KR20100101636A - Heat exchanging device - Google Patents

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KR20100101636A
KR20100101636A KR1020107015020A KR20107015020A KR20100101636A KR 20100101636 A KR20100101636 A KR 20100101636A KR 1020107015020 A KR1020107015020 A KR 1020107015020A KR 20107015020 A KR20107015020 A KR 20107015020A KR 20100101636 A KR20100101636 A KR 20100101636A
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가부시키가이샤 라스코
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment

Abstract

장치의 구조 붕괴를 피할 수 있어 안전한 열교환 장치를 제공한다. 열교환 장치(10)는, 냉각해야 할 고온의 제1 액체가 통류되는 제1 열교환기(12)와, 제1 액체보다도 낮은 온도의 제2 액체가 통류되는 제2 열교환기(16)와, 제1 열교환기(12) 및 제2 열교환기(16)에 이 순서대로 공기를 통과시키는 팬(14)을 구비하고, 제1 열교환기(12)에 공기를 통과시켜 제1 액체를 소요 온도로까지 냉각하는 동시에, 제1 열교환기(12)를 통과하여 승온된 공기를 제2 열교환기(16)에 통과시켜, 당해 공기를 제2 액체에 의해 냉각하는 것을 특징으로 한다.The structural collapse of the device can be avoided to provide a safe heat exchange device. The heat exchange device 10 includes a first heat exchanger 12 through which a high temperature first liquid to be cooled flows, a second heat exchanger 16 through which a second liquid having a temperature lower than the first liquid flows, A first heat exchanger (12) and a second heat exchanger (16) are provided with a fan (14) for passing air in this order, and passing the air through the first heat exchanger (12) to bring the first liquid to the required temperature. Simultaneously with cooling, the air heated up through the first heat exchanger 12 is passed through the second heat exchanger 16, and the air is cooled by the second liquid.

Figure P1020107015020
Figure P1020107015020

Description

열교환 장치 {HEAT EXCHANGING DEVICE}Heat Exchanger {HEAT EXCHANGING DEVICE}

본 발명은, 열교환 장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 제조 장치에 있어서의 냉각수를 냉각하는 냉각 장치에 이용하기에 적합한 열교환 장치에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD This invention relates to a heat exchange apparatus. Specifically, It is related with the heat exchange apparatus suitable for use for the cooling apparatus which cools the cooling water in a semiconductor manufacturing apparatus.

반도체 제조 등 많은 공업적 이용에 있어서, 제조 공정에서 사용되는 부재 또는 처리 툴(냉각 대상 장치)을 냉각하기 위하여, 액체를 부재 또는 장치에 순환시키는 열교환 장치(냉각 장치)가 이용된다. 그러한 액체의 예로는, GALDEN 및 FLUORINERT의 상표로 판매되는 액체를 들 수 있다. 이들 액체는, 시스템 가동시에는 100℃를 크게 웃도는 온도에 달한다.In many industrial uses such as semiconductor manufacturing, in order to cool the member or processing tool (cooling target device) used in the manufacturing process, a heat exchanger (cooling device) for circulating a liquid to the member or device is used. Examples of such liquids include liquids sold under the trademarks of GALDEN and FLUORINERT. These liquids reach temperatures well above 100 ° C at the time of system operation.

일반적으로, 이러한 냉각용 고온 액체는, 당해 고온 액체가 공급되는 저류조에 냉각수가 통류되는 나선 파이프를 설치한, 소위 액-액 열교환기를 이용해서 소요 온도로까지 냉각되고, 냉각된 고온 액체가 순환 펌프에 의해 냉각 대상 장치에 순환되어 재이용된다. 그렇지만, 이러한 특히 냉각수를 이용하는 열교환 시스템에는 문제점도 있다. 예를 들면, 냉각수의 온도 및 유량에 따라서는, 냉각수가 끓어올라 장치에 진동을 발생시키거나, 스케일을 침적시키는 경우가 있다. 진동은, 최종적으로 파이프에 균열을 발생시키는 등 구조 붕괴를 초래하고, 스케일의 침적은, 유량을 저하시키고, 나아가서는 시스템 전체의 열전달 효율을 저하시킨다. 구조적 파괴는, 또한 2액 간에서의 액 누설로 이어질 가능성이 있어, 이로 인해 야기되는 냉각수의 순간적인 기화는, 폭발 등의 잠재적인 위험성을 안고 있다. 이러한 문제점은, Jonas Lindvall 및 Marcus Minkkinen에 의한 「Fracture Mechanics For a Plate Hert Exchanger Gasket(플레이트식 열교환기의 개스킷을 위한 파괴 역학)」(Report TVSM-5125, 77 pages, First published May, 2004.)이라는 제목의 논문에도 게재되어 있다.
Generally, such a cooling hot liquid is cooled to a required temperature using a so-called liquid-liquid heat exchanger in which a spiral pipe through which cooling water flows is installed in a storage tank to which the hot liquid is supplied, and the cooled hot liquid is circulated by a pump. It is circulated to the cooling target device and reused. However, there is also a problem with such a heat exchange system using cooling water in particular. For example, depending on the temperature and flow rate of the cooling water, the cooling water may boil and generate vibration in the apparatus or deposit scale. Vibration causes structural collapse such as finally causing cracks in the pipe, and deposition of scale lowers the flow rate and further reduces the heat transfer efficiency of the entire system. Structural breakdown can also lead to leakage of liquid between the two liquids, and the instantaneous vaporization of the resulting cooling water carries a potential risk of explosion and the like. This problem is described by Jonas Lindvall and Marcus Minkkinen in Fracture Mechanics For a Plate Hert Exchanger Gasket (Report TVSM-5125, 77 pages, First published May, 2004). It is also published in the title paper.

