KR102299694B1 - 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템 - Google Patents

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Abstract

고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템은, 공정챔버로 순환되는 냉각유체를 저장하기 위한 제1 탱크; 상기 제1 탱크에서 발생된 상기 냉각유체의 제1 증기를 액상으로 상 변화시키는 상 변화부; 및 상기 상 변화된 액상의 냉각유체를 저장하고 상기 제1 탱크로 회수시키기 위한 제2 탱크를 포함한다.

Description

고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템{Fume phase-variation system in a temperature-adjusting device for high temperature}
실시예는 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조를 위한 일련의 공정 모두 또는 일부는 공정 챔버에서 진행된다. 예컨대, 식각 공정, 증착 공정, 이온주입공정 등이 공정 챔버에서 진행된다.
이러한 공정 챔버에서 공정이 진행될 때 공정 온도를 정밀하게 유지하는 것은 매우 중요하여, 이를 위해 온도조절장치, 예컨대 칠러가 사용된다.
도 1은 종래의 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 냉각유체(coolant)가 공정챔버(미도시)로 공급되어 공정챔버가 원하는 온도로 온도 유지가 되고, 공정챔버에서 회수된 냉각유체는 저장탱크(1)에 저장된다. 도시되지 않았지만, 공정챔버에서 회수된 냉각유체는 별도의 냉각장치에 의해 냉각된 후 공정챔버에 저장된다.
한편, 초고온용 온도조절장치에서는 저장탱크(1)의 고온에 의해 저장탱크(1)에 저장된 냉각유체의 일부가 기화되어 증기(fume, 2)로 발생되고, 이러한 증기(2)가 외부로 배출된다. 하지만, 최근 들어, 국제적으로 환경 규제가 강화되는 추세여서, 이와 같은 증기(2)가 외부로 배출되지 않도록 관리되어야 한다. 따라서, 도 1에 도시한 바와 같이, 저장탱크(1)에 필터(3)가 장착된다. 저장탱크(1)에서 기화된 증기(2)는 필터(3)을 통해 신선한 공기가 배출된다.
하지만, 종래의 온도조절장치는 필터(3)의 정격 온도 이상의 증기(2)가 제대로 필터링되지 않아 신선하지 않은, 즉 오염된 공기가 배출되는 문제가 있다.
최근들어, 공정챔버에서의 공정 온도가 점점 더 올라감에 따라 공정챔버에서 회수되는 냉각유체의 온도 또한 증가되어 저장탱크(1)에서 기화된 증기(2)의 온도도 증가되는데 반해 필터(3)의 정격 온도는 높일 수 없어, 최신 공정챔버에서의 온도조절이 용이하지 않은 문제가 있다. 따라서, 공정챔버의 공정 온도가 올라가더라도, 필터(3)의 교체 없이 신선한 공기를 배출할 수 있는 온도조절장치의 개발이 절실하다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 오염된 공기를 배출하지 않는 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 초고온 공정챔버에 적용할 수 있는 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템은, 공정챔버로 순환되는 냉각유체를 저장하기 위한 제1 탱크; 상기 제1 탱크에서 발생된 상기 냉각유체의 제1 증기를 액상으로 상 변화시키는 상 변화부; 및 상기 상 변화된 액상의 냉각유체를 저장하고 상기 제1 탱크로 회수시키기 위한 제2 탱크를 포함한다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템은, 공정챔버로 순환되는 냉각유체를 저장하기 위한 탱크; 상기 탱크에서 발생된 상기 냉각유체의 제1 증기를 제2 증기로 변화시키는 온도조절부; 및 상기 변화된 냉각유체의 제2 증기를 필터링하고, 상기 제2 증기로부터 액상으로 상 변화된 냉각유체를 상기 탱크로 회수시키는 필터를 포함한다.
