KR102622153B1 - 반도체 제조에 사용되는 유체 이송용 이중 파이프 및 이를 구비한 히팅자켓 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체이송용 이중 파이프 및 이를 구비한 히팅자켓 장치에 관한 것이다. 이는, 유체를 통과시키는 이송파이프의 양단부에 각각 연결되며, 외주면에 스페이서부를 구비한 연결튜브와; 상기 이송파이프 및 연결튜브의 일부를 감싸고, 스페이서부와 결합하며, 이송파이프와의 사이에 작동유체를 수용하는 밀폐공간을 갖는 아우터파이프와; 아우터파이프를 감싸고 아우터파이프를 통해 작동유체에 열을 전달하여 작동유체가 이송파이프를 가열하게 하는 가열부를 구비한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 히팅자켓 장치는, 유체 이송파이프를, 기화된 작동유체의 대류와 전도에 의해 가열하므로, 유체이송파이프에 전달되는 열량이 균일하고, 그에 따라 정밀 온도 제어가 가능하여 유체이송파이프를 일정한 온도로 유지시킬 수 있다.

Description

반도체 제조에 사용되는 유체 이송용 이중 파이프 및 이를 구비한 히팅자켓 장치{Fluid transfer pipe and Heating jacket device including the same}

본 발명은 유체 이송용 이중 파이프 및 이를 가열하는 히팅자켓 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이송파이프의 외주면에, 부분적 온도 편차가 없는, 균일한 열을 가함으로써 유체 가열온도의 정밀 제어가 가능하며, 이송파이프와 아우터파이프의 간격이 안정적으로 유지되는, 유체 이송용 이중 파이프 및 이를 구비한 히팅자켓 장치에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 반도체 제조공정은 전(前)공정과 후(後)공정으로 구분할 수 있다. 전공정은, 웨이퍼에 박막을 증착하고, 증착 박막을 식각하여 설계된 패턴을 형성하는 가공이다. 또한 후공정은, 전공정에서 만들어진 반도체 칩을 낱개로 분리한 후, 리드프레임과 결합하여 완제품화 하는 과정이다.

이러한 반도체 제조 공정에서는 다양한 종류의 반응가스나 공정가스가 사용된다. 제조 공정에 사용된 가스는, 해당 공정이 완료된 후 반응부산물과 함께 배기 라인을 통해 배출된 후 정화처리 과정을 거친다. 가령, 화학기상증착 설비의 경우, 증착공정 후 프로세스 챔버로부터 배기되는 가스는, 배기라인을 통과해 가스세정기로 이동한 다음, 가스세정기에 의해 처리된 후 배출된다.

그런데, 배기가스가 배기라인을 통과하는 동안, 배기라인의 내부에 미세한 분진 형태의 파우더가 생성되는 경우가 있다. 파우더가 배기라인의 내벽에 적층되면, 유동단면적이 좁아지므로 배기가스의 배출이 원활치 않게 되고, 심할 경우에는 공정의 불량을 야기하기도 한다.

이와 같은 배기라인의 좁아짐 현상은, 배기라인을 통과하는 가스의 온도가 낮을수록 심해진다. 가스의 온도가 충분히 높게 유지된다면 좁아짐 현상의 발생이 줄어드는 것이다.

이에 따라 배기라인을 가열하기 위한 다양한 장치가 개발되고 있으며, 이와 관련된 발명의 배경이 되는 기술로서, 국내 등록특허공보 제10-0990157호에는 단열 히팅 자켓 및 그 제조방법이 개시된 바 있다.

개시된 히팅 자켓은, 가스 배출관을 감싸도록 내부공간이 비어있는 형상이며, 슬롯에서 일단과 타단이 접하도록 형성된 히팅자켓에 있어서, 히팅자켓은, 가스배출관을 감싸는 절연시트, 절연시트의 외면에 배열된 상태로 고정되는 열선, 열선이 고정된 절연시트의 외면에 결합되는 단열재, 단열재의 외면에 코팅되는 보호막 및 절연시트와 단열재를 감싸도록 절연시트와 단열재에 끼워지는 절연튜브를 포함하고, 보호막은 절연튜브의 외면에 코팅되는 구조를 갖는다.

