KR100932965B1 - 단열 구조체, 가열 장치, 가열 시스템, 기판 처리 장치 및반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

단열 구조체, 가열 장치, 가열 시스템, 기판 처리 장치 및반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

단열 구조체나 프로세스 튜브 전체를 균일하게 급냉 가능하게 한다.
세로로 설치한 가열 장치에 사용되는 단열 구조체로서, 원통 형상으로 형성된 측벽부를 갖고, 상기 측벽부가 내외 복수층 구조로 형성되고 있으며, 상기 측벽부의 복수층 중 외측에 배치된 측벽외층의 상부에 설치되는 냉각 가스 공급구와, 상기 측벽부의 복수층 중 내측에 배치된 측벽내층과 상기 측벽외층과의 사이에 설치되는 냉각 가스 통로와, 상기 측벽내층의 내측에 설치되는 공간과, 상기 냉각 가스 통로로부터 상기 공간으로 냉각 가스를 취출하도록, 상기 측벽내층의 상기 냉각 가스 공급구보다 하부에 설치되는 복수의 취출공을 갖는 단열 구조체이다.
단열, 냉각 가스, 히터 유닛

Description

단열 구조체, 가열 장치, 가열 시스템, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{Heat insulation structure, heating device, heating system, substrate processing apparatus, and manufacturing method for a semiconductor device}
본 발명은, 단열 구조체, 가열 장치, 가열 시스템, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
상세하게는, 급냉 기술에 관한 것이다.
본 발명은, 예를 들면, 반도체 집적회로 장치(이하, IC라 한다)의 제조 방법에 사용되는 CVD 장치나 확산 장치, 산화 장치 및 아닐 장치 등의 열처리 장치(furnace)에 이용하기에 유효한 것에 관한 것이다.
IC의 제조 방법에 있어서, 반도체소자를 비롯한 집적회로를 만드는 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라 한다)에 질화 실리콘(Si3N4)이나 산화 실리콘 및 폴리 실리콘 등의 CVD막을 형성하는데, 배치(batch)식 종형 핫월(hot wall)형 감압 CVD 장치가 넓게 사용되어 있다.
배치식 종형 핫월형 감압 CVD 장치(이하, CVD 장치라 한다)는, 웨이퍼가 반입되는 이너 튜브(inner tube) 및 이너 튜브를 둘러싸는 아우터 튜브(outer tube) 로 구성되어 종형으로 설치된 프로세스 튜브와, 프로세스 튜브에 의하여 형성된 처리실에 처리 가스로서 성막 가스를 공급하는 가스 공급관과, 처리실을 진공 배기하는 배기관과, 프로세스 튜브 밖에에 부설되어 처리실을 가열하는 히터 유닛과, 보트 엘리베이터에 의하여 승강되어 처리실의 노구를 개폐하는 실캡(seal cap)과, 씰캡 상에 수직으로 설치되어 복수 매의 웨이퍼를 보지하는 보트(boat)를 구비하고 있다.
그리고, 복수 매의 웨이퍼가 보트에 의하여 수직 방향으로 정렬되어 보지된 상태에서 처리실 하단의 노구로부터 반입(boat loading)되고, 씰캡에 의하여 노구가 폐색된 상태에서, 처리실에 성막 가스가 가스 공급관으로부터 공급됨과 동시에, 히터 유닛에 의하여 처리실이 가열됨으로써, 웨이퍼 상에 CVD막이 퇴적된다.
종래 그러한 종류의 CVD 장치로서는, 히터 유닛과 프로세스 튜브와의 사이의 공간에 냉각 에어(air)를 유통시키는 냉각 에어 통로가 프로세스 튜브를 전체적으로 포위하도록 형성되어 있고, 프로세스 튜브의 노구 부근에 대향하는 냉각 에어 통로 하단부에 급기 덕트(duct)가 접속되어 있는 것이 있다.(특허 문헌 1; 일본특허공개번호 제2005-183823호 공보)
그러나, 급기 덕트가 냉각 에어 통로 하단부에 접속된 CVD 장치에 있어서는, 급기 덕트로부터 냉각 에어 통로에 도입된 냉각 에어는, 히터 유닛 및 프로세스 튜브의 열을 흡수하면서 냉각 에어 통로를 상승하기 때문에, 프로세스 튜브의 상부에서는 냉각 효과가 충분히 이루어 지지 않는다.
그 결과, 프로세스 튜브 상하 간의 온도 구배는 급격하게 되기 때문에, 프로세스 튜브의 온도가 소기의 값에 도달하기까지의 시간은 길어지게 된다.
또한, 프로세스 튜브 상하 간의 온도 구배가 급격하게 되면, 보트 상부에 보지된 웨이퍼의 온도 이력과 보트 하부에 보지된 웨이퍼의 온도 이력과의 차이가 크게 되기 때문에, 보트 상부에 보지된 처리 완료된 웨이퍼의 막질과, 보트 하부에 보지된 처리 완료된 웨이퍼의 막질간에 차이가 발생한다.
본 발명의 목적은, 그와 같은 문제점을 해결하는 것으로서, 단열 구조체나 프로세스 튜브 전체를 균일하게 급냉할 수 있는 단열 구조체, 가열 장치, 가열 시스템, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 수단 중 대표적인 것은, 다음과 같다.
세로로 설치한 가열 장치에 사용되는 단열 구조체에 있어서,
원통 형상으로 형성된 측벽부를 갖고, 상기 측벽부가 내외 복수층 구조로 형성되고 있고,
상기 측벽부의 복수층 중 외측에 배치된 측벽외층의 상부에 설치되는 냉각 가스 공급구와,
상기 측벽부의 복수층 중 내측에 배치된 측벽내층과 상기 측벽외층과의 사이에 설치되는 냉각 가스 통로와,
상기 측벽내층의 내측에 설치되는 공간과,
상기 냉각 가스 통로로부터 상기 공간으로 냉각 가스를 취출(吹出)하도록, 상기 측벽내층의 상기 냉각 가스 공급구보다 하부에 설치되는 복수의 취출공,
을 갖는 단열 구조체.
도 1은　본 발명의 하나의 실시 형태인 CVD 장치를 나타내는 일부 절단 정면도이다.
도 2는　주요부를 나타내는 정면 단면도이다.
도 3은　그 평면 단면도이다.
도 4는　본 발명의 하나의 실시 형태인 단열 구조체의 주요부를 나타내고 있으며, (a)는 내측으로부터 본 전개도, (b)는 (a)의 b-b선에 따른 평면 단면도, (c)는 (a)의 c-c선에 따른 측면 단면도이다.
도 5는　동일한 노즐의 부분을 나타내고 있으며, (a)는 측면 단면도, (b)는 (a)의 b-b선에 따른 평면 단면도이다.
도 6은　노즐의 배치를 나타내는 전개도이다.
도 7은　충돌 분류에 의한 열전달율을 설명하는 모식도이다.