실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1 탱크에서 기화된 증기를 상 변화부에서 액상으로 상 변화시켜 제2 탱크로 회수하고, 제2 탱크에 회수된 액상의 냉각유체는 다시 제1 탱크로 회수됨으로써, 오염된 공기가 외부로 배출되지 않아 환경 오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 상 변화부에서 의해 제2 탱크로 회수되거나 제2 탱크에 저장된 냉각유체의 온도를 필터의 정격 온도 미만이 되도록 하여, 필터에 의해 오염원은 제거되고 신선하고 깨끗한 공기만 외부로 배출되도록 할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제2 탱크에 설치된 레벨센서와 회수배관에 설치된 밸브에 의해 제2 탱크에 냉각유체가 일정 레벨 이상 채워지지 않도록 하고 제1 탱크에 항상 일정량의 냉각유체가 채워지도록 하여, 제2 탱크에서 공정챔버로 냉각유체가 원활하게 공급되어 공정채버의 정밀한 온도조절이 가능하다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회수배관이 제1 탱크에 저장된 냉각유체의 상면보다 높게 위치되도록 하여, 회수배관을 통해 회수되는 냉각유체가 제1 탱크에 저장된 냉각유체에 영향을 주지 않도록 하여, 공정챔버에서의 정밀한 공정이 이루어지도록 정밀한 온도조절이 가능하다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회수배관이 제1 탱크의 냉각유체의 높이보다 낮게 위치되어 제2 탱크에서 회수된 냉각유체가 제1 탱크의 제1 영역에서 제1 탱크의 냉각유체에 직접 혼합되더라도, 기 설정된 일정한 온도로 맞춰진 제1 탱크의 냉각유체가 공정챔버로 공급되므로 공정챔버에서의 공정 성능 향상에 기여할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 회수배관의 일측을 제2 탱크의 측부에 연결시켜 해당 회수배관의 연결 위치보다 높게 냉각유체가 채워질 때마다 제1 탱크의 냉각유체가 자연스럽게 제1 탱크로 회수될 수 있어, 구조를 단순화하면서도 냉각유체의 회수율을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 단지 온도조절부를 직접 필터에 연결시켜, 온도조절부에 의해 필터의 정격 온도 미만인 증기로 변화되어 필터에 공급되므로, 필터의 필터링 성능에 영향을 주지 않아 신선하고 깨끗한 공기를 외부로 배출할 수 있다는 장점이 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 3은 제2 탱크(114)의 윈도우(119)를 통해 냉각유체의 변화를 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 종래와 실시예에서의 상 변화를 보여준다.
도 5는 제2 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 6은 제3 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 7은 제4 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 8은 1년 동안 냉각유체의 증기의 회수량과 이에 따른 절감비용을 도시한다.
도 9는 년도별 증기 회수에 대한 비용 효용성에 대한 예측을 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)는 제1 탱크(110), 상 변화부(112) 및 제2 탱크(114)를 포함할 수 있다.
제1 탱크(110)는 공정챔버(10)로 순환하는 냉각유체를 저장할 수 있다. 일 예로서, 냉각유체는 냉매(coolant)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 냉각유체는 냉각수(PCW: Process Cooling Water)와 같은 액체를 포함할 수 있다. 공정챔버(10)는 반도체를 제조하기 위한 챔버로서, 각 공정마다 공정챔버(10)가 구비될 수 있다. 이러한 공정챔버(10)에 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)가 장착되어, 해당 공정챔버(10)에서의 공정 온도로 일정하게 유지되도록 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)에서 냉각유체가 공정챔버(10)로 공급될 수 있다. 즉, 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체가 공정챔버(10)로 공급될 수 있다. 이때, 제1 탱크(110)에서 출력된 냉각유체를 펌핑(pumping)하여 보다 더 원활하게 공정챔버(10)로 공급되도록 펌프(130)가 구비될 수 있다. 공정챔버(10)에서 순환된 냉각유체는 다시 제1 탱크(110)로 회수될 수 있다. 도시되지 않았지만, 공정챔버(10)에서 회수된 냉각유체는 열교환기와 같은 냉각장치에 의해 냉각된 후 제1 탱크(110)로 공급될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
공정챔버(10)에서의 공정 온도가 수백도 이상인 초고온 환경에서 반도체 공정이 수행될 수 있다. 이러한 경우, 해당 공정챔버(10)에서 회수되어 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 온도는 적어도 100도 이상이 될 수 있다. 따라서, 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체 중 일부는 기화되어 증기(111)로 발생될 수 있다.
상 변화부(112)는 제1 탱크(110)에서 발생된 냉각유체의 증기(111)를 액상으로 상 변화시킬 수 있다. 상 변화부(112)는 예컨대, 열교환기일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상 변화부(112)에 냉각수(PCW: Process Cooling Water)를 지속적으로 순환시키고, 이 순환된 냉각수에 의해 제1 탱크(110)에서 발생된 증기(111)가 냉각되어 액상으로 상 변화될 수 있다.
