KR20020087838A - 보조 보온 지그 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20020087838A
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미나미마사시
가쯔라다이꾸오
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
오오미야가세이 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 중온 사양의 고속 승강온 열처리 장치를 고온 사양의 고속 승강온 열처리 장치로 개조하는 데 필요한 보조 보온 지그를 제공하는 것을 주요한 목적으로 한다.
웨이퍼 보트(4)와 보온 지그(2) 사이에 보조 보온 지그(1)가 설치되어 있다. 보조 보온 지그(1)는 상하로 나열된 복수의 판형 단열재(7)를 구비한다. 판형의 단열재(7)는 불투명 석영을 재료로 하여 형성되어 있다.

Description

보조 보온 지그 및 그 제조 방법{Auxiliary Heat-Insulating Jig and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 일반적으로 보조 보온 지그에 관한 것으로, 보다 특정적으로는 단열 효과를 높일 수 있도록 개량된 보조 보온 지그에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 단열 효과가 높아지도록 개량된 보조 보온 지그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 그와 같은 보조 보온 지그를 갖는 종형 열처리 장치에 관한 것이다.
MOSLSI나 바이폴러 LSI 등의 반도체 장치는 산화 공정, CVD 공정, 확산 공정 등의 많은 열처리 공정을 경유하여 제조된다. 최근, 반도체 장치의 제조 기술의 진보에 수반하여 프로세스 장치는 대부분 낱장식 장치가 주류를 이루어 왔다. 생산 현장에서는, 반도체 장치의 재료인 실리콘 웨이퍼는 25매 정도를 1세트로서 1로트로 하여 처리하고 있는 경우가 많다. 이와 같이, 낱장식 장치의 처리 및 물류단위는 1로트로 되어 있다.
이에 대해, 종형 열처리 장치는 처리 시간이 길기 때문에 처리 및 물류 단위는 100매 이상, 즉 4로트 이상인 것이 보통이지만, 고온 승강온로라 불리우는 종형 열처리의 경우, 처리 시간을 짧게 할 수 있으므로 처리 및 물류 단위를 1로트로 할 수 있다.
열처리 공정에 있어서, 종형 변압 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 등과 같은 종형 열처리 장치를 사용하는 경우는, 반도체 장치의 재료인 실리콘 웨이퍼가 석영제 또는 SiC제의 종형 열처리용 웨이퍼 보트에 탑재되어 종형 열처리 장치의 반응관 내로 삽입된다. 이 종형 열처리용 웨이퍼 보트를 이용하면, 다수의 실리콘 웨이퍼를 수평으로 유지하면서 수직 방향으로 적당한 간격으로 탑재할 수 있다. 이 때, 종형 열처리용 웨이퍼 보트는 통상 보온통이라 불리우는 보온 지그의 상부에 설치되어 있다.
이 보온 지그는 종형 열처리용 웨이퍼 보트와 캡(열처리 중에는 반응관의 덮개 역할을 하는 부품) 사이에 설치된다. 보온 지그의 역할은 반응관 내의 열이 열전도에 의해 노입구부로부터 달아나는 것을 방지하는 작용과, 복사열에 의해 캡의 밀봉재나 웨이퍼 보트의 회전 기구의 열화나 파괴를 방지하는 작용도 한다. 이로 인해, 고온의 종형 열처리로에서는 열용량이 큰 보온통이 사용된다.
보온통의 형태는 다양한 것이 있다. 예를 들어, 도37을 참조하여 석영제의 캡슐(321) 속에 내부를 탈기하여 석영 울(322)을 솜형으로 둥글게 뭉친 것을 봉입하여 이루어지는 단열재(323)를 불투명 석영제 원통(324)에 수납한 것이 있다. 이것은 비교적 고온 사양의 노에 이용되는 경우가 많다.
또한, 도38을 참조하여 두께 5 ㎜ 정도의 불투명 석영의 원판을 수매 종방향으로 수 cm의 간격으로 배열한 보온 지그도 알려져 있다.
또한, 도39를 참조하여 불투명 석영의 원판(391)을 수매 종방향으로 배열한 것을 불투명 석영 원통(392)에 수납한 것도 제안되어 있다.
또한, 도40을 참조하여 원판(7)과 원통(36)을 교대로 적층한 것(용접은 하지 않음)을 큰 원통(401) 내에 수납한 것도 알려져 있다.
도41은 보트에 저온용의 보온통을 사용하여 셋트한 상태를 도시한 도면이다. 도42는 보트에 고온용의 보온통을 셋트한 상태를 도시한다. 도41에 도시한 것은 비교적 저온에서 사용되는 노에 이용되고, 도42에 도시한 것은 도37에 도시한 보온통이 이용되고, 비교적 고온을 사용하는 노에 이용된다.
보온통의 재질로서는 불투명 석영이 적절하지만, 기타 투명 석영이 보조적으로 사용되는 경우도 있다.
그 밖에, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 상기 실리콘 웨이퍼의 산화를 방지하기 위해, 탈기 혹은 질소 봉입한 석영 유리의 내부에 상기 실리콘 웨이퍼를 수납한 것을 단열재로서 사용하는 제안도 이루어져 있다. 이것은, 실리콘 웨이퍼가 경면으로 되어 있으므로 복사열을 100 ％ 가까이 반사하는 것은 아닌가 하는 추측에 의거하여 실시한 것으로, 가시광은 반사한다. 그러나, 적외광은 흡수되고, 실리콘 웨이퍼는 곧 가열하게 되어 실리콘 웨이퍼로부터 다시 열복사가 일어나므로 단열재의 용도에는 적합하지 않다.
또한, 탄화 규소(이하, SiC라 칭함)를 재료로 하는 것은 아이디어로서 몇 개가 제안되어 있다. 그러나, 주의해야만 하는 것은 SiC의 열전도율은 45 내지 125 W/mㆍk로, 석영 유리의 20 내지 60배 이상의 값이다. SiC는 매우 좋은 열전도체라고 해도 적절한 것으로, SiC제의 단열판 또는 SiC제의 차열판이라 하는 것은, 바꾸어 말하면 열전도성이 좋은 차열판이라 일컬어지고 있는 바와 같은 것이다. 이것은 전기가 잘 통하는 절연체라고 하는 것과 마찬가지로, 말로서는 존재하지만, 실제로는 차열 효과는 없으므로 사용자를 혼란시키는 혼동되기 쉬운 호칭법이다. 어쩌면, 이들의 아이디어에서 사용되고 있는 SiC의 박육판은 차열 이외의 목적, 예를 들어 반응 가스의 정류 효과를 얻을 목적 등으로 사용되고 있는 것으로, 차열판보다 훨씬 적당한 이름이 있을 것이다. 예를 들어, 정류판이나 더미 웨이퍼 등이 적절하다고 생각된다. 또한, 종형 열처리 장치에서는, SiC는 주로 그 열전도성의 장으로부터 균열관의 재료로서 사용되고 있다.
최근, 종형 열처리 장치에 있어서 종래 추종 승온 스피드가 8 ℃/분 이하, 추종 강온 스피드는 3 ℃/분 이하였던 것으로부터 추종 승온 스피드 45 ℃/분 이상, 추종 강온 스피드 15 ℃/분 이상의 고속 승강온로라 불리우는 종형 열장치로 사용 경향이 변해 오고 있다.
이와 같은 고속 승강온로의 경우, 보온 지그에 열용량이 큰 것을 사용하면 승강온 스피드가 떨어지므로 열용량이 적은 것이 사용되고 있다.
이와 같은 보온 지그라 함은 구체적으로 말하면, 100O ℃를 초과하는 영역에서는 웨이퍼 보트의 바닥 영역으로부터 열이 달아나므로, 100O ℃를 초과한 목적의 온도에 도달하여 안정되기까지 시간이 걸린다는 문제가 있었다.
