KR100647725B1 - 반도체 장치의 부산물 포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 공정에서 프로세스 챔버로부터 배기되는 배기가스에 포함된 반응부산물을 효율적으로 포집하기 위한 부산물 포집장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 부산물 포집장치는 가스유입포트와 가스배출포트를 갖는 그리고 배기가스가 흐르는 내부통로를 갖는 하우징, 하우징 내부에 설치되는 냉각탑 및 하우징 내부에 제공되며 표면에 반응부산물을 포집하는 복수의 플레이트들을 갖는 트랩 모듈을 포함한다.

반응부산물, 트랩, 냉각, 파우더

Description

반도체 장치의 부산물 포집장치{Apparatus for caching by-products in semiconductor apparatus}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부산물 포집 장치를 보여주는 외관도이다.

도 2는 부산물 포집 장치를 보여주는 부분 단면도이다.

도 3은 부산물 포집 장치를 보여주는 분해 사시도이다.

도 4는 부산물 포집 장치를 보여주는 측면도이다.

도 5는 도 4에 표시된 a-a선 단면도이다.

도 6은 트랩 모듈의 분해 사시도이다.

도 7은 트랩 모듈의 측면도이다.

도 8은 변형된 제3트랩부를 보여주는 사시도이다.

도 9는 변형된 제3트랩부를 갖는 트랩 모듈을 보여주는 사시도이다.

도 10은 도 9의 트랩 모듈이 설치된 부산물 포집 장치를 보여주는 부분 단면도이다.

도 11은 도 10에서 제3트랩부의 제6플레이트들을 보여주는 도면이다.

도 12는 본 발명의 트랩 모듈에 반응부산물이 포집된 상태를 보여주는 사진이다.

도 13은 플레이트가 다단으로 배치된 트랩 모듈에서의 반응부산물 포집 상태 를 보여주는 사진이다.

도 14는 종래 부산물 포집 장치를 설명하기 위한 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 하우징

120 : 가열수단

130 : 트랩 모듈

170 : 냉각부재

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 소자 제조 공정에서 프로세스 챔버로부터 배기되는 배기가스에 포함된 반응부산물을 효율적으로 포집하기 위한 부산물 포집장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 공정은 크게 전 공정(Fabrication 공정)과 후 공정(Assembly 공정)으로 이루어지며, 전 공정이라 함은 각종 프로세스 챔버(Chamber)내에서 웨이퍼(Wafer)상에 박막을 증착하고, 증착된 박막을 선택적으로 식각하는 과정을 반복적으로 수행하여 특정의 패턴을 가공하는 것에 의해 이른바, 반도체 칩(Chip)을 제조하는 공정을 말하고, 후 공정이라 함은 상기 전 공정에서 제조된 칩을 개별적으로 분리한 후, 리드프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정을 말한다.

이때, 상기 웨이퍼 상에 박막을 증착하거나, 웨이퍼 상에 증착된 박막을 식각하는 공정은 프로세스 챔버 내에서 실란(Silane), 아르신(Arsine) 및 염화 붕소 등의 유해 가스와 수소 등의 프로세스 가스를 사용하여 고온에서 수행되며, 상기 공정이 진행되는 동안 프로세스 챔버 내부에는 각종 발화성 가스와 부식성 이물질 및 유독 성분을 함유한 유해가스 등이 다량 발생하게 된다.

따라서 반도체 제조장비에는 프로세스 챔버를 진공상태로 만들어 주는 진공펌프의 후단에 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스를 정화시킨 후 대기로 방출하는 스크루버(Scrubber)를 설치한다. 하지만, 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스는 대기와 접촉하거나 주변의 온도가 낮으면 고형화되어 파우더로 변하게 되는데, 상기 파우더는 배기라인에 고착되어 배기압력을 상승시킴과 동시에 진공펌프로 유입될 경우 진공펌프의 고장을 유발하고, 배기가스의 역류를 초래하여 프로세스 챔버 내에 있는 웨이퍼를 오염시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 도 14에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(10)와 진공펌프(30) 사이에 상기 프로세스 챔버(10)에서 배출되는 배기가스를 파우더 상태로 응착시키는 파우더 트랩 장치를 설치하고 있다.

즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(1)와 진공펌프(3)는 펌핑라인(5)으로 연결되고, 상기 펌핑라인(5)에는 상기 프로세스 챔버(1)에서 발생된 반응부산물을 파우더 형태로 트랩하여 적체하기 위한 트랩관(7)이 상기 펌핑라인(5)으로부터 분기되어 설치된다.

이와 같은 종래의 파우더 트랩 장치의 경우 상기 프로세스 챔버(1) 내부에서 박막의 증착이나 식각시 발생된 미반응 가스가 상기 프로세스 챔버(1)에 비해 상대적으로 낮은 온도 분위기를 갖는 펌핑라인(5)쪽으로 유입되면서 분말 상태의 파우더(9)로 고형화된 후, 상기 펌핑라인(5)으로부터 분기되어 설치된 트랩관(7)에 쌓이게 된다.

