KR100668585B1 - 종형 열 처리 장치 - Google Patents

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KR100668585B1
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도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
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Abstract

종형 열 처리 장치(1)에 있어서, 종형 열 처리로(2)의 노구(3)를 개폐하는 승강 가능한 덮개 부재(5)에 다수의 피처리 기판(W)을 탑재한 보유 지지구(13)를 회전하는 회전 기구(15)가 배치된다. 회전 기구(15)는 회전축(16)과, 회전축(16)을 베어링(17) 및 밀봉 부재(18)를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부(19)를 포함한다. 회전축(16)은 얇은 공간 구조를 이루면서 또한 그 내측 및 외측에 냉각용 가스가 유통되도록 구성된다. 지지부(19)는 회전축(16)의 상측을 둘러싸도록 형성된 냉매가 유통되는 냉각 통로(32)를 갖는다.
베어링, 보유 지지구, 회전축, 종형 열 처리로, 노구, 회전 기구, 덮개 부재

Description

종형 열 처리 장치{VERTICAL HEAT TREATING EQUIPMENT}
본 발명은 복수의 피처리 기판에 대해 함께 열 처리를 실시하기 위한 종형 열 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 복수의 피처리 기판을 적층 탑재하는 보유 지지구를 회전시키기 위한 개량된 회전 기구를 갖는 종형 열 처리 장치에 관한 것이다.
또, 상기 종형 열 처리 장치는 전형적으로는 반도체 처리 시스템으로 조립되어 사용된다. 여기서, 반도체 처리라 함은, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 피처리 기판 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 상기 피처리 기판 상에 반도체 디바이스나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 다양한 처리를 의미한다.
반도체 디바이스의 제조에 있어서는 피처리 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼에 막 퇴적, 산화, 확산, 개질, 어닐, 에칭 등의 처리를 실시하기 위해 각종 처리 장치가 이용된다. 이러한 종류의 처리 장치로서는 다수매의 웨이퍼를 한 번에 열 처리하는 종형 열 처리 장치가 알려져 있다.
도7은 종형 열 처리 장치에 있어서 사용되는 웨이퍼 보트를 회전시키기 위한 종래의 회전 기구를 도시하는 단면도이다. 도7에 도시한 바와 같이, 종형 열 처리 로의 노구(로드 포트)를 개폐하는 승강 가능한 덮개 부재(105)에 회전 기구(115)가 배치된다. 회전 기구(115)는 다수의 웨이퍼(피처리 기판)를 탑재한 웨이퍼 보트(보유 지지구)를 회전하기 위해 사용된다.
회전 기구(115)는 회전축(116)과, 회전축(116)을 베어링(117) 및 밀봉 부재(118)를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부(119)를 갖는다. 회전축(116)의 하단부에는 모터(128)가 벨트(130)를 거쳐서 연결된다. 덮개 부재(105)를 관통한 회전축(116)의 상단부에는 회전 테이블(120)이 배치된다. 회전 테이블(120)은 착탈 가능하게 고정된 하측 부재(120a) 및 상측 부재(120b)로 이루어진다. 회전 테이블(120)의 주연부와 덮개 부재(105) 사이에는 노 내의 처리 가스가 회전 테이블(120)과 덮개 부재(105)의 간극으로 돌아 들어가 누설되는 것을 방지하기 위한 래버린스 구조(160)가 형성된다.
열 처리로측으로부터의 열에 의해 베어링(117) 및 밀봉 부재(118)의 내구성의 저하를 방지하기 위해 회전축(116)을 냉각하는 구조가 사용된다. 이 냉각 구조에서는, 회전축(116)의 외주부를 유통하는 불활성 가스[예를 들어 질소 가스(N2)]와, 덮개 부재(105)의 중앙 부근에 형성된 냉각 통로(132)를 순환하는 냉각수에 의해 회전축(116)이 냉각된다. 불활성 가스는 지지부(119)와 회전축(116)과의 간극에 있어서의 밀봉 부재(118)보다도 상방에 공급되어 회전 테이블(120)과 덮개 부재(105)와의 간극을 통해 노 내측으로 흐른다. 냉각 통로(132)는 덮개 부재(105)의 중앙 부근에 회전축(116)을 둘러싸도록 대략 환형으로 배치되고, 그 일단부로부터 냉각수가 공급되어 타단부로부터 배출된다.
