KR100832273B1 - 적외선에 의해 기판을 고속으로 균일하게 가열하기 위한장치 - Google Patents
적외선에 의해 기판을 고속으로 균일하게 가열하기 위한장치 Download PDFInfo
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Abstract
가열장치는 투명창 (34) 이 있는 반응실 (14) 내부의 기판 (12) 을 고속으로 열처리하도록 되어있는 적외선 램프 (24,26) 를 포함한다. 상기 적외선 램프 (24,26) 는 상기 기판 (12) 의 일측상에서 신장하는 두개의 겹쳐진 단 (A,B) 으로 배치되며, 상기 하단 (A) 의 램프 (24) 는 상기 상단 (B) 의 램프 (26) 에 대해 수직으로 배치된다. 일군의 램프 (24,26) 에 의해 공급동력을 조절하는 수단은 상기 기판 (12) 의 중앙보다 가장자리에 더 많은 가열을 제공한다. 분배격자 (38,138) 의 형태인 반사경 (36,136) 은 상이한 가열구역간의 동력비를 제어하기 위해 적외선을 반사하도록 의도된다. 이 결과 기판의 형태 및 크기에 관계없이 상기 기판 (12) 을 균일하게 가열하게 된다.
기판 가열장치.
Description
본 발명은 적외선이 통과하는 투명창을 포함하는 밀폐된 반응실 내부의 기판을 고속으로 열처리하도록 되어있는 적외선 램프를 포함하는 기판 가열장치에 관한 것이다.
고속열처리장치(RTP) 및 화학기상증착(RTCVD) 소둔처리는 일반적으로 할로겐 램프에 의해 발생된 적외선을 갖는 노(furnace)에 사용한다. 예를 들어 극소전자공학 제품 제조기술상에서 실리콘으로 만들어진 기판은 제어된 기압하에 밀폐공간에 장착되며, 기판의 표면상에는 투명창을 통해 적외선이 배향된다.
열처리 작업이 실시될 때 도달하는 온도는, 초당 수백℃ 의 온도구배를 가지고 종종 1000℃ 보다 높을 수 있다. 상기 처리의 중요한 변수중 하나는 처리되는 기판의 전표면에 걸친 온도의 균일성인데, 그 이유는 상기 기판의 주변구역과 중앙구역간에 섭씨 몇도의 온도구배가 있게 되면 기판상의 질적 차이 및/또는 기판의 표면에 존재하는 층의 물리화학적 특성의 균질성의 결함을 유발할 수 있기 때문이다. 기판의 가장자리에서의 에너지 손실이 중앙에서의 열손실보다 더 크며, 이로인해 중앙보다 가장자리에서 온도가 더 낮게 된다.
고속 열처리에서의 이러한 결점을 극복하기 위해, 이러한 온도 불균등을 보상하도록 하기와 같은 공지의 해결책이 제안되어 왔다.
- 램프의 후방에 위치한 금속 반사경,
- 반응기의 대향면을 따라 배치된 2셋트의 램프로 기판의 양면 가열,
- 보호 링 장착,
- 서스셉터(susceptor)의 사용,
- 회전판상에서의 기판의 회전,
- 상기 해결수단중 2 이상의 조합.
그러나, 현재의 이러한 공지의 해결수단에 의해서는, 기판의 표면에 주입되는 빛에너지를, 사용되는 상이한 열처리 조건(소둔, 성장, 또는 박막증착)에 따라 완벽히 제어하지 못하고 있다.
미국특허 제 5,790,751 호에는 각 램프의 빛이 점에 일치하도록 수직하게 배치된 램프를 갖는 가열시스템이 기재되어 있다. 상기 램프는 단일의 조립체내에 원형으로 배치된다.
WO 제 00/34986 호에는 램프와 기판을 분리하는 석영 챔버가 기재되어 있다.
