KR20230026997A - 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 프로버 테이블의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지(110)의 온도를 제어하는 온도 제어 장치(1)에 관한 것으로, 상기 장치는 온도조절 유체를 온도조절 장치(1) 내로 도입하는 유체 유입구(10) 및 도입된 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위한 제 1열교환기(20)를 갖는다. 제 2열교환기(30)를 사용하여 온도조절 유체의 온도를 조절한다. 온도조절용의 온도조절 유체는 샘플러 온도조절 라인(40)을 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달될 수 있다. 피드백 회로(60)는 피드백 스위치 신호에 응답하여, 선택적으로 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백된 온도조절 유체를 제 1열교환기(20)를 통해 전달하거나 제 1열교환기(20)를 우회하여 유출되도록 한다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지의 온도조절 장치, 샘플러 스테이지와 온도조절 장치를 갖는 시스템, 및 온도조절 방법에 관한 것이다.
종래 기술로부터, -200℃ 내지 +400℃의 온도 범위에서 반도체 웨이퍼를 테스트하는 테스트 장치 및 방법이 공지되어 있다. 이를 위해, 반도체 웨이퍼는 각각 원하는 테스트 온도로 냉각 및/또는 가열되는 샘플러 스테이지 상에 놓인다. 이러한 샘플러 스테이지(sampler stage)는 웨이퍼 샘플러(wafer samplers) 및/또는 척(chucks)이라고도 부른다. 온도조절을 위해, 샘플러 스테이지를 원하는 테스트 온도로 냉각 및/또는 가열하는 온도조절 유체는 샘플러 스테이지로 및/또는 이를 통해 전달된다. 원칙적으로, 기체 온도조절 유체뿐만 아니라 액체 온도조절 유체를 사용하는 방법이 공지되어 있다.
문헌 EP 1 495 486 B3에는 먼저 샘플러 스테이지의 온도조절을 위해 온도조절 유체를 사용하는 온도조절 장치의 실시예가 기재되어 있다. 이어서, 온도조절 유체는 샘플러 스테이지로부터 다시 온도조절 장치로 되돌아 오고 그곳에서부터 새로 도입된 온도조절 유체의 온도조절을 위해 사용되는 열교환기를 통해 전달된다. 이것은 온도조절 장치에 새로 도입된 온도조절 유체의 적어도 일부의 온도조절을 위해, “재순환되어” 피드백된 온도조절 유체를 한 번 더 사용할 수 있는 장점을 갖고 있다. 결과적으로, 예를 들어 온도조절 유체를 냉각시키는 데 필요한 총 냉각 에너지를 줄일 수 있다.
공지된 방법 및/또는 온도조절 장치는 샘플러 스테이지의 테스트 온도를 조절하기 위해 여전히 다량의 에너지를 필요로 하는 단점을 갖고 있다.
본 발명에서 해결하려는 과제는 에너지 효율적인 방식으로 샘플러 스테이지의 온도에 대한 조절 가능성을 제공하는 것이다. 본 발명에서 해결하려는 또 다른 과제는 샘플러 스테이지의 테스트 온도에 대한 보다 신속한 조절 가능성을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립항의 주제에 의해 해결된다. 바람직한 실시예는 종속항의 주제이다.
제 1양태는 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지의 온도를 조절하는 온도조절 장치에 관한 것으로, 이 장치는 온도조절 유체를 온도조절 장치 내로 도입하는 유체 유입구를 갖는다. 온도조절 장치는 도입된 온도조절 유체의 온도를 사전 조절하는 제 1열교환기와 온도조절 유체의 온도를 조절하는 제 2열교환기를 포함한다. 온도조절된 온도조절 유체는 샘플러 온도조절 라인을 통해 샘플러 스테이지로 전달될 수 있다. 피드백 스위치 신호에 응답하여, 피드백 회로는 샘플러 스테이지로부터 피드백된 온도조절 유체를 선택적으로 제 1열교환기를 통해 전달하거나 열교환기를 우회하여 유출될 수 있게 한다.
온도조절 장치는 적어도 샘플러 온도조절 라인을 통해 샘플러 스테이지에 연결되도록 제공되는 소위 냉각기(chiller)로서 구성될 수 있다. 이러한 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드의 테스트용 샘플러 스테이지는 척(chuck)이라고도 칭하며, 전형적으로 적어도 부분적으로 폐쇄된 샘플러 용기에 배열된다. 따라서, 온도조절 장치는 샘플러 시스템의 일부로서 구성될 수 있으며, 이 시스템은 샘플러 용기를 구비하거나 구비하지 않는 샘플러 스테이지뿐만 아니라 온도조절 장치를 모두 포함할 수 있다.
온도조절 장치는 제어부를 더 포함할 수 있고/있거나 제어부에 연결될 수 있다. 제어부는 하나 이상의 스위치 밸브 및/또는 소프트웨어 프로그램이 실행될 수 있는 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
유체 유입구는 온도조절 유체를 온도조절 장치 내로, 가령 유체 유입구가 형성될 수 있는 하우징 벽을 통해 온도조절 장치의 하우징 내로 도입하는 역할을 한다.
액체 및/또는 가스 유체를 온도조절 유체로서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 건조 공기 같은 가스 유체를 온도조절 유체로서 사용할 수 있으며, 이 경우 온도조절 장치는 공냉식 온도조절 장치로서 구성된다.
온도조절 장치는 2개 이상의 열교환기, 즉 도입된 온도조절 유체의 온도를 사전 조절하는 제 1열교환기와 온도조절 유체의 실제 온도조절용 제 2열교환기를 포함한다. 온도조절 유체는 유체 유입구로부터 제 1열교환기로, 그리고 제 1열교환기로부터 제 2열교환기 내로 전달될 수 있다. 제 2열교환기로부터 유체는 샘플러 온도조절 라인으로 전달될 수 있다.
