KR20080005980A

KR20080005980A - 기판처리장치 및 이에 사용되는 가열장치 및 이를 이용한반도체의 제조방법

Info

Publication number: KR20080005980A
Application number: KR1020077027506A
Authority: KR
Inventors: 도시미쓰 미야타; 아키라 하야시다; 마사카즈 시마다; 기미오 기타무라; 겐지 다나카
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키; 데이또꾸샤 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-01-15
Also published as: TWI315080B; US20090035948A1; TW200710932A; WO2007023855A1; KR100933765B1; JPWO2007023855A1; US7863204B2; JP5049128B2

Abstract

기판을 수납해 처리하는 처리실과, 발열체와 단열재를 가지고, 이 발열체에 의해 처리실내의 기판을 가열하는 가열장치를 마련한다. 상기 발열체는 일단 만을 보지부에 의해 보지하도록 형성되고 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실측으로 돌출하고 발열체에 근접 또는 맞닿는 돌기를 마련하고 있다. 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한다. 상기 단열재에 상기 돌기를 복수개 마련하고 이들 복수개의 돌기 사이에 상기 핀을 배치해도 좋다.

좌굴현상, 돌기, 확대부, 열손실, 열왜곡

Description

기판처리장치 및 이에 사용되는 가열장치 및 이를 이용한 반도체의 제조방법{Substrate treating device, heating device used therefor, and method of manufacturing semiconductor utilizing the devices}

본 발명은 실리콘웨이퍼, 글래스기판 등의 기판에 반도체장치를 제조하는 기판처리장치 및 이에 사용되는 가열장치 및 이를 이용한 반도체의 제조방법에 관한 것이다.

반도체장치를 제조하는 장치에 실리콘웨이퍼, 글래스기판 등의 기판에 얇은 막의 생성, 어닐처리, 불순물의 확산, 에칭 등의 처리를 행하는 기판처리장치가 있고, 기판처리장치로는 기판을 1장 또는 복수장 처리하는 매엽식의 기판처리장치, 소정 매수를 한번에 처리하는 배치식의 기판처리장치가 있다. 또한, 배치식의 기판처리장치로는 종형노를 가지는 종형기판처리장치, 혹은 횡형노를 가지는 횡형기판처리장치가 있다.

이하, 종래의 기판처리장치로서 종형노를 가지는 배치식의 기판처리장치가 있고, 예를 들면, 특허문헌1에 제시된 것이 있다. 또한, 전기히터로는 특허문헌2에 기재된 바와 같은 것이 알려져 있다.

특허문헌1 : 일본 공개특허공보 평11-67424호

특허문헌2 : 일본 공개특허공보 제2005-150101호

도 7에 있어서, 종래의 기판처리장치의 종형노(1)에 대해서 설명한다.

원통형의 가열장치(2), 가열장치(2) 내부에 균열관(3), 균열관(3) 내부에 반응관(4)이 동일 중심에 겹쳐서 마련되고, 반응관(4)에는 보트(5)가 장입된다. 보트(5)는 웨이퍼(12)를 수평자세로 다단으로 보지하는 것이며, 보트캡(6)을 통해 엘리베이터캡(7)에 재치되고, 엘리베이터캡(7)은 미도시된 보트엘리베이터에 마련되어 승강가능하다.

상기 반응관(4)의 상단에는 가스도입관(8)이 연통되고 상기 반응관(4)의 하단에는 배기구(9)가 마련되어 있다. 상기 가스도입관(8)의 하단은 가스공급관(10)과 접속되고 상기 배기구(9)는 배기관(11)과 접속되어 있다.

상기 보트(5)를 상기 반응관(4)에서 인출한 상태로, 소요 매수의 웨이퍼(12)를 상기 보트(5)에 의해 보지하고, 상기 보트엘리베이터(미도시)에 의해 상기 보트(5)를 상승시켜 상기 반응관(4) 내에 장입한다. 상기 가열장치(2)로 상기 반응관(4) 내를 소정 온도로 가열하고, 상기 가스공급관(10), 가스도입관(8)에 의해 반응가스를 상기 반응관(4) 내에 도입하고, 상기 웨이퍼(12) 표면에 얇은 막을 생성하고, 반응후의 가스는 상기 배기구(9), 배기관(11)을 경과해서 배기된다.

다음으로, 도 8 내지 도 10에 따라 상기 가열장치(2)에 대해서 설명한다. 원통형상의 주위단열재(15, 16)가 상기 반응관(4)과 동일 중심에 마련되고, 상기 주위단열재(15, 16)는 천장단열재(17)에 의해 상단이 폐쇄되어 있다. 상기 주위단열재(15)의 외면은 미도시된 히터케이스에 의해 덮여 있다.

상기 주위단열재(16)의 내벽의 원주를 소요등분한 위치에 연직방향으로 연장된 보지부재(18)가 마련되어 있다. 보지부재(18)는 하이할루미나(high alumina)(알루미나 94.2％함유)제의 보지피스(19)가 연직방향으로 다수개 연결된 것이며, 보지피스(19)와 보지피스(19) 사이에 보지구멍(22)이 형성되고, 보지구멍(22)에는 후술하는 발열선(21)이 연통되는 모양으로 되어 있다.

상기 균열관(3)의 주변을 둘러싸는 모양으로 발열체인 발열선(21)이 마련되고, 발열선(21)은 단면이 원형이고 코일모양으로 되어 있고, 발열선(21)은 상기 보지구멍(22)을 연통하고, 상기 보지부재(18)에 의해 원주를 소요 등분한 위치에서 지지되어 있다.

