KR101177372B1 - Gas heater - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 가열 장치에 관한 것이다. 특히, 챔버의 내부 공간에 가스의 이동 경로를 확장시키는 부재를 채워 넣어 가스의 가열 효율을 향상시킬 수 있는 가스 가열 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열 장치는 가스가 가열되는 내부 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버에 연결되어 상기 내부 공간을 가열하는 히팅 블럭과, 상기 가스의 인입 방향을 따라 상기 내부 공간에 적어도 하나의 수용 공간을 형성하는 격벽 및 상기 수용 공간에 포화 상태로 채워지는 다수의 경로 확장용 부재를 포함한다. 또한, 상기 경로 확장용 부재로서 메탈 스폰지, 메탈 볼, 다공성 메탈 볼, 세라믹 볼 및 다공성 세라믹 볼 중에서 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.The present invention relates to a gas heating device. In particular, it is related with the gas heating apparatus which can fill the internal space of a chamber with the member which expands the movement path of gas, and can improve the heating efficiency of gas.
According to an embodiment of the present invention, a gas heating apparatus includes a chamber providing an internal space in which a gas is heated, a heating block connected to the chamber, and heating the internal space, and in the internal space along a direction in which the gas is introduced. And a partition wall forming at least one accommodation space and a plurality of path expansion members filled in the accommodation space in a saturated state. In addition, at least one of a metal sponge, a metal ball, a porous metal ball, a ceramic ball, and a porous ceramic ball may be used as the path expanding member.
Description
본 발명은 가스 가열 장치에 관한 것이다. 특히, 챔버의 내부 공간에 가스의 이동 경로를 확장시키는 부재를 구비하여 가스의 가열 효율을 향상시킬 수 있는 가스 가열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas heating device. In particular, it is related with the gas heating apparatus which can improve the heating efficiency of gas by providing the member which expands the movement path of gas in the internal space of a chamber.
최근, 반도체 소자의 미세화 및 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD) 중에서 유기금속 화학증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)이 주목 받고 있다.Recently, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) has been attracting attention among chemical vapor deposition (CVD) due to miniaturization of semiconductor devices, development of high efficiency, high power LEDs, and the like.
유기금속 화학증착법은 유기라디칼과 금속이 결합된 물질을 전구체(前驅體)로 이용하는 증착법으로서, 유기금속화합물 또는 유기금속화합물과 수소화합물을 원료로 하여 비가역적 열분해 반응이 기판 상에서 일어나도록 함으로써 고체 상태의 결정을 기판에 성장시키는 방법이다. 이러한 유기금속 화학증착법은 원료를 기체 상태로 공급하기 때문에 비교적 쉽고 정확하게 원료의 양을 조절할 수 있다. 즉, 다원계 및 다층 에피택셜 성장에 적합한 방법으로서 대량 생산이 용이한 장점이 있다.The organometallic chemical vapor deposition method is a deposition method using an organic radical and a metal-bonded material as a precursor. An organic metal compound or an organometallic compound and a hydrogen compound are used as raw materials to cause an irreversible thermal decomposition reaction to occur on a substrate. Crystals are grown on a substrate. Since the organometallic chemical vapor deposition method supplies the raw material in a gaseous state, the amount of the raw material can be controlled relatively easily and accurately. That is, there is an advantage that mass production is easy as a method suitable for plural-based and multi-layer epitaxial growth.
유기금속 화학증착법이 적용되는 제조 설비 등을 포함하여 기체 상태의 원료를 공급받아 여러 공정에 사용하는 제조 설비에는 원료의 반응 효율을 향상시키기 위하여 이송 가스(carrier gas) 등(이하, '가스'라 함)을 일정한 온도로 가열시키는 가스 가열 장치가 구비된다.In order to improve the reaction efficiency of the raw materials, the production equipment that receives gaseous raw materials, including those used for organometallic chemical vapor deposition, is used as a carrier gas (hereinafter, referred to as 'gas'). Is heated to a constant temperature.
종래의 가스 가열 장치는 내부 공간이 형성된 챔버를 가열 수단 등으로 가열하고, 가스를 챔버의 내부 공간에서 통과시켜 일정한 온도로 가열하는 방식을 사용하였다.The conventional gas heating apparatus uses a method in which a chamber in which an inner space is formed is heated by a heating means or the like, and a gas is passed through the inner space of the chamber and heated to a constant temperature.
그런데, 종래의 가스 가열 장치는 챔버의 내부 공간, 즉 가스의 이동 경로가 되는 동시에 가열 공간이 되는 공간이 단순하게 비어있는 공간으로 형성되고, 이러한 내부 공간에서 가스가 빠른 속도로 이동하기 때문에 충분한 가열 시간을 확보하기 어려웠다. 즉, 가스의 가열 효율이 저하되어 이송 가스 등을 일정한 온도로 가열하기 위해서는 열에너지의 소모량이 증가되는 문제점이 있었다.By the way, the conventional gas heating apparatus is formed as a space in which the inner space of the chamber, that is, the gas path and at the same time the heating space is simply an empty space, and because the gas moves at a high speed in such internal space, sufficient heating It was hard to secure time. That is, the heating efficiency of the gas is lowered, there is a problem that the consumption of thermal energy is increased in order to heat the transport gas to a constant temperature.
