KR100559069B1 - 자장 중 급속 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 챔버와 상기 챔버 내측의 기판 재치대와 상기 챔버 외부 양측에 배치된 자장 발생용 코일과 챔버 내 일측에 배치되는 할로겐 램프를 포함하고, 상기 기판 하측의 할로겐 램프로부터 상기 기판 재치대 상의 기판으로 열이 전달되도록 하기 위한 열투과창이 상기 기판 재치대에 형성되고, 상기 기판 재치대 내부에 냉각수로가 형성되고, 상기 코일에 의하여 둘러싸인 코어의 일측은 상기 챔버 내로 유입되고, 상기 챔버 내로 유입되는 코어의 일측 단부는 단부로 갈수록 코어의 두께가 작아지도록 테이퍼지게 하여 단부가 뾰족하게 형성되어 상기 단부에서 자장이 발생되는 자장 중 급속 열처리(RTP : Rapid Thermal Processing) 장치에 관한 것이다.

자장, 전자석, 급속 열처리

Description

자장 중 급속 열처리 장치{An annealing apparatus under magnetic field}

도 1은 본 고안의 개략적인 시스템구성도이다.

도 2는 본 고안의 일실시예의 개략도이다.

도 3은 본 고안의 기판 재치대의 일실시예의 개략도이다.

<도면의 주요 부호에 관한 설명>

200 : 챔버 202 : 코일 204 : 코어

206 : 기판 재치대 207 : 열투과창 208 : 할로겐 램프

본 발명은 반도체 소재 제조에 사용되는 자장 중 급속 열처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 MR(Magentoresistive) 헤드, GMR(Giant Magnetoresistive) 헤드, MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등의 제조를 위한 열처리, 전자기 부품에 사용되는 연자성 재료 등 비정질 합금의 열처리 등에 사용되는 열처리 장치에 관한 것이다.

종래 진공 상태에서 열처리를 행하기 위한 장치로서 고진공 펌프를 이용하여 챔버 내를 진공상태로 만들어 오염원을 제거하고 진공상태에서 열처리를 수행하였다. 그런데 열처리를 자장 중에서 수행하기 위한 기법으로는 크게 영구 자석을 이용한 자장 중 열처리 기법, 초전도 코일을 이용한 자장 중 열처리 기법, 전자석을 이용한 자장 중 열처리 기법을 들 수 있다.

영구자석을 이용하여 자장을 형성하고 그 안에서 열처리를 수행하는 기법은 자장의 세기를 제어하는 것이 난이하고 또한 고온에서 열처리시 영구자석의 열화가 발생한다는 단점이 있다.

한편 초전도 코일을 이용하여 자장 중에서 열처리하는 기법은 대량의 전력을 사용하지 않고도 자장의 발생이 가능하다는 장점이 있으나, 초전도 상태를 유지하기 위한 액체질소 또는 헬륨 가스 등의 냉매 가스의 소비로 인해 운전비용이 증가하는 단점이 있으며 자장의 강도에 비례하여 누설 자장의 범위가 넓어진다는 단점이 있다.

한편 전자석을 이용하여 전자석을 챔버 외부에 배치하여 자장 중 열처리를 수행하는 종래의 기법은 대전류를 이용하기 때문에 전기 소모량과 냉각수 소모량이 많아지고 공정 도중에 발생되는 자속의 누설을 방지하기 위한 별도의 설비가 필요 하다는 단점이 있다.

본 발명은 온도와 자장의 세기를 정밀 제어하여 소자의 자기적 특성을 향상시키는 자장 중 급속 열처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 할로겐 램프를 이용한 급속 가열/냉각 시스템을 구비하는 RTP 장치에 있어서 전자석을 사용하되 챔버 내부로 전자석 코어가 유도되게 하여 챔버 외부에서 내부로 전자석 코어를 따라 자로가 형성되어 챔버 내에서 자장이 발생되게 함으로써 전력 대비 자장의 세기 효율을 극대화하여 운전 비용을 절감하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은, 챔버(200)와, 상기 챔버 내측의 기판 재치대(206)과, 상기 챔버 외부 양측에배치된 자장 발생용 코일(202)과, 챔버 내 일측에 배치되는 할로켄 램프(208)를 포함하고, 상기 기판 하측의 할로겐 램프로부터 상기 기판 재치대 상의 기판으로 열이 전달되도록 하기 위한 열투과창(207)이 상기 기판 재치대에 형성되고, 상기 기판 재치대 내부에 냉각수로가 형성되고, 상기 코일에 의하여 둘러싸인 코어(204)의 일측은 상기 챔버 내로 유입되고, 상기 챔버 내로 유입되는 코어의 일측 단부는 단부로 갈수록 코어의 두께가 작아지도록 테이퍼지게 하여 단부가 뾰족 하게 형성되어 상기 단부에서 자장이 발생되는 자장 중 급속 열처리 장치에 관한 것이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 자장 중 급속 열처리 장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 챔버 내에서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 자장 중에서 급속으로 열처리하는 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 시스템을 간략하게 도시한 시스템도이다. 처리 챔버 내에는 기판을 가열하거나 냉각하는 시스템이 구비되어 온도를 조절할 수 있으며 자장을 발생하는 시스템이 구비되어 기판의 열처리시 자장을 발생시켜 자장 분위기 하에서 기판이 열처리될 수 있게 한다. 가열 냉각 시스템이나 자장 발생 시스템은 각각 콘트롤러에 의해 그 동작이 제어되게 된다. 한편 챔버 내를 진공으로 만들기 위한 펌핑 시스템이나 챔버 내부로 가스를 유입하기 위한 가스 플로우 시스템이 구비되어 컨트롤러의 제어하에 동작된다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한 개략도이다. 열처리 챔버(200) 중앙측에는 기판 재치대(206)가 설치되며, 바람직하게는 기판 재치대에는 열투과창(207)이 형성되어 있어서 할로겐 램프(208)에서 발산되는 열이 기판으로 잘 전달되게 한 다. 예를 들어, 기판 재치대의 하측에는 할로겐 램프가 설치되어 할로겐 램프에서 발산되는 열이 상기 열투과창을 통하여 기판 재치대 상에 놓여지는 기판으로 전달되게 된다. 따라서 할로겐 램프를 통해 기판을 급속하게 가열하여 RTP(rapid thermal processing)가 행해지게 된다. 이러한 RTP 방식을 통하여 기판의 열처리가 단시간에 완료되게 하는 것이다.

