KR101605082B1 - 유체 온도 조절장치 - Google Patents

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KR101605082B1
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이동현
이근택
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(주)나노테크
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 유체 온도 조절장치는, 수용공간을 가지며, 유체가 유입되는 유입홀 및 상기 유체가 배출되는 배출홀이 구비되는 제1 용기; 상기 수용공간에 설치되어 상기 용기의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 수용공간으로 유입된 유체의 온도를 조절하는 히팅튜브; 및 상기 수용공간에 설치되어 상기 수용공간을 상부 및 하부 수용공간으로 구획하며, 상기 상부 및 하부 수용공간을 연통하는 메인연통홀을 구비하는 메인격벽을 포함한다.

Description

유체 온도 조절장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF FLUID}
본 발명은 유체 온도 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용기에 유입된 유체를 소정의 온도로 상승시키는 데 충분한 체류 시간을 부여함으로써 효율적으로 유체의 온도를 조절가능한 유체 온도 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 식각공정이나 세정공정에서 사용되는 약품은 화학적 활성을 위하여 일정 온도까지 가열된 상태에서 사용된다. 그러나 이들 약품은 매우 큰 부식성을 가지므로 금속 용기 내에서 가열할 수 없고, 가열용 전열선도 약품과 직접 접촉할 수 없어 약품을 가열하는 히터를 제작하는 데 여러 가지 제약이 따른다.
또한, 반도체의 직접도가 높아지면서 선폭이 미세해지고 웨이퍼당 수율을 높이기 위해 웨이퍼의 크기가 커지면서 반도체 생산 공정 중 웨이퍼를 낱장씩 회전시키면서 약품을 뿌려 식각을 하거나 세정을 하는 부수적 공정이 많아지고 있다. 종래, 여러 장의 웨이퍼를 약품조로 운반하여 일시에 약품으로 식각하거나 세정할 때와 달리, 웨이퍼를 낱장씩 처리해야 하는 최근의 반도체 공정에서는 약품을 매엽식 식각장비나 세정장비가 있는 곳까지 이송한 후, 식각장비나 세정장비에서 약품 처리를 해 주어야 한다.
그러나, 약품을 약품조로부터 매엽식 식각장비나 세정장비까지 온도를 일정하게 유지한 채 공급하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 식각장비 또는 세정장비와 인라인화된 약품 가열장치를 구비하여, 약품을 이들 장비가 있는 곳에서 약품 가열장치를 통해 바로 필요한 온도까지 높여 일정하게 유지한 상태로 계속 약품을 공급하는 것은 식각공정과 세정공정의 균일성과 효율성을 위해 반드시 필요하다. 또한, 식각장비 또는 세정장비와 인라인화된 약품 가열장치는 약품의 사용량이 급변하는 경우에도 짧은 시간 내에 약품을 요구하는 온도로 조절이 가능해야 한다.
한국공개특허공보 10-2010-0054445호. 2010. 05. 25.
본 발명의 목적은 유체의 온도를 신속하고 정확하게 조절가능한 유체 온도 조절장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유체의 유동경로를 연장하여 체류시간을 증가시켜 유체의 온도를 제어하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유체 온도 조절장치는, 수용공간을 가지며, 유체가 유입되는 유입홀 및 상기 유체가 배출되는 배출홀이 구비되는 제1 용기; 상기 수용공간에 설치되어 상기 용기의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 수용공간으로 유입된 유체의 온도를 조절하는 히팅튜브; 및 상기 수용공간에 설치되어 상기 수용공간을 상부 및 하부 수용공간으로 구획하며, 상기 상부 및 하부 수용공간을 연통하는 메인연통홀을 구비하는 메인격벽을 포함한다.
상기 히팅튜브는, 내부에 열교환유체가 흐르는 유로가 형성되며, 상기 유로에 삽입되어 상기 열교환유체를 가열하는 히터를 구비할 수 있다.
상기 히팅튜브는 플루오로수지일 수 있다.
상기 유체 온도 조절장치는, 상기 상부 수용공간에 설치되어 상기 상부 수용공간을 제1 및 제2 상부 수용공간으로 구획하며, 상기 제1 및 제2 상부 수용공간을 연통하는 상부연통홀을 구비하는 상부격벽; 및 상기 하부 수용공간에 설치되어 상기 하부 수용공간을 제1 및 제2 하부 수용공간으로 구획하며, 상기 제1 및 제2 하부 수용공간을 연통하는 하부연통홀을 구비하는 하부격벽을 더 포함할 수 있다.
상기 상부연통홀과 상기 메인연통홀 및 상기 하부연통홀은 각각 어긋나도록 배치될 수 있다.
상기 유체 온도 조절장치는, 상기 유입홀에 삽입연결되어 외부로부터 공급된 상기 유체를 공급하는 공급라인; 상기 공급라인상에 연결되어 상기 유체의 공급량을 조절하는 밸브; 상기 배출홀에 삽입연결되어 상기 제1 용기로부터 상기 유체를 외부로 배출하는 배출라인; 상기 배출라인에 설치되어 상기 유체의 유량을 측정하는 유랑계; 및 상기 유량계 및 상기 밸브에 연결되어 상기 유량계로부터 감지된 신호에 따라 상기 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 유입홀 및 상기 배출홀은 상부 수용공간에 형성되며, 상기 유체 온도 조절장치는, 상기 격벽에 관통형성된 삽입홀에 삽입되어 상기 유입홀로부터 유입된 상기 유체를 상기 하부 수용공간으로 공급하는 공급관을 더 포함할 수 있다.
상기 유체 온도 조절장치는, 상기 배출홀을 통해 반도체장비를 거쳐 배출된 상기 유체를 수용하는 내부공간을 가지는 제2 용기; 및 상기 제2 용기의 일면에 설치되며, 복수의 열전소자들을 포함하는 온도조절부재를 더 포함할 수 있다.