또한, 종래에는 챔버 내 가스의 가열 시간을 확보하기 위해서 챔버의 내부 공간을 연장시키는 방법이 사용되었다. 그러나, 이러한 종래의 방법은 챔버의 크기가 지나치게 커질 수 있어 가스 가열 장치의 제조 비용이 상승하고, 제조 설비 내에 가스 가열 장치를 장착할 때 공간상의 제약을 야기시키는 문제점이 있었다.In addition, conventionally, a method of extending the internal space of the chamber has been used to secure the heating time of the gas in the chamber. However, this conventional method has a problem that the size of the chamber can be too large, which increases the manufacturing cost of the gas heating device and causes a space limitation when mounting the gas heating device in the manufacturing facility.
또한, 종래의 가스 가열 장치에서는 챔버의 내부 공간 중에서 챔버의 내벽과 인접한 가장자리 영역과 챔버의 내벽으로부터 이격된 중앙 영역에서 가스의 이동 속도에 차이를 발생시켜 가스가 균열하게 가열되지 못하는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional gas heating apparatus, there is a problem in that the gas cannot be heated in a crack by generating a difference in the moving speed of the gas in the edge region adjacent to the inner wall of the chamber and the central region spaced apart from the inner wall of the chamber.
본 발명은 가스 가열 장치를 제공한다.The present invention provides a gas heating device.
본 발명은 가스의 이동 경로를 확장시키기 위한 수용 공간을 챔버의 내부 공간에 형성하고, 수용 공간 내에 가스의 이동 경로를 확장시키는 부재를 채워 넣어 가스의 가열 효율을 향상시키는 가스 가열 장치를 제공한다.The present invention provides a gas heating apparatus that forms an accommodation space for expanding a gas movement path in an interior space of a chamber, and fills a member for expanding the gas movement path in the accommodation space to improve the heating efficiency of the gas.
본 발명은 가스의 이동 경로를 확장시키기 위한 부재로서 메탈 스폰지, 메탈 볼, 다공성 메탈 볼, 세라믹 볼 및 다공성 세라믹 볼 중에서 적어도 어느 하나가 사용되며, 세라믹 재질이 사용되는 경우에는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 이트리아(Y2O3) 또는 지르코니아(ZrO2) 중 적어도 어느 하나의 재질이 사용되는 가스 가열 장치를 제공한다.In the present invention, at least one of a metal sponge, a metal ball, a porous metal ball, a ceramic ball, and a porous ceramic ball is used as a member for extending a gas movement path, and when a ceramic material is used, alumina (Al 2 O 3 ), Silica (SiO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ) or zirconia (ZrO 2 ) to provide a gas heating device that is used.
본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열 장치는 가스가 가열되는 내부 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버에 연결되어 상기 내부 공간을 가열하는 히팅 블럭과, 상기 가스의 인입 방향을 따라 상기 내부 공간에 적어도 하나의 수용 공간을 형성하는 격벽 및 상기 수용 공간에 포화 상태로 채워지는 다수의 경로 확장용 부재를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a gas heating apparatus includes a chamber providing an internal space in which a gas is heated, a heating block connected to the chamber, and heating the internal space, and in the internal space along a direction in which the gas is introduced. And a partition wall forming at least one accommodation space and a plurality of path expansion members filled in the accommodation space in a saturated state.
또한, 상기 경로 확장용 부재로서 메탈 스폰지, 메탈 볼, 다공성 메탈 볼, 세라믹 볼 및 다공성 세라믹 볼 중에서 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.In addition, at least one of a metal sponge, a metal ball, a porous metal ball, a ceramic ball, and a porous ceramic ball may be used as the path expanding member.
본 발명의 실시예들에 따른 가스 가열 장치는 가스가 가열되는 내부 공간을 제공하는 챔버 내부에 경로 확장용 부재를 채워 넣어 상기 내부 공간을 통과하는 가스의 열접촉 면적을 확장시킴으로써 가스의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.The gas heating apparatus according to the embodiments of the present invention improves the heating efficiency of gas by filling a path expanding member in a chamber providing an inner space in which gas is heated, thereby expanding the thermal contact area of the gas passing through the inner space. Can be improved.
또한, 가스의 이동 경로 상에 구비되는 경로 확장용 부재로 인하여 가스의 이동 경로가 확장될 뿐만 아니라 가스의 가열 시간이 연장되는 효과를 가져와 가스의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, due to the path expansion member provided on the movement path of the gas, not only the movement path of the gas is extended but also the effect of extending the heating time of the gas can improve the heating efficiency of the gas.
또한, 챔버 내부에 경로 확장용 부재가 채워지는 수용 공간을 적어도 하나 이상으로 분할 형성함으로써 가스 가열 장치의 크기를 확대시키지 않고서도 가스의 가열 효율을 원활하게 높일 수 있으며, 가스 가열 장치를 제조 설비 등에 설치하는 과정에서 공간상의 제약이 발생되는 것을 방지할 수 있다.In addition, by dividing at least one accommodating space in which the path expanding member is filled into the chamber, the heating efficiency of the gas can be smoothly increased without increasing the size of the gas heating apparatus, and the gas heating apparatus can be manufactured in a manufacturing facility or the like. Space can be prevented from occurring during installation.
또한, 챔버의 내부에 형성되는 수용 공간에 경로 확장용 부재가 포화 상태로 채워지기 때문에 수용 공간의 중심 영역과 가장자리 영역의 위치 차이에 따른 가스의 이동 속도차를 최소화하여 가스를 균일하게 가열시킬 수 있다.In addition, since the path expansion member is filled in the accommodating space formed inside the chamber in a saturated state, the gas may be uniformly heated by minimizing the difference in the movement speed of the gas according to the positional difference between the center region and the edge region of the accommodating space. have.
