KR20090117309A - 기판가열용 저항식 비접촉형 히터블록 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 저항식 비접촉형 히터블록은, 케이스(131); 케이스(131) 내에 내장되는 저항식 발열수단(132); 저항식 발열수단(132)과 케이스(131) 사이의 빈 공간에 채워지는 열전도 분말(133); 을 구비하여 기판(110)과 이격된 채로 기판(110)을 가열하는 것을 특징으로 한다. 저항식 발열수단(132)은 독립적인 제어가 가능하도록 여러개의 섹터로 구분되게 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면, 기판을 균일하고 신속하게 가열할 수 있으며, 기판이 배치형으로 장입되는 경우에 특히 효율적이다. 또한 기판의 양면을 가열하는데 적합하므로 기판의 가열에 합리적이다.

저항식 비접촉형 히터블록, 저항식 발열수단

Description

기판가열용 저항식 비접촉형 히터블록{Non-contact type heater block using electric resistance for heating substrate}

본 발명은 저항식 히터블록에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판을 비접촉식으로 가열하는 저항식 비접촉형 히터블록에 관한 것이다.

반도체소자 제조공정을 진행하다보면 주공정에 들어가기 전에 공정을 정체됨이 없이 빨리 진행시키기 위해서 또는 공정 특성상 필연적으로 예비가열을 해야 할 필요성이 종종 있다. 이러한 예비가열은 예비가열챔버 내에서 진공 상태 또는 대기 상태에서 이루어진다.

도 1은 종래의 반도체소자 제조장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 웨이퍼가 배치형으로 장입된 웨이퍼 카세트(60)를 카세트 스테이지(50)에 장착하면 카세트 스테이지(50) 내에 설치되는 이송로봇(55)이 카세트(60)에 있던 웨이퍼를 예비가열챔버(30)로 장입한다. 예비가열챔버(30)에는 웨이퍼가 배치형으로 장입될 수도 있고 매엽식으로 장입될 수도 있다.

예비가열챔버(30)에서 약 400℃까지 예비가열된 웨이퍼는 이송로봇(15)에 의해서 이송챔버(10)를 경유하여 적절한 공정챔버(21, 22, 23)로 장입된 후 주공정을 거친다.

공정챔버(21, 22, 23)에서 주공정을 거친 웨이퍼는 고온상태이기 때문에 이를 바로 대기상태에 노출시키면 급냉되어 열쇼크를 받을 우려가 있다. 따라서 웨이퍼는 제1쿨다운 챔버(41)에서 약 350℃로 냉각되고, 제2쿨다운 챔버(42)에서 약 70℃ 정도까지 냉각된 후 카세트 스테이지(50)로 반출된다. 제1쿨다운 챔버(41)는 매엽식이고, 제2쿨다운 챔버(42)는 배치식으로 설치하는 것이 바람직하다.

상술한 종래의 반도체소자 제조장치의 예비가열챔버(30)에서 웨이퍼를 가열할 때 가열수단으로서 할로겐 램프를 사용하였다. 그러나 이렇게 램프를 사용하는 경우에는 많은 수의 램프가 요구되므로 소비전력이 과도하게 요구될 뿐만 아니라 램프의 특성상 사용주기가 짧다는 단점이 있다. 또한 초당 승온속도를 증가시키는데에 한계가 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 가열램프를 사용하는 단점을 극복하고자 저항열을 이용하여 기판을 가열하는 저항식 비접촉형 히터블록을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 저항식 비접촉형 히터블록은, 케이스; 상기 케이스 내에 내장되는 저항식 발열수단; 상기 저항식 발열수단과 상기 케이스 사이의 빈 공간에 채워지는 열전도 분말; 을 구비하여 기판과 이격된 채로 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 스테인레스스틸, 석영, 마그네시아, 또는 알루미나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 저항식 발열수단은 알루미나, 실리콘-질화물계, 또는 Ni-Cr계의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 열전도 분말은 마그네시아 분말과 같은 세라믹 분말인 것이 바람직하다.

상기 저항식 발열수단은 독립적인 제어가 가능하도록 여러개의 섹터로 구분되게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 기판쪽으로만 열이 전달되도록 상기 케이스의 뒤쪽에 반사판이 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 저항식 비접촉형 가열수단은, 상기 기판의 온도를 측정하는 온도측정수단과, 상기 온도측정수단에서 측정된 기판의 온도를 피드백받아 상기 발열수단에 공급되는 전력을 제어하는 온도제어수단을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기판을 균일하고 신속하게 가열할 수 있으며, 기판이 배치형으로 장입되는 경우에 특히 효율적이다. 또한 기판의 양면을 가열하는데 적합하므로 기판의 가열에 합리적이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 2는 본 발명에 따른 저항식 비접촉형 히터블록의 설치예를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 전력선(140)을 통하여 전력을 공급받는 저항식 히터블록(130)은 기판(110)에 소정간격 이격되어 기판(110)의 위쪽에 설치되며 히터블록(130)과 기판(110) 사이에는 석영창(120)이 설치된다. 석영창(120)은 상술한 예비가열챔버(30)의 고립을 위해서 설치되는 것인데, 이는 경우에 따라서 설치되지 않을 수도 있다.

기판(110)이 직접적으로 가열되는 것이 아니라 열복사에 의해 가열되기 때문에 기판(110)의 주위 분위기도 같이 가열되므로 기판(110)이 골고루 가열되는 장점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 저항식 히터블록의 다른 설치예를 설명하기 위한 도면이다. 도 2와 달리 저항식 히터블록(130)의 기판(110)의 위쪽과 아래쪽에 설치되어 기판(110)의 양쪽에서 가열이 이루어질 수 있다. 이는 접촉식 가열방식에는 도출해 낼 수 없는 본 발명의 특징이다. 종래와 같이 전구형태의 램프를 사용하는 경우에도 기판(110)의 하부에서 이를 가열하는 것이 사실상 불가능하였다.

