KR101419440B1 - 기판처리시스템 및 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛 - Google Patents

기판처리시스템 및 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛 Download PDF

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박호윤
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Abstract

본 발명은 기판처리에 사용되는 약액을 가열함과 동시에 공정장비에서 버려지는 폐열을 회수할 수 있는 히트펌프장치를 갖는 기판처리 시스템 및 기판시스템의 약액회수용 증발유닛에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 약액을 사용하여 기판을 처리하기 위한 기판처리부; 상기 기판처리부로 공급되는 상기 약액이 저장되는 약액저장조; 그리고, 상기 약액저장조의 약액을 가열하는 응축유닛과, 공정장비에서 배출되는 유체의 적어도 일부분을 냉각시키면서 폐열을 회수하는 증발유닛과, 상기 증발유닛에서 배출되는 냉매를 압축하는 압축유닛과, 상기 응축유닛에서 배출되는 상기 냉매를 팽창시키는 팽창유닛을 갖는 히트펌프장치를 포함하는 기판처리시스템 및 기판처리시템의 약액회수용 증발유닛을 제공한다.

Description

기판처리시스템 및 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛{System for treating substrate and evaporating unit of the system for chemical recovery}
본 발명은 기판처리시스템 및 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기판처리에 사용되는 약액을 가열함과 동시에 공정장비에서 버려지는 폐열을 회수할 수 있는 히트펌프장치를 갖는 기판처리시스템 및 기판시스템의 약액회수용 증발유닛에 관한 것이다.
일반적으로 기판처리장치는 반도체 제조용 웨이퍼 및 평판 디스플레이 제조용 유리기판 등의 기판들을 처리하는 장치이다.
상기 기판처리장치는 상기 기판의 표면에 대하여 현상, 에칭, 박리, 세척 등의 특정목적을 위한 표면처리를 하기 위하여 상기 기판의 표면에 현상액, 에칭액, 박리액, 세척액 등의 약액을 공급하게 된다.
상기 약액을 상기 기판의 표면에 공급하기 전에 상기 약액은 미리 정해진 온도로 가열되어야 한다. 또한, 상기 약액이 일정온도를 유지하도록 하기 위하여 상기 약액의 온도가 일정온도보다 낮으면 상기 약액을 가열시키고, 상기 약액의 온도가 상기 일정온도보다 높으면 상기 약액을 냉각시키게 된다.
종래에는 상기 약액을 가열하기 위하여 히터가 사용되었는데, 상기 히터가 사용되는 공정에서는 필연적으로 열손실이 발생하게 되고, 상기 히터로 지속적인 전기에너지가 공급되어야 한다.
또한, 종래에는 상기 약액을 냉각하기 위하여 공정냉각수(PCW: Process Cooling Water)가 사용되었는데, 상기 약액을 냉각시킨 후의 공정냉각수가 고온상태로 냉각수 생산설비로 되돌아가는 경우, 상기 공정냉각수를 다시 냉각시키기 위한 에너지가 공급되어야 한다.
또한, 종래에는 고가의 약액이 회수되지 못하고 외부로 배출됨으로 인하여 기판처리에 소요되는 비용이 높아지는 문제점이 있었다
뿐만 아니라, 상기 기판을 처리한 후 고온상태의 약액은 별다른 조치없이, 즉 열에너지가 회수되지 않고 외부로 배출됨으로써 기판처리 시스템을 운용함에 있어서 소요되는 에너지가 효율적으로 관리되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 폐열을 회수하는 히트펌프장치를 통하여 에너지의 효율을 극대화할 수 있는 기판처리시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 기판을 처리한 후 배출되는 유체로부터 약액을 효율적으로 회수할 수 있는 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 약액을 사용하여 기판을 처리하기 위한 기판처리부; 상기 기판처리부로 공급되는 상기 약액이 저장되는 약액저장조; 그리고, 상기 약액저장조의 약액을 가열하는 응축유닛과, 공정장비에서 배출되는 유체의 적어도 일부분을 냉각시키면서 폐열을 회수하는 증발유닛과, 상기 증발유닛에서 배출되는 냉매를 압축하는 압축유닛과, 상기 응축유닛에서 배출되는 상기 냉매를 팽창시키는 팽창유닛을 갖는 히트펌프장치를 포함하는 기판처리시스템을 제공한다.
상기 증발유닛은 상기 기판처리부에서 배출되는 유체가 유입되는 증발기 하우징과, 상기 팽창유닛으로부터 유입되는 상기 냉매가 상기 유체와 열교환되도록 하는 제1 열교환기를 포함하며, 상기 증발기 하우징에는 상기 냉매와 상기 유체의 열교환으로 인하여 액체상태의 약액이 포집될 수 있다.
또한, 상기 증발유닛은 상기 증발기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 유체로부터 상기 액체상태의 약액을 용이하게 포집하기 위하여 상기 유체의 접촉면적을 넓혀주는 약액트랩부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 증발기 하우징에 수집된 상기 액체상태의 약액을 상기 약액저장조로 공급하기 위한 약액회수관을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제2 실시형태에 따르면, 상기 증발유닛은 외부에서 사용되는 제2 공정장비에서 배출되는 공정냉각수와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 공정냉각수를 냉각시키기 위한 제2 열교환기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 증발유닛은 상기 제2 열교환기가 설치되는 공정냉각수 탱크를 더 포함하며, 상기 제2 열교환기는 상기 공정냉각수가 유입되는 제1 열교환관과, 상기 냉매가 유입되는 제2 열교환관을 갖는 이중관 열교환기일 수 있다.
