KR100885709B1 - 기판 제조 설비용 항온항습장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 제조 설비 내부로 공정을 수행하는데 적합한 일정온도 및 일정습도의 공기를 공급해주는 기판 제조 설비용 항온항습장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 항온항습장치는 냉매를 이용하여 공기를 냉각하고 수분을 제거하는 증발기; 상기 증발기에서 냉각된 공기가 공정에 필요한 적정수준으로 상승되도록 상기 공정용 공기를 가열하는 메인 히터; 압축기를 통해 나온 고온고압의 냉매가스를 응축기에서 냉각시킨 후 팽창밸브에서 냉매가스를 액화시켜 상기 증발기로 공급하는 냉각부; 상기 압축기를 통해 나온 고온고압의 가스를 이용하여 상기 증발기에서 냉각된 공기를 상기 메인 히터에서 가열되기 전에 예비 가열하는 보조 가열 장치를 포함한다.
냉각, 냉매, 항온항습

Description

기판 제조 설비용 항온항습장치 및 방법{Constant temperature and constant humidity apparatus for semiconductor manufacturing equipment and Method thereof}
도 1은 종래의 항온항습 공기공급장치의 일예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 제조 설비용 항온항습 장치의 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
112 : 덕트 120 : 온도습도 조절모듈
124 : 증발기 126 : 메인 히터
128 : 송풍기 130 : 보조가열장치
132 : 히팅 코일부 140 : 냉각 장치
본 발명은 기판 제조 설비용 공기공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 제조 설비 내부로 공정을 수행하는데 적합한 일정온도 및 일정습도의 공기를 공급해주는 기판 제조 설비용 항온항습장치 및 방법에 관한 것이다.
통상 반도체소자 및 평판디스플레이 패널 등의 기판 제조공정을 진행할 때에는 매우 정밀한 공정조건이 요구된다. 특히, 기판 제조설비로 공급되는 공정용 공기는 매우 정밀한 공정조건을 만족시키기 위하여 그 온도 및 습도가 적정수준으로 제어되어야 한다.
이에, 기판 생산라인에서는 대부분 기판 제조설비의 공기 공급단에 공정용 공기의 온도 및 습도를 알맞게 조절할 수 있는 항온항습장치를 설치하고 있다.
이하, 도 1을 참조하여 종래 항온항습장치(100)의 일예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 항온항습 공기공급장치의 일예를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래 항온항습 공기공급장치(10)는 기판 제조설비의 프로세스챔버 (Process chamber) 등에 연결되며 외부로부터 공급되는 공정용 공기를 기판 제조설비로 안내해주는 덕트(Duct,12)와, 덕트(12)에 설치되며 덕트(12)를 경유하는 공기를 공정진행에 알맞은 온도 22.5∼23.5℃와 습도 45%로 균일하게 조절해주는 온도습도 조절모듈(Module;20)로 구성된다.
구체적으로 설명하면, 온도습도 조절모듈(20)은 송풍기(22), 히터(24), 증발기(26), 그리고 증발기(26)로 냉매를 순환공급하는 압축기(32), 응축기(34) 및 팽창밸브(36) 등으로 이루어지는 냉각장치(30)를 포함한다. 기존의 온도습도 조절모듈(20)은 압축기(32)를 통해 나온 고온고압의 가스(냉매)를 응축기(34)를 통해 냉각시킨 후 팽창밸브(36)에서 냉매를 액화시켜 증발기(26)로 보내게 되며, 공기는 증발기(26)를 통과하면서 노점온도(약 10℃)까지 냉각 및 제습된 후 히터(24)에 의해 다시 설정온도로 가열(23℃)되어 송풍기(22)에 의해 송풍되는 방식이다.
이와 같이 구성된 기존 기판 제조설비용 항온항습장치(10)는 응축기(34)에서 40-50℃ 정도의 고온고압의 냉매가스를 30℃까지 낮추기 위해 응축기(32) 용량이 증가하게 되며, 냉각장치(30)의 효율이 나빠지게 된다. 또한, 증발기(26)를 통과한 냉각공기는 23℃로 상승시키기 위해 히터(24)의 용량이 커지게 되므로 전력소모가 증가하게 된다.
