KR100585874B1 - 냉각된 순환 액체로 작업유체를 냉각하여 제습하는제습기를 구비한 반도체 제장비용 국소 항온항습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 장비의 국소 항온항습장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각된 순환 액체로 반도체 제조용 장비에 공급되는 작업유체를 냉각하여 제습하는 제습기를 구비한 반도체 제조장비용 국소 항온항습장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 반도체 제조용 국소 항온항습장치는, 작업유체의 습기를 제거하기 위한 제습기가, 냉각코일을 통과하는 순환액체를 일정한 온도로 냉각하는 냉각부와, 상기 냉각된 순환액체가 통과하는 복수의 통로의 외부를 상기 작업유체가 통과되도록 하여 작업유체로부터 습기를 제거하는 열교환부와, 상기 열교환부의 복수의 통로와 냉각부의 냉각코일을 순환액체가 순환하도록 연결하는 순환배관과, 상기 순환배관에 연결되어 순환액체를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제습기는, 제습을 위한 순환액체에 발생된 기포를 제거하기 위하여 대기와 연통되고, 상기 냉각부와 펌프 사이의 순환배관에 연결된 수조를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 순환액체는 열용량이 큰 물을 사용하는 것이 작동유체의 유량이나 온도의 변화에도 안정되게 제습을 행할 수 있어서 바람직하다.

국소 항온항습장치, 제습기, 순환액체, 열전소자

Description

냉각된 순환 액체로 작업유체를 냉각하여 제습하는 제습기를 구비한 반도체 제장비용 국소 항온항습장치{LOCAL TEMPERATURE AND HUMIDITY CONTROL APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENTS HAVING DEHUMIDIFIER DEHUMIDIFING WORKING FULID WITH CIRCULATING COOLING LIQUID}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 장비용 국소 항온항습장치의 일실시예의 개략도

도 2는 도1의 제습기의 일실시예의 개략도

도 3은 도2의 제습기의 액체 냉각부의 일실시예의 개략도

도 4는 도의 제습기의 액체 냉각부의 다른 실시예의 개략도

도 5는 종래의 반도체 장치용 국소 항온항습장치의 제습기의 개략도

도 6은 종래의 반도체 장비용 국소 항온항습장치의 개략도

<도면부호의 간단한 설명>

110 화학적 필터 120 제습기

122 열교환부 123 냉각부

124 수조 125 펌프

126 순환배관 130 히터

140 가습기

본 발명은 반도체 제조용 장비의 국소 항온항습장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각된 순환 액체로 반도체 제조용 장비에 공급되는 작업유체를 냉각하여 제습하는 제습기를 구비한 반도체 제조장비용 국소 항온항습장치에 관한 것이다.

집적회로의 제조에 사용되는 웨이퍼의 처리 공정은 항온 항습 상태로 제어되고, 분위기 중의 분진이 일정 개수 이하인 '크린룸(Clean Room)'이라고 알려진 환경에서 행하여 진다. 특히, 웨이퍼의 처리공정에 있어서 분진과 습도 그리고 화학물질은 처리제품의 품질에 많은 영향을 미치기 때문에, 반도체 제조 공정이 행하여 지는 장비의 내부를 국부적으로 보다 정밀한 항온 항습상태를 유지하고, 분진을 제거하는 공정이 필수적이다.

도 6에는 종래의 국소항온항습장치의 개략도가 도시되어 있다. 종래의 국소항온항습장치는 작동유체(working fluid)를 공급받아 항온 항습 상태로 처리하는 항온항습처리유닛(11)과, 항온항습처리유닛(11)으로부터 배출되는 작동유체를 반도체 장비(8)의 챔버(9)에 공급하기 위한 배관(6)과, 상기 배관(6)에 연결된 분진여과필터(7)로 구성된다. 상기 항온항습처리유닛(11)은 작동유체를 공급받는 흡기구(1)와, 흡기된 작동유체의 오염물질을 여과하는 화학적필터(2)와, 작동유체의 습기를 제거하는 제습기(3)와, 작동유체의 온도를 조절하기 위한 히터(4)와, 작동유체의 습도를 조절하기 위한 가습기(5)로 구성된다. 또한, 도시하지는 않았으 나, 온도 및 습도센서와 작동유체를 이송시키기 위한 송풍기와 상기의 기기를 제어하기 위한 제어부를 구비하고 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 반도체 제조용 국소 항온항습장치는, 작동유체에 존재하는 분진이나, 공기 중의 아민(amines), 암모니아나 염소나 브롬과 같은 레디칼을 화학적 필터 및 고정도의 분진제거 필터를 통과시켜서 청정한 상태로 만들어서 일정한 풍속으로 코터(Coater)와 같은 반도체 처리 장비에 공급한다. 특히, 반도체 제조용 국소 항온항습장치는, 작동유체로 외부의 공기를 공급받아 온도는 ± 0.1 ℃, 습도는 ± 0.1 % 이내의 범위에서 제어하여 반도체 장비에 공급할 수 있어야 한다.

