KR20130029009A - 열처리 장치, 온도 제어 시스템, 열처리 방법, 온도 제어 방법 및 그 열처리 방법 또는 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체 - Google Patents

열처리 장치, 온도 제어 시스템, 열처리 방법, 온도 제어 방법 및 그 열처리 방법 또는 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체 Download PDF

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코지 요시이
타츠야 야마구치
웬링 왕
타카노리 사이토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 어떠한 방향을 따라서 연재(延在)되는 용기를 냉각할 때에, 전력 소비량을 증가시키는 일 없이, 연재되는 방향을 따라서 용기의 냉각 속도에 차이가 발생하는 것을 억제할 수 있는 열처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 처리 용기(65)와, 처리 용기(65) 내에서, 하나의 방향을 따라서 기판을 소정의 간격으로 복수 보유지지(保持) 가능한 기판 보유지지부(44)와, 처리 용기(65)를 가열하는 가열부(63)와, 기체를 공급하는 공급부(91)와, 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구(92a)를 포함하고, 공급부(91)가 공급구(92a)의 각각을 통하여 처리 용기(65)에 기체를 공급함으로써 처리 용기(65)를 냉각하는 냉각부(90)를 갖는다. 냉각부(90)는, 공급구(92a)의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량이 독립적으로 제어 가능하게 설치된 것이다.

Description

열처리 장치, 온도 제어 시스템, 열처리 방법, 온도 제어 방법 및 그 열처리 방법 또는 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체{THERMAL TREATMENT APPARATUS, TEMPERATURE CONTROL SYSTEM, THERMAL TREATMENT METHOD, TEMPERATURE CONTROL METHOD, AND NON-TRANSITORY COMPUTER READABLE MEDIUM EMBODIED WITH PROGRAM FOR EXECUTING THE THERMAL TREATMENT METHOD OR THE TEMPERATURE CONTROL METHOD}
본 발명은, 열처리 장치, 온도 제어 시스템, 열처리 방법, 온도 제어 방법 및 그 열처리 방법 또는 그 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서는, 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 기판에, 산화, 확산, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 처리를 행하기 위해, 각종의 처리 장치가 이용되고 있다. 그리고, 그의 하나로서, 한 번에 다수매의 피(被)처리 기판의 열처리가 가능한 종형(vertical)의 열처리 장치가 알려져 있다.
열처리 장치에는, 처리 용기와, 보트와, 승강 기구와, 이재(移載) 기구를 구비하고 있는 것이 있다. 보트는, 복수의 기판을 상하 방향으로 소정의 간격으로 보유지지(保持; holding)하여 처리 용기에 반입 반출되는 기판 보유지지부이다. 승강 기구는, 처리 용기의 하방에 형성된 로딩 에어리어에 설치되어 있고, 처리 용기의 개구를 폐색하는 덮개체의 상부에 보트를 올려놓은 상태에서 덮개체를 상승 하강시켜 처리 용기와 로딩 에어리어와의 사이에서 보트를 승강시킨다. 이재 기구는, 로딩 에어리어로 반출된 보트와 복수매의 기판을 수용하는 수납 용기와의 사이에서 기판의 이재를 행한다.
또한, 열처리 장치로서, 처리 용기 내에서 보트에 보유지지되어 있는 기판을 가열하는 히터와, 처리 용기를 주위로부터 덮는 재킷을 구비하고 있는 것이 있다. 재킷의 내측으로서 처리 용기의 주위에는, 히터가 설치되어 있음과 함께, 처리 용기를 냉각하는 냉각 가스가 흐르기 위한 공간이 획성(劃成)되어 있다. 그리고, 예를 들면 히터에 의해 처리 용기 내에서 보트에 보유지지되어 있는 기판을 가열하여 열처리한 후, 기판을 냉각할 때에, 냉각 가스를 공간에 공급함으로써, 기판의 냉각 속도를 제어하도록 되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본공개특허공보 2009-81415호
그러나, 이러한 열처리 장치에서는, 기판을 열처리한 후, 기판을 냉각할 때에, 상하 방향을 따라서 냉각 속도에 차이가 발생하는 경우가 있다.
예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 예에서는, 냉각 가스는, 재킷의 하단부에 설치된 공급구로부터 처리 용기와 재킷과의 사이의 공간에 공급되고, 공간을 하방으로부터 상방을 향해 흘러, 재킷의 상단부에 설치된 배출구로부터 배출된다. 그 때문에, 상하 방향을 따라서 처리 용기의 냉각 속도에 차이가 발생하고, 상하 방향을 따라서 소정의 간격으로 보트에 보유지지된 기판의 사이에서, 열처리의 이력에 차이가 발생하여, 처리 후의 기판의 품질에 차이가 발생할 우려가 있다.
냉각 속도에 차이가 발생하는 경우, 상하 방향을 따라서 서로 상이한 위치에 히터 소자를 복수 설치하여, 처리 용기의 냉각 속도가 상하 방향을 따라서 동일해지도록, 그들 히터 소자의 발열량을 독립적으로 제어하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 냉각 속도가, 다른 부분의 냉각 속도보다도 큰 부분에 설치된 히터 소자의 발열량이, 다른 부분에 설치된 히터의 발열량보다도 커지도록 제어하기 때문에, 냉각 공정에 있어서의 전력 소비량이 증가한다는 문제가 있다.
또한, 상기한 과제는, 기판을 상하 방향을 따라서 보유지지하는 경우에 한정되지 않고, 임의의 방향을 따라서 소정의 간격으로 보유지지하는 경우에도 공통되는 과제이다. 또한, 상기한 과제는, 기판을 열처리하는 열처리 용기를 냉각하는 경우에 한정되지 않고, 어떠한 방향을 따라서 연재(延在)되는 용기를 냉각하는 경우에도 공통되는 과제이다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 어떠한 방향을 따라서 연재되는 용기를 냉각할 때에, 전력 소비량을 증가시키는 일 없이, 연재되는 방향을 따라서 용기의 냉각 속도에 차이가 발생하는 것을 억제할 수 있는 열처리 장치, 온도 제어 시스템, 열처리 방법 및 온도 제어 방법을 제공한다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 다음에 서술하는 각 수단을 강구한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판을 열처리하는 열처리 장치에 있어서, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서, 하나의 방향을 따라서 기판을 소정의 간격으로 복수 보유지지 가능한 기판 보유지지부와, 상기 처리 용기를 가열하는 가열부와, 기체를 공급하는 공급부와, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구를 포함하고, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 상기 처리 용기에 기체를 공급함으로써 상기 처리 용기를 냉각하는 냉각부를 가지며, 상기 냉각부는, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량이 독립적으로 제어 가능하게 설치된 것인 열처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 하나의 방향을 따라서 연재되는 용기의 온도를 제어하는 온도 제어 시스템에 있어서, 상기 용기를 가열하는 가열부와, 기체를 공급하는 공급부와, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구를 포함하고, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 상기 용기에 기체를 공급함으로써 상기 용기를 냉각하는 냉각부와, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 검출 소자를 포함하고, 상기 용기 내의 상기 하나의 방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위한 검출부와, 상기 용기를 냉각할 때에, 상기 검출부가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량을 독립적으로 제어하는 제어부를 갖는 온도 제어 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 기판을 열처리하는 열처리 방법에 있어서, 처리 용기 내에서, 기판 보유지지부에 의해, 하나의 방향을 따라서 기판을 소정의 간격으로 복수 보유지지한 상태에서, 가열부에 의해 상기 처리 용기를 가열함으로써, 상기 기판 보유지지부에 보유지지되어 있는 기판을 열처리하는 열처리 공정과, 상기 열처리 공정 후, 공급부에 의해, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구의 각각을 통하여 상기 처리 용기에 기체를 공급함으로써, 상기 처리 용기를 냉각하는 냉각 공정을 갖고, 상기 냉각 공정은, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 열처리 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 하나의 방향을 따라서 연재되는 용기의 온도를 제어하는 온도 제어 방법에 있어서, 가열부에 의해 상기 용기를 가열한 후, 공급부에 의해, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구의 각각을 통하여 상기 용기에 기체를 공급함으로써, 상기 용기를 냉각하는 냉각 공정을 갖고, 상기 냉각 공정은, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 온도 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 어떠한 방향을 따라서 연재되는 용기를 냉각할 때에, 전력 소비량을 증가시키는 일 없이, 연재되는 방향을 따라서 용기의 냉각 속도에 차이가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 열처리 장치를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2는 로딩 에어리어를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 보트의 일 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 열처리로(爐)의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시 형태에 따른 열처리 장치를 이용한 열처리 방법에 있어서의 각 공정의 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 6은 실시예 1에 있어서의, 각 단위 영역에서의 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예 1에 있어서의, 각 단위 영역에서의 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예 2에 있어서의, 각 단위 영역에서의 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 유입 억제 부재를 설치한 경우에 있어서의, 처리 용기 내 온도 센서가 검출한 온도 중, 가장 높은 검출 온도와, 가장 낮은 검출 온도의 차이와 시간과의 관계를 나타내는 그래프의 일 예이다.
