KR102201295B1 - 증기 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증기 여과장치를 개시한다. 본 발명은 소스 가스의 출입을 위한 입구와 출구를 양단에 인라인상으로 갖는 실린더형 하우징; 이 하우징과의 사이에 소스 가스의 유동공간을 형성하도록 하우징의 내부에 동심원 상으로 구비되는 실린더형 필터 여재; 이 필터 여재를 소정온도로 가열 유지시키는 히터; 및 필터 여재의 온도를 감지하여 히터의 작동을 제어하기 위한 온도센서;를 포함한다. 필터 여재의 내부에는 히터에서 발생된 열을 필터 여재로 전달하는 열전달부재를 더 포함하여 필터 여재의 균일하고 효율적인 가열을 확보할 수 있다. 열전달부재는 일단에 하우징의 출구와 연통하는 가스통로를 가지고, 외주에 가스통로와 연통하는 다수의 통공을 갖는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
본 발명은, 기판상에 박막 증착을 위하여 반응챔버로 이송되는 공정가스 등으로부터 기화가 부족한 미스트나 미세한 불순물을 확실하게 제거할 수 있음은 물론 소정의 설정온도를 정확히 유지함으로써 이를 지나는 소스 가스가 온도저하로 인해 액화되는 현상을 확실하게 방지할 수 있다.

Description

증기 여과장치{Vapor filter}

본 발명은 가스류에 포함되어 있는 극히 작은 입자를 제거하기 위한 증기 여과장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예컨대 기판상에 박막 증착을 위하여 반응챔버로 가열 이송되는 공정가스 등으로부터 기화가 부족한 미스트(mist)나 미세한 불순물을 필터링하는 장치가 소정의 설정온도를 정확히 유지토록 함으로써 이를 지나는 가스가 온도저하로 인해 액화되는 현상을 확실하게 방지할 수 있는 증기 여과장치에 관한 것이다.

반도체 제조공정이나 디스플레이패널 제조공정에서는 기판 위에 박막(薄膜)을 증착시킨 후 패턴을 식각하는 방법이 사용되고 있다. 이러한 박막 증착은 화학적 기상증착(CVD), 플라즈마 강화 화학적 기상증착(PECVD) 또는 원자 층 증착(ALD) 등과 같은 가스 상(gas phase) 공정을 통하여 수행되는 것이 일반적이다.

예를 들어 반도체 제조과정은 공정이 수행될 수 있는 공간을 제공하는 프로세스 챔버의 내부에 웨이퍼(wafer)를 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 증착을 위해 사용되는 공정가스는 반도체 공정의 미세화에 따라 높아지는 종횡비(aspect ratio)를 갖는 패턴(pattern)의 단차 피복성을 좋게 하기 위하여 리퀴드 소스(liquide source)가 많이 사용되고 있다. 리퀴드 소스들은 증기압이 낮기 때문에 증발기(vaporizer)를 통해 기화시킨 뒤, 기화된 가스를 프로세스 챔버까지 가스라인을 통하여 이동시킨다.

이때, 가스라인의 온도가 낮으면 기화된 소스 가스가 다시 응축되어 챔버로 공급되는 소스 가스의 양이 감소하게 됨으로써 박막 증착에 불량을 유발하게 되는 바, 가스라인을 히터재킷(heater jacket)으로 감싸서 온도를 유지시키고 있다.

한편, 반도체 소자의 불량을 야기시키는 원인으로 파티클(particle)이 지목되면서 불량을 방지하기 위해 기화시킨 소스 가스를 챔버까지 이송하는 중간에 기화가 부족한 미스트나 불순물 등을 걸러주기 위한 여과장치를 많이 사용하고 있다.

이 여과장치는 전후단의 차압이 클 경우 기화되었던 소스 가스가 필터 소자를 통과히기 전에 압력상승으로 인해 액화가 진행되므로 차압이 작으면서도 충분한 여과기능을 갖는 장치가 사용된다.

특허문헌 1에는 공급되는 공정 가스 중의 불순물을 제거하기 위한 종래 가스 여과장치로서의 직렬형 필터가 개시되어 있다.

