KR100781414B1 - 열처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 열처리장치는 처리로와, 상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단과, 상기 처리로내를 대기압근방의 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 상압배기계와, 상기 상압배기계에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 밸브와, 상기 상압배기계의 배기압력을 검출하는 압력센서와, 상기 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 상기 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되어 있다. 본 발명에 의하면, 대기도입이나 불활성가스도입을 필요로 하지 않고 안정된 제어가 가능한 동시에, 배기계의 구조가 간소화되어, 비용의 저감이 도모되고, 더구나 과혹한 부식환경에서도 압력센서의 부식이 걱정이 없고, 언제라도 안정된 프로세스를 행할 수 있다.

Description

열처리장치{HEAT-TREATING DEVICE}
본 발명은 열처리장치에 관한 것이다.
예컨대 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 열처리의 하나로서, 피처리체인 반도체 웨이퍼의 표면에 산화막을 형성하는 산화처리공정이 있다. 이 산화처리의 하나의 방법으로서, 처리로내에서, 반도체 웨이퍼를 소정의 처리온도로 수증기와 접촉시켜 산화(습식산화)시키는 방법이 있다. 이러한 처리를 하기 위해서, 예를 들어 일본 특개소63-210501호 공보 등에 나타나 있는 바와 같이, 수소가스와 산소가스를 반응(연소)시켜서 수증기를 발생시키는 연소장치를 처리로의 외부에 독립하여 설치하고, 이 연소장치에 의해 발생하는 수증기를 처리로내에 공급하여 열처리를 하도록 한 산화처리장치(열처리장치)가 알려져 있다.
또한, 열처리장치로서는, 상압배기계를 구비한 상압형인 것과, 상압배기계 및 감압배기계를 구비한 감압처리가능형인 것이 있다.
종래의 상압형 열처리장치는 처리로내를 소정의 배기압력으로 배기하는 상압배기계에, 버터플라이밸브방식 또는 스테핑모터와 스프링으로 밸브개방도를 조정하는 방식의 배기압 콘트롤밸브 및 차압형 압력센서를 설치하여 배기압력을 제어하도록 구성되어 있었다.
한편, 종래의 감압처리 가능형 열처리장치는 처리로의 배기계를 상압배기계와 감압배기계로 분기하여, 분기부에 변환밸브를 설치하고, 그 상압배기계에 상기 배기압콘트롤밸브 및 압력센서를 설치하여 배기압력을 제어할 수 있도록 구성하는 동시에, 감압배기계에 콤비네이션밸브 및 압력센서를 설치하여 감압제어할 수 있도록 구성되어 있었다.
그러나, 상기 상압형 및 감압처리가능형의 어느 열처리장치에 있어서도, 배기압 콘트롤밸브가 버터플라이밸브방식인 경우, 수증기가 결로하여 밸브와 관의 사이에 수막이 생기고, 제어가 불안정해지는 경우가 있었다. 이 때문에, 이를 피하기 위해서, 밸브의 전후에 대기도입 포트를 설치할 필요가 있었다. 또한, 배기압콘트롤밸브가 스테핑모터와 스프링으로 밸브개방도를 조정하는 방식인 경우, 밸브의 가변을 원활하게 하여 제어성을 안정시키기 위해서, 밸브에 불활성가스 예를 들면 질소가스 N2를 도입할 필요가 있었다. 이 때문에, 불활성가스의 러닝코스트가 필요하였다. 더욱이, 감압처리가능형의 열처리장치에 있어서는 변환밸브가 필요하기 때문에, 구조의 복잡화를 초래하였다.
한편, 근래에는 반도체소자의 미세화 등에 따라, 산화처리장치에서의 감압처리의 요구, CVD 장치에서의 산화처리와 CVD 처리와의 연속처리의 요구 등이 나오고 있다. 예를 들면, 습식산화처리, 습식-HCl-산화처리, 습식산화처리와 SiCl4의 CVD처리와의 연속처리 등에 있어서는, 염소계의 부식가스 및 수분에 의한 강한 부식환경에 노출되기 때문에, 지금까지의 금속제의 압력센서로는 대응이 곤란하게 되어 있다.
또한, 종래 산화처리장치에는 주로 테프론계 배관으로 이루어지는 상압배기계 및 감압배기계가 설치되어 있었다. 또한, 종래 CVD장치에서는, 주로 스텐레스계 배관으로 이루어지는 감압배기계가 설치되어 있었다.
그런데, 근래 산화처리와 CVD처리를 동일한 장치로 연속적으로 행하고 싶다는 요구가 나오고 있다.
그러나, 테프론계 배관을 배기계에 사용한 산화처리장치로 CVD처리를 할 경우, 비용면 등에서 배관의 구경(口徑)이 제한되어 있기 때문에, 배기 콘덕턴스가 부족하게 되거나, 가스투과성면에서 진공배기가 부적당하게 되기도 한다.
또한, 스텐레스계 배관을 배기계에 사용한 CVD장치로 산화처리를 할 경우, 처리가스에 의한 배관내면의 부식이라는 문제가 생길 수 있다. 특히, 산화처리와 CVD처리의 연속처리 등에 있어서는, 염소계의 부식가스 및 수분에 의한 강한 부식환경에 노출되기 때문에, CVD처리에 있어서의 반응관내면의 부생성물의 부착에 대한 확실한 대책이 요구되고 있었다.
또한, 이들 열처리장치에 있어서, 처리로 자체는 석영으로 구성되어 있지만, 가공이 곤란한 노(爐)뚜껑이나 매니폴드 등에는 금속이 사용되고 있다. 이 때문에, 웨이퍼의 금속오염(메탈 콘터미네이션)을 방지할 목적으로, 그들 부분을 석영 커버로 덮거나, 더욱 불활성가스를 국부적으로 공급하거나 하여, 금속부분이 노내의 가스에 접촉하지 않도록 하는 대책을 강구하고 있는 경우가 있다. 그 경우, 석영 커버를 설치하거나 불활성가스를 공급하거나 하는 것만큼, 구성이 복잡하게 되 어, 비용이 상승되고 있었다.
또한, 배기관의 선단을 공장배기계에 접속하는 동시에, 처리용기내의 압력을 대기압 근방의 미감압(微減壓)에까지 배기하여 처리시에 그 압력을 유지하는 상압배기계를 구비한 산화처리장치가 알려져 있다.
그러나, 공장배기계의 진공압력만을 이용하여 처리용기내의 압력을 제어하는 종래 장치의 경우, 진공 압력이 약하기(배기능력이 낮기) 때문에, 압력제어의 폭이 작다. 또한, 기압변동이 있는 경우에는 안정된 압력제어를 할 수 없다.
더욱이, 종래 장치에서는 대기압과의 차압에 기초하여 처리용기내의 압력을 제어하고 있기 때문에, 기압의 변동에 의해, 처리용기내의 압력이 미묘히 변동할 가능성이 있다. 이 경우, 피처리체의 막두께가 변화하여 버릴 우려가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 대기도입이나 불활성가스도입을 필요로 하지 않고 안정된 제어가 가능한 동시에, 배기계의 구조가 간소화되어, 비용의 저감을 도모할 수 있으며, 더욱이 과혹한 부식환경이더라도 압력센서의 부식의 걱정이 없고, 언제라도 안정된 프로세스를 행할 수 있는 열처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 열처리장치는, 처리로와, 상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단과, 상기 처리로내를 대기압근방의 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 상압배기계와, 상기 상압배기계에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 밸브와, 상기 상압배기계의 배기 압력을 검출하는 압력센서와, 상기 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.
본 발명에 의하면, 대기도입이나 불활성가스도입을 필요로 하지 않고 안정된 제어가 가능한 동시에, 배기계의 구조가 간소화되어, 비용의 저감을 도모할 수 있으며, 더구나 과혹한 부식환경이더라도 압력센서의 부식이 걱정이 없고, 언제라도 안정된 프로세스를 행할 수 있다.
바람직하게는 압력센서는 차압형이다. 혹은, 바람직하게는 압력센서는 절대압형이다.
또한, 바람직하게는, 압력센서는 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체와, 본체내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재를 구비하고 있다.
혹은, 본 발명은 처리로와, 상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단과, 상기 처리로내를 대기압 근방의 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 상압배기계와, 상기 상압배기계에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 제 1 밸브와, 상기 상압배기계의 배기압력을 검출하는 제 1 압력센서와, 상기 처리로내를 대기압보다 낮은 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 감압배기계와, 상기 감압배기계에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 제 2 밸브와, 상기 감압배기계의 배기압력을 검출하는 제 2 압력센서와, 상기 제 1 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 제 1 밸브를 제어하는 동시 에, 상기 제 2 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 제 2 밸브를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제 1 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되어 있고, 상기 제 2 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.
본 발명에 의하면, 대기도입이나 불활성가스도입을 필요로 하지 않고 안정된 제어가 가능한 동시에, 배기계의 구조가 간소화되어, 비용의 저감을 도모할 수 있고, 더구나 과혹한 부식환경이더라도 제 1 압력센서 및 제 2 압력센서의 부식이 걱정이 없고, 언제라도 안정된 프로세스를 행할 수 있다.
바람직하게는 제 1 압력센서는 차압형이다. 혹은, 바람직하게는 제 1 압력센서는 절대압형이다.
바람직하게는 제 2 압력센서는 차압형이다. 혹은, 바람직하게는 제 2 압력센서는 절대압형이다.
또한, 바람직하게는, 제 1 압력센서 및 제 2 압력센서는 각각 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체와, 본체내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재를 가지고 있다.
또한, 본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 과혹한 부식환경이라 해도 부식의 걱정이 없고, 또한, 부생성물의 부착의 억제를 도모할 수 있으며, 더구나, 금속오염의 문제를 해소할 수 있어, 언제라도 안정된 프로세스를 행할 수 있는 열처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 처리로와, 상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 처리가스도입관부와, 상기 처리로내에서 상기 처리가스를 배기하는 배기관부 및 배기계와, 상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단을 구비하고, 상기 처리로는 노내 환경에 노출되는 접가스면이 크롬산화물피막에 의해서 부식 및 피처리체 오염을 억제하도록 코팅된 처리로 금속제 부재를 가진 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.
본 발명에 의하면, 처리로 금속제 부재에 있어서, 노내 환경에 노출되는 접가스면이 크롬산화물피막에 의해서 코팅되어 있기 때문에, 해당 처리로 금속제 부재의 내식성이 향상되는 동시에, 해당 처리로 금속제 부재로부터의 피처리체의 금속오염을 방지할 수가 있다.
