KR20190035857A - 비-균일한 절연부를 갖는 열적 프로세스 디바이스 - Google Patents

비-균일한 절연부를 갖는 열적 프로세스 디바이스 Download PDF

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Abstract

제품 또는 복수의 제품들을 열처리하기 위한 열적 프로세스 디바이스는 대향된 원위 단부들 및 적어도 하나의 제어 가능한 가열 구역을 갖는 열적 프로세싱 챔버를 포함한다. 적어도 하나의 버퍼 구역은 원위 단부들의 각각에 배치되고, 열적 프로세싱 챔버의 적어도 하나의 가열 구역 및 버퍼 구역들은 내부 및 외부 표면을 갖는 가열 요소 어셈블리를 형성한다. 절연 재료의 적어도 하나의 층은 열적 프로세싱 챔버의 적어도 하나의 버퍼 및 가열 구역을 따라 배치되고 가열 요소 어셈블리의 일부를 형성하고, 제어된 효율성을 갖는 절연 재료의 적어도 하나의 층은 가열 어셈블리의 축방향 길이에 걸쳐 비-균일하게 적용된다.

Description

비-균일한 절연부를 갖는 열적 프로세스 디바이스
본 개시는 개선된 온도 제어로 제품 또는 복수의 제품들을 열처리하기 위한 열적 프로세스 디바이스에 관한 것이다.
많은 제품들은 상이한 이유들로 노들에서 열처리를 받을 수 있다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼 제조에서 반도체 웨이퍼들은 열적 큐어링을 받고, 강 제조에서 강은 강을 경화시키기 위해 어닐링 프로세스를 거친다. 종종 반도체 제조에서 온도는 온도에서 매우 작은 편차들이 산출에 영향을 줄 수 있기 때문에 매우 정확하게 제어되어야 하고, 온도는 특정 양의 시간 동안 제어될 필요가 있을 수 있고 종종 온도는 제조 프로세스의 다음의 단계가 시작될 수 있도록 빠르게 안정화될 필요가 있다. 따라서 열처리가 정확하게 제어될 수 있는 것이 필수적이다.
전형적인 열적 프로세스 디바이스는 원위 단부들의 각각에 배치된 적어도 하나의 버퍼 구역 및 복수의 제어 가능한 가열 구역들을 포함하는 가열 요소 어셈블리로 이루어진다. 제품은 그 축방향 길이를 따라 높은 정도의 열적 균일성을 달성하도록 일반적으로 구성되는 가열 구역에서 프로세싱된다. 버퍼 구역들은 열적 프로세스 디바이스의 원위 단부들에서의 개구들로부터 열 손실들을 보상하도록 부가적인 에너지를 공급하는 데 사용된다. 양쪽 비용 및 환경적 양상으로부터 에너지 효율성을 개선할 수 있는 것이 중요하다. 열적 프로세스 디바이스들의 예들은 높은 효율성의 절연부가 전체 어셈블리에 걸쳐 설치된다는 것을 알 수 있다. 이는 연속 노들에 대해 효율적이지만, 그러나 이러한 것의 단점은 열적 프로세스 디바이스의 최대 냉각 속도 용량이 감소되어 동적 시스템들의 수율을 방해할 수 있다는 점이다. 에너지 효율성을 개선시키도록 전체 요소 어셈블리에 걸쳐 절연부에 대한 개선들이 행해질 때에, 중앙 구역에서의 냉각 속도가 작업 동안 원하는 냉각 속도들을 더 이상 지속할 수 없는 포인트로 감소되는 경우가 종종 있다. 전형적인 접근법은 원하는 프로세스 성능을 유지하거나 또는 제어된 냉각 속도를 감소시키도록 전체 절연부 효율성을 감소시키는 것이다. 결국 절연부가 감소되거나 또는 프로세스 사이클 시간이 연장된다면 단지 최소한의 에너지 절감만이 행해지고 절연부가 최대로 된다면 시스템 수율은 양보된다. 따라서, 동적 시스템들에서 효율성을 증가시키면서 동적 냉각 속도에서는 최소한의 영향을 줄 필요성이 존재한다.
냉각 중에, 열 에너지는 시스템에서의 작업부로부터 배출되고 전도성의 조합에 의해 가열 요소 어셈블리 전달부를 통해 작업부를 둘러싸는 가스들로 소산되어야 한다. 주어진 온도에서 달성 가능한 최대 냉각 속도는 절연부 시스템을 통한 에너지의 전달 속도에 의해 제한된다. 선택된 제어된 속도는, 가열 요소 어셈블리로부터 어셈블리까지의 차이들을 포함하는 시스템 파라미터들에서의 약간의 편차들을 고려하는, 반복 가능한 제어된 냉각 프로세스를 갖도록 충분한 헤드룸이 존재하는 것을 보장하는 시스템의 최대 속도보다 일반적으로 약간 더 느리다. 냉각 단계 중에, 단부 구역들은 전형적으로 보다 높은 파워 레벨에서 연속적으로 작동하는 데 왜냐하면 그것들은 여전히 손실들에 대해 보상하도록 추가적인 열을 공급하는 데 사용되는 한편 중앙 구역만이 단지 원하는 속도로 냉각 작업을 유지하는 데 충분한 파워를 공급하고, 따라서 중앙 구역 냉각 속도는 최대 냉각 속도에 대해 제한된 인자로 된다.
