KR20200074875A - 열처리 장치 - Google Patents

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KR20200074875A
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마사요시 마스나가
유타카 사사키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 열처리 시의 온도 재현성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 따른 열처리 장치는, 세로로 긴 처리 용기와, 상기 처리 용기의 주위에 설치된 가열 수단과, 상기 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기와 상기 가열 수단 사이의 공간에 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 설치된 온도 센서와, 상기 공간에, 상기 처리 용기의 중심축으로부터 신장되어 상기 온도 센서를 통과하는 반직선을 사이에 두고 설치되며, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 신장되는 한 쌍의 칸막이를 갖는다.

Description

열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 개시는 열처리 장치에 관한 것이다.
처리 용기와 이 외주에 설치한 가열 수단 사이의 가열 공간 내에 처리 용기의 둘레 방향을 따라 원형의 박판 링형으로 이루어진 링판을 설치함으로써, 가열 공간 내에서 대류가 발생하는 것을 억제하는 열처리 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2014-96453호 공보
본 개시는 열처리 시의 온도 재현성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 열처리 장치는, 세로로 긴 처리 용기와, 상기 처리 용기의 주위에 설치된 가열 수단과, 상기 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기와 상기 가열 수단 사이의 공간에 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 설치된 온도 센서와, 상기 공간에, 상기 처리 용기의 중심축으로부터 신장되어 상기 온도 센서를 통과하는 반직선을 사이에 두고 설치되며, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 신장되는 한 쌍의 칸막이를 갖는다.
본 개시에 의하면, 열처리 시의 온도 재현성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 종단면도이다.
도 2는 제1 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 횡단면도이다.
도 3은 종래의 열처리 장치의 처리 용기와 가열 수단 사이의 공간에 발생하는 대류를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 열처리 장치의 처리 용기와 가열 수단 사이의 공간에 발생하는 대류를 설명하는 도면이다.
도 5는 제2 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 횡단면도이다.
도 6은 도 5의 열처리 장치의 처리 용기와 가열 수단 사이의 공간에 발생하는 대류를 설명하는 도면이다.
도 7은 제3 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 횡단면도이다.
도 8은 도 7의 열처리 장치의 처리 용기와 가열 수단 사이의 공간에 발생하는 대류를 설명하는 도면이다.
도 9는 일정 온도에서 실행되는 제1 열처리의 설정 온도의 시간 변화를 도시한 도면이다.
도 10은 종래의 열처리 장치에 의한 제1 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다.
도 11은 제1 칸막이를 갖는 열처리 장치에 의한 제1 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다.
도 12는 제1 칸막이 및 제2 칸막이를 갖는 열처리 장치에 의한 제1 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다.
도 13은 온도의 변경을 수반하는 제2 열처리의 설정 온도의 시간 변화를 도시한 도면이다.
도 14는 종래의 열처리 장치에 의한 제2 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다.
도 15는 제1 칸막이를 갖는 열처리 장치에 의한 제2 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다.
도 16은 제1 칸막이 및 제2 칸막이를 갖는 열처리 장치에 의한 제2 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시형태에 대해 설명한다. 첨부된 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
〔제1 실시형태〕
(열처리 장치)
제1 실시형태의 열처리 장치의 구성예에 대해 설명한다. 열처리 장치는, 다수 매의 기판에 대해 일괄적으로 열처리를 행하는 배치(batch)식의 종형 열처리 장치이다. 도 1은 제1 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 종단면도이다. 도 2는 제1 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 횡단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 열처리 장치(1)는, 길이 방향이 수직인 세로로 긴 처리 용기(4)를 갖는다. 처리 용기(4)는, 천장이 있는 외관(6)과, 외관(6)의 내측에 동심적으로 배치된 원통체형의 내관(8)을 갖는, 이중관 구조로 구성되어 있다.
외관(6) 및 내관(8)은, 석영, 탄화규소 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있다. 외관(6) 및 내관(8)은, 예컨대 스테인리스에 의해 형성된 매니폴드(10)에 의해, 하단부가 유지되어 있다. 매니폴드(10)는, 베이스 플레이트(12)에 고정되어 있다. 단, 매니폴드(10)를 설치하지 않고, 처리 용기(4) 전체를, 예컨대 석영에 의해 형성하는 구성이어도 좋다.
매니폴드(10)의 하단부의 개구에는, 예컨대 스테인리스강에 의해 형성되는 원반형의 캡부(14)가, 시일 부재(16)를 통해 기밀 밀봉 가능하게 부착되어 있다. 캡부(14)의 대략 중심부에는, 예컨대 자성 유체 시일(18)에 의해 기밀 상태로 회전 가능한 회전축(20)이 삽입 관통되어 있다. 회전축(20)의 하단부는, 회전 기구(22)에 접속되어 있다. 회전축(20)의 상단부에는, 예컨대 스테인리스강에 의해 형성되는 테이블(24)이 고정되어 있다.
