KR19980702037A - 열처리방법 및 그 장치 - Google Patents

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히가시 데쯔 로우
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Abstract

열처리체 보유지지부재를 승강시킬 때, 반응관 및 이동적재실을, 예를들면 수(數)∼수10 Torr까지 감압해서 피처리체가 받는 풍압을 감소시켜 압력변동을 억제한다.
또한, 보유지지부재를 승강시킬 때, 처리가스를 보유지지부재의 이동방향과 같은 방향으로, 보유지지부재의 이동속도보다도 빠른 속도로 흐르게하여 피처리체와 처리가스가 대향하기 않도록 이루어져 피처리체가 받는 저항을 감소시켜 반응관내의 압력변동을 억제한다.

Description

열처리방법 및 그 장치
반도체장치의 제조과정에는 고온하에 있어서 실리콘 표면부를 산화하고 이것에 따라 표면부에 산화막(절연막)을 얻는 산화처리와, 불순물층을 표면에 형성한 실리콘층을 가열해서 불순물을 실리콘층 내에 열확산하는 확산처리등이 있는바, 이러한 종류의 산화, 확산을 하는 열처리장치로서 배치(Batch)식인 종형열처리장치가 알려져 있다. 그러나 예를들면 캐퍼시터 절연막(Capacitor insulation film)의 산화막과 게이트 산화막(Gate oxide film)의 형성 또는 불순물이온의 확산처리에서는 지극히 얇은 막과 엷은 정합(整合)을 얻을 경우, 막질, 막후와, 확산깊이가 열이력(thermal history)의 영향을 크게 받는다.
특히 배치식 열처리장치에서는 먼저 반응관 내에 반입된 웨이퍼와 최후에 반입된 웨이퍼에서는 열이력에 큰 차이가 발생한다.
그래서 상술한 열처리장치의 열처리로를 개량해서 반응관 내의 소정의 설치 위치에 1장씩 웨이퍼를 보유지지기구에 놓아 반입후 급가열하는 매엽식 열처리장치에 대해서 도18에 나타난 개략도를 참조하며 설명한다.
여기서 첨조부호 1은 종형의 반응관으로서 열처리영역을 포함한 부분이 단열체(10)로 둘러싸여 있다. 이 반응관(1)에는 그 상부에서 하부로 향하여 처리가스가 흐르도록 처리가스공급관(11) 및 배기관(12)이 설치되어 있다.
상기 반응관(1) 속에는 열처리양을 확보하기 위해 예를들면 150∼200mm/초 정도로 승강할 수 있도록 웨이퍼 보유지지기구(13)가 설치되어 있다. 이 웨이퍼 보유지지기구(13)에는 반응관(1) 하방측의 이동적재실(14)에 있어도 도시하지 않은 반송수단에 따라 1장의 웨이퍼(W)가 안치된다. 이어 상기 웨이퍼(W)가 소정위치까지 상승한 후 저항발열체(15a) 및 균열체(15b)로 이루어진 가열부(15)에 따라 소정의 열처리온도까지 가열되는 동시에 상기 처리가스공급관(11)에서 반응관(1) 내에 처리가스가 공급되어 예를 들면, 상압분위기로 웨이퍼(W)를 산화처리하게 된다.
그리고 상기 이동적재실(14)에 안치되었던 처리전의 웨이퍼(W) 가열부(15)로부터 복사열을 직접 받게됨에 따라 열이력의 영향이 경감되고, 또 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 냉각시키기위해 반응관(1)과 이동적재실(14) 사이에 광차단 밸브의 기능을 갖는 셧터(16)가 이 이동적재실(14)의 좌우양단으로 자유로이 진퇴하도록 설치되어 있다. 또 상기 셧터(16)의 선단에는 패쇄할 때 웨이퍼 보유지지기구(13)의 승강축(17)의 바깥둘레에 밀접하도록 반원모양의 노치(16a, 16b)가 형성되어 있다.
또 상기 배기관(12)에서도 하방측의 반응관(1)에 연결 통과하는 영역을 퍼지가스 예를 들면, 불활성 가스에 의해 퍼지되도록 퍼지가스공급관(도면에 도시되어 있지않음)이 설치되어 있다.
그러나, 상술한 종래의 열처리장치에서는 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보유지지기구(13)로 이동적재실(14)에서 소정위치까지 상승시킬 때, 처리가스의 흐름에 대향해서 예를 들면, 150∼200mm/초 정도의 빠른 속도로 반응관(1) 내를 상승시키고 있다.
그러나 상기 웨이퍼(W)의 표면적인 크기 때문에, 승강시에 이 웨이퍼(W)가 큰 저항(풍압)을 받아 이것에 따라 웨이퍼(W)의 바로 뒤쪽(이면;안쪽) 영역이 부압이 걸리어 웨이퍼(W)의 표면측의 압력과 이면측 압력에 압력차이가 발생하게 되는데, 이 때문에 상기 반응관(1) 내의 기류가 흐트러지고 처리가스의 웨이퍼 표면상으로의 공급이 불균일해짐에 따라 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막의 두께의 면내균일성이 저하되는바, 예를들면 50옹스트롬(Angstrom) ±0.5옹스트롬 면내 균일성을 목표로 하고 있는 경우, 50±수(數) 옹스트롬(예를들면 5옹스트롬)이 되어 버린다.
여기에서 이 같은 종류의 매엽식열처리장치는 반도체장치의 미세화에 대응하도록 아주 얇은막을 아주 정밀하게 형성하기위해 개발된 것이기 때문에 상술의 문제는 장치의 성능상 큰 문제점으로 제기된다.
또 상술한 것처럼 상기 웨이퍼(W)의 바로 뒤쪽(이면) 영역이 부압이되면, 이 웨이퍼(W)가 배기구 앞을 통과할때에 배기관(12)측에서 반응관(1) 내에 기체가 역류하게 되어 이 결과, 상기 배기관(12)내에 흡착하고 있는 흡착물과 배기관(12)에 설치되어 있는 입자제거 장치에 포집된 입자가 반응관(1) 내에 역류해서 이 반응관(1)이 오염되는 문제점등이 있었다.
본 발명은 이와같은 종래문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 피처리제(기판)의 이동시에 있어서 반응용기내의 압력변동을 억압하여 면내균일성이 높은 열처리로 피처리제(기판)를 수행할 수 있는 열처리방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 열처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시예의 열처리방법에 사용된 열처리장치의 종단면도,
도2은 본 발명의 제2실시예의 열처리방법에 사용된 열처리장치의 종단면도,
도3은 본 발명의 제3실시예의 열처리방법에 사용된 열처리장치의 종단면도,
도4는 도3에 나타난 제3실시예에 사용된 개폐수단 벨로우스체와 셧터의 분해 사시도이고,
도5는 본 발명의 제4실시예의 열처리방법에 사용된 열처리장치의 종단면도,
도 6은 도 5에 나타난 열처리장치작용, 특히 처리가스를 반응관 하부에서 상부로 향해 흐르고 있는 것을 나타낸 설명도이고,
도7은 도5에 나타난 열처리장치의 작용, 특히 처리가스를 반응관 상부에서 하부로 향해 흐르고있는 것을 나타낸 설명도이며,
도8은 본 발명의 열처리장치에 사용된 열전대부 웨이퍼 보유지지구의 한 실시예의 사시도이고,
도9는 도8에 나타난 웨이퍼 보유지지구의 평면도,
도10는 도8에 나타난 웨이퍼 보유지지구의 측면도,
도11은 열전대부 웨이퍼 보유지지구의 별도의 실시예의 사시도,
도12는 열전대부 웨이퍼 보유지지구의 또다른 별도의 실시예의 사시도,
도13는 열전대부 웨이퍼 보유지지구의 또다른 별도의 실시예의 측면도,
도14는 본 발명의 제6실시예의 열처리방법에 사용되는 열처리장치의 종단면도,
도 15는 도14에 나타난 제6실시예의 열처리방법에 있어서, 웨이퍼의 승강속도 패턴을 나타낸 설명도,
도16은 도14에 나타난 제6실시예의 열처리방법에 있어서, 배기관의 배기구 부근에 있어서 가스의 흐름을 나타낸 설명도,
도17은 본 발명의 열처리방법의 제7실시예에 사용된 열처리장치의 개략구성도이고,
도18은 종래의 열처리장치의 종단면도이다.