종형 열 처리 장치는 어느 정도의 고온, 예를 들어 1000 ℃ 정도의 열 처리에 견딜 수 있도록 설계된다. 그러나, 그보다도 더 높은 고온, 예를 들어 1200 ℃ 정도의 열 처리에 사용한 경우, 종래의 냉각 구조에서는 냉각이 불충분해진다. 이로 인해, 열팽창에 의한 회전축(116)과 베어링(117)의 달라붙음이나 소부를 발생시키는 등, 베어링(117) 및 밀봉 부재(118)의 손상이나 내구성의 저하를 초래할 우려가 있다.
통상, 회전축(116)은 열을 전달하기 어려운 재질의 지르코니아로 된 축으로 이루어져 있으므로, 노 내측으로부터 전달된 열이 축적되기 쉬어 냉각하기 어렵다. 또한, 덮개 부재(105)에 배치된 축 구멍과 회전축(116)과의 간극(S)은, 예를 들어 1 ㎜로 크기 때문에 냉각 통로(132)측으로부터 회전축(116)을 충분히 냉각하는 것이 곤란하다.
본 발명의 목적은 회전축을 충분히 냉각할 수 있어 베어링 및 밀봉 부재의 내구성의 향상을 도모할 수 있고, 고온의 열 처리에 대응 가능한 종형 열 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1 시점에 따르면, 종형 열 처리로의 노구를 개폐하는 승강 가능한 덮개 부재에 다수의 피처리 기판을 탑재한 보유 지지구를 회전하는 회전 기구가 배치된 종형 열 처리 장치가 제공되고, 이것은,
상기 회전 기구는 회전축과, 상기 회전축을 베어링 및 밀봉 부재를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부를 구비하고, 상기 회전축은 얇은 중공 구조를 이루면서 또한 그 내측 및 외측에 냉각용 가스가 유통되도록 구성되는 동시에, 상기 지지부는 상기 회전축의 상측을 둘러싸도록 형성된 냉매가 유통되는 냉각 통로를 갖는다.
본 발명의 제2 시점에 따르면, 복수의 피처리 기판에 대해 함께 열 처리를 실시하기 위한 종형 열 처리 장치가 제공되고, 이것은,
상기 피처리 기판을 수납하며, 바닥부에 로드 포트를 갖는 기밀한 처리실과,
상기 처리실의 상기 로드 포트를 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 덮개 부재와,
상기 처리실 내에서 상기 피처리 기판을 서로 간격을 두고 적층된 상태에서 보유 지지하는 보유 지지구와,
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 공급 시스템과,
상기 처리실 내를 배기하는 배기 시스템과,
상기 처리실의 내부 분위기를 가열하는 가열 수단과,
상기 피처리 기판을 보유 지지한 상기 보유 지지구를 상기 덮개 부재 상에 지지한 상태에서 상기 덮개 부재를 승강시키는 엘리베이터와,
상기 보유 지지구를 회전시키기 위해 상기 덮개 부재에 배치된 회전 기구와,
상기 내부 가스 통로 및 상기 외부 가스 통로에 냉각용 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 시스템을 구비하고,
상기 회전 기구는 얇은 중공 구조의 회전축과, 상기 회전축을 베어링 및 밀봉 부재를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 회전축의 내부 에 냉각용 내부 가스 통로가 형성되는 한편, 상기 회전축과 상기 지지부 사이에 냉각용 외부 가스 통로가 형성된다.
상기 제1 및 제2 시점에 관한 종형 열 처리 장치에 있어서, 상기 회전축의 내부는 구획벽을 거쳐서 상하로 구획되고, 상기 회전축의 외측이면서 또한 상기 구획벽의 근방에 상기 밀봉 부재가 배치되어 상기 구획벽보다도 상측에서 상기 회전축의 내부 및 외부에 상기 냉각용 가스가 유통되고, 상기 구획벽보다도 하측에서 상기 회전축의 내부가 외부로 개방되도록 구성할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 종형 열 처리 장치를 개략적으로 도시하는 종단면도.
도2는 도1에 도시한 장치에 있어서 사용되는 웨이퍼 보트를 회전시키기 위한 회전 기구를 도시하는 단면도.
도3은 도2에 도시한 회전 기구를 확대하여 도시하는 단면도.
