KR100699618B1 - 반도체 제조 설비, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 - Google Patents

반도체 제조 설비, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 기기의 발열부(1)를 냉각수에 의해 냉각시킨다. 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구(31)를 구비한 내측 유로(21)를 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성시킨다. 수직 방향 상부에 냉각수의 출구(32)를 구비한 외측 유로(22)를 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성시킨다. 내측 유로(21)의 수직 방향 상부와 외측 유로(22)의 수직 방향 하부를 접속시키는 연통로(24)를 마련한다. 외측 유로(22)의 출구(32)로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급한다.

Description

반도체 제조 설비, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법{SEMICONDUCTOR MANUFACTURE EQUIPMENT, AND METHOD AND APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURE}
본 발명은 반도체 제조 설비, 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법에 관한 것으로, 특히 클린 룸에 설치된 반도체 제조 기기로부터 방출되는 열을 회수하는 반도체 제조 설비, 이러한 반도체 제조 설비에 사용되는 반도체 제조 장치 및 이러한 반도체 제조 설비에 의해 실시되는 반도체 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 기기 중에는 발열원을 구비한 것이 있다. 예컨대, 반도체 웨이퍼를 유지구에 선반 형상으로 유지하여 열처리를 실시하는 종형 열처리 장치에는 종형의 가열로가 설치되어 있다. 이러한 가열로의 외측은 수 백도의 고온이 되고, 가열로를 노출한 채로 두면, 가열로로부터 주위로 열이 방출되고, 주위 장치에 악영향을 미칠 우려가 있다. 또한, 작업자가 실수로 가열로에 접촉한 경우, 화상을 입을 우려도 있다.
이 때문에, 발열원인 가열로의 외측을 냉각시킬 필요가 있다. 도 1a는 발열원인 가열로를 냉각시키기 위해서 종래 사용되고 있는 코일식 냉각관(10)의 사시도이고, 도 1b는 코일식 냉각관(10)의 정면도이다. 냉각관(10)은 가열로의 외주에 코일 형상으로 감기고, 하부의 냉각수 입구(11)에 냉각수가 공급되고, 상부의 냉각수 출구(12)로부터 냉각수가 유출된다. 이 냉각수에 의해서 발열원의 열을 흡수함으로써, 외부(클린 룸내)로의 방열을 억제시키고 있다.
냉각수 입구(11)로 공급되는 냉각수의 온도는 결로를 발생하지 않도록 클린 룸의 설정 온도인 23℃ 부근으로 유지된다. 냉각수 출구(12)로부터 유출되는 냉각수의 온도는 운전 조건에 따라 변화되지만, 보통 25℃ 내지 28℃ 정도이다. 즉, 입구(11)와 출구(12)의 온도차는 5℃ 정도이다. 그 이유는 이 온도차가 크면 온도차가 가열로내의 열처리 분위기의 온도 분포에 영향을 미쳐서, 프로세스의 성능이 저하되기 때문이다. 또한, 하드웨어면에서도 장치의 열화가 빨라질 우려가 있다. 또한, 클린 룸내에 큰 온도 분포가 발생하므로 이러한 점에서도 바람직하지 못하다.
도 2는 코일식 냉각관(10)에 공급되는 냉각수의 공급, 냉각계를 도시한 구성도이다. 냉동기(101)에서 냉각되어, 냉수조(102)에 저장된 6℃의 냉수는 열교환기(103)로 보내지고 코일식 냉각관(10)용의 냉각수를 냉각시키고, 냉수조(102)로 복귀한다. 한편, 버퍼 탱크(104)에 저장된 23℃ 보다도 높은 온도의 냉각수는 송수 펌프(105)에 의해 열교환기(103)로 보내지고, 6℃ 냉수와의 열교환에 의해 23℃로 냉각된다. 이 냉각수는 코일식 냉각관(10)의 입구(11)로부터 냉각관(10)내를 통과하여, 출구(12)로부터 유출된 버퍼 탱크(104)로 복귀한다. 또한, 도 2에서 참조부호(106)는 냉각탑, 참조부호(107)는 온도 센서, 참조부호(108 내지 110)는 송수 펌프이다.
상술한 냉각 장치에서는 코일식 냉각관(10)에 공급하는 냉각수의 온도를 클린 룸의 설정 온도인 23℃ 정도로 해야 한다. 이 때문에, 냉동기(101)로 제조한 6℃ 정도의 냉수를 사용하여 열교환기(103)에서 열교환함으로써 다른 계통의 냉각수를 23℃ 정도로 제어할 필요가 있다. 따라서, 냉동기(101)와 열교환기(103)가 필요하기 때문에 열적 에너지의 손실이 크다. 또한, 냉각수의 반송 라인이 2계통 존재하기 때문에 각각의 라인에 개별 송수 펌프를 설치해야 한다. 그 결과, 설비 영역이 확대되어, 설비 기기의 비용이 증대되는 문제점이 있다.
상술한 냉각 계통에서, 냉각수가 발열원으로부터 흡수하는 열량 Q는 냉각수량을 W, 중량 비열을 Cw, 입구 온도를 Ti, 출구 온도를 T0, 입구와 출구의 온도차를 △T라고 하면 하기의 수학식 1로 표시된다.
Q=W·Cw·(T0-Ti)=W·Cw·△T
상기 수학식 1에서 중량 비열 Cw는 일정하기 때문에, 온도차 △T를 5℃ 정도로 작게 하기 위해서는 냉각수량 W를 크게 할 필요가 있다. 이 때문에 대량의 냉각수가 필요하기 때문에, 펌프 동력 비용이 증대된다는 문제가 있다. 또한, 대량의 냉각수를 냉각관에 흘려줌으로써, 필연적으로 송수 메인관에서의 냉각수량도 증대되기 때문에 미진동이 발생한다. 발생한 미진동은 송수 메인관의 지지체인 클린 룸 본체(구조체)에 전파되고, 나아가서는 진동에 민감한 기기인 노광기 및 주사형 전자 현미경 등이 설치되어 있는 영역에 전파되어 이들 기기에 악영향을 미칠 우려도 있다.
또한, 냉각수 코일(10)의 입구(11)에 일정량의 냉각수를 공급하기 때문에, 반도체 제조 장치의 열부하가 크다. 발열원의 온도가 상승했을 때에는 출구(12)측의 온도가 상승하고, 반대로 상기 열부하가 작을 때에는 쓸데없이 냉각이 실시되었다. 그 때문에, 송수 펌프의 동력 및 쓸데없는 냉각수의 제조에 필요한 열부하가 소비되고, 효과적으로 사용되지 않는 에너지 손실이 크다.
이러한 문제에 부가하여, 냉각수가 흐르는 냉각관, 배관 펌프, 열교환기 등에서 녹이나 부식이 발생하여, 이들의 발생을 방지하는 것도 하나의 과제이다.
