KR101970289B1 - 반도체장치 제조용 냉각공기 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축공기유닛으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급하는 반도체 제조용 냉각공기 공급장치에 관한 것으로서, 기존 질소 가스 설비를 통해 냉각하던 방식으로 인한 인명피해의 문제를 해결할 수 있고, 압축공기를 냉각하여 핸드폰 공정에 적용하므로 저비용으로 냉각장치를 운용할 수 있고, 이는 생산단가를 절감할 수 있고, 기존 질소 냉각시스템 및 이에 따른 안전설비를 갖추지 않아도 되기 때문에 반도체 제조공정을 간소화 할 수 있게 된다.

Description

반도체장치 제조용 냉각공기 공급장치{COOLING PRESSE AIR SUPPLY APPARATUS AND METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체장치 제조용 냉각공기 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축공기유닛으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급하는 반도체 제조용 냉각공기 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치(Semioconductor Device)의 제조를 위한 공정 라인의 오염을 방지하고, 반도체 장치의 수분 제거 및 이물질 제거를 위해 질소(N2) 가스가 사용되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0055856호에서는 반도체 장치 제조 시 공급되는 질소 가스의 온도를 조절하여 공정 효율 및 반도체 장치의 신뢰성이 향상되는 반도체 장치 제조용 질소 가스 공급 장치 및 방법에 대한 기술이 공지되어 있다된다.
상기한 종래기술은 질소 가스 공급원으로부터 질소 가스를 공급하는 공급 라인, 공급 라인과 연결되어 질소 가스를 가열 질소와 냉각 질소로 분리하며 공급되는 질소 가스의 압력을 조절하는 압력 조정 밸브가 설치된 가스 분리부, 가스 분리부의 일단에 연결되어 가열 질소를 공급하는 가열 질소 공급 라인, 가스 분리부의 타단에 연결되어 냉각 질소를 공급하는 냉각 질소 공급 라인 및 가열 질소 공급 라인 및 냉각 질소 공급 라인의 끝단에 연결되어 가열 질소 및 냉각 질소의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함하는 구성을 갖는다.
그러나, 종래기술에 사용되는 질소(N2)는 공기 중에 78%나 포함돼 있는 불활성가스로 유독가스는 아니지만, 밀폐된 작업공간에서의 질식사고 등과 같은 사회적 문제를 야기하고 있고, 고가의 질소를 생산 공정에 투입함으로써, 생산원가가 상승하는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0055856호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 압축공기유닛으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급하는 반도체 제조용 냉각공기 공급장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 압축공기유닛과 냉각유닛의 결합으로 이루어지고, 상기 압축공기유닛으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급하는 반도체 제조용 냉각공기 공급장치로서, 상기 냉각유닛은, 냉매를 압축하는 냉매압축기; 상기 냉매압축기에서 이송된 고온 고압의 냉매를 열 교환 방식을 통해 액화시키는 응축기; 상기 응축기를 거친 냉매의 압력과 온도를 강하시키는 압력강하부; 상기 압력강하부로부터 냉매를 공급받아 압축공기라인과 1차 열교환이 이루어지도록 하는 제1열교환부; 상기 제1열교환부에서 열교환된 냉매와 압축공기라인의 2차 열교환이 이루어지도록 하는 제2열교환부; 상기 제2열교환부의 압축공기 온도를 검출하여 냉각유닛의 냉각부하를 제어하는 온도 콘트롤부; 및 상기 온도 콘트롤부의 신호를 받아 제1열교환부로 투입되는 냉매의 온도 및 공급유량을 조절하는 냉각부하조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 냉각공기 공급장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 압력강하부는 모세관 타입일 수 있다.
또한, 상기 응축기와 압력강하부 사이에 냉매에 포함된 수분과 찌꺼기를 거르는 역할을 하는 고압필터드라이어를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1열교환부는 밀폐된 단열챔버 내부에 냉매라인과 압축공기라인이 각각 열교환 유로를 형성하여 상호 열교환되도록 할 수 있다.
