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KR100848359B1 - 배치식 반응챔버의 히팅시스템 - Google Patents

배치식 반응챔버의 히팅시스템 Download PDF

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Publication number
KR100848359B1
KR100848359B1 KR1020060069261A KR20060069261A KR100848359B1 KR 100848359 B1 KR100848359 B1 KR 100848359B1 KR 1020060069261 A KR1020060069261 A KR 1020060069261A KR 20060069261 A KR20060069261 A KR 20060069261A KR 100848359 B1 KR100848359 B1 KR 100848359B1
Authority
KR
South Korea
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slit
reaction chamber
block
heater
reflection
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Application number
KR1020060069261A
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English (en)
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KR20080009534A (ko
Inventor
장택용
이병일
이영호
Original Assignee
주식회사 테라세미콘
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Publication date
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Priority to TW095131874A priority patent/TWI311340B/zh
Priority to US11/513,732 priority patent/US7525068B2/en
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Abstract

본 발명에서는 고속 온도 상승/강하를 위한 히터가 적용되는 배치식의 반응챔버에서, 공정공간의 상하구역에 대하여 서로 다른 가열담당영역을 형성시켜 그 가열온도를 다르게 수행함으로써, 반응챔버내에서 균일한 온도구배를 형성시키는 배치식 반응챔버의 히팅시스템이 제공된다.
이를 위한 본 발명은 히터유닛을 반응챔버의 상하길이에 대해 구분된 한쌍의 히터유닛으로 설치하여 온도조절장치를 통해 한 라인의 히터유닛에서 그 발열량을 달리하도록 하고, 이러한 한쌍의 히터유닛에서 서로의 경계인 상하영역에 대한 배치를 단차지게 달리한 히터유닛들로 구비하여 반응챔버에 서로 다른 가열담당영역을 가지게 한 것이다.
여기서, 히터장치는 히터유닛의 복사열에 의해 주변요소의 열손상을 방지하고, 복사열의 집중에 의한 열처리효율의 상승을 위해 반사장치를 포함한다.
상기 반사장치는 반사블럭으로 1조의 히터유닛에 대하여 각각 분리되어 설치되어져 히터유닛의 교체가 간편하도록 구비되며, 각각의 반사블럭에 대하여 냉각수로가 형성된다. 이때, 반사블럭의 구분으로 그 경계로부터 복사파장이 방출되는 것을 방해하도록 복사파장 차단슬릿을 매개로 각각의 반사블록이 연결된다.

Description

배치식 반응챔버의 히팅시스템{Heating System for Batch Type Reaction Chamber}
도 1 은 열처리 공정이 포함되는 반도체 제조장치를 나타낸 개념설명도,
도 2 는 본 발명에 따른 히팅장치를 나타낸 외관 개념설명도,
도 3 은 본 발명에 따른 히팅장치를 나타낸 개념설명도,
도 4 는 본 발명에 따른 히터장치 및 여기에 설치되는 반사장치를 나타낸 외관개념도 및 측단면개념도,
도 5 는 히터유닛별로 구분되어 설치되는 반사장치를 나타낸 외관개념도,
도 6 은 히터유닛별로 반사장치가 구분되어짐에 따라 복사파장의 외부누출을 방지하기 위한 차단수단을 나타낸 반사장치의 평단면 개념도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 - 반응챔버, 10 - 온도조절장치,
12 - 히터유닛, 14 - 히터,
16 - 히터그룹, 18 - 히팅장치,
20 - 추가가열부, 22 - 반사판,
24 - 냉각수로, 26 - 반사장치,
28,30 - 반사블럭, 32 - 브라켓,
34 - 연결파이프, 36 - 차단판,
38 - 복사파장 차단슬릿, 40 - 입구슬릿,
42 - 출구슬릿, 44 - 1차방해 슬릿부,
46 - 2차방해 슬릿부, 48 - 2차 경사슬릿부,
50 - 방해슬릿, 52 - 회동부재,
54 - 하부결속패널, 56 - 상부결속패널,
본 발명은 고속 온도 상승/강하를 위한 히터가 적용되는 배치식의 반응챔버에서, 공정공간의 상하구역에 대하여 서로 다른 가열담당영역을 형성시켜 그 가열온도를 다르게 수행함으로써, 반응챔버의 온도제어가 용이하고 특히 반응챔버내에서 균일한 온도구배를 형성시키는 배치식 반응챔버의 히팅시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정 또는 이것이 응용되는 평판표시기판(LCD, PDP)의 제조공정에는 다수의 열처리공정을 포함하고 있으며, 예를 들어 박막 증착공정이나 액티베이션공정 또는 결정화공정에는 열처리공정이 단위공정으로 포함되어 있다.
박막형성의 대표적 방법으로 화학기상증착(CVD:Chemical Vapour Deposition)이 있으며, 이는 기체상태의 화합물을 가열된 모재표면에서 반응시켜 생성물을 모재표면에 증착시키는 방법으로, 특히 반도체나 이것이 응용되는 평판표시기판(예를 들어 LCD,PDP) 등의 생산공정에서는 매우 중요한 단위공정이다.
예시도면 도 1 은 화학기상증착장치로서 예를 들어 실리콘 박막을 반도체기판에 증착시키기 위한 반도체 제조장치를 나타내고 있으며, 다수의 기판을 처리하기 위한 배치(Batch)방식의 공정장치를 나타내고 있다.
박막의 미세구조와 성장결과는 성장계면위에서 핵생성과정과 표면확산에 의해서 결정되고 기판온도, 반응기 압력, 가스조성에 의해서 영향을 받으며, 열처리나 후속공정에 의해 미세구조의 변화가 일어나는데, 그 변화는 박막의 특성에 직접적인 영향을 미치게 된다.
