KR100882052B1 - 자외선 경화 시스템용 질소 부화 냉각 공기 모듈 - Google Patents

자외선 경화 시스템용 질소 부화 냉각 공기 모듈 Download PDF

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쟝 카를로스 로샤-알바레즈
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산지브 발루자
은당카 오. 무쿠티
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Abstract

시스템에 대한 배출 요건을 감소시키기 위해 경화 시스템과 함께 사용될 수 있는 재-순환 냉각 시스템이 제공된다. 또한, 질소와 같은 냉각의 이용은 오존의 발생 및 시스템의 밀봉 요건을 감소시킨다. 경화 방사선 소오스를 통해 순환하는 동안에 재-순환 유체에 부가된 열을 제거하기 위해, 복귀 저장용기와 공급 저장용기 사이에 단순한 열 교환기를 이용할 수 있다. 질소가 질소 소오스로부터 제공될 수 있고, 또는 질소 부화 가스 소오스를 제공하기 위해 공급 가스를 분자 성분별로 분리할 수 있는 박막 또는 기타 장치로부터 제공될 수 있다. 오존 량을 허용가능한 레벨로 감소시키고, 질소의 소모를 최소화하기 위해, 오존 분해 유닛을 냉각 시스템과 함께 이용할 수 있다. 반응 중에 소모되지 않은 오존을 고갈시키기 위해 촉매를 이용할 수 있다.

Description

자외선 경화 시스템용 질소 부화 냉각 공기 모듈{NITROGEN ENRICHED COOLING AIR MODULE FOR UV CURING SYSTEM}
도 1은 종래의 경화 장치용 냉각 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 냉각 시스템 및 자외선 경화 장치를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 냉각 모듈의 정면도 및 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 송풍 장치의 평면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 가스-분리 박막을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 경화 시스템을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 방법의 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 경화 및 냉각 시스템을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 오존 분해 유닛을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 오존 분해 유닛의 결과를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 오존 분해 유닛의 결과를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 오존 분해 유닛의 결과를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 오존 분해 유닛의 결과를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 방법의 단계들을 도시한 흐름도이다.
실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 탄화물(SiC), 및 탄소 도핑된 실리콘 산화물(SiOCx) 필름과 같은 물질이 반도체 소자 제조에 널리 이용되고 있다. 반도체 기판상에 그러한 실리콘-함유 필름을 형성하기 위한 하나의 접근 방법은 챔버내에서의 화학기상증착(CVD) 프로세스를 통한 것이다. 예를 들어, 실리콘 공급 소오 스(source) 및 산소 공급 소오스 사이의 화학적 반응은 화학기상증착 챔버내에 위치된 반도체 기판의 상부에 고상 실리콘 산화물을 증착하는 결과를 초래할 것이다. 다른 예로서, 실리콘 탄화물 및 탄소-도핑된 실리콘 산화물 필름이 화학기상증착 반응으로부터 형성될 수 있을 것이며, 그러한 반응은 하나 이상의 Si-C 결합을 포함하는 유기실란 소오스를 포함한다.
유기실리콘 화합물의 그러한 화학기상증착 반응의 부산물로서 물이 주로 생성된다. 그러한 경우에, 물은 필름내로 수분으로 흡수될 있고 또는 Si-OH 화학 결합으로서 증착 필름내로 통합될 수 있다. 물의 통합 형태가 어떻든 간에 이는 일반적으로 바람직하지 못하다. 따라서, 바람직하지 못한 물과 같은 화합물 및 화학적 결합을 증착된 탄소-함유 필름으로부터 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 일부 화학기상증착 프로세스에서, 희생(sacrificial) 물질의 열적으로 불안정한(unstable 또는 labile) 유기 절편(organic fragments)(다공성을 높이기 위해 화학기상증착중에 이용되는 기공유도중합체(porogens)로부터 초래된다)을 제거할 필요가 있다.
그러한 문제의 해결을 위해 일반적으로 이용되는 하나의 방법은 통상적인 열적 어닐링이다. 그러한 어닐링으로부터의 에너지가 불안정하고 바람직하지 못한 화학적 결합을 규칙적인 필름(ordered film)의 보다 안정적인 결합 특성으로 대체하고, 그에 따라 필름의 밀도를 높인다. 일반적으로, 종래의 열적 어닐링 단계는 지속시간이 비교적 길고(예를 들어, 주로 30분 내지 2시간), 그에 따라 상당한 프로세싱 시간을 소모하고 전체 제조 프로세스를 중단시킨다.
이러한 문제를 해결하기 위한 다른 기술은 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 및 탄소-도핑된 실리콘 산화물 필름과 같은 화학기상증착-제조된 필름의 사후 처리를 돕기 위해 자외선(UV)을 이용한다. 예를 들어, Applied Materials, Inc.에 양도되고 본 명세서에서 참조하고 있는 미국 특허 제 6,566,278 호 및 제 6,614,181 호에는 화학기상증착 탄소-도핑된 실리콘 산화물 필름의 사후 처리를 위해 자외선 광을 이용하는 것이 개시되어 있다. 화학기상증착 필름의 경화 및 조밀화(densifying)를 위해 자외선을 이용하는 것은 각 웨이퍼의 전체적인 열 소모 비용(thermal budget)을 줄일 수 있고 제조 프로세스를 가속시킬 수 있다. 기판상에 부착된 필름을 효과적으로 경화시키는데 이용될 수 있는 다양한 자외선 경화 시스템이 개발되어 있다. 그러한 것의 일 예가 Applied Materials, Inc.에 양도되고 본 명세서에서 참조하고 있으며 2005년 5월 9일자로 출원된 "High Efficiency UV Curing System"이라는 명칭의 미국 특허출원 제 11/124,908 호에 개시되어 있다.
경화를 위해 이용되는 자외선 소오스가 시간 경과에 따라 열을 축적하는 경향이 있고 또 그러한 열 축적이 프로세싱되는 소자에 부정적인 영향을 미치고 소오스의 수명을 단축시키기 때문에, 이러한 현존 자외선 및 기타 경화 소오스를 냉각시킬 필요가 있을 뿐만 아니라 전자장치 및 기타 여러 부품들을 냉각시킬 필요가 있다. 통상적으로, 도 1의 장치(100)에 도시된 바와 같은 개방 루프(open loop) 시스템이 이용되며, 이때 송풍기(106)를 이용하여 자외선을 프로세싱(경화) 챔버(104)로 지향(direct)시키는데 이용되는 자외선 램프 모듈(102)과 같은 자외선 소오스의 단부로 주변 공기를 지향시킨다. 배기 포트(108)가 자외선 소오스의 타 단부에 위치되어 가열된 공기를 램프 모듈의 외부로 지향시키며, 그에 따라 모듈(102)로부터 열을 제거한다. 그러한 해결책에는 많은 단점이 있다.
