KR102590737B1 - 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치 - Google Patents

포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치에 관한 것으로, 그 목적은 포집장치의 내부로 유입되는 배기가스를 히터로 가열후 주변부를 통해 하부로 유도하여, 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부로 구성된 내부포집타워를 통해 배기가스 흐름을 유도하면서 다단 포집 기능을 제공하되, 주된 반응부산물은 하우징 내벽과 내측 영역이 개방된 가스흐름 구조를 가지는 중단포집부의 내측 공간에 쌓이도록 함으로써 포집 공간의 효율을 높인 반응부산물 포집장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 반응부산물을 포집하는 반도체 공정의 반응부산물 포집장치에 있어서, 상단포집부(31), 중단포집부(32) 및 하단포집부(33)로 다단 구성되어 한정된 하우징 내 공간을 최대한 활용하여 유입된 배기가스의 유로 방향을 변경시키면서 반응부산물을 포집하되, 주된 포집은 하우징(1)의 내벽과 내측영역 간 가스흐름이 원활하도록 개방된 구조로 이루어진 외곽의 외곽 수직날플레이트(322)와 이보다 작은 높이를 가진 내측 수직날플레이트(323) 및 저면 플레이트(324)를 포함하는 중단포집부(32)에서 포집 후 그 내측 공간에 쌓일 수 있게 형성된 내부포집타워(3);를 포함하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치를 발명의 특징으로 한다.

Description

포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치{Apparatus for collecting by-product for semiconductor manufacturing process with improved collection space efficiency}
본 발명은 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치에 관한 것으로, 자세하게는 다양한 반도체 제조 공정의 변화로 인해 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스 성분 중에 포함된 반응부산물을 한정된 포집공간 내에서 보다 높은 효율로 포집하여 사용 주기를 늘릴 수 있도록, 내측 공간에 포집된 반응부산물을 수용할 수 있는 구조와 배기가스 유도 흐름을 가진 내부포집타워를 구비한 포집장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정은 크게 전 공정(Fabrication 공정)과 후 공정(Assembly 공정)으로 이루어진다. 전 공정은 각종 프로세스 챔버(Chamber)내에서 웨이퍼(Wafer) 상에 박막을 증착하고, 증착된 박막을 선택적으로 식각하는 과정을 반복적으로 수행하여 특정의 패턴을 가공하여 반도체 칩(Chip)을 제조하는 공정이고, 후 공정은 상기 전 공정에서 제조된 칩을 개별적으로 분리한 후, 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정을 말한다.
이때, 상기 웨이퍼 상에 박막을 증착하거나, 웨이퍼 상에 증착된 박막을 식각하는 공정은 프로세스 챔버 내로 가스주입 시스템을 통해 실란(Silane), 아르신(Arsine), 염화 붕소, 수소 등의 전구체와 반응가스를 주입하여 고온에서 수행되며, 상기 공정이 진행되는 동안 프로세스 챔버 내부에는 각종 발화성 가스와 부식성 이물질 및 유독 성분을 함유한 유해가스 등이 다량 발생하게 된다.
이러한 유해가스를 정화하여 방출하기 위해 반도체 제조용 프로세스 챔버를 진공상태로 만들어 주는 진공펌프 후단에는 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스를 정화시킨 후 대기로 방출하는 스크러버(Scrubber)가 설치된다.
다만, 스크러버는 주로 가스 형태의 반응부산물 만을 정화처리하기 때문에 반응부산물이 프로세스 챔버의 외부로 배출 후 고형화 될 경우 배기라인에 고착되어 배기압력이 상승하는 문제가 발생하거나, 진공펌프로 유입시는 펌프의 고장유발, 프로세스 챔버로 유해가스가 역류하여 웨이퍼를 오염시키는 문제점이 발생할 수 있다.
이 때문에 대부분의 반도체 제조장비는 프로세스 챔버와 진공펌프 사이에 배기가스를 응집시켜 분말 또는 고형물 상태로 포집하는 반응부산물 포집장치를 설치한다.
한편, 반응부산물 포집장치는 그 포집용량에 따라 용량이 작은 것은 프로세스 챔버가 설치된 클린룸에 설치하고, 용량이 큰 것은 펌프가 설치된 하부층에 설치하거나 아니면 클린룸이 위치한 상부층과 펌프가 위치한 하부층 사이에 별도의 층을 만들어 포집장치를 설치하는 것이 일반적이다.
이와 같이 구분하여 설치하는 이유는 포집장치의 용량에 따라 크기가 차이나기 때문에 현실적인 공장 내 설치공간 문제 때문에 구분하여 설치하기도 하지만 상대적으로 적은 배기가스가 발생하는 반도체 생산 설비일 경우 클린룸의 크기나 유지관리 과정에서의 공정 중단 또는 오염 문제 때문에 작은 용량 예를 들어 10 ~ 20kg 정도의 반응부산물을 포집할 수 있을 정도의 용량을 가진 포집장치를 설치하게 된다.
이 때문에 작은 용량을 가진 포집장치일 경우 유입되는 배기가스가 유입구에서 응집되지 않는 히터구조와 히터에서 가열되어 내부로 유입되는 배기가스가 최대한 내부포집타워에서 오래 머물면서 고효율로 반응부산물을 포집하고, 포집된 반응부산물이 배출구를 통한 아웃플로우(outflow)를 최소화하면서 반응부산물이 제거된 가스 상의 배기가스만 배출구로 배출되는 구조를 가져야 한다.
이를 위해 종래의 포집장치 중 상대적으로 적은 포집용량을 가지는 포집장치는 그 물리적 크기가 작기 때문에 최대한의 포집효율을 가지기 위해 보통 내부포집타워를 구성하는 다수개의 사각 면상 포집플레이트를 다중으로 교차시켜 격자형 구조체를 만들고 각 포집플레이트 표면에 형성된 홀 구조 또는 이웃하는 포집플레이트 간의 공간을 통해 배기가스가 흐르는 복잡한 유로를 가지도록 하여 내부에 머무는 시간을 늘려 배기가스가 포집플레이트 표면에 응집되도록 한 구조가 많았다.
하지만 이와 같이 촘촘한 사각 면상 포집플레이트가 교차된 격자 구조와 면상 포집플레이트에 형성된 가스홀이 제공하는 복잡한 유로구조로 이루어진 내부포집타워를 가진 포집장치는 오히려 그러한 목적의 내부포집타워 구조 때문에 포집장치 유효 포집 공간을 효율적으로 활용하지 못하고 배기가스의 주 흐름에 따라 내부포집타워의 외측 포집플레이트 또는 내측 포집플레이트 부분에 집중적으로 포집반응이 일어나면서 배기가스 흐름이 정체되면서 원활한 배기가스 공급이 어려워지면서 나머지 유휴 포집공간 또는 포집플레이트를 효율적으로 활용하지 못해 포집효율이 떨어질 수 있다는 구조적 문제점이 발생하였다.