테이블(24) 상에는, 예컨대 석영에 의해 형성되는 보온통(26)이 설치되어 있다. 보온통(26) 상에는, 예컨대 석영에 의해 형성되는 웨이퍼 보트(28)가 배치되어 있다.
웨이퍼 보트(28)에는, 다수 매(예컨대 50매∼150매)의 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 함)가, 소정의 간격(예컨대 10 ㎜ 정도의 피치)으로 수용되어 있다. 웨이퍼 보트(28), 보온통(26), 테이블(24), 및 캡부(14)는, 예컨대 보트 엘리베이터인 승강 기구(30)에 의해, 처리 용기(4) 내에 일체로 되어 로드, 언로드된다.
매니폴드(10)의 하부에는, 처리 용기(4) 내에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입 수단(32)이 설치되어 있다. 가스 도입 수단(32)은, 매니폴드(10)를 기밀하게 관통하도록 설치된 가스 노즐(34)을 갖는다. 한편, 도 1에서는, 가스 도입 수단(32)이 하나 설치되어 있는 경우를 도시하지만, 사용하는 가스종의 수 등에 따라 복수의 가스 도입 수단(32)이 설치되어 있어도 좋다. 가스 노즐(34)로부터 처리 용기(4)에 도입되는 가스는, 유량 제어 기구(도시하지 않음)에 의해, 유량이 제어된다.
매니폴드(10)의 상부에는, 가스 출구(36)가 형성되어 있다. 가스 출구(36)에는, 배기계(38)가 연결된다. 배기계(38)는, 가스 출구(36)에 접속된 배기 통로(40)와, 배기 통로(40)의 도중에 개재된 압력 조정 밸브(42) 및 진공 펌프(44)를 포함한다. 배기계(38)에 의해, 처리 용기(4) 내의 압력을 조정하면서 배기할 수 있다.
처리 용기(4)의 주위에는, 처리 용기(4)를 둘러싸도록 하여 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 수단(48)이 설치되어 있다. 가열 수단(48)은, 단열 부재(50)와, 보호 커버(51)와, 히터 엘리먼트(52)와, 유지 부재(53)를 갖는다.
단열 부재(50)는, 천장면을 갖고, 하단부가 개구된 원통체형으로 형성되어 있다. 단열 부재(50)의 하단부는, 베이스 플레이트(12)에 지지되어 있다. 단열 부재(50)는, 예컨대 열전도성이 낮고, 부드러운 무정형의 실리카 및 알루미나의 혼합물에 의해 형성되어 있다. 단열 부재(50)는, 그 내주가 처리 용기(4)의 외면에 대해 소정의 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. 소정의 거리는, 예컨대 62 ㎜∼70 ㎜이다.
보호 커버(51)는, 단열 부재(50)의 외주의 전면(全面)을 덮도록 부착되어 있다. 보호 커버(51)는, 예컨대 스테인리스강에 의해 형성되어 있다.
히터 엘리먼트(52)는, 단열 부재(50)의 내주측에, 나선형으로 권취되어 배치되어 있다. 히터 엘리먼트(52)는, 단열 부재(50)의 내면으로부터 소정의 간극을 사이에 둔 상태로, 유지 부재(53)에 의해, 열팽창 및 열수축 가능하게 유지되어 있다. 단, 히터 엘리먼트(52)는, 유지 부재(53)에 의한 유지를 대신하여, 단열 부재(50)의 내주측에 나선형으로 홈부를 형성하고, 홈부에 끼워 넣어 고정되어 있어도 좋다. 히터 엘리먼트(52)의 재질로서는, 예컨대 저항 발열체를 이용할 수 있다. 히터 엘리먼트(52)는, 전원에 접속되어 있고, 전력이 공급됨으로써 발열하여, 웨이퍼 보트(28)에 유지된 웨이퍼(W)를 가열한다. 히터 엘리먼트(52)는, 상하 방향에 있어서 복수의 가열 영역(존)으로 구분되어 있다. 이와 같이 히터 엘리먼트(52)가 상하 방향에 있어서 복수의 가열 영역으로 구분되어 있는 경우, 가열 영역마다 히터 엘리먼트(52)의 발열량을 제어함으로써, 처리 용기(4)의 상하 방향의 온도를 조절할 수 있다. 도 1의 예에서는, 복수의 가열 영역은, 상방으로부터 하방을 향해 형성된, TOP 영역, CT 영역, CTR 영역, CB 영역 및 BTM 영역을 포함한다. 한편, 히터 엘리먼트(52)는, 복수의 가열 영역으로 구분되지 않고, 단일의 가열 영역을 형성하고 있어도 좋다.
유지 부재(53)는, 단열 부재(50)의 내면에, 단열 부재(50)의 축 방향으로 신장되고, 또한, 둘레 방향으로 소정의 간격으로 설치되어 있다. 유지 부재(53)는, 히터 엘리먼트(52)를, 열팽창 및 열수축 가능하게 유지한다.
