KR0176125B1 - 반도체설비용 온도조절장치 및 반도체 가공설비 - Google Patents

Abstract

냉각수를 이용한 신규한 반도체 설비용 온도조절장치가 개시되어 있다.

본 발명은, 온도를 조절하고자 하는 가공설비에 연결되며, 외부에서 냉각수를 공급받아 상기 가공설비의 공정챔버 내에 순환되는 유체로부터 상기 냉각수로 공정에너지를 간접 열전달방식에 의해 이동시키는 열교환기로 이루어진다.

따라서, 프레온 가스를 사용하지 않아 환경파괴에 대응할 수 있으며, 단순한 구조로써 생산성 향상을 도모할 수 있다는 효과가 있다.

Description

반도체 설비용 온도조절장치 및 반도체 가공설비

제1도는 종래의 반도체 건식식각설비의 공정챔버 온도를 조절하기 위한 온도조절장치의 개략적인 구조도이다.

제2도는 본 발명에 따른, 반도체 건식식각설비의 공정챔버 온도를 조절하기 위한 온도조절장치의 개략적인 구조도이다.

본 발명은 반도체 설비용 온도조절장치 및 반도체가공설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식식각설비와 같은 반도체 가공설비에 있어서 공정챔버의 온도를 프레온(freon) 가스를 사용하지 않고 냉각수로써 조절할 수 있는 반도체용 온도조절장치 및 반도체 가공설비에 관한 것이다.

프레온이 대류권으로 대량으로 방출되지 않고 성층권까지 상승했을 때 강한 자외선에 의해 오존층이 파괴된다는 학설이 1974년에 발표되었는데, 이에 따라 프레온 가스의 사용에 대한 여러 가지 규제조치가 취해져 왔다.

반도체 가공설비, 예컨대 건식식각설비에서는 공정챔버의 온도를 조절하기 위해 프레온 가스를 냉매로 사용하는 냉각장치(chiller)를 사용하고 있는데, 이를 제1도를 참조하여 설명하고자 한다.

제1도를 참조하면, 종래의 냉각장치는 프레온 가스를 냉매로 사용하는 냉동기의 원리로써 압축=응축=팽창=증발의 사이클을 가진 냉동 사이클부로 구성된다. 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 냉동기는 증발하는 액체가 증발되기 쉬우면 쉬울수록 차갑게 느껴진다는 것, 즉 더욱 저온으로 차갑할 수 있다는 원리에 입각하여, 물이나 에테르에 의해 보다 더 증발하기 쉬운 내화프레온과 같은 약품을 사용하여 냉동작용을 한다. 이러한 냉동기의 냉동 사이클은 고압(응축)축과 저압(증발)축을 갖고 있으며, 열의 흡수와 방열작용을 한다. 이 열의 이동, 즉 흡수·방열작용을 하는 매체를 냉매라고 하며, 이 냉매가 냉동 사이클부 내를 순환하면 저압증기=고압증기=고압액=저압액=저압증기의 상태로 변환되면서 열을 운반하여 냉각(흡열) 또는 가열(방열) 작용을 한다. 기본적인 냉동 사이클부는 압축기(compressor), 응축기(condensor), 팽창기구(capilary tube) 및 증발기로 구성된다.

압축기란, 저압과 저온의 냉매증기를 증발기로부터 흡수하여 이것을 압축시켜 고압과 고온의 증기로 바꾸어서 응축기로 보내는 작용을 한다.

물 또는 공기에 의해 냉각되는 응축기에서는, 압축기로부터 뿜어낸 고온·고압의 증기(과열증기)=포화증기=응축증기=고온·고압의 포화액의 상태로 변환된다. 이 고온·고압의 냉매액은 포화액으로 변화한 후에도 다시 냉각되어 온도가 어느정도 내려간 다음 응축기로부터 수액기로 보내진다.

수액기를 나온 고압냉매액은 팽창기구(또는 팽창밸브)를 통과하게 되는데, 이 좁은 밸브의 저항에 의해 고압냉매액의 압력이 강하되고 온도도 떨어지게 되어 저압·저온의 냉매액이 되면서 증발기로 들어간다. 실제로, 냉매액은 팽창기구의 압축작용에 의해 일부는 증기가 되어 액체와 증기가 혼합된 축축한 증기상태로 되어 팽창기구로부터 증발기로 보내지게 된다.

증발기로 들어간 저압·저온의 냉매는 주위의 물체보다 온도가 낮기 때문에, 주위에서 열을 빼앗으면서 왕성하게 증발하여 증발기내를 진행하면서 액체에서 증기로 바뀌어 증발기의 출구에서는 액분이 없는 포화증기 또는 과열된 증기상태로 변하게 된다. 증발기에서 나온 냉매증기는 흡입관을 통해 압축기로 흡입되고 다시 압축=응축=팽창=증발의 사이클을 반복하면서 냉동작용을 한다.

