KR100825356B1 - 열처리장치 및 기판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
노즐을 정도가 양호하게 어댑터에 설치하여 노즐이 다른 부품과 간섭하는 것을 방지함과 동시에, 노즐의 열팽창에 의한 파손을 적게 할 수 있는 열처리장치를 제공한다. 열처리장치(10)는 기판(54)을 처리하는 반응관(42)과, 이 반응관(42)을 지지하는 석영제의 어댑터(44)와, 이 어댑터(44)에 접속되어 반응관(42) 내부에 처리가스를 공급하는 노즐(66)과, 반응관(42)의 외부에 설치되어 반응관(42) 내부를 가열하는 히터(46)를 갖는다. 노즐(66)은 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면에 접속되고, 노즐(66)의 적어도 어댑터(44)와 접속되는 부분은 석영제이며, 그 외의 부분은 탄화규소제이다.
노즐, 어댑터, 열처리장치, 석영, 탄화규소
Description
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등을 열처리하기 위한 열처리장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 열처리장치는, 반응관과, 그 반응관을 지지하는 어댑터와, 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과, 반응관의 외부에 설치되어 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하고, 그 히터에 의해 반응관 내부를 고온으로 하여 기판을 처리하도록 되어 있다. 예를 들면 1200℃보다 고온 프로세스에서는, 반응관이나 노즐에 석영을 사용할 수 없기 때문에, 탄화규소(탄화 규소)를 사용하게 된다. 그라나 탄화규소 반응관 구조로 하면, 온도차로 탄화규소반응관이 파손되 버리기 때문에, 노구(爐口)부까지 탄화규소로 구성할 수는 없다. 그 때문에, 반응관은 탄화규소제, 어댑터는 석영제로 하는 것이 하기 특허문헌 1의 명세서 단락 0005에 고려되고 있다.
특허문헌 1 : 일본특허공개번호 1997-97767호 공보
예를 들면 종형(縱型) 열처리장치에 있어서는, 상술한 노즐은, 내경 10㎜ 정도, 길이 1000㎜ 이상의 파이프로 구성된다. 이러한 노즐을 정도(精度)가 좋은 탄화규소로 구성하기는 곤란하다. 노즐의 정도가 나쁘면, 기울거나 편심(偏心)이 되고, 반응관 내부에 장전되는 보트(기판지지체) 또는 보트에 재치(載置)되는 기판과의 사이의 여유 공간(clearance)을 크게 하지 않으면 노즐이 보트 또는 기판에 간섭을 준다. 또한, 탄화규소제의 노즐을 석영제의 어댑터에 직접 붙이면 노즐의 열팽창 때문에 노즐이 파손될 우려가 있다.
본 발명의 목적은 노즐을 정도가 양호하게 어댑터에 설치함으로써 노즐이 다른 부품과 간섭하는 것을 방지함과 동시에, 노즐의 열팽창에 의해 파손될 우려를 줄일 수 있는 열처리장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1의 특징은, 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관을 지지하는 어댑터와, 상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과, 상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하며, 상기 노즐은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 이 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하며, 상기 제1 부분은 상기 어댑터와 열팽창률이 동등한 재료로 구성되는 열처리장치에 있다.
바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 노즐의 제2 부분보다 열팽창률이 작은 재료로 구성된다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분은 석영제이고, 상기 노즐의 제2 부분은 탄화규소제이다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 어댑터의 상면에 있어서 상기 어댑터와 감합(嵌合) 접속된다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분과 상기 노즐의 제2 부분은 감합 접속되고, 상기 제1 부분의 일부가 상기 제2 부분의 내측에 감입(嵌入)되도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분은 가스를 수직방향이 아닌 방향으로 흐르도록 구성되고, 상기 노즐의 제2 부분은 가스를 수직방향으로 흐르도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 상기 반응관 내부에 복수 매의 기판을 지지하는 지지구를 포함하고, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 반응관 내벽의 주위를 따르도록 구성되며, 상기 노즐의 제2 부분은 기판배열 방향으로 연장되도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분의 유로(流路) 단면적은, 상기 노즐의 제2 부분의 유로 단면적보다 크다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분 또는 제2 부분은, 가스가 상기 제1 부분을 유통(流通)할 때가 상기 제2 부분을 유통할 때보다 가스 유속이 늦어지도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 재치되고, 상기 노즐의 제1 부분의 유로 단면형상은 직사각형이다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 재치되고, 상기 노즐의 제1 부분의 유로 단면형상은 세로 방향으로 긴 직사각형이다. 또한, 바람직하게는, 상기 노즐의 제2 부분은 적어도 2개 이상 설치되어 있다.
본 발명의 제2의 특징은, 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관을 지지하는 어댑터와, 상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과, 상기 반응관 내부를 가열하는 히터와, 상기 반응관 내부에서 복수 매의 기판을 지지하는 지지구를 포함하며, 상기 노즐은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 반응관 내벽의 주위를 따르도록 구성되며, 상기 노즐의 제2 부분은 기판배열 방향으로 연장되도록 구성되는 열처리장치에 있다.
본 발명의 제3의 특징은, 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관을 지지하는 어댑터와, 상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과, 상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하고, 상기 노즐은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하며, 상기 제1 부분의 유로 단면적은, 상기 제2 부분의 유로 단면적보다 큰 열처리장치에 있다.
본 발명의 제4의 특징은, 반응관과, 상기 반응관을 지지하는 어댑터와, 상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하는 반응로 내부에 기판을 반입하는 공정과, 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 그 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분이 상기 어댑터와 열팽창률이 동등한 재료로 구성되는 노즐에 의해 상기 반응로 내부에 처리가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 상기 반응로로부터 반출하는 공정을 포함하는 기판의 제조방법에 있다.
본 발명의 제5의 특징은, 기판을 처리하는 반응관과, 이의 반응관을 지지하는 석영제의 어댑터와, 이 어댑터에 접속되고 상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과, 상기 반응관의 외부에 설치되고 상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하고, 상기 노즐은 상기 반응관 내부에 있어서 어댑터의 상면에 접속되고, 상기 노즐의 적어도 어댑터와 접속되는 부분은 석영제이며, 그 외의 부분은 탄화규소제인 열처리장치에 있다.
바람직하게는, 노즐의 석영제의 부분과 탄화규소제의 부분은 감합 접속된다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 석영제 부분은 탄화규소제 부분의 내측에 감입되도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 석영제 부분과 어댑터는 감합 접속된다. 또한, 바람직하게는, 노즐은 반응관 내벽에 따라 기판 배열 영역의 상방까지 연장되도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 탄화규소제의 부분은 CVD로 형성된다.
본 발명의 제6의 특징은, 기판을 처리하는 반응관과, 상기 반응관을 지지하는 어댑터와, 상기 어댑터에 접속되어 상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과, 상기 반응관의 외부에 설치되어 상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하고, 상기 노즐은, 상기 반응관 내부에 있어서 어댑터의 상면에 접속되어 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분과, 기판 배열 방향으로 연장되는 부분을 포함하는 열처리장치에 있다.
바람직하게는, 상기 노즐의 상기 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분의 가스유로 단면적을, 상기 기판 배열 방향으로 연장되는 부분의 가스유로 단면적보다 크게 한다.
바람직하게는, 상기 노즐의 상기 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분의 형상을, 비원형(非圓形)으로 한다.
