KR102139980B1 - 플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템 - Google Patents

Abstract

플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템에 관한 것으로, 산과 골을 갖는 주름관 형상으로 형성되는 외부 벨로즈관, 상기 외부 벨로즈관의 내부에 마련되는 내부 벨로즈관 및 상기 내부 벨로즈관 내부에 마련되고 라이너 기능을 하는 인터록관을 포함하는 구성을 마련하여, 상온의 질소 가스를 간헐적으로 공급하고, 유속 증폭유닛을 이용해서 유속을 증가시킴으로써, 배관 내부의 파우더 침전을 방지할 수 있다.

Description

플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템{FLEXIBLE PIPE AND EXHAUST SYSTEM WITH THE SAME}

본 발명은 플렉시블 파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 설비의 구성요소 사이에서 진공 라인 연결에 사용되는 플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 공정은 실리콘 웨이퍼 상에 산화 공정, 확산 공정, 사진 공정, 식각 공정, 이온주입 공정, 증착 공정, 금속배선 공정 등의 여러 공정을 반복적으로 수행하는 일련의 과정을 일컫는다. 이들 각 공정을 수행하는 반도체 제조 설비의 대부분은 공정 진행 중에 먼지 입자와 같은 이물질에 의하여 반도체 소자의 특성이 나빠지거나 수율이 저하되는 것을 방지하기 위하여 고진공 상태를 유지하고 있다.

이와 같이 진공환경이 필요한 대부분의 반도체 제조설비에는 진공환경을 만들어주기 위한 진공장치가 설치되는데, 진공장치는 크게 진공펌프, 진공 라인, 배기 라인으로 구성된다.

진공 라인의 일 측은 진공환경이 필요한 반도체 제조설비에 연결되고, 타측은 진공펌프에 연결되며, 진공펌프의 일 측에는 배기 라인이 연결된다.

이에 따라, 진공펌프의 작동으로 반도체 설비의 내부를 진공으로 유지하고, 반도체 제조설비 내부에서 공정이 진행된 후의 부산물은 진공 라인을 통해 진공펌프로 흡입되어 배기 라인을 통해 배출된다.

여기서, 진공장치의 진공 라인은 진공환경이 필요한 반도체 제조설비와 진공펌프를 연결하는 것으로서, 반도체 제조설비의 배관이 복잡하거나, 반도체 제조설비와 진공장치의 설치 위치에 따라 진공장치의 진공 라인이 수평 혹은 수직으로만 연결될 수 없어 유연성이 요구되는 일부분에는 파이프 대신 신축성 및 유연성을 갖는 벨로즈를 사용한다

통상의 벨로즈는 양측단에 각각 플랜지가 결합되어 있어, 플랜지를 통해 배기라인, 진공펌프, 반도체 공정 챔버 등에 연결 설치할 수 있다

즉, 반도체 및 디스플레이의 식각(Etching), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), Metal, 확산 공정에서는 챔버, 퍼 라인(Fore Line), 배기 라인 등에 다량의 고체, 융축성 부산물이 생성되는데, 이런 물질들이 진공배관 내부에 쌓이게 되면 장비의 성능 저하, 생산 수율의 감소, 증축 물질의 백 스트림(Back Stream)에 의한 입자원(Particle Source) 및 챔버 내부 오염 등을 유발시킬 수 있다.

상기 CVD에 이은 식각 공정은 평면 디스플레이 또는 반도체 제조에 있어서 반도체 또는 절연체의 특성을 나타내는 여러 층의 얇은 막을 매우 정교하게 형성하고, 식각을 통해 반도체인 스위치 패턴을 집적해서 만드는 가장 기본적인 공정이다.

위 반응을 유도하기 위해, 챔버(Chamber)에 공급되는 각종 공정가스는 소량만 사용되고, 대부분이 배기관을 통해 배출된다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0469608호(2013년 10월 23일 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1075170호(2011년 10월 19일 공고)

한편, 배기관을 통해 배출하는 과정에서 각종 공정가스는 서로 반응하여 파우더를 형성시킨다.

이러한 파우더가 배관에 침전되기 시작하면, 배기관 내에 배압(back pressure)이 상승함에 따라, 원활한 배기 활동를 방해하고(clogging), 진공펌프에 불필요한 부하를 작용시켜 PM(Preventive Maintenance) 주기를 단축시키며, 최악의 경우 공정 중 펌프가 멈추거나 이상 작동으로 인해 기판 재료로 사용하는 실리콘 웨이퍼나 유리를 오염시켜 막대한 손실을 가져오는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 배기관 내부에 고온의 질소 가스(hot N₂)를 투입하는 방법, 내부 히터(inner heater)를 적용하는 방법, 플렉시블 히터(flexible )를 적용하는 방법 등 다양한 방안이 시도되고 있으나, 이러한 방법들을 적용하더라도 파우더의 침전을 지연시키는 효과만 가능할 뿐, 파우더의 침전을 완벽하게 방지하기에는 한계가 있었다.

