KR970005686B1 - 박막열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따른 박막 열처리 장치의 측면도.
제2도는 제1도에 진공챔버를 도시한 사시도.
제3도는 히이터 유니트를 도시한 일부 절제 단면도.
제4도는 히이터 블럭의 분리사시도.
제5도는 제4도에 도시된 히이터 블럭의 단면도.
제6도는 히이터 블럭과 이에 웨이퍼를 클램핑하는 클램핑 수단을 도시한 측단면도.
제7도는 클램프의 분리 사시도.
제8도는 진공수단의 블럭도.
제9도는 차단수단의 분리 사시도.
제10도는 제9도에 도시된 차단수단의 단면도.
제11도는 제10도에 도시된 A부분의 확대 단면도.
제12도는 가스 공급수단의 블럭도.
제13도는 가스 공급수단의 분리 사시도.
제14도는 냉각수단의 블럭도.
제15도는 냉각판 부재와 제1 냉각라인을 도시한 것으로, (a)는 단면도이고, (b)는 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 진공챔버 20 : 히이터 블럭
30 : 크램핑 수단 50 : 공급수단
60 : 진공수단 70 : 차단수단
100 : 가스 공급수단 130 : 냉각수단
200 : 웨이퍼
본 발명은 박막 열처리 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 박막인 웨이퍼를 고진공 분위기에서 열처리하는 박막의 열처리 장치에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 제조공정의 장비는 반도체 디바이스의 고직접화 및 미세화에 따른 공정 뿐만 아니라 멀티 챔버(multi chamber)의 구성에 의한 크러스터 시스템(cluster system)의 개발이 요구되고 있다.
상술한 크러스터 시스템에 있어서의 웨이퍼(wafer) 이송은 이송 중에 발생되는 진동에 의한 웨이퍼의 불량이나 이송중 불순가스에 의한 오염으로 인하여 고집속화된 메모리 소자등의 제조에 따른 수율이 좋지 않은 문제점이 있었다.
특히 반도체 제조공정에 있어 각 소자의 배선을 연결시켜 주기 위한 금속막 형성공정은 고집적화에 따라 새로운 공정기술을 필요로 하고 있으며, 현재 균일한 박막을 형성시킨 후 형성된 박막을 용융점 이하의 온도에서 열처리 하는 리플로우 프로세스(reflow process)가 개발 응용되고 있는 상태이다.
따라서, 이러한 공정을 뒷받침하기 위한 공정장비는 진공용기 내의 온도분포 및 고진공도, 불순입자 조절등 공정변수의 조절을 통한 최적의 공정조건을 요구하게 되므로 이를 바탕으로 하는 장치의 구성은 매우 중요하다.
그러나 종래의 박막의 열처리 장치는 알루미윰 증착용 장비와 공유하여 사용됨으로 인하여 챔버의 내부를 고진공의 분위기로 조성하기 어렵고, 500° 이상의 온도에서 반도체 제조용 웨이퍼의 전면을 균일하게 가열할 수 없는 문제점이 있었다. 특히 반도체 제조용 웨이퍼의 히이터 블럭에 대한 클램핑은 웨이퍼가 장착된 히이터 블럭을 승강시키거나 히이터 블럭을 고정시키고 이의 상부에 설치된 웨이퍼를 클램핑 하기 위한 클램프를 승강시키는 방식이 사용되고 있는데, 통상적으로 사용되는 방식은 히이터 블럭의 상부에 클램핑하는 수단이 마련되고 히이터 블럭의 하부에 위치한 벨로우즈등의 승강장치를 이용하여 상기 히이터 블럭을 상기 클램핑 수단까지 상승시킴으로써 클램핑하게 되어 있다. 이 경우 하중이 클램프에 비하여 큰 히이터 블럭이 대기와 진공사이를 이동하면서 웨이퍼를 이송, 반송 및 클램핑까지 하게 되므로 히이터 블럭의 상하 이동시 직진성 문제가 야기되고 직진성이 좋지 않을 경우 열처리 공정중 웨이퍼가 깨어지게 되는 문제점이 내재되어 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 챔버내부의 진공도를 향상시킬 수 있으며, 웨이퍼의 클램핑에 따른 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있는 박먹 열처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 제조용 웨이퍼의 열처리에 따른 수율을 향상시킬 수 있는 박막 열처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공챔버와, 이 진공침버의 내부에 고정설치되는 히이터 블럭과, 상기 히이터 블럭의 상단부가 결합 및 분리되며 히이터 블럭에 대해 웨이퍼를 그 자중에 의해 밀착시키는 클램프가 마련된 클램핑 수단과, 상기 클램핑수단에 웨이퍼를 공급하는 웨이퍼 공급수단과, 상기 챔버의 내부와 연통되도록 설치되어 챔버의 내부를 고진공 분위기로 만드는 진공수단과, 상기 히이터 블럭과 진공 챔부에 설치되어 상기 챔버의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 히이터 블럭과 진공챔버 및 진공수단을 냉각시키기 위한 냉각수단이 마련되고, 상기 진공챔버의 외주면에는 이를 가열하기 위한 가열수단이 더 구비된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상사하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 박막의 열처리 장치는 제1도에 나타내 보인 바와 같이 진공챔버(10)와, 이 진공챔버(10)의 내부에 고정설치 되는 히이터블럭(20)과, 상기 히이터 블럭(20)의 상면부가 결합 및 분리되며 히이터 블럭(20)에 대해 웨이퍼를 그 자중에 의해 밀착시키는 클램프(31)가 마련된 클램핑 수단(30)과, 상기 클램핑수단(30)에 웨이퍼를 공급하는 웨이퍼 공급수단(50)과, 상기 챔버의 내부와 연통되도록 설치되어 챔버의 내부를 고진공분위기로 만드는 진공수단(60)과, 상기 히이터 블럭(20)에 설치되어 상기 진공챔버(10)의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급수단(100)과, 상기 진공챔버(10)의 외주면과 히이터블럭(20) 및 진공수단(60)의 포핏 플레이트(74)를 냉각시키는 냉각수단(130)으로 대별된다.
