KR101618450B1 - 반도체 설비용 온도 조절 장치 - Google Patents
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Abstract
개시된 본 발명에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치는, 공정 챔버(110)에 쿨런트를 공급 및 회수하여 온도 조절을 하는 장치에 관한 것으로서, 공정 챔버(110)에서 가열 또는 냉각된 쿨런트를 냉각수(PCW)와 열교환시키는 동시에 상기 쿨런트를 가열시키는 가열·냉각 일체형 열교환기(200), 공정 챔버(110)에서 배출된 쿨런트를 회수하여 상기 가열·냉각 일체형 열교환기(200)를 거친 후 다시 공정 챔버(110)로 공급하는 펌프(130), 및 공정 챔버(110)로 공급되는 쿨런트의 온도를 제어하는 제어기(170)를 포함한다. 이에 의하면 열교환기(냉각용 열교환기)와 히터(가열용 열교환기)가 일체화된 기능을 갖는 가열·냉각 일체형 열교환기를 적용함으로써 전체 장치가 단순해지고 콤팩트해지며, 또한 이에 따라 쿨런트 배관라인 및 냉각수 배관라인이 짧게 구현할 수 있어, 결국 장치의 설치면적을 줄일 수 있어 설치 및 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체 설비용 온도 조절 장치에 관한 것이다.
반도체를 제조하기 위한 반도체 설비들은 각각의 공정을 수행할 수 있도록 독자적인 구성을 갖고 있으며, 각 설비들은 설정된 공정 환경에 맞도록 정밀하게 설계되어야 한다.
예를 들어 기판 상에 박막을 증착하는 증착 공정이나, 기판 또는 박막의 에칭을 실시하는 에칭 공정 등의 고온공정에서는 공정이 진행되는 공정 챔버의 공정 온도를 정밀하게 유지하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 공정 챔버의 월(wall) 또는 척(chuck) 내부에 쿨런트(coolant)가 흐를 수 있는 순환 배관이 구비되고, 온도 조절 장치는 순환 배관과 연결되어 공정 챔버 내부에 적절하게 냉각 또는 가열된 고온의 냉각유체를 공급하여 온도를 제어하게 된다.
도 1은 일반적인 고온공정에서의 온도 조절 장치를 나타낸 것이다. 온도 조절 장치(30)는 공정 챔버(10) 내부를 순환하는 쿨런트가 저장되는 저장탱크(31), 공정 챔버(10)를 거친 쿨런트와 별도의 냉각수 탱크(또는 외부)에서 유입된 냉각수(PCW:Process Cooling Water)를 열교환시키는 열교환기(37), 쿨런트를 순환시키는 펌프(33)를 포함한다. 그리고 쿨런트 순환배관(60)은 저장탱크(31)에서 나와 공정 챔버(10)를 거쳐 열교환기(37)로 유입되어 열교환한 후 다시 저장탱크(31)로 유입되는 쿨런트의 경로를 나타내고, 냉각수 순환배관(50)은 냉각수 탱크(또는 외부)에서 유입된 냉각수가 열교환기(37)를 거쳐 다시 외부로 나가는 냉각수의 경로를 나타낸다. 한편 미설명된 도면부호 '34, 35'는 온도센서를, '36'은 유량센서를 각각 나타낸 것이다.
저장탱크(31) 내부의 쿨런트는 히터(32)에 의하여 일정 온도로 가열된 후 공정 챔버(10)에 공급된다.
예컨대, 플라즈마화학증착기(PECVD)와 같은 증착 공정 챔버 내부에는 별도의 가열 수단, 예컨대, 기판을 지지하는 서셉터 내에 가열 수단이 설치되며, 가열 수단에 의해 공정 챔버(10) 내부의 온도가 계속 상승한다. 그런데, 공정 챔버(10) 내부의 온도가 공정 온도 이상으로 너무 높게 상승하게 되면, 상기 공정 챔버(10) 내부의 부품 특히, 가열 수단 주변의 부품이 고온의 열에 의해 손상되는 문제가 발생 된다. 이에, 공정 챔버(10)가 소정 온도 이상으로 상승하지 않도록 냉각시키기 위한 쿨런트를 공급하는데, 상온과 같은 너무 낮은 쿨런트의 온도는 공정 챔버(10)와의 온도 차이가 너무 크기 때문에 공정 챔버(10) 및 그 내부의 부품을 손상시키는 문제를 유발시킬 수 있어 적당하지 않다. 따라서, 저장탱크(31)에서 쿨런트를 소정의 온도로 가열하고, 이를 공정 챔버(10) 내로 공급하여 순환시킴으로써, 상기 공정 챔버(10)를 냉각시킨다.
