KR100268970B1 - 진공가열로 - Google Patents

Abstract

반도체 제조장치 또는 반도체 디바이스와 그 제조장치에 관한 것으로서, 히터에서 발생되는 챔버내부를 투과하는 광은 챔버재질의 외부로 방출되어 O링 등에 도달하는 광의 에너지의 일부 또는 전부를 감소시키거나 또는 완전히 없앨 수 있는 진공가열로를 제공하기 위해, 피가열물체를 수용하는 투광성용기와 이 투광성용기에 수용된 피가열물체를 가열하는 가열용 광원을 구비한 진공가열로에 있어서, 투광성용기의 표면에 투광성용기 내면에서 전반사한 투과광을 임계각보다 작은 각도로 수광하는 테이퍼부를 형성한 구성으로 하였다.

이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, O링의 투과광에 의한 가열열화에 제한을 받지 않고 히터출력을 상승시킬 수 있으므로, 피처리웨이퍼의 승온속도를 상승시키는 것이 가능하게 되어 처리막의 극박화를 더욱 진행시키고 보다 높은 성능의 디바이스를 생산할 수 있게 된다는 등의 효과가 얻어진다.

Description

진공가열로

본 발명은 반도체 제조장치 또는 반도체 디바이스와 그 제조장치에 관한 것으로서, 특히 챔버내에 수용된 피처리물을 가열 등에 의해 처리하는 진공가열로에 관한 것이다.

반도체나 반도체 디바이스를 제조하는 장치로서, 종래 사용되어 온 것으로서 예를 들면 석영챔버내에 수용된 실리콘웨이퍼를 챔버외부에서 램프나 히터로부터 방사된 복사열에 의해 가열하고, 챔버내에 산소가스 등을 흐르게 하는 것에 의해 웨이퍼표면에 산화막층을 형성하는 가열처리장치가 있다.

반도체소자나 반도체 디바이스에서는 동작시킬 때의 소비전력을 작게 하거나 또는 이것에 의해 발열량을 낮게 억제해서 동작속도를 향상시키기 위해 반도체소자를 미세화하는 것이 요구된다. 근래에는 이 소자를 미세하게 형성하는 기술이 급속하게 진보하고 있고, 소자의 미세화가 더욱 요구되고 있다. 또, 플래시메모리 등의 새로운 구조를 갖는 디바이스가 출현하여 널리 사용되도록 되고 있고, 이들 디바이스에 있어서도 기억할 수 있는 요령의 증대 등이 요구되고 있다. 이들 여구를 만족시키기 위해, 반도체 웨이퍼상의 산화막을 예를 들면 두께 수nm정도로 매우 얇게 형성할 필요가 생기고 있다.

그를 위해서는 웨이퍼의 가열온도는 약 900℃∼1000℃이상으로 매우 높은 온도로 함과 동시에 웨이퍼의 가열시간을 되도록이면 짧게 하는 것이 필요하다. 왜냐하면, 가열승온중에도 산화막형성이 진행되어 버리므로 균질이고 두께가 얇은 막형성이 곤란하게 되기 때문이다.

그래서, 가능한 한 짧은 시간에 웨이퍼에 열을 가하기 위해서는 석영챔버의 외부에서 예를 들면 할로겐램프나 히터 등로부터 방출되는 복사광을 웨이퍼에 조사해서 웨이퍼를 직접 가열하는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 이 기술에 있어서는 복사광의 에너지는 약 2∼3㎛의 적외광에 포함되어 있지만 이 파장의 광은 챔버의 재질인 석영에는 흡수되지 않으므로, 석영이 가열되는 일 없이 석영챔버를 투과한 후 웨이퍼에 도달하여 흡수되는 것에 의해 웨이퍼는 가열된다.

그러나, 이 복사광이 석영챔버를 투과할 때 그 일부는 석영재질 내부를 석영의 표면에서 반사하면서 전파하고, 광의 입사점에서 떨어진 곳에도 도달한다. 즉, 석영챔버가 광의 도파관과 같은 역할을 하게 되는 것을 알 수 있었다.

그리고, 이와 같은 석영챔버의 재질내부의 투과광은 석영챔버표면에 장착한 부품을 가열하여 열화시켜 버린다.

예를 들면, 석영챔버의 진공밀봉을 위해 다른 챔버와의 접합부에는 불소고무 등의 고분자화합물로 형성된 O링이 사용되고 있다. 이것은 석영과 같은 깨지기 쉬운 재질의 밀봉을 위해서는 고분자화합물과 같은 유연하고 탄성이 있는 재질이 아니면 안되기 때문이다. 그러나, 이와 같은 재질은 내열성이 좋지 않다. 예를 들면, 상기 고분자재료에서의 내열성은 고작 약 300℃정도까지의 온도에서 변질을 일으키는 것으로서, 이 이상으로 가열되면 재질이 열화해서 진공밀봉의 역할을 할 수 없게 되어 버린다.

그래서, 석영챔버내부의 투과광을 저감하기 위해 석영챔버의 일부분을 불투명화하는 기술이 예를 들면 일본국 특허공개공보 평성2-268420호에 기재되어 있다. 이 종래기술에서는 석영챔버인 노심관(爐心管)의 일부분을 불투명한 석영에 의해 형성하는 것에 의해, 그 부분을 통과해서 O링으로 향하는 투과광을 차단하고 있다. 마찬가지로, 일본국 특허공개공보 평성3-67499호에서는 석영관내부에서 발생시킨 플라즈마에서 방출된 광이 석영관내부를 전파해서 O링을 가열하는 것을 방지하기 위해 역시 석영관의 일부분을 불투명한 재질로 형성하고 있다.