발명의 요약
본 발명은 상술한 문제점을 해결한 개량된 유용한 반도체 제조 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 소규모인 설비로 냉각수 수량을 저감시킬 수 있는 냉각 장치를 구비한 반도체 제조 설비 및 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용시 발열을 동반하는 반도체 제조 기기와, 반도체 제조 기기의 발열부를 냉각시키는 냉각 장치를 구비한 반도체 제조 설비로서, 상기 냉각 장치는, 발열부의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구를 구비한 내측 유로와, 내측 유로와 연통하고, 내측 유로의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되며, 수직 방향 상부에 냉각수의 출구를 구비한 외측 유로와, 내측 유로의 수직 방향 상부와 외측 유로의 수직 방향 하부를 접속시키는 연통로와, 외측 유로의 출구로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로의 입구로 공급하는 냉각수 공급 설비를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비가 제공된다.
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또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용시 발열을 수반하는 반도체 제조 기기와, 반도체 제조 기기의 발열부를 냉각시키는 냉각 장치를 구비한 반도체 제조 설비로서, 상기 냉각 장치는, 발열부의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구를 구비한 내측 유로와 내측 유로와 연통하고, 내측 유로의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 출구를 구비한 외측 유로와, 내측 유로의 수직 방향 상부와 외측 유로의 수직 방향 상부를 접속시키는 연통로와, 외측 유로의 출구로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로의 입구로 공급하는 냉각수 공급 설비를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비가 제공된다.
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구체적인 운전예에서는, 내측 유로의 입구측의 냉각수의 온도를 반도체 제조 기기 주변의 공기의 온도보다도 낮은 온도로 유지하고, 외측 유로의 출구측의 냉각수의 온도를 반도체 제조 기기가 설치되어 있는 환경과 동일한 온도로 유지되도록 냉각수량을 조정한다.
상술한 발명에 따르면, 내측 유로는 외측 유로와 발열부 사이에 위치하기 때문에, 입구측의 냉각수의 온도를 반도체 제조 기기가 설치되어 있는 환경 온도보다도 상당히 낮은 온도로 설정해도 결로가 발생할 염려가 없다. 또한, 입구측의 냉각수와 출구측의 냉각수의 온도차를 크게 취하더라도 내측 유로와 외측 유로로 분담되기 때문에, 결과적으로 발열부를 둘러싸는 내측 유로의 일 단부와 다른 단부의 온도차는 그다지 크지 않다. 이와 같이, 공급되는 냉각수의 온도와 배출되는 냉각수의 온도의 온도차를 크게 취할 수 있기 때문에, 냉각 면적을 감소시켜 냉각 설비의 간소화를 꾀할 수 있는 동시에 냉각수량을 저감할 수 있다. 또한, 배관계나 내측 유로 및 외측 유로의 미진동을 억제할 수 있고, 반도체 제조 기기의 처리에 대한 악영향을 방지할 수 있다.
본 발명에서, 냉각수 공급 설비는 냉동기를 포함하며, 내측 유로의 입구로 공급되는 냉각수는 냉동기에 의해 만들어지는 냉수를 그대로 사용하도록 해도 좋다. 또한 냉각수 공급 설비는 냉동기 및 열교환기를 포함하며, 내측 유로의 입구로 공급되는 냉각수는 냉동기에 의해 만들어지는 냉수를 열교환기에 의해 열교환된 것일 수도 있다.
또한, 본 발명에서, 냉각수 공급 설비는 내측 유로의 입구로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 유량 제어부와, 외측 유로의 출구의 냉각수의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 이 온도 검출부에서 검출된 온도 검출값에 따라서, 외측 유로의 출구측의 냉각수의 온도가 설정 온도가 되도록 유량 제어부를 통해 냉각수의 송수량을 제어하는 제어부를 구비한 구성일 수 있다. 또는, 냉각수 공급 설비는 내측 유로의 입구와 외측 유로의 출구 사이를 연결하는 바이패스 유로와, 이 바이패스 유로에 마련된 유량 제어부와, 외측 유로의 출구측의 냉각수의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 이 온도 검출부에서 검출된 온도 검출값에 근거하여, 외측 유로의 출구의 냉각수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 유량 제어부를 통해 냉각수의 송수량을 제어하는 제어부를 구비한 구성일 수 있다.
본 발명에서는 내측 유로의 입구로 공급하는 냉각수중의 용존 산소를 제거하기 위한 탈산소 수단과, 냉각수에 환원성 물질을 용해하기 위한 환원성 물질 용해 수단을 구비한 구성인 것이 바람직하다. 이에 따라, 냉각수가 지나는 유로를 구성하는 금속이 산화되지 않고, 또한 냉각수가 환원작용을 갖기 때문에 부식에 의한 핀홀의 형성 등을 방지할 수 있다. 이 경우, 예컨대 탈산소 수단 및 환원성 물질 용해 수단은 탈산소용 가스 및 환원성 가스의 혼합 가스를 냉각수내에 버블링(bubbing)에 의해 공급하는 수단일 수 있다. 또한, 냉각수는 밀폐된 탱크내에 저장되고, 탈산소 수단은 이 탱크내의 기상부를 감압하기 위한 감압 수단이며, 환원성 물질 용해 수단은 환원성 가스를 감압된 기상부로 공급하는 것일 수도 있다. 환원성 물질을 수소로 하고, 냉각수중에 용해된 수소는 0.4ppm 이상이고 또한 사용 온도에서 포화 용해도 이하의 농도인 것이 바람직하다. 또한 냉각수가 흐르는 유로부의 외면에, 가스상 오염 물질이 발생되지 않는 단열재가 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 냉각 장치를 구비한 반도체 제조 장치가 제공된다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상술한 냉각 장치를 구비한 반도체 제조 설비에서 실행되는 반도체 제조 방법이 제공된다.
도 1a는 반도체 제조 기기의 종래의 냉각 장치에 사용된 코일 형상 냉각관의 사시도,
도 1b는 도 1a에 도시한 코일 형상 냉각관의 정면도,
도 2는 종래의 냉각 장치의 전체 구성을 도시한 구성도,
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 제조 설비에 사용되는 이중 수로 냉각 유닛을 도시한 개념도,
도 3b는 이중 냉각수 유닛의 사시도,
도 4는 이중 냉각수 유닛의 내부를 도시한 사시도,
도 5는 이중 수로 냉각 유닛의 단면도,
도 6은 이중 수로 냉각 유닛의 구체적인 실시예를 도시한 개략적인 도면,
도 7은 본 발명에 따른 반도체 제조 설비에 사용되는 냉각 장치에 의해 냉각되는 종형 열처리 장치를 도시한 사시도,
도 8은 이중 수로 냉각 유닛의 다른 실시예를 도시한 사시도,
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 구성도,
도 10은 본 발명의 실시예와 비교예를 비교한 결과를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 구성도,
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 구성도,
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 구성도,
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 구성도,
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 구성도.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 제조 설비에 관해서 설명한다.