공급된 온도조절 유체의 온도조절은 복수의 스텝 및/또는 단계에서 일어날 수 있다. 제 1열교환기에서 온도를 사전 조절하는 동안, 온도조절 유체는 아직 온도조절에 필요한 목표 온도, 즉 아직 샘플러 스테이지의 테스트 온도에 도달할 필요가 없다. 그러나, 온도를 사전 조절하는 동안, 공급된 온도조절 유체의 온도는 임시 온도(provisional temperature), 즉 예를 들어 대략 실온에서 온도조절 유체의 원하는 목표 온도로 변화될 수 있다. 온도조절 유체는 제 2열교환기에서만 원하는 목표 온도로 온도조절된다. 온도조절 유체의 목표 온도로서, 예를 들어, 샘플러 스테이지의 현재 설정된 테스트 온도를 사용할 수 있다. 샘플러 스테이지를 냉각하는 동안 온도조절 유체는, 가능한 한 빨리 샘플러 스테이지를 새로운 테스트 온도로 조절하기 위해, 실제 테스트 온도보다 훨씬 더 낮을 수 있는 가능한 최소 목표 온도로 적어도 일시적으로 온도조절될 수 있다.
제 1열교환기는 도입된, 예를 들어 새로운 온도조절 유체의 온도를 미리 조절하도록 구성된다. 제 1열교환기에서, 새로 도입된 온도조절 유체와 피드백된 온도조절 유체 간에 열교환이 일어날 수 있다. 이 열교환의 결과로, 새로 도입된 온도조절 유체는 피드백된 온도조절 유체에 의해 사전 온도조절되며, 이는 여전히 원하는 테스트 온도 정도가 될 수 있다.
피드백 회로는 온도조절 장치를 피드백 작동상태로 전환할 수 있으며, 이 상태에서 피드백 및/또는 전달되는 온도조절 유체는 제 1열교환기를 통해 전달된다. 피드백 작동상태는, 예를 들어 새로 도입된 온도조절 유체를 샘플러 스테이지로부터 피드백되는 온도조절 유체에 의해 제 1열교환기에서 예냉하기 위해, 샘플러 스테이지가 더 낮은 테스트 온도, 예를 들어 -40℃로 냉각되는 냉각 모드에서 사용할 수 있다. 따라서, 피드백된 온도조절 유체는 여전히 예를 들어 -30℃의 냉기를 가질 수 있어, 예를 들어 대략 실온에서 도입되는 새로운 온도조절 유체가 잘 예냉될 수 있다. 여하튼, 피드백된 온도조절 유체의 냉기를 사용하여, 새로 도입된 온도조절 유체는 이미 몇 도만큼, 예를 들어 0℃ 미만의 온도로 예냉될 수 있다. 이어서, 새로운 온도조절 유체는 제 2열교환기에서 목표 온도, 예를 들어 -40℃의 미리 결정된 테스트 온도로 냉각될 수 있다.
한편으로, 사전 온도조절은 피드백된 온도조절 유체의 열 및/또는 냉기 성분이 유용하게 사용되는 점에서 가능한 한 많은 에너지를 절약하면서 목표 온도를 달성할 수 있게 한다. 다른 한편으로, 사전 온도조절은 우선 극한의 온도 달성을 가능케 할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 피드백된 온도조절 유체를 새로운 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 사용함으로써, 처음부터 매우 낮은 온도를 달성할 수 있다.
따라서, 피드백된 온도조절 유체를 새로운 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 사용함으로써, 온도조절 장치의 여러 작동상태에서 유용할 수 있고 에너지 효율에 기여할 수 있는 반면, 다른 작동상태에서 이는 에너지 사용에 부정적인 영향을 줄 수 있으며, 예를 들어 상대적으로 높은 에너지 소비로 이어질 수 있다.
예를 들어, 샘플러 스테이지가 상대적으로 높은 테스트 온도 (가령, 섭씨 수백 도)로부터 실온에 가까운 온도로 냉각되면, 고온의 피드백된 온도조절 유체에 의한 사전 온도조절은 바람직하지 않다. 이는, 제 2열교환기에서 테스트 온도로 다시 냉각해야 하는데, 그 전에 예를 들어, 대략 실온에서 새로 도입된 온도조절 유체가 사전 온도조절에 의해 상당히 높은 온도로 먼저 예열되기 때문이다. 이를 위해, 높은 냉각 용량, 및 따라서 다량의 냉각 에너지가 필요하다.
에너지 사용을 개선하기 위해, 온도조절 장치는 피드백 회로를 포함한다. 피드백 회로는, 예를 들어 제어부로부터 피드백 스위치 신호를 수신한다. 피드백 스위치 신호는 온도조절 장치의 원하는 작동상태에 따라 각각 달라질 수 있다.
예를 들어, 샘플러 스테이지가 강력한 냉각 용량을 제공하고 예열되지 않은 경우, 피드백 회로는 새로 도입된 온도조절 유체의 사전 온도조절에 사용할 수 있는 제 1열교환기를 통해 피드백된 온도조절 유체를 전달할 수 있다. 그러면, 피드백 회로는 피드백 작동상태로 된다.
강하게 가열된 상태에서 샘플러 스테이지를 냉각하기 위해, 피드백 회로는 해당 피드백 스위치 신호에 응답하여, 피드백된 온도조절 유체의 방향을 전환할 수 있다. 그러한 상태에서 피드백 회로는, 예를 들어 피드백된 유체가 유출될 수 있게 한다. 어쨌든, 이 상태에서 피드백 회로는 새로운 유체의 사전 온도조절을 위해 피드백된 온도조절 유체를 제 1열교환기를 통해 더 이상 전달하지 않는다. 그러면, 피드백 회로는 유출 작동상태가 된다.
따라서, 피드백 회로는 적어도 2가지 상태, 즉 피드백 작동상태와 유출 작동상태 사이에서 가역적으로 전환될 수 있다. 피드백 회로의 피드백 작동상태에서, 피드백된 온도조절 유체는 제 1열교환기를 통해 전달되고, 피드백 회로의 유출 작동상태에서, 피드백된 온도조절 유체는 제 1열교환기를 우회하여 유출되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제 1열교환기를 통해 전달되지 않고 주변 환경으로 간단히 배출될 수 있다.
피드백 회로로 인해, 특히 샘플러 스테이지의 강력한 냉각의 경우, 미리 결정된 테스트 온도가 이것을 필요로 하지 않으면, 피드백된 온도조절 유체는 더 이상 제 1열교환기에서 새로운 온도조절 유체를 불필요하게 가열하지 않기 때문에, 냉각 에너지를 절약할 수 있다. 따라서, 피드백 회로는 냉각 에너지를 절약하고, 온도조절 장치의 작동 비용을 줄일 수 있다. 또한, 적어도 일부 작동상태에서는, 제 2열교환기에서 냉각이 강할 필요는 없는 점에서, 온도조절 장치에 의해 야기되는 작동 소음도 감소될 수 있다. 또한, 에너지 절약으로 인해, 작동 비용, 특히 전력 등의 작동 비용 및/또는 제 2열교환기에 결합된 냉각 장치의 마모로 인한 유지보수 비용이 절감될 수 있다.