또, 일본국 특허공개공보 소화64-44016호에서는 석영관의 재질내부에 투과광의 차폐판을 매립하고 있다.

그러나, 챔버를 석영과 불투명한 석영으로 형성하면 그 자체의 기계적 강도가 약해진다는 문제가 발생한다.

예를 들면, 물리특성을 양자에 의해 비교하는 1예를 설명하면, 석영유리의 점성은 1200℃에 있어서 투명한 석영에서 400GPa·s인 것에 반해 불투명한 석영에서는 74GPa·s밖에 되지 않는다. 또, 직경24mm의 봉형상시료의 실온에 있어서의 압축강도는 투명한 석영에서 1130MPa인 것에 반해 불투명한 석영에서는 268MPa밖에 되지 않는다. 또, 실온에 있어서 투명한 석영의 비틀어 구부러짐 강도는 46. 5MPa인 것에 반해 불투명한 석영에서는 15. 8MPa밖에 되지 않는다. 장시간 가열시의 점성저하에 의해 휨이 발생하는 온도는 투명한 석영에서 1100℃인 것에 반해, 불투명한 석영에서는 1050℃이다. 이와 같이, 2가지의 재질의 기계적강도가 크게 다르다.

1개의 챔버를 형성하기 위해서는 용접이나 접착 등의 방법에 의해 2가지의 재질을 접합하지 않으면 안된다. 상기의 종래기술에 있어서는 기계적강도가 다른 2가지의 재질의 재질접합부분에 물성의 상이에 의한 응력이 발생하여 예를 들면 승온가열시에 분열이 발생하거나 내부응력이 축적되는 등의 문제에 대해서는 고려되어 있지 않았다.

즉, 이와 같이 급격한 승온가열을 실행하는 노본체를 다른 재질로 형성하는 것은 강도신뢰성의 점에서 곤란하다. 또, 챔버전체를 불투명한 석영으로 형성해 버리면, 챔버내에 있는 웨이퍼까지 광이 도달하지 않게 되어 버리는 것은 물론이다.

O링의 장착부분을 수냉(水冷) 등에 의해 냉각하는 기술도 고려되지만, 열전도에 의한 냉각에는 한계가 있고, 램프나 히터의 고출력화에 있어서 애로로 된다. 또, 수냉배관 등의 부설(敷設)에는 누수대책이 더 필요하게 되어 장치가격이나 생산비용의 면에서 문제가 있다.

웨이퍼의 급속승온에 의해 매우 얇은 산화막(극박산화막)을 형성하는 경우에 이상과 같은 문제가 있으므로 히터출력을 상승시킬 수 없고 승온속도에 한계가 발생하여 극박화에 한계가 발생해 버린다. 플래시메모리 등의 성능은 산화막의 박막화와 막질의 균일성 등에 큰 영향을 받지만, 이상에서 기술한 바와 같은 것이 문제로 되어 디바이스성능에 한계가 발생하고 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로서, 본 발명의 목적은 히터에서 발생되는 챔버내부를 투과하는 광은 챔버재질의 외부로 방출되고, O링 등에 도달하는 광의 에너지의 일부 또는 전부를 감소시키거나, 또는 완전히 없앨 수 있는 진공가열로를 제공하는 것이다. 또, O링의 투과광에 의한 가열열화에 제한을 받는 일 없이 히터출력을 상승시킬 수 있으므로, 피처리웨이퍼의 승온속도를 상승시키는 것이 가능하게 되고 처리막의 극박화를 더욱 진행시켜 더욱 높은 성능의 디바이스를 생산할 수 있는 진공가열로를 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 다른 목적은 챔버나 가열로의 덮개를 동일한 재료 예를 들면 모두 투명한 석영으로 제작할 수 있게 되므로, 챔버나 덮개의 강도향상에 의한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 제작비용을 저감할 수 있는 진공가열로를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 진공가열로의 실시예인 반도체 처리장치를 도시한 도면,

도 2는 석영 등의 재질내를 내부반사에 의해 투과해가는 광의 방향을 도시한 도면,

도 3은 석영에 있어서의 임계각도θc의 파장λ에 의한 변화를 도시한 도면,

도 4는 히터의 온도를 파라미터로 하는 복사광의 파장λ의 변화에 대한 복사광의 강도의 변화를 도시한 도면,

도 5는 임계각도의 변화에 대한 석영내부를 투과하는 광의 강도의 변화를 도시한 도면,

도 6은 도 1에 도시한 진공가열로의 플랜지부(1a)의 확대도를 도시한 종단면도,

도 7은 본 발명에 관한 진공가열로에 있어서의 (1b)의 확대도로서, 리브내로 진입해가는 투과광을 리브에서 외부로 방출하기 위한 리브구조의 실시예를 도시한 단면도,

도 8은 도 7에 도시한 진공가열로의 (1b)부에 있어서 광이 다른 입사방향에 있어서의 경우를 도시한 도면,

도 9는 단면이 삼각형인 리브를 갖는 실시예를 도시한 도면,

도 10은 본 발명에 관한 진공가열로의 다른 실시예를 도시한 도면.