미국특허 제 6,108,491 호는 선형램프가 아닌 점램프(spot lamp)에 관한 것이다. 상기 점램프는 가열지지부(서스셉터)상에 장착된 기판아래에 원형으로 배치된다. 램프의 제 2 열은 하부에 배치되나, 상기 가열지지부의 중앙부까지 미치기엔 직경이 너무 작다.
WO 제 00/30157 호는 반응기의 두면과 조립체에 90°로 배치된 2 열의 UV 램 프에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 적외선이 제어되고 방향성을 가지며, 상이한 형태 및 크기를 갖는 기판을 균일하게 고속 열처리하도록 되어있는 가열장치를 달성하는 것이다.
본 발명에 따른 장치는 하기와 같은 특징을 갖는다:
- 적외선 램프는 기판의 일측상에서 신장하는 두개의 겹쳐진 단(段)으로 배치되며, 하단(下段)램프는 상단(上段)램프에 대해 수직으로 배치되며,
- 일군의 램프에 의해 공급동력을 조절하는 수단은 상기 기판의 중앙보다 가장자리를 더 많이 가열하며, 그리고
- 분배격자 형태인 반사경은 상이한 가열구역간의 동력비를 제어하기 위해 적외선을 반사하고 통과시킨다.
바람직한 실시형태에 따르면, 상기 반사경의 분배격자는 가열구역에 할당된 가변 횡단면의 다수의 격실을 경계짓는 판(strip)의 십자형 교차배열에 의해 형성된다. 2 단의 할로겐 램프의 각 구역당 동력분배와 삽입된 반사경에 의하면 기판의 형태와 크기에 관계없이 기판의 균일한 가열을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 판은 직각으로 십자형으로 교차되며 적외선을 반사하기에 최적의 반사율을 갖는 재료로 만들어진다. 램프의 재료는 금속(강 또는 알루미늄) 또는 비금속(세라믹, 지르콘)일 수 있다.
적외선 램프는 할로겐 램프이며, 바람직하게는 각 단은 적당한 간격으로 엇갈려 서로 평행하게 신장하는 동일한 수의 관상의 램프를 포함한다.
상기 반사경은 램프의 하단과 창 사이에 삽입되거나 또는 2열의 램프의 높이를 차지하도록 직접 램프구역간에 삽입될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 가열장치를 장착한 반응기의 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 평면도이다.
도 3 은 가열구역당 동력분포표를 나타낸다.
도 4 는 각 단(段)당 12개의 램프를 구비하는 가열장치와 관련된 반사경의 사시도를 나타낸다.
도 5 는 도 4 와 동일한 관점으로 다른 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3 에서, 적외선 가열장치 (10) 는 극소전자공학 기판 제조기술에서 실시되는 고속열처리에 사용된다. 이것은 극소센서 및 태양에너지 패널을 생산하는데도 사용될 수 있다.
예를 들어 실리콘으로 만들어진 기판 (12) 은 스테인리스강 또는 석영으로 만들어진 밀폐공간 (16) 에 의해 경계지어진 반응실 (14) 의 중앙구역에 위치한다. 펌프수단 (18) 은 밀폐공간 (16) 과 연결되어 있어 대기압에서 작동하거나 또는 반응실 (14) 의 내부압력을 제 2 진공 아래로 감압하게 한다.
반응실 (14) 에는, 불활성 또는 반응성 분위기에서의 처리를 위해, 특히 기판 (12) 의 소둔, 기판 (12) 의 노출면 위에 박막의 흡착(화학기상증착 (CVD)), 표 면의 물리화학적 특성의 조절 등을 실시하기 위해, 주입수단 (22) 에 의해 중성 또는 반응성 가스유동 (20) 이 주입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 적외선 가열장치 (10) 는 기판 (12) 의 전체 노출면의 균일한 고속열처리를 가능하게 한다. 상기 가열장치 (10) 는 하우징 (28) 내부에 두개의 겹쳐진 단 (A 및 B) 으로 배치된 두개의 관상의 할로겐 램프 (24,26) 로 구성되어 있다. 제 1 하단 (A) 은, 단일 평면상에서 서로 평행하게 신장하고 일정한 간격으로 엇갈리는 다수의 할로겐 램프 (24)(예를 들어, 도 1 내지 도 3 에서 6개)를 포함한다. 제 2 상단 (B) 은, 상기 제 1 평면상에 평행한 단일 평면상에 제 1 하단 (A) 의 램프 (24) 에 대해 수직으로 배치된 동일한 수의 램프 (26) 를 구비하고 있다.
