KR20050120019A

KR20050120019A - 진공 라인의 온도 유지 장치

Info

Publication number: KR20050120019A
Application number: KR1020040045206A
Authority: KR
Inventors: 김동규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-12-22

Abstract

진공 라인을 통해 수송되는 유체의 온도를 일정하게 유지하기 위한 진공 라인의 온도 유지 장치는 상기 진공 라인의 외측면을 감싸도록 구비되는 발열부를 구비한다. 열전대는 상기 발열부의 온도를 측정하고, 프로세서는 상기 열전대의 온도 측정 결과를 이용하여 상기 유체의 온도가 일정하게 유지되도록 상기 발열부의 온도를 제어한다. 발광 다이오드는 상기 발열부와 상기 프로세서 사이에 구비되며, 상기 발열부의 동작 상태를 표시한다. 따라서 상기 진공 라인에 다수의 발열부가 구비되는 경우에도 상기 발광 다이오드를 통해 상기 발열부 각각의 동작 상태를 확인할 수 있다.

Description

진공 라인의 온도 유지 장치{Apparatus for maintaining temperature of vacuum line}

본 발명은 진공 라인의 온도 유지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체를 수송하기 위한 진공 라인의 온도를 일정하게 유지하기 위한 진공 라인의 온도 유지 장치에 관한 것이다.

근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능적인 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.

상기 반도체 장치는 일반적으로 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등을 위한 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들의 수행에서는 상기 단위 공정들의 공정 조건에 적합한 제조 장치가 사용된다.

상기 공정들은 반도체 장치의 품질 및 수율 향상을 위해 압력 및 온도 등 공정 분위기의 정밀한 제어가 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.

일반적으로, 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 기판의 가공 공정들은 다양한 공정 가스들을 사용한다. 대표적으로 여러 가지 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 및 건식 식각 공정에서 포스핀(PH₃), 실란(SiH₄), 디클로로 실란(SiH₂Cl₂), 암모니아(NH₃) 및 산화질소(N₂O) 등의 가스를 사용한다.

상기와 같은 반도체 가공 공정의 경우, 상기 공정이 완료되면 배기 라인을 통해 공정 챔버로부터 암모니아 클로라이드 가스(NH₄Cl) 등과 같은 반응 부산물이 배출된다. 상기 반응 부산물을 수송하는 배기 라인을 상온으로 그대로 유지하는 경우에 상기 암모니아 클로라이드 가스는 고화 침전되어 상기 배기 라인의 벽면에 들러붙게 된다.

그 결과, 파이프의 내벽은 고화 침전된 파우더로 침적되게 되고 파이프 또는 튜브의 내벽이 막히게 되어 폭발 사고의 위험이 있게 된다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 배기 라인의 외측면을 감싸도록 히터 매트 또는 재킷 히터를 구비한다. 상기 히터 매트 또는 재킷 히터를 이용하여 상기 배기 라인이 일정한 온도를 유지하도록 함으로써 상기 반응 부산물이 고화 침전되는 현상을 방지하고 있다.

PCT 국제출원 공개공보 제WO1997/03540호에는 수송 파이프의 단열 재킷 또는 단열 매트에 관한 기술에 대한 일실시예가 개시되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 진공 라인의 온도 유지 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 공정 챔버로부터 암모니아 클로라이드 가스(NH₄Cl) 등과 같은 반응 부산물을 배출하기 위한 배기 라인에는 각 부분의 온도를 조절하기 위해 다수의 온도 조절 장치(10, 20, 30)가 구비된다. 온도 조절 장치(10, 20, 30)의 구성은 동일하므로 하나의 온도 조절 장치(10)에 대해서만 설명한다.

