KR100981141B1

KR100981141B1 - 연속 공정 노

Info

Publication number: KR100981141B1
Application number: KR1020047010502A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 디. 맥엔타이어; 케빈 비. 펙; 마이클 디. 솔리데이; 제임스 산체스
Original assignee: 엠알엘 인더스트리즈, 인크.
Priority date: 2002-01-02
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2010-09-10
Also published as: AU2002360758A1; EP1472498A1; US6512206B1; CN1623075A; WO2003060409A1; KR20040088039A; CN100416206C; JP2005515389A; EP1472498A4

Abstract

기판(132)을 열처리하는 노(100)가 가열 섹션(102) 및 작동 구성부품을 포함한다. 가열 섹션(102)은 가열 코일 내에 배치된 스페이서(143)를 구비하는 가열 코일(142)을 포함하며, 가열 코일(142) 및 스페이서(143)의 질량은 가열 섹션(102)의 질량에 기여한다. 작동 구성부품은 프로세싱 챔버(134) 및 이송 장치(106)를 포함한다. 프로세싱 챔버(134)는 기판(132)이 가열 섹션(102)을 통과하는 것을 용이하게 한다. 이송 장치(106)는 기판을 가열 섹션(102)을 통해, 출구 어셈블리(117)로 이송시킨다. 가열 섹션(102) 질량은 프로세싱 챔버(134), 가열 섹션(102) 내의 이송 장치(106) 및 기판(132)의 합산 질량을 초과한다.

Description

연속 공정 노{Continuous Process Furnace}

본 발명은 노(furnace)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 열처리하는 복수의 가열 존(heating zone)을 구비하는 연속 공정 노에 관한 것이다.

최근, 다수의 생산물이 생산 과정 중에 열처리 조업을 거친다. 생산물은 다양한 이유 때문에 반도체 웨이퍼 제조 중의 열적 경화(thermal curing) 또는 강철 등과 같은 생산물의 재질을 단단하게 하기 위한 어닐링 조업(annealing operations) 등을 포함하는 열처리 과정을 거친다. 대개, 열처리 공정은 초고온에서 수행된다. 고온에서 열처리 공정을 수행하기 위해, 오븐은 높은 조업 온도를 견딜 수 있도록 제조된다.

일부 경우에 있어서, 열처리에 사용되는 오븐은 높은 열관성(thermal inertia)을 갖는 벽돌로 제조되었다. 종래기술에 따른 벽돌 오븐(10)의 단면도를 도시한 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 상기 벽돌 오븐은 사각 형상으로 이루어졌다. 벽돌 오븐(10)은 열처리 중에 생산물이 통과하는 사각 단면을 포함한다. 열처리 조업 중에, 적절한 열처리를 보증하기 위해, 균일한 가열 환경이 바람 직하다. 그러나, 종래 벽돌 오븐의 사각 단면 때문에, 균일한 가열 환경을 얻는 것이 어려웠다. 반면, 일반적으로 소구역(pocket) A₁ 내지 A₄ 및 B는 벽돌 오븐(10)의 단면 내에 형성되었다. 소구역 A₁ 내지 A₄ 및 B는 벽돌 오븐(10) 단면의 나머지 부분과 온도가 상이하였다. 소구역 A₁ 내지 A₄ 및 B가 상이한 온도였기 때문에, 소구역 A₁ 내지 A₄ 및 B를 벽돌 오븐(10)과 균일한 온도로 유지하기 위해, 별도의 조정이 요구되었다. 또한, 소구역 A₁ 내지 A₄ 및 B를 균일 온도로 유지하기 위해, 추가적인 존(zone)이 요구되었다.

따라서, 추가 존을 따라 개별적인 조정에 필요한 부가적인 구성부품(component)은 벽돌 오븐의 조업 비용을 증가시켰다. 또한, 증가된 많은 구성부품들에 의해 고장의 가능성이 증가하기 때문에, 증가된 많은 구성부품들은 신뢰성을 감소시켰다. 더욱이, 벽돌 오븐에 사용되는 벽돌의 높은 열관성 때문에, 벽돌 오븐이 조업 온도까지 올라가는데 상당한 시간을 필요로 하게 되었다. 이처럼, 오븐의 시간 및 에너지 요구의 증가 때문에, 이들 오븐을 이용한 생산물과 관련된 제조비용이 증가하게 되었다.

벽돌 오븐과 관련된 상기 문제를 해결하기 위해, 제조업자들은 경량의 절연재 및 낮은 질량(lower mass)을 갖는 오븐을 제공하기 시작하였다. 상기 경량의 절연재 및 낮은 질량을 이용한 오븐은 사각 형상을 갖는 경량 게이지 오븐(light gauge ovens)을 포함하였다. 그러나, 이들 경량 게이지 오븐도 사각 형상으로 이 루어진 벽돌 오븐과 관련된 문제점을 갖고 있었다.

본 명세서에 그 전체가 참조로서 편입된 미국 특허 제4,596,922호에 기재된 바와 같이, 상기 오븐은 그 내부에 배열된 와이어(wire)를 구비하는 원통형 가열 요소(element)를 포함하였고, 상기 와이어는 가열 요소에 열을 공급하였다. 종래 가열 요소는 와이어를 따라 세라믹 절연 물질로 형성된 원통형 튜브를 포함하였으며, 여기서, 와이어는 세라믹 절연 물질 내에 비치되었다. 경량 세라믹 절연 물질은 양호한 열적 특성을 포함함과 동시에, 와이어 또는 세라믹 절연 물질에 손상을 주지 않고 와이어가 조업 중에 팽창 및 수축하도록 변형 가능했다.