제 1열교환기에서 사전 온도조절된 후에, 피드백된 온도조절 유체는 주변 환경으로 유출될 수 있고/있거나, 그곳에서 주변 공기를 조절하기 위해 샘플러 용기에서 유출될 수 있게 한다. 이는 제 1열교환기를 우회하여 피드백된 온도조절 유체의 유출에 대해서도 동일하게 적용된다.
일부 작동상태 및/또는 작동 전환에서, 피드백된 온도조절 유체가 제 1열교환기를 우회하여 유출될 수 있는 가능성으로 인해, 피드백된 열 함량을 사용하는 것보다 훨씬 신속하게 샘플러 스테이지의 테스트 온도를 설정할 수 있다. 이것은, 특히 샘플러 스테이지를 예를 들어, 섭씨 수백 도의 가열된 상태로부터 실온 부근 및/또는 영하의 섭씨 온도 범위에서 적당한 온도로 냉각할 때, 동일하게 적용된다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 피드백 작동상태에서, 유체가 제 1열교환기를 통해 피드백 회로에 의해 전달될 때, 피드백된 온도조절 유체에 의해서 제 1열교환기에서 도입된 온도조절 유체의 온도가 사전 조절된다. 여기서, 온도조절 장치의 피드백 작동상태는 온도가 비교적 낮은 단계, 예를 들어 최대 40K 단계, 바람직하게는 최대 25K 단계, 특히 바람직하게는 최대 10K 단계로 온도가 변화하는 작동상태일 수 있다. 일반적으로, 온도조절 장치의 냉각 작동상태는 새로 도입된 온도조절 유체가 제 2열교환기에서뿐만 아니라 제 1열교환기에서 테스트 온도로 사전 온도조절되는 상태일 수 있다. 여기서, 테스트 온도는, 예를 들어 온도조절 장치의 최소 조절가능 온도부터 하한 임계 온도까지의 범위일 수 있다. 최소 조절가능 테스트 온도는, 예를 들어 -40℃, -55℃ 또는 -200℃와 같이, 온도조절 장치에 의해 달성할 수 있는 가장 낮은 테스트 온도일 수 있다. 하한 임계 온도는 실온에 가까울 수 있으며, 즉 예를 들어 약 10℃ 내지 약 35℃의 범위 내에 있을 수 있다. 달성 가능한 최소 테스트 온도부터 하한 임계 온도까지의 이러한 온도 범위에서, 온도조절 장치는 전형적으로, 피드백 작동상태에서 작동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1열교환기를 통해 흐른 후에, 피드백된 온도조절 유체는 유출구를 통해 유출되도록 할 수 있다. 여기서, 제 1열교환기를 유출구에 연결하는 유출 라인이 제공될 수 있다. 유출구를 통해, 피드백된 온도조절 유체는, 예를 들어 주변 환경으로 유출될 수 있고/있거나, 적어도 부분적으로 샘플러 용기를 컨디셔닝하는 데 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 유출 작동상태에서, 피드백 회로는 샘플러 스테이지가 가열된 상태로부터 냉각될 때, 제 1열교환기를 우회하여 샘플러 스테이지로부터 피드백된 온도조절 유체가 유출될 수 있게 한다. 유출 작동상태에서, 따라서 도입된 새로운 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해, 더 이상 피드백된 온도조절 유체를 사용하지 않는다. 결과적으로, 제 2열교환기에서는 유출 작동상태에서, 필요로 하는 냉각 에너지를 줄일 수 있다.
일반적으로, 사전 온도조절이 온도조절에 비생산적인 경우, 즉 예를 들어, 피드백된 온도조절 유체의 온도가 도입된 온도조절 유체의 온도를 조절하는 목표 온도에서 크게 너무 벗어난 경우, 피드백된 온도조절 유체는 제 1열교환기를 우회하여 유출되도록 할 수 있다.
또한, 달성하고자 하는 목표 온도가 피드백된 온도조절 유체의 피드백 온도보다 새로 도입된 온도조절 유체의 임시 또는 도입 온도 (즉, 예를 들어 대략 실온)에 가까운 경우, 피드백된 온도조절 유체는 제 1열교환기를 우회하여 유출될 수 있는 가능성이 있다. 여기서, 소비될 냉각 용량을 고려하여, 거의 항상 제 1열교환기에서는 사전 온도조절을 생략할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 유출 작동상태에서, 피드백 회로는 샘플러 스테이지가 제 1온도로부터 제 1온도보다 50K 이상 낮은 제 2온도로 냉각될 때, 샘플러 스테이지로부터 피드백된 온도조절 유체가 제 1열교환기를 우회하여 유출될 수 있게 한다. 새로운 온도조절 유체의 테스트 온도로서 제 2온도가 제 1온도, 즉 샘플러 스테이지의 현재 실제 온도로부터 약 50K 이상, 즉 예를 들어, 적어도 약 100K 또는 약 200K만큼 벗어날 때, 온도조절 장치는 유출 작동상태로 전환된다. 이는 제 2열교환기에서 소비될 냉각 용량의 절약을 가져올 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 유출 작동상태에서 샘플러 스테이지의 냉각 시에, 피드백 회로는 샘플러 스테이지의 온도가 약 20℃ 내지 약 40℃의 범위 내에서 샘플러 스테이지 임계 온도 미만으로 떨어질 때까지, 샘플러 스테이지로부터 피드백된 온도조절 유체가 제 1열교환기를 우회하여 유출될 수 있게 한다. 바람직하게는, 샘플러 스테이지 임계 온도는 실온 및/또는 온도조절 유체의 임시 온도보다 약간 더 높고, 예를 들어 약 30℃이다. 샘플러 스테이지의 온도가 샘플러 스테이지 임계 온도 미만으로 떨어지면, 온도조절 장치는 피드백 작동상태로 전환될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 피드백 작동상태에서, 피드백 회로는 샘플러 스테이지가 피드백 임계 온도 미만으로 온도조절될 때, 샘플러 스테이지로부터 피드백된 온도조절 유체를 제 1열교환기를 통해 전달한다. 여기서, 피드백 임계 온도는 약 10℃ 내지 약 40℃의 범위, 특히 약 20℃ 내지 약 35℃의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 테스트 온도에서, 따라서 새로 도입된 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 피드백된 온도조절 유체의 상대적인 냉기를 사용하기 위해, 온도조절 장치를 피드백 작동상태에서 작동시키는 것이 대개는 유용할 수 있다.