또한, 목적 온도에 도달할 수 있는 범위로서도 바닥 부근에서는 열이 달아나고 있으므로, 바닥부의 히터가 항상 풀파워에 가까운 상태이다. 그로 인해, 바닥 부근에서 처리되는 웨이퍼에 열 스트레스가 가해져, 결과적으로 웨이퍼에 슬립이라 불리우는 결정 결함이 발생하는 문제가 있다.
열용량을 낮게 할 수 있는 보온 지그로서, 예를 들어 일본 특허 공개 평9-74071호 공보에는 두께가 얇은 차열판을 복수매 나열한 것이 제안되어 있다. 재질은 SiC이다. 석영을 재료로 하는 것에 관해서는 석영의 박육 가공을 기술적으로 해결할 수 있으면 석영을 선택해도 좋다는 부정적인 견해가 개시되어 있다.
앞에서도 기술한 바와 같이, SiC는 적외선을 흡수하고, 또한 열용량이 너무 작으므로 단열 효과가 적다. 그로 인해, CVD와 같이 비교적 저온 사용의 노에서 조차도 SiC는 차열재로서는 사용할 수 없다는 문제가 있다. 즉, SiC제의 차열판이라 불리우는 것으로부터의 복사열(투과 복사열 및 재복사) 및 열전도가 열처리로의 밀봉재를 열화시키거나 혹은 소실시키거나, 또는 웨이퍼 보트의 회전 기구를 고장나게 하거나 하는 문제가 발생한다.
그래서, 발명자는 현상의 중온 사양의 노에서 사용되고 있는 보온 지그에, 더욱 단열 효과를 올리기 위한 보조 보온 지그를 추가하는 데 생각이 이르렀다. 열용량의 상승을 억제하고, 게다가 단열 효과가 있는 수법으로서, 본 발명자들은 불투명 석영의 원판을 수매 종방향으로 간격을 두고 배치한 구조인 전술한 도38에도시한 보온 지그에 착안하였다.
석영 유리는 석영 유리 속에 존재하는 OH기에 기인한 2200 ㎚ 및 2700 ㎚ 파장의 빛은 흡수한다. 그러나, 석영 유리는 적외 영역 3400 ㎚까지 다른 파장의 빛을 대부분 흡수하지 않는다. 이로 인해, 파장 1.55 ㎛인 적외선을 이용하는 광통신 분야에서는 그 전송 매체의 광파이버의 재료로서 석영 유리가 이용되고 있다.
노 내 분위기와 석영 유리의 굴절율의 차이에 의한 표면에서의 빛의 반사를 이용하여 차열을 행하고 있다. 불투명 석영 유리에는 미소한 기포가 존재하므로 반사에 기여하는 표면적이 투명 석영 유리보다도 많다. 그로 인해, 불투명 석영 유리는 단열재로서 널리 이용되고 있다.
도38에 도시한 것은 고온용은 아니다. 그러나, 예를 들어 5 ㎜ 두께의 판형 단열재를 l ㎜의 판으로 분할하면, 외형상 표면적은 약 5배가 되고 게다가 열용량은 변하지 않는다. 그래서, 발명자는 이 얇은 판형 단열재를 많이 포개면 고온 영역에서 사용할 수 있을 것이라 생각했다. 보조 보온 지그를 도입할 수 있는 공간은 한정되어 있으므로, 판형 단열재의 간격을 종래의 것보다 좁게 함으로써 열용량을 종래와 동일하게 한 상태에서 단열 효과가 높은 보조 보온 지그를 얻을 수 있다고 발명자는 생각하였지만, 작성하는 데 있어서 이하의 문제가 있는 것을 알 수 있었다.
단열용 석영 원판을 얇게 하면, 고온 처리 중, 자중에 의해 변형한다. 따라서, 이 변형을 방지하기 위해 이 단열용 석영 원판을 배열하는 지지 기둥은 원판의 모멘트가 최소가 되는 점의 근처에 세워 이들을 용접하는 것이 바람직하다. 그러나, 원판 배열의 간격이 좁으므로 용접 기구가 용접부에 닿지 않는다. 그로 인해, 이들을 용접할 수 없다.
또한, 지지 기둥을 원판의 외측에 배치하여 이들을 용접하는 경우, 석영 유리가 깨지지 않도록 버너로 원판을 따뜻하게 하면서 용접할 필요가 있다. 그러나, 간격이 좁으므로 필요한 부위를 충분히 따뜻하게 할 수 없어, 이와 같은 상황에서 무리하게 용접하면 석영 유리가 깨진다. 그로 인해, 이 경우도 이들을 용접할 수 없다.
또한, 배열 간격을 용접할 수 있을 정도로 넓어져 얇은 석영 유리제 원판은 버너로 굽자마자 깨질 가능성이 높다. 따라서, 얇은 원판을 버너로 따뜻하게 하기 위해서는 고도의 지능 혹은 특수한 설비를 필요로 하고, 수율도 악화되어 비용이 상승한다는 문제가 있었다. 또한, 판형 단열재를 얇게 하면 열변형이나 파손이 일어나기 쉬워 내구 시간이 감소한다는 문제도 있었다.
보조 보온 지그를 가능한 한 콤팩트하게 작성하기 위한 종래의 기술 범위 내에서 생각할 수 있는 방법을 도43 내지 도46을 이용하여 설명한다.
이들의 도면을 참조하여, 우선 스페이서(9)와 판형 단열재(7)를 필요수만큼 준비한다.
도43을 참조하여 3개의 지지 기둥(6)을 바닥판(8)에 수직으로 세워 바닥판(8)과 지지 기둥(6)을 산수소 버너(17)로 용접하여 이들을 고정한다.
다음에, 도44에 도시한 바와 같이 최하부 스페이서(13)를 지지 기둥(6)에 통과시킨다. 최하부 스페이서(13)에는 지지 기둥(6)이 관통하는 구멍이 마련되어 있다. 최하부 스페이서(12)에 마련된 구멍의 내측에는 스페이서(13) 구멍의 내측이 바닥판(8)과 지지 기둥(6)과의 장착 부분에 간섭하지 않도록 테이퍼가 부착되어 있다(도시하지 않음).
다음에, 도45를 참조하여 판형 단열재(7)를 지지 기둥(6)에 통과시키고, 그 위에 스페이서(9)를 통과시킨다. 판형 단열재(7) 및 스페이서(9)에도 각각 지지 기둥(6)이 관통하는 구멍이 마련되어 있다. 이와 같이, 판형 단열재(7)와 스페이서(9)를 서로 필요수만큼 지지 기둥(6)에 통과시키고, 최후의 판형 단열재(7)를 통과시킨 후, 도46에 도시한 바와 같이 산수소 버너(17)로 지지 기둥(6)과 천정판(18)을 용접한다. 그 후, 용접시에 발생한 변형을 제거하기 위해 어닐을 행한다. 최종 형상은 도46에 도시한 바와 같다.
그런데, 도46을 참조하여 천정판(18)과 최상부의 판형 단열재(7)와의 간격은 이들을 버너(17)로 용접해야만 하므로 이 이상 좁게 할 수 없다.
본 발명에 관한 보온 지그는 기존의 보온 지그와 보트 사이에 삽입하여 사용할 예정인 것이므로, 배치할 수 있는 높이에 제한이 있어 불필요한 공간을 남길 수는 없다.
