KR101109733B1 - 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템 및 방법 - Google Patents

반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템 및 방법 Download PDF

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안상영
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유니셈(주)
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Abstract

칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하도록 냉매 회수 경로와 냉매 공급 경로로 이루어진 냉매 경로를 포함하고, 상기 냉매 경로 상에서 상기 칠러 장치에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 팽창밸브가 순차적으로 설치되고, 상기 냉매 회수 경로에는 냉매 흐름 방향으로 분기유닛, 압력센서, 회수측 개폐밸브, 및 회수측 체크밸브가 설치되고, 상기 냉매 공급 경로에는 공급측 개폐밸브가 설치되며, 상기 분기유닛으로부터 분기되는 배기 경로를 더 포함하고, 상기 배기 경로에는 상기 분기유닛으로부터 배기측 개폐밸브와 배기측 체크밸브 및 진공펌프가 설치되고, 상기 칠러 장치의 정지 또는 운전신호와 상기 압력센서로부터 감지된 냉매 경로 내부의 압력에 기초하여 상기 각 개폐밸브의 온/오프 및 상기 진공펌프의 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 냉동사이클모듈(11)의 차가운 냉매(Freon)와 냉각유체 탱크(12)에서 일정한 온도로 맞춰진 후, 냉각유체 펌프(13)에 의해서 펌핑되어 냉각유체 공급관(40)을 통하여 반도체 공정용 챔버(20)로 유입된 후, 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(12)를 통하여 공급하게 된다.
여기서, 설명하지 않은 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 수백만 원의 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 순환하도록 냉매 회수 경로와 냉매 공급 경로로 이루어진 냉매 경로를 포함하고, 상기 냉매 경로 상에서 상기 칠러 장치에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 팽창밸브가 순차적으로 설치되고, 상기 냉매 회수 경로에는 냉매 흐름 방향으로 분기유닛, 압력센서, 및 회수측 개폐밸브가 설치되고, 상기 냉매 공급 경로에는 공급측 개폐밸브가 설치되며, 상기 분기유닛으로부터 분기되는 배기 경로를 더 포함하고, 상기 배기 경로에는 상기 분기유닛으로부터 배기측 개폐밸브와 진공펌프가 설치되고, 상기 칠러 장치의 정지 또는 운전신호와 상기 압력센서로부터 감지된 냉매 경로 내부의 압력에 기초하여 상기 각 개폐밸브의 온/오프 및 상기 진공펌프의 구동을 각각 제어하는 제어 컨트롤러를 구비하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 각 개폐밸브는 솔레노이드 밸브이고, 상기 제어 컨트롤러는 PLC(Programmable Logic Controller)일 수 있다.
바람직하게, 상기 냉매 회수 경로에서 상기 회수측 개폐밸브와 상기 압축기 사이에 회수측 체크밸브가 더 설치되고, 상기 배기 경로에서 상기 배기측 개폐밸브와 상기 진공펌프 사이에 배기측 체크밸브가 더 설치될 수 있다.
또한, 상기의 목적은, 냉매 흐름 방향으로 분기유닛, 압력센서 및 회수측 개폐밸브가 설치된 회수 경로와 공급측 개폐밸브가 설치된 공급 경로 및 상기 분기유닛으로 분기되어 배기측 개폐밸브와 진공펌프가 설치된 배기 경로를 구비하여 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하도록 한 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템에 적용되며, 상기 칠러 장치의 정지 조작에 따라 상기 공급측 개폐밸브를 차단하고 압축기를 구동하여 상기 공급 경로와 회수 경로 및 공정 챔버 내부에 잔존하는 냉매를 회수하는 단계; 상기 압력센서로부터 감지된 회수 경로 내부의 압력 값을 수신하여 기설정된 기준 값과 비교하는 단계; 비교 결과, 일치하면 상기 회수측 개폐밸브를 차단하는 단계; 상기 공정 챔버를 상기 냉매 경로로부터 분리하여 세정 및 청소를 수행한 후, 상기 공정 챔버를 상기 냉매 경로에 연결하는 단계; 상기 칠러 장치의 운전 조작에 따라 상기 진공 펌프를 구동하는 단계; 상기 진공 펌프의 구동에 따라 상기 압력센서로부터 감지된 회수 경로 내부의 압력 값을 수신하여 기설정된 기준 값과 비교하는 단계; 및 비교 결과, 일치하면 배기측 개폐밸브를 차단하고, 상기 진공 펌프를 정지하며, 상기 공급측 개폐밸브와 상기 회수측 개폐밸브를 개방하고 압축기를 구동하는 단계를 포함하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 방법에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 공정 챔버의 상기 냉매 경로로부터의 분리는 상기 회수 경로와 공급 경로에 각각 설치된 커플러의 연결 해제에 의해 이루어질 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 냉매를 폐기하는 일이 없이 회수 및 재순환할 수 있어 수백만 원의 운전비용과 환경 처리비용이 절감된다.