국내 등록특허공보 제10-0990157호 (단열 히팅 자켓 및 그 제조방법) 국내 등록특허공보 제10-2095201호 (유체 라인 히팅 자켓)

본 발명은, 유체 이송파이프에 균일한 열량을 전달함은 물론 이송파이프의 정밀 온도 제어가 가능한, 유체이송용 이중 파이프 및 이를 구비한 히팅자켓 장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이송파이프들이 서로 연결된 전체 라인의 길이나 형상에 관계없이 균일한 열전달이 가능한 유체이송용 이중 파이프 및 이를 구비한 히팅자켓 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 유체 이송용 이중 파이프는, 유체를 통과시키는 이송파이프와; 상기 이송파이프의 양단부에 각각 연결되며, 외주면에 스페이서부를 구비한 연결튜브와; 상기 이송파이프 및 연결튜브의 일부를 감싸고, 스페이서부와 결합하며, 이송파이프와의 사이에 작동유체를 수용하는 밀폐공간을 제공하는 아우터파이프;를 구비한다.

상기 연결튜브는, 이송파이프와 동일한 직경을 가지며 이송파이프의 단면에 맞대어진 상태로 자동 용접 결합될 수 있다.

이 경우, 상기 스페이서부는, 연결튜브의 외주면에 일체를 이루며 링의 형상을 취하는 고정링일 수 있다.

상기 고정링은, 아우터파이프의 양단부에 용접 방식으로 결합할 수 있다.

이 경우, 상기 고정링에는, 아우터파이프의 단부를 수용하는 결합홈이 형성되고, 아우터파이프의 양단부는 결합홈에 끼워진 상태로 용접될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서의 히팅자켓 장치는, 구조를 가진 유체 이송용 이중 파이프; 및 상기 아우터파이프를 감싸고 아우터파이프를 통해 작동유체에 열을 전달하여 작동유체가 이송파이프를 가열하게 하는 가열부;를 구비한다.

이 경우, 상기 가열부의 외측에, 가열부를 감싸 가열부의 열손실을 방지하는 단열부가 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 히팅자켓 장치는, 유체 이송파이프를, 기화된 작동유체의 대류와 전도에 의해 가열하므로, 유체이송파이프에 전달되는 열량이 균일하고, 그에 따라 정밀 온도 제어가 가능하여 유체이송파이프를 일정한 온도로 유지시킬 수 있다.

이와 더불어, 유체이송용 이중 파이프는, 이송파이프, 연결튜브, 및 아우터파이프를 별도로 구성요소로 제작하여 길이나 형상에 맞추어 결합시킬 수 있으므로, 이송파이프들이 서로 연결된 전체 라인의 길이나 형상에 관계없이 균일한 열전달이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅자켓 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 유체 이송파이프와 연결튜브 및 아우터파이프를 분해하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅자켓 장치에서의 연결튜브에 대한 아우터파이프의 다른 고정 방식을 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 5a는 벤딩된 유체 이송파이프에 히팅자켓 장치가 적용된 파이프구조체를 도시한 사시도이다.
도 5b는 도 5a에 도시한 파이프구조체의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅자켓 장치의 제작 방법을 참고적으로 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 히팅자켓 장치는, 유체를 통과시키는 이송파이프를 가열하는 것이다. 이송파이프는 유체를 통과시키는 모든 파이프를 포함한다. 가령 산업시설의 파이프라인이나, 차량이나 항공기 내의 유체 파이프, 또는 위에 설명한 반도체 설비에 들어가는 파이프 일 수 있다.

