KR20210004139A - 냉각챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유지비용을 절감할 수 있는 냉각챔버에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 냉각챔버는, 저온기체가 공급되는 공급단과, 내부에서 순환된 저온기체를 배출하는 배출단을 구비하는 냉각부재; 압축기체가 입력되는 입력단과, 상기 기체를 고온기체와 저온기체로 분리하고 상기 저온기체를 상기 냉각부재에 출력하는 출력단과, 상기 고온기체를 배기하는 배기단을 구비하는 볼텍스 튜브; 상기 냉각부재의 배출단으로부터 배출되는 순환된 저온기체는 상기 볼텍스 튜브의 입력단으로 공급된다.

Description

냉각챔버{A COOLING CHAMBER}
본 발명은 냉각챔버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 냉각을 위한 압축기체의 사용량을 절감하고, 전기사용량을 절감할 수 있는 냉각챔버에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 기판은 이온주입 공정, 막 증착 공정, 확산공정, 포토공정 등과 같은 다수의 공정들을 거쳐 제조된다. 이러한 공정들에는 기판처리장치 내에 구비되는 냉각을 위한 냉각챔버가 사용될 수 있다.
예로 들면, 포토공정을 위한 하나의 설비에는 기판 상에 포토리지스트를 도포하는 다수의 코팅 챔버, 기판을 가열하는 다수의 가열 챔버, 가열된 기판을 쿨링하는 다수의 냉각 챔버, 기판을 노광시키는 하나의 노광 챔버, 노광된 기판을 현상하는 다수의 현상 챔버(DEV) 등이 구비된다.
도 1은 종래의 냉각 챔버를 도시한 도면이다.
냉각챔버에는 기판(25)을 지지하며 기판을 냉각시키는 기판지지부(20)가 구비되고, 기판지지부(20)는 내부에 냉각수(PCW)가 순환하는 냉각라인(23)이 구비된다.
기판지지부(20)는 냉각라인(23)을 통해 공급되는 PCW에 의해 냉각되며, 냉각된 기판지지부(200)는 기판을 냉각한다.
PCW는 액체이기 때문에, PCW를 이용하는 냉각 챔버는 PCW LEAK 감지 센서, PCW 전용 배관 등을 구비해야 한다.
LEAK감지 센서가 챔버에 구비되는 경우, 실제 LEAK발생으로 설비 알람이 발생할 수 있고, LEAK감지 센서 오류에 의해 설비 알람이 발생할 수도 있다. 설비 알람 발생 시 설비 가동이 중단되므로 기판 생산량이 감소될 수도 있다.
또한 냉각 챔버 내 PCW 전용배관을 사용하더라도 내부에 물때와 같은 부유물이 형성될 수 있어 필터를 구비해야 하며, 사용된 PCW는 재사용되지 않고 배출되므로 새로운 PCW를 공급하기 위해서는 전기 사용량이 증가하게 되어 설비유지비용이 증가된다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0053476호
종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 설비유지비용을 절감할 수 있는 냉각챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각챔버는, 저온기체가 공급되는 공급단과, 내부에서 순환된 저온기체를 배출하는 배출단을 구비하는 냉각부재; 및 압축기체가 입력되는 입력단과, 상기 기체를 고온기체와 저온기체로 분리하고 상기 저온기체를 상기 냉각부재의 공급단에 출력하는 출력단과, 상기 고온기체를 배기하는 배기단을 구비하는 볼텍스 튜브를 포함하고, 상기 냉각부재의 배출단으로부터 배출되는 순환된 저온기체는 상기 볼텍스 튜브의 입력단으로 공급된다.
