KR20080114556A - 가열 장치, 이것을 이용한 기판 처리 장치 및 반도체장치의 제조 방법 및 관통 부재 - Google Patents

가열 장치, 이것을 이용한 기판 처리 장치 및 반도체장치의 제조 방법 및 관통 부재 Download PDF

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겐지 다나카
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
데이또꾸샤 가부시키가이샤
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Abstract

[과제]
새로운 발열체의 유지 구조를 제공하는 것.
[해결 수단]
판상(板狀)으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부를 갖는다. 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부를 갖는다. 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 관통부에서도 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 관통하는 방향에 대한 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통부재를 갖는다.
가열 장치, 기판 처리 장치

Description

가열 장치, 이것을 이용한 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 관통 부재{HEATING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS EMPLOYING THE SAME, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES, AND EXTENDING MEMBER}
본 발명은, 반도체 제조 기술, 특히, 피처리 기판을 처리실에 수용해서 발열체에 의해 가열한 상태에서 처리를 실시하는 열처리 기술에 관한 것으로서, 가열 장치, 이것을 이용한 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 및 관통 부재에 관한다.
도 1에 종래의 가열장치를 사용한 처리로(500)의 개략 단면도를 나타낸다. 가열장치는, 대략 원통형상으로 상단이 덮힌 금속제의 케이징(501)과, 이 케이징(501)의 내측에 설치한 대략 원통형상의 단열재(502)와, 이 단열재(502)의 내벽에 설치된 발열선(503)을 갖는다. 이 가열장치의 내측에, 균열관(504) 및 처리실을 형성하는 반응관(505)이 설치되고, 이 반응관(505) 중에서 웨이퍼(506)에 소망의 열처리가 행해진다.
최근, 금속 배선 프로세스(Cu 어닐링 등)로, 프로세스 온도의 저온화(300℃ 이하)와, 한층 더 쓰루풋 향상이 요구되어 있다. 따라서, 웨이퍼의 상승온도 시간 의 단축이 중요한 것으로 되었다. 따라서, 웨이퍼의 상승 시간의 단축이 중요하게 되었다. 그렇지만, 그러한 요청에 도 1에 기재된 바와 같은 가열장치를 사용하면, 현재의 히터는 중고온 영역에서 사용할 수 있도록 대용량의 단열재를 가지고 있기 때문에, 상승온도 특성이 나쁘고, 쓰루풋의 향상이 어려웠다. 그리하여, 열용량이 작고, 고응답성인 가열장치가 필요하게 되었다.
또한, 특허문헌 1에 관한 기판 처리 장치에서는, 발열체에 복수의 핀을 관통시켜, 이 핀으로부터 가열공간으로 냉각 가스를 보내어 넣는 것으로, 급격한 냉각을 가능하게 한다. 그리하여, 냉각특성에 착안하여, 가열장치의 응답성을 향상시키고 있다.
특허문헌 2에 관한 기판 처리 장치에서는, 히터 유닛이, 처리실의 주변을 둘러싸도록 부설된 발열체와, 이 발열체를 둘러싸도록 부설된 제 1 반사체와 이 제 1 반사체의 외측에 공간을 차지하여 둘러싸도록 부설된 제 2 반사체를 설치하고, 처리실의 승강온 효율을 향상시키고 있다.
그러나, 어떠한 종래 기술에 있어서도, 스루풋(throughput)의 향상은 불충분해서, 발열체의 더욱 적절한 유지 구조가 필요하게 되었다.
[특허문헌 1] WO2007/023855
[특허문헌2] 일본국 공개특허공보 특개 2004-311648호
이러한 종래의 실상을 감안하여, 본 발명은, 새로운 발열체의 유지 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본발명에 따른 가열 장치의 특징은, 판상(板狀)으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재를 갖는 것에 있다.
상기 본발명에 따른 기판 처리 장치의 특징에 의하면, 측벽재는 도전성 재료로 구성되기 때문에, 열용량이 적어서 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다. 그러면서도, 상기 관통하는 방향에 대한 발열체의 이동, 특히 중간부의 이동을 상기 돌출부에 의해 규제하는 것으로써 이 발열체, 특히 중간부가 측벽재에 접촉할 일도 없다.
본 발명의 다른 목적, 구성 및 효과에 대해서는, 이하의 발명의 실시예의 항으로부터 밝혀질 것이다.
다음에, 첨부된 도면을 적절히 참조하면서, 본 발명을 더욱 자세하게 설명한 다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태로서의 제 1 실시예를 설명한다.
도 2 내지 7에 나타나 있는 바와 같이 기판 처리 장치(1)는, 대략, 처리실(308)을 형성하는 반응 용기(309)와, 이 반응 용기의 외주에 배치된 가열 장치(3)와, 주 제어장치(4)를 구비하고 있다.
가열 장치(3)는, 대략, 천정부(10), 원통 모양의 중간부(11), 하부(12) 및 단자 케이스(13)를 갖고, 중간부(11)에는 발열체(20)가 지지되어 있다. 천정부(10)에는 밑면과 측면에 개구하는 엘보우(elbow) 상의 배기로(81)가 형성되고, 더욱 그 하부에 반사 장치(90)를 갖고 있다. 중간부(11)는, 발열체(20)를 지지하는 인너 셀(shell)(50)을 절연 상태에서 아우터 셀(shell)(60)에 의해 포위하고, 더욱 외주를 화장 패널(70)로 포위하고 있다. 인너 셀(shell)(50)과 아우터 셀(shell)(60)과는 도전성의 재료로 구성되어 있고, 예를 들면 스테인레스 재 등의 금속재로 구성되어 있다.
중간부(11)의 상부와 흡기 어태치먼트(7x)와의 사이에는 냉각 가스 도입 덕트(duct)(7y)가 취부된다. 흡기 어태치먼트(7x)의 개구에는 개폐 밸브((7a))로서 예를 들면 나비 밸브가 장착되고, 유로를 개폐할 수 있게 되어 있다. 흡기 어태치먼트(7x)는 냉각 가스 공급 라인(7)에 접속된다. 인너 셀(shell)(50) 및 아우터 셀(shell)(60)의 사이에 원통 모양의 냉각매체 유통통로로서의 기도(14)가 형성된다. 냉각 가스 도입 덕트(duct)(7y)는 환상으로 대략 균등하게 배치된 복수의 파이 프(61)에 의해 기도(14)와 연통된다. 한편, 배기로(81)에는 강제 배기를 행하는 배기 블로어(8a)를 구비한 강제 배기 라인(8)이 접속되고, 가열 장치(3)의 내부공간인 가열 공간의 강제 배기가 행하여진다. 그리고, 냉각 가스 공급 라인(7)으로부터 도입된 공기 혹은 불활성가스 등 가스는 기도(14) 및 후술의 복수의 애자공으로부터 가열 공간(18)에 냉각 가스로서 공급되고, 강제 배기 라인(8)으로부터 배기된다.
반응 용기(309)는, 가열 공간(18)에 순차 동심으로 배치되는 균열관(315) 및 반응관(310)을 구비하고, 이 반응관(310) 안에 처리실(308)이 형성된다.
이 처리실(308)에는 웨이퍼(305)를 수평 다단으로 유지하는 보트(300)가 수납된다.
이 보트(300)는 도면에 나타나 있지 않은 보트 엘리베이터에 의해, 처리실 내(308)에 장입, 인출가능하다.
반응관(310) 안에는 반응 가스 도입관(5x) 및 배기관(6x)이 연통된다.
반응 가스 도입관(5x)에는 유량제어기(5a)가 설치되어지고, 배기관(6x)에는 압력제어기(6a)가 설치되어진다. 반응 가스가 소정 유량으로 도입됨과 동시에 상기 반응관(310) 안이 소정 압력으로 유지되도록, 배출구(6y)로부터 내부 가스가 배기되고, 배기관(6x)을 통해서 처리실 외부로 배출된다.
