KR20180027129A - 반도체 제조장비의 히터블록 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조장비의 히터블록 구조에 관한 것으로서, 기화기를 둘러싸는 히터블록의 구조를 개선하여 열효율을 향상시킨 것이다. 본 발명은, 기화기; 기화기에 열을 전달하는 열전도수단; 기화기에 전달되는 열을 발생하는 열원수단; 및 열원수단에서 발생된 열의 손실을 방지하는 열보온수단으로 구성되고, 기화기를 중심으로 열전도수단, 열원수단 및 열보온수단이 순차적으로 기화기를 감싸도록 구성된다.

Description

반도체 제조장비의 히터블록 구조{HEATER BLOCK STRUCTURE OF SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS}

본 발명은 반도체 제조장비의 히터블록 구조에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 기화기를 둘러싸는 히터블록의 구조를 개선하여 열효율을 향상시킨 것이다.

최근 반도체 제품들의 경우, 경쟁력 확보를 위해 낮은 비용이 요구되고, 고품질을 위해 제품의 고집적화가 요구된다. 고집적화를 위해서는 트랜지스터 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일 다운이 수반되어지며, 그에 따라 반도체 제조 프로세스(공정) 및 프로세싱 시스템도 다양한 형태로 발전되고 있는 추세이다.

반도체 제조 프로세스에서 반도체 웨이퍼를 공정으로 투입 전에 반도체 웨이퍼를 일정한 온도로 미리 히팅하기 위한 장비로서 히터 블록이 흔히 사용된다.

종래 히터블록에 관한 구체적인 기술로는 한국 실용신안등록 제20-0446994호가 있다.

이 공개기술은, 히팅블록과 긴밀하게 밀착되어 히팅블록의 열을 전도하는 매개체 역할을 수행하는 결속구의 구조개선을 이룬 것으로, 밸브바디와 히팅블록 사이에는 히팅블록의 열을 밸브바디로 전달하는 매개체인 금속소재의 결속구를 구비하되, 상기 결속구는 일면에 개구홈이 마련되고, 타측면에 수용홈과 밸브바디의 외면을 감싸는 열전도편이 형성되며, 상기 개구홈의 상부에 결속홈이 마련되도록 한 것이다.

그러나 이러한 기술은, 열이 효율적으로 진공밸브에 전달될 수 있도록 하는 이점이 있으나, 이러한 이점을 위하여 히팅블록과 밸브바디간 접속이 정밀하게 이루어지도록 여러 가지 부가적인 구조를 복잡하게 채택한 것으로서, 이는 곧 제조 공정의 복잡함을 야기하고, 제조 원가 상승의 원인이 되는 단점이 있다.

한국 실용신안등록 제20-0446994호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 관련된 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 열 발생 및 열 전달성과 기화기에 대한 밀착 불량으로 인한 온도 균일도의 문제와 큰 부피로 인한 취급상의 제한을 받았던 문제점을 해소할 수 있도록 한, 반도체 제조장비의 히터블록 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 기화기에 전달되는 열을 발생하는 열원수단을 안정적으로 고정할 수 있음과 동시에 이물질 등의 유입을 방지할 수 있도록 한, 반도체 제조장비의 히터블록 구조를 제공하는데 있다.

기타, 본 발명의 목적들은 이하 상세한 설명을 통해 유추 가능할 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조장비의 히터블록 구조는, 기화기; 기화기에 열을 전달하는 열전도수단; 열전도수단을 통해 기화기에 전달되는 열을 발생하는 열원수단; 및 열원수단에 의해 발생된 열의 외부로의 손실을 방지하는 열보온수단으로 구성되고, 기화기를 중심으로 열전도수단, 열원수단 및 열보온수단이 순차적으로 기화기를 감싸도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열전도수단은, 알루미늄 재질로 제조되며, 열원수단은 PTC 소자, 열보온제수단은 실리콘 재질로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열전도수단은, 열원수단을 수납 고정하는 수납부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열보온수단은, 열원수단을 커버하도록 열전도수단에 결합 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열전도수단, 열원수단 및 열보온수단은 피크에 의해 기화기에 전체적으로 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반도체 제조장비의 히터블록 구조에 따르면, 열 발생 및 열 전달성과 기화기에 대한 밀착 불량으로 인한 온도 균일도의 문제와 큰 부피로 인한 취급상의 제한을 받았던 문제점을 해소할 수 있음으로써 기화기 동작 효율을 향상시켜 결과적으로 반도체 제조수율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 또한, 기화기에 전달되는 열을 발생하는 열원수단을 안정적으로 고정할 수 있음과 동시에 이물질 등의 유입을 방지하여 정확한 동작을 보장하게 된다.

