KR100906711B1 - 급속열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 급속열처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판을 열처리하는 장치에서 열원이 내부에 삽입된 관형 윈도우를 사용하여 상부 리드와 하부 챔버를 결합시킨 급속열처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 급속열처리 장치는 기판이 안착되는 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하며, 하부면에 적어도 하나의 오목홈이 형성된 상부 리드와, 상기 상부 리드의 오목홈에 장착되는 적어도 하나의 관형 윈도우 및 상기 관형 윈도우 내에 삽입되는 적어도 하나의 열원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
열처리, RTP(rapid thermal process), 윈도우
Description
본 발명은 급속열처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판을 열처리하는 장치에서 열원이 내부에 삽입된 관형 윈도우를 사용하여 상부 리드와 하부 챔버를 결합시킨 급속열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 공정에 있어서 열처리는 필수적으로 요구된다. 최근 디자인룰(design rule)의 수축과 더불어 열처리 공정이 보다 복잡해지면서 기존의 퍼니스(furnace)를 이용한 열처리 공정보다 급속열처리(Rapid Thermal Process; RTP) 장치를 이용한 열처리 공정이 많이 이용되고 있다.
급속열처리는 텅스텐 할로겐 램프 등으로부터 방출되는 복사 광선에 의해 기판의 온도를 빠르게 가열 또는 냉각시킬 수 있어서, 열소모 비용(thermal budget)을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 일괄적으로 다수의 기판을 동시 가공하는 퍼니스 열처리 방식보다 1회 처리되는 기판 처리량은 적지만, 열처리 공정이 짧고, 공정 중 압력 조건이나 온도 대역의 조절이 용이하여 우수한 기판의 제작을 가능하게 하는 장점이 있다.
이러한 특성을 갖는 종래의 급속열처리 장치에 대하여 그 기본적인 구성을 간략히 살펴보면, 종래의 급속열처리 장치는 열원으로 사용되는 다수의 램프를 구비한 가열유닛과, 기판을 내부에 안착시키는 공정챔버와, 가열유닛과 공정챔버 사이에 삽입되어 램프의 복사 광선을 기판에 투과시키는 동시에 공정챔버 내부의 기밀을 유지시키는 판형의 윈도우 등이 포함되어 구성된다.
그러나, 종래의 급속열처리 장치에서와 같이 판형의 윈도우가 사용되면 윈도우 자체의 두께와 윈도우를 지지하기 위한 구조상의 이유로 열원과 기판 사이의 거리가 멀어져 열원의 전력 소모량이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 열원의 조사각도가 커져 인접한 열원들 간에 복사 광선의 간섭 현상이 발생하여 기판의 온도를 정밀하게 제어하지 못하는 문제점도 있다.
또한, 종래의 급속열처리 장치는 대기압 상태나 진공 상태와 같이 압력 조건을 달리하여 전환해서 사용하는 경우, 장치 내부의 압력차에 의해 발생하는 윈도우의 파손을 방지하기 위해서 별도의 압력 조정과정이 요구되고 이에 따라 제조비용이 상승되는 문제점도 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 열원이 내부에 삽입되는 관형 윈도우를 가지는 상부 리드와 하부 챔버를 결합하여 열원의 전력 소모량을 감소시키고 온도 제어가 용이한 급속열처리 장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 급속열처리 장치는 기판이 안착되는 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하며, 하부면에 적어도 하나의 오목홈이 형성된 상부 리드와, 상기 상부 리드의 오목홈에 장착되는 적어도 하나의 관형 윈도우 및 상기 관형 윈도우 내에 삽입되는 적어도 하나의 열원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 열원을 감싸는 관형 윈도우를 사용하여 상부 리드와 하부 챔버를 결합시킴으로써, 열원과 기판 사이의 거리가 가깝게 되어 열원의 전력 소모량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 열원의 조사각도가 좁아져 인접한 열원들 사이의 간섭 현상이 줄어들어 정밀한 온도 제어가 용이해지는 효과도 있다.
