KR20020066358A - Multi-channel temperature control system for semiconductor processing facilities - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 장치의 온도 조절 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다채널 온도 조절 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature control device of a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a multi-channel temperature control device.
많은 반도체 제조 공정은 온도에 민감하게 반응하기 때문에 높은 수율을 얻기 위해서는 온도 조절이 매우 중요하다. 반도체 제조 장치에 적용되는 기존의 온도 조절방법에 따르면, 온도 조절이 필요한 각각의 반도체 제조 장치에 대하여 별도의 온도 조절 장치가 제공되었다. 예를 들어, 각각의 온도 조절 장치는 자체의 냉각유닛, 열 교환기 및 냉매 순환 회로로 구성되며, 반도체 제조 장치 각각에 온도 조절 장치를 연결하여 사용하면 다음과 같은 단점이 있다.Many semiconductor manufacturing processes are sensitive to temperature, so temperature control is very important to achieve high yields. According to the existing temperature control method applied to the semiconductor manufacturing apparatus, a separate temperature control apparatus is provided for each semiconductor manufacturing apparatus that requires temperature control. For example, each temperature control device is composed of its own cooling unit, heat exchanger and the refrigerant circulation circuit, there is a disadvantage as follows by connecting the temperature control device to each of the semiconductor manufacturing device.
첫째, 여러 개의 냉각장치는 이들과 동일한 냉각용량을 갖는 1 개의 큰 냉각 장치에 비하여 에너지 소비가 많다. 작은 냉각 장치 여러 개로 냉각하는 것보다는 커다란 하나의 냉각 장치를 사용하여 작은 냉각 장치 여러 개에서와 동일한 냉각 용량을 구현하는 것이 훨씬 더 에너지를 절약할 수 있다. 또한 여러 개의 냉각 장치를 사용하면 부품의 수가 증가하므로 장비의 신뢰성도 떨어진다.First, several chillers consume more energy than one large chiller with the same cooling capacity. Rather than cooling with several small cooling units, using one large cooling unit to achieve the same cooling capacity as with many smaller cooling units can save even more energy. In addition, the use of multiple cooling units increases the number of parts, making the equipment less reliable.
둘째, 여러 개의 냉각 장치가 차지하는 부피는 이들과 동일한 냉각 용량을 갖는 1 개의 큰 냉각 장치에 비하여 부피가 커진다. 반도체 제조 공장의 건설비용 및 관리비용은 매우 비싸기 때문에 그 부피를 줄이면 비용을 절감할 수 있다.Secondly, the volume occupied by several cooling units is larger than that of one large cooling unit with the same cooling capacity. The construction and management costs of the semiconductor manufacturing plant are very expensive, so reducing the volume can reduce the cost.
반도체 제조 장치의 온도 조절 장치에 관한 선행 특허로는 미국특허 제 6,102,113호가 있다. 이 특허에는 컴팩트한 기계 구조물 안에 밀집되어 들어있는 다채널 온도 조절 장치가 개시되어 있다. 이 구조물 안에는 여러 개의 증발식 열 교환기(evaporator/heat exchanger)와 1 개의 냉각 장치가 포함되어 있다. 이 냉각 장치는 이 열 교환기들에 냉각된 냉매(refrigerant)를 공급한다. 반도체 제조 장치의 온도를 조절하는 열 전달 유체(heat transfer fluid)는 열 교환기에서 이 냉매와의 열 교환이 이루어져 냉각된 후 멀리 떨어져 있는 반도체 제조 장치를 순환하면서 이 장치의 온도를 조절한다. 이 발명을 이용하여 여러 반도체 제조 장치의 온도를 조절하는 다 채널 온도 조절 장치를 만들 수 있다.Prior patents relating to temperature control devices of semiconductor manufacturing devices include US Pat. No. 6,102,113. This patent discloses a multi-channel thermostat that is densely packed in a compact mechanical structure. The structure contains several evaporator / heat exchangers and one cooling unit. This cooling device supplies the cooled refrigerant to these heat exchangers. The heat transfer fluid that controls the temperature of the semiconductor manufacturing apparatus regulates the temperature of the semiconductor manufacturing apparatus while circulating away from the semiconductor manufacturing apparatus after cooling by heat exchange with the refrigerant in the heat exchanger. This invention can be used to create a multi-channel temperature control device that controls the temperature of various semiconductor manufacturing devices.
그러나 열 전달 유체가 반도체 제조 장치와 열 교환기가 위치하고 있는 소형 기계 구조물 사이를 계속해서 순환해야 한다. 이 순환 거리가 멀어지면 온도 조절 장치의 반응 속도가 느려진다. 더욱이 순환 과정에서 주변부와의 온도 차이에 의한 열 손실을 입게 되므로 온도 조절의 정확도가 떨어지게 된다.However, the heat transfer fluid must continue to circulate between the semiconductor manufacturing apparatus and the small mechanical structure in which the heat exchanger is located. The greater this circulation distance, the slower the reaction of the thermostat. In addition, the temperature loss due to the temperature difference with the peripheral part in the circulation process, the accuracy of temperature control is reduced.
다채널 온도 조절 장치에 관한 또 다른 선행 특허는 미국특허 제6,026,896호이다. 이 특허에서는 온도 조절 장치와 멀리 떨어져 있는 여러 개의 반도체 제조 장치에 대하여 가열 또는 냉각 작용을 하는 유체의 공급원을 공유하고 있다. 각 제조 장치는 온도 센서, 유체의 유량 조절 밸브, 그리고 온도 센서로부터 측정된 온도에 반응하여 밸브를 조절하는 조절 장치를 포함하고 있다. 이 방법에 따르면 가열 또는 냉각을 위한 유체의 공급원을 공유하면서 유체가 반도체 제조 장치를 가열 또는 냉각함으로써 각각의 반도체 제조 장치의 온도를 조절할 수 있다.Another prior patent for multichannel temperature control devices is US Pat. No. 6,026,896. The patent shares a source of fluid that heats or cools a number of semiconductor fabrication devices that are remote from the temperature control device. Each manufacturing apparatus includes a temperature sensor, a flow control valve of a fluid, and a regulating device for adjusting the valve in response to a temperature measured from the temperature sensor. According to this method, the fluid can control the temperature of each semiconductor manufacturing device by sharing the source of the fluid for heating or cooling, while the fluid heats or cools the semiconductor manufacturing device.
그러나, 유체가 직접 반도체 제조 장치의 온도를 가열 또는 냉각하게 되므로 반도체 제조 장치의 온도는 유체에 의해 제약을 받게 된다. 그리고 가열 또는 냉각되는 유체의 전기적 특성은 가열 또는 냉각되는 공정 장치와 친화적이어야 한다. 온도 조절 장치가 효과적으로 사용되려면 모든 반도체 제조 장치들이 비슷한 온도에서 사용되어야만 한다. 더욱이 반도체 제조 장치가 가열을 위한 유체의 공급원과 냉각을 위한 유체의 공급원을 모두 필요로 하면 두 개의 병렬 유체 공급 장치가필요하게 된다. 이렇게 되면 그 제조 비용이 증가한다. 또한 각각의 공정 장치의 가열 또는 냉각 속도는 공정 장치로 공급되는 유체의 유속을 조절함으로써 조절할 수 있지만 실제 가열 또는 냉각이 이루어지는 시간은 유체와 공정 장치의 실제 온도 차에 의해 영향을 받는다. 또한 공정 장치의 온도를 조절하려면 시스템을 순환하는 모든 유체의 온도를 변화시켜야 하는데 이는 많은 시간을 필요로 하므로 공정 장치가 요구하는 온도를 빠른 속도로 만족시키기가 어렵다.However, since the fluid directly heats or cools the temperature of the semiconductor manufacturing apparatus, the temperature of the semiconductor manufacturing apparatus is limited by the fluid. And the electrical properties of the fluid being heated or cooled should be compatible with the process equipment being heated or cooled. For semiconductors to be used effectively, all semiconductor manufacturing devices must be used at similar temperatures. Moreover, if a semiconductor manufacturing apparatus requires both a source of fluid for heating and a source of fluid for cooling, two parallel fluid supply devices are needed. This increases the manufacturing cost. In addition, the heating or cooling rate of each processing apparatus can be controlled by adjusting the flow rate of the fluid supplied to the processing apparatus, but the actual heating or cooling time is influenced by the actual temperature difference between the fluid and the processing apparatus. Also, to control the temperature of the process equipment, it is necessary to change the temperature of all the fluids circulating in the system, which requires a lot of time, so it is difficult to meet the temperature required by the process equipment at high speed.