도 1은 블록히터가 적용되는 기화기의 구성 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블록히터가 적용되는 반도체 제조장비를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기화기에 구성되는 블록히터의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 기화기에 블록히터가 결합된 상태를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 분해 사시도.
도 6은 240℃ 소자 적용시 기화기 블록히터의 온도-시간 관계 데이터.
도 7은 도 6의 데이터에 대한 그래프.
도 8은 카트리지 타입 히터의 온도-시간 관계 데이터.
도 9는 도 8의 데이터에 대한 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

도 1은 블록히터가 결합되는 기화기의 구성 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 블록히터가 결합되는 기화기는, 액상 유기금속 소스가 저장조(도시 생략)에 저장되며, 주공급관(도시 생략)은 상기 저장조에 연결된다. 액상 소스 공급관(10)이 액상 유기금속 소스를 공급하도록 상기 주공급관에 연결되며, 따라서 액상 유기금속 소스는 주공급관 및 상기 액상소스 공급관(10)을 순차적으로 지나 기체 흐름관(20)으로 공급된다.

상기 기체 흐름관(20)의 둘레에는 주입되는 액상 소스를 기화시키기 위해 기체 흐름관(20)을 가열하는 블록히터(block heater)(30)가 설치된다.

상기 액상 소스 공급관(10)과 기체 흐름관(20)은 내경이 서로 다를 수 있으므로 이들을 서로 연결시키기 위하여 분배판(40)이 설치될 수 있다.

상기 액상 소스 공급관(10)에는 캐리어 가스 공급을 위하여 캐리어 가스 공급관(50)이 연결된다. 액상 소스 공급관(10) 및 캐리어 가스 공급관(50)의 각각의 주입구에는 밸브들(부호 생략) 설치되어 액상 소스 주입 및 캐리어 가스 주입을 조절하게 된다.

캐리어 가스는 외부에 설치된 히터(60)에서 가열된 상태에서 밸브를 통하여 액상 소스 공급관(10) 내로 주입되어 액상 소스와 합쳐진다.

이와 같이 가열된 캐리어 가스가 밸브를 통과하는 동안 온도가 저하되어 기체 흐름관(20)에서 가열된 소스와 합쳐지면, 소스 보다 낮은 온도 상태의 캐리어 가스가 소스를 재응축시켜 파우더를 발생하므로 분배판(40)의 분사구를 막는 클로깅(clogging) 현상이 발생할 수 있다.

따라서 밸브를 가열하기 위하여 캐리어 가스 공급관(50)이 연결된 액상 소스 공급관(10) 영역 및 캐리어 가스 공급관(50)의 주입 밸브까지 둘러싸 가열할 수 있는 또 다른 블록 히터(70)를 구성할 수도 있다.

이와 같이 구성 및 동작하는 기화기의 효율을 높이기 위하여 본 발명은, 기화기를 둘러싸는 블록히터를 도 3에 도시된 바와 같이 구성한다.

도 3을 참조하면, 기화기(100)를 중심으로 열전도수단(200), 열원수단(300), 열보온수단(400)이 순차적으로 기화기(100)를 감싸도록 구성된다.

열전도수단(200)은, 예를 들어 알루미늄 재질로 제조된다. 열전도수단(200)은 열원수단(200)에서 발생된 열이 손실없이 기화기(100)에 전달되도록 한다.

열원수단(300)은, 예를 들어 PTC 소자(Positive Thermistor Element)이다. PTC 소자는 전극에 연결되어 동작하는 구성으로, 일정온도가 되면 급격히 저항이 증가하는 특징을 갖는 소자로서, 온도가 일정온도 이상으로 상승하면 저항이 커지고, 저항이 커짐에 따라 흐를 수 있는 전류의 양이 감소하면, 전류가 감소함에 따라 발열량이 감소하고, 발열량이 감소함에 따라 온도도 저하하고, 그에 따라 다시 저항이 증가하는 원리를 이용한 것으로, 기화기 동작 상황에 따라 발생되는 열을 조절할 수 있는 구성이다.

상기 열원수단(300)은 콘트롤러에 연결되어 있으며, 기화기(100)에 전달되는 열의 온도에 따라 반응하고, 이 반응신호를 콘트롤러에 제공함으로써 콘트롤러에 의해 그 동작이 제어될 수 있다.

열보온수단(400)은, 열원수단(300)의 외부공기와의 접촉을 방지하여 열 손실을 방지하기 위한 구성으로서, 예를 들어 실리콘 소재이다. 실리콘은 절연효과가 뛰어난 전기절연체임과 동시에, 화학적 안정성과 넓은 온도 범위에서 탄력이 유지되는 성질을 가진 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 블록히터는, 기화기(100)가 동작하는 동안에 열원수단(300)에서 발생된 열이 열전도수단(200)을 통해 순조롭게 기화기(100)에 전달되어 기화기(100)의 효율적인 동작이 가능하도록 하며, 열원수단(300)에서 발생된 열이 열보온수단(400)에 의해 외부로 손실되는 것을 방지하게 된다.