본 발명은 가열로에 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 하방측에 설치해서 피처리제(기판)의 이동이 이루어지는 이동적재실, 반응용기와 이동적재실과의 사이에서 승강하여 피처리기판을 보유지지하기 위해 피처리기판 보유지지부재를 갖추고, 상기 반응용기내에서 피처리기판 보유지지부재에 보유지지된 피처리기판에 처리가스를 공급하여 열처리하는 장치에 있어서, 처리중에 반응용기내를 감압하면서, 상기 피처리기판 보유지지부재를 승상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 피처리기판을 피처리기판 보유지지부재에 보유지지시켜 처리중에 승강할 때, 반응용기내를 적절한 압력으로 감압함에 따라 보유지지부재 승강시에 피처리기판이 받는 저항은 적어지고, 이로 인해 상기 피처리기판의 표리양측에 있어서 압력차가 적어지기 때문에 반응용기내에 압력변동을 억제할 수 있다.
따라서 상기 반응용기내에 기류의 흐트러짐이 억제되어, 피처리기판의 막의 두께에 대해 높은 면내균일성을 가질수 있음과 더불어, 입자오염을 억제하게 된다. 또한, 본 발명에서는 상기 이동적재실과 반응용기와의 사이를 기밀하게 유지하여, 이 이동적재실만을 대기에 노출시키기 때문에 감압에 요하는 시간을 단축해서 전체로서 일처리양의 향성을 꾀할 수 있다.
[제1실시예]
도1은 본 발명의 제1실시예에 관련된 열처리방법을 실시하기 위한 열처리장치를 나타내는 종단면도인바, 도1에서, 참조부호2는 하단이 개구되면서 이의 상단은 패쇄해 있는 예를들면, 석영으로 이루어진 외관(2a)와, 이 외관(2a) 중에 설치된 똑같이 예를들면, 석영으로 이루어진 내관(2b)을 갖춘 2중관구조의 반응용기를 이룬 반응관이다. 상기 내관(2b)의 꼭대기부분 중앙에는 처리가스공급구인 개구부(20)가 형성되어 있다.
상기 반응관(2)은 가열로(200) 속에 배치되어 있고, 이 가열로(200)는 반응관(2)의 주위 및 상면을 소정의 간격을 끼워 덮도록 설치된 이를테면, 탄화규소(sic)에서 이루어진 균열부재(21)를 갖추고 있으며, 또 이 균열부재(21)의 외측에 단열체(22) 및 수냉 재킷(23a)을 갖춘 외장체(23)가 설치되어 있다.
또한 상기 균열부재(21)의 윗면과 단열체(22) 사이에는 저항발열체로 이루어진 가열원(24)이 배치되어 있다.
상기 반응관(2)의 하부에는, 예를들면 2개의 처리가스 공급관(3a,3b)의 한쪽끝이 외관(2a)와 내관(2b) 사이의 간격과 연통되도록 접속되는 동안에 이의 다른 한쪽끝은 도시하지않은 처리가스공급원에 접속되고 있다.
그리고 이 반응관(2)의 하방측에는 상단부가 반응관(2) 하단부에 기밀 접속되고 내부공간이 반응관(2) 내의 공간에 연속하는 수냉 재킷을 갖는 원통체(4)가 배치되어 있는데, 이 원통체(4)의 상부측면에는 예를들면, 서로 직경방향으로 대향하도록 내경 25mm의 2개의 배기관(5a, 5b)에 한쪽끝이 접속되어 있으며, 이 배기관(5a)은 도중에서 2개의 배기관(51, 52)으로 분기해 있는바, 이중 한쪽의 배기관(51)의 다른끝쪽은 차단밸브(V1) 및 압력조정용밸브(53)를 매개로 감압수단 이를 테면, 진공펌프(54)에 접속되고 다른쪽의 배기관(52)의 다른끝쪽은 차단밸브(V2) 및 압력 조정용밸브(55)를 매개로 배기펌프(56)에 접속되어 있다.
또 다른쪽의 배기관(5b)에 대해도 똑같은 구성이 되어있기 때문에 여기에서는 도시를 생략한다.
상기 원통체(4)에 설치된 배치관(5a,5b) 배기구 보다도 하방측에는 후술한 웨이퍼 보유지지구와 열처리장치의 외부사이에서의 이 웨이퍼의 이동적재가 이루어지는 이동적재실(41)이 형성되어 있다. 이 이동적재실(41)의 측벽부에는 게이트 밸브에 따라 개폐되는 웨이퍼(W)의 반입출구(42)가 형성되어 있다.
또 이동적재실(41)의 상부양측에는 반응용기측에서의 복사열을 차단하기 위해 셧터(51,52)가 설치되어 있으며, 다른 셧터(53,54)는 닫혀질때에 승강축(63)을 둘러싼 반원상태의 노치가 그 선단에 형성되어 있다(도면에서는 닫은 상태가 표시되어 있다). 참조부호 43, 44, 45, 및 46은 이들 셧터(51,52,53, 및 54)의 대기실이며 이들 셧터 대기실(43∼46) 및 원통체(4)의 저부(밑부분)에는 각각 퍼지가스 공급관(G1∼G5)이 접속되어 있다.
상기 반응관(2) 내에는 피처리기판 보유지지부재인 웨이퍼 보유지지구(6)가 설치되어 있는데, 이 웨이퍼 보유지지구(6)는 재치부(61) 보다 상방으로 돌출한 돌기부(62) 위에 웨이퍼(W)를 보유지지하도록 구성되어 있다.
그리고 웨이퍼 보유지지구(6)에는, 3개의 압력검출부(P1∼P3) 검출단(선단)은 각각 웨이퍼(W)의 표면중심부 부근보다 약간 상방위치하면서 웨이퍼(W)의 이면중심부 부근보다 약간 하방위치하고 이 웨이퍼(W)의 주연보다 약간 외방위치에 각각 배치되어 있다.
이들 압력 검출부(P1∼P3)는 예를들면 흡수식의 것이 사용되는데, 흡수관의 기단측은 승강축(63)을 통해 하단에서 외부로 돌출되어 도시하지 않은 검출유니트에 접속되어 있다.
또한 상기 웨이퍼 보유지지구(6)는 승강축(63) 꼭대기 부분에 부착되고, 이 승강축(63)은 원통체(4)의 하단부에 있어서 볼나사 등의 승강기구(64)에 따라 승강할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 상기 승강축(63)은 내부의 회전축을 갖고 있고 모터(M)에 따라 회전 축이 회전함에 따라 이 웨이퍼 보유지지구(6)가 회전된다.
다음에는 상술한 제1실시예의 작용에 대해서 설명한다.
우선 상기 웨이퍼 보유지지구(6)를 점선처럼 이동적재실(41) 내에 위치시켜두고 게이트밸브(도시없슴)를 열어 반입출구(42)에서 피처리기판인 웨이퍼(W)를 이속에 반입해서 웨이퍼 보유지지구(6) 위에 올려놓는다. 한편, 여기에서 복사열이 가열원(24) 보다도 균열부재(21)를 통해 반응관(2) 내에 입사해서, 소정온도의 균열영역이 반응관(2) 내에 형성됨과 동시에 처리가스공급관(3a,3b)에서 처리가스, 이를테면 O2가스 및 HC1가스의 혼합가스가 내관(2b)의 꼭대기 부분에 형성된 개구부(20)를 통해 반응관(2)내에 공급된다.
