KR101993204B1 - 반도체 공정용 칠러 장치 - Google Patents

Abstract

냉매 직접 냉각 방식에서 증발기의 유막을 제거할 수 있는 칠러 장치가 개시된다. 상기 칠러 장치는, 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로를 포함하고, 상기 냉매 경로 상에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 및 전자식 팽창밸브가 순차적으로 설치되며, 상기 압축기의 후단과 상기 전자식 팽창밸브의 후단을 연결하고 하나의 핫가스 바이패스 밸브가 설치된 하나의 분기 경로가 설치되고, 상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매가 상기 하나의 분기 경로를 따라 흘러 상기 하나의 핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 설정된 압력에 따라 일정량의 고온 냉매를 상기 전자식 팽창밸브에서 나온 차가운 냉매와 혼합되도록 하여 상기 공정 챔버를 저온 및 고온제어를 함과 동시에, PM 공정시에는 상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매만 상기 하나의 핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 상기 공정 챔버의 증발기 내부에 침착된 유막을 제거하도록 한다.

Description

반도체 공정용 칠러 장치{Chiller apparatus for semiconductor process}

본 발명은 반도체 공정용 칠러 장치에 관한 것으로, 특히 냉매 직접 냉각 방식에서 증발기의 유막을 제거하는 기술에 관련한다.

반도체를 제조하는 과정에서 반도체 공정용 설비는 항상 그 챔버 내부의 온도를 일정하게 유지시켜야 하며, 이러한 온도 유지의 역할을 하는 장비가 반도체용 칠러(chiller)이다.

종래의 열교환식 칠러 장치는, 냉동사이클을 수행하기 위해서 기본적으로 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 필요하며, 반도체 공정설비의 챔버에 일정 온도의 냉각유체를 공급하기 위해서 냉각유체가 증발기 및 냉각유체 히터와의 열 교환을 통해서 냉각유체를 일정한 온도로 유지할 필요가 있다.

이를 위해, 증발기에는 한 쌍의 냉매입구와 출구, 다른 한 쌍의 냉각유체 입구와 출구가 있어 냉매와 냉각유체가 상호 열 교환될 수 있는 구조로 되어 있다.

이러한 종래의 열교환식 칠러 장치에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.

냉각유체로 사용되는 부동액 계열의 브라인(brine)이 주기적으로 공급되어야 하는데, 브라인의 가격이 비싸기 때문에 관리비용이 증가한다.

또한, 경우에 따라서는 냉각유체를 가열하기 위한 냉각유체 히터를 사용하기 때문에 전력소모가 크다.

특히, 냉각유체를 순환시키기 위해 순환펌프를 사용하는데, 낮은 온도와 순환 압력의 상승으로 순환펌프의 고장이 빈번하고, 순환펌프의 구동에 의해 전력소모가 크다.

이를 해결하기 위해, 냉매 직접 냉각 방식을 적용하는데, 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로 상에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 수액기, 및 전자식 팽창밸브가 순차적으로 설치되고, 챔버로부터 나오는 출구에 액분리기가 설치된다.

따라서, 종래의 열교환식 칠러 장치와 비교하여 냉각유체를 사용하지 않고, 챔버의 척(chuck)을 증발기로 적용하여 열 교환기를 제거한다는 이점을 갖는다.

냉매 직접 냉각 방식의 칠러 장치는 압축, 응축, 팽창 및 증발의 반복적인 냉동 사이클에 의해 운전되는데, 압축기 내의 윤활유가 냉매와 섞여 냉동 배관 내부를 이동하게 되어 저온 운전시, 가령 냉매 온도 -30℃ 이하의 운전시 윤활유의 점도가 떨어지는 현상에 의해 증발기(chuck)에 침착되는 유막에 의해 열 전도율이 저하되며 이로 인해 냉동 능력이 감소됨으로써 온도 제어가 안 된다.

또한, 열 전도율의 저하에 의해 증발이 잘 이루어지지 않고 액 상태의 냉매가 압축기로 회수됨으로써 압축기의 결빙 및 고장의 원인이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 증발기 내부의 유막을 제거하여 열 전도율의 감소를 방지할 수 있는 칠러 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 증발기 내부의 유막에 의해 증발이 잘 이루어지지 않아 액 냉매가 압축기로 회수되는 것을 방지할 수 있는 칠러 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로를 포함하고, 상기 냉매 경로 상에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 및 전자식 팽창밸브가 순차적으로 설치되며, 상기 압축기의 후단과 상기 전자식 팽창밸브의 후단을 연결하고 제1핫가스 바이패스 밸브가 설치된 제1분기 경로가 설치되고, 상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매가 상기 제1분기 경로를 따라 흘러 상기 제1핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 설정된 압력에 따라 일정량의 고온 냉매를 상기 전자식 팽창밸브에서 나온 차가운 냉매와 혼합되도록 하여 상기 공정 챔버를 저온 및 고온제어를 하고, PM 공정시 상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매만 상기 제1핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 상기 공정 챔버의 증발기 내부에 침착된 유막을 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 압축기의 후단과 상기 전자식 팽창밸브의 후단을 연결하고 제2핫가스 바이패스 밸브가 설치된 제2분기 경로가 설치되고, 상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매는 상기 제2분기 경로를 따라 흘러 상기 제2핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 상기 공정 챔버로부터 나온 액 냉매를 2차 증발시켜 액백 현상을 방지할 수 있다.