따라서, 가스를 후속 공정에서 요구되는 온도로 용이하게 가열시킬 수 있어서 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the gas can be easily heated to the temperature required in the subsequent process, thereby improving the productivity of the manufacturing process.
도 1은 본 발명에 따른 가스 가열 장치의 일적용예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열 장치의 내부 구성도.
도 3은 본 발명의 제 1 변형예에 따른 가스 가열 장치의 내부 구성도.
도 4는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 가스 가열 장치의 내부 구성도.
도 5는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 가스 가열 장치의 내부 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 경로 확장용 부재 중에서 다공성 경로 확장용 부재의 일부를 확대하여 나타낸 도면.
도 7은 도 6에 도시된 다공성 경로 확장용 부재의 미세 공극을 촬영한 사진.1 is a view schematically showing an application example of a gas heating device according to the present invention.
Figure 2 is an internal configuration of the gas heating device according to an embodiment of the present invention.
3 is an internal configuration diagram of a gas heating device according to a first modification of the present invention.
4 is an internal configuration diagram of a gas heating device according to a second modification of the present invention.
5 is an internal configuration diagram of a gas heating device according to a third modification of the present invention.
Figure 6 is an enlarged view of a portion of the porous path expansion member in the path expansion member according to the present invention.
Figure 7 is a photograph of the micro-pores of the porous path expansion member shown in FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To provide a complete description of the category. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명에 따른 가스 가열 장치의 일적용예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예들(일실시예 및 변형예들 포함)에 따른 가스 가열 장치는 기체 상태의 원료가 사용되는 유기금속 화학증착 설비에 적용될 수 있으며, 이러한 적용예를 본 발명의 일적용예로서 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명의 실시예들에 따른 가스 가열 장치는 유기금속 화학증착 설비 이외에도 가스의 가열이 요구되는 다양한 제조 설비나 장치에 적용시킬 수 있음은 물론이다.1 is a view schematically showing an application example of the gas heating apparatus according to the present invention. The gas heating apparatus according to the embodiments of the present invention (including one embodiment and variations) may be applied to an organometallic chemical vapor deposition apparatus using a gaseous raw material, and this application example is applied as one application of the present invention. Let's explain. Here, the gas heating apparatus according to the embodiments of the present invention can be applied to various manufacturing facilities or apparatuses requiring gas heating in addition to the organometallic chemical vapor deposition equipment.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 가스 가열 장치(gas heater; 100)는 액상원료(liquid source; Ls)를 기화기(vaporizer; 50)의 내부에서 이동시키기 위한 이송기체(carrier gas; Gc)를 일정한 온도로 가열하는 장치이다. 기화기(50)에서 액상원료(Ls)의 기화(氣化) 효율을 향상시키기 위해서 액상원료(Ls)는 액상원료 공급라인(30)을 따라 이송되면서 일정한 온도로 가열되며, 이와 동시에 이송기체(Gc)도 가스 가열 장치(100)를 통과하면서 일정한 온도로 가열된다. 액상원료(Ls) 및 이송기체(Gc)를 기화기(40)에 주입하기 전에 액상원료(Ls) 및 이송기체(Gc)의 온도를 높여줌으로써 기화 효율을 향상시킬 수 있다. 이후, 기화기(50)를 통과하여 기화된 기상원료(gas source; Gs)와 이송기체(Gc)는 후속 공정의 공정챔버 또는 처리챔버(process chamber; 60)로 공급되어 기판 상에 결정을 성정시키는 증착 공정 등에 사용된다.Referring to FIG. 1, a
본 발명의 일적용예에서 액상원료로는 TEOS, Ta2O(C2H5)5, Cu(hfac)(VTMS) 등과 같은 액체 유기화합물이 사용되며, 기화기(50)에서의 기화되어 처리챔버(60)에서 SiO2, Ta2O5, Cu 등의 박막을 형성하는데 사용된다. 또한, 본 발명의 일적용예에서는 가스 가열 장치(100)를 통해 가열되는 이송기체로서 수소(H2) 기체가 사용되지만, 이에 국한되지 않고 질소(N2) 기체나 산소(O2) 기체 또는 헬륨(He) 기체, 아르곤(Ar) 기체 등의 불활성 기체를 포함하여 다양한 가스를 일정한 온도로 가열할 수 있다.In one application of the present invention, liquid organic compounds such as TEOS, Ta 2 O (C 2 H 5 ) 5 , Cu (hfac) (VTMS), etc. are used as the liquid raw materials, and are vaporized in the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 가열 장치의 내부 구성도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 변형예들에 따른 가스 가열 장치의 내부 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 경로 확장용 부재 중에서 다공성 경로 확장용 부재의 일부를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 7은 도 6에 도시된 경로 확장용 부재의 미세 공극을 촬영한 사진이다. (이하, 가스 가열 장치를 통해 가열되는 기체를 '가스(G)'라 통칭한다.)2 is an internal configuration diagram of a gas heating apparatus according to an embodiment of the present invention, Figures 3 to 5 is an internal configuration diagram of a gas heating apparatus according to the modifications of the present invention, Figure 6 according to the present invention FIG. 7 is an enlarged view of a part of the porous path expanding member among the path expanding members, and FIG. 7 is a photograph of the micro voids of the path expanding member shown in FIG. 6. (Hereinafter, the gas heated by the gas heating device is referred to as 'gas (G)'.)
