KR100207756B1 - 가열처리장치 - Google Patents

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KR100207756B1
KR100207756B1 KR1019930000736A KR930000736A KR100207756B1 KR 100207756 B1 KR100207756 B1 KR 100207756B1 KR 1019930000736 A KR1019930000736 A KR 1019930000736A KR 930000736 A KR930000736 A KR 930000736A KR 100207756 B1 KR100207756 B1 KR 100207756B1
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츠토무 사호다
히데유키 미즈키
히데노리 미야모토
히사시 호리
히로요시 사고오
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나카네 히사시
토오쿄 오오카 코오교 가부시키가이샤
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Abstract

다수의 피처리물이 수평 베이스 플레이트 안에 한정되고 진공배기 장치에 연결된 개구 위에 걸쳐 배치된 피처리물 홀더 위에 지지된다. 승강 장치의 암 위에 지지된 반응 챔버가, 자체 안에 피처리물을 수용하는 밀폐된 공간을 한정하는 하강된 위치와 피처리물이 반응 챔버 밖으로 노출되는 상승된 위치 사이에서 베이스 플레이트에 대해 수직으로 이동 가능하다. 다른 승강 장치의 암 위에 지지된 가열설비가 반응 챔버를 둘러싸는 하강된 위치와 반응 챔버가 가열 설비밖으로 노출되는 상승된 위치 사이에서 베이스 플레이트에 대해 수직으로 이동 가능하다.

Description

가열 처리 장치
제1도는 가열 설비 및 반응 챔버가 하강되어 있는 본 발명에 따른 가열 처리 장치의 수직적 단면도이고,
제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이며,
제3도는 가열 설비 및 반응 챔버가 상승되어 있는 가열 처리 장치의 수직적 단면도이고,
제4도의 오직 가열 설비만 상승된 가열 처리 장치의 수직적 단면도이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼, 유리기판 등과 같은 피처리물의 표면에 도포된 막을 경화시키기 위한 가열 처리장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 유리기판의 표면 위에 인규산 유리(PSG), 붕규산 유리(BPSG), 질화물의 도포 용액을 1차 도포한 후 가열 처리 장치로 도포된 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판을 경화시켜 반도체 웨이퍼에 인규산 유리(PSG) 또는 붕규산 유리(BPSG)의 막 또는 질화막을 침착시키거나 유리 기판위에 이산화 규소(SiO2)의 막을 침착시키는 것이 통상적이어 왔다.
지금까지, 가열 처리 장치는 베이스 플레이트에 고정적으로 탑재된 반응 챔버, 반응 챔버 주위에 배치된 가열기, 및 경화하려는 다수의 피처리물을 홀딩하고 아래로부터 반응 챔버 내로 삽입 가능한 홀더(holder)를 포함한다. 작동시, 반응 챔버를 피처리물 위에 도포된 막안의 용매가 증발하도록 감압시키고, 이어서 피처리물을 경화동안 가열한다.
자체안에 다수의 피처리물을 유지시키는 홀더는 경화 과정전 반응 챔버내로 상승되고, 이어서 경화 과정후 반응 챔버 밖으로 하강된다. 홀더가 느린속도로 수직적으로 반응 챔버 내로 들어가고 나가기 때문에, 피처리물을 처리하는데 요구되는 전 시간이 길다.
또한, 반응 챔버와 가열기는 고정된 관계로 관련되어 위치한다. 결과적으로, 일단 반응 챔버 내의 온도가 가열 과정의 결과로 증가하면, 온도는 빨리 떨어지지 않는다. 피처리물의 다음 배치가 반응 챔버에 세트되고, 반응 챔버가 증발에 의해 용매를 제거하기 위하여 증발된 때, 동시에 축합반응(condensation reaction)이 일어나, 도포된 막에 균열(carcks)을 발생시키는 경향이 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 비교적 짧은 사이클 시간 안에 도포된 피처리물을 가열할 수 있고, 피처리물 위의 도포된 막 용액에 함유된 용매가 축합 과정없이 증발토록 하기 위하여 반응 챔버내의 온도를 빠르게 낮출 수 있는 가열 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 균일한 온도로 피처리물을 가열할 수 있는 가열 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 진공배기 장치에 연결되고 자체안에 한정된 개구를 갖는 베이스 플레이트, 피처리물을 홀딩하기 위해, 개구 위에 배치된 피처리물 홀더, 자체안에 피처리물을 수용하는 밀폐된 공간을 한정하는 하강된 위치와 피처리물이 반응 챔버 밖으로 노출된 상승된 위치 사이에서, 베이스 플레이트에 대해 수직으로 이동 가능한 반응 챔버 및 반응 챔버를 둘러싸는 하강된 위치와 반응 챔버가 가열 설비밖으로 노출된 상승된 위치 사이에서 베이스 플레이트에 대해 수직으로 이동 가능한 가열 설비를 포함하는 가열 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 피처리물을 홀딩하기 위한 홀더 수단, 피처리물을 홀딩하는 홀더 수단을 수용하기 위한 반응 챔버로서, 피처리물이 반응 챔버 밖으로 노출된 위치로 이동 가능한 반응 챔버, 및 그에 관련된 것을 덮고 있는 반응 챔버를 가열하기 위한 가열기 수단으로서 반응 챔버가 가열기 수단 밖으로 노출되는 위치로 이동가능한 가열기 수단을 포함하는 피처리물을 가열하기 위한 가열 처리장치가 제공된다.
