KR101716779B1 - 콜드트랩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콜드트랩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입구와 출구 및 제습공간이 형성되는 본체와, 경사진 날개가 형성되고 상기 본체의 입구에 설치되어 상기 본체의 입구로 유입되는 공정가스가 상기 날개에 부딪히면서 회전되는 안내부와, 다수의 냉각핀을 구비하고 상기 냉각핀이 상기 본체의 제습공간에 배치되는 적어도 2개의 제습부 및 상기 본체의 둘레에 배치되어 상기 제습부를 냉각시키는 냉각부를 포함하되, 상기 본체의 입구로 상기 공정가스가 유입되면 상기 안내부를 거치면서 상기 공정가스가 소용돌이치면서 상기 제습부에 의해서 냉각되는 콜드트랩에 의해 달성된다. 이에 따라, 공정가스의 유동속도가 크게 둔화하지 않으면서 머무는 시간은 늘릴 수 있고, 냉각효율을 극대화함으로써 염화암모늄과 같이 일정온도 이하에서 수거 가능한 독성물질의 수거능률을 향상시킬 수 있다.

Description

콜드트랩{COLD TRAP}

본 발명은 콜드트랩에 관한 것이다.

반도체 제조는 여러 단계의 공정을 포함하고 있다.

여기서 반도체 제조시 특정의 목적을 위하여 가스를 주입하는 공정은 식각공정, 이온 주입공정, 금속공정, 화학 증착공정 등이 있다.

위 공정 중에서 금속공정은 불활성 기체인 N, Ar 등이 적용되는 것이어서 그 취급이 까다롭지 않지만, 식각공정, 이온 주입공정, 화학 증착공정은 유독성을 가진 기체가 사용되는 것이므로 공정을 거쳐 나오는 배기가스에 유의해야 한다.

즉, 반도체 제조설비에서 사용된 공정가스는 펌프에 의해 배기라인으로 배기되고, 상기 공정가스는 유독성, 부식성, 강폭발성 및 발화성이 높은 가스들이고, 반도체 소자를 생산하는 공정 중에는 독성 가스를 배출하는 공정이 많다. 예를 들면, 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정, 이온주입(ion implantation) 공정, 식각 공정, 확산 공정 등에 사용되는 SiH4, SiH2, NO, AsH3, PH3, NH3, N2O, SiH2Cl2 등의 가스들이 사용되는데, 공정을 거치고 배출되는 가스들은 여러 종류의 독성 물질을 함유하고 있다. 이런 독성 가스는 인체에 해로울 뿐만 아니라 가연성과 부식성도 있어 화재 등의 사고를 유발하기도 한다.

일반적으로 반도체 제조 공정 중에 주입되는 기체는 배기될 때에 여러 가지 잔여 가스나 공정 생성물을 포함하게 되며, 특히 화학 증착공정에서 배출되는 가스는 다량의 염화암모늄을 포함한다.

이 염화암모늄은 저온에서 응고되는 성질을 가지고 있어서 화학 증착장비의 내부에서는 기체 상태로 존재한다.

하지만, 배관을 경유하게 될 때에는 온도 강하로 인해 응고되기 시작하여 배관의 내면 및 진공펌프의 내부 등에 퇴적되어 배기계통에 이상을 일으키는 원인으로 작용하게 된다. 따라서, 염화암모늄은 배기되는 과정에서 반드시 처리해줘야 하는데, 이를 처리하기 위해서는 콜드트랩의 냉각성능에 따라 처리효율이 달라진다.

종래의 콜드트랩은 원통형의 본체 내부로 환봉형태의 냉각핀들이 수직으로 돌출되도록 설치되는데 가스가 콜드트랩에 머무는 시간이 짧아서 염화암모늄의 수거율이 떨어진다. 이를 해결하기 위해서 공정가스의 유동속도를 둔화시키는 감속부를 형성하였는데 이는 공정가스의 유동속도가 현저하게 느려져서 마찬가지로 염화암모늄의 수거율이 떨어지는 문제점을 안고 있다. 게다가, 냉각효율이 낮아서 염화암모늄의 수거율이 더욱 떨어지는 문제점이 있다.

특히, 콜드트랩의 크기 및 길이에 비해서 염화암모늄의 수거량이 떨어지는 문제점도 있다.