본 발명에 따른 제3 실시형태에 따르면, 상기 기판처리시스템은 상기 약액저장조의 약액을 냉각시키기 위한 냉각모듈을 더 포함하며, 상기 증발유닛은 상기 냉각모듈에서 배출되는 제1 유체와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 제1 유체를 냉각시키기 위한 제3 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 약액을 사용하여 기판을 처리하는 기판처리부에서 배출되는 유체가 유입되는 증발기 하우징; 그리고, 상기 증발기 하우징 내부에 설치되며, 상기 유체와 열교환되는 냉매가 흐르는 제1 열교환기를 포함하며; 상기 유체의 적어도 일부분은 상기 냉매와의 열교환을 통하여 냉각되면서 액체상태의 약액으로 상기 증발기 하우징에 수집되어 회수되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛을 제공한다.
상기 약액회수용 증발유닛은 상기 증발기 하우징의 내부에 설치되어 상기 유체의 접촉면적을 넓혀주면서 상기 유체로부터 상기 액체상태의 약액을 용이하게 포집하기 위한 약액트랩부를 더 포함할 수 있다.
상기 증발기 하우징은 상기 기판처리부에서 배출되는 상기 유체가 유입되는 유체유입부와, 상기 냉매와의 열교환을 마친 유체가 배출되는 유체배출부를 포함하며, 상기 약액트랩부는 상기 유체유입부의 후단과 상기 유체배출부의 전단 중 한 곳 이상에 배치될 수 있다.
상기 약액회수용 증발유닛의 다른 실시 형태에 의하면, 상기 증발기 하우징은 메인하우징과, 상기 냉매와의 열교환을 마친 유체가 배출되는 유체배출부를 포함하며, 상기 제1 열교환기의 적어도 일부분은 상기 유체배출부의 외측면을 감싸면서 상기 메인하우징의 길이방향을 따라 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리 시스템 및 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛에 대한 효과는 다음과 같다.
첫째, 기판처리부에서 사용되는 약액을 가열하는 응축유닛과, 공정장비에서 배출되는 유체의 적어도 일부분을 냉각시키면서 폐열을 회수하는 증발유닛을 갖는 히트펌프장치를 설치하여 공정장비에서 버려지는 열에너지를 회수하여 재사용함으로써 기판처리시스템에 사용되는 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.
특히, 기판처리시스템상에서 상호 열교환이 필요한 부분에 상기 응축유닛과 증발유닛을 동시에 적용할 수 있으면서도 적은 양의 에너지가 투입되는 히트펌프장치를 사용함으로써 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.
둘째, 기판을 처리한 후 배출되는 유체로부터 열을 회수함과 동시에 약액을 회수할 수 있는 증발유닛을 설치함으로써 에너지 효율을 높임과 동시에 상기 약액에 소요되는 비용, 즉 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 공정장비를 냉각시킨 후 일정온도로 상승된 공정냉각수(PCW: Process Cooling Water)와 상기 히프펌프장치의 냉매를 열교환시킴으로써 공정장비에서 배출되는 폐열을 효율적으로 회수할 수 있고, 이로 인하여 공정냉각수를 냉각시키기 위하여 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리시스템의 제1 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 기판처리시스템에 사용되는 증발유닛의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기판처리시스템에 사용되는 증발유닛의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 기판처리시스템의 제2 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 기판처리시스템의 제3 실시 예를 나타낸 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 기판처리시스템의 제1 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
본 실시 예에 따른 기판처리시스템은 기판처리부(10), 약액저장조(20) 및 히트펌프장치를 포함한다.
상기 기판처리부(10)는 약액을 사용하여 기판을 처리하기 위한 것으로서, 상기 기판을 처리한 후에 생성되는 고온의 약액 미스트(mist)를 포함하는 유체는 배기관(31)을 통하여 외부로 배출된다.
상기 약액저장조(20)는 상기 기판처리부(10)로 공급되는 상기 약액이 저장되는 곳으로서, 상기 약액은 상기 약액저장조(20)에서 일정한 온도로 가열된다. 상기 약액저장조(20)에서 일정온도로 가열된 상기 약액은 약액공급관(33)을 통하여 상기 기판처리부(10)로 이송된다.
상기 히트펌프장치는 응축유닛(400), 증발유닛(100), 압축유닛(200) 및 팽창유닛(300)을 포함한다.
상기 응축유닛(400)은 상기 약액저장조(20)에 설치되어 상기 약액저장조(20)의 약액을 가열하게 된다. 구체적으로, 상기 응축유닛(400)의 내부를 흐르는 고온고압의 냉매는 상기 약액저장조(20)의 약액과 열교환을 하면서 상기 약액을 가열시키게 된다.
상기 팽창유닛(300)은 상기 응축유닛(400)에서 배출되는 냉매를 팽창시켜 상기 냉매가 저온저압의 상태로 변환되도록 한다. 상기 팽창유닛(300)으로는 팽창밸브가 사용될 수 있다.
