KR940010513B1 - 반도체부품의 종형 열처리장치 - Google Patents

반도체부품의 종형 열처리장치 Download PDF

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KR940010513B1
KR940010513B1 KR1019910003156A KR910003156A KR940010513B1 KR 940010513 B1 KR940010513 B1 KR 940010513B1 KR 1019910003156 A KR1019910003156 A KR 1019910003156A KR 910003156 A KR910003156 A KR 910003156A KR 940010513 B1 KR940010513 B1 KR 940010513B1
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미츠토시 고야마
고이치 다카하시
히로노리 소노베
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가부시키가이샤 도시바
아오이 죠이치
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Abstract

내용 없음.

Description

반도체부품의 종형 열처리장치
제 1 도는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체부품의 열처리장치를 설명하기 위한 단면 구성도.
제 2 도는 본 발명의 제2실시예를 설명하기 위한 단면도.
제 3 도는 본 발명의 제3실시예를 설명하기 위한 단면도.
제 4 도는 종래의 열처리장치의 예를 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 열처리기관 12 : 캡
13,25 : 방 14 : 석영웰
15 : 개구 16 : 로드(rod)
17 : 보트 181,182,… : 지지주
191,192,… : 반도체웨이퍼 20 : 인젝터
211,212 : 배기덕트(排氣 duct) 22,27 : 배기기구
23 : 가스세정기 24 : 제어밸브
261,262,… : 배기덕트 28 : 배기통로
29 : 통로 30 : 지지부재
31 : 승강기구 32,46,47 : 모터
33 : 도르래 34 : 가열기구
41 : 균열관 42 : 단열베이스
43 : 원통체 432 : 가스통로
44 : 가스제어유니트 451,452 : 스크류
[산업상의 이용분야]
본 발명은 반도체소자 또는 반도체웨이퍼등의 반도체부품을 특정한 가스분위기 중에서 열처리하기 위한 열처리장치에 관한 것으로, 특히 열처리되는 반도체부품을 종방향으로 배열, 보존하여 열처리를 행하는 열처리장치로내로 상방향에서 삽입설정하는 종형 열처리장치에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
종래 복수의 반도체웨이퍼를 열처리하는 장치로서는 횡형의 열처리장치가 알려져 있다. 이 열처리장치는 내부로 열처리용 반응가스가 도입되는 횡형으로 설정된 열처리관에 의해 구성된 것으로, 이 열처리관내에 복수의 반도체웨이퍼를 각각 세워서 배열하여 배치한 반도체웨이퍼들을 횡방향으로 삽입하고, 외부에 설정된 히터기구에 의해 상기 열처리관을 가열하도록 구성되어 있다.
그러나 반도체웨이퍼의 제조기술의 진보에 따라서 반도체웨이퍼가 대구경화되는 경향에 있다. 이와같이 반도체웨이퍼 대구경화되면 이 반도체웨이퍼를 세워서 설정한 것을 반도체웨이퍼의 표면에 균등하게 반응가스를 작용시키도록 제어하는 것이 곤란해짐과 더불어 열처리관내부의 공간효율을 향상시키는 것이 곤란하게 된다. 따라서 이와 같은 관점에서 종형의 열처리장치가 사용되는 경향이 있다.
이와 같은 종형의 열처리장치는 복수의 반도체웨이퍼등이 배치설정된 보트를 열처리관내에 설치한 상태에서 이 보트를 회전시키도록 하는 기구를 도입할 수 있는 데에 특징이 있다. 예컨대, 다운로드형(down-load형)의 종형 열처리장치에 있어서는 종형으로 설정된 열처리관의 중심축선부분에 상부로부터 로드(rod)를 삽입하여 이 로드의 하단부에 복수의 반도체웨이퍼가 배치된 보트를 매닮으로써 반도체웨이퍼가 열처리관내에 설치되게 된다. 이 경우, 복수의 반도체웨이퍼는 각각 수평상태에서 소정의 간격으로 종방향으로 배치되어 지지되는 것으로, 로드를 회전시킴으로써 각 반도체웨이퍼가 수평면내에 회전하게 된다.
이와 같은 종형 열처리관에서는 그 아랫쪽에서 열처리용 가스가 도입되고 반도체웨이퍼가 탑재된 보트의 윗쪽으로 배기되도록 되어 반도체웨이퍼가 소정의 처리가스중에 설정되도록 하고 있다. 이와 같은 상태에서 반도체웨이퍼가 수평상태로 탑재된 보트를 매단 로드가 회전하면 반도체웨이퍼도 수평면내에서 회전되며, 이 상태에서 열처리를 행함으로써 반도체웨이퍼 전면의 특성이 용이하게 균일화되게 된다.
이와 같은 종형 열처리관에 있어서는 이 열처리관의 윗쪽의 개구부분에 개폐가 자유로운 캡이 설치되어 있고 이 캡의 중심부분에 로드가 삽입되는 개구가 형성되어 있다. 로드는 이 캡의 중심개구부를 통하여 열처리관 내부로 도입되며, 또한 이 로드에 매달린 보트와 함께 회전되도록 되어 있는데, 로드를 삽입시키기 위한 캡의 개구부를 기밀구조로 구성하는 것이 곤란한 문제점이 있다.