종래기술에 따른 가열 요소의 작동 중에, 와이어는 가열 요소에 열을 공급했다. 이와 같이, 가열 요소를 통과하는 생산물은 열처리 조업 조건에 놓여지고, 이에 의해, 와이어는 생산물을 열에 노출시켰다. 그러나, 가열 요소 내의 와이어 형상은 가열 요소의 열적 효율을 감소시켰다. 보다 상세히 설명하면, 종래에 가열 요소들에 사용된 와이어는 작은 직경을 갖고 있었고, 이에 따라 생산물을 가열하는 노출 표면적이 작았다. 가열 와이어를 통과하는 생산물에 효과적으로 열을 공급하기 위해, 와이어의 작은 표면적은 높은 온도를 요구하게 되었다. 이와 같이, 높은 온도의 필요성은 노에 공급되는 에너지의 양을 증가시켰고, 이에 의해, 종래의 가열 요소를 이용하여 오븐을 작동하는 것과 관련된 총 비용이 증가하게 되었다. 또한, 종래기술에 따른 오븐에서 요구되는 높은 온도는 가열 요소 및 가열 요소를 이용하는 노의 신뢰성 및 효율성을 저하시켰다. 아울러, 가열 와이어의 온도가 오븐 작동 중에 변동되었기 때문에, 이들 와이어의 신뢰성은 더욱 감소하게 되었다.

따라서, 노의 작동 중에 노의 열적 변동을 최소화하는 장치에 대한 필요성이 존재한다. 더욱이, 상기 장치는 증가된 신뢰성 및 최소의 작동 비용을 가져야 한다.

본 발명은 노에 큰 질량을 갖는 가열 섹션을 제공함으로써, 상기 필요성을 충족시킨다. 노의 가열 섹션의 질량은 노의 작동 구성부품의 질량보다 크다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 열처리하는 노가 개시된다. 노는 가열 섹션, 이송 장치(transport mechanism), 입구 어셈블리(entrance assembly) 및 출구 어셈블리(exit assembly)를 포함한다. 기판이 노를 통과할 때, 가열 섹션은 기판을 열처리한다. 가열 섹션은 가열 섹션에 열을 공급하는 가열 코일을 포함한다. 가열 섹션 내에 부분적으로 배치되는 이송 장치는 기판을 가열 섹션을 통해 이송시킨다. 이송 장치는 입구 어셈블리를 통해 가열 섹션으로 들어가고, 출구 어셈블리를 통해 가열 섹션을 나간다. 또한, 노는 가열 섹션 내에 배치되는 프로세싱 챔버(processing chamber)를 포함한다. 가열 섹션의 질량은 가열 섹션 내에 배치된 프로세싱 챔버, 이송 장치 및 기판의 합산 질량을 초과한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 질량을 갖는 기판을 열처리하는 노가 개시된다. 노는 가열 섹션과 작동 구성부품을 포함한다. 가열 섹션은 복수의 가열 코일 및 기판에 열을 제공하는 가열 코일 내에 배치된 스페이서(spacer)를 포함한다. 복수 코일의 질량 및 스페이서의 질량은 가열 섹션 질량에 기여한다. 작동 구성부 품 질량을 갖는 작동 구성부품는 이송 장치, 입구 어셈블리 및 출구 어셈블리를 포함한다. 가열 섹션 내에 배치된 이송 장치는 기판을 가열 섹션을 관통하여 이송한다. 이송 장치의 질량은 작동 구성부품 질량에 합쳐진다. 가열 섹션에 인접하여 배치되는 입구 어셈블리는 기판이 이송 장치를 통해 가열 섹션으로 유입되도록 한다. 입구 어셈블리는 가열 섹션을 관통하여 연장되는 프로세싱 챔버를 포함한다. 가열 섹션을 관통하여 연장된 프로세싱 챔버의 일부는 작동 구성부품 질량에 합쳐지는 질량을 갖는다. 기판이 가열 섹션으로부터 배출되도록 하는 출구 어셈블리는 입구 어셈블리의 반대편의 가열 섹션에 인접하여 배치된다. 가열 섹션의 질량은 가열 섹션 내에 배치된 기판 및 작동 구성부품 질량의 합산 질량을 초과한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판을 열처리하는 노가 개시된다. 노는 기판이 노로 유입하는 입구 커튼 섹션 어셈블리(entry curtain section assembly), 입구 커튼 섹션 어셈블리에 연결되는 입구 어셈블리 및 입구 어셈블리에 연결되는 가열 섹션을 포함한다. 또한, 노는 가열 섹션 내에 배치된 이송 장치, 입구 어셈블리의 반대편의 가열 섹션에 인접한 출구 어셈블리, 냉각 존(zone) 및 냉각 존에 연결되는 출구 커튼 섹션 어셈블리(exit curtain section assembly)를 포함한다. 기판이 노를 통과할 때 가열 섹션은 기판을 열처리한다. 질량을 갖는 가열 섹션은 가열 섹션에 열을 공급하는 가열 코일 및 가열 코일 내에 배치된 스페이서를 포함한다. 이송 장치는 열처리 중에 가열 섹션을 통해 기판을 이송한다. 출구 어셈블리는 가열 섹션으로부터 기판의 유출 및 출구 어셈블리에 연결된 냉각 존으로 기판의 유입을 용이하게 한다. 냉각 존은 기판이 냉각 존은 통과할 때 기판을 냉각하는 역류(reverse flow) 열교환기를 포함한다. 출구 커튼 섹션 어셈블리는 기판의 냉각 중에 노로부터 기판의 유출을 용이하게 한다. 가열 섹션 질량은 이송 장치, 가열 섹션 내의 가열 섹션으로부터 연장되는 프로세싱 챔버 및 기판의 합산 질량을 초과한다.

