KR20010101717A

KR20010101717A - 열처리장치 및 열처리방법

Info

Publication number: KR20010101717A
Application number: KR1020017009404A
Authority: KR
Inventors: 사이토다카노리; 오사나이히사에이; 마키야도시유키
Original assignee: 히가시 데쓰로; 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2001-11-14
Also published as: KR100709802B1; DE60038669D1; WO2001041202A1; TW478046B; EP1156518A1; JP3598032B2; KR20060064030A; DE60038669T2; EP1156518B1; KR100638946B1; JP2001156005A; EP1156518A4; US6444940B1

Abstract

열처리장치는 반응용기와, 반응용기내에 수납되어 다수의 피처리체를 유지하는 유지구를 가지고 있다. 반응용기의 하단이 덮개로 덮여지고, 덮개와 유지구의 사이에 보온 유니트가 설치되어 있다. 이 보온 유니트의 표면부에, 고순도의 탄소소재로 이루어진 저항발열선을 석영 플레이트 속에 봉입하여 이루어지는 발열체 유니트가 설치되고, 이 발열체 유니트의 아래쪽에 단열체가 설치되어 있다. 보온 유니트는 덮개에 고정되고, 보온 유니트의 중앙부에 유지구를 회전시키는 회전축이 관통하여, 발열체 유니트에 급전하기 위한 급전로부재가 보온 유니트의 바깥쪽으로 인출된다.

Description

열처리장치 및 열처리방법{HEAT TREATING DEVICE AND HEAT TREATING METHOD}

반도체 디바이스의 제조장치의 하나로서 종형열처리장치가 알려져 있다. 이 열처리장치는 다수매의 웨이퍼를 일괄해서 열처리하는 배치식으로, 도 12에 감압 CVD를 행하는 장치에 대하여 개략도를 나타낸다. 1은 웨이퍼 보트로서, 이 웨이퍼 보트(1)는 다수매의 웨이퍼(W)를 선반형상으로 유지하여 도시하지 않은 엘레베이터에 의해, 이중구조의 반응관(11) 및 통형상의 매니폴드(12)로 이루어진 반응용기내에 반입된다. 이 때 반응용기는 덮개(10)에 의해 기밀로 막힌다. 반응용기내부는 반응관(11)을 둘러싼 히터(13)에 의해 소정온도로 가열되는 동시에, 배기관(14)에 의해 소정의 압력까지 감압된다. 그리고 성막가스가 가스공급관(15)을 통하여 반응용기의 하부쪽에서 공급되어, 얇은 막의 성분으로 분해되어 웨이퍼(W) 상에 퇴적하고, 나머지 가스는 내관(11a)의 천정부에서부터 내관(11a)과 외관(11b)의 사이의 공간을 하강해 내려간다.

또한, 웨이퍼 보트(1)의 아래에는 예를 들면 석영으로 된 핀을 구성하여 이루어진 보온 유니트(16)를 개재시켜 웨이퍼(W)가 놓여지는 분위기를 덮개(10)의 바깥쪽에서 단열하여 보온하도록 하고, 더욱 웨이퍼 보트(1)의 하단쪽에는 제품 웨이퍼(W)를 두지 않고 사이드 웨이퍼 등으로 불리는 더미 웨이퍼(W)를 수매 재치하고 있다.

그런데, 상술한 종형열처리장치는 다음과 같은 과제가 있다.

(1) 웨이퍼(W)가 놓여지는 분위기의 열을 외부로 될 수 있는 한 방출하지 않도록 하기 위해서 보온 유니트(16)의 열용량은 크게 설정되어 있다. 이 때문에 처리분위기의 온도를 목표의 처리온도까지 상승하여 온도를 안정화시킬 때에, 보온 유니트(16)의 온도상승이 늦어져, 처리분위기로부터 보온 유니트(16)쪽으로 열이 흘러가 버린다. 이 결과 온도가 안정되는 시간(회복 타임)이 길어져서, 스루풋의 저하의 요인이 되고 있고, 또한 충분히 긴 회복 타임을 취하지 않으면 배치처리마다의 재현성이 나쁘다.

(2) 또한 보온 유니트(16)의 표면적이 크기 때문에, 이 보온 유니트(16)를 개재하여 반응용기내로 반입되는 수분량이 많고, 이 수분이 열처리시에 보온 유니트(16)로부터 이탈하여 웨이퍼(W) 상에 형성된 얇은 막내로 받아들여, 막질의 저하의 원인이 되고 있다. 그리고 열처리를 하기 전에, 웨이퍼(W)에 부착한 수분 등의 불순물을 제거하기 위해서 예를 들면 수소가스 등을 반응용기내에 흐르게 하여 표면처리를 하고 있는 경우도 있지만, 보온 유니트(16)로부터 이탈한 수분이 웨이퍼 (W)에 흡착하기 때문에, 표면처리의 효율이 나쁘다.

(3) 더욱 또한 가스공급관(15)을 통하여 반응용기내에 도입된 성막 가스는 보온 유니트(16) 옆을 지나 상승해 가지만, 보온 유니트(16)의 온도가 낮기 때문에 특히 가스유량이 큰 경우에는, 웨이퍼(W)가 놓여져 있는 처리분위기에 도달하는 미반응 가스의 양이 많아진다. 이 때문에 처리분위기내에서 분해하는 가스의 양이 많아져, 장소에 따라서 활성종의 생성량이 변하기 때문에, 이것이 웨이퍼(W)의 막두께에 반영되어, 웨이퍼(W)사이, 및 웨이퍼(W) 면내에서의 막두께의 균일성을 나쁘게 하고 있는 한가지 원인이 되고 있다.