전형적인 세개의 구역의 열적 프로세스 노는 제품이 가열될 때에 30-70% 의 범위로 중앙 구역들에서 동력 소비를 갖는 한편, 버퍼 구역들은 가열될 때에 35-90% 의 동력 소비로 작동할 수 있다. 일단 시스템이 프로세스 온도에서 안정화된다면, 중앙 구역들에서 동력 소비는 원하는 온도를 유지하도록 거의 30% 로 하강하는 한편, 버퍼 구역들은 증가된 열 손실에 대해 보상하도록 40-80% 에서 연속적으로 작동할 것이다. 활성 프로세스 사이클의 마지막에서, 작업부는 노 어셈블리로부터의 추출에 대해 적당한 온도로 냉각된다. 일반적으로 적어도 최초의 단계들을 통해 제어된 속도 및 균일한 온도로 작업부의 온도를 감소시키는 것이 바람직하다.
열적 프로세스 챔버의 전체 길이에 걸쳐 절연부를 개선시키는 것보다 오히려, 단부 구역들에서 절연성이 최대화되는 가열 요소 어셈블리의 축방향 길이를 따른 절연 재료의 비-균일한 적용 및 시스템의 수율에 영향을 주지 않고 원하는 냉각 속도를 달성하도록 표준화된 가열 요소 어셈블리의 중앙 부분들에 배치된 절연부가 전체 에너지 소비를 감소시킬 것이다. 추가로, 가열 요소 어셈블리의 유효 수명은 가열 요소 어셈블리의 단부 구역들에서 요구되는 보다 낮은 작동 파워로 인해 증가된다.
본 개시의 하나의 양상은 상기 언급된 문제점들 및 단점들을 해결하거나 또는 적어도 감소시키는 것이다. 본 개시는 따라서 제품 또는 복수의 제품들을 열처리하기 위한 열적 프로세스 디바이스는 대향된 원위 단부들 및 적어도 하나의 제어 가능한 가열 구역을 갖는 열적 프로세싱 챔버를 포함한다. 적어도 하나의 버퍼 구역은 원위 단부들의 각각에 배치되고, 열적 프로세싱 챔버의 적어도 하나의 가열 구역 및 버퍼 구역들은 내부 및 외부 표면을 갖는 가열 요소 어셈블리를 형성한다. 절연 재료의 적어도 하나의 층은 열적 프로세싱 챔버의 적어도 하나의 가열 구역 및 버퍼 구역을 따라 배치되고 가열 요소 어셈블리를 형성하고, 제어된 효율성을 갖는 절연 재료의 적어도 하나의 층은 가열 어셈블리의 축방향 길이에 걸쳐 비-균일하게 적용된다.
실시형태에 따르면, 적어도 하나의 버퍼 구역에 위치된 절연 재료의 적어도 하나의 층의 일부는 최대의 효율성을 갖고 가열 구역들에서의 절연 재료의 적어도 하나의 층의 일부는 원하는 냉각 속도를 달성하도록 보다 낮은 효율성을 갖는다.
실시형태에 따르면, 절연 재료의 층의 두께를 변화시킴으로써 제어된다.
실시형태에 따르면, 절연 재료의 효율성은 상이한 등급들의 열적 전도성을 갖는 절연 재료를 사용함으로써 제어된다.
실시형태에 따르면, 절연 재료의 효율성은 절연 재료의 복수의 층들의 상이한 배열들을 사용함으로써 제어된다.
실시형태에 따르면, 복수의 층들은 동일한 두께를 가질 수 있다.
실시형태에 따르면, 복수의 층들은 상이한 두께들을 갖는다.
실시형태에 따르면, 적어도 하나의 층들의 두께는 프로세싱 챔버의 길이에 따라 변한다.
실시형태에 따르면, 적어도 하나의 가열 구역에서의 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 버퍼 구역에서의 층보다 작은 두께를 갖는다.
실시형태에 따르면, 절연 재료는 적어도 하나의 제 1 절연 부분 및 제 2 절연 부분을 갖고, 적어도 하나의 절연 부분에서 절연 재료는 제 2 절연 부분에서의 재료와 상이하다.
실시형태에 따르면, 외부 쉘은 가열 요소 어셈블리의 외부 표면 주위에 배치된다.
이전에 요약, 뿐만 아니라 실시형태들의 다음의 상세한 설명은 첨부된 도면들과 함께 정독된다면 보다 잘 이해될 것이다. 설명된 실시형태들은 도시된 정확한 배열들 및 방편에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1 은 열적 프로세스 디바이스의 사시도이다.
도 2 는 열적 프로세싱 챔버의 횡단면도이다.
도 3 은 비-균일한 절연부을 갖는 열적 프로세싱 챔버의 횡단면도이다.
도 1 - 도 3 을 참조하면, 제품 또는 복수의 제품들을 열처리하기 위한 열적 프로세스 디바이스 (10) 는 열적 프로세싱 챔버 (12) 를 포함한다. 예를 들면 강의 어닐링으로 또는 큐어링 또는 도핑으로 처리될 제품들은 반도체 웨이퍼들을 포함한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 챔버 (12) 는 챔버의 중앙 부분에 위치된 제어 가능한 가열 구역 (14) 을 갖는다. 가열 구역 (14) 이 단일한 또는 복수의 가열 구역들 (14' -14"') 일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 챔버 (12) 는 외부 표면 (24) 및 원위의, 대향된 단부들 (18, 20) 을 갖는다. 