KR101984783B1 - 반도체 제조 장치의 냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

반도체 장치의 냉각 시스템에 관한 것이다. 본 실시예의 냉각 시스템은 냉매 증기를 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 입력된 냉매 증기를 상기 냉매 유체로 상변화하여 상기 팽창 탱크에 제공하는 응축기, 상기 응축기에서 배출된 상기 냉매 유체를 전달하는 팽창 장치, 상기 팽창 장치로부터 상기 냉매 유체를 전달받는 증발기, 및 상기 압축기와 열 교환하도록 구성되며 외기를 입력받아 화학적 흡습제에 의해 수분이 제거된 공기를 생성하여 상기 냉매 유체의 상태 변화를 방지하도록 구성되는 재생 장치를 포함한다.

Description

반도체 제조 장치의 냉각 시스템{Refrigeration System of Apparatus for manufacturing Semiconductor device}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 제조 장치의 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 장치들은 히터와 같은 가열 수단을 포함할 수 있으며, 혹은 반도체 제조 또는 테스트를 위한 공정시 과열 등으로 인해, 반도체 제조 장치 및 그 내부의 웨이퍼가 적정 온도 이상으로 상승될 수 있다.
반도체 소자는 온도의 영향에 민감하기 때문에, 반드시 적정 온도를 유지할 필요가 있으며, 이에 따라, 반도체 제조 장치, 나아가, 웨이퍼의 온도를 낮추기 위해 냉각 장치의 중요성이 증대되고 있다.
반도체 제조 장치의 냉각 장치로는 칠러(chiller)가 이용되고 있다. 칠러의 냉각 유체로는 불소성분이 포함된 브라인(brine)이 주로 이용된다. 냉각 장치의 팽창 탱크는 브라인을 저장하고 공정중 온도변화에 따라 브라인의 부피팽창이 일어나는 것을 완화시켜준다. 팽창 탱크는 냉각 유체로서 물과 잘 섞이지 않는 불소 용액이 이용된다. 하지만, 상기 불소 용액은 냉각 공정중 일부 수분을 흡수할 수 있다.
그런데, 냉각 유체가 상기와 같은 흡습성 및 대기에 존재하는 수분을 응결시키게 되는 경우 불소 용액 수면의 결빙 현상으로 유체의 순환을 방해하고 냉각 장치의 고장을 발생시키는 문제점이 있다.
또한, 한번 냉각 유체와 섞여 흡수된 수분은 자연적으로 제거할 방안이 없으며 별도의 수분 제거 필터를 사용하여 상기 수분을 제거하여야 하여야 하므로, 공정 비용이 상승하게 된다.
칠러의 특성상 온도 변화시, 냉각 유체의 밀도 차이로 인해 부피가 변화될 수 있으며, 외기 공기를 여과 없이 흡입하는 경우, 공기에 포함된 절대 습도가 저온 부위에 응축되어, 반도체 제조 장치의 성능을 저하시키게 된다.
본 발명은 냉각 특성을 개선할 수 있는 반도체 제조 장치의 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 시스템은 냉각 용매를 수용하는 팽창 탱크에 제습된 공기를 제공하여, 냉각 용매의 상태 변화를 줄이도록 구성되는 재생 장치를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 시스템은 냉매 증기를 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 입력된 냉매 증기를 상기 냉매 유체로 상변화하여 상기 팽창 탱크에 제공하는 응축기, 상기 응축기에서 배출된 상기 냉매 유체를 팽창시키는 팽창 밸브, 상기 팽창 밸브로부터 상기 냉매 유체를 전달받는 증발기, 및 상기 압축기와 열교환하도록 구성되며, 외기를 입력받아 화학적 흡습제에 의해 수분이 제거된 공기를 생성하여, 상기 냉매 유체의 상태 변화를 방지하도록 구성되는 재생 장치를 포함한다. 추가적으로, 냉각 시스템은 압력 변화를 흡수하거나 완화시켜주기 위해 설치되는 팽창 탱크(150)를 구비할 수 있다.
상기 재생 장치는 입구부 및 출력부를 구비하며, 상기 입구부로부터 상기 외기를 입력받도록 구성된 케이스, 상기 케이스내에 수용되는 흡습제, 상기 입구부와 상기 흡습제 사이에 위치되는 제 1 필터부, 상기 흡습제와 상기 출구부 사이에 위치되는 제 2 필터부, 및 상기 제 2 필터부와 상기 출구부 사이에 위치되는 역류 방지부를 더 포함한다.
불소 용액 냉각 유체의 결빙 없이 부피 변화에 대응이 가능하도록, 질소 또는 별도로 처리된 고가의 클린 드라이 에어(clean dry air:CDA)를 공급하는 대신, 재생 장치에 의해 제습된 공기를 냉각 유체를 포함하는 팽창 탱크내에 공급시켜, 상기 냉각 유체의 결빙 없이 유체의 부피 변화에 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재생 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 냉각 시스템을 보여주는 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 냉각 시스템(100)은 압축기(110), 응축기(120), 팽창 장치(130) 및 증발기(140)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉각 시스템(100)은 제습 대기를 생성하는 재생 장치(200)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 압축기(100), 응축기(120), 팽창 장치(130) 및 증발기(140)는 상호간에 배관(160)에 의해 연결될 수 있다.