예를 들어, 도 1은 종래기술에 따른 진공장치의 구성도이다.

반도체 제조 공정은 프로세스 챔버(1)에서 반응가스나 공정가스를 사용하는 형태로 진행되고, 소정의 공정이 완료된 후 잔류하는 가스나 반응 부산물, 예를 들면 파우더 등은 배기라인(2)을 통해서 배출된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 진공 펌프(3)와 스크러버(4) 사이에 상온의 비활성 기체인 질소를 약 200℃ 내지 400℃의 고온으로 가열하여 배기라인(2)에 공급하는 질소 공급 장치(5)가 장착된다.

이와 같이 고온의 질소 가스를 공급하는 방법은 반응가스 내 수분이 증발됨에 따라 파우더의 형성을 방지하고, 배관 내부에서 유체의 흐름을 원활하게 하여 파우더의 침전 현상을 방지한다.

그러나 상기한 고온의 질소 가스 공급 방법은 질소 가스를 가열하는 히터 등의 장치가 진공 펌프 후단에 장착됨에 따라, 배관 전체에 균일한 온도를 유지하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 고온의 질소 가스를 짧은 구간 안에서 가열하기 위해, 에너지 소비량이 급격하게 증가하는 문제점이 있었다.

상기 내부 히터 적용 방법은 고온의 질소 가스 공급장치가 장착되는 위치에 히터를 장착해서 진공 펌프에서 유출되는 가스의 열에너지를 상승시켜 파우더의 생성 및 침전을 방지한다.

그러나 상기한 내부 히터 적용 방법은 내부 히터의 적용 구간이 짧아 배관 내 온도를 균일하게 유지하는 것이 불가능하고, 히터가 배기가스에 직접 노출됨에 따라 히터를 감싸는 금속재가 부식되면서 화재 발생 위험이 증가하는 문제점이 있었다.

상기 플렉시블 히터 적용 방법은 진공 펌프부터 스크러버 구간 전체를 MI(Mineral Insulated) 히터가 삽입된 3중 구조인 플렉시블 히터로 연결한다.

이러한 상기 플렉시블 히터 적용 방법은 배관 내부에 파우더가 침전되면, 배압이 상승하면서 펌프단의 토출 온도가 순식간에 500℃ 이상으로 상승하는 경우, 히터가 아예 작동하지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 배관 내부에 파우더가 침전되는 것을 방지할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인터록 구조를 갖는 배기라인의 누설을 최소화하고, 보온 및 누기 성능을 향상시킬 수 있는 플렉시블 파이프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 배기 가스의 유속을 증가시켜 배관 내부에 파우더의 침전을 방지할 수 있는 플렉시블 파이프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 플렉시블 파이프를 이용해서 배기라인의 누기를 방지하고, 배관 내부의 파우더 침전을 방지하는 플렉시블 파이프가 적용된 배기 시스템을 제공하는 것이다

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플렉시블 파이프는 산과 골을 갖는 주름관 형상으로 형성되는 외부 벨로즈관, 상기 외부 벨로즈관의 내부에 마련되는 내부 벨로즈관 및 상기 내부 벨로즈관 내부에 마련되고 라이너 기능을 하는 인터록관을 포함하며, 상기 인터록관의 내면에는 누기를 차단하고, 파우더 침전을 방지하는 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 플렉시블 파이프에 상온의 비활성 가스를 공급해서 가스의 유속을 증가시키는 가스 공급부를 더 포함하고, 상기 가스 공급부는 상기 외부 벨로즈관과 내부 벨로즈관 사이의 이동 공간에 상기 비활성 가스를 공급하는 공급관 및 상기 이동 공간을 통해 이동하는 상기 비활성 가스를 상기 인터록관 내부로 공급해서 상기 가스의 유속을 증폭시키는 유속 증폭유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유속 증폭유닛은 원통 형상으로 형성되고 상기 인터록관 내부에 설치되는 바디, 상기 바디의 일면에 결합되는 결합플레이트 및 상기 바디와 결합플레이트의 외측에 설치되는 외부 케이싱을 포함하고, 상기 바디와 결합플레이트가 결합되는 결합면의 가장자리 부분에는 상기 비활성 가스가 임시 충진되는 충진공간이 형성되며, 상기 충진공간에 충진된 상기 비활성 가스를 상기 바디의 중앙부에 형성된 중앙유로로 공급하는 공급유로가 곡면을 따라 라운드지게 형성되어 베르누이 효과 및 코안다 효과에 의해 상기 중앙유로의 내주면을 따라 이동하는 상기 비활성 가스 및 가스의 유속을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

