KR101073550B1 - 기판 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 다수의 사각형 기판이 적재된 보트가 로딩되는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 외측에 설치되며, 상기 공정 챔버에 열을 가하는 다수개의 히터를 구비하는 히터 챔버를 포함하고, 상기 복수개의 히터 각각은 상기 기판의 4개의 변 및 모서리 각각과 대응되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치를 제공한다.
따라서, 공정 챔버 내부의 온도 산포를 최소화할 수 있고, 기판의 모든 영역에 균일한 열을 공급할 수 있다.
히터, 챔버, 기판, 열처리, 온도 산포

Description

기판 열처리 장치{Apparatus for thermal processing of substrate}
본 발명은 기판을 가열할 수 있는 기판 열처리 장치에 관한 것으로, 공정 챔버 내부의 온도 산포를 최소화할 수 있고, 기판의 모든 영역에 균일한 열을 공급할 수 있는 기판 열처리 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치, 디스플레이 장치 등의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 반응 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로 반도체 장치, 디스플레이 장치는 기판 상에 증착 공정, 포토 공정, 식각 공정, 이온 주입 공정, 확산 공정 등과 같은 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로써 제조된다.
상기 단위 공정들 중 일부 공정들은 가열로(heating furnace) 타입의 기판 열처리 장치에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 확산 공정(diffusion process), 어닐링 공정(annealing process), 산화 공정(oxidation process), 증착 공정(deposition process) 등이 상기 기판 열처리 장치에서 수행된다.
상기 기판 열처리 장치로는 히터 챔버 내부 공간에 석영의 공정 챔버를 설치하고, 상기 공정 챔버 내에 기판들을 투입하여 고온의 공정 환경을 만들어 주는 종형로(vertical type furnace)가 가장 많이 이용된다. 상기 종형로(vertical type furnace)는 다수의 기판이 보트(boat)에 수납되어 한번에 공정 챔버에 투입되는 배치(betch) 방식을 채용한다.
상기 히터 챔버에는 내부 온도를 전체적으로 균일하게 하기 위하여 다수개의 히터들이 설치된다. 이때 상기 히터들은 각각 히터 챔버의 측벽들과 밑면 및 상면에 설치되는데, 히터 챔버의 측벽들에 설치되는 히터는 각각 히터 챔버의 외주면을 따라 히터 챔버를 원형으로 둘러싸도록 길게 형성되어 있다.
공정 챔버 내에 투입된 기판들은 사각형인데 히터는 원형이므로, 기판의 변 및 모서리에 가해지는 열의 온도는 달라진다.
상기와 같은 히터를 구비한 히터 챔버는 히터가 길게 형성되어 있기 때문에, 측정되는 온도 분포에 따라 일부 영역만을 가열하고자 하는 경우에는 이를 수행할 수 없는 문제가 있다.
또한, 히터가 길게 형성되기 때문에, 길이에 비례하여 발생되는 열팽창 문제가 발생할 수 있으며, 사각형 기판의 위치에 따라 가해지는 열량이 다르므로 기판의 변형을 야기하고 온도 불균일을 야기하는 문제점이 있다.
또한, 온도 분포가 다르기 때문에 기판에 형성된 물질의 특성이 위치에 따라 달라지게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명은 공정 챔버에 열을 가하는 히터의 구조를 개선하여, 공정 챔버 내부의 온도 산포를 최소화할 수 있고, 기판의 모든 영역에 균일한 열을 공급할 수 있는 기판 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 다수의 사각형 기판이 적재된 보트가 로딩되는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 외측에 설치되며, 상기 공정 챔버에 열을 가하는 다수개의 히터를 구비하는 히터 챔버를 포함하고, 상기 복수개의 히터 각각은 상기 기판의 4개의 변 및 모서리 각각과 대응되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치를 제공한다.
본 발명은 상기 기판의 4개의 변 및 모서리와 이에 대응되어 설치되는 히터 각각의 사이의 거리는 상기 기판의 중심을 기준으로 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 복수개의 히터는 각각 상기 히터 챔버의 길이 방향으로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 복수개의 히터는 각각 상기 히터 챔버의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 공정 챔버의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 더 포함하 고, 상기 온도 측정부는 상기 공정 챔버 내측벽에 설치되는 감지 센서 및 상기 감지 센서와 연결되며, 상기 히터의 동작을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 온도 측정부는 상기 제어 유닛과 연결되며, 상기 감지 센서들에 의해 측정된 상기 공정 챔버의 온도를 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 서로 대응되어 위치하는 히터와 기판의 영역 사이의 거리가 동일하므로, 상기 기판의 모든 영역에 균일한 열을 공급할 수 있다.
