KR102256549B1 - 멀티스테이지 냉각을 갖는 장치 - Google Patents

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Abstract

본원에서 설명되는 실시예들은 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 열 교환기에 관한 것이다. 고온 배출물이 열 교환기 내로 유동할 때, 냉각제는 열 교환기 내의 열 교환 표면의 벽들로 유동될 수 있다. 열 교환 표면은, 고온 배출물이 열 교환기 아래로 유동하기 위한 멀티 스테이지 교차 유동 경로를 생성하는 만곡형 형상일 수 있다. 이러한 유동 경로는 고온 배출물이 열 교환 표면의 저온 벽들에 부딪치게 하여, 배출물을 상당히 냉각시키며, 배출물이 진공 펌프들 내로 직접 유동하여 열 손상을 야기하는 것을 방지한다. 본원에서 설명되는 실시예들은 또한, 열 교환기를 형성하는 방법들에 관한 것이다. 열 교환기는 3-D 프린팅을 사용하여 표면들 상에 열 전도성 재료의 층들을 순차적으로 증착시킴으로써 생성되어, 훨씬 더 작은 풋 프린트를 생성하고 비용들을 감소시킬 수 있다.

Description

멀티스테이지 냉각을 갖는 장치{APPARATUS WITH MULTISTAGED COOLING}
[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱 장비에 관한 것으로, 더 구체적으로는 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 저감 시스템 및 열 교환기에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세싱 설비들에 의해 사용되는 프로세스 가스들은 다수의 화합물들, 이를테면, 과불화탄소(PFC; perfluorocarbon)들을 포함하며, 그 화합물들은 규제 요건들, 및 환경 및 안전 문제들로 인해, 폐기 전에 저감되거나 또는 처리되어야만 한다. 전형적으로, 프로세싱 챔버로부터 나오는 화합물들을 저감시키기 위해, 프로세싱 챔버에 원격 플라즈마 소스가 커플링될 수 있다. 화합물들의 저감을 보조하기 위해, 시약이 플라즈마 소스 내로 주입될 수 있다.
[0003] PFC들을 저감시키기 위한 종래의 저감 기술은 시약으로서 수증기를 활용하며, 이는 양호한 분해 제거 효율(DRE; destruction removal efficiency)을 제공한다. 그러나, 원격 플라즈마 소스에서 수증기를 사용한 소정의 화합물들의 저감은, 더 낮은 결합 반응 시간이 이용가능한 것으로 인해 원격 플라즈마 소스에서, 그리고 원격 플라즈마 소스의 다운스트림의 장비, 이를테면, 배기 라인(exhaust line)들 및 펌프들에서 고체 입자들이 형성되는 것을 초래할 수 있다. 게다가, 원격 플라즈마 소스에서 나가는 배기가스(exhaust)는 온도가 상승되어 있을 수 있으며, 이는 원격 플라즈마 소스의 다운스트림의 펌프에서 문제들을 야기할 수 있다. 배출물을 재결합시키고 냉각시키려고 시도하는 당해 기술분야의 기존의 해결책들은, 다른 유지보수 문제들을 포함하여 매우 다루기 어렵고(bulky) 비효율적이었다.
[0004] 따라서, 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 효율적인 열 교환기를 갖는 개선된 저감 시스템이 필요하다.
[0005] 본원에서 설명되는 하나 이상의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세스들에서 생성되는 화합물들을 저감시키기 위한 열 교환기를 제공한다.
[0006] 일 실시예에서, 유동하는 유체를 이용하여 열을 교환하도록 구성된 열 교환기는, 제1 장착 플랜지 ― 제1 장착 플랜지는 제1 장착 플랜지의 연결 표면을 통해 연장되는 중앙 개구를 갖고, 연결 표면은 제1 평면에 평행함 ―; 제2 장착 플랜지 ― 제2 장착 플랜지는 제2 장착 플랜지의 연결 표면을 통해 연장되는 중앙 개구를 갖고, 제2 장착 플랜지는 제1 장착 플랜지로부터 제1 방향으로 일정 거리에 배치됨 ―; 열 교환기의 내측 구역을 둘러싸도록 구성된 외측 벽 ― 외측 벽 및 내측 구역은 제1 장착 플랜지와 제2 장착 플랜지 사이에 배치됨 ―; 내측 구역 내에 배치된 내측 벽 ― 내측 벽은 내측 구역의 열 교환 구역을 내측 구역의 외측 구역으로부터 격리시키도록 포지셔닝되고, 외측 구역은 내측 벽과 외측 벽 사이에 형성된 공간에 의해 정의됨 ―; 열 교환 유체 유입 포트 및 열 교환 유체 배출 포트 ― 열 교환 유체 유입 포트 및 열 교환 유체 배출 포트는 각각 외측 구역과 유체 연통함 ―; 및 내측 벽 내에 배치된 콘 트레이(cone tray)를 포함하며, 콘 트레이는 제1 장착 플랜지의 중앙 개구를 통과하는 입자들을 수집하도록 구성된다.
[0007] 다른 실시예에서, 유동하는 유체를 이용하여 열을 교환하도록 구성된 열 교환기는, 제1 장착 플랜지 ― 제1 장착 플랜지는 제1 장착 플랜지의 연결 표면을 통해 연장되는 중앙 개구를 갖고, 연결 표면은 제1 평면에 평행함 ―; 제2 장착 플랜지 ― 제2 장착 플랜지는 제2 장착 플랜지의 연결 표면을 통해 연장되는 중앙 개구를 갖고, 제2 장착 플랜지는 제1 장착 플랜지로부터 제1 방향으로 일정 거리에 배치됨 ―; 열 교환기의 내측 구역을 둘러싸도록 구성된 외측 벽 ― 외측 벽 및 내측 구역은 제1 장착 플랜지와 제2 장착 플랜지 사이에 배치됨 ―; 내측 구역 내에 배치된 내측 벽 ― 내측 벽은 내측 구역의 열 교환 구역을 내측 구역의 외측 구역으로부터 격리시키도록 포지셔닝됨 ―; 내측 벽 내에서 내측 벽으로 둘러싸인 콘 트레이 ― 콘 트레이는 중앙 개구를 통과하는 입자들을 수집하도록 구성되고; 외측 구역은 내측 벽과 외측 벽 사이에 형성된 공간에 의해 정의되고; 그리고 내측 벽은 열 교환 구역에 인접한 열 교환 표면을 가짐 ―; 및 열 교환 유체 유입 포트 및 열 교환 유체 배출 포트를 포함하며, 열 교환 유체 유입 포트 및 열 교환 유체 배출 포트는 각각 외측 구역과 유체 연통한다.
[0008] 본원에서 설명되는 하나 이상의 실시예들은 또한 일반적으로, 열 교환기를 형성하는 방법들에 관한 것이다.