온도 조절 장치(10)는 상기 배기 라인의 일 부분의 온도를 조절하기 위해 상기 배기 라인을 감싸도록 발열부(12)가 구비된다. 프로세서(14)는 발열부(12)와 연결되어 발열부(12)의 온도를 제어한다. 열전대(16)는 프로세서(14)와 연결되며, 발열부(12)의 온도를 측정한다. 퓨즈(118)는 발열부(12)와 연결되며, 프로세서(14)에 이상이 발생하여 온도 조절이 되지 않는 경우를 방지하기 위해 비-재설정 열 리미트로서 작용된다. 따라서 온도 조절 장치(10)는 프로세서(14), 발열부(12), 퓨즈(18)의 순서로 직렬 연결된다. 열전대(16)는 프로세서(14)에 따로 연결된다.

온도 조절 장치(10, 20, 30)들은 각각 병렬로 연결된다. 따라서 온도 조절 장치(10, 20, 30)들 중 하나가 고장나더라도 나머지는 정상적으로 작동한다.

발광 다이오드(40)는 발열부(12, 22, 32)의 동작 상태를 확인하기 위한 것으로 발열부들(12, 22, 32)과 직렬로 연결된다. 발광 다이오드(40)는 발열부들(12, 22, 32)의 동작 상태가 정상인 경우에는 점등된 상태를 유지한다.

발광 다이오드(40)가 발열부들(12, 22, 32)과 직렬로 연결되어 있으므로, 발열부들(12, 22, 32) 중 어느 하나만 동작 불능 상태가 되면 발광 다이오드(40)는 소등된다. 이 경우 발열부들(12, 22, 32) 중 어느 것이 동작 불량 상태에 있는지 바로 확인하기가 어렵다.

따라서 동작 불량 상태에 있는 발열부가 위치하는 배기 라인의 온도가 낮아져 상기 암모니아 클로라이드 가스와 같은 반응 부산물이 고화 침전되어 상기 배기 라인의 벽면에 들러붙게 된다. 상기 반응 부산물은 파우더(powder) 형태로 고체화되어 공정 챔버의 웨이퍼에 파티클 데미지를 발생시키거나 상기 배기 라인을 막히도록 하는 문제가 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반응 부산물을 배출하기 위한 배기 라인을 감싸도록 구비되는 다수의 발열부에 동작 불량이 발생하는 경우 동작 불량 상태에 있는 발열부를 용이하게 확인할 수 있는 배기 라인의 온도 조절 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공 라인의 온도 유지 장치는 전원이 인가되는 경우 상기 전원에 의해 저항 가열되어 열을 발생시키며, 진공 라인을 통해 수송되는 유체의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 진공 라인의 외측면을 감싸도록 구비되는 발열부를 구비한다. 온도 센서는 상기 발열부의 온도를 측정한다. 프로세서는 상기 온도 센서의 온도 측정 결과를 이용하여 상기 유체의 온도가 일정하게 유지되도록 상기 발열부의 온도를 제어한다. 표시부는 상기 발열부와 상기 프로세서 사이에 구비되며, 상기 발열부의 동작 상태를 표시한다.

상기 온도 센서로는 열전대가 사용되고, 상기 표시부는 발광 다이오드(LED)가 사용되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 진공 라인의 온도 유지 장치는 상기 진공 라인을 따라 다수개가 구비된다. 상기 표시부가 상기 프로세서 및 발열부와 직렬로 연결된다. 따라서 상기 다수의 발열부 중 어느 하나가 동작 불량 상태에 있더라도 상기 발열부와 각각 직렬로 연결되는 상기 표시부를 이용하여 동작 불량 상태에 있는 발열부를 실시간으로 찾아낼 수 있다. 그러므로 상기 배기 라인의 온도가 낮아져 암모니아 클로라이드 가스와 같은 반응 부산물이 고화 침전되는 현상을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진공 라인의 온도 유지 장치에 대해 상세히 설명한다.

일반적으로 공정 챔버에서는 반도체 장치를 제조하기 위해 반도체 기판에 대하여 증착, 포토리소그래피, 식각, 이온주입 등의 단위 공정이 수행된다. 상기와 같은 단위 공정을 수행하기 위해서는 반응 가스가 필요하다. 상기 반응 가스는 단위 공정의 종류에 따라 선택된다. 예를 들면, 상기 반도체 기판에 실리콘 산화막을 형성하기 위하여 상기 반응 가스는 실란(SiH)과 산소(O) 및 삼불화질소(NF₃)와 같은 가스를 포함한다. 또한, 반응 가스는 첨가제로서 질소(N), 안티몬(sb). 비소(As), 인(P) 또는 비스무트(Bi)를 첨가제로 포함한다.

