KR101401350B1

KR101401350B1 - 반도체 제조설비의 온도제어 장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101401350B1
Application number: KR1020120093063A
Authority: KR
Inventors: 최기봉; 안세훈; 김병호
Original assignee: 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2014-05-30
Also published as: KR20140026949A

Abstract

본 발명은 반도체 제조설비의 온도제어 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 이를 위한 일 실시 예로 펌프에 의해 쿨런트 저장탱크로부터 배출된 쿨런트가 히터에 의해 온도가 승온된 상태로 공정챔버에 공급되도록 하는 공급라인과; 공정챔버에서 회수된 쿨런트가 열교환기를 거쳐 열교환 된 상태로 쿨런트 저장탱크에 회수되도록 하는 회수라인과; 열교환기를 통과하기 전 회수라인에 한쪽이 연결되고, 그 다른쪽은 펌프를 통과하기 전 공급라인에 연결되는 히팅루프부와; 회수라인 중 열교환기와 쿨런트 저장탱크 사이에 위치하여 회수라인을 통과하는 쿨런트의 흐름을 제어하는 제1유량조절밸브와; 히팅루프부에 설치되어 히팅루프부를 통과하는 쿨런트의 흐름을 제어하는 제2유량조절밸브와; 공정챔버에 공급되는 쿨런트온도와 공정챔버에서 회수되는 쿨런트의 온도를 비교하고, 그 비교된 온도차에 따라 제1유량조절밸브와 제2유량조절밸브의 열림과 닫힘을 제어하는 제어부;를 포함한다.
이에 따르면 반도체 설비의 온도를 제어함에 있어 히터의 전력소모량을 줄이고 정밀한 온도제어를 통해 공정챔버의 온도조절을 효과적으로 수행하며, 고가의 쿨런트 증발량을 줄이고, 쿨런트의 고온현상으로 인하여 유증기가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

반도체 제조설비의 온도제어 장치 및 그 제어방법{Temperature control of semiconductor manufacturing equipment and its control method}

본 발명은 반도체 제조설비의 온도를 제어하는 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서,

더욱 상세히는 반도체 제조설비중 중고온을 유지시켜야 하는 공정챔버의 온도를 제어하는 온도제어장치에 대한 전력소모량을 줄이고 정밀한 온도제어를 통해 공정챔버의 온도조절을 효과적으로 수행하며, 고가의 쿨런트 증발량을 줄이고, 쿨런트의 고온현상으로 인하여 유증기가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 반도체 제조설비의 온도제어 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 고순도의 실리콘을 단결정으로 성장시킨 후 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 공정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고, 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 공정, 그 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 주입하는 공정, 불순물 이온으로 형성된 전기적 활성영역을 배선하는 공정 등을 거쳐 제조된다.

이러한 공정 중 일부 공정은 필요한 장치가 구비된 공정챔버에서 진행되는데, 가량 웨이퍼의 특정 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 공정은 웨이퍼에 박막 증착후 그 박막에 감광성 물질을 도포한 다음 선택 영역을 광선에 노출하거나 은폐하고, 광선의 반응 여부에 따라 선택 영역을 제거 후 잔류물 제거 및 세정을 통해 이루어지며, 여기서 광선의 반응 여부에 따라 선택 영역을 제거하는 식각공정 또한 공정챔버에서 진행된다.

식각공정은 반도체 소자의 제조에 가장 빈번히 사용되는 공정 가운데 하나로서, 웨이퍼 표면을 덮고 있는 막에 식각 능력을 가지는 물질인 에천트를 접촉시켜 화학 반응을 유도함으로써 원하는 부분을 제거하는 공정이다.

여기서 식각은 용액중의 에천트 물질을 이용한 습식 식각과 가스상의 에천트 물질을 이용하는 건식 식각이 있고, 최근에는 건식 식각으로 플라즈마를 형성하여 식각력을 높이는 방법이 많이 사용되고 있다.

상기 플라즈마를 이용한 식각은 미세입자의 유입이 차단되어 있는 밀폐된 공정챔버내에서 진행되며, 공정가스를 진공상태의 공정챔버 내부에 주입한 후 상기 공정가스의 상측과 하측에 형성된 에노드와 캐소드에 고주파전원을 인가하여 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 만들고. 플라즈마 상태의 라티칼이나 이온이 웨이퍼의 표면에서 반응하도록 하여 진행된다.