또한, 별도의 수작업이나 부품 없이 자동화된 제어 컨트롤러의 프로그램에 의해 냉매를 회수할 수 있어 시간이 단축된다.
특히, 별도의 조작버튼 없이 통상적으로 사용하는 칠러 장치의 운전 및 정지 버튼만 조작하면 되므로 조작이 간단하며, 휴면 에러가 발생할 소지가 없다.
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.
본 발명은 열 교환기가 제거되고 공정 챔버(200)가 증발기 역할을 하는 냉동 사이클이 적용된다. 다시 말해, 냉매(프레온)는 공정 챔버(200)와 직접 열 교환하여 온도를 유지하도록 한다. 이 실시 예에서 적용되는 냉매는, 가령 R-404A 냉매이다.
도 2를 참조하면, 칠러 장치(100)에는 냉매 공급관(120), 배기관(130), 및 냉매 회수관(140)이 연결되고, 냉매 공급관(120)과 냉매 회수관(140)의 단부에는 각각 공급관측 커플러(128)과 회수관측 커플러(148)를 개재하여 공정 챔버(200)가 연결된다.
또한, 칠러 장치(100) 내에는 냉매 회수관(140)에서 냉매 공급관(120)으로 순차 연결된 압축기(112)와 응축기(113)와 수액기(115) 및 전자식 팽창밸브(116)가 설치되고, 배기관(130)에 연결된 진공펌프(114)가 설치된다.
따라서, 냉매는 공정 챔버(200)로부터 냉매 회수관(140)을 거쳐 칠러 장치(100)로 유입된 후 다시 냉매 공급관(120)을 거쳐 공정 챔버(200)에 공급된다.
냉매 회수관(140)에는 회수관측 커플러(148)로부터 냉매 흐름방향으로 분기유닛(146), 압력센서(147), 회수관측 개폐밸브(144), 및 회수관측 체크밸브(142)가 순차 설치되고, 분기유닛(146)으로부터 배기관(130)이 분기된다.
또한, 냉매 공급관(120)에는 칠러 장치(100)로부터 냉매 흐름방향으로 공급관측 개폐밸브(124)가 설치된다.
또한, 배기관(130)에는 분기유닛(146)으로부터 배기관측 개폐밸브(134)와 배기관측 체크밸브(132)가 순차 설치된다.
여기서, 냉매 회수관(140)의 압력센서(147)는 제어라인(316)을 통하여 제어 컨트롤러(300)에 연결되고, 회수관측 개폐밸브(144)와 배기관측 개폐밸브(134) 및 공급관측 개폐밸브(124)는 각각 제어라인(315)을 통하여 제어 컨트롤러(300)에 연결된다.
또한, 압축기(112), 진공펌프(114), 및 전자식 팽창밸브(116)는 각각 제어라인(311, 312, 313)을 통하여 제어 컨트롤러(300)로부터 구동 제어된다.
바람직하게, 제어 컨트롤러(300)로는 PLC(Programmable Logic Controller)가 적용될 수 있고, 개폐밸브(124, 134, 144)로는 솔레노이드 밸브가 적용될 수 있다.
