KR101061197B1 - 질소가스 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질소가스 분사장치에 관한 것으로, 제작이 간단하고 제작비가 저렴하며, 미세 분사 조절이 가능하여 드라이펌프 배기배관 뿐만 아니라 진공배관에도 설치가 가능한 것이다.

이러한 본 발명의 질소가스 분사장치는, 반응부산물 가스를 이송하는 배관과의 연결을 위해 양단에 플랜지를 구비한 플랜지 배관과, 플랜지 배관의 내주면을 따라 설치 가능하도록 링 형태로 형성되고, 표면에는 다수의 분사공을 구비하여 질소가스를 공급받아 분사공을 통해 분사하는 분사노즐과, 질소가스의 공급을 위해 분사노즐과 연결된 질소 공급라인을 포함한다.

반도체, 반응부산물, 질소가스

Description

질소가스 분사장치{NITROGEN GAS INJECTION APPARATUS}

본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로, 특히 저렴하고 간단하여 제작 및 설치가 용이한 것은 물론, 미세 분사 조절이 가능하여 드라이 펌프의 배기배관 뿐만 아니라 진공배관에도 구애받지 않고 설치될 수 있는 질소가스 분사장치에 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 함유하는 반응부산물 가스가 다량으로 발생한다.

따라서 반도체 제조장비에는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 프로세스 챔버를 진공상태로 만들어 주는 진공펌프의 후단에 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 반응부산물 가스를 정화시킨 후 대기로 방출하는 스크루버(Scrubber)를 설치한다.

하지만, 프로세스 챔버로부터 발생된 유독성 반응부산물 가스가 프로세스 챔버의 유출측 진공배관, 진공펌프의 유출측 배기배관, 스크루버의 유출측 배기배관, 메인덕트 등을 순차적으로 따라 흐르는 과정에서 쉽게 고형화되어 누적되어 막힘현상이 발생하곤 하였다.

따라서 이처럼 반응부산물 가스가 고형화되어 막힘현상이 발생하던 문제를 해소하기 위한 방편으로 배관의 일정 구간 전체를 히터로 감싸서 배관 내에 온도를 따뜻하게 유지하는 자켓 히터(Jaket Heater)방식이 보편적으로 사용되었다. 그러나 이같은 자켓 히터방식은 배관의 많은 부분을 히터로 감싸야하기 때문에 설치비용이 높음에도 불구하고 사용전력에 비해 효율이 높지 않은 문제가 있었다.

한편, 이같은 자켓 히터방식을 개선하기 위해 한국공개특허 2005-88649 등에서는 반응부산물 가스가 흐르는 배관 내부에 고온의 질소가스를 분사하는 방식의 질소 공급장치가 개시되기도 하였다. 이에 도 1은 종래의 질소 공급장치를 설명하기 위한 참조도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 질소 공급장치는 반응부산물 가스가 흐르는 배관들에 연결되어 고온의 질소가스를 분사하기 위한 플랜지 배관(2)과, 상기 플랜지 배관(2)의 외주면을 감싸면서 질소가스의 공급을 위한 이중벽 구조를 형성해주는 외관(23)과, 질소 공급라인(14)을 통해 상기 플랜지 배관(2)으로 공급되는 질소가스를 가열하는 히터(1) 등으로 이루어진다.

이같은 구성에 따르면, 상기 플랜지 배관(2)이 반응부산물 가스가 흐르는 배관 중간에 연결된다. 이후 전력공급기(3)로부터 전력을 받는 히터(1)에 의해 가열되는 질소가스를 플랜지 배관(2)과 외관(23) 사이 공간으로 공급해주면 공급된 고온의 질소가스가 플랜지 배관(2)의 몸체(21)에 천공되어 있는 복수의 분사공(22)을 통해 분사되면서 플랜지 배관(2)을 경유하여 흐르는 반응부산물 가스와 혼합된다. 이로써 반응부산물 가스가 온도 저하로 인해 고형화되어 누적되지 않는다.