그 밖에, 도40에 도시한 바와 같은 보온 지그를 이용한 도42 장치의 경우에서는 내측에 설치되어 있는 판형 단열재(7)와 스페이서(36)를 얇게 만들어, 판형 단열재(7)를 많이 쌓아 올릴 수 있는 가능성이 있다. 그러나, 그렇게 하면 쌓아 올리는 개수가 늘어 불안정해진다. 그로 인해, 이 위에 설치하는 웨이퍼 보트가 쓰러질 위험성이 증가하므로, 안전 상의 문제를 포함하여 그와 같은 구조를 채용할수는 없다.
또한, 장치측의 문제도 있다. 즉, 고속 승강온로에서는 110O ℃의 처리를 할 수 없다. 그로 인해, 어닐하는 것에 따른 결정 결함 등의 회복을 행하는 공정에서는 최저 1100 ℃에서 60분 정도의 열처리가 필요하다. 그러나, 통상의 확산로에서는 승강온에 시간이 걸리고, 1회당의 처리 시간이 길어진다. 그래서, 처리량을 떨어뜨리지 않도록 하기 위해 1회당 복수 로트 처리를 하고 있다. 따라서, 다른 공정에서는 모든 1로트 단위에서의 것을 흐르게 하고 있어, 제조 밸런스가 악화되어 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고온으로 처리할 수 있는 고속 승강온로를 만들기 위해 필요한 보조 보온 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 판형 단열재를 용접에 의한 파손으로부터 방지하고, 조립의 작업성을 양호한 것으로 할 수 있는 보조 보온 지그를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 판형 단열재를 웨이퍼의 두께 정도까지 얇게 하고, 열용량의 증가가 작고, 게다가 단열 효과가 높은 보조 보온 지그를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 얇은 판형 단열재를 열변형하지 않은 구조로 한, 고온에 강한 보조 보온 지그를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 판형 단열재를 웨이퍼의 두께 정도까지 얇게 마무리하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 보트에 얇은 판형 단열재를 부착하고, 보트 자체에 단열 기능을 갖게 한 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치 제조 공정의 장치를 모두 1로트 처리할 수 있고, 또한 물류 단위로 조작할 수 있는 것으로 하고, 공장 전체의 생산성을 높일 수 있도록 개량된 종형 열처리 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 그와 같은 종형 열처리 장치를 얻기 위한 개조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 그와 같은 종형 열처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명에 관한 보조 보온 지그를 이용한 열처리 장치의 사시도.
도2는 종래의 보온 지그를 이용하여 1000 ℃에서 열처리한 센터의 위치에 있는 웨이퍼의 X선 토포 시스템에 의한 촬영상을 도시한 도면.
도3은 종래의 보온 지그를 이용하여 1000 ℃에서 열처리한 바닥의 위치에 있는 웨이퍼의 X선 토포 시스템에 의한 촬영상을 도시한 도면.
도4는 본 발명에 관한 보조 보온 지그를 이용하여 1000 ℃에서 열처리한 바닥의 위치에 있는 웨이퍼의 X선 토포 시스템에 의한 촬영상을 도시한 도면.
도5는 제1 실시 형태에 관한 보조 보온 지그의 측면도.
도6은 보조 보온 지그에 사용하는 스페이서의 사시도.
도7은 제1 실시 형태에 관한 보조 보온 지그의 조립 공정에 있어서의 도중의 단계를 나타낸 보조 보온 지그의 사시도.
도8은 제1 실시 형태에 관한 보조 보온 지그의 조립의 도중 단계를 나타낸 보조 보온 지그의 사시도.
도9의 (a)는 제1 실시 형태에 관한 판형 단열재의 평면도, 도9의 (b)는 IXB-IXB선에 따른 단면도.
도10은 석영 유리의 직사각형 블럭의 사시도.
도11은 석영 유리의 직사각형 블럭으로부터 판형 단열재를 잘라내는 모습을 도시한 도면.
도12는 석영 유리 직사각형 블럭에 보강부를 가공한 모습을 도시한 도면.
도13은 석영 유리 직사각형 블럭으로부터 잘라내어진 판형 단열재를 도시한 평면도.
도14는 연마하기 전의 판형 단열재를 도시한 평면도.
도15는 석영 유리 보유 지지부에 판형 단열재를 부착한 모습을 도시한 사시도.
도16은 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 개요를 나타낸 사시도.
도17은 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 조립 방법의 제1 공정을 나타낸 도면.
도18은 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 조립 방법의 제2 공정을 나타낸 도면.
도19는 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 조립 방법의 제3 공정을 나타낸 도면.
도20은 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 조립 방법의 제4 공정을 나타낸 도면.
도21은 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 조립 방법의 제5공정을 나타낸 도면.
도22는 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 조립 방법의 제6 공정을 나타낸 도면.
도23은 제2 실시 형태의 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 조립 방법의 제7 공정을 나타낸 도면.
도24는 제3 실시 형태에 관한 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트로 판형 단열재의 조립하는 방법을 나타낸 도면.
도25는 제3 실시 형태에 있어서의 개조의 대상으로 하는 종래의 웨이터 보트의 사시도.
도26은 웨이퍼 보트에 부착되는 판형 단열재의 평면도.
도27은 제4 실시 형태에 관한 판형 단열재의 평면도.
도28은 제4 실시 형태에 관한 판형 단열재를 웨이퍼 보트에 끼워 넣는 모습을 도시한 도면.
도29는 제4 실시 형태에서 각 판형 단열재의 설치 방법을 나타낸 도면.
도30a는 제5 실시 형태에서 사용하는 판형 단열재의 평면도, 도30b는 XXXB-XXXB선에 따른 단면도.
도31은 제5 실시 형태의 보조 보온 지그의 조립 방법의 제1 공정을 나타낸 사시도.
도32는 제5 실시 형태에 관한 보조 보온 지그의 조립 방법의 제2 공정을 나타낸 사시도.
도33은 제5 실시 형태에 관한 보조 보온 지그의 조립 방법의 제3 공정을 나타낸 사시도.
도34는 제6 실시 형태의 설명에 있어서 이용하는 「배치 장치」와 「1로트 장치」의 처리 능력을 비교하는 그래프도.
도35는 열처리 중의 종래의 보온 지그 부근에 있어서의 가스의 흐르는 모습을 도시한 도면.
도36은 열처리 중의 실시 형태에 관한 보조 보온 지그를 이용한 보온 지그 부근에 있어서의 가스의 흐르는 모습을 도시한 도면.
도37은 종래의 보온 지그의 개요를 도시한 사시도.
도38은 다른 종래의 보온 지그의 개요를 도시한 사시도.
도39는 또 다른 종래의 보온 지그의 개요를 도시한 사시도.
도40은 또 다른 종래의 보온 지그의 개요를 도시한 사시도.
도41은 또 다른 종래의 저온용 보온 지그에 웨이퍼 보트를 얹은 상태를 도시한 도면.
도42는 종래의 고온용 보온 지그의 위에 웨이퍼 보트를 얹은 상태를 도시한 도면.
도43은 종래의 보조 보온 지그의 조립 방법의 제1 공정을 도시한 사시도.
도44는 종래의 보조 보온 지그의 조립 방법의 제2 공정을 도시한 사시도.
도45는 종래의 보조 보온 지그의 조립 방법의 제3 공정을 도시한 사시도.
도46은 종래의 보조 보온 지그의 조립 방법의 제4 공정을 도시한 사시도.
도47은 종래의 종형 열처리 장치로, 웨이퍼를 열처리하고 있는 처리 챔버의 단면도.
