KR20240041300A - 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내부 공간을 구비하는 하우징; 상기 내부 공간에 배치되고, 고압 열처리 장치의 챔버에 공정 가스를 공급하도록 구성되는 공급 모듈; 상기 챔버에서의 대상물에 대한 열처리에 따른 가스를 배기하도록 구성되는 배기 모듈; 및 상기 내부 공간에 상기 공정 가스의 압력보다는 낮고 상기 하우징의 외부 압력보다 높은 압력으로 보호 가스를 충전하도록 구성되어, 외부 공기가 상기 내부 공간으로 유입되는 것을 차단하는 충전 모듈을 포함하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리를 제공한다.

Description

고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리{GAS BOX ASSEMBLY FOR HIGH PRESSURE HEAT-TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 고압 열처리 장치의 챔버에 대해 가스를 공급하거나 그 챔버로부터 가스를 배기하는 가스 박스 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정이 진행되는 동안에는 반도체 기판에는 다양한 열처리가 수행되고 있다. 그 예로서 효과적인 공정을 달성하기 위해, 산화, 질화, 실리사이드, 이온 주입 및 화학 기상 증착(CVD:Chemical Vapor Deposition) 공정 등이 있다. 반도체 소자의 계면 특성을 개선하기 위한 수소 또는 중수소 열처리 공정도 있다.
열처리에 사용되는 가스는 고압으로 챔버 내에 공급되어, 반도체 기판에 작용하게 된다. 가스는 가스 박스에 의해 챔버로 공급되고, 또한 챔버로부터 배기된다.
가스의 공급, 배기하는 과정에서 가스가 누출되면, 주변 오염뿐 아니라 발화로 인한 화재 등의 문제가 발생할 수 있다. 열처리 공정의 온도가 높아짐에 따라서는 특히 배기되는 가스의 온도 또한 높아지기에, 가스 박스에서의 발화 우려도 더 커진다. 열처리 온도가 가스의 자연 발화 온도 이상인 경우라면, 누출에 따른 발화 우려가 더욱 더 커진다.
본 발명의 일 목적은, 열처리 공정이 고온에서 진행되더라도, 공정 진행시 가스 박스에서의 가스 누출에 따른 발화 위험을 구조적으로 예방할 수 있는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리는, 내부 공간을 구비하는 하우징; 상기 내부 공간에 배치되고, 고압 열처리 장치의 챔버에 공정 가스를 공급하도록 구성되는 공급 모듈; 상기 챔버에서의 대상물에 대한 열처리에 따른 가스를 배기하도록 구성되는 배기 모듈; 및 상기 내부 공간에 상기 공정 가스의 압력보다는 낮고 상기 하우징의 외부 압력보다 높은 압력으로 보호 가스를 충전하도록 구성되어, 외부 공기가 상기 내부 공간으로 유입되는 것을 차단하는 충전 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 보호 가스의 충전에 따른 상기 내부 공간의 압력은, 상기 공정 가스의 공급에 따른 상기 챔버의 압력보다 상기 외부 압력에 치우친 값일 수 있다.
여기서, 상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈; 및 상기 충전 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈이 더 포함되고, 상기 제어 모듈은, 상기 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여, 상기 충전 모듈을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 감지 모듈은, 압력 게이지를 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 압력 게이지에서 감지된 상기 내부 공간의 압력이 설정 압력 미만이면, 상기 보호 가스를 충전하여 상기 내부 공간이 상기 설정 압력에 도달하도록 상기 충전 모듈을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈; 상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈; 및 상기 배출 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈이 더 포함되고, 상기 제어 모듈은, 상기 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여 상기 공급 모듈 및 상기 배기 모듈 중 적어도 하나로부터 상기 내부 공간으로의 가스 누출이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 배출 모듈을 작동시키도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제어 모듈은, 상기 내부 공간의 가스에 대한 배출 과정에서, 상기 가스를 희석하기 위해 상기 내부 공간에 상기 보호 가스를 충전하도록 상기 충전 모듈을 제어될 수 있다.