일반적으로, 라인 분기에 추가하여, 피드백 회로는 출구 밸브 및/또는 과압 밸브 및/또는, 스위치 위치(들)을 통해 피드백된 온도조절 유체가 유출할 수 있게 되는지의 여부나 제 1열교환기를 통해 전달되는지의 여부를 조절할 수 있는 스위치 밸브를 포함할 수 있다.
제 2양태는 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지의 온도를 조절하는 온도조절 장치에 관한 것이다. 이는 특히, 제 1양태에 따른 온도조절 장치일 수 있다. 온도조절 장치는 온도조절 유체를 온도조절 장치 내로 도입하는 유체 유입구 및 온도조절 유체의 온도를 조절하는 하나 이상의 열교환기를 포함한다. 마찬가지로, 온도조절 유체의 온도조절을 위해 냉각 부스터가 제공된다. 온도조절 장치는 온도조절된 온도조절 유체가 샘플러 스테이지로 전달될 수 있는 샘플러 온도조절 라인을 포함한다. 도입 스위치 신호에 응답하여, 유입 유체 회로는 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기를 통해 또는 냉각 부스터를 통해 샘플러 온도조절 라인으로 선택적으로 전달한다.
특히, 온도조절 장치는 제 1양태에 따른 온도조절 장치로서 구성될 수 있다. 이러한 이유로, 제 1양태에 따른 온도조절 장치의 개별 특징에 관한 설명은 제 2양태에 따른 온도조절 장치에도 관련되며, 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 특히 유체 유입구, 온도조절 유체, 샘플러 온도조절 라인 등은 유사하거나 동일할 수 있다. 제 2양태에 따른 온도조절 장치의 하나 이상의 열교환기는, 예를 들어, 제 1양태에 따른 전술한 온도조절 장치의 제 2 또는 제 1열교환기일 수 있다.
제 1양태에 따른 온도조절 장치의 요소와 대조적으로 및/또는 그에 추가하여, 제 2양태에 따른 온도조절 장치는 적어도 냉각 부스터 및 유입 유체 회로를 포함한다. 유입 유체 회로는, 예를 들어 유입 유체 회로가 제어 및/또는 조절되는 제어부로부터 도입 스위치 신호를 수신함으로써, 적어도 도입된 온도조절 유체의 대부분이 하나 이상의 열교환기를 통해 또는 냉각 부스터를 통해 전달되도록 한다.
도입된 온도조절 유체의 선택된 및/또는 전환된 전달 경로에 따라서, 온도조절 장치의 여러 상이한 작동모드가 발생한다. 열교환기 모드에서, 도입된 온도조절 유체는 하나 이상의 열교환기를 통해 전달된다. 부스터 모드에서, 도입된 온도조절 유체는 대신 냉각 부스터에서 온도조절된다. 샘플러 스테이지의 원하는 테스트 온도에 따라서, 2개의 모드 중 하나가 에너지 측면에서 더 유리할 수 있다.
예를 들어, 낮은 온도 범위에서는 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기에서 온도조절하는 것이 필요할 수 있는데, 그 이유는 이러한 식으로만 낮은 테스트 온도를 달성할 수 있기 때문이다. 그러나, 적당한 온도 범위에서는 연결된 냉각 장치로 열교환기를 스위치 오프하고 대신에 냉각 부스터로만 테스트 온도를 조절하는 것이 유용할 수 있는데, 이는 더 적은 작동 용량을 필요로 한다. 따라서, 부스터 모드는, 예를 들어 실온 근처의 더 낮은 영상의 온도에서 유용할 수 있다. 예를 들어, 냉각 부스터는 제 2열교환기용 냉각 장치보다 훨씬 적은 작동 에너지를 필요로 할 수 있는데, 이러한 냉각 장치가 냉각 응집체 및/또는 응축기를 필요로 할 수 있기 때문이다.
이 온도조절 장치에서는 비교적 적은 작동 에너지를 필요로 하는 냉각 부스터를 사용하는 장점과, 냉각 부스터만으로는 달성할 수 없는, (가령, 제 2) 열교환기의 온도조절 유체를 매우 낮은 온도로 냉각할 수 있는 가능성이 조합되어 있다. 유입 유체 회로는 작동 시 가능한 최대의 에너지 절약을 가능케 하기 위해, 가능한 한 지능적으로 제어할 수 있다.
여기서, 분기 및/또는 접속부가 제공될 수 있으며, 이곳에서는 온도조절된 온도조절 유체가 열교환기로부터 또는 냉각 부스터로부터 샘플러 온도조절 라인으로 전달될 수 있는 방식으로, 하나 이상의 열교환기로부터의 배출 라인이 냉각 부스터로부터의 배출 라인에 결합된다. 이를 위해, 셔틀 밸브 및/또는 “OR” 밸브를 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 열교환기 작동모드에서, 유입 유체 회로는 샘플러 스테이지가 가열된 상태로부터 냉각될 때, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기를 통해 샘플러 온도조절 라인으로 전달한다. 여기서, 열교환기 모드는 유입 유체 회로가 새로 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기를 통해 전달하는 온도조절 장치의 작동모드이다. 이는, 예를 들어 제 1양태과 관련하여 설명한 것으로, 샘플러 스테이지가 가열된 상태로부터 신속하게 냉각되는 유출 작동상태에서 유리할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 열교환기 작동모드에서, 유입 유체 회로는 샘플러 스테이지가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기를 통해 샘플러 온도조절 라인으로 전달한다. 여기서, 온도조절 장치는 샘플러 스테이지가 하한 임계 온도 미만의 목표 온도로 온도조절될 때, 항상 열교환기 모드로 작동되도록 구성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 온도조절 장치의 부스터 작동모드에서, 유입 유체 회로는 샘플러 스테이지가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 상한 임계 온도 초과 및 약 40℃ 내지 약 70℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 냉각 부스터를 통해 샘플러 온도조절 라인으로 전달한다. 부스터 모드에서, 온도조절 장치는 일반적으로 열교환기 모드보다 적은 작동 에너지를 필요로 한다. 이러한 이유로, 부스터 모드에서 온도조절 장치의 작동을 가능케 하는 것이 에너지 측면에서 유용할 수 있다. 부스터 모드에서, 하나 이상의 열교환기를 냉각시키는 냉각 장치는 스위치 오프될 수 있으며, 이는 온도조절 장치의 작동 소음을 줄일 수 있다. 부스터 모드는, 샘플러 스테이지가 적당한 온도 범위, 예를 들어 대략 실온 부근에서 테스트 온도로 온도조절되는 온도조절 장치의 작동에 특히 적합하다. 여기서, 적당한 온도 범위는 하한 임계 온도부터 대략 상한 임계 온도까지의 범위일 수 있다. 예시적인 일실시예에서, 하한 임계 온도는 약 15℃일 수 있다. 예시적인 일실시예에서, 상한 임계 온도는 약 15℃ 또는 약 60℃일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉각 부스터는 도입된 온도조절 유체가 온류부(worm flow portion)와 냉류부(cold flow portion)로 나뉘고 냉류부만 샘플러 온도조절 라인으로 전달하는 와류관을 포함한다. 와류관의 원리는 당업자에게 공지되어 있다. 와류관에서, 도입된 온도조절 유체는 소용돌이치거나 회전함으로써, 온류부와 냉류부로 나뉜다. 온도조절 유체의 온류부와 냉류부는 서로 다른 출구를 통해 와류관 및/또는 냉각 부스터를 나와 전달된다. 샘플러 스테이지의 온도조절을 위해 온도조절 유체의 냉류부만 추가로 사용 및 제공된다. 이 냉류부는 샘플러 온도조절 라인으로 전달된다.