도 3a는 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 제조 설비에 사용되는 냉각 장치에서의 이중 수로 냉각 유닛의 개념도이며, 도 3b는 이중 수로 냉각 유닛의 개략적인 사시도이다. 도 3a 및 도 3b에 도시한 이중 수로 냉각 유닛(2)은 종형 열처리 장치의 가열로로 이루어진 발열부(1)(도 9 참조)의 외주부를 둘러싸도록 형성된 내측 유로(21)와, 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성된 외측 유로(22)를 구비하고 있다. 내측 유로(21) 및 외측 유로(22)는 발열부(1)에 대응하는 높이를 갖는 거의 링 형상의 유로로서 형성되어 있다. 이중 냉각수로 유닛은 동(銅)제의 중공형 링 형상 부재 중에 내측 유로(21)와 외측 유로(22)의 사이를 막는 칸막이부(23)를 형성하여 구성된다. 즉, 본 실시예에 따른 이중 냉각수로 유닛(2)은 수직방향으로 연장하는 환형의 유로로서 형성된다.
내측 유로(21)의 수직 방향 하부에는 냉각수의 입구(31)가 형성되어 있다. 이 입구(31)에서 보았을 때 내측 유로(21)에서 가장 먼 위치에서, 내측 유로(21)와 외측 유로(22)를 접속시키는 연통부(24)가 설치되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 내측 유로(21)는 입구(31)가 형성되어 있는 위치를 시점으로 하면, 여기에서부터 발열부(1)의 외주를 따라 도 3a에서 시계 방향으로 거의 한바퀴에 걸쳐 형성되고, 상기 시작점으로 되돌아가기 직전에 외측 유로(22)에 연통되어 있다. 외측 유로(22)는 이 연통부(24)를 시점으로 하여 도 3a에서 반시계 방향으로 거의 한바퀴에 걸쳐 형성되고, 종점 위치의 수직 방향 상부로 냉각수의 출구(32)가 형성되어 있다. 또한, 입구(31) 및 출구(32)는 실제로는 각각 내측 유로(21) 및 외측 유로(22)의 측면의 개구부이지만, 도면의 편의상 외측으로 연장되는 부위로서 도시되어 있다.
상술한 바와 같이 이중 수로 냉각 유닛(2)에서, 냉각수는 입구(31)로부터 내측 유로(21)로 유입되고, 내측 유로(21)내를 상방을 향해 흘러 연통부(24)에 도달한다. 냉각수는 내측 유로(21)를 흐르는 동안에 내측 유로(21)에 접하고 있는 발열부(1)의 열을 흡열하여 데워진다. 그리고, 내측 유로(21)를 통과한 냉각수는 연통부(24)를 통해 외측 유로(22)로 흘러 들어간다. 내측 유로(21)에서는 입구(31)로부터 멀어질수록 냉각수의 온도가 높아지는 경향이 있지만, 일시적으로 온도가 높은 부위와 낮은 부위가 발생된다고 생각된다.
본 실시예에서, 연통부(24)는 내측 유로(21)의 상부와 외측 유로(22)의 하부를 연통하는 유로이다. 따라서, 냉각수는 외측 유로(22)의 하부로부터 유입되어, 상부에 설치되어 있는 출구(32)를 향해 흐른다. 연통부(24)로부터 외측 유로(22)에 흘러 들어간 냉각수는 이미 내측 유로(21)를 통과함으로써 데워졌지만, 외측 유로(22)에 접하는 내측 유로(21)의 냉각수의 온도 분포의 영향을 받아 일시적으로 온도가 높은 부위와 낮은 부위가 발생된다고 생각된다. 내측 유로(21) 및 외측 유로(22)는 서로 접하고 있기 때문에 이들 사이에서 열교환이 이루어지기 때문에, 내측 유로(21)의 온도의 불균일이 외측 유로(22)에 의해서 고르게 되고, 또한 외측 유로(22)의 온도의 고저가 내측 유로(21)에 의해서 고르게 된다. 결과로서, 예컨대 입구(31)의 연통부의 온도가 6℃라고 하면 출구(32)의 온도는 23℃가 된다. 즉 이들의 온도차에 대응하는 만큼 냉각수가 발열부(1)로부터 열을 흡수하고 있다. 또한, 출구(32)의 온도는 냉각수량을 조절함으로써 제어할 수 있다. 상술한 수학식 1에서 나타낸 바와 같이, 입구(31) 및 출구(32)의 온도차 △T가 예컨대 17℃ 정도로 크기 때문에 냉각수의 수량 W는 작아도 좋다.
종래의 단관 코일의 경우에는, △T를 17℃ 정도로 크게 하면 발열부(1)의 상부와 하부 사이의 온도차(수직 방향의 온도차)가 커져서, 발열부(1)의 온도가 불균일하게 된다. 또한, 클린 룸내에 설정 온도보다도 높은 부위가 생겨서 바람직하지 못하다. 그러나, 본 실시예에서는 발열부(1)에 접하고 있는 것은 내측 유로(21)이며, 내측 유로(21)의 상하의 온도차, 즉 본 실시예에서는 입구(31)이고, 연통부(24)와의 온도차는 △T보다도 작기 때문에, 발열부(1)의 온도의 균일성은 그다지 나빠지지 않는다. 또한, 내측 유로(21)와 클린 룸의 분위기 사이에는 외측 유로(22)가 개재하기 때문에, 내측 유로(21)에 유입되는 냉각수의 온도(입구 온도)를 예컨대 6℃ 정도의 낮은 온도로 하여도, 클린 룸내에 수분이 결로하여 발열부(1)의 주위를 적실 우려가 없다. 따라서, 이와 같이 낮은 온도의 냉각수를 이중 수로 냉각 유닛(2)으로 공급하고 있기 때문에, △T를 크게 취하면서 출구 온도를 클린 룸의 설정 온도에 가까운 온도로 할 수 있다.
상술한 이중 수로 냉각 유닛(2)을 구체화한 실시예를 도 4 및 도 5에 도시하고 있다. 이 실시예에서는 내측 유로(21) 및 외측 유로(22)가 중공형 링 형상 부재인 것은 도 3a 및 도 3b의 실시예와 같지만, 입구(31)이 내측 유로(21)의 저면에, 출구(32)가 외측 유로(22)의 표면에 각각 형성되어 있다. 연통부(24)는 입구(31)에 대하여 원주방향으로 180도 어긋난 위치에서 내측 유로(21)의 상부면으로부터 외측 유로(22)의 바닥면 부근으로 냉각수를 보내기 위한 연통관으로서 설치되어 있다. 또한, 출구(32)는 연통부(24)에 대하여 원주방향으로 180도 어긋난 위치에 설치되어 있다. 따라서 입구(31)에 유입된 냉각수는 내측 유로(21)의 전체에 걸쳐 거의 균일하게 흐르고, 연통부(24)로 들어가며, 연통부(24)로부터 유입된 냉각수는 외측 유로(22)의 전체에 걸쳐 거의 균일하게 흐른다.
연통부(24)는 도 3a 내지 도 5의 실시예와 같이 국소적으로 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 내측 유로(21)로 흘러 들어온 냉각수가 일단 전체로 퍼지고, 그 후 좁은 연통부(24)의 입구로 집중하려는 흐름이 형성되기 때문에, 냉각수는 내측 유로(21) 안을 넓은 범위로 돌아다니면서 이동하고, 그에 따라 내측 유로(21)중의 온도 균일성이 높아진다. 또한, 외측 유로(22)에서도 연통부(24)가 좁은 출구로부터 강하게 유출되어 외측 유로(22)의 속으로 퍼져나가기 때문에 마찬가지로 온도 균일성이 높아진다.
