KR20000017353A - 반도체 처리 시스템의 종형 열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 웨이퍼(W)의 종형 열처리 장치의 프로세스 튜브(1)는 덮개(6)에 의해 개폐되는 포트(2)를 하단부에 갖는다. 포트(2)의 플랜지(12)와 덮개(6)의 플랜지(6a) 사이는 밀봉 기구(48)에 의해 밀봉된다. 플랜지(12, 6a)는 내측에 환상의 경면(49a, 49b)을 갖고, 양 경면(49a, 49b)이 서로 대향하여 접촉함으로써 내측 밀봉이 형성된다. 또한, 플랜지(12, 6a)는 외측에 갭을 거쳐 대향하는 대향면(51a, 51b)을 갖는다. 갭에 배치된 메탈 시트 부재(50)와 대향면(51a, 51b)에 의해 외측 밀봉이 형성된다. 메탈 시트 부재(50)는 대향면(51a, 51b)에 흡착되는 시트(50a, 50b)를 갖는다. 내측 밀봉과 외측 밀봉 사이에 버퍼 공간이 형성되고, 이것은 배기 유닛(E4)에 의해 진공 배기된다.
Description
본 발명은 반도체 처리 시스템의 종형 열처리 장치에 관한 것으로, 특히 산화, 확산, CVD(화학 기상 성장) 등의 처리를 연속적으로 실행하는 것이 가능한 열처리 장치에 관한 것이다. 또한, 여기서 반도체 처리란 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 해당 피처리 기판상에 반도체 장치나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 여러가지 처리를 의미한다.
반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서는, 반도체 웨이퍼에 산화, 확산, CVD, 어닐링 등의 처리를 실시하기 위해서, 각종 열처리 장치가 사용된다. 열처리 장치로서는 처리실내에서 웨이퍼를 1장씩 처리하는 낱장식 장치와, 복수의 웨이퍼를 처리실내에서 한꺼번에 처리하는 해치형 장치(횡형 혹은 종형)로 크게 나뉘어진다.
예를 들어, 해치형의 종형 CVD 장치에 있어서는, 여러장의 웨이퍼가 서로 간격을 두고 적층된 보트를 수용하기 위한 종방향으로 긴 처리실이 사용된다. 이 처리실은 석영제의 원통형 반응관(프로세스 튜브라고도 함)과, 그 하단에 장착된 가스 도입구 및 배기구를 갖는 금속제의 원통형 매니폴드로 구성된다. 매니폴드의 하단에는 포트가 형성되고, 웨이퍼 보트는 포트를 개폐하기 위한 금속제의 덮개에 의해 지지된 상태로 포트를 통해 반응관에 대하여 로드 및 언로드된다. 처리실을 구성하는 부재의 접합부에는 O링이 사용되며, 이에 따라 처리실은 높은 기밀성이 확보된다.
한편, 해치형의 종형 확산 혹은 산화 처리 장치에 있어서도, 웨이퍼 보트를 수용하기 위한 종방향으로 긴 처리실이 사용된다. 이 처리실은 측벽에 가스 도입구 및 배기구를 갖는 석영제의 반응관으로 구성된다. 반응관의 하단에는 웨이퍼 보트를 로드 및 언로드하기 위한 보트가 형성되고, 이 포트는 석영제 덮개에 의해 개폐된다. 즉, 처리실 전체가 석영제의 재료로 구성되고, 이에 따라 처리실의 고내열성 및 고내식성이 확보된다.
상술한 CVD 장치는, 고진공하에서의 처리가 가능하지만 합성 수지제의 O링을 많이 사용하고, 또한 금속제의 매니폴드를 갖기 때문에, 고온 처리나 부식성 가스에 약하다고 하는 문제점을 갖는다. 또한, 상술한 확산 혹은 산화 처리 장치에 있어서는, 고온 및 부식성 가스 사용하에서의 처리가 가능하지만, 고 기밀 구조를 갖고 있지 않기 때문에 고진공하에서의 처리에는 적합하지 않다고 하는 문제점을 갖는다.
따라서, 종래의 반도체 처리 시스템에 있어서는, 산화, 확산, CVD 등의 처리를 연속적으로 실행하는 경우, 각 처리에 따른 전용 열처리 장치를 마련하지 않으면 안된다. 이 경우, 웨이퍼를 각 처리마다 꺼내어 옮기지 않으면 안되기 때문에 시간적 손실을 수반할 뿐 아니라, 웨이퍼상에 형성된 막의 질적 열화를 초래하기 쉽다.
