KR101629366B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종형의 반응관(12); 단열재에 의해 형성되고 반응관(12)이 수용되는 반응관 수용실(16)을 내측에 포함하는 단열벽(18); 단열벽(18)의 반응관 수용실(16)의 내벽에 설치된 히터(20); 단열벽(18)의 측벽의 내부에 상하 방향으로 설치된 공기 유통 유로(22); 공기 유통 유로에 상 방향 또는 하 방향으로 공기를 유통시키는 블로어(30); 공기 유통 유로(22)를 외기와 연통시키는 흡기 밸브(24, 42); 및 공기 유통 유로(22)를 설비 배기계와 연통시키는 배기 밸브(40, 44);를 구비하고, 승온 공정과 강온 공정에서 흡기 밸브(24, 42)와 배기 밸브(40, 44)를 절체하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
도 8의 (A) 및 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치는 통상적으로 원통 형상의 벽면을 포함하는 외피(外被) 단열층(a)과, 외피 단열층(a)의 내측에 설치된 반응기(c)와, 반응기(c) 내부에 설치되고 반도체 웨이퍼가 적재되는 보트(d)와, 반응기(c) 내부를 가열하기 위해서 외피 단열층(a)의 내벽에 설치된 히터(b)를 포함한다.
이 기판 처리 장치에서 반도체 웨이퍼를 열처리하는 경우, 실온의 반도체 웨이퍼를 보트(d)에 적재하여 반응기(c)에 장입(裝入)하고, 히터(b)에 의해 소정의 온도까지 승온하여 열처리를 수행하고, 다시 강온한 후, 보트(d)를 강하하는 동작을 수행한다.
이들의 일련의 동작을 수행하는 데 필요한 시간인 레시피 시간이 짧을수록 기판 처리 장치의 생산성이 향상된다. 레시피 시간을 단축하기 위해서는 실온으로부터 목표 온도에 도달할 때 및 목표 온도로부터 실온에 강온할 때의 온도 변화 특성인 리커버리 특성이 중요해진다. 리커버리 특성을 개선하기 위해서는 히터의 방열성을 개선하는 것이 중요하다.
여기서 도 8의 (A)는 외피 단열층(a)의 벽면이 얇은 기판 처리 장치를 도시하고, 도 8의 (B)는 외피 단열층(a)의 벽면이 두꺼운 기판 처리 장치를 도시한다. 외피 단열층(a)의 벽면이 얇은 기판 처리 장치A에서는 도 9에서 실선A로 도시하는 바와 같이 일단 목표 온도보다 높은 온도까지 승온하지만 단시간에 온도가 저하하여 목표 온도에 도달한다. 이에 대하여 외피 단열층(a)의 벽면이 두꺼운 기판 처리 장치B에서는 도 9에서 일점 쇄선B로 도시하는 바와 같이 온도가 저하하기 어렵기 때문에 일단 목표 온도보다 높은 온도까지 승온하면 목표 온도에 도달하는 것이 어려워진다.
하지만 외피 단열층(a)이 얇고 방열성이 좋은 기판 처리 장치에서는 외부단열층(a)의 표면으로부터의 방열을 보충하기 위해서 소비 전력이 증대한다.
종래에는 온도 리커버리 특성과 소비 전력의 균형을 고려하여 외피 단열층(a)의 두께를 정해서 히터를 설계하는 기법이 채택되고 있었다. 하지만 이와 같은 설계 기법으로는 온도 리커버리 특성과 소비 전력 중 어느 하나를 희생하거나 또는 양쪽을 적당한 성능으로 할 수밖에 없어, 온도 리커버리 특성과 저소비 전력을 높은 레벨로 달성하는 것은 불가능했다.
상기 문제를 해결하는 시도로서는 예컨대 외피 단열층(1)을 포함하는 히터층(2) 내에 반응기(3)를 수설(收設)하고, 이 반응기(3) 내에 웨이퍼(4)를 적재한 웨이퍼 적재 치구(5)를 삽입하고, 히터층(2)과 반응기(3) 사이에 공기 유로(6)를 설치하고, 공기 유로(6)에 히터 내(內) 열 배기 게이트(7)와 라디에이터(8)를 통하여 배기하는 배기 장치(9)를 접속한 종형(縱型) 확산·CVD로(爐)에서, 외피 단열층(1)과 히터층(2) 사이에 중공(中空) 공기 단열층(10)을 설치하고, 중공 공기 단열층(10)의 공기 도출측(導出側)에 라디에이터(8)에 연통(連通)하는 중공 공기 단열층 내 열 배기 게이트(12)를 설치하는 것이 검토되었다(특허문헌 1).
1. 일본 특개 평5-067577호 공보
하지만 특허문헌 1에 기재된 종형 확산·CVD로에서도 온도 리커버리 특성과 저소비 전력을 높은 레벨로 달성할 수 없었다.
본 발명은 온도 리커버리 특성과 저소비 전력을 종래보다 높은 레벨로 달성할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법의 제공을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은,
기판이 재치된 기판 보지구(保持具)가 삽입되는 반응관;
상기 반응관이 수용되는 공간을 내측에 포함하는 단열벽;
상기 단열벽의 내부에 배치되는 상기 기판을 가열하는 히터;
상기 단열벽의 내부이며 상기 히터의 외측에 적어도 일부가 설치되는 가스 유통 유로;
상기 가스 유통 유로에 접속되고 상기 공간을 개재하여 가스를 배기하는 가스 배기로;
상기 가스 유통 유로와 상기 가스 배기로의 각각에 접속되어 가스를 유통시키는 리커버리 유로;
상기 가스 유통 유로에 가스를 유통시키는 가스 유통 기구;
상기 가스 유통 유로의 상류에 설치된 제1 개폐 밸브;
상기 가스 배기로와 상기 리커버리 유로의 합류점보다 상류의 상기 가스 배기로에 설치된 제2 개폐 밸브;
상기 리커버리 유로에 설치된 제3 개폐 밸브; 및
상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫음으로써 상기 가스가 상기 리커버리 유로를 개재하여 배기하도록 상기 제1 개폐 밸브, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브를 제어하는 제어부;
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를 구비하는 것을 특징으로 한다.
승온 공정에서 히터에 의해 반응기를 통해서 기판을 가열하면, 기판의 온도는 목표 온도를 초과하여 상승한다.
하지만 상기 기판 처리 장치에서는 승온 공정에서 기판의 온도가 목표 온도를 초과하면 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 모두 폐지한 상태에서 공기 유통 수단에 의해 공기를 공기 유통 유로에 순환시키거나 또는 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 개방하고 공기 유통 수단에 의해 공기 유통 유로에서 공기를 유통시킨다. 따라서 공기 유통 유로에 공기를 순환 또는 유통시키지 않는 경우와 비교해서 공기 유통 유로의 벽면으로부터의 열방사가 증대하기 때문에 단열벽의 벽면 두께를 크게 한 경우에도 단열벽은 급속히 냉각된다. 따라서 기판도 또한 목표 온도까지 급속히 냉각된다.
한편, 승온 공정에서 기판의 온도가 목표 온도까지 저하하였을 때에는 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 폐지하고 공기 유통 수단을 정지하기 때문에, 공기 유통 유로는 입구측 및 출구측 모두 외부와의 연통이 차단되고 또한 공기 유통 유로에서의 공기의 유통도 정지된다.
따라서 단열벽을 형성하는 단열재 뿐만 아니라 공기 유통 유로 내의 공기도 단열재로서 기능하기 때문에 단열벽에 공기 유통 유로를 설치하지 않은 경우와 비교해서 보다 높은 단열 성능이 달성된다.