[0009] 일 실시예에서, 열 교환기를 형성하는 방법은, 중앙 개구를 갖는 제1 장착 플랜지를 형성하는 단계 ― 제1 장착 플랜지를 형성하는 단계는 제1 표면 상에 열 전도성 재료의 층들을 순차적으로 증착하는 단계를 포함함 ―; 제1 장착 플랜지 상에 열 교환 바디를 형성하는 단계; 및 열 교환 바디 상에 제2 장착 플랜지를 형성하는 단계를 포함하며, 열 교환 바디는 제1 표면에 수직하는 방향으로 연장되는 열 교환 구역을 둘러싸는 열 교환 섹션을 갖고, 그리고 열 교환 바디를 형성하는 단계는 형성된 제1 장착 플랜지의 표면 상에 열 전도성 재료의 층들을 순차적으로 증착하는 단계를 포함하고, 열 교환 섹션 내에 배치된 순차적으로 증착된 층들은 각각 외측 벽의 적어도 일부 및 내측 벽의 적어도 일부를 포함하고, 외측 벽은 열 교환 바디의 내측 구역을 둘러싸도록 구성되고, 그리고 내측 구역은 제1 표면에 실질적으로 수직하는 중심 축을 갖고, 내측 벽은 내측 구역 내에 배치되고, 그리고 열 교환 구역을 내측 구역의 외측 구역으로부터 격리시키도록 포지셔닝되고, 외측 구역은 내측 벽과 외측 벽 사이에 형성된 공간에 의해 정의되고, 내측 벽은, 열 교환 구역에 인접한 열 교환 표면을 갖고, 그리고 열 교환 표면은 중심 축에 평행한 방향으로 변화되는 곡률을 갖고, 그리고 열 교환 표면 상의 임의의 포인트에서의 곡률의 접선(tangent)은 중심 축에 대해 45°이하인 각도를 갖고, 그리고 제2 장착 플랜지는 열 교환 바디 상에 순차적으로 증착되는 열 전도성 재료의 층들을 포함한다.
[0010] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 열 교환기 및 원격 플라즈마 소스를 포함하는 저감 시스템 및 프로세싱 시스템의 개략적인 예시이고;
[0012] 도 2a는 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 개략적인 사시도이고;
[0013] 도 2b는 도 2a에 도시된 라인 2B-2B와 일치하는 수평 평면(X-Y 평면)을 따라 절개된 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 상부 단면도이고;
[0014] 도 2c는 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 개략적인 단면도이고;
[0015] 도 2d는 도 2b에 도시된 라인 2D-2D와 일치하는 수직 평면(Y-Z 평면)을 따라 절개된 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 다른 개략적인 단면도이고;
[0016] 도 2e는 도 2a-도 2d의 열 교환 표면의 적어도 하나의 실시예의 개략적인 단면도이고;
[0017] 도 2f는 도 2e에 예시된 열 교환 표면의 일부의 클로즈업한 개략적인 단면도이고;
[0018] 도 3a는 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 개략적인 측면도이고;
[0019] 도 3b는 도 3a에 도시된 라인 3B-3B와 일치하는 수평 평면(X-Y 평면)을 따라 절개된 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 상부 단면도이고;
[0020] 도 3c는 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 개략적인 단면도이고;
[0021] 도 3d는 도 3b에 도시된 라인 3D-3D와 일치하는 수직 평면(Y-Z 평면)을 따라 절개된 도 1의 열 교환기의 적어도 하나의 실시예의 다른 개략적인 단면도이고;
[0022] 도 3e는 도 3a-도 3d의 열 교환 표면의 적어도 하나의 실시예의 개략적인 단면도이고;
[0023] 도 3f는 도 3e에 예시된 열 교환 표면의 일부의 클로즈업한 개략적인 단면도이고; 그리고
[0024] 도 4는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따라 열 교환기를 형성하기 위한 방법의 흐름도이다.
[0025] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피처(feature)들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0026] 다음의 설명에서, 본 개시내용의 실시예들의 더 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부사항들이 설명된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상은 이러한 특정 세부사항들 중 하나 이상 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상을 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 잘-알려진 특징들은 설명되지 않았다.
[0027] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세스들에서 배출물 스트림으로부터 생성되는 원하지 않는 화합물들을 제거하기 위한 열 교환기 및 저감 시스템의 실시예들에 관한 것이다. 플라즈마 구역을 떠나 열 교환기에 진입한 후에, 유체 및 고체 배출물은 재결합하고 상당한 양의 에너지를 방출하여, 이미 고온인 배출물의 온도 증가를 초래한다. 온도 증가에 대처하기 위해, 열 교환기 내에 냉각 메커니즘이 설계된다. 냉각 메커니즘은 열 교환 표면을 갖는 복수의 핀(fin) 구조들을 포함할 수 있다. 열 교환 표면의 벽들을 냉각시키기 위해 열 교환기의 일부 내에서 냉각제가 유동될 수 있다. 열 교환 표면은, 고온 배출물이 열 교환기 아래로 유동하기 위한 멀티 스테이지 교차 유동 경로(multi stage cross flow path)를 생성하는 곡선형 형상을 갖는다. 이러한 유동 경로는 고온 배출물이 열 교환 표면의 저온 벽들과 접촉하는 잔류 시간(residual time)을 증가시켜서, 열 교환기의 냉각 효율을 증가시킨다. 부가적으로, 유동 경로는, 배출물 대부분이 열 교환 표면의 벽들과 접촉하여, 배출물이 상당히 냉각되며, 배출물이 진공 펌프들 내로 직접 유동하여 열 손상을 야기하는 것이 방지된다는 것을 보장한다.
[0028] 본원에서 설명되는 실시예들은 또한 일반적으로, 열 교환기를 형성하는 방법들에 관한 것이다. 열 교환기는, 열 교환기의 하나 이상의 벽들을 형성하기 위해 표면 상에 열 전도성 재료의 층들을 순차적으로 증착함으로써 생성될 수 있다. 순차적인 증착은 제1 표면 상에 형성되는 제1 장착 플랜지 및 형성된 제1 장착 플랜지의 표면 상에 형성되는 열 교환 바디를 포함한다. 제2 장착 플랜지가 열 교환 바디의 표면 상에 형성될 수 있다. 층들은 적층 제조 프로세스, 이를테면, 3D 프린팅 등을 사용함으로써 증착될 수 있다. 이는, 훨씬 더 작은 풋 프린트로 훨씬 더 높은 효율로 재결합 및 스테이지방식 냉각을 가능하게 하여, 비용들을 감소시키는 장점을 제공한다.
