KR200264227Y1 - 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버 - Google Patents

Abstract

본 고안은 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버에 관한 것으로서, 일측에 웨이퍼출입구(11)가 형성되며, 내측에 웨이퍼출입구(11)를 통해 로딩된 웨이퍼(W)를 지지함과 아울러 웨이퍼(W)를 냉각시키기 위한 냉각수라인(25)을 가지는 쿨다운 페데스탈(20)이 설치되는 쿨다운 챔버(10)를 구비한 급속 열처리장치에 있어서, 쿨다운 페데스탈(20)의 상단에 위치하며, 쿨다운 페데스탈(20)을 예열하는 예열수단(100)과; 쿨다운 페데스탈(20)의 냉각수라인(25)을 따라 흐르는 냉각수의 흐름을 개폐시키는 냉각수개폐밸브(200)와; 예열수단(100)이 쿨다운 페데스탈(20)을 일정한 온도범위내에서 예열하도록 제어하며, 예열수단(100)이 쿨다운 페데스탈(20)을 예열시 냉각수개폐밸브(200)를 차단시키는 제어부(300)를 포함하는 것으로서, 쿨다운 챔버에서 웨이퍼를 쿨다운시 일정한 온도로 예열시킨 쿨다운 페데스탈에 고온의 웨이퍼를 접촉시킨후 냉각수로 냉각시킴으로써 웨이퍼의 급격한 온도변화를 방지하여 웨이퍼가 써멀 쇽(Thermal shock)에 의해 파손되는 것을 방지하며, 웨이퍼의 파손을 방지함으로써 장치의 가동률을 향상시키는 효과를 가지고 있다.

Description

급속 열처리장치의 쿨다운 챔버{COOLDOWN CHAMBER OF A RAPID THERMAL PROCESSING APPARATUS}

본 고안은 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 쿨다운 챔버에서 웨이퍼를 쿨다운시 일정한 온도로 예열시킨 쿨다운 페데스탈에 고온의 웨이퍼를 접촉시킨후 냉각수로 냉각시킴으로써 웨이퍼의 급격한 온도변화를방지하는 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정은 열처리의 반복으로 이루어져 있으며, 열처리가 필요한 공정은 열산화, 열확산, 각종의 어닐링(Annealing) 등이다. 어닐링은 불순물 이온을 넣은 후의 결정성 회복의 어닐링, Al·Si의 콘택트 특성과 Si·SiO₂계면특성 향상을 위한 어닐링, 실리사이드(Silicide) 형성을 위한 신터링(Sintering) 등 용도는 매우 광범위하다.

열처리 공정을 수행하는 장치로는 퍼니스(Furnace)외에 급속 열처리장치(Rapid Thermal Processing;RTP)가 이용되고 있으며, 급속 열처리장치는 고온을 사용해서 원하는 효과를 얻을 수 있는 것과 동시에 짧은 시간(보통 수십초에서 수분정도) 동안에 열처리 공정이 진행되므로 불순물이 확산되는 부작용도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있어 열처리 공정에 많이 사용되고 있다.

급속 열처리장치는 웨이퍼의 급속 열처리 공정을 실시하는 공정 챔버(Process chamber)와, 공정 챔버로부터 급속 열처리 공정이 완료된 웨이퍼를 냉각시키기 위한 쿨다운 챔버(Cooldown chamber)와, 각각의 챔버로 웨이퍼를 이송시키는 웨이퍼 이송로봇이 설치된 로드락 챔버(Loadlock chamber)를 포함하고 있으며, 이러한 급속 열처리장치에 있어서 쿨다운 챔버를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 쿨다운 챔버(10)는 일측에 로드락 챔버의 웨이퍼 이송로봇(도시 안됨)에 의해 웨이퍼(W)가 로딩/언로딩되는 웨이퍼출입구(11)가 형성되고, 타측에 내측으로 퍼지가스인 질소(N₂)를 공급하는 질소가스공급구(12)가 형성되며, 내측에 웨이퍼출입구(11)를 통해 로딩된 웨이퍼(W)를 지지함과 아울러 웨이퍼(W)를 냉각시키는 쿨다운 페데스탈(Cooldown pedestal;20)이 설치된다.