강온 공정에서는 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 개방하기 때문에 공기 유통 유로는 외기(外氣) 및 설비 배기계와 연통된다. 따라서 공기 유통 수단을 작동시키는 것에 의해 공기 유통 유로에는 저온의 외기가 도입되고, 또한 공기 유통 유로를 통과하여 설비 배기계에 배기되기 때문에 단열벽은 급속히 냉각된다.
따라서 상기 기판 처리 장치에 의하면, 종래보다 뛰어난 온도 리커버리 특성이 달성되고 또한 전력 소비를 억제할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명은,
기판이 재치된 기판 보지구가 삽입되는 반응관과, 상기 반응관이 수용되는 공간을 내측에 포함하는 단열벽과, 상기 단열벽의 내부에 설치된 상기 기판을 가열하는 히터와, 상기 단열벽의 내부이며 상기 히터의 외측에 적어도 일부가 설치되는 가스 유통 유로와, 상기 상기 가스 유통 유로에 접속되고 상기 공간을 개재하여 가스를 배기하는 가스 배기로와, 상기 가스 유통 유로와 상기 가스 배기로의 각각에 접속되어 가스를 유통시키는 리커버리 유로와, 상기 가스 유통 유로에 가스를 유통시키는 가스 유통 기구와, 상기 가스 유통 유로에 설치된 제1 개폐 밸브와, 상기 가스 배기로와 상기 리커버리 유로의 합류점보다 상류의 상기 가스 배기로에 설치된 제2 개폐 밸브와, 상기 리커버리 유로에 설치된 제3 개폐 밸브를 구비하는 기판 처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 히터에 의해 상기 반응관 내를 가열하는 공정; 및 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫음으로써 상기 가스가 상기 리커버리 유로를 개재하여 배기하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
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상기 반도체 장치의 제조 방법에서도 승온 공정에서 기판의 온도가 목표 온도를 초과하면 공기 유통 수단으로 공기를 공기 유통 유로에 유통시키기 때문에 공기가 공기 유통 유로를 유통하지 않은 경우와 비교해서 공기 유통 유로의 벽면으로부터의 열방사가 증대한다. 따라서 단열벽의 벽면 두께를 크게 잡은 경우에도 단열벽은 급속히 냉각되고, 기판도 또한 목표 온도까지 급속히 냉각된다.
한편, 승온 공정에서 기판의 온도가 목표 온도까지 저하하였을 때에는 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 폐지하고 공기 유통 수단을 정지하기 때문에 공기 유통 유로는 입구측 및 출구측 모두 외부와의 연통이 차단되고, 또한 공기 유통 유로에서의 공기의 유통도 정지된다.
따라서 단열벽을 형성하는 단열재뿐만 아니라 공기 유통 유로 내의 공기도 단열재로서 기능한다.
반응 공정에서는 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 폐지하고 공기 유통 수단을 정지한 상태에서 기판을 소정의 반응 가스로 처리한다.
강온 공정에서는 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 개방한 상태에서 공기 유통 수단에 의해 공기 유통 유로에 공기를 유통시키기 때문에 제1 개폐 밸브를 통해서 공기 유통 유로에 도입된 공기에 의해 단열벽이 급속히 냉각된다.
이와 같이 상기 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 종래보다 뛰어난 온도 리커버리 특성이 달성되고 또한 전력 소비를 억제할 수 있다.
또한 본 발명은,
기판이 재치된 기판 보지구가 반응기에 삽입되는 공정;
상기 단열재에 의해 형성되고 상기 반응기가 수용되는 공간을 내측에 포함하고 내부에 공기가 유통 또는 순환되는 공기 유통 유로와, 상기 공기 유통 유로 내에 상기 공기를 유통 또는 순환시키는 공기 유통 기구와, 상기 공기 유통 유로의 흡기측(吸氣側)에 설치된 제1 개폐 밸브와 상기 공기 유통 유로의 배기측에 설치된 제2 개폐 밸브를 포함하는 단열벽과, 상기 단열벽과 상기 반응기 사이에 설치된 히터에 의해 상기 반응기 내를 소정의 온도까지 승온하는 공정;
적어도 상기 히터, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 제어하는 제어부에 의해 상기 승온 공정에서 상기 반응기 내가 소정의 온도를 초과하였을 때에 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 닫고 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 순환시키거나 또는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 열어 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 유통시키도록 제어하여, 상기 소정의 온도까지 상기 반응기 내를 냉각하는 공정;
상기 냉각 공정 후, 상기 제어부에 의해 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 닫고 상기 공기 유통 기구를 정지하도록 제어하고, 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 체류시켜서 상기 반응기 내의 온도를 유지하여 상기 기판을 처리하는 공정; 및
상기 기판 처리 공정 후, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고, 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에 상기 공기를 유통시켜 상기 반응기 내를 상기 소정의 온도로부터 강온하는 공정;
을 구비하는 기판 처리 방법이다.
상기 기판 처리 방법에서도 승온 공정에서 기판의 온도가 목표 온도를 초과하면 공기 유통 수단으로 공기를 공기 유통 유로에 유통시키기 때문에 공기가 공기 유통 유로를 유통하지 않은 경우와 비교해서 공기 유통 유로의 벽면으로부터의 열방사가 증대한다. 따라서 단열벽의 벽면 두께를 크게 잡은 경우에도 단열벽은 급속히 냉각되고, 기판도 또한 목표 온도까지 급속히 냉각된다.
본 발명에 의하면, 온도 리커버리 특성과 저소비 전력을 종래보다 높은 레벨로 달성할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 제공된다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 기판 처리 장치의 전체적인 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 승온 공정에서 반도체 웨이퍼를 승온할 때 및 반도체 웨이퍼의 온도가 목표 온도로 안정되었을 때의 실시 형태 1의 기판 처리 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 3의 (A), 도 3의 (B), 도 3의 (C)는 승온 공정에서의 온도 리커버리 시 및 강온 공정에서의 실시 형태 1의 기판 처리 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 4의 (A), 도 4의 (B)는 실시 형태 1 및 실시 형태 2에 따른 기판 처리 장치에서의 승온 공정, 반응 공정 및 승온 공정에서의 반도체 웨이퍼의 온도의 시간 변화 및 블로어의 제어 프로필을 도시하는 설명도.
도 5는 실시 형태 2에 따른 기판 처리 장치의 전체적인 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 실시 형태 2의 기판 처리 장치의 변형예를 도시하는 개략 단면도.
도 7의 (A), 도 7의 (B), 도 7의 (C)는 승온 공정, 반응 공정 및 강온 공정에서의 실시 형태 2의 기판 처리 장치의 동작을 도시하는 설명도.
도 8의 (A), 도 8의 (B)는 종래의 기판 처리 장치의 일 예에 대하여 구성을 도시하는 개략 단면도.
도 9는 도 8에 도시하는 기판 처리 장치의 온도 리커버리 특성을 도시하는 그래프.
도 10의 (A), 도 10의 (B)는 실시 형태 3에 따른 기판 처리 장치의 공기 유통 유로의 일 예를 도시한 도면.
도 11의 (A), 도 11의 (B)는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에 사용되는 기판 처리 장치의 일부를 도시한 수평 단면도.
도 12의 (A)는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에 사용되는 기판 처리 장치의 개략도, 도 12의 (B)는 도 12의 (A)의 일부 확대도.
1. 실시 형태 1
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 기판 처리 장치의 일 예에 대하여 구체적으로 설명한다.