또한 실시예에 있어서, 상기 볼텍스 튜브의 출력단 및 상기 냉각부재의 공급단 중 적어도 어느 하나에 구비되어 상기 저온기체의 온도를 감지하는 온도감지센서; 상기 볼텍스 튜브의 입력단에 연결되어 상기 압축기체를 상기 볼텍스 튜브에 공급하는 입력라인; 상기 입력라인 상에 구비되어 상기 압축기체의 압력을 조절하는 입력라인 레귤레이터; 상기 저온기체의 온도에 기반하여, 상기 입력라인 레귤레이터를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 볼텍스 튜브의 배기단으로부터 배출되는 고온기체의 일부는 상기 볼텍스 튜브의 입력단으로 공급된다.
또한 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 온도감지센서에 의해 감지되는 온도에 기반하여, 상기 볼텍스 튜브의 입력단으로 공급되는 고온기체의 압력을 조절한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 입력단에는 에어필터가 구비된다.
본 발명에 따르면 볼텍스 튜브를 이용하여 냉각부재를 냉각하므로, 영구적인 사용이 가능하다.
본 발명에 따르면, 압축기체를 재사용함으로써 압축기체의 사용량을 절감할 수 있으므로, 압축기체를 생성하는 데에 필요한 전기사용량을 절감할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 냉각 챔버를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각챔버를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 볼텍스 튜브를 설명하기 위한 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 냉각챔버를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각챔버의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 볼텍스 튜브를 설명하기 위한 단면도이다.
한편, 본 발명의 냉각챔버는 기존의 PCW와 같은 냉매를 사용하여 냉각액체의 온도를 맞추는 기존방식을 사용하지 않는다. 본 발명의 냉각챔버는 압축된 기체를 제공받아 고온기체와 저온기체로 분리하는 볼텍스(vortex) 튜브를 이용한다.
즉, 외부의 압축기체 제공수단을 통하여 압축기체를 제공받아 볼텍스 튜브를 통과시켜 얻어진 저온기체가 반도체, LCD 생산장비의 표면이나 챔버 내부를 순환함으로써 장비를 냉각시킨다.
냉각챔버(10)는 기판처리장치에 구비되는 여러가지 유닛들 중 기판을 냉각하기 위한 유닛이다. 기판처리장치는 에칭장비, 포토장비, 세정장비 등의 기판을 처리하기 위한 공정을 진행하는 설비들 중 어느 하나일 수 있다.
도 2를 참조하면, 냉각챔버(10)는 저온기체를 공급받아 기판을 냉각시키는 냉각부재(100)와, 냉각부재(100)에 저온기체를 공급하기 위한 볼텍스 튜브(200)와, 각 구성을 연결하는 라인(310, 320, 330, 340, 350)들과, 제어부(400)를 포함한다.
냉각부재(100)는 기판의 배면 전체와 접촉되는 플레이트 형태로 구성된다.
냉각부재(100)는 저온기체를 공급받는 공급단(110)과, 내부에서 순환된 저온기체를 배출하는 배출단(120)을 포함한다.
공급단(110)으로 공급되는 저온기체는 냉각부재(100)의 내부에 구비되는 냉각순환배관을 순환하면서 냉각부재(100)의 온도를 낮춘 후 배출단(120)을 통해 배출된다.
저온기체는 압축기체가 냉각된 것으로서, PCW 등의 액체를 사용하지 않아 일부가 유출되어도 공정 상 문제가 발생하지 않는다. 또한 액체를 사용하지 않아 leak센서 등의 액체감지센터 등이 구비될 필요가 없다. 본 발명에서는 압축공기가 냉매가 된다. 이외에 냉매는 압축공기 외에 부식성이 없는 기체 등으로 대체될 수 있다.
볼텍스 튜브(200)는 압축기체가 입력되는 입력단과(210), 입력된 압축기체를 고온기체와 저온기체로 분리하여 저온기체를 상기 냉각부재에 출력하는 출력단(220)과, 상기 고온기체를 배기하는 배기단(230)을 포함한다.
