KR100889665B1 - 열처리 장치 - Google Patents

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사또루 고이께
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

열처리로(1)의 배기계(12)의 배관(13)에 개재 장착하는 주 밸브(18)의 밸브 상자(21)에 2개의 바이패스 통로(32, 33)를 형성한다. 각 바이패스 통로(32, 33)는 밸브 상자(21)에 부착된 보조 밸브(30, 31)에 의해 개폐한다. 한편 보조 밸브(31)는 유량 조정 가능하게 구성한다. 주 밸브(18)는 주 밸브(18)에 설치된 고정판(54)을 이용하여 볼트 및 너트에 의해 열처리 장치의 하우징(14)에 고정한다. 배기계의 배관 주위를 간소화할 수 있고, 열처리 장치의 보수 작업성의 향상을 도모할 수 있다.
열처리로, 배기계, 배관, 주 밸브, 보조 밸브, 바이패스 통로, 하우징

Description

열처리 장치{HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 열처리 장치, 특히 그의 배기계에 적절하게 사용할 수 있는 밸브 장치 및 이 밸브 장치를 구비한 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 CVD(화학 기상 성장) 등의 열처리를 실시하기 위해 열처리 장치가 사용되고 있다. 이 열처리 장치는 웨이퍼를 수용하는 열처리로와, 열처리로 내에 처리 가스 등의 가스를 공급하는 가스 공급계와, 열처리로 내를 감압 배기하는 배기계를 구비하고 있다.
이와 같은 열처리 장치에서는, 노내를 진공화할 때에 파티클을 권취하지 않도록 진공화 초기에는 흡인 유량을 낮게 억제한 이른바 슬로우 진공을 행하고 있다. 이 목적을 위해, 배기계는 도6에 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 배기계(12)는 소정의 관 직경 예를 들어 76.2mm(3in)의 배관(13)을 갖고, 이 배관(13)에는 앵글 밸브로 이루어지는 주 밸브(주 개폐 밸브)(18)와, 버터플라이 밸브로 이루어지는 주 압력 제어 밸브(도시하지 않음)와, 감압 펌프(도시하지 않음)가 차례로 설치되어 있다. 배관(13)에는 주 밸브(18)를 바이패스하는 6.35mm(1/4in) 정도의 소경의 바이패스관(60)이 접속되어 있다. 바이패스관(60)에 는 제1 보조 밸브(61) 및 제2 보조 밸브(62)가 병렬로 설치되어 있다. 바이패스관(60)에는 제2 보조 밸브(62)와 직렬로 유량 조정용 니들 밸브(63)가 설치되어 있다.
노내를 대기압으로부터 소정의 처리 압력으로 감압하는 경우에는, 우선 슬로우 진공을 행하기 위해 주 밸브(18) 및 제1 보조 밸브(61)를 폐쇄하고, 제2 보조 밸브(62)를 개방하여 니들 밸브(63)에서 설정한 미소 유량으로 진공화를 개시한다. 다음에, 제1 보조 밸브(62), 주 밸브(61)를 차례로 개방하고, 이 상태에서 소정의 처리 압력까지 진공화한다.
그러나, 상기 종래의 열처리 장치에 있어서는, 배관(13)에 바이패스관(60)을 접속하여 제1 및 제2 보조 밸브(61, 62) 등을 설치하고 있으므로, 넓은 공간(Sa)[도6의 (b) 참조]을 필요로 할 뿐만 아니라, 배관(13) 주위의 구성이 번잡해져 보수 작업성이 악화되는 문제가 있다.