또한 이송파이프를 가열하는 이유는, 유체의 유동조건을 최상으로 유지하기 위해서이다. 이를테면, 이송파이프의 내부에 이물질이 들러붙어 유동단면적이 좁아지는 것을 막거나, 움직이는 유체의 온도를 설정된 범위로 유지시키기 위해서이다.

특히 본 발명의 히팅자켓 장치는, 발열코일을 이송파이프에 단순히 감는 종래 가열방식의 저효율성을 해결하기 위하여, 상변화 하는 가열용 작동유체로 이송파이프를 아예 감싸, 이송파이프의 모든 부분을 동일한 온도로 가열한다. 즉, 이송파이프의 길이방향이나 원주방향을 따라 열량의 편차가 없는 가열을 수행하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅자켓 장치(20)의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 유체 이송용 이중 파이프를 분해하여 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 히팅자켓 장치(20)는, 유체 이송용 이중 파이프와, 가열부(27), 단열부(29)를 포함한다.

유체 이송용 이중 파이프는, 이송파이프(10), 연결튜브(21), 및 아우터파이프(23)를 구비한다.

이송 파이프(10) 내로 가열시키기 위한 작동 유체가 흐른다.

연결튜브(21)는, 이송파이프(10)의 양단부에 고정되는 중공파이프형 부재로서, 외주면에 스페이서부로서의 고정링(21c)을 갖는다.

연결튜브(21)는 기체나 액체 등의 열대류를 위한 유체를 통과시키는 파이프이다. 연결튜브(21)의 내주면은 전해연마(Electrolytic Polishing) 처리 될 수 있다.

이송 파이프(10)과 연결튜브(21)는 일체로 형성될 수 있다.

이와 달리, 이송 파이프(10)과 연결튜브(21)가 별도로 제작한 후에 서로 접합 등 결합될 수도 있다.

이송 파이프(10)과 연결튜브(21)가 서로 별도의 부재로 제작된다면, 연결튜브(21)는 도 1에서는 직관으로 예를 들었지만, 연결튜브의 사이즈나 길이 또는 형상은 다양할 수 있다. 즉, 본 실시예의 히팅자켓 장치(20)는, 연결튜브(21)의 사이즈나 길이 또는 형상에 관계없이 적용 가능한 것이다.

연결튜브(21)는 튜브본체(21a)와 고정링(21c)으로 이루어진다. 튜브본체(21a)는 길이방향으로 직선 연장된 직관이다. 튜브본체(21a)의 내경과 외경은, 유체 이송파이프(10)의 내경 및 외경과 같다.

이송파이프(10)에 대한 튜브본체(21a)의 결합은 자동용접으로 구현된다. 즉, 이송파이프(10)의 양단면에 튜브본체(21a)의 단면을 각각 맞댄 상태로 용접을 수행하는 것이다. 이와 같이 맞대기 자동 용접을 수행하는 이유는, 이송파이프(10)나 튜브본체(21a) 내주면의 전해연마면의 손상을 최소화하기 위해서이다.

고정링(21c)은 튜브본체(21a)의 외주면에 일체로 형성된 링형부재이다. 말하자면, 고정링(21c)은 튜브본체(21a)의 원주방향을 따라 연장된 돌출부로서, 튜브본체(21a)의 외주면에 대해 일정 높이(H)를 갖는다. 상기 높이(H)는 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 가령, 튜브본체(21a) 내경의 10% 이하 일 수 있다.

아우터파이프(23)는, 이송파이프(10) 및 연결튜브(21)의 일부부분을 감싸고, 양단부가 고정링(21c)과 결합하여, 이송파이프(10)와의 사이에 작동유체(25)를 수용하는 밀폐공간(22)을 형성하는 중공파이프이다. 즉 양단부가 고정링(21c)과 결합한 상태로 밀폐공간(22)을 제공하는 것이다.

