KR20120070198A - 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치 - Google Patents

급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치에 관한 것으로서, 기판이 수용된 챔버 내부를 급냉시 프로세스 진행시간을 단축시킬 수 있는 기판 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 다수의 기판을 적층 수용할 수 있도록 형성된 기판거치부(100)와; 열처리 공정을 진행할 수 있도록 내부에 일정공간이 마련되어 상기 기판거치부(100)를 수용하는 것으로, 하부에는 플랜지(210)가 연통 결합되는 구성의 챔버(200)와; 상기 챔버(200) 주위에서 열을 발산하는 히팅부(300)와; 내부에 공간을 형성하여 기판거치부(100), 챔버(200), 히팅부(300)를 수용하면서 내부 열이 외부로 방출되지 않도록 차단하는 가열로 본체(400);를 포함하고, 급냉 동작을 위해서 질소 가스가 상기 챔버(200) 및 가열로 본체(400)에 각각 투입 및 배출되는 것으로, 상기 챔버(200)의 내측 공간으로는 제1가스공급배관(220)이 연결되어 질소 가스가 투입되고, 챔버(200) 또는 플랜지(210) 중 어느 일 부위에는 내부 열을 배출할 수 있도록 제1배기구(230)가 형성되며, 상기 가열로 본체(400)의 내측 공간으로는 제2가스공급배관(410)이 연결되어 질소 가스가 투입되고, 가열로 본체(400)의 측면 또는 상면 중 어느 일 부위에는 내부 열을 배출할 수 있도록 제2배기구(420)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제1가스공급배관(220) 또는 제2가스공급배관(410)의 단부에는 다공성 금속소재 또는 다공성 세라믹소재로 이루어진 디퓨져(500)를 더 설치하여 급격한 내부 압력 변화를 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치 {APPARATUS FOR HEAT-TREATING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판의 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기판이 수용되는 챔버의 내부 및 외부에 냉각용 질소 가스를 동시 투입하고, 다수의 배기구로부터 내부 열을 빠르게 배출할 수 있도록 구성된 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼나 액정표시용 기판, 광디스크용 기판 등은 가공 과정에서 열처리가 반드시 요구된다.
이러한 반도체 웨이퍼 등과 같은 다양한 기판들은 통상 다양한 가공 공정 즉 스핀 코팅, 노광, 증착, 식각 등과 같은 공정들을 수회 반복하는 방식에 의해서 디바이스를 제조하게 된다.
이와 같은 다양한 공정 수행을 위해 각 공정 설비에는 챔버라고 하는 고유의 공정 분위기를 갖는 특정한 공간이 구비되도록 하고 있다.
챔버는 공정 수행 중 내부가 주로 저압의 진공 상태를 유지하는 경우가 대부분이며, 이 내부에서 기판에서의 균일한 패턴 형성을 위해 기판 가열이 이루어지도록 하고 있다.
기판의 가열은 챔버의 내부에서 기판이 안치되게 하는 척이나 서셉터 등과 같은 안치 수단을 직접적으로 가열하는 경우도 있으만 챔버의 상부 또는 상부와 하부를 동시에 밀폐하는 쿼츠의 바깥측 상부와 하부로 램프를 구비하여 이 램프로부터 방사되는 열에 의해 기판을 가열시키기도 한다.