한편, 판형 윈도우를 사용하지 않고 압력에 큰 저항성을 가지는 관형 윈도우를 사용하여 별도의 압력 조정과정 없이도 챔버 내부를 대기압 상태나 진공 상태로 쉽게 전환하고 각 압력 상태에서 열처리를 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 열처리시 전력 소모량이 적고, 대기압 및 진공 상태 모두에서 열처리 를 수행할 수 있어서 제조비용을 절감할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 급속열처리 장치의 제1 단면을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 오목홈의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 급속열처리 장치의 제2 단면을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 여기에서 제1 단면과 제2 단면의 표현은 급속열처리 장치의 전후와 좌우에서 바라본 단면임을 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 급속열처리 장치(10)는 기판(12)이 안착되는 하부 챔버(70)와, 하부 챔버(70)의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하며, 하부면에 적어도 하나 이상의 오목홈(24)이 형성된 상부 리드(20)와, 상부 리드(20)의 오목홈(24)에 장착되는 적어도 하나 이상의 관형 윈도우(40) 및 관형 윈도우(40) 내에 삽입되는 적어도 하나 이상의 열원(30)을 포함하여 구성된다.
상기 열원(30)은 관형 윈도우(40)에 따라서 수량, 크기 및 종류 등이 결정되는데, 본 발명의 일실시예에서는 관형 윈도우(40)에 용이하게 삽입할 수 있도록 열원(30)으로서 선형 램프가 사용된다. 선형 램프는 길이가 긴 발광부를 가지며, 선 형 램프의 양측으로는 전력이 인가되는 전원도입부(32)가 형성된다.
상기 관형 윈도우(40)는 선형 램프의 발광부 전체를 감쌀 수 있도록 열원(30)의 직경보다 더 큰 직경을 가지며 직선의 관 형태로 이루어진다. 관형 윈도우(40)는 복사 광선의 투과가 잘 일어나는 투명한 재질로 이루어지는데 본 실시예에서는 석영(Quartz)을 재질로 하여 형성된다.
열원(30)은 그 외주면이 관형 윈도우(40)의 내주면과 접하지 않도록, 관형 윈도우(40)의 내부 공간에 이격된 상태로 삽입되며, 이렇게 형성된 이격 공간은 도 4에서 보는 바와 같이, 냉각유체가 순환되는 통로로 사용된다. 열원(30) 자체의 기밀 상태에 따라 냉각 수단으로서 냉각수나 냉각기체가 선택적으로 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 냉각 수단으로서 냉각기체를 사용하였다.
한편, 관형 윈도우(40)와 열원(30)의 상대적인 직경의 크기에 따라 관형 윈도우(40)의 내부 공간에 삽입되는 열원(30)의 개수가 달라질 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 하나의 관형 윈도우(40) 내부에 하나의 열원(30)이 각각 삽입된다.
상기 하부 챔버(70)의 일측에는 상부 리드(20)와 하부 챔버(70) 사이에 형성된 내부 공간과 연결되어 내부 공간의 압력을 진공 상태로 전환시킬 수 있는 진공 펌프(90)가 장착될 수 있다. 물론, 급속열처리 장치(10)를 대기압 상태에서만 사용하는 경우에는 진공 펌프(90)의 사용을 정지시키거나 하부 챔버(70)에서 제거될 수 있다.
상부 리드(20)를 관통하여 양측으로 노출된 관형 윈도우(40)와 상부 리드(20)의 사이를 외부로부터 밀폐시키고, 관형 윈도우(40)에 삽입된 열원(30)의 위 치를 고정시키기 위해서 상부 리드(20)의 양측면에 고정밀폐블럭(50)이 결합된다. 또한, 보다 강력한 밀폐 효과를 갖기 위해 상부 리드(20) 표면에 링홈을 형성시키고, 이 링홈에 오링(O-ring)과 같은 실링용 링(82)을 결합할 수 있다.
넓은 면적을 갖는 판형 윈도우가 사용된 종래의 급속열처리 장치에서 내부 공간의 압력을 진공 펌프(90)를 사용하여 대기압 상태 또는 진공 상태로 전환시키면, 판형 윈도우의 상하에 발생하는 압력차를 제거하기 위해 별도의 압력 조정 과정이 요구되었다. 그러나, 본 발명에서는 종래의 판형 윈도우와 달리 압력의 변화에 대한 저항이 큰 관형 윈도우를 사용하고, 고정밀폐블럭(50)을 사용하여 외부와 내부 공간의 압력을 차단하여 기밀 상태를 유지함으로써, 윈도우의 파손 없이 대기압 상태와 진공 상태 모두의 환경에서 자유롭게 급속열처리 장치(10)를 사용할 수 있다.
상기 상부 리드(20)에는 관형 윈도우(40)가 등간격으로 수평 관통될 수 있도록 측면에 관통구(미도시)가 형성된다.
