KR100748478B1 - 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

소요의 가스분위기를 형성하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

케이싱 내의 내부공간에 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
이 장치는 가스를 도입하기 위한 가스도입구(3)와 가스를 배출하기 위한 가스배출구(5)를 구비한 케이싱(1)과, 이 케이싱에 연통되어 가스를 순환시키는 가스 순환관로(8)와, 케이싱 내의 가스를 가스 순환관로를 통하여 순환시키기 위한 순환팬 (11)과, 가스도입구 및 가스배출구를 거쳐 케이싱 내로의 가스의 도입 및 배출을 행하기 위한 위치 및 케이싱 내의 가스를 상기 가스 순환관로를 통하여 순환시키기 위한 위치 사이에서 전환 가능한 밸브(6, 7)와, 순환되는 가스의 수분제거 등의 소요의 처리를 행하기 위한 트랩(10), 필터(4), 열교환기(9) 등을 가진다.
이 장치에서는 케이싱에 가스를 도입함과 동시에 배출함으로써, 먼저 존재하고 있던 공기 등을 배제하여 가스가 상기 케이싱 내에 충만하고 나서, 가스의 도입배출을 멈추고 순환을 행하여 케이싱 내의 가스분위기의 상태를 일정하게 유지한다.

Description

소요의 가스분위기를 형성하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR FORMING REQUIRED GAS ATMOSPHERE}
본 발명은 하우징 또는 케이싱에 의하여 둘러 싸인 공간을 불활성 가스 등으로 충만시켜, 상기 공간 내에 소요의 가스분위기를 만들기 위한 장치 및 방법에 관한것이다.
예를 들면 배치식의 저압 CVD 장치에서는 케이싱 내에 다수의 반도체웨이퍼를 두고, 화학증착에 의하여 상기 웨이퍼 표면에 소요의 피막을 형성하도록 되어 있으나, 상기 웨이퍼 표면을 그 주위의 분위기에 포함되는 산소나 수분에 의한 산화로부터 보호하여 산화막이 형성되는 것을 방지할 필요가 있다.
이와 같은 경우, 종래는 도 1에 나타내는 바와 같이 케이싱(1)으로 둘러싸인 공간(2)에 건조한 불활성 가스(G)를 가스도입구(3)로부터 도입하여 입자제거필터(헤파, 울파필터 등)(4)로 파티클 등을 제거하고 공간(2)을 건조한 불활성 가스분위기로 하여 상기한 바와 같은 산화를 방지함과 동시에, 공간(2)으로부터는 가스를 일정유량으로 배출구(5)로부터 배출함으로써, 내부 가스의 오염을 방지하고 있다.
따라서 이와 같은 시스템에서는 대량의 불활성 가스를 소비하기 위하여 운전 비용이 높아진다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 케이싱으로 둘러 싸인 공간에 소요의 가스를 충만시켜 소요의 가스분위기를 만들 수 있고, 또한 가스의 소비량을 적게 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 가스를 도입하기 위한 가스도입구와 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 구비한 케이싱과, 상기 케이싱과 연통되어 가스를 순환시키는 가스 순환관로와, 케이싱 내의 가스를 가스 순환관로를 통하여 순환시키기 위한 순환팬과, 가스도입구 및 가스배출구를 거쳐 케이싱 내로의 가스의 도입 및 배출을 행하기 위한 위치 및 케이싱 내의 가스를 상기 가스 순환관로를 통하여 순환시키기 위한 위치와의 사이에서 전환 가능한 밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 장치를 제공한다.
이 장치에서는 조작의 처음단계에서 가스를 가스도입구로부터 케이싱 내에 도입하면서 도입된 가스를 가스배출구를 통하여 배출함으로써 케이싱 내에 처음에 존재하고 있던 공기 등을 케이싱밖으로 배출하고, 케이싱 내에 가스가 충만되기를 기다린다. 케이싱 내가 도입된 가스에 의해 충만되면, 밸브를 전환하여 케이싱 내의 가스를 가스 순환관로를 통하여 순환시켜 그 순환 중에 있어서 상기 가스의 수분제거등, 가스의 상태를 일정하게 유지하기 위한 소요의 처리를 하는 것을 가능하게 한다.
구체적으로는 상기 가스 순환관로는 상기 가스도입구 및 가스배출구 사이에 접속할 수 있고, 상기 밸브를 상기 가스도입구 및 가스배출구에 각각 설치하여 상기와 같이 전환을 행하도록 할 수 있다.
가스 순환관로에는 순환되는 가스 중에 포함되는 입자 등을 제거하기 위한 필터나, 가스 중의 수분 등을 냉각 응축하여 상기 가스로부터 제거하기 위한 트랩을 설치할 수 있다. 또한 상기 순환관로에는 상기 트랩으로 유입하는 가스와 유출하는 가스 사이에서 열교환을 행하기 위한 열교환기를 설치할 수도 있다.
또 상기 케이싱 내에는 상기 케이싱 내를 통하는 가스의 흐름을 균일화하기 위한 가스흐름 균일화 기구를 설치할 수도 있다.
본 발명은 또 케이싱 내의 공간에 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 상기 공간에 가스를 도입함과 동시에 상기 가스를 상기 공간으로부터 배출하는 공정과, 상기 공간 내가 상기 가스에 의하여 충만되었을 때에 상기 가스의 상기 도입 및 배출을 멈춤과 동시에, 상기 케이싱에 연통된 가스 순환로를 거쳐 상기 공간 내의 가스를 순환시키는 공정을 가지는 공간 내에 소요 가스분위기를 형성하기 위한 방법을 제공한다.