본 발명의 목적은, 산화, 확산, CVD 등의 열처리를 연속적으로 실행하는 것이 가능한 반도체 처리 시스템의 종형 열처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 특허 청구의 범위의 각 항에 기재된 구성을 갖는 반도체 처리 시스템의 종형 열처리 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 종형 열처리 장치의 주요부의 종단면을 주로 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 가스 도입구 부근을 나타내는 확대 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 가스 도입구의 단판을 나타내는 정면도,
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 개략적 단면도,
도 5는 도 1에 도시된 장치의 외관과 내관 사이의 환상 간극을 밀봉하는 환상 밀봉 링을 나타내는 사시도,
도 6은 도 1에 도시된 장치의 처리실의 포트 부근에 배치된 밀봉 기구를 나타내는 확대 단면도,
도 7은 도 1에 도시된 장치의 회전 기구의 지지 구조를 설명하기 위한 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 처리실 6 : 덮개
7 : 외관 8 : 내관
40, 47, 56, 57 : 히터 52 : 흡입 기구
도 1에 있어서, 종형 열처리 장치는, 종방향으로 긴 처리실(1)을 갖고, 그 하단에 다수의 반도체 웨이퍼를 유지한 보트(5)를 로드 및 언로드하기 위한 포트(2)가 형성된다. 포트(2)는 승강 기구(ME)에 의해 승강되는 덮개(6)에 의해 개폐된다. 보트(5)에는, 예를 들면 150장의 웨이퍼가 서로 간격을 두고 적층된 상태로 유지된다. 처리실(1)의 측벽에는 그 내부에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛(S1)에 접속된 가스 도입구(3)가 형성된다. 또한, 처리실(1)의 측벽에는, 그 내부를 배기시킴과 동시에 감압 상태로 하기 위한 주 배기 유닛(E1)에 접속된 배기구(4)가 형성된다.
처리실(1)은 내열성 및 내식성을 갖는 재료, 예를 들면 석영에 의해 종방향으로 긴 원통 형상으로 형성된 동심상의 외관(7) 및 내관(8)으로 이루어지는 이중관 구조를 갖는다. 외관(7)은 상단이 폐색되고 하단이 개구된 실질적인 반응관을 구성한다. 내관(8)은 상단 및 하단이 개구된다. 이 때문에, 처리실(1)에 있어서는, 처리 가스를 내관(8)내의 하방에서부터 상승시켜 웨이퍼(W) 처리에 제공한 후, 내관(8)과 외관(7) 사이의 환상(環狀) 간극(9)을 강하시켜 배기시킨다고 하는 가스 유로를 형성할 수 있다.
내관(8)을 외관(7)내에 착탈 가능하도록 지지하기 위해서, 베이어닛(bayonet) 커플링 구조가 사용된다. 구체적으로는, 도 4에도 도시한 바와 같이, 내관(8)의 외주면과 외관(7)의 내주면은 서로 상하로 겹쳐져 걸어맞춰지는 계합부(10, 11)가 둘레 방향으로 적절한 간격으로 배치된다. 내관(8)을 소정 각도 회전시켜 내관(8)의 계합부(10)를 외관(7)의 계합부(11) 사이에 위치시키면, 계합이 해제되어 외관(7)으로부터 내관(8)을 제거할 수 있게 된다.
계합부(10, 11)는 가스 도입구(3)나 배기구(4)보다도 하측에 배치되는 것이 바람직하다.
외관(7)의 하단에는 외향의 플랜지(12)가 형성되고, 내관(8)의 하단에도 외향의 플랜지(13)가 형성된다. 외관(7)과 내관(8) 사이의 환상 간극(9)으로부터 하방으로 처리 가스가 새지 않도록 밀봉하기 위해서, 환상 간극(9)의 하단에는 환상 간극(9)을 밀봉하는 밀봉 링(14)이 배치된다. 밀봉 링(14)은 도 5에 도시하는 바와 같이 가요성을 가지면서 외관(7)에 내접할 수 있도록 절결부(15)를 갖는 평면 C자 형상으로 형성된다.
밀봉 링(14)이 외관(7)에 내접하고 또한 내관(8)의 플랜지(13) 상면에 자중으로 접함으로써, 외관(7)과 내관(8) 사이의 환상 간극(9)이 밀봉된다. 또, 밀봉 링(14)을 내관(8)의 플랜지(13) 상면에 압접시키기 위해서, 밀봉 링(14)의 상부에 추를 배치하여도 무방하다. 밀봉 링(14)를 외관(7)내에 장착한 상태에 있어서, 절결부(15)는 작아지기 때문에 절결부(15)로부터의 처리 가스 누출은 프로세스에 영향을 미치지 않는다.