또한, 히터가 히터 챔버의 길이 방향으로 분할되어 위치하므로, 히터 챔버의 길이 방향에 따른 온도 분포가 발생하면, 균일한 열을 공급하기 위해 각각의 히터를 분리하여 제어할 수 있으므로, 온도 산포를 최소화할 수 있다.
이하, 바람직한 실시 예를 나타낸 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 기판 열처리 장치를 설명하되, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 열처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 기판과 히터의 관계를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2의 화살표 방향에서 본 히터의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 2의 화살표 방향에서 본 히터의 다른 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 열처리 장치(1)는 다수의 기판(10)이 적재된 보트(20)가 투입되는 공정 챔버(30), 상기 공정 챔버(30)의 외측에 설치되며, 상기 공정 챔버(30)에 열을 가하는 히터 챔버(50)를 포함하며, 상기 공정 챔버(30)에 가해지는 열에 의해 상기 기판(10)이 열처리되며, 상기 기판(10)은 사각형으로 형성된다.
또한, 상기 기판 열처리 장치(1)는 상기 보트(20)를 지지하는 베이스 플레이트(60)를 구비하며, 상기 베이스 플레이트(60)는 상하로 이동할 수 있도록 형성되어, 상부에 장착되어 있는 상기 보트(20)를 상기 공정 챔버(30) 내부로 로딩 또는 언로딩하며, 상기 베이스 플레이트(60)는 상기 공정 챔버(30)를 밀폐시킨다.
또한, 상기 기판 열처리 장치(1)는 상기 공정 챔버(30) 내로 공정 가스를 주입하도록 가스공급원(미도시)과 연결되는 가스 주입구(70) 및 상기 공정 챔버(30)의 내부를 진공 배기하며, 부산물 및 잔류 가스를 외부로 배출하도록 진공펌프(미도시)와 연결되는 가스 배출구(80)를 구비하며, 상기 가스 주입구(70)와 상기 가스 배출구(80)는 상기 공정 챔버(30)와 상기 히터 챔버(50)를 관통하여 형성된다.
물론, 상기 베이스 플레이트(60), 상기 가스 주입구(70) 및 상기 가스 배출구(80)가 본 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 공정 환경에 따라 다양하 게 변경하여 적용할 수 있다.
또한, 상기 기판 열처리 장치(1)는 상기 공정 챔버(30)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(90)를 포함하며, 상기 온도 측정부(90)는 상기 공정 챔버(30)의 내측벽에 설치되어 상기 공정 챔버(30) 내의 온도를 검출하여 전기적 신호로 출력하는 감지 센서(91)와 상기 감지 센서(91)와 연결되며, 상기 전기적 신호에 따라 상기 히터(40)의 동작을 제어하기 위한 제어 유닛(93)를 포함한다.
상기 감지 센서(91)는 상기 공정 챔버(30) 내의 온도를 정밀하게 검출할 수 있도록 다수개 설치되는 것이 바람직하며, 적어도 상기 공정 챔버(30)의 상부, 중심부 및 하부에 각각 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시 예에서는 상기 온도 측정부(90)가 상기 공정 챔버(30)의 내측벽에 설치되고, 감지 센서(91)와 제어 유닛(93)으로 이루어지는 것을 설명하고 있으나, 상기 온도 측정부(90)가 본 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 공정 환경에 따라 당업자가 다양하게 변경하여 적용할 수 있다.
또한, 상기 온도 측정부(90)는 상기 제어 유닛(93)과 연결되며, 상기 감지 센서(91)들에 의해 측정된 상기 공정 챔버(30)의 온도를 표시하기 위한 표시부(95)를 더 포함할 수 있다.
상기 보트(20)는 주로 석영(Quartz)으로 형성되며, 그 내측면에는 상기 기판(10)이 적재되는 다수개의 슬롯(미도시)이 마련되어 있다.
상기 공정 챔버(30)는 일반적으로 석영으로 형성되며, 상기 기판(10)을 열처리하기 위하여 그 내부에 상기 보트(20)가 로딩될 수 있도록 관형으로 형성된다.
상기 히터 챔버(50)에는 다수개의 히터(40)가 설치되며, 상기 히터(40)는 상기 공정 챔버(30)에 열을 공급하여 상기 공정 챔버(30) 내의 온도를 높여주어, 상기 기판(10)을 가열한다.
