KR100346569B1 - 급속 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

석영판(30)의 위부분을 덮는 챔버덮개(20)의 내측면에는 서로 다른 직경을 가지는 복수개의 환형 홈이 형성되고 상기 홈 윗면에는 홈을 따라 복수개의 구멍이 외부와 연결되도록 형성된다. 적외선 램프(60)는 각각의 상기 구멍에 대응하면서 이들과 인접하여 상기 홈 내에 복수개 설치된다. 상기 홈의 측벽 내부에는 수냉관(80)이 설치된다. 금속관(120)은 상기 홈에 대응되도록 서로 다른 직경을 가지는 복수개의 환형관으로 이루어지되 서로 연결되어 일체형을 이루어 챔버덮개(20)의 윗부분에 설치되어 공냉에 기여한다. 본 발명에 의하면, 공냉과 수냉방법에 의하여 가열부를 효과적으로 냉각시킬 수 있기 때문에 반사판(70) 및 석영판(30)이 열적으로 손상받는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 그 각각의 냉각 과정이 원활하게 진행되고 있는지 제어기를 통해 자동 감시함으로써 급속열처리공정을 보다 효과적으로 진행할 수 있게 된다.

Description

급속열처리장치 {Apparatus for rapid thermal process}

본 발명은 급속열처리장치에 관한 것으로서, 특히 벌브형 적외선 램프가 장착되어지는 가열부를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 급속열처리장치에 관한 것이다.

반도체소자의 제조공정에 적용되는 급속열처리는 순간적인 열에너지를 웨이퍼에 전달시킴으로써 이루어진다. 이러한 열에너지는 적외선 램프에 의해 제공되며, 이 적외선 램프에서 방출되는 복사 빛이 효과적으로 웨이퍼상에 균일하게 집약되도록 하는 것이 웨이퍼를 순간적으로 고온으로 만드는데 필요한 핵심요건이다.

그러나, 적외선 램프가 장착되어진 가열부 부근이 고온이 되면 이와 인접하여 설치되는 다른 구성요소들이 치명적인 열적 손상을 입게되어 바람직한 열처리를 행할 수 없게 된다.

도 1은 종래의 급속열처리장치를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 도 1을 참조하면, 급속열처리장치는 가열부와 반응부로 구분된다. 여기서, 반응부는 그 상부가 석영판(30)으로 덮혀져 밀폐되는 프로세스 챔버(10)로 구성되며, 열처리를 받을 웨이퍼(40)는 프로세스 챔버(10) 내에 설치되는 웨이퍼 지지대(50)에 안착되어 놓여진다. 석영판(30)의 두께와 크기는 반응부에서 요구되어지는 진공도와 가열부의 크기에 의존한다.

그리고, 가열부는 벌브형(bulb type) 적외선 램프(60)와 이것이 설치되는 챔버덮개(20)로 구성된다. 챔버덮개(20)는 그 내측면에 홈이 설치되고, 그 홈에는 복수개의 구멍이 형성되어 있다. 적외선 램프(60), 예컨대 텅스텐 할로겐 램프는 각각의 구멍에 대응하면서 이들과 인접하도록 홈내에 복수개 설치되며, 각각의 구멍을 통하여 외부의 전력선과 연결된다.

챔버덮개(20)는 적외선 램프(60)에서 복사되는 빛이 프로세스 챔버(10) 내로 입사될 수 있게 석영판(30)의 상부를 덮도록 설치되고, 홈 벽에는 적외선 램프(60)에서 복사되는 빛이 반사되어 웨이퍼(40)에 균일하게 집약되어 웨이퍼가 빠른 시간내에 고온에 다다를 수 있도록 반사판(70)이 코팅되어 설치된다. 반사판(70)은 높은 반사율을 가지는 것이 바람직하므로 금(金)과 같은 반사율이 높은 물질을 코팅하여 설치한다.