[0029] 도 1은 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 열 교환기(106) 및 플라즈마 소스(104)를 포함하는 저감 시스템(102) 및 프로세싱 시스템(100)의 개략적인 예시를 도시한다. 프로세싱 시스템(100)은 적어도 프로세싱 챔버(101) 및 저감 시스템(102)을 포함한다. 저감 시스템(102)은 적어도 플라즈마 소스(104), 열 교환기(106), 및 프로세스 진공 펌프(108)를 포함한다. 프로세싱 챔버(101)는 일반적으로, 적어도 하나의 집적 회로 제조 프로세스, 이를테면, 증착 프로세스, 에칭 프로세스, 플라즈마 처리 프로세스, 사전 세정 프로세스, 이온 주입 프로세스, 또는 다른 유사한 집적 회로 제조 프로세스를 수행하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(101)는 디스플레이 또는 솔라 애플리케이션들을 위한 기판을 프로세싱하도록 구성된다. 프로세싱 챔버(101)에서 수행되는 프로세스는 플라즈마 보조될(plasma assisted) 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(101)에서 수행되는 프로세스는 실리콘-계 재료를 증착하기 위한 플라즈마 증착 프로세스 또는 실리콘-계 재료를 제거하기 위한 플라즈마 에칭 프로세스일 수 있다.
[0030] 프로세싱 챔버(101)는 배기 포어라인(114)을 통해 저감 시스템(102)의 열 교환기(106)에 커플링된 챔버 배기 포트(112)를 갖는다. 열 교환기(106)는, 플라즈마 소스(104)에서 나가는 배기가스를 냉각시키고 그리고 프로세싱 챔버(101)로부터 나가는 배기 포어라인(114) 내에 형성된 입자들, 이를테면, 실리콘 디옥사이드 입자들을 수집하기 위해 프로세싱 챔버(101)에 커플링된다. 열 교환기(106)는 배기 도관(116) 및 프로세스 진공 펌프(108)에 커플링된다. 배기 도관(118)은 프로세스 진공 펌프(108)를 설비 배기부(facility exhaust)(110)에 커플링시킨다. 프로세스 진공 펌프(108)는 일반적으로, 프로세싱 챔버(101)를 진공배기(evacuate)시키는 데 활용되는 한편, 설비 배기부(110)는 일반적으로, 프로세싱 챔버(101)의 배출물을 대기에 진입시키도록 준비하기 위한 스크러버(scrubber)들 또는 다른 배기 세정 장치를 포함한다.
[0031] 열 교환기(106)는, 배기 포어라인(114) 내의 배기가스의 온도를 감소시키기 위해 그리고 배기 포어라인(114) 내의 입자들을 수집하기 위해 프로세싱 챔버(101)와 프로세스 진공 펌프(108) 사이에 커플링된다. 일 예에서, 열 교환기(106)는 저감 시스템(102)의 일부이다. 프로세싱 챔버(101)에서 나가는 배기가스는 열 교환기(106) 내부의 저온 표면들(배기가스의 온도보다 실질적으로 더 낮은 온도를 갖는 표면들) 상에 침착될 수 있다. 열 교환기(106)에서 수집될 수 있는 재료의 예는 실리콘 디옥사이드이며, 이는 과립(granular) 또는 미립자(particulate) 형태로 형성될 수 있다.
[0032] 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(101)는, 프로세싱 챔버(101)를 세정하기 위해, 프로세싱 챔버(101)의 프로세싱 구역(122) 내로 유동되는 세정 라디칼들, 이를테면, 플루오린 라디칼들을 생성하기 위한 원격 플라즈마 소스(120)를 포함한다. 반응하지 않은 세정 라디칼들은 프로세싱 챔버(101)에서 나가서 배기 포어라인(114) 및 열 교환기(106)에 진입하여, 집적 회로 제조 프로세스 동안에 배기 포어라인(114) 및 열 교환기(106) 내에 이전에 침착된 재료들을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(101) 내에서 수행되는 세정 프로세스는 효율적으로 수행되며, 이는 최소량의 반응하지 않은 세정 라디칼들이 프로세싱 챔버(101)에서 나가서 배기 포어라인(114)에 진입하도록 야기한다. 프로세싱 챔버(101)를 효율적으로 세정하는 세정 프로세스는 일반적으로, 정상적인 사용 동안에 열 교환기(106)를 효율적으로 세정하기에 충분한 세정 라디칼들을 제공하지는 않을 것이다.
[0033] 따라서, 반응하지 않은 충분한 세정 라디칼들이 열 교환기(106)에 도달하여 열 교환기(106)를 효율적으로 세정하는 것을 보장하기 위해, 저감 시스템(102)은, 열 교환기(106)를 세정하기 위해 세정 플라즈마를 제공하는 데 사용될 수 있는 플라즈마 소스(104)를 포함한다. 플라즈마 소스(104)는 프로세싱 챔버(101)에서 나가는 가스들 및/또는 다른 재료들에 대해 저감 프로세스를 수행하는 데 활용되며, 그에 따라, 그러한 가스들 및/또는 다른 재료들은 그 후에 트래핑되거나 또는 더 환경 친화적인 그리고/또는 프로세스 장비 친화적인 조성물로 변환될 수 있다. 플라즈마 소스(104)는, 예컨대 유도성으로 커플링된 플라즈마 소스, 용량성으로 커플링된 플라즈마 소스, 직류 플라즈마 소스, 또는 마이크로파 플라즈마 소스일 수 있다. 플라즈마 소스(104)는, 세정, 퍼지, 캐리어, 또는 다른 프로세스 가스들을 이온화하고 이온화된 가스들을 저감 시스템(102)에 제공하고 그리고 세정 라디칼들을 생성하여 열 교환기(106)에서 발견되는 트래핑된 재료 및 표면을 세정하기 위해, 저감 시스템(102)에 커플링될 수 있다. 예컨대, 제1 가스 공급 소스(124)는, 불활성 또는 비-반응성 가스, 이를테면, 아르곤(Ar)을 플라즈마 소스(104)를 통해 저감 시스템(102)에 제공하기 위해 플라즈마 소스(104)에 커플링될 수 있다. 제2 가스 공급 소스(126)는, 세정 가스, 이를테면, NF3을 플라즈마 소스(104)를 통해 저감 시스템(102)에 제공하기 위해 플라즈마 소스(104)에 커플링될 수 있다. 다른 고려되는 세정 가스들은 NF2H, CHF3, CF4 등을 포함한다. 부가적으로, 제3 가스 공급 소스(128)는 반응제(reactive agent), 이를테면, O2를 플라즈마 소스(104)를 통해 저감 시스템(102)에 제공하기 위해 플라즈마 소스(104)에 커플링될 수 있다.
[0034] 플라즈마 소스(104)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 도관(117)을 통해 배기 포어라인(114)에 커플링될 수 있다. 반응성 가스들은 저감 시스템(102)의 내부로부터 축적된 침착물들을 제거하는 것을 용이하게 하여, 세정을 위한 저감 시스템(102)의 분해에 대한 필요성을 감소시키거나 제거한다. 일 실시예에서, 플라즈마 소스(104)에서 생성된 세정 라디칼들, 이를테면, NF3 플라즈마는, 열 교환기(106) 내에 수집되거나 형성된 고체 부산물 재료들 또는 입자들을 제거하기 위해 배기 포어라인(114) 내로 그리고 열 교환기(106) 내로 유동할 수 있다.
