí)和晶片卸載時(shí)粉粒向晶片表面的附著。另外，在晶片裝載、晶片卸載時(shí)，爐口部開口打開，大氣流入爐內(nèi)，此時(shí)，導(dǎo)入N2氣這樣的惰性氣體，在爐內(nèi)形成惰性氣體的氣流，因此能夠使?fàn)t內(nèi)形成惰性氣體氣氛，也能防止晶片200表面的氧化。
圖2是在對(duì)晶片進(jìn)行SiN成膜的情況下，比較粉粒個(gè)數(shù)在晶片裝載、晶片卸載時(shí)進(jìn)行HFV管路的排氣的情況下與在晶片裝載/晶片卸載時(shí)不進(jìn)行HFV管路的排氣的情況(沒(méi)有HFV)下怎樣變化的說(shuō)明圖。由圖可知，粉粒的計(jì)數(shù)數(shù)，在不進(jìn)行HFV管路的排氣的情況下超過(guò)350個(gè)/晶片，但是，在進(jìn)行HFV管路的排氣的情況下，急劇減少到10個(gè)左右。這樣，為了排出在爐內(nèi)因膜碎裂而產(chǎn)生的粉粒，由HFV管路進(jìn)行的在大于或等于400Pa的壓力下的排氣，例如大氣壓排氣是有效的。
在圖2所示的進(jìn)行HFV管路的排氣時(shí)和不進(jìn)行HFV管路的排氣時(shí)的比較實(shí)驗(yàn)中，成膜條件(有無(wú)HFV管路時(shí)通用)和晶片裝載/晶片卸載時(shí)的惰性氣體導(dǎo)入/排氣條件(只是有HFV管路時(shí))如下。
(1)成膜條件(有無(wú)HFV管路時(shí)通用)膜種類SiN反應(yīng)氣體SiH2Cl230～100sccm反應(yīng)氣體NH3300～900sccm爐內(nèi)溫度(成膜溫度)750℃爐內(nèi)壓力10～100Pa(2)晶片裝載/晶片卸載時(shí)的惰性氣體導(dǎo)入/排氣條件(只是有HFV管路時(shí))N2氣導(dǎo)入量20～200L/minN2氣排氣流量與導(dǎo)入量大致相同排氣壓力大于或等于40mmH2O(大于或等于400Pa)成為計(jì)數(shù)對(duì)象的粉粒直徑大于或等于φ0.13μm如上所述，根據(jù)第1實(shí)施方式，在排氣側(cè)追加第二排氣管路262，在比襯底處理時(shí)的壓力、即真空壓力大的壓力下排出粉粒，因此能夠充分抑制粉粒向晶片上的附著。同時(shí)，通過(guò)在晶片裝載時(shí)或/和晶片卸載時(shí)使?fàn)t內(nèi)為N2氣氣氛，能夠有效地防止晶片表面的氧化。因此，能夠有效地抑制在用以往的立式CVD裝置形成SiN膜時(shí)成為問(wèn)題的粉粒的增加和晶片表面的氧化。
在上述第1實(shí)施方式中，流入爐內(nèi)的惰性氣體(N2氣)的流量越多越好，但是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，優(yōu)選大于或等于反應(yīng)氣體的流量的20倍，最好大于或等于100倍。另外，為了克服粉粒的重力將其順利地運(yùn)送到反應(yīng)室201外，流入爐內(nèi)的惰性氣體的流量?jī)?yōu)選大于或等于20L/min，最好大于或等于100L/min。此時(shí)的排氣壓力如上所述，最好大于或等于40mmH2O(大于或等于400Pa)，例如為大氣壓。另外，為了將粉粒順利地運(yùn)送到反應(yīng)室外，并且不使正加熱的反應(yīng)室內(nèi)的熱過(guò)度散失，流入爐內(nèi)的惰性氣體的流量?jī)?yōu)選20～200L/min，最好是100～200L/min。更理想的是流入爐內(nèi)的惰性氣體的流量為100～150L/min。這是因?yàn)楫?dāng)使流入爐內(nèi)的惰性氣體的流量上限為150L/min時(shí)，能夠抑制設(shè)備費(fèi)用的增高，并且能夠抑制因常溫惰性氣體的導(dǎo)入而引起的反應(yīng)室內(nèi)溫度的過(guò)度降低。在這些情況下，反應(yīng)室201的容積為例如30L～120L。
所使用的惰性氣體，在所形成的膜的種類為SiN、粉粒尺寸為例如0.1μm～0.5μm的量級(jí)的情況下，最好使用最常用的N2氣，但是，在所形成的膜的種類不同、粉粒尺寸大于或等于0.5μm的量級(jí)時(shí)，最好使用分子比N2氣大的He氣或Ar氣等其它氣體。