이 개구부(20)를 통해 유입되는 처리가스의 유량의 일예를 들면, O2가스 및 HC1가스의 유량은 예를들어 각각, 6.0ℓ/분, 0.25ℓ/분이 된다. 이때 도1에 도시된 바와같이 상기 셧터 S1(점선으로 표시), S2, 및 S3, S4(실선으로 표시)는 닫혀져 있고 상기 반응관(2)에서의 복사열이 셧터(S1, S2(점선부분))에 의해 차단되어진다.
이어서, 상기 셧터(S1,S2)를 열은 후, 웨이퍼 보유지지구(6)를 상승시킨다. 이때 밸브(V1,V2)가 각각 개방 및 폐쇄의 상태로 유지되는데, 이를테면 웨이퍼 보유지지구(6)를 상승시키기 직전에 진공펌프(54)에 따라 배기관(51,52)을 끼워 반응관(2) 및 이동적재실(41)의 내부를 소정의 압력, 예를들면 수(數)∼수10Torr에 감압한다. 이 웨이퍼 보유지지구(6)의 상승시에 있어서 반응관(2) 및 이동적재실(41)내의 압력은 처리조건에 따라 결정된다.
예를들면 어느 처리조건에 있어서 웨이퍼 보유지지구(6)의 상승시에 웨이퍼(W)의 이면측의 압력과 표면측의 압력과를 압력검출부(P1∼P3)에 따라 각각 검출해서, 웨이퍼 보유지지구(6)의 상승속도에 대응한 웨이퍼(W)의 표층에서의 차압을 구해 이들 차압이 일정치 이하로 감소되도록 결정되어진다.
이때 상기 반응관(2) 내의 압력을 지나치게 내리면, 감압에 요하는 시간 및 상압으로의 복귀에 필요한 시간이 지연되기 때문에 전체로서 일처리양이 저하해버린다. 이 때문에 여기에서는 설정된 웨이퍼 승강속도에 있어서 기류의 흐트러짐을 충분히 방지할 수 있을 정도의 적당한 압력치가 결정되며, 또 반응관(2) 내의 압력의 제어는 예를들면, 압력조정용 밸브(53)의 열림을 조정함에 따라 이루어지게 된다.
이와같이해서 상기 반응관(2) 내의 소정위치까지 웨이퍼 보유지지구(6)를 상승시킨후 또는 열처리영역의 바로전에 도달할 때, 압력조정용 밸브(53)의 열림을 조정해서 반응관(2) 내를 상압부근까지 높인다. 그후 밸브(53)를 폐쇄시키는 동시 밸브(V2)를 개방시키며, 배기펌프(56)의 매기로 절환하여 상기반응관(2) 및 이동적재실(41) 내부의 압력을 상압으로 유지시켜 웨이퍼(W)를 1000℃까지 가열하여 웨이퍼(W)의 표면에 예를들어 막후 50옹스트롬의 산화막을 형성시킨다.
그후, 밸브(V2)를 폐쇄하고 밸브(V1)를 개방하여 상기 반응관(2) 및 이동적재실(41) 내부를 진공펌프(54)에 따라 소정의 압력, 이를 테면 수(數)∼수Torr로 감압해서, 이 상태에서 웨이퍼 보유지지구(6)를 이동적재실(41)까지 하강시킨다. 그리고 밸브(V1)를 패쇄시킴과 동시에 밸브(V2)를 개방하여 반응관(2) 및 이동적재실(41) 내부의 압력을 상압으로 복귀시킨다. 그후 셧터(S1,S2)가 닫아지고, 웨이퍼(W)가 이 웨이퍼 보유지지구(6)에서 이동적재된다.
이와같은 제1실시예에 따르면 상기 웨이퍼 보유지지구(6)의 상승시에 반응관(2) 및 이동적재실(41) 내부의 압력은 소정의 압력으로 감압되기 때문에 웨이퍼(W)의 이동시에 이 웨이퍼(W)가 받는 저항(풍압)의 정도가 상당히 작아지게 된다.
이에따라 상기 웨이퍼(W)의 상승시에는 웨이퍼(W)의 이면측이 또, 웨이퍼(W)의 하강시에는 웨이퍼(W)의 표면측이 부압이 형성되지만 그 부압의 정도가 작기 때문에 웨이퍼(W)의 표면측과 이면측의 압력의 차이도 아주 작아져서 상기 반응관(2)내의 압력변동이 상당히 억제됨에 따라 기류의 흐트러짐도 자연히 억제된다.
이 결과, 처리가스가 거의 균일하게 웨이퍼(W)의 표면으로 흐르기 때문에 산화막의 성장의 흐트러짐이 적어지고, 산화막의 막후를 정밀하게 제어할 수 있는 동시에 높은 면내균일성을 얻을 수 있다. 또한 상술한 것처럼 상기 웨이퍼(W)의 상승시 웨이퍼(W)의 표리측에서의 부압정도가 작아지면, 웨이퍼(W)가 배기구부근을 통과할때에, 배기관(5a,5b) 내에서의 역류가 전혀 발생하지 않게되는데, 만약에 역류가 발생한다해도 그 정도는 아주 미미한 정도이다.
따라서 상기 배기관(5a,5b) 내의 부착물과 입자제거장치 내의 입자가 반응관(2) 내에 역류하는 일이 전혀 발생하지 않기 때문에 상기 반응관(2) 내의 오염을 저감시킬 수 있다.
그리고 다음으로 다른 처리조건에서 상기 웨이퍼(W)에 산화처리를 할 경우에는 상술의 방법에 따라 웨이퍼 보유지지구(6)의 승강속도에 대응한 한 웨이퍼(W)의의 표면측과 이면측의 압력이 압력검출부에 의해 검출되고, 이 검출차에 기초해서 적절한 압력조건이 설정되며, 설정된 압력조건에 기초하여 웨이퍼(W) 승강시에 반응관(2) 내부가 감압되어진다.
[제2실시예]
이어서 본 발명의 열처리방법의 제2실시예에 따라 도2를 참조하면서 설명한다. 이 제2실시예에서는 상기 반응관(2)의 내부, 예를들면 내관(2b)의 내측에 여러개의 압력검출부(P1∼Pn)를 그 상하방향으로 나란히 배열한 압력검출수단(60)을 배치하여 이 압력검출부(P1∼Pn)의 검출치에 기초한 웨이퍼 보유지지구(6)의 승강시에 있어서 반응관(2) 및 이동적재실(41) 내의 적절한 압력을 구하도록 한 것이다.
즉 예를들면, 상기 웨이퍼 보유지지구(6)가 상승하고 있을 때 이 압력검출부(P1∼Pn)로 반응관(2) 내의 압력을 검출하여, 웨이퍼(W)의 위치와 이들 압력검출치와 대응시킴에 따라 상기 웨이퍼(W)의 상승 또는 하강에 수반된 반응관(2) 내의 압력분포가 얻어지는데, 감압상태를 여러종류 바꾸어 각 조건마다 압력분포가 다름에 따라 이 압력분포를 평균화하여 반응관(2) 내의 적절한 압력치가 결정된다. 또 웨이퍼 보유지지구(6)의 하강시의 반응관(2) 내의 적절한 압력도 똑같은 방법으로 결정된다. 또한 본 발명의 제2실시예에서는, 상기 압력검출수단에 관한 부분을 제외하면 도1의 장치구성과 동일하다.
이와같은 실시예에 있어서는, 미리 압력검출부(P1∼Pn)에 따라 웨이퍼 보유지지구(6)의 승강속도에 대응한 압력분포를 조사해서 이 압력분포를 평균화해서 반응관(2) 내의 적절한 압력치가 결정되는데, 이 결과 상기 웨이퍼 보유지지구(6)의 승강시에 있어서 반응관(2) 내의 압력변동이 억제되고, 이로 인해 이 제2실시예에서는 상술한 제1실시예와 똑같이 웨이퍼(W)에 산화막을 정밀하게 하면서 면내균일성을 유지형성 할 수 있음과 동시에, 입자혼입을 억제할 수 있다.