바람직하게는, 노즐의 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분은 석영제이며, 기판배열 방향으로 연장되는 부분은 탄화규소제이다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분과 기판배열 방향으로 연장되는 부분은 감합 접속된다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분은 석영제이며, 기판배열 방향으로 연장되는 부분은 탄화규소제이며, 노즐의 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분은 기판 배열 방향으로 연장하는 부분의 내측에 감입되도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분과 어댑터는 감합 접속된다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 기판 배열 방향으로 연장되는 부분은, 반응관 내벽에 따라 기판 배열 영역의 상방까지 연장되도록 구성된다. 또한, 바람직하게는, 노즐의 기판 배열 방향으로 연장되는 부분은 탄화규소제이며, CVD로 형성된다.
또한, 바람직하게는, 반응관은 탄화규소제이다. 또한, 바람직하게는, 반응관 내부에, 복수 매의 기판을 거의 수평상태로 간격을 두고 복수단으로 지지하는 기판지지구가 장전된다. 또한 본 발명에 있어서 상기 처리는, 바람직하게는 1000℃ 이상, 1200℃ 이상, 또한 1350℃ 이상의 고온에서 이루어진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열처리장치를 나타내는 개략 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 반응로를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분을 나타내는 도면으로서, (a)는 노즐부의 단면도, (b)는 (a)의 Ａ-A선 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분을 나타내는 단면도와 분해도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분을 나타내는 도면으로서, (a)는 노즐부의 단면도, (b)는 (a)의 Ｂ-B선 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분을 나타내는 확대 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분의 제1 변형예를 나타내는 도면으로서, (a)는 노즐부의 단면도, (b)는 (a)의 Ｃ-C선 단면도, (c)는 노즐부를 지지하는 노즐 고정조(固定爪)를 측면에서 바라본 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분의 제2 변형예를 나타내는 도면으로서, (a)는 노즐부의 단면도, (b)는 (a)의 Ｄ-D선 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분의 제3 변형예를 나타내는 확대 사시도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분의 제4 변형예를 나타내는 확대 사시도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분의 제5 변형예를 나타내는 확대 사시도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열처리장치에 사용한 노즐 부분의 제6 변형예를 나타내는 확대 사시도.
<도면 부호의 설명>
10 : 열처리장치 26 : 기판 이재기
30 : 기판 지지체 40 : 반응로
42 : 반응관 44 : 어댑터
46 : 히터 48 : 노구 씰캡(seal cap)
54 : 기판 56 : 가스 도입구
60 : 가스 도입관 66 : 노즐
66a : 제1 부분 66b : 제2 부분
다음에 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 실시 형태에 관련되는 열처리장치(10)의 한 예를 보이고 있다. 이 열처리장치(10)는 예를 들면 종형으로서, 주요부가 배치된 광체(筐體)(12)를 갖는다. 이 광체(12)에는, 포드스테이지(pod stage)(14)가 접속되어 있고, 이 포드스테이지(14)에 포드(16)가 반송된다. 포드(16)에는 예를 들면 25매의 기판(웨이퍼)이 수납되고, 도시하지 않은 뚜껑이 닫힌 상태에서 포드스테이지(14)에 장착된다.
광체(12) 내부의 정면측으로서, 포드스테이지(14)에 대향하는 위치에는 포드 반송장치(18)가 배치되어 있다. 또한, 이 포드 반송장치(18)의 근방에는 포드 선반(20), 포드오프너(pod opener)(22) 및 기판매수 검지기(24)가 배치되어 있다. 포드 선반(20)은 포드오프너(22)의 상방에 배치되고, 기판매수 검지기(24)는 포드오프너(22)에 인접하여 배치된다.
포드 반송장치(18)는, 포드스테이지(14)와 포드 선반(20)과 포드오프너(22) 의 사이에서 포드(16)를 반송한다. 포드오프너(22)는 포드(16)의 뚜껑을 여는 것이고, 뚜껑이 열린 포드(16) 내부의 기판매수는 기판매수 검지기(24)에 의해 검지된다.
또한, 광체(12) 내부에는 기판 이재기(26), 노치얼라이너(notch aligner)(28) 및 복수 매의 기판을 지지하는 지지구로서 사용되는 기판지지체(보트)(30)가 배치되어 있다.
기판 이재기(26)는 예를 들면 5매의 기판을 꺼낼 수 있는 암(arm : tweezer)(32)을 가지며, 이 암(32)을 움직여 포드오프너(22)의 위치에 놓인 포드, 노치얼라이너(28) 및 기판지지체(30) 사이에서 기판을 반송한다. 노치얼라이너(28)는 기판에 형성된 노치 또는 오리엔테이션플렛(orientation flat)을 검출하여 기판의 노치 또는 오리엔테이션프렛을 일정한 위치에 정렬한다. 또한 광체(12) 내부의 배면측 상부에는 반응로(40)가 배치되어 있다. 이 반응로(40) 내부에 복수 매의 기판을 장전한 기판지지체(30)가 반입되어 열처리가 이루어진다.
도 2에 반응로(40)의 한 예가 나타나 있다. 이 반응로(40)는 기판을 처리하는 반응관으로서 사용할 수 있는 탄화규소제의 반응관(42)을 갖는다. 이 반응관(42)은 상단부가 폐쇄되고, 하단부가 개방된 원통상으로 형성되고, 개방된 하단부는 플렌지(flange) 모양으로 형성되어 있다.
이 반응관(42)의 하방에는 석영제의 어댑터(44)가 배치되고, 이 어댑터(44)에 의해 반응관(42)이 지지되고 있다. 어댑터(44)는 상단부와 하단부가 개방된 원통 형상을 하고 있으며, 개방된 상단부와 하단부는 플렌지 모양으로 형성되어 있 다. 어댑터(44)의 상단부 플렌지의 상면에 반응관(42)의 하단부 플렌지의 하면이 당접(當接)하고 있다. 반응관(42)과 어댑터(44)에 의해 반응용기(43)가 형성된다.
또한, 반응용기(43) 중 어댑터(44)를 제외한 반응관(42)의 주위에 반응관(42) 내부를 가열하는 히터(46)가 배치되어 있다. 반응관(42)과 어댑터(44)에 의해 형성되는 반응용기(43)의 하부는 기판지지체(30)를 삽입하기 위해 개방되고, 이 개방 부분(노구부)은 노구 씰캡(48)이 O링을 끼어 어댑터(44)의 하단부 플렌지 하면에 당접함으로써 밀폐되도록 되어 있다. 노구 씰캡(48)은 기판지지체(30)을 지지하고, 기판지지체(30)와 함께 승강이 가능하게 설치되어 있다. 노구 씰캡(48)과 기판지지체(30)와의 사이에는 석영제의 제1 단열부재(50)와, 이 제1 단열부재(50)의 상부에 배치된 탄화규소제의 제2의 단열부재(52)가 개재되어 있다. 기판지지체(30)는 다수 매의, 예를 들면 25∼100매의 기판(54)을 거의 수평상태에서 간격을 가지면서 다수 단으로 지지하고, 반응관(42) 내부에 장전된다.