另外，第二排氣管路262的排氣流量也可以大于從氣體導(dǎo)入管路240導(dǎo)入的惰性氣體的流量。這樣，當(dāng)?shù)诙艢夤苈?62的排氣流量超過(guò)惰性氣體的流量時(shí)，大氣被吸入反應(yīng)室201內(nèi)，因此晶片200有可能氧化。因此，在不希望晶片被氧化的情況下，最好使第二排氣管路262的排氣流量為與惰性氣體的流量大致相等的排氣流量，或者為比惰性氣體的流量小一些的排氣流量。但是，在晶片即使被氧化也可以的情況下，第二排氣管路262的排氣流量最好大于惰性氣體的流量。這是因?yàn)槟軌蚋行У貙⒎哿Ｅc大氣一起排出到反應(yīng)室201外。排氣流量最好為20L/min～200L/min。
另外，如圖6所示，第二排氣管路262最好與在大氣壓下排氣的建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備270連通。一般來(lái)講，在半導(dǎo)體制造工廠中，建筑物附屬設(shè)備設(shè)置有排氣流量大的排氣設(shè)備270。并且，在半導(dǎo)體制造工廠中，排列有多臺(tái)處理爐。因此，所有這些多臺(tái)處理爐的第二排氣管路262都可以連接在排氣設(shè)備270上。作為第二排氣管路262，可以使用組裝于建筑物附屬設(shè)備的排氣流量大的排氣設(shè)備進(jìn)行排氣，因此能夠可靠且容易地進(jìn)行排氣流量比第一排氣管路26 1大的排氣。另外，為了確保預(yù)定的排氣流量，也可以根據(jù)需要在與建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備270連通的排氣管路262上接入吹風(fēng)機(jī)269。
在上述實(shí)施方式中，僅限于在反應(yīng)室開放過(guò)程中的晶片裝載和晶片卸載時(shí)，在爐內(nèi)形成從氣體導(dǎo)入管路240側(cè)流向排氣管路260、262側(cè)的大量的N2氣氣流。其原因在于與在反應(yīng)室開放時(shí)的整個(gè)期間邊持續(xù)從氣體導(dǎo)入管路240向反應(yīng)室201內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由第二排氣管路262進(jìn)行排氣的情況相比，第二排氣管路262用于排熱的期間變短，因此能夠保護(hù)構(gòu)成排氣管路的O形圈等部件。而且，能夠減少N2氣的消耗量。但是，如果沒(méi)有這樣的制約，則也可以在反應(yīng)室開放的整個(gè)期間進(jìn)行排氣。
另外，在上述第1實(shí)施方式中，對(duì)在反應(yīng)室201內(nèi)具有以水平姿態(tài)裝入多層的晶片200的舟217的處理爐，應(yīng)用了在晶片裝載/晶片卸載時(shí)由HFV管路進(jìn)行的排氣。其原因在于由于從排氣流量比第一排氣管路261大的第二排氣管路262使反應(yīng)室201排氣，所以即使是收容裝入多層的晶片200的舟217這樣的容積大的反應(yīng)室，也能有效地排出粉粒，從而在舟217的哪一層都能減少粉粒向襯底的附著。但是，本發(fā)明并不限于此，也可以應(yīng)用于在反應(yīng)室內(nèi)保持一塊或二到三塊左右的晶片的單塊襯底處理裝置的處理爐。此時(shí)，反應(yīng)室的容積沒(méi)有那么大。收容一塊襯底的反應(yīng)室到收容多塊襯底的反應(yīng)室的容積范圍，如上所述為30L～120L。
在本實(shí)施方式中，應(yīng)用于由在反應(yīng)室201內(nèi)具有外部反應(yīng)管205和內(nèi)部反應(yīng)管204的雙重反應(yīng)管構(gòu)成的處理爐。在由雙重反應(yīng)管構(gòu)成處理爐的情況下，當(dāng)從內(nèi)部反應(yīng)管204的下部提供惰性氣體時(shí)，惰性氣體在反應(yīng)管204內(nèi)上升，通過(guò)在外部反應(yīng)管205和內(nèi)部反應(yīng)管204之間形成的筒狀空間210進(jìn)行排氣。因此，為了將在內(nèi)部反應(yīng)管204內(nèi)產(chǎn)生的粉粒排出到爐外，需要使粉粒向與重力方向相反的方向上升，越過(guò)內(nèi)部反應(yīng)管204，因此難以排出粉粒。但是，根據(jù)本實(shí)施方式，由于用大流量的惰性氣體進(jìn)行大氣壓清洗，因此能運(yùn)送異物的分子、原子的數(shù)量較多，運(yùn)送異物的能量較大，從而即使是在難以排出異物的雙重管構(gòu)造的處理爐的情況下，也能容易地排出粉粒。
