KR102370743B1 - 온도제어시스템의 열교환장치 및 이를 포함하는 온도제어시스템 - Google Patents

온도제어시스템의 열교환장치 및 이를 포함하는 온도제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도제어시스템의 열교환장치 및 이를 포함하는 온도제어시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 칠러 하우징(110)과, 반도체 제조 설비(10)에서 사용된 쿨런트를 칠러 하우징(110)의 내부로 회수하는 쿨런트 회수 라인(120)과, 쿨런트 회수 라인(120)을 통해 회수된 쿨런트를 저장하는 리저버(130)와, 리저버(130)에 저장된 쿨런트를 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 순환펌프(150)와, 순환펌프(150)에 의해 공급된 쿨런트를 냉각시켜 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 쿨런트 공급 라인(180)을 포함하는 온도제어장치의 열교환장치(200)로서, 열교환장치(200)는, 쿨런트 공급 라인(180)에 설치되며 쿨런트를 설정온도로 냉각시키는 제1 열교환 유닛(210)과, 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 배치되는 제1, 2 열전모듈(220, 240)과, 제1, 2 열전모듈(220, 240)을 사이에 두고 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 대면 배치되며, 외부 냉각수를 유동시켜 쿨런트를 냉각시키는 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)을 포함하고, 제1 열교환 유닛(210)은, 내부공간을 갖는 본체(211)와, 본체(211)와 일체로 성형되는 복수의 핀 유닛(310)을 포함하는 열교환 핀(300)을 포함한다.

Description

온도제어시스템의 열교환장치 및 이를 포함하는 온도제어시스템{HEAT EXCHANGE DEVICE OF TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AND TEMPERATURE CONTROL SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 온도제어시스템의 열교환장치 및 이를 포함하는 온도제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성능감소 없는 사이즈 축소가 가능하며, 열전달 및 유체 흐름을 최적화하여 열교환 성능을 향상시킨 온도제어시스템의 열교환장치 및 이를 포함하는 온도제어시스템에 관한 것이다.
반도체 소자 기술이 점차 고도화되면서 반도체 제조 설비에 적용되는 장비의 제어 정밀도 역시 중요해지고 있다.
반도체 제조 설비에는 온도제어시스템이 이용된다. 온도제어시스템은 반도체 제조 설비의 온도를 제어하는 장치로서, 칠러(chiller) 등의 명칭으로 사용되고 있다.
반도체 제조 설비용 온도제어시스템은 열 매체의 온도를 제어하기 위해 히터 및 냉각 장치 등을 포함하여 구성되는데, 최근 들어 열전소자를 이용하는 온도 제어 방식이 소개되고 있다. 열전소자는 열에너지를 전기에너지로 변환하거나 전기에너지를 열에너지로 변환하는 장치로서, 구성이 간단하고 냉각 효과가 뛰어난 장점이 있다.
한편, 반도체 제조 설비의 기술 추이는 설비당 현재 3~6개의 챔버로 구성되어 있는데, 최근 들어 장비당 챔버 수를 10~12개로 증대하고 있다. 지정 면적에 공정 설비와 챔버를 증대할 경우 설치 면적의 최소화와 생산량이 증대되는 효과가 있다.
또한, 반도체 제조 설비의 온도제어시스템에 대해서는 성능 감소는 없으면서 시스템의 사이즈 축소 및 공정 개선을 통해 Low Temp, High Power의 기능을 요구한다.
열전모듈 열교환장치를 이용하는 온도제어시스템의 경우, 시스템의 사이즈 감소를 위해서는 비교적 부피가 큰 부품인 열전모듈 열교환장치의 성능감소 없는 사이즈 축소가 필요하다.
종래의 온도제어시스템의 열교환기는 내부 공간이 마련되고 상부가 개방된 본체 케이스와, 본체 케이스의 내부 공간에 브레이징 접합되는 복수 개의 열교환 핀과, 핀의 접합 후 본체 케이스의 상부 개방 부위에 안착 고정되는 상부 커버를 포함하여 구성되었다. 종래의 열교환 핀은 각각이 본체 케이스의 내부 공간에 길이 방향으로 수납되도록 긴 플레이트 형상을 가졌으며, 이들은 서로 일정 거리를 두고 이격 배치되어 쿨런트(또는 냉각수)의 유동을 가능하게 해 주었다.
그런데, 이러한 종래의 온도제어시스템의 열교환기는 본체 케이스 및 상단 커버의 가공, 열교환 핀의 가공, 브레이징 접합, 기타 조립 및 기계가공이 대부분 여러 공정으로 나눠져 있으며, 대부분의 공정이 수작업으로 진행되었다. 이로 인해, 작업자의 숙련도에 따른 열교환 핀의 누락, 브레이징 액 과도포 문제, 미 접합 부위 발생 시 열교환 효율이 저하되는 문제 등이 따랐다.