한편 도 3에 도시된 바와 같이 기판 재치대 내부에는 냉각수 라인이 형성되고 이를 통해 냉각수를 순환시킴으로써 기판 재치대 상의 기판을 냉각시킬 수 있도록 구성된다. 이러한 할로겐 램프, 열투과창, 냉각수 라인 등의 구성에 의하여 기판은 급속하게 가열될 수 있고 또한 급속하게 냉각될 수 있다. 챔버내의 온도는 실시간으로 측정되고 온도 컨트롤러로 전송되고, 할로겐 램프나 냉각수 라인은 온도 컨트롤러 등의 제어 시스템에 의하여 제어되어 가열 속도 또는 냉각 속도가 조절될 수 있다.

본 발명에서 열처리는 진공 상태에서 행해지는 것이 고품질의 제품 생산을 위하여 바람직하므로 챔버에는 진공 펌프가 연결되어 챔버 내를 불순물이 제거된 진공 상태로 만들어 줄 수 있게 구성된다. 물론 가스 공급관(210)을 통하여 챔버 내로 불활성 가스 등을 공급하기 위한 구성이 구비된다.

챔버의 외부에는 챔버 내로 자장을 공급하기 위한 전자석 장치가 설치된다. 도시된 바와 같이 챔버 양측에 자장 발생용 코일(202)이 배치된다. 코일 내부에는 자로를 형성하는 코어(204)가 삽입되어 있는데 본 발명에 있어 코어는 챔버 외부에 한정되어 있는 것이 아니라 챔버의 벽을 통과하여 챔버 내부로 그 일측 단부가 유입되는 구조를 갖는다. 한편, 챔버 내부로 유입된 코어의 단부는 단부측으로 갈수록 두께가 줄어들어 뾰족하게 형성된다.

이러한 구조를 갖도록 전자석 코어의 구조를 형성함으로써 코일에 의하여 챔버 외부에서 발생하는 자장이 자로를 형성하는 코어를 따라 챔버 내부로 거의 대부분 유입되게 된다. 코어의 자화율은 대기 중의 자화율이나 진공의 자화율보다 훨씬 크기 때문에 자속이 누설되는 양은 크지 않다. 결국 자장은 챔버 내부로 유입된 뾰족한 단부에서 방출되게 되는 것이다. 따라서 챔버 외부에 코일을 배치하면서도 자장을 챔버 내부로 성공적으로 유도하여 챔버 내부에 자장을 발생시키게 되는 것이다. 따라서 전력 대비 자장의 세기 효율을 극대화하여 운전 비용을 절감하는 것이 가능하며, 나아가 단부가 뾰족하게 처리됨으로써 기판 부근의 자장을 특정하여 보다 정확히 조절할 수 있는 효과를 갖게 된다.

본 발명은 온도와 자장의 세기를 정밀 제어하여 소자의 자기적 특성을 향상시키는 열처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 할로겐 램프를 이용한 급속 가열/냉각 시스템을 구비하는 RTP 장치에 있어서 전자석을 사용하되 챔버 내부로 전자석 코어가 유도되게 하여 챔버 내부에서 자장이 발생되게 함으로써 전력 대비 자장의 세기 효율을 극대화하여 운전 비용을 절감하는 것을 그 목적으로 한다.

Claims (1)

1. 자장 중 급속 열처리 장치에 있어서,

   챔버(200)와,

   상기 챔버 내측의 기판 재치대(206)과,

   상기 챔버 외부 양측에 배치된 자장 발생용 코일(202)과,

   챔버 내 일측에 배치되는 할로켄 램프(208)를 포함하고,

   상기 기판 하측의 할로겐 램프로부터 상기 기판 재치대 상의 기판으로 열이 전달되도록 하기 위한 열투과창(207)이 상기 기판 재치대에 형성되고,

   상기 기판 재치대 내부에 냉각수로가 형성되고,

   상기 코일에 의하여 둘러싸인 코어(204)의 일측은 상기 챔버 내로 유입되고,

   상기 챔버 내로 유입되는 코어의 일측 단부는 단부측으로 갈수록 코어의 두께가 작아지도록 테이퍼지게 하여 단부가 뾰족하게 형성되어 상기 단부에서 자장이 발생되는

   자장 중 급속 열처리 장치.

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