식각은 에천트와 웨이퍼 표면과 화학반응에 의하여 진행되므로, 화학반응에 영향을 미치는 인자인 챔버내 온도나 압력, 에천트의 농도를 적절히 조절하여 일정하게 유지해야 공정의 질을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 공정챔버에 플라즈마를 형성하기 위한 고주파전원이 인가되어 공정이 계속되면 열로 변환된 전력이 누적되어 공정챔버의 온도를 상승시키고, 식각공정에서 여러 가지 물질들이 해당 에천트로 식각되는데, 에천트에 접하는 다양한 물질들이 온도 등 조건에 따라 반응이 달라지고 그 부산물도 달라지므로 공정 중 온도가 변하면 식각에 영향을 미칠 수 있게 된다.

위와 같이 식각공정을 포함하여 공정챔버에서 공정이 진행되는 경우에는 적정 온도를 유지함이 매우 중요하므로 통상 공정챔버에 온도조절장치가 구비된다.

이와 같이 반도체 소자를 제조하는 과정에서는 공정 수행중인 웨이퍼의 온도제어가 무엇보다 중요하며, 이와 같은 웨이퍼의 온도제어는 반도체 소자의 균일도, 선폭, 프로파일 및 재현성에 중요한 영향을 미치게 된다.

따라서 반도체 제조설비에 있어서 공정챔버는 온도를 일정하게 유지할 필요가 있으며, 이를 위해 사용되는 냉각장치로서 칠러(chiller)는 반도체 소자의 제조공정에서 안정적인 공정제어를 해주는 온도조절장치로서 쿨런트(coolant)의 온도를 열교환을 통해 상승 또는 하강하여 공정챔버의 온도를 균일하게 유지시켜주는 역할을 한다.

그리고 이와 같이 공정챔버의 온도조절에 관련된 선행기술로서 실용신안등록 제20-0232736호 "반도체 공정용 칠러" 나 특허공개 제10-2011-0125723호 " 전기식 칠러 장치 및 이의 온도제어방법" 등을 통해 이미 제시된 바 있다.

한편 도 1 은 종래 중고온의 공정온도를 필요로 하는 공정챔버의 온도제어장치를 나타낸 계통도로서, 펌프(40)에 의해 쿨런트 저장탱크(30)로부터 배출된 쿨런트는 공정챔버(10)의 필요한 온도를 맞추기 위하여 히터(50)에 의해 온도가 상승된 후 공정챔버(10)로 이동되고, 이후 공정챔버(10)를 통과하면서 열교환에 의해 온도가 올라간 쿨런트는 냉각수가 순환되는 열교환기(20)를 거치게 되면서 냉각되어 온도가 낮아진 다음 다시 쿨런트 저장탱크(30)로 유입되는 순환구조를 갖는다.

도면 중 미설명 부호(60)은 압력스위치이고, (71)은 온도센서이며, (72)는 유량센서이고, (80)은 유량조절밸브이며, (90)은 레벨스위치이다.

그러나 상기와 같은 종래의 온도제어장치의 경우 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

즉, 공정챔버(10)의 온도조절을 위한 쿨런트는 열교환기(20)를 통한 냉각을 기본으로 하고, 공정챔버(10)의 공정온도를 유지하기 위하여 공정챔버(10)에 공급되기 전 히터(50)에 의해 온도를 올려 공정챔버(10)의 공정온도에 맞추는 방식을 이용하고 있다.

그러나 열교환기(20)를 통과하여 온도가 낮아진 쿨런트를 다시 고온을 필요로 하는 공정챔버(10)의 공정온도까지 맞추기 위해서는 그만큼 히터(50)의 사용량을 많아지게 되어 온도제어에 측면에서도 용이하지 못하며, 히터(50)의 사용량에 따른 소비전력의 소모가 많아지게 되는 문제점이 있었다.

따라서 중고온의 온도가 유지되어야 하는 공정챔버(10)의 경우 열교환기(20)를 통과하는 냉각수의 순환량을 조절하거나 냉각수의 순환을 멈추어 쿨런트의 온도가 최소한으로 낮아지도록 하여 히터(50)의 사용량을 줄이고 있는 실정이다.

그러나 상기와 같이 고온의 쿨런트가 열교환기(20)를 통과하는 과정에서 냉각수의 순환량을 줄이거나 냉각수의 순환을 멈추는 경우 고온의 쿨런트로 인하여 열교환기(20)의 내부에 잔류하고 있던 냉각수가 쉽게 증발하게 되면서 열교환기(20)에 급격한 체적변화를 일으키게 되고, 이에 따라 열교환기(20)를 구성하고 있는 열판이 충격을 받게 되면서 결국 파열되어 냉각수와 쿨런트가 혼합되는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 방지하기 위하여 열교환기(20)의 냉각수량을 조절하지 않을 경우에는 전술한 바와 같이 히터(50)의 사용량이 많아지게 되면서 소비전력의 소모가 많아지는 것은 물론 고온의 히터(50) 표면에 불소계의 쿨런트가 지속적으로 접촉하여 열분해 현상을 일으키게 되고, 이 과정에서 불산이 형성되어 배관계를 급속히 부식시키는 문제점이 있었다.

