KR101109731B1 - 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템 및 방법 - Google Patents

반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로를 포함하고, 상기 냉매 경로 상에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 팽창밸브가 순차적으로 설치되고, 상기 압축기의 전단에는 제 1 압력센서가 설치되며, 상기 수액기와 팽창밸브 사이에 제 1 개폐밸브가 설치되고, 상기 공정 챔버의 전단과 후단에 각각 제 2 및 제 3 개폐밸브가 설치되고, 상기 제 2 개폐밸브와 상기 공정 챔버 사이에서 분기하는 분기 경로에는 제 2 압력센서와 제 4 개폐밸브가 설치되고, 상기 제 4 개폐밸브는 진공 펌프와 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 압력센서가 각각 검출한 상기 냉매 경로의 진공상태와 상기 공정 챔버의 진공상태를 전달받고, 상기 제 1 내지 제 4 개폐밸브의 온/오프 및 상기 진공 펌프의 구동을 각각 제어하는 제어 컨트롤러를 구비하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템이 개시된다.

Description

반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템 및 방법{System and Method for collecting coolant in chiller apparatus for semiconductor process}
본 발명은 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템에 관한 것으로, 특히 냉매의 회수를 간단하고 신속하게 하면서 작업손실을 줄일 수 있는 기술에 관련한다.
반도체를 제조하는 과정에서 반도체 공정용 설비는 항상 그 챔버 내부의 온도를 일정하게 유지시켜야 하며, 이러한 온도 유지의 역할을 하는 장비가 반도체용 칠러(chiller)이다.
도 1은 종래 반도체 공정설비의 냉각계통도이다.
반도체 제조공정에 사용되는 설비의 챔버(20)는 칠러 장치(10)와 항상 연결되어 있어 공정을 진행하는 과정에서 발생하는 열원이 제거됨과 동시에 항상 일정한 온도로 유지된다.
반도체 공정용 챔버(20)와 칠러 장치(10) 사이에는 냉각유체 공급관(40)과 냉각유체 회수관(30)이 설치되어 있어, 냉각계통(10, 20, 30, 40)은 폐회로를 구성하고, 그 내부에 냉각유체(Brine)가 순환한다.
냉각유체의 순환을 간략히 살펴보면, 냉각유체 회수관(30)을 통하여 칠러 장치(10)에 유입된 냉각유체는 냉각유체 탱크(14)에서 일정한 온도로 맞춰진 후, 냉각유체 펌프(12)에 의해서 펌핑되어 냉각유체 공급관(40)을 통하여 반도체 공정용 챔버(20)로 유입된 후, 다시 냉각유체 회수관(30)을 통하여 다시 칠러 장치(10)로 유입되는 과정을 반복한다.
상기의 과정을 일정기간 반복수행하는 동안, 반도체 공정용 챔버(20)는 정기적으로 세정이나 청소가 필요하며 다음과 같은 방법으로 수행한다.
먼저, 칠러 장치(10)를 정지시킨 다음, 챔버측 공급관 밸브(44)와 챔버측 회수관 밸브(34)를 각각 폐쇄시켜 칠러 장치(10) 측의 냉각유체가 반도체 공정용 챔버(20)로 유입되거나 이로부터 회수되지 못하도록 한다.
이어, 반도체 공정용 챔버(20)의 냉각유체 배수구(22)를 개방하여 반도체 공정용 챔버(20) 내부에 있는 냉각유체를 배출시킨다.
그리고 챔버측 공급관 커플링(42)과 챔버측 회수관 커플링(32)을 각각 분리한 후, 반도체 공정용 챔버(20) 내부를 세정 및 청소한다.
이 과정에서 냉각유체 배수구(22)를 통하여 배출된 냉각유체는 재사용되거나 다른 용도로 사용되는 경우는 극히 희박하며 통상 폐기처리되고 세정 및 청소 후 새로운 냉각유체를 냉각유체 탱크(14)를 통하여 공급하게 된다.
