KR20060032651A - 열처리 장치 - Google Patents

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KR20060032651A
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동경 엘렉트론 주식회사
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Abstract

본 발명은, 탑재대의 하측의 공간에 처리 가스가 침입하는 것을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다. 지주(56)의 상단부의 내주 부분에 탑재대(58)의 하면을 지지하는 지지면(62)을 마련한다. 지지면(62)의 외측의 지주(56)의 상단부의 중간주 부분에, 둘레 방향으로 연장하는 퍼지 가스 홈(64)을 형성한다. 퍼지 가스홈(64)의 외측의 지주(56)의 상단부의 외주 부분에 대응하는 위치에 협애유로(68)를 마련한다. 퍼지 가스 공급 수단(66)으로부터 퍼지 가스 홈(64)내에 공급된 퍼지 가스는, 퍼지 가스 홈(64)내를 둘레 방향으로 확산하여, 협애유로(68)로부터 외측으로 유출한다. 이러한 퍼지 가스의 흐름에 의하여, 처리 가스가, 퍼지 가스 홈(64) 및 탑재대의 하측의 공간(S1)에 침입하는 것이 방지된다.

Description

열처리 장치{HEAT-TREATING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 소정의 열처리를 실시하는 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로의 제조공정에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 확산 처리, 어닐 처리 및 개질 처리 등의 여러가지의 처리가 실시된다. 예컨대, 성막 처리에 있어서, 웨이퍼 표면에 폴리 실리콘막, SiO2막, W(텅스텐)막, WSi(텅스텐실리사이드)막, Ti(티탄)막, TiN(티탄나이트라이드)막, TiSi(티탄실리사이드)막 등이 퇴적된다. 이러한 성막 처리를 행하는 열처리 장치는, 예를 들면 일본국 특허공개 평성 제 9-237763 호 공보 및 일본 특허공개 제 2001-23966 호 공보에 개시되어 있다.
여기서, 종래의 일반적인 낱장식의 열처리 장치에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 종래의 일반적인 낱장식의 열처리 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 이 열처리 장치는, 진공배기 가능한 처리용기(2)를 갖고 있고, 그 천장부에 는 각종의 필요한 가스를 처리용기(2)내로 도입하는 샤워헤드부(4)가 설치된다. 또한, 이 처리용기(2)내에는, 용기의 저부로부터 상방으로 연장하는 원통형의 지주(6)상에, 얇은 판형상의 탑재대(8)가 지지되어 있고, 탑재대(8)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)가 탑재된다. 처리용기(2)의 아래쪽에는, 복수의 가열램프(10)가 설치된다. 가열램프(10)가 발하는 열선은 용기바닥부에 마련된 투과창(12)을 통하여 용기내에 도입되어 탑재대(8)를 가열하고, 이에 의해 웨이퍼(W)가 가열된다.
퍼지 가스 공급 수단(14)이, 탑재대(8)의 하측의 공간에, 퍼지 가스로서 N2 가스를 공급한다. 이에 의해, 탑재대(8)의 하측의 공간에 처리 가스가 침입하는 것이 방지되어, 투과창(12)의 상면이나 탑재대(8)의 하면에 불필요한 막이 부착되는 것이 방지된다. 투과창(12)에 불필요한 막이 부착되면, 열선의 투과율이 저하하여 가열효율이 악화되어 버린다. 또한, 탑재대(8)의 하면에 불필요한 막이 불균일하게 부착하면, 광흡수율의 불균일이 발생하기 때문에 탑재대(8)에 온도분포가 발생하고, 그 결과, 웨이퍼온도의 면내균일성이 저하된다. 이러한 문제를 회피하기 위해서, 상기의 퍼지 가스의 공급은 매우 중요하다.
그런데, 상술한 바와 같은 예컨대 성막 처리를 하는 경우, 성막에 이용하는 처리 가스의 확산속도가 그렇게 크지 않은 경우에는, 처리 가스가 탑재대(8)의 하측의 공간에 침입하는 것을 충분히 저지할 수 있다. 그러나, 실란 가스와 같이 확산속도가 매우 큰 처리 가스가 이용되는 경우에는, 탑재대(8)의 하측의 공간에 퍼지 가스를 공급하고 있음에도 불구하고, 약간의 간극으로부터 처리 가스가 탑재대 (8)의 하측의 공간에 침입하여, 탑재대(8)의 하면이나 투과창(12)의 상면에 불필요한 막이 부착되는 경우가 있다.
