KR20200026981A - 열 교환 장치 및 이를 위한 열 교환 방법과 이의 기상 증착 장치 - Google Patents

열 교환 장치 및 이를 위한 열 교환 방법과 이의 기상 증착 장치 Download PDF

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KR20200026981A
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텡준 양
유펭 왕
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상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

열 교환 장치(100) 및 이를 위한 열 교환 방법과 이의 기상 증착 장치가 제공된다. 상기 열 교환 장치(100)는 냉각 대상에 냉각 처리를 수행하기 위해 사용되며, 열 교환기(108), 냉각수 채널들(111), 순환수 채널들(30, 40) 및 스위처들(201, 202)을 포함한다. 여기서 상기 냉각수 채널들(111)은 냉각수와 상기 열 교환기(108) 사이의 열 교환을 수행하기 위해 사용되고, 상기 순환수 채널들(30, 40)은 목표 냉각 대상에 대한 온도 제어를 수행하기 위해 사용되며, 상기 스위처들(201, 202)은 상기 목표 냉각 대상으로부터 상기 순환수 채널들(30, 40)을 분리하는 동시에 상기 냉각수 채널(111)과 상기 목표 냉각 대상 사이의 연결을 실현하는데 사용된다. 상기 열 교환 기(108)를 통한 정상적인 순환 냉각에 더하여, 상기 열 교환 장치(100)는 상기 열 교환기가 실패할 경우 상기 냉각수 유입관(110)에 의해 제공되는 냉각수로 냉각을 실현할 수 있고, 이로써 상기 목표 냉각 대상, 특히 프로세스 캐비티(cavity)를 어떠한 상황에서도 효과적으로 냉각하여 정상적인 생산을 보장할 수 있다.

Description

열 교환 장치 및 이를 위한 열 교환 방법과 이의 기상 증착 장치
본 발명은 반도체 제조 분야에 관한 것으로서, 특히 열 교환 장치, 이의 열 교환 방법 및 기상 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서, 열 교환 장치는 흔히 뜨거운 상태의 장비를 냉각시키기 위해 사용된다. 도 1은 설비 냉각수 및 순환수를 통해 장비의 열 교환을 달성하는 종래의 장치를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같은 열 교환 장치의 동작 원리는 이와 같다: 물 탱크(101)로부터 나온 순환수는 펌프(102)에 의해 가압되고, 이후, 온도 센서(104), 압력 센서(105) 및 유량계(106)를 순차적으로 통과한 후, 반응 챔버(107) 내로 흘러 들어가 반응 챔버(107)를 냉각한다. 그 후, 흡수된 열을 운반하는 순환수는 열 교환기(108) 내로 유입되고, 여기서 순환수는 냉각수와 열 교환이 일어난 후 물 탱크(101)로 돌아간다. 이 과정 동안, 설비 냉각수는 열 교환기(108)를 통해 순환수와 열을 교환한다. 구체적으로, 설비 냉각수는 냉각수 유입관(110) 내로 유동하여 열 교환기(108)를 통과하고 냉각수 배출관(111)으로부터 유출된다. 바이패스 볼 밸브(103)가 개방될 때 순환수와 설비 냉각수 사이의 열 교환 효율이 향상될 수 있다. 온도 센서(104)는 순환수의 온도를 측정하는데 사용되고, 압력 센서(105)는 순환수의 압력을 측정하도록 구성된다. 유량계(106)는 순환 수의 유량을 측정하도록 구성되고, 설비 냉각수의 유량을 조정하기 위해 냉각수 유입 관(110)에 양방향 제어 밸브(109)가 배치된다. 이러한 설계로 인해 반응 챔버(107)의 온도를 지능적으로 제어할 수 있다.
그러나, 본 발명자들은 열 교환 장치가 고장 나면, 순환수가 흐르지 않고 반응 챔버(107)의 열을 전달하지 못하는 것을 발견했다. 결과적으로, 반응 챔버(107)는 (예를 들어, 최대 1100℃까지) 가열되어 손상될 수 있다.
본 출원의 목적은 종래의 열 교환 장치가 오작동하여 동작할 수 없는 경우 열 전달 실패로 인해 냉각 대상이 손상되어 동작하지 못하는 문제를 극복하기 위해 열 교환 장치, 열 교환 방법 및 기상 증착 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 출원은 냉각 대상을 냉각하도록 구성되는 열 교환 장치를 제공하고, 상기 열 교환 장치는 열 교환기, 냉각수 채널, 순환 수 채널 및 스위처를 포함하되, 상기 냉각수 채널은 냉각수와 상기 열 교환기 사이의 열 교환을 위해 구성되고, 상기 순환수 채널은 상기 냉각 대상의 온도를 제어하도록 구성되고, 상기 스위처는 상기 냉각수 채널과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 순환수 체널과 상기 냉각 대상을 분리하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 냉각수 채널은, 상기 열 교환기에 연결된 냉각수 유입관 및 냉각수 배출관을 포함하고, 상기 순환수 채널은 순환수 배출관 및 순환수 회수관을 포함하고, 상기 열 교환기, 상기 순환수 배출관, 상기 냉각 대상 및 상기 순환수 회수관은 직렬로 연결되어 루프를 형성한다.
