KR20110085635A - 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러 - Google Patents

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Abstract

온도제어용 냉각유체 펌프에서 유출되는 냉각유체가 다수로 분기되어 각각 챔버 제어용 유량조절밸브를 통과하여 챔버용 탱크를 경유한 후 합류하여 상기 온도제어용 냉각유체 펌프로 유입되는 칠러 사이클과, 각 챔버에서 유출되는 냉각유체가 상기 각 챔버용 탱크에서 상기 챔버 사이클의 냉각유체와 혼합한 후 상기 각 챔버로 유입되는 다수의 챔버 사이클로 이루어지며, 상기 챔버 제어용 유량조절밸브 각각에는 바이패스용 유량조절밸브가 병렬로 연결되는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러가 개시된다.

Description

멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러{Chiller for semiconductor having multi-system}
본 발명은 반도체용 칠러에 관한 것으로, 특히 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러에서 하나의 챔버에 대해 유량이 변동하는 경우 다른 챔버에 대한 유량 변동폭을 최소화할 수 있는 기술에 관련한다.
칠러(chiller)는 반도체 소자의 제조공정에서 안정적인 공정제어를 위한 온도조절장치이다. 특히 칠러는 여러 공정 중 식각 및 노광공정에서 주로 사용하는데 공정 중 과도한 열이 발생하는 전극판 및 챔버(chamber)의 온도를 일정하게 유지시켜 줌으로써 고온으로 인한 웨이퍼의 파손 및 생산성의 저하를 막아준다.
이러한 기능을 수행하는 칠러의 냉동사이클은, 작동유체로 낮은 동결점을 가진 용액 또는 액체, 가령 CaCl2와 NaCl의 수용액의 브라인(brine)를 사용하며, 브라인 펌프를 경유하는 칠러 사이클과 챔버를 경유하는 챔버 사이클이 일부에서 중첩되어 혼합된다.
종래에는 하나의 브라인 펌프에 의한 칠러 사이클과 하나의 챔버 사이클이 대응하도록 시스템을 구성하였지만, 근래에는 하나의 칠러 사이클에 다수의 챔버 사이클이 대응하는 멀티-시스템(multi-system)을 구현하고 있다.
도 1은 종래의 반도체용 칠러의 멀티-시스템의 계통도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 칠러 사이클 A는 챔버 사이클 B1과 B2에 대응한다.
먼저, 칠러 사이클 A와 챔버 사이클 B1의 상호 동작에 대해 설명한다.
칠러 사이클 A를 보면, 온도제어용 브라인 펌프(10)에서 승압된 브라인은 압력센서(11)를 통과한 후 분배기(12)에서 분배되어 챔버 제어용 유량조절밸브(13)로 유입된다. 유량조절밸브(13)에서 온도제어에 필요한 만큼의 유량이 통과된 후, 챔버용 탱크(15)로 유입되고, 이 탱크(15)로부터 유출된 브라인은 챔버 유량계(17)를 거쳐 다시 온도제어용 브라인 펌프(10)로 유입된다. 챔버 사이클 B1을 보면, 챔버(26)에서 열량을 획득하여 온도가 상승한 냉매는 챔버용 탱크(15)로 유입되어 챔버 제어용 유량조절밸브(13)를 통과한 저온의 브라인과 혼합(mixing)하여 챔버(26)에서 요구하는 공정온도를 유지한다.
다음, 칠러 사이클 A와 챔버 사이클 B2의 상호 동작에 대해 설명한다.
칠러 사이클 A를 보면, 온도제어용 브라인 펌프(10)에서 승압된 브라인은 압력센서(11)를 통과한 후 분배기(12)에서 분배되어 챔버 제어용 유량조절밸브(14)로 유입된다. 유량조절밸브(14)에서 온도제어에 필요한 만큼의 유량이 통과된 후, 챔버용 탱크(16)로 유입되고, 이 탱크(16)로부터 유출된 브라인은 챔버 유량계(18)를 거쳐 다시 온도제어용 브라인 펌프(10)로 유입된다. 챔버 사이클 B2를 보면, 챔버(25)에서 열량을 획득하여 온도가 상승한 냉매는 챔버용 탱크(16)로 유입되어 챔버 제어용 유량조절밸브(14)를 통과한 저온의 브라인과 혼합하여 챔버(25)에서 요구하는 공정온도를 유지한다.
이러한 종래의 반도체용 칠러의 멀티-시스템에 의하면 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 유량제어시스템에서 챔버에서 요구하는 온도를 원활히 제어하기 위해 PID 제어로 구동되고 있는 챔버 제어용 유량조절밸브(13, 14) 중 적어도 어느 하나의 개도를 변경할 경우, 온도제어용 브라인 펌프(10)에서 공급되는 브라인의 유량이 과도하거나 부족하게 되며, 이에 따라 다른 챔버 제어용 유량조절밸브(13, 14)에 영향을 미쳐 온도제어의 정밀성이 떨어지게 된다.
