KR100299910B1 - 열처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 열처리장치에서는, 열처리부에 프로세스튜브내에서는, 열처리 하여야 할 웨이퍼를 수평으로 유지하여 프로세스튜브내에 반입하는 웨이퍼홀더가 배설된다. 이 프로세스튜브의 상벽면과 대향하는 상방위치에는 면형상 발열원이 배설되어 있다.

이 면형상 발열원과 프로세스튜브의 상벽면과의 사이에 형성되는 제1의 영역과, 프로세스튜브의 상단쪽을 둘러싸도록 형성되는 제2영역내는, 각각 균열부재가 배설되어 있다. 그 때문에, 이 면형상 발열원 및 균열부재에 의하여 웨이퍼에 대한 열처리의 면내균일성을 높일 수 있게 된다. 또, 이 균열부재는 제2영역에도 배설되어 있기 때문에, 피처리체인 웨이퍼의 둘레로부터의 방열을 효과적으로 저지할 수 있음과 동시에, 처리의 종류에 따라서 웨이퍼로의 복사열의 입사방향을 제어할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 전면을 균일한 온도로 효율좋게 열처리할 수 있게 된다.

Description

열처리장치

제1도는 본 발명의 열처리장치의 제1실시예로서 이것을 종형열처리 장치에 사용한 예의 개략종단면도.

제2도는 본 발명의 열처리장치에 사용하는 웨이퍼홀더로서 여러 장의 웨이퍼를 유지 가능한 것의 종단면도.

제3도는 제2도에 나타낸 웨이퍼 홀더를 위에서 본 평면도.

제4도 a 내지 제4도 d는 본 발명의 열처리장치에 사용하는 면형상 발열원의 각종 개략 구성을 나타내는 구성도.

제5도는 제4도 a 내지 제4도 d에 나타낸 면형상 발열원의 다른 변형예의 구성도.

제6도는 본 발명의 제1실시예에 의하여 다른 열처리를 할 경우의 면형상 발열원으로부터 웨이퍼에 입사하는 복사열의 방향을 나타내는 설명도.

제7도 a와 제7도 b는 비금속면 및 금속면의 전지향 방사율을 나타내는 다이어그램.

제8도는 본 발명의 열처리장치의 제2실시예로서 이것을 횡형 열처리장치에 사용한 예의 개략종단면도.

제9도는 제8도에 나타낸 횡형열처리장치의 횡단면도.

제10도는 제2실시예의 횡형열처리장치에 사용하는 웨이퍼 유지아암의 평면도.

제11도는 제2실시예에 사용하는 면형상 발열체의 구성도.

제12도는 제2실시예에 사용하는 웨이퍼 유지아암의 선단부의 1변형예의 사시도.

제13도는 제2실시예에 사용하는 웨이퍼 유지아암의 네일부의 다른 변형예의 사시도

제14도는 제2실시예에 사용하는 프로세스튜브의 변형예의 횡단면도.

제15도는 제14도에 나타낸 프로세스튜브의 사시도.

제16도는 제2실시예에 사용하는 프로세스튜브의 다른 변형예의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 프로세스 튜브 12 : 웨이퍼 홀더

14 : 재치부 16 : 지지축

20 : 열처리부 22 : 프로세스 튜브

24 : 균열부재 24A : 하단

26 : 석영관 30 : 히터유니트

31 : 면형상 발열원 32 : 히터엘리먼트

33, 36 : 단열재 34 : 용융석영관

38 : 인너셀 40 : 아우터셀

42 : 수냉기구 50 : 터미널부

52 : O링 54 : 수냉기구

56 : 단열부재 58 : 절연부재

62 : 리이드선 66 : 수냉기구

102 : 처리용기 104 : 내측용기

106 : 공간부 108 : 저항발열체

108A,108B,108C : 부분발열체 110 : 균열가열체

112 : 웨이퍼 홀더 114 : 제2돌출부

116 : 지지축 117 : 제1돌출부

118 : 링 119 : 지주

120 : 지지부재 121 : 측벽부

122 : 프로세스튜브 124,126 : O링

128 : 처리가스 도입구 130 : 처리가스 배출구

132 : 개구부 134 : 웨이퍼 유지아암

136 : 아암부 138 : 링 형상 유지부

140 : 네일부 142 : 아암측 플랜지

144 : 튜브측 플랜지 146 : O링

148 : 아암 150 : 수평이동기구

152 : 볼나사 154 : 냉매통로

156A,156B,156C : 리이드 158 : 온도제어부

160 : 히터단자 161 : 전력공급장치

162 : 수직부재 164 : 수평부재

166 : 절단부 170A,170B,170C : 열전대

200, 220 : 플랜지부 216, 218 : 삽통구멍

W : 웨이퍼 W' : 더미부재

S : 처리공간 D1 : 웨이퍼의 직경

D2 : 발열체의 직경

본 발명은 프로세스 튜브내에서 피처리체를 열처리하는 열처리장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼, LCD 기판등의 제조에 있어서는 산화, 확산, 어닐, CVD 등의 처리를 하기 위하여, 각종 열처리장치가 사용된다. 이들 열처리장치에 있어서는, 예컨대 프로세스의 고정밀도화를 달성하는 것, 피처리체의 면내의 온도분포의 균일성을 향상시키는 것, 및 열처리의 효율을 높이는 것 등이 큰 기술적 과제로 되어 있다.

그런데, 근년 반도체 프로세스의 내용은 보다 미세화, 이와 함께 웨이퍼의 구경도 8인치에서 12인치로, 보다 대구경화가 진행되고 있다.

