KR101045156B1 - 기판 어닐링 장치용 차열판 - Google Patents

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Abstract

수평으로 지지된 평판상의 기판(1)과, 기판의 상방에 위치해 기판 상면을 복사열로 가열하는 히터(5)와, 기판과 히터 사이를 차폐하는 차폐 위치와 그 사이에서 떨어진 개방 위치와의 사이를 수평 이동 가능한 차열판(10)을 갖는 기판 어닐링 장치용 차열판. 차열판(10)은, 차폐 위치에서의 온도차에 의해 거의 변형하지 않는 저열 팽창재(카본 컴퍼짓(carbon composite)재)로 구성된 구조 부재(12)와, 구조 부재의 상면을 덮어 이것을 허용 온도 이하로 유지하는 단열 부재(14)를 구비한다.

Description

기판 어닐링 장치용 차열판{HEAT SHIELD PLATE FOR SUBSTRATE ANNEALING APPARATUS}
본 발명은 열처리로 내에 유리 기판 등의 기판을 반입해 어닐링하는 기판 어닐링 장치용 차열판에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 램프 어닐링 장치나 CVD 장치와 같이 열처리로 내에 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼를 한 장씩 반입하고 기판에 빛을 조사하는 등으로 웨이퍼를 가열해 열처리하는 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
도 1은 특허 문헌 1에 개시된 종래의 램프 어닐링 장치의 개략 구성을 도시하는 모식적 단면도이다. 이 도면에서 참조 부호 50은 열처리로, 52는 광입사창, 54는 웨이퍼 지지 링, 56은 웨이퍼 지지 원통 홀더, 58은 램프 하우스, 60은 램프, 62는 리플렉터, 64는 셔터판이다.
반도체 웨이퍼(W)는 도시하지 않은 개구를 통해 열처리로(50) 내에 반입되어 웨이퍼 지지 링(54) 상에 수평으로 지지된다. 셔터판(64)은 도시하지 않은 지지·이동 기구에 의해 수평 방향으로 이동 가능하게 지지되어, 광입사창(52)과 램프 하우스(58) 사이에 위치하는 "작동 위치"와 그 사이에서 벗어난 "대기 위치" 사이를 이동한다. 이 셔터판(64)은 웨이퍼(W)의 열처리가 종료하여 램프(60)에의 전력 공급이 정지할 때에, 대기 위치에서 작동 위치로 고속으로 이동하여 램프(60)의 소등 직후의 여열에 의한 웨이퍼(W)에의 열복사를 차단하여 웨이퍼(W)의 온도를 신속하게 강하시킨다.
전술한 셔터판(64)은, 종래, 신속하게 이동시킬 수 있도록 예를 들면 알루미늄, 티탄 등의 경량 소재로 형성되었다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2003-282470호 공보, "기판의 열처리 장치"
전술한 바와 같이, 예를 들면 유리 기판 등을 급속히 가열/냉각하기 위해 히터와 워크 사이에 차열판을 마련하고, 그것을 이동함으로써 히터의 복사를 워크에게 전달하거나 차단하는 장치(예를 들면, 급속 가열 냉각식 기판 어닐링 장치)에서의 차폐판은 높은 내열성과 기계적 강도, 경량성 등이 요구된다.
특히 내열성에 있어서, 차열판의 한쪽 면은 히터에 대치하고 반대면은 히터 복사가 닿지 않는 것으로부터 양면간에 큰 온도차가 생기고, 그 온도차에 의해 차열판이 변형되는 경우가 있었다.
예를 들면, 유리 기판 등의 급속 가열에 히터를 이용하는 경우, 히터측 온도는 종래보다 고온(예를 들면 약 750℃ 전후)이 된다. 그 때문에, 예를 들면, 알루미늄은 융점을 넘기 때문에 사용할 수 없다.
또한 작동 위치에 있어서, 기판측은 중온(예를 들면 약 400℃ 전후)이기 때문에 차열판의 양면간의 온도차는 약 350℃ 이상에도 달하여, 티탄 등을 이용한 경우에도 큰 열변형이 생긴다.
또한, 내열 온도가 높은 카본재를 구조물로서 이용한 경우에도, 고온에 의한 카본재의 산화(소손(燒損))는 피할 수 없었다.