상기 유체 온도 조절장치는, 상기 제2 용기의 일면 내벽에 설치되어 상기 유체의 유동경로를 연장하는 열전달판; 및 상기 열전달판의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 설치되는 열전달핀을 더 포함하되, 상기 열전소자들은 상기 제2 용기의 일면 외벽을 따라 나란하게 제공될 수 있다.
상기 온도조절부재는, 상기 열전소자들의 일측이 각각 연결되는 제1 전열판들; 상기 열전소자들의 타측이 각각 연결되는 제2 전열판들; 및 상기 열전소자들에 전류를 인가하는 전원를 구비할 수 있다.
상기 열전소자들은 복수의 N형 소자들과 복수의 P형 소자들을 포함하며, 상기 제1 전열판의 일측은 상기 N형 소자들 중 어느 하나에 연결되고 상기 제1 전열판의 타측은 상기 P형 소자들 중 어느 하나에 열결되며, 상기 전원으로부터 인가된 전류가 상기 제1 전열판에 연결된 상기 N형 소자로부터 상기 제1 전열판에 연결된 상기 P형 소자로 흐를 경우 상기 제1 전열판은 냉각되며, 상기 전원으로부터 인가된 전류가 상기 제1 전열판에 연결된 상기 P형 소자로부터 상기 제1 전열판에 연결된 상기 N형 소자로 흐를 경우 상기 제1 전열판은 가열될 수 있다.
상기 유체 온도 조절장치는, 상기 제1 용기에 설치되어 상기 배출홀을 통해 배출되는 상기 유체의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서로부터 감지된 신호에 따라 상기 전원을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 제1 용기에 유입된 유체를 소정의 온도로 상승시키는 데 충분한 체류 시간을 부여함으로써 히팅튜브로부터의 복사열을 효율적으로 유체를 가열할 수 있다. 또한, 제2 용기를 통해 1차적으로 유체를 가열하여 제1 용기에 유체를 공급함으로써, 초기기동시의 승온속도를 향상시켜 반도체장비에 공급되는 유체의 설정온도까지의 도달시간을 최소화할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 온도 조절장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 히팅튜브의 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 격벽의 배치상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3에 구비된 제어기의 연결상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3에 도시한 히팅튜브의 배치상태의 변형예이다.
도 8은 도 5에 도시한 격벽의 다른 실시예이다.
도 9는 도 3에 도시한 제1 용기의 다른 실시예이다.
도 10는 도 2에 도시한 제2 메인용기의 측면도이다.
도 11 및 도 12는 도 10에 도시한 온도조절부재의 작동과정을 나타내는 도면이다.
도 13 및 도 14는 도 1 및 도 2에 도시한 유체 온도 조절장치의 온도 조절과정을 나타내는 도면이다.
도 15는 도 1 및 도 2에 도시한 유체 온도 조절장치의 연결구조를 나타내는 예시도이다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 이하, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도 1 내지 도 15를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해하기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시한다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
일반적으로 반도체의 제조는 수많은 단위공정을 거쳐 이루어지게 되며, 각 단위공정에서는 고온 유체(기상 또는 액상)를 이용하는 경우가 매우 많다. 일 예로서, 웨이퍼(wafer)에 대한 세정공정에서는 먼저 케미컬(camical)과 탈이온수(Deionize Water;DIW)등을 이용하여 웨이퍼를 적정하게 세정하고 린스(rince)한 다음, 해당 웨이퍼 상에 잔류하는 물기를 완전하게 건조하여 제거하기 위하여 고온의 건조가스를 이용하게 된다.
따라서, 고온상태의 유체를 연속적으로 공급하기 위해 유체가 공급되는 유체공급배관상에는 인라인히터(in-line heater)가 구비되게 되며, 이 인라인히터의 방식으로는, 첫째, 코일형태 등의 Ni-Cr 또는 Fe-Cr 열선의 열원을 이용하여 유체가 흐르는 배관 외부로부터 내부의 유체를 간접적으로 가열하거나, 둘째, 유체가 흐르는 배관 내벽 또는 내부측에 직접적으로 열선과 같은 열원이 노출되도록 배설되어 흐르는 유체를 직접 접촉하여 가열하거나, 셋째, 열원으로 보호관 내에 열선이 구비되어 있는 쉬스히터(sheath heater)를 이용하여 주위의 유체를 가열하는 방식 등이 주로 이용되고 있으며, 이때 열원으로서 이용되고 있는 Ni-Cr 또는 Fe-Cr 열선 및 쉬쓰히터의 열선 등은 모두 금속재질의 저항 발열체들이었다.
그러나, 이상과 같이 금속발열체들을 이용하게 됨에 따라 다음과 같은 문제점들이 있었다. 즉, 열선의 어느 한 부분에서라도 단선이 발생되게 되면, 더 이상 사용할 수 없게 되므로, 그 수명이 매우 짧아 생산 중단을 자주 발생시키게 됨으로써, 생산성이 저하되는 되는 문제점이 있었다. 그리고, 발열 특성상, 초기 기동시의 승온속도가 매우 낮아 적정한 설정온도까지 도달하는데 걸리는 준비시간이 너무 과다하게 소요되게 됨으로써, 이로 인해 생산성이 대폭 저하되고, 과다한 전력을 소모하여 제조원가를 상승시키게 되는 문제점이 있었다.