할로겐 램프 (24,26) 는 다른 가열구역에 향하는 전력을 조절하기 위해 가변전압 동력공급장치 (32) 에 연결된 상호연결회로 (30) 에 연결되어 그룹으로 동력을 공급받는다. 도 2 에 따르면, 제 2 상단 (B) 의 6개의 램프 (26) 는 3개의 구역 1,2,3 별로 공급된다. 예를 들어, 구역 1 은 두개의 말단램프 (26) 에 의해 한정되며, 구역 2 는 두개의 중간램프 (26) 에 의해 한정되며, 구역 3 은 병치된 두개의 내부램프 (26) 에 의해 한정된다. 마찬가지로, 제 1 하단 (A) 의 6개의 램프 (24) 는 구역 1,2,3 에 직교하여 3개의 구역 4,5,6 별로 공급된다. 예를 들어, 구역 4 는 두개의 말단램프 (24) 에 의해 한정되며, 구역 5 는 두개의 중간램프 (24) 에 의해 한정되며, 구역 6 은 두개의 내부램프 (24) 에 의해 한정된다.
각각의 구역 1 내지 6 에서 동력을 조절함으로써, 기판 (12) 의 가장자리상에서 대류에 의한 열손실과 연계된 반경방향 온도구배의 효과가 결정된다. 다른 구역에서의 동력 윤곽은 기판 (12) 표면에서 온도의 상을 결정한다. 중앙구역보다 주변구역상에 더 높은 동력을 가함으로써, 기판 (12) 의 가장자리를 따르는 열손실이 보상되어 기판 (12) 전체에 대해 균일한 온도 분포가 얻어진다. 도 2 에 도시된 구조는 다음과 같은 동력분배를 얻을 수 있다.
- 동력구역 1: 3
- 동력구역 2: 2
- 동력구역 3: 1
- 동력구역 4: 3
- 동력구역 5: 2
- 동력구역 6: 1
이는 도 3 에 도표화 되어 있다. 이 표에 나타난 동력분배에 의해 기판 (12) 의 중심보다 기판의 가장자리에 더 큰 가열을 얻을 수 있다는 것을 관찰할 수 있다.
반응실 (14) 의 밀폐공간 (16) 에는, 예를 들어 석영으로 만들어진 투명창 (34) 이 있으며, 이 투명창에 의해서 밀폐공간 (16) 외부로부터 할로겐 램프 (24,26) 에 의해 방출된 적외선이 통과하게 된다. 가열장치 (10) 와 투명창 (34) 사이의 공간에는 반사경 (36) 이 배치되어 있으며, 이 반사경은 기판 (12) 의 가장자리와 중심사이의 열차이를 보상하는데 필요한 동력이 기판 (12) 의 온도와 함께 변하는 경우, 상이한 가열구역 사이에 동력비를 제어하도록 적외선을 반사한다.
도 4 에 따르면, 각 단 A 및 B 는 12개의 램프(단 A 의 왼쪽에 2 개의 램프(24)가 가려있음)를 포함한다. 램프 (24,26) 의 하우징 아래에 배치된 반사경 (36) 은 투명창 (34) 측과 램프 (24,26) 측에 개방된 상이한 4각형 격실을 형성하도록 4개의 세로축 판 (40) 과 4개의 가로축 판 (42) 이 십자로 교차되어 형성된 분배격자 (38) 형태이다. 격실은 각 가열구역에 할당된 가변 횡단면을 가지며, 따라서 램프 (24,26) 의 상이한 조사구역에 의해 방출된 빛에너지가 기판 (12) 의 대응구역으로 향하는 것으로 나타난다.