한국 등록특허공보 등록번호 10-1806480(2017.12.01.) 한국 등록특허공보 등록번호 10-0717837(2007.05.07.) 한국 등록특허공보 등록번호 10-0862684(2008.10.02.) 한국 등록특허공보 등록번호 10-1447629(2014.09.29.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 포집장치의 내부로 유입되는 배기가스를 히터로 가열후 주변부를 통해 하부로 유도하여, 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부로 구성된 내부포집타워를 통해 배기가스 흐름을 유도하면서 다단 포집 기능을 제공하되, 주된 반응부산물은 하우징 내벽과 내측 영역이 개방된 가스흐름 구조를 가지는 중단포집부의 내측 공간에 쌓이도록 함으로써 포집 공간의 효율을 높인 반응부산물 포집장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내부포집타워를 구성하는 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부 마다 서로 다른 면적과 서로 다른 가스홀의 크기, 형상 및 배치를 가진 4각형 수평 포집플레이트를 구비하여 배기가스의 상하 흐름을 단속하여 유도하면서 포집된 반응부산물이 쌓이도록 함으로써 상부의 배기가스가 직접 하부 배출구로 배출되거나 포집된 반응부산물이 하부에 쌓여 쉽게 아웃플로우(outflow)되는 것을 최소화함으로써 포집 공간 효율을 높인 반응부산물 포집장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 프로세스 챔버와 진공펌프 사이의 배기라인 상에 설치하여 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스를 하우징 내부로 유입시켜 히터로 가열하면서 분배하여 내부포집타워에서 반응부산물을 포집하는 반도체 공정의 반응부산물 포집장치에 있어서,
상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부로 다단 구성되어 한정된 하우징 내 공간을 최대한 활용하여 유입된 배기가스의 유로 방향을 변경시키면서 반응부산물을 포집하되, 주된 포집은 하우징의 내벽과 내측영역 간 가스흐름이 원활하도록 개방된 구조로 이루어진 외곽의 외곽 수직날플레이트와 이보다 작은 높이를 가진 내측 수직날플레이트 및 저면 플레이트를 포함하는 중단포집부에서 포집 후 그 내측 공간에 쌓일 수 있게 형성된 내부포집타워;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치를 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 상단포집부는 주 가스홀과 그 주변에 복수개의 보조 가스홀이 형성되어 히터에서 하강하는 배기가스의 흐름을 중심부로 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 1 수평 포집플레이트;
제 1 수평 포집플레이트의 상면 외곽을 따라 방사상으로 복수개가 배열되어 반응부산물을 포집하는 삼각 포집플레이트;
제 1 수평 포집플레이트의 상면 4개의 모서리마다 상기 삼각 포집플레이트 보다 더 높게 돌출되고 배기가스의 유입 흐름을 방해하지 않도록 개방구조를 가지면서 반응부산물을 포집하는 절곡형 포집플레이트; 및
제 1 수평 포집플레이트의 저면 꼭지점 마다 하부로 돌출되어 내부포집타워 지지대와 체결되어 고정되는 체결봉;으로 구성될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 절곡형 포집플레이트는 제 1 수평 포집플레이트의 상면 외곽에 형성되는 한쌍의 지지체와 상기 지지체의 상단을 연결하는 연결체로 구성될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 삼각 포집플레이트는 중심부쪽으로 수직면이 위치하는 직각 삼각형으로 구성하되, 상기 삼각 포집플레이트는 상기 외곽을 따라 배열된 복수개의 보조홀 상부에 위치시키고 수직플레이트편과 교차되게 체결시킬 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 중단포집부는 면상 중앙부의 주 가스홀과 나머지 면상 전체에 사각 배열된 복수개의 보조 가스홀이 균일하게 형성되어 배기가스의 흐름을 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 2 수평 포집플레이트;
제 2 수평 포집플레이트의 상면 외곽 모서리를 따라 복수개가 배열되되, 하우징의 내벽과 내측영역 간의 배기가스 흐름을 차단하지 않도록 개방된 설치구조하에서 반응부산물을 포집하는 외곽 수직날플레이트;
제 2 수평 포집플레이트의 상면 내측영역에서 상기 외곽 수직날플레이트 보다 낮은 높이로 복수개가 돌출되어 반응부산물을 포집하는 내측 수직날플레이트;
제 2 수평 포집플레이트의 상면 내측영역에서 상기 내측 수직날플레이트 보다 낮은 높이로 격자형태로 돌출되어 반응부산물을 포집하는 저면 플레이트;
외곽 수직날플레이트들 간을 수평방향으로 교차하고, 상하 다단으로 설치되어 와류를 발생시키며서 반응부산물을 포집하는 경사플레이트; 및
제 2 수평 포집플레이트의 저면에서 하부로 돌출되어 하단포집부에 지지되면서 일정간격 이격시키고 반응부산물을 포집하는 이격플레이트;로 구성될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 외곽 수직날플레이트는 하부가 넓고 상부가 좁게 형성하되, 하우징 내벽 방향 바깥쪽이 수직한 직각 삼각형 구조의 형상으로 이루어지되, 하우징의 내벽과 중단포집부의 내측영역간에 개방 구조를 가지도록 중심부쪽으로 면이 배치되지 않고 측방향에 면이 위치하도록 배치될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 내측 수직날플레이트는 십자형 단면을 가지게 구성하되, 제 2 수평 포집플레이트의 중앙부에서 주변 외곽 수직날플레이트 방향으로 갈수록 설치 밀도가 떨어지게 분산 배치할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 이격플레이트는 제 2 수평 포집플레이트의 저면에 설치되되, 꼭지점 부근 4곳에 형성된 체결홀을 내측에서 감싸도록 "ㄱ"자 형태 단면으로 돌출되어 하단포집부로부터 중단포집부를 이격시켜 지지하면서 체결홀을 통해 배출된 배기가스로부터 반응부산물을 포집하도록 구성될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 하단포집부는 외곽을 따라 형성된 복수개의 가스홀이 형성되어 상부에서 하강된 배기가스를 외곽으로 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 3 수평 포집플레이트;
제 3 수평 포집플레이트의 상면에 방사상으로 복수개가 배열되고 면상에 다수의 가스홀이 형성되어 균일하게 배기가스가 퍼지도록 유도하고 배기가스 접촉면을 최대화 하도록 유도하면서 반응부산물을 포집하는 사각 포집플레이트;
제 3 수평 포집플레이트의 저면에 형성하되, 면상에 다수의 가스홀이 형성되어 균일하게 배기가스가 퍼지도록 유도하면서 반응부산물을 포집하여 최종적으로 배출구를 통한 아웃플로우를 최소화시키도록 사각 테두리 형태의 외곽 포집플레이트와 내측 포집플레이트로 이루어진 이중 구조의 사각테두리 포집플레이트;로 구성될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 하우징은 하판의 상면에 가스 배출구 주변으로 상기 가스배출구 상단 보다 낮게 반응부산물을 저장하는 저장홈부가 형성되고,
상기 하판에는 하단봉과 상단봉이 단차지게 구성된 내부포집타워 지지대가 복수개 형성되어 내부포집타워를 구성하는 상단포집, 중단포집부 및 하단포집부를 상하로 이격시켜 다단 구성시킬 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 히터는 하우징 상판에 형성된 가스 유입구와 연통되게 설치되어 유입된 가스를 하부 히터본체로 공급하는 히터캡과;
상부에서 하강된 배기가스를 가열하여 방사상으로 배치된 방열핀을 통해 측방향로 분배하는 히터본체와;
히터본체에서 분배되는 배기가스를 외곽의 하우징 내벽쪽으로 공급하여 하강하도록 유도하고, 둘레쪽에 복수개의 가스홀이 형성되어 외곽의 하우징 내벽쪽으로 공급하도록 유도하는 4각 형태 히터플레이트;로 구성될 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 반응부산물 포집장치는 유입구를 통해 포집장치의 하우징 내부로 유입된 배기가스가 초입에서 응집되거나 가열되지 않은 상태로 주변으로 분산되지 않도록 히터캡을 통해 하부 히터로 유도하여 가열된 배기가스가 주변으로 분배된 후 하강되어 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부로 구성된 내부포집타워를 거치면서 원활한 배기가스 유로변경과 포집구조에 의해 다단으로 포집반응이 일어나도록 하되, 특히 반응부산물의 주된 포집은 하우징 내벽과 내측 영역이 개방된 가스흐름 구조를 가지는 중단포집부의 내측 공간에 쌓이고, 이를 거친 배기가스가 하단포집부에서 재차 포집반응을 통해 반응부산물을 제거시킨 배기가스만 하부 배출구로 배출되도록 구성함으로써 종래 저용량의 반응부산물 포집장치와 같이 포집 면적을 높이기 위해 복수개의 사각 면상 포집플레이트면트를 교차시켜 격자형 구조로 만든 내부포집타워의 복잡한 조립구조와 면상 플레이트에 형성된 가스홀 구조 때문에 배기가스의 정체가 발생하면서 국부적인 포집반응이 일어나 반응부산물이 주변에 고착되거나 쌓여 유로가 좁아지거나 막혀 급격한 포집효율 저하가 발생하여 유효한 포집공간이 충분히 있음에도 교체 또는 세척과정을 거치야 한다는 구조적 문제점을 원천적으로 방지하여 포집장치 내부의 유효 포집 공간을 최대한 활용하여 균일한 포집반응을 제공할 수 있다는 효과를 가진다.
또한 본 발명은 내부포집타워를 구성하는 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부 마다 서로 다른 면적과 서로 다른 가스홀의 크기, 형상 및 배치를 가진 수평 포집플레이트를 구비하여 배기가스의 상하 흐름을 단속하여 유도하면서 포집된 반응부산물이 쌓이도록 함으로써 상부의 배기가스가 직접 하부 배출구로 배출되거나 포집된 반응부산물이 하부에 쌓여 쉽게 아웃플로우(outflow) 되는 것을 최소화한다는 효과를 가진다.