또한 캡과 로드를 일체화한 구조도 생각할 수 있다. 이와 같은 구조로 로드를 회전시키는 기구를 채용할 경우에는 로드와 캡을 접촉시킨 상태에서 로드를 회전시킬 수 없다. 따라서 캡을 열처리관의 개구면에서 조금 떨어진 위치까지 로드를 이동시켜 캡과 열처리관의 개구면사이에 작은 간격이 형성된 상태에서 로드를 회전시키도록하고 있다. 따라서 이와같은 구조의 경우 열처리관의 개구면과 캡사이의 기밀구조가 보다 어렵게 된다.
이와같은 다운로드형에 대하여 업로드형(up-load형)의 종형 열처리장치에 있어서는 반도체웨이퍼가 탑재된 보트는 단열석영베이스상에 부착되고 이 단열석영베이스가 나사나 체인구동기구 또는 유압실린더를 이용한 승강기구에 의해 상하로 구동되도록 되어 있다. 그리고 수직으로 설정된 열처리관밑부분의 개구부로부터 반도체웨이퍼가 이 열처리관내로 삽입되도록 되어 있다.
이와 같은 반도체웨이퍼를 열처리관내에 세트할 때, 상기 단열석영베이스를 플랜지부분과 열처리관의 개구부주변의 플랜지부분이 1㎜전후의 미소한 간격이 설정된 상태에서 정지되도록 위치센서기구를 이용하여 제어한다. 그리고 이와같은 상태에서 회전기구에 의해 단열석영베이스와 더불어 보트를 일체적으로 회전시켜 열처리특성의 향상을 꾀하도록 하고 있다.
이와 같은 업로드형 열처리장치에 있어서는 보트의 회전제어를 행함으로써 단열석영베이스와 열처리관의 석영끼리가 접촉되면 그 마찰에 의해 입자가 발생한다.
따라서 이것을 방지하기 위해 단열석영베이스와 열처리관사이에 약 1㎜의 간격을 형성하기 때문에 이 부분을 기밀구조로 구성하는 것이 곤란하다.
반도체웨이퍼의 열처리를 행함에 있어서는 열처리관내부로 열처리용 가스가 도입된다. 이 반도체웨이퍼의 열처리용 가스로서는 가연성가스, 인체에 유해한 옥시염화인(POCl3)이나 염산가스(HCl)등도 사용되므로 그 취급이나 외부로의 누설에 대해 충분히 주의를 해야 한다. 또한 열처리관내로 외부공기가 유입되어 열처리관내의 분위기가 손상되지 않도록 주의할 필요가 있으며 열처리관과 캡 또는 단열베이스의 플랜지사이, 또한 로드삽입부분에 있어서의 밀봉구조가 매우 중요하게 된다.
이와 같은 종형 열처리장치에 있어서, 그 밀봉부분은 열처리온도에 대응한 온도상태가 되어 예컨대 200∼300℃이상의 고온상태로 유지된다. 그리고 이와 같은 고온상태에서 로드의 회전운동의 신뢰성, 접촉하는 열처리가스에 대한 내부식성, 금속가스나 유기물가스등의 불순물이 열처리가스중에 혼입되는 일이 없는 청정성, 그리고 무발진성등의 특성이 안정하게 설정되는 것이 요구된다. 이와 같은 요구중에서 가장 엄밀한 특성이 요구되는 열처리장치로는 산화확산장치가 있다.
제 4 도는, 예컨대 산화확산장치로서 사용되는 종형으로 구성된 웰형(well-type) 열처리장치의 구성을 나타낸 것으로, 열처리용 로(爐)를 형성하는 바닥이 막힌 원통형으로 된 열처리관(51)을 갖추고 있다. 이 열처리관(51)은 석영에 의해 구성된 것으로, 그 윗쪽은 개구되고, 그 개구면에 마찬가지로 석영으로 구성된 캡(52)이 자체무게에 의해 올려 놓어져 있다. 여기에서 열처리관(51)과 캡(52)이 접촉되는 면은 접합면으로 구성되어 캡(52)이 열처리관(51)의 개구면에 대해 설정된 상태에서 이 열처리관(51)의 개구면과 캡(52)사이에서 기체가 누출되는 것을 방지하는 구조로 되어 있다. 그리고 이 캡(52)의 열처리관(51)의 내면부에는 열처리관(51)의 내부에 꼭 들어맞도록 석영에 의해 구성된 방(53)이 일체적으로 형성되고, 이 방(53)의 내부에는 석영웰(54)을 수납하여 절열층이 형성되도록 하고 있다.
캡(52)의 중심부에는 개구(55)가 형성되어 있는데, 이 개구(55)는 캡(52)의 상면으로부터 방(53)을 관통하여 열처리관(51)의 중심축선에 일치하여 형성된 것으로, 이 개구(55)를 통하여 로드(56)가 열처리판(51)의 내부로 삽입된다. 그리고 이 로드(56)의 하단에는 복수의 반도체웨이퍼(571,572,…)를 지지하고 있는 보트(58)가 매달리게 되어 있고, 로드(56)에 의해 열처리할 반도체웨이퍼(571,572,…)가 열처리관(51)내부의 소정위치에 수납되도록 하고 있다.