상기 진공챔버(10)는 프레임(2)에 고정설치되어 상기 히이터 블럭(20)이 그 내부에 설치되며, 웨이퍼를 열처리하기 위한 고진공 분위기를 형성하는 것으로, 제2도에 도시된 바와 같이 내부에 소정의 캐비티(11a)가 형성된 본체(11)의 상면에 그 가장자리에 플랜지부(12a)(13a)가 마련되어 제1, 2관통공(12)(13)이 소정의 간격으로 설치되고 그 내외측에는 챔버의 내부에 흡착된 가스의 방출을 원활하게하기 위하여 히이터 유니트가 설치된다. 상기 본체(11)의 외측면에 위치한 히이터 유니트(15)는 제3도에 도시된 바와 같이 알루미늄과 같은 열전달부재(15a)에 실리콘 러버 히이터(silicon rubber heator)등의 박막 히이터(15b)가 설치되고 이의 외주면에는 상기 박막 히이터(15b)로부터 방출된 열이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위한 단열재(15c)가 설치되고 단열재(15c)의 외주에는 외관미 및 인체와의 접촉시 위험을 방지하기 위해 나일론11(nylon 11) 등과 같이 절연 및 열적 특성이 우수한 물질로 코팅된 커버(15d)가 고정설치 된다. 여기에서 상기 박막 히이터(15b)는 150도 이내에서 온도 조절이 가능하게 함이 바람직하다. 그리고 상기 챔버(12)의 내부에는 히이터 블록(20)과 후술하는 차단수단의 사이를 구획하는 쉴드(16)가 설치되며 상기 진공챔버(10)에 형성된 제1, 2 관통공(12)(13)의 주위 및 상기 쉴드(16)의 주위에는 제3냉각라인(도시되지 않음)이 설치된다.
상기 히이터 블럭(20)은 진공챔버(10)의 본체(11)에 마련된 제2관통공(12) 수직하부의 캐비티(11a)내에 설치되는 것으로, 제4도 및 제5도에 도시된 바와같이 서포트(21)에 의해 지지되고 그 하면에는 후술하는 제1냉각라인(23a) 마련된 냉각판부재(23)가 설치되고 이 냉각판부재(23)의 하면에는 가열 히이터(24)가 설치된다. 그리고 상기 히이터 블럭(10)의 하측 중앙부에는 히이터 블럭(10)의 상면 가장자리에 이를 따라 소정의 간격으로 형성된 복수개의 가스 공급공(25a)과 연통되도록 접속관(25)이 설치되고 상기 히이터 블럭(20)의 상면은 상기 가스 공급공으로부터 공급된 가스가 웨이프와 히이터 블럭(20)의 상면 사이를 흐를 수 있도록 히이터 블럭(20)의 중앙부 측으로 경사지게 설치된다. 이때 히이터 블럭의 상면을 약간 경사지게 한 것은 웨이퍼의 클램핑시 히터 블럭과 웨이퍼 사이의 간격을 균일하게 유지하기 위한 것이다. 그리고 상기 히이터 블럭(20)의 외주면에는 후술하는 클램프의 핑거가 슬라이딩 될 수 있도록 수직 방향으로 가이드 홈(20a)이 형성되고, 상기 서포트(31)의 주면에는 스토퍼(27)가 설치되어 히이터 블럭상에 웨이퍼가 없어도 후술하는 클램프(31)가 스토퍼(27)에 의해 더 이상 하강하지 않도록 되어 있다.
상기 클램핑 수단(30)은 히이터 블럭(20)과 결합되어 반도체 제조용 웨이퍼를 히이터 블럭(20)의 상면에 대해 클램핑하는 것으로, 제6도 및 제7도에 도시된 바와 같이 상기 히이터 블럭(20)에 올려지는 클램프(31)가 몸체(31a)의 주면에 원주방향으로 후술하는 웨이퍼 공급수단의 아암이 삽입 및 인출되는 장공(31b)이 형성되고, 상기 몸체(31a)의 상간 가장자리에 그 중앙부로 소정길이 연장되는 둘레턱(31c)이 형성된다. 여기에서 상기 장공(31b)은 소정의 폭으로 몸체(31a)의 원주방향으로 형성된 제1구멍(31d)과, 이 제1구멍(31d)으로부터 상기폭보다 작은 폭으로 몸체(31a)의 길이 방향으로 형성된 제2구멍(31e)으로 이루어져 있는데, 이 장공(31b)은 클램프(31)의 열변형을 고려하여 적어도 두 개가 대칭되도록 형성되어 있다. 그리고 상기 몸체(31s)의 주면에 반경방향으로 적어도 세 개의 지지부(32)가 소정의 각도 간격으로 형성되고 이의 단부 하면에는 승강부(40)의 로드 단부가 결합되는 지지공(32a)이 형성된다. 또한 상기 클램프(31)의 내부면에는 상기 아암(73)에 의해 공급된 웨이퍼(200)을 지지하는 핑거(finger ; 34)가 설치되는데, 이 핑거(34)는 제1구멍(31d)과 제2구멍(31e)의 경계부 높이의 클램프(31) 내주면에 설치함이 바람직하고, 세트 스크루로서 결합하여 위치를 이동시킬 수 있도록 함이 바람직하며, 상기 핑거(34)는 제7도(나)에 도시된 바와같이 그 상면이 소정의 각도(약45°)로 경사진 단차를 형성함이 바람직하다.