또한 본 발명은 내부포집타워를 구성하는 하단포집부를 최대한 하우징의 하판에 근접시키고, 하판에는 반응부산물이 쌓일 수 있는 저장홈부를 형성하고 배기가스를 하단포집부 하부의 외곽에서 중심부로 흐르도록 하여 가스 배출구에서 쉽게 아웃플로우(outflow) 되는 것을 최소화하기 위해 하우징 내측으로 높게 돌출시키지 않아도 됨으로써 중단포집부 및 하단포집부의 포집공간을 축소시키지 않아 포집공간을 충분히 확보할 수 있다는 효과를 가진다.
이로 인해 본 발명은 상대적으로 저용량의 반응부산물을 처리할 수 있는 포집장치임에도 한정된 포집 공간을 최대한 활용함으로써 배기가스 중에 포함된 반응부산물을 장시간 다량으로 포집함으로써 사용 주기를 늘려 반도체 제조 공정의 효율을 증대시킬 수 있다는 효과를 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치의 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치의 단면 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워를 보인 사시도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 저면쪽 사시도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 상단포집부를 보인 예시도이고,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 중단포집부를 보인 예시도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 하단포집부를 보인 예시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 반응부산물 포집장치의 단면 예시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워를 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 저면쪽 사시도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 상단포집부를 보인 예시도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 중단포집부를 보인 예시도이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 내부포집타워의 하단포집부를 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 포집장치는 프로세스 챔버와 진공펌프 사이의 배기라인 상에 설치하여 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스 내의 반응부산물을 포집하기 위한 반도체 공정의 반응부산물 포집장치에 있어서, 유입된 배기가스를 수용 후 배출하는 하우징(1)과; 유입된 배기가스가 초입부에서 응집되는 것을 방지하면서 하우징 내 포집온도 조건을 제공하도록 외곽으로 분배시키는 히터(2)와; 상단포집부(31), 중단포집부(32) 및 하단포집부(33)로 다단 구성되어 한정된 하우징 내 공간을 최대한 활용하여 유입된 배기가스의 유로 방향을 변경시키면서 반응부산물을 포집하되, 주된 포집은 하우징(1)의 내벽과 내측영역 간 가스흐름이 원활하도록 개방된 구조로 이루어진 포집플레이트들로 구성된 중단포집부(32)에서 포집 후 그 내측 공간에 쌓일 수 있게 형성된 내부포집타워(3);로 구성된다.
상기 포집장치는 반도체를 생산하는 프로세스 챔버에서 배출된 배기가스 중에서 포함된 고체상 반응생성물을 다음과 같은 메카니즘과 온도 조건하에서 포집된다.
TiCl4(g) + nNH3(g) → NH4Cl(s) + HCl(g) + TiCl4·nNH3
상기 메카니즘에서 반응부산물이 포집되는 반응조건은 포집장치에 유입된 배기가스가 120℃ 보다 높은 온도 영역에서는 성장이 감소하기 때문에 하우징 내부가 120℃ 이하 영역을 제공하는 온도조건에서 고체상의 반응부산물이 포집되게 된다.
상기 포집장치는 한 실시 형태로 반응부산물 처리용량이 15kg 내외를 가지는 소용량의 포집장치로 프로세스 챔버와 진공펌프 사이에 설치하여 구성할 수 있다. 다만, 이와 같은 처리용량 수치가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
이러한 소용량의 반응부산물 처리 용량을 가지는 포집장치는 보통 웨이퍼를 이용해 반도체를 생산하는 프로세스 챔버가 설치된 클린룸 등에 내장된 형태로 설치되기 때문에 클린룸이 위치한 층보다 하부층에 설치되는 포집장치처럼 대용량의 반응부산물 처리 용량과 자유로운 교체 또는 수리 환경을 제공할 수 없기 때문에 사용 주기를 늘리기 위해서 본 발명은 이하에서 설명되는 포집공간을 최대한 활용할 수 있는 내부포집타워 구조를 가진 포집장치로 구성된다.
상기 본 발명에 따른 포집장치는 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스로 인해 발생하는 부식 등을 방지할 수 있도록 티타늄, 스테인리스 강, 알루미늄 등의 소재를 사용하여 제작된다.
하우징(1)은 속이 빈 사각 함체 형상으로 내부에 설치되는 내부포집타워(3)에 유입된 배기가스가 응집되어 포집되도록 가스를 저장하는 역할을 하도록 구성된다. 상부는 개방되어 내부포집타워를 수납시켜 설치 후 상판을 덮어 볼트 등의 체결수단을 사용하여 고정시킨다.
하우징의 내벽(11)에는 둘레를 따라 내측방향으로 돌출된 와류플레이트(111) 복수개가 다단 형성되게 구성할 수 있다. 이러한 와류플레이트(111)가 구비되면 하우징의 내부로 유입된 배기가스가 부딪히면서 와류를 발생시켜 배기가스의 흐름을 지체시키면서 반응부산물 포집효율을 증대시킬 수 있다.
즉, 하우징의 내부 온도에 비해 상대적으로 낮은 온도를 갖는 외부공기와 직접적으로 맞닿는 하우징의 내벽에 설치된 와류플레이트(111)가 열전도된 외부온도에 의해 냉각되어 와류로 지체된 배기가스가 응집되면서 포집되게 된다.
상기 와류플레이트(111)의 형상은 내측방향으로 수평하게 돌출되거나 끝단부위가 상부 또는 하부 방향 중 어느 한 방향으로 일정 각도 절곡되거나 곡률 형상을 가지도록 돌출되어 보다 많이 와류가 일어나도록 구성할 수 있다.
하우징의 상부를 이루는 상판(12)은 상부가 개방된 하우징의 상부를 덮는 덮개 역할을 하면서 배기가스가 유입되도록 상부로 돌출된 가스 유입구(121)가 형성되어 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스를 공급받도록 구성된다.
또한 상판에는 그 저면에 설치된 히터에 전원을 공급하고 내부 온도에 따라 전원을 제어하기 위한 온도를 측정하기 위한 온도센서를 포함한 히터 전원공급부(25)가 설치된다.
또한 상판의 상면에는 하우징 내부에서 상판 하부 쪽에 설치된 히터의 가동에 따라 하우징이 가열되는 것을 방지하도록 냉각수유로(122)가 상부면에 홈 형태로 가공되어 형성된다. 상기 냉각수유로의 상부는 유로덮개(123)로 막도록 구성된다. 이때 유로덮개는 미도시되었으나 수밀을 위한 실링처리를 포함하여 체결할 수 있고, 체결방법은 끼움식, 용접식, 볼트체결방식 등등의 공지 기술로 체결하면 충분하다.
상기 냉각수유로(122)는 외부의 냉각수탱크(도시 생략)에서 공급된 냉각수가 냉각수유입구(124)를 통해 유입된 후 냉각수배출구(125)를 통해 배출되어 순환되도록 구성되는데. 유입된 냉각수와 배출되는 냉각수가 서로 섞이지 않도록 냉각수유로는 연통되지 않고 경계부를 가지게 형성된다. 사용되는 냉각수는 물 또는 냉매를 사용하면 된다.
하우징의 하부를 이루는 하판(13)은 일 지점에 가스 배출구(131)가 형성되어 반응부산물이 제거된 배기가스가 배출되는 통로로 사용되게 된다.
이때 하판의 상면에는 가스 배출구(131) 주변으로 상기 가스배출구 상단 보다 낮게 하나 이상의 저장홈부(132)가 형성되어 포집 후 낙하된 반응부산물이 쌓일 수 있도록 구성한다. 이와 같은 저장홈부(132)가 형성됨으로써 배기가스가 최종적으로 내부포집타워의 하단포집부 하부에서 하우징 내벽쪽에서 중심부의 가스배출구로 흐를 때 쉽게 아웃플로우(outflow) 되는 것을 최소화하게 된다.
이 때문에 하우징 내측 상부쪽으로 가스 배출구를 높게 돌출시키지 않아도 됨으로써 중단포집부 및 하단포집부의 포집공간을 축소시키지 않아 포집공간을 충분히 확보할 수 있게 된다.
또한 하판(13)의 상부면 각 꼭지점 부근에는 내부포집타워 지지대(133)가 상부로 돌출되어 형성된다.