선택적으로, 상기 스위처는 제 1 스위처 및 제 2 스위처를 포함하고, 상기 제 1 스위처는 상기 냉각수 유입관과 상기 순환수 배출관 사이에 배치되고 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 순환수 배출관의 일부와 상기 냉각 대상을 분리하도록 구성되며, 상기 제 2 스위처는 상기 냉각수 배출관과 상기 순환수 회수관 사이에 배치되고 상기 냉각수 배출관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 냉각수 배출관과 상기 열 교환기를 분리하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 제 1 스위처 및 상기 제 2 스위처 각각은 3 방향 밸브이다.
선택적으로, 상기 순환수 회수관은 제 1 순환수 회수관 및 제 2 순환수 회수 관을 포함하고, 상기 순환수 배출관은 제 1 순환수 배출관 및 제 2 순환수 배출관을 포함하며, 상기 제 1 순환수 배출관의 제 1 단은 상기 열 교환기에 연결되고, 상기 제 1 순환수 배출관의 제 2 단은 상기 제 1 스위처에 연결되고, 상기 제 2 순환수 배출관의 제 1 단은 상기 제 1 스위처에 연결되고 상기 제 2 순환수 배출관의 제 2 단은 상기 냉각 대상에 연결되고, 상기 냉각수 유입관은 제 1 바이패스를 통해 상기 제 1 스위처에 연결되며, 그리고 상기 제 1 순환수 회수관의 제 1 단은 제 2 스위처에 연결되고 상기 제 1 순환수 회수관의 제 2 단은 상기 냉각 대상에 연결되며, 상기 제 2 순환수 배출 및 유입관의 제 1 단은 상기 열 교환기에 연결되고 상기 제 2 순환수 배출 및 유입관의 제 2 단은 상기 제 2 스위처에 연결되고, 상기 냉각수 배출관은 제 2 바이패스를 통해 상기 제 2 스위처에 연결된다.
선택적으로, 상기 3 방향 밸브는 공압 제어된 3 방향 밸브이다.
선택적으로, 상기 공압 제어 3 방향 밸브에는 압축 공기의 통과를 허용하기 위한 전달 통로가 제공되고, 상기 전달 통로에는 압력 게이지 및 압력 알람이 배열되며, 상기 압력 게이지는 상기 압축 공기의 압력을 측정하도록 구성되고, 상기 압력 알람은 상기 압축 공기의 압력이 사전 설정된 값 아래로 떨어지면 경보를 제공하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 제 1 스위처는 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 제 2 스위처는 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함한다.
선택적으로, 상기 냉각수 유입관은 제 1 바이패스를 통해 상기 순환수 배출관에 연결되고, 상기 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브는 상기 제 1 상시 솔레노이드 밸브가 제공된 상기 상기 순환수 배출관과 함께 상기 제 1 바이패스에 배치되고, 상기 냉각수 배출관은 제 2 바이패스를 통해 상기 순환수 회수관에 연결되고, 상기 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브는 상기 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브가 제공된 상기 순환수 회수관과 함께 상기 제 2 바이패스에 배치된다.
선택적으로, 상기 냉각수 유입관은 제 1 바이패스를 통해 상기 순환수 배출관에 연결되고, 상기 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브는 상기 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브가 제공되는 상기 순환수 배출관과 함께 상기 제 1 바이패스에 배치되고, 상기 냉각수 배출관은 제 2 바이패스를 통해 상기 순환수 회수관에 연결되고, 상기 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브는 상기 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브가 제공되는 상기 순환수 회수관과 함께 상기 제 2 바이패스에 배치된다.
선택적으로, 상기 열 교환 장치는 상기 제 1 및 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 상기 제 1 및 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브의 전원 온 또는 오프를 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 순환수 채널에는 온도 센서, 압력 센서 및 유량계 중 하나 이상이 배치될 수 있다.
선택적으로, 상기 냉각 대상은 프로세스 챔버일 수 있다.
본 출원은 또한 상기 열 교환 장치의 열 교환 방법을 제공하고, 상기 열 교환 방법은 제 1 스위처에 의해 냉각수 유입관과 냉각 대상을 연결하면서 순환수 배출관의 일부와 상기 냉각 대상을 분리하여, 냉각수가 순차적으로 상기 냉각수 유입관 및 상기 순환수 배출관의 일부를 통과한 후 상기 냉각 대상으로 유동하는 단계, 및 제 2 스위처에 의해 냉각수 배출관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 열 교환 기와 상기 냉각 대상을 분리하여, 상기 냉각 대상으로부터 유출되는 상기 냉각수가 순차적으로 순환수 회수관과 상기 냉각수 배출관을 통해 유동하여 상기 냉각수와 상기 냉각 대상 사이에 열 교환을 달성하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 제 1 스위처 및 상기 제 2 스위처 각각은 3 방향 밸브이고, 상기 냉각수 유입관 및 상기 냉각수 배출관 각각을 상기 냉각 대상에 연결하는 단계는, 공압 작동 유닛에 의해, 상기 제 1 스위처를 제어하여 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 순환수 채널과 상기 냉각 대상을 분리하는 단계 및 상기 공압 작동 유닛에 의해, 상기 제 2 스위처를 제어하여 상기 냉각수 배출관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 열 교환기와 상기 냉각 대상을 분리하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 제 1 스위처는 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 제 2 스위처는 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각수 배출관 각각을 상기 냉각 대상에 연결하는 단계는, 상기 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브 및 상기 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 상기 냉각 대상을 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각수 배출관 각각에 연결하는 단계 및 상기 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 상기 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브를 개방하여 상기 순환수 채널 및 상기 열 교환기 각각으로부터 상기 냉각 대상을 분리하는 단계를 포함한다.