본 발명은 노의 작동 구성부품의 질량을 초과하는 큰 질량의 가열 섹션을 구비한 노를 제공하는 것임이 이해될 수 있을 것이다. 작동 구성부품에 대한 가열 섹션의 큰 질량은 열처리 조업 중에 노의 열적 변동을 최소로 하며, 노의 신뢰성을 증가시킨다.

첨부된 도면과 명세서의 내용에 의해, 본 발명의 다수의 장점이 당업자에 자명할 것이다. 동일 참조부호는 동일 구성부품에 적용된다.

도 1은 종래기술에 따른 벽돌 오븐의 단면도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노의 개략도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2에 도시된 입구 커튼 섹션 어셈블리의 개략도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개별 가열 존의 개략도를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2에 도시된 출구 커튼 섹션 어셈블리 의 개략도를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2에 도시된 노의 개략도를 도시한 것이다.

도 7A는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2에 도시된 입구 어셈블리의 투시도를 도시한 것이다.

도 7B는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7A에 도시된 입구 어셈블리의 조립형상의 투시도를 도시한 것이다.

도 7C는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7A에 도시된 가열 챔버의 전면 개략도를 도시한 것이다.

기판을 열처리하는 큰 가열 섹션 질량을 갖는 노가 개시된다. 개괄적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 노는 입구 어셈블리, 가열 섹션, 이송 장치 및 출구 어셈블리를 포함한다. 입구 어셈블리는 가열 섹션을 관통하여 입구 어셈블리로부터 및 출구 어셈블리 밖으로 기판이 통과하도록 하는 프로세싱 챔버를 포함한다. 이후 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 가열 섹션의 질량은 가열 섹션 내에 배치된 프로세싱 챔버 및 가열 섹션 내의 기판의 합산 질량을 초과한다.

이후, 도면, 보다 상세하게는 본 발명의 일 실시예에 따른 노(100)의 개략도를 도시한 도 2를 참조하여 설명한다. 노(100)는 기판(132)을 위한 열처리 공정 중에 기판(132)(도 3 참조)을 열처리한다. 기판은 금속 구조물, 반도체 웨이퍼 또는 다른 물질 및 열처리가 필요한 장치를 포함할 수 있다. 이들 열처리 공정은 기판에 필요한 임의의 수의 열처리를 포함할 수 있으며, 반도체 기술에서 사용되는 열적 경화(thermal curing) 또는 금속의 어닐링 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노(100)는 1,400℃까지 견디는 물질로 제조될 수 있다. 노(100)는 말단 지지 구조물(108), 가열 존(102), 냉각 존(112) 및 말단 지지 구조물(116)을 포함한다. 말단 지지 구조물(116) 외에, 노(100)는 또한 개별 롤러(106a)를 구비하는 이송 장치(106)를 포함한다. 이송 장치(106)는 기판(132)을 노(100)를 관통하여 이송하기에 적절한 임의의 장치일 수 있으며, 벨트 어셈블리(즉, 금속 벨트, 세라믹 벨트) 또는 워킹빔(walking beam) 어셈블리 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이송 장치(106)는 롤러(106a)를 매개로하여 기판(132)이 노(100)를 관통하여 이동할 수 있도록 한다. 이송 장치(106)는 기판(132)이 노(100)를 관통하여 이동하는데 필요한 다양한 구성부품(즉, 기어, 사슬바퀴(sprocket), 모터 등)을 포함한다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 노(100)에서 기판(132)의 열처리 중에, 이송 장치(106)의 일부는 가열 섹션(102) 내에 배치된다. 본 명세서에서 정의된 바와 같이, 기판(132)의 열처리 및 노(100)의 조업 중에 가열 섹션(102) 내에 상주하는 이송 장치(106)의 일부의 질량은 노(100)의 작동 질량에 합쳐진다.

말단 지지 구조물(108)은 회로 차단기(120) 및 변압기(122)와 같은 노(100)의 기능을 위해 필요한 구성부품을 위한 인클로저(enclosure)를 제공한다. 또한, 말단 지지 구조물(108)은 노(100)의 작동 중에 가열 존(102a 내지 102e)을 제어하는 회로소자를 둘러싼다. 더욱이, 도 3에 명확하게 도시된 바와 같이, 말단 지지 구조물(108)은 노(100)의 외부 환경과 가스 인젝터(injector)(124, 126)를 이용한 가열 존(102)의 내부 환경 사이의 경계 영역을 제공하는 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)를 포함한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2에 도시된 입구 커튼 섹션 어셈블리의 개략도이다. 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)는 노(100)의 작동 중에 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)의 안팎으로 가스를 주입 및 배출할 수 있도록 하는 가스 인젝터(124,126)를 포함한다. 이러한 본 발명의 실시예에서, 가스 인젝터(126)는 화살표 Y로 표시된 바와 같이, 가스가 Y 방향으로 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)의 내부에 주입되도록 한다. 가스 인젝터(124)는 화살표 X로 표시된 바와 같이, 가스가 X 방향으로 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)의 외부로 배출되도록 한다. 따라서, 가스 인젝터(124,126)는 화살표 Y₁로 표시된 바와 같이, 가스가 입구 커튼 섹션 어셈블리를 관통하여 Y₁ 방향으로 통과하도록 한다. 본 발명의 다른 실시예로서, 가스 인젝터(124,126)의 기능이 서로 바뀌는 것도 가능하다는 것은 자명할 것이다. 이와 같이, 가스 인젝터(124)는 가스를 Y 방향으로 입구 커튼 섹션 어셈블리(109) 내부에 주입하며, 가스 인젝터(126)는 가스를 X 방향으로 입구 커튼 섹션 어셈블리(109) 외부로 배출한다. 따라서, 일 실시예에서, 가스 인젝터(124,126)로부터의 가스 흐름은 화살표 X₁ 으로 표시된 바와 같이, X₁ 방향이 된다. 본 발명의 일 실 시예에서, 가스 인젝터(124,126)에 의해 주입 및 배출된 가스는 질소(N₂)와 같이, 비활성 가스일 수 있다.

