KR20080016972A - 기판 처리 장치, 기판의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
반응관 내의 온도 제어를 정확하게 실시할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
기판 처리 장치(100)는, 기판(54)을 처리하는 반응관(42)과, 반응관(42) 내의 기판(54)을 가열하는 히터(46)와, 반응관(42) 외부로 냉각용 에어(70)를 유통시키는 냉각용 에어 유로(72)와, 반응관(42) 주변의 온도를 검출하는 열전대(82)를 갖고, 열전대(82)는 보호관(86)으로 덮여진 상태에서 냉각용 에어(70)를 유통시키는 냉각 에어 유로(72) 내부에 설치되고, 보호관(86)의 외부에는 냉각용 에어(70)의 보호관(86)으로 향하는 흐름을 차단하는 커버 부재(88)가 설치된다.
반응관, 온도 제어, 열전대, 냉각용 에어, 유로, 커버
Description
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등을 처리하기 위한 기판 처리 장치나, 그 장치를 사용하여 기판을 처리하는 공정을 갖는 기판의 제조 방법 또는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 기판을 처리하기 위한 기판 처리 장치로서, 종형 열처리 장치가 널리 사용되어 있다. 예를 들면, 이 종류의 기판 처리 장치에 있어서, 가열 영역에 배설(配設)된 열전대에 의하여 온도를 검출하고, 열전대의 검출 출력을 토대로 히터의 온도를 제어하여, 가열 영역의 온도를 균일하게 보지하는 것이 공지의 것이 되어 있다(예를 들면 특허문헌 1; 일본특허공개번호 제1999－260725호 공보).
그러나, 가열 영역을 강제 냉각하여 반응 공간 내의 온도를 강하시키는 처리를 실시할 때, 즉 급냉 처리 시에 온도 제어가 정확하게 이루어지지 않는다는 문제가 있었다.
이 원인은, 급냉 처리에 있어서, 블로워(blower)를 사용하여 반응 용기(반응관) 외측에 냉각용 에어의 흐름을 만들어서 반응 용기 내를 냉각하고 있기 때문에, 반응 용기에 대하여 열용량이 작은 열전대가 냉각용 에어의 흐름을 받아 반응 용기 내보다 빨리 냉각되어, 실제의 반응 용기 내 온도와 열전대의 측정 온도에 차이가 생기기 때문이라고 생각된다.
또한, 열전대가 열팽창 등에 의한 다른 부재(部材)와의 접촉이나 외적인 응력 등으로, 근원(根源)부나 동부(胴部)에서 꺾어지는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 상기 종래의 문제점을 해소하고, 반응관 내의 온도 제어를 정확하게 실시할 수 있는 기판 처리 장치, 기판의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 특징은, 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관 내의 기판을 가열하는 히터와, 상기 반응관 외부에 냉각용 유체를 유통시키는 유로와, 상기 반응관 주변의 온도를 검출하는 열전대를 가지고, 상기 열전대는 보호관으로 덮인 상태에서 상기 냉각용의 기체를 유통시키는 유로 내부에 설치되고, 상기 보호관의 외부에는 상기 냉각용 유체의 상기 보호관으로 향하는 흐름을 차단하는 커버가 설치되는 기판 처리 장치에 있다.
바람직하게는, 상기 커버의 선단부에는 개구부가 설치되고, 상기 커버는 상기 개구부가 상기 반응관의 외측면과 대향하도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 개구부에 의하여 상기 열전대의 측온 접점이 위치하는 상기 보호관의 선단부는 노출하고 있으며, 상기 보호관은 상기 노출한 선단부가 상기 반응관의 외측면과 대향하도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 냉각용 유체는 상기 반응관의 외측면과 평행하게 흐르도록 구성된다.
또한, 바람직하게는, 상기 보호관은, 그 관축(管軸)이, 상기 냉각용 유체의 흐름과 직각이 되도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 보호관은, 그 관축이, 상기 반응관의 관축과 직각이 되도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 보호관은, 이 관축이, 수평이 되도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 보호관과 상기 커버와의 사이에는 공간이 설치된다. 바람직하게는, 상기 커버는, 상기 보호관의 측면의 적어도 일부를 덮도록 구성되어 있다. 바람직하게는, 상기 커버는, 상기 보호관의 측면의 전체를 덮도록 구성되어 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 커버의 선단부가 폐색하고 있다. 바람직하게는, 상기 커버는, 알루미나, 지르코니아(zirconia) 또는 탄화규소 제이다.
본 발명의 제2 특징은, 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 반응관 내에서 기판을 가열하여 처리하는 공정과, 기판을 처리한 후에 상기 반응관 외부에 냉각용 유체를 유통시킴과 동시에, 상기 냉각용 유체를 유통시키는 유로 내부에 설치되고 보호관으로 덮여진 열전대에 의하여 상기 반응관 주변의 온도를 검출하면서, 상기 반응관 내의 온도를 강온(降溫)하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 반응관 내로부터 반출하는 공정을 가지며, 상기 반응관 내의 온도를 강온하는 공정에서는, 상기 냉각용 유체의 상기 보호관으로 향하는 흐름을 차단한 상태에서 상기 반응관 주변의 온도를 검출하는 기판의 제조 방법에 있다.
본 발명의 제3 특징은, 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 반응관 내에서 기판을 가열하여 처리하는 공정과, 기판을 처리한 후에 상기 반응관 외부에 냉각용 유체를 유통시킴과 동시에, 상기 냉각용 유체를 유통시키는 유로 내부에 설치되고 보호관으로 덮여진 열전대에 의하여 상기 반응관 주변의 온도를 검출하면서, 상기 반응관 내의 온도를 강온하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 반응관 내로부터 반출하는 공정을 가지며, 상기 반응관 내의 온도를 강온하는 공정에서는, 상기 냉각용 유체의 상기 보호관으로 향하는 흐름을 차단한 상태에서 상기 반응관 주변의 온도를 검출하는 반도체 장치의 제조 방법에 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 사용한 열처리 장치를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 사용한 반응로를 나타내는 종단면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 사용한 열전대, 보호관 및 커버 부재를 나타내고, (a)는, 반응관과 열전대와 히터와의 배치를 나타내는 단면도이며, (b)는 커버 부재(선단 개방형)의 선단부를 나타내는 단면도, (c)는 커버 부재(선단 봉지형)의 선단부를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 사용한 열전대, 보호관 및 커버 부재의 취부 구조를 설명하는 단면도.