처리 용기(4) 내에는, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 온도 센서(60)가 설치되어 있다. 온도 센서(60)는, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 복수의 온도 측정부(62)를 갖는, 예컨대 열전대이다. 도 1의 예에서는, CT 영역, CTR 영역, CB 영역 및 BTM 영역의 각각에, 온도 측정부(62a, 62b, 62c, 62d)가 배치되어 있다. 이에 의해, CT 영역, CTR 영역, CB 영역 및 BTM 영역의 온도를 개별적으로 계측할 수 있다. 단, 온도 측정부(62)의 배치는 이것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 온도 센서(60)는, 처리 용기(4)와 가열 수단(48) 사이의 공간(S)에 설치되어 있어도 좋다.
처리 용기(4)와 가열 수단(48) 사이의 공간(S)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 외측으로 신장되어 온도 센서(60)를 통과하는 반직선(L)을 사이에 두고, 또한, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 연장되는 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)가 설치되어 있다. 제1 칸막이(70)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상단부가 온도 센서(60)의 복수의 온도 측정부(62) 중 최상부의 온도 측정부(62a)보다 상방에 위치되는 것이 바람직하다. 제1 칸막이(72)에 대해서도, 제1 칸막이(70)와 마찬가지로, 상단부가 온도 센서(60)의 복수의 온도 측정부(62) 중 최상부의 온도 측정부(62a)보다 상방에 위치되는 것이 바람직하다.
제1 칸막이(70, 72)는, 예컨대 히터 엘리먼트(52) 또는 유지 부재(53)에 탈착 가능하게 부착되어 있다. 단, 제1 칸막이(70, 72)는, 다른 부재에 부착되어 있어도 좋다. 또한, 제1 칸막이(70, 72)는, 처리 용기(4)의 외관(6)의 외면에 대해 소정의 간극(L1)을 두고 설치되어 있다. 소정의 간극(L1)은, 예컨대 7 ㎜∼15 ㎜이다.
제1 칸막이(70, 72)는, 예컨대 알루미나(Al2O3)나 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료에 의해 형성되어 있다. 제1 칸막이(70, 72)는, 각각 블록형으로 성형된 세라믹스 성형 부재여도 좋고, 알루미나 클로스 등의 섬유형의 부재여도 좋다. 또한, 이들을 조합한 부재여도 좋다. 이와 같이, 제1 칸막이(70, 72)는, 단일의 부재에 의해 형성되어 있어도 좋고, 복수개로 분할 가능한 부재에 의해 형성되어 있어도 좋다.
처리 용기(4)와 가열 수단(48) 사이의 공간(S)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 한쪽의 제1 칸막이(70)로부터 다른쪽의 제1 칸막이(72)까지 처리 용기(4)의 둘레 방향을 따라 연장되는, 반원 이상의 원호 판형의 제2 칸막이(80)가 설치되어 있다. 즉, 제2 칸막이(80)는, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 외측으로 신장되어 온도 센서(60)를 통과하는 반직선(L)을 지나지 않도록 설치되어 있다.
제2 칸막이(80)는, 예컨대 히터 엘리먼트(52) 또는 유지 부재(53)에 탈착 가능하게 부착되어 있다. 단, 제2 칸막이(80)는, 다른 부재, 예컨대 제1 칸막이(70, 72)에 부착되어 있어도 좋다. 또한, 제2 칸막이(80)는, 처리 용기(4)의 외관(6)의 외면에 대해 소정의 간극(L2)을 두고 설치되어 있다. 소정의 간극(L2)은, 예컨대 7 ㎜∼15 ㎜이다.
제2 칸막이(80)는, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 가열 영역 중 최하부의 가열 영역인 BTM 영역과, BTM 영역의 상방에 인접하는 CB 영역의 경계 또는 상기 경계 근방에 설치되어 있다. 한편, BTM 영역과 CB 영역의 경계 근방이란, BTM 영역의 상하 방향에서의 중간 위치보다 CB 영역측의 범위, 및 CB 영역의 상하 방향에서의 중간 위치보다 BTM 영역측의 범위를 의미한다.
또한, 제2 칸막이(80)는, 복수의 가열 영역의 각 경계 또는 상기 경계 근방에 대응시켜 복수개 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, 제2 칸막이(80)는, 인접하는 2개의 가열 영역의 경계 또는 상기 경계 근방 중 어느 1개소에 설치되어 있어도 좋고, 복수 개소에 설치되어 있어도 좋다.
제2 칸막이(80)는, 예컨대 알루미나(Al2O3)나 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료에 의해 형성되어 있다. 제2 칸막이(80)는, 각각 블록형으로 성형된 성형 부재여도 좋고, 알루미나 클로스 등의 섬유형의 부재여도 좋다. 또한, 이들을 조합한 부재여도 좋다. 이와 같이, 제2 칸막이(80)는, 단일의 부재에 의해 형성되어 있어도 좋고, 복수개로 분할 가능한 부재에 의해 형성되어 있어도 좋다. 한편, 제2 칸막이(80)는, 설치되어 있지 않아도 좋다.