특허문헌 1의 내용을 살펴보면, 하우징의 길이를 따라 연장하는 챔버와, 일단부에, 상기 챔버로의 유입을 위한 흐름 통로를 제공하는 유입 단부와, 타단부에, 상기 챔버로부터의 유출을 위한 흐름 통로를 제공하는 유출 단부를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 유입 단부에 인접한 단부측에서 개방되어 있는 관형 본체와 상기 하우징의 유출 단부에 인접한 타단부측에 단부벽을 포함하며, 상기 챔버 내에 배치되어 있는 다공질의 소결 금속 필터 요소와, 상기 필터 요소의 외주와 입구에 인접한 하우징 사이를 기밀하게 밀봉하는 용접부를 구비하는 직렬형 필터로서, 상기 관형 본체의 개방 단부는 유입 단부측에 있으며, 상기 필터 요소의 내부에는 입구로부터 단부벽에 이르기까지 연장하는 내부 흐름 통로가 마련되어 있으며, 상기 필터 요소는 챔버의 벽으로부터 일정 간격을 두고 배치되어 그 주변에 플리넘 공간이 마련되며, 이에 따라 상기 필터의 입구로 유입되는 가스류는 필터 요소의 내부 흐름 통로를 통하여, 필터 요소의 본체로부터 외측으로 플리넘 공간내로 향하고, 그 후 필터의 출구로부터 외측으로 흐르는 것을 특징으로 하는 직렬형 필터임을 알 수 있다.

이러한 특허문헌 1은, 필터의 입구로 유입되는 가스류는 필터 요소의 내부 흐름 통로를 통하여, 필터 요소의 본체로부터 외측으로 플리넘 공간내로 향하고, 그 후 필터의 출구로부터 외측으로 흐르게 된다.

이와 같은 특허문헌 1 역시 여과장치로서의 필터의 구조상 필터가 충분한 온도를 유지하기 어려워 소스 가스에 온도저하가 유발될 수 있고, 이와 함께 여과장치가 갖는 차압의 복합작용으로 소스 가스가 여과장치에서 액화되는 경우가 종종 발생하기도 한다.

이 경우, 전술한 바와 같이 챔버내로 공급되는 소스 가스의 양이 감소하여 웨이퍼에 대한 증착불량이 야기되는 등 반도체 제조에 여러 가지 트러블을 발생시킬 수 있다.

1. 한국 공개특허 제10-2001-0021769호.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 예를 들어 기판상에 박막 증착을 위하여 반응챔버로 이송되는 공정가스 등으로부터 기화가 부족한 미스트나 미세한 불순물을 확실하게 제거할 수 있음은 물론 소정의 설정온도를 정확히 유지함으로써 이를 지나는 소스 가스가 온도저하로 인해 액화되는 현상을 확실하게 방지할 수 있는 증기 여과장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 증기 여과장치는, 소스 가스의 출입을 위한 입구와 출구를 양단에 인라인상으로 갖는 실린더형 하우징; 상기 하우징과의 사이에 소스 가스의 유동공간을 형성하도록 상기 하우징의 내부에 동심원 상으로 구비되는 실린더형 필터 여재; 상기 필터 여재를 소정온도로 가열 유지시키는 히터; 상기 필터 여재의 온도를 감지하여 상기 히터의 작동을 제어하기 위한 온도센서; 및 상기 필터 여재의 내부에 설치되고, 일단에 상기 하우징의 출구와 연통하는 가스통로를 가지고, 외주에 상기 가스통로와 연통하는 다수의 통공을 갖는 알루미늄으로 이루어져서, 상기 히터에서 발생된 열을 필터 여재로 전달하는 열전달부재; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은, 필터 여재의 내부에 히터에서 발생된 열을 필터 여재로 전달하는 열전달부재를 더 포함하여 필터 여재의 균일하고 효율적인 가열을 확보할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 히터가 열전달부재의 외주에 방사상으로 배치되는 복수개로 이루어져서 필터 여재를 보다 균일하게 가열할 수 있다.

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본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 온도센서는 고온에 적합한 서모커플(thermocouple)이 사용될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 증기 여과장치에 의하면, 필터 여재의 온도를 감지하여 히터의 작동을 적절히 제어할 수 있으므로 기판상에 박막 증착을 위하여 반응챔버로 이송되는 공정가스 등으로부터 반도체 소자의 불량을 야기시키는 미스트나 미세한 불순물을 확실하게 제거할 수 있으면서 필터 여재의 온도를 소정의 설정온도로 정확히 유지시킬 수 있게 된다.

