KR101827647B1 - 기판 처리 장치, 가열 장치, 천장 단열체 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기판의 면내 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 가열 장치, 천장 단열체 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다. 기판을 수용하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖는 가열 장치를 구비하고, 상기 천장 단열체는, 그 내부에 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되고, 상기 천장 단열체의 중실 단면적이 상기 천장 단열체의 중심측보다 주연측이 더 작게 형성된다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치, 가열 장치, 천장 단열체 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
기판 처리 장치의 일례로서, 반도체 제조 장치가 있고, 또한 반도체 제조 장치의 일례로서, 종형 확산·CVD 장치가 알려져 있다. 이러한 기판 처리 장치에서는, 기판을 처리할 때에 당해 기판을 가열하기 위한 가열 장치가 사용된다.
이 가열 장치의 일례로서, 반응 용기의 외측에 설치된 환상의 측벽 단열체와, 측벽 단열체의 내면에 설치된 발열체와, 측벽 단열체의 상부에 설치된 천장 단열체를 구비하고, 발열체에 의해 반응 용기 내의 기판을 가열함과 함께, 반응 용기와 측벽 단열체의 사이의 공간에 냉각 가스를 공급하여, 가열한 기판을 냉각하는 기술이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1). 특허문헌 1에 기재되는 가열 장치에 있어서, 반응 용기와 측벽 단열체의 사이의 공간에 공급된 냉각 가스는, 천장 단열체를 통해 가열 장치의 외부로 배출된다.
상기한 가열 장치에 있어서, 천장 단열체를 통해 냉각 가스를 배출하도록 했을 경우, 냉각 가스의 기도를 천장 단열체에 설치할 필요가 있기 때문에, 천장 단열체의 부위에 따라 단열성에 차가 발생하여, 기판의 면내 온도 균일성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명은, 기판의 면내 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 가열 장치, 천장 단열체 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 관한 천장 단열체는, 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 사용되는 가열 장치의 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체로서, 상기 천장 단열체는, 천장 단열체의 중실 단면적이 중심측보다 외측 테두리측이 더 작게 형성되도록, 내부에 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치된다.
본 발명의 일 형태에 관한 가열 장치는, 상술한 천장 단열체를 갖는 가열 장치로서, 상기 가열 장치는, 반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖는다.
본 발명의 일 형태에 관한 기판 처리 장치는, 상술한 가열 장치를 갖는 기판 처리 장치로서, 상기 기판 처리 장치에는 기판을 수용하는 반응 용기가 설치된다.
본 발명의 다른 형태에 관한 천장 단열체는, 기판 처리 장치에 사용되는 가열 장치의 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체로서, 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간에 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치된다.
본 발명의 일 형태에 관한 반도체 장치의 제조 방법은, 반응 용기와 상기 반응 용기의 외주에 위치하는 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스 유로와, 상기 측벽 단열체의 상부에 위치하는 천장 단열체의 내부에 상기 천장 단열체의 중실 단면적이 상기 천장 단열체의 중심측보다 주연측이 더 작아지도록 설치되는 기도에, 냉각 가스를 흘려서 상기 반응 용기에 수용된 기판을 냉각한다.
본 발명의 다른 형태에 관한 반도체 장치의 제조 방법은, 반응 용기와 상기 반응 용기의 외주에 위치하는 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스 유로와, 상기 측벽 단열체의 상부에 위치하는 천장 단열체의 내부에 설치되는 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간인 기도에, 냉각 가스를 흘려서 상기 반응 용기에 수용된 기판을 냉각한다.
본 발명의 또 다른 형태에 관한 반도체 장치의 제조 방법은, 반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖고, 상기 천장 단열체에는, 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간이며 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 가열 장치에 의해 상기 반응 용기에 수용된 기판을 가열 처리한다.
본 발명에 따르면, 기판의 면내 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 히터의 개략을 도시하는 사시도이다.
도 은 본 발명의 실시 형태에 따른 천장 단열체의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 하부 단열재의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 하부 단열재의 저면도이다.
도 6은 도 4에서의 하부 단열재의 A-A선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 상부 단열재의 상면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 상부 단열재의 저면도이다.
도 9는 도 8에서의 상부 단열재의 B-B선 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 천장 단열재의 내부에서의 냉각 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 갖고 있지 않은 히터의 예를 나타내는 개략도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 15는 도 13에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다.
도 16은 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 가진 히터의 예를 나타내는 개략도이다.
도 17은 도 16에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 18은 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 가진 히터의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 19는 도 18에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 20은 도 18에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제1 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 22는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제2 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 23은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제3 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제4 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 25는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제4 변형예를 나타내는 하부 단열재의 평면도이다.
도 26은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제4 변형예를 나타내는 하부 단열재의 저면도이다.
도 27은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 하부 단열재의 평면도이다.
도 28은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 하부 단열재의 저면도이다.
도 29는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 상부 단열재의 저면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 히터의 개략을 도시하는 사시도이다.
도 은 본 발명의 실시 형태에 따른 천장 단열체의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 하부 단열재의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 하부 단열재의 저면도이다.
도 6은 도 4에서의 하부 단열재의 A-A선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 상부 단열재의 상면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 상부 단열재의 저면도이다.
도 9는 도 8에서의 상부 단열재의 B-B선 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 천장 단열재의 내부에서의 냉각 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 갖고 있지 않은 히터의 예를 나타내는 개략도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 15는 도 13에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다.
도 16은 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 가진 히터의 예를 나타내는 개략도이다.
도 17은 도 16에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 18은 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 가진 히터의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 19는 도 18에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다.
도 20은 도 18에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제1 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 22는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제2 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 23은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제3 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제4 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 25는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제4 변형예를 나타내는 하부 단열재의 평면도이다.
도 26은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제4 변형예를 나타내는 하부 단열재의 저면도이다.
도 27은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 하부 단열재의 평면도이다.
도 28은 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 하부 단열재의 저면도이다.
도 29는 본 발명의 실시 형태에서의 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 상부 단열재의 저면도이다.
이하에 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 처리 로(202)를 구비한다. 처리 로(202)는 가열 장치로서의 히터(206)를 갖는다. 히터(206)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(251)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다.