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 가스 가열 장치(100; 100a 내지 100d)는 가스(G)가 가열되는 내부 공간을 제공하는 챔버(chamber; 110)와, 챔버(110)에 결합되어 챔버(110)의 내부 공간을 가열하는 히팅 블럭(heating block; 140)과, 가스(G)의 인입 방향(x방향)을 따라 내부 공간에 적어도 하나의 수용 공간(A1, A1', A2, A3)을 형성하는 격벽(210) 및 수용 공간(A1, A1', A2, A3)에 포화 상태로 채워지는 다수의 경로 확장용 부재(200)를 포함한다.2 to 7, the
챔버(110)는 가스(G)가 통과하면서 가열되는 공간, 즉 내부 공간(S)을 제공하며, 외부 공간과 내부 공간(S)의 압력차에 의한 변형 등을 견딜 수 있도록 금속 재질로 이루어진다. 챔버(110)는 중공(中空) 형의 원기둥이나 다각기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 본 실시예들에서는 원기둥 형상으로 형성되었다.The
가스(G)가 챔버(110)의 내부 공간을 통과할 때 가스(G)의 이동 속도는 챔버(110)의 내주면과 인접한 가장자리 영역(P2; 도2 참조)과 챔버(110)의 내주면으로부터 이격된 중앙 영역(P1; 도2 참조)에서 다르게 나타난다. 즉, 가장자리 영역(P2)에서는 챔버(110)의 내주면에 의해 마찰력 또는 저항력이 발생되어 중앙 영역(P1)에서의 이동 속도보다 상대적으로 느려진다. 따라서, 본 실시예들에서는 내부 공간에서 가스(G)의 이동 속도 차이에 의해 야기되는 가스(G)의 불균일한 가열을 최소화하기 위해 내부 공간의 수직 단면(y방향으로 절단했을 경우의 단면)이 원형 단면을 이루도록 원기둥 형상의 챔버(110)를 사용하는 것이 바람직하다.When the gas G passes through the internal space of the
본 실시예들에서 챔버(110)는 양단이 개방되는 원통형의 메인바디(main body; 112)와, 메인바디(112)의 개방된 양단에 용접(welding) 등의 방법으로 결합되는 한 쌍의 캡(cap; 114)을 포함한다. 여기서, 메인바디(112) 및 한 쌍의 캡(114; 114a, 114b)는 알루미늄 합금을 재질로 하여 형성된다.In the present embodiments, the
챔버(110)의 외주면에는 내부 공간의 온도를 높여주는 히팅 블럭(140)이 결합된다. 본 실시예들에서는 챔버(110)의 양단면과 양단면 사이의 측면을 모두 감싸도록 히팅 블럭(140)을 결합시켰지만, 변형예로서 히팅 블럭(140)을 챔버(110)의 측면에만 결합시켜 가스 가열 장치(100)의 양단면을 한 쌍의 캡(114)이 결합된 상태로 노출시킬 수 있다.The
챔버(110)의 일단면을 이루는 일측의 캡(114a)에는 가스(G)를 공급하는 인입 가스배관(120)이 연결되고, 챔버(110)의 타단면을 이루는 타측의 캡(114b)에는 가스(G)의 인입 방향(x방향)을 따라 인입 가스배관(120)과 대향되도록 배기 가스배관(190)이 연결된다. 또한, 한 쌍의 캡(114a, 114b)에는 인입구(130)와 배기구(150)가 각각 관통 형성되고 인입 가스배관(120) 및 배기 가스배관(190)이 각각 연결된다.An
챔버(110)의 내부 공간과 인입 가스배관(120)을 연통시키는 인입구(130)는 인입 가스배관(120)의 내부 직경 크기보다 작은 크기로 형성될 수 있으며, 이러한 직경의 차이는 챔버(110)의 내부 및 외부 사이에 압력차를 발생시킨다. 따라서, 인입구(130)의 직경을 다르게 형성함으로써 가스(G)의 인입 속도를 조절할 수 있다. 미도시되었지만, 인입 가스배관(120) 상에 가스(G)의 분사 속도를 강제적으로 조절할 수 있는 펌프(pump) 등의 분사속도 조절수단을 구비시킨 경우에는 인입구(130)의 직경 크기를 인입 가스배관(120)의 내부 직경 크기와 무관하게 자유롭게 변형시킬 수 있다.The
한편, 도 5에 도시된 본 발명의 제 3 변형예에서와 같이 챔버(110)의 일단면을 이루는 캡(114a')에 복수 개의 인입구(130'; 130a, 130b, 130c)를 관통 형성시킬 수 있다. (여기서, 복수 개의 인입구(130')와 대응되도록 인입 가스배관(120')의 연결 부위도 변형된다.)Meanwhile, as in the third modified example of the present invention illustrated in FIG. 5, a plurality of inlets 130 '; 130a, 130b, and 130c may be formed through the
이때, 복수 개의 인입구(130')는 각기 다른 직경 크기를 갖도록 형성될 수 있어서 챔버(110)의 내부 공간에서 영역(P1, P2)의 위치에 따라 가스(G)의 인입량을 다르게 조절할 수 있다. 즉, 가스(G)의 이동 속도가 상대적으로 느려 가스(G)의 가열 시간이 충분하게 확보되는 가장자리 영역(P2)에 가스(G)의 인입량을 크게 하고, 가스(G)의 이동 속도가 상대적으로 빨라 가스(G)의 가열 시간이 충분하지 못하는 중앙 영역(P1)에 가스(G)의 인입량을 적게 하여 배기구(150)를 빠져 나오는 가스(G)를 보다 균일하게 가열할 수 있다. 즉, 가스(G)의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.In this case, the plurality of