이때, 상기 단열챔버를 복수 개로 형성할 수 있다.
그리고, 상기 제2열교환부는 밀폐된 단열본체 내부에 냉매라인과 압축공기라인이 각각 열교환 유로를 형성하여 상호 열교환되도록 하되, 상기 냉매라인을 압력강하를 위한 모세관 타입으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 냉각부하조절부는 압축기에서 응축기로 가는 냉매의 일부를 압력강하부 후단의 고압냉매라인으로 직접 공급하는 바이패스 밸브 및 상기 바이패스 밸브를 통과하는 냉매의 유량을 제어하기 위한 솔레노이드밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 바이패스 밸브 및 솔레노이드밸브를 복수 개로 구성하여 단계별 온도조절이 이루어지도록 할 수 있다.
그리고, 상기 압축공기유닛으로부터 제1열교환부로 연결되는 압축공기라인과, 제2열교환부로부터 반도체 제조공정으로 연결되는 압축공기라인에 각각 에어필터를 형성하여 압축공기 중에 포함된 수분 및 찌꺼기가 제거되도록 할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명은 압축공기유닛으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급함으로써, 기존 질소 가스 설비를 통해 냉각하던 방식으로 인한 인명피해의 문제를 해결할 수 있고, 압축공기를 냉각하여 핸드폰 공정에 적용하므로 저비용으로 냉각장치를 운용할 수 있고, 이는 생산단가를 절감하는 효과를 갖는다.
또한, 기존 질소 냉각시스템 및 이에 따른 안전설비를 갖추지 않아도 되기 때문에 반도체 제조공정을 간소화 할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조용 냉각공기 공급장치를 설명하기 위한 계통도.
도 2는 도 1의 압축공기유닛의 계통도.
도 3은 도 1의 냉매압축기,응축기,냉각부하조절부의 구성을 도시한 확대도.
도 4는 도 1의 제1열교환부,제2열교환부의 구성을 도시한 확대도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조용 냉각공기 공급장치를 설명하기 위한 계통도이다.
도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같은 본 발명은 압축공기유닛(100)과 냉각유닛(200)의 결합으로 이루어지고, 상기 압축공기유닛(100)으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛(200)을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급하는 반도체 제조용 냉각공기 공급장치를 제공한다.
도 2를 참조하여 압축공기유닛(100)에 대해 설명한다.
상기 압축공기유닛(100)은 입력측으로 외부공기가 흡입되고, 입력측 후단에 필터(IF)를 형성하여 공기 중의 불순물이 제거되도록 한다.
상기 불순물이 제거된 공기는 압축기(110)로 공급되어 압축과정을 거치게 되는데, 상기 압축기(110)는 회전동력을 발생하는 모터(113)와 상기 모터(113)의 회전축에 커풀링으로 맞물려 공기를 압축하는 에어앤드(111)로 구성된다.
상기 압축기(110)의 전단에는 공기의 흡입을 차단하거나 개방할 수 있는 흡입전자변(101)이 설치된다.
또한, 상기 흡입전자변(101)과 에어필터(IF) 사이에는 공급 공기의 압을 일정하게 조정하는 압력조절장치인 레귤레이터(R)가 설치될 수 있고, 압력스위치(PS) 및 압력게이지(PG)가 설치될 수 있다.
이때, 상기 압축기(110)로 공급되는 공기의 압력은 4kg/㎠가 바람직하다.
상기 압축기(110)를 통해 압축된 공기는 압력탱크(TANK;130)에 저장된다.
이때, 압력탱크(130)의 압력이 상한에 도달하게 되면, 흡입전자변(101)이 폐쇄되고, 언로드전자변(102)이 개방되며, 이와 함께 퍼지밸브가 개방되어 과압 형성된 공기압을 배출(PURGE)한다.
