KR100443415B1 - 열처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 웨이퍼 열처리장치의 처리용기(4)내의 피처리체 홀더(14)에 유지시킨 웨이퍼(W)에 대해 소정의 열처리를 실시하기 위해, 상기 피처리체 홀더(14)의 아래쪽과 위쪽에 피처리체를 가열하기 위한 하부 및 상부 가열수단(16, 26)이 배치된다. 이들 가열수단(16, 29)은 하측 및 상측 가열수단 용기(6, 8)내에 각각 장착되어 있다. 상측 가열수단 용기(8)와 피처리체 홀더(14)의 사이에는, 처리가스를 샤워형상으로 공급하는 가스공급헤드(28)가 설치된다. 웨이퍼(W)를 상하양면으로부터 가열함으로써, 웨이퍼의 면내 온도의 균일성이 향상된다.

Description

열처리장치

일반적으로, 반도체 집적회로의 제조에 있어서는 반도체 웨이퍼 표면에 성막이나 산화ㆍ확산을 실시하는 열처리공정이나 패턴 에칭(pattern etching)하는 공정을 반복해서 행한다. 종래, 예컨대 8인치 사이즈의 웨이퍼를 열처리하는 경우에는, 한번에 다수매의 웨이퍼를 열처리할 수 있기 때문에, 주로 종형의 배치(batch)식의 열처리장치가 사용되고 있었다. 이런 종류의 열처리공정에서 중요한 점은, 제품회로의 특성의 균일성 및 수율향상의 관점에서, 열처리시에 있어서 웨이퍼면내의 온도를 균일성 좋게 제어하는 점이다.

그런데, 회로의 고집적화 및 고미세화에 따라 웨이퍼 사이즈도 대구경화되어, 예컨대 12인치 사이즈의 웨이퍼의 사용이 검토되고 있다.

이와 같이, 웨이퍼 사이즈가 8인치에서 12인치(약 30㎝)로 확대되면, 웨이퍼 자중(自重)이 8인치 사이즈의 웨이퍼와 비교해서 2.5~3배 정도로 증가하고, 게다가 웨이퍼면내의 균열성을 고려하면, 종래의 배치식의 종형 열처리장치로는 대응하기 어려웠다. 즉, 웨이퍼 자중이 상술한 바와 같이 수배로 된 결과, 다수의 웨이퍼를지지하는 웨이퍼 보트가 강도상 견딜 수 없게 되거나, 또는 대구경화에 의해 웨이퍼 면적이 커지기 때문에 소정의 피치로 배열된 웨이퍼의 옆쪽으로부터 가열하는 방식에서는 웨이퍼면내의 균일한 가열을 충분히 행하기 어려웠다.

그래서, 상기 문제점을 해결하기 위해 웨이퍼를 1매씩 처리하는 매엽식 열처리장치도 종종 제안되고 있는 바, 이 장치에서는 웨이퍼 홀더의 아래쪽에 배치한 할로겐 램프나 저항히터에 의해 홀더상에 지지 또는 탑재한 웨이퍼를 가열하도록 되어 있다. 그렇지만, 종래의 매엽식 열처리장치를 이용한 경우에 있어서도, 대구경화의 웨이퍼를 면내 온도의 균일성 좋게 가열하는 것은 현상황의 히터의 단위면적당 발열량을 감안하면 상당히 어려워, 종래장치에서 충분하다고는 말할 수 없었다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 등에 대해 성막처리, 산화처리, 열확산처리 등의 열처리를 실시하는 매엽식 열처리장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 매엽식 열처리장치를 포함하는 처리시스템의 전체도이고,

도 2는 도 1에 나타낸 처리시스템중의 매엽식 열처리장치의 제1실시예를 나타낸 종단면도,

도 3은 도 2의 열처리장치에 설치된 가열수단을 나타낸 평면도,

도 4는 균열링부재를 나타낸 사시도,

도 5는 가스공급계와 가스배기계를 나타낸 모식도,

도 6a 및 도 6b는 각각 종래 및 본 발명에서의 처리용기내와 가열수단 용기내의 압력변화를 나타낸 그래프,

도 7a 및 도 7b는 종래의 한쪽 가열과 본 발명의 양면 가열의 경우의 피처리체의 면내 온도 프로파일을 나타낸 그래프,

도 8a 및 도 8b는 균열링부재의 다른 변형례를 나타낸 도면,

도 9는 열처리장치의 내부구조물을 일체화한 변형례를 나타낸 종단면도,

도 10은 도 9에 나타낸 일체 내부구조물의 횡단면도,

도 11은 도 9에 나타낸 일체 내부구조물의 사시ㆍ모식도,

도 12는 가스공급계와 가스배기계의 변형례를 나타낸 도면,

도 13은 본 발명의 매엽식 열처리장치의 제2실시예의 종단면도,

도 14는 도 13에 나타낸 열처리장치에 이용되고 있는 피처리체 홀더의 사시도,

도 15는 도 13에 나타낸 열처리장치에 이용하는 저항가열수단을 나타낸 도면,

도 16은 본 발명의 매엽식 열처리장치의 제3실시예의 종단면도,

도 17은 도 16의 열처리장치에 이용하는 피처리체 홀더를 나타낸 사시도,

도 18은 피처리체 홀더의 변형례를 나타낸 종단면도,

도 19는 도 18의 피처리체 홀더의 일부의 절제사시도,

도 20은 피처리체 홀더의 변형례를 나타낸 도면,

도 21은 피처리체를 홀더에 대해 반입, 반출하는 경우의 작용의 설명도,

도 22는 보조 지지대를 이용한 열처리장치의 실시예의 종단면도,

도 23은 보조 지지대를 나타낸 사시도,

도 24는 보조 지지대의 변형례를 나타낸 도면,

도 25는 도 24의 보조 지지대의 일부의 절제사시도,

도 26은 보조 지지대의 다른 변형례를 나타낸 종단면도,

도 27은 처리용기와 로드록실과의 사이에 예비가열실을 설치한 예를 나타낸 개략구성도이다.

본 발명은 이상과 같은 문제를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 주목적은, 웨이퍼와 같은 피처리체의 면내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있는 매엽식 열처리장치를 제공함에 있다.

본 발명에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위해, 처리용기와, 피처리체를 지지하기 위해 상기 처리용기내에 설치된 피처리체 홀더를 갖춘 매엽식 열처리장치에 있어서, 피처리체를 가열하기 위해 상기 처리용기내에서 상기 피처리체 홀더의 아래쪽에 설치된 하부 가열수단과, 피처리체를 가열하기 위해 상기 처리용기내에서 상기 피처리체 홀더의 위쪽에 설치된 상부 가열수단과, 상기 피처리체 홀더와 상기 상부 가열수단과의 사이에 처리가스를 공급하기 위한 처리가스 공급부를 갖춘 열처리장치가 제공된다.

이와 같이, 홀더의 상하에 가열수단을 배치하고, 또한 피처리체 홀더와 상부 가열수단과의 사이에 처리가스 공급부를 설치함으로써, 피처리체를 양면으로부터 가열할 수 있어 피처리체로의 균일하면서 높은 에너지에서의 가열을 제어성 좋게 달성할 수 있고, 피처리체로의 처리가스의 직접 공급이 가능하게 되어 처리용기 등으로의 불필요한 성막을 방지하여 피처리체의 처리의 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다.

상부 및 하부의 가열수단 각각을, 처리용기에 대해 기밀상태에서 구획된 가열수단 용기내에 수용하여, 소정의 가스공급계와 가스배기계를 설치하도록 할 수 있다. 이와 같이 한 경우에는, 처리용기내와 가열수단 용기내의 압력차를 항상 적게 할 수 있어, 그 만큼 가열수단 용기의 처리용기에 대한 구획벽을 압력차에 견딜 수 있는 정도까지 얇게 하고, 가열수단의 열효율을 높여 면내 온도의 균일성의 향상 및 열제어성의 향상을 도모할 수 있게 된다.

이하에, 본 발명에 따른 열처리장치의 실시예를 첨부도면에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열처리장치를 이용한 처리시스템의 개략을 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 이 열처리시스템(3)은 실질적으로 피처리체, 즉 반도체 웨이퍼에 대해 열처리를 실시하는 본 발명의 열처리장치(2) 외에, 이 열처리장치(2)의 전단에 게이트 밸브(G1)를 매개로 하여 설치되어 진공흡인이 가능하게 된 로드록실(42)과, 더욱이 이 로드록실(42)의 전단에 게이트 밸브(G2)를 매개로 하여 설치된 카세트실(5)에 의해 주로 구성되어 있다.

상기 카세트실(5)내에는, 승강가능하게 된 카세트대(7)가 설치되어 있고, 이 위에 복수매, 예컨대 5~25매의 웨이퍼를 수용할 수 있는 카세트(9)가 탑재된다. 상기 로드록실(42)에는, 도시하지 않은 진공펌프를 삽입한 진공배기계(11)가 접속되어 내부를 진공흡인 가능하게 하고 있다. 이 로드록실(42)의 내부에는, 굴신(屈伸) 및 회전을 가능하게 한 반송암(44)을 갖춘 로봇이 설치되어 있어, 웨이퍼(W)를 열처리장치(2) 및 카세트실(5)과의 사이에서 주고받음을 가능하게 하고 있다. 또한, 로드록실(42)에는 N₂가스 등의 퍼지용 불활성 가스의 공급계(도시하지 않음)도 설치된다.

열처리장치(2)는, 알루미늄 등에 의해 원통체형상으로 형성된 처리용기(4)를 갖추고 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이 처리용기(4)의 저부와 천정부는 각각 개구되어 있다. 저부의 개구내에는 예컨대 석영제의 하측 가열수단 용기(6)가, 천정부의 개구내에는 마찬가지로 석영제의 상측 가열수단 용기(8)가 각각 처리용기(4)내에 대해 기밀하게 구획되어 밀폐상태로 설치되어 있다.

상기 하측 가열용기(6)는, 처리용기(4)내를 향해 凸형상으로 삽입되어 상단이 평면형상으로 된 박판 주발부(薄板椀部; 6A)와, 이 하단 개구부를 덮어 설치되어 외측이 대기에 쬐이는 후판(厚板) 덮개부(6B)로 구성되고, O링 등의 밀봉부재(10)를 매개로 하여 처리용기(4)의 저부에 기밀하게 설치된다.