도 10은 유입 억제 부재를 설치하지 않는 경우에 있어서의, 처리 용기 내 온도 센서가 검출한 온도 중, 가장 높은 검출 온도와, 가장 낮은 검출 온도의 차이와 시간과의 관계를 나타내는 그래프의 일 예이다.
도 11은 제1 모드를 행했을 때의, 처리 용기 내 온도 센서가 검출한 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 제1 모드를 행했을 때의, 송풍기의 출력 및 히터의 출력과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 제2 모드를 행했을 때의, 처리 용기 내 온도 센서가 검출한 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 제2 모드를 행했을 때의, 송풍기의 출력 및 히터의 출력과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면과 함께 설명한다.
최초로, 본 발명의 실시 형태에 따른 열처리 장치에 대해서 설명한다. 열처리 장치(10)는, 후술하는 종형의 열처리로(60)를 구비하고 있어, 웨이퍼(W)를 보트에 종방향을 따라서 소정의 간격으로 보유지지, 한 번에 다수매 수용하고, 수용한 웨이퍼(W)에 대하여 산화, 확산, 감압 CVD 등의 각종의 열처리를 행할 수 있다. 이하에서는, 예를 들면 수증기로 이루어지는 처리 가스를, 후술하는 처리 용기(65) 내에 설치되어 있는 기판에 공급함으로써, 기판의 표면을 산화 처리하는 열처리 장치에 적용한 예에 대해서 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 열처리 장치(10)를 개략적으로 나타내는 종단면도이다. 도 2는, 로딩 에어리어(40)를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 3은, 보트(44)의 일 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
열처리 장치(10)는, 재치대(로드 포트)(20), 케이스체(30) 및, 제어부(100)를 갖는다.
재치대(로드 포트)(20)는, 케이스체(30)의 전부(前部)에 설치되어 있다. 케이스체(30)는, 로딩 에어리어(작업 영역)(40) 및 열처리로(60)를 갖는다. 로딩 에어리어(40)는, 케이스체(30) 내의 하방에 설치되어 있고, 열처리로(60)는, 케이스체(30) 내로서 로딩 에어리어(40)의 상방에 설치되어 있다. 또한, 로딩 에어리어(40)와 열처리로(60)와의 사이에는, 베이스 플레이트(31)가 설치되어 있다.
재치대(로드 포트)(20)는, 케이스체(30) 내로의 웨이퍼(W)의 반입 반출을 행하기 위한 것이다. 재치대(로드 포트)(20)에는, 수납 용기(21, 22)가 올려놓여져 있다. 수납 용기(21, 22)는, 전면(前面)에 도시하지 않는 덮개를 착탈 가능하게 구비한, 복수매, 예를 들면 50매 정도의 웨이퍼(W)를 소정의 간격으로 수납 가능한 밀폐형 수납 용기(후프)이다.
또한, 재치대(20)의 하방에는, 후술하는 이재 기구(47)에 의해 이재된 웨이퍼(W)의 외주(外周)에 설치된 절결부(예를 들면 놋치)를 한 방향으로 일치시키기 위한 정렬 장치(얼라이너)(23)가 설치되어 있어도 좋다.
로딩 에어리어(작업 영역)(40)는, 수납 용기(21, 22)와 후술하는 보트(44)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 이재를 행하여, 보트(44)를 처리 용기(65) 내에 반입(로드)하고, 보트(44)를 처리 용기(65)로부터 반출(언로드)하기 위한 것이다. 로딩 에어리어(40)에는, 도어 기구(41), 셔터 기구(42), 덮개체(43), 보트(44), 기대(45a, 45b), 승강 기구(46) 및, 이재 기구(47)가 설치되어 있다.
또한, 덮개체(43) 및 보트(44)는, 본 발명에 있어서의 기판 보유지지부에 상당한다.
도어 기구(41)는, 수납 용기(21, 22)의 덮개를 떼어내어 수납 용기(21, 22) 내를 로딩 에어리어(40) 내에 연통 개방하기 위한 것이다.
셔터 기구(42)는, 로딩 에어리어(40)의 상방에 설치되어 있다. 셔터 기구(42)는, 덮개체(43)를 열고 있을 때에, 후술하는 로구(爐口; 68a)로부터 고온의 로 내의 열이 로딩 에어리어(40)에 방출되는 것을 억제 내지 방지하기 위해 로구(68a)를 덮도록(또는 막도록) 설치되어 있다.
덮개체(43)는, 보온통(48) 및 회전 기구(49)를 갖는다. 보온통(48)은, 덮개체(43) 상에 설치되어 있다. 보온통(48)은, 보트(44)가 덮개체(43)측과의 전열에 의해 냉각되는 것을 방지하고, 보트(44)를 보온하기 위한 것이다. 회전 기구(49)는, 덮개체(43)의 하부에 부착되어 있다. 회전 기구(49)는, 보트(44)를 회전시키기 위한 것이다. 회전 기구(49)의 회전축은 덮개체(43)를 기밀하게 관통하여, 덮개체(43) 상에 배치된 도시하지 않는 회전 테이블을 회전하도록 설치되어 있다.
승강 기구(46)는, 보트(44)의, 로딩 에어리어(40)로부터 처리 용기(65)에 대한 반입, 반출시에 있어서, 덮개체(43)를 승강 구동한다. 그리고, 승강 기구(46)에 의해 상승된 덮개체(43)가 처리 용기(65) 내에 반입되어 있을 때에, 덮개체(43)는, 후술하는 로구(68a)에 맞닿아 로구(68a)를 밀폐하도록 설치되어 있다. 그리고, 덮개체(43)에 올려놓여져 있는 보트(44))는, 처리 용기(65) 내에서 웨이퍼(W)를 수평면 내에서 회전 가능하게 보유지지할 수 있다.
또한, 열처리 장치(10)는, 보트(44)를 복수 갖고 있어도 좋다. 이하, 본 실시 형태에서는, 도 2를 참조하여, 보트(44)를 2개 갖는 예에 대해서 설명한다.