이러한 기판의 열처리에 있어, 다양한 기판의 제조 및 품질향상을 위해서는 각각의 가공 조건에 대응하여 열처리 온도를 빠르게 승온하거나 빠르게 냉각해야할 상황이 요구되는데, 기존의 기판 열처리 장치에 의하면 챔버 내부의 급냉시 프로세스의 진행시간이 길다는 문제점이 있었고, 그에 따라 다양한 기판의 제조 및 품질향상을 위해 따라야 할 가공 조건을 충족시킬 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기판 열처리 장치에서 기판이 수용된 챔버 내부를 급냉시 프로세스 진행시간을 단축시킬 수 있는 기판 열처리 장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
또한, 본 발명은 급냉 과정에서 냉각가스 주입시 급작스러운 압력변화로 인해 장치 내부에 균열이 발생하지 않도록 한 기판 열처리 장치를 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 기판의 열처리 장치에 있어서 기판이 수용된 챔버 내부 및 외부에 냉각용 질소 가스를 동시에 투입할 수 있는 가스공급수단과, 내부열을 동시에 배출할 수 있는 가스배출수단을 마련하고, 가스공급수단의 단부에는 가스가 은은하게 배출될 수 있는 미세통공의 부재를 마련하여 압력상승을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 기판의 열처리 장치에 의하면, 기판이 수용된 챔버의 내부 및 외부에 냉각용 질소 가스를 동시에 투입하고 내부열을 동시 배출할 수 있어 급속 열 배기 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 가스 공급시 미세통공이 형성된 다공성 소재로 이루어진 디퓨져를 통해 은은하게 공급됨으로 챔버 및 가열로 본체의 내부 압력 상승을 방지함에 따라 각 구성의 균열을 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 기판의 열처리 장치를 도시한 전체 구성 사시도이며,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 기판의 열처리 장치를 도시한 조립 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 기판거치부에 대한 사시도이며,
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 챔버에 대한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 히팅부 및 가열로 본체를 도시한 사시도이며,
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 디퓨져를 도시한 사시도이며,
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 기판의 열처리 장치를 도시한 조립 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 기판의 열처리 장치를 도시한 전체 구성 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 기판의 열처리 장치를 도시한 조립 단면도이다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 기판 열처리 장치는, 기판을 고정하는 기판거치부(100)와, 열처리 공정을 진행할 수 있도록 내부에 일정공간이 마련되고 상기 기판거치부(100)를 수용하는 챔버(200)와, 상기 챔버(200) 주위에서 소정의 열을 발산하는 히팅부(300)와, 내부에 공간을 형성하여 기판거치부(100) 및 챔버(200)와, 히팅부(300)가 수용되는 것으로 내부 열이 외부로 방출되지 않도록 차단하는 가열로 본체(400)를 포함하여 구성된다.
기판거치부(100)의 구성은 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 기판을 적층 수용할 수 있도록 다수의 수용홈이 마련된 기판지지대(110)가 수직방향으로 설치되고, 기판지지대(110) 하부에는 받침부(120)가 형성되어 기판지지대(110)를 고정 지지한다.
또한, 상기 기판지지대(110)는 각각 4인치, 6인치, 8인치에 해당하는 기판을 수용 거치시킬 수 있도록, 서로 다른 크기의 기판거치대(110)가 선택적으로 적용되어 받침부(120) 상부에서 탈부착할 수 있는 것이다.
챔버(200)의 구성은 도 4에 도시한 바와 같으며, 이는 반도체 소자의 열처리 공정을 진행할 수 있도록 내부에 일정공간이 형성되어 상기 기판거치부(100)를 내부 공간에 수용하는 것으로, 하부에는 플랜지(210)가 연통 결합되어 챔버(200)를 고정하는 것이며, 챔버(200) 및 플랜지(210)는 원통형으로 이루어지면서 하부에는 기판거치부(100)가 출입될 수 있도록 개구된 공간부를 형성한다.
또한, 상기 챔버(200)에는 가열된 내부 공간을 급냉시킬 수 있도록 질소 가스가 투입되는 것으로, 제1가스공급배관(220)이 외부로부터 챔버(200)의 내측 공간으로 연결되고, 챔버(200) 또는 플랜지(210) 중 어느 일 부위에는 내부열을 배출할 수 있도록 제1배기구(230)가 형성된다.
히팅부(300)는 상기 챔버(200) 주위에서 열을 발산하는 것으로, 챔버(200)의 둘레 및 상부에서 동시에 열을 발산할 수 있도록 구성된다.
이와 같은 히팅부(300)는 적외선램프, 할로겐램프, 열선히터 등이 적용될 수 있으며, 챔버(200)의 측방향에 위치한 히팅부(300)는 나선형으로 챔버(200)를 감싸며 배치되거나, 링 형태로 이루어진 다수개가 챔버(200) 둘레에서 상호간 일정 간격으로 적층 배치될 수도 있다.