쿨다운 페데스탈(20)은 하측에 공기실린더(21)에 의해 수직방향으로 이동하도록 리프트샤프트(22)가 설치되고, 리프트샤프트(22)의 상단에는 리프트플레이트(23)가 결합되며, 리프트플레이트(23)의 상측면에는 웨이퍼(W)의 하측면을 지지하는 복수의 리프트핀(24)이 수직되게 구비되고, 리프트핀(24)은 쿨다운 페데스탈(20)의 상측면을 관통하여 슬라이딩 결합된다. 따라서, 공기실린더(21)의 왕복운동에 의해 리프트샤프트(22)가 수직방향으로 이동함으로써 리프트플레이트(23)가 리프트핀(24)을 쿨다운 페데스탈(20)의 상측면으로부터 돌출되게 상승시키거나 상측면 아래로 하강시킨다.

또한, 쿨다운 페데스탈(20)은 상부에 리프트핀(24)에 의해 지지된 웨이퍼(W)를 냉각시키는 위해 냉각수라인(25)을 구비하며, 냉각수라인(25)의 양단에는 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(26)과 냉각수를 순환시키기 위해 배출시키는 냉각수배출관(27)이 각각 연결된다.

이와 같은 종래의 급속 열처리장치는 공정 챔버에서 1000도씨 이상 고온으로 가열된 웨이퍼가 로딩되어 쿨다운 페데스탈의 상면에 접촉시 웨이퍼와 쿨다운 페데스탈과의 급속한 온도차로 인해 발생되는 써멀 쇽(Thermal shock)에 의해 파손되는문제점을 가지고 있었다.

또한, 웨이퍼가 파손됨으로 인해 이를 감지하지 못한 로드락 챔버의 웨이퍼 이송로봇이 웨이퍼를 언로딩시 이들이 서로 충돌함으로써 충돌부위의 부품이 파손될뿐만 아니라 웨이퍼의 부서진 파편으로 인해 쿨다운 챔버 내부가 오염됨으로써 장비의 가동율을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 쿨다운 챔버에서 웨이퍼를 쿨다운시 일정한 온도로 예열시킨 쿨다운 페데스탈에 고온의 웨이퍼를 접촉시킨후 냉각수로 냉각시킴으로써 웨이퍼의 급격한 온도변화를 방지하여 웨이퍼가 써멀 쇽(Thermal shock)에 의해 파손되는 것을 방지하며, 웨이퍼의 파손을 방지함으로써 장치의 가동률을 향상시키는 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 고안은, 일측에 웨이퍼출입구가 형성되며, 내측에 웨이퍼출입구를 통해 로딩된 웨이퍼를 지지함과 아울러 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각수라인을 가지는 쿨다운 페데스탈이 설치되는 쿨다운 챔버를 구비한 급속 열처리장치에 있어서, 쿨다운 페데스탈의 상단에 위치하며, 쿨다운 페데스탈을 예열하는 예열수단과; 쿨다운 페데스탈의 냉각수라인을 따라 흐르는 냉각수의 흐름을 개폐시키는 냉각수개폐밸브와; 예열수단이 쿨다운 페데스탈을 일정한 온도범위내에서 예열하도록 제어하며, 예열수단이 쿨다운 페데스탈을 예열시 냉각수개폐밸브를 차단시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

예열수단은 쿨다운 페데스탈의 내측에 설치되는 열선인 것을 특징으로 한다.

또한, 예열수단은 열선이 내장되는 열전도성 재질의 히팅플레이트인 것을 특징으로 한다.

열선은 나선 형상으로 배열되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

히팅플레이트는 하측면에 수직으로 일체로 형성되어 쿨다운 페데스탈의 상단 내측면에 삽입되는 복수의 방열플레이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 고안에 따른 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버를 도시한 구성도이고,

도 3은 본 고안에 따른 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버의 예열수단을 도시한 평단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 ; 예열수단 110 ; 열선

120 ; 히팅플레이트 121 ; 방열플레이트

200 ; 냉각수개폐밸브 300 ; 제어부

이하, 본 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하고 그 설명은 생략하기로 하겠다.

