KR100270422B1 - 열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
열처리 장치에 있어서, 피열처리체가 금속제 매니폴드에 기인하는 금속 오염을 방지하고, 또 이동 기구 수납 챔버 내의 압력이 반응 챔버 내의 압력보다 현저히 낮은 경우에 있어서도 양 챔버관의 밀폐 격리를 확실히 유지할 수 있는 장치이다.
석영제의 반응 챔버(1)에 그 내부를 진공 배기하기 위한 배기구(7)을 설치하고, 시일 플랜지를 석영제 플랜지(9)와 금속제 플랜지(10)과의 이중 구조로 하고, 반응 챔버가 밀폐 상태일 때는 상기 금속제플랜지는 반응 챔버 내에 노출되지 않는다. 또, 시일 플랜지가 시일 위치로 이동한 후, 이동체(12)를 더 이동시키고, 시일 플랜지가 반응 챔버 내 압력에 의해 도로 밀리지 않게 한다.
Description
[발명의 명칭]
열처리 장치
[기술분야]
본 발명은 반도체 제조 장치, 특히 산화, 확산 장치에 관한 것이다.
[배경기술]
제1(a)도 및 제1(h)도, 그리고 제2(a)도 및 제2(b)도에는 산화, 확산 프로세스를 통상의 압력 하에서 행하는 종래형의 종형(縱型) 열처리 장치와 종래형의 로드 로크식 열처리 장치가 도시되어 있다.
석영 등의 고순도 재료로 이루어지는 반응 챔버(1)의 주위에는 가열체(2)가 있으며, 반응 챔버(1)의 개방된 한 쪽 단부는 이동 기구(도시안됨)에 의해 이동되는 시일 플랜지에 의해 밀봉된다. 이동 기구에 의해 이동하는 이동체와 시일 플랜지는 스프링체로 연결되어서, 시일 플랜지와 반응 챔버의 밀봉성을 좋게 한다. 프로세스 중의 반응 챔버 내부 압력과 외부 압력은 거의 동일하므로, 스프링체는 반응 챔버에 시일 부재를 거쳐 시일 플랜지를 가볍게 밀어붙이는 정도의 반발력이 있으면 된다. 시일 플랜지는 석영제 플랜지(9)와 금속제플랜지(10)와 금속제플랜지(10)로 구성된다. 반응 챔버를 밀봉한 때, 챔버 내부에 노출되는 것은 석영제 플랜지 뿐이다. 반응 챔버(1)에는 가스 도입부(6)가 설치되고. 이는 챔버 외부 측벽을 따라 반응 챔버의 닫혀진 한쪽 단부까지 통하고 있으며, 거기서 챔버 내부로 가스가 도입된다. 반응 챔버의 개방된 한쪽 단부측에는 가스 배기구(7)가 있고, 이곳으로부터 가스가 배기된다. 시일 플랜지 상에는 복수의 열처리체(4)를 적층형으로 유지한 보트(3) 및 보트 테이블(5)이 설치되고, 이동 기구에 의해 반응 챔버내부로의 삽입, 취출이 행해진다.
보트가 이동 기구에 의해 반응 챔버(1) 외부로 취출된 때(제1(b)도), 피열처리체가 보트에 세트된다. 이동 기구에 의해 보트가 반응 챔버 내로 이동하고, 플랜지가 시일되고, 반응 챔버 내가 밀봉된다. 가스 도입구로부터 질소 가스 등의 불활성 가스가 도입피고, 보트 이동시에 챔버 내부에 혼입된 대기 성분을 정화한다. 가열체에 의해 피열처리체가 소정 온도에 달하면, 소정의 프로세스용 가스가 도입된다. 건식 산화 프로세스에서는 산소 등을, 습식 산화 프로세스에서는 도입구(6)의 바로 앞에 설치된 외부 연소 장치(도시안됨)에서 산소와 수소를 연소시켜 발생된 수증기 등을, 또 인 확산 프로세스에서는 옥시염화인(POCl3) 등을 도입한다. 도입구의 내경은 통상 10수 밀리미터에서 20수 밀리미터이다. 배기구(7)는 대기압 분위기에 개방되어 있으며, 도입된 가스는 소정 반응에 부여된 후, 압출되도록 배기구로부터 배출된다. 배기구의 내경은 통상 10수 밀리미터에서 20수 밀리미터이며, 도입구 내경보다 크게 하는 일이 많다. 프로세스 종료후, 프로세스 가스의 도입이 정지되고, 다시 질소 가스 등으로 정화시킨 후 이동 기구에 의해 보트는 반응 챔버로부터 취출된다.