볼텍스 튜브(200)는 입력단(210)을 통해 입력되는 압축기체에서 고온기체와 저온기체를 분리한다. 분리된 고온기체는 배기단(230)을 통해 배출되고, 분리된 저온기체는 출력단(220)을 통해 냉각부재(100)로 공급된다.
도 3을 참조하면, 압축공기가 입력단(210)을 통해 볼텍스 튜브 내로 공급되면, 압축공기는 볼텍스 튜브(200) 내에서 고속으로 회전한다. 이때 고속으로 회전하는 기체에서 자발적인 열분리현상이 발생한다.
특히, 고속으로 회전하는 기체 중 볼텍스 튜브(200)의 외주부근을 회전하는 기체는, 볼텍스 튜브(200)의 중심부 부근을 회전하는 기체와 온도 차이를 갖게 된다. 온도차이를 갖는 고온기체와 저온기체가 볼텍스 튜브의 내부 구조에 의해 분리된다. 이때 분리된 고온기체는 배출단(230)을 통해 배출되고, 분리된 저온기체는 출력단(220)을 통해 출력된다.
볼텍스 튜브(200)의 외주부근 기체흐름과 중심부 기체흐름의 회전수는 동일하나 운동속도는 중심부보다 외주부근이 높게 되고, 이때 운동에너지의 차이가 열로 변환되어 외주부근은 기체 온도가 상승하고 중심부 기체온도는 하강하게 된다.
이와 같은 원리로 동작하여 볼텍스 튜브는 유입되는 압축기체 중 내부를 선회하면서 냉각된 저온기체를 냉각부재(100)의 공급단(110)으로 공급하고, 온도가 상승한 고온기체는 배기시키는 것이다.
다시 도 2를 참조하면, 입력라인(310)은 볼텍스 튜브(200)의 입력단(210)과 외부의 압축공기 공급원을 연결한다. 외부의 압축공기 공급원으로부터 공급되는 압축공기는 입력라인(310)을 통해 볼텍스 튜브(200)의 입력단(210)으로 공급된다.
입력라인(310)에는 입력라인 레귤레이터(311)가 구비된다. 입력라인 레귤레이터(311)는 외부의 압축공기 공급원으로부터 공급되는 압축공기의 양과 압력을 조절한다.
입력라인 레귤레이터(311)가 볼텍스 튜브(200)의 입력단(210)으로 입력되는 압축공기의 압력을 증가시키면, 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)으로부터 출력되는 저온기체의 온도가 낮아진다.
이와 반대로, 입력라인 레귤레이터(311)가 볼텍스 튜브(200)의 입력단(210)으로 입력되는 압축공기의 압력을 감소시키면, 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)으로부터 출력되는 저온기체의 온도가 높아진다.
이때 입력라인 레귤레이터(311)는 제어부(400)에 의해 오토로 제어될 수 있다.
출력라인(320)은 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)과 냉각부재(100)의 공급단(110)을 연결한다. 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)으로부터 공급되는 저온기체는 출력라인(320)을 통해 냉각부재(100)의 공급단(110)으로 공급된다.
배기라인(330)은 볼텍스 튜브(200)의 배기단(230)과 연결된다. 볼텍스 튜브(200)의 배기단(230)으로부터 배출되는 고온기체는 배기라인(330)을 통해 배출된다.
한편 배기라인(330)을 통해 배기되는 고온기체의 일부는 순환라인(350)을 통해 볼텍스 튜브(200)의 입력단(210)으로 공급된다. 구체적으로 순환라인(350)의 일단은 배기라인 연결부(351)에 의해 배기라인(330)과 연결되고 순환라인(350)의 타단은 입력라인 연결부(352)에 의해 입력라인(310)과 연결된다.
이때 순환라인(350) 상에는 순환라인 레귤레이터(353)가 구비된다. 순환라인 레귤레이터(353)은 제어부(400)의 제어 하에 배기라인(330)을 통해 순환라인(350)으로 유입되는 고온기체의 양과 압력을 조절하는 기능을 수행한다.
