KR100902633B1 - 가열유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 분리 이격되는 상부틀과 하부틀 및 이들을 관통하는 다수의 열원을 격자 형태로 배치시키고, 냉각통로를 구비하는 가열유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 가열유닛은 다수의 열원과, 상기 다수의 열원이 삽입되는 다수의 제1관통홈이 형성된 상부틀과, 상기 상부틀과 이격되고 상기 상부틀의 하부로 돌출된 상기 열원의 단부가 인입되는 다수의 제2관통홈이 형성된 하부틀 및 상기 상부틀과 상기 하부틀 사이의 이격된 공간을 냉각통로로 사용하여 냉각제를 순환시키는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판이 처리되는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 상부에서 결합되어 상기 기판에 열을 제공하는 가열유닛 및 상기 공정챔버와 상기 가열유닛 사이에 결합되어 상기 공정챔버의 기밀을 유지하고, 상기 가열유닛의 열을 상기 기판으로 투과시키는 투명창을 포함하고, 상기 가열유닛은 서로 분리 이격된 상부틀과 하부틀 및 상기 상부틀과 상기 하부틀을 관통하여 설치되는 다수의 열원을 포함하는 것을 특징으로 한다.

기판, 열처리, RTP, 가열유닛

Description

가열유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치{Heating unit and substrate processing apparatus therewith}

본 발명은 가열유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 분리 이격되는 상부틀과 하부틀 및 이들을 관통하는 다수의 열원을 격자 형태로 배치시키고, 냉각통로를 구비하는 가열유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 기판을 처리하는 장치의 대표적인 예로서 급속열처리{Rapid Thermal Process; RTP) 장치를 들 수 있으며, 이러한 급속열처리 장치는 고속열처리(Rapid Thermal Annealing), 고속열세정(Rapid Thermal Cleaning), 고속열화학증착(Rapid Thermal Chemical Vap. or Deposition), 고속열산화(Rapid Thermal Oxidation), 고속열질화(Rapid Thermal Nitridation) 등의 공정을 수행하는데 사용된다.

이러한 기판 처리 장치에서는 기판의 온도 상승 및 하강이 매우 짧은 시간에 넓은 온도 범위에서 이루어지기 때문에 정밀한 온도 제어가 필수적으로 요구된다.

그런데, 종래 기술에 따른 기판 처리 장치에 사용되는 가열유닛을 살펴보면, 열원으로 사용되는 다수의 램프가 동심원 형태나 벌집 형태로 가열유닛에 배치된다.

우선, 동심원 형태로 다수의 램프가 배치되는 가열유닛은 램프의 열 조사시 동일한 동심원 상에 배치된 인접한 램프들 사이에 반사판이 구비되지 않아서 간섭 현상을 발생시키고 이로 인해 기판의 정밀한 온도 제어가 어려운 문제점이 있다.

또한, 벌집 형태로 다수의 램프가 배치되는 가열유닛에는 벌브형(bulb type) 램프가 주로 사용되고 램프마다 반사판이 구비되어 인접한 램프들 사이에서 발생되는 간섭 현상은 방지할 수 있으나, 배치에 필요한 램프의 수가 과다하게 요구되며 램프의 조사각이 작아서 열효율이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 종래의 기판 처리 장치의 가열유닛에서는 열원과 기판 사이의 거리가 멀어서 직접 기판에 복사광이 전달되는 1차 열복사의 영향보다 반사판을 거친 2차 열복사의 영향이 커서 열원의 열효율이 저하되고 열원의 수명이 단축되는 문제점도 있다.