1200℃ 이상의 고온에서의 처리를 가능하게 하기 위해, 반응관(42)은 탄화규소제로 되어 있다. 이 탄화규소제의 반응관(42)을 노구부까지 연장시키고, 이 탄화규소제의 노구부를 O링을 개재하여 노구 씰캡(48)에서 밀봉하는 구조로 하면, 탄화규소제의 반응관을 통해 전달된 열에 의해 씰부분까지 고온이 되고, 씰 재료인 Ｏ링을 녹일 우려가 있다. O링을 녹이지 않도록 탄화규소제의 반응관(42)의 씰부분을 냉각하면, 탄화규소제의 반응관(42)이 온도차에 의한 열팽창의 차이로 인해 파손된다. 따라서 반응용기(43) 중 히터(46)에 의한 가열 영역을 탄화규소제의 반응관(42)으로 구성하고, 히터(46)에 의한 가열 영역에서 벗어난 부분을 석영제의 어 댑터(44)로 구성함으로써, 탄화규소제의 반응관(42)으로부터의 열전달을 완화하고, O링을 녹이지 않고, 또한 반응관(42)을 파손하지 않고, 노구부를 밀봉할 수 있다. 또한, 탄화규소제의 반응관(42)과 석영제의 어댑터(44)와의 밀봉을 쌍방의 면정도(面精度)를 좋게 하면, 탄화규소제의 반응관(42)은 히터(46)의 가열 영역에 배치되어 있기 때문에 온도차가 발생하지 않고, 등방적(等方的)으로 열팽창한다. 따라서, 탄화규소제의 반응관(42)의 하단부의 플렌지 부분은 평면을 유지할 수 있고, 어댑터(44)와의 사이에 간격이 생기지 않아, 탄화규소제의 반응관(42)을 석영제의 어댑터(44)에 올려놓는 것만으로 밀봉성을 확보할 수 있다.
어댑터(44)에는, 당해 어댑터(44)와 일체로 가스 공급구(56)와 가스 배기구(58)가 형성되어 있다. 가스 공급구(56)에는 가스 도입관(60)이, 가스 배기구(58)에는 배기관(62)이 각각 접속되어 있다.
도 3(a), (b)에 보이는 것과 같이, 어댑터(44)의 측벽의 두께는, 반응관(42)의 측벽의 두께보다 두껍고, 또한, 후술하는 노즐(66)의 폭(외경)보다 두껍다. 또한, 어댑터(44)의 내벽은 반응관(42)의 내벽보다 내측으로 돌출하고 있고, 어댑터(44)의 측벽부(두께부)에는, 가스 공급구(56)와 연통(連通)하고 수직방향으로 향하는 가스 도입경로(64)가 설치되고, 그 상부에는 노즐 취부공(取付孔)(64a)이 상방으로 개구되도록 형성되어 있다. 이 노즐 취부공(64a)은 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상단부 플렌지측의 상면에 개구되고 있고, 가스 공급구(56)와 가스 도입경로(64)와 연통되고 있다. 또한, 이 노즐 취부공(64a)에는 반응관(42) 내부에 처리가스를 공급하는 노즐(66)이 삽입 고정되어 있다. 즉, 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 반응관(42)의 내벽보다 내측으로 돌출한 부분의 상면에 노즐(66)이 접속되고, 이 어댑터(44)의 상면에 의해 노즐(66)이 지지되게 된다. 그런데 상기 특허문헌 1에서는 어댑터(44)의 측벽을 관통하도록 설치된 수평방향으로 연장하는 가느다란 가스 도입 포트의 상면에 노즐이 접속되어 있다.
이에 반해 본 실시 형태에서는 측벽이 두껍게 구성된 어댑터(44)의 상면에 있어서, 노즐(66)이 어댑터(44)에 접속되어 있다. 즉, 어댑터(44)에 설치된 주위에 충분한 두께를 갖는 노즐 취부공(64a)에 노즐(66)이 설치되어 있다. 이 구성에 따라 노즐(66)을 접속하는 부분의 강성(剛性)을 특허문헌 1에 보인 접속 방법보다 높게 할 수 있음으로써, 이 접속하는 부분을 열로 변형시키기 어렵고 또한 파손되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 노즐(66)을 정도 있고 안정한 상태로 보지할 수 있어, 노즐(66)이 기우는 것을 방지할 수 있다.
또한, 노즐(66)과 어댑터(44)의 조립, 해체가 용이해진다는 장점도 있다. 가스 도입관(60)으로부터 가스 공급구(56)에 도입된 처리가스는 어댑터(44)의 측벽부에 설치된 가스 도입경로(64), 노즐(66)을 통해 반응관(42) 내부에 공급된다.
노즐(66)은 노즐 취부공(64a)의 위치에서부터 반응관(42)의 내벽을 따라 기판배열 영역의 상단보다 상방〔기판지지체(30)의 상단보다 상방〕까지 수직으로 연장되도록 구성된다. 이 노즐(66)은 원통형상으로서, 예를 들면 내경이 10㎜, 길이가 1000㎜이다.
도 4에 보이는 것과 같이, 노즐(66)은 반응관(42)의 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면에 접속되는 제1 부분(66a)과, 이 제1 부분(66a)에 접속되는 제2 부 분(66b)의 2개의 부분으로 이루어진다. 제1 부분(66a)은 석영제이며, 원통상으로 형성되어 있다.
석영제의 제1 부분(66a)은 어댑터(44)에 인접하고, 양단 외연부분에 다른 부분보다 외경이 작은 요부(凹部 : 작은 직경 부분)(68)가 형성되어 있다. 이 제1 부분(66a)의 한 쪽의 요부(68)는 어댑터(44)의 노즐 취부공(64a)에 감입되고, 다른 쪽의 요부(68)는 제2 부분(66b)의 하단부의 내측에 감입되어 있다. 즉, 노즐(66)의 제1 부분(66a)은 어댑터(44)의 상면에 있어서 어댑터(44)와 감합 접속되고, 또한 노즐(66)의 제1 부분(66a)과 노즐(66)의 제2 부분(66b)은 감합 접속되고, 제1 부분(66a)의 일부가 제2 부분(66b)의 내측에 감합되도록 구성되어 있다. 또한, 이 제1 부분(66a)은, 그 상단부가 히터(46)의 하단부보다 하방에, 히터(46)와 대향하지 않는 영역에 배치되어 있다. 제2 부분(66b)은 탄화규소제로서, 원통상으로 형성되어 있다. 이 제2 부분(66b)의 선단부(상단부)는 상방, 즉 반응관(42)의 천장부를 향해 개구되고 있으며, 이 개구부에 의해 가스 분출구가 형성되어 있다. 탄화규소제의 제2 부분(66b)은 예를 들면 CVD로 형성할 수 있다. 제1 부분(66a)은 1200℃의 고온에 도달하지 않은 비교적 저온이 되는 영역에, 제2 부분(66b)은 비교적 고온이 되는 영역에 배치된다.
이와 같이 노즐(66)은, 2개의 부분(66a), (66b)이 감합 접속되어 구성되어, 원통구조를 하고 있다.
이 실시 형태에 있어서는, 노즐(66)은 1개이지만 이에 한정되는 것이 아니고, 복수개 설치하도록 해도 되며, 적어도 1개 있으면 된다.
다음에 상술한 것과 같이 구성된 열처리장치(10)의 작용에 대해서 설명한다.
먼저, 포드스테이지(14)에 복수 매의 기판을 수용한 포드(16)가 장착되면, 포드 반송장치(18)에 의해 포드(16)를 포드스테이지(14)로부터 포드 선반(20)에 반송하고, 이 포드 선반(20)에 축적한다. 다음에, 포드 반송장치(18)에 의해, 이 포드 선반(20)에 축적된 포드(16)를 포드오프너(22)에 반송하여 장착하고, 이 포드오프너(22)에 의해 포드(16)의 뚜껑을 열고, 기판매수 검지기(24)에 의해 포드(16)에 수용되어 있는 기판의 매수를 검지한다.
다음에, 기판 이재기(26)에 의해 포드오프너(22)의 위치에 있는 포드(16)로부터 기판을 꺼내고, 노치얼라이너(28)에 이재한다. 이 노치얼라이너(28)는 기판을 회전시키면서 노치를 검출하고, 검출한 정보를 바탕으로 복수 매의 기판의 노치를 같은 위치에 정렬시킨다. 다음에, 기판 이재기(26)에 의해 노치얼라이너(28)로부터 기판을 꺼내고, 기판지지체(30)에 이재한다.