여기서, 상기 충전 모듈은, 상기 내부 공간에 상기 보호 가스를 유량을 조절하며 충전하도록 구성되는 가스조절 충전기; 및 상기 가스의 배출 과정에서 상기 내부 공간에 최대 설정 유량으로 상기 보호 가스를 충전하도록 구성되는 비상개폐 충전기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 감지 모듈은, 압력 게이지 및 가스 감지기 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 압력 게이지에서 감지된 상기 내부 공간의 압력이 설정 압력 초과이거나 상기 가스 감지기가 상기 공정 가스를 감지한 경우, 상기 가스 누출이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈; 상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈; 상기 내부 공간으로 상기 외부 공기를 유입시키도록 구성되는 유입 모듈; 및 상기 배출 모듈 및 상기 유입 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈이 더 포함되고, 상기 제어 모듈은, 상기 배출 모듈을 통해 상기 내부 공간의 가스를 배출하고, 상기 감지 모듈을 통해 감지된 상기 내부 공간의 산소 농도를 기초로 상기 유입 모듈을 작동시켜 상기 내부 공간의 산소 농도가 설정 산소 농도에 도달하도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 대상물은, 반도체 기판을 포함하고, 상기 공정 가스는, 수소, 중수소, 플루오르, 암모니아, 및 염소 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 보호 가스는, 불활성 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리는, 내부 공간을 구비하는 하우징; 상기 내부 공간에 배치되고, 고압 열처리 장치의 챔버에서 열처리 공정 가스의 발화점보다 높은 온도로 대상물에 대한 열처리가 이루어짐에 따른 가스를 배기하도록 구성되는 배기 모듈; 및 상기 내부 공간에 상기 공정 가스의 압력보다는 낮고 상기 하우징의 외부 압력보다 높은 압력으로 보호 가스를 충전하도록 구성되어, 외부 공기가 상기 내부 공간으로 유입되는 것을 차단하는 충전 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈; 상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈; 및 상기 배출 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈이 더 포함되고, 상기 제어 모듈은, 상기 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여 상기 공정 가스의 누출이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 배출 모듈을 작동시키도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈; 상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈; 상기 내부 공간으로 상기 외부 공기를 유입시키도록 구성되는 유입 모듈; 및 상기 배출 모듈 및 상기 유입 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈이 더 포함되고, 상기 제어 모듈은, 상기 배출 모듈을 통해 상기 내부 공간의 가스를 배출하고, 상기 감지 모듈을 통해 감지된 상기 내부 공간의 산소 농도를 기초로 상기 유입 모듈을 작동시켜 상기 내부 공간의 산소 농도가 설정 산소 농도에 도달하도록 제어될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리에 의하면, 열처리 챔버로 공정 가스를 공급하기 위한 공급 모듈과 챔버로부터 열처리에 따른 가스를 배기하기 위한 배기 모듈이 하우징의 내부 공간에 설치되고 그 내부 공간에 하우징의 외부 압력보다 높은 압력으로 보호 가스를 충전하는 충전 모듈을 구비하기에, 외부 공기는 내부 공간으로 유입되지 않게 된다. 그 결과, 공급 모듈이나 배기 모듈에서 공정 가스가 내부 공간으로 누설된다고 하더라도, 누설된 공정 가스가 외부 공기(산소)와 만나서 발화할 가능성이 구조적으로 제거될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리에 대한 개념도이다.
도 2는 도 1의 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리의 제어적 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리에 대한 개념도이다.
도 4는 도 3의 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리의 일 제어 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 3의 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리의 다른 제어 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리에 대한 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리(100)는, 고압 열처리 장치(HA)에 가스를 공급하고 그로부터 가스를 배기하기 위한 구성이다.
고압 열처리 장치(HA)에 대해 먼저 설명하면 다음과 같다. 고압 열처리 장치(HA)는, 내부 챔버(IC)와 외부 챔버(EC)를 갖도록 구성된다.