여기서, 설명하지 도면부호 48은 칠러측 공급관 밸브, 46은 칠러측 공급관 체크밸브, 38은 칠러측 회수관 밸브, 그리고 36은 칠러측 회수관 체크밸브를 각각 나타낸다.
상기의 세정 및 청소 과정을 볼 때 다음의 문제점이 있다.
1) 폐기된 냉각유체는 새로운 냉각유체로 대체되기 때문에 수백만원의 운전비용이 소요된다.
2) 냉각유체의 배출을 위한 커플링 분리와 같은 별도의 수작업으로 인해 소요시간이 길어지며, 그만큼 제조 수율이 저하한다.
3) 폐기된 냉각유체로 인하여 환경처리 비용이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 냉매의 회수를 간단하고 신속하게 하면서 작업손실을 줄일 수 있는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉매 회수에 따른 작업시간을 최소화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로를 포함하고, 상기 냉매 경로 상에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 팽창밸브가 순차적으로 설치되고, 상기 압축기의 전단에는 제 1 압력센서가 설치되며, 상기 수액기와 팽창밸브 사이에 제 1 개폐밸브가 설치되고, 상기 공정 챔버의 전단과 후단에 각각 제 2 및 제 3 개폐밸브가 설치되고, 상기 제 2 개폐밸브와 상기 공정 챔버 사이에서 분기하는 분기 경로에는 제 2 압력센서와 제 4 개폐밸브가 설치되고, 상기 제 4 개폐밸브는 진공 펌프와 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 압력센서가 각각 검출한 상기 냉매 경로의 진공상태와 상기 공정 챔버의 진공상태를 전달받고, 상기 제 1 내지 제 4 개폐밸브의 온/오프 및 상기 진공 펌프의 구동을 각각 제어하는 제어 컨트롤러를 구비하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템이 개시된다.
바람직하게, 상기 제 1 내지 제 4 개폐밸브는 솔레노이드 밸브이고, 상기 제어 컨트롤러는 PLC(Programmable Logic Controller)이며, 상기 팽창밸브는 전자식 팽창밸브일 수 있다.
상기의 목적은, 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로를 포함하고, 상기 냉매 경로 상에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 팽창밸브가 순차적으로 설치되는 반도체 공정용 칠러 장치에 적용되며, 상기 수액기 후단을 차단한 상태에서 상기 압축기를 작동하면서 상기 냉매 경로의 진공상태를 감지하는 단계; 상기 냉매 경로가 진공상태임을 감지하면, 상기 공정 챔버 전단과 후단을 상기 냉매 경로로부터 차단하는 단계; 진공펌프를 이용하여 상기 공정 챔버를 진공시키는 단계; 및 상기 공정 챔버 내부의 진공이 감지되면, 상기 진공펌프 경로를 차단하고, 상기 수액기 후단과 상기 공정챔버의 전단 및 후단의 차단을 해제하는 단계를 포함하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 방법에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 수액기의 후단과 상기 공정 챔버 전단 및 후단은 솔레노이드 밸브에 의해 차단 또는 해제되고, 상기 냉매 경로와 공정 챔버의 진공 상태는 압력센서에 의해 감지될 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 칠러 장치 자체에서 냉매를 회수할 수 있으므로 별도의 작업 손실을 줄일 수 있다.
또한, 냉매를 회수하기 위한 별도의 연결 배관과 부품, 가령 커플러 등이 불필요하다. 연결 배관의 단순화에 따른 부품 절감으로 칠러 장치의 재료비를 절감할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서 적용된 냉매(일명, 프레온)는 적은 양(냉각유체(brine)의 1/20)으로 공정 챔버 내를 순환하므로 회수시간이 단축된다.
도 1은 종래 반도체 공정설비의 냉각계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템의 계통도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템의 계통도이다.