또한, 열원수단(300)이 열전도수단(200)과 열보온수단(400) 사이에 개재되어 온도신호를 콘트롤러(도시 생략)로 전송하고, 콘트롤러에서는 전송받은 온도신호를 처리하여 기화기의 정상 동작을 위한 온도범위내인지를 판단한 후, 그 판단결과에 따라 열원수단(300)의 동작을 유지 또는 중단시킨다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블록히터가 결합된 기화기를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 블록히터는 기화기(100)를 중심으로 알루미늄 블록으로 구성된 열전도수단(200), 반도체소자인 PTC 소자로 구성된 열원수단(300), 실리콘으로 구성된 열보온수단(400), 커버(500)가 순차적으로 기화기(100)를 둘러싸도록 구성된다.

열전도수단(200)은, 기화기(100)의 둘레의 반을 커버할 수 있도록 뒷부분이 소정 반경을 갖게 제조되며, 열원수단(300)을 수용하도록 수납부(210)가 형성된다. 수납부(210)의 상부 횡부(211)는 열원수단(300)을 수납부(210)에 수납 고정시키기 위하여 열원수단(300)에 구성된 고정핀과 나사결합되도록 볼트삽입홀(211a, 211b)이 형성된다.

또한 수납부(210)의 상하부 횡부(211)(212)에는 열보온수단(400)을 고정하기 위하여 볼트삽입홈(211c)(212a)이 각각 형성되며, 이들 볼트삽입홈(211c)(212a)은 대각선으로 형성된다.

열원수단(300)은, 상기 열전도수단(200)의 수납부(210)에 고정적으로 수납되도록 뒷부분에 고정 부착된 고정핀(310)에 상기 열전도수단(200)의 수납부(210)의 상부 횡부에 형성된 볼트삽입홈(211a, 211b)에 대응하도록 볼트삽입홈(310a, 310b)이 각각 형성된다. 따라서 상기 열전도수단(200)의 수납부(310)에 열원수단(300)을 수납한 상태에서 볼트삽입홈(211a, 211b)(310a, 310b)을 서로 일치시킨 상태에서 나사에 의해 결합 고정시킬 수 있다.

열보온수단(400)은, 상기 열전도수단(200)의 수납부(210)에 수납 고정된 열원수단(300)이 외부로 드러나지 않도록 수납부(310)의 전체 둘레를 커버할 수 있을 정도의 치수로 제조되며, 수납부(310)에 대각선으로 형성된 볼트삽입홈(211c)(212a)에 대응하도록 볼트삽입홈(400a, 400b)이 대각선으로 각각 형성된다. 따라서 열원수단(300)이 열전도수단(200)의 수납부(210)에 수납 고정된 상태에서 열보온수단(400)이 상기 수납부(210)에 결합 고정된다.

커버(500)는, 상기 열전도수단(200), 열원수단(300), 열보온수단(400)을 기화기(100)를 중심으로 순차적으로 둘러싼 상태가 고정된 상태를 유지하도록 이들 구성요소들을 전체적으로 커버하는 구성이다. 이러한 상태가 도 4에 도시된 바와 같다.

도 6은 240℃ 소자 적용시 기화기 블록히터의 온도-시간 관계 데이터이고, 도 7은 도 6의 데이터에 대한 그래프이다.

바닥 TC, TC1, TC3는 온도와 시간이 유사하게 비례하는 경향을 보이지만, TC1의 경우 시간이 지남에 따라 온도 상승이 정체됨을 알 수 있고, TC2는 이들에 비해 온도 상승이 다소 느리다는 것을 알 수 있다.

도 8은 카트리지 타입 히터의 온도-시간 관계 데이터이고, 도 9는 도 8의 데이터에 대한 그래프이다.

바닥 TC, TC1, TC2 모두 온도 및 시간 관계가 제각각임을 알 수 있으며, TC2의 경우 시간에 따라 온도 상승이 급격함을 보이다가 일정 시간 후 정체됨을 알 수 있고, 바닥 TC와 TC1은 다소 유사한 흐름을 보이는 것을 알 수 있다.

100 : 기화기 200 : 열전도수단
300 : 열원수단 400 : 열보온수단
500 : 커버

Claims (5)

1. 기화기;
   상기 기화기에 열을 전달하는 열전도수단;
   상기 열전도수단을 통해 기화기에 전달되는 열을 발생하는 열원수단; 및
   상기 열원수단에서 발생된 열의 외부로의 손실을 방지하는 열보온수단으로 구성되고,
   상기 기화기를 중심으로 열전도수단, 열원수단 및 열보온수단이 순차적으로 기화기를 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 히터블록 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열전도수단은 알루미늄 재질로 제조되며, 열원수단은 PTC 소자로 구성되고, 열보온수단은 실리콘 재질로 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 히터블록 구조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열전도수단은 열원수단을 수납 고정하는 수납부가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 히터블록 구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 열보온수단은 열원수단을 커버하도록 상기 열전도수단에 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 히터블록 구조.
5. 제1항에 있어서,
   상기 열전도수단, 열원수단 및 열보온수단은 커버에 의해 기화기에 전체적으로 고정되는 것을 징으로 하는 반도체 제조장비의 히터블록 구조.
   

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