이 방법에서는 상기 순환되는 가스에 입자제거 등의 소요의 처리를 행하기 위한 공정을 더할 수 있다. 또한 상기 케이싱 내의 가스의 흐름을 균일화하는 공정도 더할 수 있다.
도 1은 케이싱으로 둘러싸인 공간에 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 종래 장치를 나타내는 도,
도 2는 본 발명에 관한 소요 가스분위기를 형성하기 위한 장치를 나타내는 도,
도 3a는 도 2의 장치에서 사용하는 트랩의 개략 구성예를 나타내는 측면단면도,
도 3b는 도 3a의 A-A 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이 본 발명에 관한 장치는 상기한 바와 같이 케이싱 (1)과 이 케이싱의 내부공간(2)을 통하여 가스를 순환시켜 상기 내부공간 내에 소요의 가스분위기를 만들기 위한 가스순환장치(20)를 구비하고 있다.
케이싱(1)은 상기한 종래장치와 마찬가지로 가스도입구(3) 및 가스배출구(5)를 구비하여 이 실시형태에 있어서의 장치에서는 CVD장치에 있어서와 같이 케이싱 내부공간(2)은 질소(N2)가스나 아르곤(Ar)가스 등의 불활성 가스분위기가 되는 것으로 한다.
가스 순환장치는 전환밸브(6, 7)를 거쳐 상기 가스도입구(3) 및 가스배출구 (5)에 연통된 가스 순환관로(8)를 가지고 있고, 전환밸브(6, 7)는 가스를 케이싱 (1)의 내부공간(2)에 불활성 가스를 공급하고 배출하는 위치와, 공급배출을 정지하여 케이싱 내부공간(2)의 가스를 순환관로(8)를 통하여 순환시키기 위한 위치와의 사이에서 전환할 수 있도록 되어 있다.
가스도입구(3)에는 순환팬(11)이 설치되어 있고, 이 가스 순환팬(11)의 하류측에는 필터(4)가 설치되어 있고, 다시 상기 필터(4)의 하류측에 공간(2)내에 불활성 가스가 균일하게 흐르도록 하는 가스흐름 균일기구(12)가 설치되어 있다.
가스 순환관로(8)에는 열교환기(9) 및 트랩(10)이 설치되어 있다. 트랩은 내부를 통하는 불활성 가스(G1)를 냉각으로 함으로써 가스 중에 포함되는 수분이나 유기계 가스(유기계 오염물)을 응축 포착하여 제거하기 위한 것이다. 수분이나 유기계 가스가 제거된 불활성 가스(G2)는 필터(4)를 통하여 케이싱(1)으로 되돌아간다.
열교환기(9)는 트랩(10)에 도입되는 불활성 가스(G1)와 트랩으로부터 나온 불활성 가스(G2) 사이에서 열교환을 행하여, 케이싱으로 되돌아가는 불활성 가스(G2)의 온도를 소요 온도 이상으로 유지하도록 한다.
도 3은 트랩(10)의 개략 구성예를 나타내는 도면으로, 도 3(a)는 측단면도, 도 3(b)는 도 3(a)의 A-A 단면도이다. 도시한 바와 같이 트랩(10)은 콜드헤드(10-1)와, 헬륨압축기(10-2)를 가진다. 콜드헤드(10-1)는 원통형상의 케이싱(10-1a)과, 이 케이싱 내에 동심원형상으로 설치된 열전도성이 좋은 재료(금속재)로 이루어지는 원통형상 응축기(10-1b)를 가지고 있다. 원통형상 응축기(10-1b)는 헬륨냉동기(10-1c)를 거쳐, 헬륨압축기(10-2)에 접속되어 있고, 헬륨가스에 의하여 예를 들면 -100℃ 내지 -200℃로 냉각되도록 되어 있다. 상기 응축기는 반경방향으로 신장하는 다수의 핀을 가지고 있고, 콜드헤드(10-1)의 케이싱(10-1a)내로 유입하는 불활성 가스(G1)는 상기 응축기에 의하여 냉각되어, 그 속에 포함되는 수분이나 유기계가스가 그 표면에 응축하여 포착된다.
또한 순환팬(11)의 베어링에는 파티클이나 유기계 재료 등에 의하여 불활성 가스가 오염되는 것을 방지하기 위하여 자기 베어링을 사용하고, 나아가서는 자기 베어링부 및 모터부를 캔구조로 하면 좋다.
본 발명에 관한 장치를 사용하는 경우는, 먼저 전환밸브(6, 7)를 비순환 위치로 하여 불활성 가스(G)를 가스도입구(3)로부터 케이싱 내로 도입함과 동시에 가스배출구(5)를 통하여 배출한다. 도입된 불활성 가스(G)는 순환팬(11) 및 필터(4), 가스흐름 균일화 기구(12)를 통하여 균일한 흐름으로 되어 케이싱(1)의 공간(2)내로 통한다.
공간(2)내에 불활성 가스(G)가 충만하여 공간(2)내의 산소, 수분이 제거된 상태에서 전환밸브(6, 7)를 가스 순환위치로 전환한다. 이에 의하여 공간(2)내의 불활성 가스는 전환밸브(7), 열교환기(9), 트랩(10), 열교환기(9), 전환밸브(6), 순환 팬(11), 필터(4) 및 가스흐름 균일기구(12)를 통하여 균일한 가스흐름이 되어 공간 (2)내를 통한다.
본 발명에 의하면 상기한 바와 같이 종래기술에 비하여 가스의 소비량을 대폭 으로 저감할 수 있다. 이 장치를 예를 들면 배치식 저압 CVD 장치로서 사용하는 경우에는 케이싱공간(2)내에 다수의 반도체웨이퍼를 세트하고, 상기 챔버내에 질소가스나 아르곤가스를 도입하여 순환시킴으로써 공간(2)내의 산소농도 및 수분농도를 아주 낮게 억제할 수 있어, 반도체웨이퍼 표면의 산화를 방지할 수 있다. 보급하는 불활성 가스량은 케이싱(1)으로부터 누설되는 소량을 보충하는 것만으로 되므로 운전비용이 저렴하게 된다.