(4) 또한 보온 유니트(16)에 의해 처리분위기와 반응용기의 외부와의 사이의 열의 흐름을 차단하도록 하고는 있으나, 웨이퍼 보트(1)의 웨이퍼재치영역의 하부쪽은 방열량이 많기 때문에 웨이퍼 보트(1)의 최하단으로부터 수단계 위까지는 사이드 웨이퍼(더미 웨이퍼)를 놓도록 하고 있으며, 이 때문에 제품 웨이퍼(W)의 재치영역이 좁아지지 않을 수 없다. 따라서, 웨이퍼 보트(1)에 있어서의 웨이퍼의 수납가능매수를 많게 하더라도, 1배치처리당 제품웨이퍼(W)의 처리매수가 적어져 버려, 결국 스루풋의 향상이 방해되고 있다.

[발명의 개시]

본 발명은 이러한 사정하에서 이루어진 것으로서, 그 목적은 스루풋의 향상을 도모할 수 있는 종형열처리장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 하단이 개구한 반응용기와, 반응용기내에 수용되어, 다수의 피처리체를 유지하는 유지구와, 반응용기의 하단개구를 덮는 덮개를 구비하고, 덮개와 유지구의 사이에 보온 유니트가 개재되어, 보온 유니트는 발열체유니트를 가지며, 발열체 유니트는 금속불순물이 적은 저항발열체를 세라믹 속에 봉입하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명은 발열체 유니트는 보온 유니트의 표면부 또는 측면부의 적어도 한쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항1에 기재된 열처리장치이다.

본 발명은 보온 유니트는 발열체 유니트쪽에 위치하는 단열핀과, 단열핀의 아래쪽에 위치하는 단열체를 가진 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 열처리장치이다.

본 발명은 보온 유니트는 수평방향에 배치된 복수의 단열핀을 가진 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명은 보온 유니트는 덮개에 고정되는 동시에, 유지구에 회전축이 연결되고, 이 회전축은 보온 유니트의 관통구멍을 관통하여 구동부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명은 회전축은 보온 유니트의 관통구멍을 관통하는 제 1 회전축과, 제 1 회전축에 전달부를 개재하여 연결되어 구동부에 이르는 제 2 회전축으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명은 제 2 회전축은 덮개를 관통하고, 덮개를 관통하는 제 2 회전축의 보온 유니트쪽 주위는 덮개로부터 이어지는 덮개쪽 돌기부와, 전달부에서 이어지는 전달부쪽 돌기부로 이루어진 래비린스(labyrinth)에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명은 보온 유니트의 바깥둘레에는 복수의 지지기둥이 배치되고, 적어도 1개의 지지기둥은 관형상체가 되어 덮개를 관통함과 동시에, 이 관형상체내에 발열체 유니트용의 급전선이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명은 저항발열체는 고순도의 탄소소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명은 세라믹은 석영인 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.

본 발명에 의하면, 반응용기내의 처리분위기로부터 보온 유니트를 통해 외부로 방열되는 방열량이 적어지기 때문에, 처리분위기를 목표온도로 조속히 안정시킬 수 있고, 또한 온도가 안정된 처리영역을 넓게 확보할 수 있다. 또한 보온 유니트를 덮개에 고정하는 구조로 하면, 급전로부재의 인출을 용이하게 할 수 있다.

본 발명은 다단의 피처리체를 유지구에 유지시키는 공정과, 피처리체를 유지한 유지구를 하단이 개구한 반응용기내에 아래쪽에서 반입하는 공정과, 반응용기내를 반응용기 바깥쪽에 설치된 히터에 의해 가열분위기로 함과 동시에, 성막가스를 공급하여 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하고, 성막처리공정중에 있어서, 유지구의 아래쪽에 있어서의 온도를 피처리체가 놓이는 분위기온도보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 열처리방법이다.

본 발명은 성막처리공정중에 있어서, 성막가스는 유지구의 아래쪽에서 위쪽을 향하여 공급되고, 유지구의 아래쪽에 있어서의 성막가스의 통과영역의 온도를 피처리체가 놓여지는 분위기온도보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 열처리방법이다.

본 발명은 성막처리공정중에 있어서, 성막가스는 유지구의 위쪽에서 아래쪽을 향하여 공급되는 것을 특징으로 하는 열처리방법이다.

본 발명은 유지구의 아래쪽에 설치된 발열체 유니트를 가진 보온 유니트에 의해 유지구의 아래쪽을 가열하여 유지구의 아래쪽에 있어서의 온도를 피처리체가놓여지는 분위기온도보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 열처리방법이다.

본 발명에 의하면, 성막가스의 분해가 촉진되기 때문에, 균일성이 높은 처리를 할 수 있다.

본 발명은 열처리장치 및 열처리방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태의 전체구성을 나타내는 종단측면도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시형태의 개관을 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 한 실시형태에서 사용되는 보온 유니트를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 한 실시형태에서 사용되는 보온 유니트에 조립된 발열체 유니트를 나타내는 평면도이다.

도 5는 처리분위기 및 발열체 유니트의 온도변화를 나타내는 특성도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시형태의 전체구성을 나타내는 종단측면도이다.

