KR20180079046A - 기판처리시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판처리시스템은 기판처리부에서 사용되는 약액을 가열하는 히터장치를 별도로 구비하지 않고 공정 냉각수(PCW) 열원을 이용하여 열교환기 내의 약액의 온도를 기판처리부에 사용가능한 온도로 변환시켜 주는 것이다. 따라서, 본 발명은 공정 냉각수(PCW) 열원을 이용하여 열교환기 내의 약액을 가열시켜 줌으로써 약액을 가열하는데 사용되는 전력을 최소화할 수 있다.

Description

기판처리시스템{SUBSTRATE TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 기판처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정냉각수 (PCW; Process Cooling Water) 열원을 이용하여 약액을 가열하도록 함으로써 약액 가열에 사용되는 전력을 최소화할 수 있는 기판처리시스템에 관한 것이다.
일반적으로 기판처리장치는 반도체 제조용 웨이퍼 및 디스플레이 제조용 유리기판 등의 기판들을 처리하는 장치이다.
상기 기판처리장치는 상기 기판의 표면에 대하여 현상, 에칭, 박리, 세척 등의 특정 목적을 위한 표면처리를 하기 위하여 상기 기판의 표면의 현상액, 에칭액, 박리액, 세척액 등의 약액을 공급하게 된다.
상기 약액을 상기 기판의 표면에 공급하기 전에 상기 약액은 미리 정해진 온도, 예를 들어 30도 이상의 고온으로 가열되어야 한다. 또한, 상기 약액이 일정온도를 유지하도록 하기 위하여 상기 약액의 온도가 일정온도보다 낮으면 상기 약액을 가열시키고, 상기 약액의 온도가 상기 일정온도보다 높으면 상기 약액을 냉각시키게 된다.
종래에는 상기 약액을 가열하기 위하여 히터(Heater)가 사용되었는데, 상기 히터가 사용되는 공정에서는 필연적으로 열손실이 발생하게 되고, 상기 히터로 지속적인 전기에너지가 공급되어야 한다.
그리고, 종래에는 상기 약액을 냉각하기 위하여 공정냉각수(PCW: Process Cooling Water)가 사용되었는데, 상기 약액을 냉각시킨 후의 공정냉각수가 고온 상태로 냉각수 생산설비로 되돌아가는 경우, 상기 공정냉각수를 다시 냉각시키기 위한 에너지가 공급되어야 한다.
또한, 기판을 처리한 후 고온 상태의 약액은 별다른 조치없이, 즉 열에너지가 회수되지 않고 외부로 배출됨으로써 기판처리 시스템을 운용함에 있어서 소요되는 에너지가 효율적으로 관리되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 공정냉각수(PCW; Process Cooling Water) 열원을 이용하여 약액을 가열하도록 함으로써 약액 가열에 사용되는 전력을 최소화할 수 있는 기판처리시스템을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 기판처리시스템은 약액을 사용하여 기판을 처리하기 위한 기판처리부과, 상기 기판처리부에 약액 공급관을 통해 연결되며 상기 기판처리부로 상기 약액 공급관을 통해 공급되는 상기 약액이 저장되는 약액 저장부 및, 상기 약액 저장부에 약액 배출관 및 약액 유입관을 통해 연결되며 상기 약액 유입관을 통해 상기 약액 저장부로부터 유입되는 약액에 열을 전달하여 약액을 상기 약액 저장부로 공급시키는 열교환부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 열교환부는 외부에서 유입되는 공정냉각수와 냉매를 열교환시키는 열회수기와, 상기 열회수기에 연결되며 상기 열회수기를 통해 배출되는 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에 연결되며 상기 압축기로부터 배출되는 고온 및 고압으로 변환된 냉매로부터 상기 약액에 열을 전달시키는 열교환기와, 상기 열교환기에 연결되며 상기 열교환기를 거친 냉매를 저온 및 저압으로 변환시키는 팽창기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열회수기, 상기 압축기, 팽창기 및 열교환기에는 냉매가 흐르도록 냉매 공급관이 설치되어 서로 연결될 수 있다.