말단 지지 구조물(108)은 노(100)의 전체 질량에 기여하는 질량을 갖는다는 것을 알 수 있다. 말단 지지 구조물(108)의 질량은 입구 커튼 섹션 어셈블리(entry curtain section assembly)(109)의 기능성에 필요한 구성부품을 포함한다. 이와 같은 구성부품들은 인젝터(124, 126)에 기체를 공급하는 장치(즉, 파이프, 라인, 호스 등), 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)를 조절하는데 필요한 전자장치 및 말단 지지 구조물(108) 내부의 구성부품 등을 포함한다. 말단 지지 구조물(108) 뿐만 아니라, 도 2에 도시된 것과 같이 노(100)는 말단 지지 구조물(108)과 가열 섹션(102) 중간에 배치되는 입구실(entrance vestibule)(104a)을 추가로 포함한다. 도면에서 알 수 있듯이, 프로세싱 챔버(134)는 가열 섹션(102)으로부터 입구실(104a)를 통과해 연장되고, 말단 지지 구조물(108) 및 입구 커튼 섹션 어셈블리(109) 모두와 연결된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(134)는 가열 섹션(102)으로부터 출구실(exit vestibule)(104b)을 통과해 냉각 존(112)까지 연장된다.

가열 존(zone)(102)은 개별 가열 존들(102b 내지 102e)을 포함한다. 도 4에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 개별 가열 존들(102b 내지 102e)은 기판(132)을 노(100)에 통과시키면서 기판(132)을 가열처리 하도록 배치되어있다. 도 4는 개별 가열 존(102b)의 개략도를 도시한 본 발명의 일 실시예이다. 개별 가열 존들(102b 내지 102e)은 도 4에 도시된 것과 같은 배치와 동일한 것으로 이해된다. 본 명세서에 전체내용이 참조문헌으로 인용된 미국 특허 제5,038,019호에 보다 자세하게 기술된 것과 같이, 개별 가열 존(102b)은 가열 코일(142), 스페이서(spacer)(143), 일차층(144), 절연 박막층(thin layer of insulation)(146) 및 콘택트(contact)(150)를 포함한다. 개별 가열 존(102b)이 도면에 표시되지 않은 추가의 콘택트(150)를 포함한다. 노(100)의 조업 중, 동력이 상기 콘택트(150)를 통해 공급되고, 이로 인해 저항을 갖는 가열 코일(142)을 가열한다. 가열 코일(142)은 노(100)를 통과하는 기판(132)에 대한 열처리 목적에 따라 각각의 개별 가열 존들(12b 내지 102e)에서 독립된 온도로 가열된다. 보다 상세히 설명하면, 개별 가열 존(102b) 내부의 가열 코일(142)은 400℃에서 조업할 수 있지만, 개별 가열 존들(102c 및 102e) 내부의 가열 코일들은 500℃에서 조업하고, 개별 가열 존(102d) 내부의 가열 코일은 700℃에서 조업한다. 그러므로, 여기서 알 수 있듯이, 개별 가열 존들(102b 내지 102e)은 다양한 온도에서 조업할 수 있어서, 노(100)를 통과하고 있는 기판(132)에 상이한 가열 처리를 제공할 수 있다.

가열 코일의 표면적은 노(100)를 통과하는 기판에 비하여 상당히 넓다. 그러므로, 노(100) 조업과정중에 노(100)를 통과하는 기판(132)에 대한 열 요구량은 가열 코일(142)과 비교하여 비교적 작다. 기판의 열처리 과정중 가열 코일(142)에 의한 열 손실이 최소화된다. 최소한의 가열 코일에 의한 열 손실은 가열 처리과정중 노(100)에 의해 수행되는 전체 조업을 최소화한다. 또한, 최소한의 열 변동(thermal fluctuation)은 노(100) 뿐만 아니라 가열 코일(142) 및 개별 가열 존들 (102b 내지 102e)의 전체 수명(life cycle)을 증가시킨다. 또한, 기판을 열처리하기 위하여 요구되는 가열 코일(142)의 조업량이 작기 때문에 노(100)의 전체 수명이 증가한다. 그러므로, 노(100)는 노(100) 조업과 관련된 비용을 최소화한다. 보다 상세하게 설명하면, 노(100)의 에너지 요구조건들이 열처리 조업과정중에 일정하게 유지되므로써, 노(100)와 관련된 전체 조업 비용이 감소된다.

가열 존(102b)의 원 형상은 노(100)와 관련된 전체 조업 비용을 감소시킨다. 도면에 도시된 바와 같이, 가열 존(102b)은 기판(132)의 열처리과정중 심지어 열 낭비를 허용할 수 있는 원통형 형상을 갖는다. 앞서 언급한 바와 같이, 공지의 노들은 노 내부의 상이한 영역(area)들이 상이한 온도를 갖는 사각형 형상을 포함한다. 가열 존(102b)의 원통형 형상은 전술한 문제점들을 해결함으로써, 노(100)의 전체적인 효율성 및 기판(132)의 열 처리 모두를 향상시킨다.