도 7은 본 발명에서 사용되는 보온 유니트의 다른 예를 나타내는 측면도이다.

도 8은 본 발명에서 사용되는 보온 유니트의 또 다른 예를 나타내는 사시도이다.

도 9는 본 발명의 장치와 종래 장치를 사용한 경우의 막두께의 균일성을 나타내는 설명도이다.

도 10은 본 발명에 사용되는 보온 유니트와 종래의 보온 유니트에 대하여 온도상승속도를 측정한 결과를 나타내는 특성도이다.

도 11은 본 발명에 사용되는 보온 유니트와 종래의 보온 유니트에 대하여 온도하강속도를 측정한 결과를 나타내는 특성도이다.

도 12는 종래의 종형열처리장치를 나타내는 종단측면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

도 1은 본 발명을 종형열처리장치에 적용한 실시형태를 나타내는 전체구성도, 도 2는 종형열처리장치의 개관도이다. 도 1중의 부호 2는 예를 들면 석영으로 만들어진 내관(2a) 및 외관(2b)으로 이루어지는 2중관 구조의 반응관으로, 반응관 (2)의 하부쪽에는 금속제의 통형상의 매니폴드(3)가 설치되어 있다. 그리고 반응관(2)과 매니폴드(3)에 의해 반응용기가 구성된다.

상기 내관(2a)은 상단이 개구되어 있고, 매니폴드(3)의 안둘레쪽에서 지지되고 있다. 외관(2b)은 상단이 막혀 있으며, 하단이 매니폴드(3)의 상단에 기밀로 접합되어 있다. 본 예에서는, 내관(2a), 외관(2b) 및 매니폴드(3)로 반응용기가 구성되어 있다. 31은 베이스플레이트이다.

상기 반응관(2)내에는, 다수매 예를 들면 126매의 피처리체를 이루는 웨이퍼 (W)가 각각 수평한 상태로 상하로 간격을 두고 유지구인 웨이퍼 보트(21)에 선반형상으로 재치되어 있다. 웨이퍼 보트(21)는 도 2에 나타낸 바와 같이 천정판(22) 및 바닥판(23)의 사이에 복수개의 지지기둥(24)을 설치하고, 이 지지기둥(24)에 웨이퍼(W)의 둘레가장자리부를 유지하는 홈이 형성되어 구성되어 있다. 이 웨이퍼 보트(21)는 덮개(32)상에 보온 유니트(4)의 설치영역을 통해 유지되고 있다. 이 보온 유니트(4)에 관해서는 후에 상술한다. 상기 덮개(32)는 웨이퍼 보트(21)를반응관(2)내에 반입, 반출하기 위한 보트 엘리베이터(33) 상에 탑재되어 있고, 상한위치에 있을 때에는 매니폴드(3)의 하단개구부, 즉 반응관(2)과 매니폴드(3)로 구성되는 반응용기의 하단개구부를 폐색하는 역할을 가지는 것이다.

또한, 반응관(2)의 주위에는, 이것을 둘러싸도록 예를 들면 저항가열체로 이루어진 히터(25)가 설치되어 있다. 도 1에는 나타나 있지 않지만, 히터(25)의 주위에는 단열층이 형성되고, 더욱 그 바깥쪽에는 외장체가 설치되어 있어 이들에 의해 가열로(26)(도 2 참조)가 구성된다. 또 예를 들면 가열로(26) 혹은 다른 발열부분으로부터 크린 룸에의 방열량을 억제하기 위해서 가열로 혹은 다른 발열부분의 주위에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수계통이 일반적으로 설치되고, 각 계통 라인마다 유량계와 급단(온, 오프) 밸브가 개재되어 장착되고 있다. 이 경우 정전 등에 의해 단수 등이 일어나면, 냉각수의 흐름이 멈추어, 냉각수의 온도가 급상승하고, 압력도 급격히 상승하여 상류쪽으로 냉각수가 역류하여, 유량계가 파손하기 때문에, 이것을 방지하기 위해서 유량조절가능형 역지밸브(릴리프 밸브)가 각 순환계통에 설치되어 있다.

설명을 도 1로 되돌리면, 상기 매니폴드(3)의 주위에는 복수의 가스공급관이 설치되어, 복수의 처리가스(성막가스)를 내관(2a)내부로 공급할 수 있도록 되어 있다. 도 1에서는 그 중 1개의 가스공급관(34)을 나타내고 있으며, 이 가스공급관 (34)은 밸브(V1), 유량계(MFC) 및 밸브(V2)를 개재하여 가스공급원(35)에 접속되어 있다. 또한, 매니폴드(3)에는 내관(2a)과 외관(2b)의 사이의 공간에서 배기할 수 있도록 배기관(36)이 접속되어 있고, 진공펌프(37)에 의해 반응관내를 소정의 감압분위기로 유지할 수 있도록 되어 있다.

도 1에 있어서, 처리가스는 가스공급관(34)에 의해 내관(2a)속으로 웨이퍼 보트(21)의 아래쪽에서 위쪽을 향하여 공급되는데, 가스공급관(34)을 내관(2a)의 위쪽에 배치하여 처리가스를 웨이퍼 보트(21)의 위쪽에서 아래쪽을 향하여 공급하여도 좋다.