내부 챔버(IC)는 열처리를 위한 대상물을 수용하는 수용 공간을 형성한다. 내부 챔버(IC)는 고압, 나아가 고온의 작업 환경에서 오염을 감소시키기 위해 비금속재, 예를 들어 석영으로 제작될 수 있다. 도면상 간략화되어 있지만, 내부 챔버(IC)의 하단에는 상기 수용 공간을 개방하는 도어(미도시)가 구비된다. 상기 도어가 하강함에 따라 상기 수용 공간이 개방되고, 상기 대상물은 홀더(미도시)에 장착된 채로 내부 챔버(IC)에 투입될 수 있다. 내부 챔버(IC)의 외측에 배치되는 히터(미도시)의 작동에 따라, 내부 챔버(IC)는 수백 ~ 천 ℃에 이르도록 가열될 수 있다. 고온 공정의 공정 온도에 따라서는, 내부 챔버(IC)에 투입되는 가스로 수소가 사용되면, 수소는 그의 발화점인 575 ℃ 이상으로 가열될 수도 있다. 상기 대상물은, 예를 들어 반도체 기판일 수 있다. 그 경우, 상기 홀더는 상기 반도체 기판을 복수 층으로 적층할 수 있는 웨이퍼 보트(wafer boat)가 될 수 있다.
외부 챔버(EC)는 내부 챔버(IC)를 감싸도록 형성된다. 내부 챔버(IC)와 달리, 외부 챔버(EC)는 오염 문제에서 자유롭기에, 외부 챔버(EC)는 금속재로 제작될 수 있다. 외부 챔버(EC) 역시 하부에는 도어를 구비하는데, 내부 챔버(IC)의 도어가 개방될 때 외부 챔버(EC)의 도어도 함께 하강하며 개방될 수 있다.
이제, 가스 박스 어셈블리(100)에 대해 설명하면 다음과 같다. 가스 박스 어셈블리(100)는, 하우징(110), 공급 모듈(120), 배기 모듈(130), 충전 모듈(140), 배출 모듈(150), 그리고 감지 모듈(160)을 포함할 수 있다.
하우징(110)은 내부 공간(111)을 구비하는 구성이다. 하우징(110)은 대체로 직육면체 형태의 몸체를 가질 수 있다. 하우징(110)에는 작업자가 내부 공간(111)으로 접근하여 후술할 공급 모듈(120) 등을 교체/수리하기 위한 도어(미도시)가 구비될 수 있다. 내부 공간(111)에는 공급 모듈(120) 및 배기 모듈(130) 등이 설치될 수 있다.
공급 모듈(120)은 고압 열처리 장치(HA), 구체적으로 챔버(IC 및 EC)에 대해 가스를 공급하기 위한 구성이다. 공급 모듈(120)은 반도체 공장의 유틸리티 라인(가스 공급 라인)에 연통될 수 있다. 공급 모듈(120)은 내부 챔버(IC)에 연통되는 제1 공급 라인(121)과 외부 챔버(EC)에 연통되는 제2 공급 라인(125)을 가질 수 있다.
제1 공급 라인(121)을 통해서는, 내부 챔버(IC)에 대해 대상물의 열처리를 위한 가스로서, 예를 들어 수소/중수소, 플루오르, 암모니아, 염소, 질소 등이 선택적으로 공급될 수 있다. 제2 공급 라인(125)을 통해서는 외부 챔버(EC)에 대해 불활성 가스로서, 예를 들어 질소 또는 아르곤이 공급될 수 있다. 외부 챔버(EC)에 투입된 가스는, 구체적으로 외부 챔버(EC)와 내부 챔버(IC) 사이의 공간에 공급된다. 내부 챔버(IC)에 투입되는 수소 등과 외부 챔버(EC)에 투입되는 질소 등은 모두 공정 가스로 통칭될 수 있다. 이들에 의해 대상물에 대한 고압 열처리 공정이 진행되기 때문이다.