[0035] 일 실시예에서, 플라즈마 소스(104)에서 생성된 산화제(oxidizing reagent), 이를테면, O2 플라즈마는, 증착 프로세싱 동안에 프로세싱 챔버(101)로부터 프로세스 진공 펌프(108)로 유동하는 전구체 생성물과 반응하도록 플라즈마 소스(104)로부터 배기 포어라인(114) 내로 전달될 수 있다. 산화제는 증착 프로세스로부터의 전구체 부산물들과 반응하고, 전구체 가스 부산물의, 고체 부산물들 또는 입자들로의 전환을 용이하게 하여, 열 교환기(106) 내에 트래핑되는 고체 부산물 또는 입자들의 양을 향상시킨다. 열 교환기(106) 내에 트래핑되는 고체 부산물의 양을 증가시키는 것은 열 교환기(106)를 통해 프로세스 진공 펌프(108), 배기 도관(118), 및 설비 배기부(110)로 유동하는 반응물 부산물 가스들의 양을 감소시켜, 프로세스 진공 펌프(108) 및 배기 도관(118)의 수명 예상을 증가시키고, 프로세스 진공 펌프(108) 및 배기 도관(118)에 대한 유지보수 사이의 시간을 또한 감소시켜, 툴 가동시간(tool uptime) 증가에 기여한다.
[0036] 열 교환기(106)는, 제조 설비의 서브팹 위치에서 프로세싱 챔버(101)로부터 일정 거리(DF), 이를테면, 적어도 10-40 피트 이상에 로케이팅될 수 있고, 벽(130)에 의해 분리될 수 있다. 저감 시스템(102)의 원격 플라즈마 소스(104)의 배출구는, 열 교환기(106)의 입구에 실질적으로 인접한, 배기 포어라인(114) 내의 위치(132)에서 배기 포어라인(114) 내로 유동할 수 있다. 일 실시예에서, 위치(132)는, 배기 포어라인(114)이 열 교환기(106)에 진입하기 전의 일정 거리(DR), 이를테면, 6 내지 18 인치, 또는 대략 12 인치의 거리에 포지셔닝된다. 열 교환기(106)는, 플라즈마 소스(104)에 의해 생성된 O2 플라즈마가 열 교환기(106)로의 입구로부터 일정 거리(DR), 이를테면, 6 내지 18 인치에서 배기 포어라인(114) 내로 유입될 때, 더 많은 고체 부산물 재료를 캡처한다는 것이 밝혀졌다.
[0037] 배기 도관(118)은 가스들이 프로세스 진공 펌프(108)로부터 설비 배기부(110)로 유동하는 것을 가능하게 한다. 배기 포어라인(114), 배기 도관(116), 프로세스 진공 펌프(108), 배기 도관(118), 및 연관된 하드웨어는, 예컨대 하나 이상의 프로세스-호환가능 재료들, 이를테면, 알루미늄, 양극산화처리된 알루미늄, 니켈 도금 알루미늄, 스테인리스 강, 및 이들의 조합들 및 합금들로 형성될 수 있다. 열 교환기(106)는, 예컨대 유사한 프로세스-호환가능 재료들로 형성되거나, 또는 배기 가스들의 응축에 도움이 되는 재료들로 제조될 수 있다. 설비 배기부(110)는, 예컨대 반도체 제조 산업에 알려진 바와 같이, 연소/습식 저감 서브시스템일 수 있다.
[0038] 저감 시스템(102)은 제조 설비 내에서 프로세싱 챔버(101)와 별개의 위치에 제공될 수 있고, 벽(130)에 의해 프로세싱 챔버(101)로부터 분리될 수 있다. 프로세싱 챔버(101)로부터의 저감 시스템(102)의 분리는, 엄격한 청정실 공기 순도 등급 요건들을 필요로 하지 않는 환경에서 저감 시스템의 유지보수를 가능하게 한다.
[0039] 도 2a-도 2d는 도 1의 열 교환기(106)의 적어도 하나의 실시예의 개략도, 상부 단면도, 및 단면도들을 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 열 교환기(106)는 열 교환 바디(200), 제1 단부(202), 제1 단부(202) 반대편의 제2 단부(204), 유입 포트(206), 및 유입 포트(206) 반대편의 배출 포트(208)를 포함한다. 도 2b는 도 2a에 도시된 라인 2B-2B와 일치하는 수평 평면(X-Y 평면)을 따라 절개된 열 교환기(106)의 상부 단면도이다. 도 2c는 도 1의 열 교환기(106)의 개략적인 단면도이다. 도 2d는 도 2b에 도시된 라인 2D-2D와 일치하는 수직 평면(Y-Z 평면)을 따라 절개된 도 1의 열 교환기(106)의 개략적인 단면도이다.
[0040] 열 교환 바디(200)는 유입 포트(206)와 배출 포트(208)를 유동적으로 연결하도록 구성된 내부를 갖는다(아래에서 추가로 설명됨). 열 교환 바디(200)는 도 2a에 도시된 바와 같이 원통형이거나 또는 임의의 다른 적절한 형상일 수 있다. 열 교환 바디(200)는 150 내지 200 mm의 직경을 가질 수 있지만, 다른 직경들이 또한 가능하다. 제1 단부(202)는 제1 장착 플랜지(210)를 포함하고, 제2 단부(204)는 제2 장착 플랜지(222)를 포함한다. 제1 장착 플랜지(210) 및 제2 장착 플랜지(222)는 연결 표면들을 통해 열 교환 바디(200)에 커플링되며, 연결 표면들은 중심 축(224)에 평행하다. 열 교환 바디(200)는, 제2 장착 플랜지(222)가 제1 장착 플랜지(210)로부터 일정 거리에 배치되도록, 제1 장착 플랜지(210)로부터 제2 장착 플랜지(222)로 연장된다. 이러한 거리는 200 내지 250 mm일 수 있지만, 다른 거리들이 또한 가능하다. 열 교환 바디(200)는 열 교환기(106)의 내측 구역(218)을 둘러싸도록 구성된 외측 벽(216)을 포함하고, 외측 벽(216) 및 내측 구역(218) 각각은 제1 장착 플랜지(210)로부터 제2 장착 플랜지(222)로 연장된다. 참고로, 평면(226)(예컨대, X-Y 평면)은, 중심 축(224)에 실질적으로 수직하게 배향되는 것으로 정의된다.
[0041] 내측 구역(218)은 열 교환 구역(213) 및 외측 구역(220)을 포함하며, 열 교환 구역(213)과 외측 구역(220)은 내측 벽(214)에 의해 분리된다. 내측 벽(214)은 복수의 핀 구조들(233)을 정의한다. 일 예에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 핀 구조들(233)은 6개의 핀 구조들을 포함한다. 일반적으로, 핀 구조들(233) 각각은, 반경방향으로 그리고 축 방향으로 연장되는 형상을 갖고, 적어도 2개의 비-평행 방향들(적어도 2개의 비-평행 방향들은, 반경방향으로 대칭적인 설계의 경우, 축 방향(Z-방향), 반경 방향, 및/또는 세타(theta) 방향을 포함함)에서 변화하는 곡선형 열 교환 표면을 또한 갖는다.