상술한 종래의 온도조절장치, 즉 냉각장치는 프레온 가스를 냉매로 사용하기 때문에 환경파괴를 증가시키고 냉동 사이클부가 부착됨으로써 제품가격이 비싸다. 또한, 다량의 부품으로 구성되어 있어 고장율이 높다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각수에 의한 열교환방식을 사용하여 프레온 가스의 사용규제에 적극 대응할 수 있는 반도체 설비용 온도조절장치 및 반도체 가공설비를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 설비용 온도조절장치는, 온도를 조절하고자 하는 가공설비에 연결되며, 외부에서 냉각수를 공급받아 상기 가공설비의 공정챔버 내에 순환되는 유체로부터 상기 냉각수로 공정에너지를 간접 열전달방식에 의해 이동시키는 열교환기를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 태양에 의하면, 상기 열교환기는 상기 냉각수가 들어가고 빠져나오는 양끝의 판 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 압력판이 온도에 따라 몇 장으로 구성되어 있는 구조로 되어 있다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 상기 가공설비는 건식식각설비이다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유체를 저장하는 물탱크, 상기 물탱크로부터 유체를 펌핑하여 공정챔버 내를 순환시키는 펌프 및 외부에서 냉각수를 공급받아 상기 공정챔버 내에서 순환되는 유체로부터 상기 냉각수로 공정 에너지를 간접 열전달방식에 의해 이동시키는 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공설비를 제공한다.

본 발명의 또다른 형태에 의하면, 상기 열교환기는 상기 냉각수가 들어가고 빠져나오는 양끝의 판 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 압력판이 온도에 따라 몇 장으로 구성되어 있는 구조로 되어 있다.

본 발명의 다른 태양에 의하면, 상기 유체의 온도를 조절하기 위하여 상기 물탱크에 연결되어 있는 가열기, 상기 펌핑된 유체가 상기 공정챔버로 공급되도록 그 유동을 조절하는 조정밸브 및 상기 유체가 물탱크로부터 열교환기로 역류되는 것을 방지하도록 상기 열교환기와 물탱크 사이에 설치된 역류방지밸브를 더 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

제2도는 본 발명에 의한, 반도체 건식식각설비의 공정챔버 온도를 조절하기 위한 온도조절장치의 개략적인 구조도이다.

제2도를 참조하면, 본 발명에 의한 온도조절장치는 외부로부터 18℃정도의 온도를 갖는 공정냉각수(process cooling water; PCW)를 공급받아 건식식각설비의 공정챔버 내에 순환되는 유체로부터 상기 냉각수로 공정에너지를 간접 열전달방식에 의해 이동시키는 열교환기로 이루어진다.

이에 따라, 상기 온도조절장치를 사용하는 건식식각설비는, 그 공정챔버 내를 순환할 유체(물)를 저장하고 있는 물탱크, 상기 물탱크로부터 유체를 펌핑하여 순환시키는 펌프, 외부로부터 18℃ 온도의 공정냉각수를 공급받아 상기 공정챔버 내에 순환되는 유체로부터 상기 냉각수로 공정에너지를 간접 열전달방식에 의해 이동시키는 열교환기를 구비한다. 또한, 상기 펌핑된 유체가 상기 공정챔버로 공급되도록 그 유동을 조절하는 조정밸브(regulator valve), 상기 유체가 물탱크로부터 열교환기로 역류되는 것을 방지하도록 상기 열교환기와 물탱크 사이에 설치된 역류방지밸브(check valve), 상기 펌핑된 유체의 압력을 측정하는 게이지, 상기 게이지와 물탱크 사이에 설치된 안전밸브(safety valve), 상기 물탱크에 연결된 열전쌍(temperature couple; T/C) 및 가열기를 더 구비한다.

본 발명에서 사용하는 열교환기란 어떤 매체로부터 다른 매체로 공정에너지를 이동하기 위해 연속적으로 열을 전달하는 장치로서, 냉동원리중에서 증발원리만 사용하는 장치이다. 따라서, 외부에서 열교환기로 공급된 냉각수는 건식식각설비의 공정챔버 내를 순환하는 유체의 온도보다 낮기 때문에 상기 유체로부터 열을 빼앗아 상기 열교환기를 빠져나오게 된다.

이러한 열교환방식에는 각 매체간의 직접 접촉에 의해 열을 전달하는 직접 열전달방식과, 벽에 의해 각 매체가 분리되어 간접적으로 열을 전달하는 간접 열전달방식이 있다. 본 발명은 간접 열전달방식의 열교환기를 사용한다.