도 2에서는 상 변화부(112)와 제2 탱크(114) 사이의 공급배관(113)이 제2 탱크(114)의 상측에 연결되는 것으로 도시되고 있지만, 제2 탱크(114)의 측부에 연결될 수도 있다.
제2 탱크(114)는 상 변화부(112)에서 상 변화된 액상의 냉각유체를 저장하고 제1 탱크(110)로 회수시킬 수 있다.
제2 탱크(114)는 레벨센서(118)를 포함할 수 있다. 레벨센서(118)는 제2 탱크(114) 내에 설치될 수 있다. 레벨센서(118)는 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 레벨을 감지할 수 있다. 레벨의 기준은 제2 탱크(114)의 바닥면일 수 있다. 따라서, 제2 탱크(114)에 냉각유체가 채워짐에 따라 레벨이 커질 수 있다. 예컨대, 레벨센서(118)는 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 표면에 위치된 부표에 설치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)는 제2 탱크(114)와 제1 탱크(110) 사이에 설치된 회수배관(120)을 포함할 수 있다. 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체는 회수배관(120)을 통해 제1 탱크(110)로 회수될 수 있다. 제2 탱크(114)는 제1 탱크(110)보다 높게 위치되어, 제2 탱크(114)의 냉각유체가 제1 탱크(110)로 용이하게 회수될 수 있다. 예컨대, 제2 탱크(114)의 하측은 제1 탱크(110)의 상측보다 높게 위치될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 제1 탱크(110)에서 기화된 증기(111)를 상 변화부(112)에서 액상으로 상 변화시켜 제2 탱크(114)로 회수하고, 제2 탱크(114)에 회수된 액상의 냉각유체는 다시 제1 탱크(110)로 회수됨으로써, 오염된 공기가 외부로 배출되지 않아 환경 오염을 방지할 수 있다.
한편, 예컨대, 제2 탱크(114)의 용량은 제1 탱크(110)의 용량의 5% 내지 10%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 5% 미만인 경우, 제2 탱크(114)에서 제1 탱크(110)로 회수되는 양에 비해 냉각유체가 채워지는 양이 많이 자칫 제2 탱크(114)가 순식간에 냉각유체로 채워지는 문제가 있다. 10% 이상인 경우, 제2 탱크(114)의 용량이 커 쉽게 냉각유체가 채워지지 않아 제1 탱크(110)로 회수되기 위해 많은 시간을 기다려야 하고, 이에 따라 제1 탱크(110)에서는 제2 탱크(114)로부터 냉각유체가 원활하게 회수되지 않아 공정챔버(10)를 정밀하게 온도제어하기 어려울 수 있다. 즉, 레벨센서(118)의 감지에 의해 밸브(122)가 개방되도록 제어되기 위해서는 제2 탱크(114)에 일정 레벨 이상으로 냉각유체가 채워져야 하는데, 제2 탱크(114)의 용량이 커지면 제2 탱크(114)에 일정 레벨 이상으로 냉각유체를 채우는데 많은 시간이 소요될 수 있다.
제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)는 필터(116) 및 검지기(117)을 포함할 수 있다. 필터(116)는 제2 탱크(114)의 냉각유체로부터 발생된 증기를 필터링할 수 있다. 도시하지 않았지만, 필터(116)는 제2 탱크(114)의 냉각유체로부터 발생된 증기를 액상으로 상 변화시켜 제2 탱크(114)로 회수시킬 수도 있다. 검지기(117)는 오염 공기가 배출되는 경우, 이를 알리기 위한 장치일 수 있다. 예컨대, 오염 공기에 불산이 포함된 경우, 검지기(117)의 표시부가 주황색에서 적색으로 변경될 수 있다. 필터(116)는 불산을 트랩(trap)시켜, 외부로 배출되는 공기에 포함되지 않도록 한다. 하지만, 필터(116)로 공급되는 증기의 온도가 필터(116)의 정격 온도 이상인 경우, 필터(116)에서 증기에 포함된 불산을 제대로 트랩시키지 못해 외부로 배출되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위한 방안은 나중에 상세히 설명한다.
상 변화부(112)에서 제2 탱크(114)로 회수되거나 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 온도는 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 온도보다 낮을 수 있다. 예컨대, 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 온도는 200도나 이보다 높을 수 있다. 상 변화부(112)에서 제2 탱크(114)로 회수되거나 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 온도는 200도 미만일 수 있다.