하나의 단점은, 가열된 공기가 시스템 외부로 배기되어야 한다는 것이며, 이는 전체적인 프로세싱 라인을 위한 배기 장치에 대해 비용 및 복잡성을 부가하게 될 것이다. 다른 단점은, 주변 공기의 이용으로 인해 램프 모듈 및/또는 경화 챔버로 상당량의 산소 누설이 초래된다는 것이다. 산소가 존재하면, 낮은 파장(예를 들어, 200nm 이하)이 산소에 흡수되기 때문에, 시스템이 작동될 수 있는 자외선 스펙트럼에서의 파장을 제한하게 된다. 이러한 효과는 경화 시스템에 대한 밀봉 요건을 강화함으로써 어느 정도 완화될 수 있지만, 이는 다시 경화 시스템의 비용 및 복잡성을 증대시킨다.
다른 문제는 시스템내에서 산소가 자외선에 노출되면 시스템내에 오존의 트레이스량(trace amount)이 발생된다는 것이다. 이러한 오존은 시스템내의 질소를 소모시킨다. 또한, 그러한 시스템내에 존재할 수 있는 오존의 양에 대한 엄격한 요건이 있으며, 프로세싱 중에 오존의 연속적인 생성은 오존을 허용치 이상이 되게 할 수 있으며, 그러한 허용치 이상의 오존은 프로세싱을 계속하기 전에 반드시 탐지되고 해소되어야 한다.
이러한 문제점들 및 기타 결함을 포함하는 이유로 인해서, 그리고 다양한 경화 챔버 및 기술의 개발에도 불구하고, 이러한 중요 기술 분야에 대한 추가적인 개선이 계속적으로 요구되고 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 시스템 및 방법은, 예를 들어, 폐쇄-루프 냉각 시스템(CLCS) 또는 재-순환 냉각 시스템을 이용함으로써, 자외선 경화 시스템 또는 장치내의 유체의 재순환을 제공한다. 그러한 재-순환은 경화 시스템에 대한 배출 및 밀봉 요건을 경감시킬 수 있다. 질소와 같은 재순환 유체의 이용은 또한 시스템내의 오존 생성을 감소시킬 수 있으며, 또한 경화 시스템이 낮은 파장에서 작동될 수 있게 한다. 그러한 재-순환은 또한 재순환 유체내의 오존 농도를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 자외선 램프 소오스 및 경화 챔버를 포함하는 자외선 경화 시스템을 위한 냉각을 제공하는 시스템은 소정(所定) 부피의 유체를 함유하도록 작동될 수 있는 공급 저장용기를 포함한다. 송풍기와 같은 유동 발생 장치가 공급 저장용기로부터 자외선 램프 소오스를 통해 유체 유동을 지향시킬 수 있으며, 그에 따라 유체의 유동이 자외선 램프 소오스로부터 열 에너지를 제거할 후 있다. 경화 챔버에 연결된 복귀 파이핑(return piping)은 가열 유체의 유동을 수용하고 가열 유체의 유동을 복귀 저장용기로 지향시킬 수 있다. 복귀 저장용기와 공급 저장용기 사이의 유동 경로를 따라 위치되는 열 교환기는 가열된 유체 유동으로부터 열 에너지를 제거할 수 있고, 그에 따라 유체의 유동을 냉각 유체로서 재순환될 수 있도록 공급 저장용기로 다시 복귀시킬 수 있다. 유체는 질소 가스 또는 질소-부화(enriched) 가스와 같은 임의의 적절한 액체 또는 가스가 될 수 있다. 가스 분리 모듈을 이용하여 공급 공기의 유동을 수용하고 그 공급 공기의 하나 이상의 성분을 분리하여 공급 저장용기용 유체의 소오스를 생성할 수 있다. 가스 분리 모듈 은, 예를 들어, 공급 공기의 유동을 수용할 수 있고 질소 유동을 생성할 수 있는, 가스 분리 박막을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 방사선-계(radiation-based) 경화 장치용 냉각 유체의 재-순환 유동을 생성하기 위한 공기 모듈이 제공된다. 그 모듈은 소정 부피의 유체를 수용하고 함유하도록 작동될 수 있는 공급 저장용기를 포함한다. 유동 발생 장치가 공급 저장용기로부터 방사선-계 경화 장치로 유체 유동을 지향시킬 수 있으며, 상기 유체의 유동은 경화 장치로부터 열 에너지를 제거할 수 있다. 복귀 저장용기는 방사선-계 경화 장치로부터 배출되는 가열 유체 유동을 수용할 수 있다. 모듈은 또한 복귀 저장용기와 공급 저장용기 사이의 유동 경로를 따라 배치된 열 교환기를 포함할 수 있다. 열 교환기는 가열된 유체 유동으로부터 열 에너지를 제거할 수 있고 유체의 유동을 공급 저장용기로 다시 지향시킬 수 있다.
일 실시예에서, 자외선 경화 시스템의 냉각 방법은 공급 저장용기로부터 자외선 램프 소오스를 통해 냉각 유체의 유동을 지향시키는 단계를 포함하며, 상기 유체의 유동은 자외선 램프 소오스로부터 열 에너지를 제거할 수 있다. 가열된 냉각 유체의 유동이 경화 챔버로부터 복귀 저장용기로 지향되고, 열 에너지가 가열된 냉각 유체의 유동으로부터 제거된다. 이어서, 열이 제거된 냉각 유체의 유동이 공급 저장용기로 다시 지향되고, 그에 따라 냉각 유체가 자외선 램프 소오스를 통해 재-순환되도록 작동될 수 있다.
