KR960012876B1 - 열처리 장치 - Google Patents

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KR960012876B1
KR960012876B1 KR1019890008278A KR890008278A KR960012876B1 KR 960012876 B1 KR960012876 B1 KR 960012876B1 KR 1019890008278 A KR1019890008278 A KR 1019890008278A KR 890008278 A KR890008278 A KR 890008278A KR 960012876 B1 KR960012876 B1 KR 960012876B1
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켄 나카오
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도오교오 에레구토론 사가미 가부시끼가이샤
카자마 젠쥬
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Abstract

요약없음

Description

열처리 장치
제1도는 본 발명에 관한 반응관 냉각시스템의 제1실시예가 배열설치된 종형열처리 장치를 나나탠 부분 종단 정면도.
제2도는 제1도에 도시한 장치의 부분 횡단 저면도.
제3도는 본 발명에 관한 반응관 냉각시스템의 제2실시예가 배열설치된 종형열처리 장치를 나타낸 부분 종단 정면도.
제4도는 제3도에 도시한 장치의 부분 횡단 저면도.
제5도는 본 발명에 관한 반응관 냉각시스템의 제3실시예가 배열설치된 횡형열처리 장치를 나타낸 종형 단면도.
제6도는 제5도에 도시한 장치의 부분 종단 측면도.
제7도는 제5도에 도시한 장치에서의 반응관의 길이 방향을 따른 냉각유체의 궤도를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 종형열처리장치12 : 반응관
14 : 배관16 : 배기배관
18 : 균열 영역22 : 균일하게 열을가하는 관
24 : 히터26 : 단열재
28 : 웨이퍼 부우트32 : 배관
34 : 도입노즐36 : 토출구
42 : 냉각유체 배출배관44 : 배출노즐
46 : 개구50 : 종형열처리장치
52 : 배관54 : 냉각유체 도입노즐
56 : 토출구58 : 냉각유체 공급원
62 : 매니포울드64 : 조정밸브
66 : 지지판68 : 에어실린더
72 : 피스톤 로드74 : 배출노즐
100 : 횡형 열처리장치102 : 반응관
104 : 배관106 : 배기배관
108 : 균열 영역110 : 센서
112 : 가스 공급원114 : 끝단캡
116 : 뚜껑118 : 회수부
122 : 균일하게 열을 가하는 관124 : 히터
126 : 단열재128 : 웨이퍼 보우트
132 : 배관134 : 냉각유체 도입노즐
136 : 토출구138 : 냉각유체 공급원
142 : 매니포울드144 : 조정밸브
146 : 지지판148 : 에어실린더
152 : 피스톤로드154 : 배출 노즐
W : 웨이퍼
본 발명은 반도체 디바이스, 액정구동용 회로판등을 제조하기 위한 열 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이러한 종류의 열 처리 장치에 있어서의 반응관의 냉각시스템의 개량에 관한 것이다.
반도체 디바이스, 액정구동용 회로판 등의 제조공정에 있어서, 웨이퍼, 회로판등의 피처리물체를 가열하여 박막의 형성, 확산, 산화, 에칭등의 처리를 실시하기 위하여, 반응관의 주위에 가열코일이 배열설치된 종형 또는 횡형의 열 처리 장치가 널리 이용되고 있다.
상기 열 처리 장치에서는, 피처리물체를 수납하는 반응관은, 원통형상으로 석영관등으로 이루어지고, 전형적으로는 반응관의 바깥쪽에 탄화규소등으로 이루어지는 원통형상의 균일하게 열이 가해지는 관이 배열설치된다.
또한 균일하게 열이 가해지는 관의 주위에 코일형상으로 형성된 가열 히터가 감겨지고, 또한 이 히터의 바깥쪽에 단열재층이 배열설치된다.
사용시에 있어서, 반응관의 내부의 미리 소정의 처리온도, 예를 들면 수백도 내지 천수백도로 가열되고, 종형장치에서는 하부개구에서, 횡형장치에서는 한쪽끝단개구에서, 웨이퍼 보우트위에 복수매가 얹어놓여진 반도체 웨이퍼등의 피처리물체가 로우드(Load)된다.
다음에 SiH4, O2, B2H6, PH3등의 소정의 반응 가스가 반응관내로 흘러, 막형성 또는 확산등의 처리가 행하여 진다.
상기 열 처리 장치에는 또한, 열처리후에 반응영역 전체를 균일한 온도로 유지하면서 급속히 냉각하는 것이 가능한 냉각시스템을 형성하는 것이 요구되어 오고 있다.
