KR950010197B1 - 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대

제1도는 일반적인 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치 구조도.

제2도는 종래 외부연소장치용 열전대의 구조도.

제3도는 본 발명에 의한 외부연소장치용 열전대의 구조도.

제4도는 본 발명의 열전대와 종래 열전대의 특성비교 그래프도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7,8 : 백금출력선 9 : 세라믹 절연관

9a,9b : 제1, 제2세라믹 절연관 A : 측온점

본 발명은 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대(Thermo Couple)의 제조에 관한것으로, 특히 열전대의 백금출력선을 감싸도록 설치되는 절연관을 저가이며 내구성이 우수한 세라믹(Ceramic) 재질로 형성함으로써 열전대의 제조비용절감을 도모하고, 보다 견고하여 사용수명을 연장할 수 있게 한 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 산화막 성장용 수직반응로에 있어서, 외부연소장치는 공급되는 수소와 산소를 안전하게 연소반응시켜, 그 생성물인 수증기를 산화막 생성장치의 주반응관(Tube)으로 보내어 그 반응관에 수납된 실리콘 웨이퍼(Si Wafer)에 실리콘 산화막이 성장하도록 하는 장치이다.

이와같은 외부연소장치는 제1도에 도시한 바와 같이, 투명한 석영으로 형성된 소정크기의 연소관(1) 내부에 수소를 공급하기 위한 수소공급노즐(2)과, 그 노즐(2)을 집중적으로 가열하는 다결정 실리콘으로 제작된 집열판(3)과, 상기 연소관(1) 내부의 온도를 감지하여 일정온도 이하가 되면 수소의 공급을 차단하는 열전대(4)와, 산소공급을 위한 산소공급노즐(5)이 설치되어 있고, 연소관(1)의 외부에는 내부로 열을 공급하기 위한 가열수단(6)이 설치된 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 열전대(4)는 외부연소장치를 안전하게 사용하기 위한 인터록(Interlock) 기능에 사용되는 것으로, 연소관(1) 내부의 온도를 감지하여 일정온도(약 500℃) 이하가 되면 수소의 공급을 차단함으로써 수소의 불완전연소로 인한 폭발의 위험을 미연에 방지하기 위한 안전장치로 사용된 것이다.

부연하면, 수소(H₂)는 고온상태에서 산소(O₂)를 만나면 연속적으로 자연스럽게 연소반응을 일으키지만 온도가 낮은 상태에서는 O₂와 급격히 반응하여 폭발을 일으킬 가능성이 있는 위험한 기체이다. 따라서 수소를 연소시키는 장치에서는 반응이 일어나는 곳의 온도를 신속히 감지하여 온도가 낮아지면 즉시 수소의 공급을 차단시키는 안정장치가 필요하게 되는바, 이러한 용도로 사용되어지는 것이 열전대이다.

이러한 열전대는 용도특성상 온도감응 속도를 빠르게 함이 중요한 바, 이는 내부온도가 떨어지면 열전대가 신속히 감지하여야 적당한 온도에서 인터록 기능이 동작되어 위험을 예방하게 되는데, 만일 장치이상으로 온도가 떨어지고 있을 때, 열전대 주위의 물체가 열을 많이 함축하고 있다가 서서히 내놓게 되면, 열전대가 감지하는 속도가 느려지며, 이런경우 안전온도 이하로 떨어졌음에도 불구하고 온도감지가 지연되어 그만큼 인터록 기능의 동작이 지연됨으로써, 불완한 연소된 수소에 의하여 연소관이 폭발할 위험이 있기 때문이다. 따라서 외부연소장치에 사용되는 열전대는 냉각이나 가열이 서서히 진행되는 일반적인 전기로에 사용되는 열전대 종류들과는 다르게 온도변화를 신속하게 감지하도록 설계되어야 한다.

이와같은 이유로 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치에 사용되는 열전대는 제2도에 도시한 바와 같이, 일반적인 열전대와는 달리 2개의 백금출력선(7)(8)중 한가닥의 출력선(7)에만 절연관(9)을 씌워 열의 복사와 전도를 훨씬 용이하게 하고 있으며, 또한 열전대(4) 주위의 물체, 예컨대 열전대 보호관(4a : 제1도에 도시됨) 및 열전대 절연관(9)의 두께를 얇게 하여 부피를 작게함과 아울러 상기 절연관(9)의 재질로 비열이 작은 석영재질을 사용하여 잠열이 최소화되도록 설계함으로써 온도감응속도를 빠르게 하고 있다.