본 발명은 상기 과제를 해결하고자 이루어진 것으로, 그 목적하는 바는, 장치의 구조 붕괴를 피할 수 있어 안전하고, 또한 스케일의 침적을 방지할 수 있어, 열전달 효율의 저하를 발생시키지 않는 열교환 장치를 제공한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a heat exchanger device which can avoid structural collapse of the device, which is safe, and prevents deposition of scale, and does not cause a decrease in heat transfer efficiency. do.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 열교환 장치는, 냉각해야 할 고온의 제1 액체가 통류되는 제1 열교환기와, 당해 제1 열교환기와 소요 간격을 두고 배치되고, 제1 액체보다도 낮은 온도의 제2 액체가 통류되는 제2 열교환기와, 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기에 이 순서대로 공기를 통과시키는 팬을 구비하고, 상기 제1 열교환기에 공기를 통과시켜서 제1 액체를 소요 온도로까지 냉각하는 동시에, 제1 열교환기를 통과하여 승온된 공기를 상기 제2 열교환기에 통과시켜, 당해 공기를 제2 액체에 의해 냉각하는 것을 특징으로 한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, the heat exchange apparatus which concerns on this invention is arrange | positioned with the 1st heat exchanger through which the high temperature 1st liquid which should be cooled flows, and the said 1st heat exchanger at a required interval, And a second heat exchanger through which a second liquid flows, and a fan through which air passes through the first heat exchanger and the second heat exchanger in this order, and passing the air through the first heat exchanger to the required temperature. Simultaneously with cooling, the air heated up through the first heat exchanger is passed through the second heat exchanger, and the air is cooled by the second liquid.

본 발명에 부수되는 특징의 대부분은, 상기 및 이하의 설명의 참조, 및 첨부 도면을 이용한 고찰을 통해 보다 깊이 이해됨으로써, 보다 간단하면서도 충분하게 이해될 것이다. 한편, 첨부한 도면에 있어서, 전체적으로 동일한 부재에는 동일한 부호를 첨부한다.
Many of the features accompanying the present invention will be understood more simply and sufficiently by reference to the above and the following descriptions, and through consideration of the accompanying drawings. In addition, in the accompanying drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as a whole.

본 발명에 따르면, 장치의 구조 붕괴를 피할 수 있어 안전하며, 또한 스케일의 침적을 방지할 수 있어, 열전달 효율의 저하를 발생시키지 않는 열교환 장치를 제공할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to provide a heat exchanger device which can avoid structural collapse of the device, which is safe, and prevents deposition of scale, and does not cause a decrease in heat transfer efficiency.

도 1은 열교환 장치의 개략도이다.
도 2는 열교환 장치와 냉각 대상물의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 3은 열교환 시스템의 동작을 나타내는 제어 흐름도이다.
도 4는 열교환 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view of a heat exchange device.
2 is a schematic view showing a relationship between a heat exchanger and a cooling target.
3 is a control flowchart illustrating the operation of the heat exchange system.
4 is a schematic view showing another embodiment of the heat exchanger.

이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail based on an accompanying drawing.

도 1은 열교환기(10)의 개략도이다. 열교환 장치(10)는, 고온 열매체 유체(제1 액체)를 효율적으로 냉각하는 액체-공기 열교환기[제1 열교환기(12)]를 구비한다. 열교환 시스템은, 고온 열매체 유체(제1 액체)를 포함하는 제1 열교환기(12)에 팬(14)에 의해 공기를 흘려보낸다. 공기가 제1 열교환기(12)를 통과함으로써, 제1 액체가 소요 온도로까지 냉각된다. 열이 공기로 이동함으로써, 공기는 예를 들면 200℃를 넘는 매우 고온으로 가열된다. 가열된 공기는, 물 등의 제2 액체를 포함하는 제2 열교환기(16)로 흐르고, 그로 인해 열을 물 등의 제2 액체에 전달한다. 공기는 비열이 작기 때문에 제2 액체는 그다지 온도가 상승하지 않아, 끓어올라 장치를 진동시키거나 파이프에 균열을 발생시키고, 급격하게 기화하여 장치를 폭발시키거나 스케일을 침적시켜 열전달 효율을 저하시키는 등의 일이 없다. 제2 액체와 열교환하여 안전한 소요 온도로까지 냉각된 공기는 순환 사용된다.1 is a schematic diagram of a heat exchanger 10. The heat exchange device 10 includes a liquid-air heat exchanger (first heat exchanger 12) that efficiently cools a high temperature heat medium fluid (first liquid). The heat exchange system flows air by the fan 14 to the first heat exchanger 12 containing a high temperature heat medium fluid (first liquid). As air passes through the first heat exchanger 12, the first liquid is cooled to a required temperature. As heat moves to air, the air is heated to very high temperatures, for example above 200 ° C. The heated air flows to the second heat exchanger 16 containing the second liquid such as water, thereby transferring heat to the second liquid such as water. Because the air has a small specific heat, the second liquid does not rise much in temperature, so it boils and vibrates or cracks the pipe, rapidly vaporizes the device, or deposits the scale, reducing the heat transfer efficiency. There is no work. The air cooled by heat exchange with the second liquid to a safe required temperature is circulated.

소요 온도로까지 냉각된 제1 액체는, 반도체 제조 장치 등의 냉각 대상물의 냉각수로서 순환 사용된다.The 1st liquid cooled to required temperature is circulated and used as cooling water of a cooling target object, such as a semiconductor manufacturing apparatus.