근래, 반도체 장치의 고집적화에 수반하여 대기 성분(산소 수증기 등)이나 프로세스 후에 반응 챔버 내에 잔존하는 프로세스 가스에 의해 일어나는 예기치 않은 산화를 방지하기 위해 로드 로크식 열처리 장치가 고안되어 왔다. 제2(a)도 및 제2(b)도에 그 예를 도시한다. 볼 나사(13), 이동체(12) 등에 의해 구성되는 이동 기구는 대기로부터 밀봉되는 이동 기구 수납 챔버(11)의 내부에 놓여진다. 이동 기구 수납 챔버(11)에는 내부를 진공 배기하기 위한 배기구(15)가 있다. 통상 압력에서의 프로세스를 행하면 반응 챔버 내부 압력과 이동 기구 수납 챔버 내의 압력과의 차이에 의해 시일 플랜지를 밀어 여는 힘이 발생하므로, 시일 플랜지와 이동체(12)를 스프링체가 아니라 강체로 연결하거나, 프로세스 중에만 또는항상 진공 배기 후에 고순도의 질소 가스를 도입하여 이동 기구 수납 챔버(11)의 내부 압력을 대기압 정도로 해 둔다. 이동 기구 수납 챔버(11)에는 피열처리체를 삽입하고, 또 취출하기 위한 개구부(14)가 설치되고, 게이트 밸브(16)을 거쳐 전실(17)과 연결되어 있다. 전실에는 개구부로터 피열처리체를 보트에 삽입하고 또 취출하기 위한 반송 기구가 수납된다. 석영 등의 고순도 재료로 이루어지는 반응 챔버 내부를 진공 배기하기 위해 배기구(7b)를 갖는 금속제 매니폴드(23)이 반응 챔버에 접속하여 설치되고, 이 매니폴드는 냉각부(23b)를 갖는다. 프로세스 종료 후 배기구(7b)에 연결되는 진공 배기 장치에 의해 내부를 10-6토르 정도까지 진공 처리한 후, 보트를 언로드하여 피열처리체를 취출한다.
보다 고집적화한 장치의 처리의 실현을 위해 고안된 로드 로크식 열처리 장치에 있어서, 반응 챔버 내부를 진공 배기하기 위해 금속제 매니폴드가 설치되어 있지만, 그에 의해 피열처리체에 중금속 오염을 일으키고, 이 점에 의해 장치의 성능이 저하된다. 산화 프로세스는 통상 1000℃ 전후의 고온에서 행하기 때문에 그 복사열의 영향은 큰 것이다. 냉각부를 설치해도 종래형의 산화 확산 장치와 같이 반응 챔버 내부 표면 전부가 석영으로 되어 있으므로 금속 오염이 현저히 커지는 것을 피할 수 없다. 또, 너무 냉각하면, 습식 산화시에 매니폴드 내부 표면에 수증기가 결로하게 되어서 금속의 부식 등 더욱 큰 폐해가 일어난다 또, 냉각에 의해 발열체하부로부터의 열의 발산이 커져서 발열체의 균등 가열 특성이 나빠진다.
또, 이동 기구 수납 챔버를 진공 배기 후에 고순도 질소로 충만시킨 경우, 장치내 분위기의 청정도는 공급되는 질소 가스의 순도나 가스 공급 시스템의 청정도에 의존한 한계를 갖는다. 보다 고집적도의 장치에의 요구에 대응하기 위해서는 잔존하는 산소, 수증기 등의 농도를 한층 저감시키기 위해 이동 기구 수납 챔버의 압력을 항상 10-7토르 이하의 고진공 분위기로 유지할 필요가 있다. 대기압하에서 행해지는 프로세스 동안 이동 기구 수납 챔버 분위기를 질소 가스에 의해 대기압 상태로 하고, 프로세스 종료 후에 진공 배기하게 하면, 장치의 처리량이 낮아지는 데다가 공급하는 고순도 질소 가스의 비용 부담이 증대한다. 이동체와 시일 플랜지를 강체로 연결하면 이동체의 정지 위치 정밀도나 시일 플랜지와 상대면과의 평행도를 엄밀하게 관리해야 하며, 제조 비용이 커지는 동시에 반응 챔버 보수 후의 재조립에 상당한 숙련도를 필요로 한다는 문제점이 있다.