<구성>
도 1에 도시하는 바와 같이 실시 형태 1의 기판 처리 장치는 기판의 일 예인 반도체 웨이퍼W가 재치된 보트B가 장입되는 본 발명의 반응기의 일 예로서의 종형 원통 형상의 반응관(12); 반응관(12)이 내부에 수용되는 균열관(均熱管, 14); 균열관(14)을 수용하는 반응기 수용실의 일 예로서의 원통 형상의 반응관 수용실(16)이 내측에 형성되고, 반응관 수용실(16)의 측벽면을 이루는 측면 단열재(18A)와 반응관 수용실(16)의 천정면(天井面)을 이루는 천정면 단열재(18B)로 이루어지는 단열벽(18); 단열벽(18)의 반응관 수용실(16)의 내벽에 설치된 히터(20); 측면 단열재(18A)의 내부에 반응관 수용실(16)의 내벽면과 동심원 형상으로 상하 방향을 따라 형성된 공기 유통 유로(22); 공기 유통 유로(22)의 상단에서 공기 유통 유로(22)와 연통하고 후술하는 공기 순환 유로(26)의 일부를 형성하는 상측 챔버(32); 공기 유통 유로(22)의 하단에서 공기 유통 유로(22)와 연통하고 후술하는 공기 순환 유로(26)의 일부를 형성하는 하측 챔버(34); 및 상측 챔버(32)와 하측 챔버(34)를 연통하는 공기 순환 유로(26);를 포함한다.
하측 챔버(34)에는 외기와 연통하는 개폐 밸브인 흡기 밸브(24)가 설치된다.
한편, 공기 순환 유로(26) 상에서의 상측 챔버(32)측에는 공기 냉각 수단의 일 예로서의 라디에이터(28)가 개장(介裝)되고, 하측 챔버(34)측에는 공기 유통 수단의 일 예로서의 블로어(30)가 개장된다.
공기 순환 유로(26)에서의 상측 챔버(32)와 라디에이터(28) 사이에는 개폐 밸브(36)가 설치되고, 블로어(30)와 하측 챔버(34) 사이에는 개폐 밸브(38)가 설치된다. 그리고 라디에이터(28)와 블로어(30) 사이에는 설비 배기계에 연통하는 개폐 밸브인 배기 밸브(40) 및 외기와 연통하는 개폐 밸브인 흡기 밸브(42)가 설치된다. 또한 블로어(30)와 개폐 밸브(38) 사이에는 설비 배기계에 연통하는 개폐 밸브인 배기 밸브(44)가 설치되고, 배기 밸브(44)와 흡기 밸브(42) 사이에는 개폐 밸브(46)가 설치된다.
기판 처리 장치(10)에서 흡기 밸브(24, 42) 및 개폐 밸브(38)는 본원 발명의 제1 개폐 밸브에 상당하고, 배기 밸브(40, 44) 및 개폐 밸브(36)는 제2 개폐 밸브에 상당한다.
기판 처리 장치(10)에는 또한 반응관(12) 내에 반응 가스를 도입하는 반응 가스 도입 관로(48) 및 반응관(12)에 도입된 반응 가스를 반응관(12)의 외부로 도출하는 반응 가스 도출 관로(50)가 설치된다.
기판 처리 장치(10)에는 또한 히터(20), 흡기 밸브(24, 42), 개폐 밸브(36, 38, 46), 배기 밸브(40, 44), 라디에이터(28) 및 블로어(30)를 제어하는 제어부(70)가 설치된다.
<작용>
이하, 기판 처리 장치(10)의 작용에 대하여 설명한다. 승온 공정에서는 반도체 웨이퍼W의 승온을 시작하고 반응관(12) 내부의 온도, 바꿔 말하면 반도체 웨이퍼W의 온도가 목표 온도에 달할 때까지는 도 2에 도시하는 바와 같이 제어부(70)는 흡기 밸브(24), 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(38)를 폐지한다. 이 때 라디에이터(28)는 정지한 상태이어도 좋지만, 상승[立上]을 신속하게 한다는 관점에서는 운전 상태로 하는 것이 바람직하다. 한편, 전력 소비량 삭감이라는 관점에서 블로어(30)를 정지한 상태로 하는 것이 바람직하다.
이에 의해 공기 유통 유로(22)는 외기 및 설비 배기계와의 연통이 차단되기 때문에 공기 유통 유로(22)에서의 공기의 유통도 정지된다.
따라서 단열벽(18)을 형성하는 단열재뿐만 아니라 공기 유통 유로(22) 내의 공기도 단열재로서 기능하기 때문에 도 4의 (A)의 시간 영역(2)에 도시하는 바와 같이 반응관(12) 내부의 온도는 급속히 상승한다.
반응관(12) 내부의 온도가 목표 온도를 초과하면, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이 제어부(70)는 흡기 밸브(24)는 폐지한 상태에서 개폐 밸브(36) 및 개폐 밸브(38)를 개방하여 블로어(30)를 기동한다. 또한 배기 밸브(40, 44) 및 흡기 밸브(42)도 폐지한 상태로 한다.
이에 의해 도 3의 (A)에서 화살표로 도시하는 바와 같이 공기는 하측 챔버(34), 공기 유통 유로(22), 상측 챔버(32), 공기 순환 유로(26) 및 하측 챔버(34)의 경로로 순환하고, 공기 순환 유로(26)를 통과할 때에 라디에이터(28)에 의해 냉각된다. 따라서 단열벽(18)에서의 측면 단열재(18A)는 공기 유통 유로(22)를 유통하는 공기로 급속히 냉각되어 온도가 저하한다. 이에 의해 반응관 수용실(16) 및 반응관(12)도 급속히 냉각되기 때문에 도 4의 (A)의 시간 영역(4)에 도시하는 바와 같이 반응관(12)의 내부 온도, 바꿔 말하면 반도체 웨이퍼W의 온도도 급속하게 저하한다.
여기서 공기 유통 유로(22)의 벽면을 통한 방열량은 공기 유통 유로(22)를 통과하는 공기량에 의해 변화한다. 대표예로서 공기 유통 유로(22)를 유통하는 공기가 층류(層流)이며, 공기 유통 유로(22)의 벽면의 온도가 마찬가지인 경우를 고려하면, 이하의 열전달 관계식:
Nux=0.332Rex1/2Pr1/3
이 성립된다. 여기서 누셀트 수 Nux, 레이놀드 수 Rex, 프란틀 수 Pr은 이하의 식:
Nux=(hx·x)/λ
Rex=u·x/ν
Pr=ν/a
(hx: 열전도율, x: 대표 길이, λ: 열전도율, u: 온도, ν: 동점성(動粘性) 계수, a: 온도 전도율)로 주어진다.
따라서 단열벽(18)의 단열 성능을 변화시키기 위해서는 공기 유통 유로(22)를 유통하는 공기의 양을 변화시키면 좋고, 이를 위해서는 제어부(70)에서 블로어(30)의 회전 수를 제어하거나 또는 개폐 밸브(36, 38)의 개도(開度)를 제어하면 좋다. 개폐 밸브(36, 38)는 댐퍼라고도 할 수 있다. 이와 같이 하여 단열벽(18)의 단열 성능을 단계적 또는 연속적으로 변화시키는 것에 의해 온도 리커버리 특성 및 전력 소비량을 최적화할 수 있다.
또한 반도체 웨이퍼W의 온도가 목표 온도에 근접하면, 제어부(70)는 블로어(30)의 회전 수를 서서히 낮추는 것에 의해 언더슈트를 줄이고 신속하게 목표 온도에 도달시키는 것이 가능해진다.