도4a, 도4b, 도4c는 도2에 도시한 회전 기구의 회전축을 도시하는 종단면도. 정상부 평면도, 도4a 중 IVC-IVC선에 따른 단면도.
도5는 도2에 도시한 회전 기구에 있어서의 회전 테이블과 회전축의 관계를 나타내는 전개 사시도.
도6은 도2에 도시한 회전 기구의 냉각 통로를 도시하는 전개 사시도.
도7은 종형 열 처리 장치에 있어서 사용되는 웨이퍼 보트를 회전시키기 위한 종래의 회전 기구를 도시하는 단면도.
본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 종형 열 처리 장치를 개략적으로 도시하는 종단면도이다. 도1에 도시한 바와 같이, 종형 열 처리 장치(1)는 복수의 피처리 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)에 대해 소정의 처리, 예를 들어 확산 처리를 실시하기 위한 종형의 열 처리로(2)를 갖는다. 열 처리로(2)는 하부가 노구(로드 포트)(3)로서 개구된 세로로 긴 처리실, 예를 들어 1중관으로 이루어지는 석영으로 된 반응관(4)을 포함한다.
반응관(처리실)(4)의 노구(3)는 승강 가능한, 예를 들어 SUS제의 덮개 부재(5)에 의해 선택적으로 개방 및 폐쇄된다. 덮개 부재(5)는 노구(3)의 개구단부에 접촉하여 노구(3)를 밀폐하도록 구성된다. 반응관(4)의 주위에는 발열 저항체를 구비한 히터(6)가 히터 베이스(8) 상에 배치된다. 히터(6)는 반응관(노)(4) 내를 소정의 온도 예를 들어 300 내지 1200 ℃로 가열하도록 제어된다.
반응관(4)의 하단부에는 외측 방향의 플랜지부(4a)가 형성된다. 플랜지부(4a)는 플랜지 보유 지지 부재(7)를 거쳐서 히터 베이스(8)에 보유 지지된다. 히터 베이스(8)는 베이스 플레이트(9) 상에 지지 프레임(10)을 거쳐서 배치된다. 베이스 플레이트(9)에는 반응관(4)을 하방으로부터 삽입 관통 가능한 개구부가 형성된다.
반응관(4)의 하측부에는 반응관(4) 내에 처리 가스나 퍼지용 불활성 가스를 도입하기 위해 복수의 가스 도입관(11)을 포함하는 가스 공급 시스템(GS)이 접속된다. 반응관(4)의 하측부에는 또한, 반응관(4) 내를 배기하는 배기 시스템(ES)이 배기관(12)을 거쳐서 접속된다.
웨이퍼(W)는 반응관(4) 내에서 처리될 때, 수평 상태이면서 또한 서로 간격을 두고 적층된 상태에서 웨이퍼 보트(보유 지지구)(13)에 보유 지지된다. 보트(13)는 대구경, 예를 들어 직경 300 ㎜의 다수, 예를 들어 25 내지 150매 정도의 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 석영으로 된 보트 본체를 갖는다.
열 처리로(2)의 하방에는 웨이퍼 보트(13)에 대한 웨이퍼(W)의 이동 적재를 행하기 위한 작업 영역(로딩 영역)(LA)이 배치된다. 작업 영역(LA)에는 덮개 부재(6)를 승강시키기 위한 승강 기구(엘리베이터)(14)가 배치된다[도1에서는 덮개 부재(5)를 지지하는 엘리베이터(14)의 아암만을 도시함]. 보트(13)는 덮개 부재(5) 상에 지지된 상태에서 엘리베이터(14)에 의해 작업 영역(LA)과 반응관(4) 사이를 반송된다. 즉, 보트(13)는 엘리베이터(14)에 의해 반응관(4)에 대해 로드 및 언로드된다.
덮개 부재(5)에는 웨이퍼 보트(13)를 회전하기 위한 회전 기구(15)가 배치된다. 도2는 회전 기구(15)를 도시하는 단면도이다. 도3은 회전 기구(15)를 확대하여 도시하는 단면도이다. 도4a, 도4b, 도4c는 회전 기구(15)의 회전축을 도시하는 종단면도, 정상부 평면도, 도4a 중 IVC-IVC선에 따른 단면도이다. 도5는 회전 기구(15)에 있어서의 회전 테이블과 회전축의 관계를 나타내는 전개 사시도이다.