상기 박판 주발부(6A)의 두께는 예컨대 4㎜ 정도로 얇게 설정되어, 이 부분에서의 열손실을 제어함과 더불어 열응답성을 양호하게 하고 있다. 이와 같이 박판 주발부(6A)의 두께가 얇기 때문에, 후술하는 바와 같이 처리용기(4)내의 압력변동에 추종하여 이 하측 가열수단 용기(6)내의 압력도 변동시켜 양 용기내의 차압이 박판 주발부(6A)의 내압강도 이하로 되도록 설정하고 있다. 또, 후판 덮개부(6B)의두께는 대략 대기압에 견딜 수 있는 두께, 예컨대 15~20㎜ 정도로 설정된다.

이 하측 가열수단 용기(6)의 중앙부에는, 자성유체 밀봉부재(12)를 매개로 하여 상하방향으로 기밀하게 관통된 예컨대 석영제의 피처리체 홀더(14)의 지지축(15)이 웨이퍼의 균열가열을 위해 회전가능하게 설치되어 있고, 홀더(14)의 상단에는 동일 원주상에 등간격으로 배치된 3개의 손톱모양의 부품(14A; 이하, 손톱부라 약칭하기로 함)이 형성되어, 이 손톱부(14A)상에 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)의 이면(裏面) 주연(周緣部)가 지지되도록 되어 있다.

여기에서, 박판 주발부(6A)는 상술한 바와 같이 처리용기(4)내에 凸형상으로 삽입되어, 가능한 한 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 접근하도록 형성되어 있고, 이 박판 주발부(6A)의 상단 평면부의 내측에 하측의 가열수단으로서, 예컨대 저항히터(16)가 대략 전면에 걸쳐 설치되어 웨이퍼(W)를 하면측으로부터 가열하도록 되어 있다. 그리고, 홀더(14) 지지축(15)의 하부에는, 예컨대 모터와 같은 회전구동기구(22)가 설치되어 있고, 이에 따라 웨이퍼(W)를 회전하면서 가열하도록 되어 있다.

후판 덮개부(6B)에는, 하측 가열수단 용기(6)내에 N₂가스 등의 퍼지가스를 도입하는 퍼지가스 도입구(18) 및 내부의 분위기가스를 배기하는 퍼지가스 배기구(20)가 각각 설치되어 있다.

한편, 상기 상측 가열수단 용기(8)는, 상기 하측 용기(6)와 마찬가지로 처리용기(4)내를 향해 凸형상으로 삽입되고, 하단이 평면형상으로 된 박판 주발부(8A)와, 이 상단 개구부를 덮어 설치되어 외측이 대기에 쬐이는 후판 덮개부(8B)로 구성되고, O링 등의 밀봉부재(24)를 매개로 하여 처리용기(4)의 천정부에 기밀하게 설치된다.

상기 박판 주발부(8A)의 두께는 예컨대 4㎜ 정도로 얇게 설정되어, 이 부분에서의 열손실을 제어함과 더불어 열응답성을 양호하게 하고 있다.

이와 같이, 박판 주발부(8A)의 두께도 얇기 때문에, 처리용기(4)내의 압력변동에 추종하여 이 상측 가열수단 용기(8)내의 압력도 변동시켜 양 용기내의 차압이 박판 주발부(8A)의 내압강도 이하로 되도록 설정하고 있다. 또, 후판 덮개부(8B)의 두께는 대략 대기압에 견딜 수 있는 두께, 예컨대 15~20㎜ 정도로 설정된다.

이 박판 주발부(8A)의 하단 평면부의 내측에는, 상측의 가열수단으로서 예컨대 저항히터(26)가 대략 전면에 걸쳐 설치되어 웨이퍼(W) 상면측으로부터 가열하도록 되어 있다. 여기에서, 웨이퍼(W)와 상하의 각 저항히터(26, 16)와의 사이의 거리는 대단히 작아, 예컨대 각각 10㎜ 정도로 설정되어 있어 효율 좋게 웨이퍼(W)를 상하로부터 가열하도록 되어 있다.

또, 상측 가열수단 용기(8)의 하면측에는, 예컨대 석영제의 용기형상의 샤워헤드(shower head) 구조로 된 가스공급 헤드(28)가 설치되어 있고, 이것에는 처리가스를 도입하는 처리가스 도입관(30)이 접속되어 있다. 그리고, 이 도입관(30)으로부터 도입된 처리가스는, 가스공급 헤드(28)의 하면 전체에 설치된 다수의 분출구멍(32)으로부터 웨이퍼(W)의 상면 전역을 향해 처리가스를 분출하도록 되어 있다.

후판 덮개부(8B)에는, 웨이퍼측 가열수단 용기(8)내에 N₂가스를 도입하는 퍼지가스 도입구(36) 및 내부의 분위기가스를 배기하는 퍼지가스 배기구(38)가 각각 설치된다.

한편, 처리용기(4)의 저부 주연부에는 용기내의 분위기를 배기하기 위해, 도시하지 않은 진공펌프에 접속된 가스배기구(34)가 설치되고, 또 천정부에는 N₂가스 등의 퍼지가스를 처리용기(4)내로 도입하기 위한 퍼지가스 도입구(40)가 설치되어 있다. 또한, 이 퍼지가스 도입구(40)로서 가스공급 헤드(28)를 겸용하도록 해도 좋다.

또, 처리용기(4)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입ㆍ반출시에 개폐되는 상기 게이트 밸브(G1)가 설치되어 있고, 이 게이트 밸브(G1)를 매개로 하여 상기 로드록실(42)이 설치되며, 그 내부의 상기 반송암(44)의 베이스가 승강가능한 슬라이드 기구(46)에 지지되어 있어 암(44) 전체가 승강가능하게 되어 있다.

한편, 상기 상측 및 하측의 저항히터(26, 16)는 도 3에 나타낸 바와 같이 동심원형상으로 복수, 예컨대 3개의 구역(zone; 26a(16a), 26b(16b), 26c(16c))으로 분할되어 있고, 전력공급부(48)로부터 각 구역에 대해 개별로 공급전력을 제어하여 전력을 분배하고 공급할 수 있도록 되어 있다. 또, 구역 분할수는 3개로 한정되지 않고, 2개 또는 4개 이상이라도 좋다.

그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이 처리용기(4)내의 피처리체 홀더(14)의 주변부에는, 이것에 지지된 웨이퍼(W)의 측부를 덮도록 예컨대 석영제의균열링부재(50; 도 4도 참조)가 설치되어 있고, 이것으로부터의 반사에 따른 복사열에 의해 웨이퍼(W)를 가열함과 동시에, 처리용기(4)의 측벽에 대해서는 단열기능을 발휘하도록 되어 있다. 이 균열링부재(50)의 한쪽에서의 게이트 밸브(G1)와 대향하는 원호형상의 부분은, 셔터부(50A)로서 본체측으로부터 절단되어 분리되어 있고, 이 셔터부(50A)에는 처리용기(4)의 저부를 관통하여 설치된 셔터봉(52)이 접속되어 있다. 그리고, 이 셔터봉(52)의 관통부에는 기밀성을 유지하면서 이 상하 움직임을 허용하는 금속성의 신축가능한 벨로우즈(bellows; 54)가 설치되어 있어 웨이퍼(W)의 반입ㆍ반출시에 승강기구(53)에 의해 이 셔터부(50A)를 상하로 움직이게 할 수 있도록 되어 있다. 이 셔터부(50A)는, 게이트 밸브(G1)의 개폐에 동기하여 상하로 움직인다.

한편, 상기 처리용기(4)내, 하측 및 상측 가열수단 용기(6, 8)내의 압력을 제어하는 가스공급계와 가스배기계는 도 5에 나타낸 바와 같이 구성된다. 즉, N₂가스 등의 퍼지가스를 공급하는 가스공급계(56)는, 각 용기(4, 6, 8)의 퍼지가스 도입구(40, 18, 36)에 공통으로 접속되는 공통가스 통로(58)를 갖추고 있고, 이것으로부터 분기한 각 분기관(60)을 매개로 하여 각 퍼지가스 도입구(40, 18, 36)에 접속된다. 그리고, 각 분기관(60)에는 그 상하유측(上下流側)간의 소정의 차압으로 개방동작하는 공급측 고정 니들 밸브가 삽입되어 있고, 예컨대 대기압 복귀를 위한 N₂가스 공급시에는 각 용기내의 차압을 과도하게 크게 하는 일없이 N₂가스를 공급할 수 있도록 되어 있다.

또, 각 용기내의 분위기가스를 배출하는 가스배기계(64)는, 처리용기(4)의 가스배기구멍(34) 및 하측 및 상측 가열수단 용기(6, 8)의 퍼지가스 배기구(20, 38)에 공통으로 접속되는 공통가스 통로(66)를 갖추고 있고, 이것으로부터 분기한 각 분기관(68)을 매개로 하여 가스배기구멍(34) 및 각 퍼지가스 배기구(20, 38)에 접속된다. 그리고, 각 분기관(68)에는 그 상하유측간의 소정 차압으로 개방동작하는 배기측 고정 니들 밸브(70)가 삽입되어 있고, 예컨대 처리용기내의 진공흡인시에는 다른 용기내와의 차압을 과도하게 크게 하는 일없이 분위기가스를 배기하도록 되어 있다.

그리고, 배기용의 공통가스통로(66)에는, 배기시에 일정량씩 가스를 배기하기 위한 유량제어기(mass-flow controller; 72) 및 진공펌프(74)가 삽입되어 있다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 본 실시예의 동작에 대해 설명한다.

우선, 로드록실(42)의 반송암(44)을 신장시킴으로써, 이것에 유지한 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 개방된 게이트 밸브(G1)를 매개로 하여 처리용기(4)내에 반입하고, 암(44)을 미소거리만큼 강하시켜 웨이퍼(W)를 처리용기(4)내의 피처리체 홀더(14)상에 주고 받는다. 그리고, 암(44)을 축퇴(縮退)시켜 게이트 밸브(G1)를 닫아 처리용기(4)내를 밀폐상태로 한다.