상술한 종래의 급속열리장치에 의하면, 석영판(30)은 적외선 램프(60)에서 복사되는 빛에 의해 열처리 공정중에 고온으로 가열되며, 이는 온도측정 및 그 제어와 열처리장치의 안전성에 많은 문제를 초래한다. 반사판(70) 역시 지속되는 열처리 과정에서 가열되어 지고, 이로 인해 일정온도 이상에서는 반사판(70)이 증발하거나 흘러내림으로써 코팅이 벗겨져 효과적인 반사가 이루어지지 않게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적외선 램프가 장착되어지는 가열부를 효과적으로 냉각시킴으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 급속열처리장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 급속열처리장치를 설명하기 위한 개략 단면도;

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속열처리장치를 설명하기 위한 도면들이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10:프로세스 챔버 20: 챔버덮개

30: 석영판 40: 웨이퍼

50: 웨이퍼 지지대 60: 적외선 램프

70: 반사판 80: 수냉관

90: 냉각기체주입구 100: 냉각기체배출구

110: 오링 120: 금속관

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 급속열처리장치는, 그 상부가 석영판에 의해 밀폐되는 프로세스 챔버; 상기 석영판 위부분을 덮되, 그 내측면에는 서로 다른 직경을 가지는 복수개의 환형 홈이 형성되고 상기 홈 윗면에는 홈을 따라 복수개의 구멍이 외부와 연결되도록 형성된 챔버덮개; 각각의 상기 구멍에 대응하면서 이들과 인접하여 상기 홈 내에 복수개 설치되되, 상기 구멍을 통하여 외부의 전력선과 연결되는 벌브형 적외선 램프; 상기 홈의 측벽 내부에 설치되는 수냉관; 상기 적외선 램프에서 복사되는 빛이 반사되어 상기 석영판을 통하여 상기 프로세스 챔버내로 입사되도록 상기 홈벽에 코팅되어 설치되는 반사판; 상기 홈에 대응되도록 서로 다른 직경을 가지는 복수개의 환형관으로 이루어지되 서로 연결되어 일체형을 이루어 상기 챔버덮개의 윗부분에 설치되며, 상기 환형관에는 상기 홈의 구멍에 일대일 대응되도록 상기 구멍에 각각 인접하여 상기 홈의 구멍을 향하여 냉각기체주입구가 형성되어 있으며, 가장 외측에 있는 환형관에는 외부로부터 냉각기체가 들어오는 냉각기체공급구가 마련되어 있는 금속관; 상기 홈의 구멍을 통하여 상기 석영판과 상기 챔버덮개 사이의 공간에 주입된 냉각용 기체를 배출시키기 위하여 상기 챔버덮개 측벽에 설치되는 냉각기체배출구; 상기 냉각기체배출구에 상기 냉각기체를 빨아드리도록 설치되어 상기 냉각용 기체를 외부로 배출시키는 펌핑수단; 상기 기체배출구를 통하여 배출되는 냉각용 기체의 흐름을 감시하기 위한 압력계와, 상기 압력계에서 측정된 압력과 미리 설정된 소정의 기준값을 비교하여 그 압력이 기준값보다 클 경우에는 사용자가 감지할 수 있도록 이상신호를 출력하는 동시에 상기 적외선 램프로 공급되는 전력을 차단시키는 제어기를 포함하는 냉각기체흐름 감시수단; 및 상기 수냉관을 통하여 흐르는 유량을 감시하는 유량계와, 상기 유량계에서 측정된 유량과 미리 설정된 소정의 기준값을 비교하여 그 유량이 기준값보다 클 경우에는 사용자가 감지할 수 있도록 이상신호를 출력하는 동시에 상기 적외선 램프로 공급되는 전력을 차단시키는 제어기를 포함하는 냉각수흐름 감시수단; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 급속열처리장치에 의하면, 공냉과 수냉방법에 의하여 가열부를 효과적으로 냉각시킬 수 있기 때문에 상기 반사판 및 상기 석영판이 열적으로 손상받는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 그 각각의 냉각 과정이 원활하게 진행되고 있는지 제어기를 통해 자동 감시함으로써 급속열처리공정을 보다 효과적으로 진행할 수 있게 된다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에 있어서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일 기능을 수행하는 구성요소를 나타내며, 반복적인 설명은 생략하였다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속열처리장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 2는 급속열처리장치를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 도 2를 참조하면, 석영판(30)은 적외선 램프(60)에서 복사되는 빛에 의해 열처리 공정중에 고온으로 가열된다. 이 때, 석영판(30)을 냉각시키기 위하여 그 내부에 냉각수를 흘려보내게 되면 적외선 램프(60)에서 복사되는 에너지 중에서 특정 파장의 복사에너지를 흡수하게 되므로 적절한 열처리를 수행할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명은 석영판(30)을 냉각시키는 방법으로서 공냉방법을 채택하였다.

