KR20090113250A - 기판의 열처리 방법 및 장치 - Google Patents

기판의 열처리 방법 및 장치

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KR20090113250A
KR20090113250A KR1020097012500A KR20097012500A KR20090113250A KR 20090113250 A KR20090113250 A KR 20090113250A KR 1020097012500 A KR1020097012500 A KR 1020097012500A KR 20097012500 A KR20097012500 A KR 20097012500A KR 20090113250 A KR20090113250 A KR 20090113250A
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로베르트 미챌 하르퉁
한스 울리히 푈러
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쎈트로테름 서멀 솔루션즈 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 기판의 열처리 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 가열/냉각 판의 면적 위에 동시에 상당히 균일한 온도 분포를 갖도록 넓은 온도 범위에 걸쳐서 냉각률을 연속적으로 조절할 수 있는 기판의 열처리 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다. 이러한 목적은 서로 평행하게 연장하는 다수의 냉각/가열 파이프(5)를 포함하는 냉각/가열 판(1)에 의해 달성되며, 각각의 냉각/가열 파이프(5)는 외측 파이프(9), 유동을 실행하는 내측 파이프(8) 및 상기 파이프 사이에서 유동을 실행하는 중간 공간(10)을 포함하며, 각각의 내측 파이프(9)는 물을 위한 공급 라인에 연결되고 각각의 중간 공간(10)은 공기를 위한 공급 라인에 연결되며, 공기와 물은 냉각/가열 판을 통해 동시에 순환된다.