또한 제어부(70)에서 블로어(30)의 회전 수 또는 개폐 밸브(36, 38)의 개도의 설정값은 시퀀스 제어로서 미리 정해진 온도 레시피에 맞춰서 설정해도 좋고, 또한 반응관(12) 내분(內分)의 온도를 모니터하여 PID제어해도 좋다.
반응관(12) 내부의 온도가 목표 온도를 초과한 경우에는 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이 공기 유통 유로(22) 및 공기 순환 유로(26)를 공기가 순환되는 순환 상태로 하는 대신에 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이 흡기 밸브(24), 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(46) 및 배기 밸브(44)를 개방해도 좋다. 이 때 개폐 밸브(38), 배기 밸브(40), 흡기 밸브(42)는 폐지한 상태로 한다. 이에 의해 도 3의 (B)에서 화살표로 도시하는 바와 같이 공기 순환 유로(26) 내의 공기가 블로어(30)에 의해 배기 밸브(44)로부터 설비 배기계에 배출되기 때문에, 외기가 흡기 밸브(24)로부터 하측 챔버(34)에 유입되고, 공기 유통 유로(22)를 하방(下方)으로부터 상방(上方)을 향하여 유통하여 상측 챔버(32)에 유입된다.
또한 도 3의 (B)에 도시하는 배출 상태로 하는 대신에 도 3의 (C)에 도시하는 바와 같이 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(38), 배기 밸브(40), 흡기 밸브(42)를 개방해도 좋다. 이 경우, 흡기 밸브(24) 및 개폐 밸브(46)는 폐지한 상태로 한다. 이에 의해 도 3의 (C)에서 화살표로 도시하는 바와 같이 블로어(30)에 의해 흡기 밸브(42)로부터 외기가 흡입되어 하측 챔버(34)에 압출(押出)되고, 공기 유통 유로(22)를 상방을 향하여 유통하여 상측 챔버(32)에 도달하고, 라디에이터(28)를 통해서 배기 밸브(44)로부터 설비 배기계에 배출된다.
도 3A에 도시하는 순환 상태는 단순히 공기 유통 유로(22) 및 공기 순환 유로(26)에서 공기를 유통시킬 뿐, 외부에는 배출하지 않기 때문에, 공장 설비측에 부담을 주지 않고 에너지를 절약할 수 있다. 한편, 도 3의 (B)에 도시하는 배출 상태 및 도 3의 (C)에 도시하는 압출 상태에서는 배기 온도가 낮은 경우, 라디에이터(28)를 정지하거나 또는 생략할 수 있다.
반도체 웨이퍼W의 온도가 목표 온도까지 저하하면, 제어부(70)는 블로어(30)를 정지시키고 도 2에 도시하는 바와 같이 재차 흡기 밸브(24), 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(38), 배기 밸브(40), 흡기 밸브(42) 및 배기 밸브(44) 모두 폐지한 상태로 한다.
이에 의해 공기 유통 유로(22)는 외기 및 설비 배기계와의 연통이 차단되기 때문에 공기 유통 유로(22)에서의 공기의 유통도 정지된다.
따라서 단열벽(18)을 형성하는 단열재뿐만 아니라 공기 유통 유로(22) 내의 공기도 단열재로서 기능하기 때문에 도 4의 (A)의 시간 영역(3)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼W의 온도는 목표 온도로 안정된다. 이 상태에서 반응 공정으로 이행하고, 원료 가스 도입 관로(48)로부터 반응관(12)에 원료 가스를 도입하여 반도체 웨이퍼W와 반응시킨다.
반도체 웨이퍼W를 원료 가스와 소정 시간 반응시키면, 강온 공정으로 이행한다. 강온 공정에서는 제어부(70)는 흡기 밸브(24), 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(38), 배기 밸브(40), 흡기 밸브(42), 배기 밸브(44) 및 개폐 밸브(46)를 절체(切替)하여 기판 처리 장치(10)를 도 3의 (B)에 도시하는 배출 상태 또는 도 3의 (C)에 도시하는 압출(押出) 상태로 하고, 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이 블로어(30)를 전력 운전한다. 이에 의해 도 4의 (A)의 시간 영역(4)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼W의 온도는 급속히 저하한다.
반도체 웨이퍼W의 온도가 실온까지 저하하면, 제어부(70)는 블로어(30)를 서서히 정지시키고 흡기 밸브(24), 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(38), 배기 밸브(40), 흡기 밸브(42) 및 배기 밸브(44)를 모두 폐지한 도 2의 상태로 한다.
기판 처리 장치(10)에서는 승온 공정에서 반도체 웨이퍼W의 온도가 목표 온도를 초과하면, 흡기 밸브(24), 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(38), 배기 밸브(40), 흡기 밸브(42), 배기 밸브(44) 및 개폐 밸브(46)를 절체하여, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이 공기 유통 유로(22)와 공기 순환 유로(26) 사이에서 공기를 순환시키면서 라디에이터(28)로 냉각하거나, 또는 도 3의 (B) 및 도 3의 (C)에 도시하는 바와 같이 외기를 도입하고, 외기를 공기 유통 유로(22)에 유통시켜서 설비 배기계에 배기한다. 따라서 반도체 웨이퍼W의 온도는 단시간에 목표 온도까지 저하한다. 그리고 반도체 웨이퍼W의 온도가 목표 온도까지 저하하면, 도 2에 도시하는 바와 같이 흡기 밸브(24), 개폐 밸브(36), 개폐 밸브(38), 배기 밸브(40), 흡기 밸브(42) 및 배기 밸브(44)를 모두 폐지하고, 공기 유통 유로(22)와 외기 및 설비 배기계의 연통을 차단한다. 따라서 기판 처리 장치(10)는 온도 리커버리 특성이 뛰어나고 또한 전력도 절약할 수 있다. 이는 도 4의 (A)에서 굵은 선으로 나타내는 반도체 웨이퍼W의 온도의 실측값은 이 도면에서 가는 선으로 나타내는 목표값과 거의 일치하는 것을 봐도 명확하다.
또한 도 3의 (A) 내지 도 3의 (C)에 도시하는 상태로 한 경우에서 블로어(30)의 회전 속도 또는 개폐 밸브(36, 38)의 개도를 제어하여 공기 유통 유로(22) 내의 공기의 유통량을 제어할 수 있기 때문에, 온도 리커버리의 상태에 따라 측면 단열재(18A)의 단열성을 제어할 수 있다.
또한 측면 단열재(18A)에서 공기 유통 유로(22)의 단면적 및 벽면 면적을 증대시키면 공기 유통 유로(22)를 공기가 유통하는 것에 의한 측면 단열재(18A)의 단열성에 대한 영향을 크게 할 수 있다. 반대로 공기 유통 유로(22)의 단면적 및 벽면 면적을 감소시키면, 공기 유통 유로(22)를 공기가 유통하는 것에 의한 측면 단열재(18A)의 단열성에 대한 영향은 작아지지만, 공기 유통 유로(22)에서 공기의 유통을 정지하였을 때의 측면 단열재(18A)의 단열 성능이 보다 향상된다. 따라서 용도에 따라 기판 처리 장치(10)를 최적으로 설계하는 것이 용이해진다.
2. 실시 형태 2
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 예에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 5 이하의 도면에서 도 1 내지 도 4와 동일한 부호는 특별한 경우를 제외하고는 도 1 내지 도 4에 도시하는 도면과 동일한 구성 요소를 나타낸다.