關(guān)于由HFV管路進(jìn)行排氣時(shí)的惰性氣體的提供，在上述實(shí)施方式中，對(duì)在舟裝載/舟卸載時(shí)邊由氣體導(dǎo)入管路240向反應(yīng)室201內(nèi)提供N2氣，邊由HFV管路266使反應(yīng)室201排氣的方法進(jìn)行了說(shuō)明。但是，在舟裝載/舟卸載時(shí)，如果使N2氣或潔凈空氣等氣體流入移載區(qū)域(舟取出區(qū)域)，則即使不由氣體導(dǎo)入管路240向反應(yīng)室201內(nèi)提供N2氣，而只由HFV管路266使反應(yīng)室201排氣，也能得到同樣的效果。
例如，如圖3所示，使真空進(jìn)片室或N2清洗箱等預(yù)備室271與反應(yīng)室201連接起來(lái)。預(yù)備室271具有N2供給管路272，N2氣供給源275通過(guò)MFC274和閘門閥273連接到N2供給管路272，由MFC274進(jìn)行流量控制的N2氣從N2供給管路272導(dǎo)入到預(yù)備室271內(nèi)，從排氣管路276進(jìn)行排氣。
因此，如果在舟裝載/舟卸載時(shí)，邊使N2氣流入到預(yù)備室271，邊由HFV管路266使反應(yīng)室201排氣，則即使不由氣體導(dǎo)入管路240向反應(yīng)室201內(nèi)提供N2，預(yù)備室271內(nèi)的N2也會(huì)流入反應(yīng)室201內(nèi)，因此能得到同樣的效果。此時(shí)，也可以同時(shí)進(jìn)行來(lái)自氣體導(dǎo)入管路240和預(yù)備室271的惰性氣體導(dǎo)入。此時(shí)，惰性氣體的總流量大約為20L/min～200L/min。
如果在移載區(qū)域(舟取出位置)設(shè)置潔凈空氣單元等，在舟裝載/舟卸載時(shí)邊使?jié)崈艨諝饬魅胍戚d區(qū)域邊由HFV管路266使反應(yīng)室201排氣，則即使不由氣體導(dǎo)入管路240向反應(yīng)室201內(nèi)提供N2氣，提供給移載區(qū)域(舟取出位置)的潔凈空氣也會(huì)流入反應(yīng)室201內(nèi)，因此能夠得到同樣的效果。
當(dāng)將預(yù)備室271連接到反應(yīng)室201時(shí)，也能夠有效地防止Si晶片的氧化。即、在本實(shí)施方式中，在晶片裝載工序或/和晶片卸載工序中，使大流量的N2氣流入爐內(nèi)，因此從妒口部開口卷入大氣，有時(shí)存在晶片表面產(chǎn)生氧化的問(wèn)題。例如，當(dāng)在前工序中在Si晶片上形成了作為基底膜的WSi膜時(shí)，Si晶片容易被氧化。這時(shí)，使作為預(yù)備室271的真空進(jìn)片室或者N2清洗箱與處理室201連接，在N2氣氣氛下進(jìn)行晶片裝載，由此，能夠防止在爐口部開口處的大氣卷入，能夠有效地防止晶片表面的氧化，例如在前工序中處理的WSi膜(鎢硅化物膜)的自然氧化膜的增加。
在本實(shí)施方式中，對(duì)氣體導(dǎo)入管路240由既用作反應(yīng)氣體用的管路又用作惰性氣體用的管路的一個(gè)氣體供給管路構(gòu)成的情況進(jìn)行了說(shuō)明。即、如圖4所示，在上游側(cè)使氣體導(dǎo)入管路240分支成專用的SiH2Cl2管路241a、N2管路242a、NH3管路243a，在下游側(cè)形成為一條管路，作為公共管路。SiH2Cl2氣體供給源241d通過(guò)MFC241c、閘門閥241b連接到SiH2Cl2管路241a。N2氣供給源242d通過(guò)MFC242c、閘門閥242b連接到N2管路242a。NH3氣供給源243d通過(guò)MFC243c、閘門閥243b連接到NH3管路243a。