(효과)
제1 실시형태의 열처리 장치(1)에 의해 발휘되는 효과에 대해 설명한다.
먼저, 종래의 열처리 장치에 대해 설명한다. 종래의 열처리 장치는, 도 1의 열처리 장치(1)에서의, 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)가 설치되어 있지 않은 장치이다. 한편, 그 외의 구성에 대해서는, 열처리 장치(1)와 동일하다. 도 3은 종래의 열처리 장치의 처리 용기(4)와 가열 수단(48) 사이의 공간(S)에 발생하는 대류를 설명하는 도면이며, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 공간(S)의 방향을 보았을 때의 개략도이다. 또한, 도 3 중, 대류를 일점 쇄선의 화살표로 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 열처리 장치에서는, 공간(S) 내에, 처리 용기(4)의 둘레 방향을 따라 사행(蛇行)하면서 상하 방향으로 흐르는 대류가 발생하고 있었다. 이 때문에, 이 대류에 기인하여 처리 용기(4)의 단면 방향이나 높이 방향의 균열성(均熱性)이 악화되어, 열처리의 면내 균일성이나 면간 균일성이 열화한다고 하는 과제가 있었다. 또한, 이 대류는, 웨이퍼를 열처리할 때마다(런마다) 상이한 양태를 나타내는 경우가 있고, 런마다의 열처리의 양태가 상이하여, 열처리의 재현성이 저하되고 있었다.
특히, 웨이퍼 보트(28)의 하부를 지지하는 보온통(26) 근방의 온도가 비교적 낮아지는 경향이 있고, 또한, 처리 용기(4)의 하방에 위치되는 웨이퍼 이송용의 공간인 로딩 영역의 분위기 온도가 비교적 낮다. 그 때문에, 균열성을 확보하기 위해서 처리 용기(4)의 하부에 위치되는 가열 영역인 BTM 영역의 히터에는, 다른 가열 영역의 히터보다 많은 전력을 투입한다. 그 결과, BTM 영역의 히터 자체는 다른 가열 영역의 히터 자체보다 고온이 되기 때문에, 상기한 대류는 공간(S)의 BTM 영역에서 발생하기 쉽다.
다음으로, 열처리 장치(1)에 대해 설명한다. 도 4는 도 1의 열처리 장치(1)의 처리 용기(4)와 가열 수단(48) 사이의 공간(S)에 발생하는 대류를 설명하는 도면이며, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 공간(S)의 방향을 보았을 때의 개략도이다. 또한, 도 4 중, 대류를 일점 쇄선의 화살표로 나타낸다.
전술한 바와 같이, 열처리 장치(1)에서는, 공간(S)에, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 신장되어 온도 센서(60)를 통과하는 반직선(L)을 사이에 두고 설치되며, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 신장되는 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)가 설치되어 있다. 이에 의해, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 칸막이(70, 72)에 의해, 공간(S)이, 온도 센서(60)가 설치되어 있는 위치와 대응하는 제1 공간(S1)과, 상기 제1 공간(S1)을 제외한 제2 공간(S2)으로 구획된다. 이 때문에, 제2 공간(S2)에서 런마다 대류에 변화가 발생한 경우라도, 제1 공간(S1)에는 대류의 변화의 영향이 미치기 어렵다. 그 결과, 런마다의 열처리의 양태가 대략 동일하게 되어, 열처리의 재현성이 향상된다.
또한, 열처리 장치(1)에서는, 공간(S)에서의 BTM 영역과 CB 영역의 경계에, 한쪽의 제1 칸막이(70)로부터 다른쪽의 제1 칸막이(72)까지 처리 용기(4)의 둘레 방향을 따라 연장되는, 반원 이상의 원호 판형의 제2 칸막이(80)가 설치되어 있다. 이에 의해, 도 4에 도시된 바와 같이, BTM 영역에서 발생하는 대류가 BTM 영역보다 상방의 영역인 CB 영역, CTR 영역, CT 영역 및 TOP 영역에 전해지는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, BTM 영역에서 런 사이에서 대류에 변화가 발생한 경우라도, CB 영역, CTR 영역, CT 영역 및 TOP 영역에는 대류의 변화의 영향이 미치기 어렵다. 그 결과, 런마다의 열처리의 양태가 대략 동일하게 되어, 열처리의 재현성이 향상된다.
〔제2 실시형태〕
(열처리 장치)
제2 실시형태의 열처리 장치의 구성예에 대해 설명한다. 도 5는 제2 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 횡단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시형태의 열처리 장치(1A)는, 제2 칸막이(80)가, 제1 부위(80a)와, 제2 부위(80b)를 포함한다.