적어도 하나의 버퍼 구역 (16) 은 챔버 (12) 의 원위 단부들 (18, 20) 의 각각에 배치된다. 열적 프로세싱 챔버 (12) 의 버퍼 구역들 (16) 및 가열 구역들 (14) 과 함께 가열 요소 어셈블리 (22) 가 형성된다. 열적 프로세싱 챔버 (12) 및 가열 요소 어셈블리 (22) 는 실질적으로 원통형일 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 가열 어셈블리 (22) 는 절연 재료 (28 및 34) 의 층들을 포함한다. 절연 재료는 추가로 본원에 설명된 바와 같은 제어된 효율성을 갖는다. 절연 재료 층 (34) 은 프로세싱 챔버 (12) 의 외부 표면 (24) 과 외부 층 (28) 의 내부 표면 (26) 사이에 위치된다. 따라서, 가열 어셈블리 (22) 는 절연부의 내부 층 (34) 및 외부 층 (28) 을 갖는다. 단일한 또는 복수의 층들이 가열 어셈블리 (22) 에 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 외부 쉘 (30) 은 가열 요소 어셈블리 (22) 의 외부 층 (28) 주위에 배치될 수 있다. 절연 재료의 층들, 예를 들면, 층 (34) 은 가열 어셈블리의 길이에 걸쳐 비-균일하게 적용될 수 있다. 비-균일하다는 것은, 동일한 또는 상이한 등급들의 열적 전도성을 갖고 동일한 또는 상이한 두께들을 갖는 재료의 하나 이상의 층들, 그 길이를 따라 변하는 상이한 두께들 또는 상이한 등급들의 열적 전도성을 갖는 층, 그 길이를 따라 나란히 상이한 등급들의 열적 전도성을 구비한 상이한 재료들을 갖는 층 또는 층들로서, 상이한 부분들이 상이한 등급들의 열적 전도성을 갖는 절연 재료를 사용함으로써, 복수의 층들의 절연 재료의 상이한 배열들을 사용함으로써 동일한 또는 상이한 두께들을 갖는, 상기 층 또는 층들, 및 상기 모든 것의 조합을 갖는다는 것을 의미한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 가열 어셈블리에 적용된 절연 층은 버퍼 구역들 (16) 에서 최대의 효율성을 갖는 제 1 절연 부분 (38) 을 가질 수 있고 보다 낮은 효율성을 갖는 제 2 절연 부분 (40) 은 원하는 냉각 속도를 달성하도록 가열 구역들 (14) 에 적용될 수 있다. 단지 두개의 나란한 절연 부분들이 도시되지만, 수많은 상이한 절연 부분들은 가열 및 버퍼 구역들에 따라 상기 설명된 바와 같이 비-균일한 절연 층을 형성하도록 다양한 위치들에 위치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 3 을 다시 참조하면, 절연 재료 (34) 는 하나보다 많은 층을 가질 수 있다. 예를 들면, 절연 재료 (34) 는 복수의 층들 (36 및 37) 을 가질 수 있다. 두개의 층들이 도시되지만, 복수의 층들이 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 층들 (36 및 37) 은 동일한 또는 상이한 두께들을 가질 수 있다. 또한, 층들은 각각 어셈블리의 길이를 따라 변하는 동일한 두께들 또는 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 절연 재료 (34) 의 층 (36) 은 제 1 절연 부분들 (38) 에서의 층 (36) 의 두께보다 작은 제 2 절연 부분 (40) 및 가열 구역(들) (14) 에서의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 절연부의 효율성은 예를 들면 앞에서 설명된 바와 같은 프로세스 챔버 (12) 의 축방향 길이를 따라 임의의 조합으로 절연 재료의 복수의 층들의 배열들을 상이하게 하거나 또는 절연부의 두께, 열적 전도성 등급을 변경시킴으로써 제어될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
열적 프로세스 디바이스는 임의의 종류의 다-구역 냉각 프로세스일 수 있고 유체 냉각 시스템을 갖는 수평의 열적 프로세싱 챔버, 뿐만 아니라 수직 챔버에 대해서 사용될 수 있다.
따라서 본 실시형태들은 특정한 양상과 관련하여 설명되지만, 많은 다른 변형예들 및 변경예 및 다른 사용예는 본 기술 분야의 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 실시형태들은 본원에서의 구체적인 개시에 의해 제한되지 않고, 단지 첨부된 청구항들에 대해서만 제한되는 것이 바람직하다.