[제3실시예]
본 발명에 따른 열처리방법의 제3실시예에 대해서 도3을 참조하여 설명한다.
이 제3실시예에서는 이동적재실(41)과 반응관(2) 사이에 가열원(24)으로부터의 복사열을 차단하고, 또 이동적재실(41)과 반응관(2) 사이를 기밀을 유지할 수 있는 개폐수단(7)을 설치함과 동시에 상기 이동적재실(41)에 감압용의 배기관(8)을 접속한 열처리장치와 이것을 이용한 열처리방법에 관한다.
여기에서 상기 개폐수단(7)은, 도2와 도3에 도시된 바와같이 광차단용의 셧터(S1,S2)와 대기실(43,44)의 상부내벽에 셧터(S1,S2)의 상면주연부에 압압된 링상태의 밸로우스체(71)를 갖추고있는데, 이 셧터(S1,S2)가 닫아질때에 상기 벨로우스체(71)의 하면의 압압면부가 그 압압영역(70)을 압압해서 이동적재실(41)과 반응관(2) 사이를 기밀을 유지하도록 구획 구성되어, 상기 밸로우스체(71)는 이를테면 그 내부공간의 기압을 제어하고 신축할 수 있도록(상하로 이동할 수 있다) 구성되어 있으며, 배기관(8)은 차단용 밸브(V3) 및 압력조정용 밸브(81)을 끼워 진공펌프(82)에 접속되어 있다. 또, 제3실시예에서는 이 다른 부분의 장치구성은 도1의 장치구성과 실질적으로 동일하다.
이 제3실시예에서는 우선 양 셧터(S1,S2), (S3, S4)를 닫은 상태에서 이동적재질(41) 내에 있어서 웨이퍼 보유지지구(6) 상에 게이트밸브를 열어 반입출구(42)를 끼워 외부에서 반입된 웨이퍼(W)를 재치한다. 이때 상기 밸로우스체(71)가 셧터(S1,S2)의 상면을 누르며, 또 상기 셧터(S1,S2)가 기밀을 유지하며 정합되어 있기 때문에 상기 반응관(2)과 이동적재실(41)과는 기밀을 유지함과 동시에 이 반응관(2) 내는 예를들면, 앞의 공정에 있어서 배기관(51)을 매개로 소정의 감압상태를 유지하게 된다.
이어서 상기 진공펌프(82)에 따라 배기관(8)을 매개로 이동적재실(41) 내부를 미리 설정된 압력으로 감압해서, 밸브(V3)를 닫은후, 셧터(S1,S2)를 열고, 웨이퍼 보유지지구(6)를 반응관(2) 내의 소정의 처리위치로 상승시킨다. 그리고 상기 웨이퍼(W)의 상승시에는, 예를들면 반응관(2)의 개구부(20) 및 퍼지가스 공급관(G1∼G5)에서 각각 처리가스 및 퍼지가스를 소정의 유량으로 반응관(2) 내부와 원통체(4)에 공급하면서 배기관(5a,5b)를 통해 진공펌프(54)에 따라 감압분위기가 되도록 반응관(2) 내부를 감압배기한다.
예를들면 상기 웨이퍼(W)가 열처리영역에 도달하기 조금전 또는 도달한 직후에 처리가스 및 퍼지가스의 유량을 늘리는 동시에 압력조정용 밸브(53)의 개도를 조정하여 여기에 따른 반응관(2) 내부를 상압에 가까운 압력까지 되돌린다. 그후 상기 밸브(V1)를 폐쇄하고 밸브(V2)를 개방하여 배기펌프(56)에 반응관(2) 내부를 배기하면서 상압분위기하에서 웨이퍼(W)의 열처리, 예를들면 산화막이 형성된다.
계속해서 밸브(V2)를 닫고 밸브(V1)를 개방하여 진공펌프(54)에 의해 반응관(2) 내부와 이동적재실(41)을 소정의 압력으로 감압해서 이 감압상태에서 웨이퍼 보유지지구(6)를 이동적재실(41)까지 하강시켜 셧터(S1,S2)를 닫고 밸로우스체(71)를 신장시켜 반응관(2)과 이동적재실(41) 사이를 기밀이 유지하도록 닫는다. 이후 퍼지가스를 공급해서 이동적재실(41)의 압력을 상압으로 돌리고, 입출구(42)를 열어 웨이퍼(W)의 이체를 수행한다.
이 제3실시예에 따르면 상술한 제1실시예와 똑같은 효과를 얻을수 있고, 또 상기 이동적재실(41)에 감압용 배기관(8)을 접속하는 동시에 반응관(2)과 이동적재실(41) 사이를 셧터(S1,S2와 밸로우스체(7))로 기밀을 유지하여 닫혀지도록 되어있기 때문에 이동적재실(41)에서 웨이퍼 보유지지구(6)로 이 웨이퍼(W)를 이재하고 있는동안, 반응관(2) 내부를 감압분위기로 유지할 수 있도록 되어 있다. 이재후에는 상기 이동적재실(41)만을 감압하면 되기 때문에 반응관(2) 및 이동적재실(41)양쪽을 감압할 경우에 비해서 감합하는 영역이 적기 때문에 감압에 요하는 시간을 단축시킴에 따라 전체로서 일처리양의 향상을 도모할 수 있게 된다.
[제4실시예 ]
이어서 본 발명 열처리방법에 따른 제4실시예에 대해서 도5를 참조하여 설명한다. 본 발명의 제4실시예에서는 반응관(2)의 하부에 내관(2b) 내측에 처리가스를 공급하도록, 예를들면 2개의 처리가스공급관(9a,9b)의 한쪽끝이 접속되는 동시에 상기 반응관(2)의 외관(2a)과 내관(2b) 사이에서 배기하도록 외관(2a)에 배기관(91)의 한쪽이 접속되고 있다. 이 배기관(91)은 밸브(V6)를 매개로 도면에 도시하지 않은 배기수단에 접속되어 있다. 그 다른 부분은 감압하기위한 수단을 갖추고 있지않은 것을 제외하면 도1 장치의 구성과 동일하고 압력검출 수단으로서는 도2에 나타낸 것을 사용해도 좋고, 그 다른 부분을 도3 장치의 구성과 동일해도 좋다.
이 제4실시예에서는 이동적재실(41)에서 웨이퍼 보유지지구(6) 상에 웨이퍼(W)를 재치하는 한편, 배기관(5a,5b)의 밸브(V4,V5)를 폐쇄하고 배기관(91)의 밸브(V6)를 개방한다. 그리고 상기 배기관(91)에서 반응관(2) 내부를 배기하면서 처리가스공급관(9a,9b)에서 반응관(2) 내부에 처리가스를 공급하고 처리가스를 반응관(2) 하부에서 상부로 향하여 웨이퍼 보유지지구(6)의 상승속도보다도 빠른 속도로 흐르게 한다(도6 참조). 그후 셧터(S1,S2)를 열어서 웨이퍼 보유지지구(6)를 반응관(2) 내부의 소정의 위치에서 상승시켜, 웨이퍼(W)의 산화처리를 수행한다.
이때 상기 웨이퍼(W)의 상승시는 예를들면, 퍼지가스 공급관(G1∼G5)의 퍼지가스의 공급을 중단하게 되는데, 이 처리가 종료한 후 밸브(V6)를 닫고 배기관(91)에 의한 배기와, 처리가스 공급관(9a,9b)에 따른 가스공급을 정지하여 상기 밸브(V4,V5)를 열어 배기관(5a,5b)를 통해 반응관(2) 내부를 배기한다.