이를 구체적으로 설명하면, 냉각용 기체가 홈의 구멍을 통하여 외부로부터 홈의 내부로 주입될 수 있도록 각각의 구멍에 인접하여 냉각기체주입구(90)가 챔버덮개(20)의 외측에 설치된다. 따라서, 전력선과 냉각용 기체가 챔버덮개(20)의 홈에 형성된 구멍을 통하여 외부로부터 들어오게 된다. 냉각기체주입구(90)를 통하여 가열부로 주입된 냉각용 기체는 시간이 경과하면 온도가 상승하여 효과적인 냉각을 수행할 수 없기 때문에, 효과적인 냉각을 위해서는 냉각용 기체의 주입과 함께 이를 배출시키는 것이 필요하다.

이를 위해, 주입된 냉각용 기체를 배출시키기 위한 냉각기체배출구(100)를 챔버덮개(20)의 소정 부위에 형성시킨다. 그리고, 도시하지는 않았지만 냉각용 기체가 강제적으로 배출되도록 냉각기체배출구(100)를 팬(fan)이나 진공펌프에 연결시킴으로써 효과적인 기체의 배출이 이루어지도록 한다. 이 때, 냉각기체가 더 효과적으로 배출될 수 있도록 챔버덮개(20)와 프로세스 챔버(10) 사이에 오링(110)을 개재하여 이들이 서로 밀착 결합되게 함으로써 기체의 리크(leak)가 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도시하지는 않았지만, 배출되는 냉각용 기체의 흐름을 감시하기 위한 압력계가 냉각기체배출구(100)와 팬/진공펌프 사이에 설치되며, 압력계에서 측정된 압력과 미리 설정된 소정의 기준값을 비교하여 그 압력이 기준값보다 클 경우에는 사용자가 감지할 수 있도록 이상신호를 출력하는 동시에 적외선 램프(60)로 공급되는 전력을 차단시키는 제어기가 더 설치된다.

냉각용 기체로는 석영판(30) 및 반사판(70)이 오염되는 것을 방지하기 위해 질소를 사용하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는 반도체소자의 생산 공장에서 공급되어지는 일반공기(cool dry air, CDA)를 여과(filtering)하여 사용할 수도 있다.

한편, 반사판(70) 역시 적외선 램프(60)에 바로 인접하여 설치되므로 지속되는 열처리 과정에서 바로 가열되어 지고, 이로 인해 일정온도 이상에서는 반사판(70)이 증발하거나 흘러내림으로써 코팅이 벗겨져 효과적인 반사가 이루어지지 않게 된다. 따라서, 냉각수가 흐를 수 있는 수냉관(80)을 홈의 측벽 내부에 설치한다. 결국, 반사판(70)은 냉각기체주입구(90)를 통하여 가열부로 주입된 냉각용 기체뿐만 아니라 냉각수에 의해서도 냉각되게 된다.

도 3 및 도 4는 적외선 램프(60) 및 냉각기체주입구(90)의 배치관계를 설명하기 위한 도면들이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 챔버덮개(20)에는 서로 다른 직경을 가지는 복수개의 환형의 홈이 설치되며, 그 홈을 따라 적외선 램프(60)가 복수개 설치된다. 따라서, 적외선 램프(60)도 환형으로 설치된다.

냉각기체가 흐르는 금속관(120)은 적외선 램프(60)의 배열과 동일하게 복수개의 환형의 모양을 하되 서로 연통되도록 형성된다. 그리고, 금속관(120)에는 냉각기체가 외부로 분사될 수 있도록 복수개의 구멍이 형성되고, 이들이 냉각기체주입구(90)가 된다. 여기서, 금속관(120)에 서로 인접하여 형성된 두 개의 구멍이 챔버덮개(20)의 홈에 형성된 하나의 구멍에 대응한다.