Claims (11)

  1. 제품 또는 복수의 제품들을 열처리하기 위한 열적 프로세스 디바이스 (10) 로서, 상기 디바이스는,
    대향된 원위 단부들 및 적어도 하나의 제어 가능한 가열 구역을 갖는 열적 프로세싱 챔버;
    상기 원위 단부들의 각각에 배치된 적어도 하나의 버퍼 구역으로서, 상기 열적 프로세싱 챔버의 적어도 하나의 상기 가열 구역 및 상기 버퍼 구역들은 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 가열 요소 어셈블리를 형성하는, 상기 적어도 하나의 버퍼 구역; 및
    상기 열적 프로세싱 챔버의 적어도 하나의 상기 가열 구역들 및 상기 버퍼 구역을 따라 배치되고 상기 가열 요소 어셈블리의 일부를 형성하는 절연 재료의 적어도 하나의 층으로서, 제어된 효율성을 갖는 절연 재료의 상기 적어도 하나의 층이 상기 가열 어셈블리의 축방향 길이에 걸쳐 비-균일하게 적용되는, 상기 절연 재료의 적어도 하나의 층을 포함하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 버퍼 구역에 위치된 절연 재료의 상기 적어도 하나의 층의 일부는 최대의 효율성을 갖고 상기 가열 구역들에서 절연 재료의 상기 적어도 하나의 층의 일부는 원하는 냉각 속도를 달성하도록 보다 낮은 효율성을 갖는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연 재료의 효율성은 상기 절연 재료의 층의 두께를 변화시킴으로써 제어되는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 재료의 효율성은 상이한 등급들의 열적 전도성을 갖는 절연 재료를 사용함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 재료의 효율성은 상기 절연 재료의 복수의 층들의 상이한 배열들을 사용함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 층들은 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 층들은 상이한 두께들을 갖는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 층들의 적어도 하나의 두께는 상기 프로세싱 챔버의 길이를 따라 변하는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 구역에서의 적어도 하나의 층은 상기 적어도 하나의 버퍼 구역에서의 층보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 재료는 적어도 하나의 제 1 절연 부분 및 제 2 절연 부분을 갖고, 적어도 하나의 절연 부분에서 상기 절연 재료는 상기 제 2 절연 부분에서의 상기 절연 재료와 상이한 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 쉘은 상기 가열 요소 어셈블리의 상기 외부 표면 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는, 열적 프로세스 디바이스 (10).
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