이와 같은 반응관의 냉각처리는, 하나의 피처리물체 내의 열이력(熱履歷) (Thermal Budget)의 균일성 및 동시에 처리하는 복수매의 피처리물체에 있어서의 열이력의 동일성을 얻음과 동시에, 확실한 반응의 제어 및 공정시간의 단축을 도모한다는 측면에서 중요한 요소로 되기 때문이다.
횡형열처리 장치에 있어서의 냉각시스템의 예가 일본국 특공소 58-24711호 공보에 개시되어 있다.
이 시스템에서는, 냉각용 파이프가 가열코일 주위의 단열재내에 배치되어 있다.
따라서 냉각효과가 떨어진다.
횡형 열 처리 장치에 있어서의 냉각 시스템의 다른 예가 일본국 특공소 60-8622호 공보에 개시되어 있다.
이 시스템에서는, 균일하게 열을 가하는 관이 생략되고, 히터가 반응관의 주위에 직접 배열설치되어, 그 주위를 히터 케이스가 둘러싼다.
냉각유체는 반응관의 바깥면과 히터 케이스의 안쪽면이 형성하는 공간 내에, 한쪽끝단부로부터 송풍기에 의하여 흡입되고, 여러 끝단부에서 배출된다.
이 시스템에서는, 반응관을 따르는 냉각유체의 흐름에 편이가 발생하기 쉬우므로, 반응영역 전체를 균일한 온도로 유지하면서 냉각할 수가 없다.
배럴(barrel)형 열 처리 장치에 있어서의 냉각 시스템의 1예가 일본국 실개소 61-157325호에 개시되어 있다.
이 시스템에서는, 가열코일이 반응내부통의 안쪽에 배열설치되고, 웨이퍼는 반응내부통위의 재치대에 지지된다.
냉각유체는, 반응외부통의 바깥쪽을 따라 흐르도록, 장치의 상부에서 반응외부통으로의 접선방향으로 흡입되고, 하부로부터 배출된다.
이 시스템에서는 반응내부통 안쪽에 위치하는 가열코일에 잔재된 열의 영향이 단절되지 않기 때문에, 냉각효과가 떨어지고, 또한 피처리물체인 웨이퍼등의 외부와 내부에 많은 온도차를 발생시키기 때문에, 냉각은 상기 웨이퍼를 일그러지게 하는 원인으로 된다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 하나의 피처리물체내의 열이력의 균일성 동시에 처리하는 복수매의 피처리물체 사이에 있어서의 열이력의 동일성을 얻기 위하여, 반응영역 전체를 균일한 온도로 유지하면서 냉각하는 것이 가능한 열 처리 장치에 있어서의 반응관 냉각시스템을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 확실한 반응의 제어, 공정시간의 단축을 도모하기 위하여, 반응 영역전체를 균일한 온도로 유지하면서 급냉하는 것이 가능한 열 처리 장치에 있어서의 반응관 냉각 시스템을 제공하는데에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 내부의 열이 균일하게 가해지는 균일영역에 피처리물을 수납하는 반응관과, 상기 반응관을 둘러싸는 히터를 가지는 열처리 장치에 있어서, 상기 반응관의 축방향에 대하여 직각으로, 또 반응관의 주위방향으로 유체를 불어내고, 상기 반응관 및 히터 사이에 냉각유체를 불어 보내는 도입수단과, 냉각작용후의 가열된 냉각유체를 회수하는 배출수단으로 이루어지고, 상기 도입수단으로부터 상기 배출수단에 냉각유체의 흐름이 상기 열이 균일하게 가해지는 균일영역의 전체 길이를 초과하여 형성되는 것을 특징한다.
상기 균일하게 열이 가해지는 영역은, 피처리물체를 열처리하는 반응 영역과 적어도 동일하거나, 또는 이것을 포함하는 것이 아니면 안된다.
어떤 실시예에서, 상기 냉각유체가 상기 반응관의 바깥면을 직접냉각 하도록, 상기 바깥면을 따라 형성되지만, 또 다른 실시예에서는 상기 냉각유체의 흐름은 상기 반응관의 바깥면을 간접적으로 냉각한다.
상기 반응관이 거의 수직선인 길이방향으로 축을 갖는 경우에는, 상기 도입수단이 반응관의 둘레방향의 한쪽 방향으로 유체를 불어내고, 상기 반응관이 거의 수평상태인 길이방향으로 축을 갖는 경우에는, 상기 도입 수반이 반응관의 둘레방향의 양쪽방향으로 유체를 불어낸다.