상기 코팅층은 무기 또는 유기 및 무기 하이브리드의 규소계 복합화합물을 이용한 세라믹 재질의 재료로 마련되는 액체 상태의 코팅제를 분사하고, 상온 또는 미리 설정된 온도로 가열하는 경화 과정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부 벨로즈관은 습식(wet corrosion)을 방지하도록 제1 및 제2 벨로즈를 포함하는 2중 구조로 마련되고, 상기 제1 및 제2 벨로즈 사이에는 가열 공정시 기화 및 팽창해서 내부 공간에 일정한 압력이 작용하도록 압력 공간을 형성하는 액체가 투입되며, 상기 인터록관은 띠 형상의 금속 판재를 벤딩하여 성형된 띠 형상의 금속 판재를 축을 기준으로 나선형으로 회전시키며 상호 연결하는 인터록킹 방식으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플렉시블 파이프가 적용된 배기 시스템은 두 설비 사이를 연결해서 내부 공간을 통해 가스를 이동시키는 플렉시블 파이프와 상기 플렉시블 파이프에 상온의 비활성 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하여 베르누이 효과 및 코안다 효과에 의해 상기 가스의 유속을 증가시켜 상기 플렉시블 파이프 내부의 파우더 침전을 방지하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템에 의하면, 상온의 질소 가스를 간헐적으로 공급하고, 유속 증폭유닛을 이용해서 유속을 증가시킴으로써, 배관 내부의 파우더 침전을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 플렉시블 파이프의 내면에 코팅층이 형성된 인터록관을 라이너로 사용하여 보온 및 누기 성능을 개선하고, 파우더가 침전되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 세라믹 재질의 코팅제를 이용해서 코팅층을 형성함으로써, 플렉시블 파이프 내면의 표면마찰계수를 줄여 가스의 원활한 이동이 가능하게 하고, 약 40℃ 내지 80℃의 보온 효과를 통해 파우더 침전을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 세라믹 재질의 코팅층을 형성함에 따라, 열 차단을 통해 플렉시블 파이프 외면의 온도를 낮추고, 플렉시블 파이프에 내열성, 부식 저항성, 마모 저항성, 전기 절연 등의 특성을 부여할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 종래기술에 따른 진공장치의 구성도,
도 2는 종래기술에 따른 진공장치에 적용되는 배기라인의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플렉시블 파이프가 적용된 배기 시스템의 구성도,
도 4는 도 3에 도시된 플렉시블 파이프의 구성도,
도 5는 도 3에 도시된 플렉시블 파이프의 부분 확대단면도,
도 6은 유속 증폭유닛의 분해도,
도 7은 유속 증폭유닛의 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 실시 예에서는 반도체 제조설비의 진공장치에 적용되는 플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템을 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체나 LCD 등 다양한 제품 생산 공정에서 발생하는 반응 가스를 배출하는 배기라인에 적용되도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.

먼저, 도 2를 참조하여 반도체 제조 설비에 적용되는 종래기술에 따른 진공장치의 구성을 설명한다.

도 2는 종래기술에 따른 진공장치의 구성도이다.

반도체 제조 설비에 적용되는 종래기술에 따른 진공장치(1)는 제조사별 특징에 따라 진공펌프(3)의 출력단과 스크러버(4) 사이를 연결하는 배기라인(2)의 길이 및 형상이 상이하다.

예를 들어, 배기라인(2)은 길이가 약 2m 정도이고, 일직선 상으로 구성될 수 있다.

반면, 배기라인(2)은 LCD나 반도체 제조공정에서 여러 펌프 조합으로 인해 길이가 약 4 내지 8m 이상으로 길어지고, 도 2에 도시된 바와 같이 중앙부에 '∩' 형상으로 절곡되는 절곡부(6)가 마련되어 심한 굴곡을 갖도록 구성될 수도 있다.

즉, 종래기술에 따른 진공장치(1)는 벨로즈로 마련되고 중앙부에 절곡부(6)가 형성된 배기라인(2)에서 진공 펌프(4) 토출단 측에 고온의 질소를 공급하는 질소 공급장치(5) 및 배기압 감소모듈(Exhaust pressure Reduction Module)를 설치하고, 절곡부(6)에 히팅 재킷(7)을 설치해서 구성된다.

이와 같이 구성되는 종래기술에 따른 진공장치(1)는 배기관 상에 히팅 재킷(7)과 질소 공급장치(5)를 적용하는 조합형으로 마련됨에 따라, 누기 포인트(Leak Point)가 증가하여 제품 시공시 및 관리작업시 관리 포인트 수가 늘어난다.

그리고 종래기술에 따른 진공장치(1)는 가스 누기로 인한 환경 오염을 발생시킬 우려가 있고, 연결부위 및 접촉면에서 열손실이 발생하며, 벨로즈와 플랜지에 부산물(By Product)이 축적될 수도 있다.