제1 부위(80a)는, 한쪽의 제1 칸막이(70)로부터 다른쪽의 제1 칸막이(72)까지 처리 용기(4)의 둘레 방향을 따라 연장되는, 반원 이상의 원호 판형의 부위이다. 즉, 제1 부위(80a)는, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 외측으로 신장되어 온도 센서(60)를 통과하는 반직선(L)을 지나지 않도록 설치되어 있다.
제2 부위(80b)는, 한쪽의 제1 칸막이(70)로부터 다른쪽의 제1 칸막이(72)까지 처리 용기(4)의 둘레 방향을 따라 연장되는, 반원 미만의 원호 판형의 부위이다. 즉, 제2 부위(80b)는, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 외측으로 신장되어 온도 센서(60)를 통과하는 반직선(L)을 지나도록 설치되어 있다.
한편, 그 외의 구성에 대해서는, 제1 실시형태의 열처리 장치(1)와 동일한 구성이다.
(효과)
제2 실시형태의 열처리 장치(1A)에 의해 발휘되는 효과에 대해 설명한다. 도 6은 도 5의 열처리 장치(1A)의 처리 용기(4)와 가열 수단(48) 사이의 공간(S)에 발생하는 대류를 설명하는 도면이며, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 공간(S)의 방향을 보았을 때의 개략도이다. 또한, 도 6 중, 대류를 일점 쇄선의 화살표로 나타낸다.
전술한 바와 같이, 열처리 장치(1A)에서는, 공간(S)에, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 신장되어 온도 센서(60)를 통과하는 반직선(L)을 사이에 두고 설치되며, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 신장되는 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)가 설치되어 있다. 이에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 칸막이(70, 72)에 의해, 공간(S)이, 온도 센서(60)가 설치되어 있는 위치와 대응하는 제1 공간(S1)과, 상기 제1 공간(S1)을 제외한 제2 공간(S2)으로 구획된다. 이 때문에, 제2 공간(S2)에서 런마다 대류에 변화가 발생한 경우라도, 제1 공간(S1)에는 대류의 변화의 영향이 미치기 어렵다. 그 결과, 런마다의 열처리의 양태가 대략 동일하게 되어, 열처리의 재현성이 향상된다.
또한, 열처리 장치(1A)에서는, 공간(S)에서의 BTM 영역과 CB 영역의 경계에, 한쪽의 제1 칸막이(70)로부터 다른쪽의 제1 칸막이(72)까지 처리 용기(4)의 둘레 방향을 따라 연장되는 원호 판형의 제1 부위(80a), 제2 부위(80b)를 포함하는 제2 칸막이(80)가 설치되어 있다. 이에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, BTM 영역에서 발생하는 대류가 BTM 영역보다 상방의 영역인 CB 영역, CTR 영역, CT 영역 및 TOP 영역에 전해지는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, BTM 영역에서 런 사이에서 대류에 변화가 발생한 경우라도, CB 영역, CTR 영역, CT 영역 및 TOP 영역에는 대류의 변화의 영향이 미치기 어렵다. 그 결과, 런마다의 열처리의 양태가 대략 동일하게 되어, 열처리의 재현성이 향상된다.
〔제3 실시형태〕
(열처리 장치)
제3 실시형태의 열처리 장치의 구성예에 대해 설명한다. 도 7은 제3 실시형태의 열처리 장치의 구성예를 도시한 횡단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3 실시형태의 열처리 장치(1B)는, 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)와 동일 원주 상에, 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)와 간격을 두고 설치되며, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 신장되는 하나 또는 복수의 제3 칸막이(90)를 갖는다. 한편, 도 7에서는, 일례로서 제3 칸막이(90)가 6개 설치되어 있는 경우를 도시한다.
제2 칸막이(80)는, 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72) 및 복수의 제3 칸막이(90)를 접속하도록 처리 용기(4)의 둘레 방향을 따라 연장되는 복수의 원호 판형의 부위(80c, 80d, 80e, 80f, 80g, 80h, 80i, 80j)를 포함한다. 원호 판형의 부위(80c)는, 제1 칸막이(70)와 상기 제1 칸막이(70)와 인접하는 제3 칸막이(90)를 접속하도록 형성되어 있다. 원호 판형의 부위(80d, 80e, 80f, 80g, 80h)는, 인접하는 제3 칸막이(90)를 접속하도록 형성되어 있다. 원호 판형의 부위(80i)는, 제1 칸막이(72)와 상기 제1 칸막이(72)와 인접하는 제3 칸막이(90)를 접속하도록 형성되어 있다. 원호 판형의 부위(80j)는, 제1 칸막이(70)와 제1 칸막이(72)를 접속하도록 형성되어 있다.
한편, 그 외의 구성에 대해서는, 제1 실시형태의 열처리 장치(1)와 동일한 구성이다.
(효과)
제3 실시형태의 열처리 장치(1B)에 의해 발휘되는 효과에 대해 설명한다. 도 8은 도 7의 열처리 장치(1B)의 처리 용기(4)와 가열 수단(48) 사이의 공간(S)에 발생하는 대류를 설명하는 도면이며, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 공간(S)의 방향을 보았을 때의 개략도이다. 또한, 도 8 중, 대류를 일점 쇄선의 화살표로 나타낸다.