이것을 회피하기 위해서, 퍼지 가스의 유량을 대폭 증가시키는 것도 고려된다. 그러나, 퍼지 가스 유량을 증가시키면 탑재대(8)의 하측의 공간내의 압력이 증대한다. 그 증대한 압력은 탑재대(8)의 하면 전체에 부하되기 때문에, 탑재대(8)가 부상(浮上)하여 탑재대의 위치 어긋남이 발생할 가능성이 있다. 또한, 탑재대(8)가 강고히 고정되어 있는 경우에는, 탑재대(8) 자체가 파괴될 가능성이 있다. 게다가, 지주(6)의 상단면과 탑재대(8)의 하면과의 사이의 간극을 통하여 외측으로 분출하는 퍼지 가스의 유속이 상당히 커지기 때문에, 탑재대(8)의 주연부가 국부적으로 냉각되어, 웨이퍼(W)의 면내 온도의 균일성을 악화시킨다. 이러한 이유로, 퍼지 가스의 유량을 대폭 증가시킬 수 없다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효히 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 피처리체를 탑재하는 탑재대의 하측의 공간에 처리 가스가 침입하는 것을 확실히 방지하는 것이 가능한 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적은 각 청구항에 정의된 발명에 의해 해결된다. 본 발명은, 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기의 바닥부로부터 상방으로 연장하는 원통형의 지주와, 피처리체를 탑재하기 위해서 상기 지주의 상단에 지지된 판형상의 탑재대와, 상기 탑재대에 탑재된 피처리체를 가열하기 위한 가열램프와, 상기 처리용기내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비한 열처리 장치에 있어서, 상기 원통형의 지주의 상단부의 내주 부분에, 상기 탑재대의 주연부의 하면과 접촉하여 이것을 유지하는 지지면이 둘레 방향을 따라 형성되어 있고, 상기 원통형의 지주의 상단부의 중간주(中間周) 부분에, 퍼지 가스를 흐르게 하기 위한 퍼지 가스 홈이 둘레 방향을 따라 형성되어 있고, 상기 원통형의 지주의 상단부의 외주 부분에, 상기 처리 가스가 상기 퍼지 가스 홈에 침입하는 것을 방지하면서 상기 퍼지 가스 홈을 흐르는 퍼지 가스를 외측으로 배출시키는 협애유로가 둘레 방향을 따라 마련되어 있고, 상기 퍼지 가스 홈에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 퍼지 가스홈 내에 공급된 퍼지 가스는 퍼지 가스홈 내에 대략 균등하게 분포되고, 협애유로를 통하여 외측으로 배출된다. 협애유로에 의해 초래되는 교축 효과에 의해, 퍼지 가스는 유속이 증가되어 협애유로로부터 분출된다. 이 때문에, 처리 가스의 확산속도가 크더라도, 처리 가스가 협애유로를 통하여, 퍼지 가스 홈내 및 탑재대의 하측의 공간에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
처리 가스의 침입방지 효과를 증대시키기 위해서, 협애유로를 구획하는 부재의 표면에, 미로홈(labyrinth groove)을 마련할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 협애유로는, 상기 원통형의 지주의 외주 부분의 상단면과 상기 상단면에 대향하는 상기 탑재대의 하면과의 사이의 간극이고, 원통형의 지주의 상단부에 있어서 상기 중간주 부분의 퍼지 가스 홈은, 상기 원통형의 지주의 상단부의 상기 외주 부분과 상기 내주 부분과의 사이의 간극이다. 이 경우, 상기 미로홈은, 상기 원통형의 지주의 외주부분의 상단면에 둘레 방향을 따라 마련될 수 있다.
상기 원통형의 지주의 반경 방향 외측에 간격을 두고, 상기 탑재대의 주연부의 상면을 누르는 가압부를 갖는 원통형의 누름 부재가 마련될 수 있고, 이것에 의해, 상기 누름 부재의 내주면과 상기 지주의 외주면과의 사이에, 상기 협애유로로부터 배출된 퍼지 가스가 그곳을 통하여 하방향으로 흐르는 퍼지 가스 배출유로가 형성될 수 있다. 이와 같이, 퍼지 가스 배출유로를 마련하는 것에 의해, 처리 가스가 협애유로까지 도달하기 어렵게 된다. 상기 누름 부재는, 바람직하게는 열전도성이 낮은 재료로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 누름 부재의 하단부는, 상기 처리용기의 바닥부에, 탄성부재을 거쳐서 고정되어 있고, 이것에 의해, 상기 탑재대에 상향의 힘이 부하된 경우, 상기 탑재대는 상기 탄성부재를 탄성변형시키면서 상방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 이 고정 구조에 의하면, 탑재대의 하측의 공간의 압력이 탑재대의 상방의 처리공간의 압력보다 높게 되어도, 탑재대를 일시적으로 변위시키는 것에 의해 탑재대의 하측의 공간의 압력을 해제시킴으로써, 탑재대의 파손을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 지지면과, 상기 지지면과 접촉하는 상기 탑재대의 주연부의 하면은, 함께 경면사상(鏡面仕上)되어 있다. 이것에 의하면, 양면이 밀접하기 때문에, 가령 퍼지 가스 홈에 처리 가스가 침입하더라도, 탑재대의 하측의 공간에 처리 가스가 침입하는 것을 억제할 수 있다.
상기 지주에, 상기 지주의 반경 방향 외측으로 상기 가열램프로부터 방사된 빛이 새는 것을 방지하기 위한 차광부재가 설치될 수 있다. 상기 차광부재는 광반사부재로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 지주의 내측의 탑재대의 하측의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급 수단이 더 설치되어 있다. 이것에 의하면, 이 공간에 처리 가스가 침입하는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 상기 원통형의 지주의 반경 방향 내측으로 간격을 두고, 원통형의 유로형성부재가 마련되고 있고, 상기 지주의 내주면과 상기 유로형성부재의 외주면과의 사이에 상기 탑재대의 하면측의 공간에 공급된 퍼지 가스가 그곳을 통하여 하방으로 흐르는 퍼지 가스 유출통로가 형성되고, 상기 퍼지 가스 유출통로의 하단부는, 상기 처리용기내를 진공배기하는 진공배기계에 퍼지 가스 통로를 거쳐서 접속되어 있다.
도 1은 본 발명의 열처리 장치의 제 1 실시형태의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 표시된 지주 및 그 근방의 부재를 확대하여 나타내는 단면도.