종래의 국소 항온항습장치의 제습기는 도 5에 도시된 것과 같이, 펠티어효과(Peltier effect)를 이용한 열전소자를 사용하여 공급된 작동유체를 냉각하여 작동유체의 습기를 제거하도록 되어 있다. 열전소자(30)의 발열부 측에 연결된 방열판(40)에는 냉각수를 흘려서 냉각을 행하고, 열전소자(30)의 흡열부 측에 연결된 흡열판(20)으로는 작동유체를 통과하도록 통로(50)를 형성하여 작동유체의 습기를 제거한다.

그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 제습기는 소형으로 컴팩트하게 제작할 수 있는 장점은 있으나, 정압손실이 크고, 대풍량에 비해서 열접촉면적이 적어 효율이 떨어지며, 소음발생하는 단점이 있다. 또한, 흡열판으로 알루미늄을 사용하나 열교환 효율을 높이기 위하여 복잡한 형상으로 제작하기가 어렵다는 문제점도 있다. 또한, 제습기에서 응결된 수분이 열전소자의 몰딩부위로 스며들어 열전소자의 절연파괴가 발생하고, 따라서 열전소자가 파괴되어 문제가 발생한다. 특히, 작동유체와 열교환을 하는 알루미늄제 흡열판은 열용량이 작아서, 흡입되는 작동유체의 유량이나 온도의 변화가 클 경우 안정된 제습효과를 얻을 수 없다는 문제점이 있다. 제습이 안정적으로 되지 않을 경우, 히터나 가습기를 제어하여 작동유체를 원하는 범위의 항온항습 상태로 지속적으로 유지하는 것이 어렵게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열전소자 대신에 냉각된 순환유체를 사용하여 작동유체를 냉각할 수 있는 제습기를 구비하여, 열전소자가 응결된 수분에 의해서 파괴되는 것을 방지할 수 있는 국소 항온항습장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 열용량이 큰 물을 순환유체로 사용하여 작동유체의 유량이나 온도의 변화가 클 경우에도 안정적으로 제습을 행 할 수 있는 국소 항온항습장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 국소 항온항습장치는, 작업유체의 습기를 제거하기 위한 제습기가, 냉각코일을 통과하는 순환액체를 일정한 온도로 냉각하는 냉각부와, 상기 냉각된 순환액체가 통과하는 복수의 통로의 외부를 상기 작업유체가 통과되도록 하여 작업유체로부터 습기를 제거하는 열교환부와, 상기 열교환부의 복수의 통로와 냉각부의 냉각코일을 순환액체가 순환하도록 연결하는 순환배관과, 상기 순환배관에 연결되어 순환액체를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제습기는, 제습을 위한 순환액체에 발생된 기포를 제거하기 위하여 대기와 연통되고, 상기 냉각부와 펌프 사이의 순환배관에 연결된 수조를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 순환액체는 열용량이 큰 물을 사용하는 것이 작동유체의 유량이나 온도의 변화에도 안정되게 제습을 행할 수 있어서 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 제습기의 열교환부를 통과하는 작동유체가 열용량이 큰 순환액체(물)와 열교환을 하여 응결되도록 되어 있어서, 작동유체의 유량이나 온도의 변화가 크더라도 안정된 제습효과를 발휘할 수 있게된다. 따라서 국소 항온항습장치에서 히터나 제습기에서 원하는 정도의 온도와 습도를 제어하여 반도체 제조장비에 공급할 수 있게 된다. 즉, 종래와 같이 열전소자의 흡열부에 연결된 알루미늄 흡열판을 이용하여 제습을 행할 경우, 알루미늄의 열용량이 물에 비하여 작으므로 작동유체의 공급량이나 온도가 급격히 변하면 알루미늄 흡열판의 온도가 쉽게 변화하여 제습기의 온도를 이슬점 온도를 유지하도록 제어하는 것이 어렵기 때문에 안정된 제습을 할 수 없었던 문제를 해결할 수 있다. 또한, 실제로 제습이 이루어 지는 열교환부가 냉각된 순환유체를 통과시키기 위한 복수의 통로만으로 단순하게 구성되어 있어서, 열전소자를 사용할 경우 응결된 물이 열전소자에 침입함으로서 발생하는 열전소자의 파괴를 방지할 수 있다.