또한, 종래기술에 따른 진공장치는 히팅 재킷(7)의 특성상 균일한 열 분포가 어렵고, 순차시공으로 인해 시공작업에 소요되는 시간이 길며, 재킷과 열선 손상시 누전이나 단선이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 배기라인의 길이가 길거나 굴곡이 심한 경우에도 상기한 문제점들을 해소할 수 있도록, 배관 내부의 파우더 침전을 방지하는 배기 시스템(10)을 적용한다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기 시스템의 구성을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플렉시블 파이프가 적용된 배기 시스템의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 플렉시블 파이프의 구성도이며, 도 5는 도 3에 도시된 플렉시블 파이프의 부분 확대단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플렉시블 파이프가 적용된 배기 시스템(10)은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 겹쳐지는 복수 관으로 구성되고 진공 펌프(3)와 스크러버(4) 사이를 연결하는 플렉시블 파이프(20) 및 플렉시블 파이프(20)에 상온의 가스를 공급하는 가스 공급부(60)를 포함한다.

플렉시블 파이프(20)는 외부 벨로즈관(30), 외부 벨로즈관(30)의 내부에 2중 구조로 마련되는 내부 벨로즈관(40), 내부 벨로즈관(40) 내부에 마련되고 라이너 기능을 하는 인터록관(50) 및 내부 벨로즈관(40)의 외면에 설치되어 인터록관(50) 내부를 이동하는 가스를 히팅하는 히터(51)를 포함하는 4중 구조로 마련되고, 플렉시블 파이프(20)의 내면에는 코팅층(52)이 형성된다.

외부 벨로즈관(30)의 외부에는 보온재(80)가 설치될 수 있다. 보온재(80)는 내피(81)와 외피(82) 및 내피(81)와 외피(82) 사이에 설치되는 보온부재(83)를 포함할 수 있다.

이러한 플렉시블 파이프(20)의 일측에는 내부 벨로즈관(40)을 통한 배기가스의 누기를 감지하는 누기 감지부(21)와 플렉시블 파이프(20)의 내부 온도를 감지하는 온도 감지부(22)가 마련될 수 있다.

누기 감지부(21)는 외부 벨로즈관(30) 및 내부 벨로즈관(40) 사이 공간과 연결되고 내부 벨로즈관(40)을 통해 배기가스가 누기되는지 여부를 감지한다.

이러한 누기 감지부(21)는 압력 변화를 감지하는 압력감지센서로 마련되거나, 배기가스와의 접촉에 의해 색상이 변화하는 리트머스 시험지나 용액을 이용해서 구성될 수 있다.

온도 감지부(22)는 인터록관(50)과 접촉되도록 설치되고 인터록관(50)의 온도 변화를 감지하는 온도감지센서를 포함할 수 있다.

누기 감지부(21)와 온도 감지부(22)의 감지신호는 관리단말(도면 미도시)로 전달되고, 상기 관리단말은 누기 감지부(21)에서 감지된 압력 또는 색상 변화를 이용해서 누기 발생 여부를 판단할 수 있다.

그리고 상기 관리단말은 온도 감지부(22)에서 감지된 온도 변화를 이용해서 플렉시블 파이프(20) 내부의 파우더 침전 여부를 판단할 수 있다.

즉, 실제 진공장치에서 사용한 제품의 분석 결과, 배관의 내부에 파우더가 침전되면, 배관의 온도가 약 500℃ 이상으로 급격하게 상승한다.

반면, 배관의 온도가 낮아지면 내부에 침전되는 파우더의 양이 증가한다.

따라서 진공 펌프(3)와 연결되는 배관의 선단부는 약 500℃ 이상의 온도를 가짐에 따라, 침전되는 파우더의 양이 상대적으로 적다.

반면, 스크러버(4)와 연결되는 배관의 후단부로 갈수록 온도가 약 150℃ 정도로 낮아짐에 따라, 침전되는 파우더의 양이 상대적으로 많아진다.

따라서 본 실시 예에서는 스크러버(3)와 인접한 후단부로 갈수록 파우더의 침전량이 증가함에 따라, 누기 감지부(21)와 온도 감지부(22)를 플렉시블 파이프(20)의 후단부 측에 설치하는 것이 바람직하다.

외부 벨로즈관(30)과 내부 벨로즈관(40)은 각각 금속 재질의 재료를 이용해서 제조되고, 산과 골을 갖는 주름관 형상으로 형성될 수 있다.

그리고 내부 벨로즈(40)는 반도체 제조공정에서 발생하는 습식(wet corrosion)을 방지하기 위해 2중 구조로 마련된다.

예를 들어, 내부 벨로즈관(40)은 산과 골을 갖는 주름진 관 형상으로 형성되는 제1 벨로즈(41) 및 산(31)과 골(32)을 갖는 주름진 관 형상으로 형성되고 제1 벨로즈(41)의 내부에 마련되는 제2 벨로즈(42)를 포함할 수 있다.

제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42)는 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 재질이나 합성수지 재질의 재료로 제조된 외부 파이프 내부에 내부 파이프를 삽입하여 결합한 상태에서 하이드로 포밍(hydro-forming) 공정을 통해 산과 골을 갖는 주름진 관 형상으로 성형될 수 있다.

