KR100978797B1 - 열전달 균일성이 증가된 반도체 공정가스 배출용 히터자켓 - Google Patents

Abstract

반도체 공정가스 배출용 히터 자켓이 개시된다. 본 발명은, 반도체 공정가스 배출용 배관을 히팅하는 히터 자켓으로서, 실리콘 재질의 환형의 부재로서 내부에 히팅 코일(13)이 균일하게 이격되어 설치된 실리콘 자켓(10); 및 상기 배관을 둘러싸도록 내부가 환형으로 형성된 알루미늄 부재로서 상기 실리콘 자켓과 상기 배관사이에 위치하는 알루미늄 블록(20)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 알루미늄블록에 의해 열전달의 균일도를 증가시켜 열전달효율이 증가된 히터자켓이 제공된다.

Description

열전달 균일성이 증가된 반도체 공정가스 배출용 히터자켓{Heater Jacket in semiconductor process with increased uniformity of heat-transfer}

도 1은 반도체 공정가스가 배출되는 과정을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 공정가스 배출용 히터 자켓을 나타내는 도면이다.

도 3a는 본 발명에 의한 히터자켓이 설치된 배관의 단면도이다.

도 3b는 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서 열전달경로의 확대도이다.

도 4는 본 발명에 따른 히터 자켓이 배관에 설치된 모습을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄블록을 나타내는 도면이다.

도 6은 도 5의 P 부분을 확대한 도면이다.

도 7은 두개의 하위 알루미늄블록의 연결방법을 나타내는 도면이다.

도 8a는 도 5의 변형된 실시예에 의한 알루미늄블록의 단면도이다.

도 8b는 도 8a의 알루미늄블록이 설치된 모습의 단면도이다.

본 발명은 히터 자켓에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배관에 열전달의 균일성이 증가된 반도체 공정가스배출용 히터 자켓에 관한 것이다.

도 1은 반도체 공정가스가 배출되는 과정을 나타내는 도면이다.

반도체 제조공정은 전 공정과 후 공정으로 구분되며, 전 공정은 반도체칩을 제조하기 위해 웨이퍼(wafer) 상에 박막을 증착하고 식각하는 물리/화학적 공정을 의미하며, 후 공정은 전 공정에서 제작된 웨이퍼를 특정의 규격으로 절단하여 별도제작된 리드프레임에 얹고 와이어 본딩 후 몰딩하는 패키지(package) 제작공정을 의미한다.

상기 과정에서 전 공정은 공정이 수행되기 위한 공간을 제공하는 프로세스 챔버의 내부에 웨이퍼를 투입하고, 웨이퍼 상에 박막의 증착, 식각을 수행하기 위해 작업분위기를 형성하는 실란(silane), 아르신(arsine) 및 염화 붕소 등과 수소 등의 가스를 챔버 내부로 주입한 후 칩 제조 프로세스를 수행하게 된다. 이 때, 상기 전 공정이 수행되는 동안 프로세스 챔버의 내부에는 각종 발화성 가스와 부식성 이물질 및 유독 성분을 함유한 유해가스가 다량 발생되며, 이 유해가스를 정화하여 방출하기 위해 반도체 제작장치에는 반드시 스크루버(scrubber; 가스 세정기)가 설치된다. 이와 같은 스크루버는 단지 가스형태의 반응부산물 만을 정화처리하기 때문에 반응부산물이 프로세스 챔버의 외부로 진행 되어 파우더의 형태로 고형화되면, 배기라인에 고착됨에 따른 배기압력 상승, 진공펌프로 유입되어 펌프의 고장유발, 프로세스 챔버로 유해가스가 역류하여 웨이퍼를 오염시키는 등의 문제점이 노출되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이러한 파우더의 고형화의 발생을 방지하기 위해 배관의 온도를 일정온도이상으로 유지시킴으로써 고형 파우더의 발생을 극소화하기 위한 히터 자켓을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 배관으로의 열전달의 균일성(uniformity)이 증가된 히터자켓을 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 반도체 공정가스 배출용 배관을 히팅하는 히터 자켓으로서, 실리콘 재질의 환형의 부재로서 내부에 히팅 코일(13)이 균일하게 이격되어 설치된 실리콘 자켓(10); 및 상기 배관을 둘러싸도록 내부가 환형으로 형성된 알루미늄 부재로서 상기 실리콘 자켓과 상기 배관사이에 위치하는 알루미늄 블록(20)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 알루미늄 블록은 단면이 판재형상인 복수개의 하위 알루미늄블록으로 나누어지며, 상기 하위 알루미늄 블록은 배관을 둘러싸는 방향으로 회전가능한 연결부재로 상호 연결된 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 하위 알루미늄블록의 단면은 사다리꼴 형상이며 상기 사다리꼴의 짧은변이 상기 배관을 향하도록 상기 하위 알루미늄블록이 상기 배관을 둘러싸는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 하위 알루미늄블록의 단면은 상기 사다리꼴의 아랫변의 각도 a 와 상기 하위 알루미늄블록의 개수 n 은 수학식 360/n + 2a ≤ 180 의 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명에 따른 반도체 공정가스 배출용 히터 자켓을 나타내는 도면이다.