또한 쿨런트의 온도가 고온으로 계속 유지될 경우 대기중으로 고가의 쿨런트가 증발하게 되면서 유지비가 상승하게 되고, 반복된 정비의 원인이 되며, 쿨런트에서 발생되는 유증기가 공정챔버(10)로 유출되면서 가스경보기를 작동시킴에 따라 수시로 점검 및 수정해야 하므로 공정챔버(10)의 운용상 여러 가지 불편함을 주게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 쿨런트 저장탱크에서 배출된 쿨런트가 공정챔버로 공급되는 공급라인과, 공정챔버에서 회수된 쿨런트가 쿨런트 저장탱크로 회수되는 회수라인과, 상기 회수라인으로 이동되는 쿨런트가 열교환기를 거치지 않은 상태에서 공급라인으로 직접 이동되는 히팅루프부를 구성하고, 공정챔버로 공급되는 쿨런트의 공급온도와 공정챔버에서 회수되는 쿨런트의 회수온도를 비교한 후 쿨런트를 회수라인 또는 히팅루프부 또는 쿨런트의 양을 달리하여 회수라인과 히팅루프부에 동시 이동될 수 있도록 구성함에 따라 히터의 사용량을 줄여 열교환기를 손상을 방지하고, 쿨런트의 증발을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 반도체 제조설비의 온도제어 장치 및 그 제어방법과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면,

펌프에 의해 쿨런트 저장탱크로부터 배출된 쿨런트가 히터에 의해 온도가 조절된 상태로 공정챔버에 공급되도록 하는 공급라인과; 공정챔버에서 회수된 쿨런트가 열교환기를 거쳐 온도가 조절된 상태로 쿨런트 저장탱크에 회수되도록 하는 회수라인과; 열교환기를 통과하기 전 회수라인에 한쪽이 연결되고, 그 다른쪽은 펌프를 통과하기 전 공급라인에 연결되는 히팅루프부와; 회수라인 중 열교환기와 쿨런트 저장탱크 사이에 위치하여 회수라인을 통과하는 쿨런트의 흐름을 제어하는 제1유량조절밸브와; 히팅루프부에 설치되어 히팅루프부를 통과하는 쿨런트의 흐름을 제어하는 제2유량조절밸브와; 공정챔버에 공급되는 쿨런트의 공급온도와 공정챔버에서 회수되는 쿨런트의 회수온도를 비교하고, 그 비교된 온도차에 따라 제1유량조절밸브와 제2유량조절밸브의 열림과 닫힘을 제어하는 제어부;를 포함하는 것과 관련된다.

바람직하게는, 상기 제2유량조절밸브는 쿨런트 저장탱크의 내부에 위치되어 저온상태에서 작동될 수 있도록 한 것과 관련된다.

더 바람직하게는, 상기 열교환기를 통과한 냉각수가 쿨런트 저장탱크 내부에서 순환된 후 배출될 수 있도록 쿨런트 저장탱크의 내부에 냉각수 서브라인이 설치된 것과 관련된다.

또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면,

쿨런트 저장탱크에서 배출되는 쿨런트가 공급라인을 따라 이동되면서 히터에 의해 공정챔버의 공정온도로 설정된 후 공정챔버로 보내지는 과정과; 공정챔버에서 회수된 쿨런트가 제1유량조절밸브에 의해 제어되는 회수라인을 따라 이동하다가 열교환기를 거쳐 쿨런트 저장탱크로 회수되거나, 또는 쿨런트가 열교환기를 통과하기 전 제2유량조절밸브에 의해 제어되는 히팅루프부를 거쳐 공급라인으로 직접 이동되거나, 또는 제1유량조절밸브와 제2유량조절밸브의 동시 제어에 의해 쿨런트가 열교환기와 히팅루프부로 동시에 이동되는 과정; 을 통해 공정챔버의 공정온도가 제어될 수 있도록 한 제어방법과 관련된다.

바람직하게는, 상기 열교환기를 통과한 냉각수가 쿨런트 저장탱크 내부에 설치된 냉각수 서브라인을 순환 후 쿨런트 저장탱크의 외부로 배출되는 과정;을 더 포함하는 제어방법과 관련된다.

