KR20220050418A - Wafer pre heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판 예열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조공정에서 프로세스 챔버로 투입되는 웨이퍼 등의 기판을 투입 전(前) 미리 가열하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for preheating a substrate, and more particularly, to an apparatus for preheating a substrate such as a wafer, which is input into a process chamber in a semiconductor manufacturing process, before the input.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 등의 기판 상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝함으로써 구현되며, 이를 위하여 증착 공정, 식각 공정, 세정 공정, 건조 공정 등 여러 단계의 공정을 거치게 된다. In general, semiconductor devices are implemented by depositing various materials in the form of thin films on a substrate such as a wafer and patterning them.
이러한 각각의 공정에서 처리 대상물인 기판은 해당 공정의 진행에 적절한 환경이 조성되어 있는 프로세스 챔버 내에서 처리된다. In each of these processes, a substrate, which is an object to be treated, is processed in a process chamber in which an environment suitable for the progress of the process is created.
일 예로서, 고진공의 프로세스 챔버에서 반도체 식각 공정을 수행하는 반도체 식각 장치는 프로세스 챔버(Process chamber), 기판을 투입하고 꺼내는 로드락 챔버(Load lock chamber), 이러한 프로세스 챔버와 로드락 챔버 사이 또는 프로세스 챔버들 사이에서 기판이 이동되는 트랜스퍼 챔버(Transfer chamber) 등을 갖추고 있다. As an example, a semiconductor etching apparatus for performing a semiconductor etching process in a high vacuum process chamber includes a process chamber, a load lock chamber for putting in and taking out a substrate, and between the process chamber and the load lock chamber, or between the process chamber and the process chamber. A transfer chamber in which a substrate is moved between the chambers is provided.
여기서, 상기 프로세스 챔버는 트랜스퍼 챔버에서 들어온 기판 위에 원하는 증착 공정을 진행하는 챔버로서, 하나의 시스템에 여러 개의 챔버가 있어 다양한 막질을 증착시킬 수 있으며, 공정시간이 많이 단축 된다. Here, the process chamber is a chamber for performing a desired deposition process on the substrate received from the transfer chamber, and since there are several chambers in one system, various film qualities can be deposited, and the process time is greatly reduced.
그리고, 상기 로드락 챔버는 기판을 투입하고 또 공정이 끝난 기판을 회수하는 곳으로서, 주로 2개 이상으로 구성되고, 로드락 챔버에는 하나의 카세트 단위로 기판이 투입 및 회수됨과 더불어 기판의 이동은 로드락 암이라는 로봇이 있어서 트랜스퍼 챔버까지 이동시켜준다. In addition, the load lock chamber is a place where substrates are put in and processed substrates are recovered, and is mainly composed of two or more. There is a robot called a load lock arm that moves it to the transfer chamber.
또한, 상기 트랜스퍼 챔버는 로드락 챔버를 통해서 들어온 기판을 사용자가 정해준 각 프로세스 챔버로 이동시켜 주고, 공정이 끝난 기판을 다른 챔버나 다시 로드락 챔버로 되돌려 주는 일을 하며, 이러한 일은 정밀한 로봇(트랜스퍼 암)이 있어 정확하게 각 챔버로 이동된다.In addition, the transfer chamber moves the substrate entered through the load lock chamber to each process chamber designated by the user, and returns the processed substrate to another chamber or the load lock chamber. arm) to precisely move to each chamber.
최근에는 이송로봇 또는 핸들러와 그 주위에 배치되어 있는 복수의 챔버들을 포함하는 멀티 챔버형 장치로서 클러스터(Cluster) 타입의 반도체 식각 장치가 적용되고 있는 추세이다. Recently, a cluster-type semiconductor etching apparatus is being applied as a multi-chamber type apparatus including a transfer robot or handler and a plurality of chambers disposed around the transfer robot or handler.
보통 프로세스 챔버는 약 400℃ 정도의 고온 분위기에서 처리 공정이 수행되므로, 기판이 척에 장착되면 기판을 약 400℃ 정도로 가열한 후에 처리 공정을 개시하게 된다. Usually, since the processing process is performed in a high temperature atmosphere of about 400°C in the process chamber, when the substrate is mounted on the chuck, the processing process is started after heating the substrate to about 400°C.
이렇게 기판 가열을 위해 프로세스 챔버의 고온 분위기를 조성하기 위해서는 많은 시간이 소요되는 등 반도체 제조 수율이 현저하게 저하되는 문제점이 있다. In this way, there is a problem in that it takes a lot of time to create a high-temperature atmosphere in the process chamber for heating the substrate, and the yield of semiconductor manufacturing is significantly reduced.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 소정의 챔버, 예를 들면 로드락 챔버에 상부 가열식의 히터를 설치하고, 이렇게 설치한 히터로 로드락 챔버 내의 기판을 가열하는 새로운 형태의 기판 예열 방식을 구현함으로써, 기판이 로드락 챔버에서 대기하는 시간을 활용하여 기판을 일정 온도까지 예열할 수 있는 등 기판 흐름의 정체없이 기판 처리 속도를 높일 수 있음은 물론 프로세스 챔버에서의 기판 가열 시간을 단축할 수 있으며, 결국 반도체 제조 수율을 현저하게 향상시킬 수 있는 기판 예열 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been devised in view of such a point, and is a new type of heating in which a top heating type heater is installed in a predetermined chamber, for example, a load lock chamber, and the substrate in the load lock chamber is heated with the installed heater. By implementing the substrate preheating method, the substrate processing speed can be increased without stagnant substrate flow, such as preheating the substrate to a certain temperature by utilizing the time the substrate waits in the load lock chamber, as well as the substrate heating time in the process chamber It is an object of the present invention to provide a substrate preheating apparatus capable of shortening the process and eventually significantly improving the semiconductor manufacturing yield.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 기판 예열 장치는 다음과 같은 특징이 있다. In order to achieve the above object, the substrate preheating apparatus provided in the present invention has the following characteristics.