히팅 블럭(140)은 챔버(110)의 외주면에 여러 겹으로 감겨지는 히팅 코일(heating coil)이나, 챔버(110)의 외주면을 감싸는 히팅 자켓(heating jacket) 또는 카트리지 히터(cartridge heater) 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 히팅 블럭(140)의 일측에는 히팅 블럭(140)에 전원을 공급하기 위한 전원선(미도시)이 연결된다. 한편, 히팅 블럭(140)의 내부에 온도감지센서(미도시)를 구비하여 히팅 블럭(140)의 가열 온도를 실시간으로 확인할 수 있다.The
위와 같은 챔버(110), 히팅 블럭(140) 및 가스배관들(120, 190)을 포함하는 가스 가열 장치(100)를 통해 가스(G)가 가열되는 과정을 간략히 살펴보면, 가스 탱크(미도시) 등에서 공급된 가스(G)가 인입 가스배관(120, 120')을 통해서 챔버(110)의 내부 공간으로 인입된다. 챔버(110)의 내부 공간은 챔버(110)에 결합된 히팅 블럭(140)에 의해 일정한 온도로 가열된 상태를 유지하며, 챔버(110)의 일측에 구비되는 압축펌프(미도시) 등에 의해서 감압된 상태로 유지될 수 있다.Looking at the process of heating the gas (G) through the
챔버(110)의 내부 공간으로 인입된 가스(G)는 챔버(110)의 연장 방향(x방향)을 따라 이동하면서 후술되는 수용 공간(A1, A1', A2, A3)을 통과하고, 내부 공간의 가열 상태 및 수용 공간(A1, A1', A2, A3)에 채워진 경로 확장용 부재(200)로부터 열을 전달받아 가열된다. 이후, 챔버(110)의 내부 공간을 통과한 가스(G)는 배기구(150) 및 배기 가스배관(190)을 통해 챔버(110)의 외부로 배기되어 처리챔버(60; 도1 참조)로 이송된다.The gas G introduced into the internal space of the
경로 확장용 부재(200)는 챔버(110)의 내부 공간에 형성되는 수용 공간(A1, A1', A2, A3)에 채워지고, 열전도도가 우수한 금속(metal) 또는 세라믹(ceramic) 재질로 이루어져 챔버(110)의 내부 공간이 히팅 블럭(140)에 의해서 가열될 때 함께 가열되어 온도가 상승된다. 본 실시예들에서 경로 확장용 부재(200)로서 세라믹 재질을 사용하는 경우에는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 이트리아(Y2O3) 또는 지르코니아(ZrO2) 중에서 어느 하나의 재질이 사용된다. 물론, 열전도도가 우수하고, 가스(G)를 가열하는 과정에서 열적 변형이나 화학 반응이 발생되지 않는 경우에는 상기에서 언급된 세라믹 재질 이외에도 다양한 세라믹 재질을 경로 확장용 부재(200)로서 적용할 수 있음은 당연하다.The
경로 확장용 부재(200)는 형상 및 재질에 따라서 구분되며, 본 실시예들에서는 메탈 스폰지(metal sponge), 메탈 볼(metal ball), 다공성 메탈 볼(porous metal ball), 세라믹 볼(ceramic ball) 및 다공성 세라믹 볼(porous ceramic ball) 중에서 적어도 어느 하나가 사용된다.The
경로 확장용 부재(200)는 구형(단면 형상이 원형) 또는 계란형(단면 형상이 타원형)으로 형성된다. (여기서, 단면 형상의 예외로서 메탈 스폰지를 경로 확장용 부재(200)로 사용하는 경우에는 단면 형상이 플레이트(plate) 형상으로 이루어진다. 단면 형상은 가스(G)의 인입 방향(x방향)과 수직으로 교차하는 방향(y방향)으로 절단하였을 경우 보여지는 형상을 의미한다.) 이러한 경로 확장용 부재(200)는 챔버(110)의 내부 공간에 채워져 가스(G)의 흐름을 방해하고, 가스(G)가 경로 확장용 부재(200)의 표면을 따라 가스(G)의 이동 흐름을 유도함으로써 가스(G)의 이동 경로를 확장시킨다. 즉, 가스(G)의 가열 시간을 연장시키는 효과를 제공한다.The
(종래의 가스 가열 장치에서는 가스의 이동 경로가 챔버의 연장 방향을 따라 직선으로 형성되는 반면에 본 발명에 따른 가스 가열 장치(100)는 가스(G)의 이동 경로(R1 또는 R2; 도6 참조)를 곡선으로 형성하여 챔버(110)의 크기를 확대시키지 않고서도 가스(G)의 이동 경로를 충분하게 확보할 수 있다.)(In the conventional gas heating device, the gas moving path is formed in a straight line along the extending direction of the chamber, while the
또한, 경로 확장용 부재(200)는 재질 특성에 의해 챔버(110)의 내부 공간이 가열되면서 함께 가열되어 높은 표면 온도를 유지하는데, 이러한 경로 확장용 부재(200)는 가스(G)가 인접 또는 충돌되는 열접촉 면적을 증가시켜 가스(G)의 이동 시 가스(G)의 온도를 상승시킨다. 따라서, 종래의 가스 가열 장치보다 가스(G)의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the
한편, 본 발명에서는 가스(G)의 가열 효율을 보다 향상시키기 위하여 가스(G)의 이동 경로를 보다 확장시키는 다공성 재질(porous material)이 사용될 수 있다. 즉, 밋밋한 외부 표면을 갖는 메탈 볼이나 세라믹 볼 형상의 경로 확장용 부재(200)에 굴곡된 홈 또는 홀로 이루어진 미세 공극(202; 도6 및 도7(b) 참조)을 다수 형성하고, 가스(G)가 미세 공극(202)을 통과하도록 함으로써 가스(G)가 지나가는 경로(r1, r2; 도6 참조)가 추가적으로 확대된다. 따라서, 경로 확장용 부재(200)로서 다공성 메탈 볼이나 다공성 세라믹 볼을 사용하는 경우 일반 메탈 볼이나 세라믹 볼을 사용하는 경우보다 가스(G)의 가열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 가스(G)의 가열 효율이 향상된다는 것은 가스(G)를 일정한 온도까지 상승시키는데 필요한 열소모량이 적게 소요되는 것을 의미한다.Meanwhile, in the present invention, in order to further improve the heating efficiency of the gas G, a porous material may be used to further extend the movement path of the gas G. That is, a plurality of fine pores 202 (see FIGS. 6 and 7 (b)) formed of curved grooves or holes are formed in the metal ball or ceramic ball