상기 종형노(1) 안에서 상기 웨이퍼(12)에 성막처리 중, 상기 발열선(21)이 발열해 팽창하는 것에 의해 발열선(21)의 코일지름이 확대하고, 상기 보지부재(18)에는 상기 종형노(1)의 중심 반대 방향으로 힘이 작용하고, 상기 보지부재(18)는 상기 발열선(21)과 함께 상기 종형노(1)의 중심 반대방향으로 이동한다. 또한, 상기 주위단열재료(16)도 상기 발열선(21)의 발열의 영향으로 고온이 되어 팽창한다.

성막처리완료 후, 상기 발열선(21)이 발열을 정지하면, 발열선(21)의 온도가 강하하고, 코일의 지름이 수축하는 것에 의해 상기 보지부재(18)에는 상기 종형노(1)의 중심방향의 힘이 작용하고, 상기 보지부재(18)는 상기 발 열선(21)과 함께 상기 종형노(1)의 중심방향으로 이동한다. 또한, 상기 주위단열재(16)도 상기 발열선(21)의 온도강하의 영향으로 온도가 강하해 수축한다.

상기 종형노(1) 안에서 상기 웨이퍼(12)에 성막처리가 실시될 때마다 상기 종형노(1) 안은 온도를 올리고 내리는 것을 반복하고, 상기 발열선(21), 주위단열재(16)는 상술한 대로 팽창, 수축을 되풀이한다.

상기한 종래의 가열장치에서는 각 보지피스간의 원주방향의 상대변위가 보지피스의 구조상 규제되지 않고 있으므로, 노내의 온도를 올리고 내리는 것이 반복되는 것에 의해 발열선, 단열재가 팽창, 수축을 되풀이하여 보지피스가 상기 단열재에서 벗어나고, 또한, 상기 보지피스 사이에서 원주방향의 상대변위가 생겨 각 보지피스간의 연결이 맞지 않고, 발열선끼리 접촉해 단락 사고가 발생할 우려가 있다.

또한, 발열선의 확대, 수축에 의해 발열선이 보지피스와 함께 종형노의 반경방향으로 이동하고, 또는 열왜곡으로 불규칙하게 변형하며, 변형이 원주방향인 경우는 발열선끼리가 접촉할 위험이 있고, 또는 변형이 반경방향인 경우는 상기 발열선이 상기 전도성이 있는 균열관과 접촉할 우려가 있다.

한편, 상기 특허문헌2에 따르면, 발열체의 일단만을 고정하고 타단을 자유롭게 함과 동시에 핀 등으로 지지하는 구성이 알려져 있다. 그러나, 발열체 중간부의 열변형에 대한 대책은 해결할 수 없고, 반도체프로세스에서의 실용에 대해 한층 더 대책이 요청되고 있었다.

이와 같은 실상에 비추어, 본 발명의 목적은 발열체의 균일가열을 방해하지 않고 발열체를 확실히 지지하고, 게다가, 발열체의 열왜곡의 발생을 억제함과 동시에 발열체간 혹은 발열체의 균열관등 구조물에의 접촉을 방지하고 발열체의 장수명화를 꾀하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 기판처리장치의 특징은 기판을 수납해 처리하는 처리실, 발열체 및 단열재를 가지고 상기 발열체에 의해 상기 처리실 내의 기판을 가열하는 가열장치를 마련하고, 상기 발열체는 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성되고, 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실 측으로 돌출해 발열체에 근접 또는 맞닿는 돌기를 마련하고 있고, 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한 것에 있다. 여기서, 「근접」은 접촉이 아니고 「가까이 한다」는 것을 의미한다. 그리고, 발열체의 변형시에 변형을 억제하도록 「돌기 및/또는 확대부」가 「맞닿는 것」으로 되면 좋다.「근접 또는 맞닿는 것」을 이하, 「근접 등」이라고 한다.

상기 본 발명의 특징에 따르면, 기판을 수납해 처리하는 처리실과 발열체를 가지고 발열체에 의해 상기 처리실 내를 가열하는 가열장치를 구비하고, 상기 발열체는 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성하였으므로, 발열체가 고온이 되어 강도가 저하했을 경우라도 좌굴현상이 방지되고, 발열체에서의 열왜곡의 발생이 억제되며, 발열체간 혹은 발열체의 균열관등 구조물에의 접촉을 방지하고, 발열체의 장수명화를 꾀할 수 있는 등의 뛰어난 효과를 발휘한다.

동 발열체의 중간부를 절연체로부터 격리시키고 있으므로, 방열효율이 좋고 균일한 가열이 가능해 진다. 게다가, 상기 발열체는 일단만을 보지부에 의해 보지하므로, 열팽창이나 변형이 발생해도 탈락의 두려움이 없어서 확실히 지지할 수 있고, 세밀한 정밀도도 요하지 않고 염가에 제조할 수 있다.

발열체이면방향으로의 변위를 중간부의 돌기에서 억제하고, 처리실측으로의 변위를 확대부에 의해 억제하고, 발열체 아래쪽 방향으로의 변위만을 프리(free)로 했다. 이에 의해, 열팽창에 의한 발열체의 신장을 억지로 누르는 것에 의해 발생하는 발열체의 진동, 균열을 방지하는 동시에, 발열체 중간부에서의 열변형에 근거하는 발열체와 반응관과의 접촉, 단열재와의 접촉(단열재에의 불측의 접촉에 근거하는 열손실)을 방지할 수 있고, 반도체프로세스에서의 실용에 충분한 엄격한 온도조정도 가능해 졌다.

본 발명의 다른 목적, 구성 및 효과에 대해서는 이하에 제시된 발명의 실시예의 항에서 밝혀질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 영향을 따른 기판처리장치의 종형노의 단면개략도이다.

도 2는 종형노의 가열장치의 최하단부분의 일부를 생략한 단면도이다.

도 3은 가열장치의 내층단열체의 단면도이다.

도 4는 가열장치의 발열체의 사시도이다.