본 출원은 또한 상기 열 교환 장치를 포함하는 기상 증착 장치를 제공하되, 상기 열 교환 장치는 상기 기상 증착 장치의 온도를 제어하도록 구성된다.
요약하면, 본 출원은 열 교환 장치, 열 교환 방법 및 화학 기상 증착 장치를 제공한다. 열 교환 장치는 열 교환기, 냉각수 채널, 순환수 채널 및 스위처를 포함한다. 냉각수 채널은 열 교환기에서 순환수 채널과 열을 교환하도록 구성되고, 순환수 채널은 냉각 대상의 온도를 제어하도록 구성된다. 스위처는 냉각수 채널과 냉각 대상을 연결하면서 순환수 채널 및 냉각 대상을 분리하도록 구성된다.
이 경우, 열 교환 장치가 오작동이면, 스위처는 냉각수 채널과 냉각 대상을 연결하면서 순환수 채널과 냉각 대상을 분리하여 냉각을 위해 냉각 대상에 냉각수가 공급되도록 하고, 어떠한 상황에서도 냉각 대상, 특히 화학/물리적 증착을 위한 반응 챔버의 효과적인 냉각을 보장함으로써, 원활한 생산을 보장한다.
도 1은 종래의 열 교환 장치와 반응 챔버의 연결을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 출원의 실시예 1에 따른 열 교환 장치와 반응 챔버의 연결을 개략적으로 도시한다.
도 3은 오작동 상태에서 동작하는 도 2의 열 교환 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4a는 정상 상태에서 동작하는 도 2의 열 교환 장치의 제 1 스위처와 제 2 스위처 사이의 스위칭을 개략적으로 도시한다.
도 4b는 오동작 상태에서 동작하는 도 2의 열 교환 장치의 제 1 스위처와 제 2 스위처 사이의 스위칭을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 출원의 실시예 2에 따른 열 교환 장치와 반응 챔버의 연결을 개략적으로 도시한다.
도 6은 오작동 상태에서 동작하는 도 5의 열 교환 장치를 개략적으로 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 구체적인 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 특징 및 장점은 하기 상세한 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 더욱 명백해질 것이다. 첨부 도면은 실시예를 설명함에 있어 오로지 편의성과 명확성을 도모하기 위해, 정확한 축척으로 제시될 필요 없는 매우 단순화된 형태로 제공됨에 유의해야 한다.
하기 설명에서, 간단한 설명을 위해, 화학 기상 증착 장치의 반응 챔버에 사용된 열 교환 장치를 예로 들어 본 출원의 열 교환 장치의 구조 및 동작을 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본 출원에서 냉각 대상은 화학 기상 증착 장치의 반응 챔버를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
실시예 1
도 2는 반응 챔버(107)에 연결된, 본 출원의 실시예에 따른 열 교환 장치(100)의 구조적 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열 교환 장치(100)는 열 교환기(108), 물 탱크(101), 냉각수 유입 관(110), 냉각수 배출관(111), 순환수 배출관(30), 순환수 회수관(40), 제 1 스위처(201) 및 제 2 스위처(202)를 포함한다. 냉각수 유입관(110) 및 냉각수 배출관(111)은 모두 열 교환기(108)에 연결되고, 냉각수는 냉각수 유입관(110)을 통해 열 교환기(108) 내로 유동하도록 설계되어, 열 교환기(108)에서 냉각수는 열 교환되어 냉각수 배출관(111)을 통해 배출된다. 열 교환기(108), 물 탱크(101), 순환수 배출관(30), 반응 챔버(107) 및 순환수 회수관(40)은 순차적으로 직렬 연결되어 루프를 형성한다. 냉각수 유입관(110)과 냉각수 배출관(111)은 함께 냉각수 채널을 구성하고, 순환수 배출관(30)과 순환수 회수관(40)은 순환수 채널을 구성한다.