따라서, 본 발명은 상기 발명들에서 나타날 수 있는 문제점들을 개선하기 위해 제시되는 것으로, 온도 조절의 정확성, 온도 조절 속도, 에너지, 그리고 장비의 크기 증가 등을 개선할 수 있는 온도 조절 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is proposed to improve the problems that may occur in the above inventions, and to provide a temperature control device capable of improving the accuracy of temperature control, temperature control speed, energy, and size increase of equipment, and the like. The purpose.
도 1은 공유 냉각 유닛과 원격 온도 조절 모듈들을 포함하고 있는 다채널 온도 조절 장치를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a multi-channel temperature control device including a shared cooling unit and remote temperature control modules.
도 2는 도 1의 공유 냉각 유닛의 상세도이다.FIG. 2 is a detailed view of the shared cooling unit of FIG. 1.
도 3은 도 1의 원격 온도 조절 모듈의 상세도이다.3 is a detailed view of the remote temperature control module of FIG. 1.
도 4는 공유 냉매 유닛과 원격 온도 조절 모듈들을 포함하고 있는 다채널 온도 조절 장치의 구성도이다.4 is a schematic diagram of a multi-channel temperature control device including a shared refrigerant unit and remote temperature control modules.
도 5는 도 4의 공유 냉매 유닛의 상세도이다.5 is a detailed view of the shared refrigerant unit of FIG. 4.
도 6은 도 4의 원격 온도 조절 모듈의 상세도이다.FIG. 6 is a detailed view of the remote temperature control module of FIG. 4.
본 발명의 온도 조절 장치는 냉각 유체의 온도를 조절하기 위한 1개의 공유 냉각 유닛과 여러 개의 공정 장치의 온도를 각각 조절하기 위한 원격 온도 조절 모듈들을 포함한다. 원격 온도 조절 모듈들은 공유 냉각 유닛과 연결되어 유체의 순환이 이루어진다. 본 발명의 온도 조절 장치는 반도체 제조 장치에서 여러 개의 공정 장치의 온도를 조절하는데 사용된다. 원격 온도 조절 모듈은 공정 장치들 근처에 놓이며 각각의 원격 온도 조절 모듈은 냉각 유체 순환계와 열전달 유체의 순환계를 포함한다. 원격 온도 조절 모듈에 있는 열교환기에서 공정 장치로부터 되돌아 온 열전달 유체와 공유 냉각 유닛에서 공급되는 냉각 유체 사이에 열교환이 이루어짐으로써 공정 장치에 지속적으로 냉각된 열전달 유체를 공급할 수 있다. 원격 온도 조절 모듈에는 가열원이 포함될 수 있다. 이 가열원은 열전달 유체를 가열함으로써 공정 장치를 가열할 수 있다. 모든 원격 온도 조절 모듈에 같은 냉각 유체가 사용되므로 여러 개의 공정 장치의 온도를 조절하기 위하여 1 개의 공유 냉각 유닛만이 사용된다. 더욱이 원격 온도 조절 모듈은 공정 장치의 근처에 위치하므로 이들 간을 순환하는 열전달 유체의 양을 최소한으로 유지할 수 있다.The thermostat of the present invention comprises one shared cooling unit for regulating the temperature of the cooling fluid and remote thermostat modules for regulating the temperature of several process units, respectively. Remote temperature control modules are connected to the shared cooling unit to allow for circulation of the fluid. The temperature control device of the present invention is used to control the temperature of several process devices in a semiconductor manufacturing device. The remote temperature control module is located near the process equipment and each remote temperature control module includes a cooling fluid circulation system and a circulation system of heat transfer fluid. The heat exchange between the heat transfer fluid returned from the process unit and the cooling fluid supplied from the shared cooling unit in the heat exchanger in the remote temperature control module allows continuous supply of the cooled heat transfer fluid to the process unit. The remote temperature control module may include a heating source. This heating source can heat the process apparatus by heating the heat transfer fluid. The same cooling fluid is used for all remote temperature control modules, so only one shared cooling unit is used to regulate the temperature of several process units. Moreover, the remote temperature control module is located in the vicinity of the process equipment to keep the amount of heat transfer fluid circulating between them to a minimum.
일실시예로 각각의 원격 온도 조절 모듈은 냉각 유체 순환계, 열전달 유체 순환계, 열교환기, 냉각 유체 조절 밸브, 온도 조절 로직을 포함한다. 냉각 유체 순환계를 따라 냉각 유체가 원격 온도 조절 모듈로 순환되며 이 냉각 유체 순환계는 냉각 유닛과 연결되어 있다. 열전달 유체 순환계를 따라 열전달 유체가 원격 온도 조절 모듈로 순환되며, 이 열전달 유체는 반도체 제조 장치의 공정 장치들과 연결된다. 열 교환기에서 냉각 유체 순환계를 순환하는 냉각 유체와 열전달 유체 순환계를 순환하는 열전달 유체의 열교환이 이루어진다. 냉각 유체 조절 밸브는 냉각 유체 순환계를 순환하는 냉각 유체의 순환량을 조절한다. 온도 조절 장치는 설정 온도치와 공정 장치의 실제 온도에 반응하여 냉각 유체 조절 밸브의 작동을 조절한다.In one embodiment each remote temperature control module includes a cooling fluid circulation system, a heat transfer fluid circulation system, a heat exchanger, a cooling fluid control valve, and temperature control logic. Cooling fluid is circulated along the cooling fluid circulation system to the remote temperature control module, which is connected to the cooling unit. The heat transfer fluid is circulated along the heat transfer fluid circulation system to the remote temperature control module, which is connected with the process equipment of the semiconductor manufacturing apparatus. In the heat exchanger, heat exchange is performed between the cooling fluid circulating in the cooling fluid circulation system and the heat transfer fluid circulating in the heat transfer fluid circulation system. The cooling fluid control valve regulates the circulation amount of the cooling fluid circulating in the cooling fluid circulation system. The thermostat regulates the operation of the cooling fluid control valve in response to the set temperature value and the actual temperature of the process unit.
온도 조절 장치의 일실시예에서, 각각의 원격 온도 조절 모듈은 열전달 유체를 가열하기 위한 가열원을 포함할 수 있다. 또한 가열원은 온도 조절 장치에 의해 그 동작이 조절된다. 또한 이 가열원을 열교환 장치에 부착되어 사용할 수 있다. 또한 열 교환기는 냉각 유체 순환계의 일부, 열전달 유체 순환계의 일부, 가열원을 포함할 수 있다.In one embodiment of the thermostat, each remote thermostat module may include a heating source for heating the heat transfer fluid. In addition, the operation of the heating source is controlled by the temperature control device. This heating source can also be used by being attached to a heat exchanger. The heat exchanger may also include part of the cooling fluid circulation system, part of the heat transfer fluid circulation system, and a heating source.
본 발명의 온도 조절 장치의 다른 실시예에 있어서, 냉각 유닛은 원격 온도 조절 모듈과 물리적으로 떨어져 있다. 또한 냉각 유닛은 반도체 제조 시설의 유틸리티 시설이 놓이는 지하에 위치할 수 있다. 또한 원격 온도 조절 모듈은 반도체 제조 시설의 반지하에 놓일 수 있으며 반도체 제조 장치의 공정 장치들과 물리적으로 연결된다.In another embodiment of the thermostat of the present invention, the cooling unit is physically separated from the remote thermostat module. The cooling unit may also be located underground where the utility facility of the semiconductor manufacturing facility is located. In addition, the remote temperature control module can be placed under the ring of the semiconductor manufacturing facility and is physically connected to the process equipment of the semiconductor manufacturing apparatus.