예컨대, 상 변화부(112)에서 제2 탱크(114)로 회수되거나 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 온도는 30도 내지 100도일 수 있다. 예컨대, 상 변화부(112)에서 제2 탱크(114)로 회수되거나 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 온도는 30도 내지 60도일 수 있다. 따라서, 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체는 기화되지 않으므로 증기가 발생되지 않을 수 있다. 이에 따라, 비록 필터(116)가 구비되고 있지만, 필터(116)로 공급되는 증기가 없어 실질적으로 외부로 어떠한 증기도 배출되지 않아, 환경 오염을 원천적으로 차단할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4a와 도 4b를 참고하여 상세히 설명한다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 종래의 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(도 1)에서는 필터(3)에서 대부분의 증기가 외부로 배출되고, 일부 극소량이 액상으로 상 변화되어 회수된다. 하지만, 종래의 온도조절장치에서는 미처 필터링되지 않은 증기, 즉 오염된 공기가 외부로 배출되어 환경 오염을 유발할 수 있다. 또한, 종래의 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템에서는 실질적으로 회수되는 냉각유체가 거의 없어, 즉 냉각유체의 회수율이 거의 제로(0)에 가까워, 공정챔버(10)로 순환하는 냉각유체를 주기적으로 채워줘야 한다. 이에 반해, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)에서는 상 변화부(112)에 의해 제1 탱크(110)에서 발생된 증기(111)가 액상으로 상 변화될 수 있다. 상 변화부(112)에 의해 제1 탱크(110)에서 발생된 증기(111)가 액상으로 상 변화될 수 있다. 이 액상으로 상 변화된 냉각유체의 온도가 예컨대, 30도 내지 100도이므로, 이 냉각유체가 제2 탱크(114)에 저장되더라도 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체로부터 증기가 발생되지 않는다. 따라서, 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체는 모두 제1 탱크(110)로 회수될 수 있어, 냉각유체의 회수율이 거의 100%일 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)에서의 상 변화 구간(L2)이 종래의 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(도 1)에서의 상 변화 구간(L1)보다 크므로, 보다 더 기화될 확률이 높다, 따라서, 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)에서는 종래의 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(도 1)에서와 달리, 상 변화부(112)에 의해 제1 탱크(110)에서 발생된 증기(111) 모두가 액상으로 상 변화될 수 있어, 냉각유체의 회수율이 현저히 증가될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 상 변화부(112)에서 의해 제2 탱크(114)로 회수되거나 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 온도를 필터(116)의 정격 온도 미만이 되도록 하여, 필터(116)에 의해 오염원은 제거되고 신선하고 깨끗한 공기만 외부로 배출되도록 할 수 있다.
제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)는 밸브(122)를 포함할 수 있다. 밸브(122)는 회수배관(120)에 설치될 수 있다. 밸브(122)는 예컨대, 솔레노이드 밸드일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 밸브(122)는 회수배관(120)을 통해 제2 탱크(114)에서 제1 탱크(110)로 회수되는 냉각유체를 조절할 수 있다. 예컨대, 밸브(122)는 냉각유체을 공급하거나 냉각유체의 공급을 차단할 수 있다.
밸브(122)는 레벨센서(118)와 연동되어 구동될 수 있다. 도시되지 않았지만, 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(100)는 제어부, 컨트롤러, 프로세서, CPU 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 제어부는 레벨센서(118)로부터 감지신호를 수신하고, 수신된 감지신호를 분석하여 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 레벨이 기 설정된 값, 즉 임계값보다 큰지를 판단할 수 있다. 판단결과로서 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 레벨이 임계값보다 큰 경우, 제어부는 밸브(122)가 개방되도록 밸브(122)를 제어하여 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체가 회수배관(120)을 통해 제1 탱크(110)로 회수될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 제2 탱크(114)에 설치된 레벨센서(118)와 회수배관(120)에 설치된 밸브(122)에 의해 제2 탱크(114)에 냉각유체가 일정 레벨 이상 채워지지 않도록 하고 제1 탱크(110)에 항상 일정량의 냉각유체가 채워지도록 하여, 제2 탱크(114)에서 공정챔버(10)로 냉각유체가 원활하게 공급되어 공정채버의 정밀한 온도조절이 가능하다.