나아가, 무엇보다도 금속발열체의 경우에는 그 자체가 고온화됨에 따라 각종 불순물을 생성시켜 유체를 오염시킬 가능성이 있어, 해당 유체를 이용하게 되는 공정의 원활한 수행을 불가능하게 하는 문제점이 있었다. 한편, 전술한 바와 같은 종래의 인라인히터들의 방식에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫 번째는, 유체공급배관의 외측에 열원이 구비되어 간접 가열하는 방식에서는 기본적으로 간접 가열함과 아울러 열원에서 발생되는 열에너지의 일부가 그대로 외부 방사되게 되기 때문에, 열효율이 극히 낮아 유체를 효율적으로 가열할 수 없음으로써, 해당 고온 유체를 이용하게 되는 공정의 지연을 발생시켜 해당 공정의 원활한 수행을 방해하게 됨과 아울러, 승온속도도 매우 늦어 전력도 과다하게 소모하게 되는 등의 문제점이 있었다.
두 번째는, 유체공급배관의 내측에 열원이 직접 노출되어 흐르는 유체를 직접 접촉하여 가열하는 방식에서는 상대적으로 전술한 간접 가열방식에 비해서는 열전달효율이 매우 우수하고, 승온 속도도 빠르게 할 수 있으나, 무엇보다도 고온화됨에 따라 각종 불순물을 생성시키는 열원에 유체가 직접 접촉되어 오염되게 됨으로써, 해당 유체가 이후 배관계 및 반도체 제조공정계를 오염시켜 생산수율을 저하시키게 되는 등의 각종 문제점을 야기하게 되고, 또한 노출되는 열원의 열화 및 손상이 가속화되어 해당 히터의 수명이 단축되게 되는 문제점이 있었다.
세 번째는, 쉬스히터를 이용하여 주위의 유체를 가열하는 방식에서는 소정의 공간 내부에 봉 형상의 쉬스히터가 구비된 상태에서 해당 공간 내로 유체를 주입하여 해당 유체가 구비된 쉬스히터 측에 접촉하여 가열된 후에 해당 공간 외부로 배출되게 되는데, 이에 따라 넓은 공간내에 구비된 쉬스히터에 유체의 접촉효과가 매우 낮게 되어, 결국 불충분한 가열이 이루어지게 됨으로써, 해당 유체를 이용하게 되는 공정의 원활한 수행을 방해하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 이하에서는 직접 가열방식과 같이 우수한 열전달효율을 제공할 수 있으면서도 열원과 유체가 직접 접촉되어 않아 유체 오염도 완벽하게 방지되도록 할 수 있는 새로운 방식의 유체 온도 조절장치에 대해 설명하기로 한다. 후술하는 본 발명의 실시예에 의하면, 반도체장비를 통해 배출된 유체는 제2 메인용기(도 2의 50a)를 통해 1차적으로 가열(또는 냉각)되며, 제2 메인용기(도 2의 50a)를 통해 1차적으로 가열(또는 냉각)된 유체는 제1 용기(도 1의 10)에 공급된다. 제1 용기(도 1의 10)에 공급된 유체는 제1 용기(도 1의 10)에 구비된 히팅튜브(도 1의 30)를 통해 신속하고 정확한 온도로 가열(또는 냉각)되어 반도체장비로 공급될 수 있다. 또한, 열교환유체는 제2 보조용기(도 2의 50b)에 공급되며, 제2 보조용기(도 2의 50b)는 열교환유체를 가열(또는 냉각)하여 열교환유체를 히팅튜브(도 1의 30)에 공급함으로써 히팅튜브(도 1의 30)는 열교환유체와의 열교환에 의해 제1 용기(도 1의 10)에 공급된 유체를 신속하게 가열(또는 냉각)할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 온도 조절장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 유체 온도 조절장치는 유체가 수용되는 수용공간(도 3의 5)을 가지는 제1 용기(10) 및 제1 용기(10)에 공급되는 유체를 수용하는 내부공간(도 9의 55)을 가지는 제2 용기(50)를 포함한다. 제2 용기(50)는 제2 메인용기(50a)와 제2 보조용기(50b)를 구비할 수 있으며, 제2 메인용기(50a) 및 제2 보조용기(50b)는 서로 동일한 구조를 가질 수 있다.
반도체장비를 통해 배출된 유체는 메인배출라인(9)을 통해 제2 메인용기(50a)에 공급되며, 제2 메인용기(50a)는 1차적으로 가열(또는 냉각)하여 유체의 온도를 조절한다. 제1 용기(10)는 연결라인(6)을 통해 제2 메인용기(50a)와 연결되어 제2 메인용기(50a)를 통해 1차적으로 가열(또는 냉각)된 유체의 온도를 2차적으로 정밀히 조절하여 메인공급라인(8)을 통해 반도체장비로 유체를 공급한다.