아우터파이프(23)의 양단부는 고정링(21c)에 접한 상태로 용접 방식으로 고정된다. 고정링(21c)에 대한 아우터파이프(23)의 용접은 자동용접이나 수동용접 모두 가능하다. 아우터파이프(23)는 연결튜브(21)와 동일한 종류의 금속으로 제작될 수 있다.

밀폐공간(22)에 채워지는 작동유체(25)는 가열부(27)에 의해 가열되어 상변화 하는 유체로서, 프레온계 냉매, 메탄올이나 에탄올 또는 물 일 수 있다. 작동유체(25)는, 대류(對流)와 전도에 의해 이송파이프(10) 및 연결튜브(21)의 일부분(아우터파이프(23)에 커버된 부분)을 가열하여, 파이프를 균일한 온도를 유지시킨다. 이송파이프(10)와 연결튜브(21)를 가열한다는 것은, 내부 유동 유체를 가열한다는 의미이다.

작동유체는, 밀폐공간(22)에 채워진 상태로 이송파이프(10)를 완전히 감싸고 있으므로, 이송파이프(10)에 균일한 열을 전달한다. 즉, 이송파이프(10)의 길이방향이나 원주방향으로, 열량의 편차가 없는 열을 제공하는 것이다.

참고로, 열선을 열원으로 사용하는 종전 히팅장치는, 열선의 간격에 따라 열의 균일한 전달이 불가능하였다. 말하자면, 열선과 접하고 있는 부분은 쉽게 가열되지만, 열선과 열선 사이는 늦게 가열되거나 낮은 온도로 가열되는 것이다. 또한 열선과 파이프의 접촉부분에서의 열저항이 커서 전기소모가 심하였다.

가열부(27)는, 아우터파이프(23)를 감싼 상태로 열을 출력하여 아우터파이프(23)를 가열하는 히팅수단이다. 가열된 아우터파이프(23)의 열이 작동유체로 전달됨은 물론이다. 결국, 본 실시예에서의 히팅장치는, 가열부(27)로 아우터파이프(23)를 가열하고, 아우터파이프(23)가 작동유체를 가열하게 하는 원리를 갖는 것이다.

아우터파이프(23)를 가열할 수 있는 한 가열부(27)의 종류는 다양하게 적용 가능하며, 가령, 폴리이미드필름을 적용한 면상발열체, STS에칭히터, CNT히터, 그래핀을 열원으로 사용할 수 있다.

단열부(29)는, 가열부(27)를 감싸 가열부의 열손실을 억제하는 역할을 한다. 단열부(29)를 적용함으로써 가열부(27)의 열이 주변으로 발산하지 않고 아우터파이프(23)의 가열에 사용된다. 단열부(29)를 구성하는 단열재는 일반적인 단열용 소재를 사용할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅자켓 장치에서의 연결튜브에 대한 아우터파이프의 다른 고정 방식을 설명하기 위한 일부 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 아우터파이프(23)를 고정링(21c)의 안쪽 측면부(21d)에 용접 시킬 수도 있다. 이렇게 할 경우, 고정링(21c)에 대한 아우터파이프(23)의 용접 작업이 비교적 수월해진다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 고정링(21c)에 결합홈(21e)을 형성하고, 아우터파이프(23)의 단부를 결합홈(21e)에 끼워 용접할 수도 있다. 이처럼 끼움식 용접은, 용접을 진행하는 동안 아우터파이프(23)의 움직임을 방지할 수 있다.

도 5a는 벤딩된 유체 이송파이프에 히팅자켓 장치가 적용된 파이프구조체(30)를 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a에 도시한 파이프구조체의 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 파이프구조체(30)는, 하나의 곡관형 이송파이프(10)와, 이에 직교하는 직관형 이송파이프(10)를 내장한다. 이송파이프(10)가 곡관이던 직관이던 히팅자켓 장치가 적용될 수 있는 것이다.