로딩 에어리어(40)에는, 보트(44a, 44b)가 설치되어 있다. 그리고, 로딩 에어리어(40)에는, 기대(45a, 45b) 및 보트 반송 기구(45c)가 설치되어 있다. 기대(45a, 45b)는, 각각 보트(44a, 44b)가 덮개체(43)로부터 이재되는 재치대이다. 보트 반송 기구(45c)는, 보트(44a, 44b)를, 덮개체(43)로부터 기대(45a, 45b)에 이재하기 위한 것이다.
보트(44a, 44b)는, 예를 들면 석영제이며, 대구경, 예를 들면 직경 300㎜의 웨이퍼(W)를 수평 상태에서 상하 방향으로 소정의 간격(피치폭)으로 탑재하도록 되어 있다. 보트(44a, 44b)는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 천판(50)과 저판(51)의 사이에 복수개, 예를 들면 3개의 지주(52)를 개설하여 이루어진다. 지주(52)에는, 웨이퍼(W)를 보유지지하기 위한 클로우부(53)가 설치되어 있다. 또한, 지주(52)와 함께 보조주(54)가 적절히 설치되어 있어도 좋다.
이재 기구(47)는, 수납 용기(21, 22)와 보트(44a, 44b)의 사이에서 웨이퍼(W)의 이재를 행하기 위한 것이다. 이재 기구(47)는, 기대(57), 승강 아암(58) 및 복수의 포크(이재판)(59)를 갖는다. 기대(57)는, 승강 및 선회 가능하게 설치되어 있다. 승강 아암(58)은, 볼 나사 등에 의해 상하 방향으로 이동 가능(승강 가능)하게 설치되고, 기대(57)는, 승강 아암(58)에 수평 선회 가능하게 설치되어 있다.
도 4는, 열처리로(60)의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
열처리로(60)는, 예를 들면 복수매의 피처리 기판, 예를 들면 박판 원판 형상의 웨이퍼(W)를 수용하여 소정의 열처리를 행하기 위한 종형로로 할 수 있다.
열처리로(60)는, 재킷(62), 히터(63), 공간(64), 처리 용기(65)를 구비하고 있다.
처리 용기(65)는, 보트(44)에 보유지지된 웨이퍼(W)를 수납하여 열처리하기 위한 것이다. 처리 용기(65)는, 예를 들면 석영제이며, 종장(縱長)의 형상을 갖고 있다.
처리 용기(65)는, 하부의 매니폴드(68)를 통하여 베이스 플레이트(66)에 지지되어 있다. 또한, 매니폴드(68)로부터 처리 용기(65)로는, 인젝터(71)를 통하여 처리 가스가 공급된다. 인젝터(71)는, 가스 공급원(72)과 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(65)에 공급된 처리 가스나 퍼지 가스는, 배기 포트(73)를 통하여 감압 제어가 가능한 진공 펌프를 구비한 배기계(74)에 접속되어 있다.
전술한 바와 같이, 덮개체(43)는, 보트(44)가 처리 용기(65) 내에 반입되어 있을 때에, 매니폴드(68) 하부의 로구(68a)를 폐색한다. 전술한 바와 같이, 덮개체(43)는, 승강 기구(46)에 의해 승강 이동 가능하게 설치되어 있고, 덮개체(43)의 상부에는 보온통(48)이 올려놓여져 있으며, 보온통(48)의 상부에는, 웨이퍼(W)를 다수매 상하 방향으로 소정의 간격으로 탑재하는 보트(44)가 설치되어 있다.
재킷(62)은, 처리 용기(65)의 주위를 덮도록 설치되어 있음과 함께, 처리 용기(65)의 주위에 공간(64)을 획성하고 있다. 처리 용기(65)가 원통 형상을 갖고 있기 때문에, 재킷(62)도 원통 형상을 갖고 있다. 재킷(62)은, 베이스 플레이트(66)에 지지되어 있고, 베이스 플레이트(66)에는, 처리 용기(65)를 하방으로부터 상방으로 삽입하기 위한 개구부(67)가 형성되어 있다. 재킷(62)의 내측으로서, 공간(64)의 외측에는, 예를 들면 글래스 울(glass wool)로 이루어지는 단열재(62a)가 설치되어 있어도 좋다.
또한, 재킷(62)은, 본 발명에 있어서의 덮개 부재에 상당한다.
본 실시 형태에서는, 개구부(67)에 있어서의 재킷(62)과 처리 용기(65)와의 극간에는, 극간을 통하여 재킷(62)의 외부로부터 공간(64)으로의 공기의 유입을 억제하기 위한 유입 억제 부재(67a)를 설치하는 것이 바람직하다. 유입 억제 부재(67a)로서, 예를 들면 글래스 울을 이용할 수 있다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이, 공간(64) 내의 압력이 외부의 압력(대기압)보다도 저압이 되었을 때에도, 공간(64) 내의 기체의 온도보다도 낮은 외부의 공기가 개구부(67)를 통하여 공간(64) 내에 유입되어, 종방향으로 온도차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 공간(64)에는, 공간(64)의 내압의 대기압에 대한 차압(差壓)을 계측하기 위한 차압계(75)가 설치되어 있어도 좋다. 공간(64)의 내압의 대기압에 대한 차압을 계측하기 위해, 차압계(75)는, 공간(64)으로서 개구부(67) 부근의 부분에 연통하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.
히터(63)는, 처리 용기(65)의 주위를 덮도록 설치되어 있어, 처리 용기(65)를 가열함과 함께, 보트(44)에 보유지지된 웨이퍼(W), 즉 처리 용기(65) 내의 피가열물을 가열하기 위한 것이다. 히터(63)는, 재킷(62)의 내측으로서 공간(64)의 외측에 설치되어 있다. 히터(63)는, 예를 들면 카본 와이어 등의 발열 저항체로 이루어져, 공간(64)의 내부를 흐르는 기체의 온도를 제어함과 함께, 처리 용기(65) 내를 소정의 온도, 예를 들면 50～1200℃로 가열 제어 가능하다. 히터(63)는, 처리 용기(65) 및 웨이퍼(W)를 가열하는 가열부로서 기능한다.
공간(64) 및 처리 용기(65) 내의 공간은, 종방향을 따라서 복수의 단위 영역, 예를 들면 10의 단위 영역 A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10으로 분할되어 있다. 그리고, 히터(63)도, 상하 방향을 따라서 단위 영역과 1대1로 대응하도록, 63-1, 63-2, 63-3, 63-4, 63-5, 63-6, 63-7, 63-8, 63-9, 63-10으로 분할되어 있다. 히터(63-1～63-10)의 각각은, 예를 들면 사이리스터로 이루어지는 히터 출력부(86)에 의해, 단위 영역(A1～A10)의 각각에 대응하여 독립적으로 출력을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 히터(63-1～63-10)는, 본 발명에 있어서의 발열 소자에 상당한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 공간(64) 및 처리 용기(65) 내의 공간을 상하 방향을 따라서 10의 단위 영역으로 분할한 예에 대해서 설명하지만, 단위 영역의 분할수는 10에 한정되지 않고, 공간(64)은 10 이외의 수에 의해 분할되어도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는 균등하게 분할하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 온도 변화가 큰 개구부(67) 부근을 세세한 영역으로 분할해도 좋다.
또한, 히터(63)는, 종방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치되어 있으면 좋다. 따라서, 히터(63)는, 단위 영역(A1～A10)의 각각에 1대1로 대응하여 설치되어 있지 않아도 좋다.
공간(64)에는, 단위 영역(A1～A10)의 각각에 대응하여 온도를 검출하기 위한 히터 온도 센서(Ao1～Ao10)가 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(65) 내의 공간에도, 단위 영역(A1～A10)의 각각에 대응하여 온도를 검출하기 위한 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)가 설치되어 있다. 히터 온도 센서(Ao1～Ao10) 및 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)는, 종방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위해 온도를 검출하는 검출부로서 기능한다.