또한, 에처(etcher) 장치와 같은 공정 챔버(10) 내부에는 기판을 안치하는 서셉터에 별도의 가열 수단을 설치하지 않을 수 있다. 그러나, 공정 챔버(10) 내부의 온도가 너무 낮으면, 공정 가스로 인한 반응 부산물들이 응고되어 파우더(powder)가 되고, 이는 불순물로 작용할 수 있다. 따라서, 공정 챔버(10) 내에 파우더가 발생되지 않도록 상기 공정 챔버(10)가 소정의 온도 이상을 유지하도록 보온할 필요가 있는데, 이를 위해 저장탱크(31)서 쿨런트를 가열하고 공정 챔버(10) 내로 공급하여 순환시킴으로써, 공정 챔버(10)를 보온한다.
공정 챔버(10)에서 고온공정이 진행되어 고온으로 상승하게 되며, 따라서 공급된 쿨런트는 공정 챔버(10)에서 가열되어 열교환기(37)로 유입되어 냉각수와 열교환된 후 다시 저장탱크(31)로 유입되게 된다.
이와 같은 종래의 온도 조절 장치는 아래와 같은 문제점이 있다.
첫째, 저장탱크 내에 히터가 설치되고 이 히터에 의해 쿨런트는 가열되는데, 저장탱크에 저장된 쿨런트를 가열하기 위해서는 많은 양의 전력이 소모되며, 이에 따라 유지비용이 증가되는 문제점이 있다.
둘째, 종래와 같이 쿨런트에 히터를 투입하여 가열하는 직접 가열 방식은 투입 히터의 성능을 좋게 하기 위해 전력밀도를 높이는 경우 히터를 콤팩트하게 제작하는 것이 불가능하게 된다. 직접 가열 방식에서 투입히터를 콤팩트하게 제작하고 전력밀도를 높이게 되면, 냉매에 히터가 직접 닿게 되어 표면의 고열 발열로 인해 탄화(carbonization) 현상이 발생되고 또한 냉매의 증발이 심하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
셋째, 일부 고온공정의 경우 공정 챔버의 온도를 예컨데 300~400℃로 유지하게 위해 쿨런트의 온도를 대략 150℃로 공급하고, 공정 챔버를 거친 쿨런트의 온도는 대략 200℃ 정도가 되어 열교환기로 유입된다. 그런데 열교환기에 공급되는 냉각수(PCW)의 온도는 보통 상온인 20~25℃ 정도이므로, 열교환기에서는 열교환이 일어나는 쿨런트와 냉각수 간의 온도차이가 크게 되며, 이렇게 열교환 유체간의 온도차이가 큰 경우 열교환기 내부에는 부식 또는 크랙이 발생하여 열교환기가 손상되는 문제점이 발생한다. 일반적으로 온도 조절 장치에 적용되는 열교환기는 열교환 효율을 높이기 위해 몸체 내부에 두께가 얇은 판형 또는 이중관 형태의 용접형 열교환기를 사용하는데, 상기한 바와 같이 열교환 유체간의 온도차이가 큰 경우 상기 용접부(브래이징 접합부)에 부식 또는 크랙이 발생하게 되며, 이러한 문제점은 열교환기 내부로 유체가 계속 흐르기 때문에 더욱 커지게 된다.
이러한 점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허공보 제10-0906629호(2009.07.10. 공개)에는 공정 챔버에서 나와 열교환기를 거친 쿨런트가 상기 저장탱크로 유입되지 않고 다시 순환하도록 하여 저장탱크 내의 쿨런트가 상온 또는 중온을 유지할 수 있도록 하여 저장탱크 내부의 냉각유체가 증발되는 것을 최소화하고, 그에 따라 히터(가열용 열교환기)를 쿨런트 배관 라인 상에 설치하여 쿨런트의 가열 시간을 단축하는 동시에 직접 가열식 히터의 단점을 보완할 있는 이점이 있다.