적어도 4개로 구성된 내부포집타워 지지대(133)는 각각 하단봉(133a)과 상단봉(133b)으로 구성된 2단 구조로 이루어지되 하단봉(133a)이 상단봉(133b) 보다 큰 직경을 가져 턱이 형성된 단차 구성을 가진다.
하단봉(133a)은 내부포집타워의 하단포집부가 하판의 상면으로부터 일정 높이 이격되는 높이로 형성되고, 상단봉(133b)은 하단포집부(33)의 제 3 수평 포집플레이트(331) 및 중단포집부(32)의 제 2 수평 포집플레이트(321) 각 꼭지점 부근 4곳에 형성된 체결홀을 관통하여 상단포집부(31)의 제 1 수평 포집플레이트(311) 하부로 돌출된 체결봉(314)과 체결되도록 구성된다.
이때 중단포집부(32)는 제 2 수평 포집플레이트(321) 하부로 돌출된 이격플레이트(326)에 의해 하단포집부의 상부와 접하면서 일정간격 이격된 형태를 가지게 된다.
이와 같은 내부포집타워 지지대(133)와의 체결 구조에 의해 내부포집타워의 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부는 서로 간에 일정간격 이격된 구조가 형성되어 배기가스가 다단으로 흐를 수 있는 공간을 제공하게 된다.
히터(2)는 하우징에 유입되는 배기가스가 가스 유입구 하부 영역에서 응집되어 막히지 않도록 120℃ 보다 높은 온도 영역 분포가 형성되도록 가열하고, 이를 외곽으로 분배하여 하우징 내벽과 내부포집타워로 하강되도록 하여 120℃ 이하로 하강된 온도 분포 영역을 가지도록 함으로써 배기가스 중에 포함된 고체상의 반응부산물이 하우징 내벽부와 내부포집타워에서 포집반응이 일어날 수 있도록 하는 구성이다.
이를 위해 하우징 상판에 형성된 가스 유입구(121)의 하부와 연통되게 상판 저면에 접하게 설치된 히터캡(21)이 구비되어 유입된 배기가스가 하우징 주변으로 분산되지 않고 내부에 모여 하부로 하강되도록 구성된다. 히터캡(21)은 원통형 구조로 구성되되, 상부는 개구로 구성되고, 하부는 상부 개구보다 작은 개구를 가지도록 도넛형태로 구성되어 상부에서 유입된 배기가스가 내부로 수용된 후 중앙부를 통해 하부 히터본체로 배출되도록 구성된다.
히터캡(21) 하부에는 방사상으로 배치된 방열핀(23)이 형성된 히터본체(22)가 구비되어 상부에서 하강된 배기가스를 가열하여 방사상으로 배치된 방열핀을 통해 하우징(1) 내부에서 측방향으로 분배하도록 구성된다.
또한 히터본체(22) 하부에는 4각 형태 히터플레이트(24)가 체결되어 상부 히터본체의 방열핀에 의해 외곽으로 방사상으로 분배되는 배기가스가 초반부에 직접 하부로 하강하는 흐름을 차단하여 외곽의 하우징(1) 내벽 방향으로 흐르도록 유도함으로써 외곽의 하우징 내벽 부근에서 하부로 하강할 수 있도록 도와준다.
이를 위해 히터플레이트(24)의 크기 또는 면적은 하우징 내측 평면 공간 보다 작은 면적을 가지게 형성된다.
또한 히터플레이트(24)를 통한 배기가스의 흐름이 끝단부에서만 집중적으로 하강하지 않고 끝단부 이전 양측 단변쪽 둘레쪽에 복수개의 가스홀(24a)이 형성되어 일부 배기가스가 삼각 포집플레이트(312)쪽에 하강할 수 있도록 구성된다.
상기 히터본체의 열원은 상판 상면에 설치된 히터 전원공급부(25)에 의해 전원이 인가되면 온도 예를 들면 120℃ 보다 높은 온도로 발열되게 된다. 히터의 소재는 배기가스로 인한 부식을 방기하기 위하여 세라믹 또는 인코넬 등의 소재가 사용된다.
내부포집타워(3)는 하우징 내부에 수납 설치되어 유입된 배기가스의 유로와 체류시간을 늘리면서 배기가스를 응집시켜 반응부산물로 포집하는 구성으로 높이에 따라 상단포집부(31), 중단포집부(32), 하단포집부(33)로 포집영역이 상하 분리된 구조로 구성되어 하우징 내부로 유입된 가스를 다단 포집하도록 구성되되, 주된 반응부산물은 하우징의 내벽과 내측영역 간 개방된 가스흐름 구조를 가지는 중단포집부의 내측 공간에 쌓이도록 함으로써 포집 공간의 효율을 높인 구성이다.
또한 내부포집타워는 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부 마다 서로 다른 면적과 서로 다른 가스홀의 크기, 형상 및 배치를 가진 4각형 수평 포집플레이트가 구비되어 상기 히터의 히터플레이트(24)와 함께 배기가스의 상하 흐름을 방향을 단속하여 유도하면서 반응부산물을 직접 포집하거나 포집된 반응부산물이 쌓이도록 함으로써 상부의 배기가스가 직접 하부 배출구로 배출되거나 포집된 반응부산물이 하부로 낙하하여 배출구를 통해 쉽게 아웃플로우(outflow) 되는 것을 최소화하게 구성된다.
특히 히터의 히터플레이트(24) 크기보다 하부에 일정간격 이격되어 설치된 상단포집부의 제 1 수평 포집플레이트를 크게 형성하여 주된 배기가스 흐름이 중앙부로 모일 수 있게 형성하여 하강되도록 하고, 중단포집부와 하단포집부의 크기는 히터플레이트(24) 보다는 크고 상단포집부의 제 1 수평 포집플레이트 보다는 약간 작게 제 2 수평 포집플레이트와 제 3 수평 포집플레이트를 형성하여 중단포집부의 제 2 수평 포집플레이트는 중앙 가스홀과 균일하게 배열된 복수개의 가스홀을 통해 균일하게 분산된 하강흐름을 유도하여 배기가스가 중단포집부의 내측부에서 충분한 포집이 이루어지도록 하고, 하단포집부의 제 3 수평 포집플레이트는 균일하게 하강된 배기가스를 외곽으로 유도하면서 주변에 배열되어 형성된 가스홀과 끝단부를 통해 하강하는 가스흐름을 유도하여 최대한 잔존 반응부산울이 포집될 수 있는 기회를 제공하도록 구성된다.
또한 내부포집타워(3)를 구성하는 상단포집부(31), 중단포집부(32), 하단포집부(33)는 상하단 간의 간격을 확보하기 위해 하우징 하판에 돌출 형성되고, 단차진 하단봉(133a)과 상단봉(133b)으로 구성된 내부포집타워 지지대(133)에 의해 지지 및 체결된다.
구체적으로 내부포집타워의 하단포집부(33)는 내부포집타워 지지대(133)의 하단봉(133a)이 지지되어 하판의 상면으로부터 일정 높이 이격되게 설치된다.
또한 중단포집부(32)는 4각형 제 2 수평 포집플레이트 하부로 돌출된 이격플레이트(326)에 의해 하단포집부(33)의 제 3 수평 포집플레이트 상면과 접하면서 일정간격 이격된 형태를 가지게 된다.
또한 상단포집부(31)는 제 1 수평 포집플레이트 하부로 돌출된 체결봉(314)이 하단포집부(33)와 중단포집부(32)를 관통한 내부포집타워 지지대(133)의 상단봉(133b)과 나사결합하여 체결된다.
이와 같은 내부포집타워 지지대(133)와의 체결 구조에 의해 내부포집타워의 상단포집부, 중단포집부 및 하단포집부는 서로 간에 일정간격 이격된 구조가 형성되어 배기가스가 다단으로 흐를 수 있는 공간을 제공하게 된다.
상단포집부(31)는 주 가스홀(311a)과 그 주변에 복수개의 보조 가스홀(311b, 311c)이 형성되어 히터에서 하강하는 배기가스의 흐름을 중심부로 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 1 수평 포집플레이트(311);
제 1 수평 포집플레이트의 상면 외곽을 따라 방사상으로 복수개가 배열되어 반응부산물을 포집하는 삼각 포집플레이트(312);
제 1 수평 포집플레이트의 상면 4개의 모서리마다 상기 삼각 포집플레이트 보다 더 높게 돌출되고 배기가스의 유입 흐름을 방해하지 않도록 개방구조를 가지면서 반응부산물을 포집하는 절곡형 포집플레이트(313); 및
제 1 수평 포집플레이트의 저면 꼭지점 마다 하부로 돌출되어 내부포집타워 지지대(133)와 체결되어 고정되는 체결봉(314);으로 구성된다.