대한민국 등록특허 제10-1458999호(2014. 10. 31)

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정가스의 유동속도가 크게 둔화하지 않으면서 머무는 시간은 늘릴 수 있고, 냉각효율을 극대화함으로써 염화암모늄과 같이 일정온도 이하에서 수거 가능한 독성물질의 수거율을 최대화할 수 있는 콜드트랩을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

입구와 출구 및 제습공간이 형성되는 본체와, 경사진 날개가 형성되고 상기 본체의 입구에 설치되어 상기 본체의 입구로 유입되는 공정가스가 상기 날개에 부딪히면서 회전되는 안내부와, 다수의 냉각핀을 구비하고 상기 냉각핀이 상기 본체의 제습공간에 배치되는 적어도 2개의 제습부 및 상기 본체의 둘레에 배치되어 상기 제습부를 냉각시키는 냉각부를 포함하되, 상기 본체의 입구로 상기 공정가스가 유입되면 상기 안내부를 거치면서 상기 공정가스가 소용돌이치면서 상기 제습부에 의해서 냉각되는 콜드트랩에 의해 달성된다.

또, 상기 냉각핀은,

날 형태로 형성되되 상기 공정가스의 회전방향으로 경사지게 배치되어 상기 제습공간의 온도를 떨어트리면서 상기 공정가스가 계속해서 회전하도록 안내할 수 있다.

또, 상기 냉각부는,

냉각수가 출입하는 입구와 출구가 형성되고 상기 본체의 둘레에 배치되는 하우징 및 상기 제습부와 상기 하우징 사이에 배치되고 상기 냉각수가 상기 본체의 둘레를 회전하면서 흐르도록 안내하는 가이드를 포함할 수 있다.

또, 상기 냉각부는,

상기 냉각수를 상기 공정가스의 회전방향과 반대방향으로 회전시킬 수 있다.

또, 상기 냉각부는,

상기 제습부의 외면에 상기 냉각핀과 반대방향으로 돌출되는 다수의 방열핀을 더 포함할 수 있다.

또, 상기 방열핀은,

상기 냉각수의 회전방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면,

공정가스를 회전시킴으로써 콜드트랩 내부에 머무는 시간을 연장할 수 있고 이에 따라 공정가스의 냉각효율을 극대화할 수 있다.

또한, 냉각핀이 유입되는 공정가스를 냉각시키면서 공정가스를 안내하여 회전시킴으로써, 공정가스의 회전을 유지할 수 있다.

또한, 냉각핀과 냉각핀이 길이방향으로 지그재그 형태로 배치됨으로써, 공정가스와 냉각핀의 접촉 기회를 최대화할 수 있으며, 이에 따라 공정가스의 냉각효율을 더욱 극대화할 수 있다.

또한, 냉각수를 회전시킴으로써, 냉각핀을 골고루 냉각시킬 수 있어서 콜드트랩의 내부에서 냉각 편차를 최소화할 수 있다.

또한, 공정가스와 냉각수의 회전 방향이 서로 반대방향으로 설정함으로써, 콜드트랩의 내부를 골고루 냉각시킬 수 있다.

또한, 제습부의 외면에 방열핀을 형성함으로써, 발열 표면적이 넓어지고, 이에 따라 제습부의 냉각속도 및 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 콜드트랩에서 본체로부터 하우징이 분리된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 콜드트랩에서 하우징을 생략한 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 콜드트랩에서 안내부 및 냉각핀을 생략한 정단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 콜드틀랩에서 본체와 제습부를 결합한 상태를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 콜드트랩에서 냉각부를 생략하고 냉각핀이 본체의 배면에만 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 정단면도.
도 6은 도 3에서 패널에 방열핀이 추가로 장착된 상태를 나타낸 정단면도.

본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 콜드트랩은, 본체(1), 안내부(2), 제습부(3) 및 냉각부(4)를 포함한다.

본체(1)는, 대략 상단 및 하단이 개구된 기다란 원통형으로, 상단에는 안내부(2)가 삽입되도록 내경이 외측으로 확장되어 단차진 장착홀(15)이 형성되고, 내부에는 제습공간(11)이 형성되며, 본체(1)의 둘레에는 제습부(3)의 패널(31)이 설치되는 4개의 결합홀(12)이 등간격으로 형성된다.