둘째, 각 챔버의 필요에 의해 챔버 제어용 유량조절밸브(13, 14)의 출력을 0%로 하여 개도를 닫으면, 이에 따라 온도제어용 브라인 펌프(10)의 출구에서 각 챔버 제어용 유량조절밸브(13, 14)의 입구까지 압력이 상승하게 되어 펌핑 시스템에 고장을 초래하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 어느 하나의 챔버 사이클에 대응하여 유량이 변경되어도 다른 챔버 사이클에 영향을 주지 않는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 칠러 사이클의 모든 유량조절밸브의 개도를 완전히 막더라도 브라인 펌프에서 유량조절밸브까지의 압력 상승을 방지하는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 온도제어용 냉각유체 펌프에서 유출되는 냉각유체가 다수로 분기되어 각각 챔버 제어용 유량조절밸브를 통과하여 챔버용 탱크를 경유한 후 합류하여 상기 온도제어용 냉각유체 펌프로 유입되는 칠러 사이클과, 각 챔버에서 유출되는 냉각유체가 상기 각 챔버용 탱크에서 상기 챔버 사이클의 냉각유체와 혼합한 후 상기 각 챔버로 유입되는 다수의 챔버 사이클로 이루어지며, 상기 챔버 제어용 유량조절밸브 각각에는 바이패스용 유량조절밸브가 병렬로 연결되는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 챔버 사이클의 특정 위치에 온도센서가 설치되고, 상기 챔버 제어용 유량조절밸브는 상기 온도센서에서 감지된 냉각유체 온도와 기설정 온도와 비교하여 그 개도를 PID 제어를 통해서 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 챔버 제어용 유량조절밸브의 출력을 A%라고 할 경우, 상기 바이패스용 유량조절밸브의 출력 B는 다음의 식으로부터 산출될 수 있다.
출력 B = 100 - 출력 A
또한, 바람직하게, 상기 챔버 제어용 유량조절밸브는 디지털화된 전기적 신호를 입력받아 스텝퍼 구동방식으로 0 내지 N 단계로 개도가 변화되는 밸브일 수 있다.
상기의 구조에 의하면, 어느 하나의 챔버 사이클에 대응하여 유량이 변경되어도 다른 챔버 사이클에 영향을 주지 않기 때문에 안정적인 온도제어를 구형할 수 있다.
또한, 칠러 사이클의 모든 유량조절밸브의 개도를 완전히 막더라도 브라인 펌프에서 챔버 제어용 유량조절밸브까지의 압력 상승을 방지함으로써 펌핑 시스템의 고정을 막을 수 있다.
도 1은 종래의 반도체용 칠러의 멀티-시스템의 계통도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체용 칠러의 멀티-시스템의 계통도를 나타낸다.
도 3은 챔버 제어용 유량조절밸브의 출력과 바이패스용 유량조절밸브의 출력의 상호 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 챔버 유량계를 통과하는 브라인의 유량, 즉 챔버 제어용 유량조절밸브로부터 유출되는 브라인의 유량과 바이패스용 유량조절밸브로부터 유출되는 브라인의 유량의 합을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체용 칠러의 멀티-시스템의 계통도를 나타낸다. 여기서는 설명의 편의를 위해서 하나의 칠러 사이클에 대응하는 2개의 챔버 사이클을 도시하고 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 2를 참조하면, 온도제어용 브라인 펌프(100)에서 유출되는 브라인이 압력센서(110)을 거쳐 분배기(200)에서 둘로 분기된다. 분기된 브라인은 각각 유량조절밸브(120, 160)를 통과하여 챔버용 탱크(140, 180)를 경유한 후 합류하여 챔버 유량계(150, 190)를 거쳐 다시 온도제어용 브라인 펌프(100)로 유입됨으로써 챔버 사이클 A를 구성한다. 여기서, 유량조절밸브(120, 160)를 통과하지 못한 일정 부분의 브라인은 유량조절밸브(120, 160)에 병렬로 연결된 챔버 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)를 거친 후 각각 챔버용 탱크(140, 180)로부터 유출하는 브라인과 합류한다.
또한, 각 챔버(210, 250)에서 유출되는 브라인은 각 챔버용 탱크(140, 180)에서 챔버 사이클 A의 저온의 브라인과 혼합한 후 각 챔버(210, 250)에서 요구하는 공정온도를 유지한 채 다시 각 챔버(210, 250)로 유입되어 챔버 사이클 B1과 B2를 구성한다.
본 발명에 따른 유량조절밸브(120, 160)는 다음과 같이 동작한다.
각 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)는 챔버 사이클의 특정 위치의 온도센서(220, 240, 260, 280)가 감지한 브라인의 온도를 피드백 받아서 PID 제어를 통해 개도를 조절하게 된다.
예를 들어, 온도센서(220)가 설치된 위치에서의 브라인의 온도를 20℃로 설정한 경우, 실제 온도센서(220)가 감지한 브라인 온도가 20℃보다 높을 경우, 다시 말해 챔버(210)로부터 브라인에 열적 부하가 가해진 경우에는 챔버 제어용 유량조절밸브(120)는 PID제어에 의해 그 개도를 증가시키게 되어 챔버용탱크(140)로 유입되는 저온의 브라인의 양을 증가시켜 직접 혼합(Mixing)시킴으로써 챔버 순환펌프(230)에서 공급되는 브라인의 온도를 낮추게 된다.
바람직하게, 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)는 디지털화된 전기적 신호, 즉 펄스를 입력받아 스텝퍼(stepper) 구동방식으로 0 내지 N 단계로 개도가 변화되는 밸브일 수 있다.
반대로, 온도센서(220)가 감지한 브라인 온도가 설정온도인 20℃보다 낮을경우, 다시 말해 챔버(210)로부터 브라인에 가해지는 열적 부하가 줄거나 제거된 경우에는 챔버 제어용 유량조절밸브(120)는 PID 제어에 의해 그 개도를 줄이게 되어 챔버용 탱크(140)로 유입되는 저온의 브라인의 양을 줄여 그와 열교환되는 브라인의 온도를 올리게 된다.