히터 온도 센서(Ao1～Ao10)로부터의 검출 신호 및, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)로부터의 검출 신호는, 각각 라인(81, 82)을 통하여 제어부(100)에 도입된다. 검출 신호가 도입된 제어부(100)에서는, 히터 출력부(86)의 설정값을 계산하고, 계산한 설정값을 히터 출력부(86)에 입력한다. 그리고, 설정값이 입력된 히터 출력부(86)는, 입력된 설정값을 히터 출력 라인(87) 및 히터 단자(88)를 통하여 히터(63-1～63-10)의 각각으로 출력한다. 예를 들면 PID 제어에 의해 히터 출력부(86)의 설정값을 계산함으로써, 제어부(100)는, 히터 출력부(86)의 히터(63-1～63-10)의 각각으로의 출력, 즉 히터(63-1～63-10)의 각각의 발열량을 제어한다.
또한, 히터 온도 센서(Ao) 및 처리 용기 내 온도 센서(Ai)는, 처리 용기(65) 내의 종방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위해, 종방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치되어 있으면 좋다. 따라서, 히터 온도 센서(Ao) 및 처리 용기 내 온도 센서(Ai)는, 단위 영역(A1～A10)의 각각에 1대1로 대응하여 설치되어 있지 않아도 좋다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)와 함께 로드·언로드되는 가동 온도 센서(Ap1～Ap10)가 설치되어 있어도 좋고, 가동 온도 센서(Ap1～Ap10)로부터의 검출 신호가, 라인(83)을 통하여 제어부(100)에 도입되도록 해도 좋다.
본 실시 형태에서는, 열처리로(60)는, 처리 용기(65)를 냉각하기 위한 냉각 기구(90)를 구비하고 있다.
냉각 기구(90)는, 송풍기(블로어)(91), 송풍관(92), 분기부(93) 및 배기관(94)을 갖는다.
송풍기(블로어)(91)는, 히터(63)가 설치되어 있는 공간(64) 내에, 예를 들면 공기로 이루어지는 냉각 가스를 송풍하여 처리 용기(65)를 냉각하기 위한 것이다.
송풍관(92)은, 송풍기(91)로부터의 냉각 가스를 히터(63)에 보내기 위한 것이다. 송풍관(92)은, 분기부(93)를 통하여 단위 영역(A1～A10)의 각각에 대응하는 송풍관 92-1, 92-2, 92-3, 92-4, 92-5, 92-6, 92-7, 92-8, 92-9, 92-10으로 분기된다. 공간(64)에는, 단위 영역(A1～A10)의 각각에 대응하는 부분으로 냉각 가스를 분출하는 분출공(92a-1～92a-10)이 설치되어 있고, 분기된 송풍관(92-1～92-10)의 각각은, 분출공(92a-1～92a-10)의 각각에 접속되어 있다. 즉, 냉각 가스는, 분출공(92a-1～92a-10)의 각각을 통하여 공간(64)에 공급된다. 도 4에 나타내는 예에서는, 송풍관(92-1～92-10)의 각각 및 분출공(92a-1～92a-10)의 각각은, 종방향을 따라서 설치되어 있다.
또한, 분출공(92a)은, 본 발명에 있어서의 공급구에 상당한다.
배기관(94)은, 공간(64) 내의 공기를 배출하기 위한 것이다. 공간(64)에는, 냉각 가스를 공간(64)으로부터 배기하기 위한 배기구(94a)가 설치되어 있고, 배기관(94)은, 일단이 배기구(94a)에 접속되어 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 배기관(94)의 도중에 열교환기(95)를 설치함과 함께, 배기관(94)의 타단을 송풍기(91)의 흡인측에 접속해도 좋다. 그리고, 배기관(94)에 의해 배기한 냉각 가스를 공장 배기계에 배출하지 않고, 열교환기(95)에서 열교환한 후, 송풍기(91)에 되돌려, 순환 사용하도록 해도 좋다. 또한, 그 경우, 도시하지 않은 에어 필터를 통하여 순환시켜도 좋다. 혹은, 공간(64)으로부터 배출된 냉각 가스는, 배기관(94)으로부터 열교환기(95)를 통하여 공장 배기계에 배출되도록 되어도 좋다.
송풍기(블로어)(91)는, 제어부(100)로부터의 출력 신호에 의해, 예를 들면 인버터로 이루어지는 전력 공급부(91a)로부터 공급되는 전력을 제어함으로써, 송풍기(91)의 풍량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
히터 온도 센서(Ao1～Ao10)로부터의 검출 신호 및, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)로부터의 검출 신호가 제어부(100)에 도입되었을 때는, 제어부(100)는, 전력 공급부(91a)의 설정값을 계산하고, 계산한 설정값을 전력 공급부(91a)에 입력한다. 그리고, 설정값이 입력된 전력 공급부(91a)는, 입력된 설정값을, 송풍기 출력 라인(91b)을 통하여 송풍기(91)로 출력한다. 이와 같이 하여, 제어부(100)는, 송풍기(91)의 풍량을 제어한다.
본 실시 형태에서는, 송풍관(92-1～92-10)의 각각에는, 밸브(97(97-1～97-10))가 설치되어 있다. 밸브(97-1～97-10)의 각각은, 개도(開度)가 독립적으로 제어 가능하게 설치되어 있다. 밸브(97-1～97-10)는, 유량 제어 밸브로서 기능하는 것이며, 송풍관(92-1～92-10)의 각각은, 유량이 독립적으로 제어 가능하게 설치되어 있다. 즉, 분출공(92a-1～92a-10)의 각각을 통하여 공간(64)에 공급되는 냉각 가스의 유량이 독립적으로 제어 가능하게 설치되어 있다.
밸브(97-1～97-10)는, 개도를 미리 수동 밸브 등에 의해 조정한 후에 이용하는 것이라도 좋고, 혹은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 모터 밸브 등과 같이, 개도를 밸브 제어부(98)로부터의 제어 신호에 의해 제어하는 것이라도 좋다.
도 4에 나타내는 예에서는, 밸브(97-1～97-10)는, 밸브 제어부(98)에 의해 제어 가능하게 구성되어 있다. 히터 온도 센서(Ao1～Ao10)로부터의 검출 신호, 또는 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)로부터의 검출 신호가 도입된 제어부(100)에서는, 밸브 제어부(98)의 설정값을 계산하고, 계산한 설정값을 밸브 제어부(98)에 입력한다. 그리고, 설정값이 입력된 밸브 제어부(98)는, 입력된 설정값을, 밸브 출력 라인(99)을 통하여 밸브(97-1～97-10)로 출력한다. 이와 같이 하여, 제어부(100)는, 밸브(97-1～97-10)의 개도를 제어함으로써, 분출공(92a-1～92a-10)의 각각을 통하여 공급되는 냉각 가스의 유량을 제어한다.
또한, 송풍기(91)의 풍량을 제어함과 함께, 밸브(97-1～97-10)의 개도를 제어함으로써, 분출공(92a-1～92a-10)의 각각을 통하여 공급되는 냉각 가스의 유량을 제어하도록 해도 좋다.
또한, 송풍관(92), 분출공(92a) 및 밸브(97)는, 종방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치되어 있으면 좋다. 따라서, 송풍관(92), 분출공(92a) 및 밸브(97)는, 단위 영역(A1～A10)의 각각에 1:1로 대응하여 설치되어 있지 않아도 좋다.