히터(206)의 내측에는, 히터(206)와 동심원 형상으로 반응 용기로서의 프로세스 튜브(203)가 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 히터(206)는, 프로세스 튜브(203)의 외측에 배치된다. 프로세스 튜브(203)는, 내부 반응 용기로서의 이너 튜브(204)와, 그 외측에 설치된 외부 반응 용기로서의 아우터 튜브(205)로 구성되어 있다. 이너 튜브(204)는, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 이너 튜브(204)의 내부에는 처리실(201)이 형성되어 있고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬된 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다. 아우터 튜브(205)도, 예를 들어 석영 또는 탄화 실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지고, 내경이 이너 튜브(204)의 외경보다 크고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있으며, 이너 튜브(204)와 동심원 형상으로 설치되어 있다.
아우터 튜브(205)의 하방에는, 아우터 튜브(205)와 동심원 형상으로 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스 등으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)는, 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(205)에 걸림 결합하고 있고, 이들을 지지하도록 설치되어 있다. 또한, 매니폴드(209)와 아우터 튜브(205)의 사이에는 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스(251)에 지지됨으로써, 프로세스 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태로 되어 있다. 프로세스 튜브(203)와 매니폴드(209)에 의해 반응 용기가 형성된다.
후술하는 시일 캡(219)에는 가스 도입부로서의 노즐(230)이 처리실(201) 내에 연통되도록 접속되어 있고, 노즐(230)에는 가스 공급관(232)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232)의 노즐(230)과의 접속측과 반대측인 상류측에는, 가스 유량 제어기로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러)(241)를 개재하여 도시하지 않은 처리 가스 공급원이나 불활성 가스 공급원이 접속되어 있다. MFC(241)에는, 가스 유량 제어부(가스 유량 컨트롤러)(235)가 전기적으로 접속되어 있어, 공급하는 가스의 유량이 원하는 양이 되게 원하는 타이밍에서 제어하도록 구성되어 있다.
매니폴드(209)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)은, 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(205)의 간극에 의해 형성되는 통 형상 공간의 하단부에 배치되어 있고, 통 형상 공간에 연통하고 있다. 배기관(231)의 매니폴드(209)와의 접속측과 반대측인 하류측에는 압력 검출기로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정 장치(242)를 개재하여 진공 펌프 등의 진공 배기 장치(246)가 접속되어 있어, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있게 구성되어 있다. 압력 조정 장치(242) 및 압력 센서(245)에는, 압력 제어부(압력 컨트롤러)(236)가 전기적으로 접속되어 있고, 압력 제어부(236)는, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력에 기초하여 압력 조정 장치(242)에 의해 처리실(201) 내의 압력이 원하는 압력으로 되도록 원하는 타이밍에서 제어하도록 구성되어 있다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 접촉되도록 되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 접촉하는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(254)가 설치되어 있다. 회전 기구(254)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통하여, 보트(217)에 접속되어 있고, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 프로세스 튜브(203)의 외부에 수직으로 설비된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201)에 대하여 반입 반출하는 것이 가능하게 되어 있다. 회전 기구(254) 및 보트 엘리베이터(115)에는, 구동 제어부(구동 컨트롤러)(237)가 전기적으로 접속되어 있어, 원하는 동작을 하도록 원하는 타이밍에서 제어하도록 구성되어 있다.
보트(217)는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜서 다단으로 보유 지지하도록 구성되어 있다. 또한 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 원판 형상을 한 단열 부재로서의 단열판(216)이 수평 자세로 다단으로 복수 장 배치되어 있어, 히터(206)로부터의 열이 매니폴드(209)측에 전해지기 어려워지도록 구성되어 있다.
프로세스 튜브(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 히터(206)와 온도 센서(263)에는, 전기적으로 온도 제어부(238)가 접속되어 있다. 온도 제어부(238)는, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(206)(구체적으로는 히터 선(208))로의 통전 상태를 조정한다. 이에 의해, 웨이퍼(200)가 그 외측 테두리측으로부터 가열되어, 원하는 온도로 승온된다. 또한, 히터(206)는, 가열한 웨이퍼(200)를 냉각 가스에 의해 냉각하는 냉각 기능도 갖는데, 그것에 대해서는 후술한다.
가스 유량 제어부(235), 압력 제어부(236), 구동 제어부(237), 온도 제어부(238)는, 조작부, 입출력부도 구성하여, 기판 처리 장치 전체를 제어하는 주 제어부(메인 컨트롤러)(239)에 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 가스 유량 제어부(235), 압력 제어부(236), 구동 제어부(237), 온도 제어부(238), 주 제어부(239)는, 컨트롤러(240)로서 구성되어 있다.
이어서, 상기 구성에 관한 처리 로(202)를 사용하여, 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서, CVD법에 의해 웨이퍼(200) 위에 박막을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(240)에 의해 제어된다.
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 보유 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201)에 반입(보트 로딩)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 배기 장치(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력에 기초하여 압력 조정 장치(242)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(206)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(206)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다. 계속해서, 회전 기구(254)에 의해 보트(217)가 회전됨으로써, 웨이퍼(200)가 회전된다.
계속해서, 처리 가스 공급원으로부터 공급되어, MFC(241)에서 원하는 유량이 되도록 제어된 가스는, 가스 공급관(232)을 유통하여 노즐(230)로부터 처리실(201) 내에 도입된다. 도입된 가스는 처리실(201) 내를 상승하여, 이너 튜브(204)의 상단 개구로부터 통 형상 공간으로 유출되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 가스는 처리실(201) 내를 통과할 때에 웨이퍼(200)의 표면과 접촉하고, 이때에 열CVD 반응에 의해 웨이퍼(200)의 표면 위에 박막이 퇴적(데포지션)된다.
미리 설정된 처리 시간이 경과하면, 불활성 가스 공급원으로부터 불활성 가스가 공급되어, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 치환됨과 함께, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다. 또한, 히터(206)의 냉각 기능에 의해, 웨이퍼(200)가 원하는 온도까지 급냉된다.