상기 기판 예열 장치는 챔버의 상단부에 결합되는 구조로 설치되어 챔버 내의 기판을 상부에서 가열하는 구조로서, 상기 챔버의 상단부에 형성되어 있는 관통홀을 마감하면서 저면을 통해 챔버 천장면을 이루는 구조로 설치되는 히터 플레이트와, 상기 히터 플레이트의 저면에 설치되어 진공 환경이 조성되어 있는 챔버 내에 투입되는 기판을 가열하는 히터를 포함하며, 프로세스 챔버로 투입되는 기판을 투입 전(前) 상부에서 미리 가열할 수 있도록 된 것이 특징이다. The substrate preheating device is installed in a structure coupled to the upper end of the chamber to heat the substrate in the chamber from the upper portion. and a heater installed on the bottom surface of the heater plate to heat a substrate input into a chamber in which a vacuum environment is created, wherein the substrate input into the process chamber can be heated in advance from the upper part before input It is characterized by being.
여기서, 상기 히터는 할로겐 램프 타입의 히터로서, 히터 플레이트의 저면에 설치되면서 챔버 내측의 천정부 전면에 걸쳐 배치될 수 있으며, 이때의 각각의 히터는 전원측과 개별적으로 접속되어 각각 독립적으로 제어될 수 있다. Here, the heater is a halogen lamp type heater, and may be disposed over the entire surface of the ceiling inside the chamber while being installed on the bottom surface of the heater plate. .
그리고, 상기 기판 예열 장치는 히터 플레이트의 저면부에 설치됨과 더불어 히터 장착홈을 이용하여 히터를 내측으로 수용하면서 히터를 보호하는 투명한 히터 커버를 더 포함할 수 있다. In addition, the substrate preheating apparatus may further include a transparent heater cover that is installed on the bottom of the heater plate and protects the heater while accommodating the heater inside by using the heater mounting groove.
이때, 상기 히터 장착홈은 원형을 이루면서 동심원 상으로 배치됨과 더불어 서로 다른 직경을 가지는 복수 개로 이루어지고, 상기 히터 또한 원형을 이루면서 동심원 상으로 배치됨과 더불어 서로 다른 직경을 가지는 복수 개로 이루어져, 각각의 히터는 같은 직경을 이루는 각 히터 장착홈과 일대일 매칭을 이루면서 설치될 수 있다. At this time, the heater mounting grooves are formed in a plurality of concentric circles while forming a circle and having different diameters. may be installed while making one-to-one matching with each heater mounting groove having the same diameter.
바람직한 실시예로서, 상기 히터 플레이트는 챔버의 상단부에 형성되어 있는 관통홀의 가장자리를 따라 형성되는 단차부에 안착됨과 더불어 볼트 체결을 통해 분해 및 조립 가능한 구조로 설치될 수 있다. As a preferred embodiment, the heater plate may be installed in a structure that can be disassembled and assembled through bolt fastening while being seated in a stepped portion formed along the edge of the through hole formed at the upper end of the chamber.
특히, 상기 히터 플레이트의 저면에는 히터 커버 내에 작용하는 진공압을 배출시켜 히터 커버가 파손되는 것을 방지하는 적어도 1열 이상의 버큠 관로가 형성될 수 있다. In particular, at least one column or more of a vacuum conduit for preventing the heater cover from being damaged by discharging the vacuum pressure acting in the heater cover may be formed on the bottom surface of the heater plate.
바람직한 실시예로서, 상기 기판 예열 장치는 챔버의 일측에 설치됨과 더불어 챔버 내부와 연통되면서 벤트 시에 와류 발생을 방지하여 파티클이 날리는 것을 막아주는 댐핑 박스를 더 포함할 수 있다. As a preferred embodiment, the substrate preheating apparatus may further include a damping box installed on one side of the chamber and communicating with the inside of the chamber to prevent vortex generation during venting to prevent particles from flying.
또한, 상기 히터 플레이트의 상면에는 과열 방지를 위해 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 통로 및 덮개가 형성될 수 있다. In addition, a cooling water passage and a cover for supplying cooling water to prevent overheating may be formed on the upper surface of the heater plate.
바람직한 실시예로서, 상기 히터 플레이트에는 히터에 전원을 공급하기 위한 파워단과 히터의 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 설치될 수 있고, 이때의 파워단과 온도 센서는 홀더와 캡 간의 나사 체결구조 및 그 내측에서의 가압체의 가압 작용을 통해 높이 조절이 가능한 구조로 설치될 수 있다. As a preferred embodiment, the heater plate may be provided with a power stage for supplying power to the heater and a temperature sensor for measuring the temperature of the heater, wherein the power stage and the temperature sensor include a screw fastening structure between the holder and the cap and the inside thereof. It can be installed in a structure that can adjust the height through the pressing action of the pressing body in the.
본 발명에서 제공하는 기판 예열 장치는 다음과 같은 효과가 있다. The substrate preheating apparatus provided in the present invention has the following effects.
첫째, 에어락 챔버나 로드락 챔버 등에 상부 가열식의 히터를 설치하고, 이렇게 설치한 히터로 챔버 내의 기판을 상부에서 가열하는 새로운 기판 예열 장치를 적공함으로써, 기판이 챔버에서 대기하는 시간을 활용하여 기판을 일정 온도까지 예열할 수 있으며, 따라서 기판 흐름의 정체없이 기판 처리 속도를 높일 있음은 물론 프로세스 챔버에서의 기판 가열 시간을 단축할 수 있는 등 반도체 제조 수율을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. First, by installing an upper heating type heater in an airlock chamber or a load lock chamber, and installing a new substrate preheating device that heats the substrate in the chamber from the top with the heater installed in this way, the substrate waits in the chamber by utilizing the time the substrate waits in the chamber. can be preheated to a certain temperature, thus increasing the substrate processing speed without stopping the flow of the substrate, as well as shortening the substrate heating time in the process chamber, thereby significantly improving the semiconductor manufacturing yield.