바람직하게는, 상기 배기계는 접가스면이 부식 및 부생성물부착을 억제하도록 불소수지피막에 의해서 코팅된 배기계 금속제 부재를 가진다.
이 경우, 배기계 금속제 부재의 내식성이 향상되는 동시에, 해당 배기계 금속제 부재에의 부생성물 부착이 억제되어, 유지보수시의 클리닝부하를 경감할 수가 있다.
예를 들면, 배기계 금속제부재는 배관 및/또는 밸브를 가지고 있다.
또한, 바람직하게는 상기 배기관부는 부식 및 부생성물의 부착을 억제하도록 코팅된 내면을 가진다.
또한, 본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 배기계의 배기압력을 종래의 공장배기계의 진공 압력만으로 조달하고 있는 경우보다도 높일 수 있고, 그에 따라 압력제어의 폭을 확대할 수 있는 동시에, 기압의 변동의 영향을 배제하면서 처리용기내의 압력제어를 할 수 있는 열처리장치 및 그 압력제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 처리로와, 상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 처리가스도입관부와, 상기 처리로내에서 상기 처리가스를 배기하는 배기계와, 상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단을 구비하고, 상기 배기계는 보조배기수단으로서 이젝터가 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.
본 발명에 의하면, 간단한 구성으로, 배기능력의 향상을 도모할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이젝터는 직렬로 접속된 복수의 이젝터요소를 가진 다단식 이젝터이다. 이 경우, 배기능력의 향상이 더욱 도모되고, 적은 구동가스소비량으로 대기압 변동이상의 배기능력을 얻을 수 있어, 기압의 변동이 있었다고 해도, 배기압력을 대기압부근에 언제라도 안정적으로 제어할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 이젝터는 처리로에 연이어 통하는 배기관이 접속되는 흡인구와, 구동가스가 도입되는 가스입구와, 상기 구동가스가 배출되는 가스출구를 가지며, 상기 가스입구에서 상기 가스출구를 향하여 구동가스가 흐름에 따라, 상기 흡인구 및 상기 배기관을 통해 상기 처리로내의 가스가 흡인되도록 되어 있다.
바람직하게는, 상기 배기관의 중간에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 밸브와, 상기 배기관내의 배기압력을 검출하는 압력센서와, 상기 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 제어부를 더욱 구비한다.
이 경우, 이젝터와 밸브의 작용에 의해서, 배기계에서의 처리로내의 압력제어의 범위를 확대할 수 있고, 대기압의 변동이 있었다고 해도, 배기압력을 대기압부근에 언제라도 안정적으로 제어할 수 있다.
혹은, 바람직하게는, 상기 이젝터의 가스입구에 도입하는 구동가스의 유량을 제어하는 유량제어기와, 상기 배기관내의 배기압력을 검출하는 압력센서와, 상기 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 유량제어기를 제어하는 제어부를 더욱 구비한다.
이 경우, 이젝터와 유량제어기의 작용에 의해서, 배기계에서의 처리로내의 압력제어의 범위를 확대할 수 있어, 대기압의 변동이 있었다고 해도, 배기압력을 대기압부근에 언제라도 안정적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 이젝터는 직렬로 접속된 복수의 이젝터요소를 가진 다단식 이젝터이고, 처리로에 연이어 통하는 배기관은 각 이젝터요소의 흡인구에 분기접속되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 배기능력의 향상을 더욱 도모할 수 있고, 적은 구동가스소비량으로 대기압변동 이상의 배기능력을 얻을 수 있어, 기압의 변동이 있었다고 해도, 배기압력을 대기압부근으로 언제라도 안정적으로 제어할 수가 있다.
또한, 본 발명은 처리로와, 상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 처리가스도입관부와, 상기 처리로내에서 상기 처리가스를 배기하는 배기계와, 상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단을 구비하고, 상기 배기계는, 보조배기수단으로서 이젝터가 설치되어 있으며, 상기 이젝터는 처리로에 연이어 통하는 배기관 이 접속되는 흡인구와, 구동가스가 도입되는 가스입구와, 상기 구동가스가 배출되는 가스출구를 가지며, 상기 가스입구에서 상기 가스출구를 향하여 구동가스가 흐름에 따라, 상기 흡인구 및 상기 배기관을 통해 상기 처리로내의 가스가 흡인되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치의 압력제어방법으로서, 상기 배기계의 배기압력을 검출하는 공정과, 검출되는 배기압력이 설정압력이 되도록 상기 이젝터의 가스입구에 도입하는 구동가스의 유량을 제어하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 방법이다.
본 발명에 의하면, 공장배기계만에 의한 종래의 압력제어방법보다도, 넓은 범위로 안정한 압력제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 절대압형 압력센서의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시형태의 CVD 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다.
이하에, 본 발명의 실시형태를 첨부도면에 기인하여 상술한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시형태의 산화처리장치(열처리장치)는 감압처리가능형으로서 구성되어 있다. 도 1에 있어서, 종형으로 배치식의 처리로(1)는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여, 처리가스로서 수증기가 공급되고, 예를 들면 850℃ 정도의 고온하에서 반도체 웨이퍼(W)를 열처리하도록 되어 있다. 처리로(1)는 상단이 폐쇄되고 하단이 개방한, 세로로 긴 원통형상의 내열성을 가진 예를 들면 석영제의 반응관(처리용기)(2)을 구비하고 있다.
반응관(2)은 노구(爐口)로서의 하단개구부가 덮개(3)로 기밀로 폐쇄됨으로써, 기밀성이 높은 처리로(1)를 구성하도록 되어 있다. 상기 덮개(3)상에는, 다수매 예를 들면 150장 정도의 반도체 웨이퍼(W)를 수평상태로 상하방향에 간격을 두고 다단으로 지지하는 기판지지구인 예를 들면 석영제의 웨이퍼 보트(4)가 회전가능한 보트재치대(5)를 통해 얹어 놓여지고 있다. 또한, 덮개(3)상에는 노구(爐口)로부터의 방열을 방지하기 위해 하부면형상 발열체(6)가 설치되고, 반응관(2)의 위쪽에는, 반도체 웨이퍼(W)를 면내균일하게 가열할 수 있는 상부면형상 발열체(7)가 설치된다.
덮개(3)는 도시하지 않은 승강기구에 의해, 처리로(1)내에의 웨이퍼 보트(4)의 로드(반입) 및 언로드(반출) 및 노구의 개폐를 행하도록 구성되어 있다. 또한, 상기 반응관(2)의 주위에는, 노내를 소정의 온도 예를 들면 300∼1000℃로 가열제어할 수 있는 저항발열체로 이루어지는 히터(8)가 설치된다. 히터(8)는 급속온도상승하강이 가능한 것이 바람직하다. 히터(8)의 주위는 냉각자켓(9)으로 덮여져 있다.
반응관(2)의 하측부에는, 가스도입관부(10)가 적절한 개수 설치되어 있다. 가스도입관부(7)의 하나에는 처리가스공급수단(수증기공급수단)으로서, 수소가스 H2와 산소가스 O2와의 연소반응에 의해 수증기를 발생시켜 공급하는 연소장치(외부연소장치)(11)가 접속되어 있다.
이 연소장치(11)는 예를 들면 연소 노즐의 구경을 작게 하거나, 연소 노즐의 형상을 개선하는 등에 의해, 수증기를 미소유량 예를 들면 매분 0.4∼1리터 정도로 공급할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다(종래에는, 매분 3리터 이상이었다). 또한, 연소장치(11)에는 수증기를 희석화 등을 하기 위해서, 불활성가스 예를 들면 질소가스 N2를 공급하는 불활성가스공급부(12)가 설치된다. 또, 다른 가스도입관부에는, 그 밖의 처리가스예를 들면 일산화질소가스 NO, 일산화이질소가스 N2O, 염화수소 HCl 혹은 불활성가스 예를 들면 N2 등을 공급하는 가스공급원이 접속되어 있다(도시생략).
또한, 상기 반응관(2)의 아래쪽의 측벽에는, 반응관(2)내를 배기하기 위한 배기관부(13)가 설치된다. 이 배기관부(13)에는, 감압배기계(14)를 구성하는 배기관(15)이 접속되어 있다. 이 배기관(15)은 고진공도에서의 감압배기가 가능하도록, 대구경의 배관 예를 들면 3인치 정도의 안지름의 배관으로 이루어지고 있다. 또한, 배기관(15)은 내식성배관으로 이루어진다. 예를 들면, 금속제(바람직하게는 스텐레스제)의 배관의 경우, 그 안둘레면에 내식성수지 바람직하게는 불소수지가 코팅된다. 상기 배기관(15)의 하류측에는, 처리로(1)내를 예를 들면 최대 1Pa정도로 감압할 수 있는 감압펌프(진공펌프)(16)가 접속되어 있다. 이 감압펌프(16)의 하류에는, 제해장치(17)가 접속되어 있다. 감압펌프(16)로서는, 예를 들면 드라이펌프가 바람직하다.
상기 배기관(15)의 중간에는, 제해장치나 배기블로워를 구비한 공장배기계의 배기덕트(도시하지 않음)에 통하는 상압배기계(18)를 구성하는 상압배기관(19)이 분기접속되어 있다. 이에 따라, 상압 내지 미음압(微陰壓)에서의 처리가 가능해지고 있다. 상압배기관(19)도 상기 배기관(15)과 마찬가지로, 내식성배관으로 이루어져 있다. 배기관(15) 및 상압배기관(19)의 바깥둘레에는, 부식의 원인이 되는 배관내의 수분을 날리도록(증발시키도록), 가열수단 예를 들면 저항발열체가 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상압배기계(18) 및 감압배기계(14)에는, 각각 개폐조절가능 및 압력조절가능한 콤비네이션 밸브(20,21)가 설치되어 있다. 감압배기계(14)에 있어서는, 상압배기관(19)의 분기접속부보다도 하류위치의 배기관(15)에 콤비네이션 밸브 (21)가 설치되어 있다. 이들 콤비네이션 밸브(20,21)는 예를 들면 전기신호를 공기압으로 변환하여, 밸브 본체(도시하지 않음)의 위치제어를 행하도록 되어 있다. 또한, 콤비네이션 밸브(20,21)는 밸브 본체의 착석부에 O 링(도시하지 않음)을 가지며, 셧 오프할 수 있도록 되어 있다. 콤비네이션 밸브(20,21)는 내식성을 가진 재료, 예를 들면 불소수지로 형성되어 있거나, 혹은, 배기와 접하는 접가스면이 불소수지의 피막으로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
상기 배기관(15)에 있어서의 감압처리용 콤비네이션 밸브(21)보다도 상류위치에는 상압처리시의 배기압력을 검출하기 위한 압력센서(22) 및 감압처리시(감압배기시)의 배기압력을 검출하는 압력센서(23)가 각각 공기압제어식 밸브(24,25)를 통해 설치된다. 압력센서(22)는 예를 들면 0∼133KPa(0∼1000Torr)의 렌지로 검출할 수 있도록 되어 있다. 압력센서(23)는 예를 들면, 0∼1.33KPa(0∼10Torr)의 렌지로 검출할 수 있도록 되어 있다. 이들 압력센서(22,23)로서는 절대압형인 것이 사용될 수 있다. 압력센서(22)는 넓은 렌지로 상시 검출할 수 있기 때문에, 밸브 (24)는 반드시 설치되지 않아도 된다.