또한, 본체(1)는 공정가스가 배기 되는 라인 상에 설치된다.

안내부(2)는, 대략 상단 및 하단이 개구된 원통형으로, 내면에는 대략 프로펠러 형태의 날개(21)가 마련되며, 본체(1)의 장착홀(15)에 끼워져 고정된다.

이에 따라, 본체(1)의 상부에서 유입되는 공정가스가 안내부(2)를 통과하면서 회전한다.

즉, 유입되는 공정가스가 날개(21)에 부딪히면서 안내부(2)를 통과한 후에는 소용돌이치면서 본체(1)의 제습공간(11)으로 유입된다.

예를 들어, 공정가스가 소용돌이치면서 본체(1)의 입구(13)로 유입되면 공정가스가 제습공간(11)에서 회전하면서 본체(1)의 출구(14)로 배기 된다. 따라서, 제습공간(11)에 공정가스가 머무는 시간을 연장할 수 있고, 제습공간(11) 내에서는 공정가스의 밀도가 상승하며, 공정가스의 유동속도가 크게 둔화 되지 않는다.

제습부(3)는, 본체(1)의 결합홀(12)에 설치되어 공정가스를 냉각시키는 것으로, 4개로 구성되며, 패널(31) 및 냉각핀(32)을 포함한다.

패널(31)은, 대략 직사각의 플레이트 형태로, 평단면이 호 형태로 형성되되 패널(31)의 내면이 본체(1)의 내면에 대응하고, 본체(1)의 결합홀(12)에 끼워져 고정된다.

이때, 패널(31)과 본체(1) 사이는 밀폐된다.

냉각핀(32)은, 대략 다수의 날 형태로 형성되되 본체(1)의 내면으로 돌출되도록 패널(31)의 내면에 마련된다.

이에 따라, 제습공간(11)으로 유입된 공정가스가 냉각핀(32)에 부딪히면서 공정가스의 온도가 떨어지며, 공정가스에 포함된 염화암모늄과 같이 저온에서 수거 가능한 독성물질이 응고되어 독성물질을 수거할 수 있다.

여기서, 냉각핀(32)은 단면이 유선형, 삼각형 및 사각형 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 냉각핀(32)이 공정가스의 회전방향에 대응하도록 패널(31)의 내면에 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 공정가스가 냉각핀(32)의 의해 냉각되면서 냉각핀(32)을 따라 공정가스의 회전이 유지되어 냉각효율이 상승하여 더욱 많은 독성물질을 응고시켜 수거할 수 있다.

또한, 냉각핀(32)의 행과 이웃하는 행은 냉각핀(32)들이 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 행으로 배치된 냉각핀(32)과 냉각핀(32) 사이로 공정가스가 지나가더라도 지나온 공정가스가 그 다음행에 배치된 냉각핀(32)에 부딪히기 때문에 공정가스의 회전을 용이하게 유지시킬 수 있다.

냉각부(4)는, 제습부(3)를 냉각시키는 것으로, 하우징(41) 및 가이드(42)를 포함한다. 여기에, 방열핀(43)을 더 포함할 수 있다.

하우징(41)은, 대략 원통형으로, 내경이 본체(1)의 외경보다 크게 형성되고, 일측에 냉각수가 유입되는 냉각수입구(411)와 냉각수가 배출되는 냉각수출구(412)가 형성된다.

또한, 하우징(41)은 본체(1)의 둘레에 배치되어 설치되되 하우징(41)과 본체(1) 사이는 밀폐된다.

이에 따라, 냉각수입구(411)로 냉각수가 주입되면, 하우징(41)과 본체(1) 사이에 냉각수가 채워지고, 냉각수출구(412)를 통해서 배출어 냉각수가 순환되면서 제습부(3)를 냉각시킨다.

가이드(42)는, 대략 단면이 직사각의 플레이트 형태로, 나선모양으로 형성되되 세로로 나눠져 4 파트로 구성되고, 패널(31)의 외측면에 1 파트가 고정되며, 하우징(41)과 본체(1) 사이에 배치된다. 즉, 가이드(42)가 설치된 4개의 패널(31)이 본체(1)에 장착되면, 4 파트의 가이드(42)가 서로 연결되어 나선형태가 된다.

또한, 가이드(42)는 폭이 하우징(41)의 내면과 본체(1)의 외면 사이의 거리에 대응한다.