도 5는 강온시에 있어서 노내의 측정 온도를 나타내고, 반응관 내의 온도에 대한 각 열전대[종래형, 커버 부재 부착(선단 개방형, 선단 봉지형)]의 응답성을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서 제1 변형예 및 제2 변형예를 나타내고, (a)～(c)는 제1 변형예에 있어서의 커버 부재의 단면도, (d)～(h)는 제2 변형 예에 있어서의 커버 부재의 단면도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 제3 변형예를 나타내고, (a) 및 (b)는 커버 부재의 개구부를 설명하는 단면도이다.
<부호의 설명>
10 : 기판 처리 장치 12 : 광체
14 : 포드 스테이지(pod stage) 16 : 포드(pod)
18 : 포드 반송 장치 20 : 포드 선반
22 : 포드 오프너 24 : 기판 매수 검지기
26 : 기판 이재기
28 : 노치 얼라이너(notch aligner)
30 : 기판 지지구(보트) 32 : 암(트위저)
40 : 반응로 42 : 반응관
43 : 반응 용기 44 : 어댑터
46 : 히터 46a : 히터소선
46b : 단열재
46c : 냉각용 에어 취입구
48 : 노구(爐口) 씰캡(seal cap) 50 : 제2 단열 부재
52 : 제1 단열 부재 54 : 기판
56 : 가스 공급구 57 : 본체부
58 : 지지부 59 : 가스 배기구
60 : 가스 도입관 62 : 배기관
64 : 가스 도입 경로 66 : 노즐(nozzle)
70 : 냉각용 에어 72 : 냉각용 에어 유로
74 : 배기구 76 : 배기로
78 : 라디에이터 80 : 블로워
82 : 열전대 84 : 제어장치
86 : 보호관 88 : 커버 부재
90 : 개구부 92 : 구멍(穴)
94 : 근원 부분 96 : 제1 악부(鍔部)
98 : 제2 악부 100 : 고정구
102 : 고정 플레이트
다음에 본 발명의 실시 형태를 도면을 토대로 설명한다.
도 1에, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)의 일례를 나타낸다. 이 기판 처리 장치(10)는, 배치식 종형 열처리 장치로서, 주요부가 배치되는 광체(12)를 갖는다. 이 광체(12)의 정면 측에는, 포드 스테이지(14)가 접속되어 있고, 이 포드 스테이지(14)에 포드(16)가 반송된다. 포드(16)에는, 예를 들면 25매의 기판이 수납되고, 도시하지 않는 뚜껑이 닫혀진 상태에서 포드 스테이지(14)에 세트된다.
광체(12) 내의 정면측에 있어서, 포드 스테이지(14)에 대향하는 위치에는, 포드 반송 장치(18)가 배치되어 있다. 또한, 이 포드 반송 장치(18)의 근방에는, 포드 선반(20), 포드 오프너(22) 및 기판 매수 검지기(24)가 배치되어 있다. 포드 선반(20)은 포드 오프너(22)의 상방에 배치되고 기판 매수 검지기(24)는 포드 오프너(22)에 인접하여 배치된다. 포드 반송 장치(18)는, 포드 스테이지(14)와 포드 선반(20)과 포드 오프너(22)와의 사이에서 포드(16)를 반송한다. 포드 오프너(22)는, 포드(16)의 뚜껑을 여는 것으로서, 이 뚜껑이 열려진 포드(16) 내의 기판 매수가 기판 매수 검지기(24)에 의하여 검지된다.
광체(12) 내에는, 기판 이재(移載)기(26), 노치 얼라이너(28) 및 기판 지지구(30)(보트)가 배치되어 있다. 기판 이재기(26)는, 예를 들면 5매의 기판을 취출할 수 있는 암(트위저)(32)을 가지며, 이 암(32)을 움직임으로써, 포드 오프너(22)의 위치에 놓여진 포드(16), 노치 얼라이너(28) 및 기판 지지구(30) 사이에서 기판을 반송한다. 노치 얼라이너(28)는, 기판에 형성된 노치 또는 오리엔테이션 플랫(orientation flat)을 검출하여 기판의 노치 또는 오리엔테이션 플랫을 일정한 위치로 가지런히 정렬한다.
광체(12) 내의 배면측 상부에는 반응로(40)가 배치되어 있다. 이 반응로(40) 내에, 복수 매의 기판을 장전 한 기판 지지구(30)가 반입되어 열처리가 이루어진다.
도 2에 반응로(40)의 일례를 나타낸다. 이 반응로(40)는, 탄화규소(SiC) 제의 반응관(42)을 갖는다. 이 반응관(42)은, 상단부가 폐색되고 하단부가 개방된 원통 형상을 하고 있으며, 개방된 하단부는 플랜지(flange) 모양으로 형성되어 있다. 이 반응관(42)의 하방에는 반응관(42)을 지지하도록 석영제의 어댑터(44)가 배치된다. 이 어댑터(44)는 상단부와 하단부가 개방된 원통 형상을 하고 있으며, 개방된 상단부와 하단부는 플랜지 모양으로 형성되어 있다. 어댑터(44)의 상단부 플랜지의 상면에 반응관(42)의 하단부 플랜지의 하면이 당접(當接)하고 있다. 반응관(42)과 어댑터(44)에 의하여 반응 용기(43)이 형성되어 있다. 또한, 반응 용기(43) 중 어댑터(44)를 제외한 반응관(42)의 주위에는, 반응관(42) 내의 기판을 가열하는 히터(46)가 배치되어 있다.