도 3은 도 1에 표시된 지주의 확대 평면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내며, 도 2와 동일한 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내며, 도 3과 동일한 도면.
도 6a 및 6b는 본 발명의 관련기술을 설명하기 위한 설명도.
도 7은 종래의 일반적인 낱장식의 열처리 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
이하에 본 발명에 관한 열처리 장치의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 상세히 기술한다.
[제 1 실시형태]
우선 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 열처리 장치의 제1실시형태의 구성을 나타내는 단면도, 도 2는 도 1에 표시된 지주 및 그 근방의 부재를 확대하여 나타내는 단면도, 도 3은 도 1에 표시된 지주의 확대 평면도이다. 여기서는 열처리로서 폴리실리콘막을 CVD에 의해 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
열처리 장치(20)는, 진공배기 가능한 예컨대 알루미늄제의 통체형상의 처리용기(22)를 갖고 있다. 처리용기(22)의 천장부에는, 처리용기(22)내로 필요한 처리 가스를 도입하기 위한 가스 공급 수단으로서, 예컨대 샤워헤드부(24)가 O 링 등의 밀봉 부재(26)을 거쳐서 기밀하게 설치된다. 샤워헤드부(24)의 하면에는 다수의 가스분사 구멍(28)이 마련되어 있고, 이것들의 가스분사 구멍(28)으로부터 처리공간(S)을 향해서 처리 가스가 공급된다. 예시된 실시형태에 있어서는, 처리 가스 로서, 실란 가스(SiH4)와, H2 가스와, N2 가스(캐리어 가스)가 이용된다.
또한, 도 1에서는 샤워헤드부(24)는 간략화하여 기재되어 있기 때문에, 도면으로부터는 모든 처리 가스가 샤워헤드부(24)내에서 혼합된 후에 처리공간(S)에 공급되는 것처럼 보인다. 그러나, 샤워헤드부(24)는, 이른바 포스트믹스(post mix)법이라고 불리는 가스 공급 방법에 적합하도록 구성되어 있어도 좋다. 이 경우, 샤워헤드부(24)내는 복수의 분리된 방이 마련되어, 각각의 방에 상이한 가스가 도입되고, 이들 가스는 샤워헤드부(24)로부터 처리공간(S)에 분사되었을 때에 처음으로 혼합된다. 본 실시형태에 있어서는, 실제로는, 캐리어 가스와 함께 샤워헤드부(24)에 공급된 실란 가스는, 수소 가스와는 별개로 샤워헤드부(24)내에서 확산하고, 실란 가스와 수소 가스는 처리공간(S)에 분사된 후에 혼합된다.
처리용기(22)의 측벽에는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 처리용기(22)에 반출입할 때에 개폐되는 게이트밸브(30)가 마련된다. 처리용기(22)의 저벽(32)의 주변부에는 복수의 배기구(34)가 형성되어 있다. 이들 배기구(34)에는 비교적 대구경의 복수의 배관(36)이 각각 접속되어 있고, 이들 배관(36)은 진공 펌프가 개설(介設)된 진공배기계(38)의 일부를 이룬다. 이에 의해, 처리용기(22)내의 분위기를 대략 균등하게 진공배기할 수 있다. 처리용기(22)의 저벽(32)의 중앙부에는, 대구경의 개구(40)가 형성되어 있고, 이 개구(40)에는 충분한 내압성을 갖는 투과창(42)이 O 링 등의 밀봉 부재(44)를 거쳐서 기밀하게 장착되어 있다. 투과창(42)은, 예컨대 투명한 석영으로 이루어진다.
투과창(42)의 하측에 마련된 램프하우징(46)이, 투과창(42)을 덮도록 설치된다. 램프하우징(46)내에는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열램프 수단(48)이 설치된다. 예시된 실시형태에 있어서는, 가열램프 수단(48)은, 반사판을 겸하는 램프 장착대(50)에 복수의 가열램프(52)를 장착하는 것에 의해 구성되어 있다. 램프 장착대(50)는 모터(54)의 회전축에 연결되어 있고, 가열램프(52)는 회전하면서 웨이퍼(W) 측을 향해서 열선을 조사한다.
처리용기(22)의 저벽(32)에는, 그곳으로부터 상방으로 연장하는 원통형의 지주(56)가 설치되어 있다. 지주(56)의 상단부는 얇은 판형상의 탑재대(58)를 지지하고 있고, 탑재대(58)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)가 탑재된다. 예시된 실시형태에 있어서, 탑재대(58)는 흑색의 그라파이트제의 원판으로 이루어지고, 그 표면에는 회색의 SiC 코팅이 실시되어 있다. 특히, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상세하게는, 처리용기(22)의 저벽(32)의 상면에는, 개구(40)를 둘러싸도록 원환상의 베이스판(60)이 장착되어 있고, 이 베이스판(60)상에, 원통형의 지주(56)가 기립하고 있다. 예시된 실시형태에 있어서, 베이스판(60)은 알루미늄으로 이루어지고, 지주(56)는 투명한 석영으로 이루어진다.
이 원통형의 지주(56)는 소정의 두께, 예컨대 9.5 mm 정도의 두께를 갖고 있다. 지주(56)의 상단부는, 내주 부분과, 외주 부분과, 내주 부분과 외주 부분과의 사이의 중간주 부분을 갖는다. 지주(56)의 상단부의 내주 부분은 외주 부분 및 중간주 부분보다도 높이가 높게 형성되어, 내주 부분의 상단면은 탑재대(58)의 주연부의 하면을 접촉시켜 탑재대(58)를 지지하기 위한 링형상의 지지면(62)을 제공한 다. 지지면(62)과 탑재대(58)의 주연부의 하면은 모두 경면사상(鏡面仕上)되어 있고, 이에 의해 양면이 기밀성 양호하게 또한 균일하게 면접촉할 수 있다. 지지면(62)의 폭은 예컨대 2.7 mm 정도이다.
