KR20070058171A

KR20070058171A - 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비

Info

Publication number: KR20070058171A
Application number: KR1020050116503A
Authority: KR
Inventors: 김정남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-06-08

Abstract

본 발명은 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비를 제공한다. 상기 반도체 확산설비는 공정튜브와, 상기 공정튜브와 접촉되며, 내부에 외부와 연통되는 냉각유로가 마련되는 플랜지부와, 상기 공정튜브와 상기 플랜지부의 사이에 개재되는 기밀부재 및 상기 플랜지부와 연결되며, 상기 플랜지부의 내부에 제공되는 냉매의 온도에 따라 상기 냉매의 유량을 제어하여 상기 기밀부재를 냉각시키는 냉각유닛을 구비한다.

Description

냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비{SEMICONDUCTOR DIFFUSION EQUIPMENT HAVING A COOLING UNIT}

도 1은 본 발명의 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비를 보여주는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 표시부호 A에 대한 확대단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉각유닛을 보여주는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각유닛의 동작을 보여주는 순서도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **

200 : 공정튜브

250 : 플랜지부

251 : 냉각유로

310 : 냉각공급부

320 : 유량제어기

322 : 프로펠러

330 : 온도감지기

340 : 제어부

350 : 냉매유동관

351 : 냉매공급관

352 : 냉매배출관

본 발명은 반도체 확산설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정튜브와 플랜지부의 사이에 개재되는 실링부재가 열화되지 않도록 냉각시킬 수 있는 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판인 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행함으로써 만들어진다. 이러한 여러 공정 중 빈번히 수행되는 공정의 하나로 웨이퍼에 P형 또는 N형 불순물을 침투시키거나 산화막 또는 질화막과 같은 특정막을 형성 또는 성장시키는 확산공정이 있다.

이러한 확산공정은 기체 상태의 공정가스를 열분해하여 분해된 공정가스의 이온들이 반도체 기판인 웨이퍼와 화학반응하도록 함으로써 웨이퍼 상에 산화막 또는 질화막 등의 특정막을 형성하는데 이용되고 있다. 한편, 이러한 확산공정은 주로 우수한 균일성과 반복성 및 낮은 결함률 등의 장점을 갖는 확산로에서 그 진행이 이루어진다.

이와 같은 종래의 반도체 확산설비를 개략적으로 설명하기로 한다.

상기 반도체 확산설비는 상기와 같이 웨이퍼 상에 확산공정이 이루어지도록 내부에 고온의 분위기가 형성되는 돔형상의 공정튜브와, 상기 공정튜브의 하단부를 지지하는 플랜지부와, 상기 공정튜브의 하단부와 상기 플랜지부의 사이에 개재되어 상기 공정튜브의 외부와 내부를 기밀시킬 수 있는 오링을 구비한다.

상기 확산공정은 상기 공정튜브의 내부공간에서 고온이 형성된 상태로 진행되기 때문에, 상기 오링이 열화되는 문제점이 있다.

근래에는 이를 해결하기 위하여 상기 플랜지부에 상기 오링을 소정의 냉각온도로 냉각시킬 수 있도록 냉매가 순한되는 냉각유로를 구비한다.

여기서, 상기 냉각유로는 냉각수를 공급하는 냉매공급부와 서로 관으로 연결되며, 상기 냉각유로에는 상기 냉각공급부로부터 공급되는 냉매의 유량을 측정하는 유량계가 구비된다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 오링을 냉각시키도록 상기 냉매공급부는 냉매를 상기 냉각유로로 유동시킨다. 이어, 상기 유량계는 상기 냉각유로에서 유동되는 냉매의 유량을 측정한다.

그러나, 상기 냉매가 통과되는 상기 유량계의 내부에 상기 냉매에 포함되는 이물질, 예컨대, 물때로 인해 상기 유량계의 내부가 막히는 경우에, 상기 냉매는 상기 냉각유로에서 유동되지 않는다.