[부호의 설명]
1 : 웨이퍼(기판) 2 : 광체(筐體)
3 : 대기실 10 : CVD 장치(기판 처리 장치)
11 : 프로세스 튜브 12 : 아우터 튜브
13 : 이너 튜브 14 : 처리실
15 : 노구 16 : 매니폴드(manifold)
17 : 배기로 18 : 배기관
19 : 배기 장치 20 : 압력 센서
21 : 압력 컨트롤러 22 : 가스 도입관
23 : 가스 공급 장치 24 : 가스 유량 컨트롤러
25 : 씰캡 26 : 보트 엘리베이터
27 : 모터 28 : 구동 컨트롤러
29 : 모터 30 : 회전축
31 : 보트 32, 33 : 단판(端板)
34 : 보지부재(保持部材) 35 : 보지구(保持溝)
36 : 단열 캡부 37 : 하측 서브 히터 유닛
40 : 히터 유닛 41 : 케이스
42 : 단열 구조체 43 : 측벽부
44 : 측벽외층(側壁外層) 45 : 측벽내층(側壁內層)
46 : 간격 47 : 냉각 가스 통로
48 : 구획벽 49 : 냉각 가스 통로 공간
50 : 단열 블록 51 : 본체
51a : 돌출부
52 : 결합웅부[結合雄部, 철부(凸部)]
53 : 결합자부[結合雌部, 요부(凹部)]
54 : 취부구 55 : 보지구
56 : 발열체 57 : 환상부(環狀部)
58 : 급전부 59 : 접속부
60 : 삽입구 61 : 급전단자
62 : 도선(渡線) 63 : 발열체 구동장치
64 : 온도 컨트롤러 65 : 열전대
71 : 덕트 72 : 냉각 가스 도입구
73 : 급기관 74 : 냉각 가스 공급구
75 : 내측 공간(공간) 76 : 지지공(支持孔)
76a : 요면(凹面) 77 : 노즐(절연부재)
77a : 철면(凸面) 78 : 취출공
79 : 절결부(切缺部) 80 : 천정벽부
81 : 배기공 82 : 배기 덕트
90 : 냉각 에어(냉각 가스)
이하, 본 발명의 하나의 실시 형태를 도면에 입각하여 설명한다.
본 실시 형태에 있어서, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 관련되는 기판 처리 장치는, IC의 제조 방법에 있어서 성막 공정을 실시하는 CVD 장치(배치식 종형 핫월형 감압 CVD 장치)(10)로서 구성되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타난 CVD 장치(10)는, 중심선이 수직이 되도록 세로로 배치되어 지지된 종형 프로세스 튜브(11)를 구비하고 있고, 프로세스 튜브(11)는 상호 동심원으로 배치된 아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13)로 구성되어 있다.
아우터 튜브(12)는 석영(SiO2)이 사용되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 일체 성형되어 있다.
이너 튜브(13)는 상하 양단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 이너 튜브(13)의 통 중공부는 후기 하는 보트가 반입될 처리실(14)을 형성하고 있고, 이너 튜브(13)의 하단 개구는 보트를 출입하기 위한 노구(15)를 구성하고 있다.
후술 하는 바와 같이, 보트는 복수 매의 웨이퍼를 길게 정렬한 상태로 보지하도록 구성되어 있다. 따라서, 이너 튜브(13)의 내경은 취급할 웨이퍼의 최대 외경(예를 들면, 직경 300mm)보다 크게 되도록 설정되어 있다.
아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13) 사이의 하단부는, 원통 형상으로 구축된 매니폴드(16)에 의하여 기밀 봉지되어 있다. 아우터 튜브(12) 및 이너 튜브(13)의 교환 등을 위해서, 매니폴드(16)는 아우터 튜브(12) 및 이너 튜브(13)에 각각 착탈 자재하게 부착되어 있다.
매니폴드(16)가 CVD 장치의 광체(2)에 지지 됨으로써, 프로세스 튜브(11)는 수직으로 설치된 상태로 되어 있다.
아우터 튜브(12)와 이너 튜브(13)의 간격에 의하여 배기로(17)가, 횡단면 형상이 일정폭인 원형 링 형상으로 구성되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 매니폴드(16)의 측벽의 상부에는 배기관(18)의 일단이 접속되어 있고, 배기관(18)은 배기로(17)의 최하단부에 통한 상태로 되어 있다.
배기관(18)의 타단에는 압력 컨트롤러(21)에 의하여 제어되는 배기 장치(19)가 접속되어 있고, 배기관(18)의 도중에는 압력 센서(20)가 접속되어 있다.
압력 컨트롤러(21)는 압력 센서(20)로부터의 측정 결과를 바탕으로 배기 장치(19)를 피드백 제어하도록 구성되어 있다.
매니폴드(16)의 하방에는 가스 도입관(22)이 이너 튜브(13)의 노구(15)로 통하도록 배설되어 있고, 가스 도입관(22)에는 원료 가스 공급 장치 및 불활성 가스 공급 장치(이하, 가스 공급 장치라 한다)(23)가 접속되어 있다. 가스 공급 장치(23)는 가스 유량 컨트롤러(24)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다.
가스 도입관(22)으로부터 노구(15)에 도입된 가스는, 이너 튜브(13)의 처리실(14) 내를 유통하여 배기로(17)를 통해 배기관(18)에 의하여 배기된다.
매니폴드(16)에는 하단 개구를 폐색하는 씰캡(25)이 수직 방향 하측으로부터 접하도록 되어 있다. 씰캡(25)은 매니폴드(16)의 외경과 거의 동일한 원반 형상으로 구축되고 있고, 광체(2)의 대기실(3)에 설비된 보트 엘리베이터(26)에 의하여 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다.
보트 엘리베이터(26)는 모터 구동의 이송 나사축 장치 및 벨로우즈(bellows) 등에 의하여 구성되어 있고, 보트 엘리베이터(26)의 모터(27)는 구동 컨트롤러(28)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다.
씰캡(25)의 중심선상에는 회전축(30)이 배치되어 회전 자재하게 지지되어 있고, 회전축(30)은 구동 컨트롤러(28)에 의하여 제어되는 모터(29)에 의하여 회전 구동되도록 구성되어 있다.
회전축(30)의 상단에는 보트(31)가 수직으로 지지되어 있다.
보트(31)는 상하로 한 쌍의 단판(端板)(32), (33)과, 그 사이에 수직으로 가설된 3본의 보지 부재(34)를 구비하고 있고, 3본의 보지 부재(34)에는 다수의 보지구(35)가 길이 방향으로 등간격으로 파여 있다. 3본의 보지 부재(34)에 있어서 동일한 단(端)으로 파인 보지구(35), (35), (35)끼리는, 서로 대향하여 개구하도록 되어 있다.
보트(31)는 3본의 보지 부재(34)의 동일 단의 보지구(35) 사이에 웨이퍼(1)가 삽입됨으로써, 복수 매의 웨이퍼(1)를 수평이면서 서로 중심을 가지런히 한 상태로 정렬시켜 보지하도록 되어 있다.
보트(31)와 회전축(30) 사이에는 단열 캡부(36)가 배치되어 있다.
회전축(30)은 보트(31)를 씰캡(25) 상면으로부터 들어 올린 상태로 지지함으로써, 보트(31)의 하단을 노구(15)의 위치로부터 적당한 거리만큼 떨어지도록 구성되어 있다. 단열 캡부(36)는 노구(15)의 근방을 단열하도록 되어 있다.
프로세스 튜브(11)의 외측에는, 세로로 설치된 가열 장치로서의 히터 유닛(40)이 동심원으로 배치되고, 광체(2)에 지지된 상태로 설치되어 있다.
히터 유닛(40)은 케이스(41)를 구비하고 있다. 케이스(41)는 스테인리스강(SUS)이 사용되어 상단 폐색하고 하단 개구의 통 형상, 바람직하게는 원통 형상으로 형성되어 있다. 케이스(41)의 내경 및 전장은 아우터 튜브(12)의 외경 및 전장보다 크게 설정되어 있다.
케이스(41) 내에는 본 발명의 하나의 실시 형태인 단열 구조체(42)가 설치되 어 있다.
본 실시 형태에 따른 단열 구조체(42)는, 통 모양, 바람직하게는 원통 형상으로 형성되고 있고, 그 원통체의 측벽부(43)가 내외 이중인 복수층 구조로 형성되어 있다. 즉, 단열 구조체(42)는 측벽부(43) 중 외측에 배치된 측벽외층(44)과, 측벽부 중 내측에 배치된 측벽내층(45)을 구비하고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 원통체인 측벽외층(44)의 외경은 케이스(41)의 내경보다 작게 설정되어 있고. 측벽외층(44)의 외주면과 케이스(41)의 내주면과의 사이에는 각각의 전주(全周)에 의해 간격(46)이 형성되어 있다.