제2 보조용기(50b)는 히팅튜브(30)에 열교환유체를 공급하는 보조공급라인(39) 및 히팅튜브(30)로부터 열교환유체를 배출하는 보조배출라인(38)을 통해 히팅튜브(30)에 열교환유체를 순환 공급할 수 있다. 제2 보조용기(50b)는 열교환유체를 1차적으로 가열(또는 냉각)하여 히팅튜브(30)에 공급함으로써, 히팅튜브(30)는 유체의 설정온도까지의 도달시간을 최소화할 수 있다. 제2 메인용기(55a) 및 제2 보조용기(55b)에 대한 설명은 이어지는 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 도 1의 측면도이며, 도 4는 도 3에 도시한 히팅튜브의 단면도이다. 또한, 도 5는 도 3에 도시한 격벽의 배치상태를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 3에 구비된 제어기의 연결상태를 나타내는 도면이다. 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 용기(10)는 수용공간(5)을 가지는 원통 형상일 수 있으며, 유체가 수용공간(5)으로 유입가능하도록 상면 중앙부에 공급홀(11)이 형성될 수 있다. 공급관(15)은 공급홀(11)에 삽입 설치되어 공급관(15)의 하단은 수용공간(5)에 위치하며, 메인연결라인(6)으로부터 공급된 유체는 공급관(15)에 연결되어 수용공간(5) 내로 공급될 수 있다. 제1 용기(10) 내에는 차단판(13)이 구비될 수 있으며, 차단판(13)을 이용하여 공급관(15)을 통해 공급된 유체가 메인연결라인(6)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
수용공간(5) 내에는 복수의 격벽들(20)이 설치될 수 있으며, 격벽들(20)은 제1 용기(10)의 길이방향을 따라 배치되어 수용공간(5)을 복수의 공간으로 구획할 수 있다. 예를 들어, 메인격벽(21)은 수용공간(5)을 상부수용공간(5A) 및 하부수용공간(4A)으로 구획할 수 있으며, 상부격벽(24)은 상부수용공간(5A)에 설치되어 상부수용공간(5A)을 제1 및 제2 상부수용공간(5'a, 5'b))으로 구획할 수 있다. 하부격벽(27)은 하부수용공간(4A)에 설치되어 하부수용공간(4A)을 제1 및 제2 하부수용공간(4'a, 4'b)으로 구획할 수 있다. 한편, 상부격벽(24)과 메인격벽(21) 및 하부격벽(27)은 제1 용기(10)의 내벽에 설치된 돌출돌기들(25) 사이에 이격된 공간에 삽입되어 제1 용기(10)의 내벽에 안정적으로 체결될 수 있다.
또한, 하부연통홀(28)은 하부격벽(27)에 관통형성되어 제1 및 제2 하부 수용공간(4a', 4b')을 연통하며, 메인연통홀(22)은 메인격벽(21)에 관통형성되어 제2 하부 수용공간(4b')과 제1 상부 수용공간(5a')을 연통한다. 상부연통홀(26)은 상부격벽(24)에 관통형성되어 제1 및 제2 상부 수용공간(5a', 5b')을 연통하며, 연통홀들(22, 26, 28)은 각각의 격벽들(20)에 복수로 구비될 수 있다.
격벽(20)은 중앙부에 삽입홀(23)이 형성되며, 공급관(15)은 각각의 삽입홀(23)에 삽입되어 공급관(15)의 하단은 제1 하부수용공간(4a')에 위치하여 유체를 제2 하부수용공간(4a')에 공급할 수 있다. 히팅튜브(30)는 수용공간(5)에 설치되어 수용공간(5)으로 유입된 유체의 온도를 조절할 수 있으며, 공급관(15)을 중심으로 길이방향을 따라 나선형(코일 형태)으로 설치될 수 있다. 히팅튜브(30)는 플루오르수지(fluoroplastics)일 수 있으며, 예를 들어, 테프론(TEFLON)일 수 있다.
히팅튜브(30)의 내부에는 열교환유체가 흐르는 유로(32)가 형성되며, 히터(35)는 유로(32)에 삽입되어 열교환유체를 가열할 수 있다. 히팅튜브(30)에 구비된 히터(35)는 열교환유체를 가열함으로써 제1 용기(10)에 유입된 유체를 설정온도에 도달시킬 수 있다. 열교환유체는 부식성이 없고 끓는점과 비열이 높은 액체를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 물을 사용할 수 있다. 한편, 히터(35)는 히터튜브(36)에 매설되는 구조를 가짐으로써 히터(35)와 열교환유체의 직접적인 접촉을 차단할 수 있으며, 히터튜브(36) 또한, 히팅튜브(30)와 동일한 소재일 수 있다.
히터(35)의 일단부와 타단부는 제1 용기(10) 외부에 배치된 전원(34)에 연결되어 전류를 공급받아 발열할 수 있으며, 히팅튜브(30)의 일단부 및 타단부 또한 보조공급라인(39)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 히팅튜브(30)의 상단은 제1 용기(10) 외부로 돌출될 수 있으며, 히터(35)는 히팅튜브(30)의 외부로 인출되어 전원(34)에 연결될 수 있다. 또한, 보조공급라인(39)은 히팅튜브(30)의 상단에 연결되어 열교환유체를 히팅튜브(30)의 유로(32)에 용이하게 공급할 수 있으며, 열교환유체는 후술하는 제2 보조용기(50b)를 통해 가열(또는 냉각)되어 히팅튜브(30)에 공급될 수 있다. 따라서, 히팅튜브(30)는 제1 용기(10) 내로 유입된 유체를 가열 또는 냉각할 수 있다.
또한, 제1 용기(10)의 바닥면에는 드레인홀(41)에 연결된 드레인배관(42)을 통해 제1 용기(10)에 유입되는 유체를 교체하거나 내부에 잔류하는 유체 또는 불필요한 가스, 이물질 등이 발생할 경우 이들을 외부로 배출할 수 있다. 드레인배관(42) 상에는 별도의 밸브(도시안함)가 설치되어 작업자가 수동 또는 자동으로 개폐시켜 제1 용기(10) 하부로 침강한 불순물 등을 용이하게 배출 가능하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상부연통홀(26)과 메인연통홀(22) 및 하부연통홀(28)은 각각 어긋나도록 배치될 수 있으며, 각각 어긋나도록 배치됨에 따라 불규칙한 난류의 흐름을 가짐으로써 유체와 히터튜브(30)의 접촉시간을 증가시켜 유체의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 상부격벽(24)과 메인격벽(21) 및 하부격벽(27)에 형성된 연통홀들(26, 22, 28)의 형상과 개수는 서로 상이할 수 있으며, 상부격벽(24)과 메인격벽(21) 및 하부격벽(27)은 각각 일체형으로 결합되어 제1 용기(10) 내벽에 지지될 수 있다. 예를 들어, 상부격벽(24)과 메인격벽(21) 및 하부격벽(27)은 각각 나사이음(screw joint)을 통해 결합될 수 있다.