<구성>
도 5에 도시하는 바와 같이 실시 형태 2에 따른 기판 처리 장치(110)에서는 측면 단열재(18A)의 내벽면과 균열관(14) 사이의 공간을 급냉(急冷) 유로(52)로서 사용하고, 급냉 유로(52)와 공기 유통 유로(22)를 연통하는 연통 유로(54)가 측면 단열재(18A)의 벽면에서의 공기 유통 유로(22)와 급냉 유로(52) 사이의 부분 및 히터(20)를 관통한다.
천정면 단열재(18B)에는 급냉 배기 유로(56)가 설치된다. 급냉 배기 유로(56)는 반응관 수용실(16)의 천정면에 개구(開口)하고, 급냉 유로(52)에 연통한다. 급냉 배기 유로(56)는 단열벽(18)의 외측에서 배기 유로(58)에 연통한다. 배기 유로(58)는 급냉 유로(52)로부터 배출된 공기를 설비 배기계에 배기하기 위한 유로다. 배기 유로(58)에는 라디에이터(28)와 블로어(30)가 개장된다.
도 5 및 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(110)에서는 상측 챔버(32)에 흡기 밸브(24)가 설치되고, 하측 챔버(34)에 리커버리 유로(60)가 접속된다. 리커버리 유로(60)는 라디에이터(28)의 앞에서 배기 유로(58)에 연통한다. 단, 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같이 흡기 밸브(24)를 하측 챔버(34)에 설치하고, 리커버리 유로(60)를 상측 챔버(32)에 접속해도 좋다.
도 5, 도 6의 (A) 및 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이 배기 유로(58)에서의 급냉 배기 유로(56)와 라디에이터(28) 사이의 부분에 급냉 배기 밸브(62)가 설치되고, 리커버리 유로(60)에서의 배기 유로(58)와의 합류점 근방에 리커버리 밸브(64)가 설치된다. 흡기 밸브(24) 및 리커버리 밸브(64)는 각각 본 발명의 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브에 상당한다.
기판 처리 장치(110)는 히터(20), 흡기 밸브(24), 리커버리 밸브(64), 라디에이터(28) 및 블로어(30)를 제어하는 제어부(71)를 구비한다.
이상의 점을 제외하고 기판 처리 장치(110)는 실시 형태 1의 기판 처리 장치(10)와 마찬가지의 구성을 포함한다.
<작용>
이하, 기판 처리 장치(110)의 작용에 대하여 설명한다. 승온 공정에서는 반도체 웨이퍼W의 승온을 시작하고 반응관(12) 내부의 온도, 바꿔 말하면 반도체 웨이퍼W의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지는 제어부(71)는 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이 흡기 밸브(24), 급냉 배기 밸브(62) 및 리커버리 밸브(64)를 모두 폐지한다. 이 때 라디에이터(28)는 정지한 상태이어도 좋지만, 상승을 신속하게 한다는 관점에서는 운전 상태로 하는 것이 바람직하다. 한편, 전력 소비량 삭감이라는 관점에서 블로어(30)를 정지한 상태로 하는 것이 바람직하다. 또한 도 7의 (A) 내지 도 7의 (C)에 도시하는 형태는 도 6의 (A)에 도시하는 흡기 밸브(24)가 하측 챔버(34)에 설치된 형태의 기판 처리 장치(110)이다.
이에 의해 공기 유통 유로(22) 및 급냉 유로(52)는 외기 및 설비 배기계와의 연통이 차단되기 때문에 공기 유통 유로(22) 및 급냉 유로(52)에서의 공기의 유통도 정지된다.
따라서 단열벽(18)을 형성하는 단열재뿐만 아니라 공기 유통 유로(22) 및 급냉 유로(52) 내의 공기도 단열재로서 기능하기 때문에 도 4의 (A)의 시간 영역(2)에 도시하는 바와 같이 반응관(12) 내부의 온도는 급속히 상승한다.
반응관(12) 내부의 온도가 목표 온도를 초과하면, 제어부(71)는 도 7의 (A)에 도시하는 바와 같이 급냉 배기 밸브(62)는 폐지한 상태에서 흡기 밸브(24)와 리커버리 밸브(64)를 개방하여 블로어(30)를 기동한다.
이에 의해 도 7의 (A)에서 화살표로 도시하는 바와 같이 공기는 흡기 밸브(24)로부터 하측 챔버(34)에 도입되어, 하측 챔버(34), 공기 유통 유로(22), 상측 챔버(32), 리커버리 유로(60), 배기 유로(58)를 이 순서대로 통과하고, 라디에이터(28)에서 냉각된 후, 설비 배기계에 배출된다. 따라서 단열벽(18)에서의 측면 단열재(18A)는 공기 유통 유로(22)를 유통하는 공기로 급속히 냉각되어 온도가 저하하기 때문에 도 4의 (A)의 시간 영역(3)에 도시하는 바와 같이 반응관(12)의 내부 온도, 바꿔 말하면 반도체 웨이퍼W의 온도도 급속히 저하한다.
반도체 웨이퍼W의 온도가 목표 온도까지 저하하면, 제어부(71)는 블로어(30)를 정지시키고 흡기 밸브(24) 및 리커버리 밸브(64)를 폐지하여 도 7의 (B)의 상태로 되돌린다. 이에 의해 공기 유통 유로(22)는 외기 및 설비 배기계와의 연통이 차단되기 때문에 공기 유통 유로(22)에서의 공기의 유통도 정지된다.
이에 의해 공기 유통 유로(22) 및 급냉 유로(52)는 외기 및 설비 배기계와의 연통이 차단되기 때문에 공기 유통 유로(22) 및 급냉 유로(52)에서의 공기의 유통도 정지된다.
따라서 단열벽(18)을 형성하는 단열재뿐만 아니라 공기 유통 유로(22) 및 급냉 유로(52) 내의 공기도 단열재로서 기능하기 때문에 도 4의 (A)의 시간 영역(3)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼W의 온도는 목표 온도로 안정된다. 이 상태에서 반응 공정으로 이행하고, 원료 가스 도입 관로(48)로부터 반응관(12)에 원료 가스를 도입하여 반도체 웨이퍼W와 반응시킨다.
반도체 웨이퍼W를 소정 시간 원료 가스와 반응시키면, 강온 공정으로 이행한다. 강온 공정에서는 제어부(71)는 도 7의 (C)에 도시하는 바와 같이 흡기 밸브(24), 급냉 배기 밸브(62) 및 리커버리 밸브(64)를 모두 개방하여, 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이 블로어(30)를 전력 운전한다. 이에 의해 도 7의 (C)에서 화살표로 도시하는 바와 같이 흡기 밸브(24)로부터 하측 챔버(34)에 도입되어 하측 챔버(34), 공기 유통 유로(22), 상측 챔버(32), 리커버리 유로(60), 배기 유로(58)를 이 순서대로 통과한다. 한편, 하측 챔버(34)로부터 공기 유통 유로(22)에 도입된 외기의 일부는 연통 유로(54)를 지나서 급냉 유로(52)에 유입되고, 급냉 배기 유로(56)를 지나서 배기 유로(58)에서 라디에이터(28)의 앞에서 리커버리 유로(60)를 통과한 외기와 합류한다. 합류한 외기는 라디에이터(28) 및 블로어(30)를 통과하여 설비 배기계에 배기된다. 이에 의해 도 4의 (A)의 시간 영역(4)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼W의 온도는 급속히 저하한다.
기판 처리 장치(110)에는 공기 유통 유로(22)와 더불어 급냉 유로(52), 급냉 배기 유로(56) 및 연통 유로(54)를 설치한 구성으로 이루어진다. 따라서 강온 공정에서 리커버리 밸브(64)와 더불어 급냉 배기 밸브(62)를 개방하는 것에 의해 흡기 밸브(24)로부터 유입된 외기는 측면 단열재(18A) 내부의 공기 유통 유로(22) 내를 유통할 뿐만 아니라 균열관(14)을 따라 유통한다. 따라서 실시 형태 1의 기판 처리 장치(10)가 가지는 특징과 더불어 강온 공정에서 한층 더 급속하게 반응관(12) 내의 온도, 즉 반도체 웨이퍼W의 온도를 낮출 수 있다는 특징을 가진다.