여기에서 로드(56)는 리프트기구(도시되지 않음)에 의해 지지되며 화살표시로 나타낸 바와 같이 상하방향으로 이동되도록 되어 있고, 또한 모터를 포함한 기구에 의해 회전구동되도록 되어 있다. 그리고 도면에 나타낸 상태에서 로드(56)를 윗쪽으로 이동시킨 경우, 로드(56)와 일체적으로 형성된 차양(561)에 의해 캡(52)도 함께 상승되어 반도체웨이퍼를 지지하는 보트(58)가 열처리관(51)의 외부로 도출되게 되어 있다. 또한 이 보트(58)에 반도체웨이퍼를 지지설정한 후에 로드(56)를 내리면 이 로드(56)가 열처리(51)내의 소정 위치에 설정됨과 더불어 캡(52)도 열처리(51)의 개구면에 설치되게 된다.
열처리관(51)의 밑부분으로부터 도시하지 않았으나 열처리분위기를 형성하는 가스가 도입되며, 이 열처리(51)의 상부 (보트(58)의 윗쪽에 위치하여)에 배기용 덕트(duct ; 59)가 형성되어 있다. 이 경우, 열처리관(51)내에 도입되는 가스의 양은 제어되고 있으며, 또한 배기용 덕트(59)에서는 강제배기되도록 되어 있다. 그리고 이 배기량을 조절함으로써 열처리관(51)의 내압과 외부압력에 압력차가 설정되도록 하는데 그 압력차는 가능한 한 작게 설정되도록 하고 있다.
이와 같은 열처리장치에 있어서, 캡(52)의 개구(55)와 로드(56) 사이에는 로드(56)의 상하운동 및 회전운동이 방해받지 않도록 간격이 형성되어 있으며, 따라서 개구(55)를 매개로 열처리관(51)의 내부가 외기(外氣)로 연통되어 있다. 따라서 열처리관(51)의 개구(55)를 매개로 한 기체의 누출을 확실하게 저지할 필요가 있다.
이와 같은 기체누출을 저지하는 차폐는 기체에 의해 행하는 것으로, 열처리(51)의 캡(52)에 근접한 위치에 기체공급용 덕트(60)를 형성한다. 이 덕트(60)는 열처리관(51)의 상부개구부(60)의 주위에 링형상으로 형성된 방(61)으로 연통되며, 이 방(61)은 캡(52)의 내면에 형성된 통로(62)를 매개로 로드(56)의 외주부의 링형상의 간격에 의해 형성된 통로(63)로 연통된다. 이 통로(63)는 캡(52)의 개구(55)로 연통되는 것으로, 열처리관(51)의 내부에 개구되어 있다. 여기예서, 이 도면에서는 덕트(59 및 60)를 각각 1개로 나타내고 있으나, 이들 덕트(59 및 60)는 열처리관(51)의 외주부에 복수개 등간격으로 형성되어 있다. 그리고 통로(62)도 개구(55)의 주위에 방사형태로 복수개 형성되어 있다.
기체공급용 덕트(60)로부터는 질소 또는 산소등의 인체에 무해하고 안전면에서 문제가 없으며, 또한 피열처리물을 오염시키지 않는 고순도의 차폐용 기체가 도입되며, 이 차폐용 기체는 그 일부가 개구(55)를 매개로 외부로 방출된다. 또한, 동시에 통로(60 및 63)를 매개로 열처리관(51)내에 도입되어 배기용 덕트(59)로부터 배출된다. 따라서 이 기체용 기체의 흐름에 의해 열처리관(51)내의 기체의 기구(55)방향으로 향하는 흐름이 저지되어 열처리관(5)내의 열처리용 가스가 외부로 누출되는 것이 확실하게 저지된다.
그러나 이와 같은 차폐구조에서는 열처리용 기체가 도입되는 열처리관(51)의 내부에 차폐용 기체도 유입되어 열처리를 위한 분위기에 영향을 주게 된다. 즉, 열처리관(51)내의 열처리용 가스의 농도가 차폐용 기체에 의해 엷어진다. 이 열처리용 가스의 희석은 열처리관(51)의 상부에서 현저해진다. 또한 덕트(60)에서 도입되는 차폐용 기체의 총량은 제어되지만, 열처리관(51)내로의 유입량은 제어되지 않는다. 따라서 열처리관(51)내로 차폐용 기체의 유입량변동에 의해 열처리관(51)내의 활성가스농도등이 변화하여 반도체웨이퍼의 표면에 형성되는 산화막의 형성속도등의 중요한 파라미터가 변동된다. 예컨대, 산소와 수소를 원료로 이것을 연소시켜 발생되는 수분에 의해 산화막을 형성시키는 파이로제닉산화공정을 행하는 경우, 산화막의 성장속도가 저하될 뿐만 아니라 그 성장속도를 제어하는 것이 곤란하게 되며, 반도체웨이퍼의 열처리시에 있어서의 열처리관(51)에 대한 상채위치에 따라 산화막의 성장속도가 달라지는 문제가 발생한다.
