KR100427654B1 - 반도체 제조 설비용 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체제조 설비용 냉각장치 및 방법에 관한 것으로서, 반도체제조설비의 내부에 설치된 배관을 따라 순환 될 설비냉각제를 저장하는 탱크와; 상기 설비냉각제를 냉각시키도록 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성된 냉동사이클장치와; 상기 탱크 내부에 저장되는 설비냉각제를 가열하는 히터와; 상기 압축기를 통과한 뜨거운 냉매가스의 일부를 상기 탱크의 내부로 순환시키는 바이패스장치로 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성함에 따라 압축기를 통해 압축된 뜨거운 냉매가스의 일부를 탱크의 내부로 순환하도록 함에 따라 탱크내부에 저장된 설비냉각제를 가열하는 히팅능력을 추가로 제공함에 따라 히터의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

반도체 제조 설비용 냉각장치 및 냉각방법{Cooling Apparatus and Cooling Method for Semiconductor Manufacturing Equipment}

본 발명은 설비냉각제를 발열부로 공급하여 설비의 온도를 적정 온도로 유지시키는 반도체 제조 설비용 냉각장치에 관한 것으로서, 특히, 냉동사이클장치에 의해 순환하는 압축기를 통과한 뜨거운 냉매가스를 다음 단계인 응축기로만 흘려보내지 않고, 상기 설비냉각제를 저장하는 냉각제탱크로 바이패스시킴으로써 히터의 용량을 늘려주는 반도체 제조설비용 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체를 제조하기 위한 설비는 각 공정을 수행하기 위한 독자적인 구조를 가지고 있으며, 이들 설비들은 공정환경을 엄밀하게 유지하도록 설계되어야 한다.

특히, 전원이 인가되면서 웨이퍼와 챔버의 온도가 상승하게 되고 또한, 이것이 반응율을 결정짓는 변수가 되는데, 그 반응율을 일정하게 유지하도록 온도를 일정하게 유지하는 온도조절시스템이 구성되며, 온도조절시스템의 대표적인 예가 칠러(chiller)이다.

칠러는 일정한 온도의 설비냉각제(coolant)를 공급 및 순환시켜 반도체제조설비의 척이나 챔버월을 일정한 온도를 유지할 수 있도록 하는 장치이다.

도 3은 종래의 반도체 제조 설비용 냉각 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 상기 도면에 도시한 바와 같이 반도체제조설비(10)가 있으며, 그 반도체제조설비(10) 내부, 예컨대, 척 또는 챔버월에 설치된 배관을 따라 설비냉각제가 순환된 후 탱크(20)로 회수되도록 냉각제공급라인(30) 및 냉각제회수라인(40)이 구성되어 있으며, 이러한 공급 및 순환을 조절하도록 각 라인에 개폐밸브(31,41) 및 바이패스밸브(43)가 설치되어 있다.

상기 바이패스밸브(43)는 상기 냉각제공급라인(30)를 통해 공급되는 설비냉각제가 소정의 압력보다 높을 경우 그 공급되는 설비냉각제의 일부를 상기 냉각제회수라인(40)측으로 바이패스시키고, 이때, 상기 설비냉각제의 압력은 도시되지 않은 압력감지기에 의해 그 압력이 감지된다.

상기 탱크(20)의 내부에는 상기 설비냉각제를 내부에 순환시켜 그 설비냉각제로부터 열을 빼앗아 온도를 하강시키는 열교환기(후술하는 냉동사이클 장치(100)에 있어 증발기(150)에 해당함)가 설치되며, 상기 탱크(20)의 내부 저면에는 설비냉각제의 온도를 가열하는 히터(50)가 설치되어 상기 증발기(150)의 냉각작용 및 히터(50)의 적절한 가열조건에 의해 설비냉각제가 적정의 온도로 유지되어 반도체제조설비(10)로 공급된다.

상기 냉동사이클장치(100)는 가스상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 가스상태로 만드는 압축기(110)와, 압축되어진 뜨거운 냉매가스를 외부와의 열교환을 통해 식혀주는 응축기(120)와, 상기 응축기(120)를 통과한 냉매에서 수분 및 이물질을 여과하여 가스성분만을 내보내는 필터드라이어(130)와, 상기 필터드라이어(130)에서 나온 냉매가스의 압력과 온도를 떨어뜨려 액상으로 만드는 팽창밸브(140)와 반도체 제조설비(10)의 발열부로 공급되어 설비의 온도를 조절할 설비냉각제로부터 열을 빼앗으며 팽창밸브(140)를 통과 후 액상으로 된 냉매가 증발하는 증발기(150) 등이 냉매순환라인(160)상에 설치되어 구성된다.

