KR20200039394A - 반도체공정용 히터 재킷 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체나 디스플레이패널 제조장비 등에 사용되는 반도체공정용 히터 재킷을 개시한다. 본 발명은, 내열성이 우수한 유연한 재질의 튜브와, 튜브의 내부에 충진되는 다수의 열전도볼을 구비하여 공정가스가 주입되는 가스라인이나 공정가스가 배출되는 배기라인 등의 파이프라인을 감싸주는 내부 재킷; 내부에 소정온도로 발열하는 히터를 구비하고, 내열성과 보온단열성이 우수한 유연한 재질로 이루어져 내부 재킷을 에워싸는 외부 재킷;을 포함한다. 내부 재킷의 열전도볼이 소정지름을 갖는 알루미늄볼로 이루어진다. 외부 재킷은, 한쪽면이 내부 재킷에 접촉하는 절연재와, 이 절연재의 다른쪽 면에 접하도록 설치되는 열선과, 이 열선의 노출면을 감싸주는 제1보온단열재와, 이 제1보온단열재를 감싸주는 제2보온단열재 및 제2보온단열재를 감싸주는 외피를 구비하여 확실한 단열성능을 구축함으로써 파이프라인의 온도를 안정되게 유지시킨다.
본 발명은, 파이프라인에 대한 균일한 열전달이 가능하여 열전달 효율을 크게 증대시킬 수 있음은 물론 가스라인의 크기가 다르거나 밸브연결 부위와 같이 외형이 일정하지 않더라도 그 외형에 구애받지 않고 확실하게 밀착되도록 감싸줄 수 있어 가열대상에 관계없이 범용으로 사용할 수 있다.

Description

반도체공정용 히터 재킷{Heater jacket for semiconductor processing}

본 발명은 반도체나 디스플레이패널 제조 공정 등에서 공정가스 또는 부산물가스를 이송하는 파이프라인의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 히터 재킷(heater jacket)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파이프라인에 대한 열전달 효율을 크게 증대시킬 수 있음은 물론 균일한 열전달이 가능하고, 특히 밸브연결 부위와 같이 외형이 일정하지 않더라도 밸브 등의 외형에 구애받지 않고 확실하게 밀착되도록 감싸줄 수 있는 반도체공정용 히터 재킷에 관한 것이다

반도체 제조공정이나 디스플레이패널 제조공정에서는 박막 증착과 식각 등을 위해 공정가스를 사용하는 것이 일반적이다.

예를 들어 반도체 제조공정은 전 공정과 후 공정으로 구분된다. 전 공정은 반도체칩을 제조하기 위해 웨이퍼(wafer) 상에 박막을 증착하고 식각하는 물리/화학적 공정을 의미하며, 후 공정은 전 공정에서 제작된 웨이퍼를 특정의 규격으로 절단하여 별도제작된 리드프레임에 얹고 와이어 본딩 후 몰딩하는 패키지(package) 제작공정을 의미한다.

이러한 반도체 제조과정에서 전 공정은 공정이 수행되기 위한 공간을 제공하는 프로세스 챔버의 내부에 웨이퍼를 투입하고, 이 웨이퍼 상에 박막의 증착과 식각을 수행하기 위해서 작업분위기를 형성하는 실란(silane), 아르신(arsine) 및 염화붕소와 수소 등의 공정가스를 챔버 내부로 주입한 후 칩 제조 프로세스를 수행하게 된다.

이와 같이 박막 증착 등을 위해 사용되는 공정가스는 리퀴드 소스(liquide source)가 많이 사용되는데, 증기압이 낮은 리퀴드 소스들은 가열하여 기화시킨 뒤, 기화된 가스를 프로세스 챔버까지 가스라인을 통하여 이동시킨다.

이때 가스라인의 온도가 낮으면 기화된 소스 가스가 다시 응축되어 가스라인에 쌓이게 되고, 이로 인해 반응 챔버로 공급되는 소스 가스의 양이 감소하게 됨으로써 증착되는 박막에 불량을 유발하게 된다.