둘째, 챔버의 상부에 히터 어셈블리를 설치한 챔버 일체식 구조의 기판 예열 장치를 제공함으로써, 공간 활용도를 높일 수 있고 로봇의 거동, 기판의 흐름 경로 등과 관련한 레이아웃 설계 측면에서 유리한 효과가 있다. Second, by providing a chamber-integrated substrate preheating apparatus in which a heater assembly is installed on the upper part of the chamber, space utilization can be increased, and there is an advantageous effect in terms of layout design related to robot behavior, substrate flow path, and the like.
셋째, 챔버 내에서 기판을 직접 가열함과 더불어 진공 환경 하에서 기판을 가열하고, 또 기판의 로딩 및 언로딩 과정없이 로봇 암 상의 기판을 직접 가열하는 방식을 적용함으로써, 기판의 온도 상승에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 이에 따라 가열 처리와 관련한 에너지 소비를 줄일 수 있는 등 경제적인 측면에서 유리한 효과가 있다. Third, the time required to increase the temperature of the substrate by directly heating the substrate in the chamber and heating the substrate under a vacuum environment, and directly heating the substrate on the robot arm without loading and unloading the substrate can be shortened, and accordingly, there is an advantageous effect in terms of economics, such as reducing energy consumption related to heat treatment.
넷째, 챔버 내에 설치되는 히터의 보호를 위한 마감부재로서의 히터 커버를 적용하고, 또 챔버 내에 진공압이 조성될 때 히터 커버 내의 진공압이 커버 밖으로 배출될 수 있는 구조를 적용함으로써, 히터를 안정적으로 보호할 수 있는 동시에 히터 커버도 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다. Fourth, by applying a heater cover as a finishing member for protecting the heater installed in the chamber, and applying a structure in which the vacuum pressure in the heater cover can be discharged out of the cover when a vacuum pressure is created in the chamber, the heater can be stably installed It has the effect of protecting the heater cover safely at the same time.
다섯째, 챔버 일측에 댐핑 공간을 조성하여 진공압 배출 시에 챔버 내의 와류 현상을 방지할 수 있도록 하고, 이에 따라 배기가스 중에 포함되어 있는 파티클이 날리면서 기판에 달라붙는 현상을 최대한 방지할 수 있는 등 불량을 줄일 수 있고 품질을 확보할 수 있는 효과가 있다. Fifth, a damping space is created on one side of the chamber to prevent a vortex phenomenon in the chamber when the vacuum pressure is discharged, and accordingly, it is possible to prevent the particles contained in the exhaust gas from sticking to the substrate while flying. It has the effect of reducing defects and securing quality.
여섯째, 히터에 전원을 공급하는 파워단은 물론 히터의 온도를 측정하는 온도 센서의 설치 높이를 조절할 수 있는 구조를 채택함으로써, 다양한 기판의 사양에 적극적으로 대응할 수 있는 효과가 있다. Sixth, by adopting a structure capable of adjusting the installation height of the temperature sensor for measuring the temperature of the heater as well as the power stage for supplying power to the heater, there is an effect that can actively respond to the specifications of various substrates.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 예열 장치를 나타내는 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 예열 장치의 작동상태를 나타내는 단면도1 to 6 are perspective views illustrating a substrate preheating apparatus according to an embodiment of the present invention;
7 is a cross-sectional view illustrating an operating state of a substrate preheating apparatus according to an embodiment of the present invention;
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 예열 장치를 나타내는 사시도이다. 1 to 6 are perspective views illustrating a substrate preheating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 기판 예열 장치는 프로세스 챔버로 투입되는 기판을 투입 전(前) 미리 가열할 수 있도록 하는 장치, 다시 말해 에어락 챔버나 로드락 챔버에서 대기하는 있는 기판을 상부 가열식의 히터로 일정 온도까지 예열하여 기판 흐름의 정체없이 기판 처리 속도를 높일 있는 등 프로세스 챔버에서의 기판 가열 시간을 단축할 수 있도록 하는 장치이다.As shown in FIGS. 1 to 6 , the substrate preheating apparatus is a device for preheating a substrate input to a process chamber before input, that is, a substrate waiting in an airlock chamber or a load lock chamber. This is a device that can shorten the substrate heating time in the process chamber by preheating the substrate to a certain temperature with a top heating type heater to increase the substrate processing speed without stagnant substrate flow.