[발명의 개시]
반응 챔버에 그 내부를 진공 배기하기 위한 배기구를 설치하고, 시일 플랜지를 석영제 플랜지와 금속제 플랜지부로 된 이중 구조로 하고, 금속제 플랜지부가 이동 한계위치에 있을 때, 반응 챕버와 석영재 플랜지 사이에시 시일부재를 거쳐 시일이 이루어지게 구성한다.
또, 시일 플랜지와 이동체를 스프링으로 연결하고, 시일 플랜지가 시일 위치로 이동한 후, 이동체를 더 이동시킴으로써 발생하는 스프링의 반발력의 크기가, 이동 기구 수납 챔버 압력이 진공이고 반응 챔버의 압력이 대기압일 때 반응 챔버측으로부터 시일 플랜지에 걸리는 힘의 크기 이상으로 되도록 이동체를 이동시켜 지 유지시킨다.
[도면의 간단한 설명]
제1(a)도는 종래의 열처리 장치를 도시한 도면이다.
제1(b)도는 반응 챔버로부터 보트 테이블을 꺼낸 때의 종래의 종형 열처리 장치를 도시한 도면이다.
제2(a)도는 종래의 로드 로크식 열처리 장치를 도시한 도면이다.
제2(b)도는 반응 챔버로부터 보트 테이블을 꺼낸 때의 종래의 로드 로크식 열처리 장치를 도시한 도면이다.
제3도는 본 발명을 도시한 장치의 전체도이다.
제4(a)도는 제3도에 도시한 장치의 부분 확대도이다.
제4(b)도는 제3도에 도시한 장치의 부분 확대도이다.
제4(c)도는 다른 실시예의 부분 확대도이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
제3도는 본 발명의 하나의 실시예를 도시한 장치의 전체도이다. 제4(a)도는 제3도의 부분 확대도이다.
반응 챔버(1)에는 내부를 진공 배기하는 배기구(7)가 설치되어 있다. 반응 챔버 내부를 단시간에 고진공으로 하기 위해, 배기구(7)의 내경은 적어도 50mm 정도 이상으로 하는 것이 필요하다. 본 발명의 장치에서는 반응 챔버 내경을 240mm, 배기구 내경을 100mm로 하였으나, 석영으로 구성해도 강도 등은 전혀 문제가 없다. 대기압에서의 프로세스시에 배기 도관을 이 배기구(7)와는 따로 설치해도 좋으며, 배기구(7)앞에서 분기해도 좋다. 배기구(7) 전후의 반응 챔버 주위에는 단열재(8)를 부착함으로써 이 부분으로부터 열이 빠져나가는 것을 막아서 발열체의 균등 가열 특성을 양호하게 함과 동시에 반응 챔버 내벽 온도를 습식 산화 프로세스시에 수증기가 내부에 결로되지 않을 정도록 유지한다.