다음으로, 처리용기(4)내를 소정의 프로세스 압력까지 진공흡인함과 더불어, 그 속에 처리가스를 가스공급헤드(28)로부터 샤워형상으로 공급하여 프로세스 압력을 유지한다. 이와 동시에, 하측 및 상측 가열수단 용기(6, 8)내에 수용하고 있는 각 저항가열히터(16, 26)에 전력을 공급하거나, 또는 공급전력을 증대하여홀더(14)에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)를 상하의 양면으로부터 가열하여 이것을 프로세스 온도로 유지하고, 소정의 열처리를 행한다. 이 경우, 상하의 저항가열히터(26, 16)는 웨이퍼 면내를 균열가열하도록 각 구역마다 개별로 투입전력을 제어한다.

열처리로서, 예컨대 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 행하는 경우에는 처리가스로서, 예컨대 실란과 수소가스의 혼합가스를 이용하고, 캐리어가스로서 아르곤(Ar)가스를 흘려 프로세스압을 0.5Torr 정도, 프로세스온도를 1050℃ 정도로 설정한다.

여기에서, 웨이퍼(W)를 가열하기 위해 그 상하에 저항가열히터(26, 16)를 배치하고, 또 히터(26, 16)를 각각 석영제의 가열수단 용기(8, 6)로 밀폐하고 있으므로, 웨이퍼의 오염을 발생시키는 일없이 웨이퍼를 양면으로부터 가열할 수 있다. 따라서, 웨이퍼를 고속으로 면내 온도의 균일성 좋게 가열하는 것이 가능하게 된다. 특히, 이 실시예에서는 각 가열수단 용기(8, 6)의 박판 주발부(8A, 6A)를 처리용기(4)내로 凸형상으로 삽입시키고, 그 내면에 각 히터(26, 16)를 배치한 결과, 웨이퍼면과 각 히터면을 가능한 한 접근시켜 양자간의 거리를 대단히 작게 설정할 수 있으므로, 웨이퍼 사이즈가 커도 면내 온도의 균일성을 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또, 석영제의 각 박판 주발부(8A, 6A)의 두께는 4㎜ 정도로 대단히 얇게 설정되어 있으므로 이 부분에서의 열손실이 적고, 게다가 얇고 열용량이 작기 때문에 열응답성이 우수하여 웨이퍼(W)의 온도를 응답성 좋게 제어하는 것이 가능하게 된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 가스공급헤드(28)를 편평한 형태로 하여 상측 저항가열수단(26)의 바로 아래에서, 게다가 피처리체 홀더(14)의 바로 위에 배치함으로써, 상측 저항가열수단(26)을 웨이퍼(W)의 상면에 접근시켜 고에너지로 가열을 행할 수 있고, 게다가 웨이퍼(W)상으로 처리가스를 균일하게 직접 공급할 수 있어서 처리용기 등으로의 불필요한 성막을 방지할 수 있다.

또, 각 저항가열히터(26, 16)는 도 3에 나타낸 바와 같이 동심원형상으로 복수의 구역으로 분할되고, 구역마다 개별로 공급전력을 제어할 수 있으므로, 웨이퍼 온도를 세밀하게 제어할 수 있다.

더욱이, 웨이퍼(W)의 주변부에는 이를 덮도록 균열링부재(50)를 설치하고, 이것으로부터의 반사 복사열에 의해서도 웨이퍼(W)를 가열할 수 있으므로, 웨이퍼 온도의 면내 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 처리용기로의 열의 누출도 적어지므로, 그만큼 열효율도 향상시킬 수 있다. 또, 이와 같이 균열링부재(50)를 설치함으로써, 이것에 부분적으로 핫 월(hot wall) 기능을 갖게 할 수 있고, 따라서 종래에 있어서는 처리용기의 내벽면에 부착하고 있던 불필요한 성막을, 용기 내벽면에 부착시키는 일없이 착탈이 용이한 균열링부재(50)측에 부착시킬 수 있으므로, 세정(cleaning) 등의 유지보수를 용이하게 행할 수 있다.

더욱이, 여기에서는 발열량이 큰 저항히터(16, 26)를 이용하고 있으므로, 1000℃ 이상의 고온으로 웨이퍼를 가열할 수 있다. 또, 이 히터 대신에 할로겐 램프를 이용해도 좋다.

또, 처리용기(4)내의 압력변화에 의해, 이 처리용기와 상측 및 하측의 가열수단 용기(8, 6)내의 사이에서 과도한 압력차가 생기는 것을 생각할 수 있지만, 상측 및 하측의 가열수단 용기(8, 6)내의 압력도 처리용기(4)내의 압력에 추종하여 변동시키도록 되어 있으므로, 양 용기간의 구획벽이 파손되는 일은 없다. 이것을 도 5를 참조하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 가스공급계(56) 및 가스배기계(64)의 각 분기관(60, 68)에는 각각 고정 니들 밸브(62, 70)가 설치되어 있어 상하유측간의 차압에 의해 밸브 개도(開度)가 자동적으로 변화되도록 되어 있다.

우선, 진공흡인하는 경우를 설명하면, 일반적으로 용량이 다른 2개의 용기로부터 동일 유량으로 별개로 독립해서 진공흡인하면, 도 6a에 나타낸 바와 같이 대용량의 용기내의 압력은 곡선(L)과 같이 완만하게 저하되지만, 소용량의 용기의 압력은 곡선(S)과 같이 급격히 저하되어 양 용기간에는 큰 압력차가 생긴다. 그렇지만, 본 발명과 같이 분기관(68)에 배기측 고정 니들 밸브(70)를 삽입하고, 진공펌프(74)에 의해 유량제어기(72)의 제어하에서 일정한 유량씩, 예컨대 매분 수리터씩 배기하면, 각 고정 니들 밸브(70)의 작용에 의해 용량이 작은 상측 및 하측의 가열수단 용기(8, 6)내의 분위기는 소량씩 배기되는데 반해, 용량이 큰 처리용기(4)내의 분위기는 대량으로 배기되고, 그 결과 도 6b에 나타낸 바와 같이 가열수단 용기(6, 8)내의 압력은 처리용기(4)내의 압력에 추종하도록 변동하여 처리용기(4)와 가열수단 용기(6, 8)내의 압력차는 항상 적은 상태로 유지되어 진공흡인되는 것으로 된다.

이것은, 각 용기내를 대기압으로 복귀시키기 위해 N₂가스를 퍼지하는 경우도 마찬가지이고, 도 5에 나타낸 바와 같이 가스공급계(56)의 각 분기관(60)에 각각 고정 니들 밸브(62)를 삽입한 결과, N₂가스 공급시에 있어서도 각 용기간의 압력차가 항상 적은 상태로 유지되어 N₂가스가 공급되게 된다. 따라서, 처리용기(4)와 양 가열수단 용기(6, 8)간의 압력차는 항상 적게, 예컨대 10Torr 정도의 차압으로 되고 있다. 따라서, 양 용기를 구획하는 각 박판 주발부(6A, 8A)는 상술한 바와 같이 4㎜ 정도의 얇기로 끝낼 수 있어, 열손실의 제어나 열응답성의 향상에 기여할 수 있다. 또한, 대기압에 쬐인 양 후판 덮개부(6B, 8B)는, 대기압에 견딜 수 있는 두께로 형성되어 있다.

다음으로, 웨이퍼에 대해 한쪽 가열의 경우와, 본 발명과 같이 웨이퍼의 양면측에 가열수단을 배치한 양면 가열의 경우의 웨이퍼 온도 프로파일을 시뮬레이션에 의해 구했기 때문에, 그 결과에 대해 설명한다.

도 7a는 종래의 한쪽 가열의 경우의 웨이퍼 온도 프로파일을 나타내고, 도 7b는 본 발명과 같은 양면 가열의 경우의 웨이퍼 온도 프로파일을 나타낸다. 각 히터의 구역은 2분할이고, 설정온도는 1040℃이다.

도 7a에 나타낸 바와 같이 한쪽 가열의 경우는, 웨이퍼의 주변부로 갈수록 조금씩 온도가 저하되어 중심부와의 사이에서 10℃ 정도의 온도차가 생겨 면내 온도의 균일성이 그만큼 양호하지 않고, 게다가 이때의 외측 구역의 히터에는 정격이 7㎾ 이상인 전력을 투입해야만 했다. 이에 대해, 도 7b에 나타낸 양면 가열의 경우에는, 웨이퍼 중심과 주변부와의 사이에 온도차가 거의 없어 면내 온도의 균일성을 높게 유지할 수 있었다. 게다가, 전체로서의 사용전력은 한쪽 가열의 경우보다도 조금 많아졌지만, 각 구역마다의 히터로의 투입전력은 전부 정격치 이하였다.

상기 실시예에 있어서는, 도 4에 나타낸 바와 같이 게이트 밸브(G1)를 열로부터 보호하기 위해, 승강가능한 셔터부(50A)를 갖춘 균열링부재(50)를 설치했지만, 이를 대신해서 도 8a에 나타낸 바와 같이 균열링부재(50)의 한쪽면의 중앙에 웨이퍼(W)를 삽입할 수 있는 크기의 슬릿형상의 개구(50B)를 설치한 것을 이용하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 게이트 밸브를 열로부터 보호하기 위해, 회전가능하게 하여 웨이퍼(W)의 반입ㆍ반출후, 이 균열링부재(50)를 대략 180도 정도 둘레방향으로 회전시키도록 하면 좋다.

또, 상기 구성을 대신해서 도 8b에 나타낸 바와 같이 균열링부재(50)의 한쪽면의 하부에 웨이퍼(W)를 삽입할 수 있는 크기의 凹부 형상의 절결(50C)을 설치한 것을 이용해도 좋다. 이 경우에는, 게이트 밸브(G1)를 열로부터 보호하기 위해 균열링부재(50)를 회전가능, 또는 승강가능으로 하여 웨이퍼(W)의 반입ㆍ반출후, 이 균열링부재(50)를 대략 180도 정도 둘레방향으로 회전시키도록 해도 좋고, 또는 아래방향으로 이동시키도록 해도 좋다.