관련된 선행기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-1505908호(2015.03.26, 공고일)가 있으며, 상기 선행문헌에는 열교환기가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 성능감소 없는 사이즈 축소가 가능하며, 열전달 및 유체 흐름을 최적화하여 열교환 성능을 향상시킨 온도제어시스템의 열교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 열교환장치의 구조 및 제작 형태, 예를 들어, 본체 케이스, 열교환 핀 접합, 상단 커버를 각각 준비하고, 이들을 접합 및 가공, 결합하는 형태에서 벗어나 열교환 핀과 본체를 단일 공정으로 일체형으로 제작할 수 있는 온도제어시스템의 열교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 열교환장치 본체의 표면 온도가 낮고 균등한 분포를 가지고, 열교환 핀의 온도가 낮고 균등한 분포를 가지며, 열교환장치에 인/아웃 되는 유체의 흐름이 위치 및 구간 별로 편중 없이 고르게 형성되어 열교환 효율이 증대될 수 있는 온도제어시스템의 열교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 성능감소 없는 사이즈 축소가 가능하며, 열전달 및 유체 흐름을 최적화하여 열교환 성능을 향상시킨 온도제어시스템의 열교환장치를 포함하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면 성능감소 없는 사이즈 축소가 가능하며, 열전달 및 유체 흐름을 최적화하여 열교환 성능을 향상시킨 온도제어시스템의 열교환장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 성능감소 없는 사이즈 축소가 가능하며, 열전달 및 유체 흐름을 최적화하여 열교환 성능을 향상시킨 온도제어시스템의 열교환장치를 포함하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치는 칠러 하우징(110)과, 반도체 제조 설비(10)에서 사용된 쿨런트를 상기 칠러 하우징(110)의 내부로 회수하는 쿨런트 회수 라인(120)과, 상기 쿨런트 회수 라인(120)을 통해 회수된 쿨런트를 저장하는 리저버(130)와, 상기 리저버(130)에 저장된 쿨런트를 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 순환펌프(150)와, 상기 순환펌프(150)에 의해 공급된 쿨런트를 냉각시켜 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 쿨런트 공급 라인(180)을 포함하는 온도제어장치의 열교환장치(200)로서, 상기 열교환장치(200)는, 상기 쿨런트 공급 라인(180)에 설치되며 상기 쿨런트를 설정온도로 냉각시키는 제1 열교환 유닛(210)과, 상기 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 배치되는 제1, 2 열전모듈(220, 240)과, 상기 제1, 2 열전모듈(220, 240)을 사이에 두고 상기 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 대면 배치되며, 외부 냉각수를 유동시켜 상기 쿨런트를 냉각시키는 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)을 포함하고, 상기 제1 열교환 유닛(210)은, 내부공간을 갖는 본체(211)와, 상기 본체(211)와 일체로 성형되는 복수의 핀 유닛(310)을 포함하는 열교환 핀(300)을 포함한다.
상기 본체(211)는, 전후 방향 길이가 좌우 방향 폭 사이즈보다 큰 직사각형 형상의 상하 면(2111)과, 상기 상하 면(2111)의 좌우 측에 연결되는 좌우 측면(2112)과, 상기 상하 면(2111)과 상기 좌우 측면(2112)의 전후를 막아 연결되는 전후 면(2113)을 포함하는 내부공간(215)을 갖는 박스 형상을 가질 수 있다.
상기 본체(211)의 일단부(2114)에는 상기 쿨런트가 상기 내부공간(215)을 향해 유입되는 입수부(218)가 형성되고, 상기 본체(211)의 타단부(2115)에는 상기 쿨런트가 상기 내부공간(215)에서 상기 열교환 핀(300)을 경유한 후 배출되는 출수부(219)가 구비될 수 있다.
상기 열교환 핀(300)에서, 상기 복수의 핀 유닛(310) 각각은, 상기 본체(211)의 내부공간에서 상기 본체(211)의 두께 방향을 따라 상하로 연결되되, 상기 복수의 핀 유닛(310) 각각은, 상단부가 상기 본체(211)의 상부 내벽에 소정의 면적을 갖도록 접촉 연결되고, 하단부가 상기 본체(211)의 하부 바닥에 소정의 면적으로 접촉 연결되며, 상하 길이 방향을 따라 일정한 단면 크기 및 형상을 갖는 막대형 몸체(311)를 포함한다.
상기 막대형 몸체(311)의 단면 형상은, 전후 방향 길이가 좌우 방향 폭 사이즈에 비해 길게 형성되되, 상기 막대형 몸체(311)의 전후 길이 방향 양측에는, 상기 본체(211)의 내부공간에서의 상기 쿨런트의 유동 방향에 나란하게 평행을 이루는 직선 형상부(317)가 형성될 수 있다.
상기 막대형 몸체(311)의 전방에는, 제1 곡률의 원호 형상을 갖는 제1 라운드 형상부(318)가 형성되고, 상기 제1 라운드 형상부(318)의 양단은, 상기 직선 형상부(317)의 전단 부위와 연결될 수 있다.
상기 막대형 몸체(311)의 후방에는, 제2 곡률의 원호 형상을 갖는 제2 라운드 형상부(319)가 형성되고, 상기 제2 라운드 형상부(319)의 양단은, 상기 직선 형상부(317)의 후단 부위와 연결될 수 있다.
상기 제2 라운드 형상부(319)의 제2 곡률 사이즈는 상기 제1 라운드 형상부(318)의 제1 곡률 사이즈와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 복수의 핀 유닛(310) 각각은, 상기 본체(211)의 내부공간에서 상기 본체(211)의 폭 방향으로 제1 갭부(320)를 두고 이격 배치되고, 상기 복수의 핀 유닛(310) 각각은, 상기 본체(211)의 내부공간에서 상기 본체(211)의 길이 방향으로 제2 갭부(330)를 두고 이격 배치되며, 상기 제2 갭부(330)는, 상기 제1 갭부(320)보다 크게 형성될 수 있다.
이와 같이 열교환 핀(300)이 구성됨에 따라, 열교환 성능이 -10℃ 기준으로 15% 향상 될 시 동일한 메인 공정 장비의 부하에 대한 칠러, 즉 온도제어시스템의 출력은 66% 에서 57%로 감소될 수 있다. 이에 따라, 소비전력의 감소와 열전모듈의 수명증대의 장점이 있다. 나아가, 이와 같이 열교환 핀(300)이 구성됨에 따라, 열교환장치(200)의 표면 온도가 낮고 균등한 분포를 가질 수 있으며, 본체 내에서의 유체의 흐름이 원활한 장점이 있으며, 특히 유동 면적 내에서 유체 흐름이 편중 없이 균일하게 형성되면서 와류가 생성되는 구조로서 일부 영역에서의 핀 유닛의 식각 현상 유발이 방지되는 장점이 있다. 결과적으로 장치의 내구성은 증가하면서 열교환 효율이 대폭 향상되는 장점이 있다.