또한 열교환 하는 쿨런트와 냉각수(PCW)를 한 몸체의 내부에서 순환하도록 하는 대신, 쿨런트가 내부를 흐르는 몸체와 냉각수(PCW)가 내부를 흐르는 몸체를 서로 결합하여 열교환하는 간접방식의 열교환기를 적용하여, 열교환 유체 간의 온도차이가 큰 경우 기존의 판형 열교환기 내부의 부식 또는 크랙으로 인한 손상 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 상기 선행기술에 개시된 온도 조절 장치의 경우 여전히 부피가 큰 문제점이 발생하고, 따라서 쿨런트의 순환배관의 길이가 길어지게 된다. 즉 공정 챔버를 빠져나온 쿨런트는 열교환기(냉각용 열교환기)를 거쳐 히터(가열용 열교환기)를 통과하게 되어 구조적으로 쿨런트의 순환배관 라인이 길어지는 문제점을 내포하고 있다. 쿨런트의 순환배관과 냉각수 순환배관의 라인이 길어짐에 따라 결국 설치면적이 증가되고 이는 설치 및 제조비용의 상승을 가져오는 문제점이 있으며, 또한 순환배관을 경유하는 쿨런트의 유동시간이 길어짐에 따라 공정 챔버로 유입되는 동안 쿨런트의 온도가 떨어지게 되어 결국 온도 제어 정밀성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 장치 전체를 콤팩트하게 구현하고 쿨런트 순환배관과 냉각수 순환배관을 짧게 하도록 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치는, 공정 챔버(110)에 쿨런트를 공급 및 회수하여 온도 조절을 하는 장치에 관한 것으로서, 상기 공정 챔버(110)에서 가열 또는 냉각된 쿨런트를 냉각수(PCW)와 열교환시키는 동시에 상기 쿨런트를 가열시키는 가열·냉각 일체형 열교환기(200); 상기 공정 챔버(110)에서 배출된 쿨런트를 회수하여 상기 가열·냉각 일체형 열교환기(200)를 거친 후 다시 공정 챔버(110)로 공급하는 펌프(130); 및, 상기 공정 챔버(110)로 공급되는 쿨런트의 온도를 제어하는 제어기(170)를 포함한다.
상기 가열·냉각 일체형 열교환기(200)는, 내부에 상기 쿨런트가 순환하는 쿨런트 유로와 상기 냉각수(PCW)가 순환하는 유로가 구획되어 상기 쿨런트와 냉각수가 서로 열교환 하도록 하며, 상기 쿨런트 유로가 서로 대면하도록 설치되는 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230), 및 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 사이에 길이방향으로 복수개 배치되며 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 상기 쿨런트 유로가 형성되는 일측면과 접촉하도록 배치되는 질화규소 히터(250)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각은, 상면과 하면 및 네 개의 측면을 갖는 육면체 형상을 가지며, 상면 또는 하면 중 적어도 일측면이 상기 질화규소 히터(250)와 접촉되고, 구획판에 의해 내부가 상기 쿨런트 유로와 냉각수 유로로 구분되는 몸체(211), 상기 몸체(211)의 제1측면 및 상기 제1측면과 마주보는 제2측면에 각각 형성되며, 냉각수 순환배관(150)과 연통되어 냉각수가 상기 몸체(211)로 유출입되기 위한 냉각수 유입구(216) 및 냉각수 유출구(217), 및 상기 몸체(211)의 제3측면의 일측 및 타측에 각각 형성되거나, 또는 제3측면 및 상기 제3측면과 마주보는 제4측면에 각각 형성되며, 쿨런트 순환배관(140)과 연통되어 쿨런트가 상기 몸체(211)로 유출입되기 위한 쿨런트 유입구(218) 및 쿨런트 유출구(219)를 포함한다.
상기 가열·냉각 일체형 열교환기(200)는, 상기 냉각수 유입구(216)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제1측면에 결합하며, 일단부에 상기 냉각수 순환배관(150)과 연결되는 냉각수 인렛(262)이 설치되고 상기 냉각수 인렛(262)을 통해 유입된 냉각수를 분기시켜 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 냉각수 유입구(216)로 공급하는 냉각수 유입 블럭(260), 상기 냉각수 유출구(217)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제2측면에 결합하며, 일단부에 상기 냉각수 순환배관(150)과 연결되는 냉각수 아웃렛(272)이 설치되고 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 냉각수 유출구(217)를 통해 유출된 냉각수를 합쳐서 상기 냉각수 아웃렛(272)을 통해 배출하는 냉각수 유출 블럭(270), 상기 쿨런트 유입구(218)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제3측면의 일측에 결합하며, 일단부에 상기 쿨런트 순환배관(140)과 연결되는 쿨런트 인렛(282)이 설치되고 상기 쿨런트 인렛(282)을 통해 유입된 쿨런트를 분기시켜 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 쿨런트 유입구(218)로 공급하는 쿨런트 유입 블럭(280), 및 상기 쿨런트 유출구(219)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제3측면의 타측 또는 제4측면에 결합하며, 일단부에 상기 쿨런트 순환배관(140)과 연결되는 쿨런트 아웃렛(292)이 설치되고 제1 및 제2 열교환 블럭(290) 각각의 쿨런트 유출구(219)를 통해 유출된 쿨런트를 합쳐서 상기 쿨런트 아웃렛(292)을 통해 배출하는 쿨런트 유출 블럭(290)을 더 포함한다.