그리고, 상기 열회수기에 상기 냉매 공급관과 독립적으로 냉각수 공급관이 설치될 수 있다.
상기 열교환기 내부에 설치되는 냉매 공급관은 상기 열교환기에 연결된 약액 유입관과 분리 설치될 수 있다.
그리고, 상기 열교환기 내부에 설치된 약액 회수관은 냉매 코일에 의해 감싸져 있을 수 있다.
상기 열회수기는 일정 간격을 두고 이격되게 배치되는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임 사이에 배치되고, 상부 측면 및 하부 측면에 각각 형성되어 냉매 공급관 및 냉각수 공급관이 각각 관통되도록 적어도 두 개의 개구부가 구비된 다수개의 열전달판을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리 시스템은 기판처리부에서 사용되는 약액을 가열하는 히터장치를 별도로 구비하지 않고 공정 냉각수(PCW) 열원을 이용하여 열교환기 내의 약액의 온도를 기판처리부에 사용가능한 온도로 변환시켜 줌으로써 약액을 가열하는데 사용되는 전력을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 기판처리시스템에 사용되는 열교환부를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 기판처리시스템에 사용되는 열교환기를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 열교환기 내부의 정면도이다.
도 6은 도 1의 기판처리시스템에 사용되는 열회수기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 열회수기의 분해 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 각 도면은 명확한 설명을 위해 일부가 간략하거나 과장되게 표현되었다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 도시되었음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판처리시스템은 기판처리부 (100)와, 약액 저장부(200) 및 열교환부(300)를 포함한다.
상기 기판처리부(100)는 약액을 사용하여 기판을 처리하기 위한 공정장비로서, 상기 기판을 처리한 후에 잔류하는 약액을 배기관(155)을 통하여 약액 저장부 (200)로 배출된다.
싱기 약액 저장부(200)는 상기 기판처리부(100)로 공급되는 약액 및 공급되고 난 이후의 약액이 저장되는 곳으로서, 상기 약액은 상기 열교환부(300)로부터 일정 온도로 가열된 상태에서 상기 약액 저장부(200)로 공급된다.
그리고, 상기 열교환부(300)는 상기 기판처리부(100)에서 사용됨으로 인해 일정 온도 이하가 감소된 약액이 다시 기판처리부(100)에서 사용될 수 있는 고온으로 변환시켜 주기 위한 구성요소로서, 상기 기판처리부(100)에서 사용된 후 약액 저장부(200)를 거쳐 유입되는 약액을 냉매 순환과정을 통해 일정 온도 이상으로 상승시켜 주는 역할을 수행한다.
따라서, 상기 열교환부(300)는 별도의 가열장치 없이 기판처리부(100)에서 사용된 약액을 일정 온도 이상으로 상승시켜 주기 때문에 기판처리 공정에 사용되는 전력을 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 열교환부(300)는 기판처리부(100)에서 사용되는 약액을 일정 온도 이상으로 상승시켜 주는 열교환기(310)와, 이 열교환기(310)의 약액의 온도를 상승시켜 주기 위해 사용된 저온 및 저압의 냉매를 다시 고온 및 고압으로 변환시켜 주기 위한 열회수기(340)를 포함한다.
이때, 상기 열회수기(340) 내부에는 공정냉각수(PCW; Process Cooling Water)가 흐르도록 냉각수 공급관(365)이 설치되어 있다. 상기 공정냉각수는 냉각수 유입부(365a)을 통해 상기 열회수기(340) 내로 유입된 상태에서 상기 열회수기 (340) 내를 통과하는 냉매에 방열하여 냉매 공급관(325)을 통해 흐르는 냉매의 온도를 일정 온도로 상승시키게 된다. 예를 들어, 상기 냉매 공급관(325)을 통해 상기 열회수기(340)를 거치는 냉매의 온도가 약 10도 정도라 가정하면, 상기 공정 냉각수의 온도는 대략 18도 정도이므로, 상기 냉매 공급관(325)을 흐르는 냉매는 열회수기(340)를 거치면서 대략 14도 정도로 온도가 조금 상승하게 된다.
