KR100453025B1 - 반도체 제조 설비용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 설비용 냉각장치에 관한 것으로서, 반도체 제조 설비의 내부에 설치된 냉각라인을 따라 순환될 설비냉각제를 저장하는 탱크와; 냉매순환라인을 매개로 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 어큐뮬레이터 순으로 순환사이클을 이루도록 연결되며, 상기 증발기가 상기 탱크내부에 위치하도록 구성되어 상기 탱크에 저장된 설비냉각제를 냉각시키는 냉동사이클장치를 포함하는 반도체 제조설비용 냉각장치에 있어서,

상기 어큐뮬레이터 및 증발기의 사이에 설치되어 상기 압축기로 공급되는 냉매량을 조절하는 냉매조절수단으로 구성된다.

상술한 바와 같이 구성함에 따라 설비냉각제를 냉각시키는 냉동사이클장치를 구성하는 어큐뮬레이터 및 압축기의 사이에 냉매량을 조절할 수 있는 냉매조절수단을 마련하여 저온 영역대의 온도조절을 할 경우 냉매량을 증대시키도록 함으로써 종래에 비하여 냉각효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

반도체 제조 설비용 냉각장치{Cooling Apparatus of Semiconductor Manufacturing Equipment}

본 발명은 반도체 제조설비용 냉각장치에 관한 것으로서, 특히, 냉동사이클의 냉매순환라인을 개선하여 냉각효율을 향상시키는 반도체 제조설비용 냉각장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정이 이루어지는 챔버 내부는 공정에 따라 요구되는 적정 수준의 온도가 유지되어야 한다. 이를 위해서는 챔버에 형성되어 온도를 높이기 위한 전기로에서 일정한 열을 공급하여 적정 온도를 유지할 수 있으나 전기로에서 발생되는 열을 원하는 수준의 온도가 되도록 하기 위해서는 상당한 주의가 요망된다.

이와 같이 발열에 의해 과열될 수 있는 요소를 배제하고, 적당한 수준의 온도를 유지시키기 위해 챔버 월 또는 척에 설치되는 냉각용 라인을 구비한 냉각장치가 사용된다.

도 1은 종래의 반도체 제조 설비용 냉각장치의 구성을 도시한 도면으로서, 상기 도면에 도시한 바와 같이 반도체 제조 설비(10)가 있으며, 그 반도체 제조 설비(10) 내부, 예컨대, 척 또는 챔버월에 설치된 냉각용라인을 따라 설비냉각제가 순환된 후 탱크(20)로 회수되도록 설비냉각제공급라인(30) 및설비냉각제회수라인(40)이 구성되어 있으며, 이러한 공급 및 순환을 조절하도록 각 라인(30,40)에 개폐밸브(31,41) 및 바이패스밸브(43)가 설치되어 있다.

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

상기 탱크(20)의 내부에는 상기 설비냉각제를 내부로 순환시키는 순환라인을 마련하여 상기 설비냉각제를 순환시켜 그 설비냉각제로부터 열을 빼앗아 온도를 하강시키는 열교환기(후술하는 냉동사이클 장치(100)(일점 쇄선 표시선 내부)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 반도체 제조 설비(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 수분을 여과하는 필터드라이어(130)와, 상기 필터드라이어(130)에서 나온 냉매가스의 압력과 온도를 떨어뜨리는 팽창밸브(140)와, 팽창밸브(140)를 통과한 후 반도체 제조설비(10)의 월 및 챔버월로 공급되어 설비의 온도를 조절할 설비냉각제로부터의 열을 빼앗으며 냉매가 증발하는 증발기(150)와, 상기 증발기(150)에서 증발된 냉매 중 냉매가스만압축기(110)로 공급되도록 액냉매와 냉매가스를 분리시키는 어큐뮬레이터(170) 등이 냉매순환라인(160 : 도면에서 진한 실선으로 표시함)상에 설치되어 구성되고, 상기 어큐뮬레이터(170) 및 압축기(110)를 연결하는 냉매순환라인(161 : 설명의 용이성을 위해 별도 부호를 명기함)에는 상기 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 압력을 조정하는 흡입 압력 조정기(Suction Pressure Regulator)(183)가 설치된다.