상기 증발유닛(100)은 상기 배기관(31) 상에 배치되어 상기 기판처리부(10)에서 배출되는 유체로부터 열을 회수하게 된다. 구체적으로, 상기 팽창유닛(300)에서 배출되어 상기 증발유닛(100)으로 유입되는 냉매는 상기 기판처리부(10)에서 배출되는 유체와 열교환을 하면서 상기 유체를 냉각시키게 된다.
상기 유체가 냉각되면서 상기 유체의 열에너지가 회수됨과 동시에 상기 유체에 포함된 약액 미스트가 액화되어 액체상태의 약액이 되어 상기 증발유닛(100)의 내부에 모여지게 된다.
물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 증발유닛(100)은 본 실시 예에 따른 기판처리시스템에 사용되는 공정장비의 외부에서 사용되는 별도의 제2 공정장비에서 배출되는 유체의 적어도 일부분을 냉각시키면서 폐열을 회수할 수도 있을 것이다. 이에 대한 세부적인 설명은 도 4를 참조하여 추후에 설명한다.
상기 압축유닛(200)은 상기 증발유닛(100)에서 배출되는 냉매를 압축하여 상기 냉매가 고온고압의 상태로 변환되도록 한다. 상기 압축유닛(200)을 경유한 고온고압의 냉매는 다시 상기 응축유닛(400)으로 이송된다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 압축유닛(200)의 전단에는 액체상태의 냉매가 상기 압축유닛(200)으로 유입되는 것을 차단하기 위한 액분리기가 설치되고, 상기 압축유닛(200)과 상기 응축유닛(400) 사이에는 상기 냉매에 포함된 오일을 제거하기 위한 유분리기가 설치될 수 있다.
또한, 상기 응축유닛(400)의 후단에는 상기 응축유닛(400)에서 응축된 냉매를 일시 저장하면서 상기 증발유닛(100)으로 공급되는 냉매의 양을 조절하는 수액기 및 상기 응축유닛(400)에서 배출되는 냉매 중 일부 응축되지 않은 가스나 이물질을 걸러내기 위한 드라이어(drier)가 설치될 수 있다.
한편, 본 실시 예에 따른 기판처리시스템은 상기 증발유닛(100)과 상기 압축유닛(200)을 연결하는 제1 연결관(41)과, 상기 압축유닛(200)과 상기 응축유닛(400)을 연결하는 제2 연결관(43)과, 상기 응축유닛(400)과 상기 팽창유닛(300)을 연결하는 제3 연결관(45)과, 상기 팽창유닛(300)과 상기 증발유닛(100)을 연결하는 제4 연결관(47)을 더 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 증발유닛의 증발기 하우징에 수집된 상기 액체상태의 약액을 상기 약액저장조(20)로 공급하기 위한 약액회수관(49)과, 상기 약액회수관 상에 설치되어 상기 액체상태의 약액의 회수량을 조절하는 약액 회수량 조절밸브(51)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 기판처리시스템에서 약액이 회수되는 과정과, 상기 냉매가 순환하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 기판처리부(10)에서 배출되는 유체는 상기 배기관(31)을 통하여 배출되는 동안에 상기 증발유닛(100)으로 유입되고, 상기 증발유닛(100)을 경유하면서 상기 유체가 냉각되면서 상기 유체에서 액화되는 액체상태의 약액은 상기 증발유닛(100)에 포집된다.
다음으로, 상기 증발유닛(100)에 포집된 상기 액체상태의 약액은 상기 약액회수관(49) 및 상기 약액회수량 조절밸브(51)를 경유하면서 상기 약액저장조(20)로 유입된다.
다음으로, 상기 약액저장조(20)의 약액은 상기 응축유닛(400)에 의하여 가열되어 상기 약액공급관(33)을 통하여 다시 상기 기판처리부(10)로 유입된다.
한편, 상기 히트펌프장치를 순환하는 냉매는 상기 증발유닛(100)에서 상기 유체와 열교환을 마친 냉매는 기화된 상태에서 상기 제1 연결관(41)을 따라 상기 압축유닛(200)으로 유입된다.
다음으로, 상기 압축유닛(200)에서 고온고압의 상태로 압축된 냉매는 상기 제2 연결관(43)을 따라 상기 응축유닛(400)으로 유입되고, 상기 응축유닛(400)에서는 상기 냉매와 상기 약액저장조(20)의 약액이 서로 열교환을 하면서 상기 약액은 가열되고, 상기 냉매는 액화된다.
다음으로, 액화된 상기 냉매는 상기 제3 연결관(45)을 따라 상기 팽창유닛(300)으로 유입되고, 상기 냉매는 상기 팽창유닛(300)에서 저온저압의 상태로 팽창된다.
다음으로, 상기 팽창유닛(300)에서 배출된 냉매는 상기 제4 연결관(47)을 따라 상기 증발유닛(100)으로 다시 유입되어 상기 유체와 다시 열교환을 하게 된다.
결과적으로, 상기 기판처리시스템 상에서 상호 열교환이 필요한 부분에 상기 응축유닛(400)과 증발유닛(100)을 동시에 적용할 수 있으면서도 적은 양의 에너지가 투입되는 히트펌프장치를 사용함으로써 에너지 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 증발유닛(100)은 증발기 하우징, 제1 열교환기 및 약액트랩부(150)를 포함한다.