이에 따라 반도체 제조장치는 도 1a 에 도시된 바와 같이, 공정공간을 제공하는 반응챔버(1)와 이 반응챔버(1) 내에서 열처리 환경을 조성하기 위한 히터장치(2)와 박막의 재료로서 기상의 소스가스를 공급하기 위한 가스공급장치(미도시)로 이루어지고, 가스라인(7)은 반응챔버(1)에 연결되어 진다.
그리고, CVD에서는 부식성, 유독성가스를 많이 사용하기 때문에 콜드트랩이나 스크러버 등이 포함된 가스배출장치가 부가되며, 공정의 청정도를 유지시키기 위한 이송장치가 포함된다.
그리고, 반도체 기판(100)을 다량으로 탑재하기 위한 배치식의 보트(3)는 도 1b와 같이, 반응챔버(1)로의 투입을 위해 승강장치(4)가 포함되며, 보트(3)로의 반도체 기판(100) 로딩/언로딩을 위해 스테이션과는 이송장치로서 엔드이펙터(5)가 매개되어 있다.
한편, 이러한 배치식의 처리방식에 따라 다량의 반도체 기판의 열처리환경을 조성하기 위하여 히팅장치(2)가 구비되며, 반응챔버에서 배치형으로 투입된 다량의 반도체 기판을 저항가열식으로 열처리하기 위하여 반응챔버에 코일형으로 권취된 히터(6)가 주로 사용되고 있다.
히터장치(2)는 배치식의 기판 처리장치임에 따라 상하의 영역을 가열담당영역(예를들어 T1,T2,T3)으로 구분하여 섹터별로 독립된 제어로서 구동되며, 온도조절장치(미도시)를 통해 단계적인 발열이 수행된다.
한편, 상기 반응챔버로의 히터장치는 공정의 신속성을 위해 또는 상기 증착장치에서 하나의 반응챔버를 통해 다른 온도의 열처리 공정을 연속적으로 수행하는 공정에서 온도의 급속한 상승과 하강을 통해 생산성을 향상시키는 측면과, 미세한 반도체 소자의 특성을 유지하기 위해서는 불필요한 열량의 공급을 억제(Low thermal budget)해야 하는데 이를 위해서는 공정 온도에 도달하는 데 필요한 준비시간(Over-head time)을 최소화 해야 할 경우, 고속 온도 상승/강하를 위한 히터장치가 적용의 요구가 대두되고 있다.
이것은 상기 반도체 공정이 다수의 열처리 공정을 포함하는 단계공정들로 조합되고 있고, 여기에서의 생산성을 극대화시키기 위하여는 공정시간의 단축이 하나의 해결과제로서 자리잡고 있기 때문이다.
그런데, 상기 저항가열식의 히터장치는 이러한 상황에서 열처리공정시간을 지연시키는 하드웨어적인 요소이다.
이것은 히팅코일 자체가 재료물성의 한계로 열처리온도로 상승되는데 상당한 시간이 소요되어 공정의 지연이 발생되고, 히팅코일은 단열체(단열블록:8)에 포위 되어 구비되므로, 공정완료 후 냉각에도 상당한 시간이 발생되기 때문이다.
이러한 지연은 곧 공정의 지연이며, 이러한 열처리 공정이 반도체 제조공정 중에 다수의 공정으로 배치되고 있음을 감안할 때, 전체공정시간의 지연은 생산성하락에 큰 영향을 끼치고 있는 요소인 것이다.
이러한 이유에서 배치식 공정처리에서도 매엽식의 RTP장치와 같은 개념의 고속 온도 상승 및 하강이 가능한 장치의 필요성이 커지고 있으며, 이 경우 발열저항체로서 흑연(Graphite), 몰리실리사이드 ( MoSi2, Kanthal Super라고도 불림), 또는 실리콘카바이드가 가능한데, 그 성형특성에 의해 전기히터와 같은 코일형상으로 이루어지기 곤란하고, 따라서 예상되기로는 예시도면 도 1c 와 같이,배치식 공정공간인 반응챔버의 원주상을 분할하여 상하길이방향을 따라 봉형상의 히터(9)로서 설치될 것이다.
그러나, 이러한 경우, 정밀한 온도제어가 불편하고, 또한 다양한 열처리환경을 감당하지 못한다는 문제점이 발생된다.
예를 들어, 상기 배치식의 증착장치에서 소스가스의 열분해온도, 반도체 기판의 온도는 성막속도나 입자생성속도에 가장 강하게 영향을 미치는 인자이며, 생성물의 조성이나 미세조직에 대해서도 지배적인 영향을 끼치므로, 히팅장치의 온도제어는 보다 정밀해질 필요가 있다.
즉, 어느 하나의 열처리공정에서 이것이 요구하는 온도가 반응챔버 전체 공간에 걸쳐 균일하게 조성되어야 할 것이 필요한데, 히터장치(2)에서 반응챔버(1) 내부로의 열전달은 복사열이 지배적이고, 반응챔버 내부에서의 온도는 복사와 대류 열이 지배적인 요소로서 작용되고 있다.
이때 상기 배치식의 공정공간은 매엽식과 달리 수십배의 체적을 가지게 되며, 이 공정공간을 균일한 온도구배로 조성하기 위하여는 공정공간의 상하구역에 대하여 섹터별로 온도제어가 수행될 필요가 있다.
예를 들어, 대류에 의해 반응챔버(1)는 상대적으로 그 상부의 온도가 높게 조성되는데, 이를 방지하고 반응챔버 전체공간에서 규일한 온도구배를 조성하기 위하여 반응챔버의 상방으로 갈수록 낮게 가열시킬 필요가 있으며, 실질적으로 코일형식의 전기히터에서는 전기된 바와 같이, 상하방으로 구분된 히터코일로서 가열유닛을 구비하고, 이것의 온도제어를 통해 반응챔버의 전체온도를 균일하게 조성시키고 있는 것이다.