제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42) 사이에는 오일이 투입되고, 성형 작업이 완료된 이중 벨로즈의 가열 공정에서 상기 내부 파이프의 외면에 도포된 오일이 기화 및 팽창하면서 압력이 발생하여 일정 압력이 작용하는 압력 공간(S)이 형성될 수 있다.

즉, 제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42) 사이에 투입된 오일은 가열되면 약 800배 이상의 부피로 팽창함에 따라, 제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42) 간극이 팽창되면서 압력 공간(S)이 형성된다.

이와 같이 형성된 압력 공간(D) 내부에는 기체 상태로 변화한 오일에 의해 일정한 압력이 작용한다.

그래서 제1 벨로즈(41)의 각 산 양측벽과 제2 벨로즈(42)의 각 산 양측벽 사이에는 압력 공간(S)이 형성되고, 이와 같이 형성된 압력 공간(S)에 의해 제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42)가 서로 분리될 수 있다.

여기서, 이중 벨로즈의 유연성을 확보하면서 제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42) 사이의 누기를 감지하기 위한 압력 공간(S)을 확보하기 위해, 제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42)는 각각 피치(pitch)를 최소화하고, 각 산의 개수를 극대화하도록 성형되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 오일에 뿐만 아니라, 상온에서는 액체 상태이고, 성형 공정 이후의 가열 공정에서 기체로 변화하는 다양한 종류의 액체를 투입하도록 변경될 수 있다.

그리고 상기 투입 액체는 제1 벨로즈(41)와 제2 벨로즈(42) 사이에 소량이 투입되거나, 제2 벨로즈(42)의 외면 전체 또는 일부에 도포될 수도 있다.

본 발명은 내부 벨로즈관을 구성하는 제1 및 제2 벨로즈 사이에 압력 공간을 형성하고, 압력 공간 내부의 압력과 온도 변화에 기초해서 내부 벨로즈관의 손상이나 파손으로 인한 누기를 감지할 수 있다.

즉, 본 발명은 이중 벨로즈 성형시 제1 및 제2 벨로즈 사이에 오일을 투입하고, 성형된 이중 벨로즈의 가열 공정에 의해 내부 벨로즈관 내부에 압력 공간을 형성할 수 있다.

그리고 본 발명은 사용 환경에서 압력 공간의 압력과 온도 변화에 기초해서 누기 발생 여부를 정확하게 감지할 수 있다.

인터록관(50)은 띠 형상의 금속 판재를 특정한 형상으로 벤딩하여 성형하고, 성형된 띠 형상의 금속 판재를 축을 기준으로 나선형으로 회전시키며 상호 연결하는 방식으로 제조된다.

여기서, 성형된 금속판재를 상호 연결하는 것을 인터록킹(interlocking)이라고 일컬어진다.

이와 같이 구성되는 인터록관(50)은 고온 고압의 가스를 배출하는 배기라인과 같이 악조건에 설치됨에 따라, 진동에 파손되지 않도록 유연성을 가져야 하고, 공진에 의해 파손되지 않으며, 배기가스가 새지 않도록 틈새가 없어야 하며, 열에 노출되어도 경화되지 않아야 하고, 외부의 충격에 의해 쉽게 파손되지 않도록 다양한 응력에 저항성을 가져야 하며, 노화에 의해 쉽게 파손되지 않도록 형성되어야 한다.

따라서 본 실시 예에서는 4중 구조를 갖는 플렉시블 호스로 구성되어 진공 펌프(3)와 스크러버(4) 사이를 연결하고, 진공 펌프(3)와 스크러버(4)의 배치 상태에 따라 직선 형상 또는 굴곡진 형상으로 형성될 수 있다.

히터(51)는 내면에 미네랄 절연(mineral insulated) 층이 형성된 히팅 케이블로 마련되고, 인터록관(50)의 외면에 일정 간격으로 감겨서 설치될 수 있다.

이러한 히터(51)는 전원을 공급받아 플렉시블 파이프(20)를 히팅함으로써, 플렉시블 파이프(20)를 통해 이동하는 배기가스를 미리 설정된 설정온도, 예컨대 약 180℃로 가열할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 진공 펌프부터 스크러버 구간 전체를 4중 구조인 플렉시블 파이프로 연결해서 배기관 전체를 균일한 온도로 유지하고, 히터가 배기가스에 직접 노출되지 않도록 설치함에 따라 화재의 위험성이 없으며, 열손실이 작아 질소 공급 방법, 내부 히터 적용 방법 등 타 공법에 비해 가장 에너지 손실이 적은 장점이 있다.

또한, 본 발명은 내부 벨로즈를 2중 구조로 구성함에 따라, 반도체 제조 공정에서 발생하는 공식(Pitting Corrosion)에 저항하도록 설계할 수 있으며, 인터록관에서 누기(leak)가 발생하더라도 내부 및 외부 벨로즈관에서 누기를 차단함에 따라, 안정성 측면에서도 다른 공법에 비해 우수한 장점을 가진다.