Claims (13)

  1. 가스를 도입하기 위한 가스도입구와 가스를 배출하기 위한 가스배출구를 구비한 케이싱과;
    상기 케이싱에 유체 연통되어 가스를 순환시키는 가스 순환관로와;
    상기 케이싱 내의 가스를 상기 가스 순환관로를 통하여 순환시키기 위한 순환팬과;
    상기 가스도입구 및 상기 가스배출구를 거쳐 상기 케이싱 내로의 가스도입 및 배출을 행하기 위한 위치와;
    상기 케이싱 내의 가스를 상기 가스 순환관로를 통하여 순환시키기 위한 위치와의 사이에서 전환 가능한 밸브를 가지고,
    상기 가스 순환관로에 설치되어, 상기 가스 순환관로를 통하는 가스 중의 수분이나 유기계 가스를 냉각 응축하여 상기 가스로부터 제거하기 위한 트랩이 설치되고,
    상기 가스 순환관로가 상기 가스도입구 및 가스배출구 사이에 접속되고,
    상기 전환 가능한 밸브가 상기 가스도입구 및 가스배출구에 각각 설치된 밸브로 이루어지고,
    상기 순환관로에 설치되어 상기 트랩으로 유입하는 가스와 유출하는 가스 사이에서 열교환을 행하기 위한 열교환기를 가지는 것을 특징으로 하는 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 순환되는 가스 중에 포함되는 입자를 제거하기 위한 입자제거필터나 케미컬필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 케이싱 내에 설치되어 상기 케이싱 내를 통하는 가스의 흐름을 균일화하기 위한 가스흐름 균일화 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 장치.
  9. 케이싱 내의 공간에 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 방법으로서,
    상기 공간으로 가스를 도입함과 동시에 상기 가스를 상기 공간으로부터 배출하는 공정과;
    상기 공간의 내부가 상기 가스에 의하여 충만되었을 때에 상기 가스의 상기 도입 및 배출을 멈춤과 동시에, 상기 케이싱에 연통된 가스 순환로를 거쳐 상기 공간의 내부의 가스를 순환시키는 공정과;
    상기 순환로를 통하는 가스 중의 수분이나 유기계 가스를 냉각 응축하여 상기 가스로부터 제거하는 공정과,
    상기 순환되는 가스에 입자제거를 포함하는 소요의 처리를 행하는 공정과,
    상기 케이싱 내의 가스의 흐름을 균일화하는 공정을 가지고,
    순환로를 통하는 가스 중의 수분이나 유기계 가스를 냉각 응축하여 상기 가스로부터 제거하는 상기 공정의 전후에 있어서의 순환로를 통하는 냉각 전과 냉각 후의 가스 사이에서 열교환을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 가스로서 불활성 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 소요의 가스분위기를 형성하기 위한 방법.
  13. 삭제
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