압력센서(22,23)는 수분과 부식성가스가 존재하는 과혹한 부식환경하에서 사용되는 것을 가능하게 하기 위해서, 배기와 접하는 접가스면이 비금속의 내식성재료로 형성되어 있다. 구체적으로는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 압력센서(22,23)는 배기관(15)에의 연통부(26) 및 확대형성된 내부를 가진 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체(27)와, 이 본체(27)의 내부내에 고리형상 시일재인 불소수지제의 O 링(28)을 통해 배기측에 대하여 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재(29)를 가지고 있다. 이 수압부재(29)는 중공(中空) 상자형상으로 형성되어 있고, 수압부재 (29)의 내부는 도시하지 않은 게터제에 의해 진공으로 유지되고 있다. 수압부재 (29)의 내면에는, 배기압력에 의한 변형왜량을 전기량으로서 검출하는 센서부재 (30)가 넓게 설치되어 있다. 그 외에, 전장품(31)이 본체(27)내에 설치된다.
상기 상압배기계(18) 및 감압배기계(14)에 각각 설치된 콤비네이션 밸브 (20,21)는 상기 압력센서(22,23)의 검출압력에 기초하여, 공통의 제어부(콘트롤러) (32)에 의해 제어되도록 되어 있다. 구체적으로는, 제어부(32)는 상압처리시에는 상압배기계(18)의 콤비네이션 밸브(20)를 열어 이것을 상압처리시용의 압력센서 (22)의 검출압력에 기초하여 제어하는 동시에, 감압처리시에는 감압배기계(14)의 콤비네이션 밸브(21)를 열어 이것을 감압처리시용의 압력센서(23)의 검출압력에 기초하여 제어한다. 즉, 2계통의 제어가 가능하게 되어 있다.
이상의 구성으로 이루어지는 산화처리장치는 고감압배기가 가능한 리크 타이트한 구조로 되어 있다. 예를 들면, 처리로(1)의 배기계의 각 접속부에는, 시일수단인 예컨대 O 링이 설치되어 있다. 또한, 열처리장치는 미리 원하는 열처리방법의 프로그램 레시피가 입력된 제어장치(도시생략)에 의해, 연소장치(11), 히터(8), 콤비네이션 밸브(20,21)의 제어부 등이 제어되어, 원하는 열처리방법을 자동으로 실시하도록 구성되어 있다.
다음에, 상기 산화처리장치의 작용(열처리방법)에 대하여 설명한다. 우선, 처리로(1)내는, 대기에 개방되어 있는 동시에, 히터(8)에 의해 미리 소정의 온도 예를 들면 300℃로 가열제어되고 있다. 다수매의 반도체 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(4)가 그러한 처리로(1)내에 로드되고, 처리로(1)의 노구가 덮개(3)로 밀폐된다. 그 후, 처리로(1)내가 감압배기계(14)에 의한 진공흡인에 의해 감압된다. 이 감압 내지 진공흡인은 사이클퍼지공정을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 로드 및 사이클 퍼지시에는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 자연산화막이 형성되지 않도록, 처리로(1)내에 불활성가스 예를 들면 N2가 공급된다. 한편, N2가 100%이면, 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 질화하여 버리고, 질화된 표면은 그 후의 산화공정에서 산화되기 어렵다. 이 때문에, 상기 로드 및 사이클 퍼지시에, O2가 소량, 예를 들면 1%정도 공급된다.
상기 사이클 퍼지는 처리로(1)내를 진공흡인하면서 불활성가스 예를 들면 N2의 공급과 정지를 교대로 반복함으로써 이루어진다. 이 경우, 배기계가 콤비네이션 밸브(21)에 의해 감압배기계(14)로 전환하는 동시에, 진공펌프(16)의 작동상태로 압력센서(23)에 의해 압력[관내의 압력=노(1)내의 압력]이 검지되면서, 콤비네이션 밸브(21)의 제어에 의해 처리로(1)내가 소정의 압력 예를 들면 -1Pa정도로 감압배기된다. 이 감압배기상태로, 소정유량으로 제어된 불활성가스 예를 들면 N2가, 불활성가스 공급밸브(도시하지 않음)의 개폐의 반복에 의해 간헐적으로 공급된다. 이에 따라, 사이클 퍼지가 이루어져, 처리로(1)내가 신속히 감압되어, 불활성가스로 충분히 치환될 수 있다. 즉, 이 사이클 퍼지에 의해서, 급속한 감압(진공도달시간의 단축) 및 치환이 가능하다.
다음에, 상기 감압배기상태로, 히터(8)의 제어를 통해, 처리로(1)내가 소정의 처리온도 예를 들면 850℃까지 승온한다. 배기계가 콤비네이션 밸브(20)를 통해 상압배기계(18)로 전환함으로써, 처리로(1)내가 상압(약 1 Torr감압) 혹은 미감압(약 100∼200Torr 감압)으로 제어된다. 이 상태에서 리커버리(반도체 웨이퍼의 온도를 안정시키는 공정)를 하고 나서, 원하는 열처리 예를 들면 HCl산화가 이루어진다. 이 열처리는 산소가스 O2와 수소가스H2를 연소장치(11)에 공급하여 연소시키 고, 연소장치(11)에서 발생하는 수증기를 염화수소가스 HCl 및 불활성가스 예를 들면 N2와 함께 처리로(1)내에 공급함으로써, 미감압상태로 이루어진다.
열처리공정을 종료하였으면, 배기계를 감압배기계(14)로 전환하여(자동전환) , 처리로(1)내를 다시 진공흡인에 의해 감압한다. 그 후, 히터(8)의 제어를 통해, 처리로(1)내의 온도가 소정의 온도 예를 들면 300℃ 정도에 온도하강된다. 이와 병행하여, 처리로(1)내가 상압으로 되돌아가고, 처리로(1)내에서 웨이퍼 보트(4)가 언로드되어, 쿨링(반도체 웨이퍼를 반송가능한 온도로 냉각하는 것)이 이루어진다. 상기 열처리공정종료후의 두 번째의 감압 내지 진공흡인도 사이클퍼지공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 미리 소정의 온도로 가열된 처리로(1)내에 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여, 처리로(1)내를 소정의 처리온도까지 온도상승시키고, 처리가스인 수증기를 공급하여 반도체 웨이퍼(W)를 열처리함에 있어서, 상기 온도상승공정이 감압하에서 이루어지도록 하였기 때문에, 산화종을 배제한 상태로 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 처리온도까지 온도상승시킬 수 있다. 이 때문에, 온도상승공정에서의 자연산화막의 형성을 억제할 수 있고, 품질이 뛰어난 매우 얇은 산화막을 형성할 수가 있다.
또한, 원하는 열처리공정전뿐만 아니라 공정후에도 처리로(1)내가 진공흡인에 의해 감압되도록 하였기 때문에, 원하는 열처리공정 이외에 불필요한 산화종이 충분히 배제되어 자연산화막의 형성이 충분히 억제될 수 있다. 이 때문에, 막질 및 막두께가 균일하고 품질이 뛰어난 매우 얇은 산화막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 막두께가 2nm 정도의 SiO2막을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 처리로(1)를 감압 내지 진공흡인하는 공정이 소위 사이클 퍼지를 포함하고 있는 경우, 신속한 감압과 치환이 가능해져, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 열처리장치는 처리로(1)내에 수증기를 공급하는 수증기공급수단인 연소장치(11)와, 열처리의 공정중에 처리로(1)내를 미차압 내지 미감압으로 배기하는 상압배기계(18)와, 열처리공정의 전후에 처리로(1)내를 진공흡인 가능한 감압배기계(14)를 구비하여, 상기 상압배기계(18)와 감압배기계(14)의 전환을 콤비네이션 밸브(20,21)에 의해 행하도록 하고 있기 때문에, 상술한 열처리방법을 확실하고 또한 용이하게 실시할 수가 있다.
이 경우, 상기 연소장치(11)는 수증기를 미소유량으로 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 이 때문에, 막형성시간을 충분히 취함으로써, 더욱 품질이 뛰어난 매우 얇은 산화막을 형성할 수가 있다. 또한, 상기 콤비네이션 밸브(20,21)는 개폐기능과 압력조절기능을 구비하고 있기 때문에, 밸브의 수를 줄일 수 있고, 상압배기계(18) 및 감압배기계(14)의 구성을 간소화할 수가 있어, 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 산화처리방법으로서는, 원하는 산화처리공정후, 처리로(1)내가 소정의 압력 예를 들면 133hPa 정도로 감압제어된 상태로, 일산화질소가스 NO 또는 일산화 이질소가스 N2O를 공급하여 확산처리를 하도록 하여도 좋다. 이 확산처리공정의 전후에는, 처리로(1)내를 진공흡인에 의해 감압하는 것이 바람직하다. 또한, 이 감압 내지 진공흡인은 사이클퍼지공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 습식산화후에 사이클 퍼지에 의해 처리로내의 수분을 충분히 제거하고 나서 일산화질소가스 NO 또는 일산화이질소가스 N2O를 공급하는 경우, 부식성이 강한 질산 HNO3의 발생을 충분히 억제할 수가 있다. 또한, 절연성이 높은 SiON막을 형성할 수 있어, 신뢰성이 높은 막질에의 개선을 용이하게 도모할 수 있다.