도 2 및 노(100)를 참고하면, 노(100)는 프로세싱 챔버(134)가 이를 통해 연장되는 출구실(104b)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(134)는 출구실(104b)을 통해 연장되고, 가열 섹션(102)을 냉각 섹션(112)과 연결한다. 냉각 섹션(112)은 가열 존(102)을 통과한 기판(132)을 냉각시킨다. 냉각 섹션(112)은 노(100)로부터 기판(132)이 배출될 때 기판(132)이 노(100)의 외부환경과 노(100)의 내부환경간의 온도 변화에 실질적으로 영향을 받지 않도록 기판을 냉각시킨다. 마찬가지로, 냉각 섹션(112)은 기판(132)이 노(100)로부터 배출될 때 마지막 조업자가 취급할 수 있도록 기판(132)을 냉각시킨다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각 섹션(112)은 기판(132)이 X₁ 방향으로 이동함에 따라 물과 같은 냉각 매체가 Y₁ 방향으로 이동하는 역류 열교환(reverse flow heat exchange)을 사용할 수 있다. 냉각 매체는 인젝터(114)를 통하여 냉각 섹션(112)으로 주입된다. 냉각 섹션(112)은 노(100)의 전체 질량에 기여하는 질량을 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 기판(132)과 함께 냉각 매체가 X₁방향으로 이동할 수 있도록 냉각 매체가 주입될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 섹션(112) 이외에도, 인젝터(110)가 출구실(104b)에 가까이 배치된다. 인젝터(110)는 출구실(104b)을 통하여 가열 존(102)으로 기체를 주입할 수 있게 한다. 인젝터(11)를 통하여 가열 존(102)으로 주입될 수 있는 기체의 예로는 질소(N₂) 및 산소(O₂)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 질소 기체는 가열 존(102) 내부환경에서 산소를 제거하기 위하여 인젝터(11)를 통해 가열 존(102)으로 주입될 수 있다. 이와 같은 사항은 기판이 노(100)로부터 배출될 때 기판의 산화 및 탈색을 방지하기 위하여 노(100)가 금속을 어닐링(anneal) 하도록 사용되는 실시예에서 필수적일 것이다. 또한, 인젝터(11)는 전술한 가공과정중 기판(132)에 위치한 연결제(binder)를 연소시키기 위하여 산소 또는 공기를 주입할 수 있다. 또한, 가열 존(102) 내부환경을 처리하기 위하여 가열 존(102)으로 인젝터(11)를 통하여 수소(H₂)를 주입할 수 있다.

또한, 노(100)는 출구 커튼 섹션 어셈블리(exit curtain section assembly)(117) 및 말단 지지 구조물(116)과 출구 커튼 섹션 어셈블리(117) 모두를 조절하는데 필요한 일렉트로닉스(electronics)를 포함하는 냉각 섹션(112)에 인접한 말단 지지 구조물(116)을 포함한다. 또한, 말단 지지 구조물은 노(100) 내부의 공정 기체를 중계하는 기체 시스템(118)을 포함한다. 또한, 기체 시스템(118)은 노(100) 내부의 공정 기체 유동을 조절하고, 노(100)로 유입하는 기체 유동을 조절한다. 또한, 말단 지지 구조물(116)은 도 3에 도시된 바와 같이 노 내부의 조절된 환경 및 노(100) 외부환경에 대한 변환 영역(transition area)을 제공하는 출구 커튼 섹션 어셈블리(117) 및 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)를 포함한다. 노(100)의 내부 환경과 노(100)의 외부 환경 사이의 변환 영역을 제공하기 위하여, 출구 커튼 섹션 어셈블리(117)는 도 5에 보다 이해하기 쉽게 도시된 바와 같은 기체 인젝터(128, 130)를 포함한다.

도 5는 도 2에 도시된 출구 커튼 섹션 어셈블리(117)의 개략도를 도시한 본 발명의 일 실시예이다. 기체 인젝터(128)는 X 방향으로 기체를 출구 커튼 섹션 어셈블리(117)에 주입하고, 기체 인젝터(130)는 Y 방향으로 기체를 배출한다. 이로써, 기체는 출구 커튼 섹션 어셈블리(117) 내부에서 X₁ 방향으로 이동한다. 그러나, 기체 인젝터(130)가 X 방향으로 출구 커튼 섹션 어셈블리(117)로 기체를 주입하는 반면에, 기체 인젝터(128)가 Y 방향으로 출구 커튼 섹션 어셈블리(117)로부터 기체를 배출시킬 수도 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 출구 커튼 섹션 어셈블리(117) 내부를 이동하는 기체는 Y₁ 방향으로 이동한다. 도 3의 입구 커튼 섹션 어 셈블리(109)에서 언급한 바와 같이, 변환 영역을 제공하기 위하여 출구 커튼 섹션 어셈블리(117)에서 사용될 수 있는 기체는 질소(N₂) 또는 기타 적당한 불활성 기체를 포함한다.

또한, 도 3에서 언급한 바와 같이, 말단 지지 구조물(116)은 노(100)의 전체 질량에 기여하는 질량을 포함한다. 말단 지지 구조물(116)의 질량은 말단 지지 구조물(116) 및 출구 커튼 섹션 어셈블리(117)의 기능성에 필요한 구성부품들을 포함한다. 이와 같은 성분들은 인젝터(128, 130)로 기체를 제공하는 장치(즉, 파이프, 라인, 호스 등), 말단 지지 구조물(116) 및 입구 커튼 섹션 어셈블리(117) 모두를 조절하기 위하여 필요한 일렉트로닉스 등을 포함한다.

