KR20120092401A

KR20120092401A - 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치

Info

Publication number: KR20120092401A
Application number: KR1020110012439A
Authority: KR
Inventors: 강승동
Original assignee: (주)씨엠코리아
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-08-21

Abstract

본 발명은 반도체 제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 배관의 둘레에 쿨링블록이 일정두께로 둘러싸고, 이 쿨링블록에 열전소자가 부착되되 냉기를 발생하는 콜드싱크가 쿨링블록에 직접 접촉되도록 배치되고, 쿨링블록으로부터 이격되도록 핫싱크가 배치되어 열전소자에 대한 전류량을 조절함으로써 배관내의 온도를 적절하게 제어할 수 있도록 한 것으로, 열전소자를 이용하기 때문에 주위 온도보다도 더 낮게 배관의 냉각이 가능하고, 배관 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 배관 내 유동 고온가스에 의한 파우더 발생을 방지하여 반도체 제조효율을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치{Powder preventing device using thermal coupler of semiconductor manufacturing apparatus}

본 발명은 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정은 산화공정, 확산공정, 이온주입공정, 증착공정, 식각공정 및 금속공정 등이 있다. 이러한 공정은 공정챔버에서 반응가스나 공정가스를 사용하는 형태로 진행되고, 소정 공정이 완료된 후 잔류하는 가스나 반응 부산물은 배기라인을 통해 외부로 배출된다.

이러한 반도체 제조공정은 CVD 또는 메탈공정 등과 같이 온도가 매우 높은 조건에서 진행되는 공정이다.

공정챔버는 반도체에 대하여 다양한 공정들이 수행되는 공간을 제공하는 부분이며, 공정챔버에서 다양한 공정들을 수행한 후 발생되는 배기가스는 배기라인을 통해 배출된다.

상기 공정챔버에서의 공정에 사용된 후에 배기라인을 통해 배출되는 배기가스는 상당한 고온을 띄고 있다. 그 결과 후속 공정 장비에도 매우 나쁜 영향을 미친다.

따라서 이러한 배기라인의 냉각을 위한 기술이 공개되어 있는바, 구체적인 종래 기술을 살펴보면 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 쿨링자켓이 기본적으로 고온의 배기가스가 흐르는 배기라인, 예를 들면 가스배출관의 일정구간을 냉각수배관(10)으로 둘러싼 형태로 이루어져 있으며, 이때의 냉각수 배관(10)을 따라 흐르는 냉각수의 열교환 작용을 이용하여 뜨거워진 관 표면을 식혀주는 기능을 위하여 냉각수 배관(10)은 사각형상으로 된 판상(板狀)의 실리콘 러버체(11) 내에 입구(12)와 출구(13)만 남겨놓은 채로 전체 구간이 일체로 파묻힌 형태로 이루어진다.

상기 냉각수 배관(10)은 한정된 면적 내에서 최대한의 냉각효과를 발휘하기 위하여 가스배출관의 둘레거리에 상응하는 폭과 가스배출관의 정해진 구간(쿨링을 위해 미리 정해 놓은 관의 길이)에 상응하는 길이를 갖는 사각의 일정면적을 지그재그 형태로 촘촘히 폭넓게 경유하는 구조로 배치된다.

또한, 상기 냉각수 배관(10)이 묻혀 있는 실리콘 러버체(11)의 양면에는 단열 등을 위한 마감 시트(14)가 일체 부착된다.

따라서 고온의 유체(질소 등)가 흐르는 가스배출관(16)의 일정구간 둘레에 쿨링자켓을 설치한 후, 쿨링자켓의 냉각수 배관(10)에 냉각수를 공급하면 배관을 따라 흐르는 냉각수와 뜨거워진 가스배출관 표면 간에 열교환이 이루어지면서 가스배출관(16)의 표면이 적당한 온도로 유지될 수 있도록 한다.

도 2에 도시한 바와 같이 상기 컨트롤 유니트(17)는 냉각수의 흐름을 단속하기 위한 다수의 밸브(18a),(18b)(예를 들면, 솔레노이드 밸브 등), 온도 조절을 위한 온도스위치(19), 압력 조절을 위한 압력 스위치(20), 냉각수의 펌핑을 위한 PCW(Process Cooling Water) 공급원(21) 등을 포함하며, 이러한 컨트롤 유니트(17)는 쿨링자켓(22)의 냉각수 배관(10)측과 폐순환 라인을 이루게 된다.

따라서 PCW 공급원(21)측에서 일정압력으로 공급되는 냉각수는 각 밸브류 및 제어기기류 등을 거쳐 쿨링자켓(22)의 냉각수 배관(10)으로 유입되고, 유입된 냉각수는 냉각수 배관(10)을 경유하면서 열교환 작용을 수행한 후 재차 PCW 공급원(21)측으로 되돌아오는 하나의 순환라인이 만들어질 수 있다.