본 실시예에 있어서, 외관(7), 내관(8), 덮개(6) 및 밀봉 링(14)은 모두 석영으로 형성된다. 그러나, 이들 부재는 산화 실리콘(석영을 포함함), 탄화 실리콘, 산화 지르코늄 및 산화 알루미늄으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 형성할 수 있다.
외관(7)의 측벽으로부터는 외관(7)과 일체적으로 형성된 배관부(P3, P4)가 돌출된다.
배관부(P3, P4)는 처리실(1)내에 처리 가스 등을 도입하기 위한 가스 도입구(3) 및 처리실(1)내를 배기하기 위한 배기구(4)에 각각 연통된다. 가스 도입구(3) 및 배기구(4)의 배관부(P3, P4) 선단에는 플랜지(16, 17)가 형성된다. 가스 도입구(3)의 배관부(P3)는 가스 도입 구조(18)를 거쳐 가스 공급 유닛(S1)에 접속된다. 배기구(4)의 배관부(P4)는 배기 라인(19)을 거쳐 처리실(1)내를 10-8Torr 정도까지 감압시킬 수 있는 진공 펌프를 구비하는 주 배기 유닛(E1)에 접속된다.
배관부(P3)와 가스 도입 구조(18) 사이 또한 배관부(P4)와 배기 라인(19) 사이에는, 기밀한 접속을 확보하기 위한 제 1 타입의 밀봉 기구(20)가 각각 배치된다. 가스 도입구(3)측에서는, 제 1 타입의 밀봉 기구(20)는 복수의 나사(BS)(도 2 참조)에 의해 기계적으로 결합된 가스 도입구(3)의 배관부(P3)의 플랜지(16)와, 가스 도입 구조(18) 단판(21)의 플랜지(21a) 사이에 배치된다. 배기구(4)측에서, 제 1 타입의 밀봉 기구(20)는 복수의 나사에 의해 기계적으로 결합된 배기구(4)의 배관부(P4)의 플랜지(17)와 배기 라인(19)의 플랜지(27) 사이에 배치된다. 또, 플랜지를 기계적으로 결합하는 수단으로서, 나사 대신에, 2개의 플랜지끼리를 양측에서 끼우는 클램프를 사용하는 것도 가능하다. 가스 도입구(3)측 및 배기구(4)측에 각각 배치된 2개의 밀봉 기구(20)는 실질적으로 동일한 구조를 갖기 때문에, 이하에서는 가스 도입구(3)측을 예로 들어 설명한다.
즉, 도 2에 도시하는 바와 같이 가스 도입구(3)측의 제 1 타입의 밀봉 기구(20)를 구성하기 위해서, 플랜지(16)에는 내측에 배치된 환상의 제 1 경면(23a)과, 제 1 경면(23a) 주위에 배치된 환상의 제 1 대향면(25a)이 형성된다. 마찬가지로, 플랜지(21a)에는 내측에 배치된 환상의 제 2 경면(23b)과, 제 2 경면(23b) 주위에 배치된 환상의 제 2 대향면(25b)이 형성된다.
제 1 및 제 2 경면(23a, 23b)은 Ra(평균 표면 거칠기)=0.06㎛ 이하의 표면 거칠기를 갖는다. 제 1 및 제 2 경면(23a, 23b)이 서로 대향하여 접촉함으로써, 배관부(P3)내의 감압 공간을 실질적으로 기밀하게 밀봉하는 내측 밀봉이 형성된다. 제 1 및 제 2 대향면(25a, 25b)은 갭을 거쳐 서로 대향한다.
제 1 및 제 2 대향면(25a, 25b) 사이의 갭 내에는, 예를 들면 불소계 고무제의 O링(24)이 배치되어, 제 1 및 제 2 대향면(25a, 25b)과 O링(24)에 의해 외측 밀봉이 형성된다. 내측 밀봉과 외측 밀봉 사이에는, 환상이면서 실질적으로 밀폐된 버퍼 공간이 형성된다. 버퍼 공간에는 플랜지(21a)에 배치된 구멍(26) 및 관(39)을 거쳐서 버퍼 공간을 배기시킴과 동시에 감압 상태로 하기 위한 터보 분자 펌프 등을 구비하는 버퍼 배기 유닛(E2)에 접속된다. 이에 따라, O링(24)이 내부에 노출되지 않는 저 아웃 가스[O링으로부터의 탈(脫) 가스가 적음]로 고 기밀의 밀봉 구조를 얻을 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 가스 도입 구조(18)는 복수의 도입관(28)이 가스 도입구(3)의 배관부(P3)내에 배치되도록 구성된다. 도입관(28)은 확산 처리용이나 CVD용의 서로 다른 가스를 흘려보내기 위한 복수, 예컨대 8개의 도입관(28)이나, 처리실(1)내의 온도를 검지하는 온도 센서를 도입하기 위한 도입관(28)으로 이루어진다. 복수의 도입관(28)에 대하여 1개의 배관부(P3)만을 사용하기 때문에, 처리실(1)의 구조가 간단해진다. 도입관(28)은 가스 도입 구조(18)의 금속제, 예를 들면 스테인레스제의 단판(21)을 기밀하게 관통한다. 단판(21)의 내면에는 부식을 방지하기 위해서, 예를 들면 석영제의 내식 커버(29)가 배치된다.