[0042] 내측 벽(214)은, 열 교환 구역(213)을 내측 구역(218)의 외측 구역(220)으로부터 유동적으로 격리시키도록 열 교환 바디(200) 내에 포지셔닝된다. 외측 구역(220)은 내측 벽(214)과 외측 벽(216) 사이에 형성된 공간에 의해 정의된다. 열 교환 구역(213)은 (도 1에 도시된 바와 같이) 플라즈마 소스(104)에서 나가는 배출물을 수집하도록 설계될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 배출물은 플라즈마 소스(104)에서 나간 후에 재결합될 것이며, 그 재결합은 열 교환 구역(213)에서 발생한다. 이러한 재결합 반응은 많은 양의 에너지를 방출하여, 이미 고온인 배출물의 온도가 증가되게 한다. 따라서, 열 교환 구역(213)은 고온 배출물의 온도에서 동작하도록 구성되며, 400 내지 800℃의 범위일 수 있다. 냉각제는 외측 구역(220)을 통해 그리고 내측 벽(214)의 열 교환 표면(212)에 대해 유동될 수 있다(예컨대, 도 2e의 냉각제(P)). 냉각제는 물 유입구(228)를 통해 튜브 또는 통로를 거쳐 유동될 수 있다. 물 유입구(228)는 열 교환 바디(200)의 최하부 쪽에 로케이팅되고, 물 배출구(230)는 열 교환 바디(200)의 최상부 쪽에 로케이팅된다. 따라서, 냉각제는 열 교환 바디(200)의 최하부로부터 최상부로 유동하게 되고, 열 교환기(106)의 최상부로부터 배출된다. 물 유입구(228)의 개구 면적은 유입 포트(206)의 면적과 동일할 수 있어서, 유입 포트(206)로부터 배출 포트(208)로의 압력 강하를 최소화할 수 있다. 열 교환 표면(212)은 열 교환 구역(213)에 인접하고, 열 교환 구역(213)과 접촉하는 핀 구조들(233)을 통과하여 다운스트림으로 배출물을 냉각시키는 역할을 하여서, 열 교환기(106)의 다운스트림에 배치된 프로세스 진공 펌프(108)에 대한 열 손상을 방지한다.
[0043] 도 2e는 도 2a-도 2d의 열 교환 구역(213)의 열 교환 표면(212)의 일 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다. 열 교환 구역(213)은 2개의 핀 구조들(233) 사이에 배치된다. 참조 화살표들(232)은, 열 교환 표면(212)에 충돌하고 접촉하는, 열 교환 구역(213)을 통과하는 고온 배출물의 유동 경로를 도시한다. 열 교환 표면(212)은 곡선형 표면일 수 있고, 여기서 곡률은 도 2c-도 2d에 도시된 바와 같이 중심 축(224)에 평행한 방향으로 변화한다. 열 교환 표면(212) 상의 임의의 포인트에서의 곡률의 접선은 중심 축(224)에 대해 45°이하일 수 있는 각도(A)를 가지며, 이는 또한 도 2c-도 2d에서 최상으로 도시된다. 그러나, 중심 축(224)에 대한 각도(A)가 열 교환기(106)를 형성하는 데 사용되는 재료 및 제조 방법에 따라 변화될 수 있기 때문에, 각도 45°는 본원에서 제공되는 본 개시내용의 범위에 대해 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 수직 중심 축에 대해 임의의 포인트에서의 그들의 곡률이 45°이하이도록 열 교환기(106)의 내측 벽들의 곡률을 구성하는 것은 스테인리스 강을 사용한 적층 제조 프로세스에 의해 열 교환기의 제조가능성을 개선시키고, 그리고 또한 형성된 열 교환 디바이스의 열 전달 특징들을 개선시킬 것이라는 것이 밝혀졌다.
[0044] 일 예에서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 열 교환 표면(212)의 접선들(T1, T2 및 T3)은, 스테인리스 강 재료, 이를테면, 316 스테인리스 강을 사용할 때 중심 축(즉, Z 축에 평행함)에 대해 45° 미만인 각도를 항상 갖는다. 다른 실시예들에서, 스테인리스 강 재료가 사용되지 않을 때, 각도(A)는 재료 및 제조 방법에 따라, 중심 축(224)에 대해 60° 또는 70° 이하일 수 있다. 참조 화살표들(232)은, 고온 배출물이 핀 구조들(233)의 열 교환 표면들(212)의 저온 벽들에 부딪칠 때의 고온 배출물의 체류 시간(residence time)을 증가시켜, 냉각 효율을 증가시키는 멀티 스테이지 교차 유동 경로를 도시한다. 게다가, 핀 구조들(233)이 변화하는 표면 곡률을 갖도록 핀 구조들(233)을 형성함으로써, 이러한 구성은, 고온 배출물의 어떤 부분도 내측 벽(214)의 열 교환 표면(212)을 놓치지 않는 것을 보장하고, 고온 배출물을 냉각시켜 고온 배출물이 프로세스 진공 펌프(108) 및/또는 다운스트림의 다른 구조들을 손상시키는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 열 교환 표면(212)의 벽들의 온도는 20 내지 50℃의 범위여서, 고온 배출물이 프로세스 진공 펌프(108) 내로 나가는 시간까지 고온 배출물이 그 온도 범위 내에 있도록 고온 배출물을 냉각시킬 수 있다.
[0045] 도 3a-도 3d는 도 1의 열 교환기(106)의 적어도 하나의 실시예의 개략도, 상부 단면도, 및 단면도들을 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 열 교환기(106)는 열 교환 바디(300), 제1 단부(302), 제1 단부(302) 반대편의 제2 단부(304), 유입 포트(306), 및 유입 포트(306) 반대편의 배출 포트(308)를 포함한다. 도 3b는 도 3a에 도시된 라인 3B-3B와 일치하는 수평 평면(X-Y 평면)을 따라 절개된 열 교환기(106)의 상부 단면도이다. 도 3c는 도 1의 열 교환기(106)의 개략적인 단면도이다. 도 3d는 도 3b에 도시된 라인 3D-3D와 일치하는 수직 평면(Y-Z 평면)을 따라 절개된 도 1의 열 교환기(106)의 개략적인 단면도이다.