반응관(42)과 어댑터(44)에 의하여 형성되는 반응 용기(43)의 하부는, 기판 지지구(30)를 삽입하기 위하여 개방되고, 이 개방 부분(노구부)은 노구 씰캡(48)이 O링을 사이에 끼우고 어댑터(44)의 하단부 플랜지의 하면에 당접함으로써 밀폐되도록 되어 있다. 노구 씰캡(48)은 기판 지지구(30)를 지지하며, 기판 지지구(30)와 함께 승강(昇降)할 수 있도록 설치되어 있다. 노구 씰캡(48)과 기판 지지구(30)와의 사이에는, 석영제인 제1 단열 부재(52)와, 이 제1 단열 부재(52)의 상부에 배치된 탄화규소(SiC) 제의 제2 단열 부재(50)가 설치되어 있다. 기판 지지구(30)는, 다수 매, 예를 들면 25～100매의 기판(54)을 수평 상태에서 간격을 두고 다수단으로 지지하고, 반응관(42) 내에 장전 된다.
1200℃ 이상의 고온에서의 처리를 가능하게 하기 위해, 반응관(42)은 탄화규소(SiC) 제로 되어 있다. 이 SiC제의 반응관(42)을 노구부까지 연장하고, 이 노구부를 O링을 개재하여 노구 씰캡으로 씰(seal)하는 구조로 하면, SiC제의 반응관(42)을 개재하여 전달된 열에 의하여 씰부까지 고온이 되고, 씰 재료인 O링을 녹 여 버릴 우려가 있다. O링을 녹이지 않도록 SiC제의 반응관(42)의 씰부를 냉각하면, SiC제의 반응관(42)이 온도차에 의한 열팽창 차이에 의하여 파손하여 버린다. 따라서, 반응 용기(43) 중 히터(46)에 의한 가열 영역을 SiC제의 반응관(42)으로 구성하고, 히터(46)에 의한 가열 영역에서 비껴난 부분을 석영제의 어댑터(44)로 구성함으로써, SiC제의 반응관으로부터의 열의 전달을 완화하여, O링이 녹지 않고, 또한 반응관(42)을 파손하지 않고 노구부를 씰할 수 있게 된다. 또한, SiC제의 반응관(42)과 석영제의 어댑터(44)와의 씰은, 쌍방의 면 정밀도를 좋게 하면, SiC제의 반응관(42)은 히터(46)의 가열 영역에 배치되고 있기 때문에 온도차가 발생하지 않고, 등방적(等方的)으로 열팽창한다. 따라서, SiC제의 반응관(42) 하단부의 플랜지 부분은 평면을 유지할 수 있으며, 어댑터(44)와의 사이에 간격이 생기지 않으므로, SiC제의 반응관(42)을 석영제의 어댑터(44)에 올려만 놓으면 밀봉성을 확보할 수 있다.
어댑터(44)에는, 어댑터(44)와 일체로 가스 공급구(56)와 가스 배기구(58)가 설치되어 있다. 가스 공급구(56)에는 가스 도입관(60)이, 가스 배기구(58)에는 배기관(62)가 각각 접속되어 있다. 어댑터(44)의 내벽은 반응관(42)의 내벽보다 안쪽에 있고(돌출하고 있고), 어댑터(44)의 측벽부(두꺼운 부분)에는, 가스 공급구(56)와 연통(連通)하고, 수직 방향으로 향하는 가스 도입 경로(64)가 설치되며, 이 상부에는 노즐 취부공(取付孔)이 상방으로 개구하도록 설치되어 있다. 이 노즐 취부공은, 반응관(42)의 내부에 있어서 어댑터(44)의 상단부 플랜지측의 상면으로 개구하고 있으며, 가스 공급구(56) 및 가스 도입 경로(64)와 연통하고 있다. 이 노즐 취부공에는 노즐(66)이 삽입되어 고정되어 있다. 즉, 반응관(42) 내부에 있어서의 어댑터(44)의 반응관(42)의 내벽보다 내측으로 돌출한 부분의 상면에 노즐(66)이 접속되고, 이 어댑터(44)의 상면에 의하여 노즐(66)이 지지된다. 이 구성에 따라, 노즐 접속부는 열로 변형하기 어렵고, 또한 파손하기 어렵다. 또한, 노즐(66)과 어댑터(44)의 조립, 해체가 용이하게 된다는 장점도 있다. 가스 도입관(60)으로부터 가스 공급구(56)에 도입된 처리 가스는, 어댑터(44)의 측벽부에 설치된 가스 도입 경로(64), 노즐(66)을 개재하여 반응관(42) 내에 공급된다. 한편, 노즐(66)은, 반응관(42)의 내벽을 따라 기판 배열 영역의 상단보다 상방[기판 지지구(30)의 상단보다 상방]에까지 연장되도록 구성된다.
또한, 상술한 히터(46)는 히터소선(46a) 및 단열재(46b)로 구성되어 있다. 히터(46)의 단열재(46b)는, 반응로(40)의 상부 및 측부에 설치되고, 히터소선(46a)은, 반응로(40)의 측부에 설치된 단열재(46b)의 내측에 배설되어 있다. 히터(46)는 복수, 예를 들면 5개의 존(zone)으로 분할되어 있다. 또한, 반응로(40)의 측부에 설치된 히터(46)에는, 냉각용 에어 취입구(46c)(도 3에 나타낸다)가 설치되어 있다. 이 냉각용 에어 취입구(46c)는, 도시하지 않는 냉각용 에어 공급원과 후술하는 냉각용 에어 유로(72)를 연통하여, 균등한 분포가 되도록 소정 갯수 설치되어 있다. 한편, 냉각용 에어 공급원을 설치하지 않고, 반응로(40)의 상방에 설치된 후술하는 블로워(80)로 반응로(40) 주위의 분위기를 끌어들여, 주위의 에어가 유통하도록 해도 된다.
