KR0137979Y1 - 반도체제용 노의 온도조정시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안 반도체 제조용 노(Furnance)의 온도조정시스템에 관한 것으로, 종래에는 튜브내의 온도가 상승함에 따라 써모커플러의 온도접점의 위치가 변하므로 정확한 온도값의 검출이 안되므로 써모커플러를 주기적으로 교체해야하므로 불필요한 비용발생을 유발시키는 문제점이 있었다.

따라서 종래이 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 노내의 고온으로 가열된 튜브내에서 나오는 물체열방사에 의한 가시광선 파장의 휘도를 관측해서 온도를 측정하는 방사온도계를 사용하여 온도조절을 행하도록 함으로써 기존의 써모커플러의 사용벗이 공정조건의 최적화 및 재질의 향상을 높이도록 한 효과가 있다.

Description

반도체 제조용 노의 온도조정시스템

제1도는 종래 반도체 제조용 노의 온도조정시스템에 대한 회로 구성도.

제2도는 제1도에 있어서, 직접제어방식에 의한 온도제어부의 상세회로도.

제3도는 제1도에 있어서, 캐스케이드제어방식에 대한 온도제어부의 상세회로도.

제4도는 본 고안 반도체 체조용 노의 온도조정시스템에 대한 회로 구성도.

제5도는 본 고안에 있어서, 수광부의 세부도로서,

(a)는 광학적 아답터의 세부도이고,

(b)는 조정부의 세부도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 노(Furnace) 12 : 온도모니터존

13 : 광 아답터 14 : 광섬유

15 : 스위칭부 16 : 조정부

17 : 광전증배관 18 : 비교부

19 : 온도제어부 20 : 피아이디조정부

21 : 히터제어부 22 : 히터

본 고안은 반도체 제조용 노(Furnace)의 온도조정에 관한 것으로, 특히 노의 정확한 온도유지 및 온도 프로파일(Profile)조정과 광고온계를 이용한 노의 온도특성유지에 적당하도록 하는 반도체 제조용 노의 온도조정시스템에 관한 것이다.

종래 반도체 제조용 노의 온도조정시스템에 대한 회로구성도는 제1도에 도시된 바와 같이 노(1)의 내부에 장착되어 그 내부의 온도를 검지하고 그에 대응하는 기전력을 출력하는 모니터용 써모커플러(2)와, 상기 노(1)의 외부에 장착되어 그 외부의 온도를 감지하고 그에 대응하는 기전력을 출력하는 제어용 써모커플러(3)와, 상기 모니터용 써모커플러(2) 및 제어용 써모커플러(3)로 부터 입력받은 값을 비교하는 비교부(4)와, 상기 비교부(4)에 의해 기교된 값에 따라 온도를 조절하여 출력하는 온도제어부(5)와, 상기 온도제어부(5)의 출력에 따라 피아이디(P.I.D : PROPORTION INTEGRATION DIFFERENCIATION)를 조정하여 출력하는 피아이디부(6)와, 상기 피아이디부(6)의 출력상태에 따라 상기 노(1)의 히터(8)를 제어하는 히터제어부(7)로 구성디고, 여기서 미설명부호 9는 외부튜브이고 10은 내부튜브이다.

그리고 제1도에서 직접제어방식에 대한 온도제어부의 회로구성은 제2도에 도시된 바와 같이 노(1)의 제어용 써모커플러(미도시)의 온도측정값과, 프로파일시의 측정값을 비교하는 제1비교부(11)와, 상기 제1비교부(11)의 비교출력값과 미리설정된 온도측정값을 비교하는 제2비교부(12)와, 상기 제2비교부(12)를 통해 비교된 비교출력값에 따라 피아이디를 제어하는 노(1)를 직접적으로 제어하는 피아이디제어부(13)로 구성되고, 제1도에서 캐스케이드제어방식에 대한 회로구성은 제3도에 도시된 바와 같이 노(1)의 제어용 써모커플러(미도시)로 부터 전달받은 온도측정값과 프로파일시의 온도측정값은 각기 입력 받아 비교하는 제3비교부(21)와, 상기 제3비교부(21)의 비교출력값과 미리설정된 온도측정값을 입력받아 서로 비교하는 제4비교부(22)와, 상기 제2비교부(22)의 비교출력에 따라 피아이디를 제어하여 출력하는 제1피아디제어부(23)와, 상기 노(1)의 내부온도측정값과 외부온도측정값을 각기 입력받아 서로 비교하는 제5비교부(24)와, 상기 제5비교부(24)의 비교출력값과 제1피아이디제어부(23)의 출력밧을 비교하는 제6비교부(25)와, 상기 제6비교부(25)의 비교출력에 따라 다시 피아디를 제어하여 상기 노(1)로 출력하는 제2피아이디제어부(26)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저 히터(8)가 가열되어 노(1)가 동작하는데 이때 모니터용 써모커플러(2)는 상기 노(1)의 내부에 장착되어 그 내부의 온도를 감지하고 그 온도에 따른 기전력을 비교부(4)에 전달하여 준다. 이와 아울러 상기 노(1)의 외부에 장착되어 그 외부의 온도를 감지하고 그 감지된 온도에 따른 기전력을 상기 비교부(4)에 전달한다.