측벽외층(44)의 내경은 원통체인 측벽내층(45)의 외경보다 크게 설정되어 있고, 측벽외층(44)의 내주면과 측벽내층(45)의 외주면과의 사이에 형성되는 간격에 의하여 냉각 가스 통로(47)가 형성되어 있다.
측벽외층(44)의 내주면에는 상단부터 하단까지 도달하도록 복수(도 3에 있어서는, 12본)의 구획벽(48)이 측벽외층(44)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 각 구획벽(48)은 측벽외층(44)의 직경 방향 내측에 돌출하고 있으며, 그 선단면은 측벽내층(45)의 외주면에 접하고 있다. 따라서, 냉각 가스 통로(47)는 복수의 구획벽(48)에 의하여 복수(도 3에 있어서는, 12개의 공간)로 구획되고 있어, 각각 냉각 가스 통로 공간(49)을 형성하고 있다. 복수의 냉각 가스 통로 공간(49)의 수평 방향의 유로 단면적은 각각 복수의 구획벽(48) 수평 방향의 단면적 각각보다 크게 형성되어 있다.
측벽내층(45)은 단열 블록(50)이 복수 개, 수직 방향으로 적층되어 있음으로 써 하나의 원통체로서 구축되어 있다.
단열 블록(50)은 단척(短尺)의 중공 원통 형상으로서 도넛 형으로 형성되어 있다. 단열 블록(50)은 바람직하게는, 섬유상 또는 구상(球狀)의 알루미나(alumina)나 실리카(silica) 등의 재료가 사용된다. 예를 들면, 절연재(insulating　material)로서도 기능을 하는 단열재가 사용되어, 진공 성형(vacuum form)법으로 일체 성형되어 있다.
단열 블록(50)의 하단부의 내주 측에는, 결합웅부(철부)(52)가 단열 블록(50)의 내주의 일부를 원형 링 형상으로 절결(切缺)된 상태로 형성되어 있다. 또한, 단열 블록(50)의 상단부의 외주 측에는, 결합자부(요부)(53)가 단열 블록(50) 외주의 일부를 원형 링 형상으로 절결된 상태로 형성되어 있다.
단열 블록(50)의 상단부 내주 측에는, 내측 방향으로 돌출한 돌출부(51a)가 형성되어 있다.
하나의 단열 블록(50)의 결합웅부(52)와 다른 단열 블록(50)의 결합자부(53)가 상하로 중첩함으로써 결합된다. 이에 따라, 인접하여 만나는 상하 단열 블록(50)의 돌출부(51a) 간에, 발열체를 취부하기 위한 취부구(요부)(54)가 측벽내층(45)의 내주면을 원형 링 모양으로 절결된 상태가 되도록, 일정한 깊이 일정한 높이로 형성된다. 취부구(54)는 각각의 단열 블록(50)에 대하여 하나씩 대응하여, 하나의 닫힌 원형 모양으로 되어 있다.
도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 취부구(54)의 내주면에는 걸쇠 형상의 보지구(55)가 복수 개, 원주 방향으로 등간격으로 부착되어 있다. 이 복수 개의 보지 구(55)에 의하여 발열체(56)의 위치가 정해지고 또한 보지되어 있다.
취부구(54)는 그 상하 방향의 폭이 원통 형상의 측벽내층(45)의 외경 방향(원통의 중심과 반대 방향), 즉 구저(溝底)(54a)에 가까워짐에 따라 점차 좁아지도록 형성되어 있다.
즉, 취부구(54)의 상하에 위치하는 돌출부(51a)의 측벽끼리, 즉 한 쌍의 측벽에는 테이퍼(taper)면 (54b), (54c)이 형성되어 있고, 양 테이퍼면(54b), (54c) 간의 거리는 취부구(54)의 구저(54a)에 가까워질수록 작아지고 있다.
발열체(56)는 발열 재료라면 어떠한 재료라도 무방하지만, 바람직하게는, Fe-Cr-Al 합금이나 MOSi2 및 SiC 등의 저항 발열 재료가 사용되는 것이 좋다.
발열체(56)는, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 단면이 직사각형으로 형성된 평판상으로 형성되어 있고, 상측 파부(波部)(56a)와 상측 간격(56c) 및 하측 파부(56b)와 하측 간격(56d)이 각각 번갈아 형성되어, 물결형상으로 되어 있다. 이들은 프레스 가공이나 레이저 절단 가공 등에 의하여 일체 성형된다.
발열체(56)는 단열 블록(50)의 내주를 따라, 환상 즉 원형 링 형상으로 설치되어 있다.
발열체(56)가 형성하는 원형 링 형상의 외경은, 취부구(54)의 내경(내주면의 직경)보다 약간 작다. 또한, 발열체(56)가 형성하는 원형 링 형상의 내경은, 돌출부(51a)의 내경보다 약간 크다.
한편, 취부구(54)와 발열체(56)의 단면의 길이변이 평행이 되도록 발열 체(56)는 배치되어 있다.
이상의 구성에 의하여, 원형 링 형상을 한 발열체(56)의 환상부(57)가 형성된다.
발열체(56)의 환상부(57)는 단열 블록(50)의 취부구(54)마다 설치되어 있다.
즉, 환상부(57)는, 돌출부(51a)에 의하여, 상하로 인접하여 만나는 다른 발열체(56)의 환상부(57)와 격리되어 설치되어 있다.
도 4(a)(b)에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 보지구(55), (55)가 상측 간격(56c)의 하단으로부터 하측 간격(56d)의 상단에 이르기까지 걸쳐지도록 각각 배치되고, 취부구(54)로부터 단열 블록(50) 내에 소정의 길이만치 삽입된다. 그와 같이 하여, 취부구(54)의 내주면에서 떨어진 상태로 발열체(56)가 보지되어 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 환상부(57)의 양단에는 한 쌍의 급전부(58), (58)가, 원형 링 형상의 원주 방향과는 직각으로 반경 방향 바깥을 향해 각각 굴곡되어 형성되어 있다.
한 쌍의 급전부(58), (58)의 선단부에는 한 쌍의 접속부(59), (59)가 서로 반대 방향으로 되도록, 급전부(58), (58)의 연재(延在) 방향과는 직각으로 각각 굴곡되어 형성되어 있다.
한 쌍의 급전부(58), (58)에 대응하는 단열 블록(50)에는, 한 쌍의 삽입구(60), (60)가 각각 형성되어 있다. 양 삽입구(60), (60)는 취부구(54) 내주면으로부터 반경 방향으로 단열 블록(50)의 외주면에 걸쳐 도달하도록 형성되어 있다.
양 급전부(58), (58)는 양 삽입구(60), (60)에 각각 삽입되어 있다.
상단 한 쌍의 접속부(59), (59) 중 한쪽의 접속부(59)에는 급전단자(61)가 용접되어 있고, 다른 쪽의 접속부(59)에는 도선(渡線)(62)의 상단부가 용접되어 있다. 도선(62)의 하단부는 인접하는 바로 하단의 한쪽 접속부(59)에 접속되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 발열체(56)는 발열체 구동장치(63)에 접속되어 있고, 발열체 구동장치(63)는 온도 컨트롤러(64)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다.
히터 유닛(40)의 측벽부에는 처리실(14)의 온도를 계측 하는 열전대(65)가 복수 본, 상하 방향으로 간격을 두어 배치되고, 각각 직경 방향으로 삽입되어 있다. 각 열전대(65)는 계측 결과를 온도 컨트롤러(64)로 각각 송신하도록 되어 있다.