그러나, 종래의 질소 공급장치의 경우 질소가스를 분산하여 공급하기 위해 플랜지 배관(2) 외측에 별도의 외관(23)을 용접 등의 방법으로 덧붙여 이중벽 구조를 만들고, 플랜지 배관(2)의 해당 위치에 여러 개의 분사공(22)을 천공해야만 했다. 이로 인해 제작과정이 어렵게 되고 제작비용의 상승이 초래되는 것은 물론, 두꺼운 플랜지 배관(2) 몸체(21)에 다수의 미세한 분사공(22)을 형성시키는데 한계가 있으므로 질소가스의 균일한 분사도 어려울 수밖에 없었다.

또한, 종래의 질소 공급장치의 경우 질소가스의 미세 분사 조절이 어려워 프로세스 챔버의 유출측 진공배관에는 설치하기가 곤란하였다. 이 경우 만일 질소가스의 공급량을 조절하기 위한 수단으로 전자식 유량조절장치를 사용한다면 제품가격이 높아지는 문제를 피할 수 없었다.

따라서, 보다 경제적이면서 충분한 효과를 발휘할 수 있는 새로운 질소 공급 장치의 개발이 시급한 상황이었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 설치 및 제작이 간단한 질소가스 분사장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 질소가스 분사장치는, 반응부산물 가스를 이송하는 배관과의 연결을 위해 양단에 플랜지를 구비한 플랜지 배관과; 상기 플랜지 배관의 내주면을 따라 설치 가능하도록 링 형태로 형성되고, 표면에는 다수의 분사공을 구비하여 질소가스를 공급받아 상기 분사공을 통해 분사하는 분사노즐과; 질소가스의 공급을 위해 상기 분사노즐과 연결된 질소 공급라인을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 질소 공급라인 중간에 설치되어 상기 분사노즐로 공급되는 질소가스를 가열하는 히터를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 질소 공급라인 중간에는 질소가스의 공급량 조절을 위한 오리피스관이 더 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 분사노즐의 분사공은 상기 질소 공급라인과의 연결 부위로부터 멀어질수록 더 큰 구경으로 더 많은 수가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 질소가스 분사장치는 질소가스 분사를 위해 플랜지 배관에 이중벽을 구축하거나 하는 난해하고 복잡한 공정 없이 기존 플랜지 배관에 링 형태의 분사노즐을 간단히 설치하는 구성에 의해 저렴하고 간단하여 제작 및 설치할 수 있다.

또한, 본 발명은 전자식 유량조절밸브와 같이 값비싼 부품을 구비하는 대신 간단하고 저렴한 오리피스관을 구비하여 미세 분사 조절이 가능하기 때문에 드라이 펌프 유출측의 배기배관 뿐만 아니라 프로세스 챔버의 유출측의 진공배관에도 구애받지 않고 설치된다.

또한, 본 발명은 시중에 나와 있는 플랜지 배관을 그대로 활용할 수 있기 때문에 이를 제작하기 위한 별도의 시설이나 비용이 필요치 않다.

또한, 본 발명은 분사노즐에 형성된 분사공이 질소가스를 공급받는 주입공으로부터 멀어질수록 더 큰 구경으로 더 많은 수가 형성되어 질소가스의 균일한 분사가 가능해진다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 발명에 의한 질소가스 분사장치의 설치상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 질소가스 분사장치는 프로세스 챔버의 유출측, 진공펌프의 유입측 및 유출측, 스크루버의 유입측과 유출측 중 배관(P) 중 어느 부위에라도 선택적으로 설치될 수 있다. 이는 본 발명의 질소가스 분사장치의 경우 각 배관(P)에 간단히 설치할 수 있을 뿐만 아니라 분사되는 질소가스의 양을 오리 피스관(150)의 교체만으로 간단히 조절할 수 있도록 구성되기 때문에 비교적 질소가스를 많이 필요로 하는 진공펌프의 배기배관과, 스크루버의 배기배관은 물론, 공정 진행 진공도에 영향을 주지 않고 드라이 펌프에 과부하를 주지 않아야 하므로 비교적 적은 양의 질소가스를 조심해서 공급해야 하는 프로세스 챔버의 유출측 배관인 진공배관에도 염려 없이 설치할 수 있다.