이때, 관통된 관형 윈도우(40)는 상부 리드(20)의 하부면에 형성된 오목홈(24)의 상측 벽면 및 양측 벽면과 접하게 된다. 또한, 관형 윈도우(40)의 중앙부는 상부 리드(20)와 하부 챔버(70)에 의해 형성된 내부 공간에 노출된다. 노출된 관형 윈도우(40)의 중앙부를 통해 관형 윈도우(40)의 내부에 삽입된 열원(30)으로부터 투과된 복사에너지가 내부 공간에 위치하는 기판(12)을 열처리하게 된다.
상기 오목홈(24)은 도 2에서 보는 것처럼 필요에 따라 단면 모양이 반타원형(a), 반원형(b), 사각형(c) 또는 삼각형(d) 등과 같이 다양하게 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 관형 윈도우(40)가 용이하게 장착될 수 있도록 반타원형(a)의 단면 모양으로 오목홈(24)이 형성되었다. 오목홈(24)의 폭(a)은 장착되는 관형 윈도우(40)의 직경에 따라 결정되고, 오목홈(24)의 깊이(h)와, 인접한 오목홈(24) 사이의 이격거리(b)는 열원(30)과 기판(12)의 거리 조건과 인접한 열원(30)들 사이의 간섭 현상의 보정 조건에 의해서 그 거리가 결정된다.
예컨대, 열원(30)의 조사각도를 좁히려면 오목홈(24)의 깊이(h)를 크게 형성하고, 인접한 열원(30)들 사이의 간섭 현상을 줄이기 위해 오목홈(24) 사이의 이격거리(b)를 크게 설정할 수 있다. 그리고, 각각의 오목홈(24)에 장착되는 관형 윈도우(40)의 개수에 따라 오목홈(24)의 폭(a) 길이도 다르게 설정할 수 있다.
본 실시예에서는 하나의 오목홈(24)에 하나의 관형 윈도우(40)가 장착되기 때문에 오목홈(24)의 폭(a)은 관형 윈도우(40)의 직경과 동일하게 설정된다.
한편, 오목홈(24)의 표면에는 관형 윈도우(40)를 투과한 복사 광선을 보다 효율적으로 기판(12)에 조사하기 위하여 반사막(26)을 형성할 수 있다. 이때, 반사막(26)은 연마(polishing), 니켈이나 금 등의 도금(plating), 코팅(coating) 등의 방법으로 오목홈(24)의 굴곡을 따라 전 표면에 처리되어 형성된다.
도 4를 참고하면, 상기 고정밀폐블럭(50)에는 열원(30)과 관형 윈도우(40) 사이의 이격 공간으로 냉각기체를 순환시키는 냉각수단을 자체적으로 구비하거나 본 실시예와 같이 냉각블럭(60)을 추가적으로 결합시킬 수 있다.
고정밀폐블럭(50)에 구비되거나 결합되는 냉각수단에서, 일측의 냉각수단은 적어도 하나 이상의 관형 윈도우(40)의 이격 공간으로 냉각기체를 분배하여 공급하 고, 타측의 냉각수단은 이격 공간을 순환한 냉각기체를 하나의 공간으로 회수하는 역할을 한다. 이러한 냉각수단을 통해서 열원(30)과 관형 윈도우(40)를 직접 냉각하는 순환통로를 확보하고, 특히 열원(30)에서 발열이 심하게 발생하는 전원도입부(32) 부분을 용이하게 냉각시킬 수 있어서 급속열처리 장치(10) 내부에 별도의 냉각을 위한 구조 또는 장치를 구성하지 않고서도 급속열처리 장치(10)를 보다 간단하게 구성할 수 있다.
상기 하부 챔버(70)의 상면 중앙부에는 기판(12)을 회전가능하게 지지하는 기판 지지부(72)가 설치된다. 또한 기판의 온도, 압력 등을 측정하기 위한 다양한 센서(미도시) 등이 설치될 수 있다. 그리고, 하부 챔버(70)의 상면에는 상부 리드(20)와의 결합시 기밀 상태를 유지하기 위해 링홈이 형성되고, 형성된 링홈에 실링용 링(80)을 결합할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속열처리 장치의 제1 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 급속열처리 장치의 내부 공간은 본 발명의 일실시예에 따른 급속열처리 장치(10)와 같이 상부 리드(20)의 높이를 크게 하여 형성할 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속열처리 장치(10')와 같이 하부 챔버(70)의 높이를 크게 하여 형성할 수도 있다.