또한, 반응관(42) 외부에는 냉각용 유체를 유통시키는 유로가 설치되어 있 다. 구체적으로는, 반응관(42)과 히터(46)와의 사이에 냉각용 유체로서의 냉각용 에어(공기)(70)를 유통시키기 위한 냉각용 에어 유로(72)가, 반응관(42)을 전체적으로 포위하도록 형성되어 있다. 한편, 냉각용 유체로서는, 공기 외에 질소(N2) 등을 사용하도록 해도 된다. 또한, 반응로(40)의 상부에 설치된 단열재(46b)의 중앙부에는, 냉각용 에어(70)를 냉각용 에어 유로(72)로부터 배출하기 위한 배기구(74)가 형성되어 있고, 이 배기구(74)는 배기로(76)에 연통하고 있다. 또한 배기로(76)의 하류 방향에는 라디에이터(열교환기)(78), 블로워(80)가 배설되어 있다. 냉각용 에어(70)는, 냉각용 에어 취입구(46c), 냉각용 에어 유로(72), 배기구(74) 및 배기로(76)를 개재하여, 라디에이터(78)에 의하여 열이 제거되고 블로워(80)에 의하여 배기되도록 되어 있다. 이와 같이, 냉각용 에어 유로(72)는, 냉각용 에어(70)가 반응관(42)의 외측면을 평행하게 흐르도록 구성되어 있다.
상술한 반응로(40)의 냉각용 에어 유로(72)에는, 반응관(42) 주변의 온도를 검출하는 복수(예를 들면 5개)의 열전대(82)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 이들의 열전대(82)는, 각 히터 존에 대응하도록 수직 방향의 복수의 위치(예를 들면 5군데)에 배치되고, 반응관(42)의 외벽 근방의 분위기 온도를 검출하도록 되어 있다. 이들 열전대(82)는, 히터(46)[히터소선(46a) 및 단열재(46b)]의 외부로부터 이 히터(46)를 관통하도록 반응로(40) 내부로 향하여 삽입되고, 선단부[온도 검지부인 온도 측정 접점(열접점)]가 반응관(42)의 외벽 근방에 배치되어 있다.
또한, 기판 처리 장치(10)에는 제어장치(84)가 설치되어 있다. 이 제어장 치(84)에는, 상술한 히터(46)[히터소선(46a)] 및 열전대(82)가 각각 접속되어 있다. 열전대(82)는, 온도 검출 결과를 제어장치(84)에 송신하고, 제어장치(84)는, 이 열전대(82)에 의하여 검출된 온도에 의해 히터(46)를 피드백 제어하도록 되어 있다. 즉, 제어장치(84)는, 히터(46)의 목표 온도와 열전대(82)에 의해 검출된 온도와의 차이를 구하여, 차이가 있는 경우에는 그 차이를 해소시키는 피드백 제어를 실행하도록 되어 있다. 한편, 제어장치(84)는, 기타 기판 처리 장치를 구성하는 각부의 동작 제어도 수행한다.
다음에, 상술한 것처럼 구성된 기판 처리 장치(10)의 작용, 즉 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 예를 들면 기판의 제조 공정 또는 반도체 장치의 제조 공정의 한 공정으로서 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명한다.
이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각부의 동작은, 제어장치(84)에 의하여 제어된다.
먼저, 포드 스테이지(14)에 복수 매의 기판(54)을 수용한 포드(16)가 세트 되면, 포드 반송 장치(18)에 의하여 포드(16)를 포드 스테이지(14)로부터 포드 선반(20)으로 반송하고, 이 포드 선반(20)에 스톡한다. 다음에, 포드 반송 장치(18)에 의하여, 이 포드 선반(20)에 스톡된 포드(16)를 포드 오프너(22)로 반송하여 세트하고, 이 포드 오프너(22)에 의하여 포드(16)의 뚜껑을 열고, 기판 매수 검지기(24)에 의하여 포드(16)에 수용되고 있는 기판(54)의 매수를 검지한다.
다음에, 기판 이재기(26)에 의하여, 포드 오프너(22)의 위치에 있는 포드(16)로부터 기판(54)을 취출하고, 노치 얼라이너(28)로 이재한다. 이 노치 얼라 이너(28)에 있어서는, 기판(54)을 회전시키면서, 노치를 검출하고, 검출한 정보를 토대로 복수 매의 기판(54)의 노치를 같은 위치로 정렬시킨다. 다음에, 기판 이재기(26)에 의하여, 노치 얼라이너(28)로부터 기판(54)을 취출하고, 기판 지지구(30)에 이재한다(기판 이재 공정).
이와 같이 하여, 1 배치 분의 기판을 기판 지지구(30)에 이재하면, 예를 들면 600℃ 정도의 온도로 설정된 반응로(40) 내[반응용기(43) 내]에 복수 매의 기판(54)를 장전한 기판 지지구(30)를 반입하고, 노구 씰캡(48)에 의하여 반응로(40) 내를 밀폐한다(기판 반입 공정). 뒤이어, 노내 온도를 열처리 온도까지 온도 상승 시키고(상온 공정), 가스 도입관(60)으로부터 가스 도입구(56), 어댑터(44) 측벽부에 설치된 가스 도입 경로(64) 및 노즐(66)을 개재하여 반응관(42) 내에 처리 가스를 도입한다. 처리 가스에는, 질소(N2), 아르곤(Ar), 수소(H2), 산소(O2), 염화수소(HCl), 디클로로 에틸렌(C2H2Cl2, 약칭 DCE) 등이 포함된다. 기판(54)를 열처리 할 때, 기판(54)은 예를 들면 1200℃ 정도 이상의 처리 온도로 가열된다(기판 처리 공정).