더 바람직하게는, 상기 제1유량조절밸브와 제2유량조절밸브의 제어는 제어부에 의해 제어되도록 하되, 상기 제어부는 상기 공정챔버에서 회수되어 회수라인을 따라 이동되는 쿨런트의 회수온도와, 공급라인을 따라 이동하여 공정챔버로 공급되는 쿨런트의 공급온도를 서로 비교한 다음,

공급온도가 회수온도에 비해 높은 경우에는 제1유량조절밸브는 닫고, 제2유량조절밸브는 열어주며,

회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 0℃~20℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 20% 열어주고, 제2유량조절밸브는 80% 열어주며,

회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 21℃~40℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 40% 열어주고, 제2유량조절밸브는 60% 열어주며,

회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 41℃~60℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 60% 열어주고, 제2유량조절밸브는 40% 열어주며,

회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 61℃~80℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 80% 열어주고, 제2유량조절밸브는 20% 열어주며,

회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 81℃~100℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 열고, 제2유량조절밸브는 닫아주도록 한 제어방법과 관련된다.

본 발명에 따른 반도체 설비의 온도 제어장치는 공정챔버로 공급되는 쿨런트와 공급온도와 공정챔버에서 회수되는 쿨런트의 회수온도를 비교한 후 쿨런트를 열교환기를 거치지 않고 히팅루프부를 통해 공급라인으로 이동시키거나, 쿨런트를 열교환기를 거치는 회수라인으로 이동시키거나, 쿨런트를 히팅루프부와 열교환기를 거치는 회수라인에 함께 이동시키므로서, 히터의 사용량을 최대한 줄이면서 공정챔버에 필요로 하는 공정온도를 효과적으로 유지할 수 있도록 구성함에 따라 히터 사용에 따른 소비전력을 감소시켜 비용의 절감효과를 얻을 수 있으며, 쿨런트의 고온 산화현상에 따른 배관계의 손상을 방지할 수 있고, 아울러 열교환기가 고온의 상태에서 쉽게 파손되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.

또한 쿨런트의 온도가 지속적으로 고온상태를 유지하게 되면서 고가의 쿨런트가 증발함에 따라 반복된 보충으로 인하여 유지비용이 늘어나는 것을 방지할 수 있으며, 쿨런트가 증발하는 과정에서 발생 되는 유증기가 공정챔버의 가스감지장치에 감지되어 공정챔버의 운용에 불편함을 주던 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 것이다.

도 1 은 종래 반도체 제조설비에 적용되는 온도제어장치의 구성을 예시한 계통도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 반도체 제조설비에 적용되는 온도제어장치의 구성을 예시한 계통도이다.
도 3 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 반도체 제조설비에 적용되는 온도제어장치의 제어방법을 예시한 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

우선, 도 2 는 본 발명에 따른 일 실시 예에 의해 반도체 설비에 적용되는 온도제어장치의 구성을 계통도로 예시한 것으로서,

본 발명은 반도체 제조설비인 공정챔버(100)의 중고온 온도를 유지시키기 위하여 쿨런트 저장탱크(300)로부터 배출된 쿨런트를 공정챔버(100)의 공정온도에 상응한 온도가 되도록 히터(500)를 이용하여 온도 조절한 후 공정챔버(100)로 공급하는 공급라인(L1)과,

상기 공정챔버(100)에 공급된 쿨런트가 공정챔버(100)의 공정온도에 따라 열교환이 된 다음 공정챔버(100)로부터 회수된 후 열교환기(200)에 의해 열교환을 거쳐 쿨런트 저장탱크(300)로 회수되는 회수라인(L2)과,

상기 회수라인(L2) 중 열교환기(200)를 거치지 않은 지점, 즉 공정챔버(100)와 열교환기(200) 사이의 어느 한 지점으로부터 분기된 후 공급라인(L1)의 한 지점, 즉 쿨런트 저장탱크(300)와 상기 쿨런트 저장탱크(300)에 저장된 쿨런트를 공급라인(L1)으로 배출시켜주는 펌프(400) 사이의 어느 한 지점과 연결되는 히팅루프부(L3)와,

상기 회수라인(L2) 중 열교환기(200)와 쿨런트 저장탱크(300) 사이의 한 지점에 설치되어 상기 회수라인(L2)을 통해 이동되는 쿨런트의 양을 단계적으로 제어하는 제1유량조절밸브(600)와,

상기 히팅루프부(L3)의 어느 한 지점에 설치되어 히팅루프부(L3)를 통과하는 쿨런트의 양을 단계적으로 제어하는 제2유량조절밸브(700)와,

상기 공정챔버(100)로 공급되는 쿨런트의 공급온도(ST)℃와 공정챔버(100)에서 회수되는 쿨런트의 회수온도(RT)℃를 비교한 후 그 비교에 따른 온도차(ΔT)℃를 판단하여 제1유량조절밸브(600)와 제2유량조절밸브(700)를 각각 또는 동시에 제어하는 제어부(도면중 미도시)로 구성된 것이 특징이다.

도면 중 미설명 부호(810)은 압력스위치이고, (820)은 온도센서이며, (830)은 레벨스위치이다.