팬(14)과, 제1 열교환기(12)와, 제2 열교환기(16)는 덕트(18) 내에 소요 간격을 두고 이 순서대로 배치되어 있다. 콘트롤러(제어부)(20)는 팬(14)의 구동부에 접속되어, 팬(14)의 회전 속도를 감시·조절한다. 본 실시 형태에서는, 제1 열교환기(12)에서 냉각된 제1 액체의 온도를 검출하는 온도 센서(22)가 설치되고, 온도 센서(22)에 의해 검출된 온도는 콘트롤러(20)에 입력된다. 콘트롤러(20)는, 온도 센서(22)에 의해 검출되는 제1 액체의 온도를 감시하고, PID 제어에 의해 팬(14)의 회전 속도를 조절한다. 즉, 제1 액체의 온도가 설정 온도(예를 들면 170℃)보다도 높으면, 팬(14)의 회전 속도가 커지도록 제어하여 제1 열교환기(12)에서의 열교환 효율을 높이고, 설정 온도보다도 낮으면, 팬(14)의 회전 속도를 낮게 한다. 이 처리에 의해, 제1 액체가 원하는 온도로 열교환 시스템으로부터 나올 수 있게 된다.The fan 14, the 1st heat exchanger 12, and the 2nd heat exchanger 16 are arrange | positioned in this order at the required interval in the duct 18. As shown in FIG. The controller (control unit) 20 is connected to the drive unit of the fan 14 to monitor and adjust the rotational speed of the fan 14. In this embodiment, the temperature sensor 22 which detects the temperature of the 1st liquid cooled by the 1st heat exchanger 12 is provided, and the temperature detected by the temperature sensor 22 is input to the controller 20. . The controller 20 monitors the temperature of the first liquid detected by the temperature sensor 22 and adjusts the rotation speed of the fan 14 by PID control. That is, when the temperature of the first liquid is higher than the set temperature (for example, 170 ° C), the rotational speed of the fan 14 is controlled to increase so that the heat exchange efficiency in the first heat exchanger 12 is increased and lower than the set temperature. If so, the rotation speed of the fan 14 is lowered. This treatment allows the first liquid to exit the heat exchange system at a desired temperature.

제1 열교환기(12)는, 공기류의 균일하고 한결같은 흐름을 확보하기 위하여, 팬(14)으로부터 충분한 거리를 두고 배치된다. 팬(14)은, 예를 들면, 제1 열교환기(12)로부터 약 150mm 떨어진 곳에 배치된다. 제1 열교환기(12)에는, 펌프(도시 생략), 파이프(23), 밸브(도시 생략) 및 그 밖의 유체 유통 부재를 통해, 고온의 제1 액체(냉각액), 예를 들면, GALDEN(상표)이 공급된다. 일례로서, 제1 액체의 온도는 약 120∼200℃이다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 액체는, 1 또는 복수의 나선 형상 파이프 내를 나선을 그리면서 흐른다. 팬(14)으로부터의 공기가, 나선 파이프, 즉 제1 열교환기(12)의 핀이나 플레이트를 통과하면, 제1 액체의 열은 공기로 이동한다. 본 실시 형태에서는, 전열 속도는 약 20kw이다. 제1 액체의 온도가 200℃인 경우, 공기의 온도는 약 200℃에 달한다. 제1 액체는 약 190℃로 냉각되어 제1 열교환기(12)로부터 배출된다. 냉각된 제1 액체는 저류 탱크(24)에 저류되어, 펌프(25)에 의해 반도체 제조 장치 등의 냉각 대상물에 공급되어 순환 사용된다.The first heat exchanger 12 is disposed at a sufficient distance from the fan 14 to ensure a uniform and uniform flow of air flow. The fan 14 is disposed, for example, about 150 mm away from the first heat exchanger 12. The first heat exchanger 12 includes a high temperature first liquid (cooling liquid), for example, GALDEN (trademark) through a pump (not shown), a pipe 23, a valve (not shown), and other fluid distribution members. ) Is supplied. As an example, the temperature of the first liquid is about 120-200 ° C. In the present embodiment, the first liquid flows while drawing a spiral in one or a plurality of spiral pipes. When air from the fan 14 passes through a spiral pipe, i.e., a fin or plate of the first heat exchanger 12, the heat of the first liquid moves to air. In the present embodiment, the heat transfer speed is about 20 kw. When the temperature of the first liquid is 200 ° C., the temperature of air reaches about 200 ° C. The first liquid is cooled to about 190 ° C. and discharged from the first heat exchanger 12. The cooled first liquid is stored in the storage tank 24, supplied to a cooling target such as a semiconductor manufacturing apparatus by the pump 25, and circulated.