상기 증발유닛(100)은 상기 기판처리부(10)에서 배출되는 유체로부터 약액을 회수하는 약액회수용 증발유닛으로 사용된다.
상기 증발기 하우징은 메인하우징(120)과, 상기 메인하우징(120)을 기준으로 양측에 배치되는 유체유입부(130) 및 유체배출부(140)와, 상기 메인하우징(120)의 하부에 형성되는 약액배출부(127)를 포함한다.
상기 유체유입부(130)에서는 상기 기판처리부(10)에서 배출되는 유체가 유입되고, 상기 유체배출부(140)에서는 상기 제1 열교환기의 냉매와의 열교환을 마친 유체가 배출된다. 여기서, 상기 유체유입부(130)와 상기 유체배출부(140)는 상기 메인하우징(120)을 기준으로 양쪽에 대칭으로 배치된다.
상기 유체유입부(130)는 상기 배기관(31)과 결합되는 유입부 플랜지(131)와, 상기 유입부 플랜지(131)에서 연장되어 상기 메인하우징(120)과 일체로 형성되는 유체유입관(133)을 포함한다.
마찬가지로, 상기 유체배출부(140)는 상기 배기관과 결합되는 배출부 플랜지(141)와, 상기 배출부 플랜지(141)에서 연장되어 상기 메인하우징(120)과 일체로 형성되는 유체배출관(143)을 포함한다.
또한, 상기 약액배출부(127)에서는 상기 냉매와 상기 유체의 열교환을 통하여 상기 유체로부터 포집되는 액체상태의 약액이 배출된다. 상기 약액배출부(127)는 상기 메인하우징(120)의 하단부에서 연장형성된다.
여기서, 상기 메인하우징의 하단부(125)는 상기 액체상태의 약액을 효율적으로 모으기 위하여 하부방향으로 경사지게 형성되어 있다.
한편, 상기 제1 열교환기는 열교환관(161), 냉각핀(163), 그리고 상기 열교환관(161)의 일측을 고정시킴과 동시에 상기 메인하우징(120)의 상부와 결합되는 열교환관 고정캡(110)을 포함한다.
상기 열교환관 고정캡(110)은 상기 메인하우징(120)의 상부와 결합되는 캡결합부(115)와, 상기 냉매가 유입되는 냉매유입관(111)과, 상기 냉매가 유출되는 냉매유출관(113)을 포함한다.
상기 열교환관(161)은 상기 메인하우징(120)의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 냉각핀(163)은 상기 열교환관의 외측면에 구비되어 상기 냉매와 상기 유체의 열교환 면적을 증가시키기게 된다.
여기서, 상기 냉매는 상기 유체와 열교환을 하면서 상기 유체의 열에너지를 흡수하여 기화되고, 상기 유체는 냉각되면서 상기 유체의 적어도 일부분은 액체상태의 약액으로 액화되어 상기 메인하우징(120)의 하단부에 모여지게 된다.
한편, 상기 증발유닛(100)은 상기 유체로부터 상기 액체상태의 약액을 용이하게 포집하기 위하여 상기 증발기 하우징의 내부에 설치되어 상기 유체의 접촉면적을 넓혀주는 약액트랩부(150)를 더 포함한다.
상기 약액트랩부(150)는 다공성 매쉬형상을 가지며, 폴리우레탄 재질로 만들어 질 수 있다. 물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 재질과 형상을 가질 수 있다.
상기 약액트랩부(150)는 상기 유체유입부(130)의 후단에 설치되는 제1 약액트랩부(151)와, 상기 유체배출부(140)의 전단에 설치되는 제2 약액트랩부(153)를 포함한다.
구체적으로, 상기 제1 약액트랩부(151)는 상기 메인하우징(120)과 상기 유체유입관(133)의 연결부분에 설치되고, 상기 제2 약액트랩부(153)는 상기 메인하우징(120)과 상기 유체배출관(143)의 연결부분에 설치된다.
여기서, 상기 제1 약액트랩부(151) 및 상기 제2 약액트랩부(153)가 설치되는 영역에서 상기 유체유입관(133)과 상기 유체배출관(143)은 하향으로 절곡되어 있다. 이는 상기 제1 약액트랩부(151) 및 상기 제2 약액트랩부(153)에서 액화된 약액이 상기 메인하우징(120)의 하단부로 용이하게 모여지도록 하기 위함이다.
도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 기판처리시스템에 사용되는 증발유닛의 다른 실시 예를 설명한다. 본 실시 예에 따른 증발유닛은 상술한 도 2에서의 증발유닛과 마찬가지로 약액회수용 증발유닛에 해당한다.
본 실시 예에 따른 증발유닛은 약액을 사용하여 기판을 처리하는 기판처리부에서 배출되는 유체가 유입되는 증발기 하우징과, 상기 증발기 하우징의 내부에 설치되는 제1 열교환기와, 상기 증발기 하우징의 내부에 설치되어 상기 유체의 접촉면적을 넓혀주면서 상기 유체로부터 상기 액체상태의 약액을 용이하게 포집하기 위한 약액트랩부(1700)를 포함한다.
여기서, 상기 유체의 적어도 일부분은 상기 제1 열교환기를 흐르는 냉매와의 열교환을 통하여 냉각되면서 액체상태의 약액으로 상기 증발기 하우징에 수집되어 회수된다.