반응 가스는 공정 챔버의 일측에 연결된 가스 공급 장치를 통하여 공급된다. 소정의 단위 공정의 결과로 생성된 암모니아 클로라이드 가스(NH₄Cl) 등과 같은 반응 부산물 및 미반응 가스는 챔버의 타측에 연결된 가스 배기 장치를 통하여 외부로 배기된다.

상기 가스 배기 장치는 진공 펌프와 진공 라인을 포함한다. 상기 진공 펌프는 진공력을 이용하여 상기 공정 챔버로부터 상기 반응 부산물 및 미반응 가스를 외부로 배출한다. 상기 진공 라인은 상기 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하여 상기 반응 부산물과 미반응 가스가 배출될 수 있도록 통로 역할을 한다.

상기 반응 부산물과 미반응 가스가 상기 진공 라인을 통해 배출되는 동안 일정한 온도 이하가 되면 상기 반응 부산물 또는 미반응 가스가 상기 진공 라인에 고화되어 부착된다. 상기 반응 부산물 또는 미반응 가스가 상기 진공 라인에 고화되어 부착되면, 역류하여 반도체 기판에 파티클로 작용하거나 상기 진공 라인을 패쇄시킨다. 따라서 상기 진공 라인에는 상기 반응 부산물 또는 미반응 가스가 상기 진공 라인에 고화되지 않도록 상기 진공 라인의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 진공 라인의 온도 유지 장치가 부착된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 진공 라인의 온도 유지 장치가 진공 라인에 구비된 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 온도 유지 장치(100, 200, 300)는 진공 라인(500)의 외측면을 감싸도록 설치된다. 온도 유지 장치(100, 200, 300)는 설치의 편리성을 위해 다수개가 구비되는 각각의 온도 유지 장치(100, 200, 300)는 병렬로 연결된다. 각각의 온도 유지 장치(100, 200, 300)는 그 구성이 동일하므로 하나의 온도 유지 장치(100)에 대해서만 설명하고 나머지 온도 유지 장치(200, 300)에 대한 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.

도 3은 도 2에 도시된 진공 라인의 온도 유지 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 진공 라인의 온도 유지 장치(100)는 발열부(110), 프로세서(120), 열전대(130), 발광 다이오드(140) 및 퓨즈(150)를 구비한다.

발열부(110)는 진공 라인(500)의 외측면을 감싸도록 구비된다. 발열부(110)는 저항선으로 형성된다. 상기 저항선은 열에 견디기에 충분한 고온 용해온도를 가진 니켈크롬, 니켈크롬철, 니켈동 또는 다른 재료로 제조될 수 있다.

발열부(110)는 파워 코드(400)와 연결되고, 파워 코드(400)를 통해 파워가 공급되면 열을 발생한다. 따라서 발열부(110)는 진공 라인(500)을 통해 배출되는 상기 반응 부산물 및 미반응 가스의 온도가 저하되지 않고 높은 온도를 유지하도록 한다.

발열부(110)는 진공 라인(500)의 외측면에 직접 구비될 수도 있지만, 일반적으로 재킷 형태의 단열 부재에 감싸인 상태에서 진공 라인(500)의 외측면에 구비된다.

상기 재킷 타입의 단열 부재는 벨크로(Velcro) 또는 다른 종래의 파스너와 같은 훅 및 루프 파스너를 이용하여 대향하는 양단을 서로 고정한다. 상기 재킷 타입의 단열 부재는 진공 라인(500)을 감싼 상태에서 양단을 서로 고정시킴으로써 진공 라인(500)의 외측면에 고정된다. 상기 재킷 타입의 단열 부재를 진공 라인(500)으로부터 분리하는 경우에도 상기 벨크로나 파스너의 고정을 해제하여 상기 재킷 타입의 단열 부재를 용이하게 분리할 수 있다.