그리고, 종래의 기판 처리 장치의 가열유닛에는 열원에서 발생하는 고온에 의한 열적 손상을 방지하기 위하여 가열유닛 자체를 냉각시키기 때문에 가열유닛 내부에 위치하는 열원이나 투명창 등의 열적 손상을 방지하는데 어려움이 있으며, 열원이나 투명창 등을 직접 냉각시키기 위해 가열유닛을 관통하여 냉각통로를 형성하기 때문에 가열유닛의 내부 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 서로 분리 이격되는 상부틀 및 하부틀과 이들을 관통하는 다수의 열원을 격자 형태로 배치시키고, 이격된 공간을 포함하는 복수의 냉각통로를 구비함으로써 열원의 간섭 현상을 방지하고, 열원의 열효율 및 수명을 향상시킬 수 있는 가열유닛 및 이를 이용한 기판 처리 장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가열유닛은 다수의 열원과, 상기 다수의 열원이 삽입되는 다수의 제1관통홈이 형성된 상부틀과, 상기 상부틀과 이격되고 상기 상부틀의 하부로 돌출된 상기 열원의 단부가 인입되는 다수의 제2관통홈이 형성된 하부틀 및 상기 상부틀과 상기 하부틀 사이의 이격된 공간을 냉각통로로 사용하여 냉각제를 순환시키는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판이 처리되는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 상부에서 결합되어 상기 기판에 열을 제공하는 가열유닛 및 상기 공정챔버와 상기 가열유닛 사이에 결합되어 상기 공정챔버의 기밀을 유지하고, 상기 가열유닛의 열을 상기 기판으로 투과시키는 투명창을 포함하고, 상기 가열유닛은 서로 분리 이격된 상부틀과 하부틀 및 상기 상부틀과 상기 하부틀을 관통하여 설치되는 다수의 열원을 포함하는 것을 특징으로 한 다.

본 발명에 따르면 서로 분리 이격된 상부틀과 하부틀 및 이들을 관통하는 다수의 열원을 격자 형태로 배치한 가열유닛을 구성함으로써 기판 처리시 회전하는 기판에 균일하게 열이 가해지도록 타원의 열원제어영역을 형성하여 기판의 정밀한 온도 제어를 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 하부틀 내에 규정된 공간에 다수의 열원의 발광부가 각각 위치하게 함으로써 인접한 열원들 사이의 간섭 현상을 방지하는 효과도 있다.

한편, 상부틀과 하부틀 사이의 이격된 공간을 포함하는 복수의 냉각통로를 가열유닛에 구비함으로써 고온으로 가열된 열원에 의한 열적 손상을 방지하여 열원의 수명 및 열효율을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기에서 후술하는 기판 처리 장치는 단시간에 고온으로 기판을 처리하는 급속열처리 장치를 중심으로 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 기판(12)이 처리되는 공정챔버(80)와, 공정챔버(80)의 상부에서 결합되어 기판(12)에 열을 제공하는 가열유닛(10) 및 공정챔버(80)와 가열유닛(10) 사이에 결합되어 공정챔버(80)의 기밀을 유지시키고 가열유닛(10)의 복사열을 기판(12)으로 투과시키는 투명창(14)을 포함한다.

상기 공정챔버(80)의 내부에는 기판(12)을 회전가능하게 지지하는 기판 지지수단(82)이 구비되며, 기판(12)을 공정챔버(80)의 내부로 반출입할 수 있도록 기판 반출입구(84)가 일측에 형성된다. 이러한 공정챔버(80)에는 가스, 전원 등의 공급을 제어할 수 있는 제어부(미도시)가 포함될 수 있다.

상기 투명창(14)은 투과율이 높은 물질로 이루어지는데, 본 실시예에서는 석영(Quartz)을 재질로 하여 이루어진다.

상기 가열유닛(10)은 이하 첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가열유닛의 내부 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가열유닛의 열원 배치를 나타낸 도면이다.

(도 2는 도 3에 도시된 A-A'에 따른 가열유닛의 부분 단면을 나타낸다.)

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가열유닛(10)은 기판(12)에 열을 제공하는 다수의 열원(20)과, 다수의 열원(20)이 수직으로 삽입되는 다수의 제1관통홈(32)이 형성된 상부틀(30)과, 상부틀(30)과 상하 이격되고 상부틀(30)의 하부로 돌출된 열원(20)의 단부가 인입되는 다수의 제2관통홈(42)이 형성된 하부틀(40) 및 상부틀(30)과 하부틀(40) 사이의 이격된 공간을 냉각통로로 사용하여 냉각제를 순환시키는 냉각수단(미도시) 등을 포함한다.