그리고 상기 클램프(31)의 상단부에는 이를 지지하는 캡(35)이 결합되는데, 이 캡(35)의 측면에는 상기 장공(31b)이 가려지지 않도록 하단부로부터 인입형성되어 있다. 여기에서 상기 클램프(31)는 스테인레스 스틸 또는 니켈 등 반사율이 우수한 재료로서 제작함이 바람직하고, 그 형상을 돔형으로하여 제작하여 그 내부에 램프히이터(36) 또는 그 내부 도는 외부에서 가열히이터를 설치함이 바람직하다.
상기 웨이퍼 공급수단(50)은 클램프(31)에 형성된 장공(31b)의 전면에 설치되는 것으로, 제6도에 도시된 바와같이 상기 클램프(31)의 전면에 설치되는 액튜에이터(51)와, 이 액튜에이터(51)의 로드(51a)에 고정되며 단부에 웨이퍼 지지부(53a)가 마련된 아암(53)을 구비하여 구성된다.
상기 승강부(40)는 히이터 블럭(20)에 올려지는 클램프(31)를 선택적으로 승강시키는 것으로, 제6도에 도시된 바와같이 상기 히이터 블럭(20)의 서포트(21)가 설치된 진공챔버(10) 바닥면의 하면에 고정된 베이스 판(41)과, 이 베이스 판(41)에 수직으로 슬라이딩 하게 설치되는 적어도 세 개의 로드(42)와, 상기 챔버(10)의 바닥면 하부로 노출된 각 로드(42)의 단부를 연결하는 지지플레이트(43)와, 이 지지플레이트(43)의 중앙부에 고정된 이송부재(44)와, 상기 베이스 판(41)의 하면에 고정된 브라켓(45)에 지지되어 상기 이송부재(44)와 결합되는 볼스크류(46)와, 상기 브라켓(45)의 하면에 고정되어 볼스크류(46)를 정역회전시키는 액튜에이트(48)와, 상기 볼스크류(46)의 하단에 설치되어 볼스크류(46)가 관성력에 의해 회전하는 것을 방지하는 브레이크부(90)를 구비하여 구성된다.
여기에서 상기 각 로드(42)의 단부는 클램프(31)의 지지부(32)단부에 마련된 지지공(32a)과 결합될 수 있도록 이 지지공(32a)의 수직하부에 위치되며 그 입구측의 각도가 약 90°를 이루도록 테이퍼져 있다. 그리고 상기 로드(42)의 단부를 연결하는 지지플레이트(43)는 삼각 또는 원판형으로 형성함이 바람직하다. 또한 상기 볼스크류(46)와 액튜에이터(48)의 회전축(48a)이 플레시블 커플링(49)에 의해 연결되고 상기 챔버(10)에 고정된 베이스판(41)과 로드(42)의 슬라이딩부는 벨로우즈(42a)가 설치되며 이 벨로우즈(42a)은 진공챔버(10)의 바닥면에 고정되어 벨로우즈(42a)의 주위를 감싸는 실드(shield ; 42b)가 설치된다. 이 실드는 히이터의 방출열로부터 벨로우즈를 보호하며 불순입자에 의해 벨로우즈의 손상을 방지하기 위한 것이다. 여기에서 상기 액튜에이터는 서어보 모우터나 유압 모우터를 사용함이 바람직하다.
상기 진공수단(60)은 진공챔버(10)의 수직 하부에 설치되어 진공챔버(10)의 내부를 고진공으로 유지하는 것으로, 제8도에 도시된 바와같이 상기 제2관통공(13) 수직하부의 진공챔버(10) 바닥면과 연통되도록 연결된 제 1 연결관(61)에 제 1, 2진공펌프(62)(63)가 직열로 연결되고 상기 진공챔버(10)와 제1진공펌프(62)의 사이 및 제 1, 2진공펌프(62)(63) 사이의 제 1 연결관(61)에는 제 1, 2 밸브(64)(65)가 각각 설치된다. 상기 제 1 연결관(61)에는 상기 제 1 밸브(64)의 상하부 제 1 연결관(61)과 연통되는 제 1 바이패스 관(66)이 설치되고 이 제 1 바이패스 관(66)에는 제 3 밸브(67)가 설치된다. 이는 진공챔버(10)의 초기 진공유지시에는 진공챔버(10)의 유체흐름이 비스커스 흐름(Viscous flow)을 형성하므로 이때 유체의 흐름이 불순입자 와류를 유발시키게 되므로 이를 방지하기 위해 설치된 것이다. 여기에서 상기 제 1, 2 진공펌프(62)(63)는 드러그 펌프(drag pump)와 드라이 펌프(dry pump)를 사용함이 바람직하고 상기 제 1, 2, 3 밸브(64)(65)(67)는 솔레노이드 밸브를 사용함이 바람직하다.