또, LCD 기판등의 대형기판을 균일하게 효율 좋게 처리하는 열처리장치도 필요하게 되어오고 있다. 따라서, 이들 열처리장치에 요구되는 상기한 기술적 과제에 대하여는, 더 엄격한 조건이 필요로 되기에 이르렀다.

결국, 프로세스의 미세화가 진행되고, 피처리체가 대구경화하면, 이에 따라서, 말할 필요도 없이 처리의 고정도와, 피처리체의 면내에서의 온도분포의 균일화, 또, 열처리효율의 향상이 필요로 되기 때문이다.

그러나, 종래의 예컨대 100매의 피처리체를 한번에 뱃취처리하는 것 같은 방식으로는, 이러한 프로세스의 미세화에 따른 장치의 고정밀도화의 요구에 부흥할 수가 없다. 또, 프로세스의 대구경화에 따른 피처리체의 면내의 열처리의 균일성향상의 요구에 부응하는 것도 곤란하게 되어오고 있다. 따라서, 현재, 매엽식, 혹은 수매의 피처리체를 고속으로 열처리하는 방식의 열처리장치가 주류로 되고 있다.

즉, 이들 열처리장치는, 매엽식, 혹은 수매의 피처리체를 처리하는 방식이기 때문에, 프로세스의 고정밀도화, 피처리체의 대구경화에 부응할 수 있다. 또한, 피처리체를 고속으로 열처리할 수 있기 때문에, 매엽식의 결점인 처리의 수루풋의 저하를 보충할 수 있다. 이와 같은 고속열처리장치로서, 현재 예컨대 램프가열을 사용한 피드서멀방식에 의한 고속열처리장치, 레이저를 사용한 고속열처리장치 등이 제안되고 있다.

이와 같은, 매엽식, 혹은 수매의 피처리체를 처리하는 방식의 고속 열처리장치에 요구되는 것으로서, 예컨대 아래와 같은 기술적 과제가 있다.

요컨대, 먼저 피처리체의 대구경화에 따라, 피처리체에 생기는 슬립, 비뚤어짐을 효과적으로 방지하고, 또, 피처리체 표면의 면내에서의 온도 분포의 균일성의 향상을 도모할 필요가 있다. 따라서, 피처리체에 어떻게 하여서 균일하게 온도를 가하는가, 또, 그 중심부보다 둘레부쪽이 방열량이 크기 때문에 생기는 중앙부와 주변부와의 온도차를 어떻게 하여서 적게 하는가 등이, 해결하여야 할 큰 기술적 과제가 된다. 또, 프로세스의 미세화에 따라, 피처리체에 대한 처리의 고정밀도화, 피처리체에 대한 오염도의 저감화가 필요하게 된다. 따라서 피처리체의 면 내에서의 막질, 막두께의 균일화를 도모하도록, 어떻게 하여서 단시간에 효율좋게 열처리를 하는가, 또, 어떻게 하여서 피처리체에 대한 중금속 등에 의한 오염의 대미지를 저감하는가 등이, 해결하여야 할 큰 기술적 과제가 된다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 하게 된 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 피처리체 표면의 전면을 균일한 온도로 효율 좋게 열처리할 수 있는 열처리장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관계된 열처리장치는, 피처리체의 반출입용의 하단개구부를 가지는 종형프로세스튜브와, 피처리체를 수평으로 지지하고 상기 하단개구부를 통하여 상기 종형프로세스튜브 내에 반입하여 소정의 처리위치에 피처리체를 설정하는 피처리체 홀더와, 상기 종형 프로세스 튜브의 상벽면과 대향하는 상방위치에 배설된 면형상 발열원과, 상기 종형 프로세스튜브의 상기 상벽면과 상기 면형상 발열원과의 사이에 형성된 제1영역과 상기 종형프로세스튜브의 상단쪽의 측벽을 둘러싸도록 형성된 제2영역에 각각 배설된 균열부재를 구비하며, 상기 피처리체 홀더는 처리의 종류에 따라서 상기 피처리체의 처리면을 상기 종형프로세스튜브 축선방향의 높이가 다른 처리위치에 설정할 수 있도록 구성되고, 또한, 상기 균열부재의 하단부가 하한의 상기 처리위치와 동일 높이의 위치 또는 그보다 상방의 위치까지 뻗어서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열처리장치에 의하면, 프로세스튜브 내의 반입한 피처리체용 홀더에 지지된 피처리체의 상방위치에 면형상의 발열원이 배치되기 때문에, 피처리체에 대하여 균일하게 열처리를 할 수 있다.

또, 프로세스튜브의 상벽과 면형상 발열원과의 사이의 제1영역에는, 균열부재가 마련되어 있기 때문에, 더욱 열처리의 균일성을 높일 수 있다.

또, 프로세스튜브의 상단쪽의 측벽을 둘러싸는 제2영역에도 균열부재가 마련되어 있기 때문에, 특히, 피처리체의 둘레로부터의 방열을 효과적으로 방지하는 것이 가능하게 되고, 이에 의하여 열처리의 균일성을 대폭으로 높일 수 있다.

[제1실시예]

이하, 본 발명의 열처리장치의 제1실시예에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

제1도에 본 발명의 제1실시예의 종형 열처리장치의 열처리부(20)를 나타낸다. 열처리부(20)는 아래와 같은 구성으로 한다.

먼저, 피처리체 예컨대 LCD, 웨이퍼(W)는, 지지축(16) 및 이것에 일체로 되어서 형성된 재치부(14)로 이루어진 웨이퍼 홀더(12)에 재치된다.