상기 상부틀(30)과 상기 하부틀(40)은 서로 분리되어 이격된다. 상부틀(30)과 하부틀(40)이 상하로 결합하며, 이때 다수의 제1관통홈(32)과 다수의 제2관통홈(42)은 상하 수직으로 대응되는 위치에 상부틀(30)과 하부틀(40)에 각각 형성된다.

본 실시예에서는 서로 분리되어 이격되는 상부틀(30)과 하부틀(40)을 결합시켜 가열유닛(10)을 구성하였으나, 다른 실시예로서 일체로 이루어진 상하틀의 내부에 냉각제가 순환될 수 있는 비어 있는 공간을 형성하고, 빈 공간을 경계로 상하틀의 상부와 하부에 수직으로 대응되는 다수의 관통홈을 형성하여 가열유닛을 구성할 수도 있다.

상부틀(30)에서 다수 형성된 제1관통홈(32) 사이의 몸체 내부는 비어 있는 공간을 형성하며, 이러한 상부틀(30)의 내부는 냉각제가 순환되는 제1 냉각통로(34)를 형성한다. 제1 냉각통로(34)는 상부틀(30) 내에서 전체적으로 연결된 하나의 관로를 형성하여 한 군데에서의 냉각제 주입으로도 제1 냉각통로(34) 전체에 냉각제가 순환된다.

하부틀(40)에도 다수 형성된 제2관통홈(42) 사이의 몸체 내부가 비어 있어서 냉각제가 순환되는 제2 냉각통로(44)를 형성한다. 제2 냉각통로(44)의 경우도 하부틀(40) 내에서 전체적으로 연결된 하나의 관로를 형성하여 한 군데에서의 냉각제 주입으로 제2 냉각통로(44) 전체에 냉각제가 순환된다.

한편, 상부틀(30)과 하부틀(40) 사이의 이격된 공간은 제3 냉각통로(70)를 형성하고, 그 내부로 제1 냉각통로(34)와 제2 냉각통로(44)와 마찬가지로 냉각제를 순환시킨다.

본 발명에 따른 가열유닛(10)에는 상부틀(30)과 하부틀(40)을 수직으로 지지하는 지지수단(60)이 포함된다.

본 실시예에 따른 지지수단(60)은 상부틀(30)과 하부틀(40)의 측면을 감싸도록 구성된다. 지지수단(60)에는 이격된 공간을 포함하는 복수의 냉각통로, 즉 제1 냉각통로(34), 제2 냉각통로(44) 및 제3 냉각통로(70)에 냉각제가 공급되는 공급부(62)와, 공급부(62)와 마주보는 위치에 형성되어 순환된 냉각제가 배출되는 배출부(64)가 형성된다.

한편, 상기 지지수단(60)에 형성된 공급부(62)와 배출부(64)에 냉각제를 공급하고 배출시키는 냉각수단이 가열유닛(10)에 포함된다. 냉각수단은 지지수단(60)의 외부 또는 내부에 구성될 수 있으며, 가열유닛(10)의 내부에 구비되는 복수의 냉각통로에 동일한 냉각제를 공급하거나 서로 다른 냉각제를 구분하여 공급할 수 있다.

본 발명에서, 다수의 열원(20)은 상부틀(30)과 하부틀(40)에 격자 형태로 배치되도록 설치된다. 다수의 열원(20)의 격자 형태의 배치는 하부틀(40)의 중심점을 기준으로 가로 길이와 세로 길이가 다른 열원(20)이 일정 영역에서 다수 반복되도록 교차 배치하여, 기판(12) 처리시 회전하는 기판(12)에 균일하게 열이 가해지도록 타원의 열원제어영역(Lamp control zone; B)을 형성한다.

여기에서 열원제어영역(B)은 열원(20)의 열이 기판(12)에 투과하여 도달하는 영역을 나타낸다.