본 발명의 온도 조절 장치의 또 다른 실시예에 있어서, 냉각 유닛의 온도는 이 냉각 유닛에서 공급되는 냉각 유체에 의하여 열적으로 영향을 받는 모든 공정 장치들 중에서 가장 낮은 온도를 갖는 공정 장치의 온도에 맞추어 유지한다.In another embodiment of the temperature control device of the present invention, the temperature of the cooling unit is adapted to the temperature of the process device having the lowest temperature among all the process devices thermally affected by the cooling fluid supplied from the cooling unit. Keep it.
본 발명의 온도 조절 장치의 또 다른 구성은 다음과 같다. 온도 조절 장치의 냉각 유닛은 압축된 냉매를 원격 온도 조절 모듈에 공급하는 냉매 유닛으로 대체될 수 있다. 또한 온도 조절 장치의 냉각 유체 순환계는 냉매 순환계로 대체될 수 있다. 이 냉매 순환계를 따라 냉매가 원격 온도 조절 모듈과 냉매 유닛을 순환한다. 또한 온도 조절 장치의 냉각 유체 조절 밸브는 냉매의 순환을 조절하기 위한 열팽창 밸브(thermal expansion valve)로 대체된다. 이 밸브는 냉매 순환계를 따라 흐르는 냉매의 순환을 조절한다. 또한 본 발명은 열 팽창 밸브와 함께 냉매 순환계를 따라 흐르는 냉매의 순환을 조절하는 유량 제어 밸브를 포함할 수 있다.Another configuration of the temperature control device of the present invention is as follows. The cooling unit of the thermostat can be replaced with a refrigerant unit that supplies the compressed refrigerant to the remote thermostat module. The cooling fluid circulation system of the thermostat can also be replaced with a refrigerant circulation system. The refrigerant circulates through the remote temperature control module and the refrigerant unit along the refrigerant circulation system. The cooling fluid control valve of the thermostat is also replaced by a thermal expansion valve for regulating the circulation of the refrigerant. This valve regulates the circulation of refrigerant flowing along the refrigerant circulation system. In another aspect, the present invention may include a flow control valve for controlling the circulation of the refrigerant flowing along the refrigerant circulation system with the thermal expansion valve.
본 발명의 온도 조절 장치에 사용되는 원격 온도 조절 모듈은 냉각 유체 공급구와 냉각 유체 회수구 그리고 냉각 유체 순환계를 포함한다. 냉각 유체 회수구와 공급구는 각각 냉각 유체 순환계를 따라 냉각 유닛으로부터 회수되거나 냉각 유닛으로 공급되는 냉각 유체의 출입구이다. 또한 원격 온도 조절 모듈은 열 전달 유체 공급구와 열 전달 유체 회수구, 열 전달 유체 순환계를 포함한다. 열 전달 유체의 공급구와 회수구는 각각 열 전달 유체 순환계를 따라 공정 장치들로부터 회수되거나 공정 장치들로 공급되는 열 전달 유체의 출입구이다. 또한 온도 조절 장치는 열교환 장치, 냉각 유체 조절 밸브, 온도 조절 로직을 포함한다. 열교환 장치는 냉각 유체와 열 전달 유체의 열교환을 목적으로 하며 냉각 유체 조절 밸브는 냉각 유닛으로부터 열교환기로 공급되는 냉각 유체의 유량을 조절하며 온도 조절 로직은 공정 장치에 설정한 온도와 공정 장치의 실제 온도를 비교하여 냉각 유체 조절 밸브의 개폐를 조절함으로써 열교환기로 공급되는 냉각 유체의 유량을 제어한다.The remote temperature control module used in the temperature control device of the present invention includes a cooling fluid supply port, a cooling fluid recovery port, and a cooling fluid circulation system. The cooling fluid return port and the supply port are respectively the entrances and exits of the cooling fluid which are withdrawn from or supplied to the cooling unit along the cooling fluid circulation system. The remote temperature control module also includes a heat transfer fluid supply port, a heat transfer fluid recovery port, and a heat transfer fluid circulation system. The supply port and the recovery port of the heat transfer fluid are respectively the entrances and exits of the heat transfer fluid which are withdrawn from or supplied to the process apparatuses along the heat transfer fluid circulation system. The thermostat also includes a heat exchanger, a cooling fluid regulating valve, and a thermostat logic. The heat exchanger unit is for heat exchange between the cooling fluid and the heat transfer fluid, the cooling fluid control valve controls the flow rate of the cooling fluid supplied from the cooling unit to the heat exchanger, and the temperature control logic is the temperature set in the process unit and the actual temperature of the process unit. By comparing the control flow rate of the cooling fluid supplied to the heat exchanger by controlling the opening and closing of the cooling fluid control valve.
원격 온도 조절 모듈에서 냉각 유체는 냉매로 대체될 수 있다. 이 경우 냉각 유닛은 냉매 유닛, 냉각 유체 공급구는 냉매 공급구, 냉각 유체 회수구는 냉매 회수구, 냉각 유체 순환계는 냉매 순환계, 냉각 유체 조절 밸브는 열 팽창 밸브(thermal expansion valve)로 대체된다. 냉매 유닛에서 압축된 냉매는 냉매 순환계를 따라 냉매 공급구를 통하여 원격 온도 조절 모듈에 공급된다. 원격 온도 조절 모듈을 통과한 냉매는 냉매 회수구를 통하여 냉매 순환계를 따라 냉매 유닛으로 되돌아간다. 열팽창 밸브는 냉매의 순환을 조절한다. 원격 온도 조절 모듈에는 순환하는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 열팽창 밸브와 함께 유량 조절 밸브가 추가로 사용될 수도 있다.In the remote temperature control module the cooling fluid can be replaced with a refrigerant. In this case, the cooling unit is replaced by a refrigerant unit, a cooling fluid supply port as a refrigerant supply port, a cooling fluid recovery port as a refrigerant recovery port, a cooling fluid circulation system as a refrigerant circulation system, and a cooling fluid control valve as a thermal expansion valve. The refrigerant compressed in the refrigerant unit is supplied to the remote temperature control module through the refrigerant supply port along the refrigerant circulation system. The refrigerant passing through the remote temperature control module is returned to the refrigerant unit along the refrigerant circulation system through the refrigerant recovery port. The thermal expansion valve regulates the circulation of the refrigerant. The remote temperature control module may further use a flow control valve together with a thermal expansion valve to control the flow rate of the circulating refrigerant.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 두 개의 서로 다른 반도체 제조 장치(120)(122)에서 사용되는 다 채널 온도 조절 장치(100)를 나타낸다. 다 채널 온도 조절 장치는 반도체 제조 장치(120)(122)에 의해서 공유되는 냉각 유닛(102), 냉각 유체 공급로(106), 냉각 유체 회수로(110), 그리고 반도체 제조 장치(120)(122)에서 실제로 온도 조절을 필요로 하는 공정 장치들(118)과 연결되는 원격 온도 조절 모듈(114)로 구성된다.1 illustrates a multi-channel temperature control device 100 used in two different semiconductor manufacturing devices 120 and 122. The multi-channel thermostat includes the cooling unit 102, the cooling fluid supply path 106, the cooling fluid recovery path 110, and the semiconductor manufacturing device 120, 122 that are shared by the semiconductor manufacturing devices 120, 122. ) Consists of a remote temperature control module 114 that is connected to process equipment 118 that actually requires temperature control.