따라서, 가스라인의 온도를 원하는 온도로 정확히 제어해야 하며, 이를 위해서 가스라인에 히터재킷을 장착하고 있다.

한편, 전 공정이 수행되는 동안 프로세스 챔버의 내부에는 각종 발화성 가스와 부식성 이물질 및 유독 성분을 함유한 유해가스가 다량 발생된다. 이에 따라 반도체 제조장치에는 공정중에 발생된 유해가스를 정화시켜 방출하기 위한 스크러버(scrubber)가 함께 구비되어 있다.

그렇지만, 이와 같은 스크러버는 가스형태의 반응부산물만을 포집하여 정화하기 때문에 반응부산물이 프로세스 챔버의 외부로 진행될 경우 온도저하에 따라 응축되어 파우더 형태로 고형화되어서 배기라인에 고착되게 된다.

그러면, 배기압력이 상승함으로써 진공펌프로 유입되어 펌프의 고장을 유발하거나, 프로세스 챔버로 유해가스가 역류하여 웨이퍼를 오염시키는 등의 심각한 문제점을 야기하게 된다.

이에 따라 디스플레이패널 제조장비나 반도체 제조장비와 같이 공정가스를 사용하는 장비들은 공정가스가 배출되는 배기라인 내부에 반응부산물이 발생되는 것을 방지하기 위하여 배기라인을 가열하여 그 내부를 일정 온도로 유지시켜주는 히터 재킷을 구비하고 있다.

이와 같은 히터 재킷의 일례로 한국 공개특허공보 제10-2009-0116339호를 들 수 있는데, 이 기술은 내부에 히팅코일이 설치된 환형의 실리콘 재킷과, 배관을 둘러싸도록 내부가 환형으로 형성되어 실리콘 재킷과 배관 사이에 위치하는 알루미늄 블록을 구비하여 균일한 열전달을 도모하도록 되어 있다.

그러나 이러한 종래의 히터 재킷은 히팅코일의 열을 배관에 전달하기 위한 알루미늄 블록이 배관의 외형에 대응하는 형태로 구성되기 때문에 범용성이 없으며, 이에 따라 배관의 크기별로 히터 재킷을 구비해야 하므로 과도한 비용이 소요되는 문제가 있다.

특히, 알루미늄 블록은 유연성이 전혀 없기 때문에 예컨대 밸브 설치부위에는 그대로 적용할 수 없는 문제가 있으며, 이 때문에 밸브의 외형에 맞도록 알루미늄 블록을 제작해야 하는 번잡함이 수반될 뿐 아니라 다양한 크기와 형태의 밸브에 맞춰 히터 재킷을 다수 제작해야 하므로 제작도 어렵고 많은 비용이 소요되는 불합리한 문제가 있다.

또, 한국 공개특허 제10-2012-0029494호 및 제10-2009-0053997호에는 공정가스라인의 밸브부위에 대응하는 형태로 구성된 히터 재킷들이 제시되어 있기도 한데, 이들 역시 전술한 선행기술과 같은 문제점을 안고 있다.