상기 증발기 하우징은 메인하우징(1200), 상기 메인하우징(1200)의 하부에 배치되는 하부하우징(1300), 상기 메인하우징(1200)의 양측에 배치되는 유체유입부(1400) 및 유체배출부(1500)를 포함한다.
상기 유체유입부(1400)는 유체가 흐르는 배기관(도 1의 도면부호 31)과 결합되는 유입부 플랜지(1410)와, 상기 유입부 플랜지(1410)에서 연장되어 상기 메인하우징(1200)과 일체로 형성되는 유체유입관(1420)을 포함한다.
상기 유체배출부(1500)는 상기 배기관(도 1의 도면부호 31)과 결합되는 배출부 플랜지(1510)와, 상기 배출부 플랜지(1510)에서 연장되어 상기 메인하우징(1200)을 관통하면서 상기 메인하우징(1200)의 하단부까지 연장된 유체배출관(1520)을 포함한다.
상기 하부하우징(1300)은 상기 메인하우징(1200)과 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 체결부재에 의하여 결합될 수도 있다.
상기 하부하우징(1300)은 하부로 오목하게 경사진 형상을 가지며, 상기 하부하우징에는 상기 액체상태의 약액이 수집된다. 또한, 상기 하부하우징(1300)의 하단에는 상기 액체상태의 약액이 배출되는 약액배출부(1330)가 형성되어 있다.
한편, 상기 제1 열교환기는 열교환관(1600)과, 상기 열교환관(1600)의 일측을 고정시킴과 동시에 상기 메인하우징(1200)의 상부와 결합되는 열교환관 고정캡(1100)을 포함한다.
상기 열교환관 고정캡(1100)의 형상은 상술한 일 실시예에 따른 증발유닛에 구비된 열교환관 고정캡의 구조와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
다만, 상기 열교환관(1600)은 상술한 일 실시예와 달리 코일형상을 가지면서 상기 메인하우징(1200)의 내부에 설치된다.
구체적으로, 상기 열교환관(1600)은 상기 유체배출관(1520)의 적어도 일부분을 감싸면서 상기 메인하우징(1200)의 길이방향을 따라 배치된다.
상기 약액트랩부(1700)는 상기 열교환관(1600)에 의하여 감싸진 유체배출관(1520)의 일부영역의 내부공간에 설치된다. 이는 코일형상의 상기 열교환관(1600)에 감싸여진 유체배출관(1520)의 일부영역은 다른 영역보다 열교환이 활발하여 상기 유체로부터 상기 액체상태의 약액을 포집하기가 보다 용이하기 때문이다.
결과적으로, 기판을 처리한 후 배출되는 유체로부터 열을 회수함과 동시에 약액을 회수할 수 있는 약액회수용 증발유닛을 설치함으로써 에너지 효율을 높임과 동시에 상기 약액에 소요되는 비용, 즉 원가를 절감할 수 있게 된다.
도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 기판처리시스템의 제2 실시 예를 설명한다.
본 실시 예에 따른 기판처리시스템은 상술한 제1 실시 예와 달리, 두 개의 응축유닛과 두 개의 증발유닛이 병렬적으로 작동되는 히트펌프장치를 가진다.
상기 기판처리시스템은 기판처리부(10), 증발유닛, 압축유닛(200), 팽창유닛(300), 응축유닛 및 약액저장조를 포함한다.
상기 증발유닛은 상기 기판처리부(10)에서 배출되는 유체가 흐르는 배기관 상에 배치되는 제1 증발유닛(600)과, 상기 기판처리시스템의 외부에서 사용되는 제2 공정장비에서 배출되는 공정냉각수를 냉각시키기 위한 제2 증발유닛(500)을 포함한다.
상기 약액저장조는 상기 기판처리부(10)로 약액을 공급하기 위하여 서로 연결되는 제1 약액저장조(21)와 제2 약액저장조(23)를 포함한다.