이와 같이, 감압처리가능한 산화처리장치는 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 처리로(1)내에 처리가스를 공급하여, 소정의 처리온도로 반도체 웨이퍼(W)를 열처리하기 위한 장치로서, 상기 처리로(1)내를 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 상압배기계(18)와, 상기 처리로(1)내를 상압배기계(18)보다도 낮은 압력으로 감압배기하기 위한 감압배기계(14)와, 상압배기계(18) 및 감압배기계(14)의 각각에 설치된 개폐조절 및 압력조절이 가능한 콤비네이션 밸브(20,21)와, 상기 배기압력을 검출하는 차압형 또는 절대압형의 압력센서(22,23)와, 이 압력센서(22,23)의 검출압력에 기초하여 상기 콤비네이션 밸브(20,21)를 제어하는 제어부(32)를 구비하고 있다.
이 때문에, 상압배기계(18)를 사용한 상압 내지 미감압산화처리 및 감압배기계(14)를 사용한 사이클 퍼지나 감압CVD처리 등의 연속처리가 가능해진다. 상압배기계(18)에서는, 대기도입이나 불활성가스도입을 필요로 하지 않고, 안정된 제어가 가능하다. 또한, 배기계의 구조가 간소화되어, 불활성가스 예를 들면 N2의 러닝코스트를 없앨 수 있어, 장치전체의 비용의 저감을 도모할 수 있다.
특히, 상압배기계(18)의 압력센서 및 감압배기계(14)의 압력센서로서, 절대압형의 압력센서(22,23)를 사용하면, 기상조건에 의한 대기압의 변동에 좌우되는 일없이, 예를 들면 대기압부근에서의 안정된 절대압제어 및 감압하에서의 안정한 절대압제어가 가능해진다. 이에 따라, 언제라도 균일한 얇은 막두께의 산화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 압력센서(22,23)의 배기와 접하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되고 있다. 이 때문에, 수분과 부식성가스가 존재하는 과혹한 부식환경이더라도, 압력센서의 부식의 걱정이 없고(따라서, 부식에 의한 압력 시프트도 일어나지 않고), 언제라도 안정된 프로세스를 행할 수 있다. 특히, 상기 압력센서 (22,23)가 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체(27)와, 이 본체(27)내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재(29)를 가진 경우, 간단한 구조로 내식성의 향상을 도모할 수 있다.
또, 상기 산화처리장치에 있어서는, 상압배기계의 콤비네이션 밸브전후에의 대기도입이나 불활성가스도입은 불필요하지만, 대기압도입이나 불활성가스를 도입하도록 하여도 좋다. 절대압형 압력센서(22)에서는, 예를 들면 800hPa∼1100hPa의 렌지로 검지할 수 있는 것이어도 좋다. 도 1의 실시형태에서는, 렌지가 다른 2개의 절대압형센서(22,23)를 사용하고 있지만, 감압하에서의 고정밀도의 압력제어가 요구되지 않은 경우에는, 좁은 렌지의 절대압형 압력센서(23)는 불필요하고, 넓은 렌지의 절대압형 압력센서(22) 하나로 충분하다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 상기 실시형태와 동일부분은 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
본 실시형태의 산화처리장치에 있어서는, 상압배기계(18)에 설치된 콤비네이션밸브(20)를 제어하기 위해서, 배기압력을 대기압과의 차압으로 검출하는 차압형의 압력센서(33)가 공기압 제어식의 밸브(34)를 통해 배기관(15)에 설치되어 있다. 또한, 상기 콤비네이션 밸브(20)를 제어하기 위해서, 대기압을 절대압으로 검출하는 절대압형 압력센서(대기압센서)(35)와, 상기 차압형압력센서(33)의 검출압력에 기초하여 상압배기계(18)가 설정차압이 되도록 상기 콤비네이션 밸브(20)를 제어하는 동시에 상기 절대압형 압력센서(35)의 검출압력에 기초하여 상기 설정차압을 보정하는 제어부(36)를 구비하고 있다.
상기 차압형의 압력센서(33)로서는, 예를 들면 대기압(1013.25hPa)±1330Pa의 렌지로 검지할 수 있는 것이 사용된다. 이 차압형 압력센서(33)는 과혹한 부식환경에 견딜 수 있도록, 접가스면이 비금속의 내식성재료 예를 들면 내식성수지 바람직하게는 불소수지에 의해서 형성되어 있다. 이 경우, 차압형 압력센서(33)는 도 1의 실시형태와 같이 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체와, 이 본체내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재를 가지고 있는 것이 바람직하다. 또, 이 경우, 수압부재의 중공부는 대기에 개방되고 있다.
상기 절대압형 압력센서(35)로서는, 예를 들면 0∼1330hPa[0∼1000 Torr]의 렌지로 검지할 수 있는 일반적인 것이 사용된다. 또, 절대압형 압력센서(35)로서는, 예를 들면 800∼1100hPa의 렌지로 검지할 수 있는 것이어도 좋다.
도 3의 실시형태에 의하면, 상압배기계에서, 대기압을 항상 모니터하고 있는 절대압형 압력센서(35)의 신호를 제어부(36)에 취입하고, 설정압력(차압)을 대기의 변동에 따라 가변시킴으로써, 항상 일정한 압력으로 프로세스를 할 수 있다. 이 때문에, 차압제어이면서, 대기압(날씨)의 변동에 좌우되는 일없이 안정적으로 제어하는 것이 가능해져, 언제라도 균일한 막두께의 산화막을 형성하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 상기 산화처리장치의 설치장소에서의 평균대기압이 1013.25hPa (760Torr)이고, 처리압력(설정압력)이 1013.25hPa(760Torr) 즉 설정차압(압력)이 0Pa[0Torr]인 경우, 대기압의 변동이 없으면, 차압형 압력센서(33)의 검출압력에 기초하여 상압배기계(18)의 배기압력이 설정차압 0Pa가 되도록, 제어부(36)에 의해서 콤비네이션 밸브(20)가 제어된다.
그러나, 날씨의 변동에 의해, 예를 들면 저기압이 접근하여 대기압이 997.5 hPa[750Torr]로 변한 경우, 차압형 압력센서(33)만의 제어로는, 설정차압이 0Pa [0Torr]이기 때문에, 상압배기계(18)의 배기압력은 997.5hPa[750Torr]가 되도록 제어되어 버린다. 이 경우, 반도체 웨이퍼표면에 형성되는 산화막의 막두께가 변화하여 버린다.
그래서, 그 때의 대기압 997.5hPa[750Torr]를 절대압형 압력센서(35)에 의해 검출하고, 그 검출신호를 제어부(36)에 취입, 설정차압을 0Pa[0 Torr]로부터 + 15.75hPa[+11.84Torr]로 보정한다. 이에 따라, 상압배기계(18)의 배기압력이 1013 .25hPa(760Torr)이 되도록 제어될 수 있다. 즉, 설정시의 설정차압(설정압력-설정시의 대기압)을, 현시점의 차압(설정압력-현시점의 대기압)으로 보정함으로써, 날씨의 변동 즉 대기압의 변동에 관계없이, 상압배기계(18)의 배기압력 즉 처리로(1)내의 처리압력을 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 산화막의 막압을 일정(균일)하게 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 대기압을 절대압으로 검출하는 압력센서(대기압센서) (35)는 기압계일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시형태의 산화처리장치(열처리장치)는 상압형으로서 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 도 1의 실시형태와 동일부분은 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
본 실시형태의 산화처리장치에 있어서는, 반응관(2)의 배기관부(13)에 상압배기계(18)를 구성하는 상압배기관(19)이 접속되어 있다. 그리고, 상압배기관(19)은 공장배기계의 배기 덕트에 접속되어 있다. 상압배기관(19)은 내식성배관으로 이루어져 있다.
공장배기계의 배기압력은 예를 들면, 대기압과의 차압이 -1000Pa[-7.5Torr] 정도의 미감압으로 되어 있다. 상기 상압배기관에는, 그 배기압력을 검출하는 절대압형의 압력센서(22)와, 개폐조절가능 및 압력조절가능한 콤비네이션 밸브(20)가 차례로 설치된다. 이 콤비네이션 밸브(20)는 절대압형 압력센서(22)의 검출압력에 기초하여 제어부(36)에 의해 제어되도록 구성되어 있다.
상기 절대압형 압력센서(22)로서는, 예를 들면 0∼1330hPa[0∼1000 Torr]의 렌지로 검지할 수 있는 일반적인 것이 사용된다. 또, 절대압형 압력센서(22)로서는, 예를 들면 800∼1100hPa의 렌지로 검지할 수 있는 것이어도 좋다.
상기 절대압형 압력센서(22) 및 콤비네이션 밸브(20)는 과혹한 부식환경에 견딜 수 있도록, 접가스면이 비금속의 내식성재료 예를 들면 내식성수지 바람직하게는 불소수지에 의해서 형성되어 있다. 이 경우, 절대압형 압력센서(22)는 도 1의 실시형태와 같이 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체와, 이 본체내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재를 갖고 있는 것이 바람직하다.
공장배기계에는, 복수대의 열처리장치가 다연(多連)으로 접속되어 있다. 이 때문에, 진공흡인력이 약할 뿐만 아니라, 압력변동이 있다. 그래서, 이를 해소하기 위해서, 상압배기계(18)의 상압배기관(19)에는, 다단식 이젝터(40)가 설치된다. 이 다단식 이젝터(40)는, 예를 들면 3개의 이젝터부재(40a,40b,40c)를 직렬로 접속하여 이루어지고, 각 이젝터부재(40a,40b,40c)에 상압배기관(19)의 하류측이 분기접속되어 있다.
1단째의 이젝터부재(40a)에는, 그 작동기체로서의 공기 또는 불활성가스 예를 들면 질소가스 N2가 전공(電空)레귤레이터(41)를 통해 소정유량으로 제어되어 도입된다. 이에 따라, 1단째의 이젝터부재(40a)에 상압배기관(19)으로부터의 배기가 흡인되도록 되어 있다.
2단째의 이젝터부재(40b)에는, 상기 1단째의 이젝터부재(40a)에서 배출되는 가스가 도입된다. 이에 따라, 상압배기관(19)으로부터의 배기가 더욱 흡인된다. 마찬가지로, 3단째의 이젝터부재(40c)에는, 상기 2단째의 이젝터부재(40b)에서 배출되는 가스가 도입된다. 이에 따라, 상압배기관(19)부터의 배기가 더욱 흡인된다. 따라서, 각 이젝터부재(40a,40b,40c)에서 배출되는 가스는 차례로 증대하여 간다. 최종단(도시한 예에서는 3단째)의 이젝터부재(40c)로부터의 배기는 공장배기계로 배출된다.