도 2에 도시된 실시예 이외에도, 노(100)는 도 6에 도시된 배치를 가질 수 있다. 도 2에서 언급한 바와 같이, 프로세싱 챔버(134)는 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)와 연결되고, 프로세싱 챔버(134)는 냉각 존(112)과 연결된다. 이와 같은 실시예에 있어서, 도 7A에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(134)는 입구 및 출구(104a, 104b) 모두를 통하여 연장되고, 변환 섹션(134a)을 통하여 입구 커튼 섹션 어셈블리(109) 및 냉각 섹션(112) 모두를 가열 섹션(102)과 연결시킨다.

도 7A는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2에 도시된 것과 같은 노(100)의 가열 존(102)에 대한 출구 어셈블리의 투시도이다. 출구 어셈블리는 라인(137a 내지 137c), 변환 섹션(134a) 및 말단 블록(136a, 136b)을 포함한다. 또한, 출구 어셈블리는 소프트 칼라(soft collar)(138) 및 방사 쉴드(140a, 140b)를 포함한다. 도 2 및 인젝터(110)에 관하여 상세히 언급할 내용과 같이, 라인(137a 내지 137c)은 노(100) 조업과정중에 조업기체를 가열 존(102)으로 주입할 수 있게 한다. 또한, 라인(137a 내지 137c)은 노(100)의 조업과정중 가열 존(102)의 온도를 연속적으로 모니터링할 수 있도록 가열 존(102)으로 인시츄 열전대(in-situ thermocouple)를 통과시킬 수 있게 한다.

프로세싱 챔버(134)는 기판(132)의 열처리과정중 가열 섹션(102)을 통하여 기판(132)을 통과시킬 수 있게 한다. 이송 장치(transport mechanism)(106) 및 기판(132)은 기판(132)의 열처리과정중 프로세싱 챔버(134)를 통과한다. 본 발명의 일 실시예에 따라서, 프로세싱 챔버(134) 및 변환 섹션(134a)은 도 7C에 보다 명확하게 도시된 바와 같이 기판(132)과 프로세싱 챔버(134) 사이에 최소의 공간이 존재하도록 배치된다.

도 7C는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7A에 도시된 변환 섹션(134a)의 정면 개략도를 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 변환 섹션(134a)은 기판(132)의 치수(dimension)(132a-1, 132a-2)에 대응하는 치수(134a-1, 134a-2)를 갖는 통로(134a')를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 변환 섹션(134a)의 치수(134a-1, 134a-2)는 노(100) 조업과정중 프로세싱 챔버(134)로부터의 열손실양을 최소화하도록 기판의 치수(132a-1, 132a-2)에 따라 크기가 정해진다. 프로세싱 챔버(134)의 치수(134a-1, 134b-1)는 도면에 도시된 바와 같이 치수(D1, D2)를 최소화하도록 크기가 정해진다. 예를 들면, 만일 기판(132)의 치수(132a-1)가 약 10 cm이면, 기판(132)을 수용하도록 프로세싱 챔버의 치수(134a-1)가 바람직하게는 약 15 cm이다. 또한, 이와 같은 예에서, 만일 기판의 치수(132-a-2)가 약 3 cm이면, 기판(132)이 프로세싱 챔버(134)를 용이하게 통과하도록 프로세싱 챔버의 치수(134a-2)는 약 5 cm일 것이다. 상기 치수들은 예시 목적으로 제공된 것이며, 본 발명의 노 내부에서 열처리되어질 기판에 따라 치수의 조합이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 7A 및 도 7A에 도시된 프로세싱 챔버(134)에 관하여, 변환 섹션(134a)이 말단 블록(136a, 136b) 내부에 존재한다. 말단 블록(136a, 136b)은 가열 섹션(102)에 열 절연체를 제공하고, 이로써 노(100) 조업과정중 가열 섹션(102)으로부터의 열 손실을 최소화한다. 또한, 말단 블록(136a, 136b)은 가열 섹션(102) 내부에서 프로세싱 챔버(134)를 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 말단 블록(136a, 136b)은 주조 세라믹 섬유 등과 같은 가열 존(102) 외부 환경으로부터 가열 존(102)을 열분리시킬 수 있는 임의의 물질로 제조될 수 있다. 또한, 말단 블록(136a, 136b)은 개별 가열 존(102b, 102e) 및 소프트 칼라(collar)(138) 사이의 간격을 제공한다.

소프트 칼라(138)는 말단 블록(136a, 136b)에 대항하여 배치되어, 가열 섹션(102) 및 프로세싱 챔버(134)를 둘러싼다. 소프트 칼라(138)는 방사 쉴드(140a, 140b) 및 말단 블록(136a, 136b) 사이에 봉인(seal)을 제공한다. 또한, 소프트 칼라(138)는 가열 섹션(102)에 열 절연을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 소프트 칼라(138)는 소프트 세라믹 등과 같은 봉인력 및 열분리를 제공하는 임의의 물질로 제조될 수 있다. 또한, 방사 쉴드(14a, 140b)는 도 7B에 보다 명확하게 도 시된 바와 같이 소프트 칼라(138)에 대항하여 존재한다. 방사 쉴드(140a, 140b)는 가열 섹션(102)에 추가로 열 절연을 제공함으로써, 가열 섹션(102) 및 노(100)로부터의 열손실을 최소화한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방사 쉴드(140a, 140b)는 스테인레스 스틸 등과 같은 가열 섹션(102) 및 가열 존(120)(예를 들면, 냉각 존(112), 입구 커튼 섹션 어셈블리(109) 등) 사이에 열 절연을 가능하게 하는 임의의 물질로 제조될 수 있다.