이에 따라, 냉각수입구(411)로 냉각수가 주입되면, 냉각수는 가이드(42)를 타고 흐르면서 하우징(41)과 본체(1) 사이에 냉각수가 채워진다. 이후 냉각수가 계속해서 주입되면, 냉각수는 가이드(42)를 타고 본체(1) 및 제습부(3)의 둘레를 회전하고 냉각수출구(412)를 통해 배출되어 냉각수가 순환한다. 따라서, 냉각수가 본체(1) 및 제습부(3)를 골고루 냉각시킬 수 있어서 냉각편차를 최소화할 수 있고, 나아가 냉각효율이 우수해 진다.

여기서, 가이드(42)는 냉각수가 공정가스의 회전방향과 반대방향으로 흐르도록 공정가스의 회전방향과 반대방향의 나선모양으로 형성될 수 있다. 즉, 공정가스가 왼나사 방향으로 회전한다면 가이드(42)는 오른나사 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 공정가스가 냉각핀(32)을 예열하는 방향과 냉각수를 교차시킴으로써 제습공간(11)의 온도 편차를 최소화할 수 있다.

만약, 공정가스와 냉각수가 동일한 방향으로 회전한다면, 냉각수의 출발 및 배출 시점과 공정가스의 출발 및 배출시점이 동일해야만 제습공간(11)의 온도 편차를 최소화 시킬 수 있다. 즉, 공정가스의 이동 선상과 냉각수의 이동 선상이 동일하면, 제습공간(11)의 온도 편차를 평준화시킬 수 있겠지만, 기체 및 유체의 이동을 선상으로 일치시키는 것은 실질적으로 불가능하기 때문에 부분적으로 온도 편차가 발생할 수밖에 없다.

따라서, 공정가스와 냉각수의 이동방향을 서로 교차시키는 것이 제습공간(11)의 온도 편차를 최소화하는데 용이하다.

게다가, 가이드(42)가 패널(31)에 고정되기 때문에 가이드(42) 자체가 방열기능을 가짐으로써, 제습부(3)를 신속하게 냉각시킬 수 있다.

방열핀(43)은, 상술한 냉각핀(32)과 유사한 모양으로 형성될 수 있고, 패널(31)의 외측면에 돌출형성되되 가이드(42)와 가이드(42) 사이에 배치된다.

이에 따라, 패널(31)의 방열면적을 넓힘으로써, 제습부(3)를 더욱 빠르게 냉각시킬 수 있고, 나아가 제습공간(11)의 온도를 더욱 떨어트릴 수 있다.

또한, 방열핀(43)은 냉각수가 흐르는 방향에 대응하도록 가이드(42) 방향에 대응하도록 배치될 수 있다.

이에 따라, 방열핀(43)이 가이드(42) 방향과 동일 또는 유사한 방향으로 배치됨으로써, 냉각수의 이동속도가 많이 줄어들지 않으면서 제습부(3)를 신속하게 냉각시킬 수 있다.

여기서, 방열핀(43)은, 본체(1)의 외면에 더 설치될 수도 있다.

이에 따라, 본체(1)의 온도를 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있어서 제습공간(11)을 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.

상술한 패널(31)과 본체(1)의 결합, 하우징(41)과 본체(1)의 결합은 결합수단(미도시)에 의해서 결합될 수 있고, 결합수단은 공지기술 또는 주지기술을 이용하는바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 패널(31)과 본체(1) 사이, 하우징(41)과 본체(1) 사이는 밀폐수단(미도시)에 의해서 밀폐될 수 있으며, 밀폐수단은 공지기술 또는 주지기술을 이용하는바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상술한, 본 발명은 공정가스 라인의 설치방향에 따라 가로방향, 세로방향 또는 경사방향으로 설치될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 콜드트랩의 작동상태를 설명하기로 한다.

공정가스의 라인에 본 발명이 장착된 상태에서 냉각수를 순환시킨다.

냉각수가 순환되면, 제습부(3)가 냉각되면서 제습공간(11)의 온도가 떨어진다.

이 상태에서 공정가스가 안내부(2)를 통과하면, 공정가스가 소용돌이치면서 제습공간(11)으로 유입된다.

공정가스가 소용돌이치면서 제습공간(11)으로 유입되면 공정가스가 냉각핀(32)에 부딪히고, 공정가스의 온도가 떨어진다.