다수의 경로 확장용 부재(200)는 챔버(110)의 내부 공간에서 불규칙하게 채워지지 않고 일정한 영역 내에 가두어질 수 있다. 즉, 챔버(110)의 내부 공간에는 다수의 경로 확장용 부재(200)가 채워지는 수용 공간(A1, A1', A2, A3)이 형성된다. 수용 공간(A1, A1', A2, A3)은 본 발명의 일실시예에서와 같이 내부 공간 전체에 형성(A1; 도2 참조)될 수 있으며, 본 발명의 제 1 변형예 및 제 3 변형예에서와 같이 내부 공간 중 일부의 공간에 하나의 구분 영역으로 형성(A1'; 도3 또는 도5 참조)될 수 있다. 또한, 본 발명의 제 2 변형예에서와 같이 가스(G)의 인입 방향(x방향)을 따라서 복수 개의 구분 영역으로 형성(A1, A2, A3; 도4 참조)될 수 있다.The plurality of
경로 확장용 부재(200)를 수용 공간(A1, A1', A2, A3)에 채워 넣을 때, 가스(G)의 종류, 가스 량, 이동 속도, 가열 효율 등의 다양한 요인이 고려되어 수용 공간(A1, A1', A2, A3)의 폭(L)이 결정되며, 경로 확장용 부재(200)의 종류 및 직경 크기가 결정된다.When the
특히, 챔버(110)의 내부 공간에 복수 개의 수용 공간(A1, A2, A3)이 형성되는 경우에는 앞서 언급된 다양한 요인을 고려하여 각각의 폭(L1, L2, L3) 크기가 결정된다. 복수 개의 수용 공간(A1, A2, A3)은 동일한 폭 크기를 갖도록 형성될 수 있으며, 각기 다른 폭 크기를 갖도록 형성될 수도 있다. 한편, 복수 개의 수용 공간(A1, A2, A3)에는 동일한 종류와 동일한 직경 크기를 갖는 경로 확장용 부재(200)를 채워 넣을 수 있으며, 동일한 종류이면서 다른 직경 크기를 갖는 경로 확장용 부재(200)를 채워 넣거나, 다른 종류이면서 동일한 직경 크기를 갖는 경로 확장용 부재(200)를 복수의 수용 공간(A1, A2, A3)에 각각 채울 수 있다. 또한, 다른 종류이면서 다른 직경 크기를 갖는 경로 확장용 부재(200)를 복수 개의 수용 공간(A1, A2, A3)에 각각 채울 수 있다.In particular, when a plurality of accommodation spaces A 1 , A 2 , A 3 are formed in the internal space of the
수용 공간(A1, A1', A2, A3)을 형성하기 위하여 챔버(110)의 내부 공간에는 격벽(210)이 구비된다. 격벽(210)은 챔버(110)의 내주면에 밀착되는 지지 격벽(212)과, 지지 격벽(212)의 내주면에 밀착되고, 경로 확장용 부재(200)의 직경 크기보다 작은 직경 크기를 갖는 관통홀(216)이 적어도 하나 이상 형성되는 분할 격벽(214)으로 이루어진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수용 공간(A1)이 챔버(110)의 내부 공간 상의 전 영역에 형성되어 분할 격벽(214)이 챔버(110)의 양측면에 인접한 경우에는 분할 격벽(214)에 관통홀(216)이 한 개가 형성되고, 챔버(110)의 양측면으로부터 이격되어 챔버(110)의 내부 공간 상에 수용 공간(A1', A2, A3)이 형성되는 경우에는 분할 격벽(214)에 관통홀(216)이 복수 개 형성된다.In order to form the accommodation spaces A 1 , A 1 ′, A 2 , and A 3 , a
본 실시예들 중 일실시예, 제 1 변형예, 제 3 변형예에서와 같이 수용 공간(A1, A1')이 하나의 구분 영역으로 형성되는 경우에는 분할 격벽(214)이 한 쌍이 사용되며, 본 실시예들 중 제 2 변형예에서와 같이 수용 공간(A1, A2, A3)이 복수 개의 구분 영역으로 형성되는 경우에는 분할 격벽(214)이 2쌍 이상 사용된다. (여기서, 한 쌍이 하나의 조(組)를 이루는 분할 격벽(214)의 사용 개수는 수용 공간이 형성되는 개수와 동일하다.) 한편, 미도시되었지만, 본 발명의 일실시예에서와 같이 수용 공간(A1)을 내부 공간의 전체에 형성하는 경우에는 한 쌍의 분할 격벽(214)을 구비하지 않을 수 있다. 이 경우에, 경로 확장용 부재(200)의 크기가 인입구(130) 및 배기구(150)의 크기보다 크게 형성되어 인입구(130) 및 배기구(150)를 통해 배출되지 않아야 한다. 또한, 지나치게 큰 경로 확장용 부재(200)가 수용 공간(A1)에 채워지지 않도록 하여 경로 확장용 부재(200)에 의한 인입구(130)와 배기구(150)의 막힘 현상을 방지하여야 한다.When the accommodation spaces A 1 and A 1 ′ are formed as one divided area as in one of the first , third, and third modified embodiments, a pair of divided
