KR101254304B1 - 칠러의 온도 이상현상 제거방법 - Google Patents

칠러의 온도 이상현상 제거방법 Download PDF

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Abstract

압축기, 응축기, 전자식 팽창밸브 및 증발기를 순환하는 냉매 사이클과 반도체 공정설비와 상기 증발기 사이를 순환하는 브라인 사이클이 상기 증발기를 개재하여 열 교환이 이루어지고, 상기 압축기의 출력단과 상기 전자식 팽창밸브의 출력단이 핫 가스 전자밸브를 개재하여 연결되어 상기 압축기로부터의 고온의 핫 가스를 공급하는 반도체 공정용 칠러에 적용되며, 상기 칠러가 아이들(idle) 상태인지를 체크하는 단계; 상기 칠러가 아이들 상태인 경우, 기설정 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 상기 기설정 조건을 만족하면, 상기 핫 가스 전자밸브를 열리면서 상기 압축기로부터 출력된 고온의 핫 가스를 상기 전자식 팽창밸브의 출력단으로 일정 시간 동안 공급하는 단계; 및 상기 일정 시간이 경과하면, 핫 가스의 공급을 중지하여 상기 칠러를 안정화 시키는 단계를 포함하는 칠러의 온도 이상현상 제거방법이 개시된다.