그러나 상기와 같은 종래 기술의 파우더 트랩 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 프로세스 챔버 내부에서 발생된 반응부산물이 파우더 상태로 전환되어 트랩관에 적체되기까지의 시간이 오래 걸리므로 그 만큼 전체 공정시간이 길어지는 문제점이 있었다. 즉, 박막을 증착하거나 식각할 때 발생된 반응부산물이 신속하게 파우더로 전환되어 트랩관에 적체됨으로써, 상기 프로세스 챔버 내부에는 반응부산물이 존재하지 않게 될 때 비로소 다음의 박막 증착 또는 식각 공정이 이루어질 수가 있으나, 상기 반응부산물이 파우더로 전환되는데 많은 시간이 소요되므로 상기 프로세스 챔버는 반응부산물이 모두 제거될 때까지 공정을 진행하지 못하고 대기해야 하는 시간이 길어지게 되고, 그로 인해 장비 가동율이 저하되는 것은 물론, 프로세스 챔버의 오랜 대기시간으로 인하여 그 만큼 전체 공정 시간(TAT)이 길어지게 된다.

둘째, 파우더가 적체되는 트랩관의 포집 면적(공간)이 매우 협소한 관계로 상기 트랩관에 적체된 파우더를 자주 제거해 주어야 하는 불편함이 있었다. 특히, 파우더는 트랩관의 입구측에만 집중적으로 쌓이기 때문에 트랩관의 크리닝 주기가 짧은 단점이 있다.

본 발명은 반응부산물들을 신속하게 포집할 수 있는 부산물 포집장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 교체 주기가 긴 부산물 포집장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부산물 포집장치는 가스유입포트와 가스배출포트를 갖는 그리고 배기가스가 흐르는 내부통로를 갖는 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되는 냉각탑 및; 상기 하우징 내부에 제공되며 표면에 반응부산물을 포집하는 복수의 플레이트들을 갖는 트랩 모듈을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하우징의 내부통로가 안과 밖에서 이중되도록 상기 하우징과 상기 냉각탑을 냉각하는 냉각부재를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수의 플레이트들은 상기 하우징의 내측면과 상기 냉각탑의 외측면에 접한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수의 플레이트들은 배기가스의 흐름을 서로 상이한 방향으로 안내하도록 형상지어진 제1플레이트들과 제2플레이트들을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 트랩모듈은 상기 제1플레이트들이 설치되는 제1트랩부와, 상기 제2플레이트들이 설치되는 제2트랩부를 포함하되, 상기 제1플레이트들은 배기가스의 흐름을 곡선(curve)으로 유도하기 위하여 만곡지게 또는 평면으로 형상지어지며, 상기 제2플레이트들은 상기 배기가스의 흐름을 지그재 그(zigzag)로 안내하도록 형상진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트들이 방사상으로 경사지게 배치된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 내부통로가 외측의 환형공간과 내측의 중앙공간으로 구획되도록 상기 냉각탑은 관 형상으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 냉각탑의 중앙공간에 설치되며 상기 중앙공간으로 통과하는 배기가스의 반응부산물을 포집하는 제3플레이트들을 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 포집장치는 상기 트랩모듈로부터 떨어져 나간 파우더 덩어리가 상기 가스배출포트를 통해 빠져나가는 것을 방지하는 차단부재를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 냉각부재는 상기 하우징의 벽에 제공되는 제1냉각라인들을 갖는 제1냉각부와, 상기 냉각탑의 벽에 제공되는 제2냉각라인들을 갖는 제2냉각부를 포함하며, 상기 플레이트들은 상기 냉각부재에 의해 냉각된 상기 하우징 및 상기 냉각탑과 열교환이 이루어진다.