전공 레귤레이터(41)는 절대압형 압력센서(22)의 검출압력에 기초하여, 상압배기관(19)내의 배기압력이 소정의 압력이 되도록 상기 제어부(36)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 상기 다단식 이젝터(40)에 의하면, 예를 들면 작동기체로서 공기 또는 질소가스를 매분 40리터 공급함으로써, -133hPa[-100Torr]의 감압배기가 가능하다.
이와 같이, 본 실시형태의 산화처리장치에 의하면, 다단식 이젝터(40)를 구비하고 있기 때문에, 대기압의 변동이 있었다고 해도 배기압력을 대기압부근에 언제라도 안정적으로 제어할 수 있다. 또, 다단식 이젝터(40)는 다단식구조이기 때문에, 적은 가스소비량으로 대기압 변동이상의 배기능력을 얻을 수 있다. 더욱, 전공 레귤레이터(41)에 의해 다단식 이젝터(40)에의 공급가스유량을 가변할 수 있기 때문에, 보다 에너지절약형의 시스템을 제공할 수 있다.
또, 도 4의 실시형태에서는, 압력센서(22)로서 절대압형을 사용하고 있지만, 차압형이더라도 좋다. 차압형 압력센서를 사용할 경우에는, 도 3의 실시형태와 마찬가지로, 대기압을 절대압형 압력센서(대기압센서)에 의해 검출하여 그 검출신호를 제어부에 취입, 설정차압을 보정하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시형태를 도면에 의해 상술하여 왔지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 여러가지 설계변경 등이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 처리로로서 종형로가 예시되어 있지만, 횡형로이더라도 좋다. 또한, 배치식 처리로가 예시되어 있지만, 낱장식 처리로이더라도 좋다.
피처리체로서는, 반도체 웨이퍼 이외에, 예를 들면 LCD 기판이나 유리기판 등이어도 좋다.
상기 수증기공급수단으로서는, 연소식에 한정되지 않고, 예를 들면 기화기식, 촉매식, 비등식 등이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명을 산화처리장치에 적용한 경우가 표시되고 있지만, 본 발명은 산화처리장치 이외에, 예를 들면 확산처리장치, CVD처리장치, 어닐처리장치, 이들 복합형장치 등에도 적용할 수 있다.
또한, 외부연소장치를 사용하지 않고서, 처리로내에 수소와 산소를 도입하여 반응시키도록 하여도 좋다.
다음에, 도 5는 본 발명의 제 4 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시형태의 산화처리장치(열처리장치)는 상압처리 및 감압처리가능형으로서 구성되어 있다. 도 5에 있어서, 종형이고 배치식인 처리로(101)는 피처 리체인 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여, 처리가스로서 수증기가 공급되고, 예를 들면 850℃ 정도의 고온하에서 반도체 웨이퍼(W)를 열처리하도록 되어 있다. 처리로 (101)는 상단이 폐쇄되고 하단이 개방된, 세로로 긴 원통형상의 내열성을 가진 예를 들면 석영제의 반응관(처리용기)(102)를 구비하고 있다.
반응관(102)은 노구로서의 하단개구부가 덮개(103)로 기밀로 폐쇄됨으로써, 기밀성이 높은 처리로(101)를 구성하도록 되어 있다. 상기 덮개(103)상에는, 다수매 예를 들면 150장정도의 반도체 웨이퍼(W)를 수평상태로 상하방향에 간격을 두고 다단으로 지지하는 기판지지구인 예컨대 석영제의 웨이퍼 보트(104)가 보온통(106)을 통해 재치되어 있다.
덮개(103)는 도시하지 않은 승강기구에 의해, 처리로(101)내에의 웨이퍼 보트(104)의 로드(반입) 및 언로드(반출) 및 노구의 개폐를 하도록 구성되어 있다. 또한, 상기 반응관(102)의 주위에는, 노내를 소정의 온도 예를 들면 300∼1000℃에 가열제어할 수 있는 저항발열체로 이루어지는 히터(108)가 설치된다. 히터(108)의 주위는 냉각자켓(109)으로 덮여져 있다.
반응관(102)의 하측부에는, 가스도입관부(110)가 적정 개수 설치된다. 가스도입관부(107)의 하나로는, 처리가스공급수단(수증기공급수단)으로 하여, 수소가스 H2와 산소가스 O2와의 연소반응에 의해 수증기를 발생시켜 공급하는 연소장치(외부연소장치)(111)가 접속되어 있다. 또, 다른 가스도입관부에는, 그 밖의 처리가스 예를 들면 일산화질소가스 NO, 일산화이질소가스 N2O, 염화수소 HCl 혹은 불활성가 스 예를 들면 N2등을 공급하는 가스공급원이 접속되어 있다(도시생략).
또한, 상기 석영제의 반응관(102)의 아래쪽의 측벽에는, 반응관(102)내를 배기하기 위한 배기관부(113)가 일체로 설치된다. 이 배기관부(113)에는, 감압배기계(114)를 구성하는 배기관(115)이 접속되어 있다. 또, 덮개(103)는 금속제(주로 스텐레스제)인 것이지만, 고온의 노내 환경 및 처리가스에 노출되는 부분인 그 접가스면에는, 금속제부재의 부식 및 금속제부재부터의 피처리체의 금속오염을 억제하기 위한 코팅이 실시되고 있다. 여기서는, 세라믹의 일종인 크롬산화물피막이 코팅되어 있다. 또한, 배기관부(113)의 내면에는, 노내부의 생성물이 냉각됨에 따라 부착하는 것을 억제하기 위한 코팅이 실시되고 있다. 여기서는, 내열성이 높은 크롬산화물피막 또는 불소수지피막이 코팅되어 있다.
상기 배기관(115)은 고진공도에서의 감압배기가 가능하도록, 대구경의 배관 예를 들면 3인치 정도의 안지름의 배관으로 이루어지고 있다. 또한, 배기관(115)은 내식성배관으로 이루어진다. 예를 들어, 금속제(바람직하게는 스텐레스제)의 배관인 경우, 그 안둘레면에 내식성수지인 불소수지의 피막이 코팅된다. 상기 배기관(115)의 하류측에는, 처리로(101)내를 예를 들어 최대 -1Pa정도로 감압가능한 감압펌프(진공펌프)(116)가 접속되어 있다. 이 감압펌프(116)의 하류에는, 제해장치(117)가 접속되어 있다. 제해장치(117)에의 배관의 내면에도 불소수지의 피막이 코팅되어 있다. 감압펌프(116)로서는, 예를 들면 드라이 펌프가 바람직하다.
상기 배기관(115)의 중간에는 제해장치이나 배기블로워를 구비한 공장배기계 의 배기 덕트(도시하지 않음)에 통하는 상압배기계(118)를 구성하는 상압배기관 (119)이 분기접속되어 있다. 이에 따라, 상압 내지 미감압에서의 처리가 가능하다. 상압배기관(119)도, 상기 배기관(115)과 마찬가지로, 금속제 바람직하게는 스텐레스제의 배관의 안둘레면에 내식성수지인 불소수지피막을 코팅하여 이루어지는 것이다. 배기관(115) 및 상압배기관(119)의 바깥둘레에는, 부식의 원인이 되는 배관내의 수분을 날리도록(증발시키도록), 가열수단 예를 들면 저항발열체가 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상압배기계(118) 및 감압배기계(114)에는 각각 개폐조절가능 및 압력조절가능한 콤비네이션 밸브(120,121)가 설치되어 있다. 감압배기계(114)에 있어서는, 상압배기관(119)의 분기접속부보다도 하류위치의 배기관(115)에 콤비네이션 밸브(121)가 설치되고 있다. 이들 콤비네이션 밸브(120,121)는, 예를 들면 전기신호를 공기압으로 변환하여, 밸브 본체(도시하지 않음)의 위치를 제어하도록 되어 있다. 또한, 콤비네이션 밸브(120,121)는 밸브 본체의 착석부에 O 링(도시하지 않음)을 가지며, 셧 오프 할 수 있도록 되어 있다. 콤비네이션 밸브(120,121)에 있어서의 배기와 접하는 부분은 내식성을 가진 재료 예를 들면 불소수지에 의해 형성되어 있다. 혹은, 콤비네이션 밸브(120,121)가 금속으로 구성된 경우에는, 배기와 접하는 접가스면이 불소수지의 피막으로 코팅되어 있다.
상기 배기관(115)에 있어서의 감압처리용 콤비네이션 밸브(121)보다도 상류위치에는, 상압처리시의 배기압력을 검출하기 위한 압력센서(122) 및 감압처리시(감압배기시)의 배기압력을 검출하는 압력센서(123)가 각각 공기압 제어식의 밸브 (124,125)를 통해 설치된다. 상기 압력센서(122,123)는 수분 H2O와 부식성가스 예를 들면 HCl이 존재하는 과혹한 부식환경하에서 사용되는 것을 가능하게 하기 위해서, 배기와 접하는 접가스면이 불소수지에 의해 형성되고 있다.
상기 상압배기계(118) 및 감압배기계(114)에 각각 설치된 콤비네이션 밸브 (120,121)는 상기 압력센서(122,123)의 검출압력에 기초하여, 공통의 제어부(콘트롤러)(132)에 의해 제어되도록 되어 있다. 구체적으로는, 제어부(132)는 상압처리시에는 상압배기계(118)의 콤비네이션 밸브(120)를 열어 이것을 상압처리시용의 압력센서(122)의 검출압력에 기초하여 제어하는 동시에, 감압처리시에는 감압배기계 (114)의 콤비네이션 밸브(121)를 열어 이것을 감압처리시용의 압력센서(123)의 검출압력에 기초하여 제어한다. 즉, 2계통의 제어가 가능해지고 있다.
이상의 구성으로 이루어지는 산화처리장치는, 고감압배기가 가능한 리크 타이트인 구조로 되어 있다. 예를 들면, 처리로(101)의 배기계의 각 접속부에는, 시일수단인 예를 들면 0링이 설치된다. 또한, 열처리장치는 미리 원하는 열처리방법의 프로그램레시피가 입력된 제어장치(도시생략)에 의해, 연소장치(111), 히터(108 ), 콤비네이션 밸브(120,121)의 제어부(132) 등이 제어되어, 원하는 열처리방법을 자동으로 실시하도록 구성되어 있다.