반도체 제조 장치(120)(122)는 CVD, 건식 식각, 플라즈마 에칭, 구리 도포 등과 같은 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 장비를 포함할 수 있다. 반도체 제조 장치(120)(122) 각각에는 각기 다른 온도 조절을 필요로 하는 공정 장치들(118)이 있을 수 있다. 그 예로는 챔버 벽, 웨이퍼 척, 지지부재(support members), 플라즈마 소스를 비롯하여 온도 조절을 필요로 하는 모든 부속 장치가 포함된다. 하나의 반도체 제조 장치는 복수의 공정 장치를 가지게 되므로 본 발명에서의 온도 조절이라 함은 이러한 공정 장치들에 관한 것이다. 도 1에서 각각의 반도체 제조 장치는 두 개의 공정 장치들을 가지고 있으며 각각의 공정 장치는 온도 센서(144)를 가지고 있다. 이 온도 센서에서 측정된 온도 정보는 점선 126으로 표시된 것과 같이 원격 온도 조절 모듈(114)에 전달된다. 도 1에서 반도체 제조 장치는 반도체 제조 시설의 메인 바닥에 위치하게 된다. 메인 바닥의 하부에는 반지하가 있으며, 그 밑에는 지하 유틸리티가 있다. 원격 온도 조절 모듈들은 반지하에 위치한다. 도 1에는 단지 2개의 반도체 제조 장치와 4개의 공정 장치가 표시되어 있으나 그 이상의 제조 장치와 공정 장치에 대하여 다 채널 온도 조절 장치의 설치가 가능하다.The semiconductor manufacturing apparatuses 120 and 122 may include equipment for performing a semiconductor manufacturing process such as CVD, dry etching, plasma etching, copper coating, or the like. Each of the semiconductor manufacturing apparatuses 120 and 122 may have processing apparatuses 118 that require different temperature control. Examples include chamber walls, wafer chucks, support members, plasma sources, and all accessory devices requiring temperature control. Since one semiconductor manufacturing apparatus has a plurality of processing apparatuses, the temperature control in the present invention relates to such processing apparatuses. In FIG. 1, each semiconductor manufacturing apparatus has two processing apparatuses, and each processing apparatus has a temperature sensor 144. The temperature information measured at this temperature sensor is communicated to the remote temperature control module 114 as indicated by dashed line 126. In FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus is located at the main floor of the semiconductor manufacturing facility. At the bottom of the main floor is a ring bottom, below which is an underground utility. Remote temperature control modules are located under the ring. Although only two semiconductor manufacturing apparatuses and four processing apparatuses are shown in FIG. 1, a multi-channel temperature regulating apparatus can be installed for more manufacturing apparatuses and processing apparatuses.
공유 냉각 유닛(102)는 냉매 공급로(106)과 냉매 회수로(110)을 통하여 원격 온도 조절 모듈(114)에 냉각 유체를 제공한다. 도 1에서와 같이 냉각 유닛(102)은 원격 온도 조절 모듈과 물리적으로 멀리 떨어져 있다. 냉각 유체로는 50%의 물과 50%의 글리콜(glycol) 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 혼합물은 여러 가지 금속 이온을 함유하고 있어서 직류 또는 RF로 구동되는 공정 장치의 온도를 조절하는데 사용될 때 전기 접지(electrical grounding)의 문제를 일으킬 수도 있으나, 이 냉각 유체는 단지 원격 온도 조절 모듈과 냉각 유닛 간을 순환하고 공정 장치와는 직접 접촉하는 경우가 없으므로 공정 장치에 전기적인 문제를 일으키기 않는다.The shared cooling unit 102 provides a cooling fluid to the remote temperature control module 114 through the coolant supply path 106 and the coolant recovery path 110. As in FIG. 1, the cooling unit 102 is physically remote from the remote temperature control module. As the cooling fluid, a mixture of 50% water and 50% glycol may be used. These mixtures contain a variety of metal ions that can cause electrical grounding problems when used to regulate the temperature of process equipment driven by direct current or RF, but these cooling fluids only cool the remote temperature control module and Cycles between units and no direct contact with the process unit do not cause electrical problems in the process unit.
도 1에서 공유 냉각 유닛(102)는 지하 유틸리티에 놓이게 된다. 유지 관리비가 많이 드는 메인 바닥(main floor)에 놓는 것에 비하여 많은 경비를 절약할 수 있다. 또한 메인 바닥에 놓게 되면 파티클의 관리에도 유의하여야 하나 지하에 놓음으로써 파티클에 대한 우려를 제거할 수 있다. 또한 장비 유지 보수도 훨씬 용이해진다. 냉각 유닛(102)은 반도체 제조 공장 건물의 외부, 즉 건물의 지붕 또는 건물 근처의 시설물 설치 지역 등에 놓을 수 도 있다.In FIG. 1, the shared cooling unit 102 is placed in an underground utility. It can save a lot of money compared to the main floor which is expensive to maintain. Also, if you put it on the main floor, you should pay attention to the management of the particles, but by placing it underground, you can eliminate the concern about the particles. It also makes equipment maintenance much easier. The cooling unit 102 may be placed outside the semiconductor manufacturing plant building, ie, on the roof of the building or in a facility installation area near the building.
도 2는 도 1의 냉각 유닛(102)의 상세도이다. 냉각 유닛(202)은 컴프레서2 is a detailed view of the cooling unit 102 of FIG. 1. The cooling unit 202 is a compressor
(228), 열 교환기(230), 온도 조절 로직(232), 증발식 열교환기(234), 펌프(236)로 구성된다. 컴프레서(228)는 냉매를 압축한다. 압축된 냉매는 증발식 열교환기228, heat exchanger 230, temperature control logic 232, evaporative heat exchanger 234, pump 236. The compressor 228 compresses the refrigerant. Compressed refrigerant is an evaporative heat exchanger
(234)로 보내져 냉각 유체를 냉각시킨다. 원격 온도 조절 모듈로부터 순환되어 온 냉각 유체는 증발식 열교환기(234)에서 냉각된 후 원격 온도 조절 모듈로 다시 보내진다.234 is sent to cool the cooling fluid. The cooling fluid circulated from the remote temperature control module is cooled in the evaporative heat exchanger 234 and then sent back to the remote temperature control module.
일실시예로, 컴프레서의 총 냉각력은 수 kW에서 수 십 kW의 범위를 갖는다. 냉각 유체의 온도는 필요에 따라 영하 50℃에서 상온까지의 범위에서 조절된다. 또한 냉각 유체의 온도는 가장 낮은 온도를 갖는 원격 온도 조절 모듈의 온도에 맞추어 줄 수도 있다. 즉, 도 1의 공정 장치(118) 중의 하나가 영하 20℃의 온도를 필요로 한다면 냉각 유닛(202)에서 냉각 유체의 온도를 이 온도에 맞춘 후 다 채널 온도 조절 장치들에 공급할 수 있다. 이 온도보다 높은 온도를 요구하는 나머지 공정 장치(118)들에는 원격 온도 조절 모듈내의 유량 조절 밸브를 조절함으로써 열 전달 유체의 공급량을 조절하거나 이 원격 온도 조절 모듈 내에 들어 있는 히터를 이용하여 온도를 조절할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 다음과 같다.In one embodiment, the total cooling power of the compressor ranges from several kW to several tens kW. The temperature of the cooling fluid is adjusted in the range from minus 50 deg. C to room temperature as necessary. The temperature of the cooling fluid can also be adjusted to the temperature of the remote temperature control module having the lowest temperature. That is, if one of the process apparatus 118 of FIG. 1 requires a temperature of minus 20 ° C., the cooling unit 202 may adjust the temperature of the cooling fluid to this temperature and then supply it to the multi-channel temperature regulating devices. The remaining process units 118 that require a temperature higher than this temperature control the supply of heat transfer fluid by adjusting the flow control valve in the remote temperature control module or by using a heater contained in the remote temperature control module. Can be. Detailed description thereof is as follows.