도시된 바와 같이, 압축기(110)로부터 응축기(120), 수액기(130), 및 전자식 팽창밸브(140)가 배치되고, 수액기(130)와 전자식 팽창밸브(140) 사이에 개폐밸브(152)가 설치된다. 또한, 압축기(100)의 전단에는 압력센서(162)가 설치된다.
또한, 공정 챔버(200)에 연결되는 냉매 경로(102)에서 냉매 공급측과 냉매 회수측에는 각각 개폐밸브(154, 156)가 설치된다. 냉매 공급측 개폐밸브(154)와 공정 챔버(200) 사이에서 분기하는 분기 경로에는 압력센서(164)와 개폐밸브(158)가 설치되고 개폐밸브(158)는 진공 펌프(180)에 연결된다. 이러한 구조에 의하면, 칠러 장치(100) 자체에 진공 펌프(180)가 설치되어 있어 공정 챔버(200)의 진공화가 용이하게 된다.
또한, 개폐밸브(152, 154, 156, 158)는 각각 제어라인(152a, 154a, 156a, 158a)을 통하여 제어 컨트롤러(170)에 연결되고, 압력센서(162, 164)는 제어라인(162a, 164a)을 통하여 제어 컨트롤러(170)에 연결된다.
바람직하게, 제어 컨트롤러(170)로는 PLC(Programmable Logic Controller)가 적용될 수 있다.
또한, 바람직하게, 개폐밸브(152, 154, 156, 158)로는 솔레노이드 밸브가 적용될 수 있다.
상기의 구성을 갖는 본 발명은 열 교환기가 제거되고 공정 챔버(200)가 증발기 역할을 하는 냉동 사이클이 적용된다. 다시 말해, 냉매는 공정 챔버(200)와 직접 열 교환하여 온도를 유지하도록 한다. 참고로, 이 실시 예에서 적용되는 냉매는, 가령 R-404A 냉매이다.
이하, 상기의 구조를 냉매회수 시스템의 동작에 대해 설명한다.
냉매 회수(Pump Down)가 시작되면, 제어 컨트롤러(170)는 제어라인(152a)을 통하여 개폐밸브(152)를 닫으며, 이 상태에서 운전하게 되면 냉매 경로(102)와 공정 챔버(200)에 존재하던 냉매는 모두 회수되어 수액기(130)에 저장된다.
냉매 경로(102)에서 압축기(110) 전단의 압력이 진공 상태(절대압 기준, 0bar 이하)에 도달하면, 압력센서(162)가 이를 감지하여 제어라인(162a)을 통하여 제어 컨트롤러(170)에 신호를 전달한다.
제어 컨트롤러(170)는 감지신호를 수신하여 제어라인(154a)을 통하여 동작신호를 전달하여 개폐밸브(154)를 폐쇄한다. 이어, 일정한 지연 시간 후, 제어라인(156a)을 통하여 동작신호를 전달하여 개폐밸브(156)를 폐쇄한다.
반도체 공정 특성상 세정 및 청소 작업을 위해 공정 챔버(200)를 냉매 경로(102)로부터 물리적으로 분리해야 하는데, 본 발명에 따르면, 이와 같은 분리와 결합을 위한 별도의 부품이 필요 없이 개폐밸브(154, 156)를 이용하여 공정 챔버(200)를 분리시킬 수 있다.
여기서, 공정 챔버(200) 내에 존재하는 냉매가 모두 회수된 후, 공정 챔버(200)를 냉매 경로(102)에 다시 연결하기 위해서는 공정 챔버(200) 내부가 진공 상태를 유지해야 한다.
따라서, 냉매가 모두 회수된 후에도, 진공펌프(180)를 구동하여 공정 챔버(200) 내부를 진공화한다.
이 과정에서, 압력센서(164)는 공정 챔버(200) 내부의 진공 상태(절대압 기준, 0BAR 이하)를 검출하여 제어라인(164a)을 통하여 감지신호를 전달한다.