일 실시예에서, 자외선 경화 시스템내의 오존을 감소시키기 위한 시스템은 소정 부피의 유체를 수용하기 위한 공급 저장용기, 및 유체 유동이 자외선 램프 소 오스로부터 열 에너지를 제거할 수 있도록 상기 공급 저장용기로부터 자외선 램프 소오스를 통해 유체 유동을 지향시키는 유동 발생 장치를 포함한다. 경화 챔버로 연결된 파이핑의 제 1 연장부(run)는 가열된 유체 유동을 수용할 수 있고 또 가열된 유체 유동을 오존 분해 유닛으로 지향시킬 수 있다. 오존 분해 유닛은 가열된 유체 유동을 수용할 수 있고 함유 오존의 농도를 감소시킬 수 있다. 오존 분해 유닛과 공급 저장용기 사이에 연결된 파이핑의 제 2 연장부는 오존이 감소된 유체 유동을 공급 저장용기로 다시 지향시킬 수 있다. 오존 분해 유닛은 가열된 유체 유동과 반응하여 유체내에 함유된 오존의 적어도 일부를 분해하도록 선택된 촉매를 포함할 수 있다. 촉매는 오존을 분해하기 위한 어떠한 촉매도 가능할 것이며, 예를 들어 MnO2/CuO,MnO2/CuO/Al2O3, 활성 탄소, Pd/MnO2, Pd/MnO2/실리카-알루미나, MnO2 계 촉매, 및 귀금속 Pt/Pd 촉매로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 촉매는 오존 분해 장치내에 함유된 펠릿(pellet) 형태로 존재할 수 있으며, 또는 오존 분해 장치내의 라디에이터(radiator) 장치 및 하니컴 중 하나상의 코팅 형태로 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 자외선 경화 장치내의 오존의 존재량을 감소시키기 위한 오존 분해 장치는 경화 장치로부터 배출되는 유체의 유동을 수용하기 위한 유입구 및 경화 장치를 통해 재순환될 오존-감소 유체의 유동을 배출하기 위한 배출구를 구비하는 하우징을 포함한다. 하우징내의 유동 경로는 하우징내에서 수용된 유체의 유동을 지향시키도록 구성되며, 상기 유동 경로는 유체 유동이 주어진 유동 속도에 대해 유동 경로내에서 선택된 잔류 시간을 가지도록 길이 및 형상을 가진다. 촉매가 유동 경로 표면상에 위치되거나 또는 유동 경로내에 위치되며, 그에 따라 유동 경로내의 유체의 유동은 선택된 잔류 시간 동안 촉매와 접촉한다. 촉매는 유체 유동과 반응하여 유체내에 함유된 오존의 적어도 일부를 분해하도록 선택되며, 그에 따라 오존-감소 유체 유동이 하우징으로부터 배출되고 경화 시스템으로 다시 재순환될 수 있게 한다. 유동 경로는 예를 들어 라디에이터 또는 하니컴의 형태일 수 있다.
일 실시예에서, 자외선 경화 장치내에 존재하는 오존을 감소시키는 방법은 자외선 경화 장치로부터 배출되는 가열 유체의 유동을 수용하는 단계를 포함한다. 가열된 유체의 유동은 유동 경로를 따라 지향되며, 상기 유동 경로는 유체 유동이 주어진 유동 속도에 대해서 유동 경로내에서 선택된 잔류 시간을 가지도록 하는 길이 및 형상을 가진다. 유동 경로의 표면에 또는 그 내부에 촉매가 제공되며, 그에 따라 유동 경로내의 유체 유동이 선택된 잔류 시간 동안 촉매와 접촉된다. 촉매는 유체에 함유된 오존의 적어도 일부를 분해하는 유체 유동과의 반응을 유발하도록 선택된다. 이어서, 오존-감소 유체 유동이 유동 경로로부터 자외선 경화 장치로 다시 지향되며, 그에 따라 유체 유동이 자외선 경화 장치를 통해 재-순환된다.
이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하면, 소위 당업자는 본원 발명의 다른 실시예들을 분명하게 이해할 수 있을 것이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다양한 실시예들을 설명한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 시스템 및 방법은 현재의 경화 용도 및 기타 방사선-이용 용도에서의 전술한 결점 및 기타 결점을 극복할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 모듈을 이용하여 방사선 공급원(예를 들어, 자외선 램프)을 냉각하며, 냉각 모듈은 제조 라인 또는 생산 시설용 배기 시스템의 로드(load)를 줄이기 위해 소오스를 통해 냉각 유체(예를 들어, 질소 가스)를 재순환시킬 수 있다. 시스템내로의 공기 유동 도입에 대한 반대로서, 선택된 유체의 재순환은 또한 시스템의 사용자로부터의 밀봉 요건의 감소 및/또는 제거를 제공할 수 있는데, 이는 시스템내로 누설되는 선택된 냉각 유체의 양이 예를 들어 보다 많은 산소를 포함할 수 있는 수증기 또는 공급 공기의 경우 보다 덜 치명적(critical)이기 때문이다. 상기 모듈은 재-순환 유체로부터 열을 제거하기 위해 냉각수(예를 들어, 프로세스 용수 또는 기타 적절한 액체)를 이용하는 간단한 열 교환기를 이용할 수 있다. 냉각 모듈은 고속의 유체 유동(예를 들어, 가압된 가스)을 생성하여 예를 들어 마그네트론 및 자외선 램프 모듈내의 자외선 전구를 포함할 수 있는 복사선 소오스로 지향시키기 위해 하나 이상의 인라인(inline) 송풍기(또는 기타 유동-유도 장치)를 이용할 수 있다. 일 실시예에서, 순수 질소 가스 및/또는 질소 부화 공기가 냉각 시스템내부에서의 오존 형성을 감소시키기 위한 재-순환 유체로서 이용된다. 또한, 순수 질소 가스를 이용하면, 재-순환 유체내의 산소에 의해 흡수되는 자외선(특히, 파장이 200nm 미만인 자외선)의 양을 줄일 수 있으며, 그에 따라 자외선에 노출되는 공작물에 대한 자외선 강도 또는 방사도(irradiance) 출력을 증대시킬 수 있다. 잔류 오존의 제거를 위해 재순환 시스템 내부에서 촉매를 이용할 수 있다. 일 실 시예에서, 예를 들어, 오존 분해 유닛이 재순환 시스템에 매립되거나 기타의 방법으로 통합되어 오존의 양을 줄일 수 있고, 그리고 그에 대응하여 순수 질소의 소비를 줄일 수 있다. 높은 오존 분해 효율에 도달하도록 촉매를 가열하기 위한 외부의 가열 입력이 필요하지 않도록, 복귀 유체가 방사선 소오스에 의해 가열된다.
도 2는 예시적인 경화 시스템(200)을 도시하며, 그러한 경화 시스템은 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 통합된 재순환 가스 냉각 시스템을 포함한다. 이러한 특정의 경화 시스템은 한 쌍의 램프 모듈(202, 204)을 포함하며, 각 램프 모듈은 자외선 경화 용도를 위한 자외선을 제공하기 위해 마그네트론 및 자외선 램프(Hg 전구)를 포함할 수 있다. 각 램프 모듈(202, 204)은 자외선을 각 프로세싱 챔버(206, 208)로 또는 프로세싱 챔버의 일부로 지향시키며, 각 챔버는 소위 당업계에 공지되고 전술한 바와 같이 각 공작물(예를 들어, 반도체 웨이퍼)의 자외선 경화에 이용될 수 있다. 각 램프 모듈은 각 램프 모듈내의 압력 및 온도를 모니터링하기 위한 압력 센서(222, 226) 및 온도 센서(224, 228)를 포함한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 이러한 센서들은 램프 모듈을 통과하는 질소 가스와 같은 냉각 유체의 유동을 조정하기 위해서, 및/또는 열 교환기(218)를 통해 유동하는 냉각 액체의 양을 조정함으로써 재-순환 유체의 온도를 조정하기 위해서 이용될 수 있다.