히터 자켓(100)은 실리콘 자켓(10) 및 알루미늄블록(20)을 포함한다.

실리콘 자켓(10)은 내부가 환형의 형상이고, 재질은 실리콘 혹은 실리콘-러버(고무)의 합성재료이다. 내부가 환형의 형상인 것은 배관을 공간없이 둘러싸게 하여 열손실을 막기 위함이고, 재질이 실리콘(실리콘-러버합성)인 이유는 열전도율이 적은 재료로서 신축성이 있어 설치가 용이하고, 변형발생이 적기 때문이다.

실리콘 자켓(10)의 내부에는 히팅 코일(13)이 균일하게 이격되어 설치되어 있다. 실리콘 자켓의 몸체(11)는 외부의 형상은 제한이 없으나 내부의 형상은 배관을 둘러쌀수 있도록 환형의 형상이다.

일 실시예에서, 도 1에 나타난 바와 같이, 실리콘 자켓의 몸체(11)는 2개의 하위부재(L,R)로 나누어질수 있다. 이 경우에는, 각각 하나의 하위부재가 배관을 중심으로 서로 양쪽에서 둘러싸도록 형성된다. 2개의 하위부재로 형성되는 경우, 각각의 하위부재(L,R)는 배관이 외부로 돌출되기 위한 공간인 만입부(16)을 포함한다. 만입부(16)는 배관이 위치한 방향에 따라 몸체의 가로방향 및 세로방향으로 형성될 수 있다.

각각의 하위부재는 체결부(18)를 통해 상호 체결된다. 이미설치된 배관을 해체함이 없이 배관에 설치하기 위함이다. 체결부(18)는 한쪽 하위부재의 외부면에서 다른쪽 하위부재의 외부면으로 체결하는 수단을 가지며, 이 체결수단은 밸크로, 똑딱이식 버튼 등이 가능하다. 똑딱이식 버튼의 경우에는 암수가 서로 반대편에 형성되어 있어야 하므로, 한쪽의 위에는 암, 다른쪽의 위에는 수와 같이 서로 엇갈려 형성되어야 한다. 실리콘 자켓의 몸체가 하위부재(L,R)로 나누어 지는 경우에는 히팅 코일(13)을 각각의 하위부재에 별도로 설치할 수도 있다. 물론 하위부재로 나누어지지 않는 경우에는 하나의 히팅코일을 전체로 형성한다. 몸체(11)가 하나의 부재로 이루어지는 경우에는 몸체(11)의 상부 혹은 하부중 어느한쪽은 부착되어 있으며, 이 부착된 경로를 통해 내부코일이 내부에 장착된다.

알루미늄블록(20)은 열전달이 용이하도록 하기 위해 알루미늄으로 제조되며, 배관(1)을 둘러쌀 수 있도록 내부가 환형으로 형성된다. 실리콘 자켓(10)과 마찬가지로 배관이 외부로 돌출될 수 있도록 만입부(25,26)를 포함한다. 일실시예에서, 실리콘 자켓(10)과 마찬가지로, 알루미늄블록(20)은 하위 부재로 나누어진다. 알루미늄블록(20)이 하위부재로 나누어지는 경우에는 도 1에 나타난 바와 같이, 배관을 둘러싸는 방향으로 나뉘어지는 것이 바람직하다. 이는 도 5 내지 8에서 좀더 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명에 의한 히터자켓이 설치된 배관의 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서 열전달경로의 확대도이다.