3. 실시 형태 3
다음으로 제3 실시 형태에 대하여 도 10의 (A) 및 도 10의 (B)를 이용하여 설명한다. 제1 실시 형태인 도 2와의 차이점은 도 2에서는 측면 단열재(18A) 내부에 공기 유통 유로(22)를 설치하지만, 도 10의 (A) 및 도 10의 (B)가 도시하는 제3 실시 형태에서는 측면 단열재(18A) 내부뿐만 아니라 천정면 단열재(18B)에도 공기 유통 유로(102B)를 설치한다는 점이다. 또한 도 10에서 도 1 내지 도 3과 동일한 부호는 특별한 경우를 제외하고는 도 1 내지 도 3에 도시하는 도면과 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 10의 (A) 및 도 10의 (B)는 실시 형태 3에 따른 기판 처리 장치의 공기 유통 유로의 일 예를 도시한 도면이다. 도 10의 (A)는 측면 단열재(18A)에 설치한 공기 유통 유로(102A)와 천정면 단열재(18B)에 설치한 공기 유통 유로(102B)가 연통되고, 단열벽(18) 상부로부터 공기 순환 유로(26)에 공기가 배출되는 것을 도시한 도면이다. 또한 본 실시예뿐만 아니라 이후, 측면 단열재(18A)에 설치한 공기 유통 유로(102A)와 천정면 단열재(18B)에 설치한 공기 유통 유로(102B)를 총칭하는 경우에는 공기 유통 유로(102)라고 기재한다.
도 10의 (A)의 도시와 같이 구성하는 것에 의해, 공기 유통 유로(102)는 상면이 개방된 원통 형상으로 이루어져 반응관 수용실의 상부 단열벽을 균일하게 냉각하는 것이 가능해지는 것과 함께, 새로 추가하는 부품도 적기 때문에 비용을 억제하면서 온도 응답성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 10의 (A)와 마찬가지로 도 10의 (B)는 천정면 단열재(18B)에 설치한 공기 유통 유로(102B)에 유통시키는 공기를, 측면 단열재(18A)에 설치한 공기 유통 유로(102A)에 유통시키는 공기의 흡입구와는 다른 흡기구(吸氣口)로부터 흡기하고, 공기 순환로(26)에 배출하는 단계에서 합류시켜서 배기하는 것을 도시한 도면이다.
도 10B와 같이 구성하는 것에 의해 공기 유통 유로(102)를 포함하는 단열벽(18)을 간이 구조로 하는 것이 가능해지고, 또한 공기 유통 유로(102)에 유통시키는 외기의 흡기구를 복수 포함하기 때문에 냉각 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 10의 (A) 및 도 10의 (B)와 같이 천정면 단열재(18B)에 공기 유통 유로(102B)를 설치하는 것에 의해 단열벽의 측면뿐만 아니라 천정면도 냉각하는 것이 가능해지고, 방열량이 많아지기 때문에 온도 응답성이 향상된다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경과 조합이 가능하며, 그 효과에 대해서도 변경, 조합에 따라 얻는 것이 가능하다.
예컨대 전술한 실시 형태에서는 기판 보지구로서 사용하는 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 보트의 하부에 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재를 설치하여 단열성을 높여도 좋고, 공기 유통 유로를 형성하는 단열벽에 대하여 공기 유통 유로의 외측에 위치하는 단열벽 단열재를 두껍게 하는 것에 의해 단열성을 높여 저소비 전력 성능을 향상시켜도 좋다. 또한 공기 유통 유로와 히터 사이에 위치하는 단열벽 단열재를 얇게 하는 것에 의해 방열량을 늘리고, 온도 응답성을 향상시키도록 구성해도 좋다. 또한 공기 유통 유로 내를 유통하는 매체는 바람직하게는 공기를 이용하는 것에 의해 운영비를 저감할 수 있지만, 공기에 한정되지 않고 불활성 가스 등의 가스를 이용해도 좋다. 또한 흡기측과 배기측에 설치한 개폐 밸브는 개폐 밸브에 한정되지 않고 제어부에 의해 제어되는 개폐 기구를 포함하면 좋다.
또한 전술한 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에서는 공기 유통 유로(22), 또는 공기 유통 유로(102)를 반응관 수용실을 따르도록 원통 형상으로 설치되어도 좋고, 불연속적인 방사(放射) 형상으로 설치되어도 좋다. 이 구성에 관한 구체적인 설명에 대하여 도 11의 (A)와 도 11의 (B)를 이용하여 이하에 설명한다. 또한 도 11에서 도 1 내지 도 3, 도 10과 동일한 부호는 특별한 경우를 제외하고는 도 1 내지 도 3, 도 10에서 도시하는 도면과 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 11의 (A) 및 도 11의 (B)는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에 사용되는 기판 처리 장치의 일부를 도시한 수평 단면도다. 도 11의 (A)는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에 사용되는 기판 처리 장치에 대하여 공기 유통 유로를 원통 형상으로 설치한 경우의 수평 단면도이며, 도 11의 (B)는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에 사용되는 기판 처리 장치에 대하여 공기 유통 유로를 방사 형상으로 설치한 경우의 수평 단면도다. 도 11의 (A)에서는 기판 처리 장치에서의 공기 유통 유로(22) 또는 공기 유통 유로(102)가 반응관 수용실의 내벽면과 동심원 형상으로 상하 방향을 따라 원통 형상으로 설치되고, 이와 같이 구성하는 것에 의해 공기를 순환 또는 유통시키는 것이 가능해지지만, 도 11의 (B)에 도시되는 바와 같이 연속적인 원통 형상이 아닌 동일 원주 상에 분할되어 배치된 방사 형상의 공기 유통 유로(22) 또는 공기 유통 유로(102)로 하는 것에 의해 공기 유통 유로(22) 또는 공기 유통 유로(102) 내에서의 유량을 균등하게 순환 또는 유통시키는 것이 가능해져 단열벽 전체를 보다 균등하게 냉각하는 것이 가능해진다. 여기서 도 11의 (B)에 도시되는 공기 유통 유로는 8개의 유통 유로로서 도시되지만, 이 유통 유로의 개수에 한정되지 않고 프로세스 조건에 따라 적절히 변경해도 좋다. 또한 도 11의 (B)에서의 흡기의 방법으로서는 흡기측 챔버를 연결하여 각 공기 유통 유로에 유통시켜도 좋고, 각각의 공기 유통 유로에 공기 순환 유로를 설치하여 공기의 순환, 유통을 각각 독립하여 수행하는 것이 가능하도록 구성해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에서는 흡기측의 챔버와 공기 유통 유로의 접속부에 버퍼 영역을 설치해도 좋다. 이 구성에 관한 구체적인 설명에 대하여 도 12의 (A) 및 도 12의 (B)를 이용하여 이하에 설명한다. 또한 도 12에서 도 1 내지 도 3, 도 10과 동일한 부호는 특별한 경우를 제외하고는 도 1 내지 도 3, 도 10에서 도시하는 도면과 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 12의 (A) 및 도 12의 (B)는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에 사용되는 기판 처리 장치의 개략 단면도와 그 일부 확대도다. 도 12의 (A)는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3에 사용되는 기판 처리 장치의 개략도이며, 도 12의 (B)는 도 12의 (A)에 도시한 범위A의 확대도다. 도 12의 (B)에 도시되는 바와 같이 흡기측의 하부 챔버(34)와 공기 유통 유로(22) 또는 공기 유통 유로(102) 사이에 버퍼 영역(120)을 설치하고, 이 버퍼 영역(120)과 공기 유통 유로(22) 또는 공기 유통 유로(102)를 접속하는 접속부(121)의 유로 단면적을 공기 유통 유로(22) 또는 공기 유통 유로(102)보다 작아지도록 구성하는 것에 의해 유통 또는 순환하는 공기량을 균일하게 할 수 있다. 여기서 도 12의 (B)에서는 흡기측의 챔버로서 하부 챔버(34)를 이용하여 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 흡기구가 상부 챔버측에 있는 경우에는 전술한 구성과 상하를 반대로 한 구성으로 상부 챔버(32)를 이용하여 상부 챔버(32)와 공기 유통 유로(22) 또는 공기 유통 유로(102) 사이에 설치하는 버퍼 영역도 공기 유통 유로의 상방측에 설치하도록 구성해도 좋다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