또, 여기에서는 샤워헤드 구조의 가스공급헤드(28)와 균열링부재(50)와 피처리체 홀더(14)를 별개로 독립해서 설치하고, 가스배기구멍(34)은 처리용기(4)의 저부 주변부에 설치된 구조로 했지만, 이를 대신해서 도 9 내지 도 11에 나타낸 바와 같이 가스배기구멍을 샤워헤드 구조와 동일한 구조의 가스배기헤드(76)로 하여 이들 전체를 일체적으로 형성하도록 해도 좋다. 즉, 샤워헤드 구조의 가스공급헤드(28´)를 도 8a에 나타낸 구조의 균열링부재(50´)와 연결하고, 이 균열링부재(50´)의 내벽면으로부터 중심을 향해 3개의 손톱부(14A)를 부착한 피처리체 홀더(14´)를 돌출시킨다. 그리고, 가스배기헤드(76)는, 도 2에 나타낸 가스공급헤드(28)와 동일한 구조의 샤워헤드 구조로서 그 상면에 가스를 흡입하는 다수의 흡입구멍(78)을 설치하고, 가스출구를 가스배기구멍(34)에 접속하면 좋다. 이들은, 예컨대 석영으로 일체적으로 형성하는 것이 가능하다.

이와 같이 형성함으로써, 가스공급헤드(28)로부터 아래쪽의 웨이퍼(W)측으로 공급된 처리가스는, 이 표면에 접한 후에 웨이퍼의 반경방향 바깥쪽으로 향해 횡으로 흘러 균열링부재(50´)의 내측에서 그 아래쪽의 가스배기헤드(76)내로 흡인되도록 흐른다. 따라서, 처리가스가 처리용기(4)내의 주연부에까지 퍼져 흐르는 일없이 효율적으로 웨이퍼면과 접하도록 흐르게 되어, 처리가스의 사용효율을 높이는 것이 가능하게 된다.

또, 이 일체구조물에 불필요한 성막이 부착한 경우에는, 이 일체구조물만을 세정하면 좋기 때문에, 유지보수작업을 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다.

상기 실시예에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이 가스공급계(56)와 가스배기계(64)에 고정 니들 밸브(62, 70)를 설치하여 각 용기간의 압력차를 제어하고 있지만, 이에 한정되지 않고 도 12에 나타낸 바와 같이 구성해도 좋다. 즉, 가스공급계(56) 및 가스배기계(64)의 각 분기관(60, 68)중 가열수단 용기(6, 8)에 연통되는 분기관(60, 68)에는 니들 밸브를 대신해서 밸브 개도를 자유자재로 제어할 수 있는 유량제어 밸브(80A, 80B, 82A, 82B)를 설치하고, 처리용기(4)에 연통되는 분기관(60)에는 이들 밸브를 설치하지 않도록 한다. 그리고, 처리용기(4)와 하측의 가열수단 용기(6)내의 압력차를 검출하는 제1차압 측정부(84)를 설치하고, 이것에 의해 검출된 차압치에 기초하여 제1밸브 개도 제어부(86)가 하측 가열수단 용기(6)의 공급측 또는 배기측의 유량제어 밸브(80B, 82B)를 제어한다.

또, 처리용기(4)와 상측의 가열수단 용기(8)내의 압력차를 검출하는 제2차압 측정부(88)를 설치하고, 이것에 의해 검출된 차압치에 기초하여 제2밸브 개도 제어부(90)가 상측 가열수단 용기(8)의 공급측 또는 배기측의 유량제어 밸브(80A, 82A)를 제어한다.

이러한 구성에 의하면, 진공흡인시에는 제1 및 제2밸브 개도 제어부(86, 90)는, 각 차압측정부(84, 88)의 검출치가 박판 주발부(6A, 8A)의 내압 범위내, 예컨대 ±10Torr 이내로 유지되도록 배기측의 각 유량제어 밸브(82A, 82B)의 밸브 개도를 제어하게 된다. 또, 처리용기(4)내의 대기압 복귀를 위해 N₂가스를 퍼지하는 경우에는, 마찬가지로 검출치가 ±10Torr 이내로 유지되도록 공급측의 각 유량제어 밸브(80A, 80B)의 밸브 개도가 제어되게 된다. 따라서, 이 실시예에서도 도 5에 나타낸 구성과 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서는 열처리로서 CVD에 의해 성막처리를 행하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고 산화ㆍ확산처리, 어닐(anneal)처리 등의 다른 열처리에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

또, 여기에서는 처리용기(4)의 한쪽에만 게이트 밸브(G1)를 설치하고, 이것으로부터 웨이퍼를 반입ㆍ반출하도록 했지만, 이와 대향하는 위치에 또 하나의 게이트 밸브를 설치하여 웨이퍼의 반입구와 반출구를 별개로 해도 좋다. 이 경우에는, 그에 대응하여 균열링부재(50)의 셔터부(50A) 등도 2개 설치하도록 한다.

나아가서는, 피처리체로서는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리기판, LCD기판 등에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 실시예의 열처리장치에 의하면, 다음과 같이 우수한 작용효과를 발휘할 수 있다.

피처리체의 양면측에 가열수단을 배치하여 양면을 가열하도록 했기 때문에, 피처리체의 사이즈가 커져도 이 면내 온도의 균일성을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

또, 가열수단을 가열수단 용기내에 수용하고, 내부를 처리용기내의 압력 변동에 추종하여 압력변동시켜 양 용기간의 차압을 적게 유지함으로써, 양 용기를 구획하는 구획벽을 얇게 할 수 있고, 그만큼 열효율을 높여 피처리체의 면내 온도의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열응답성도 양호하게 할 수 있다.

더욱이, 피처리체의 측부를 균열링부재로 덮음으로써, 외부로 방출되는 열량을 적게 하여 열효율을 높일 수 있는 동시에, 그만큼 면내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또, 이 링부재에 의해 부분적인 핫 월 구조로 할 수 있기 때문에, 처리용기 측벽에 불필요한 성막이 부착되는 것을 방지할 수 있어 유지보수도 용이하게 행할 수 있다.

또, 가스공급헤드와 균열링부재, 피처리체 홀더 및 가스배기헤드를 일체구조화함으로써, 측부에 누출되는 처리가스가 적어지고, 처리가스의 사용효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유지보수작업도 용이하게 행할 수 있다.

다음으로, 도 13을 기초하여 본 발명의 열처리장치의 제2실시예를 설명한다. 도시한 바와 같이 이 열처리장치(122)는, 고순도 석영제의 통체형상의 처리용기(136)와, 이 용기(136)의 저부 개구에 삽입되어 용기내부를 밀폐하는 위쪽으로 凸형상의 고순도 석영제의 삽입저부(138)와, 용기(136)의 천정부측과 삽입저부(138)측에 설치된 저항가열수단(150A, 150B)과, 피처리체로서의 웨이퍼(W)를 탑재하여 유지하는 홀더(140)와, 처리가스를 용기내부에 도입하는 가스공급헤드(141)와, 상기 홀더(140)의 높이 조정을 행하는 위치조정 수단(142)에 의해 주로 구성되어 있다.

상기 처리용기(136)는, 이 상부를 덮는 천정부(136A)와, 이것에 O링 등의 밀봉부재(144)를 매개로 하여 접속되는 링형상의 중단 용기부(136B)와, 이것에 O링 등의 부재(146)를 매개로 하여 접속되는 통체형상의 하단 용기부(136C)로 구성된다. 이 하단 용기부(136C)의 측벽에는, 도시하지 않은 진공배기계에 접속되는 가스배기구(148)가 설치되어 있어 내부를 진공흡인 가능하게 하고 있다.

상기 천정부(136A)는, 열선을 투과하도록 투명한 석영으로 구성되고, 또 용기 내부가 진공상태로 되기 때문에, 대기압에 견딜 수 있도록 돔(dome) 형상으로 만곡(灣曲)시켜 형성되어 있고, 두께가 얇아도 소정의 강도를 발휘할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 천정부(136A)의 아래쪽에 상기 피처리체 홀더(140)와 대향하도록 상기 가스공급헤드(141)가 설치된다. 이 가스공급헤드(141)의 전체도 열선을 투과할 수 있도록, 예컨대 고순도의 투명한 석영으로 구성되어 있다. 이 가스공급헤드(141)는, 수직단면이 반타원형상의 밀폐공간을 갖도록 형성되고, 그 평면형상의 아래면에는 처리실 사이에 면하여 다수의 가스분출구멍(152)이 형성됨과 더불어, 그 상단으로부터는 가스도입관(154)이 위쪽으로 신장되어 이것을 상기 천정부(136A)에 설치한 구멍(156)에 O링 등의 밀봉부재(158)를 매개로 하여 삽입시킴으로써 기밀하게 유지되고 있다.

그리고, 이 가스도입관(154)에는 가스입구(160)가 형성되고, 이로부터 소정의 처리가스를 도입할 수 있도록 되어 있다. 상기 가스도입관(154)은, 내부에 온도 측정관(162)을 동축형상으로 수용한 2중관 구조로 되어 있고, 가스도입관(154)의 하단은 상기 가스공급헤드(141)를 관통하여 처리공간에 개방되며, 상단은 기밀하게 투명석영에 의해 밀봉되고, 이 상단에 웨이퍼의 표면온도를 측정하기 이해 방사온도계(164)를 설치하고 있다. 이 온도측정관(162)은 웨이퍼(W)면에 대해 거의 직각으로 되는 방향에 설치되어, 웨이퍼(W)로부터의 방사광을 방사온도계(164)에 의해 직접 검출할 수 있도록 되어 있다.

상기 천정부(136A)측에 배설된 저항가열수단(150A)은, 이 천정부(136A)의 상면 전체를 덮도록 설치되어 웨이퍼(W)의 위쪽으로부터 열에너지를 공급할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 저항가열수단(150A)의 외측은, 예컨대 알루미나로 이루어진 돔형상 단열재(166)로 덮여 있다. 이 단열재(166)의 상면에는, 알루미늄 등의 금속막(161)을 증착 등에 의해 실시하여 열선을 아래쪽으로 반사하도록 해도 좋다.