도 4는 본 발명에 따른 저항식 히터블록(130)을 설명하기 위한 평면 개략도이다. 도 4를 참조하면, 저항식 히터블록(130)은 속이 빈 원판형의 밀봉 케이스(131) 내에 발열수단(132)이 내장되며, 발열수단(132)이 채워지지 않은 빈 공간에는 열전도 분말(133)이 채워지는 구성을 취한다.

케이스(131)의 형태에는 제한이 없으나 기판(110)의 균일한 가열을 위해서 판 형태인 것이 바람직하며, 그 재질은 열이 차단되지 않도록 스테인레스스틸, 석영, 마그네시아, 또는 알루미나 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

발열수단(132)으로는 알루미나, 실리콘-질화물계, Ni-Cr계의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

열전도 분말(133)은 열전달의 극대화와 균일한 온도분포를 위한 것이며, 마그네시아 등의 세라믹 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

발열수단(132)은 독립적인 제어가 가능하도록 여러개의 섹터로 구분되게 설치될 수 있는데, 이 경우 전력선(140)은 각 섹터별로 구분되게 연결된다. 그 하나의 예가 도 5에 도시되었다.

도 6 및 도 7은 히터블록(130)에 반사판(210)이 설치되는 경우를 설명하기 위한 도면들이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(110)쪽으로만 열이 전달되도록 히터블록(130)의 뒷면에 반사판(210)이 설치되면 좋다. 반사판(210)은 히터블록(130)에 이격되어 설치될 수도 있고 밀착 결합되도록 설치될 수도 있다. 반사판(210)이 히터블록(130)에 밀착 결합되는 경우에는 반사판(210)이 히터블록(130)의 케이스(131)에 세라믹 본딩되거나 볼트 결합된다. 반사판(210)은 케이스(131)의 외부에 설치되는 것에 한정되지 않으며, 예컨대 케이스(131)의 내측벽에 코팅되는 등 케이스(131)의 내부에 설치될 수도 있다.

도 8은 본 발명에 따른 저항식 히터블록(130)을 사용하여 가열온도를 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 기판(110)의 밑에 설치되는 온도측정수단(150), 예컨대 파이로미터에 의해 측정된 기판(110)의 온도는 온도제어수단(170)으로 피드백되고, 온도제어수단(170)은 이를 통하여 전력공급수단(160)에서 히터블록(130)으로 제공되는 전력을 제어한다.

상술한 바와 같이 발열수단(132)이 섹터별로 독립적으로 구성되는 경우에 상기 온도제어가 섹터별로 독립적으로 이루어진다. 이 경우에는 기판(110)의 부분별로 온도를 측정할 수 있도록 온도제어수단(170)이 복수군데 설치된다.

종래와 같이 램프를 사용하는 경우에는 초당 250~400℃ 정도 밖에 승온할 수 없었는데, 본 발명에 의하면 초당 200℃~1000℃까지 승온시킬 수 있다. 본 발명에 의하면 고온까지도 급속승온이 가능하기 때문에 예비가열챔버 뿐만 아니라 RTP 등의 공정챔버에도 이를 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 반도체소자 제조장치를 설명하기 위한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 저항식 비접촉형 히터블록의 설치예를 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명에 따른 저항식 히터블록의 다른 설치예를 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명에 따른 저항식 히터블록(130)의 일예를 설명하기 위한 평면 개략도;

도 5는 본 발명에 따른 저항식 히터블록(130)의 다른 예를 설명하기 위한 평면 개략도;

도 6 및 도 7은 히터블록(130)에 반사판(210)이 설치되는 경우를 설명하기 위한 도면들;

도 8은 본 발명에 따른 저항식 히터블록(130)을 사용하여 가열온도를 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

15: 이송로봇 21, 22, 23: 공정챔버

30: 예비가열챔버 41, 42: 쿨다운 챔버

50: 카세트 스테이지 60: 웨이퍼 카세트

110: 기판 120: 석영창

130: 저항식 히터블록 131: 케이스

132: 발열수단 133: 열전도 분말

140: 전력선 150: 온도측정수단

160: 전력공급수단 170: 온도제어수단

210: 반사판

Claims (8)

1. 케이스;

   상기 케이스 내에 내장되는 저항식 발열수단;

   상기 저항식 발열수단과 상기 케이스 사이의 빈 공간에 채워지는 열전도 분말; 을 구비하여 기판과 이격된 채로 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.
2. 제1항에 있어서, 상기 케이스가 스테인레스스틸, 석영, 마그네시아, 또는 알루미나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.
3. 제1항에 있어서, 상기 저항식 발열수단이 알루미나, 실리콘-질화물계, 또는 Ni-Cr계의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.
4. 제1항에 있어서, 상기 열전도 분말이 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.
5. 제4항에 있어서, 상기 세라믹 분말이 마그네시아 분말인 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.
6. 제1항에 있어서, 상기 저항식 발열수단이 독립적인 제어가 가능하도록 여러개의 섹터로 구분되게 설치되는 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.
7. 제1항에 있어서, 상기 기판쪽으로만 열이 전달되도록 상기 케이스의 뒤쪽에 반사판이 설치되는 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.
8. 제1항에 있어서, 상기 기판의 온도를 측정하는 온도측정수단과, 상기 온도측정수단에서 측정된 기판의 온도를 피드백받아 상기 발열수단에 공급되는 전력을 제어하는 온도제어수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 저항식 비접촉형 히터블록.

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