그리고 상기 제 2 관통공(13)의 수직하부에는 제 2 연결관(68)이 연통되도록 설치되어 제 1 연결관(61)의 제 1 밸브(64)와 제 1 진공펌프(62)사이의 제 1 연결관(61)과 접속되고, 이 제 2 연결관은 후술하는 차단수단(70)에 의해 진공챔버(10)의 내부와 연통 및 차단되도록 설치되고 상기 제 3 진공펌프(69)와 제 1 연결관(61) 사이의 제 2 연결관(68)에는 제 4 밸브(69a)가 설치된다. 또한 상기 제 1 연결관(61)의 상단부에는 상기 진공챔버(10)의 진공을 해제하는 진공해제 가스 공급관(69b)이 설치되는데, 이 가스 관(69b)에는 제 5 밸브(69c)가 설치되고 이 제 5 밸브(69c)의 양측이 가스관(69b)을 연결하여 바이패스관(69d)이 설치된다.
그리고 상기 제 2 연결관(68)과 접속된 진공챔버(10)의 상부에 형성된 상기 제 2 관통공(13)의 플랜지부(13a)에는 상기 제 1, 2 펌프(62)(63)가 작동되는 동안 제 2 연결관(67)의 유입구를 차단하는 차단수단(70)이 설치된다. 이 차단수단(70)은 제9도 내지 제11도에 도시된 바와같이 상기 제 2 관통공(13)의 가장자리와 그 플랜지부(71a)가 결합되며 그 바닥면 중앙에 관통공(71b)이 마련된 하우징(71)과, 이 하우징(71)의 플랜지부(71a)와 결합되는 서포트부재(76)와, 상기 하우징(71)의 내부에 삽입되며 중공부(72b)를 갖는 그 로드(72a)가 상기 서포트 부재(76)와 하우징(71)의 하면으로 돌출된 실린더(72)와, 상기 로드(72a)의 하단부에 고정되며 로드(72a)의 중공부(72b)가 그 내부에 형성된 제 2 냉각라인(74a)의 배출측과 연통되도록 결합되고 상기 진공챔버(10)의 바닥면과 밀착되어 제 2 연결관(68)의 입구측을 차단하는 포필 프레이트(poppet plate 74)와, 상기 포필 플레이트(74)의 하면에 설치된 오링(74b)와, 상기 로드(72a)의 중공부(72b)에 삽입외어 상기 제 2 냉각라인(74a)의 출구측과 연결된 공급관(75) 상기 서포트부재(76)에 지지되어 상기포필플레이트(74)의 하강 위치를 한정하는 스토핑부(79)를 구비하여 구성된다. 여기에서 상기 스토핑부(79)는 복수개의 디스크스프링(79a)로 이루어져 있다. 그리고 상기 하우징(71)의 하면과 포필플레이트(74)의 상면 사이의 로드(72a)의 외측에는 밸로우즈(81)가 설치된다. 상기 로드(72a)와 공급관(75)에 대한 열교환 매체의 공급 및 배출 포트의 설치는 제11도에 도시된 바와같이 로드(72a)의 중공부(72b)의 단부 외주면과 공급관(75)의 단부 내주면 사이에 패킹부재(82)가 설치되어 중공부(72b)의 내부를 분리하고 상기 로드(72a)의 외주면에는 상기 패킹 부재(82)를 경계로 하여 열교환매체를 공급관(75)으로 공급하는 공급포트(83)와 상기 중공부(72b)로부터 열교환 매체를 토출시키는 토출포트(84)가 각각 설치된다.
상기 가스 공급수단(100)은 반도체 제조용 웨이퍼를 가열하면서 아르곤 등과 같은 열교환 매체가스를 공급하는 것으로, 제12도 및 제13도에 도시된 바와 같이 히이터 블럭(20)의 하면에 설치된 접속관(25)과 연결되며 필터(101)가 설치된 제 4 연결관(102)과, 상기 진공챔버(10)의 제 1 연결관(61)의 접속부 측에 진공챔버(10)와 연통되도록 설치되며 상기 제 4 연결관(102)와 접속된 제 5 연결관(103)과, 상기 제 4, 5연결관(102)(103)을 연결하는 제 2 바이피스 관(104)과, 상기 제 1, 2 연결간 및 제 2 바이패스관(104)에 각각 설치되는 제 7, 8, 9 밸브(106)(107)(108)와, 상기 제 4, 5 연결관(102)(103)에 설치되어 가스의 공급을 컨트롤 하는 가스공급량 콘트롤러(121)(122)을 구비하여 구성된다.