제 1 스위처(201) 및 제 2 스위처(202) 각각은 3 방향 밸브이다. 3 방향 밸브는 제 1 스위처(201) 및 제 2 스위처(202)를 제어하기 위해 외부 소스로부터 공급된 압축 공기를 사용할 수 있는 공압 작동 유닛(203)의 제어하에 스위칭 동작을 수행한다. 다시 말해, 3 방향 밸브는 공압 제어되는 3 방향 밸브이고, 제 1 스위처(201)와 제 2 스위처(202)는 동일한 공압 작동 유닛(203)에 의해 구동 될 수 있다. 이 경우, 제 1 스위처(201)와 제 2 스위처(202)는 이중 공압 제어 3 방향 밸브로서 기능한다. 선택적으로, 공압 작동 유닛(203)은 흡입관을 포함한다. 흡입관 내부에는 흡입관의 개폐를 제어하기 위한 솔레노이드 밸브(204)가 제공된다. 흡입관 내부에는 압축 공기의 압력을 원하는 값으로 조정하기 위한 압력 조절 밸브(205)가 추가로 제공될 수 있다. 이러한 배치에서, 압축 공기의 압력은 조절 가능하고 3 방향 밸브의 제어는 더욱 유연해진다. 바람직하게는, 흡입관에는 압축 가스의 압력을 실시간으로 검출하고 압력 조절 밸브(205)와 함께 동작하여 압축 가스의 압력을 정확하게 제어할 수 있는 압력 게이지(206)가 추가로 제공될 수 있다. 또한, 흡입관에는 압력 알람(207)이 제공될 수 있으며, 이는 압축 공기의 압력이 미리 설정된 값 아래로 떨어질 때 경보를 발생시켜 조작자에게 지시를 제공함으로써, 열 교환 장치(100)의 동작을 보다 사용자 친화적으로 이루어지게 한다.
도 4a에 도시 된 바와 같이, 열 교환 장치(100)의 정상 동작시, 제 2 스위처(202)가 순환수 회수관(40)을 통해 열 교환 기(108)를 반응 챔버(107)에 연결함과 동시에 제 1 스위처(201)는 순환수 배출관(30)을 통해 물 탱크(101)를 반응 챔버(107)에 연결한다. 그 후, 설비 냉각수가 냉각수 유입관(110)으로부터 열 교환기(108) 내로 유동하여 열 교환기(108) 내로 유입된 순환수와 열 교환한다. 설비 냉각수는 순환수보다 온도가 안정적이지 않다. 열 교환에 이어서, 냉각수는 열 교환기(108)로부터 유출되어 냉각수 배출관(111)을 통해 배출되는 반면, 순환수는 순환수 배출관(30)을 통해 열 교환을 하기 위해 물 탱크(101) 내로 유동하고 다시 반응 챔버(107) 내로 유동한다. 또한, 반응 챔버(107) 내로 유입되어 열 교환 과정을 경험한 순환수는 순환수 회수관(40)을 통해 열 교환 기(108)로 다시 돌아간다. 이러한 방식으로, 반응 챔버(107)는 공급된 순환 수에 의해 주기적으로 냉각된다.
도 3은 오작동 상태에서 동작하는 도 2의 열 교환 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 도 4b와 함께 도 3을 참조하면, 열 교환 장치(100)의 오작동 상태에서, 제 1 스위처(201)는 냉각수 유입관(110)을 반응 챔버(107)에 연결하면서 물 탱크(101)를 반응 챔버(107)에서 분리한다. 동시에, 제 2 스위처(202)는 냉각수 배출관(111)을 반응 챔버(107)에 연결시키면서 열 교환 기(108)를 반응 챔버(107)로부터 분리한다. 상기 연결 방식으로 전환함으로써, 설비 냉각수는 냉각수 유입관(110) 및 순환수 배출관(30)을 통해 반응 챔버(107) 내로 바로 유동하게 된다. 또한, 반응 챔버(107)에서 열 교환을 거친 후, 냉각수는 반응 챔버(107)에서 나와 순차적으로 순환수 회수관(40) 및 냉각수 배출관(111)을 통해 흐른다. 결과적으로, 설비 냉각수에 의해 반응 챔버(107)가 냉각될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 순환수 배출관(30)은 제 1 순환수 배출관(301) 및 제 2 순환수 배출관(302)을 포함한다. 제 1 순환수 배출관(301)의 일단은 물 탱크(101)에 연결되고, 제 1 순환수 배출관(301)의 타단은 제 1 스위처(201)에 연결된다. 제 2 순환수 배출관(302)의 일단은 제 1 스위처(201)에 연결되고 제 2 순환수 배출관(302)의 타단은 반응 챔버(107)에 연결된다. 따라서, 열 교환 장치(100)의 오작동 상태에서, 제 1 스위처(201)는 제 2 순환수 배출관(302)을 냉각수 유입관(110)에 연결하면서 제 1 순환수 배출관(301)을 물 탱크(101)로부터 분리한다. 구체적으로, 냉각수 유입관(110)은 제 1 바이패스를 통해 제 2 순환수 배출관(302)에 연결된다.
본 실시예에 따르면, 순환수 회수관(40)은 제 1 순환수 회수 관(401)과 제 2 순환수 회수관(402)을 포함한다. 제 2 순환수 회수관(402)의 일단은 열 교환기(108)에 연결되고 제 2 순환수 회수관(402)의 타단은 제 2 스위처(202)에 연결된다. 제 1 순환수 회수관(401)의 일단은 제 2 스위처(202)에 연결되고, 제 1 순환수 회수관(401)의 타단은 반응 챔버(107)에 연결된다. 따라서, 열 교환 장치(100)의 오작동 상태에서, 제 2 스위처(202)는 제 1 순환수 회수관(401)을 냉각수 배출관(111)에 연결하면서 제 2 순환수 회수관(402)을 열 교환기(108)로부터 분리한다. 구체적으로, 냉각수 배출관(111)은 제 2 바이패스를 통해 제 1 순환수 회수관(401)에 연결된다.