본 발명의 부산물 포집장치는 가스유입포트와 가스배출포트를 갖는 하우징; 및 상기 하우징 내부에 설치되는, 그리고 배기가스의 흐름을 곡선(curve) 또는 경사지게 유도하기 위하여 만곡 또는 경사지게 형상지어진 제1플레이트들을 가지는 트랩모듈을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 트랩모듈은 상기 제1플레이트들이 설치되 는 제1트랩부; 및 일정 간격 이격되게 다단으로 배치되고, 배기가스가 흐르는 통로로 제공되는 다수의 개구들(opening)이 형성된 제2플레이트들이 설치되는 제2트랩부를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2트랩부는 상기 제1트랩부에 비해 상기 가스배출포트에 인접한 위치에 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 트랩모듈은 배기가스가 통과할 수 있는 내부통로를 가지며 외주면에 상기 제1플레이트들 및 상기 제2플레이트들이 고정되는 냉각탑과; 상기 냉각탑의 내부통로에 설치되며 상기 내부통로로 통과하는 배기가스의 반응부산물을 포집하는 제3트랩부를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제3트랩부는 상기 냉각탑의 내부통로 중앙에 수직하게 위치되는 지지대와; 경사지게 제공되도록 상기 지지대에 설치되는 제3플레이트들과; 수평방향으로 제공되도록 상기 지지대에 설치되는 제4플레이트들을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하우징은 상부와 하부가 개구된 원관형의 몸체와; 상기 몸체의 상부에 결합되고 상기 가스유입포트가 구비된 상판과; 상기 몸체의 하부에 결합되고 상기 가스배출포트가 구비된 하판으로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하우징을 냉각시키기 위한 제1냉각부; 및 상기 트랩모듈의 상기 냉각탑을 냉각시키기 위한 제2냉각부를 포함하는 냉각부재를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 포집장치는 상기 하우징 내부로 유입되는 배기가스를 가열하기 위한 가열부재를 더 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부산물 포집장치는 가스유입포트와 가스배출포트를 갖는 하우징과; 상기 하우징 내에 제공되며 표면에 반응부산물을 포집하는 제1플레이트들이 설치된 제1트랩부와; 상기 하우징 내에 제공되며 표면에 반응부산물을 포집하는 제2플레이트들이 설치된 제2트랩부를 구비하되; 상기 제1플레이트들과 상기 제2플레이트들은 배기가스의 흐름을 서로 상이한 방향으로 안내하도록 형상지어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트들 각각은 배기가스의 흐름을 곡선으로 유도하도록 경사지게 형상지어지며, 각각의상기 제2플레이트는 상기 하우징의 길이방향과 수직하게 배치되며, 상기 제2플레이트들은 서로 마주보도록 일정거리 이격되게 제공되며, 상기 제2플레이트에는 가스의 흐름 방향이 지그재그가 되도록 개구들이 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트는 배기가스가 하우징의 길이방향으로 흐를 때 수직방향의 흐름에서 벗어나게 안내하도록 형상 지어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트는 배기가스가 하우징의 길이방향으로 흐를 때 유선형의 흐름으로 안내하도록 형상 지어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1플레이트들 각각은 하우징의 길이방향을 기준으로 40-70도 기울기를 갖고 설치된다.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 부산물 포집장치를 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

본 발명의 포집 장치는 배기가스가 앞부분에서는 단순하고 넓은 이동 경로들을 통과하도록 하고 뒷부분에서는 복잡하고 좁은 이동 경로들을 통과하게 하여 파우더가 앞부분뿐만 아니라 뒷부분에도 균일하게 쌓이도록 하는 구조를 가진다. 또한 본 발명의 포집 장치는 배기가스의 온도를 보다 신속하게 떨어뜨리기 위하여 하우징의 외부와 내부에서 2중으로 냉각할 수 있는 구조를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부산물 포집 장치를 보여주는 외관도이며, 도 2는 부산물 포집 장치를 보여주는 부분 단면도이고, 도 3은 부산물 포집 장치를 보여주는 분해 사시도이고, 도 4는 부산물 포집 장치를 보여주는 측면도이다. 도 5는 도 4에 표시된 a-a선 단면도이다.

본 발명의 부산물 포집 장치는 반도체, LCD 제조공정 또는 기타 유사 공정에서 박막의 증착이나 식각시 반응부산물이 발생되는 프로세스 챔버의 배기라인 또는 펌프의 후단에 설치되는 것이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 반도체장비의 부산물 포집장 치(100)는 하우징(110), 가열수단(120), 트랩 모듈(130) 및 냉각부재(170)를 포함하여 구성된다.

하우징(110)은 분리 및 결합이 용이하도록 원통형의 몸체(112)와, 볼트 체결에 의해 몸체(112)의 상부에 결합되는 상판(114) 그리고 볼트 체결에 의해 몸체의 하부에 결합되는 하판(116)으로 구성된다.

몸체는(112) 내측벽(112a)과 외측벽(112b)으로 이루어지는 이중벽 구조로써, 내측벽(112a)과 외측벽(112b) 사이에는 냉매가 순환되는 제1냉각라인(172)이 나선 형태로 설치된다. 몸체(112)의 표면온도와 하우징 내부 온도는 제1냉각라인(172)에 의해 떨어지게 된다. 상판(114)은 공정챔버로부터 배기가스가 유입되는 가스유입포트(114a)를 갖으며, 하판(116)은 배기가스가 배출되는 가스배출포트(116a)를 갖는다. 가스유입포트(114a)에는 공정챔버와 연결되는 배기라인이 연결되고, 가스배출포트(116a)에는 진공펌프와 연결되는 배기라인이 연결된다. 참고로, 하우징(110)에는 배기가스의 누설을 방지하기 위한 실링수단인 오링(111)등이 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 하우징(110)은 분리 및 결합에 용이한 구조를 가짐으로써, 유지 및 보수에 따른 편이성이 제공된다. 예컨대, 하우징(110)의 유지 및 보수는 하우징(110) 내벽(몸체의 내측벽) 및 트랩 모듈에 증착되는 파우더를 제거하기 위해 실시된다.