기판(54)의 열처리가 종료하면, 예를 들어 노내 온도를 처리 온도로부터 600℃ 정도의 온도까지 강온한다. 이 노내 온도를 강온할 때에, 예를 들면 노내를 급속히 냉각할 때는, 냉각용 에어(70)를 도시하지 않는 냉각용 에어 공급원으로부터 냉각용 에어 취입구(46c)를 개재하여 냉각용 에어 유로(72)에 공급하고, 배기구(74) 및 배기로(76)를 개재하여, 라디에이터(78)에 의하여 열을 제거하고, 블로 워(80)에 의하여 노외로 배기한다. 한편, 냉각용 에어 공급원을 설치하지 않는 경우는, 블로워(80)에 의하여 반응관(42) 주위의 분위기를 끌어 들임으로써, 반응로(40) 외부의 에어를, 냉각용 에어 취입구(46c)를 개재하여 냉각용 에어 통로(72) 내에 취입하여, 배기구(74), 배기로(76)를 개재하여, 라디에이터(78)에 의하여 열을 제거하고, 블로워(80)를 개재하여 노외에 배기하게 된다. 즉, 반응관(42) 주변에 바람[냉각용 에어(70)]의 흐름을 만들어, 반응로(40) 내 즉 반응관(42) 내를 급속히 냉각한다. 이때, 후술하는 보호관(82)으로 덮인 열전대(82)에 의하여 반응관(42) 주변의 온도를 검출하면서 반응관(42) 내의 온도를 강온한다(강온공정).
노내 온도를 강온한 후, 열처리 후의 기판(54)을 지지한 기판 지지구(30)를 반응로(40)로부터 반출하고(기판 반출 공정), 기판 지지구(30)에 지지된 모든 기판(54)이 식을 때까지, 기판 지지구(30)를 소정 위치에서 대기시킨다(기판 냉각 공정). 뒤이어, 대기시킨 기판 지지구(30)의 기판(54)이 소정 온도까지 냉각되면, 기판 이재기(26)에 의하여, 기판 지지구(30)로부터 기판(54)을 취출하고, 포드 오프너(22)에 세트되어 있는 빈 포드(16)로 반송하여 수용한다(기판 회수 공정). 다음에, 포드 반송 장치(18)에 의하여, 기판(54)이 수용된 포드(16)를 포드 선반(20), 또한 포드 스테이지(14)에 반송하여 일련의 처리가 완료한다.
다음에, 상술한 열전대(82)에 대하여 도 3을 토대로 상세하게 설명한다.
도 3(a)에 있어서는, 편의상, 열전대(82)는, 복수개 중 하나만을 나타내고 있다.
도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 열전대(82)는 보호관(86)으로 덮인 상태에서 냉각용 에어(70)를 유통시키는 냉각용 에어 유로(72)에 설치되어 있다. 이 보호관(86)은 알루미나(Al2O3)로 되고, 선단부가 폐색되고 후단부가 개방된 원통 형상으로 형성되며, 그 관축이 반응관(42)의 관축과 거의 직각이 되도록 배치되어 있다.
또한, 보호관(86) 외부에는 커버 부재(88)가 설치되어 있다. 이 커버 부재(88)는, 예를 들면 알루미나로 되고, 적어도 보호관(86)의 측면 전체를 덮도록 구성되어 있다. 커버 부재(88)는, 보호관(86)보다 큰 직경을 갖는 원통 형상으로 형성되고 있기 때문에, 보호관(86)과 커버 부재(88)와의 사이에는 공간이 형성되고, 그 구성에 의해, 이들 보호관(86)과 커버 부재(88)와의 사이에 기체(공기)의 층이 형성된다.
도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 커버 부재(88)의 선단부는 개방되어 있다(선단 개방형). 즉, 커버 부재(88)의 선단부에는 개구부(90)가 설치되어 있고, 이 개구부(90)는, 상술한 냉각용 에어 유로(72)를 흐르는 냉각용 유체 즉 냉각용 에어(70)의 흐름에 대하여 수직인 방향을 향하도록 형성되어 있다. 커버 부재(88)는, 개구부(90)가 반응관(42)의 외측면과 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 개구부(90)에 의하여 열전대(82)의 온도 측정 접점이 위치하는 보호관(86)의 선단부는 노출되어 있고, 보호관(86)은 노출된 선단부가 반응관(42)의 외측면과 대향하도록 배치되어 있다.
이들 열전대(82), 보호관(86) 및 커버 부재(88)는, 냉각용 유체[냉각용 에어(70)]를 유통시키는 유로 내부 즉 냉각용 에어 유로(72)에 설치되어 있고, 커버 부재(88)에 의하여 냉각용 에어(70)의 보호관(86)으로 향하는 흐름을 차단하도록 구성되어 있다. 따라서, 보호관(86)은, 그 관축이 반응관(42)의 관축과 대략 직각이 되도록, 즉 이 관축이 수평으로 되도록 배치 되어 있다.
또한, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 커버 부재(88)는, 이 커버 부재(88) 선단부에 개구부(90)를 갖지 않는, 즉 선단부가 폐색되고 있는 형상으로 하여도 된다(선단 봉지형).