Description

칠러의 온도 이상현상 제거방법{Method for deleting abnormally changing temperature in chiller apparatus}
본 발명은 칠러의 온도 이상현상 제거방법에 관한 것으로, 특히 냉매 사이클 내부의 온도를 상승시켜 전자식 팽창밸브의 오리피스의 결빙과 증발기 내부에서 브라인 통로 측벽의 결빙이 모두 제거하여 칠러의 온도가 서서히 변화하는 이상현상을 없애는 기술에 관련한다.
칠러는 반도체 소자의 제조공정에서 안정적인 공정제어를 위한 온도조절장치이다. 특히 칠러는 여러 공정 중 식각 및 노광공정에서 주로 사용하는데 공정 중 과도한 열이 발생하는 전극판 및 챔버(chamber)의 온도를 일정하게 유지시켜 줌으로써 고온으로 인한 웨이퍼의 파손 및 생산성의 저하를 막아준다.
이러한 기능을 수행하는 칠러의 냉동사이클은 도 1에 도시된 바와 같이 냉매 경로와 브라인 경로가 일부분에서 중첩되어 열교환이 이루어진다.
여기서, 브라인(brine)은 낮은 동결점을 가진 용액 또는 액체로, 보통 CaCl2와 NaCl의 수용액이 사용된다.
상기한 냉동사이클을 구체적으로 설명하면, 먼저 냉매는 압축기(300) -> 응축기(310) -> 전자식 팽창밸브(320) -> 증발기(330) -> 압축기(300)의 경로로 순환되고, 브라인은 반도체 공정설비(400) -> 브라인 인렛(410) -> 증발기(330) -> 브라인가열용 히터(420) -> 브라인 펌프(430) -> 브라인 아웃렛(440) -> 반도체 공정설비(400)의 경로로 순환된다.
여기서, 냉매와 브라인은 증발기(330) 내에서 냉매 경로와 브라인 경로가 서로 중첩되어 열 교환을 수행한다. 여기서, 두 개의 유체, 즉 냉매와 브라인 자체가 혼합되는 것은 아니고, 이들의 경로 간에 열 교환이 이루어진다.
그러나, 도 2에 나타낸 것처럼, 반도체 공정에서 프로세스 진행과정 중 칠러에서 목표 값(온도) SV 대비 실제 값(온도) PV가 점진적인 상승을 보이며, 이로 인하여 반도체 제조과정에서 손실(loss)이 발생하여 공정이 중지되거나 수율이 저하한다는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 공정에서 프로세스 진행과정 중 칠러의 온도가 서서히 변화하는 이상현상을 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 칠러의 온도 이상현상을 제거하여 냉동 사이클의 냉동능력을 향상시키는 것이다.
상기의 목적은, 압축기, 응축기, 전자식 팽창밸브 및 증발기를 순환하는 냉매 사이클과 반도체 공정설비와 상기 증발기 사이를 순환하는 브라인 사이클이 상기 증발기를 개재하여 열 교환이 이루어지고, 상기 압축기의 출력단과 상기 전자식 팽창밸브의 출력단이 핫 가스 전자밸브를 개재하여 연결되어 상기 압축기로부터의 고온의 핫 가스를 공급하는 반도체 공정용 칠러에 적용되며, 상기 칠러가 아이들(idle) 상태인지를 체크하는 단계; 상기 칠러가 아이들 상태인 경우, 기설정 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 상기 기설정 조건을 만족하면, 상기 핫 가스 전자밸브를 열리면서 상기 압축기로부터 출력된 고온의 핫 가스를 상기 전자식 팽창밸브의 출력단으로 일정 시간 동안 공급하는 단계; 및 상기 일정 시간이 경과하면, 핫 가스의 공급을 중지하여 상기 칠러를 안정화 시키는 단계를 포함하는 칠러의 온도 이상현상 제거방법에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 기설정 조건은, 상기 아이들 상태가 기설정 시간 동안 유지되는지의 여부와, 상기 아이들 상태에서의 상기 철러의 온도가 설정 범위 내에서 있는지의 여부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 핫 가스가 공급됨으로써, 상기 냉매 사이클 내부의 온도가 상승하여 상기 전자식 팽창밸브의 오리피스의 결빙과 상기 증발기 내부에서 브라인 통로 측벽의 결빙이 모두 제거된다.
상기의 구조에 의하면, 반도체 공정에서 프로세스 진행과정 중 칠러의 온도가 서서히 변화하는 이상현상을 완전하게 제거할 수 있다.
그 결과, 냉동 사이클의 냉동능력이 개선되어 수율이 향상될 수 있다.
도 1은 통상의 반도체 공정용 칠러의 사이클 계통도를 나타낸다.
도 2는 칠러의 온도 이상현상을 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 반도체 공정용 칠러의 사이클 계통도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 칠러의 온도 이상현상 제거방법을 설명하는 플로차트이다.
도 5는 본 발명에 따른 칠러의 온도 이상현상 제거방법을 설명하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자들의 연구결과, 상기와 같이, 반도체 공정에서 프로세스 진행과정 중 칠러의 온도가 서서히 변화하는 온도 이상현상의 원인을 다음과 같이 발견하게 되었다.
첫째, 칠러의 냉매 사이클 내부의 냉매 순환량이 서서히 감소한다. 즉, 0℃ 이하의 저온 공정의 경우, 냉매 배관 내부를 흐르는 냉매에 함유된 수분 등과 같은 이물질이 전자식 팽창밸브의 오리피스(oriffice)에 결빙됨으로써 팽창밸브 내부의 단면적을 줄이며, 이에 따라 팽창밸브를 통과하는 냉매의 순환량을 줄인다. 그 결과, 냉동사이클의 냉동능력이 서서히 감소함으로써 칠러의 온도가 점진적으로 변화하게 된다.
둘째, 칠러의 탱크 내부의 결로에 의해 열교환 능력이 변화한다. 즉, 도 1을 참조하면, 열 교환을 수행하는 증발기(330)를 수용하는 탱크(500)에는 브라인이 채워져 있는데 브라인의 원활한 순환을 위해 탱크(500)의 상부 일정 부분은 브라인이 채워지지 않고 공기유입 구멍을 통하여 공기가 유입된다. 문제는, 이 공기유입 구멍을 통하여 유입된 공기에 포함된 수분이 저온의 브라인에 의해 탱크(500) 내벽에 결로를 형성하고 내벽을 따라 흘러 브라인에 혼입된다.
브라인에 혼입된 수분은 순환을 거쳐 증발기(330) 내부에서 저온의 냉매에 의해 브라인 통로의 측벽에 결빙되는데, 이러한 결빙에 의해 열 교환 면적이 줄어들어 점진적으로 칠러의 온도가 변화한다.
따라서, 상기와 같은 원인이 발생하지 않도록 온도 이상현상을 제거하기 위한 제어 프로그램을 주기적으로 수행할 필요가 있다.
도 3은 본 발명에 적용되는 반도체 공정용 칠러의 사이클 계통도를 나타낸다.
본 발명에 따른 냉동사이클은, 종래와 같이, 냉매는 압축기(300) -> 응축기(310) -> 전자식 팽창밸브(320) -> 증발기(330) -> 압축기(300)의 경로로 순환되고, 브라인은 반도체 공정설비(400) -> 브라인 인렛(410) -> 증발기(330) -> 브라인가열용 히터(420) -> 브라인 펌프(430) -> 브라인 아웃렛(440) -> 반도체 공정설비(400)의 경로로 순환되며, 냉매와 브라인은 증발기(330) 내에서 냉매 경로와 브라인 경로가 서로 중첩되어 열 교환을 수행한다.
도 3을 참조하면, 압축기(300)의 출력단과 전자식 팽창밸브(320)의 출력단이 연결되고 연결선에 핫 가스 전자밸브(340)가 설치된다. 이에 따라, 압축기(300)로 출력되는 고온의 핫 가스는 핫 가스 전자밸브(340)의 개도량에 따라 적절한 양의 핫 가스를 전자식 팽창밸브(320)의 출력단에 공급한다.
이하, 본 발명에 따른 칠러의 온도 이상현상 제거방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 칠러의 온도 이상현상 제거방법을 설명하는 플로차트이고, 도 5는 본 발명에 따른 칠러의 온도 이상현상 제거방법을 설명하는 그래프이다.
먼저, 칠러가 아이들(idle) 상태인지를 체크한다(단계 S41). 여기서, 아이들 상태라 함은, 반도체 공정에서 챔버 내부로 웨이퍼 투입이나 프로세스 진행이 없는 상태를 말하며, 이 경우 칠러는 일정한 온도 범위 내에서 유지된다.
칠러가 아이들 상태인 경우, 설정 조건을 만족하는지를 판단한다(단계 S42).
여기서, 설정 조건으로 가령 두 가지의 조건을 설정할 수 있는데, 첫째는 아이들 상태가 기설정 시간 동안 유지되는지의 여부이고, 둘째는 아이들 상태에서의 칠러의 온도가 설정 범위 내에서 있는지의 여부이다.
가령, 도 5의 A 구간이 설정 시간 T1(가령, 15분) 동안 유지되는지를 확인하고, T1 동안 목표 값(온도) 대비 ±1℃ 이내에서 유지되는지를 확인한다. T1 또는 ±1℃는 일 예를 든 것에 불과하며, 실제 상황에 적절하게 변경될 수 있다.
이어, 상기한 두 가지의 조건이 만족하면, 도 3의 핫 가스 전자밸브(340)가 기설정된 개도로 열리면서 압축기(300)로부터 출력된 고온의 핫 가스를 전자식 팽창밸브(320)의 출력단으로 공급한다(단계 S43).
이때, 도 5에 나타낸 것처럼, B 구간에서 핫 가스를 공급하는 시간 T2(가령, 150초)와 핫 가스 전자밸브(340)의 개도량(가령, 100%)은 서로 연관되며, 통상 핫 가스 전자밸브(340)의 개도량을 최대로 하여 핫 가스를 공급하는 시간 T2을 최소화한다.
T2 시간이 경과하면, 핫 가스의 공급이 중지되고, 칠러는 안정화 구간 C로 진입하여 안정화 과정이 수행된다(단계 S44).
즉, 핫 가스가 증발기(330)로 유입됨으로써, 냉매 사이클 내부의 온도가 상승하여 전자식 팽창밸브의 오리피스의 결빙과 증발기 내부에서 브라인 통로 측벽의 결빙이 모두 제거된다.
그 결과, 반도체 공정에서 프로세스 진행과정 중 칠러에서의 온도 이상현상을 제거함으로써 반도체 제조과정에서 손실로 인한 공정의 중지나 수율의 저하를 방지할 수 있다.
바람직하게, 상기의 단계 S 41 내지 S44로 이루어지는 단위 프로세스는 적어도 일정시간, 가령 10분이 경과하기 전에는 다시 수행되지 않는다.
상기와 같은 칠러의 온도 이상현상 제거를 위한 과정은 칠러가 아이들 상태를 유지하는 동안 주기적으로 수행됨으로써 계속하여 이어지는 반도체 제조공정에서 프로세스 진행과정 중 칠러의 온도가 점진적으로 변화하는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경과 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시 예에 한정되어서는 안 되며 이하에 기술되는 청구범위에 의해 해석되어야 할 것이다.
300: 압축기
310: 응축기
320: 전자식 팽창밸브(EEV)
330: 증발기
340: 핫 가스 전자밸브
400: 반도체 공정용 설비
410: 브라인 인렛
420: 브라인 히터
430: 브라인 펌프
440: 브라인 아웃렛
500: 탱크