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어서, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 보유 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 프로세스 튜브(203)의 외부로 반출(보트 언로딩)된다. 그 후, 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
또한, 일례까지, 본 실시 형태의 처리 로에서 웨이퍼를 처리할 때의 처리 조건으로서는, 예를 들어, SiN막(실리콘 질화막)의 성막에서는, 처리 온도 400 내지 800, 처리 압력 1 내지 50Torr, 성막 가스종 SiH2Cl2, NH3, 성막 가스 공급 유량 SiH2Cl2: 0.02 내지 0.30slm, NH3: 0.1 내지 2.0slm이 예시되고, 또한, Poly-Si막(폴리실리콘막)의 성막에서는, 처리 온도 350 내지 700, 처리 압력 1 내지 50Torr, 성막 가스종 SiH4, 성막 가스 공급 유량 0.01 내지 1.20slm이 예시되며, 각각의 처리 조건을, 각각의 범위 내의 어떤 한 값으로 일정하게 유지함으로써 웨이퍼(200)에 처리가 이루어진다.
히터(206)에 대하여 상세하게 설명한다. 히터(206)는, 프로세스 튜브(203)의 외주에 설치되는 측벽 단열재(측벽 단열체)(250)와, 측벽 단열재(250)의 상부에 설치되는 천장 단열재(천장 단열체)(252)와, 측벽 단열재(250)의 내벽에 설치되는 히터 선(발열체)(208)과, 프로세스 튜브(203)와 측벽 단열재(250)의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로(256)를 갖는다. 측벽 단열재(250)의 하단 부근에는, 적어도 하나의 흡기구(258)가 설치된다. 히터(206)의 내부에 형성된 유로(256)는, 이 흡기구(258)에 의해 히터(206)의 외부로 연통된다.
천장 단열재(252)는, 그 내부에 중공의 기도(260)가 설치된다. 기도(260)는, 유로(256)와 연통됨과 함께, 천장 단열재(252)의 외주면, 구체적으로는 측면에 접속된 배기관(56)에 연통된다. 배기관(56)은, 개폐 가능한 댐퍼(54)가 설치됨과 함께, 댐퍼(54)의 하류측에 라디에이터(58) 및 팬(60)이 접속된다. 히터(206)에 의해 웨이퍼(200)를 가열할 때는, 댐퍼(54)는 폐쇄되고, 팬(60)은 동작하지 않는다. 한편, 히터(206)의 냉각 기능에 의해 웨이퍼(200)를 냉각할 때는, 댐퍼(54)가 열림과 함께 팬(60)이 동작하고, 냉각 가스가 흡인된다.
여기서, 히터(206)의 냉각 기능에 대하여 설명한다. 히터(206)는, 유로(256)에 냉각 가스(예를 들어 공기나 불활성 가스)를 흘림으로써, 웨이퍼(200)를 그 외측 테두리측부터 냉각하는 것이 가능하다. 냉각 가스는, 히터(206)의 외부로부터 흡기구(258)를 통해 히터(206)의 유로(256)에 유입하여, 유로(256)를 하방으로부터 상방으로 통과한 후, 천장 단열재(252)의 내부에 설치된 기도(260)와, 거기에 연통하는 배기관(56), 라디에이터(58) 및 팬(60)을 통해, 기판 처리 장치(1)의 외부로 배출된다. 또한, 팬(60)은, 컨트롤러(240)(예를 들어 그 안의 온도 제어부(238))에 의해 그 동작이 제어된다. 또한, 도 1에서는, 흡기구(258)를 측벽 단열재(250)의 하부에 설치했지만, 측벽 단열재(250)의 상단 부근이나 중간 위치 등에 설치해도 된다. 그 경우, 예를 들어, 냉각 가스를 측벽 단열재(250)의 내부를 통과시켜서 유로(256)의 하방으로도 공급되도록 하여, 냉각 가스가 유로(256)의 전체에 널리 퍼지도록 구성하는 것이 바람직하다.
계속해서, 본 발명에서 특징적인 천장 단열재(252)의 구조에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는, 히터(206)의 개략을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 3은, 천장 단열재(252)의 확대 단면도이다.
천장 단열재(252)는, 고단열성의 재료(예를 들어 세라믹스 등)로 제작되고, 도 2에 도시한 바와 같이, 평면에서 보아 원형을 나타낸다. 천장 단열재(252)의 외주면, 구체적으로는 측면에는, 복수의 배출구(262)가 인접하여 형성된다. 복수의 배출구(262) 각각은, 상기한 기도(260) 각각에 연통된다. 또한, 도 2에서, 흡기구(258)는 도시를 생략하고 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 천장 단열재(252)는, 상하 방향으로 적층된 복수, 구체적으로는 2개의 부재(252a, 252b)로 구성된다. 이하, 하측의 부재(252a)를 「하부 단열재」라고 칭하고, 상측의 부재(252b)를 「상부 단열재」라고 칭한다.
도 4는 하부 단열재(252a)의 상면도이며, 도 5는 하부 단열재(252a)의 저면도이다. 또한, 도 6은 도 4의 A-A선 단면도이다. 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 하부 단열재(252a)는 그 상면에, 복수, 구체적으로는 2개의 오목부(252a1)를 구비한다. 오목부(252a1)는, 주연에 측벽을 갖는 스폿 페이싱(spot facing)부라고도 할 수 있다. 2개의 오목부(252a1)는, 천장 단열재(252)의 수평면상의 임의의 중심선을 사이에 두고 대칭으로 형성된다. 오목부(252a1)의 각각의 저부에는, 히터(206)의 유로(256)에 연통하는 도입구(252a2)가 형성된다. 오목부(252a1)는, 웨이퍼(200)를 프로세스 튜브(203)에 수용했을 때에, 평면에서 보아 웨이퍼(200)의 외측 테두리보다 외측이 되는 위치에 형성된다. 따라서, 도입구(252a2)도 또한, 평면에서 보아 웨이퍼(200)의 외측 테두리보다 외측이 되는 위치에 형성되게 된다. 또한, 복수의 도입구(252a2)는, 천장 단열재(252)의 중앙부를 중심으로 하는 동심원상에 각각의 간격이 최대가 되도록 형성된다. 도시한 예에서는, 2개의 도입구(252a2)가, 동심원상에 약 180°의 간격을 두고 형성된다.