도48은 종래의 보온 지그 위에 웨이퍼 보트를 얹은 상태의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 보조 보온 지그
2 : 보온 지그
3 : 셔터
4 : 웨이퍼 보트
5 : 모니터 웨이퍼
6 : 지지 기둥
7 : 판형 단열재
8 : 바닥판
9 : 스페이서
10 : 바닥
13 : 최하부 스페이서
15 : 보강부
18 : 천정판
19 : 보트 지지 기둥
20 : 보트 바닥판
21 : 보트 스페이서
22 : 실리콘 웨이퍼 지지부
23 : 너트
24 : 보트 천정판
26 : 홈
32 : U자형의 홈
32a : 직사각형의 홈
38 : 석영 유리 보유 지지부
본 발명의 제1 국면에 따른 보조 보온 지그는 웨이퍼 보트와 보온 지그를 구비하는 종형 열처리 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 보트와 상기 보온 지그 사이에 설치되는 보조 보온 지그에 관한 것이다. 상기 보조 보온 지그는 상하로 나열된 복수의 판형 단열재를 구비한다. 상기 판형의 단열재는 불투명 석영을 재료로서 형성되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 보조 보온 지그는 다이 시트와, 상기 다이 시트 위에 수직으로 세워진 복수의 지지 기둥을 구비한다. 상기 복수의 판형 단열재의 각각에 상기 지지 기둥과 협동하여 상기 복수의 판형 단열재를 고정하는 고정 수단이 마련되어 있다. 상기 상하로 나열된 복수의 판형 단열재의각각의 사이에 간극을 마련하기 위해 이들 사이에 탈착 가능하게 스페이서가 삽입되어 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 고정 수단은 하기 (a), (b), (c) 또는 (d)를 포함한다.
(a) 상기 판형 단열재를 상하로 관통하는 관통 구멍
(b) 상기 판형 단열재의 외주부에 설치된 상기 지지 기둥의 측부가 끼워 넣어진 U 자형의 절입부
(c) 상기 판형 단열재의 외주부에 설치된 상기 지지 기둥의 측부가 끼워 넣어진 반원형의 절입부
(d) 상기 판형 단열재의 외주부에 설치된 상기 지지 기둥의 측부가 끼워 넣어진 직사각형의 절입부
본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 판형 단열재의 두께는 반도체 기판의 두께와 실질적으로 동일하게 되어 있다. 상기 판형 단열재의 두께가 반도체 기판의 두께와 실질적으로 동일하게 되어 있으므로, 체적에 대한 판형 단열재의 표면적이 커져 적외선의 반사 능력이 증가한다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 판형 단열재의 적어도 한 쪽면에는 상기 판형 단열재를 보강하는 보강부가 설치되어 있고, 상기 보강부는 상기 판형 단열재와 일체적으로 형성되어 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 보강부는 하기의 (a) 및/또는 (b)를 포함한다.
(a) 상기 판형 단열재의 중앙부로부터 방사형으로 연장되는 다른 부분에 비해 두께가 두꺼운 부분
(b) 상기 판형 단열재의 중앙부로부터 떨어져 원주를 형성하는 다른 부분에 비해 두께가 두꺼운 부분
본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 보조 보온 지그는 다이 시트와, 상기 다이 시트 위에 수직으로 세워진 복수의 지지 기둥과, 상기 복수의 판형 단열재의 각각에 설치되고, 상기 지지 기둥과 협동하여 상기 복수의 판형 단열재를 고정하는 고정 수단을 더 구비한다. 상기 복수의 판형 단열재는 상기 고정 수단을 이용하여 상기 보조 보온 지그에 끼워 넣음으로써 고정되어 있다.
본 발명의 제2 국면에 따른 보조 보온 지그는 웨이퍼 보트에 부착되는 보조 보온 지그에 관한 것이다. 상기 웨이퍼 보트는 그 측벽에 복수의 제1 절입부가 상하 방향으로 늘어서 마련되고, 상기 제1 절입부에 반도체 기판을 끼워 넣어 상기 반도체 기판을 지지하는 지지 기둥을 구비하고 있다. 상기 보조 보온 지그는 상하로 늘어 놓게 되고, 또한 각각의 두께가 상기 반도체 기판의 두께와 실질적으로 동일하게 되고, 또한 그 적어도 한 쪽면에 보강부가 설치된 복수의 판형 단열재를 구비한다. 상기 판형 단열재의 외주부에는 상기 지지 기둥의 연장 부분이 끼워 넣어지는 제2 절입부가 마련되고, 상기 지지 기둥의 연장 부분에 마련된 제1 절입부에 상기 제2 절입부를 끼워 맞춤으로써 상기 복수의 판형 단열재를 고정할 수 있도록 되어 있다.
본 발명의 제3 국면에 따른 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트는 보조 보온 지그가 부착된 웨이퍼 보트에 관한 것이다. 상기 보조 보온 지그는 상하로 늘어선 복수의 판형 단열재를 포함한다. 상기 판형의 단열재는 불투명 석영을 재료로 하여 형성되어 있다.
본 발명의 제4 국면에 따른 종형 열처리 장치는 보조 보온 지그가 부착된 웨이퍼 보트를 구비한다. 상기 보조 보온 지그는 상하로 늘어선 복수의 판형 단열재를 포함한다. 상기 판형 단열재는 불투명 석영을 재료로 하여 형성되어 있다.
본 발명의 제5 국면에 따른 종형 열처리 장치는 보조 보온 지그가 부착된 웨이퍼 보트를 구비한다. 상기 보조 보온 지그는 상하로 늘어선 복수의 판형 단열재를 포함한다. 상기 판형 단열재는 불투명 석영을 재료로 하여 형성되어 있다.
본 발명의 제6 국면에 따른 보조 보온 지그의 제조 방법에 있어서는, 우선 석영 유리로 형성된 직사각형 블럭을 준비한다. 상기 직사각형 블럭으로부터 석영 유리판을 잘라낸다. 상기 석영 유리판을 연마하여 얇은 판형 단열재를 형성한다.
본 발명의 제7 국면에 따른 종형 열처리 장치의 개조 방법은, 중온 사양의 고속 승강온 열처리 장치를 고온 사양의 고속 승강온 열처리 장치로 개조하는 방법에 관한 것이다. 그리고, 이하의 특징을 갖는 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트를 이용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트는 보조 보온 지그가 부착된 웨이퍼 보트를 구비한다. 상기 보조 보온 지그는 상하로 늘어선 복수의 판형 단열재를 포함한다. 상기 판형 단열재는 불투명 석영을 재료로 하여 형성되어 있다.
본 발명의 제8 국면에 따른 방법은, 상술한 특징을 갖는 종형 열처리 장치를이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 대해 설명한다.
(제1 실시 형태)
우선, 처음에 본 발명의 효과를 확인하기 위한 실험이 행해졌다. 실험은 실시 형태에 관한 보온 지그와 종래의 보온 지그와의 비교를 중심으로 행하였다. 우선, 처음에 이 실험에 대해 설명하고, 그 후 실시 형태에 관한 보조 보온 지그에 대해 설명한다.
도47은 종래의 종형 열처리 장치의 반응로 내에서, 실리콘 웨이퍼를 처리하고 있는 상태를 도시한 장치의 단면도이다.
도47을 참조하여, 보온 지그(2) 상에 웨이퍼 보트(4)가 설치되어 있다. 반응로는 셔터(3)에 의해 폐쇄되어 있다. 웨이퍼 보트(4)에는 실리콘 웨이퍼(5)가 고정되어 있다. 반응로는 상하 방향으로 바닥(10), 센터(11), 톱(12)의 3개의 영역으로 나뉘어져 있다. 이 실험에서는 모니터 웨이퍼(5)를 바닥(10), 센터(11), 톱(12)으로 각각 1매씩 넣어 열처리를 행하였다.
도48은 비교예에 관한 종래의 보온 지그(2), 셔터(3), 웨이퍼 보트(4)를 조립하여 이루어지는 장치의 사시도이다.