1. 한국 공개특허 10-2009-0116339 2. 한국 공개특허 10-2009-0053997 3. 한국 공개특허 10-2012-0029494

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 프로세스 챔버로 공정가스가 주입되는 가스라인 또는 챔버에서 공정가스가 배출되는 배기라인 등의 파이프라인에 대한 균일한 열전달이 가능하여 열전달 효율을 크게 증대시킬 수 있음은 물론 파이프라인의 크기가 다르거나 밸브연결 부위와 같이 외형이 일정하지 않더라도 그 외형에 구애받지 않고 확실하게 밀착되도록 감싸줄 수 있어 가열대상에 관계없이 범용으로 사용할 수 있는 반도체공정용 히터 재킷을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체공정용 히터 재킷은, 내열성이 우수한 유연한 재질의 튜브와, 튜브의 내부에 충진되는 다수의 열전도볼을 구비하여 공정가스가 주입되는 가스라인이나 공정가스가 배출되는 배기라인 등의 파이프라인을 감싸주는 내부 재킷; 내부에 소정온도로 발열하는 히터를 구비하고, 내열성과 보온단열성이 우수한 유연한 재질로 이루어져 내부 재킷을 에워싸는 외부 재킷;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 내부 재킷의 열전도볼이 소정지름을 갖는 알루미늄볼로 이루어짐으로써 우수한 열전달 성능을 보장한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 외부 재킷은, 한쪽면이 내부 재킷에 접촉하는 절연재와, 이 절연재의 다른쪽 면에 접하도록 설치되는 열선과, 이 열선의 노출면을 감싸주는 제1보온단열재와, 이 제1보온단열재를 감싸주는 제2보온단열재 및 제2보온단열재를 감싸주는 외피를 구비하여 확실한 단열성능을 구축함으로써 파이프라인의 온도를 안정되게 유지시킨다.

여기서, 바람직하기로는 절연재와 외피의 경우 이른 바 '테프론'이라 불리우는 강하고 질기면서도 매끄러운 비가연성 수지인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE : polytetrafluoroethylene)으로 구성되고, 제1보온단열재는 단열성능이 우수하면서 내열성과 절연성을 겸비한 글래스펠트(glass felt)로 구성될 수 있으며, 제2보온단열재는 우수한 단열성과 내열성 및 내구성을 갖춘 유리섬유로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 외부 재킷이 실리콘 러버 히터로 이루어질 수 있다.

이와 같은 구성된 본 발명에 의한 반도체공정용 히터 재킷에 의하면, 가스라인이나 배기라인에 접촉하여 이를 감싸주는 내부 재킷이 유연한 튜브내에 열전달율이 우수한 다수의 알루미늄볼을 충진하고 있어 자유로운 변형이 가능하고, 외부 재킷 역시 유연성을 가지고 있으므로 가스라인이나 배기라인 등의 파이프라인의 외형, 특히 밸브 등의 외형에 구애받지 않고 전부위에 걸쳐 최대한 균일하게 접촉하여 감싸줄 수 있게 된다.

이에 따라 종래와 같이 파이프라인의 크기나 밸브의 형상에 따라 각기 다른 히터 재킷을 구비할 필요없이 간편하게 범용으로 사용할 수 있음은 물론이고, 열전달율이 우수한 다수의 알루미늄볼에 의해 파이프라인 전체를 균일하게 가열할 수 있으면서 열전달 효율도 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 외부 재킷이 우수한 단열성과 내열성 및 절연성을 두루 갖춘 부재들이 다중으로 중첩되어 구성되므로 탁원한 보온효과를 발휘하여 반도체 공정가스가 주입되는 가스라인이나 공정가스가 배출되는 배기라인의 온도를 매우 안정되게 유지시킬 수 있게 된다.

그러므로 본 발명은, 반도체공정용 히터 재킷의 신뢰성과 안전성, 범용성 및 제작성 향상은 물론 비용 절감 등에 크게 기여하는 매우 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 반도체공정용 히터 재킷을 개략적으로 도시한 부분 확대 단면도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 부분 확대 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 히터 재킷이 파이프라인의 밸브부위에 설치된 상태를 보인 단면도이다.

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 1 내지 도 3에서, 본 발명에 의한 반도체공정용 히터 재킷(1)은, 공정가스가 주입되는 가스라인이나 공정가스가 배출되는 배기라인 등의 파이프라인 외면에 접촉하여 감싸주는 내부 재킷(10)과, 히터를 내장하여 내부 재킷(10)의 외측을 감싸주는 유연한 외부 재킷(20)을 포함한다.

내부 재킷(10)은 자유로이 변형될 수 있는 유연한 재질의 튜브(11)와, 이 튜브(11)의 내부에 충진되는 다수의 열전도볼(12)로 이루어진다. 튜브(11)는 여러 가지 재질로 구성될 수 있는데, 히터의 열을 파이프라인의 배관(P)과 밸브(V) 등에 전달하는 특성을 고려하여 내열성이 우수하면서도 충분한 강성과 내구성을 구비하는 재질, 예컨대 PTFE시트 또는 실리콘시트로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.