본 발명의 상기 및 추가의 목적, 상세한 사항 및 잇점이, 첨부된 도면과 연결하여 읽을 때 바람직한 태양의 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
제1도에서, 본 발명에 따른 가열 처리 장치는 수평 지지 패널(20)위에 탑재된 수평 베이스 플레이트(1)를 갖는다. 베이스 플레이트(1)는 하단에서 진공배기장치(3a)에 연결된 수직 파이프(3)에 연결되고 그 안에 한정된 개구(2)를 갖는다. 합성 석영 또는 알루미늄으로 된 피처리물 홀더(5)는 지지 프레임(4)의 상단에 이동 가능하게 탑재되어 있다.
지지 프레임(4)은 베이스 플레이트(1)위에 놓인 하부 베이스(4d)위에 탑재된 4개의 간격진 수직 지주(4a) 및 수직 지주(4a)에 부착된 수직적으로 간격진 다수의 수평 플레이트(4b)를 포함한다. 수평 플레이트(4a)는 지지 프레임(4) 안에 균일한 온도 분포를 달성하기 위하여 지지 프레임(4)의 하부 지역에서 보다 상부 지역에서 보다 넓게 간격져 있다.
피처리물 홀더(5)는 하부 베이스(5d)위에 탑재된 하단들과 상부 베이스(5e)에 연결된 상단들을 갖는 4개의 간격진 수직 지주들(5a)을 포함한다. 수직 지주들(5a)은 수평 평면 안의 사다리꼴 모양의 각각의 4개의 정점 안에 위치한다. 수직 지주들(5a)의 각각은 다수의 수직적으로 간격진 수평 홈들(5a)을 갖는다. 수직 지주(5a)의 수평 홈들(5a)은 반도체 웨이퍼, 유리 기판 등과 같은 수직적으로 간격진 피처리물(W)의 주변 에지들을 연합하여 수용하기 위해 피처리물 홀더(5)의 중앙 쪽으로 개방되어 있다. 따라서, 피처리물(W)은 수직 지주(5a)에 의해 수직적으로 간격진 관계로 지지된다.
지지 프레임(4)은 수직 지주(4a)의 상단에 결합된 가장 상부 플레이트(4b)의 상부 표면 위에 3개의 수평적으로 간격져 위치하는 투쓰(tooth)(4c)를 갖는다. 피처리물 홀도(5)의 하부 베이스(5d)는 그의 하부 표면 위에 3개의 수평적으로 간격진 칼라(collar)(5c)를 갖는다. 칼라(5c)는 위치결정(positioning) 투쓰(4c) 위에 꼭맞게 장착되어 지지 프레임(4) 위에 피처리물 홀더(5)를 위치시켜 세팅한다. 위치결정 투쓰들(4c)의 하나는 다른 위치결정 투쓰들(4c)과는 상이한 길이 또는 직경일 수 있어, 피처리물 홀더(5)를 특정 방향으로 배향시키기 위하여 칼러들(5c)의 특정의 오직 하나안에 꼭맞게 장착된다.