상기 냉각수단(130)은 진공챔버(10), 히이터 블럭(20) 및 차단수단(70)의 제 1, 2, 3 냉각라인에 공기 또는 냉각수와 같은 열교환 매체를 공급하여 이들을 냉각시키는 것으로, 제14도에 도시된 바와같이 펌프와 같은 열교환 매체 공급수단(도시되지 않음)과 접속된 열교환 매체 공급관(131)에 상기 진공챔버(10)의 외주면에 형성된 제 3 냉각라인과 히이터 블럭(20)의 제 1 냉각라인(23a)와 접속되는 제 1 분기관(132)과, 상기 열교환 매체 공급관(131)과 연결되며 상기 차단수단(70)의 제 2 냉각라인(74a)의 공급포트(83)와 접속되는 제 2 분기관(133)과 제 1 진공펌프(62)와 접속된 제 3 분기관(134)과, 상기 제 1, 2, 3 냉각라인의 출구와 연결되는 복수개의 드레인관(135)을 구비하여 구성된다. 여기에서 제 1 분기관의 출구측에는 서로 다른 압력에서 작동되는 적어도 두 개의 릴리이프 밸브(136)(137)가 설치되는데, 이는 진공챔버(10) 내부의 고진공을 위하여 진공챔버의 측면에 고정설치된 히이터의 온도상승시 냉각매체인 물의 증기압 상승으로 인한 냉각라인의 증기압 상승을 방기하기 위한 것으로 이미 지정된 압력이상으로 상승시 자동적으로 이 밸브를 통해서 압력이 방출되도록 한 것이다. 그리고 상기 제 1 분기관에는 압력 스위치(140)를 더 설치하여 제 1, 2, 3의 안전장치를 구성하였다. 상기 제 1 냉각라인(23a)에는 제15도에 도시된 바와 같이 냉각판 부재(23)에 튜브가 설치되어 된 것으로, 이 튜브는 냉각판 부재와의 열교환 효율을 향상시키기 위하여 튜브와 냉각판 부재 사이가 실버 브레이징(silver brazing)되게 된다.
그리고 상기 제 1 분기관(132)에 설치된 밸브(138)와 진공챔버(10) 사이에 밸브(151)와 첵크밸브(152)가 설치된 에어 공급관(150)이 접속된다.
미설명 부호 139는 오리피스이고 200은 반도체 제조용 웨이퍼이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 박막 열처리 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 박막 열처리 장치를 이용하여 알루미늄 합금이 저온 진공 스퍼터링 방법으로 증착된 웨이퍼(200)를 진공하에서 가열하여 금속 배선층을 형성하기 위해서는 먼저 진공수단(60)을 작동시켜 진공챔버(10)의 내부를 고진공(약 5×10E-9 Torr 이하)으로 유지한다. 즉, 상기 진공챔버(10)의 내부를 고진공의 분위기로 하기 위해서는 제1도, 제8도 및 제10도에 도시된 바와같이 상기 차단수단(70)의 실린더(72)를 작동시켜 로드(72a)를 하강시킴으로써 포필 플레이트(74)의 하면에 설치된 오링(74b)이 진공챔버(10)의 바닥면에 밀착되어 저온 펌프인 제 3 진공펌프(69)가 설치된 제 2 연결관(67)의 유입구 측이 차단되도록 한다. 이 상태에서 상기 제 1 밸브(64)를 잠그로 제 1 바이패스 관(66)에 설치된 제 3 밸브(67)와 제 2 연결관(68)에 설치된 제 4 밸브(69a)가 열리도록 한 후 드라이 펌프인 제 2 펌프(63)을 작동시켜 저속도로 진공챔버(10)의 내부와 제 3 진공펌프(69)의 내부를 진공시킨다. 상기와 같이 진공이 이루어져 진공챔버(10)의 내부가 소정의 진공압에 도달하게 되면 제 3 밸브(67)을 닫아 제 1 바이패스 통로(66)를 차단하고 제 1 연결관(61)에 설치된 제 1 밸브(64)를 연 후 소정의 진공압에 도달되면 제 2 진공펌프(62)를 작동시켜 고속으로 진공챔버(10)의 내부를 진공시킨다. 상기와 같이 작동시켜 진공이 이루어지는 동안 저온펌프인 제 3 진공펌프(69)의 내부도 소정의 진공압으로 도달하게 된다.
상기 저온 펌프인 제 3 진공펌프(69)가 저온(절대온도 10 내지 60도)으로 떨어지고 진공챔버(10)의 내부가 소정의 진공압에 도달되면 상기 제 1, 3 밸브(64) 및 제 4 밸브(69a)가 닫히고 아울러 제 3 진공펌프(68)가 작동되며 상기 차단수단(70)의 실린더(72)가 작동되어 포필 플레이트(74)를 상승시킨다.
여기에서 포필 플레이트(74)는 실린더(72)의 작용력이 해제되면 하우징(71)과 결합된 서포트부재(76)에 지지된 디시크 스프링으로 이루어진 스토핑부(79)에 의해 상기 진공챔버(10)의 바닥면과 포필 플레이트(74)의 사이는 소정간격(약 1/2 inch)으로 유지되게 된다. 이 상태에서 상기 진공챔버(10)의 외주면에 설치된 히이터 유니트(15)가 작동되어 진공챔버(10)을 가열한다.
따라서 상기 진공챔버(10)의 내부 또는 챔버의 내벽에 흡착된 기체까지 배출되어 상기 진공챔버(10)의 내부는 고진공, 초청정 상태를 유지하게 된다. 상기 진공챔버의 내부가 고진공 상태의 분위기로 이루어지는 동안 상기 냉각수단(13)의 열교환 매체 공급관(131)으로부터 공급된 열교환 매체인 냉각수가 차단수단(70)의 공급포트(83)와 열교환 매체 공급관(75)을 통하여 포필 플레이트(74)의 제 2 냉각라인(74a)인 워터자켓으로 공급되어 포필 플레이트(74)를 냉각시키게 된다. 따라서 포필 플레이트(74)의 하면에 설치된 오링(74b)이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 저온 펌프인 제 3 진공펌프(68)로 유입되는 기체를 냉각시킬 수도 있다.