반사경 (36) 의 십자로 교차된 판 (40,42) 은 적외선을 반사하는데 최적의 반사율을 갖는 재료로 만들어진다. 상기 재료는, 예를 들어 세라믹 또는 지르콘계의 비금속일 수 있다. 또한, 예를 들어 강 또는 알루미늄, 표면이 금 또는 은으로 코팅가능한 금속재료로 만들어진 격자가 사용될 수 있다.
금속재료의 경우에 있어서, 반사경 (36) 은 유용하게는 냉각유체에 의해 냉각될 수 있다.
구역들간의 간섭효과의 최대감소를 얻도록 기판 (12) 의 조사구역이 반사경 (36) 에 의해 완전하게 경계지어지므로, 가열구역에 의한 보상이 정확히 제어된다.
2 단의 할로겐 램프 (24,26) 의 구역간 동력분배와 삽입된 반사경 (36) 에 의하면 기판의 형태와 크기에 상관없이 기판 (12) 의 균일한 가열을 달성할 수 있다.
도 5 의 다른 실시형태에 따르면, 반사경 (136) 의 격자 (138) 를 구성하는 판 (140,142) 은 두개의 단 A 와 B 의 높이에 미치도록 램프 (24,26) 사이에 장착된다. 그 결과, 램프 (24,26) 구역이 차폐물 내에 완전히 들어가게 된다.
Claims (11)
- 적외선이 통과하는 투명창 (34) 을 포함하는 밀폐된 반응실 (14) 내부의 기판을 고속 열처리하도록 되어 있는 적외선 램프 (24,26) 를 포함하는 기판 (12) 가열장치에 있어서,- 상기 적외선 램프 (24,26) 는 상기 기판 (12) 의 일측상에서 신장하는 두개의 겹쳐진 단 (A,B) 으로 배치되며, 상기 하단 (A) 의 램프 (24) 는 상기 상단 (B) 의 램프 (26) 에 대해 수직으로 배치되며,- 일군의 램프 (24,26) 에 의한 공급동력을 조절하는 수단이 상기 기판 (12) 의 중앙보다 가장자리를 더 많이 가열하며, 그리고- 분배격자 (38,138) 의 형태인 반사경 (36,136) 은 상이한 가열구역간의 동력비를 제어하기 위해 적외선을 반사하고 통과시키는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반사경 (36,136) 의 상기 분배격자 (38,138) 는 가열구역에 할당된 가변 횡단면의 다수의 격실을 경계짓는 판 (40,42;140,142) 의 십자형 배치에 의해 형성되며, 상기 격자는 상기 램프 (24,26) 와 상기 창 (34) 사이에 배치되거나 또는 상기 램프사이에 끼워지는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 판 (40,42;140,142) 은 직각으로 십자형으로 교차하는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 반사경 (36,136) 의 상기 판 (40,42;140,142) 은 비금속재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 반사경 (36,136) 의 상기 판 (40,42;140,142) 은 금속재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 반사경 (36,136) 은 냉각유체에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 램프 (24,26) 는 할로겐 램프인 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 7 항에 있어서, 각 단 (A,B) 은, 일정한 간격으로 엇걸리며 서로 평행하게 신장하는 동일한 수의 관상의 램프 (24,26) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판가열장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 따른 가열장치를 장착한 고속 열처리용 반응기.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 반사경 (36,136) 의 상기 판 (40,42;140,142) 은 세라믹 또는 지르콘계로 만들어지는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 반사경 (36,136) 의 상기 판 (40,42;140,142) 은 강, 알루미늄, 또는 표면이 금이나 은으로 코팅된 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치.
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