챔버(110)의 내주면에 밀착되는 지지 격벽(212)은 챔버(110)의 내주면이 가스(G)와의 접촉에 의해 부식이나 마찰에 의한 손상 등을 방지할 수 있는 금속 보호막 역할을 하며, 본 실시예들에서는 지지 격벽(212) 및 분할 격벽(214)이 강성 및 열전도도가 우수한 스테인리스 강(stainless steel)을 재질로 하여 형성된다.The
전술한 내용에서 본 실시예들에 따른 챔버(110)는 원기둥 형상으로 이루어진다고 설명하였다. 따라서, 챔버(110)의 내부 공간은 가스(G)의 인입 방향(x방향)과 교차하는 방향(y방향)으로의 절단시 원형 단면을 가진다. 이러한 챔버(110)의 내부 공간에 밀착되는 지지 격벽(212)은 챔버(110)의 내경 크기와 동일한 외경 크기를 갖는 원통 형상으로 이루어진다. 또한, 지지 격벽(212)의 내부에 밀착되는 분할 격벽(214)은 지지 격벽(212)의 내경과 동일한 크기의 지름 크기를 갖는 원판 형상으로 이루어진다. 물론, 챔버(110)의 형상이 변형되어 내부 공간의 형상이 달라지는 경우에 격벽(210)의 형상도 이에 대응하여 변형되는 것은 당연하다.In the above description, the
원판 형상의 분할 격벽(214)에는 가스(G)가 통과할 수 있도록 미세한 관통홀(216)이 한 개(도2 참조) 또는 다수 개(도3 내지 도5 참조) 형성된다. 이때, 분할 격벽(214)에 형성되는 다수 개의 관통홀(216)은 경로 확장용 부재(200)가 수용 공간(A)에서 빠져 나오지 못하도록 경로 확장용 부재(200)의 직경 크기보다 작은 직경 크기로 형성된다.In the disk-shaped
수용 공간(A)을 통과하는 과정에서 경로 확장용 부재(200)와 인접되거나 부딪쳐 가열되는 가스(G)는 배기구(150) 및 배기 가스배관(190)을 통해서 챔버(110)의 외부로 배기되며, 배기된 가스(G)는 반도체 제조 설비 등의 처리챔버(60; 도1 참조)로 공급되어 기판 처리 공정에 사용된다. 미도시되었지만, 배기 가스배관(190)에 온도감지센서를 설치하여 가스 가열 장치(100)에서 가열된 가스(G)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다.In the process of passing through the accommodation space (A), the gas (G) which is heated adjacent to or bumped into the
전술한 본 발명의 일실시예, 제 1 변형예, 제 2 변형예 및 제 3 변형예에 따른 가스 가열 장치(100; 100a, 100b, 100c, 100d)는 각각 독립된 상태의 가스 가열 장치로서 사용될 수 있으며, 각각의 특징들(내부 공간에 수용 공간을 부분적으로 형성하는 특징, 인입구의 개수를 증가시키는 특징, 수용 공간을 복수 개로 분할 형성하는 특징)을 조합하여 새로운 변형예에 따른 가스 가열 장치를 형성할 수 있다.The gas heating apparatus 100 (100a, 100b, 100c, 100d) according to one embodiment, the first modification, the second modification and the third modification of the present invention described above can be used as a gas heating apparatus in an independent state, respectively. And combining each of the features (partly forming a receiving space in the inner space, increasing the number of inlets, and forming a plurality of receiving spaces) to form a gas heating apparatus according to a new modification. can do.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 가스 가열 장치는 가스가 가열되는 내부 공간을 제공하는 챔버 내부에 경로 확장용 부재를 채워 넣어 상기 내부 공간을 통과하는 가스의 열접촉 면적을 확장시킴으로써 가스의 가열 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 가스의 이동 경로 상에 구비되는 경로 확장용 부재로 인하여 가스의 이동 경로가 확장될 뿐만 아니라 가스의 가열 시간이 연장되는 효과를 가져와 가스의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the gas heating apparatus according to the embodiments of the present invention expands the thermal contact area of the gas passing through the inner space by filling the path extending member inside the chamber providing the inner space where the gas is heated. The heating efficiency of the gas can be improved. In addition, due to the path expansion member provided on the movement path of the gas, not only the movement path of the gas is extended but also the effect of extending the heating time of the gas can improve the heating efficiency of the gas.