상기 목적을 달성하기 위해, 본원 발명은 반도체를 수납하는 용기와 이 용기내의 상기 반도체를 가열하는 상기 용기외부에 배치된 광원을 구비하는 진공가열로에 있어서, 상기 용기의 표면에 마련된 상기 광원으로부터의 광을 방출하는 돌출부를 구비한 것이다.

또, 상기 돌출부에 상기 용기의 표면에 대해서 경사져서 마련된 표면을 구비한 것이다. 더 나아가서는 상기 돌출부를 상기 용기에 마련된 플랜지 또는 상기 용기에 마련된 리브형상의 구조체에 구비한 것이다.

또, 상기 플랜지의 상기 경사진 표면이 석영의 챔버를 사용한 경우, 상기 용기의 표면에 대해 3°이상 또는 87°이하의 범위 중 어느 하나의 경사각도를 구비한 구성, 또는 상기 리브형상의 구조체가 직사각형형상인 단면형상과 상기 리브형상의 구조체의 끝면에 상기 용기의 표면과 46. 5°이상이고 또한 87°이하인 각도의 범위에서 경사지는 표면을 구비한 구성으로 해도 좋다. 또는 상기 돌출부가 삼각형상인 단면형상과 상기 용기의 표면과 46. 5°이상이고 또한 87°이하인 각도의 범위에서 경사지는 표면을 구비해도 좋다.

도 1은 본 발명에 관한 진공가열로의 실시예를 도시한 도면으로서, 특히 웨이퍼의 가열처리용 가열로에 석영의 챔버를 사용한 경우를 도시한 종단면도이다.

웨이퍼도입관(110)에서 삽입된 웨이퍼(102)를 반송기구(111)에 의해 접속챔버(105)를 통과해서 석영챔버(101)내로 반송한다. 석영챔버(101)과 접속챔버(105), 접속챔버(105)와 웨이퍼 도입실(110)은 각각 게이트밸브(112)에 의해 간막이되어 있다. 석영챔버(101)내에는 처리가스 도입관(113)으로부터 처리가스(114)를 주입하고 가열에 의해 처리를 실행한다. 석영챔버(101)내는 배기펌프(115)에 의해 배기되어 있고 처리가스(114)도 이것에 의해 배기된다.

석영챔버(101)은 단면이 대략 직사각형형상으로 되어 있다. 웨이퍼(102)를 급속하게 가열하기 위해서는 웨이퍼에 히터(103)을 가능한 한 가깝게 하지 않으면 안되므로, 웨이퍼(102)면과 석영챔버(101)의 내면의 간격이 좁고 석영챔버(101)의 단면은 가늘고 긴 장방형으로 되어 있다.

석영챔버(101)내는 처리의 전이나 처리중에 감압되거나 특수한 가스를 흐르게 하거나 하는 경우도 있으므로 진공배기할 수 있도록 되어 있고, 그 때 외압에 의해 파손되는 일이 없도록 리브(104)가 보강부재로서 석영챔버(101)의 외면에 용접되어 있다. 리브(104)에는 예를 들면 석영챔버(101)과 마찬가지로 판부재가 사용된다. 이 리브(104)의 높이가 충분히 높지 않으면 필요한 강도가 얻어지지 않으므로, 일반적으로는 리브(104)의 폭의 치수보다 높이치수 쪽이 크다.

또, 석영챔버(101)내에서 처리된 웨이퍼(102)는 석영챔버(101)내에 외부에서 가스가 주입되지 않도록 해서 다른 챔버로 반송되어 다음의 처리로 이동된다. 그 때문에, 석영챔버(101)은 다른 부재로 구성되는 접속챔버(105)에 기밀성을 유지하면서 접속되어 있다. 이 때문에, 플랜지(106)에는 O링(107)을 구비하고, 이 O링(107)이 석영챔버(101)과 접속챔버(105) 사이에서 눌려져 기밀성이 유지되는 구조로 되어 있다. 플랜지(106)에는 판부재가 사용되고 있고 노본체에 용접되어 있다.

히터(103)에서 복사되는 광에 의해 웨이퍼(102)가 가열되지만 상술한 바와 같이 이 때 석영챔버(101)내를 투과하는 투과광(108)의 일부가 석영챔버(101)내를 전달하고 O링(107)을 가열해서 열화시킨다. 따라서, O링(107)의 재질에는 광에 의한 가열에 견디는 내열성과 동시에 화학적인 안정성이나 석영에 흠집이 나지 않도록 하기 위한 유연성 등이 요구되고 있다. 이와 같은 O링의 재질로서 일반적으로 사용되는 것으로서는 불소고무를 들 수 있다.

본 실시예는 도 1의 (1a)부와 (1b)부의 구성을 예로 들어 설명하는 바와 같이, 석영챔버(101) 내부를 전달해서 O링(107)을 가열하는 원인으로 되고 있는 투과광(108)을 테이퍼부(109)에서 외부로 방출하는 구성을 갖고 있다. 이 외부는 석영챔버(101)의 재질외부로서, 석영챔버(101)의 바깥쪽뿐만 아니라 챔버내부 즉 진공측을 향해 투과광(108)이 방출되도록 해도 좋다.