도 3a에서, 배관(1)은 알루미늄블록(20)으로 둘러싸여있고, 알루미늄블 록(20)은 히터자켓(10)으로 둘러싸여있다. 히터자켓(10)의 내부에는 히팅코일(13)이 이격되어 감겨져 있다. 단면방향에서 보았을 때 히팅코일은(13)은 서로 일정간격 이격되어 설치되어 있으므로, 단면영역은 히팅코일(13)이 위치한 영역 A 과 위치하지 않은 영역 B 로 나누어진다.

도 3b에서, 히팅코일(13)에 의해 발생한 열은 방사방향 S1.S2 로 전달된다. 히팅코일(13)을 둘러싸고 있는 재료는 실리콘으로서 열전도율이 낮아서 멀리까지 열을 전도할 수는 없기 때문에 자켓의 두께는 적절히 얇게 형성되고, 그 결과 실리콘 재질의 열전도율에 무관하게 히팅코일에서 발생된 열은 배관으로 향하며 전달4된다(S1방향). 이 때 S2방향으로 향하는 열은 배관으로 향하지 않기 때문에 배관에 전달되지 않는다. 따라서 히팅코일에 1차적으로발생한 열은 거의 영역 A 에만 영향을 미친다.

다음으로, S1 방향으로 전달된 열은 알루미늄블록(20)에 닿는다. 이 때 알루미늄블록은 열전도율이 매우 높기 때문에, 배관을 향하는 방향(M1 방향)뿐 아니라 배관에 평행한 방향(M2 방향)으로도 열을 전달한다. 이 과정에서 열전도는 영역 A 뿐 아니라 영역 B 로도 전달된다.

마지막으로, 알루미늄블록(20)에 내재된 열은 배관방향으로 전달된다. 이 때 알루미늄블록은 이미 배관에 평행한 방향(M2)으로 열을 전달받은 상태이기 때문에 알루미늄블록->배관으로의 열전달은 영역 A 뿐 아니라 영역 B에서도 수행된다.

본 발명에서, 히팅코일(13)에 의해 발생된 열이 배관을 일정온도이상으로 유지시킴으로써, 반도체 공정에서 배출된 공정가스의 내부 활성도를 증가시켜, 고형 파우더의 발생을 억제한다.

더욱이 본 발명에서, 히팅코일(13)에서 발생된 열은 열전도율이 높은 알루미늄블록(20)을 통해 배관전체에 퍼지게 구성됨으로써, 히팅코일로부터 배관으로의 열전달은 히팅코일이 존재하지 않는 영역 B 에서도 발생한다. 즉 배관은 알루미늄블록 자체가 발열체인것처럼 히팅코일의 위치에 무관하게 배관전체가 열을 수신하는 결과가 되며, 이에 의해 열전달의 균일도가 증가하기 때문에 열전달의 효율이 증가되고 결국 고형 파우더의 발생 억제효과가 더욱 증가된다.

도 4는 본 발명에 따른 히터 자켓이 배관에 설치된 모습을 나타내는 도면이다.

설치시에, 먼저 알루미늄블록(20)을 배관(1)에 감싸도록 설치한후 실리콘 자켓(10)을 알루미늄블록(20)의 외면에 감싸도록 형성 및 고정시킨다. 알루미늄블록(20)의 외면의 형상과 실리콘 자켓(10)의 내면의 형상은 일치하는 것이 바람직하지만, 실리콘 자켓은 그 자체가 탄성이 있는 재료이기 때문에 그 형상이 완벽하게 일치할 필요는 없다.

도 4에 나타난 바와 같이, 배관이 중간에 연결부 즉 가지가 있는 경우에는 알루미늄블록 및 실리콘 자켓에 형성된 만입부를 이용하여 외부와의 단열효과를 극대화 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄블록을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 P 부분을 확대한 도면이고, 도 7은 두개의 하위 알루미늄블록의 연결방법을 나타내는 도면이다.

도 5의 실시예에서, 알루미늄블록(20)은 복수개의 하위 알루미늄블록(501 내지 506)으로 분할된다. 또한 도 5에 나타난 바와 같이, 하위 알루미늄블록(501 내지 506)은 배관이 연장된 방향으로 연장된 부재로서 그 단면이 판재형상이다.