이때, 냉각수가 본체(1) 및 제습부(3)의 둘레를 회전하면서 순환하기 때문에 본체(1) 및 제습부(3)를 골고루 냉각시킬 수 있다.

또한, 제습공간(11)의 온도 편차를 최소화할 수 있고, 방열핀(43)에 의해서 본체(1) 및 제습부(3)를 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있어서 제습공간(11)의 온도를 신속하게 떨어트릴 수 있다.

게다가, 방열핀(43)이 냉각수의 회전방향으로 경사지게 설치됨으로써, 냉각수의 유동속가 저해되지 않아서 본체(1) 및 제습부(3)의 온도를 신속하게 떨어트릴 수 있다.

한편, 공정가스는 경사진 냉각핀(32)을 따라서 계속해서 회전하고, 공정가스가 냉각되면서 염화암모늄 등과 같은 독성물질이 응고되어 자유낙하 한다.

자유낙하 된 독성물질이 일정량 쌓이면 이를 수거한다.

더욱 상세하게는 공정가스가 소용돌이치면서 제습공간(11)으로 유입되고 제습공간(11)에서도 냉각핀(32)을 따라 계속해서 회전하기때문에 공정가스의 유속은 일정속도를 유지할 수 있고, 제습공간(11) 내에서 공정가스의 밀도가 상승한다.

게다가, 공정가스가 제습공간(11)에서 머무는 시간이 길기 때문에 공정가스에 포함된 독성물질을 더욱 많이 제거할 수 있다.

이에 따라, 제습공간(11)의 길이가 짧으면서도 더욱 많은 양의 독성물질을 수거할 수 있다.

따라서, 본 발명은 전체적인 크기 및 길이에 비해서 제습공간(11)의 냉각효율을 극대화시킬 수 있고, 제습공간(11) 대비 많은 양의 독성물질을 수거할 수 있다.

상술한 본 발명을 설명하는데 있어서, 그 실시 예가 상이하더라도 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 필요에 따라 그 설명을 생략할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 된다. 따라서 상기에서 설명한 것 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 실시 예에 대한 설명만으로도 쉽게 상기 실시 예와 동일 범주 내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있거나, 본 발명과 균등한 영역의 발명을 실시할 수 있을 것이다.

1; 본체
11; 제습공간
12; 결합홀
13; 입구
14; 출구
15; 장착홀
2; 안내부
21; 날개
3; 제습부
31; 패널
32; 냉각핀
4; 냉각부
41; 하우징
411; 냉각수입구
412; 냉각수출구
42; 가이드
43; 방열핀

Claims (6)

1. 입구와 출구 및 제습공간이 형성되는 본체;
   경사진 날개가 형성되고 상기 본체의 입구에 설치되어 상기 본체의 입구로 유입되는 공정가스가 상기 날개에 부딪히면서 회전되는 안내부;
   다수의 냉각핀을 구비하고 상기 냉각핀이 상기 본체의 제습공간에 배치되는 적어도 2개의 제습부; 및
   상기 본체의 둘레에 배치되어 상기 제습부를 냉각시키는 냉각부;를 포함하되,
   상기 냉각부는,
   냉각수가 출입하는 입구와 출구가 형성되고 상기 본체의 둘레에 배치되는 하우징과, 상기 제습부와 상기 하우징 사이에 배치되고 상기 냉각수가 상기 본체의 둘레를 회전하면서 흐르도록 안내하는 가이드 및 상기 제습부의 외면에 상기 냉각핀과 반대방향으로 돌출되는 다수의 방열핀을 포함하고,
   상기 본체의 입구로 상기 공정가스가 유입되면 상기 안내부를 거치면서 상기 공정가스가 소용돌이치면서 상기 제습부에 의해서 냉각되는 콜드트랩.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각핀은,
   날 형태로 형성되되 상기 공정가스의 회전방향으로 경사지게 배치되어 상기 제습공간의 온도를 떨어트리면서 상기 공정가스가 계속해서 회전하도록 안내하는 것을 특징으로 하는 콜드트랩.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   상기 냉각수를 상기 공정가스의 회전방향과 반대방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 콜드트랩.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 방열핀은,
   상기 냉각수의 회전방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 콜드트랩.
   

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