가열수단(120)은 하우징(110)의 상판(114) 아래에 설치된다. 가열수단(120)은 히터(122)와 히터(122) 상면에 설치되는 다수의 히팅 플레이트(124)들을 포함한 다. 히팅 플레이트(124)들은 중앙부로 유입되는 배기가스가 주변 바깥쪽, 즉 하우징(110) 내측벽(112a)쪽을 향하여 확산될 수 있도록 방사상으로 설치된다. 배기가스는 히터(122)의 상면에 방사상으로 설치된 히팅 플레이트(124)들에 의해 하우징(110) 내측벽이 있는 주변부로 균일하게 확산된다. 아울러, 히팅 플레이트(124)들은 배기가스가 히터(122)의 상면 중앙에 도달한 직후 가장자리로 확산되기까지 가열 경로를 제공하게 되며, 이로써 배기가스는 히팅 플레이트(124)들에 의해 충분히 가열되어 화학적 변화에 필요한 에너지를 공급받게 된다.

히터(122)는 외부 전원부와 연결되며 그 내부에는 열선이 설치되고, 배기가스에 의한 부식이 일어나지 않도록 세라믹, 인코넬(inconel) 등의 소재로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 히터(122)에는 하우징(110) 외부로부터 열선을 인입하고 인출하기 위한 피복관(127)이 연결 설치된다.

한편, 가열수단(120)은 가스유입포트(114a)를 통해 하우징(110) 내부로 유입되는 배기가스가 히터(122)의 중앙부분을 향하도록 배기가스의 흐름을 안내하는 원통형 가이드(128)를 갖는다. 원통형 가이드(128)는 히팅 플레이트(124)들의 상부에 설치된다. 본 발명에 따른 상기 히팅 플레이트(124)들은 진공압 하에서 배기가스의 흐름을 최대한 보장받을 수 있도록 약간 변형되어 구성될 수 있다.

도 2, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 트랩 모듈(130)은 파우더를 포집하는데 매우 중요한 구성이다. 트랩 모듈(130)은 제1트랩부(134), 제2트랩부(142), 제3트랩부(150) 그리고 관 형상의 냉각탑(132)으로 이루어진다.

냉각탑(132)은 하우징(110)의 내부 중앙에 위치된다. 냉각탑(132)은 복수의 수평 지지핀(133)들에 의해 하우징(110)의 하판으로부터 이격되게 설치된다. 수평 지지핀(133)들은 하우징(110)의 플랜지 링(119)부분에 설치된다. 냉각탑(132)은 외주면에 제1트랩부(134)와 제2트랩부(142)가 설치되며, 내부 통로에는 제3트랩부(150)가 설치된다. 냉각탑(132)은 제2냉각라인(174)에 의해 냉각된다. 제2냉각라인(174)은 냉각탑(132)의 외측벽(132b)와 내측벽(132a) 사이의 공간에 나선형태로 설치된다.

즉, 하우징(110)의 내부공간은 냉각탑(132)에 의해서 냉각탑(132) 외측에 해당되는 환형 공간(a1)과, 냉각탑의 내측(내부통로)에 해당되는 중앙 공간(a2)으로 구획된다. 하우징(110)의 내부공간으로 유입된 배기가스의 일부는 환형공간(a1)으로 흐르고, 나머지 배기가스는 중앙공간(a2)으로 흐르게 된다. 환형공간(a1)에는 제1,2트랩부(134,142)가 위치되며, 중앙공간(a2)에는 제3트랩부(150)가 위치된다. 환형공간(a1)으로 흐르는 배기가스는 바깥쪽의 하우징(110)과 안쪽의 냉각탑(132)의 온도 영향을 받아 온도가 떨어지게 되고, 중앙공간(냉각탑의 내부 통로;a2)으로 흐르는 배기가스는 냉각탑(132)의 온도 영향을 받아 온도가 떨어지게 된다. 이처럼, 본 발명은 하우징(110)의 내부 공간을 통과하는 배기가스의 균일한 냉각이 이루어지기 때문에 반응부산물이 파우더 형태로 변환되어 트랩 모듈(130)에 포집되는 효율이 크게 향상된다.

이처럼, 본 발명의 파우더 포집 장치(130)는 하우징(110)과 하우징 내부의 냉각탑(132)으로 이루어지는 2중관 구조일 뿐만 아니라, 하우징(110)과 냉각탑(132)이 모두 냉각되는 다중 냉각 구조를 갖는데 그 구조적인 특징이 있다.