이 지지축(16)은 엘리베이터에 의하여 승강이 자유롭게 되어 있고, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더(12)로부터 프로세스튜브(22)내에 반입된다.

프로세스튜브(22)는 그 속에서 피처리체 예컨대 열처리를 하기 위한 것이며, 단열성이 뛰어나고, 또한 오염이 적은 부재 예컨대 석영등에 의하여 원통형상으로 형성된다.

이 프로세스튜브(22)의 상벽과 대향하는 상방 위치에는 히터 유니트(30)가 설치되어 있다. 히터유니트(30)는, 예컨대 알루미나 세라믹으로 이루어진 단열재(33)의 내벽에 면형상 발열원(31)을 고정배치하여 구성된다. 이 경우, 예컨대 단열재(33)의 내벽에 내화재를 마련하고, 이것에 면형상 발열원(31)을 고정 배치하도록 구성하여도 좋다. 이 면형상 발열원(31)은, 예컨대, 이규화몰리브덴, 또는 철과 크롬과 알루미늄의 합금선인 칸탈(상품명)선등의 히터 엘리먼트(32)를 면형상으로 배치함으로써 구성된다. 이와 같은 면형상 발열원(31)으로 구성된 히터 유니트(30)를 사용함으로써, 웨이퍼(W)의 처리면을 균일하게 열처리하는 것이 가능하게 된다.

프로세스튜브(22)의 상벽과 히터유니트(30) 사이의 영역인 제1영역 및 프로세스튜브(20)의 상단쪽의 측벽을 둘러싸는 제2영역에는, 예컨대 단면이 대략 ㄷ자 형상으로 형성된 균열부재(24)가 배치된다.

이 균열부재(24)에 의하여, 면형상 발열원(31)에 발열 불균일이 존재할 경우에도, 이 발열 불균일을 해소할 수 있고, 열처리의 균일성을 높일 수 있다. 또, 일반적으로 웨이퍼(W)의 면내에 있어서는 웨이퍼(W)의 중심부보다도 둘레부쪽이 방열량이 높으나, 이와 같은 웨이퍼(W)이 둘레부의 주위에 균열부재(24)를 설치하면, 둘레부로부터의 방열을 효과적으로 방지할 수 있고, 열처리의 균일성을 높일 수 있다. 또한 이 단면이 대략 ㄷ자 형상으로 형성된 균열부재(24)에 의하여 웨이퍼(10)을 향하는 히터유니트(30)로부터의 복사열의 웨이퍼(10)로의 입사방향의 분포를 제어할 수도 있다. 이 균열부재(24)는 예컨대 탄화규소(SIC)등과 같은 오염도가 적고, 내열성이 높은 재질에 의하여 구성하는 것이 바람직하다.

이에 의하여, 히터 유니트(30)를 처리공간으로부터 완전히 격리하는 것이 가능하게 되고, 히터엘리먼트(32)가 오염의 원인이 되는 중금속을 함유하는 재료로 구성되어 있는 경우에도, 당해 중금속에 의한 오염을 효과적으로 방지할 수 있고, 또, 히터 유니트(30)로부터 발생하는 고온의 복사열에 대하여도 내열성 등을 확보할 수 있다.

또한, 이 경우, 균열부재(24)의 구조로서는, 예컨대 그래파이트의 표면에 탄화규소를 예컨대 CVD 코팅하여 형성하는 것 같은 구조로 하여도 좋다.

그런데, 일반적으로 피처리체에 열처리를 할 경우, 피처리체에 대한 복사열의 방향에 의하여, 그 열처리효율이 변화하는 것이 알려져 있다.

다시 말하면, 절연재료 예컨대 SiO₂, Si₃N₄로 이루어지는 막에 대하여 열처리를 할 경우는, 피처리체에 대하여 수직방향으로부터 복사열을 입사한 쪽이 막의 열흡수율이 높고, 이 때문에 열처리의 효율도 높아진다. 이에 대하여 금속재료 예컨대 알루미늄, 폴리실리콘으로 이루어진 막에 대하여 열처리를 할 경우는, 경사방향 예컨대 수선 천정각(天頂角)에 대하여 60도의 경사방향으로 부터 복사열을 입사한 쪽이 열처리의 효율이 높아진다.

본 실시예에 의하면, 이와 같은 다른 종류의 열처리에 대하여, 이에 대응하여 그 열처리 효율을 최적으로 할 수 있다. 이 양자의 경우가 제6도 a, 제6도 b에 도시되어 있다. 다시 말하면, 예컨대 절연재료로 이루어진 막에 열처리를 할 경우는, 제6도 a에 도시한 바와 같이, 웨이퍼홀더(12)에 재치된 웨치러(W)를 프로세스튜브(22)의 상벽에 비교적 접근한 처리위치에서 열처리를 행하도록 한다.

이렇게 하면, 제6도 a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 입사하는 복사열의 성분으로서는, 웨이퍼(W)에 대하여 수평방향으로 입사되는 성분보다도, 웨이퍼(W)에 대하여 수직방향으로부터 입사되는 성분쪽의 것이 많아지고, 이에 의하여 열처리효율을 대폭으로 높일 수 있다.(제7도 a 참조). 이 경우, 균열부재(24)의 하단(24A)의 위치까지 뻗쳐서 형성하여 두는 것이 바람직하다.