도1은 실시 형태에 관한 셔터(3), 보온 지그(2), 보조 보온 지그(1) 및 웨이퍼 보트(4)를 조립하여 이루어지는 장치의 사시도이다. 여기서, 실시 형태에서 이용한 보조 보온 지그(1)는 도48에 도시한 종래 장치의 보온 지그(2)와 웨이퍼 보트(4) 사이에 삽입된다. 전체 높이는 종래의 것도 본 실시 형태에 관한 것도 동일하게 되어 있다.
실험은 바닥(10)에서 열처리한 모니터 웨이퍼(5)로의 슬립이라 불리우는 결정 결함의 발생의 모습을 조사함으로써 행하였다. 실험은 950 ℃, 1000 ℃, 1050 ℃, 1100℃와 50 ℃마다 행하였다. 이 조건하에서는 슬립이 바닥에만 발생하고, 톱(12), 센터(11)에는 슬립이 발생하지 않게 되는 경우는 없었다. 950 ℃에서는 3개의 영역 모두 슬립의 발생을 볼 수 없었다. 1000 ℃에서는 슬립의 강도의 차이를 볼 수 있었다. 그래서, 1000 ℃에서 비교 실험을 행하는 것으로 했다.
처리 조건은 이하와 같다.
(1) 열처리 조건 :
삽입 온도400 ℃
승온 속도400 ℃부터 900 ℃까지는 45 ℃/분, 900 ℃부터 1000 ℃까지는 20 ℃/분
1000 ℃에서 1시간 보유 지지, N2분위기
강온 속도1000 ℃부터 900 ℃까지 10 ℃/분, 900 ℃부터 400 ℃까지 15 ℃/분
인출 온도400 ℃
(2) 모니터 웨이퍼 : 미쯔비시 마테리얼샤제 직경 300 ㎜ P형 결정축 ＜ 100 ＞ 비저항 10 내지 25 Ω㎝ 산소 농도 1.1 ± 0.1 × 1018/㎤
(3) 슬립의 관찰 : 리까꾸덴끼샤제 토포 시스템을 사용
도48에 도시한 보온 시스템을 이용한 결과, 톱 및 센터에서 처리한 모니터 웨이퍼에는 도2에 도시한 바와 같이 모니터 웨이퍼(5)의 웨이퍼 보트(4)의 웨이퍼 지지부 좌측 및 지지부 우측에 대응한 부위에 길이 3 ㎜ 정도의 슬립이 발생하고 있었다. 한편, 바닥(10)에서 처리한 웨이퍼에는 도3에 도시한 바와 같이 10 ㎜ 정도의 슬립이 발생하고 있었다.
다음에, 도1에 도시한 보온 시스템을 이용하여 바닥에서 처리한 웨이퍼의 결과를 도4에 나타낸다.
도4를 참조하여, 슬립의 발생 부위는 도3과 동일하지만, 최대 슬립 길이는 4 ㎜ 이하였다. 즉, 본 발명의 실시 형태에 관한 보조 보온 지그(1)를 이용함으로써 3영역 모두 동일한 열처리로 이루어지는 것이 확인되었다. 즉, 바닥으로부터 열이 달아나는 것을 방지할 수 있었던 것이다.
이상의 실험으로부터, 본 발명자들은 본 발명에 관한 이하의 보조 보온 지그를 착상하는 데 이르렀다.
도5에 본 발명의 기본이 되는 보조 보온 지그의 사시도를 도시한다. 작성 방법은 이하와 같다.
우선, 단열판(7)을 필요 매수 준비한다.
다음에, 도6에 도시한 바와 같은 스페이서(28)를 필요수만큼 준비한다.
다음에, 도7에 도시한 바와 같이 바닥판(8)에 지지 기둥(6)을 수직으로 용착한 후, 필요수의 판형 단열재(7)를 모두 지지 기둥(6)에 통과시켜 적층해 둔다.
다음에, 도8과 같이 천정판(8)과 지지 기둥(6)을 산수소 버너(17)로 용접한다. 용접 후, 용접시에 발생한 석영 유리의 내부 왜곡을 제거하기 위해 어닐을 행한다.
다음에, 도5와 도6을 참조하여 각각의 판형 단열재(7) 사이에 스페이서(28)를 삽입하면 보조 보온 지그가 완성된다. 이 때, 최하부의 스페이서(9)의 하면에는 용접부와 간섭하지 않는 모따기(도시하지 않음) 또는 테이퍼(도시하지 않음)를 부여해 둔다.
또한 스페이서(28)의 형상은 임의이지만, U자형 또는 초승달형으로 해두면 지지 기둥(6)을 이용함으로써 스페이서(28)의 위치 고정을 쉽게 할 수 있다. 또한, 스페이서(28)를 설치하는 위치는 임의이지만, 다음에 서술하는 보강부 위에 설치하도록 주의할 필요가 있다.
다음에, 보강부에 대해 설명한다.
보조 보온 지그의 판형 단열재(7)가 종래와 같이 평탄한 판형으로 하고 있는 경우, 얇게 한 만큼, 열변형이나 기계적 강도가 약해진다.
그래서, 도9의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 판형 단열 부재(7)에 보강부(15)를 방사형으로 형성하였다. 보강부(15)는 판형 단열재의 중앙부로부터 떨어져 원주를 형성하도록 형성해도 좋다. 보강부(15)는 판형 단열재(7)와 일체적으로 동일 부재(불투명 석영 유리판)로부터 깎여 나온 것이다. 따라서, 열팽창율과 열에 대한 특성이 동일하므로 휘거나 벗겨지거나 하지 않는다. 보강부(15)의 앵글 구조를 조절함으로써 굽힘에 대해 강하게 하거나 열변형을 일으키기 어렵게 할 수 있다.
얇은 판형 단열재(7)의 작성 순서는 이하와 같다.
우선, 도10에 도시한 바와 같이 석영 유리제의 직사각형 블럭(37)을 준비한다. 블럭(37)은 불투명 석영이고, 석영 소재 메이커로부터 구입할 수 있다.
이제부터 도11에 도시한 바와 같이, 목적으로 하는 두께에 가까운 값으로 판을 잘라낸다. 순서로서는 도12에 도시한 바와 같이 처음에 표면에 보강부(15)의 형상을 형성한다. 다음에, 잘라냄, 이하 필요 매수를 갖추기까지 이 조작을 반복한다. 이 때 판을 잘라낼 수 있는 한계의 두께는 3 ㎜이다. 3 ㎜이하이면, 판을 잘라내는 도중에 변형하므로 잘 잘라낼 수 없다.
다음에, 도13 및 도14에 도시한 바와 같이 이들의 판으로부터 판형 단열재를 도려낸다. 이 단계에서는, 두께는 3 ㎜ 이상 갖고 있다.
다음에, 도15에 도시한 바와 같이 석영 유리 연마기의 석영 유리 보유 지지부(38)에 수지로 보강부를 가공하고 있는 면을 접착시킨다. 다음에는, 소정의 두께가 되기까지 판형 단열재(7)의 이면을 연마한다. 현상에서는 0.3 ㎜의 두께까지 5/100의 정밀도로 가공할 수 있다. 강도 등의 취급의 용이함을 고려하면, 구경 300 ㎜의 실리콘 웨이퍼의 두께는 775 ㎛이므로, 판형 단열재(7)의 두께를 775 ㎛ 내지 1000 ㎛로 하면 핸들링 기구 등에 웨이퍼용인 것이 전용 가능하므로 편리하다.