상기 제 1 수평 포집플레이트(311)에 형성된 주 가스홀(311a)은 중앙에 장공 형태로 형성되어 히터에 의해 하우징의 내부 주변부로 흐른 후 하강하여 하우징 내벽과 근접되게 설치된 제 1 수평 포집플레이트(311)의 면상에 부딪혀 대부분의 배기가스가 하부쪽으로 직접 하강하지 못하게 하면서 배기가스의 주흐름이 외곽에서 중앙부로 흘러 하부 중단포집부의 중앙부 쪽으로 하강되도록 구성된다.
또한 제 1 수평 포집플레이트(311)의 주 가스홀 주변을 따라 배열된 복수개의 보조 가스홀(311b) 및 외곽을 따라 배열된 복수개의 보조 가스홀(311c)은 상기 주 가스홀(311a)로 유입되어 하강하는 배기가스의 양과 세기를 사전에 일부 저감시켜 중단포집부 쪽으로 하강시켜 공급하는 역할을 한다.
이때 한 실시예로 주 가스홀 주변을 따라 배열된 복수개의 보조 가스홀(311b) 보다 외곽을 따라 배열된 복수개의 보조 가스홀(311c) 중 단변쪽에 위치한 보조 가스홀(311c)은 직경이 상대적으로 큰 개구로 형성하고, 장변쪽에 위치한 보조 가스홀(311c)은 직경이 상대적으로 작은 개구로 형성하여 전체적으로 배기가스의 하강 배출흐름이 직사각형을 가지는 제 1 수평 포집플레이트(311)의 면적에 따라 균일한 분배가 이루어지도록 구성할 수 있다.
또한 이러한 보조 가스홀(311b, 311c)에서 하강한 배기가스의 흐름은 상단포집부 하부에 위치한 중단포집부가 주 가스홀(311a)에서 공급된 배기가스가 외곽방향으로 흐를 때 일종의 에어커튼 역할을 하여 서로 다른 바람방향이 충돌하면서 와류를 발생시켜 지체시켜 중단포집부의 내측영역에 머물면서 포집시간을 늘리고 동시에 내측공간에 쌓인 반응부산물이 외곽을 통해 배출하는 것을 차단하여 머무르게 하는 역할도 할 수 았다.
상기 삼각 포집플레이트(312)는 중심부쪽으로 수직면이 위치하는 직각 삼각형으로 구성하여 주변에서 내측으로 흐르는 배기가스의 흐름이 초반부에서는 부하가 적게 걸리고, 내측 중심으로 갈수록 접촉 면적이 증대되어 포집량이 늘어나고 동시에 배기가스의 흐름도 균일하게 가이드하도록 구성된다.
이때 삼각 포집플레이트(312)는 방사상으로 배열시 제 1 수평 포집플레이트의 면상에서 외곽을 따라 배열된 복수개의 보조홀(311c) 상부에 위치시켜, 보조홀 지점에서 교차되게 체결된 상대적으로 작은 면적을 가지는 수직플레이트편(312a)을 구비함으로써 중심방향으로 흐르는 배기가스 일부가 충돌하면서 발생된 와류에 의해 지체되면서 반응부산물이 포집시키고 일부 배기가스를 하강시도록 구성할 수 있다.
상기 절곡형 포집플레이트(313)는 저용량의 포집용량을 가지는 본 발명에 따른 포집장치의 한정된 내부공간을 최대한 활용하기 위해 히터플레이트(24) 하부와 상단포집부(31) 간의 공간부로 유입되는 상부쪽 배기가스 중에 포함된 반응부산물을 포집하기 위한 구성이다.
이를 위해 제 1 수평 포집플레이트의 외곽에 형성되는 한쌍의 지지체(313a)와 지지체의 상단을 연결하는 연결체(313b)가 형성하는 ""형상으로 이루어져 개방구조를 통해 원활한 배기흐름을 제공하면서 낮은 위치의 삼각 포집플레이트(312)에 의해 포집되지 않고 상부를 통과하는 배기가스 중에 포함된 반응부산물을 포집함으로써 한정된 공간을 활용하여 포집공간을 확대시키는 역할을 하게 된다. 이때 절곡형 포집플레이트(313)는 지지체(313a)와 지지체의 상단을 연결하는 연결체(313b)가 하나로 성형 가공된 성형체로 구성되는 것이 바람직하나. 분리된 지지체(313a)와 연결체(313b)를 용접하거나 체결하여 하나로 구성할 수도 있다.
상기 체결봉(314)은 내부가 빈 원통관으로 이루어져 이를 통해 볼트가 삽입되어 하단에서 면접되는 내부포집타워 지지대(133)의 상단봉(133b)에 형성된 나사산과 체결되어 고정되게 된다.
중단포집부(32)는 면상 중앙부의 주 가스홀(321a)과 나머지 면상 전체에 사각 배열된 복수개의 보조 가스홀(321b)이 균일하게 형성되어 배기가스의 흐름을 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 2 수평 포집플레이트(321);
제 2 수평 포집플레이트의 상면 외곽 모서리를 따라 복수개가 배열되되, 하우징의 내벽과 내측영역 간의 배기가스 흐름을 차단하지 않도록 개방된 설치구조하에서 반응부산물을 포집하는 외곽 수직날플레이트(322);
제 2 수평 포집플레이트의 상면 내측영역에서 상기 외곽 수직날플레이트(322) 보다 낮은 높이로 복수개가 돌출되어 반응부산물을 포집하는 내측 수직날플레이트(323);
제 2 수평 포집플레이트의 상면 내측영역에서 상기 내측 수직날플레이트(323) 보다 낮은 높이로 격자형태로 돌출되어 반응부산물을 포집하는 저면 플레이트(324);
외곽 수직날플레이트(322)들 간을 수평방향으로 교차하고, 상하 다단으로 설치되어 와류를 발생시키며서 반응부산물을 포집하는 경사플레이트(325); 및
제 2 수평 포집플레이트(321)의 저면에서 하부로 돌출되어 하단포집부에 지지되면서 일정간격 이격시키고 반응부산물을 포집하는 이격플레이트(326);로 구성되어 둘레를 이루는 외곽 수직날플레이트(322)이 하우징의 내벽과 내측영역 간에 개방된 구조를 가지면서 내측 수직날플레이트(323) 간의 높이 차이를 통해 공간활용도를 높이면서 반응부산물을 포집하여 내측영역에 쌓이게 구성됨으로써 포집공간 활용도룰 최대화 하는 구성이다.
상기 제 2 수평 포집플레이트(321)에 형성된 주 가스홀(321a)은 상기 제 1 수평 포집플레이트(311)에 형성된 주 가스홀(311a) 보다 상대적으로 훨씬 작게 중앙에 장공 형태로 형성된다. 이와 같이 상단포집부의 주 가스홀 보다 상대적으로 작은 주 가스홀(311a)이 형성됨으로써 상부에서 유입된 배기가스의 주흐름이 그대로 하강하지 않고 일부만 직접 하강되게 한다. 나머지 배기가스의 주흐름은 제 2 수평 포집플레이트(321)의 면상에 부딛혀 측방향으로 분산되어 흐르게 된다.
또한 주 가스홀(321a)을 제외한 나머지 면상 전체에 사각 배열된 복수개의 보조 가스홀(321b)은 상기 상단포집부의 제 1 수평 포집플레이트(311)에 형성된 주 가스홀(311a)에서 유입된 후 면상에 부딛힌 후 측방향으로 흐르는 배기가스 그리고 상기 상단포집부의 제 1 수평 포집플레이트(311)에 형성된 복수개의 보조 가스홀(311b) 및 외곽을 따라 배열된 복수개의 보조 가스홀(311c)에서 하강한 배기가스가 중단포집부의 내측공간에서 포집과정을 거치면서 균일하게 하부 하단포집부 쪽으로 하강되도록 한다.
한편, 상기 제 2 수평 포집플레이트(321)에 형성된 주 가스홀(321a)과 사각 배열된 복수개의 보조 가스홀(321b)들의 전체 개구 면적은 제 2 수평 포집플레이트(321)의 전체 면상 면적 보다 훨씬 작게 형성된다.