냉각 유닛(202)의 온도 조절 로직(232)은 온도 센서들(238)로부터 제공되는 온도 정보에 따라 냉각 유체의 온도를 조절할 수 있다. 이 온도 센서들은, 예를 들면, 증발식 열 교환기(234)의 입구, 내부 및/또는 출구에 설치되어 온도 정보를 제공할 수 있다.The temperature adjustment logic 232 of the cooling unit 202 may adjust the temperature of the cooling fluid according to the temperature information provided from the temperature sensors 238. These temperature sensors may be installed, for example, at the inlet, inside and / or outlet of the evaporative heat exchanger 234 to provide temperature information.
본 발명에서는 도 2를 참고로 하여 냉각 유닛을 설명하였으나 원격 온도 조절 모듈에 냉각 유체를 제공할 수만 있으면 어떤 냉각 유닛이나 다 사용될 수 있다. 이러한 냉각 유닛의 용량은 이 냉각 유닛에 연결되어 사용되는 모든 반도체 제조장치를 동시에 가동할 경우를 고려하여 냉각 용량을 결정하게 된다.In the present invention, the cooling unit has been described with reference to FIG. 2, but any cooling unit may be used as long as it can provide a cooling fluid to the remote temperature control module. The capacity of such a cooling unit determines the cooling capacity in consideration of the case where all the semiconductor manufacturing apparatuses connected to the cooling unit are operated simultaneously.
도 1에서 냉각 유체의 공급로(106)와 회수로(110)는 냉각 유체를 원격 온도 조절 모듈에 공급하거나 회수하는 통로이다. 이들은 이중 벽의 절연 파이프를 사용할 수 있다. 수동 조작되는 셧오프(shut-off) 밸브와 유연성이 있는 호스를 이 파이프와 원격 온도 조절 모듈의 연결부위에 사용할 수 있다. 냉각 유체는 공급로와 회수로 사이에 압력 차이를 유발시켜 유동시킨다.In FIG. 1, the supply path 106 and the recovery path 110 of the cooling fluid are passages for supplying or recovering the cooling fluid to the remote temperature control module. They may use double wall insulated pipes. Manually operated shut-off valves and flexible hoses can be used to connect this pipe to the remote thermostat module. Cooling fluid causes the pressure differential to flow between the supply and recovery passages.
각 공정 장치(118)는 각 장치에 할당된 원격 온도 조절 모듈(114)을 갖는다. 원격 온도 조절 모듈은 공정 장치와 원격 온도 조절 모듈을 순환하는 열 전달 유체의 온도를 조절하기 위하여 냉각 유닛으로부터 공급되는 냉각 유체와 각 공정 장치에 할당된 온도계로부터 제공되는 온도 정보를 이용한다. 도 1에서 원격 온도 조절 모듈(114)은 반도체 제조 장비의 밑에 있는 반지하(sub-floor)에 위치한다. 이렇게 함으로써 원격 온도 조절 모듈이 클린 룸을 점유하는 것을 피할 수 있으며 이 장치에서 발생하는 파티클에 의해 클린 룸이 오염되는 것도 방지할 수 있다. 또한 원격 온도 조절 모듈을 반도체 제조 장치 내부 또는 클린 룸 내부의 장비 근처에 위치시키는 것도 가능하다.Each process unit 118 has a remote temperature control module 114 assigned to each unit. The remote temperature control module uses the temperature information provided from the cooling fluid supplied from the cooling unit and the thermometer assigned to each process device to adjust the temperature of the heat transfer fluid circulating through the process unit and the remote temperature control module. In FIG. 1, the remote temperature control module 114 is located sub-floor under the semiconductor manufacturing equipment. This avoids the remote temperature control module occupying the clean room and also prevents the clean room from being contaminated by particles from the device. It is also possible to place the remote temperature control module near the equipment inside the semiconductor manufacturing device or inside the clean room.
도 3은 원격 온도 조절 모듈의 상세도이다. 원격 온도 조절 모듈(314)은 냉각 유체공급구(340)와 회수구(342), 열 전달 유체 공급구(346)와 회수구(344), 열 교환기(348), 냉각 유체 조절 밸브(350), 열 전달 유체 순환 펌프(354), 그리고 온도 조절 로직(356)을 포함한다. 열 교환기(348)은 각각 냉각 유체와 열 전달 유체 순환계의 일부분을 구성하는 배관(358)(360)을 포함한다. 열 교환기(348) 내부에서 열 전달 유체와 냉각 유체의 열 교환이 이루어진다. 열 교환을 돕기 위하여 부피 대비 표면적을 최대화시킨 방열판이 사용될 수 있다. 밸브(350)에 의해서 열 교환기(348)에 공급되는 냉각 유체의 유량이 조절된다. 이 밸브는 도 3과 같이 열교환기(348)의 입구뿐 아니라 출구 부분에 위치할 수도 있다.3 is a detailed view of a remote temperature control module. The remote temperature control module 314 includes a cooling fluid supply port 340 and a recovery port 342, a heat transfer fluid supply port 346 and a recovery port 344, a heat exchanger 348, and a cooling fluid control valve 350. , Heat transfer fluid circulation pump 354, and temperature control logic 356. Heat exchanger 348 includes tubing 358 and 360, respectively, which form part of the cooling fluid and heat transfer fluid circulation system. Heat exchange between the heat transfer fluid and the cooling fluid takes place inside the heat exchanger 348. Heat sinks that maximize surface area to volume can be used to aid heat exchange. The flow rate of the cooling fluid supplied to the heat exchanger 348 is controlled by the valve 350. This valve may be located at the inlet as well as the outlet of the heat exchanger 348 as shown in FIG. 3.
가열원(362)이 열교환기(348) 내부에 포함될 수 있다. 또 다른 실시예로는 이 가열원이 원격 온도 조절 모듈 내부이면서 열교환 장치의 외부인 곳에 위치하여 열 전달 유체 순환계의 일부를 가열할 수도 있다. 도 3에서 가열원을 뺀 원격 온도 조절 모듈의 사용도 가능하다.A heating source 362 may be included inside the heat exchanger 348. In another embodiment, this heating source may be located inside the remote temperature control module and outside of the heat exchanger to heat a portion of the heat transfer fluid circulation system. It is also possible to use a remote temperature control module without the heating source in FIG.
가열원은 전기 가열식 히터가 사용될 수 있다. 열교환 장치의 표면으로 전기 가열식 히터를 가황(vulcanizing) 처리함으로써 히터를 열교환 장치에 부착할 수도 있다. 가열원을 원격 온도 조절 모듈에 조합하여 사용하면 보다 넓은 온도 범위에 대하여 온도 조절이 가능해진다. 또한 이러한 온도 조절을 냉각 유닛(202)에 연결된 모든 공정 장치(118) 중에서 특정 공정 장치에 대해서만 선택적으로 빠른 속도로 행할 수 있다. 이 때의 사용 가능한 온도 범위는 가열원에 의해 얻어지는 최고 온도와 냉각 유체에 의한 최저 온도에 의해 주어진다. 이와는 달리 기존의 온도 조절 장치들은 이러한 온도 범위를 얻기 위해서는 별도의 냉각 유체와 가열 유체의 순환 분배 시스템(distribution system)을 갖추어야 한다.The heating source may be an electric heated heater. The heater may be attached to the heat exchanger by vulcanizing the electrically heated heater to the surface of the heat exchanger. The combination of a heating source with a remote temperature control module enables temperature control over a wider temperature range. In addition, such temperature control can be performed at a high speed selectively only for a specific process apparatus among all the process apparatuses 118 connected to the cooling unit 202. The usable temperature range at this time is given by the highest temperature obtained by the heating source and the lowest temperature by the cooling fluid. In contrast, existing thermostats must have a separate distribution system of cooling and heating fluids to achieve this temperature range.