상기 저항가열수단(150A) 및 삽입저부(138)측의 저항가열수단(150B)은, 단위면적당 열부하를 크게 할 수 있는, 예컨대 2규화 몰리브덴(disilicide molybde num) 등의 저항발열선으로 구성된다.

상기 천정부(136A)는, 열선을 투과할 필요가 있기 때문에, 투명석영으로 형성되지만, 열선을 투과할 필요가 없는 중단 용기부(136B)와, 하단 용기부(136C)는, 예컨대 재료의 내부에 기포를 포함시킨 유백색의 불투명 석영으로 구성하고, 이 자체를 광차단부재로서 구성하고 있다.

한편, 석영제의 상기 삽입저부(138)는 그 지름이 상기 하단 용기부(136C)의 내경보다도 상당히 작게 설정되어 소정의 폭의 하향 배기통로(166)를 형성할 수 있는 외경으로 설정된 중공(中空)의 삽입 凸부(138A)와, 하단에 설치되어 상기 하단 용기부(136C)의 하단 개구부를 O링 등의 밀봉부재(168)를 매개로 하여 기밀하게 밀봉하는 링 플랜지형상의 저판(138B)으로 이루어진다. 이 삽입 凸부(138A)의 하단은 개방됨과 더불어, 상단의 광투과판(170)은 피처리체 홀더(140)의 바로 아래에 위치되어 아래쪽으로 凹형상으로 만곡하여 형성되어 있고, 상술한 천정부(136A)와 마찬가지로 두께가 얇아도 소정의 강도를 발휘할 수 있도록 되어 있다. 이 삽입 凸부(138A)의 각부(脚部)의 재료는, 예컨대 재료의 내부에 기포를 포함시킨 유백색의 불투명 석영으로 구성되어 있고, 그 자체를 광차단부재로서 구성하고 있다.

그리고, 하단이 개방된 이 삽입 凸부(138A)내에 그 아래쪽으로부터 히터대(172)가 삽입되어 있고, 이 상단을 凹형상으로 만곡형성하여 이 부분에 상기 2규화 몰리브덴 등으로 이루어진 저항가열수단(150B)을 장착하고 있고, 그것에 의해 웨이퍼(W)를 아래쪽으로부터 가열할 수 있도록 되어 있다. 이 경우에도, 가열수단(150B)은 예컨대 2규화 몰리브덴으로 이루어진 저항발열선을 동심원형상으로 권회(卷回)함으로써 구성되어 있고, 도 15에 나타낸 바와 같이 동심형상으로 복수, 도시한 예에 있어서는 예컨대 3개의 구역으로 구분되어 있다. 그리고, 각 구역마다 전원(176)에 대해 가변저항(174A, 174B, 174C)을 접속하는 등으로 하여, 구역 온도를 개별로 제어할 수 있도록 되어 있다. 이 구역마다의 개별제어는, 천정부(136A)측의 저항가열수단(150A)에도 마찬가지로 적용되고 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 투입하는 에너지를 구역마다 제어할 수 있게 된다.

여기에서, 아래쪽의 저항가열수단(150B)의 직경(L1)은, 웨이퍼(W) 직경(L2)의 1.2~1.5배의 범위내로 설정되어 있고, 중심과 비교해서 방열량이 많아지는 경향이 있는 웨이퍼 주연부로 충분한 양의 에너지를 투입할 수 있도록 되어 있다.

또, 히터대(172)의 상부 측벽에는, 삽입 凸부(138A)의 각부를 가열하기 위한 측부 가열히터(178)가 설치되어 각부를 가열하도록 되어 있다.

상기 히터대(172)는, 도중에 예컨대 알루미나 등의 단열재(179)를 개재시켜 스텐레스강 등에 의해 형성되어 있고, 그 하단부에는 냉각자케트(180)를 설치하여 이 부분의 온도를 안전온도까지 내리고 있다.

또, 상기 광투과판(170)에는 가스퍼지용의 불활성 가스, 예컨대 N₂가스를 공급하는 가스도입노즐(155)이 설치되어 있고, 이를 거쳐 N₂가스를 도입함으로써 웨이퍼(W)의 이면측에 처리가스가 돌아서 들어가는 것을 방지하고 있다.

웨이퍼(W)를 탑재하는 홀더(140)는 도 14에도 나타내고 있는 바, 이는 고순도의 투명석영이나 SiC로 이루어지고, 웨이퍼(W)의 지름보다도 조금 크게 설정된 링형상판부재로 이루어지며, 이 내주측(內周側)의 상면에 웨이퍼(W)의 이면을 지지하는 복수, 예컨대 3개의 돌기(182)가 둘레방향에 등간격으로 형성된다. 이 경우, 돌기(182)에 의한 웨이퍼(W)의 지지위치는 웨이퍼의 주연부가 아니라, 그 보다도 웨이퍼 중심방향에 어느 정도의 거리만큼 가까운 위치를 지지하도록 되어 있고, 열처리시에서의 웨이퍼 자체의 변형량을 제어하도록 되어 있다.

이 홀더(140)의 이면측에는, 홀더(140)의 직경방향에 배열된 복수, 예컨대 2개의 각부(184)가 형성되어 있고, 이 각 각부(184)는 예컨대 고순도의 석영제의 위치조정로드(186)에 접속된다.

이 위치조정로드(186)는, 상기 높이 위치조정수단(142)의 일부를 구성하는 것으로, 그 하부는 저판(138B)에 형성한 구멍안을 상하 움직임이 가능하게 관통하여 설치되고, 그 하단에 예컨대 피니온(pinion)과 랙(rack)으로 이루어진 기어기구(190)를 설치하여 이것을 모터(188)에 의해 구동함으로써, 위치조정로드(186)를 상하방향으로 미묘하게 이동시켜 홀더(140)의 높이조정을 행할 수 있도록 되어 있다. 또, 저판(138B)에 대한 위치조정로드(186)의 관통부에는 신축가능하게 된 벨로우즈(192)가 설치되어, 용기내의 기밀성을 유지하면서 로드(186)의 조정이동을 허용하고 있다.

한편, 처리용기(136)의 중단 용기부(136B)의 일측부에는, 상기 로드록실(42)에 접속되는 접속구(194)가 설치되고, 이 접속구(194)에는 열차폐상자(191)가 기밀하게 유지된다. 이 상자(191)내에는, 승강기구(196)에 의해 상하로 움직여서 이 접속구(194)와 로드록실(42)을 연통하는 통로를 차단하도록 진퇴하는 열차폐판(198)이 설치되어 게이트 밸브(G1)측으로 전달되는 열량을 제어하고 있다. 이 승강기구(196)의 로드(193)에도 벨로우즈(195)를 설치하여, 용기내의 기밀성을 유지하고 있다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 제2실시예의 동작에 대해 설명한다.

우선, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를 게이트 밸브(G2; 도 1)를 매개로 하여 로드록실(42)내의 반송암(44)에 의해 이 실내로 거두어 들이고, 그 내부를 소정의 압력까지 진공흡인한 후에, 이 웨이퍼를 미리 진공상태로 유지되어 있는 처리용기(136)내에 게이트 밸브(G1)를 매개로 하여 반입하여 홀더(140)에 주고 받는다. 이 웨이퍼(W)의 주고 받음은, 높이위치조정수단(142)의 모터(188)를 완전 역전시켜 홀더(140)를 상하방향으로 이동시킴으로써 행해도 좋고, 또는 반송암(44) 자체를 높이방향(Z방향)으로 이동가능하게 하여 이를 상하로 이동시키도록 해도 좋다.

이 주고 받음에 의해, 웨이퍼(W)는 홀더(140)에 설치한 돌기(182)에 의해 그 표면이 지지되게 된다.

처리용기(136)내는, 그 상하에 배치한 저항가열수단(150A, 150B)에 의해 미리 어느 정도, 예컨대 200~800℃로 가열되어 있고, 또는 처리온도로 일정하게 유지되어 있으며, 웨이퍼(W)의 반입후 더욱이 전력을 투입하여 웨이퍼를 프로세스온도, 예컨대 1200℃ 정도까지 승온하거나, 또는 처리온도 그대로 웨이퍼 면내의 온도를균일하게 한다. 이와 동시에, 가스공급헤드(141)로부터 처리용기(136)내로 처리가스, 예컨대 실란가스와 O₂가스 등을 공급하면서 내부를 소정의 프로세스압력으로 유지하고, 열처리 예컨대 성막처리를 행하게 된다. 저항가열수단(150A, 150B)으로서는 전류치를 크게 잡아 부하밀도를 크게 할 수 있는 2규화 몰리브덴 등을 이용하고 있으므로, 급속으로 처리온도까지 가열할 수 있다.

여기에서, 예컨대 웨이퍼(W)를 1매 또는 복수매 처리할 때마다, 용기내면, 가스공급헤드(141)의 표면, 홀더(140)의 표면 등에 대단히 조금이긴 하지만 박막이 형성되기 때문에, 저항가열수단(150A, 150B)으로부터의 열투과량 등이 조금 변동하여 웨이퍼에 대한 공급열량이 달라지는 경우가 있다. 또, 가스공급헤드(141)의 가스분출구멍(152)으로부터 공급된 처리가스가 웨이퍼 표면과의 사이에서 체류하는 경우도 있다. 이러한 경우는, 높이위치조정수단(142)을 구동하여 위치조정 로드(186)를 조금 상승 또는 하강시킴으로써 홀더(140)를 상승 또는 하강시켜 웨이퍼의 높이조정을 행하여, 가스공급헤드(141)와 웨이퍼(W)와의 간격을 최적의 위치로 조정한다.

이상과 같이 하여, 웨이퍼의 미묘한 온도조정이 가능하게 되고, 게다가 웨이퍼상에서의 처리가스의 체류도 없어져, 성막의 웨이퍼 면내 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 이러한 웨이퍼의 높이위치조정은, 동일한 열처리를 실시하고 있는 과정에서도 행해지고, 또 이종의 열처리를 행하는 경우에도 그 처리에 알맞은 높이위치로 조정을 행하여 항상 최적의 온도특성 등을 얻는 것이 가능하게 된다. 또한,홀더의 높이위치조정을 행하면, 이와 가스공급헤드와의 간격을 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 저항가열수단과의 간격도 조정할 수 있다는 이점을 가지고 있지만, 그 대신에 가스공급헤드부의 높이위치를 높이조정수단에 의해 변화시킬 수 있도록 해도 좋다.

