KR20070047536A - 확산로의 온도 조절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확산로의 온도 조절 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 확산로에서 반응관(reactor) 내부의 온도를 균일하게 조절하는 확산로의 온도 조절 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 확산로의 온도 조절 장치는 반응관 내부의 온도를 조절하기 위한 것으로서, 상기 반응관의 둘레에 장착되어 상기 반응관의 내부를 여러 지역으로 나누어 상기 지역별로 일정한 온도로 가열하는 복수개의 히터 코일; 상기 복수개의 히터 코일에 대응하여 상기 반응관 내부에 장착된 복수개의 열전대 온도계; 외부 전원에 연결되어 복수개의 상기 열전대 온도계에의 측정 결과를 입력받아 상기 복수개의 히터 코일 각각에 인가하는 전류를 조절하는 전류 조절부; 및 상기 전류 조절부에 연결되어 상기 복수개의 히터 코일에 인가되는 상기 전류가 미리 정해진 범위를 벗어나면 에러 신호를 발생시키고 상기 전류 조절부에 인가되는 전원을 차단하는 전원 제어부를 포함한다. 본 발명에 의하여 확산로의 히터 코일이 단선되거나 열전대 온도계의 고장으로 히터 코일에 불균일한 전류가 인가되는 것을 실시간으로 사전에 감지할 수 있기 때문에 대량의 웨이퍼에 공정 불량이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

확산로, 히터 코일, 열전대 온도계, 전류 조절부

Description

확산로의 온도 조절 장치{Apparatus for controlling temperature of furnace }

도1은 고온에서 웨이퍼에 대한 처리를 하는 확산로의 단면도.

도2는 확산로에서 반응관 내부의 온도 조절을 위하여 사용되는 종래의 확산로의 온도 조절 장치를 보여주는 구성도

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산로의 온도 조절 장치를 보여주는 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 확산로 20, 50, 100 : 히터 코일

30 : 반응관 40 : 석영 보트

본 발명은 확산로의 온도 조절 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 확산로에서 반응관(reactor) 내부의 온도를 균일하게 조절하는 확산로의 온도 조절 장치 에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자를 생산하는 공정은 노광, 식각, 확산, 증착 등의 공정을 선택적으로 수행하는 일련의 과정에 의해서 이루어지고, 확산 및 증착 공정은 고온의 분위기에서 공정가스를 주입하여 실리콘웨이퍼 상에서 반응을 일으켜서 이루어지는 공정이다.

이러한 공정을 진행하기 위한 반도체 제조 설비로 튜브(tube) 형태의 확산로(furnace)가 많이 사용되는데, 일반적으로 이런 형태의 장비는 대량의 웨이퍼를 한꺼번에 로딩하여 균일하게 공정을 진행하는 배치(batch) 방식으로 반도체 소자의 제조 공정에 필요한 박막을 형성하거나 불순물 이온을 확산시키는 공정에 이용되고 있다.

확산로에서 배치 방식으로 다수의 웨이퍼를 한꺼번에 처리하기 때문에 모든 웨이퍼에 대하여 균일한 조건으로 공정을 실시하는 것이 중요하다. 따라서 웨이퍼가 로딩된 확산로의 반응관 내에서 균일한 온도 분포를 유지하기 위하여 확산로의 온도 조절 장치가 사용된다.

도1은 고온에서 웨이퍼에 대한 처리를 하는 확산로의 단면도이고, 도2는 확산로에서 반응관 내부의 온도 조절을 위하여 사용되는 종래의 확산로의 온도 조절 장치를 보여주는 구성도이다.

확산로(10)에서 반응관(30) 내부의 온도를 조절하기 위한 종래의 확산로의 온도 조절 장치는 복수개의 히터 코일(50), 복수개의 열전대 온도계(60) 및 전류 조절부(70)를 포함한다.