[0046] 이러한 실시예에서, 도 2a-도 2d에 도시된 실시예와 매우 유사하게, 열 교환 바디(300)는 유입 포트(306)와 배출 포트(308)를 유동적으로 연결하도록 구성된 내부를 갖는다(아래에서 추가로 설명됨). 열 교환 바디(300)는 도 3a에 도시된 바와 같이 원통형이거나 또는 임의의 다른 적절한 형상일 수 있다. 열 교환 바디(300)는 150 내지 200 mm의 직경을 가질 수 있지만, 다른 직경들이 또한 가능하다. 제1 단부(302)는 제1 장착 플랜지(311)를 포함하고, 제2 단부(304)는 제2 장착 플랜지(323)를 포함한다. 제1 장착 플랜지(311) 및 제2 장착 플랜지(323)는 연결 표면들을 통해 열 교환 바디(300)에 커플링되며, 연결 표면들은 중심 축(326)에 평행하다. 열 교환 바디는, 제2 장착 플랜지(323)가 제1 장착 플랜지(311)로부터 일정 거리에 배치되도록, 제1 장착 플랜지(311)로부터 제2 장착 플랜지(323)로 연장된다. 이러한 거리는 200 내지 250 mm일 수 있지만, 다른 거리들이 또한 가능하다. 열 교환 바디(300)는 열 교환기(106)의 내측 구역(320)을 둘러싸도록 구성된 외측 벽(318)을 포함하고, 외측 벽(318) 및 내측 구역(320) 각각은 제1 장착 플랜지(311)로부터 제2 장착 플랜지(323)로 연장된다. 참고로, 평면(328)은 중심 축(326)에 실질적으로 수직하게 배향되는 것으로 정의된다. 내측 구역(320)은 열 교환 구역(313) 및 외측 구역(322)을 포함하며, 열 교환 구역(313)과 외측 구역(322)은 내측 벽(316)에 의해 분리된다. 내측 벽(316)은, 열 교환 구역(313)을 내측 구역(320)의 외측 구역(322)으로부터 유동적으로 격리시키도록 열 교환 바디(300) 내에 포지셔닝된다. 외측 구역(322)은 내측 벽(316)과 외측 벽(318) 사이에 형성된 공간에 의해 정의된다.
[0047] 부가적으로, 열 교환기(106)는 적어도 하나의 뷰 포트(view port)(2개가 도시됨)(309), 편향기(deflector)(310), 및 콘 트레이(312)를 포함한다. 뷰 포트들(309)은 윈도우(309B)를 외측 벽(318)의 일부에 대해 밀봉하는 데 사용되는 클램프(309A)를 포함한다. 이는, 열 교환기(106) 외부에 위치한 사용자가 콘 트레이(312) 내에 수집된 입자들을 보기 위해 열 교환 바디(300) 내부를 들여다보는 것을 가능하게 할 수 있다. 콘 트레이(312)는 내측 벽(316) 내에서 내측 벽(316)으로 둘러싸이고, 프로세싱 챔버(101) 프로세싱 시퀀스 동안에 열 교환기(106)에 진입하는 입자들의 최대 개수를 트래핑하고 격리시키도록 설계된다. 또한, 편향기(310)는, 세정 가스의 일부를 편향시켜서 가스가 고체 침착물들과 상호작용하고 반응하여 세정 효율을 개선하도록 설계된다. 편향기(310)는, 입자들이 콘 트레이(312) 상에 떨어지는 것을 가능하게 하기 위한 일체형 립(integrated lip)(310A)(도 3c)으로 설계될 수 있다.
[0048] 외측 구역(322)은 내측 벽(316)과 외측 벽(318) 사이에 형성된 공간에 의해 정의된다. 도 2a-도 2d에서 설명된 실시예와 유사하게, 배출물은 플라즈마 소스(104)에서 나간 후에 재결합될 것이다. 그 재결합은 전형적으로, 열 교환 구역(313)에서 발생할 것이다. 이러한 재결합 반응은 상당한 양의 에너지를 방출하여, 이미 고온인 배출물의 온도가 증가되게 한다. 따라서, 열 교환 구역(313)은 고온 배출물의 온도를 띠며(take on), 400 내지 800℃의 범위일 수 있다. 냉각제는 외측 구역(322)을 통해 그리고 열 교환 표면(314)에 대해 유동될 수 있다(예컨대, 도 3e의 냉각제(P)). 냉각제는 물 유입구(330)를 통해 튜브 또는 통로를 거쳐 유동될 수 있다. 물 유입구(330)는 열 교환 바디(300)의 최하부 쪽에 로케이팅되고, 물 배출구(332)는 열 교환 바디(300)의 최상부 쪽에 로케이팅된다. 따라서, 냉각제는 열 교환 바디(300)의 최하부로부터 최상부로 유동하게 되고, 열 교환기(106)의 최상부로부터 배출된다. 물 유입구(330)의 개구 면적은 유입 포트(306)의 면적과 동일할 수 있어서, 유입 포트(306)로부터 배출 포트(308)로의 압력 강하를 최소화할 수 있다. 열 교환 표면(314)은 열 교환 구역(313)에 인접하고, 열 교환 구역(313)으로부터 다운스트림으로 배출물을 냉각시키는 역할을 하여서, 프로세스 진공 펌프(108)에 대한 열 손상을 방지한다.
[0049] 도 2e에 도시된 실시예와 유사하게, 도 3e는 도 3a-도 3d의 열 교환 구역(313)의 열 교환 표면(314)의 일 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다. 열 교환 구역(313)은, 위에서 도 2e에서 설명된 실시예와 유사하게, 2개의 핀 구조들(333) 사이에 배치된다. 참조 화살표들(334)은, 열 교환 표면(314)에 충돌하고 접촉하는, 열 교환 구역(313)을 통과하는 고온 배출물의 유동 경로를 도시한다. 열 교환 표면(314)은 곡선형 표면일 수 있고, 여기서 곡률은 도 3c-도 3d에 도시된 바와 같이 중심 축(326)에 평행한 방향으로 변화한다. 열 교환 표면(314) 상의 임의의 포인트에서의 곡률의 접선은 중심 축(326)에 대해 45°이하일 수 있는 각도(A)를 가지며, 이는 또한 도 3c-도 3d에서 최상으로 도시된다. 일 예에서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 열 교환 표면(314)의 접선들(T1, T2 및 T3)은, 스테인리스 강 재료를 사용하여 중심 축(즉, Z 축에 평행함)에 대해 45° 미만인 각도를 항상 갖는다. 다른 실시예들에서, 스테인리스 강이 사용되지 않을 때, 각도(A)는 사용되는 재료 및 제조 방법에 따라, 중심 축(326)에 대해 60° 또는 70° 이하일 수 있다. 참조 화살표들(334)은, 고온 배출물이 열 교환 표면들(314)의 저온 벽들에 부딪칠 때의 고온 배출물의 체류 시간을 증가시켜, 냉각 효율을 증가시키는 멀티 스테이지 교차 유동 경로를 도시한다. 게다가, 열 교환 표면들(314)이 변화하는 표면 곡률을 갖도록 열 교환 표면들(314)을 형성함으로써, 이러한 구성은, 고온 배출물의 어떤 부분도 내측 벽(316)의 열 교환 표면(314)을 놓치지 않는 것을 보장하고, 고온 배출물을 냉각시켜 고온 배출물이 프로세스 진공 펌프(108) 및/또는 다운스트림의 다른 구조들을 손상시키는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 열 교환 표면(314)의 벽들의 온도는 20 내지 50℃의 범위여서, 고온 배출물이 프로세스 진공 펌프(108) 내로 나가는 시간까지 고온 배출물이 그 온도 범위 내에 있도록 고온 배출물을 냉각시킬 수 있다. 콘 트레이(312) 상의 온도는 고체 및 액체 배출물의 침착을 가능하게 하는 가스의 온도보다 약간 더 낮을 것이다.