처리 가스를 도입하기 위한 도입관(28)은 내관(8)의 내측에 직접 접속된다. 구체적으로는, 도 2에 도시하는 바와 같이 단판(21)에 금속제의 가스 도입 노즐(30)이 배치되고, 가스 도입 노즐(30) 외주에 석영관(28a)이 끼워맞춤 접속된다. 가스 도입 노즐(30)의 선단측에는 석영관(28a)의 내벽에 탄성적으로 압접되도록 복수의 노치(31)가 배치된다.
내식 커버(29)는 가스 도입구(3)의 배관부(P3)의 내주에 끼워지는 크기의 원반 형상으로 형성되며, 주연부가 단판(21)에 접하도록 돌출한다. 내식 커버(29)를 단판(21)측에 가압 고정시키기 위해서, 단판(21)에는 금속제, 예를 들면 스테인레스제의 고정 바(32)의 일단부가 나사(33)로 고정된다. 고정 바(32)의 타단부는 내식 커버(29)에 나사(34)로 고정된다. 내식 커버(29)에는 각 도입관(28)을 삽입해 통과시키는 슬리브(35)가 배관부(P3)의 길이 방향을 따라 돌출 형성된다.
단판(21)과 내식 커버(29) 사이의 공간(36)내에 부식성 가스가 침입하는 것을 방지하기 위해서, 공간(36)에 불활성 가스, 예를 들면 질소 가스(N2)를 공급하기 위한 관(37) 및 구멍(38)이 단판(21)에 배치된다. 또한, 단판(21)의 외면에는 그 내면으로의 반응 부생성물의 부착을 억제하기 위해서, 소정의 온도, 예를 들면 200℃ 정도로 가열할 수 있는 패널 히터(40)가 배치된다.
석영 제품의 공차의 불량을 흡수하면서 처리 가스를 내관(8)내로 확실히 도입하기 위해서, 내관(8)의 측벽에는 석영관(28a)의 선단을 느슨하게 관통시키는 관통공(41)이 형성된다. 석영관(28a)의 선단에는 관통공(41)과의 사이를 밀봉하는 확대부(42)가 형성된다. 확대부(42)는 내관(8)의 내벽에 접하도록 형성되는 것이 바람직하지만, 내관(8)의 외벽에 접하도록 형성되어 있어도 무방하다.
외관(7)을 지지하기 위해서, 외관(7)의 플랜지(12) 주연부에는, 환상의 프레임(43)이 배치된다. 프레임(43)은 베이스 플레이트(44)에 지지 로드(45)를 거쳐 지지된다. 프레임(43)에는 외관(7)의 플랜지(12)를 누르는 플랜지 가압 부재(46)가 장착된다. 베이스 플레이트(44)의 상부에는 처리실(1)의 주위를 둘러싸서 처리실(1)내를 소정의 처리 온도, 예를 들면 300∼1000℃ 정도로 가열 제어할 수 있는 히터(47)가 설치된다.
외관(7)의 하단 포트(2)와 이것을 개폐하기 위한 덮개(6) 사이에는, 기밀한 접속을 확보하기 위한 제 2 타입의 밀봉 기구(48)가 배치된다. 제 2 타입의 밀봉 기구(48)는 포트(2) 주위의 플랜지(12)와, 플랜지(12)에 대하여 승강 기구(ME)에 의해 기계적으로 가압 부착되는 덮개(6)의 플랜지(6a) 사이에 배치된다.
도 6에 도시하는 바와 같이 제 2 타입의 밀봉 기구(48)를 구성하기 위해서, 플랜지(12)에는 내측에 배치된 환상의 제 1 경면(49a)과, 제 1 경면(49a) 주위에 배치된 돔 형상의 단면을 가지면서 환상으로 되어 있는 제 1 대향면(51a)이 형성된다. 마찬가지로, 플랜지(6a)에는 내측에 배치된 환상의 제 2 경면(49b)과, 제 2 경면(49b) 주위에 배치된 돔 형상의 단면을 가지면서 환상으로 되어 있는 제 2 대향면(51b)이 형성된다.