상기 본체(211)와 상기 열교환 핀(300)은 DMP(Direct Metal Printing) 공법으로 일체로 제작될 수 있다.
상기 본체(211)와 상기 열교환 핀(300)은 AlSi10mg 분말 소재를 이용하여 1~10㎛ 두께로 레이저 빔으로 용융(melting) 후 적층하여 일체로 성형할 수 있다. 이와 같이 미리 준비된 설계 데이터를 기반으로 열교환 핀(300)과 본체(211)는 기존과 달리 일체형 구조로 단일 공정을 통해 빌드업(Build Up) 성형될 수 있다. 이에 따라, 종래의 열교환장치의 제작 시 다수의 번거로운 공정을 거치면서 각 부품의 가공 및 조립, 접합, 후가공 등의 과정을 전적으로 배제할 수 있으며, 간편한 3D 프린팅 공법을 이용하여 제작 효율이 높으며 가공 비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서, 상기 제2, 3 열교환 유닛은, 전술한 제1 열교환 유닛과 동일한 구조를 가질 수 있는데, 제2, 3 열교환 유닛은 내부공간을 갖는 본체와, 상기 본체와 일체로 성형되는 복수의 핀 유닛을 포함하는 열교환 핀을 포함한다.
제2, 3 열교환 유닛에서, 복수의 핀 유닛 각각은, 상단부가 상기 본체의 상부 내벽에 소정의 면적을 갖도록 접촉 연결되고, 하단부가 상기 본체의 하부 바닥에 소정의 면적으로 접촉 연결되며, 상하 길이 방향을 따라 일정한 단면 크기 및 형상을 갖는 막대형 몸체를 포함한다.
제2, 3 열교환 유닛에서, 상기 막대형 몸체의 단면 형상은, 전후 방향 길이가 좌우 방향 폭 사이즈에 비해 길게 형성되되, 상기 막대형 몸체의 전후 길이 방향 양측에는, 상기 본체의 내부공간에서의 상기 쿨런트의 유동 방향에 나란하게 평행을 이루는 직선 형상부가 형성되고, 상기 막대형 몸체의 전방에는, 제1 곡률의 원호 형상을 갖는 제1 라운드 형상부가 형성되고, 상기 제1 라운드 형상부의 양단은, 상기 직선 형상부의 전단 부위와 연결되며, 상기 막대형 몸체의 후방에는, 제2 곡률의 원호 형상을 갖는 제2 라운드 형상부가 형성되고, 상기 제2 라운드 형상부의 양단은, 상기 직선 형상부의 후단 부위와 연결되며, 상기 제2 라운드 형상부의 제2 곡률 사이즈는 상기 제1 라운드 형상부의 제1 곡률 사이즈와 동일할 수 있다.
제2, 3 열교환 유닛(230, 250)에서, 상기 복수의 핀 유닛 각각은, 상기 본체의 내부공간에서 상기 본체의 폭 방향으로 제1 갭부를 두고 이격 배치되고, 상기 본체의 길이 방향으로 제2 갭부를 두고 이격 배치되며, 상기 제2 갭부는, 상기 제1 갭부보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 온도제어시스템은 칠러 하우징(110); 반도체 제조 설비(10)에서 사용된 쿨런트를 상기 칠러 하우징(110)의 내부로 회수하는 쿨런트 회수 라인(120); 상기 쿨런트 회수 라인(120)을 통해 회수된 쿨런트를 저장하는 리저버(130); 상기 리저버(130)에 저장된 쿨런트를 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 순환펌프(150); 상기 순환펌프(150)에 의해 공급된 쿨런트를 냉각시켜 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 쿨런트 공급 라인(180); 및 상기 쿨런트 공급 라인(180)에 설치되며 상기 쿨런트를 설정온도로 냉각시키는 제1 열교환 유닛(210)과, 상기 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 배치되는 제1, 2 열전모듈(220, 240)과, 상기 제1, 2 열전모듈(220, 240)을 사이에 두고 상기 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 대면 배치되며, 외부 냉각수를 유동시켜 상기 쿨런트를 냉각시키는 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)을 포함하는 열교환장치(200);를 포함하고, 상기 제1, 2, 3 열교환 유닛(210, 230, 250) 중 적어도 하나는, 내부공간을 갖는 본체와, 상기 본체와 일체로 성형되는 복수의 핀 유닛을 포함하는 열교환 핀을 포함한다.
본 발명에 의하면, 성능감소 없는 사이즈 축소가 가능하며, 열전달 및 유체 흐름을 최적화하여 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래의 열교환장치의 구조 및 제작 형태, 예를 들어, 본체 케이스, 열교환 핀 접합, 상단 커버를 각각 준비하고, 이들을 접합 및 가공, 결합하는 형태에서 벗어나 열교환 핀과 본체를 단일 공정으로 일체형으로 제작할 수 있다. 구체적인 예로서, 열교환 핀과 본체는 DMP(Direct Metal Printing) 공법으로 일체로 제작될 수 있다. 일 예로서, AlSi10mg 분말 소재를 이용하여 수 마이크로 두께로 레이저 빔으로 용융(melting) 후 적층 하는데, 미리 준비된 설계 데이터를 기반으로 열교환 핀과 본체는 일체형 구조로 빌드업(Build Up) 성형될 수 있다. 이에 따라, 종래의 열교환장치의 제작 시 다수의 번거로운 공정을 거치면서 각 부품의 가공 및 조립, 접합, 후가공 등의 과정을 전적으로 배제할 수 있으며, 간편한 3D 프린팅 공법을 이용하여 제작 효율이 높으며 가공 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 열교환장치 본체의 표면 온도가 낮고 균등한 분포를 가지고, 열교환 핀의 온도가 낮고 균등한 분포를 가지며, 열교환장치에 인/아웃 되는 유체의 흐름이 위치 및 구간 별로 편중 없이 고르게 형성되어 열교환 효율이 증대될 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 제1, 2, 3 열교환 유닛, 및 제1, 2 열전모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 제1 열교환 유닛을 간략히 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 제1 열교환 유닛의 내부 구조를 보여주는 내부 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 열교환 핀을 확대 도시한 도면이다.