다음에 상기 보온 유니트(4) 및 이것에 관련된 부위에 대하여 도 3을 참조하면서 설명한다. 보온 유니트(4)는 표면부를 이루는 면형상 예를 들면 원형판형상의 발열체 유니트(5)에 의해 구성되어 있고, 이 발열체 유니트(5)의 중앙부에는 구멍부(50)가 형성되어 있다. 발열체 유니트(5)의 아래쪽에는, 그 내부공간이 상기 구멍부(50)에 대향하도록 예를 들면 석영으로 된 축관(41)이 수직으로 설치되어 있다. 이 축관(41)의 상단부에는 단열부재인 원형의 핀(42)이 발열체 유니트(5)와의 사이에 틈을 두고 거의 수평으로 설치되는 동시에, 해당 핀(42)의 중앙부에는, 축관(41)의 내부공간으로 연이어 통하는 구멍부(43)가 형성되어 있다. 상기 핀(42)은 웨이퍼처리영역의 열이 외부에 방열되는 것을 억제하는 단열의 역할 및 발열체 유니트(5)로부터의 복사열을 반사시키는 역할을 가진 것으로, 예를 들면 불투명석영이나 탄화규소(SiC)등으로 구성된다. 상기 축관(41)의 아래쪽에는, 이 축관(41)의 내부공간으로 연이어 통하도록 중앙부에 구멍부(40)가 형성된 원형형상의 단열부재(단열체)(44)가 덮개(32) 상에 지지부재(45)(도 2참조)를 통해 지지고정되어 설치되어 있다. 한편 지지부재(45)는 예를 들면 둘레방향의 거의 3등분한 위치에 설치되어 있다. 단열부재(44)는 이것보다도 위쪽의 열이 덮개(33)쪽으로 방열하는것을 억제하는 역할을 가진 것으로, 예를 들면 석영으로 이루어진 블록이나, 핀을 복수단 적층한 것 등을 사용할 수 있다.

상기 발열체 유니트(5)의 구멍부(50), 핀(42)의 구멍부(43), 축관(41)의 내부공간 및 단열부재(44)의 구멍부(40)는 웨이퍼 보트(21)를 연직축의 둘레에 회전시키기 위한 제 1 회전축(6A)을 관통시키기 위한 관통구멍을 형성하는 것이다. 제 1 회전축(6A)은 상부에 테이블(61)이 설치되고, 이 테이블(61) 위에 웨이퍼 보트 (21)가 탑재된다. 제 1 회전축(6A)의 하부는 전달부(62)를 통해 제 2 회전축(6B)에 접속되어 있고, 제 2 회전축(6B)은 덮개(32)를 기밀로 관통하여, 보트 엘레베이터(33)에 설치된 구동부(63)에 접속되어 있다. 구동부(63)는 예를 들면 회전축 (6B)에 접속되는 풀리나 이 풀리를 벨트를 개재하여 구동시키는 모터 등으로 이루어진다.

전달부(62)는 제 2 회전축(6B)의 상단부에 형성된 테이블(64)과, 제 1 회전축(6A)의 하단부에 형성된 테이블(64)상에 재치되는 원판형상의 받음부(65)로 이루어지고, 제 2 회전축(6B)의 회전이 제 1 회전축(6A)에 전달되는 부분이다. 또한 예를 들어 상기 받음부(65)의 둘레가장자리의 아랫면에는 단면이 빗살모양으로, 아래쪽으로 돌출하고 있는 복수의 돌기부(전달부쪽 돌기부)(66)가 형성됨과 동시에, 덮개(32)의 표면에는 단면이 빗살모양으로, 위쪽으로 돌출하고 있는 복수의 돌기부 (덮개쪽 돌기부)(67)가 형성되어 있다. 이들 돌기부(66,67)끼리 교대로 겹치는 것에 의해 래비린스가 형성되어, 제 2 회전축(6B)의 보온 유니트(4)쪽 주위가 래비린스에 의해 둘러싸이고, 반응관(2)내의 가스가 제 2 회전축(6B)의 축받이 부분에 들어가기 어렵게 되어 있다.

상기 발열체 유니트(5)는 금속불순물이 적은 저항발열체를 세라믹 예를 들면 석영 속에 봉입되어 구성되는 것으로, 이 예에서는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 예를 들면 두께 8mm 정도의 석영제의 원판형상체(석영 플레이트)(51)중에 고순도의 탄소소재로 이루어진 히터선(52)을 소용돌이 감는 형상으로 배치하여 구성되어 있다. 또한 서로 이웃하는 히터선(52)의 사이에 석영을 개재시켜도 좋고, 이 경우 석영으로 이루어지는 소용돌이 감는 형상의 구획벽의 사이에 히터선(52)이 배선되게 된다. 발열체 유니트(5)는 보온효과를 크게 하기 위해서 웨이퍼(W)와 같거나 그것보다도 큰 사이즈인 것이 바람직하다. 또한 발열체 유니트(5)의 둘레가장자리부의 아랫면쪽에는 예를 들면 둘레방향으로 3등분한 부위에 석영으로 된 지지기둥(71∼73)(단 도면에서는 2개의 지지기둥밖에 나타내지 않음)이 설치되고, 이들 지지기둥(71∼73)은 덮개(32)에 고정되어 있다.