이와 같이 하여, 1 배치(batch) 분의 기판을 기판지지체(30)에 이재하고, 예를 들면 600℃ 정도의 온도로 설정된 반응로(40) 내부〔반응용기(43) 내부〕에 복수 매의 기판(54)을 장전한 기판지지체(30)를 장입하고, 노구 씰캡(48)에 의해 반응관(42) 내부를 밀폐한다. 다음에, 노 내부 온도를 열처리 온도까지 높이고 가스 도입관(60)으로부터 가스 도입구(56), 어댑터(44) 측벽부에 설치한 가스 도입경로(64) 및 노즐(66)을 거쳐 반응관(42) 내부에 처리가스를 도입한다. 처리가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar), 수소(H2), 산소(O2) 등이 포함된다. 기판(54)을 열처리할 때, 기판(54)은 예를 들면 1200℃ 정도 이상의 온도로 가열된다.
기판(54)의 열처리가 종료하면, 예를 들면 노내온도를 600℃ 정도의 온도로 내린 후, 열처리 후의 기판(54)을 지지한 기판지지체(30)를 반응로(40)에서 언로드하고, 기판지지체(30)에 지지된 모든 기판(54)이 냉각될 때까지, 기판지지체(30)를 소정 위치에서 대기시킨다.
다음에, 대기시킨 기판지지체(30)의 기판(54)이 소정온도까지 냉각되면, 기판 이재기(26)에 의해 기판지지체(30)로부터 기판(54)을 꺼내고, 포드오프너(22)에 장착되어 있는 빈 포드(16)에 반송하여 수용한다. 다음에, 포드 반송장치(18)에 의해 기판(54)이 수용된 포드(16)를 포드 선반(20)으로 반송하고, 또한 포드스테이지(14)에 반송하여 일련의 처리가 완료한다.
상술한 것과 같이, 반응관(42)이 탄화규소제이며 또한 노즐(66)이 비교적 고온이 되는 부분이 탄화규소제이기 때문에, 반응관(42) 내부가 1200℃ 이상의 고온이 되더라도 이들이 녹는 등의 문제는 생기지 않는다.
또한, 어댑터(44) 및 이 어댑터(44)에 인접하는 노즐(66)의 제1 부분(66a)이 석영제이기 때문에 이들의 가공, 부착, 분리가 용이하다. 또한, 어댑터(44) 및 이 어댑터(44)에 인접하는 노즐(66)의 제1 부분(66a)이 모두 석영제이기 때문에 노즐(66)의 제1 부분(66a)은 어댑터(44)와 열팽창률이 동등한 재료로 구성되어진다. 따라서, 어댑터(44)의 노즐 취부공(64a)에 제1 부분(66a)의 일부가 감입된 상태에서, 어댑터(44)와 제1 부분(66a) 쌍방이 열팽창하더라도 열팽창으로 기인하는 양 부재(部材)의 파손 등을 방지할 수 있다. 노즐(66)의 제1 부분(66a)은 석영제이지 만, 1200℃에는 도달하지 않은 비교적 저온인 영역에 배치되고 있으므로, 녹는 등의 문제는 생기지 않는다. 또한, 석영제의 제1 부분(66a)과 제1 소 노즐(66a)에 접속된 탄화규소제의 제2 부분(66b)과는, 제1 부분(66a)의 일부가 제2 부분(66b)의 내측에 감입되어 있으므로 이 접속 부분에서의 파손 등도 방지할 수 있다. 즉, 석영은 탄화규소와 비교하여 열팽창률이 작고, 노즐(66)의 제1 부분(66a)은 노즐(66)의 제2 부분(66b)보다 열팽창률이 낮은 재료로서 구성되기 때문에 석영제의 제1 부분의 일부를 탄화규소제의 제2 부분의 내측에 감입함으로써, 쌍방이 열팽창하더라도 파손할 우려가 적다.
한편, 노즐(66)의 제1 부분(66a)을 탄화규소제로 한 경우에는 탄화규소는 석영과 비교하여 열팽창률이 크기 때문에 제1 부분(66a)은 석영제의 어댑터(44)에 비교하여 열팽창률이 크게 된다. 이 경우, 어댑터(44)의 노즐 취부공(64a)에 제1 부분(66a)의 일부가 감입된 상태에서 어댑터(44)와 제1 부분(66a) 쌍방이 열팽창하면, 어댑터(44) 또는 제1 부분(66a)의 적어도 한 쪽이 파손할 우려가 있다. 또한, 탄화규소제의 부분(66b)은 CVD에 의해 정도가 좋게 형성되어 있으므로, 노즐(66)의 직경의 정도, 진직도(眞直度) 및 편심의 문제를 해결할 수 있다.
상기 실시 형태 및 실시예의 설명에 있어서는, 열처리장치로서, 복수의 기판을 열처리하는 배치식을 사용했으나, 이에 한정하는 것이 아니라, 매엽식(枚葉式)이라도 된다.
다음에, 본 발명에 관련되는 제2 실시 형태를 도 5 및 도 6으로 바탕으로 하여 설명한다.
제1의 실시 형태에서 설명한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6에 보이는 것과 같이, 노즐(66)은 2개의 부분(66a, 66b)으로 구성된다. 제1 부분(66a)은 석영제이며 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상단부 플렌지측의 상면에 재치되고, 양단 외연부분에 다른 부분보다 외경이 작은 요부(작은 직경 부분)(68)가 형성되어 있다. 이 제1 부분(66a)의 한 쪽의 요부(68)는 어댑터(44)의 노즐 취부공(64a)에 감입되고, 다른 쪽의 요부(68)는 제2 부분(66b)의 하단부의 내측에 감입되어 있다.
도 5(a), (b)에 보이는 것과 같이, 제1 부분(66a)은 곡선부와 직선부로 이루어지고, 곡선부는 어댑터(44)의 상면에 인접하면서 반응관(42)의 내벽 주위 를 따르도록 원호상으로 형성된다. 즉, 제1 부분(66a)의 곡선부는 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면의 반응관(42) 내벽과 어댑터(44)의 내주연(內周緣) 사이에 재치되고, 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 반응관(42)과 동심원상으로 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부는 어댑터(44)에 있어서 반응관(42)의 내벽보다 내측으로 돌출된 부분의 상면과 접촉하고 있으며, 이 상면에 의해 제1 부분(66a)의 곡선부가 지지되고 있다. 또한, 노즐(66)〔(제1 부분(66a), 제2 부분(66b)〕은 반응관(42)과 접촉하지 않도록〔노즐(66)과 반응관(42)과의 사이에 간격이 형성되도록〕배치되어 있다. 여기에서, 어댑터(44)의 상면에 제1 부분(66a)의 곡선부가 배치되어 있는 범위를 원호상으로 형성되는 곡선부의 중심각, 즉 곡선부의 양단부〔노즐 취부공(64a)의 위치, 제1 부분(66a)의 직선부가 배치되는 위치〕와 곡선부의 중심점(O)과 연결하는 2개의 직선(반경)이 이루는 각도를 θ로 나타내면, θ=90∼360°가 되고 있다. 이 제1 부분(66a)의 곡선부는 반응관(42) 내부에 공급하는 가스를 예비 가열하는 예비 가열부로서의 역할을 한다.
도 6에도 보이는 것과 같이, 제1 부분(66a)에는 상술한 곡선부가 형성되고, 또한 이 곡선부의 종단으로부터 수직방향으로 올라가도록 직선부가 형성되어 있다. 또한, 이 직선부의 선단에는 상술한 요부(68)가 형성되고, 제2 부분(66b)의 내측에 감입되어 있다.