상기의 구조에 의하면, 증발기 내부에 침착되는 유막을 제거하여 증발기에서의 열 전도율의 감소를 방지하고, 결과적으로 유막에 의해 증발이 잘 이루어지지 않아 액 냉매가 압축기로 회수되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 칠러 장치의 계통도를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 칠러 장치의 냉각 계통도를 나타낸다.

칠러 장치(100)와 공정 챔버(200)를 냉매가 순환하는 냉매 경로(101) 상에는 압축기(110)로부터 시작하여 유분리기(120), 응축기(130), 수액기(140), 및 전자식 팽창밸브(150)가 순차적으로 설치되고, 챔버(200)로부터 나오는 출구에 액분리기(160)와 히터(170)가 설치된다.

또한, 냉매의 흐름을 기준으로 압축기(110)의 후단과 전자식 팽창밸브(150)의 후단을 연결하는 제1분기 경로(102)가 설치되고, 압축기(110)의 후단과 증발기(210)의 후단을 연결하는 제2분기 경로(103)가 설치된다.

제1 및 제2분기 경로(102, 103)에는 각각 솔레노이드 밸브(153, 155)와 핫가스 바이패스 밸브(152, 154)가 설치된다.

공정 챔버(200)의 온도를 유지시키는 냉매는 압축기(110)를 통하여 고온고압상태로 응축기(130) 내부에 흐르는 냉각수와 열 교환하여 고압의 액체상태로 수액기(140)에 일부가 저장되고 일정량의 냉매는 전자식 팽창밸브(150)를 통과하게 된다.

또한, 압축기(110)에서 나온 고온의 일부 냉매는 제1분기 경로(102)를 따라 흘러 핫가스 바이패스 밸브(152)를 통과하도록 함으로써 설정된 압력에 따라 일정량의 고온 냉매를 전자식 팽창밸브(150)에서 나온 차가운 냉매와 혼합되도록 한다.

이 혼합된 냉매는 공정 챔버(200)의 증발기(210)를 통과하게 되고 액분리기(160)를 거쳐 다시 압축기(110)로 흡입된다.

또한, 냉동 사이클에서 증발기 역할을 하는 척(210) 내부에서 냉매의 증발이 이뤄지지 않고 액 상태로 나와 압축기(110)로 유입되는 경우 압축기(110)의 소손을 방지하기 위해서, 압축기(110)에서 나온 고온의 일부 냉매는 제2분기 경로(103)를 따라 흘러 핫가스 바이패스 밸브(154)를 통과하도록 함으로써, 액 냉매를 2차 증발시켜 액백 현상을 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 공정이 끝난 때 또는 온도 변경시와 같은 공정 관리시 제1분기 경로(102)를 통하여 핫가스 바이패스 밸브(152)를 통과시켜 핫가스를 증발기(210)에 공급하여 증발기(210) 내부에 형성된 유막을 제거하여 오일로 회수하게 된다.

따라서, 증발기 내부에 침착되는 유막을 제거하여 증발기(210)에서의 열 전도율의 감소를 방지하고, 결과적으로 유막에 의해 증발이 잘 이루어지지 않아 액 냉매가 압축기(110)로 회수되는 것을 방지할 수 있다.

상기에서 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면, 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매는 분기 경로를 따라 흘러 핫가스 바이패스 밸브를 통과하도록 함으로써 설정된 압력에 따라 일정량의 고온 냉매를 전자식 팽창밸브에서 나온 차가운 냉매와 혼합되도록 하여 공정 챔버를 저온 및 고온제어를 함과 동시에, PM 공정시에는 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매만 핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 공정 챔버의 증발기 내부에 침착된 유막을 제거하도록 한다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

100: 칠러 장치
102, 103: 분기 경로
110: 압축기
120: 유분리기
130: 응축기
140: 수액기
150: 전자식 팽창밸브
160: 액분리기
170: 히터
200: 공정 챔버
210: 증발기(척)

Claims (2)

1. 칠러 장치와 공정 챔버를 냉매가 순환하는 냉매 경로를 포함하고,
   상기 냉매 경로 상에는 압축기로부터 시작하여 응축기, 및 전자식 팽창밸브가 순차적으로 설치되며,
   상기 압축기의 후단과 상기 전자식 팽창밸브의 후단을 연결하고 제1핫가스 바이패스 밸브가 설치된 제1분기 경로가 설치되고,
   상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매가 상기 제1분기 경로를 따라 흘러 상기 제1핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 설정된 압력에 따라 일정량의 고온 냉매를 상기 전자식 팽창밸브에서 나온 차가운 냉매와 혼합되도록 하여 상기 공정 챔버를 저온 및 고온제어를 하고,
   PM 공정시 상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매만 상기 제1핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 상기 공정 챔버의 증발기 내부에 침착된 유막을 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치.
2. 청구항 1에서,
   상기 압축기의 후단과 상기 전자식 팽창밸브의 후단을 연결하고 제2핫가스 바이패스 밸브가 설치된 제2분기 경로가 설치되고,
   상기 압축기에서 나온 고온의 일부 냉매는 상기 제2분기 경로를 따라 흘러 상기 제2핫가스 바이패스 밸브를 통과하여 상기 공정 챔버로부터 나온 액 냉매를 2차 증발시켜 액백 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정용 칠러 장치.
   
   

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