이때 상기 제1유량조절밸브(600)와 제2유량조절밸브(700)는 일반적인 볼 밸브나 솔레노이드밸브를 사용하기보다는 미세조정이 가능하며, 스탭모터를 사용한 고정밀도의 밸브를 사용하는 것이 바람직한 것이다.

아울러 상기 제2유량조절밸브(700)의 위치는 쿨런트 저장탱크(300)의 내부에 위치되도록 한 것인데, 이는 히팅루프부(L3)를 통과하는 고온상태인 쿨런트에 제2유량조절밸브(700)가 지속적으로 노출되는 경우 제2유량조절밸브(700)의 내구성에 문제를 일으키게 되므로 저온을 유지하며 비전도체 물질인 쿨런트가 저장되어 있는 쿨런트 저장탱크(300)의 내부에 제2유량조절밸브(700)를 설치하여 제2유량조절밸브(700)를 안전하게 보호할 수 있도록 한 것이다.

또한 중고온의 공정온도를 필요로 하는 공정챔버(100)의 경우 쿨런트의 온도가 지속적으로 고온을 유지하게 되면서 열교환기(200)를 거치더라도 쿨런트 저장탱크(300)에 저장되는 쿨런트의 온도는 고온의 상태가 된다.

이에 따라 고온의 쿨런트가 저장되는 쿨런트 저장탱크(300)의 내부 온도 또한 고온화되면서 쿨런트가 대기 중에서 쉽게 증발하게 됨에 따라 쿨런트의 반복된 보충으로 인하여 유지비용이 많이 소모되며, 특히 쿨런트가 증발하는 과정에서 발생 되는 유증기는 공정챔버(100)에 설치된 가스 감지기(도면중 미도시)을 방해하게 된다.

따라서 상기 쿨런트 저장탱크(300)의 내부 온도가 고온화되는 것을 방지할 필요가 있는 것이며, 그러한 방지수단으로서 쿨런트 저장탱크(300)의 내부에 냉각수 서브라인(L4)을 설치하고, 열교환기(200)를 통과하면서 대략 15℃~28℃를 유지하는 냉각수를 상기 냉각수 서브라인(L4)에 통과되도록 한 후 쿨런트 저장탱크(300)의 외부로 배출시키므로서, 상기 냉각수 서브라인(L4)을 통과하는 냉각수의 열교환으로 인하여 쿨런트 저장탱크(300)의 내부 온도가 고온화되는 것이 방지될 수 있는 것이다.

또한 제1유량조절밸브(600)와 제2유량조절밸브(700)를 각각 또는 동시에 제어하는 제어부는 공정챔버(100)로 공급되는 공급온도(ST)℃와 공정챔버(100)로부터 회수되는 회수온도(RT)℃를 서로 비교하여 그 온도 차(ΔT)℃를 판단한 후, 제1유량조절밸브(600)를 열 경우 제2유량조절밸브(700)는 닫고, 제2유량조절밸브(700)를 열 경우 제1유량조절밸브(600)는 닫으며, 또는 제1유량조절밸브(600)와 제2유량조절밸브(700)를 동시에 열되 제1유량조절밸브(600)와 제2유량조절밸브(700)의 열리는 양을 상대적으로 조절할 수 있도록 한 것이다.

이는 공정챔버(100)에 공급되는 쿨런트의 공급온도(ST)℃와 공정챔버(100)에서 회수되는 회수온도(RT)℃를 비교하여 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 회수온도(RT)℃보다 높을 때 쿨런트가 열교환기(200)를 거치면서 온도가 더 떨어지게 되면 그만큼 히터(500)의 사용량이 늘어나게 되므로 쿨런트가 열교환기(200)를 통과하지 않고 공급라인(L1)으로 직접 이동되도록 한 것이다.

그리고 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 회수온도(RT)℃보다 낮은 경우에는 그 온도차(ΔT)℃를 감안하여 열교환기(200)를 거치는 저온의 쿨런트와 열교환기(200)를 거치지 않고 히팅루프부(L3)를 통해 공급라인(L1)으로 직접 이동하는 고온의 쿨런트를 섞어 쿨런트의 공급온도(ST)℃를 공정챔버(100)의 공정온도에 근접시키므로서 그만큼 히터(500)의 사용량을 줄일 수 있도록 한 것이다.

즉, 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 회수온도(RT)℃보다 낮더라도 그 온도차(ΔT)℃가 작은 경우에는 제1유량조절밸브(600)가 제2유량조절밸브(700)보다 적게 열리도록 한 것이며, 상기 온도차(ΔT)℃가 커질수록 제1유량조절밸브(600)가 제2유량조절밸브(700)보다 많이 열리도록 구성한 것이다.

이와 같은 온도 제어장치에 의해 온도가 제어되는 방법을 도 3 의 흐름도를 통해 살펴보면 다음과 같다.