另外，如圖5所示，也可以使反應(yīng)氣體用的管路和惰性氣體用的管路分開，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的氣體供給管路構(gòu)成，使惰性氣體從惰性氣體用的管路導(dǎo)入。此時(shí)，如圖5所示，作為SiH2Cl2管路241、N2管路242、NH3管路243也可以分別獨(dú)立地設(shè)置。這樣，當(dāng)使惰性氣體從惰性氣體用的專用管路導(dǎo)入時(shí)，不會(huì)使吸附在反應(yīng)氣體用的管路的管道內(nèi)壁上的NH4Cl膜產(chǎn)生碎裂而使粉粒飛散。
如上所述，根據(jù)第1實(shí)施方式，在向反應(yīng)室裝載晶片時(shí)或/和從反應(yīng)室卸載晶片時(shí)，使用HFV管路在爐內(nèi)形成大流量的N2氣氣流，對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行清洗，將在爐內(nèi)產(chǎn)生的粉粒排出去，因此能夠減少粉粒向晶片的附著。通過(guò)將惰性氣體的導(dǎo)入流量和排氣流量設(shè)定得大致相等，也能夠有效地防止向反應(yīng)室裝載晶片時(shí)或/和從反應(yīng)室卸載晶片時(shí)的晶片表面的氧化。
本實(shí)施方式特別有效的工序是舟裝載工序，而不是舟卸載工序。舟裝載時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)的溫度變動(dòng)比舟卸載時(shí)大(參照?qǐng)D10)。觀察例如圖10的CL區(qū)可知，舟卸載時(shí)的爐內(nèi)溫度變動(dòng)幅度為10℃左右，而舟裝載時(shí)的爐內(nèi)溫度變動(dòng)幅度為80℃左右，為舟卸載時(shí)的8倍左右。因此，與舟卸載時(shí)相比，舟裝載時(shí)作用于附著在壁面上的膜的熱應(yīng)力大，容易產(chǎn)生膜碎裂。即、舟裝載時(shí)，膜容易剝落，容易產(chǎn)生粉粒。本實(shí)施方式，在爐內(nèi)溫度像這樣大幅變化從而容易產(chǎn)生粉粒的舟裝載工序中特別有效。
本實(shí)施方式特別有效的反應(yīng)管、舟的材質(zhì)如下。SiC的熱膨脹率與SiN接近，因此，即使?fàn)t內(nèi)溫度發(fā)生變動(dòng)，SiC和SiN之間也幾乎不產(chǎn)生應(yīng)力差。這樣，在采用SiC制的反應(yīng)管和舟時(shí)，即使?fàn)t內(nèi)溫度發(fā)生變動(dòng)，也難以產(chǎn)生粉粒。而SiO2(石英)的熱膨脹率與SiN相差很大，因此，當(dāng)爐內(nèi)溫度發(fā)生變動(dòng)時(shí)SiO2和SiN之間的應(yīng)力差大。這樣，在采用SiO2制的反應(yīng)管和舟時(shí)，當(dāng)爐內(nèi)溫度發(fā)生變動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生粉粒。本發(fā)明在像這樣使用因溫度變動(dòng)而容易產(chǎn)生粉粒的材料和成膜的組合，即、使用石英制的反應(yīng)管和舟進(jìn)行SiN膜的成膜時(shí)特別有效。
圖7是第2實(shí)施方式的減壓CVD處理爐的剖視圖。與第1實(shí)施方式的不同之處在于在氣體導(dǎo)入管路240上設(shè)置了加熱機(jī)構(gòu)233。對(duì)于與使用圖1進(jìn)行了說(shuō)明的部分相同的部分賦予同一標(biāo)記，并省略說(shuō)明。
加熱機(jī)構(gòu)233可以由加熱器或者熱交換器等構(gòu)成，上述加熱器對(duì)例如氣體供給管232進(jìn)行加熱來(lái)加熱在內(nèi)部流動(dòng)的氣體?？刂破?20除了具有第1實(shí)施方式的(1)～(3)的控制功能外，還追加了(4)控制加熱N2氣的功能。(4)的功能也可以通過(guò)設(shè)置與控制器120不同的其它控制器來(lái)控制。