제1 열교환기(12)에 유입되는 제1 액체의 온도는 설정 온도보다 높다. 예를 들면, 제1 액체가 설정 온도인 170℃로 제1 열교환기(12)로부터 반도체 제조 장치(냉각 대상물)에 공급되고, 반도체 제조 장치 내에서 20kw의 열 부하를 받은 경우, 제1 액체는 약 179.5℃로 제1 열교환기(12)로 되돌아온다[유량을 15GPM(gallon/ min)으로 가정]. 이와 같이, 반도체 제조 장치에서 냉각수로서 이용되어 제1 열교환기(12)로 되돌아오는 제1 액체의 온도는 당연히 설정 온도보다도 높다. 팬(14)은, 제1 열교환기(12) 내를 가변 냉각하기 위해서 이용되며, 제1 액체가 설정 온도로 제1 열교환기(12)를 나갈 수 있도록 한다.The temperature of the first liquid flowing into the first heat exchanger 12 is higher than the set temperature. For example, when a 1st liquid is supplied to the semiconductor manufacturing apparatus (cooling object) from the 1st heat exchanger 12 at 170 degreeC which is a preset temperature, and receives 20 kW heat load in a semiconductor manufacturing apparatus, a 1st liquid will be Return to first heat exchanger 12 at about 179.5 [deg.] C. (assume flow rate is 15 GPM (gallon / min)). As described above, the temperature of the first liquid used as the cooling water in the semiconductor manufacturing apparatus and returned to the first heat exchanger 12 is naturally higher than the set temperature. The fan 14 is used to variably cool the inside of the first heat exchanger 12 and allows the first liquid to exit the first heat exchanger 12 at a set temperature.

제2 열교환기(16)는, 제1 열교환기(12)로부터 약 100mm 떨어진 곳에 배치된다. 용이하게 입수 가능한, 제조 시설로부터의 물 등의 냉각액이 제2 액체로서 제2 열교환기(16)에 공급된다. 제2 액체의 온도는, 일례로서 약 15∼25℃이며, 제1 액체의 온도보다는 충분히 낮다. 제1 열교환기(12)와 마찬가지로, 제2 열교환기(16)에 대한 제2 액체의 공급을 확보하기 위하여, 파이프(26), 밸브(27), 그 밖의 유체 유통 부재가 준비된다. 본 실시 형태에 있어서, 제2 액체는, 1 또는 복수의 나선 형상 파이프 내를 나선을 그리면서 흐른다. 가열된 공기가 제2 열교환기(16)를 통과하면, 열은 액체를 가열하는 제2 열교환기(16) 내의 제2 액체로 전달된다. 시스템을 유출하는 공기는 냉각되어 있으므로, 안전하게 방출할 수 있다. 즉, 고온에서의 공기 배출에 대응하기 위한, 특별한 공기류 시스템 또는 부재를 필요로 하지 않는다. 공기로부터 제2 액체로의 전열 속도는 약 20kw이다. 이때, 제2 액체는 약 40℃로까지 가열되고, 공기의 온도는 약 30℃로 저하된다. 가열된 물은, 그 후 적절히 시설로 되돌려져, 거기에서 냉각되어 제조 시설의 다양한 장소로 재순환된다. 상기와 같이 , 제2 액체(물)는 끓어오르지 않아 파이프 등의 파괴가 방지되고, 또한 스케일의 침적을 방지할 수 있어, 열전달 효율도 손상되지 않는다.The second heat exchanger 16 is disposed about 100 mm away from the first heat exchanger 12. Easily available cooling liquid, such as water from a manufacturing facility, is supplied to the 2nd heat exchanger 16 as a 2nd liquid. The temperature of the second liquid is, for example, about 15 to 25 ° C., which is sufficiently lower than the temperature of the first liquid. Like the first heat exchanger 12, a pipe 26, a valve 27, and other fluid distribution members are prepared to secure the supply of the second liquid to the second heat exchanger 16. In the present embodiment, the second liquid flows while drawing a spiral in one or a plurality of spiral pipes. When the heated air passes through the second heat exchanger 16, heat is transferred to the second liquid in the second heat exchanger 16 which heats the liquid. The air exiting the system is cooled and can be safely released. That is, no special air flow system or member is required to cope with the exhaust of air at high temperatures. The heat transfer rate from air to the second liquid is about 20 kw. At this time, the second liquid is heated up to about 40 ° C, and the temperature of the air is lowered to about 30 ° C. The heated water is then appropriately returned to the facility, cooled there and recycled to various places in the manufacturing facility. As described above, the second liquid (water) does not boil and the destruction of the pipe or the like is prevented, and the deposition of the scale can be prevented, and the heat transfer efficiency is not impaired.

또한, 28은 체크 밸브이다.28 is a check valve.

도 2는, 열교환 장치(10)와 반도체 제조 장치 등의 냉각 대상 장치(30)의 관계의 일례를 나타낸다.2 shows an example of the relationship between the heat exchanger 10 and a cooling target device 30 such as a semiconductor manufacturing device.

냉각 대상 장치(30)는, 상술한 바와 같이, 약 20kw의 열 부하가 인가된다. 열 부하는, 반도체 제조 장치의 경우, 일반적으로 증착 등의 제막 처리를 위해 반도체 기판을 소망 온도로 유지하기 위해서, 반도체 기판을 적재하는 히터 판에 있어서의 전열기나 마이크로파 가열기 등의 가열 장치에 의해 인가된다. 히터 판의 온도는, 처리중에 천천히 상승하는 경향이 있다. 상기의 열교환 시스템(열교환 장치)이 없으면, 그 온도의 상승은 방치되어, 그것에 의해 반도체 제조 장치를 손상시킬 가능성이 있으며, 결과적으로 반도체 처리의 정지를 초래한다. 그러한 처리의 정지는, 제조 효율의 저하를 초래하여 매우 큰 문제가 될 수 있다.As described above, the cooling target device 30 is applied with a heat load of about 20 kw. In the case of a semiconductor manufacturing apparatus, a heat load is generally applied by heating apparatuses, such as an electric heater and a microwave heater, in the heater plate which loads a semiconductor substrate, in order to maintain a semiconductor substrate at a desired temperature for film forming processes, such as vapor deposition. do. The temperature of the heater plate tends to rise slowly during processing. In the absence of the heat exchange system (heat exchange device) described above, the rise in temperature may be left unattended, thereby possibly damaging the semiconductor manufacturing apparatus, resulting in stopping of the semiconductor processing. The suspension of such a treatment causes a decrease in manufacturing efficiency and can be a very big problem.