이러한 실시예에서 각 램프 모듈(202, 204)은 각 모듈내로 냉각 유체의 유동을 제어가능하게 지향시키도록 배치되고 작동되는 각각의 송풍기(210, 212)를 구비한다. 송풍기는, 챔버 마다 약 1400 CFM 정도의 냉각 유체를 생성할 수 있는 송풍기와 같이, 각 모듈내로의 냉각 유체 유동을 생성하거나 지향시킬 수 있는 어떠한 적절한 장치라도 가능할 것이다. 또한, 각 모듈 또는 챔버에 대해 하나의 송풍기를 반드시 가질 필요는 없으며, 예를 들어 하나의 송풍기를 이용하여 유동을 생성한 후에 그 유동을 각 모듈 및/또는 챔버로 분리하여 지향시킬 수도 있을 것이다.
송풍기(210, 212)는 냉각 유체 공급원, 예를 들어 공급 플리넘(plenum)(214) 또는 기타 유체 공급원(통상적으로 양압이다)으로부터 냉각 유체를 지향시킬 수 있다. 냉각 및 재순환 프로세스중의 누설이나 소모로 인해 손실된 가스를 대체하기 위해, 공급 플리넘(214)은 순수 질소 또는 질소 부화 가스와 같은 퍼지 가스 유동을 수용할 수 있다. 공급 플리넘(214)은 또한 재-순환 유체내의 산소 레벨(level)을 모니터링하기 위한 산소 센서(220)와 같은 하나 이상의 가스 센서를 구비할 수 있다. 송풍기는 램프 모듈(202, 204)을 통해 각 경화 챔버(206, 208)로 냉각 유체를 지향시킬 수 있고, 이어서 가열된 유체는 재-순환 라인(230, 232)을 통해 복귀 플리넘(216) 또는 가열 유체 수용을 위한 기타 챔버나 저장용기로 지향될 수 있다. 열 교환기(218)는 복귀 플리넘(216)과 공급 플리넘(214) 사이에 위치될 수 있고, 또는 적어도 복귀 플리넘과 공급 플리넘 사이의 유동 경로를 따라 위치될 수 있으며, 그에 따라 유체가 램프 모듈로 다시 지향되기에 앞서서 재순환된 유체로부터 열을 제거할 수 있다.
일 실시예에서, 경화 시스템은 예를 들어 마이크로파, RF, 및/또는 직류 에너지 소오스에 의해 동력을 공급 받는 자외선 램프를 포함하는 하나 이상의 자외선 모듈로 이루어진 자외선 경화 시스템이다. 자외선 소오스는 경화 및 챔버 세정을 실시하기 위한 특정 자외선 스펙트럼 분포 요건을 충족시키기 위해 선택되거나 디 자인될 수 있으며, 그러한 특정 자외선 스펙트럼 분포는 챔버 공동(cavity) 내부의 어레이(array)내의 하나, 둘 또는 그 이상의 서로 상이한 자외선 램프 타입(예를 들어, 저압 Hg, 중압 Hg, 고압 Hg 등)을 이용함으로써 달성될 수 있다. 챔버 공동은 가열된 서셉터(susceptor)를 진공 상태로 지원할 수 있으며, 상기 서셉터상에는 경화 프로세스 중에 자외선 에너지를 수용하도록 실리콘 웨이퍼와 같은 공작물이 위치될 수 있다.
충분한 양의 냉각 유체가 램프 모듈로 지향되어 마그네트론 및 자외선 램프를 냉각시킨다. 예를 들어, DSS(Dual Sweeping Source; 듀얼 스위핑 소오스) 자외선 챔버의 경우에, 챔버마다 약 1400 CFM의 냉각 공기가 필요하며, 그에 따라 3 개의 DSS Nanocure 자외선 챔버(미국, 캘리포니아, 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc. 로부터 입수할 수 있다)를 가지는 하나의 Producer SE 시스템의 경우에 4200 CFM의 냉각 공기가 요구된다. 이는 설비 배기 시스템에 매우 큰 로드가 될 수 있으며, 재순환 장치가 없는 경우에 사용자의 제조 설비 용량을 초과할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 일 실시예에서, 재순환 냉각 공기 장치(300)는 한 쌍의 인라인 송풍기(308, 310)를 포함한다. 복귀되는 가열된 공기는 복귀 도관(312)으로부터 복귀 저장용기(302)로 수용되고, 이어서 공급 저장용기(304)로 다시 돌아가기에 전에 수냉식 열 교환기(306)에 의해 냉각된다. 보충(make-up) 가스의 스트림을 이용하여 재순환 장치내의 누설을 보상한다. 전술한 바와 같은 펠릿 또는 하니컴 촉매(316)가 복귀 저장용기(302)내에 위치될 수 있으나, 적어도 일부 실시예에서는, 용이한 서비스를 위해 연장 도관(314)내에 위치된다.
도 4a 및 도 4b는 상기 냉각 공기 장치에서 사용할 수 있는 예시적인 송풍기(400)를 도시한다. 이러한 송풍기(400)는 각 자외선 램프 모듈을 냉각하기 위한 적절한 유체 유동, 예를 들어, 적어도 7" 물 게이지 힘 공기(water gauge force air)의 유동을 지향시킬 수 있는 회전 팬(402)을 포함한다. 도시된 송풍기는 커넥터(406) 및 액체-누설방지 피팅(fitting)(408), 그리고 네임플레이트(nameplate)(412) 및 진동 감쇄 물질(410)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 부착 포인트(404)가 회전 팬의 둘레를 따라 동일한 거리에 위치되어 송풍기의 균형을 잡고 장치의 진동을 감소시킨다. 그러한 송풍기는, 예를 들어, 미국 오하이오에 소재하는 AMETEK®Technical & Industrial Products of Kent로부터 입수할 수 있는 모델번호 AMETEK®Rotron 041-402000일 수 있다.