배출라인(340)은 입력라인(310)과 냉각부재(100)의 배출단(120)을 연결한다. 배출라인(340)과 입력라인(310)이 연결되는 부위에는 제1 연결부(341)가 구비된다. 배출라인(340)은 냉각부재(100)의 배출단(120)으로부터 배출되는 순환된 저온기체를 입력라인(310)을 통해 볼텍스 튜브의 입력단(210)로 공급한다.
순환된 저온기체는 냉각부재 내부를 순환하더라도 볼텍스 튜브(200)의 배기단(230)에서 배기되는 고온기체의 온도보다 낮으므로, 이를 재사용함으로써 압축기체의 사용량 및 압축기체를 생성하기 위한 전기사용량을 절감할 수 있다.
종래 냉각 매체로서 PCW를 사용하는 경우, 물때 등의 이물질이 발생할 수 있다. 하지만 본 발명의 냉각챔버는 냉각 매체로서 압축공기 등의 기체를 사용하므로, 라인 내부가 부식될 우려가 없고, 물때가 발생할 우려가 없어 세정에 필요한 공수가 필요없다..
한편 압축공기가 공급되는 볼텍스 튜브(200)의 입력단(210)에는 에어필터(미도시)가 구비될 수도 있다. 에어필터는 라인 내 이물질이 볼텍스 튜브(200)로 유입되지 않도록 차단할 수 있다.
제어부(400)는 각 구성의 구동을 제어하며, 특히, 냉각부재(100)의 온도에 기반하여, 입력라인 레귤레이터(311) 및 순환라인 레귤레이터(353)를 제어한다.
볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)으로 출력되는 저온기체의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서(111, 221)가 볼텍스 튜브(200)의 출력단 및 냉각부재의 공급단(110) 중 적어도 어느 하나에 구비될 수 있다. 또는 온도감지센서가 각 유닛, 각 라인 상에 배치될 수도 있다.
이하 제어부(400)의 입력라인 레귤레이터(311) 및 순환라인 레귤레이터(353)의 구동제어 방법에 대해 설명한다.
첫번째 방법으로, 제어부(400)는, 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)에서 출력되는 저온기체의 온도에 기반하여, 입력라인 레귤레이터(311)을 제어하여 압력 및 양을 조절하여 저온기체의 온도를 조절할 수 있다.
구체적으로 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)에서 출력되는 저온기체의 온도가 기준온도보다 높은 경우, 제어부(400)는 입력라인 레귤레이터(311)를 제어하여 공급되는 압축기체의 압력 또는 양을 증가시킬 수 있다. 압축기체의 압력 또는 양이 증가되면, 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)에서 출력되는 저온기체의 온도가 낮아진다. 이 경우, 배기라인(330)을 통해 배기되는 고온기체의 압력 및 양도 증가하게 된다.
이와 반대로 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)에서 출력되는 저온기체의 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 제어부(400)는 입력라인 레귤레이터(311)를 제어하여 압축기체의 압력 또는 양을 감소시킨다. 압축기체의 압력 또는 양이 감소되면, 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)에서 출력되는 저온기체의 온도가 올라간다. 이 경우, 배기라인(330)을 통해 배기되는 고온기체의 압력 또는 양도 감소하게 된다.
두번째 방법으로, 제어부(400)는, 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)에서 출력되는 저온기체의 온도에 기반하여, 순환라인 레귤레이터(353)과 입력라인 레귤레이터(311)를 동시에 제어할 수 있다.
구체적으로 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)을 통해 공급되는 저온기체의 온도가 기준온도보다 높은 경우, 제어부(400)는 순환라인 레귤레이터(353)를 제어함으로써, 배기라인(330)으로부터 순환라인(350)을 통해 입력라인(310)으로 공급되는 고온기체의 압력 또는 양을 감소시킨다. 또한 제어부(400)는 입력라인 레귤레이터(311)을 제어하여, 입력라인(310)으로 공급되는 고온기체의 압력 또는 양이 감소된 만큼, 외부로부터 공급되는 압축기체의 압력 또는 양을 증가시킬 수 있다.