열 전달 유체 순환 펌프(354)는 도 3에서는 원격 온도 조절 모듈(314) 내부에 위치하고 있으나 그 외부 또는 반도체 제조 장치에 부착하여 배치하는 것도 가능하다.Although the heat transfer fluid circulation pump 354 is located inside the remote temperature control module 314 in FIG. 3, the heat transfer fluid circulation pump 354 may be disposed outside or attached to the semiconductor manufacturing apparatus.
열 전달 유체는 50%의 탈이온수와 50%의 글리콜 혼합물이 사용될 수 있다. 열 전달 유체는 공정 장치를 순환하므로 고저항과 높은 열용량(heat capacity)을 가지는 것이 좋다. 특히 높은 저항은 필수적인데 이는 공정 장치, 예를 들면, 플라즈마 타겟 등이 높은 직류 또는 RF 바이어스를 사용하므로 저항이 낮은 열전달 유체를 사용하면 전기 접지 효과와 같은 부작용이 생기기 때문이다. 통상의 냉각 유닛에 사용되는 물과 글리콜의 혼합물은 이러한 점에서 적당하지 않다. 갈덴The heat transfer fluid may be a mixture of 50% deionized water and 50% glycol. The heat transfer fluid circulates through the process equipment, so it is desirable to have high resistance and high heat capacity. In particular, high resistance is necessary because process equipment, for example, plasma targets, use high direct current or RF bias, and use of low resistance heat transfer fluids has side effects such as electrical grounding effects. Mixtures of water and glycols used in conventional cooling units are not suitable in this respect. Galden
(GALDEN), 플루오르린네르(Flourinert), 탈이온수와 글리콜의 혼합물이 적당하나 가격이 비싼 단점이 있다. 그러나 본 발명의 경우 원격 온도 조절 모듈과 공정 장치의 거리가 가까우므로 열 전달 유체의 사용량을 최소화할 수 있다.(GALDEN), fluorineert (Flourinert), a mixture of deionized water and glycol is suitable but has the disadvantage of being expensive. However, in the present invention, since the distance between the remote temperature control module and the process apparatus is close, the amount of heat transfer fluid can be minimized.
온도 조절 로직(356)은 냉각 유체 조절 밸브(350)와 가열원(362)의 동작을 조절한다. 이 로직은 공정 장치(118)로부터 설정 온도 및 측정된 온도 정보를 받아서 이를 토대로 하여 유체 조절 밸브(350)와 가열원(362)의 동작을 조절한다.The temperature control logic 356 controls the operation of the cooling fluid control valve 350 and the heating source 362. This logic receives set temperature and measured temperature information from process equipment 118 and adjusts the operation of fluid control valve 350 and heating source 362 based thereon.
일실시예로 CPU에 근거한 조절 로직은 PID(proportional-integrated- derivative) 로직에 따라 열 전달 유체의 냉각과 가열을 조정하여 원하는 온도 조절을 제공한다. 또한 공정 장치(118)가 후에 사용될 온도치를 온도 조절 로직에 미리 제공하게 함으로써 온도 조절 로직(356)이 잠시 후의 온도를 예측하여 동작하게 할 수도 있다. 또한 반복되는 반도체 제조 공정에 있어서 그 온도 변화 주기를 온도 조절 로직(356)에 입력하여 줌으로써 각 주기들 간에 발생할 수 있는 온도 편차를 예측하고 반응함으로써 각 주기들간의 온도 편차도 제거할 수 있다.In one embodiment, the CPU-based regulation logic adjusts the cooling and heating of the heat transfer fluid in accordance with the proportional-integrated derivative (PID) logic to provide the desired temperature regulation. It is also possible for the temperature control logic 356 to predict and operate the temperature after a while by allowing the process device 118 to provide the temperature control logic with a temperature value to be used later. In addition, by inputting the temperature change cycle into the temperature control logic 356 in the repeated semiconductor manufacturing process, the temperature deviation between the cycles may be eliminated by predicting and reacting to the temperature deviation that may occur between the cycles.
본 발명의 온도 조절 장치의 동작 예는 다음과 같다. 도 1과 2에 표시된 냉각 유닛(102)(202)는 원격 온도 조절 모듈(114)(314)에 냉각된 냉각 유체를 제공한다. 각 원격 온도 조절 모듈은 서로 독립적으로 작동한다. 각각에 연결된 공정 장치(118)로부터 받은 온도 정보 및 설정 온도에 반응하여 온도 조절 로직(356)이열 전달 유체를 가열할 것인지 냉각할 것인지를 결정한다.An operation example of the temperature control device of the present invention is as follows. Cooling units 102 and 202 shown in FIGS. 1 and 2 provide cooled cooling fluid to remote temperature control module 114 and 314. Each remote temperature control module operates independently of each other. In response to the temperature information and set temperature received from the process equipment 118 connected to each other, the temperature control logic 356 determines whether to heat or cool the heat transfer fluid.
열 전달 유체의 냉각이 필요하면 냉각 유체 조절 밸브(350)가 열려서 냉각 유체가 열 교환기(348) 내부를 통과하여 흘러가면서 열 전달 유체를 냉각시킨다. 이 밸브가 열려 있는 시간과 밸브에 의해 조절되는 유량은 설정 온도와 실제 측정 온도의 차이에 따라 조절된다. 냉각된 열 전달 유체는 공정 장치(118)와 원격 온도 조절 모듈(314)를 순환하면서 공정 장치(118)의 온도를 설정 온도에 맞도록 낮추어 준다.If cooling of the heat transfer fluid is required, the cooling fluid control valve 350 is opened to cool the heat transfer fluid as it flows through the heat exchanger 348. The time the valve is open and the flow rate controlled by the valve are controlled by the difference between the set temperature and the actual measured temperature. The cooled heat transfer fluid circulates the process unit 118 and the remote temperature control module 314 to lower the temperature of the process unit 118 to match the set temperature.
반대로 열 전달 유체의 가열이 필요하면 가열원(362)이 작동한다. 가열원은 전기 저항체에 전류를 흘려주어 발열시키는 방식의 것이 사용될 수 있다. 도 3에서 가열원은 전류 조절 장치(364)를 포함하는데 이 것은 온도 조절 로직(356)에 의하여 제어된다. 열 전달 유체에 전달되는 열량은 공정 장치(118)의 설정 온도와 실제 온도의 차에 비례한다. 가열된 열 전달 유체는 공정 장치(118)와 원격 온도 조절 모듈(314)을 순환하며 공정 장치(118)의 온도를 설정 온도에 맞추어 준다.Conversely, heating source 362 is activated when heating of the heat transfer fluid is required. The heating source may be one of a method of generating heat by passing a current through the electrical resistor. In FIG. 3, the heating source includes a current regulation device 364, which is controlled by the temperature regulation logic 356. The amount of heat delivered to the heat transfer fluid is proportional to the difference between the set temperature of the process device 118 and the actual temperature. The heated heat transfer fluid circulates through the process unit 118 and the remote temperature control module 314 and adjusts the temperature of the process unit 118 to a set temperature.
도 1 내지 도 3을 참조하여 기술된 온도 조절 장치에서는 냉각유닛(102)에서 냉매에 의하여 냉각된 냉각 유체가 원격 온도 조절 모듈(114)에서 열전달 유체를 냉각하는 방법을 예로 들었다. 이 경우 냉매와 열전달 유체간의 열교환이 직접 이루어지지 않고 냉각 유체를 통하여 간접적으로 행해진다. 도 4는 냉매와 열전달 유체간의 열교환이 냉각 유체를 통하지 않고 직접 이루어지는 실시예를 기술한다. 도 4의 다채널 온도 조절 장치(400)는 공정 장치들의 온도를 조절하기 위하여 압축된 냉매를 사용한다. 이 다채널 온도 조절 장치는 공유 냉매 유닛(402), 냉매 공급계(406), 냉매 회수계(410), 그리고 제조 장치(420)(422)에 연결된 4개의 공정 장치들(418)에 연결된 원격 온도 조절 모듈(414)을 포함한다. 제조 장치In the temperature control device described with reference to FIGS. 1 to 3, a cooling fluid cooled by the refrigerant in the cooling unit 102 cools the heat transfer fluid in the remote temperature control module 114. In this case, heat exchange between the refrigerant and the heat transfer fluid is not performed directly but indirectly through the cooling fluid. 4 describes an embodiment in which the heat exchange between the refrigerant and the heat transfer fluid occurs directly without passing through the cooling fluid. The multi-channel temperature control device 400 of FIG. 4 uses compressed refrigerant to control the temperature of the process equipment. This multi-channel thermostat is remotely connected to four process units 418 connected to the shared refrigerant unit 402, the refrigerant supply system 406, the refrigerant recovery system 410, and the manufacturing apparatus 420, 422. Temperature control module 414. Manufacturing device
(420)(422) 그리고 공정 장치(418)는 도 1과 동일하다.420 and 422 and process equipment 418 are the same as in FIG.