이를 위하여, 상기 기판 예열 장치는 기판 가열 공간을 제공하는 수단으로 챔버(10)를 포함한다. To this end, the substrate preheating apparatus includes a
여기서, 상기 챔버(10)는 다양한 챔버를 적용할 수 있으며, 이때의 챔버(10)는 웨이퍼 등의 기판을 투입하고 또 공정이 끝난 기판을 회수하는 용도의 로드락 챔버나 에어락 챔버를 적용할 수 있다. Here, the
상기 챔버(10)는 내부에 공간을 조성하면서 하단부가 개방되어 있는 동시에 상단부에는 관통홀(11), 예를 들면 원형의 관통홀(11)이 형성되어 있는 납작한 사각의 박스형 구조로 이루어지게 된다. The
이러한 챔버(10)의 한쪽 측면부에는 게이트(17)가 형성되어 있으며, 이때의 게이트(17)를 통해 기판이 챔버(10)의 내부로 들어오거나 챔버(10)의 외부로 나갈 수 있게 된다. A
그리고, 상기 챔버(10)의 상단부에 형성되어 있는 관통홀(11)의 가장자리에는 단차부(16)가 형성되며, 이렇게 형성되는 단차부(16)에는 히터 플레이트(12)가 얹혀져 안착되면서 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다. In addition, a
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만 상기 챔버(10)는 공지의 에어락 챔버나 로드락 챔버가 갖추고 있는 기본 구성, 예를 들면 챔버 내부 진공 조성을 위한 구성 등을 포함할 수 있다. Meanwhile, although not shown in the drawings, the
이와 같은 챔버(10)는 반도체 제조설비의 본체 프레임(미도시) 상에 지지되는 구조로 설치되며, 이때의 챔버(10)의 저면, 즉 개방되어 있는 하단부 홀 둘레의 저면과 본체 프레임 간의 밀착부위에는 기밀 유지를 위한 링 모양의 실 부재(미도시) 등이 개재될 수 있게 된다. Such a
이와 더불어, 상기 챔버(10)의 한쪽 측면부에는 진공 라인측 및 배기 라인측과 연결되는 2개의 홀(19a,19b)이 형성되며, 이때의 각 홀(19a,19b)은 벤트 라인(미도시)과 버큠 라인(미도시)으로 각각 연결된다. In addition, two
여기서, 2개의 홀(19a,19b) 중에서 1개의 홀(19b)에는 공지의 진공발생장치(미도시)로부터 연장되는 버큠 라인이 연결되고, 결국 챔버(10)의 내부에 진공 환경이 조성되거나 진공 환경이 해제될 수 있게 된다.Here, a vacuum line extending from a known vacuum generator (not shown) is connected to one
또한, 상기 기판 예열 장치는 기판을 가열하는 히터(13)의 설치를 위한 수단으로 히터 플레이트(12)를 포함한다.In addition, the substrate preheating apparatus includes a
상기 히터 플레이트(12)는 원판 형태의 플레이트로서, 챔버(10)의 상단부에 형성되어 있는 관통홀(11) 내에 원판 두께의 아래쪽 둘레 부분이 꼭 맞게 끼워짐과 더불어 관통홀(11)의 가장자리를 따라 형성되어 있는 단차부(16)에 놓여져 안착되면서 관통홀(11)을 마감하는 구조로 설치된다. The
이때, 서로 접하는 히터 플레이트(12)의 저면과 단차부(16)의 상면 사이에는 기밀 유지를 위한 수단으로 O-링(20)이 개재될 수 있게 된다. At this time, the O-
여기서, 상기 히터 플레이트(12)에는 원판 가장자리에서 돌출되는 다수 곳의 체결부분이 형성되며, 이때의 체결부분을 관통하는 볼트가 챔버(10)에 체결되므로서, 히터 플레이트(12)는 챔버(10)측에 일체식으로 조립되는 구조로 설치될 수 있게 된다. Here, the
이렇게 설치되는 히터 플레이트(12)의 저면은 챔버의 내부 천창면을 이루면서 노출되고, 이때의 챔버(10)의 내부 공간을 바라보는 히터 플레이트(12)의 저면에 히터(13)가 배치될 수 있게 된다. The bottom surface of the
그리고, 상기 히터 플레이트(12)는 히터(13)의 점검이나 교체 등과 같은 필요에 의해 챔버(10)측으로부터 분해 및 조립이 가능하며, 이에 따라 히터(13) 등을 포함하는 기판 예열 장치를 전체적으로 관리 및 유지보수하는 측면에서 유리한 점이 있다. In addition, the
예를 들면, 히터 플레이트(12)와 챔버(10)에 체결되어 있는 볼트를 푼 다음, 히터 플레이트(12)에 설치되어 있는 손잡이(29)를 잡고 히터 플레이트(12)를 들어 올리면, 챔버(10)측으로부터 히터(13), 히터 커버(15) 등을 포함하는 히터 플레이트(12) 전체를 쉽게 분리할 수 있게 되고, 또 소정의 점검이나 수리 후, 히터 플레이트(12)를 챔버(10)의 단차부(16)에 안착시키고 볼트를 체결하면, 챔버(10)측에 히터(13), 히터 커버(15) 등을 포함하는 히터 플레이트(12) 전체를 쉽게 장착할 수 있게 된다. For example, after loosening the bolts fastened to the
특히, 상기 히터 플레이트(12)의 저면에는 적어도 1열 이상의 버큠 관로(18), 예를 들면 "X"자 모양으로 교차하는 2열의 버큠 관로(18)가 형성되며, 이러한 버큠 관로(18)는 히터 플레이트(12)의 저면을 일정깊이로 길게 파내면서 양쪽 가장자리까지 관통시킨 직선형의 사각홈 형태로 이루어질 수 있게 된다. In particular, at least one row of bracing
이에 따라, 상기 챔버(10)의 내부에 진공압이 걸렸을 때, 히터 플레이트(12)의 저면에 설치됨과 더불어 히터(13)를 덮고 있는 히터 커버(15)에도 진공압이 작용하게 되면서 쿼츠 소재 등으로 이루어진 히터 커버(15)가 진공압에 의해 깨질 수 있게 되는데, 이때의 진공압이 버큠 관로(18)에 의해 히터 커버(15)의 내부에도 작용하게 되고, 이렇게 히터 커버(15)의 내외측에 작용하는 진공압이 균형을 이루게 되므로서, 히터 커버(15)가 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. Accordingly, when vacuum pressure is applied to the inside of the
그리고, 상기 히터 플레이트(12)의 상면부에는 히터(13)에 전원을 제공하기 위한 다수 개의 파워단(21)이 설치되는 동시에 히터(13)의 온도를 측정하기 위한 다수 개의 온도 센서(22)가 설치된다. In addition, a plurality of power stages 21 for supplying power to the