도 7은 종래의 열교환기의 본체, 커버, 열교환 핀 구조를 보여주는 도면이다.
도 8과 도 9는 종래의 비교예들과 본 발명의 실시예 간의 열 해석 결과를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 열교환 단면 view를 보여주는 도면이다.
도 11 및 도 12는 종래의 비교예와 본 발명의 실시예 간의 유체 열교환 상태 및 유체 흐름 상태를 비교하여 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치의 외관 및 내부 CT 단면 촬영 이미지이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반도체 제조 설비에는 온도제어시스템(이하, 온도제어시스템이라 함)이 이용된다. 온도제어시스템은 반도체 제조 설비의 온도를 제어하는 장치로서, 칠러(chiller) 등의 명칭으로 사용된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 온도제어시스템의 열교환장치 및 이를 포함하는 온도제어시스템에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
온도제어시스템의 전체 구성
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템(100)은, 칠러 하우징(110), 쿨런트 회수 라인(120), 리저버(130), 순환펌프(150), 쿨런트 공급 라인(180), 및 열교환장치(200)를 포함한다.
칠러 하우징(110)은 온도제어시스템(100)(즉, 칠러)의 외장 케이스에 해당하는 것으로, 소정 크기의 내부공간이 확보될 수 있다. 칠러 하우징(110)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 칠러 하우징(110)은 박스 형상 또는 원통 형상 등을 가질 수 있다.
쿨런트 회수 라인(120)은 반도체 제조 설비(10)에서 사용된 쿨런트를 상기 칠러 하우징(110)의 내부로 회수하는 라인(즉, 배관)을 말한다. 구체적으로는, 쿨런트 회수 라인(120)은 반도체 제조 설비(10)에서 사용된 쿨런트를 상기 칠러 하우징(110)의 내부로 회수하여 리저버(130)에 저장 후 순환시켜 공급하는 배관 라인을 말한다. 쿨런트 회수 라인(120)의 일단부는 상기 반도체 제조 설비(10)에 연결될 수 있다. 그리고 쿨런트 회수 라인(120)의 타단부는 상기 열교환장치(200)의 입구에 연결될 수 있다. 또한, 쿨런트 회수 라인(120)에는 순환펌프(150)가 설치될 수 있다.
또한, 쿨런트 회수 라인(120)에는 유량계(140)가 설치될 수 있다. 유량계(140)는 쿨런트 회수 라인(140)을 통해 회수되는 쿨런트의 유량을 검출한다.
또한, 쿨런트 회수 라인(120)에는 제1 온도센서(191)가 설치될 수 있다. 제1 온도센서(191)는 반도체 제조 설비(10)에서 회수된 쿨런트의 온도를 검출한다.
제1 온도센서(191)와 함께, 쿨런트 공급 라인(180)에는 제2 온도센서(193)가 설치될 수 있는데, 제2 온도센서(193)는 반도체 제조 설비(10)로 공급되는 쿨런트의 온도를 검출한다.
제1, 2 온도센서(191, 193)에서 검출된 쿨런트의 온도 데이터는 컨트롤러(190)로 전송되며, 컨트롤러(190)는 전송된 온도 데이터를 이용하여 열전소자 열교환장치(200)의 동작을 제어하여 쿨런트의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
리저버(130)는 상기 쿨런트 회수 라인(120)을 통해 회수된 쿨런트를 저장하는 저장 탱크를 말한다.
순환펌프(150)는 상기 쿨런트 회수 라인(120)에 설치되며, 상기 칠러 하우징(110)의 내부로 회수된 쿨런트를 상기 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 장치를 말한다.
쿨런트 공급 라인(180)은 상기 순환펌프(150)에 의해 공급된 쿨런트를 냉각시켜 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 배관 라인을 말한다.
열교환장치(200)는 상기 순환펌프(150)에 의해 공급된 쿨런트를 상기 반도체 제조 설비(10)에서 필요로 하는 공정온도로 냉각시키는 장지를 말한다. 구체적인 예로서, 열교환장치(200)는 열전소자 방식이 이용될 수 있다. 열전소자는 열에너지를 전기에너지로 변환하거나 전기에너지를 열에너지로 직접 변환할 수 있는 장치로서, 비교적 구성이 간단하면서도 냉각 효과가 뛰어난 장점이 있다. 예를 들어, 열전소자는 펠티에 소자를 이용할 수 있다.
열교환장치(200)는 쿨런트 블록(Coolant Block)(즉, 제1 열교환 유닛)을 통과하며 유동하는 쿨런트를 설정온도로 냉각시킨다. 쿨런트 블록(즉, 제1 열교환 유닛)의 상하 또는 양면에는 열전소자(즉, 제1, 2 열전소자)가 배치되고, 이의 외측에는 냉각수 블록(PCW Block)(즉, 제2, 3 열교환 유닛)이 배치될 수 있다. 여기서 PCW는 냉각수(Process Cooling Water)를 말한다.
온도제어시스템의 열교환장치 세부 구성
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치의 단면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 제1, 2, 3 열교환 유닛, 및 제1, 2 열전모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 열교환장치(200)는, 쿨런트 블록(이하, 제1 열교환 유닛)(210)과, 냉각수 블록(이하, 제2, 3 열교환 유닛)(230, 250)과, 제1, 2 열전모듈(220, 240)를 포함한다.
