KR100678454B1 - 누설 전류를 감지할 수 있도록 한 웨이퍼 가열로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 가열로에 관한 것으로, 본 발명에 따른 웨이퍼 가열로는 내부에 웨이퍼가 안착된 보트가 진입하도록 된 공간부를 가진 챔버, 챔버의 벽체에 내설되어 외부에서 인가된 전원으로 열을 발생시키는 히터코일, 벽체 중의 히터코일과 공간부 사이에 위치한 라이너, 일단이 히터코일과 접속되고 타단이 라이너에 접속되어 히터코일과 라이너 사이의 통전 상태를 감지하여 히터코일의 열화상태를 판단하도록 한 것으로, 이러한 본 발명에 따른 웨이퍼 가열로는 히터코일의 열화상태에 따른 히터코일의 늘어짐으로 가열로의 라이너에 히터코일이 접촉하여 이상 온도 상태를 유발시키는 것을 감지할 수 있도록 함으로써 히터코일의 열화에 따른 이상온도상태에 대하여 신속하게 대응하여 보다 안정된 가열로의 작용상태를 유지시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

누설 전류를 감지할 수 있도록 한 웨이퍼 가열로{A furnace heating wafer to sense leakage of electricity}

도 1은 종래의 웨이퍼 가열로를 도시한 정단면도이다.

도 2는 종래의 웨이퍼 가열로를 도시한 측단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열로를 도시한 정단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 가열로를 도시한 측단면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100...가열로

110...챔버

120...튜브

140...히터코일

150...라이너

200...접속회로

210...검출기

본 발명은 웨이퍼 가열로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터코일에 공급되는 전류의 누설 여부를 감지할 수 있도록 한 누설 전류 감지장치를 가진 반도체 디바이스 제조공정용 웨이퍼 가열로에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스 제조 공정 중에는 웨이퍼를 가열하는 열처리장치가 사용된다. 이 열처리장치는 주로 웨이퍼를 가열하여 표면에 산화막을 형성하는 열산화 공정, 불순물 원자를 열적으로 확산시키는 열확산 공정 등에 사용되는 것이다. 이러한 열처리장치는 장시간의 열처리를 위해서는 주로 고전전인 방식인 가열로(furnace)가 사용되고, 단시간의 열처리를 위해서는 알티피(RTP: Rapid Thermal Processor)가 사용된다.

이러한 열처리 장치 중에서 도 1과 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 가열로(10)는 원통형상으로 마련되며 내부에 웨이퍼(17)가 안착된 보트(18)가 진입하여 위치할 수 있도록 공간부를 가진 챔버(11)를 구비한다.

그리고 챔버(11)의 벽체에는 벽체에 내설된 히터코일(14)과 히터코일(14)의 열을 균일하게 공간부로 전달해주며 동시에 불순물이 공간부 내부로 침투하는 것을 방지하기 위한 라이너(15)가 장착된다.

또한 챔버(11) 벽체에는 라이너(15)와 히터코일(14) 사이의 접촉을 방지하기 위한 다수의 핑거(16)가 설치되고, 챔버(11)의 외면에는 히터코일(14)로 전류의 공급을 위한 다수의 전원공급 터미널(13)이 구비된다.

이러한 종래의 가열로(10)에서 히터코일(14)은 사용온도 및 온도 사이클에 따라서 수축과 팽창이 반복적으로 발생하게 되는데. 이와 같은 현상이 장시간동안 계속해서 발생하게 되면 히터코일(14)에 피로가 누적되게 되고, 이로 인해 히터코일(14)은 그 회복력을 잃어버려 단선 또는 늘어지게 되는 열화현상을 보이게 된다.

그런데 전술한 이유로 히터코일(14)이 단선되는 경우 가열로(10)의 온도에 이상이 생기기 때문에 그 상태를 즉시 발견할 수 있다.