제2 부분(66b)은 반응관(42)의 내벽을 따라 기판배열 영역보다 상방〔기판지지체(30) 정부(頂部)보다 상방〕까지 수직으로, 기판지지체(30)에 지지되는 기판(54)의 배열 방향으로 연장되도록 구성된다(도 2 참조). 이 제2 부분(66b)은 탄화규소제로, 원통상으로 형성되어 있다. 제2 부분(66b)의 선단부(상단부)는 상방, 즉 반응관(42)의 천정부를 향해 개구하고 있으며, 이 개구부에 의해 가스 분출구가 형성되어 있다. 탄화규소제의 제2 부분(66b)은 예를 들면 CVD에서 형성할 수 있다. 제1 부분(66a)은 1200℃의 고온에는 도달하지 않은 비교적 저온이 되는 영역으로, 제2 부분(66b)은 비교적 고온이 되는 영역에 배치된다.
이와 같이 노즐(66)은 2개의 부분(66a, 66b)이 감합 접속되어 구성되고, 원통구조로 되어 있음과 동시에, 제1 부분(66a)은 가스를 수직방향과는 다른 방향(수평방향)으로 흐르도록 구성되며, 제2 부분(66b)은 가스를 수직방향으로 흐르도록 구성되어 있다.
이 실시 형태에 있어서는, 노즐(66)은 1본이지만, 그에 한정되는 것이 아니라, 복수 본을 설치하도록 하여도 되며, 적어도 1본이 있으면 된다.
이와 같이, 석영제 어댑터(44)의 상부에 있어서 노즐(66)의 제1 부분(66a)을 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 함으로써, 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부 가스가 충분히 예비 가열되어, 노즐(66) 내부의 가스 온도가 상승한다. 이에 의하여, 가스가 제2 부분(66b) 내부를 통과할 때, 제2 부분(66b) 선단의 가스 분출구로부터 반응실 내부로 분출될 때, 가스는 충분히 가열된 상태가 되므로, 반응실 내부, 특히 기판배열 영역에 있어서 부분적인 온도 저하를 막을 수 있다. 즉, 반응관(42) 내부에 있어서 노즐(66)의 제2 부분(66b) 근방 및 제2 부분(66b) 선단의 가스 분출구 근방의 온도 저하를 막을 수 있고, 반응실 내부의 온도분포, 즉 기판배열 방향(수직방향)의 온도분포와 웨이퍼 면에 대하여 수평방향의 온도분포를 고르게 할 수 있으며, 나아가서는 웨이퍼 면간 및 면내에 걸쳐 균일한 처리를 할 수 있다.
다음에, 제2 실시 형태에 있어서 제1 부분(66a)의 제1 변형예에 대하여 설명한다.
도 7에 제1 부분(66a)의 제1 변형예가 나타나 있다.
제1 부분(66a)은 석영제이며 양단 외연부분에 다른 부분보다 외경이 작은 요부(작은 직경 부분)(68)가 형성되어 있다. 이 제1 부분(66a)의 한 쪽의 요부(68)는 석영제 어댑터(44)의 노즐 취부공(64a)에 감입되고, 다른 쪽의 요부(68)는 탄화규소제의 제2 부분(66b)의 내측에 감입되어 있다.
도 7(a), (b)에 보이는 것과 같이, 제1 부분(66a)은 곡선부와 2개의 직선부 로부터 된다. 제1의 직선부의 선단에는 상술한 요부(68)가 형성되고, 노즐 취부공(64a)에 감입되어 있다. 이 제1의 직선부는 노즐 취부공(64a)으로부터 반응관(42)의 내벽을 따라 수직방향으로 연장하도록 형성되어 있다. 곡선부는 수직방향으로 연장되어 있는 제1의 직선부의 종단으로부터 수평방향으로 굴곡하고, 반응관(42)의 내벽 주위 방향에 따라 원호상으로 형성되어 있다. 즉, 어댑터(44)의 상단부 플렌지측의 상면으로부터 일정한 거리를 유지하면서 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 어댑터(44) 또는 반응관(42)과 동심원상으로 설치되어 있다. 또한, 노즐(66)〔제1 부분(66a), 제2 부분(66b)〕은, 반응관(42)과 접촉하지 않도록〔노즐(66)과 반응관(42) 사이에 간격이 형성되도록] 배치되어 있다. 상술한 곡선부의 종단으로부터 다시 수직방향으로 올라가도록 제2 직선부가 형성되어 있다. 이 제2 직선부의 선단에는 상술한 요부(68)가 형성되고, 노즐(66)의 제2 부분(66b)의 내측에 감입되어 있다.
또한, 노즐(66)은 노즐 고정조(70)에 의해 지탱되고 있다. 도 7(c)는 노즐 고정조(70)를 B방향으로부터 본 것이다. 예를 들면, 노즐 고정조(70)는 석영제로서 어댑터(44)에 설치되고, 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부의 종단부분, 즉 제2의 직선부의 올라간 부분에 배치되어 제1 부분(66a)의 곡선부의 종단부분을 접촉 지지한다.
이와 같이, 석영제의 어댑터(44)의 상면에서 일정한 거리를 유지하면서 노즐(66)의 제1 부분(66a)을 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 하여, 제1 부분(66a)을 반응관(42) 내부의 보다 고온인 영역에 배치할 수 있고, 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부의 가스가 보다 충분히 예비 가열되어 가스가 제2 부분(66b) 내부를 통과할 때, 또한 제2 부분(66b) 선단의 가스 분출구로부터 반응실 내부로 분출될 때, 가스는 보다 충분히 가열된 상태가 된다. 이에 따라, 반응실 내부, 특히 기판배열 영역에 있어서 부분적인 온도저하를 한층 막을 수 있게 되고, 반응실 내부의 온도분포를 보다 고르게 할 수 있으며, 나아가서는 웨이퍼 면간 및 면내에 걸쳐 보다 균일한 처리를 할 수 있다.
다음에, 제2 실시 형태에 있어서 제1 부분(66a)의 제2 변형예에 대하여 설명한다.
도 8에 제1 부분(66a)의 제2 변형예가 나타나 있다.
제1 부분(66a)은 석영제로서, 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면에 재치되고, 양단 외연부분에 다른 부분보다 외경이 작은 요부(작은 직경 부분)(68)이 형성되어 있다. 이 제1 부분(66a)의 한 쪽의 요부(68)는 석영제의 어댑터(44)의 노즐 취부공(64a)에 감입되고, 다른 쪽의 요부(68)는 탄화규소제의 제2 부분(66b)의 내측에 감입되어 있다.
도 8(a), (b)에 보이는 것과 같이, 제1 부분(66a)은 곡선부와 직선부로 이루어진다. 곡선부는 어댑터(44)의 상면에 인접하면서 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 형성되어 있다. 즉, 제1 부분(66a)의 곡선부는 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면의 반응관(42) 내벽과 어댑터(44)의 내주연(內周緣)과의 사이에 재치되어, 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 어댑터(44) 또는 반응관(42)과 동심원상으로 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡 선부는 어댑터(44)에 있어서 반응관(42)의 내벽보다 내측으로 튀어나온 부분의 상면과 접촉하고 있고, 이 상면에 의해 제1 부분(66a)의 곡선부가 지지되어 있다. 또한, 노즐(66)〔제1 부분(66a), 제2 부분(66b)은 반응관(42)과 접촉하지 않도록〔노즐(66)과 반응관(42)의 사이에 간격이 형성되도록〕배치되어 있다. 여기에서, 어댑터(44)의 상면에 제1 부분(66a)의 곡선부가 배치되어 있는 범위를, 곡선부의 중심각, 즉 곡선부의 양단부〔노즐 취부공(64a)의 위치, 제1 부분(66a)의 직선부가 배치되는 위치〕와 곡선부의 중심점(O)을 연결하는 2본의 직선(반경)이 이루는 각도(θ)로 나타내면, θ=360° 이상이 되어 있다. 따라서, 도 8의(ａ)에 보이는 것과 같이, 제1 부분(66a)의 곡선부는 수직방향으로 층이 겹치도록 나선상으로 감긴다. 이 곡선부가 상술한 소정의 각도 범위에서 형성되고, 이 곡선부의 종단으로부터 다시 수직방향으로 올라가도록 직선부가 형성된다. 이 제2의 직선부의 선단에는 상술한 요부(68)가 형성되어 노즐(66)의 제2 부분(66b)의 내측에 감입한다.