회전 기구(15)는 회전축(16)과, 회전축(16)을 베어링(17) 및 밀봉 부재(18)를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부(베어링 하우징이라고도 함)(19)를 갖는다. 회전축(16)의 상단부는 덮개 부재(5)를 하방으로부터 관통하여 덮개 부재(5)로부터 돌출된다. 회전축(16)의 상단부에는 덮개 부재(5) 상에서 회전하는 회전 테이블(20)이 고정된다. 회전 테이블(20)은 착탈 가능하게 고정된 하측 부재(20a) 및 상측 부재(20b)로 이루어진다. 회전 테이블(20) 상에 노구(3)의 단열 보온 수단인 보온통(21)을 거쳐서 보트(13)가 적재된다. 회전 테이블(20)은 예를 들어 인코넬제이다. 회전축(16) 및 지지부(19)는 열전도성이 좋은 예를 들어 SUS제인 것이 바람직하다.
지지부(19)는 원통형으로 형성되고, 그 상단부가 덮개 부재(5)의 대략 중앙부에 상하 방향으로 관통 형성된 끼워 맞춤 구멍(22)에 기밀하게 끼워 맞추어져 나사(23)로 고정된다. 회전축(16)과 지지부(19) 사이에는 상하 방향 대략 중간부로부터 하방으로 베어링(17), 예를 들어 볼 베어링이 배치된다. 지지부(19)의 하단부에는 베어링(17)을 고정하는 단부판(24)이 나사(25)로 고정된다. 회전축(16)의 하측에는 베어링(17)을 고정하는 너트(26), 예를 들어 느슨해짐 방지 기능을 갖는 U 너트(상품명)가 나사 부착된다.
베어링(17)보다도 상측에 회전축(16)과 지지부(19)의 간극을 밀봉하기 위한 밀봉 부재(18), 예를 들어 내열성 및 내회전 마모성을 갖는 옴니 밀봉 장치(상품명)가 배치된다. 이 옴니 밀봉 장치는 단면 U자형으로 환형의 스프링을 테플론(등록상표)제의 커버로 덮어 구성된다. 또, 밀봉 부재(18)는 O링이라도 좋다.
회전축(16)을 회전 구동하기 위해 회전축(16)의 지지부(19)보다 돌출된 하단부에는 종동 풀리(27)가 부착된다. 종동 풀리(27)와, 측방에 배치된 모터(28)의 회전축에 부착된 구동 풀리(29)에 타이밍 벨트(30)가 권취된다. 종동 풀리(27)의 근방에는 회전축(16)의 회전 위치를 검출하기 위한 센서(31)가 배치된다.
노 내측으로부터 회전축(16)이나 지지부(19)를 거쳐서 베어링(17) 및 밀봉 부재(18)에 미치는 열 영향을 억제하기 위해, 회전축(16)을 냉각하는 구조가 사용된다. 이 냉각 구조에 있어서, 회전축(16)은 얇은 중공을 이루고, 회전축(16)의 내부에 냉각용 내부 가스 통로가 형성되는 한편, 회전축(16)과 지지부(19) 사이에 냉각용 외부 가스 통로가 형성된다. 이들 가스 통로에 유통되는 냉각용 가스는, 예를 들어 질소 가스(N2) 등의 불활성 가스로 이루어진다. 또한, 지지부(19) 내에는 회전축(16)의 상단부측을 둘러싸도록 냉매, 예를 들어 물이나 냉각 가스를 유통시키는 냉각 통로(32)가 형성된다. 또한, 덮개 부재(5)에는 덮개 부재(5) 자체를 냉각하기 위한 냉각 통로(58)가 배치된다.
도4a에도 도시한 바와 같이, 회전축(16)의 내부는 구획벽(33)을 거쳐서 상하로 구획되고, 회전축(16)의 외측이면서 또한 구획벽(33)의 근방에 밀봉 부재(18)가 배치된다. 구획벽(33)보다도 상측에는 상술한 내부 가스 통로 및 외부 가스 통로가 형성된다. 구획벽(33)보다도 하측에서 회전축(16)의 내부는 외부로 개방되고, 이에 의해 회전축(16)의 열이 외부로 방열된다.
