KR20210067929A - 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템 - Google Patents

반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정설비에서 요구하는 브라인의 온도에 따라 저온용 열교환기와 고온용 열교환기로 적절한 양의 브라인이 공급되어 열교환이 이루어진 뒤, 이를 혼합하여 공정설비로 공급하도록 구성되는 반도체 공정 설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템{Brine supply temperature control system for semiconductor process equipment}
본 발명은 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정설비에서 요구하는 브라인의 온도에 따라 저온용 열교환기와 고온용 열교환기로 적절한 양의 브라인이 공급되어 열교환이 이루어진 뒤, 이를 혼합하여 공정설비로 공급하도록 구성되는 반도체 공정 설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 산화공정, 확산공정, 화학기상증착공정, 사진공정, 식각공정, 금속공정 등과 같은 다양한 단위공정들을 거쳐 제조된다.
이러한 공정들 중에서 반도체 웨이퍼에 산화막을 형성하기 위한 산화공정이나 원하는 패턴을 형성하기 위한 식각공정 과정에서는 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지해주는 것이 양질의 웨이퍼를 생산하는데 있어서 매우 중요한 역할을 한다.
따라서 반도체 웨이퍼의 가공 공정이 진행되는 공정설비에는 소정의 가열수단 및 냉각수단을 갖게 되며, 냉각시 사용되는 냉매는 외부에 설치된 칠러장치에 의해 냉각되어 순환 공급되도록 함에 따라 일정한 온도가 유지되도록 하고 있다.
일반적으로 공정설비의 냉각온도를 일정하게 유지하기 위해서 칠러장치에서 배출되는 냉매의 온도를 측정하고, 측정된 온도값에 따라 냉매의 온도를 조절하여 공정설비로 공급하도록 이루어지고 있다.
이러한 냉매의 온도를 제어하는 방법에 대한 종래의 기술 중 하나로 등록특허공보 제10-0986253호(이하, '종래기술'이라 함)가 개시되어 있다.
상기 종래기술은 냉매 경로에 설치된 증발기에서 반도체 공정설비에 제공되는 브라인과 열 교환이 이루어지는 칠러 장치에 적용되며, 브라인 히터의 최소출력량을 설정하는 단계; 상기 히터 최소 출력량에 기초하여 냉각제어 설정값을 산출하는 단계; 상기 산출된 냉각제어 설정값에 기초하여 상기 증발기 전단에 설치된 팽창밸브의 개도를 조절하여 상기 브라인의 냉각제어를 수행하는 단계; 및 상기 설정된 히터 최소출력량으로 상기 냉각제어된 브라인의 가열 보상제어를 수행하여 최종 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
KR 10-0986253 B1 2010.10.01.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 공정설비에서 요구하는 브라인의 온도에 따라 저온용 교환기와 고온용 교환기로 적절한 양의 브라인이 공급되어 열교환이 이루어진 뒤, 이를 혼합하여 공정설비로 공급하도록 구성되는 반도체 공정 설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 공정설비(100)와 칠러장치(200)의 사이에 구성되어 공급되는 브라인의 온도를 제어하는 시스템에 있어서, 상기 공정설비(100)로부터 배출되는 브라인을 전달받아 수용하는 브라인 탱크(300); 상기 공정설비(100)에서 요구하는 공정의 최저온도로 냉각된 냉각수가 칠러장치(200)로부터 전달되는 저온용 열교환기(410) 및 상기 공정설비(100)에서 요구하는 공정의 최고온도로 가열된 냉각수가 칠러장치(200)로부터 전달되는 고온용 열교환기(420)를 포함하며, 상기 브라인 탱크(300)로부터 전달받은 브라인이 열교환되도록 한 뒤, 열교환된 브라인을 상기 공정설비(100)로 공급하는 열교환부(400); 및 상기 브라인 탱크(300)와 열교환부(400)의 사이에 구비되어 상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)로 공급되는 브라인의 유량이 제어되게 하는 유량제어밸브(500);를 포함하도록 한다.
이때, 상기 칠러장치(200)는, 상기 공정설비(100)에서 요구하는 최저온도로 냉각된 브라인을 상기 저온용 열교환기(410)로 공급하는 저온용 냉각수 공급유로(210); 및 상기 공정설비(100)에서 요구하는 최고온도로 가열된 브라인을 상기 고온용 열교환기(420)로 공급하는 고온용 냉각수 공급유로(220);를 포함하도록 한다.