보트(3)와 보트 테이블(5)이 얹혀 있는 석영제 플랜지(9)가 금속제 플랜지(10) 상에 놓여서 이동 기구에 의해 이동된다. 보트(3)가 반응 챔버(1) 내의 소정 위치에 도달하면, 금속제 플랜지(10)의 견부가 이동 기구 수납 챔버의 견부(11)와 접하여 그 이상 이동할 수 없게 된다. 이 때, 석영제 플랜지(9)와 반응 챔버(1)의 단부 사이에는 약간의 간극이 있으며, 불소 고무 등으로 이루어지는 시일 부재(18)에 의해 시일되도록 구성된다. 따라서, 석영끼리 충돌하거나 석영 부품에 여분의 힘이 걸리는 일이 없으므로 석영이 파손될 우려가 없다. 이 때의 이동체(12)와 금속제 플랜지(10) 사이의 치수를 「A」 라고 하면 이동체(12)는 더 이동하여 치수 「B」가 된다. 제4(b)도에 따라, 스프링체(30)의 스프링 상수와 압축량 「A-B」를 곱한 크기의 스프링체의 반발력에 의해 금속재 플랜지(10)는 이동 기구 수납 챔버(11)의 견부에 밀어붙여진다. 이 상태에시 이동 기구 수납 챔버를 진공으로 유지한 채 반응 챔버 내에서 대기압에서의 프로세스를 행한다. 이 때, 두 챔버의 압력차에 시일 부재(18)의 유효 내경 면적을 곱한 크기의 힘이 반응 챔버측으로부터 시일 플랜지에 걸린다. 스프링체의 반발력의 크기는 이 힘의 크기 이상이 되도록 스프링체의 스프링 상수와 압축량 「A-B」가 결정되어 있다. 압력차에 의한 힘이 위로부터 걸려도, 석영제 플랜지(9)에 대해서 금속제 플랜지(10)가 보강 역할을 하므로 석영제 플랜지(9)가 파손되는 일은 없다. 금속제 플랜지(10)는 이동 기구 수납 챔버측으로부터 움직이는 힘의 크기 이상의 힘을 스프링체에 의해 아래쪽으로부터 받고 있으므로, 하방으로 이동되지 않는다. 따라서, 프로세스 중에서 프로세스 가스가 이동 기구 수납 챔버측으로 누설될 일은 없다. 반응 챔버(1) 단부의 플랜지부는 이동 기구 수납 챔버(11)상에 시일 부재(19a)와 완충재(21)을 거쳐 부착되고, 냉각부(20b)를 갖는 고정 플랜지(20)에 의해 완충재(21b)를 거쳐 고정된다. 냉각부를 이동 기구 수납 챔버측에 설치해도 좋다.
제4(c)도는 다른 실시예를 도시하는 부분 확대도이다. 반응 챔버(1)는 플랜지 보다 하방측까지 관상으로 형성되어 있고, 그 단부 부근에서는 내경이 넓어지고 그 단부에서 시일된다. 이로써, 투명한 석영의 내부를 광선으로 전달되어 오는 열 에너지를 굴절시키고, 시일 부재(18)로의 열의 영향을 적게 할 수 있다. 반응 챔버(1)의 플랜지부는 냉각 수단(22b)을 갖는 플랜지(22) 상에 고정되고, 플랜지(22)는 이동 기구 수납 챔버(11)상에 고정된다.
Claims (5)
- 석영 등의 고순도 재료로 이루어지는 반응 챔버와, 이 반응 챔버의 주위에 배치된 가열 장치와, 이 반응 챔버에 피열처리체를 보유 지지한 보트를 삽입하고 취출하기 위한 이동 기구와, 그 이동 기구를 대기로부터 차폐 절연하기 위한 이동 기구 수납 챔버로 이루어진 로드 로크식 열처리 장치에 있어서, 반응 챔버와 이동 기구 수납 챔버를 분리하는 시일 플랜지가 상기 이동 기구에 의해 구동되고, 상기 시일 플랜지는 석영 등의 고순도 재료로 이루어진 플랜지부와 금속 재료로 이루어진 플랜지부에 의한 이중 구조로 되어 있으며, 금속 플랜지가 이동 한계 위치에 있을 때, 석영 플랜지부 반응 챔버 개구 단부가 시일 부재를 거쳐 시일되고, 시일 플랜지와 이동 기구에 의해 이동하는 이동체가 스프링체에 의해 연결되고, 시일 플랜지가 이동 한계 위치까지 이동한 후 이동체가 더 이상 이동함으로써 발생하는 스프링체의 반발력의 크기가, 프로세스중의 이동 기구 수납 챔버 압력보다 반응 챔버 내의 프로세스 압력이 클 때 생기는 플랜지를 밀여 열려고 하는 힘의 크기 보다 크고, 프로세스중에 그 위치에서 이동체를 정지 유지시키는 것을 특징으로 하는 로드 로크식 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 반응 챔버 내부를 진공 배기하기 위한 배기구가 이 반응 챔버 격벽에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로드 로크식 열처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 배기구가 상기 가열 장치와 이동 기구 수납 챔버 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로드 로크식 열처리 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 배기구의 내경이 50mm 이상인 것을 특징으로 하는 로드 로크식 열처리 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 반응 챔버 내부를 진공 배기하기 위한 배기 장치가 챔버 압력을 10토르 내지 10-3토르의 범위에서 제어하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 로드 로크식 열처리 장치.
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KR940704057A (ko) | 1994-12-12 |
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