KR20180021526A - 캐리어 가스 가열장치 - Google Patents

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Abstract

캐리어 가스 가열장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치는, 캐리어 가스(carrier gas)가 이동되면서 가열되는 이동가열 공간부가 내부에 형성되되 가열대상의 캐리어 가스가 유입되는 가스 유입부와, 가열이 완료된 캐리어 가스가 배출되는 가스 배출부가 연결되는 외부 하우징; 적어도 일측이 이동가열 공간부에 배치되는 샤프트형 히터; 및 샤프트형 히터의 반경방향 외측에 배치되며, 샤프트형 히터와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있도록 캐리어 가스의 체류시간을 연장시키면서 가이드하는 가스 가이드용 디스크 모듈을 포함한다.

Description

캐리어 가스 가열장치{Carrier gas heating apparatus}
본 발명은, 캐리어 가스 가열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 효율적인 구조와 방법으로 캐리어 가스를 가열시킬 수 있어 종래보다 캐리어 가스의 가열효율을 향상시킬 수 있음은 물론 콤팩트한 구조를 가지기 때문에 캐리어 가스를 필요로 하는 다양한 장비에 적용될 수 있는 캐리어 가스 가열장치에 관한 것이다.
캐리어 가스(carrier gas)는 웨이퍼를 이용한 반도체의 증착 공정 등의 진행 시 챔버 내에서 첨가물의 수송을 담당하는 기체의 총칭이다. 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스가 캐리어 가스로 쓰일 수 있다.
참고로, 웨이퍼를 이용한 반도체의 증착 공정 방식에는 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 등이 있으며, 각기 해당 증착장비를 통해 진행될 수 있다.
한편, 다양한 증착장비를 이용해서 그에 해당하는 증착 공정을 진행할 때는 전술한 캐리어 가스를 공급하게 되는데, 이때 캐리어 가스를 가열해서 공급하면 여러 가지 장점을 제공할 수 있는 것으로 알려지고 있다.
즉 가열된 캐리어 가스를 사용하게 되면 우선, CVD, PVD 또는 ALD 등의 증착장비를 통한 웨이퍼의 박박 증착 시 박막 증착률을 향상시킬 수 있음은 물론 공정 준비시간을 단축시킬 수 있다.
또한 증착장비에서 웨이퍼를 위치 이동할 때 웨이퍼의 워페이지(warpage)를 감소시킬 수 있음은 물론 증기효과로 인해 부산물을 증가시킬 수 있으면서도 파티클은 감소시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 다양한 장점으로 인해 캐리어 가스를 가열하기 위한 여러 방안이나 장치가 개발되거나 개발 예정에 있다.
하지만, 현재 알려져 있는 캐리어 가스 가열장치의 경우에는 구조가 다소 복잡하기 때문에 장비 적용에 어려움이 있고, 또한 복잡한 구조에 비해 그 효율이 다소 떨어진다는 불만이 제기되고 있다는 점을 고려해볼 때, 좀 더 콤팩트하면서도 효율적인 구조로써 캐리어 가스를 가열시킴으로써 가열된 캐리어 가스의 사용에 따른 다양한 효과를 제공할 수 있는 캐리어 가스 가열장치에 대한 필요성이 대두된다.
대한민국특허청 출원번호 제20-1996-0067825호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 효율적인 구조와 방법으로 캐리어 가스를 가열시킬 수 있어 종래보다 캐리어 가스의 가열효율을 향상시킬 수 있음은 물론 콤팩트한 구조를 가지기 때문에 캐리어 가스를 필요로 하는 다양한 장비에 적용될 수 있는 캐리어 가스 가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 캐리어 가스(carrier gas)가 이동되면서 가열되는 이동가열 공간부가 내부에 형성되되 가열대상의 캐리어 가스가 유입되는 가스 유입부와, 가열이 완료된 캐리어 가스가 배출되는 가스 배출부가 연결되는 외부 하우징; 적어도 일측이 상기 이동가열 공간부에 배치되는 샤프트형 히터; 및 상기 샤프트형 히터의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 샤프트형 히터와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있도록 상기 캐리어 가스의 체류시간을 연장시키면서 가이드하는 가스 가이드용 디스크 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치가 제공될 수 있다.