제1 열교환 유닛(210)은 상기 쿨런트 공급 라인(180)에 설치되며 상기 쿨런트를 설정온도, 즉 반도체 제조 설비의 공정온도까지 정밀하게 온도 제어하여 냉각시킬 수 있다.
제1, 2 열전모듈(220, 240)은 제1 열교환 유닛(210)에 상하 또는 양면에 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 열전모듈(220)은 제1 열교환 유닛(210)에 접촉 배치되는 부분에 흡열부(221)가 구비되고, 이와 반대로 제2 열교환 유닛(230)에 접촉 배치되는 부분에 발열부(223)가 구비될 수 있다. 그리고 한편, 별도로 도시하진 않았으나, 제2 열전모듈(240)은 제1 열교환 유닛(210)에 접촉 배치되는 부분에 흡열부가 구비되고, 이와 반대로 제3 열교환 유닛(250)에 접촉 배치되는 부분에 발열부가 구비될 수 있다. 이에 따라, 쿨런트의 공급 시 반도체 제조 설비(10)의 공정온도로 정밀하게 온도 제어할 수 있다.
제2, 3 열교환 유닛(230, 250)은 냉각수(PCW)를 외부에서 도입하여 유동시켜 쿨런트의 냉각에 사용한 후 외부로 배출시키는 장치이다. 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)은 제1, 2 열전모듈(220, 240)을 사이에 두고 상기 제1 열교환 유닛(210)에 상하 또는 양면에 대면하여 배치될 수 있다.
제1 열교환 유닛(210)(즉, 쿨런트 블록)은, 쿨런트가 유입 및 유출되며, 쿨런트가 유동하는 내부공간을 갖는 박스 형태의 본체(211)와, 본체(211)와 일체로 성형되며 내부공간에 위치하는 복수의 핀 유닛(310, 도 6 참조)을 포함하는 열교환 핀(300, 도 5 참조)을 포함한다.
제2, 3 열교환 유닛(230, 250)(즉, 냉각수 블록)은, 냉각수(PCW)가 유입 및 유출되며, 냉각수(PCW)가 유동하는 내부공간을 갖는 박스 형태의 본체(231, 251)와, 본체(231, 251)와 일체로 성형되며 내부공간에 위치하는 복수의 핀 유닛(310, 도 6 참조)을 포함하는 열교환 핀(300, 도 5 참조)을 포함한다.
예를 들어, 제1 열교환 유닛(210)의 입수부(218)와 출수부(219)는 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)의 입수부(238, 258) 및 출수부(239, 259)와 서로 반대 방향을 향해 위치할 수 있다. 이를 통해 열교환 효율이 향상될 수 있다.
열교환 유닛의 세부 구성
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 제1 열교환 유닛을 간략히 도시한 사시도이고, 도 5는 제1 열교환 유닛의 내부 구조를 보여주는 내부 구성도이며, 도 6은 열교환 핀을 확대 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 제1 열교환 유닛(210)은, 내부공간을 갖는 본체(211)와, 상기 본체(211)와 일체로 성형되는 복수의 핀 유닛(310)을 포함하는 열교환 핀(300)을 포함한다.
여기서, 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)의 본체 및 열교환 핀은 별도로 도시하진 않았으나, 통상의 기술자라면 제1 열교환 유닛(210)의 세부 구성을 참조하여 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)의 세부 구성을 이해할 수 있을 것이다.
본체(211)는 전후 방향 길이가 좌우 방향 폭 사이즈보다 큰 직사각형 형상의 상하 면(2111)과, 상하 면(2111)의 좌우 측에 연결되는 좌우 측면(2112)과, 상하 면(2111)과 상기 좌우 측면(2112)의 전후를 막아 연결되는 전후 면(2113)을 포함하는 박스 형상을 가진다.
본체(211)의 내부에는 쿨런트가 설정 방향(CW, 도 5 참조)으로 유동하는 내부공간(215)이 형성될 수 있다. 만일, 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)의 내부공간에서는 쿨런트가 아니라 냉각수(PCW)가 설정 방향으로 유동할 수 있다.
본체(211)의 일단부(2114)에는 내부공간(215)을 향해 쿨런트가 유입되는 입수부(218)가 형성된다. 또한, 본체(211)의 타단부(2115)에는 쿨런트가 내부공간(215)에 형성된 열교환 핀(300)과 접촉하여 열교환 한 다음 출수부(219)가 형성된다. 입수부(218)로 쿨런트(C1)가 유입되고, 냉각된 쿨런(C2)는 출수부(219)로 배출된다.
더 구체적으로 설명하면, 열교환 핀(300)에서, 복수의 핀 유닛(310) 각각은, 막대형 몸체(311)를 포함한다. 막대형 몸체(311)는 본체(211)의 내부공간에서 상기 본체(211)의 두께 방향을 따라 상하로 연결된다. 막대형 몸체(311)의 상단부(313)는 본체(211)의 상부 내벽에 소정의 면적을 갖도록 접촉 연결되고, 막대형 몸체(311)의 하단부(315)는 본체(211)의 하부 바닥에 소정의 면적으로 접촉 연결된다. 그리고 막대형 몸체(311)는 상하 길이 방향을 따라 일정한 단면 크기 및 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 막대형 몸체(311)의 단면 형상은 도 6에 도시된 바와 같이 전후 방향 길이가 좌우 방향 폭 사이즈에 비해 길게 형성될 수 있다. 더 구체적으로는, 막대형 몸체(311)의 전후 길이 방향 양측에는 본체(211)의 내부공간(215)에서의 쿨런트의 유동 방향(CW)에 나란하게 평행을 이루는 직선 형상부(317)가 형성될 수 있다. 또한, 막대형 몸체(311)의 전방에는 제1 곡률의 원호 형상을 갖는 제1 라운드 형상부(318)가 형성되고, 제1 라운드 형상부(318)의 양단은 직선 형상부(317)의 전단 부위와 연결될 수 있다. 또한, 막대형 몸체(311)의 후방에는 제2 곡률의 원호 형상을 갖는 제2 라운드 형상부(319)가 형성되고, 제2 라운드 형상부(319)의 양단은 직선 형상부(317)의 후단 부위와 연결될 수 있다. 그리고 제2 라운드 형상부(319)의 제2 곡률 사이즈는 제1 라운드 형상부(318)의 제1 곡률 사이즈와 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 본체(211)의 내부공간(215)에서의 쿨런트의 흐름이 보다 원활해질 수 있으며, 전체 유동 공간 내에서 유체 흐름이 어느 한쪽으로 편중되지 않으며 대부분의 영역에서 균일하게 형성되는 동시에 와류가 생성되는 장점이 있다(도 12의 (b) 참조).
