KR20090059539A

KR20090059539A - 고온 퍼니스

Info

Publication number: KR20090059539A
Application number: KR1020070126437A
Authority: KR
Inventors: 장택용; 이병일; 유한길
Original assignee: 주식회사 테라세미콘
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-11
Also published as: KR100942067B1

Abstract

소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하단 외주부를 따라 설치되어 반응 챔버를 통하여 전달되는 열을 차단하는 냉각부가 설치되어 있는 고온 퍼니스가 개시된다. 본 발명에 따른 고온 퍼니스의 냉각부(300)는 반응 챔버(2)의 외벽에 접촉될 공기가 유입되어 흐르는 제1 바디부(310); 반응 챔버(2)의 외벽에 접촉된 공기가 배기되어 흐르는 제2 바디부(320); 및 제1(310) 및 제2 바디부(320)를 구분하는 분리판(330)을 포함한다.

반도체, 웨이퍼, 퍼니스, 챔버, 냉각

Description

고온 퍼니스{High Temperature Furnace}

본 발명은 반도체 소자 제조용 고온 퍼니스에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하단 외주부를 따라 설치되어 반응 챔버를 통하여 전달되는 열을 차단하는 냉각 수단이 설치되어 있음으로써 반응 챔버의 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 고온 퍼니스에 관한 것이다.

반도체 소자 제조를 위한 열처리 공정으로는 실리콘의 표면 산화를 위한 산화 공정, 불순물을 확산하기 위한 확산 공정, 반도체 기판 상에 소정의 물질을 증착하는 화학 기상 증착 공정, 및 균일한 확산이나 재결정 등을 목적으로 하는 어닐링(annealing) 공정 등이 있다. 이와 같은 반도체 제조 공정을 수행하기 위해서는 고온 퍼니스(furnace)의 사용이 필수적이다.

도 1은 종래기술에 따른 고온 퍼니스(1)의 구성을 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 고온 퍼니스(1)는 내부에 장입된 피처리체, 예를 들어 실리콘 웨이퍼(100)에 대한 반응(또는, 공정) 공간을 제공하는 반응 챔버(2), 반응 챔버(2) 내부를 가열하는 히터(3) 및 반응 챔버(2) 내부에 반응 가스를 분사시키는 가스 분사관(5)을 포함하여 구성되어 있다.

가스 분사관(5)은 가스 공급관(4a)에 연결되어 반응 가스를 공급받고, 가스 분사관(5)의 단부는 반응 챔버(2)의 내측 상단 일측에 위치되어 외부에서 공급되는 반응 가스를 반응 챔버(2)의 내부로 분사하여 공급한다.

반응 챔버(2)에 반응 가스가 공급된 상태에서 히터(3)를 동작시키면 소정의 반도체 제조 공정이 수행되며, 사용된 반응 가스는 가스 배출관(4b)을 통해 챔버 외부로 배출된다.

가스 공급관(4a)과 가스 배출관(4b)은 반응 챔버(2)의 하단에 고정 플랜지(6)와 같은 수단을 통하여 연결되는 매니폴드(10)를 매개로 하여 반응 챔버(2)와 연결된다.

한편, 고온 퍼니스(1)에서 반응 챔버(2)의 내부는 경우에 따라서는 1,000℃ 이상의 고온을 유지해야 할 필요가 있기 때문에 반응 챔버(2)는 단열재(미도시)에 의해 외부와 열적으로 격리되어 있다.

그러나, 고온 퍼니스(1)에서 반응 챔버(2)의 외벽을 타고 전달되는 열은 단열재에 의해서도 격리가 되지 않음으로써 반응 챔버(2)의 직하방에 설치되어 있는 고정 플랜지(6)나 매니폴드(10)에 열 손상을 주는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반응 챔버를 통하여 전달되는 열을 차단하는 냉각부를 반응 챔버의 하단 외주부를 따라 설치함으로써 반응 챔버에 하부에 설치되는 고정 플랜지나 매니폴드의 열손상을 방지할 수 있는 고온 퍼니스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고온 퍼니스는 소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하단 외주부를 따라 설치되어 상기 반응 챔버를 통하여 전달되는 열을 차단하는 냉각 수단을 포함하는 고온 퍼니스로서, 상기 냉각 수단은 상기 반응 챔버의 외벽에 접촉될 공기가 유입되어 흐르는 제1 바디부; 상기 반응 챔버의 외벽에 접촉된 공기가 배기되어 흐르는 제2 바디부; 및 상기 제1 및 제2 바디부를 구분하는 분리판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각 수단은 상기 반응 챔버의 외주부와 소정 거리만큼 이격되어 설치될 수 있다.

상기 제1 바디부는 상기 제2 바디부 하방에 위치될 수 있다.

상기 제1 바디부는 상기 반응 챔버의 외벽에 접촉될 공기가 유입되는 공기 유입관을, 상기 제2 바디부는 상기 반응 챔버의 외벽과 접촉된 공기가 배기되는 공기 배기관을 포함할 수 있다.