펌프(400)의 작동에 따라 쿨런트 저장탱크(300)에서 배출된 쿨런트는 히터(500)를 거치게 되면서 공정챔버(100)의 공정온도에 일치하는 온도로 승온된 후 공정챔버(100)로 공급된다.

그리고 상기 공정챔버(100)로 공급된 쿨런트는 공정챔버(100)의 동작에 의해 열교환을 거치게 된 후 공정챔버(100)로부터 배출되어 회수라인(L2)으로 이동되고, 이후 회수라인(L2)에 설치된 열교환기(200)를 거치게 되는 것이며, 이때 상기 열교환기(200)에는 냉각수가 순환됨에 따라 상기 냉각수로 인한 열교환에 의해 온도가 떨어진 상태로 쿨런트 저장탱크(300)에 회수되는 과정을 순환 반복하게 되는 것이다.

여기서 쿨런트가 공정챔버(100)를 통과하면서 열교환을 거치는 과정에서 공정챔버(100)의 공정온도가 경우에 따라 변화되므로 공정챔버(100)로 공급되는 공급온도(ST)℃와 공정챔버(100)에서 회수되는 회수온도(RT)℃의 경우 공급온도(ST)℃가 회수온도(RT)℃보다 높거나 또는 회수온도(RT)℃가 공급온도(ST)℃보다 높을 수도 있는 것이다.

따라서 본 발명은 공정챔버(100)에서 회수되어 회수라인(L2)으로 이동되는 쿨런트의 회수온도(RT)℃가 공정챔버(100)로 공급되는 쿨런트의 공급온도(ST)℃보다 낮은 경우에는(S1) 쿨런트가 회수라인(L2)을 통해 열교환기(200)를 거칠 필요가 없으므로 제어부가 회수라인(L2)에 설치된 제1유량조절밸브(600)는 닫고, 히팅루프부(L3)에 설치된 제2유량조절밸브(700)만 열어(S2) 쿨런트가 히팅루프부(L3)를 통해 공급라인(L1)으로 바로 이동되도록 한 다음 히터(500)를 가동시켜 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 유사한 범위가 되도록 한 상태(S3)에서 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치하는지 판단한 후(S14) 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치할 경우 그 쿨런트는 공정챔버(100)에 공급되도록 하고(S16), 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 경우에는 다시 히터(500)를 가동시켜(S15) 공정챔버(100)의 공정온도와 일치시킨 상태에서 공정챔버(100)로 공급(S16)하도록 한 것이다.

그리고 공정챔버(100)에서 회수되어 회수라인(L2)으로 이동되는 쿨런트의 회수온도(RT)℃가 공정챔버(100)로 공급되는 쿨런트의 공급온도(ST)℃보다 높으면서 회수온도(RT))℃와 공급온도(ST)℃의 차(ΔT)℃가 0℃~20℃ 인 경우에는(S4) 제어부가 제1유량조절밸브(600)를 20% 만 열고, 제2유량조절밸브(700)는 80% 를 열어(S5) 회수라인(L2)을 따라 열교환기(200)를 거친 후 쿨런트 저장탱크(300)를 통해 공급라인(L1)으로 이동되는 쿨런트와, 열교환기(200)를 거치지 않고 히팅루프부(L3)를 통해 공급라인(L1)으로 직접 이동되는 쿨런트를 섞어 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)에 필요한 공정온도의 범위에 근접되도록 한 다음 그 온도가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치하는지 판단하고(S14), 그 판단에 의해 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치할 경우에는 그 쿨런트를 공정챔버(100)에 바로 공급되도록 하고(S16), 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 경우에는 히터(500)를 가동시켜(S15) 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃를 공정챔버(100)의 공정온도와 일치시킨 후 공정챔버에 공급(S16)되도록 한 것이다.

또한 공정챔버(100)에서 회수되어 회수라인(L2)으로 이동되는 쿨런트의 회수온도(RT)℃와 공급온도(ST)℃의 차(ΔT)℃가 21℃~40℃ 인 경우에는(S6) 제어부가 제1유량조절밸브(600)를 40% 만 열고, 제2유량조절밸브(700)는 60% 를 열어(S7) 회수라인(L2)을 따라 열교환기(200)를 거친 후 쿨런트 저장탱크(300)를 통해 공급라인(L1)으로 이동되는 쿨런트와, 열교환기(200)를 거치지 않고 히팅루프부(L3)를 통해 공급라인(L1)으로 직접 이동되는 쿨런트를 섞어 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)에 필요한 공정온도의 범위에 근접되도록 한 다음 그 온도가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치하는지 판단하고(S14), 그 판단에 의해 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치할 경우에는 그 쿨런트를 공정챔버(100)에 바로 공급되도록 하고(S16), 그 쿨런트의 공급온도가 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 경우에는 히터(500)를 가동시켜(S15) 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃를 공정챔버(100)의 공정온도와 일치시킨 후 공정챔버(100)에 공급(S16)되도록 한 것이다.