열 부하는 변화되는 경우도 있다. 열 부하는, 예를 들면, 반도체 처리의 다양한 단계 또는 공정에 있어서, 0∼20kw 등의 사이에서 변화되어도 좋다. 예를 들면, 반도체 제조 장치가 사용되지 않고 있는, 예를 들면, 세정중 또는 다른 기판의 대기중인 경우, 제로 또는 제로에 가까운 열 부하를 주어 툴을 식히는 경우도 있다. 종래의, 전형적인 액체로부터 액체로의 열교환기인 경우에는, 예를 들면 200℃의 제1 액체를 제2 액체인 물로 냉각하는 경우에는, 물이 끓어오를 가능성이 있어서, 가령 열 부하가 제로이어도, 물을 항상 흘려보내고 있어야만 한다. 물은, 항상 펌프로 퍼올려져, 파이프 내에 스케일이 침적하지 않도록, 또한 열교환기 내에서 위험한 액체 압력이 발생하지 않도록 순환된다. 이렇게 일정한 흐름을 확보하기 위해서 펌프 또는 유사한 기재를 계속해서 사용하는 것은, 전력을 낭비하고, 시스템의 부재를 불필요하게 계속해서 소모하는 것이 된다.The heat load may also change. For example, the thermal load may vary between 0 and 20 kw in various steps or processes of semiconductor processing. For example, when the semiconductor manufacturing apparatus is not used, for example, during cleaning or in the atmosphere of another substrate, the tool may be cooled by giving a heat load of zero or near zero. In the case of the conventional liquid-to-liquid heat exchanger, when cooling the 1st liquid of 200 degreeC with the water which is a 2nd liquid, water may boil, for example, even if a heat load is zero, It must always be flowing. The water is always pumped up and circulated such that no scale deposits in the pipe and no dangerous liquid pressure is generated in the heat exchanger. Continued use of a pump or similar substrate to ensure this constant flow wastes power and unnecessarily continues to consume the absence of the system.

또한, 반도체 처리가 진행됨에 따라, 처리 툴의 열은 반도체 기판의 처리를 행할 수 있도록 상승한다. 예를 들면, 전열기나 마이크로파 가열기에 의해 더욱 열을 가하여, 반도체 기판을 최적 온도로 설정한다. 이 작업은, 처리 툴을 계속해서 냉각하는 종래의 열교환기, 예를 들면, 액체로부터 액체로의 열교환기의 경우에는, 냉각되는 분만큼 가열기로부터 보급해야만 하기 때문에, 불필요한 에너지를 소비한다. 또한, 종래의 열교환기에서는 상기와 같은 특성(처리 툴을 계속해서 냉각하는)을 가지기 때문에, 반도체 기판을 최적 온도로 설정하는데에 더 많은 처리 시간이 소비되고, 그로 인해 전체적으로 반도체 처리 시간에 악영향을 준다.In addition, as the semiconductor processing proceeds, the heat of the processing tool rises so that the semiconductor substrate can be processed. For example, heat is further applied by an electric heater or a microwave heater to set the semiconductor substrate to an optimum temperature. This operation consumes unnecessary energy because a conventional heat exchanger that continuously cools the processing tool, for example, a liquid-to-liquid heat exchanger, must be replenished from the heater by the amount to be cooled. In addition, since the conventional heat exchanger has the above characteristics (continuously cooling the processing tool), more processing time is spent to set the semiconductor substrate to the optimum temperature, thereby adversely affecting the overall semiconductor processing time. give.

이러한 점에서, 본 실시의 형태에 있어서의, 팬(14) 및 액체-기체 열교환기(12, 16)에 의한 열교환인 경우에는 상기와 같은 악영향을 받지 않는다. 예를 들면, 팬(14)은, 제1 열교환기(12)에 흐르는 가열된 제1 액체의 제로 냉각을 실행하기 위하여 정지 또는 거의 정지되어도 좋다. 이 경우, 제2 열교환기(16)측도, 공기를 냉각할 필요가 없으므로 정지되어도 좋다.In this regard, in the case of heat exchange by the fan 14 and the liquid-gas heat exchangers 12 and 16 in the present embodiment, such adverse effects are not affected. For example, the fan 14 may be stopped or almost stopped to perform zero cooling of the heated first liquid flowing in the first heat exchanger 12. In this case, since it is not necessary to cool air, the 2nd heat exchanger 16 side may be stopped.

팬(14)이나, 제1 열교환기(12), 제2 열교환기(16)에 대해서 더 설명한다.The fan 14, the first heat exchanger 12, and the second heat exchanger 16 will be further described.

팬(14)은, 특별히 한정되지 않지만, 매분 약 8m3의 풍량을 발생하는 능력이 있는 것이 적합하다. 팬(14)은, 필요에 따라서 회전 속도를 올렸다 내렸다 하기 위해서, 콘트롤러(20)에 의해 제어 가능한 가변속 송풍기이다. 공기는 팬(14)에 도입되기 전, 또는, 팬(14)으로부터 나오기 전에 냉각할 수도 있다. 콘트롤러(20)의 예로는, 폐루프 PID 컨트롤을 들 수 있다. 온도 센서(22)의 예로는, 100ΩPt RTD를 들 수 있다.Although the fan 14 is not specifically limited, It is suitable that it has the ability to generate the air volume of about 8m <3> per minute. The fan 14 is a variable speed blower which can be controlled by the controller 20 in order to raise and lower the rotational speed as needed. The air may be cooled before it is introduced into the fan 14 or before exiting the fan 14. An example of the controller 20 is closed-loop PID control. An example of the temperature sensor 22 is 100 Ω Pt RTD.