[발명의 목적]
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 열처리관내로 도입되는 열처리가스의 차폐가 확실하게 행해짐과 더불어, 특히 열처리관내의 열처리가스분위기에 영향을 주는 일이 없고 안정된 반도체부품의 열처리관리를 행할 수 있으며, 또한 열처리관내의 열처리가스의 농도에 영향을 주는 일없이 예컨대, 산화막의 형성공정에 있어서 산화막의 성장속도를 확실히 제어할 수 있으며, 특별히 차폐용 기체를 사용하는 일 없이 간단한 구성으로 캡부분의 차폐를 행할 수 있도록 하여 그 안정성이 확실히 보증되는 반도체부품의 열처리장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
본 발명에 따른 반도체부품의 열처리장치는, 축선이 수직상태로 설정된 원통형태의 열처리관의 윗쪽 또는 아랫쪽에서 상기 축선에 따라 반도체부품을 탑재한 보트를 삽입설정하고 열처리관의 아랫쪽으로부터 열처리가스를 도입함과 더불어 한쪽에서 열처리관내의 가스를 배출하는 제1배기수단이 설치되고 또한 열처리관의 개구부에 설정된 단열캡에 근접한 위치에 제2배기수단이 설치되어 있는 바, 이 배기수단은 단열캡부에 외기와 연통되도록 형성된 기체통로 및 열처리관내의 연통되어 있는 구성을 갖추고 있다.
[작용]
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 열처리장치에 있어서는, 열처리관의 차폐구조를 필요로 하는 캡부분에 있어기 제2배기수단이 형성되어 있다. 여기에서 이 배기수단은 캡부분에서 외기로 연통되는 기체통로에 연통되어 이 배기수단에서 흡기함으로써 상기 기체통로에 열처리관내의 기체와 더불어 외기가 배출되도록 되어 열처리관내의 기체가 대기로 방출되는 것이 확실히 저지된다. 따라서 열처리관이 차폐가 확실히 행해짐과 더불어 열처리관내의 열처리용 기체에 다른 가스가 혼입되는 일이 없고, 열처리용 가스의 농도가 옆처리관내에서 균일하고 안정되게 제어되어 열처리속도를 용이하며 확실하게 제어할 수 있게 된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 1 도는 보트회전기구가 설치된 종형 열처리장치, 구체적으로는 반도체웨이퍼등의 반도체부품의 산화확산장치를 나타낸 것이다. 이 장치는 바닥이 막힌 원통형태의 석영으로 구성된 열처리관(11)이 구비된 것으로, 이 열처리관(11)의 상부의 개구부에는 마찬가지로 석영으로 구성된 캡(12)이 자체무게에 의해 탑재되어 있다. 여기에서, 열처리관(11)의 개구면과 캡(12)의 접촉면은 접합에 의해 기밀하게 접촉되도록 되어 있다. 또한 캡(12)의 내면에는 석영에 의해 방(13)이 일체적으로 형성되어 있고, 이 방(13)의 내부에 석영웰(14)이 채워져서 단열구조가 구성되어 있는 바, 방(13)은 캡(12)이 열처리관(11)의 개구부를 막은 상태로 설정되었을 때 열처리관(11)내부로 들어가도록 되어 있다.
캡(12)의 중심부에는 방(13)을 관통하여 열처리관(11)의 내부까지 연통된 개구(15)가 형성되어 있다. 이 개구(15)에는 석영제의 로드(16)가 삽입되어 있는 바, 이 로드(16)는 열처리관(11)의 중심축선에 일치되도록 설정되어 있다. 또한 이 로드(16)의 하단에는 보트(17)가 매달려 있는 바, 이 보트(17)에는 하방향을 향한 복수의 지지주(181,182,…)가 설치되어 이 지지주(181,182,…)에 의해 각각 외주부가 지지되도록 하여 복수의 반도체부품, 즉 반도체웨이퍼(191,912,…)를 수평상태에서 소정의 간격을 설정하여 유지시킨다.
열처리관(11)의 밑부분에는 열처리용 가스를 도입하는 인젝터(20)가 개구되어 있어 산화막을 형성하는 처리를 행할 경우에는 열처리용 가스로서 수소와 산소가 도입된다. 또한 열처리관(11)의 윗쪽에는 복수(예컨대 6개)의 배기덕트(211,212,…)가 설치되어 있다. 이 배기덕트(211,212,…)는 열처리관(11)의 외주면에 등간격으로 설치되어 있는데, 인젝터(20)로부터 도입된 열처리용 기체가 열처리관(11)의 내부에 충만되어 이 열처리관(11)내의 기체가 배기덕트(211,212,…)에서 배출되게 된다.
여기에서, 인젝터(20)에서는 단위시간당으로 정해진 양의 열처리용 가스가 도입되고, 또한 배기덕트(211,212,…)에는 배기기구(22)가 연통되어 강제적으로 열처리관(11)의 내부의 가스를 배출시켜 가스세정기(23)내로 유도되도록 한다. 배기덕트(211,212,…)에서의 배기량은 제어밸브(24)에 의해 제어되어 열처리관(11)의 내부압력과 외부압력의 차가 소정압력으로 설정되도록 한다. 가스세정기(23)에서는 열처리용 가스의 성분을 제거하여 안전한 가스성분을 외부로 방출한다.