상기와 같이 진공챔버(10)의 내부가 고진공의 상태가 되면, 진공챔버(10)의 내부에 설치된 히이터 블록(20)에 반도체 제조용 웨이퍼(200)를 공급하여 가열하게 되는데, 이를 위해 먼저 상기 제 1 승강부(40)의 액튜에이터(48)를 작동시켜 볼 스큐류(46)를 회전시킴으로써 이와 나사결합된 승강부재(44)를 회전시켜 지지플레이트(43)로 상승시킨다. 상기 지지플레이트(43)가 상승함에 따라 기부가 지지된 로드(42)가 상승되어 그 단부가 클램프(31)의 지지부(32)에 마련된 지지공(32a)에 끼워지게 된다. 이 상태에서 더욱 지지플레이트(43)가 상승함에 따라 히이터 블럭(52)에 대해 클램프(31)를 들어 올리게 된다. 이 상태에서 웨이퍼 공급수단(50)의 액튜에이트(51)가 작동되어 이의 로드(51a)와 연결된 아암(53)의 지지부(53a)에 웨이퍼(200)가 장착된 상태에서 클램프(31)의 장공에 삽입된다. 이때에 상기 지지부(53a)에 지지된 웨이퍼(200)는 핑거(34)의 상부에 위치하게 된다. 상술한 지지부(32a)에 의한 웨이퍼(200)의 삽입이 완료되면 웨이퍼 공급수단(50)의 액튜에이터(51)를 하강시켜 상기 아암(53)이 하강되도록 하거나 상기 승강부(40)에 의해 클램프(31)를 소정의 높이로 상승시켜 아암(53)이 제 2 구멍(31e)으로 하강되도록 함으로써 지지부(32a)에 지지된 웨이퍼(200)가 클램프(31)의 내면에 고정된 핑거(34)에 지지되도록 한다. 상기와 같이 핑거(34)에 웨이퍼(200)의 지지가 완료되면 상기 액튜에이트(51)가 작동되어 장공으로부터 아암(53)이 인출된다. 상술한 바와같은 작동과정에서 상기 승강부(40)에 설치된 브레이크부(90)는 정전 또는 액튜에이트의 파손으로 인하여 액튜에이트(48)가 정지함에 따라 이송부재(44)의 자중에 의해 볼스큐류(46)가 회전되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 클림프(30)의 핑거(66)에 웨이퍼(200)가 지지되어 있는 상태에서 브라켓(45)에 지지된 상기 승강부(40)의 액튜에이터(48)가 작동되어 볼 스큐류(46)를 회전시키게 된다. 상기 볼 스큐류(46)가 회전함에 따라 이와 나사 결합된 이송부재(44)가 하강하여 지지플레이트(43)를 하강시킴으로써 이에 그 기부가 지지된 로드(42)를 하강시킨다. 상기 로드(42)가 하강함에 따라 클램프(31)가 하강하여 히이터 블럭(20)위에 올려지고 클램프(31)의 핑거(34)가 히이터 블럭(20)의 외주면에 형성된 가이드 홈(20a)를 따라 하강함으로써 이에 지지된 웨이퍼(200)가 히이터 블럭(20)의 상면에 놓이게 된다. 상기 웨이퍼(200)가 히이터 블럭(20)의 상면에 놓인 상태에서 상기 로드(42)가 더욱 하강하게 되면 클램프(31)의 상단 가장자리에 그 중심측으로 형성된 둘레턱(31c)이 히이터 블럭(20)에 안착된 웨이퍼(200)의 가장자리를 누르게 된다. 이 상태에서 상기 액튜에이터(48)가 작동되어 로드(42)의 단부가 클램프(31)의 지지부(32)에 마련된 지지공(23a)으로부터 분리되도록 한다. 이와 같이 하면 상기 클램프(31)의 둘레턱(31c)에 의한 웨이퍼(200) 가장자리를 클램프(31)의 자중에 의해 밀착시키게 된다. 따라서 히이터블럭(20)에 대한 웨이퍼(200)의 과다한 클램핑력에 의해 웨이퍼가 변형되거나 파손쇠는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와같이 웨이퍼(200)가 장착된 상태에서 그 하면에 설치된 히이터(24)에 의해 가열된 히이터 블럭(20)에 의해 웨이퍼(200)를 열처리 하게되는데, 상기 클램프(31)의 상단에는 클램프의 개구를 밀폐하는 캡(35)이 마련되어 있괘 이 캡(35)의 내부에는 램프 히이터(36)등과 같은 별도의 가열원이 마련되어 있으므로 히이터의 상하면에서 웨이퍼의 전면을 균일한 속도로 가열할 수 있다. 상기와 같이 히이터 블럭(20)에 의해 웨이퍼가 가열되는 과정에서 가스공급수단의 제 4 연결관(102)으로부터 접속관(25)를 통하여 히이터 블럭(20)의 상면 가장자리에 균일한 간격으로 형성된 가스관통공(25a)을 통하여 공급되게 되는데, 상기 히이터 블럭(20)은 가장자리로부터 중앙부 측으로 점차 높아지는 경사가 마련되어 있으므로 기체가 히이터 블럭(20)과 웨이퍼(200) 사이를 가장자리로부터 중앙부측으로 흐르게 되어 웨이퍼를 균일한 온도로 가열할 수 있다. 이때에 상기 진공챔버(10)를 소정의 압력으로 유지되어야 하는데, 이를 위해 상기 히이터 블럭(20)으로 공급되는 가스와 상기 제 5 연결관 또는 제 2 바이패스 관(104)을 통하여 공급되는 가스에 의해 조절되게 된다.