변환 섹션(134a)은 도면에 도시된 바와 같이 프로세싱 챔버(134)에 존재한다. 이와 같은 실시예에 있어서, 변환 섹션(134a)은 가열 섹션(102)을 냉각 존(112)과 연결시킨다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 프로세싱 챔버(134)가 변환 섹션(134a)과 유사한 이차 변환 섹션(미도시)을 포함한다는 것을 주지하여야 한다. 이와 같은 실시예에 있어서, 이차 변환 섹션은 프로세싱 챔버(134)와 연결함으로써, 동일한 방식으로 가열 존(102b)을 통해 가열 섹션(102)으로 진입하여 입구 어셈블리를 형성한다. 마찬가지로, 이와 같은 실시예에 있어서, 이차 변환 섹션은 가열 섹션(102)을 입구 커튼 섹션 어셈블리(109)와 연결시킨다. 변환 섹션(134a)은 프로세싱 챔버(134)의 단면적보다 작은 단면적을 갖는다. 그러므로, 변환 섹션(134a)은 프로세싱 챔버(134)가 가열 섹션(102)으로부터 연장되고, 입구 커튼 섹션 어셈블리(109) 및 냉각 존(112) 모두와 연결됨에 따라 프로세싱 챔버(134)의 단면적이 감소된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열 섹션의 질량은 가열 섹션 내의 작동 구성부품들의 질량을 초과한다. 가열 섹션 질량은 가열 존(102b 내지 102e) 내에 배 치되는 가열 코일(142)의 질량 및 가열 코일(142)의 스페이서(143)의 질량을 포함한다. 작동 구성부품 질량은 기판(132)의 열 처리 동안의 가열 섹션 내의 구성부품들의 질량을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구성부품들은 가열 섹션(102) 내의 일부 이송 장치(106), 열 처리 조업 동안의 가열 섹션 내의 임의의 수의 기판, 및 가열 섹션(102) 내의 프로세싱 챔버(134) 부분을 포함한다. 가열 섹션 내의 작동 구성부품들에 비해 가열 섹션의 질량이 증가할수록 노(100)의 전체적인 효율도 증가한다. 또한, 가열 섹션(102) 내의 작동 구성부품들에 비해 가열 섹션의 질량이 증가할수록 열 처리 조업 동안에 노(100)에서 일어나는 열변동을 최소화시키고, 이에 의해 노(100)의 효율을 증가시키고 노(100)에 관련된 조업 비용을 감소시킨다.

따라서, 본 발명은 기판을 열 처리하는 효과적인 대안을 제공한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 노는 노의 작동 구성부품들 및 열처리되는 기판에 비해 높은 질량을 갖는 가열 섹션을 사용한다. 가열 존 자체 및 가열 존 내의 가열 코일에 의한 열 손실은 상대적으로 적다. 열 존 및 노에 필요한 열량은 비교적 적으므로, 노의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 노는 일정한 에너지 흐름을 필요로 하기 때문에 노의 에너지 필요량은 적다. 추가로 설명하자면, 기판이 열처리될 때, 기판의 열 처리에 기인한 열 에너지의 최소 손실은 노에 의해 달성된다. 조업 동안에 로에서는 큰 열 변동이 일어나지 않기 때문에, 로는 기판의 열처리 동안에 최소한 의 추가 에너지만을 필요로 한다.

상기 설명은 본 발명을 실시하기 위한 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 특허청구범위에 개시된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 변경할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

각각의 가열 코일 내에 배치되는 복수의 스페이서(spacers)를 구비한, 가열 섹션으로 열을 공급하는 복수의 가열 코일을 포함하고, 가열 코일의 질량(mass) 및 스페이서의 질량으로 한정되는 질량을 갖는, 기판이 노를 통과할 때 기판을 열처리하기 위한 가열 섹션(heating section);

상기 가열 섹션 내에 배치되고, 질량을 갖는, 상기 가열 섹션을 통해 기판을 운반시키는 이송 장치(transport mechanism); 및

상기 가열 섹션 내에 배치되고, 질량을 갖는 프로세싱 챔버(processing chamber)를 포함하고,

상기 가열 섹션 질량이 가열 섹션 내에 배치된 이송 장치 질량, 프로세싱 챔버 질량 및 기판 질량의 합산 질량을 초과하는 기판의 열처리용 노(furnace).
제 1항에 있어서, 상기 가열 섹션이

기판에 상이한 열 처리를 제공하기 위해 각 가열 존(heating zone)이 상이한 온도를 갖고, 내부에 가열 코일이 배치된 복수의 가열 존

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 2항에 있어서, 상기 가열 섹션이 가열 섹션 내에 배치된 인시츄 열전대 (in-situ thermocouple)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 1항에 있어서, 상기 가열 섹션이 원통형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 1항에 있어서, 상기 이송 장치가 워킹빔 어셈블리(walking beam assembly)인 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 1항에 있어서, 상기 이송 장치가 벨트인 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 3항에 있어서, 상기 가열 섹션이 1,400℃에서도 견딜 수 있는 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 1항에 있어서, 상기 노가

상기 가열 섹션에 인접하여 배치되고, 기판이 노로 유입되는 경우 기판용 변환 영역(transition area)을 지지하는 복수의 인젝터(injectors)를 포함하는 입구 커튼 섹션 어셈블리(entry curtain section assembly)

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 8항에 있어서, 상기 노가

상기 입구 커튼 섹션 어셈블리의 반대편의 가열 섹션에 인접하여 배치되고, 가열 섹션으로부터 배출된 기판을 냉각하기 위한 역류 열 교환기(reverse flow heat exchanger)를 구비하는 냉각 존(cooling zone)