요약하면, 열 교환 장치(100)가 오작동 상태에서 동작할 때, 냉각수 유입관(110)으로부터 나오는 설비 냉각수는 제 1 바이패스 및 제 2 순환수 배출관(302)을 순차적으로 통과하여 반응 챔버(107) 내로 흐름으로써, 반응 챔버(107)를 냉각한다. 그 후, 반응 챔버(107)로부터 유출된 설비 냉각수는 제 1 순환수 회수관(401), 제 2 바이패스 및 냉각수 배출관(111)을 통과한다. 따라서, 반응 챔버(107)가 냉각될 수 있다.
상기 실시예에서, 열 교환 장치(100)의 동작을 모니터링하기 위해, 온도 센서(104), 압력 센서(105) 및 유량계(106) 중 하나 이상이 순환수 회수관(40) 및 순환수 배출관(30) 중 하나 이상에 배치될 수 있다. 공압 작동 유닛(203)은 가스 통로(112)를 통해 제 1 스위처(201) 및 제 2 스위처(202)에 공기를 공급하여 제 1 스위처(201) 및 제 2 스위처(202)의 스위칭을 제어한다.
실시예 2
도 5는 반응 챔버(107)에 연결된 본 출원의 실시예 2에 따른 열 교환 장치(200)의 구조적 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 열 교환 장치(200)는 열 교환기(108), 물 탱크(101), 냉각수 유입관(110), 냉각수 배출관(111), 순환수 배출관(30), 순환수 회수관(40), 제 1 스위처(201) 및 제 2 스위처(202)를 포함한다. 냉각수 유입관(110)과 냉각수 배출관(111)은 모두 열 교환기(108)에 연결되고, 냉각수는 냉각수 유입관(110)을 통해 열 교환기(108) 내로 유동하여 열 교환 과정을 거친 후 냉각수 배출관(30)을 통해 유출되도록 설계된다. 열 교환기(108), 물 탱크(101), 순환수 배출관(30), 반응 챔버(107) 및 순환수 회수관(40)은 순차적으로 직렬 연결되어 루프를 형성한다.
본 실시예는, 본 실시예에 따른 제 1 스위처(201)가 하나의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2011) 및 하나의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012)를 포함하고, 따라서 제 2 스위처(202)는 하나의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021) 및 하나의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2022)를 포함한다는 점에서 실시예 1과 상이하다.
상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2011, 2021) 및 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012, 2022) 각각은 전기 회로에 의해 제어될 수 있다. 열 교환 장치(200)의 정상 동작시, 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021, 2011)는 전원이 공급되어 개방되는 반면, 상시 개방 솔레노이드 밸브(2022, 2012)는 전원이 공급되어 폐쇄된다. 이때, 냉각수 유입관(110)은 반응 챔버(107)로부터 분리되고, 열 교환기(108)는 반응 챔버(107)에 연결된다. 또한, 냉각수 배출관(111)은 반응 챔버(107)로부터 분리되고, 물 탱크(101)는 반응 챔버(107)에 연결된다. 이 경우, 열 교환 장치(200)의 열 교환 과정은 정상 상태에서 동작하는 실시예 1의 열 교환 장치(100)와 동일한 방식으로 수행되고, 따라서 다시 상세하게 설명하지 않는다.
열 교환 장치(200)의 오작동 상태에서, 모든 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021, 2011)와 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012, 2022)는 동시에 전원이 차단되어, 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021, 2011)는 폐쇄되고, 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012, 2022)는 개방된다. 이때, 제 1 스위처(201)의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2011)는 개방되어 제 1 순환수 배출관(301)과 물 탱크(101)를 분리하고, 제 1 스위처(201)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012)는 개방되어 냉각수 유입관(110)과 제 2 순환수 배출관(302)를 연결한다. 제 2 스위처(202)의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021)는 개방되어 제 2 순환수 회수관(402)과 열 교환기(108)를 분리하고, 제 2 스위처(202)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2222)는 개방되어 냉각수 배출관(111)과 제 1 순환수 회수관(301)을 연결한다. 마찬가지로, 오작동 상태에서 동작하는 열 교환 장치(200)의 열 교환 과정은 오작동 상태에서 동작하는 실시예 1의 교환 장치(100)와 동일한 방식으로 수행되고, 따라서 이를 다시 상세하게 설명하지 않는다.
상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2011, 2021) 및 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012, 2022)의 동작은 외부 제어기(미도시)에 의해 제어될 수 있으며, 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012, 2022) 닫으면서 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021, 2011)를 개방할 수 있다. 제어기는 PLC 제어기와 같은 종래의 논리 제어기일 수 있다. 본 출원의 개시에 기초하여, 당업자는 제어기로 솔레노이드 밸브를 제어하는 방법을 인식할 수 있을 것이다.