제2도에서 보이는 바와 같이, 가열 처리 장치는 지지 패널(20)위에 탑재되고 수직으로 이동 가능한 각각의 암들(8), (13)을 갖는 한쌍의 승강 장치(6),(7)을 포함한다. 암(8),(13)의 두갈래진 구성이며 제1도에 나타난 베이스 플레이트(1)위에 걸쳐 연장한다. 승강 장치(6)은 암(8)은 그 위에 합성 석영 등으로 만들어진 종형(bell-jar) 반응 챔버(9)(제1도참조)를 지지한다. 반응 챔버(9)는, 밀폐된 상단 및 암(8)의 하부 표면에 고착된 환상실(seal)(10)위에 위치하는 방사적 외향의 플랜지(9a)를 포함하는 개방된 하단을 갖는다. 따라서 반응 챔버(9)는 암(8)과 함께 수직이동 가능하다. 반응 챔버(9)가 하강된 위치로 이동할 때, 실(10)은 베이스 플레이트(1)에 대해 압축되고, 반응 챔버(9)와 베이스 플레이트(1)는 결합하여 지지 프레임(4)과 피처리물 홀더(5)를 수용하는 밀폐된 공간을 한정한다. 반응 챔버(9)가 상승된 위치로 이동할 때, 반응 챔버는 지지 프레임(4) 위의 피처리물 홀더(5)에 방해받지 않고 상승되며, 피처리물 홀더(5)를 반응 챔버(9) 밖의 외부공간으로 노출시킨다.
수직 열전쌍(thermocouple)(11)이, 하단에서, 열 전쌍(11)이 하강된 위치에 있는 반응 챔버(9) 안의 밀폐된 공간 안에 위치하도록 베이스 플레이트(1) 위에 지지된다. 고주파 전력 공급원(12a)에 연결된 전극(12)이, 고주파 전력 공급원(12a)에 의해 에너지가 공급될 때 반응 챔버(9) 내에 플라즈마를 생성시키도록, 반응 챔버(9) 주위에 배치된다.
가열 처리 장치(apparatus)는 추가로 가열 설비(device)(14)를 포함하는데, 가열 설비의 하단이 승강 장치(7)의 암(13)위에 지지된다. 따라서 가열 설비(14)는 암(13)과 함께 수직이동이 가능하다. 가열 설비(14)가 하강된 경우, 이는 제1도에 보이는 바와 같이 반응 챔버(9)를 덮는다. 가열 설비(14)가 상승된 경우, 제4도에 보이는 바와 같이 반응 챔버에 방해받지 않고, 위치할 수 있다. 가열 설비(14)는 스테인레스 스틸로된 외부 케이스(15), 그에 간격진 관계로 외부 케이스(15) 안에 위치하는 합성 석영으로 된 내부 케이스(16) 및 외부 및 내부 케이스(15),(16) 사이에 위치하는 단열보드(board)(17)를 포함한다. 외부 및 내부 케이스(15), (16)는 환상 실(15a)을 통해 서로 연결된 하단들을 갖는다. 단열 보드(17)와 내부 케이스(16) 사이의 공간은 단열 보드(17)와 외부 케이스(15)의 상단을 통해 연장되는 수직 냉각 관(18)을 통해 외부 공간과 통한다. 가열 설비(14)는 단열 보드(17)의 내부 원주 표면에 묻힌, 둘둘감긴(coiled) 가열기(19)를 갖는다.
가열기(19)는 가열 설비(14)의 수직으로 간격진 하부, 중앙, 및 상부 지역에 각각이 위치한 세개의 독립적으로 조절 가능한 가열기 세그먼트(19a), (19b), (19c)를 포함한다. 가열 세그먼트(19a), (19b), (19c)는 각각의 DC 전력 공급원(19d), (19e), (19f)에 연결된다. 가열 설비(14)내의 온도를 균일화 하기 위하여 가열기 세그먼트(19c)가 가열기 세그먼트(19a)보다 많은 전기 에너지가 공급받아야 한다.
피처리물 홀더(5)는, 피처리물 홀더(5)에 의해 지지된 피처리물(W)이 온도가 보다 균일한 반응 챔버(9)의 상부 지역에서 가열될 수 있기 때문에 지지 프레임(4)위에 놓인다.
가열 처리 장치는, 반응 챔버(9) 및 가열 설비(14)가 하강되는 동안, 작동하여 피처리물 홀더(5) 위에 지지된 피처리물(W)을 경화시킨다. 보다 특히는, 피처리물(W)이 경화되기전에, 반응 챔버(9)가 증발에 위해서 피처리물(W) 위의 도포된 막 용액으로부터 용액을 제거하기 위해서 감압된다. 그후, 피처리물(W)은 가열기 세그먼트(19a),(19b),(19c)가 각각의 DC 전력 공급원(19d),(19e),(19f)에 의해 에너지가 공급될 때 가열 설비(14)에 의해 가열된다. 피처리물(W)은 전극(12)에 의해 생성되는 플라즈마 대기 안에서 경화될 수도 있다.
피처리물(W)이 가열된후, 반응 챔버(9) 및 가열 설비(14)는 제3도에 나타난 바와 같이 상승되고, 경화된 피처리물(W)을 갖는 피처리물 홀더(5)가 지지 프레임(4)으로부터 제거된다.