도 2는 본 고안에 따른 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버에 있어서, 일측에 웨이퍼출입구(11)가 형성되며, 내측에 웨이퍼출입구(11)를 통해 로딩된 웨이퍼(W)를 지지함과 아울러 웨이퍼(W)를 냉각시키기 위한 냉각수라인(25)을 가지는 쿨다운 페데스탈(20)이 설치된 쿨다운 챔버(10)는 페데스탈(20)의 상단에 설치되는 예열수단(100)과, 쿨다운 페데스탈(20)의 냉각수라인(25)을 따라 흐르는 냉각수의 흐름을 개폐시키는 냉각수개폐밸브(200)와, 예열수단(100) 및 냉각수개폐밸브(200)를 제어하는 제어부(300)를 포함한다.

예열수단(100)은 쿨다운 페데스탈(20)을 예열시키는 것으로써, 쿨다운 페데스탈(20)의 상단 내측에 설치되는 열선이거나, 도 2에서 나타낸 바와 같이 열선(110)이 내장됨과 아울러 알루미늄(Al)과 같은 열전도성이 뛰어난 재질의 히팅플레이트(120)임이 바람직하다.

예열수단(100)이 쿨다운 페데스탈(20)의 상단 내측에 설치되는 열선인 경우 종래의 쿨다운 페데스탈(20)에 열선을 설치하기만 하면 되므로 종래의 쿨다운 페데스탈(20)의 설계를 그다지 변경시키지 않게 되는 장점이 있으며, 예열수단(100)이 열선(110)을 내장한 히팅플레이트(120)일 경우 열선(110)이 단선되어 교체하여야 할 경우 히팅플레이트(120)를 쿨다운 페데스탈(20)로 분리함으로써 열선(110)을 용이하게 교체할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

열선(110)은 도 3에서 나타낸 바와 같이, 쿨다운 페데스탈(20)에 직접 설치되는 경우나 히팅플레이트(120)에 내장되는 경우 쿨다운 페데스탈(20) 전체를 골고루 예열하기 위하여 나선 형상으로 배열되도록 설치됨이 바람직하다. 따라서, 열선(110)으로부터 발생되는 열이 쿨다운 페데스탈(20)과 히팅플레이트(120)에 균일하게 전달됨으로써 웨이퍼(W)가 쿨다운시 웨이퍼(W)의 온도 분포를 균일하게 유지토록 하여 웨이퍼(W)의 균일성(Uniformity)을 향상시킨다.

히팅플레이트(120)는 쿨다운 페데스탈(20)의 상단에 위치되며, 쿨다운 페데스탈(20)에 수직방향으로 이동하는 리프트핀(24)이 통과하도록 쿨다운 페데스탈(20)의 리프트핀(24)과 상응한 위치에 리프트핀 관통홀(도시 안됨)을 형성한다.

또한, 히팅플레이트(120)는 하측면에 수직으로 일체로 형성되어 쿨다운 페데스탈(20)의 상단 내측면에 삽입되는 복수의 방열플레이트(121)를 구비함이 바람직하다. 따라서, 예열된 히팅플레이트(120)의 상측면에 위치하는 웨이퍼(W)를 쿨다운시 히팅플레이트(120)에 존재하는 열을 방열플레이트(121)에 의해 쿨다운 페데스탈(20)측으로 방열시킴으로써 웨이퍼(W)의 쿨다운 시간을 단축시키게 된다.

냉각수개폐밸브(200)는 쿨다운 페데스탈(20) 내부의 냉각수라인(25)의 양단에 각각 연결되는 냉각수공급관(26) 또는 냉각수배출관(27)에 설치되며, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 냉각수공급관(26) 및 냉각수배출관(27) 각각에 냉각수개폐밸브(200)를 설치할 수도 있다.

제어부(300)는 웨이퍼(W)를 쿨다운하기 전에 예열수단(100), 즉 열선(110)에 전원을 인가하여 열선(110)이 쿨다운 페데스탈(20)을 일정한 온도범위내에서 예열하도록 제어하며, 예열수단(100)이 쿨다운 페데스탈(20)을 예열시 냉각수라인(25)을 따라 흐르는 냉각수를 흐르지 못하도록 냉각수개폐밸브(200)를 차단시킨다.