다른 냉각 가스 공급 라인(5y)은, 균열관(315)과 반응관(310)과의 사이에 형성되는 균열관내 공간(317)에 연통된다. 상기 냉각 가스 공급 라인(5y)에는 유량제어기(5b)가 설치되어진다. 또한 흡기 어태치먼트(7x)에는 개폐 밸브((7a))가 설치 되어진다. 강제 배기 라인(8)에는 배기장치로서의 배기 블로어(8a)가 설치되어진다. 즉, 균열관내 공간(317)과 가열 공간(18)의 쌍방에 대하여 냉각 가스를 적당하게 도입·조정하는 것이 가능하다.
발열체(20)는 중간부(11)의 원통의 축중심 방향에 대하여, 필요한 존(Z1 내지 Z5)에 복수단계로 구분되고, 존 제어가 가능하게 되어 있다. 각 존에는 각 존의 가열온도를 검출하는 온도검출기가 설치되어져 있다. 또한, 발열체(20)는 각 존 각각의 성형 패턴(pattern)을 같게 하는 것에 의해, 발열량을 각 존과도 균일하게 하도록 하여도 좋다.
기판 처리 장치(1)의 각 부분은 주 제어장치(4)에 의해 제어되고, 예를 들면 반응관(310) 안에서 처리되는 웨이퍼(305)의 처리 상태는, 주 제어장치(4)에 의해 제어된다. 이 주 제어장치(4)는, 온도 모니터부(4a), 가열 제어부(가열 제어장치) (4b), 반사 제어부(4c), 제 1 유량제어부(4d), 반응관(310) 안의 압력을 제어하는 압력제어부(4e), 제 2 유량제어부(4f), 배기 제어부(4g) 및 상기 보트 엘리베이터 등의 기구부를 제어하는 구동 제어부(4h)를 구비하고 있다.
온도 모니터부(4a)는 제 1 내지 제 3 온도검출기(TC1 내지 TC3)의 온도를 검출한다. 여기에서, 제 1 온도검출기(TC1)는 발열체(20) 근방으로 각 존(Z1 내지 Z5)마다 설치되어진다. 제 2 온도검출기(TC2)는 반응관(310) 안의 주부(周部)에 있어서의 상기 각 존(Z1 내지 Z5)마다 설치되어진다. 또한, 제 3 온도검출기(TC3)는 반응관(310)보다 위쪽 혹은 반응관(310)의 상부 중앙을 포함하는 범위에 설치되어져 있다.
가열 제어부(4b)는, 온도 모니터부(4a)의 검출 결과에 근거해 각 존(Z1 내지 Z5)의 발열체(20)의 발열량을 제어한다. 또한 반사 제어부(4c)는, 온도 모니터부(4a)의 검출 결과에 근거해 반사 장치(90)의 구동장치로서의 액추에이터(99)를 제어한다. 그리고, 밑면이 경면 처리된 반사체(리플렉터)(91)를 적당하게 경사시켜서 발열체(20)로부터 반응관(310)의 상부중앙에 대한 집광도를 변경하고, 이 부분의 온도제어를 행한다.
제 1 유량제어부(4d)는 유량제어기(5a)를 제어하고, 압력제어부(4e)는 압력제어기(6a)를 제어하고, 반응 가스의 도입과 압력을 제어한다.
또한 제 2 유량제어부(4f)는 유량제어기(5b)를 제어하고, 배기 제어부(4g)는 개폐 밸브(7a) 및 배기 블로어(8a)를 제어하고, 냉각 가스의 도입과 배출을 제어한다.
도 4에 도 2 중의 Ａ부의 확대도를 나타낸다. 발열체(히터 소선(素線))(20)는, 알루미나 등의 절연 소재로서의 현수 애자(30)에 의해 인너 셀(shell)(50)에 고정되어 있다. 상기 발열체(20)에는 급속가열이 가능한 발열 재료, 예를 들면 Fe-Al-Cr 합금을 채용할 수 있고, 발열 표면적이 커지게 되도록, 단면은 평판 형상 등의 형상이 채용되고, 면상 발열체로서 구성되어 있다. 발열체(20)는 상하에 사행(蛇行) 상의 절반부(21,22)를 갖고 있고, 중간부는 상 절반부(21)와 하 절반부(22)를 각각 반 피치(pitch) 비켜 놓아서 접속하는 소선부(23)과, 각 소선부(23) 사이에 위치하는 간극(24)으로부터 구성되어 있다. 또한 발열체(20)의 상부는 현수 애자(30)에 유지되는 절곡부(20a)로서 절곡 가공이 되어 있다. 인너 셀(shell)(50) 내면은 경면 처리되어 있고, 발열체의 소선부(23) 이면에서 복사되는 열선을 상기 내면에서 반사시켜, 간극(24)으로부터 가열 공간(18)을 향해서 방사한다.
절연재료로서의 현수 애자(30)는 알루미나 등의 내열절연재료로 이루어지는상 애자(31) 및 하 애자(32)로부터 이루어지고, 상 금구(33)와 하 금구(34)로 발열체(20)의 상부에 있어서의 절곡부(20a)를 끼고, 핀(35)으로 용착고정되어 있다. 하 금구(34)는 두군데의 절곡부에 있어서 볼트(36)에 의해 인너 셀(shell)(50)에 취부된다.
인너 셀(shell)(50)에는 중앙에 관통공(40a)를 가져 기도(14) 안의 냉각 가스를 인너 셀(shell)(50) 내부에 공급하는 복수의 급냉 파이프(40)가 인너 셀(shell)(50)의 내벽으로부터 가열 공간(18)측을 향해서 돌출하도록 설치되어져 있다. 급냉 파이프(40)는 알루미나 등의 절연 내열재료에 의해 형성되어 있다. 이 급냉 파이프(40)는, 간극(24)에 있어서 발열체(20)를 관통하는 관통부 (40d)와, 이 관통부(40d)가 발열체(20)를 관통하는 관통 방향(V)에 교차하는 방향으로 이 관통부(40d)보다도 돌출하는 돌출부로서의 대략 원형의 날밑(40b, 40c)에 의해 발열체(20)의 중턱의 움직임을 제한한다. 즉, 한 쌍의 날밑(40b, 40c) 간의 관통부(40d)에 홈을 형성한다. 또한, 발열체(20)의 하단을 하단의 현수 애자(30)의 상단 위치에 겹치는 위치에 설치하고, 발열체(20)의 하단의 급냉 파이프(40)의 관통 방향에 대한 움직임을 제한한다.
인너 셀(shell)(50)의 이면에는 냉각매체 유통통로로서의 수냉관(59)이 설치되어져 있다. 이 수냉관(59)은, 인너 셀(shell)(50)의 외면에 축중심 방향으로 나 선 모양으로 둘러 감아서 용착된다. 예를 들면 급·배수 경로(59a, 59b)를 거쳐서 냉각수 등의 냉각 매체를 흘려보내는 것에 의해 인너 셀(shell)(50)의 온도상승을 막고, 거의 일정하게 유지한다.
인너 셀(shell)(50)의 외측에는 복수의 접속 애자(51)를 통해 절연 상태에서 아우터 셀(shell)(60)이 취부된다. 접속 애자(51)는 절연성과 내열성을 갖는 알루미나 재로 제작되어 있기 때문에, 예기치 못하게 발열체(20)와 인너 셀(shell)(50)이 접촉하고, 인너 셀(shell)(50)에 전류가 전해지는 등에 의해 예를 들면 단락해도, 접속 애자(51)에 의해 전류가 아우터 셀(shell)(60)에 전해질 일은 없다.