하위 알루미늄블록들은 판재형상의 한쪽면이 배관을 바라보는 방향으로 배관을 감싸도록 위치한다. 따라서 도 5에서와 같이, 6개의 하위 알루미늄블록으로 구성되는 경우에는 각 알루미늄블록들이 형성하는 단면모양은 정육각형형상이 되며, 양변이 이루는 각도는 60+60=120도가 된다. 즉 하위 알루미늄블록의 단면의 한쪽면은 곡선이 아닌 직선이기 때문에 하위 알루미늄블록의 개수가 많을수록 배관과 하위알루미늄블록사이의 공간은 적어지게 되어 열전달 효율이 증가한다.

일 실시예에서, 도 6에서 나타난 바와 같이 하위 알루미늄블록(501 내지 506)들은 연결부재(603,604)를 통해 상호 연결된다. 연결부재는 하위 알루미늄블록이 연장된 방향으로 연장되며, 배관을 둘러싸는 방향으로 회전가능한 암연결부재(604) 및 수연결부재(603)로 구성된다. 한쪽의 하위 알루미늄블록(506)의 일면에 형성된 수연결부재(603)의 돌출부(601)는 다른 한쪽의 하위 알루미늄블록(501)의 일면에 형성된 회전홀(602)에 삽입됨으로써 두개의 하위 알루미늄블록(506,501)은 서로 회전가능한 상태로 배관을 감싸도록 연결된다.

도 7은 두개의 하위 알루미늄블록이 연결되는 모습을 나타낸다. 제1하위 알루미늄블록(710)의 상부면에는 수연결부재(701)이 형성되어 있고, 하부면에는 암연결부재(702)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 제1하위 알루미늄블록(710)의 하부에 위치하는 제2하위 알루미늄블록(720)의 상부면에는 수연결부재(711)이 형성되어 있 고, 하부면에는 암연결부재(712)가 형성되어 있다. 연결시에, 제2하위 알루미늄블록(720)의 수연결부재(711)는 제1하위 알루미늄블록(710)의 암연결부재(702)에 연결된다. 이러한 방식으로 n 개의 하위알루미늄블록은 상호연결되어 배관을 둘러싼다.

도 5 내지 7의 실시예에 의하면, 알루미늄블록이 n 개의 하위 알루미늄블록으로 분할되고, 분할된 하위 알루미늄블록들이 배관을 둘러싸는 구조이기 때문에, 배관의 크기에 따라 알루미늄블록을 따로 제작할 필요가 없어서 제조단가가 절감된다. 즉 단위형상의 하위 알루미늄블록을 제조해놓고, 배관의 크기에 따라 하위알루미늄블록의 개수만 늘이면, 모든 배관에 대해 알루미늄블록을 제공할 수 있다. 특히 각각의 하위알루미늄블록은 연결부재를 통해 회전가능하게 연결되므로, 설치시에 더욱 유리하다.

도 8a는 도 5의 변형된 실시예에 의한 알루미늄블록의 단면도이고, 도 8b는 도 8a의 알루미늄블록이 설치된 모습의 단면도이다.

도 8a 의 실시예에서, 하위 알루미늄블록(800)의 단면은 사다리꼴형상이고, 설치시에 사다리꼴의 짧은변이 배관을 향하도록 설치된다. 따라서 단면의 아랫변의 각도 a 는 예각이다.

이 실시예에 의하면, 하위 알루미늄블록의 단면이 사다리꼴형상이기 때문에, 하위 알루미늄블록(800)이 배관을 둘러싸도록 위치하였을 때 서로 마주보는 부분 즉 아랫변의 모서리부분이 충돌하지 않게 되어, 하위 알루미늄블록의 간격을 좀더가깝게 위치시킬수 있고, 그 결과 하위 알루미늄블록사이의 간격이 좁아지기 때문 에 열누출이 감소되어 히터자켓의 열전달효율이 증가된다.