상기 냉매순환라인(160)은 도면에서 진한 실선 라인으로 표시하였다.

상기 증발기(150)는 그 내부에 냉매가 순환되는 냉매순환로(미도시)가 형성되며, 또한, 그 냉매가 순환되는 방향의 대향된 방향으로 설비냉각제가 순환하도록 설비냉각제순환로(미도시)가 형성된다.

따라서, 설비냉각제순환로를 따라 흐르는 설비냉각제로부터 열을 빼앗으며 팽창밸브(140)를 통과 후 액상으로 된 냉매를 증발시키는 과정에 의해 상기 설비냉각제는 냉각되며, 그 냉각된 설비냉각제는 탱크(20)의 내부로 떨어지게 되는 것이다.

이때 물론 상기 탱크(20) 내부로 수용되는 것은 설비냉각제 만이며, 냉매는 다음단계인 압축기로 흐르도록 라인이 연결되어 있다.

한편, 상기와 같이 탱크(20)의 내부로 떨어진 설비냉각제는 다시 히터(50)에 의해 가열되어 반도체제조설비(10)의 내부를 적정온도로 유지시키게 되는 것이다.

상기 탱크(20)의 저면에는 드레인라인(200)이 설치되어 상기 오래된 설비냉각제를 외부로 배출시키도록 구성되며, 물론 그 드레인라인에는 드레인밸브(201)가 설치된다.

도면에서 미설명부호(170)는 상기 증발기(150)에서 증발된 냉매 중 냉매가스만 압축기(110)로 공급되도록 액냉매와 냉매가스를 분리시키는 어큐믈레이터를 나타내며, 부호(181,182)는 솔레노이드밸브(Solenoid Valve)를 나타내며, 부호(183)는 압력조정기를 나타내며, 부호(185)는 셧 오프 밸브(Shut Off Valve) 또는 솔레노이드밸브(Solenoid Valve)를 나타내며, 부호(190)는 상기 탱크에 저류된 설비냉각제를 순환시키는 펌프를 나타낸다.

또한, 부호(210,220)는 냉동사이클장치(100)에 필요한 냉각수를 공급하고 회수하는 냉각수공급라인 및 냉각수회수라인을 나타낸다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 반도체 제조 설비용 냉각장치는 탱크(20) 내부에 저장된 설비냉각제의 온도상승을 단순히 히터(50)에만 의존함에 따라 고온의 가열조건 요구 시 상대적으로 히터(50)의 용량을 증대시켜야만 한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 냉동사이클장치의 압축기를 통과한 뜨거운 냉매가스를 다음 단계인 응축기로 전부 흘려보내지 않고 그 일부 또는 전부를 설비냉각제를 저장하는 탱크의 내부로 순환시킴으로서 히터의 용량을 늘려주는 반도체 제조설비용 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체제조설비의 내부에 설치된 배관을 따라 순환 될 설비냉각제를 저장하는 탱크와; 상기 설비냉각제를 냉각시키도록 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성된 냉동사이클장치와; 상기 탱크 내부에 저장되는 설비냉각제를 가열하는 히터와; 상기 압축기를 통과한 뜨거운 냉매가스의 일부를 상기 탱크의 내부로 순환시키는 바이패스장치로 구성된 것을 특징으로 한다.

반도체제조설비의 내부에 설치된 배관을 따라 순환 될 설비냉각제를 압축기,응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성된 냉동사이클장치에 의해 냉각시키며, 또한, 탱크 내부에 저장되는 그 설비냉각제를 히터에 의해 소정의 온도로 가열하여 설비냉각제의 온도를 적정온도로 유지시켜 상기 반도체제조설비의 내부를 적정의 온도로 유지시키도록 하는 반도체제조설비의 냉각방법에 있어서, 상기 압축기를 통해 고온고압으로 압축된 냉매의 일부 또는 전부가 상기 탱크의 내부로 순환되도록 하여 설비냉각제의 히팅능력을 제공하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 제조 설비용 냉각장치의 구성을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 반도체 제조설비용 냉각장치가 멀티타입으로 구성된 상태를 도시한 도면,

도 3은 종래의 반도체제조설비용 냉각장치의 구성을 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 반도체제조설비 20 : 탱크

30 : 설비냉각제공급라인 40 : 설비냉각제회수라인

50 : 히터 100 : 냉동사이클장치

110 : 압축기 120 : 응축기

130 : 필터드라이어 140 : 팽창밸브

150 : 증발기 300 : 바이패스장치

310 : 바이패스라인 320 : 체크밸브

330 : 솔레노이드밸브

이하, 첨부도면 도 1을 참조로 하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해서 설명한다.