한편, 제2 탱크(114)는 그 일측에 설치된 윈도우(119)를 포함할 수 있다. 윈도우(119)는 투명한 재질로 형성되어, 제2 탱크(114)의 내부를 육안을 관찰할 수 있다. 예컨대, 윈도우(119)는 유리나 투명한 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 투명한 플라스틱 재질로 예컨대, 폴리이미드(polyimide) 재질이 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 작업자는 윈도우(119)를 통해, 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 변화를 관찰할 수 있다.
도 3(a)에 도시한 바와 같이, 윈도우(119)를 통해 냉각유체가 제2 탱크(114)에 제1 레벨(level1)의 높이로 채워짐을 관찰할 수 있다. 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 윈도우(119)를 통해 냉각유체가 제2 탱크(114)에 제2 레벨(level2)의 높이로 채워짐을 관찰할 수 있다. 제2 레벨(level2)의 높이는 제1 레벨(level1)의 높이보다 낮을 수 있다. 따라서, 윈도우(119)를 통해 냉각유체가 제1 레벨(level1)의 높이에서 제2 레벨(level2)의 높이로 낮아짐이 관찰될 수 있다. 제2 탱크(114)에 제2 레벨(level2)의 높이로 냉각유체가 채워진 후, 밸브(122)가 개방되어 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체가 제1 탱크(110)로 회수됨에 따라 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체가 제2 레벨(level2)로 낮아질 수 있다.
한편, 제1 탱크(110)에서 냉각유체의 상면은 제1 탱크(110)의 제1 높이(h1)에 위치될 수 있다. 제1 탱크(110)의 제1 높이(h1)는 제1 탱크(110)의 바닥면으로부터의 높이일 수 있다. 회수배관(120)은 제1 탱크(110)의 제1 높이(h1)보다 높은 제2 높이(h2)에 대응하는 제1 탱크(110)의 측부에 연결될 수 있다. 이에 따라, 회수배관(120)을 통해 회수되는 제2 탱크(114)의 냉각유체는 제1 탱크(110)의 내측벽을 타고 흘러내려 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 상면과 만나게 된다. 이와 같은 회수배관(120)의 배치 구조에 의해, 제2 탱크(114)에서 회수되는 냉각유체가 제1 탱크(110)에 저장되고 제1 탱크(110)에서 공정챔버(10)로 공급되는 냉각유체에 영향을 주지 않을 수 있다.
제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 온도는 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체의 온도보다 높다. 이러한 경우, 제2 탱크(114)에서 제1 탱크(110)로 회수되는 냉각유체가 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체와 직접 혼합되는 경우, 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 온도가 감소될 수 있고, 이러한 온도 감소는 자칫 공정챔버(10)로 공급되는 냉각유체에 영향을 줘 공정챔버(10)에서 공정 온도로 공정이 이루어지지 않을 수 있다. 제1 실시예에 따르면, 회수배관(120)이 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 상면보다 높게 위치되도록 하여, 회수배관(120)을 통해 회수되는 냉각유체가 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체에 영향을 주지 않도록 하여, 공정챔버(10)에서의 정밀한 공정이 이루어지도록 정밀한 온도조절이 가능하다.
도 5는 제2 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
제2 실시예는 회수배관(120)의 배치위치와 격벽(124)을 제외하고 제1 실시예와 동일하다. 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 형상, 구조 및/또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(101)는 제1 탱크(110), 상 변화부(112) 및 제2 탱크(114)를 포함할 수 있다.
아울러, 제2 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(101)는 제1 탱크(110)와 제2 탱크(114)를 연결하는 회수배관(120)을 포함할 수 있다.
회수배관(120)은 제1 탱크(110)의 제1 높이(h1)보다 낮은 제3 높이(h3)에 대응하는 제1 탱크(110)의 측부에 연결될 수 있다. 따라서, 제2 탱크(114)에 저장된 냉각유체가 회수배관(120)을 통해 제1 탱크(110)로 회수될 수 있다. 이때, 회수배관(120)의 제3 높이(h3)가 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 표면보다 낮으므로, 제1 탱크(110)로 회수된 냉각유체는 직접 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체와 혼합될 수 있다.