접속 애자(51)의 안쪽은 인너 셀(shell)(50)에 대하여 제 1 볼트(52)로 고정된다. 한편, 접속 애자(51)의 외측은 아우터 셀(shell)(60)에 대하여 절연 내열재료로서의 환상 중공 형상의 칼라(53)을 통해 제 2 볼트(54)로 고정된다. 칼라(53)는 아우터 셀(shell)의 취부공을 관통해서 설치되어져, 아우터 셀(shell)(60)의 두께보다도 두텁게 형성되고, 제 2 볼트(54)의 두부 밑면과 접속 애자(51) 외면과의 사이에 클리어런스(간극)을 설치하고 있다. 인너 셀(shell)(50)이 열팽창에 의해 부풀어 올라도, 그 변형만큼을 이 클리어런스에 의해 흡수하고, 아우터 셀(shell)(60)에 열응력이 작용하는 것을 막고, 아우터 셀(shell)(60)의 변형을 방지하고 있다.
아우터 셀(shell)(60)의 더욱 외측에는 기둥(62)을 통해 최외곽인 측벽 외층으로서의 화장 패널(70)이 설치되어져 있다. 이 화장 패널(70)은 플랜지를 갖는 틀(62)을 통해 아우터 셀(shell)(60)과 예를 들면 금속제의 리벳(62a)에 의해 고정 아우터 셀(shell)(60)의 상부에는 원통 모양의 상기 기도(14)에 연통하는 개구(61a)가 설치되어져, 이 개구(61a)에 파이프(61)의 일단이 용접된다. 파이프(61)는 화장 패널(70)을 관통하고, 그 다른 말단이 냉각 가스 도입 덕트(duct)(7y)에 연통되어 있다. 또한, 기둥(62), 화장 패널(70)은 도전성을 갖는 재료로 구성되어 있고, 예를 들면 스테인레스 재료 등의 금속재료로 구성되어 있다. 이 때문에, 화장 패널(70)과 아우터 셀(shell)(60)과는 기둥(62)을 통해 도전하는 상태로 접속되어 있다. 또한, 아우터 셀(shell)(60)이나 화장 패널(70)에 대한 도전을 전술한 바와 같이 막는 것으로 기판처리 장치 전체에의 도전을 방지하고, 작업시의 감전 등이나 기판처리 장치 내의 전장품이 파손하는 것을 막고 있다.
도 4에 나타나 있는 바와 같이 인너 셀(shell)(50)은 상하에 복수분할되어 있다. 분할된 상측의 셀(shell)과 이것에 인접하는 하측의 셀(shell)과의 사이에는 간극(50s)이 설치되어져 있다. 그리고, 인너 셀(shell)(50)의 중 상측의 셀(shell)인 상측 셀(shell)에 설치되어진 제 1 플랜지(50t)와 하측 셀(shell)의 수냉관(59)과의 사이에 세라믹(ceramic) 파이버(fiber) 등의 단열부재로 이루어지는 단열 블랭킷(50a)를 개재시켜, 간극(50s)으로부터의 열도주(도망침)을 막고, 열에 대하여 상하의 셀(shell)을 분단하고 있다.
도 7에 나타나 있는 바와 같이 중간부(11)의 하부에서는, 인너 셀(shell)(50)의 외측에 게시한 제 2 플랜지(50x)와 아우터 셀(shell)(60)의 안쪽에 게시한 제 3 플랜지 (60x)와의 사이에 단열 및 절연부재로서의 단열 블랭킷(50y)를 개재시켜 있다. 이에 따라 인너 셀(shell)(50)과 아우터 셀(shell)(60) 과의 사이는 절연됨과 동시에 단열 블랭킷(50y)에 의해 기밀상태가 유지된다. 또한 제 3 플랜지 (60x)와 밑바닥 뚜껑(72a)과의 사이에 단열부재로서의 단열 블랭킷(60y)을 설치하고, 인너 셀(shell)(50) 내부공간의 기밀을 유지하고 있다. 중간부(11)와 천정부(10)의 사이에도 같은 취지의 구조가 채용되고, 절연 상태와 기밀상태가 유지된다. 최하단의 발열체(20)의 하부는 발열체(20)의 중턱의 움직임을 제한하는 급냉 파이프(40)와는 별도로 설치되어진 급냉 파이프(42)에 의해 지지되어 있다.
다음에 도 4 내지 6, 8 내지 12를 참조하면서, 발열체(20)와 그 유지 구조 또는 지지 구조에 관하여 설명한다.
도 8은, 타발가공 후 절곡가공 전의 발열체(20')의 상태를, 도 9는 절곡 가공 후의 발열체(20)를 나타낸다. 발열체(20)에 있어서의 사행 상의 상측 절반부(21)는 사각형을 보이고, 절곡 가공에 의해 유지용의 절곡부(20a)로 된다. 후술의 돌기(32d)에 의한 이동 제한을 행하고, 발열체의 단선·단락을 방지하고, 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
한편, 발열체의 하측 절반부(22)는, 소선 중턱 부분과 같은 대폭(帶幅),혹은 그 이상의 대폭으로 원호상으로 하여 소선부(23)의 질량을 절약한다. 이에 따라 발열체(20) 전체의 열용량을 감소시켜, 발열체(20) 전체의 응답성을 향상시키고 있다.
도 4 내지 6, 10 내지 12에 나타나 있는 바와 같이 현수(懸垂) 애자(30)를 구성하는 상 애자(31) 및 하 애자(32)에는 각각 핀(pin) 관통용의 구멍(31a,32a)이 형성되어, 상 애자(31)의 외측 밑면의 볼록부(3lb)와 하 애자(32)의 외측윗면의 오목부(32b)가 합쳐질 수 있다. 이에 따라 상 애자(31)의 안쪽밑면(31c)과 하 애자(32)의 안쪽 윗면(32c)과의 사이에 이전의 절곡부(20a)를 끼우는 간극을 형성한다. 상 애자(31)는 안쪽 가장자리(31d)가 하방으로 돌출하여, 끼워진 절곡부(20a)의 탈락을 저지하도록 유지한다.
하 애자(32)에는, 대략 4각 기둥 형상의 돌기(32d)가 설치되어져, 이 돌기의 양측에 이전의 안쪽 윗면(32c)이 위치한다. 하 애자(32)는 여러 개가 간격을 두고 핀(35)에 관통되어, 이웃이 되는 안쪽 윗면(32c) 간에 절곡부(20a)가 배치된다. 발열체(20)는 원통 모양의 인너 셀(shell)(50)의 내면의 원호방향(R)에 따라 배치되지만, 절곡부(20a)의 양단이 이전의 돌기(32d)에 각각 접촉하여 맞춰지는 것에 의해, 원호방향(R)에 대한 이동이 제한된다. 또한 현수 애자(30)는, 이 원호방향(R)에 대하여 간헐적으로 배치되므로, 열용량이 큰 애자의 총량을 감소시킴으로써 전체의 열용량을 감소시켜, 발열체(20) 전체의 응답성을 향상시키고 있다.
상기 급냉 파이프(40)는, 인너 셀(shell)(50)의 내면에 대한 직교 방향이고 상기 발열체(20)를 관통하는 방향인 관통 방향(V)으로 돌출한다. 그리고, 이전의 날밑(40b, 40c)에 의해 상기의 발열체(20)의 중턱의 움직임을 제한한다. 또한, 발열체(20)의 하단(22)을 하단의 현수 애자(30)의 상단 위치에 겹치는 장소에 배치하는 것으로써 발열체(20)의 하단(22)의 상기 관통 방향(V)에 대한 움직임을 제한한다. 즉, 급냉 파이프(40)로 상하 방향 중턱의 발열체(20)의 가열 장치 지름 방향으로의 볼록 변형과 오목 변형을 제한하고, 현수 애자(30)로 소선 하단의 오목변형을 제한하고 있다. 측벽재로서의 인너 셀(shell)(50)은 열용량이 작은 스테인레스강 등의 금속제 재료로 구성되어, 대기 분위기에서 사용할 수 있는 발열체(20)를 절연한 상태에서 고정할 수 있다. 또한, 도전성이 있는 물질의 대부분은, 금속 등의 저 열용량의 물질이며, 도전성이 없는 물질의 대부분은, 알루미나, 석영 등의 고 열용량의 물질이며, 이러한 구조에 의해, 가열 장치(3)의 응답성을 더욱 향상시키고 있다.