그런데, 상기 RTP용 히터유닛은 그 특성상 직선인 봉형으로 구비되고, 이것이 반응챔버의 상하방향을 따라 설치됨에 의해, 상하방으로 섹터를 구분하고 구분된 섹터별로 서로 다른 가열온도를 조성시키는 것이 곤란한 것이며, 열처리를 위한 다수의 단위공정에서 불량을 야기시킬 소지가 있는 것이다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, RTP용 히터가 적용되는 배치식의 반응챔버에서, 공정공간의 상하구역에 대하여 서로 다른 가열담당영역을 형성시켜 그 가열온도를 다르게 수행함으로써, 반응챔버내에서 균일한 온도구배를 형성시키는 배치식 반응챔버의 히팅시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위한 본 발명은 히터유닛을 반응챔버의 상하길이에 대해 구분된 한쌍의 히터유닛으로 설치하여 온도조절장치를 통해 한 라인의 히터유닛에서 그 발열량을 달리하도록 하고, 이러한 한쌍의 히터유닛에서 서로의 경계인 상하영역에 대한 배치를 단차지게 달리한 히터유닛들로 구비하여 반응챔버에 서로 다른 가열담당영역을 가지게 한 것이다.
그리고, 이러한 히터유닛들을 하나의 히터그룹으로하고, 이 히터그룹을 반응챔버 외주로 포진시켜 전체로서의 히터장치가 구비되도록 한 것이다.
상기 히터그룹들에서 동일한 히터유닛은 동일한 인가라인과 온도조절장치를 공유하게 되며, 이러한 히터장치에 의해 반응챔버에는 상하구역의 단계별로 가열담당영역을 가지게 되며, 이 가열담당영역으로의 발열량 조절에 의해 배치식 반응챔버에서 균일한 온도구배를 조성시킬 수 있는 것이다.
그리고, 이러한 히터장치는 히터유닛의 복사열에 의해 주변요소의 열손상을 방지하고, 복사열의 집중에 의한 열처리효율의 상승을 위해 반사장치를 포함한다.
상기 반사장치는 반사블럭으로 1조의 히터유닛에 대하여 각각 분리되어 설치되어져 히터유닛의 교체가 간편하도록 구비되며, 각각의 반사블럭에 대하여 냉각수로가 형성된다.
이때, 반사블럭의 구분으로 그 경계로부터 복사파장이 방출되는 것을 방해하도록 복사파장 차단슬릿을 매개로 각각의 반사블록이 연결된다.
또한, 상기 반사블럭은 그 교체시 주변요소와의 간섭을 회피하여 어느 하나의 일구역에서 모든 반사블럭의 교체가 수행될 수 있도록 회동부재를 매개로 결합 되며, 상기 복사파장 차단슬릿은 독립적인 어느 하나의 반사블럭 탈착이 수행되도록 형성된다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
예시도면 도 2 는 본 발명에 따른 히터장치를 나타낸 외관 설명도이며, 예시도면 도 3 는 본 발명에 따른 히터장치가 평면상으로 전개된 것을 나타낸 개념설명도이다.
그리고, 예시도면 도 4 는 이러한 히터장치 및 여기에 설치되는 반사장치를 나타낸 외관개념도 및 측단면개념도이다.
한편, 예시도면 도 5 는 히터유닛별로 구분되어 설치되는 반사장치를 나타낸 외관개념도이며, 예시도면 도 6 은 히터유닛별로 반사장치가 구분되어짐에 따라 복 사파장의 외부누출을 방지하기 위한 차단수단을 나타낸 반사장치의 평단면 개념도이다.
본 발명은 도 2 내지 도 4 에서와 같이, 공정공간인 배치식의 반응챔버(1)의 상하길이에서 구분된 발열체로서 별도의 온도조절장치(10)를 포함하여 각각의 인가라인이 형성되어 상하영역의 전체영역에 대해 구분된 점유영역을 갖는 한 쌍의 히터유닛(12)으로 이루어진 히터(14)와, 상기 히터에 의해 어느 하나의 히터유닛과 다른 하나의 히터유닛이 점유하는 상하길이를 복수의 히터(14)에 대해 서로 단차지는 달리하여 상기 상하영역에 대해 단계되게 형성된 가열담당영역(T) 및 이 가열담당영역(T)을 형성하는 복수의 히터들로 이루어진 히터그룹(16)과, 상기 히터그룹(16)이 반응챔버(1)의 외주를 따라 순차적으로 배치되어 형성된 히팅장치(18) 및 이 히팅장치(18)에 의한 복사열을 상기 반응챔버내부로 반사시키기 위해 상기 히팅장치(18) 외측에서 포위하게 배치되는 반사판(22)을 포함하며 상기 히팅장치(18)의 가열에 의한 열손상을 방해하기 위하여 열교환되는 냉각수로(24)를 포함하는 반사장치(26)로 이루어진 배치식 반응챔버의 히팅시스템이다.
상기 반사장치(26)는 히팅장치(18)를 외측에서 포위하게 반사블럭(28)이 구비되고, 이 반사블럭(28) 내부로 전달된 열을 냉각시키기 위한 냉각수로(24)가 형성되며, 상기 발사블럭(28)의 내측면은 반사물질로 반사코팅층이 형성되어 상기 반사판(22)을 이루는 것을 특징으로 한다.