상기 크롬산화물피막의 코팅방법으로서는, 예를 들어 일본 특개소63-317680호 공보에 기재되어 있는 크롬산화물피막의 형성방법 등을 이용할 수 있다. 이 방법은 무수산화수용액에 SiO2와 Al2O3분말을 가하여 조정한 슬러리를 금속표면에 도포 한 후, 이것을 가열하여 다공질막을 형성하고, 여기에 크롬산암모늄 또는 중크롬산암모늄을 10중량% 이하로 첨가한 무수 크롬산수용액을 함침시켜, 가열처리한다. 이 크롬산함침과 가열처리를 반복함으로써, 내열성 및 내식성이 풍부한 크롬산화물피막이 얻어진다.
상기 배기관(115,119)이나 밸브(120,121)에 코팅하는 불소수지로서는, 예를 들어, PTFE=폴리테트라플루오로에틸렌(4불화에틸렌수지), PFA= 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(퍼플루오로알콕시수지), ETFE=테트라플루오로에틸렌-에틸렌공중합체(4불화에틸렌-에틸렌공중합수지)등을 이용할 수 있다. 배기계의 접가스면에 대한 불소수지의 코팅방법으로서는, 스프레이, 침지, 브러시도포, 라이닝(lining) 등이 있다. 상기 불소수지의 코팅에 의해, 배기계의 부식방지 및 그 표면평활성에 의한 반응부생성물의 부착방지가 가능하다.
다음에, 상기 산화처리장치의 작용(열처리방법)에 대하여 설명한다. 우선, 처리로(101)내는, 대기에 개방되고 있는 동시에, 히터(108)에 의해 미리 소정의 온도 예를 들면 300℃로 가열제어되고 있다. 다수매의 반도체 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(104)가 그러한 처리로(101)내에 로드되어, 처리로(101)의 노구가 덮개 (103)로 밀폐된다. 그 후, 처리로(101)내가 감압배기계(114)에 의한 진공흡인에 의해 감압된다. 이 감압 내지 진공흡인은 사이클퍼지공정을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 로드 및 사이클 퍼지시에는, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 자연산화막이 형성되지 않도록, 처리로(1)내에 불활성가스 예를 들면 N2가 공급된다. 한편, N2가 1O0%이면, 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 질화하여 버리고, 질화된 표면은 그 후의 산화공정에서 산화되기 어렵다. 이 때문에, 상기 로드 및 사이클 퍼지시에 O2가 소량, 예를 들어 1%정도 공급된다.
상기 사이클 퍼지는 처리로(101)내를 진공흡인하면서 불활성가스 예를 들면 N2의 공급과 정지를 교대로 반복하는 것에 의해 이루어진다. 이 경우, 배기계가 콤비네이션 밸브(121)에 의해 감압배기계(114)로 전환하는 동시에, 진공펌프(116)의 작동상태로 압력센서(123)에 의해 압력[관내의 압력=노(101)내의 압력]이 검지되면서, 콤비네이션 밸브(121)의 제어에 의해 처리로(101)내가 소정의 압력 예를 들어 -1Pa정도로 감압배기된다. 이 감압배기상태로, 소정유량으로 제어된 불활성가스 예를 들면 N2가 불활성가스공급밸브(도시하지 않음)의 개폐의 반복에 의해 간헐적으로 공급된다. 이에 따라, 사이클 퍼지가 이루어져, 처리로(101)내가 신속히 감압되어, 불활성가스로 충분히 치환될 수 있다. 즉, 이 사이클 퍼지에 의해서, 급속한 감압(진공도달시간의 단축) 및 치환이 가능해진다.
다음에, 상기 감압배기상태로 히터(108)의 제어를 통해, 처리로(101)내가 소정의 처리온도 예를 들면 850℃까지 승온한다. 배기계가 콤비네이션밸브(120)를 통해 상압배기계(118)에 전환함으로써, 처리로(101)내가 상압(약 1Torr 감압) 혹은 미감압(약 100∼200Torr 감압)으로 제어된다. 이 상태에서 회복(반도체 웨이퍼의 온도를 안정시키는 공정)을 하고 나서, 원하는 열처리 예를 들어 HCl산화가 행하여 진다. 이 열처리는 산소가스 O2와 수소가스 H2를 연소장치(11)에 공급하여 연소시켜, 연소장치(111)에서 발생하는 수증기를 염화수소가스 HCl 및 불활성가스 예를 들면 N2와 함께 처리로(101)내에 공급함으로써, 미감압상태로 행하여진다.
열처리공정을 종료하였으면, 배기계를 감압배기계(114)로 전환하여 (자동전환), 처리로(101)내를 다시 진공흡인에 의해 감압한다. 그 후, 히터(108)의 제어를 통해, 처리로(101)내의 온도가 소정 온도 예를 들면 300℃ 정도로 온도하강된다. 이와 병행하여, 처리로(101)내가 상압으로 되돌아가고, 처리로(101)내에서 웨이퍼 보트(104)가 언로드되어, 쿨링(반도체 웨이퍼를 반송가능한 온도로 냉각하는 것)이 이루어진다. 상기 열처리공정종료후의 두 번째의 감압 내지 진공흡인도, 사이클퍼지공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 미리 소정의 온도로 가열된 처리로(101)내에 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여, 처리로(101)내를 소정의 처리온도까지 온도상승시켜, 처리가스인 수증기를 공급하여 반도체 웨이퍼(W)를 열처리함에 있어서, 상기 온도상승의 공정을 감압하에서 행하도록 하였기 때문에, 산화종을 배제한 상태로 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 처리온도까지 온도상승시킬 수 있다. 이 때문에, 온도상승공정에서의 자연산화막의 형성을 억제할 수가 있어, 품질이 뛰어난 매우 얇은 산화막을 형성할 수 있다.
또한, 원하는 열처리공정전 뿐만 아니라 공정후에도 처리로(101)내가 진공흡인에 의해 감압되도록 하였기 때문에, 원하는 열처리공정 이외에 불필요한 산화종 이 충분히 배제되어 자연산화막의 형성이 충분히 억제될 수 있다. 이 때문에, 막질 및 막두께가 균일하고 품질이 뛰어난 매우 얇은 산화막을 형성할 수 있다. 예를 들면 막두께가 2nm 정도의 SiO2막을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 처리로(101)를 감압 내지 진공흡인하는 공정이 소위 사이클 퍼지를 포함하고 있는 경우, 신속한 감압과 치환이 가능해져, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 열처리장치는 처리로(101)내에 수증기를 공급하는 수증기공급수단인 연소장치(111)와, 열처리의 공정중에 처리로(101)내를 미차압 내지 미감압으로 배기하는 상압배기계(118)와, 열처리공정의 전후에 처리로(101)내를 진공흡인 가능한 감압배기계(114)를 구비하여, 상기 상압배기계(118)와 감압배기계(114)의 전환을 콤비네이션 밸브(120,121)에 의해 하도록 하고 있기 때문에, 상술한 열처리방법을 확실하고 또한 용이하게 실시할 수가 있다.
이와 같이, 감압처리가능한 산화처리장치는 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 처리로(101)내에 처리가스를 공급하여, 소정의 처리온도로 반도체 웨이퍼(W)를 열처리하기 위한 장치로서, 상기 처리로(101)내를 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 상압배기계(118)와, 상기 처리로(101)내를 상압배기계(118)보다도 낮은 압력으로 감압배기하기 위한 감압배기계(114)와, 상압배기계(118) 및 감압배기계(114)의 각각에 설치된 개폐조절 및 압력조절이 가능한 콤비네이션 밸브(120,121)와, 상기 배기압력을 검출하는 절대압형의 압력센서(122,123)와, 이 압력센서(122,123)의 검출 압력에 기초하여 상기 콤비네이션 밸브(120,121)를 제어하는 제어부(132)를 구비하고 있다.
이 때문에, 상압배기계(118)를 사용한 상압 내지 미감압 산화처리 및 감압배기계(114)를 사용한 사이클 퍼지나 감압CVD처리 등의 연속처리가 가능해진다. 상압배기계(118)에서는, 대기도입이나 불활성가스도입을 필요로 하는 일없이, 안정된 제어가 가능하다. 또한, 배기계의 구조가 간소화되어, 불활성가스 예를 들면 N2의 러닝 코스트를 없앨 수 있고, 장치전체의 비용의 저감을 도모할 수 있다.
특히, 상압배기계(118)의 압력센서 및 감압배기계(114)의 압력센서로서, 절대압형의 압력센서(122,123)를 사용하고 있기 때문에, 기상조건에 의한 대기압의 변동에 좌우되지 않고, 예를 들어 대기압부근에서의 안정된 절대압제어 및 감압하에서의 안정된 절대압제어가 가능해진다. 이에 따라, 언제라도 균일한 얇은 막두께의 산화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 금속제의 덮개(103)의 접가스면에, 덮개(103)의 부식 및 덮개(103)로부터의 웨이퍼(W)의 금속오염을 억제하기 위해서 크롬산화물피막이 코팅되어 있기 때문에, 고온의 노내 환경에 노출되는 금속부분을 석영 커버로 덮거나, 불활성가스를 국부적으로 공급하여 금속부분에 노내가스가 접촉하지 않도록 하는 등의 비용이 드는 대책을 강구하지 않아도 되고, 내식성의 개선과 금속오염의 방지를 염가로 도모할 수 있다.
또한, 반응로(102)의 출구인 배기관부(113)의 내면이나, 배기관(115,119) 및 콤비네이션 밸브(120,121)의 접가스면에도 불소수지피막을 코팅하였기 때문에, 노내부의 생성물의 부착을 억제할 수 있는 동시에, 안정된 내식성을 확보할 수 있다. 따라서, 유지보수의 부하를 경감할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태를 도면에 의해 상술하여 왔지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위에서의 여러가지로 설계변경 등이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 처리로로서 종형로가 예시되어 있지만, 횡형로이더라도 좋다. 또한, 배치식 처리로가 예시되어 있지만, 낱장식 처리로이더라도 좋다.
피처리체로서는, 반도체 웨이퍼 이외에, 예를 들어 LCD 기판이나 유리 기판 등이어도 좋다.
상기 수증기공급수단으로서는, 연소식에 한정되지 않고, 예를 들어 기화기식, 촉매식, 비등식 등이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명을 산화처리장치에 적용한 경우가 나타나 있지만, 본 발명은 산화처리장치 이외에, 예를 들어 확산처리장치, CVD처리장치, 어닐처리장치, 이들 복합형장치 등에도 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시형태의 CVD 처리장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 도 5의 실시형태와 동일부분은 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
본 실시형태의 CVD처리장치에 있어서의 처리로(151)에 있어서는, 내관(152A) 및 외관(152B)으로 이루어지는 반응관(152)의 하부에, 금속제의 매니폴드(153)가 설치된다. 그 매니폴드(153)에, 가스도입관부(154) 및 배기관부(155)가 설치된다. 처리가스는 내관(152A)의 내부 아래쪽에서 공급되어 상승하여, 상단에서 되돌려, 내관(152A)과 외관(152B)의 사이의 빈틈을 하강한 후, 배기관부(155)로부터 감압배기계(114)로 배기된다.
