KR100204907B1 - 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피가열체를 나선형으로 감싸는 가열코일과, 가열코일을 둘러싸는 단열재를 구비한 가열장치로써, 단열재가 내부와 외부단열재, 그리고 내부와 외부단열재 사이에 위치하는 밀봉재의 3중구조인 것이 특징이며, 가열코일의 선재와 선재 사이에 끼어 가열코일의 선재간을 격리시키는 한편 가열코일의 길이 방향으로 나열된 다수개이고, 길이방향으로 인접한 것끼리 요철결합되어 가열코일을 지지하는 격리구가 설치된 것이 특징이다.

Description

가열 장치

제1도는 종래의 가열장치를 도시한 사시도로써, 내부를 설명하기 위해 일부분을 절개한 도면.

제2도는 종래의 가열장치를 도시한 도시한 도면의 제1도의 A-A'선에 따른 단면도.

제3도는 종래의 가열장치의 일부를 도시한 도면으로 가열코일과 격리구를 도시한 도면.

제4도는 종래의 가열장치를 설명하기 위해 도시한 도면으로, 제3도의 B-B'선에 따른 단면도.

제5도는 본 발명의 가열장치를 도시한 사시도로써, 내부를 설명하기 위해 일부분을 절개한 도면.

제6도는 본 발명의 가열장치를 도시한 도시한 도면으로 제5도의 C-C'선에 따른 단면도.

제7도는 본 발명의 가열장치의 일부를 도시한 도면으로 가열코일과 격리구를 도시한 도면.

제8도는 본 발명의 가열장치를 설명하기 위해 도시한 도면으로, 제7도의 D-D'선에 따른 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 가열코일 22-1 : 내부단열재

22-2 : 밀봉재 22-3 : 외부단열재

23 : 격리구 24 : 캡

25 : 철판외피 25-1 : 매듭

26 : 배기구 26-1 : 마개

27 : 전원단자 28 : 온도측정기

29 : 고정구

본 발명은 가열 장치에 관한 것으로써, 특히 반도체 디바이스 제조공정의 열공정에 사용되는 가열 장치에 관한 것이다.

반도체 장치(DEVICE) 제조공정은 웨이퍼를 가열, 반응시켜 공정을 진행하는 확산공정 및 증착공정 등 다수의 열공정을 포함하고 있다. 이러한 열공정에 사용되는 가열장치는 나선형으로 감긴 가열코일을 이용하여 전기에너지를 열에너지로 전환하는 방식을 택하고 있다.

제1도 내지 제4도는 종래의 가열장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

제1도는 종래의 가열장치를 도시한 사시도로써, 내부를 설명하기 위해 일부분을 절개한 도면이다.

제2도는 종래의 가열장치를 도시한 도시한 도면으로 제1도의 A-A'선에 따른 단면도이다.

제3도는 종래의 가열장치의 일부를 도시한 도면으로 가열코일과 격리구를 도시한 도면이다.

제4도는 종래의 가열장치를 설명하기 위해 도시한 도면으로, 제3도의 B-B'선에 따른 단면도이다.

제1도 내지 제4도에 도시한 바와 같이 종래의 가열장치는, 석영관을 나선형으로 감싸는 가열코일(11)과, 가열코일(11)을 둘러싸는 한겹의 단열재(12)를 구비하고 있다. 가열코일은, 제2도, 제3도 그리고 제4도에서 알 수 있는 바와 같이, 선재와 선재 사이에 끼어 가열코일의 선재간을 격리시키는 격리구(13)에 의해 격리되는데, 격리구(13)는 가열코일(11)의 길이방향으로 나열된 다수개가 한세트를 이루고 그 세트가 여러개 설치되어 있어서 가열코일(11)의 선재간을 격리시킨다. 또한 종래 가열장치의 격리구(13)는, 제4도에서 알수 있는 바와 같이, 길이가 다른 3 종류로 이루어져 있어서 지역적으로 코일 선재간의 간격을 다르게하여 실질적으로 온도가 균일하도록 하고 있다.

가열코일(11)은 Fe/Cr/Al 합금으로써, 알루미늄 성분이 비교적 많은 칸탈 에이원(KANTHAL A-1)이며, 격리구(13)는 알루미늄의 순도가 약 60 내지 70% 정도인 Al₂O₃이다.

