KR20150145557A - 종형 열처리 장치 - Google Patents

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조준희
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Abstract

본 발명은 복수의 적층된 기판을 균일하게 가열하기 위한 장치로서, 내부에서 가스의 공급과 배출이 이루어지는 공정 챔버 하우징을 구비하는 챔버; 공정 챔버 하우징 내부에 복수의 기판이 상하로 이격 적층되는 보트; 이를 승하강시키는 승강부재; 이에 의해 공정 챔버 하우징 하부를 개폐시키는 개폐부재; 그 하부를 관통하여 보트를 회전시키는 회전축; 공정 챔버 하우징 외곽에 구비된 외곽 히터; 및 보트 하부와 개폐부재 사이에 위치한 회전축 둘레에 구비된 하부 히터로 이루어진다. 이로부터 챔버의 용적을 최소화 하면서도 하부 히터에 의해 보트 하부 영역의 온도를 보상하여 기판을 균일하게 가열할 수 있다.

Description

종형 열처리 장치{VERTICAL TYPE HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 복수의 적층된 기판을 열처리하기 위한 장치로서, 보다 상세하게는 기판을 균일하게 가열하기 위한 가열 수단을 구비한 종형 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 종형 열처리 장치는 진공 챔버 외부에 설치한 히터를 이용해 챔버 내부로 복사열을 전달하여 챔버 내부의 보트에 적재된 다수개의 기판을 가열하는 장치이다.
종형 열처리 장치는 기판이 적재되는 상, 하부 영역이 중간 영역에 비하여 온도가 상대적으로 낮기 때문에 기판을 균일하게 가열시키기 위한 여러가지 온도 보상 수단이 요구되고, 대량 생산을 위해 장치가 대형화될 수록 그 요구는 더욱 커지고 있다.
기판을 균일하게 가열시키기 위한 종래의 방법으로서 1)챔버 외곽의 히터를 기판이 적재된 영역보다 상, 하부로 연장하여 설치하는 방법, 2)보트의 하부에 더미 기판을 적재하는 방법, 3)한국 공개특허 10-2011-0059540과 같이, 보트 하부에 종형의 보온통을 설치하는 방법, 4)한국 공개특허 10-2008-0045739와 같이, 보트 하부에 복수의 차단판을 설치하는 방법, 5)한국 공개특허 10-2005-0088989와 같이, 히터를 높이에 따라 여러 영역으로 나누어 온도를 제어하는 방법 등이 알려져 있다.
그러나 종래의 1) 내지 3) 방법의 경우 기판 처리량에 비하여 챔버의 용량이 커질 수밖에 없어 가열 및 냉각 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었고, 4)의 방법의 경우 온도를 제어하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라 보트 하부에 적재된 기판은 다른 기판과 온도를 균일하게 유지할 수 없다는 문제점이 있었다.
또한 종래에 보트 하부의 온도 보상을 위하여 보트 하부 플레이트에 열선과 같은 히터를 구비하는 장치도 제시된 바 있었다. 그러나 회전하는 보트에 설치한 히터에 전원을 공급하는 수단이 제시되지 않았고, 히터가 설치된 하부 플레이트와 가장 인접한 위치에 적재된 기판은 오히려 과열의 문제가 있을 수 있고, 가장 인접한 기판 바로 상단에 적재된 기판으로 열이 제대로 공급되지 않는다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 배경 기술상의 문제점을 해결하기 위하여, 보트 하부 영역의 온도 보상하여 보트 하부에 적재된 기판까지 균일하게 가열시키는 히터를 구비한 종형 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 챔버 내부에서 히터가 차지하는 면적을 최소화할 수 있도록 설계한 종형 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 배경 기술 상의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 종형 열처리 장치는, 내부에서 가스의 공급과 배출이 이루어지는 공정 챔버 하우징을 구비하는 챔버; 상기 공정 챔버 하우징 내부에 복수의 기판이 상하로 이격 적층되는 보트; 상기 보트를 승하강시키는 승강부재; 상기 승강부재에 의해 상기 공정 챔버 하우징 하부를 개폐시키는 개폐부재; 상기 개폐부재 하부를 관통하여 상기 보트를 회전시키는 회전축; 상기 공정 챔버 하우징 외곽에 구비된 외곽 히터; 및 상기 보트 하부와 상기 개폐부재 사이에 위치한 회전축 둘레에 구비된 1 이상의 하부 히터; 를 포함한다.
바람직하게, 상기 챔버는, 상기 공정 챔버 하우징을 내부에 수납하는 상부 챔버 하우징; 및 상기 상부 챔버 하우징 하부에 결합되고, 진공 상태의 로드락 챔버와 연결되어 승하강하는 보트 각 단에 기판을 인입 또는 인출시키는 기판 출입구를 구비하는 하부 챔버 하우징; 을 포함한다.