오목부(252a1)는, 구체적으로는, 하부 단열재(252a)의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상으로 형성된다. 2개의 오목부(252a1)의 사이에는, 하부 단열벽(252a3)이 형성되어, 각각의 오목부(252a1)가 공간적으로 분리된다. 또한, 오목부(252a1)는, 천장 단열재(252)의 중심측에 테이퍼부(252a4)를 가져, 오목부(252a1)의 깊이가 천장 단열재(252)의 중앙부에 근접함에 따라 작아지도록 형성된다. 또한, 오목부(252a1)에 있어서 하부 단열벽(252a3)에 인접하는 외측 테두리측 측벽에는, 절결부(252a6)가 형성된다.
하부 단열재(252a)의 상면에서 오목부(252a1)보다 내측(하부 단열재(252a)의 중심측)에는, 환상의 홈부(252a7)가 형성된다. 또한, 하부 단열재(252a)의 저면에는, 홈부(252a8)가 복수, 하부 단열재(252a)의 중앙부로부터 방사상으로 형성된다. 홈부(252a8)는 응력 완화용의 홈이며, 천장 단열재(252)가 가열되었을 때에 발생하는 응력을 완화하여 천장 단열재(252)의 파손을 방지한다. 홈부(252a8) 중 적어도 1개는 도입구(252a2)에 연결되어 있고, 홈부(252a8) 중 적어도 1개는 하부 단열재(252a)의 외주에 이르고, 적어도 하나는 하부 단열재(252a)의 외주에 이르지 않게 형성된다.
도 7은 상부 단열재(252b)의 상면도이며, 도 8은 상부 단열재(252b)의 저면도이다. 또한, 도 9는 도 8의 B-B선 단면도이다. 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 상부 단열재(252b)는, 그 저면에, 복수, 구체적으로는 2개의 오목부(252b1)를 구비한다. 오목부(252b1)는, 주연에 측벽을 갖는 스폿 페이싱(spot facing)부라고도 할 수 있다. 2개의 오목부(252b1)는, 천장 단열재(252)의 수평면상의 임의의 중심선을 사이에 두고 대칭으로 형성된다. 오목부(252b1)는, 웨이퍼(200)를 프로세스 튜브(203)에 수용했을 때에, 평면에서 보아 웨이퍼(200)의 외측 테두리보다 외측이 되는 위치에 형성된다.
오목부(252b1)는, 구체적으로는, 상부 단열재(252b)의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상으로 형성된다. 2개의 오목부(252b1)의 사이에는, 상부 단열벽(252b3)이 형성되어, 각각의 오목부(252b1)가 공간적으로 분리된다. 또한, 오목부(252b1)는, 천장 단열재(252)의 중심측에 테이퍼부(252b4)를 가져, 오목부(252b1)의 깊이가 천장 단열재(252)의 중앙부에 근접함에 따라 작아지도록 형성된다. 또한, 오목부(252b1)에 있어서 상부 단열벽(252b3)에 인접하는 외측 테두리측 측벽에는, 절결부(252b6)가 형성된다. 또한, 상부 단열재(252b)의 저면에 있어서 오목부(252b1)의 내측에는, 환상의 돌기부(252b7)가 형성된다.
하부 단열재(252a)의 오목부(252a1)와 상부 단열재(252b)의 오목부(252b1)는, 도입구(252a2)의 유무를 제외하고, 하부 단열재(252a)의 상면과 상부 단열재(252b)의 저면을 중첩했을 때에 그것들의 형상이 대칭 또는 대략 대칭이 되도록 형성된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 하부 단열재(252a)의 오목부(252a1)와 상부 단열재(252b)의 오목부(252b1)가 대향 배치되도록 하부 단열재(252a)와 상부 단열재(252b)를 중첩함으로써, 2개의 기도(260)가 형성된다. 각 오목부(252a1, 252b1)는, 상기와 같이 각 단열재(252a, 252b)의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상으로 형성되므로, 기도(260)도, 천장 단열재(252)의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상으로 형성된다.
천장 단열재(252)는, 그 내부에 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 기도(260)가 설치됨으로써, 중심측의 두께(도 3에 부호 T1로 나타냄)보다 외측 테두리측의 두께(T2)가 더 작아진다. 여기서, 천장 단열재(252)의 「두께」란, 천장 단열재의 연직 방향의 두께이며, 특히, 도 3에서 부호 T2로 나타내는 바와 같이, 저면측으로부터 상면측을 향해 부재가 연속되어 있는 길이를 의미한다. 또한, 천장 단열재(252)의 내부에 기도(260) 등의 공간이 존재하는 경우에는, 당해 공간의 하부와 상부의 부재의 두께의 합산값을 「두께」로 해도 된다. 이와 같이, 천장 단열재(252)는, 중심측의 두께(T1)보다 외측 테두리측의 두께(T2)가 더 작게 형성됨으로써, 천장 단열재(252)는, 그 중실 단면적(수직 단면에 있어서 중공 부분을 제외한 면적)이 중심측보다 외측 테두리측이 더 작게 형성된다. 또한, 도 1 및 도 3은, 도 4에 도시하는 A-A 절단선 및 도 8에 나타내는 B-B 절단선을 포함하는 절단면이고, 각각 기판 처리 장치(1)와 천장 단열재(252)를 절단한 단면도이다.
각 기도(260)의 각각의 사이에는, 하부 단열벽(252a3)과 상부 단열벽(252b3)이 설치되기 때문에, 각 기도(260)는 천장 단열재(252)의 내부에서 공간적으로 분리된다. 또한, 각 기도(260)는, 오목부(252a1, 252b1)에 의해 천장 단열재(252)의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간으로서 형성되고, 평면에서 보아 웨이퍼(200)보다 외측이 되는 위치에 설치된다. 또한, 각 기도(260)는, 하부 단열재(252a)의 테이퍼부(252a4)와 상부 단열재(252b)의 테이퍼부(252b4)에 의해, 천장 단열재(252)의 중심측에 근접함에 따라서 단면적이 작아지도록 형성된다. 바꾸어 말하면, 천장 단열재(252)는, 그 중심측에 근접함에 따라서 중실 단면적이 커지도록 형성된다.