상기 반사블럭(28)은 경금속으로 알루미늄합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 반사판(22)은 상기 반사블럭(22)에 복사파장 반사를 위한 반사도를 갖는 반사코팅층 확보를 위해 반사도가 큰 물질로서 은 또는 금의 귀금속(Noble Metal)류가 코팅되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
더 나아가 본 발명은 도 5 와 같이, 상기 반사장치(26)는 상기 1조의 히터유닛(12)에 대하여 구분된 반사블럭(30)으로 마련되어 상기 1조의 히터유닛(12)이 브라켓(32)을 통해 상기 반사블럭(30)에 설치된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 반사블럭(30)은 그 내부에 형성된 상기 냉각수로(24)를 연결하기 위해 그 외부로 연결파이프(34)가 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 반사블럭(30)이 히터유닛(12)에 의해 구분됨에 따라, 그 경계를 통한 복사파장의 외부 방출이 방해되도록 처리될 필요가 있으며, 이에 따라 본 발명에서는 도 6a와 같이, 상기 반사블럭(30)의 경계사이에 차단판(36)이 설치되며, 이 차단판(36)은 구분된 반사블럭(30)이 조립되는 통형 집합을 보유지지하는 체결수단인 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 실시예로서 반사블럭(30)이 히터유닛(12)에 의해 구분됨에 따라, 그 경계를 통한 복사열의 외부 방출이 방해되도록 복사파장 차단슬릿(38)을 매개로 반사블럭이 이웃되게 설치된 것을 특징으로 한다.
구체적으로는 일실시예로서 도 6b와 같이, 복사파장 차단슬릿(38)은 반사블럭(30)양단에 반응챔버측 슬릿을 입구슬릿(40)으로 반응챔버로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되어 이에 연장된 1차방해슬릿부(44)가 형성되고, 1차 방해슬릿부들(44) 사이가 반사블럭의 동심원주상 으로 형성된 2차방해슬릿부(46)로 연결되어 절곡된 요부와 철부로서 결합되게 이루어진 것을 특징으로 한다.
이러한 요부와 철부의 결합에 있어서는 어느 하나의 반사블럭을 탈착하기 위하여는 이웃된 반사블럭의 탈착이 먼저 요구될 수 있다.
그러나, 상기 반사블럭(30)이 통형상을 이룸에 따라, 상광하협의 형상을 이루게 되므로, 이러한 반사블럭(30)의 형상에 따라, 특히, 상기 복사파장 차단슬릿(38)은 이것이 형성되어도 이웃된 반사블럭과 독립적으로 탈착이 가능하도록 매개될 수 있다.
이를 위한 복사파장 차단슬릿(38)은 더욱 발전되어 도 6c 와 같이 일실시예로서, 반사블럭(30)양단에 반응챔버측 슬릿을 입구슬릿(40)으로 반응챔버(1)로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되어 이에 연장된 1차방해슬릿부(44)가 형성되고, 이 1차 방해슬릿부(44)들 사이에는 반사블럭(30)의 탈착을 허용하면서 상기 1차방해슬릿부(44)에 의해 여과된 나머지 복사파장의 유출을 방해하도록 경사지게 형성된 2차경사슬릿부(48)가 형성됨과 더불어, 상기 1차방해슬릿부(44)와 2차경사슬릿부(48)는 반사블럭의 원주방향상에서 동일한 방향으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 다른 실시예로서, 도 6d 와 같이, 복사파장 차단슬릿(38)은 반사블럭(30)의 반응챔버측의 슬릿을 입구슬릿으로 반응챔버(1)로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되고, 상기 반사블럭(30)의 탈착을 허용하면서 복사파장의 유출을 방해하도록 상기 입구슬릿(40)과 출구슬 릿(42)의 직선연장선상에 간섭되게 최소한 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 직선연장선장을 접선으로 하는 돌출곡면으로 방해슬릿(50)이 형성됨과 더불어, 상기 방해슬릿(50)은 반사블럭(30)의 원주방향상에서 동일한 방향으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사블럭은 도 5와 같이 그 주변장치와의 간섭을 회피하여 탈거되게 반사블럭(30) 하부에 회동부재(52)가 설치된 것을 특징으로 한다.
구체적으로는 반사블럭(30) 하부에 스러스트 베어링과 같은 회동부재(52)가 설치되고, 그 위에 하부결속패널(54)이 설치되어, 이 하부결속패널 위에 상기 반사블럭(30)들이 설치되며, 이 반사블럭(30)들 위에 상부결속패널(56)이 설치되어, 반사장치가 통형으로 결속된다.
여기서, 전기된 바와 같이 차단판으로 반사블럭이 체결될 경우, 상부결속패널은 배제되며, 상기 하부결속패널(54)은 회동부재(52)와의 결합을 위한 매개수단으로, 회동부재(52)의 상판과 반사블럭(30)이 직접결합되게 상기 회동부재의 상판이 구비되는 경우, 하부 결속패널도 배제될 수 있다.
상술된 바와 같이 본 발명은 배치식의 반응챔버에 설치되는 RTP(Rapid Thermal Process)용 히팅장치를 제공한다.
즉, 본 발명에서는 배치식의 반응챔버(1)에서 그 상하구역에 따라 구분된 가열담당영역을 형성시키며, 이를 위해 구분된 점유공간을 갖는 한쌍의 히터유닛(12)이 형성된다.(도 2 및 도 3 참조)
상기 히터유닛(12)은 반응챔버(1)의 외주를 따라 배치되어 공정공간을 가열 하며, 한쌍의 히터유닛은 반응챔버(1)의 상하길이에 대해 구분된 히터유닛(12)으로서 구비되어 하나의 히터(14)를 이루게된다.
이때, 상기 히터(14)를 이루는 한쌍의 각 히터유닛(12)은 서로 독립된 인가라인과 온도조절장치(10)를 구비한다.
