KR20020095843A - 히팅 자켓의 온도 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히팅 자켓의 온도 제어 장치에 관한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 설비의 챔버내 가스를 배출시키는 배큠 라인을 가열하여 폴리머가 원활하게 배출되도록 일정한 온도로서 유지시키는 히팅 자켓의 온도 제어 장치에 있어서, 히팅 자켓 본체(10)의 내부에 내장되는 전열선(20)에 의한 가열 온도를 감지하는 센서(30)와; 상기 센서(30)로부터 체크되는 온도를 설정값에 일치되도록 상기 전열선(10)에 공급되는 전원을 제어하는 콘트롤러(40)로서 구비되게 하므로서 상기 콘트롤러(40)에 의한 PDI 제어방식에 의한 온도 제어로 배큠 라인에서의 폴리머 고착에 따른 압력 상승을 방지시키고, 이로서 원활한 폴리머의 배출로서 설비의 가동률을 상승시킬 수 있도록 하는데 특징이 있다.

Description

히팅 자켓의 온도 제어 장치{Temperature control apparatus of heating jacket}

본 발명은 히팅 자켓의 온도 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는반도체를 제조하는 장비에서 공정 챔버로부터 배출되는 폴리머가 배큠 라인에 고착되지 않도록 히팅 자켓에 의한 가열 온도를 정확하게 제어할 수 있도록 하므로서 h폴리머의 원활한 배출과 설비의 가동률을 향상시키면서 히팅 자켓의 사용수명이 보다 연장될 수 있도록 하는 히팅 자켓의 온도 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 제조하는 공정에서 가스를 사용하여 웨이퍼에 패턴을 형성하는 설비는 종류가 매우 다양하다.

이들 설비들에서 실제 공정을 수행하는 공정 챔버는 진공의 분위기에서 공정을 수행하게 되고, 공정 수행 직후 챔버 내의 가스는 다시 배큠 라인을 통해서 배출되도록 하고 있다.

한편 공정 수행을 위해 챔버에 공급되는 가스는 공정의 특성에 따라 종류가 매우 다양하다.

특히 반도체의 고밀도화가 요구되는 추세에서 최근에 웨이퍼를 가공하는데 가장 많이 사용되고 있는 공정은 건식 식각이다.

건식 식각은 가스의 플라즈마를 이용하여 미세 패턴 가공을 하는 것으로서, 여기에 사용되는 가스로는 SF₆, CF₄, BCl₃, Cl₂, SiCl₂등이 있다.

이들 가스는 챔버내에 공급되면서 전극간 통전에 의해 활성화되고, 이때 발생되는 플라즈마가 웨이퍼에 충돌하면서 웨이퍼와의 반응에 의해 식각을 행하게 되는 것이다.

이때 전술한 바와같이 공정을 수행한 직후의 가스는 플라즈마로서 웨이퍼를식각함과 동시에 이때 발생되는 폴리머는 배큠 라인을 통해 배출시키게 된다.

배출되는 폴리머는 배큠 라인을 지나면서 온도가 낮아지게 되고, 이로서 배큠 라인의 내벽면에 일부의 폴리머가 고착되는 경우가 있다.

즉 공정을 수행하는 챔버의 내부는 고온의 상태이므로 가스는 기체의 상태로서 유지될 수가 있으나 배기되면서는 온도가 낮아지게 되므로 일부의 가스, 일례로 AlO₃, Cl₂, BCl₂등과 같은 성분은 배큠 라인의 내벽에 흡착되면서 배큠 라인에서의 압력을 상승시켜 배기력을 저하시키게 되는 문제가 있다.

이를 위해서 배큠 라인에는 현재 도 1에서와 같이 히팅 자켓(1)을 챔버(C)의 가스 배출 통로인 배큠 라인(V)의 외측으로 씌우고, 히팅 자켓(1)을 가열시켜 소정의 온도로서 유지되게 하므로서 배큠 라인(V)에서의 폴리머 고착이 예방되도록 하고 있다.

한편 배큠 라인(V)에 씌우게 되는 히팅 자켓(1)에 의한 가열 온도의 제어는 바이메탈 방식의 서모스탯(3)에 의해서 이루어지도록 하고 있다.

이를 보다 상세하게 설명하면 히팅 자켓(1)의 내부에는 전열선(2)이 내장되도록 하고, 이들 전열선(2)에는 도 2에서와 같이 스위칭 방식에 의해 접속을 단속하는 서모스탯(3)이 연결되도록 하고 있다.

이때 서모스탯(3)은 서로 열팽창률이 다른 전도성 금속을 붙여 이들의 서로 다른 열팽창률에 의해 휨변형되면서 전원 접속이 단속되도록 하는 것이다.