이와동시에 처리가스공급관(3a,3b, 여기서 3b는 도6과 도7에서는 도시하지 않았슴)을 통해 처리가스가 공급되는바, 이 처리가스를 반응관(2)상부에서 하부로 향해 예를 들면 웨이퍼 보유지지구(6)의 하강속도 보다도 빠른 속도로 흘러, 이 상태에서 웨이퍼 보유지지구(6)를 이동적재실(41)까지 하강시킨다(도7 참조).
이 제4실시예에서 상기 웨이퍼 보유지지구(6)의 승강시에는 웨이퍼 보유지지구(6)의 이동방향과 똑같은 방향으로 처리가스를 흐르게하여 웨이퍼 보유지지구(6)의 이동속도보다도 빠른 속도로 처리가스가 흐르고 있기 때문에 상기 웨이퍼(W)가 처리가스 흐름과 반대방향으로 이동하는 경우에 비하여 처리가스에 대한 저항이 작아져서 이 웨이퍼(W)가 받는 풍압도 아주 작아지게 된다.
이 때문에 상기 웨이퍼 보유지지구(6)의 이동시에 있어서 반응관(2) 내부의 압력변동이 억제된다. 따라서 상술한 제1실시예와 똑같이 웨이퍼(W)에 산화막이 정밀하게 산화되면서 높은 면내균일성으로 형성되어짐과 더불어 입자가 반응관(2)으로 유입되는 것을 억제한다. 또한, 이 제4실시예에서는 상기 웨이퍼 보유지지구(6)의 승강시에 반응관(2) 내부를 감압해도 좋은데, 이 경우에 상기 웨이퍼(W)가 받는 풍압이 억제되어 웨이퍼(W)에 높은 산화막의 막후 면내균일성을 얻을 수 있다. 또 웨이퍼 보유지지구(6)를 승강시킬때에 압력검출부에 따라 압력을 검출해서 이 수치를 기초하여 제어부 보다는 밸브의 개도를 제어해서 반응관 내부의 압력을 제어하여도 상관은 없다.
[제5실시예]
본 발명의 제5실시예에서는 상기 웨이퍼 보유지지구(6)를 열처리영역의 소정위치까지 감속시키는 속도패턴과 웨이퍼 보유지지구(6)를 열처리영역에서 하강시키는 타이밍, 또는 반응관(2) 내부에 있어 산화가스와 불활성가스와의 절환타이밍 등을 과정마다 결정하기 위해 웨이퍼(W)의 여러곳에서 온도를 검출하게 되는데, 이로 인해 상기 웨이퍼 보유지지구(6)에 예를들면, 열전대에서 이루어진 온도검출기를 설치할 수 있다.
그런데 여러개의 열전대를 웨이퍼 보유지지구(6)에 설치하는데 있어서 이동적재실(41)에 있어 웨이퍼(W)의 이체를 수행하기 위해 반송암과 열전대와의 간섭을 피하면서 여러곳에서 온도검출을 수행할 수 있는 구조로 하는 것이 필요한바, 이와 같은 열전대부 웨이퍼 보유지지구(6)의 구체적인예를 다음에서 서술한다.
도8∼도10에 도시된 바와같이 웨이퍼 보유지지구(6)의 지축(30, 앞선 실시예들에 있어서 승강축과 회전축을 포함한 부분) 내에, 예를들어 석영으로 이루어진 보호관 내부에 배선을 실시한 열전대를 여러개 예를들면, 6개를 수납해서 이들을 열전대의 선단부측으로 끌어내서 도8에 도시된 구조를 이루게 하는바, 즉 여기에서 3개의 열전대(92a∼92c)는 웨이퍼(W)의 이면측에서 표면측에 웨이퍼(W)를 걸쳐, 측면에서 본 형상이자형이 되도록 구성되어 있는데, 각각의 열전대(92a∼92c)는 평면위치가 웨이퍼(W)의 중심에 대해 45°각도로 엇갈려 배열되어 진다.
또 각 열전대(92a∼92c)의 선단부(검출단)은, 예를들면 웨이퍼(W) 표면에서 수 10mm 상방위치이면서 각각 웨이퍼(W)의 중심과 외연과의 중간부근, 중심부 및 외연부근에 위치하고 있다.
또한 나머지 3개의 열전대(92d∼92f)에 대해서는 선단부는 웨이퍼(W)의 이면에서 반송암(31)의 진입공간분의 거리만큼 하방위치이면서 웨이퍼(W)의 외연부근, 중심과 외연과의 중앙부근, 중심부에 각각 위치하고 있다. 그리고 상기 열전대(92d, 92e)는 각각 웨이퍼(W)의 중심부에 대해서 열전대(92c,92a )와 반대측에 위치하게 되는데, 이들 열전대에 대해서는, 예를들면 외경 4mm의 석영으로 이루어진 내관 내부에 예컨대 직경 0.5mm의 열전대선을 삽입하여 선단이 폐쇄된 외경 5mm의 석영으로 이루어진 외관을 내관의 외부에 끼워넣어 구성되어있다. 또한 도10에서 참조부호 32는 보유지지구 본체, 참조부호 33은 웨이퍼 지지용의 돌기부이다. 이들은 도8과 도9에서는 도시되어 있지 않고 생략했다.
이와같은 웨이퍼 보유지지구(6)에 있어서는 도8에 나타난것처럼 반송암(31)이 열전대(92d,92e) 사이에서 열전대(92d,92e,92f)의 선단부와 웨이퍼(W)의 이면과의 사이의 간격에 진입하여 이 웨이퍼(W)를 보유지지하면서 웨이퍼(W)의 이체가 수행된다.
이때 상기 반송암(31)과 열전대와는 간섭이 이루어지지 않도록 되어 있다. 또한, 상기 웨이퍼 보유지지구(6)는 도11에 도시된 바와같이 웨이퍼(W)의 표면측을 검출하는 열전대(93a∼93c)를 웨이퍼(W)의 중심에 대해서 90°각도로 겹치지 않도록 배치하여 열전대(93a∼93c)가 배열되어 있지 않은 웨이퍼(W)의 반쪽영역측에서 웨이퍼(W)와 이 면측의 열전대(93d)와의 사이에 반송암(31)을 진입시켜도 상관이 없으며, 또는 도12에 도시된 바와같이 도8에 도시된 웨이퍼 보유지지구(6)를 이용하여 노치(34)를 선단에 갖춘 이 반송암(31)을 매개로 웨이퍼(W)의 이면측의 열전대(92e)에서 반송암(31)을 진입시키어 상기 노치(34)내에 열전대(92e, 92f)가 진입하여 양자의 간섭이 피하도록 하여도 상관이 없다.
그리고, 상기 열전대 자체에서 웨이퍼(W)를 보유지지하여 이 웨이퍼(W)의 보유지지와 온도검출과의 역할을 열전대에 갖도록 하는 구조로 하여도 좋은데, 이때의 구조를 도13에 나타내면, 이 웨이퍼 보유지지구(6)는 웨이퍼(W)의 이면의 주연 부근방을 보유지지하는 열전대(94)와, 웨이퍼(W)의 주연외방의 온도를 검출하는 열전대(95) 및, 웨이퍼(W)의 이면중심부의 온도를 검출하는 열전대(96)를 갖추고 있다.
여기서 상기 반송암(31)은 웨이퍼(W)와 열전대(96)과의 사이간격에 진입하게 된다. 또한 열전대(94,95)는 각각 예를들면, 3개씩 웨이퍼(W)의 중심에 대해 원주방향으로 120°각도로 엇갈리는 위치에 설치된다.
[제6실시예]
도14은 본 발명의 제6실시예에 관한 열처리방법을 실시하기 위한 열처리장치를 나타낸 종단면도이다.
도면중, 참조부호 2는 하단이 개구되면서 이의 상단이 폐쇄해있는 예를들면, 석영으로 이루어진 외관(2a)과, 이 외관(2a) 속에 설치된 예를들면 석영으로 이루어진 내관(2b)을 갖춘 이중관구조의 반응용기를 이룬 반응관인데, 상기 내관(2b)의 꼭대기부분 중앙에는 처리가스공급로의 공합구를 이룬 개구부(20)가 형성되어 있다.