상기 가스 가이드용 디스크 모듈은, 상기 샤프트형 히터의 길이방향을 따라 다수 개가 등간격으로 배열될 수 있다.
상기 가스 가이드용 디스크 모듈에는 상기 캐리어 가스가 통과되는 다수의 가스 통과홀이 형성될 수 있으며, 상기 다수의 가스 가이드용 디스크 모듈들 각각에 형성되는 가스 통과홀들의 위치가 서로 다를 수 있다.
상기 이동가열 공간부는, 상기 가스 유입부에서 유입되는 캐리어 가스의 이동방향과 동축적으로 배치되어 상기 캐리어 가스가 이동되게 하는 제1 이동가열 공간부; 상기 제1 이동가열 공간부와 연통되며, 상기 제1 이동가열 공간부에서 전달되는 캐리어 가스가 역방향으로 방향전환되어 이동되게 하는 제2 이동가열 공간부; 및 상기 제2 이동가열 공간부와 연통되며, 상기 제2 이동가열 공간부에서 전달되는 캐리어 가스가 다시 역방향으로 방향전환되어 이동되게 하는 제3 이동가열 공간부를 포함할 수 있다.
상기 가스 가이드용 디스크 모듈은 상기 제3 이동가열 공간부에 배치될 수 있다.
상기 제3 이동가열 공간부가 상기 제1 및 제2 이동가열 공간부의 부피보다 클 수 있다.
상기 외부 하우징의 내부에는 상기 제1 내지 제3 이동가열 공간부가 위치별로 형성되게 하는 내부 하우징이 마련될 수 있다.
상기 내부 하우징은, 상기 제1 이동가열 공간부와 상기 제2 이동가열 공간부 사이에 마련되며, 상기 제1 이동가열 공간부와 상기 제2 이동가열 공간부를 부분적으로 분리시키는 제1 내부 벽체부; 상기 제2 이동가열 공간부와 상기 제3 이동가열 공간부 사이에 마련되며, 상기 제2 이동가열 공간부와 상기 제3 이동가열 공간부를 부분적으로 분리시키는 제2 내부 벽체부; 및 상기 샤프트형 히터가 삽입되면서 탑재되는 히터 탑재용 벽체부를 포함할 수 있으며, 상기 가스 가이드용 디스크 모듈은 상기 히터 탑재용 벽체부에 접촉결합될 수 있다.
상기 히터 탑재용 벽체부와 상기 외부 하우징의 가스 배출부는 분리 배치될 수 있다.
상기 히터 탑재용 벽체부와 상기 외부 하우징의 가스 배출부는 연결되되 상기 히터 탑재용 벽체부에는 가스 배출용 통공이 형성될 수 있으며, 상기 가스 배출용 통공의 주변에는 상기 가스 가이드용 디스크 모듈을 통해 가이드되면서 이동되는 캐리어 가스의 경로를 변경시켜 상기 가스 배출용 통공으로 향하게 하는 가이드 블록이 배치될 수 있다.
상기 가스 유입부와 상기 내부 하우징 사이에 배치되되 상기 제1 이동가열 공간부와 연통되는 다수의 통공을 구비하는 디스크 캡을 더 포함할 수 있다.
상기 디스크 캡에 형성되는 통공들은 반경방향 외측으로 갈수록 그 사이즈가 점진적으로 좁아지게 형성될 수 있다.
상기 가스 배출부로 배출되는 캐리어 가스의 온도를 감지하는 캐리어 가스 온도감지부; 및 상기 캐리어 가스 온도감지부로부터의 감지값에 기초하여 상기 샤프트형 히터의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 캐리어 가스 온도감지부는 그 일단부가 상기 이동가열 공간부에 배치되되 상기 외부 하우징의 내부에서 상기 가스 배출부로 배출되기 직전의 캐리어 가스에 대한 온도를 감지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 효율적인 구조와 방법으로 캐리어 가스를 가열시킬 수 있어 종래보다 캐리어 가스의 가열효율을 향상시킬 수 있음은 물론 콤팩트한 구조를 가지기 때문에 캐리어 가스를 필요로 하는 다양한 장비에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치의 사용 상태도이다.