따라서 상부 상단포집부에서 유입된 배기가스가 곧바로 하부 하단포집부로 유출되지 않고 중단포집부의 내측 영역에 머무르면서 외곽 수직날플레이트(322), 내측 수직날플레이트(323), 저면 플레이트(324) 및 경사플레이트(325)에 의해 반응부산물이 포집되는 과정을 거친 후 하부 하단포집부 쪽으로 하강되도록 구성된다.
한편, 제 2 수평 포집플레이트(321)의 꼭지점 부근 4곳에는 체결홀(321C)이 형성되어 내부포집타워 지지대(133)의 상단봉(133b)이 관통하여 상단포집부에서 하부로 돌출된 체결봉(314)과 체결되어 지지되게 된다.
상기 외곽 수직날플레이트(322)는 하우징의 내벽과 중단포집부의 내측영역간에 개방 구조를 가지도록 외곽을 이루는 구성으로 상단포집부에서 중단포집부로 유입된 배기가스의 흐름에 부하를 주면서 차단하거나 부딪히지 않도록 그 설치구조가 중심부쪽으로 면이 배치되지 않고 측방향에 면이 위치하도록 배치된다. 이와 같은 구성은 최외각이 마치 하우징 내벽이 담당하고 그 내측으로 포집플레이트가 돌출된 구조와 같아 전체적인 하우징 내부의 포집영역을 확대하는 역할도 하고, 또한 히터, 상단 포집부를 통해 하우징 내벽을 타고 흐르는 일부 하강 배기가스의 흐름이 중단포집부의 내측영역으로 유도하는 효과도 제공하게 된다.
상기 외곽 수직날플레이트(322)는 하부가 넓고 상부가 좁게 형성하되, 하우징 내벽 방향 바깥쪽이 수직한 직각 삼각형 구조의 형상으로 이루어져 상부에서 유입되는 배기가스 중의 반응부산물을 하부쪽과 내측으로 갈수록 많이 포집되는 구조를 가진다.
또한 외곽 수직날플레이트(322)는 외곽을 따라 배치되기 때문에 상단포집부의 주 가스홀을 통해 중앙부로 하강한 배기가스가 먼저 접촉하여 반응부산물이 포집되지 않기 때문에 주 가스홀 부근이 먼저 막히는 것을 원천적으로 차단하게 된다.
또한 외곽 수직날플레이트(322)에 반응부산물이 포집되면서 이웃하는 외곽 수직날플레이트(322) 간의 개방된 영역이 좁아져도 개방영역이 충분이 이격되게 설치되기 때문에 하우징 내벽과의 배기가스 흐름은 충분이 유지되어 상부쪽에서 하강하는 배기가스가 내측으로 유입되는 것은 사용주기 동안에는 충분히 유지될 수 있게 된다.
상기 내측 수직날플레이트(323)는 상단포집부의 주 가스홀을 통해 중앙부로 하강한 배기가스가 먼저 접촉하여 반응부산물이 포집되는 구성으로 외곽 수직날플레이트(322) 보다 낮은 높이를 가지기 때문에 주 가스홀 부근이 먼저 막히는 것을 원천적으로 차단하게 된다.
내측 수직날플레이트(323)는 상하로 직각 사각형구조로 이루어져 균일하게 반응부산물 포집하게 구성되되, 타측방향의 내측 수직날플레이트(323)과 교차되어 십자형 단면을 가지게 구성할 수 있어서 다양한 방향으로 분산되거나 흐르는 배기가스와 접촉하여 와류가 형성되면서 균일한 반응부산물을 포집할 수 있다.
또한 내측 수직날플레이트(323)는 배치 구조는 한 실시예로 제 2 수평 포집플레이트(321)의 중앙부에서 주변 외곽 수직날플레이트(322) 방향으로 갈수록 설치 밀도가 떨어지게 분산 배치할 수 있다. 이와 같이 구성하면 중앙부에 설치된 내측 수직날플레이트(323) 들이 주 가스홀에 의해 하강하는 배기가스 중에서 반응부산물을 포집하고, 외곽에서는 외곽 수직날플레이트(322)가 주된 포집반응을 할 수 있게 되는 구조를 제공하게 된다.
상기 저면 플레이트(324)는 외곽 수직날플레이트(322) 들과 동일한 간격으로 배치되어 장변과 단변 측 저면 플레이트(324)가 교차되어 격자형태를 구성함으로써 하부의 제 2 수평 포집플레이트(321)와 함께 복수개의 홈구조를 만들어 상부에서 하강한 배기가스가 수용되면서 포집반응이 일어나고 쌓이는 역할을 하여 포집된 반응부산물이 자유롭게 부유하여 이동하지 않도록 단속함으로써 하단포집부로 이동하여 배출구를 통해 아웃플로우 되는 것을 최소화시키게 된다.
또한 저면 플레이트(324)의 돌출 높이는 내측 수직날플레이트(323) 보다 상대적으로 훨씬 낮은 높이를 가지기 때문에 내측 영역에서의 배기가스 흐름을 방해하거나 내측 수직날플레이트(323) 및 외곽 수직날플레이트(322)의 포집반응을 방해하지 않게 된다.
상기 경사플레이트(325)는 외곽 수직날플레이트(322)들 간을 수평방향으로 교차하고, 상하 다단으로 설치함으로써 하우징 내벽을 따라 하강하는 배기가스가 부딛혀 와류를 발생시켜 지체를 통해 반응부산물 포집시간을 늘려주면서 외곽쪽으로 상향 경사된 구조로 인해 반응부산물 및 배기가스를 내측영역으로 유도하는 역할을 하게 된다.
마찬가지로 내측영역에 머무르는 배기가스가 외곽의 하우징 내벽쪽으로 배출되는 것을 차단하는 역할도 하게 된다.
이때 경사플레이트(325)는 길이방향으로 복수개의 홀(325a)이 형성되어 하강하는 배기가스의 흐름에 큰 부하를 주지 않으면서 속도차이로 와류를 발행시키고 일부는 하강되도록 한다.
또한 상하 다단으로 설치된 경사플레이트(325)는 하단이 더 외곽으로 돌출되도록 하여 하단이 상단 경사플레이트(325)에 의해 방해되지 않으면서 하부로 낙하하는 반응부산물을 더 하부로 낙하하지 않고 쌓이게 하는 역할도 하게 구성된다.
상기 이격플레이트(326)는 제 2 수평 포집플레이트(321)의 저면에 설치되되, 꼭지점 부근 4곳에 형성된 체결홀(321C)을 내측에서 감싸도록 "ㄱ"자 형태 단면으로 돌출되게 설치되어 하단포집부와 접촉하면서 중단포집부를 일정간격 상부로 이격시켜 지지하면서 체결홀(321C)을 통해 초기에 일부 배출된 배기가스로부터 반응부산물을 포집하도록 구성된다.
상기와 같은 중단포집부가 구비됨으로써 상단포집부(31)에서 중앙부로 유입된 배기가스를 수용하여 주된 흐름은 제 2 수평 포집플레이트(321)의 중앙부 주 가스홀(321a)을 통해 하단포집부로 흐르고, 동시에 제 2 수평 포집플레이트(321)의 나머지 면상 전체에 사각 배열된 복수개의 보조 가스홀(321b)이 균일하게 하단포집부로 흘러 전체적으로 균일한 하강 배기가스흐름이 형성된다. 또한 일부 배기가스는 외곽 수직날플레이트(322) 사이 공간을 통해 외곽으로 흐른 후 하우징 내벽을 따라 하강하는 배기가스 흐름을 가진다.
이로인해 내측 공간부에 유입된 배기가스는 내측 수직날플레이트(323), 외곽 수직날플레이트(322), 저면 플레이트(324)를 통해 배기가스 중에 포함된 반응부산물을 포집하고, 포집된 반응부산물은 내측 공간 영역에 쌓이도록 함으로써 포집장치의 포집공간을 최대한 활용할 수 있게 된다.
한 실시예로 외곽 수직날플레이트와 내측 수직날플레이트 및 저면 플레이트는 한쌍의 외곽 수직날플레이트와 한쌍의 내측 수직날플레이트 및 저면 플레이트가 일체로 형성된 복수개의 단위 장변 플레이트와 복수개의 단위 단변 플레이트 그리고 한쌍의 외곽 수직날플레이트와 저면 플레이트가 일체로 형성된 복수개의 단위 장변 플레이트와 복수개의 단위 단변 플레이트 간의 교차 조립 구조를 이용해 구성할 수 있다.