이때의 파워단(21)은 히터 플레이트(12)를 관통한 상태에서 히터 플레이트(12)의 저면에 배치되어 있는 히터(13)의 단자측과 연결되는 동시에 온도 센서(22) 역시 히터 플레이트(12)를 관통한 상태에서 히터 플레이트(12)의 저면에 배치되어 있는 히터(13)에 근접 위치된다. At this time, the
여기서, 상기 히터 플레이트(12)에 구비되는 파워단(21)과 온도 센서(22)는 설치 높이가 조절될 수 있다. Here, the installation height of the
이를 위하여, 상기 히터 플레이트(12)에는 파워단 설치용 홀(30)이 형성되고, 이때의 파워단/온도 센서 설치용 홀(30)에는 중심축선이 관통되어 있는 동시에 상단부에 수나사부가 형성되어 있는 홀더(26)가 설치되며, 이렇게 설치되는 홀더(26)의 중심부에는 히터(13)측과 연결되는 접속 단자(31)와 히터(13)측의 온도를 감지하는 온도 센서(22)가 관통됨과 더불어 이때의 접속 단자(31)와 온도 센서(22)는 홀더(26) 내에서 위아래로 슬라이드 가능한 구조로 설치된다. To this end, a
그리고, 상기 홀더(26)의 상단부에는 수나사부에 체결되는 암나사부를 가지면서 중심부에는 접속 단자(31) 및 온도 센서(22)의 외부 노출을 위한 홀을 가지는 캡(27)이 설치되고, 이렇게 설치되는 캡(27)의 내부에는 캡 바닥면과 홀더 상단면 사이에 가압체(28)와 탄성체(32)가 차례로 설치되며, 이때의 가압체(28)는 접속 단자(31)와 온도 센서(22)의 각 외주면 둘레에 끼워져 있는 탄성체(32)를 가압하는 역할을 하게 된다. In addition, a
이에 따라, 상기 히터 플레이트(12)의 파워단/온도 센서 설치용 홀(30)에 설치되어 있는 홀더(26)에 캡(27)을 체결하게 되면, 캡(27)에 의해 아래로 눌리는 가압체(28)가 탄성체(32)를 가압하게 되므로서, 접속 단자(31)와 온도 센서(22)가 홀더(26) 내에서 견고하고 고정될 수 있게 되는 한편, 접속 단자(31)나 온도 센서(22)의 높이를 조절하는 경우, 캡(27)을 어느 정도 풀어놓게 되면 가압체(28)와 탄성체(32)가 느슨하게 되고, 이 상태에서 접속 단자(31)나 온도 센서(22)를 위로 빼내거나 아래로 집어 넣으면 접속 단자(31)나 온도 센서(22)의 높이가 조절될 수 있게 되며, 이렇게 높이 조절 후에 캡(27)을 재차 체결하게 되면 접속 단자(31)나 온도 센서(22)의 조절된 높이가 고정될 수 있게 된다. Accordingly, when the
이렇게 파워단(21)과 온도 센서(22)를 체결 구조에 의해 높이 조절이 가능하도록 하고, 또 쉽게 분리할 수도 있도록 함으로써, 다양한 사양의 히터(13)를 적용하는 유리한 점이 있음은 물론 파워단(21)이나 온도 센서(22)를 적절히 빼내거나 집어넣어가면서 히터(13)의 위치나 온도 센서(22)의 위치를 조절할 수 있는 동시에 배선 연결 등과 관련한 작업도 매우 용이하게 할 수 있게 된다. In this way, by enabling the height adjustment of the
이때, 상기 파워단(21)의 접속 단자(31)와 온도 센서(22)는 접속구 형태가 터미널 형태로 이루어져 있어서, 배선 작업 시 전선측 단자와 손쉽게 접속할 수 있는 이점이 있다. At this time, since the
이와 더불어, 상기 히터 플레이트(12)는 웨이퍼가 속해 있는 챔버(10)의 내부 온도를 측정하는 수단으로 디지털 센서(33)를 포함한다. In addition, the
상기 디지털 센서(33)는 히터 플레이트(12)의 일측에 설치되는 센서 지지관(34)의 상단부에 설치되며, 이렇게 설치되는 디지털 센서(33)는 센서 지지관(34)의 내부를 통해 챔버(10)의 내부와 통할 수 있게 된다. The
이에 따라, 상기 디지털 센서(33)는 챔버(10)의 내부 온도를 측정한 후에 이를 컨트롤러(미도시)측에 제공할 수 있게 되고, 컨트롤러에서는 디지털 센서(33)로부터 얻은 챔버 내부 온도와 온도 센서(22)로부터 얻은 히터 온도에 기초하여 챔버(10)의 내부 온도와 히터(13)의 온도를 적절히 제어할 수 있게 되며, 결국 챔버 내부 온도와 히터 온도를 균형있게 제어함으로써 기판을 보다 효율적으로 또 설정된 온도로 정확하게 예열할 수 있게 된다. Accordingly, the
바람직한 실시예로서, 상기 히터 플레이트(12)에는 히터(13)의 열로부터 각종 전기적인 부품, 센서류 등을 보호하기 위한 냉각수가 제공된다. As a preferred embodiment, the
이를 위하여, 상기 히터 플레이트(12)의 상면에는 원형의 냉각수 통로(24)가 형성되고, 이렇게 형성되는 냉각수 통로(24)의 입구측과 출구측에는 각각 냉각 니플(35a,35b)이 설치된다. To this end, a circular
그리고, 상기 냉각수 통로(24)의 상부는 이에 상응하는 형상을 이루는 덮개(25)에 의해 마감된다. In addition, the upper portion of the cooling
이에 따라, 상기 한쪽의 냉각 니플(35a)을 통해 공급되는 냉각수는 냉각수 통로(24)를 순환한 후에 다른 한쪽의 냉각 니플(35b)을 통해 배출되고, 이러한 냉각수의 순환작용에 의해 히터 플레이트(12)는 물론 이곳에 설치되어 있는 파워단(21), 온도 센서(22) 등이 냉각될 수 있게 되므로서, 히터 열로부터 파워단(21), 온도 센서(22) 등의 부품을 보호할 수 있게 된다. Accordingly, the cooling water supplied through the one
또한, 상기 기판 예열 장치는 실질적으로 기판을 가열하는 수단으로 히터(13)를 포함한다. In addition, the substrate preheating apparatus includes a
상기 히터(13)는 히터 플레이트(12)의 저면에 위치되면서 파워단(21)측에 고정되는 구조로 설치되어 진공 환경이 조성되어 있는 챔버(10) 내에 투입되는 기판을 가열하는 역할을 하게 된다. The
여기서, 상기 히터(13)는 할로겐 램프 타입의 히터, 세라믹 히터, 카본 히트 등을 적용할 수 있게 된다. Here, the
본 발명에서는 할로겐 램프 타입의 히터를 적용한 예를 제공한다. The present invention provides an example in which a halogen lamp type heater is applied.