도 5는 발열체의 결선상태를 나타내는 개략판면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도 3상당도이다.

도 7은 종래의 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.

도 8은 종래 예의 가열장치의 입단면도이다.

도 9는 종래 예의 가열장치의 평단면도이다.

도 10은 종래 예의 가열장치의 부분 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2:가열장치, 3:균열관, 4:반응관, 5:보트, 12:웨이퍼,

24:원통공간, 25:발열부, 26:히터케이스, 27:천장부,

28:배기로, 31:반응가스도입관, 32:배기관, 33:유량제어기,

34:압력제어기 35:노내공간, 36:냉각가스도입덕트,

37, 38:냉각가스공급라인, 39:균열관내공간, 40, 41:에어벨브,

42:외층단열체, 43 :발열체, 43a:굴곡부, 43b:본체부,

43x, 43y:단자, 45:내층단열체, 46:핀, 46a:확대부,

46b:관통구멍, 47:주제어부, 4 8:온도제어부,

49:가스유량제어부, 50:압력제어부, 51:구동제어부,

52:히터온도검출기, 53:노내온도검출기, 55:히터커버,

56:단열재(절연체, 단열부재), 56a∼d:제1 ∼ 제4분할체,

56h:삽입구멍, 56t:돌기, 57:발열단부,

59:지지체(히터보지부), 59a:관통구멍, 59b:고정못

61:하보지부재, 62: 상보지부재, 63:돌조,

64:발열체보지구, 65:슬릿, 65a :하개방슬릿,

65b:상개방슬릿, 66:절연편

이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명한다.

우선, 도1에서 본 발명에 따른 기판처리장치의 개략을 설명한다. 한편, 도 1에서 도 5와 동일한 부호로 제시된 것은 동일한 것을 나타낸다.

원통모양의 가열장치(2)의 내부에 균열관(3), 그리고 반응관(4)이 동일 중심에 마련되고, 반응관(4) 내에 처리실이 형성되며, 처리실에는 웨이퍼(12)를 수평다단으로 보지하는 보트(5)가 수납되고, 보트(5)는 미도시된 보트엘리베이터에 의해 장입, 인출가능하다.

상기 반응관(4) 안에는 반응가스도입관(31) 및 배기관(32)이 연통되고, 상기 반응가스도입관(31)에는 유량제어기(33)가 마련되고 상기 배기관(32)에는 압력제어기(34)가 마련되고, 반응가스가 소정유량으로 도입됨과 동시에 상기 반응관(4) 안이 소정압력으로 유지되는 모양으로, 배기가스가 배출되는 모양으로 되어 있다. 한편, 상기 보트(5), 보트엘리베이터 등은 상기한 종래의 기판처리장치와 같으므로 설명을 생략한다.

상기 가열장치(2)는 발열부(25), 발열부(25)를 둘러싼 발열부(25)와의 사이에 원통공간(24)을 형성하는 히터케이스(26)로 구성되고, 히터케이스(26)는 외측단열부로서 기능하고, 히터케이스(26)와 상기 발열부(25)의 상단에 천장부(27)가 마련되고, 천장부(27)에는 하면과 측면으로 개구된 L자 모양의 배기로(28)가 형성되어 있다.

배기로(28)에는 강제 배기를 행하는 배기블로어(미도시)를 구비한 강제배기라인이 접속되어 있다.

상기 발열부(25)의 하부를 둘러싸는 모양으로 냉각가스도입덕트(36)가 마련되고, 냉각가스도입덕트(36)는 상기 원통공간(24)에 연통되어 있다.

냉각가스공급라인(37)이 상기 냉각가스도입덕트(36)에 연통되고, 냉각가스공급라인(38)이 상기 균열관(3)과 상기 반응관(4)과의 사이에 형성되는 균열관내공간(39)에 연통되고, 상기 냉각가스공급라인(37, 38)에는 각각 에어벨브(40, 41)가 마련되어 있다.

상기 히터케이스(26)는 금속제의 히터커버(55) 및 원통모양의 외층단열체(42)로 구성되어 있다. 또한, 상기 발열부(25)는 발열체(43) 및 발열체(43)를 지지하는 내층단열체(45) 등으로 구성되고, 내층단열체(45)의 내면전체에 걸쳐 상기 발열체(43)가 마련되어 있다.

상기 외층단열체(42), 내층단열체(45)의 재질로는, 예를 들면, 알루미나(산화알루미늄(aluminum):Al₂O₃)와 이산화규소(Silica)(SiO₂)를 주성분으로 하고 있다. 또한, 상기 발열체(43)에는 급속가열이 가능한 발열재, 예를 들면 Fe-Al-Cr합금이 사용되고, 발열표면적이 커지는 모양으로 단면은 평판형상 등의 형상이 채용된다.

상기 발열부(25)는, 후술하는 바와 같이, 복수 단의 발열단부(57)가 쌓아 올려 구성되고, 각 단의 발열단부(57) 마다 상기 발열체(43)가 마련되어 있다. 발열체(43)는, 후술하는 바와 같이, 상기 가열장치(2)의 축심방향으로 소정의 존(zone)으로 구분되고 존제어가 가능해 각 존에는 각 존의 가열온도를 검출하는 히터온도검출기(52)가 마련되어 있다. 또한, 상기 발열체(43)는 각 존의 형성패턴을 동일하 게 하는 것에 발열량을 각 존과 균일하게 해도 좋다.

상기 반응관(4) 안에서 처리되는 상기 웨이퍼(12)의 처리 상태는 주제어부(47)에 의해 제어된다. 주제어부(47)는 노내의 온도를 제어하는 온도제어부(48), 처리가스의 유량, 냉각가스의 유량을 제어하는 가스유량제어부(49), 상기 반응관(4) 안의 압력을 제어하는 압력제어부(50), 상기 보트엘리베이터 등의 기구부를 제어하는 구동제어부(51)를 구비하고 있다.