본 발명의 목적은 공기의 열교환에 소비되는 전력의 낭비를 줄일 수 있는 기판 제조 설비용 항온항습장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 응축기 및 히터의 과부하를 방지할 수 있는 기판 제조 설비용 항온항습 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 본 발명의 항온항습장치는 냉매를 이용하여 공기를 냉각하고 수분을 제거하는 증발기; 상기 증발기에서 냉각된 공기가 공정에 필요한 적정수준으로 상승되도록 상기 공정용 공기를 가열하는 메인 히터; 압축기를 통해 나온 고온고압의 냉매가스를 응축기에서 냉각시킨 후 팽창밸브에서 냉매가스를 액화시켜 상기 증발기로 공급하는 냉각부; 상기 압축기를 통해 나온 고온고압의 가스를 이용하여 상기 증발기에서 냉각된 공기를 상기 메인 히터에서 가열되기 전에 예비 가열하는 보조 가열 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보조 가열 장치는 상기 증발기와 상기 메인 히터 사이에 위치되는 히팅코일부; 상기 압축기에서 상기 응축기로 제공되는 고온고압의 냉매가스 중 일부를 상기 히팅코일부로 제공하는 공급라인; 상기 압축기와 상기 증발기를 연결하는 냉매 순환라인에 연결되어 상기 히팅코일부를 통과한 고온고압의 냉매가스를 상기 증발기로 제공하는 회수라인을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 항온항습 공기공급장치는 상기 응축기의 압력값에 따라서 상기 보조 가열 장치의 히팅 코일부로 제공되는 고온고압의 냉매가스 양을 조절하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 항온항습 공기공급장치는 상기 보조 가열 장치의 히팅 코일부로 제공되는 고온고압의 냉매가스 양의 변동에 따라 상기 메인 히터의 가동을 제어하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 항온항습 공기공급장치는 상기 공정용 공기 내 특정성분을 필터링해주는 필터들을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 항온항습 공기공급장치는 상기 메인 히터를 경유한 공기 내에 수분이 보충되도록 일정량의 수분을 공급하는 가습기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 기판 제조 설비용 항온항습 방법은 압축기를 통해 나온 고온고압의 냉매가스를 응축기에서 냉각시킨 후 팽창밸브에서 액화된 냉매가스를 증발기로 공급하여 공정용 공기를 냉각하고 수분을 제거하는 단계; 상기 압축기를 통해 나온 고온고압의 냉매가스 일부를 이용하여 상기 증발기에서 냉각된 공정용 공기를 예비 가열하는 보조 가열 단계; 및 예비 가열된 공정용 공기가 공정에 필요한 적정수준으로 상승되도록 상기 공정용 공기를 설정온도로 가열하는 메인 가열 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보조 가열 단계에서 예비 가열에 사용된 고온고압의 냉매가스는 상기 압축기로 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보조 가열 단계는 상기 응축기의 압력값에 따라서 예비 가열에 사용되는 고온고압의 냉매가스 양이 조절된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 메인 가열 단계는 예비 가열에 사용되는 고온고압의 냉매가스 양의 변동에 따라 공정용 공기를 가열하는 메인 히터의 가동을 제어한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 실시예에서 기판 제조 설비는 반도체소자 또는 평판 디스플레이(flat panel display, 이하 'FPD') 소자를 제조하기 위한 설비이다. 참고로, FPD는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(FieldEmission Display), ELD(Electro Luminescence Display) 일 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 제조 설비용 항온항습 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 기판 제조 설비용 항온항습 장치(100)는, 덕트(112)와 상기 덕트(112)를 경유하는 공기를 공정진행에 알맞은 온도 및 습도(예를 들면 23±0.1℃, 습도 45%)로 균일하게 조절해주는 온도습도 조절모듈(Module)(120)을 포함한다.
온도습도 조절모듈(120)은 필터들(122a,122b), 증발기(124), 보조가열장치(130), 메인 히터(126), 송풍기(128) 그리고 증발기(124)로 냉매를 순환 공급하는 압축기(142), 응축기(144), 팽창밸브(146) 및 순환라인(148) 등으로 이루어지는 냉각장치(140)를 포함한다.
필터들(122a,122b), 증발기(124), 히팅코일부(132), 메인 히터(126), 송풍기(128)는 덕트(112)의 일측(공기가 유입되는 측)으로부터 순차적으로 배치되며, 덕트의 유입구(112a)를 통해 유입되는 공기는 이들을 거치면서 공정진행에 알맞은 온도 및 습도로 조절된 후 송풍기(128)에 의해 기판 제조 설비로 블로우된다. 덕트(112)는 기판 제조 설비(미도시됨) 등과 연결된다.
덕트(112)에 설치되는 필터들(122a,122b)은 먼지를 제거하는 망 또는 부직포 형태의 프리필터(Pre filter)와, 공기 중 암모니아(Ammonia)와 같은 특정 성분(유해 가스)을 필터링(Filtering)해주는 미듐 필터(medium filter) 등을 포함할 수 있다.
필터 후방에 위치되는 증발기(124)는 냉각 장치(140)의 순환라인(148)을 통해 냉매가스를 제공받아 덕트(112)를 경유하는 공기를 노점 온도(10℃ 전후)까지 냉각시킴으로써 공기에 포함된 일정량의 수분을 제거하게 된다. 냉매는 냉각장치(140)를 통해 제공받는다.