(부기1)
기판이 재치된 기판 보지구(保持具)가 장입(裝入)되는 반응기(反應器);
단열재에 의해 형성되고 상기 반응기가 수용되는 공간인 반응기 수용실을 내측에 포함하는 단열벽;
상기 단열벽의 상기 반응기 수용실 내에 설치된 히터;
상기 단열벽의 측벽의 내부에 설치된 공기 유통 유로;
상기 공기 유통 유로에 공기를 유통시키는 공기 유통 기구;
상기 공기 유통 유로의 입구측에 설치된 제1 개폐 밸브;
상기 공기 유통 유로의 출구측에 설치된 제2 개폐 밸브; 및
상기 히터에 의해 상기 기판을 가열하여 미리 정해진 목표 온도까지 승온시키는 승온 공정에서, 상기 기판의 온도가 상기 목표 온도를 초과하면 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 모두 폐지(閉止) 상태에서 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 순환시키거나 또는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에서 상기 공기를 유통시키고, 상기 기판의 온도가 상기 목표 온도까지 저하하면, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 폐지하고 상기 공기 유통 기구를 정지하고, 상기 기판을 상기 목표 온도로부터 냉각하는 강온 공정에서, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에서 상기 공기를 유통시키는 제어부;
를 구비하는 기판 처리 장치.
(부기2)
상기 공기 유통 유로는 상기 단열벽의 상기 측벽 내에 상기 반응관과 동심원 형상으로 상하를 따라 원통 형상으로 설치되는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
(부기3)
상기 공기 유통 유로는 상기 단열벽의 상기 측벽 내에 상기 반응관과 동일 원주 상에 방사(放射) 형상으로 설치되는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
(부기4)
상기 공기 유통 유로의 상단과 하단에 연통(連通)되고 상기 공기 유통 유로와 연통되는 부분에 챔버를 구비하며, 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기의 순환을 수행하는 공기 순환 유로;를 더 포함하는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
(부기5)
상기 기판 처리 장치는 상기 공기 유통 유로를 순환하는 상기 공기를 냉각하는 공기 냉각부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 기판을 상기 목표 온도로부터 냉각하는 상기 강온 공정에서 상기 공기 냉각부를 개재하여 상기 공기를 유통시키도록 제어하는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
(부기6)
상기 단열벽과 상기 반응기 사이에 설치된 균열관;
상기 단열벽과 상기 균열관 사이의 공간에 설치된 급냉 유로; 및
상기 반응 수용실을 일부 개구하여 설치되고 상기 급냉 유로와 연통하는 급냉 배기 유로;
를 더 포함하는 부기1에 기재된 기판 처리 장치.
(부기7)
기판이 재치된 기판 보지구가 장입되는 반응기; 단열재에 의해 형성되고 상기 반응기가 수용되는 공간인 반응기 수용실을 내측에 포함하는 단열벽; 상기 단열벽의 상기 반응기 수용실 내에 설치된 히터; 상기 단열벽의 측벽의 내부에 설치된 공기 유통 유로; 상기 공기 유통 유로에 공기를 유통시키는 공기 유통 기구; 상기 공기 유통 유로의 입구측에 설치된 제1 개폐 밸브; 및 상기 공기 유통 유로의 출구측에 설치된 제2 개폐 밸브;를 구비하는 기판 처리 장치를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
상기 기판을 실온으로부터 미리 정해진 목표 온도까지 승온하는 승온 공정;
상기 목표 온도에서 상기 반응기 내에 소정의 원료 가스를 도입하여 상기 기판을 처리하는 반응 공정; 및
상기 기판을 상기 원료 가스와 반응시킨 후, 상기 기판을 상기 목표 온도로부터 냉각하는 강온 공정;
을 포함하고,
상기 승온 공정에서는 상기 기판의 온도가 상기 목표 온도를 초과하였을 때에는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 모두 폐지한 상태에서 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에서 상기 공기를 순환시키거나 또는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에서 상기 공기를 유통시키고, 상기 기판의 온도가 상기 목표 온도까지 저하하였을 때에는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 폐지하고 상기 공기 유통 기구를 정지하고,
상기 강온 공정에서는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에 상기 공기를 유통시키는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기8)
기판이 재치된 기판 보지구가 장입되는 반응기; 단열재에 의해 형성되고 상기 반응기가 수용되는 공간인 반응기 수용실을 내측에 포함하는 단열벽; 상기 단열벽의 상기 반응기 수용실 내에 설치된 히터; 상기 단열벽의 측벽의 내부에 설치된 공기 유통 유로; 상기 공기 유통 유로에 공기를 유통시키는 공기 유통 기구; 상기 공기 유통 유로의 입구측에 설치된 제1 개폐 밸브; 및 상기 공기 유통 유로의 출구측에 설치된 제2 개폐 밸브;를 구비하는 기판 처리 장치를 이용하는 기판 처리 방법으로서,
상기 기판을 실온으로부터 미리 정해진 목표 온도까지 승온하는 승온 공정;
상기 목표 온도에서 상기 반응기 내에 소정의 원료 가스를 도입하여 상기 기판을 처리하는 반응 공정; 및
상기 기판을 상기 원료 가스와 반응시킨 후, 상기 기판을 상기 목표 온도로부터 냉각하는 강온 공정;
을 포함하고,
상기 승온 공정에서는 상기 기판의 온도가 상기 목표 온도를 초과하였을 때에는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 모두 폐지한 상태에서 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에서 상기 공기를 순환시키거나 또는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에서 상기 공기를 유통시키고, 상기 기판의 온도가 상기 목표 온도까지 저하하였을 때에는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 폐지하고 상기 공기 유통 기구를 정지하고,
상기 강온 공정에서는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에 상기 공기를 유통시키는 기판 처리 방법.