따라서 히팅 자켓(1)에서의 가열 온도가 지나치게 상승하게 되면 자동으로전원의 접속이 단절되는 방식으로서 가열 온도가 제어되도록 하는 것이다.

하지만 서모스탯(3)에 의한 온도 제어는 바이메탈 금속의 열변형 속도 지연에 따라 미세한 온도 조절을 할 수가 없을 뿐만 아니라 바이메탈의 지속적인 변형에 의해 고장의 우려가 높은 문제점이 있다.

특히 전기의 구성에 의해서는 서모스탯(3)을 통한 전원의 단속만으로 온도를 제어하게 되므로 정밀 제어가 이루어지지 않게 되므로서 자칫 배큠 라인에서의 배출력 저하가 초래되고, 이로서 챔버의 내부 압력이 안정화되지 못하는 문제점이 있다.

또한 종전의 히팅 자켓(1)은 실리콘 고무재로서 이루어져 내부의 전열선(2)들에 의해 변형이 유발되므로 주기적으로 교체해주어야만 하고, 따라서 관리가 용이치 못하며, 유지 비용이 과다해지는 비경제적인 문제점도 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 가열 온도를 전자적으로 체크하여 보다 정밀하게 제어되도록 하므로서 배큠 라인을 통한 안정적인 배기가 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

또한 본 발명은 불필요한 인터록 발생을 억제하므로서 설비의 가동률을 향상시키도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 종래의 공정 설비에서 배큠 라인에 온도 제어 장치가 구비되는 구조를 도시한 개략적인 측단면도,

도 2는 종래 히팅 자켓에의 온도 제어 방식을 도시한 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 히팅 자켓의 온도 제어 방식을 도시한 개략도,

도 4는 본 발명에 따라 배큠 라인에서의 시간대별 압력 변화 상태를 바이메탈식 서모스탯에 의한 압력 변화 상태와 비교한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 히팅 자켓 본체 20 : 전열선

30 : 센서 40 : 컨트롤러

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 설비의 챔버내 가스를 배출시키는 배큠 라인을 가열하여 폴리머가 원활하게 배출되도록 일정한 온도로서 유지시키는 히팅 자켓의 온도 제어 장치에 있어서, 히팅 자켓 본체의 내부에 내장되는 전열선에 의한 가열 온도를 감지하는 센서와; 상기 센서로부터 체크되는 온도를 설정값에 일치되도록 상기 전열선에 공급되는 전원을 제어하는 콘트롤러로 이루어지는 구성이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 보온재로서 본체를 형성하고, 이 본체의 내부에는 전열선이 내장되도록 하여 히팅 자켓을 구비하는 구성은 종전과 대동소이하다.

다만 본 발명은 히팅 자켓으로부터의 가열 온도를 전자적으로 제어할 수 있도록 하는데 가장 두드러진 특징이 있다.

다시말해 도 3에서와 같이 본 발명은 전열선(20)이 내장되는 히팅 자켓(10)에는 전열선(20)으로부터의 가열 온도를 감지하는 센서(30)가 부착되도록 하고, 이 센서(30)로부터 감지되는 신호는 콘트롤러(40)에 체크되면서 히팅 자켓(10)을 통해 일정한 온도로 배큠 라인내 온도를 제어될 수 있도록 하는 것이다.

상기의 구성에서 센서(30)는 단순히 전열선(20)의 온도를 체크하여 이를 특정의 신호로 출력하게 되는 구성이다.

콘트롤러(40)는 센서(30)로부터 감지되어 입력되는 온도값을 이미 입력되어있는 설정값에 일치되도록 하는 제어방식으로 온도를 제어한다.

이를 보다 상세하게 설명하면 컨트롤러(40)에 의한 온도 제어는 PID(Proportinal Integral Differential) 제어방식을 이용한다.

PID 제어방식은 히팅 자켓(10)의 센서(30)로부터 체크되는 온도값을 비례연산과 적분연산 및 미분연산의 조합으로 제어하게 되는 것으로 최상의 온도값을 미리 설정하여 센서(30)에 의해 체크되는 온도가 설정값에 일치되도록 제어하는 것이다.

이는 종전의 바이메탈에 의한 단순한 On/Off 제어의 경우 제어 조작량은 0%와 100% 사이를 왕래하므로 조작량의 변화가 너무 크고, 실제 목표값에 대해 지나치게 반복하기 때문에 목표값의 부근에서 변화가 심한 제어가 된다.

이에 비해서 PID 제어는 이미 입력해둔 설정값에 센서(30)에 의해 체크되는 온도값이 일치되도록 하기 위해 비례연산을 하고, 이때 설정값에 근접하였을 때의 잔류편차를 제거하면서 제어 응답 속도에 신속히 대응할 수 있도록 한다.

이렇게 PID 제어 방식으로 제어되는 온도의 범위는 80℃ ~ 120℃이다.