상기 재킷 타입의 단열 부재가 진공 라인(500)에 고정된 상태에서 가열부(110)에서 발생한 열이 진공 라인(500)에 직접 전도에 의해 전달될 수 있다. 상기 재킷 타입의 단열 부재는 진공 라인(500)과 접촉하는 내측 부분의 열전도성은 높고, 외측 부분의 열전도성은 낮도록 형성된다. 따라서 상기 재킷 타입의 단열 부재 내부에 구비되는 발열부(110)에서 발생된 열이 진공 라인(500)으로 효과적으로 전달된다. 또한 상기 재킷 타입의 단열 부재의 외측 부분으로 열 전달이 차단되므로 상기 열의 분산 및 손상을 막고 상기 재킷 타입의 단열 부재의 외측 부분과 접촉하는 사용자가 화상을 입지 않도록 외측 부분이 비교적 차거나 또는 따뜻하게 유지된다.

상기 재킷 타입의 단열 부재로는 실리카 섬유, 파이버 글라스 섬유 또는 석면이 사용된다.

열전대(130)는 상기 재킷 타입의 단열 부재 내부에 구비되며, 발열부(110)의 온도를 측정한다. 열전대(130)는 50 내지 200 ℃ 의 범위에서 온도 측정이 가능한 타입 케이(type-K)가 사용된다. 타입 케이 열전대(130)는 플러스 접합선으로 니켈을 주성분으로 하는 크롬합금이 사용되고, 마이너스 접합선에는 니켈을 주성분으로 하는 실리콘 합금, 망간 합금이 사용된다.

프로세서(120)는 파워 코드(400)와 발열부(110) 사이에 구비되며, 열전대(130)와도 연결된다. 프로세서(120)는 발열부(110)의 온도가 일정하게 유지되도록 조절한다.

프로세서(120)에는 기계식 릴레이 또는 전자식 릴레이를 포함한다. 상기 기계식 릴레이는 보통 전자석을 이용한다. 상기 릴레이는 입력 신호의 세력 변화에 따라 전기 회로를 자동으로 개폐한다. 상기 입력신호에는 전류·전압·전력·주파수·위상 등의 전기적인 입력과 온도·빛 등 여러 가지 신호가 있다. 또 입력신호를 전기회로의 개폐로 바꾸는 데는 전자석에 의한 전자흡인력, 동전구동력, 정전인력, 전기변형현상, 자기변형현상, 열팽창현상 및 광전효과 등 여러 가지 물리현상을 이용할 수 있다.

프로세서(120)는 열전대(130)에서 감지된 발열부(110)의 온도 신호를 감지한다. 프로세서(120)에서 상기 온도 신호는 상기 릴레이의 입력 신호이다. 상기 릴레이는 상기 온도 신호가 기 설정 온도, 바람직하게는 150℃ 이상인 경우에는 전기 회로를 폐쇄하여 발열부(110)에서 더 이상 열이 발생하지 않도록 한다. 상기 릴레이는 상기 온도 신호가 150℃ 미만인 경우 상기 전기 회로를 개방하여 발열부(110)가 열을 발생하도록 한다. 따라서 프로세서(120)는 발열부(110)의 온도가 150℃를 유지하도록 한다. 그러므로 진공 라인(500) 및 진공 라인(500)을 통해 배출되는 상기 반응 부산물 및 미반응 가스도 일정한 온도를 유지하게 된다. 물론 진공 라인(500) 및 상기 반응 부산물 및 미반응 가스의 온도는 150℃ 보다는 약간 낮은 상태에서 일정하게 유지된다.

발광 다이오드(140)는 프로세서(120)와 발열부(110) 사이에 직렬로 연결된다. 발광 다이오드(140)는 발열부(110)로 파워가 전달되는지를 육안으로 용이하게 확인할 수 있다. 발열부(110)로 파워가 전달되는 상태에서는 발광 다이오드(140)는 점등된다. 발열부(110)로 파워가 전달되지 않는 상태에서는 발광 다이오드(140)는 소등된다. 발광 다이오드(140)의 점등 여부를 이용하여 발열부(110)의 상태를 실시간으로 확인할 수 있다.