가열로 본체(400)는 내부에 공간부를 형성하여 기판거치부(100) 및 챔버(200)와, 히팅부(300)를 수용하는 것으로, 안전을 위해 내부열이 외부로 방출되지 않도록 차단하는 것이다.
이와 같은 가열로 본체(400)는 가열된 내부 공간을 급냉시킬 수 있도록 질소 가스가 투입되는 것으로, 제2가스공급배관(410)이 외부로부터 본체(400)의 내측 공간으로 연결되는 것이며, 가열로 본체(400)의 측면 또는 상면 중 어느 일 부위에는 내부열을 배출할 수 있도록 제2배기구(420)가 형성된다.
즉, 본 발명에 따른 기판 열처리 장치는 급냉 과정에서 챔버(200)의 내부 및 외부 공간에 질소 가스를 동시에 공급함으로써 빠른 냉각이 이루어질 수 있도록 하였다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 질소 가스가 챔버(200) 또는 가열로 본체(400) 내부에 공급됨에 있어서 급격한 내부 압력변화로 각 구성부에 균열이 발생할 수 있는 우려를 방지하고자 가스 확산 기능의 디퓨져(500)가 더 설치된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져를 도시한 사시도이다.
상기의 디퓨져(500)는 다공성 금속소재 또는 다공성 세라믹소재로 이루어진 것으로, 내부가 중공된 원통형이면서 일단은 개방되고 또 다른 일단은 차단된 형태로 이루어진 것이다. 즉, 개방된 일단에는 가스공급배관이 연결되어 질소 가스가 투입되는 것이며, 투입된 질소 가스는 디퓨져(500)를 형성하는 다공성 소재의 미세통공으로부터 서서히 배출되는 것이다.
상기 디퓨져(500)를 형성하는 다공성 소재에 형성된 미세통공의 크기는 한정되지 않고 조건에 따라 다양하게 실시될 수 있으나 일반적으로 10㎛ ~ 200㎛ 범위가 적용됨이 바람직하다.
이와 같이 다공성 소재로 이루어지며 일단만 개방된 형태의 디퓨져(500)를 통해 질소 가스를 공급하면 질소 가스는 미세통공을 통해 은은하게 배출될 것이며, 이는 가스 공급에 따른 갑작스런 내부 압력 상승을 방지하고 그에 따른 균열발생의 우려를 방지한 것이다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 질소 가스의 공급위치 및 배출위치에 따라 다양한 실시 형태로 구분된다.
먼저, 본 발명의 제 1실시예에 의하면 도 2에 도시한 바와 같이, 챔버(200)로 연결되는 제1가스공급배관(220)은 챔버(200)의 내측 상단으로 연결되어 상부에서 하부 방향으로 냉각용 질소 가스가 공급됨으로 전체 공간에 대해 빠른 냉각이 이루어지는 것이며, 챔버(200) 하측에 위치한 플랜지(210)에는 제1배기구(230)가 관통 형성되어 챔버(200)의 내부열을 배출할 수 있도록 구성한다.
또한, 가열로 본체(400)의 측면에는 최소 하나 이상의 제2가스공급배관(410)이 연결되어 질소 가스를 측방향에서 가열로 본체(400) 내부로 공급하는 것이며, 가열로 본체(400)의 상단면에는 제2배기구(420)가 관통 형성되어 가열로 본체(400)의 내부열을 배출할 수 있도록 구성한다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 기판 열처리 장치의 조립 단면도이다.