그러면 상기 비교부(4)는 입력된 기전력을 비교하고 그 비교된 값을 온도제어부(5)로 전달한다. 상기 온도제어부(5)에서 온도를 조정하여 조정된 값을 출력하면 피아이디부(6)에서 피아이디(P.I.D)를 조정하여 내보낸다.

상기에서 온도가 조절됨과 아울러 피아이디가 조절된 신호를 입력받은 히터제어부(7)에서 입력된 값에 따른 온도로 조절되도록 상기 히터(8)를 제어한다.

그리고 온도조절은 직접제어방식과 캐스케이드방식으로 나뉘어지는데 이에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저 직접제어방식은 제2도에서와 같이 노(1)이 외부에 장착된 제어용 써모커플러(3)로 부터 측정된 온도값과 상기 (1)의 내부에 장착된 모니터용 써모커플러(2)에 의한 내부튜브(10)의 온도 프로파일(Profile)을 비교함에 있어 프로파일시의 상기 제어용 써모커플러(3)의 온도값을 제1비교부(11)에서 비교한다.

이렇게하여 제1비교부(11)에서 비교된 값이 제2비교부(12)로 입력되면 상기 제2비교부(12)는 미리설정되어 있는 온도값과 비교하여 이 비교된 값을 피아이디제어부(13)로 출력한다.

따라서 피아이디제어부(13)에서 마지막으로 피아이디를 제어하여 노(1)로 출력하면 원하는 온도로 조정된다.

케스캐이드 제어방식은 제3도에 도시한 바와 같이 노(1)의 외부에 장착된 제어용 써모커플러(3)로 부터 측정된 온도값과 상기 노(1)의 내부에 장착된 모니터용 써모커플러(2)에 의한 내부튜브(10)의 온도 프로파일(Profile)을 동시에 이용하여 실제 튜브온도를 제어함에 있어 상기 제어용 써모커플러(3)에서 측정한 온도값과 프로파일시의 측정저항값을 제3비교부(21)에서 먼저 비교하여 제4비교부(22)로 출력하면 상기 제4비교부(22)에서 미리설정되어 있는 온도값과 비교한다.

이렇게 비교된 출력값을 첫번째 피아이디제어부(23)에서 입력받아 1차 피아이디(P.I.D :ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮ ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ ＤＩＦＦＥＲＥＮＣＩＡＴＩＯＮ）를 행할 때, 노(1)의 내부에 장착된 모니터용 써모커플러(2)에 의해 측정된 온도값과 상기 노(1)의 외부에 장착된 제어용 써모커플러(3)에 의해 측정된 온도값을 제5비교부(24)에서 비교한 후 제6비교부(25)로 출력하면 상기 제6비교부(25)는 다시 제5비교부(24)의 비교출력값과 1차 피아이디를 행한 출력값을 입력받아 서로 비교한다.

이렇게 비교된 값을 제2피아이디제어부(26)에서 2차 피아이디를 행하여 노(1)로 출력하면 최종적인 온도가 제어되는 것이다.

그러나 종래의 기술에 있어서, 노(Furnance)의 튜브내 실제온도를 제어하기 위해서는 튜브내에 항상 모니터용 써모커플러를 장착하여야하고 또한 대부분의 반도체 제조용 노는 고온(1200℃)튜브여서 튜브내 써모커플러의 장기간 사용은 상기 써모커플러이 정점특성이 열화되기 쉬운점과, 제어용 써모커플러에 이한 튜브온도 제어방식은 온도프로파일시에 튜브내에 모니터용 써모커플러를 장착하여야 하고 프로파일후에 제거하여야 하는 번거로움과 실제 튜브내의 온도를 알수 없고 프로파일시의 데이타에 의존하므로 노의 조건변화에 따른 온도변화를 알 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 노내의 고온으로 가열된 튜브내에서 나오는 물체열방사에 의한 가시광선 파장의 휘도를 관측해서 온도를 측정하는 방사온도계를 사용하여 온도조절을 행하도록 함으로써 기존의 써모커플러의 사용없이 공정조건의 최적화 및 재질의 향상을 높이도록 한 반도체 제조용 노(Furnace)의 온도조정시스템을 창안한 것으로 이하 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 고안 반도체 제조용 노의 온도조정시스템에 대한 회로도로서 이에 도시한 바와 같이 노(11)의 온도모니터존(12)에 창을 만들고 그 창에서 나오는 빛을 수광함과 아울러 광섬유(14)를 통해 전송되는 광 아답터(13)와, 상기 광 아답터(13)로 부터 전송된 빛을 조정부(16)의 제어하에 순차적으로 전송하는 스위칭부(15)와, 상기 스위칭부(15)로 부터 전송되는 빛에 대응하는 전류값을 출력하는 광전증배관(17)과, 상기 각 온도모니터존(12)의 빛에 해당되는 전류값과 조정부(16)에 의한 상기 광전증배관(17)의 전류값을 비교하여 출력하는 비교부(18)와, 상기 비교부(18)의 비교출력에 따라 튜브내의 온도를 제어하는 온도제어부(19)와, 상기 온도제어부(19)의 출력에 대한 피아이디를 조정하여 히터(22)를 제어하는 히터제어부(21)로 출력하는 피아이디조정부(20)로 구성한다.