재순환중의 오존 축적이 OSHA 또는 기타 적용되는 기준을 초과하는지가 중요하다. 일 실시예에 따른 재순환 시스템은 이러한 문제의 완화를 위해 보충 가스로서 순수 질소를 이용한다. 질소 퍼지 가스는 재순환 장치내의 산소 농도를 약 1% 미만으로 제거 및/또는 감소시킬 수 있다. 산소 센서가 재순환 시스템에 통합되어, 재-순환 가스 유동내의 산소 농도를 모니터링함으로써 적절한 산소 퍼지를 보장할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 바람직하게, 질소 또는 질소 부화 가스의 유동을 재-순환 냉각 유체로서 이용할 수 있을 것이다. 누설 및 흡수와 같은 인자로 인해, 냉각 시스템내의 공급을 보충하기 위해 질소의 계속적인 소오스가 요구된다. 순수 질소의 유동을 제공하는 것이 소위 당업계에 공지된 바와 같이 비용 및 시스템의 복잡성을 높일 수 있기 때문에, 냉각 유체 시스템은 충분한 양의 질소 또는 질소 부화 가스를 생산할 수 있는 질소-생산 또는 추출 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그러한 하나의 장치가 튜브형 박막의 단부로의 공기 입력의 유동으로부터 질소 유동을 생성할 수 있는 박막-포함 장치이다. 그러한 박막(500)이 도 5에 도시되어 있으며, 여기서 공급 공기(또한, 약간의 수증기를 포함할 수 있다)의 유동이 튜브형 박막(500)의 단부로 공급된다. 공기가 박막을 통과함에 따라, 상당량의 산소(및 기타 성분)가 박막의 벽을 통과할 것이며, 그에 따라 튜브형 박막의 출력 단부를 통과하는 공기가 실질적으로 질소가 되거나, 적어도 튜브형 박막내로의 공급 공기 입력에 비해 질소의 비율이 상당히 증대된다. 예시적인 박막 시스템은 중공 섬유 번들, 반-투과성 박막을 통해 압축 공기를 통과시킴으로써 공기를 성분 가스별로 분리하는 역할을 한다. 박막은 공기를 두 개의 스트림으로 분할하며, 그 중 하나는 본질적으로 질소이다. 다른 스트림은 산소, CO2, 및 기타 트레이스 가스를 포함한다. 크기가 인간의 머리카락과 유사한 수백만개의 섬유가 하나의 모듈로 팩킹(packed)될 수 있다. 이는 매우 넓은 박막 표면을 제공하며, 그 넓은 박막 표면은 높은 질소 순도의 제품 스트림을 대량으로 그리고 효과적으로 생성한다. 그러한 박막 시스템의 예를 들면, 미국 캘리포니아 피츠버그에 소재하는 Innovative Gas Systems(IGS)로부터 입수할 수 있는 MG Generon®6500이 있다. 그러한 장치는 적절한 양의 질소, 예를 들어 약 250 리터/분의 질소를 시스템으로 주입할 수 있게 보장한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 및 냉각부(600)를 구비하는 전체적인 자외선 경화 시스템을 도시한다. 도시된 바와 같이, 전체적인 시스템은 시스템 제어부(602)의 이용을 통해 제어될 수 있고 및/또는 모니터링될 수 있다. 시스템 제어부는, 여러 부품들의 상태 및/또는 시스템에 대한 파라미터를 나타내는 신호를 수신하고 여러 부품 및/또는 파라미터들을 제어하고 조정하기 위한 제어 신호를 생성하기 위한, 공지된 또는 이용되고 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 적절한 조합일 수 있다. 일 예에서, 이러한 제어부는 다수의 신호 입력부 및 출력부를 가지는 개인용 컴퓨터의 형태를 취할 수 있으며, 그러한 컴퓨터는 시스템의 여러 측면을 모니터링하고 제어하기 위한 명령어에 접근할 수 있다.
도 6에 도시된 시스템 제어부(602)는 송풍기(팬 속도의 모니터링 및 제어를 위해) 및 램프 모듈(시스템내의 복사선 발생을 모니터링하고 제어하기 위해)과 같은 다수의 부품과 통신된다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 그리고 시스템 상태를 모니터링하기 위해 당업계에 공지된 바와 같이, 이러한 시스템 제어부는 또한 여러가지 다른 센서 및 모니터링 장치와 통신될 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어부(602)는 질소 발생기(604)와 통신된다. 전술한 바와 같이, 질소 발생기는 공급 공기 유동을 수용하고 성분 가스들을 분리하여, 공급 저장용기로 지향되는 질소 유동을 생성한다. 시스템 제어부(602)는 질소 저장용기로 지향되는 질소의 농도를 나타내는 질소 모니터로부터의 모니터링 신호와 같은 신호를 수신할 수 있다. 질 소 발생기 또는 기타 질소 소오스로부터의 유동량이 충분하지 않다면, 시스템 제어부는 시스템으로의 질소 유동을 증대시키도록 질소 발생기 또는 소오스에 명령하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 시스템에 대한 데이터 저장 장치(608)에 저장된 바와 같은 질소 한계 값 이하로 질소 함량이 떨어 졌다는 것을 시스템 제어부가 알았을 때, 시스템 제어부는 질소 발생기가 적절하게 작용하지 않으며 촉매의 교환과 같은 적절한 유지보수가 필요하다는 것을 나타내는 경보 신호를 생성한다. 시스템 제어부는 이러한 경보 신호를 적절한 장치, 예를 들어 시스템의 운전자에게 경고하는 알람으로 전송할 수 있다. 이러한 예에서, 신호는 개인용 컴퓨터 또는 무선-인에이블(wireless-enabled) PDA와 같은 사용자 인터페이스 장치(606)로 전송되며, 그에 따라 시스템의 사용자 또는 운전자가 질소 발생기를 관찰할 필요가 있다는 것을 알 수 있게 된다. 사용자 인터페이스는 또한 사용자 또는 운전자가 시스템의 여러가지 모니터링되는 파라미터들 및 부품들을 관찰할 수 있게 하며, 사용자 또는 운전자가 소위 당업계에 공지된 바와 같이 시스템 운전을 위한 여러 셋팅 및 파라미터를 조정 또는 제어할 수 있게 한다.