냉각장치(140)는 압축기(142)를 통해 나온 고온고압의 냉매가스(40-50℃)를 응축기(144)를 통해 냉각(30℃ 정도)시킨 후 팽창밸브(146)에서 냉매를 액화시켜 증발기(124)로 보내게 되며, 공기는 증발기(124)를 통과하면서 노점온도(약 10℃)까지 냉각,제습된 후 히팅코일부(132)와 메인 히터(126)에 의해 다시 설정온도로 가열(23도)되어 송풍기(128)에 의해 송풍된다. 한편, 압축기(142)를 통해 나온 고온고압의 냉매가스 중 30%는 보조가열장치(130)에서 공기를 가열하는데 사용되며, 나머지 70% 만이 응축기(144)로 제공되어 증발기(124)에서 공기를 냉각시키는 냉매가스로 사용된다.
히팅 코일부(132)는 고온고압의 냉매가스를 이용하여 공기를 예비 가열(1차가열)하며, 메인 히터(126)는 히팅 코일부(132)를 통과하면서 예비 가열된 공기를 설정 온도에 맞게 가열(2차 가열)한다.
보조가열장치(130)는 압축기(142)를 통해 나온 고온고압의 냉매가스를 일부 이용하여 증발기(124)에서 냉각된 공기를 메인 히터(126)에서 가열되기 전에 예비 가열하기 위한 장치이다. 통상적으로 압축기(142)를 통해 나온 고온고압의 냉매가스는 40-50℃의 온도를 갖게 되는데, 이러한 고온고압의 냉매가스가 증발기(124)에서 냉각된 공기(10℃)를 1차 가열(약 15℃)하는 열원으로 사용되게 된다. 구체적으 로 살펴보면, 보조가열장치(130)는 히팅 코일부(132)와 공급라인(134) 그리고 회수라인(136)을 포함한다. 히팅 코일부(132)는 증발기(124)와 메인 히터(126) 사이에 설치된다. 공급라인(134)은 압축기(142)와 응축기(144) 사이를 연결하는 순환라인(148)상에 설치된 3방향 밸브(138)와 연결된다. 3방향 밸브(138)에서는 순환라인(148)을 통과하는 고온고압의 냉매가스 일부(예컨대 30%정도)를 공급라인(134)으로 제공하게 된다. 회수라인(136)은 압축기(142)와 증발기(124) 사이를 연결하는 순환라인(148)상에 연결된다.
한편, 3방향 밸브(138)는 제어부(150)에 의해 제어된다. 제어부(150)는 응축기(144)의 압력값 변동에 따라 히팅 코일부(132)로 제공되는 고온고압 냉매가스의 양을 조절하게 된다. 예컨대, 응축기(144)의 압력값이 설정값보다 높아지는 경우, 제어부(150)는 히팅 코일부(132)로 제공되는 고온고압 냉매가스의 양이 증가되도록 3방향 밸브(138)를 조절하게 된다. 반대로 응축기(144)의 압력값이 설정값보다 낮아지는 경우, 제어부(150)는 히팅 코일부(132)로 제공되는 고온고압 냉매가스의 양이 감소되도록 3방향 밸브(138)를 조절하게 된다.
또한 제어부(150)는, 히팅 코일부(132)로 제공되는 고온고압 냉매가스 양의 변동에 따라 메인 히터(126)의 가동을 위한 전력 공급을 조절하게 된다. 예컨대, 히팅코일부(132)로 제공되는 고온고압 냉매가스의 양이 증가되면, 히팅 코일부(132)에서의 공기 가열 효율이 높아지게 된다. 따라서 제어부(150)는 메인 히터(126)로 제공되는 전력을 줄인다. 반대로, 히팅 코일부(132)로 제공되는 고온고압 냉매가스의 양이 감소되면, 히팅 코일부(132)에서의 공기 가열 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 제어부(150)는 공기의 온도를 일정하게 조절되도록 메인 히터(126)로 제공되는 전력을 증가시키게 된다.
본 발명에 따른 항온항습 장치에서의 공기 유동을 살펴보면 다음과 같다.
덕트(112)의 유입구(112a)를 통해 유입된 공기는 필터들(122a,122b)을 통과하면서 공기중에 섞여있는 먼지 등의 이물질이 제거된다. 필터들(122a,122b)을 통과한 공기는 증발기(124)를 통과하면서 노점(10℃) 이하로 냉각되어 절대습도가 낮아진다. 냉각 및 제습된 공기는 히팅코일부(132)를 거치면서 15℃ 정도로 1차 가열된다. 온도가 강하된 공기가 히팅 코일부(132)를 거치면서 열교환이 이루어지고, 히팅 코일부(132)로 제공된 고온고압의 냉매가스의 온도는 떨어지게 된다. 공기를 1차 가열하는데 사용된 고온고압의 냉매가스는 압축기(142)로 제공된다. 물론, 히팅 코일부(132)에서 열교환에 사용된 고온고압의 냉매가스가 응축기(144)로 제공될 수 도 있으나, 그렇게 되면 냉각장치의 냉각효율이 30% 증가하기 때문에 불필요한 과냉각을 방지하기 위해 압축기(142)로 제공되는 것이 바람직하다.