이와는 반대로, 예컨대 금속재료로 된 막에 열처리를 할 경우에는, 제6도 B에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 프로세스튜브(10)의 상벽보다 비교적 먼 처리위치에서 열처리를 하도록 한다. 이와 같이하면, 제6도 b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 입사하는 복사열 중, 예컨대 60도 방향으로부터 입사하는 성분을 증가시킬 수 있고, 열처리효율을 대폭으로 높일 수 있다(제7도 b 참도). 또한, 이 경우도 균열부재(24)의 하단(24A)은, 웨이퍼(W)의 상기 처리 위치와 동일 또는 그 보다 아래쪽의 위치까지 뻗쳐서 형성하여 두는 것이 바람직하다.

또, 균열부재(24)의 하단에는, 제1도 도시한 바와 같이, 원통형상의 석영관(26)이 프로세스튜브(22)를 덮듯이 설치되고, 이 원통형상의 석영관(26)의 하단에는, 원반형상의 석영판(28)이 프로세스튜브(22)를 덮듯이 설치되어 있다.

또, 히터 유니트(30)의 단열재(33)의 하단에는, 용융석영관(34)이, 이 석영관(26)에 밀착하여서 덮듯이 설치되어 있다.

또한, 이 프로세스튜브(22)의 하단은 석영 등에 의하여 형성된 덮개체에 의하여 밀폐되어 있다.

따라서, 본 실시예에서는, 프로세스튜브(22) 주위의 노벽은, 모두 석영 혹은 탄화규소로 형성되게 된다. 따라서, 이들 노벽에서 중금속이 발생하는 일이 없고, 또, 히터유니트(30)등에서 발생한 중금속이 프로세스튜브(22)를 투과하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 중금속에 의한 오염을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 의하여, 웨이퍼(W)의 생산수율, 신뢰성 등을 대폭으로 향상시킬 수 있고, 프로세스의 고정밀도화에도 대응할 수 있게 된다.

또 히터유니트(30), 용융석영관(34), 석영판(28)의 주위에는, 예컨대 석영울에 의하여 이루어진 단열재(36)가 설치되어 있다. 또 이 단열재(36)의 주위에는, 이중구조로 된 예컨대 스텐레스 스틸 등에 의하여 형성되는 인너셀(38)과 아우터셀(40)이 배치된다. 그리고, 이 인너셀(38)과 아우터셀(40) 사이이고, 열처리부(20)의 상부 및 하부에는, 예컨대 수냉재킷으로 된 수냉기수(42), (54), (66)가 배치된다. 따라서 이들 단열수단에 의하여 열처리부(20)내와 외부를 열격리할 수 있다.

이에 의하여, 열처리부(20)에서 고온열처리를 하고 있을 경우에, 외부에서의 조작의 안전을 충분히 확보하는 것이 가능해진다. 또, 열처리부(20)내에서의 열처리의 효율을 높일 수 있다.

열처리부(20)의 상부에는, 터미널부(50)가 설치되고, 예컨대 O링(52)으로된 시일재에 의하여 밀폐되어 있다. 이 터미널(60)은, 히터엘리먼트(32)를 발열시키기 위한 전력을 리이드선(62)에 의하여 공급시키기 위한 것이고, 절연부재(58)에 의하여 절연되고, 또, 단열부재(56)에 의하여 단열되어 있다.

또, 웨이퍼를 여러장 소지 가능한 웨이퍼 홀더는, 제2도와 제3도에 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 즉, 웨이퍼홀더(112)는 지지축(116)에 의하여 지지되어 있다. 웨이퍼홀더(112)는 예컨대 석영, 고순도 탄화규소 등과 같이 내열성이 뛰어나고 또한, 오염이 적은 재료에 의하여 형성되어 있다.

여기서 제2도는 웨이퍼 홀더(112)의 종단면도이고, 제3도는 그 평면도이다. 링(118)은 여러개 예컨대 4개의 지주(119)에 돌출 설치하여 형성된 지지부재(120)에 의하여 사방으로부터 지지되고 있다. 이 지지부재(120)에는, 각각 제1돌출부(117) 및 제2돌출부(114)가 일체로 형성되어 있다. 이 제1돌출부(117)는, 웨이퍼(W)의 이면에 그 선단부를 맞닿게 하여서 유지하기 위한 것이다. 또, 이 제2돌출부(114)는, 웨이퍼(W)의 외주면에 맞닿고, 이에 의하여, 웨이퍼(W)의 위치 어긋남을 방지하기 위한 것이다. 또한, 제1 및 제2돌출부(117), (114)는 적어도 원주방향으로 3개소에 배치하면 좋다.

이와 같은 형상의 웨이퍼홀더(112)에 의하면, 제2도에 도시한 바와 같이, 여러장의 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다. 더구나, 이와 같은 여러장의 웨이퍼(W)를 지지할 수 있음에도 불구하고, 이 여러개의 웨이퍼(W)에 프로세스 가스를 균등하게, 그 위치에 충분히 뿜어댈 수 있다. 또, 제1돌출부(117)에 의하여 웨이퍼(W)를 점접촉 또는 극소면적의 면접촉으로 지지하고 있으므로, 웨이퍼(W)면 내의 열의 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 이 홀더(112)의 구조에 의하여, 여러 개의 웨이퍼(W)를 균등하게 열처리하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제2도에서는 2매의 웨이퍼(W)의 상하에 더미부재(W')를 유지하는 구성으로 하고 있다. 이 더미부재(W')로서는, 예컨대 미처리 더미의 웨이퍼, 원반형상으로 형성된 탄화규소등이 사용된다. 최상단의 더미부재(W')에 의하여 히터유니트(3)(제1도 참조)로부터의 복사열을 반사하고, 또한 흡수시킬 수 있다. 이와 같이, 더미부재(W')를 홀더(112)의 최상단에 배치하여 사용하면, 제6도 c에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)에 입사하는 복사열 중 예컨대 60도 방향으로부터 입사하는 성분을 증가시킬 수 있다. 따라서, 예컨대 금속재료인 알루미늄 폴리실리콘 등으로 이루어진 막에 대하여 열처리를 할 경우에 열처리효율을 대폭으로 높일 수 있다. 또, 최상단의 더미부재(W')는 모니터용 웨이퍼로서 이용할 수 있다.