또, 웨이퍼(W)의 온도는 천정부(136A)에 설치한 방사온도계(164)에 의해 측정되지만, 이 경우 웨이퍼(W)의 표면으로부터 위쪽을 향해 발하는 광이 중공의 측정온도관(162)을 매개로 하여 방사온도계(164)에 직접 입사되므로, 도중에 광을 차단하는 장해물이 없고, 따라서 열전쌍을 이용한 경우와 비교하여 웨이퍼 표면의 온도를 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 여기에서, 이 방사온도계(164)의 설치위치는, 웨이퍼(W)의 표면을 직접 향할 수 있는 것이라면, 웨이퍼면에 대해 수직방향에만 한정되지 않고, 예컨대 경사 위쪽에 설치해도 좋다.

나아가서는, 아래쪽의 저항가열수단(150B)의 직경은 웨이퍼(W)의 1.2~1.5배의 범위내로 설정되어 있으므로, 중심부와 비교해서 방열량이 많아지는 경향이 있는 웨이퍼 주연부로 집중적으로 다량의 에너지를 투입할 수 있고, 이에 따라 방열량을 보상하여 웨이퍼의 면내 온도의 균일성을 높게 유지할 수 있다. 또, 저항가열수단(150B)의 장착면을 웨이퍼측을 향해 들어간 凹형상으로 형성하고 있으므로, 에너지를 웨이퍼(W)를 향해 보다 효율적으로 공급할 수 있다. 이 경우, 상하의 저항가열수단(150A, 150B)은 복수, 예컨대 3구역에 동심형상으로 구분되어 구역마다 온도제어가 가능하게 되어 있기 때문에, 예컨대 외측 구역으로 갈수록 발열 에너지를 많게 하도록 제어하는 등으로 하여 상기한 웨이퍼의 면내 온도의 균일성을 한층 더높일 수 있다.

여기에서, 저항가열수단(150B)의 직경을 웨이퍼(W) 직경의 1.2배보다도 작게 하면, 웨이퍼 주연부에 이 부분의 방열량에 알맞은 많은 열에너지를 투입하는 것이 곤란하게 되어 면내 온도의 균일성이 급격히 낮아져 버린다. 또, 1.5배보다도 크게 설정하면, 장치의 지름이 필요 이상으로 너무 커져 바람직하지 않다.

또, 가스배기구(148)의 장착위치를 웨이퍼(W)의 수평레벨보다도 아래쪽에 위치시키고 있으므로, 가스공급헤드(141)로부터 방출된 처리가스가 웨이퍼면상에 거의 체류하는 일없이 여기를 통과하여 가스배기구(148)로부터 배출되게 된다. 특히, 상술한 웨이퍼(W)와 가스공급헤드(141)와의 간격을 조정할 수 있는 동시에, 웨이퍼면상에서의 가스 체류현상을 거의 확실하게 없앨 수 있어, 성막의 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.

더욱이, 홀더(140)의 이면측에는 가스도입노즐(155)로부터 N₂가스가 퍼지되어 있으므로, 이 영역에 처리가스가 침입하는 일이 없어 홀더(140) 등의 표면에 성막이 부착하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 열효율이 낮아지거나 파티클이 발생하는 것을 대폭적으로 억제할 수 있다.

또, 웨이퍼(W)를 가열하기 위해 저항가열수단(150A, 150B)으로부터 광선을 투과해야만 하는 영역을 제외하고, 예컨대 중단 용기부(136B)나 하단 용기부(136C) 또는 삽입 凸부(138A)의 각부는, 불투명 재료로 구성하여 광을 차단하고 있으므로, 이들 부분이 불필요하게 과도하게 가열되는 일은 없어서 열효율을 높일 수 있다.

또, 처리용기(136)의 천정부(136A)나 삽입저부(138)의 광투과판(170)은 각각 돔형상으로 형성되어 있으므로, 그 두께를 얇게 해도 대기압에 견딜 수 있게 충분한 강도를 확보하는 것이 가능하게 된다.

또, 상기 제2실시예에서는 열처리로서 성막처리를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 다른 열처리, 예컨대 산화처리, 열확산처리 등에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 나아가서는, 피처리체로서도 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 다른 기판, 예컨대 LCD기판, 유리기판 등도 이용할 수 있다.

도 16은 본 발명의 열처리장치의 제3실시예를 나타낸다. 이 열처리장치는 전체적으로 부호 2 ´로 나타내고 있고, 그 일부를 제외하고 도 2에 대해 이미 설명한 제1실시예의 열처리장치(2)와 균등한 구조를 갖추고 있으므로, 제1실시예와 균등한 부분에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 제3실시예가 제1실시예와 다른 부문에 대해서만 다음에 설명한다.

우선, 이 제3실시예에서는 도 2의 제1실시예에 설치되어 있는 균열링부재(50)와 그 승강기구(52, 53)가 생략되어 있다.

이 제3실시예가 특징으로 하는 것은 피처리체 홀더(14 ´)이다. 이 피처리체홀더(14 ´)는, 상술한 바와 같이 예컨대 내열성의 석영으로 이루어지고, 링형상의 홀더 베이스(254)를 갖추고 있으며, 이 중심부가 가스를 상하방향으로 흘리기 위한 가스유통구멍(260)으로 구성되어 있다. 이 가스유통구멍(260)에 의해, 홀더상의 웨이퍼 이면측에 가열된 가스가 유입되기 쉽게 하여, 웨이퍼를 효율적으로 면내 온도의 균일성 좋게 가열할 수 있도록 되어 있다.

이 홀더 베이스(254)는, 예컨대 3개의 각부(256)에 의해 상기 지지축(15)에 고정되어 있다. 이 링형상의 홀더 베이스(254)의 상면에는, 그 둘레방향으로 거의 등간격으로 배치된 3개의 지지돌기(258)가 예컨대 10㎜ 정도 위쪽으로 돌출하여 설치되어 있고, 그 상단에서 반도체 웨이퍼(W)의 이면 주연부와 직접적으로 접촉하여 이것을 지지할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 지지돌기(258)는 3개로 한정되지 않고, 그 이상 증가시켜, 예컨대 6개 정도로 증가시켜 1개의 지지돌기가 받는 하중을 줄임과 더불어 웨이퍼 자체의 휘어짐량도 적게 하도록 해도 좋다.

또, 홀더 베이스(254)의 주연부에는, 그 둘레방향을 따라 링형상의 가스 체류 플랜지(262)가 위쪽으로 돌출하여 설치되어 있고, 웨이퍼의 이면측에 가열된 가스가 체류하여 효율적으로 웨이퍼를 가열하도록 되어 있다. 여기에서, 가스체류 플랜지(262)의 높이는 상기 지지돌기(258)의 높이보다도 수 ㎜정도 낮게 되어 있어 웨이퍼(W)의 반입ㆍ반출시에 반송암(44)이 가스체류 플랜지(262)와 간섭하지 않도록 되어 있다. 또, 이 가스체류 플랜지(262)를 상기 지지돌기(258)와 거의 같은 높이로 설정하여 포크형상의 반송암(44)이 통과하는 부분만에만 절결을 설치하는 등으로 해도 좋다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 제3실시예의 동작에 대해 설명한다.

우선, 로드록실(42)을 매개로 하여 미처리의 반도체 웨이퍼(W)를, 개방된 게이트 밸브(G1)를 매개로 하여 처리용기(4)내로 반입하고, 피처리체 홀더(14 ´)상에 주고 받는다. 여기에서, 홀더(14 ´)는 프로세스온도 또는 그 이하의 온도로 미리 가열되어 있다. 그리고, 암(44)을 축퇴시켜 게이트 밸브(G1)를 닫아처리용기(4)내를 밀폐상태로 한다.

다음으로, 처리용기(4)내를 소정의 프로세스압력까지 진공흡인함과 더불어 그 안에 처리가스를 가스공급헤드(28)로부터 샤워형상으로 공급하여 처리압력을 유지한다. 이와 동시에, 하측 및 상측 가열수단 용기(6, 8)내에 수용하고 있는 각 저항히터(16, 26)로의 공급전력을 증가시키고, 또는 공급전력을 증대시켜 홀더(14 ´)에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)를 상하의 양면으로부터 가열하여 이를 처리온도로 승온 유지하고, 소정의 열처리를 행한다. 이 경우, 상하의 저항가열히터(16, 26)는 웨이퍼면내를 균열가열하도록 각 구역마다 개별로 투입전력을 제어한다.

특히, 본 실시예에서는 피처리체 홀더(14')의 홀더 베이스(254)에 가스 유통구멍(260)이 설치되어 있기 때문에, 가열된 내부 분위기가스가 화살표(264; 도 16)로 나타낸 바와 같이 피처리체 홀더(14')의 아래쪽으로부터 상기 가스유통구멍(260)을 통해 위쪽으로 흐르고, 이 가열가스는 반도체 웨이퍼(W)의 이면과 접촉하여 이것을 가열하며 수평방향으로 흘러간다. 그리고, 이 가스는, 홀더 베이스(254)의 주연부에 설치된 가스체류 플랜지(262)에서 그 흐름이 일시적으로 저해되어 여기에 체류하면서 이 가스체류 플랜지(262)의 상단과 웨이퍼 주연부와의 간격을 통해 바깥쪽으로 흘러가게 된다.

이와 같이, 홀더 베이스(254)에 가스유통구멍(260)을 설치함으로써, 가열된 가스를 상승시켜 웨이퍼 이면측으로 유입시켜 이것을 가열하도록 했기 때문에, 웨이퍼의 가열효율을 높여 이 면내 온도의 균일성을 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또, 홀더 베이스(254)의 주연부에 설치된 가스체류 플랜지(262)에 의해 가열된 가스는 웨이퍼 이면측에 일시적으로 체류하게 되어, 그 만큼 웨이퍼의 가열효율을 높이고 또한 면내 온도의 균일성을 한층 높이는 것이 가능하게 된다.