〈발명의 요약〉
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것이다. 즉, 본 발명은 한 면이 고온(예를 들면 약 750℃ 전후)에 노출되고 반대 면이 그보다 큰 폭으로 낮은 온도에 노출되어 양면간에 큰 온도차(예를 들면 약 350℃ 이상)가 생기는 경우에도, 열변형이 작고 산화(소손)하지 않으며, 또한 대형화와 경량화가 가능한 기판 어닐링 장치용 차열판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
〈과제를 해결하기 위한 수단〉
본 발명에 따르면, 수평으로 지지된 평판상의 기판과, 기판의 상방에 위치해 기판 상면을 복사열로 가열하는 히터와, 기판과 히터 사이를 차폐하는 차폐 위치와 그 사이에서 떨어진 개방 위치 사이를 수평 이동 가능한 차열판을 갖는 기판 어닐링 장치용 차열판으로서, 상기 차열판은 차폐 위치에서의 온도차에 의해 거의 변형하지 않는 저열 팽창재로 구성된 구조 부재와, 구조 부재의 상면을 덮어 이것을 허용 온도 이하로 유지하는 단열 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 어닐링 장치용 차열판이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 구조 부재는 복합 탄소 재료(카본 컴퍼짓(carbon composite)재)로 이루어진다.
또한, 상기 구조 부재는 차열판에 필요한 휨강성(flexural rigidity)을 갖는 복수의 수평으로 연장되는 들보 부재와, 차열판의 하면을 구성하는 바닥판과, 들보 부재와 바닥판을 연결하는 접속 부품을 갖는다.
또한, 상기 단열 부재는 내열성 직포로 이루어지는 주머니 형상의 외측 단열재와, 외측 단열재의 내측에 밀봉된 섬유상의 내측 단열재로 이루어진다.
본 발명의 구성에 따르면, 차열판의 구조 부재가 차폐 위치에서의 온도차에 의해 거의 변형하지 않는 저열 팽창재로 구성되어 있으므로, 양면간에 큰 온도차(예를 들면 약 350℃ 이상)가 생기는 경우에도 열변형을 작게 억제할 수 있다.
또한, 상기 구조 부재의 상면을 덮어 이것을 허용 온도 이하로 유지하는 단열 부재를 가지므로, 상면이 고온(예를 들면 약 750℃ 전후)에 노출되어도 구조 부재를 허용 온도 이하로 유지하여 산화(소손)를 방지할 수 있다.
또한, 구조 부재를 복합 탄소 재료(카본 컴퍼짓재)로 구성함으로써 종래의 금속제와 비교하여 대폭적인 경량화가 가능하다.
또한, 구조 부재를 차열판에 필요한 휨강성을 갖는 복수의 수평으로 연장되는 들보 부재와, 차열판의 하면을 구성하는 바닥판과, 들보 부재와 바닥판을 연결하는 접속 부품으로 구성함으로써 대형화가 곤란한 소형의 바닥판을 이용해 사방 1m를 넘는 대면적의 차열판을 용이하게 구성할 수 있다.
또한, 단열 부재를 내열성 직포로 이루어지는 주머니 형상의 외측 단열재와, 외측 단열재의 내측에 밀봉된 섬유상의 내측 단열재로 구성함으로써 섬유상의 내측 단열재의 비산을 주머니 형상의 외측 단열재로 방지하여 노(爐) 내를 청정하게 유지할 수 있다.
도 1은 특허 문헌 1에 개시된 종래의 램프 어닐링 장치의 개략 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 차열판을 구비한 기판 어닐링 장치의 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 차열판의 사시도이다.
도 4는 도 3의 화살표 A를 따라 본 도면이다.
도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 차열판을 구비한 기판 어닐링 장치의 전체 구성도이다. 이 도면에서, 참조 부호 2는 열처리로, 3은 광입사창, 4는 기판 지지 부재, 5는 히터, 6은 경면판(鏡面板), 7은 기판 출입 도어, 10은 차열판이다.
평판상의 기판(1)은 예를 들면 유리 기판이며, 개폐 가능한 기판 출입 도어(7)를 통해 열처리로(2) 내에 반입되어 기판 지지 부재(4) 위에 수평으로 지지된다.
히터(5)는 예를 들면 전기 히터, 가열 램프 등이며, 기판(1)의 상방에 위치해 기판(1)의 상면을 복사열로 가열한다. 이 히터(5)는 예를 들면 기판(1)의 급속 가열을 위해 히터측 온도가 고온(예를 들면 약 750℃ 전후)이다.
차열판(10)은 지지·이동 기구(8)에 의해 수평 방향으로 이동 가능하게 지지 되어, 기판(1)과 히터(5) 사이를 차폐하는 차폐 위치(도면에서 C 방향)와 그 사이에서 떨어진 개방 위치(도면에서 O 방향) 사이를 수평 이동 가능하게 구성된다.