내부 챔버(IC) 및 외부 챔버(EC)에 공급되는 가스는, 대기압 보다 높은 압력으로서, 예를 들어 수 기압 내지 수십 기압에 이르는 고압을 형성하도록 공급될 수 있다. 내부 챔버(IC)에 공급되는 가스의 압력이 제1 압력이고 외부 챔버(EC)에 공급되는 가스의 압력이 제2 압력이라 할 때, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력과 연관되어 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 압력이 상기 제1 압력보다 다소 크게 설정될 수 있다. 그런 압력차는 내부 챔버(IC) 내의 가스가 누출되지 않으며 내부 챔버(IC)가 파손되지 않게 하는 이점을 제공한다.
상기 제1 압력과 상기 제2 압력 간의 관계 설정 및 유지를 위하여, 제1 공급 라인(121)에는 조절 공급기(122)가 설치될 수 있다. 조절 공급기(122)는 내부 챔버(IC)에 대한 가스 투입량을 계측하며 공급할 수 있는 것이다. 예를 들어, 조절 공급기(122)는 가스의 유량을 계측하여 투입량을 산출하는 MFC(Mass Flow controller)일 수 있다. 조절 공급기(122)의 후류에는 개폐 공급기(123)가 설치되어, 제1 공급 라인(121)에 대한 개폐를 수행할 수 있다. 제2 공급 라인(125)에는 개폐 공급기(127)가 설치될 수 있다. 개폐 공급기(127)는 조절 공급기(122)와 달리 유량을 계측하지는 않는다. 그는 외부 챔버(EC)의 압력에 기초하여 개폐가 조절된다.
배기 모듈(130)은 상기 챔버(IC 및 EC)로부터 대상물의 열처리에 따른 가스를 배기하기 위한 구성이다. 상기 열처리에 따른 가스는, 상기 공정 가스 뿐 아니라 대상물에서 유래된 파티클 등이 혼합된 혼합 가스일 수 있다. 또한, 상기 열처리에 따른 가스는 고온 공정에 의해 높은 온도를 가지며, 예를 들어 상기 공정 가스의 발화점 보다 높은 온도를 갖는 가스일 수도 있다. 배기 모듈(130)은 반도체 공장의 유틸리티 라인(가스 배기 라인)에 연통될 수 있다.
배기 모듈(130)은 내부 챔버(IC)로부터 가스를 배기하기 위한 제1 배기 라인(131)과 외부 챔버(EC)로부터 가스를 배기하기 위한 제2 배기 라인(135)을 가질 수 있다. 제1 배기 라인(131)은 내부 챔버(IC)의 상부에 연통되고, 또한 외부 챔버(EC)의 밖으로 연장될 수 있다. 제1 배기 라인(131)에는 배기 밸브(133)가 설치될 수 있다. 제2 배기 라인(135)은 외부 챔버(EC)에 연통되고, 또한 배기 밸브(137)를 가질 수 있다. 제2 배기 라인(135)은 제1 배기 라인(131)에 통합된다. 그경우, 제1 배기 라인(131)을 따라 배기되는 수소 등은 제2 배기 라인(135)을 따라 배기되는 질소 등에 희석되어 농도가 낮아지게 된다.
충전 모듈(140)은 내부 공간(111)에 대해 보호 가스를 충전하기 위한 구성이다. 상기 보호 가스는, 예를 들어 불활성 가스일 수 있다. 상기 불활성 가스는, 예를 들어 질소나 아르곤을 포함할 수 있다.
상기 보호 가스의 충전에 따라, 내부 공간(111)의 압력(제3 압력)은 상기 제1 압력 및 상기 제2 압력과는 다른 특징을 갖는다. 상기 제3 압력은 하우징(110)의 외부 압력(통상적으로, 대기압) 보다는 높으나, 상기 제1 압력 및 상기 제2 압력 보다는 낮다. 구체적으로, 상기 제3 압력은 상기 제1 압력 및 상기 제2 압력 보다는 상기 외부 압력에 치우친 값으로서, 대기압 보다 약간 높은 수준일 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 압력은 대기압 보다 수십 내지 수백 Pa 정도 높은 압력일 수 있다. 상기 제3 압력은 외부의 공기(산소)가 내부 공간(111)으로 유입되는 것을 차단할 수 있는 정도로 설정되면 족하다.