상기 반응관(4)의 내면을 따라 노내온도검출기(53)가 마련되고 노내 온도검출기(53)로 검출된 노내검출온도, 상기 히터온도검출기(52)가 검출한 히터온도는 상기 온도제어부(48)에 입력된다. 상기 에어밸브(40, 41)의 개폐가 상기 가스유량제어부(49)에 의해 제어됨과 동시에 가스유량제어부(49)는 상기 유량제어기(33)에 의해 가스도입량을 제어하고, 상기 압력제어부(50)는 상기 압력제어기(34)를 통해 배기 압력을 제어하고, 상기 반응관(4) 내의 압력을 제어하고 있다.

상기 발열부(25)에 대해서 설명한다.

상기 내층단열체(45)는 짧은 원통모양의 절연체인 단열부재(56)(도 2참조)가 동심으로 소요단 쌓아올려 구성되고, 각 단마다 단열부재(56)의 내벽면을 가리도록 상기 발열체(43)가 마련되어 있다. 후술하는 바와 같이, 각 단마다의 발열체(43)는 가열 제어되고 있고, 발열체(43)와 상기 단열부재(56)에 의해 발열단부(57)를 구성하고, 상기 발열부(25)는 상기 발열단부(57)를 동심으로 소요단 쌓아올린 것으로 되어 있다. 또한, 단열부재(56)에는 적절한 간격을 두고 돌기(56t) 및 삽입구멍(56h)이 마련되어 있다.

돌기(56t)는 단면이 거의 사다리꼴을 보이고, 발열체(43)와 단열부재(56) 사이에 틈을 형성시킨다. 이 틈에 의해 단열재와의 접촉에 의한 열전도가 억제됨과 동시에 발열체(43)의 복사효율이 향상되고, 보다 효과적으로 가열을 행할 수 있는 동시에, 단열부재(56)측으로의 발열체(43)의 변형도 억제할 수 있다. 한편, 바람직하게는 돌기(56t)를 단면이 거의 반구형상이 되도록 하면, 돌기(56t)의 강도를 유지할 수 있는 동시에 발열체와의 접촉이 선접촉이 되므로, 단열재로의 열전도에 의한 가열손실을 더욱 억제할 수 있다.

삽입구멍(56h)은 원통공간(24)과 상기 발열부(25)와 상기 균열관(3)과의 사이에 형성되는 노내공간(35)을 연통하도록 형성되고, 확대부(46a)를 가지는 핀(46)이 삽입된다. 이 핀(46)은 원통형상으로 형성되고 그 내부에 관통구멍(46b)을 가지고 있으며 발열체(43)의 슬릿(65a)에 관통되어서 삽입구멍(56h)에 안내된다. 핀(46)의 일단은 발열체(43)의 안쪽에서 개구되고 타단은 원통공간(24)과 접속되어 있다. 그리고, 슬릿(65a)의 폭보다 폭이 넓은 확대부(46a)를 통해 발열체(43)를 지지한다. 이에 의해 처리실측 방향으로의 발열체(43)의 변형을 억제함과 동시에 핀(46)이 냉각가스노내로의 공급로로서의 기능도 겸한다. 본 실시예에 있어서 확대부(46a)는 와셔에 의해 구성되고, 확대부를 가지는 핀(46)은 와셔 및 핀의 2피스구조를 이루고, 핀과 와셔를 접착제로 고정하는 구조로 하면 생산비용을 저감시킬 수 있다.

이 와셔(46a) 및 핀(46)은 내열성을 가지는 절연체에 의해 형성된다. 발열체온도가 고온이 되어도 문제는 없고, 절연체로 구성하는 것에 의해, 발열체(43) 사 이의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 핀(46)은 원통기둥 모양으로 형성되어 발열체(43)에 접촉하지 않도록 단열재(56)에 매달려 있기 때문에, 냉각가스에 의해 핀(46)을 통해 발열체(43)가 국소적으로 냉각되는 것을 억제하고, 그 결과 발열체(43)의 국소적인 변형, 진동에 의한 균열, 나아가서는 단선을 방지할 수 있다. 한편, 발열체(43)의 승강(昇降)온도에 따른 변형에 의해 발열체(43)가 핀(46)에 접촉했더라도 핀(46)은 원통기둥모양이기 때문, 그 접촉은 선접촉이 되고 핀(46)과의 접촉에 기인하는 발열체(43)의 국소냉각을 억제할 수 있다.

도 2, 도 3에 의한 발열단부(57)에 대해서 더욱 설명한다.

도 2는 최하단의 발열단부(57)를 나타내고 있고, 도 2, 도 3에서, 58은 단열재인 링형상의 단열부베이스를 나타내고, 단열부베이스(58)에 상기 외층단열체(42), 내층단열체(45)가 마련되어 있다.

상기 단열부재(56)의 하단, 상단에는 각각 히터보지부인 지지체(59, 59)가 마련되고, 히터보지부(59)는 또한 하보지부재(61), 하보지부재(61)에 중합되는 상보지부재(62)에 의해 구성된다.

상기 하보지부재(61)는 링모양의 판형상을 하고 있고, 외경은 상기 단열부재(56)와 일치하고 있으며, 내경은 상기 단열부재(56)에 대하여 직경이 작고, 내단부(기판측 단부, 도 1참조)가 안쪽을 향해 차양 모양으로 돌출하고 있다.

상기 상보지부재(62)는 둥근판 형상을 하고 있고, 외경은 상기 단열부재(56)와 일치하고 있으며, 내경은 상기 하보지부재(61)에 대하여 직경이 작고, 내단부는 상기 하보지부재(61) 보다 안쪽을 향해 차양 모양으로 돌출하고, 상기 상보지부 재(62)의 내단에는 아래쪽으로 돌출하는 돌조(63)가 형성되어, 상기 상보지부재(62)의 내단부는 갈고랑이 형상으로 되어 있다.