또한, 하부 단열재(252a)와 상부 단열재(252b)를 중첩했을 때, 하부 단열재(252a)의 홈부(252a7)와 상부 단열재(252b)의 돌기부(252b7)가 끼워진다. 이에 의해, 하부 단열재(252a)와 상부 단열재(252b)는, 서로 위치 맞춤되면서 고정된다. 하부 단열재(252a)와 상부 단열재(252b)의 고정에 대해서는, 부가적으로 접착제 등을 사용해도 된다.
또한, 하부 단열재(252a)와 상부 단열재(252b)를 중첩함으로써, 하부 단열재(252a)의 절결부(252a6)와 상부 단열재(252b)의 절결부(252b6)가 대향 배치되어, 기도(260) 각각에 상술한 배출구(262)가 형성된다. 기도(260) 각각에 설치된 배출구(262)는, 하부 단열벽(252a3)과 상부 단열벽(252b3)을 사이에 두고 인접한다(도 2 참조).
도 10은, 천장 단열재(252)의 내부에서의 냉각 가스의 흐름을 도시하는 설명도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 각 기도(260)에 설치된 도입구(252a2)로부터 천장 단열재(252)에 유입된 냉각 가스는, 기도(260)를 채우면서, 각 기도(260)에 설치된 배출구(262)를 통해 배기관(56)에 유입되어, 기판 처리 장치(1)의 외부로 배출된다.
계속해서, 히터(206)를 사용했을 때의 웨이퍼(200)의 온도 특성에 대하여 설명한다. 도 11은, 히터(206)를 사용했을 때의 웨이퍼(200)의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다. 또한, 도 12는, 히터(206)를 사용했을 때의 웨이퍼(200)의 온도 천이를 도시하는 도면이다.
여기서, 이해의 편의를 위해, 히터를 다른 형태로 했을 때의 웨이퍼 온도 특성에 대하여 설명한다.
도 13은, 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 갖고 있지 않은 히터의 예를 나타내는 개략도이다. 또한, 도 14는, 도 13에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다. 상술한 바와 같이, 프로세스 튜브(process tube) 내의 웨이퍼(wafer)는, 프로세스 튜브의 외측에 배치된 히터(heater)에 의해 가열된다. 이 때문에, 도 13에 나타내는 히터의 예에서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 중심부에 비해 외측 테두리부의 온도가 높아진다. 도 14에서, 웨이퍼의 중심부와 외측 테두리부의 온도 차를 Δt로 나타낸다.
도 15는, 도 13에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 히터에 의해 웨이퍼를 목표 온도까지 가열하는 경우, 도 14에 도시하는 온도 분포 경향에 의해, 우선 웨이퍼 외측 테두리부의 온도가 목표 온도에 도달하고, 그것보다 늦게 웨이퍼 중심부의 온도가 목표 온도에 도달한다. 이 승온 지연 시간(Tdl)은, 웨이퍼 처리의 스루풋을 저하시키기 때문에, 작은 것이 바람직하다.
도 16은, 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 가진 히터의 예를 나타내는 개략도이다. 도 16에 나타내는 히터는, 도 1 내지 도 10에 도시한 히터(206)와는 달리, 천장 단열재의 중앙부에 냉각 가스의 도입구가 형성되어 있다.
도 17은, 도 16에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다. 도 16에 나타내는 히터에서는, 천장 단열재의 중앙부에 냉각 가스의 도입구가 형성되어 있기 때문에, 천장 단열재의 중실 단면적(또는 두께)은, 중심부 부근이 외측 테두리부보다 작아진다(중심부의 두께(t1)<외측 테두리부의 두께(t2)). 이 때문에, 천장 단열재의 중심부 부근의 단열성이 외측 테두리부에 비해 저하되므로, 도 17에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 중심부와 외측 테두리부의 온도 차(Δt)가 한층 커진다. 그로 인해, 상기 승온 지연 시간(Tdl)도, 보다 커질 우려가 있다. 이 경향은, 보트의 상방에 적재된 웨이퍼일수록 커진다. 또한, 히터로 웨이퍼를 가열할 때는, 상술한 바와 같이 배기관 내의 댐퍼가 폐쇄되어, 히터 내에 냉각 가스가 체류하고 있는 상태로 된다.
도 18은, 냉각 가스에 의한 냉각 기능을 가진 히터의 다른 예를 나타내는 개략도이다. 도 18에 나타내는 히터는, 도 16에 나타낸 히터에 있어서, 천장 단열재의 냉각 가스의 도입구의 중심부를 밀봉하고, 환상의 슬릿으로부터 냉각 가스를 도입하도록 하였다.
도 19는, 도 18에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 단면 온도 분포를 도시하는 설명도이다. 또한, 도 20은, 도 18에 나타내는 히터를 사용했을 때의 웨이퍼의 온도 천이를 도시하는 도면이다. 도 18에 나타내는 히터에서는, 천장 단열재의 중심부 부근의 단열성은 향상되지만, 웨이퍼의 상방에 있어서, 냉각 가스의 도입구를 통해, 냉각 가스의 대류가 발생할 우려가 있다. 웨이퍼의 상방에서 냉각 가스의 대류가 발생하면, 도 19에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 외측 테두리부와 중심부의 사이에 온도 차(Δt)가 잔존함과 함께, 웨이퍼의 외측 테두리부간에도 온도 차가 발생해버린다. 이 때문에, 도 20에 도시한 바와 같이, 승온 지연 시간(Tdl)도 작아지지 않는다.