[0050] 도 4는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따라 열 교환기를 형성하기 위한 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 방법(400)은 유동하는 유체를 이용하여 열을 교환하도록 구성된 열 교환기를 형성한다. 층들은 적층 제조 프로세스, 이를테면, 3D 프린팅 프로세스 등을 사용함으로써 증착될 수 있다. 이는, 훨씬 더 작은 풋 프린트로 훨씬 더 높은 효율로 재결합 및 스테이지방식 냉각을 가능하게 하여, 비용들을 감소시키는 장점을 제공한다. 요구되는 냉각에 따라 스테이지들은 확장될 수 있다.
[0051] 더 구체적으로, 일부 실시예들에서, 열 교환기의 구성은, 열 교환기의 3차원 버전의 CAD 모델을 생성함으로써 시작된다. 이는 기존의 CAD 설계 소프트웨어, 이를테면, Unigraphics 또는 다른 유사한 소프트웨어의 사용을 통해 수행될 수 있다. 그런 다음, 모델링 소프트웨어에 의해 생성된 출력 파일은, 열 교환기 설계가 설계 요건들(예컨대, 기밀(gas tight), 열 교환 표면의 곡률의 각도 배향, 질량 밀도)을 충족함을 확실히 하기 위해 분석 프로그램에 로딩된다. 그런 다음, 출력 파일은 렌더링되고, 그런 다음, 3D 모델은 일련의 2D 데이터 비트맵들 또는 픽셀 차트들로 "슬라이싱"된다. 2D 비트맵들 또는 픽셀 차트들은, 열 교환기의 층들이 구축될 X 및 Y 평면에 걸친 위치들을 정의하는 데 사용된다. 이러한 구성에서, 적층 제조 프로세스는 이러한 위치들을 사용하여, 원하는 층 피처들을 형성하기 위해 레이저가 적용될 곳을 정의할 것이다.
[0052] 픽셀 차트들에서 발견되는 좌표들은 레이저 에너지가 포커싱될 위치를 정의하는 데 사용된다. X 및 Y 위치에 대한 모든 각각의 좌표 및 Z 스테이지 포지션을 지원하는 주어진 열 교환기는 픽셀 차트들에 기반하여 정의될 것이다. 각각의 X, Y 및 Z 위치는 레이저 에너지 전달 또는 비-전달 조건을 포함할 것이다. 각각의 형성된 층에서 픽셀 차트들을 조합함으로써, 층에 걸쳐 바람직한 패턴으로 레이저 에너지의 포지셔닝에 의해, 바람직한 형상 및 구조적 구성의 열 교환기가 프린팅될 수 있다. 이러한 프로세스는 아래에서 설명되는 블록들 각각을 수행하는 데 사용될 수 있다.
[0053] 블록(402)에서, 중앙 개구를 갖는 제1 장착 플랜지가 형성된다. 제1 장착 플랜지는 제1 표면 상에 재료의 층들을 순차적으로 증착할 수 있다.
[0054] 블록(404)에서, 열 교환 바디가 제1 장착 플랜지 상에 형성된다. 열 교환 바디는 제1 표면에 수직하는 방향으로 연장되는 열 교환 구역을 둘러싸는 열 교환 섹션을 갖는다. 열 교환 바디는 형성된 제1 장착 플랜지의 표면 상에 열 전도성 재료의 층들을 순차적으로 증착할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도성 재료는 금속(예컨대, Ti, Ni, Fe), 금속 합금(예컨대, SST), 열 전도성 세라믹 재료(예컨대, AlN, AlOx, BN), 또는 배출물 재료들에 대해 불활성인 다른 열 전도성 재료를 포함한다. 열 교환 섹션 내에 배치된 순차적으로 증착된 층들은 각각 외측 벽의 적어도 일부 및 내측 벽의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 외측 벽은 열 교환 바디의 내측 구역을 둘러싸도록 구성될 수 있고, 내측 구역은 제1 표면에 실질적으로 수직하는 중심 축을 갖는다. 내측 벽은 내측 구역 내에 배치될 수 있고, 열 교환 구역을 내측 구역의 외측 구역으로부터 격리시키도록 포지셔닝된다. 외측 구역은 내측 벽과 외측 벽 사이에 형성된 공간에 의해 정의될 수 있다. 내측 벽은, 열 교환 구역에 인접한 열 교환 표면을 가질 수 있다. 열 교환 표면은 중심 축에 평행한 방향으로 변화되는 곡률을 가질 수 있고, 열 교환 표면 상의 임의의 포인트에서의 곡률의 접선은 중심 축에 대해 70°, 60°, 45°, 30°, 또는 20° 이하인 각도를 갖는다. 그러나, 다른 각도들이 또한 가능하다.
[0055] 블록(406)에서, 제2 장착 플랜지가 열 교환 바디 상에 형성된다. 제2 장착 플랜지는 열 교환 바디 상에 재료의 층들을 순차적으로 증착할 수 있다. 열 교환 바디는 150 내지 200 mm의 직경을 가질 수 있지만, 직경은 다른 길이들일 수 있다. 제1 장착 플랜지와 제2 장착 플랜지 사이의 거리는 200 내지 250 mm일 수 있지만, 다른 거리들도 가능하다.
[0056] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 유동하는 유체를 이용하여 열을 교환하도록 구성된 열 교환기로서,
    제1 장착 플랜지 ― 상기 제1 장착 플랜지는 상기 제1 장착 플랜지의 연결 표면을 통해 연장되는 중앙 개구를 갖고, 상기 연결 표면은 제1 평면에 평행함 ―;
    제2 장착 플랜지 ― 상기 제2 장착 플랜지는 상기 제2 장착 플랜지의 연결 표면을 통해 연장되는 중앙 개구를 갖고, 상기 제2 장착 플랜지는 상기 제1 장착 플랜지로부터 제1 방향으로 일정 거리에 배치됨 ―;
    상기 열 교환기의 내측 구역을 둘러싸도록 구성된 외측 벽 ― 상기 외측 벽 및 내측 구역은 상기 제1 장착 플랜지와 상기 제2 장착 플랜지 사이에 배치됨 ―;
    상기 내측 구역 내에 배치된 내측 벽 ― 상기 내측 벽은 상기 내측 구역의 열 교환 구역을 상기 내측 구역의 외측 구역으로부터 격리시키도록 포지셔닝되고, 상기 외측 구역은 상기 내측 벽과 상기 외측 벽 사이에 형성된 공간에 의해 정의됨 ―;
    열 교환 유체 유입 포트 및 열 교환 유체 배출 포트 ― 상기 열 교환 유체 유입 포트 및 상기 열 교환 유체 배출 포트는 각각 상기 외측 구역과 유체 연통함 ―; 및
    상기 내측 벽 내에 배치된 콘 트레이(cone tray)를 포함하며,
    상기 콘 트레이는 상기 제1 장착 플랜지의 중앙 개구를 통과하는 입자들을 수집하고 상기 입자들이 상기 열 교환기에 진입하는 것을 방지하도록 구성되는,
    열 교환기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 교환 유체 유입 포트의 개구의 면적은 물 유입구의 면적과 실질적으로 동일한,
    열 교환기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 외측 벽을 통해 연장되는 개구를 갖는 뷰 포트(view port)를 더 포함하며,
    상기 개구는 상기 외측 벽 외부에 위치한 사용자가 상기 개구를 통해 상기 콘 트레이의 적어도 일부를 보는 것을 가능하게 하도록 배향되는,
    열 교환기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 중앙 개구를 통과하는 가스들을 편향시키도록 구성된 편향기(deflector)를 더 포함하는,
    열 교환기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 편향기는 일체형 립(integrated lip)을 포함하는,
    열 교환기.