또한, 제4도a∼제4도d 및 제5도에는 히터 유니트(30)에 사용되는 면발열원(31)의 형상의 1예가 도시되어 있다.

제4도a 내지 제4도c에서는 면형상 발열원(31)은, 모두 예컨대 파도형상으로 형성된 히터엘리멘트(32)를, 동심원상에 3개의 존으로 나누어서 구성되어 있다. 이와 같은 3개의 존으로 나눈 것은, 각 존마다 발열량을 제어하여, 다시 말하면, 예컨대 그 중심부의 발열량을 작게 하여서, 그 둘레부의 발열량을 크게 한다고 하는 제어에 의하여 웨이퍼(W)에 대한 열처리의 면내 균일성을 높이기 위함이다.

이 경우, 각 히터 엘리먼트(32)에는, 전력을 공급하기 위한 히터단자(160)가 설치되어 있으나, 제4도a 내지 제4도c에서는, 이 히터단자(160)의 꺼내기 위치가 각각 다르게 되어 있다. 제4도b, 제4도c에 도시한 바와 같이 서로의 그 꺼내기 위치가 밀접하게 되지 않도록 함으로써, 단자의 꺼내기가 용이해진다. 또한, 제4도d에서는, 파도형상으로 형성된 히터엘리먼트(32)를 소용돌이 형상으로 3개 존으로 나누어서 구성하여, 이에 의하여 면내 열균일성을 높이고 있다.

또, 제5도에 있어서는, 3개 존마다, 히터엘리먼트(32)의 파도형상의 진폭 및 밀도를 가변으로 함으로써, 히터엘리먼트(32)의 면내밀도를 변화시키고, 이에 의하여, 웨이퍼(10)에 대한 열처리의 균일성을 높이고자 하는 것이다. 또한, 각각의 히터단자(160)에는 전력공급장치(161)로부터 전력이 A,B,C의 루우트로 공급된다.

또, 본 발명에 사용되는 균열부재(24)의 형상으로서는, 단면이 "ㄷ"자 형상의 것에 한하지 않고, 적어도 상술한 제1영역과, 제2영역에 배치되는 형상으로 되어 있으면 좋다. 따라서, 예컨대 돔형상의 균열부재를 사용하여도 좋다.

또, 본 발명에 관계되는 장치에 의하여 처리하는 피처리체로서는 적어도 면형상의 피처리체이면 좋고, 반도체 웨이퍼 이외에도 예컨대 LCD 등이라도 좋다. 또, 본 발명이 적용되는 열처리로서는, CVD 등 이외에도 산화, 확산, 어닐등에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

[제2실시예]

이하, 본 발명의 열처리장치의 제2실시예로서는 횡형열처리장치에 사용한 예를 첨부도면에 의거하여 상술한다.

제8도에 도시한 바와 같이 이 횡형열처리장치는, 전체가 예컨대 스텐레스스틸 등에 의하여 원통체형상으로 성형된 처리용기(102)를 가지며, 이 처리용기(102)내에는 공간부(106)를 통하여 단열성을 가지는 세라믹울 등에 의하여 원통체 형상으로 성형된 내측용기(104)가 수용되어 있다. 이들 처리용기(102) 및 내측용기(104)는 그 높이방향의 중앙부에 있어서 상하방향으로 2분할이 자유롭게 되어 있다.

그리고, 내측용기(104)의 내측에는 처리공간(S)이 형성됨과 동시에, 이 상하의 내벽면에는 발열체로서, 예컨대 이규화몰리브덴(MoSi₂), 또는 철(Fe)과 크롬(Cr)과 알루미늄(Al)의 합금선인 칸탈(상품명) 선등의 면형상 발열원으로서 저항발열체(08)가 그 전면에 걸쳐서 면형상으로 배치되어 있으며, 처리공간(S)의 상하 전역을 커버할 수 있도록 구성되어 있다. 예컨대, 이규화몰리브덴은 단선으로 사용할 수 있고, 칸탈선은 코일로서 사용할 수 있다. 특히, 이규화몰리브덴은 1800℃의 고온에도 충분히 견딜 수 있으므로 산화확산재료로서는 알맞는다. 발열체(108)는, 예컨대, 이규화몰리브덴의 단선으로 된 저항발열선을 나선형상으로 배치하여서 구성된다.

또, 발열체(108)의 형상은 피처리체인 예컨대, 반도체웨이퍼(W)와 마찬가지로 원형의 형상인 것이 바람직하다. 또, 발열체의 직경(D2) 면에 온도의 균일성을 확보하기 위하여 웨이퍼(W)의 직영(D1)보다 2배 이상 큰 것이 바람직하다.