배출 모듈(150)은 내부 공간(111)의 가스를 배출하도록 구성된다. 내부 공간(111)의 가스는, 상기 보호 가스가 주가 될 것이나, 상기 공정 가스가 혼합된 것일 수도 있다. 후자는 공급 모듈(120)이나 배기 모듈(130)에서 상기 공정 가스의 누출이 발생한 경우에 해당한다.
배출 모듈(150)은 내부 공간(111)에 연통되는 배출 덕트(151)를 구비한다. 배출 덕트(151)는 반도체 공장의 유틸리티 라인(가스 배기 라인)에 연통될 수 있다. 배출 덕트(151)에는 게이트 밸브(155)가 설치될 수 있다. 내부 공간(111)의 가스에 대한 배출이 필요한 경우에, 게이트 밸브(155)는 제어 모듈(170, 도 2 참조)의 제어 하에 개방될 수 있다.
감지 모듈(160)은 내부 공간(111)의 환경을 감지하기 위하여, 압력 게이지(161)와 가스 감지기(165)를 구비할 수 있다. 압력 게이지(161)는 내부 공간(111)에서의 가스 압력을 감지하기 위한 것이다. 가스 감지기(165)는, 내부 공간(111)에누출된 상기 공정 가스(구체적으로, 수소 등의 활성 가스), 나아가 외부에서 유입되는 산소 등의 가스를 감지하기 위한 것이다.
가스 박스 어셈블리(100)의 제어적 구성은 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1의 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리의 제어적 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
본 도면(및 도 1)을 참조하면, 가스 박스 어셈블리(100)는, 앞서 설명한 공급 모듈(120), 배기 모듈(130), 충전 모듈(140) 등에 더하여, 제어 모듈(170), 그리고 저장 모듈(180)을 더 포함할 수 있다.
제어 모듈(170)은 공급 모듈(120), 배기 모듈(130), 충전 모듈(140), 그리고 배출 모듈(150) 등을 제어하는 구성이다. 제어 모듈(170)은 감지 모듈(160)의 감지 결과에 기초하여, 충전 모듈(140) 및 배출 모듈(150) 등을 제어할 수 있다.
저장 모듈(180)은 제어 모듈(170)이 제어를 위해 참조할 수 있는 데이터, 프로그램 등을 저장하는 구성이다.
이러한 구성에 의하면, 제어 모듈(170)은 감지 모듈(160)의 감지 결과에 기초하여, 내부 공간(111)에 상기 보호 가스가 충전되게 하거나, 상기 공정 가스의 누출에 따라 내부 공간(111)의 가스가 배출되게 할 수 있다. 전자를 위해 제어 모듈(170)은 충전 모듈(140)을 제어하고, 후자를 위해 제어 모듈(170)은 배출 모듈(150)을 제어할 수 있다.
제어 모듈(170)은 배출 모듈(150)과 함께 충전 모듈(140)도 제어하여, 내부 공간(111)의 가스를 배출하는 경우에 내부 공간(111)에 상기 보호 가스가 투입되게 할 수 있다. 그로 인해, 내부 공간(111)에 상기 공정 가스가 누출된 경우에, 상기 공정 가스의 농도를 희석시킬 수 있게 된다. 상기 보호 가스의 투입은, 상기 공정 가스의 배출을 촉진하기도 한다.
제어 모듈(170)은 내부 공간(111)의 가스를 배출함과 함께, 고압 열처리 장치(HA)의 챔버의 가스도 배기할 수 있다. 이는 가스 공급 어셈블리(100)의 누설로 인한 문제 발생시에, 상기 챔버에서의 열처리도 더이상 진행할 수 없기 때문이다. 상기 챔버의 배기를 위해서, 제어 모듈(170)은 배기 모듈(130)을 제어할 수 있다.