본 발명에 의하면 열교환기(냉각용 열교환기)와 히터(가열용 열교환기)가 일체화된 기능을 갖는 가열·냉각 일체형 열교환기를 적용함으로써 전체 장치가 단순해지고 콤팩트해지며, 또한 이에 따라 쿨런트 배관라인 및 냉각수 배관라인이 짧게 구현할 수 있어, 결국 장치의 설치면적을 줄일 수 있어 설치 및 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 온도 조절 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치의 가열·냉각 일체형 열교환기의 결합 사시도,
도 4는 도 3의 분해 사시도,
도 5는 도 4의 제1(2) 열교환 블럭의 사시도로써 냉각수 조립식 커버가 제거된 상태의 도면,
도 6은 도 5의 반대측에서 본 제1(2) 열교환 블럭의 사시도,
도 7은 도 6에서 쿨런트 브레이징 커버가 제거된 상태의 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치의 가열·냉각 일체형 열교환기의 결합 사시도,
도 4는 도 3의 분해 사시도,
도 5는 도 4의 제1(2) 열교환 블럭의 사시도로써 냉각수 조립식 커버가 제거된 상태의 도면,
도 6은 도 5의 반대측에서 본 제1(2) 열교환 블럭의 사시도,
도 7은 도 6에서 쿨런트 브레이징 커버가 제거된 상태의 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치의 구성도이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 반도체 설비용 온도 조절 장치(100)는 공정 챔버(110)에 쿨런트를 공급 및 회수하여 온도 조절을 하는 장치에 관한 것으로서, 공정 챔버(110)에서 가열 또는 냉각된 쿨런트를 냉각수(PCW)와 열교환시키는 동시에 상기 쿨런트를 가열시키는 가열·냉각 일체형 열교환기(200), 공정 챔버(110)로 공급되는 쿨런트의 온도를 제어하는 제어기(170), 쿨런트를 순환시키기 위한 펌프(130)를 포함한다. 도면상의 굵은 실선은 쿨런트가 순환하는 경로인 쿨런트 순환배관(140)을 나타낸 것이고, 얇은 실선은 냉각수(PCW)가 순환하는 경로인 냉각수 순환배관(150)을 나타낸 것이다.
펌프(130)는 쿨런트 순환배관(130)의 경로 상에 설치되어 공정 챔버(110)에서 배출된 쿨런트를 회수하여 가열·냉각 일체형 열교환기(200)를 거친 후 다시 공정 챔버(110)로 공급하도록 한다. 한편, 저장탱크(120)는 내부에 쿨런트를 저장하며 쿨런트 순환배관(140)에 쿨런트를 보충, 공급하도록 한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의한 반도체 설비용 온도 조절 장치(100)에 의하면, 기존에 공정 챔버를 거친 쿨런트와 냉각수(PCW)를 열교환시키기 위한 열교환기(냉각용 열교환기)와, 열교환기를 거친 쿨런트를 적정 온도로 가열하여 공정 챔버로 공급하는 히터(가열용 연교환기)가 별도로 설치되는 것과 달리, 열교환기(냉각용 열교환기)와 히터(가열용 열교환기)가 일체화된 기능을 갖는 가열·냉각 일체형 열교환기(200)를 적용함으로써 전체 장치가 단순해지고 콤팩트해지며, 또한 이에 따라 쿨런트 배관라인 및 냉각수 배관라인이 짧게 구현할 수 있는 이점이 있다.
이하 가열·냉각 일체형 열교환기(200)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 가열·냉각 일체형 열교환기(200)의 결합 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 가열·냉각 일체형 열교환기(200)는 서로 대면하도록 배치되는 제1 열교환 블럭(210)과 제2 열교환 블럭(230), 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 사이에 길이방향으로 복수 개 배치되는 질화규소 히터(250), 냉각수 순환배관(150)과 연결되는 냉각수 유입 블럭(260)과 냉각수 유출 블럭(270), 쿨런트 순환배관(140)과 연결되는 쿨런트 유입 블럭(280)과 쿨런트 유출 블럭(290)을 포함한다.
제1 열교환 블럭(210)과 제2 열교환 블럭(230)은 동일한 구조를 가지며, 내부에 쿨런트가 순환하는 경로인 쿨런트 유로와 냉각수가 순환하는 경로인 냉각수 유로가 구획판(미도시)에 의해 서로 구획되게 설치된다. 그리고, 제1 열교환 블럭(210)과 제2 열교환 블럭(230)은 쿨런트 유로가 서로 대면하도록 설치된다. 질화규소 히터(250)는 이 쿨런트 유로가 형성되는 제1 열교환 블럭(210) 및 제2 열교환 블럭(230)의 일측면 사이에 접촉하도록 설치된다. 따라서, 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 내부의 쿨런트 유로를 순환하는 쿨런트는 냉각수 유로를 순환하는 냉각수(PCW)가 열교환하여 냉각되는 동시에, 상기 질화규소 히터(250)와 열교환하여 가열되게 된다. 본 발명의 실시예에 의하면 질화규소 히터(250)가 6개 배치되는 것이 예시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 열교환기의 용량, 가열 온도 등에 따라 적절한 수가 배치될 수 있다.