이에 따라, 상기 오링이 배치된 상기 플랜지부의 온도는 상승되고, 온도가 상승된 플랜지부에 의해 상기 오링으로 열전달이 발생하여, 종국에는 상기 오링이 열화되는 문제점이 있다.

이와 같이 오링이 열화되는 경우에, 상기 공정튜브와 상기 플랜지부를 정상적으로 실링하지 못하여, 공정튜브의 내부가 기밀되지 않게 되고, 이에 따라 공정 튜브의 내부에서 공정이 진행 중인 웨이퍼에 대하여 공정불량을 야기시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기 오링을 냉각시키도록 제공되는 냉매의 온도에 따라 상기 냉매의 유량을 제어하여 상기 오링을 효율적으로 냉각시키도록 한 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비를 제공함에 있다.

본 발명은 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 반도체 확산설비는 공정튜브와, 상기 공정튜브와 접촉되며, 내부에 외부와 연통되는 냉각유로가 마련되는 플랜지부와, 상기 공정튜브와 상기 플랜지부의 사이에 개재되는 기밀부재 및 상기 플랜지부와 연결되며, 상기 플랜지부의 내부에 제공되는 냉매의 온도에 따라 상기 냉매의 유량을 제어하여 상기 기밀부재를 냉각시키는 냉각유닛을 포함한다.

본 발명의 일 양태에 따른 일 실시예에 있어서, 상기 냉각유닛은 상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 냉매공급부와, 상기 냉매가 상기 냉각유로의 내부를 따라 순환되도록 상기 냉매공급부와 상기 냉각유로의 양단과 서로 연결되는 냉매유동관과, 상기 냉매유동관에 설치되며, 상기 냉매의 유량을 제어하는 유량제어기와, 상기 냉매의 온도를 감지하는 온도감지기와, 상기 유량제어기와 상기 온도감지기와 전기적으로 연결되는 제어부를 구비하되, 상기 제어부는 기설정되는 상기 냉매의 온도와 상기 감지되는 냉매의 온도를 서로 비교하여, 상기 감지되는 냉매의 온도가 상기 기설정되는 상기 냉매의 온도의 범위에 포함되도록 상기 유량제어기로 전기적 신호를 전송하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 양태에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상기 냉매유동관은 냉매공급관과 냉매배출관을 구비하되, 상기 냉매공급관은 상기 냉매를 상기 냉각유로로 공급하도록 상기 냉각유로의 일단과 서로 연결되며, 상기 공급된 냉매를 상기 냉각공급부로 배출하도록 상기 냉각유로의 타단과 서로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상기 유량제어기는 상기 냉매공급관에 설치되고, 상기 온도감지기는 상기 냉매배출관에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 상기 유량제어기는 상기 냉매공급관에 연통되도록 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 내부에 배치되며, 상기 제어부와 전기적으로 연결되되, 상기 제어부로부터 전송되는 전기적신호에 따라 회전수가 가변되는 프로펠러를 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비를 보여주는 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 표시부호 A에 대한 확대단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 반도체 확산설비는 공정튜브(200)가 내부에 배치되는 본체(100)와, 상기 본체(100)와 상기 공정튜브(200)의 사이에 설치되는 히터(110)와, 상기 공정튜브(200)의 내부에 제공 될 웨이퍼들(W)이 탑재된 보트(150)와, 상기 보트(150)의 저부를 지지하여 상기 공정튜브(200)의 내부로 로딩하거나 외부로 언로딩하는 리프트(160)를 포함한다.

상기 공정튜브(200)는 돔형상의 외측튜브(210)와, 상기 외측튜브(210)의 내부에 배치되는 원통형의 내측튜브(220)로 구성될 수 있다.

상기 외측튜브(210)는 그 저면부가 플랜지부(250)와 접촉되어 지지된다. 여기서, 상기 플랜지부(250)의 상면부와 상기 외측튜브(210)의 저면부의 사이에는 상기 외측튜브(210)의 내부를 기밀할 수 있는 오링(270)이 개재된다.