상기 응축유닛은 상기 제1 약액저장조(21)에 설치되어 상기 제1 약액저장조(21)의 약액을 가열하는 제1 응축유닛(410)과, 상기 제2 약액저장조(23)에 설치되어 상기 제2 약액저장조(23)의 약액을 가열하는 제2 응축유닛(420)을 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 제1 증발유닛(600)에서 배출되는 냉매가 흐르는 제1 냉매분지관(71)과, 상기 제2 증발유닛(500)에서 배출되는 냉매가 흐르는 제2 냉매분지관(72)과, 상기 제1 냉매분지관(71)과 상기 제2 냉매분지관(72)이 합쳐지면서 상기 압축유닛(200)과 연결되는 제1 냉매관(73)을 더 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 압축유닛(200)에서 배출되는 냉매가 흐르는 제2 냉매관(74)과, 상기 제2 냉매관(74)에서 분지되어 상기 제1 응축유닛(410)과 연결되는 제3 냉매분지관(76)과, 상기 제2 냉매관(74)에서 분지되어 상기 제2 응축유닛(420)과 연결되는 제4 냉매분지관(75)을 더 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 제1 응축유닛(410)에서 배출되는 냉매가 흐르는 제5 냉매분지관(81)과, 상기 제2 응축유닛(420)에서 배출되는 냉매가 흐르는 제6 냉매분지관(82)과, 상기 제5 냉매분지관(81)과 상기 제6 냉매분지관(82)이 합쳐지면서 상기 팽창유닛(300)과 연결되는 제3 냉매관(83)을 더 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 팽창유닛(300)에서 배출되는 냉매가 흐르는 제4 냉매관(84)과, 상기 제4 냉매관(84)에서 분지되어 상기 제1 증발유닛(600)과 연결되는 제7 냉매분지관(85)과, 상기 제4 냉매관(84)에서 분지되어 상기 제2 증발유닛(500)과 연결되는 제8 냉매분지관(86)을 더 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 제1 약액저장조(21)에서 배출되는 약액이 흐르는 제1 약액공급관(63)과, 상기 제2 약액저장조(23)에서 배출되는 약액이 흐르는 제2 약액공급관(61)과, 상기 제1 약액공급관(63)과 상기 제2 약액공급관(63)이 합쳐지면서 상기 기판처리부(10)와 연결되는 제3 약액공급관(65)과, 상기 제1 약액공급관(63)과 상기 제2 약액공급관(61)이 합쳐지는 영역에 설치되는 약액공급 조절밸브(53)를 더 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 제1 증발유닛(600)에서 회수되는 액체상태의 약액이 흐르는 약액회수관(67)과, 상기 약액회수관(67) 상에 설치되어 상기 약액의 회수량을 조절하는 약액 회수량 조절밸브(51)를 더 포함한다.
상기 제1 증발유닛(600)은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판처리시스템에 구비된 약액회수용 증발유닛과 실질적으로 동일한 구조를 가지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 제1 증발유닛(600)을 통하여 열에너지 및 약액을 회수하는 과정은 상술한 제1 실시 예에 따른 기판처리시스템에서의 작동과정과 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 제2 증발유닛(500)은 상기 기판처리시스템의 외부에서 사용되는 제2 공정장비에서 배출되는 공정냉각수와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 공정냉각수를 냉각시키기 위한 제2 열교환기(520)와, 상기 제2 열교환기(520)가 설치되는 냉각수 탱크(510)를 포함한다.
상기 제2 열교환기(520)는 상기 공정냉각수가 유입되는 제1 열교환관(521)과, 상기 냉매가 유입되는 제2 열교환관(523)을 갖는 이중관 열교환기이다. 여기서, 상기 제1 열교환관(521)의 외측 둘레에 상기 제2 열교환관(523)이 구비되어 상기 공정냉각수와 상기 냉매가 서로 열교환을 하게 된다.
구체적으로, 상기 제2 공정장비에서 배출되는 공정냉각수는 냉각수 유입관(91)을 따라 상기 제1 열교환관(521)으로 유입되고, 동시에 상기 팽창유닛(300)을 경유한 냉매는 제8 냉매분지관(86)을 따라 상기 제2 열교환관(523)으로 유입된다.
물론, 상기 냉매가 상기 제1 열교환관(521)으로 유입되고, 상기 공정냉각수가 상기 제2 열교환관(523)으로 유입될 수도 있을 것이다.
상기 제2 열교환기(520)에서 열교환을 마친 상기 공정냉각수는 상기 냉각수 탱크(510)의 내부로 배출된 후, 냉각수 배출관(93)을 따라 상기 냉각수 탱크(510)의 외부로 배출되어 냉각수 펌프(95)를 경유하면서 다시 상기 제2 공정장비로 공급된다.
동시에, 상기 제2 열교환기(520)에서 열교환을 마친 상기 냉매는 상기 제2 냉매분지관(72)을 따라 배출되어 상기 제1 증발유닛(600)을 경유한 냉매와 합지된 후 상기 제1 냉매관(73)을 따라 상기 압축유닛(200)으로 유입된다.
물론, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 제2 증발유닛(500)은 상기 냉각수 탱크(510)가 구비되지 않고, 상기 제2 열교환기(520)로만 구성될 수도 있을 것이다.
또한, 상기 제2 증발유닛(500)은 공정냉각수가 저장되어 있는 냉각수 탱크와, 상기 냉각수 탱크 내부에 설치되면서 하나의 관로를 가진 열교환기, 예를 들면 판형 열교환기, 코일형 열교환기로 구성될 수도 있을 것이다.
결과적으로, 상기 기판처리시스템의 외부에서 사용되는 제2 공정장비를 냉각시킨 후 일정온도로 상승된 공정냉각수와 히프펌프장치의 냉매를 열교환시킴으로써 상기 제2 공정장비에서 배출되는 폐열을 효율적으로 회수할 수 있고, 이로 인하여 공정냉각수를 냉각시키기 위하여 소요되는 에너지를 줄일 수 있게 된다.
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 기판처리시스템의 제3 실시 예를 설명한다.
본 실시 예에 따른 기판처리시스템은 약액저장조의 약액을 냉각한 후 가열된 냉각수로부터 열에너지를 회수하여 다시 상기 약액저장조로 공급함으로써 냉각수 재사용을 위하여 상기 냉각수를 냉각하는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 실시 예이다.
상기 기판처리시스템은 기판처리부(10), 약액저장조(700), 히트펌프장치 및 냉각모듈(800)을 포함한다. 상기 히프펌프장치는 응축유닛(400), 제3 증발유닛(5000), 압축유닛(200) 및 팽창유닛(300)을 포함한다.