그리고, 이 내측용기(104)의 내측에는, 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 상하로, 예컨대 고순도 탄화규소(SiC)로 이루어진 균열가열체(110)가 형성되어 있으며, 발열체(108)에 의하여 균열가열체(110)를 가열하고, 이 열로 웨이퍼(W)를 가열하는 간접가열방식이 채용되고 있다. 이 균열가열체(110)를 구성하는 탄화규소는, 내열성, 내구성, 내오염성, 내식성, 내시일성에 뛰어나고, 특히, 저항발열체(108)로부터 방출될 가능성이 높은 알칼리이온을 포착할 수 있고, 또 이것이 웨이퍼(W)에 도달하는 것을 저지할 수 있다.

또, 균열가열체(110)는 상하면뿐 아니고, 측벽부(121)도 가지고 있으며, 웨이퍼(W)에 대한 면내균열성 및 알칼리이온에 의한 오염의 방지를 확실하게 하고 있다.

이와 같이 구성된 처리용기(102), 내측용기(108) 및 균열가열체(110)에는 그 높이 방향의 중앙부를 수평방향으로 관통하도록 하여서, 예컨대 고순도의 석영으로 이루어진 프로세스튜브(122)를 관통시켜서 형성하는 프로세스튜브 삽통구멍(216),(218)이 형성되어 있다. 이 삽통구멍(216),(218)을 구획하는 플랜지부(200),(220)에는 O링(124),(126)을 통하여 튜브(122)가 기밀상태로 부착되어 있다.

이 프로세스튜브(122)의 선단부에는, 이 안에 처리가스를 도입하기 위하여 처리가스원에 배관 등을 통하여 접속된 처리가스 도입구(128)가 형성됨과 동시에, 기단부의 위쪽에는 처리가 끝난 가스를 배출하기 위하여 배기계에 접속된 처리가스 배출구(130)가 형성되어 있다.

그리고, 이 프로세스튜브(122)의 기단부에는, 개구부(132)가 형성되어 있으며, 이 개구부(132)로부터 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유이아암(134)을 튜브(122)의 내부에 끼우고 빼기 가능하게 하고 있다. 이 아암(134)은 제10도에 도시한 바와 같이 예컨대 고순도의 석영 등에 의하여 형성되어 있고, 구체적으로는 아암부(136)와, 이 선단에 설치되어서 웨이퍼(W)를 실제로 유지하는 링형상의 유지부(138)에 의하여 구성되어 있다. 그리고, 이 링형상의 유지부(138)에는, 그 둘레방향을 따라서 등피치로 예컨대 4개의 네일부(140)가 형성되어 있고, 이 부분에서 유지한 웨이퍼(W)의 탈락을 방지하도록 구성되어 있다.

또한, 아암부(136)의 기단부에는, 아암쪽 플랜지(142)가 형성되어 있고, 이것을 튜브쪽 플랜지(144)에 대하여 O링(146)을 통하여 기밀하게 부착가능하게 되어 있다.

또, 제8도에 도시한 바와 같이, 이 아암쪽 플랜지(142)는 굴곡시킨 아암(148)을 통하여 수평이동기구(150)에 접속되어 있다. 볼나사(152)등에 의하여 이 수평이동기구(150)를 수평이동시킴으로써 웨이퍼(W)를 프로세스튜브(122) 내에 수평방향으로부터 끼우고 뺄 수 있도록 구성되어 있다.

또, 이 장치 전체를 덮는 스텐레스제의 처리용기(102)에는 이 외벽의 내부에 냉매를 유통시키기 위한 냉매통로(154)가 형성되어 있고, 이 속에 냉각수 등의 냉매를 유통시켜서 용기(102) 전체를 냉각할 수 있도록 구성되어 있다.

그리고, 웨이퍼(W)의 상하쪽에 대향해서 설치된 평면 원판형상의 발열체(108)는 제11도에 도시한 바와 같이, 각각 그 중심부로부터 반경방향 바깥편을 향하여 원심형상으로 여러개, 예컨대 3개의 존으로 분할된 부분발열체(108A),(108B),(108C)에 의하여 구성되어 있다. 각 부분발열체(108A),(108B),(108C)는 각각 리이드(156A),(156B),(156C)에 의하여 예컨대 마이크로컴퓨터 등으로 이루어진 온도제어부(158)에 접속되어 있고, 필요에 따라서 각 부분발열체(108A),(108B),(108C)의 발열량을 별개로 독립시켜서 자유롭게 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 또, 각 부분발열체(108A),(108B),(108C)에는, 그들 존의 온도를 측정하기 위한 열전대(170A),(170B),(170C)가 마련되어 있어서, 그 출력을 상기 온도제어부(158)에 입력하도록 구성된다. 다음에, 이상과 같이 구성된 제2실시예의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 웨이퍼(W)의 열처리를 할 경우에는, 제8도에 도시한 바와 같이 미리 온도제어부(158)로부터 내측용기(104)의 내벽면에 설치한 발열체(108)에 전력을 공급하여 이것을 가열하고, 이에 의하여 상하의 균열가열체(110)를 미리 소정의 온도로 승온하여 둔다.

이와 같이, 균열가열체(110)를 가열한 상태로 웨이퍼 유지아암(134)을 수평 이동시켜서, 그 링형상 유지부(138)에 수평상태로 유지한 웨이퍼(W)를 프로세스튜브(122) 내에 삽입하여 이 개구부(132)를 아암쪽 플랜지(142)에 의하여 밀폐한다. 그리고, 이 프로세스튜브(122)내에 처리가스 도입구(128)로부터 소망의 처리가스를 도입하면서 동시에 배기도 하고, 그 속을 소정의 압력으로 유지하여 웨이퍼(W)에 대하여 열처리를 소정 시간만 한다.