열처리관(1)의 상방향의 개구부주위에는 캡(12)의 방향을 향해 개구된 링형성의 방(25)이 형성되어 있고, 이 방(25)에 복수의 배기덕트(261,262,…)가 연통되어 있다. 이 복수의 배기덕트(261,262,…)는 열처리관(11)의 주위에 등간격으로 배치되며 배치기구(27)에 의해 배기되게 된다. 그리고 이 배기가스는 가스세정기(23)로 유도된다.
링형태의 항(25)은 캡(12)에 형성된 배기통로(28)를 매개로 로드(16)를 둘러싸도록 형성되어 있는 개구부(15)로 연통되며, 또한 통로(29)를 매개로 열처리관(11)의 내부로 연통되어 있다. 그리고 배기덕트(261,262,…)에서 개구(15)를 매개로 외기를 흡입함과 더불어 통로(29)를 매개로 열처리관(11)내부의 가스가 흡입되어 배출되도록 되어 있다.
로드(16)는 지지부재(30)에 의해 그 상단이 유지되며, 지지부재(30)는 유압실린더 또는 나사를 이용하여 구성된 승강기구(31)에 의해 상하로 이동되도록 되어 있다. 따라서 이 승강기구(31)에 의해 로드(16)를 윗쪽으로 끌어올림으로써 로드(16)에 일체적으로 설치된 차양(161)에 의해 캡(12)이 지지되어 이 캡(12)과 더불어 보트(17)가 열처리관(11)내부로부터 꺼내진다. 또한 지지부재(30)에는 모터(32)가 설치되어 이 모터(32)의 회전이 벨트를 매개로 로드(16)에 일체로 부착된 도르래(33)에 전달되도록 되어 있다.
석영재의 열처리관(11) 외주에는 균일관의 외주에 전열선등을 감아서 구성한 가열기구(34)가 설치되어 열처리관(11)의 내부가 소정의 열처리온도로 설정되도록 되어 있다.
이와 같이 구성된 열처리장치에 있어서, 인젝터(20)에서 열처리용 가스가 열처리관(11)내로 정해진 유입속도로 도입된다. 그리고 배기용 덕트(211,212,…)에서 배출되는데, 그 배출속도는 제어밸브(24)에 의해 제어되어 열처리관(11)내의 압력이 거의 대기압정도로 설정되도록 하고 있다. 정확하게는 열처리관(11)내의 압력은 대기압보다 조금 낮은 상태로 되어 있는데, 예컨대 배기덕트(211,212,…)부분의 압력을 대략 수주 10m에 대해 15㎜ 정도 낮은 값(15㎜Ag)으로 함으로써 열처리관(11) 내의 열처리용 기체가 배기덕트(211,212,… 및 261,262,…)에서 배출되는 사실이 판명되었다. 따라서 열처리관(11)내의 열처리용 기체가 캡(12)에 형성된 개구(15)부, 또한 캡(12)과 열처리관(11)의 상부개구면사이의 접합부분으로부터 외부로 누출되는 일은 확실하게 저지되어 이 부분의 차폐가 완전하게 행해지게 된다.
제 4 도에 나타낸 바와 같은 종래의 기술에서는 로드(56)과 캡(52) 사이에 형성되는 극간을 매개로 열처리관(51)의 내부의 가스가 외부공기에 누설되거나 외부공기가 열처리관(51)의 내부의 가스에 혼입하거나 하는 것을 방지하기 위해 이 극간 부분에 질소등의 가스를 도입하고, 극간 상하의 개구(55) 및 통로(63)를 포함하는 극간 부분의 압력을 열처리관(51)의 내부의 압력 및 외부 공기압에 대해 높은 압력을 유지함으로써 열처리관 내부의 가스의 누설 및 외부 공기의 열처리관내로의 혼입을 방지하고 있었다. 그러나, 극간부분에 도입된 가스의 외부 공기로의 누설과 열처리관내로의 혼입은 회피되지 않는 문제가 있었다.
여기서, 제 1 도에 나타낸 바와 같은 본원 발명의 실시예에서는 배기기구(27)에 의해 복수의 배기덕트(261,262,…), 이들에 연통되는 링형상의 방(25), 캡(12)에 형성된 배기통로(28) 및, 로드(16)와 캡(12) 사이에 형성된 극간 상하의 개구(15) 및 통로(29)는 각각 열처리관(11)의 내부의 압력 및 외부 공기 압력에 대해 낮은 압력을 유지한다. 이 때문에, 열처리관(11)의 내부의 가스는 통로(29)에서 배기통로(28)에 흡입되고, 배기덕트(261,262,…)를 매개로 배기기구(27)에 의해 배기되며, 개구(15)에 도달하는 것이 없어 외부 공기에 누설되는 것은 없게 된다. 한편, 외부 공기는 개구(15)에서 흡입되어 통로(29)에 도달하는 것은 없고, 배기기구(27)에 의해 배기통로(28) 및 배기덕트(261,262,…)를 매개로 배기되어 외부 공기가 열처리관(11)에 혼입하는 것은 없게 된다.