이에 의해 한쌍의 히터유닛(12)에서 그 구분된 구역에 따라 서로 다른 발열량을 가지게 된다.
그리고, 이러한 한쌍의 히터유닛(12)에 대해 상기 구분된 구역을 서로 달리하는 복수의 히터유닛(12)들로 구분된다.
이러한 구분에 의해 서로 다른 발열량과 서로 다른 상하 구역을 가져 단차게 형성된 복수의 히터유닛들로 히터(14)가 형성되며, 반응챔버(1)의 상하구역에 전구간에 걸쳐 순차적으로 단차지는 구역의 조합을 갖는 복수의 히터(14)들이 하나의 히터그룹(16)을 형성하게 된다.
그리고, 이러한 히터그룹(16)이 조합되어 반응챔버의 외주전체를 감당하게 됨에 따라, 반응챔버에는 서로 다른 가열담당구역(T)을 가지는 히팅장치가 마련되는 것이다.
이때, 상기 히터그룹(16)의 조합에 있어서는 순차적인 배치와 서로 동일한 히터유닛(12)들이 반복되며, 이 히터유닛(12)들이 동일한 가열담당구역을 가짐에 따라, 상기 히터그룹에서 동일한 히터유닛은 그 온도조절을 서로 연동시킴이 바람직하다.
이에 의해 히터그룹의 조합에서 동일한 히터유닛을 같은 조로 하나의 인가라 인과 온도조절장치를 공유하게 된다.
도시된 것은 3쌍의 히터유닛들이 1조의 히터그룹을 형성하여 3개의 가열담당영역(T1,T2,T3)을 형성하고, 3조의 히터그룹이 전체 히팅장치를 형성하는 것을 나타내고 있으나 이에 국한된 것은 아니며, 공정공간의 전체 볼륨에 따라 그리고 히터유닛의 발열량과 크기에 따라 히터그룹과 이들의 배치는 실험적으로 결정될 것이다.
한편, 히터유닛(12)은 인가라인과 접지라인을 발열구역에서 회피시키기 위하여 측면상 "L"형상으로 형성되며, 또한 정면상 "U"형상의 히터유닛에서 그 수평부는 발열량을 더욱 부가시키는 추가가열부(20)가 될 수 있다.
이러한 본 발명에 의해 하나의 히터그룹에는 서로 다른 가열담당구역을 가지게 되며, 온도조절장치를 통해 가열담당구역의 온도제어가 가능하다.
예를 들어, 전술된 바와 같이 배치식 반응챔버에서 상부에 열이 집중될 수 있음에 따라, 그 가열온도를 가열담당영역에서 T1＜T2＜T3로 수행한다고 가정하면, 간단하기로는 반응챔버의 가열온도를 조성하기 위한 기준발열온도에서 히터유닛 H1의 온도을 감열시키고, 히터유닛 H3'의 가열시켜 T3 구역의 온도를 T1 구역보다 높게 가열시킬 수 있다.
그리고, 상기 T2 구역은 그 중앙의 절반된 구역에서 상하로 구분됨에 따라, T2-1과 T2-2로 더 세분화된 구역을 가질 수 있다.
이를 통해 반응챔버 전체 공정공간을 균일한 온도구배로 조성시킬 수 있는 것이고, 이러한 반응챔버로의 온도제어는 컨트롤유니트(미도시)에 의해 수행될 수 있다.
이것은 가열담당영역에 온도센서가 설치되고 이 온도센서를 검출수단으로 컨트롤유니트의 입력단과 연결되며, 컨트롤유니트에는 설정된 반응챔버의 온도에 따라 피드백을 수행하여 각 가열담당영역의 온도를 균일화시키는 온도조절모드가 형성되어 이 온도조절모드가 포함된 상기 컨트롤유니트의 출력단에 각 히터유닛의 온도조절장치와 연결됨으로써 수행된다.
상기 피드백을 수행하기 위하여 먼저 적절한 온도설정범위가 형성되고, 이를 조성하기 위한 히터유닛이 구동되며, 이 온도설정범위를 유지시키기 위하여 히터유닛의 발열량조절을 위해 온도조절장치를 제어하게 된다.
다음으로, 이러한 히팅장치에 의해 RTP가 수행되기 위하여 히팅장치를 포위하는 종래와 같은 단열장치는 제외되고, 상기 RTP를 보조하고 주변장치의 열손상을 방지하기 위하여 반사장치가 설치된다.(도 4 참조)
이것은 몰리실리사이드등으로 이루어진 히팅장치의 복사열을 반응챔버로 집중시키고, 히팅장치에서 방사상으로 방출되는 복사열에 의해 반응챔버 외부에 배치된 주변장치의 열손상을 방지하기 위해 설치된다.
상기 반사장치(26)는 크게 복사열을 반사시키기 위한 반사판(22)과 이 반사판을 보유지지하기 위한 지지구조물로 이루어진다.
구체적으로 상기 지지구조물은 상기 배치식 반응챔버를 따라 원주상으로 배치되는 히팅장치 외측을 포위하는 원통상의 반사블럭(28)으로 마련된다.
그리고, 이 반사블럭(28)은 설치상과 제조성형상의 이득을 위해 알루미늄 바 디로 마련되며, 이 반사블럭의 내주연이 은 또는 금 같은 귀금속으로 코팅되어 반사코팅층이 형성됨으로써 반사판을 이루게 된다.
한편, 상기 반사블럭(28)은 히팅장치(18)에 의한 열손상을 방지하기 위하여 냉각장치를 포함하게 되며, 냉각장치는 반사블럭 내부로 냉각수로가 형성되고, 이 냉각수로에 투입된 냉각수와 반사블럭에 전달된 열이 교환되도록 하여 이루어진다.