상보지부재(62)와 상기 돌조(63)의 사이에는 안쪽을 향해서 개방된 단면이 갈고랑이 모양인 발열체보지구(64)가 링 모양으로 형성되고, 발열체보지구(64)에 상기 발열체(43)의 굴곡부(43a)가 보지되는 모양으로 되어 있다. 굴곡부(43a)와 상기 발열체보지구(64)는 상하방향, 반경방향 모두 적절한 여유가 형성되고, 또한 상기 돌조(63)는 상기 굴곡부(43a)가 중심측으로 빼내어져 탈출하는 것을 억제하고 있다.

상기 발열체(43)에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.

발열체(43)의 전개 형상은 띠판에 소정 피치로 띠판의 양쪽폭 테두리에서 교대로 슬릿(65a, 65b)이 새겨서 마련된 꾸불꾸불한 형상으로 되어 있다. 상기 띠판의 상단부인 굴곡부(43a)가 외측을 향해 직각보다 다소 큰 둔각으로 수평방향으로 굽어져있고, 굴곡부(43a)는 상기 하보지부재(61)와 상기 상보지부재(62)사이에 협지되어 있다.

상기 발열체(43)의 본체부(43b)는 상기 단열부재(56)의 돌기(56t)를 따라 늘어지고, 중앙부 근방에서 확대부를 가지는 핀(46)에 의해 지지된다. 또한, 본체부(43b)는 아래쪽 히터보지부(59)의 상보지부재(62) 내단에 맞닿아 있고, 상기 본체부(43b)의 하단에서도 확대부를 가지는 핀(46)에 의해 지지된다. 한편, 본체부(43b)의 하단에서는 고온시 등의 발열체(43)의 처리실측으로의 변형이 커질 경우에 마련하면 좋다. 이에 의해, 발열체(43)의 처리실측으로의 이동을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 본체부(43b)는 중심측을 향해 볼록모양으로 만곡 또는 둔각으로 굴곡되어 있다. 한편, 상기 본체부(43b)의 일부가 중심측을 향해서 볼록모양으로 만곡 또는 둔각으로 굴곡된 것이어도 좋다.

상기 발열단부(57)를 상하로 쌓아 올린 상태에서는, 상측발열단부(57)의 발열체(43)의 하단이 상기 상보지부재(62)의 내단에 맞닿지 않고 근접하고 있고, 하측의 발열단부(57)의 발열체(43)의 상단에 대하여 적어도 상기 돌조(63) 만큼 틈이 형성되므로, 상측의 발열체(43)의 하단과 하측의 발열체(43)의 상단을 틈을 주지 않고 또는 오버랩하는 모양으로 마련할 수 있고, 또 상측의 발열체(43)가 열팽창으로 아래쪽으로 신장해도 아래쪽의 발열체(43)에 접촉할 일은 없다.

상기 발열체(43)는 상기 단열부재(56)의 내벽면을 따라 만곡되어, 전체형상으로서는 단열부재(56)와 같은 중심에서 거의 원통형상으로 되어 있고, 도 5에 가리키는 바와 같이, 상기 발열체(43)의 시단과 종단과의 양단간에는 틈이 형성되어, 발열체(43)가 둘레방향으로 팽창했을 경우도 양단이 접촉하지 않는 모양으로 되고, 또 상기 발열체(43)의 양단의 단자(43x, 43y)에는 상기 온도제어부(48)가 접속되고, 상기 발열체(43)와 상기 온도제어부(48)의 접속부는 양단이 변위 가능한 모양으로 유연한 접속으로 되어 있다. 상기 발열단부(57)의 발열체(43) 마다 독립해서 상기 온도제어부(48)에 의해 온도제어되는 모양으로 되어 있다.

이하, 작용에 대해서 설명한다.

상기 웨이퍼(12)의 처리는 웨이퍼(12)가 장전된 상기 보트(5)가 보트엘리베이터(미도시)에 의해 상기 반응관(4)에 장입되어 상기 가열장치(2)의 가열에 의해 소정온도까지 급속 가열된다. 가열장치(2)에 의해 상기 웨이퍼(12)를 소정온도로 가열한 상태로 상기 반응가스도입관(31)에 의해 반응가스가 도입되어 상기 배기관(32)을 통해 배기가스가 배출되고 상기 웨이퍼(12)에 소요의 열처리가 이루어진다.

통상, 상기 보트(5)의 장입전에는 소요의 온도, 예를 들면, 550℃로 보온해 두고, 보트(5)가 장입된 후에는 웨이퍼처리온도, 예를 들면, 850℃까지 승온 보지된다. 한편, 장입 전의 온도, 처리온도는 기판처리장치에서의 처리 내용에 따라 적절한 온도가 선택된다.

상기 발열부(25)의 각 단의 발열단부(57)는 상기 온도제어부(48)에 의해 독립한 존으로서 온도제어되고, 또 각 단의 발열단부(57)의 발열체(43)는 연속한 1개의 발열체이므로, 발열체(43)에 이상이 있었을 경우, 예를 들면, 단선이 있었을 경우도 즉시 발견할 수 있고, 각 단의 발열체의 열화상태도 용이하게 파악할 수 있다.

상기 발열부(25)의 각 단의 상기 발열단부(57)의 발열체(43)는 상하간에서 틈이 생기지 않는 모양으로 되어 있으므로 비가열부가 생기지 않는다. 또한, 최하단의 발열단부(57)까지 발열체(43)가 마련되고 있고, 발열부(25)에 비가열부는 없으므로, 노내의 균열영역은 크게 떨어지고, 웨이퍼처리의 균일성이 향상한다.