상기 기판처리부(10), 상기 응축유닛(400), 상기 압축유닛(200) 및 상기 팽창유닛(300)은 상술한 제1 실시 예에 따른 기판처리시스템에 구비된 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 약액저장조(700)의 약액은 일정 온도범위로 유지되어야 하는데, 본 실시 예에서는 상기 약액의 온도범위가 33 ~ 65℃로 유지된다.
상기 냉각모듈(800)은 상기 약액저장조(700)의 내부에 설치되어, 상기 약액저장조(700)의 약액의 온도가 미리 설정된 설정온도범위보다 높을 경우에 상기 약액저장조(700)의 약액을 냉각시키게 된다.
반면, 상기 약액저장조(700)의 약액의 온도가 상기 설정온도범위보다 낮을 경우에는 상기 응축유닛(400)이 상기 약액을 가열하게 된다.
결과적으로, 상기 약액저장조(700)에 저장된 약액의 온도가 상기 설정온도범위보다 낮을 때는 상기 응축유닛(400)이 작동하고, 상기 약액의 온도가 상기 설정온도범위보다 높을 때는 상기 냉각모듈(800)이 작동하므로 상기 약액저장조(700)의 약액이 상기 설정온도범위를 유지할 수 있게 된다.
상기 제3 증발유닛(5000)은 상기 냉각모듈(800)에서 배출되는 제1 유체와 냉매를 열교환시켜 상기 제1 유체를 냉각시키기 위한 제3 열교환기(5200)와, 상기 제3 열교환기(5200)가 설치되는 제1 유체탱크(5100)를 포함한다.
상기 제3 열교환기(5200) 및 상기 제1 유체탱크(5100)는 상술한 기판처리시스템의 제2 실시 예에서 설명되었던 제2 열교환기(520) 및 냉각수 탱크(510)와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 제3 열교환기(5200)와 상기 압축유닛(200)을 연결하는 제1 냉매관(924)과, 상기 압축유닛(200)과 상기 응축유닛(400)을 연결하는 제2 냉매관(925), 상기 응축유닛(400)과 상기 팽창유닛(300)을 연결하는 제3 냉매관(921), 상기 팽창유닛(300)과 상기 제3 열교환기(5200)를 연결하는 제4 냉매관(923)을 더 포함한다.
또한, 상기 기판처리시스템은 상기 냉각모듈(800)과 상기 제3 열교환기(5200)를 연결하는 제1 유체관(911), 상기 제1 유체탱크(5100)와 외부의 냉각수 생성장비(1)를 연결하는 제2 유체관(913), 상기 냉각수 생성장비(1)와 상기 냉각모듈(800)을 연결하는 제3 유체관(915), 상기 제1 유체관(911)의 제1 유체를 상기 제3 유체관(915)으로 바이패스 시키는 제4 유체관(917), 상기 제1 유체의 흐름을 조절하는 제1 유량조절밸브(931) 및 제2 유량조절밸브(933)를 더 포함한다.
이하에서, 상기 약액저장조(700)에서 상기 약액이 냉각되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기 약액의 온도가 상기 설정온도범위보다 높은 경우에는 상기 제3 유체관(917)에 상기 제1 유체가 흐르지 않도록 상기 제1 유량제어밸브(931) 및 상기 제2 유량조절밸브(933)를 조절하고, 상기 냉각모듈(800)을 경유한 상기 제1 유체가 상기 제3 증발유닛(5000)으로 유입되도록 한다.
구체적으로, 상기 제1 유체는 상기 제3 유체관(915)을 통하여 상기 냉각수 생성장비(1)로부터 상기 냉각모듈(800)로 유입된다.
여기서, 상기 제1 유체는 상기 냉각수 생성장비(1)에서 배출되는 공정냉각수로서 상기 공정냉각수의 온도는 18~22℃의 범위를 가진다.
다음으로, 상기 냉각모듈(800)에는 상기 냉각수 생성장비(1)에서 배출되는 제1 유체가 흐르게 되고, 상기 제1 유체는 상기 약액저장조(700)의 약액과 열교환을 하면서 상기 약액의 온도를 낮추게 된다.
상기 제1 유체는 상기 약액과의 열교환으로 인하여 온도가 20~24℃로 가열된 상태로 상기 제1 유체관(911)을 통하여 상기 제3 열교환기(5200)로 유입된다.
상기 제3 열교환기(5200)로 유입된 상기 제1 유체는 상기 히트펌프장치의 냉매와 열교환을 하면서 냉각되고, 냉각된 제1 유체는 상기 제2 유체관(913)을 통하여 다시 상기 냉각수 생성장비(1)로 유입된다. 여기서, 상기 제3 열교환기(5200)에서 배출되는 제1 유체의 온도는 15~22℃로 냉각된다.
한편, 상기 약액저장조(700)에서 상기 약액이 가열되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기 약액의 온도가 상기 설정온도범위보다 낮은 경우에는 상기 제1 유량제어밸브(931) 및 상기 제2 유량제어밸브(933)의 제어를 통하여 상기 제1 유체가 상기 냉각모듈(800)로 유입되는 것을 차단한 상태에서 상기 히트펌프장치가 작동된다.