한편, 제1 몸체(10)의 상면에는 온도센서(40)가 구비될 수 있으며, 메인공급라인(8) 상에는 유체의 유량을 측정하는 유량계(45)가 설치될 수 있다. 온도센서(40)는 상부격벽(24)을 통과하여 가열된 유체의 온도를 감지하며, 유량계(45)는 유체의 단위 시간에 흐르는 양을 측정할 수 있다. 유량계(45)는 와류 유량계(와류 유량센서 적용) 또는 초음파 유량계일 수 있으며, 유체의 유속에 의한 초음파의 전파 속도의 변화를 시간차, 위상차, 도플러 효과 등에 의해 검출할 수 있다. 유량계(45)를 통해 유체의 유동를 감지함으로써 후술하는 제어기(49)를 통해 유체가 정체되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제어기(49)는 온도센서(40), 전원(34) 및 보조공급라인(39)에 구비된 밸브(39A)에 각각 연결될 수 있으며, 제어기(49)는 온도센서(40)에 의해 측정된 유체의 온도가 유체의 온도 조건 범위와 비교하여 입력된 수치가 낮을 경우, 전원(34)을 제어하여 히터에 전류를 인가함으로써 히터(35)의 온도를 상승시킨다.
온도센서(40)에 의해 측정된 유체의 온도가 유체의 온도 조건 범위와 비교하여 입력된 수치가 높을 경우, 전원(34)을 제어하여 히터(35)에 인가되는 전류를 차단한 상태에서 밸브(39A)를 개방하여 유로(32)에 열교환유체를 순환함으로써 신속하게 유체의 온도를 하강시킬 수 있다.
또한, 제어기(49)는 메인연결라인(6) 상에 설치된 밸브(3A) 및 유량계(45)와 각각 연결될 수 있으며, 유량계(45)의 수치가 기설정된 값 이하의 신호가 감지된 경우, 밸브(3A)를 개방하여 유체의 유량을 증가시킴으로써 메인공급라인(8)을 통해 배출되는 유체의 유속을 증가시켜 유체가 정체되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 도 3에 도시한 히팅튜브의 배치상태의 변형예이다. 히팅튜브(30)의 권선 회수 및 피치는 목적하는 가열 온도 및 유체의 유속 등을 감안하여 성기거나 조밀하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 히팅튜브(30)는 2개 이상 병렬되도록 다중으로 구성될 수 있으며, 제1 용기(10)의 길이방향(상하방향)을 따라 버티컬(VERTICAL) 타입으로 배치되어 유체를 가열할 수 있다.
도 8은 도 5에 도시한 격벽의 다른 실시예이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 히터(35)는 격벽(20)에 구비될 수 있으며, 연통홀(29)을 통해 유입된 유체는 격벽(20)을 통과하면서 격벽(20)에 구비된 히터(35)에 의해 가열될 수 있다. 따라서, 제1 용기(10)의 길이방향을 따라 복수로 설치된 격벽(20)을 통해 유체의 체류시간을 증가시킴과 동시에 각각의 격벽(20)에 히터(35)가 구비됨으로써 유체를 신속하게 가열할 수 있다.
도 9는 도 3에 도시한 제1 용기의 다른 실시예이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 한편, 제1 용기(10)의 둘레를 따라 재킷(jacket)(80)이 추가로 설치될 수 있으며, 재킷(80)은 제1 용기(10)를 냉각(또는 가열)할 수 있다. 재킷(80)은 제1 용기(10)와 대응되는 원통 형상을 가질 수 있으며, 재킷(80)의 일측에는 냉매(또는 가열매체)가 유입되는 유입구(81)가 형성되고, 재킷(80)의 타측에는 냉매(또는 가열매체)가 외부로 배출되는 배출구(84)가 형성된다.
유입구(81)를 통해 유입된 냉매(또는 가열매체)는 순환통로(83)를 통해 순환하면서 제1 용기(10)를 냉각(또는 가열)하며, 냉각(또는 가열)이 완료되면 배출구(84)를 통해 외부로 배출된다. 즉, 재킷(80)이 제1 용기(10)의 둘레에 설치됨으로써 제1 용기(10)를 냉각(또는 가열)하여 제1 용기(10)에 수용된 유체의 온도를 하강(또는 상승)할 수 있다. 한편, 재킷(80)은 2중으로 설치될 수 있다.
도 10은 도 2에 도시한 제2 메인용기의 측면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제2 용기(50)는 메인연결라인(6)에 연결되어 제1 용기(10)에 유체를 공급한다. 제2 용기(50)는 유체를 수용하는 내부공간(55)을 가지며, 내부공간(55) 내에는 복수의 열전달판들(60)이 설치된다. 열전단판들(60)은 제2 용기(50)의 내벽 일면 및 내벽 일면과 대향되는 대향면에 교대로 설치될 수 있으며, 내부공간(55)으로 공급된 유체는 복수의 차단판(60)에 의해 지그재그 형상의 유동경로를 가질 수 있다.
열전단판들(60)이 제2 용기(50) 내에 설치되어 유체의 지그재그 형태의 유동경로를 제공함으로써 유체의 체류 시간은 증가하며, 유속은 감소한다. 열전달핀(65)은 열전달판(60)의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 구비되어 유체와의 접촉면을 증가시킬 수 있다. 제2 메인용기(50a)는 온도조절부재(70)와 연결될 수 있으며, 온도조절부재(70)는 복수의 열전소자들(75)을 구비한다. 온도조절부재(70)는 내부에 빈 공간이 형성되는 하우징(71), 하우징(71) 내에 배열된 복수의 열전소자들(75) 및 열전소자들(75)을 연결하는 제1 및 제2 전열판(77, 79)을 구비할 수 있다.