상기와 같이 웨이퍼(200)를 가열하여 소정패턴의 열처리가 완료되면 히이터 블럭(52)에 안착된 웨이퍼(200)을 취출하게 되는데, 이 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 웨이퍼(200)를 취출하기 위해서는 두 곳에서 공급되는 기체의 유입인 차단하고 제 2 바이패스관(104)에 설치된 밸브(108)를 열어 히이터 내부의 기체방출이 이루어지도록 한다. 그리고 상기 승강부(40)의 액튜에이트(48)를 작동시켜 볼 스큐류(46)를 상승시킴으로써 이와 결합된 이송부재(44)에 지지된 지지 플레이트(43)를 상승시켜 이에 지지된 로드(42)의 단부가 상기 클램프(31) 지지부(32)의 지지공(32a)에 끼워지도록 한다. 이 상태에서 상기 로드(42)를 더욱 상승시켜 클램프(31)를 들어 올린다. 클램프(31)가 들리게 되면 클램프(31)의 단부에 마련된 둘레턱(31c)으로부터 웨이퍼의 크램핑 상태가 해제되고 그 내주면에 형성된 핑거(34)는 히이터 블럭(20)의 주면에 형성된 가이드 홈(20c)을 따라 상승하게 됨으로써 웨이퍼의 하면 가장자리에 접촉되어 웨이퍼(200)를 지지하게 된다.
상기와 같은 상태로 로드(42)에 의해 클램프(31)가 더욱 상승되어 클램프(31)의 주면에 형성된 장공의 제 2 구멍(31e)이 웨이퍼 공급부(50)의 아암(53) 전면에 위치하게 되면 상기 승강부(40)의 액튜에이트(48)가 정지하여 로드(42)의 상승을 정지시키게 된다. 그리고 웨이퍼 공급수단(50)의 액튜에이터(51)가 작동되어 아암(53)이 제2구멍에 삽입되도록 하여 아암(53)의 단부에 마련된 지지부(53a)가 핑거(34)에 지지된 웨이퍼(200)의 하면에 위치되도록 한다. 이 상태에서 웨이퍼 공급수단의 소정길이 상승시키거나 상기 승강부(40)의 액튜에이터(48)를 작동시켜 로드(42)를 하강시킴으로써 클램프(31)를 하강시켜 핑거(34)에 지지된 웨이퍼(200)가 아암(53)을 클램프(31)의 장공으로부터 인출하여 웨이퍼를 취출시킨다.
상술한 바와같은 작동으로 웨이퍼(200)을 반복하여 열처리하게 된다. 상기와 같이 웨이퍼의 열처리가 완료되면 박막 열처리 장치를 냉각시키게 되는데, 상기 진공챔버의 내부가 고진공의 상태이므로 많은 시간이 소요되게 된다. 따라서 냉각수단을 이용하여 상기 히이터 블럭(20)을 짧은 시간내에 냉각시키게 된다.
즉, 상기 히이터 블럭(30)을 냉각시키기 위해서는 상기 냉각수단의 열교환 매체 공급관(131)과 제 1 분기관을 통하여 열교환 매체를 냉각판부재(23)에 설치된 제 1 냉각라인(23a)에 공급하여 냉각시키게 된다. 여기에서 상기 열교환 매체는 공기와 냉각수를 사용하게 되는데, 히이터 블럭(20)이 고온으로 가열된 경우는 상기 제 1 분기관(132)에 설치된 밸브(138)을 차단하고 제 1 분기관(132)와 접속된 에어공급판(150)의 밸브(151)을 열어 제 1 냉각라인(23a)에 열교환 매체인 공기를 냉각라인으로 공급하여 일차 냉각하고 히이터 블럭(20)이 소정의 온도(약 200°)로 떨어지면 에어 공급판(150)에 설치된 밸브(151)을 차단하고 제 1 분기관(132)에 설치된 밸브(138)을 열어 열교환 매체인 냉각수가 제 1 냉각라인(23a)으로 공급하여 히이터 블럭(20)을 냉각시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명의 박막의 열처리 장치는 진공챔버의 내부를 고진공으로 하고 웨이퍼의 변형 없이 전면을 균일한 온도로 가열할 수 있으며, 특히 진공챔버 내에서 가스의 와류에 의한 이물의 확산을 방지할 수 있으며, 히이터 블럭을 짧은 시간 내에 냉각시킬 수 있어 히이터의 부식 및 히이터 전원을 보호할 수 있다. 또한 본 발명은 웨이퍼의 열처리에 따른 수율을 대폭 향상시킬 수 있다.