도5로 복귀하여, 각 판형 단열재(7) 사이의 간격은 스페이서(28)의 두께에 의해 결정된다. 그로 인해, 용접할 수 없는 간격이라도 이들을 배치시킬 수 있다. 특히, 천정판(18)과 판형 단열재(7)의 간격을 감소시킬 수 있었다. 또한, 판형 단열재(7)는 용접하지 않으므로 용접하는 것을 전제로 한 종래의 두께보다도 얇게 설계할 수 있다. 불투명 석영 유리제의 원판을 얇게 한 판형 단열재(7)로 함으로써 표면적이 커지게 되므로 반사의 효과가 증대한다. 불투명 석영 유리에는 내부에 미소한 기포가 존재하므로 외관상 하얗게 보인다. 그러나, 용접하면 용접부 부근의 기포가 소멸되어 투명해진다. 본 실시 형태로 작성하면 용접을 행하지 않으므로 불투명 석영 유리는 투명해지지 않는다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태는 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트에 관한 것이다.
도16은 제2 실시 형태에 관한 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 사시도이다. 도16을 참조하여 웨이퍼 보트(4)의 하부에 보조 보온 지그(1)가 일체적으로 부착되어 있다.
다음에, 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트의 제조 방법을 설명한다.
우선, 제1 실시 형태와 마찬가지로 스페이서와 판형 단열재를 필요수만큼 준비한다.
도17을 참조하여, 3개의 보트 지지 기둥(19)을 보트 바닥판(20)에 수직으로 세운다. 보트 지지 기둥(19)과 보트 바닥판(20)을 용접하여 이들을 고정한다.
도18을 참조하여 최하부 스페이서(13)를 보트 지지 기둥(19)에 통과시킨다. 이 구조는 제1 실시 형태의 것과 동일하다.
다음에, 도19에 도시한 바와 같이 판형 단열재(7)를 보트 지지 기둥(19)에 통과시키고, 그 위에 스페이서(21)를 통과시킨다.
다음에, 도20을 참조하여 판형 단열재(7)와 스페이서(21)를 교대로 필요수만큼 보트 지지 기둥(19)에 통과시키고, 마지막의 판형 단열재(7) 위에는 보트 스페이서(21)를 통과시킨다.
다음에, 도21에 도시한 바와 같이 실리콘 웨이퍼 지지부(22)를 보트 지지 기둥(19)에 통과시킨다.
다음에는, 도22에 도시한 바와 같이 실리콘 웨이퍼 지지부(22)와 보트 스페이서(21)를 필요수만큼 교대로 보트 지지 기둥(19)에 통과시킨다.
마지막으로, 도23을 참조하여 마지막의 보트 스페이서(21)를 통과시킨 후, 보트와 동일 재질로 형성된 너트(23)로 보트 지지 기둥(19)을 체결한다. 보트 지지 기둥(19)을 통과시키는 구멍(31)이 뚫린 보트 천정판(24)을 씌워 완성한다.
여기서, 너트(23)는 사용하지 않아도 좋다. 즉, 보트 천정판(24)을 씌우고, 하방측으로 전체 실리콘 웨이퍼 지지부(22)가 수평해지도록 보트 천정판(24)을 하방으로 압박하여 보트 천정판(24)과 보트 지지 기둥(19)을 용접해도 좋다.
보트 천정판(24)을 용접하지 않는 경우는 보트 지지 기둥(19)을 보트 바닥판(20)에 용접한 후, 왜곡을 없애기 위한 어닐을 행한다. 보트 천정판(24)을 용접하는 경우는 마지막에 왜곡을 없애기 위한 어닐을 행한다.
본 실시 형태에 관한 보조 보온 지그를 이용하여 열처리한 경우의 효과에 대해 설명한다. 보조 보온 지그의 판형 단열재를 얇게, 예를 들어 30 ㎜ 실리콘 웨이퍼와 동일하게 0.775 ㎜(보강부는 1 ㎜)로 함으로써, 웨이퍼 보트(4)에 보온 지그를 부착한 것에 따른 열용량의 증가를 적게 할 수 있다. 그 결과, 고속 승강 특성을 손실하는 일 없이 바닥부로부터의 열의 도피를 방지할 수 있다. 또한 사용하는 웨이퍼 보트를 변경시키는 것만으로도 좋으므로 장치의 고온화로의 개조 비용을 낮게 할 수 있다.
또한, 너트(23)로 고정하는 경우, 필요에 따라서 판형 단열재의 수나 배치의 간격을 자유롭게 변경할 수 있어 실험용으로서도 유용하다. 판형 단열재(7)의 변형이나 파손이 있는 경우, 상기 부분만 변환하면 되고 보수성도 좋아진다.
(제3 실시 형태)
고속 승강온로에 있어서, 미니 배치로라 불리우는 것은 웨이퍼의 처리수가 적고, 따라서 반응관의 높이도 낮아 보조 보온 지그를 삽입할 여지가 없다.
그래서, 본 실시 형태에서는 기존의 웨이퍼 보트의 내부에 판형 단열재를 부착한 것에 관계된다.
도24는 제3 실시 형태에 관한 보조 보온 지그의 사시도이다. 웨이퍼 보트(4)는 웨이퍼를 지지하는 홈(26)이 부착된 원통형 보트 지지 기둥(19)을 구비한다. 판형 단열재(7)에는 보트 지지 기둥(19)이 간섭하는 부분에 U자형의 절입부(32)가 마련되어 있다. 스페이서(28)는 어떠한 형태라도 좋지만, 초승달형 또는 U자형으로 하면 위치의 확정이 용이해진다. 또한, 균형이 잡히기만 하면 스페이서(28)를 설치하는 위치는 어디라도 좋다. 필요수의 스페이서(28)와 판형 단열재(7)를 교대로 넣어 완성품으로 한다. 판형 단열재(7)는, 도면에 도시한 바와 같이 기울어지게 하여 절입부(32)를 이용하여 웨이퍼 보트(4) 내에 밀어 넣는다.
도25와 같이, 보트 지지 기둥(19)이 각기둥인 경우는 도26에 도시한 바와 같은 대응 장소에 직사각형의 절입부(32a)가 새겨진 판형 단열재(7)를 사용한다.
본 실시 형태에 있어서도, 제2 실시 형태와 마찬가지인 효과를 얻을 수 있다.
또한, 새롭게 웨이퍼 보트를 작성하지 않아도 기존의 웨이퍼 보트에 부착할 수 있다.
(제4 실시 형태)
도27 내지 도29는 제4 실시 형태에 관한 보조 보온 지그를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼 보트(4)에 형성된 실리콘 웨이퍼를 지지하는 홈(26)을 이용하여 판형 단열재(9)를 설치한다.
웨이퍼를 지지하는 홈(26)이 보트 지지 기둥(19)의 전체적으로 고르게 설치되어 있는 경우, 도27에 도시한 바와 같이 판형 단열재(7)의 보트 지지 기둥(19)과 간섭하는 부분에 보트 지지 기둥(19) 폭의 2부 정도의 절입부(32b)를 새긴다. 절입부(32b)의 깊이는 도27 중 점선으로 표시한 원주(27)의 위치까지로 한다. 이 원주(27)를 실리콘 웨이퍼와 동일 사이즈로 함으로써 판형 단열재(7)를 웨이퍼 보트(4)의 홈에 얹을 수 있다.
판형 단열재(7)의 설치는, 도28에 도시한 바와 같이 판형 단열재(7)를 기울어지게 하여, 웨이퍼 보트(4)의 내부로 삽입하여 밀어 넣음으로써 행한다. 이 때, 절입부(32b)를 보트 지지 기둥(19)보다 크게 해 두면 끼워 넣기 쉽다.
열복사가 보트 지지 기둥 부근으로부터 하방으로 달아나는 것을 방지하기 위해, 도29에 도시한 바와 같이 판형 단열재(7)를 시계 방향, 반시계 방향으로 교대로 옮기면서 설치한다.