도 2는 도 1의 개략적인 단면도이다.
도 3은 외부 하우징 영역의 확대도로서 캐리어 가스의 이동 경로를 화살표로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 화살표를 제거한 상태의 도면이다.
도 5는 가스 가이드용 디스크 모듈의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치의 제어블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치에서 외부 하우징 영역에 대한 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 각각 가스 가이드용 디스크 모듈의 변형예들이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치의 사용 상태도이고, 도 2는 도 1의 개략적인 단면도이며, 도 3은 외부 하우징 영역의 확대도로서 캐리어 가스의 이동 경로를 화살표로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 화살표를 제거한 상태의 도면이며, 도 5는 가스 가이드용 디스크 모듈의 확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치의 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치(100)는 효율적인 구조와 방법으로 캐리어 가스를 가열시킬 수 있어 종래보다 캐리어 가스의 가열효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로서, 외부 하우징(110)과, 외부 하우징(110) 내에 마련되는 내부 하우징(150)과, 샤프트형 히터(130)와, 다수의 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치(100)는 종래와 달리 콤팩트한 구조, 즉 외부 하우징(110) 내에 간단한 구성들이 콤팩트하게 갖춰지는 구조를 가지기 때문에 캐리어 가스를 필요로 하는 다양한 장비, 예컨대 평면디스플레이나 웨이퍼의 박막 증착을 위한 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 증착장비에 적용될 수 있다.
물론, 증착장비가 아니더라도 가열 캐리어 가스(carrier gas)를 사용하는 챔버나 장비에 적용될 수도 있다.
외부 하우징(110)은 장치의 외관을 이룬다. 본 실시예의 경우, 원통형 구조물로서 외부 하우징(110)을 제작하고 있다.
따라서 외부 하우징(110) 내에 내부 하우징(150)을 마련하거나 또한 외부 하우징(110)에 샤프트형 히터(130) 및 캐리어 가스 온도감지부(170) 등의 구조를 탑재하기에 유리하다. 하지만, 이러한 사항에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다. 즉 외부 하우징(110)이 반드시 원통형 구조물일 필요는 없다.
외부 하우징(110)의 일측에는 가열대상의 캐리어 가스가 유입되는 가스 유입부(111)가 연결되고, 타측에는 외부 하우징(110) 내에서 가열이 완료된 캐리어 가스가 배출되는 가스 배출부(113)가 연결된다.
가스 유입부(111)와 가스 배출부(113)는 모두 파이프(pipe) 형상의 구조물로 적용된다. 따라서 다른 구성들과 연결되기에 유리하다.
예컨대, 가스 유입부(111)에는 캐리어 가스, 즉 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(미도시)가 연결될 수 있다. 그리고 가스 배출부(113)에는 가열된 캐리어 가스를 증장장비용 챔버(미도시)에 공급하기 위한 다양한 분기관(115)이 연결될 수 있다.
외부 하우징(110)의 내부에는 캐리어 가스(carrier gas)가 이동되면서 가열되는 이동가열 공간부(121~123)가 형성된다. 이동가열 공간부(121~123)는 외부 하우징(110)과, 그 내부에 마련되는 내부 하우징(150)의 구조적인 특징에 의해 마련될 수 있다.
이동가열 공간부(121~123)는 가스 유입부(111)에서 유입되는 캐리어 가스의 이동방향과 동축적으로 배치되어 캐리어 가스가 이동되게 하는 제1 이동가열 공간부(121)와, 제1 이동가열 공간부(121)와 연통되며, 제1 이동가열 공간부(121)에서 전달되는 캐리어 가스가 역방향으로 방향전환되어 이동되게 하는 제2 이동가열 공간부(122)와, 제2 이동가열 공간부(122)와 연통되며, 제2 이동가열 공간부(122)에서 전달되는 캐리어 가스가 다시 역방향으로 방향전환되어 이동되게 하는 제3 이동가열 공간부(123)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 경우에는 제3 이동가열 공간부(123)가 제1 및 제2 이동가열 공간부(121,122)의 부피보다 크게 마련되는데, 제3 이동가열 공간부(123)에 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)이 배치되기 때문이다.