상기 제습기의 순환액체를 냉각하기 위한 냉각부를 열전소자를 이용하여 소형으로 간단하게 구성할 수도 있다. 즉 냉각코일을 열전소자의 흡열부측에 배치하는 것이다. 보다 안정된 온도의 순환액체를 공급하기 위해서는 상기 냉각부의 냉각코일을 냉매의 증발에 의하여 냉각되는 냉각공간을 통과하도록 하여 구성할 수도 있다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 장비용 국소 항온항습장치의 일실시예의 개략도이고, 도 2는 도1의 제습기의 일실시예의 개략도이다.

본 실시예의 반도체 장비용 국소 항온항습장치는 작동유체를 공급받아 항온 항습 상태로 처리하는 항온항습처리유닛(100)과, 항온항습처리유닛(100)으로부터 항온항습처리되어 배출되는 작동유체를 반도체 장비(170)의 챔버(180)에 공급하기 위한 배관(150)과, 상기 배관(150)에 연결된 분진여과필터(160)를 포함하고 있다. 상기 항온항습처리유닛(100)은 작동유체를 공급받는 흡기구(101)와, 흡기된 작동유체의 오염물질을 여과하는 화학적필터(110)와, 작동유체의 습기를 제거하는 제습기(120)와, 작동유체의 온도를 조절하기 위한 히터(130)와, 작동유체의 습도를 조절하기 위한 가습기(140)를 포함하고 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 항온항습처리유닛(100)은 온도 및 습도센서와 작동유체를 이송시키기 위한 송풍기와 상기의 구성요소들을 제어하기 위한 제어부를 구비하고 있다.

상기 제습기(120)는 도 2에 도시된 것과 같이, 순환액체를 냉각하는 냉각부(123)와, 냉각된 순환액체에 발생한 기포를 제거하기 위하여 대기와 연통된 수조(124)와, 상기 수조의 순환액체를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프(125)와, 작동유체가 통과하는 제습기(120)의 통로(121) 내부에 배치된 열교환부(122)로 구성된다. 상기 냉각부는 순환액체가 통과하는 냉각코일(123d)을 냉각시킨다. 상기 열교환부(122)는 순환유체가 통과하기 위한 복수의 통로(122a)로 구성되고, 양단부에서 순환배관(126)과 연결되어 있다. 열교환부(122)에서 제습기(120)의 통로(121)를 통과하는 작동유체와 열교환부(122)의 복수의 통로(122a)의 내부를 통과하는 냉각된 순환유체 사이에 열교환이 일어나서 작동유체의 습기가 응결되어 제거된다. 순환배관(126)은 상기 열교환부(122)의 복수의 통로(122a)와 냉각부(123)의 냉각코일(123d)과 펌프(125)와 수조(124) 사이를 순환액체가 순환하도록 연결되어 있다. 본 실시예에 있어서, 작동유체와 열교환을 위하여 냉각되어 순환하는 액체는 열용량이 큰 물을 사용한다.

