KR20070075770A - 배치식 반응챔버의 히팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 RTP용 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 히팅방법 및 장치가 제공된다.

이를 위한 본 발명은 공정공간인 배치식의 반응챔버(1)의 상하길이에서 구분된 발열체로서 별도의 온도조절장치(10)를 포함하여 각각의 인가라인이 형성되어 상하영역의 전체영역에 대해 구분된 점유영역을 갖는 히터유닛(12)의 한쌍으로 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)로 이루어진 것이다.

반도체, 기판, 열처리, 반응챔버, 히팅, RTP

Description

배치식 반응챔버의 히팅장치{Heating Method and Heating Apparatus 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 개념설명도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 - 반응챔버, 10 - 온도조절장치,

12 - 히터유닛, 14 - 히터,

16 - 히터그룹, 18 - 히팅장치,

20 - 추가가열부,

본 발명은 RTP용 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 히팅방법 및 장치에 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 크게 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 이루어진다.

그리고, CVD에서는 부식성, 유독성가스를 많이 사용하기 때문에 콜드트랩이나 스크러버 등이 포함된 가스배출장치가 부가되며, 공정의 청정도를 유지시키기 위한 이송장치가 포함된다.

한편, 반도체 기판(100)을 다량으로 탑재하기 위한 배치식의 보트(3)는 반응챔버(1)로의 투입을 위해 승강장치(4)가 포함되며, 보트(3)로의 반도체 기판 로딩/언로딩을 위해 스테이션과는 이송장치로서 엔드이펙터(5)가 매개되어 있다.

한편, 상기 반응챔버(1)로의 히팅장치(2)는 공정의 신속성을 위해, 또는 상기 증착장치에서 하나의 반응챔버를 통해 다른 열처리 공정을 연속적으로 수행하기 위하여 RTP(Rapid Thermal Processing)용 히팅장치가 적용될 수 있다.

이러한 히팅장치는 발열저항체로서 흑연(Graphite), 칸탈(Kanthal), 또는 세라믹이 적용되며, 그 성형특성에 의해 전기히터와 같은 코일형상으로 이루어지기 곤란하고, 따라서 배치식 공정공간인 반응챔버의 원주상을 분할하여 상하길이방향을 따라 봉형상의 히터유닛(6)으로서 설치된다.

그러나, 이러한 RTP용 히터유닛(6)을 통한 온도제어가 불편하고, 특히 반응챔버가 제공하는 전체 공정공간으로 균일한 온도분포의 조성이 곤란하다는 문제점이 있다.

예를 들어, 상기 배치식의 증착장치에서 소스가스의 열분해온도, 반도체 기판의 온도는 성막속도나 입자생성속도에 가장 강하게 영향을 미치는 인자이며, 생성물의 조성이나 미세조직에 대해서도 지배적인 영향을 끼치므로, 히팅장치(2)의 온도제어는 보다 정밀해질 필요가 있다.

즉, 어느 하나의 열처리공정에서 이것이 요구하는 온도가 반응챔버 전체 공간에 걸쳐 균일하게 조성되어야 할 것이 필요한데, 반응챔버의 온도는 복사와 대류 가 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 반응챔버는 상대적으로 그 상부의 온도가 높게 조성되는데, 이를 방지하고 반응챔버 전체공간에서 규일한 온도구배를 조성하기 위하여 반응챔버의 상방으로 갈수록 낮게 가열시킬 필요가 있으며, 실질적으로 코일형식의 전기히터에서는 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 히팅방법 및 장치를 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.

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.

본 발명은 배치식 반응챔버의 상하길이를 점유하는 발열체로서 히터유닛을 설치하고 이 히터유닛을 상기 반응챔버의 외주를 따라 설치시켜 공정공간을 가열시키는 배치식 반응챔버의 히팅방법에 있어서:

배치식의 반응챔버(1) 공정공간에서 그 상하길이를 점유하는 발열체를 별도의 온도조절장치(10)를 포함한 각각의 인가라인을 가지는 구분된 한쌍의 히터유닛(12)으로 구비하고, 이 구분된 온도조절장치를 가지는 한쌍의 히터유닛(12)에 의해 어느 하나의 히터유닛(12)과 다른 하나의 히터유닛이 점유하는 길이를 달리하는 복수의 히터유닛 배치로 히터유닛(12)의 길이를 단차지게 형성시켜 히터그룹(16)을 형성시켜서, 이 히터그룹(16)을 반응챔버(1)의 외주를 따라 순차적으로 배치시키되, 히터그룹(16)들은 서로 동일한 히터유닛에 대해 하나의 온도조절장치를 포함한 인가라인을 공유시켜, 반응챔버(1)에서 상하로 구분된 히터유닛(12)의 발열량 조절로 상하구역에 대해 온도조절이 가능한 가열담당영역(T)을 형성시킨 배치식 반응챔버의 히팅방법이다.