도 2는 석영 등의 재질내를 내부반사에 의해 투과해가는 광의 방향을 도시한 도면이다. 재료(201)의 내부에 있어서 계면(202)로의 입사광(203)과 계면(202)의 법선(204)가 이루는 각도를 θt, 계면(202)를 통과해서 재료(201)의 외부로 나가는 입출광(205)와 계면의 법선이 이루는 각도를 θr로 한다. 2가지의 다른 매질의 계면에 있어서의 굴절 및 반사의 조건은 스넬의 법칙(Snell's Law)으로서 알려져 있고, 계면(202)에 있어서의 반사광(206)과 계면의 법선(204)가 이루는 각도는 θt로 된다. 또, 재료(201)의 굴절율을 Nt, 재료의 외부의 매질의 굴절율을 Nr로 하면, 계면(202)로의 입사광이 계면(202)에서 전반사를 할 때의 이 각도보다 큰 각도로 입사한 광의 에너지는 모두 계면에서 전반사되는 임계각도θc는 다음의 식을 만족시킨다.

다음에, 도 3∼도 5를 사용해서 재료가 석영일 때의 임계각도θc에 대해서 설명한다.

도 3은 석영에 있어서의 임계각도θc의 파장λ에 의한 변화를 도시한 도면이다. 도 4는 히터의 온도를 파라미터로 하는 복사광의 파장λ의 변화에 대한 복사광의 강도의 변화를 도시한 도면이다. 도 5는 임계각도의 변화에 대한 석영내부를 투과하는 광의 강도의 변화를 도시한 도면이다.

석영은 반도체 제조장치의 가열처리로에 일반적으로 이용되는 재료이다. 식 1에 있어서의 석영의 굴절율Nt는 광의 파장λ에 의해 변화한다. 그래서, 각 파장λ에 있어서의 석영의 굴절율을 상기 식의 Nt에 대입하는 것에 의해, 각 파장λ마다의 임계각θc를 구할 수 있다. 이와 같이 해서 구해진 각 파장마다의 임계각θc를 도 3에 도시한다.

한편, 석영내부를 투과하는 광은 히터로부터의 복사광이고, 복사광의 파장λ마다 그 강도가 다르다. 각 파장λ마다의 복사광의 강도를 히터의 온도마다 구한 복사광의 강도E를 도 4에 도시한다. 이 복사광이 석영내부를 투과하는 열선이다.

이상의 2가지의 결과를 광의 파장λ에 의해 결합할 수 있다. 즉, 임계각θc마다 석영내부를 투과하는 열선의 강도를 얻을 수 있다. 이 관계를 그래프로 한 것을 도 5에 도시한다. 이 도 5에 있어서 도시되는 바와 같이, 석영내부를 투과하는 광에 있어서는 소정의 값 이상의 임계각으로 입사한 광을 석영의 외부로 방출하는 것에 의해, 광의 에너지의 대부분을 방출할 수 있는 임계각의 값을 결정할 수 있는 것을 알 수 있다. 본 발명에 있어서는 이 값은 예를 들면 43. 5°로 결정된다. 식 1에서 나타낸 바와 같이, 그 이상의 입사각도로 석영내부에서 계면으로 입사하는 투과광을 석영외부로 방사하는 것에 의해, 내부를 투과하는 광의 에너지를 크게 저감할 수 있다.

이상의 설명은 석영챔버와 가열히터를 사용한 장치의 경우에 대한 것이지만, 물론 챔버의 재질이 석영 이외이거나 각 파장λ마다의 광의 강도가 상기 도면에서 도시한 경우와 다른 분포를 갖고 있는 경우에 있어서도 마찬가지의 방법에 의해 챔버의 재질마다의 임계각을 구하는 것이 가능하다.

챔버의 재질내부를 전파하는 광을 도 1에 도시된 투과광(108)과 같이 히터(103)에서 O링(107)로의 방향 즉 석영챔버(101)의 긴축방향으로 진행하는 성분과 도 1의 지면에 대해서 수직인 방향 즉 석영챔버(101)의 긴축방향과 직교하는 방향으로 진행하는 성분으로 나누어 고려한 경우에 이들 성분은 서로 독립해서 고려하는 것이 가능하다. 왜냐하면, 긴축방향과 직교하는 방향으로 진행하는 성분은 그 진행방향을 고려하면, O링(107)까지 도달하지 않고 O링(107)의 가열에 기여하지 않고 있다. 따라서, O링(107)의 가열을 방지하는 데 있어서 투과광(108)의 O링(107)의 방향으로 진행하는 성분에 대해서만 고려하면 충분하다는 것을 알 수 있다. 그래서, 이하의 설명에서는 챔버의 재질내부의 광의 진행에 대해 설명할 때, 도 1에 있어서의 챔버(101)을 이 챔버의 긴축방향으로 자른 단면도를 도시한다.

이하, 본 발명에 관한 반도체 처리장치에 있어서의 구체적인 챔버의 구성에 대한 실시예를 도 6∼도 9를 사용해서 설명한다.

도 6은 도 1에 있어서의 플랜지부(1a)의 확대도를 도시한 종단면도이다. 도 6에 있어서는 챔버(601)의 끝에 마련된 플랜지(602)의 단면을 도시하고 있다. 이 플랜지부(1a)는 챔버(601)과 마찬가지로 석영으로 형성된 플랜지(602)가 용접되어 형성된다. 일반적인 챔버에서는 플랜지의 시트면은 챔버에 대해 수직이므로 본 실시예에서는 이 형상에 대해서 설명하지만, 부착각도가 다른 경우에도 이하에 설명하는 기술을 곤란없이 적용하는 것이 가능하여 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이 챔버(601)의 내부를 전파해오는 투과광(603)은 챔버(601)의 표면에서 내부반사를 반복하고 있다.