如圖7所示，在舟上升進(jìn)行晶片裝載時(shí)，打開爐口閘板218，如涂黑了的箭頭所示，以大流量向爐內(nèi)導(dǎo)入預(yù)先加熱到爐內(nèi)溫度或者該溫度左右的溫度的N2氣，使從內(nèi)部反應(yīng)管204的上部開口上升過(guò)來(lái)的N2氣通過(guò)筒狀空間210，由HFV管路266導(dǎo)出，由此對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行大氣壓清洗。另外，在舟下降進(jìn)行晶片卸載時(shí)也一樣，如涂黑了的箭頭所示，邊以大流量向爐內(nèi)導(dǎo)入預(yù)先加熱到爐內(nèi)溫度或該溫度左右的溫度的N2氣，邊由HFV管路266進(jìn)行排氣，由此對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行大氣壓清洗。
在像這樣用N2氣對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行清洗的情況下，當(dāng)將N2氣預(yù)先加熱到爐內(nèi)溫度或該溫度左右的溫度時(shí)，即使向爐內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，也能減小爐內(nèi)的溫度下降。因此，能夠?qū)t內(nèi)保持在空閑時(shí)的反應(yīng)室溫度，因此，即使在晶片裝載時(shí)打開爐口閘板218，或者在晶片卸載時(shí)密封蓋219使?fàn)t口部開口開放，也能防止反應(yīng)管壁面等的溫度降低。
下面，列舉第2實(shí)施方式的晶片裝載/晶片卸載時(shí)的清洗條件。關(guān)于成膜條件，與第1實(shí)施方式相同。
N2氣導(dǎo)入量20L/min～150L/minN2氣排氣流量與導(dǎo)入量相同排氣壓力大于或等于400PaN2氣預(yù)先加熱溫度小于或等于600℃如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第1、第2實(shí)施方式，在晶片裝載或/和晶片卸載時(shí)，即只在反應(yīng)爐開放時(shí)，使用HFV管路266形成大流量的N2氣氣流，由此能在大氣壓狀態(tài)下對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行清洗，能夠充分地排出在爐內(nèi)產(chǎn)生的粉粒92。成膜后，使舟217下降，爐口閘板218關(guān)閉，進(jìn)行保持在從反應(yīng)爐取出的舟217上的晶片200的冷卻(cooling)處理。例如，氮化膜的成膜溫度為780℃左右，但是在冷卻處理中，爐內(nèi)溫度保持在舟裝載時(shí)的溫度(待機(jī)溫度)600℃～780℃。
但是，此后說(shuō)明的第3實(shí)施方式，是在爐內(nèi)對(duì)晶片200進(jìn)行成膜處理之后，卸載舟217，關(guān)閉爐口閘板218，然后，在冷卻(cooling)晶片200的過(guò)程中，使大流量的N2流入爐內(nèi)，由此，能更有效地排出粉粒92。具體地講，在冷卻晶片200的過(guò)程中，以大于或等于例如20℃/min的降溫速率將爐的溫度急劇地降到400℃左右(強(qiáng)制冷卻)，給爐內(nèi)帶來(lái)大幅的溫度下降，并且向爐內(nèi)流入大流量的N2(以下也稱為強(qiáng)制冷卻清洗)。即、在晶片200的冷卻中，急劇地降低未收容晶片200的狀態(tài)下的爐內(nèi)溫度，由此使熱應(yīng)力作用于在反應(yīng)管壁面上淀積的SiN膜90，強(qiáng)制地使之產(chǎn)生龜裂，使膜發(fā)生剝落。然后，使大流量N2流入爐內(nèi)，使用HFV管路266進(jìn)行排氣。這樣，通過(guò)在大氣狀態(tài)下對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行清洗，能夠有效地排出粉粒92。進(jìn)而，通過(guò)控制加熱裝置202的溫度，使淀積在反應(yīng)管壁面上的SiN膜強(qiáng)制地剝落，通過(guò)流入大流量的N2氣進(jìn)行排氣。但是，此時(shí)爐口閘板218處于關(guān)閉狀態(tài)，因此，粉粒92飛散開來(lái)，不會(huì)附著到保持在舟217上的晶片200上。