또한, 상기 압축기(110)의 압력이 하한일 경우에는, 흡입전자변(101) 개방-언로드전자변(102) 개방-퍼지밸브(103) 개방 상태에서 3초간 대기한 후, 언로드전자변(102) 폐쇄-퍼지밸브(103) 폐쇄 상태에서 압축을 개시하게 된다.
상기 작동을 통해 압력탱크(130)에 저장된 압축공기는 압력 균압 및 냉동현상 조정 후 출력측을 통하여 냉각유닛(200)으로 공급된다.
이때, 출력측에는 냉각유닛(200)과 접속을 위한 압력소켓이 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 주요 구성인 냉각유닛(200)에 대한 구성을 자세히 설명한다.
먼저, 상기 냉각유닛(200)을 형성하는 주요 구성요소로는 냉매압축기(210), 응축기(220), 압력강하부(230), 고압필터드라이어(240), 제1열교환부(250), 제2열교환부(260), 온도 콘트롤부(270), 냉각부하조절부(280), 바이패스밸브(281), 에어필터(290)가 있다.
상기 냉매압축기(210)는 냉매를 압축하는 장치로서, 압축공기의 냉각작용을 마치고 난 냉매를 압축시켜 재순환시키는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 응축기(220)는 상기 냉매압축기(210)에서 이송된 고온 고압의 냉매를 열 교환 방식을 통해 액화시키는 장치로서, 냉각 팬을 구동시켜 바람으로 냉매를 열교환시킴으로써, 냉매의 액상화가 이루어지게 된다.
다음으로, 압력강하부(230)에 대해 설명하면, 상기 응축기(220)를 거친 냉매의 압력과 온도를 강하시키는 장치로서, 일종의 팽창밸브의 역할을 수행하는 장치이다.
이는 냉동사이클에서 가장 기본적인 제어기기로서, 냉매액의 증발에 의한 열 흡수작용이 용이하게 일어나도록, 냉매의 압력과 온도를 강하시키며 냉동부하의 변동에 대응할 수 있도록 냉매유량을 조절한다.
압력강하부(230)의 작용은 개략적으로 압력강하->압력손실에 의한 온도강하 -> 플래쉬 가스 생성의 순으로 이루어진다.
여기서, 본 발명의 압력강하부(230)는 모세관(capillary tube)타입이 적용되도록 하는데, 직경이 0.8~2mm 정도, 길이는 냉동 장치의 용량, 운전조건, 냉매 충전량 등에 따라 다르나 1m 전후인 모세관을 형성하여 가는 모세관에 의한 압력손실로 인해 플래쉬 가스가 발생하여 냉매의 증발온도까지 냉매온도가 떨어지도록 하는 냉각유닛(200)의 팽창 밸브역할을 수행한다.
이와 같은 모세관 타입의 팽창밸브는 소형 냉동장치, 즉 증발 부하가 적은 데 사용하며, 가정용 냉장고나 창문형 에어컨 및 쇼 케이스 등에 많이 쓰이는데, 구조적으로 간단하여 고장이 적은 이점이 있고, 압축기가 정지했을 때 고.저압 균압이 이루어져 다음 시동이 쉬운 장점을 갖는다.
이때, 상기 응축기(220)와 압력강하부(230) 사이에 냉매에 포함된 수분과 찌꺼기를 거르는 역할을 하는 고압필터드라이어(240)가 설치될 수 있다.
상기 응축기(220)와 압력강하부(230) 사이를 연결하는 냉매라인을 리퀴드라인(liquid line)이라고도 하는데, 이러한 리퀴드라인 상에 필터의 일종인 고압필터드라이어(240)를 설치함으로써, 냉매에 포함되어 있는 수분을 흡수하고 시스템을 순환하면서 발생된 찌꺼기를 거를 수 있게 된다.
다음으로, 제1열교환부(250)에 대해 설명한다. 상기 제1열교환부(250)는 상기 압력강하부(230)로부터 냉매를 공급받아 압축공기라인과 1차 열교환이 이루어지도록 하는 장치이다.