이를 위해 하부를 이루는 저면플레이트 양측단에 각각 수직날플레이트가 형성되고, 저면플레이트의 내측 일 지점 및 대칭되는 타 지점에 상기 수직날플레이트 보다 크기가 작은 내측 수직날플레이트가 일체로 형성된 각 단위 장변 플레이트 및 단위 단변 플레이트를 구비한다. 이때 상기 대칭되게 형성된 한쌍의 내측 수직날플레이트들은 이웃하는 각 단위 장변 플레이트 및 단위 단변 플레이트와 다른 위치에 형성시킨다.
마찬가지로 하부를 이루는 저면플레이트 양측단에 각각 수직날플레이트가 일체로 형성된 각 단위 장변 플레이트 및 단위 단변 플레이트를 구비한다.
이후 제 2 수평 포집플레이트(331)의 장변을 따라 복수개의 단위 단변 플레이트를 설치하고, 단변을 따라 복수개의 단위 장변 플레이트를 설치하여 교차시킨다. 이때 장변 및 단변의 양측단는 내측 수직날플레이트가 없는 단위 장변 플레이트 및 단위 단변 플레이트를 위치시키고 그 사이에 내측 수직날플레이트가 있는 단위 장변 플레이트 및 단위 단변 플레이트를 복수개 일정간격으로 위치시킨다.
이때 대칭되게 형성된 한쌍의 내측 수직날플레이트들은 내측에 위치한 단위 장변 플레이트 및 단위 단변 플레이트로 갈수록 중심부쪽에 위치하도록 배열하면 된다.
이와 같은 조립이 끝나면 외곽에는 외곽 수직날플레이트가 둘레를 따라 위치하고, 내측에는 교차되어 십자단면을 가지는 내측 수직날플레이트들이 위치하게 된다. 또한 저면플레이트들은 교차되어 격자형태를 이루게 된다.
추가적으로 저면플레이트들이 교차되어 격자형태를 이루는 제 2 수평 포집플레이트(331)의 각 꼭지점 부근 격자 구조가 위치한 면상에 하나씩 십자단면을 가지는 내측 수직날플레이트를 설치하면 상기와 같은 중단포집부가 구비된다.
물론 이와 다른 실시예로 중단포집부 형상을 제공할 수도 있다.
하단포집부(33)는 외곽을 따라 형성된 복수개의 가스홀(331a)이 형성되어 상부에서 하강된 배기가스를 외곽으로 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 3 수평 포집플레이트(331);
제 3 수평 포집플레이트의 상면에 방사상으로 복수개가 배열되고 면상에 다수의 가스홀(332a)이 형성되어 균일하게 배기가스가 퍼지도록 유도하고 배기가스 접촉면을 최대화 하도록 유도하면서 반응부산물을 포집하는 사각 포집플레이트(332);
제 3 수평 포집플레이트의 저면에 형성하되, 면상에 다수의 가스홀(333c)이 형성되어 균일하게 배기가스가 퍼지도록 유도하면서 반응부산물을 포집하여 최종적으로 배출구를 통한 아웃플로우(outflow)를 최소화시키도록 사각 테두리 형태의 외곽 포집플레이트(333a)와 내측 포집플레이트(333b)로 이루어진 이중 구조의 사각테두리 포집플레이트(333);로 구성된다.
상기 제 3 수평 포집플레이트(331)는 면상의 주변부에만 복수개의 가스홀(331a)이 형성되어 배열됨으로써 중단보집부의 주 가스홀 및 보조가스홀을 통해 하강한 배기가스를 사각 포집플레이트(332)와 함께 방사상으로 유도하여 주변부 가스홀과 끝단부를 통해 하강되도록 한다.
상기 사각 포집플레이트(332)는 방사상으로 배열되고 다수의 가스홀이 형성됨으로써 방사상으로 배기가스를 유도하면서 균일하게 퍼지게 함으로써 배기가스 중에 남아 았는 반응부산물을 균일하게 포집하게 된다.
상기 사각테두리 포집플레이트(333)는 일정간격으로 이격되어 크기가 다르게 형성된 외곽 포집플레이트(333a)와 내측 포집플레이트(333b)에 의해 이중으로 구성되고 그 하단이 하우징의 하판과 근접되게 설치됨으로써 가스홀(333c)을 통해서만 배기가스가 흐르게 되어, 하판에서 가스홀(333c) 까지의 높이로 인해 혹 포집된 반응부산물이 낙하하여 쌓이더라도 가스배출구로 아웃플로우 되는 것을 최소화 시켜준다.
더욱이 하판에 형성된 저장홈부(132)가 이중 구조의 사각테두리 포집플레이트(333)와 함께 반응부산물 저장 공간을 제공하여 일정량의 반응부산물이 쌓일 수 있기 때문에 더더욱 아웃플로우를 최소화하게 된다.
한편, 제 3 수평 포집플레이트(331)의 꼭지점 부근 4곳에는 체결홀(331b)이 형성되어 내부포집타워 지지대(133)의 상단봉(133b)이 관통하게 되고, 이 체결홀(331b)의 직경이 내부포집타워 지지대(133)의 하단봉(133a) 보다 작기 때문에 하단포집부가 내부포집타워 지지대(133)의 하단봉(133a) 높이만큼 하우징의 하판으로부터 뜬 구조로 이격되게 된다.
이로인해 제 3 수평 포집플레이트(331)의 하부로 돌출된 사각테두리 포집플레이트(333)가 설치될 수 있는 공간부를 확보하게 된다.
이때 제 3 수평 포집플레이트(331)의 이격된 하부 공간 높이는 내부포집타워 지지대(133)의 하단봉(133a) 높이 때문에 사각테두리 포집플레이트(333)의 높이와 비슷하게 형성함으로써 하판과 하단내부포집부 간에는 불필요한 공간이 거의 없어 포집장치의 공간활용도를 최대한 높이면서 반응부산물이 가스 배출구를 통해 아웃플로우되는 것을 최소화하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스 성분 중에 포함된 반응부산물을 포집하기 위한 포집장치를 구성하는 하우징(1)의 유입구를 통해 내부로 유입된 배기가스가 초입에서 응집되거나 가열되지 않은 상태로 주변으로 분산되지 않도록 히터캡(21)에 의해 하부에 위치한 히터본체(22)로 유도한다.
이후 히터본체(22)에 의해 가열된 배기가스는 방열핀(23)과 4각 형태 히터플레이트(24)에 의해 주변으로 분배된 후 하강된다.
이후 상단포집부(31), 중단포집부(32), 하단포집부(33)로 포집영역이 상하 분리된 구조를 가지는 내부포집타워(3)를 거치면서 원활한 배기가스 유로변경과 포집구조에 의해 다단으로 포집반응이 일어나게 된다.
포집반응을 통해 반응부산물을 제거시킨 배기가스만 하우징의 하판에 구성된 하부 배출구로 배출된다.