또한, 주 밸브(18)를 소정 위치에 고정하기 위해, 주 밸브(18)의 상류측 또는 하류측의 배관(13)을 고정 피팅(fitting)(70)을 거쳐서 열처리 장치의 하우징(14)에 고정할 필요가 있다. 이것은 배관(13) 주위의 구성을 더욱 번잡하게 한다. 그 뿐만 아니라, 배관(13)이 가온 배관인 경우, 고정 피팅(70)으로부터 열이 빠져 나가기 때문에 배관(13) 내에 반응 부생성물이 발생하는 문제도 있다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 보조 밸브 및 바이패스 통로를 주 밸브에 일체화함으로써 밸브 장치를 콤팩트하게 구성하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 발명의 다른 목적은 이와 같은 콤팩트한 밸브 장치를 사용함으로써, 열처리 장치의 배기계의 배관 주위의 구성을 간소화하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 열처리로와, 상기 열처리로에 접속되어 상기 열처리로 내의 분위기를 배기하기 위한 배기관과, 상기 배기관에 개재 장착되는 주 밸브이고, 입구 포트 및 출구 포트와 상기 입구 및 출구 포트를 접속하는 주 통로가 형성된 밸브 상자와 상기 밸브 상자에 설치되어 상기 주 통로를 개폐하는 밸브 부재를 갖는 주 밸브를 구비한 열처리 장치에 있어서, 상기 주 밸브의 밸브 상자에, 상기 입구 및 출구 포트를 연통하는 제1 바이패스 통로 및 제2 바이패스 통로가 병렬로 형성되어 있고, 상기 주 밸브의 밸브 상자에 상기 제1 바이패스 통로를 개폐하는 제1 보조 밸브와, 상기 제2 바이패스 통로를 개폐하는 제2 보조 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 열처리 장치를 제공한다.
적합한 실시예에 있어서는, 상기 제1 및 제2 바이패스 통로는 상기 밸브 상자의 벽 부재에 형성된 구멍이다.
또한, 적합한 실시예에 있어서는, 상기 제2 보조 밸브가 유량 조정 가능하게 구성되어 있다.
또한, 적합한 실시예에 있어서는, 상기 주 밸브의 밸브 상자에 고정 부재가 설치되어 있고, 이 고정 부재를 거쳐서 상기 주 밸브가 이 열처리 장치의 하우징에 고정되어 있다.
본 발명의 제2 관점에 따르면 입구 포트 및 출구 포트와, 상기 입구 및 출구 포트를 접속하는 주 통로가 형성된 밸브 상자와, 상기 밸브 상자에 설치되어 상기 주 통로를 개폐하는 밸브 부재를 구비한 밸브 장치에 있어서, 상기 밸브 상자에 형성되고 상기 밸브 부재를 우회하여 상기 입구 및 출구 포트의 연통을 가능하게 하는 제1 바이패스 통로와, 상기 제1 바이패스 통로와 병렬로 상기 밸브 상자에 형성되고 상기 밸브 부재를 우회하여 상기 입구 및 출구 포트의 연통을 가능하게 하는 제2 바이패스 통로와, 상기 제1 바이패스 통로를 개폐하는 제1 보조 밸브와, 상기 제2 바이패스 통로를 개폐하는 제2 보조 밸브를 구비한 밸브 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 이루어지는 하기의 실시예의 설명에 의해 명백해진다.
도1은 본 발명에 따른 열처리 장치의 일 실시예의 개략적 구성을 도시하는 도면.
도2는 도1에 도시한 주 밸브의 사시도.
도3은 도2에 도시한 주 밸브의 주요부 단면도.
도4는 도2에 도시한 제2 보조 밸브의 확대 단면도이고, 도3에 있어서의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면을 도시하는 도면.
도5는 주 밸브 주위의 부품 배치를 도시하는 도면이며, (a)는 측면도, (b)는 평면도.
도6은 종래 기술에 있어서의 주 밸브 주위의 부품 배치를 도시하는 도면이며, (a)는 측면도, (b)는 평면도.
이하에, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 기초로 하여 상세하게 서술한다.
열처리 장치의 개략적 구성을 도시하는 도1에 있어서, 도면 부호 1은 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여 소정의 열처리, 예를 들어 CVD 처리를 행하는 열처리로이다. 도시된 실시예에 있어서는, 열처리로(1)는 배치식 종형로이다. 열처리로(1)는 석영으로 제조된 처리 용기(반응관)(2)와, 처리 용기(2)의 주위에 처리 용기(2)를 포위하여 설치된 원통형의 히터(3)를 구비하고 있다.