상기 흡입 압력 조정기(183)는 상기 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 양을 일정하게 하여 설비냉각제의 온도를 반도체 제조 공정에서 요구하는 전온도영역대(예컨대, -20℃~80℃) 중에서 조절할 수 있도록 한다.

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 액상의 냉매가 증발하는 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 냉매순환라인(160)을 통해 다음 단계인 어큐뮬레이터(170)로 흘러 압축기(110)로 입력되는 일련의 순환과정을 반복적으로 행하게 된다.

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

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

도면에서 미설명부호(181)는 솔레노이드밸브(Solenoid Valve)를 나타내며, 부호(185)는 셧오프 밸브(Shut Off Valve)를 나타내며, 부호(190)는 상기 탱크에 저류된 설비냉각제를 펌핑시키는 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 넓은 온도영역(예컨대, -20℃~80℃)에 대한 제어를 하여야 한다.

따라서, 상기 흡입 압력 조정기(183)를 최고온도인 80℃를 기준으로 일정하게 조정해야 되므로 낮은 온도 영역에 대해서는 냉각장치가 최대효율을 얻기가 어렵다는 문제점이 있다.

물론 이를 해소시키기 위하여 상기 흡입 압력 조정기(183)를 조절하여 낮은 온도영역에 대하여 최대효율을 낼 수 있도록 할 수 있지만 그때마다 수동으로 상기 흡입 압력 조정기(183)를 조정할 수 있는 있으나 이는 반도체 제조 공정에 이용하는 경우 사실상 불가능하게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 냉동사이클장치의 냉매순환라인을 개선하여 반도체 제조 공정에서 요구하는 전 온도영역대에 적용 가능하면서도 저온 온도 조절 영역에서 보다 큰 냉각 효과를 얻을 수 있도록 하는 반도체 제조설비용 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 제조 설비의 내부에 설치된 냉각라인을 따라 순환될 설비냉각제를 저장하는 탱크와; 냉매순환라인을 매개로 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 어큐뮬레이터 순으로 순환사이클을 이루도록 연결되며, 상기 증발기가 상기 탱크내부에 위치하도록 구성되어 상기 탱크에 저장된 설비냉각제를 냉각시키는 냉동사이클장치를 포함하는 반도체 제조설비용 냉각장치에 있어서, 상기 어큐뮬레이터 및 증발기의 사이에 설치되어 상기 압축기로 공급되는 냉매량을 조절하는 냉매조절수단으로 구성된다.

상기 냉매조절수단은 상기 어큐뮬레이터 및 압축기의 사이에 설치되는 메인유로와; 상기 메인유로 상에 설치되는 흡입압력조정기와; 상기 메인유로상에 설치되는 복수의 보조유로와; 상기 복수의 보조유로에 각각 설치되어 메인유로를 개폐시키는 솔레노이드밸브와; 상기 복수의 보조유로에 각각 설치되어 그 보조유로를 통하는 냉매의 양을 일정하게 조절하는 셧오프 밸브로 구성된다.

상기 냉매조절수단은 상기 어큐뮬레이터 및 압축기의 사이에 설치되는 메인유로와; 상기 메인유로상에 설치되어 그 메인유로를 통하는 냉매의 양을 일정하게 조절하는 셧오프 밸브로 구성된다.

상기 냉매조절수단은 상기 어큐뮬레이터 및 압축기의 사이에 설치되는 메인유로와; 상기 메인유로상에 설치되는 보조유로와; 상기 보조유로에 설치되어 그 보조유로를 개폐시키는 솔레노이드밸브와; 상기 메인유로 및 보조유로에 설치되어 그내부를 통과하는 냉매량을 일정하게 조절하는 복수의 셧오프 밸브로 구성된다.