한편, 인터록킹 구조는 성형된 금속판재, 즉 인터록과 인터록 사이의 틈을 통해 누기가 발생하는 특성을 갖는다.

따라서 본 실시 예에서는 인터록관(50) 내면에 코팅층(52)을 형성해서 누기를 방지함과 동시에, 보온 효과를 얻을 수 있고, 표면 마찰계수를 낮춤으로써 가스의 원활한 이동이 가능하게 하며, 파우더의 침전을 방지한다.

코팅층(52)은 세라믹 재질을 이용해서 제조되는 액체 상태의 코팅제를 분사해서 미리 설정된 두께, 예컨대 약 0.1㎛ 내지 5㎜만큼 도포하고, 상온 내지 약 150℃의 온도에서 약 1분 내지 30분 동안의 가열 공정을 통해 경화될 수 있다.

상기 코팅제는 무기 또는 유기 및 무기 하이브리드의 규소(Si)계 복합화합물을 이용한 세라믹(ceramics) 재질로 마련될 수 있다.

여기서, 코팅층(52)을 경화하기 위한 가열 온도, 시간, 코팅층(52)의 두께는 플렉시블 파이프(20)의 규격에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

다만, 코팅층(52) 경화시 가열 온도와 시간은 플렉시블 파이프(20)의 표면 변색을 방지할 수 있도록 최소화되는 것이 바람직하다.

표 1은 일반적인 플렉시블 파이프와 본 발명에 따라 코팅층이 적용된 플렉시블 파이프의 누기 테스트 결과 테이블이다.

대비 제품1		대비 제품2		본 발명		조건
이동량	누기량	이동량	누기량	이동량	누기량
12	1.985	2.5	0.369	0.5	0.095	@0.15bar, 2.0L/min/dm2
14	2.316	5	0.737	1.9	0.362	@0.30bar, 1.0L/min/dm2
15	2.485	6	0.885	3.1	0.591	@0.45bar, 0.1L/min/dm2

표 1에서 이동량의 단위는 L/mim이고, 누기량의 단위는 L/min/dm²이다. 일반적으로, 진공 펌프(3)와 스크러버(4) 사이에는 대부분 음압이 형성된다.

따라서 표 1에 기재된 바와 같이, 0.15bar, 0.30bar, 0.45bar의 양압에서 누기량이 각각 분당 0.095L/min/d㎡, 0.362L/min/d㎡, 0.591 L/min/d㎡인 것은 실제 플렉시블 파이프에서 누기가 없는 것과 같은 효과라 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 플렉시블 파이프의 내면에 코팅층이 형성된 인터록관을 라이너(liner)로 사용하여 보온 및 누기 성능을 개선하고, 파우더가 침전되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 본 발명은 세라믹 재질의 코팅제를 이용해서 코팅층을 형성함으로써, 플렉시블 파이프 내면의 표면마찰계수를 줄여 가스의 원활한 이동이 가능하게 하고, 약 40℃ 내지 80℃의 보온 효과를 통해 파우더 침전을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 세라믹 재질의 코팅층을 형성함에 따라, 열 차단을 통해 플렉시블 파이프 외면의 온도를 낮추고, 플렉시블 파이프에 내열성, 부식 저항성, 마모 저항성, 전기 절연 등의 특성을 부여할 수 있다.

한편, 가스 공급부(60)는 상온의 가스, 예컨대 반도체 제조공정에서 일반적으로 사용되는 비활성 가스, 예컨대 질소 가스를 간헐적으로 공급해서 배기가스가 이동하는 유속을 증가시켜 파우더의 침전을 방지하는 기능을 한다.

즉, 본 실시 예에서 가스 공급부(60)는 종래기술에서 설명한 바와 같이 질소 가스를 고온으로 가열해서 상시적으로 공급하는 질소 공급 장치(5)와 달리, 상온의 질소 가스를 미리 설정된 주기마다 소량만 공급해서 가스의 이동 속도, 즉 유속을 증가시킨다.

이를 위해, 가스 공급부(60)는 반도체 제조설비에 사용되는 질소 가스 공급라인과 연결되고, 진공 펌프(3)와 근접한 플렉시블 파이프(20)의 일단, 즉 도 3에서 보았을 때 좌측단에 마련될 수 있다.

그리고 가스 공급부(60)는 외부 벨로즈관(30)과 내부 벨로즈관(40) 사이의 이동 공간(M)에 질소 가스를 공급하는 공급관(61) 및 상기 이동 공간(M)을 통해 이동하는 가스를 인터록관(50) 내부로 공급해서 배기가스의 유속을 증폭시키는 유속 증폭유닛(62)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 6은 유속 증폭유닛의 분해도이고, 도 7은 유속 증폭유닛의 단면도이다.