도 4에 선단 개방형에 있어서의 열전대(82), 보호관(86) 및 커버 부재(88)의 설치 구조가 나타나 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 단열재(46b)의 측벽에는 커버 부재(88)를 통과하는 구멍(92)이 설치되어 있다. 커버 부재(88)의 근원 부분(94), 즉 개구부(90)가 설치된 선단부와는 반대측의 단부에는 악부(鍔部)(플랜지부)(96)가 설치되어 있다. 이 악부(96)는, 커버 부재(88)를 단열재(46b)의 외측으로부터 상기 단열재(46b)의 구멍(92)에 삽입하고, 상기 커버 부재(88)를 소정의 위치에 설치했을 때에 단열재(46b)의 외벽에 당접하도록 배치된다. 또한, 보호관(86)의 근원 부분에도 악부(플랜지부)(98)가 설치되어 있다. 이 악부(플랜지부)(98)는, 보호관(86)을 커버 부재(88)의 내부로 삽입하고, 상기 보호관(86)을 소정의 위치에 설치했을 때에 커버 부재(88)의 악부(96)에 당접하도록 배치된다. 커버 부재(88)의 악부(96)와 보호관(86)의 악부(98)에는 볼트 등의 고정구(100)를 통과하는 관통공이 설치되어 있고, 이들 커버 부재(88) 및 보호관(86)은, 고정 플레이트(102)를 개재하여 고정구(100)에 의하여 고정되게 되어 있다. 한편, 열전대(열전대의 소선)(82)는 보호 관(86)의 근원 부분에 있어서 보호관(86)에 취부되어 있다.
이와 같이, 냉각용 에어(70)의 보호관(86)으로 향하는 흐름을 차단하도록 보호관(86)의 외부에 커버 부재(88)를 설치함으로써, 냉각용 에어(70)의 영향을 경감시킬 수 있다. 즉, 보호관(86)을 커버 부재(88)로 덮음으로써, 보호관(86)이 냉각용 에어 유로(72)를 유통하는 냉각용 에어(70)의 흐름을 직접 받지 않도록 할 수 있다[냉각용 에어(70)의 흐름에 의한 바람이 보호관(86)에 직접 충돌하지 않도록 할 수 있다]. 또한, 예를 들면 알루미나 제의 커버 부재(88)를 설치함으로써, 열전대(82)[및 보호관(86)]의 열용량을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 열전대(82)[및 보호관(86)]가 반응관(42) 내의 온도보다 빨리 온도 저하하는 것을 막을 수 있다. 따라서, 보호관(86)에 커버 부재(88)를 설치하여 반응관(42) 내의 온도 제어를 실시함으로써, 온도 변화율이 큰 경우, 예를 들면 노내를 급속히 냉각할 때 등에 있어도 열전대(82)의 응답성을 향상시킬 수 있어, 반응관(42) 내의 온도 제어를 정확하게 할 수 있다.
또한, 보호관(86)과 커버 부재(88)와의 사이에 형성되는 공기 층은 단열층이 되고, 단열 효과를 가져 온다. 즉, 이 공기 층에 의하여, 노내의 열이 열전대(82) 및 보호관(86)을 전도하여 근원부로 빠져나가 노외에 방출하는 것을 억제하고, 승온시나 온도 안정시에 있어서 노내 온도 저하나, 열전대(82)에 의한 검출 온도의 저하를 막을 수 있다. 또한, 커버 부재(88)의 형상이 선단 봉지형의 경우에 있어서는, 이 단열층 내의 공기의 흐름이 적어, 보다 높은 단열 효과를 얻을 수 있다.
또한, 커버 부재(88)의 형상이 선단 개방형의 경우에 있어서는, 선단부가 개 방되어 반응관(42)의 근방에 있고 또한 선단부 이외의 측면은 커버 부재로 덮여 있기 때문에, 냉각용 에어(70)의 보호관(86)으로 향하는 흐름을 차단할 수 있음과 동시에, 반응관(42)으로부터의 복사열(방사열)이나 열전달에 의한 열[반응관(42)으로부터 반응관(42) 외부의 공기에 대한 열전달에 의한 열]을 보다 정확하게 열전대(82)에 전할 수 있어, 반응관(42) 내의 온도와 열전대(82)의 검출 온도와의 차이를 작게 할 수 있다. 즉 반응관(42) 내의 온도에 대한 열전대(82)의 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 보호관(86)에 커버 부재(88)를 설치함으로써, 열전대(82) 및 보호관(86)을 보호할 수 있어, 열전대(82)의 근원부나 동부(胴部)의 꺾임 등을 방지함으로써, 열전대(82)의 안전성 및 수명을 향상할 수 있다.
다음에, 본 실시예에 있어서 커버 부재를 갖는 열전대의 응답성에 대하여, 아래와 같은 실험 결과(도 5)를 토대로 설명한다.
도 5는, 강온 시에 있어서의 노내의 측정 온도를 나타내며, 반응관 내의 온도에 대한 각 열전대(후술)의 응답성을 나타내는 그래프이다.
반응관 내의 기판에 열전대를 설치하고, 상기 반응관 내의 온도를 측정했다(도 5의 반응관 내 온도). 또한, 반응관 주변에 보호관을 갖는 열전대(종래형), 보호관 및 커버 부재(선단 개방형)를 갖는 열전대, 보호관 및 커버 부재(선단 봉지형)를 갖는 열전대를 설치하여 반응관 주변의 온도를 측정했다.
반응관 주변에 설치된 종래형의 열전대에 의하여 히터의 온도 제어를 실시하여, 900℃에서 600℃까지 강온 속도 30℃／min의 조건으로 강온시험을 실시했다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 반응관 내의 온도는, 제어 온도(종래형의 열전대)에 대하여 높은 온도를 나타내고 있다. 또한, 선단 개방형의 커버 부재를 갖는 열전대 및 선단 봉지형의 커버 부재를 갖는 열전대에 있어서도, 반응관 내의 온도에 대하여 일정한 온도차는 있지만 제어 온도(종래형의 열전대)에 대하여 높은 온도를 나타내는 결과가 되었다.
한편, 종래형의 열전대는, 냉각용 에어의 흐름을 받음으로써, 가장 낮은 온도를 나타내는 결과가 되었다고 생각된다. 즉, 커버 부재(선단 개방형 및 선단 봉지형)를 갖는 열전대는, 종래형의 열전대와 비교하여, 반응관 내의 온도에 보다 가까운 온도를 나타내고 있다. 이로부터, 커버 부재를 갖는 열전대, 즉 냉각용 에어의 보호관으로 향하는 흐름을 차단한 상태에서 반응관 주변의 온도를 검출하는 경우에 있어서는, 냉각용 에어의 영향이 경감되고 있는 것을 안다.