지주(56)의 상단부의 중간주 부분은 내주 부분 및 외주 부분보다도 높이가 낮게 형성되어, 이에 의해 중간주 부분에 내주 부분 및 외주 부분에 둘러싸인 링형상의 퍼지 가스홈(64)이 형성되어 있다. 퍼지 가스홈(64)의 폭은 예컨대 2.2 mm 정도, 깊이는 예컨대 2.0 mm 정도이다. 퍼지 가스홈(64)의 저면 즉 중간주 부분의 상단면에는, 원주 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수의 가스 구멍(64A)이 형성되어 있다. 이들의 가스 구멍(64A)에는, 제 1 퍼지 가스 공급 수단인 퍼지 가스도입통로(66)가 접속되어 있다. 각 퍼지 가스도입통로(66)는, 지주(56)내를 상하 방향으로 연장하고 있고, 또한 그 하단부는 베이스판(60) 및 저벽(32)을 관통하고 있으며, 거기에 도시하지 않은 가스원으로부터 유량 제어된 퍼지 가스가 공급된다. 퍼지 가스로서는, N2 가스나 Ar 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있으며, 본 실시형태에 있어서는 N2 가스를 이용하고 있다.
또한, 지주(56)의 외주 부분의 상단면은 내주 부분의 상단면인 지지면(62)보다 약간 낮게 되어 있고, 이에 의해, 지주(56)의 외주 부분의 상단면(70)과 탑재대(58)의 주연부의 하면과의 사이에 매우 좁은 간극(68)이 형성된다. 간극(68)의 크기 L1은, 예컨대 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 정도로 되고, 간극(68)의 직경 방향폭 L2는 예컨대 4.6 mm 정도이다. 간극(68)은, 퍼지 가스홈부(64)내에 공급된 퍼지 가스를 외 측으로 유출시키기 위한 협애유로(狹隘流路)(이하, 「협애유로(68)」라고 칭함)를 제공한다. 협애유로(68)는, 지주(56)의 둘레 방향을 따라 링형상으로 연장하고 있다. 협애유로(68)는, 지주(56)의 외주 부분의 상단면(70)을 절삭 또는 블래스트 처리하는 것에 의해, 상단면(70)의 높이를 지지면(62)보다 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 정도 낮게 함으로써 형성할 수 있다.
지주(56)의 외주면에는, 그 둘레 방향을 따라 대략 전역에 걸쳐 차광부재(72)가 설치된다. 차광부재(72)는, 가열램프(52)로부터의 열선을 여기서 차단하여 그 외측으로 새어 나가지 않도록 하여, 차광부재(72)의 외측에 있는 부품을 열로부터 보호한다. 차광부재(72)는, 흑색 또는 회색의 세라믹으로 이루어진 광흡수성의 재료로 형성될 수 있다. 이 대신에, 알루미늄 등의 광반사성의 재료를 차광부재(72)로서 이용하는 것도 가능하고, 이 경우 웨이퍼(W)의 가열효율이 향상된다.
지주(56)로부터 소정의 간격을 두고 외측에는, 탑재대(58)를 지주(56)를 향해서 누르기 위한 원통형의 누름 부재(74)가 설치된다. 누름 부재(74)의 전체는 열전도성이 낮은 재료, 예컨대 석영으로 형성되어 있고, 그 상단부에는 링형상의 가압부(74A)가 설치된다. 가압부(74A)의 내주부의 하면은 탑재대(58)의 주연부의 상면에 접촉하여 탑재대(58)를 가압하고, 이에 의해 탑재대(58)가 지주(56)에 고정된다.
탑재대(58)의 주연부의 상면에는, 가압부(74A)를 받아 들이기 위해서 링형상의 단차(76)가 마련되어 있고, 이에 의해 탑재대(58)의 중심측 상면과 가압부(74A)의 상면이 동일 수평면상에 위치하기 때문에 처리 가스 흐름에 난류가 발생하지 않 는다.
누름 부재(74)의 하단부에는 링형상의 플랜지부(74B)가 형성되어 있다. 플랜지부(74B)는, 그 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수개 마련된 볼트(78)와 각 볼트(78)에 장착된 탄성부재 예컨대 코일스프링(80)을 거쳐서, 코일스프링(80)에 의해 하방으로 부세(付勢)된 상태로 상방으로 이동 가능하게 베이스판(60)에 장착되어 있다. 볼트(78) 및 코일스프링(80)은, 내식성이 높은 재료, 예컨대 인코넬(등록상표)로 구성되어 있다.
플랜지부(74B)의 하면과 베이스판(60)의 상면과의 사이에는, 근소한 간극이 존재한다. 이것에 의해, 원통형의 지주(56)의 외주면과 원통형의 누름 부재(74)의 내주면과의 사이에 형성되는 원통형의 간극(그 폭 L3이 예컨대 0.3 mm 정도)이, 퍼지 가스 배출유로(82)로서 이용할 수 있다. 상술한 협애유로(68)로부터 유출된 퍼지 가스는, 퍼지 가스 배출유로(82)를 따라 하방향으로 흘러, 플랜지부(74B)의 하면과 베이스판(60)의 상면과의 사이의 간극으로부터 외측으로 유출된다.