그리고 3개의 지지기둥(71∼73)중의 1개의 지지기둥(71)은 관형상체에 의해 구성되어 있고, 히터선(52)의 양 끝단부가 예를 들면 발열체 유니트(5)의 둘레가장자리부의 1개소에 근접하고 있다. 이 히터선(52)에 접속된 한 쌍의 급전로부재, 예를 들면 상기 히터선(52)과 같은 재질의 급전선이 가는 석영관 속으로 통과하고, 더욱 이 석영관이 관형상체[지지기둥(71)] 속을 지나 상기 급전선(53,54)이 덮개 (32)의 외부에 배선되어 있다. 따라서, 이 급전선(53,54)에 외부의 전원부를 접속함으로써 히터선(52)이 발열하게 된다. 또 나머지 2개의 지지기둥(72,73)은 관형상체여도 좋고 로드체여도 좋으며, 덮개(32)의 표면에 지지된다.

다음에 상술한 실시형태의 작용에 대하여 설명한다. 여기서는 구체적인 처리의 일례로서 HTO(High Temperature Oxide)로 불리는 산화막을 CVD 처리로 성막하는 예를 든다. 먼저 피처리체인 웨이퍼(W)를 소정매수 웨이퍼 보트(21)에 선반형상으로 유지하여, 보트 엘레베이터(33)를 상승시킴으로써 반응용기내에 반입한다. 웨이퍼 보트(21)의 반입시에는 반응용기의 처리분위기는 예를 들면 600℃ 정도로 유지되고 있고, 웨이퍼 보트(21)가 반입되어 반응용기의 하단개구부[상세하게는 매니폴드(3)의 하단개구부]가 덮개(32)에 의해 막혀진 후, 히터(25)에 의해 처리분위기를 예를 들어 800℃ 전후까지 온도를 상승시키는 동시에, 배기관(36)을 통하여 진공펌프(37)에 의해 반응용기내를 소정의 진공도까지 감압한다.

한편 보온 유니트(4)의 발열체 유니트(5)에 대해서도 예를 들면 웨이퍼 보트(21)의 반입도중에 온도 상승을 시작하여, 발열체 유니트(5)의 온도가 예를 들면 성막시의 처리분위기의 온도보다도 높은 840℃ 부근까지 온도가 상승한다. 여기서 도 5에 처리분위기의 온도[웨이퍼(W)가 놓여지는 분위기의 온도로서, 예를 들면 웨이퍼(W)의 배열영역에서의 중앙의 높이 위치의 온도]로 발열체 유니트(5)의 온도와의 각 시간경과에 따른 변화 모양을 각각 실선 a, 및 쇄선 b로서 모식적으로 나타내 보면, 도 5에 있어서 시간 t1은 웨이퍼 보트(21)의 반입(로딩)종료시점이고, 시간 t2는 처리분위기가 목표온도에 도달한 시점이다. 발열체 유니트(5)는 예를 들면 100℃ 부근에서 대기하여, 여기서 예를 들면 목표온도 840℃ 부근까지 온도가 상승한다. 발열체 유니트(5) 및 처리분위기가 각각 목표온도에 도달하는 시점은 예컨대 거의 같은 타이밍이다. 여기서 말하는 발열체 유니트(5)의 온도란 발열체 유니트(5)의 표면근방인 수밀리 떨어진 부위에 온도 센서를 두어 측정한 온도이다.

그 후 온도안정화를 위한 시간(회복 타임)으로서 시간 t3까지 처리하지 않고 대기하여, 시간 t3이 된 후, 2개의 가스공급관(34)(이미 서술한 바와 같이 도 1에서는 1개밖에 나타내지 않음)으로부터 디클로로실란(SiH₂Cl₂) 가스와 일산화이질소 (N₂O)가스로 이루어지는 처리가스(성막가스)를 반응용기[반응관(2)과 매니폴드(3)]내에 공급하면서 반응용기내의 압력을 예를 들면 소정의 진공도로 유지한다. 또한 이 때 회전축(6A,6B)을 회전시켜 웨이퍼 보트(21)를 회전시킨다.

여기서 발열체 유니트(5)의 표면근방의 온도는 약 840℃이기 때문에, 발열체 유니트(5)의 주위 및 그것보다도 조금 아래쪽은 처리분위기의 온도800℃ 부근보다도 높아지고 있다. 이 때문에 반응관(1)의 하부쪽으로 공급된 디클로로실란가스 및 일산화질소가스는 보온 유니트(4) 옆을 지날 때에 분해가 진행되고, 분해가 진행된 상태에서 처리분위기내로 확산해 가, 웨이퍼(W) 상에 활성종이 퇴적되어 실리콘산화막이 성막된다. 그리고 시간 t4에서부터 히터(25)의 전력을 컨트롤하여 반응용기내를 온도하강시키는 동시에, 발열체 유니트(5)의 공급전력을 제로로 하여 발열체 유니트(5)를 온도하강시켜, 예를 들면 처리분위기의 온도가 600℃가 된 시점(시간 t5)에서 웨이퍼 보트(21)를 하강시킨다.

상술한 실시형태에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 보온 유니트(4)는 표면부에 발열체 유니트(5)를 구비하고, 반응용기내의처리분위기를 온도상승시키는 공정 및 목표온도로 안정화시키는 공정에 있어서, 발열체 유니트(5)를 발열시키고 있기 때문에, 처리분위기로부터 보온 유니트(4)를 통해 외부로 방열되는 열량이 적어진다. 그리고 보온 유니트(4)는 발열체 유니트(5)를 구비하고 있기 때문에 보온성이 좋고, 이 때문에 열용량은 작아도 되므로, 보온 유니트(4) 전체가 따뜻해지는 속도도 빠르다. 이러한 것으로부터 처리분위기의 온도가 목표온도에 도달한 후, 그 온도로 안정시키는 시간, 즉 온도의 안정화시간(회복 타임)이 짧아도 되므로, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. 또한 배치처리마다의 회복 타임의 불균일도 작아지므로 처리의 재현성이 좋아진다.