질화규소 히터(250)는 발열원이 발열본체에 매립되는 구조이고, 발열원 일단에는 전원 투입을 위한 리드선(252)이 연결된다. 이 리드선(252)은 브라켓(253)에 의해 보호되며, 상기 브라켓(253)은 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230)에 형성된 지지홈(213)에 삽입 및 안착되어 고정되게 된다. 질화규소 히터(250)의 발열원은 보통 텅스텐 필라멘트이고, 발열본체는 질화규소, 알루미나, 이트리아, 질화 알루미늄 등으로 배합된 재료가 압축 성형되어 이루어진 것으로써, 이러한 질화규소 히터(250)는 고온에서의 기계적 강도가 높고 안정성이 뛰어나며 열팽창 계수가 작아 내열 충격에 강하고, 내산성 및 절연성이 우수한 이점이 있다.
상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각은 동일한 구조를 가지므로, 이하 제1 열교환 블럭(210)에 대해서만 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 제1 열교환 블럭(210)은 몸체(211)와, 몸체(211) 내부에 구획판에 의해 상하 높이 방향으로 구분되는 냉각수 유로와 쿨런트 유로, 몸체(211)의 외측면에 형성되는 냉각수 유입구(216) 및 냉각수 유출구(217), 몸체(211)의 외측면에 형성되는 쿨런트 유입구(218) 및 쿨런트 유출구(219)를 포함한다. 도 5는 도 4의 제1 열교환 블럭(210)에서 냉각수 조립식 커버(221)가 제거된 상태의 사시도이고, 도 6은 도 5의 제1 열교환 블럭(210)을 180°뒤집은 상태의 사시도이고, 도 7은 도 6의 제1 열교환 블럭(210)에서 쿨런트 브레이징 커버(222)가 제거된 상태의 사시도이다.
몸체(211)는 상면과 하면 및 네 개의 측면을 갖는 육면체 형상을 가지고, 구획판(미도시)에 의해 내부가 높이방향으로 쿨런트 유로와 냉각수 유로로 구분된다. 도면상으로 제1 열교환 블럭(210)의 경우 몸체(211)의 상부 내부공간에 냉각수 유로가 형성되고 하부 내부공간에 쿨런트 유로가 형성되고, 제2 열교환 블럭(230)의 경우 몸체의 상부 공간에 쿨런트 유로가 형성되고 하부 내부공간에 냉각수 유로가 형성된다. 따라서 제1 열교환 블럭(210)의 경우 도면상에서 몸체(210)의 하면이 질화규소 히터(250)와 접촉되고, 제2 열교환 블럭(230)의 경우 도면상에서 몸체의 상면이 질화규소 히터(250)와 접촉하게 된다.
냉각수 유입구(216) 및 냉각수 유출구(217)는 몸체(211)의 제1측면 및 상기 제1측면과 마주보는 제2측면에 각각 형성되어 냉각수가 몸체(211)로 유출입되도록 한다. 쿨런트 유입구(218) 및 쿨런트 유출구(219)는 몸체(211)의 제3측면의 일측 및 타측에 각각 형성되어 쿨런트가 상기 몸체(211)로 유출입되도록 한다. 본 발명의 실시예에 의하면 쿨런트 유입구(218)와 쿨런트 유출구(219)가 몸체의 같은 측면(제3측면)에 형성되는 것이 예시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 서로 반대측면 즉, 쿨런트 유입구(218)는 몸체의 제3측면에 형성되고 쿨런트 유출구(219)는 마주보는 몸체(211)의 제4측면에 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이 몸체(211) 내부에서 냉각수 유로는 좌우 2개로 분리된다. 따라서, 각각의 유로에 냉각수가 분기되어 유입 및 유출되도록 냉각수 유입구(216)와 냉각수 유출구(217) 역시 복수 개 형성되는데, 도시된 바와 같이 본 실시예에 의하면 냉각수 유입구(216) 및 냉각수 유출구(217)는 모두 4쌍이 설치되어 하나의 유로에 2쌍의 유입구 및 유출구를 구비하며, 또한 각각의 쌍에는 4개의 유입구 및 유출구가 형성된다. 그리고 도시된 바와 같이 쿨런트 유입구(218) 및 쿨런트 유출구(219)는 각각 한 개씩 형성된다.