제 1 및 제 2 경면(49a, 49b)은 Ra=0.06㎛ 이하의 표면 거칠기를 갖는다. 제 1 및 제 2 경면(49a, 49b)이 서로 대향하고 접촉함으로써, 처리실(1)내의 감압 공간을 실질적으로 기밀하게 밀봉하는 내측 밀봉이 형성된다. 제 1 및 제 2 대향면(51a, 51b)은 갭을 거쳐 서로 대향한다.
제 1 및 제 2 대향면(51a, 51b) 사이의 갭 내에는 메탈 시트 부재(50)가 배치되고, 제 1 및 제 2 대향면(51a, 51b)과 메탈 시트 부재(50)에 의해 외측 밀봉이 형성된다. 메탈 시트 부재(50)는 제 1 대향면(51a)에 접촉하는 환상의 제 1 시트(50a)와, 제 2 대향면(51b)에 접촉하는 환상의 제 2 시트(50b)와, 제 1 및 제 2 시트(50a, 50b)를 기밀하게 접속하는 환상의 접속부(50c)로 이루어진다. 메탈 시트 부재(50)는 2장의 스테인레스제의 시트(50a, 50b)의 내측을 용접에 의해 기밀하게 접합하여 접속부(50c)로 함으로써 형성할 수 있다.
제 1 및 제 2 시트(50a, 50b)는 흡입 기구(52)에 의해 제 1 및 제 2 대향면(51a, 51b)에 각각 진공 흡착된다. 흡입 기구(52)는 상기 제 1 및 제 2 시트(50a, 50b)에 대응하여 개구되도록 플랜지(12, 6a)에 각각 형성된 환상의 흡인 홈(53a, 53b)을 갖는다. 흡입 홈(53a, 53b)은 플랜지(12, 6a)에 각각 형성된 배기 구멍(54)을 거쳐서, 진공 펌프 등을 구비하는 배기 유닛(E3)에 접속된다.
제 1 및 제 2 대향면(51a, 51b)의 내측에는 환상의 버퍼 홈(55a, 55b)이 형성된다. 이 때문에, 내측 밀봉과 외측 밀봉 사이에는 버퍼 홈(55a, 55b)을 주로 한 환상이면서 실질적으로 밀폐된 버퍼 공간이 형성된다. 버퍼 공간에는 플랜지(12)에 배치된 구멍(55c)을 거쳐서 버퍼 공간을 배기함과 동시에 감압 상태로 하기 위한 터보 분자 펌프 등을 구비하는 버퍼 배기 유닛(E4)에 접속된다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 제 2 타입의 밀봉 기구(48)의 버퍼 배기 유닛(E4)으로의 배기 라인(L4)은 처리실(1)을 배기하는 주 배기 유닛(E1)의 배기 라인(L1)과 바이패스(L41)를 거쳐 접속된다. 바이패스(L41)에는 밸브(V41)가 배치되고, 또한, 배기 라인(L4)에는 버퍼 배기 유닛(E4)의 바로 전에 밸브(V4)가 배치된다. 즉, 제 2 타입 밀봉 기구(48)의 버퍼 공간의 배기는 밸브(V4, V41)의 전환에 따라 버퍼 배기 유닛(E4) 및 주 배기 유닛(E1) 중 어느 하나에 의해 선택적으로 실행할 수 있다.
처리실(1)의 처리 압력을 10-7Torr 정도의 고진공으로 하는 경우, 버퍼 공간[홈(55a, 55b)]은 10-4∼10-7Torr 정도로 하고, 흡인 홈(53a, 53b)은 10∼10-2Torr 정도로 한다. 이 경우, 밀봉 기구(48)의 버퍼 공간의 배기는 버퍼 배기 유닛(E4)에 의해 실행한다. 한편, 처리실(1)의 처리 압력을 100∼760Torr 정도의 대기압 부근의 압력으로 하는 경우, 버퍼 공간[홈(55a, 55b)]은 처리실(1)과 같은 정도의 압력으로 하며, 흡인 홈(53a, 53b)은 10∼10-2Torr 정도로 한다. 이 경우, 밀봉 기구(48)의 버퍼 공간의 배기는 처리실(1)의 배기와 동시에 주 배기 유닛(E1)에 의해 실행한다. 이에 따라, 밀봉 기구(48)의 버퍼 공간의 미묘한 압력 조정이 불필요하게 되어, 제어가 용이하게 된다.
처리실(1)의 플랜지(12)의 외면, 예를 들면 플랜지 가압 부재(46)의 상면, 및 덮개(6)의 외면, 예를 들면 저면에는, 히터(56, 57)가 배치된다. 히터(56, 57)는 플랜지(12)나 덮개(6)의 내면으로의 반응 부생성물의 부착을 억제하기 위해서, 이들을 소정의 온도, 예컨대 300℃ 정도로 가열할 수 있게 된다.