전술한 바와 같이, 열처리 장치(1B)에서는, 공간(S)에, 처리 용기(4)의 중심축(C)으로부터 신장되어 온도 센서(60)를 통과하는 반직선(L)을 사이에 두고 설치되며, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 신장되는 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)가 설치되어 있다. 이에 의해, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 칸막이(70, 72)에 의해, 공간(S)이, 온도 센서(60)가 설치되어 있는 위치와 대응하는 제1 공간(S1)과, 상기 제1 공간(S1)을 제외한 제2 공간(S2)으로 구획된다. 이 때문에, 제2 공간(S2)에서 런마다 대류에 변화가 발생한 경우라도, 제1 공간(S1)에는 대류의 변화의 영향이 미치기 어렵다. 그 결과, 런마다의 열처리의 양태가 대략 동일하게 되어, 열처리의 재현성이 향상된다.
또한, 열처리 장치(1B)는, 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)와 동일 원주 상에, 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72)와 간격을 두고 설치되며, 처리 용기(4)의 길이 방향을 따라 신장되는 복수의 제3 칸막이(90)를 갖는다. 이에 의해, 공간(S)에서의 처리 용기(4)의 둘레 방향으로 발생하는 온도 분포를 선택적으로 구분할 수 있다. 이 때문에, 처리 용기(4)의 둘레 방향의 온도 분포의 차이에 의해 발생하는 둘레 방향의 대류를 억제할 수 있다. 그 결과, 런마다의 열처리의 양태가 대략 동일하게 되어, 열처리의 재현성이 향상된다.
또한, 열처리 장치(1B)에서는, 공간(S)에서의 BTM 영역과 CB 영역의 경계에, 한 쌍의 제1 칸막이(70, 72) 및 복수의 제3 칸막이(90)를 접속하는 복수의 원호 판형의 부위(80c∼80j)를 포함하는 제2 칸막이(80)가 설치되어 있다. 이에 의해, 도 8에 도시된 바와 같이, BTM 영역에서 발생하는 대류가 BTM 영역보다 상방의 영역인 CB 영역, CTR 영역, CT 영역 및 TOP 영역에 전해지는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, BTM 영역에서 런 사이에서 대류에 변화가 발생한 경우라도, CB 영역, CTR 영역, CT 영역 및 TOP 영역에는 대류의 변화의 영향이 미치기 어렵다. 그 결과, 런마다의 열처리의 양태가 대략 동일하게 되어, 열처리의 재현성이 향상된다.
〔실시예〕
다음으로, 열처리 장치(1)에 의해 발휘되는 효과를 확인한 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 일정 온도에서 실행되는 제1 열처리를 20런 반복해서 실행했을 때의 온도 변동에 대해 평가하였다. 실시예 1에서는, 열처리 장치로서, 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖고 있지 않은 열처리 장치, 제1 칸막이(70, 72)를 갖는 열처리 장치, 및 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖는 열처리 장치를 이용하였다.
도 9는 일정 온도에서 실행되는 제1 열처리의 설정 온도의 시간 변화를 도시한 도면이다. 도 9 중, 시간을 횡축에 나타내고, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서는, 처리 용기(4) 내에 웨이퍼(W)를 반입하는 반입 단계, 웨이퍼(W)에 성막(成膜)을 행하는 제1 성막 단계, 제2 성막 단계 및 웨이퍼(W)를 처리 용기(4) 내로부터 반출하는 반출 단계에서 설정 온도를 500℃로 설정하였다.
도 10은 종래의 열처리 장치에 의한 제1 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다. 도 10의 (a)는 공간(S)의 CB 영역에서의 측정 온도의 시간 변화를 도시한 그래프이며, 시간을 횡축에 나타내고, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 시각(tm1)에서의 측정 온도의 런마다의 변화를 도시한 그래프이며, 런수를 횡축에 나타내고, 시각(tm1)에서의 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 또한, 도 10의 (a) 중의 복수의 실선은 런마다의 결과를 나타낸다.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 열처리 장치를 이용하여 제1 열처리를 실행한 경우, 반입 단계에서의 런마다의 온도에 변동이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 종래의 열처리 장치를 이용하여 제1 열처리를 실행한 경우, 시각(tm1)에서의 온도가 런마다 조금씩 변동하고, 특히 제11 런에서의 온도가 크게 변동하고 있는 것을 알 수 있다.
도 11은 제1 칸막이(70, 72)를 갖는 열처리 장치에 의한 제1 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다. 도 11의 (a)는 공간(S)의 CB 영역에서의 측정 온도의 시간 변화를 도시한 그래프이며, 시간을 횡축에 나타내고, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 시각(tm1)에서의 측정 온도의 런마다의 변화를 도시한 그래프이며, 런수를 횡축에 나타내고, 시각(tm1)에서의 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 또한, 도 11의 (a) 중의 복수의 실선은 런마다의 결과를 나타낸다.