결론적으로, 챔버 사이클의 특정 위치에 설치된 온도센서(220, 240, 260, 280)가 감지한 브라인 온도에 기초하여 각 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)를 PID 제어하게 된다. 여기서, PID 제어의 주체는 칠러의 메인 제어유닛에서 수행하며 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따르면, 각 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)의 개도 조절에 따른 잔여 유량은 각 챔버 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)에서 흡수함으로써 유량 변경에 따른 영향을 각 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160) 상호 간에 끼치지 않는다.
예를 들어, 온도제어용 브라인 펌프(100)를 통해 순환되는 브라인의 전체 유량이 20LPM이고, 각 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)의 출력이 100%라고 할 경우, 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)의 출력은 다음의 식으로부터 산출된다.
바이패스용 유량조절밸브 출력(%) = 100(%) - 챔버 제어용 유량조절밸브 출력(%)
따라서, 각 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)의 출력은 0%가 되어 닫히게 되고, 결과적으로 각 챔버의 유량계(150, 190)를 통과하는 유량은 각각 10LPM이 된다.
이와 달리, 챔버(210, 250)로 향하는 브라인의 온도가 상승하거나 하강하는 것을 포함한 온도제어를 위하여 PID 제어에 의한 각 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)의 출력을 30%로 내보내고 있으면, 상기의 식으로부터 각 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)는 70%의 출력을 내보내도록 개도를 열게 된다.
따라서, 온도제어를 위해 챔버용 탱크(140, 180)로 향하는 브라인의 유량과 바이패스되는 브라인의 유량은 각각 3LPM 및 7LPM이 되고, 각 챔버 유량계(150, 190)를 통과하는 브라인의 유량은 10LPM을 유지할 것이다.
반대로, PID 제어에 의한 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)의 출력을 60%로 내보내는 경우, 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)는 상기의 식으로부터 40%의 개도를 열게 되어 각 챔버용 탱크(140, 180)로 향하는 브라인과 바이패스되는 브라인의 유량은 결과적으로 6LPM 및 4LPM이 되며, 각 챔버 유량계(150, 190)를 통과하는 브라인의 유량은 10LPM을 동일하게 유지할 것이다.
이와 같이, 각 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)와 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)는 이러한 연산을 계속하여 수행함으로써 각 챔버 유량계(150, 190)를 통과하는 브라인의 유량은 항상 일정한 값을 갖는다.
결론적으로, 다수의 챔버를 구비하는 멀티-시스템에서의 유량제어에 있어서, 각 챔버에 대응하여 챔버 유량계를 통과하는 브라인의 유량은 항상 일정하기 때문에 다른 챔버 제어용 유량조절밸브로 브라인의 유량이 영향을 끼치는 현상을 최소화시켜 안정적인 온도제어 및 시스템 운전을 이룰 수 있다.
도 3은 챔버 제어용 유량조절밸브의 출력과 바이패스용 유량조절밸브의 출력의 상호 관계를 나타내는 그래프이고, 도 4는 챔버 유량계를 통과하는 브라인의 유량, 즉 챔버 제어용 유량조절밸브로부터 유출되는 브라인의 유량과 바이패스용 유량조절밸브로부터 유출되는 브라인의 유량의 합을 나타내는 그래프이다.
도 3에서 알 수 있는 것처럼, 챔버 제어용 유량조절밸브의 출력이 감소함에 따라 바이패스용 유량조절밸브의 출력은 증가하며, 도 4에 나타낸 것처럼, 이들의 합은 항상 100%를 유지한다.
한편, 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)의 출력이 0%가 되어 개도가 완전히 막히는 경우에도, 바이패스용 유량조절밸브(130, 170)의 출력이 100%가 됨으로써 온도제어용 브라인 펌프(100)에서 챔버 제어용 유량조절밸브(120, 160)까지의 압력 상승을 방지함으로써 펌핑 시스템의 고정을 막을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경과 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시 예에 한정되어서는 안 되며 이하에 기술되는 청구범위에 의해 해석되어야 할 것이다.
100: 챔버 제어용 브라인 펌프
110: 압력센서
120, 160: 챔버 제어용 유량조절밸브
130, 170: 바이패스용 유량조절밸브
140, 180: 챔버용 탱크
150, 190: 챔버용 유량계
200: 분배기
210, 250: 챔버
220, 240, 260, 280: 온도센서
230, 270: 순환펌프