온도 컨트롤러(64)는 열전대(65)로부터의 계측 온도에 의하여 발열체 구동장치(63)를 피드백 제어하도록 되어 있다.
또한, 온도 컨트롤러(64)는 복수의 발열체(56)를 하나의 제어 범위로 하여 하나의 제어 존(zone)을 구성하고, 상기 제어 존을 복수의 제어 존, 예를 들면 4개의 제어 존을 구성하도록 접속되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 케이스(41)의 상부, 즉 상단 외주면에는 덕트(71)가 환상으로 배관되어 있다. 덕트(71)의 외주면에는 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 도입구(72)가 열려 있고, 냉각 가스 도입구(72)에는 냉각 가스를 공급하는 급기관(73)이 접속되어 있다.
측벽외층(44)의 덕트(71)에 대향하는 위치에는 냉각 가스 공급구(74)가 복수 개, 원주 방향으로 균등하게 배치되어 설치되어 있다. 복수 개의 냉각 가스 공급구(74)는 복수 개의 구획벽(48)을 피하도록 냉각 가스 통로(47)에 대향하는 위치에 각각 배치되어 있다.
즉, 복수 개의 냉각 가스 공급구(74)는 냉각 가스 통로(47)의 복수 개의 냉각 가스 통로 공간(49) 각각에 대응하도록 배치되어 있고 각각이 연통(連通)하고 있다.
측벽내층(45)보다 내측에는 프로세스 튜브(11)를 설치하기 위한 공간(이하, 내측 공간이라고 한다)(75)이 형성되어 있다.
측벽내층(45)에는, 원주상으로 개공(開孔)된 지지공(76)(도 5 참조)이 냉각 가스 공급구(74)보다 하부가 되는 위치에 복수 개 설치되어 있다. 각 지지공(76)에는 측벽내층(45)의 재료와는 별체(別體)의 절연부재로서 원통 형상의 노즐(77)이 각각 삽입되어 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 노즐(77)의 중공부에 의하여, 냉각 가스 통로(47)로부터 내측 공간(75)으로 냉각 가스를 취출하는 취출공(78)이 형성되어 있다.
한편, 지지공(76)에는 측벽내층(45)의 외주면측에 단상(端狀)으로 요면(76a)이 설치되어 있다·. 또한, 노즐(77)에는, 요면(76a)에 감합(嵌合)하도록 철면(77a)이 설치되어 있다. 즉, 노즐(77)이 지지공(76)에 확실히 감합되도록, 이동 방지부가 설치되어 있다. 이에 따라, 노즐(77)이 냉각 가스의 흐름에 따라 내측 공간(75) 측으로 이동하지 않도록 하고 있다.
바람직하게는, 노즐(77)은 측벽내층(45)의 재료보다 알루미나 성분의 함유율 이 높은 세라믹재에 의하여 형성되면, 내구성이 뛰어나서 좋다.
더욱 바람직하게는, 노즐(77)은, 측벽내층(45)의 재료보다 높은 밀도를 갖는 재료로 하면, 내구성이 뛰어나서 좋다.
또한 바람직하게는, 노즐(77)은, 높은 경도를 갖는 재료로 하면, 내구성이 뛰어나서 좋다.
또한 바람직하게는, 노즐(77)은, 측벽내층(45)의 재료보다 높은 곡률강도를 갖는 재료로 하면, 내구성이 뛰어나서 좋다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 바람직하게는 노즐(77)은 단열 블록(50)의 돌출부(51a)에 각각 배치되면 된다.
돌출부(51a)에는, 노즐(77)의 취출공(78)이 대향하는 위치에 절결부(79)가 형성되어 있다. 절결부(79)는 냉각 가스 통로 공간(49) 측으로부터 내측 공간(75) 측으로 향하여 점차 개구 면적이 넓게 되도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.
도 6은 단열 구조체(42)의 전개도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 취출공(78)을 형성하는 노즐(77)은 냉각 가스 통로 공간(49)에 대하여 열상(列狀)으로 배치되어 있고, 복수 열씩 설치되어 있다. 노즐(77)은 냉각 가스 통로 공간(49)의 원주 방향 중앙보다 양쪽의 구획벽(48), (48) 측으로 각기 치우쳐 열상으로 설치되어 있다.
노즐(77)은 냉각 가스 통로 공간(49)에 대하여 2열로 설치되어 있다.
복수 본의 노즐(77)의 취출공(78)의 개구 단면적은, 동일한 사이즈로 형성되어 있다.
복수 본의 노즐(77)은 구획벽(48)이 설치되어 있는 위치를 피하도록, 냉각 가스 통로(47)에 대향하는 위치에 각각 설치되어 있다.
또한, 복수 본의 노즐(77)은 취출공(78)으로부터 취출된 냉각 가스가 발열체(56)를 피해 취출하도록 배치되어 있다.
노즐(77)은 원주 방향으로 균등하게 설치된 복수의 냉각 가스 통로 공간(49) 중 한 쌍의 급전부(58), (58) 근방의 냉각 가스 통로 공간(49)에 가장 많이 배치되어 있다.
도 2 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 복수의 제어 존으로서 히터 유닛의 상단 측이 하단 측으로 걸쳐, 5개의 제어 존(U, CU, C, CL, L)으로 분할되어 있다.
복수의 제어 존 중 최상단의 제어 존에 설치된 복수의 노즐(77)의 취출공(78)의 총 개구 면적보다, 복수의 제어 존 중 최하단의 제어 존에 설치된 복수 노즐(77)의 취출공(78)의 총 개구 면적이 크게 설정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 최상단의 제어 존(U)보다, 최하단의 제어 존(L)에 설치된 취출공(78)의 총 개구 면적이 크게 설정되어 있다.
복수의 제어 존이 4단 이상 설치되었을 경우에 있어서는, 4단 이상의 제어 존 중 최상단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 복수 노즐(77)의 취출공(78)의 총 개구 면적보다, 4단 이상의 제어 존 중 최하단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 복수 노즐(77) 취출공(78)의 총 개구 면적이 크게 설정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 1단째의 제어 존(U) 및 2단째의 제어 존(CU)보다, 4단 째 제어 존(CL) 및 5단째 제어 존(L)에 설치된 취출공(78)의 총 개구 면적이 크게 설정되어 있다.
복수의 제어 존 중 최상단의 제어 존에 설치된 노즐(77)의 취출공(78)의 충돌 분류량보다, 복수의 제어 존중 최하단 제어 존에 설치된 노즐(77)의 취출공(78)의 충돌 분류량이 크게 설정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 최상단의 제어 존(U)보다, 최하단의 제어 존(L)에 설치된 취출공(78)의 충돌 분류량이 크게 설정되어 있다.
복수의 제어 존이 4단 이상 설치되었을 경우에 있어서는, 4단 이상의 제어 존 중 최상단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 노즐(77)의 취출공(78)의 충돌 분류량보다, 4단 이상의 제어 존 중 최하단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 노즐(77)의 취출공(78)의 충돌 분류량이 크게 설정되어 있다.
본 실시 형태에서는, 1단째의 제어 존(U) 및 2단째의 제어 존(CU)보다, 4단째의 제어 존(CL) 및 5단째의 제어 존(L)에 설치된 노즐(77)의 취출공(78)의 충돌 분류량이 크게 설정되어 있다.
도 2 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 취출공(78)은 적어도, 보트(31)에 재치(載置)되는 제품 웨이퍼가 있는 영역(AR)의 최상단과 동일한 높이부터, 제품 웨이퍼가 있는 영역(AR)의 최하단까지 설치되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 단열 구조체(42) 측벽부(43)의 상단 측에는 천정부로서의 천정벽부(80)가 내측 공간(75)을 닫도록 덮여 있다.