이에 반해, 도 1 내지 도 10에 도시한 히터(206)에서는, 천장 단열재(252)에, 그 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간이며 냉각 가스가 통과하는 기도(260)를 설치하도록 구성하는, 바꾸어 말하면, 당해 기도(260)를 설치함으로써, 천장 단열재(252)의 중실 단면적(두께)이 천장 단열재(252)의 중심측보다 외측 테두리측이 더 작게 형성되도록 구성함으로써, 천장 단열재(252)의 단열성은, 중심측보다 외측 테두리측이 더 저하된다. 이 때문에, 웨이퍼(200)를 그 외측 테두리측부터 가열함으로써 발생하는 도 14에 도시하는 바와 같은 온도 분포의 경향이 상쇄되어, 도 11에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(200)의 면내 온도 분포는 중심부로부터 외측 테두리부에 걸쳐 대략 균일해지는, 즉, 웨이퍼(200)의 면내 온도 균일성이 향상된다. 또한, 이에 의해, 도 12에 도시한 바와 같이, 승온 지연 시간(Tdl)을 도 13 내지 도 20에서 나타낸 예에 비해 작게 할 수 있다.
또한, 기도(260)에 있어서 냉각 가스를 도입하는 도입구(252a2)는, 평면에서 보아 웨이퍼(200)보다 외측이 되는 위치에 형성되기 때문에, 도입구(252a2)로부터 기도(260)에 유입된 냉각 가스에 대류가 발생했다고 해도, 웨이퍼(200)의 외측 테두리측을 냉각시키게 되기 때문에, 웨이퍼 중심측의 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있어, 면내 온도 균일성에 대한 악영향을 억제할 수 있다. 또한, 도입구(252a2)가 형성되는 부위가 가장 단열성이 저하되지만, 당해 부위가 웨이퍼(200)의 바로 위에는 존재하지 않고, 평면에서 보아 웨이퍼(200)의 외측 테두리부보다 외측에 위치하는 점, 또한, 히터(206)에 의해 웨이퍼(200)의 외측 테두리측부터 가열하고 있는 점에서, 면내 온도 균일성에 대한 악영향을 억제할 수 있다.
마찬가지로, 기도(260)도 평면에서 보아 웨이퍼(200)보다 외측이 되는 위치에 설치되기 때문에, 기도(260)에 체류하고 있는 냉각 가스에 의해 웨이퍼 중심측의 온도가 저하되는 경우도 없다.
또한, 기도(260)가 복수 설치되고, 기도(260)의 각각의 사이에는 단열벽(252a3, 252b3)이 설치됨으로써, 기도(260)끼리에서의 열의 교환이 억제되어, 기도(260)에 체류한 냉각 가스의 대류를 억제할 수 있다.
또한, 복수의 기도(260) 각각에, 도입구(252a2)와 배출구(262)가 형성되기 때문에, 도입구(252a2)끼리 기도(260)를 개재하여 접속되지 않아, 냉각 가스의 대류를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 기도(260)는, 천장 단열재(252)의 중심측에 근접함에 따라서 단면적이 작아지는(다시 말하면, 천장 단열재(252)는, 그 중실 단면적이 중심측에 근접함에 따라서 커지는), 즉, 천장 단열재(252)의 중심측에 근접함에 따라 서서히 천장 단열재(252)의 단열성이 변화하도록(향상되도록) 구성했으므로, 웨이퍼(200)의 온도 분포를 더욱 효과적으로 균일화하거나, 또는, 온도 구배를 완만하게 할 수 있다.
또한, 복수의 도입구(252a2)는, 천장 단열재(252)의 중앙부를 중심으로 하는 동심원상에 각각의 간격이 최대가 되도록 형성되기 때문에, 천장 단열재(252)의 단열성이 가장 저하되는 부위가 균등하게 분배되어, 웨이퍼(200)의 면내 온도 균일성에 대한 악영향을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 각 배출구(262)는, 천장 단열재(252)의 측면에 인접하여 형성되므로, 배기관(56)을 1 계통으로 할 수 있어, 배기 구성을 간소화할 수 있다. 또한, 배출구(262)를 측면에 형성함으로써, 배기 기구를 히터(206)의 상부에 설치한 경우에 비해 전체 높이를 낮게 할 수 있다.
또한, 기도(260)에는 도입구(252a2)가 형성되기 때문에, 엄밀하게는 천장 단열재(252)의 외측 테두리측에서 도입구(252a2)가 형성되는 부위의 단열성이 보다 작아진다. 또한, 천장 단열재(252)의 외측 테두리측에서도, 단열벽(252a3, 252b3)이 설치되는 부위는 단열성이 저하되지 않는다. 그러나, 이러한 국소적인 단열성의 변화에 수반하는 웨이퍼(200)의 면내 온도 편차는, 웨이퍼(200)의 임의의 중심선에 대하여 대칭이어서, 웨이퍼(200)를 회전 기구(254)에 의해 회전시킴으로써 균일화할 수 있다. 이 때문에, 도입구(252a2)의 크기나 단열벽(252a3, 252b3)의 폭을 조정함으로써, 원하는 면내 온도 분포를 실현할 수도 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(200)를 회전 기구(254)로 회전시켰을 때에, 웨이퍼(200)의 중심부의 온도가 외측 테두리부보다 약간 높은 온도 분포가 되도록, 천장 단열재(252)의 각 부의 두께나 도입구(252a2)의 크기, 및 단열벽(252a3, 252b3)의 폭을 설정하였다. 처리 가스를 웨이퍼(200)의 외측 테두리측으로부터 공급한 경우, 외측 테두리측에서 처리 가스가 소비되어서 중심측의 막 두께가 얇아지는 경우가 있는데, 도 11에 도시하는 바와 같은 온도 구배로 함으로써, 웨이퍼(200)의 중심측과 외측 테두리측에서 성막 속도가 동등해져, 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
계속해서, 본 발명의 변형예에 대하여 설명한다. 또한, 종전의 실시 형태와 상이한 점은 천장 단열재의 구성이기 때문에, 천장 단열재만 설명한다.