한편, 상기 저온용 열교환기(410)는, 일단이 상기 브라인 탱크(30))의 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 타단이 저온용 열교환기(410)와 연통되는 저온용 순환배관(411)에 의해 브라인을 전달받되, 상기 칠러장치(200)의 저온용 냉각수 공급유로(210)에 의해 최저온도로 냉각된 냉각수를 전달받도록 하며, 상기 고온용 열교환기(420)는, 일단이 상기 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 타단이 고온용 열교환기(420)와 연통되는 고온용 순환배관(421)에 의해 브라인을 전달받되, 상기 칠러장치(200)의 고온용 냉각수 공급유로(220)에 의해 최고온도로 가열된 냉각수를 전달받도록 한다.
한편, 상기 유량제어밸브(500)는, 3way 밸브로 이루어져, 유입구가 상기 브라인 탱크(300)의 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 제 1배출구가 저온용 순환배관(411)과 연통되며, 제 2배출구가 고온용 순환배관(421)과 연통되도록 한다.
이때, 상기 공정설비(100)는, 일측으로 브라인 공급배관(120)에 의해 열교환부(400)와 연통되어 브라인을 공급받고, 타측으로 브라인 배출배관(310)에 의해 브라인 탱크(300)로 브라인이 배출되게 하며, 상기 브라인 공급배관(120)에는, 상기 공정설비(100)로 공급되는 브라인의 온도를 측정하는 제 1온도센서(121)가 구비되고, 상기 브라인 배출배관(310)에는, 상기 공정설비(100)로부터 배출되는 브라인의 온도를 측정하는 제 2온도센서(311)가 구비되도록 하며, 상기 제 1온도센서(121) 및 제 2온도센서(311)에 의해 측정된 온도를 이용하여 브라인의 냉각 또는 가열에 필요한 열량을 도출하고, 도출된 열량에 따라 각 열교환기(410, 420)로 유입되는 브라인의 유량을 제어되도록 한다.
상술하면, 특정 시점에서 도출된 브라인의 열량과 일정 시간 이후 측정된 브라인의 열량의 편차 △Q = (F2-F1)*C*S*(△t2-△t1)를 따르고, 단위 유량(Fx = 1)당 소모되는 열량을 Q(0) = Q(x)/Fx라 할 때, 상기에 의해 도출된 열량편차만큼의 열량을 보정하기 위해 필요한 브라인의 유량 △F = △Q/Q(0)에 의해 도출되도록 한다.
또한, 상기 브라인 공급배관(120)에는, 제 1유량센서(122)가 구비되고, 상기 저온용 순환배관(411) 또는 고온용 순환배관(421)에는 제 2유량센서(430)가 구비되도록 하며, 상기 제 1유량센서(122) 및 제 2유량센서(430)에서 측정된 유량값과 설정된 유량값(Fx)을 비교하여 이를 보상하도록 이루어진다.
한편, 상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)는, 내부에 브라인의 수용이 가능하도록 내부가 빈 형태로 이루어지는 열교환몸체(10a); 상기 열교환몸체(10a)의 일측에 형성되어 브라인을 공급받는 브라인 유입구(20a); 상기 열교환몸체(10a)의 타측에 형성되어 브라인을 배출하는 브라인 배출구(30a); 및 지그재그로 적층된 형태로 이루어지거나 나선형으로 적층된 형태로 이루어져, 상기 열교환몸체(10a)의 내부에 구비되며, 일단으로 냉각수를 공급받고, 타단으로 냉각수가 배출되게 하는 냉각수 유로(40a);를 포함하도록 한다.
또는, 상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)는, 내부에 브라인의 수용이 가능하도록 내부가 빈 형태로 이루어지는 열교환몸체(10b); 중심부가 원뿔 형태로 상방으로 돌출되도록 이루어져 상기 열교환몸체(10b)의 바닥면을 구성하는 돌출바닥부(50b); 상기 브라인 몸체의 측면 일측에 형성되어 브라인을 상기 열교환몸체(10b)의 내부로 공급하는 브라인 유입구(20b); 일단이 상기 돌출바닥부(50b)의 중심부를 관통하여 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 돌출된 상태로 구비되어 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 수용된 브라인이 배출되게 하는 브라인 방출배관(70b); 및 상기 돌출바닥부(50b)를 따라 나선형으로 적층된 코일의 형태로 이루어져, 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 구비되며, 일단으로 냉각수를 공급받아 타단으로 냉각수가 배출되게 하는 냉각수 유로(40b);를 포함하도록 한다.
이때, 상기 돌출바닥부(50b)에는, 상부면을 따라 상하방향으로 연장되어 상기 냉각수 유로(40b)가 고정되게 하는 유로 고정부재(51b)가 구비되도록 한다.