단열재(12)의 양단에는 캡(CAP)(14)이 설치되어 있고, 캡(14)의 측면과 단열재(12)의 외면을 감싸는 철판 외피(15)가 설치된다. 캡(14)과 단열재(12)의 사이에는 내부의 가스를 배출시키기 위한 배기구(16)가 형성되어 상시 오픈(OPEN)된 상태로 있다. 또한 철판 외피(15)는 원통형으로 하기 위해 매듭(16)을 짓고 있는데, 종래의 가열장치는 장치의 전면에 매듭(15-1)이 보이도록 전면매듭 방식을 취하고 있다.

도면부호(17)는 전원단자로써 가열코일과는 다른 재질이 사용된다.

도면부호(18)은 온도측정기를 나타내고, 도면부호(19)는 철판 외피(15)를 단열재(12)에 고정시키기 위한 고정구를 나타낸다.

종래의 가열장치는, 약 교류 208V 전압을 인가받아 원하는 공정온도 예로써 약 900 내지 950℃ 까지 도달한다. 이때, 온도 제어는 컨트롤러(도시안함)에 의해 비례-적분-미분 동작(PID;Proportional Integral and Derivative Action) 제어방식으로 자동으로 조절된다.

그러나, 종래의 가열장치는 몇가지 문제를 지니고 있다. 즉, 단열재(12)가 한겹의 단층구조이므로 열손실이 많고, 제4도에서 나타낸 바와 같이, 가열코일(11)의 늘어짐이 발생하기 쉬운 구조이다. 이러한 가열코일 늘어짐은 가열코일을 구성하는 재질이 알루미늄 함유량이 많은 칸탈 에이원(KANTHAL A-1)이고, 가열코일 선재간을 격리시키는 격리구(13)가 단지 격리의 역할만을 하므로 장치의 장기적 사용으로 인한 가열코일 늘어짐이 빈번하게 발생하여 결국 장치의 수명을 단축시키게 된다. 또한 종래의 격리구는 길이편차의 종류가 3 종류에 불과하여 고도의 온도 균일도가 필요한 반도체 제조장비로써의 요구에 부응하지 못하고 있다.

이에 본 발명은 위와같은 종래 장치의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로써, 온도 균일도가 향상되고 구조적으로 안정된 가열장치를 제공하고 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피가열체를 나선형으로 감싸는 가열코일과, 가열코일을 둘러싸는 단열재를 구비한 가열장치로써, 단열재가 내부와 외부단열재, 그리고 내부와 외부단열재 사이에 위치하는 밀봉재의 3중구조인 것이 특징이다.

여기서, 가열코일의 선재와 선재 사이에 끼어 가열코일의 선재간을 격리시키는 한편 가열코일의 길이방향으로 나열된 다수개이고, 길이방향으로 인접한 것끼리 요철결합되어 가열코일을 지지하는 격리구가 설치된다. 이때, 격리구는 길이가 5종류 이상으로 이루어져서 가열코일의 선재간의 간격이 지역적으로 차등되도록 한다.

또한 본 발명의 가열장치에는, 가열코일의 길이방향의 양단에 설치되어 가열코일 및 단열재들의 양단면을 덮는 캡(cap)과, 외부단열재와 캡의 측면을 감싸는 원통형의 외피가 설치되고, 캡에는 마개를 갖는 배기구가 설치된다.

본 발명의 가열코일은 Fe, Cr 그리고 Al으로 구성된 합금으로 '칸탈 에이에프(KANTHAL AF)'이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제5도 내지 제8도는 본 발명의 가열장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

제5도는 본 발명의 가열장치를 도시한 사시도로써, 내부를 설명하기 위해 일부분을 절개한 도면이다.

제6도는 본 발명의 가열장치를 도시한 도시한 도면으로 제5도의 C-C'선에 따른 단면도이다.

제7도는 본 발명의 가열장치의 일부를 도시한 도면으로 가열코일과 격리구를 도시한 도면이다.

제8도는 본 발명의 가열장치를 설명하기 위해 도시한 도면으로, 제7도의 D-D'선에 따른 단면도이다.

본 발명의 가열장치는 석영관과 같은 피가열체(도시안함)을 나선형으로 감싸는 가열코일(21)과, 가열코일(21)을 둘러싸는 세겹의 단열재(22-1, 2, 3)를 구비하고 있다. 이 단열재는 내부(22-1)와 외부(22-3), 그리고 내부(22-1)와 외부(22-3) 사이에 개재된 밀봉재(GASKET)(22-2)로 구성되어 있다. 단열재의 재료로는 세라믹류를 적용하면 된다.