도 21은, 천장 단열재의 제1 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 21에 도시한 바와 같이, 제1 변형예에 관한 천장 단열재(300)에서는, 하부 단열재(300a)와 상부 단열재(300b)로 구성되고, 내부에 기도(360)가 설치된다. 여기서, 기도(360)는, 하부 단열재(300a)에 형성된 오목부(300a1)에 의해서만 구성되도록 하였다. 따라서, 냉각 가스의 배출구도, 하부 단열재(300a)에 의해서만 구성된다. 또한, 기도(360)는, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 설치된다. 천장 단열재(300)에서도, 상술한 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 22는, 천장 단열재의 제2 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 22에 도시한 바와 같이, 제2 변형예에 관한 천장 단열재(400)에서는, 하부 단열재(400a)와 상부 단열재(400b)로 구성되고, 내부에 기도(460)가 설치된다. 여기서, 기도(460)는, 상부 단열재(400b)에 형성된 오목부(400b1)에 의해서만 구성되도록 하였다. 따라서, 냉각 가스의 배출구도, 상부 단열재(400b)에 의해서만 구성된다. 또한, 기도(460)는, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 설치된다. 천장 단열재(400)에서도, 상술한 천장 단열재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 23은, 천장 단열재의 제3 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 23에 도시한 바와 같이, 제3 변형예에 관한 천장 단열재(500)에서는, 하부 단열재(500a)의 오목부(500a1)에 설치되는 테이퍼부(500a4)와, 상부 단열재(500b)의 오목부(500b1)에 설치되는 테이퍼부(500b4)가 연속하도록 구성하였다. 테이퍼부를 이렇게 구성해도, 천장 단열재(500)의 두께(단열성)를 중심측에서부터 외측 테두리측에 걸쳐 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 오목부(500b1)는 오목부(500a1)에 비해 수평 방향으로 더 넓게 형성되고, 오목부(500a1) 및 오목부(500b1)(및 그에 의해 구성되는 기도(560))는, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 형성된다. 천장 단열재(500)에서도, 상술한 천장 단열재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 24는, 천장 단열재의 제4 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 24에 도시한 바와 같이, 제4 변형예에 관한 천장 단열재(600)에서는, 각 기도(660) 각각에 연통하는 배출구(662)를 상부 단열재(600b)에 형성하도록 구성하였다. 또한, 배출구(662)는, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 형성된다. 이 변형예에서도, 배기관(도시하지 않음)이 2 계통 필요한 점과, 배기관을 포함한 히터의 전체 높이가 높아지는 점을 제외하고, 상술한 천장 단열재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 25는, 천장 단열재의 제4 변형예를 나타내는 하부 단열재의 평면도이며, 도 26은, 천장 단열재의 제4 변형예를 나타내는 하부 단열재의 저면도이다. 도시와 같이, 제4 변형예에 관한 천장 단열재(700)에서는, 하부 단열재(700a)의 오목부(700a1) 각각에, 도입구(700a2)를 복수 형성하였다. 도시한 예에서는, 2개의 오목부(700a1)의 각각에 도입구(700a2)를 3개씩 형성하였다. 각 도입구(700a2)는, 천장 단열재(700)의 중앙부를 중심으로 하는 동심원상에 각각의 간격이 최대가 되도록 60° 간격으로 배치된다. 또한, 오목부(700a1) 및 오목부(700b1)(및 그에 의해 구성되는 기도)는, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 형성된다. 마찬가지로, 각 도입구(700a2)도, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 형성된다. 제4 변형예에서도, 상술한 천장 단열재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제4 변형예에서는, 하나의 오목부(700a1)에 복수의 도입구(700a2)가 형성되기 때문에, 도입구(700a2) 사이에서 대류가 발생할 우려가 있다. 그러나, 도입구(700a2)는, 모두 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 형성되기 때문에, 웨이퍼의 온도 분포에 미치는 영향은 도 18에 나타낸 히터 형상에 비해 작다.
도 27은, 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 하부 단열재의 평면도이며, 도 28은, 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 하부 단열재의 저면도이다. 또한, 도 29는, 천장 단열재의 제5 변형예를 나타내는 상부 단열재의 저면도이다. 도시한 바와 같이, 제5 변형예에 관한 천장 단열재(800)에서는, 하부 단열재(800a)에, 원호 형상의 오목부(800a1)를 4개 형성하고, 각 오목부(800a1)에 도입구(800a2)와 절결부(800a6)를 형성하도록 구성하였다. 또한, 상부 단열재(800b)에, 원호 형상의 오목부(800b1)를 4개 형성하고, 각 오목부(800b1)에 절결부(800b6)를 형성하도록 구성하였다. 각 절결부(800a6)는, 2개의 절결부(800a6)가 천장 단열재(800)의 측면에서 인접하도록 배치된다. 마찬가지로, 각 절결부(800b6)도, 2개의 절결부(800b6)가 천장 단열재(800)의 측면에서 인접하도록 배치된다. 또한, 오목부(800a1) 및 오목부(800b1)(및 그에 의해 구성되는 기도)는, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 형성된다. 마찬가지로, 각 도입구(800a2)도, 평면에서 보아 웨이퍼의 외측 테두리부보다 외측에 형성된다. 이 변형예에서도, 배기관(도시하지 않음)이 복수 계통 필요한 것을 제외하고, 상술한 천장 단열재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 27에서, 각 오목부(800b1)에 절결부(800b6)를 2개씩 형성하도록 했지만, 각 오목부(800b1)에 대하여 절결부(800b6)를 하나만 형성하도록 해도 된다.
또한, 상기한 각 변형예를 조합하여 천장 단열재를 구성하는 것도 가능하다. 또한, 기도, 도입구, 배출구의 수도 상기한 예에 한정되는 것은 아니며, 천장 단열재의 크기 등에 따라서 변경해도 된다.
(본 발명의 바람직한 형태)
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
〔부기 1〕
기판을 수용하는 반응 용기와,
상기 반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖는 가열 장치를 구비하고, 상기 천장 단열체는, 그 중실 단면적이 중심측보다 외측 테두리측가 더 작게 형성되도록, 내부에 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 기판 처리 장치.