천정벽부(80)에는 내측 공간(75)의 분위기를 배기하는 배기 경로의 일부로서 의 배기공(81)이 형성되어 있고, 배기공(81)의 상류 측단인 하단은 내측 공간(75)으로 통하고 있다.
배기공(81)의 하류 측단은 배기 덕트(82)에 접속되어 있다.
상기 구성에 따른 CVD 장치에 의한 IC 제조 방법에 있어서 성막 공정을 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 미리 지정된 매수의 웨이퍼(1)가 보트(31)에 장전되면, 웨이퍼(1) 군(群)을 보지한 보트(31)는 씰캡(25)이 보트 엘리베이터(26)에 의하여 상승됨으로써, 이너 튜브(13)의 처리실(14)로 반입(boat loading)되어 간다.
상한에 도달한 씰캡(25)은 매니폴드(16)에 압접(押接)함으로써, 프로세스 튜브(11)의 내부를 밀봉한 상태가 된다. 보트(31)는 씰캡(25)에 지지된 채로 처리실(14)에 존치(存置)된다.
뒤이어, 프로세스 튜브(11)의 내부가 배기관(18)에 의하여 배기된다.
또한, 온도 컨트롤러(64)가 시컨스(sequence) 제어함으로써 측벽 발열체(56)에 의하여 프로세스 튜브(11)의 내부가, 목표 온도로 가열된다.
프로세스 튜브(11)의 내부의 실제 상승 온도와, 온도 컨트롤러(64)의 시컨스 제어 목표 온도와의 오차는, 열전대(65)의 계측 결과를 바탕으로 피드백 제어로 보정된다.
또한, 보트(31)가 모터(29)에 의하여 회전된다.
프로세스 튜브(11)의 내압 및 온도, 보트(31)의 회전이 전체적으로 일정하게 안정된 상태가 되면, 프로세스 튜브(11)의 처리실(14)에는 원료 가스가 가스 공급 장치(23)에 의하여 가스 도입관(22)으로부터 도입된다.
가스 도입관(22)에 의하여 도입된 원료 가스는, 이너 튜브(13)의 처리실(14) 내를 유통하여 배기로(17)를 통해 배기관(18)에 의하여 배기된다.
처리실(14)을 유통할 때에, 원료 가스가 소정의 처리 온도로 가열된 웨이퍼(1)에 접촉함으로써 열 CVD 반응에 의하여, 웨이퍼(1)에는 CVD 막이 형성된다.
소정의 처리 시간이 경과하면, 처리 가스의 도입이 정지된 후에, 질소 가스 등의 퍼지(purge) 가스가 프로세스 튜브(11) 내부에 가스 도입관(22)으로부터 도입된다.
동시에, 냉각 가스로서의 냉각 에어(90)가 급기관(73)으로부터 냉각 가스 도입구(72)로 공급된다. 공급된 냉각 에어(90)는 환상 덕트(71) 내에서 전체적으로 확산하고, 복수 개의 냉각 가스 공급구(74)로부터 냉각 가스 통로(47)의 복수 개의 냉각 가스 통로 공간(49)으로 흘러들어간다.
각 냉각 가스 통로 공간(49)에 흘러들어간 냉각 에어(90)는 각 냉각 가스 통로 공간(49)을 흘러 내려가고, 각 냉각 가스 통로 공간(49)에 배치된 노즐(77)의 취출공(78)으로부터 내측 공간(75)으로 각기 취출한다.
취출공(78)으로부터 내측 공간(75)으로 취출한 냉각 에어(90)는 배기공(81) 및 배기 덕트(82)에 의하여 배기된다.
이상의 냉각 에어(90)의 흐름에 의해, 히터 유닛(40) 전체가 강제적으로 냉각되기 때문에, 단열 구조체(42)는 프로세스 튜브(11)와 함께 큰 레이트(속도)로서 급속히 냉각하게 된다.
한편, 내측 공간(75)은 처리실(14)로부터 격리되어 있기 때문에, 냉각 가스로서 냉각 에어(90)를 사용할 수 있다.
그러나, 냉각 효과를 보다 한층 높이기 위해서나, 에어 내의 불순물에 의한 고온 하에서 발열체의 부식을 방지하기 위해, 질소 가스 등의 불활성 가스를 냉각 가스로서 사용해도 된다.
처리실(14)의 온도가 소정 온도로 하강하면, 씰캡(25)에 지지된 보트(31)는 보트 엘리베이터(26)에 의하여 하강되어, 처리실(14)로부터 반출(boat unloading)된다.
이후, 상기 작용을 반복함으로써, CVD 장치(10)에 의하여 웨이퍼(1)에 대한 성막 처리가 실시되어 간다.
한편, 아우터 튜브(12) 및 히터 유닛(40)의 온도는 처리 온도 이상으로 유지할 필요가 없을 뿐만 아니라, 처리 온도 미만으로 내리는 것이 오히려 바람직하기 때문에, 상술한 성막 스텝에 있어서는, 냉각 에어(90)가 내측 공간(75)에 유통함으로써, 아우터 튜브(12) 및 히터 유닛(40)이 강제적으로 냉각된다.
이 냉각에 의하여, 예를 들면, 실리콘 질화막인 경우 NH4CI의 부착을 방지하는 것이 가능한 150℃ 정도로 아우터 튜브(12)의 온도를 유지할 수 있다.
그런데, 통상, 단열 구조체(42)는 열체류(熱體流) 등의 작용에 의하여, 상단측이 하측단보다 열이 높아지기 쉽다. 그 때문에, 예를 들면, 냉각 에어(90)가 냉 각 가스 통로(47) 하단부에 공급되는 경우에는, 냉각 에어(90)는 단열 구조체(42)의 열을 흡수하면서 냉각 가스 통로(47)를 상승해 가기 때문에, 단열 구조체(42)의 상부에서 원하는 냉각 효과를 얻지 못하여, 결과적으로 프로세스 튜브(11)의 상부에서는 냉각 효과가 충분히 이루어지지 않게 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 냉각 에어(90)는 냉각 가스 통로(47)의 상단부에 냉각된 신선한 상태로 공급되기 때문에, 가장 온도 상승이 큰 상단부 측을 냉각된 냉각 에어(90)에 의하여 냉각할 수 있다.
그 후, 단열 구조체(42)의 열을 흡수하면서 냉각 가스 통로(47)의 각 냉각 가스 통로 공간(49)을 하강해 가기 때문에, 냉각 에어(90)는 서서히 열 상승하고, 하강함에 따라 서서히 냉각 효과가 작게 된다.
그러나, 단열 구조체(42)는, 하단 측에 가까워짐에 따라 축적된 열량이 적기 때문에, 냉각 에어(90)의 냉각 효과가 적음으로써, 오히려, 단열 구조체(42) 전체적으로 균일하게 냉각할 수 있다.
또한, 냉각 가스 통로(47)의 각 냉각 가스 통로 공간(49)을 단열 구조체(42)를 냉각하면서 흘러내린 냉각 에어(90)는, 각 냉각 가스 통로 공간(49)에 배치된 노즐(77)의 취출공(78)으로부터 직경 방향 안쪽으로 취출하여 프로세스 튜브(11)의 아우터 튜브(12) 표면에 충돌 분류(도 7 참조)인 상태로 부딪치기 때문에, 아우터 튜브(12) 즉 프로세스 튜브(11)를 전체적으로 균일하게 냉각할 수 있다.
여기서, 충돌 분류에 의한 열전달율을, 도 7을 참조해 설명한다.
실온 및 대기 중에서의 충돌 분류에 의한 열전달율(h)은 다음 수학식(1)으로 표시된다.