도 6은 이중 수로 냉각 유닛(2)의 또다른 실시예를 도시한 도면이다. 이 실시예에서는 내측 유로(21)는 발열부(1)의 외주면을 따라 하단부의 입구(31)로부터 위를 향해 코일 형상으로 형성되어 있다. 외측 유로(22)는 내측 유로(21)의 상단부에 연속하여 이 상단부로부터 내측 유로(21)의 외측을 아래로 향하여 코일 형상으로 형성되어 있고, 하단부가 냉각수의 출구(32)로 되어 있다. 또한, 이 실시예에서는 내측 유로(21)의 상단부로부터 외측 유로(22)에 이행하는 부위가 연통부(24)에 상응한다.
여기에서, 발열부(1)인 가열로를 포함하는 종형 열처리 장치의 개관도를 도 7에 도시했다. 종형 열처리 장치는 반도체 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트라고 불리는 유지구(201)에 복수매 판상으로 유지되고, 보트 엘리베이터(202)에 의해 유지구(201)를 상승시켜 가열로(203)내에 반입해서 소정의 열처리를 실시하는 것이다. 가열로(203)는 종형의 반응관의 주위에 히터 및 단열체를 배치하고, 그 외측을 통상의 외장체(204)로 덮어 구성되어 있다. 도면에서 참조부호(205, 206)는 각기 처리 가스 공급관 및 배기관이다.
상술한 이중 수로 냉각 유닛(2)은 가열로(203)의 외장체(204)의 외측에 설치되어 있지만, 도 8에 도시한 바와 같이 외장체(204)의 내측에 마련되고, 가열로(203)와 일체화되는 것으로 하여도 좋다. 도 8의 실시예에서는 단열체(207)의 외주면을 둘러싸도록 이중 수로 냉각 유닛(2)이 설치되고, 이중 수로 냉각 유닛(2)의 외측에 외장체(204)가 설치되어 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성에 관해서 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9에 도시한 냉각 장치는 이중 수로 냉각 유닛(2)으로 공급되는 냉각수의 냉각, 공급계를 포함하고 있다. 도 9에서 냉동기(41)의 1차측에는 냉각탑(42)으로부터의 냉수가 송수 펌프(43)에 의해 공급된다. 냉동기(41)의 2차측에는 수조(44)내의 냉각수가 송수 펌프(45)에 의해 공급된다. 냉동기(41), 냉각탑(42) 및 송수 펌프(43)는 냉열원 시스템을 이루는 것이다.
수조(44)는 칸막이 벽에 의해서 제 1 수조(44a)와 제 2 수조(44b)로 분할되어 있다. 칸막이 벽에는 상호 수면 레벨을 합치기 위한 통수로(4C)가 형성되어 있다. 냉동기(41)로부터의 냉각수는 저온냉수로서 제 1 수조(44a)로 보내어지고, 여기에서 송수 펌프(46)에 의해 이중 수로 냉각 유닛(2)의 입구(31)로 공급된다. 이 송수 펌프(46)는 예컨대 펌프를 구동하는 모터에, 회전수가 제어 가능한 변환 장치를 부착하고, 유량이 조정될 수 있도록 구성된다. 제 1 수조(44a) 내의 수온은 온도 검출부(47)에 의해 검출되고, 냉동기(41)는 온도 검출부(47)로부터의 온도 검출 신호에 따라서 2차측으로 흐르는 냉각수의 온도가 예컨대 8℃가 되도록 제어된다.
따라서, 이중 수로 냉각 유닛(2)의 입구(31)로 공급되는 냉각수의 온도는 8℃이며, 이 냉각수는 이중 수로 냉각 유닛(2)내의 내측 유로(21) 및 외측 유로(22)를 통과하는 동안에 발열부(1)로부터의 열을 흡수하여 온도를 높이고, 출구(32)로부터 유출하여 수조(44)의 제 2 수조(44b)로 보내진다. 출구(32)측의 냉각수의 온도는 온도 검출부(48)에 의해 검출되고, 이 온도 검출값은 제어부(49)에 입력된다. 온도 검출부(47, 48)에서는 열전대 또는 저항식 센서 등이 사용된다.
제어부(49)는 이 온도 검출값과 미리 설정된 온도 예컨대 클린 룸내의 설정 온도인 23℃에 대응하는 설정값에 근거하여, 예컨대 양 신호차가 제로가 되도록 즉 출구(32)측의 온도가 23℃가 되도록, 송수 펌프(46)의 송수량(송수 유량)을 제어한다. 즉, 온도 검출부(48)에 의한 온도 검출값이 23℃보다도 높은 경우에는 변환 장치에 의해 모터의 회전수를 증대하여 송수 펌프(46)의 송수량을 증가시키고, 출구(32)측의 온도를 저감시킨다. 한편, 이에 비해 상기 온도 검출값이 23℃ 보다도 낮은 경우에는 모터의 회전수를 저감하여 송수 펌프(46)의 송수량을 감소시켜, 출구(32)측의 온도가 상승된다. 이와 같이, 출구(32)측의 냉각수의 온도가 23℃가 되도록 제어된다. 제 2 수조(44b)로 보내진 냉각수는 송수 펌프(45)에 의해 냉동기(41)로 보내지고, 예컨대 8℃로 냉각된 후, 제 1 수조(44a)로 복귀한다. 변환 장치 부착 모터 대신에, 직류 모터를 사용하여 유량 제어를 실시하는 것도 바람직하다. 또한, 송수 유량을 제어하는 펌프는 출구(32)측에 설치되어 있어도 좋다. 또한, 송수 펌프(46)는 유량 제어부를 이루는 것이지만, 유량 제어부로서는 일정 유량의 펌프를 사용하여, 이에 유량 조정 밸브를 병렬로 접속하여 제어부(49)로부터의 제어 신호에 따라서 유량 조정 밸브의 개폐를 조정하도록 하여도 좋다.
이상의 설명에서, 본 실시예에서는 냉열원 시스템, 송수 펌프(45, 46) 및 수조(44)가 냉각수의 공급 설비에 상응한다.
앞서 이중 수로 냉각 유닛(2)의 설명에서, 입구(31) 및 출구(32)의 온도차 △T를 크게 할 수 있는 구성에 관해서 설명했는데, 이에 따라 얻어지는 효과를 냉각수의 공급, 냉각계에 관련해서 설명한다. 우선 △T를 크게 할 수 있다는 것과, 그리고 클린 룸의 설정 온도보다 저온의 냉각수를 공급해도, 그 저온의 냉각수는 내측유로(2)측을 흐르기 때문에 발열부(1)에 결로가 발생할 염려가 없다는 것으로부터, 예컨대 8℃ 정도의 낮은 온도의 냉각수를 사용할 수 있다. 따라서 종래와 같이 단관 코일로부터 유출한 예컨대 29℃의 물을 열교환기(103)로서, 냉동기에서 나온 냉수와의 사이에서 열교환하여 20℃로 냉각시키지 않아도, 냉동기(41)에서 나온 냉수를 그대로 이중 수로 냉각 유닛(2)에 공급할 수 있다. 열교환기(103)를 사용하면 송수 라인이 2계통 필요하므로 설비가 확대되는 불이익이 있었지만, 본 실시예에서는 도 2에 도시한 종래 구성에서의 열교환기(103), 버퍼 탱크(104), 송수 펌프(105)가 불필요하기 때문에, 설비 기기의 개수를 삭감하여 구성을 간소화시킬 수 있다.