(2) 상술한 바와 같이 보온 유니트(4)의 보온효과가 크기 때문에 온도의 균일성이 높은 영역이 아래쪽까지 넓어지고, 이 때문에 웨이퍼 보트(21)의 하부에서 지금까지 온도가 낮아서 사이드 웨이퍼를 재치시키지 않을 수 없었던 영역에도 제품웨이퍼(W)를 재치시킬 수 있어, 1 배치당의 처리매수를 많게 할 수 있기 때문에, 이 점으로부터도 스루풋이 향상한다.

(3) 가스공급관(34)을 통하여 반응용기내에 공급된 성막가스는 발열체 유니트(5)에 의해 가열되어, 처리분위기에 도달하기 전에 어느 정도 분해되기 때문에, 처리분위기에 있어서의 미반응 가스의 양이 적어진다. 이 결과 웨이퍼 보트(21)에 배열된 각 웨이퍼(W)의 사이에 있어, 또한 각 웨이퍼(W)의 면내에서 활성종의 농도의 균일성이 높아지고, 웨이퍼(W) 사이 및 웨이퍼(W) 면내에서의 막두께의 균일성이 높아진다.

(4) 보온 유니트(4)의 열용량이 작아도 되기 때문에, 웨이퍼 보트를 반응용기로부터 반출할 때(언로드시)의 보온 유니트(4)의 온도하강속도가 빠르고, 이 때문에 반응용기의 아래쪽의 로딩 영역에 설치된 로봇이나 센서에 대한, 보온 유니트 (4)로부터의 열적 손상을 저감시킬 수 있다.

(5) 보온 유니트(4)를 덮개(32)에 고정하여, 웨이퍼 보트(21)를 회전시키기 위한 회전축[회전축(6A) 및 (6B)]를 보온 유니트(4)의 내부를 관통시킨 구조로 하고 있기 때문에, 발열체 유니트(5)의 히터선(52)의 급전선(53,54)을 외부로 용이하게 인출할 수 있다. 한편 본 발명에서는 보온 유니트(4)를 덮개(32)에 고정하는 것에 한정되는 것은 아니지만, 보온 유니트(4)를 종래와 같이 회전시키도록 하면, 급전선(53,54)을 외부에 인출하기 위해서 슬립 링 등을 사용하지 않으면 안되기 때문에, 상술한 실시형태의 구조쪽이 유리하다.

이어서 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 서술한다. 상술한 실시형태는 감압CVD법에 의해 성막처리하는 장치이지만 본 발명은 소위 산화, 확산로에도 적용할 수 있다. 도 6은 산화 가스에 의해 웨이퍼(W) 상의 실리콘막을 산화하기 위한 종형열처리장치이다. 도 6에 있어서 도 1의 장치와 대응하는 부분에 관해서는 부호의 번잡화를 피하기 위해서 동일한 부호를 붙이고 있다. 이 종형열처리장치가 도 1의 장치와 다른 점은 매니폴드(3)를 사용하지 않고 내관(8a), 외관(8b)으로 이루어지는 2중관 구조의 반응관(8)으로 반응용기가 구성되어 있는 점, 산화 가스 예를 들면 산소가스를 가스공급관(81)을 통하여 내관(8a)과 외관(8b)의 빈틈에 공급하여, 내관(8a)의 천정부의 구멍부(80)를 지나, 내관(8a)의 하부쪽에서 배기관(82)을 통하여 배기하고 있는 점, 처리압력이 거의 상압인 점, 및 처리분위기의 온도가 감압CVD인 경우보다도 일반적으로 높은 점 등을 들 수 있다. 한편 도 6중 83은 균열관이다.

더욱 열처리의 종류에 따라서는, 예를 들어 에피택셜(epitaxial) 성장막을 성막하는 경우 등에는 웨이퍼(W) 상에 부착하고 있는 수분량에 의해서 막질이 좌우된다. 본 발명에서는 상술한 바와 같이 보온 유니트(4)의 열용량이 작아도 되기 때문에, 보온 유니트(4)의 구성부품의 표면적이 작아도 되고, 보온 유니트(4)를 개재하여 외부에서 반응용기내로 반입되는 수분의 양이 적어진다. 이 때문에 막질의 향상이 도모된다. 또한 이미 서술한 바와 같이 온도상승전이나 온도상승 도중에 웨이퍼(W)에 대하여 표면처리하는 경우가 있지만, 이 경우에도 반입되는 수분의 양이 적기 때문에 웨이퍼(W)의 표면처리의 효율의 향상을 기대할 수 있다.

또한 보온 유니트(4)의 다른 예를 도 7, 도 8에 나타낸다. 도 7에 나타내는 보온 유니트(4)는 이미 서술한 보온 유니트(4)에 있어서, 발열체 유니트(5)의 아래쪽에 단열부재인 예를 들면 석영으로 이루어지는 핀(91)을 다단으로 적층하여 구성한 것이다.