몸체(211) 내부의 쿨런트 유로에는 코러게이트 핀(corrugate fin, 226)을 브레이징 접합하고, 냉각수 유로에는 사각핀(226)을 가공하여 부착하는 것이 바람직하다.
한편, 냉각수 유로를 덮는 상기 몸체(211)의 상면은 탈부착 가능하게 결합되는 냉각수 조립식 커버(221)가 적용된다. 냉각수 조립식 커버(221)가 탈부착 가능하게 결합 즉, 조립식 형태로 제작되므로 장시간 사용시 냉각수(PCW)의 이물질로 인한 막힘이나 파손 등의 점검을 할 수 있는 이점이 있다. 한편, 쿨런트 유로를 덮는 상기 몸체(211)의 하면은 브레이징 접합으로 고정 결합되는 쿨런트 브레이징 커버(222)가 적용된다.
냉각수 유입 블럭(260)은 상기 냉각수 유입구(216)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제1측면에 결합하며, 일단부에 냉각수 순환배관(150)과 연결되는 냉각수 인렛(262)이 설치된다. 냉각수 유입 블럭(260)은 냉각수 인렛(262)을 통해 유입된 냉각수를 분기시켜 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 냉각수 유입구(216)로 공급하게 된다. 한편 냉각수 유입구(216)가 모두 4쌍(한 쌍에 4개)이므로 냉각수 인렛(262) 역시 4개가 구비된다.
마찬가지로 냉각수 유출 블럭(270)은 냉각수 유출구(217)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제2측면에 결합하며, 일단부에 냉각수 순환배관(150)과 연결되는 냉각수 아웃렛(272)이 설치된다. 냉각수 유출 블럭(270)은 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 냉각수 유출구(217)를 통해 유출된 냉각수를 합쳐서 상기 냉각수 아웃렛(272)을 통해 배출하게 된다. 마찬가지로 냉각수 유출구(217)가 모두 4쌍(한 쌍에 4개)이므로 냉각수 아웃렛(272) 역시 4개가 구비된다.
쿨런트 유입 블럭(280)은 쿨런트 유입구(218)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제3측면의 일측에 결합하며, 일단부에 쿨런트 순환배관(140)과 연결되는 쿨런트 인렛(282)이 설치된다. 쿨런트 유입 블럭(280)은 쿨런트 인렛(282)을 통해 유입된 쿨런트를 분기시켜 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 쿨런트 유입구(218)로 공급하게 된다.
마찬가지로 쿨런트 유출 블럭(290)은 쿨런트 유출구(219)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제3측면의 타측에 결합하며, 일단부에 쿨런트 순환배관(140)과 연결되는 쿨런트 아웃렛(292)이 설치된다. 쿨런트 유출 블럭(290)은 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 쿨런트 유출구(219)를 통해 유출된 쿨런트를 합쳐서 상기 쿨런트 아웃렛(292)을 통해 배출하게 된다.
다시 도 2를 참조하면, 냉각수 순환배관(150)과 쿨런트 순환배관(140) 상에는 복수의 온도센서, 유량센서, 압력센서, 밸브 등이 설치되고, 제어기(170)는 이들 구성요소들과 연결되어 각종 정보를 수신하여 장치의 동작을 전반적으로 제어하게 된다.
한편, 냉각수 순환배관(150) 상의 가열·냉각 일체형 열교환기(200)의 유입단(전단)에는 니들 밸브(needle valve) 타입의 미세유량 컨트롤 밸브(160)가 설치된다.
상기 제어기(170)는 쿨런트 순환배관(140) 상의 공정 챔버(110)의 유입단에 설치되는 쿨런트 유입 온도센서(142)로부터 감지된 쿨런트의 유입 온도 정보를 수신하고, 이를 이용하여 상기 미세유량 컨트롤 밸브(160)를 제어하여 가열·냉각 일체형 열교환기(200)의 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230)으로 유입되는 냉각수(PCW)의 유량을 조절하는 동시에 상기 질화규소 히터(250)의 발열량을 조절함으로서, 상기 공정 챔버(110)로 공급되는 쿨런트의 온도를 정밀 제어하게 된다.