도 11의 (a) 및 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 칸막이(70, 72)를 갖는 열처리 장치를 이용하여 제1 열처리를 실행한 경우, 반입 단계에서의 런마다의 온도에 거의 변동이 없는 것을 알 수 있다. 한편, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 반입 공정 후에, 런마다의 온도에 약간의 변동이 발생하고 있는 것을 알 수 있다(파선으로 나타내는 동그라미표를 참조).
도 12는 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖는 열처리 장치에 의한 제1 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다. 도 12의 (a)는 공간(S)의 CB 영역에서의 측정 온도의 시간 변화를 도시한 그래프이며, 시간을 횡축, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 시각(tm1)에서의 측정 온도의 런마다의 변화를 도시한 그래프이며, 런수를 횡축에 나타내고, 시각(tm1)에서의 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 또한, 도 12의 (a) 중의 복수의 실선은 런마다의 결과를 나타낸다.
도 12의 (a) 및 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖는 열처리 장치를 이용하여 제1 열처리를 실행한 경우, 모든 단계에서, 런마다의 온도 변동이 거의 없는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 공간(S)에 제1 칸막이(70, 72)를 설치함으로써, 일정 온도에서 실행되는 제1 열처리에서, 반입 단계에서의 온도 재현성을 향상시킬 수 있다고 할 수 있다. 또한, 공간(S)에 제1 칸막이(70, 72)에 더하여, 제2 칸막이(80)를 설치함으로써, 일정 온도에서 실행되는 제1 열처리에서, 모든 단계에서의 온도 재현성을 향상시킬 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 온도의 변경을 수반하는 제2 열처리를 20런 반복해서 실행했을 때의 온도 변동에 대해 평가하였다. 실시예 2에서는, 열처리 장치로서, 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖고 있지 않은 열처리 장치, 제1 칸막이(70, 72)를 갖는 열처리 장치, 및 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖는 열처리 장치를 이용하였다.
도 13은 온도의 변경을 수반하는 제2 열처리의 설정 온도의 시간 변화를 도시한 도면이다. 도 13 중, 시간을 횡축에 나타내고, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 13에 도시된 바와 같이, 실시예 2에서는, 처리 용기(4) 내에 웨이퍼(W)를 반입하는 반입 단계에서의 설정 온도를 400℃로 설정하였다. 또한, 웨이퍼(W)에 성막을 행하는 제1 성막 단계에서의 설정 온도를 500℃로 설정하였다. 또한, 웨이퍼(W)에 성막을 행하는 제2 성막 단계에서의 설정 온도를 630℃로 설정하였다. 또한, 웨이퍼(W)를 처리 용기(4) 내로부터 반출하는 반출 단계에서의 설정 온도를 400℃로 설정하였다.
도 14는 종래의 열처리 장치에 의한 제2 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다. 도 14의 (a)는 공간(S)의 CB 영역에서의 측정 온도의 시간 변화를 도시한 그래프이며, 시간을 횡축에 나타내고, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 14의 (b)는 도 14의 (a)의 시각(tm2)에서의 측정 온도의 런마다의 변화를 도시한 그래프이며, 런수를 횡축에 나타내고, 시각(tm2)에서의 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 또한, 도 14의 (a) 중의 복수의 실선은 런마다의 결과를 나타낸다.
도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 열처리 장치를 이용하여 제2 열처리를 실행한 경우, 제1 성막 단계, 제2 성막 단계를 포함하는 모든 단계에서, 런마다의 온도에 변동이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 종래의 열처리 장치를 이용하여 제2 열처리를 실행한 경우, 제1 성막 단계 전의 승온 직후의 시각(tm2)에서의 온도가 런마다 크게 변동하여, 열처리의 온도 재현성이 나쁜 것을 알 수 있다.
도 15는 제1 칸막이(70, 72)를 갖는 열처리 장치에 의한 제2 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다. 도 15의 (a)는 공간(S)의 CB 영역에서의 측정 온도의 시간 변화를 도시한 그래프이며, 시간을 횡축에 나타내고, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 15의 (b)는 도 15의 (a)의 시각(tm2)에서의 측정 온도의 런마다의 변화를 도시한 그래프이며, 런수를 횡축에 나타내고, 시각(tm2)에서의 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 또한, 도 15의 (a) 중의 복수의 실선은 런마다의 결과를 나타낸다.
도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 칸막이(70, 72)를 갖는 열처리 장치를 이용하여 제2 열처리를 실행한 경우, 모든 단계에서, 런마다의 온도 변동이 종래의 열처리 장치를 이용한 경우보다 작아지고 있는 것을 알 수 있다.