도 8b 는 여러개의 하위 알루미늄블록이 배관을 중심으로 둘러??을때의 모습을 나타내는 단면도로서, 각도관계를 나타내는 도면이다.

n 개의 하위 알루미늄블록이 배관주위를 둘러싸게 되면, 하위 알루미늄블록의 단면의 아랫변들로부터 배관의 중심으로 연장된 선들이 이루는 각도 b = 360/n 도이다. 또한 삼각형의 합은 360도 이고, 단면의 아랫변의 각도a 는 양 밑변에서 동일하므로, 하위 알루미늄블록의 개수 n 과 하위 알루미늄블록의 아랫변의 각도 a 사이에는 아래 수학식 1 과 같은관계가 성립한다.

[수학식 1]

360/n +2a ≤ 180

즉 a ≤ {180 - 360/n}/2 , a ≤ 90 - 180/n 인 관계가 성립하며, 이는 하위 알루미늄블록들이 배관을 둘러싸도록 형성될때 모서리부분이 마주치지 않으면서 하위 알루미늄블록사이의 공간을 최소화할 수 있는 하위 알루미늄블록의 최대각도 a = 90-180/n 임을 지시한다.

따라서, 도 5 내지 7의 실시예를 실시함에 있어서, 열효율을 최대화하기 위해서는 첫째 하위알루미늄블록의 단면의 형상은 사다리꼴이며, 둘째 그 사다리꼴의 아랫변의 각도는 설치시에 사용할 하위알루미늄블록의 개수를 n 이라고 했을때 90 - 180/n 보다 작은 각도이어야 함을 의미한다.

즉 도 8a 및 8b의 실시예에 의하면, 사용될 하위 알루미늄블록의 개수에 따라 하위 알루미늄의 단면의 아랫변의 각도가 어느정도까지 허용될 수 있는지를 알 려주므로, 작업자가 본 발명을 배관에 설치시에 열효율을 최대화할 수 있는 설치가 가능하다.

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, 히터 자켓에 의해 배관이 히팅되므로, 반도체공정에서 배출된 공정가스가 일정온도이상으로 유지되므로, 고형 파우더의 발생을 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 히터 자켓과 배관사이에 위치한 알루미늄블록에 의해 균일한 열전달이 가능하기 때문에, 열전달효율을 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 알루미늄블록은 하나이상의 하위 알루미늄블록으로 분할되고, 이들은 배관방향으로 회전가능하도록 연결되기 때문에, 배관의 크기에 무관하게 단위형상의 알루미늄블록의 사용이 가능하여, 제조단가 및 설치단가를 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 하위 알루미늄블록의 단면이 사다리꼴 형상이고 설 치시에 사다리꼴의 짧은변이 배관을 향하도록 설치되기 때문에, 배관과 알루미늄블록사이의 공간이 감소하여 열효율이 증가한다.

또한 본 발명에 의하면, 하위 알루미늄블록의 단면의 아랫변의 각도 a 와 하위 알루미늄의 개수 n 의 관계를 이용하여 열전달효율이 최대가 될 수 있는 하위 알루미늄블록아랫변의 각도를 용이하게 계산해 낼 수 있고, 그 결과 최대의 열전달효율을 달성하는 설치가 작업자에 의해 보다 용이하게 달성될수 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 반도체 공정가스 배출용 배관을 히팅하는 히터 자켓으로서,

   실리콘 재질의 환형의 부재로서 내부에 히팅 코일(13)이 균일하게 이격되어 설치된 실리콘 자켓(10); 및

   상기 배관을 둘러싸도록 내부가 환형으로 형성된 알루미늄 부재로서 상기 실리콘 자켓과 상기 배관사이에 위치하는 알루미늄 블록(20)을 포함하고,

   상기 알루미늄 블록은 단면이 판재형상인 복수개의 하위 알루미늄블록으로 나누어지며, 상기 하위 알루미늄 블록은 배관을 둘러싸는 방향으로 회전가능한 연결부재로 상호 연결되어 있고,

   상기 하위 알루미늄블록의 단면은 사다리꼴 형상이며 상기 사다리꼴의 짧은변이 상기 배관을 향하도록 상기 하위 알루미늄블록이 상기 배관을 둘러싸여 있고,

   상기 하위 알루미늄블록의 단면은 상기 사다리꼴의 아랫변의 각도 a 와 상기 하위 알루미늄블록의 개수 n 은 아래 수학식

   360/n + 2a ≤ 180

   의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정가스 배출용 히터 자켓.

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