이 구성에 의해, 차열판(10)은 기판(1)의 열처리가 종료했을 때 개방 위치에서 차폐 위치로 고속으로 이동하여, 기판과 히터 사이를 차폐하여 기판(1)의 온도를 신속하게 강하시킬 수 있다.
또한 차폐 장치에 있어서, 기판측은 중온(예를 들면 약 400℃ 전후)이며, 차열판(10)의 양면간의 온도차는 약 350℃ 이상에 달한다.
도 3은 본 발명의 차열판의 사시도이다. 이 도면에서 차열판(10)의 이동 방향은 도면에 화살표로 나타내는 C-O 방향이다.
이 도면에 있어서, 본 발명의 차열판(10)은 차폐 위치에서의 온도차에 의해 거의 변형하지 않는 저열 팽창재로 구성된 구조 부재(12)와, 구조 부재(12)의 상면을 덮어 이것을 허용 온도 이하로 유지하는 단열 부재(14)로 이루어진다.
구조 부재(12)는 복합 탄소 재료(카본 컴퍼짓재), 예를 들면 고온 내산화 코팅을 갖는 C/C 컴퍼짓재인 것이 바람직하다.
카본 컴퍼짓재는 탄소 섬유와 탄소 매트릭스의 복합재로서, 그 열팽창 비율은 탄소에 가까워 약 3 내지 4×10-6/℃(800K에서)이며, 알루미늄이나 철의 1/4 내지 1/5 이하이다.
따라서, 차열판(10)의 양면(상하면)간에 큰 온도차(예를 들면 약 350℃ 이상)가 생기는 경우에도 열변형을 작게 억제할 수 있다.
도 4는 도 3의 화살표 A를 따라 본 도면이고, 도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이다.
도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 예에서 구조 부재(12)는 차열판에 필요한 휨강성을 갖는 복수(이 예에서 4개)의 수평으로 연장되는 들보 부재(12a)와, 차열판의 하면을 구성하는 바닥판(12b)과, 들보 부재(12a)와 바닥판(12b)을 연결하는 접속 부품(12c)을 갖는다.
들보 부재(12a)는, 이 예에서는 특히 대연소성이 높은 카본 컴퍼짓재로 이루어지는 평판으로서, 도 2의 C-O 방향으로 연장되며 지지·이동 기구(8)에 의해 O측을 지지하여 전체를 수평으로 유지한다. 이 들보 부재(12a)는 O측에서 일단을 지지한 경우에 차열판에 필요한 휨강성을 갖는다.
한편, 본 발명은 이 구성으로 한정되지 않고, 들보 부재(12a)를 평판 이외의 형재, 예를 들면 I형, H형, L형 등으로 해도 무방하다. 또한, 대연소성과 내열성을 갖는다면, 들보 부재(12a)를 카본 컴퍼짓재 이외의 석영, SiC재 등으로 해도 무방하다.
또한, 들보 부재(12a)를 O측에서 일단을 지지하지 않고 그 외의 지지 형태(예를 들면, 폭 방향 양단의 지지)인 경우에는, 그 지지 형태에 적절한 휨강성을 갖도록 구성한다.
바닥판(12b)은 이 예에서는 복수(이 예에서는 3매)의 카본 컴퍼짓재로 이루어지는 평판이며, 들보 부재(12a)의 하단 사이를 막게 되어 있다.
접속 부품(12c)은 이 예에서는 카본 컴퍼짓재로 이루어지는 L형 부재이며, 들보 부재(12a)의 측면과 바닥판(12b)의 상면에 밀착하도록 위치한다.
이 예에서, 구조 부재(12)는 연결 부재(13)(이 예에서는 볼트와 너트)를 더 갖고, 이 연결 부재(13)로 접속 부품(12c)과 들보 부재(12a), 및 접속 부품(12c)과 바닥판(12b)을 강고하게 연결한다.
연결 부재(13)는 하면이 노출되는 온도(약 400℃ 전후)에 견디도록, 인코로이(Incoloy) 등의 내열 금속제, 혹은 카본재인 것이 바람직하다.
이 구성에 의해 대형화가 곤란한 소형의 바닥판(12b)을 이용하여 사방 1m를 넘는 대면적 차열판을 용이하게 구성할 수 있다.
한편, 본 발명은 이 구성으로 한정되지 않고, H형, L형의 들보 부재(12a)의 하면에 바닥판(12b)을 연결 부재(13)로 장착하고 접속 부품(12c)을 생략해도 된다. 또한, 전체를 1매의 바닥판(12b)으로 구성하고, 그 위에 들보 부재(12a)를 장착해도 된다.