특히, 열 교환 장치(200)가 정상 상태로 동작하는 경우, 제어기는 정상 상태로 작동한다. 따라서, 제어기는 제 2 스위처(202)의 상사 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021) 및 제 1 스위처(201)의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2011)를 개방하고 동시에 제 2 스위처(202)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2022) 및 제 1 스위처(201)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012)를 폐쇄한다. 이때, 냉각수 유입관(110)은 반응 챔버(107)로부터 분리되고, 열 교환기(108)는 반응 챔버(107)에 연결된다. 또한, 냉각수 배출관(111)은 반응 챔버(107)로부터 분리되고, 물 탱크(101)는 반응 챔버(107)에 연결된다. 이 경우, 열 교환 장치(200)의 열 교환 과정은, 정상 상태에서 동작하는 실시예 1의 열 교환 장치(100)와 동일한 방식으로 수행되고, 따라서 이를 다시 자세히 설명하지 않는다.
열 교환 장치(200)의 오동작 상태에서, 제어기는 오동작 상태에 있다. 오작동으로 인해 제어기의 전원이 차단되면, 제 2 스위처(202)의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021)와 제 1 스위처(201)의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2011) 각각은 폐쇄되고, 동시에 제 2 스위처(202)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2022)와 제 1 스위처(201)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012) 각각이 개방된다. 이때, 제 1 스위처(201)의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2011)는 개방되어 제 1 순환수 배출관(301)과 물 탱크(101)를 분리하고, 제 1 스위처(201)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2012)는 개방되어 냉각수 유입관(110)과 제 1 순환수 배출관(302)를 연결한다. 또한, 제 2 스위처(202)의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2021)가 개방되어 제 2 순환수 회수관(402)과 열 교환기(108)를 분리하고, 제 2 스위처(202)의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2022)가 개방되어 냉각수 배출관(111)과 제 1 순환수 회수관(301)을 연결한다. 마찬가지로, 오작동 상태에서 동작하는 열 교환 장치(200)의 열 교환 과정은 오작동 상태에서 동작하는 제 1 실시예의 열 교환 장치(100)와 동일한 방식으로 수행되고, 따라서 이를 다시 상세히 설명하지 않는다.
실시예 2에서 언급되지 않은 임의의 특징에 대한 세부 사항은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 그에 대한 추가 설명은 여기에서 생략된다.
실시예 3
도 5는 반응 챔버(107)에 연결된 본 출원의 실시예 3에 따른 열 교환 장치(200)의 구조적 개략도이다. 열 교환 장치(200)는 열 교환기(108), 물 탱크(101), 냉각수 유입관(110), 냉각수 배출관(111), 순환수 배출관(30), 순환수 회수관(40), 제 1 스위처(201) 및 제 2 스위처(202)를 포함한다. 냉각수 유입관(110)과 냉각수 배출관(111) 모두 열 교환기(108)에 연결되고, 냉각수는 냉각수 유입관(110)을 통해 열 교환기(108) 내로 유동하여 열 교환 과정을 거친 후 냉각수 배출관(111)을 통해 유출되도록 설계된다. 열 교환기(108), 물 탱크(101), 순환수 배출관(30), 반응 챔버(107) 및 순환수 회수관(40)이 순차적으로 직렬 연결되어 루프를 형성한다.
본 실시예는, 제 1 스위처(201)가 하나의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2012) 및 하나의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2011)를 포함하고, 제 2 스위처(202)가 하나의 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2022), 하나의 상시 개방 솔레노이드 밸브(2021) 및 외부 혹은 내부 제어기를 포함한다는 점에서 실시 예 2와 다르다.
특히, 열 교환 장치(200)가 정상 상태로 동작하는 경우, 4 개의 솔레노이드 밸브 모두가 전원이 켜지지 않는다. 즉, 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2012, 2022)는 폐쇄되고, 상시 개방 솔레노이드 밸브(2011, 2021)는 개방된다. 열 교환 장치(200)의 오작동 상태에서, 제어기는 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2012, 2022) 및 상시 개방 솔레노이드 밸브(2011, 2021)의 전원을 켜도록 지시하여, 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브(2012, 2022)를 개방한다. 다른 구조들의 동작 상태 및 동작 원리에 대한 보다 상세한 내용은 실시예 2를 참조할 수 있다. 따라서, 냉각 채널의 스위칭이 실현된다.
상기 실시예들에서 제공된 열 교환 장치에 기초하여, 상기 열 교환 장치를 포함하는 화학 기상 증착 장치가 또한 제공된다. 화학 기상 증착 장치는 화학 기상 증착 과정을 수용하기 위한 반응 챔버를 포함한다. 화학 기상 증착 장치는 상기 실시예들의 열 교환 장치를 포함하기 때문에, 열 교환 장치의 이점을 가지며, 따라서 상기 실시예들을 참조할 수 있다.