덮개(6)는 석영제로서 국부적인 외력에 의해 파손될 우려가 있기 때문에, 승강 기구(ME)에 접속된 금속제, 예를 들면 스테인레스제의 트레이(58)상에 탑재된다. 덮개(6)는 제 2 타입 밀봉 기구(48)의 메탈 시트 부재(50) 및 보트(5)를 지지한 상태로 트레이(58)상에 탑재되고, 트레이(58)를 거쳐 승강 기구(ME)에 의해 승강된다.
덮개(6)의 중심에는, 웨이퍼의 열처리 중, 보트(5)를 수평면상으로 회전시키기 위한 회전 기구(59)가 배치된다. 회전 기구(59)를 지지하기 위해서, 트레이(58)의 바닥부에는, 회전 기구(59)의 플랜지(61)를 둘러싸도록 복수, 예컨대 2개의 역 L자 형상의 브래킷(62)이 장착된다. 도 7에도 도시하는 바와 같이, 브래킷(62)에는 나사 핀(60)이 회전 기구(59)의 플랜지(61)의 반경 방향으로 진퇴 가능하게 나사 부착된다. 회전 기구(59)의 플랜지(61)에는 나사핀(60)의 선단이 끼워맞춰지는 세로 홈(64)이 배치된다. 이에 따라, 덮개(6)에 부담을 주는 일없이 회전 기구(59)를 소정의 위치에 정밀하게 고정하는 것이 가능해진다.
덮개(6)에는 회전 기구(59)의 회전축(65)을 삽입하여 통과시키는 축 구멍(67) 및 회전 기구(59)의 플랜지(61) 상면에 접촉되는 보스(68)가 일체적으로 형성된다. 보스(68)와 회전 기구(59)의 플랜지(61) 사이에는 밀봉용의 O링(69)이 배치된다. 회전 기구(59)의 회전축(65)은 덮개(6)의 상방에 배치되는 턴 테이블(70)에 연결된다. 턴 테이블(70)과 덮개(6) 사이에는 미로 밀봉(labyrinth seal)(71)이 배치된다. 턴 테이블(70)상에는 단열체인 보온통(72)을 거쳐 보트(5)가 탑재된다. 또, 보온통(72)은 가열 히터를 갖는 것도 무방하다.
다음에, 이상의 구성으로 이루어지는 열처리 장치의 작용을 설명한다.
우선, 웨이퍼(W)의 표면에 자연 산화막이 형성되지 않도록 처리실(1)내의 분위기가 불활성 가스, 예를 들면 N2에 의해 치환된다. 다음에, 처리실(1)이 대기압하에서 히터(47)에 의해 미리 소정의 온도, 예를 들면 300℃로 가열된다. 이 상태에서, 여러장의 웨이퍼(W)를 유지한 보트(5)와 제 2 타입 밀봉 기구(48)의 메탈 시트 부재(50)를 탑재한 덮개(6)가 승강 기구(ME)에 의해 상승된다. 덮개(6)가 처리실(1)의 플랜지(12)에 접촉하여, 처리실(1)의 포트(2)가 폐쇄된 시점에서, 메탈 시트 부재(50)가 밀봉 기구(48)의 소정 위치에 배치됨과 동시에, 보트(5)가 처리실(1)내의 소정 위치에 배치된다.
다음에, 처리실(1)내가 주 배기 유닛(E1)에 의해 진공 상태로 되고 소정의 압력, 예컨대 0.1Torr로 감압된다. 또한, 밀봉 기구(48)의 흡입 배기 유닛(E3) 및 버퍼 배기 유닛(E4)이 작동되어, 덮개(6)의 플랜지(6a)와 처리실(1)의 플랜지(12) 사이의 밀봉성이 확보된다.
다음에, 히터(47)의 제어에 의해 처리실(1) 내부가 소정의 처리 온도, 예컨대 850℃까지 승온됨과 동시에, 도입관(28)을 거쳐 소정의 처리 가스가 처리실(1)내에 공급되어, 소정의 처리, 예컨대 CVD 처리가 실시된다. 처리 종료후, 처리 가스의 공급이 정지됨과 동시에 불활성 가스가 공급되어 처리실(1) 내부가 상압으로 복귀된다. 또한, 히터(47)의 제어에 의해 처리실(1) 내부의 온도가 소정의 온도, 예컨대 300℃ 정도로 강온된다. 처리실(1)이 대기압으로 되고 실온으로 된 시점에서, 덮개(6)가 개방되어 처리실(1) 내부로부터 보트(5)가 언로드된다.