도 1은 종래의 반도체 제조설비용 냉각장치의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 냉매조절수단이 적용된 반도체 제조 설비용 냉각장치의 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 반도체 제조설비용 냉각장치의 냉매조절수단의 구성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 반도체 제조설비용 냉각장치의 냉매조절수단의 구성을 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 의한 반도체 제조설비용 냉각장치 및 종래의 반도체 제조설비용 냉각장치에 의한 설비냉각제의 온도하강시간을 비교 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 반도체 제조설비 100 : 냉각장치

110 : 압축기 140 : 팽창밸브

150 : 증발기 160 : 냉매순환라인

170 : 어큐뮬레이터 300 : 냉매조절수단

311,321,331 : 메인유로 313,314,332 : 보조유로

312 : 흡입압력조정기

315,316,334 : 솔레노이드밸브

317,318,323,335,336 : 셧오프밸브

이하, 첨부도면 도 2를 참조로 하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 구성 및 작용에 대해서 설명한다.

본 발명에 의한 반도체 제조설비용 냉각장치는 종래(도 1)의 구성과 마찬가지로 반도체 제조 설비(10)의 내부에 설치된 냉각라인을 따라 순환될 설비냉각제를 저장하는 탱크(20)와, 상기 설비냉각제를 냉각시키도록 냉매순환라인(160)을 매개로 압축기(110), 응축기(120), 팽창밸브(140), 증발기(150), 어큐뮬레이터(170) 순으로 순환사이클을 이루도록 연결되며, 상기 증발기(150)가 상기 탱크(20)내부에 위치하도록 구성된 냉동사이클장치(100)와, 상기 탱크(20) 내부에 저장되는 설비냉각제를 가열하는 히터(50)로 이루어지는 기본 구성은 동일하다.

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

본 발명에서는 상기 어큐뮬레이터(170)로부터 토출되는 냉매의 양을 조절하여 상기 압축기(110)로 입력되는 냉매의 양을 조절할 수 있도록 상기 압축기(110) 및 어큐뮬레이터(170)사이에 냉매조절수단(300)을 구성한 것이 다르다.

상기 냉매조절수단(300)은 상기 어큐뮬레이터(170) 및 압축기(110)의 사이를 연결시키는 메인유로(311)와, 상기 메인유로(311) 상에 설치되어 그 메인유로(311)를 통과하는 냉매의 압력을 일정하게 유지시키는 흡입 압력 조정기(312)와, 상기 메인유로(311)상에 설치되는 복수의 보조유로(313, 314)와, 상기 복수의보조유로(313,314)에 각각 설치되어 그 보조유로(313,314)의 유로를 개폐시키는 솔레노이드밸브(315,316)와, 상기 복수의 보조유로(313,314)에 설치되어 그 보조유로(313,314)를 통하는 냉매의 양을 일정하게 유지시키는 셧오프밸브(317,318)로 구성된다.

상술한 바와 같은 반도체 제조설비용 냉각장치(100)의 기본 원리는 종래의 원리와 동일하므로, 상기 냉매조절수단(300)을 주로 하여 동작원리를 설명한다.

먼저, 넓은 온도 영역(-20℃~80℃)에 대한 온도 제어를 위하여 상기 흡입압력조정기(312)를 최고온도(80℃)를 기준으로 하여 조정한다.

그리하여, 메인유로(311)을 통해 공급되는 냉매는 항상 일정한 압력 상태를 유지하며 상기 압축기(110)로 유입되게 된다.

한편, 설비냉각제의 온도를 기준온도값인 80℃보다 낮게 하고자 할 경우 상기 솔레노이드밸브(315)가 동작됨으로써, 상기 메인유로(311)를 통하여 흐르는 냉매와 함께 보조유로(313)를 통해 소정량의 냉매가 추가로 공급되어 압축기(110)로 유입되는 냉매량을 증대시킬 수 있게 된다. 이때, 보조유로(313) 상에 설치된 셧오프밸브(317)에 의해 보조유로(313)을 통해 공급되는 냉매는 일정하게 공급된다.