도1 및 도2를 참조하여 상세히 설명하면, 히터 코일(20, 50)은 웨이퍼에 대한 공정이 실시되는 반응관(30)의 온도를 조절하기 위하여 반응관(30)의 둘레를 감싸며 벽면에 장착되고, 반응관(30)의 내부를 길이 방향으로 여러 지역으로 나누어 각 지역별로 분리된 복수개의 히터 코일(20, 50)로 가열하여 일정한 온도를 유지한다.

히터 코일(100)에 의해서 가열되는 고온의 반응관(30) 내부에는 다수의 웨이퍼를 탑재한 석영 보트(40)가 장착되어 공정이 실시되는 동안 반응관 내부에 공정가스가 유입되고, 공정가스 인입구 및 배출구로부터의 거리 등의 요소에 의해서 반응관 내부의 온도가 달라지기 때문에 이를 균일하게 조절하는 것이 필요하다.

따라서 복수개의 히터 코일(20, 50)은 반응관(30)을 길이 방향으로 4 내지 5개의 지역으로 나누어 독립적으로 가열함으로써 위치에 따른 온도 차이를 보상하여 반응관(30) 내부 전체를 일정한 온도로 유지하는 역할을 한다.

열전대 온도계(thermocouple, 60)는 복수개의 히터 코일(20, 50)에 의해서 가열되는 반응관(30) 내부의 온도를 측정하기 위한 것으로, 복수개의 히터 코일(20, 50)에 대응하여 복수개의 열전대 온도계(60)가 반응관(30) 내부에 장착되어 있다.

따라서 열전대 온도계(60)는 반응관(30)의 각 지역에 적어도 하나씩 설치되어 반응관(30) 내부에서 각 지역의 온도를 측정하여 감시하는 역할을 한다.

전류 조절부(70)는 복수개의 열전대 온도계(60)와 히터 코일(50)에 연결되어 히터 코일(50)에 인가되는 전류를 조절한다. 즉 열전대 온도계(60)에서 측정된 온 도는 전류 조절부(70)에 전달되고, 전류 조절부(70)는 각 지역별로 정해진 온도와 복수의 열전도 온도계(60)에서 측정된 온도가 같아지도록 각 지역에 대응하는 복수개의 히터 코일(50) 각각에 인가하는 전류 크기를 변화시킨다.

그런데 히터 코일(20, 50)이 부분적으로 단선이 되는 경우 그 지역의 히터 코일(20, 50)에 전류가 인가되지 않기 때문에 반응관(30) 내부가 부분적으로 온도가 낮아지고, 이를 보상하기 위하여 전류 조절부(70)는 인접한 히터 코일(20, 50)에 과도한 전류를 인가하게 된다.

이로 인하여 반응관(30) 내부의 온도 분포는 더욱 불균일해져서 확산로(10)에서 공정 불량이 대량으로 발생하게 된다.

그런데 종래의 확산로의 온도 조절 장치는 불량이 발생하여 확산로의 상태를 점검하고 히터 코일(20, 50)에 인가되는 전류를 테스터로 측정하기 전에는 히터 코일(20, 50)이 부분적으로 단선된 것을 확인할 수 있는 방법이 없었다.

따라서 히터 코일(20, 50)에 부분적으로 단선이 발생하거나, 열전대 온도계(60)의 고장으로 반응관(30) 내부의 온도 분포가 불균일하게 되어 대량의 공정 불량이 발생하는 경우에 손실이 매우 커지는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 히터 코일이 단선되거나 열전대 온도계의 고장으로 히터 코일에 불균일한 전류가 인가되어 대량의 웨이퍼에 공정 불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 확산로의 온도 조절 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반응관 내부의 온도를 조절하기 위한 확산로의 온도 조절 장치로서, 상기 반응관의 둘레에 장착되어 상기 반응관의 내부를 여러 지역으로 나누어 상기 지역별로 일정한 온도로 가열하는 복수개의 히터 코일; 상기 복수개의 히터 코일에 대응하여 상기 반응관 내부에 장착된 복수개의 열전대 온도계; 외부 전원에 연결되어 복수개의 상기 열전대 온도계에의 측정 결과를 입력받아 상기 복수개의 히터 코일 각각에 인가하는 전류를 조절하는 전류 조절부; 및 상기 전류 조절부에 연결되어 상기 복수개의 히터 코일에 인가되는 상기 전류가 미리 정해진 범위를 벗어나면 에러 신호를 발생시키고 상기 전류 조절부에 인가되는 전원을 차단하는 전원 제어부를 포함한다.