因此，根據(jù)第1、第2和第3實(shí)施方式，能夠有效地進(jìn)行粉粒92的排出。
關(guān)于邊向爐內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體邊用HFV管路進(jìn)行排氣的期間，在襯底處理前，最好是舟裝載時(shí)。在襯底處理后，最好是在第1、第2實(shí)施方式中所說(shuō)明的舟卸載時(shí)。而且，在從舟卸載時(shí)到在第3實(shí)施方式中所說(shuō)明的強(qiáng)制冷卻清洗工序結(jié)束的期間，最好連續(xù)地流入。
另外，關(guān)于排氣流量，舟裝載/舟卸載時(shí)、或強(qiáng)制冷卻清洗時(shí)的HFV管路的排氣流量大于晶片處理時(shí)的真空排氣管路的排氣流量。另外，舟裝載/舟卸載時(shí)、或強(qiáng)制冷卻清洗時(shí)的HFV管路的排氣流量，在從舟裝載到舟卸載的整個(gè)處理工序中最大。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括將至少一塊襯底裝入反應(yīng)室的步驟；向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入反應(yīng)氣體，使上述反應(yīng)室排氣，處理上述襯底的步驟；以及將處理后的襯底從上述反應(yīng)室取出的步驟；在裝入上述襯底的步驟或/和取出上述襯底的步驟中，以比處理上述襯底的步驟中的排氣流量大的排氣流量使上述反應(yīng)室排氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在裝入上述襯底或/和取出上述襯底的步驟中，邊向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊以比處理上述襯底的步驟中的排氣流量大的排氣流量使上述反應(yīng)室排氣。
3.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括將至少一塊襯底裝入反應(yīng)室的步驟；向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入反應(yīng)氣體，由與真空泵連通的第一排氣管路使上述反應(yīng)室排氣，處理上述襯底的步驟；以及將處理后的襯底從上述反應(yīng)室取出的步驟；在裝入上述襯底的步驟或/和取出上述襯底的步驟中，由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在裝入上述襯底的步驟或/和取出上述襯底的步驟中，邊向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于還包括用惰性氣體對(duì)取出襯底后的反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行清洗的步驟，在從取出上述襯底的步驟到對(duì)上述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行清洗的步驟結(jié)束的期間，邊向上述反應(yīng)室內(nèi)連續(xù)地導(dǎo)入惰性氣體，邊由排氣流量比上述第一排氣管路大的第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述第二排氣管路與建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在處理上述襯底的步驟中，在襯底上淀積氮化硅膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述惰性氣體的流量大于或等于反應(yīng)氣體流量的100倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述惰性氣體的流量大于或等于100L/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述惰性氣體的流量為100L/min～200L/min。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述第二排氣管路的排氣流量大于上述惰性氣體的供給流量。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述惰性氣體被加熱后導(dǎo)入上述反應(yīng)室內(nèi)。