반면에 단순히 히터코일(14)이 늘어나 다른 구성품들과 접촉한 상태에서는 히터코일(14)에서 전류의 누설이 발생하게 되지만, 이는 즉시 발견되지 않고 온도 제어 이상 발생으로 연속적으로 가열 공정에 이상을 유발시키게 되고, 또한 라이너(15)와 히터코일(14)은 폐회로를 구성하면서 라이너(15) 표면에 스파크현상 발생 및 라이너(15)의 파손을 유발시키는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 히터코일의 늘어짐으로 히터코일이 라이너에 닿게 되면 이때의 누설 전류를 측정하여 히터코일의 열화상태를 판단할 수 있도록 한 누전 감지장치를 가진 반도체 디바이스 제조공정용 가열로를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 가열로는 내부에 웨이퍼가 안착된 보트가 진입하도록 된 공간부를 가진 챔버, 상기 챔버의 벽체에 내설되어 외부에서 인가된 전원으로 열을 발생시키는 히터코일, 상기 벽체 중의 상기 히터코일과 상기 공간부 사이에 위치한 라이너, 일단이 상기 히터코일과 접속되고 타단이 상기 라이너에 접속되어 상기 히터코일과 상기 라이너 사이의 통전 상태를 감지하여 상기 히터코일의 열화상태를 판단하도록 하는 누설전류 감지장치를 가지되, 상기 누설 전류 감지장치는 상기 히터코일로 전원을 공급하는 터미널 및 상기 라이너에 각각 접속된 접속회로와, 상기 접속회로 상에 접속되어 상기 접속회로에서의 통전상태를 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 누설 전류를 감지할 수 있도록 한 웨이퍼 가열로(100)는 원통형상으로 마련되며 내부에 웨이퍼(170)가 안착된 보트(180)가 진입하여 위치할 수 있도록 공간부를 가진 챔버(110)를 구비한다.

이 챔버(110)는 외표면이 스테인리스 스틸로 되어 있고, 표면 안쪽에는 외부로의 발열 방지를 위하여 냉각수가 흐르는 냉각수 라인(미도시)과 석영가루로 된 단열물질을 포함하고 있다. 그리고 챔버(110)의 내표면은 그 내측으로 공간부가 형성되도록 석영으로 되어 있는 튜브(120)가 마련된다.

그리고 챔버(110)의 벽체 안쪽으로는 챔버(110)의 표면에 장착된 전원 터미널(130)과 연결되어 있는 히터코일(140)이 설치된다. 이 히터코일(140)은 철, 크롬, 알루미늄의 합금으로 되어 있다.

계속해서 챔버(110)의 벽체 중의 튜브(120)와 인접한 부분에는 히터코일(140)에서 발생한 열이 챔버(110) 내부의 공간부로 균일하게 공급되도록 하기 위한 균열장 역할 및 불순물의 공간부 침투를 방지하도록 하는 역할을 하는 실리콘 재질로 된 실리콘 라이너(150)가 설치되고, 히터코일(140)과 실리콘 라이너(150) 사이에는 세라믹 등의 절연물질로 되어 히터코일(140)과 라이너(150) 사이의 접촉을 방지하기 위한 이격부재인 다수의 핑거(160)가 구비된다.

한편, 본 발명의 가열로(100)는 히터코일(140)의 열화상태를 판단하여 전류가 누설되는 것을 감지하는 감지장치를 구비한다.

이 감지장치는 일단이 전원 터미널(130)을 통하여 히터코일(140)에 접속되고 타단이 라이너(150)에 접속된 접속회로(200)와, 이 접속회로(200) 상에 접속되어 접속회로(200)에서의 통전상태를 검출하는 검출기(210), 그리고 접속회로(200) 상에 전류를 공급하는 전원(220)으로 구성되며, 이에 더하여 도시되지 않았지만 검출기(210)에서 접속회로(200)에 통전이 이루어지면 외부로 통전상태를 경보하는 경보장치를 더 포함할 수 있다. 이때 히터코일(140)에 접속은 한곳 또는 그 이상 실시할 수 있다.

이상과 같이 구성된 가열로(100) 내부에는 반도체 디바이스 제조공정 중에 웨이퍼(170)에 대한 불순물 사용시 불순물의 확산을 위하여 또는 웨이퍼(170)의 산화진행을 보다 신속하게 하기 위하여 다수의 웨이퍼(170)가 적층된 보트(180)가 튜브(120)의 공간부 내부로 진입 한 상태에서 웨이퍼(170)에 대한 가열이 이루어진다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 누설 전류 감지장치를 가진 웨이퍼 가열로의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 가열로(100)는 웨이퍼(170)에 대한 가열 작업을 위하여 웨이퍼(170)가 안착된 보트(180)가 챔버(110) 내부로 진입하게 된 후 전원 터미널(130)을 통하여 외부의 전원이 히터코일(140)에 전원을 공급하게 되고, 이때 의 전원공급으로 히터코일(140)은 고열을 발하게 되어 웨이퍼(170)에 대한 가열이 이루어져 공정이 수행된다.