종래 기술에 따른 가열유닛에서 다수의 열원이 동심원 형태 등으로 배치되는 것과 달리 본 실시예에서는 열원제어영역(B)이 타원으로 구성되기 때문에 기판(12)의 처리 과정에서 기판(12)이 회전하게 되면 기판(12)상에 넓은 면적으로 열원(20)이 궤적을 그린다. 따라서, 열원(20)의 열이 기판(12) 상에 보다 균일하게 가해져 기판(12)의 균일하고 정밀한 온도 제어를 가능하게 하는 효과가 있다.

상기 다수의 열원(20)으로서 본 실시예에서는 다수의 램프가 사용된다.

다수의 열원(20)은 상하 방향으로 연장되며 제1관통홈(32)에 위치하는 몸체부(23)와, 몸체부(23)의 하부에 결합되고 제2관통홈(42)에 위치하는 발광부(26)로 각각 이루어진다.

여기에서 발광부(26)는 몸체부(23)와 교차하는 방향으로 연장되며 열을 기판(12)으로 투과시키는 투과튜브(25)와, 투과튜브(25)의 내부에 투과튜브(25)의 연장 방향으로 설치된 필라멘트(filament; 24)를 포함한다.

상기 필라멘트(24)는 필라멘트(24)의 연장되는 길이방향이 기판(12)과 수평을 이루어 종래의 가열유닛에서 사용되는 수직형 램프에 비해 열원(20)의 열효율이 향상된다.

상기 몸체부(23)의 수평 단면은 상부틀(30)에 형성된 제1관통홈(32)의 수평 단면과 동일한 크기와 형상으로 형성되며, 본 실시예에서 몸체부(23)와 제1관통홈(32)의 수평 단면은 원형으로 이루어진다.

상기 하부틀(40)에 형성된 제2관통홈(42)은 발광부(26)가 차지하는 공간보다 더 큰 공간을 가지도록 형성된다. 이렇게 공간상 차이를 만든 이유는 상부틀(30)과 하부틀(40) 사이의 이격된 공간, 즉 제3 냉각통로(70)로 냉각제가 순환할 때, 냉각제가 직접 열원(20)과 접하면서 냉각이 이루어지게 하여 보다 효율적으로 발광부(26) 및 그 주변의 가열유닛(10) 구성요소들을 냉각시키고, 고온으로 가열된 발광부(26)가 하부틀(40)과 접촉하여 발생할 수 있는 열적 손상을 방지하기 위함이다.

상기 발광부(26)가 인입되는 하부틀(40)의 하부면은 투명창(14)의 상부면과 접한다. 이 때문에 투명창(14)의 인접한 상부에 열원(20)이 위치하게 되어, 열원(20)의 발광부(26)와 기판(12) 사이의 거리가 가깝게 위치되어 열원(20)의 열효율이 향상된다. 또한, 발광부(26)의 주변에 하부틀(40)이 근접하게 위치하여 발광부(26)에서 조사되는 측면 방향의 복사광의 진행을 막아 인접한 발광부(26')와의 간섭 현상을 방지한다.

그리고, 하부틀(40)과 투명창(14)에 의해서 발광부(26)가 위치한 하부 방향으로 복사광이 조사되도록 열원의 복사경로(Light path; C)를 형성하여 기판(12)의 특정 영역에 대한 정밀한 온도 제어가 가능하게 한다.

한편, 발광부(26)의 상부 주변에 반사판(미도시)이나 반사막(미도시)을 추가로 구성하여 발광부(26)의 상부 방향이나 측면 방향으로 조사되는 복사광을 하부로 반사시킴으로써 열원(20)의 열효율을 증가시킬 수 있다.

위와 같이 구성된 가열유닛을 통해 열원 간의 간섭 현상을 방지하고, 열원의 수명 및 열효율을 향상시킨다. 또한, 이러한 가열유닛을 이용하여 기판 처리 장치를 구성함으로써 기판의 온도 제어를 용이하게 실시하여 우수한 특성을 갖는 기판 을 생산할 수 있다.