제1 열교환기(12)는, 250℃의 온도에도 견딜 수 있도록 설계되고, 또한 20kw의 전열 속도로 열을 전달하는 것이 가능하게 되어 있다. 한편, 보다 낮거나 혹은 보다 높은 전열 속도에 대처하기 위해서, 상기와 다른 척도로 시스템을 설계해도 물론 좋다.The first heat exchanger 12 is designed to withstand a temperature of 250 ° C., and can transfer heat at a heat transfer rate of 20 kw. On the other hand, in order to cope with lower or higher heat transfer rates, the system may be designed on a different scale from the above.

일반적으로, 액체-공기 열교환 시스템은 대형화된다고 생각하지만, 이것은 오해이다. 이 오해로 인해, 소형이고 특유한 효율적인 전열성을 갖는다는 이유로, 당업자는 액체-액체 열교환 시스템을 이용하게 된다.In general, liquid-air heat exchange systems are thought to be larger, but this is a misconception. This misconception makes the person skilled in the art use liquid-liquid heat exchange systems for reasons of compactness and unique efficient heat transfer.

공기와 가열된 제1 액체와의 사이의 온도차가, 예를 들면 120∼160℃ 정도로 충분히 큰 온도차라면, 제1 열교환기(12)에 있어서의 열교환 효율이 좋으며, 따라서, 장치가 소형이어도 된다. 그러나, 상기 온도 차분이 90℃ 미만이면, 제1 열교환기(12)에 있어서, 가열된 제1 액체의 온도를 소망의 설정 온도로 내릴 수 있을 만큼 효율이 좋지 못한 경우도 있다.If the temperature difference between the air and the heated first liquid is a temperature difference large enough, for example, about 120 to 160 ° C, the heat exchange efficiency in the first heat exchanger 12 is good, and therefore the apparatus may be small. However, when the said temperature difference is less than 90 degreeC, in the 1st heat exchanger 12, there may be a case where efficiency is not good enough that the temperature of the heated 1st liquid can be reduced to a desired preset temperature.

도 3은, 열교환 시스템의 동작을 나타내는 제어 흐름도이다. 단계 51에 있어서, 온도 센서(22)에 의해 제1 액체의 온도가 측정된다. 측정된 온도가, 고온도 임계값을 웃도는 경우(단계52), 팬(14)의 회전 속도를 올린다(단계 53). 한편, 측정된 온도가 저온도 임계값을 밑도는 경우(단계 54), 팬(14)의 회전 속도를 내린다(단계 55). 이로써, 팬(14)의 소비 전력 및 팬(14)의 소모를 저감할 수 있고, 또한, 제1 액체가 소망의 온도(설정 온도)로 유지된다. 본 실시 형태에서는, 측정된 온도가 매우 높은 온도 임계값을 웃도는 경우(단계 57), 결함 상태라고 판정된다. 이러한 결함 상태는, 액체가 충분히 냉각되어 있지 않는 등, 시스템이 적절하게 동작하지 않고 있음을 나타낸다. 이러한 경우에는, 예를 들면, 결함 상태가 해제될 때까지, 제1 열교환기(12)에 대한 제1 액체의 유입 및/또는 제1 열교환기(12)로부터의 제1 액체의 유출을 억제하기 위해서, 1 또는 복수의 밸브를 작동시켜도 좋다. 또한, 성능의 향상, 잠재적인 결함의 조기 동정, 또는 ２중 안전 처리를 위하여 새로운 센서나 제어부를 이용하여, 팬(14), 열교환기(12, 16) 및 시스템 내에서 사용되는 그 밖의 구성 부재의 동작을 감시하는 것이 가능하다.3 is a control flowchart illustrating the operation of the heat exchange system. In step 51, the temperature of the first liquid is measured by the temperature sensor 22. If the measured temperature exceeds the high temperature threshold (step 52), the rotation speed of the fan 14 is raised (step 53). On the other hand, if the measured temperature is below the low temperature threshold (step 54), the rotation speed of the fan 14 is lowered (step 55). As a result, the power consumption of the fan 14 and the consumption of the fan 14 can be reduced, and the first liquid is maintained at a desired temperature (set temperature). In the present embodiment, when the measured temperature exceeds a very high temperature threshold (step 57), it is determined to be a defective state. This defect state indicates that the system is not operating properly, such as that the liquid is not sufficiently cooled. In this case, for example, to suppress the inflow of the first liquid to the first heat exchanger 12 and / or the outflow of the first liquid from the first heat exchanger 12 until the faulty condition is released. In order to do this, one or a plurality of valves may be operated. In addition, fans 14, heat exchangers 12 and 16, and other components used within the system may be utilized with new sensors or controls for improved performance, early identification of potential defects, or dual safety processing. It is possible to monitor the operation of the.