도 3은 도 1의 기판처리시스템에 사용되는 열교환부를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판처리시스템에 사용되는 열교환부(300)는 열교환기(310), 팽창기(320), 열회수기(340) 및 압축기(350)를 포함한다.
그리고, 상기 열교환기(310), 팽창기(320), 열회수기(340) 및 압축기(350)에는 냉매(미도시)가 순환할 수 있도록 냉매 공급관(325)이 설치되어 있다.
또한, 상기 열교환기(310)에는 상기 약액 저장부(200)로 약액을 공급하는 약액 배출관(315)과, 상기 기판처리부(100)에서 사용된 약액이 유입되는 약액 회수관 (235)이 연결되어 있다. 이때, 상기 열교환기(310) 내부에 있는 약액은 상기 냉매 공급관(325) 내부에 순환되는 냉매가스의 고온의 영향을 받아 기판 처리에 사용가능한 일정 온도로 변환된다.
그리고, 상기 열회수기(340)에는 공정냉각수(PCW; Process Cooling Water)가 흐르는 냉각수 공급관(365)이 설치되어 있다. 이때, 상기 열교환기(310)를 통과하면서 방열하면서 온도가 떨어진 상태에서 상기 열회수기(310) 내부를 지나는 냉매가스는 상기 열회수기(340)에 설치된 냉각수 공급관(365)을 통해 순환하는 공정냉각수(PCW)에 의해 일정 온도로 변환된다.
이하에서 상기 기판처리시스템에서 약액이 회수되는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부(300) 내의 열교환기(310)를 거쳐 일정 온도로 상승한 약액은 약액 배출관(315)을 통해 약액 저장부(200)로 보내진다.
그 이후, 상기 약액 저장부(200) 내로 보내진 약액은 제1 순환펌프(210)에 의해 약액 공급관(215)을 통해 기판처리부(100) 내에 위치하는 노즐부(120)를 보내지고, 노즐부(120)는 약액을 기판(140)상에 분사시킴으로써 기판처리부(100) 내에서 기판 처리공정, 예를 들어 습식(Wet) 공정 또는 스트립(strip) 공정 등을 수행하게 된다.
그런 다음, 기판처리부(100) 내에서 습식공정 및 스트립 공정에 사용된 약액은 배기관(155)을 통하여 배출되어 약액 저장부(200) 내로 유입되고, 상기 약액 저장부(200) 내로 유입된 약액은 제2 순환펌프(230)에 의해 약액 유입관(235)을 통하여 상기 열교환부(300)의 열교환기(310) 내로 유입된다.
한편, 열교환기(235) 내로 유입된 약액의 온도를 일정 온도 이상으로 높여주기 위해 기판처리시스템을 구성하는 열교환부에서 냉매가 순환하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 열교환부(300)를 구성하는 열교환기(310), 팽창기 (320), 열회수기(340) 및 압축기(350)에 연결된 냉매관(325)을 통해 냉매가 순환되어 흐르도록 구성된다.
그리고, 상기 냉매는 상기 열회수기(340) 내부에 연결된 냉각수 공급관(365) 내를 순환하여 흐르는 공정냉각수(PCW)에 의해 일정 온도의 포화 기체 상태로 변화한다.
이후에, 포화 기체 상태의 냉매는 압축기(350)를 거치면서 고압력으로 압축되어 고온의 포화 기체로 변환된다. 이때, 상기 냉매는 고압으로 압축되어 약 60도 이상의 고온으로 변환된다.
그런 다음, 고온 및 고압으로 변환된 포화 기체 상태의 냉매는 상기 열교환기(310)를 거치면서 열교환기(310) 내의 약액에 방열하면서 상기 냉매의 온도가 감소하게 된다. 즉, 상기 고온 및 고압으로 변환된 냉매는 상기 열교환기(310) 내의 약액에 온도를 전달하면서 냉매 자체의 온도는 감소하게 되고, 상기 열교환기(310) 내의 약액은 온도가 기판처리에 적합한 온도로 상승하게 된다.