여기까지 설명한 실시예에서는, 캡(12)의 중심부분에 개구(15)를 형성하여 이 개구(15)를 통해 로드(16)가 열처리관(11)내로 삽입되도록 하여 열처리공정에 있어서 반도체부품을 지지하고 있는 보트(17)가 회전되도록 하였다. 그러나 로드(16)와 캡(12)이 일체로 구성된 경우에도 본 발명은 응용할 수 있다.
제 2 도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로, 탭(12)의 중심부분에 로드(16)가 일체적으로 부착되어 있다. 즉, 로드(16)의 상하운동과 더불어 캡(12)도 상하운동되는 것으로, 로드(16)의 주위에는 외기에 연통되는 간격이 형성되어 있지 않다. 이와 같은 구조의 열처리장치에 있어서는, 로드(16)를 윗쪽으로 끌어올려 로드(16)에 매달려 있는 보트(17)에 열처리할 반도체웨이퍼(191,192,…)를 놓은 후, 이 로드(16)를 열처리관(11)의 내부로 캡(12)이 열처리관(11)의 상부개구면과의 거리가 1㎜ 전후가 될 때까지 삽입시킨다. 만약 서로 접촉된 상태에서 로드를 회전시키면 그 접촉면의 마찰에 의해 석영입자가 발생하여 반도체웨이퍼를 오염시킨다.
이렇게 하여 열처리준비가 완료된다.
회전운동을 하는 캡(12)과 고정설정된 열처리관(11)의 개구면사이에는 석영의 마찰에 의한 입자의 발생을 방지하기 위해 일정한 간격이 설정되어 있으므로 완전한 기밀구조로 하는 것은 불가능하다. 따라서 이 부분에서 열처리관(11) 내부의 열처리용 기체가 누출되는 일이 있다.
따라서 이 실시예에 나타낸 장치에 있어서는, 열처리관(11)의 캡(12)과 근접한 면에 열처리관(11)의 개구면주위에 형성된 링형상의 방(25)을 매개로 방(25)의 외부, 또한 열처리관(11)의 내부가 연통되어 있다. 즉, 열처리관(11) 내부의 기체가 방(25)을 매개로 배기덕트(261,262,…)에서 배기되게 됨과 더불어 외기의 흐름도 방(25)을 매개로 배기덕트(261,262,…)를 향해 형성되어 열처리관(11) 내부의 열처리용 기체의 누출은 확실하게 지지되게 된다.
이어서 제 1 도에 나타낸 제1실시예의 장치 및 제 2 도에 나타낸 제2실시예의 장치와 제 4 도에 나타낸 종래장치에 의해 각각 파이로제닉산화를 실리콘기판에 실시하여 실리콘기판의 표면에 형성된 산화막두께의 분포를 보트내의 위치의존성으로써 조사한 결과를 설명한다.
이 경우의 산화조건은 열처리온도를 950℃로 하고 인젝터(20)에서 열처리관(11)내로 도입되는 열처리기체는 수소(4ℓ/분) 및 산소(5ℓ/분)이 혼합기체로 하였으며 산화시간은 모두 12분으로 하였다. 또한 보트(17)에는 청정화처리를 한 실리콘기판의 각각100배 세트되도록 하였다.
이와 같은 동일조건으로 각 장치에 있어서 열처리를 행했을 때 제4도에 나타낸 종래구조의 열처리장치에 있어서는, 보트에 설치된 100매의 실리콘기판중에서 위에서 5매째 및 아래에서 5매째에 설치된 실리콘기판의 각각 중심부분의 산화막두께는 각각 38.5㎜ 및 50.3㎜였다. 또한 위에서 5매째와 아래에서 5매째의 실리콘기판을 포함하여 그 사이에 설정되어 있는 92배의 실리콘기판 각각의 기판중심의 막두께의 표준편차(standard deviation)의 평균값에 대한 비는 9.2%였다.
그에 반해, 제1실시예의 열처리장치에 있어서는, 보트(17)의 위에서 5매체 및 아래에서 5매째에 각각 설치된 실리콘기판의 중심부분의 산화막두께는 각각 51.8㎚ 및 51.6㎚였다. 또한 제2실시예에 따른 열처리장치에 있어서, 보트(17)의 위에서 5매째 및 아래에서 5매째 설치된 실리콘기판의 중심부분의 산화막두께는 각각 50.6㎚ 및 50.9㎚였다. 즉, 제1 및 제2실시예에서 각각 나타낸 열처리장치에 있어서는, 보트(17)의 상부에 설치된 실리콘기판에 있어서 산화속도의 저하는 보이지 않는 것이 확인되었다. 또한 이들 실시예장치에 있어서, 위에서 5매째부터 아래에서 5매째까지의 92매의 실리콘기판에 형성된 산화막두께를 측정했을 때 이들 산화막두께의 표준편차의 평균값에 대한 비는 각각 0.4%와 0.5%였다. 따라서 한번에 설정되는 처리매수를 최대한으로 설정했을 때에도 그 균일성은 현저하게 향상되어 표준편차는 약 1/20로 저하된다. 열처리관내의 열처리기체압력을 일정하게 함과 더불어 열처리온도가 일정하게 설정된 경우에 있어서, 열처리관내에 설치된 실리콘기판의 산화속도는 산화중인 열처리용 기체의 농도에 의존한다. 따라서 제 4 도에 나타낸 구조의 열처리장치에서는 상방향에서 차폐용 기체가 도입되기 때문에 상방향의 산화종의 농도가 차폐용 기체로 희석된 결과, 보트에 설치된 다수의 실리콘기판중에서 상방향에 설치된 실리콘기판의 산화속도가 한방향에 설치된 실리콘기판의 산화속도에 비해 낮아진다.