이러한 히팅방법을 수행하기 위하여 본 발명은 배치식 반응챔버의 히팅장치를 제공하며, 본 발명은 배치식 반응챔버의 상하길이를 점유하는 발열체로서 히터유닛이 설치되고, 이 히터유닛이 상기 반응챔버의 외주를 따라 설치된 배치식 반응 챔버의 히팅장치에 있어서;

공정공간인 배치식의 반응챔버(1)의 상하길이에서 구분된 발열체로서 별도의 온도조절장치(10)를 포함하여 각각의 인가라인이 형성되어 상하영역의 전체영역에 대해 구분된 점유영역을 갖는 히터유닛(12)의 한쌍으로 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)로 이루어진 배치식 반응챔버의 히팅장치이다.

여기서, 히터그룹(16)들은 서로 동일한 히터유닛(12)에 대해 하나의 온도조절장치(10)를 포함한 인가라인이 공유된 것을 특징으로 한다.

여기서, 히터유닛(12)은 "U"으로 형성된 것을 특징으로 하며, 이 히터유닛(12)의 수평연결부는 추가가열부(20)인 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명은 배치식의 반응챔버에 설치되는 RTP용 히팅장치에 있어서, 상하구역에 따라 온도조절이 가능한 배치식 반응챔버의 히팅방법 및 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.

상기 히터유닛(12)은 반응챔버(1)의 외주를 따라 배치되어 공정공간을 가열하며, 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 인가라인과 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 "U"으로 형성되며, 또한 "U"의 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.

이를 통해 반응챔버 전체 공정공간을 균일한 온도구배로 조성시킬 수 있는 것이다

그리고, 이러한 반응챔버로의 온도제어는 컨트롤유니트에 의해 수행될 수 있 다.

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.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, RTP용 히터가 채용되는 배치식의 반응챔버에서, 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 형성시킴으로써, 반응챔버의 상하구역에 대한 별도의 온도조절이 가능하고 이에 의해 반응챔버의 균일한 온도분포가 수행되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 배치식 반응챔버의 상하길이를 점유하는 발열체로서 히터유닛을 설치하고 이 히터유닛을 상기 반응챔버의 외주를 따라 설치시켜 공정공간을 가열시키는 배치식 반응챔버의 히팅방법에 있어서:

   배치식의 반응챔버(1) 공정공간에서 그 상하길이를 점유하는 발열체를 별도의 온도조절장치(10)를 포함한 각각의 인가라인을 가지는 구분된 한쌍의 히터유닛(12)으로 구비하고, 이 구분된 온도조절장치를 가지는 한쌍의 히터유닛(12)에 의해 어느 하나의 히터유닛(12)과 다른 하나의 히터유닛이 점유하는 길이를 달리하는 복수의 히터유닛 배치로 히터유닛(12)의 길이를 단차지게 형성시켜 히터그룹(16)을 형성시켜서, 이 히터그룹(16)을 반응챔버(1)의 외주를 따라 순차적으로 배치시키되, 히터그룹(16)들은 서로 동일한 히터유닛에 대해 하나의 온도조절장치를 포함한 인가라인을 공유시켜, 반응챔버(1)에서 상하로 구분된 히터유닛(12)의 발열량 조절로 상하구역에 대해 온도조절이 가능한 가열담당영역(T)을 형성시킨 배치식 반응챔버의 히팅방법.
2. 배치식 반응챔버의 상하길이를 점유하는 발열체로서 히터유닛이 설치되고, 이 히터유닛이 상기 반응챔버의 외주를 따라 설치된 배치식 반응챔버의 히팅장치에 있어서;

   공정공간인 배치식의 반응챔버(1)의 상하길이에서 구분된 발열체로서 별도의 온도조절장치(10)를 포함하여 각각의 인가라인이 형성되어 상하영역의 전체영역에 대해 구분된 점유영역을 갖는 히터유닛(12)의 한쌍으로 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)로 이루어진 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅장치.
3. 제 2 항에 있어서, 히터그룹(16)들은 서로 동일한 히터유닛(12)에 대해 하나의 온도조절장치(10)를 포함한 인가라인이 공유된 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅장치.
4. 제 2 항에 있어서, 히터유닛(12)은 "U"으로 형성된 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅장치.
5. 제 4 항에 있어서, "U"형의 히터유닛(12)에서 수평연결부는 추가가열부(20)인 것을 특징으로 하는 배치식 반응챔버의 히팅장치.

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