상기와 같이 본 발명의 제 2실시예 따른 기판 열처리 장치를 이루는 구성은 제 1실시예와 동일하나, 질소 가스가 챔버(200) 및 가열로 본체(400)의 측방향에서 각각 공급되고, 내부 열은 상단으로 배출되는 방식을 취하는 것이다. 즉, 챔버(200)로 연결되는 제1가스공급배관(220)이 챔버(200)의 측면에 연결되고, 가열로 본체(400)의 측면에도 최소 하나 이상의 제2가스공급배관(410)이 연결되어 각각 내부로 질소 가스가 공급되는 것이며, 내부열은 상방향에서 배출할 수 있도록 챔버(200)의 상단에는 제1배기구(230)가 내부가 중공된 관로 형태로 수직 설치되고, 가열로 본체(400)의 상단에도 제2배기구(420)가 내부가 중공된 관로 형태로 설치되는 것으로, 제1배기구(230) 및 제2배기구(420)는 상호 연통된 연결구조로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.
100 : 기판거치부 110 : 기판지지대
120 : 받침부 200 : 챔버
210 : 플랜지 220 : 제1가스공급배관
230 : 제1배기구 300 : 히팅부
400 : 가열로 본체 410 : 제2가스공급배관
420 : 제2배기구 500 : 디퓨져

Claims (5)

  1. 다수의 기판을 적층 수용할 수 있도록 형성된 기판거치부(100)와; 열처리 공정을 진행할 수 있도록 내부에 일정공간이 마련되어 상기 기판거치부(100)를 수용하는 것으로, 하부에는 플랜지(210)가 연통 결합되는 구성의 챔버(200)와; 상기 챔버(200) 주위에서 열을 발산하는 히팅부(300)와; 내부에 공간을 형성하여 기판거치부(100), 챔버(200), 히팅부(300)를 수용하면서 내부 열이 외부로 방출되지 않도록 차단하는 가열로 본체(400);를 포함하고,
    급냉 동작을 위해서 질소 가스가 상기 챔버(200) 및 가열로 본체(400)에 각각 투입 및 배출되는 것으로, 상기 챔버(200)의 내측 공간으로는 제1가스공급배관(220)이 연결되어 질소 가스가 투입되고, 챔버(200) 또는 플랜지(210) 중 어느 일 부위에는 내부 열을 배출할 수 있도록 제1배기구(230)가 형성되며, 상기 가열로 본체(400)의 내측 공간으로는 제2가스공급배관(410)이 연결되어 질소 가스가 투입되고, 가열로 본체(400)의 측면 또는 상면 중 어느 일 부위에는 내부 열을 배출할 수 있도록 제2배기구(420)가 형성되는 것을 특징으로 하는 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1가스공급배관(220) 또는 제2가스공급배관(410)의 단부에는 디퓨져(500)가 더 설치되어 가스 공급에 따른 급격한 내부 압력 변화를 방지하는 것으로, 상기 디퓨져(500)는 다수의 미세통공을 갖는 다공성 금속소재 또는 다공성 세라믹소재로 이루어지고, 일단은 개방되고 또 다른 일단은 차단된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 디퓨져(500)를 형성하는 다공성 소재에 대한 미세통공의 크기는 10㎛ ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1가스공급배관(220)은 챔버(200)의 내측 상단으로 연결되어 상부에서 하부 방향으로 냉각용 질소 가스가 공급되고, 플랜지(210)에는 제1배기구(230)가 관통 형성되어 챔버(200)의 내부열을 배출할 수 있도록 구성되며,
    가열로 본체(400)의 측면에는 최소 하나 이상의 제2가스공급배관(410)이 연결되어 냉각용 질소 가스가 측방향에서 공급되고, 가열로 본체(400)의 상단면에는 제2배기구(420)가 관통 형성되어 가열로 본체(400)의 내부열을 배출할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1가스공급배관(220)이 챔버(200)의 측면에 연결되고, 가열로 본체(400)의 측면에도 최소 하나 이상의 제2가스공급배관(410)이 연결되어 챔버(200) 및 가열로 본체(400)의 내부로 각각 질소 가스가 공급되는 것이며, 챔버(200)의 상단에는 제1배기구(230)가 내부가 중공된 관로 형태로 수직 설치되고, 가열로 본체(400)의 상단에도 제2배기구(420)가 내부가 중공된 관로 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 급속 열 배기 성능을 향상시킨 기판의 열처리 장치.
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