상기 빈응관이 거의 수직상태인 길이방향으로 축을 갖는 경우이고, 또한 상기 도입수단이 상기 반응관의 길이 방향에서 1개소에 배열설치되는 경우는, 상기 도입수단은 상기 반응관의 실질적으로 최하부에 배치된다.
상기 반응관이 거의 수직상태인 길이방향으로 축을 갖는 경우이고, 또한 상기 도입수단이 상기 반응관의 길이방향에서 복수개소에 배열설치되는 경우는, 상기 반응관의 길이방향을 따른 도입수단의 간격이, 상기 균일하게 열이 가해지는 영역의 상부를 향할수도록 좁아진다.
상기 반응관이 거의 수평상태인 길이방향으로 축을 갖는 경우이고, 또한 상기 도입수단이 상기 반응관의 길이 방향에서 복수개소에 배열설치되는 경우는, 상기 도입수단은 반응관의 최하부에 대향하여 균일하게 열이 가해지는 영역의 길이방향 중심에 대하여 대칭적으로 배치된다.
상기 도입수단이 상기 반응관의 길이 방향에서 복수개소에 배열설치되는 경우는, 상기 균일하게 열이 가해지는 영역이 길이 방향을 따라 복수개의 온도 센서가 배열설치되고, 상기 센서에 의한 검지 온도 정보에 따라 상기 각 도입수단으로부터의 냉각유체의 불어내어 흐르는 량이 개별적으로 조정된다.
상기 열 처리 장치가 상기 반응관과 상기 히터의 사이에 균일하게 열이 가해지는 관을 갖는 경우이고, 또한, 상기 도입수단이 상기 반응관의 길이방향에서 복수개소에 배열설치되는 경우는, 상기 도입수단이 냉각유체 도입노즐 앞끝단의 개구로 이루어지며, 상기 노즐의 앞끝단이 상기 균일하게 열을 가하는 관의 안쪽면으로부터 돌출되어 반응관으로 접근하는 돌출위치와, 앞끝단이 상기 균일하게 열을 가하는 관의 앞쪽면에서 빼낸 후퇴위치와의 사이를 이동할 수가 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하면서 행하여지는 다음의 설명에 의하여 명백하게 된다.
제1도에 도시한 본 발명에 관한 반응관 냉각 시스템의 제1실시예가 배열설치된 종형열 처리 장치(10)의 중심에는, 석영등에 의하여 원통형상으로 형성된 반응관(프로세스튜우브)(12)이 거의 수직으로 배치된다.
반응관(12)의 꼭대기부에는 소정의 반응가스를 도입하기 위한 배관(14)이 접속되고, 이것은 도시하지 아니한 가수공급원으로 연이어 통한다.
또한 반응관(12)의 바닥부에는 배기배관(16)이 접속되고, 이것은 도시하지 아니한 회수부(回收部)로 연이어 통한다.
반응관(12)내에 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)을 형성하기 위하여, 반응관(12)의 바깥둘레 주위에, 탄화규소등으로 이루어지는 균일하게 열을 가하는 관(22)이 동축적으로 배열설치되고, 또한, 균일하게 열을 가하는 관(22)의 바깥둘레 주위에, 그의 바깥쪽면과 간격을 두고 가열장치 예를 들면 코일 형상의 히터(24)가 감겨진다.
반응관의 외부직경, 균일하게 열을 가하는 관의 내부직경, 히터의 내부직경은 각각 208㎜, 250㎜, 285㎜로 되어 있다.
히터(24)의 바깥둘레 주위에는 단열재(26)가 배열설치되고, 이 단열재의 내부둘레 벽면을 치밀하고 또한 평활하게 형성되고, 냉각유체에 의한 먼지의 발생이 방지된다.
단열재(26)의 바깥쪽 하부에는, 제2도에 도시한 바와 같이, 도시되지 아니한 송풍기등에 접속된 냉각유체도입 배관(32)이 배치되고, 이 배관(32)으로부터 주위 90℃간격으로 4개의 도입노즐(34)이 안쪽을 향하여 돌출설치된다.
도입노즐(34)은 단열재(26)를 관통하고, 그의 앞끝단은 히터(24)가 위치하는 균일하게 열이 가해지는 관(22)과 단열재(26)와의 사이의 간격부에 다다른다.
각 도입노즐(34) 앞끝단의 토출구(34)는, 제2도에 화살표로 나타낸 바와 같이, 윗쪽에서 본 수평면내에서 반시계 방향으로 향하여 냉각유체를 분출하도록 배치된다.
단열재(26)의 바깥쪽 상부에는, 도시하지 아니한 흡인수단에 접속된 냉각유체 배출 배관(42)이, 냉각유체 도입배관(32)과 동일한 상태로 설치되고, 이 배관(42)으로부터 주위 90℃ 간격으로 4개의 배출노즐(44)이 안쪽을 향하여 돌출설치된다.