일 실시예에 따르면, 유입 유체 회로는 스위치 밸브를 포함하며, 이는 도입된 온도조절 유체를 스위치 밸브의 스위치 위치의 관계에 따라 하나 이상의 열교환기 또는 냉각 부스터로 선택적으로 전달한다. 여기서, 스위치 밸브는 그의 위치가 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기 또는 냉각 부스터 방향으로 전환하도록, 도입된 온도조절 유체용 라인에 배열된다. 여기서, 스위치 밸브는 냉각 부스터 및/또는 열교환기에 직접 연결될 필요가 없다. 예를 들어, 온도조절을 위한 하나 이상의 열교환기 전에, 유체는 사전 온도조절을 위한 또 다른 (가령, 제 1) 열교환기로 전달될 수 있다. 또한, 하나 이상의 추가 밸브 및/또는 하나의 회로 및/또는 하나의 추가 (가령, 제 1) 열교환기가 스위치 밸브와 냉각 부스터 사이에 제공될 수 있다.
제 3양태는 샘플러 스테이지, 및 적어도 샘플러 온도조절 라인을 통해 그에 연결된 제 1 및/또는 제 2양태에 따른 온도조절 장치를 갖는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 샘플러 시스템으로서 구성될 수 있고, 적어도 부분적으로 폐쇄된 샘플러 용기에 샘플러 스테이지를 포함할 수 있다. 샘플러 용기 내에는 클린룸 조건이 존재할 수 있다. 시스템은, 예를 들어 특정 가능한 테스트 온도 같은 제어되고 조절가능한 조건 하에서 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드를 테스트하는 데 사용할 수 있다. 대안으로, 시스템은 샘플러 용기 없이 구성될 수도 있고, 온도조절 장치는 샘플러 스테이지를 비롯해, 필요한 임의의 라인을 포함할 수 있다.
제 4양태는 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지의 온도를 조절하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은:
- 도입된 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 온도조절 유체를 제 1열교환기 내로 도입하는 단계;
- 온도조절 유체의 온도조절을 위해 온도조절 유체를 제 1열교환기로부터 제 2열교환기 내로 전달하는 단계;
- 온도조절된 온도조절 유체를 샘플러 스테이지로 전달하는 단계; 및
- 피드백 회로를 제어 및/또는 조절하기 위해 피드백 스위치 신호를 제공하는 단계를 포함하며, 피드백 스위치 신호에 응답하여, 샘플러 스테이지로부터 피드백되는 온도조절 유체는 선택적으로 제 1열교환기를 통해 전달되거나, 제 1열교환기를 우회하여 유출되도록 할 수 있다.
특히, 이 방법은 제 1양태에 따른 온도조절 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 이러한 이유로, 제 1양태에 따른 온도조절 장치에 관한 모든 설명은 제 4양태에 따른 방법에도 관련되며, 그 반대도 마찬가지이다. 이 방법에서, 새로 도입된 온도조절 유체는 제 1열교환기에서 사전 온도조절될 수 있고, 예를 들어 제 2열교환기에서 그의 목표 온도로 사전 온도조절될 수 있다. 피드백 회로는, 예를 들어 에너지 측면에서 유용한 경우, 피드백된 온도조절 유체를 정확하게 제 1열교환기에서 사전 온도조절에 사용할 수 있게 하고, 제 2열교환기에서 필요로 하는 냉각 용량을 줄인다. 다른 모든 작동상태에서, 피드백된 온도조절 유체는 제 1열교환기를 우회하여 유출되도록 할 수 있다.
방법의 추가 개발에서:
- 샘플러 스테이지가 가열된 상태로부터 냉각될 때, 샘플러 스테이지로부터 피드백되는 온도조절 유체가 제 1열교환기를 우회하여 유출되도록 하는 단계; 및/또는
- 샘플러 스테이지가 피드백 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 샘플러 스테이지로부터 피드백되는 온도조절 유체를 제 1열교환기를 통해 전달하는 단계 중 하나 이상이 수행된다.
피드백된 온도조절 유체는, 유출 작동상태가 필요할 때, 즉 예를 들어 샘플러 스테이지가 제 1온도로부터 예를 들어, 제 1온도보다 적어도 약 50K 낮은 제 2온도로 냉각될 때, 제 1열교환기를 우회하여 유출되도록 할 수 있다. 피드백된 온도조절 유체가 제 1열교환기를 통해 전달되는 피드백 임계 온도 미만은 약 20℃ 내지 약 35℃의 범위, 특히 약 30℃ 및/또는 실온일 수 있다.