본 발명에 의하면 공정설비에서 요구하는 브라인의 온도에 따라 저온용 교환기와 고온용 교환기로 적절한 양의 브라인이 공급되어 열교환이 이루어진 뒤, 이를 혼합하여 공정설비로 공급하도록 구성됨에 따라 요구온도의 변화에 더욱 빠르게 대응할 수 있는 바, 온도 안정화에 소요되는 시간이 줄어들어 반도체 웨이퍼의 수유율을 향상할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면 기존에 설치된 공정설비와 칠러장치의 사이에 간단하게 설치하여 사용할 수 있는 바, 기설치된 설비 및 신설하는 설비에 모두 적용하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템의 계통도.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템의 사용 상태를 나타내는 계통도.
도 3은 본 발명에 적용되는 제 1실시예에 따른 저온용 열교환기 또는 고온용 열교환기의 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 제 2실시예에 따른 저온용 열교환기 또는 고온용 열교환기이 도면.
도 5는 본 발명에 적용되는 유로 고정부재의 사용 실시예의 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 반도체 공정설비(100)용 브라인 공급 온도 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정설비(100)에서 요구하는 브라인의 온도에 따라 저온용 열교환기(410)와 고온용 열교환기(420)로 적절한 양의 브라인이 공급되어 열교환이 이루어진 뒤, 이를 혼합하여 공정설비(100)로 공급하도록 구성되는 반도체 공정 설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템에 관한 것이다.
도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명은 공정설비(100)와 칠러장치(200)의 사이에 구성되어 공급되는 브라인의 온도를 제어하는 시스템에 있어서, 브라인 공급라인, 브라인 배출라인, 브라인 탱크(300), 열교환부(400) 및 유량제어밸브(500)를 포함하여 구성된다.
상기 공정설비(100)는 반도체 제조를 위한 다양한 공정이 이루어지는 설비로서, 본 발명에서는 저온 공정과 고온 공정이 동시에 필요한 공정(예를 들면 식각공정)인 것으로 한정하여 설명하도록 한다.
이때, 상기 공정설비(100)는 공정 작업이 이루어지도록 구성되어 일측이 브라인 공급배관(120)에 의해 열교환부(400)와 연통되어 브라인을 공급받도록 하고, 타측이 브라인 배출배관(310)에 의해 브라인 탱크(300)로 브라인이 배출되게 하는 작업대를 포함한다.
즉, 상기 열교환부(400)에 의해 소정의 온도로 제어되어 상기 공정설비(100)로 공급된 브라인은 상기 브라인 공급배관(120)을 통해 작업대(110)로 공급이 이루어지고, 공급된 브라인은 상기 작업대(110)를 통과하는 과정에서 열교환이 이루어진 뒤, 상기 브라인 배출배관(310)을 통해 상기 공정설비(100)로부터 배출되도록 한다.
한편, 상기 칠러(chiller)장치는 이후 후술할 열교환기로 냉각수와 열교환이 이루어질 냉각수를 일정한 온도로 공급하기 위한 것으로서, 상기 칠러장치(200)는 상기 공정설비(100)에서 요구하는 최저온도로 냉각된 브라인을 상기 저온용 열교환기(410)로 공급하는 저온용 냉각수 공급유로(210), 상기 공정설비(100)에서 요구하는 최고온도로 가열된 브라인을 상기 고온용 열교환기(420)로 공급하는 고온용 냉각수 공급유로(220)를 포함한다.
이때, 상기 칠러장치(200)는 설정된 최저온도 및 최고온도를 일정한 속도로 계속해서 공급하도록 이루어지며, 상기 칠러장치(200)에서 공급되는 냉각수의 설정온도는 공정이 변화하지 않는 한 변경되지 않도록 한다.
한편, 상기와 같이 구성된 칠러장치(200)는 상기 공정설비(100)의 하부측에 구비되도록 함으로써, 상기 공정설비(100)와 칠러장치(200)는 상하방향으로 소정거리 이격 배치된 상태가 되도록 한다.
한편, 상기 브라인 탱크(300)는 상기 공정설비(100)로부터 배출되는 브라인을 전달받아 수용하도록 한다.
상술하면, 상기 브라인 배출배관(310)의 일단은 상기 브라인 탱크(300)의 일측과 연통되도록 하여 상기 작업대로부터 브라인이 배출 수용될 수 있게 하며, 상기 브라인 탱크(300)의 타측에는 수용된 브라인이 배출되는 탱크 순환배관(320)이 구비되도록 한다.
이때, 상기 탱크 순환배관(320)에는 브라인 펌프가 구비되도록 하여 브라인 탱크(300)에 수용된 브라인이 일정한 유량 및 속도를 유지하는 상태로 상기 열교환부(400)로 전달될 수 있게 한다.