이러한 처리로(151)에 있어서는, 고온의 노내가스에 노출되는 금속제부재의 접가스면으로서, 덮개(103)와 매니폴드(153)의 내면(접가스면), 내관(152A)의 받음 부재(156)나 보온통(157)을 받는 베이스(158) 표면, 및, 가스도입관부(154)이나 배기관부(155)의 접가스면이 크롬산화물피막으로 코팅되어 있다. 또한, 감압배기계 (114)를 구성하는 스텐레스제의 배기관(115)의 내면이나 콤비네이션 밸브(121)의 금속부품의 접가스면이 불소수지피막으로 코팅되고 있다. 이에 따라, 노내가스에 노출되는 금속부재[덮개(103) 및 매니폴드(153)등]의 부식방지를 도모할 수 있는 동시에, 그들 금속제부재에 의한 금속오염을 방지할 수가 있다. 또한, 배기관부 (155)에 크롬산화물피막을 코팅하는 동시에, 감압배기계(114)의 금속의 접가스면에 불소수지피막을 코팅하였기 때문에, 부식방지를 도모할 수 있는 동시에, 가스의 냉각에 의한 부생성물의 부착을 억제할 수 있고, 유지보수의 부하를 경감할 수 있다.
다음에, 도 7은 본 발명의 제 6 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 7에 있어서, 종형이고 배치식의 처리로(201)는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여, 처리가스로서 수증기가 공급되어, 예를 들면 850℃ 정도의 고온하에서 반도체 웨이퍼(W)를 열처리하도록 되어 있다. 처리로(201)는 상단이 폐쇄되고 하단이 개방된, 세로로 긴 통형상의 내열성을 가진 예를 들면 석영제의 반응관(처리용기)(202)를 구비하고 있다.
반응관(202)은 노구로서의 하단개구부가 덮개(203)로 기밀에 폐쇄됨으로써, 기밀성이 높은 처리로(201)를 구성하도록 되어 있다. 상기 덮개(203)상에는, 다수매 예를 들어 150장 정도의 반도체 웨이퍼(W)를 수평상태로 상하방향에 간격을 두고 다단으로 지지하는 기판지지구인 예를 들면 석영제의 웨이퍼 보트(204)가 보온통(206)을 통해 얹어 놓여져 있다.
덮개(203)는 도시하지 않은 승강기구에 의해, 처리로(201)내에의 웨이퍼 포트(204)의 로드(반입) 및 언로드(반출) 및 노구의 개폐를 행하도록 구성되어 있다. 또한, 상기 반응관(202)의 주위에는 노내를 소정의 온도 예를 들면 300∼1000℃로 가열제어할 수 있는 저항발열체로 이루어지는 히터(208)가 설치된다. 히터(208)는 급속온도상승 및 하강이 가능한 것이 바람직하다. 히터(208)의 주위는 냉각쟈켓 (209)으로 덮여져 있다.
반응관(202)의 하측부에는, 가스도입관부(210)이 적정 개수 설치된다. 가스도입관부의 하나로는 처리가스공급수단(수증기공급수단)으로서, 수소가스 H2와 산소가스 O2와의 연소반응에 의해 수증기를 발생시켜 공급하는 연소장치(외부연소장치) (211)가 접속되어 있다. 또, 다른 가스도입관부에는, 그 밖의 처리가스 예를 들어 일산화질소가스 NO, 일산화이질소가스 N2O, 염화수소HCl 혹은 불활성가스 예를 들면 N2 등을 공급하는 가스공급원이 접속되어 있다(도시생략).
또한, 상기 반응관(202)의 아래쪽의 측벽에는, 반응관(202)내를 배기하기 위 한 배기관부(배기구)(213)가 설치된다. 이 배기관부(213)에는, 상압배기계(배기계)(218)를 구성하는 배기관(219)의 일끝단이 접속되어 있다. 이 배기관(219)의 다른 끝단은 공장배기계의 배기 덕트에 출구가 개방된 이젝터(240)의 흡인구(242)에 접속되고 있다. 배기관(219)은 내식성배관, 예를 들어 스텐레스관의 내면을 불소수지피막으로 코팅한 구성의 배관으로 이루어지고 있다.
배기관(219)에는, 그 배기압력을 검출하는 절대압형의 압력센서(222)와, 개폐조절가능 및 압력조절가능한 콤비네이션 밸브(220)가 차례로 설치된다. 콤비네이션 밸브(220)는 절대압형 압력센서(222)의 검출압력에 기초하여 제어부(236)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 이 콤비네이션 밸브(220)는 예를 들어 전기신호를 공기압으로 변환하여, 밸브 본체(도시하지 않음)의 위치제어를 하도록 되어 있다. 또한, 콤비네이션 밸브(220)는 밸브 본체의 착석부에 O 링(도시하지 않음)을 가지며, 셧 오프할 수 있도록 되어 있다. 또한, 절대압형 압력센서(222)로서는, 예를 들어 0∼1330 hPa [0∼1000Torr]의 렌지로 검지할 수 있는 일반적인 것이 사용된다. 또, 절대압형 압력센서(222)로서는, 예를 들어 800∼1100hPa의 렌지로 검지할 수 있는 것이어도 좋다.
상기 절대압형 압력센서(222) 및 콤비네이션 밸브(220)는 과혹한 부식환경에 견딜 수 있도록, 접가스면이 비금속의 내식성재료 예를 들어 내식성수지 바람직하게는 불소수지에 의해서 형성되어 있다. 이 경우, 절대압형 압력센서(222)는 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체와, 이 본체내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재를 가지고 있는 것이 바람직하다.
공장배기계는 그 배기압력과 대기압의 차압(압력)이 -1000Pa[-7.5 Torr]정도의 미감압이 되도록 가동되고 있다. 이 때문에, 배기압력은 절대압으로서는 변동이 있다. 또한, 복수대의 열처리장치가 다연으로 접속된 경우, 개개의 장치에서의 흡인력이 약해지고, 압력변동이 생기기 쉬워진다. 즉, 다연으로 접속되어 있는 것에 의한 압력변동뿐만 아니라, 공장배기설비자체가 대기압과 어느 일정한 차압을 얻을 수 있도록 운전되고 있기 때문에, 절대압으로 보면 변동이 있다. 그 때문에, 상압배기계(218)의 배기관(219)의 선단에, 보조배기구동수단으로서의 이젝터(240)가 설치된다. 이 이젝터(240)는 배기관(219)의 하류단을 접속한 흡인구(242) 외에, 구동가스로서 공기 또는 불활성가스(여기서는 질소가스)를 유입시키는 입구 (243) 및 해당 가스의 출구(244)를 가진 것이다. 이젝터(240)는 개폐밸브(245)를 통해 입구(243)로부터 구동가스를 유입시킴으로써, 흡인구(242)로부터 처리로(201)의 배기를 흡인하여, 흡인한 가스를 출구(244)로부터 구동가스와 같이 공장배기덕트로 배기할 수가 있다.
이 경우의 이젝터(240)는 복수 예를 들어 3개의 이젝터부재(240a,240b,240c)를 직렬로 접속한 다단식으로 구성되고 있다. 각 이젝터부재(240a,240b,240c)의 각 흡인구(242a,242b,242c)에, 배기관(219)의 하류측이 분기접속되어 있다.
1단째의 이젝터부재(240a)에는, 구동가스(작동기체)로서 예를 들면 질소가스 N2 또는 공기가 도입된다. 이에 따라, 1단째의 이젝터부재(240a)에 배기관(219)으로부터의 배기가 흡인되도록 되어 있다.
2단째의 이젝터부재(240b)에는, 상기 1단째의 이젝터부재(240a)에서 배출되는 가스가 도입된다. 이에 따라, 배기관(219)로부터의 배기가 더욱 흡인된다. 마찬가지로, 3단째의 이젝터부재(240c)에는, 상기 2단째의 이젝터부재(240b)에서 배출되는 가스가 도입된다. 이에 따라, 배기관(219)으로부터의 배기가 더욱 흡인된다. 따라서, 각 이젝터부재(240a,240b,240c)에서 배출되는 가스는 차례로 증대하여 간다. 최종단(도시한 예에서는 3단째)의 이젝터부재(240c)부터의 배기는 공장배기계로 배출된다.
또, 2단째, 3단째의 이젝터부재(240b,240c)의 흡인구(242b,242c)에는 역류방지를 위한 역지 밸브(246)가 설치된다.
다음에, 상기 산화처리장치의 작용(열처리방법)에 대하여 설명한다. 우선, 처리로(201)내는, 대기에 개방되어 있는 동시에, 히터(208)에 의해 미리 소정의 온도 예를 들면 300℃로 가열제어되고 있다. 다수매의 반도체 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 포트(204)가 그러한 처리로(201)내에 로드되어, 처리로(201)의 노구가 덮개 (203)로 밀폐된다. 그 후, 처리로(201)내가 소정의 배기압력으로 배기되어 사이클 퍼지가 이루어진다. 반응관(202)내를 배기하는 경우에는, 개폐 밸브(245)를 열어 이젝터(240)에 구동가스를 흘려, 콤비네이션 밸브(220)를 연다. 그렇게 되면, 공장배기계의 흡인력에 더하여, 이젝터(240)에 의한 흡인력이 더해진다. 이에 따라, 안정된 배기가 이루어진다. 이 배기능력을 사용하여 반응관(202)의 배기를 하면서, 처리로(201)의 사이클 퍼지가 이루어진다.
사이클 퍼지는 처리로(201)내를 배기하면서 불활성가스 예를 들면 N2의 공급과 정지를 교대로 반복함으로써 이루어진다. 이 배기상태로, 소정유량으로 제어된 불활성가스 예를 들면 N2가 불활성가스공급밸브(도시하지 않음)의 개폐의 반복에 의해 간헐적으로 공급된다. 이에 따라, 처리로(201)내가 불활성가스로 충분히 치환될 수 있다.