배출노즐(44)은 도입노즐(34)과 유사한 형상을 이루고 있지만, 배출노즐(44)의 개구(46)는, 도입노즐(34)의 토출구(36)와의 반대 방향으로 배치된다.
사용시에 있어서, 상기 종형열 처리 장치(10)에서는, 반응관(12)내부는 미리 히터(24)에 의하여 소정의 처리 온도 예를 들면 수백 내지 천수백도로 가열되고, 하부개구에서 도시하지 아니한 보우트 엘레베이터등에 의하여, 웨이퍼 보우트(28) 위에 복수매가 얹어놓여진 반도체 웨이퍼(W)등의 피처리물체가 로우드(Load)된다.
그리고, SiH4, O2, B2H6, PH3등의 소정의 반응 가스가 반응관(12)내로 흘러, 막형성 또는 확산등의 처리가 행하여 진다.
반응정지등의 이유로 반응관(12)내가 급속히 냉각되도록 하는 경우는, 냉각유체 도입배관(32)으로부터 냉각된 공기(Chilled air)등의 냉각유체가 송출되어, 30분간 정도의 강제 공냉이 행하여 진다.
공기는 도입노즐(34)로부터 히터(24)가 위치하는 균일하게 열을 가하는 관(22)과 단열재(26)와의 사이의 간격부에 수평(윗쪽에서 보아서 반시계 방향)으로 분출되고, 히터(24)의 열에 의하여, 균일하게 열을 가하는 관(22)의 주위를 회전하면서 나선형상으로 상승하고, 배출노즐(44)에서 배출된다.
따라서, 이 공기류에 의하여 히터(24)가 직접 냉각되고, 이와동시에 반응관(12)내가 냉각된다.
또한, 이 공기류는, 균일하게 열을 가하는 관(22)의 주위를 회전하면서 나선형상으로 상승하기 때문에, 수평면내에 있어서의 온도의 균일성이 얻어지게 된다.
제3도에 도시한 본 발명에 관한 반응관 냉각 시스템의 제2실시예가 배열설치된 종형 열 처리 장치(50)는, 상기 종형 열 처리 장치(10)와 기본적으로 동일한 구조를 이룬다.
따라서, 제3도중, 장치(10), (50)에서 공통되는 부재에는 제1도에서와 동일한 부호가 부여되어 있다.
거의 수직으로 배치된 반응관(12)의 꼭대기부에는 소정의 반응가스를 도입하기 위한 배관(14)이 접속되고, 이것은 도시하지 아니한 가스공급원으로 연이어 통한다.
또한 반응관(12)의 바닥부에는 배기 배관(16)이 접속되고, 이것은 도시되지 아히한 회수부로 연이어 통한다.
반응관(12)내에 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)을 형성하기 위하여, 반응관(12)의 바깥둘레 주위에, 탄화규소등으로 이루어지는 균일하게 열을 가하는 관(22)이 동축적으로 배열설치되고, 또한, 균일하게 열을 가하는 관(22)의 바깥둘레 주위에, 그의 바깥쪽면과 간격을 두고 가열장치 예를 들면 코일형상의 히터(24)가 감겨진다.
반응관의 외부직경, 균일하게 열을 가하는 관의 내부직경, 히터의 내부직경은 각각 208㎜, 250㎜, 285㎜로 되어 있다.
히터(24)의 바깥둘레 주위에는 단열재(26)가 배열설치되고, 이 단열재의 내부둘레벽면은 치밀하고 또한 평활하게 형성된다.
본 장치(50)에서는, 히터(24)가 장치(50)의 하부(A), 중앙부(B), 상부(C)의 3개의 구역을 나누어서 독립적으로 조작할 수 있도록 구성되고, 반응관(12)의 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)의 제어를 확실하게 행할수 있도록 되어 있다.
반응관(12)의 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)의 온도의 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)을 따라 복수개소에 배치된 열전대등의 도시되지 아니한 센서에 의하여 수시로 검지되고, 이 검지온도는 도시되지 아니한 제어기구로 전달된다.
제어기구는 이 온도정보에 따라 히터(24)에 대한 전력의 조정, 또는 뒤에 설명하는 각 냉각유체 도입노즐(54)에 있어서의 유체흐름량의 조정을 행한다.