현수 애자(30)의 상 금구(33) 및 하 금구(34)는 강성의 점에서는 상기 원호방향(R)에 연속하고 있는 것이 바람직하다. 그러나, 발열체(20)의 가열시의 열팽창에 의한 열변형을 막기 때문에, 분단의 필요도 있다. 여기서, 적당한 개수의 현수 애자(30)마다 상 금구(33) 및 하 금구(34)를 분단하는 것으로써 비틂 강성을 유지하면서 열팽창에 의한 하 금구(34) 사이의 간극(34a)을 최소한으로 남기고 있다.
또한 각 하 금구(34) 사이에 각 상 금구(33)를 걸치게 하는 것으로써 더욱 비틂 강성을 향상시키고 있다.
다음에 도 7을 참조하면서, 하부(12)의 구조에 관하여 설명한다. 발열체(20)는 하나의 하층의 현수 애자(30)에 의해 인너 셀(shell)(50)에의 하 절반부(22)의 근접이 저지된다. 한편, 최하단의 발열체(20)에 대하여는 이 현수 애자가 존재하지 않는다. 여기서, 이 최하단에서는, 발열체(20)의 중턱에 상기와 같은 위치에 급냉 파이프(40)를 설치해서 중턱 부분의 변형을 억제하고, 발열체(20)의 하 절반부(22)에도 다른 급냉 파이프(42)를 설치해서 하 절반부(22)의 상기 관통 방향(V)에 대한 인너 셀(shell)(50)에의 근접, 격리 변형을 막고 있다. 또한, 양쪽 급냉 파이 프(40, 42)는 동종의 부재를 쓰고 있지만, 다른 것을 사용해도 된다.
그런데, 도 7의 구성에 있어서, 하측의 급냉 파이프(42)만을 채용한 경우에는, 발열체(20)의 하단의 변형은 제한할 수 있지만, 발열체(20)의 중턱의 볼록변형·오목변형을 억제할 수 없다. 발열체(20)의 중턱이 가열 공간(18)측에 볼록변형하면 반응 용기와 접촉의 우려가 있다. 또한 발열체(20)의 중턱이 오목변형하면, 인너 셀(shell)(50)과의 접촉에 의한 쇼트(short)(인너 셀(shell)에 전류가 전해 지는 등, 예를 들면 단락)의 우려가 있다. 한편, 중턱의 급냉 파이프(40)만을 채용한 경우에는, 발열체(20)의 하단이 오목변형하면, 인너 셀(shell)(50)과의 접촉에 의한 쇼트(short)의 우려가 있다. 또한, 이것들의 거동으로 발열체(20)가 빈번히 볼록변형·오목변형하면, 열응력에 의해 단선의 우려가 증대하고, 발열체 수명의 저하로 연결된다. 도 7의 구성은 이들 문제를 해소하는 것이다. 또한, 상기의 2개의 급냉 파이프를 채용한 도 7의 구조는, 최하단만에 한하지 않고, 어떠한 위치의 발열체에 적용해도 좋다. 단, 발열체(20)의 지지 방향(상하방)에 대한 발열체(20)의 집적도를 향상시키기 위해서는, 하나의 하층의 현수 애자(30)에 의해 인너 셀(shell)(50)에의 하 절반부(22)의 근접을 저지하는 것이 바람직하다. 또한 열용량의 점에서도, 하나의 하단의 현수 애자(30)에 의해 인너 셀(shell)(50)에의 하 절반부(22)의 근접을 저지하도록 하고, 급냉 파이프(애자)의 사용량을 감소시키는 편이 낫다.
도 2,4에 나타나 있는 바와 같이, 본실시예에서는 상하방에 9단계의 발열체(20)가 설치되어져, 인너 셀(shell)(50)은 상하 방향으로 3분할되어, 각 분할체 가 발열체(20)을 3단계로 유지한다. 그리고, 인너 셀(shell)(50) 사이에는 열팽창에 의한 신장을 흡수하기 때문에, 간극(50s)이 설치되어진다. 또한 냉각 가스가 간극(50s)으로부터 가열 공간(18) 내부에 공급되지 않도록 단열재로서의 단열 블랭킷(50u)으로 냉각 가스가 간극(50s)을 가로막고 있다. 본실시예에서는 인너 셀(shell)(50)의 하단에 플랜지(50t)를 설치하고, 하단의 인너 셀(shell)(50)의 최상단에 위치하는 수냉관(59)과 동(同) 플랜지(50t)와의 사이에 단열 블랭킷(50u)을 끼워, 이 간극(50s)을 가로막고 있다. 이 구성에 의하면, 단열 블랭킷(50u)에는 그 신축성에 의해 인너 셀(shell)(50)의 팽창·수축을 흡수하고, 인너 셀(shell)(50)과 가열 공간(18)과의 기밀성을 유지할 수 있다.
여기에서, 급냉 파이프(40)의 관통공(40a)은, 반응 용기(309), 나아가서는, 그 중의 웨이퍼를 급속하게 냉각한다. 그러나, 간극(50s)은, 급냉 파이프(40)과 비교하면 컨덕턴스도 적기 때문에, 냉각 가스의 대부분은 간극(50s)으로부터 가열 공간에 누설한다. 또한, 간극(50s)은 인너 셀(shell)(50)의 분할체끼리의 사이에 위치하고, 급냉 파이프(40)의 출구에서도 반응 용기(309)와 떨어져 있다. 특히 반응 용기(309)의 앞쪽으로는 발열체가 존재하기 때문에, 반응 용기(309)에서의 냉각이 비효율로 되어버린다. 이것을 막기 위해서 상기 간극(50s)을 가로막는 구조가 필요하다. 이 구조는, 간극(50s) 상하단과도 플랜지(50t)를 설치하거나 수냉관(59)을 형성해도 되지만, 한 쪽이 플랜지, 다른 쪽이 수냉관쪽이 구조상 낭비를 보이지 않고 우수하다.
간극(50s)의 근방에서는 수냉관(59)을 균일한 냉각을 위해 반드시 적절한 위 치에 배치할 수 있다고는 할 수 없다. 따라서, 상하 9단계로 적층된 발열체(20)의 각 단계마다 인너 셀(shell)을 분단해서 설치하는 것이 아니고, 복수 단계의 발열체(20)를 인너 셀(shell)(50)의 1 분할체에 지지시켜, 웨이퍼 간의 온도편차의 발생을 억제하고 있다. 이러한 점 및 열팽창에 의한 신장량이 비교적 작아서 간극의 문제를 해소할 수 있는 것으로부터, 본 실시예에서는 각 분할체에 3단계의 발열체(20)를 지지시키고 있다. 또한 수냉관은 각 분할체마다 1계통으로 설치하므로 전체로 3계통이지만, 온도제어가 가능한 한, 3분할체 전체에서 1계통으로 하거나, 더 나아가 다른 수의 계통으로 해도 된다.
다음에 상기 기판 처리 장치(1)의 동작에 관하여 설명한다.
웨이퍼(305)의 처리는, 이 웨이퍼(305)가 장전된 상기 보트(300)가 보트 엘리베이터에 의해 상기 반응관(310)에 장입되고, 상기 가열 장치(3)의 가열에 의해 소정 온도까지 급속가열된다.
이 가열 장치(3)에 의해 상기 웨이퍼(305)를 소정 온도로 가열한 상태에서 상기 반응 가스 도입관(5x)으로부터 반응 가스가 도입되고, 상기 배기관(6x)을 거쳐서 배기 가스가 배출되고, 상기 웨이퍼(305)에 필요한 열처리가 행해진다.