유속 증폭유닛(62)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 원통 형상으로 형성되고 인터록관(50) 내부에 설치되는 바디(71), 바디(71)의 일면에 결합되는 결합플레이트(72) 및 바디(71)와 결합플레이트(72)의 외측에 설치되는 외부 케이싱(78)을 포함할 수 있다.

바디(71)와 결합플레이트(72)가 결합되는 결합면의 가장자리 부분에는 질소 가스가 임시 충진되는 충진공간(73)이 형성되고, 충진공간(73)에 충진된 질소 가스를 바디(71)의 중앙부에 형성된 중앙유로(76)로 공급하는 공급유로(74)가 형성될 수 있다.

그리고 결합플레이트(72)의 중앙부에는 배기가스가 이동하는 배기유로(77)가 형성되고, 결합플레이트(72)의 상부에는 충진공간(73)에 충진된 질소가스를 공급유로(74)로 전달하는 전달공(75)이 형성될 수 있다.

여기서, 중앙유로(76)는 배기유로(77) 및 공급유로(74)와 연결되는 부분보다 스크러버와 인접하는 방향을 따른 후단부에 배기유로(77)의 직경보다 큰 직경으로 확대되도록 형성된다.

그리고 전달공(75)은 미리 설정된 각도 간격으로 복수 개가 형성되고, 충진공간(73) 및 공급유로(74)의 폭에 비해 좁은 폭으로 형성될 수 있다.

외부 케이싱(78)은 내부에 바디(71) 및 결합플레이트(72)가 설치될 수 있도록 대략 원통 형상으로 형성되고, 인터록관(50)의 내부에 설치될 수 있다.

이러한 외부 케이싱(78)에는 상기 이동 공간(M)을 통해 이동하는 질소 가스를 충진공간(73)으로 공급하는 공급공(79)이 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 질소 가스를 충진공간에서 전달공을 통해 공급유로로 공급하는 과정에서 베르누이 효과(Bernoulli's effect) 및 코안다 효과(coanda effect)를 얻을 수 있도록, 공급유로(74)를 바디(71) 및 결합플레이트(72)의 가장자리에서 중앙부 사이에 곡면을 따라 라운드지게 형성하고, 공급유로(74)의 폭을 가장자리에서 중앙부로 갈수록 좁아지게 형성할 수 있다.

베르누이 효과는 유체가 이동하는 관의 굵기가 가늘면 가늘수록 유체가 흐르는 속력은 빨라지고, 관의 굵기가 굵을수록 유체가 흐르는 속력은 느려지며, 유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지고, 반대로 속력이 감소하면 내부 압력이 높아키는 현상을 말한다.

코안다 효과는 벽면이나 천장면에 접근하여 분출된 기류가 그 면에 빨려서 부착하여 흐르는 경향을 갖는 것을 말하고, 이 경우 한쪽만 확산하므로 자유 분류에 비해 속도의 감쇠가 작고, 도달 거리가 길어진다.

따라서 질소 가스는 공급유로(74)를 따라 이동하는 과정에서 공급유로(74)의 폭이 점차적으로 좁아짐에 따라 유속이 빨라지고, 코안다 효과에 의해 공급유로(74)와 중앙유로(76)의 내면에 부착되어 이동한다.

따라서 본 발명은 인터록관 내부를 이동하는 배기가스에 소량의 질소 가스를 공급하고, 유속 증폭유닛을 이용해서 가스의 유속을 증가시킴으로써, 배관 내부에서 파우더의 침전을 방지할 수 있다.

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배관 시스템의 작동방법을 상세하게 설명한다.

진공펌프(3)와 스크러버(4) 사이를 연결하는 배기 시스템(10)에서 배기가스는 플렉시블 파이프(20)의 내부, 즉 인터록관(50)의 내부를 통해 스크러버(4) 측으로 이동한다.

본 발명은 배기가스의 배기과정에서 파우더의 침전을 방지하기 위해, 히터(51)에 전원을 공급해서 플렉시블 파이프를 가열하고, 가스 공급부(60)의 공급관(61)을 통해 간헐적으로 상온의 질소 가스를 공급한다.

그러면, 질소 가스는 외부 벨로즈관(30)과 내부 벨로즈관(40) 사이의 이동공간(M)을 따라 이동한다. 이때, 질소 가스는 외부 및 내부 벨로즈관(30,40)의 형상으로 인해 나선 형상의 궤적을 따라 회전하면서 이동한다.

그리고 질소 가스는 유속 증폭유닛(62)의 외부 케이싱(78)에 형성된 공급공(79)과 바디(71) 및 결합플레이트(72)의 충진공간(73), 전달공(75) 및 공급유로(74)를 통해 바디(71)의 중앙에 형성된 중앙유로(76)로 공급된다.

이때, 질소 가스는 중앙유로(76)까지 전달되는 과정에서 각 유로의 폭 변화 및 곡면으로 형성된 공급유로(74)의 형상으로 인한 베르누이 및 코안다 효과가 발생함에 따라, 중앙유로(76)를 이동하는 유속이 증가한다.