냉각유체 도입노즐(54)은, 수평방향에서는 제4도에 도시한 바와 같이, 반응관(12)에 대하여 주위 90˚ 간격으로 4개소에 배치되지만, 수직방향에서는 제3도에 도시한 바와 같이, 상기 3개의 구역에 대응하여, 하부(A)에 1개조, 중앙부(B)에 2개조, 상부(C)에 3개조의 합계 6개조의 도입노즐(54)이 배열설치된다.
도일노즐(54)은 세라믹제로서, 6 내지 8㎜의 내부 직경을 갖는다. 도입노즐(54)은 단열재(25) 및 균일하게 열을 가하는 관(22)에 뚫려진 구멍을 관통하여, 그의 앞끝단이 반응관(12)과 균일하게 열을 가하는 관(22)과의 사이의 간격부에까지 다다른다.
각 도입노즐(54) 앞끝단의 토출구(56)는, 제4도에 도시한 바와 같이, 윗쪽에서 본 수평면내에서 반시계방향으로 향하여 냉각유체를 분출하도록 배치된다.
각 도입노즐(54)은, 배관(52)을 통하여 매니포울드(62)에 접속되고, 다은쪽 매니포울드(62)는 도시하지 아니한 송풍기등의 수단을 통하여 냉각유체 공급원(58)으로 연이어 통한다.
매니포울드(62)근방에는, 각 노즐(54)의 배관(52)마다 조정밸브(64)가 배열설치되고, 각 노즐(54)마다 독립적으로 냉각유체의 흐름량을 조정할 수 있도록 되어 있다.
또한 각 도입노즐(54)은, 단열재(26)의 바깥쪽에서 수직방향으로 나란히 6개가 동일한 지지판(66)에 고정되고, 다른쪽 지지판(66)은 양쪽을 에어실린더(68)의 피스톤 로드(72)에 착설된다.
따라서 에어실린더(68)의 구동에 의하여 지지판(66)은 단열재(26)의 바깥면에 대하여 접근 및 분리되고, 이에 따라 각 도입노즐(54)은, 앞끝단이 균일하게 열을 가하는 관(22)의 안쪽면으로부터 돌출되어 반응관(12)으로 접근하는 돌출위치와, 앞끝단이 균일하게 열을 가하는 관(22)의 안쪽면으로 끌어들이는 후퇴위치와의 사이를 이동할 수 있도록 되어 있다.
단열재(26)의 바깥쪽상부에는, 흡인수단에 접속된 냉각유체 배출 배관(42)이 상기 제1 및 제2도에 도시한 실시예와 동일한 상태로 배치되고, 이 배관(42)에서 주위 90˚ 간격으로 4개의 배출노즐(74)이 안쪽을 향하여 돌출 설치된다.
배출노즐(74)은 균일하게 열을 가하는 관(22)을 관통하고, 그 앞끝단의 흡입구는 반응관(12)과 균일하게 열을 가하는 관(22)과의 사이의 간격부에서 개구된다.
제3도에서, 도입노즐(54)로부터 냉각유체 공급원(58)으로 이르는 배관구조, 및 노즐(54)을 구동시키기 위한 지지판(66), 에어실린더(68)등의 구조는, 제3도에 오른쪽의 수직방향으로 나란한 6개의 도입노즐에 관하여만 나타내지만, 반응관(12)에 대하여 주위 90˚ 간격으로 배치된 다른 3개소의 수직열을 도입노즐(54)에 대하여도 동일한 구조로 되어 있다.
사용시에 있어서, 상기 종형 열 처리 장치(50)에서는, 반응관(12)의 내부는 미리 히터(24)에 의하여 소정의 처리온도로 가열되고, 하부 개구로부터 피처리물체 예를 들면 웨이퍼 보우트(28) 위에 복수매가 얹어놓여진 반도체 웨이퍼(W)가 로우드된다.
그리고, 반응관(12)내로 소정의 반응가스가 흘러, 막형성 또는 확산등의 처리가 행하여 진다.
이 반응관(12)의 가열시는, 도시하지 아니한 제어기구에 의하여, 모든 도입노즐(54)이 후퇴 위치에 존재하도록, 에어실린더(68)가 조작된다.
따라서 도입노즐(54)은 균일하게 열을 가하는 관(22)의 안쪽면에서 흡입된 상태로 계류되고, 노즐(54)을 통한 열의 전도등에 의한 열효율의 저하가 방지된다.
반응관(12) 내가 급속히 냉각되도록 하는 경우는, 우선 도시하지 아니한 제어기구에 의하여 에어실린더(68)가 조작되고, 모든 도입노즐(54)은, 앞끝단이 균일하게 열을 가하는 관(22)의 안쪽면으로부터 돌출되어 반응관(12)으로 접근하는 돌출위치로 이동된다.