보통, 상기 보트(300)의 장입전은 필요한 온도, 예를 들면 550℃에 보온해 두고, 이 보트(300)가 장입된 후는 웨이퍼 처리 온도, 예를 들면 850℃까지 온도상승이 유지된다.
한편, 장입전의 온도, 처리 온도는 기판 처리 장치에서의 처리 내용에 따라 적절한 온도가 선택된다.
상기 발열체(20)의 각 단계의 발열체(20)는 온도 모니터부(4a)에 의해 독립한 존마다 측정되고, 발열체(20) 및 반사 장치(90)에 의해 온도제어된다. 각 존의 발열체(20)는 연속한 한 개의 발열체이므로, 이 발열체(20)에 이상이 있었을 경우, 예를 들면 단선이 있었을 경우도 즉시 발견할 수 있고, 각 단계의 발열체의 열화 상태도 용이하게 파악할 수 있다.
처리가 완료하면, 웨이퍼 출로 온도, 예를 들면 550℃까지 급속냉각된다. 이 웨이퍼(305) 처리 후의 냉각은, 상기 유량제어기(5a) 및 에어벨브(7a)가 열려, 공기 혹은 질소 가스 등 불활성가스가 냉각 가스로서 상기 냉각 가스 공급 라인(5y, 7)으로부터 공급된다. 상기 냉각 가스 공급 라인으로부터 공급된 냉각 가스는 급냉 파이프(40)의 관통공(40a)을 통해서 가열 공간(18)에 유입하고, 발열체(20)를 외면, 내면의 양측에서 급속하게 냉각한다.
이러한 냉각 파이프(40)를 채용한 구성에서는, 히터의 냉각 속도, 나아가서는 웨이퍼의 냉각 속도를 향상시킬 수 있고, 웨이퍼 처리의 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각 파이프(40)는 발열체 누름과 냉각 가스 공급 관를 겸하고 있기 때문에, 별도 히터 냉각용의 가스관을 설치할 필요가 없고, 그 때문에, 히터 내벽에 있어서의 발열체 면적을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각 파이프(40)의 관통공(40a)의 개구부는 발열체(20)보다도 안쪽에서 개구하고 있으므로, 냉각 가스에 의해 발열체(20)가 국소적으로 냉각되는 것을 방지한다. 그 결과, 발열체(20)의 국소적인 변형, 비틀어짐, 균열을 억제하고, 나아가서는, 발열체(20)의 단선, 반응관(310)과의 접촉을 방지할 수 있다.
원통 모양의 기도(14)에 도입되는 냉각 가스는, 용적이 큰 냉각 가스 도입 덕트(duct)(7y)를 통해 분산되어지는 것으로써 기도(14)에 균일하게 냉각 가스가 유입하고, 냉각 편차의 발생이 방지된다. 그 후에 냉각 가스는, 복수의 파이프(61), 기도(14), 복수의 급냉 파이프(40)를 통해 가열 공간(18)에 불어 들어와져, 가열 공간(18)을 상승해서 배기도로(81)로부터 배기된다. 인너 셀(shell)(50) 내면은 가열 공간(18)을 상승하는 냉각 가스에 의해 냉각되고, 균열관(315) 및 반응관(310)은 가열 공간(18) 및 균열관 내 공간(317)을 상승하는 냉각 가스에 의해 급속하게 냉각된다. 이들에 의해 반응관(310) 안의 웨이퍼(305)는 급속냉각된다. 발열체(20)에 Fe-Cr-Al이나 카본(carbon), SiC 등의 발열체를 채용하는 것으로써 급속가열, 고온가열이 가능해지고, 더욱 냉각 가스에 의한 가열 장치(3)의 냉각에 의해 급속냉각이 가능하게 된다.
냉각이 완료하면, 보트 엘리베이터에 의해 보트(300)가 강하되고, 이 보트(300)로부터 처리가 끝난 웨이퍼(305)가 불출(拂出)된다. 한편, 감압 처리의 경우에는, 반응실을 대기압까지 복귀시킨 후, 보트(300)가 강하된다.
본 명세서는 이하의 발명도 포함하는 것으로 한다.
1) 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 사용되는 가열 장치이어서, 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 이루어지는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치된 상기 발열체의 유지부(유지체)와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 절결 또는 관통공을 관통하는 관통 부재를 구비하고, 상기 유지부는 상기 발열체를 일단만으로 유지하고, 상기 관통 부재는, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이의 중간부(중간 부위)에 있어서 이 발열체의 상기 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부 (관통 부위)와, 상기 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하여 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 가열 장치.
2) 사행 상의 두 겹으로 접히는 구조를 가지는 발열체와, 도전성이 있는 내벽과, 이 내벽에 대하여 수직방향으로 설치되어지는 제 1 절연 애자와, 이 내벽에 대하여 수직방향으로 설치되어지는 제 2 절연 애자를 갖고, 이 발열체의 상단의 두 겹으로 접히는 부(두 겹으로 접히는 부위)는 이 제 1 절연 애자에 부착되어, 이 발열체의 하단의 두 겹으로 접히는 부에는 이 제 2 절연 애자가 삽입되어, 이 제 2 애자에 대하여 수직으로 설치되어진 2개의 날밑으로 이 발열체의 움직임을 제한하도록 한 기판 처리 장치, 가열 장치 및 발열체의 유지 구조.
3) 기판을 수납해 처리하는 처리실과, 이 처리실 내의 기판을 가열하는 발열체를 갖고, 이 발열체는, 발열체와 이 발열체의 외측에 위치하는 통 모양의 제 1 인너 셀(shell)과 제 2 인너 셀(shell)을 갖고, 이 제 1, 제 2 인너 셀(shell)을, 소정의 간극을 연 상태에서 겹치게 배치하고, 이 제 1 인너 셀(shell)의 하단에 제 1 날밑을 설치하고, 이 제 1 인너 셀(shell)의 하단에 위치하는 제 2 인너 셀(shell)의 상단에 제 2 날밑을 설치하고, 이 제 1, 이 제 2 날밑의 사이에 신축성을 갖는 부재를 배치한 기판 처리 장치, 가열 장치 및 발열체의 유지 구조. 또한, 제 2 날밑은, 인너 셀(shell)을 냉각하기 위한 수냉관으로 하면 좋다.
4) 기판을 수납해 처리하는 처리실과, 이 처리실 내의 기판을 가열하는 발열체를 갖고, 이 발열체의 상단을 끼워서 지지하는 현수 애자와, 이 소선의 하단에 삽입되어, 이 발열체의 돌출 변형을 억제하는 2개의 날밑을 갖는 2개의 애자로 유지되는 기판 처리 장치, 가열 장치 및 발열체의 유지 구조.
5) 기판을 수납해 처리하는 처리실과, 이 처리실 내의 기판을 가열하는 발열체를 갖고, 이 발열체는, 사행 상으로 두겹으로 접혀 있고, 그 상단을 애자에 의해 유지시켜, 이 발열체의 상단의 굴곡부를 각(角) 형상으로 하여, 이 애자의 안쪽에 설치한 돌기에 의해 주위 방향의 이동이 제한되는 것을 특징이라고 하는 발열체를 갖는 기판 처리 장치, 가열 장치 및 발열체의 유지 구조.