도 16은 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖는 열처리 장치에 의한 제2 열처리의 온도 재현성을 도시한 도면이다. 도 16의 (a)는 공간(S)의 CB 영역에서의 측정 온도의 시간 변화를 도시한 그래프이며, 시간을 횡축, 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 도 16의 (b)는 도 16의 (a)의 시각(tm2)에서의 측정 온도의 런마다의 변화를 도시한 그래프이며, 런수를 횡축에 나타내고, 시각(tm2)에서의 온도[℃]를 종축에 나타낸다. 또한, 도 16의 (a) 중의 복수의 실선은 런마다의 결과를 나타낸다.
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 칸막이(70, 72) 및 제2 칸막이(80)를 갖는 열처리 장치를 이용하여 제2 열처리를 실행한 경우, 모든 단계에서, 런마다의 온도 변동이 거의 없는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 공간(S)에 제1 칸막이(70, 72)를 설치함으로써, 온도의 변경을 수반하는 제2 열처리 시의 온도 재현성을 향상시킬 수 있다고 할 수 있다. 또한, 공간(S)에 제1 칸막이(70, 72)에 더하여, 제2 칸막이(80)를 설치함으로써, 온도의 변경을 수반하는 제2 열처리 시의 온도 재현성을 보다 향상시킬 수 있다고 할 수 있다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시형태는, 첨부된 청구의 범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

Claims (16)

  1. 세로로 긴 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 주위에 설치된 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내 또는 상기 처리 용기와 상기 가열 수단 사이의 공간에 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 설치된 온도 센서와,
    상기 공간에, 상기 처리 용기의 중심축으로부터 신장되어 상기 온도 센서를 통과하는 반직선을 사이에 두고 설치되며, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 신장되는 한 쌍의 칸막이를 포함하는 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도 센서는, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 복수의 온도 측정부를 포함하고,
    상기 칸막이는, 상단부가 상기 복수의 온도 측정부 중 최상부의 온도 측정부보다 상방에 위치되는 것인 열처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 칸막이는, 복수개로 분할 가능한 것인 열처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은,
    상기 처리 용기의 외주를 덮는 단열 부재와,
    상기 단열 부재의 내측에 설치되는 히터 엘리먼트와,
    상기 단열 부재의 내면에 부착되며, 상기 히터 엘리먼트를 유지하는 유지 부재를 포함하고,
    상기 칸막이는, 상기 히터 엘리먼트 또는 상기 유지 부재에 탈착 가능하게 부착되는 것인 열처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칸막이는, 상기 처리 용기의 외면에 대해 간극을 두고 설치되는 것인 열처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칸막이는, 세라믹스 재료에 의해 형성되는 것인 열처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간에 설치되며, 상기 처리 용기의 둘레 방향을 따라 신장되는 제2 칸막이를 포함하는 열처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 칸막이는, 상기 칸막이의 한쪽으로부터 다른쪽까지 상기 처리 용기의 둘레 방향을 따라 연장되는 반원 이상의 원호 판형의 부위를 포함하는 것인 열처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 칸막이는, 상기 칸막이의 한쪽으로부터 다른쪽까지 상기 처리 용기의 둘레 방향을 따라 연장되는 반원 미만의 원호 판형의 부위를 포함하는 것인 열처리 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 칸막이와 동일 원주 상에 상기 한 쌍의 칸막이와 간격을 두고 설치되며, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 신장되는 하나 또는 복수의 제3 칸막이를 포함하고,
    상기 제2 칸막이는, 상기 한 쌍의 칸막이 및 상기 제3 칸막이를 접속하도록 상기 처리 용기의 둘레 방향을 따라 연장되는 복수의 원호 판형의 부위를 포함하는 것인 열처리 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 처리 용기의 길이 방향에 있어서 개별적으로 제어할 수 있는 복수의 가열 영역으로 구분되고,
    상기 제2 칸막이는, 상기 복수의 가열 영역 중 최하부의 가열 영역과 상기 최하부의 가열 영역의 상방에 인접하는 가열 영역의 경계 또는 상기 경계 근방에 설치되는 것인 열처리 장치.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 처리 용기의 길이 방향에 있어서 개별적으로 제어할 수 있는 복수의 가열 영역으로 구분되고,
    상기 제2 칸막이는, 상기 복수의 가열 영역의 각 경계 또는 상기 경계 근방에 대응시켜 복수개 설치되는 것인 열처리 장치.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 칸막이는, 복수개로 분할 가능한 것인 열처리 장치.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은,
    상기 처리 용기의 외주를 덮는 단열 부재와,
    상기 단열 부재의 내측에 설치되는 히터 엘리먼트와,
    상기 단열 부재의 내면에 부착되며, 상기 히터 엘리먼트를 유지하는 유지 부재를 포함하고,
    상기 제2 칸막이는, 상기 히터 엘리먼트 또는 상기 유지 부재에 탈착 가능하게 부착되는 것인 열처리 장치.
  15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 칸막이는, 상기 처리 용기의 외면에 대해 간극을 두고 설치되는 것인 열처리 장치.
  16. 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 칸막이는, 세라믹스 재료에 의해 형성되는 것인 열처리 장치.
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