도 8에 나타내는 보온 유니트(4)는 표면부 뿐만 아니라 측면부를 통형상의 발열체 유니트(92)로 구성한 것이다. 통형상의 발열체 유니트(92)는 예를 들면 2중구조의 석영관의 사이에 상술한 저항발열선을 개재시켜 윗가장자리 및 아랫가장자리를 밀봉처리하여 만들 수 있다. 이 경우 통형상의 발열체 유니트(92)로 둘러싸인 영역내에는 예를 들면 석영블록이나 석영핀 등을 배치하여도 좋다. 또한 보온 유니트(4)는 표면부에는 발열체 유니트(5)를 설치하지 않고 측면부에만 발열체유니트(92)로 구성하도록 하여도 좋고, 바닥면부에만 발열체 유니트(5)를 설치하여도 좋고, 혹은 표면부에는 이미 서술한 바와 같은 핀을 배치하고, 그 아래쪽에 발열체 유니트(5)를 배치하도록 하여도 좋다. 또한 발열체 유니트(5)의 표면에는 예컨대 CVD 등에 의해 보호막을 형성하도록 하여도 좋고, 얇은 보호 플레이트로 해당 표면을 덮도록 하여도 좋다. 한편 보온 유니트(4)의 재질은 석영에 한정되지 않고 탄화규소(SiC)등의 세라믹이더라도 좋다. 또한 본 발명은 웨이퍼 보트(21)를 회전시키지 않은 장치에 대하여 적용하여도 좋다.

실시예

(실시예 1)

도 1에 나타내는 종형열처리장치를 사용하여 200mm웨이퍼(8 인치 웨이퍼)에 실리콘산화막을 성막하였다. 웨이퍼 보트로서는 126매 수납용량이 있는 것을 사용하여, 웨이퍼 보트의 로딩시에 있어서의 처리분위기의 온도는 600℃로 설정하고, 800℃ 부근까지 온도가 상승하고 있어 5.5nm의 막두께를 목표로 하여 80분간처리를 하였다. 성막가스로서는, 디클로로실란가스 및 일산화이질소가스를 각각 200sccm 및 400sccm의 유량으로 공급하여, 반응용기내의 압력을 소정의 진공도로 유지하였다. 또한 보온 유니트(4)의 발열체 유니트(5)의 표면근방의 온도를 이미 서술한 실시형태에서 설명한 바와 같이 840℃ 부근까지 온도상승시켰다.

이렇게 해서 얻어진 실리콘산화막에 대하여, 톱(top), 센터(center), 보텀 (bottom)에 위치하는 웨이퍼(W)의 각 막두께(평균막두께)를 조사한 바, 도 9의 막대 그래프(안쪽이 하얗게 된 부분)와 같아지고, 또 각 위치마다의 웨이퍼(W)의 막두께의 면내균일성에 대하여 조사한 바, △표시와 같이 되었다. 또 톱 위치, 센터 위치, 보텀 위치는 각각 웨이퍼 보트의 최상단에서부터 세어 6단째, 58단째, 110단째를 나타내고 있다.

한편 비교예로서, 도 12에 나타내는 발열체 유니트를 구비하고 있지 않은 종래의 통형상체로 구성한 보온 유니트를 사용한 것 외에는 완전히 같이 하여 웨이퍼 (W)에 성막을 행하고, 웨이퍼(W)의 막두께 및 면내균일성에 대하여 마찬가지로 조사한 바, 각각 도 9의 막대그래프(사선) 및 □표시와 같이 되었다.

이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 발열체 유니트를 탑재하지 않은 보온 유니트를 사용한 경우에는 톱, 센터, 보텀의 각 위치의 평균막두께가 불균일하나, 발열체 유니트를 설치한 보온 유니트를 사용한 경우에는 평균막두께가 거의 일치하고 있다. 또한 막두께의 면내균일성에 대해서도 비교예의 경우에는 6%을 넘어서고 있는 데 비하여, 본 발명에 있어서는 톱에서는 5%정도, 센터 및 보텀에서는 3%을 밑돌고 있어, 본 발명장치가 효과적인 것임을 알 수 있다. 한편 면내균일성이란, 막두께의 최대치, 최소치 및 평균치를 각각 Max, Min, Ave로 하면, (Max-Min)/Ave×1/2×100으로 나타내지는 값이다.

(실시예 2)

도 6에 나타내는 종형열처리장치를 사용하여 200mm 웨이퍼에 산화처리를 하여, 웨이퍼(W) 표면의 실리콘막을 산화하였다. 웨이퍼 보트의 로딩시에 있어서의 처리분위기의 온도는 300℃로 설정하고, 850℃까지 온도를 상승시켜, 2nm의 막두께의 산화막을 목표로 하여 소정시간 처리를 하였다. 또한 비교예로서 20매의 석영핀을 적층하여, 발열체 유니트를 구비하지 않은 보온 유니트를 사용하여 마찬가지로 처리하여, 각각의 경우에 있어서 온도균일성이 높은 처리분위기를 어느 정도의 넓이로 확보할 수 있는지에 대하여 조사하였다.

비교예의 경우는 웨이퍼 보트의 최하단으로부터 23단째까지 사이드 웨이퍼(처리와는 관계없는 더미 웨이퍼)를 탑재함으로써, 아래에서 24단째의 웨이퍼의 막두께의 균일성이 3.09%이지만, 본 발명의 경우는 웨이퍼 보트의 최하단으로부터 5단째까지 사이드 웨이퍼를 탑재함으로써 웨이퍼의 막두께의 균일성이 2.88%이었다. 따라서 본 발명은 1배치당의 사이드 웨이퍼(더미 웨이퍼)의 매수를 적게 할 수 있다. 이것은 반대로 말하면 비교예와 비교하여 막두께의 면내균일성을 동등하게 확보하면서 처리가능한 영역(제품웨이퍼를 탑재할 수 있는 영역)이 넓어진다고 할 수 있다. 한편 웨이퍼(W) 상의 파티클의 오염에 대해서도 평가해 보았으나, 비교예와 같고, 발열체 유니트를 설치한 것이 파티클의 오염에 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다.