상기 발열체(43)의 발열에 의해 발열체(43)는 열팽창을 하지만 하단이 자유로 되어 있고, 게다가 본체부(43b)와 상기 단열부재(56)는 틈이 형성되어 있으므로, 상기 발열체(43)의 상하 방향의 열왜곡이 구속되지 않고, 발열체(43)의 열변형 은 자유로 되어 있다. 또한, 상기 굴곡부(43a)는 여유를 가져 보지되어 있으므로, 원주방향, 반경방향에 대해서도 구속이 없고 게다가 상기 슬릿(65a, 65b)이 형성되어 있으므로, 원주방향의 열왜곡은 상기 슬릿(65a, 65b)에 의해 흡수되어, 상기 발열체(43)에는 상하방향, 원주방향, 반경방향 중 어느 것에 대하여도 열응력의 발생이 억제된다. 게다가, 돌기(56t) 및 확대부(46a)에 의해서도 발열체(43)의 변형은 억제된다.

또, 상기 발열체(43)의 하단이 어떠한 원인에 의해 상하방향 사이의 열팽창에 구속되었다하더라도, 상기 본체부(43b)가 안쪽을 향해서 만곡하고 있으므로, 본체부의 열변형은 본체부가 안쪽을 향해서 더욱 돌출하도록 유도되어 불규칙한 열변형이 생기는 것이 방지된다. 또한, 상기 발열체(43)는 상단만이 보지되어 있으므로, 발열체(43)가 고온이 되어 강도가 저하했을 경우라도, 예를 들면, 하단도 구속되었을 경우, 발생한 응력에 의해 발생하는 좌굴현상이 방지되는 등, 불규칙한 변형이 생기는 것을 방지할 수 있다. 발열체(43)는 굴곡부(43a)에서 굽어져있고 발열체(43) 자신의 강도가 증가하기 때문에 변형이 어렵게 된다.

처리가 완료하면, 웨이퍼가 나오고 노온도, 예를 들면 550℃까지 급속냉각된다. 웨이퍼(12)처리후의 냉각은 상기 에어밸브(40, 41)가 열려, 공기 혹은 질소가스 등 불활성가스가 냉각가스로서 상기 냉각가스공급라인(37, 38)에 의해 공급된다.

냉각가스공급라인(38)으로부터의 냉각가스는 상기 균열관내공간(39)에 공급된다. 또한, 상기 냉각가스공급라인(37)으로부터의 냉각가스는 상기 냉각가스도입 덕트(36)에 공급되고 상기 원통공간(24)에 도입된다. 상기 냉각가스도입덕트(36)로부터 상기 원통공간(24)에 이르는 유로에는 큰 방향의 변경이 없고 압력손실이 적으며 냉각가스의 흐름성이 좋다. 상기 원통공간(24)을 상승하는 냉각가스는 더욱, 단열부재(56)에 형성한 삽입구멍(56h)에 삽입된 핀(46)내부의 관통구멍(46b)을 통과해서 핀(46)의 발열체(43)측에서 개구된 개구부로부터 상기 노내공간(35)으로 유입하고, 상기 발열부(25)를 외면, 내면의 양측에서 급속히 냉각한다.

상술한 바와 같이, 핀(46)은 구멍이 있는 통모양이며, 일단은 발열체(43) 안쪽에서 개구되고, 타단은 원통공간(24)을 통해 냉각가스공급라인(37)에 접속되어 있기 때문에, 히터냉각시에 핀(46)의 개구부로부터 냉각가스를 히터 내부에 공급하면, 히터의 냉각속도, 나아가서는 웨이퍼의 냉각속도를 향상시킬 수 있고, 웨이퍼처리의 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 핀(43)은 발열체가압과 냉각가스공급관을 겸하고 있기 때문에, 별도 히터냉각용가스관을 마련할 필요가 없고, 그 때문에, 히터내벽에서의 발열체 면적을 향상시킬 수 있다. 또한, 핀(46)의 개구부는 발열체(43) 보다도 안쪽에서 개구하고 있으므로, 냉각가스에 의해 발열체(43)가 국소적으로 냉각되는 것을 방지하고, 그 결과, 발열체(43)의 국소적인 변형, 왜곡, 균열을 억제하고, 나아가서는, 발열체(43)의 단선, 반응관(4)과의 접촉을 방지할 수 있다.

상기 원통공간(24)에 도입되는 냉각가스가 용적이 큰 상기 냉각가스도입덕트(36)를 경과해서 분산되어지는 것으로, 상기 원통공간(24)에 균일하게 냉각가스가 유입하고 냉각 얼룩의 발생이 방지된다. 상기 냉각가스도입덕트(36)자체는 방열 특성이 크지만, 상기 단열부베이스(58)가 개재되고, 다른 부분과 반경방향의 열전달율이 동일하게 되어 있으므로, 상기 가열장치(2)로서는 하단부의 방열량의 증대가 억제된다.

냉각가스는 상기 원통공간(24), 상기 노내공간(35), 상기 균열관내공간(39)을 상승해서 상기 배기도로(28)에 의해 배기된다. 상기 내층단열체(45)는 상기 원통공간(24), 상기 노내공간(35)을 상승하는 냉각가스에 의해 냉각되고, 상기 균열관(3), 상기 반응관(4)은 상기 노내공간(35), 상기 균열관내공간(39)을 상승하는 냉각가스)에 의해 급속히 냉각된다.

그리고, 상기 반응관(4)안의 상기 웨이퍼(12)는 급속냉각된다. 상기 발열체(43)에 세라믹발열체를 채용하는 것으로, 급속가열, 고온가열이 가능해지고, 더욱 냉각가스에 의한 상기 가열장치(2)의 냉각에 의해 급속냉각이 가능해지고 있다.