또한, 복수의 핀 유닛(310) 각각은 본체(211)의 내부공간에서 본체(211)의 폭 방향으로 제1 갭부(320)를 두고 이격 배치되고, 복수의 핀 유닛(310) 각각은 본체(211)의 내부공간에서 본체(211)의 길이 방향으로 제2 갭부(330)를 두고 이격 배치될 수 있다. 그리고 제2 갭부(330)는 제1 갭부(320)보다 크게 형성될 수 있다(도 6 참조).
이러한 구조로 형성됨에 따라, 본 발명의 실시예에 따르는 열교환 핀(300)은 종래의 열교환기(20, 도 7 참조)와 비교하여 열교환 성능이 -10℃ 기준으로 15% 향상 될 시 동일한 메인 공정 장비의 부하에 대한 칠러, 즉 온도제어시스템의 출력은 66% 에서 57%로 감소되는 장점이 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치(200)에 의하면, 종래의 열교환기(20, 도 7 참조)에 비해 소비전력의 감소와 열전모듈의 수명증대의 장점이 있다. 나아가, 본 발명에 의하면 열교환장치(200)의 표면 온도가 낮고 균등한 분포를 가질 수 있으며, 본체(211)의 내부공간(215)을 통한 쿨런트의 흐름이 원활한 장점이 있다. 그리고 유체 흐름이 편중되지 않으며 대부분의 영역에서 균일하게 형성되는 동시에 와류가 생성되는 구조로서 일부 영역에서의 핀 유닛의 식각 현상 유발이 방지될 수 있다. 결과적으로 사이즈 감소 및 내구성은 증가하면서 열교환 효율이 대폭 향상되는 장점이 있다.
도 7은 종래의 온도제어시스템의 열교환기(20)를 보여준다. 종래의 열교환기(20)는 내부 공간23)이 마련되며 상부가 개방된 본체 케이스(21)와, 본체 케이스(21)와 별도로 가공 제작된 후 본체 케이스(21)의 내부에 브레이징 접합되는 복수의 타공 핀 플레이트(31)를 포함하는 열교환 핀(30)과, 본체 케이스(21)의 상부를 덮어 결합되는 상부 커버(22)를 포함하여 구성되었다.
열교환 핀(30)을 구성하는 복수의 타공 핀 플레이트(31)는 본체 케이스의 전후 방향 길이에 대응하는 구조물로서, 개별 가공이 어려우며, 작업자의 숙련도에 따른 열교환 핀의 누락, 브레이징 액 과도포 문제, 미 접합 부위 발생 시 열교환 효율이 저하되는 문제 등이 따랐다. 또한, 타공 핀 플레이트(31)는 서로 좌우로 일정 간격을 두고 배치되는 구조로서, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 유체의 유동이 균일하지 않아 열교환 효율이 저하되는 단점이 있으며, 특히 중앙부의 유속이 상대적으로 높은 데에 따른 단점이 있다.
이와 달리, 본 발명의 실시예에 따르는 열교환장치(200)는 본체(211)와 열교환 핀(300)은 DMP(Direct Metal Printing) 공법으로 일체로 제작될 수 있다. 예를 들어, 본체(211)와 열교환 핀(300)은 AlSi10mg 분말 소재를 이용하여 1~10㎛ 두께로 레이저 빔으로 용융(melting) 후 적층하여 일체로 성형할 수 있다. 이와 같이 미리 준비된 설계 데이터를 기반으로 열교환 핀(300)과 본체(211)는 기존과 달리 일체형 구조로 단일 공정을 통해 빌드업(Build Up) 성형될 수 있다. 이에 따라, 종래의 열교환장치의 제작 시 다수의 번거로운 공정을 거치면서 각 부품의 가공 및 조립, 접합, 후가공 등의 과정을 전적으로 배제할 수 있으며, 간편한 3D 프린팅 공법을 이용하여 제작 효율이 높으며 가공 비용을 줄일 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르는 열교환장치(200)는 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 종래의 열교환기(20, 도 12의 (a) 참조)와 비교하여 표면 온도가 낮고 균등한 분포를 가질 수 있으며, 본체(211)의 내부공간(215)을 통한 쿨런트의 흐름이 원활한 장점이 있다. 그리고 유체 흐름이 편중되지 않으며 대부분의 영역에서 균일하게 형성되는 동시에 와류가 생성되는 구조로서 일부 영역에서의 핀 유닛의 식각 현상 유발이 방지될 수 있다. 결과적으로 사이즈 감소 및 내구성은 증가하면서 열교환 효율이 대폭 향상되는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치(200)에서, 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)은 제1 열교환 유닛(210)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)은 내부공간을 갖는 본체와, 본체와 일체로 성형되는 복수의 핀 유닛을 포함하는 열교환 핀을 포함할 수 있다.
별도로 도시하진 않았으나, 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)에서 복수의 핀 유닛 각각은 상단부가 본체의 상부 내벽에 소정의 면적을 갖도록 접촉 연결되고, 하단부가 본체의 하부 바닥에 소정의 면적으로 접촉 연결되며, 상하 길이 방향을 따라 일정한 단면 크기 및 형상을 갖는 막대형 몸체를 포함할 수 있다.