이에 따라 여과장치를 지나는 소스 가스의 온도저하를 효과적으로 방지할 수 있어 소스 가스가 이송라인을 가열하는 히팅자켓의 존재에도 불구하고 여과장치에서 종종 액화되는 현상을 확실하게 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 증기 여과장치의 정면도,
도 2는 본 발명에 의한 증기 여과장치의 측면도,
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 취한 단면도,
도 4는 도 3의 B-B선을 따라 취한 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 증기 여과장치의 열전달부재의 다른 형태를 보인 단면도이다.

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

도 1 내지 도 4에서, 본 발명에 의한 증기 여과장치(1)는, 소스 가스의 출입을 위한 입구(14)와 출구(15)를 양단에 인라인상으로 갖는 실린더형 하우징(10)과, 이 하우징(10)과의 사이에 소스 가스의 유동공간(18)을 형성하도록 하우징(10)의 내부에 동심원 상으로 구비되는 실린더형 필터 여재(20)와, 이 필터 여재(20)를 소정온도로 가열 유지시키는 히터(30) 및 필터 여재(20)의 온도를 감지하여 히터(30)의 작동을 제어하기 위한 온도센서(40)를 포함하여 구성된다.

하우징(10)은 원통형의 몸체(11) 양단에 이를 차폐하는 엔드피스(end pieces:12)(13)를 각각 구비하고, 이들 엔드피스(12)(13)의 중앙에 소스 가스를 이송하는 가스라인(L)에 연결되어서 소스 가스가 출입할 수 있는 입구(14)(15)를 각각 갖는다.

그리고 출구(15)가 형성된 엔드피스(13)의 내측면에는 히터(30)가 삽입 장착되는 복수의 히터포켓(16)과 온도센서(40)가 삽입 장착되는 하나의 센서포켓(17)이 일정각도 간격으로 구비된다.

히터포켓(16)과 센서포켓(17)은 원통형으로 이루어진 필터 여재(20)의 내주에 접촉하며, 필터 여재(20)의 온도를 정확히 감지하고 균일하게 가열할 수 있도록 대략 필터 여재(20)의 길이에 대응하는 충분한 길이로 형성된다.

필터 여재(20)는 여러 가지 형태로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 스테인리스강 등의 금속분말이나 파이버(Fyber)를 소결하여 소스 가스를 여과할 수 있도록 미세기공을 갖는 다공성 필터 여재로 구성될 수 있다.

원통형의 필터 여재(20)는 후단, 즉 하우징(10)의 출구(15) 쪽에 위치한 단부가 출구(15)를 갖는 하우징(10)의 엔드피스(13)에 고정됨으로써 하우징(10)의 내부에 동심원 상으로 설치된다.

그리고 하우징(10)의 입구(13) 쪽에 위치한 원통형 필터 여재(20)의 단부는 하우징(10)의 내부로 유입된 소스 가스가 하우징(10)과 필터 여재(20) 사이에 형성된 유동공간(18)을 통해 필터 여재(20)의 둘레 쪽으로 흐를 수 있도록 엔드캡(21)으로 폐쇄된다.

히터(30)는 복수개, 도시된 예에서는 3개가 구비되어서 하우징(10)의 후단쪽 엔드피스(13)에 형성된 복수의 히터포켓(16)에 각각 삽입됨으로써 필터 여재(20)의 내주에 소정각도 간격으로 배열 접촉된다.

각 히터(30)는 외부의 전원에 접속되고, 소정의 제어신호에 따라 작동됨으로써 필터 여재(20)를 소정의 설정온도로 가열 유지시킨다.

온도센서(40) 역시 하우징(10)의 출구(15) 쪽 엔드피스(13)에 구비된 하나의 센서포켓(17)에 삽입됨으로써 필터 여재(20)의 내주에 접촉되어 그 온도를 측정하고, 측정된 필터 여재(20)의 온도에 따라 각 히터(30)의 작동을 제어한다.