어떠한 각도로 진행해오는 투과광도 모두 O링(606)에 닿지 않도록 할 수 있는 구조에 대해서 설명한다. 챔버(601)의 도면 중 우측에서 입사되는 투과광은 챔버(601)의 내면(도면 중 하측) 또는 외면에서 내부반사된 후 시트면(604)에 도달한다.

그래서, 우선 챔버(601)의 내면에 있어서 내부반사된 후 시트면에 도달하는 투과광에 대해서 고려한다.

예를 들면, 그 중의 1개를 E점으로 하면 상술한 반사의 법칙에 의해 ρ<90°-θc로 되는 것만이 내부반사되고 플랜지(602)로 향한다. 이들 광은 우선 플랜지(602)의 시트면(604)로 입사하고 그 법선에 대해 각도ρ로 입사한다. 이 중 ρ>θc의 것이 시트면(604)에서 내부반사되고 반사측의 테이퍼부(605)로 향한다.

여기에서는 내부반사되지 않고 외부로 방출되는 광에 대한 대책은 후술한다.

테이퍼부(605)는 시트면(604)에 대해 각도β를 이루는 볼록부이다. 이 테이퍼부(605)로의 입사각을 θt로 하면, 테이퍼부(605)에 도달하는 투과광(603)의 입사각θt가 변화하는 범위가 구해지고, 한편 테이퍼부(605)에 있어서 내부반사를 발생시키지 않으면 O링(606)에 투과광(603)이 도달할 수 없도록 할 수 있다. 이상에서,

로 되도록 β를 정하면 좋다는 것을 알 수 있다.

또한, 시트면(604)에서 내부반사된 모든 투과광이 테이퍼부(605)에 도달하도록 테이퍼부(605)의 치수를 결정할 필요가 있지만 이것에 대해서는 후술한다.

석영에 있어서는 θc=43. 5°로 하면 챔버내를 투과하는 광의 에너지를 크게 저감할 수 있는 것은 앞서 기술하였다. 이것을 상기 식에 적용하면,

로 된다. 즉, 각도β를 이 범위로 되도록 테이퍼부(605)를 마련하는 것에 의해, 챔버(601)에서 테이퍼부(605)에 도달한 투과광이 거기에서 내부반사할 수 없어 모두 외부로 방출되어 버린다.

또, 도면중의 테이퍼부(605)의 길이L이 너무 짧으면 시트면(604)에서 반사해온 광 전체를 방출할 수 없게 되어 버린다. 도 6에 도시한 바와 같이, 시트면(604)에서 반사된 후 테이퍼부(605)로 향하는 광 중 가장 외측 즉 O링(606) 쪽에 도달하는 광이 테이퍼부(605)에 입사하지 않으면 안된다. 그를 위해서는 플랜지(602)의 두께W와 테이퍼부(605)의 길이L의 관계를 적정한 범위로 하는 것이 필요하다. 예를 들면, 테이퍼부(605)가 플랜지(602)의 이면에서 상승하기 시작하는 점B와 챔버(601)의 외면과의 거리를 L로 하면,

으로 하면 상기의 작용을 얻을 수 있다.

여기에서, 상기의 우변에 있는 각도ρ는 상술한 ρ>θc의 범위에서 변화하므로, 이 각도ρ가 상한값을 취하는 경우를 고려하면 식 4에서

라는 조건을 얻을 수 있다. 챔버(601)을 투과하는 광을 모두 테이퍼부에서 방출하기 위해 필요한 β와 L의 조건이다. 즉, 석영에 있어서는 θc를 상기의 값으로 하는 것에 의해 투과하는 광의 에너지를 크게 저감시킬 수 있으므로, 이 값을 상기의 2개의 식에 대입한 경우에는

로 된다.

또, 도면에 있어서 O링(606)이 플랜지(602)의 내측으로 너무 들어가 있으면, 즉 O링(606)의 직경이 너무 작으면 챔버로부터의 전파광이 직접 O링의 접점에 닿아버릴 가능성이 있다. 그래서, O링(606)의 내주와 챔버(601)의 외면과의 거리를 M으로 하면,

이 아니면 안되는 것이 기하학적으로 요구되고 있다. 또, 도 6의 A점 등과 같이 시트면에 있어서 입사한 광의 일부는 반사하지 않고 그대로 투과하는 경우도 있지만, 그들이 접속챔버(607)의 표면에서 반사되어 플랜지(602)로 재입사해 버리는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위해서는 접속챔버(607)의 표면에 반사방지처리를 실시해도 좋다. 또는 접속챔버(607)의 내주와 챔버(601)의 외면과의 거리K를

의 범위로 하는 것에 의해, 접속챔버(607)의 시트면에 대한 부착위치를 규정하고, 챔버(601) 또는 플랜지(602)에서 외부로 나온 광을 재차 챔버(601), 플랜지(602)로 반사하지 않도록 접속챔버(607)을 배치할 수 있다.