요약하면, 본 출원에서 제공되는 열 교환 장치 및 이의 열 교환 방법 및 기상 증착 장치에서, 열 교환 장치는 열 교환기, 물 탱크, 냉각수 유입관, 냉각수 배출관, 순환수 배출관, 순환수 회수관, 제 1 스위처 및 제 2 스위처를 포함한다. 냉각수 유입관 및 냉각수 배출관은 모두 열 교환기에 연결되고, 열 교환기, 물 탱크, 순환수 배출관, 냉각 대상(예를 들어, 기상 증착 장치 내의 반응 챔버) 및 순환수 회수관은 순차적으로 직렬 연결되어 루프를 형성한다. 제 1 스위처는 냉각수 유입관과 순환수 배출관 사이에 배치되고, 제 2 스위처는 냉각수 배출관과 순환수 배출관 사이에 배치된다.
열 교환 장치가 정상 상태에서 동작하는 경우, 제 1 스위처는 냉각수 유입관과 냉각 대상을 분리하면서 물 탱크와 냉각 대상을 연결하고, 제 2 스위처는 냉각수 배출관과 냉각 대상을 분리하면서 냉각수 배출관과 열 교환기를 연결한다. 이러한 방식으로, 냉각 대상에 직렬로 연결된 물 탱크 및 열 교환기는 냉각을 위해 순환수를 냉각 대상에 공급할 수 있다.
열 교환 장치가 오작동하면, 제 1 스위처는 냉각수 유입 관과 냉각 대상을 연결하면서 물 탱크와 및 냉각 대상을 분리한다. 동시에, 제 2 스위처는 냉각수 배출관을 냉각 대상과 연결하면서 냉각수 배출관과 열 교환기를 분리한다. 이러한 방식으로, 냉각 대상에 직렬로 연결된 냉각수 유입관 및 냉각수 배출관은 냉각을 위해 냉각수를 냉각 대상에 공급할 수 있다. 따라서, 냉각 대상, 특히 기상 증착 장치의 반응 챔버를 어떠한 상황에서도 효과적으로 냉각할 수 있음으로써, 정상적인 제조가 입증될 수 있다. 상기 기상 증착 장치는 기상 증착 장치 또는 물리적 증착 장치일 수 있고, 냉각 대상은 냉각이 필요한 다른 장치의 구조물일 수 있다.
상기 제시된 실시예들은 단지 몇몇 바람직한 예일 뿐이며 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 당업자가 본 발명의 범위 내에서 상기 교시에 기초하여 본 명세서에 개시된 주제 또는 그 특징에 대해 등가의 대안 또는 변형과 같은 임의의 수정을 가하더라도 그 또한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주된다.
101: 물 탱크 102: 펌프
103: 바이패스 볼 밸브 104: 온도 센서
105: 압력 센서 106: 유량계
107: 반응 챔버 108: 열 교환기
109: 양방향 제어 밸브 110: 냉각수 유입관
111: 냉각수 배출관 112: 가스 통로
201: 제 1 스위처 202: 제 2 스위처
203: 공압 작동 유닛 204: 솔레노이드 밸브
205: 압력 조절 밸브 206: 압력 게이지
207: 압력 알람 30: 순환수 배출관
301: 제 1 순환수 배출관 302: 제 2 순환수 배출관
40: 순환수 회수관 401: 제 1 순환수 회수관
402: 제 2 순환수 회수관

Claims (17)

  1. 열 교환 장치에 있어서,
    상기 열 교환 장치는 냉각 대상을 냉각하도록 구성되고,
    열 교환기;
    냉각수 채널;
    순환 수 채널; 및
    스위처를 포함하되,
    상기 냉각수 채널은 냉각수와 상기 열 교환기 사이의 열 교환을 위해 구성되고, 상기 순환수 채널은 상기 냉각 대상의 온도를 제어하도록 구성되고, 상기 스위처는 상기 냉각수 채널과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 순환수 체널과 상기 냉각 대상을 분리하도록 구성되는, 열 교환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수 채널은, 상기 열 교환기에 연결된 냉각수 유입관 및 냉각수 배출관을 포함하고, 상기 순환수 채널은 순환수 배출관 및 순환수 회수관을 포함하고, 상기 열 교환기, 상기 순환수 배출관, 상기 냉각 대상 및 상기 순환수 회수관은 직렬로 연결되어 루프를 형성하는, 열 교환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위처는 제 1 스위처 및 제 2 스위처를 포함하고, 상기 제 1 스위처는 상기 냉각수 유입관과 상기 순환수 배출관 사이에 배치되고 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 순환수 배출관의 일부와 상기 냉각 대상을 분리하도록 구성되며,
    상기 제 2 스위처는 상기 냉각수 배출관과 상기 순환수 회수관 사이에 배치되고 상기 냉각수 배출관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 냉각수 배출관과 상기 열 교환기를 분리하도록 구성되는, 열 교환 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 스위처 및 상기 제 2 스위처 각각은 3 방향 밸브인, 열 교환 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 순환수 회수관은 제 1 순환수 회수관 및 제 2 순환수 회수 관을 포함하고, 상기 순환수 배출관은 제 1 순환수 배출관 및 제 2 순환수 배출관을 포함하며,
    상기 제 1 순환수 배출관의 제 1 단은 상기 열 교환기에 연결되고, 상기 제 1 순환수 배출관의 제 2 단은 상기 제 1 스위처에 연결되고, 상기 제 2 순환수 배출관의 제 1 단은 상기 제 1 스위처에 연결되고 상기 제 2 순환수 배출관의 제 2 단은 상기 냉각 대상에 연결되고, 상기 냉각수 유입관은 제 1 바이패스를 통해 상기 제 1 스위처에 연결되며; 그리고