가열코일(21)은, 제6도, 제7도 그리고 제8도에서 알 수 있는 바와 같이, 선재와 선재 사이에 끼어 가열코일의 선재간을 격리시키는 격리구(23)에 의해 격리되는데, 종래와 마찬가지로 격리구(23)는 가열코일(21)의 길이방향으로 나열된 다수개가 한세트를 이루고 그 세트가 여러개 설치되어 있어서, 가열코일(21)의 선재간을 격리시킨다. 본 발명의 격리구(23)는 길이가 다른 5 종류로 이루어져 있어서 지역적으로 가열코일의 선재간의 간격이 다르게하여 실질적인 온도 균일을 이루도록 하며, 3종류의 간격차등을 갖는 종래장치 보다 정밀한 온도 균일도가 달성된다. 또한 본 발명의 격리구(23)는, 제8도에 나타낸 바와 같이, 세트 내 코일길이방향으로 인접한 것끼리는 요철결합되어 있어서 코일의 늘어짐 현상을 방지할 수 있도록 되어 있다.

가열코일(21)은 Fe/Cr/Al 합금으로써, 알루미늄을 적게 함유한 KANTHAL AF이며, 격리구(23)는 알루미늄의 순도가 약 96% 이상인 Al₂O₃이다.

단열재(12-1, 2, 3)의 양단에는 캡(CAP)(24)이 설치되어 있고, 캡(24)의 측면과 외부단열재(12-3)의 외면을 감싸는 철판 외피(25)가 설치된다. 이 캡(24)에는 내부의 가스를 배출시키기 위한 배기구(26)가 형성되어 있고 배기구(26)는 마개(26-1)에 의해 개폐되도록 되어 있다. 또한 철판 외피(25)는 원통형으로 하기 위해 매듭(25-1)을 짓고 있는데, 종래의 가열장치와는 달리 본 발명의 가열장치는 후면에 매듭(25-1)이 보이도록 후면매듭 방식을 취하므로써, 미관상으로 좋다.

도면부호(27)는 전원단자로써 가열코일(21)과 같은 재질이 사용되어 효율적인 전원공급이 이루어질 수 있게 한다.

도면부호(28)은 온도측정기를 나타내고, 도면부호(29)는 철판 외피(25)를 단열재(22-1, 2, 3)에 고정시키기 위한 고정구를 나타낸다.

본 발명의 가열장치는, 종래 장치와 마찬가지로 약 교류 208 V 전압을 인가받아 원하는 공정온도 예로써 약 900 내지 950℃ 까지 도달한다. 이때, 온도 제어는 컨트롤러에 의해 비례-적분-미분 동작(PID) 제어방식으로 자동의 조절된다.

본 발명의 가열장치는 상술한 바와 같이, 가열코일의 재질이 알루미늄의 성분을 적게 함유하는 KANTHAL AF로 구성되어 있어서 가열코일 자체의 형성력이 양호하고, 또한 격리구가 늘어짐을 방지할 수 있는 구조로써 종래보다 구조적으로 안정되는 효과가 있다. 또한 격리구가 5종류의 길이 차등을 갖도록 하여 온도균일도를 향상시키고, 단열재를 3중구조로 하므로써 연손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 피가열체를 나선형으로 감싸는 가열코일과, 상기 가열코일을 둘러싸는 단열재를 구비한 가열장치에 있어서, 상기 단열재가 내부와 외부단열재, 그리고 내부와 외부단열재 사이에 위치하는 밀봉재의 3중구조인 것이 특징인 가열장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열코일의 선재와 선재 사이에 끼어 가열코일의 선재간을 격리시키는 한편 가열코일의 길이방향으로 나열된 다수개이고, 길이방향으로 인접한 것끼리 요철결합되어 상기 가열코일을 지지하는 격리구가 설치된 것이 특징인 가열장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 격리구는 길이가 5종류 이상으로 이루어져서 상기 가열코일의 선재간의 간격이 지역적으로 차등되는 것이 특징인 가열장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 가열코일의 길이방향의 양단에 설치되어 상기 가열 코일 및 상기 단열재들의 양단면을 덮는 캡(cap)과, 상기 외부단열재와 상기 캡의 측면을 감싸는 원통형의 외피가 설치되고, 상기 캡에는 마개를 갖는 배기구가 설치된 것이 특징인 가열장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가열코일은 Fe, Cr 그리고 Al으로 구성된 합금으로 'KANTHAL AF'인 것이 특징인 가열장치.