상술한 바와 같이, 이 열처리 장치에 있어서, 가스 도입구(3)에는 가스 도입 구조(18)가, 또한 배기구(4)에는 배기 라인(19)이 O링을 내부에 노출시키지 않는 제 1 타입의 밀봉 기구(20)를 거쳐 각각 접속된다. 또한, 포트(2)와 덮개(6) 사이에는 O링을 사용하지 않은 제 2 타입의 밀봉 기구(48)가 배치된다. 밀봉 기구(20, 48)에 있어서, 처리 가스가 접하는 부분에 금속이나 O링이 존재하지 않기 때문에, 고 내열, 고 내식, 저 아웃 가스 및 고 기밀의 밀봉 구조를 갖는 열처리 장치를 얻을 수 있다. 이 때문에, 산화, 확산, CVD 등의 처리를 이 열처리 장치내에서 연속적으로, 또한 고 신뢰성을 갖고 실행하는 것이 가능해져서, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. 또, 이 처리 장치는, 연속적인 처리 뿐만 아니라, 단독 처리에도 사용이 가능하다.
가스 도입구(3)의 배관부(P3) 내에는 복수의 도입관(28)이 삽입된다. 이 때문에, 도입관(28)이 한 곳에 집중되는 것에 의한 처리실(1) 구조의 간소화를 도모할 수 있다. 즉, 종래의 열처리 장치에서는, 처리실 주위에 복수의 가스 도입관이 개별적으로 접속되기 때문에, 처리실의 구조가 번잡하게 된다.
가스 도입 구조(18)의 금속제 단판(21)의 내면은 내식 커버(29)에 의해 피복된다. 이 때문에, 처리 가스가 접하는 부분으로부터 금속을 배제할 수 있음과 동시에, 단판(21) 내면의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 처리실(1)의 플랜지(12), 덮개(6) 및 단판(21)의 외면에 히터(40, 56, 57)가 배치된다. 이 때문에, 이들 부재의 내면에 반응 부생성물이 부착하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, TEOS 프로세스나 SlN 프로세스 등, 모든 프로세스에 있어서, 깨끗한 프로세스 환경을 유지하는 것이 가능하게 된다.
처리실(1)은 외관(7) 및 내관(8)의 이중관 구조로 이루어지고, 외관(7)과 내관(8) 사이의 환상 간극(9)의 하방에는 환상 간극(9)을 밀봉하는 밀봉 링(14)이 배치된다.
이 때문에, 외관(7)과 내관(8)의 환상 간극(9)의 하방으로부터 처리 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 내관(8)의 측벽에는 도입관(28)의 석영관(28a) 선단을 느슨하게 관통시키는 관통공(41)이 형성되고, 석영관(28a)의 선단에는 관통공(41)과의 사이를 밀봉하는 확대부(42)가 형성된다. 이 때문에, 석영 제품의 공차의 불량을 흡수하면서 처리 가스를 내관(8)내에 확실히 도입할 수 있다.
덮개(6)는 트레이(58)상에 탑재되고, 트레이(58)에는 보트(5)를 회전시키는 회전 기구(59)를 측방으로부터 고정하는 나사핀(60)이 배치된다. 이 때문에, 석영제의 덮개(6)에 부담을 주지 않고서 회전 기구(59)를 확실히 고정시킬 수 있다.
또, 처리실(1)을 구성하는 외관(7) 및 내관(8)은 세정을 위해 분해할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하지만, 클리닝 가스에 의해 세정하는 것도 가능하기 때문에, 하단부에서 용접 등에 의해 일체화되어 있더라도 무방하다. 또한, 처리실(1)은 외관(7) 및 내관(8)의 이중관 구조인 것이 바람직하지만, 외관(8)만의 단일관 구조에 있어서도, 본 발명의 몇가지 특징을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 장치에 있어서 취급되는 피처리 기판에는, 반도체 웨이퍼 이외에, 예를 들면 유리 기판이나 LCD 기판 등이 포함된다.
이상, 본 발명이 바람직한 실시의 일례에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명하였는데, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에 있어서, 당업자라면 각종 변경예 및 수정예에 생각이 미칠 수 있는 것이며, 이들 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
본 발명의 반도체 처리 시스템의 종형 열처리 장치는 산화, 확산, CVD 등의 열처리를 연속적으로 실행하는 것이 가능하다.