이후에, 상기 열교환기(310), 즉 응축기에서 액화된 포화 액체 상태의 냉매는 팽창기(320)를 지나면서 압력이 낮아진다. 이때, 상기 포화 액체 상태의 냉매는 팽창기(320)를 거치면서 압력이 감압되어 저온 및 저압의 액화 냉매로 변화되고, 기화기에서 열을 흡열 반응을 하면서 기체 상태로 변화한다. 상기 팽창기(320)로는 팽창밸브가 사용될 수 있다.
그런 다음, 상기 저온 및 저압의 액체 및 기체 상태로 변환된 냉매는 상기 열회수기(340)를 거치면서 이 열회수기(340) 내를 순환하는 공정냉각수(PCW)에 의해 일정 온도의 포화기체 상태로 변환한다.
따라서, 상기 열교환부(300)를 구성하는 열교환기(310), 팽창기(320), 열회수기(340) 및 압축기(350)에 연결된 냉매 공급관(325)을 통해 순환되어 흐르는 냉매는, 압축기(350)를 거치면서 고압 및 고온 상태로 변환된 상태에서 열교환기 (310)를 거치면서 방열하게 되고, 그 이후에 냉매는 팽창기(320)를 거치면서 저압 및 저온 상태의 액체 및 기체 상태로 변환되는 과정을 반복 수행하면서 별도의 가열장치 없이, 열교환기(310) 내의 약액을 일정 온도 이상 예를 들어 기판처리에 사용하기 적합한 온도 예를 들어 30도 이상의 고온으로 변환시켜 주게 된다.
도 4는 도 1의 기판처리시스템에 사용되는 열교환기를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 열교환기 내부의 정면도이다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 상기 열교환기(310)는 일정 온도로 상승한 약액이 기판처리부(100)에 사용되기 위해 약액 저장부(200)로 보내지기 위해 배출되는 약액 배출관(315)과, 상기 기판처리부(100)에서 사용된 약액이 약액 저장부 (200)로 배출된 이후에 다시 일정 온도로 상승되기 위해 열교환기(310)로 유입되도록 하는 약액 유입관(235)에 연결되어 있으며, 그 내부에는 상기 약액 유입관 (235)과 약액 배출관(315)에 연결된 약액 회수관(314)이 설치되어 있다.
그리고, 상기 열교환기(310) 내부에는 냉매가 유입되는 냉매 유입부(325a)를 통해 유입된 냉매가 열교환기(310)를 순환하기 위한 냉매 코일(312)이 설치되어 있으며, 상기 냉매는 상기 열교환기(310) 내부의 상기 냉매 코일(312)을 경유한 이후에 냉매 배출부(325b)를 통해 팽창기(320) 쪽으로 배출된다.
또한, 상기 냉매 코일(312)은 상기 열교환기(310) 내부에 설치된 공급관 (314)의 외벽에 감싸지게 설치되어 있다.
따라서, 고온 및 고압의 포화기체 상태의 냉매는 상기 냉매 유입부(325a)를 통해 상기 열교환기(310) 내로 유입된 상태에서 상기 냉매 코일(312)을 거치면서 열을 상기 약액 회수관(314)에 방열하게 되고, 방열된 열은 상기 약액 회수관(314) 내에 흐르는 약액에 전달됨으로써 약액의 온도가 일정 온도 이상, 즉 기판처리에 사용가능한 온도로 상승한 상태에서 약액 배출관(315)을 통해 약액 저장부(200)로 보내지게 된다.
도 6은 도 1의 기판처리시스템에 사용되는 열회수기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 열회수기의 분해 사시도이다.