냉각수로는 다수의 방법으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 다이캐스팅으로 반사블럭이 제조될 경우 일반적인 제조공법에 의해 냉각수로가 형성된다.
또한, 제조된 반사블럭(28)에 냉각수로(24)를 형성하는 것은 반사블럭(28)에 파이프형의 통로를 상하로 형성시키고, 그 천공된 입구를 캡으로 폐쇄한 다음, 외부에서 연결파이프를 통해 연통시킬 수 있다.
이에 의해 히팅장치(18)의 외측방으로 반사판(22)이 배치되며, 히팅장치(18)와 반사판(22)의 직접접촉에 의한 열전도를 어느 정도 저감시키기 위해, 브라켓(32)을 통해 이격되어 반사블럭(28)에 히팅장치가 설치된다.
다음으로, 본 발명에 따르는 히팅장치(18)는 1조의 히터유닛(12)으로 세분됨에 따라, 그 교환설치에 있어서도 이득을 얻을 수 있다.
즉, 히팅장치(18)가 손상될 경우, 손상된 히터유닛(12)의 교환만으로 최소한의 수리가 가능한 것이며, 히터유닛(12)의 손상은 각 히터유닛으로의 통전감시를 통해 수행된다.
어느 하나의 히터(14), 즉 1조의 히터유닛(12) 교체를 예상하면, 대구경 반도체 기판이라도 직경이 12inch 임을 감안할 때, 그리고, 100매 이상의 반도체 기 판을 처리하는 길이를 갖는 반응챔버 외부를 둘러싸는 통형의 작업공간을 고려할 때, 협소한 통형의 반사블럭(28) 내부로 작업자가 들어가 히터유닛을 교체하는 것은 불편함을 유발시킬 수 있다.
이러한 이유에서 본 발명은 상하로 배치되는 1조의 히터유닛(12)에 대해 1개의 반사블럭(30)이 마련되고, 이러한 반사블럭(30)의 탈거를 통해 히터유닛(12)의 교체가 가능하도록 구비된다.(도 5 참조)
이러한 경우, 반사블럭(30)은 히터유닛의 장착개수에 따라 각 편으로 구분되므로, 히터장치를 포위하는 통형상을 유지하기 위해 별도의 지지구조물이 마련됨이 바람직하며, 이를 위해 상부와 하부에 각각 상부결속패널(56)과 하부결속패널(54)이 구비되어진다.
특히, 하부결속패널(54)은 회동부재(52)와의 결속수단이며, 상기 회동부재(52)는 히터유닛(12)의 교체방향을 자유롭게 한다.
이것은 상기 반사블럭(30)이 히터유닛(12) 1조의 장착개소별로 구분되게 설치되는 경우, 그 통형의 결속에 의해 방사상으로 배치될 것이고, 이러한 방사방향의 탈거는 주변에 설치된 타부재(구조물)와의 간섭을 야기될 수 있다.
따라서, 어느 일방향(구역)에서 모든 반사블럭의 교체가 가능하기 위하여는 반사블럭(30)이 회전될 것이 요구되는 것이다.
상기 회동부재(52)는 마치 스러스트 베어링과 같이, 두개의 분리된 회전판에 구름베어링이 삽입되어, 축상의 회동을 가능케 하는 구조물이며, 이 회전판 중 상판이 직접 반사블럭(30)과 체결되도록 마련되는 경우, 상기 하부결속패널(54)는 배 제되어도 무방하다.
상기 반사블럭(30)의 구분에 의해 상기 냉각수로(24)를 연결시킬 별도의 연결수로가 요구되며, 연결수로는 반사블럭(30) 외부로 연결파이프(34)가 설치되어 처리된다.
다음으로, 상기 반사블럭(30)이 다수의 각 편으로 구분됨에 따라, 반사블럭의 이웃된 경계를 마감시킬 것이 필요하다.
이것은 상기 경계는 슬릿(틈)을 발생시켜, 이 슬릿을 통해 히터장치의 복사열이 누출되고, 이러한 복사열은 주변의 장치를 열손상시킬 우려를 발생시키게 된다.
상기 슬릿의 처리는 간단하기로는 슬릿을 폐쇄시키는 도 6a 와 같이 차단판(36)을 통해 수행되고, 차단판(36)이 이웃된 반사블럭(30)을 통형으로 결속시키는 결속부재로도 작용될 수 있으므로, 차단판(36)이 장착되는 경우 별도의 결속부재인 상부결속패널(56)이 삭제될 수 있다.
여기서, 차단판(36)과 반사블럭(30)의 결속은 일반적인 수단, 예를 들어 반사블럭에 적정개수의 너트홀(미도시)을 형성시키고 보울팅(미도시)으로서 수행된다.
반면, 차단판(36)을 통한 반사블럭의 탈거 및 재조립은 이웃된 반사블럭에 연결되는 양측 차단판의 탈거와 재조립의 불편함을 수반할 수 있다.
따라서, 더욱 발전적으로 본 발명은 상기 슬릿을 굴곡시켜 직선상의 경로를 차단시킴으로써, 복사열(파장)이 외부로 방출되는 것을 방지시킨다.
즉, 본 발명은 반사블럭이 히터유닛에 의해 구분됨에 따라, 그 경계를 통한 복사열의 외부 방출이 방해되도록 복사파장 차단슬릿(38)을 매개로 반사블럭이 이웃되게 설치된 것을 특징으로 한다.
이를 위한 복사파장 차단슬릿은 일실시예로서 도 6b 와 같이, 복사파장 차단슬릿(38)은 반사블럭(30)양단에 반응챔버측 슬릿을 입구슬릿(40)으로 반응챔버로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되어 이에 연장된 1차방해슬릿부(44)가 형성되고, 1차 방해슬릿부들(44) 사이가 반사블럭의 동심원주상으로 형성된 2차방해슬릿부(46)로 연결되어 절곡된 요부와 철부로서 결합되게 이루어진 것을 특징으로 한다.