바람직하게, 상기 하부 히터는, 상기 회전축이 하부 중앙으로 삽입되도록 중공을 갖는 디스크 형상으로 이루어진다. 이때, 상기 하부 히터는, 열공급량의 개별 제어가 가능한 복수의 히팅 영역으로 분할된다. 이러한 상기 히팅 영역은 내경부와 외경부로 분할된다.
또는 상기 하부 히터는, 상기 회전축의 반경 방향으로 분할된 복수개로 이루어진다. 이때, 상기 분할된 복수개는 상호 이격되어 설치된다.
바람직하게, 상기 하부 히터에 전원을 공급하는 전원 공급 라인이 상기 승강부재 내부를 통해 하부로 인출된다.
바람직하게, 상기 하부 히터 외곽에 이격되어 구비되는 외곽 간격부재; 를 더 포함한다. 또한 상기 외곽 간격부재의 하단에 결합되며, 상기 하부 히터 하부에 이격되어 구비되는 하부 간격부재;를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 하부 히터의 하부로부터 그 내곽과 외곽 중 적어도 어느 하나로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단; 을 더 포함한다.
이때, 상기 하부 히터 외곽에 이격되어 구비되는 외곽 간격부재; 상기 외곽 간격부재의 하단에 결합되며, 상기 하부 히터 하부에 이격되어 구비되는 하부 간격부재;를 더 포함하고, 상기 불활성 가스 공급 수단은, 상기 하부 히터 내곽면과 상기 회전축 사이 및 상기 하부 히터 외곽면과 상기 외곽 간격부재 사이로 불활성 가스를 공급한다.
본 발명의 종형 열처리 장치에 의하면, 챔버 외곽에 설치한 외곽 히터와 보트 하부의 회전축 둘레에 설치한 하부 히터에 의해 챔버의 용적을 최소화 하면서도 보트 하부 영역의 온도를 보상하여 기판을 균일하게 가열할 수 있다.
또한 본 발명은 하부 히터를 둘러싸는 외곽 간격부재와 하부 간격부재에 의하여 복사열을 상부로 유도하여 기판을 균일하게 가열할 뿐만 아니라, 개폐부재 하부의 열 손실을 차단할 수 있다.
또한 본 발명은 불활성 가스 공급 라인을 하부 히터 하부에 배치하여 하부 히터 설치에 따른 파티클 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일시예에 의한 열처리 장치의 단면 구성도.
도 2는 도 1의 'A' 부분 확대도.
도 3은 본 발명을 구성하는 하부 히터가 설치된 열처리 장치를 나타낸 사시도.
도 4 내지 6은 본 발명의 여러 실시예에 따른 하부 히터의 저면 사시도.
도 7은 본 발명을 구성하는 불활성 가스 공급 수단의 사시도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 종형 열처리 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 크게 챔버(10), 보트(20), 가스 공급 수단(30), 가스 배출 수단(40), 승강부재(50), 개폐부재(60), 회전축(70), 외곽 히터(80) 및 하부 히터(90)로 이루어진다. 이하에서는 각 구성요소 별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 챔버(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 챔버 하우징(11)과 그 하부에 결합된 하부 챔버 하우징(12) 및 상부 챔버 하우징(11) 내부에 수납된 공정 챔버 하우징(13)으로 이루어진다. 그리고 도 3과 같이, 하부 챔버 하우징(12) 일측으로 진공 로드락 챔버(미도시)와 결합되는 기판 출입구(14)가 설치된다. 이에 의해 진공 상태에서 기판을 적재함은 물론 적재 후 바로 기판 처리가 가능하다.
보트(20)는 공정 챔버 하우징(13) 내부에 복수의 기판이 상하로 이격 적층되도록 기판의 단부를 지지하도록 구성된다.
가스 공급 수단(30)과 가스 배출 수단(40)은 공정 챔버 하우징(13) 내부에 기립된 형태로 설치되어 공정 가스나 퍼지 가스를 공급 및 배출한다.
승강부재(50)는 보트(20)를 하부 챔버 하우징(12)과 공정 챔버 하우징(13) 사이에서 승하강시킨다. 이러한 동작에 의해 보트(20)가 최하단에 위치했을 때, 하부 챔버 하우징(12)에 측방에 설치된 기판 출입구(14)를 통해 보트(20) 최상단의 위치에 기판 수납을 시작하고, 승강부재(50)가 단계적으로 상승하면서 기판을 차례로 수납한다.
개폐부재(60)는 승강부재(50)의 상단에 설치되어 승강부재(50)의 상승 동작을 통해 보트(20)를 공정 챔버 하우징(13) 내부에 완전히 수납시킨 상태에서 공정 챔버 하우징(13) 하단과 밀착되어 공정 챔버 하우징(13) 내부를 하부 챔버 하우징(12)과 격리시킨다. 또한 개폐부재(60)는 승강부재(50) 상단을 격리시키기 위한 내부 커버(61)를 포함한다. 이때 개폐부재(60)는 하부 챔버 하우징(12)을 밀폐시킬 수 있으며, 필요에 따라 부분적으로 밀폐하거나 격리하는 것도 가능하다.
회전축(70)은 승강부재(50) 내부에 설치되고, 상단이 개폐부재(60) 하부 중앙을 관통하여 보트(20) 하부의 회전 플레이트(21)에 결합되어 보트(20)를 회전시킴으로써 기판에 대한 균일한 열처리 또는 증착을 도모하게 된다.