본 실시예처럼 가스 유입부(111)에서 유입되는 캐리어 가스 즉 상온의 캐리어 가스가 도 3의 화살표처럼 제1 내지 제3 이동가열 공간부(121~123)를 거친 후에 가스 배출부(113)를 통해 배출될 경우, 가스 배출부(113)로 그대로 배출되는 것과 비교해서 체류시간이 길어질 수 있다. 이처럼 캐리어 가스가 외부 하우징(110)의 내의 제1 내지 제3 이동가열 공간부(121~123)에서 체류하는 시간이 길어짐에 따라 샤프트형 히터(130)와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있게 되어 캐리어 가스의 가열효율이 향상될 수 있다. 참고로, 도 3에서는 화살표의 두께가 두꺼워질수록 캐리어 가스가 점점 더 가열되고 있음을 나타내었다.
내부 하우징(150)은 외부 하우징(110)의 내부에 마련되는 구조물로서, 외부 하우징(110)과 함께 제1 내지 제3 이동가열 공간부(123)가 위치별로 형성되게 하는 역할을 한다.
이러한 내부 하우징(150)은 제1 내부 벽체부(151), 제2 내부 벽체부(152), 그리고 히터 탑재용 벽체부(153)를 포함할 수 있다.
제1 내부 벽체부(151)는 제1 이동가열 공간부(121)와 제2 이동가열 공간부(122) 사이에 마련되며, 제1 이동가열 공간부(121)와 제2 이동가열 공간부(122)를 부분적으로 분리시키는 역할을 한다. 물론, 제1 이동가열 공간부(121)와 제2 이동가열 공간부(122)는 서로 연통되어야 하기 때문에 제1 내부 벽체부(151)가 제1 이동가열 공간부(121)와 제2 이동가열 공간부(122)를 완전히 격리시키는 것은 아니다.
제2 내부 벽체부(152)는 제2 이동가열 공간부(122)와 제3 이동가열 공간부(123) 사이에 마련되며, 제2 이동가열 공간부(122)와 제3 이동가열 공간부(123)를 부분적으로 분리시키는 역할을 한다. 제2 이동가열 공간부(122)와 제3 이동가열 공간부(123) 역시, 서로 연통되어야 하기 때문에 제2 내부 벽체부(152)가 제2 이동가열 공간부(122)와 제3 이동가열 공간부(123)를 완전히 격리시키지는 않는다.
히터 탑재용 벽체부(153)는 샤프트형 히터(130)가 삽입되면서 탑재되는 장소를 이룬다. 본 실시예에서 샤프트형 히터(130)는 긴 막대형 구조를 가지므로, 이에 대응되게 히터 탑재용 벽체부(153)가 마련된다. 이러한 히터 탑재용 벽체부(153)에 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)이 접촉결합된다.
이때, 히터 탑재용 벽체부(153)와 외부 하우징(110)의 가스 배출부(113)는 분리 배치된다. 따라서 캐리어 가스는 가스 유입부(111), 제1 이동가열 공간부(121), 제2 이동가열 공간부(122), 제3 이동가열 공간부(123)의 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b), 그리고 히터 탑재용 벽체부(153) 및 가스 배출부(113) 사이의 공간(S, 도 4 참조)을 거쳐 가열된 후, 가스 배출부(113)로 배출될 수 있다.
가스 유입부(111)와 내부 하우징(150) 사이에는 디스크 캡(160)이 마련될 수 있다. 디스크 캡(160) 역시, 원반 형상을 가질 수 있다. 이러한 디스크 캡(160)에는 제1 이동가열 공간부(121)와 연통되는 다수의 통공(161)이 형성된다. 이때, 디스크 캡(160)에 형성되는 통공(161)들은 반경방향 외측으로 갈수록 그 사이즈가 점진적으로 좁아지게 형성될 수 있다. 이러한 구조로 인해 가스 유입부(111)를 통해 유입되는 상온의 캐리어 가스는 디스크 캡(160)의 통공(161)들을 경유하여 제1 이동가열 공간부(121)로 향할 수 있다.