한편, 상기 열교환부(400)는 배출된 브라인을 냉각하거나 가열하기 위한 것으로서, 기 공정설비(100)에서 요구하는 공정의 최저온도로 냉각된 냉각수가 칠러장치(200)로부터 전달되는 저온용 열교환기(410) 및 상기 공정설비(100)에서 요구하는 공정의 최고온도로 가열된 냉각수가 칠러장치(200)로부터 전달되는 고온용 열교환기(420)를 포함하며, 상기 브라인 탱크(300)로부터 전달받은 브라인이 열교환되도록 한 뒤, 열교환된 브라인을 상기 공정설비(100)로 공급하도록 이루어진다.
부연하면, 상기 저온용 열교환기(410)는 일단이 상기 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 타단이 저온용 열교환기(410)와 연통되는 저온용 순환배관(411)에 의해 브라인을 전달받되, 상기 칠러장치(200)의 저온용 냉각수 공급유로(210)에 의해 최저온도로 냉각된 냉각수를 전달받도록 이루어진다.
한편, 상기 고온용 열교환기(420)는 일단이 상기 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 타단이 고온용 열교환기(420)와 연통되는 고온용 순환배관(421)에 의해 브라인을 전달받되, 상기 칠러장치(200)의 고온용 냉각수 공급유로(220)에 의해 최고온도로 가열된 냉각수를 전달받도록 이루어진다.
상기한 구성에 따라 상기 저온용 순환배관(411)을 따라 유동되는 브라인은 상기 저온용 열교환기(410)를 통과하는 과정에서 상기 저온용 냉각수 공급유로(210)를 따라 유동되는 냉각수와 열교환되면서 냉각이 이루어지고, 상기 고온용 순환배관(421)을 따라 유동되는 브라인은 상기 고온용 열교환기(420)를 통과하는 과정에서 상기 고온용 냉각수 공급유로(220)를 따라 유동되는 냉각수와 열교환되면서 가열이 이루어지게 한다.
한편, 상기 저온용 열교환기(410)를 통과하면서 냉각된 브라인은 저온용 배출배관(412)을 따라 상기 브라인 공급배관(120)으로 공급되도록 하고, 상기 고온용 열교환기(420)를 통과하면서 가열된 브라인은 고온용 배출배관(422)을 따라 브라인 공급배관(120)으로 공급되게 한다.
이때, 상기 저온용 배출배관(412)과 고온용 배출배관(422)은 상기 브라인 공급배관(120)과 연통되지 전에 서로 연통되어 냉각 및 가열된 브라인이 혼합된 상태로 상기 브라인 공급배관(120)으로 공급될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유량제어밸브(500)는 브라인 탱크(300)와 열교환부(400)의 사이에 구비되어 상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)로 공급되는 브라인의 유량이 제어되게 한다.
상술하면, 상기 유량제어밸브(500)는 3way 밸브로 이루어져, 유입구가 상기 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 제 1배출구가 저온용 순환배관(411)과 연통되며, 제 2배출구가 고온용 순환배관(421)과 연통된 상태가 되도록 한다.
이때, 상기 유량제어밸브(500)의 개폐 정도는 상기 공정설비(100)로 공급되는 브라인의 온도와 상기 공정설비(100)로부터 배출되는 브라인의 온도의 편차에 따라 조절되도록 한다.
상술하면, 상기 브라인 공급배관(120)에는 상기 공정설비(100)로 공급되는 브라인의 온도를 측정하는 제 1온도센서(121)가 구비되고, 상기 브라인 배출배관(310)에는 상기 공정설비(100)로부터 배출되는 브라인의 온도를 측정하는 제 2온도센서(311)가 구비되도록 하며, 상기 제 1온도센서(121) 및 제 2온도센서(311)에 의해 측정된 온도를 이용하여 브라인의 냉각 또는 가열에 필요한 열량을 도출하고, 도출된 열량에 따라 각 열교환부(400)로 유입되는 브라인의 유량을 제어할 수 있게 한다.
예를 들어, 공정설비(100)에 요구되는 최저온도를 Tmin, 최고온도를 Tmax라 하고 이들의 값이 일정하게 유지되는 것으로 가정하고, 상기 브라인 공급배관(120)으로 공급되는 브라인의 유량을 Fx, 브라인의 비중을 S, 비열을 C이라 하며, 상기 제 1온도센서(121)에 의해 측정된 온도 값이 T1, 제 2온도센서(311)에 의해 측정된 온도 값이 T2라 할 때, 상기 브라인의 열량 Q(x)는 하기 식을 통해 도출할 수 있다.