이처럼 냉각 장치(140)에서 순환되는 냉매가스 중 30% 정도는 공기를 1차 가열하는 용도로 사용된다. 한편, 히팅 코일부(132)를 통과하면서 1차 가열된 공기는 메인 히터(126)에 의해 가열되는데, 상술한 바와 같이 히팅 코일부(132)에 의해 공기가 예열되어 있으므로, 메인 히터(126)의 부하가 감소되며, 따라서 메인 히터(126)가 소모하는 전력도 감소된다. 메인 히터(126)를 거치면서 가열된 공기는 송풍기(128)에 의해 기판 제조 설비로 공급된다. 도시하지 않았지만, 덕트(112)에는 메인 히터(126)를 통과한 공기의 습도를 조절하기 위한 가습장치가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 항온항습 장치(100)는 LCD 제조 공정의 글라스 사이즈 대형화에 따라 포토 공정시 피알 코팅후 노광 공정까지 피알의 일정한 온도와 습도 유지에 매우 적합한 장치이다.
한편, 본 발명은 상기의 구성으로 이루어진 항온항습 장치는 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 증발기를 통과하여 냉각된 공기를 히팅 코일부를 통해 1차 가열함으로써 공기의 엔탈피를 상승시켜 메인 히터에서 상승시켜야 할 전체 엔탈피가 감소, 메인 히터의 용량 축소를 통해 전력량 감소 및 증발 압력 상승에 따른 냉동 성능계수(COP)를 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명은 공기의 열교환에 소비되는 전력의 낭비를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 응축기 및 메인 히터의 과부하를 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 제조 설비용 항온항습장치에 있어서:
    냉매를 이용하여 공기를 냉각하고 수분을 제거하는 증발기;
    상기 증발기에서 냉각된 공기를 가열하는 메인 히터;
    압축기를 통해 나온 고온고압의 냉매가스를 응축기에서 냉각시킨 후 팽창밸브에서 냉매가스를 액화시켜 상기 증발기로 공급하는 냉각부; 및
    상기 압축기를 통해 나온 고온고압의 가스를 이용하여 상기 증발기에서 냉각된 공기를 상기 메인 히터에서 가열되기 전에 예열하는 보조 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 가열 장치는
    상기 증발기와 상기 메인 히터 사이에 위치되는 히팅코일부;
    상기 압축기에서 상기 응축기로 제공되는 고온고압의 냉매가스 중 일부를 상기 히팅코일부로 제공하는 공급라인;
    상기 압축기와 상기 증발기를 연결하는 냉매 순환라인에 연결되어 상기 히팅코일부를 통과한 고온고압의 냉매가스를 상기 증발기로 제공하는 회수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 항온항습 공기공급장치는
    상기 응축기의 압력값에 따라서 상기 보조 가열 장치의 히팅 코일부로 제공되는 고온고압의 냉매가스 양을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 항온항습 공기공급장치는
    상기 보조 가열 장치의 히팅 코일부로 제공되는 고온고압의 냉매가스 양의 변동에 따라 상기 메인 히터의 가동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 항온항습 공기공급장치는
    상기 공정용 공기 내 특정성분을 필터링해주는 케미컬 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 항온항습 공기공급장치는
    상기 메인 히터를 경유한 공기 내에 수분이 보충되도록 일정량의 수분을 공급하는 가습부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습장치.
  7. 기판 제조 설비용 항온항습 방법에 있어서:
    압축기를 통해 나온 고온고압의 냉매가스를 응축기에서 냉각시킨 후 팽창밸브에서 액화된 냉매가스를 증발기로 공급하여 공정용 공기를 냉각하고 수분을 제거하는 단계;
    상기 압축기를 통해 나온 고온고압의 냉매가스 일부를 이용하여 상기 증발기에서 냉각된 공정용 공기를 예비 가열하는 보조 가열 단계; 및
    예비 가열된 공정용 공기가 공정에 필요한 적정수준으로 상승되도록 상기 공정용 공기를 설정온도로 가열하는 메인 가열 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조 가열 단계에서 예비 가열에 사용된 고온고압의 냉매가스는 상기 압축기로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보조 가열 단계는
    상기 응축기의 압력값에 따라서 예비 가열에 사용되는 고온고압의 냉매가스 양이 조절되는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 메인 가열 단계는
    예비 가열에 사용되는 고온고압의 냉매가스 양의 변동에 따라 공정용 공기를 가열하는 메인 히터의 가동을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 설비용 항온항습 방법.
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