도면중 미설명부호 10은 출력선 지지대, 11은 출력선 단자를 각각 보인 것이다.

이와같이 구성된 열전대는 연소관(1) 내부에서 수소와 산소가 반응하여 연속적인 연소가 이루어지는 도중에 어떤 이상상태(예컨대 수소나 산소의 공급량이 서서히 줄어드는 상태)가 발생하여 연소관(1) 내부의 온도가 일정온도(400~450℃) 이하로 낮아져 수소가 폭발을 일으킬 정도가 되면 그런 온도를 신속히 감지하여 수소공급을 차단시킴으로써 폭발을 예방하는 역할을 하게 되는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래기술에 의한 연절대에 있어서는, 절연관(9)으로 사용되어진 석영재질의 얇은 관이 취약하여 사용중 약간의 충격에도 쉽게 파손되는 문제가 있었고, 값이 비쌀 뿐만 아니라 여건상 수입하고 있는 실정에 있다. 따라서 열전대의 제조비용이 증가하게 되고, 절연관(9)의 파손 등으로 인하여 열전대의 사용수명이 짧아지는 문제가 대두되었다.

이를 감안하여 창안한 본 발명의 목적은 외부연소장치용 열전대의 특성(온도감응 속도가 빠른 특성)을 유지하면서도 저가이며 보다 견고하여 사용수명을 연장하도록 한 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 열전대의 백금출력선을 감싸도록 설치되는 절연관의 재질을 저가이며 내구성이 우수한 세라믹 재질로 형성함을 특징으로 하는 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대가 제공된다.

상기 절연관은 열전대의 백금출력선중 한가닥의 출력선만을 감싸도록 설치되는 적어도 30mm 이상의 길이를 갖는 얇은 직경의 제1세라믹 절연관과, 그 제1세라믹 절연관의 직경보다 큰 직경을 가지며 2가닥의 백금출력선을 모두 감싸도록 설치되는 제2세라믹 절연관의 조합으로 이루어진다.

이때, 상기, 제1, 제2세라믹 절연관은 불순물을 제거하기 위하여 1000℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 어닐링한 것이 사용된다.

부연하면, 본 발명에 의한 열전대는 종래의 외부연소장치용 열전대에서 절연관으로 사용되어진 석영재질의 얇은관이 취약하여 작은 충격에도 파손됨으로써 열전대의 사용수명이 단축되는 문제점과 석영의 값이 비싸 열전대의 제조비용이 커지는 문제점을 해소하기 위하여 절연관을 종래의 석영과 같은 특성을 유지하면서도 보다 저가이며 내구성이 우수한 세라믹 재질로 형성함으로써 열전대의 제조비용 절감 및 견고성 향상을 도모한 것으로, 이를 첨부도면에 도시한 실시예를 따라서 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 의한 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대의 구조도로서 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 외부연소장치용 열전대는 백금출력선(7)(8)를 감싸도록 설치되는 절연관(9)을 저가의 세라믹 재질로 형성하여 비용절감을 도모한 것을 특징으로 하고 있으며, 또한 세라믹은 종래의 석영에 비해 강도가 크므로 세라믹 절연관(9)을 보다 견고하게 제작할 수 있고, 이에따라 절연관(9)의 잦은 파손을 방지함으로써 열전대의 사용수명을 종래에 비해 연장시킬 수 있다는 것을 또하나의 특징으로 하고 있다.

여기서, 상기 세라믹 절연관(9)은 열전대의 백금출력선(7)(8)중 측온점(A) 주위의 한가닥의 출력선(7)만을 감싸도록 설치되는 적어도 30mm 이상의 길이를 갖는 얇은 직경(D₁)의 제1세라믹 절연관(9a)과, 그 제1세라믹 절연관(9a)의 직경(D₁)보다 큰 직경(D₂)을 가지며, 2가닥의 백금출력선(7)(8) 모두를 감싸도록 설치되는 제2세라믹 절연관(9b)의 조합으로 이루어지는데, 이는 열전대의 온도감응 속도를 신속하게 함과 아울러 열전대의 수리를 위하여 분해 및 조립시 절연관의 파손을 방지하기 위함이다.