한편, 도 2를 통해 전술한 바와 같이, 제2 보조용기(50b)는 히팅튜브(30)에 열교환유체를 공급하는 보조공급라인(39) 및 히팅튜브(30)로부터 열교환유체를 배출하는 보조배출라인(38)을 통해 히팅튜브(30)에 열교환유체를 순환 공급할 수 있다. 즉, 제2 보조용기(50b)는 열교환유체를 1차적으로 가열(또는 냉각)하여 히팅튜브(30)에 공급함으로써, 히팅튜브(30)는 유체의 설정온도까지의 도달시간을 최소화할 수 있으며, 제2 보조용기(50b)의 구조 및 작동과정은 제1 메인용기(50a)와 동일할 수 있다.
열전소자들(75)은 펠티에 효과(Peltier effect)에 의해 가열 또는 냉각이 가능하다. 펠티에 효과란, 2개의 서로 다른 금속으로 된 회로에 전류를 흐를 때 한쪽 접합부는 냉각되고 다른 부위는 가열되는 현상을 의미하며, 이때 전류의 방향을 바꾸면 냉각과 가열이 바뀐다.
열전소자들(75)은 N형 소자(75a)와 P형 소자(75b)가 교대로 배치되며, N형 소자(75a)와 P형 소자(75b)는 제1 전열판(77) 및 제2 전열판(79)을 통해 서로 연결된다. 제1 전열판(77)은 열전소자들(75)의 상측에 연결되며, 제2 전열판(79)은 열전소자들(75)의 하측에 연결된다.
제1 전열판(77)의 일측에는 N형 소자(75a)의 상단이 연결되며, 제1 전열판(77)의 타측에는 P형 소자(75b)의 상단이 연결된다. 제1 전열판(77)의 타측에 연결된 P형 소자(75b)의 하단은 제2 전열판(79)의 일측에 연결되며, 제2 전열판(79)의 타측에는 새로운 N형 소자(75a)가 연결된다. 하우징(71)의 내부에 교대로 배열된 열전소자들(75)은 제1 전열판(77) 및 제2 전열판(79)의 반복에 의해 서로 연결된다.
제1 전열판(77) 및 제2 전열판(79)은 펠티에 효과에 의해 냉각되거나 가열된다. 이때, 제1 및 제2 전열판(77, 79)이 쉽게 냉각되거나 가열이 용이하도록 열전달계수(heat transfer coefficient)가 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 하우징(71) 내의 좌측 끝단에 위치한 N형 소자(75a)의 하단은 좌측 단자(73a)에 연결되며, 하우징(10) 내의 우측 끝단에 위치한 P형 소자(75b)의 하단은 우측 단자(73b)에 연결된다.
좌측 단자(73a) 및 우측 단자(73b)에는 전원(68)이 연결되며, 열전소자들(75)과 제1 및 제2 전열판(77, 79), 그리고 전원(68)은 하나의 폐회로를 형성한다. 이때, 전원(68)은 일방향으로 전류를 인가하는 직류(DC) 전원이 바람직하며, 전원(68)에 제어부(도시안함)가 열결되어 제어부를 통해 전원(68)으로부터 인가되는 전류의 방향을 시계방향 또는 반시계방향으로 전환할 수 있다.
도 11 및 도 12는 도 10에 도시한 온도조절부재의 작동과정을 나타내는 도면이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 제어부를 통해 전원(68)으로부터 시계방향으로 전류를 인가할 경우, 인가된 전류는 좌측 단자(73a)를 통해 N형 소자(75a)에 인가되고, 제1 전열판(77)을 통하여 P형 소자(75b)에 인가되며, 제2 전열판(79)을 통하여 N형 소자(75a)에 인가된다.
제1 전열판(77)을 기준으로 볼 때, 전류는 N형 소자(75a)로부터 P형 소자(75b)로 흐르며, 펠티에 효과에 의해 제1 전열판(77)은 냉각된다. 제2 전열판(79)을 기준으로 볼 때, 전류는 P형 소자(75b)로부터 N형 소자(75a)로 흐르며, 펠티에 효과에 의해 제2 전열판(79)은 가열된다. 따라서, 제1 전열판(77)은 열을 흡수하며, 제2 전열판(79)은 열을 방출함으로 제2 메인용기(50a)를 냉각할 수 있다.
한편, 도 12에 도시한 바와 같이, 제어부를 이용하여 전원(68)으로부터 반시계방향으로 전류를 인가할 경우, 인가된 전류는 우측단자(73b)를 통하여 P형 소자(75b)에 인가되고, 제1 전열판(77)을 통하여 N형 소자(75a)에 인가되며, 제2 전열판(79)을 통하여 P형 소자(75b)에 인가된다.
제1 전열판(77)을 기준으로 볼 때, 전류는 P형 소자(75b)로부터 N형 소자(75a)로 흐르며, 펠티에 효과에 의해 제1 전열판(77)은 가열된다. 제2 전열판(79)을 기준으로 볼 때, 전류는 N형 소자(75a)로부터 P형 소자(75b)로 흐르며, 펠티에 효과에 의해 제2 전열판(79)은 냉각된다. 따라서, 제1 전열판(77)은 열을 방출하며, 제2 전열판(79)은 열을 흡수함으로써 제2 메인용기(50a)를 가열할 수 있다.
도 13 및 도 14는 도 1 및 도 2에 도시한 유체 온도 조절장치의 온도 조절과정을 나타내는 도면이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 유체는 공급관(15)을 통해 제1 하부 수용공간(4'a)으로 공급되며, 공급된 유체는 하부격벽(27), 메인격벽(21) 및 상부격벽(24)에 각각 형성된 연통홀들(29)을 통해 상부로 유동한다.