종래의 히터(가열용 열교환기)와 열교환기(냉각용 열교환기)가 따로 배치되는 온도 조절 장치의 경우, 쿨런트 설정 온도에 따라서 냉각수(PCW)의 유량을 조절하는 유량 컨트롤 밸브를 일정유량으로 고정한 상태에서 히터를 PID 제어하여 쿨런트의 온도를 제어하였다. 여기서 상기 냉각수 유량컨트롤 밸브가 볼밸브 타입으로 완전히 닫힌 상태에서 약간만 열어도 유량이 급격이 증가하게 되므로, 냉각수와 열교환하는 쿨런트의 냉각이 빨리 되는 즉, 쿨런트가 급격이 냉각되는 문제점이 있다. 왜냐하면 냉각수(PCW)의 온도가 쿨런트보다 상대적으로 저온(20~25℃)이기 때문이다. 이러한 문제점으로 인해, 두 유체(쿨런트와 냉각수) 간의 온도차이가 커지므로 정밀 온도제어에 어려움이 있고 전술한 판형 열교환기의 파손이나 부식의 문제가 있으며, 또한 히터의 발열량을 높여야 하므로 전력 소비가 많은 문제점이 있다.
그러나 본 발명에 의하면, 미세유량을 조절할 수 있는 니들 밸브 타입의 미세유량 컨트롤 밸브(160)를 적용하여, 유량 재현성, 직진성, 반복성을 추구하여 정밀 온도를 제어할 수 있는 이점이 있다. 따라서 질화규소 히터(250)와 미세유량 컨트롤 밸브(160)의 유량 조절만으로 가열과 냉각의 이중 PID 제어를 하여 ±0.1℃의 미세 정밀도를 유지할 수 있고 또한 저전력을 소비할 수 있는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 설비용 온도 조절 장치(100')이다.
본 실시예에 의하면, 가열·냉각 일체형 열교환기(200'의 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230)의 몸체(211) 내부는 냉각수 유로가 높이 방향의 2경로로 나누어진다. 즉 몸체(211)의 높이 방향으로 두 개의 냉각수 유로 및 한 개의 쿨런트 유로로 나누어진다. 그리고, 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230)의 냉각수 유입 전단에는 제어기(170)의 제어신호에 의해 온/오프 동작하는 솔레노이드 밸브(155)가 설치된다.
본 실시예에 의하면 냉각수 유로를 2 경로로 구분되게 함으로써, 장치에 인가되는 다양한 부하 및 쿨런트의 온도 대역(30~200℃)에 따라 열교환기(200') 전단에 설치된 솔레노이드 밸브(155)를 온/오프 하여 냉각수를 선택적으로 공급함에 따라 쿨런트의 사용 범위가 넓어질 수 있는 이점이 있다. 본 실시예에 의하면 압력조절 밸브로 일정 압력을 조절하여 공급하고, 열교환 요구(공정부하)에 필요한 유량만 미세유량 컨트롤 밸브(160)를 통과시키고 나머지는 바이패스 밸브(157)를 통해 바이패스 시킨다. 이렇게 하는 경우 미세유량 컨트롤 밸브(160)의 밸브 동작상에 도움을 줄 수 있어 온도 정밀성 향상에 기여할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100,100'. 반도체 설비용 온도 조절 장치 110. 공정 챔버
120. 저장탱크 130. 펌프
140. 쿨런트 순환배관 150. 냉각수 순환배관
200,200'. 가열냉각 일체형 열교환기
210. 제1 열교환 블럭 211. 몸체
225. 사각핀 226. 코러게이트 핀
221. 냉각수 조립식 커버 222. 쿨런트 브레이징 커버
230. 제2 열교환 블럭 250. 질화규소 히터
260. 냉각수 유입 블럭 270. 냉각수 유출 블럭
280. 쿨런트 유입 블럭 290. 쿨런트 유출 블럭
120. 저장탱크 130. 펌프
140. 쿨런트 순환배관 150. 냉각수 순환배관
200,200'. 가열냉각 일체형 열교환기
210. 제1 열교환 블럭 211. 몸체
225. 사각핀 226. 코러게이트 핀
221. 냉각수 조립식 커버 222. 쿨런트 브레이징 커버
230. 제2 열교환 블럭 250. 질화규소 히터
260. 냉각수 유입 블럭 270. 냉각수 유출 블럭
280. 쿨런트 유입 블럭 290. 쿨런트 유출 블럭
Claims (8)
- 공정 챔버(110)에 쿨런트를 공급 및 회수하여 온도 조절을 하는 장치에 관한 것으로서,
상기 공정 챔버(110)에서 가열 또는 냉각된 쿨런트를 냉각수(PCW)와 열교환시키는 동시에 상기 쿨런트를 가열시키는 가열·냉각 일체형 열교환기(200);
상기 공정 챔버(110)에서 배출된 쿨런트를 회수하여 상기 가열·냉각 일체형 열교환기(200)를 거친 후 다시 공정 챔버(110)로 공급하는 펌프(130); 및,
상기 공정 챔버(110)로 공급되는 쿨런트의 온도를 제어하는 제어기(170);를 포함하며,
상기 가열·냉각 일체형 열교환기(200)는,
내부에 상기 쿨런트가 순환하는 쿨런트 유로와 상기 냉각수(PCW)가 순환하는 유로가 구획되어 상기 쿨런트와 냉각수가 서로 열교환 하도록 하며, 상기 쿨런트 유로가 서로 대면하도록 설치되는 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230), 및
상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 사이에 길이방향으로 복수개 배치되며 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 상기 쿨런트 유로가 형성되는 일측면과 접촉하도록 배치되는 질화규소 히터(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각은,