이와 같이 석영제의 어댑터(44)의 상면에서 수직방향으로 층이 겹치도록 노즐(66)의 제1 부분(66a)을 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 함으로써, 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 거리가 길게 형성된다. 따라서, 가스가 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부에 주입되고 나서 제2 부분(66b) 내부를 통과할 때까지, 또한 반응관(42) 내부로 분출될 때까지의 노즐(66) 내부에 체재하는 시간이 보다 길어져, 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부에 있어서 가스가 보다 충분하게 예비 가열되고, 가스가 제2 부분(66b) 내부를 통과할 때, 또한 제2 부분(66b) 선단의 가스 분출구로부터 반응실 내부로 분출될 때에는, 가스는 보다 충분히 가열된 상태가 된다. 이에 의하여, 반응실 내부 특히 기판배열 영역에 있어서 부분적인 온도 저하를 한층 방지할 수 있게 되고, 반응실 내부의 온도분포를 보다 고르게 할 수 있으며, 나아가서는 웨이퍼 면간 및 면내에 걸쳐보다 균일한 처리를 할 수 있다.
다음에, 제2 실시 형태에 있어서 제1 부분(66a)의 제3 변형예에 대하여 설명한다.
도 9에 제1 부분(66a)의 제3 변형예가 나타나 있다.
도 9에 보이는 것과 같이, 석영제인 제1 부분(66a)은 곡선부와 직선부로 이루어지고, 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상단면에 재치되고 있다. 이 제1 부분(66a)의 반응관(42) 내벽 주위를 따르는 부분(곡선부)의 가스유로 단면적을 기판배열 방향으로 연장되는 부분(직선부)의 가스유로 단면적보다 크게 형성하고 있다. 즉, 노즐(66)에 있어서 제1 부분(66a)의 곡선부의 가스유로 단면적은 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 직선부 및 노즐(66)의 탄화규소제인 제2 부분(66b)의 가스유로 단면적보다 크게 형성되어 있다. 다시 말하면, 본 예에 있어서 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부는 상술한 제2 실시 형태에 있어서 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부와 비교하여 가스유로 단면적, 즉 가스 유로 용적이 크게 되어 있다.
또한, 본 예에 있어서 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부〔반응관(42) 주 위를 따르는 부분]의 유로 단면형상은, 예를 들면 비원형상인 타원형으로 되어 있다.
이와 같이, 노즐(66)의 반응관(42) 내벽 주위를 따르는 부분〔노즐(66)의 제 1 부분(66a)의 곡선부〕의 가스유로 단면적을 기판배열 방향으로 연장하는 부분〔제1 부분(66a)의 직선부 및 제2 부분(66b)〕의 가스유로 단면적보다 크게 형성한다. 이에 따라, 노즐(66)은 가스가 제1 부분(66a)을 통과할 때가 제2 부분(66b)을 통과할 때보다 가스 유속이 늦어지도록 구성되고, 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부에 있어서 가스 유속을 저하시킬 수 있어, 이 제1 부분(66a) 내부에 있어서 가스의 예비가열을 보다 충분히 할 수 있다(예비가열의 효율을 향상시킬 수 있다). 따라서, 가스가 제2 부분(66b) 내부를 통과할 때, 또한 제2 부분(66b) 선단의 가스 분출구로부터 반응실 내부로 분출될 때에는, 가스는 보다 충분히 가열된 상태가 된다. 이에 따라, 반응실 내부, 특히 기판배열 영역에 있어서 부분적인 온도저하를 더한층 막을 수 있게 되어, 반응실 내부의 온도분포를 보다 고르게 할 수 있고, 나아가서는, 웨이퍼 면간 및 면내에 걸쳐 보다 균일한 처리를 할 수 있다.
또한, 노즐(66)의 반응관(42) 내벽 주위를 따르는 부분〔노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부〕의 유로단면형상을 세로방향으로 긴(수직방향으로 연장된) 타원형으로 함으로써(장축을 수직방향으로, 단축을 수평방향으로 배치함), 한정된 공간〔반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면의 반응관(42) 내벽과 어댑터(44)의 내주연 사이〕에 있어서도 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부의 단면적을 크게 할 수 있어, 예비가열 부분의 용적을 유효하게 벌 수 있다.
다음에, 제2 실시 형태에 있어서 제1 부분(66a)의 제4 변형예에 대하여 설명한다.
도 10에 제1 부분(66a)의 제4 변형예가 나타나 있다.
본 예는, 상술한 제3 변형예와 비교하여, 제1 부분(66a)의 곡선부의 유로단면형상만을 달리하고 있다. 구체적으로는 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부〔반응관(42) 내벽 주위를 따르는 부분〕의 유로단면형상은, 예를 들면 비원형상인 직사각형으로 되어 있다.
따라서, 제3 변형예와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 노즐(66)의 반응관(42) 내벽 주위를 따르는 부분〔노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부〕의 유로단면형상을 세로방향으로 긴 직사각형으로 함으로써(장변을 수직방향으로, 단변을 수평방향으로 배치함), 한정된 공간〔반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면의 반응관(42) 내벽과 어댑터(44)의 내주연과의 사이]에 있어서도 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부의 단면적을 크게 할 수 있고, 예비가열 부분의 용적을 유효하게 벌 수 있다.
또한, 노즐(66)의 반응관(42) 내벽 주위를 따르는 부분〔노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부〕의 유로단면형상을 직사각형으로 함으로써, 이 노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부와 어댑터(44)의 상면과의 접촉 면적이 커지고, 노즐(66)의 안정된 설치를 실현할 수 있다.
노즐(66)의 제1 부분(66a)의 곡선부의 유로단면형상〔반응관(42) 내벽 주위 를 따르는 부분의 유로단면형상〕은 상술한 타원형, 직사각형에 한정되는 것이 아니라, 이들 이외의 비원형(찌부러진 원형, 삼각형 등), 원형 등과 같은 형상이라도 된다.
다음에, 제2 실시 형태에 있어서 제1 부분(66a)의 제5 변형예에 대하여 설명 한다.
도 11에 제1 부분(66a)의 제5 변형예가 나타나 있다.
도 11에 보이는 것과 같이, 노즐(66)은 2개의 부분〔제1 부분(66a), 제2 부분(66b)〕으로 이루어지고, 석영으로 이루어지는 제1 부분(66a)은 어댑터(44)의 상단부 플렌지측의 상면에 상하 방향으로 사행(蛇行)하여 인접(소정의 간격마다 접촉)하면서 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 형성된다. 구체적으로는, 제1 부분(66a)은, 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면의 반응관(42) 내벽과 어댑터(44)의 내주연과의 사이에 재치되고, 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 어댑터(44) 또는 반응관(42)과 동심원상으로 설치되고 또한 연직(鉛直)방향(상하 방향)으로 물결치는 듯한 형상으로 형성되어 있다.