제 5양태는 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지의 온도를 조절하는 방법에 관한 것으로, 이는 특히 제 4양태에 따른 전술한 방법에 대한 보완일 수 있으며, 이 방법은:
- 온도조절 유체의 온도조절을 위해 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기 내로 도입하는 단계;
- 온도조절 유체의 온도조절을 위해 온도조절 유체를 냉각 부스터 내로 도입하는 단계;
- 온도조절된 온도조절 유체를 샘플러 스테이지로 전달하는 단계; 및
- 유입 유체 회로를 제어 및/또는 조절하기 위해 도입 스위치 신호를 제공하는 단계를 포함하고, 도입 스위치 신호에 응답하여, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기를 통해 또는 냉각 부스터를 통해 샘플러 스테이지로 선택적으로 전달한다.
특히, 이 방법은 제 2양태에 따른 온도조절 장치에 의해 실행될 수 있다. 이러한 이유로, 제 2양태에 따른 온도조절 장치에 관한 모든 설명은 제 5양태에 따른 방법에도 관련되며, 그 반대도 마찬가지이다. 방법 단계는 반드시 언급한 순서대로 실행할 필요는 없다. 작동모드에 따라, 도입된 온도조절 유체는 온도조절 유체를 온도조절하기 위해, 하나 이상의 열교환기를 통해 또는 냉각 부스터를 통해 전달될 수 있다. 테스트 사이클 동안, 열교환기 모드와 부스터 모드는 서로 다른 빈도로 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이 방법에서:
- 샘플러 스테이지가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기를 통해 샘플러 스테이지로 전달하는 단계;
- 샘플러 스테이지가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 상한 임계 온도 초과 및 약 40℃ 내지 약 70℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 냉각 부스터를 통해 샘플러 스테이지로 전달하는 단계;
- 도입된 온도조절 유체가 냉각 부스터를 통해 샘플러 스테이지로 전달될 때, 열교환기 내에서 온도조절을 위해 사용되는 냉각 장치를 스위치 오프하는 단계; 및/또는
- 샘플러 스테이지가 약 40℃ 내지 약 70℃의 범위 내에 있는 상한 임계 온도 초과의 온도로 온도조절될 때, 열교환기 내에서 온도조절을 위해 사용되는 냉각 장치를 스위치 오프하고/하거나 냉각 부스터를 스위치 오프하는 단계 중 하나 이상이 수행될 수 있다.
열교환기 모드에서, 도입된 온도조절 유체는 열교환기를 통해 샘플링 스테이지로 전달될 수 있으며, 이때도 유체는 열교환기에서 온도조절된다. 부스터 모드에서, 온도조절 유체는 냉각 부스터를 통해 전달되고, 샘플러 스테이지로 전달되기 전에, 온도조절된다. 예를 들어, 샘플러 스테이지가 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절되어야 하는 경우, 열교환기 모드를 항상 사용할 수 있다. 하한 임계 온도에서 상한 임계 온도까지 목표 온도를 포함할 수 있는 적당한 온도 범위에서, 부스터 모드를 사용할 수 있다.
샘플러 스테이지가 상한 임계 온도 초과의 테스트 온도로 온도조절되어야 하는 경우, 열교환기 및/또는 냉각 부스터는 적어도 스위치 오프되거나 대기 모드로 들어갈 수 있는데, 이는 샘플러 스테이지의 라디에이터에 의해서 이러한 테스트 온도를 설정할 수 있기 때문이다. 이것은 다음에, 샘플러 시스템 및/또는 온도조절 장치가 가열 작동상태에서 작동될 수 있음을 의미한다. 이 가열 작동상태에서, 열교환기 및/또는 냉각 부스터에서 온도조절에 사용되는 냉각 장치를 스위치 오프하거나 턴 다운함으로써, 에너지 및 비용을 절약할 수 있다. 도입된 온도조절 유체가 냉각 부스터에서 온도조절될 때, 즉 온도조절 장치가 부스터 모드로 작동될 때에도, 따라서 필요한 총 에너지를 절감하기 위해, 하나 이상의 열교환기는 스위치 오프 및/또는 대기 모드로 전환될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, “실질적으로” 및/또는 “약(대략)”이라는 용어는 용어 다음에 있는 숫자로부터 최대 5%의 편차 및 용어 다음에 있는 방향 및/또는 각도로부터 최대 5°의 편차를 나타내도록 사용할 수 있다.
“테스트 온도”라는 용어는 반도체 웨이퍼를 테스트하기 위해 샘플러 스테이지가 가져야 하는 온도를 지칭할 수 있다. 테스트 사이클 동안, 따라서 다양한 테스트 온도에서 샘플러 스테이지 상에 배열된 반도체 웨이퍼를 테스트하기 위해, 샘플러 스테이지를 다양한 테스트 온도로 설정할 수 있다.
“목표 온도”라는 용어는 샘플러 스테이지를 테스트 온도로 만들기 위해, 온도조절 장치에서 온도조절 유체가 온도조절 및/또는 설정되는 온도를 지칭할 수 있다. 온도조절 유체의 온도조절은, 예를 들어 온도조절 장치의 제 2열교환기 또는 냉각 부스터에서 이루어질 수 있다. 목표 온도는 테스트 온도와 상이하거나 같을 수 있다.
이하, 도면에 도시한 예시적인 실시예에 기반하여 본 발명을 추가로 설명한다. 이를 위해, 동일 또는 유사한 도면부호는 실시예의 동일 또는 유사한 특징을 지칭한다. 도면에 도시한 개별적인 특징은 다른 예시적인 실시예에서 구현할 수 있다.
도 1은 피드백 회로를 지닌 온도조절 장치를 갖는 샘플러 시스템의 개략도이다.
도 2는 유입 유체 회로를 지닌 온도조절 장치를 갖는 샘플러 시스템의 개략도이다.
도 3은 피드백 회로 및 유입 유체 회로를 지닌 온도조절 장치를 갖는 샘플러 시스템의 개략도이다.
도 4는 피드백 회로 및 유입 유체 회로를 지닌 샘플러 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 2는 유입 유체 회로를 지닌 온도조절 장치를 갖는 샘플러 시스템의 개략도이다.
도 3은 피드백 회로 및 유입 유체 회로를 지닌 온도조절 장치를 갖는 샘플러 시스템의 개략도이다.