상기 반응관(2)의 주위 및 상면의 간격을 유지하는 탄화규소(sic)로 이루어진 균열부재지가 배설되면서 그 외측에는 단열체(22) 및 수냉 재킷(23a)을 갖춘 외장체(23)가 설치되어 있다. 또한, 균열부재(21)의 상면과 단열체(22) 사이에 저항발열체로 이루어진 가열원(24)이 배치되어 있다.
이 제6실시예에서도 상기 균열부재(21), 단열체(22), 및 가열원(24) 등에 따라 열처리장치 가열로가 구성되어 있는바, 단 여기에서의 가열원은 열복사램프이어도 상관이 없다. 그리고 상기 반응관(2)의 하부에는 예를들면 2개의 처리가스공급관(3a,3b)의 한쪽끝이 외관(2a) 및 내관(2b) 사이의 간격에 개구되도록 접속됨과 더불어, 다른쪽끝은 도시하지않은 처리가스공급원에 접속되어있다. 상기 반응관(2) 하방측에는 상단부가 이 반응관(2)의 하단부에 기밀을 유지하면서 접속되어, 내부공간이 상기 반응관(2) 내부의 공간에 연속하는 수냉 재킷을 갖춘 원통체(4)가 설치되어 있다.
상기 원통체(4)의 상부측면에는 서로 직경방향으로 대향되는 내경 25mm의 2개의 배기로로 이루어진 배기관(5a,5b)의 한쪽끝이 접속되어 있는데, 이들 배기관(5a,5b)의 다른끝측에는 배기펌프(50a,50b ; Auto-Pump Controller, 약칭 APC부)가 접속되어 있다.
상기 원통체(4)에 설치된 배기관(5a,5b)의 배기구에서도 이들의 하방측에는 후술한 웨이퍼 보유지지구(25)와 외부사이에서의 이 웨이퍼의 이재를 수행하기 위해 이동적재실(41)이 형성되어 있는데, 이 이동적재실(41)의 측벽부에는 게이트밸브에 의해 개폐되는 웨이퍼(W)의 반입출구(42)가 형성되어있다. 또 이 이동적재실(41)의 상부양측에는 반응관(2)에서의 복사열을 차단하기 위한 셧터(51,52)가 설치됨과 더불어 이동적재실(41)의 하부양측에도 원통체(4)의 저부측과의 사이를 차단하도록 셧터(53,54)가 설치되어 있다.
상기 셧터(53,54)는 닫혀있을 때 승강축(26)을 밀폐하여 둘러싼 반원모양의 노치가 그 선단에 형성되어 있다. 여기서 참조부호 43, 44, 45 및 46은 셧터의 대기실이다. 상기 셧터의 대기실(43,44,45,46) 및 원통체(4)의 저부에는 배기관(5a)의 배기구 보다도 하방측의 영역을 퍼지가스, 예를들면 질소가스 등의 불활성가스로 퍼지하기 때문에 퍼지가스 공급관(6a,6b,7a,7b,8)이 접속되어 있다.
상기 반응관(2) 내부에는 피처리기판 보유지지부재인 웨이퍼 보유지지구(25)가 설치되어 있는바, 이 웨이퍼 보유지지구(25)는 승강축(26)의 정부(꼭대기부분)에 부착되고, 이 승강축(26)은 원통체(4)가 하단부에는 볼나사 등의 승강기구(27)에 따라 승강할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 승강기구(27)는 속도제어부(28)에 따라 웨이퍼 보유지지구(25)의 승강속도가 제어되도록 구성되어 있으며, 상기 승강축(26)은 그 내부에 회전축을 갖고 있으며, 모터(M)에 따라 회전축이 회전하여 이에 따른 웨이퍼 보유지지구(25)가 회전할 수 있도록 되어 있다.
다음에는 상술한 제6실시예의 작용에 대해서 서술한다.
우선 웨이퍼 보유지지구(25)를 점선으로 나타낸 것처럼 이동적재실(41) 내부의 하부에 위치시켜두고, 반입출구(42)에서 밸브게이트를 열어 피처리체인 웨이퍼(W)를 반입해서 웨이퍼 보유지지구(25) 상에 재치한다. 한편 가열원(24)에서의 복사열이 균일체(21)를 통해 반응관(2) 내부에 입사해서 소정온도의 균열영역이 형성됨과 동시에 처리가스공급관(3a,3b)에서 처리가스, 예를들면 O2가스 및 HC1가스의 혼합가스가 내관(2b)의 정부의 개구부(20)를 통해 반응관(2) 내부로 공급된다.
여기서 상기 개구부(20)를 흐르는 처리가스의 유량의 일례로 들면 O2가스 HC1 가스의 유량은 각각 6.0ℓ/분, 0.25ℓ/분이 된다. 이때 셧터(51,53 및 53,54)는 닫혀져 있고, 반응관(2)에서의 복사열이 이 셧터(51,52)에 의해 차단되어 진다. 또한, 원통체(4)에 접속된 퍼지가스 공급관(6a,6b,7a,7b,8)에서 퍼지가스, 이를테면, N2가스가 원통체(4) 내부에 전체로 5ℓ/분의 유량으로 공급됨과 동시에, 상기 배기관(5a,5b)에서 처리가스 및 퍼지가스는 배기된다.
이렇게 해서 배기관(5a,5b)에서 상방영역이 상압의 처리가스 분위기가 되고 또 하방영역이 퍼지가스 분위기가 된다. 그리고 상기 셧터(51,52,53,54)를 개방한 후 웨이퍼 보유지지구(25)를 상승시킨다. 이때 이 웨이퍼 보유지지구(25)의 상승은 제어부(28)의 제어에 따라 도15에 나타난 속도패턴에 기초하여 수행되어지는바, 즉 우선 웨이퍼 보유지지구(25)는 이동적재실(4) 내부에는 배기관(5a,5b)의 배기구와 똑같은 높이 및 그 근방의 높이를 포함한 영역(D)에 이르기까지의 제1속도, 예를들면 150∼200mm/초의 속도로 상승한다.
상기 높이 영역(D)에서는 제1속도 보다도 느린 제2속도, 웨이퍼(W)의 통과시에 하면측의 부압에따라 배기구에서 역류하지않을 정도의 느린속도, 예를들면 10∼50mm/초의 속도까지 감속하여 높이영역(D)을 통과한 후는 제2속도 보다도 빠른 제3속도, 예를들면 제1속도와 독같은 속도로 웨이퍼(W)가 소정의 위치까지 상승하게 되는데, 이때 웨이퍼(W)는 이 위치에서 1000℃까지 가열되고, 웨이퍼(W)의 표면에 막후 50옹스트롬의 산화막이 형성된다.
그후 웨이퍼 보유지지구(25)가 승강시와 반대의 속도패턴으로 이동적재실(4)까지 하강하여, 셧터(51,52,53,54)가 닫아지고, 웨이퍼(W)의 이체가 반입출구(42)를 매개로 수행된다.
이와같은 제6실시예에 따르면, 상기 웨이퍼(W)가 배기구와 동시에 높이 및 그 근방의 높이영역을 통과할 때는 상술한것처럼 감속되기 때문에 웨이퍼 보유지지구(25)의 상승시에는 웨이퍼(W)의 이면측이, 또 하강시에는 웨이퍼(W)의 표면측에 부압이 야기되는데, 그러나 그 부압정도가 작음에 따라 처리가스 및 퍼지가스에 대해 도16에 도시된 바와같이 웨이퍼(W)의 통과궤적의 부압영역에 향한 기류는 약해지고, 배기구 부근에 기류는 배기구로 향하이 때문에 배기관(5a,5b) 내부에서의 역류가 전혀 발생하지 않던가, 가령 발생한다 하여도 그 정도는 지극히 작다.