이상의 가스 박스 어셈블리(100)의 다른 형태에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리에 대한 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 가스 박스 어셈블리(200)는, 앞선 실시예의 가스 박스 어셈블리(100)와 대체로 동일하나, 충전 모듈(240)에 관한 구체적 구성이 제시된 점, 유입 모듈(290)이 추가된 점에서 다소 차이가 있다. 고압 열처리 장치(HA, 도 1 참조)의 구성은 본 도면에서는 생략한다.
충전 모듈(240)은, 내부 공간(211)에 대한 급기를 위하여, 내부 공간(211)에 연통되는 조절 라인(241)과 바이패스 라인(245)를 구비한다. 조절 라인(241)은 반도체 공장의 유틸리티 라인(가스 공급 라인)에 직접 연결되고, 바이패스 라인(245)은 조절 라인(241)에서 분기될 수 있다.
조절 라인(241)에는 가스조절 충전기(242)가 설치될 수 있다. 가스조절 충전기(242)는 정상 작동 모드에서 내부 공간(211)에 상기 보호 가스를 공급하는 구성이다. 가스조절 충전기(242)는 상기 보호 가스의 공급 유량을 조절하여, 내부 공간(211)에 대한 설정 압력을 유지하는 기능을 담당한다. 이를 위해, 가스조절 충전기(242)는 압력 게이지(261)에서 감지한 압력에 기초하여 제어될 수 있다.
바이패스 라인(245)에는 비상개폐 충전기(246)가 설치될 수 있다. 비상개폐 충전기(246)는 상기 보호 가스의 공급 유량을 조절하며 충전하는 것은 아니다. 그는 비상 작동 모드{내부 공간(211)의 가스를 배출하는 모드}에서 내부 공간(211)에 상기 보호 가스를 최대 설정 유량으로 공급하는 구성이다. 그는 또한 정상 작동 모드에서는 폐쇄된 상태를 유지한다. 상기 보호 가스가 내부 공간(211)에 대해 대량으로 공급됨에 의해, 내부 공간(211) 내의 누출 가스는 희석된 채로 보다 신속하게 배출될 수 있다.
조절 라인(241)에는 레귤레이터(243)와 매뉴얼 밸브(244)도 설치될 수 있다. 레귤레이터(243)는 상기 유틸리티 라인으로부터 유입되는 상기 보호 가스의 유량을 조절하여, 상기 최대 설정 유량을 변경할 수 있게 한다. 매뉴얼 밸브(244)는 조절 라인(241)을 통한 상기 보호 가스의 유동 자체를 단속하기 위한 수동 밸브이다.
유입 모듈(290)은 내부 공간(211)으로 외부 공기를 유입시키기 위한 구성이다. 유입 모듈(290)은, 구체적으로, 제어 모듈(170, 도 2 참조)의 제어에 따라 개폐되는 댐퍼일 수 있다. 배출 모듈(150)이 작동하는 상태에서 상기 댐퍼가 열리면, 외부 공기는 내부 공간(211)으로 유입될 수 있다.
이상의 구성에 따른 내부 공간(211)에 대한 가스 제어 방식은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 3의 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리의 일 제어 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
본 도면(및 도 2 내지 도3)을 참조하면, 내부 공간(211)에 대한 상기 보호 가스의 충전 또는 내부 공간(211)의 가스의 배출을 위하여, 압력 게이지(261)에 의해 내부 공간(211) 내의 가스의 압력이 감지된다(S1).
제어 모듈(170)은 감지된 압력을 내부 공간(211)에 대해 설정된 설정 압력과 비교한다(S2).
감지된 압력이 설정 압력에 미달되는 경우라면(S3), 제어 모듈(170)은 상기 보호 가스를 추가로 투입하기 위해 충전 모듈(240)을 제어한다(S4). 구체적으로, 제어 모듈(170)은 가스조절 충전기(242)를 작동시켜서, 내부 공간(211) 내의 압력이 설정 압력에 도달하게 한다.
감지된 압력이 설정 압력과 동일한 경우라면(S5), 그 상태가 유지되면 된다. 그 경우, 제어 모듈(170)은 충전 모듈(240)을 작동시키지 않는다.