공유 냉매 장치는 냉매를 압축하여 냉매 공급계(406)을 통하여 냉매를 공급하며 냉매 회수계(410)를 통하여 원격 조절장치로부터 팽창된 냉매를 회수한다. 냉매 유닛은 원격 온도 조절 모듈들과는 물리적으로 떨어져 있다. 냉매로는 R-22나 A-134A가 사용될 수 있다. 이 냉매에는 도전성 이온이 들어 있으나 단지 원격 온도 조절 모듈과 냉매 사이만을 순환하므로 공정 장치에 영향을 주지 않는다.The shared refrigerant device compresses the refrigerant to supply the refrigerant through the refrigerant supply system 406, and recovers the expanded refrigerant from the remote controller through the refrigerant recovery system 410. The refrigerant unit is physically separated from the remote temperature control modules. R-22 or A-134A may be used as the refrigerant. The refrigerant contains conductive ions, but only circulates between the remote temperature control module and the refrigerant and does not affect the process equipment.
냉매 유닛은 반도체 제조 라인의 지하나 반지하에 놓인다. 제조 라인 밖에 위치할 수도 있다.Refrigerant units are placed either underground or under the ring of a semiconductor manufacturing line. It may be located outside the manufacturing line.
도 5는 도 4의 냉매 유닛의 상세도이다. 냉매 유닛(502)은 컴프레서(528)와 열교환기(530)를 포함한다. 컴프레서는 원격 온도 조절 모듈에서 팽창되어 돌아 온 냉매를 압축한다. 압축된 냉매는 열교환기로 보내져서 응축된다. 응축된 냉매는 원격 온도 조절 모듈로 보내진다.5 is a detailed view of the refrigerant unit of FIG. 4. The refrigerant unit 502 includes a compressor 528 and a heat exchanger 530. The compressor compresses the refrigerant that has been expanded and returned from the remote temperature control module. The compressed refrigerant is sent to a heat exchanger to condense. The condensed refrigerant is sent to a remote temperature control module.
컴프레서의 총 냉각 용량은 수 내지 수십 kW이다. 팽창된 냉매의 온도는 영하 50℃에서 상온까지의 범위를 갖는다.The total cooling capacity of the compressor is several to tens of kW. The temperature of the expanded refrigerant ranges from minus 50 ° C to room temperature.
도 5에 묘사된 냉매 유닛 이외에도 원격 온도 조절 모듈에 냉매를 공급할 수 있는 모든 종류의 냉매 유닛이 사용될 수 있다. 냉매 유닛의 냉각 용량은 냉매 유닛에 연결된 모든 원격 온도 조절 모듈을 동시에 냉각시키기에 충분한 용량을 사용한다.In addition to the refrigerant unit depicted in FIG. 5, any kind of refrigerant unit capable of supplying refrigerant to the remote temperature control module can be used. The cooling capacity of the refrigerant unit uses sufficient capacity to simultaneously cool all remote temperature control modules connected to the refrigerant unit.
도 4에서 냉매 공급계와 순환계(406)(410)를 따라 냉매가 원격 온도 조절 모듈을 순환한다. 이들은 이중 벽의 절연 파이프를 사용할 수 있다. 수동 조작되는 셧-오프 밸브와 유연성이 있는 호스를 이 파이프와 원격 온도 조절 모듈의 연결부위에 사용할 수 있다. 냉각 유체는 공급로와 회수로 사이에 압력 차이를 유발시켜 유동시킨다.In FIG. 4, the refrigerant circulates through the remote temperature control module along the refrigerant supply system and the circulation systems 406 and 410. They may use double wall insulated pipes. Manually operated shut-off valves and flexible hoses can be used to connect this pipe to the remote temperature control module. Cooling fluid causes the pressure differential to flow between the supply and recovery passages.
각 공정 장치(418)는 각 장치에 할당된 원격 온도 조절 모듈(414)을 갖는다. 원격 온도 조절 모듈은 공정 장치와 원격 온도 조절 모듈을 순환하는 열 전달 유체의 온도를 조절하기 위하여 냉매 유닛(402)으로부터 공급되는 냉매와 각 공정 장치에 할당된 온도계(444)로부터 제공되는 온도 정보를 이용한다. 도 4에서 원격 온도 조절 모듈(414)은 도 1과 같이 반도체 제조 장비의 밑에 있는 반지하(sub-floor)에 위치한다.Each process unit 418 has a remote temperature control module 414 assigned to each unit. The remote temperature control module receives temperature information provided from the refrigerant supplied from the refrigerant unit 402 and the thermometer 444 assigned to each process device to adjust the temperature of the process unit and the heat transfer fluid circulating through the remote temperature control module. I use it. In FIG. 4, the remote temperature control module 414 is located sub-floor under the semiconductor manufacturing equipment as shown in FIG. 1.
도 6은 원격 온도 조절 모듈의 상세도이다. 원격 온도 조절 모듈(614)은 냉매 공급구(640)와 회수구(642), 열 전달 유체 공급구(646)와 회수구(644), 증발식 열 교환기(648), 2개의 냉매 조절 밸브(650)(652), 열 전달 유체 순환 펌프(654), 그리고 온도 조절 로직(656)을 포함한다. 열 교환기(648)는 각각 냉매와 열 전달 유체 순환계의 일부분을 구성하는 배관(658)(660)을 포함한다. 열 교환기(648) 내부에서 열 전달 유체와 냉매의 열 교환이 이루어진다. 열교환기의 입구측에 밸브(650)는 열팽창 밸브여서 냉매의 기화를 조절한다. 밸브(652)는 열교환기의 출구측에 위치하며 증발실(evaporation chamber)에서 냉매가 계속해서 기화되는 것을 빠른 속도로 정지시킴으로써 열교환기 내부에서의 온도 조절을 정확히 하는 역할을 한다. 즉 밸브(652)는 밸브(650)을 통과하면서 기화된 냉매가 더 이상 기화되는 것을 막아준다.6 is a detailed view of a remote temperature control module. The remote temperature control module 614 includes a refrigerant supply port 640 and a recovery port 642, a heat transfer fluid supply port 646 and a recovery port 644, an evaporative heat exchanger 648, and two refrigerant control valves ( 650, 652, heat transfer fluid circulation pump 654, and temperature control logic 656. Heat exchanger 648 includes tubing 658 and 660 that each form part of a refrigerant and heat transfer fluid circulation system. Heat exchange between the heat transfer fluid and the refrigerant occurs within the heat exchanger 648. At the inlet side of the heat exchanger, the valve 650 is a thermal expansion valve to control the vaporization of the refrigerant. The valve 652 is located at the outlet side of the heat exchanger and serves to precisely control the temperature inside the heat exchanger by quickly stopping the refrigerant from continuously evaporating in the evaporation chamber. That is, the valve 652 prevents the vaporized refrigerant from further evaporating while passing through the valve 650.