이 결과, 상기 배기관(5a,5b) 내부의 부착율과 입자제거장치 내의 입자가 반응관(2) 내부에 역류하는 일이 전혀 발생하지 않던가, 또는 거의 역류하지 않기 때문에, 반응관(2)의 내부에 오염을 저감할 수 있다. 또 배기관(5a,5b)의 역류가 발생하게되면 기류의 흐트러짐이 생기고, 퍼지가스가 배기관(5a,5b)의 높이위치를 넘어 처리가스중에 휘말려들어감에 따라 처리가스는 희석되어, 웨이퍼(W)가 처리가스 분위기속에 들어갈때 웨이퍼(W) 표면에 있어서 예정된 산화막의 성장이 흐트러지게 되나, 상술한 제6실시예의 경우, 처리가스 분위기내로 입자가 억제됨에 따라 설정된 산화막의 성장의 흐름이 작아지기 때문에 이 산화막의 막후를 양호한 정도로 제어할 수 있음과 더불은, 높은 면내균일성을 얻을 수 있음으로서 제품을 가공했을 때 원료에 대한 제품의 비율을 향상시킨다.
여기서, 상기 웨이퍼(W)는 저속(제2속도)으로 승강시키는 높이영역(D)은, 예를들면 배기구의 상단에서 위로, 또 하단에서 아래로 각각 10cm 정도 떨어진 수준 사이가 되는데, 이같은 높이영역(D)의 상하양측에는 고속으로 승강시키어 이 영역(D)에 있어서만 저속으로 승강시키면 일처리양의 영향을 적게 받는다. 또 도15에 있어서 웨이퍼 보유지지구(25) 구동 시작시 높이영역(D)의 상하단부 부근, 및 정지시에는 엄밀하게는 가속구역과 감속구역이 존재하지만, 속도의 변화가 거의 순식간에 이루어지기 때문에 양쪽 구역은 도15에 도시되어 있지 않다.
[제7실시예]
이어서 본발명의 열처리방법의 제7실시예에 대해서 도17은 참고로 설명한다. 이 제7실시예는 처리가스공급관(3a,3b), 배기관(5a,5b), 퍼지가스 공급관(6a,6b,7a,7b,8)에 각각 압력조정용 밸브(V1∼V9)를 설치해서 이들 밸브(V1∼V8)이 개도를 조정해서 소정영역에 압력차이를 갖도록 한 것이다. 단 도17은 압력조정에 관한 부분을 제의하면 도14의 장치 구성과 도일하게 때문에 여기에서는 주요부분이외는 설명을 생략하여 도시하고 있다.
이 제7실시예에서는 각 밸브(V1∼V9)를 제어하는 제어수단을 이루는 제어부(C1∼C9)가 설치됨과 동시에 처리가스공급관(3a,3b)에 있어서 밸브(V1)의 하류측(반응관측)에 각각 입력검출부(P1a, P1b)가 설치되어 있으며, 상기 배기관(5a(5b))에 있어서 밸브(V3)의 상류측(반응관측) 및 하류측에 압력검출부(P2a(P2b)), (P3a(P3b))가 설치되어 있다. 또한 원통체(4) 내부에 있어서 퍼지가스 공급관(8)의 공급구부근 및 배기관(5a(5b))의 배기구와 대기실(43a(4b)) 사이에는 각각 압력검출부(P4,P5a(P5b))가 설치됨과 더불어, 각 대기실내에 있어서 퍼지가스 공급관(6a,(6b),7a(7b))의 공급구부근에는 압력검출부(P6a,(P6b),P7a(P7b))가 설치되어 있다.
상기 제어부(C1(C2))는 압력검출부(P1a(P1b))의 압력검출부(P1a(P1b) ; 설명의 편의상 압력검출부와 그 압력검출치와를 동부호로하고 있고, 다른 압력검출부에 대해서도 똑같다)와 P4, P6a, P6b, P7a, P7b를 입력해서 P4, P6a, P6b, P7a, P7b 중 최대치 보다도 P1a(PLb)이 커지도록 예컨대 1∼25mmAg 만큼 커지도록 밸브(V3(V4))의 개도를 제어하는 기능을 갖고 있다.
상기 제어부(C5(C6))는 P5a(P5b)와 P6a(P6b)를 입력해서 P6a(P6b)가 P5a(P5b) 보다도 예를들면, 1∼25mmAg 만큼 커지도록 밸브(V5(V6))를 제어하는 기능을 갖고, 또한 제어부(C7(C8))는 P5a(P5b)와 P7a(P7b)를 입력해서 P7a(P7b)가 P5a(P5b) 보다도 이를테면, 1∼25mmAg 만큼 커지도록 밸브(V7(V8))로 제어하는 기능을 갖고 있다.
또 제어부(C9)는 P4, P5b(P5a에서도 좋다)를 입력해서 P4가 P5b 보다도 1∼25mmAg 만큼 커지도록 밸브(V9)를 제어하는 기능을 갖는다. 또 상술한 압력의 대소 관계를 정리하면 다음과같다.
즉, P1a, (P1b) P4 (예를들면 P4가 최대 경우)
P2a, (P2b) P3a (P3b)
P6a (P6b) P7a (P7b), P4 P5a (P5b)
이와같이 배기관(3a,3b)의 밸브(V3,V4)에 있어서 상류측의 압력이 하류측 보다도 높아지도록 밸브(V3,V4)의 개도를 제어하면, 웨이퍼(W)가 배기구를 통과할때에 웨이퍼 표면 또는 이면측의 부압영역에 주위의 가스가 휩쓸려도 그 휩쓸린 기류의 흐트러짐의 정도는 작아진다. 그 결과, 배기관(5a,5b)에 있어서 배기의 흐름에 미치는 영향이 작고, 따라서 배기관(5a,5b) 내부의 역류를 완전히 차단하거나 또는 경감시킬 수 있다.
또, 처리가스공급관(3a(3b))의 출구부근의 압력이 퍼지가스 공급관(6a(6b), 7a(7b) 및 8)의 공급구부근의 압력보다도 약간 높아지도록 압력조정이 이루어짐과 동시에 배기구의 조금 밑방향쪽의 영역의 압력보다도 퍼지가스 공급관(6a(6b), 7a(7b) 및 8)의 공급구부근의 압력보다도 퍼지가스 공급관(6a(6b), 7a(7b) 및 8)의 공급구부근의 압력보다도 약간 높아지도록 압력조정하고 있다. 이 때문에 웨이퍼(W)의 승강시에 있어서도 퍼지가스 분위기로의 처리가스의 휘말림 및 처리가스 분위기내로의 퍼지가슬의 휘말려짐이 억제되고, 양가스가 분위기에서 공급관(5a,5b) 내부에 작은 흐트러짐으로 흡입되어 웨이퍼(W)에 산화막을 양호한 정도를 이루에 하면서 높은 면내균일성으로 형성하게 된다.
여기에서 본 제7실시예에서는 도17에 나타난 각부간의 차압을 검출하면 되는데, 이를 위해 도17의 실시예에서는 각부의 압력을 검출하여 제어부내에서 차압을 연산한다. 그러나 이와같은 방법 대신에 차압계를 사용해서 그 차압검출치를 제어수단에 입력하도록 하여도 된다. 또 도14의 실시예와 도17의 실시예를 조합하여도, 또한 웨이퍼의 속도제어와 각부의 압력제어를 조합하여도 상관은 없다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 열처리방법 및 그 장치는 반도체장치 또는 LCD기판 등의 피처리체에 산화처리에 따른 게이트산화막과 캐패시터 절연막 등의 극박 산화막의 형성과, 불순물이온의 확산처리 등을 실시하는데에 바람직하며, 그외 CVD처리, 또는 다른 열처리등에서 다양하게 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 가열로에 둘러 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치되어 피처리기판의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 이동적재실 사이에서 승강하여 피처리기판을 보유지지하기 위해 피처리기판 보유지지부재를 갖는 장치를 이용하여 상기 반응용기내에서 피처리기판 보유지지부재에 보유지지된 피처리기판을 처리가스를 공급하면서 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 반응용기 내부를 감압하면서 상기 피처리기판 보유지지부재를 소정속도로 승강시키는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리방법.