상기 전원 제어부에 연결되어 상기 복수개의 히터 코일에 인가되는 전류의 시간에 따른 변화를 그래프로 보여주는 화면 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 그래프는 상기 전원 제어부에서 미리 정해진 범위를 나타내는 경계선이 표시되고, 상기 화면 표시부는 액정 디스플레이인 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산로의 온도 조절 장치를 보여주는 구성도이다.

도3에 도시된 바와 같이, 확산로에서 반응관 내부의 온도를 조절하기 위한 본 발명의 확산로의 온도 조절 장치는 복수개의 히터 코일(100), 복수개의 열전대 온도계(200), 전류 조절부(300) 및 전원 제어부(400)를 포함한다.

도3을 참조하여 상세히 설명하면, 히터 코일(100)은 웨이퍼에 대한 공정이 실시되는 반응관의 온도를 조절하기 위하여 반응관의 둘레를 감싸며 벽면에 장착되고, 반응관의 내부를 길이 방향으로 여러 지역으로 나누어 각 지역별로 분리된 복수개의 히터 코일(100)을 독립적으로 가열하여 일정한 온도를 유지한다.

복수개의 히터 코일(100)에 의해서 가열되는 고온의 반응관 내부에는 다수의 웨이퍼를 탑재한 석영 보트가 장착되어 공정이 실시되는 동안 반응관 내부에 공정가스가 유입된다. 그 결과 반응관 내부에서 공정가스의 흐름이나 공정가스 인입구 및 배출구로부터의 거리 등의 요소에 의해서 반응관 내부의 온도가 달라지기 때문에 이를 균일하게 조절하는 것이 필요하다.

따라서 복수개의 히터 코일(100)은 반응관을 길이 방향으로 4 내지 5개의 지역으로 나누어 각 지역을 독립적으로 가열함으로써 위치에 따른 온도 차이를 보상하여 반응관 내부 전체를 일정한 온도로 유지하는 역할을 한다.

열전대 온도계(200)는 복수개의 히터 코일에 의해서 가열되는 반응관 내부의 온도를 측정하기 위한 것으로, 복수개의 히터 코일(100)에 대응하여 복수개의 열전대 온도계(200)가 반응관 내부에 장착되어 있다.

따라서 열전대 온도계(200)는 4 내지 5개의 지역으로 나누어진 각 지역에 적어도 하나씩 설치되어, 반응관 내부에서 각 지역의 온도를 측정하여 감시하는 역할을 한다.

전류 조절부(300)는 복수개의 열전대 온도계(200)와 히터 코일(100)에 연결 되어 히터 코일(100)에 인가되는 전류를 조절한다.

즉 열전대 온도계(200)에서 측정된 온도는 전류 조절부(300)에 전달되고, 전류 조절부(300)는 각 지역별로 정해진 온도와 열전대 온도계(200)에서 측정된 온도가 같아지도록 각 지역에 대응하는 복수개의 히터 코일(100) 각각에 인가하는 전류 크기를 변화시킨다.

전원 제어부(400)는 전류 조절부(300)에 연결되어 복수개의 히터 코일(100)에 인가되는 전류를 감지하고, 전류 조절부(300)에 의해서 히터 코일(100)에 인가되는 전류의 크기가 사전에 정해진 범위를 벗어나는 지를 감시한다.

그리고 전류 조절부(300)에서 인가하는 전류가 정해진 범위를 벗어나서 커지거나 작아지게 되면 전원 제어부(400)는 확산로 장비에 에러 신호를 발생시키고, 전류 조절부(300)에 인가되는 전원을 차단하여 공정을 중지시키는 역할을 한다.