또한, △T가 크기 때문에 냉각수량을 저감할 수 있어서 송수 펌프의 동력을 저감할 수 있다. 그리고, 냉각수량이 적기 때문에 배관의 미진동이 저감되고, 이 때문에 배관으로부터 발열부(1)를 통해 처리부에 전파되는 미진동을 저감할 수 있다.
또한, 반도체 제조 기기의 운전시 열부하가 급증하여 출구(32)의 온도가 급상승하는 경우, 출구(32)측의 온도가 피드백되어 송수 펌프(46)의 송수량이 커지도록 제어되기 때문에, 출구(32)측의 온도가 급상승할 우려는 없다. 한편, 장치의 열부하가 적은 경우에는 그에 걸맞게 냉각수량을 줄이기 때문에 에너지 손실이 작다.
이상에서, 본 발명은 상술한 바와 같은 냉각 장치를 구비한 반도체 제조 장치도 포함하는 것이다.
도 10은 도 9에 도시한 본 발명의 실시예 1에 따른 반도체 제조 설비(실시예)와 도 2에 도시한 종래의 반도체 제조 설비(비교예)를 비교한 결과를 도시한다. 필요한 냉각수의 평균 유량에 관해서는 실시예에서는 비교예에 비해 1/3이하였다. 전력 소비량에 관해서는 실시예는 비교예에 비해 1/3 많았다. 또한, 배관계의 미진동에 관해서는 실시예에서는 비교예의 65%로 저감되었다.
클린 룸의 공기에 접하는 저온측 냉각수 라인에는 가스상 유기물이 발생하지 않는 단열재를 부착하고 그 위에서 보호 테이프를 감았다. 이 단열재 및 테이프 선정은 다음과 같은 방법에 의해서 실시했다. 일반적으로 퍼지&트랩-가스 크로마토그래프/매스 스펙트럼(이하, P&T-GC/MS라 칭함)이라고 불리는 방법이다. 우선, 수 내지 수 십 mg의 시료를 시료관에 충전하고 헬륨을 흐르게 하여 100℃에서 30분간 가열하고, 발생하는 유기성분을 -130℃로 냉각된 트랩관에서 트랩했다. 시료 가열 종료후, 트랩한 유기 성분을 헬륨 기류하에서 300℃로 급속 가열하고, GC/MS 장치에 도입하여 분석했다. GC 장치는 휴렛-패커드사(이하, HP라 칭함) HP-5890A형 GC 장치이고, 또한 MS 장치에는 동 회사의 HP-5970B형의 질량 분석기를 사용했다. GC 장치의 기둥은 HP-울트라2(OV-5계)이며, 내경은 0.2㎜, 길이는 25m, 막 두께는 0.33㎛였다. 그 측정 온도 조건은 다음과 같다.
초기 온도 40℃→온도 상승(10℃/분)→최종 온도 300℃(15분 유지)
캐리어 가스는 헬륨이고, 주입 방식은 스플릿법을 사용했다. 스플릿비는 1/200이었다. MS의 이온화법은 전자 충격법이고, 검출범위는 m/z로 25 내지 1000이었다.
단체로 사용할 수 있는 유기계 단열재의 가스상 유기물의 발생량의 바람직한 한계는 50μg/g-시료 이하이다. 본 발명자들의 현재까지의 연구에 따르면, 가스상 유기물의 발생량이 상기 값 이하이면, 클린 룸 공기를 오염시키지 않는다. 또한, 사용하는 보호 테이프의 유기물 발생량에 관해서도 마찬가지다. 본 실시예에서는 두께 20㎜의 폴리에틸렌 발포체(분석치 27μg/g-시료)를 사용하고, 이 표면에 폴리에틸렌 테이프(1.3μg/g-시료)를 감아 붙였다.
도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 냉각 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 도 9에 도시한 냉각 장치에서 사용한 수조(44) 대신에, 칸막이 벽을 갖추고 있지는 않지만 교반기(52)를 갖추고 있는 수조(51)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는 이중 수로 냉각 유닛(2)으로부터의 되돌아온 냉각수(약 23℃)와 냉동기(41)로부터의 냉수(약 6℃)를 교반기(52)에 의해 교반함으로써 약 8℃의 냉각수를 얻고, 이것을 송수 펌프(46)에 의해서 이중 수로 냉각 유닛(2)의 입구(31)에 보내지도록 한 것이다. 도 11에 도시한 냉각 장치에 의해 발열부(1)의 냉각을 실시한 바, 도 9에 도시한 실시예 1과 같이 냉각수량을 저감할 수 있었다. 또한, 반도체 제조 기기의 열부하의 변동에 대하여 이중 수로 냉각 유닛(2)의 출구(32)측의 냉각수의 온도를 거의 일정하게 유지할 수 있었다. 또한, 미진동에 대해서도 저감할 수 있었다.
도 12는 본 발명의 실시예 3에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 냉동기(41)로부터의 냉수를 수조(51)에 직접 공급하는 대신에, 열교환용의 코일(53)을 수조(51)내에 설치했다. 그리고, 코일(53)에 냉수를 보내고 냉각수를 보내어 냉각시켜, 냉각수의 온도를 예컨대 8℃가 되도록 한 것이다. 본 실시예에 의해서도, 도 9에 도시한 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예 4에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 상술한 실시예 3에서의 수조(51)에 넣은 교반기(52) 및 열교환용 코일(53)을 제거하고, 대신에 외부에 열교환기(54)를 설치한 것이다. 즉, 버퍼 탱크인 수조(50)에 저장되어 데워진 냉각수를 열교환기(54)에서 냉수와 열교환하여 냉각수의 온도를 약 8℃로 실시하고, 송수 펌프(46)에 의해 이중 수로 냉각 유닛(2)에 보내도록 실시한 것이다.
또한, 본 실시예에서는 탈산소용 가스 예컨대 질소 가스(N2 가스)와 환원성 가스 예컨대, 수소 가스(H2 가스)를 99:1의 체적비로 혼합한 혼합 가스를 가스 공급원(61)으로부터 가스 흡입 노즐(62)을 통하여, 밀폐된 수조(50)의 냉각수내로 불어넣을 수 있도록 구성되었다. 냉각수중에 불어넣어져 수면상에 도달한 가스는 방출 밸브(63)를 통해 배기된다.
혼합 가스를 불어 넣으면 냉각수중의 용존 산소가 제거(탈산소)되고, 또한 수소가 냉각수에 용해된다. 또한, 가스 공급원(61) 및 노즐(62)은 본 실시예에서는 탈산소 수단 및 환원성 물질 용해 수단을 겸용하고 있다. 본 실시예에서도 도 9에 도시한 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에 따른 냉각 장치를 사용하여, 장시간(약 12개월 정도)에 걸쳐 냉각하여, 하루 2회 30분간씩 상기 혼합 가스를 수조(51)내의 냉각수에 불어넣고, 냉각수계의 강관(배관) 이중 수로 냉각 유닛(2)내의 녹의 발생을 점검했지만 녹은 발견되지 않았다.