콘트롤러(제어부)(20)는, 냉각 능력을 조절하기 위해서 가변속 팬(14)에 비례 출력을 부여한다. 제1 열교환기(12)로부터 나오는 공기는 매우 고온으로, 그 온도에서의 배출은 곤란하다. 그 때문에, 공기는, 제2 액체(시설 냉각수 등)에 의해 냉각된 제2 열교환기(16)로 반송된다. 결과적으로, 열교환 장치(10)로부터 반출될 수 있는, 혹은, 당해 열교환 장치(10) 내에서 순환될 수 있는, 거의 실온의 공기가 얻어진다. 제1 액체(반도체 제조 장치 등의 냉각수)와 에어·갭을 갖는 제2 액체(공장 냉각수 등)를 분리하고, 가변 공기류를 이용하여 온도를 조절함으로써, 열교환 시스템의 성능, 안전성 및 수명의 향상을 꾀할 수 있는 것이다.The controller (control unit) 20 provides a proportional output to the variable speed fan 14 in order to adjust the cooling capacity. The air coming out of the first heat exchanger 12 is very hot and it is difficult to discharge at that temperature. Therefore, air is conveyed to the 2nd heat exchanger 16 cooled by 2nd liquid (facilities cooling water etc.). As a result, air at almost room temperature is obtained, which can be carried out from the heat exchange device 10 or circulated in the heat exchange device 10. Improving the performance, safety, and lifespan of the heat exchange system by separating the first liquid (cooling water such as a semiconductor manufacturing device) and the second liquid (such as factory cooling water) having an air gap and adjusting the temperature using a variable air flow. It can be planned.

도 4는 열교환 장치(10)의 다른 실시 형태를 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타내는 것과 동일한 부재는 동일한 부호를 첨부하고, 설명은 생략한다.4 is a schematic view showing another embodiment of the heat exchange device 10. The same member as shown in FIG. 1 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.

본 실시 형태에서는, 덕트(18) 내에, 공기류의 상류측으로부터, 제1 열교환기(12), 제2 열교환기(16), 팬(14)을 이 순서대로 설치하고 있는 점이 도 1에 나타내는 실시 형태와 상이하다.In this embodiment, the point which installed the 1st heat exchanger 12, the 2nd heat exchanger 16, and the fan 14 in this order from the upstream of airflow in the duct 18 is shown in FIG. It is different from embodiment.

도 1의 실시 형태의 경우, 보통 운전중인 경우에는 문제가 없다. 그러나, 상기한 바와 같이, 온도 센서(22)에 의한 검출 온도가 매우 높은 임계값을 초과하여 결함 상태라고 판정되어, 장치(10)가 긴급 정지되는 경우가 있다. 이 경우, 고온의 제1 액체가 통류되는 제1 열교환기(12)의 직근 상류에 팬(14)이 배치되어 있으면, 제1 열교환기(12)에 있어서의 고온의 열이 덕트(18) 등을 통해 팬(14)에 전달되어, 팬(14)이 수지제 등인 경우에 팬(14)을 손상시킬 우려가 있다. 이러한 점에서, 팬(14)을, 저온의 제2 액체가 통류되는 제2 열교환기(16)의 하류측에 배치함으로써, 팬(14)이 열에 의해 손상되는 문제를 해소할 수 있다.In the case of the embodiment of Fig. 1, there is no problem in normal operation. However, as mentioned above, it may be determined that the detected temperature by the temperature sensor 22 exceeds a very high threshold value and the device 10 is urgently stopped. In this case, if the fan 14 is arrange | positioned upstream of the 1st heat exchanger 12 through which the high temperature 1st liquid flows, the heat of high temperature in the 1st heat exchanger 12 will be transferred to the duct 18, etc. The fan 14 is transmitted through the fan 14, and the fan 14 may be damaged when the fan 14 is made of resin or the like. In this regard, the fan 14 can be disposed downstream of the second heat exchanger 16 through which the low temperature second liquid flows, thereby eliminating the problem of the fan 14 being damaged by heat.

또한, 도 4에 나타내는 실시 형태의 경우, 제1 열교환기(12), 제2 열교환기(16), 팬(14), 저류 탱크(24), 펌프(25) 등이 케이싱(32) 내에 배치되어, 제2 열교환기(16)를 나와 냉각된 공기가 케이싱(32) 내에서 순환되어 이용되도록 되어 있다.4, the first heat exchanger 12, the second heat exchanger 16, the fan 14, the storage tank 24, the pump 25, and the like are disposed in the casing 32. Thus, the air cooled out of the second heat exchanger 16 is circulated in the casing 32 to be used.

그리고, 본 실시 형태의 경우, 케이싱(32)에 외부 공기 도입구(33)를 설치하고, 또한, 케이싱(32) 내의 공기의 일부를 외부로 배출 가능한 배출구(34, 35)를 설치하고 있다. 또한, 배출구(35)에는 작은 팬(36)을 설치하고 있다.In the present embodiment, the outer air inlet 33 is provided in the casing 32, and the outlets 34 and 35 capable of discharging a part of the air in the casing 32 to the outside are provided. In addition, a small fan 36 is provided in the discharge port 35.

케이싱(32)을 밀폐형으로 해 두면, 순환되는 공기의 온도가 점차로 상승하는 경우가 있다. 이러한 점에서, 상기한 바와 같이, 외부 공기 도입구(33)를 설치하여 외부 공기의 일부를 케이싱(32) 내로 수용 가능하게 하고, 케이싱(32) 내의 공기의 일부를 배출구(34, 35)로부터 배출하도록 함으로써, 케이싱(32) 내의 공기의 온도가 일정해지도록 제어할 수 있어, 열교환을 정밀하게 잘 행할 수 있다.When the casing 32 is made hermetically sealed, the temperature of the air circulated may increase gradually. In this regard, as described above, an outside air inlet 33 is provided to allow a part of the outside air to be accommodated into the casing 32, and a part of the air in the casing 32 is discharged from the outlets 34 and 35. By discharging, the temperature of the air in the casing 32 can be controlled to be constant, and the heat exchange can be performed accurately.