제11도에 도시한 바와 같이, 발열체(108)의 각 열전대(170A),(170B),(170C)로부터의 검출온도치가 온도제어부(158)에 피드백 입력되어 있고, 이에 의거하여 부분발열체(108A),(108B),(108C)를 개개로 제어하고, 예컨대 300∼800℃정도로 이 열처리온도를 제어한다.

이와 같이 균열가열체(110)가 미리 웨이퍼(W)의 면내방향에 걸쳐서 균등하게 가열되어 있는 상태의 곳에 웨이퍼(W)를 수평상태로 하여서 삽입하고, 이 웨이퍼 면에 대하여 상하의 수직방향으로부터 예컨대, 파장 1.0㎛∼1.5㎛ 이상 정도의 열선이 입사되어서 웨이퍼(W)를 가열하게 된다. 따라서, 웨이퍼(W)는 이에 대하여 평행으로 배치되어 있는 균열가열체(110)에 의하여 간접 가열되어서 웨이퍼에 대한 온도의 면내균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 처리용기(102)의 중심부는 비교적 온도가 높아지고, 프로세스튜브(122)의 개구부(132)쪽은 웨이퍼(W)의 끼우고 떼기에 의하여 방열이 생겨서 비교적 온도가 낮아지는 경향이 있다. 그러나 그러한 때에는, 제11도에 도시한 바와 같이, 예컨대 동심형상으로 배치된 부분발열체(108A),(108B),(108C)에 대하여 바깥쪽으로 갈수록 그 발열량을 많게 하여서 부족열량을 보상하고, 웨이퍼면 내에 있어서의 온도의 균일성을 확보하도록 하여도 좋다.

또, 웨이퍼(W)의 직경(D1)에 대하여 원형평면형상의 발열체(108)의 직경(D2)은 2배 이상의 크기로 되어 있으므로, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부와의 온도차는, 피드백 등을 걸지 않는 경우에는 약 1℃정도로 되고, 온도의 면내균일성을 한층 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또, 웨이퍼(W)가 반전되어 있는가의 여부에 따라서 웨이퍼(W)의 상면으로부터 혹은 하면으로만 가열할 수 밖에 없는 경우에는, 그에 대응시켜서 위쪽 아래쪽의 발열체(108)중 어느 한쪽만이 구동하도록 조작한다. 그리고, 웨이퍼(W)의 가열에 즈음하여서는, 저항발열체(108)로부터 알칼리이온 등이 발출될 가능성이 생긴다. 그러나, 이들 알칼리이온은 균열가열체(110)를 구성하는 재료인 탄화규소에 의하여 포착되어 버리므로 웨이퍼(W)에 도달하는 일은 없고, 웨이퍼(W)가 알칼리이온에 의하여 오염되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 제2실시예에 있어서는, 처리공간(S)의 상부만 아니고, 측벽부(121)도 프로세스튜브(122)의 장착부를 제외하고 모두 고순도의 탄화규소에 의하여 덮여져 있으므로 알칼리이온이 웨이퍼(W)에 침입하는 것을 한층 더 확실하게 저지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이 측벽부(121)를 고순도 탄화규소 대신에 고순도 알루미나재에 의하여 형성하도록 하여도 좋다.

웨이퍼(W)의 열처리 중에 있어서는, 처리용기(102)에 형성한 냉매통로(154)에 냉각수가 공급되고, 이 처리용기(102)를 냉각함으로써 외부에서의 조작의 안정성을 충분히 확보하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 웨이퍼(W)에 대한 열처리가 종료한 후는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼아암(134)을 왼쪽방향으로 수평 이동시킴으로써 이것을 프로세스튜브(122)로부터 빼내고, 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 로봇아암 등에 의하여 넘겨 받고나서, 새로운 미처리의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지아암(34)에 유지시켜, 다음의 웨이퍼의 열처리를 한다.

또, 웨이퍼 유지아암(134)의 링형상 유지부(138)에 형성한 네일부(140)로서는, 제8도에 도시한 돌기형상의 네일부에 한정되지 않고, 제12도에 도시한 바와 같이 네일부(140)를, 링형상 유지부(138)로부터 세운 수직부재(162)와 이에 의하여 링형상 유지부(138)의 반경방향 안쪽으로 돌출시킨 수평부재(164)에 의하여 구성하고, 이 수평부재(164)위에 웨이퍼(W)를 재치하도록 하여도 좋다.

또, 제13도에 도시한 바와 같이, 봉형상의 수직부재(162)를 마련하고, 이 선단부의 안쪽에 반원형상의 절단부(166)를 형성하여 이 절단부(166)에 웨이퍼(W)의 둘레부를 지지시키도록 하여도 좋다.

또, 제8도에 도시한 장치에 있어서는, 프로세스튜브(122)에 대하여 일방향으로부터 웨이퍼(W)의 끼우고 떼기를 하도록 하였으나 이에 한정되지 않고, 제14도 및 제15도에 도시한 바와 같이 프로세스튜브(122)의 형상을 좌우대칭으로 형성하여 좌우 양쪽에 웨이퍼 반출반입용의 개구부(132)를 형성하고, 이들 개구부(132)에 각각 웨이퍼 유지아암을 설치하도록 하여도 좋다.