또한 실시예에서 나타낸 바와 같은 열처리장치는 예컨대, 옥시염화인을 이용하여 실리콘기판에 인을 확산하는 처리를 행하기 위해 이용할 수 있는 것으로, 제1실시예에 따른 열처리장치와 제 4 도에 나타낸 종래장치에 있어서 각각 확산처리를 행해 보았다. 그리고 실리콘기판에 인을 확산시킨 후의 면저항의 분포를 조사하였다. 이 실험에 있어서는, 상기 산화막의 예와 같이 보트(17)에 100매의 실리콘기판을 설치하고 열처리한 것으로, 이 100매의 실리콘기판중에서 상하의 5매를 제외한 92매의 실리콘기판 각각의 중심부분의 면저항분포를 평가하였다. 이 결과, 면저항 약 10(Ω/□)을 목표로 하였을 때 종래장치에서는 설치된 복수의 실리콘기판이 면저항의 평균값과 표준편차의 평균값에 대한 비는 각각 10.6(Ω/□)에서 23.3%였다. 또한 제1실시예에 나타낸 장치에서는 면저항의 평균값과 표준편차의 평균값에 대한 비는 각각 9.8(Ω/□)와 2.1%로, 실시예의 장치에서 열처리된 복수의 실리콘기판에 있어서 면저항값의 균일성에 현저한 향상이 보였다. 여기에서, 인확산의 조건은 모든 경우, 열처리온도가 950℃이고 처리시간은 30분으로 설정하였으며 옥시염화인을 대략 100(㎎/분)의 비율로 열처리관내에 공급하였다.
지금까지의 실시예에서는 다운로드형의 예를 나타내었으나, 업로드형이어도 같은 차폐방식을 채용할 수 있다.
제 3 도는 업로드형의 종형 열처리장치를 나타낸 것으로, 석영으로 구성된 열처리관(11)은 아랫면을 개구하여 구성하였다. 이 열처리관(11)의 외측에는 동축적으로 균열관(41)이 설치되고 그 외측에 가열기구(34)가 설치되어 있다.
열처리관(11)의 아랫쪽개구면에는 단열베이스(42)가 설치된다. 이 단열베이스(42)는 석영으로 구성된 것으로, 일체적으로 형성된 방(13)에는 석영웰(14)을 채워 단열구조가 되도록 하고 있다. 그리고 이단열베이스(42) 위에 보트(17)가 탑재되어 있는 바, 이 보트(17)에는 다수의 반도체웨이퍼(191,192,…)가 지지되어 단열베이스(42)가 도면과 같이 상승한 위치에 설정된 상태에서 보트(17)가 열처리관(11) 내부에 삽입설정되도록 되어 있다.
열처리관(11) 내부에는 삽입설정된 보트(17)의 주위를 둘러싸도록 되어 있는 원통체(43)가 설치되어 있는데 이 원통체(43)의 하단부는 개방되어 있다. 그리고 그상단부에는 주위를 향해서 개구(43)가 형성되어 이 원통체(43)내부와 외부가 연통되도록 하고 있다. 즉, 이 원통체(43)의 외주면과 열처리관(11)내주면사이에 원통형의 가스통로(432)가 형성되어 있다.
처리관(11)의 아랫쪽에는 인젝터(201 및 202)가 개구되어 가스제어유니트(44)에서 예컨대(O2,N2,HCI 또한 H2의 열처리용 가스가 공급된다. 이 열처리용 가스는 원통체(43)의 내부로 그 아랫쪽에서 공급되는 것으로, 이 열처리용 가스는 원통체(43)에서 보트(17)에 설치된 반도체웨이퍼(191,192,…)에 접촉되어 상부로 유도되어 가스통로(432)를 매개로 열처리관(11)의 하방향으로 유동되게 된다.
그리고 열처리관(11)의 아랫쪽의 측면에 가스통로(432)로 연통되도록 해서 배기덕트(21)를 설치하고, 또한 열처리관(11)의 아랫쪽개구부의 주위에 형성된 링형상의 방(25)에 연통되도록 하여 배기덕트(26)가 설치되어 있다. 이들 배기덕트(21 및 26)는 제어밸브기구를 매개로 배기기구(22)로 유도되며, 이 배기기구(22)에 의해 배출된 가스는 가스세정기(23)에 공급된다.