제어부(100)는, 예를 들면, 도시하지 않는 연산 처리부, 기억부 및 표시부를 갖는다. 연산 처리부는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit)를 갖는 컴퓨터이다. 기억부는, 연산 처리부에, 각종의 처리를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한, 예를 들면 하드 디스크에 의해 구성되는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이다. 표시부는, 예를 들면 컴퓨터의 화면으로 이루어진다. 연산 처리부는, 기억부에 기록된 프로그램을 판독하고, 그 프로그램에 따라서, 열처리 장치를 구성하는 각 부에 제어 신호를 보내, 후술하는 열처리를 실행한다.
또한, 제어부(100)에는, 처리 용기(65) 내의 피가열물인 웨이퍼(W)의 온도가 효율 좋게 설정 온도(소정 온도)로 수속(收束)되도록, 히터(63)에 공급하는 전력과 송풍기(91)에 공급하는 전력을 제어하기 위한 프로그램(시퀀스)이 편성되어 있다. 또한, 이 프로그램은, 히터 출력부(86)가 히터(63)에 공급하는 전력과, 전력 공급부(91a)가 송풍기(91)에 공급하는 전력을 제어함과 함께, 밸브 제어부(98)가 밸브(97)의 개도를 제어하는 것이라도 좋다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 열처리 장치를 이용한 열처리 방법에 대해서 설명한다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 열처리 장치를 이용한 열처리 방법에 있어서의 각 공정의 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
실시 형태(실시예)에서는, 처리 개시 후, 스텝 S11로서, 처리 용기(65) 내에 웨이퍼(W)를 반입한다(반입 공정). 도 1에 나타낸 열처리 장치(10)의 예에서는, 예를 들면 로딩 에어리어(40)에 있어서, 이재 기구(47)에 의해 수납 용기(21)로부터 보트(44a)로 웨이퍼(W)를 탑재하고, 웨이퍼(W)를 탑재한 보트(44a)를 보트 반송 기구(45c)에 의해 덮개체(43)에 올려놓을 수 있다. 그리고, 보트(44a)를 올려놓은 덮개체(43)를 승강 기구(46)에 의해 상승시켜 처리 용기(65) 내에 삽입함으로써, 웨이퍼(W)를 반입할 수 있다.
다음으로, 스텝 S12에서는, 처리 용기(65)의 내부를 감압한다(감압 공정). 배기계(74)의 배기 능력 또는 배기계(74)와 배기 포트(73)와의 사이에 설치되어 있는 도시하지 않는 유량 조정 밸브를 조정함으로써, 배기 포트(73)를 통하여 처리 용기(65)를 배기하는 배기량을 증대시킨다. 그리고, 처리 용기(65)의 내부를 소정 압력으로 감압한다.
다음으로, 스텝 S13에서는, 웨이퍼(W)의 온도를, 웨이퍼(W)를 열처리할 때의 소정 온도(열처리 온도)까지 상승시킨다(리커버리 공정).
보트(44a)를 처리 용기(65)의 내부에 반입한 직후는, 처리 용기(65)에 형성된 온도, 즉 예를 들면 가동 온도 센서(Ap1～Ap10)의 온도는, 실온 가까이까지 내려가 있다. 그 때문에, 히터(63)에 전력을 공급함으로써, 보트(44a)에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)의 온도를 열처리 온도까지 상승시킨다.
본 실시 형태에서는, 후술하는 스텝 S15(냉각 공정)와 동일하게, 히터(63)의 가열량과 냉각 기구(90)의 냉각량을 밸런스시킴으로써, 웨이퍼(W)의 온도가 열처리 온도로 수속되도록 제어해도 좋다.
다음으로, 스텝 S14에서는, 히터(63)에 의해 가열함으로써, 보트(44)에 보유지지되어 있는 웨이퍼(W)를 열처리한다(열처리 공정).
보트(44)에 의해, 종방향을 따라서 웨이퍼(W)를 소정의 간격으로 복수 보유지지하고, 히터(63)에 의해 처리 용기(65)를 가열함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 소정 온도로 유지한다. 이 상태에서, 가스 공급원(72)으로부터 인젝터(71)를 통하여 처리 가스를 처리 용기(65) 내에 공급하고, 웨이퍼(W) 표면을 열처리한다. 예를 들면 수증기 가스로 이루어지는 처리 가스를 공급하여 웨이퍼(W)의 표면을 산화시킨다. 또한, 웨이퍼(W)의 열처리로서는, 산화 처리에 한정되지 않고, 확산, 감압 CVD 등의 각종의 열처리를 행해도 좋다.
다음으로, 스텝 S15에서는, 냉각 기구(90)에 의해, 복수의 분출공(92a-1～92a-10)의 각각을 통하여 공간(64)에 냉각 가스를 공급함으로써, 처리 용기(65)를 냉각하여, 웨이퍼(W)의 온도를 열처리 온도로부터 하강시킨다(냉각 공정). 이때, 송풍기(91)에 의해 공급되는 냉각 가스가, 유량이 독립적으로 제어 가능하게 설치되어 이루어지는 복수의 송풍관(92)의 분출공(92a)의 각각을 통하여 공간(64)에 공급됨으로써, 열처리한 웨이퍼(W)를 냉각한다.
히터 온도 센서(Ao1～Ao10)로부터의 검출 신호 및, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)로부터의 검출 신호를 제어부(100)에 도입한다. 검출 신호가 도입된 제어부(100)는, 히터 출력부(86)의 설정값, 전력 공급부(91a)의 설정값 및 밸브 제어부(98)의 설정값을 계산하고, 계산한 설정값을, 히터 출력부(86), 전력 공급부(91a) 및 밸브 제어부(98)에 입력한다. 설정값이 입력된 히터 출력부(86)는, 입력된 설정값을, 히터 출력 라인(87)을 통하여 히터(63-1～63-10)의 각각으로 출력한다. 또한, 설정값이 입력된 전력 공급부(91a)는, 입력된 설정값을, 송풍기 출력 라인(91b)을 통하여 송풍기(91)로 출력한다. 또한, 설정값이 입력된 밸브 제어부(98)는, 입력된 설정값을, 밸브 출력 라인(99)을 통하여 밸브(97-1～97-10)로 출력한다.
또한, 검출 신호는, 본 발명에 있어서의 검출값에 상당한다.
이때, 처리 용기 내 온도 센서(Ai) 또는 히터 온도 센서(Ao)가 검출하는 검출 신호에 기초하여, 처리 용기(65)의 냉각 속도가 종방향을 따라서 동일해지도록, 분출공(92a-1～92a-10)의 각각으로부터 공급되는 냉각 가스의 유량을 독립적으로 제어한다. 예를 들면, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10) 또는 히터 온도 센서(Ao1～Ao10)의 각각이 검출하는 온도의 시간 변화율이 서로 동일해지도록, 분출공(92a-1～92a-10)의 각각으로부터 공간(64)에 공급되는 냉각 가스의 유량을 독립적으로 제어한다. 이러한 제어를 행함으로써, 각 웨이퍼(W)의 냉각 속도, 즉 온도의 시간 변화율이 서로 동일해지도록 할 수 있다. 또한, 냉각 공정을 개시할 때의 각 웨이퍼(W)의 온도가 동일한 경우에는, 처리 용기 내 온도 센서(Ai) 또는 히터 온도 센서(Ao)의 각각이 검출하는 온도의 시간 변화율을 동일하게 함으로써, 냉각 공정의 각 시점에 있어서의 각 웨이퍼(W)의 온도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 처리 용기 내 온도 센서(Ai) 또는 히터 온도 센서(Ao)의 각각이 검출하는 온도의 시간 변화율이 서로 동일해지도록, 송풍기(91)의 풍량을 제어함과 함께, 밸브(97-1～97-10)의 각각의 개도를 독립적으로 제어해도 좋다.