Q(x)= Fx * C * S * (T2-T1)
한편, 상기 식에 의해 계산된 특정 시점에서의 브라인의 열량을 Q(1)=F1*C*S*△t1이라 하고, 일정 시간 이후 측정된 브라인의 열량 Q(2)=F2*C*S*△t2라 하며, 단위 유량(Fx = 1)당 소모되는 열량을 Q(0)라 할 때, 상기 단위열량 Q(0) = Q(x)/Fx 이라 할 수 있다.
이때, 열량편차 Q(2)-Q(1)의 값 △Q = (F2-F1)*C*S*(△t2-△t1)로 결정될 수 있고, 열량편차는 배출온도 차이에 따른 브라인의 열량 변화로서, 변화된 열량편차 △Q에 해당하는 만큼 브라인의 냉각 또는 가열이 필요한 것으로 판단할 수 있으며, 상기 열량편차만큼의 열량을 보정하기 위해 필요한 유량 △F = △Q/Q(0)로 결정될 수 있다.
이때 F값이 양수인 경우, 상기 공정설비(100)를 통과하는 과정에서 브라인의 온도가 상승한 것인 바, 이 경우 본 발명에서는 고온용 열교환기(420)보다 저온용 열교환기(410)로 △F만큼의 유량이 더 공급되도록 제어된다.
반대로 △F의 값이 음수인 경우, 상기 공정설비(100)를 통과하는 과정에서 브라인의 온도가 감소한 것인 바, 이 경우 본 발명에서는 저온용 열교환기(410)보다 고온용 열교환기(420)로 △F만큼의 유량이 더 공급되도록 제어된다.
즉, 상기와 같이 본 발명은 온도편차에 따른 브라인의 필요 열량을 도출하고, 도출된 열량 값에 따라 저온용 열교환기(410)와 고온용 열교환기(420)로 적절하게 브라인이 분산 공급되어 열교환이 이루어지며, 열교환된 브라인은 각각 저온용 배출배관(412)과 고온용 배출배관(422)을 통하여 배출되어 상기 브라인 공급배관(120)으로 유입되기 전에 혼합되어 공정설비(100)에서 요구하는 필요 온도로 공급되게 한다.
이때, 본 발명에서는 더욱 정확한 유량 제어가 이루어지게 하기 위해, 상기 브라인 공급배관(120)에는 제 1유량센서(122)가 구비되고, 상기 저온용 순환배관(411) 또는 고온용 순환배관(421)에는 제 2유량센서(430)가 구비되도록 하며, 상기 제 1유량센서(122) 및 제 2유량센서(430)에서 측정된 유량값과 상기에 의해 계산된 유량값(Fx)을 비교하여 이를 보상할 수 있도록 한다.
상술하면, 본 발명에서는 Fx유량이 상기 공정설비(100)로 공급되도록 제어되는 상태일 때, 상기 제 1유량센서(122)에서 측정된 유량값과 Fx의 값을 비교하여 측정된 유량값이 Fx의 값보다 작은 경우, 브라인이 더 빠른 속도로 공급되도록 제어하여 유량값을 보정하도록 이루어진다.
이와 반대로 측정된 유량값이 Fx보다 큰 경우, 본 발명에서는 상기 브라인 공급배관(120)과 브라인 배출배관(310)의 사이에 바이패스 배관을 구비하여 일정 양의 유량을 상기 브라인 배출배관(310)으로 바로 배출함으로써, 유량값을 보정하도록 이루어진다.
한편, 본 발명에서는 제 2유량센서(430)에서 측정된 유량값과 Fx의 값과 비교하여 유량값의 차이만큼 상기 유량조절밸브의 개폐를 조절함으로써, 저온용 순환배관(411)과 고온용 순환배관(421)으로 공급되는 유량이 적절하게 이루어지도록 제어한다.
한편, 본 발명에서 상기 저온용 열교환기(410)와 고온용 열교환기(420)는 동일한 형태로 이루어질 수 있으며, 이들은 다양하게 실시 변경이 가능하다.
도 3에 도시된 제 1실시예에 따르면, 상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)는 열교환몸체(10a), 브라인 유입구(20a), 브라인 배출구(30a) 및 냉각수 유로(40a)를 포함한다.
상기 열교환몸체(10a)는 내부에 브라인의 수용이 가능하도록 내부가 빈 형태로 이루어진다.