Figure 112008002905075-pct00001
수학식(1) 중, λ는 공기의 열전도율이다. d는 취출공(78)의 구경이다. Nu는 누셀트 수(Nusselt number)이다.
따라서, 열전달율(h)은 누셀트수(Nu)에 의존한다.
누셀트 수(Nu)는, 취출공의 구경(d), 취출공으로부터 아우터 튜브(12)까지의 거리(L)의 관계인 경우, 다음 수학식(2)과 같은 관계가 있다.
Figure 112008002905075-pct00002
수학식(2) 중, Re는 레이놀즈 수(Reynolds number), Pr은 프란틀 수(Prandtl number)이다. 프란틀 수(Pr)은 실온에서의 공기의 물성치로서, 프란틀 수(Pr)는 0.71로 한다.
레이놀즈 수(Re)는 다음 수학식(3)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008002905075-pct00003
수학식(3) 중, U는 취출공으로부터의 분류 유속
Figure 112008002905075-pct00004
는 실온에서의 공기의 동점계수(動粘係數)이다.
수학식(3)의 레이놀즈 수(Re)로부터, 열전달율(h)은 취출공으로부터의 분류 유속(U)의 제곱근에 비례하게 된다.
유속 U는 분류의 궤도의 압력차로부터 계산할 수 있고, 취출공이 취출하는 측(상류측)과 취출되는 측(하류측)과의 사이의 압력차가 클수록, 유속 U는 커진다.
따라서, 최적인 열전달율(h)의 분포를 고려함으로써, 최적인 취출공의 수를 추측할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 냉각 가스는 측벽 상부에 설치되어 있는 냉각 가스 공급구(74)로부터 냉각 가스 통로 공간(49)으로 흘러들어가, 그 후, 냉각 가스 통로 공간(49)을 하측으로 향해 냉각 가스가 흐른다. 상측 취출공(78)의 수가 적게 되어 있기 때문에, 냉각 가스 통로 공간(49)은 상측의 취출공(78)의 총 개구 면적보다 충분히 크게 되어, 하측으로 향한 냉각 가스의 흐름은 유지되기 쉽고, 냉각 가스 통로 공간(49)의 상측보다 하측의 압력이 크게 된다. 그 때문에, 냉각 가스 통로 공간(49)의 하측의 한 개의 취출공(78)으로부터 취출되는 냉각 가스의 충돌 분류량을 크게 할 수 있다.
상기 실시의 형태에 따르면, 다음의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 가장 냉각된 상태의 냉각 가스를 가장 열이 머물기 쉬운 단열 구조체의 상부에 냉각 가스를 도입함으로써, 효과적으로 열교환할 수 있다.
(2) 단열 구조체의 상단부로부터 냉각 가스를 흘림으로써, 단열 구조체의 하단부로부터 냉각 가스를 흘리는데 비하여, 냉각 가스의 유로를 길게 할 수 있어, 단열 구조체와 효과적으로 열교환을 할 수 있다.
(3) 히터 유닛에 냉각 가스를 도입하는 냉각 가스 도입구에서는 방열이 격렬하다. 특히, 처리실 내에서 웨이퍼를 처리하고 있는 도중에 프로세스 튜브를 냉각하도록 냉각 가스를 흘리면, 국소적으로 온도가 내려가기 때문에, 웨이퍼 처리 상태에 악영향을 끼친다. 또한, 냉각 가스 도입구를 히터 유닛 하부에 설치하는 경우, 냉각 가스 도입구에 의한 방열에 더하여, 히터 유닛의 하단부에 있는 히터 유닛의 개구부나 노구의 영향을 막도록, 보트와 씰캡 사이에 단열원통이나 단열판을 설치하는 방열 대책이 일반적으로 실시되고 있으나, 그로서는 충분하지 않아, 방열되고 만다. 그 때문에, 그 방열한 열을 보충하기 위해서, 히터 유닛의 하부에 배치된 발열체에 과도하게 전력이 공급되는 상태, 즉 과부하 상태가 빈번하게 이루어져 단선하기 쉽게 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 히터 유닛에 냉각 가스를 흘리는 냉각 가스 도입구를 상단부에 배치한 관계로, 가장 열이 머물기 쉬운 단열 구조체 상부를 효과적으로 냉각할 수 있으며, 더구나, 하부에 배치된 발열체의 과부하 상태를 해소할 수 있다.
(4) 냉각 가스 통로를 구획벽에 의하여 복수의 냉각 가스 통로 공간을 구획함으로써, 단열 구조체를 원주에 따라 균등하게 냉각할 수 있다.
(5) 냉각 가스 통로를 구획하는 구획벽의 단면적보다 냉각 가스 통로 공간의 단면적을 크게 함으로써, 더욱 효과적으로 단열 구조체와 열교환시킬 수 있다.
(6) 취출 속도를 변화시키면, 취출공의 구경에 따라서는 취출공으로부터 취출된 냉각 가스가 프로세스 튜브와의 충돌 시의 충돌 분류에 의하여 열전도율이 불 균일하게 되지만, 복수의 취출공의 구경을 모두 동일하게 함으로써, 냉각 효율을 제어하기 쉽게 할 수 있어, 복잡한 제어를 필요로 하지 않고 효과적으로 냉각할 수 있다.
(7) 복수의 취출공의 구경을 모두 동일하게 함으로써, 복수의 취출공이 가공하기 쉽게 되고, 또한, 취출공과 프로세스 튜브와의 거리를 일정하게 함으로써, 최적인 열전달율의 분포나 최적인 취출공의 수를 설정하기 쉬워진다.
(8) 취출공을 적어도 보트에 재치되는 제품 웨이퍼가 있는 영역의 최상단과 동일한 높이부터 제품 웨이퍼가 있는 영역의 최하단까지 설치함으로써, 제품 웨이퍼 영역을 효과적으로 냉각할 수 있다.
(9) 취출공을 냉각 가스 공급구보다 하부에 설치함으로써, 취출공으로부터의 냉각 가스 취출량이나 속도를 보다 균등히 제어할 수 있다.
(10) 취출공의 사이즈가 서로 다른 사이즈가 되면, 취출공으로부터 취출되는 냉각 가스의 유량이 달라져, 프로세스 튜브 전체의 냉각 밸런스가 무너지지만, 취출공을 단열 구조체와는 별체인 노즐에 의하여 구성함으로써, 냉각 가스의 취출 영향에 의하여 단열 구조체가 붕괴하기 쉬운 부분에 취출공을 형성하는 경우에 비하여, 유로나 구경 등이 변화하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
(11) 세라믹제의 노즐을 단열 구조체의 발열체 취부구와 동일한 면으로 함으로써, 발열체의 열팽창에 의하여 발열체가 변형하고, 세라믹제의 노즐과 완충함으로써 발열체가 더욱 변형하거나 단선하거나 하는 사고를 방지할 수 있다.
(12) 취출공으로부터 취출된 냉각 가스가 프로세스 튜브와의 충돌 시의 충돌 분류 속도를 단열 구조체의 하부를 상부에 비해 빠르게 함으로써, 냉각 가스가 냉각 가스 통로를 통과함으로써 데워진 냉각 가스로도 하부측을 효과적으로 냉각할 수 있다.
(13) 2열의 취출공을 냉각 가스 통로 공간의 중심보다 구획벽 측에 각각 치우쳐 배치함으로써, 차가워지기 어려운 구획벽 주변에서 냉각 가스의 흐름을 크게 할 수 있어, 구획벽 주변을 효율적으로 냉각할 수 있다.
바람직하게는, 취출공은 적어도 각각의 구획벽 근방에 1열씩 설치하면 좋다.
(14) 하나의 냉각 가스 통로 공간에 대해서 복수열의 취출공을 배치함으로써, 취출공을 보다 광범위하게 설치할 수 있어, 보다 균일하게 처리실 내나 프로세스 튜브를 냉각할 수 있다.