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 9항에 있어서, 상기 노가

상기 냉각 존에 인접하여 배치되고, 기판이 노로부터 배출되는 경우 기판용 변환 영역을 지지하는 복수의 인젝터를 포함하는 기판을 노로부터 배출하기 위한 출구 커튼 어셈블리(exit curtain section assembly)

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 10항에 있어서, 상기 프로세싱 챔버가

상기 프로세싱 챔버의 단면적 보다 작은 단면적을 갖고, 프로세싱 챔버의 1차 말단에 배치되어 프로세싱 챔버를 입구 커튼 섹션 어셈블리와 연결하는 1차 변환 섹션(first transition section); 및

상기 프로세싱 챔버의 단면적 보다 작은 단면적을 갖고, 상기 1차 변환 섹션 반대편의 프로세싱 챔버의 2차 말단에 배치되어 프로세싱 챔버를 냉각 존과 연결하는 2차 변환 섹션(second transition section)

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
각각의 가열 코일 내에 배치되는 복수의 스페이서를 구비한 복수의 가열 코일을 포함하고, 상기 복수의 가열 코일의 질량 및 상기 스페이서의 질량에 의해 기여되는 질량을 갖는 가열 섹션; 및

노 내의 상기 가열 섹션 내에 배치된 이송 장치 및 프로세싱 챔버를 포함하고, 상기 이송 장치의 질량 및 상기 프로세싱 챔버의 질량에 의해 기여되는 질량을 갖는 복수의 작동 구성부품(working component)

을 포함하고, 상기 가열 섹션 질량은 가열 섹션 내에 배치된 기판 및 작동 구성부품의 합산 질량을 초과하는 질량을 갖는 기판의 열처리용 노.
제 12항에 있어서, 상기 노가

상기 가열 섹션에 인접하여 배치되고, 기판이 노로 유입되는 경우 기판용 변환 영역(transition area)을 지지하는 복수의 인젝터(injectors)를 포함하는 입구 커튼 섹션 어셈블리(entry curtain section assembly)

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 13항에 있어서, 상기 노가

상기 가열 섹션에 인접하여 배치되고, 가열 섹션으로부터 배출된 기판을 냉각하기 위한 역류 열 교환기를 구비하는 냉각 존

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 14항에 있어서, 상기 노가

상기 냉각 존에 인접하여 배치되고, 기판이 노에서 배출되는 경우 기판용 변환 영역을 지지하는 복수의 인젝터를 포함하는 기판을 노로부터 배출하기 위한 출구 커튼 어셈블리(exit curtain section assembly)

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 12항에 있어서, 상기 이송 장치가 벨트인 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 12항에 있어서, 상기 이송 장치가 워킹빔 어셈블리(walking beam assembly)인 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 12항에 있어서, 상기 가열 섹션이 가열 섹션 내에 배치된 인시츄 열전대(in-situ thermocouple)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 14항에 있어서, 상기 프로세싱 챔버가

상기 프로세싱 챔버의 단면적 보다 작은 단면적을 갖고, 프로세싱 챔버의 1차 말단에 배치되어 프로세싱 챔버를 입구 커튼 섹션 어셈블리와 연결하는 1차 변환 섹션(first transition section); 및

상기 프로세싱 챔버의 단면적 보다 작은 단면적을 갖고, 상기 1차 변환 섹션 반대편의 프로세싱 챔버의 2차 말단에 배치되어 프로세싱 챔버를 냉각 존과 연결하 는 2차 변환 섹션(second transition section)

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
기판을 노로 유입하기 위한 입구 커튼 섹션 어셈블리;

기판이 노를 통과할 때 기판을 열처리하기 위해 상기 입구 커튼 섹션 어셈블리에 연결되고, 가열 섹션으로 열을 공급하기 위한 복수의 가열 코일 및 상기 복수의 가열 코일의 각각의 가열 코일 내에 배치된 복수의 스페이서를 포함하는, 질량을 갖는 가열 섹션;

상기 가열 섹션 내에 배치되고, 가열 섹션을 통해 기판을 운반시키는, 질량을 갖는 이송 장치;

기판이 통과할 때 기판을 냉각하기 위한 역류 열 교환기를 구비하고, 상기 가열 섹션과 연결된 냉각 존;

상기 기판의 냉각 후에 노로부터 기판의 배출을 촉진시키기 위한 배출 커튼 섹션 어셈블리; 및

상기 가열 섹션을 통해 연장되고 상기 가열 섹션을 입구 커튼 섹션 어셈블리 및 냉각 존 모두에 연결시키는 프로세싱 챔버를 포함하고,

상기 가열 섹션 질량이 가열 섹션 내에 배치된 프로세싱 챔버 일부, 이송 장치 및 기판의 합산 질량을 초과하는 기판의 열처리용 노.
제 20항에 있어서, 상기 프로세싱 챔버가

상기 프로세싱 챔버의 단면적 보다 작은 단면적을 갖고, 프로세싱 챔버의 1차 말단에 배치되어 프로세싱 챔버를 입구 커튼 섹션 어셈블리와 연결하는 1차 변환 섹션(first transition section); 및

상기 프로세싱 챔버의 단면적 보다 작은 단면적을 갖고, 상기 1차 변환 섹션 반대편의 프로세싱 챔버의 2차 말단에 배치되어 프로세싱 챔버를 냉각 존과 연결하는 2차 변환 섹션(second transition section)

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 20항에 있어서, 상기 이송 장치가 워킹빔 어셈블리(walking beam assembly)인 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.
제 20항에 있어서, 상기 가열 섹션이 가열 섹션 내에 배치된 인시츄 열전대(in-situ thermocouple)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열처리용 노.