소위 당업자가 분명히 이해할 수 있는 바와 같이, 시스템 제어부는 적절한 센서로부터 신호를 수신함으로써 유량, 압력, 온도 가스 성분 레벨 등과 같은 전체 시스템의 여러 측면들을 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 파라미터를 조정하도록 또는 유지보수를 실시하도록 운전자에게 경고하거나 및/또는 부품들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어부는 냉각 시스템을 통한 유량을 모니터링할 수 있고, 그에 응답하여 송풍기의 속도를 조정할 수 있다. 본 명세서의 설명으로부 터, 소위 당업자는 시스템 제어부, 사용자 인터페이스, 및 데이터 저장부의 여러가지 다른 용도 및 적용예를 분명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 자외선 경화 시스템을 냉각하기 위한 예시적인 방법(700)의 단계들을 도시한다. 그 방법에서, 질소 퍼지 가스의 소오스가 공급 저장용기로 공급된다(702). 전술한 바와 같이, 상기 소오스는 예를 들어 순수 질소 또는 질소 부화 가스일 수 있고, 성분-분리 박막 장치와 같은 적절한 장치에 의해 생성될 수 있다. 질소 가스는 하나 이상의 송풍기를 통해 하나 이상의 램프 모듈로 지향된다(704). 가스는 램프 모듈 및 각각의 경화 챔버를 통과하고(706), 챔버로부터 복귀 파이핑 시스템으로 배출되며(708), 그에 따라 램프 모듈 및 경화 챔버로부터 열을 제거한다. 가열된 질소 가스가 복귀 저장용기로 지향되고(710), 이어서 열 교환기를 통과함으로써 복귀 가스로부터 열이 제거되며(712), 공급 저장용기로 다시 되돌아 간다(714). 만약, 경화 프로세스가 계속된다면(716), 가스는 각 송풍기에 의해 다시 램프 모듈 및 프로세싱 챔버를 통해 지향된다. 그렇지 않다면, 순환 프로세스가 종료된다(718).
전술한 바와 같이, 재순환 냉각 시스템은 대기 밀봉되지 않는다. 그러한 경우에, 소량의 공기(통상적으로, 20.9% 산소 함유)가 재순환 시스템으로 누설될 수 있고, 또는 역으로 유동될 수 있다. 산소의 존재로 인해, 자외선을 통해 트레이스 양의 오존이 형성될 수 있으며, 예를 들어 대기중에서 산소 종(species)으로부터의 오존 형성 및 분해에 대해 당업계에 공지된 이하의 화학식에 따라 형성될 수 있다:
O2 + hν → 2O k1 (l/s)
O + O2 + M → O3 + M k2 (cm6/(분자2s1))
O3 + hν → O + O2 k3 (l/s)
O + O3 → 2O2 k4 (cm3/(분자1s1)),
이때, O는 산소 원자이고, O2는 산소 분자이며, O3는 오존 분자이고, hν는 자외선의 광자(photon)이고, M은 2차 반응(산소와 제 3 산소 원자로부터 오존 형성)에서 방출되는 에너지를 흡수하여 오존을 안정화시킬 수 있는 임의의 비-반응성 종을 나타낸다. M은 산소 또는 질소가 아니다. 오존은 매우 안정한 분자는 아니며, M이 과다 에너지를 흡수하지 않는다면 O 및 O2로 다시 분해될 수 있을 것이다. 속도 상수(rate constant)는 K1 ... K4로 주어진다.
현재의 OSHA 규정과 같은 규정에 맞추기 위해, 다양한 자외선 냉각 시스템에서 오존 농도를 약 0.08 ppm 미만으로 유지하는 것이 바람직하다. 이는 시스템내에서 생성된 오존의 감소 또는 분해를 필요로 할 수 있다. 시스템내에서 순환하는 오존의 양을 제어하기 위해 오존 분해 유닛을 냉각 시스템에 부가할 수 있다. 일 실시예에서, 오존 분해 유닛은 촉매 반응을 이용하여 오존을 감소시키는데, 이는 활성 성분이 소모되지 않기 때문이다. 또한, 이러한 촉매 반응에는 외부로부터의 열(에너지)이 필요하지 않으며, 이하의 식에 따라 이루어질 수 있다:
O3 + M → M-O + O2
O3 + M-O → M + 2O2
확인할 수 있는 바와 같이, 이러한 반응의 최종 결과는 단순한 비-반응성 종(이미 존재함) 및 산소이다.
일 실시예에서, 오존 분해 유닛은 저온 산화 촉매를 포함하며, 그 촉매의 예를 들면 Carulite®(미국 일리노이즈 페루에 소재하는 Carus Chemical Company의 등록 상표이며 휘발성 유기 화합물 분해 촉매이다), PremAir®(미국 뉴저지 이셀린에 소재하는 Engelhard Corporation의 등록 상표이고 오존 분해 촉매이다), 활성 탄소, MnO2/CuO, MnO2/CuO/Al2O3, Pd/MnO2, 또는 Pd/MnO2/실리카-알루미나가 있다. 촉매는 예를 들어 펠릿 사이즈일 수 있고, 또는 하니컴, 라디에이터 등과 같은 큰 표면적 매체상에 코팅된 필름일 수도 있다.
오존 분해 유닛(802)은 도 8에 도시된 예시적인 자외선 경화 및 재순환 냉각 시스템(800)과 같은 적절한 냉각 및/또는 재순환 시스템과 함께 이용될 수 있다. 이러한 시스템에서, 오존 분해 유닛(802)은 복귀 라인을 따라 위치되는 것으로 도시되어 있으며, 그에 따라 가열된 가스가 경화 챔버로부터 오존 분해 유닛(802)의 하나 이상의 유입구(804)내로 유동되어, 유닛(802)내의 촉매(808)와 반응하고, 이어서 유닛의 하나 이상의 배출부(806)로부터 가스 공급부(여기서는, 질소 공급 저장용기이다)로 다시 공급된다. 이러한 예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 예를 들 어 하나의 경화 챔버로부터 복귀하는 가스가 조합된 유동으로 인해 챔버를 오염시키지 않도록 하기 위한 역-흡입(suck-back) 밸브(826)을 이용함으로써, 복귀 라인들은 질소 가스 유동이 오존 분해 유닛에 도달하기 전에 단일 복귀 라인으로 결합된다. 다른 실시예에서, 분리된 복귀 라인들 각각이 오존 분해 유닛으로 직접 공급할 수도 있다. 또한, 오존 분해 유닛과의 사이에 하나의 배출구 라인만이 도시되었지만, 다수의 배출구 라인을 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 각 복귀 라인에 대해 하나의 오존 분해 유닛을 이용할 수 있고 또 기타 변형된 구성을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
오존 분해 유닛(802)은 냉각 시스템내의 오존 레벨을 모니터링할 수 있는 오존 센서(810)를 포함하거나, 그러한 오존 센서에 연결될 수 있다. 센서(810) 및 오존 분해 유닛은 시스템 제어부(820)와 통신될 수 있으며, 그러한 시스템 제어부는 오존 센서로부터 신호를 수신할 수 있고 또 그 신호에 응답하여 오존 레벨을 모니터링할 수 있다. 제어부는 오존 레벨을 모니터링할 수 있고, 촉매의 잔류 수명과 같은 다른 측면을 모니터링할 수 있으며, 오존 레벨이 허용할 수 없는 레벨에 접근하거나 도달하였을 때 또는 촉매를 교환하거나 보충할 필요가 있을 때 경보를 생성할 수 있다. 경보는 사용자 또는 운전자에게 시스템에 관한 정보를 알리기 위해 개인용 컴퓨터 또는 당업계에서 공지되거나 이용되고 있는 기타 인터페이스 메카니즘 또는 장치와 같은 사용자 인터페이스(822)로 전송될 수 있다. 시스템 제어부 및/또는 사용자 인터페이스는 표준 촉매 수명 및 최대 오존 한계치와 같은 시스템에 관한 정보를 저장하는 데이터베이스와 같은 데이터 저장 장치(824)와 통신될 수 있다.