탈산소되고, 수소 용해량이 0.4ppm 이상이고, 또한 사용 온도에서 포화 용해도 이하의 농도의 수소가 용존된 냉각수를 사용하면, 냉각수가 흐르는 배관계, 열교환기(54), 송수 펌프(46), 이중 냉각 유닛(2) 등의 내면에 녹이 발생하지 않는다. 따라서, 부식에 의한 핀홀이나 부식 구멍의 발생을 방지할 수 있다. 본 실시예에서의 냉각수가 반도체 제조 기기용 냉각 설비의 물에 접하는 금속의 부식을 억제할 수 있는 기구는 완전하게 밝혀지지는 않았지만, 용존 수소가 환원작용을 갖는 것이 그 이유의 하나로서 들 수 있다.
본 발명의 냉각수가 반도체 제조 기기용 냉각 설비의 물에 접하는 금속의 부식을 억제하는 기구는 냉각수중에 용존 산소가 없고, 또한 용존 산소가 존재하면 산화 환원 전위가 수소 전위에 대하여 마이너스(-) 300mV가 되고, 환원성 물이 되기 때문이다. 이 때문에, 본 발명의 탈산소화되고, 수소 용해량이 0.4 ppm 이상이고 또한 사용 온도에서 포화 용해도의 농도의 수소가 용존된 냉각수를 사용하면, 냉각수가 흐르는 배관계, 열교환기, 송수 펌프, 냉각관 등의 내면에서 금속의 산화에 의한 녹의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 부식에 의한 핀홀이나 부식 구멍을 발생시키는 일이 없다. 본 실시예에서의 냉각수는 보통 사용되는 금속계의 배관에 적용시킬 수 있다. 특히, 강철제나 동제의 냉각계 배관에 대한 방식(防食)과 녹방지의 효과는 크다.
이에 대해, 냉각수중에는 공기가 용해되어 있고, 그 때문에 산소가 존재한다. 이 경우의 산화 환원 전위는 플러스(+) 수 100mV이며, 지극히 산화성이 강한 물이다. 본 발명자들의 실험에 따르면, 산소가 용존되어 있는 물을 강철제나 동제의 냉각관이나 열교환기에 흐르게 하면, 이 산소에 의해서 철이나 동이 산화되고, 녹이 발생한다. 녹이 냉각관이나 열교환기의 내부에 발생하여 부착되면, 열전달율이 저감되어, 열교환의 효율이 저하되어 버린다. 또한, 장시간에 걸쳐 냉각관이나 열교환기에 사용하면, 용존 산소에 의한 산화에 의해서 점차로 부식이 발생하여, 배관내의 송수 단면적의 저하에 의한 송수 펌프로의 부담이 증대되어, 송수 펌프의 소비전력이 증대되어 버린다. 또한, 냉각관이나 열교환기의 내면에 핀홀이나 부식 구멍이 생겨 버린다. 이 핀홀의 발생은 누수 사고를 야기할 우려가 있기 때문에, 반도체 제조 공장에서는 확실히 방지해야 할 필요가 있다.
이 때문에, 종래에는 냉각수의 pH를 조정하거나, 산화 방지제를 첨가하여 부식의 저감을 도모했다. 열전도성이 우수한 동제의 열교환기나 냉각관은 쉽게 부식되기 때문에 사용할 수 없었다. 따라서, 보다 부식성이 적은 스테인리스강이나 티타늄 합금 등의 재료를 사용할 필요가 있었다.
그러나, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 냉각수의 탈산소를 실시하고, 냉각관이나 열교환기의 부식을 방지했다. 탈산소를 실시하는 방법으로는 도 13에 도시한 바와 같이 탱크(수조)(50)내의 냉각수에 저산소 농도의 고순도 가스 및 수소 가스의 혼합 가스를 버블링하여, 에어레이션(aeration)에 의해서 용해 산소를 제거하는 동시에 수소 가스를 용해시키는 방법이 있다. 또한, 우선 저산소 농도의 고순도 가스를 불어넣어 에어레이션을 실시하고 계속해서 수소 가스를 불어넣어 수소를 용해시키는 방법도 있다. 도 13에 도시한 방법에 따르면 탈산소와 수소의 용해가 동시에 달성되기 때문에, 조작상 간단하여 특히 바람직하다.
탱크(50)는 고순도 가스를 정상적으로 흐르게 한 경우에는 기밀하게 실시할 필요는 없다. 단, 고순도 가스를 처음에만 도입하고, 탈산소를 위한 에어레이션을 간헐적으로 실시하는 경우에는 밀폐 탱크쪽이 적합하다. 저산소 농도의 고순도 가스로서는 보통, 산소 농도가 0.1 용적% 이하의 질소(N2) 가스가 있다. 고순도 질소(99.999% 이상)를 사용해도 좋다. 기타 헬륨(He) 가스 등의 희가스도 사용할 수 있다. 이들 가스를 탱크내의 냉각수에 불러들임으로써, 수중에 용해되어 있는 산소를 고순도 가스의 기포중으로 추출함으로써 탈산소가 실시된다. 고순도 이산화탄소(CO2)가 물에 용해되면, 물을 산성으로 만들기 때문에, 가성 소다 등의 알칼리성 물질로 중화시켜 사용한다.
수소를 물 속에 공급하는 방법으로서는 수중에 삽입된 파이프로부터 탈산소수에 버블링해도 좋거나, 또는 탱크 상부의 물이 없는 공간에 수소를 공급해 두는 것만으로도 좋다. 수소 가스 단체에서는 인화 등의 폭발의 위험이 있는 것으로, 폭발 한계 내의 농도에 질소 등으로 희석한 혼합 수소를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 물을 감압하여 용존 산소를 제거하고, 그 후 수소를 용해시키도록 실시해도 바람직하다. 이 경우, 보통, 물을 넣은 용기를 수 10mTorr 이하로 감압함으로써 달성된다. 이 방법을 실시하기 위한 설비로서는 물을 넣어 밀폐가능한 용기에 탈산소용 감압 라인 및 수소 공급 라인을 마련할 필요가 있다. 탱크는 감압에 견디는 밀폐용기이며, 물을 넣은 상태로, 탈산소시키는 탈산소용 감압 라인 및 탈산소한 냉각수에 수소를 1.5ppm 이상 용해시키기 위한 수소 공급 라인이 마련된다. 또한, 환원성 물질은 물에 용해시켜, 배관의 산화를 방지할 수 있는 물질이다. 통상 무기물로서는 수소, 티오황산소다, 금속 등이 있다. 또한, 유기물에서는 수산 소다, 아스코르빈산 소다, 이소프로필 알콜 등을 사용할 수 있다. 이들 화합물은 물의 산화 환원 전압을 마이너스(-)로 하여, 금속의 산화를 방지하는 기능을 가진 것이다.