또한, 챔버 내부에 경로 확장용 부재가 채워지는 수용 공간을 적어도 하나 이상으로 분할 형성함으로써 가스 가열 장치의 크기를 확대시키지 않고서도 가스의 가열 효율을 원활하게 높일 수 있으며, 가스 가열 장치를 제조 설비 등에 설치하는 과정에서 공간상의 제약이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 챔버의 내부에 형성되는 수용 공간에 경로 확장용 부재가 포화 상태로 채워지기 때문에 수용 공간의 중심 영역과 가장자리 영역의 위치 차이에 따른 가스의 이동 속도차를 최소화하여 가스를 균일하게 가열시킬 수 있다.In addition, by dividing at least one accommodating space in which the path expanding member is filled into the chamber, the heating efficiency of the gas can be smoothly increased without increasing the size of the gas heating apparatus, and the gas heating apparatus can be manufactured in a manufacturing facility or the like. Space can be prevented from occurring during installation. In addition, since the path expansion member is filled in the accommodating space formed inside the chamber in a saturated state, the gas may be uniformly heated by minimizing the difference in the movement speed of the gas according to the positional difference between the center region and the edge region of the accommodating space. have.
따라서, 가스를 후속 공정에서 요구되는 온도로 용이하게 가열시킬 수 있어서 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
Therefore, the gas can be easily heated to the temperature required in the subsequent process, thereby improving the productivity of the manufacturing process.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified and modified without departing from the technical spirit of the following claims.
100 : 가스 가열 장치 110 : 챔버
112 : 메인바디 114 : 캡
120 : 인입 가스배관 130 : 인입구
140 : 히팅 블럭 150 : 배기구
190 : 배기 가스배관 200 : 경로 확장용 부재
202 : 미세 공극 210 : 격벽
212 : 지지 격벽 214 : 분할 격벽100: gas heating device 110: chamber
112: main body 114: cap
120: incoming gas piping 130: inlet
140: heating block 150: exhaust port
190: exhaust gas pipe 200: path expansion member
202: micro voids 210: partition wall
212
Claims (9)
상기 챔버에 연결되어 상기 내부 공간을 가열하는 히팅 블럭과;
상기 가스의 인입 방향을 따라 상기 내부 공간을 복수의 수용 공간으로 분할 형성하는 복수의 분할 격벽; 및
상기 복수의 수용 공간 각각에 포화 상태로 채워지는 복수의 경로 확장용 부재;
를 포함하는 가스 가열 장치.A chamber providing an interior space in which the gas is heated;
A heating block connected to the chamber to heat the internal space;
A plurality of divided partition walls for dividing the internal space into a plurality of accommodation spaces along a direction in which the gas is drawn; And
A plurality of path expanding members filled in each of the plurality of receiving spaces in a saturated state;
Gas heating device comprising a.
상기 경로 확장용 부재는,
메탈 스폰지, 메탈 볼, 다공성 메탈 볼, 세라믹 볼 및 다공성 세라믹 볼 중에서 적어도 어느 하나인 가스 가열 장치.The method according to claim 1,
The path expansion member,
A gas heating device comprising at least one of a metal sponge, a metal ball, a porous metal ball, a ceramic ball, and a porous ceramic ball.
상기 경로 확장용 부재의 세라믹 재질로는,
알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 이트리아(Y2O3) 또는 지르코니아(ZrO2) 중 적어도 어느 하나의 재질이 사용되는 가스 가열 장치.The method according to claim 2,
As the ceramic material of the path expansion member,
A gas heating apparatus in which at least one of alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), or zirconia (ZrO 2 ) is used.
상기 챔버의 내주면에 밀착되는 지지 격벽을 포함하고,
상기 분할 격벽은 상기 지지 격벽의 내주면에 밀착되며, 상기 경로 확장용 부재의 직경 크기보다 작은 직경 크기를 갖는 관통홀이 적어도 한 개 이상 형성되는 가스 가열 장치.The method according to claim 1,
A support partition wall in close contact with the inner circumferential surface of the chamber,
The divided partition wall is in close contact with the inner circumferential surface of the support partition wall, at least one through-hole having a diameter size smaller than the diameter size of the path expansion member is formed.
상기 지지 격벽 및 분할 격벽은 스테인리스 강 재질로 이루어지는 가스 가열 장치.The method of claim 4,
The support partition wall and the partition partition wall is a gas heating device made of stainless steel.
상기 히팅 블럭의 내부에는 온도감지센서가 구비되는 가스 가열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
Gas heating device is provided with a temperature sensor inside the heating block.
상기 복수의 수용 공간은,
상기 가스의 인입 방향을 따라 상이한 폭을 갖도록 형성되는 가스 가열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of accommodation spaces,
And a gas heating device formed to have a different width along the inlet direction of the gas.
상기 복수의 수용 공간에 채워진 경로 확장용 부재는 서로 상이한 직경 크기를 갖는 가스 가열 장치.The method of claim 7,
And a path expansion member filled in the plurality of accommodation spaces having different diameter sizes from each other.
상기 챔버의 일측면에는 상기 가스가 인입되는 적어도 하나의 인입구가 관통 형성되고, 상기 챔버의 타측면에는 상기 인입구와 대향되어 가열된 상기 가스를 배기시키는 배기구가 관통 형성되는 가스 가열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
At least one inlet through which the gas is introduced is formed in one side of the chamber, and an exhaust port for exhausting the heated gas facing the inlet is formed in the other side of the chamber.
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---|---|---|---|
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