13.一種襯底處理裝置，包括進(jìn)行至少一塊襯底的處理的反應(yīng)室；向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入氣體的至少一條氣體供給管路；由真空泵進(jìn)行上述反應(yīng)室內(nèi)的排氣的第一排氣管路；排氣流量比進(jìn)行上述反應(yīng)室內(nèi)的排氣的上述第一排氣管路大的第二排氣管路；以及控制器，在向上述反應(yīng)室內(nèi)裝入襯底時(shí)或/和從上述反應(yīng)室取出襯底時(shí)，進(jìn)行控制，使得由上述第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯底處理裝置，其特征在于上述控制器在向上述反應(yīng)室內(nèi)裝入襯底時(shí)或/和從上述反應(yīng)室取出襯底時(shí)，進(jìn)行控制，使得邊由上述氣體供給管路向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由上述第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯底處理裝置，其特征在于上述控制器還進(jìn)行控制，使得在從上述襯底取出時(shí)到在襯底取出后進(jìn)行的反應(yīng)室清洗結(jié)束為止的期間，邊由上述氣體供給管路連續(xù)地向上述反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，邊由上述第二排氣管路使上述反應(yīng)室排氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯底處理裝置，其特征在于上述第二排氣管路與建筑物附屬設(shè)備的排氣設(shè)備連通。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯底處理裝置，其特征在于還具有保持工具，在上述反應(yīng)室內(nèi)以水平姿態(tài)裝入多層襯底。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯底處理裝置，其特征在于上述反應(yīng)室由外部反應(yīng)管和內(nèi)部反應(yīng)管構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯底處理裝置，其特征在于使上述襯底等待的預(yù)備室與上述反應(yīng)室連通。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底處理裝置，其特征在于上述氣體供給管路包括反應(yīng)氣體用管路和惰性氣體用管路，上述惰性氣體從上述惰性氣體用管路導(dǎo)入。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，在襯底裝入步驟時(shí)或/和襯底取出步驟時(shí)，能從反應(yīng)室內(nèi)有效地排除粉粒。在將晶片(200)裝入反應(yīng)室(201)的步驟或/和取出晶片(200)的步驟中，以比處理晶片(200)的步驟中的排氣流量大的排氣流量使反應(yīng)室(201)排氣。在裝入上述晶片(200)的步驟或/和取出晶片(200)的步驟中，最好邊向上述反應(yīng)室(201)內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體邊進(jìn)行排氣。
文檔編號(hào)H01L21/31GK1868042SQ20048003007
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者笠原修, 前田喜世彥, 米田秋彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立國(guó)際電氣