〔부기 2〕
상기 기도는, 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간인 부기 1에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 3〕
상기 기도는, 냉각 가스를 도입하는 도입구와, 도입한 상기 냉각 가스를 배출하는 배출구를 갖고, 상기 도입구는, 평면에서 보아 상기 기판보다 외측이 되는 위치에 설치되는 부기 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 4〕
상기 기도는, 평면에서 보아 상기 기판보다 외측이 되는 위치에 설치되는 부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 5〕
상기 기도는, 상기 천장 단열체의 중심측에 근접함에 따라서 단면적이 작아지는 부기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 6〕
상기 기도는 복수 설치되고, 상기 기도의 각각의 사이에는 단열벽이 설치되는 부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 7〕
상기 복수의 기도 각각에, 상기 냉각 가스를 도입하는 도입구와, 도입한 상기 냉각 가스를 배출하는 배출구가 형성되는 부기 6에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 8〕
상기 복수의 기도 각각에 형성된 상기 도입구는, 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 동심원상에 각각의 간격이 최대가 되도록 형성되는 부기 7에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 9〕
상기 복수의 기도 각각에 형성된 상기 배출구는, 상기 천장 단열체의 측면에 인접하여 설치되는 부기 7 또는 8에 기재된 기판 처리 장치.
〔부기 10〕
기판을 수용하는 반응 용기와,
상기 반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖는 가열 장치를 구비하고, 상기 천장 단열체는, 그 내부에 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간이며 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 기판 처리 장치.
〔부기 11〕
반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖고, 상기 천장 단열체는, 그 중실 단면적이 중심측보다 외측 테두리측가 더 작게 형성되도록, 내부에 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 가열 장치.
〔부기 12〕
반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖고, 상기 천장 단열체에는, 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간이며 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 가열 장치.
〔부기 13〕
기판 처리 장치에 사용되는 가열 장치의 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체로서, 상기 천장 단열체는, 그 중실 단면적이 중심측보다 외측 테두리측이 더 작게 형성되도록, 내부에 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 천장 단열체.
〔부기 14〕
기판 처리 장치에 사용되는 가열 장치의 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체이며, 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간이며 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 천장 단열체.
〔부기 15〕
반응 용기와 그 외주에 위치하는 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스 유로와, 상기 측벽 단열체의 상부에 위치하는 천장 단열체의 내부에 상기 천장 단열체의 중실 단면적이 상기 천장 단열체의 중심측보다 외측 테두리측이 더 작게 형성되도록 설치되는 기도에, 냉각 가스를 흘려서 상기 반응 용기에 수용된 기판을 냉각하는 반도체 장치의 제조 방법.
〔부기 16〕
반응 용기와 그 외주에 위치하는 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스 유로와, 상기 측벽 단열체의 상부에 위치하는 천장 단열체의 내부에 설치되는 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간인 기도에, 냉각 가스를 흘려서 상기 반응 용기에 수용된 기판을 냉각하는 반도체 장치의 제조 방법.
〔부기 17〕
반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖고, 상기 천장 단열체에는, 그 중실 단면적이 상기 천장 단열체의 중심측보다 주연측이 더 작아지도록 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 가열 장치에 의해 상기 반응 용기에 수용된 기판을 가열 처리하는 반도체 장치의 제조 방법.
〔부기 18〕
반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖고, 상기 천장 단열체에는, 상기 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간이며 상기 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되는 가열 장치에 의해 상기 반응 용기에 수용된 기판을 가열 처리하는 반도체 장치의 제조 방법.
1: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼
203: 프로세스 튜브 206: 히터
208: 히터 선 250: 측벽 단열재
252: 천장 단열재 260: 기도
203: 프로세스 튜브 206: 히터
208: 히터 선 250: 측벽 단열재
252: 천장 단열재 260: 기도
Claims (8)
- 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 사용되는 가열 장치의 측벽 단열체의 상부에 설치되는 천장 단열체로서,
상기 천장 단열체는, 천장 단열체의 중실 단면적이 중심측보다 외측 테두리측이 더 작게 형성되도록, 내부에 냉각 가스가 통과하는 기도가 설치되고,
상기 천장 단열체는, 상하 방향으로 상부 단열체와 하부 단열체가 적층되어 구성되고,
상기 기도는, 상기 상부 단열체와 하부 단열체가 적층되는 것에 의해 형성되고, 상기 상부 단열체에 형성된 기도는 하부 단열체에 설치된 기도보다 수평 방향으로 더 넓게 형성되는, 천장 단열체. - 제1항에 있어서,
상기 기도는, 상기 냉각 가스를 도입하는 도입구와, 도입한 상기 냉각 가스를 배출하는 배출구를 갖고, 상기 도입구는, 평면에서 보아 상기 기판보다 외측이 되는 위치에 설치되는, 천장 단열체. - 제1항에 있어서,
상기 기도는 상기 천장 단열체의 중심측에 근접함에 따라서 단면적이 작아지는, 천장 단열체. - 제1항에 있어서,
상기 기도는 복수 설치되고, 상기 기도의 각각의 사이에는 단열벽이 설치되는, 천장 단열체. - 제4항에 있어서,
상기 기도의 각각은, 공간적으로 분리되고, 천장 단열체의 중앙부를 중심으로 하는 원호 형상의 공간인, 천장 단열체. - 제1항에 기재된 천장 단열체를 갖는 가열 장치로서,
상기 가열 장치는, 반응 용기의 외주에 설치되는 측벽 단열체와, 상기 측벽 단열체의 내벽에 설치되는 발열체와, 상기 반응 용기와 상기 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스의 유로를 갖는, 가열 장치. - 제6항에 기재된 가열 장치를 갖는 기판 처리 장치로서,
상기 기판 처리 장치에는 기판을 수용하는 반응 용기가 설치되는, 기판 처리 장치. - 반응 용기와 상기 반응 용기의 외주에 위치하는 측벽 단열체의 사이에 설치되는 냉각 가스 유로와, 상기 측벽 단열체의 상부에 위치하는 천장 단열체의 내부에 상기 천장 단열체의 중실 단면적이 상기 천장 단열체의 중심측보다 주연측이 더 작아지도록 설치되는 기도에, 냉각 가스를 흘려서 상기 반응 용기에 수용된 기판을 냉각하는, 반도체 장치의 제조 방법으로서,
상기 천장 단열체는, 상하 방향으로 상부 단열체와 하부 단열체가 적층되어 구성되고,
상기 기도는, 상기 상부 단열체와 하부 단열체가 적층되는 것에 의해 형성되고, 상기 상부 단열체에 형성된 기도는 하부 단열체에 설치된 기도보다 수평 방향으로 더 넓게 형성되는, 반도체 장치의 제조 방법.
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