상기 제1 바디부는 유입된 공기가 배출되어 상기 반응 챔버와 접촉되도록 상기 반응 챔버를 향하여 형성되는 복수개의 공기 배출홀을, 상기 제2 바디부는 상기 제1 바디부의 공기 배출홀을 통하여 배출되어 상기 반응 챔버의 외벽과 접촉된 공기가 흡입되도록 상기 반응 챔버를 향하여 형성되는 복수개의 공기 흡입홀을 포함 할 수 있다.

상기 공기 배출홀의 직경은 상기 공기 흡입홀의 직경보다 클수 있다.

상기 제1 바디부의 일단에는 팬 모터가 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 반응 챔버를 통하여 전달되는 열을 차단하는 냉각부를 반응 챔버의 하단 외주부를 따라 설치함으로써 반응 챔버에 하부에 설치되는 고정 플랜지나 매니폴드의 열손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부(300)의 구성을 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도시한 바와 같이, 냉각부(300)는 반응 챔버의 외벽에 접촉될 공기가 유입되어 흐르는 제1 바디부(310), 반응 챔버의 외벽에 접촉된 공기가 배기되어 흐르는 제2 바디부(320) 및 제1 및 제2 바디부(320)를 구분하는 분리판(330)을 포함한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 고온 퍼니스를 구성하는 반응 챔버(2) 하단 원주부를 따라 반응 챔버(2)의 외벽에 접촉될 공기가 유입되어 흐르는 제1 바디부(310)와 반응 챔버(2)의 외벽에 접촉된 공기가 배기되어 흐르는 제2 바디부(320)를 설치하도록 한다.

일반적으로 반응 챔버(2)는 원통형으로 형성되므로, 반응 챔버(2)의 하단 외주부 상에 설치되는 제1 바디부(310)와 제2 바디부(320)도 원형의 링 형태로 형성 되는 것이 바람직하다. 반응 챔버(2)의 형태가 다른 형태로 형성된다면, 제1 바디부(310)와 제2 바디부(320)의 형태도 반응 챔버(2)의 형태에 따라 변화된다. 이때, 제1 바디부(310)와 제2 바디부(320)의 내부는 공간이 형성되도록 하여 공기와 같은 유체가 자유롭게 지날 수 있도록 한다.

또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 반응챔버(2)에 냉각부(300)의 설치 및 해체를 용이하게 하기 위하여 냉각부(300)는 반원 형태의 2개의 파트로 제작된 후, 각 파트의 양단을 서로 접합시킴으로써 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 냉각부(300)의 형성을 위해 2개의 파트를 서로 연결하였으나, 파트의 개수를 그 이상으로 할 수도 있고, 파트를 형성하여 연결하지 않고 냉각부(300)를 일체형으로 형성할 수도 있다.

제1 바디부(310)와 제2 바디부(320)는 수평으로 설치되는 분리판(330)에 의해 구분된다. 여기서, 분리판(330)에 의해 구분되는 제1 바디부(310)는 하부에 위치되고, 제1 바디부(310)의 상부에는 제2 바디부(320)가 배치된다.

그리고, 제1 바디부(310)의 외측으로는 제1 바디부(310)로 공기를 유입시키는 공기 유입관(314)이 설치되고, 제2 바디부(320)의 외측으로는 반응 챔버(2)의 냉각에 사용된 공기를 제2 바디부(320) 외부로 배기하는 공기 배기관(324)이 설치되며, 공기 유입관(314)의 단부에는 제1 바디부(310)로의 공기의 유입이 원활히 이루어질 수 있도록 팬 모터(M)를 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 공기 유입관(314)과 공기 배기관(324)은 대략 180˚의 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 링 형태로 형성된 제1 바디부(310)와 제2 바디부(320)의 내주면에는 일정한 간격으로 반응 챔버(2)를 향하여 공기 배출홀(316)과 공기 흡입홀(326)이 각각 형성된다.

공기 배출홀(316)은 제1 바디부(310)의 내주면에 반응 챔버(2)를 향하여 복수개로 형성되어, 제1 바디부(310)로 유입된 공기가 배출될 수 있도록 하고, 배출된 공기는 반응 챔버(2)의 외주부에 접촉하여 반응 챔버(2)를 냉각한다. 이후, 냉각에 사용된 공기는 제2 바디부(320)의 내주면에 반응 챔버(2)를 향하여 복수개로 형성된 공기 흡입홀(326)을 통해 제2 바디부(320)의 내부로 흡입되고, 제2 바디부(320)로 흡입된 공기는 공기 배기관(324)을 통해 제2 바디부(320)의 외부로 배기된다.