상기 2개의 식의 우변에 있는 각도ρ가 상한값을 취하는 경우를 고려해서

로 된다. 즉, 석영에 있어서 임계각θc 를 43. 5°로 한 경우에는

로 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 플랜지(602)와 테이퍼부(605)의 형상을 결정하면 투과광(603)을 챔버의 외부로 방출하는 것이 가능하게 되고, O링(606)의 투과광(603)에 의한 가열을 억제해서 웨이퍼를 단시간에 높은 온도까지 가열할 수 있다.

또, 챔버를 모두 동일한 부재 예를 들면 투명한 석영으로 제작할 수 있게 되므로, 불투명한 석영 등을 사용한 경우에 다른 부재끼리의 접촉면에서의 열에 기인하는 분열이나 결손의 발생을 방지할 수 있다.

또, 도 6의 실시예에 있어서는 투과광(603)이 대기측으로 방출되는 구조로 되어 있지만, 테이퍼부(605)를 시트면(604)의 접속챔버(607)과의 접촉위치에서 떨어진 위치에 마련하고, 투과광(603)이 진공측으로 방출되도록 해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

다음에, 도 1에 도시한 (1b)부에 있어서의 리브에서 투과광을 방출시키는 실시예에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명에 관한 반도체 처리장치에 있어서의 리브내로 진입해가는 투과광을 리브에서 외부로 방출하기 위한 리브구조의 실시예를 도시한 단면도이다.

예를 들면, 리브의 단면형상이 직사각형이고 그의 1면이 챔버의 표면에 용접되어 있는 경우에는 챔버에서 리브내로 진입한 광의 일부는 내부반사를 반복하고 또 챔버의 재료내부로 되돌아가 버린다. 그러나, 이하에 설명하는 바와 같은 형상으로 리브내로 진입해오는 광의 전체를 방출할 수 있다.

리브(701)이 단면에 있어서 판형상의 챔버(702)에 용접되어 있고, 리브(701)의 선단에는 각도α의 테이퍼부(703)이 마련되어 있다.

챔버(702)의 내부를 도면중의 우측에서 전파되어오는 투과광(704)는 챔버(702)의 표면에서 내부반사를 반복하고 있다.

이하, 우측에서 전파되어 리브(701) 내부로 들어온 어떠한 투과광도 재차 리브(701)에서 챔버(702)내로 되돌아가지 않도록 하기 위한 구조에 대해서 설명한다.

예를 들면, 그 중의 내부반사의 1개를 E점으로 하면 상술한 반사의 법칙에 의해 ρ<90° -θc로 되는 것만이 내부반사되고 리브(701)로 향한다. 이들 광은 우선 리브(701)의 측면으로 입사하고 그 법선에 대해 각도ρ로 입사한다. 이 중 ρ>θc의 것이 내부반사되고, 반대측의 측면으로 향한다. 이것이 반복되어 리브의 상면 즉 도면중의 테이퍼부(703)으로 향한다. 이 각도ρ의 범위는 상술한 범위와 동일하다.

어떠한 투과광도 테이퍼부(703)에 대해 도면중에서 좌측에서 입사하는 것과 이 후 도 8에서 설명하는 바와 같이 우측에서 입사하는 것으로 나뉘어지지만, 모두 테이퍼부에 있어서 외부로 방출되는 것을 나타낸다.

우선, 도 7의 경우이지만 도면중의 테이퍼부(703)은 도면상에서 리브(701)의 좌측면에 대해 각도α를 이루는 볼록부이다. 이 테이퍼면으로의 입사각을 θt로 하면 테이퍼부(703)에 도달하는 투과광(704)의 입사각θt의 변화하는 범위가 구해진다. 한편, 테이퍼부(703)에 있어서 내부반사를 일으키지 않기 위해서는 θt가 -θc<θt<θc의 범위에 있으면 좋다. 이 조건이 만족되면 테이퍼부(703)에 도달한 광은 외부로 방출되고 내부반사하는 일이 없으므로 O링으로 향하는 광을 저감할 수 있다. 이 식을 θt가 만족시키기 위해서는 -θc<α+θc-90°이고 또한 α-θc<θc의 범위에서 α를 결정하면 좋게 된다.

또, 도 7의 구조에 있어서 리브에 대해 도면중의 또 우측방향에서 입사하고, 또한 리브(701)의 우측면으로부터의 반사광이 테이퍼면에 대해 직접 입사하는 경우에 대해 도 8을 사용해서 설명한다. 이 도면에 있어서, 리브(701)내로 입사된 투과광(704)는 테이퍼부(703)에 대해 우측방향에서 입사하고 A점에 도달한다. 이 때의 입사각도를 θt라 하고 A점에서 내부반사된 광은 리브(701)의 좌측면을 향하므로 거기에서의 입사각을 θu로 하면, 테이퍼부(703)의 좌측면에 있어서 내부반사를 일으키지 않기 위해서는 상기 식의 θu가 -θc<θu<θc의 범위에 있으면 좋으므로, 이 식을 θu가 만족시키기 위해서는 -θc<90°+θc-2α이고 또한 180°-θc-2α<θc의 범위에서,

로 되도록 α를 정하면 좋게 된다.