압축기체의 온도가 고온기체의 온도보다 낮기 때문에, 볼텍스 튜브(200)로 공급되는 고온기체의 양을 줄이고, 고온기체의 줄은 양만큼 압축기체로 대체함으로써 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)을 통해 공급되는 저온기체의 온도를 낮출 수 있다.
이와 반대로, 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)을 통해 공급되는 저온기체의 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 제어부(400)는 순환라인 레귤레이터(353)를 제어함으로써, 배기라인(330)으로부터 순환라인(350)을 통해 입력라인(310)으로 공급되는 고온기체의 압력 또는 양을 증가시킨다. 또한 제어부(400)는 입력라인 레귤레이터(311)을 제어하여, 입력라인(310)으로 공급되는 고온기체의 압력 또는 양이 증가된 만큼, 외부로부터 공급되는 압축기체의 압력 또는 양을 감소시킨다.
압축기체의 온도가 고온기체의 온도보다 낮다. 따라서 볼텍스 튜브(200)로 공급되는 고온기체의 양을 증가시키고, 고온기체가 증가한 양만큼 압축기체를 감소시킴으로써 볼텍스 튜브(200)의 출력단(220)을 통해 공급되는 저온기체의 온도를 올릴 수 있다.
한편 제어부(400)의 동작은 작업자에 의해 수동으로 구현될 수도 있다.
본 발명에 따르면 볼텍스 튜브를 이용하여 냉각부재를 냉각하므로, 영구적인 사용이 가능하다.
본 발명에 따르면, 압축기체를 재사용함으로써 압축기체의 사용량을 절감할 수 있으므로, 압축기체를 생성하는 데에 필요한 전기사용량을 절감할 수 있게 된다. 따라서 냉각챔버의 유지비용을 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 냉각챔버 100: 냉각부재
110: 공급단 111: 온도감지센서
120: 배출단 200: 볼텍스 튜브
210: 입력단 220: 출력단
221: 온도감지센서 230: 배기단
310: 입력라인 311: 입력라인 레귤레이터
320: 출력라인 330: 배기라인
340: 배출라인 350: 순환라인
351: 배기라인 연결부 352: 입력라인 연결부
353: 순환라인 레귤레이터

Claims (5)

  1. 저온기체가 공급되는 공급단과, 내부에서 순환된 저온기체를 배출하는 배출단을 구비하는 냉각부재; 및
    압축기체가 입력되는 입력단과, 상기 기체를 고온기체와 저온기체로 분리하고 상기 저온기체를 상기 냉각부재의 공급단에 출력하는 출력단과, 상기 고온기체를 배기하는 배기단을 구비하는 볼텍스 튜브를 포함하고,
    상기 냉각부재의 배출단으로부터 배출되는 순환된 저온기체는 상기 볼텍스 튜브의 입력단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉각챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼텍스 튜브의 출력단 및 상기 냉각부재의 공급단 중 적어도 어느 하나에 구비되어 상기 저온기체의 온도를 감지하는 온도감지센서;
    상기 볼텍스 튜브의 입력단에 연결되어 상기 압축기체를 상기 볼텍스 튜브에 공급하는 입력라인;
    상기 입력라인 상에 구비되어 상기 압축기체의 압력을 조절하는 입력라인 레귤레이터;
    상기 저온기체의 온도에 기반하여, 상기 입력라인 레귤레이터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 볼텍스 튜브의 배기단으로부터 배출되는 고온기체의 일부는 상기 볼텍스 튜브의 입력단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉각챔버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도감지센서에 의해 감지되는 온도에 기반하여, 상기 볼텍스 튜브의 입력단으로 공급되는 고온기체의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 냉각챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력단에는 에어필터가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각챔버.
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