상면과 하면 및 네 개의 측면을 갖는 육면체 형상을 가지며, 상면 또는 하면 중 적어도 일측면이 상기 질화규소 히터(250)와 접촉되고, 구획판에 의해 내부가 상기 쿨런트 유로와 냉각수 유로로 구분되는 몸체(211),
상기 몸체(211)의 제1측면 및 상기 제1측면과 마주보는 제2측면에 각각 형성되며, 냉각수 순환배관(150)과 연통되어 냉각수가 상기 몸체(211)로 유출입되기 위한 냉각수 유입구(216) 및 냉각수 유출구(217), 및
상기 몸체(211)의 제3측면의 일측 및 타측에 각각 형성되거나, 또는 제3측면 및 상기 제3측면과 마주보는 제4측면에 각각 형성되며, 쿨런트 순환배관(140)과 연통되어 쿨런트가 상기 몸체(211)로 유출입되기 위한 쿨런트 유입구(218) 및 쿨런트 유출구(219)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 가열·냉각 일체형 열교환기(200)는,
상기 냉각수 유입구(216)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제1측면에 결합하며, 일단부에 상기 냉각수 순환배관(150)과 연결되는 냉각수 인렛(262)이 설치되고 상기 냉각수 인렛(262)을 통해 유입된 냉각수를 분기시켜 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 냉각수 유입구(216)로 공급하는 냉각수 유입 블럭(260),
상기 냉각수 유출구(217)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제2측면에 결합하며, 일단부에 상기 냉각수 순환배관(150)과 연결되는 냉각수 아웃렛(272)이 설치되고 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 냉각수 유출구(217)를 통해 유출된 냉각수를 합쳐서 상기 냉각수 아웃렛(272)을 통해 배출하는 냉각수 유출 블럭(270),
상기 쿨런트 유입구(218)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제3측면의 일측에 결합하며, 일단부에 상기 쿨런트 순환배관(140)과 연결되는 쿨런트 인렛(282)이 설치되고 상기 쿨런트 인렛(282)을 통해 유입된 쿨런트를 분기시켜 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230) 각각의 쿨런트 유입구(218)로 공급하는 쿨런트 유입 블럭(280), 및
상기 쿨런트 유출구(219)와 연통되게 상기 몸체(211)의 제3측면의 타측 또는 제4측면에 결합하며, 일단부에 상기 쿨런트 순환배관(140)과 연결되는 쿨런트 아웃렛(292)이 설치되고 제1 및 제2 열교환 블럭(290) 각각의 쿨런트 유출구(219)를 통해 유출된 쿨런트를 합쳐서 상기 쿨런트 아웃렛(292)을 통해 배출하는 쿨런트 유출 블럭(290)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 냉각수 유입구(216)와 냉각수 유출구 및 냉각수 인렛(262)과 냉각수 아웃렛(272)은 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 냉각수 유로를 덮는 상기 몸체(211)의 상면은 탈부착 가능하게 결합되는 냉각수 조립식 커버(221)가 적용되고,
상기 쿨런트 유로를 덮는 상기 몸체(211)의 하면은 브레이징 접합으로 고정 결합되는 쿨런트 브레이징 커버(222)가 적용되는 것을 특징으로 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치.
- 제 3 항에 있어서,
냉각수 순환배관(150) 상의 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230)의 전단에는 니들 밸브(needle valve) 타입의 미세유량 컨트롤 밸브(160)가 설치되며,
상기 제어기(170)는 상기 미세유량 컨트롤 밸브(160)를 제어하여 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230)의 냉각수 유입구(216)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 동시에 상기 질화규소 히터(250)의 발열량을 조절하여 상기 공정 챔버(110)로 공급되는 쿨런트의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 몸체(211)의 내부는 쿨런트 유로와 제1 냉각수 유로 및 제2 냉각수 유로가 높이 방향으로 순차적으로 구획되며,
상기 냉각수 순환배관(150) 상의 상기 제1 및 제2 열교환 블럭(210,230)의 전단과 미세유량 컨트롤 밸브(160) 사이에는, 상기 제어기(170)의 제어신호에 의해 상기 제1 냉각수 유로 또는 제2 냉각수 유로로 선택적으로 냉각수를 공급하는 솔레노이드 밸브(155)가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 설비용 온도 조절 장치.
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-
2014
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