또한 웨이퍼 보트의 로딩을 종료한 시점에서 처리개시시간까지에 대하여, 반응용기내의 온도의 안정화를 도모하면서 측정한 바, 본 발명은 비교예에 비하여 8분 정도 단축가능한 것을 알 수 있으며, 온도안정화의 시간이 단축되고 있는 것이 뒷받침된다.

(실시예 3)

실시예 2에 있어서, 본 발명에 관한 발열체 유니트의 표면근방의 온도와 비교예에 관한 보온 유니트의 상부근방의 온도에 대하여 온도상승 상태를 조사한 바도 10에 나타내는 결과가 얻어졌다. a, b는 각각 본 발명에 관한 보온 유니트 및 비교예의 보온 유니트에 대응하는 것이다. 본 발명에서는 보온 유니트의 온도상승이 빠르고, 또한 목표한 처리온도로 안정화하는 시간영역(회복 영역)에서는 보온 유니트의 온도가 안정적인 데 비하여, 비교예에서는 보온 유니트의 온도상승이 느리고, 또한 회복 영역에서도 온도가 계속 상승하고 있다. 따라서 이 결과로부터 본 발명에 의하면 온도안정화시간이 줄어드는 것을 알 수 있다.

(실시예 4)

실시예 1에 있어서, 언로드를 시작한 시점부터의 보온 유니트의 온도하강 모양을 도 11에 나타낸다. a, b는 각각 본 발명에 관한 보온 유니트 및 비교예의 보온 유니트에 대응하는 것이다. 이 결과로부터 본 발명의 보온 유니트는 발열체 유니트를 구비하고 있기 때문에 열용량이 작아도 되므로 신속하게 온도하강하는 것을 알 수 있다. 따라서 웨이퍼 보트를 로딩영역으로 반출했을 때에, 로봇이나 센서 등에 대한 열적 손상을 저감할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 온도안정화에 요하는 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

하단이 개구한 반응용기와,

반응용기내에 수용되어, 다수의 피처리체를 유지하는 유지구와,

반응용기의 하단개구를 덮는 덮개를 구비하고,

덮개와 유지구의 사이에 보온 유니트가 개재되고,

보온 유니트는 발열체 유니트를 가지며,

발열체 유니트는 금속불순물이 적은 저항발열체를 세라믹속에 봉입하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 발열체 유니트는 보온 유니트의 표면부 또는 측면부의 적어도 한쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 보온 유니트는 발열체 유니트쪽에 위치하는 단열핀과, 단열핀의 아래쪽에 위치하는 단열체를 가진 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 보온 유니트는 수평방향으로 배치된 복수의 단열핀을 가진 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 보온 유니트는 덮개에 고정됨과 동시에, 유지구에 회전축이 연결되고, 이 회전축은 보온 유니트의 관통구멍을 관통하여 구동부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 5 항에 있어서, 회전축은 보온 유니트의 관통구멍을 관통하는 제 1 회전축과, 제 1 회전축에 전달부를 통해 연결되어 구동부에 이르는 제 2 회전축으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 6 항에 있어서, 제 2 회전축은 덮개를 관통하고, 덮개를 관통하는 제 2 회전축의 보온 유니트쪽 주위는 덮개로부터 이어지는 덮개쪽 돌기부와, 전달부에서 이어지는 전달부쪽 돌기부로 이루어지는 래비린스에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 보온 유니트의 바깥둘레에는 복수의 지지기둥이 배치되고,

적어도 1개의 지지기둥은 관형상체가 되어 덮개를 관통함과 동시에, 이 관형상체내에 발열체 유니트용의 급전선이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 저항발열체는 고순도의 탄소소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
제 1 항에 있어서, 세라믹은 석영인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
다단의 피처리체를 유지구에 유지시키는 공정과,

피처리체를 유지한 유지구를 하단이 개구한 반응용기내에 아래쪽에서 반입하는 공정과,

반응용기내를 반응용기 바깥쪽에 설치된 히터에 의해 가열분위기로 하는 동시에, 성막가스를 공급하여 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하고,

성막처리공정중에 있어서, 유지구의 아래쪽에서의 온도를 피처리체가 놓여지는 분위기온도보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
제 11 항에 있어서, 성막처리공정중에 있어서, 성막 가스는 유지구의 아래쪽에서 위쪽을 향하여 공급되고, 유지구의 아래쪽에서의 성막가스의 통과영역의 온도를 피처리체가 놓여지는 분위기온도보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
제 11 항에 있어서, 성막처리공정중에 있어서, 성막가스는 유지구의 위쪽에서 아래쪽을 향하여 공급되는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
제 11 항에 있어서, 유지구의 아래쪽에 설치된 발열체 유니트를 가진 보온유니트에 의해 유지구의 아래쪽을 가열하여 유지구의 아래쪽에 있어서의 온도를 피처리체가 놓여지는 분위기온도보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 열처리방법.