회전축(16)의 상단부에는 회전 테이블(20)을 수평으로 고정하기 위한 평탄부(35)가 형성된다. 회전 테이블(20)의 하면의 대략 중앙부에는, 도5에도 도시한 바와 같이 회전축(16)의 상단부를 삽입하는 깊이가 얕은 삽입 구멍(36)이 형성된다. 삽입 구멍(36)의 천정면에는 회전축(16)과 회전 테이블(20)의 접촉 면적을 작게 하기 위한 대략 3개의 낱장형 오목부(37)가 형성된다. 회전 테이블(20)은 회전축(16)의 상단부의 평탄부(35)에 나사(38)로 고정된다. 또, 오목부(37)는 회전축(16) 상단부의 평탄부(35)에 배치되어 있어도 좋다.
회전축(16)의 상단부의 평탄부(35)는 회전축(16)에 용접된 상측 부분(39)의 상단부로 이루어진다. 중공의 회전축(16)의 구획벽(33) 및 상측 부분(39)에 의해 회전축(16)의 상측에는 중공부(40)가 형성된다. 중공부(40)의 천정면에는 도4c에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(20)의 오목부(37)와 동일 형상의 오목부(41)가 배치된다. 오목부(41)는 회전 테이블(20)을 거쳐서 회전축(16)으로 전달되는 전열량을 저감하기 위해 형성된다. 또, 상측 부분(39)은 회전축의 상단부에 용접 이외의 접합 수단, 예를 들어 끼워 맞춤이나 나사 결합 등으로 배치되어 있어도 좋다.
회전축(16)의 외주부에는 중공부(40)의 하측부와 대응하는 부분에 복수, 예를 들어 6개의 가스 입구 구멍(42)이 형성된다. 또한, 중공부(40)의 상측부[바람직하게는 오목부(41)]와 대응하는 부분에는 복수, 예를 들어 3개의 가스 출구 구멍(43)이 각각 배치된다. 가스 도입구(45)로부터 도입된 냉각용 가스는 입구 구멍(42)으로부터 출구 구멍(43)을 향해 회전축(16)의 중공부(40) 내를 유통된다.
지지부(19)의 내주부에는 가스 입구 구멍(42)과 대응하는 환형 홈(44)이 형성된다. 지지부(19)에는 그 환형 홈(44)에 냉각용 가스로서 불활성 가스, 예를 들 어 질소 가스를 도입하기 위한 하나의 가스 도입구(45)가 형성된다. 가스 도입구(45)에는 질소 가스를 공급하는 가스 공급 시스템(CGS)이 가스 공급관을 거쳐서 접속된다.
환형 홈(44)으로 도입된 질소 가스의 일부는 회전축(16)과 지지부(19) 사이의 간극(Sa)을 통해 상승한다. 환형 홈(44)으로 도입된 질소 가스의 다른 일부는 가스 입구 구멍(42)으로부터 가스 출구 구멍(43)에 이르는 회전축(16) 내의 중공부(40)를 중심으로 한 내부 가스 통로를 통해 상승한다. 이와 같이 하여, 회전축(16)을 내외로부터 냉각한 질소 가스는 출구 구멍(43)의 외측에서 합류하여 회전 테이블(20)의 하면과 덮개 부재(5)의 상면 사이의 간극(Sb)을 통해 노 내, 즉 반응관(4) 내로 방출된다.
냉각 통로(32)측으로부터 회전축(16)을 더 충분히 냉각하기 위해, 즉 냉각 효과를 향상시키기 위해 회전축(16)과 지지부(19) 사이의 간극(Sa)은 0.1 내지 2 ㎜, 바람직하게는 0.2 내지 0.8 ㎜, 예를 들어 0.42 ㎜ 정도로 작게 형성된다. 또한, 회전축(16) 및 지지부(19)에 설치된 냉각 통로(32)의 각각의 대향면에는 방열용 볼록부 및/또는 오목부로서 기능하는 나사(46, 47)가 형성된다. 구체적으로는, 회전축(16)의 외주부 상의 나사(46)는 예를 들어 M30 × 1.5의 수형 나사로 이루어진다. 한편, 홀더(19)의 내주부 상의 나사(47)는 예를 들어 M33 × 2의 암형 나사로 이루어진다. 이와 같이, 소위 방열핀을 나사산으로 함으로써 회전축(16)의 냉각 효과가 보다 개선된다.