도 7과 도 8에서 각각 처리한 투과광을 모두 리브에서 외부로 방출하기 위해서는 식 13과 식 14가 동시에 성립하지 않으면 안된다. 석영에 있어서는 임계각θc를 43. 5°로 한 경우에는 3°<α<87°및 46. 5°<α<88. 5°라는 범위가 유도되고 이들 2가지가 동시에 성립하도록

로 되는 바와 같이, 테이퍼부의 각도를 정한다. 이와 같이 하는 것에 의해, 이 챔버에서 테이퍼부에 도달한 투과광은 거기에서 내부반사되지 않고 외부로 방출되어 버린다. 이 때문에, 투과광의 에너지의 대부분이 O링에 도달하는 일은 없어 O링의 투과광에 의한 가열을 저감할 수 있다.

이상은 평행한 측면을 갖는 리브의 구조이지만, 도 9에 도시되는 바와 같은 히터와 반대측에 경사지는 사면을 갖는 단면이 삼각형인 리브에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 도 9는 단면이 삼각형인 리브를 갖는 실시예를 도시한 도면이다.

도 9의 챔버(901)의 내부를 전파해오는 투과광(902)는 챔버(901)의 표면에서 내부반사를 반복한다. 예를 들면, 그 중의 내부반사점의 1개를 E점으로 하면 상술한 반사의 법칙에 의해 ρ<90°-θc로 되는 것만이 내부반사된다. 테이퍼부(903)은 챔버(901)의 표면에 대해 각도γ를 이루는 볼록부이다. 이 테이퍼부(903)으로의 입사각을 θt로 하면 상기와 마찬가지의 개념에 의해서 적정한 γ의 범위가 구해지고, -θc<θc-γ이고 또한 90°-γ<θc의 범위에서 90°-θc<γ<2θc로 되도록 γ를 정하면 좋다. 또, 석영에 있어서는 임계각을 θc = 43. 5°로 한 경우에는 46. 5°<γ<87°로 되는 γ의 범위가 요구된다.

즉, 이 범위로 되도록 테이퍼부(903)을 마련하면 투과광(902)는 거기에서 내부반사되지 않고 외부로 방출되어 버리므로, 광에너지의 대부분은 O링에 도달하는 일이 없이 O링의 투과광에 의한 가열이 억제되어 단시간에 높은 온도로 웨이퍼를 가열할 수 있다.

그러나, 석영재료가 챔버로서가 아니라 다른 챔버의 덮개로서 사용되는 경우에는 덮개 그 자체를 기계가공해서 형성하는 것을 비교적 용이하게 할 수 있으므로, 용접에 의해 부착되는 리브와는 달리 투과광을 방출하기 위한 오목볼록형상의 폭을 넓게 할 수 있다. 또, 일체구조로 되므로 강도를 리브를 접착하는 경우보다 더 크게 할 수 있어 신뢰성을 높일 수 있다. 또, 강도를 높인다는 리브의 본래의 효과가 불필요하더라도 O링을 가열하는 광을 외부로 방출할 목적으로 리브를 마련해도 좋다.

도 10은 본 발명에 관한 반도체 처리장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 챔버(1001)중에 처리가 실시되는 웨이퍼(1002)가 수용되어 있고, 상부에는 예를 들면 석영판으로 형성된 덮개(1003)이 있다. 히터(1004)로부터의 광은 O링(1005)의 부분에 닿지 않도록 히터커버(1006)에 의해 차단되어 있다. 챔버(1001)과 덮개(1003) 사이에는 O링(1005)에 의해 기밀이 유지되고, 히터(1004)에서 발생된 광이 투명한 덮개(1003)을 통해서 웨이퍼(1002)에 닿아서 가열한다. 그러나, 광의 일부는 덮개(1003)의 내부를 투과광(1007)로서 전파하고, O링(1005)를 가열해서 열화시키는 경우가 있는 것은 이미 기술하였다. 종래는 챔버(1001)과 O링(1005)가 접하는 부분을 냉각하는 등으로 해서 O링(1005)의 가열을 방지하고 있지만, 그를 위한 제작비용이나 유지비용이 문제로 되고 있었다.

거기에서, 덮개(1003)중의 투과광(1007)에 의해 O링이 가열되지 않도록 O링(1005)의 부근에 돌기부(1008)이 마련되어 있다. 돌기부(1008)의 형상으로서는 예를 들면 도 9에 도시한 단면이 삼각형인 리브로 할 수 있다. 이와 같이 하면, 덮개(1003)에서 돌기부(1008)중으로 입사된 투과광은 거기에서 외부로 방출되어 버리므로, O링(1005)에 도달하는 투과광(1007)을 효과적으로 커트할 수 있어 O링(1005)의 가열을 방지할 수 있다. 덮개를 모두 동일한 부재 예를 들면 투명한 석영으로 제작할 수 있게 되므로, 불투명한 석영 등을 사용한 경우에 다른 부재끼리의 접촉면에서의 열에 기인하는 분열이나 결손의 발생을 방지할 수 있다. 그러나, 도 7∼도 10에 있어서는 리브나 테이퍼부는 대기측에 마련되어 있고 투과광은 대기측으로 방출되도록 되어 있다. 그러나, 테이퍼부는 반드시 대기측일 필요는 없고 예를 들면 진공측에 마련해서 투과광을 진공측으로 방출하도록 해도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또, 돌기부(1008)의 형상은 삼각형의 리브로 했지만, 본 발명의 효과는 이 형상에 한정되는 것은 아니다. 챔버내측면에서 전반사된 반사광이 임계각보다 작은 각도로 입사하는 테이퍼부를 마련하면 좋다.