또 한편, 설비냉각제의 온도를 또 다른 값으로 조정하고 자 할 경우에는 보조유로(314)에 설치된 솔레노이드밸브(316)가 동작되어 상기 메인라인(311) 및 보조유로(313)을 통해 흐르는 냉매와 함께 보조유로(314)를 통하여 소정량의 냉매가 더욱 추가되어 압축기(110)로 유입되는 냉매량을 더욱더 증대시켜 냉각효율을 얻을 수 있게 된다. 이때에도, 보조유로(314)상에는 셧오프밸브(318)가 설치되어 보조유로(314)를 통해 흐르는 냉매의 양을 일정하게 하여 냉각 온도조절을 정확하게 할 수 있도록 한다.

상기와 같이 메인유로(311)와 더불어 복수의 보조유로(313,314)를 마련함으로써 저온 영역에서의 냉매유량을 더욱 증대시켜 높은 냉각효율을 얻을 수 있게 되며, 또한, 상기 그 유로를 상술한 바와 같이 3개(메인유로(311)+보조유로(313,314))를 형성하여 4개의 온도 영역대로 조절할 수 있게 된다.다시말하면, 보조유로(313,314)를 구성하여 보다 많은 경우의 수를 갖는 냉각온도설정 조건을 얻을 수 있게되고, 상기 보조유로(313,314)상에 설치된 셧오프밸브(317,318)을 통하여 냉매량 조절을 보다 정확하게 하여 정밀한 냉각 온도 조건을 설정할 수 있게 된다.

도 3은 상기 냉매조절수단(300)의 다른 실시 예를 도시한 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이 상기 압축기(110) 및 어큐뮬레이터(170)의 사이를 연결시키는 메인유로(321)와, 상기 메인유로(321) 상에 설치되어 상기 메인유로(321)를 통과하는 냉매의 양을 일정하게 유지시키는 셧오프밸브(323)로 구성된다.

그 동작원리는 먼저, 상기 셧오프밸브(323)가 개방되면, 그 셧오프밸브(323)를 통해 어큐믈레이터(170)로부터 토출된 냉매는 일정하게 유지되어 상기 압축기(110)로 공급된다.

상술한 바와 같이 유로를 하나로 구성하여 2개의 온도 영역대를 조절할 수 있게 된다.

도 4는 상기 냉매조절수단(300)의 또 다른 실시 예를 도시한 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이 상기 압축기(110) 및 어큐뮬레이터(170)의 사이를 연결시키는 메인유로(331)와, 상기 메인유로(331)에 설치되는 보조유로(332)와, 상기 보조유로(332)에 설치되어 상기 보조유로를 개폐시키는 솔레노이드밸브(334)와, 상기 메인유로(331) 및 보조유로(332)에 설치되어 그 유로를 통과하는 냉매의 양을 일정하게 유지시키는 셧오프밸브(335,336)로 구성된다.

그 동작원리는 먼저, 셧오프밸브(335)가 동작되어 메인유로(331)의 유로를 개방시키면, 어큐뮬레이터(170)로부터 토출된 냉매가 상기 압축기(110)로 공급되고, 이때, 상기 셧오프밸브(335)에 의해 그 메인유로(331)를 통과하는 냉매의 양을 일정하게 공급한다.

한편, 설비냉각제의 온도가 소정의 값 이상에서는 상기 솔레노이드밸브(334)가 동작되어 보조유로(332)를 개방시켜, 상기 메인유로(331)를 통해 흐르는 냉매와 함께 보조유로(332)를 통하여 소정량의 냉매가 추가되어 압축기(110)로 유입되는 냉매량을 더욱더 증대시켜 냉각효율을 얻을 수 있도록 한다.