유닛(802)은 또한 촉매에 부가하여 또는 촉매를 대신하여 매체 필터(media filter)를 포함할 수 있다. 매체 필터는 재순환 가스 유동으로부터 바람직하지 못한 입자들을 제거하는데 사용될 수 있다. 필터는 그러한 목적에 맞고 당업계에서 공지되거나 사용되는 어떠한 필터도 가능할 것이다. 또한, 매체 필터가 촉매 분해 유닛으로부터 독립된 유닛내에 포함될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 바와 같은 시스템내에서 사용될 수 있는 오존 분해 유닛(900)의 사시도이다. 이러한 유닛(900)에서, 촉매(904)는 유입구(906) 및 배출구(908)를 포함하는 하우징(902)내에 수용된다. 상당량의 오존을 포함하는 복귀 가스의 유동이 유닛(900)내로 입력되고, 이때 촉매가 전술한 바와 같은 반응을 일으켜서 가스 유동내에 존재하는 오존의 양을 감소시킨다. 배출구(908)를 빠져나오는 가스는 상당히 감소된 양의 오존을 포함할 수 있고, 산소 및/또는 기타 반응 분산물을 포함할 것이다.
도면에서는 촉매가 하우징 내에서 자유롭게 유동하는 물질로 도시되어 있지만, 유닛내의 반응 레벨 및 가스 유동을 제어하기 위해, 가스가 통과하는 통로, 경로 또는 네트워크를 코팅하는 것과 같이 당업계에 공지되거나 이용되고 있는 적절한 방식을 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 유닛내에서 가스 유동이 통과하는 라디에이터의 내측 표면상에 PremAir® 와 같은 촉매를 코팅할 수 있을 것이다. 도 10은 PremAir®가 코팅된 라디에이터 실시예에서 공간 속도(space velocity)(x1000/시간)의 함수로서 오존 변환 백분율의 플롯(plot)(1000)을 도시한 그래프로서, 분해 효율은 75℃에서 그리고 5 ft/초의 유동에서 약 85%로 측정되었다. 도 11은 오존 분해 유닛내에서 PremAir®가 코팅된 하니컴의 경우에, 오존 변환 백분율의 플롯(1100)을 도시한 그래프로서, 이때 하니컴 셀은 1/8" 셀 및 5/8" 두께이고, 온도는 45℃이며, 압력 강하는 약 0.1"wg/층(layer) 였다.
도 12는 다른 플롯(1200)을 도시한 그래프로서, 이때 ppm 단위의 오존 농도가 초 단위의 잔류 시간에 대해 표시되어 있다. 이러한 플롯에서, 6" 도관내에서 냉각 공기의 유동은 350 CFM이고, 산소 레벨은 20.9% 이며, 공기 온도는 65℃였다. 도시된 바와 같이, 0.08 ppm 미만의 오존 레벨을 얻기 위해서는 적어도 0.04초의 잔류 시간이 필요하다. 도 13은 최적(best fit) 라인을 가지는 데이터 플롯(1300)을 나타내며, 이때 0.08 ppm 값이 0.04초와 0.045초 사이에서 얻어지는 것으로 도시되어 있으며, 그에 따라 그러한 시스템에서 가스내의 오존량을 전술한 희망 레벨로 감소시키는데 있어서 0.045 초 이상의 잔류 시간이면 충분하다는 것을 알 수 있다. 다른 오존 레벨의 경우에, 유량 및/또는 경로 길이를 조절하여 잔류 시간을 늘이거나 감소시킬 수 있을 것이다.
또한, 온도도 오존 분해 또는 감소에 필요한 필수 잔류 시간 또는 접촉 시간에 영향을 미친다. 표 1은 여러 프로세스에서 요구되는 잔류 시간 및 온도를 나타낸다.
오존 분해에서 접촉 시간 및 온도의 비교
열적 분해 귀금속 Pt/Pd 촉매 MnO2계 촉매
온도, ℃ > 300 50-75 22
잔류 시간, 초 3 3 0.36-0.72
표 1의 데이터에서, DSS 열 교환기를 이용하였으며, 이때 단면적은 19" x 35"이고, 총 유동은 1400 CFM 이었다. 선형 속도는 약 5 ft/초이고 통상적인 촉매의 경우에 두께는 > 2ft 였다.