즉, 온도센서(40)에 의해 감지된 필터 여재(20)의 온도가 설정된 온도보다 낮아지면, 히터(30)를 작동시켜 필터 여재(20)를 가열함으로써 온도저하를 효과적으로 방지할 수 있는 것이며, 이에 따라 소스 가스가 여과장치(1)에서 온도저하로 액화되는 현상이 발생되지 않게 된다.

이와 같은 온도센서(40)는 여러 가지가 사용될 수 있는데, 고온에 적합한 써모커플로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 본 발명의 증기 여과장치(1)는 바람직하기로 필터 여재(20)의 내부에 각 히터(30)에서 발생된 열이 원통형의 필터 여재(20)에 효율적으로 전달될 수 있도록 유도하는 열전달부재(50)를 더 포함할 수 있다.

열전달부재(50)는 필터 여재(20)와의 사이에 소스 가스가 유동될 수 있는 공간(22)을 형성하도록 원형으로 구성되어 동축으로 설치되며, 후단이 출구(15)를 갖는 하우징(10)의 엔드피스(13)에 고정된다.

열전달부재(50)는 하우징(10)의 출구(15)와 연통하는 가스통로(51)를 중앙에 가지며, 몸체의 둘레에는 소스 가스가 지나갈 수 있도록 필터 여재(20)의 내부공간(22)과 열전달부재(50)의 가스통로(51)를 연통시키는 다수의 통공(52)이 형성되어 있다.

이러한 열전달부재(50)는 우수한 열전도율을 갖는 금속, 예컨대 알루미늄으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 열전달부재(50)를 함께 구비함에 따라 복수의 히터(30)가 일정각도 간격으로 배치되어 있음에도 불구하고 원통형으로 구성된 필터 여재(20)의 전 부위를 비교적 균일하게 가열할 수 있게 된다.

도 5에는 본 발명에 의한 증기 여과장치(1)의 열전달부재(60)의 다른 형태가 도시되어 있다.

이 실시예는 전술한 실시예의 구성에서, 열전달부재(60)가 대략 열십자(+) 형태의 단면을 갖도록 형성되고, 각 히터(30)와 온도센서(40)가 열전달부재(60)의 각 돌기부 선단에 내장된 구성이다.

이러한 열전달부재(60)도 중앙에 하우징(10)의 출구(15)와 연통하는 가스통로(61)가 구비되고, 그 몸체에는 필터 여재(20)의 내부공간(22)과 가스통로(61)를 연통시키는 다수의 통공(62)이 구비되어 있다.

이와 같은 실시예도 전술한 실시예와 마찬가지의 작용효과를 가지며, 하우징(10)의 후단쪽 엔드피스(13)에 형성되는 복수의 히터포켓(16)과 센서포켓(17)을 배제시킬 수 있다.

10 ; 하우징 12, 13 : 엔드피스
14 ; 입구 15 ; 출구
16 : 히터포켓 17 : 센서포켓
18 : 유동공간 20 : 필터 여재
21 ; 엔드캡 22 ; 내부공간
30 ; 히터 40 ; 온도센서
50, 60 ; 열전달부재 51, 61 ; 가스통로
52, 62 : 통공 L ; 가스라인

Claims (5)

1. 소스 가스의 출입을 위한 입구와 출구를 양단에 인라인상으로 갖는 실린더형 하우징;
   상기 하우징과의 사이에 소스 가스의 유동공간을 형성하도록 상기 하우징의 내부에 동심원 상으로 구비되는 실린더형 필터 여재;
   상기 필터 여재를 소정온도로 가열 유지시키는 히터;
   상기 필터 여재의 온도를 감지하여 상기 히터의 작동을 제어하기 위한 온도센서; 및
   상기 필터 여재의 내부에 설치되고, 일단에 상기 하우징의 출구와 연통하는 가스통로를 가지고, 외주에 상기 가스통로와 연통하는 다수의 통공을 갖는 알루미늄으로 이루어져서, 상기 히터에서 발생된 열을 필터 여재로 전달하는 열전달부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 여과장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 히터가 상기 열전달부재의 외주에 방사상으로 배치되는 복수개로 이루어진 것을 특징으로 하는 증기 여과장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도센서가 서모커플로 구성된 것을 특징으로 하는 증기 여과장치.
   

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