상기 제1열교환부(250)는 밀폐된 단열챔버(251) 내부에 냉매라인과 압축공기라인이 각각 열교환 유로를 형성하고, 단열챔버(251) 내에서 냉매라인과 압축공기라인을 각각 순환하는 냉매와 압축공기 사이에 상호 열교환이 이루어지도록 구성된다.
이때, 상기 제1열교환부(250)는 복수 개의 단열챔버(251)를 병렬 설치하여 냉매와 압축공기 사이의 열교환이 이루어지도록 함으로써, 열교환 효율을 높일 수 있다.
다음으로, 제2열교환부(260)에 대해 설명한다. 상기 제2열교환부(260)는 상기 제1열교환부(250)에서 열교환된 냉매와 압축공기라인의 2차 열교환이 이루어지도록 하는 장치이다.
상기 제2열교환부(260)는 밀폐된 단열본체(261) 내부에 냉매라인과 압축공기라인이 각각 열교환 유로를 형성하여 상호 열교환되도록 하는 것인데, 상기 단열본체(261)와 제1열교환부(250)의 단열챔버(251)는 열손실을 방지하고자 하는 동일한 목적을 갖는 것으로서, 동일하거나 유사한 형태의 구성으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 단열본체(261) 내부의 냉매라인은 압력강하를 위한 모세관 타입으로 형성할 수 있는데, 이는 제1열교환부(250)를 거친 냉매를 재차 압력강하를 유도하여 온도를 떨어뜨림으로써, 압축공기의 2차 냉각을 유도할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 온도 콘트롤부(270)에 대해 설명한다. 상기 온도 콘트롤부(270)는 상기 제2열교환부(260)의 압축공기 온도를 검출하여 냉각유닛의 냉각부하를 제어하는 장치이다.
다음으로, 상기 냉각부하조절부(280)에 대해 설명한다. 상기 냉각부하조절부(280)는 상기 온도 콘트롤부(270)의 신호를 받아 제1열교환부(250)로 투입되는 냉매의 온도 및 공급유량을 조절하는 장치이다.
상기 냉각부하조절부(280)는 냉매압축기(210)에서 응축기(220)로 가는 냉매의 일부를 압력강하부(230) 후단의 고압냉매라인으로 직접 공급하는 바이패스밸브(281) 및 상기 바이패스밸브(281)를 통과하는 냉매의 유량을 제어하기 위한 솔레노이드밸브(282)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 바이패스밸브(281) 및 솔레노이드밸브(282)는 온도 콘트롤부(270)의 신호를 입력받아 제어되는데, 상기 바이패스밸브(281) 및 솔레노이드밸브(282)를 복수 개로 구성하여 단계별 온도조절이 이루어지도록 할 수 있다.
예컨대, 온도 콘트롤부(270)에서 검출된 압축공기의 온도가 설정온도 이상이거나 이하일 경우, 바이패스밸브(281) 및 솔레노이드밸브(282)의 개도를 부분적으로 늘리거나 줄이도록 함으로써, 제1열교환부(250)로 유입되는 냉매의 량을 조절함으로써 온도를 제어할 수 있게 된다.
다음으로, 에어필터(290)에 대해 설명한다. 상기 에어필터(290)는 상기 압축공기유닛(100)으로부터 제1열교환부(250)로 연결되는 압축공기라인과, 제2열교환부(260)로부터 반도체 제조공정(300)으로 연결되는 압축공기라인에 각각 형성될 수 있고, 이때, 상기 에어필터(290)는 압축공기 중에 포함된 수분 및 찌꺼기가 제거되도록 함으로써, 반도체 제조공정에 수분 또는 먼지 등의 불순물이 투입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 에어필터(290)에서 걸러진 수분과 찌꺼기는 드레인라인을 통해 배출된다. 상기 드레인라인은 제2열교환부(260)에도 형성할 수 있다.
