KR100784773B1 - 챔버가스 히팅장치 - Google Patents

Abstract

챔버가스 히팅장치가 개시된다. 본 발명의 챔버가스 히팅장치는, 중심축에 축공이 형성된 원기둥형상의 열전도체로서, 외벽에 나선형태의 경로홈이 형성된 몸체(11), 상기 축공에 삽입된 히터(16) 및 상기 경로홈을 따라 나선형태로 매설된 가스배관인 가스경로부(13)를 포함하는 히팅부(10); 섬유성재료로서 상기 히팅부의 외면을 감싸서 상기 히팅부로부터 누설되는 열을 차단하는 열차단부(30); 및 금속성재료로서 상기 열차단부의 외면을 감싸는 형상의 적어도 하나의 부재로 형성된 하우징부(40)를 포함한다. 본 발명에 의하면, 파티클의 발생이 억제되며, 열전달효율이 뛰어나고, 유지관리가 용이하다.

Description

챔버가스 히팅장치{An apparatus for heating chamber gas}

도 1은 반도체 제조용 챔버 및 그 주변 장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 챔버가스 히팅 장치를 나타내는 도면이다.

도 3은 히팅부를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 4는 히팅부의 몸체의 표면을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버가스 히팅장치를 나타내는 도면이다.

도 6a 내지 6e 는 본 발명의 실제품을 나타내는 도면이다.

본 발명은 챔버가스 히팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 간편한 구조로 열효율이 뛰어나며, 파우더의 발생을 방지할 수 있으며, 유지 및 관리가 용이한 챔버가스 히팅 장치에 관한 것이다.

도 1은 반도체 제조용 챔버 및 그 주변 장치를 나타내는 도면이다.

반도체의 재료가 되는 웨이퍼를 제조하는 챔버(chamber, 10)에는 챔버가스(12,14)가 주입된다. 챔버가스(12)는 일명 분위기 가스로도 불리우며, 챔 버내의 공정에 화학적 반응을 고의로 발생시키거나 고의로 발생시키지 않게 하는 가스로서 역할한다.

일반적으로 챔버는 섭씨 150도 내지 200도의 고온이다. 반면 챔버가스(14)는 외부의 가스탱크(30)에 저장되기 때문에 일반적으로 실온(20 도 내지 30도)이다. 이러한 온도차는 첫째 챔버내의 화학적 반응의 저하의 원인이 되며, 둘째 챔버가스가 챔버 내에 인입되었을 때 파우더(powder)의 형성의 원인이 된다. 파우더(powder)는 저온의 기체가 고온의 반응성 물질을 만났을 때의 화학적 반응에 의해 발생하는 화학물질로서 공정의 순도 저하의 원인인 파티클(particle)이 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 챔버가스는 챔버에 인입되기 이전에 챔버가스 히팅 장치(20)에 의해 가열된 후 퍼징장치(40)에 의해 챔버내로 퍼징된다.