가열 수단으로서의 외곽 히터(80)는, 공정 챔버 하우징(13) 외곽의 상부 챔버 하우징(11) 내주면에 나선형의 열선이 배치되어 열선으로부터 발생된 복사에너지가 석영으로 된 공정 챔버 하우징(13)을 투과하여 보트(20)에 적재된 기판으로 전달된다. 이때, 복사에너지의 일부는 개폐부재(60)를 통해 외부로 방출되어 보트(20) 하부 영역에 적재된 기판은 상대적으로 상부 영역에 적재된 기판에 비하여 온도가 낮게 된다.
하부 히터(90)는 이러한 문제를 해결하기 위하여 보트(20) 하부와 개폐부재(60) 사이에 위치한 회전축(70) 둘레에 설치된다. 이러한 하부 히터(90)는 쿼츠 또는 금속 히터 등을 사용할 수 있다. 구체적으로 도 4와 같이, 중앙에 회전축 삽입구(92)가 형성된 원형 디스크 형상으로 이루어지며, 하부면에 전력 공급 라인(91)이 연결되고 승강부재(50) 내부로 인출되어 챔버(10) 외부에 설치된 전원(미도시)과 연결된다.
이에 의해 상대적으로 저온인 보트(20) 하부 영역의 온도를 보상함으로써 기판의 균일한 열처리가 가능하고, 외곽 히터(80)의 발열량을 기존에 비하여 감소시킴으로써 공정을 위해 승온시키기 위한 시간과, 공정 완료 후 냉각에 필요한 시간을 단축시켜 전체 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
특히, 하부 히터(90)는 보트(20)와 개폐부재(60) 사이의 좁은 공간에 설치가 가능하여 기판 처리 매수 대비 챔버(10)의 크기를 작게 하여 처리량을 향상시키게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 하부 히터(90a)는 도 5와 같이, 회전축(70)의 반경 방향으로 열공급량의 개별 제어가 가능하도록, 내경부와 외경부로 분할한 복수의 히팅 영역으로 구성할 수도 있다. 이를 통해 하부 히터(90) 중앙부와 외곽부의 발열량을 제어하여 전체 챔버(10) 내의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있다. 이때 각각의 히팅 영역 하부에는 각각 전력 공급 라인(91a, 91a')이 설치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하부 히터(90b)는 도 6과 같이, 회전축의 반경 방향으로 2개로 분할하거나, 그 이상으로 분할한 복수개로 구성할할 수 있다. 이와 같이 분할된 복수개의 히터는 상호 이격함으로써 열팽창에 의한 히터 손상을 방지할 수 있다. 이때 각각의 히터 하부에는 전력 공급 라인(91b, 91b')이 설치된다.
상술한 하부 히터(90)에 의한 복사에너지의 열전달 효율을 높이거나, 하부 히터(90) 외곽 방향으로의 열전달을 차단하여 장비를 보호하는 외곽 간격부재(110)를 구비할 수 있다. 이때 외곽 간격부재(110)와 하부 히터(90)는 열팽창을 고려하여 유격을 두는 것이 바람직하다.
또한 하부 히터(90) 하부 방향으로 열전달을 차단하는 하부 간격부재(120)를 더 부가할 수 있으며, 그 외곽부는 외곽 간격부재(110)의 하단과 결합된다. 이에 의해 개폐부재(60)를 통해 손실되는 열에너지의 양을 감소시킬 수 있다.
한편, 외곽 및 하부 간격부재(110, 120)는 열손실 방지 이외에, 불활성 가스의 공급 통로로서의 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 하부 히터(90), 외곽 간격부재(110) 및 하부 간격부재(120) 사이에 형성된 되는 공간의 벽면에 파티클의 부착되는 것을 방지하기 위하여 중공의 개폐부재(60) 내곽에 도 7과 같이, 내측 방향으로 가스 분사구(102)가 형성된 환형 노즐로 이루어진 불활성 가스 공급 수단(100)를 구비할 수 있다.
이러한 불활성 가스 공급 수단(100)은 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 라인(101)이 하부로 연장되어 설치된다. 이에 의해 불활성 가스가 하부 히터(90) 내곽면과 회전축(70) 사이 및 하부 히터(90) 외곽면과 외곽 간격부재(110) 사이를 통과하게 되어 파티클 발생을 방지하게 된다. 그러나, 불활성 가스의 공급량이 많으면 하부 히터(90)의 냉각을 초래할 수 있으므로 가스 공급량의 조절이 필요하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 실시예에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 중심으로 판단되어야 하며, 이를 기초로 한 다양한 변형물이나 균등물 역시 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다 할 것이다.
10 : 챔버 11 : 상부 챔버 하우징
12 : 하부 챔버 하우징 13 : 공정 챔버 하우징
20 : 보트 30 : 가스 공급 수단
40 : 가스 배출 수단 50 : 승강부재
60 : 개폐부재 70 : 회전축
80 : 외곽 히터 90 : 하부 히터
100 : 불활성 가스 공급 수단 110 : 외곽 간격부재
120 : 하부 간격부재