그리고 각 노즐(54)에 연이어 접속된 흐름량 조절밸브(64)가 개방되어, 0.1 내지 10㎥/ 분, 예를 들면 3㎥/ 분의 냉각된 공기 등의 냉각유체가 각 도입노즐(54)의 빨아내는구(56)를 통하여 반응관(12)과 균일하게 열을 가하는 관(22)과의 사이의 간격부로 공급되어, 30분간 정도의 강제 공냉이 행하여 진다.
각 도입노즐(54)로부터의 각 공기는, 반응관(12)의 주위로 수평(윗쪽에서 보아서 반시계방향)으로 분출되어, 반응관(12)의 열을 흡수함으로써, 반응관(12)의 주위를 회전하면서 나선형상으로 상승하고, 최종적으로 최상부의 배출노즐(74)을 통하여 배출된다.
상기에서 설명한 바와 같이 반응관(12)의 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)의 온도는 센서에 의하여 수시로 검지되고, 이 검지온도에 따라 각 도입노즐(54)로부터의 냉각유체 흐름량이 개별적으로 조정된다.
흐름량의 조정은, 제어기구가 상기 검지온도 정보에 따라 각 제어밸브(64)를 작동시켜, 그의 개방정도를 변경시킴으로써 행하여 진다.
본 실시예에서는, 상기 각 공기 즉 냉각유체류가, 반응관(12)가 주위를 회전하면사 나선형상으로 상승하기 때문에, 수평면내에의 온도의 균일성이 얻어지는 것만이 아니고, 반응관(12)의 길이 방향을 따라 다른 복수개소에서 냉각유체를 불어내고, 또한 각 유체의 흐름량이 검지온도 정보에 따라 변경되기 때문에, 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)의 길이에 따른 수직방향에서의 온도의 균일성도 보장되게 된다.
또한 상기 냉각유체의 복합적인 흐름에 의하여 반응관(12)이 직접 냉각되기 때문에, 높은 냉각 효율이 얻어짐과 동시에, 고온상태의 히터(24)에 공기등의 냉각유체가 직접 접촉함에 의한 산화등의 냉각유체의 예상되는 악영향이 회피된다.
제5도는 본 발명에 관한 반응관 냉각 시스템이 제3실시예가 배열설치된 종형 열처리 장치(100)를 나타낸다. 거의 수평상태로 배치된 반응관(102)의 한쪽끝단에는 소정의 반응가스를 도입하기 위한 배관(104)이 접속되고, 이것은 가스 공급원(112)으로 연이어 통한다.
또한 반응관(102)의 다른 끝단부는 뚜껑(116)이 부착된 끝단 캡(114)에 의하여 폐쇄되고, 이 캡(114)에는 회수부(118)에 연이어 통하는 배기관(106)이 접속된다.
반응관(102)내부에 균일하게 열이 가해지는 영역(108)을 형성하도록, 반응관(102)의 바깥주위에, 탄화규소등으로 된 균일하게 열을 가하는 관(122)이 동축적으로 배열설치되고, 또한, 균일하게 열을 가하는 관(122)의 바깥주위에, 그 바깥측면과 간격을 두고 가열장치 예를 들면 코일 형상의 히터(124)가 둘러 싸인다.
히터(124)의 바깥주위에는 단열재(126)가 배열설치되고, 이 단열재의 내부둘레 벽면은 치밀하고 평활하게 형성된다.
반응관(102)의 균일하게 열이 가해지는 영역(108)의 온도는 균일하게 열이 가해지는 영역(108)을 따라서 3개소에 배열설치된 열전대등의 센서(110)에 의하여 수시 검지되고, 이 검지 온도는 도시되지 않은 제어기구에 전달된다.
제어기구는 이 온도정보에 기초하여 히터(124)의 대응하는 전력의 조정, 또는 후술되는 각 냉각유체 도입노즐(134)에 있어서의 유체의 흐름양의 조정을 행한다.
제6도에 나타낸 바와 같이, 반응관(102)의 가장 아래 부분에 대향하여 복수개의 냉각유체 도입노즐(134)이 대체로 균일하게 열이 가해지는 영역의 전체 길이에 걸쳐서 1열로 배치된다.
제5도에 있어서는 도면 제작의 편의상 9개의 노즐이 나타내어져 있으나, 실제는 반응관의 크기등에 따라 15개 또는 그것 이상의 갯수의 노즐이 설치된다.
도입노즐(134)은 세라믹제로서, 6 내지 8㎜의 내경을 갖는다. 도입노즐(134)은 단열재(126) 및 균일하게 열을 가하는 관(122)에 뚫어 설치된 슬릿을 관통하고, 그 앞 끝단이 반응관(102)과 균일하게 열을 가하는 관(122)과의 사이에 도달한다.