도 4는 피드백 회로 및 유입 유체 회로를 지닌 샘플러 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 1은 온도조절 장치(1) 및 샘플러 용기(100)를 갖는 샘플러 시스템을 도시하는 개략도이다. 샘플러 용기(100)는 샘플러 스테이지(110)가 배열되는 실질적으로 폐쇄된 공간으로서 구성될 수 있다. 샘플러 스테이지(110)는 척이라고도 지칭한다. 온도 모니터링을 위해, 샘플러 스테이지(110)에는 온도 센서(111)가 배열될 수 있다. 또한, 샘플러 스테이지(110)를 실온 초과의 테스트 온도, 예를 들어 세 자리의 영상 섭씨 범위의 테스트 온도로 컨디셔닝하기 위해, 샘플러 스테이지(110)에는 라디에이터(120)를 배열할 수 있다.
온도조절 장치(1)는 샘플러 용기(100)와 별도의 구성요소로서 구성될 수 있으며, 예를 들어 복수의 디자인 요소가 배열되는 하우징을 포함할 수 있다. 온도조절 장치(1)는 냉각기(chiller)라고도 지칭한다. 온도조절 장치(1) 및 샘플러 스테이지(110)를 갖는 샘플러 시스템은 척 시스템이라고도 지칭한다.
온도조절 장치(1)는 도시된 바와 같이, 온도조절 장치(1)의 하우징에 통합되도록 배열될 수 있는 제어부(90)를 포함할 수 있다. 대안으로, 제어부(90)는 예를 들어, 전기적으로 및/또는 유체 라인을 통해 온도조절 장치(1)에 연결될 수 있는 별도의 구성요소로서 제공될 수 있다. 또한, 제어부(90)는 샘플러 시스템의 요소, 특히 온도 센서(111), 라디에이터(120), 피드백 회로(60), 밸브 및/또는 냉각 장치(35)에 전기적으로 연결될 수 있다.
온도조절 장치(1)는 새로 도입된 온도조절 유체용 유체 유입구(10)를 포함한다. 유체 유입구(10)에는, 예를 들어 대략 실온에서 온도조절 장치(1)에 도입될 수 있는 건조한 공기가 공급될 수 있다. 원칙적으로, 공기와 다른 온도조절 유체, 예를 들어 또 다른 가스 혼합물 및/또는 액체 유체가 사용될 수 있다. 그러나, 온도조절 장치(1)는 가능한 한 건조한 공기의 혼합물로 샘플러 스테이지(110)의 온도조절을 실행하는 공기 냉각 장치로 구성되는 것이 바람직하다.
온도조절 장치(1)는 제 1열교환기(20) 및 제 2열교환기(30)를 더 포함한다. 유체 유입구(10)를 통해 새로 도입된 온도조절 유체는 먼저 유입 라인(11)을 거쳐 제 1열교환기(20)로 전달될 수 있으며, 여기에서 사전 온도조절될 수 있다. 그곳에서부터 열교환기 연결 라인(21)을 거쳐 제 2열교환기(30)로, 그리고 그곳에서부터 열교환기 배출 라인(31)을 통해 유체 출구(41)로 전달될 수 있다. 유체 출구(41) 전에, 예를 들어 열교환기 배출 라인(31)에는 유체 온도 센서가 배열될 수 있으며, 이는 온도조절된 온도조절 유체의 온도를 확인하고 제어부(90)와 연결 및/또는 통신한다. 유체 온도 센서는 냉각 장치(35), 온도조절 장치(1) 및/또는 샘플러 시스템의 다양한 작동상태의 확장된 모니터링 및/또는 제어 및/또는 조절에 사용할 수 있다. 대안으로, 유체 온도 센서는 샘플러 온도조절 라인(40)의 유체 출구 뒤에 배열될 수도 있다.
제 1열교환기(20)를 통과하는 동안, 새로 도입된 온도조절 유체는 사전 온도조절될 수 있다. 온도조절 장치(1)의 작동상태에 따라, 새로 도입된 온도조절 유체는 사전 온도조절 없이, 즉 거의 변하지 않는 온도로 제 1열교환기(20)를 통과할 수도 있다.
제 2열교환기(30)는 온도조절 유체의 원하는 목표 온도를 조절하는 역할을 한다. 제 2열교환기(30)에서는, 냉각 장치(35)에서 냉각되는 냉각 유체와의 열교환이 일어난다. 냉각 장치(35)는 냉각 유체를 냉각하기 위해 하나 이상의 냉각 응집체, 응축기 및/또는 유사한 냉각 디바이스를 포함할 수 있다. 냉각 장치(35)는 소비될 냉각 용량의 대부분을 제공하고, 또한 대부분의 작동 소음에 대한 원인일 수 있다. 이러한 이유로, 온도조절 장치(1)는 그의 냉각 용량이 절대적으로 필요한 경우에만, 가능한 한 냉각 장치(35)를 사용한다. 온도조절 장치(1)의 모든 다른 작동상태에서, 냉각 장치(35)는 작동 소음의 저감뿐만 아니라 에너지 절약을 위해, 가능한 한 대기 모드로 스위치 오프되거나 그 모드로 들어갈 수 있다.
목표 온도로 온도조절된 온도조절 유체는 유체 출구(41)로부터 샘플러 온도조절 라인(40)을 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달된다. 샘플러 스테이지(110)에서, 온도조절 유체는 샘플러 스테이지(110)의 원하는 테스트 온도를 설정하는 역할을 한다. 예를 들어, 온도조절 유체의 냉기를 사용함으로써, 영하의 섭씨 범위 및/또는 실온 미만의 테스트 온도가 설정될 수 있다. 실온보다 훨씬 높은 온도 범위에서, 샘플러 스테이지(110)의 테스트 온도는 라디에이터(120)에 의해서만 설정될 수 있다.
샘플러 스테이지(110)의 현재 실제 온도를 확인하기 위해, 온도 센서(111)는 제어부(90)와 연결 및/또는 통신할 수 있다. 또한, 샘플러 스테이지(110)의 테스트 온도를 설정하기 위해, 라디에이터(120)는 제어부(90)를 통해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 실온 부근의 적당한 온도 범위에서, 라디에이터(120) 및 온도조절 장치(1) 모두의 제어된 조절에 의해서 테스트 온도를 조절할 수 있다.
적어도 도입된 온도조절 유체가 실온 부근의 임시 온도를 가질 때, 전술한 온도 범위는 유효하다. 도입된 온도조절 유체가 큰 온도편차를 가지면, 임시 온도 부근의 범위에서는 냉각과 가열의 조합으로, 이보다 훨씬 높은 온도범위에서는 라디에이터(120)만으로, 그리고 이보다 훨씬 낮은 온도 범위에서는 온도조절 유체의 냉기만으로 온도조절을 실행한다.