또한, 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)에서, 상기 막대형 몸체의 단면 형상은, 전후 방향 길이가 좌우 방향 폭 사이즈에 비해 길게 형성되되, 상기 막대형 몸체의 전후 길이 방향 양측에는, 상기 본체의 내부공간에서의 상기 쿨런트의 유동 방향에 나란하게 평행을 이루는 직선 형상부가 형성되고, 상기 막대형 몸체의 전방에는, 제1 곡률의 원호 형상을 갖는 제1 라운드 형상부가 형성되고, 상기 제1 라운드 형상부의 양단은, 상기 직선 형상부의 전단 부위와 연결되며, 상기 막대형 몸체의 후방에는, 제2 곡률의 원호 형상을 갖는 제2 라운드 형상부가 형성되고, 상기 제2 라운드 형상부의 양단은, 상기 직선 형상부의 후단 부위와 연결되며, 상기 제2 라운드 형상부의 제2 곡률 사이즈는 상기 제1 라운드 형상부의 제1 곡률 사이즈와 동일할 수 있다.
또한, 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)에서, 상기 복수의 핀 유닛 각각은, 상기 본체의 내부공간에서 상기 본체의 폭 방향으로 제1 갭부를 두고 이격 배치되고, 상기 본체의 길이 방향으로 제2 갭부를 두고 이격 배치되며, 상기 제2 갭부는, 상기 제1 갭부보다 크게 형성될 수 있다.
도 8과 도 9는 종래의 비교예들과 본 발명의 실시예 간의 열 해석 결과를 보여주는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치에서 열교환 단면 view를 보여주는 도면이며, 도 11 및 도 12는 종래의 비교예와 본 발명의 실시예 간의 유체 열교환 상태 및 유체 흐름 상태를 비교하여 보여주는 도면이며, 도 13은 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치의 외관 및 내부 CT 단면 촬영 이미지이다.
열 해석 조건으로서, 부하 조건은 제1 열교환 유닛(210)의 상부 면에 3,000W, 및 하부 면에 3,000W 인가, 즉 총 제1 열교환 유닛(210)의 양면에 총 6,000W를 인가하는 조건이며, 유체 조건은 제1 열교환 유닛(210)의 내부공간(215)으로 water 18℃, 15LPM 지속 공급하는 조건 하에서 열 해석을 수행하였다.
도 8을 참조하면, 종래의 비교예(a)는 열편차가 크게 발생되고, 표면온도가 매우 높은 것으로 확인되었으며, 종래의 비교예(b)는 열편차 및 표면온도가 다소 해결되었으나, 역시 국소 부위에 열이 집중되는 문제가 있었다. 이와 달리, 본 발명의 실시예(c)에 따르면 편중 없는 고른 열교환 상태가 구현되었고, 열교환 능력이 종래의 비교예들에 비해 매우 우수해진 것을 확인할 수 있었다. 아울러, 국소 부위에서의 열이 집중되는 현상이 매우 개선되었음을 확인할 수 있었다.
도 9를 참조하면, 도 10에 도시된 열교환 단면 view에서의 열 해석 결과를 보여주는 것으로, 본 발명의 실시예(c)에 따르면 종래의 비교예 (a), (b)에 비해 빠른 열전달 상태가 확보됨을 확인할 수 있었고, 열전모듈 및 열교환 유닛의 표면 온도가 대폭 개선됨을 확인할 수 있었다. 아울러, 부하에 대한 등분포 열전달 상태가 구현되는 것을 확인할 수 있었다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 종래의 비교예(a)와 본 발명의 실시예(b) 간의 유체 열교환 상태 및 유체 흐름 상태를 확인할 수 있는데, 본 발명의 실시예의 경우 종래의 비교예에 비해 열전달 분포가 비교적 고르게 형성되고, 전, 후, 좌, 우로 열편차가 없이 등분포 열교환 상태가 구현됨을 확인할 수 있다. 특히, 핀 유닛의 단면 구조 개선 및 핀 유닛 사이의 갭 형성 구조 개선에 따라, 유체의 균일한 흐름이 나타났으며, 이로 인해 열교환 효율이 증대되는 결과가 도출되었음을 확인할 수 있었다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 온도제어시스템의 열교환장치(200)의 외관 및 내부 CT 단면 구조를 보여준다. 도시된 바와 같이, 열교환장치(200)의 높은 완성도를 확인할 수 있으며, 별도의 후가공이 불필요하다는 것을 확인할 수 있다. 내부 CT 단면 사진을 참조하면, 열교환 핀(300)을 구성하는 복수의 핀 유닛이 제1, 2 갭부를 사이에 두고 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다. 열교환 핀(300)은 본체(211)와 일체로 성형 제작됨에 따라, 종래의 브레이징 접합 등에 따른 문제점을 미연에 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 성능감소 없는 사이즈 축소가 가능하며, 열전달 및 유체 흐름을 최적화하여 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 종래의 열교환장치의 구조 및 제작 형태, 예를 들어, 본체 케이스, 열교환 핀 접합, 상단 커버를 각각 준비하고, 이들을 접합 및 가공, 결합하는 형태에서 벗어나 본 발명에 의하면 열교환 핀과 본체를 단일 공정으로 일체형으로 제작할 수 있다.
구체적인 예로서, 열교환 핀과 본체는 DMP(Direct Metal Printing) 공법으로 일체로 제작될 수 있다.
일 예로서, AlSi10mg 분말 소재를 이용하여 수 마이크로 두께로 레이저 빔으로 용융(melting) 후 적층 하는데, 미리 준비된 설계 데이터를 기반으로 열교환 핀과 본체는 일체형 구조로 빌드업(Build Up) 성형될 수 있다.