제1트랩부(134)는 냉각탑(132)의 외주면에 방사상(60도 간격)으로 경사지게 설치되는 6개의 제1플레이트(136)들을 갖는다. 제1플레이트(136)들은 배기가스의 흐름을 곡선(curve)으로 유도하기 위하여 만곡지게 형상 되어지되, 제1플레이트(136)들 사이는 배기가스의 원활한 흐름을 위해 충분한 거리를 두고 위치된다. 즉, 제1플레이트들은 만곡진 형상으로 냉각탑의 외주면에 경사지게 설치된다. 이때, 제1플레이트(136)는 소정각도(40-70도)의 기울기를 갖고 설치될 수 있다. 예컨대, 제1플레이트(136)의 기울기가 크면(많이 눕혀지면) 파우더가 제1플레이트(136)들에만 집중적으로 쌓이게 되고, 반대로 제1플레이트(136)의 기울기자 작으면(많이 세워지면) 파우더가 제1플레이트에는 쌓이지 않고 제2플레이트에만 쌓이게 된다. 한편, 제1플레이트(136)들은 복수의 관통공(136a)들이 형성된다. 관통공(136a)들은 가스유입포트(114a)로부터 멀어질수록 크기가 작아지는 것이 바람직하다. 제1플레이트(136)는 외측면(137)이 하우징의 내측면(몸체의 내측벽)(112a)과 접하게 되어 하우징(110)과의 열교환이 용이하게 이루어진다. 즉, 제1플레이트(136)들은 하우징(110)과 냉각탑(132)에 의해 냉각된다. 제1플레이트(136)들은 외측면(137)에 일부분이 잘려진 절개부(136b)를 갖는다. 예컨대, 제1플레이트(136)는 평평한 판 형상을 가지고 소정각도 기울어지게 냉각탑의 외주면에 설치될 수 있다.

상술한 제1트랩부(134)에서의 배기가스 흐름은 다음과 같다. 배기가스는 제1플레이트(136)들 사이의 곡선 통로들을 따라 선회하면서 이동되고, 배기가스의 일부는 제1플레이트(136)의 관통공(136a)들 및 절개부(136b)를 통해 수직 하방향으로 이동된다. 이렇게 제1트랩부(134)는 배기가스의 원활한 흐름을 위해 경사진 메인 경로 이외에 다수의 수직한 보조 경로들을 제공한다.

제2트랩부(142)는 제1트랩부(134)의 하단에 위치된다. 제2트랩부(142)는 냉각탑(132)의 외주면에 배기가스가 지그재그(zigzag)로 지나갈 수 있는 수평 및 수직 통로들을 제공하는 3단의 제2플레이트(144)들을 갖는다. 수평통로는 제2플레이트(144)들 사이에 제공되고, 수직통로는 제2플레이트(144)들에 형성된 다수의 개구(opening;144a)에 의해 제공된다. 제2플레이트(144)들의 개구(144a)들은 서로 다른 위치에 형성된다. 제1트랩부(134)와 인접한 최상단의 제2플레이트(144)는 제1트랩부(132)의 제1플레이트(136)들 사이를 통과한 배기가스가 제2트랩부(142)로 용이하게 유입되도록 상방으로 경사진 경사부분(144b)들을 갖는다. 만약, 경사부분(144b)이 없다면 제1트랩부(134)와 제2트랩부(142) 사이 공간에서 와류가 발생되고, 이러한 와류는 파우더의 원활한 흐름을 방해하여 제2트랩부(142) 상단에만 파우더가 집중적으로 쌓이는 원인이 된다.

도면에서 보여주는 바와 같이, 제1트랩부(134)의 길이는 제2트랩부(142)의 길이보다 길게 형성된다. 예컨대, 제1트랩부(134)와 제2트랩부(142)의 길이 비율은 7:3이 바람직하다. 예컨대, 제1트랩부와 제2트랩부의 길이 비율이 5:5로 조절할 경우, 반응부산물이 제1트랩부에 집중적으로 쌓이는 현상이 발생된다. 이러한 현상은 제1트랩부에서의 반응부산물 정체가 하나의 원인이 될 수 있으며, 반응부산물의 정체는 제1트랩부의 제1플레이트들의 경사각도 및 제2트랩부의 긴 이동 경로로 인해 야기될 수 있다.