그리고 공정챔버(100)에서 회수되어 회수라인(L2)으로 이동되는 쿨런트의 회수온도(RT)℃와 공급온도(ST)℃의 차(ΔT)℃가 41℃~60℃ 인 경우에는(S8) 제어부가 제1유량조절밸브(600)를 60% 만 열고, 제2유량조절밸브(700)는 40% 를 열어(S9) 회수라인(L2)을 따라 열교환기(200)를 거친 후 쿨런트 저장탱크(300)를 통해 공급라인(L1)으로 이동되는 쿨런트와, 열교환기(200)를 거치지 않고 히팅루프부(L3)를 통해 공급라인(L1)으로 직접 이동되는 쿨런트를 섞어 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)에 필요한 공정온도의 범위에 근접되도록 한 다음 그 온도가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치하는지 판단하고(S14), 그 판단에 의해 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치할 경우에는 그 쿨런트를 공정챔버(100)에 바로 공급되도록 하고(S16), 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 경우에는 히터(500)를 가동시켜(S15) 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃를 공정챔버(100)의 공정온도와 일치시킨 후 공정챔버(100)에 공급(S16)되도록 한 것이다.

또한 공정챔버(100)에서 회수되어 회수라인(L2)으로 이동되는 쿨런트의 회수온도(RT)℃와 공급온도(ST)℃의 차(ΔT)℃가 61℃~80℃ 인 경우에는(S10) 제어부가 제1유량조절밸브(600)를 80% 만 열고, 제2유량조절밸브(700)는 20% 를 열어(S11) 회수라인(L2)을 따라 열교환기(200)를 거친 후 쿨런트 저장탱크(300)를 통해 공급라인(L1)으로 이동되는 쿨런트와, 열교환기(200)를 거치지 않고 히팅루프부(L3)를 통해 공급라인(L1)으로 직접 이동되는 쿨런트를 섞어 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)에 필요한 공정온도의 범위에 근접되도록 한 다음 그 온도가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치하는지 판단하고(S14), 그 판단에 의해 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치할 경우에는 그 쿨런트를 공정챔버(100)에 바로 공급되도록 하고(S16), 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 경우에는 히터(500)를 가동시켜(S15) 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃를 공정챔버(100)의 공정온도와 일치시킨 후 공정챔버(100)에 공급(S16)되도록 한 것이다.

그리고 공정챔버(100)에서 회수되어 회수라인(L2)으로 이동되는 쿨런트의 회수온도(RT)℃와 공급온도(ST)℃의 차(ΔT)℃가 81℃~100℃ 인 경우에는(S12) 제어부가 제1유량조절밸브(600)만 열고, 제2유량조절밸브(700)는 닫아주어(S13) 회수라인(L2)을 따라 열교환기(200)를 거친 후 쿨런트 저장탱크(300)를 통해 공급라인(L1)으로 이동되는 쿨런트와, 열교환기(200)를 거치지 않고 히팅루프부(L3)를 통해 공급라인(L1)으로 직접 이동되는 쿨런트를 섞어 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)에 필요한 공정온도의 범위에 근접되도록 한 다음 그 온도가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치하는지 판단하고(S14), 그 판단에 의해 쿨런트의 공급온도(ST)℃가 공정챔버(100)의 공정온도와 일치할 경우에는 그 쿨런트를 공정챔버(100)에 바로 공급되도록 하고(S16), 그 쿨런트의 공급온도가 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 경우에는 히터(500)를 가동시켜(S15) 그 쿨런트의 공급온도(ST)℃를 공정챔버(100)의 공정온도와 일치시킨 후 공정챔버(100)에 공급(S16)되도록 한 것이다.

한편, 상기와 같은 쿨런트의 회수온도(RT)℃와 공급온도(ST)℃의 차(ΔT)℃에 따라 제어부가 회수라인(L2) 또는 히팅루프부(L3)를 개별적 또는 열리는 양을 조절하여 동시에 동작시켜 히터(500)의 사용량을 줄이면서 쿨런트의 공급온도(ST)℃를 공정챔버(100)의 공정온도와 일치시키는 과정과, 열교환기(200)를 통과한 냉각수가 쿨런트 저장탱크(300) 내부에 구비된 냉각수 서브라인(L4)을 통과하면서 쿨런트 저장탱크(300)의 내부 온도가 불필요하게 상승 되는 것을 방지하는 과정은 함께 이루어지도록 하는 것이 바람직한 것이다.