상기에서는 기판 처리 장치로서 급속열처리 장치를 예시하여 설명하였으나, 본 발명은 급속열처리 장치 외에 다양한 기판 처리 장치에 적용될 수 있다. 예를 들면, 증착 장치, 식각 장치, 애싱 장치 등에 적용될 수 있다.

이상에서 전술한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가열유닛의 내부 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가열유닛의 열원 배치를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 가열유닛 12 : 기판

14 : 투명창 20 : 열원

30 : 상부틀 32 : 제1관통홈

34 : 제1 냉각통로 40 : 하부틀

42 : 제2관통홈 44 : 제2 냉각통로

60 : 지지수단 70 : 제3 냉각통로

80 : 공정챔버 100 : 기판 처리 장치

Claims (7)

1. 상하 방향으로 연장되는 몸체부와, 상기 몸체부의 하부에 결합되는 발광부로 이루어지는 다수의 열원과;

   상기 다수의 열원의 몸체부가 밀착되어 삽입되는 다수의 제1관통홈이 형성되고, 몸체 내부에 냉각제가 순환되는 제1 냉각통로가 형성된 상부틀과;

   상기 상부틀과 이격되고 상기 상부틀의 하부로 돌출된 상기 다수의 열원의 발광부가 인입되는 다수의 제2관통홈이 형성되고, 몸체 내부에 냉각제가 순환되는 제2 냉각통로가 형성된 하부틀; 및

   상기 상부틀과 상기 하부틀 사이의 이격된 공간을 냉각통로로 사용하여 냉각제를 순환시키는 냉각수단;

   을 포함하는 가열유닛.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 발광부는 상기 몸체부와 교차하는 방향으로 연장되며 열을 투과시키는 투과 튜브와, 상기 투과 튜브내에 상기 투과 튜브의 연장 방향으로 설치되는 필라멘트를 포함하는 가열유닛.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 다수의 열원은 상기 상부틀 및 상기 하부틀의 중심점을 기준으로 가로 길이와 세로 길이가 다른 상기 열원의 발광부가 일정 영역에서 다수 반복되도록 교차 배치되는 격자 형태로 이루어져 타원의 열원제어영역을 형성하는 가열유닛.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 상부틀과 상기 하부틀에는 지지수단이 구비되며, 상기 지지수단에는 냉각제를 공급하고 배출시키는 공급부와 배출부가 형성되는 가열유닛.
6. 기판이 처리되는 공정챔버와;

   상기 공정챔버의 상부에서 결합되어 상기 기판에 열을 제공하되, 상하 방향으로 연장되는 몸체부와, 상기 몸체부의 하부에 결합되는 발광부로 이루어지는 다수의 열원과, 상기 다수의 열원의 몸체부가 밀착되어 삽입되는 다수의 제1관통홈이 형성되고, 몸체 내부에 냉각제가 순환되는 제1 냉각통로가 형성된 상부틀과, 상기 상부틀과 이격되고 상기 상부틀의 하부로 돌출된 상기 다수의 열원의 발광부가 인입되는 다수의 제2관통홈이 형성되고, 몸체 내부에 냉각제가 순환되는 제2 냉각통로가 형성된 하부틀 및 상기 상부틀과 상기 하부틀 사이의 이격된 공간을 냉각통로로 사용하여 냉각제를 순환시키는 냉각수단으로 이루어지는 가열유닛; 및

   상기 공정챔버와 상기 가열유닛 사이에 결합되어 상기 공정챔버의 기밀을 유닛하고, 상기 가열유닛의 열을 상기 기판으로 투과시키는 투명창;

   을 포함하는 기판 처리 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 하부틀의 하부면은 상기 투명창의 상부면과 접하며, 상기 제2 냉각통로에서 순환되는 냉각제를 통해 상기 하부틀과 인접한 상기 열원의 발광부 및 상기 투명창이 냉각되는 기판 처리 장치.

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