또한, 상기 컨트롤 유니트(17)는 라인상에 설치되는 PCW 압력센서를 포함할 수 있으며, 이때의 PCW 압력센서의 검출신호를 이용하여 리크 인터록(Leak interlock) 기능을 수행할 수 있다.

그 밖에 상기 컨트롤 유니트(17)는 온도 조절 기능으로서 리미트 탬퍼 컨트롤, PCW 컨트롤 기능으로서 솔레노이드 밸브 컨트롤 등을 수행할 수 있다.

그러나 이와 같은 종래 배관 쿨링 구성은 냉각수를 이용하여 배관의 온도를 낮추는 구성이기 때문에 냉각수 배관의 설치 구성이 매우 복잡하고 그 동작 또한 복잡하여 오동작의 우려가 있을 뿐만 아니라, 액체인 냉각수 온도 변화가 심하여 쿨링효과가 저감될 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 종래 파우더제거장치에 관련된 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 간단한 구조의 열전소자를 이용한 쿨링자켓을 이용하여 고온의 가스로 인해 발생될 수 있는 파우더를 제거할 수 있도록 한 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치는, 냉각되어야 할 대상인 배관; 상기 배관에서 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출하는 통로 역할을 하기 위하여 배관의 둘레에 배치된 쿨링블록; 상기 배관으로부터 쿨링블록으로 전달된 열을 흡수 및 방열하도록 N형과 P형 소자로 구성된 반도체소자; 상기 반도체소자가 동작하도록 전력을 공급하는 전원으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 쿨링블록을 통해 방출되는 열을 흡수하여 일시 저장하는 열싱크; 및 열싱크에 저장된 열을 방출하는 방출핀이 추가 구성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치는, 배관의 둘레에 쿨링블록이 일정두께로 둘러싸고, 이 쿨링블록에 열전소자가 부착되되 냉기를 발생하는 콜드싱크가 세라믹판에 직접 접촉되도록 배치되고, 배관으로부터 이격된 곳에 핫싱크가 배치되어 온도조절기의 제어에 의한 열전소자로의 전류량 공급 조절에 의해 배관내의 온도를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 열전소자를 이용하기 때문에 주위 온도보다도 더 낮게 배관의 냉각이 가능하다.

둘째, 열전소자를 이용하기 때문에 배관 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.

셋째, 열전소자를 이용하여 반도체제조장비의 배관 내 유동 가스에 의한 파우더 발생을 방지하여 반도체 제조효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 반도체장비의 가스배출관용 쿨링자켓의 사시도.
도 2는 도 1의 설치상태를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체제조장비의 배관용 쿨링자켓의 개념도.
도 4는 도 3의 동작 개념도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체제조장비의 쿨링자켓용 열전소자 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치의 설치 단면도로써 열 교환을 칼라로 표시한 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체제조장비의 배관용 쿨링자켓의 개념도, 도 4는 도 3의 동작 개념도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체제조장비의 쿨링자켓용 열전소자 구성도.

본 발명에 사용되는 열전소자는 두 개의 다른 금속이 양끝만 서로 접합한 어느 한 시스템의 양쪽 접합에 전기를 흘려주면, 한 접합에서는 열을 흡수하고 다른 접합에서는 열을 방출하도록 전기적으로는 직렬, 열적으로는 평행인 두 개 혹은 그 이상의 반도체 커플로 구성된다. 이 배열은 전기가 각 N형과 P형 소자를 통해 기판의 위와 아래를 계속하여 교대로 흐르는 동안 열이 열전소자를 통해 오직 한 방향으로만 이동하도록 하기 위한 것이다.

이러한 열전소자의 원리는 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각되어야 할 대상인 배관(100)과, 상기 배관(100)에서 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출하는 통로 역할을 하기 위하여 배관(100)의 둘레에 배치된 세라믹기판(200)과, 상기 배관(100)으로부터 세라믹기판(200)으로 전달된 열을 흡수 및 방열하도록 N형과 P형 소자로 구성된 반도체소자(300)와, 상기 반도체소자(300)가 동작하도록 전력을 공급하는 전원(400)으로 구성된 장치에 의해 가능해진다.

본 발명의 열전소자를 이용한 쿨링자켓은 도 4에 도시된 바와 같이 양끝만 서로 접합한 쿨링자켓의 양쪽 접합에 전원(400)을 통해 전기를 흘려주면 반도체소자(300)의 한 접합(세라믹기판 쪽)에서는 열을 흡수하고 다른 접합에서는 열을 방출한다. 열을 방출하는 쪽은 온(溫)이며 흡수하는 쪽은 냉(冷)이 되며, 이를 바꾸기 위해서는 공급전원의 극성을 변환시키면 된다. 즉 열전소자는 이극형 반도체를 이용한 소자로서 한쪽 면이 뜨거워지면 상대면은 차가워지는 것이고, 위 발열면과 발한면은 전류 방향을 바꾸어줌으로써 수시로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 온도 설정도 가능하다.