샤프트형 히터(130)는 인가되는 전기에 의해 발열되면서 캐리어 가스를 가열한다. 이러한 샤프트형 히터(130)는 긴 막대형 구조를 가지며, 히터 탑재용 벽체부(153) 내에 삽입된 상태에서 제3 이동가열 공간부(123)에 배치될 수 있다. 샤프트형 히터(130)의 온/오프(OFF) 동작 및 가열 세기 등은 컨트롤러(180)에 의해 적절하게 컨트롤될 수 있다.
가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)은 샤프트형 히터(130)의 반경방향 외측에 배치되며, 샤프트형 히터(130)와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있도록 캐리어 가스의 체류시간을 연장시키면서 가이드하는 역할을 한다.
특히, 본 실시예에서 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)은 디스크형 구조물을 이루며, 제3 이동가열 공간부(123) 내에서 히터 탑재용 벽체부(153)에 접촉결합된다. 따라서 샤프트형 히터(130)로부터 열전달이 용이해질 수 있다.
본 실시예에서 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)은 샤프트형 히터(130)의 길이방향을 따라 다수 개가 등간격으로 배열된다. 본 실시예의 경우, 3개의 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)을 제시하고 있으나 이러한 수치에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)들에는 캐리어 가스가 통과되는 다수의 가스 통과홀(141a,141b)이 형성된다. 이때, 다수의 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)들 각각에 형성되는 가스 통과홀(141a,141b)들의 위치가 서로 다를 수 있다.
본 실시예처럼 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b)들 각각에 형성되는 가스 통과홀(141a,141b)들의 위치가 서로 다른 경우, 그만큼 캐리어 가스의 체류시간을 연장시킬 수 있기 때문에 캐리어 가스의 가열효과를 높이는 데에 유리하다.
한편, 본 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치(100)에는 캐리어 가스 온도감지부(170)와, 컨트롤러(180)가 더 마련된다.
캐리어 가스 온도감지부(170)는 가스 배출부(113)로 배출되는 캐리어 가스의 온도를 감지하고, 그 감지값을 컨트롤러(180)로 전송한다.
이때, 캐리어 가스 온도감지부(170)는 그 일단부(170a)가 이동가열 공간부(121)에 배치되되 외부 하우징(110)의 내부에서 가스 배출부(113)로 배출되기 직전의 캐리어 가스에 대한 온도를 감지한다. 따라서 감지값의 신뢰도가 향상될 수 있으며, 컨트롤이 정확해질 수 있다.
컨트롤러(180)는 캐리어 가스 온도감지부(170)로부터의 감지값에 기초하여 샤프트형 히터(130)의 동작, 즉 온/오프(OFF) 동작 및 가열 세기 등의 동작을 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(180)는 중앙처리장치(181, CPU), 메모리(182, MEMORY), 그리고 서포트 회로(183, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(181)는 본 실시예에서 캐리어 가스 온도감지부(170)로부터의 감지값에 기초하여 샤프트형 히터(130)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(182, MEMORY)는 중앙처리장치(181)과 연결된다. 메모리(182)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(183, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(181)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(183)은 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(180)는 캐리어 가스 온도감지부(170)로부터의 감지값에 기초하여 샤프트형 히터(130)의 동작을 컨트롤한다. 이때, 컨트롤러(180)가 캐리어 가스 온도감지부(170)로부터의 감지값에 기초하여 샤프트형 히터(130)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(182)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(182)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치(100)의 작용을 설명한다.
장치가 가동되면 가스 유입부(111)를 통해 상온의 캐리어 가스가 유입된다. 가스 유입부(111)를 통해 유입되는 상온의 캐리어 가스는 디스크 캡(160)의 통공(161)들을 경유하여 제1 이동가열 공간부(121)로 향한다. 그런 다음, 제2 내지 제3 이동가열 공간부(122~123)를 거친 후에 가스 배출부(113)를 통해 배출된다.
이처럼 가스 유입부(111)에서 유입되는 캐리어 가스 즉 상온의 캐리어 가스가 도 3의 화살표처럼 제1 내지 제3 이동가열 공간부(121~123)를 거친 후에 가스 배출부(113)를 통해 배출될 경우, 가스 배출부(113)로 그대로 배출되는 것과 비교해서 체류시간이 길어질 수 있다. 따라서 샤프트형 히터(130)와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있게 되어 캐리어 가스의 가열효율이 향상될 수 있다.