각 도입노즐(134) 앞끝단의 토출구(136)는, 제6도에 나타낸 바와 같이, 가로 방향에서 본 수직면내에서 반응관(102)의 주위방향 양족으로 향하여 냉각유체를 분출하도록 배치된다.
각 도입노즐(134)은, 배관(132)을 통하여 매니포울드(142)에 접속되고, 다른쪽 매니포울드(142)는 도시되지 않은 송풍기를 통하여 냉각유체공급원(138)으로 연이어 통한다.
매니포울드(142) 근방에는, 각 노즐(134)의 배관(132)마다 조정밸브(144)가 배열설치되고, 각 노즐(134) 마다에 독립적으로 냉각유체의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있다.
또한 각 도입노즐(134)은, 단열재(126)의 바깥쪽에서 동일의 지지판(146)으로 고정되고, 다른쪽 지지판(146)은 양쪽을 에어실린더(148)의 피스톤 로드(152)에 부착되어 있다.
따라서 에어실린더(148)의 구동에 의하여 지지판(146)은 단열재(126) 바깥면에 대응하여 접근 및 이격하고, 이것에 따라 각 도입노즐(134)은, 앞 끝단이 균일하게 열을 가하는 관(122)의 내면으로부터 돌출하여 반응관(102)에 접근하는 돌출위치와, 앞 끝단이 균일하게 열을 가하는 관(122)의 내면으로부터 돌출하여 반응관(102)에 접근하는 돌출위치와, 앞 끝단이 균일하게 열을 가하는 관(122)의 내면에서 빼내어진 후퇴위치와의 사이를 이동하도록 되어 있다.
반응관(102)의 가장 위부분의 길이 방향 양끝단에 대항하여 냉각 유체 배출노즐(154)이 설치된다.
배출노즐(154)은 단열재(126)의 바깥쪽에서 도시되지 않은 흡인수단에 접속되는 한편, 단열재(126)의 내부쪽에서는 균일하게 열을 가하는 관(122)을 관통하고, 그 앞끝단의 불어 넣는 구는 반응관(102)과 균일하게 열을 가하는 관(122)과의 사이의 간극부로 개구한다.
사용시에 있어서, 상기 종형 열처리 장치(50)에서는, 반응관(102) 내부가 미리 히터(124)에 의하여 소정의 처리온도로 가열되고, 다음에 끝단 캡(114)의 뚜껑(116)이 개방되어 피처리물체 예를 들면 웨이퍼 보우트(128)위에 복수매 얹어놓여진 반도체 웨이퍼(W)가 소프트 렌딩등에 의하여 로우드된다.
그리고 반응관(102)내부에 소정의 반응가스가 흐르게 되고, 막 형성 또는 확산등의 처리가 행하게 된다.
이 반응관(102)의 가열시에는, 도시되지 않은 제어기구에 의하여 모든 도입노즐(134)이 후퇴 위치에 존재하도록, 에어실린더(148)가 조작된다.
따라서, 도입노즐(134)은 균일하게 열을 가하는 관(122)의 내면으로부터 배내어진 상태로 남겨지고, 노즐(134)을 통하여 열의 전도등에 의하여 열효율의 저하가 방지된다.
반응관(102) 내부가 급속하게 냉각되도록한 경우에는, 먼저 도시되지 않은 제어기구에 의하여 에어실린더(148)가 조작되고, 모든 도입노즐(134)은, 앞끝단이 균일하게 열을 가하는 관(122)의 내면으로부터 돌출하여 반응관(102)에 접근하는 돌출위치로 이동된다.
그리고 각 노즐(134)에 연이어 접속하는 유량조정밸브(144)가 개방되어, 0.1 내지 10㎥/ min, 예를 들면 3㎥/ min의 냉각공기 등의 냉각유체가, 각 도입노즐(134)의 토출구(136)를 통하여 반응관(102)과 균일하게 열을 가하는 관(122)과의 사이의 간극부에 공급되고, 30분간 정도의 강제 공냉을 행하게 된다.
각 도입노즐(134)로부터의 각 공기는, 반응관(102)의 주위 방향에 양쪽으로 분출되고, 반응관(102)의 주위 방향에 있어서는 제6도에 나타낸 궤도를 타고 올라감과 동시에, 반응관(102)의 길이 방향에 있어서는, 반응관(102)의 길이 방향의 양 끝단의 배출노즐(154)을 통하여 영향을 미치는 흡인 수단으로 끌어당기게 되고, 대략 제7도의 궤도를 타고 올라가 이동한다.