Claims (6)
- 반도체 처리 시스템에 있어서, 복수의 피처리 기판에 대하여 일괄하여 열처리를 실시하기 위한 종형 열처리 장치에 있어서,상기 피처리 기판을 수납하는 감압 처리 공간을 형성하기 위한 프로세스 튜브로서, 상기 프로세스 튜브는 하단부에 상기 피처리 기판을 로드 및 언로드하기 위한 포트와 상기 포트를 포위하는 제 1 플랜지를 갖는 것과, 상기 제 1 플랜지는 환상의 제 1 경면과, 상기 제 1 경면의 주위에 배치된 환상의 제 1 대향면을 갖는 것과, 상기 제 1 경면은 Ra=0.06㎛ 이하의 표면 거칠기를 갖는, 상기 프로세스 튜브와,상기 포트를 개폐하기 위한 덮개로서, 상기 덮개는 상기 제 1 플랜지와 협동하여 상기 처리 공간을 밀봉하기 위한 제 2 플랜지를 갖는 것과, 상기 제 2 플랜지는 환상의 제 2 경면과, 상기 제 2 경면 주위에 배치된 환상의 제 2 대향면을 갖는 것과, 상기 제 2 경면은 Ra=0.006㎛ 이하의 표면 거칠기를 갖는 것과, 상기 제 1 및 제 2 경면이 서로 대향하고 접촉함으로써, 상기 처리 공간을 실질적으로 기밀하게 밀봉하는 내측 밀봉이 형성되는 것과, 상기 제 1 및 제 2 대향면은 갭을 거쳐 서로 대향하는, 상기 덮개와,상기 갭 내에 배치된 환상의 밀봉 부재로서, 상기 밀봉 부재는 상기 제 1 대향면에 접촉하는 환상의 제 1 시트와, 상기 제 2 대향면에 접촉하는 환상의 제 2 시트와, 상기 제 1 및 제 2 시트를 기밀하게 접속하는 환상의 접속부를 구비하는 것과, 상기 제 1 및 제 2 대향면과 상기 밀봉 부재에 의해 외측 밀봉이 형성되는 것과, 상기 내측 밀봉과 상기 외측 밀봉과의 사이에 환상이면서 실질적으로 밀폐된 버퍼 공간이 형성되는, 상기 밀봉 부재와,상기 제 1 및 제 2 시트를 상기 제 1 및 제 2 대향면에 각각 진공 흡착하기 위한 흡입 기구로서, 상기 흡입 기구는 상기 제 1 및 제 2 시트에 대응하여 개구하도록 상기 제 1 및 제 2 플랜지에 각각 형성된 흡인 구멍을 갖는, 상기 흡입 기구와,상기 버퍼 공간을 배기함과 동시에 감압 상태로 하기 위한 버퍼 배기 기구와,상기 프로세스 튜브내에서 상기 피처리 기판을 서로 간격을 두고 적층된 상태로 유지하기 위한 유지구로서, 상기 유지구는 상기 피처리 기판을 유지한 상태로 상기 포트를 통해 상기 프로세스 튜브에 대하여 로드 및 언로드되는, 상기 유지구와,상기 유지구와 함께 상기 덮개를 승강하기 위한 승강 기구로서, 상기 승강 기구에 의해 상기 덮개의 상기 제 2 플랜지는 상기 프로세스 튜브의 상기 제 1 플랜지에 가압 부착되는, 상기 승강 기구와,상기 프로세스 튜브를 가열하기 위해서, 상기 프로세스 튜브의 주위에 배치된 히터와,상기 프로세스 튜브내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급 기구와,상기 처리 공간내를 배기함과 동시에 감압 상태로 하기 위한 주 배기 기구를 포함하는종형 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 밀봉 부재는 상기 덮개와 함께 상기 승강 기구에 의해 승강되는종형 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 버퍼 공간을 상기 버퍼 배기 기구 및 상기 주 배기 기구 중 어느 하나에 선택적으로 접속하기 위한 전환부를 더 구비하는종형 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 프로세스 튜브와 일체적으로 형성된 부분을 갖고 또한 상기 공급 기구의 일부로서 사용되는 배관을 포함하며, 상기 배관내에 다른 가스를 흘려보내기 위한 복수의 가스 도입관이 배치되는종형 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 프로세스 튜브내에 상기 프로세스 튜브와는 별개로 형성된 내측 튜브가 동축상으로 배치되고, 상기 프로세스 튜브 및 상기 내측 튜브는 베이어닛 커플링 구조에 의해 접속되는종형 열처리 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 프로세스 튜브내에 상기 프로세스 튜브와는 별개로 형성된 내측 튜브가 동축상으로 배치되고, 상기 내측 튜브의 측벽에는 적어도 1개의 상기 가스 도입관의 선단을 느슨하게 관통시키는 관통공이 형성되며, 상기 가스 도입관의 선단에는 상기 관통공의 내면에 기밀하게 접촉하는 확대부가 배치되는종형 열처리 장치.
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