상기 브라인 유입구(20a)는 상기 열교환몸체(10a)의 일측에 형성되어 브라인을 공급받도록 하는데, 상술하면, 상기 브라인 유입구(20a)는 상기 열교환 몸체의 상부에 구비된 상태로 상기 저온용 순환배관(411) 또는 고온용 순환배관(421)과 연통되어 브라인을 전달받아 상기 열교환몸체(10a)의 내부로 주입하도록 이루어진다.
이때, 상기 브라인 유입구(20a)의 하부에는 브라인이 상기 열교환몸체(10a)의 내부에 균일하게 분포될 수 있도록 브라인의 유동을 안내하는 복수 개의 유동 안내부(11a)가 구비될 수 있다.
상기 브라인 배출구(30a)는 상기 열교환몸체(10a)의 타측에 형성되어 브라인을 배출하도록 하는데, 상술하면, 상기 브라인 배출구(30a)는 상기 열교환 몸체의 하부에 구비된 상태로 상기 저온용 배출배관(412) 또는 고온용 배출배관(422)과 연통되어 상기 열교환몸체(10a)의 내부에 수용된 브라인을 배출하도록 이루어진다.
한편, 상기 냉각수 유로(40a)는 지그재그로 적층된 형태로 이루어지거나 나선형으로 적층된 형태로 이루어져, 상기 열교환몸체(10a)의 내부에 구비되며, 일단으로 냉각수를 공급받고, 타단으로 냉각수가 배출되게 한다.
즉, 상기 냉각수 유로(40a)는 상하방향으로 적층된 형태로 이루어져, 저온용 냉각수 공급유로(210) 또는 고온용 냉각수 공급유로(220)의 유로 상에 형성되어, 상기 칠러장치(200)로부터 냉각수를 공급받아 열교환이 이루어지게 한다.
또한, 상기 냉각수 유로(220)는 유입구가 상기 열교환몸체(10a)의 내부에서 상부측에 위치하도록 하고, 배출구가 상기 열교환몸체(10a)의 내부에서 하부측에 위치되도록 구성된다.
상기한 구성에 따라 상기 열교환몸체(10a)로 유입된 브라인은 하방으로 이동하는 과정에서 상기 냉각수 공급유로를 유동하는 냉각수와 열교환이 이루어지게 한다.
한편, 도 4 에 도시된 제 2실시예에 따르면 상기 저온용 열교환기(410) 또는 고온용 열교환기(420)는 열교환몸체(10b), 돌출바닥부(50b), 브라인 유입구(20b), 브라인 방출배관(70b) 및 냉각수 유로(40b)를 포함한다.
상기 열교환몸체(10b)는 내부에 브라인의 수용이 가능하도록 내부가 빈 형태로 이루어진다.
상기 돌출바닥부(50b)는 중심부가 원뿔 형태로 상방으로 돌출되도록 이루어져 상기 열교환몸체(10b)의 바닥면을 구성하도록 한다.
상술하면, 상기 돌출바닥부(50b)는 상방으로 점차 단면적이 좁아지도록 돌출된 형태로 이루어져, 중심부의 일부가 개구되면서 브라인 배출구(30b)가 형성된 상태로 상기 열교환몸체(10b)의 바닥면을 구비되도록 한다.
상기, 브라인 유입구(20b)는 상기 브라인 몸체의 측면 일측에 형성되어 브라인을 상기 열교환몸체(10b)의 내부로 공급하도록 한다.
상술하면, 상기 브라인 유입구(20b)는 상기 브라인 몸체의 측면에서 하방측에 구비되도록 하여 브라인이 상기 열교환몸체(10b)의 하방으로 공급되도록 하여 시간 경과에 따라 공급된 브라인의 수위가 점차 상승할 수 있게 한다.
한편, 상기 브라인 방출배관(70b)은 일단이 상기 돌출바닥부(50b)의 중심부를 관통하여 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 돌출된 상태로 타단이 상기 저온용 배출배관(412) 또는 고온용 배출배관(422)과 연통되도록 한다.
한편, 상기 냉각수 유로(40b)는 상기 돌출바닥부(50b)를 따라 나선형으로 적층된 코일의 형태로 이루어져, 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 구비되며, 일단으로 냉각수를 공급받아 타단으로 냉각수가 배출되게 한다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 돌출바닥부(50b)에는 상부면을 따라 상하방향으로 연장되어 상기 냉각수 유로(40b)가 고정되게 하는 유로 고정부재(51b)가 구비되도록 하며, 상기 유로 고정부재(51b)는 상기 냉각수 유로(40b)와 동일한 재질로 이루어져, 상기 냉각수 유로(40b)로부터 열에너지는 전달받도록 이루어진다.