이때 경화되려는 피처리물(W)을 갖는 새로운 피처리물 홀더(5)가 지지 프레임(4)위에 놓인다. 이어서 반응 챔버(9)가 제4도에 나타난 바와 같이 피처리물 홀더(5) 및 지지 프레임(4)을 덮으며 하강된다. 가열 설비(14)가 상승된 상태에서, 반응 챔버(9)는 파이프(3)를 통해 진공배기 장치(3a)에 의해 감압되고, 이에 의해 피처리물(W)위의 도포막 용액 내의 용매를 증발시킨다. 이때 가열 설비(14)가 반응 챔버(9)를 덮지 않는한, 반응 챔버(9) 내의 온도는 피처리물(W)위의 도포막 용액 내에서 축합 과정을 시작하지 않을 정도로 충분히 낮은 수준에 유지된다.
반응 챔버(9)가 피처리물 홀더(5)에 대해 수직으로 이동가능하기 때문에 각 경화 사이클의 사이클 시간은 단축될 수 있다. 가열 설비(14)가 반응 챔버(9)와 독립하여 수직으로 또한 이동할 수 있기 때문에, 반응 챔버(9) 내의 온도는 급히 낮아질 수 있다. 이는 피처리물(W)위의 도포막 용액 내의 용매가 축합 과정을 일으키지 않기에 충분히 낮은 약 200℃의 온도에서 증발되는 것을 가능케 한다. 따라서, 피처리물(W)위의 막은 기계적 강도에서 비교적 높다.
가열기 세그먼트(19a), (19b), (19c)는 독립적으로 조절 가능하고, 피처리물 홀더(5)는 베이스플레이트(1)위의 지지 프레임(4) 위에 위치한다. 그러므로, 피처리물(W)은 균일한 온도에서 가열될 수 있다.
고주파 전력 공급원(12a)에 연결되고 반응 챔버(9) 주위에 배치된 전극(12)은 반응 챔버(9) 내에서 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 피처리물(W)이 생성된 플라즈마 안에서 가열될 때, 피처리물(W)위의 막의 기계적 강도는 추가로 증가될 수도 있다.
현재는 본 발명의 바람직한 태양이라고 생각되는 것이 기술되었지만, 본 발명은 본 발명의 필수적인 특성으로부터 벗어남이 없이 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 태양은 그러므로 모든 면에서 예시적인 것으로 여겨져야 하며 제한적이 아니다. 본 발명의 범주는 앞서의 기술보다는 첨부된 특허청구 범위에 의해 나타날 것이다.

Claims (26)

  1. 진공배기 장치에 연결되고 자체안에 한정된 개구를 갖는 베이스 플레이드; 피처리물을 지지하기 위하여 상기 개구 위에 걸쳐 배치된 피처리물 홀더; 자체안에 피처리물을 수용하는 밀폐된 공간을 한정하는 하강된 위치와 피처리물이 반응 챔버 밖으로 노출되는 상승된 위치 사이에서, 상기 베이스 플레이트에 대해 수직으로 이동 가능한 반응 챔버; 및 상기 반응 챔버를 둘러싸는 하강된 위치와 상기 반응 챔버가 가열설비 밖으로 노출되는 상승된 위치 사이에서 상기 베이스 플레이트에 대해 수직 이동 가능한 가열 설비(device)를 포함하는 가열 처리 장치(apparatus).