결과적으로, 캐리어 가스는 가스 유입부(111), 제1 이동가열 공간부(121), 제2 이동가열 공간부(122), 제3 이동가열 공간부(123)의 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b), 그리고 히터 탑재용 벽체부(153) 및 가스 배출부(113) 사이의 공간(S, 도 4 참조)을 거쳐 가열된 후, 가스 배출부(113)로 배출됨으로써 가열 캐리어 가스를 필요로 하는 곳으로 전달될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 효율적인 구조와 방법으로 캐리어 가스를 가열시킬 수 있어 종래보다 캐리어 가스의 가열효율을 향상시킬 수 있음은 물론 콤팩트한 구조를 가지기 때문에 캐리어 가스를 필요로 하는 다양한 장비에 적용될 수 있게 된다.
특히, 본 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치(100)가 웨이퍼의 증착을 위한 장비에 적용될 경우, 가열 캐리어 가스가 사용되기 때문에 웨이퍼의 증착 시 증착률을 향상시킬 수 있음은 물론 공정 준비시간을 단축시킬 수 있다.
또한 웨이퍼를 위치 이동할 때 웨이퍼의 워페이지(warpage)를 감소시킬 수 있으며, 증기효과에 의한 부산물을 증가시킬 수 있고 파티클을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치에서 외부 하우징 영역에 대한 단면도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 캐리어 가스 가열장치(200) 역시, 내부 하우징(250)이 내부에 마련되는 외부 하우징(210)과, 샤프트형 히터(230)와, 샤프트형 히터(230)의 외측에서 이격 배치되면서 캐리어 가스의 체류시간을 연장시키는 다수의 가스 가이드용 디스크 모듈(240a,240b)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 가스 가이드용 디스크 모듈(240a,240b)의 개수가 전술한 실시예보다 더 많이 적용된다.
한편, 이와 같은 구조에서 샤프트형 히터(230)가 삽입되면서 탑재되는 히터 탑재용 벽체부(253)와 외부 하우징(210)의 가스 배출부(213)는 전술한 실시예와 달리 연결된 구조를 갖는다. 이때, 히터 탑재용 벽체부(253)에는 가스 배출용 통공(254)이 형성된다.
따라서 가스 가이드용 디스크 모듈(240a,240b)을 지나면서 가열된 캐리어 가스는 히터 탑재용 벽체부(253)의 말단에 형성되는 가스 배출용 통공(254)을 통해 가스 배출부(213)로 배출될 수 있다.
이와 같은 구조에서 가스 배출용 통공(254)의 주변에는 가스 가이드용 디스크 모듈(240a,240b)을 통해 가이드되면서 이동되는 캐리어 가스의 경로를 변경시켜 가스 배출용 통공(254)으로 향하게 하는 가이드 블록(255)이 배치된다.
본 실시예처럼 가이드 블록(255)이 배치되면 그만큼 더 캐리어 가스의 체류시간이 길어질 수 있어서 캐리어 가스의 가열효율이 높아질 수 있다.
본 실시예에가 적용되더라도 효율적인 구조와 방법으로 캐리어 가스를 가열시킬 수 있어 종래보다 캐리어 가스의 가열효율을 향상시킬 수 있음은 물론 콤팩트한 구조를 가지기 때문에 캐리어 가스를 필요로 하는 다양한 장비에 적용될 수 있다.
도 8 내지 도 11은 각각 가스 가이드용 디스크 모듈의 변형예들이다.
전술한 실시예들에서 설명된 가스 가이드용 디스크 모듈(140a,140b, 240a,240b)의 구조는 도 8 내지 도 11처럼 다양하게 변형될 수 있다.
이때, 도 8 내지 도 11의 가스 가이드용 디스크 모듈(340~540)은 개별적으로 적용될 수도 있고, 아니면 몇 개가 서로 복합적으로 적용될 수도 있다.