구체적으로, 상기 제3 열교환기(5200)에서 상기 제1 유체와 열교환을 마친 냉매는 상기 제1 냉매관(924)을 통하여 상기 압축유닛(200)으로 유입된다.
다음으로, 상기 냉매는 상기 압축유닛(200)에서 고온고압으로 압축된 후 상기 제2 냉매관(925)을 통하여 상기 응축유닛(400)으로 유입된다.
상기 응축유닛(400)으로 유입된 냉매는 상기 약액저장조(700)의 약액과 열교환을 하면서 상기 약액을 가열시키게 된다.
상기 약액과의 열교환을 마친 냉매는 상기 제3 냉매관(921)을 통하여 상기 팽창유닛(300)으로 유입되어 저온저압의 상태로 팽창된다.
상기 팽창유닛(300)을 경유한 냉매는 상기 제4 냉매관(923)을 통하여 상기 제3 증발유닛(5000), 즉 상기 제3 열교환기(5200)로 유입된다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 상기 기판처리시스템은 상기 약액저장조(700)의 약액의 온도를 센싱하는 온도센서(미도시)와, 상기 약액의 온도에 따라 상기 약액을 가열할 것인지 또는 냉각할 것인지를 판단하여 기판처리시스템을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
10: 기판처리부 20, 700: 약액저장조
100: 증발유닛 110, 1100: 열교환관 고정캡
120, 1200: 메인하우징 130, 1400: 유체유입부
140, 1500: 유체배출부 150, 1700: 약액트랩부
161: 열교환관 200: 압축유닛
300: 팽창유닛 400: 응축유닛
410: 제1 응축유닛 420: 제2 응축유닛
500: 제2 증발유닛 600: 제1 증발유닛
800: 냉각모듈 5000: 제3 증발유닛

Claims (11)

  1. 약액을 사용하여 기판을 처리하기 위한 기판처리부;
    상기 기판처리부로 공급되는 상기 약액이 저장되는 약액저장조; 그리고,
    상기 약액저장조의 약액을 가열하는 응축유닛과, 공정장비에서 배출되는 유체의 적어도 일부분을 냉각시키면서 폐열을 회수하는 증발유닛과, 상기 증발유닛에서 배출되는 냉매를 압축하는 압축유닛과, 상기 응축유닛에서 배출되는 상기 냉매를 팽창시키는 팽창유닛을 갖는 히트펌프장치를 포함하고,
    상기 증발유닛은 상기 기판처리부에서 배출되는 유체가 유입되는 증발기 하우징과, 상기 팽창유닛으로부터 유입되는 상기 냉매가 상기 유체와 열교환되도록 하는 제1 열교환기와, 상기 증발기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 유체로부터 상기 액체상태의 약액을 용이하게 포집하기 위하여 상기 유체의 접촉면적을 넓혀주는 약액트랩부를 포함하며,
    상기 증발기 하우징에는 상기 냉매와 상기 유체의 열교환으로 인하여 액체상태의 약액이 포집되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증발기 하우징에 수집된 상기 액체상태의 약액을 상기 약액저장조로 공급하기 위한 약액회수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 증발유닛은 외부에서 사용되는 제2 공정장비에서 배출되는 공정냉각수와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 공정냉각수를 냉각시키기 위한 제2 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 증발유닛은 상기 제2 열교환기가 설치되는 공정냉각수 탱크를 더 포함하며, 상기 제2 열교환기는 상기 공정냉각수가 유입되는 제1 열교환관과, 상기 냉매가 유입되는 제2 열교환관을 갖는 이중관 열교환기인 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 약액저장조의 약액을 냉각시키기 위한 냉각모듈을 더 포함하며, 상기 증발유닛은 상기 냉각모듈에서 배출되는 제1 유체와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 제1 유체를 냉각시키기 위한 제3 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  8. 약액을 사용하여 기판을 처리하는 기판처리부에서 배출되는 유체가 유입되는 증발기 하우징;
    상기 증발기 하우징 내부에 설치되며, 팽창유닛으로부터 유입되는 냉매가 상기 유체와 열교환되도록 하는 제1 열교환기; 그리고,
    상기 증발기 하우징의 내부에 설치되며 상기 유체로부터 상기 액체상태의 약액을 용이하게 포집하기 위하여 상기 유체의 접촉면적을 넓혀주는 약액트랩부를 포함하고, 상기 증발기 하우징에는 상기 냉매와 상기 유체의 열교환으로 인하여 액체상태의 약액이 포집되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 증발기 하우징은 상기 기판처리부에서 배출되는 상기 유체가 유입되는 유체유입부와, 상기 냉매와의 열교환을 마친 유체가 배출되는 유체배출부를 포함하며, 상기 약액트랩부는 상기 유체유입부의 후단과 상기 유체배출부의 전단 중 한 곳 이상에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 증발기 하우징은 메인하우징과, 상기 냉매와의 열교환을 마친 유체가 배출되는 유체배출부를 포함하며, 상기 제1 열교환기의 적어도 일부분은 상기 유체배출부의 외측면을 감싸면서 상기 메인하우징의 길이방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛.
KR1020130007031A 2013-01-22 2013-01-22 기판처리시스템 및 기판처리시스템의 약액회수용 증발유닛 KR101419440B1 (ko)

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