KR101254306B1 - 칠러의 고장 여부 판정방법 - Google Patents

Abstract

냉매 사이클이나 냉각수 사이클과 브라인 사이클 사이에 열 교환이 이루어지는 반도체 공정용 칠러에 적용되는 칠러의 고장 여부 판정방법이 개시된다. 상기 방법은, 반도체 공정설비로부터 인가되는 열 부하에 대응하여 냉각을 수행하면서 상기 브라인 사이클의 브라인 인렛과 아웃렛에 설치된 온도센서로부터 온도 값을 수신하는 단계; 상기 브라인 사이클에 설치된 유량계로부터 상기 브라인 사이클을 순환하는 브라인의 유량 값을 수신하는 단계; 상기 냉매 사이클이나 냉각수 사이클의 냉각밸브로부터 밸브의 개도량을 수신하는 단계; 상기 온도 값과 유량 값에 기초하여 현재 칠러에 인가되는 부하를 산출하는 단계; 상기 산출된 부하에 기설정된 편차값을 적용하는 단계; 상기 편차값을 적용한 부하의 상한값과 하한값에 기초하여 상기 냉각밸브의 예상 개도량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 예상 개도량과 상기 수신한 냉각밸브의 개도량을 비교하여 고장 여부를 판정하는 단계를 포함한다.

Description

칠러의 고장 여부 판정방법{Method for determining breakdown in chiller apparatus}

본 발명은 칠러의 고장 여부 판정방법에 관한 것이다.

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.

칠러는 냉매식 칠러와 열교환식 칠러로 구분될 수 있다. 냉매식 칠러는 프레온 냉매를 기반으로 하는 냉각 사이클을 이용하여 브라인(brine)의 온도를 유지하여 궁극적으로 반도체 공정용 설비의 온도를 유지하는 칠러이다. 또한, 열교환식 칠러는 냉각수(물)를 이용하여 브라인의 온도를 유지하여 반도체 공정용 설비의 온도를 유지하는 칠러이다.

어느 방식의 칠러이든 각 칠러는 사용하는 압축기의 용량, 냉각밸브(전자식 팽창밸브 또는 냉각수 제어용 밸브)의 용량, 그리고 열교환기 용량에 따라 제거할 수 있는 부하의 양이 정해진다.

도 1은 칠러의 냉각능력의 일 예를 나타낸 냉각능력 예시곡선이다.

예를 들어 설명하면, 유지온도를 10℃로 제어하고 있는 상태에서 최대 2,000W의 열 부하가 인가되더라도 칠러는 냉각을 수행하여 2,000W의 열 부하를 제거하여 안정적으로 10℃ 상태로 유지를 할 수 있다는 것을 의미한다.

물론, 이 경우 칠러는 최대 냉각능력을 내기 위하여 냉매식 칠러의 경우 냉매식 팽창밸브(EEV)는 100% 개방되어 냉각 사이클 상의 순환되는 냉매의 양이 최대로 열교환기(증발기)에 들어가게 되며, 열교환기식 칠러의 경우 냉각수 제어용 밸브가 100% 개방되어 냉각수가 최대로 유입, 열교환기로 들어가게 되어 각각 브라인과 열교환을 하게 된다.

도 1의 그래프로 보면, 냉각능력 곡선의 아랫부분에 해당되는 열 부하가 인가된다면 해당 칠러는 항상 냉각을 통하여 온도를 유지할 수 있다.

예를 들어, 10℃의 온도상태에서 칠러의 최대냉각능력은 2,000W인데, 1,000W의 부하가 인가되면 냉각밸브의 개도는 50%가 열리게 된다. 즉, 최대 냉각능력인 2,000W의 절반인 1,000W가 인가되었으므로 냉각밸브도 50%가 열려서 온도를 유지한다.

이와 같이, 냉각밸브의 개도는 최대 냉각능력을 100%로 보고 인가되는 부하량에 비례하여 열리게 된다.