상기 실시예의 홀더 베이스(254)의 지지돌기(258)는 산재시켜 3점 설치되어 있지만, 이에 대해 도 18 및 도 19에 나타낸 바와 같이 링형상의 지지돌기(268)를 설치하도록 해도 좋다. 도 18은 그와 같은 피처리체 홀더를 나타낸 단면도이고, 도 19는 그 부분 단면 사시도이다.

여기에서는, 도시한 바와 같이 지지돌기(268)는 홀더(14')의 둘레방향에 따라 링형상으로 위쪽으로 돌출하여 형성되어 있고, 이 측벽에 예컨대 직사각형 모양의 복수의 가스배출구멍(266)을 설치하고 있다. 이 가스배출구멍(266)은 링둘레방향에 따라 소정의 간격으로 형성되지만, 그 크기, 수는 가능한 한 유로(流路)면적이 커지는 쪽이 바람직하다. 이에 따라, 아래쪽으로부터 가스 유통구멍(260)을 매개로 상승해 온 가열된 가스는 화살표(278)로 나타낸 바와 같이 웨이퍼 이면에 닿아 이것을 가열한 후에, 가스배출구멍(266)을 매개로 그 외측으로 흘러가게 된다. 이 경우에는, 상술한 바와 같이 웨이퍼의 가열효율 및 면내 온도의 균일성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 지지돌기(268)가 웨이퍼 이면과 링형상으로 접하여 이 하중을 지지할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 접촉압력이나 휘어짐을 억제할 수 있고, 그 만큼 미끄러짐(slippage)이나 결정결함의 발생을 억제할 수 있게 된다. 이점은, 특히 웨이퍼 사이즈 및 자체중량이 큰 12인치 사이즈의 웨이퍼에 유효하게 작용한다.

또, 상기 실시예에서는 홀더 베이스(254)에 설치된 가스유통구멍(260)은 대구경의 유통구멍으로 했지만, 이에 대해 도 20에 나타낸 바와 같이 홀더 베이스(254)를 원판형상으로 형성하고, 그 중심부에 다수의 소구경의 구멍을 형성함으로써 가스유통구멍(270)을 설치하도록 해도 좋다.

또, 상기 실시예에서는 반송암(44)으로 실온의 웨이퍼(W)를 처리용기(4)내로 반입하여 피처리체 홀더(14')에 탑재하는 경우, 웨이퍼(W)를 거의 실온인 채 미리 고온으로 가열되어 있는 피처리체 홀더(14')상으로 탑재하는 것으로 하고 있으므로, 웨이퍼(W)가 국부적으로 급격히 가열되기 때문에 이것에 미끄러짐이나 결정결함이 생길 우려가 있다. 그래서, 이것을 억제하기 위해, 웨이퍼 반입후 곧바로 이것을 피처리체 홀더(14')상에 탑재하는 것이 아니라, 도 21에 나타낸 바와 같이 반송암(14)에 의해 웨이퍼(W)를 처리용기내로 반입했으면, 잠시동안 그대로 웨이퍼(W)를 띄운 상태로 대기시키고, 웨이퍼(W)를 소정의 온도까지 예비가열시킨다. 이 대기시간 및 예열온도는 웨이퍼의 프로세스온도에도 의존하지만, 예컨대 프로세스 온도가 1000℃정도의 경우에는 대기시간을 1초~20초 정도로 설정하고, 웨이퍼(W)를 600℃~700℃정도까지 예열하면 좋다. 이 경우, 대기중의 웨이퍼(W)와 피처리체 홀더(14')의 지지돌기(258)와의 사이의 거리(L1)는 1.0~10mm정도의 범위내로 설정하는 것이 예열효과와 예열시간과의 균형에 바람직하다.

이와 같이, 처리용기(4)내에서 웨이퍼를 띄워 대기시키는 것에 의해 예비가열하는 방법을 채용함으로써, 웨이퍼(W)를 피처리체 홀더(14')상에 탑재했을 때에 열적 충격을 완화할 수 있고, 미끄러짐이나 결정결함의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다.

이상의 각 실시예에서는, 웨이퍼(W)를 직접적으로 피처리체 홀더(14')상에 탑재하는 것으로 하기 때문에, 전술한 바와 같이 예비가열한 경우에도 예컨대 양자의 온도차가 지나치게 큰 경우에는 웨이퍼에 미끄러짐이나 결정결함이 발생할 우려가 여전히 존재하지만, 이 우려를 거의 완전히 없애기 위해, 웨이퍼와 더불어 반입·반출되는 보조지지대를 설치하도록 해도 좋다. 도 22는 이와 같은 보조지지대를 설치한 열처리장치를 나타낸 구성도이고, 도 23은 보조지지대를 나타낸 사시도이다.

이 도 22에 나타낸 열처리장치는, 도 16에 나타낸 열처리장치(2)에 대해 피처리체 홀더의 구조가 다른 점 및 보조지지대를 설치한 점을 제외하고, 모두 마찬가지로 구성되어 있기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 즉, 도 16에 나타낸 경우에는 지지축(15)의 상단의 3개의 각부(256)에 피처리체 홀더(14')를 설치함으로써, 전체를 구성하고 있지만, 여기에서는 지지축(15)과 그 상단에 설치된 3개의 각부(256)에 의해 피처리체 홀더(272)를 구성한다. 그리고, 도 16에 나타낸 피처리체 홀더(14')를 각부(256)로부터 분리하고, 여기에서는 이것을 보조지지대(274)로서 구성한다. 따라서, 이 보조지지대(274)는 도 16에 나타낸 피처리체 홀더(14')와 모두 마찬가지로 구성되어 있지만, 다만 이 보조지지대(274)는 웨이퍼(W)를 상부에 탑재한 상태로 처리용기(4)에 대해 웨이퍼(W)와 함께 반입ㆍ반출되고, 상기 피처리체 홀더(14')상에 보조지지대(274)가 탑재가능하게 설치된다. 도 22에 있어서는 이 보조지지대(274)가 로드록실(42)내로 반출되어 있는 상태를 나타내고 있다.

도 23에 나타낸 보조지지대(274)는, 예컨대 내열성의 석영으로 이루어지고, 링형상의 지지대 베이스(276)를 갖추고 있으며, 그 중심부가 가스를 상하방향으로 흘리기 위한 가스유통구멍(278)으로 구성되어 있다. 이 가스유통구멍(278)에 의해 웨이퍼 이면측으로 가열된 가스가 유입되기 쉽게 하여 웨이퍼를 효율적으로 면내온도의 균일성 좋게 가열할 수 있도록 되어 있다.

이 링형상의 지지대 베이스(276)의 상면에는 그 둘레방향에 거의 등간격으로 배치된 3개의 지지돌기(280)가 예컨대 10mm정도 위쪽으로 돌출하여 설치되어 있고, 그 상단에 반도체 웨이퍼(W)의 이면 둘레 주연부와 직접적으로 접촉하여 이것을 지지할 수 있도록 되어있다. 또한, 이 지지돌기(280)는 3개로 한정되지 않고, 그 이상 증가시켜 예컨대 6개 정도로 증가시켜 1개의 지지부가 받는 하중을 줄임과 더불어 웨이퍼 자체의 휘어짐량도 작게 하도록 하여도 좋다.

또, 지지대 베이스(276)의 주연부에는 그 둘레방향에 따라 링형상의 가스체류 플랜지(282)가 위쪽으로 돌출하여 설치되어 있고, 웨이퍼의 이면측에 가열된 가스가 체류하여 효율적으로 웨이퍼를 가열하도록 되어 있다. 여기에서, 가스체류 플렌지(282)의 높이는 상기 지지돌기(280)의 높이보다도 수mm정도 낮게 되어 있고, 웨이퍼(W)를 보조지지대(274)로부터 분리할 때에 반송암(44)이 가스체류 플랜지(282)와 간섭하지 않도록 되어 있다. 또한, 이 가스체류 플랜지(282)를 상기 지지돌기(280)와 거의 동일한 높이로 설정하여, 포크형상의 반송암(44)이 제거되는 부분에만 절결을 설치해도 좋다.

한편, 로드록실(42)내에는 상기 보조지지대(274)를 탑재하여 유지하기 위한보조지지대 받침대(284)가 2개 설치되어 있고, 이들을 교대로 사용하도록 되어 있다. 또한, 이 받침대(284)의 갯수는 이것에 한정되지 않고, 1개라도 3개 이상이라도 좋고, 이들 보조지지대 받침대(284)는 반송암(44)과 간섭하지 않는 위치에 설치됨은 물론이다.

다음에, 이와 같이 보조지지대(274)를 이용한 경우의 열처리의 흐름에 대해 설명하면, 로드록실(42)의 보조지지대 받침대(284)상에 빈 보조지지대(274)를 탑재해 두고, 그 위에 예컨대 도시하지 않은 카세트실로부터 반송암(44)을 이용하여 취입한 미처리의 웨이퍼(W)를 상기 보조지지대(274)상으로 옮겨 싣는다.

다음에, 반송암(44)을 굴신함으로써 이것을 보조지지대(274)의 아래쪽으로 침입시켜 보조지지대(274)와 함께 웨이퍼(W)를 동시에 유지하고, 이 상태에서 웨이퍼(W)를 보조지지대(274)와 함께 열린 게이트 밸브(G1)를 매개로 하여 처리용기(4)내로 반입한다. 그리고, 웨이퍼가 탑재된 이 보조지지대(274)를 처리용기(4)내의 퍼처리체 홀더(272)상에 탑재하고, 웨이퍼(W)의 옮겨 싣기를 완료한다.

이 후, 앞에 설명한 바와 같은 소정의 열처리를 행하고 이것이 완료되었으면, 전술한 것과 역의 조작을 행하여 웨이퍼(W)를 반출한다. 즉, 반송암(44)을 보조지지대(274)의 아래쪽으로 삽입하여 이것을 웨이퍼(W)마다 들어올리고, 반송암(44)을 축퇴시킴으로써 웨이퍼가 탑재된 보조지지대(274)를 로드록실(42)내로 취입하고, 이것을 보조지지대 받침대(284)상에 탑재한다.