한편, 냉각 통로(32)는 냉매, 예를 들어 냉각수를 고임 없이 순환시키기 위 해 회전축(16)을 선회하는 대략 나선형으로 배치된다. 도6은 냉각 통로(32)를 나타내는 전개 사시도이다. 냉각 통로(32)는 가공을 용이하게 하므로, 도6에 전개하여 도시한 바와 같이 복수층 구조, 예를 들어 3층 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 지지부(19)에는 냉각 통로(32)를 구성하는 환형의 통로(32a, 32b, 32c)가 상하로 복수단 혹은 복수층, 예를 들어 하층, 중층, 상층으로서 구획부(62, 63)를 거쳐서 배치된다.
하층 및 중층의 통로(32a, 32b)는 각각 전후 2개의 구획벽(49, 50)에 의해 좌측 통로(32ax, 32bx)와 우측 통로(32ay, 32by)로 분할된다. 상층의 통로(32c)는 전방측 하나의 구획벽(61)에 의해 구획되어 C형의 통로가 된다. 이 상층과 중층의 구획부(63)에는 상층의 구획부(61) 근방에 상층의 통로(32c)와 중층의 좌우 통로(32bx, 32by)를 연통시켜 냉매를 통류시키는 통류 구멍(51, 52)이 형성된다. 중층과 하층의 구획부(62)에는 중층의 후방측 구획벽(50)의 근방에 중층의 좌우 통로(32bx, 32by)와 하층의 좌우 통로(32ax, 32ay)를 연통시켜 냉매를 통류시키는 통류 구멍(53, 54)이 형성된다.
하층의 전방측 구획벽(49)의 근방에는 냉매(냉각수)의 도입구(55)와 배출구(56)가 형성된다. 이들에는 냉매 공급 시스템(CLS)의 공급관과 배수관(복귀관)이 각각 접속된다. 도입구(55)와 배출구(56)를 통해 냉각 통로(32)에는 화살표로 나타낸 바와 같이 냉각수(상온의 물)가 공급되면서 또한 순환된다.
상술한 바와 같이, 덮개 부재(5)의 상면과 회전 테이블(20)의 하면 사이에는 불활성 가스를 중심측보다 주연부측으로 유통시키기 위한 작은 간극(Sb)이 형성된 다. 또한, 덮개 부재(5)의 상면과 회전 테이블(20)의 하면 사이에는 주위 방향으로 연속된 환형의 가스 저장부(57)가 형성된다. 가스 저장부(57)는 덮개 부재(5)의 상면과 회전 테이블(20)의 하면에 대응하는 환형의 홈을 형성함으로써 중공실형으로 형성된다. 회전축(16) 내외의 내부 가스 통로 및 외부 가스 통로를 통과한 후의 질소 가스는 간극(Sb)을 통해 가스 저장부(57)로 유입된다. 가스 저장부(57)에 질소 가스가 저장됨으로써, 노 내로부터의 처리 가스가 회전축(16)측으로 돌아 들어가는 것이 방지된다.
요약하면, 본 실시 형태에 관한 종형 열 처리 장치(1)는 종형 열 처리로(2)의 노구(3)를 개폐하는 승강 가능한 덮개 부재(5)에 다수의 웨이퍼(W)를 탑재한 보트(13)를 회전하는 회전 기구(15)를 구비한다. 회전 기구(15)는 회전축(16)과, 회전축(16)을 베어링(17) 및 밀봉 부재(18)를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부(19)를 갖는다. 회전축(16)은 얇은 중공 구조를 이루면서 또한 그 내측 및 외측에 냉각용 가스가 유통되도록 구성된다. 한편, 지지부(19)는 회전축(16)의 상측을 둘러싸도록 형성된 냉매, 예를 들어 물이 유통되는 냉각 통로(32)를 갖는다. 이에 의해, 회전축(16)을 충분히 냉각할 수 있어 베어링(17) 및 밀봉 부재(18)의 내구성을 향상시키고, 고온 예를 들어 1200 ℃ 정도의 열 처리에 대응 가능해진다.
회전축(16)의 내부는 구획벽(33)을 거쳐서 상하로 구획되고, 회전축(16)의 외부이면서 또한 구획벽(33)의 근방에 밀봉 부재(18)가 배치된다. 구획벽(33)보다도 상측에서 회전축(16)의 내부 및 외부에 냉각용 가스, 예를 들어 질소 가스가 유통된다. 구획벽(33)보다도 하측에서 회전축(16)의 내부가 외부로 개방된다. 이에 의해, 회전축(16)을 충분히 냉각할 수 있다.