또, 이상의 실시예에서는 챔버의 재질의 1예로서 일반적으로 가열처리장치에 사용되고 있는 석영인 경우에 대해서 기술했지만, 그 밖의 재질에 대해서도 각 파장에 있어서의 굴절율에 대해 본 실시예와 마찬가지의 고찰을 실행하고 적절하게 테이퍼각이나 구조를 결정하는 것에 의해서 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또, 이상의 실시예에서는 히터에서 복사되는 광에 대해서 기술한 것이지만, 플라즈마 에칭장치와 같이 장치내부에서 발생하는 플라즈마에서 방출된 광이 석영관내부를 내부반사하는 것에 의해 전파하고 O링을 가열열화시켜 버리는 경우에도 응용할 수 있다. 즉, 상기 실시예에서는 도 4에 도시한 바와 같이 히터에서 방출된 복사광의 파장에 의한 강도분포를 사용해서 테이퍼각도를 계산하고 있지만, 그 대신 플라즈마에서 방출되는 광의 파장에 의한 강도분포를 사용하면, 그 후 마찬가지의 계산을 실행하는 것에 의해, 플라즈마로부터의 광을 챔버의 재질외부로 방출하는 테이퍼각이나 그 구조 등을 결정할 수 있다.

이상 실시예에 의하면, 진공가열로에 있어서 히터에서 발생하는 챔버내부를 투과하는 광은 챔버재질의 외부로 방출되고 O링 등에 도달하는 광의 에너지의 일부 또는 전부를 감소시키거나 또는 완전히 없앨 수 있다.

따라서, O링의 투과광에 의한 가열열화에 제한을 받지 않고 히터출력을 상승시킬 수 있으므로, 피처리웨이퍼의 승온속도를 상승시키는 것이 가능하게 되어 처리막의 극박화를 더욱 진행시키고 보다 높은 성능의 디바이스를 생산할 수 있게 된다.

또, 챔버나 가열로의 덮개를 동일한 재료 예를 들면 모두 투명한 석영으로 제작할 수 있게 되므로, 챔버나 덮개의 강도향상에 의한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 제조비용을 저감할 수 있다.

Claims (10)

1. 피가열물체를 수용하는 투광성용기와 상기 투광성용기에 수용된 피가열물체를 가열하는 가열용 광원을 구비한 진공가열로에 있어서, 상기 투광성용기의 표면에는 상기 투광성용기 내면에서 전반사한 투과광을 임계각보다 작은 각도로 수광하는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 진공가열로.
2. 제1항에 있어서, 상기 투광성용기에는 상기 투광성용기의 외측에 돌출하는 투광성용기와 동일한 재질의 보강용리브를 구비하고, 상기 테이퍼부는 상기 보강용리브의 돌출부의 끝에 형성된 것을 특징으로 하는 진공가열로.
3. 제1항에 있어서, 상기 투광성용기의 긴쪽방향 양끝에는 플랜지가 마련되고 상기 플랜지에 상기 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 진공가열로.
4. 제1항에 있어서, 상기 투광성용기의 외측면에는 단면이 삼각형인 리브가 형성되고, 상기 삼각형의 1변이 상기 테이퍼부를 구성하는 것을 특징으로 하는 진공가열로.
5. 제2항에 있어서, 상기 리브의 1측면에 대해서 상기 테이퍼부가 이루는 각을 α, 상기 투광성용기의 임계각을 θ로 할 때, 상기 테이퍼부와 리브는 다음의 식을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공가열로.

   -θc-2θc<α<2θc

   90°-θc<α<45°+θc
6. 제5항에 있어서, 상기 투광성용기는 석영으로 형성되고, 상기 리브가 직사각형형상인 단면형상과 상기 리브의 끝면에 상기 투광성용기의 외측면에 관해 46. 5°이상이고 또한 87°이하인 각도의 범위에서 경사지는 테이퍼부를 구비한 것을 특징으로 하는 진공가열로.
7. 제3항에 있어서, 상기 플랜지에 대한 상기 테이퍼면의 각도를 β, 상기 투광성용기의 임계각을 θc, 플랜지와 맞닿는 테이퍼부의 길이를 L, 플랜지의 폭을 W로 했을 때, 상기 리브와 테이퍼부는 다음의 식을 만족시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공가열로.

   β<arc. tan [cot(θc)]

   L<2W/(cot(θc)-tan(β))
8. 제7항에 있어서, 상기 투광성용기는 석영으로 형성되고, 상기 플랜지에 마련된 테이퍼부의 경사면은 상기 투광성용기 외측면에 관해 3°이상이고 또한 87°이하인 경사각도를 갖는 것을 특징으로 하는 진공가열로.
9. 제4항에 있어서, 상기 단면이 삼각형인 리브의 테이퍼부의 상기 투광성용기 외측면에 관해 이루는 각을 γ, 상기 투광성용기의 임계각을 θc로 했을 때, 상기 단면이 삼각형인 리브는 다음의 식을 만족시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 진공가열로.

   -θc<θc-γ

   90°-γ<θc

   90°-θc<γ<2θc
10. 제9항에 있어서, 상기 투광성용기는 석영으로 구성되고, 상기 테이퍼부는 상기 투광성용기의 외측면에 관해서 46. 5°이상이고 또한 87°이하인 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는 진공가열로.