도 3의 원격 온도 조절 모듈에서와 마찬가지로 가열원(662)이 열 전달 유체를 가열하기 위하여 사용될 수 있다. 또 다른 실시예로는 이 가열원이 원격 온도 조절 모듈 내부이면서 열교환 장치의 외부인 곳에 위치하여 열 전달 유체 순환계의 일부를 가열할 수도 있다. 도 6에서 가열원을 뺀 원격 온도 조절 모듈의 사용도 가능하다.As in the remote temperature control module of FIG. 3, a heating source 662 may be used to heat the heat transfer fluid. In another embodiment, this heating source may be located inside the remote temperature control module and outside of the heat exchanger to heat a portion of the heat transfer fluid circulation system. It is also possible to use a remote temperature control module without the heating source in FIG.
가열원은 전기 가열식 히터가 사용될 수 있다. 열교환 장치의 표면으로 전기 가열식 히터를 가황 처리함으로써 히터를 열교환 장치에 부착할 수도 있다. 가열원을 원격 온도 조절 모듈에 조합하여 사용하면 보다 넓은 온도 범위에 대하여 온도 조절이 가능해진다. 하나의 유체 순환계만으로도 냉매에 의해 결정되는 최저 온도와 가열원에 의하여 결정되는 최고 온도의 온도 범위에서 신속하게 온도를 조절하는 것이 가능하다. 이와는 달리 기존의 온도 조절 장치들은 이러한 온도 범위를 얻기 위해서는 별도의 냉각 유체와 가열 유체의 순환 분배 시스템(distribution system)을 갖추어야 한다.The heating source may be an electric heated heater. The heater may be attached to the heat exchanger by vulcanizing the electrically heated heater to the surface of the heat exchanger. The combination of a heating source with a remote temperature control module enables temperature control over a wider temperature range. With only one fluid circulation system, it is possible to quickly adjust the temperature in the temperature range of the lowest temperature determined by the refrigerant and the highest temperature determined by the heating source. In contrast, existing thermostats must have a separate distribution system of cooling and heating fluids to achieve this temperature range.
도 6에서 열 전달 유체 순환 펌프(654)는 원격 온도 조절 모듈의 내부에 위치하며 열전달 유체를 열교환기를 통하여 순환시키는 역할을 한다. 이 펌프는 원격 온도 장치의 외부에 설치하거나 각각의 공정 장치에 부착하여 사용하는 것도 가능하다. 열 전달 유체가 원격 온도 조절 모듈을 순환하는 방법 및 그 장점은 도 1 내지 도 3의 설명과 같다.In Figure 6 the heat transfer fluid circulation pump 654 is located inside the remote temperature control module and serves to circulate the heat transfer fluid through the heat exchanger. The pump can also be installed outside the remote temperature unit or attached to each process unit. The method and advantages of the heat transfer fluid circulating in the remote temperature control module are the same as the description of FIGS.
온도 조절 로직(656)은 냉매 조절 밸브(650)(652)와 가열원(662)의 동작을 조절한다. 이 로직은 공정 장치들로부터 설정 온도 및 측정된 온도 정보를 받아서 이를 토대로 하여 냉매 조절 밸브와 가열원의 동작을 조절한다.The temperature control logic 656 controls the operation of the refrigerant control valves 650 and 652 and the heating source 662. This logic receives set temperature and measured temperature information from process equipment and adjusts the operation of the refrigerant control valve and heating source based on it.
일실시예로 CPU에 근거한 조절 로직은 PID( proportional-integrated- derivative)로직에 따라 열전달 유체의 냉각과 가열을 조정하여 원하는 온도 조절을 제공한다. 또한 공정 장치가 이 후에 사용될 온도치를 온도 조절 로직에 미리 제공하게 함으로써 온도 조절 로직이 잠시 후의 온도를 예측하여 동작하게 할 수도 있다. 또한 반복되는 반도체 제조 공정에 있어서 그 온도 변화 주기를 온도 조절 로직에 입력하여 줌으로써 각 주기들 간에 발생할 수 있는 온도 편차를 예측하고 반응함으로써 각 주기들간의 온도 편차도 제거할 수 있다.In one embodiment, the CPU-based regulation logic adjusts the cooling and heating of the heat transfer fluid according to the proportional-integrated derivative (PID) logic to provide the desired temperature regulation. It is also possible for the process equipment to provide the temperature control logic with temperature values to be used later, so that the temperature control logic can predict and operate after a while. In addition, by inputting the temperature change cycle into the temperature control logic in a repeating semiconductor manufacturing process, the temperature deviation between the cycles can be eliminated by predicting and reacting to the temperature deviation that can occur between the cycles.
본 발명의 온도 조절 장치의 동작 예는 다음과 같다. 도 4와 도 5에 표시된 냉매 유닛(402)(502)은 원격 온도 조절 모듈(414)(614)에 냉매를 제공한다. 각 원격 온도 조절 모듈은 서로 독립적으로 작동한다. 각각에 연결된 공정 장치(418)로부터 받은 온도 정보 및 설정 온도에 반응하여 온도 조절 로직(656)이 열 전달 유체를 가열할 것인지 냉각할 것인지를 결정한다.An operation example of the temperature control device of the present invention is as follows. Refrigerant units 402 and 502 shown in FIGS. 4 and 5 provide refrigerant to remote temperature control module 414 and 614. Each remote temperature control module operates independently of each other. In response to the temperature information and set temperature received from the process equipment 418 connected to each other, the temperature regulation logic 656 determines whether to heat or cool the heat transfer fluid.
열 전달 유체의 냉각이 필요하면 냉각 유체 조절 밸브(650)(652)가 열려서 냉매가 열 교환기 내부를 통과하여 흘러가면서 열 전달 유체를 냉각시킨다. 이 밸브들이 열려 있는 시간과 밸브에 의해 조절되는 유량은 설정 온도와 실제 측정 온도의 차이에 따라 조절된다. 냉각된 열 전달 유체는 공정 장치와 원격 온도 조절 모듈을 순환하면서 공정 장치의 온도를 설정 온도에 맞도록 낮추어 준다. 열전달유체의 온도를 세밀하게 조절하기 위하여 냉각 유체 조절 밸브(650)(652)가 조합되어 작동된다.If cooling of the heat transfer fluid is required, cooling fluid control valves 650 and 652 are opened to cool the heat transfer fluid as the refrigerant flows through the heat exchanger. The length of time these valves are open and the flow rate controlled by the valve are adjusted according to the difference between the set temperature and the actual measured temperature. The cooled heat transfer fluid circulates through the process unit and the remote temperature control module to lower the process unit temperature to match the set temperature. Cooling fluid control valves 650 and 652 operate in combination to finely control the temperature of the heat transfer fluid.
반대로 열 전달 유체의 가열이 필요하면 가열원(662)이 작동한다. 가열원은 전기 저항체에 전류를 흘려주어 발열시키는 방식의 것이 사용될 수 있다. 도 6에서 가열원은 전류 조절 장치(664)를 포함하는데, 이것은 온도 조절 장치(656)에 의하여 제어된다. 열 전달 유체에 전달되는 열량은 공정 장치(118)의 설정 온도와 실제 온도의 차에 비례한다. 가열된 열 전달 유체는 공정 장치와 원격 온도 조절 모듈을 순환하며 공정 장치의 온도를 설정 온도에 맞추어 준다.Conversely, heating source 662 is activated when heating of the heat transfer fluid is required. The heating source may be one of a method of generating heat by passing a current through the electrical resistor. In FIG. 6, the heating source includes a current regulator 664, which is controlled by a temperature regulator 656. The amount of heat delivered to the heat transfer fluid is proportional to the difference between the set temperature of the process device 118 and the actual temperature. The heated heat transfer fluid circulates through the process unit and the remote temperature control module and adjusts the process unit temperature to the set temperature.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 온도 조절 장치에 따르면, 공정장치들이 요구하는 온도조건을 빠르고 정확하게 만족시킬 수 있다는 이점이 있다.As described above, according to the temperature control device of the present invention, there is an advantage that it is possible to quickly and accurately satisfy the temperature conditions required by the process equipment.
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