이에 의하면, 프로세스튜브(122)의 왼쪽으로부터 웨이퍼(W)를 프로세스튜브(122)내에 삽입하여서 열처리한 후에 왼쪽으로부터 꺼내고, 다음에 프로세스튜브(122)의 오른쪽으로부터 웨이퍼(W)를 프로세스튜브(122)내에 삽입하여 열처리한 후에 오른쪽으로부터 꺼내고, 1매씩 웨이퍼(W)를 연속적으로 열처리하여 그 스루풋을 향상시키도록 구성하여도 좋다.

또한, 프로세스튜브(122)로서는, 상술한 것에 한정되지 않고, 제16도에 도시한 바와 같이 프로세스튜브(122)의 중심부에 원통형상의 웨이퍼 수용부(166)를 형성하도록 구성하여도 좋다. 이 경우에는, 처리용기(102) 전체를 상하로 2분할 가능하게 형성하여 프로세스튜브(122)를 사용 가능하게 하거나, 혹은 처리용기(102)의 측벽에 형성하는 프로세스튜브 삽통구멍을 웨이퍼 수용부(166)가 통과할 수 있도록 하여도 좋다. 또한, 이 튜브용 삽통구멍과 튜브(122)의 끼우고 떼기가 가능하도록 하여도 좋다. 또한, 이 튜브용 삽통구멍과 튜브(122) 사이에 형성되는 틈새에는 처리용기를 구성하는 재료와 동종의 재료를 묻어 넣음으로써, 이것을 틀어막도록 한다.

또한, 상기 제2실시예에 있어서는, 균일가열체로서 고순도의 탄화규소를 사용하였으나 이에 한정되지 않고, 예컨대, 그래파이트의 표면에 고순도의 탄화규소를 코팅한 것이나, 고순도의 산화알루미나의 소결체나 열처리온도가 300∼400℃로 낮을 경우에는 석영판 등을 사용하도록 하여도 좋다.

또, 열처리장치로서는 산화확산장치, 어닐장치, CVD장치 등에도 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (11)

1. (정정) 피처리체의 반출입용의 하단개구부를 가지는 종형프로세스튜브와, 피처리테를 수평으로 지지하고 상기 하단개구부를 통하여 상기 종형프로세스튜브 내에 반입하여 소정의 처리위치에 피처리체를 설정하는 피처리체 홀더와, 상기 종형 프로세스튜브의 상벽면과 대향하는 상방위치에 배설된 면형상 발열원과, 상기 종형 프로세스튜브의 상기 상벽면과 상기 면형상 발열원과의 사이에 형성된 제1영역과 상기 종형프로세스튜브의 상단쪽에 측벽을 둘러싸도록 형성된 제2영역에 각각 배설된 균열부재를 가지며, 상기 피처리체 홀더는 처리의 종류에 따라서 상기 피처리체의 처리면을 상기 종형프로세스튜브 축선방향의 높이가 다른 처리위치에 설정할 수 있도록 구성되고, 또한, 상기 균열부재의 하단부가 하한의 상기 처리위치와 동일 높이의 위치 또는 그보다 상방의 위치까지 뻗어서 형성되어 있는 종형열처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 균열부재가 단면이 대략 ㄷ자형으로 일체화되어 있는 종형열처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 균열부재가 탄화규소로 형성되고, 또한, 상기 균열부재의 하단부보다 하방에 위치하는 상기 종형프로세스튜브의 측벽의 주위를 탄화규소관 또는 석영관으로 덮은 종형열처리장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 피처리체홀더가 처리하여야 할 피처리체의 상방에 상기 면형상 발열원(31)으로부터의 열을 흡수 혹은 반사시키는 부재를 지지할 수 있도록 구성되어 있는 종형열처리장치.
5. (정정) 피처리체의 반출입용의 측방개구부를 가지는 프로세스튜브와, 피처리체를 수평으로 지지하고 상기 측방개구부를 통하여 상기 프로세스튜브 내에 반입하여 소정의 처리위치에 피처리체를 설정하는 피처리체홀더와, 상기 프로세스튜브의 상벽면 및 하벽면과 대향하는 상방 및 하방위치에 각각 배설된 면형상 발열원과, 상기 프로세스튜브의 상벽면 및 하벽면과 상기 면형상발열원 사이에 각각 형성된 제1영역과 상기 프로세스튜브의 상단측 및 하단측의 측벽을 둘러싸도록 각각 형성된 제2영역에 각각 배설된 균열부재를 가지며, 상기 균열부재(24)가 각각 단면이 대략 ㄷ자 형으로 일체화되어 있는 횡형열처리장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 면형상 발열원은 각각 별개로 독립하여 제어 가능한 횡형열처리장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 면형상 발열원은 그 면내에 있어서, 동심형상으로 여러개로 분할된 부분발열체로 이루어지고, 이 부분발열체는 각각 별개로 독립하여 제어가능한 횡형열처리장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 피처리체 홀더는 링형상 유지부와, 이 링형상 유지부로부터 상부로 뻗은 수직부재(162)와 이 수직부재(162)로부터 상기 링형상 유지부의 반경방향 안쪽으로 돌출시킨 수평부재(164)로 이루어지는 횡형열처리장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 피처리체 홀더는 링형상 유지부와, 이 링형상 유지부로부터 상부로 뻗은 수직부재(162)와, 이 수직부재(162)의 선단부 안쪽에 형성한 절단부(166)로 이루어지는 횡형열처리장치.
10. 제5항에 있어서, 상기 측방개구부가 상기 프로세스튜브의 좌우 양쪽에 형성되어 있는 횡형열처리장치.
11. 제5항에 있어서, 상기 프로세스튜브(122)의 중심부에 원통형상의 웨이퍼수용부(166)를 설치한 횡형열처리장치.