그러나 압축기의 성능 변화(저하), 열교환기의 능력 변화(저하) 또는 냉각기능에 관여하는 여타 부품의 성능변화가 발생할 경우에는 냉각밸브는 현재 인가되는 부하량에 비례하여 열리지 못하고 그 개도가 변화하게 될 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 인가되는 부하 대비 냉각밸브의 개도량을 인식하여 칠러의 고장 여부를 간단하게 판정하는 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 냉매 사이클이나 냉각수 사이클과 브라인 사이클 사이에 열 교환이 이루어지는 반도체 공정용 칠러에 적용되며, 반도체 공정설비로부터 인가되는 열 부하에 대응하여 냉각을 수행하면서 상기 브라인 사이클의 브라인 인렛과 아웃렛에 설치된 온도센서로부터 온도 값을 수신하는 단계; 상기 브라인 사이클에 설치된 유량계로부터 상기 브라인 사이클을 순환하는 브라인의 유량 값을 수신하는 단계; 상기 냉매 사이클이나 냉각수 사이클의 냉각밸브로부터 밸브의 개도량을 수신하는 단계; 상기 온도 값과 유량 값에 기초하여 현재 칠러에 인가되는 부하를 산출하는 단계; 상기 산출된 부하에 기설정된 편차값을 적용하는 단계; 상기 편차값을 적용한 부하의 상한값과 하한값에 기초하여 상기 냉각밸브의 예상 개도량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 예상 개도량과 상기 수신한 냉각밸브의 개도량을 비교하여 고장 여부를 판정하는 단계를 포함하는 칠러의 고장 여부 판정방법이 제공된다

바람직하게, 상기 고장 여부를 판정하는 단계에서, 상기 수신한 냉각밸브의 개도량이 상기 산출된 예상 개도량의 범위 내에 있는 경우 정상 상태로 판정하고, 상기 범위를 벗어나는 경우 비정상 상태로 판정할 수 있다.

바람직하게, 상기 부하를 산출하는 단계에서 다음의 식이 적용될 수 있다.

(브라인 아웃렛 온도 값 - 브라인 인렛 온도 값) × 유량 값 × 브라인 상수

여기서, 브라인 상수는 브라인의 비열 및 단위 변환값을 포함하는 상수이다.

상기의 구조에 의하면, 인가되는 부하 대비 냉각밸브의 개도량을 인식하여 현재의 칠러가 정상 상태인지 또는 비정상 상태인지를 간단하게 판단할 수 있다.

또한, 이를 통하여 장기적으로 칠러가 운전되었을 때 발생할 수 있는 칠러의 페일(Fail)을 사전에 예방할 수 있어 공정 다운의 손실을 줄일 수 있다.

도 1은 칠러의 냉각능력의 일 예를 나타낸 냉각능력 예시곡선이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 반도체 공정용 칠러의 사이클 계통도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 칠러의 온도 이상현상 제거방법을 설명하는 플로차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 반도체 공정용 칠러의 사이클 계통도를 나타낸다.

이 실시 예에서는 냉매식 칠러를 예를 들었지만, 상기한 바와 같이, 본 발명은 열교환식 칠러에도 동일하게 적용된다. 따라서, 이하의 설명에서 냉각밸브는 전자식 팽창밸브와 냉각수 제어용 밸브를 모두 포함하는 의미로 사용된다.

도 2를 참조하면, 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.

브라인 인렛(410)과 브라인 아웃렛(440)에는 각각 온도센서(412, 442)가 설치되고, 브라인 경로 내 임의 위치에 유량계(414)가 설치된다.

이하, 본 발명에 따른 칠러의 고장 여부 판단방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 칠러의 온도 이상현상 제거방법을 설명하는 플로차트이다. 이하에서는 도 1의 냉각능력 예시곡선에서 10℃를 유지하는 경우를 예로 들어 설명한다.

칠러는 현재 인가되는 열 부하에 대응하여 이를 제거하기 위하여 냉각밸브(320)의 개도를 열어 냉각을 실시한다(단계 S31).

온도센서(412, 442)는 각각 브라인 인렛(410)과 아웃렛(440)에서의 온도를 감지하여 온도 값을 제어부(500)에 전달한다(단계 S32).

또한, 유량계(414)는 브라인 사이클을 순환하는 브라인의 유량을 검출하여 유량 값을 제어부(500)에 전달한다(단게 S33).

또한, 제어부(500)는 냉각밸브, 즉 전자식 팽창밸브(320)로부터 밸브의 개도량을 읽어 들인다(단계 S34).

다음, 제어부(500)는 수신한 온도 값과 유량 값에 기초하여 현재 칠러에 인가되는 부하를 산출한다(단계 S35).

예를 들어, 브라인 인렛(410)의 온도 값이 30℃이고, 브라인 아웃렛(440)의 온도 값이 35℃이며, 유량 값이 20LPM(분당 리터)인 경우, 다음 식에 의해 칠러에 인가되는 부하를 산출할 수 있다.