제1 바디부(310)와 제2 바디부(320)의 내주면에 각각 형성되는 공기 배출홀(316)과 공기 흡입홀(326)은 각각 일정한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

공기 배출홀(316) 및 공기 흡입홀(326)을 통하여 공기가 유통되면서 반응 챔버(2)의 외벽을 타고 내려오는 열이 원활하게 차단되기 위해서는, 반응 챔버(2)의 외주면과 제1 바디부(310)와 제2 바디부(320)의 내주면은 소정의 거리만큼 이격되는 것이 바람직하다. 이때, 냉각부(300)의 상부에는 반응 챔버(2)의 외주부를 따라 설치되는 단열재(미도시)가 설치되어 있기 때문에, 공기 배출홀(316)에서 배출된 공기는 공기 흡입홀(326)로만 유입되고 특별히 냉각부(300)의 외부로는 누설되지 않는다.

아울러, 공기 흡입홀(326)을 공기 배출홀(316) 보다 작게 형성하면, 공기 흡 입홀(326)을 통해 흡입되는 공기의 유속은 공기 배출홀(316)에서 공기가 배출될 때의 유속보다 커지기 때문에, 반응 챔버(2)의 외벽을 타고 내려오는 열을 효과적으로 차단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부가 설치된 고온 퍼니스의 구성을 나타내는 도면으로서, 이를 참조하여 냉각부의 작동예를 설명하기로 한다.

먼저, 팬 모터(M)를 작동시켜 공기 유입관(314)으로 냉각에 사용되는 공기를 공급한다.

팬 모터(M)에 의해 공급된 공기는 공기 유입관(314)을 통해 제1 바디부(310)로 유입되고 유입된 후 제1 바디부(310)의 내부를 순환하는 도중에 공기 배출홀(316)을 통해 배출되며, 배출된 공기는 반응 챔버(2) 하단의 외주부 표면에 접촉하면서 반응 챔버(2)의 외벽을 타고 내려오는 열을 차단시킨다.

반응 챔버(2)와 접촉된 공기는 반응 챔버(2)와의 열 교환에 의해 온도가 상승되어 부피가 팽창하면서 반응 챔버(2)의 표면을 따라 상승하게 되고, 상승된 후에는 공기 흡입홀(326)을 통해 제2 바디부(320)로 유입되며, 제2 바디부(320)로 유입된 공기는 제2 바디부(320)의 외측에 설치되어 있는 공기 배기관(324)을 통해 외부로 배기된다.

이때, 팬 모터(M)의 계속적인 동작에 의해 공기 배출홀(316)을 통한 공기의 배출과 공기 흡입홀(326)을 통한 공기의 흡입이 계속 이루어지므로, 반응 챔버(2)의 외벽을 타고 내려오는 열을 지속적으로 차단시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 퍼니스는 반응 챔버(2)를 통하여 전 달되는 열을 차단하는 냉각부(300)를 반응 챔버(2)의 하단 외주부를 따라 설치함으로써 반응 챔버(2)에 하부에 설치되는 고정 플랜지(150)나 매니폴드(200)의 열손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 고온 퍼니스의 구성을 나타내는 도면.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부의 구성을 사시도 및 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부가 설치된 고온 퍼니스의 구성을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 고온 퍼니스

2: 반응 챔버

100: 웨이퍼

150: 고정 플랜지

200: 매니폴드

300: 냉각부

310: 제1 바디부

314: 공기 공급관

316: 공기 배출홀

320: 제2 바디부

324: 공기 배기관

326: 공기 흡입홀

330: 분리판

M: 팬 모터

Claims

소정의 열처리를 수행하기 위하여 복수개의 기판이 장입되는 반응 챔버의 하단 외주부를 따라 설치되어 상기 반응 챔버를 통하여 전달되는 열을 차단하는 냉각 수단을 포함하는 고온 퍼니스로서,

상기 냉각 수단은,

상기 반응 챔버의 외벽에 접촉될 공기가 유입되어 흐르는 제1 바디부;

상기 반응 챔버의 외벽에 접촉된 공기가 배기되어 흐르는 제2 바디부; 및

상기 제1 및 제2 바디부를 구분하는 분리판

을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
제1항에 있어서,

상기 냉각 수단은 상기 반응 챔버의 외주부와 소정 거리만큼 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
제1항에 있어서,

상기 제1 바디부는 상기 제2 바디부 하방에 위치하는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
제1항에 있어서,

상기 제1 바디부는 상기 반응 챔버의 외벽에 접촉될 공기가 유입되는 공기 유입관을, 상기 제2 바디부는 상기 반응 챔버의 외벽과 접촉된 공기가 배기되는 공기 배기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
제1항에 있어서,

상기 제1 바디부는 유입된 공기가 배출되어 상기 반응 챔버와 접촉되도록 상기 반응 챔버를 향하여 형성되는 복수개의 공기 배출홀을, 상기 제2 바디부는 상기 제1 바디부의 공기 배출홀을 통하여 배출되어 상기 반응 챔버의 외벽과 접촉된 공기가 흡입되도록 상기 반응 챔버를 향하여 형성되는 복수개의 공기 흡입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
제5항에 있어서,

상기 공기 배출홀의 직경은 상기 공기 흡입홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.
제1항에 있어서,

상기 제1 바디부의 일단에는 팬 모터가 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 퍼니스.