본 발명의 쿨링자켓은 공정 진행 후에 발생된 고온의 가스가 배관(100)에 흘러 세라믹기판(200)에 고온의 열이 전달되는 상태에서 전원(400)이 인가되어 반도체소자(300)가 동작되면 전기적 연결상태(H)가 형성되어 일측접합에서는 세라믹기판(200)을 통해 배관(100)에서 발생된 열을 흡수하고 타측접합에서는 흡수된 열을 열싱크(500)에 일시 저장하였다가 팬의 회전 구동에 의해 방출핀(600)을 통해 외부로 방출하게 된다. 따라서 배관(100)에서 발생된 고온의 열이 급속하게 외부로 방출되어 고온의 가스에 의한 파우더 발생을 방지하게 되는 것이다.

이러한 본 발명의 쿨링자켓은 가스배관뿐만 아니라 챔버나 진공배관 등에도 적용 가능하다.

본 발명의 일실시예로서 열전소자를 이용한 쿨링자켓이 설치된 것을 나타낸 것이 도 5인바, 도 5에서 보면 배관(100)의 둘레에 세라믹판(200)이 일정두께로 쌓여있고, 이 세라믹판(200)에 열전소자(1)가 부착되되 냉기를 발생하는 콜드싱크(2)가 세라믹판(200)에 직접 접촉되도록 배치되고, 배관(100)으로부터 이격된 곳에 핫싱크(3)(도 3 및 도 4의 열싱크(500))가 배치되어 있다. 상기 열전소자(1)는 전류량을 적절히 조절하여 배관(100)내의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.

따라서 전원(400)을 통해 동작전원이 인가되면 열전소자(1)의 냉각면(1a) 및 발열면(1b)에서 각각 발생되는 냉기 및 열기는 콜드싱크(2) 및 핫싱크(3)를 통해 열전달이 된다.

이때 배관(100)의 내부 열기는 콜드싱크(2)와 접촉하면서 냉기와 열교환되어 온도가 낮아지고, 외부의 공기는 핫싱크(3)를 지나면서 열기와 열교환된 후 배관(100)에 접촉되면서 열기를 낮추어준다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 배관(100)이 구성되고, 이 배관(100)을 둘러싸도록 쿨링블록(세라믹판)(200)이 구성되고, 쿨링블록(200)에 열전소자(1)의 콜드싱크(2)가 접촉되고, 반대측에 핫싱크(3)가 접촉되어 목적하는 동작을 수행할 수 있도록 한다.

도 6에 있어서, 전원공급기(600)는 열전소자(1)와, 열을 외부로 방출하기 위해 회전구동되는 팬(부호 생략)에 대한 구동전원을 공급하는 역할을 하며, 온도조절기(700)는 상술한 바와 같이 배관(100)의 내부 온도를 조절할 필요가 있을 경우 동작되는 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 열전소자 2 : 콜드싱크

3 : 핫싱크 100 : 배관

200 : 세라믹기판 300 : 반도체소자

400 : 전원 500 : 열싱크

600 : 방출핀

Claims

냉각되어야 할 대상인 배관(100);
상기 배관(100)에서 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출하는 통로 역할을 하기 위하여 배관(100)을 둘러싸는 쿨링블록(200);
상기 배관(100)으로부터 쿨링블록(200)으로 전달된 열을 흡수 및 방열하는 반도체소자(300); 및
상기 반도체소자(300)가 동작하도록 전력을 공급하는 전원(400)으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치.
제1항에 있어서,
상기 쿨링블록(200)을 통해 방출되는 열을 흡수하여 일시 저장하는 열싱크(500); 및
상기 열싱크(500)에 저장된 열을 방출하는 방출핀(600)이 추가 구성된 것을 특징으로 하는 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치.
배관(100)의 둘레에 쿨링블록(200)이 일정두께로 둘러싸고, 이 쿨링블록(200)에 열전소자(1)가 접촉 설치되되 냉기를 발생하는 콜드싱크(2)가 쿨링블록(200)에 직접 접촉되도록 배치되고, 쿨링블록(200)으로부터 이격되도록 핫싱크(3)가 배치되어 온도조절기(700)에 의한 열전소자(1)로의 전류량 공급 조절에 의해 배관(100)내의 온도를 제어하여 파우더를 제거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체제조장비의 열전소자를 이용한 파우더 제거장치.