이것은 간단하기로 요철형상의 퍼즐식으로 끼워 맞추어짐으로써 달성된 것으로, 요철형상에 의한 복사파장 차단슬릿(38)은 복사파장의 직선경로를 방해하는 절곡된 슬릿을 형성하며, 이를 통해 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 직선연장선상으로 통로가 형성되는 것을 방해하게 된다.
이를 통해 전기된 차단판(36)이 구비되지 않더라도, 반사블럭의 경계를 통해 복사열이 외부로 방출되는 것이 방지된다.
다만, 이러한 경우, 반사블럭의 탈착에 있어서는 도시된 반사블럭에서 외측에 돌출턱이 형성된 것은 주변의 간섭 없이 탈착이 수행되고, 내측에 돌출척이 형성된 것은 최소한 좌우로 이웃된 어느 하나의 반사블럭이 탈거된 후에 탈착이 가능하다.
한편, 상기 반사블럭이 통형으로 이루어지고, 이것은 냉각수로를 구비하기 위한 충분한 두께로서 구비되어짐에 따라, 다른 실시예로서 상기 복사파장 차단슬릿은 이것이 형성되어도 이웃된 반사블럭과 독립적으로 탈착이 가능하도록 매개될 수 있다.
이것은 상기 통형의 반사장치를 구비하기 위한 각 편으로의 반사블럭(30) 경계는 동심상을 향하는 방사상의 경계를 갖으며, 상기 냉각수로(24)의 형성을 위한 두께는 외주연과 내주연의 길이에 충분한 차이를 제공한다.
즉, 외측은 길고 내측은 이보다 충분히 짧은 "상광하협"의 호형상의 각편을 갖게되며, 이것의 경계에 형성되는 복사파장 차단슬릿(38)의 형상에 의해 각 편 모두 독립적으로 탈장착되게 구비될 수 있는 것이다.
이러한 요부와 철부의 결합에 있어서는 어느 하나의 반사블럭을 탈착하기 위하여는 이웃된 반사블럭의 탈착이 먼저 요구될 수 있다.
그러나, 상기 반사블럭(30)이 통형상을 이룸에 따라, 상광하협의 형상을 이루게 되므로, 이러한 반사블럭(30)의 형상에 따라, 특히, 상기 복사파장 차단슬릿(38)은 이것이 형성되어도 이웃된 반사블럭과 독립적으로 탈착이 가능하도록 매개될 수 있다.
이를 위한 복사파장 차단슬릿(38)은 도 6c 와 같이 일실시예로서, 반사블럭(30)양단에 반응챔버측 슬릿을 입구슬릿(40)으로 반응챔버(1)로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되어 이에 연장된 1차방해슬릿부(44)가 형성되고, 이 1차 방해슬릿부(44)들 사이에는 반사블럭(30)의 탈착을 허용하면서 상기 1차방해슬릿부(44)에 의해 여과된 나머지 복사파장의 유출 을 방해하도록 경사지게 형성된 2차경사슬릿부(48)가 형성됨과 더불어, 상기 1차방해슬릿부(44)와 2차경사슬릿부(48)는 반사블럭의 원주방향상에서 동일한 방향으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
이것은 도시된 바와 같이, 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 최외측의 직선연장선상을 차단시키는 경로(2차경사슬릿부)가 형성되어 이것이 상기 복사파장의 누출경로를 간섭시킴에 따라, 복사파장의 누출이 차단되며, 이러한 복사파장 차단슬릿(38)이 형성된 반사블럭은 그 외주연이 내주연에 비해 길어짐에 따라, 그리고 그 경사방향에 따라, 독립적인 탈착이 수행될 수 있는 것이다.
상기 탈착방향은 그 중앙부에 대하여는 원통상의 중심을 벗어나게 되며, 적절한 방향으로는 이웃된 반사블럭(30)에서 돌출된 1차방해슬릿부의 경로선상으로 수행될 것이며, 도시된 바와 같이 이러한 방향(구역)에 대하여 이웃되어 장착된 반사블럭과 간섭되지 않게 탈장착되어짐을 알 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 도 6d 와 같이, 복사파장 차단슬릿(38)은 반사블럭(30)의 반응챔버측의 슬릿을 입구슬릿으로 반응챔버(1)로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되고, 상기 반사블럭(30)의 탈착을 허용하면서 복사파장의 유출을 방해하도록 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 직선연장선상에 간섭되게 최소한 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 직선연장선장을 접선으로 하는 돌출곡면으로 방해슬릿(50)이 형성됨과 더불어, 상기 방해슬릿(50)은 반사블럭(30)의 원주방향상에서 동일한 방향으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
도시된 바와 같이, 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 최외측의 직선연장선상에 곡면으로 돌출되어 돌출곡면이 형성되어 이것이 상기 복사파장의 누출경로를 간섭시킴에 따라 복사파장의 누출이 차단되며, 이러한 방해슬릿(50)이 형성된 반사블럭은 그 외주연이 내주연에 비해 길어짐에 따라, 그리고 간섭을 회피하는 돌출곡면에 의해 그 독립적인 탈착이 수행될 수 있는 것이다.