PTFE는 주지하다시피 강하고 질기면서 매끄러운 표면을 갖는 비가연성 수지로서 기계기구 분야에 널리 이용되고 있는 바, 항상 고열에 노출되어야 하는 내부 재킷(10)의 튜브(11)로 적합할 수 있다.

열전도볼(12)은 히터의 열을 배관(P) 등에 효율적으로 전달 할 수 있으면 어떤 것이라도 좋으며, 예를 들어 경량이면서 열전달율이 매우 우수한 알루미늄볼로 구성될 수 있다.

이러한 열전도볼(12)은 내부 재킷(10)에 자유롭게 변형될 수 있는 형상자유도를 부여하면서도 균일하고 효율적인 열전달을 위해서 배관(P)이나 밸브(V)의 외면에 전체적으로 균일하게 밀착될 수 있는 것이 바람직한 바, 각 열전도볼(12)들 간의 공극이 최소화되도록 가능한 작은 지름으로 구성되는 것이 유리하나, 고열에도 충분히 견딜 수 있는 강성과 내구성을 함께 고려하여 결정할 수 있다.

이에 따라 열전도볼(12)의 지름은 대략 2~3㎜ 정도로 구성되는 바람직할 수 있다.

외부 재킷(20)은 한쪽 면이 내부 재킷(10)의 외면에 접촉하여 감싸주는 절연재(21)와, 이 절연재(21)의 다른쪽 면에 접하도록 설치되어 소정온도로 발열하는 열선(22)과, 이 열선(22)의 노출면을 감싸주는 제1보온단열재(23)와, 이 제1보온단열재(23)을 감싸주는 제2보온단열재(24) 및 제2보온단열재(24)를 감싸서 보호하는 외피(25)를 구비하여 구성된다.

절연재(21)는 전기에 의해 고온으로 발열하는 열선(22)에 직접 접촉하는 바, 우수한 내열성과 전기적 절연성 및 충분한 내구성을 겸비하는 좋다. 이를 위해 절연재(21)는 PTFE섬유로 구성되는 것이 바람직하다.

열선(22)은 우수한 발열성능과 내구성을 고려하여 널리 알려진 니켈-크룸 와이어로 구성될 수 있다. 이러한 열선(22)은 설정된 소정온도 이상으로 과열되는 것을 방지하기 위해 온도조절수단, 예를 들어 바이메탈(30)이 전원과의 사이에 접속되어 전원 인가를 단속할 수 있다.

제1보온단열재(23)는 열선(22)의 외측에 직접 접촉하여 발생된 열이 외부로 손실되는 것을 차폐하는 것으므로 우수한 내열성과 전기적 절연성 및 단열성이 요구된다. 이를 위해 제1보온단열재(23)는 예컨대 내열성과 절연성, 단열성은 물론 적절한 탄력성을 겸비하는 글래스펠트로 구성되는 바람직할 수 있다.

제2보온단열재(24)는 제1보온단열재(23)을 보호하면서 단열성능을 더욱 향상시키기 위한 것으로, 내열성과, 절연성은 물론 내구성이 우수한 유리섬유로 구성되는 것이 바람직하다.

외피(25)는 히터 재킷(1)의 전술한 구성요소들을 전체적으로 감싸주면서 외기와 접촉하여 최종적인 단열기능를 수행하는 것으로, 단열성은 물론 충분한 강성과 내구성을 갖출 필요가 있다. 이를 위해 외피(25)는 PTFE시트로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 이와 같은 본 발명의 외부 재킷은 별도로 도시하지는 않았으나, 공지의 실리콘 러버 히터((silicone rubber heater)로 이루어질 수도 있다. 주지하디시피 실리콘 러버 히터는 충분한 유연성을 가지고 있는 바, 본 발명의 내부 재킷(10)과 함께 가스라인이나 배기라인과 같은 파이프라인에 간단하게 적용할 수 있음은 물론이다.