또한, 처리용기(22)의 저벽(32) 및 베이스판(60)을 관통하여, 제 2 퍼지 가스 공급 수단인 퍼지 가스 도입통로(84)가 형성되어 있다. 퍼지 가스 도입통로(84)를 거쳐서, 도시하지 않은 가스원으로부터 유량 제어된 퍼지 가스를, 원통형의 지주(56)의 내부의, 탑재대(58)의 하측의 공간(S1)에 도입할 수 있다. 퍼지 가스로서는, 예컨대 N2 가스나 Ar 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있으며, 본 실시형태에서는 N2 가스를 이용하고 있다.
지주(56)로부터 소정의 간격을 두고 내측에는, 원통형의 유로형성부재(86)가, 베이스판(60)상에 마련되고 있고, 이것에 의해 유로형성부재(86)의 외주면과 이 외측에 위치하는 지주(56)의 내주면과의 사이에 원통형의 퍼지 가스 유출통로(88)가 형성된다. 유로형성부재(86)의 상단과 탑재대(58)는 약간 이격되어 있고, 탑재대(58)의 하측의 공간(S1)내에 공급된 퍼지 가스는, 퍼지 가스 유출통로(88)의 상단으로부터 거기로 흘러 들어가 퍼지 가스 유출통로(88)내를 흘러내려 간다. 유로형성부재(86)는 내열성재료, 예컨대 투명한 석영에 의해 형성되어 있다. 퍼지 가스 유출통로(88)의 폭 L4는 예컨대 1.0 mm 정도이다.
퍼지 가스 유출통로(88)의 바닥부로 되는 베이스판(60)의 상면에는, 그 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 복수개, 예시된 실시형태에 있어서는 4개(도 3 참조)의 가스 구멍(90)이 형성되어 있다. 가스 구멍(90)에는, 베이스판(60) 및 처리용기(22)의 저벽(32)을 관통하여 진공배기계(38)의 배관(36)에 연통하는 퍼지 가스 통로(92)가 접속되어 있다. 퍼지 가스 통로(92)는, 베이스판(60) 및 저벽(32)을 관통하는 관통공(94)과, 이 관통공(94)의 출구(94A)와 배관(36)의 측벽에 마련한 개구(36A)를 접속하는 예컨대 스테인레스관으로 이루어지는 외부 부착 관(96)으로 이루어진다. 외부 부착 관(96)의 길이는, 배관(36)내를 흐르는 미반응 처리 가스가 외부 부착 관(96)내를 퍼지 가스의 흐름 방향과 역 방향으로 확산하더라도 탑재대(58)의 하측의 공간(S1)내에는 침입할 수 없는 것 같은 충분히 긴 길이, 예컨대 30cm 정도 이상으로 설정되어 있다. 또, 외부 부착 관(96)의 길이의 적정값은, 외부 부착 관(96)의 내경의 크기에도 의존한다.
베이스판(60)의 주연부에는, 베이스판(60)의 둘레 방향을 따라, 냉각수 등의 냉매를 흘리는 것에 의해 베이스판(60)을 냉각하기 위한 냉각자켓(98)이 형성되어 있다. 또, 누름 부재(74)의 외주측에는, 웨이퍼(W)를 탑재대(58)에 탑재 이송할 때에 웨이퍼(W)의 주연부의 하면을 유지하여 웨이퍼(W)를 승강시키는 리프터기구(도시하지 않음)가 설치된다.
다음에 열처리 장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가, 개방된 게이트밸브(30)를 거쳐서 처리용기(22)내로 도입되어, 탑재대(58)상에 탑재된다. 그리고, 처리용기(22)내를 밀폐한 뒤, 가열램프 수단(48)의 가열램프(52)를 점등하여 열선을 탑재대(58)의 하면에 조사하고, 이에 의해 탑재대(58)의 상면에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)를 소정의 프로세스온도, 예컨대 700 ℃까지 승온하여, 이 온도를 유지한다.
이것과 동시에, 처리용기(22)내의 처리공간(S)에, 샤워헤드부(24)로부터 처리 가스로서 SiH4 가스, H2 가스, N2 가스를 공급한다. SiH4 가스와 H2 가스가 열분해반응하고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 폴리실리콘막이 퇴적한다. 처리용기(22)내는 진공배기되어 있기 때문에, 미반응의 각종의 가스나 반응 부생성물 가스는, 탑재대(58)의 주변부로부터 하측으로 대략 균등하게 흘러내리고, 배기구(34)를 거쳐서 진공배기계(38)의 배관(36)내에 유입하여, 거기를 흘러 계외로 배출된다. 이러한 상황하에 있어서, 매우 확산계수가 큰 SiH4 가스 및 H2 가스는, 약간의 간극이 존재하면, 그 간극을 통해 탑재대(58)의 하측의 공간(S1)에 침입하여, 이에 의 해 탑재대(58)의 하면이나 투과창(42)의 상면에 불필요한 막이 퇴적할 우려가 있다.