처리 용기(2)는 도시된 실시예에서는 내관(2a) 및 외관(2b)을 갖는 이중관 구조로 되어 있지만, 단일관 구조라도 좋다. 처리 용기(2)의 하단부는 개방되어 있다. 처리 용기(2)의 하단부에는 처리 용기(2) 내에 처리 가스 등의 가스를 도입하는 가스 도입부(4)와 처리 용기(2) 내의 분위기를 배기하는 배기부(5)를 갖는 원환형의 매니폴드(6)가 기밀하게 접속되어 있다. 매니폴드(6)의 하단부는 노 입구(7)로서 개방되어 있다. 노 입구(7)의 하방에는 노 입구(7)를 기밀하게 폐색하는 덮개 부재(8)가 설치되어 있다. 덮개 부재(8)는 승강 기구(9)에 의해 승강하여 노 입구(7)를 개폐한다. 덮개 부재(8) 위에는 다수매, 예를 들어 150매의 웨이퍼(W)를 상하 방향에 소정 간격을 두고 탑재할 수 있는 석영으로 제조된 웨이퍼 보트(10)(기판 유지구)가 보온통(11)을 거쳐서 적재되어 있다. 승강 기구(9)에 의해 보트(10)가 처리 용기(2) 내로 반입 및 반출된다.
가스 도입부(4)에는 가스 공급원에 통하는 도시하지 않은 가스 공급계의 배관이 접속되고, 배기부(5)에는 배기계(12)의 배관(배기관이라고도 함)(13)이 접속되어 있다. 열처리로(1)는 열처리 장치의 하우징(14) 내에 설치되어 있다(도5 참 조). 하우징(14) 내에는 처리 용기(2)를 하방으로부터 삽입 통과 가능한 개구를 갖는 베이스 플레이트(15)가 설치되어 있다. 베이스 플레이트(15)에 매니폴드(6)가 부착 피팅(도시하지 않음)을 거쳐서 부착되어 있다. 베이스 플레이트(15) 상에는 히터(3)가 설치되어 있다. 베이스 플레이트(15)보다도 하방에는 웨이퍼 포트(10)를 로딩/언로딩하기 위한 작업 영역인 로딩 영역이 제공되어 있다.
배기계(12)의 배관(13)은 하우징(14) 내부로부터 하우징(14) 외부로 인출되어, 하방에 있는 감압 펌프(17)에 접속되어 있다. 배기계(12)의 배관(13)에는 앵글 밸브로 이루어지는 주 밸브(18), 버터플라이 밸브로 이루어지는 압력 제어 밸브(19) 및 부생성물을 포착하는 트랩(20)이 상류측으로부터 차례로 설치되어 있다. 배기계(12)는 배관(13) 및 이 배관(13)에 설치된 주 밸브(18), 압력 제어 밸브(19), 감압 펌프(17) 및 트랩(20)에 의해 구성되어 있다.
다음에, 도2 내지 도4를 참조하여 주 밸브(18) 및 그에 부속되어 있는 기구에 대해 설명한다. 주 밸브(18)는 밸브 상자(21)(밸브 부재)와, 밸브 상자(21)의 내부에 설치된 밸브 부재(26)를 갖는다. 밸브 상자(21)의 측부 및 하부에는 플랜지 접속 가능한 입구 포트(22) 및 출구 포트(23)가 각각 설치되어 있다. 도3에 도시한 바와 같이, 밸브 상자(21) 내에는 양 포트(22, 23)를 연통하는 주 통로(24)가 형성되어 있다. 주 통로(24) 내에는 밸브 시트(25)가 설치되어 있으며, 주 밸브(18)의 폐쇄시에는 밸브 시트(25)에 밸브 부재(26)가 착좌한다.
밸브 상자(21)의 상부에는 밸브 막대(27)를 거쳐서 밸브 부재(26)를 상하 방향으로 이동시켜 주 밸브(18)의 개폐를 행하는 액추에이터(28)가 설치되어 있다. 밸브 막대(27)는 벨로우즈(29)에 의해 둘러싸여 있고, 벨로우즈(29)의 상단은 밸브 상자(21)에, 벨로우즈(29)의 하단은 밸브 부재(26)의 상면에 접속되어 있다. 벨로우즈(29)는 액추에이터(28)를 부식성 가스로부터 보호한다.