도 5는 수냉장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 냉각수 입력단(80a)을 통해 유입되는 냉각수는 압력조절기(80b)를 통해 소정의 압력으로 조절된 후 냉각수 분배기(80c)로 유입된다. 분배기(80c)에 의해 각각의 홈벽 내부로 냉각수가 분배되어 흐른다. 이 때, 홈의 측벽에 코팅되어 설치된 반사판(70)이 냉각되게 된다. 반사판(70)을 냉각시킨 냉각수는 냉각수 합치기(80d)에 의해 다시 모여 냉각수 출력단(80f)으로 배출된다. 여기서, 냉각수 출력단(80f)과 냉각수 합치기(80d) 사이에는 배출되는 냉각수의 유량을 감지하기 위한 유량계(80e)가 설치되며, 제어기(80g)는 유량계(80e)에서 측정된 유량과 미리 설정된 소정의 기준값을 비교하여 그 유량이 기준값보다 클 경우에는 사용자가 감지할 수 있도록 이상신호를 출력하는 동시에 적외선 램프(60)로 공급되는 전력을 차단시킨다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 급속열처리장치에 의하면, 공냉과 수냉방법에 의하여 가열부를 효과적으로 냉각시킬 수 있기 때문에 반사판(70) 및 석영판(30)이 열적으로 손상받는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 그 각각의 냉각 과정이 원활하게 진행되고 있는지 제어기를 통해 자동 감시함으로써 급속열처리공정을 보다 효과적으로 진행할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (6)

1. 그 상부가 석영판에 의해 밀폐되는 프로세스 챔버;

   상기 석영판 위부분을 덮되, 그 내측면에는 서로 다른 직경을 가지는 복수개의 환형 홈이 형성되고 상기 홈 윗면에는 홈을 따라 복수개의 구멍이 외부와 연결되도록 형성된 챔버덮개;

   각각의 상기 구멍에 대응하면서 이들과 인접하여 상기 홈 내에 복수개 설치되되, 상기 구멍을 통하여 외부의 전력선과 연결되는 벌브형 적외선 램프;

   상기 홈의 측벽 내부에 설치되는 수냉관;

   상기 적외선 램프에서 복사되는 빛이 반사되어 상기 석영판을 통하여 상기 프로세스 챔버내로 입사되도록 상기 홈벽에 코팅되어 설치되는 반사판;

   상기 홈에 대응되도록 서로 다른 직경을 가지는 복수개의 환형관으로 이루어지되 서로 연결되어 일체형을 이루어 상기 챔버덮개의 윗부분에 설치되며, 상기 환형관에는 상기 홈의 구멍에 일대일 대응되도록 상기 구멍에 각각 인접하여 상기 홈의 구멍을 향하여 냉각기체주입구가 형성되어 있으며, 가장 외측에 있는 환형관에는 외부로부터 냉각기체가 들어오는 냉각기체공급구가 마련되어 있는 금속관;

   상기 홈의 구멍을 통하여 상기 석영판과 상기 챔버덮개 사이의 공간에 주입된 냉각용 기체를 배출시키기 위하여 상기 챔버덮개 측벽에 설치되는 냉각기체배출구;

   상기 냉각기체배출구에 상기 냉각기체를 빨아드리도록 설치되어 상기 냉각용 기체를 외부로 배출시키는 펌핑수단;

   상기 기체배출구를 통하여 배출되는 냉각용 기체의 흐름을 감시하기 위한 압력계와, 상기 압력계에서 측정된 압력과 미리 설정된 소정의 기준값을 비교하여 그 압력이 기준값보다 클 경우에는 사용자가 감지할 수 있도록 이상신호를 출력하는 동시에 상기 적외선 램프로 공급되는 전력을 차단시키는 제어기를 포함하는 냉각기체흐름 감시수단; 및

   상기 수냉관을 통하여 흐르는 유량을 감시하는 유량계와, 상기 유량계에서 측정된 유량과 미리 설정된 소정의 기준값을 비교하여 그 유량이 기준값보다 클 경우에는 사용자가 감지할 수 있도록 이상신호를 출력하는 동시에 상기 적외선 램프로 공급되는 전력을 차단시키는 제어기를 포함하는 냉각수흐름 감시수단;

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 급속열처리장치.
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