그러나, 본 실시형태에 있어서는, 퍼지 가스 도입통로(84)를 거쳐서 공간(S1)내로 퍼지 가스인 N2 가스가 공급되고 있고, 또한, 퍼지 가스 도입통로(66)를 거쳐서 지주(56)의 상단부에 퍼지 가스인 N2 가스가 공급되고 있기 때문에, 공간(S1)내에 SiH4 가스나 H2 가스가 침입하는 것을 방지할 수 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이 퍼지 가스 도입통로(84)로부터 공간(S1)에 공급된 퍼지 가스는, 공간(S1)내를 상승하여, 그 후 화살표(100)로 도시하는 바와 같이 탑재대(58)의 하면 근방에서 아래쪽으로 방향을 바꿔, 퍼지 가스 유출통로(88)내를 흘러내린다. 또한, 퍼지 가스는, 관통로(94) 및 외부 부착 관(96)으로 이루어지는 퍼지 가스통로(92)를 거쳐서 진공배기되어 있는 배관(36)내로 유출하여, 거기를 흐르는 처리공간(S)으로부터 배출된 가스와 함께 배관(36)내를 흘러 계외로 배출된다.
이 때, 배관(36)내를 흐르는 미반응 SiH4 가스나 미반응 H2 가스가, 외부 부착 관(96), 관통로(94)내 및 퍼지 가스 유출통로(88)내를 퍼지 가스의 흐름 방향과 역방향으로 확산하여 공간(S1)내로 침입할 가능성이 있다. 그러나, 배관(36)내는 도시하지 않는 진공 펌프에 의해 강력히 진공배기되어 있다. 이 때문에, SiH4 가스나 H2 가스는 퍼지 가스 통로(92)내에는 거의 침입할 수 없다. 또한, 외부 부착 관(96)의 길이도 예컨대 30 cm 정도로 충분히 길다. 또한, 유로형성부재(86)가 지주 (56)의 높이와 대강 같은 높이의 원통체형상에 성형되어 있기 때문에, 유로형성부재(86)의 외측에 형성되는 퍼지 가스 유출통로(88)의 상하 방향 길이도 길다. 이 때문에, SiH4 가스나 H2 가스는, 가령 퍼지 가스 통로(92)에 침입할 수 있었다고 해도, 공간(S1)내까지 도달할 수 없다. 또한, 퍼지 가스 도입통로(84)를 거쳐서 공급되는 퍼지 가스의 유량은 예컨대 1000 sccm 정도이지만, 이 유량은 특히 한정되지 않는다.
또한, 처리공간(S)측내의 SiH4 가스 및 H2 가스는, 퍼지 가스 유출통로(82)내를 퍼지 가스의 흐름 방향과 역방향으로 확산하여, 지지면(62)과 탑재대의 하면과의 사이의 간극을 거쳐서 탑재대(58)의 하방의 공간(S1)내로 침입할 가능성이 있다. 그러나, 퍼지 가스 도입통로(66)를 거쳐서 N2 가스로 이루어지는 퍼지 가스가, 지주(56)의 상단부에 형성된 퍼지 가스홈(64)내에 공급되어, 퍼지 가스홈(64)내를 둘레 방향으로 확산하여, 협애유로(68)를 거쳐서 퍼지 가스 배출유로(82)에 배출되고, 퍼지 가스 배출유로(82)내를 흘러내려, 퍼지 가스 배출유로(82)의 하단부에서 베이스판(60)과 누름 부재(74)의 플랜지부(74B)와의 사이로부터 배기구(34)의 근방으로 유출하고, 그리고 진공배기계(36)을 거쳐서 계외로 배출된다. 여기서, 협애유로(68)의 상하 방향 폭 L1은 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 정도로 매우 좁기 때문에, 협애유로(68)를 외측을 향해서 흐르는 퍼지 가스의 유속은 매우 커진다. 이 때문에, SiH4 가스 및 H2 가스가 퍼지 가스의 흐름 방향과 역방향으로 확산함으로써 공간(S1)에 침입하는 것을, 확실히 방지할 수 있다. 또한, 누름 부재(74)가 지주(56)의 높이와 대강 같은 높이의 원통체형상으로 성형되어 있기 때문에, 누름 부재(74)의 내측에 형성되는 퍼지 가스 배출유로(82)의 상하 방향 길이도 길다. 이 때문에, SiH4 가스 및 H2 가스가 퍼지 가스 배출유로(82)의 상부까지 확산하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 지주(56)의 지지면(62) 및 이것에 면접촉하는 탑재대(58)의 하면은 모두 경면사상되어 있기 때문에, 이들 양면은 둘레 방향을 따라 대략 균일하게 간극없이 면접촉한다. 따라서, 가령 SiH4 가스 및 H2 가스가 협애유로(68)를 통하여 퍼지 가스 홈(64)내까지 침입하여 왔다고 해도, 이들 가스가 탑재대(58)의 하측의 공간(S1)에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 공간(S1)에 공급된 퍼지 가스가 지주(56)의 지지면(62)과 이것과 접촉하는 탑재대(58)의 하면과의 간극으로부터 국부적으로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 퍼지 가스의 국부적인 누출에 의해서 발생하는 탑재대(58)의 국부적인 냉각도 없어져서, 탑재대(58) 및 웨이퍼(W)의 면내 온도의 균일성을 높게 유지할 수 있다. 또한, 퍼지 가스 도입통로(66)를 거쳐서 공급되는 퍼지 가스의 유량은 예컨대 500 ~ 1000 sccm 정도이지만, 이 유량에 특히 한정되는 것은 아니다. 또한, 가령, 지주(56)의 지지면(62) 및 이것에 면접촉하는 탑재대(58)의 하면의 사이에서 SiH4 가스 및 H2 가스가 공간(S1)측에 침입했다고 해도, 지지면(62) 근방에는 퍼지 가스 유출통로(88)내를 향하는 퍼지 가스의 기류(100)가 있기 때문에, 침입한 가스는 곧 기류(100)에 편승하여 배출 된다.