발광 다이오드(140)는 육안 관찰이 용이하도록 상기 재킷 타입의 단열 부재에서 외측 부분으로 돌출되도록 구비된다.

퓨즈(150)는 발열부(110)와 파워 코드(400) 사이에서 직렬로 연결된다. 프로세서(120)에 이상이 발생하면 발열부(110)의 온도는 일정하게 유지되지 못하고 계속 상승하게 된다. 이 경우 상기 재킷 타입의 단열 부재가 손상될 수 있다. 퓨즈(150)는 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 프로세서(120)에 이상이 발생하여 발열부(110)의 온도가 일정 이상 상승하는 경우 끊어진다. 따라서 발열부(110)의 온도가 더 이상 상승하지 않도록 한다. 퓨즈(110)는 끊어지면 새롭게 교체해야 하므로, 비재설정 열 리미트로서 작용된다.

퓨즈(150)가 끊어지는 경우에도 발열부(110)로 파워 공급이 차단되므로 발광 다이오드(140)는 소등된다.

상기에서 설명한 바와 같이 각각 병렬로 연결되는 온도 유지 장치(100, 200, 300)에는 발광 다이오드(140, 240, 340)가 직렬 연결된다. 각각의 온도 유지 장치(100, 200, 300)는 발광 다이오드(140, 240, 340)의 점등 여부를 이용하여 파워의 공급 상태, 즉 발열부(110, 210, 310)의 동작 상태를 바로 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진공 라인의 온도 유지 장치는 발열부의 동작 상태를 확인하기 위해 발광 다이오드를 이용하여 파워의 전달 여부를 확인한다. 진공 라인을 따라 다수의 온도 유지 장치가 구비되더라도 상기 발광 다이오드가 각각 구비되므로 각 발열부의 동작 상태를 실시간으로 확인할 수 있다. 동작 불량 상태에 있는 발열부를 바로 확인하여 조치할 수 있다.

그러므로 발열부의 동작 불량으로 인한 상기 진공 라인의 온도 저하가 방지되므로 반응 부산물 및 미반응 가스가 상기 진공 라인에 고화 침전되는 현상이 방지된다. 따라서 고화 침점된 반응 부산물 및 미반응 가스로 인한 웨이퍼 오염 및 상기 진공 라인 폐쇄를 미연에 방지하고, 반도체 장치 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유지 장치가 진공 라인에 구비된 상태를 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110, 210, 310 : 발열부 120, 220, 320 : 프로세서

130, 230, 330 : 열전대 140, 240, 340 : 발광 다이오드

150, 250, 350 : 퓨즈 400 : 파워 코드

500 : 진공 라인

Claims

전원이 인가되는 경우 상기 전원에 의해 저항 가열되어 열을 발생시키며, 진공 라인을 통해 수송되는 유체의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 진공 라인의 외측면을 감싸도록 구비되는 발열부;

상기 발열부의 온도를 측정하기 위한 온도 센서;

상기 온도 센서의 온도 측정 결과를 이용하여 상기 유체의 온도가 일정하게 유지되도록 상기 발열부의 온도를 제어하는 프로세서; 및

상기 발열부와 상기 프로세서 사이에 구비되며, 상기 발열부의 동작 상태를 표시하기 위한 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 라인의 온도 유지 장치.
제1항에 있어서, 상기 발열부를 감싸기 위한 재킷(jacket) 타입의 단열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 라인의 온도 유지 장치.
제1항에 있어서, 상기 표시부는 발광 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 진공 라인의 온도 유지 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로세서는 기계식 릴레이 또는 전자식 릴레이를 이용하여 상기 발열부의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 진공 라인의 온도 유지 장치.
제1 항에 있어서, 상기 온도 센서는 열전대인 것을 특징으로 하는 진공 라인의 온도 유지 장치.