한편 본 발명에 따른 본체는 실리카 보온재를 사용하여 보다 보온성이 향상되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

실리카 보온재는 규조토와 소석회 그리고 보강섬유를 첨가하여 고압의 증기양생되는 결정형의 칼슘실리게이트로서, 사용 가능한 온도는 650℃이다.

이와같인 실리카 보온재로서 본체(10)를 형성하게 되면 고온에서도 낮은 열전도율(0.047)을 나타내게 되므로 단열성이 매우 우수할 뿐만 아니라 안정된 결정구조로 되어 있으므로 고온에서 장기간을 사용하게 되더라도 거의 변형이 방지되는 내열성을 갖는 동시에 무기질의 단열재이므로서 완전 불연성을 갖게 된다.

한편 이같은 본체에는 알루미늄판이나 함석, 스테인레스판 및 마스틱 등과 같은 마감재 및 보강재를 사용하여 마무리하도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이와 같이 배큠 라인을 본 발명의 히팅 자켓 본체(10)에 의해 커버되게 한 상태에서 챔버의 내부에서 식각이 수행되도록 하면 종전과 마찬가지로 웨이퍼와 반응한 플라즈마 이외의 폴리머는 배큠 라인을 통해 배출된다.

이때 배큠 라인은 콘트롤러(40)에 의하여 일정한 온도로 제어되면서 히팅 자켓 본체(10)에 의해 보온이 유지되므로 배큠 라인을 통해서 폴리머들은 기체의 상태를 그대로 유지하면서 원활하게 배출될 수가 있게 된다.

즉 배큠 라인을 소정의 온도로 가열시키게 되면 이미 고온의 분위기인 챔버에서 기상의 상태로 배출되는 폴리머들이 기상의 조건을 그대로 유지하게 되므로 더 이상 배큠 라인의 내벽에 흡착되지 않게 되고, 진공의 배출압에 의해서 안전하게 배출될 수가 있게 되는 것이다.

이렇게 배큠 라인에의 폴리머 고착을 방지시키게 되면 배큠 라인을 통해 항상 폴리머를 안정되게 배출시킬 수가 있으므로 배큠 라인에서는 도 4에서와 같이 종전에 비해 배큠 라인의 압력을 대폭 저감시키게 된다.

이와같이 배큠 라인의 압력 상승을 방지시키게 되면 공정 수행시의 인터락 발생을 억제하게 되면서 설비의 가동률을 향상시킬 수가 있게 된다.

특히 종전의 바이메탈식 온도 제어에서는 기계적 결함에 의해 잦은 고장이발생되므로서 온도 제어가 불안정하였으나 본 발명에 따른 전자적인 제어에 의해서는 온도 제어가 보다 정밀한 동시에 안정적으로 수행될 수 있도록 한다.

또한 히팅 자켓 본체(10)을 전술한 바와같이 실리카 보온재로서 사용하게 되면 방열효과의 상승으로 취급시의 화상이나 화재의 위험으로부터 안전하게 보호되게 하면서 변형 방지로 내구력을 향상시켜 사용 수명을 더욱 연장시킬 수가 있게 된다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 폴리머가 배출되는 배큠 라인에서의 정확하고 안정된 온도 제어로 폴리머의 배출력을 증강시킴과 동시에 히팅 자켓의 내구력을 향상시키면서 특히 취급시의 화상 및 화재의 위험으로부터 안전하게 보호되도록 안전성을 더욱 향상시키게 되는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 설비의 챔버내 가스를 배출시키는 배큠 라인을 가열하여 폴리머가 원활하게 배출되도록 일정한 온도로서 유지시키는 히팅 자켓의 온도 제어 장치에 있어서,

   히팅 자켓 본체(10)의 내부에 내장되는 전열선(20)에 의한 가열 온도를 감지하는 센서(30)와;

   상기 센서(30)로부터 체크되는 온도를 설정값에 일치되도록 상기 전열선(10)에 공급되는 전원을 제어하는 콘트롤러(40);

   로서 구비되는 히팅 자켓의 온도 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤러(40)는 PID 제어방식으로 온도를 제어하는 히팅 자켓의 온도 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 컨트롤러(40)에 의해서는 상기 배큠 라인의 온도를 80℃ ~ 120℃로서 제어하게 되는 히팅 자켓의 온도 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 히팅 자켓 본체(10)는 실리카 보온재로서 이루어지는 히팅 자켓의 온도 제어 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 히팅 자켓 본체(10)의 실리카 보온재는 규조토와 소석회 및 보강섬유를 첨가하여 고압 증기 양생시킨 결정형의 칼슘실리케이트인 히팅 자켓의 온도 제어 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 히팅 자켓 본체(10)는 알루미늄판을 마감재로서 사용한 히팅 자켓의 온도 제어 장치.