종래의 열처리 장치에 있어서는, 탑재대의 하측의 공간에 대유량의 퍼지 가스를 흘려 이 부분의 압력을 올리면, 탑재대 전체에 큰 압력이 가해져 탑재대가 파손할 우려가 있었다. 그러나 본 실시형태에 있어서는, 퍼지 가스 도입통로(66)를 거쳐서 대유량의 퍼지 가스를 흘리더라도, 높은 압력이 부하되는 것은 협애유로(68)를 구획하는 미소면적의 부분만이며, 탑재대(58)가 파손할 우려는 없다. 따라서 탑재대(58)의 온도분포에 문제가 발생하지 않는 한에 있어서, 퍼지 가스 도입통로(66)로부터 공급되는 퍼지 가스의 유량을 증대시킬 수 있어, 이에 의해, SiH4 가스 및 H2 가스가 탑재대(58)의 하측의 공간(S1)내에 침입하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
또한, 탑재대(58)의 주연부는, 석영 등의 열전도성이 낮은 재료로 이루어지는 누름 부재(74)의 가압부(74A)에 의해 유지되어 있기 때문에, 탑재대(58)의 주연부로부터 가압부(74A)를 거쳐서 빠져나가는 열량을 저감할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 면내 온도의 균일성에 악영향을 끼치는 일도 없다.
또한 불측의 사고에 의해, 처리공간(S)의 압력이 이상 저하하거나, 또는 탑재대(58)의 하측의 공간(S1)의 압력이 이상 상승하는 것에 의해, 탑재대(58)에 대하여 큰 상향의 힘이 작용한 경우에는, 탑재대(58) 및 이것을 고정하는 누름 부재(74)가, 누름 부재(74)의 하단부를 고정하고 있는 코일스프링(80)의 스프링력에 저항하여 일시적으로 상승한다. 이것에 의해, 공간(S1)과 처리공간(S)의 압력차를 완화할 수 있으므로, 탑재대(58)가 파손하는 것을 방지할 수 있다.
[제 2 실시형태]
다음에 도 4 및 5를 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 지주 및 그 주변부품을 확대하여 나타내는 단면도, 도 5는 제 2 실시형태에 관한 지주의 평면도이다. 도 4 및 5에 있어서, 도 1 내지 3에 나타내는 구성부품과 동일구성부품에 있어서는 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
앞서 설명한 제 1 실시형태에 있어서는, 협애유로(68)를 구획하는 지주(56)의 외주 부분의 상단면(70)(도 2 참조)은 평탄면이었지만, 이 제 2 실시형태에 있어서는 상단면(70)의 대략중앙부에, 둘레 방향으로 연장하는 링형상의 미로홈(110)이 형성되어 있다.
미로홈(110)의 깊이 및 폭은, 각각 2.0 mm 및 1.0 mm 정도이다. 도시예에서는 하나밖에 미로홈(110)을 마련하고 있지 않지만, 복수의 미로홈을 동심원형상으로 마련하더라도 좋다. 협애유로(68)에 미로홈(110)을 마련하는 것에 의해, 가령 협애유로(68)의 외측의 퍼지 가스 유출통로(82)내를 SiH4 가스 및 H2 가스가 퍼지 가스의 흐름 방향과 역방향으로 확산하여 협애유로(68)내에 들어가더라도, 미로홈(110)내에 SiH4 가스 및 H2 가스가 체류하여 퍼지 가스 홈(64)측에 확산하는 것이 방지되기 때문에, 이들 가스가 하면측 공간(S1)내에 침입하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
상기의 실시형태의 설명은 열처리로서 폴리실리콘막을 성막하는 경우를 예로 들어 행했지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 다른 열처리, 예컨대 다른 막종류를 성막하기 위한 열처리, 및 산화확산 처리 및 개질처리 등의 성막 처리이외의 열처리를 행하는 열처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 열처리 장치에 의해 처리되는 피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD 기판 및 유리 기판 등이더라도 좋다.
[관련기술]
다음에, 도 6을 참조하여 본 발명의 관련기술에 대하여 설명한다.
열처리 장치가 어느 부품(120)을 냉각 또는 가열하기 위해서 부품(120)에 마련되는 매체통로(122)의 종래의 배치가, 도 6a에 표시되어 있다. 매체통로(122)의 출구측 단부는 부품(120)의 중앙부로부터 반경 방향 외측을 향해서 직선적으로 연장되어 있다. 한편, 매체통로(120)는, 부품(120)의 주연부의 입구측 단부로터 출발하여 반시계방향으로 둘레 방향으로 연장되고, 출구측 단부의 근방에서 방향을 바꿔 반경 방향 내측으로 연장되고, 다시 시계방향으로 둘레 방향으로 연장되고, 출구측 단부의 근방에서 방향을 바꿔 반경 방향 내측으로 연장되고, 재차 반시계방향으로 둘레 방향으로 연장되고, 이것을 반복하는 것에 의해 부품(120)의 중앙부에 이른다. 열매체는 부품(120)의 주변부로부터 매체통로(122)내를 둘레 방향으로 흐르면서 서서히 중앙부를 향하고, 중앙부에 도달한 후에 반경 방향 외측을 향하여 배출된다. 또, 역방향으로 열매체를 흐르게 하는 것도 있다.