이처럼 본 발명은 저렴하고 간단하여 제작 및 설치가 용이한 것은 물론, 미세 분사 조절이 가능하여 드라이 펌프 유출측 배기배관 뿐만 아니라 진공배관에도 구애받지 않고 설치될 수 있도록 구성된다.

이하, 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 질소가스 분사장치의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 분사노즐을 설명하기 위한 참조사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 질소가스 분사장치는, 링 형태를 갖는 분사노즐(110)과, 플랜지 배관(120)과, 히터(130)와, 오리피스관(150)과 제어박스(140)를 포함하여 구성된다.

상기 분사노즐(110)은 상기 플랜지 배관(120) 내부의 내주면을 따라 원주방향으로 설치될 수 있도록 링 형태로 이루어지고, 그 표면에는 질소가스를 균일하게 분사할 수 있는 미세한 분사공(111)이 다수 형성된다. 여기서, 상기 미세한 분사공(111)은 질소 공급라인과의 연결 부위로부터 멀어질수록 많은 수가 형성되고 더 큰 구경으로 형성된다. 이는 주입공(113)을 통해 공급된 질소가스가 상기 분사노즐(110)을 따라 내부에 균일하게 채워진 후 분사되도록 하기 위함이다.

상기 링 형태의 분사노즐(110)을 플랜지 배관(120)에 설치하는 방법은 매우 간단하다. 즉, 상기 플랜지 배관(120) 중간 정도 부위를 미리 천공하여 구멍(123)을 하나 낸다. 그리고 상기 분사노즐(110)을 상기 플랜지 배관(120)에 내부에 삽입하여 분사노즐(110)의 주입관(114)을 플랜지 배관(120)의 구멍(123)을 통하여 외부로 돌출 시킨 후 주입관(114)과 플랜지 배관(120)의 구멍(123) 주위를 용접하여 고정시킨다. 상기 주입관(114)과 연결용 단관(163)을 체결한다. 여기서 상기 연결용 단관(163)의 선단부는 체결용 나선(163a)이 형성되어 있어 상기 분사노즐(110)의 주입관(114)과의 안정적인 체결이 가능하다. 이로써 플랜지 배관(120)에 대한 상기 분사노즐(110)의 설치가 간단하게 완료된다. 이처럼 링 형태의 분사노즐(110)은 상기 주입관(114)에 의해 플랜지 배관(120)에 간단하지만 안정적으로 고정되기 때문에 플랜지 배관(120) 내주면에 밀착되지 않아도 무방하다.

여기서, 상기 분사노즐(110)의 제작과정을 간단히 살펴보면, 분사노즐(110)의 몸체는 압출성형에 의해 만들어진 스텐리스 스틸관에 레이저 또는 드릴을 이용하여 분사공(111)을 형성시킨다. 이후, 상기 분사노즐(110) 몸체에 주입구(113)를 천공하고 그 위치에 단관인 주입관(114)을 용접하여 일체형으로 제작한다.

상기 플랜지 배관(120)은 각 배관들과의 연결을 용이하게 해주는 역할을 하는 것으로, 원관 형태의 몸체와 상기 몸체의 양단에 각각 배관과의 연결을 위한 플랜지(121)가 구비된다. 이같은 플랜지 배관(120)은 시중에 나와 있는 규격 제품을 그대로 활용할 수 있으며, 이 경우 별도의 플랜지 배관(120)을 제작하지 않아도 되는 장점이 있다. 이처럼 본 발명은 일반적인 규격 제품의 플랜지 배관(120)을 사용 할 수 있는 것은 플랜지 배관(120) 내에 용이하게 설치할 수 있는 링 형태의 분사노즐(110)을 구비하기 때문이다.

상기 히터(130)는 상기 분사노즐(110)로 공급되는 질소가스를 가열하는 역할을 한다. 이를 위해 공지의 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 예컨대, 열전도율이 높은 구리관에 열선을 감싼 구성에 의해 상기 구리관에 질소가스를 통과시키면서 열선으로 질소가스를 가열할 수 있다. 하지만 도면에서는 간단하게 상기 히터(130)에 질소 공급라인(161)과 아울러 전력을 공급하는 전원선(165)이 연결된 정도로만 도시되었다.