또한, 도 4에 있어서, 37, 38은 안전 밸브이며, 저류 탱크(24) 내의 압력을 일정 범위 내로 유지하도록 한다.4, 37 and 38 are safety valves, and the pressure in the storage tank 24 is kept within a predetermined range.

39, LL은 액면 센서이며, 저류 탱크(24) 내의 제1 액체의 액면의 높이를 검출할 수 있게 되어 있어, 액면의 높이가 소정값 이하로 된 경우에 경보를 울린다.39 and LL are liquid level sensors, and the height of the liquid level of the 1st liquid in the storage tank 24 can be detected, and an alarm sounds when the height of the liquid level becomes below a predetermined value.

40, 42는 압력계이다.40 and 42 are pressure gauges.

또한, 43, 44는 배수 탱크이다.In addition, 43 and 44 are drainage tanks.

반도체 제조를 위한 열교환 시스템을 제공한다. 특정한 태양에 있어서 본 발명을 설명했지만, 더 많은 개량이나 변경이 당업자라면 명확할 것이다. 따라서, 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 사이즈, 형상 및 재료의 변경을 포함시켜, 여기에 구체적으로 나타내어진 것과는 다른 방법으로 실시 가능하다는 것이 이해될 것이다. 그 때문에, 본 발명의 실시 형태는, 그 모든 태양에 있어서 예시적인 것으로, 한정적인 것이 아니다.It provides a heat exchange system for semiconductor manufacturing. Although the invention has been described in certain aspects, more improvements or modifications will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, it will be understood that the present invention may be practiced in a manner different from that specifically shown herein, including various changes in size, shape, and material, without departing from the gist thereof. Therefore, embodiment of this invention is illustrative in all the aspects, and is not limited.

Claims (10)

냉각해야 할 고온의 제1 액체가 통류되는 제1 열교환기와,
당해 제1 열교환기와 소요 간격을 두고 배치되고, 제1 액체보다도 낮은 온도의 제2 액체가 통류되는 제2 열교환기와,
상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기에 이 순서대로 공기를 통과시키는 팬을 구비하고,
상기 제1 열교환기에 공기를 통과시켜서 제1 액체를 소요 온도로까지 냉각하는 동시에, 제1 열교환기를 통과하여 승온된 공기를 상기 제2 열교환기에 통과시켜서, 당해 공기를 제2 액체에 의해 냉각하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
A first heat exchanger through which a high temperature first liquid to be cooled flows;
A second heat exchanger disposed at a predetermined interval with the first heat exchanger, and through which a second liquid having a temperature lower than the first liquid flows;
A fan through which air is passed through the first heat exchanger and the second heat exchanger in this order;
Cooling the air by the second liquid by passing air through the first heat exchanger to cool the first liquid to a required temperature, and passing air heated up through the first heat exchanger to the second heat exchanger. Heat exchanger, characterized in.
제1항에 있어서, 상기 팬을, 공기류에 대하여 상기 제2 열교환기의 하류측에 배치한 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The heat exchanger according to claim 1, wherein the fan is disposed downstream of the second heat exchanger with respect to an air flow.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 열교환기를 통과하여 냉각된 제1 액체의 온도를 검출하는 온도 센서와, 당해 온도 센서에 의해 검출된 온도가 설정 온도보다도 높은 경우에는 상기 팬의 회전 속도를 올리고, 설정 온도보다도 낮은 경우에는 팬의 회전 속도를 내려서 제1 액체의 온도를 설정 온도로 되도록 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The temperature sensor which detects the temperature of the 1st liquid cooled through the said 1st heat exchanger, and rotation of the said fan when the temperature detected by the said temperature sensor is higher than a preset temperature. And a control unit for increasing the speed and lowering the rotational speed of the fan to control the temperature of the first liquid to the set temperature when the speed is lower than the set temperature.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 액체가 100℃를 웃도는 온도가 되는 액체이며, 상기 제2 액체가 물인 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The heat exchanger device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first liquid is a liquid that has a temperature exceeding 100 ° C, and the second liquid is water.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공기와, 초기의 제1 액체와의 사이의 온도차가 120∼160℃인 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The heat exchange device according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature difference between the air and the first liquid is 120 to 160 ° C.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 팬이 케이싱 내에 배치되고, 팬에 의해 케이싱 내의 공기가 순환하여 송풍되는 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the fan are disposed in the casing, and the air in the casing is circulated and blown by the fan. .
제6항에 있어서, 상기 케이싱 내에 외부 공기가 일부 수용되고, 케이싱 내의 공기의 일부가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The heat exchange apparatus according to claim 6, wherein a part of external air is accommodated in the casing, and a part of the air in the casing is discharged to the outside.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 열교환기를 통과하여 냉각된 제1 액체를 냉각 대상 장치에 순환시키기 위한 순환 펌프를 가지는 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 7, further comprising a circulation pump for circulating the first liquid cooled through the first heat exchanger to a cooling target device.
제8항에 있어서, 상기 제1 열교환기를 통과하여 냉각된 제1 액체를 저류하는 저류 탱크를 갖는 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.
The heat exchange apparatus of Claim 8 which has a storage tank which stores the 1st liquid cooled through the said 1st heat exchanger.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 냉각 대상 장치가, 반도체 제조 장치인 것을 특징으로 하는, 열교환 장치.The heat exchange device according to claim 8 or 9, wherein the cooling target device is a semiconductor manufacturing device.
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