또한, 회전축(16)과 지지부(19)의 간극(Sa)을 작게 하는 동시에, 회전축(16)과 지지부(19) 각각의 대향면에 방열용 볼록부 및/또는 오목부인 나사(46, 47)가 배치된다. 이로 인해, 냉각 통로(32)측으로부터 회전축(16)을 충분히 냉각할 수 있다.
냉각 통로(32)는 회전축(16)을 선회하도록 대략 나선형으로 배치된다. 이로 인해, 냉각수를 침전물 없이 순환시킬 수 있는 동시에, 회전축(16)의 길이 방향에 따라서 회전축(16) 및 지지부(19)를 광범위하게 냉각할 수 있다. 냉각 통로(32)는 상하 복수단으로 구획되고, 각 단의 구획부(62, 63)에 냉매 통류시키는 통류 구멍(51, 52, 53, 54)이 배치된다. 이로 인해, 대략 나선형의 냉각 통로(32)를 쉽게 형성할 수 있다.
회전축(16)의 상단부에는 회전 테이블(20)을 고정하기 위한 평탄부(35)가 형성된다. 평탄부(35) 및 회전 테이블(20) 중 적어도 한 쪽에는 접촉 면적을 작게 하기 위한 오목부(37)가 형성된다. 이로 인해, 회전 테이블(20)로부터 회전축(16)에의 열전도를 억제할 수 있다.
회전축(16)의 상단부에는 덮개 부재(5) 상에서 회전하는 회전 테이블(20)이 접속된다. 덮개 부재(5)의 상면과 회전 테이블(20)의 하면 사이에는 불활성 가스를 중심측보다 주연부측으로 유통시키기 위한 간극(Sb)과 불활성 가스를 저장하기 위한 환형의 가스 저장부(57)가 형성된다. 이로 인해, 간단한 구조로 노 내로부터의 처리 가스가 돌아 들어가는 것을 방지할 수 있어, 복잡한 미로(labyrinth) 구조 가 불필요해져 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 다양한 설계 변경 등이 가능하다. 예를 들어, 웨이퍼 보트(13)는 석영 이외의 재료, 예를 들어 탄화규소나 폴리실리콘(Si)으로 형성할 수 있다. 반응관(4)은 내관 및 외관의 이중관 구조를 갖는 것이라도 좋다. 냉각용 가스로서는 불활성 가스가 바람직하지만, 불활성 가스 이외의 가스라도 좋다. 냉매로서는 물이 바람직하지만, 물 이외의 액체나 유체라도 좋다.
상술한 실시 형태에 관한 종형 열 처리 장치는 본 발명을 적용하는 예로, 본 발명은 다른 타입의 종형 열 처리 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 예를 들어, 종형 열 처리 장치는 확산 처리 이외의 처리, 예를 들어 CVD 처리(감압 타입을 포함함), 산화 처리, 어닐 처리를 행하도록 구성할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 LCD 기판 등의 다른 기판을 처리하는 장치에도 적용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 종형 열 처리로의 노구를 개폐하는 승강 가능한 덮개 부재에 다수의 피처리 기판을 탑재한 보유 지지구를 회전하는 회전 기구가 배치된 종형 열 처리 장치에 있어서,
    상기 회전 기구는 회전축과, 상기 회전축을 베어링 및 밀봉 부재를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부를 구비하고, 상기 회전축은 얇은 중공 구조를 이루면서 또한 그 내측 및 외측에 냉각용 가스가 유통되도록 구성되는 동시에, 상기 지지부는 상기 회전축의 상측을 둘러싸도록 형성된 냉매가 유통되는 냉각 통로를 갖는 종형 열 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전축의 내부는 구획벽을 거쳐서 상하로 구획되어 상기 회전축의 외측이면서 또한 상기 구획벽의 근방에 상기 밀봉 부재가 배치되고, 상기 구획벽보다도 상측에서 상기 회전축의 내부 및 외부에 상기 냉각용 가스가 유통되고, 상기 구획벽보다도 하측에서 상기 회전축의 내부가 외부로 개방되는 종형 열 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회전축과 상기 지지부 사이의 간극은 작게 설정되는 동시에, 상기 회전축 및 상기 지지부 중 적어도 한 쪽 대향면에 방열용 오목부 또는 볼록부가 배치되는 종형 열 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 냉각 통로는 대략 나선형으로 배치되는 종형 열 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉각 통로는 구획부를 거쳐서 상하 복수단으로 구획되고, 각 단의 구획부에 냉매를 통류시키는 통류 구멍이 형성되는 종형 열 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회전축의 상단부에는 회전 테이블을 고정하는 평탄부가 형성되고, 상기 평탄부 및 상기 회전 테이블 중 적어도 한 쪽에는 접촉 면적을 작게 하는 오목부가 형성되는 종형 열 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 회전축의 상단부에는 상기 덮개 부재 상에서 회전하는 회전 테이블이 배치되고, 상기 덮개 부재의 상면과 상기 회전 테이블의 하면 사이에는 불활성 가스를 중심측으로부터 주연부측으로 유통시키는 간극이 형성되는 동시에, 상기 불활성 가스를 저장하는 환형의 가스 저장부가 형성되는 종형 열 처리 장치.