이를 위하여, 상기 히터(13)는 할로겐 램프 타입의 히터로 이루어질 수 있게 되고, 이러한 히터(13)는 히터 플레이트(12)의 저면에 설치되는 히터 커버(15) 내의 히터 장착홈(14) 내에 삽입되면서 챔버 내부의 윗쪽에 위치되는 구조로 설치될 수 있게 된다. To this end, the
이러한 히터(13)는 전체적으로 원형을 이룸과 더불어 일부는 직선형을 이룰 수 있게 되며, 원형을 이루는 히터(13)는 동심원 상으로 배치됨과 더불어 서로 다른 직경을 가지는 복수 개로 이루어질 수 있게 된다. These
예를 들면, 상기 히터(13)는 중심쪽에 배치되면서 상대적으로 가장 작은 직경을 가지는 제1히터에서부터 외곽쪽으로 배치되는 것일수록 상대적으로 큰 직경을 가지는 제2히터 및 제3히터로 이루어지게 되고, 이때의 제1히터 내지 제3히터는 동심원을 이루며 배치될 수 있게 된다. For example, the
이때, "U"자형을 이루는 직선형의 제4히터는 중심부에서 외곽쪽을 향해 반경방향을 따라 나란하게 배치될 수 있게 된다. In this case, the straight fourth heaters forming a “U” shape can be arranged side by side in the radial direction from the center to the outer side.
이와 같은 각각의 히터(13)는 이와 동일한 직경을 이루는 각 히터 장착홈(14)에 일대일 매칭을 이루면서 설치될 수 있게 된다. Each of these
그리고, 상기 각 히터(13)의 양쪽 단부에는 파워단(21)의 접속 단자(31)가 연결되며, 이에 따라 각각의 히터(13)는 접속 단자(31)를 통해 전선측과 접속될 수 있게 되므로서, 이때의 히터(13)는 전선을 통해 인가되는 전원에 의해 발열되면서 아래쪽에 배치되는 기판을 가열할 수 있게 된다. In addition, the
특히, 상기 각각의 히터(13)는 전원측과 개별적으로 접속되어 컨트롤러(미도시)에 의해 각각 독립적으로 제어될 수 있게 되므로서, 히터 발열량 조절이 가능하게 된다. In particular, each of the
예를 들면, 상기 컨트롤러에 의해 제1히터 내지 제4히터가 개별적으로 제어되므로서, 히터(13)는 4개가 모두 가동하는 경우 최대 히터 발열량을 확보할 수 있게 됨과 더불어 1개가 가동되는 경우에는 최소 히터 발열량을 확보할 수 있게 된다. For example, since the first to fourth heaters are individually controlled by the controller, the maximum heater heating value can be secured when all four
따라서, 상기 히터(13)의 가동 갯수를 적절히 조절하여 히터 발열량을 조절함으로써, 다양한 온도 조건이 요구되는 여러 프로세스 챔버의 환경에 맞게 기판의 예열 온도를 적절하게 조절할 수 있는 등 다양한 온도나 환경이 요구되는 여러 공정 조건에 적극적으로 대처할 수 있는 이점이 있다. Accordingly, various temperatures or environments are required, such as being able to appropriately adjust the preheating temperature of the substrate according to the environment of various process chambers requiring various temperature conditions by appropriately adjusting the number of operation of the
또한, 상기 기판 예열 장치는 히터(13)를 보호하는 수단으로 히터 커버(15)를 포함한다. In addition, the substrate preheating apparatus includes a
상기 히터 커버(15)는 히터 플레이트(12)와 동일한 크기로 이루어진 상부 개방형의 원형 하우징 형태로서, 원형 하우징의 가장자리 부분을 이용하여 히터 플레이트(12)의 가장자리 부분과 겹쳐지면서 히터 플레이트(12)의 설치 시에 함께 단차부(16) 내에 얹혀져 착탈 가능한 구조로 설치된다. The
이때, 상기 히터 커버(15)의 상단부는 버큠 관로(18)를 제외한 히터 플레이트(12)의 저면에 밀착될 수 있게 된다. At this time, the upper end of the
여기서, 상기 히터 커버(15)는 투명한 소재의 쿼츠, 유리 등으로 이루어질 수 있게 된다. Here, the
특히, 상기 히터 커버(15)에는 저면에는 히터(13)의 수용을 위한 히터 장착홈(14)이 형성된다.In particular, a
이러한 히터 장착홈(14)은 반원형의 단면을 가지는 동시에 전체적으로 원형을 이루면서, 실질적으로는 일부가 살짝 끊어진 형태의 원형을 이루면서 동심원 상으로 배치됨과 더불어 서로 다른 직경을 가지는 복수 개로 이루어질 수 있게 되는 한편, 일부의 히터 장착홈(14)은 직선형의 형태로 이루어질 수 있게 된다. These
예를 들면, 상기 히터 장착홈(14)은 원형 하우징 중심쪽에 배치되면서 상대적으로 가장 작은 직경을 가지는 제1히터 장착홈에서부터 원형 하우징 외곽쪽으로 배치되는 것일수록 상대적으로 큰 직경을 가지는 제2히터 장착홈 및 제3히터 장착홈으로 이루어지게 되고, 이때의 제1히터 장착홈 내지 제3히터 장착홈은 동심원을 이루며 배치될 수 있게 된다. For example, the
이와 더불어, "U"자형을 이루는 직선형의 제4히터의 수용을 위한 제4히터 장착홈은 중심부에서 외곽쪽을 향해 반경방향을 따라 나란하게 배치될 수 있게 된다.In addition, the fourth heater mounting groove for accommodating the straight fourth heater forming a “U” shape can be arranged in parallel along the radial direction from the center toward the outer side.