상기 플랜지부(250)에는 상기 오링(270)을 냉각시킬 수 있는 냉매가 유입되도록, 상기 플랜지부(250)의 내부와 외부가 서로 연통되는 냉각유로(251)가 형성된다.

특히, 상기 플랜지부(250)는 상기 오링(270)을 냉각시킨 후의 냉매의 온도에 따라 상기 냉각유로(251)로 공급되는 냉매의 유량을 제어하는 냉각유닛과 연결된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각유닛을 보여주고 있다. 도 3을 참조하여 상기 냉각유닛의 구성을 좀 더 자세하게 설명하도록 한다.

도 3을 참조로 하면, 상기 냉각유닛은 상기 냉각유로(251)에 냉각수와 같은 냉매를 공급하는 냉매공급부(310)와, 상기 냉매가 상기 냉각유로(251)의 내부를 따라 순환되도록 상기 냉매공급부(310)와 상기 냉각유로(251)의 양단과 서로 연결되는 냉매유동관(350)과, 상기 냉매유동관(350)에 설치되며, 상기 냉매의 유량을 제어하는 유량제어기(320) 및 상기 냉매의 온도를 감지하는 온도감지기(330)와, 상기 유량제어기(320)와 상기 온도감지기(330)와 전기적으로 연결되는 제어부(340)를 구비한다.

여기서, 상기 냉매유동관(350)은 상기 냉매공급부(310)와 상기 냉각유로(251)의 일단을 연결하는 냉매공급관(351)과, 상기 냉각유로(251)의 타단과 상기 냉각공급부(310)를 서로 연결하는 냉매배출관(352)으로 구성된다. 상기 냉매공급관(351)과 상기 냉매배출관(352)은 상기 냉각유로(251)의 일단과 타단에 체결볼트와 같은 체결수단(10)으로 서로 연결될 수 있다.

그리고, 상기 유량제어기(320)는 상기 냉매공급관(351) 상에 설치는 것이 바람직하며, 상기 유량제어기(320)는 내부에 공간에 형성된 몸체(321)와, 상기 몸체(321)의 내부에 배치되는 프로펠러(322)를 구비하되, 상기 프로펠러(322)는 그 중심부가 회전축(323)으로 연결되어 상기 몸체(321)의 내부에 장착되는 구조인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 회전축(323)은 전기적으로 연결된 모터구동부(360)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 모터구동부(360)는 상기 제어부(340)와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 온도감지기(330)는 상기 냉매배출관(322)의 내부에 장착되는 것이 바람직하며, 상기 온도감지기(330)는 온도가 센싱되는 서모커플일 수도 있다.

한편, 상기 제어부(340)는 기설정되는 상기 냉매의 온도범위와 상기 온도감지기(330)로부터 감지되는 냉매의 온도를 서로 비교하여, 상기 감지되는 냉매의 온도가 상기 기설정되는 상기 냉매의 온도의 범위에 포함되도록 상기 모터구동부(360)로 전기적 신호를 전송하여 상기 유량제어기(320)의 프로펠러(322)의 회전동 작을 제어할 수 있다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비의 작용 및 효과를 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조로 하면, 외부로부터 전원을 인가 받은 히터(110)는 소정의 온도로 가열된다. 상기 가열된 히터(110)는 공정튜브(200)의 내부공간을 소정의 온도로 가열시켜 고온의 분위기를 형성시킨다. 이어, 리프트(160)는 외부로부터 동력을 전달받아, 그 상부에 배치된 보트(150)를 상기 내측튜브(220)의 내부로 로딩할 수 있다.

따라서, 상기 보트(150)에 탑재된 다수매의 웨이퍼들(W)은 확산공정이 진행될 공정튜브(200)의 내부로 위치되는 것이다.

상기 확산공정을 진행할 수 있도록, 확산공정에 사용되는 공정가스는 가스공급관(170)을 통해 상기 공정튜브(200)의 내부로 유입될 수 있다.