열전달의 원리를 좀 더 살펴보면, 열전달이란 온도차에 의해 물체사이에서 발생하는 에너지의 이동을 의미한다. 열은 다음의 3가지 방식, 즉 ① 전도 열전달(원자 또는 분자의 운동에 의해 고체 또는 정지된 유체 사이에 고온영역으로부터 저온 영역으로 에너지가 전달되는 방식), ② 대류 열전달(가열된 평판이 외부운동원 없이 실내 공기에 노출되어 있을 때 공기가 평판근처의 밀도구배로 인해 운동하는 방식) 및 ③ 복사 열전달(매질을 통해 에너지전달을 수반하게 되는 전도나 대류방식에 반해 진공영역을 통해서도 열이 전달되는 방식)에 의해 이동된다.

본 발명의 열교환기 구조를 살펴보면, 외부 냉각수가 들어가고 빠져나오는 양끝의 판(plate) 사이에 어떤 매체, 즉 상기 유체가 유동할 수 있는 압력판이 온도에 따라 몇 장으로 구성되어 있다. 이 압력판 사이에는 첫번째 매체와 두 번째 매체가 혼합되지 않게 설계된 카세트가 배열되어 있다. 따라서, 공정챔버 내를 순환하는 유체와 냉각수가 서로 혼합되지 않으면서 간접적으로 열전달이 이루어진다.

본 발명에 의한 냉각방식을 살펴보면, 물탱크로부터 유체가 펌핑된 후 조정밸브를 통해 건식식각설비의 공정챔버로 공급되며, 외부로부터 냉각수를 공급하는 상기 열교환기에 의해 공정챔버 내에 순환되고 있는 유체로부터 상기 냉각수로 공정 에너지가 간접 열전달방식으로 전달된다. 이와 같이 공정에너지를 전달받아 뜨거워진 냉각수는 상기 열교환기를 빠져나오고, 에너지를 빼앗겨 냉각된 유체는 역류방지밸브를 통해 상기 물탱크로 들어가서 상술한 순환과정을 반복하면서 냉동작용을 한다.

또한, 물탱크 내의 온도를 감지하여 그 온도가 공정온도의 설정치 이상 또는 이하일 때마다 온도조절기에서 안전판을 개폐하여 공정 냉각수가 열교환이 되었다 안되었다하는 동작을 반복하게 한다. 물탱크 내의 온도가 설정치보다 낮을 때는 온도조절기에 의해 가열기가 온(ON)되어 그 온도를 설정치 온도에 근접하게 유지시킨다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 온도조절장치에 의하면, 종래의 프레온 가스를 냉매로 사용하는 냉동 사이클부를 사용하지 않고, 외부 공급되는 냉각수에 의한 열교환방식으로 공정챔버의 온도를 조절할 수 있으므로 환경파괴에 대응할 수 있다.

또한, 냉동 사이클부가 불필요하게 되어 제품의 저가격화를 실현할 수 잇으며, 냉각수를 이용한 단순한 구조를 사용하기 때문에 고장율이 감소되어 생산성 향상을 도모할 수 있다는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연하다.

Claims (6)

1. 온도를 조절하고자 하는 가공설비에 연결되며, 외부에서 냉각수를 공급받아 상기 가공설비의 공정챔버 내에 순환되는 유체로부터 상기 냉각수로 공정에너지를 간접 열전달방식에 의해 이동시키는 열교환기를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 반도체 설비용 온도조절장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 냉각수가 들어가고 빠져나오는 양끝의 판 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 압력판이 온도에 따라 몇 장으로 구성되어 있는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 설비용 온도조절장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가공설비는 건식식각설비인 것을 특징으로 하는 상기 반도체 설비용 온도조절장치.
4. 유체를 저장하는 물탱크; 상기 물탱크로부터 유체를 펌핑하여 공정챔버 내를 순환시키는 펌프; 및 외부에서 냉각수를 공급받아 상기 공정챔버 내에서 순환되는 유체로부터 상기 냉각수로 공정 에너지를 간접 열전달방식에 의해 이동시키는 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공설비.
5. 제4항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 냉각수가 들어가고 빠져나오는 양끝의 판 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 압력판이 온도에 따라 몇 장으로 구성되어 있는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 설비용 온도조절장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 유체의 온도를 조절하기 위하여 상기 물탱크에 연결된 가열기, 상기 펌핑된 유체가 상기 공정챔버로 공급되도록 그 유동을 조절하는 조정밸브 및 상기 유체가 물탱크로부터 열교환기로 역류되는 것을 방지하도록 상기 열교환기와 물탱크 사이에 설치된 역류방지밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 설비용 온도조절장치.