이러한 경우, 제2 탱크(114)로로부터 회수배관(120)을 통해 회수된 냉각유체의 온도에 의해 제1 탱크(110)에 저장된 냉각유체의 온도가 낮아질 수 있다. 이와 같이 낮아진 제1 탱크(110)의 냉각유체는 공정챔버(10)에서의 공정에 영향을 줄 수 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 제2 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(101)는 격벽(124)을 포함할 수 있다. 격벽(124)은 제1 탱크(110)에 설치될 수 있다. 격벽(124)은 제1 탱크(110)의 바닥면에 설치될 수 있다. 격벽(124)은 제1 탱크(110)의 바닥면으로부터 상측으로 연장되어 형성될 수 있다. 격벽(124)은 제1 탱크(110)의 중심으로부터 회수배관(120)에 보다 더 인접하여 배치될 수 있다. 격벽(124)은 회수배관(120)이 연결된 제1 탱크(110)의 측부로부터 이격되어 배치될 수 있다. 제1 탱크(110)의 제1 측부와 격벽(124) 사이의 거리는 제1 탱크(110)의 제2 측부와 격벽(124) 사이의 거리보다 작을 수 있다. 제1 탱크(110)의 제1 측부는 회수배관(120)이 연결된 측부이고, 제1 탱크(110)의 제2 측부는 제1 측부와 마주보는 측부일 수 있다.
격벽(124)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 격벽(124)은 플라스틱 재질, 유리, 스테인레스 스틸(stainless steel), 쿼츠(quartz) 등으로 형성될 수 있다. 격벽(124)은 제1 탱크(110)를 가로질러 배치될 수 있다. 예컨대, 격벽(124)에 의해 격벽(124)의 상측보다 낮게 채워진 제1 탱크(110)의 냉각유체는 서로 분리될 수 있다. 예컨대, 격벽(124)에 의해 격벽(124)의 상측보다 높게 채워진 제1 탱크(110)의 냉각유체는 격벽(124)의 상측 위를 통해 서로 교류할 수 있다.
제1 탱크(110)의 냉각유체의 상면은 격벽(124)의 상측보다 높게 위치되도록 제1 탱크(110)의 냉각유체가 격벽(124)의 상측 위로 채워질 수 있다. 격벽(124)의 두께를 T라고 하면, 격벽(124)의 두께(T)는 제1 높이(h1)보다 작을 수 있다.
제1 탱크(110)는 격벽(124)에 의해 제2 탱크(114)에서 회수된 냉각유체가 제1 탱크(110)의 냉각유체와 직접적으로 혼합되는 제1 영역과 제2 영역으로 구분될 수 있다. 이러한 경우, 회수배관(120)이 제1 탱크(110)의 냉각유체의 높이, 즉 제1 높이(h1)보다 낮게 위치되어 제2 탱크(114)에서 회수된 냉각유체가 제1 탱크(110)의 제1 영역에서 제1 탱크(110)의 냉각유체에 직접 혼합되더라도, 이 혼합된 냉각유체가 격벽(124)에 의해 격벽(124)을 넘어 제1 탱크(110)의 제2 영역으로 이동하는 데에는 상당한 시간이 걸리고, 그 상당한 시간 동안 해당 혼합된 냉각유체의 온도가 증가되어 제1 탱크(110)의 제2 영역에서의 냉각유체의 온도로 맞춰질 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 회수배관(120)이 제1 탱크(110)의 냉각유체의 높이(h1)보다 낮게 위치되어 제2 탱크(114)에서 회수된 냉각유체가 제1 탱크(110)의 제1 영역에서 제1 탱크(110)의 냉각유체에 직접 혼합되더라도, 기 설정된 일정한 온도로 맞춰진 제1 탱크(110)의 냉각유체가 공정챔버(10)로 공급되므로 공정챔버(10)에서의 공정 성능 향상에 기여할 수 있다.
도 6은 제3 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
제3 실시예는 회수배관(126)의 배치위치를 제외하고 제1 및/또는 제2 실시예와 동일하다. 아울러, 제3 실시예에서는 제1 및/또는 제2 실시예와 달리, 레벨센서(118)가 구비되지 않을 수 있다. 제2 실시예에서 제1 및/또는 제2 실시예와 동일한 형상, 구조 및/또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 제3 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(102)는 제1 탱크(110), 상 변화부(112) 및 제2 탱크(114)를 포함할 수 있다.
제3 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(102)는 제1 탱크(110)와 제2 탱크(114)를 연결하는 회수배관(126)을 포함할 수 있다.
회수배관(126)의 일측은 제1 탱크(110)의 측부에 연결되고, 회수배관(126)의 타측은 제2 탱크(114)의 측부에 연결될 수 있다. 회수배관(126)의 타측은 제4 높이(h4)에 대응하는 제2 탱크(114)의 측부에 연결될 수 있다. 제4 높이(h4)는 제2 탱크(114)의 바닥면으로부터의 높이일 수 있다. 따라서 제2 탱크(114)에 제4 높이(h4)보다 높은 제5 높이(h5)를 갖는 냉각유체가 채워지는 경우, 해당 냉각유체는 회수배관(126)을 통해 제1 탱크(110)로 회수될 수 있다.