이 상태에서 웨이퍼(W)를 소정시간 방치함으로써, 이것을 어느 정도 냉각한다. 이 냉각의 사이에, 다른쪽의 보조지지대(274)를 이용하여 미처리의 웨이퍼(W)를 전술한 것과 마찬가지로 처리용기(4)내로 반입하여 열처리를 행하면 좋다.

이와 같이 하여, 소정의 온도까지 냉각이 완료되었으면, 반송암(44)을 굴신조작하여 보조지지대(274)를 보조지지대 받침대(284)상에 남기고 냉각이 완료된 웨이퍼(W)만을 유지하며, 이것을 도시하지 않은 카세트실 등으로 향해 반출하면 좋다.

이와 같이 보조지지대(274)를 이용함으로써, 실온의 반송암(44)과 처리가 완료된 직후의 온도상태의 웨이퍼(W)가 직접 접촉하는 일이 없어져 웨이퍼(W)가 국부적으로 급격히 냉각되는 일이 없어지기 때문에, 이것에 미끄러짐이나 결정결함이 생기는 것을 거의 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다. 또, 이 보조지지대(274)는 도 16에 나타낸 지지대홀더(14')와 마찬가지로 형성되어 있기 때문에, 가열된 가스가 웨이퍼 이면으로 유입하는 것으로 되어, 전술한 것과 마찬가지로 가열효율이나 웨이퍼의 면내 온도의 균일성의 향상에도 기여할 수 있다. 여기에서는, 지지체 홀더(272)나 보조지지대(274)의 형상은 단순히 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예컨대, 도 16에 나타낸 지지체 홀더(14')에 상기 보조지지대(274)를 겹치게 하여 소위 2단으로 하여 열처리를 행하도록 해도 좋다.

또, 상기 실시예의 지지대 베이스(276)의 지지돌기(280)는, 산재시켜 3점 설치되어 있지만, 그 대신에 도 24 및 도 25에 나타낸 바와 같이 링형상의 지지돌기(286)를 설치하도록 해도 좋다. 도 24는 그와 같은 보조지지대를 나타낸 단면도이고, 도 25는 그 부분 단면사시도이다.

여기에서는 도시한 바와 같이 지지돌기(286)는, 보조지지대(274)의 둘레방향에 따라 링형상으로 위쪽으로 돌출하여 형성되어 있고, 이 측벽에 예컨대 직사각형 모양의 복수의 가스배출구멍(288)을 설치하고 있다. 이 가스배출구멍(288)은, 링둘레방향에 따라 소정의 간격으로 형성되지만, 그 크기, 수는 가능한 한 유로면적이 커지는 쪽이 바람직하다. 이에 따라, 아래쪽으로부터 가스유통구멍(278)을 매개로 상승해 온 가열된 가스는 화살표(290)로 나타낸 바와 같이 웨이퍼 이면에 닿아 이것을 가열한 후에, 가스배출구멍(288)을 매개로 그 외측으로 흘러가게 된다. 이 경우에는, 상술한 바와 같이 웨이퍼의 가열효율 및 면내온도의 균일성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 지지돌기(286)가 웨이퍼 이면과 링형상으로 접하여 그 하중을 지지할 수 있고, 웨이퍼의 접촉압력이나 휘어짐을 억제할 수 있기 때문에, 그 만큼 미끄러짐이나 결정결함의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이점은, 특히 웨이퍼 사이즈 및 자체중량이 큰 12인치 사이즈의 웨이퍼에 유효하게 작용한다. 여기에서, 참조부호 282는 링형상의 가스체류 플랜지를 나타내고 있다.

또, 상기 실시예에서는 지지대 베이스(276)에 설치된 가스유통구멍(278)은 대구경의 유통구멍으로 했지만, 그 대신에 도 26에 나타낸 바와 같이 지지대 베이스(276)를 원판형상으로 형성하고, 이 중심부에 다수의 소구경의 구멍을 형성함으로써 가스유통구멍(292)을 설치하도록 해도 좋다.

더욱이, 이상 설명한 각 실시예는, 로드록실(42)과 처리용기(4)를 게이트 밸브(G1)를 매개로 직접 연결한 경우를 예를 들어 설명했지만, 이것에 한정하지 않고, 도 27에 나타낸 바와 같이 처리용기(4)와 로드록실(42)과의 사이의 게이트 밸브(G3, G4)에 개폐가능하게 분할된 예비가열실(296)을 설치해도 좋다. 이 예비가열실(296)내에는 히터(298)를 내장한 가열대(300)가 설치되어 있고, 웨이퍼(W)를 단독으로 또는 보조지지대(274)상에 탑재시킨 웨이퍼(W)를 보조지지대(274)와 함께 예비가열하도록 되어 있다. 이것에 의하면, 웨이퍼에 대한 열적 충격을 보다 작게 하여 미끄러짐이나 결정결함이 발생하는 것을 더욱 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 예비가열한 분량만큼 열처리의 스루풋(throughput)을 향상시키는 것도 가능하게 된다. 또한, 여기에서 이용되는 반송암(44)의 스트로크(stroke)는 예비가열실(296)의 길이부분만큼 길게 설정되어 있는 것은 물론이다.

본 발명은, 반도체 웨이퍼 이외에 유리기판, LCD기판 등의 열처리에 이용할 수 있다. 열처리는 성막처리 이외에, 산화처리, 확산처리, 어닐처리 등을 포함한다.

Claims (14)

1. 처리용기와, 피처리체를 유지하기 위해 상기 처리용기내에 설치된 피처리체 홀더를 구비한 매엽식 열처리장치에 있어서,

   피처리체를 가열하기 위해 상기 처리용기내에서 상기 피처리체 홀더의 아래쪽에 설치된 하부 가열수단과,

   상기 하부 가열수단을 상기 처리용기에 대해 기밀상태로 수용하는 하부 가열수단 용기와,

   피처리체를 가열하기 위해 상기 처리용기내에서 상기 피처리체 홀더의 위쪽에 설치된 상부 가열수단과,

   상기 상부 가열수단을 상기 처리용기에 대해 대해 기밀상태로 수용하는 상부 가열수단 용기와,

   상기 피처리체 홀더와 상기 상부 가열수단의 사이에 처리가스를 공급하기 위한 처리가스 공급부와,

   상기 처리용기와 상기 하부 및 상부 가열수단 용기를 소정의 압력으로 유지하기 위한 수단 및,

   상기 처리용기와 상기 양 가열수단 용기에 접속되고, 이들 3개의 용기내의 압력을 소정의 압력범위내로 유지하면서 가스를 공급하는 가스 공급계를 구비한 것을 특징으로 하는 열처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리용기와 상기 양 가열수단 용기에 접속되고, 이들 3개의 용기내의 압력을 소정의 압력범위내로 유지하면서 내부분위기를 배출하는 가스배기계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 열처리장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 가스공급계와 가스 배기계의 각각은, 상기 3개의 용기에 공통으로 접속된 공통가스통로와, 이 공통가스통로를 각 용기에 연결시키는 통로와, 이 각 통로에 매설된 차압작동밸브를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 가스공급계와 가스배기계의 각각은, 상기 3개의 용기에 공통으로 접속된 공통가스통로와, 이 공통가스통로를 각 용기에 연결시키는 통로와, 공통가스통로를 하부 가열수단 용기에 접속하는 통로에 설치한 제1유량제어밸브와, 공통가스통로를 상부 가열수단 용기에 접속하는 통로에 설치한 제2유량제어밸브와, 제1유량제어밸브의 개도를 상기 처리용기내 압력과 하부 가열수단 용기내 압력의 차이에 따라 제어하는 수단과, 제2유량제어밸브의 개도를 상기 처리용기내 압력과 상부 가열수단 용기내 압력의 차이에 따라 제어하는 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
5. 처리용기와, 피처리체를 유지하기 위해 상기 처리용기내에 설치된 피처리체 홀더를 구비한 매엽식 열처리장치에 있어서,

   피처리체를 가열하기 위해 상기 처리용기내에서 상기 피처리에 홀더의 아래쪽에 설치된 하부 가열수단과,

   상기 하부 가열수단을 상기 처리용기에 대해 기밀상태로 수용하는 하부가열수단 용기와,

   피처리체를 가열하기 위해 상기 처리용기내에서 상기 피처리체 홀더의 위쪽에 설치된 상부 가열수단과,

   상기 상부 가열수단을 상기 처리용기에 대해 대해 기밀상태로 수용하는 상부 가열수단 용기와,

   상기 피처리체 홀더와 상기 상부 가열수단의 사이에 처리가스를 공급하기 위한 처리가스 공급부와,

   상기 처리용기와 상기 하부 및 상부 가열수단 용기를 소정의 압력으로 유지하기 위한 수단 및,

   상기 피처리체 홀더의 주변부에 위치하고, 이 홀더에 유지된 상기 피처리체의 측부를 덮는 통형상의 균열링부재를 구비하고,

   상기 균열링부재는 상하로 변위가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 하부 및 상부 가열수단은 전기저항 히터인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 피처리체 홀더가 상하로 위치조절가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 처리가스공급부가 수평방향으로 편평한 형상을 갖고, 그 하면에 다수의 처리가스 분출구멍을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 피처리체 홀더보다도 낮은 위치에 처리용기내의 분위기를 배출하는 가스 배출구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 하부 및 상부 가열수단의 각각은 동심형상으로 복수의 구역으로 분할되어 있고, 구역마다 온도제어가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 하부 및 상부 가열수단의 각각은, 상기 피처리체의 직경의 1.2~1.5배의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 피처리체 홀더는, 홀더 베이스와, 이것으로부터 위쪽으로 돌출되어 상기 피처리체의 이면 주연부를 지지하는 지지돌기와, 상기 홀더 베이스에 설치되어 상하방향으로 가스를 유통시키는 가스 유통구멍을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 지지돌기는, 링형상으로 형성됨과 더불어 그것에 가스 배출구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 피처리체 홀더상에 탑재가능하고, 또 피처리체를 직접적으로 받치는 보조지지대를 더 구비하고, 이 보조지지대는 피처리체를 받친 채로 처리용기내로의 반입 및 처리용기외로의 반출이 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.