감지된 압력이 설정 압력을 초과하는 경우라면(S6), 제어 모듈(170)은 가스 누출 상황으로 판단할 수 있다(S7). 이는 공급 모듈(220) 및 배기 모듈(230) 중 적어도 하나에서 내부 공간(211)으로 가스 누출이 발생함에 따라 내부 공간(211) 내의 압력이 증가된 경우이기 때문이다. 가스 누출에 대응하여, 비상개폐 충전기(246)가 작동하여 상기 보호 가스가 내부 공간(211)에 대해 최대 설정 유량으로 투입된다. 이는 누출 가스의 농도를 희석할 수 있게 한다(S8). 희석된 누출 가스는 게이트 밸브(255)의 개방에 의해 배기 덕트(251)를 통해 배출된다(S9). 내부 공간(211)의 가스 배출시에, 내부 챔버(IC) 및 외부 챔버(EC)의 가스 역시 배기 라인(231,235)에 의해 배기될 수 있다.
가스 누출 판단(S7), 희석(S8), 및 배출(S9)은, 내부 공간(211) 내의 가스를 감지하여 이루어질 수도 있다(S10). 가스 감지기(265)가 상기 공정 가스를 감지하면(S11), 제어 모듈(170)은 가스 누출이 발생한 것으로 판단한다(S7). 그 경우, 앞서와 같은 희석(S8) 및 배출(S9)이 순차적으로 이루어질 수 있다.
도 5는 도 3의 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리의 다른 제어 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
본 도면을 참조하면, 가스 박스 어셈블리(200)에 대한 정비를 위해 작업자의 접근을 허용할지 여부를 결정하기 위해, 가스 감지기(265)는 내부 공간(211)의 산소 농도를 감지할 수 있다(S21).
감지된 산소 농도가 설정 산소 농도 미만인 경우에, 내부 공간(211)에는 외부 공기가 유입될 수 있다(S25). 이를 위해, 제어 모듈(170)은 유입 모듈(290)을 제어하여, 상기 댐퍼를 개방시킨다. 구체적으로는, 게이트 밸브(255)가 개방되어 내부 공간(211)이 음압 상태가 된 경우에, 상기 댐퍼가 개방됨에 따라 외부 공기가 외부 보다 압력이 낮은 내부 공간(211)으로 흘러 들어가게 된다.
내부 공간(211)의 산소 농도가 설정 산소 농도 이상인 경우, 작업자가 내부 공간(211)에 접근할 수 있는 상황이 된다. 제어 모듈(170)은 내부 공간(211)에 대해 작업자가 접근 가능함을 알릴 수 있다(S27). 알림은 시각적, 청각적 수단에 의해 이루어질 수 있다.
이러한 제어에 의하면, 내부 공간(211)에 가스 누출이 발생하여 고압 열처리 장치(HA)의 챔버 및 내부 공간(211)의 가스에 대한 배기/배출이 완료된 후에, 내부 공간(211)의 산소 농도에 따라 내부 공간(211)에 대한 작업자의 접근이 허용될 수 있다. 이 과정에서, 적정 산소 농도가 확보됨에 의해, 작업자가 질식하는 등의 문제가 예방될 수 있다.