또한, 상기 기판 예열 장치는 진공압 배출 시에 파티클이 날리는 것을 막아주는 수단으로 댐핑 박스(23)를 포함한다. In addition, the substrate preheating apparatus includes a damping
상기 댐핑 박스(23)는 챔버(10)의 일측, 예를 들면 챔버(10)에 있는 게이트(17)와 90°각도를 이루는 측면쪽에 설치되며, 이렇게 설치되는 댐핑 박스(23)는 홀(19a)을 통해 챔버(10)의 내부와 통하게 되는 동시에 벤트 라인측과도 연결되어 통하게 된다. The damping
이러한 댐핑 박스(23)는 진공압 해제와 더불어 이루어지는 벤트 시 배출가스의 와류 발생을 방지하는 역할을 하게 되며, 그 결과 배출가스 속의 파티클이 날리는 것을 막아줌으로써, 기판이나 배출가스가 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. The damping
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 예열 장치의 작동상태를 나타내는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view illustrating an operating state of an apparatus for preheating a substrate according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 제조장비의 챔버(10), 예를 들면 로드락 챔버, 에어락 챔버, 프로세스 챔버, 트랜스퍼 챔버는 물론 로봇 등을 갖춘 상태에서 소정의 반도체 제조공정(예컨대, 임플란트 공정)이 진행된다. As shown in FIG. 7 , a predetermined semiconductor manufacturing process (eg, an implant process) is in progress.
먼저, 기판(100)을 프로세스 챔버 내에 투입하기에 앞서 로봇(미도시)에 탑재된 기판(100)은 챔버(10)의 게이트(17)를 통해 챔버(10)의 내부로 투입되고, 챔버(10)의 내부에 구비되어 있는 핀 등의 기판 지지대(미도시) 위에 기판을 안착시켜서 대기 상태를 유지한다. First, before putting the
다음, 상기 로봇의 복귀 및 게이트(17)의 닫힘 상태에서, 진공 펌프(미도시)를 작동시켜서 챔버(10) 내의 공기를 빼줌으로써 챔버(10)의 내부에 진공 환경을 조성한다. Next, when the robot returns and the
다음, 상기 챔버(10)의 내부에 진공 환경이 조성되면, 이와 동시에 히터(13)가 작동하게 되고, 계속해서 챔버(10)의 상부(천장부)에 설치되어 있는 히터(13)에서 나오는 열에 의해 기판(100)이 상부 가열 방식으로 가열된다. Next, when a vacuum environment is created inside the
이때의 기판(100)은 약 5분 정도 약 150∼200℃ 정도의 온도로 순간적으로 가열된다.At this time, the
다음, 상기 챔버(10)의 내부에서 소정의 온도로 미리 가열된 기판(100)은 로봇의 작동에 의해 챔버(10)로부터 배출된 다음, 계속해서 프로세스 챔버측으로 이송 및 투입되어 공정 처리를 받게 된다. Next, the
여기서, 상기 로봇에 의한 기판의 투입 및 배출 방식, 기판을 안착시키는 방식, 게이트를 열고 닫는 방식, 챔버 내에 진공을 조성하는 방식 등을 포함하는 로드락 챔버를 운용하는 방법은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다. Here, the method of operating a load lock chamber, including a method of inserting and discharging a substrate by the robot, a method of seating the substrate, a method of opening and closing a gate, and a method of creating a vacuum in the chamber, is commonly known in the art. As long as it is a known method, it can be adopted without particular limitation.
이렇게 프로세스 챔버 내에서 소정의 공정 처리를 받기 전에 별도의 챔버에서 미리 일정 온도로 예열을 마친 상태에서 프로세스 챔버로 기판이 투입되므로서, 프로세스 챔버에서의 기판 가열 시간을 단축할 수 있고, 또 기판이 프로세스 챔버로 들어가기에 앞서 챔버에서 대기하는 시간을 활용하여 기판을 일정 온도까지 예열할 수 있기 때문에 기판 흐름의 정체없이 기판 처리 속도를 높일 있는 등 반도체 제조 수율을 현저하게 높일 수 있게 된다. In this way, since the substrate is put into the process chamber after being preheated to a predetermined temperature in a separate chamber before being subjected to a predetermined process in the process chamber, it is possible to shorten the heating time of the substrate in the process chamber, and Since the substrate can be preheated to a certain temperature by utilizing the waiting time in the chamber before entering the process chamber, it is possible to significantly increase the semiconductor manufacturing yield, such as increasing the substrate processing speed without stopping the flow of the substrate.
이와 같이, 본 발명에서는 반도체 제조설비의 챔버에 상부 가열식의 히터를 설치함과 더불어 이때의 히터로 챔버 내의 기판을 가열한 후에 프로세스 챔버로 투입되도록 하는 새로운 형태의 기판 예열 장치를 제공함으로써, 기판이 챔버에서 대기하는 시간을 활용하여 기판을 일정 온도까지 예열할 수 있는 등 기판 흐름의 정체없이 기판 처리 속도를 높일 수 있고, 또 프로세스 챔버에서의 기판 가열 시간을 단축할 수 있으며, 따라서, 반도체 제조 수율을 현저하게 향상시킬 수 있다. As described above, in the present invention, a new type of substrate preheating apparatus is provided in which a top heating type heater is installed in a chamber of a semiconductor manufacturing facility, and the substrate in the chamber is heated with the heater and then put into the process chamber. By utilizing the waiting time in the chamber, the substrate processing speed can be increased without stopping the substrate flow, such as preheating the substrate to a certain temperature, and the substrate heating time in the process chamber can be shortened, thus, the semiconductor manufacturing yield can be significantly improved.