Claims (4)

  1. 온도제어용 냉각유체 펌프에서 유출되는 냉각유체가 다수로 분기되어 각각 챔버 제어용 유량조절밸브를 통과하여 챔버용 탱크를 경유한 후 합류하여 상기 온도제어용 냉각유체 펌프로 유입되는 칠러 사이클과, 각 챔버에서 유출되는 냉각유체가 상기 각 챔버용 탱크에서 상기 챔버 사이클의 냉각유체와 혼합한 후 상기 각 챔버로 유입되는 다수의 챔버 사이클로 이루어지며,
    상기 챔버 제어용 유량조절밸브 각각에는 바이패스용 유량조절밸브가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 사이클의 특정 위치에 온도센서가 설치되고,
    상기 챔버 제어용 유량조절밸브는 상기 온도센서에서 감지된 냉각유체 온도와 기설정 온도와 비교하여 그 개도를 PID 제어를 통해서 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 각 챔버 제어용 유량조절밸브의 출력을 A%라고 할 경우, 상기 바이패스용 유량조절밸브의 출력 B는 다음의 식으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러.
    출력 B(%) = 100(%) - 출력 A(%)
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 제어용 유량조절밸브는 디지털화된 전기적 신호를 입력받아 스텝퍼 구동방식으로 0 내지 N 단계로 개도가 변화되는 밸브인 것을 특징으로 하는 멀티 시스템을 구비한 반도체용 칠러.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101501176B1 (ko) * 2013-07-11 2015-03-11 유니셈(주) 반도체 공정용 칠러
KR101501175B1 (ko) * 2013-07-11 2015-03-11 유니셈(주) 반도체 공정용 칠러의 온도제어 방법
KR102290890B1 (ko) * 2020-07-06 2021-08-20 주식회사 에프에스티 반도체 공정 설비에 사용되는 혼합형 칠러 시스템

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