  2. 가열로에 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치되어 피처리기판의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 상기 이동적재실 사이에서 승강하면서 열처리기판을 보유지지하기 위한 피처리기판 보유지지부재를 갖는 장치를 이용하여 상기 반응용기 내에서 피처리기판 보유지지부재에 보유지지된 피처리기판을 처리가스를 공급하면서 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 이동적재실과 반응용기 내부 사이를 개폐수단에 의해 기밀이 유지하도록 닫혀지게하여 이 이동적재실 내부에서는 처리전의 피처리기판을 피처리기판 보유지지 부재에 이동적재하는 공정과, 상기 이동적재실 내부를 감압하는 공정과 상기 개폐수단을 개방하여 이미 감압되어 있는 상기 반응용기내와 상기 이동적재실의 사이를 연통시키고나서 상기 피처리기판 보유지지부재에 따라 피처리기판을 상기 반응용기 내의 열처리분위기내에 상승시킨 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 가열로에 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치되어 피처리기판의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 상기 이동적재실 사이에서 승강하면서 피처리기판을 보유지지하기 위한 피처리기판 보유지지부재를 갖는 장치를 이용하여 상기 반응용기 내에서 피처리기판 보유지지부재에 보유지지된 피처리기판을 처리가스를 공급하면서 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 반응용기 내부를 감압상태로 유지하여 상기 피처리기판을 승강시키면서 이 피처리기판 보유지지부재에 설치한 압력검출부에 의해 피처리기판의 표면측과 이면측과의 압력을 검출하는 공정과, 그 검출결과에 기초해서 피처리기판 보유지지부재의 승강시에 반응용기내의 압력을 적절한 압력으로 설정하여 피처리기판 보유지지부재를 승강시키는 승강시키는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리방법.
  4. 가열로에 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치되어 피처리기판의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 상기 이동적재실 사이에서 승강하면서 피처리기판을 보유지지하기위한 피처리기판 보유지지부재에 보유지지된 피처리기판을 처리가스를 공급하는 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 반응용기내를 감압상태로 유지하여 피처리기판을 승강시키면서 이 반응 용기내에 상하로 배열한 복수의 압력검출부에 따라 반응용기내의 압력을 검출하는 공정과, 그 검출결과에 기초해서 상기 피처리기판 보유지지부재의 승강시에 반응용기내 압력을 적절한 수치로 설정해서 피처리기판 보유지지부재를 승강시키는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리방법.
  5. 가열로에 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치되어 피처리기판 이재를 하기위한 이동적재실, 상기반응용기와 이동적재실 사이에서 승강하면서 피처리기판을 보유지지하기 위한 피처리기판 보유지지부재를 갖는 장치를 사용하여 이 반응용기 내에서 피처리기판 보유지지부재에 보유지지된 피처리기판을 처리가스를 공급하면서 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 피처리기판 보유지지부재의 상승시에는 상기 반응용기의 하부에는 상부로 향해 가스기류를 형성하는 공정과, 상기 피처리기판 보유지지부재의 하강시에는 상기 반응용기의 상부에서 하부를 향하여 가스기류를 형성하는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 반응용기 내부를 상압분위기로 하여 열처리기판을 열처리하는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 가스유속이 열처리기판 보유지지부재의 승강속도보다도 빠른것을 특징으로 하는 열처리방법.
  8. 가열로 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치되어 열처리체의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 이동적재실 사이에서 승강하여 피처리체를 보유지지하기 위해 열처리체 보유지지부재와 상기 반응용기 내부에 있어서 열처리영역과 이동적재실 사이에서 개구하는 배기구를 갖는 장치를 이용하여 상기 반응용기 내에서 피처리기판 보유지지부재에 보유지지된 열처리체를 처리가스를 공급하면서 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 피처리체 보유지지부재를 상기 배기구 및 근방의 높은 영역에 있어서는 상기 배기구에서 반응용기내의 가스가 역류하지 않은 정도의 속도로 승강시키는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리방법.
  9. 가열로 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치하여 피처리체의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 이동적재실 사이에서 승강하면서 피처리제를 보유지지하기 위한 피처리에 보유지지부재와 상기 반응용기내에 있어서 열처리영역과 이동적재실 사이에 개구하는 배기구를 갖는 장치를 이용하여 상기 반응용기 내에서 피처리제 보유지지부재에 보유지지된 피처리체를 처리가스를 공급하면서 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 피처리체 보유지지부재를 상기 배기구의 근방보다도 낮은 영역에서는 제1속도로 승강시키는 공정과, 상기 배기구 및 그 근방의 높은 영역에서는, 제1속도 보다도 늦은 제2속도로 승강시킨 공정과 상기 배기구의 근방 보다도 높은 영역에서는 제2속도 보다도 빠른 제3속도로 승강시키는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리방법.
  10. 가열로 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치하여 피처리체의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 이동적재실 사이에서 승강하여 피처리체를 보유지지하기 위한 피처리에 보유지지부재와, 상기 반응용기에 접속된 배기로를 갖고, 상기 반응용기내에서 피처리체 보유지지부재에 보유지지된 피처리체를 처리가스를 공급하면서 열처리하는 방법에 있어서,
    상기 배기로에 설치된 압력조정용 밸브와, 상기 배기로에 있어서 상기 밸브의 반응용기측의 입력과 하류측의 압력과의 차압을 검출하는 수단, 이 검출수단에서 구해진 차압에 기초해서 상기 반응용기측 압력이 상기 하류측의 압력보다도 높아지도록 상기 밸브의 개도를 제어하는 제어수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  11. 가열로에 싸여진 반응용기와, 이 반응용기의 아래쪽에 설치하여 피처리체의 이동적재를 수행하는 이동적재실, 상기 반응용기와 이동적재실 사이에서 승강하여 피처리체를 보유지지하기 위한 피처리체 보유지지부재, 상기 반응용기에 접속된 처리가스 공급로, 상기 반응용기에 접속되어 처리가스공급로의 공급로 보다도 하방측에 배기구가 개구하는 배기로, 상기 반응용기에 접속되어 처리가스 공급로의 공급구 보다도 하방측에 배기구가 개구하는 배기로, 상기 반응용기에 연통하는 상기 배기구 보다도 하방측의 영역에 공급구가 개구하는 퍼지가스 공급로를 갖추며, 상기 반응용기 내에서 피처리체 보유지지부재에 보유지지된 피처리체를 처리가스를 공급하면서 열처리하는 장치에 있어서,
    상기 처리가스 공급로와 배기로 및 퍼지가스 공급로의 각각 설치한 제1, 제2, 제3압력조정용밸브와, 상기 퍼지가스 영역의 압력과 상기 처리가스 공급로에 있어서 제1압력조정용밸브 하류측의 압력과의 차압, 상기배기로에 있어서 제2압력조정용밸브의 반대용기측 압력과 하류측의 압력과의 차압, 및 퍼지가스 영역에 있어서 배기구 근방의 압력과 배기구에서 떨어진 위치의 압력과의 차압을 검출하는 수단, 이 검출수단에서 구해진 각 차압에 기초하여 상기 하류측의 압력이 상기 퍼지가스 영역의 압력보다도 높아지도록 상기 제1압력조정용밸브 개도를 제어하여 상기 반응용기측의 압력이 상기 하류측의 압력보다도 높아지도록 상기 제2압력조정용밸브의 개도를 제어하고, 상기 배기구에서 이격된 위치의 압력이 상기 배기구 근방의 압력보다도 높아지도록 상기 제3압력조정용밸브의 개도를 제어하는 제어수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 열처리장치.
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