  8. 복수의 피처리 기판에 대해 함께 열 처리를 실시하기 위한 종형 열 처리 장치이며,
    상기 피처리 기판을 수납하며, 바닥부에 로드 포트를 갖는 기밀한 처리실과,
    상기 처리실의 상기 로드 포트를 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 덮개 부재와,
    상기 처리실 내에서 상기 피처리 기판을 서로 간격을 두고 적층된 상태에서 보유 지지하는 보유 지지구와,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 공급 시스템과,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기 시스템과,
    상기 처리실의 내부 분위기를 가열하는 가열 수단과,
    상기 피처리 기판을 보유 지지한 상기 보유 지지구를 상기 덮개 부재 상에 지지한 상태에서 상기 덮개 부재를 승강시키는 엘리베이터와,
    상기 보유 지지구를 회전시키기 위해 상기 덮개 부재에 배치된 회전 기구와,
    상기 내부 가스 통로 및 상기 외부 가스 통로에 냉각용 불황성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 시스템을 구비하고,
    상기 회전 기구는 얇은 중공 구조의 회전축과, 상기 회전축을 베어링 및 밀봉 부재를 거쳐서 회전 가능하게 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 회전축의 내부에 냉각용 내부 가스 통로가 형성되는 한편, 상기 회전축과 상기 지지부 사이에 냉각용 외부 가스 통로가 형성되는 종형 열 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회전축의 내부는 구획벽을 거쳐서 상하로 구획되고, 상기 회전축의 외측이면서 또한 상기 구획벽의 근방에 상기 밀봉 부재가 배치되고, 상기 구획벽보다도 상측에 상기 내부 가스 통로 및 상기 외부 가스 통로가 형성되 고, 상기 구획벽보다도 하측에서 상기 회전축의 내부가 외부로 개방되는 종형 열 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 외부 가스 통로를 형성하는 영역에 있어서, 상기 회전축의 외주면에 방열용 볼록부 또는 오목부가 형성되는 종형 열 처리 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 회전 기구는 상기 회전축 상단부에 접속된 회전 테이블을 더 구비하고, 상기 회전 테이블과 상기 덮개 부재는 소간극을 거쳐서 대향하는 동시에, 양자간에 상기 소간극과 연통하는 환형의 가스 저장부가 형성되고, 상기 회전축은 상기 불활성 가스가 상기 내부 가스 통로 및 상기 외부 가스 통로를 통과 후에 상기 소간극을 통해 상기 가스 저장부로 유입하도록 구성되는 종형 열 처리 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 외부 가스 통로의 주위에서 상기 지지부 내에 형성된 냉매를 유통시키는 냉각 통로와, 상기 냉각 통로에 냉매를 공급하는 냉매 공급 시스템을 더 구비하는 종형 열 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 냉각 통로는 대략 나선형으로 배치되는 종형 열 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 냉각 통로는 구획부를 거쳐서 상하 복수단으로 구획되고, 각 단의 구획부에 냉매를 통류시키는 통류 구멍이 형성되는 종형 열 처리 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 냉각 통로를 형성하는 영역에 있어서, 상기 회전축 및 상기 지지부 중 적어도 한 쪽의 대향면에 방열용 볼록부 또는 오목부가 형성되는 종형 열 처리 장치.
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