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 설비가 수직으로 간격진, 독립적으로 조절 가능한 다수의 가열기 세그먼트들을 포함하는 가열 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 베이스 플레이트 위에 탑재된 지지 프레임을 추가로 포함하고, 상기 피처리물 홀더가 상기 지지 프레임 위에 탑재된 가열 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 피처리물 홀더가 상기 지지 프레임 위에서 제거 가능하게 탑재된 가열 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버 주위에 배치되고, 고주파 전력 공급원에 연결된 전극을 추가로 포함하는 가열 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 지지 프레임이 상기 베이스 플레이트 위에 탑재된 다수의 수직적 지지 지주들 및 상기 수직적 지지 지주들에 부착된 다수의 수직으로 간격진 수평 평판들을 포함하는 가열 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 지지 프레임이 그의 상부 표면에 세개의 위치 결정투쓰(tooth)를 갖는 가열 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 피처리물 홀더가, 상기 위치 결정 투쓰 위에 장착 가능한, 거의 하부 표면에 세개의 칼라(collar)를 갖는 가열 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 위치 결정 투쓰들이 하나가 다른 위치 결정 투쓰와는 상이한 길이 또는 직경을 갖는 가열 처리 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 수평 평판들이 상기 지지 프레임의 하부 지역에서 보다 상부 지역에서 보다 넓게 간격진 가열 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 피처리물 홀더가, 수평 평면 안의 사다리꼴 모양의 정점들에 각각 위치하고 각각이 자체안에 한정된 다수의 수직으로 간격진 홈들을 갖는, 4개의 수직 지지 지주들을 포함하는 가열 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 수직적으로 이동 가능한 암 및 상기 암의 하부 표면에 부착된 환상의 실(seal)을 추가로 포함하고, 상기 반응 챔버가 상기 암과 일치하여 수직 이동을 하기 위해 상기 환상의 실의 상부 표면 위에 위치하는 하단을 갖는 가열 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 베이스 플레이트 위에 탑재된 단부를 갖는 열전쌍(thermocouple)을 추가로 포함하고, 상기 열전쌍이 하강된 위치의 상기 반응 챔버에 의해 한정되는 상기 밀폐된 공간 안에 위치하는 가열 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 피처리물 홀더에 대해서 상기 반응 챔버를 수직으로 이동하기 위한 수단을 추가로 포함하는 가열 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 가열 설비가 외부 케이스, 상기 외부 케이스 안에 배치된 내부 케이스, 상기 외부 케이스와 상기 내부 케이스 사이에 배치된 단열보드(board), 및 상기 단열 보드의 내부 원주 표면 위에 배치된 가열기를 포함하는 가열 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 단열 보드와 상기 내부 케이스 사이의 공간이, 통해서 상기 가열 설비를 둘러싸는 외부 공간과 통하는 냉각 관을 추가로 포함하는 가열 처리 장치.
  17. 제2항에 있어서, 상기 가열 세그먼트가 상기 가열 설비의 상부 지역에서 보다 하부 지역에서 보다 많은 전기 에너지를 공급받는 가열 처리 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버와 독립하여 상기 가열 설비를 수직으로 이동시키기 위한 수단을 추가로 포함하는 가열 처리 장치.
  19. 피처리물을 홀딩하기 위한 홀더 수단, 피처리물을 홀딩하고 있는 상기 홀더 수단을 수용하기 위한 반응 챔버로서, 피처리물이 반응 챔버 밖으로 노출되는 위치로 이동 가능한 반응 챔버, 및 관련된 것을 덮고 있는 상기 반응 챔버를 가열하기 위한 가열수단으로서, 반응 챔버가 가열 수단 밖으로 노출되는 위치로 이동 가능한 가열 수단을 포함하는, 피처리물을 가열하기 위한 가열 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 피처리물을 홀딩하고 있는 상기 홀더 수단이 상기 반응 챔버내에 수용되고 있는 동안 상기 반응 챔버를 감압시키기 위한 진공배기 수단을 추가로 포함하는 가열 처리 장치.
  21. 제19항에 있어서, 반응 챔버 안에 플러즈마를 생성시키기 위해 상기 반응 챔버 주위에 배치된 전극 수단을 추가로 포함하는 가열 처리 장치.
  22. 제19항에 있어서, 베이스 플레이트를 추가로 포함하고, 상기 홀더 수단이 상기 베이스 플레이트 위에 제거 가능하게 탑재되며, 상기 반응 챔버 및 상기 가열기 수단이 상기 베이스 플레이트로부터 각각의 위치들로 이동 가능한 가열 처리 장치.
  23. 제22항에 있어서, 피처리물을 홀딩하고 있는 상기 홀더 수단이 상기 반응 챔버내에 수용되는 동안 상기 베이스 플레이트를 통해 상기 반응 챔버를 감압시키기 위한 진공배기 수단을 추가로 포함하는 가열 처리 장치.
  24. 제19항에 있어서, 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트 위에 탑재된 지지 프레임을 추가로 포함하고, 상기 홀더 수단이 상기 지지 프레임위에 제거 가능하게 탑재된 가열 처리 장치.
  25. 제19항에 있어서, 상기 가열기 수다이 각각 간격진 지역들에 배치된 독립적으로 조절 가능한 다수의 가열기 세그먼트들을 포함하는 가열 처리 장치.
  26. 제19항에 있어서, 상기 가열기 수단이 외부 케이스, 상기 외부 케이스 안에 배치된 내부 케이스, 상기 외부 케이스와 상기 내부 케이스 사이에 배치된 단열 보드 및 상기 단열 보드의 내부 원주 표면 위에 위치한 가열기를 포함하는 가열 처리 장치.
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