그러나, 종래의 챔버가스 히팅 장치는 부품이 많아서 제조단가가 높으며, 구조가 복잡하여 유지보수가 용이하지 않거나, 가스가 직접히팅부에 접촉하는 경우에는 발열부에서 파티클이 발생된다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 간단한 구조를 채용하여 유지 및 보수가 용이하고, 유지보수가 용이한 구조를 택하면서도 열전달 효율이 높으며, 파티클 발생이 최대한 억제되는 챔버가스 히팅장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 반도체 제조공정의 챔버에 인입되 는 챔버가스를 히팅하는 장치로서, 중심축에 축공이 형성된 원기둥형상의 열전도체로서, 외벽에 나선형태의 경로홈이 형성된 몸체(11), 상기 축공에 삽입된 히터(16) 및 상기 경로홈을 따라 나선형태로 매설된 가스배관인 가스경로부(13)를 포함하는 히팅부(10); 섬유성재료로서 상기 히팅부의 외면을 감싸서 상기 히팅부로부터 누설되는 열을 차단하는 열차단부(30); 및 금속성재료로서 상기 열차단부의 외면을 감싸는 형상의 적어도 하나의 부재로 형성된 하우징부(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 열차단부는 유지관리가 용이하도록 3개의 부재로 형성되며, 상기 3개의 부재는, 중심에 히터에 전력을 공급하는 라인인 히터라인이 삽입되기 위한 삽입공이 형성된 원판형상의 전면부(32); 상기 히팅부의 몸체의 측면에서 상기 몸체를 에워쌀 수 있도록 내부에 빈 공간을 가지는 원기둥형상이고 일측이 개방된 형상의 측면부(34); 및 상기 몸체의 후면에 위치하는 원판형상의 후면부(36)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 하우징부는 상기 열차단부의 좌우측면방향, 즉 상기 몸체의 원기둥의 측면방향에서 상기 열차단부를 감싸는 제1차단부재 및 제2차단부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 하우징부는 상기 하우징부의 일 면에 홀형태로 형성되어, 상기 히터로부터 지나치게 발생된 열을 방출하는 조절공을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 경로홈의 폭 w2 은 상기 가스경로부의 배관의 폭 w1 과 동일하고, 상기 경로홈의 깊이 h2 는 가스경로부의 높이 h1 보다 큰 것을 특징으로 하며, 특히, 상기 경로홈의 깊이 h2 는 가스경로부의 높이 h1 의 110% 내지 120% 인 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 챔버가스 히팅 장치를 나타내는 도면이고, 도 3은 히팅부(10)를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

챔버가스 히팅 장치(100)는 히팅부(10), 열차단부(30) 및 하우징부(40)를 포함한다.

히팅부(10)는 몸체(11), 가스경로부(13) 및 히터(16)를 포함한다.

몸체(11)는 중심축에 축공(12)이 형성된 원기둥형상의 열전도체로서, 외벽에는 가스경로부(13)가 매설되기 위한 경로홈(14)이 나선형태로 형성되어 있다. 축공(12)에는 히터(16)가 삽입된다.

히터(16)는 전기에 의해 열을 발생시키는 장치로서 일률적이고 고른 열발산을 위해 일반적으로 막대형상으로 제조된다.

가스경로부(13)는 가스배관이 몸체(11)의 경로홈(14)을 따라 나선형태로 형성된 것으로서, 열전도율이 높은 금속성 재료로 형성된다. 가스경로부(13)는 가스입력배관과 가스출력배관이 하나의 배관으로 형성된다. 가스경로부(13)는 나선형태로 몸체(11)의 경로홈(14)에 매설되어 있기 때문에, 몸체(11)로부터 열을 전달받아 가스배관내의 가스로 전달하는 기능을 한다.

히팅부(11) 및 가스경로부(13)는 열전도성이 좋은 금속재료가 사용되며, 바람직하게는 스테인레스, 알루미늄 등이 사용된다.

열차단부(30)는 히팅부(10)와 가스경로부(20)가 결합된 조립체의 외면을 감싸는 형상으로서, 전면부(32), 측면부(34) 및 후면부(36)의 3개의 부재로 형성되는 것이 바람직하다. 전면부(32)는 중심에 히터라인삽입공(31)이 형성된 원판형상이며, 원기둥형상인 히팅부(10)의 전면, 즉 히터(16)가 위치하는 부분에서 히팅부(10)를 감싼다. 측면부(34)는 내부에 빈 공간을 가지는 원기둥형상이고 일측이 개방된 형상으로서 히팅부(10)의 측면, 즉 가스경로부(20)가 매설된 부분을 감싼다. 후면부(36)는 원판형상으로서, 히팅부(10)의 후면, 즉 전면부(32)의 반대방향에 있는 면을 감싼다.

열차단부(30)는 열전도율이 낮은 섬유성 재료로 형성되며, 바람직하게는 탄소성 섬유로 형성된다.