상기 오리피스관(150)은 질소 공급라인(161) 중간에 설치되며, 상기 히터(130)에 유입되는 질소가스의 공급량을 조절하는 역할을 한다. 상기 오리피스관(150)은 다양한 크기의 것으로 미리 구비된 후 질소가스 공급량이 다른 각 배관에 맞게 선택되어 진다. 예컨대, 본 발명의 질소가스 분사장치가 비교적 질소가스를 많이 필요로 하는 진공펌프의 배기배관이나 스크루버의 배기배관에 설치되는 경우 상기 오리피스관(150)은 비교적 많은 양의 질소가스를 통과시킬 수 있는 크기의 것으로 구비되고, 반대로 프로세스 챔버의 유출측 배관인 진공배관의 경우 공정 진행 진공도에 영향을 주지 않고 또한 드라이 펌프에 과부하를 주지 않아야 하므로 비교적 적은 양의 질소가스를 통과시킬 수 있는 크기의 것으로 구비된다. 본 발명은 이처럼 가격이 저렴하지만 미세 분사 조절이 가능한 오리피스관(150)에 의해 질소가스의 공급량을 조절할 수 있도록 구성되기 때문에 질소가스의 공급량을 조절하기 위해 전자식 유량조절장치와 같은 값비싼 장치를 필수적으로 설치하지 않아도 되는 장점이 있다.

상기 제어박스(140)는 상기 히터(130)를 제어하여 질소가스에 대한 가열 정도를 조절하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 제어박스(140) 내에는 상기 히터(130)가 질소가스를 어느 정도 제어할지 조절해주는 제어기(미도시됨)가 포함된다. 나아가 상기 제어박스(140) 내에는 상기 질소 공급라인(161)상에서 질소가스의 공급량을 조절하는 유량조절계가 설치되어 기본적인 공급량을 제어한다. 또한 전자식 유량조절밸브(미도시됨)가 추가적으로 설치될 수 있다.

아래에서는 본 발명에 의한 질소가스 분사장치를 이용하는 반도체 제조용 반응부산물 처리구조에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 반도체 제조용 반응부산물 처리구조를 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 질소가스 분사장치는 반도체 제조용 프로세서 챔버(210)의 유출측, 진공펌프(220)의 유입측 및 유출측, 스크루버(230)의 유입측과 유출측 중 어느 부위의 배관(241,243,245)에라도 설치될 수 있으며 스크루버(230)의 유출측 배관(245)이 합류되는 메인덕트(247)에도 설치될 수 있다. 이처럼 본 발명은 질소가스의 공급량을 오리피스관(150)의 교체만으로 간단히 조절할 수 있고 플랜지 배관(120)에 의해 각 배관에 대하여 설치가 간편하게 이루어지기 때문에 비교적 질소가스를 많이 필요로 하는 진공펌프의 배기배관(243)과, 스크루버의 배기배관(245), 메인덕트(247)에는 물론, 공정 진행 진공도에 영향을 주지 않고 또한 드라이 펌프에 과부하를 주지 않아야 하므로 비교적 적은 양의 질소가스를 조심해서 공급해야 하는 프로세스 챔버의 유출측 배관인 진공배관(241)에도 염려 없이 간단히 설치할 수 있는 것이다.

여기서, 진공배관(241) 중 프로세스 챔버(210)의 유출측과 진공펌프(220)의 유입측에 설치되는 질소가스 분사장치의 도면부호는 각각 100a와 100b로 표시되었고, 진공펌프(220)의 배기배관(243) 중 진공펌프의 유출측과 스크루버(230)의 유입측에 설치되는 질소가스 분사장치의 도면부호는 각각 100c와 100d로 표시되었다. 그리고 스크루버의 유출측에 설치되는 질소가스 분사장치의 도면부호는 100e로 표시되었고, 메인덕트(247)에 설치되는 질소가스 분사장치의 도면부호는 100f로 표시되었다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 질소가스 분사장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

프로세스 챔버(210)로부터 발생된 반응부산물 가스가 진공펌프(220)의 흡입력에 의해 흐르면서 진공펌프(220)를 경유한 후 스크루버(230)를 거쳐 메인덕트(247)에 도달하고, 이후 흐름을 지속적으로 유지한다.