이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관한 설명을 하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 공정챔버 200 : 열교환기
300 : 쿨런트 저장탱크 400 : 펌프
500 : 히터 600 : 제1유량조절밸브
700 : 제2유량조절밸브 L1 : 공급라인
L2 : 회수라인 L3 : 히팅루프부
L4 : 냉각수 서브라인 ST ℃ : 쿨런트의 공급온도
RT ℃ : 쿨런트의 회수온도 ΔT ℃ : RT ℃ - ST ℃

Claims

반도체 제조설비인 공정챔버의 중고온 온도를 유지시키기 위한 온도제어장치를 구성함에 있어서,
펌프에 의해 쿨런트 저장탱크로부터 배출된 쿨런트가 히터에 의해 온도가 조절된 상태로 공정챔버에 공급되는 공급라인;
공정챔버에서 회수된 쿨런트가 열교환기를 거쳐 온도가 조절된 상태로 쿨런트 저장탱크에 회수되는 회수라인;
회수라인 중 열교환기를 통과하기 전 한 지점에 한쪽이 연결되고, 그 다른쪽은 공급라인 중 펌프를 통과하기 전 한 지점에 연결되는 히팅루프부;
회수라인 중 열교환기와 쿨런트 저장탱크 사이에 위치하여 회수라인을 통과하는 쿨런트의 흐름을 제어하는 제1유량조절밸브;
히팅루프부에 설치되어 히팅루프부를 통과하는 쿨런트의 흐름을 제어하는 제2유량조절밸브; 및
공정챔버에 공급되는 쿨런트의 공급온도와 공정챔버에서 회수되는 쿨런트의 회수온도를 비교하고, 그 비교된 온도차에 따라 제1유량조절밸브와 제2유량조절밸브의 열림과 닫힘을 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 온도제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2유량조절밸브는 쿨런트 저장탱크의 내부에 위치되어 상기 쿨런트 저장탱크에 저온상태로 수용되는 쿨런트와의 접촉에 따라 저온상태에서 작동되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 온도제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환기를 통과한 냉각수가 쿨런트 저장탱크 내부에서 순환된 후 배출될 수 있도록 쿨런트 저장탱크의 내부에 냉각수 서브라인이 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 온도제어 장치.
반도체 제조설비인 공정챔버의 중고온 온도를 유지시키기 위한 온도제어방법에 있어서,
쿨런트 저장탱크에서 펌프에 의해 배출되는 쿨런트가 공급라인을 따라 이동되면서 히터에 의해 공정챔버의 공정온도로 설정된 후 공정챔버로 보내지는 과정;
공정챔버에서 회수된 쿨런트가 제1유량조절밸브에 의해 제어되는 회수라인을 따라 이동하다가 열교환기를 거쳐 쿨런트 저장탱크로 회수되는 과정, 또는 쿨런트가 열교환기를 통과하기 전 제2유량조절밸브에 의해 제어되는 히팅루프부를 거쳐 펌프를 통과하기 전 공급라인으로 직접 이동되는 과정, 또는 쿨런트가 제1유량조절밸브와 제2유량조절밸브의 동시 제어에 의해 그 양이 조절된 상태로 열교환기를 통과하는 회수라인과 열교환기를 거치지 않는 히팅루프부를 통한 공급라인에 동시 이동되는 과정 중 선택된 어느 한 과정을 통해 공정챔버의 공정온도가 제어될 수 있도록 하며,
상기 제1유량조절밸브와 제2유량조절밸브의 제어는 제어부에 의해 제어되도록 하되, 상기 제어부는 공정챔버에서 회수되어 회수라인을 따라 이동되는 쿨런트의 회수온도와, 공급라인을 따라 이동하여 공정챔버로 공급되는 쿨런트의 공급온도를 서로 비교한 다음,
공급온도가 회수온도보다 높은 경우에는 제1유량조절밸브는 닫고, 제2유량조절밸브는 열어주며,
회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 0℃~20℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 20% 열어주고, 제2유량조절밸브는 80% 열어주며,
회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 21℃~40℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 40% 열어주고, 제2유량조절밸브는 60% 열어주며,
회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 41℃~60℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 60% 열어주고, 제2유량조절밸브는 40% 열어주며,
회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 61℃~80℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 80% 열어주고, 제2유량조절밸브는 20% 열어주며,
회수온도가 공급온도보다 높으면서 그 온도차가 81℃~100℃인 경우에는 제1유량조절밸브는 열고, 제2유량조절밸브는 닫아주도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 온도제어 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 열교환기를 통과한 냉각수가 쿨런트 저장탱크 내부에 설치된 냉각수 서브라인을 순환 후 쿨런트 저장탱크의 외부로 배출되는 과정;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 온도 제어방법.
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