이동에 따라서 공기는 반응관(102)의 열을 흡수하고, 최종적으로 양배출노즐(154)을 통하여 배출된다.
상술한 바와 같이 반응관(102)의 균일하게 열이 가해지는 영역(108)의 온도는 센서에 의하여 수시검지되고, 이 검지온도에 따라서 각 도입노즐(134)로부터의 냉각유체량이 개별적으로 조정된다.
유량의 조정은, 제어기구가 상기 검지온도정보에 기초하여 각 제어밸브(144)를 작동시키고, 그 열린정도를 변경시키는 것에 의하여 행하게 된다.
본 실시예에 있어서는, 검지온도 정보에 따라서 변경된 유량으로써, 균일하게 열이 가히재는 영역(108)의 대략 전체 길이에 걸치는 복수개소로부터 공기 즉 냉각유체가 불어내어지고, 또한 양 끝단의 배출노즐(154)로 향하여서 흡인되기 때문에, 균일하게 열이 가해지는 균열영역(18)의 길이를 따라서 수평방향과, 이것과 직교하는 수직방향의 양방향에 있어서 온도의 균일성을 얻게된다.
또한 상기 냉각유체의 복합흐름에 의하여 반응관(12)이 직접 냉각되기 때문에, 높은 냉각 효율을 얻게됨과 동시에, 고온 상태의 히터(24)에 공기등의 냉각 유체가 직접 접촉하는 것에 의한 산화등의 냉각유체의 예상되는 악영향이 회피된다.
이상 본 발명의 상세하게는, 첨부한 도면에 나타낸 바람직한 실시예에 따라서 설명하였으나, 이들 실시예에 대하여는, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고서 여러가지의 변경, 개량이 가능하게 되는 것은 명백하다.

Claims (6)

  1. 내부의 열이 균일하게 가해지는 균열영역(18), (108)에 피처리물을 수납하는 반응관(12), (102)과, 상기 반응관(12), (102)을 둘러싸는 히터(24), (124)를 가지는 열처리 장치에 있어서, 상기 반응관(12), (102)의 축방향에 대하여 직각으로, 또 반응관(12), (102)의 주위방향으로 유체를 불어내고, 상기 반응관(12), (102) 및 히터(24), (124) 사이에 냉각유체를 불어 보내는 도입수단과, 냉각작용후의 가열된 냉각유체를 회수하는 배출수단으로 이루어지고, 상기 도입수단으로부터 상기 배출수단에 냉각유체의 흐름이 상기 열이 균일하게 가해지는 균열영역(18), (108)의 전체 길이를 초과하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 냉각유체의 흐름이 상기 반응관(12), (102)의 바깥면을 직접 냉각하도록, 상기 바깥면을 따라 배열설치되는 것을 특징으로 하는 열 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 도입수단은 반응관(12)의 주위에서 같은 간격으로 여러개소에 환류(環流)가 형성되도록 배열설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 열처리 장치가 반응관(12), (102)과 히터(24), (124) 사이에 균열관(22), (122)을 가지며, 상기 도입수단 및 상기 배출수단이 균열관(22), (122)의 바깥쪽에 배치되고, 상기 히터(24), (124)의 근방을 따라 냉각유체의 흐름이 형성되는 것을 특징으로 하는 열 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 균열 영역(108)의 길이방향을 따라서 여러개의 온도센서(110)가 배열설치되고, 상기 센서(110)에 의한 검지온도 정보에 따라 상기 각 도입수단으로부터의 냉각유체의 불어나오는 유량이 개별적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 열 처리 장치.
  6. 내부의 열이 균일하게 가해지는 균열영역(18)에 피처리물을 수납하는 길이 방향축이 수직인 반응관(12)과, 상기 반응관(12)을 둘러싸는 히터(24)를 가지는 종형 열처리 장치에 있어서, 상기 반응관(12)의 실질적으로 최하단에 배치되고, 상기 반응관(12)의 축방향에 대하여 수직으로 또 반응관(12)의 주위방향의 유체를 불어내고, 상기 반응관(12), (102) 및 히터 (24)와의 사이에 냉각유체를 불어 보내는 도입수단과, 상기 반응관(12)의 실질적으로 최상부에 배치되고, 냉각작용 후의 가열된 냉각유체를 회수하는 배출수단과, 검지온도정보에 따라 상기 도입수단으로부터 냉각유체의 불어 보내는 유체가 별개로 조정되어야할 균열영역(108)의 길이방향에 따라서 배열설치되는 복수의 온도센서(101)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열 처리 장치.
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