6) 통 모양으로 형성된 측벽과, 복수의 간극을 갖는 판상의 발열체를 구비하고, 측벽의 내면은 열선을 반사 가능하게 마무리할 수 있어, 상기 측벽의 통 모양의 내면을 따라 발열체를 설치하고, 발열체의 소선부 표면은 가열 공간을 향해서 열선을 복사하고, 상기 소선부 이면에서 복사되는 열선은 상기 내면에 의해 반사되어 상기 간극을 통과해서 상기 가열 공간에 복사되는 가열 장치, 기판 처리 장치 및 발열체의 유지 구조. 이 구조에서는, 소선부(23)의 폭과 비교해서 간극(24)의 폭을 충분하게 잡고, 내면에서의 반사에 의한 열선을 유효하게 활용할 수 있는 폭으로 하고 있다. 이 통 모양의 중심축에 따라 간극을 형성하고, 중심축 상측을 상기 유지 부재에 의해 지지하면, 복사열을 매우 유효하게 활용함과 동시에 발열체의 면밀도를 향상시킬 수 있고, 발열체의 선량을 감소시켜서 열응답성을 향상시킬 수 있다. 또한 통 모양의 내면을 오목곡면이라고 하는 것으로써, 반사된 열선이 간극 을 통과해서 가열 공간 내에 복사되는 효율을 향상시킬 수 있고, 이 오목곡면은 원호면인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 개변이 가능하다.
도 13 내지 17에 관통 부재로서의 급냉 파이프(40, 42)의 변형예 43 내지 47을 예시한다. 이들 급냉 파이프(43 내지 47) 등은 알루미나 등의 내열절연재료에 의해 구성된다.
도 13에 나타낸 제 2 변형예로서의 급냉 파이프(43)는, 날밑(43b)과 거의 동일한 직경의 태경부(太徑部)(43c)가 인너(inner) 셀(shell)(50)까지 설치되어져, 관통부(43d)는 발열체(20)의 간극(24)을 관통한다. 이 태경부(43c)의 두께(ta)는 상기실시예보다도 두터워서, 관통공(43a)을 통과하는 냉각 가스가 태경부(43c) 외부의 분위기에 의해 가열되는 것을 막는다. 따라서, 보다 온도가 낮은 냉각 가스를 관통공(43a)으로부터 분출시킬 수 있다.
도 14에 나타낸 제 3 변형예로서의 급냉 파이프(44)에서는, 관통부(44d)와 동일한 직경의 소경부(小徑部)(44x)에 날밑(44b)과 동일한 직경의 외관(44c)이 외부 삽입 된다.
소경부(44x) 및 외관(44c)의 합계의 두께(ta)는 상기 실시예보다 두텁게 형성되어, 제 2 변형예와 동일한 효과를 이룬다.
도 15에 나타낸 제 4 변형예로서의 급냉 파이프(45)에서는, 날밑(45b)과 두께(ta)의 태경부(45c)와는 동일한 직경이며, 좌우의 절입(切??)에 의해 관통 부(45d)가 형성된다. 이 관통부(45d)는 상 절반부(21)측의 간극(24)으로부터 삽입된다. 관통부(45d)의 두께(tb)의 깊게 벤(薄肉) 부분은 적고, 상기 냉각 가스의 가온을 더 확실하게 방지할 수 있다.
도 16에 나타낸 제 5 변형예로서의 급냉 파이프(46)에서는, 날밑(46b)과 태경부(46c)와는 관통공(46a)의 축중심 방향에서 봤을 때 동일한 타원형상을 보인다. 타원의 단축은 간극(24)보다도 좁아서 날밑(46b)은 장축을 간극(24) 길이 방향으로 배향하는 상태에서 간극을 통과할 수 있다. 관통부(46d)는 단축과 거의 동일지름을 갖고 있다. 또한 장축은 간극(24) 통과 후에 약 90도 회전시킴으로써 날밑(46b) 및 태경부(46c)에 의해 발열체(20)를 상기 직교 방향에 대하여 위치 규제할 수 있다. 즉, 인너 셀(shell)(50)에의 급냉 파이프(46)의 설치와, 발열체(20)의 현수 애자(30)에의 설치와, 발열체(20)의 급냉 파이프(46)에의 설치를 각각 별 공정으로 행할 수 있다.
도 17에 나타낸 제 6 변형예로서의 지지봉(47)은, 이전의 인너 셀(shell)(50)의 직교 방향으로 고정되는 태경부(47a)로부터 돌출하는 소경부(47b)를 발열체(20)의 구멍(23a)에 관통시킨다. 그리고, 소경부(47b)에 형성된 작은 구멍(47c)에 쐐기(47d)를 집어넣는 것으로써 발열체(20)의 이동을 규제한다.
도 18, 19에 관통 부재로서의 급냉 파이프(40, 42)의 또 다른 변형예(제 7 변형예)를 예시한다. 제 7 변형예로서의 급냉 파이프(48)는, 관통부(48d)보다도 돌출하는 돌출부로서의 대략 원형의 날밑(48c)을 발열체(20)보다 측벽재로서의 인너 셀(shell)(50)측(발열체(20) 이면측)에만 설치하고 있다. 발열체(20)의 인너 셀(shell)(50)측에 날밑(48c)을 설치함으로써, 발열체(20)의 인너 셀(shell)(50)측에서의 열변형을 방지할 수 있고, 인너 셀(shell)(50)과의 접촉에 의한 단락을 방지할 수 있다.
종래, 발열체의 열변형에 의한 측벽재와의 접촉을 고려하여, 측벽재는 절연재료나 단열재료로 구성하고 있었다. 그러나, 이들 재료는 열용량이 크기 때문에, 가열 장치의 응답성이 저하하고 있었다. 돌출부를 발열체보다 측벽재측에 설치하는 것으로써 발열체의 측벽재측에의 열변형을 방지할 수 있고, 측벽재를 열용량의 작은 금속제 재료로 구성하는 것이 가능해졌다. 이에 따라 측벽의 열용량을 작게 하는 것이 가능하게 되어, 가열 장치의 응답성을 더욱 향상시키는 것이 가능해 졌다.
또한 발열체(20) 표면측(가열 공간(18) 측)에서 돌출하는 돌출부로서의 날밑을 설치하지 않고 있으므로, 급냉 파이프의 제작이 용이하게 된다. 또한, 발열체(20) 표면 측에 날밑이 위치하지 않으므로, 가열 효율도 향상한다. 또한, 한 쌍의 날밑으로 발열체(20)를 표리에서 끼우지 않아도 좋으므로, 조립 작업이 용이하게 된다.
그런데, 발열체(20)는, 상단만이 유지부(30)에 의해 유지되어, 발열체(20)의 하단(22)이 상단(21)보다 인너 셀(shell)(50)에 대하여 떨어져서 수직 자세보다도 경사하도록 매달려 있다. 이 구성에 의해, 발열체(20)에 열변형이 생겨도, 중력의 작용에 의해 측벽면측으로 꽉 누를 수 있는 것이 되고, 가열 공간측에 발열체(20)는 뒤로 젖히기 어렵다.
또한, 상기의 다른 변형예에 있어서도 인너 셀(shell)(50)측에만 돌출부를 설치해도 개의치 않는다. 또한 발열체의 표리에 있어서 돌출부를 설치한 관통 부재와, 발열체보다 측벽재측에 있어서 돌출부를 설치한 관통 부재를 적당하게 조합시켜서 쓰는 것도 가능하다.
반응 용기는, 균열관 및 반응관의 쌍방을 구비하는 것과 같이 설명했지만, 균열관을 구비하지 않고 반응관만이라도 된다. 그 외, 이중관뿐만 아니라, 1관이나 3중관 이상의 관수로 구성되어 있어도 된다.
상기 열처리는 산화 처리나 확산 처리 및 확산뿐만 아니라 이온주입 후의 캐리어 활성화나 평탄화를 위한 리플로 및 아닐링 처리 등에 한하지 않고, 성막 처리 등의 열처리라도 된다. 기판은 웨이퍼에 한하지 않고, 포토마스크나 프린트 배선기판, 액정 패널, 광디스크 및 자기디스크 등이라도 된다. 일괄식 열처리 장치 및 매엽식 열처리 장치에 한하지 않고, 히터 유닛을 구비한 반도체 제조 장치 전반에 적용할 수 있다. 상기 인너 셀(shell)(50) 및 반사체(91)의 경면처리부는, 스테인레스강의 연마에 의해 경면으로 하는 것 외에, 금, 백금 등의 귀금속에 의한 도금을 시행해도 개의치 않는다.