(부기9)
기판이 재치된 기판 보지구가 반응기에 삽입되는 공정;
상기 단열재에 의해 형성되고 상기 반응기가 수용되는 공간을 내측에 포함하고 내부에 공기가 유통 또는 순환되는 공기 유통 유로와, 상기 공기 유통 유로 내에 상기 공기를 유통 또는 순환시키는 공기 유통 기구와, 상기 공기 유통 유로의 흡기측(吸氣側)에 설치된 제1 개폐 밸브와 상기 공기 유통 유로의 배기측에 설치된 제2 개폐 밸브를 포함하는 단열벽과, 상기 단열벽과 상기 반응기 사이에 설치된 히터에 의해 상기 반응기 내를 소정의 온도까지 승온하는 공정;
적어도 상기 히터, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 제어하는 제어부에 의해 상기 승온 공정에서 상기 반응기 내가 소정의 온도를 초과하였을 때에 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 닫고 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 순환시키거나 또는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 열어 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 유통시키도록 제어하여, 상기 소정의 온도까지 상기 반응기 내를 냉각하는 공정;
상기 냉각 공정 후, 상기 제어부에 의해 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 닫는 것과 함께 상기 공기 유통 기구를 정지하도록 제어하고, 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 체류시켜서 상기 반응기 내의 온도를 유지하여 상기 기판을 처리하는 공정; 및
상기 기판 처리 공정 후, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고, 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에 상기 공기를 유통시켜 상기 반응기 내를 상기 소정의 온도로부터 강온하는 공정;
을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
(부기10)
기판이 재치된 기판 보지구가 반응기에 삽입되는 공정;
상기 단열재에 의해 형성되고 상기 반응기가 수용되는 공간을 내측에 포함하고 내부에 공기가 유통 또는 순환되는 공기 유통 유로와, 상기 공기 유통 유로 내에 상기 공기를 유통 또는 순환시키는 공기 유통 기구와, 상기 공기 유통 유로의 흡기측(吸氣側)에 설치된 제1 개폐 밸브와 상기 공기 유통 유로의 배기측에 설치된 제2 개폐 밸브를 포함하는 단열벽과, 상기 단열벽과 상기 반응기 사이에 설치된 히터에 의해 상기 반응기 내를 소정의 온도까지 승온하는 공정;
적어도 상기 히터, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 제어하는 제어부에 의해 상기 승온 공정에서 상기 반응기 내가 소정의 온도를 초과하였을 때에 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 닫고 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 순환시키거나 또는 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 열어 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 유통시키도록 제어하여, 상기 소정의 온도까지 상기 반응기 내를 냉각하는 공정;
상기 냉각 공정 후, 상기 제어부에 의해 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 닫는 것과 함께 상기 공기 유통 기구를 정지하도록 제어하고, 상기 공기 유통 유로 내의 상기 공기를 체류시켜서 상기 반응기 내의 온도를 유지하여 상기 기판을 처리하는 공정; 및
상기 기판 처리 공정 후, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고, 상기 공기 유통 기구에 의해 상기 공기 유통 유로에 상기 공기를 유통시켜 상기 반응기 내를 상기 소정의 온도로부터 강온하는 공정;
을 구비하는 기판 처리 방법.
본 발명은 온도 리커버리 특성과 저소비 전력을 종래보다 높은 레벨로 달성할 수 있는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 이용할 수 있다.
10: 기판 처리 장치 12: 반응관
14: 균열관 16: 반응관 수용실
18: 단열벽 18A: 측면 단열재
18B: 천정면 단열재 20: 히터
22: 공기 유통 유로 24: 흡기 밸브
26: 공기 순환 유로 28: 라디에이터
30: 블로어 32: 상측 챔버
34: 하측 챔버 36: 개폐 밸브
38: 개폐 밸브 40: 배기 밸브
42: 흡기 밸브 44: 배기 밸브
46: 개폐 밸브 52: 급냉 유로
54: 연통 유로 56: 급냉 배기 유로
58: 배기 유로 60: 리커버리 유로
62: 급냉 배기 밸브 64: 리커버리 밸브
70: 제어부 71: 제어부
110: 기판 처리 장치

Claims (10)

  1. 기판이 재치된 기판 보지구(保持具)가 삽입되는 반응관;
    상기 반응관이 수용되는 공간을 내측에 포함하는 단열벽;
    상기 단열벽의 내부에 배치되는 상기 기판을 가열하는 히터;
    상기 단열벽의 내부이며 상기 히터의 외측에 적어도 일부가 설치되는 가스 유통 유로;
    상기 가스 유통 유로에 접속되고 상기 공간을 개재하여 가스를 배기하는 가스 배기로;
    상기 가스 유통 유로와 상기 가스 배기로의 각각에 접속되어 가스를 유통시키는 리커버리 유로;
    상기 가스 유통 유로에 가스를 유통시키는 가스 유통 기구;
    상기 가스 유통 유로의 상류에 설치된 제1 개폐 밸브;
    상기 가스 배기로와 상기 리커버리 유로의 합류점보다 상류의 상기 가스 배기로에 설치된 제2 개폐 밸브;
    상기 리커버리 유로에 설치된 제3 개폐 밸브; 및
    상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫음으로써 상기 가스가 상기 리커버리 유로를 개재하여 배기하도록 상기 제1 개폐 밸브, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브를 제어하는 제어부;
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 유통 유로는 상기 히터가 설치된 영역의 최하부보다 수직 방향의 상방에 설치된 가스 흡기부를 포함하고,
    상기 가스 유통 유로와 상기 리커버리 유로의 접속부는 상기 가스 흡기부보다 하방에 설치되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫음으로써 상기 가스 유통 유로를 유통하는 가스가 상기 히터의 상방으로부터 하방을 향해 흐르도록 상기 제1 개폐 밸브, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브를 제어하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 개폐 밸브보다 하류에는 가스를 냉각하는 가스 냉각부를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 가스 냉각부를 개재하여 가스를 냉각시킨 후 배기하도록 상기 제2 개폐 밸브 또는 상기 제3 개폐 밸브를 제어하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기판 보지구를 상기 반응관에 삽입하고, 상기 기판을 가열하는 타이밍에서 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫도록 상기 제1 개폐 밸브, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브를 제어하는 기판 처리 장치.
  6. 기판이 재치된 기판 보지구가 삽입되는 반응관과, 상기 반응관이 수용되는 공간을 내측에 포함하는 단열벽과, 상기 단열벽의 내부에 설치된 상기 기판을 가열하는 히터와, 상기 단열벽의 내부이며 상기 히터의 외측에 적어도 일부가 설치되는 가스 유통 유로와, 상기 가스 유통 유로에 접속되고 상기 공간을 개재하여 가스를 배기하는 가스 배기로와, 상기 가스 유통 유로와 상기 가스 배기로의 각각에 접속되어 가스를 유통시키는 리커버리 유로와, 상기 가스 유통 유로에 가스를 유통시키는 가스 유통 기구와, 상기 가스 유통 유로에 설치된 제1 개폐 밸브와, 상기 가스 배기로와 상기 리커버리 유로의 합류점보다 상류의 상기 가스 배기로에 설치된 제2 개폐 밸브와, 상기 리커버리 유로에 설치된 제3 개폐 밸브를 구비하는 기판 처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 히터에 의해 상기 반응관 내를 가열하는 공정; 및
    상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫음으로써 상기 가스가 상기 리커버리 유로를 개재하여 배기하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 유통 유로는 상기 히터가 설치된 영역의 최하부보다 수직 방향의 상방에 설치된 가스 흡기부를 포함하고,
    상기 가스 유통 유로와 상기 리커버리 유로의 접속부는 상기 가스 흡기부보다 하방에 설치되는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫음으로써 상기 가스 유통 유로를 유통하는 가스가 상기 히터의 상방으로부터 하방을 향해 흐르도록 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제2 개폐 밸브, 상기 제3 개폐 밸브를 제어하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 리커버리 유로를 개재하여 상기 가스를 배기하는 공정에서는, 상기 제2 개폐 밸브보다 하류에 설치된 가스 냉각부를 개재하여 상기 가스를 냉각하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 반응관을 가열하는 공정에서는, 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 열고 상기 제2 개폐 밸브를 닫도록 제어하는 반도체 장치의 제조 방법.
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