    상기 제 1 순환수 회수관의 제 1 단은 제 2 스위처에 연결되고 상기 제 1 순환수 회수관의 제 2 단은 상기 냉각 대상에 연결되며, 상기 제 2 순환수 배출 및 유입관의 제 1 단은 상기 열 교환기에 연결되고 상기 제 2 순환수 배출 및 유입관의 제 2 단은 상기 제 2 스위처에 연결되고, 상기 냉각수 배출관은 제 2 바이패스를 통해 상기 제 2 스위처에 연결되는, 열 교환 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 3 방향 밸브는 공압 제어된 3 방향 밸브인, 열 교환 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공압 제어 3 방향 밸브에는 압축 공기의 통과를 허용하기 위한 전달 통로가 제공되고, 상기 전달 통로에는 압력 게이지 및 압력 알람이 배열되며, 상기 압력 게이지는 상기 압축 공기의 압력을 측정하도록 구성되고, 상기 압력 알람은 상기 압축 공기의 압력이 사전 설정된 값 아래로 떨어지면 경보를 제공하도록 구성되는, 열 교환 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 스위처는 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 제 2 스위처는 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함하는, 열 교환 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각수 유입관은 제 1 바이패스를 통해 상기 순환수 배출관에 연결되고, 상기 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브는 상기 제 1 상시 솔레노이드 밸브가 제공된 상기 상기 순환수 배출관과 함께 상기 제 1 바이패스에 배치되고, 상기 냉각수 배출관은 제 2 바이패스를 통해 상기 순환수 회수관에 연결되고, 상기 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브는 상기 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브가 제공된 상기 순환수 회수관과 함께 상기 제 2 바이패스에 배치되는, 열 교환 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각수 유입관은 제 1 바이패스를 통해 상기 순환수 배출관에 연결되고, 상기 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브는 상기 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브가 제공되는 상기 순환수 배출관과 함께 상기 제 1 바이패스에 배치되고,
    상기 냉각수 배출관은 제 2 바이패스를 통해 상기 순환수 회수관에 연결되고, 상기 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브는 상기 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브가 제공되는 상기 순환수 회수관과 함께 상기 제 2 바이패스에 배치되는, 열 교환 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 상기 제 1 및 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브의 전원 온 또는 오프를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는, 열 교환 장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 순환수 채널에는 온도 센서, 압력 센서 및 유량계 중 하나 이상이 배치되는, 열 교환 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각 대상은 프로세스 챔버인, 열 교환 장치.
  14. 제 3 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 상기 열 교환 장치의 열 교환 방법에 있어서,
    제 1 스위처에 의해 냉각수 유입관과 냉각 대상을 연결하면서 순환수 배출관의 일부와 상기 냉각 대상을 분리하여, 냉각수가 순차적으로 상기 냉각수 유입관 및 상기 순환수 배출관의 일부를 통과한 후 상기 냉각 대상으로 유동하는 단계; 및
    제 2 스위처에 의해 냉각수 배출관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 열 교환 기와 상기 냉각 대상을 분리하여, 상기 냉각 대상으로부터 유출되는 상기 냉각수가 순차적으로 순환수 회수관과 상기 냉각수 배출관을 통해 유동하여 상기 냉각수와 상기 냉각 대상 사이에 열 교환을 달성하는 단계를 포함하는, 열 교환 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 스위처 및 상기 제 2 스위처 각각은 3 방향 밸브이고, 상기 냉각수 유입관 및 상기 냉각수 배출관 각각을 상기 냉각 대상에 연결하는 단계는,
    공압 작동 유닛에 의해, 상기 제 1 스위처를 제어하여 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 순환수 채널과 상기 냉각 대상을 분리하는 단계; 및
    상기 공압 작동 유닛에 의해, 상기 제 2 스위처를 제어하여 상기 냉각수 배출관과 상기 냉각 대상을 연결하면서 상기 열 교환기와 상기 냉각 대상을 분리하는 단계를 포함하는, 열 교환 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 스위처는 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 제 2 스위처는 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각수 배출관 각각을 상기 냉각 대상에 연결하는 단계는,
    상기 제 1 상시 개방 솔레노이드 밸브 및 상기 제 2 상시 개방 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 상기 냉각 대상을 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각수 배출관 각각에 연결하는 단계; 및
    상기 제 1 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브 및 상기 제 2 상시 폐쇄 솔레노이드 밸브를 개방하여 상기 순환수 채널 및 상기 열 교환기 각각으로부터 상기 냉각 대상을 분리하는 단계를 포함하는, 열 교환 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 정의된 상기 열 교환 장치를 포함하는 기상 증착 장치에 있어서,
    상기 열 교환 장치는 상기 기상 증착 장치의 온도를 제어하도록 구성된, 기상 증착 장치.
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