Claims (3)

  1. 압축기, 응축기, 전자식 팽창밸브 및 증발기를 순환하는 냉매 사이클과 반도체 공정설비와 상기 증발기 사이를 순환하는 브라인 사이클이 상기 증발기를 개재하여 열 교환이 이루어지고,
    상기 압축기의 출력단과 상기 전자식 팽창밸브의 출력단이 핫 가스 전자밸브를 개재하여 연결되어 상기 압축기로부터의 고온의 핫 가스를 공급하는 반도체 공정용 칠러에 적용되며,
    상기 칠러가 아이들(idle) 상태인지를 체크하는 단계;
    상기 칠러가 아이들 상태인 경우, 기설정 조건을 만족하는지를 판단하는 단계;
    상기 기설정 조건을 만족하면, 상기 핫 가스 전자밸브를 열리면서 상기 압축기로부터 출력된 고온의 핫 가스를 상기 전자식 팽창밸브의 출력단으로 일정 시간 동안 공급하는 단계; 및
    상기 일정 시간이 경과하면, 핫 가스의 공급을 중지하여 상기 칠러를 안정화 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러의 온도 이상현상 제거방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기설정 조건은, 상기 아이들 상태가 기설정 시간 동안 유지되는지의 여부와, 상기 아이들 상태에서의 상기 칠러의 온도가 설정 범위 내에서 있는지의 여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러의 온도 이상현상 제거방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 핫 가스가 공급됨으로써, 상기 냉매 사이클 내부의 온도가 상승하여 상기 전자식 팽창밸브의 오리피스의 결빙과 상기 증발기 내부에서 브라인 통로 측벽의 결빙이 모두 제거되는 것을 특징으로 하는 칠러의 온도 이상현상 제거방법.
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