본 실시 예에서는 상기 히터(40)가 상기 히터 챔버(50)의 내부에 설치된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 히터 챔버(50)의 내측벽에 설치될 수도 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 상기 히터(40)는 상기 기판(10)의 4개의 변 및 4개의 모서리에 각각 대응되도록 분할되어 형성되며, 따라서, 상기 히터(40)는 8개의 영역에 각각 위치하도록 분할된 히터(41~48)들로 이루어진다. 이때, 기판(10)의 중심으로부터 기판(10)의 각 변 중앙 및 모서리를 각각 지나 복수의 히터(41~48)에 도달하는 가상의 선(도 2의 점선 참조)을 가정할 때, 가상의 선과 나란한 방향을 따라 측정되는 기판(10)과 복수의 히터(41~48) 각각의 사이 거리는 모두 동일하게 이루어진다.
즉, 상기 기판(10)의 단변(11) 및 이와 대응되어 형성되는 히터(43, 47) 사이의 거리(A), 상기 기판(10)의 모서리(13) 및 이와 대응되어 형성되는 히터(42, 44, 46, 48) 사이의 거리(B) 및 상기 기판(10)의 장변(15) 및 이와 대응되어 형성되는 히터(41, 45) 사이의 거리(C)는 모두 동일하다.
도 3을 참조하면, 상기 분할된 히터(44~46)는 각각 상기 히터 챔버(50)의 길이 방향으로 분할되어 형성될 수 있으며, 본 실시 예에서는 각각의 히터(44, 45, 46)가 3개로 분할(44a~44c, 45a~45c, 46a~46c)되어, 각각 상기 히터 챔버(50)의 상부, 중심부 및 하부에 설치된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 2개 또는 4개 이상으로도 분할될 수 있다. 마찬가지로, 다른 히터(41, 42, 43, 47, 48)도 분할되어 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 분할된 히터(44~46)는 상기 히터 챔버(50)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있으며, 마찬가지로, 다른 히터(41, 42, 43, 47, 48)도 상기 히터 챔버(50)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서와 같이, 상기 히터(40)가 상기 기판(10)의 4개의 변 및 모서리와 대응되어 위치하는 다수개(41~48)로 분할되고, 서로 대응되어 위치하는 상기 히터(40)와 상기 기판(10)의 영역 사이의 거리가 동일하므로, 상기 기판(10)의 모든 영역에 균일한 열을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서와 같이, 상기 히터(41~48)가 상기 히터 챔버(50)의 길이 방향으로 분할되어 위치하면, 상기 히터 챔버(50)의 길이 방향에 따른 온도 분포가 상이하더라도 균일한 열을 공급하기 위해 각각의 히터를 분리하여 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 바람직한 실시 예를 도시한 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 열처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도2는 기판과 히터의 관계를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도3은 도2의 화살표 방향에서 본 히터의 구성을 나타낸 구성도이다.
도4는 도2의 화살표 방향에서 본 히터의 다른 구성을 나타낸 구성도이다.
[도면의 주요부호에 대한 설명]
1 : 기판 열처리 장치 10 : 기판
20 : 보트 30 : 공정 챔버
40, 41~48 : 히터 50 : 히터 챔버
60 : 베이스 플레이트 70 : 가스 주입구
80 : 가스 배출구 90 : 온도 측정부
91 : 감지 센서 93 : 제어 유닛
95 : 표시부

Claims (9)

  1. 내부에 다수의 사각형 기판이 적재된 보트가 로딩되는 공정 챔버; 및
    상기 공정 챔버의 외측에 설치되며, 상기 공정 챔버에 열을 가하는 복수개의 히터를 구비하는 히터 챔버를 포함하고,
    상기 복수개의 히터 각각은 상기 기판의 4개의 변 및 모서리 각각과 대응되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 중심으로부터 상기 4개의 변의 중심점 및 상기 모서리를 각각 지나 상기 복수의 히터에 도달하는 가상의 선을 가정할 때, 상기 가상의 선과 나란한 방향을 따라 측정되는 상기 기판과 상기 복수의 히터 각각의 사이 거리는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 히터는 각각 상기 히터 챔버의 길이 방향으로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 히터 챔버의 상부, 중심부 및 하부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 히터는 각각 상기 히터 챔버의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 더 포함하고,
    상기 온도 측정부는 상기 공정 챔버 내측벽에 설치되는 감지 센서; 및
    상기 감지 센서와 연결되며, 상기 히터의 동작을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 제어 유닛과 연결되며, 상기 감지 센서들에 의해 측정된 상기 공정 챔버의 온도를 표시하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으 로 하는 기판 열처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 감지 센서는 상기 공정 챔버의 상부, 중심부 및 하부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 히터 챔버의 내부 또는 내측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
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