또한, 선단 개방형의 커버 부재를 갖는 열전대는, 선단 봉지형의 커버 부재를 갖는 열전대와 비교하면, 반응관 내의 온도에 보다 가까운 온도를 나타내고 있다. 이 결과에 의하여, 선단 개방형의 커버 부재는, 선단 봉지형의 커버 부재보다 반응관 내의 온도에 대한 응답성이 좋은 것을 알 수 있다.
한편, 커버 부재(88)의 재질로서는, 알루미나(Al2O3) 이외에, 지르코니아(ZrO2), 탄화규소(SiC) 등이 예시된다. 커버 부재(88)가 설치되는 곳의 온도가 어느 정도 낮은 경우(예를 들면 1000℃ 정도 이하의 경우)에는 산화 규소(SiO2)를 사용할 수도 있다.
다음에, 본 발명의 제1 변형예를 도 6(a)～(c)를 토대로 설명한다.
본 발명의 제1 변형예에 있어서 커버 부재(88)의 단면 형상은, 도 6(a)～(c)에 나타내는 바와 같이, 원형 모양, 직사각형 모양 및 삼각형 모양으로 형성되어 있다. 이와 같이, 커버 부재(88)의 단면 형상은, 보호관(86)의 측면 전체를 덮는 형태이면 되고, 직사각형이나 삼각형과 같이 다각형 모양으로 하여도 된다.
다음에, 본 발명의 제2 변형예를 도 6(d)～(h)를 토대로 설명한다.
본 발명의 제2 변형예에 있어서 커버 부재(88)의 단면 형상은, 도 6(d)～(h)에 나타내는 바와 같이, 냉각용 에어(70)의 흐름을 직접 받는 보호관(86) 측면의 하부 부분만을 덮도록 한 형상, 즉 냉각용 에어(70)의 흐름을 직접 받는 측과 반대측인 보호관(86)의 상방 부분의 적어도 일부를 개방하도록 하는 모양으로 형성되어 있다. 예를 들면 도 6(d)～(g)에 나타내는 형태에 있어서는, 커버 부재(88)가 보호관(86)의 저부와 측부를 덮는 형상으로 되어 있다. 또한, 예를 들면 도 6(h)에 나타내는 형태에 대하여는, 커버 부재(88)가 보호관(86)의 저부만을 덮는 형상으로 되어 있다. 이와 같이, 커버 부재(88)는 보호관(86)의 측면의 적어도 일부를 가리도록 구성되어도 된다. 커버 부재(88)를 이러한 형상으로 하여도, 냉각용 에어(70)의 흐름이 보호관(86)에 직접 충돌하지 않도록 할 수 있다.
한편, 보호관(86)의 저부와 측부를 덮는 도 6(d)～(g)의 형태는, 보호관(86)의 저부만을 덮는 도 6(h)의 형태보다, 개방한 부분으로부터 보호관(86)으로 돌아 들어가는 냉각용 에어(70)의 영향을 억제할 수 있다. 보호관(86)의 측면 전체를 덮는 형태[예를 들면 상기 실시 형태 및 제1 변형 예의 도 6(a)～(c)의 형태]라 면, 보호관(86)의 측면으로부터 보호관(86)으로 돌아 들어가는 냉각용 에어(70)의 영향을 없앨 수 있다. 또한, 보호관(86)의 저부와 측부를 덮는 도 6(d)～(g)의 형태는, 보호관(86)의 저부만을 덮는 도 6(h)의 형태보다 높은 단열 효과를 얻을 수 있다. 보호관(86)의 측면 전체를 덮는 도 6(a)～(c)의 형태는, 보호관(86)의 저부와 측부를 덮는 도 6(d)～(g)의 형태보다 높은 단열 효과를 얻을 수 있다.
제1 변형예, 제2 변형예는 선단 개방형, 선단 봉지형의 어느 것에나 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 변형예를 도 7를 토대로 설명한다.
제3 변형예는, 선단 개방형의 커버 부재를 한층 개량한 것이다.
본 발명의 제3 변형예에 있어서 커버 부재(88)의 개구부(90)는, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 보호관(86)의 직경과 거의 같은 크기, 또는, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 보호관(86)의 직경보다 작게 되어 있다. 이와 같이, 개구부(90)는, 보호관(86)의 직경에 근접해도[보호관(86)의 직경과 동등해도] 좋고, 보호관(86)의 직경보다 작게 하더라도 된다. 이에 따라, 냉각용 에어(70)가 개구부(90)로부터 돌아 들어가는 것을 억제할 수 있기 때문에, 선단 개방형 커버 부재(88)의 이점을 살리면서 냉각용 에어(70)의 영향을 받는 것이 보다 어렵게 할 수 있으며, 또한 보다 높은 단열 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 7(b)의 형태는 도 7(a)의 형태보다 개방부(90)로부터 보호관(86)으로 돌아 들어가는 냉각용 에어(70)의 영향을 억제할 수 있다.
상기 실시 형태의 설명에 있어서는, 열처리 장치로서, 복수의 기판을 열처리 하는 배치식의 것을 사용했으나, 이에 국한하지 않고, 매엽식의 것이라도 무방하다.
본 발명은, SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼의 일종인 SIMOX(Separation by Implanted Oxygen) 웨이퍼의 제조 공정의 한 공정에 적용할 수 있다.
즉, SIMOX에 있어서는, 먼저 이온 주입 장치 등에 의하여 단결정 실리콘 웨이퍼 내에 산소 이온을 이온 주입한다. 그 후, 산소 이온이 주입된 웨이퍼를 상기 실시 형태의 열처리 장치를 사용하여, 예를 들면 Ar, O2 분위기 아래, 1300℃～1400℃, 예를 들면 1350℃ 이상의 고온에서 아닐한다. 이들 처리에 의하여, 웨이퍼 내부에 SiO2층이 형성된(SiO2층이 매입된) SIMOX 웨이퍼가 제작된다.