10 : 챔버
11 : 관통홀
12 : 히터 플레이트
13 : 히터
14 : 히터 장착홈
15 : 히터 커버
16 : 단차부
17 : 게이트
18 : 버큠 관로
19a,19b : 홀
20 : O-링
21 : 파워단
22 : 온도 센서
23 : 댐핑 박스
24 : 냉각수 통로
25 : 덮개
26 : 홀더
27 : 캡
28 : 가압체
29 : 손잡이
30 : 파워단/온도 센서 설치용 홀
31 : 접속 단자
32 : 탄성체
33 : 디지털 센서
34 : 센서 지지관
35a,35b : 냉각 니플10: chamber
11: through hole
12: heater plate
13: heater
14: heater mounting groove
15: heater cover
16: step part
17 : gate
18: hold pipe
19a, 19b: Hall
20 : O-ring
21: power stage
22: temperature sensor
23 : damping box
24: coolant passage
25 : cover
26: holder
27 : cap
28: pressurized body
29 : handle
30: Hall for power stage/temperature sensor installation
31: connection terminal
32: elastic body
33: digital sensor
34: sensor support tube
35a, 35b : cooling nipple
Claims (10)
상기 챔버(10)의 상단부에 형성되어 있는 관통홀(11)을 마감하면서 저면을 통해 챔버 천장면을 이루는 구조로 설치되는 히터 플레이트(12);
상기 히터 플레이트(12)의 저면에 설치되어 진공 환경이 조성되어 있는 챔버(10) 내에 투입되는 기판을 가열하는 히터(13);
를 포함하며, 프로세스 챔버로 투입되는 기판을 투입 전(前) 상부에서 미리 가열할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
It is installed in a structure coupled to the upper end of the chamber 10 to heat the substrate in the chamber 10 from the upper portion,
a heater plate 12 installed in a structure to form a chamber ceiling surface through a bottom surface while closing the through-hole 11 formed at the upper end of the chamber 10;
a heater 13 installed on the bottom surface of the heater plate 12 to heat the substrate input into the chamber 10 in which a vacuum environment is created;
Including, a substrate preheating apparatus, characterized in that it is capable of pre-heating the substrate to be put into the process chamber from the upper part before the input (pre).
상기 히터(13)는 할로겐 램프 타입의 히터로서, 히터 플레이트(12)의 저면에 설치되면서 챔버 내측의 천정부 전면에 걸쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
The method according to claim 1,
The heater 13 is a halogen lamp type heater, and is installed on the bottom surface of the heater plate 12 and is disposed over the entire surface of the ceiling inside the chamber.
상기 각각의 히터(13)는 전원측과 개별적으로 접속되어 각각 독립적으로 제어될 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. 기판 예열 장치.
3. The method according to claim 2,
Each of the heaters 13 is individually connected to the power supply side, and each of the heaters 13 is characterized in that it can be independently controlled. substrate preheating device.
상기 히터 플레이트(12)의 저면부에 설치됨과 더불어 히터 장착홈(14)을 이용하여 히터(13)를 내측으로 수용하면서 히터(13)를 보호하는 투명한 히터 커버(15)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
The method according to claim 1,
In addition to being installed on the bottom of the heater plate 12, it further includes a transparent heater cover 15 for protecting the heater 13 while accommodating the heater 13 inside using the heater mounting groove 14. substrate preheating device.
상기 히터 장착홈(14)은 원형을 이루면서 동심원 상으로 배치됨과 더불어 서로 다른 직경을 가지는 복수 개로 이루어지고, 상기 히터(13) 또한 원형을 이루면서 동심원 상으로 배치됨과 더불어 서로 다른 직경을 가지는 복수 개로 이루어져, 각각의 히터(13)는 같은 직경을 이루는 각 히터 장착홈(14)과 일대일 매칭을 이루면서 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
5. The method according to claim 4,
The heater mounting groove 14 is formed in a plurality of concentric circles while forming a circle and having different diameters. , Each of the heaters 13 is a substrate preheating apparatus, characterized in that it is installed while forming a one-to-one matching with each heater mounting groove (14) forming the same diameter.
상기 히터 플레이트(12)는 챔버(10)의 상단부에 형성되어 있는 관통홀(11)의 가장자리를 따라 형성되는 단차부(16)에 안착됨과 더불어 볼트 체결을 통해 분해 및 조립 가능한 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
The method according to claim 1,
The heater plate 12 is seated on the step portion 16 formed along the edge of the through hole 11 formed at the upper end of the chamber 10 and is installed in a structure that can be disassembled and assembled through bolt fastening. A substrate preheating device, characterized in that.
상기 히터 플레이트(12)의 저면에는 히터 커버(15) 내에 작용하는 진공압을 배출시켜 히터 커버(15)가 파손되는 것을 방지하는 적어도 1열 이상의 버큠 관로(18)가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
5. The method according to claim 4,
The substrate, characterized in that at least one row of vacuum conduits (18) are formed on the bottom surface of the heater plate (12) to prevent the heater cover (15) from being damaged by discharging the vacuum pressure acting in the heater cover (15). preheating device.
상기 챔버(10)의 일측에 설치됨과 더불어 챔버 내부와 연통되면서 벤트 시에 와류 발생을 방지하여 파티클이 날리는 것을 막아주는 댐핑 박스(23)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
The method according to claim 1,
The substrate preheating apparatus further comprising a damping box 23 installed on one side of the chamber 10 and communicating with the inside of the chamber to prevent vortex generation during venting to prevent particles from flying.
상기 히터 플레이트(12)의 상면에는 과열 방지를 위해 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 통로(24) 및 덮개(25)가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.
The method according to claim 1,
A substrate preheating apparatus, characterized in that a cooling water passage (24) and a cover (25) for supplying cooling water to prevent overheating are formed on the upper surface of the heater plate (12).
상기 히터 플레이트(12)에는 히터(13)에 전원을 공급하기 위한 파워단(21)과 히터(13)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(22)가 설치되되, 상기 파워단(21)과 온도 센서(22)는 홀더(26)와 캡(27) 간의 나사 체결구조 및 그 내측에서의 가압체(28)의 가압 작용을 통해 높이 조절이 가능한 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 예열 장치.The method according to claim 1,
A power stage 21 for supplying power to the heater 13 and a temperature sensor 22 for measuring the temperature of the heater 13 are installed on the heater plate 12, and the power stage 21 and the temperature The sensor 22 is installed in a structure in which the height can be adjusted through a screw fastening structure between the holder 26 and the cap 27 and the pressing action of the pressing body 28 on the inside thereof.
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KR (1) | KR102432994B1 (en) |
Citations (7)
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2020
- 2020-10-16 KR KR1020200134079A patent/KR102432994B1/en active IP Right Grant
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