제3트랩부(150)는 냉각탑(132)의 내부통로(a2)에 설치된다. 제3트랩부(150)는 냉각탑(132)의 내부통로(a2)로 통과하는 배기가스의 반응부산물을 포집하기 위한 것이다. 제3트랩부(150)는 냉각탑(132)의 내부통로(a2) 중앙에 수직하게 위치되는 지지대(152)와, 지지대(152)에 경사지게 설치되는 4개의 제3플레이트(154)들 그리고 지지대(152)에 수평하게 설치되는 제4플레이트(156)들을 갖는다. 지지대(152)의 상부는 냉각탑(132)에 3개의 볼트에 의해 체결된다. 제4플레이트(154)들은 지지대(152)에 6단으로 설치되며, 최하단에 설치되는 제4플레이트(154)는 파우더 덩어리가 가스배출포트(116a)로 빠지지 않도록 원판으로 이루어지며, 외측면은 굴곡지게 형상지어서 배기가스의 배출이 용이하도록 하였다.

도 8 내지 도 11은 제3트랩부의 다양한 변형예를 보여주는 도면들이다.

도 8에는 지지대(152)와, 지지대(152)에 다단으로 설치되는 제4플레이트(158)들로 구성되는 제3트랩부(150a)가 도시되어 있다. 그리고, 도 9 내지 도 11에는 관통공(159a)들이 형성된 6개의 제5플레이트(159)와 수평한 제6플레이트(160)로 구성된 제3트랩부(150a)가 도시되어 있다. 제5플레이트(159)는 냉각탑(132)의 내부통로(a2)에 경사지게 위치되며, 외측면이 냉각탑(132)의 내측벽(132a)과 접하도록 설치된다. 그리고 제6플레이트(160)들은 하판(116)의 상면으로부터 3개의 지지대(161)에 의해 지지된 상태로 다단으로 설치된다.

한편, 본 발명의 포집장치는 차단부재를 갖는다. 차단부재는 트랩모듈(130)로부터 떨어져 나간 파우더 덩어리가 가스배출포트(116a)를 통해 빠져나가지 않도록 차단하는 것이다. 차단부재는 하판(116)의 내면으로부터 상방향으로 돌출되어 형성되는 차단턱(162)으로 이루어진다. 이 차단턱(162)은 측방향으로부터 유입되는 파우더 덩어리를 차단하기 위함이다. 예컨대, 차단부재는 제3트랩부(130)에 설치될 수 있으며, 도 6에 도시된 제3트랩부(150)에서 최하단에 위치하는 제4플레이트(154)와, 도 10에 도시된 제3트랩부(150b)에서 최하단에 위치하는 제6플레이트(160)가 차단판 기능을 수행한다.

트랩모듈(130)에서 플레이트들의 설치 개수는 제한이 없으나, 너무 많은 경우 배기가스의 원활한 흐름을 방해하고, 플레이트들 간의 간격이 너무 좁아지게 되면 파우더 증착되었을 때 통로가 빨리 막히게 되는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 플레이트들의 설치 개수는 설치환경, 하우징의 내압, 이루어지고 있는 공정 등 다양한 요인들을 종합적으로 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 부산물 포집 장치는 배기가스가 앞에서는 단순하고 넓은 이동 경로들을 통과하도록 하고 뒷부분에서는 복잡한 좁은 이동 경로들을 통과하게 하여 파우더가 앞부분뿐만 아니라 뒷부분에도 균일하게 증착되도록 하는데 있다. 다시 말해서, 하우징(110)의 내부로 유입되는 배기가스의 반응부산물들은 하우징(110) 내부의 낮은 온도 분위기에 의해 파우더 형태로 변화된다. 이때 배기가스는 제1트랩부(134)의 경사진 그리고 넓은 이동 경로들을 통과하면서, 배기가스의 파우더 일부가 제1트랩부(134)의 제1플레이트(136)들 및 냉각탑(132)의 외주면에 쌓이게 된다. 그리고 제1트랩부(134)를 통과한 나머지 파우더는 제2트랩부(142)의 제2플레이트(144)들에 의해 제공되는 좁고 복잡한 통로를 통과하면서 제2플레이트(144)들의 표면과 냉각탑(132)의 외주면에 쌓이게 된다.

냉각부재(170)는 하우징(110) 내부로 유입되는 배기가스에 포함된 반응부산물을 트랩핑(trapping)하기 위해 하우징(110) 내부를 저온의 분위기로 만들기 위한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 냉각부재(170)는 하우징(110)의 몸체(112)를 냉각시키기 위한 제1냉각라인(172)과, 트랩모듈(130)의 냉각탑(132)을 냉각시키기 위한 제2냉각라인(174) 그리고 제1,2냉각라인(172,174)으로 냉매를 공급하기 위한 공급관(176), 냉각라인을 통과한 냉매가 배출되는 배출관(177)을 포함한다.

여기서, 제1냉각라인(172)과 제2냉각라인(174)은 하우징(110)과 냉각탑(132)의 표면을 냉각시키는 것은 물론이고, 하우징(110)의 내부 온도 및 트랩 모듈(130)의 플레이트들의 온도를 떨어뜨리게 된다. 제1,2냉각라인(172,174)으로 냉매를 흘려 보내주면, 하우징(110), 냉각탑(132), 플레이트(136,144,154,156)들 및 하우징 내부 온도는 배기가스의 온도에 비해 상대적으로 현저하게 낮아지게 된다.