또한, 스텝 S15(냉각 공정)를 행할 때에, 미리 프로그램에 기록된 온도와 시간과의 관계를 나타내는 냉각 곡선에 기초하여, 밸브(97-1～97-10)의 각각의 개도를 리얼 타임으로 독립적으로 제어해도 좋다. 또는, 스텝 S14(열처리 공정)의 후, 스텝 S15(냉각 공정)를 행하기 전에, 밸브(97-1～97-10)의 각각의 개도를 독립적으로 제어해 두고, 스텝 S15(냉각 공정)에서는 송풍기(91)의 풍량을 제어하도록 해도 좋다. 혹은, 미리 스텝 S11의 공정을 개시하기 전에, 밸브(97-1～97-10)의 각각의 개도를 독립적으로 제어해 두고, 스텝 S15(냉각 공정)에서는 송풍기(91)의 풍량을 제어하도록 해도 좋다.
다음으로, 스텝 S16에서는, 처리 용기(65)의 내부를 대기압으로 복압한다(복압 공정). 배기계(74)의 배기 능력 또는 배기계(74)와 배기 포트(73)와의 사이에 설치되어 있는, 도시하지 않는 유량 조정 밸브를 조정함으로써, 처리 용기(65)를 배기하는 배기량을 감소시키고, 예를 들면 질소(N2) 퍼지 가스를 도입하여 처리 용기(65)의 내부를 대기압으로 복압한다.
다음으로, 스텝 S17에서는, 처리 용기(65)로부터 웨이퍼(W)를 반출한다(반출 공정). 도 1에 나타낸 열처리 장치(10)의 예에서는, 예를 들면 보트(44a)를 올려놓은 덮개체(43)를 승강 기구(46)에 의해 하강시켜 처리 용기(65) 내로부터 로딩 에어리어(40)에 반출할 수 있다. 그리고, 이재 기구(47)에 의해, 반출한 덮개체(43)에 올려놓여져 있는 보트(44a)로부터 수납 용기(21)로 웨이퍼(W)를 이재함으로써, 웨이퍼(W)를 처리 용기(65)로부터 반출할 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)를 처리 용기(65)로부터 반출함으로써, 열처리 작업은 종료된다.
또한, 복수의 배치에 대해서 연속하여 열처리 작업을 행할 때는, 추가로, 로딩 에어리어(40)에 있어서, 이재 기구(47)에 의해 수납 용기(21)로부터 웨이퍼(W)를 보트(44)에 이재하고, 다시 스텝 S11로 되돌아와, 다음의 배치(batch)의 열처리 작업을 행한다.
[제1 실시 형태]
제1 실시 형태에서는, 실제로 웨이퍼를 보유지지한 보트(44)를 처리 용기(65) 내에 반입하고, 스텝 S15(냉각 공정)를 행했을 때의 각 단위 영역에 있어서의 온도를 측정하여, 각 단위 영역에 있어서의 온도차의 평가를 행했기 때문에, 그 평가 결과에 대해서 설명한다.
실시예 1로서, 가장 개구부(67)측의 밸브(97-1)의 개도를 미리 50％로 하고, 다른 밸브(97-2～97-10)의 개도를 미리 100％로 한 상태에서, 스텝 S15(냉각 공정)의 일 예로서, 800℃에서 400℃까지의 냉각을 행했다. 또한, 비교예 1로서, 모든 밸브(97-1～97-10)의 개도를 미리 100％로 한 상태에서, 실시예 1과 동일하게, 800℃에서 400℃까지의 냉각을 행했다. 또한, 실시예 1 및 비교예 1에서는, 차압계(75)에 의해 계측한 공간(64)의 대기압에 대한 차압은 대략 0이며, 공간(64)의 내압은 대략 대기압과 동일했다.
도 6 및 도 7은, 각각 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의, 각 단위 영역에서의 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6 및 도 7에서는, 도시를 용이하게 하기 위해, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)가 검출한 온도 중, 가장 높은 검출 온도와, 가장 낮은 검출 온도만을 나타내고 있다.
또한, 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의, 온도의 시간 변화율(이하, 「냉각 속도」라고 함), 냉각 개시 후 12분의 시각에 있어서의 가장 높은 검출 온도와 가장 낮은 검출 온도와의 차이(이하, 「면간 온도차」라고 함)를, 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1에서는, 냉각 속도는 대략 동일하다. 또한, 실시예 1에 있어서의 냉각 개시 후 12분의 시각에 있어서의 면간 온도차는 18.3℃이며, 비교예 1에 있어서의 동(同)시각에 있어서의 최대 온도차 43.3℃보다도 작다. 따라서, 실시예 1에 의하면, 종방향을 따른 냉각 속도의 차이가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
비교예 1과 같이 냉각 속도의 차이가 발생하는 경우라도, 각 단위 영역에 있어서의 히터(63)의 출력의 차이를 크게 함으로써, 각 단위 영역에 있어서의 냉각 속도가 동일해지도록 제어할 수 있다. 그러나, 그러기 위해서는, 냉각 속도가 큰 단위 영역에 있어서의 히터(63)의 출력을, 다른 단위 영역에 있어서의 히터(63)의 출력보다도 크게 할 필요가 있다. 따라서, 전체로서의 전력 소비량이 증가할 우려가 있다.
한편, 본 실시 형태에서는, 각 단위 영역에 있어서의 밸브(97)의 개도를 독립적으로 제어하고, 각 단위 영역에 있어서의 분출공(92a)을 통하여 공급되는 냉각 가스의 유량을 독립적으로 제어한다. 이에 따라, 각 단위 영역에 있어서의 히터(63)의 출력의 차이를 크게 하지 않아도, 각 단위 영역에 있어서의 냉각 속도가 동일해지도록 제어할 수 있다.
또한, 비교예 2로서, 유입 억제 부재(67a)를 제거한 상태에서, 또한 차압계(75)에 의해 계측한 공간(64)의 대기압에 대한 차압이 －11㎩일 때에, 비교예 1과 동일하게, 800℃에서 400℃까지의 냉각을 행했다. 도 8은, 비교예 2에 있어서의, 각 단위 영역에서의 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8에서는, 도시를 용이하게 하기 위해, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)가 검출한 온도 중, 가장 높은 검출 온도와, 가장 낮은 검출 온도만을 나타내고 있다. 또한, 비교예 2에 있어서의, 냉각 속도, 면간 온도차도, 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예 2에서는, 냉각 속도는 대략 동일하다. 또한, 비교예 2에 있어서의 냉각 개시 후 12분의 시각에 있어서의 면간 온도차는 92.3℃이며, 비교예 1에 있어서의 동시각에 있어서의 면간 온도차 43.3℃보다도 크다. 따라서, 공간(64)의 내압의 대기압에 대한 차압이 부압이 되면, 면간 온도차가 커진다. 이것은, 예를 들면, 부압이 된 공간(64)에 개구부(67)로부터 실온에 가까운 외기(外氣)가 유입되기 때문에, 개구부(67) 부근에 있어서 냉각 속도가 커지기 때문으로 생각된다.
[제2 실시 형태]
제2 실시 형태에서는, 유입 억제 부재(67a)를 설치하는 것의 효과에 대해서 평가를 행했기 때문에, 그 평가 결과에 대해서 설명한다.
도 9 및 도 10은, 유입 억제 부재(67a)의 효과를 설명하기 위한 도면으로서, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)가 검출한 온도 중, 가장 높은 검출 온도와, 가장 낮은 검출 온도의 차이(이하, 면간 온도차라고 칭함)와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9에서는, 유입 억제 부재(67a)를 설치하고, 공간(64)의 대기압에 대한 차압이 －216㎩ 또는 －333㎩인 상태에서, 570℃에서 300℃까지의 냉각(스텝 S15)을 행했다.