이하, 상기의 구조를 냉매회수 시스템의 동작에 대해 설명한다.
냉매 회수(Pump Down)를 위하여 칠러 장치(100)의 정지 버튼을 조작하면 공급관측 개폐밸브(124)가 제어 컨트롤러(300)에 의해 차단되고, 이 상태에서 압축기(112)가 구동하여 냉매 공급관(120), 공정 챔버(200) 및 냉매 회수관(140) 내부에 있던 냉매가 수액기(115)로 회수된다. 이때, 배기관측 개폐밸브(134)는 차단된 상태를 유지한다.
냉매가 수액기(115)로 완전히 회수되면 냉매 공급관(120), 공정 챔버(200) 및 냉매 회수관(140) 내부의 압력상태는 진공이 되어 가는데, 이때, 압력센서(147)는 냉매 회수관(140) 내부의 압력 값을 감지하여 제어 컨트롤러(300)에 전달한다. 여기서, 배기관(130)에는 배기관측 체크밸브(132)가 설치되어 진공 펌프(114)를 통하여 외기가 유입되는 것을 차단하기 때문에 압력상태가 진공에 도달하게 된다.
제어 컨트롤러(300)는 수신한 압력 값이 기설정된 값(가령, 1bar 이하)에 도달하면, 회수관측 개폐밸브(144)를 제어하여 차단시킨다.
이 상태에서, 공급관측 커플러(128)와 회수관측 커플러(148)의 연결을 해지하여 공정 챔버(200)를 분리한 후 공정 챔버 내부의 청소를 수행한다.
공정 챔버(200)를 분리한 경우, 회수관측 개폐밸브(144)와 공급관측 개폐밸브(124)는 차단된 상태를 유지하기 때문에 대기압이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
공정 챔버(200) 내부의 세정이나 청소가 완료된 후, 공급관측 커플러(128)와 회수관측 커플러(148)를 각각 결합하여 공정 챔버(200)를 연결한다.
이 상태에서, 칠러 장치(100)의 운전 버튼을 조작하면, 압력센서(147)는 냉매 회수관(140) 내부의 압력을 감지하여 제어 컨트롤러(300)에 전달하는데, 공정 챔버(200)를 연결한 직후의 압력은 대기압이므로 제어 컨트롤러(300)는 배기관측 개폐밸브(134)를 개방함과 동시에 진공펌프(114)를 구동시킨다.
진공 펌프(114)가 구동함에 따라, 냉매 공급관(120)과 공정 챔버(200) 및 냉매 회수관(140) 내부의 압력이 떨어지며, 압력센서(147)는 냉매 회수관(140) 내부의 압력을 체크하여 제어 컨트롤러(300)에 전달한다.
제어 컨트롤러(300)는 수신한 압력 값이 기설정한 압력 값에 도달하면, 진공 펌프(114)를 정지시킴과 동시에 배기관측 개폐밸브(134)를 차단한다. 이때, 배기관(130)에는 배기관측 체크밸브(132)가 설치되어 진공 펌프(114)를 통하여 외기가 유입되는 것을 차단한다.
이어 제어 컨트롤러(300)는 공급관측 개폐밸브(124)와 회수관측 개폐밸브(144)를 개방하고, 압축기(112)를 구동함으로써 수액기(115)에 회수된 냉매가 순환 경로를 따라 순환하게 된다.
이러한 구조에 의하면, 냉매를 폐기하는 일이 없이 회수 및 재순환할 수 있어 수백만 원의 운전비용과 환경 처리비용이 절감된다.
또한, 별도의 수작업이나 부품 없이 자동화된 제어 컨트롤러의 프로그램에 의해 냉매를 회수할 수 있어 시간이 단축된다.
특히, 별도의 조작버튼 없이 통상적으로 사용하는 칠러 장치의 운전 및 정지 버튼만 조작하면 되므로 조작이 간단하며, 휴면 에러가 발생할 소지가 없다.