본 실시 형태에서는, 스페이서를 이용하는 일 없이 판형 단열재(7)의 간격은 고정된다. 스페이서를 필요로 하지 않으므로 재료가 적어도 되고, 게다가 간편하게 설치할 수 있다. 또한, 판형 단열재(7)를 웨이퍼 보트(4) 내의 임의의 장소로 넣을 수 있다.
(제5 실시 형태)
도30 내지 도33은 제5 실시 형태에 관한 보조 보온 지그를 설명하기 위한 도면이다.
보조 보온 지그(1)의 지지 기둥(6)을 바닥판(8)의 외주부에 설치하는 경우의 제작 방법은 제2 실시 형태와 마찬가지이다.
그러나, 도30a, 도30b에 도시한 바와 같은 판형 단열재(7)를 제작하면, 제작 순서를 다음과 같이 변경할 수 있다.
우선, 도31에 도시한 바와 같이 바닥판(8)의 주변부에 지지 기둥(6)을 수직으로 세워 지지 기둥(6)을 바닥판(8)에 용접한다.
다음에, 도32를 참조하여 천정판(18)을 지지 기둥(6)의 상부에 용접하여 용접 후, 용접시에 발생한 내부 왜곡을 없애기 위해 어닐을 행한다.
다음에 도32에 도시한 바와 같이, 필요수만큼 구비한 판형 플레이트(7)를 보조 보온 지그(1)의 프레임 세트 내에 밀어 넣어 포개어 둔다. 다음에, 도33에 도시한 바와 같이 각 판형 단열재(7) 사이에 도6에 도시한 바와 같은 초승달형 스페이서(28)를 삽입하면 보조 보온 지그가 완성된다.
본 실시 형태에 따르면, 판형 단열재(7)와 판형 단열재(7)의 간격이 용접할 수 없을 정도로 좁은 것일지라도, 보조 보온 지그를 제작할 수 있다. 또한, 천정판(18)의 용접시에 판형 단열재(7)가 설치되어 있지 않으므로, 실수하여 판형 단열재를 파손시키지 않게 된다.
(제6 실시예)
본 발명에 관한 보조 보온 지그나 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트를 이용하면 고온 처리가 가능한 종형 고속 승강온 열처리 장치를 얻을 수 있다. 그러나, 여기서는 우선 왜 고속 승강온로의 고온화로 순조롭게 진행되지 않는지에 대해 설명한다.
도34에, 종형 열처리 장치를 이용한 경우와 고속 승강온 종형 열처리 장치를 이용한 경우의 처리 능력을 비교한 그래프도를 도시한다.
종형 열처리 장치는 승강온에 시간이 걸리는 것과, 열처리 시간 자체가 길어지므로, 처리 시간이 낱장식 장치의 처리 시간의 배이상이 걸린다. 그로 인해, 1회의 처리로 동시에 수 로트 처리를 행하므로, 배치 처리 장치라 불리운다. 이 경우, 1로트 처리한 경우라도 수 로트 처리한 경우와 처리 시간은 변하지 않는다. 고속 승강온형으로 하면, 승강온의 시간을 짧게 할 수 있으므로 처리 시간은 절반 정도가 된다.
도34에 있어서,「배치 장치」라 하는 쪽은 종형 열처리 장치를 사용하고 있는 경우이다. 「1로트 장치」라 하는 쪽은 고속 승강온 종형 열처리 장치를 사용하고 있는 경우이다.
횡축은 시간을 나타내고, 어느 날 9시로부터 다음 날 9시까지의 24 시간을 나타낸다. 종축은 어떤 반도체 장치의 제조 공정의 일부를 뺀 것으로, 상부로부터 하부로 공정은 진행해 간다. 종축 중에서 「산화」라 하는 것은 산화막을 생성하는 공정으로, 열처리 장치에 의해 행해진다. 「D-POLY」라 하는 것은 인을 도핑한 다결정 실리콘막을 생성하는 공정으로, 열처리 장치에 의해 행해진다. 「어닐」이라 하는 것은 불순물을 활성화시키기 위한 공정으로, 열처리 장치에 의해 행해진다. 「사진 제판」이라 하는 것은 레지스트 도포, 노광, 현상의 3개의 공정을 통합한 것으로, 각각의 공정은 도포 장치, 노광 장치, 현상 장치에 의해 행해진다. 「검사」는 검사를 하는 공정이다. 미세한 구조를 확인하기 위해서는 전자 현미경이 사용되고 있다.
「폴리 에칭」이라 하는 것은 인을 도핑한 다결정 실리콘막을 에칭하여 가공하는 공정을 말하며 에칭 장치에 의해 행해진다.
「애셔」라 하는 것은 레지스트를 제거하는 공정으로, 애셔라 불리우는 장치에 의해 행해진다.
「세정」은 약제를 이용하여 세정을 행하는 공정으로, 세정 장치에 의해 행해진다. 여기서 주목할 것은, 열처리 장치를 사용하는 산화, D-POLY 및 어닐의 공정이다.
도34의 그래프는 각각 1로트를 25매 실리콘 웨이퍼로 구성하고, 4 로트를 동시에 산화 공정을 거친 경우를 상정하고 있다. 그래프에 있는 띠는 1개의 로트를나타내고, 동일한 모양의 띠는 동일한 로트를 나타낸다. 띠의 길이는 처리 시간을 나타내고 있다. 「1로트 장치」에서 사용하는 고속 종형 열처리 장치에 있어서는 1로트/1회의 처리가 이루어져 있다.
처음의 산화 공정에서 비교를 행하면, 「배치 장치」에서는 12시 30분에 4 로트 처리가 완료하고 있는 것에 대해 「1로트 장치」에서는 2 로트밖에 완료하고 있지 않다. 종형 열처리 장치는 처리 시간이 길더라도 처리 능력(단위 시간당의 처리량)이 높은 장치로서 일반적으로 알려져 있고, 당연한 결과라고 여겨진다. 지금까지 비교하는 것조차 의미가 없는 것이라 여겨진다. 그러나, 계속해서 공정을 따라 가면 이상하게 사진 제판 공정에서 완료수가 역전한다. 도34에 나타낸 그래프에서 띠의 수는 1일 공정 완료수를 나타내고 있지만, 「1로트 장치」의 쪽이 띠의 수가 압도적으로 많다.
이상의 고찰로부터 반도체 제조 라인을 낱장식, 또는 1로트/1회의 장치로 구성함으로써 생산성이 비약적으로 향상되는 것을 알 수 있었다. 문제는 전체 장치를 낱장식 또는 1로트/1회의 장치로 치환할 수 있는가 하는 것이지만, 이미 열처리 장치 이외에는 낱장식 장치가 존재한다.
열처리 장치가 없는 감압 CVD 장치는 1로트 처리로 하면, 반응실의 체적을 작게 할 수 있으므로 진공 빼기 및 상압 복귀의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 히터를 고속 승강온형으로 함으로써 온도 리커버리의 시간을 단축 할 수 있어, 1로트/1회의 처리로 하는 것이 가능하다. 불순물의 활성화에는 이미 급속 열처리 장치(Rapid Thermal Processing : RTP)가 사용되고 있다. 열산화막도 최근, RTP를이용해도 종형 열처리 장치로 제작한 것과 동등 이상의 품질인 것을 얻을 수 있다. 또한, 100O ℃ 이하의 산화이면, 고속 승강온 종형 열처리로로 할 수 있다.