이러한 상태에서 히터코일(140)은 그 재질이 철, 크롬, 알루미늄 등의 도체가 주성분으로 이루어져 있으므로 전기적인 저항력이 온도에 비례하게 되고, 이는 발열현상과 더불어 부피의 팽창현상이 발생하게 된다.

따라서 히터코일(140)은 온도의 상승/저하와 함께 그 부피 또한 반복적으로 팽창/수축이 일어나게 되며 이러한 작용상태가 상당시간 동안 계속되면 히터코일(140)은 그 소성을 잃게 된다. 즉 히터코일(140)이 늘어지거나 휘게 되는 열화현상이 발생하게 된다는 것이다.

그리고 이러한 히터코일(140)의 소성변형으로 궁극에 히터코일(140)이 절단되지 않으면 히터코일(140)의 일부가 라이너(150)와 접촉하게 된다.

한편, 라이너(150)는 실리콘으로 되어 있는 것으로 열에 대하여 수축, 팽창률은 적지만 그 전기적인 특성이 변하게 된다. 다시 말하면 이 라이너(150)는 면저항이 온도에 반비례하며 온도 및 열화상태에 따라서 대략 수십 ㏁에서 수 Ω의 저항을 갖게 된다는 것이다. 따라서 라이너(150)에 열이 가해지면 그 자체의 저항이 낮아져 전기적인 통전이 가능해지게 된다.

그러므로 히터코일(140)의 소성이 변하여 궁극에 라이너(150)와 접촉하게 되면 라이너(150)와 히터코일(140) 상호간에는 통전이 이루어지게 되고, 이때의 통전으로 감지장치의 접속회로(200)는 폐회로를 구성하게 된다.

이와 같이 접속회로(200)가 폐회로를 구성하게 되면 접속회로(200)에 접속된 검출기(210)는 전류의 통전 상태를 검출하게 되고, 이로 인해 검출기(210)를 통하여 가열로(100)의 사용자는 전류누설을 감지할 수 있으며, 또는 별도의 경보기를 통한 경보로써 전류 누설을 외부에서 쉽게 인식할 수 있게 된다.

따라서 작업자는 이러한 가열로(100)의 전류 누설상태를 감지하여 히터코일(140)의 열화상태를 외부에서 쉽게 인식하여 이에 따른 수리 등의 필요한 조치를 신속하게 수행할 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이 본 발명의 웨이퍼 가열로(100)는 히터코일(140)의 열화상태에 따른 이상온도 상태가 계속해서 발생하는 것을 라이너(150)와 히터코일(140)에 접속된 접속회로(200)와 전류 검출기(210)를 통하여 감지할 수 있도록 한다는 것이다.

따라서 기본적으로 가열로(100)의 히터코일(140)과 라이너(150)를 접속한 접속회로(200)와 검출기(210)로써 히터코일(140)의 열화상태를 판단할 수 있도록 한다는 것을 기술적 요지로 하는 다른 모든 실시예들은 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 가열로는 히터코일의 열화상태에 따른 히터코일의 늘어짐으로 가열로의 라이너에 히터코일이 접촉하여 이상 온도 상태를 유발시키는 것을 감지할 수 있도록 함으로써 히터코일의 열화에 따른 이상온도상태에 대하여 신속하게 대응하여 보다 안정된 가열로의 작용상태를 유지시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 내부에 웨이퍼가 안착된 보트가 진입하도록 된 공간부를 가진 챔버,

   상기 챔버의 벽체에 내설되어 외부에서 인가된 전원으로 열을 발생시키는 히터코일,

   상기 벽체 중의 상기 히터코일과 상기 공간부 사이에 위치한 라이너,

   일단이 상기 히터코일과 접속되고 타단이 상기 라이너에 접속되어 상기 히터코일과 상기 라이너 사이의 통전 상태를 감지하여 상기 히터코일의 열화상태를 판단하도록 하는 누설전류 감지장치를 가진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열로.
2. 제 1항에 있어서, 상기 누설 전류 감지장치는 상기 히터코일로 전원을 공급하는 터미널 및 상기 라이너에 각각 접속된 접속회로와, 상기 접속회로 상에 접속되어 상기 접속회로에서의 통전상태를 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열로.

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