본 발명의 실시예는 상기한 바와 같이 구성되지만, 더욱 포괄적으로는 다음에 열거하는 것 같은 구성을 갖춰도 좋다.
본발명에 따른 가열 장치의 제 1 태양은, 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재를 갖는다.
또한 본발명에 따른 가열 장치의 제 2 태양은, 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 상기 측벽재측에 있어서 돌출하고, 상기 측벽재측에 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재를 갖는다.
상기 제 1, 제 2 태양에 있어서, 상기 돌출부는 날밑형상으로 형성하면 좋다. 또한 상기 관통 부재는, 적어도 발열체의 한 개의 절결 또는 한 개의 관통공에 대하여 복수 설치되어져, 적어도 상기 관통 부재의 한 개를 상기 발열체의 한 개의 절결 또는 한 개의 관통공의 최하계단부에 설치하면 좋다.
상기 제 1 태양에 있어서, 상기 돌출부는 상기 발열체의 이면측에서 상기 측벽재에 이르기까지 설치해도 개의치 않는다. 또한 상기 제 2 태양에 있어서, 상기 돌출부는 상기 발열체의 측벽재측에서 상기 측벽재에 이르기까지 설치해도 개의치 않는다. 이들 태양에 있어서, 상기 돌출부는 상기 관통부와 별체로서 형성해도 된 다. 그리고, 상기 관통부에 홈이 형성되어, 상기 홈에 상기 돌출부를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 상기 돌출부는, 타원형상으로 형성되어, 상기 타원형상의 단축 측이 상기 발열체의 절결 또는 관통공의 폭보다 좁고, 상기 타원형상의 장축 측이 상기 발열체의 절결 또는 관통공의 폭보다 넓게 형성해도 좋다. 또한, 상기 관통부에 구멍이 형성되어, 상기 구멍에, 상기 돌출부가 쐐기 형상으로 형성되어서 집어넣어져 있어도 개의치 않는다. 상기 제 2 태양에 있어서, 상기 발열체는 상기 타단이 상기 일단보다 상기 가열 공간측에 위치하도록 수직방향에 대하여 경사해서 유지하면 좋다. 이에 따라 발열체에 열변형이 생겨도 발열체를 중력에 의해 돌출부로 이동시키도록 유도하고, 가열 공간측에의 이동을 억제할 수 있다.
또한 본발명에 따른 가열 장치의 제 3 태양은, 사행 모양으로 두겹으로 접혀져서, 상단의 절곡부를 사각형상으로 하고, 하단의 절곡부를 원호상으로 하여 형성되는 발열체와, 상기 발열체의 상단을 유지하는 애자를 갖고, 상기 애자는 상기 발열체의 인접하는 상단의 절곡부의 양단이 각각 당접하는 돌기를 갖는다. 본발명에 따른 가열 장치의 제 4 태양은, 발열체와, 이 발열체의 외측에 위치하고, 하단에 제 1인 날밑을 설치한 통 모양의 제 1 인너 셀(shell)과, 상기 발열체의 외측에 위치하고, 상단에 제 2 날밑을 설치한 통 모양의 제 2 인너 셀(shell)과, 상기 제 1 날밑과 상기 제 2 날밑과의 사이에 설치되어지는 신축성을 갖는 부재를 갖는다.
본발명에 따른 기판 처리 장치는, 상기 제 1 내지 제 4 가열 장치의 각 태양에 있어서, 상기 가열 장치의 내부의 상기 가열 공간에 기판을 처리하는 반응 용기를 설치하고 있다. 본발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 제 1 태양은, 반응 용기 내에 기판을 반입하는 공정과, 가열하는 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재를 갖는 가열 장치 내의 상기 반응 용기 내를 가열해 상기 기판을 처리하는 공정을 갖는다.
본발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 제 2 태양은, 반응 용기 내에 기판을 반입하는 공정과, 가열하는 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 상기 측벽재측에 있어서 돌출하고, 상기 측벽재측에 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재를 갖는 가열 장치 내의 상기 반응 용기 내를 가열해 상기 기판을 처리하는 공정을 갖는다.
본발명에 따른 관통 부재의 제 1 태양은, 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부를 적어도 구비하는 가열 장치로 채용할 수 있는 태양이며, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는다.
본발명에 따른 관통 부재의 제 2 태양은, 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부를 적어도 구비하는 가열 장치로 채용할 수 있는 태양이며, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 상기 측벽재측에 있어서 돌출하고, 상기 측벽재측에 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는다.
본 발명은, 예를 들면 반도체집적회로장치(반도체 소자)가 만들어져 넣어지는 반도체 웨이퍼에 산화 처리나 확산 처리, 이온주입 후의 캐리어 활성화나 평탄화를 위한 리플로 또는 아닐링 및 열 CVD 반응에 의한 성막 처리 등에 사용되는 기판 처리 장치에 이용할 수 있다.
본 발명은, 이러한 기판 처리 장치 중, 특히 저온영역에서의 프로세스(process)에 대하여 유효한 것이다.
도 1은 종래의 가열 장치를 채용한 처리로의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 기판 처리 장치의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 3은 도 2의 천정부 근방에 있어서의 횡단면도이다.
도 4는 도 2에 있어서의 A부 확대도이다.
도 5는 도 3에 있어서의 B부 확대도이다.
도 6은 도 2에 있어서의 C부 확대도이다.
도 7은 도 2에 있어서의 D부 확대도이다.
도 8은 타발가공 후 절곡가공 전의 발열체의 상태를 나타내는 정면도이다.
도 9는 절곡가공 후의 발열체의 상태를 나타내고, (a)은 정면도, (b)은 평면도, (c)은 측면도이다.
도 10은 현수 애자의 상 애자를 나타내고, (a)은 측면도, (b)은 평면도, (c)은 정면도이다.
도 11은 현수 애자의 하 애자를 나타내고, (a)은 측면도, (b)은 평면도, (c)은 정면도이다.
도 12는 상 금구를 푼 상태에 있어서의 도 5 상당도이다.
도 13은 제 2 변형예에 따른 급냉 파이프의 일부를 파쇄한 측면도이다.
도 14는 제 3 변형예에 따른 급냉 파이프의 일부를 파쇄한 측면도이다.
도 15는 제 4 변형예에 관련되는 급냉 파이프를 나타내고, (a)은 일부를 파 쇄한 측면도, (b)은 돌출부분을 절단한 정면도이다.
도 16은 제 5 변형예에 관련되는 급냉 파이프를 나타내고, (a)은 일부를 파쇄한 측면도, (b)은 정면도이다.
도 17은 제 6 변형예에 따른 지지봉을 나타내고, (a)은 일부를 파쇄한 측면도, (b)은 정면도이다.
도 18은 제 7 변형예에 관련되는 급냉 파이프의 도 4 상당도이다.
도 19는 제 7 변형예에 관련되는 급냉 파이프의 도 7 상당도이다.