또한, SIMOX 웨이퍼 이외에, 수소 아닐 웨이퍼의 제조 공정의 한 공정에 본 발명을 적용할 수도 있다. 이 경우, 웨이퍼를 본 발명의 열처리 장치를 사용하여, 수소 분위기 중에서 1200℃ 정도 이상인 고온에서 아닐하게 된다. 이에 따라 IC(집적회로)가 만들어지는 웨이퍼 표면층의 결정 결함을 저감 할 수 있고, 결정의 완전성을 높일 수 있다.
또한, 그 외에, 에피텍샬 웨이퍼의 제조 공정의 한 공정에 본 발명을 적용할 수도 있다.
이상과 같은 기판의 제조 공정의 한 공정으로서 실시하는 고온 아닐 처리를 하는 경우라도, 본 발명을 이용함으로써, 냉각용 기체의 영향이 경감되고, 반응관 내의 온도 제어를 정확하게 할 수 있다.
본 발명은, 반도체 장치의 제조 공정에도 적용할 수 있다.
특히, 비교적 높은 온도에서 실시하는 열처리 공정, 예를 들면, 습식 산화, 건식 산화, 수소 연소 산화(pyrogenic 산화), HCl 산화 등의 열산화 공정이나, 붕소(B), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 불순물(dopant)을 반도체 박막에 확산하는 열확산 공정 등에 적용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 반도체 디바이스의 제조 공정의 한 공정으로서의 열처리 공정을 실시하는 경우에 있어서도, 본 발명을 이용함으로써, 냉각용 기체의 영향이 경감되고, 반응관 내의 온도 제어를 정확하게 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 냉각용 유체의 보호관으로 향하는 흐름을 차단하도록 보호관의 외부에 커버를 설치함으로써, 냉각용 유체의 영향이 경감되어, 반응관 내의 온도 제어를 정확하게 실시할 수 있다.
Claims (14)
- 기판을 처리하는 반응관과,상기 반응관 내의 기판을 가열하는 히터와,상기 반응관 외부에 냉각용 유체를 유통시키는 유로와,상기 반응관 주변의 온도를 검출하는 열전대를 갖고,상기 열전대는 보호관으로 덮여진 상태에서 상기 냉각용 기체를 유통시키는 유로 내부에 설치되고,상기 보호관의 외부에는 상기 냉각용 유체의 상기 보호관으로 향하는 흐름을 차단하는 커버가 설치되는 기판 처리 장치.
- 청구항 1의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 커버의 선단부에는 개구부가 설치되고, 상기 커버는 상기 개구부가 상기 반응관의 외측면과 대향하도록 배치되는 기판 처리 장치.
- 청구항 2의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 개구부에 의하여 상기 열전대의 온도 측정 접점이 위치하는 상기 보호관의 선단부는 노출되어 있고, 상기 보호관은 상기 노출된 선단부가 상기 반응관의 외측면과 대향하도록 배치되는 기판 처리 장치.
- 청구항 3의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 냉각용 유체가 상기 반응관의 외측면과 평행으로 흐르도록 구성되는 기판 처리 장치.
- 청구항 4의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 보호관은, 그 관축이, 상기 냉각용 유체의 흐름과 직각이 되도록 배치되는 기판 처리 장치.
- 청구항 4의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 보호관은, 그 관축이, 상기 반응관의 관축과 직각이 되도록 배치되는 기판 처리 장치.
- 청구항 4의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 보호관은, 그 관축이, 수평이 되도록 배치되는 기판 처리 장치.
- 청구항 4의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 보호관과 상기 커버와의 사이에는 공간이 설치되는 기판 처리 장치.
- 청구항 4의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 커버는, 상기 보호관의 측면의 적어도 일부를 덮도록 구성되어 있는 기판 처리 장치.
- 청구항 4의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 커버는, 상기 보호관의 측면의 전체를 덮도록 구성되어 있는 기판 처리 장치.
- 청구항 1의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 커버의 선단부가 폐색되어 있는 기판 처리 장치.
- 청구항 1의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 커버는, 알루미나, 지르코늄 또는 탄화규소 제인 기판 처리 장치.
- 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,상기 반응관 내에서 기판을 가열하여 처리하는 공정과,기판을 처리한 후에 상기 반응관 외부에 냉각용 유체를 유통시킴과 동시에, 상기 냉각용 유체를 유통시키는 유로 내부에 설치되고 보호관으로 덮여진 열전대에 의하여 상기 반응관 주변의 온도를 검출하면서, 상기 반응관 내부의 온도를 강온하는 공정과,처리 후의 기판을 상기 반응관 내부로부터 반출하는 공정을 가지며,상기 반응관 내부의 온도를 강온하는 공정에서는, 상기 냉각용 유체의 상기 보호관으로 향하는 흐름을 차단한 상태에서 상기 반응관 주변의 온도를 검출하는 기판의 제조 방법.
- 반응관 내에 기판을 반입하는 공정과,상기 반응관 내에서 기판을 가열하여 처리하는 공정과,기판을 처리한 후에 상기 반응관 외부에 냉각용 유체를 유통시킴과 동시에, 상기 냉각용 유체를 유통시키는 유로 내부에 설치되고 보호관으로 덮여진 열전대에 의하여 상기 반응관 주변의 온도를 검출하면서, 상기 반응관 내부의 온도를 강온하는 공정과,처리 후의 기판을 상기 반응관 내부로부터 반출하는 공정을 가지며,상기 반응관 내부의 온도를 강온하는 공정에서는, 상기 냉각용 유체의 상기 보호관으로 향하는 흐름을 차단한 상태에서 상기 반응관 주변의 온도를 검출하는 반도체 장치의 제조 방법.
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