  6. 유동하는 유체를 이용하여 열을 교환하도록 구성된 열 교환기로서,
    제1 평면에 평행한 연결 표면과, 상기 연결 표면을 통해 연장되는 중앙 개구를 갖는 제1 장착 플랜지;
    연결 표면을 갖는 제2 장착 플랜지 ― 상기 제2 장착 플랜지는 상기 제1 장착 플랜지로부터 제1 방향으로 일정 거리에 배치됨 ―; 및
    상기 제1 장착 플랜지와 상기 제2 장착 플랜지 사이에 배치되고 그리고 상기 제1 장착 플랜지 및 상기 제2 장착 플랜지에 커플링된 열 교환 바디를 포함하며,
    상기 열 교환 바디는,
    상기 열 교환 바디의 내측 구역을 둘러싸도록 구성된 외측 벽 ― 상기 내측 구역은 상기 제1 평면에 실질적으로 수직하는 중심 축을 가짐 ―;
    상기 내측 구역 내에 배치된 내측 벽 ― 상기 내측 벽은 상기 내측 구역의 열 교환 구역을 상기 내측 구역의 외측 구역으로부터 격리시키도록 포지셔닝됨 ―; 및
    상기 내측 벽 내에 배치되는 콘 트레이를 포함하며,
    상기 콘 트레이는 상기 제1 장착 플랜지의 중앙 개구를 통과하는 입자들을 수집하고 상기 입자들이 상기 열 교환기에 진입하는 것을 방지하도록 구성되고,
    상기 내측 벽은 상기 열 교환 구역에 인접한 열 교환 표면을 갖고,
    상기 열 교환 표면의 적어도 일부는 상기 중심 축에 평행한 방향으로 변화되는 곡률을 갖고, 그리고
    상기 열 교환 표면 상의 임의의 포인트에서의 상기 곡률의 접선(tangent)은 중심 축에 대해 60°이하인 각도를 갖는,
    열 교환기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 외측 구역과 유체 연통하는 개구를 갖고 그리고 상기 제1 장착 플랜지보다 상기 제2 장착 플랜지에 더 가까운 포지션에 배치된 열 교환 유체 유입 포트를 더 포함하는,
    열 교환기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 외측 구역과 유체 연통하는 개구를 갖고 그리고 상기 제2 장착 플랜지보다 상기 제1 장착 플랜지에 더 가까운 포지션에 배치된 열 교환 유체 배출 포트를 더 포함하는,
    열 교환기.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 열 교환 표면 상의 임의의 포인트에서의 상기 곡률의 접선은 상기 중심 축에 대해 45°이하인 각도를 갖는,
    열 교환기.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 열 교환 표면 상의 임의의 포인트에서의 상기 곡률의 접선은 상기 중심 축에 대해 30°이하인 각도를 갖는,
    열 교환기.
  11. 유동하는 유체를 이용하여 열을 교환하도록 구성된 열 교환기를 형성하는 방법으로서,
    중앙 개구를 갖는 제1 장착 플랜지를 형성하는 단계 ― 상기 제1 장착 플랜지를 형성하는 단계는 제1 표면 상에 열 전도성 재료의 층들을 순차적으로 증착하는 단계를 포함함 ―;
    상기 제1 장착 플랜지 상에 열 교환 바디를 형성하는 단계;
    상기 제1 장착 플랜지의 중앙 개구를 통과하는 입자들을 수집하고 상기 입자들이 상기 열 교환기에 진입하는 것을 방지하도록, 상기 열 교환기의 내측 벽 내에 콘 트레이를 형성하는 단계; 및
    상기 열 교환 바디 상에 제2 장착 플랜지를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 열 교환 바디는 상기 제1 표면에 수직하는 방향으로 연장되는 열 교환 구역을 둘러싸는 열 교환 섹션을 갖고, 그리고
    상기 열 교환 바디를 형성하는 단계는 상기 형성된 제1 장착 플랜지의 표면 상에 상기 열 전도성 재료의 층들을 순차적으로 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 열 교환 섹션 내에 배치된 순차적으로 증착된 층들은 각각 외측 벽의 적어도 일부 및 내측 벽의 적어도 일부를 포함하고,
    상기 외측 벽은 상기 열 교환 바디의 내측 구역을 둘러싸도록 구성되고, 그리고 상기 내측 구역은 상기 제1 표면에 실질적으로 수직하는 중심 축을 갖고,
    상기 내측 벽은 상기 내측 구역 내에 배치되고, 그리고 상기 열 교환 구역을 상기 내측 구역의 외측 구역으로부터 격리시키도록 포지셔닝되고, 상기 외측 구역은 상기 내측 벽과 상기 외측 벽 사이에 형성된 공간에 의해 정의되고,
    상기 내측 벽은, 상기 열 교환 구역에 인접한 열 교환 표면을 갖고, 그리고
    상기 열 교환 표면은 상기 중심 축에 평행한 방향으로 변화되는 곡률을 갖고, 그리고
    상기 열 교환 표면 상의 임의의 포인트에서의 상기 곡률의 접선은 중심 축에 대해 60°이하인 각도를 갖고, 그리고
    상기 제2 장착 플랜지는 상기 열 교환 바디 상에 순차적으로 증착되는 열 전도성 재료의 층들을 포함하는,
    열 교환기를 형성하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 열 교환 바디는 150 내지 200 mm의 직경을 갖는,
    열 교환기를 형성하는 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 장착 플랜지와 상기 제2 장착 플랜지 사이의 거리는 200 내지 250 mm인,
    열 교환기를 형성하는 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 장착 플랜지 쪽에 로케이팅된 열 교환 유체 유입 포트 및 상기 제1 장착 플랜지 쪽에 로케이팅된 열 교환 유체 배출 포트를 더 포함하는,
    열 교환기를 형성하는 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 스테인리스 강 재료를 사용하여 3D 프린팅 프로세스에 의해 형성되는,
    열 교환기를 형성하는 방법.
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