많은 다른 촉매를 이용하여 냉각 유체내의 오존량을 감소시킬 수 있을 것이다. 예를 들어, 활성 탄소를 이용하여 질소-부화 가스내의 오존을 분해할 수 있을 것이다. 불행하게도, 활성산소가 프로세스에서 소모되기 때문에, 활성 탄소를 계속적으로 공급할 필요가 있다. 또한, 그 용도는 오존 농도가 비교적 낮은 경우로 제한된다. 활성 탄소를 이용하는 것은 또한 화재 위험을 수반하며, 특히 오존 농도가 높을수록 또는 농축 산소 소오스로부터 오존이 발생되는 경우에 그러하다. 통상적으로, 물 처리에서 활성 탄소를 이용하여 과다 오존을 제거하고, 일산화탄소 및 이산화탄소 부산물을 생성할 것이다. 그러한 프로세스는 또한 오존 반응을 통해 시스템내에서 유동할 수 있는 입자를 생성할 수 있다. 활성화된 탄소 반응은 이하의 화학식에 따라 이루어질 수 있다:
O3 + C → CO + O2
O3 + CO → CO2 + O2
조사된 기타 촉매에는 Carulite® 저온 산화 촉매(MnO2/CuO), 및 오존 엔지니어링에서의 Carulite® 200 촉매(MnO2/CuO/Al2O3)가 포함된다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 오존 감소 방법(1400)의 단계들을 도시한다. 이러한 방법에서, 자외선 경화 장치로부터 열을 제거하기 위해, 질소-부화 가스의 유동이 자외선 경화 장치를 통과하도록 지향된다(1402). 유닛내에서의 잔류 시간을 최소화하기 위해, 유동은 유닛내의 촉매-코팅된 경로를 따라 지향된다(1406). 가스가 경로를 따라 통과함에 따라, 촉매는 가스 유동내에서 반응을 일으키며, 그에 따라 가스내의 오존량이 감소된다(1408). 오존량이 원하는 레벨로 또는 그 이하로 감소된 후, 가스 유동이 유닛의 외부로 지향된다(1410). 이어서, 가스 유동으로부터 과다한 열을 제거하기 위해, 오존-감소된 가스 유동이 열 교환기를 통해 지향된다. 이어서, 냉각된 가스 유동이 자외선 경화 장치를 통해 다시 지향된다(1414). 이상의 설명 및 이러한 단계들은 단지 예시적인 것으로서, 이상의 설명을 참조하면 소위 당업자는 기타 변형예를 분명하게 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 상세한 설명 및 첨부 도면은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 그러나, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 넓은 범위 및 사상내에서 여러가지 변형 및 변화가 가능하다는 것이 분명할 것이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 시스템 및 방법은, 예를 들어, 폐쇄-루프 냉각 시스템 또는 재-순환 냉각 시스템을 이용함으로써, 자외선 경화 시스템 또는 장치내의 유체의 재순환을 제공한다. 그러한 재-순환은 경화 시스템에 대한 배출 및 밀봉 요건을 경감시킬 수 있다. 질소와 같은 재순환 유체의 이용은 또한 시스템내의 오존 생성을 감소시킬 수 있으며, 또한 경화 시스템이 낮은 파장에서 작동될 수 있게 한다. 그러한 재-순환은 또한 재순환 유체내의 오존 농도를 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 자외선 램프 소오스 및 경화 챔버를 포함하는 자외선 경화 시스템을 냉각하기 위한 냉각 시스템으로서:
    소정(所定) 부피의 유체를 수용할 수 있는 공급 저장용기;
    상기 공급 저장용기로부터 자외선 램프 소오스를 통해 유체 유동을 지향시킬 수 있는 유동 발생 장치로서, 상기 유체 유동은 상기 자외선 램프 소오스로부터 열 에너지를 제거할 수 있는, 유동 발생 장치;
    상기 경화 챔버에 연결되고 상기 가열된 유체 유동을 수용할 수 있으며 가열된 유체의 유동을 지향시킬 수 있는 복귀 파이핑;
    상기 복귀 파이핑에 연결되고 상기 복귀 파이핑에 의해 지향된 가열된 유체 유동을 수용할 수 있는 복귀 저장용기; 및
    상기 복귀 저장용기와 상기 공급 저장용기 사이의 유동 경로를 따라 배치되고 상기 가열된 유체 유동으로부터 열 에너지를 제거하도록 작동될 수 있음으로써, 상기 유체 유동을 공급 저장용기로 다시 지향시킬 수 있는 열 교환기를 포함하는
    냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체가 질소 가스 및 질소-부화 가스 중 하나 인
    냉각 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    공급 공기를 수용할 수 있고 상기 공급 공기를 하나 이상의 성분으로 분리하여 상기 공급 저장용기를 위한 유체 소오스를 생성할 수 있는 가스 분리 모듈을 더 포함하는
    냉각 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 분리 모듈이 가스 분리 박막을 포함하는
    냉각 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환기가 수냉식 열 교환기 인
    냉각 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    다수의 유동 발생 장치들이 상기 공급 저장용기로부터 다수의 자외선 램프 소오스들을 통해 유체 유동을 지향시킬 수 있는
    냉각 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 발생 장치가 순환 송풍기인
    냉각 시스템.
  8. 방사선계 경화 장치로 냉각 유체의 유동을 재순환시키기 위한 공기 모듈로서:
    소정(所定) 부피의 유체를 수용하고 저장할 수 있는 공급 저장용기;
    상기 공급 저장용기로부터 상기 방사선계 경화 장치로 유체 유동을 지향시킬 수 있는 유동 발생 장치로서, 상기 유체 유동은 상기 경화 장치로부터 열 에너지를 제거할 수 있는, 유동 발생 장치;
    상기 방사선계 경화 장치로부터 배출되는 가열된 유체 유동을 수용할 수 있는 복귀 저장용기; 및
    상기 복귀 저장용기와 상기 공급 저장용기 사이의 유동 경로를 따라 배치되 고, 상기 가열된 유체 유동으로부터 열 에너지를 제거하고 상기 유체 유동을 상기 공급 저장용기로 다시 지향시킬 수 있는 열 교환기를 포함하는
    공기 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유체가 질소 가스 및 질소-부화 가스 중 하나 인
    공기 모듈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    공급 공기의 유동을 수용할 수 있고 상기 공급 공기를 하나 이상의 성분으로 분리하여 상기 공급 저장용기를 위한 유체 소오스를 생성할 수 있는 가스 분리 모듈을 더 포함하는
    공기 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 분리 모듈이 가스 분리 박막을 포함하는
    공기 모듈.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 공급 저장용기가 순수 질소 가스의 소오스로부터 소정 부피의 유체를 수용할 수 있는
    공기 모듈.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 열 교환기가 수냉식 열 교환기 인
    공기 모듈.
  14. 제 8 항에 있어서,
    다수의 유동 발생 장치들이 상기 공급 저장용기로부터 상기 경화 장치의 다수의 부분들로 유체 유동을 지향시킬 수 있는
    공기 모듈.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 유동 발생 장치가 순환 송풍기인
    공기 모듈.
  16. 자외선 램프 소오스 및 경화 챔버를 포함하는 자외선 경화 시스템을 냉각하기 위한 방법으로서:
    공급 저장용기로부터 상기 자외선 램프 소오스를 통해 냉각 유체의 유동을 지향시키는 단계로서, 상기 유체의 유동이 상기 자외선 램프 소오스로부터 열 에너지를 제거할 수 있는, 냉각 유체 유동을 지향시키는 단계;
    상기 경화 챔버로부터 복귀 저장용기로 가열된 냉각 유체의 유동을 지향시키는 단계;
    상기 가열된 냉각 유체의 유동으로부터 열 에너지를 제거하는 단계; 및
    상기 열-제거된 냉각 유체의 유동을 다시 공급 저장용기로 지향시킴으로써, 상기 냉각 유체가 자외선 램프 소오스를 통해 재-순환될 수 있게 하는, 열-제거된 냉각 유체 유동을 지향시키는 단계를 포함하는
    냉각 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    유체 소오스로부터 상기 공급 저장용기로 유체를 수용하는 단계를 더 포함하 는
    냉각 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    박막 장치를 통해 공급 공기 유동을 통과시켜 유체를 생성하는 단계를 더 포함하는
    냉각 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 냉각 유체 유동을 지향시키는 단계가 질소 가스 및 질소-부화 가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 냉각 유체의 유동을 지향시키는 단계를 포함하는
    냉각 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 열 교환기로부터 열을 제거하기 위해 상기 열 교환기를 통해 물을 순환시키는 단계를 더 포함하는
    냉각 방법.
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