한편, 도 10에서는, 유입 억제 부재(67a)를 설치하지 않고, 공간(64)의 대기압에 대한 차압이 －161㎩ 또는 －210㎩인 상태에서, 570℃에서 300℃까지의 냉각(스텝 S15)을 행했다.
도 9의 조건에서는, 개구부(67)에 있어서의 재킷(62)과 처리 용기(65)와의 극간에 유입 억제 부재(67a)를 설치하고 있다. 그 때문에, 공간(64)의 내압이 변화한 경우에 있어서도, 각 시간에 있어서의 면간 온도차의 변화가 작다. 한편, 도 10의 조건에서는, 개구부(67)에 있어서의 재킷(62)과 처리 용기(65)와의 극간에 유입 억제 부재(67a)를 설치하지 않았다. 그 때문에, 공간(64)의 내압이 변화한 경우에 있어서의, 각 시간에 있어서의 면간 온도차의 변화가 크다.
통상, 공간(64)의 내압이 변화한 경우, 공간(64)의 대기압에 대한 부의 차압의 절대값이 커짐에 따라, 개구부(67)로부터 공간(64)으로 유입하는 외기가 많아지기 때문에, 도 10에 나타내는 바와 같이, 면간 온도차가 커진다. 그러나, 도 9에 있어서 유입 억제 부재(67a)를 설치함으로써, 공간(64)의 내압이 대기압에 대하여 부압이 된 경우라도, 개구부(67)로부터 공간(64)으로의 실온에 가까운 외기의 유입을 효과적으로 억제할 수 있었다고 생각된다.
따라서, 유입 억제 부재(67a)를, 본 발명의 공급부가 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량이 독립적으로 제어 가능한 열처리 장치에 설치함으로써, 보다 용이하게 각 단위 영역에 있어서의 냉각 속도가 동일해지도록 제어할 수 있다.
[제3 실시 형태]
또한, 본 실시 형태에 따른 열처리 방법으로서, 냉각 공정에 있어서, 처리 용기 내 온도 센서(Ai) 는 히터 온도 센서(Ao)의 온도를 미리 설정된 온도 패턴으로 제어함과 함께, 그 온도 패턴의 설정 방법에 대해서, 선택 가능한 복수의 모드를 마련하고 있어도 좋다. 여기에서는, 웨이퍼 간의 온도의 균일성을 고(高)정밀도로 제어 가능한 제1 모드와, 웨이퍼 간의 온도의 균일성의 정밀도는 조금 낮아지지만 전력 소비량을 저감 가능한 제2 모드를 갖는 예에 대해서 설명한다.
제1 모드에서는, 밸브(97-1～97-10)의 각각의 개도를 독립적으로 제어하여, 송풍기(91)의 풍량을 제어함과 함께, 히터(63-1～63-10)의 각각의 발열량을 독립적으로 제어한다. 그리고, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10) 또는 히터 온도 센서(Ao1～Ao10) 중 어느 온도도 미리 설정된 동일한 온도 패턴으로 제어한다.
한편, 제2 모드에서는, 히터(63-1～63-10)에 의한 가열을 정지한 상태에서, 밸브(97-1～97-10)의 각각의 개도를 독립적으로 제어함과 함께, 송풍기(91)의 풍량을 제어한다. 그리고, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10) 또는 히터 온도 센서(Ao1～Ao10) 중 어느 온도를 미리 설정된 온도 패턴으로 제어한다.
도 11은, 제1 모드를 행했을 때의, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)가 검출한 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 12는, 도 11의 결과가 얻어졌을 때의, 송풍기(91)의 출력 및 히터(63)의 출력과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 11에서는, 온도를 800℃에서 600℃까지 냉각하는 예를 나타내고 있다. 또한, 도 12에서는, 도시를 용이하게 하기 위해, 히터(63)의 출력에 대해서는, 히터(63-1～63-10)를 대표하여, 어느 1개의 히터의 출력만을 나타내고 있다.
또한, 제1 모드 및 제2 모드에 대해서, 냉각 개시 후 12 분의 시각에 있어서의 가장 높은 검출 온도와 가장 낮은 검출 온도와의 차이(면간 온도차) 및 냉각 공정에 있어서의 적산 전력을, 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00002
도 12에 나타내는 바와 같이, 송풍기(91)의 출력은, 냉각 공정 개시 직후, 온도가 800℃ 부근에서 일단 100％가 된 후, 45％ 정도까지 감소하고, 그 후, 온도의 하강에 수반하여 서서히 증가한다. 그리고, 송풍기(91)의 출력은, 냉각 공정 종료 직전, 온도가 600℃ 부근에서 일단 출력이 증가한 후, 냉각 공정 종료 후에 다시 0％가 된다.
도 13은, 제2 모드를 행했을 때의, 처리 용기 내 온도 센서(Ai1～Ai10)가 검출한 온도와 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 14는, 도 13의 결과가 얻어졌을 때의, 송풍기(91)의 출력 및 히터(63)의 출력과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 13에서는, 온도를 800℃에서 600℃까지 냉각하는 예를 나타내고 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 송풍기(91)의 출력은, 냉각 공정 개시 직후, 온도가 800℃ 부근에서 일단 100％가 된 후, 20％ 정도까지 감소하고, 그 후, 온도의 하강에 수반하여 서서히 증가한다. 그리고, 송풍기(91)의 출력은, 냉각 공정 종료 직전, 온도가 600℃ 부근에서 일단 출력이 증가한 후, 냉각 공정 종료 후에 다시 0％가 된다.
제2 모드에서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 개구부(67) 부근, 즉 하측의 단위 영역에서는 냉각 속도가 커지기 때문에, 면간 온도차는 조금 커진다. 그러나, 도 14에 나타내는 바와 같이, 히터(63)의 출력이 없기 때문에, 전력 소비량을 저감할 수 있다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 제2 모드의 면간 온도차는 27.4℃이며, 제1 모드의 면간 온도차 7.5℃보다도 조금 크다. 그러나, 제2 모드의 냉각 공정에 있어서의 전력 소비량은 1.63kWh이며, 제1 모드의 냉각 공정에 있어서의 전력 소비량 3.64kWh보다도 저감할 수 있다.
또한, 제1 모드와 제2 모드의 중간의 모드인 제3 모드를 마련해도 좋다. 제3 모드로서, 예를 들면 제1 모드에 있어서의 히터(63)의 출력에 소정의 비율을 곱한 것으로 할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 간의 온도의 균일성을 그만큼 낮게 하는 일 없이 전력 소비량을 제1 모드보다도 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 기술했지만, 본 발명은 이러한 특정의 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변형·변경이 가능하다.
또한, 실시 형태에서는, 히터와, 분출공과, 온도 센서는, 하나의 방향을 따라서 연재되고, 기판을 열처리하는 열처리 장치에 구비된 처리 용기 내에 각각 복수 설치되어 있는 예에 대해서 설명했다. 그러나, 히터와, 분출공과, 온도 센서는, 하나의 방향을 따라서 연재되는 용기의 온도를 제어하는 온도 제어 시스템에 각각 복수 설치된 것이라도 좋다. 그리고, 온도 제어 시스템에 있어서, 용기를 냉각할 때에, 온도 센서가 검출한 검출값에 기초하여, 용기의 냉각 속도가 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 분출공을 통하여 냉각 가스를 공급하는 유량을 독립적으로 제어하는 온도 제어 방법을 행해도 좋다.