냉각이 완료하면, 미도시된 보트엘리베이터에 의해 상기 보트(5)가 강하되고, 보트(5)로부터 처리가 완료된 웨이퍼(12)가 나온다. 한편, 감압처리의 경우는 반응실을 대기압까지 복귀시킨 후 상기 보트(5)가 강하된다.

마지막으로 그 밖의 실시예에 대해서 설명한다.

상기 실시예에 있어서, 꾸불꾸불한 모양의 발열체는 평판모양에 한정되지 않고, 선재를 꾸불꾸불한 모양으로 전개시킨 것이라도 좋다.

상기 실시예에서, 발열체는 상하방향에 수직으로 배치될 뿐만 아니라, 발열체의 평면을 연직방향으로 경사모양으로 배치하거나 수평으로 배치해도 좋다.

상기 실시예에서, 확대부를 가진 핀을 와셔 및 핀의 2피스 구조로 했다. 그 러나, 와셔 및 핀을 일체로 형성해도 좋다. 또한, 핀은 구멍이 있는 원통 형상으로 했지만, 핀 내부에 관통구멍을 마련하지 않고 노내로의 냉각가스공급관을 달리 마련해도 좋다. 그러나, 발열체 면적을 늘려 가열 효율을 향상시키기 위해서는 냉각가스공급관을 겸하는 핀으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 냉각가스공급관을 달리 마련했을 경우에 있어서, 핀은 둥근 기둥모양으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 발열체의 승강온도에 따르는 변형에 의해 발열체가 핀에 접촉했다고 하더라도 핀은 둥근 기둥모양이기 때문에 그 접촉은 선접촉이 되고 핀의 접촉에 기인하는 발열체의 국소냉각을 억제할 수 있다.

또한, 지지체(59)에서의 발열체의 지지 태양은 발열체(43)의 탈락을 충분히 방지할 수 있는 태양이면 좋고, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 6에 보이는 바와 같이, 지지체(59)에 관통구멍(59a)을 형성하고, L자 모양의 고정못(59b)에 의해 단열부재(56)에 고정해도 좋다. 발열체(43)의 굴곡부(43a) 중 상개방슬릿에는 작은 애관(절연체)인 절연편(66)이 삽입되고 상개방슬릿을 끼우는 발열체(43)끼리의 단락을 막고 있다. 이 절연편(66)은 상보지부재(62)와 하보지부재(61)의 사이에서 둘러싸인 발열체 보지구(64)에 수납되어 탈락이 방지진다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 발열단부(57)의 단열부재(56)는 일체로 형성했다. 그러나, 도 6에 가리키는 바와 같이, 단열부재(56)를 복수의 분할체(56a∼d)를 적층시켜 구성해도 좋다. 본 실시예에 있어서, 핀을 삽입하는 삽입구멍을 가지는 분할체나 돌기를 가지는 분할체 등을 적절히 조합시켜 적층시킨다.

상기 지지체, 돌기, 확대부(와셔), 핀, 애관, 절연편 등을 구성하는 절연재 로서는, 알루미나질, 알루미나이산화규소질, 무라이트(mullite)질, 지르콘(Zircon)질 또는 코지라이트를 주체로 하는 세라믹스나 탄화규소, 질화규소 등 여러 가지 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기 단열부재(절연체, 56)를 구성하는 단열내화물로서는 세라믹스화이버나 세라믹스분말에 유기·무기의 바인더를 혼입한 것 등 여러 가지 것을 이용하는 것이 가능하다. 이들 단열체 및 지지체를 구성하는 재료의 종류나 배합은 상기 히터의 사용 온도 등에 따라서 적절히 변경할 수 있다.

상기 실시예에 있어서, 돌기 및 핀을 적절히 간격을 두고 배치했다. 그러나, 도면에 제시된 배치에 한정되는 것은 아니고, 단열재에 돌기를 복수마련하고, 이들 복수의 돌기간에 상기 핀을 배치해도 좋고, 또한, 상기 확대부를 가지는 핀을 복수 마련하고, 이들 복수의 핀간에 상기 돌기를 배치해도 좋다.

여전히, 상기 실시예에 있어서, 본 발명을 기판처리장치로서 설명했지만, 본 발명은 기판처리장치에 사용될 수 있는 가열장치로서도 표현할 수 있다.

본 발명의 실시예는 상술한 바와 같이 구성되지만, 더욱 포괄적으로는 다음에 열거하는 바와 같은 구성을 구비해도 좋다.

본 발명의 기판처리장치는 기판을 수납해 처리하는 처리실과 발열체와 단열재를 가지고, 상기 발열체에 의해 상기 처리실내의 기판을 가열하는 가열장치를 마련하고, 상기 발열체는 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성되며, 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실측으로 돌출해 발열체에 근접 또는 맞닿는 돌기를 마련하고, 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜서 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 하고 있다.

그리고, 상기 단열재에 상기 돌기를 복수개 마련하고, 이들 복수개의 돌기간에 상기 핀을 배치하면 좋다. 상기 확대부를 가지는 핀을 복수개 마련하고, 이들 복수개의 핀간에 상기 돌기를 배치해도 좋다. 상기 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 하부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜서 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 해도 좋다. 상기 확대부를 와셔로 해서 상기 핀을 원기둥 모양으로 해도 좋다. 상기 확대부 및 핀은 절연체인 것이 바람직하고, 상기 핀은 구멍이 있는 통모양이며, 상기 핀의 일단은 상기 발열체 내측에서 개구하고, 타단은 가스공급로에 접속되어 있어도 좋다.

한편, 본 발명에 따른 가열장치는 기판을 수용해 처리하는 처리실을 구비하는 기판처리장치로 사용할 수 있고, 발열체와 단열재를 가지고, 상기 발열체에 의해 상기 처리실내의 기판을 가열하는 가열장치로서, 상기 발열체가 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성되고, 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실측에 돌출해 발열체에 근접 또는 맞닿는 돌기를 마련하고, 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜서 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한 것이다.