Claims (12)

  1. 내부에서 가스의 공급과 배출이 이루어지는 공정 챔버 하우징을 구비하는 챔버;
    상기 공정 챔버 하우징 내부에 복수의 기판이 상하로 이격 적층되는 보트;
    상기 보트를 승하강시키는 승강부재;
    상기 승강부재에 의해 상기 공정 챔버 하우징 하부를 개폐시키는 개폐부재;
    상기 개폐부재 하부를 관통하여 상기 보트를 회전시키는 회전축;
    상기 공정 챔버 하우징 외곽에 구비된 외곽 히터; 및
    상기 보트 하부와 상기 개폐부재 사이에 위치한 회전축 둘레에 구비된 1 이상의 하부 히터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 공정 챔버 하우징을 내부에 수납하는 상부 챔버 하우징; 및
    상기 상부 챔버 하우징 하부에 결합되고, 진공 상태의 로드락 챔버와 연결되어 승하강하는 보트 각 단에 기판을 인입 또는 인출시키는 기판 출입구를 구비하는 하부 챔버 하우징;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 히터는,
    상기 회전축이 하부 중앙으로 삽입되도록 중공을 갖는 디스크 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하부 히터는,
    열공급량의 개별 제어가 가능한 복수의 히팅 영역으로 분할된 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 히팅 영역은 내경부와 외경부로 분할된 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 히터는,
    상기 회전축의 반경 방향으로 분할된 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분할된 복수개는 상호 이격되어 설치된 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 히터에 전원을 공급하는 전원 공급 라인이 상기 승강부재 내부를 통해 하부로 인출되는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 히터 외곽에 이격되어 구비되는 외곽 간격부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 외곽 간격부재의 하단에 결합되며, 상기 하부 히터 하부에 이격되어 구비되는 하부 간격부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 하부 히터의 하부로부터 그 내곽과 외곽 중 적어도 어느 하나로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 하부 히터 외곽에 이격되어 구비되는 외곽 간격부재; 상기 외곽 간격부재의 하단에 결합되며, 상기 하부 히터 하부에 이격되어 구비되는 하부 간격부재;를 더 포함하고,
    상기 불활성 가스 공급 수단은, 상기 하부 히터 내곽면과 상기 회전축 사이 및 상기 하부 히터 외곽면과 상기 외곽 간격부재 사이로 불활성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 종형 열처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111326446A (zh) * 2018-12-17 2020-06-23 东京毅力科创株式会社 热处理装置
CN112687596A (zh) * 2020-12-17 2021-04-20 北京北方华创微电子装备有限公司 晶舟、工艺腔室及半导体工艺设备

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