따라서, 배기가스(특히 반응부산물)는 하우징(110)으로 유입되면서 가열부재(120)에 의해 가열된 직후에, 증기상태에서 낮은 온도로 냉각되어진 하우징(110), 냉각탑(132) 그리고 플레이트(136,144,154,156)들의 표면에 접하게 되면 순간적으로 막질화되어 증착되면서 급속도의 포집이 이루어진다. 여기서, 트랩 모듈(130)의 표면에 증착되는 순간의 반응부산물은 증기(Vapor)상태에서 고형(Solid)상태로 전환되는 시점에서 막질화되면서 플레이트(136,144,154,156)들 표면 및 냉각탑(132)의 표면에 더욱 신속하고 균일하며 확고하게 증착되는 것이다.

특히, 본 발명은 하우징(110)의 내부 온도 및 플레이트(136,144,154,156)들의 표면 온도를 빠르게 낮출 수 있도록, 하우징(110)과 냉각탑(132)이 제1,2냉각라 인(172,174)에 의해 냉각되며, 제1,2플레이트(136,144)들은 하우징(110)의 내측벽과 냉각탑(132)의 외측벽에 접촉되도록 설치되고 제3,4플레이트(154,156)들은 냉각탑(132)의 내측벽에 접촉되도록 설치되어 플레이트(136,144,154,156)들의 열교환 면적이 증가된다. 이로써, 하우징(110)에 유입되는 반응부산물을 보다 신속하게 고형화할 수 있는 분위기를 조성하게 된다.

이처럼, 본 발명의 부산물 포집 장치는 하우징으로 유입되는 반응부산물을 보다 빠르게 고형화할 수 있도록 하우징의 외부와 내부에서 2중으로 냉각할 수 있는 구조를 갖는데 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체장치의 부산물 포집장치의 동작을 도면을 참조하여 반응부산물의 흐름을 중심으로 설명하기로 한다.

먼저, 외부의 냉매탱크와 연결된 냉매 공급관(40)을 통해 제 1냉각라인(410) 및 제 2냉각라인(420)으로 냉매가 공급된다. 제1냉각라인과 제2냉각라인으로 냉매가 흐르면서 하우징, 냉각탑, 플레이트들 표면 및 하우징 내부 온도가 떨어지게 된다. 그리고, 가열부재의 히터 작동으로 고온의 열을 방출하면서 히터(220)와 접촉된 히팅 플레이트(210)들이 고온으로 가열된다.

상기와 같이 본 발명의 포집장치가 가동되고 있는 상태에서 본 발명의 포집장치와 연결된 프로세스 챔버에서 발생되는 다량의 반응부산물을 포함한 배기가스는 가스유입포트를 통해 하우징 내부로 유입된다. 배기가스는 가열부재에 의해 가열된 후 하우징의 내부 공간으로 확산된다.

하우징(110)의 내부공간으로 확산되는 배기가스의 일부는 환형공간(a1)으로 흐르고, 나머지 배기가스는 중앙공간(a2)으로 흐르게 된다. 환형공간(a1)으로 흐르는 배기가스는 이미 저온으로 냉각된 하우징의 내측벽, 제1플레이트들, 냉각탑의 외측벽 표면과 접촉하게 되고, 하우징의 내측벽, 제1플레이트들, 냉각탑의 외측벽 표면과 접촉되는 순간 냉각되어 증기상태에서 급속도로 고형화가 진행되면서 각 표면에 증착 되어진다.

또한, 중앙공간(냉각탑의 내부 통로;a2)으로 흐르는 배기가스는 이미 저온으로 냉각된 냉각탑의 내측벽 및 제3플레이트들 표면과 접촉하게 되고, 냉각탑의 내측벽 및 제3플레이트들 표면과 접촉되는 순간 냉각되어 증기상태에서 급속도로 고형화가 진행되면서 각 표면에 증착 되어진다.

이처럼, 본 발명은 하우징의 외부와 내부에서 2중으로 냉각되는 구조이기 때문에 하우징 내부 온도를 낮게 유지시킬 수 있고 따라서 반응부산물을 보다 빠르게 고형화할 수 있는 이점이 있다. 참고로, 기체상태의 반응부산물은 급격하게 온도가 저하되면 흡착성이 강한 파우더가 되며, 특히 반응부산물은 소정 온도 이하로 냉각되 부위에서 더욱 흡착성이 강한 특성을 갖게 된다. 따라서, 하우징(110)의 내부 공간을 통과하는 반응부산물의 냉각이 빠르게 이루어지기 때문에 반응부산물이 파우더 형태로 변환되어 트랩 모듈(130)에 포집되는 효율이 크게 향상된다.