제3 실시예에서는, 회수배관(126)을 제2 탱크(114)의 측부의 일영역에 연결하고, 제1 및/또는 제2 실시예와 달리 레벨센서(118)가 구비되지 않더라도, 회수배관(126)이 연결된 위치, 즉 제4 높이(h4)보다 더 높게 냉각유체가 채워질 때마다, 해당 냉각 유체가 회수배관(126)을 통해 제1 탱크(110)로 회수될 수 있다. 제2 탱크(114)의 냉각유체가 제4 높이(h4)로 낮아질 때까지 제2 탱크(114)의 냉각유체가 제1 탱크(110)로 회수될 수 있다. 제2 탱크(114)의 냉각유체가 제4 높이(h4)보다 낮아진 경우, 해당 냉각유체가는 제1 탱크(110)로 회수되지 않고, 냉각유체가 제4 높이(h4)보다 높게 체워질 때까지 대기 상태로 유지될 수 있다.
한편, 회수배관(126)을 통해 회수되는 냉각유체를 보다 정밀하게 유량 제어하기 위해 회수배관(126)에 유량밸브(127)가 설치될 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 회수배관(126)의 일측을 제2 탱크(114)의 측부에 연결시켜 해당 회수배관(126)의 연결 위치보다 높게 냉각유체가 채워질 때마다 제1 탱크(110)의 냉각유체가 자연스럽게 제1 탱크(110)로 회수될 수 있어, 구조를 단순화하면서도 냉각유체의 회수율을 극대화할 수 있다.
도 7은 제4 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템을 도시한다.
도 7을 참조하면, 제4 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템(200)는 탱크(210), 온도조절부(212) 및 필터(214)를 포함할 수 있다.
제4 실시예의 탱크(210)는 공정챔버(10)로 순환되는 냉각유체를 저장할 수 있다. 제1 내지 제3 실시예의 텡크(110)와 동일하므로, 제1 내지 제3 실시예로부터 용이하게 이해될 수 있으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
온도조절부(212)는 탱크(210)에서 발생된 냉각유체의 제1 증기(211)를 제2 증기로 변화시킬 수 있다. 예컨대, 제1 증기(211)의 온도는 200도나 그 이상일 수 있다. 제2 증기는 필터(214)의 정격온도 미만일 수 있다. 예컨대, 제2 증기는 130도 내지 160도일 수 있다. 예컨대, 제2 증기는 150도 내지 제160도일 수 있다.
온도조절부(212)가 필터(214)에 연결되므로, 온도조절부(212)에서 변화된 제2 증기가 직접 필터(214)로 공급될 수 있다.
온도조절부(212)는 열교환기일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제4 실시예의 온도조절부(212)는 제1 내지 제3 실시예의 상 변화부(112)와 동일하되, 냉각되는 온도만 상이할 수 있다. 제4 실시예의 온도조절부(212)는 제1 내지 제3 실시예에서 상 변화부(112)에서 용이하게 이해될 수 있으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
필터(214)는 온도조절부(212)에서 변화된 냉각유체의 제2 증기를 필터링하여 외부로 배출시킬 수 있다. 또한, 필터(214)는 제2 증기로부터 액상으로 상 변화된 냉각유체를 다시 탱크(210)로 회수시킬 수 있다. 즉, 필터(214)와 탱크(210) 사이에 회수배관(220)이 설치될 수 있다. 따라서, 필터(214)에서 액상으로 상 변화된 냉각유체는 회수배관(220)을 통해 탱크(210)로 회수될 수 있다.
미 설명된 도면 부호 217은 검지기로서, 제1 내지 제3 실시예에 설명된 검지기(117)과 동일한 구조나 기능을 가질 수 있다. 또한, 미 설명된 도면 부호 230은 펌프로서, 제1 내지 제3 실시예에 설명된 펄프(130) 과 동일한 구조나 기능을 가질 수 있다.