이때에도 상기 보조유로(332)에 설치된 셧오프밸브(336)에 의해 그 보조유로(332)를 통하는 냉매의 양이 일정하게 유지되어 공급된다.

상술한 구성 역시 앞서 설명한 바와 같이 2개의 유로를 형성시킴으로써 3개의 온도영역대를 조절할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 반도체 냉각장치 및 종래의 반도체 냉각장치에 의해 설비냉각제의 온도하강시간을 비교 도시한 그래프이다.

상기 그래프에서 가로축은 온도하강시간 : t [분]을 나타내고, 세로축은 설비냉각제의 온도 : T [℃]를 나타내며, 점선표시선은 본 발명에 의한 온도하강곡선, 실선표시선은 종래의 냉각장치에 의한 온도하강곡선을 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 경우 설비냉각제의 온도를 70℃에서 0℃로 하강시키는 데 걸린 시간은 28분임에 반하여 종래에 의한 경우는 72분이 소요되어 본 발명에 의하여 257%의 효율 개선을 볼 수 있었다.

상기 도 5에 표시된 본 발명의 측정값은 도 2에 도시된 실시 예에 의한 것으로서, 상기 메인유로(311)를 개방시킴을 기본으로 하고, 복수의 보조유로(313,314)중 그 어느 하나를 개방한 상태에서 측정한 결과값이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 제조설비용 냉각장치는 설비냉각제를 냉각시키는 냉동사이클장치를 구성하는 어큐뮬레이터 및 압축기의 연결라인상에 냉매량을 조절하는 냉매조절수단을 마련하여 반도체 제조 공정의 전 온도 영역에 적용 가능하면서도 저온 영역대에서 냉매량을 증대시키도록 함으로써 종래에 비하여 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이것은 넓은 온도 영역을 가질 수 있으므로 보다 넓은 응용 범위를 가질 뿐만 아니라 전력 소모를 줄일 수 있는 것은 물론 온도 안정화에 걸리는 시간을 크게 줄여 FAB 운영비용 절감과 생산품 비용 절감에 도움을 줄 수 있게 될 것이다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 반도체 제조 설비의 내부에 설치된 냉각라인을 따라 순환될 설비냉각제를 저장하는 탱크;

   냉매순환라인을 매개로 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 어큐뮬레이터 순으로 순환사이클을 이루도록 연결되며, 상기 증발기가 상기 탱크내부에 위치하도록 구성되어 상기 탱크에 저장된 설비냉각제를 냉각시키는 냉동사이클장치를 포함하는 반도체 제조설비용 냉각장치에 있어서,

   상기 어큐뮬레이터 및 증발기의 사이에 설치되어 상기 압축기로 공급되는 냉매량을 조절하는 냉매조절수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매조절수단은 상기 어큐뮬레이터 및 압축기의 사이에 설치되는 메인유로와;

   상기 메인유로 상에 설치되는 흡입압력조정기와;

   상기 메인유로상에 설치되는 복수의 보조유로와;

   상기 복수의 보조유로에 각각 설치되어 보조유로를 개폐시키는 솔레노이드밸브와;

   상기 복수의 보조유로에 각각 설치되어 그 보조유로를 통하는 냉매의 양을일정하게 조절하는 셧오프 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 냉각장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매조절수단은 상기 어큐뮬레이터 및 압축기의 사이에 설치되는 메인유로와;

   상기 메인유로상에 설치되어 그 메인유로를 통하는 냉매의 양을 일정하게 조절하는 셧오프 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 냉각장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매조절수단은 상기 어큐뮬레이터 및 압축기의 사이에 설치되는 메인유로와;

   상기 메인유로상에 설치되는 보조유로와;

   상기 보조유로에 설치되어 유로를 개폐시키는 솔레노이드밸브와;

   상기 메인유로 및 보조유로에 설치되어 그 내부를 통과하는 냉매량을 일정하게 조절하는 셧오프 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 냉각장치.