이로 인해 상기 유로 고정부재(51b)는 상기 냉각수 유로(40b)를 안정적으로 고정하는 한편, 열교환이 이루어지는 면적을 더욱 증가시켜 열교환 효율을 향상할 수 있게 한다.
상기한 구성에 따라 상기 저온용 열교환기(410) 또는 고온용 열교환기(420)는 브라인이 상기 열교환몸체(10b)의 내부로 유입되어 수위가 상승하는 과정에서 상기 냉각수 유로(40b)와 열교환이 이루어질 수 있게 하며, 상기 브라인 방출배관(70b)의 일단까지 수위가 상승하게 되면 브라인이 월류되면서 상기 브라인 방출배관(70b)을 통해 저온용 배출배관(412) 또는 고온용 배출배관(422)을 따라 배출될 수 있게 한다.
이때, 상기 열교환몸체(10a)의 내부에는 브라인에 포함된 이물질의 여과가 가능하게 구성되어 상기 브라인 방출배관(70b)의 상부에 구비되는 여과부재(60b)가 더 구비되도록 한다.
상술하면, 상기 여과부재(60b)는 일단이 상기 브라인 방출배관(70b)의 상단 둘레와 맞물리고 타단이 상기 열교환몸체(10b)의 상부면과 맞물리게 형성되며 외주면에 복수 개의 통공이 형성되는 필터링몸체(60b) 및 상기 필터링 몸체의 내주면 또는 외주면을 둘러싸도록 구비되어 이물질의 여과가 이루어지게 하는 필터링부(62b)를 포함한다.
이때, 상기 열교환몸체(10b)의 상부면에는 상기 여과부재(60b)와 대응되는 위치에 선택적으로 개폐가 가능한 도어를 구성하여 상기 여과부재(60b)의 교환이 가능하게 한다.
한편, 상기와 같이 구성된 본 발명의 시스템은 상기 공정설비(100)와 근접하게 구비되도록 하는데, 구체적으로는 상기 공정설비(100)와의 직선거리가 5m 이내가 되도록 설치하여 브라인의 온도 변화가 더욱 빠르게 이루어질 수 있게 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
100 : 공정설비 110 : 작업대
120 : 브라인 공급배관 121 : 제 1온도센서
122 : 제 1유량센서
200 : 칠러장치 210 : 저온용 냉각수 공급유로
220 : 고온용 냉각수 공급유로
300 : 브라인 탱크 310 : 브라인 배출배관
311 : 제 2온도센서 320 : 탱크 순환배관
400 : 열교환부 410 : 저온용 열교환기
411 : 저온용 순환배관 412 : 저온용 배출배관
420 : 고온 열교환기 421 : 고온용 순환배관
422 : 고온용 배출배관 430 : 제 2유량센서
500 : 유량제어밸브
10a, 10b : 열교환몸체 11a : 유동 안내부
20a, 20b : 브라인 유입구
30a, 30b : 브라인 배출구 40a, 40b : 냉각수 유로
50b : 돌출바닥부 51b : 유로 고정부재
60b : 여과부재 61b : 필터링몸체
62b : 필터링부 70b : 브라인 방출배관

Claims (10)

  1. 공정설비(100)와 칠러장치(200)의 사이에 구성되어 공급되는 브라인의 온도를 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 공정설비(100)로부터 배출되는 브라인을 전달받아 수용하는 브라인 탱크(300);
    상기 공정설비(100)에서 요구하는 공정의 최저온도로 냉각된 냉각수가 칠러장치(200)로부터 전달되는 저온용 열교환기(410) 및 상기 공정설비(100)에서 요구하는 공정의 최고온도로 가열된 냉각수가 칠러장치(200)로부터 전달되는 고온용 열교환기(420)를 포함하며, 상기 브라인 탱크(300)로부터 전달받은 브라인이 열교환되도록 한 뒤, 열교환된 브라인을 상기 공정설비(100)로 공급하는 열교환부(400); 및
    상기 브라인 탱크(300)와 열교환부(400)의 사이에 구비되어 상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)로 공급되는 브라인의 유량이 제어되게 하는 유량제어밸브(500);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 칠러장치(200)는,
    상기 공정설비(100)에서 요구하는 최저온도로 냉각된 브라인을 상기 저온용 열교환기(410)로 공급하는 저온용 냉각수 공급유로(210); 및
    상기 공정설비(100)에서 요구하는 최고온도로 가열된 브라인을 상기 고온용 열교환기(420)로 공급하는 고온용 냉각수 공급유로(220);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저온용 열교환기(410)는,
    일단이 상기 브라인 탱크(30))의 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 타단이 저온용 열교환기(410)와 연통되는 저온용 순환배관(411)에 의해 브라인을 전달받되, 상기 칠러장치(200)의 저온용 냉각수 공급유로(210)에 의해 최저온도로 냉각된 냉각수를 전달받도록 하며,
    상기 고온용 열교환기(420)는,