직관형 이송파이프(10)의 일단부에는 마이크로엘보우(33)의 일측부가, 타단부에는 연결튜브(21)가 맞대기 자동용접 된다. 또한, 곡관형 이송파이프(10)의 하단부는 마이크로엘보우(33)가, 상단부에는 또 다른 연결튜브(21)가 자동용접 방식으로 고정된다.

직관형 이송파이프(10)와 곡관형 이송파이프가 마이크로엘보우(33)를 매개로 직각으로 연결되고, 또한 각각의 단부에 연결튜브(21)를 갖는 것이다. 각 연결튜브(21)의 단부에는 너트(31)가 끼워지고 그랜드(36)가 고정된다.

한편, 이송파이프(10)와 마이크로엘보우(33)의 둘레에 밀폐공간을 형성하기 위하여, 아우터엘보우(35)와, 세 개의 직선형 아우터파이프(23)와, 한 쌍의 파이프하프(23c)가 사용된다.

아우터엘보우(35)는 두 개의 엘보우하프(25a)로 구성된다. 엘보우하프(25a)는 마이크로엘보우(33)를 수용한 상태로 용접되어 아우터엘보우(35)를 구성한다. 아우터엘보우(35) 내부에 작동유체가 머물 수 있는 밀폐공간이 형성됨은 물론이다.

직관형 이송파이프(10)에는 아우터파이프(23)가 끼워진다. 아우터파이프(23)의 일단부는 아우터엘보우가, 타단부에는 연결튜브(21)의 고정링(21c)이 용접 결합된다. 이 때의 용접방식은 수동용접이나 자동용접 일 수 있다.

또한, 곡관형 이송파이프(10)에 있어서 수직방향 직선부분에는 수직의 이송파이프가, 수평방향 직선부분에는 수평의 이송파이프(10)가 각각 끼워진다. 수직의 이송파이프의 하단부는 아우터엘보우(35)의 상부에 용접 고정된다. 또한 수평의 이송파이프의 일단부는 연결튜브(21)의 고정링(21c)에 용접 고정된다.

아울러 수직의 이송파이프와 수평의 이송파이프의 사이에는 파이프하프(23c)가 적용된다. 파이프하프(23c)는 아우터파이프(23)를 길이방향으로 분할한 부재이다. 두 개의 파이프하프(23c)를 맞추어 용접하면 구부러진 아우터파이프(23)가 만들어진다. 파이프하프(23c) 자체의 용접과, 파이프하프에 대한 아우터파이프의 용접은 수동용접 또는 자동용접 일 수 있다.

즉, 유체이송용 이중 파이프는, 이송파이프, 연결튜브, 및 아우터파이프를 별도로 구성요소로 제작하여 길이나 형상에 맞추어 결합시킬 수 있으므로, 이송파이프들이 서로 연결된 전체 라인의 길이나 형상에 관계없이 균일한 열전달이 가능하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅자켓 장치(20)의 제작 방법을 참고적으로 설명하기 위한 도면이다.

히팅장치(20)의 제작방법은, 준비단계, 자동용접단계, 아우터파이프 고정단계, 작동유체주입 및 밀봉단계, 가열부 장착단계, 단열부 장착단계를 포함한다.

준비단계는, 이송파이프(10)의 단부에 고정할 연결튜브(도 6a의 21)를 준비하는 과정이다. 연결튜브(21)의 직경은 이송파이프(10)의 직경과 같다.