한편, 제어부(300)가 예열수단(100)에 의해 쿨다운 페데스탈(20)을 예열시키는 온도범위는 공정 챔버(도시 안됨)에서 1000도씨 정도로 가열된 웨이퍼(W)가 쿨다운 챔버(10)로 로딩시 300도씨 정도인 것을 감안하여 50도 내지 250도씨임이 바람직하다. 이는 쿨다운 페데스탈(20)이 250도씨를 넘는 경우 냉각수로 냉각시 시간이 많이 소요되며, 50도씨 미만인 경우에는 쿨다운 페데스탈(20)과 웨이퍼(W)의 온도차가 심하여 웨이퍼(W)가 써멀 쇽에 의해 파손되기 때문이다.

이와 같은 구조로 이루어진 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버의 동작은 다음과같이 이루어진다.

먼저, 웨이퍼(W)가 쿨다운 챔버(10)로 로딩되기전에 제어부(300)는 냉각수개폐밸브(200)를 차단함으로써 쿨다운 페데스탈(20)의 냉각수라인(25)을 따라 냉각수가 순환되지 못하도록 한 상태에서 열선(110)에 전원을 인가하여 열을 발생시킴으로써 열전도성이 뛰어난 히팅플레이트(120)를 빠른 시간내에 일정한 온도에 도달하게 한 후 쿨다운 챔버(10)의 웨이퍼출입구(11)를 통해 로딩된 웨이퍼(W)를 리프트핀(24)에 의해 히팅플레이트(120) 상측면에 안착시킨다. 이 때, 웨이퍼(W)는 예열된 쿨다운 페데스탈(20)의 상단, 즉 히팅플레이트(120)와의 온도차가 적기 때문에 써멀 쇽이 발생하지 않는다.

이후, 제어부(300)는 웨이퍼(W)의 쿨다운 공정을 진행하기 위해 냉각수개폐밸브(200)를 개방시켜서 쿨다운 페데스탈(20)의 냉각수라인(25)을 따라 냉각수가 순환하도록 한다. 이 때, 방열플레이트(121)에 의해 히팅플레이트(120)에 존재하는 열은 방열플레이트(121)를 따라 쿨다운 페데스탈(20)측으로 방열됨으로써 웨이퍼(W)의 쿨다운 시간이 단축된다.

이상과 같이 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 쿨다운 챔버에서 웨이퍼를 쿨다운시 일정한 온도로 예열시킨 쿨다운 페데스탈에 고온의 웨이퍼를 접촉시킨후 냉각수로 냉각시킴으로써 웨이퍼의 급격한 온도변화를 방지한다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버는 쿨다운 챔버에서 웨이퍼를 쿨다운시 일정한 온도로 예열시킨 쿨다운 페데스탈에 고온의 웨이퍼를 접촉시킨후 냉각수로 냉각시킴으로써 웨이퍼의 급격한 온도변화를 방지하여 웨이퍼가 써멀 쇽(Thermal shock)에 의해 파손되는 것을 방지하며, 웨이퍼의 파손을 방지함으로써 장치의 가동률을 향상시키는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 실용신안등록청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 일측에 웨이퍼출입구가 형성되며, 내측에 상기 웨이퍼출입구를 통해 로딩된 웨이퍼를 지지함과 아울러 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각수라인을 가지는 쿨다운 페데스탈이 설치되는 쿨다운 챔버를 구비한 급속 열처리장치에 있어서,

   상기 쿨다운 페데스탈의 상단에 위치하며, 상기 쿨다운 페데스탈을 예열하는 예열수단과;

   상기 쿨다운 페데스탈의 냉각수라인을 따라 흐르는 냉각수의 흐름을 개폐시키는 냉각수개폐밸브와;

   상기 예열수단이 상기 쿨다운 페데스탈을 일정한 온도범위내에서 예열하도록 제어하며, 상기 예열수단이 상기 쿨다운 페데스탈을 예열시 상기 냉각수개폐밸브를 차단시키는 제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 예열수단은 상기 쿨다운 페데스탈의 내측에 설치되는 열선인 것을 특징으로 하는 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 예열수단은 열선이 내장되는 열전도성 재질의 히팅플레이트인 것을 특징으로 하는 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 열선은 나선 형상으로 배열되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 히팅플레이트는 하측면에 수직으로 일체로 형성되어 상기 쿨다운 페데스탈의 상단 내측면에 삽입되는 복수의 방열플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리장치의 쿨다운 챔버.