즉, 열전대 측온점 주위의 열을 많이 함축함으로 해서 열전대 측온점의 온도감지 속도가 느린결점을 보완해주기 위하여 측온점(A) 주위에는 용적을 작게 차지하는 얇은 직경(D₁)의 제1세라믹 절연관(9a)을 설치하고 또한 얇은 직경(D₁)의 제1세라믹 절연관(9a)으로 백금출력선(7)(8) 전부를 감쌀경우 외부연소장치의 수리를 위하여 열전대의 분해 및 조립시 절연관(9)이 파손될 우려가 있는데 이를 보완하기 위하여 얇은 직경의 제1세라믹 절연관(9a)을 설치한 나머지 부분을 굵은 제2세라믹 절연관(9b)으로 감싸는 것이다.

이때, 상기 제2세라믹 절연관(9b)의 직경은 3~5mm로 형성되고, 내부에는 2가닥의 백금출력선(7)(8)이 삽입되는 삽입공(9b-1) (9b-2)이 형성된다.

한편, 이와같이 구성된 열전대는 고온(500~1100℃) 상태에서 사용되는데, 세라믹은 그 재질특성상 고온에서 자체 불순물을 발생하게 된다.

이와같은 불순물은 열전대 보호관에 의해서 연소관으로의 침입이 방지되기는 하나, 초정밀을 요하는 반도체 제조에서는 불순물의 침입을 확실히 방지해야 한다.

이와같은 이유로 본 발명의 열전대를 제조함에 있어서는 제작전 세라믹을 1000℃ 이상의 온도에서 5시간이상 어닐링 처리하여 오염물질을 완전히 발산시킴으로써 세라믹 절연관(9)으로부터 확산되는 불순물을 사전에 제거함이 바람직하다.

이와같이 구성되는 본 발명에 의한 열전대는 종래와 같이, 외부연소장치의 연소관에 내장되어, 공정진행시 연소관 내부의 온도를 신속히 감지하여 연소관 내부의 온도가 일정온도(450~500℃) 이하로 낮아져 수소가스의 불완전 연소온도가 되면, 수소의 공급을 차단시킴으로써 폭발을 예방하는 역할을 하게 되는 것이다.

여기서, 본 발명에 의한 세라믹 절연관이 적용된 열전대와 종래 석영절연관이 적용된 열전대의 특성이 다름으로 인하여 이상동작을 일으킬 소지가 있는데, 이는 제4도에 도시한 본 발명의 열전대와 종래의 열전대 특성을 비교한 특성비교 그래프에서 보는 바와 같이, 실험 및 테스트결과 본 발명의 열전대와 종래의 열전대 특성이 약간 높거나 대등하게 나타남으로써 하등의 문제가 되지 않음을 알 수 있었다.

즉, 종래 석영절연관이 적용된 열전대에 비해 온도감응속도 특성은 적어도 그 이상으로 유지하면서도 보다 저가이며, 강도가 석영 절연관에 비하여 1.3 내지 1.8배 이상 우수한 열전대를 실용화함으로써 열전대의 제조비용 절감 및 사용수명을 연장할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에서는 세라믹 절연관은 1000℃ 이상에서 5시간 이상 어닐링 처리한 것을 사용함으로써 종래 통상적인 세라믹에서 불순물이 포함됨으로서 야기되던 취약점을 해소할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대는 그의 절연관을 저가이며 내구성이 우수한 세라믹 제질로 형성함으로써, 재료구입이 용이하게 되고 값이 싸며, 보다 견고하여 오래사용할 수 있는 외부연소장치용 열전대의 실용화가 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대를 구성함에 있어서, 열전대의 백금출력선(7,8)을 감싸도록 설치되는 절연관(9)를 내구성이 우수한 세라믹 재질로 형성하되 상기 세라믹 절연관(9)은 백금출력선(7,8)중 측온점(A) 주위의 한가닥의 출력선(7)을 감싸도록 설치되는 적어도 30mm 이상의 길이(L)를 갖는 작은 직경(D₁)의 제1세라믹 절연관(9a)과 이 제1세라믹 절연관(9a)의 직경(D₁)보다 큰 직경(D₂)을 가지며 백금출력선(7,8) 모두를 감싸도록 설치되는 제2세라믹 절연관(9b)의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부연소장치용 열전대.
2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 절연관(9)은 1000℃ 이상의 온도에서 5시간 이상 어닐링 처리하여서 된 재질임을 특징으로 하는 반도체 산화막 성장용 수직반응로의 외부 연소장치용 열전대.