(15) 취출공과 프로세스 튜브로부터의 거리를 일정하게 유지하고, 취출공의 구경을 동일한 사이즈로 함으로써, 충돌 분류에 의한 열전달율을 조정하기 쉽게 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 국한하지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경이 가능한 것은 말할 나위도 없다.
예를 들면, 냉각 가스를 흘리는 방식은, 단열 구조체의 배기공으로부터 배기 장치(blower 등)에 의하여 강제적으로 배기(흡인)하는 방식이라도 무방하며, 냉각 가스 도입구로부터 공급 팬에 의하여 강제적으로 공급하는(압입) 방식이라도 무방하다.
상기 실시 형태에 있어서는, CVD 장치에 대해 설명했으나, 산화, 확산 장치 나 아닐(anneal) 장치 등의 기판 처리 장치 전반에 적용할 수 있다.
피처리 기판은 웨이퍼에 국한하지 않고, 포토마스크(photomask)나 프린트 배선 기판, 액정 패널, 콤팩트 디스크 및 자기 디스크 등이라도 무방하다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중 대표적인 것은, 다음과 같다.
(1) 세로로 설치하는 가열 장치에 사용되는 단열 구조체로서,
원통 형상으로 형성된 측벽부를 갖고, 상기 측벽부가 내외 복수층 구조로 형성되어 있고,
상기 측벽부의 복수층 중 외측에 배치된 측벽외층의 상부에 설치되는 냉각 가스 공급구와,
상기 측벽부의 복수층 중 내측에 배치된 측벽내층과 상기 측벽외층과의 사이에 설치되는 냉각 가스 통로와,
상기 측벽내층의 내측에 설치되는 공간과,
상기 냉각 가스 통로로부터 상기 공간으로 냉각 가스를 취출하도록, 상기 측벽내층의 상기 냉각 가스 공급구보다 하부에 설치되는 복수의 취출공을 갖는 단열 구조체.
(2) 상기 측벽외층과 상기 측벽내층과의 사이에 복수의 구획벽이 원주 방향을 따라 설치되어 있고, 상기 냉각 가스 통로가 상기 복수의 구획벽에 의하여 복수로 구획되고 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(3) 상기 측벽외층과 상기 측벽내층과의 사이에 복수의 구획벽이 원주 방향을 따라 설치되어 있고, 상기 냉각 가스 통로가 상기 복수의 구획벽에 의하여 복수 의 냉각 가스 통로 공간으로 구획되고 있으며, 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간의 단면적 각각은 상기 구획벽 각각의 단면적보다 크게 형성되어 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(4) 상기 취출공은 상기 냉각 가스 통로가 상기 구획벽에서 구획된 복수의 냉각 가스 통로 공간 각각에 복수열씩 설치되어 있는 상기 (2)의 단열 구조체.
(5) 상기 측벽외층과 상기 측벽내층과의 사이에 복수의 구획벽이 원주 방향을 따라 설치되어 있고, 상기 냉각 가스 통로가 상기 복수의 구획벽에 의하여 복수의 냉각 가스 통로 공간으로 구획되고 있으며, 상기 취출공은 상기 냉각 가스 통로 공간의 원주 방향 중앙으로부터 상기 냉각 가스 통로 공간을 형성하는 양쪽의 구획벽 측으로 각각 치우쳐 열상(列狀)으로 설치되어 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(6) 상기 취출공은 상기 냉각 가스 통로가 상기 구획벽에서 구획된 복수의 냉각 가스 통로 공간에 대하여 2열씩 설치되어 있는 상기 (2)의 단열 구조체.
(7) 상기 복수의 취출공의 개구 단면적은 각각 동일한 사이즈로 형성되어 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(8) 상기 구획벽이 원주 방향으로 균등하게 복수 배치되어 있는 상기 (2), (3)의 단열 구조체.
(9) 상기 복수의 취출공은 상기 구획벽이 설치되고 있는 위치를 피하도록 상기 냉각 가스 통로에 대향하는 위치에 각각 복수 설치되는 상기 (2)의 단열 구조체.
(10) 상기 가스 공급구는 상기 구획벽이 설치되어 있는 위치를 피하도록 상 기 냉각 가스 통로에 대향하는 위치에 설치되는 상기 (2)의 단열 구조체.
(11) 상기 측벽내층의 내주를 따라 환상 형상인 환상부와, 상기 환상부의 단부에 설치된 한 쌍의 급전부를 가지고 있는 발열체가 상하 방향으로 복수 설치되고, 상기 복수의 발열체 중 인접하는 상기 급전부끼리 접속되어 형성되는 제어 존이 상하 방향으로 복수 설치되고 있으며, 상기 취출공이 취출한 냉각 가스가 상기 발열체를 피해 취출하도록 배치되어 있는 상기 (2)의 단열 구조체.
(12) 상기 복수의 제어 존 중 최상단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총 개구 면적보다, 상기 복수의 제어 존 중 최하단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총개구 면적이 크게 설정되어 있는 상기 (11)의 단열 구조체.
(13) 상기 복수의 제어 존을 4단 이상 갖고, 상기 복수의 제어 존 중 최상단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총 개구 면적보다, 상기 복수의 제어 존 중 최하단으로부터 2 단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총 개구 면적이 크게 설정되어 있는 상기 (11)의 단열 구조체.
(14) 상기 복수의 제어 존 중 최상단의 제어 존에 설치된 상기 취출공의 충돌 분류량보다, 상기 복수의 제어 존 중 최하단의 제어 존에 설치된 상기 취출공의 충돌 분류량이 크게 설정되어 있는 상기 (11)의 단열 구조체.
(15) 상기 복수의 제어 존을 4단 이상 갖고, 상기 복수의 제어 존 중 최상단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 상기 취출공의 충돌 분류량보다, 상기 복수의 제어 존 중 최하단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 상기 취출공의 충돌 분류량이 크게 설정되어 있는 상기 (11)의 단열 구조체.
(16) 상기 취출공은 상기 측벽내층과는 별체인 절연부재의 중공부에 의하여 형성되고 있으며, 상기 절연부재는 상기 측벽부에 지지되고 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(17) 상기 취출공은 상기 측벽내층과는 별체인 원통 형상의 절연부재에 의하여 형성되어 있고, 상기 절연부재는 원형의 지지공에 지지되고 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(18) 상기 절연부재가, 상기 공간측에 이동하지 않도록 이동 방지부를 가지고 있는 상기 (16)의 단열 구조체.
(19) 상기 절연부재가, 상기 측벽부의 재료보다 높은 밀도를 갖는 재료에 의하여 형성되고 있는 상기 (16), (17), (18)의 단열 구조체.
(20) 상기 절연부재가, 상기 측벽부의 재료보다 높은 경도를 갖는 재료에 의하여 형성되고 있는 상기 (16), (17), (18)의 단열 구조체.
(21) 상기 절연부재가, 상기 측벽부의 재료보다 높은 곡률강도를 갖는 재료에 의하여 형성되고 있는 상기 (16), (17), (18)의 단열 구조체.
(22) 상기 절연부재가, 상기 측벽부의 재료보다 알루미나 성분의 함유율의 높은 세라믹재에 의하여 형성되고 있는 상기 (16), (17), (18)의 단열 구조체.
(23) 상기 측벽내층은 내주면에 발열체를 수납하기 위한 원통 형상으로 형성된 취부구를 상하 방향으로 복수 갖고, 상기 복수의 발열체가 상기 복수의 취부구 내에 각각 수납되도록 설치되고 있으며, 상기 복수의 절연부재가 상기 복수의 취부구를 형성하는 내측 돌출부에 배치되고 있는 상기 (11)의 단열 구조체.