또한, 제1 부분(66a)의 종단부분에는 기판배열 방향(수직방향)으로 올라가도록 직선부가 형성되어 있다. 이 직선부의 선단(종단)에는 상술한 요부 (작은 직경 부분)(68)가 형성되고, 탄화규소로 이루어지는 제2 부분(66b)의 내측에 감입되어 있다. 따라서, 이 제1 부분(66a)의 직선부 및 제2 부분(66b)은 기판배열 방향으로 연장하도록 형성되어 있다. 또한, 노즐(66)〔제1 부분(66a), 제2 부분(66b)〕은 반응관(42)과 접촉하지 않도록〔노즐(66)과 반응관(42)과의 사이에 간격이 형성되도록] 배치되어 있다.
이와 같이, 노즐(66)의 제1부분(66a)을 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록, 아울러 연직방향(상하 방향)으로 물결치는 형상으로 함으로써, 한정된 스페이스〔반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면의 반응관(42) 내벽과 어댑터(44)의 내주연과의 사이〕에 있어서도 노즐(66)의 제1부분(66a) (예비가열부)의 길이를 보다 길게 형성할 수 있다.
또한, 소정의 간격에서, 제1 부분(66a)을 반응관(42) 내부의 보다 고온의 영역에 배치할 수 있다. 따라서, 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부에 있어서 가스가 충분히 예비 가열되어 가스가 제2 부분(66b) 내부를 통과할 때, 또한 제2 부분(66b) 선단의 가스 분출구로부터 반응실 내부로 분출될 때, 가스는 보다 충분히 가열된 상태가 된다. 이에 의하여, 반응실 내부, 특히 기판배열 영역에 있어서 부분적인 온도 저하를 한층 막을 수 있고, 반응실 내부의 온도분포를 보다 균일하게 할 수 있으며, 나아가서는, 웨이퍼 면간 및 면내에 걸쳐 보다 균일한 처리를 할 수 있다.
다음에, 제2 실시 형태에 있어서 제1 부분(66a)의 제6 변형예에 대하여 설명한다.
도 12에 제1 부분(66a)의 제6 변형예가 나타나 있다.
도 12에 보이는 것과 같이, 노즐(66)은 2개의 부분〔제1 부분(66a), 제2 부분(66b), (66b)〕으로 이루어지고, 석영으로 이루어지는 제1 부분(66a)은 곡선부와 직선부에서 이루어진다. 이 제1 부분(66a)의 곡선부는 어댑터(44)의 상단부 플렌지측의 상면에 인접하면서 노즐 취부공(64a)을 분기점으로 둘로 갈라져 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 원호상으로 형성된다. 즉, 제1 부분(66a)의 둘로 갈라진 쌍방의 곡선부는 반응관(42) 내부에 있어서 어댑터(44)의 상면의 반응관(42) 내벽과 어댑터(44)의 내주연과의 사이에 재치되어, 반응관(42)의 내벽 주위를 따르도록 어댑터(44) 또는 반응관(42)과 동심원상에 설치되어 있다. 또한, 노즐(66)〔제1 부 분(66a), 제2 부분(66b), (66b)〕은 반응관(42)과 접촉하지 않도록〔노즐(66)과 반응관(42)과의 사이에 간격이 형성되도록] 배치되어 있다.
제1 부분(66a)에 있어서 둘로 갈라진 쌍방의 곡선부의 각기 종단에는 기판배열 방향(수직방향)으로 올라가도록 직선부가 형성되어 있다. 또한, 이들 2개의 직선부의 종단(선단)에는 상술한 요부(작은 직경 부분)(68), (68)이 형성되어, 탄화규소로부터 구성되는 2개의 제2 부분(66b), (66b)의 내측에 감입되고 있다. 따라서, 이 제1 부분(66a)의 2개의 직선부 및 2개의 제2 부분(66b), (66b)은 기판배열 방향으로 연장되도록 구성되어 있다.
이와 같이, 노즐(66)은 둘로 갈라진 곡선부〔반응관(42) 내벽 주위를 따르는 부분〕와 2개의 직선부로 이루어지는 제1 부분(66a)과, 2개의 제2 부분(66b), (66b)(2본의 탄화규소제 노즐)을 갖는다.
여기에서, 어댑터(44)의 상면에 둘로 갈라진 것 중 한 쪽인 제1 부분(66a)의 곡선부가 배치되어 있는 범위를 원호상으로 형성되는 이 곡선부의 중심각, 즉 이 곡선부의 양단부〔노즐 취부공(64a)의 위치, 한 쪽인 제1 부분(66a)의 직선부가 배치되는 위치〕와 곡선부의 중심점(O)를 연결하는 2본의 직선(반경)이 이루는 각도(θ1)로 나타내면 θ1=45°∼180°로 되어 있다. 또한, 어댑터(44)의 상면에 둘로 갈라진 것 중 다른 쪽인 제1 부분(66a)의 곡선부가 배치되어 있는 범위를 원호상으로 형성되는 이 곡선부의 중심각, 즉 이 곡선부의 양단부〔노즐 취부공(64a)의 위치, 다른 쪽인 제1 부분(66a)의 직선부가 배치되는 위치〕와 곡선부의 중심점(O)를 연결하는 2본의 직선(반경)이 이루는 각도(θ2)로 나타내면 θ2=45°∼180°로 되 어 있다. 제1 부분(66a)에 있어서 둘로 갈라진 쌍방의 곡선부가 간섭하지 않는 범위라면, 한 쪽인 제1 부분(66a)의 직선부가 배치되는 위치까지의 범위(각도)를 180° 이상으로 하여도 된다.
이와 같이, 노즐(66)의 반응관(42) 내벽 주위 방향에 따르는 부분[노즐(66)의 곡선부]이 둘로 갈라져 형성되어, 2개의 제2 부분(66b), (66b) (2개의 탄화규소제 노즐)을 갖는 것에 의해, 이 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부에 있어서 가스의 유속을 저하시킬 수 있다. 또한, 2개의 제2 부분(66b), (66b) 내부의 가스의 유속을 저하시킬 수 있다. 다시 말해, 노즐 개수를 증대시켜, 1개당의 유량을 감소시킴으로써 노즐(66)안의 가스의 유속을 저속화시킬 수 있다.
이것에 의해, 노즐(66)의 제1 부분(66a) 내부에 있어서 가스의 예비가열을 보다 충분히 행할 수 있다 (예비가열의 효율을 향상시킬 수 있다). 따라서, 가스가 제2 부분(66b)내부를 통과할 때, 또한 제2 부분(66b)선단의 가스 분출구로부터 반응실 내부로 분출될 때, 가스는 보다 충분히 가열된 상태가 된다. 이것에 의해, 반응실 내부, 특히 기판배열 영역에 있어서 부분적인 온도 저하를 한층 막는 것이 가능해 지고, 반응실 내부의 온도분포를 보다 균일하게 할 수 있고, 나아가서는 웨이퍼 면간 및 면내에 걸쳐 보다 균일한 처리를 행할 수 있다.
한편, 본 예에 있어서, 노즐(66)에 있어서 제1 부분(66a)의 곡선부의 형상이 둘로 갈라진 형상이고, 제2 부분(66b)을 2개 갖는 열처리장치(10)를 설명했으나, 이에 한정되는 것이 아니고, 노즐(66)의 제2 부분(66b)은 적어도 2개 이상 설치하면 되고, 제1 부분(66a)을 셋 이상의 복수로 갈라진 형상으로 하고, 제2 부분(66a) 을 3개 이상 설치해도 된다. 또한, 노즐(66)의 곡선부의 유로단면형상은, 비원형(직사각형, 타원형, 찌부러진 원형 등), 원형 등 어떤 형상이라도 된다.