이때, 외측튜브(210)는 그 저면부가 플랜지부(250)의 상면부와 접촉되고, 상기 외측튜브(210)의 저면부와 상기 플랜지부(250)의 상면부의 사이에 오링(270)이 개재됨으로써 상기 외측튜브(210)의 내부가 기밀될 수 있다.

고온의 분위기가 형성됨과 아울러 확산공정이 진행되면, 상기 외측튜브(210)는 고온으로 가열될 수 있다. 이어, 상기 오링(270)은 상기 외측튜브(210) 및 플랜지부(250)를 통해 연전달이 발생되어, 소정의 온도로 가열될 수 있다.

이때, 냉매공급부(310)는 상기 플랜지부(250)의 내부에 형성된 냉각유로 (251)로 냉매를 공급할 수 있다. 상기 냉각유로(251)는 상기 오링(270)의 근방에 배치되기 때문에 상기 오링(270)을 냉각시킬 수 있는 것이다. 여기서, 상기 냉매는 프레온 가스 또는 냉각수를 사용할 수도 있다.

이때, 본 발명에 따른 냉각유닛은 상기 냉각유로(251)로부터 배출되는 냉매의 온도를 감지하여 상기 냉각유로(251)로 공급되는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각유닛의 동작을 보여주는 순서도이며, 상기 냉각유닛의 동작을 도 3 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

상기 플랜지부(250)는 상기 공정튜브(200)의 내부에 형성되는 고온의 분위기로 인해 소정의 온도로 상승되며, 이에 따라 상기 오링(270)도 소정의 온도로 가열될 수 있다.

상기 오링(270)을 냉각시킬 수 있도록 냉각공급부(310)는 냉매를 냉각공급관(351)을 통해 냉각유로(251)의 내부로 공급한다. 상기 냉각유로(251)의 내부로 공급되는 냉매는 냉각배출관(352)으로 배출되며, 배출되는 냉매는 다시 냉각공급부(310)로 공급되어 소정의 온도로 재냉각될 수 있다.

먼저, 제어부(340)에 상기 냉매의 온도범위를 설정할 수 있다(S10).

이어, 상기 냉매공급부(310)가 상기 냉각유로(251)로 냉매를 공급한다. 상기 냉각유로(251)를 통과하여 냉매배출관(352)을 통해 배출되는 냉매는 온도감지기(330)에 의해 그 온도가 감지될 수 있다(S20).

상기와 같이 감지된 온도는, 냉매가 상기 냉매공급관(351)에서 유동할 때보 다 그 온도가 높을 수 있다. 왜냐하면, 상기 소정의 온도로 가열된 플랜지부(250)의 내부를 통과한 후이기 때문이다.

상기 냉매배출관(352)으로 배출되는 냉매의 온도를 감지한 온도감지기(330)는 제어부(340)로 전기적 신호의 형태로 상기 감지된 온도에 대한 정보를 전송할 수 있다.

상기와 같이 전기적 신호를 전송 받은 제어부(340)는 상기 감지된 냉매의 온도와 기설정된 온도범위를 서로 비교할 수 있다. 즉, 상기 제어부(340)는 상기 감지된 냉매의 온도가 상기 기설정된 온도범위에 포함되는 지의 여부를 판단함(S30)과 아울러, 상기 감지된 온도가 상기 기설정된 온도범위보다 높은지 또는 낮은지의 여부를 판단한다(S50).

첫 번째, 상기 감지된 온도가 상기 기설정된 온도범위에 포함되지 않고, 그 보다 높은 경우에, 상기 냉각유로(251)의 내부를 통과하는 냉매의 유량이 감소되는 경우일 수 있다.

이러한 경우에, 상기 제어부(340)는 모터구동부(360)로 전기적 신호를 전송할 수 있다. 이어, 상기 모터구동부(360)는 유량제어기(320)의 회전축(323)에 대한 회전수를 소정의 회전수로 증가시켜 회전축(323)에 연결된 프로펠러(322)의 회전속도를 증가시킬 수 있다(S51).

따라서, 냉매공급관(351)에서 유동하는 냉매는 상기 프로펠러(322)의 회전에 의해 그 유량이 증가되어 상기 냉각유로(251)의 내부로 공급될 수 있다.