하우징부(40)는 열차단부(30)의 외면을 감싸는 형상의 2개 이상의 부재로 형성된다. 하우징부(40)는 열차단부(30)의 좌우측면방향(원기둥의 측면방향)에서 열차단부(30)를 감싸는 제1차단부재(42) 및 제2차단부재(44)를 포함한다. 유지관리가 용이하게 하기 위함이다.

제1 및 제2차단부재(42,44)는 열차단부(30)의 외면형상과 동일하거나 적어도 유사하게 형성된다. 섬유성 재료로 형성된 열차단부(30)를 외부로부터 보호하고 열차단부(30)의 외면을 단단히 고정시키기 위함이다.

일 실시예에서, 하우징부(40)의 제1 및 제2차단부재(42,44)는 조절공(43)을 포함한다. 조절공(43)은 제1 및 제2 차단부재(42,44)의 일 표면에 형성되며, 히터(16)로부터 열이 지나치게 많이 공급된 경우, 열을 소량 방출함으로써, 지나치게 많은 열에 의해 발생가능한 하우징부(40)의 형상변형을 방지한다.

본 발명에서 가스배관인 가스경로부(13)는 챔버가스와 직접 접촉하지 않기 때문에 챔버가스의 이 물질발생으로 인한 챔버내의 파티클 발생이 억제된다.

본 발명에서, 히팅부(10), 열차단부(30) 및 하우징부(40)는 용이하게 분리가능하고, 특히 열차단부(30) 및 하우징부(40)는 여러 개의 부재로 분리가능하다. 이에 의해 사용자는 챔버가스 히팅장치(100)의 설치, 보수, 부품교체 등의 유지관리가 용이하다.

도 4는 히팅부의 몸체의 표면을 나타내는 도면이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 히팅부(10)의 몸체(11)는 가스경로부(13)가 나선형으로 매설되기 위한 경로홈(14)이 외면에 형성되어 있다. 몸체(11)로부터 가스경로부(13)로의 열전달이 원할히 수행되기 위해, 가스경로부(13)와 경로홈(14)은 일 부분, 바람직하게는 많은 면적이 접촉하여야 한다. 이를 위해, 경로홈(14)의 폭 w2 은 가스경로부의 폭 w1 과 동일한 것이 바람직하다.

또한, 경로홈(14)의 깊이 h2 는 가스경로부의 높이 h1 보다 큰 것이 바람직하다. 몸체(11)로부터 가스경로부(13)로 전달되지 않은 열이 외부로 방출되어 누설되는 것을 방지하기 위함이다.

이와 같은 구조를 통해, 열전도에 의해 몸체로부터 가스경로부로 전달되지 않고 누설된 열은 복사나 대류의 형태로 다시 가스경로부(13)로 전달될 수 있다.

본 출원인은 반복실험을 통해 제조의 편의성 및 열전달의 효율성을 측정하였으며, 그 결과 경로홈의 깊이가 가스경로부의 높이의 110% 내지 120%일 때 제조가 용이함과 동시에 열전달 효율성이 가장 극대화됨을 알 수 있었다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버가스 히팅장치를 나타내는 도면이다.

챔버가스 히팅장치(500)는 도 2의 챔버가스 히팅장치와 기본적으로 동일하며, 센서홀(51) 및 온도센서(52)를 추가적으로 포함한다.

센서홀(51)은 축공(16)의 주위에 형성되는 것이 바람직하며 막대형상의 온도센서(52)가 삽입될 수 있도록 중공형태로 형성된다.

온도센서(52)는 센서홀(51)에 삽입되어 몸체(11)의 온도를 측정한다.

도 5에 도시되지는 않았지만, 변형된 실시예에서, 챔버가스자체의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 본 발명의 챔버가스 히팅장치에 장착될 수 있다. 다만, 이러한 챔버가스 온도센서가 본 발명에 적용되는 경우에는 챔버가스 온도센서는 본 발명의 가스경로부(13)의 출력방향(outlet)에 장착가능하다.