도 14는 본 발명의 실시예 5에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 냉동기(41)에서 나온 냉수를 일단 수조(50)에 넣고, 여기에서 송수 펌프(46)에 의해 냉수를 냉각수로서 이중 수로 냉각 유닛(2)에 보내도록 구성했다. 따라서, 상술한 각 실시예보다도 더욱 설비가 간소화되어 있다. 즉, 냉각수의 펌프와 냉각계의 펌프를 1대로 겸용하고, 열교환기도 냉수 제조용 냉동기와의 열교환기를 그대로 사용했다. 또한, 수조(50)에는 실시예 4와 마찬가지로 질소 99와 수소 1의 혼합 가스를 불어넣을 수 있도록 수소 가스 공급 수단을 설치했다. 본 실시예에서도 도 9에 도시한 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
장시간(약 12개월 정도)에 걸쳐 본 실시예에 따른 냉각 장치에 의해 냉각하여, 하루 2회 30분간씩 혼합 가스를 수조(50)내의 냉각수에 불어 넣은 결과, 냉각수계의 강관내 및 이중 수로 냉각 유닛내의 녹 발생을 점검했지만 녹은 발견되지 않았다.
도 15는 본 발명의 실시예 6에 따른 반도체 제조 설비의 전체 구성을 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 열교환기로서 냉수 제조용의 냉동기의 열교환기를 그대로 사용하는 동시에, 송수 펌프(46)의 입구(31)측과 이중 수로 냉각 유닛(2)의 출구(32)측 사이에 바이패스 유로(7)를 설치했다. 바이패스 유로(7)에는 유량 제어부를 이루는 유량 조정 밸브(71)가 설치되어 있다. 그리고, 온도 검출부(48)로부터의 온도 검출값과 온도 설정값(예를 들면, 23℃)을 제어부(49)에 입력하고, 그 편차에 따른 신호를 제어 신호로서 유량 조정 밸브(71)를 조정했다. 이에 따라 이중 수로 냉각 유닛(2)의 출구(32)측의 온도를 예컨대 23℃가 되도록 제어시킨다. 즉, 출구(32)측의 온도가 높은 경우에는 유량 조정 밸브(71)를 조여 송수 펌프(46)로부터 이중 수로 냉각 유닛(2)에 보내는 냉각수를 늘려 출구(32)측의 온도를 낮추었다. 또한, 출구(32)측의 온도가 낮은 경우에는 유량 조정 밸브(71)을 열어 송수 펌프(46)로부터 이중 수로 냉각 유닛에 보내는 냉각수를 줄여 출구(32)측의 온도를 높였다. 또한, 온도 검출부(48)는 출구(32)측의 온도를 검출하는 것이지만, 출구측의 온도를 검출하는 것은 출구(32)측의 라인과 바이패스 유로(7)의 접속점보다도 하류측을 검출하는 경우도 포함한다.
냉동기(41)와 이중 수로 냉각 유닛(2) 사이에서 냉각수를 순환시키는 순환로(40)에서의 송수 펌프(45)의 입구측에는 개폐 밸브(60)를 통해 밀폐된 냉각수 보급 탱크(72)가 접속되었다. 냉각수는 이 탱크(72)내에서 탈산소, 수소 용해 처리된다. 탱크(72)에는 진공 펌프(64)가 접속되는 동시에, 일 단부에 가스 공급원(61)이 설치된 가스 공급관(65)이 설치되었다. 이 실시예에서는 진공 펌프(64)는 탈산소 수단을 이루고, 가스 공급관(65)은 환원성 물질 용해 수단을 이루고 있다. 냉각수를 처리하는데 있어서는 우선 진공 펌프(64)에 의해 탱크(72)내를 예컨대 20mTorr까지 감압하여 30분간 유지하여 탈산소를 실시한다. 계속해서, 가스 공급원(61)으로부터 상술한 혼합 가스(수소 가스 + 질소 가스)를 탱크(72)내에 내압이 상압이 될 때까지 공급하여, 그대로 2시간 방치하여 수소를 냉각수에 용해한다. 이 경우, 질소 가스는 캐리어 가스이다.
그 후, 개폐 밸브(60)를 열고, 송수 펌프(45)에 의해 탱크(72)내의 냉각수를 냉동기(41)에 보내어 냉각시키고, 송수 펌프(46)에 의해 이중 수로 냉각 유닛(2)에 흘린다. 그리고, 냉각수량이 충분한 양이 되었을 때에 상기 개폐 밸브(60)을 닫고, 그 후의 냉각수의 보급은 상기의 방법을 반복함으로써 달성한다. 본 실시예에서도 냉각수의 저감, 반도체 제조 장치의 부하 변동에 대한 온도 안정성 및 미진동의 저감에 관해서 도 9에 도시한 실시예 1과 마찬가지의 효과가 얻어졌다. 또한, 장시간(약 12개월 정도)에 걸쳐 냉각을 실시한 바, 냉각계의 강관, 이중 수로 냉각 유닛(2)내의 녹은 발견되지 않았다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 이중 수로 냉각 유닛을 사용하여 반도체 제조 장치의 발열부를 냉각시키고 있기 때문에, 상술한 바와 같이 이중 수로 냉각 유닛의 입구측의 냉각수의 온도를 클린 룸의 설정 온도보다도 매우 낮게 할 수 있어, 냉각 설비의 간소화를 도모할 수 있다. 그리고 냉각수의 입구측, 출구측의 온도차를 크게 할 수 있기 때문에, 냉각수량을 저감할 수 있고, 소비 동력이 적고, 미진동도 억제된다. 또한 냉각수를 탈산소하여 환원성 물질을 용해했기 때문에 냉각 라인의 녹의 발생을 방지할 수 있다. 또한 냉각수가 클린 룸의 공기에 접하는 부분을 가스상 유기물이 나오지 않는 단열재로 단열함으로써, 단열 보냉(保冷)이 달성되어 결로가 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 클린 룸내의 공기의 오염도 방지할 수 있다.
본 발명은 구체적으로 개시된 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 여러 가지 변형예 및 개량예로 실시될 수 있다.