구체적으로 살펴보면, 우선 도 8의 실시예에 따른 가스 가이드용 디스크 모듈(340) 역시, 캐리어 가스가 통과되는 다수의 가스 통과홀(341)을 구비한다. 이때, 가스 통과홀(341)은 단순한 직선형 라인이 아니다. 즉 본 실시예에서 가스 통과홀(341)은 제1 가스 통과라인(341a), 가스 확경부(341b) 및 제2 가스 통과라인(341c)을 포함한다. 이때, 가스 확경부(341b)는 내면이 각진 사각통 구조를 갖는다.
가스 통과홀(341)이 도 8과 같은 구조를 가질 경우, 제1 가스 통과라인(341a)으로 통과되던 캐리어 가스는 가스 확경부(341b)에서 합쳐진 후, 다시 제2 가스 통과라인(341c)으로 통과될 수 있는데, 이러한 경로를 형성함으로써 캐리어 가스의 체류시간을 연장시킬 수 있고, 이로 인해 샤프트형 히터(130, 도 2 참조)와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있게 되어 캐리어 가스의 가열효율이 향상될 수 있다.
다음으로, 도 9의 실시예에 따른 가스 가이드용 디스크 모듈(440) 역시 도 8의 가스 가이드용 디스크 모듈(340)과 거의 유사한 구조를 갖는다.
즉 도 9의 실시예에 따른 가스 가이드용 디스크 모듈(440)은 제1 가스 통과라인(441a), 가스 확경부(441b) 및 제2 가스 통과라인(441c)을 구비하는 가스 통과홀(441)을 포함한다.
이때, 가스 확경부(441b)는 원통형 구조를 갖는다. 이처럼 가스 확경부(441b)가 곡면이 있는 원통형 구조를 갖는 경우, 가스 확경부(441b) 내에서 가스가 회전되면서 순환될 수 있게 되는데, 이에 따라 캐리어 가스의 체류시간을 연장시킬 수 있고, 이로 인해 샤프트형 히터(130, 도 2 참조)와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있게 되어 캐리어 가스의 가열효율이 향상될 수 있다.
마지막으로, 도 10 및 도 11의 실시예에 따른 가스 가이드용 디스크 모듈(540) 역시, 캐리어 가스가 통과되는 다수의 가스 통과홀(541)을 구비한다. 도 11은 도 10의 정면도이다.
이와 같은 구조에서 가스 통과홀(541)은 가스가 유입되는 다수의 가스 유입라인(541a)과, 다수의 가스 유입라인(541a)이 합쳐지는 가스 연통라인(541b)과, 가스 유입라인(541a)들의 반경방향 내측에 배치되되 가스 연통라인(541b)에서 다시 개별적으로 분기되어 가스가 개별적으로 배출되는 다수의 가스 배출라인(541c)을 포함한다.
가스 통과홀(541)이 도 10 및 도 11과 같은 구조를 가질 경우, 가스 유입라인(541a)들로 통과되던 캐리어 가스는 가스 연통라인(541b)에서 합쳐진 후, 가스 배출라인(541c)들로 분기되어 배출될 수 있는데, 이러한 경로를 형성함으로써 캐리어 가스의 체류시간을 연장시킬 수 있고, 이로 인해 샤프트형 히터(130, 도 2 참조)와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있게 되어 캐리어 가스의 가열효율이 향상될 수 있다.