또한, 종래 불순물을 실리콘 기판 깊숙히 분포시키기 위한 열처리 공정은, RTP로 처리할 수 없을수록 장시간의 열처리가 필요하였지만, 최근은 고에너지 이온 주입기를 이용하여 불순물을 깊게 주입하고, RTP로 활성화할 수 있도록 되어 있다. 낱장식의 고에너지 이온 주입 장치는 존재하므로 문제는 없다. 또한, 배치 타입의 고에너지 이온 주입기도 1로트 처리 단위의 장치이다.
마지막으로 남은 문제는 결정 결함 회복을 위한 어닐이다. 이 어닐에 있어서는, 고온으로 장시간 열처리가 필요하므로 RTP는 사용할 수 없다. 또는 RTP를 사용했다고 해도 25매 완료할 수 있을 때까지 1일 이상의 시간이 걸린다. RTP의 처리 온도를 올려 처리 시간을 짧게 하는 방법도 고려할 수 있다. 그러나, 예를 들어 왜곡을 없애기 위해서는 비정질 실리카의 경우를 예로 들면, 1200 ℃(제냉점)에서 15 분간 보유 지지할 필요가 있다. 실리콘 결정의 경우, 또한 시간은 길어진다고 생각할 수 있다. 실용적인 처리 시간으로 하기 위해서는, 이 보유 지지 시간의 절반 이하의 열처리로 해야만 한다. 그를 위해서는, 또한 고온의 RTP를 작성해야만 한다. 또한, 몇번의 열처리로 결함 회복을 행할 수 있는지에 관해서는 이제부터 연구해야만 한다. 또한, 300 ㎜ 이상의 실리콘 웨이퍼에 대응한 것에 대해 지금부터 1200 ℃ 이상에 대응할 수 있는 장치를 개발해야만 한다.
그래서, 본 실시 형태에서는 본 발명에 관한 보조 보온 지그를 도1에 도시한 바와 같이 보온 지그와 조합하여 이용한다. 이에 의해, 기존의 고속 승강온형 종형 열처리 장치를 고온 열처리 장치로 개조함으로써, 결정 결함의 회복을 행할 수 있는 노를 얻을 수 있다.
이 고온 사양의 고속 승강온형 종형 열처리 장치를 얻게 됨으로써, 반도체 제조 라인의 모든 반도체 장치 제조 장치를 낱장식, 또는 1로트/1회의 장치로 구성하는 것이 가능해진다.
고온 어닐 공정에, 본 발명에 관한 고속 승강온 종형 열처리 장치를 사용할 수 있으므로, 제조 균형이 잘 이루어지는 데다가, 생산성도 향상되는 반도체 장치 제조 라인의 구축이 가능해진다.
또한, 본 발명에 있어서 기대하지 않았던 효과도 얻을 수 있었다. 즉, 본 발명에 관한 보조 보온 지그를 부착한 고속 승강온 종형 열처리로에서 산화막의 작성을 행해 보면, 산화막 두께의 면내 균일성이 향상되었다. 이 원인 중의 하나로서, 반응 가스의 정류 효과가 있다고 생각할 수 있다. 즉, 종래 장치에서는 도35을 참조하여 가스 배기구(35)는 반응실의 최하부의 한 쪽에 있다. 상부로부터 하부로 내려 온 가스는 보온통이 방해하기 때문에, 배기구측으로 치우친다고 여겨진다. 이에 대해, 도36에 도시한 바와 같이 보조 보온 지그(1)는 웨이퍼 보트(4)의 하측에도 간극이 있으므로 배기구(35)의 반대측으로 내려온 가스도 그대로 하방측으로 진행하여, 판형 단열재(7) 사이를 빠져나가 배기구(35)로 배출된다. 그로 인해, 산화막이 균일하게 생성되었다고 생각된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 지지 기둥을 3개 사용하고 있는 경우를 예시했으나, 4개 이상 사용하도록 구성해도 좋다. 또한, 웨이퍼 보트를 안정성 좋게보유 지지할 수 있는 것이면 2개 이하라도 좋다. 또한, 지지 기둥의 형상은 원 기둥으로 하지 않아도 좋지만, 중공 형상의 것이나 투명 석영제인 것은 복사열이 투과하므로 좋지 않다.
현재 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각해야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명에서는 없고 특허 청구의 범위에 의해 개시되어, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 판형 단열재와 스페이서가 분리되어 만들어져 있다. 그리고, 판형 단열재의 배치 간격은 스페이서의 두께로 결정된다. 그로 인해, 용접할 수 없는 간격에 이들을 배치할 수 있다.
또한, 용접을 행하지 않으므로 판형 단열재의 두께를 용접에서는 불가능한 곳까지 얇게 할 수 있다.
또한, 얇은 판형 단열재를 좁은 간격으로 다수 늘어 세우게 되므로 열복사의 반사에 기여하는 표면적을 한정된 공간에서 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 열용량이 적고, 게다가 단열성이 우수하다는 효과를 발휘한다.
또한, 판형 단열재를 보강함으로써 고온에서의 사용에 있어서 수명을 연장할 수 있다.
또한, 판형 단열재와 일체형인 웨이퍼 보트를 종래의 보트와 교환하는 것만으로 단열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 판형 단열재의 두께를 실리콘 웨이퍼의 두께 정도로 함으로써 기존의 웨이퍼 보트에 부착하는 것을 용이하게 할 수 있게 되므로, 판형 단열 지그를 삽입하는 공간을 새롭게 만들지 않아도 되어 개조를 간단하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 보조 보온 지그 또는 판형 단열재 부착 웨이퍼 보트를 고온 승강온 종형 열처리 장치에 이용함으로써, 고속 승강온 종형 열처리 장치를 고온에 대응할 수 있도록 개조할 수 있다.
또한, 고속 승강온 종형 열처리 장치를 고온에 대응할 수 있도록 개조할 수 있으면, 반도체 장치 제조 공장의 장치를 모두 1로트/1회 처리 장치로 구성하는 것이 가능해진다. 나아가서는, 공장의 제조 균형을 좋게 하는 동시에 생산성을 비약적으로 높일 수 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼 보트(4)와 보온 지그(2)를 구비하는 종형 열처리 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 보트(4)와 상기 보온 지그(2) 사이에 설치되는 보조 보온 지그(1)로서,
    상하로 늘어 세워진 복수의 판형 단열재(7)를 구비하고,
    상기 판형 단열재(7)는 불투명 석영을 재료로 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보조 보온 지그.
  2. 웨이퍼 보트(4)에 부착되는 보조 보온 지그(1)로서, 상기 웨이퍼 보트(4)는 그 측벽에 복수의 제1 절입부(26)가 상하 방향으로 나란히 설치되고, 상기 제1 절입부(26)에 반도체 기판을 끼워 넣어 상기 반도체 기판을 지지하는 지지 기둥(19)을 구비하고 있고,
    상하로 늘어 세워지고, 또한 각각의 두께가 상기 반도체 기판의 두께와 실질적으로 동일하게 되고, 또한 그 적어도 한 쪽면에 보강부(15)가 설치된 복수의 판형 단열재(7)를 구비하고,
    상기 판형 단열재(7)의 외주부에는 상기 지지 기둥(19)의 연장 부분이 끼워 넣어지는 제2 절입부(32)가 마련되고, 상기 지지 기둥의 연장 부분에 마련된 제1 절입부(26)에 상기 제2 절입부(32)를 끼워 맞춤으로써, 상기 복수의 판형 단열재를 고정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 보조 보온 지그.
  3. 석영 유리로 형성된 직사각형 블럭(37)을 준비하는 공정과,
    상기 직사각형 블럭(37)으로부터 석영 유리판을 잘라내는 공정과,
    상기 석영 유리판을 연마하고, 얇은 판형 단열재를 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 보조 보온 지그의 제조 방법.
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