Description

기판의 열처리 방법 및 장치 {METHOD AND ARRANGEMENT FOR HEAT TREATMENT OF SUBSTRATES}
본 발명은 기판의 열처리 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
RTP(급속 열처리 공정)는 종종 예를 들어, 회로 기판 등을 갖춘 반도체 웨이퍼, 태양 전지 등을 위한 기판의 열처리, 즉 급속 온도 변경에 따른 공정에 사용되어서 처리된 재료에 어떠한 특징을 부여하거나 열처리 공정 기간의 현저한 단축을 위해 솔더링(soldering) 공정을 아주 간단히 제어할 수 있게 한다.
가열은 보통 처리될 기판이 놓이거나 제한된, 선택적으로 변경될 수 있는 거리에 배열되는 복사 가열 및/또는 냉각/가열 판에 의해 발생한다.
가능하다면, 조절가능한 램프 곡선을 갖춘 매우 높은 램프 비율의 온도 변경이 RTP 공정에 의해 기판을 처리하는 중에 달성되어야 한다.
이를 달성하기 위해, 황동, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 회주철 등으로 구성되는 가열/냉각 판(1)은 냉각 튜브(2)를 갖추고 있으며, 냉각 튜브는 구불구불한 형태로 상기 판을 통과하며(종래 기술인 도 1) 이를 통해 압축 공기 또는 물이 유동된다. 이러한 목적을 위해, 냉각 튜브(2)는 물 공급을 위한 연결부(3)와 물 배출을 위한 연결부(4)를 갖추고 있다. 5 K/분까지의 냉각 비율은 압축 공기에 의해 달성되며 > 20 K/분의 냉각 비율은 물에 의해 달성된다.
물에 의해 기판을 열처리하는 방법과 장치는 DE 102 60 672 A1에 공지되어 있으며, 상기 공보에서 유체에 의해 횡단되는 가열/냉각 판이 기판을 냉각 및 가열하도록 제공되어 있다. 대응 유체는 필요에 따라 가열/냉각 판을 냉각시키기 위해 가열/냉각 판 내에 정적으로 유지되거나 이를 연속적으로 통과한다.
15 K/분의 온도 변경 비율은 순수한 공기에 의한 냉각과 물에 의한 냉각의 범위에서 달성된다. 이는 -1 내지 -100 K/분 범위의 램프 비율을 갖는 무단 냉각(stepless cooling)이 달성될 수 없는 문제점을 유발한다. 또한, 냉각/가열 판을 통과하는 냉각 튜브의 구불구불한 통로는 450 ℃ 이상의 더 높은 솔더링 온도에 대해 판 표면 상에 허용가능한 온도 분포 균일도를 제공하지 못한다. 구불구불한 냉각 튜브에 의한 냉각 중에는 650 K에서 판 위에 150 K의 온도 균일도가 달성된다.
이는 가열/냉각 판의 표면 전체에 대해 동시에 필수적으로 균일한 온도 분포를 갖는 넓은 온도 범위에 걸쳐 연속적으로 조절가능한 냉각률이 달성될 수 있는 기판 열처리 방법 및 장치의 발명을 초래했다.
도 1은 종래 기술에 따른 냉각/가열 판을 도시하는 도면이며,
도 2는 냉각/가열 판에 평행한 본 발명에 따른 냉각/가열 판을 도시하는 도면이며,
도 3은 도 2에 따른 냉각/가열 튜브 내에 공기와 물의 균일한 분포를 위한 장치의 개략적인 도면이며,
도 4는 냉각/가열 튜브의 개략도이다.
본 발명의 기초가 되는 과제는 적어도 더 낮은 열 전도율의 제 2 매체에 의해 냉각/가열 판을 통해 흐르는 동안 더 높은 열 전도율의 제 1 매체가 완전히 에워싸이도록 상이한 열 전도율의 두 매체가 동시에 냉각/가열 판을 통과하는 상기 방법에 따라 해결된다.
냉각/가열 판이 가열 판으로서 사용될 때, 도달가능한 상부 온도는 자연히 제 1 매체에 의존하는 반면에, 냉각/가열 판이 가열 판으로서 사용될 때에는 예를 들어 솔더링 공정 중에 발생될 때처럼 훨씬 더 높은 온도로부터 냉각될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 냉각/가열 판을 통과하는 양 매체의 유동률과 방향은 -1 내지 -100 K/분 범위의 램프 비율이 최종 단계에서 도달되도록 서로에 무관하게 조절될 수 있다.
더 높은 열 전도율의 제 1 매체는 액체, 바람직하게 물이며, 더 낮은 열 전도율의 제 2 매체는 가스, 바람직하게 공기이다.
본 발명의 특정 실시예에서 제 1 매체는 냉각/가열 판으로의 유입을 위해 필요에 따라 냉각 또는 가열된다.
본 발명의 다른 실시예는 냉각 또는 가열 정도가 제 2 매체의 체적 제어에 의해 최소값으로부터 도달가능한 최대값으로 무단 방식(stepless fashion)으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 제 1 매체는 냉각/가열 판을 통해 연속 또는 펄스 형태로 통과한다.
특히 높은 냉각율이 달성되어야 하는 경우를 위해, 제 2 매체는 제 1 매체에 의해 적어도 일시적으로 대체된다.
본 발명의 기초가 되는 과제는 다수의 냉각/가열 튜브가 냉각/가열 판 내에 서로 평행하게 배열되며, 각각의 냉각/가열 튜브는 외측 튜브, 횡단가능한 내측 튜브 및 횡단가능한 중간 공간으로 구성되며, 상기 각각의 내측 튜브는 제 1 열 전도율을 갖는 매체의 공급원에 연결되며 각각의 중간 공간은 제 2 전도율을 갖는 매체의 공급원에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 변형예에서 상이한 열 전도율을 갖는 매체의 공급원은 각각 매체가 모든 평행한 냉각 스트랜드 위에 균일하게 분포되도록 매체 공급원을 갖춘 분배기 장치로 구성된다.
제 1 및 제 2 열 전도율의 매체를 위한 분배기 장치는 유사한 치수를 갖는 사다리꼴 체적의 부재가 내부에 배열되는 사다리꼴 내측 공간을 가진다. 상기 사다리꼴 부재는 대응하는 내측 튜브와 외측 튜브 사이의 중간 공간과 내측 튜브 내에 매체의 균일한 분포를 보장한다.
내측 튜브는 제 1 열 전도율을 갖는 매체로서의 물 공급원에 최종적으로 연결되며 중간 공간은 제 2 열 전도율을 갖는 매체로서의 공기 공급원에 연결된다.
본 발명은 이후의 첨부 도면에 도시된 실제 예에 대해 더 상세히 설명될 것이다.
본 발명에 따라 다수의 냉각/가열 튜브(5)가 냉각/가열 판(1)을 통해 팽행하게 통과하며 상기 냉각/가열 매체인 물/공기가 매체 공급원(7)을 갖춘 분배기 장치(6)를 통해 모두 평행한 냉각 스트랜드 위에 균일하게 분포된다. 이를 달성하기 위해, 재킷형 냉각/가열 튜브(5)가 사용되며 중간 공간(10)이 내측 튜브(8)의 외측 벽과 외측 튜브(9) 사이에 배열된다(도 4). 실리콘 웨이퍼 등과 같은 냉각될 기판(도시 않음)이 냉각/가열 판(1) 상에 놓인다.
냉각은 냉각력의 감쇄 효과가 중간 공간(10)을 통해 공기를 통과시킴으로써 동시에 전달되는 동안에 내측 튜브(8)를 통과하는 물에 의해 수행된다. 그러므로 기본 사상은 높은 냉각력의 물(제 1 열전도율을 갖는 매체)을 사용하여 공기(제 2 열전도율을 갖는 매체)의 감쇄 효과에 의해 조절되게 하는 것이다. 가열 또한 가열된 물을 내측 튜브로 통과시킴으로써 동일한 방식으로 수행되고 지지될 수 있으며, 이 경우에 가열과 냉각은 서로 교대될 수 있다.
평행한 냉각/가열 튜브(5)로 공기와 물을 동시에 분포시기 위해, 내측에 위치되는 보다 작은 치수의 사다리꼴 체적의 부재(11)를 갖는 사다리꼴 분배기 장치(6)가 사용된다(도 3). 이러한 분배기 장치(6)는 평행한 냉각/가열 튜브(5)를 냉각/가열 판 상에 연결하며(도 2) 균일한 온도 분포가 전체 냉각/가열 판(1) 상에서 달성되도록 모든 가열/냉각 튜브(5) 내에 균일한 물의 분포를 보장한다.
냉각 매체인 물이 균일한 스트림 또한 펼스 방식으로 내측 튜브(8)를 통해 유동한다. 중간 공간(10)을 통해 유동하는 공기는 열 전달을 감소시키므로 물의 냉각력을 감쇄시킨다. 다수의 냉각/가열 튜브(5)가 사용된다는 사실로 인해, 매우 높은 최대 냉각력으로 더 높은 처리량이 달성될 수 있다. 냉각/가열 튜브(5)를 통한 튜브 매체의 유동은 동일 또는 반대 방향으로 발생할 수 있다.
냉각력은 최소값으로부터 달성가능한 최대값으로 공기의 체적 제어에 의해 본 발명에 따라 무단 방식으로 제어될 수 있다.
매우 높은 냉각율이 필요하면, 내측 튜브(8) 주위의 중간 공간(10)도 물에 의해 충분히 유동될 수 있다.
-1 K/분으로부터 -100 K/분까지의 냉각율은 본 발명의 해결책에 의해 연속적으로 제어될 수 있다. 가열/냉각 판의 표면 전체에 걸친 온도 균일도는 약 35K이다.
본 발명의 특장점은 본 발명의 방법이 쉽게 관리되며 물과 (압축된)공기 매체를 모든 사용자가 어디에서든지 이용할 수 있다는 점이다.
* 도면 부호의 설명 *
1 : 냉각/가열 판
2 : 냉각 튜브
3 : 연결부
4 : 연결부
5 : 냉각/가열 튜브
6 : 분배기 장치
7 : 매체 공급원
8 : 내측 튜브
9 : 외측 튜브
10 : 중간 공간
11 : 사다리꼴 체적 부재