제4 실시예에 따르면, 단지 온도조절부(212)를 직접 필터(214)에 연결시켜, 온도조절부(212)에 의해 필터(214)의 정격 온도 미만인 증기로 변화되어 필터(214)에 공급되므로, 필터(214)의 필터링 성능에 영향을 주지 않아 신선하고 깨끗한 공기를 외부로 배출할 수 있다. 온도조절부(212)는 공급배관(213)을 통해 필터(214)에 연결될 수 있다.
제4 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 실시예와 같이 별도의 탱크(114)가 구비되지 않아도 되므로, 제1 내지 제3 실시예에 비해 구조가 단순하고 비용이 현저히 절감될 수 있다.
도 8은 1년 동안 냉각유체의 증기의 회수량과 이에 따른 절감비용을 도시한다. 도 8는 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템에 근거하여 산출되었지만, 다른 실시예, 즉 제2 내지 제4 실시예 또한 도 8에 도시된 바와 유사한 절감비용을 달성할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템에서 상 변화부(112) 및 제2 탱크(114)에 의해 회수되는 회수량은 대략 2,400g이상이고, 이에 따른 절감비용은 대략 250,000원 이상일 수 있다. 따라서, 반도체 회사의 생산라인에 설치된 무수히 많은 공정챔버(10) 각각에 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템이 적용된다고 가정하면, 도 8에 도시된 회수량 및 절감비용 각각에 공정챔버(10)의 대수를 곱한 값이 산출되는 것으로서, 회수량이 상당하고 비용이 현저하게 절감될 수 있다.
도 9는 년도별 증기 회수에 대한 비용 효용성에 대한 예측을 보여준다. 도 9는 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템에 근거하여 산출되었지만, 다른 실시예, 즉 제2 내지 제4 실시예 또한 도 8에 도시된 바와 유사한 절감비용을 달성할 수 있다.
도 9에서 세로축의 ROI는 하기의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 1]
ROI=((절감비용 X N년)/투자금액}X100%
수학식 1과 도 9로부터, ROI 값이 2019년부터 해마다 큰 폭으로 증가됨을 알 수 있다. 이로부터, 제1 실시예에 따른 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템의 적용으로 투자금액 대비 비용 절감이 상당함을 알 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
10: 공정챔버
100, 101, 102, 200: 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템
110: 제1 탱크
111, 211: 증기
112: 상 변화부
114: 제2 탱크
116, 214: 필터
117, 217: 검지기
118: 레벨센서
119: 윈도우
120, 126, 220: 회수배관
122, 127: 밸브
124: 격벽
130: 펌프
210: 탱크
212: 온도조절부
H1, H2, H3: 높이
T: 두께

Claims (18)

  1. 공정챔버로 순환되는 냉각유체를 저장하기 위한 제1 탱크;
    상기 제1 탱크 내에 격벽;
    냉각수를 이용하여 상기 제1 탱크에서 발생된 상기 냉각유체의 증기를 필터의 정격 온도 미만인 온도를 갖는 액상으로 상 변화시키는 상 변화부; 및
    상기 상 변화된 액상의 냉각유체를 저장하고 상기 제1 탱크로 회수시키기 위한 제2 탱크;
    상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크의 하측 사이에 연결되는 회수배관; 및
    상기 제2 탱크에 설치된 상기 필터를 포함하고,
    상기 제1 탱크의 냉각유체의 상면은 상기 제1 탱크에 저장된 냉각유체의 제1 높이에 위치되고,
    상기 회수배관은,
    상기 제1 높이보다 낮은 제3 높이에 대응하는 상기 제1 탱크의 측부에 연결되며,
    상기 격벽은 상기 회수배관이 연결된 상기 제1 탱크의 측부로부터 이격되어 배치되는 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탱크 내에 설치되어 상기 액상의 냉각유체의 레벨을 감지하는 레벨센서; 및
    상기 회수배관에 설치되어 상기 레벨센서의 감지 결과에 따라 상기 제2 탱크의 냉각유체의 회수를 제어하는 밸브를 포함하는 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격벽의 두께는,
    상기 제1 높이보다 작은 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탱크와 상기 제2 탱크의 측부의 일 영역 사이에 연결되어 회수배관을 포함하고,
    상기 제2 탱크의 측부의 일영역은 상기 제2 탱크의 하측과 상기 제2 탱크의 상측 사이에 위치되는 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탱크의 용량은 상기 제1 탱크의 용량의 5% 내지 10%인 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탱크의 냉각유체의 온도는 30도 내지 100도인 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탱크는 그 일측에 설치된 윈도우를 포함하는 고온용 온도조절장치의 증기 상 변화 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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