이때 전원 제어부(400)는 전류 조절부(300)에서 복수개의 히터 코일(100) 전체에 인가되는 전류를 감시하거나 또는 각각의 히터 코일(100)에 인가되는 전류를 감시할 수 있는데, 복수개의 히터 코일(100) 전체에 인가되는 전류를 감시하는 것 보다는 각각의 히터 코일(100)에 인가되는 전류를 감시하는 것이 보다 더 효과적이다.

상기 정해진 범위는 확산로의 온도 조절 장치에 불량이 발생하는지를 알 수 있는 한계 값으로 별도의 실험이나 데이터 관리에 의해서 정해진다.

또한 화면 표시부(500)가 전원 제어부(400)에 연결되어 전류 조절부(300)에서 복수개의 히터 코일(100)에 인가되는 전류의 시간에 대한 변화를 실시간으로 그 래프 형태로 보여주는 것이 바람직하다. 이때 화면 표시부(500)에는 정해진 범위를 나타내는 경계선을 수평선으로 표시하여 장비 관리자는 화면 표시부(500)를 확인함으로써 확산로의 온도 조절 장치가 정상적으로 동작하는 지를 확인할 수 있다.

그리고 전원 제어부(400)와 화면 표시부(500)에서는 히터 코일에 인가되는 전류 대신에 전력을 감시하여 동일한 효과를 얻는 것도 가능하고, 화면 표시부(500)는 액정 디스플레이(display)를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 확산로의 온도 조절 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

예를 들어 히터 코일이 부분적으로 단선이 되는 경우 그 지역의 히터 코일에 전류가 인가되지 않기 때문에 온도가 낮아지고, 이를 보상하기 위하여 전류 조절부(300)는 인접한 히터 코일에 과도한 전류를 인가하게 된다. 이때 인가되는 전류가 미리 정해진 범위를 벗어나게 되면 전원 제어부(400)가 이를 감지하여 자동으로 이상 상태를 감지하고, 전원을 차단하여 에러 신호를 발생시켜 확산로에서 진행되는 공정을 정지시킨다.

열전대 온도계 또는 전원에 이상이 발생하는 경우에도 동일한 방식으로 확산로의 반응관 내부에서 온도가 과도하게 변화하는 것을 전류의 변화로 감지하게 되므로, 본 발명에 의하면 확산로에서 대량의 공정 불량이 발생하는 것을 방지한다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 확산로의 온도 조절 장치에 따르면, 확산로의 히터 코일이 단선되거나 열전대 온도계의 고장으로 히터 코일에 불균일한 전류가 인가되는 것을 실시간으로 사전에 감지할 수 있기 때문에 대량의 웨이퍼에 공정 불량이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 반응관 내부의 온도를 조절하기 위한 확산로의 온도 조절 장치에 있어서,

   상기 반응관의 둘레에 장착되어 상기 반응관의 내부를 여러 지역으로 나누어 상기 지역별로 일정한 온도로 가열하는 복수개의 히터 코일;

   상기 복수개의 히터 코일에 대응하여 상기 반응관 내부에 장착된 복수개의 열전대 온도계;

   외부 전원에 연결되어 복수개의 상기 열전대 온도계에의 측정 결과를 입력받아 상기 복수개의 히터 코일 각각에 인가하는 전류를 조절하는 전류 조절부; 및

   상기 전류 조절부에 연결되어 상기 복수개의 히터 코일에 인가되는 상기 전류가 미리 정해진 범위를 벗어나면 에러 신호를 발생시키고 상기 전류 조절부에 인가되는 전원을 차단하는 전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산로의 온도 조절 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전원 제어부에 연결되어 상기 복수개의 히터 코일에 인가되는 전류의 시간에 따른 변화를 그래프로 보여주는 화면 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산로의 온도 조절 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 그래프는 상기 전원 제어부에서 미리 정해진 범위를 나타내는 경계선이 표시된 것을 특징으로 하는 확산로의 온도 조절 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 화면 표시부는 액정 디스플레이인 것을 특징으로 하는 확산로의 온도 조절 장치.

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