Claims (14)

  1. 냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법에 있어서,
    상기 냉각/가열 판을 통해 유동하는 동안에 더 높은 열전도율의 제 1 매체가 적어도 더 낮은 열전도율의 제 2 매체에 의해 완전히 에워싸이도록 상이한 열전도율의 두 매체가 상기 냉각/가열 판을 동시에 통과하는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각/가열 판을 통한 두 매체의 유동률과 방향이 서로 무관하게 조절가능한 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
    상기 더 높은 열전도율의 제 1 매체로서 액체가 사용되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 매체로서 물이 사용되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  5. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
    더 낮은 열전도율의 제 2 매체로서 가스가 사용되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 매체로서 공기가 사용되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 매체는 상기 냉각/가열 판으로의 유입을 위해 냉각 또는 가열되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 또는 냉각력은 상기 제 2 매체의 체적 제어에 의해 최소값으로부터 도달가능한 최대값까지 무단 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 매체는 연속적으로 또는 펄스 형태로 상기 냉각/가열 판을 통과하는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 매체는 상기 제 1 매체에 의해 적어도 일시적으로 교체되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 방법.
  11. 냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 장치에 있어서,
    다수의 냉각/가열 튜브(5)가 상기 냉각/가열 판(1) 내에 서로 평행하게 배열되며, 각각의 상기 냉각/가열 튜브(5)는 외측 튜브(9), 횡단가능한 내측 튜브(8) 및 횡단가능한 중간 공간(10)으로 구성되며, 각각의 상기 내측 튜브(8)는 제 1 열전도율의 매체를 위한 공급원에 연결되며, 각각의 상기 중간 공간(10)은 제 2 열전도율의 매체를 위한 공급원에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상이한 열전도율의 상기 매체를 위한 공급원은 각각 상기 매체가 모든 평행한 냉각 스트랜드 위에 균일하게 분포되도록 매체 공급원(7)을 갖춘 분배기 장치(6)로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전도율의 상기 매체를 위한 분배기 장치(6)는 더 작은 치수를 갖는 사다리꼴 체적 부재(11)가 내부에 배열되는 사다리꼴 내측 공간을 가지는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항에 있어서,
    상기 내측 튜브(8)는 상기 제 1 열전도율의 매체로서의 물 공급원에 연결되며, 상기 중간 공간(11)은 상기 제 2 열전도율의 매체로서의 공기 공급원에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    냉각/가열 판에 의한 기판의 열처리 장치.
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