10 : 열처리 장치
44 : 보트
60 : 열처리로
62 : 재킷
63, 63-1～63-10 : 히터
64 : 공간
65 : 처리 용기
67 : 개구부
67a : 유입 억제 부재
68a : 로구
75 : 차압계
86 : 히터 출력부
90 : 냉각 기구
91 : 송풍기(블로어)
91a : 전력 공급부
92, 92-1～92-10 : 송풍관
92a, 92a-1～92a-10 : 분출공
94 : 배기관
94a : 배기구
97 : 밸브
98 : 밸브 제어부
100 : 제어부
Ai1～Ai10 : 처리 용기 내 온도 센서

Claims (18)

  1. 기판을 열처리하는 열처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서, 하나의 방향을 따라서 기판을 소정의 간격으로 복수 보유지지(保持) 가능한 기판 보유지지부와,
    상기 처리 용기를 가열하는 가열부와,
    기체를 공급하는 공급부와, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구를 포함하고, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 상기 처리 용기에 기체를 공급함으로써 상기 처리 용기를 냉각하는 냉각부를 갖고,
    상기 냉각부는, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량이 독립적으로 제어 가능하게 설치된 것인 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 처리 용기를 냉각할 때에, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급 유량이 독립적으로 제어 가능하게 설치된 것인 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 검출 소자를 포함하고, 상기 처리 용기 내의 상기 하나의 방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위한 검출부와,
    상기 처리 용기를 냉각할 때에, 상기 검출부가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 제어부를 갖는 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하는 것이며,
    상기 제어부는, 상기 처리 용기를 냉각할 때에, 상기 검출값에 기초하여, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 발열 소자의 각각의 발열량을 독립적으로 제어함과 함께, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 열처리 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 공급부는, 기체를 송풍하는 송풍기이며,
    상기 냉각부는, 각각이, 상기 송풍기로부터 상기 공급구의 각각으로 공급되는 기체가 흐르는 각각의 유로에 설치된, 복수의 유량 조정 밸브를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 처리 용기를 냉각할 때에, 상기 검출값에 기초하여, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 송풍기가 기체를 송풍하는 풍량을 제어함과 함께, 상기 유량 조정 밸브의 각각의 개도(開度)를 독립적으로 제어함으로써, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 열처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 주위를 덮도록 설치되어 있음과 함께, 상기 처리 용기의 주위에, 배기구를 통하여 내부가 배기 가능한 공간을 획성(劃成)하고 있는 덮개 부재를 갖고,
    상기 냉각부는, 상기 배기구를 통하여 배기되고 있는 상기 공간의 내부에, 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급함으로써 상기 처리 용기를 냉각하는 것이며,
    상기 덮개 부재는, 개구부가 형성되어 이루어짐과 함께, 상기 개구부를 통하여 상기 처리 용기가 상기 덮개 부재의 내부에 삽입되어 이루어지는 것이며,
    상기 개구부에 있어서의 상기 덮개 부재와 상기 처리 용기와의 극간에는, 상기 극간을 통하여 상기 덮개 부재 내로 외기(外氣)가 유입되는 것을 억제하기 위한 유입 억제 부재가 설치되어 있는 열처리 장치.
  7. 하나의 방향을 따라서 연재(延在)되는 용기의 온도를 제어하는 온도 제어 시스템에 있어서,
    상기 용기를 가열하는 가열부와,
    기체를 공급하는 공급부와, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구를 포함하고, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 상기 용기에 기체를 공급함으로써 상기 용기를 냉각하는 냉각부와,
    상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 검출 소자를 포함하고, 상기 용기 내의 상기 하나의 방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위한 검출부와,
    상기 용기를 냉각할 때에, 상기 검출부가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량을 독립적으로 제어하는 제어부를 갖는 온도 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하는 것이며,
    상기 제어부는, 상기 용기를 냉각할 때에, 상기 검출값에 기초하여, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 발열 소자의 각각의 발열량을 독립적으로 제어함과 함께, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 온도 제어 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 공급부는, 기체를 송풍하는 송풍기이며,
    상기 냉각부는, 각각이, 상기 송풍기로부터 상기 공급구의 각각으로 공급되는 기체가 흐르는 각각의 유로에 설치된, 복수의 유량 조정 밸브를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 용기를 냉각할 때에, 상기 검출값에 기초하여, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 송풍기가 기체를 송풍하는 풍량을 제어함과 함께, 상기 유량 조정 밸브의 각각의 개도를 독립적으로 제어함으로써, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 온도 제어 시스템.
  10. 기판을 열처리하는 열처리 방법에 있어서,
    처리 용기 내에서, 기판 보유지지부에 의해, 하나의 방향을 따라서 기판을 소정의 간격으로 복수 보유지지한 상태에서, 가열부에 의해 상기 처리 용기를 가열함으로써, 상기 기판 보유지지부에 보유지지되어 있는 기판을 열처리하는 열처리 공정과,
    상기 열처리 공정 후, 공급부에 의해, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구의 각각을 통하여 상기 처리 용기에 기체를 공급함으로써, 상기 처리 용기를 냉각하는 냉각 공정을 갖고,
    상기 냉각 공정은, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급부가 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 열처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각 공정은, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 검출 소자를 포함하고, 상기 처리 용기 내의 상기 하나의 방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위한 검출부가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 열처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하는 것이며,
    상기 냉각 공정은, 상기 검출값에 기초하여, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 발열 소자의 각각의 발열량을 독립적으로 제어함과 함께, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 열처리 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 공급부는, 기체를 송풍하는 송풍기이며,
    상기 냉각 공정은, 상기 검출값에 기초하여, 상기 처리 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 송풍기가 기체를 송풍하는 풍량을 제어함과 함께, 각각이, 상기 송풍기로부터 상기 공급구의 각각으로 공급되는 기체가 흐르는 각각의 유로에 설치된, 복수의 유량 조정 밸브의 각각의 개도를 독립적으로 제어함으로써, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 열처리 방법.
  14. 하나의 방향을 따라서 연재되는 용기의 온도를 제어하는 온도 제어 방법에 있어서,
    가열부에 의해 상기 용기를 가열한 후, 공급부에 의해, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 공급구의 각각을 통하여 상기 용기에 기체를 공급함으로써, 상기 용기를 냉각하는 냉각 공정을 갖고,
    상기 냉각 공정은, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급구의 각각을 통하여 기체를 공급하는 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 온도 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 냉각 공정은, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 검출 소자를 포함하고, 상기 용기 내의 상기 하나의 방향을 따른 온도 분포를 검출하기 위한 검출부가 검출한 검출값에 기초하여, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 온도 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가열부는, 상기 하나의 방향을 따라서 각각이 서로 상이한 위치에 설치된 복수의 발열 소자를 포함하는 것이며,
    상기 냉각 공정은, 상기 검출값에 기초하여, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 발열 소자의 각각의 발열량을 독립적으로 제어함과 함께, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 온도 제어 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 공급부는, 기체를 송풍하는 송풍기이며,
    상기 냉각 공정은, 상기 검출값에 기초하여, 상기 용기의 냉각 속도가 상기 하나의 방향을 따라서 동일해지도록, 상기 송풍기가 기체를 송풍하는 풍량을 제어함과 함께, 각각이, 상기 송풍기로부터 상기 공급구의 각각으로 공급되는 기체가 흐르는 각각의 유로에 설치된, 복수의 유량 조정 밸브의 각각의 개도를 독립적으로 제어함으로써, 상기 공급 유량을 독립적으로 제어하는 것인 온도 제어 방법.
  18. 컴퓨터에 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 열처리 방법 또는 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 온도 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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