상기 냉각부(123)는, 도 3에 도시된 것과 같이, 열전소자(123a)를 이용하여 소형으로 간단하게 구성할 수도 있다. 즉 냉각코일(123d)을 열전소자(123a)의 흡열부측(123c)에 배치하고, 열전소자의 발열부측에 연결된 방열판(123b)은 냉각수를 순환시켜서 냉각하도록 한다. 또한 상기 냉각부(123)는, 도 4에 도시된 것과 같이, 냉각코일(123d)을 냉매의 증발에 의하여 냉각되는 냉각공간(123f)을 통과하도록 하여 순환유체를 냉각하도록 할 수도 있다. 즉, 냉각공간(123f)에 냉동 사이클의 냉매를 증발하여 냉각시키는 증발기(123e)를 설치하고, 냉각공간(123f) 내부를 제습기(120)의 냉각코일(123d)이 통과되도록 한다.

이하에서는 본 실시예에 의한 반도체 제조장비용 국소 항온항습장치의 작용에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

흡기구(101)로 공급된 작동유체는 먼저 화학적 필터(110)에 의하여 레디컬과 같은 화학적 오염원을 여과한다. 여과된 작동유체가 제습기의 통로(121)에 배치된 열교환부(122)를 통과할 때, 냉각되어 수분이 응결되어 제습된다. 이 때, 물은 금속에 비하여 열용량이 크기 때문에(비열이 높기 때문에) 공급된 작동유체의 유량이 변동하거나 온도가 약간 높은 작동유체가 공급되어도 복수의 통로의 표면의 온도가 갑자기 높아지거나 낮아지지 않는다. 따라서 효과적으로 작동유체의 제습을 행할 수 있다.

한편, 열교환부(122)의 복수의 통로(122a)를 통과한 순환유체는 냉각부(123)의 냉각코일(124d)을 통과하면서 냉각된다. 열교환이나 냉각 중에 부피의 변화에 따라서 순환액체 내부에 발생하는 기포는 대기와 연통된 수조에서 제거된다. 제습기의 제습능력에 따라서 펌프를 속도를 조절하여 순환액체의 토출량을 조절한다.

제습된 작동유체는 히터(130)에서 가열되고, 가습기(140)에서 가습되어 일정한 온도와 습도가 유지된 상태에서 분진여과필터(ULPA filter) 통과하여 반도체 제조장비(170)의 챔버(180) 공급되어 국소 항온항습 분위기를 형성한다. 본 실시예에서는 작동유체가 배출구(171)를 통하여 외부로 배출되나, 필요에 따라서 배출된 작동유체의 일부는 배관(미도시)을 통하여 흡입구(101)로 공급되도록 할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 제습기에 열전소자 대신에 냉각된 순환유체를 사용하여 작동유체를 냉각할 수 있는 제습기를 구비한 국소 항온항습장치를 제공하여, 작동유체의 유량이나 온도의 변화가 클 경우에도 안정적으로 항온항습 처리된 작동유체를 반도체 제조장비에 공급할 수 있게 된다. 또한, 제습시 응결된 수분이 열전소 자의 몰딩에 침투하여 열전소자의 절연을 파괴에 따른 열전소자의 손상을 방지할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (5)

1. 작업유체의 습기를 제거하기 위한 제습기를 포함하고, 제습된 작업유체의 온도와 습도를 조절하여 반도체 제조장비로 공급하는 국소 항온항습장치에 있어서,

   상기 제습기는, 냉각코일을 통과하는 순환액체를 일정한 온도로 냉각하는 냉각부와, 상기 냉각된 순환액체가 통과하는 복수의 통로의 외부를 상기 작업유체가 통과되도록 하여 작업유체로부터 습기를 제거하는 열교환부와, 상기 열교환부의 복수의 통로와 냉각부의 냉각코일을 순환액체가 순환하도록 연결하는 순환배관과, 상기 순환배관에 연결되어 순환액체를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 국소항온항습장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제습기는, 순환액체의 기포를 제거하기 위하여 대기와 연통되고, 상기 냉각부와 펌프 사이의 순환배관에 연결된 수조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 국소항온항습장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제습기의 냉각부는,

   열전소자를 포함하고, 상기 냉각코일은 상기 열전소자의 흡열부측에 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 국소항온항습장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제습기의 냉각부는,

   상기 냉각배관을 냉각시키기 위하여 냉매의 증발에 의하여 냉각되는 냉각공간을 더 포함하고, 상기 냉각코일은 상기 냉각공간에 수용된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 국소항온항습장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 순환액체는 물인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 국소항온항습장치.

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