(24) 상기 내측 돌출부는 상기 절연부재가 배치되는 개소를 상기 취부구의 저면과 동일한 면까지 도려 내고 상기 절연부재가 상기 측벽내층 외주면으로부터 상기 측벽내층 취부구의 저면과 동일한 면까지 배치되어 있는 상기 (23)의 단열 구조체.
(25) 상기 냉각 가스 공급구는, 원주 방향으로 균등하게 복수 설치되어 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(26) 상기 측벽부의 상단측에 천정부를 구비해 있고, 상기 천정부에는 상기 공간으로부터 상기 냉각 가스를 배기하기 위한 배기공이 설치되고 있는 상기 (1)의 단열 구조체.
(27) 상기 냉각 가스 공급구에 상기 냉각 가스를 공급하는 환상의 덕트를 갖고, 상기 덕트에 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 도입구를 갖는 상기 (25)의 단열 구조체.
(28) 상기 (1)의 단열 구조체를 구비하는 가열 장치.
(29) 상기 (28)의 가열 장치의 배기공에 접속되고, 상기 배기공의 하류측에 설치되는 배기 장치를 구비하는 가열 시스템.
(30) 상기 (28)의 가열 장치와, 상기 가열 장치의 내부에서 기판을 처리하는 처리실을 구비하는 기판 처리 장치.
(31) 상기 (29)의 가열 장치 시스템과, 상기 가열 장치의 내부에서 기판을 처리하는 처리실을 구비하는 기판 처리 장치.
(32) 상기 (30)의 기판 처리 장치를 이용해 처리하는 반도체 장치의 제조 방 법으로서, 상기 가열 장치의 발열체가 기판을 가열하는 단계와, 상기 배기 장치가 상기 가열 장치 내를 냉각하는 단계를 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 단열 구조체나 프로세스 튜브 전체를 균일하게 급냉할 수 있다.

Claims (33)

  1. 세로로 설치한 가열 장치에 사용되는 단열 구조체에 있어서,
    원통 형상으로 형성된 측벽부를 갖고, 상기 측벽부는 내외 복수층 구조로 형성되어 있으며,
    상기 측벽부의 복수층 중 외측에 배치된 측벽외층 상부에 설치되는 냉각 가스 공급구와,
    상기 측벽부의 복수층 중 내측에 배치된 측벽내층과 상기 측벽외층과의 사이에 설치되는 냉각 가스 통로와,
    상기 측벽내층의 내측에 설치되는 공간과,
    상기 냉각 가스 통로로부터 상기 공간으로 냉각 가스를 취출하도록, 상기 측벽내층의 상기 냉각 가스 공급구보다 하부에 설치되는 복수의 취출공을 포함하되,
    상기 측벽외층과 상기 측벽내층과의 사이에는, 복수의 구획벽이 원주 방향을 따라 설치되어 있고, 상기 냉각 가스 통로가 상기 복수의 구획벽에 의하여 복수의 냉각 가스 통로 공간으로 구획되어 있으며, 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간 각각의 상기 원주 방향의 단면적은 상기 구획벽 각각의 상기 원주 방향의 단면적보다 크게 형성되어 있는 단열 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 취출공은 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간 각각에 복수열씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 취출공은 상기 냉각 가스 통로 공간의 원주 방향 중앙보다 상기 냉각 가스 통로 공간을 형성하는 양쪽의 상기 구획벽 측으로 각각 치우쳐 열상(列狀)으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 취출공은 상기 냉각 가스 통로가 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간에 대하여 2열씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 취출공은 상기 구획벽이 설치되어 있는 위치를 피하도록 상기 냉각 가스 통로에 대향하는 위치에 각각 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 가스 공급구는 상기 구획벽이 설치되어 있는 위치를 피하도록 상기 냉각 가스 통로에 대향하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 측벽내층의 내주(內周)에 따른 환상 형상의 환상부와, 상기 환상부의 단부에 설치된 한 쌍의 급전부를 갖는 발열체가 상하 방향으로 복수 설치되고, 상기 복수의 발열체 중 인접하는 상기 급전부끼리 접속되어 형성되는 제어 존이 상하 방향으로 복수 설치되어 있으며, 상기 취출공이 취출한 냉각 가스가 상기 발열체를 피해 취출되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 복수의 제어 존 중 최상단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총 개구 면적보다도, 상기 복수의 제어 존 중 최하단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총 개구 면적 쪽이 크게 되도록 상기 복수의 취출공이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 복수의 제어 존을 4단 이상 갖고, 상기 복수의 제어 존 중 최상단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총 개구 면적보다, 상기 복수의 제어 존 중 최하단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 상기 복수의 취출공의 총 개구 면적 쪽이 크게 되도록 상기 복수의 취출공이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 복수의 제어 존 중 최상단의 제어 존에 설치된 상기 취출공으로부터 취출되는 냉각 가스의 충돌 분류량보다도, 상기 복수의 제어 존 중 최하단의 제어 존에 설치된 상기 취출공으로부터 취출되는 냉각 가스의 충돌 분류량 쪽이 크게 되도록 상기 복수의 취출공이 설치되어 있는 단열 구조체.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 복수의 제어 존을 4단 이상 갖고, 상기 복수의 제어 존 중 최상단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 상기 취출공으로부터 취출되는 냉각 가스의 충돌 분류량보다도, 상기 복수의 제어 존 중 최하단으로부터 2단의 제어 존에 설치된 상기 취출공으로부터 취출되는 냉각 가스의 충돌 분류량 쪽이 크게 되도록 상기 복수의 취출공이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 취출공은 상기 측벽내층과는 별체의 절연부재의 중공부에 의하여 형성되어 있고, 상기 측벽내층에는 지지공이 형성되어 있고, 상기 지지공에는, 상기 측벽내층의 외주면 측에 단상(段狀)의 오목면(凹面)이 형성되어 있으며, 상기 절연부재에는, 볼록면(凸面)이 형성되어 있고, 상기 볼록면이 상기 요면에 감합(嵌合)하도록 상기 절연부재는 상기 지지공에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
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  23. 제 1항에 있어서, 상기 측벽내층은 내주면에 발열체를 수납하기 위한 원통 형상으로 형성된 취부구를 상하 방향으로 복수 가지며, 발열체가 상기 복수의 취부구 내에 각각 수납되도록 설치되어 있고, 상기 취출공을 중앙부에서 형성하는 절연부재가 상기 복수의 취부구를 형성하는 내측 돌출부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 내측 돌출부는 상기 절연부재가 배치되는 개소를 상기 취부구의 저면과 동일한 면까지 도려 내고, 상기 절연부재가 상기 측벽내층 외주면으로부터 상기 측벽내층 취부구의 저면과 같은 면까지 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 구조체.
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  28. 제 1항에 기재된 단열 구조체를 구비한 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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  30. 제 28항에 기재된 가열 장치와, 상기 가열 장치의 내부에서 기판을 처리하는 처리실을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  31. 삭제
  32. 제 30항에 기재된 기판 처리 장치를 이용해 처리하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 가열 장치의 발열체가 기판을 가열하는 단계와, 상기 냉각 가스 공급구로부터 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간으로 냉각 가스를 공급하고, 상기 냉각 가스를 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간으로부터 상기 취출공을 유통시켜 상기 공간으로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  33. 제 28항에 기재된 가열 장치를 이용하여 처리하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 가열 장치의 발열체가, 상기 가열 장치의 내부의 상기 공간에 있는 처리실 내의 기판을 가열하는 단계와, 상기 냉각 가스 공급구로부터 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간으로 냉각 가스를 공급하고, 상기 냉각 가스를 상기 복수의 냉각 가스 통로 공간으로부터 상기 취출공을 유통시켜 상기 공간으로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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