도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 상기 열회수기(340)에는 열회수기(340)를 지지하는 좌, 우 프레임(343)과, 상기 열교환기(310)를 거치면서 약액에 방열되어 냉매의 온도가 감소한 이후에 팽창기(320)를 거치면서 저온 및 저압으로 된 액체 및 기체 상태의 냉매가 유입되는 냉매 유입관(323)과, 상기 좌, 우 프레임(343) 사이에 위치하여 상기 냉매 유입관(323)을 통해 유입된 냉매에 열을 전달하기 위한 복수 개의 열전달판(345) 및, 상기 복수 개의 열전달판(345)을 경유한 냉매가 배출되는 냉매 배출관 (325)이 설치되어 있다.
그리고, 상기 열회수기(340)에는 냉각수 유입부(365a)를 통해 공정냉각수 (PCW)가 유입되어 공급되는 냉각수 공급관(365)이 설치되어 있으며, 상기 냉각수 공급관(365)을 통해 열회수기(340)를 순환된 공정냉각수는 냉각수 배출부(365b)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 상기 냉각수 공급관(365)은 상기 냉매 공급관(325)과는 독립적으로 분리되어 있다.
따라서, 상기 열회수기(340)에서는 상기 열교환기(310)를 통과하면서 방열되어 온도가 떨어진 상태에서 상기 열회수기(340) 내부를 지나는 냉매는 상기 열회수기(340)에 설치된 냉각수 공급관(365)을 통해 순환하는 공정냉각수(PCW)에 의해 열이 전달됨으로써 액체 및 기체상태의 냉매는 일정 온도 이상으로 변환되게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 기판처리 시스템은 기판처리부에서 사용되는 약액을 가열하는 히터장치를 별도로 구비하지 않고 공정 냉각수(PCW) 열원을 이용한 폐열을 회수하여 열교환기 내의 약액의 온도를 기판처리부에 사용가능한 온도로 상승 변환시켜 줌으로써 약액을 가열하는데 사용되는 전력을 최소화할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판처리부 155: 배기관
200: 약액 저장부 235: 약액 유입관
300: 열교환부 310: 열교환기
315: 약액 배출관 320: 팽창기
325: 냉매 공급관 340: 열회수기
350: 압축기 365: 냉각수 공급관

Claims (7)

  1. 약액을 사용하여 기판을 처리하기 위한 기판처리부;
    상기 기판처리부에 약액 공급관을 통해 연결되며, 상기 기판처리부로 상기 약액 공급관을 통해 공급되는 상기 약액이 저장되는 약액 저장부; 및
    상기 약액 저장부에 약액 배출관 및 약액 유입관을 통해 연결되며, 상기 약액 유입관을 통해 상기 약액 저장부로부터 유입되는 약액에 열을 전달하고, 상기 약액 배출관을 통해 약액을 상기 약액 저장부로 공급시키는 열교환부를 포함하는 기판처리시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열교환부는 외부에서 유입되는 공정냉각수와 냉매를 열교환시키는 열회수기와, 상기 열회수기에 연결되며 상기 열회수기를 통해 배출되는 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에 연결되며 상기 압축기로부터 배출되는 고온 및 고압으로 변환된 냉매로부터 상기 약액에 열을 전달시키는 열교환기와, 상기 열교환기에 연결되며 상기 열교환기를 거친 냉매를 저온 및 저압으로 변환시키는 팽창기를 포함하는 기판처리시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열회수기, 상기 압축기, 팽창기 및 열교환기에는 냉매가 흐르도록 냉매 공급관이 설치되어 서로 연결된 기판처리시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열회수기에 상기 냉매 공급관과 독립적으로 냉각수 공급관이 설치되는 기판처리시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 열교환기 내부에 설치되는 냉매 공급관은 상기 열교환기에 연결된 약액 유입관과 분리 설치되는 기판처리시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 열교환기 내부에 설치된 약액 회수관은 냉매 코일에 의해 감싸져 있는 기판처리시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 열회수기는 일정 간격을 두고 이격되게 배치되는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임 사이에 배치되고, 상부 측면 및 하부 측면에 각각 형성되어 냉매 공급관 및 냉각수 공급관이 각각 관통되도록 적어도 두 개의 개구부가 구비된 다수개의 열전달판을 포함하는 기판처리시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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