상기의 실시 예에서 회수관과 배기관에는 각각 체크밸브가 설치된 것을 예로 들었지만, 개폐밸브가 양방향으로의 흐름을 차단하는 기능을 구비한 경우에는 체크밸브를 사용할 필요는 없다.
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
112: 압축기
113: 응축기
114: 진공 펌프
115: 수액기
116: 전자식 팽창밸브
120: 공급관
130: 배기관
140: 회수관
124, 134, 144: 개폐밸브
132, 142: 체크밸브
147: 압력센서
200: 공정 챔버
300: 제어 컨트롤러

Claims (5)

  1. 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하도록 냉매 회수 경로와 냉매 공급 경로로 이루어진 냉매 경로를 포함하며, 상기 냉매가 상기 공정 챔버에서 직접 열 교환을 수행하는 반도체 공정용 칠러 장치에 적용되며,
    상기 냉매 경로 상에서 상기 칠러 장치에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기 및 팽창밸브가 순차적으로 설치되고,
    냉매 흐름 방향을 기준으로, 상기 냉매 회수 경로에는 회수측 분기유닛, 압력센서, 및 회수측 개폐밸브가 설치되고, 상기 냉매 공급 경로에는 공급측 개폐밸브와 공급측 분기유닛이 설치되며,
    상기 회수측 분기유닛으로부터 분기되는 배기 경로를 더 포함하고, 상기 배기 경로에는 상기 회수측 분기유닛으로부터 배기측 개폐밸브와 진공펌프가 설치되고,
    상기 칠러 장치의 정지 또는 운전신호와 상기 압력센서로부터 감지된 상기 냉매 회수 경로 내부의 압력에 기초하여 상기 각 개폐밸브의 온/오프 및 상기 진공펌프의 구동을 각각 제어하는 제어 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 개폐밸브는 솔레노이드 밸브이고, 상기 제어 컨트롤러는 PLC(Programmable Logic Controller)인 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매 회수 경로에서 상기 회수측 개폐밸브와 상기 압축기 사이에 회수측 체크밸브가 더 설치되고,
    상기 배기 경로에서 상기 배기측 개폐밸브와 상기 진공펌프 사이에 배기측 체크밸브가 더 설치되는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템.
  4. 냉매 흐름 방향으로 분기유닛, 압력센서 및 회수측 개폐밸브가 설치된 회수 경로와 공급측 개폐밸브가 설치된 공급 경로 및 상기 분기유닛으로 분기되어 배기측 개폐밸브와 진공펌프가 설치된 배기 경로를 구비하여 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하도록 한 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 시스템에 적용되며,
    상기 칠러 장치의 정지 조작에 따라 상기 공급측 개폐밸브를 차단하고 압축기를 구동하여 상기 공급 경로와 회수 경로 및 공정 챔버 내부에 잔존하는 냉매를 회수하는 단계;
    상기 압력센서로부터 감지된 회수 경로 내부의 압력 값을 수신하여 기설정된 기준 값과 비교하는 단계;
    비교 결과, 일치하면 상기 회수측 개폐밸브를 차단하는 단계;
    상기 공정 챔버를 상기 냉매 경로로부터 분리하여 세정 및 청소를 수행한 후, 상기 공정 챔버를 상기 냉매 경로에 연결하는 단계;
    상기 칠러 장치의 운전 조작에 따라 상기 진공 펌프를 구동하는 단계;
    상기 진공 펌프의 구동에 따라 상기 압력센서로부터 감지된 회수 경로 내부의 압력 값을 수신하여 기설정된 기준 값과 비교하는 단계; 및
    비교 결과, 일치하면 배기측 개폐밸브를 차단하고, 상기 진공 펌프를 정지하며, 상기 공급측 개폐밸브와 상기 회수측 개폐밸브를 개방하고 압축기를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 공정 챔버의 상기 냉매 경로로부터의 분리는 상기 회수 경로와 공급 경로에 각각 설치된 커플러의 연결 해제에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치의 냉매회수 방법.
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KR20090054597A (ko) * 2007-11-27 2009-06-01 삼성전자주식회사 반도체 공정설비를 위한 칠러 장치

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