이러한 열매체의 흐름 방식에서는, 열매체가 처음으로 흐르는 부분과 후에 흐르는 부분과의 사이, 즉 여기서는 부품(120)의 주변부와 중앙부와의 사이에서 큰 온도차가 발생하여 열분포가 발생하고, 이 부품(120)을 면내 온도의 균일성이 좋은 상태로 가열 또는 냉각할 수가 없다.
이 문제를 해결하기 위해서 개량된 매체통로는 도 6b에 표시되어 있다. 부품(124)에 마련된 매체통로(126)는, 부품(120)의 주연부의 입구측 단부로부터 출발하여 소용돌이 형상으로 반시계방향으로 중앙부까지 연장되고, 중앙부에 도달한 후에 반대쪽으로 꺾여, 소용돌이 형상으로 시계방향으로 주연부까지 연장된다.
이와 같이 형성한 매체통로(126)에 열매체(냉각 매체 또는 가열 매체)를 흘리는 것에 의해, 주변부로부터 중앙부를 향해서 소용돌이 형상으로 흐른 열매체는, 이번에는 반대로 중앙부로부터 주변부를 향해서 소용돌이 형상으로 흐른다. 따라서, 이 부품(124)의 면내 온도의 균일성이 높은 상태로, 이것을 냉각 또는 가열하는 것이 가능해진다.
부품(124)으로서는, 반도체 웨이퍼의 열처리 장치나 플라즈마 처리 장치 등에 사용되는 부품으로서, 냉각이나 가열이 필요로 하는 모든 부품이 대상으로 되는데, 예를 들면 샤워 헤드부 또는 처리용기의 바닥부 등이 대상 부품으로 된다.
본 발명에 따른 열처리 장치에 의하면, 피처리체를 탑재하는 탑재대의 하측의 공간에 처리 가스가 침입하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

Claims (13)

  1. 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기의 바닥부로부터 상방으로 연장하는 원통형의 지주와, 피처리체를 탑재하기 위해서 상기 지주의 상단에 지지된 판형상의 탑재대와, 상기 탑재대에 탑재된 피처리체를 가열하기 위한 가열램프와, 상기 처리용기내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비한 열처리 장치에 있어서,
    상기 원통형의 지주의 상단부의 내주 부분에, 상기 탑재대의 주연부의 하면과 접촉하여 이것을 유지하는 지지면이 둘레 방향을 따라 형성되어 있고,
    상기 원통형의 지주의 상단부의 중간주 부분에, 퍼지 가스를 흐르게 하기 위한 퍼지 가스 홈이 둘레 방향을 따라 형성되어 있고,
    상기 원통형의 지주의 상단부의 외주 부분에, 상기 처리 가스가 상기 퍼지 가스 홈에 침입하는 것을 방지하면서 상기 퍼지 가스 홈을 흐르는 퍼지 가스를 외측으로 배출시키는 협애유로가 둘레 방향을 따라 마련되어 있고,
    상기 퍼지 가스 홈에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 협애유로를 구획하는 부재의 표면에 미로홈(labyrinth groove)이 마련 되어 있는 열처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형의 지주의 반경 방향 외측에 간격을 두고, 상기 탑재대의 주연부의 상면을 누르는 가압부를 갖는 원통형의 누름 부재가 마련되고 있고, 이것에 의해, 상기 누름 부재의 내주면과 상기 지주의 외주면과의 사이에, 상기 협애유로로부터 배출된 퍼지 가스가 그곳을 통하여 하방향으로 흐르는 퍼지 가스 배출유로가 형성되는 열처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 누름 부재는, 열전도성이 낮은 재료로 이루어지는 열처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 누름 부재의 하단부는, 상기 처리용기의 바닥부에, 탄성부재을 거쳐서 고정되어 있고, 이것에 의해, 상기 탑재대에 상향의 힘이 부하된 경우, 상기 탑재대는 상기 탄성부재를 탄성변형시키면서 상방향으로 이동 가능한 열처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지면과, 상기 지지면과 접촉하는 상기 탑재대의 주연부의 하면은, 모두 경면사상되어 있는 열처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지주에는, 상기 지주의 반경 방향 외측으로 상기 가열램프로부터 방사된 빛이 새는 것을 방지하기 위한 차광부재가 설치되어 있는 열처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 차광부재는, 광반사부재로 이루어지는 열처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지주의 내측의 탑재대의 하측의 공간에 퍼지 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급 수단이 더 설치되어 있는 열처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 원통형의 지주의 반경 방향 내측으로 간격을 두고 원통형의 유로형성부재가 마련되어 있고, 상기 지주의 내주면과 상기 유로형성부재의 외주면과의 사이에 상기 탑재대의 하면측의 공간에 공급된 퍼지 가스가 그곳을 통하여 하방으로 흐르는 퍼지 가스 유출통로가 형성되고, 상기 퍼지 가스 유출통로의 하단부는, 상기 처리용기내를 진공배기하는 진공배기계에 퍼지 가스 통로를 거쳐서 접속되어 있는 열처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유로형성부재는, 투명한 석영으로 이루어지는 열처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 지주는, 투명한 석영으로 이루어지는 열처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 협애유로는, 상기 원통형의 지주의 외주 부분의 상단면과 상기 상단면 에 대향하는 상기 탑재대의 하면과의 사이의 간극으로 이루어지고,
    상기 원통형의 지주의 상단부의 상기 중간주 부분의 퍼지 가스 홈은, 상기 원통형의 지주의 상단부의 상기 외주 부분과 상기 내주 부분과의 사이의 간극으로 이루어지는 열처리 장치..
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