Claims (17)

  1. 사용시 발열을 수반하는 반도체 제조 기기와, 상기 반도체 제조 기기의 발열부(1)를 냉각시키는 냉각 장치(2)를 구비한 반도체 제조 설비에 있어서,
    상기 냉각 장치(2)는,
    상기 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구(31)를 구비한 내측 유로(21)와,
    상기 내측 유로(21)와 연통하고, 상기 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되며, 수직 방향 상부에 냉각수의 출구(32)를 구비한 외측 유로(22)와,
    상기 내측 유로의 수직 방향 상부와 상기 외측 유로의 수직 방향 하부를 접속시키는 연통로(24)와,
    상기 외측 유로(22)의 출구(32)로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급하는 냉각수 공급 설비를 구비하는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  2. 사용시 발열을 수반하는 반도체 제조 기기와, 상기 반도체 제조 기기의 발열부(1)를 냉각시키는 냉각 장치(2)를 구비한 반도체 제조 설비에 있어서,
    상기 냉각 장치(2)는,
    상기 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구(31)를 구비한 내측 유로(21)와,
    상기 내측 유로(21)와 연통하고, 상기 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되며, 수직 방향 하부에 냉각수의 출구(32)를 구비한 외측 유로(22)와,
    상기 내측 유로의 수직 방향 상부와 상기 외측 유로의 수직 방향 상부를 접속시키는 연통로(24)와,
    상기 외측 유로(22)의 출구(32)로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급하는 냉각수 공급 설비를 구비하는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 유로(21)의 입구(31)의 냉각수의 온도를 반도체 제조 기기 주변의 공기의 온도보다도 낮은 온도로 설정하고, 상기 외측 유로(22)의 출구(32)의 냉각수의 온도를 반도체 제조 기기 주변의 공기의 온도와 동일해지도록 냉각수량을 조정하는 유량 제어 수단(46, 49)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 공급 설비는 냉동기(41)를 포함하며, 상기 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급되는 냉각수는 상기 냉동기(41)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 공급 설비는 냉동기(41) 및 열교환기를 포함하며, 상기 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급되는 냉각수는 상기 냉동기(41)에 의해 만들어진 냉수를 상기 열교환기에 의해 열교환하여 냉각되는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 공급 설비는,
    상기 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 유량 제어부(46)와,
    상기 외측 유로(22)의 출구(32)의 냉각수 온도를 검출하는 온도 검출부(48)와,
    상기 온도 검출부에서 검출된 온도 검출값에 근거하여 상기 외측 유로의 출구(32)의 냉각수의 온도가 설정 온도가 되도록 상기 유량 제어부(46)를 통해 냉각수의 송수량을 제어하는 제어부(49)를 구비하는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 공급 설비는,
    상기 내측 유로(21)의 입구(31)와 상기 외측 유로(22)의 출구(32) 사이를 연결하는 바이패스 유로(7)와,
    상기 바이패스 유로에 마련된 유량 제어부(71)와,
    상기 외측 유로(22)의 출구(32)의 냉각수의 온도를 검출하는 온도 검출부(48)와,
    상기 온도 검출부(48)에서 검출된 온도 검출값에 근거하여, 상기 외측 유로(22)의 출구(32)의 냉각수의 온도가 설정 온도가 되도록 상기 유량 제어부(71)를 통해 냉각수의 송수량을 제어하는 제어부(49)를 구비하는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급되는 냉각수중의 용존 산소를 제거하 기 위한 탈산소 수단(61, 62, 63)과,
    상기 냉각수에 환원성 물질을 용해하기 위한 환원성 물질 용해 수단(61, 62, 63)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탈산소 수단 및 상기 환원성 물질 용해 수단(61, 62, 63)은 탈산소용 가스 및 환원성 가스의 혼합 가스를 냉각수내에 버블링에 의해 공급하는 수단인 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  10. 제 8 항에 있어서,
    냉각수를 저장하는 밀폐된 탱크(72)를 더 구비하고, 상기 탈산소 수단은 상기 탱크(72)내의 기상부를 감압하는 감압 수단(64)이며, 환원성 물질 용해 수단(61, 65)은 환원성 가스를 감압된 기상부로 공급하는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  11. 제 8 항에 있어서,
    환원성 물질은 수소인 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급하는 냉각수는 수소 용해량이 0.4ppm 이상이고, 또한 사용 온도에서 포화 용해도 이하의 농도의 수소가 용해되어 있는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    냉각수가 흐르는 유로부의 외면에, 가스상 오염 물질을 발생시키지 않는 단열재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 설비.
  14. 반도체 제조 장치에 있어서,
    발열부(1)를 갖는 반도체 제조 기기와,
    상기 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구(31)를 갖춘 내측 유로(21)와
    상기 내측 유로(21)와 연통하고, 상기 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되며, 수직 방향 상부에 냉각수의 출구(32)를 구비한 외측 유로(22)와,
    상기 내측 유로의 수직 방향 상부와 상기 외측 유로의 수직 방향 하부를 접속시키는 연통로(24)와,
    상기 외측 유로(22)의 출구(32)로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급하는 냉각수 공급 설비를 구비한 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  15. 반도체 제조 장치에 있어서,
    발열부(1)를 갖는 반도체 제조 기기와,
    상기 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구(31)를 구비한 내측 유로(21)와,
    상기 내측 유로(21)와 연통하고, 상기 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되며, 수직 방향 하부에 냉각수의 출구(32)를 구비한 외측 유로(22)와,
    상기 내측 유로의 수직 방향 상부와 상기 외측 유로의 수직 방향 상부를 접속시키는 연통로(24)와,
    상기 외측 유로(22)의 출구(32)로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급하는 냉각수 공급 설비를 구비한 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  16. ⓐ 발열부(1)를 갖는 반도체 제조 기기와, ⓑ 상기 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구(31)를 구비한 내측 유로(21)와, ⓒ 상기 내측 유로(21)와 연통하고, 상기 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되며, 수직 방향 상부에 냉각수의 출구(32)를 구비한 외측 유로(22)와, ⓓ 상기 내측 유로의 수직 방향 상부와 상기 외측 유로의 수직 방향 하부를 접속시키는 연통로(24)와, ⓔ 상기 외측 유로(22)의 출구(32)로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급하는 냉각수 공급 설비와, ⓕ 상기 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 유량 제어부(46)와, ⓖ 상기 외측 유로(22)의 출구(32)의 냉각수의 온도를 검출하는 온도 검출부(48)를 구비한 반도체 제조 장치를 사용하여 반도체를 제조하는 반도체 제조 방법에 있어서,
    상기 온도 검출부(48)에서 검출된 온도 검출값에 근거하여 상기 외측 유로(21)의 출구(32)의 냉각수의 온도가 설정 온도가 되도록 상기 유량 제어부(46)를 통해 냉각수의 송수량을 제어하면서 반도체의 처리를 실시하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 방법.
  17. ⓐ 발열부(1)를 갖는 반도체 제조 기기와, ⓑ 상기 발열부(1)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고, 수직 방향 하부에 냉각수의 입구(31)를 구비한 내측 유로(21)와, ⓒ 상기 내측 유로(21)와 연통하고, 상기 내측 유로(21)의 외주부를 둘러싸도록 형성되고 또한 내측 유로의 냉각수와의 사이에서 열교환할 수 있도록 형성되며, 수직 방향 하부에 냉각수의 출구(32)를 구비한 외측 유로(22)와, ⓓ 상기 내측 유로의 수직 방향 상부와 상기 외측 유로의 수직 방향 상부를 접속시키는 연통로(24)와, ⓔ 상기 외측 유로(22)의 출구(32)로부터 유출된 냉각수를 냉각시켜 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급하는 냉각수 공급 설비와, ⓕ 상기 내측 유로(21)의 입구(31)로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 유량 제어부(46)와, ⓖ 상기 외측 유로(22)의 출구(32)의 냉각수의 온도를 검출하는 온도 검출부(48)를 구비한 반도체 제조 장치를 사용하여 반도체를 제조하는 반도체 제조 방법에 있어서,
    상기 온도 검출부(48)에서 검출된 온도 검출값에 근거하여 상기 외측 유로(21)의 출구(32)의 냉각수의 온도가 설정 온도가 되도록 상기 유량 제어부(46)를 통해 냉각수의 송수량을 제어하면서 반도체의 처리를 실시하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 방법.
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