압축기(110)는 모터(도시되지 않음)에 의해 구동될 수 있으며, 냉매 증기를 압축하여, 응축기(120)로 운반할 수 있다. 이때, 압축기(110) 중 응축기(120)와 대향되는 부분이 고온 및 고압을 토출하는 부분이 될 수 있다. 상기 냉매 증기는 예를 들어, 불소 용액을 포함할 수 있다. 압축기(110)는 예를 들어 원심형 압축기를 이용할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
압축기(110)에 의해 응축기(120)로 운반된 냉매 증기는 액체 또는 기체와 열 교환되어, 냉매 유체로 상변화시킬 수 있다.
응축기(120)로부터 배출된 냉매 유체는 팽창 밸브(130)로 운반되고, 상기 팽창 밸브(130)는 냉매 유체를 팽창시킨 후, 증발기(140)로 유동시킨다.
증발기(140)는 상기 냉매 유체를 수용하는 팽창 탱크(150)와 열 교환하도록 구성될 수 있다. 상기 증발기(140)는 상기 냉매 유체를 증발시켜 다시 냉매 증기 상태로 상변화시킨 후, 상기 압축기(110)로 공급하여, 냉매 순환이 이루어지도록 한다. 여기서, 도면 부호 155는 팽창 탱크(150)내에 구비된 냉매 유체를 지시한다.
본 실시예의 재생 장치(200)는 상기 압축기(110)의 고온 및 고압을 토출하는 토출부측에 위치될 수 있다.
재생 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(210), 흡습제(220), 적어도 하나의 필터부(230) 및 연결 배관(240)을 포함할 수 있다.
케이스(210)는 상기 흡습제(220)를 수용할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 케이스(210)는 실린더 형태로 구성될 수 있다. 케이스(210)의 입구부(200a)에 개구(H)가 구비되어 외기(外氣)가 진입될 수 있다. 상기 개구(H)는 케이스(210)의 입구부(200a)를 봉쇄하기 위한 마개(212)에 의해 한정될 수 있다. 상기 케이스(210)는 동(銅) 재질로 구성되어, 냉매 시스템(100)을 구성하는 각 구성과 열 교환이 용이하도록 구성될 수 있다.
흡습제(220)는 상기 케이스(210) 내부에 충진될 수 있다. 흡습제(220)는 통기가 원활히 이루어질 수 있도록, 0.5 내지 5mm의 지름을 갖는 구 형태의 알갱이로 구성될 수 있다. 이와 같은 흡습제(220)로는 활성 알루미나, 실리카겔, 및 제올라이트 중 적어도 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다.
필터부(230)는 예를 들어, 케이스(210)의 입구부(200a) 및 출구부(200b)의 적어도 하나에 구비될 수 있다. 본 실시예에서의 필터부(230)는 입구부(200a) 및 출구부(200b) 각각에 구비될 수 있다. 입구부(200a)에 구비되는 제 1 필터부(230a)는 공기 흡출을 원활하게 하고, 공정 중 발생되는 분진을 걸러내는 역할을 할 수 있다. 출구부(200b)에 구비되는 제 2 필터부(230b)는 흡출 공기가 제 1 필터부(230a)에 비해 압력 손실이 적어도 2배 이상 증대될 수 있는 물질로 구성된다. 이에 따라, 제 2 필터부(230b)에 의해 냉각 유체의 자연 증발을 방지하고, 상기 흡습제(220)에 의해 분리, 제거된 수분이 팽창 탱크(150)로 회수되는 것이 방지된다. 또한, 상기 제 2 필터부(230b)는 적어도 하나가 구비될 수 있다.
연결 배관(240)은 제 2 필터부(230b)와 출구부(200b) 사이에 위치될 수 있다. 연결 배관(240)은 예를 들어, 스테인레스 재질의 메쉬(mesh)로 구성될 수 있으며, 상기 흡습제(220)가 출구 외측으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
상기 재생 장치(200)는 금속 고정구(270)에 의해 냉각 시스템(100)의 소정 부분과 연결될 수 있다. 예를 들어, 재생 장치(200)는 금속 고정구(270)에 의해 냉각 시스템(100)을 구성하는 압축기(110)와 기계적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 냉각 시스템을 보여주는 개략적인 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 재생 장치(200)와 팽창 탱크(150) 사이에 수분 검사 장치(260)가 장착될 수 있다. 수분 검사 장치(260)는 예를 들어, 수분 유입시 색상이 변환되는 필터로서, 제습 여부를 추가로 확인할 수 있다.
이와 같은 수분 검사 장치(260)는 압축기(110) 및 팽창 탱크(150) 사이에서 추가의 배관(250)에 의해 각각 연결될 수 있다. 상기 추가 배관(240)은 예를 들어 1 내지 20mm 직경을 갖는 배관일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 불소 용액 냉각 유체의 결빙 또는 부피 변화를 줄이기 위해, 질소 또는 별도로 처리된 클린 드라이 에어를 공급하는 대신, 재생 장치(200)에 의해 제습된 공기를 팽창 탱크(150)내에 공급시켜, 상기 냉각 유체의 부피 변화 및 결빙을 방지할 수 있다.
이에 따라, 냉매 유체 상태를 유지하기 위하여, 고가의 질소 또는 CDA를 공급할 필요가 없으므로, 제조 원가를 크게 줄일 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 냉각 시스템 110 : 압축기
120 : 응축기 130 : 팽창 밸브
140: 증발기 150 : 팽창 탱크
200 : 재생 장치