주 밸브(18)의 밸브 상자(21)에는 입구 포트(22)와 출구 포트(23)를 연통하는 서로 분리 독립된 제1 바이패스 통로(32) 및 제2 바이패스 통로(33)가 병렬로 설치되어 있다. 이들 바이패스 통로(32, 33)는 밸브 상자(21)의 벽 부재에 형성된 구멍이다. 밸브 상자(21)의 측면에는 제1 바이패스 통로(32)를 개폐하는 제1 보조 밸브(30) 및 제2 바이패스 통로(33)를 개폐하는 제2 보조 밸브(31)가 설치되어 있다. 제1 및 제2 바이패스 통로(32, 33)는 유체를 주 통로(24)의 밸브 시트(25)와 밸브 부재(26) 사이의 부분을 통과시키는 일 없이, 유체를 입구 포트(22)로부터 출구 포트(23)로 흐르게 할 수 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 제1 바이패스 통로(32)는 그 도중에 밸브 상자(21)의 측면에 개방되어 있다. 제1 바이패스 통로(32)의 개구단의 주위의 밸브 상자(21)의 측면이 밸브 시트(34)가 된다. 제1 보조 밸브(30)는 밸브 상자(21)의 측부에 부착된 밸브 상자(36)와, 밸브 상자(36) 내에 설치되어 도시하지 않은 스프링에 의해 밸브 폐쇄 방향[밸브 시트(34)에 착좌하는 방향]으로 압박된 밸브 부재(37)를 갖는다. 밸브 상자(36)에는 밸브 부재(37)를 스프링의 압박력에 대항하여 밸브 개방 방향[밸브 시트(34)로부터 이격된 방향]으로 구동하기 위해 압축 공기를 공급하는 공기압 공급계의 배관(38)이 접속되어 있다. 제1 보조 밸브(30)의 밸브 부재(37), 공기압이 공급되지 않는 경우에는 밸브 시트(34)에 착좌하여 제1 바이패스 통로(32)를 차단하고, 압축 공기가 공급되면 밸브 시트(34)로부터 이격되어 제1 바이패스 통로(32)를 개통시킨다.
도4에 도시한 바와 같이, 제2 바이패스 통로(33)는 그 도중에 밸브 상자(21)의 측면에 개방되어 있다. 제1 바이패스 통로(33)의 개구단의 주위의 밸브 상자(21)의 측면이 밸브 시트(35)가 된다. 제2 보조 밸브(31)는 밸브 상자(21)의 측부에 부착된 밸브 상자(39)와, 밸브 상자(39) 내에 설치되어 스프링(40)에 의해 밸브 폐쇄 방향[밸브 시트(35)에 착좌하는 방향]으로 압박된 밸브 부재(41)를 갖는다. 밸브 상자(39)에는 밸브 부재(41)를 스프링(40)의 압박력에 대항하여 밸브 개방 방향[밸브 시트(35)로부터 이격되는 방향]으로 구동하기 위해, 압축 공기를 공급하는 공기압 공급계의 배관(42)이 접속되어 있다. 제2 보조 밸브(31)의 밸브 부재(41)는, 공기압이 공급되지 않는 경우는 밸브 시트(35)에 착좌하여 제2 바이패스 통로(33)를 차단하고, 압축 공기가 공급되면 밸브 시트(35)로부터 이격되어 제2 바이패스 통로(33)를 개통시킨다.