[부호의 설명]
1: 기판 처리 장치, 3: 가열장치, 4: 주제어장치, 4a: 온도모니터부, 4b: 가열제어부, 4c: 반사제어부, 4d: 제 1 유량제어부, 4e: 압력제어부, 4f: 제이 유량제어부, 4g: 배기제어부, 4h: 구동제어부, 5a: 유량 제어기, 5b: 유량 제어기, 5x: 반응가스 도입관, (5y): 냉각가스공급라인, 6a: 압력제어기, 6x: 반응가스 배기관, 7: 냉각가스공급라인, (7a): 개폐밸브, 7b: 급냉 파이프, ７x: 흡기 어태치먼트, ７y: 냉각가스 도입 덕트, 8: 강제 배기 라인, 8a: 배기 블로고, 10: 천정부, 11: 중간부, 12: 하부, 13: 단자케이스, 14: 기도(냉각매체 유통 통로), 18: 가열공간, 20: 발열체, 20a: 절곡부, 21: 상 절반부, 22: 하 절반부, 23: 소선부, 24: 간극, 30: 현수 애자, 31: 상 애자, 32: 하 애자, 33: 상 금구, 34: 하 금구, 34a: 간극, 35: 핀, 36: 볼트, 40: 급냉 파이프, 40a: 관통공, 40b: 날밑, 40c: 날밑, 40d: 관통부, 42: 급냉 파이프, 50: 인너 셀(측벽내층), 50s: 간극, 50t: 제 1 플랜지, 50u: 단열 블랭킷, 50x: 제이 플랜지, 50y: 단열 블랭킷, 51: 접속 애자, 52: 제 1 볼트, 53: 칼라, 54: 제이 볼트, 55a: 개구(제 1 개구), 55b: 상자(격벽체), 55c: 날밑, 55x: 나사, 59: 수냉관, 60: 아우터 셀(측벽중층), 60x: 제3 플랜지, 60y: 단열 블랭킷, 61: 파이프, 61a: 개구, 62: 기둥, 62a: 리벳, 65: 개구(제이 개구), 65a: 간극, 70: 화장 패널(측벽외층), 71: 나사, 72a: 밑바닥 뚜껑, 72b: 코일 받침대, 81: 배기 도로, 81a: 배기구, 82: 제 1 개구, 83: 제이 개구, 90: 반사장치, 91: 반사체, 91a: 간극, 92: 이동 기구, 93: 축, 94: 중앙판, 95: 볼트, 99: 액추에이터, 100: 취부 구조, 101: 온도센서(온도검출기), 102: 열전대 접점(온도 검출체), 103: 보호관, 103x: 간극, 103y: 간극, 104: 애자관, 105: 안쪽 날밑, 106: 바깥쪽 날밑, 107: 애자, 108: 단자, 109a: 금속관, 109b: 고정 나사, 111: 제 1 패킷, 111a: 공, 112: 제이 패킷, 112a: 공, 120a 내지 c: 나사, 121: 온도센서(온도검출기), 125: 안쪽 날밑, 126: 바깥쪽 날밑, 127: 안쪽 상자, 128: 바깥쪽 상자, 129: 패킷, 131: 온도센서(온도검출기), 132: 온도센서(온도검출기), 133: 보호관, 135a 내지 ｃ: 날밑, 300: 보트, 305: 웨이퍼, 308: 처리실, 309: 반응용기, 310: 반응관, 315: 균열관, 317: 균열관 안쪽 공간, 320: L형 온도센서(온도검출기), 321: 접점(온도검출체), 322: 접점(온도검출체), 330: 온도센서(온도검출기), Z1 내지 Z5: 존, H１ 내지 H3: 관통공, R: 원호 방향, V: 관통방향

Claims (20)

  1. 판상(板狀)으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와,
    가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와,
    이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와,
    상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와,
    상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재와
    를 갖는 가열 장치.
  2. 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와,
    가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와,
    이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와,
    상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와,
    상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여 상기 관통 부에서도 상기 발열체의 상기 측벽재측에 있어서 돌출하고, 상기 측벽재측에 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재와
    를 갖는 가열 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 돌출부는, 날밑형상으로 형성되어 있는 가열 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 관통 부재는, 적어도 발열체의 한 개의 절결 또는 한 개의 관통공에 대하여 복수 설치되어져, 적어도 상기 관통 부재의 한 개가 상기 발열체의 한 개의 절결 또는 한 개의 관통공의 최하단부에 설치되어 있는 가열 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 발열체의 이면측에서 상기 측벽재에 이르기까지 설치되어 있는 가열 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 발열체의 측벽재측에서 상기 측벽재에 이르기까지 설치되어 있는 가열 장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 관통부와 별체로서 설치되어 있는 가열 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 관통부와 별체로서 설치되어 있는 가열 장치.
  9. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 관통부에 홈이 형성되어, 상기 홈에 상기 돌출부가 설치되어 있는 가열 장치.
  10. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 돌출부는, 타원형상으로 형성되어, 상기타원형상의 단축 측이 상기 발열체의 절결 또는 관통공의 폭보다 좁고, 상기 타원형상의 장축 측이 상기 발열체의 절결 또는 관통공의 폭보다 넓게 형성되어 있는 가열 장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 관통부에 구멍이 형성되어, 상기 구멍에 상기 돌출부가 쐐기 형상으로 형성되어서 집어넣어져 있는 가열 장치.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 발열체는 상기 타단이 상기 일단보다 상기 가열 공간측에 위치하도록 수직방향에 대하여 경사해서 유지되어 있는 가열 장치.
  13. 사행(蛇行) 상으로 두 겹으로 접혀져, 상단의 절곡부를 사각 형상으로 하고, 하단의 절곡부를 원호상으로 하여 형성되는 발열체와, 상기 발열체의 상단을 유지 하는 애자를 갖고, 상기 애자는 상기 발열체의 인접하는 상단의 절곡부의 양단이 각각 당접하는 돌기를 갖는 가열 장치.
  14. 발열체와, 이 발열체의 외측에 위치하고, 하단에 제 1 날밑을 설치한 통 모양의 제 1 인너 셀(shell)과, 상기 발열체의 외측에 위치하고, 상단에 제 2 날밑을 설치한 통 모양의 제 2 인너 셀(shell)과, 상기 제 1 날밑과 상기 제 2 날밑과의 사이에 설치되어지는 신축성을 갖는 부재를 갖는 가열 장치.
  15. 청구항 1 또는 2 기재의 상기 가열 장치의 내부의 상기 가열 공간에 기판을 처리하는 반응 용기를 설치한 기판 처리 장치.
  16. 청구항 13 또는 14 기재의 상기 가열 장치의 내부의 상기 가열 공간에 기판을 처리하는 반응 용기를 설치한 기판 처리 장치.
  17. 반응 용기 내에 기판을 반입하는 공정과,
    가열하는 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재를 갖는 가열 장치 내의 상기 반응 용기 내를 가열해 상기 기판을 처리하는 공정을 갖는
    반도체 장치의 제조 방법.
  18. 반응 용기 내에 기판을 반입하는 공정과,
    가열하는 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부와, 상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여 상기 관통부에서도 상기 발열체의 상기 측벽재측에 있어서 돌출하고, 상기 측벽재측에 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재를 갖는 가열 장치 내의 상기 반응 용기 내를 가열해 상기 기판을 처리하는 공정을 갖는
    반도체 장치의 제조 방법.
  19. 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부를 적어도 구비하는 가열 장치로 채용할 수 있는 관통 부재이며,
    상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 표리에 있어서 돌출하고, 상기 관통하는 방향에 대한 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재.
  20. 판상으로 절결 또는 관통공을 갖는 발열체와, 가열 공간을 포위하는 도전성 재료로 구성되는 측벽재와, 이 측벽재의 가열 공간측에 배치되어, 상기 발열체를 일단만으로 유지하는 유지부를 적어도 구비하는 가열 장치로 채용할 수 있는 관통 부재이며,7
    상기 측벽재의 가열 공간측으로 돌출하여 배치되어, 상기 발열체의 일단과 타단과의 사이에 있어서 상기 발열체의 절결 또는 관통공을 관통하는 관통부와, 상기 관통부에서 관통하는 방향으로 교차하는 교차 방향에 대하여, 상기 관통부에서도 상기 발열체의 상기 측벽재측에 있어서 돌출하고, 상기 측벽재측에 상기 발열체의 이동을 규제하는 돌출부를 갖는 관통 부재.
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