또한, 상기 실시 형태나 변형예는, 적절히 조합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면 도 12에 보이는 제2 실시 형태에 있어서 제6 변형예에, 도 10에 보인 동 실시 형태에 있어서 제4 변형예를 적용하고, 제6 변형예의 제1 부분(66a)의 곡선부의 유로단면형상을 비원형인 직사각형으로 해도 된다.
본 발명의 열처리장치는, 기판의 제조공정에도 적용할 수 있다.
SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼의 일종인 SIMOX(Separation by Implanted Oxygen) 웨이퍼 제조공정의 한 공정에 본 발명의 열처리장치를 적용하는 예에 대해서 설명한다.
먼저 이온 주입 장치 등에 의해 단결정 실리콘 웨이퍼 내부에 산소 이온을 이온 주입한다. 그 후, 산소 이온이 주입된 웨이퍼를 상기 실시 형태의 열처리장치를 사용하여, 예를 들면 Ar, O<SUB>2</SUB> 분위기로 1300℃∼1400℃, 예를 들면 1350℃ 이상의 고온으로 아닐(anneal)한다. 이들의 처리에 의하여, 웨이퍼 내부에 SiO<SUB>2</SUB> 층이 형성된(SiO<SUB>2</SUB> 층이 매입됨) SIMOX 웨이퍼가 제작된다.
또한, SIMOX 웨이퍼 이외에, 수소 아닐 웨이퍼나 Ar 아닐 웨이퍼의 제조공정의 한 공정에 본 발명의 열처리장치를 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 웨이퍼를 본 발명의 열처리장치를 사용해, 수소 분위기 또는 Ar 분위기 에서 1200℃ 정도 이상의 고온으로 아닐하게 된다. 이에 의해 IC(집적회로)가 만들어질 웨이퍼 표면층 의 결정 결함을 저감할 수 있고, 결정의 완전성을 높일 수 있다.
또한, 그 외에 에피텍셜(epitaxial) 웨이퍼 제조공정의 한 공정에 본 발명의 열처리장치를 적용하는 것도 가능하다.
이상과 같은 기판의 제조공정의 한 공정인 고온 아닐 처리를 할 경우라도, 본 발명의 열처리장치를 사용함으로써 노즐의 파손 등을 방지할 수 있다.
본 발명의 열처리장치는 반도체장치의 제조공정에도 적용할 수 있다.
특히, 비교적 높은 온도에서 하는 열처리 공정, 예를 들면 웨트(wet) 산화, 드라이(dry) 산화, 수소연소 산화〔파이로제닉(pyrogenic) 산화〕, HCl 산화 등의 열산화 공정이나, 붕소(B), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 불순물〔도펀트(dopant)〕을 반도체 박막에 확산하는 열확산 공정 등에 적용하는 것이 바람직하다.
이러한 반도체 디바이스(device)의 제조공정의 한 공정으로서 열처리 공정을 할 경우에 있어서도, 본 발명의 열처리장치를 사용함으로써 노즐의 파손 등을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은, 특허청구의 범위에 기재한 사항을 특징으로 하지만, 아울러 다음과 같은 실시 형태가 포함된다.
(1) 반응관과, 이 반응관을 지지하는 석영제의 어댑터와, 이 어댑터에 접속되어 상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과, 상기 반응관의 외부에 설치되어 상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하는 반응로 내부에 기판을 반입하는 공정과, 상기 반응관 내부에 있어서 어댑터 상면에 접속되어, 적어도 어댑터와 접속되는 부분은 석영제이며, 그 외의 부분은 탄화규소인 노즐에 의해 반응로 내부에 처리가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 반응로로부터 반출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법, 기판처리방법 또는 반도체장치의 제조방법.
(2) 반응관과, 이 반응관을 지지하는 어댑터와, 이 어댑터에 접속되어 상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하는 반응로 내부에 기판을 반입하는 공정과, 상기 반응관 내부에 있어서 어댑터의 상면에 접속되어, 어댑터 또는 반응관 내벽 주위를 따르는 부분과, 기판배열 방향으로 연장하는 부분을 갖는 노즐에 의해 반응로 내에 처리가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정과, 처리 후의 기판을 반응로로부터 반출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법, 기판처리방법 또는 반도체장치의 제조방법.
본 발명에 의하면, 노즐을 정도가 양호하게 어댑터에 설치함으로써 노즐이 다른 부품과 간섭하는 것을 방지함과 동시에, 노즐의 열팽창에 의해 파손될 우려를 줄일 수 있는 열처리장치를 제공할 수 있다.
Claims (15)
- 기판을 처리하는 반응관과,상기 반응관을 지지하는 어댑터와,상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과,상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하며,상기 노즐은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 이 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 어댑터와 열팽창률이 동등한 재료로 구성되는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 노즐의 제2 부분보다 열팽창률이 작은 재료로 구성되는 것인 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분은 석영제이며, 상기 노즐의 제2 부분은 탄화규소제인 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 어댑터의 상면에 있어서 상기 어댑터와 감합 접속되는 것인 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분과 상기 노즐의 제2 부분은 감합 접속 되고, 상기 제1 부분의 일부가 상기 제2 부분의 내측에 감합되도록 구성되는 것인 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분은 가스를 수직방향이 아닌 방향으로 흘리도록 구성되고, 상기 노즐의 제2 부분은 가스를 수직방향으로 흘리도록 구성되는 것인 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반응관 내부에서 복수 매의 기판을 지지하는 지지구를 갖고, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 반응관 내벽의 주위를 따르도록 구성되며, 상기 노즐의 제2 부분은 기판배열 방향으로 연장하도록 구성되는 것인 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분의 유로 단면적이 상기 노즐의 제2 부분의 유로 단면적보다 큰 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분 또는 제2 부분은, 가스가 상기 제1 부분을 유통하는 것이 상기 제2 부분을 유통할 때보다 가스 유속이 늦어지도록 구성되는 열처리장치.
- 제7항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 재치되고, 상기 노즐의 제1 부분의 유로단면형상이 직사각형인 열 처리장치.
- 제7항에 있어서, 상기 노즐의 제1 부분은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 재치되고, 상기 노즐의 제1 부분의 유로단면형상이 세로 방향으로 긴 직사각형인 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐의 제2 부분은 적어도 2개 이상 설치되는 열처리장치.
- 기판을 처리하는 반응관과,상기 반응관을 지지하는 어댑터와,상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과,상기 반응관 내부를 가열하는 히터와,상기 반응관 내부에서 복수 매의 기판을 지지하는 지지구를 포함하고,상기 노즐은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 이 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 반응관 내벽의 주위를 따르도록 구성되고, 상기 제2 부분은 기판배열 방향으로 연장되도록 구성되는 열처리장치.
- 기판을 처리하는 반응관과,상기 반응관을 지지하는 어댑터와,상기 반응관 내부에 처리가스를 공급하는 노즐과,상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하고,상기 노즐은 상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 이 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분의 유로 단면적은, 상기 제2 부분의 유로 단면적보다 큰 열처리장치.
- 반응관과,상기 반응관을 지지하는 어댑터와,상기 반응관 내부를 가열하는 히터를 포함하는 반응로 내부에 기판을 반입하는 공정과,상기 반응관 내부에 있어서 상기 어댑터의 상면에 접속되는 제1 부분과, 이 제1 부분에 접속되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분이 상기 어댑터와 열팽창률이 동등한 재료로 구성되는 노즐에 의해 상기 반응로 내부에 처리가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정과,처리 후의 기판을 상기 반응로로부터 반출하는 공정을 포함하는 기판의 제조방법.
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