이상 설명한 도 8 내지 도 11의 가스 가이드용 디스크 모듈(340~540)이 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 캐리어 가스 가열장치 110 : 외부 하우징
111 : 가스 유입부 113 : 가스 배출부
121 : 제1 이동가열 공간부 122 : 제2 이동가열 공간부
123 : 제3 이동가열 공간부 130 : 샤프트형 히터
140a,140b : 가스 가이드용 디스크 모듈 141a,141b : 가스 통과홀
150 : 내부 하우징 151 : 제1 내부 벽체부
152 : 제2 내부 벽체부 153 : 히터 탑재용 벽체부
160 : 디스크 캡 161 : 통공
170 : 캐리어 가스 온도감지부 180 : 컨트롤러

Claims (14)

  1. 캐리어 가스(carrier gas)가 이동되면서 가열되는 이동가열 공간부가 내부에 형성되되 가열대상의 캐리어 가스가 유입되는 가스 유입부와, 가열이 완료된 캐리어 가스가 배출되는 가스 배출부가 연결되는 외부 하우징;
    적어도 일측이 상기 이동가열 공간부에 배치되는 샤프트형 히터; 및
    상기 샤프트형 히터의 반경방향 외측에 배치되며, 상기 샤프트형 히터와의 단위시간당 열교환량이 배가될 수 있도록 상기 캐리어 가스의 체류시간을 연장시키면서 가이드하는 가스 가이드용 디스크 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 가이드용 디스크 모듈은,
    상기 샤프트형 히터의 길이방향을 따라 다수 개가 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 가이드용 디스크 모듈에는 상기 캐리어 가스가 통과되는 다수의 가스 통과홀이 형성되며,
    상기 다수의 가스 가이드용 디스크 모듈들 각각에 형성되는 가스 통과홀들의 위치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이동가열 공간부는,
    상기 가스 유입부에서 유입되는 캐리어 가스의 이동방향과 동축적으로 배치되어 상기 캐리어 가스가 이동되게 하는 제1 이동가열 공간부;
    상기 제1 이동가열 공간부와 연통되며, 상기 제1 이동가열 공간부에서 전달되는 캐리어 가스가 역방향으로 방향전환되어 이동되게 하는 제2 이동가열 공간부; 및
    상기 제2 이동가열 공간부와 연통되며, 상기 제2 이동가열 공간부에서 전달되는 캐리어 가스가 다시 역방향으로 방향전환되어 이동되게 하는 제3 이동가열 공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 가이드용 디스크 모듈은 상기 제3 이동가열 공간부에 배치되는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제3 이동가열 공간부가 상기 제1 및 제2 이동가열 공간부의 부피보다 큰 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 외부 하우징의 내부에는 상기 제1 내지 제3 이동가열 공간부가 위치별로 형성되게 하는 내부 하우징이 마련되는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 내부 하우징은,
    상기 제1 이동가열 공간부와 상기 제2 이동가열 공간부 사이에 마련되며, 상기 제1 이동가열 공간부와 상기 제2 이동가열 공간부를 부분적으로 분리시키는 제1 내부 벽체부;
    상기 제2 이동가열 공간부와 상기 제3 이동가열 공간부 사이에 마련되며, 상기 제2 이동가열 공간부와 상기 제3 이동가열 공간부를 부분적으로 분리시키는 제2 내부 벽체부; 및
    상기 샤프트형 히터가 삽입되면서 탑재되는 히터 탑재용 벽체부를 포함하며,
    상기 가스 가이드용 디스크 모듈은 상기 히터 탑재용 벽체부에 접촉결합되는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 히터 탑재용 벽체부와 상기 외부 하우징의 가스 배출부는 분리 배치되는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 히터 탑재용 벽체부와 상기 외부 하우징의 가스 배출부는 연결되되 상기 히터 탑재용 벽체부에는 가스 배출용 통공이 형성되며,
    상기 가스 배출용 통공의 주변에는 상기 가스 가이드용 디스크 모듈을 통해 가이드되면서 이동되는 캐리어 가스의 경로를 변경시켜 상기 가스 배출용 통공으로 향하게 하는 가이드 블록이 배치되는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 가스 유입부와 상기 내부 하우징 사이에 배치되되 상기 제1 이동가열 공간부와 연통되는 다수의 통공을 구비하는 디스크 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스크 캡에 형성되는 통공들은 반경방향 외측으로 갈수록 그 사이즈가 점진적으로 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출부로 배출되는 캐리어 가스의 온도를 감지하는 캐리어 가스 온도감지부; 및
    상기 캐리어 가스 온도감지부로부터의 감지값에 기초하여 상기 샤프트형 히터의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 온도감지부는 그 일단부가 상기 이동가열 공간부에 배치되되 상기 외부 하우징의 내부에서 상기 가스 배출부로 배출되기 직전의 캐리어 가스에 대한 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 캐리어 가스 가열장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021025498A1 (ko) * 2019-08-07 2021-02-11 주성엔지니어링(주) 가스 유입 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치

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