상기와 같은 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100,200: 가스 박스 어셈블리 110,210: 하우징
120,220: 공급 모듈 130,230: 배기 모듈
140,240: 충전 모듈 150,250: 배출 모듈
160,260: 감지 모듈 170: 제어 모듈
180: 저장 모듈

Claims (13)

  1. 내부 공간을 구비하는 하우징;
    상기 내부 공간에 배치되고, 고압 열처리 장치의 챔버에 공정 가스를 공급하도록 구성되는 공급 모듈;
    상기 챔버에서의 대상물에 대한 열처리에 따른 가스를 배기하도록 구성되는 배기 모듈; 및
    상기 내부 공간에 상기 공정 가스의 압력보다는 낮고 상기 하우징의 외부 압력보다 높은 압력으로 보호 가스를 충전하도록 구성되어, 외부 공기가 상기 내부 공간으로 유입되는 것을 차단하는 충전 모듈을 포함하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 가스의 충전에 따른 상기 내부 공간의 압력은,
    상기 공정 가스의 공급에 따른 상기 챔버의 압력보다 상기 외부 압력에 치우친 값인, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈; 및
    상기 충전 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여, 상기 충전 모듈을 제어하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감지 모듈은, 압력 게이지를 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 압력 게이지에서 감지된 상기 내부 공간의 압력이 설정 압력 미만이면, 상기 보호 가스를 충전하여 상기 내부 공간이 상기 설정 압력에 도달하도록 상기 충전 모듈을 제어하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈;
    상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈; 및
    상기 배출 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여 상기 공급 모듈 및 상기 배기 모듈 중 적어도 하나로부터 상기 내부 공간으로의 가스 누출이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 배출 모듈을 작동시키도록 구성되는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 내부 공간의 가스에 대한 배출 과정에서, 상기 가스를 희석하기 위해 상기 내부 공간에 상기 보호 가스를 충전하도록 상기 충전 모듈을 제어하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전 모듈은,
    상기 내부 공간에 상기 보호 가스를 유량을 조절하며 충전하도록 구성되는 가스조절 충전기; 및
    상기 가스의 배출 과정에서 상기 내부 공간에 최대 설정 유량으로 상기 보호 가스를 충전하도록 구성되는 비상개폐 충전기를 포함하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 감지 모듈은, 압력 게이지 및 가스 감지기 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 압력 게이지에서 감지된 상기 내부 공간의 압력이 설정 압력 초과이거나 상기 가스 감지기가 상기 공정 가스를 감지한 경우, 상기 가스 누출이 발생한 것으로 판단하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈;
    상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈;
    상기 내부 공간으로 상기 외부 공기를 유입시키도록 구성되는 유입 모듈; 및
    상기 배출 모듈 및 상기 유입 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 배출 모듈을 통해 상기 내부 공간의 가스를 배출하고, 상기 감지 모듈을 통해 감지된 상기 내부 공간의 산소 농도를 기초로 상기 유입 모듈을 작동시켜 상기 내부 공간의 산소 농도가 설정 산소 농도에 도달하도록 제어하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 대상물은, 반도체 기판을 포함하고,
    상기 공정 가스는, 수소, 중수소, 플루오르, 암모니아, 및 염소 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 보호 가스는, 불활성 가스를 포함하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  11. 내부 공간을 구비하는 하우징;
    상기 내부 공간에 배치되고, 고압 열처리 장치의 챔버에서 열처리 공정 가스의 발화점보다 높은 온도로 대상물에 대한 열처리가 이루어짐에 따른 가스를 배기하도록 구성되는 배기 모듈; 및
    상기 내부 공간에 상기 공정 가스의 압력보다는 낮고 상기 하우징의 외부 압력보다 높은 압력으로 보호 가스를 충전하도록 구성되어, 외부 공기가 상기 내부 공간으로 유입되는 것을 차단하는 충전 모듈을 포함하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈;
    상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈; 및
    상기 배출 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 감지 모듈의 감지 결과에 기초하여 상기 공정 가스의 누출이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 배출 모듈을 작동시키도록 구성되는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 내부 공간의 환경을 감지하는 감지 모듈;
    상기 내부 공간의 가스를 배출하도록 구성되는 배출 모듈;
    상기 내부 공간으로 상기 외부 공기를 유입시키도록 구성되는 유입 모듈; 및
    상기 배출 모듈 및 상기 유입 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 배출 모듈을 통해 상기 내부 공간의 가스를 배출하고, 상기 감지 모듈을 통해 감지된 상기 내부 공간의 산소 농도를 기초로 상기 유입 모듈을 작동시켜 상기 내부 공간의 산소 농도가 설정 산소 농도에 도달하도록 제어하는, 고압 열처리 장치용 가스 박스 어셈블리.
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