본 발명에 의한 반도체 제조설비용 냉각장치는 종래(도 3)의 구성과 마찬가지로 압축기(110), 응축기(120), 필터드라이어(130), 팽창밸브(140), 증발기(150)등으로 구성된다.

따라서, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 명기하며, 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명에서는 압축기(110)에 의해 고온 고압을 압축된 냉매의 일부를 탱크(20)의 내부로 분기시키는 바이패스장치(300)를 설치하여 상기 탱크(20)에 저장된 설비냉각제를 가열하는 히팅능력을 제공하여 히터의 효율을 향상시키는 것이 다르다.

상기 바이패스장치(300)는 상기 압축기(110)의 토출로 상에서 분기 되되도록 설치되는 바이패스라인(310)으로 구성되며, 상기 바이패스라인(310)은 탱크(20)의내부를 통과하도록 연결되며, 그 탱크(20)의 내부를 통과하는 바이패스라인(310)은 냉매의 흐름을 지연시키도록 코일형태로 감겨진 형상을 갖는다.

상기 바이패스라인(310)의 토출로상에는 상기 탱크(20)의 내부에 설치된 바이패스라인(310)의 코일형상부를 통과하면서 설비냉각제를 가열시킨 냉매가 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(320)가 설치되며, 또한, 솔레노이드밸브(330)가 설치되어 그 바이패스라인(310)을 개폐시키도록 구성된다.

즉, 상기 솔레노이드밸브(330)의 개문시에는 상기 압축기(110)의 토출로를 따라 토출되는 고온고압의 냉매 중 일부가 상기 바이패스라인(310)을 통해 흘러 탱크(20)의 내부를 통과함에 따라 탱크(20) 내부에 저장된 설비냉각제를 가열시킬 수 있게 되며, 상기 솔레노이드밸브(330)의 폐문시에는 상기 압축기(110)로부터 토출되는 전량이 응축기(120)로 통하도록 한다.

상기 냉동사이클장치(100)를 따라 순환하는 냉매로는 갈덴(Galden), 플루어리너트(Fluorinert), 디아이 워터(DI Water) 및 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)의 합성물 중 어느 하나가 사용된다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 반도체제조설비용 냉각장치의 구성을 멀티타입으로 구성한 예를 도시한 도면으로서, 냉동사이클장치(100)를 순환하는 냉각수공급라인 (210) 및 냉각수회수라인(220)을 공통으로 하여 복수개의 냉동사이클장치(100)에 냉매를 공급하고 회수함을 한 라인으로 하여 사용하도록 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 반도체제조설비용 냉각장치는 압축기를 통해 압축된 뜨거운 냉매가스의 일부를 탱크의 내부로 순환하도록 함에 따라 탱크내부에 저장된 설비냉각제를 가열하는 히팅능력을 추가로 제공함에 따라 히터의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 반도체제조설비의 내부에 설치된 배관을 따라 순환 될 설비냉각제를 저장하는 탱크;

   상기 설비냉각제를 냉각시키도록 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성된 냉동사이클장치;

   상기 탱크 내부에 저장되는 설비냉각제를 가열하는 히터; 및

   상기 압축기를 통과한 뜨거운 냉매가스의 일부를 상기 탱크의 내부로 순환시키는 바이패스장치를 포함하며;

   상기 바이패스장치는 상기 압축기의 냉매 토출로상에서 분기되도록 설치되어 상기 탱크의 내부를 통과하도록 설치되는 바이패스라인으로 구성되며, 탱크의 내부를 통과하는 바이패스라인은 코일형상으로 감아지게 형성되어 냉매가 탱크 내부에 머무는 시간을 길게 하도록 된 것을 특징으로 하는 반도체제조설비용 냉각장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 바이패스라인에는 그 바이패스라인을 개폐시키는 솔레노이드밸브가 설치되며, 상기 탱크 내부에 저장된 설비냉각제를 히팅시킨 후 토출되는 냉매가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체제조설비용 냉각장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 냉매는 갈덴(Galden), 플루어리너트(Fluorinert), 디아이 워터(DI Water) 및 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)의 합성물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체제조설비용 냉각장치.
5. 반도체제조설비의 내부에 설치된 배관을 따라 순환 될 설비냉각제를 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성된 냉동사이클장치에 의해 냉각시키며, 또한, 탱크 내부에 저장되는 그 설비냉각제를 히터에 의해 소정의 온도로 가열하여 설비냉각제의 온도를 적정온도로 유지시켜 상기 반도체제조설비의 내부를 적정의 온도로 유지시키도록 하는 반도체제조설비의 냉각방법에 있어서,

   상기 압축기를 통해 고온고압으로 압축된 냉매의 일부가 상기 탱크의 내부로 순환되도록 하여 설비냉각제의 히팅능력을 제공하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체제조설비의 냉각방법.