    일단이 상기 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 타단이 고온용 열교환기(420)와 연통되는 고온용 순환배관(421)에 의해 브라인을 전달받되, 상기 칠러장치(200)의 고온용 냉각수 공급유로(220)에 의해 최고온도로 가열된 냉각수를 전달받는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유량제어밸브(500)는,
    3way 밸브로 이루어져, 유입구가 상기 브라인 탱크(300)의 탱크 순환배관(320)과 연통되고, 제 1배출구가 저온용 순환배관(411)과 연통되며, 제 2배출구가 고온용 순환배관(421)과 연통되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 공정설비(100)는, 일측으로 브라인 공급배관(120)에 의해 열교환부(400)와 연통되어 브라인을 공급받고, 타측으로 브라인 배출배관(310)에 의해 브라인 탱크(300)로 브라인이 배출되게 하며,
    상기 브라인 공급배관(120)에는, 상기 공정설비(100)로 공급되는 브라인의 온도를 측정하는 제 1온도센서(121)가 구비되고,
    상기 브라인 배출배관(310)에는, 상기 공정설비(100)로부터 배출되는 브라인의 온도를 측정하는 제 2온도센서(311)가 구비되도록 하며,
    상기 제 1온도센서(121) 및 제 2온도센서(311)에 의해 측정된 온도를 이용하여 브라인의 냉각 또는 가열에 필요한 열량을 도출하고, 도출된 열량에 따라 각 열교환기(410, 420)로 유입되는 브라인의 유량을 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    특정 시점에서 도출된 브라인의 열량과 일정 시간 이후 측정된 브라인의 열량의 편차 △Q = (F2-F1)*C*S*(△t2-△t1)를 따르고, 단위 유량(Fx = 1)당 소모되는 열량을 Q(0) = Q(x)/Fx라 할 때, (F:유량, C:비열, S:비중, t:온도)
    상기에 의해 도출된 열량편차만큼의 열량을 보정하기 위해 필요한 브라인의 유량 △F = △Q/Q(0)에 의해 도출되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 브라인 공급배관(120)에는, 제 1유량센서(122)가 구비되고,
    상기 저온용 순환배관(411) 또는 고온용 순환배관(421)에는 제 2유량센서(430)가 구비되도록 하며,
    상기 제 1유량센서(122) 및 제 2유량센서(430)에서 측정된 유량값과 설정된 유량값(Fx)을 비교하여 이를 보상하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)는,
    내부에 브라인의 수용이 가능하도록 내부가 빈 형태로 이루어지는 열교환몸체(10a);
    상기 열교환몸체(10a)의 일측에 형성되어 브라인을 공급받는 브라인 유입구(20a);
    상기 열교환몸체(10a)의 타측에 형성되어 브라인을 배출하는 브라인 배출구(30a); 및
    지그재그로 적층된 형태로 이루어지거나 나선형으로 적층된 형태로 이루어져, 상기 열교환몸체(10a)의 내부에 구비되며, 일단으로 냉각수를 공급받고, 타단으로 냉각수가 배출되게 하는 냉각수 유로(40a);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 저온용 열교환기(410) 및 고온용 열교환기(420)는,
    내부에 브라인의 수용이 가능하도록 내부가 빈 형태로 이루어지는 열교환몸체(10b);
    중심부가 원뿔 형태로 상방으로 돌출되도록 이루어져 상기 열교환몸체(10b)의 바닥면을 구성하는 돌출바닥부(50b);
    상기 브라인 몸체의 측면 일측에 형성되어 브라인을 상기 열교환몸체(10b)의 내부로 공급하는 브라인 유입구(20b);
    일단이 상기 돌출바닥부(50b)의 중심부를 관통하여 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 돌출된 상태로 구비되어 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 수용된 브라인이 배출되게 하는 브라인 방출배관(70b);
    상기 돌출바닥부(50b)를 따라 나선형으로 적층된 코일의 형태로 이루어져, 상기 열교환몸체(10b)의 내부에 구비되며, 일단으로 냉각수를 공급받아 타단으로 냉각수가 배출되게 하는 냉각수 유로(40b);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 돌출바닥부(50b)에는,
    상부면을 따라 상하방향으로 연장되어 상기 냉각수 유로(40b)가 고정되게 하는 유로 고정부재(51b)가 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정설비용 브라인 공급 온도 제어 시스템.
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