급속열처리 장치(10, 10')의 일측면에는 기판(12)의 반출입이 이루어지는 통로인 반출입구(22)가 형성되며, 반출입구(22)의 인접한 위치에 다양한 공정가스의 주입이 이루어지는 가스주입구(미도시)가 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 는 상부 리드(20)에 반출입구(22)와 가스주입구가 형성되며, 본 발명의 다른 실시예에서는 하부 챔버(70)에 반출입구(22) 및 가스주입구가 형성된다.
위와 같이, 본 발명에 따른 급속열처리 장치(10, 10')는 개별적으로 열원을 감싸는 관형 윈도우(40)를 사용하여 상부 리드(20)와 하부 챔버(70)를 결합시킴으로써, 종래 판형 윈도우의 설치를 위한 구조가 불필요해져서 열원과 기판 사이의 거리가 보다 가깝게 되어 열원의 전력 소모량을 감소시킬 수 있다. 또한, 오목홈(24)의 다양한 형상 및 크기에 따라서 열원(30)의 조사각도가 좁아져 인접한 열원(30)들 사이에서 발생하는 간섭 현상을 줄일 수 있어 정밀한 온도 제어가 용이해진다.
또한, 급속열처리 장치(10, 10')에 결합된 진공 펌프(90)를 사용하여 내부 공간의 압력을 대기압 상태나 진공 상태 등과 같이 다양하게 변화시키더라도 관형 윈도우(40), 고정밀폐블럭(50) 등을 사용하기 때문에 장치 내부의 파손이 발생하지 않아 제조공정이 용이해지며 이로 인해 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
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 급속열처리 장치의 제1 단면을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 오목홈의 다양한 실시예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 급속열처리 장치의 제2 단면을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 도시된 A부분을 확대하여 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속열처리 장치의 제1 단면을 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10, 10' : 급속열처리 장치 12 : 기판
20 : 상부 리드 22 : 반입출구
24 : 오목홈 26 : 반사막
30 : 열원 40 : 관형 윈도우
50 : 고정밀폐블럭 60 : 냉각블럭
70 : 하부 챔버 72 : 기판 지지부
80, 82 : 실링용 링 90 : 진공 펌프
Claims (10)
- 기판이 안착되는 하부 챔버와;상기 하부 챔버의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하며, 하부면에 적어도 하나의 오목홈이 형성된 상부 리드와;상기 상부 리드의 오목홈에 장착되는 적어도 하나의 관형 윈도우와;상기 관형 윈도우 내에 삽입되는 적어도 하나의 열원과;상기 상부 리드를 수평으로 관통하여 외부로 노출되는 상기 관형 윈도우의 양단에 결합되어 상기 관형 윈도우와 상기 상부 리드 사이를 밀폐시키고, 상기 관형 윈도우의 내부를 기밀 상태로 유지시키며, 상기 관형 윈도우 내에서 상기 열원이 이격되도록 위치 고정시키는 한 쌍의 고정밀폐블럭; 및상기 열원의 양단에 형성된 전원도입부가 관통되도록 상기 한 쌍의 고정밀폐블럭의 일측에 각각 결합되고, 상기 관형 윈도우와 상기 열원의 이격 공간으로 냉각유체를 순환시키는 한 쌍의 냉각블럭;을 포함하는 급속열처리 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 열원으로 선형 램프가 사용되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 관형 윈도우는 상기 상부 리드를 수평으로 관통하여 상기 오목홈에 장착되고, 상기 관형 윈도우의 중앙부가 상기 내부 공간에 노출되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 하부 챔버의 일측에는 상기 내부 공간을 진공 상태로 형성시키는 진공 펌프가 결합되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 오목홈의 단면 모양은 반원형, 반타원형 또는 다각형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 오목홈의 깊이와 인접한 상기 오목홈 사이의 이격거리는 상기 기판과 상기 열원의 거리에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 오목홈의 표면에는 반사막이 형성되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080098706A KR100906711B1 (ko) | 2008-10-08 | 2008-10-08 | 급속열처리 장치 |
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| KR100906711B1 true KR100906711B1 (ko) | 2009-07-07 |
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ID=41337385
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100990237B1 (ko) * | 2010-04-05 | 2010-10-29 | (주)앤피에스 | 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 |
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2008
- 2008-10-08 KR KR1020080098706A patent/KR100906711B1/ko active IP Right Grant
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