두 번째, 상기 감지된 온도가 상기 기설정된 온도범위에 포함되지 않고, 그 보다 낮은 경우에, 상기 냉각유로(251)의 내부를 통과하는 유량이 증가되는 경우일 수 있다.

이어, 상기 제어부(340)는 상기 모터구동부(360)로 전기적 신호를 전송하고, 상기 모터구동부(360)는 상기 프로펠러(322)의 회전수를 감소하게 할 수 있다(S52). 이에 따라 상기 냉각공급관(351)에서 유동하는 냉매는 그 유량이 감소되어 상기 냉각유로(251)의 내부로 공급될 수 있다.

따라서, 상기 제어부(340)는 상기 냉매배출관(352)을 통해 배출되는 냉매의 온도가 상기 온도범위를 기준으로 높은지 또는 낮은지를 판단하여 상기 냉각유로(251)의 내부로 공급되는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.

그러나, 상기 감지된 온도가 상기 기설정된 온도범위에 포함되면, 상기 제어부(340)는 상기 모터구동부(360)의 구동상태를 그대로 유지시켜(S40), 상기 프로펠러(322)의 회전수를 변경시키지 않는다.

본 발명에 의하면, 온도감지기를 설치하여 냉각후에 냉매의 온도를 감지하고, 상기 감지된 냉매의 온도에 따라 공급되는 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 프로펠러를 구비한 유량제어기를 채택함으로써, 배출되는 냉매의 온도가 소정 온도 이상으로 높아지는 경우에 공급되는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 오링을 냉각시키도록 공급되는 냉매의 유량을 제어함으로써 상기 오링을 용이하게 냉각시킴과 아울러, 상기 오링의 열화를 방지함으로써 공정상의 에러를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

공정튜브;

상기 공정튜브와 접촉되며, 내부에 외부와 연통되는 냉각유로가 마련되는 플랜지부;

상기 공정튜브와 상기 플랜지부의 사이에 개재되는 기밀부재; 및

상기 플랜지부와 연결되며, 상기 플랜지부의 내부에 제공되는 냉매의 온도에 따라 상기 냉매의 유량을 제어하여 상기 기밀부재를 냉각시키는 냉각유닛을 포함하는 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비.
제 1항에 있어서, 상기 냉각유닛은,

상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 냉매공급부와, 상기 냉매가 상기 냉각유로의 내부를 따라 순환되도록 상기 냉매공급부와 상기 냉각유로의 양단과 서로 연결되는 냉매유동관과, 상기 냉매유동관에 설치되며, 상기 냉매의 유량을 제어하는 유량제어기와, 상기 냉매의 온도를 감지하는 온도감지기와, 상기 유량제어기와 상기 온도감지기와 전기적으로 연결되는 제어부를 구비하되,

상기 제어부는 기설정되는 상기 냉매의 온도와 상기 감지되는 냉매의 온도를 서로 비교하여, 상기 감지되는 냉매의 온도가 상기 기설정되는 상기 냉매의 온도의 범위에 포함되도록 상기 유량제어기로 전기적 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비.
제 2항에 있어서,

상기 냉매유동관은 냉매공급관과 냉매배출관을 구비하되, 상기 냉매공급관은 상기 냉매를 상기 냉각유로로 공급하도록 상기 냉각유로의 일단과 서로 연결되며, 상기 공급된 냉매를 상기 냉각공급부로 배출하도록 상기 냉각유로의 타단과 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비.
제 3항에 있어서,

상기 유량제어기는 상기 냉매공급관에 설치되고, 상기 온도감지기는 상기 냉매배출관에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비.
제 4항에 있어서,

상기 유량제어기는 상기 냉매공급관에 연통되도록 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 내부에 배치되며, 상기 제어부와 전기적으로 연결되되, 상기 제어부로부터 전송되는 전기적신호에 따라 회전수가 가변되는 프로펠러를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각유닛을 갖는 반도체 확산설비.