단열베이스(42)는 스크류(451 및 452)에 의해 지지되어 체인을 매개로 모터(46)에 의해 구동되는 스크류(451,452)의 회전에 의해 윗쪽으로 이동된다. 또한 이 단열베이스(42)는 모터(47)에 의해 회전되어 열처리관(11) 내부에서 반도체웨이퍼(191,192,…)를 지지하고 있는 보트(17)가 회전되도록 하고 있다.
이와 같이 단열베이스(42)를 회전시킨 경우, 이 단열베이스(42)의 플랜지부와 열처리관(11)의 아랫쪽개구면부가 접촉하고 있으면 석영끼리의 마모에 의해 입자가 발생한다. 따라서 보트(17)가 열처리관(11) 내부에 설정되어 있는 도면과 같은 상태에서 단열베이스(42)와 열처리관(11)개구면사이에 1㎜ 정도의 간격이 설정되도록 하고, 단열베이스(42)가 이동제어되도록 하고 있다.
이와 같이 구성된 열처리장치에 있어서는, 단열베이스(42)와 열처리관(11)의 개구면사이에 간격이 존재하여 이 간격부분으로 외기가 침입하는데, 이 외기가 방(25)에서 배기덕트(26)로 배기되어 열처리관(11)내부까지 침입되는 것은 저지된다.
따라서 보트(17)가 회전하는 상태에서도 열처리관(11) 내부의 가스가 대기중으로 배출되는 일이 없고, 또한 열처리관(11) 내부의 처리가스에 외기가 혼입되는 일도 없다.
한편, 본원 청구범위의 각 구성요소에 병기한 도면참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.
[발명의 효과]
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체부품의 종형 열처리장치에 의하면, 열처리관내로 도입되는 열처리가스의 차폐가 확실하게 행해짐과 더불어 열처리관내의 열처리가스분위기에 영향을 주는 일이 없이 안정된 반도체부품의 열처리관리를 행할 수 있으며, 특별한 차폐용 기체를 사용하지 않고도 간단한 구성으로 캠부분의 차폐를 행할 수 있도록 하여 그 안정성이 확실하게 보증되는 반도체부품의 열처리장치를 실현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 밑바닥이 있고 한쪽이 개구되어 구성된 열처리관(11)과, 이 열처리관(11)의 개구면에 설치되어 있는 캡(12), 이 캡(12)의 중앙부를 관통하여 상기 열처리관(11)의 내부에 삽입설정되는 것으로, 열처리할 반도체부품(191,192,…)을 지지하고 있는 로드(16), 열처리용 가스를 상기 열처리관(11)의 아랫방향으로부터 공급하는 가스공급수단(20), 적어도 상기 로드(16)에 의해 지지된 반도체부품(191,192,…)이 설치되는 위치보다 윗방향으로부터 배기시키고, 상기 열처리관(11)내의 열처리용 가스를 배기시켜 열처리관(11)내의 압력을 외기(外氣)보다 약간 낮은 값으로 설정하는 제1배기수단(211,212,22,24), 상기 열처리관(11)이 개구면에 근접하여 형성되어 있는 제2배기수단(261,262) 및, 상기 캡(12)의 내면부에 형성되며 이 캡부에 대응하여 존재하는 외기와의 연통로 및 상기 열처리관(11) 내부와 상기 제2배기수단(261,262)을 연통시켜 상기 열처리관(11) 내부의 열처리용 가스와 더불어 상기 외기와의 연통로로부터 침입하는 외기를 배기시키는 기체통로(28)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열처리관(11)은 윗쪽으로 개구되어 구성되고, 이 개구면에 상기 캡(12)이 탑재되며, 상기 로드(16)가 윗쪽으로부터 매달려 있는 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열처리관(11)은 아랫쪽으로 개구되어 구성되고, 이 개구면에 상기 캡(12)이 설치되도록 된 것이고, 상기 로드(16)는 윗쪽에 상기 반도체부품을 지지하고 아랫쪽으로부터 밀어올림으로써 상기 반도체부품이 상기 열처리관(11) 내에 설치되도록 된 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 캡(12)이 중앙부분에는 상기 열처리관(11) 내부로 연통되는 개구(15)가 형성되고, 이 개구(15)를 관통하여 상기 로드(16)가 배치되도록 된 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 캡(12)과 상기 로드(16)는 일체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 방(25)은 상기 열처리관(11)의 상부개구면의 주위를 둘러싸도록 이 개구면에 탑재되는 상기 탭(12)의 접촉면에 개구되어 형성되며, 이 방(25)에는 상기 제2배기수단(261,262) 및 상기 기체통로(28)가 연통되어 이 기체통로(28)를 통과한 기체가 상기 링형상의 방(25)을 매개해서 상기 제2배기수단(261,262)으로 유도되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 캡(12)의 중앙부분에는 상기 로드(16)를 삽입하기 위한 외기로 연통된 개구(15)가 형성되며, 이 개구(15)는 상기 연통로를 매개해서 상기 기체통로(28)로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제2배기수단(261,262)은 가스정화기(23)로 연통되어 배기기체중에서 열처리용가스성분을 분리하는 것을 특징으로 하는 반도체부품의 종형 열처리장치.
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