Claims (17)

  1. 냉각 용매를 수용하는 팽창 장치에 제습된 공기를 제공하여, 냉각 유체의 상태 변화를 줄이도록 구성되는 재생 장치를 포함하며,
    상기 재생 장치는,
    입구부 및 출구부를 구비하며, 상기 입구부로부터 외기를 입력받도록 구성된 케이스;
    상기 케이스내에 수용되는 흡습제; 및
    상기 입구부 및 상기 출구부 중 적어도 한 부분에 설치되는 필터부를 포함하며,
    상기 필터부는
    상기 입구부에 공기중 포함된 분진을 골라내도록 구성된 제 1 필터부; 및
    상기 출구부에 설치되며, 상기 흡습제에 의해 분리된 수분이 배출되지 않도록 구성되는 적어도 하나의 제 2 필터부를 포함하고,
    상기 제 2 필터부는 상기 제 1 필터부에 비해 상기 냉각 유체의 압력 손실이 증대될 수 있는 물질로 구성되는 냉각 시스템
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡습제는 구 형태의 복수의 알갱이로 구성되는 냉각 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 흡습제는 활성 알루미나, 실리카겔, 및 제올라이트중 적어도 하나로 구성되는 냉각 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 장치는 상기 제 2 필터부와 상기 출구부 사이에 상기 흡습제가 상기 출구부측으로 빠져나가는 것을 방지하는 연결 배관을 더 포함하는 냉각 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연결 배관은 스테인레스 재질의 메쉬로 구성되는 냉각 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    냉매 증기를 압축하는 압축기;
    상기 압축기로부터 입력된 상기 냉매 증기를 상기 냉각 유체로 상변화시켜 상기 팽창 장치에 제공하는 응축기; 및
    상기 팽창 장치로부터 상기 냉각 유체를 전달받는 증발기를 더 포함하는 냉각 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 재생 장치는 상기 압축기의 고온 및 고압 토출부측에 위치되도록 구성되는 냉각 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 재생 장치는 상기 압축기와 금속 고정구에 의해 기계적으로 연결되는 냉각 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 재생 장치와 상기 팽창 장치 사이에 수분 검사 장치가 더 구비되는 냉각 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수분 검사 장치는 수분 유입에 따라 색상이 변화되는 필터를 포함하는 냉각 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 수분 검사 장치는 상기 재생 장치 및 상기 팽창 장치 사이에 추가 배관에 의해 연결되는 냉각 시스템.
  15. 냉매 증기를 압축하는 압축기;
    상기 압축기로부터 입력된 상기 냉매 증기를 냉각 유체로 상변화시키는 응축기;
    상기 응축기에서 배출된 상기 냉각 유체를 팽창시키는 팽창 장치;
    상기 팽창 장치로부터 상기 냉각 유체를 전달받는 증발기; 및
    상기 압축기와 열교환하도록 구성되며, 외기를 입력받아 화학적 흡습제에 의해 수분이 제거된 공기를 생성하여, 상기 냉각 유체의 상태 변화를 방지하도록 구성되는 재생 장치를 포함하며,
    상기 재생 장치는,
    입구부 및 출구부를 구비하며, 상기 입구부로부터 상기 외기를 입력받도록 구성된 케이스;
    상기 케이스내에 수용되는 흡습제;
    상기 입구부와 상기 흡습제 사이에 위치되는 제 1 필터부;
    상기 흡습제와 상기 출구부 사이에 위치되며, 상기 제 1 필터부에 비해 상기 냉각 유체의 압력 손실이 증대될 수 있는 물질로 구성되는 제 2 필터부; 및
    상기 제 2 필터부와 상기 출구부 사이에 위치되는 연결 배관을 더 포함하는 냉각 시스템.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 재생 장치와 상기 팽창 장치 사이에 별도의 배관에 의해 연결되는 수분 검사 장치를 더 구비하는 냉각 시스템.
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