이에 따라, 본 발명은 중앙유로의 가장자리, 즉 중앙유로의 내주면 측의 유속을 중앙유로의 중앙부 유속에 비해 증가시켜 배기가스로 인한 플렉시블 파이프 내부에 파우더가 침전되는 것을 방지할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 플렉시블 파이프 내부를 이동하는 배기가스의 유속을 증가시켜 파우더 침전을 방지하는 플렉시블 파이프 및 그가 적용된 배기 시스템 기술에 적용된다.

1: 프로세스 챔버 2: 배기라인
3: 진공 펌프 4: 스크러버
5: 질소 공급장치 6: 절곡부
7: 히팅 재킷
10: 배기 시스템 20: 플렉시블 파이프
21: 누기 감지부 22: 온도 감지부
30: 외부 벨로즈관 40: 내부 벨로즈관
41,42: 제1,제2 벨로즈
50: 인터록관 51: 히터
52: 코팅층
60: 가스 공급부 61: 공급관
62: 유속 증폭유닛
71: 바디 72: 결합플레이트
73: 충진공간 74: 공급유로
75: 전달공 76: 중앙유로
77: 배기유로 78: 외부케이싱
79: 공급공
80: 보온재 81: 내피
82: 외피 83: 보온부재
S: 압력공간 M: 이동공간

Claims (7)

1. 산과 골을 갖는 주름관 형상으로 형성되는 외부 벨로즈관,
   상기 외부 벨로즈관의 내부에 마련되는 내부 벨로즈관,
   상기 내부 벨로즈관 내부에 마련되고 라이너 기능을 하는 인터록관,
   상기 내부 벨로즈관의 외면에 설치되고 상기 인터록관 내부를 이동하는 가스를 히팅하는 히터 및
   플렉시블 파이프에 상온의 비활성 가스를 공급해서 가스의 유속을 증가시키는 가스 공급부를 포함하며,
   상기 인터록관의 내면에는 누기를 차단하고, 파우더 침전을 방지하는 코팅층이 형성되며,
   상기 가스 공급부는 상기 외부 벨로즈관과 내부 벨로즈관 사이의 이동 공간에 상기 비활성 가스를 공급하는 공급관 및
   상기 이동 공간을 통해 이동하는 상기 비활성 가스를 상기 인터록관 내부로 공급해서 상기 가스의 유속을 증폭시키는 유속 증폭유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 파이프.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 유속 증폭유닛은 원통 형상으로 형성되고 상기 인터록관 내부에 설치되는 바디,
   상기 바디의 일면에 결합되는 결합플레이트 및
   상기 바디와 결합플레이트의 외측에 설치되는 외부 케이싱을 포함하고,
   상기 바디와 결합플레이트가 결합되는 결합면의 가장자리 부분에는 상기 비활성 가스가 임시 충진되는 충진공간이 형성되며,
   상기 충진공간에 충진된 상기 비활성 가스를 상기 바디의 중앙부에 형성된 중앙유로로 공급하는 공급유로가 곡면을 따라 라운드지게 형성되어
   베르누이 효과 및 코안다 효과에 의해 상기 중앙유로의 내주면을 따라 이동하는 상기 비활성 가스 및 가스의 유속을 증가시키는 것을 특징으로 하는 플렉시블 파이프.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층은 무기 또는 유기 및 무기 하이브리드의 규소계 복합화합물을 이용한 세라믹 재질의 재료로 마련되는 액체 상태의 코팅제를 분사하고,
   상온 또는 미리 설정된 온도로 가열하는 경화 과정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 파이프.
5. 제1항에 있어서,
   상기 내부 벨로즈관은 습식(wet corrosion)을 방지하도록 제1 및 제2 벨로즈를 포함하는 2중 구조로 마련되고,
   상기 제1 및 제2 벨로즈 사이에는 가열 공정시 기화 및 팽창해서 내부 공간에 일정한 압력이 작용하도록 압력 공간을 형성하는 액체가 투입되며,
   상기 인터록관은 띠 형상의 금속 판재를 벤딩하여 성형된 띠 형상의 금속 판재를 축을 기준으로 나선형으로 회전시키며 상호 연결하는 인터록킹 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 파이프.
6. 제1항에 있어서,
   상기 히터는 내면에 미네랄 절연(mineral insulated) 층이 형성된 히팅 케이블로 마련되고,
   상기 인터록관의 외면에 감겨서 설치되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 파이프.
7. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 플렉시블 파이프가 적용된 배기 시스템에 있어서,
   두 설비 사이를 연결해서 내부 공간을 통해 이동하는 가스를 미리 설정된 온도로 히팅하는 플렉시블 파이프와
   상기 플렉시블 파이프에 상온의 비활성 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하여
   베르누이 효과 및 코안다 효과에 의해 상기 가스의 유속을 증가시켜 상기 플렉시블 파이프 내부의 파우더 침전을 방지하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.

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