밸브 부재(41)에는 밸브 막대(43)를 거쳐서 피스톤(44)이 연결되고, 이 피스톤(44)이 밸브 상자(39)에 형성된 실린더(45) 내에 미끄럼 이동 가능하게 끼움 삽입되어 있다. 실린더실(45) 내의 일단부에는 피스톤(44)을 밸브 폐쇄 방향으로 압박하는 스프링(40)이 내장되고, 실린더실(45) 내의 타단부에는 압축 공기에 의해 피스톤(44)을 밸브 개방 방향으로 구동하기 위한 압력실(46)이 형성되어 있다. 피스톤(44)에는 공기압 공급계의 배관(42)으로부터 압축 공기를 상기 압력실(46)로 도입하기 위한 도입 통로(47)가 형성되어 있다. 도입 통로(47)는 피스톤(44)의 축 선에 따라 연장되고, 압력실(46)에 개방되어 있다.
제2 보조 밸브(31)의 밸브 상자(39)의 선단부에는 유량 조정 손잡이(48)가 설치되어 있다. 이 유량 조정 손잡이(48)의 내주면에는 나사가 형성되고, 밸브 상자(39)의 선단부의 외주에 형성된 수나사부(49)에 나사 결합하고 있다. 또한, 유량 조정 손잡이(48)에는 피스톤(44)의 이동 범위(즉 밸브 부재의 리프트량)(d)를 규제하는 슬리브(50)가 설치되어 있다. 슬리브(50)는 피스톤(44)과 동일축에 설치되고 있고, 슬리브(50) 내에는 피스톤(44)의 선단부에 설치된 축부(51)가 미끄럼 이동 가능하게 끼움 삽입되어 있다. 따라서, 유량 조정 손잡이(48)를 회전시킴으로써 밸브 부재(41)의 리프트량(d)을 변경할 수 있고, 이에 의해 제2 바이패스 통로(33)를 흐르는 유체의 유량을 조절할 수 있도록 되어 있다.
제2 보조 밸브(31)는 유량 조정 가능한 점에 있어서 유량 고정 방식의 제1 보조 밸브(30)와 다르다. 즉, 제1 보조 밸브(30)는 제2 보조 밸브(31)로부터 유량 조정 기능에 관한 부재를 제외함으로써 형성할 수 있다.
다시 도1을 참조하면, 배기계(12)의 배관(13)의 주 밸브(18)보다도 상류측에는 배관(13) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(52)가 설치되어 있다. 압력 센서(52)의 검출 신호는 제어기(53)에 입력된다. 제어기(53)는 미리 설정된 제어 프로그램을 기초로 하여 주 밸브(18), 압력 제어 밸브(19) 및 제1, 제2 보조 밸브(30, 31)의 개폐 제어를 행하고, 배기계(12) 내 및 열처리로(1) 내의 압력을 조정한다.
주 밸브(18)의 밸브 상자(21)에는 고정판(54)이 설치되고, 이 고정판(54)을 거쳐서 주 밸브(18)의 밸브 상자(21)가 장치의 하우징(14)에 고정되어 있다. 고정판(54)은 주 밸브(18)의 밸브 상자(21)에 적당한 고정 수단, 예를 들어 나사(55)에 의해 부착되어 있다. 고정판(54)에는 이 고정판(54)을 적당한 지지 부재에 나사 고정하기 위한 구멍(56)이 설치되어 있다. 예를 들어, 도5에 도시한 바와 같이, 열처리 장치의 하우징(14)에 브래킷(57)을 부착하고, 이 브래킷(57)에 고정판(54)을 볼트 및 너트에 의해 고정함으로써 열처리 장치의 하우징(14)에 주 밸브(18)를 확실하게 고정할 수 있다.
다음에, 열처리 장치의 작용에 대해, 열처리로(1) 내부를 대기압으로부터 소정의 처리 압력으로 감압하는 경우에 대해 설명한다. 급격한 감압(즉 대유량에서의 감압)을 행하면, 처리 용기(2) 내에 있어서의 반응 부생성물의 비상(flying) 및 보트(10) 상에서의 반도체 웨이퍼(W)의 어긋남이 발생할 우려가 있다. 따라서, 우선 주 밸브(18) 및 제1 보조 밸브(30)를 폐쇄하고, 제2 보조 밸브(31)를 개방하여 감압 펌프(17)를 구동하여 미소 유량에서의 진공화(슬로우 진공)를 개시한다. 이 때의 유량은 유량 조정 손잡이(48)에 의해 적당한 값으로 설정할 수 있다. 열처리로(1) 내의 분위기는 매니폴드(6)의 배기부(5)에 설치된 배기관 및 배기계(12)의 배관(13)을 통해, 또한 주 밸브(18)의 제2 바이패스 통로(33)를 통해 배기된다.