(브라인 아웃렛 온도 값 - 브라인 인렛 온도 값) × 유량 값 × 브라인 상수

여기서, 브라인 상수는 브라인의 비열 및 단위 변환값을 포함하는 상수이며, 가령 브라인 상수가 12.5이라고 하면, 칠러에 인가되는 부하는 (35 - 30) × 20 × 12.5 = 1,250W가 된다.

이어, 산출된 부하에 기설정된 편차값을 적용한다(단계 S36). 즉, 산출된 부하를 기준으로 상하의 편차값을 적용하는데, 가령 편차값을 500W로 설정한 경우, 칠러에 인가되는 부하는 750W ~ 1,750W 범위에 있게 된다. 즉, 부하의 하한값은 750W이고, 상한값은 1,750W이다.

다음, 산출된 부하의 상한값과 하한값에 기초하여 냉각밸브의 예상 개도량을 산출한다(단계 S37). 즉, 도 1의 냉각능력 예시곡선을 보면, 10℃를 유지하는 조건에서 최대 냉각능력은 2,000W이므로, 부하가 최대 2,000W일 때의 개도량을 100%로 본다면, 산출된 부하의 상한값과 하한값에 대응하는 예상 개도량은 각각 87.5%와 37.5%가 된다. 따라서, 정상적인 개도량은 37.5% 내지 87.5% 범위 내에 존재하여야 한다.

이어, 산출된 예상 개도량과 제어부(500)에서 전자식 팽창밸브(320)로부터 읽어 들인 개도량을 비교하여 고장 여부를 판정한다(단계 S38). 구체적으로, 전자식 팽창밸브(320)로부터 읽어 들인 개도량이 산출된 예상 개도량의 범위 내에 포함된다면 칠러가 정상상태이 있는 것으로 판정하고, 예상 개도량의 범위를 벗어난다면 칠러가 비정상 상태에 있는 것으로 판정한다.

상기와 같은 방법으로 칠러의 고장 여부를 판정할 수 있기 때문에 판정 절차가 간단하다는 이점이 있다. 또한, 이러한 간단한 절차를 통하여 장기적으로 칠러가 운전되었을 때 발생할 수 있는 칠러의 페일(Fail)을 사전에 예방할 수 있어 공정 다운의 손실을 줄일 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
400: 반도체 공정용 설비
410: 브라인 인렛
412, 442: 온도센서
414: 유량계
420: 브라인 히터
430: 브라인 펌프
440: 브라인 아웃렛
500: 제어부

Claims (3)

1. 냉매 사이클이나 냉각수 사이클과 브라인 사이클 사이에 열 교환이 이루어지는 반도체 공정용 칠러에 적용되며,
   반도체 공정설비로부터 인가되는 열 부하에 대응하여 냉각을 수행하면서 상기 브라인 사이클의 브라인 인렛과 아웃렛에 설치된 온도센서로부터 온도 값을 수신하는 단계;
   상기 브라인 사이클에 설치된 유량계로부터 상기 브라인 사이클을 순환하는 브라인의 유량 값을 수신하는 단계;
   상기 냉매 사이클이나 냉각수 사이클의 냉각밸브로부터 밸브의 개도량을 수신하는 단계;
   상기 온도 값과 유량 값에 기초하여 현재 칠러에 인가되는 부하를 산출하는 단계;
   상기 산출된 부하에 기설정된 편차값을 적용하여 부하의 상한값과 하한값을 산출하는 단계;
   상기 산출된 상한값과 하한값에 기초하여 상기 냉각밸브의 예상 개도량을 산출하는 단계; 및
   상기 산출된 예상 개도량과 상기 수신한 냉각밸브의 개도량을 비교하여 고장 여부를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러의 고장 여부 판정방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고장 여부를 판정하는 단계에서,
   상기 수신한 냉각밸브의 개도량이 상기 산출된 예상 개도량의 범위 내에 있는 경우 정상 상태로 판정하고, 상기 범위를 벗어나는 경우 비정상 상태로 판정하는 것을 특징으로 하는 칠러의 고장 여부 판정방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 부하를 산출하는 단계에서 다음의 식이 적용되는 것을 특징으로 하는 칠러의 고장 여부 판정방법.
   (브라인 아웃렛 온도 값 - 브라인 인렛 온도 값) × 유량 값 × 브라인 상수
   (여기서, 브라인 상수는 브라인의 비열 및 단위 변환값을 포함하는 상수임)

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