유체는 히팅튜브(30)에 실장된 히터(35)에 의해 가열되며, 각각의 격벽(20)에 의해 체류시간을 증가시킴으로써 충분한 열교환이 가능하다. 또한, 상부연통홀(26)과 메인연통홀(22) 및 하부연통홀(28)은 각각 어긋나도록 배치됨에 따라 불규칙한 난류의 흐름을 가짐으로써 유체와 히팅튜브(30)의 접촉시간을 증가시켜 유체의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 길이방향을 따라 각각 어긋나게 배치된 연통홀들(29)을 통해 유체의 유량 변동은 완충될 수 있으며, 제1 용기(10)에 유입되는 유체가 혼합물일 경우, 유체의 온도를 조절함과 동시에 균일화도 도모할 수 있다.
한편, 유체의 온도가 설정온도보다 낮은 경우 히터(35)에 전류를 인가하여 열교환유체를 가열함으로써 유체의 온도를 상승시키며, 유체의 온도가 설정온도보다 높을 경우 히터(35)에 인가되는 전류를 차단한 상태에서 제2 보조용기(50b)를 통과한 열교환유체를 순환시켜 유체가 적정온도를 유지할 수 있도록 온도를 조절할 수 있다.
도 14에 도시한 바와 같이, 제2 메인용기(50a)는 유입된 유체를 1차적으로 가열하여 메인연결라인(6)을 통해 제1 용기(10)에 유체를 공급한다. 반도체설비로부터 배출된 유체는 메인배출라인(9)을 통해 제2 메인용기(50a)의 내부공간(55)으로 유동한다. 예를 들어, 메인배출라인(9)을 통해 유입된 유체는 제어부를 이용하여 전류를 반시계방향으로 인가하여 유체의 온도를 상승시키며, 1차적으로 가열된 유체는 메인연결라인(6)을 통해 제1 용기에 공급된다.
또한, 제2 메인용기(50a)에 연결되는 열전소자들(75)을 이용하여 유체 자체 내에 가열 또는 냉각을 야기하도록 교류전류 형태의 전기에너지를 전극으로부터 유체에 직접 인가해 유체의 온도를 조절할 수 있다. 따라서, 전극에 이 교류전류의 인가는 실질적으로 유체의 전기분해 발생을 방지함으로써 유체를 가열함과 동시에 유체의 화학적 간섭을 최소화할 수 있다.
도 15는 도 1 및 도 2에 도시한 유체 온도 조절장치의 연결구조를 나타내는 예시도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 반도체장비(예를 들어, 식각장치 또는 세정장치)를 통해 배출된 유체는 메인배출라인(9)을 통해 제2 메인용기(50a)에 공급된다. 제2 메인용기(50a)에 공급된 유체는 제1 내부공간(55a)을 가지는 제2 메인용기(50a)를 통해 1차적으로 가열(또는 냉각)되며, 가열(또는 냉각)된 유체는 메인연결라인(6)을 통해 제1 용기(10)에 공급된다. 제1 용기(10)의 유입홀(3)로 유입된 유체는 제1 용기(10)의 길이방향을 따라 복수로 설치된 격벽(20)을 통해 유체의 체류시간을 증가시킴과 동시에 각각의 히팅튜브(30)를 통해 신속하게 가열(또는 냉각)되며, 가열(또는 냉각)된 유체는 배출홀(7)로 배출되어 메인공급라인(8)을 통해 반도체장비로 공급된다.
또한, 히팅튜브(30)의 공급홀(33)에 연결되어 열교환유체에 공급하는 보조공급라인(39) 및 히팅튜브(30)의 회수홀(37)에 연결되어 열교환유체를 배출하는 보조배출라인(38)은 제2 내부공간(55b)을 가지는 제2 보조용기(50b)에 연결되며, 제2 보조용기(50b)를 통해 가열(또는 냉각)되어 순환될 수 있다. 제2 보조용기(50b)는 앞서 설명한 제2 메인용기(50a)와 동일한 구조를 가지며, 제어부를 통해 각각 온도조절을 제어할 수 있다.
예를 들어, 설정온도구간에 근접한 유체의 온도는 제2 보조용기(50b)를 통해 가열된 열교환유체의 온도와 대응될 수 있으며, 히터(35)를 통해 유체의 정밀한 온도를 2차적으로 제어할 수 있다. 즉, 열교환유체를 순환시킬 경우, 히팅튜브(30)는 열교환유체와의 열교환에 의해 가열(또는 냉각)되어 유체를 신속하게 가열(또는 냉각)할 수 있다.
즉, 본 발명은 제1 용기(10)에 유입된 유체를 소정의 온도로 상승시키는 데 충분한 체류 시간을 부여함으로써 히팅튜브(30)로부터의 복사열을 효율적으로 유체를 가열(또는 냉각)할 수 있다. 또한, 히팅튜브(30) 내부에 구비된 히터(35)는 유체와 격리되어 직접 접촉을 차단하여 유체 오염을 최소화한 상태에서 정확한 온도를 유지하여 공급함으로써 가열(또는 냉각)된 유체가 사용되는 공정의 오염을 방지할 수 있다.
특히, 유체는 제2 메인용기(50a)를 통해 1차적으로 가열된 상태로 제1 용기(10)에 공급될 경우, 초기 기동시의 승온속도를 향상시킴으로써 반도체장비에 공급되는 유체의 설정온도까지 도달시간을 최소화할 수 있다. 따라서, 생산되는 제품 불량을 미연에 방지하고 반도체공정 시간을 절약하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 설정온도에 매우 정확하게 조절이 가능하며, 소비 전력량 절감에 따른 제조원가 감소에 기인할 수 있다.