열처리로(1) 내부가 제1 소정의 감압에 도달하였다면, 제1 보조 밸브(30)를 개방하고, 제1 및 제2 바이패스 통로(32, 33)를 통해 유량을 늘려 진공화를 행한다. 열처리로 내부가 제2 소정의 감압에 도달하였다면 주 밸브(18)를 개방하고, 제1 및 제2 바이패스 통로(32, 33) 및 주 밸브(18)의 주 통로(24)를 통해 대유량으 로 진공화를 행하여 목표의 최종 압력까지 진공화한다.
상기 실시예에 따르면, 주 밸브(18)를 바이패스하는 통로를 주 밸브(18)의 밸브 상자(21)에 조립하므로, 바이패스 통로용 배관을 배관(13)과 별도로 설치할 필요가 없다. 이로 인해, 배기계(12)의 파이핑을 간소화할 수 있고, 공간 절약화 및 보수 작업성의 향상을 도모할 수 있다. 공간 절약에 대해서는 도5의 (b)에 있어서의 Sb와, 도6의 (b) 있어서의 Sa를 비교 참조하기 바란다. 또한, 제2 보조 밸브(31)가 유량 조정 기능을 구비하고 있으므로, 유량 조정 기능을 갖는 밸브, 예를 들어 니들 밸브를 별도로 설치할 필요가 없다. 이로 인해, 배기계(12)의 구성을 더욱 간소화할 수 있다.
또한, 고정판(54)에 의해 주 밸브(18)의 밸브 상자(21)가 장치의 하우징(14)에 고정되므로, 주 밸브(18)의 전후 배관(13)을 고정 피팅으로 고정할 필요가 없다. 이로 인해 배관(13) 및 그 근방의 구성을 더욱 간소화할 수 있다. 또한, 배관(13)의 고정 피팅을 사용하지 않으므로, 배관(13)이 가온 배관이라도 열이 빠져 나가는 일이 없어 배관(13) 내의 반응 부생성물의 발생을 억제할 수 있다. 또, 이 관점에서는, 고정판(54)은 밸브 상자(21) 내의 주 통로(24)로부터 분리된 위치에 설치한 쪽이 보다 바람직하다. 도시된 실시예에 있어서는, 고정판(54)은 주 통로(24)로부터 이격된 액추에이터(28)에 근접하여 설치되어 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 상세하게 서술해 왔지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 다양한 설계 변경 등이 가능하다. 예를 들어, 열처리로로서는 종형에 한정되지 않 고 횡형이라도 좋고, 또한 배치식에 한정되지 않으며 낱장식이라도 좋다. 열처리로서는, CVD 이외에 산화, 확산, 어닐링 등이라도 좋다. 피처리체로서는 반도체 웨이퍼 이외에, 예를 들어 유리 기판이나 LCD 기판 등이라도 좋다.

Claims (11)

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  9. 하우징 내에 열처리로를 설치하고, 하우징 내부로부터 하우징 외부로 배관한 열처리로의 배기계의 배관에 주 밸브, 제1 보조 밸브 및 제2 보조 밸브를 병렬로 구비한 열처리 장치이며,
    상기 주 밸브의 외형을 형성하는 본체에 입구측과 출구측을 연통하는 바이패스 통로를 2개 형성하고, 상기 주 밸브의 본체에 일측의 바이패스 통로를 개폐하는 제1 보조 밸브, 다른 측의 바이패스 통로를 개폐하는 제2 보조 밸브를 설치하고, 상기 주 밸브의 본체에는 자립용의 고정판이 설치되고, 상기 고정판을 거쳐서 주 밸브의 본체가 상기 하우징에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 보조 밸브는 유량 조정 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 하우징에 브래킷이 부착되고, 상기 브래킷에 상기 고정판을 고정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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