이에 따라, 종래의 열교환장치의 제작 시 다수의 번거로운 공정을 거치면서 각 부품의 가공 및 조립, 접합, 후가공 등의 과정을 전적으로 배제할 수 있으며, 간편한 3D 프린팅 공법을 이용하여 제작 효율이 높으며 가공 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 열교환장치 본체의 표면 온도가 낮고 균등한 분포를 가지고, 열교환 핀의 온도가 낮고 균등한 분포를 가지며, 열교환장치에 인/아웃 되는 유체의 흐름이 위치 및 구간 별로 편중 없이 고르게 형성되어 열교환 효율이 증대될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 반도체 제조 설비(또는 부하)
100: 온도제어시스템
110: 칠러 하우징
120: 쿨런트 회수 라인
130: 리저버
140: 유량계
150: 순환펌프
180: 쿨런트 공급 라인
190: 컨트롤러
191: 제1 온도센서
193: 제2 온도센서
200: 열교환장치
210: 제1 열교환유닛(또는 쿨런트 블록)
211: 본체
2111: 상하 면
2112: 좌우 측면
2113: 전후 면
2114: 일단부
2115: 타단부
215: 내부공간
218: 입수부
219: 출수부
220: 열전모듈
221: 흡열부
223: 발열부
230: 제2 열교환유닛(또는 냉각수 블록)
231: 본체
238: 입수부
239: 출수부
240: 열전모듈
250: 제3 열교환유닛(또는 냉각수 블록)
251: 본체
258: 입수부
259: 출수부
300: 열교환 핀
310: 핀 유닛
311: 막대형 몸체
313: 막대형 몸체의 상단부
315: 막대형 몸체의 하단부
317: 직선 형상부
318: 제1 라운드 형상부
319: 제2 라운드 형상부
320: 제1 갭부
330: 제2 갭부

Claims (10)

  1. 칠러 하우징(110)과, 반도체 제조 설비(10)에서 사용된 쿨런트를 상기 칠러 하우징(110)의 내부로 회수하는 쿨런트 회수 라인(120)과, 회수된 쿨런트를 저장하는 리저버(130)와, 상기 리저버(130)에 저장된 쿨런트를 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 순환펌프(150)와, 공급된 쿨런트를 냉각시켜 반도체 제조 설비(10)로 공급하는 쿨런트 공급 라인(180)을 포함하는 온도제어시스템의 열교환장치(200)로서,
    상기 열교환장치(200)는, 상기 쿨런트 공급 라인(180)에 설치되며 상기 쿨런트를 설정온도로 냉각시키는 제1 열교환 유닛(210)과, 상기 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 배치되는 제1, 2 열전모듈(220, 240)과, 상기 제1, 2 열전모듈(220, 240)을 사이에 두고 상기 제1 열교환 유닛(210)에 상하로 대면 배치되며, 외부 냉각수를 유동시켜 상기 쿨런트를 냉각시키는 제2, 3 열교환 유닛(230, 250)을 포함하고,
    상기 제1 열교환 유닛(210)은, 내부공간을 갖는 본체(211)와, 상기 본체(211)와 일체로 성형되는 복수의 핀 유닛(310)을 포함하는 열교환 핀(300)을 포함하며,
    상기 복수의 핀 유닛(310) 각각은, 상기 본체(211)의 내부공간에서 상기 본체(211)의 두께 방향을 따라 상하로 연결되는 막대형 몸체(311)를 포함하고,
    상기 막대형 몸체(311)의 단면 형상은, 전후 방향 길이가 좌우 방향 폭 사이즈에 비해 길게 형성되되, 상기 막대형 몸체(311)의 전후 길이 방향 양측에는 직선 형상부(317)가 형성되고,
    상기 막대형 몸체(311)의 전방에는 제1 라운드 형상부(318)가 형성되고, 상기 막대형 몸체(311)의 후방에는 제2 라운드 형상부(319)가 형성되며,
    상기 제1 라운드 형상부(318)와 상기 제2 라운드 형상부(319)는 서로 동일한 곡률 사이즈의 원호 형상을 가지며,
    상기 복수의 핀 유닛(310) 각각은, 상기 본체(211)의 내부공간에서 상기 본체(211)의 폭 방향으로 제1 갭부(320)를 두고 이격 배치되는 동시에, 상기 본체(211)의 길이 방향으로 제2 갭부(330)를 두고 이격 배치되며, 상기 제2 갭부(330)는 상기 제1 갭부(320)보다 크게 형성되는 온도제어시스템의 열교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체(211)는,
    직사각형 형상의 상하 면(2111)과, 상기 상하 면(2111)의 좌우 측에 연결되는 좌우 측면(2112)과, 상기 상하 면(2111)과 상기 좌우 측면(2112)의 전후로 연결되는 전후 면(2113)을 포함하며, 상기 쿨런트가 유동하는 내부공간(215)을 갖는 박스 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 온도제어시스템의 열교환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체(211)의 일단부(2114)에는 상기 쿨런트가 상기 내부공간(215)을 향해 유입되는 입수부(218)가 형성되고,
    상기 본체(211)의 타단부(2115)에는 상기 쿨런트가 상기 내부공간(215)에서 상기 열교환 핀(300)을 경유한 후 배출되는 출수부(219)가 구비되는 것을 특징으로 하는 온도제어시스템의 열교환장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 라운드 형상부(318)의 양단은, 상기 직선 형상부(317)의 전단 부위와 연결되는 것을 특징으로 하는 온도제어시스템의 열교환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 라운드 형상부(319)의 양단은, 상기 직선 형상부(317)의 후단 부위와 연결되는 것을 특징으로 하는 온도제어시스템의 열교환장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제3항, 제6항, 제7항 중 어느 한 항의 온도제어시스템의 열교환장치(200)를 포함하는 온도제어시스템.
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