제어 컨트롤러(170)는 압력센서(164)로부터 감지신호를 수신하고, 제어라인(158a)을 통하여 개폐밸브(158)를 폐쇄함과 동시에 진공펌프(180)를 정지시킨다.
이어, 칠러 장치(100)를 구동함과 동시에 제어 컨트롤러(170)는 제어라인(152a)을 통하여 수액기(130) 후단의 개폐밸브(152)를 개방하고 제어라인(154a, 156a)을 각각 통하여 개폐밸브(154, 156)를 개방하며, 이에 따라 수액기(130)에 저장된 냉매가 공정 챔버(200)를 통하여 순환하게 된다.
상기와 같이, 본 발명에 의하면, 칠러 장치 자체에서 냉매를 회수할 수 있으므로 별도의 작업 손실을 줄일 수 있다. 또한, 냉매를 회수하기 위한 별도의 연결 배관과 부품, 가령 커플러 등이 불필요하다. 더욱이, 본 발명에서 적용된 냉매(일명, 프레온)는 적은 양(냉각유체(brine)의 1/20)으로 공정 챔버 내를 순환하므로 회수시간이 단축된다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 되며 이하에 기재된 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.
100: 칠러 장치
102: 냉매 경로
110: 압축기
120: 응축기
130: 수액기
140: 전자식 팽창밸브
152, 154, 156, 158: 솔레노이드 밸브
152a, 154a, 156a, 158a, 162a, 164a: 제어라인
162, 164: 압력센서
170: 제어 컨트롤러
180: 진공펌프
200: 공정 챔버

Claims (4)

  1. 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로 상에 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 전자식 팽창밸브가 순차적으로 설치되어, 상기 팽창밸브로부터 출력된 냉매가 상기 공정 챔버에 공급되고,
    상기 압축기의 전단에는 제 1 압력센서가 설치되고,
    상기 수액기와 팽창밸브 사이에 제 1 개폐밸브가 설치되고, 상기 공정 챔버의 전단과 후단에 각각 제 2 및 제 3 개폐밸브가 설치되고,
    상기 제 2 개폐밸브와 상기 공정 챔버 사이에서 분기하는 분기 경로에는 제 2 압력센서와 제 4 개폐밸브가 설치되고, 상기 제 4 개폐밸브는 진공 펌프와 연결되며,
    상기 제 1 및 제 2 압력센서가 각각 검출한 상기 냉매 경로의 진공상태와 상기 공정 챔버의 진공상태를 전달받고, 상기 제 1 내지 제 4 개폐밸브의 온/오프 및 상기 진공 펌프의 구동을 각각 제어하는 제어 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 개폐밸브는 솔레노이드 밸브이고, 상기 제어 컨트롤러는 PLC(Programmable Logic Controller)이며, 상기 팽창밸브는 전자식 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템.
  3. 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로 상에 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 전자식 팽창밸브가 순차적으로 설치되어, 상기 팽창밸브로부터 출력된 냉매가 상기 공정 챔버에 공급되는 반도체 칠러 장치에 적용되며,
    상기 수액기 후단을 차단한 상태에서 상기 압축기를 작동하면서 상기 냉매 경로의 진공상태를 감지하는 단계;
    상기 냉매 경로가 진공상태임을 감지하면, 상기 공정 챔버 전단과 후단을 상기 냉매 경로로부터 차단하는 단계;
    진공펌프를 이용하여 상기 공정 챔버를 진공시키는 단계; 및
    상기 공정 챔버 내부의 진공이 감지되면, 상기 진공펌프 경로를 차단하고, 상기 수액기 후단과 상기 공정챔버의 전단 및 후단의 차단을 해제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수액기의 후단과 상기 공정 챔버 전단 및 후단은 솔레노이드 밸브에 의해 차단 또는 해제되고, 상기 냉매 경로와 공정 챔버의 진공 상태는 압력센서에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 방법.
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