상기와 같이 설명한 유체 온도 조절장치는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
3 : 메인라인 5 : 수용공간
8 : 배출라인 10 : 제1 용기
15 : 공급관 20 : 격벽
30 : 히팅튜브 32 : 유로
35 : 히터 39 : 보조공급라인
40 : 온도센서 42 : 드레인배관
45 : 유량계 50 : 제2 용기
55 : 내부공간 60 : 열전달판
65 : 열전달핀 70 : 온도조절부재
75 : 열전소자 77 : 제1 전열판
79 : 제2 전열판

Claims (12)

  1. 수용공간을 가지며, 유체가 유입되는 유입홀 및 상기 유체가 배출되는 배출홀이 구비되는 제1 용기;
    상기 수용공간에 설치되어 상기 용기의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 수용공간으로 유입된 상기 유체의 온도를 조절하는 히팅튜브;
    상기 수용공간에 설치되어 상기 수용공간을 상부 및 하부 수용공간으로 구획하며, 상기 상부 및 하부 수용공간을 연통하는 메인연통홀을 구비하는 메인격벽;
    상기 제1 용기에 공급되는 상기 유체를 수용하는 내부공간을 가지는 제2 용기; 및
    상기 제2 용기의 일면에 설치되며, 복수의 열전소자들을 포함하는 온도조절부재를 포함하는, 유체 온도 조절장치.
  2. 수용공간을 가지며, 유체가 유입되는 유입홀 및 상기 유체가 배출되는 배출홀이 구비되는 제1 용기;
    상기 수용공간에 설치되어 상기 용기의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 수용공간으로 유입된 상기 유체의 온도를 조절하는 히팅튜브; 및
    상기 수용공간에 설치되어 상기 수용공간을 상부 및 하부 수용공간으로 구획하며, 상기 상부 및 하부 수용공간을 연통하는 메인연통홀을 구비하는 메인격벽을 포함하되,
    상기 히팅튜브는,
    내부에 열교환유체가 흐르는 유로가 형성되며, 상기 유로에 삽입되어 상기 열교환유체를 가열하는 히터를 구비하는, 유체 온도 조절장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히팅튜브는 플루오로수지인, 유체 온도 조절장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유체 온도 조절장치는,
    상기 상부 수용공간에 설치되어 상기 상부 수용공간을 제1 및 제2 상부 수용공간으로 구획하며, 상기 제1 및 제2 상부 수용공간을 연통하는 상부연통홀을 구비하는 상부격벽; 및
    상기 하부 수용공간에 설치되어 상기 하부 수용공간을 제1 및 제2 하부 수용공간으로 구획하며, 상기 제1 및 제2 하부 수용공간을 연통하는 하부연통홀을 구비하는 하부격벽을 더 포함하는, 유체 온도 조절장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부연통홀과 상기 메인연통홀 및 상기 하부연통홀은 각각 어긋나도록 배치되는, 유체 온도 조절장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체 온도 조절장치는,
    상기 유입홀에 삽입연결되어 외부로부터 공급된 상기 유체를 공급하는 공급라인;
    상기 공급라인상에 연결되어 상기 유체의 공급량을 조절하는 밸브;
    상기 배출홀에 삽입연결되어 상기 제1 용기로부터 상기 유체를 외부로 배출하는 배출라인;
    상기 배출라인에 설치되어 상기 유체의 유량을 측정하는 유랑계; 및
    상기 유량계 및 상기 밸브에 연결되어 상기 유량계로부터 감지된 신호에 따라 상기 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하는, 유체 온도 조절장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유입홀 및 상기 배출홀은 상부 수용공간에 형성되며,
    상기 유체 온도 조절장치는,
    상기 격벽에 관통형성된 삽입홀에 삽입되어 상기 유입홀로부터 유입된 상기 유체를 상기 하부 수용공간으로 공급하는 공급관을 더 포함하는, 유체 온도 조절장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유체 온도 조절장치는,
    상기 제2 용기의 일면 내벽 및 타면 내벽에 교대로 설치되어 상기 제2 용기의 타면 내벽 및 일면 내벽으로부터 이격되며, 상기 유체의 유동경로를 연장하는 열전달판; 및
    상기 열전달판의 길이방향을 따라 이격되어 복수로 설치되는 열전달핀을 더 포함하되,
    상기 열전소자들은 상기 제2 용기의 일면 외벽을 따라 나란하게 제공되는, 유체 온도 조절장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온도조절부재는,
    상기 열전소자들의 일측이 각각 연결되는 제1 전열판들;
    상기 열전소자들의 타측이 각각 연결되는 제2 전열판들; 및
    상기 열전소자들에 전류를 인가하는 전원을 구비하는, 유체 온도 조절장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열전소자들은 복수의 N형 소자들과 복수의 P형 소자들을 포함하며,
    상기 제1 전열판의 일측은 상기 N형 소자들 중 어느 하나에 연결되고 상기 제1 전열판의 타측은 상기 P형 소자들 중 어느 하나에 열결되며,
    상기 전원으로부터 인가된 전류가 상기 제1 전열판에 연결된 상기 N형 소자로부터 상기 제1 전열판에 연결된 상기 P형 소자로 흐를 경우 상기 제1 전열판은 냉각되며, 상기 전원으로부터 인가된 전류가 상기 제1 전열판에 연결된 상기 P형 소자로부터 상기 제1 전열판에 연결된 상기 N형 소자로 흐를 경우 상기 제1 전열판은 가열되는, 유체 온도 조절장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체 온도 조절장치는,
    상기 제1 용기에 설치되어 상기 배출홀의 입구측에 위치하며, 상기 배출홀을 향해 이동하는 상기 유체의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하는, 유체 온도 조절장치.
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