또한 광 아답터(13)는 제4도에 도시한 바와 같이 온도모니터존(12)에 만들어진 창으로 부터 나오는 빛을 집광하여 전달하는 렌즈(13-1)와, 상기 렌즈(13-1)를 통한 빛을 필터링하여 광섬유(14)로 출력하는 필터(13-2)로 구성하고, 조정부(16)는 제5도에 도시한 바와 같이 광섬유(14)로 부터 전달받은 빛을 필터(140-1), 렌즈(14-2), 슬릿(14-3) 및 표준전구(14-4)를 순차적으로 통과하면서 빛의 전달을 조정하도록 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 원리는 프랭크(Plank) 흑체복사원리를 이용한 것으로 노(Furnance)내이 고온으로 가열된 튜브(석영재질)에서 나오는 물체 열방사에 의한 가시광선 파장의 휘도를 관측해서 온도를 측정하는-방사온도계를 사용한다.

즉, 노(11)의 온도모니토존(12)에 각각 창을 만들고 그 창에서 나오는 빛이 제4도에 도시한 광 아답터(13)의 렌즈(13-1)에 전달되면 상기 렌즈(13-1)는 전달되어온 빛을 집광하고 필터(13-2)를 통해서 필터링된 빛은 광섬유(14)에 이해 스위칭부(15) 까지 전송한다.

그 전송된 빛을 스위칭부(15)에서는 조정부(16)의 제어하에 전송되어온 빛을 순차적으로 광전증배관(17)으로 전송하는데, 상기 조정부(16)는 제5도에 도시한 바와 같이 광섬유(14)로 부터 전송되어온 빛을 먼저 필터(14-1)를 통해 필터링하고 이 필터링된 빛에 대해 렌즈(14-2)를 통해 집강한후 방사경로보상슬릿(14-3) 및 텅스텐리본표준전구(14-4)를 통해 전송되는 빛을 조정한다.

그러면 상기 광전증배관(17)은 상기 온도모니터존(12)들의 순차적인 빛에 해당하는 전류값을 비교부(18)로 출력한다.

따라서 상기 비교부(18)는 조정부(16)에 의한 광전증배관(17)의 전류값과 상기 온도모니터존(12)에 의한 전류값을 비교하고 그 비교된 값에 대응하는 온도를 온도제어부(19)에서 튜브내의 온도를 제어한다.

광 아답터(13)에서 필터(13-2)는 적색에서 회색까지 온도범위에 따라 선택가능하며, 조정부(16)에서 방사경로보상슬릿(14-3)은 튜브내의 고정조건과 동일한 방사경로를 만드는데 사용한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 광고온계를 이용한 노의 온도조절은 튜브내이 실제온도를 정확히 측정할 수 있으므로 그에 대응하는 온도조절이 용이하며, 또한 써모커플러를 이용한 온도조절 방식과는 달리 노 시스템 구조가 단순화되어 공정조건의 최적화 및 질이 향상을 꾀할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 노(11)의 온도모니터존(12)에 창을 만들고 그 창에서 나오는 빛을 수광함과 아울러 광섬유(14)를 통해 전송하는 광 아답터(13)와, 상기 광 아답터(13)로 부터 전송된 빛을 조정부(16)의 제어하에 순차적으로 전송하는 스위칭부(15)와, 상기 스위칭부(15)로 부터 전송되는 빛에 대응하는 전류값을 출력하는 광전증배관(17)과, 상기 각 온도모니터존(12)의 빛에 해당되는 전류값과 조정부(16)에 의한 상기 광전증배간(17)의 전류값을 비교하여 출력하는 비교부(18)와, 상기 비교부(18)의 비교출력에 따라 튜브내이 온도를 제어하는 온도제어부(19)와, 상기 온도제어부(19)의 출력에 대한 피아이디를 조정하여 히터(22)를 제어하는 히터제어부(21)로 출력하는 피아이디조정부(20)로 구성된 반도체 제조용 노의 온도조정시스템.