그리고, 도 1에서 미설명부호 1은 고압냉매라인이고, 미설명부호 2는 저압냉매라인이며, 미설명부호 3은 압축공기라인이고, 미설명부호 4는 드레인라인을 도시한 것이다.
이상에서와 같은 본 발명은 압축공기유닛으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급함으로써, 기존 질소 가스 설비를 통해 냉각하던 방식으로 인한 인명피해의 문제를 해결할 수 있고, 압축공기를 냉각하여 핸드폰 공정에 적용하므로 저비용으로 냉각장치를 운용할 수 있고, 이는 생산단가를 절감할 수 있고, 기존 질소 냉각시스템 및 이에 따른 안전설비를 갖추지 않아도 되기 때문에 반도체 제조공정을 간소화 할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100: 압축공기유닛 200: 냉각유닛
210: 냉매압축기 220: 응축기
230: 압력강하부 240: 고압필터드라이어
250: 제1열교환부 251: 단열챔버
260: 제2열교환부 261: 단열본체
270: 온도 콘트롤부 280: 냉각부하조절부
281: 바이패스밸브 282: 솔레노이드밸브
290: 에어필터 300: 반도체 제조공정
1:고압냉매라인 2:저압냉매라인
3:압축공기라인 4:드레인라인

Claims (6)

  1. 압축공기유닛(100)과 냉각유닛(200)의 결합으로 이루어지고, 상기 압축공기유닛(100)으로부터 생성된 압축공기를 냉각유닛(200)을 통해 냉각한 후 반도체 공정의 냉각유체로 공급하는 반도체 제조용 냉각공기 공급장치로서,
    불순물이 필터링된 외부공기를 압축기(110)에 의하여 압축한 후 압력탱크(130)에 저장하고, 균압 및 냉동현상을 조정한 압축공기를 필터(290)를 통하여 냉각유닛(200)으로 보내주는 압축공기유닛(100)과;
    냉매를 압축하는 냉매압축기(210);
    상기 냉매압축기에서 이송된 고온 고압의 냉매를 열 교환 방식을 통해 액화시키는 응축기(220);
    상기 응축기(220)에서 나오는 냉매에 포함된 수분과 지꺼기를 거르는 고압필터드라이(240)을 거친 냉매의 압력과 온도를 강하시키는 압력강하부(230);
    상기 압력강하부(230)로부터 냉매를 공급받아 밀폐된 단열챔버(251) 내부에 냉매라인과 압축공기라인이 상호 열교환 되도록 각각 열교환 유로를 형성하여 압축공기가 1차 열교환이 이루어지도록 하는 제1열교환부(250);
    상기 제1열교환부(250)에서 열교환된 압축공기가 2차 열교환이 이루어지도록 밀폐된 단열본체(261) 내부에 냉매라인과 압축공기라인이 상호 열교환 되도록 각각 열교환 유로를 형성한 제2열교환부(260);
    상기 제2열교환부(260)의 압축공기 온도를 검출하여 냉각유닛의 냉각부하를 제어하는 온도 콘트롤부(270);
    상기 온도 콘트롤부(270)의 신호를 받아 냉매압축기(210)에서 응축기(220)로 가는 냉매의 일부를 압력강하부(230) 후단의 고압냉매라인으로 직접 공급하는 바이패스밸브(281)와 상기 바이패스밸브(281)를 통과하는 냉매의 유량을 제어하기 위한 솔레노이드밸브(282)로 이루어지는 냉각부하조절부(280)에서 제1열교환부(250)로 투입되는 냉매의 공급유량을 조절하여 냉각온도를 조절하도록 하는 냉각유닛(200)을 구성하여 압축공기유닛(100)으로부터 공급되는 압축공기를 냉각유닛(200)에서 냉각시켜 냉각유체로 이용하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 냉각공기 공급장치.
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KR20090055856A (ko) 2007-11-29 2009-06-03 주식회사 동부하이텍 반도체 장치 제조용 질소 가스 공급 장치 및 방법
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