한편, 트랩 모듈의 제1트랩부에서 포집되지 않은 다른 반응부산물은 제2트랩부의 수평 수직 통로들을 지그재그로 통과하면서 소정 온도 이하로 냉각되면서 고형화되어 제2플레이트들 표면과 냉각탑의 외측벽 그리고 하우징의 내측벽에 쌓이게 된다. 그리고, 제3트랩부의 상단부에서 포집되지 않은 다른 반응부산물은 제3트랩 부의 제4플레이트들을 지그재그로 통과하면서 고형화되어 제4플레이트들 표면과 냉각탑의 내측벽에 쌓이게 되면서, 도 12에서와 같이 트랩 모듈 전체적으로 균일하게 파우더가 증착된다. 도 13에서와 같이, 원판의 플레이트들이 다단으로 설치된 트랩 모듈의 경우에는 상부의 플레이트 상면에만 파우더가 쌓이기 때문에 교체 주기가 매우 짧을 뿐만 아니라 포집 효율이 현저하게 떨어지는 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 부산물 포집 장치는 배기가스가 앞에서는 단순하고 넓은 이동 경로들을 통과하도록 하고 뒷부분에서는 복잡한 좁은 이동 경로들을 통과하게 하여 파우더가 앞부분뿐만 아니라 뒷부분에도 균일하게 증착된다. 따라서, 포집 장치의 교체 주기가 획기적으로 연장되고 그에 따라 공정 지연의 감소에 따른 생산성 향상 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 부산물 포집 장치는 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 2중의 쿨링관 구조로 이루어지기 때문에 반응부산물을 보다 신속하게 냉각시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

본 발명은 반응부산물을 하우징의 외측과 내측에서 동시에 냉각시키기 때문에 반응 부산물의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 하우징의 내부 공간을 환형의 공간과 중앙 공간으로 구획하고, 각각의 공간에는 다양한 형상의 플레이트들을 배치함으로써 파우더 흡착 면적으로 더욱 넓혀 포집량을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 트랩 모듈 전체적으로 균일하게 파우더가 포집되기 때문에, 포집 장치의 사용 주기를 연장시킬 수 있고, 잦은 교체에 따른 공정 중단 감소에 따른 생산성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 포집 모듈로부터 떨어지는 파우더 덩어리들이 가스배출포트로 빠져나가지 못하게 함으로써 진공펌프의 손상등을 예방할 수 있다.

Claims (10)

1. 프로세스 챔버에서 발생하는 배기가스내의 반응부산물을 포집하기 위한 부산물 포집장치에 있어서:

   가스유입포트와 가스배출포트를 갖는 그리고 배기가스가 흐르는 내부통로를 갖는 하우징;

   상기 하우징 내부에 설치되는 냉각탑 및;

   상기 하우징 내부에 제공되며 표면에 반응부산물을 포집하는 복수의 플레이트들을 갖는 트랩 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 부산물 포집장치는

   상기 하우징과 상기 냉각탑을 냉각하는 냉각부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 내부통로가 외측의 환형공간과 내측의 중앙공간으로 구획되도록 상기 냉각탑은 관 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 복수의 플레이트들은 상기 하우징의 내측면과 상기 냉각탑의 외측면에 접하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 복수의 플레이트들은 배기가스의 흐름을 서로 상이한 방향으로 안내하도록 형상지어진 제1플레이트들과 제2플레이트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 트랩모듈은

   상기 제1플레이트들이 설치되는 제1트랩부와, 상기 제2플레이트들이 설치되는 제2트랩부를 포함하되,

   상기 제1플레이트들은 배기가스의 흐름을 곡선(curve)으로 유도하기 위하여 만곡지게 또는 평면으로 형상지어지며,

   상기 제2플레이트들은 상기 배기가스의 흐름을 지그재그(zigzag)로 안내하도록 형상지어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제1플레이트들이 방사상으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
8. 제3항에 있어서,

   상기 냉각탑의 중앙공간에 설치되며 상기 중앙공간으로 통과하는 배기가스의 반응부산물을 포집하는 제3플레이트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
9. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 포집장치는

   상기 트랩모듈로부터 떨어져 나간 파우더 덩어리가 상기 가스배출포트를 통해 빠져나가는 것을 방지하는 차단부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장치.
10. 제2항 또는 제3항에 있어서,

    상기 냉각부재는

    상기 하우징의 벽에 제공되는 제1냉각라인들을 갖는 제1냉각부와,

    상기 냉각탑의 벽에 제공되는 제2냉각라인들을 갖는 제2냉각부를 포함하며,

    상기 플레이트들은 상기 냉각부재에 의해 냉각된 상기 하우징 및 상기 냉각탑과 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 부산물 포집장 치.

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