상기 탈착방향은 그 중앙부에 대하여는 원통상의 중심을 벗어나게 되며, 적절한 방향으로는 좌우의 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 교차점에 대해 그 중앙을 연결하는 방향으로 수행될 것이며, 도시된 바와 같이 이러한 방향(구역)에 대하여 이웃되어 장착된 반사블럭과 간섭되지 않게 탈장착되어짐을 알 수 있다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, "U" 형상의 히터유닛을 통해 배치식의 반응챔버에 서로 다른 가열담당영역을 가지는 히터장치가 설치되고, 이러한 히터장치에 반사장치가 설치되어, 배치식의 반응챔버에 RTP용 히팅시스템이 장착되는 효과가 있다.
특히, 반사장치는 알루미늄 블럭으로 성형되어 무게가 가볍고 설치가 간편하다는 이점이 있으며, 이러한 반사블럭이 1조의 히터유닛별로 설치되는 경우, 히터유닛의 교체가 간편하다는 효과가 있다.
또한, 구분된 반사블럭이 복사파장 차단슬릿을 매개로 장착되어 복사파장의 외부누출이 방지되며, 독립적인 탈착이 가능할 뿐더러, 회동부재가 매개되는 경우 그 탈장착이 더욱 간편하다는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 공정공간인 배치식 반응챔버(1)의 상하길이에 대해 구분된 점유영역을 갖는 한 쌍의 히터유닛(12)으로 이루어진 히터(14)가 점유하는 상하길이를 복수의 히터(14)에 대해 서로 단차지게 달리하여 반응챔버(1)의 상하영역에 대해 단계되게 형성된 가열담당영역(T)을 형성하는 복수의 히터그룹(16)이 반응챔버(1)의 외주를 따라 순차적으로 배치된 히팅장치(18)에서, 상기 히팅장치(18)에 의한 복사열을 반응챔버(1) 내부로 반사시키기 위해 상기 히팅장치(18) 외측에서 포위하게 배치되는 반사판(22)을 포함하며 상기 히팅장치(18)의 가열에 의한 열손상을 방지하기 위하여 열교환되는 냉각수로(24)를 포함하는 반사장치(26)가 설치되어지되, 상기 반사장치(26)는 상기 히팅장치(18)를 외측에서 포위하게 반사블럭(28)이 구비되고, 이 반사블럭(28) 내부로 전달된 열을 냉각시키기 위한 상기 냉각수로(24)가 형성되며, 상기 반사블럭(28)의 내측면은 반사물질로 반사코팅층이 형성되어 상기 반사판(22)을 이루는 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  2. (삭제).
  3. 제 1 항에 있어서, 반사블럭(28)은 알루미늄합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 반사판(22)은 상기 반사블럭(22)에 복사파장 반사를 위한 반사도를 갖는 반사코팅층 확보를 위해 은 또는 금의 귀금속류가 코팅되어 이루어진 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 반사장치(26)는 상기 1조의 히터유닛(12)에 대하여 구분된 반사블럭(30)으로 마련되어 상기 1조의 히터유닛(12)이 브라켓(32)을 통해 상기 반사블럭(30)에 설치된 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 반사블럭(30)은 그 내부에 형성된 상기 냉각수로(24)를 연결하기 위해 그 외부로 연결파이프(34)가 장착되는 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 반사블럭(30)에는 그 경계사이에 차단판(36)이 설치되며, 이 차단판(36)은 구분된 반사블럭(30)이 조립되는 통형 집합을 보유지지하는 체결수단인 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  8. 제 5 항에 있어서, 반사블럭(30)은 히터유닛(12)에 의해 구분됨에 따라, 그 경계를 통한 복사열의 외부 방출이 방해되도록 복사파장 차단슬릿(38)을 매개로 반사블럭(30)이 이웃되게 설치된 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 복사파장 차단슬릿(38)은 반사블럭(30)양단에 반응챔버측 슬릿을 입구슬릿(40)으로 반응챔버로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되어 이에 연장된 1차방해슬릿부(44)가 형성되고, 1차 방해슬릿부들(44) 사이가 반사블럭의 동심원주상으로 형성된 2차방해슬릿부(46)로 연결되어 절곡된 요부와 철부로서 결합되게 이루어진 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 복사파장 차단슬릿(38)은 반사블럭(30)양단에 반응챔버측 슬릿을 입구슬릿(40)으로 반응챔버(1)로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되어 이에 연장된 1차방해슬릿부(44)가 형성되고, 이 1차 방해슬릿부(44)들 사이에는 반사블럭(30)의 탈착을 허용하면서 상기 1차방해슬릿부(44)에 의해 여과된 나머지 복사파장의 유출을 방해하도록 경사지게 형성된 2차경사슬릿부(48)가 형성됨과 더불어, 상기 1차방해슬릿부(44)와 2차경사슬릿부(48)는 반사블럭의 원주방향상에서 동일한 방향으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  11. 제 8 항에 있어서, 복사파장 차단슬릿(38)은 반사블럭(30)의 반응챔버측의 슬릿을 입구슬릿으로 반응챔버(1)로의 중심선상에서 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)이 동일선상을 벗어나게 형성되고, 상기 반사블럭(30)의 탈착을 허용하면서 복사파장의 유출을 방해하도록 상기 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 직선연장선상에 간섭되게 최소한 입구슬릿(40)과 출구슬릿(42)의 직선연장선장을 접선으로 하는 돌출곡면으로 방해슬릿(50)이 형성됨과 더불어, 상기 방해슬릿(50)은 반사블럭(30)의 원주방향상에서 동일한 방향으로 형성되어 이루어진 것을 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
  12. 제 5 항에 있어서, 반사블럭(30)은 회동이 가능하도록 그 하부에 회동부재(52)가 설치되며, 이 반사블럭(30)들 위에 구분된 반사블럭(30)들을 통형으로 결속시키는 상부결속패널(56)이 설치된 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅시스템.
KR1020060069261A 2006-01-16 2006-07-24 배치식 반응챔버의 히팅시스템 KR100848359B1 (ko)

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