자동용접단계는, 이송파이프(10)의 양단부에 연결튜브(21)를 고정하는 과정이다. 위에 설명한 바와 같이, 연결튜브(21)는 이송파이프(10)의 단부에 맞대어진 상태로 자동용접 된다. (도 6b 참조)

이어지는 아우터파이프 고정단계는, 아우터파이프(23)로 이송파이프(10)를 감싸는 과정이다. 아우터파이프(23)의 양단부는 고정링(21c)에 용접되며, 아우터파이프(23)와의 사이에 밀폐공간(도 2의 22)을 제공한다. (도 6c 참조)

작동유체주입 및 밀봉단계는, 아우터파이프(23)에 미세한 주입공(23a)을 천공하고, 밀폐공간(22)에 작동유체를 주입한 후 주입공(23a)을 막는 과정이다. 밀폐공간(22)에 주입된 작동유체는 가열부(27)에 의해 가열되며 이송파이프(10)를 가열한다. 주입공(23a)의 밀봉은 용접방식으로 구현된다. 용접봉을 녹여 주입공(23a)을 막는 것이다. (도 6d 참조)

가열부장착단계는 아우터파이프(23)의 외주면에 가열부(27)를 설치하는 과정이다. 가열부(27)는, 위에 설명한 바와 같이, 폴리이미드필름을 적용한 면상발열체, STS에칭히터, CNT히터, 그래핀일 수 있다.

또한, 단열부장착단계는, 가열부(27)의 외측에 단열부(29)를 장착하는 과정이다. 단열부(29)를 설치함으로써, 이송파이프(10)를 가열하기 위한 히팅장치(20)의 제작이 완료된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:이송파이프 20:히팅장치 21:연결튜브
21a:튜브본체 21c:고정링 21d:측면부
21e:결합홈 22:밀폐공간 23:아우터파이프
23a:주입공 23c:파이프하프 25:작동유체
27:가열부 29:단열부 30:파이프구조체
31:너트 33:마이크로엘보우 35:아우터엘보우
35a:엘보우하프 36:그랜드

Claims (7)

1. 삭제
2. 유체를 통과시키도록 서로 인접한 두개의 이송파이프와;
   상기 인접한 이송파이프 사이에 개재되어서, 상기 인접한 이송 파이프 사이를 연결하는 튜브본체와, 상기 튜브본체 외주면 중앙부에 돌출된 스페이서부를 구비한 연결튜브와;
   상기 인접한 이송파이프 각각 및 튜브본체의 일부를 감싸고, 상기 연결튜브의 스페이서부와 결합하며, 각각의 이송파이프와의 사이에 작동유체를 수용하는 밀폐공간을 제공하는 두개의 아우터파이프;를 구비하고,
   상기 튜브본체는, 서로 인접한 이송파이프와 동일한 직경을 가지며 이송파이프의 단면에 맞대어진 상태로 자동 용접 결합되고,
   상기 튜브본체 및 이송파이프의 내주면은 각각 전해연마(Electrolytic Polishing) 처리되며,
   상기 스페이서부의 일측 및 타측은 서로 인접한 아우터 파이프 각각과 용접 결합되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조에 사용되는 유체 이송용 이중 파이프.
3. 제2항에 있어서,
   상기 스페이서부는, 상기 튜브본체의 외주면에 일체를 이루며 링의 형상을 취하는 고정링인,
   반도체 제조에 사용되는 유체 이송용 이중 파이프.
4. 제3항에 있어서,
   상기 고정링은, 아우터파이프의 양단부에 용접 방식으로 결합하는,
   반도체 제조에 사용되는 유체 이송용 이중 파이프.
5. 제4항에 있어서,
   상기 고정링에는, 아우터파이프의 단부를 수용하는 결합홈이 형성되고,
   아우터파이프의 양단부는 결합홈에 끼워진 상태로 용접되는,
   반도체 제조에 사용되는 유체 이송용 이중 파이프.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 하나의 항의 구조를 가진 유체 이송용 이중 파이프; 및
   상기 아우터파이프를 감싸고 아우터파이프를 통해 작동유체에 열을 전달하여 작동유체가 이송파이프를 가열하게 하는 가열부;를 구비한,
   반도체 제조에 사용되는 히팅자켓 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가열부의 외측에,
   가열부를 감싸 가열부의 열손실을 방지하는 단열부가 더 구비된,
   반도체 제조에 사용되는 히팅자켓 장치.
   
   

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