이와 같은 본 발명의 히터 재킷(1)은 반도체나 디스플레이패널 제조장비의 파이프라인, 즉 공정가스가 주입되는 가스라인이나 공정가스가 배출되는 배기라인의 배관(P)이나 밸브(V) 등의 외주에 감겨진 뒤, 소정의 결속수단(40)에 의해 고정될 수 있다.

결속수단(40)은 히터 재킷(1)을 파이프라인에 고정시킬 수만 있으면 어떠한 형태라도 무방하며, 예를 들어 밴드클램프나 벨크로파스너 또는 지퍼 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

이와 같은 구조적 특징을 가지는 본 발명에 의한 반도체공정용 히터 재킷(1)은, 파이프라인의 배관(P)이나 밸브(V) 등의 외주에 접촉하여 이를 감싸주는 내부 재킷(10)이 유연한 튜브(11)내에 열전달율이 우수한 알루미늄으로 이루어진 다수의 열전달볼(12)을 충진하고 있을 뿐 아니라 외부 재킷(20) 역시 유연성을 가지고 있으므로 자유로운 변형이 가능하다.

따라서, 파이프라인의 배관(P) 크기는 물론이고, 특히 다양한 형태를 갖는 밸브(V)의 외형에도 전혀 구애받지 않고 전부위에 걸쳐서 최대한 균일하게 접촉하여 감싸줄 수 있게 된다.

이에 따라 종래와 같이 배관(P)의 크기나 밸브(V)의 형상에 따라 각기 다른 히터 재킷을 구비할 필요없이 공정가스라인 어디든 간편하게 범용으로 사용할 수 있으며, 열전달율이 우수한 다수의 알루미늄재 열전달볼(12)에 의해 가스라인 및 배기라인 전체를 균일하게 가열할 수 있으면서 열전달 효율도 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또, 외부 재킷(20)이 우수한 단열성과 내열성, 절연성 및 내구성 등을 두루 갖춘 복수의 부재들이 다중으로 중첩되어 구성되어 있는 바, 단순히 실리콘재킷으로 이루어진 종래에 비해 탁원한 보온효과를 발휘하여 가스라인이나 배기라인의 온도를 매우 안정되게 유지시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명하고 도시한 바와 같은 본 발명은 단지 예시의 목적일 뿐 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

1 ; 히터 재킷 10 ; 내부 재킷
11 ; 튜브 12 ; 열전달볼
20 ; 외부 재킷 21 ; 절연재
22 ; 열선 23 ; 제1보온단열재
24 ; 제2보온단열재 25 ; 외피
30 : 바이메탈 40 : 결속수단
P ; 배관 V ; 밸브

Claims (4)

1. 내열성이 우수한 유연한 재질의 튜브와, 상기 튜브의 내부에 충진되는 다수의 열전도볼을 구비하여 공정가스가 주입되는 가스라인이나 공정가스가 배출되는 배기라인 등의 파이프라인을 감싸주는 내부 재킷;
   내부에 소정온도로 발열하는 히터를 구비하고, 내열성과 보온단열성이 우수한 유연한 재질로 이루어져 상기 내부 재킷을 에워싸는 외부 재킷;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체공정용 히터 재킷.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부 재킷의 열전도볼이 소정지름을 갖는 알루미늄볼로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체공정용 히터 재킷.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 외부 재킷은,
   한쪽면이 상기 내부 재킷에 접촉하는 절연재와, 상기 절연재의 다른쪽 면에 접하도록 설치되는 열선과, 상기 열선의 노출면을 감싸주는 제1보온단열재와, 상기 제1보온단열재를 감싸주는 제2보온단열재 및 제2보온단열재를 감싸주는 외피를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체공정용 히터 재킷.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부 재킷이 실리콘 러버 히터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체공정용 히터 재킷.
   

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