도 6a 내지 6e 는 본 발명의 실제품을 나타내는 사진이다.

도 6a, 6b 에 나타난 실제품은 스테인레스 316 계열, 알루미늄 60 계열로 제조된 제품으로서, 본 출원인의 자체 실험 결과 열전달효율면에서 약 10 ~30 %의 상승효과를 발휘하였을 알 수 있었다.

도 6c 에 나타난 바와 같이, 열차단부(30)는 여러 겹의 탄소 섬유로 제작되었으며, 바람직한 두께는 15~20 mm 이다.

도 6d 에 나타난 바와 같이, 하우징부(40)는 조립 시에 팔각기둥의 형상이 되는 2개의 부재로 제조되었으며, 일 측면에는 조절공이 형성되었다.

도 6e 에 나타난 바와 같이, 완성된 챔버가스 히팅장치는 히팅부->열차단부->하우징부의 순서로 조립되었으며, 각 부품들은 유지보수시에 사용자에 의해 용이하게 분리가능하다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 히터가 직접 가스에 접촉하지 않으므로, 파티클의 발생이 억제된다.

또한 본 발명에 의하면, 가스경로부와 경로홈의 접촉면이 최대화되어 효율적인 열전달이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면, 히팅장치가 히터부->열차단부->하우징부의 3개의 부재로 되어 있고, 특히 열차단부 및 하우징부는 2개이상의 부재로 분리가능하여, 작업자가 용이하게 사용할 수 있고 부품 및 소모품 교체 등의 유지관리가 매우 용이 하다.

또한 본 발명에 의하면, 몸체의 경로홈과 가스경로부의 배관의 규격에 적절한 한정을 취함으로써, 열전도 이외의 대류, 복사 등의 추가적인 열전달이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면, 열전달이 효율적인 구조를 취하면서도 저렴한 부품이 사용되어 제조단가를 절약할 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 제조공정의 챔버에 인입되는 챔버가스를 히팅하는 장치로서,

   중심축에 축공이 형성된 원기둥형상의 열전도체로서, 외벽에 나선형태의 경로홈이 형성된 몸체(11), 상기 축공에 삽입된 히터(16) 및 상기 경로홈을 따라 나선형태로 매설된 가스배관인 가스경로부(13)를 포함하는 히팅부(10);

   섬유성재료로서 상기 히팅부의 외면을 감싸서 상기 히팅부로부터 누설되는 열을 차단하는 열차단부(30); 및

   금속성재료로서 상기 열차단부의 외면을 감싸는 형상의 부재로 형성된 하우징부(40)를 포함하고,

   상기 경로홈의 깊이 h2 는 상기 가스경로부의 높이 h1 보다 큰 것을 특징으로 하는 챔버가스 히팅장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열차단부는 유지관리가 용이하도록 3개의 부재로 형성되며, 상기 3개의 부재는,

   중심에 히터에 전력을 공급하는 라인인 히터라인이 삽입되기 위한 삽입공이 형성된 원판형상의 전면부(32);

   상기 히팅부의 몸체의 측면에서 상기 몸체를 에워쌀 수 있도록 내부에 빈 공간을 가지고 일측이 개방된 원기둥형상의 측면부(34); 및

   상기 몸체의 후면에 위치하는 원판형상의 후면부(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버가스 히팅장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징부는 상기 열차단부의 좌우측면방향, 즉 상기 몸체의 원기둥의 측면방향에서 상기 열차단부를 감싸는 제1차단부재 및 제2차단부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버가스 히팅장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징부는 상기 하우징부의 일 면에 홀형태로 형성되어, 상기 히터로부터 지나치게 발생된 열을 방출하는 조절공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버가스 히팅장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 경로홈의 깊이 h2 는 가스경로부의 높이 h1 의 110% 내지 120% 인 것을 특징으로 하는 챔버가스 히팅장치.

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