도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 예에서 단열 부재(14)는 내열성 직포로 이루어지는 주머니 형상의 외측 단열재(14a)와, 외측 단열재(14a)의 내측에 밀봉된 섬유상의 내측 단열재(14b)로 이루어진다.
주머니 형상의 외측 단열재(14a)는 예를 들면 750℃ 이상의 내열성을 갖는 실리카 섬유, 실리카·알루미나 섬유 등으로 이루어지는 내열성 직포, 예를 들면 실리카천이다.
섬유상의 내측 단열재(14b)는 예를 들면 750℃ 이상의 내열성을 갖는 실리카 섬유, 실리카·알루미나 섬유 등, 예를 들면 실리카 울이다.
내측 단열재(14b)는, 도면에 도시하는 바와 같이, 들보 부재(12a)를 덮듯이 둘러싸고 이것을 주머니 형상의 외측 단열재(14a)로 덮듯이 둘러싸는 것이 좋다. 한편, 필요에 따라, 외측 단열재(14a)(실리카천)를 실리카 섬유, 실리카·알루미나 섬유로 이루어지는 실로 봉합하여 내측 단열재(14b)가 외부로 나오지 않게 하는 것이 좋다.
또한, 들보 부재(12a)의 사이에 위치하는 바닥판(12b)의 상면은 미리 외측 단열재(14a)와 내측 단열재(14b)로 패드 형상으로 형성한 것을 틈새 없이 위치시키는 것이 좋다.
한편, 본 발명은 이 구성으로 한정되지 않고, 구조 부재(12)의 상면 전체를 내측 단열재(14b)로 덮고 그 둘레를 외측 단열재(14a)로 더 둘러싸도 된다. 또한 단열재는 구조재의 상면 뿐만이 아니라 측면에도 돌려 넣어 보호하는 것이 좋다.
이 구성에 의해, 섬유상의 내측 단열재(14b)의 비산을 주머니 형상의 외측 단열재(14a)로 방지하여 노(爐) 내를 청정하게 유지할 수 있다.
전술한 본 발명의 구성에 따르면, 차열판(10)의 구조 부재(12)가 차폐 위치에서의 온도차에 의해 거의 변형하지 않는 저열 팽창재(예를 들면 카본 컴퍼짓재)로 구성되어 있으므로, 양면간에 큰 온도차(예를 들면 약 350℃)가 생기는 경우에도 열변형을 작게, 예를 들면 1/4 내지 1/5 이하로 억제할 수 있다.
또한, 구조 부재(12)의 상면을 덮어 이것을 허용 온도 이하로 유지하는 단열 부재(14)를 가지므로, 상면이 고온(예를 들면 약 750℃)에 노출되어도 구조 부재를 허용 온도 이하(예를 들면 450 내지 500℃)로 유지하여 산화(소손)를 방지할 수 있 다.
따라서, 이 구조로 함으로써 본 발명의 차폐판은 히터 복사열의 차단과 카본재 자체의 소손 속도를 감소할 수 있어, 열에 의한 변형 억제와 장시간의 사용에 의한 구조재 소손의 문제를 해결할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (4)

  1. 수평으로 지지된 평판상의 기판과, 상기 기판의 상방에 위치해 기판 상면을 복사열로 가열하는 히터와, 기판과 히터 사이를 차폐하는 차폐 위치와 그 사이에서 떨어진 개방 위치 사이를 수평 이동 가능한 차열판을 갖는 기판 어닐링 장치용 차열판으로서,
    상기 차열판은 상기 차폐 위치에서의 온도차에 의해 변형하지 않는 저열 팽창재로 구성된 구조 부재와, 상기 구조 부재의 상면을 덮어 이것을 허용 온도 이하로 유지하는 단열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 어닐링 장치용 차열판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조 부재는 복합 탄소 재료(카본 컴퍼짓(carbon composite)재)를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 어닐링 장치용 차열판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구조 부재는 상기 차열판에 필요한 휨강성을 갖는 복수의 수평으로 연장되는 들보 부재와,
    상기 차열판의 하면을 구성하는 바닥판과,
    상기 들보 부재와 상기 바닥판을 연결하는 접속 부품을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 어닐링 장치용 차열판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단열 부재는 내열성 직포로 이루어지는 주머니 형상의 외측 단열재와, 상기 외측 단열재의 내측에 밀봉된 섬유상의 내측 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 어닐링 장치용 차열판.
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