이때 프로세스 챔버(210)와 진공펌프(220)를 연결해주는 진공배관(241), 상기 진공펌프(220)와 스크루버(230)를 연결해주는 진공펌프(220) 배기배관(243), 상기 스크루버(230)와 메인덕트(247)를 연결해주는 스크루버(230) 배기배관(245), 메인덕트(247)에 각각 설치된 본 발명에 의한 질소가스 분사장치(100a,100b,100c,100d,100e,100f)가 설치되어 작동하면서 각 배관 내부에 고온의 질소가스를 공급해준다.

이에 따라 상기 각 배관들을 흐르는 반응부산물 가스가 특정 개소에서 온도 저하로 인한 고형화로 인해 중간에 누적되지 않고 원활한 흐름을 지속적으로 유지할 수 있는 것이다. 아래에서는 상기 각 배관에 설치되어 고온의 질소가스를 공급하는 본 발명의 질소가스 분사장치(100a,100b,100c,100d,100e,100f)의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 미도시된 질소가스 공급지까지 연결된 질소 공급라인(161)을 통해 질소가스가 각 배관에 공급되기 시작한다. 이때 질소 공급라인(161)을 따라 흐르는 질소가스는 먼저 오리피스관(150)에 의해 공급량이 조절되어 각 배관이 필요로 하는 양으로 질소가스를 통과시켜준다. 예컨대 프로세스 챔버(210) 직후의 진공배관(241)에서는 공정 진행 진공도에 영향을 주지 않고 또한 드라이 펌프에 과부하를 주지 않아야 하므로 질소가스의 흐름을 작게 유지할 수 있는 오리피스관(150)이 이미 설치되어 있다. 반면, 진공펌프(220)의 유출측에 연결된 진공펌프(220) 배기배관(243)의 경우 반응부산물 가스의 흐름이 민감하지 반응하지 않으므로 보다 많은 양의 질소가스의 흐름을 허용하는 오리피스관(150)이 이미 설치되어 있다. 이처럼 공급량에 따라 다른 크기의 오리피스관(150)이 설치되어 각 배관에 알맞게 질소가스의 양을 조절한다.

이렇게 상기 오리피스관(150)에 의해 공급량이 조절된 질소가스는 히터(130)를 통과하면서 고온으로 가열된다. 이후 고온의 질소가스는 링 형태의 분사노즐(110) 내로 공급되어 그 내부에서 퍼진 후 미세한 분사공(111)을 통해 플랜지 배 관(120)에 분사된다.

이로써 각 배관에 흐르는 반응부산물 가스가 고온의 질소가스에 의해 가열되어 일정온도를 유지하면서 고형화되지 않고 지속적으로 원활한 흐름을 유지하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 종래의 질소 공급장치를 설명하기 위한 참조도.

도 2는 발명에 의한 질소가스 분사장치의 설치상태도.

도 3은 본 발명에 의한 질소가스 분사장치의 구성을 설명하기 위한 분해사시도.

도 4는 본 발명에 따른 분사노즐을 설명하기 위한 참조사시도.

도 5는 본 발명에 의한 반도체 제조용 반응부산물 처리구조를 설명하기 위한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 분사노즐 111 : 분사공

120 : 플랜지 배관 130 : 히터

140 : 제어박스 150 : 오리피스관

Claims (4)

1. 반응부산물 가스를 이송하는 배관과의 연결을 위해 양단에 플랜지를 구비한 플랜지 배관과;

   상기 플랜지 배관의 내주면을 따라 설치 가능하도록 링 형태로 형성되고, 표면에는 다수의 분사공을 구비하여 질소가스를 공급받아 상기 분사공을 통해 분사하는 분사노즐과;

   질소가스의 공급을 위해 상기 분사노즐과 연결된 질소 공급라인을 포함하여 구성되며,

   상기 질소 공급라인 중간에는 질소가스의 공급량 조절을 위한 오리피스관이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 질소가스 분사장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 질소 공급라인 중간에 설치되어 상기 분사노즐로 공급되는 질소가스를 가열하는 히터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 질소가스 분사장치.
3. 삭제
4. 삭제

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