여기서, 이전 가열장치의 상기 단열재에 상기 돌기를 복수개 마련하고, 이들 복수개의 돌기간에 상기 핀을 배치하면 좋다. 상기 확대부를 가지는 핀을 복수개 마련하고, 이들 복수개의 핀간에 상기 돌기를 배치해도 좋다. 상기 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 하부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 해도 좋다. 상기 확대부를 와셔로 해서 상기 핀을 원기둥모 양으로 해도 좋다. 상기 확대부 및 핀은 절연체인 것이 바람직하고, 상기 핀은 구멍이 있는 원통모양이며 상기 핀의 일단은 상기 발열체 내측에서 개수되고, 타단은 가스공급로에 접속되어 있어도 좋다.

본 발명에 따른 반도체의 제조방법은 처리실에 기판을 수용하는 공정과 발열체와 단열재를 가지고, 상기 발열체는 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성되고, 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실측으로 돌출해 발열체에 근접 또는 맞닿은 돌기를 마련하고, 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿은 가열장치의 상기 발열체에 의해 상기 처리실내의 기판을 가열해 처리실에 수용된 기판을 처리하는 공정과 상기 기판을 처리실외로 끌어 내는 공정을 가지고 있다.

이 제조방법에 있어서, 상기 핀은 구멍이 있는 원통모양이며, 상기 핀의 일단은 상기 발열체 내측에서 개구되고, 타단은 가스공급로에 접속되고 상기 핀의 타단의 가스공급로로부터 가스가 상기 핀 내를 통과해서 상기 개구로부터 가스를 흘려보내는 공정을 더욱 포함한다. 상기 가스는 상기 처리실내를 냉각하기 위한 냉각가스이다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 반도체장치를 제조하는 장치에 실리콘웨이퍼, 유리기판 등의 기판에 얇은 막의 생성, 어닐처리, 불순물의 확산, 에칭 등의 처리를 행하는 기판처리장치에 사용할 수 있고, 실온으로부터 1400℃에 이르는 가온까지 적용가능하다. 또한, 본 발명에 따른 가열장치는 상술한 처리를 행하는 기 판처리장치에 사용할 수 있는 가열장치로서 이용할 수 있다.

Claims

기판을 수납해 처리하는 처리실과, 발열체와 단열재를 가지고 상기 발열체에 의해 상기 처리실내의 기판을 가열하는 가열장치를 마련하고, 상기 발열체는 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성되고, 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실측으로 돌출해 발열체에 근접 또는 맞닿는 돌기를 마련하고, 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 단열재에 상기 돌기를 복수개 마련하고, 이들 복수개의 돌기간에 상기 핀을 배치한 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 확대부를 가지는 핀을 복수개 마련하고, 이들 복수개의 핀 사이에 상기 돌기를 배치한 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 하부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 확대부는 와셔이며, 상기 핀은 원기둥모양인 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 확대부 및 핀은 절연체인 기판처리장치.
제1항에 있어서, 상기 핀은 구멍이 있는 원통모양이며, 상기 핀의 일단은 상기 발열체 내측에서 개구되고, 타단은 가스공급로에 접속되어 있는 기판처리장치.
기판을 수용해 처리하는 처리실을 구비하는 기판처리장치에 사용할 수 있고, 발열체와 단열재를 가지고, 상기 발열체에 의해 상기 처리실내의 기판을 가열하는 가열장치이며, 상기 발열체가 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성되고, 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실측으로 돌출해 발열체에 근접 또는 맞닿는 돌기를 마련하고, 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통되게 해서 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한 가열장치.
제8항에 있어서, 상기 단열재에 상기 돌기를 복수개 마련하고, 이들 복수개의 돌기간에 상기 핀을 배치하는 가열장치.
제8항에 있어서, 상기 확대부를 가지는 핀을 복수개 마련하고, 이들 복수개의 핀 사이에 상기 돌기를 배치하는 가열장치.
제8항에 있어서, 상기 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 하부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한 가열장치.
제8항에 있어서, 상기 확대부는 와셔이며 상기 핀은 원기둥모양인 가열장치.
제8항에 있어서, 상기 확대부 및 핀은 절연체인 가열장치.
제8항에 있어서, 상기 핀은 구멍이 있는 통형상이며, 상기 핀의 일단은 상기 발열체 내측에서 개구되고, 타단은 가스공급로에 접속되어 있는 가열장치.
처리실에 기판을 수용하는 공정과,

발열체와 단열재를 가지고, 상기 발열체는 일단만을 보지부에 의해 보지되도록 형성되고, 상기 단열재에는 발열체의 중간부에서 처리실측으로 돌출해 발열체에 근접 또는 맞닿게 하는 돌기를 마련하고, 확대부를 가지는 핀을 상기 발열체의 중간부에서 발열체 및 단열재에 관통시켜 상기 확대부를 발열체에 근접 또는 맞닿게 한 가열장치의 상기 발열체에 의해, 상기 처리실내의 기판을 가열해 처리실에 수용된 기판을 처리하는 공정과,

상기 기판을 처리실 외로 끌어내는 공정을 가지는 반도체의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 핀은 구멍이 있는 통모양이며, 상기 핀의 일단은 상기 발열체 내측에서 개구되고, 타단은 가스공급로에 접속되고, 상기 핀의 타단의 가스공급로로부터 가스가 상기 핀 내를 통과해서 상기 개구로부터 가스를 흘려보내는 공정을 더 가지는 반도체의 제조방법.
제16항에 있어서, 상기 가스는 상기 처리실내를 냉각하기 위한 냉각가스인 반도체의 제조방법.