이러한 배기가스의 포집과정에서 상단포집부(31)에서는 개방구조를 가지면서 반응부산물을 포집하는 절곡형 포집플레이트(313)가 구비되어 외곽에서 중심부로 유입되는 배기가스의 유입 흐름을 방해하지 않으면서 포집반응이 일어나게 되어 공간효율이 증대시키게 되고,
중단포집부(32)에서는 하우징 내벽과 내측 영역이 개방된 가스흐름 구조를 가지는 외곽 수직날플레이트(322)과 내부에 형성된 내측 수직날플레이트(323) 간의 높이 차이를 이용한 내측 공간 구조에 의해 반응부산물의 주된 포집이 일어나고 쌓이게 되어 공간효율이 증대시키게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
(1) : 하우징 (2) : 히터
(3) : 내부포집타워 (11) : 내벽
(12) : 상판 (13) : 하판
(21) : 히터캡 (22) : 히터본체
(23) : 방열핀 (24) : 히터플레이트
(24a) : 가스홀 (25) : 히터 전원공급부
(31) : 상단포집부 (32) : 중단포집부
(33) : 하단포집부 (111) : 와류플레이트
(121) : 가스유입구 (122) : 냉각수유로
(123) : 유로덮개 (124) : 냉각수유입구
(125) : 냉각수배출구 (131) : 가스 배출구
(132) : 저장홈부 (133) : 내부포집타워 지지대
(133a) : 하단봉 (133b) : 상단봉
(311) : 제 1 수평 포집플레이트 (311a) : 주 가스홀
(311b, 311c) : 보조 가스홀 (312) : 삼각 포집플레이트
(312a) : 수직플레이트편 (313) : 절곡형 포집플레이트
(313a) : 지지체 (313b) : 연결체
(314) : 체결봉 (321) : 제 2 수평 포집플레이트
(321a) : 주 가스홀 (321b) : 보조 가스홀
(321C) : 체결홀 (322) : 외곽 수직날플레이트
(323) : 내측 수직날플레이트 (324) : 저면 플레이트
(325) : 경사플레이트 (325a) : 홀
(326) : 이격플레이트 (331) : 제 3 수평 포집플레이트
(331a) : 가스홀 (331b) : 체결홀
(332) : 사각 포집플레이트 (332a) : 가스홀
(333) : 사각테두리 포집플레이트 (333a) : 외곽 포집플레이트
(333b) : 내측 포집플레이트 (333c) : 가스홀

Claims (11)

  1. 프로세스 챔버와 진공펌프 사이의 배기라인 상에 설치하여 상기 프로세스 챔버에서 배출되는 배기가스를 하우징(1) 내부로 유입시켜 히터(2)로 가열하면서 분배하여 내부포집타워(3)에서 반응부산물을 포집하는 반도체 공정의 반응부산물 포집장치에 있어서,
    상단포집부(31), 중단포집부(32) 및 하단포집부(33)로 다단 구성되어 한정된 하우징 내 공간을 최대한 활용하여 유입된 배기가스의 유로 방향을 변경시키면서 반응부산물을 포집하되, 주된 포집은 하우징(1)의 내벽과 내측영역 간 가스흐름이 원활하도록 개방된 구조로 이루어진 외곽의 외곽 수직날플레이트(322)와 이보다 작은 높이를 가진 내측 수직날플레이트(323) 및 저면 플레이트(324)를 포함하는 중단포집부(32)에서 포집 후 그 내측 공간에 쌓일 수 있게 형성된 내부포집타워(3);를 포함하되,
    상기 상단포집부(31)는,
    주 가스홀(311a)과 그 주변에 복수개의 보조 가스홀(311b, 311c)이 형성되어 히터에서 하강하는 배기가스의 흐름을 중심부로 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 1 수평 포집플레이트(311);
    제 1 수평 포집플레이트의 상면 외곽을 따라 방사상으로 복수개가 배열되어 반응부산물을 포집하는 삼각 포집플레이트(312);
    제 1 수평 포집플레이트의 상면 4개의 모서리마다 상기 삼각 포집플레이트 보다 더 높게 돌출되고 배기가스의 유입 흐름을 방해하지 않도록 개방구조를 가지면서 반응부산물을 포집하는 절곡형 포집플레이트(313); 및
    제 1 수평 포집플레이트의 저면 꼭지점 마다 하부로 돌출되어 내부포집타워 지지대(133)와 체결되어 고정되는 체결봉(314);으로 구성된 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절곡형 포집플레이트(313)는 제 1 수평 포집플레이트의 외곽에 형성되는 한쌍의 지지체(313a)와 지지체의 상단을 연결하는 연결체(313b)로 구성된 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 삼각 포집플레이트(312)는 중심부쪽으로 수직면이 위치하는 직각 삼각형으로 구성하되, 상기 삼각 포집플레이트(312)는 상기 외곽을 따라 배열된 복수개의 보조홀(311c) 상부에 위치시키고 수직플레이트편(312a)과 교차되게 체결시킨 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 중단포집부(32)는,
    면상 중앙부의 주 가스홀(321a)과 나머지 면상 전체에 사각 배열된 복수개의 보조 가스홀(321b)이 균일하게 형성되어 배기가스의 흐름을 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 2 수평 포집플레이트(321);
    제 2 수평 포집플레이트의 상면 외곽 모서리를 따라 복수개가 배열되되, 하우징의 내벽과 내측영역 간의 배기가스 흐름을 차단하지 않도록 개방된 설치구조하에서 반응부산물을 포집하는 외곽 수직날플레이트(322);
    제 2 수평 포집플레이트의 상면 내측영역에서 상기 외곽 수직날플레이트(322) 보다 낮은 높이로 복수개가 돌출되어 반응부산물을 포집하는 내측 수직날플레이트(323);
    제 2 수평 포집플레이트의 상면 내측영역에서 상기 내측 수직날플레이트(323) 보다 낮은 높이로 격자형태로 돌출되어 반응부산물을 포집하는 저면 플레이트(324);
    외곽 수직날플레이트(322)들 간을 수평방향으로 교차하고, 상하 다단으로 설치되어 와류를 발생시키며서 반응부산물을 포집하는 경사플레이트(325); 및
    제 2 수평 포집플레이트(321)의 저면에서 하부로 돌출되어 하단포집부에 지지되면서 일정간격 이격시키고 반응부산물을 포집하는 이격플레이트(326);로 구성된 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 외곽 수직날플레이트(322)는 하부가 넓고 상부가 좁게 형성하되, 하우징 내벽 방향 바깥쪽이 수직한 직각 삼각형 구조의 형상으로 이루어지되, 하우징의 내벽과 중단포집부의 내측영역간에 개방 구조를 가지도록 중심부쪽으로 면이 배치되지 않고 측방향에 면이 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 내측 수직날플레이트(323)는 십자형 단면을 가지게 구성하되, 제 2 수평 포집플레이트(321)의 중앙부에서 주변 외곽 수직날플레이트(322) 방향으로 갈수록 설치 밀도가 떨어지게 분산 배치한 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 이격플레이트(326)는 제 2 수평 포집플레이트(321)의 저면에 설치되되, 꼭지점 부근 4곳에 형성된 체결홀(321C)을 내측에서 감싸도록 "ㄱ"자 형태 단면으로 돌출되어 하단포집부로부터 중단포집부를 이격시켜 지지하면서 체결홀(321C)을 통해 배출된 배기가스로부터 반응부산물을 포집하도록 구성된 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하단포집부(33)는,
    외곽을 따라 형성된 복수개의 가스홀(331a)이 형성되어 상부에서 하강된 배기가스를 외곽으로 유도하면서 반응부산물을 포집하는 4각 형태 제 3 수평 포집플레이트(331);
    제 3 수평 포집플레이트의 상면에 방사상으로 복수개가 배열되고 면상에 다수의 가스홀(332a)이 형성되어 균일하게 배기가스가 퍼지도록 유도하고 배기가스 접촉면을 최대화 하도록 유도하면서 반응부산물을 포집하는 사각 포집플레이트(332);
    제 3 수평 포집플레이트의 저면에 형성하되, 면상에 다수의 가스홀(333c)이 형성되어 균일하게 배기가스가 퍼지도록 유도하면서 반응부산물을 포집하여 최종적으로 배출구를 통한 아웃플로우를 최소화시키도록 사각 테두리 형태의 외곽 포집플레이트(333a)와 내측 포집플레이트(333b)로 이루어진 이중 구조의 사각테두리 포집플레이트(333);로 구성된 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(1)은 하판(13)의 상면에 가스 배출구(131) 주변으로 상기 가스배출구 상단 보다 낮게 반응부산물을 저장하는 저장홈부(132)가 형성되고,
    상기 하판(13)에는 하단봉(133a)과 상단봉(133b)이 단차지게 구성된 내부포집타워 지지대(133)가 복수개 형성되어 내부포집타워(3)를 구성하는 상단포집부(31), 중단포집부(32) 및 하단포집부(33)를 상하로 이격시켜 다단 구성시킨 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터(2)는 하우징 상판에 형성된 가스 유입구(121)와 연통되게 설치되어 유입된 가스를 하부 히터본체(22)로 공급하는 히터캡(21)과;
    상부에서 하강된 배기가스를 가열하여 방사상으로 배치된 방열핀(23)을 통해 측방향로 분배하는 히터본체(22)와;
    히터본체(22)에서 분배되는 배기가스를 외곽의 하우징(1) 내벽쪽으로 공급하여 하강하도록 유도하고, 둘레쪽에 복수개의 가스홀(24a)이 형성되어 외곽의 하우징 내벽쪽으로 공급하도록 유도하는 4각 형태 히터플레이트(24);로 구성된 것을 특징으로 하는 포집 공간 효율을 높인 반도체 공정용 반응부산물 포집장치.
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