Claims (30)
- 진공챔버와, 이 진공챔버의 내부에 고정설치되는 히이터 블럭과, 상기 히이터 블럭의 상단부가 결합 및 분리되며 히이터 블럭에 대해 웨이퍼를 그 자중에 의해 밀착시키는 클램프가 마련된 클램핑 수단과, 상기 클램핑수단에 웨이퍼를 공급하는 웨이퍼 공급수단과, 상기 챔버의 내부와 연통되도록 설치되어 챔버의 내부를 고진공분위기로 만드는 진공수단과, 상기 히이터 블럭에 설치되어 상기 챔버의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공챔버의 외주면에 진공챔버를 가열하기 위한 가열수단이 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 가열수단이 상기 진공챔버의 외주면에 설치된 박막히이터와, 상기 박막히이터의 외측면을 감싸 열의 방출을 방지하는 단열재를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 히이터가 실리콘 러버 히이터인 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공챔버의 내부에 설치된 히이터 블럭과 진공수단의 제 2 연결관이 설치된 사이에 쉴드가 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 히이터 블럭은 그 하면에 제 1 냉각라인이 형성된 냉각판 부재와, 가열히이터가 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 클램프가 그 주면에 원주방향으로 웨이퍼 공급수단의 아암이 삽입되는 장공이 형성된 원통형의 본체와, 본체의 상단 가장자리에 그 중앙부로 소정길이 연장되는 둘레턱과, 상기 본체의 주면에 반경방향으로 소정길이 연장되며 그 단부가 지지공이 형성된 지지부와, 상기 본체의 내주면에 설치되어 상기 아암에 의해 공급되는 웨이퍼의 가장자리를 지지하는 복수개의 핑거를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 클램프의 상단에 캡이 설치되어 방출되는 열을 반사시키도록 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 캡이 돔형으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡의 내부와 외부에 히이터가 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 히이터가 램프 히이터인 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡이 스테인레스 스틸 또는 니켈로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공수단이 진공챔버의 내부와 연통되도록 설치되며 제 1 밸브와 제 1, 2 진공펌프가 진공챔버 측으로부터 순차적으로 설치된 제 1 연결관과, 상기 진공챔버의 내부와 연통되도록 설치되며 상기 제 1 연결관과 연결되는 제 2 연결관과, 이 제 2 연결관에 설치된 제 3 펌프와, 상기 진공챔버의 상면에 설치되어 상기 제 2 연결관의 입구측을 선택적으로 개폐하는 차단수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 제 1 연결관에 상기 제 1 밸브의 상하부를 연결하여 제 2 밸브가 설치된 제 1 바이패스관이 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 상기 제13항에 있어서, 상기 제 3 진공펌프가 저온펌프인 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 차단수단이 상기 진공챔버의 상면에 설치되며 서포트 부재와 결합되어 내부에 소정의 캐비티가 마련된 하우징과, 이 하우징의 캐비티에 설치되며 그 로드가 상기 하우징의 하면과 서포트 플레이트의 상면으로부터 돌출된 실린더와, 상기 하우징의 하면으로 돌출된 로드의 단부에 설치되어 상기 진공챔버의 바닥면과 밀착되어 제 2 연결관의 유입구를 개폐하는 포필 플레이트와, 이 포필 플레이트의 하면에 설치된 실링부재가 오링인 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 실링부재가 오링인 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 서포트부재에 지지되어 상기 실린더의 미작동시 포필 플레이트가 상기 챔버의 하면으로부터 소정거리 이격되도록 위치를 세팅하는 스토핑부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제18항에 있어서, 상기 스토핑부가 그 가장자리가 서포트 부재에 지지되고 중앙부가 상기 로드의 외주면에 지지된 디스크 스프링이 복수개 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가사 공급수단이 히이터 블럭의 상면에 형성된 복수개의 관통공과 연통되며 히이터 블럭의 하면에 형성된 접속관과, 상기 접속관과 연결되며 밸브와 필터가 설치된 제 4 연결관과, 상기 제 4 연결관과 일측이 연결되며 타측이 상기 진공챔버와 연통되도록 설치된 제 5 연결관과, 상기 제 4, 5 연결관에 설치된 가스 압력 조절기와, 상기 4, 5 연결관을 연결하며 밸브가 설치된 제 2 바이패스 관을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 진공챔버와 접속된 제 5 연결관의 접속부가 상기 진공수단의 제 2 연결관측에 위치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 히이터 블럭과 진공챔버 및 포필 플레이트를 냉각시키는 냉각수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제22항에 있어서, 상기 냉각수단이 히이터 블럭에 냉각판부재에 설치된 제 1 냉각라인과 상기 차단수단의 포필 플레이트에 설치된 제 2 냉각 라인과 상기 진공 챔버의 외주면에 설치된 제 3 냉각라인과 각각 연결된 복수의 분기관과, 상기 각 분기관의 단부와 연결되어 열교환 매체를 공급하는 열교환 매체 공급관과, 상기 제 1 냉각라인, 제 2 냉각라인, 제 3 냉각라인의 출구측과 연결된 적어도 하나의 드레인관을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 진공챔버의 제 1 냉각라인의 출구측과 연결된 드레인관에 서로 다른 압력에서 작동되는 복수개의 릴리이프 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제23항에 또는 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공챔버에 설치된 제 1 냉각라인이 냉각판 부재에 설치된 튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 튜브로부터 냉각판 부재와 튜브과 실버 브레이징 된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 차단수단에 설치된 제 2 냉각라인이 실린더의 로드가 중공관으로 형성되어 상기 포필 플레이트에 형성된 워터자켓의 출구측과 연결되고 상기 로드의 중공부에는 배출관이 삽입되어 워터자켓의 입구측과 연결된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제24항에 있어서, 상기 드레인관에 압력 스위치가 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 제 1 냉각라인과 연결된 분기관에 밸브가 설치된 에어공급관이 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 히이터 블럭의 외주면에 클램프의 하강 위치를 한정하는 스토퍼가 설치된 것을 특징으로 하는 박막 열처리 장치.
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