다음에, 그 상태로 히터(208)의 제어를 통해, 처리로(201)내가 소정의 처리온도 예를 들면 850℃까지 온도상승한다. 또한, 압력센서(222)의 검출출력에 기초하여 콤비네이션 밸브(220)를 제어부(236)가 제어함으로써, 처리로(201)내가 상압(약 1Torr 감압) 혹은 미감압(약 100∼200Torr 감압)으로 제어된다. 이 상태로 회복(반도체 웨이퍼의 온도를 안정시키는 공정)을 하고 나서, 원하는 열처리 예를 들어 HCl산화가 이루어진다. 이 열처리는 산소가스 O2와 수소가스 H2를 연소장치 (211)에 공급하여 연소시켜, 연소장치(211)로 발생하는 수증기를 염화수소가스 HCl 및 불활성가스 예를 들면 N2와 함께 처리로(201)내에 공급함으로써, 미감압상태로 행하여진다.
열처리공정을 종료하였으면, 콤비네이션 밸브(220)를 열어 처리로(201)내의 가스를 배기하고 나서, 히터(208)의 제어를 통해, 처리로(201)내의 온도가 소정의 온도 예를 들면 300℃ 정도로 온도하강된다. 이와 병행하여, 처리로(201)내가 상압으로 복귀되어, 처리로(201)내에서 웨이퍼 포트(204)가 언로드되고, 쿨링(반도체 웨이퍼를 반송가능한 온도로 냉각하는 것)이 이루어진다.
이와 같이, 본 실시형태의 산화처리장치에 의하면, 보조적인 배기구동수단으로서의 이젝터(240)를 구비하고 있기 때문에, 공장배기계만으로는 능력적으로 곤란하던 배기압력을 충분히 또한 안정적으로 처리로(201)의 배기를 할 수 있다.
특히, 이젝터(240)가 다단식이면, 적은 구동가스소비량으로 대기압 변동이상의 배기능력을 얻을 수 있다. 이 때문에, 기압의 변동이 있었다고 해도, 배기압력을 대기압 부근의 설정압력에 언제라도 안정적으로 제어할 수가 있다. 예를 들어, 구동가스로서 공기 또는 질소가스를 매분 40리터 공급함으로써, -133hPa[-100Torr]의 감압배기가 가능하다. 따라서, 처리로(201)내의 압력을, 콤비네이션 밸브(220)를 전개한 경우의 600(대기압-100) Torr∼콤비네이션 밸브(220)를 전부 닫은 경우의 800(대기압+처리가스의 도입압)Torr정도까지의 범위로 제어할 수가 있다.
또한, 상압배기계(218)의 압력센서로서, 절대압형의 압력센서(222)를 사용하고 있기 때문에, 기상조건에 의한 대기압의 변동에 좌우되는 일없이, 예를 들어 대기압부근에서의 안정된 절대압제어가 가능하다. 이에 따라, 언제라도 균일한 얇은 막두께의 산화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또, 압력센서(222)로서 절대압형을 사용하고 있지만, 차압형이더라도 좋다. 차압형 압력센서를 사용하는 경우에는, 대기압을 절대압형 압력센서(대기압센서)에 의해 검출하여 그 검출신호를 제어부(236)에 취입하여, 설정차압을 보정하도록 구성할 필요가 있다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시형태의 산화처리장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 도 7의 실시형태와 동일부분은 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
본 실시형태의 산화처리장치 내지 그 압력제어방법에 있어서는, 배기관(219)의 중간에 개재되어 있던 콤비네이션 밸브(220)(도 7참조)가 생략되어 있고, 이젝터(240)의 입구(243)의 개폐밸브에 대신하여 전공 레귤레이터(241)가 설치된다. 그리고, 그 전공 레귤레이터(유량제어기)(241)가 압력센서(222)의 검출신호에 기초하여, 제어기(236)에 의해 제어되도록 구성되어 있다.
전공 레귤레이터(241)는 전기신호에 따라 압박 조절함으로써, 이젝터(240)로 입력하는 구동가스유량을 제어할 수가 있는 것이다. 전공 레귤레이터(241)에 의해 소정유량으로 제어된 구동가스가 이젝터(240)에 도입되는 것에 의해, 이젝터(240)의 흡인·배기능력을 조절할 수 있다. 그리고, 전공 레귤레이터(241)는 절대압형의 압력센서(222)의 검출압력에 기초하여 제어되기 때문에, 배기관(219)내의 배기압력을 소정의 압력(설정압력)이 되도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 전공 레귤레이터(241)로 이젝터(240)에의 구동가스유량을 조절함으로써 처리로(201)의 배기압력을 제어하는 경우, 공장배기계만의 경우보다도 광범위하고 안정된 압력제어가 가능해지는 동시에, 가격이 높은 콤비네이션밸브를 생략할 수 있다. 이에 따라, 저비용의 에너지절약형의 시스템을 제공할 수 있다. 또, 배기관(219)에는 개폐밸브를 설정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태를 도면에 의해 상술하여 왔지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 여러가지 설계변경 등이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 처리로로서 종 형로가 예시되어 있지만, 횡형로이더라도 좋다. 또한, 배치식 처리로가 예시되어 있지만, 낱장식 처리로이더라도 좋다.
피처리체로서는, 반도체 웨이퍼 이외에, 예를 들어 LCD 기판이나 유리 기판 등이더라도 좋다.
상기 수증기공급수단으로서는, 연소식에 한정되지 않고, 예를 들어 기화기식, 촉매식, 비등식 등이더라도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명을 산화처리장치에 적용한 경우가 나타나 있지만, 본 발명은 산화처리장치 이외에, 예를 들어 확산처리장치, CVD처리장치, 어닐처리장치, 이들 복합형장치 등에도 적용할 수 있다.
또한, 외부연소장치를 사용하지 않고서, 처리로내에 수소와 산소를 도입하여 반응시키도록 하여도 좋다.
또한, 감압배기계와 상압배기계를, 전환 밸브로 택일적으로 선택할 수 있도록 조합하여 설치하여도 좋다.

Claims (21)

  1. 처리로와,
    상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 가스공급수단과,
    상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단과,
    상기 처리로내를 대기압근방의 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 상압배기계와,
    상기 상압배기계에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 밸브와,
    상기 상압배기계의 배기압력을 검출하는 압력센서와,
    상기 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되어 있고,
    상기 상압배기계에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있고,
    상기 밸브에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 압력센서는 차압형인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 압력센서는 절대압형인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 압력센서는,
    불소수지제 또는 세라믹스제의 본체와,
    본체내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  5. 처리로와,
    상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 가스공급수단과,
    상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단과,
    상기 처리로내를 대기압근방의 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 상압배기계와,
    상기 상압배기계에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 제 1 밸브와,
    상기 상압배기계의 배기압력을 검출하는 제 1 압력센서와,
    상기 처리로내를 대기압보다 낮은 소정의 배기압력으로 배기하기 위한 감압배기계와,
    상기 감압배기계에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 제 2 밸브와,
    상기 감압배기계의 배기압력을 검출하는 제 2 압력센서와,
    상기 제 1 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 제 1 밸브를 제어하는 동시에, 상기 제 2 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 제 2 밸브를 제어하는 제어부를 구비하며,
    상기 제 1 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되어 있고,
    상기 제 2 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 비금속의 내식성재료에 의해 형성되고 있고,
    상기 상압배기계에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있고,
    상기 제 1 밸브에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있고,
    상기 감압배기계에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있고,
    상기 제 2 밸브에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 제 1 압력센서는 차압형인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 제 1 압력센서는 절대압형인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 제 2 압력센서는 차압형인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 제 2 압력센서는 절대압형인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  10. 제 5 항에 있어서, 제 1 압력센서 및 제 2 압력센서는 각각 불소수지제 또는 세라믹스제의 본체와,
    본체내에 기밀로 설치된 세라믹스제의 수압부재를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  11. 처리로와,
    상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 처리가스 도입관부와,
    상기 처리로내에서 상기 처리가스를 배기하는 배기관부 및 배기계와,
    상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단을 구비하고,
    상기 처리로는 노내 환경에 노출되는 접가스면이 크롬산화물피막에 의해서 부식 및 피처리체오염을 억제하도록 코팅된 처리로 금속제부재를 가진 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 배기계는 접가스면이 부식 및 부생성물부착을 억제하도록 불소수지피막에 의해서 코팅된 배기계 금속제 부재를 가진 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 배기계 금속제부재는 배관 및/또는 밸브를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 배기관부는 부식 및 부생성물의 부착을 억제하도록 코팅된 내면을 가진 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  15. 처리로와,
    상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 처리가스 도입관부와,
    상기 처리로내에서 상기 처리가스를 배기하는 배기계와,
    상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단을 구비하고,
    상기 배기계는 보조배기수단으로서, 이젝터가 설치되어 있고,
    상기 이젝터는,
    처리로에 연이어 통하는 배기관이 접속되는 흡인구와,
    구동가스가 도입되는 가스입구와,
    상기 구동가스가 배출되는 가스출구를 가지며,
    상기 가스입구에서 상기 가스출구를 향하여 구동가스가 흐름에 따라, 상기 흡인구 및 상기 배기관을 통해 상기 처리로내의 가스가 흡인되도록 되어 있고,
    상기 배기관의 도중에 설치된 개폐조절가능 및 압력조절가능한 밸브와,
    상기 배기관내의 배기압력을 검출하는 압력센서와,
    상기 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 밸브를 제어하는 제어부를 더욱 구비하고,
    상기 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있고,
    상기 배기관에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있고,
    상기 밸브에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
  16. 처리로와,
    상기 처리로내에 처리가스를 공급하는 처리가스 도입관부와,
    상기 처리로내에서 상기 처리가스를 배기하는 배기계와,
    상기 처리로내를 소정의 처리온도로 하는 가열수단을 구비하고,
    상기 배기계는 보조배기수단으로서, 이젝터가 설치되어 있고,
    상기 이젝터는,
    처리로에 연이어 통하는 배기관이 접속되는 흡인구와,
    구동가스가 도입되는 가스입구와,
    상기 구동가스가 배출되는 가스출구를 가지며,
    상기 가스입구에서 상기 가스출구를 향하여 구동가스가 흐름에 따라, 상기 흡인구 및 상기 배기관을 통해 상기 처리로내의 가스가 흡인되도록 되어 있고,
    상기 이젝터의 가스입구에 도입하는 구동가스의 유량을 제어하는 유량제어기와,
    상기 배기관내의 배기압력을 검출하는 압력센서와,
    상기 압력센서의 검출압력에 기초하여 상기 유량제어기를 제어하는 제어부를 더욱 구비하고,
    상기 압력센서에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있고,
    상기 배기관에 있어서, 배기와 접촉하는 접가스면이 내식성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
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