구체적으로, 샘플러 스테이지(110)를 더 낮은 온도로 조절할 때, 즉 예를 들어 테스트 온도를 영하의 섭씨 범위로 설정할 때, 제 2열교환기(30)에서 새로운 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백되는 온도조절 유체를 사용하는 것이 에너지 측면에서 유용할 수 있다. 샘플러 스테이지(110)에서 온도조절을 위해 사용되는 온도조절 유체는 피드백 라인(50)을 통해 샘플러 스테이지(110)로부터 온도조절 장치(1)의 피드백 입구(51)로 피드백될 수 있다. 피드백 입구(51)로부터 유체는 피드백 회로 유입 라인(52)을 통해 온도조절 장치(1)의 피드백 회로(60)에 전달될 수 있다. 피드백 회로(60)는 제어부(90)에 의해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 이를 위해, 제어부(90)는 피드백 회로(60)가 적어도 2가지 상태 사이에서 가역적으로 전환될 수 있는 피드백 스위치 신호를 제공 및/또는 생성할 수 있다. 피드백 회로(60)의 스위치 위치에 따라, 온도조절 장치(1)는 피드백 작동상태 또는 유출 작동상태에 있다.
유출 작동상태에서, 피드백된 온도조절 유체는 제 2유출 라인(65)을 통해 제 2유출구(62)로 전달되며, 이를 통해 유체가 유출할 수 있게 된다. 예를 들어 온도조절 유체를 소음 없이 및/또는 가능한 한 안전하게 주변 환경으로 배출하기 위해, 소음기 및/또는 하나 이상의 유출 밸브가 제 2유출구(62)에 배열될 수 있다. 유출 작동상태에서, 피드백된 온도조절 유체의 가열 및 냉각 에너지는 새로 도입된 온도조절 유체를 사전 온도조절하는 데 사용하지 않는다.
피드백 작동상태에서, 피드백된 온도조절 유체는 피드백 회로에 의해서 열교환기 피드백 라인(63)을 통해 제 1열교환기(20)로 전달된다. 제 1열교환기(20)에서는, 피드백된 온도조절 유체와 유체 유입구(10)를 통해 새로 도입된 온도조절 유체 간에 열교환이 일어날 수 있어, 사전 온도조절이 이루어진다.
제 1열교환기(20)를 통과한 후, 피드백된 온도조절 유체는 제 1유출 라인(64)을 통해 제 1유출구(61)로 전달될 수 있다. 제 1유출구(61)는 제 2유출구(62)와 유사하게 구성될 수도 있으며, 즉 소음기 및/또는 유출 밸브(들)을 가질 수 있다.
이를 위해, 온도조절 장치(1)는 샘플러 스테이지(110)가 비교적 낮은 테스트 온도로 설정될 때, 피드백 작동상태에 들어가도록 구성될 수 있다. 이는, 예를 들어 최소 조절가능 온도 범위부터 실온 정도 부근의 범위 또는 실온 바로 아래까지의 범위에서 온도를 테스트하는 경우일 수 있다. 샘플러 스테이지(110)가, 예를 들어 -40℃의 테스트 온도로 냉각되면, 샘플러 온도조절 라인(40)을 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달되는 온도조절 유체는 약 -40℃의 목표 온도로 온도조절될 수 있다. 피드백 라인(50)을 통해 피드백되는 온도조절 유체는, 예를 들어 약 -30℃의 온도를 여전히 가질 수 있으므로, 대략 실온에서 도입된 새로운 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 제 1열교환기(20)에서 잘 사용할 수 있다. 결과적으로, 새로 도입된 온도조절 유체는 냉각 장치(35)의 냉각 용량을 통해 제 2열교환기(30)에서 -40℃의 목표 온도로 완전히 냉각되기 전에, 제 1열교환기(20)에서 예냉된다.
그러나, 다른 작동상태에서, 피드백된 온도조절 유체를 사용하면 역효과를 낼 수 있다. 예를 들어, 샘플러 스테이지(110)가, 가령 300℃의 현재 테스트 온도로부터 영하의 범위 및/또는 실온에 가까운 새로운 테스트 온도로 냉각되어야 하는 경우, 제 1열교환기(20)에서 고온의 피드백된 온도조절 유체를 사용하는 것은 샘플러 스테이지(110)를 냉각할 때 비생산적일 수 있다. 냉각 동안, 특히 이전에 사용한 테스트 온도보다 적어도 약 50K 더 낮은 테스트 온도를 설정할 때, 온도조절 장치(1)는 유출 작동상태에 놓일 수 있다. 이 상태에서, 피드백된 온도조절 유체는 더 이상 제 1열교환기(20)를 통해 전달되지 않으나, 대신에 제 1열교환기(20)를 우회하여 제 2유출구(62)를 통해 유출할 수 있게 된다. 따라서, 유출 작동상태에서 샘플러 스테이지(110)는 더 적은 냉각 용량을 소비하면서 설정될 새로운 테스트 온도로 훨씬 더 신속하게 냉각될 수 있다.
도 2는 온도조절 장치(1) 및 샘플러 용기(100)를 갖는 샘플러 시스템의 추가 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 동일하거나 유사한 구성요소 및/또는 특징은 도 1과 동일한 참조번호를 갖는다.
도 1에 도시된 샘플러 시스템과 마찬가지로, 도 2에 도시된 샘플러 시스템은 온도조절 장치(1) 및 샘플러 스테이지(110)를 갖는 샘플러 용기(100)를 포함한다. 도 2에 도시된 샘플러 시스템은 온도조절 장치(1)를 포함하며, 유입 유체 회로(80)가 통합되어 있다. 새로 도입된 온도조절 유체는 유체 유입구(10)로부터 유입 라인(11)을 통해 유입 유체 회로(80)로 전달된다. 유입 유체 회로(80)는 적어도 2가지 상태 사이에서 전환될 수 있다. 여기서, 유입 유체 회로(80)는, 예를 들어 제어부(90)에 의해 제공되는 도입 스위치 신호에 응답하여, 열교환기 모드 또는 부스터 모드로 전환될 수 있다.
유입 유체 회로(80)가 열교환기 모드로 전환되면, 도입된 온도조절 유체는 유입 유체 회로(80)로부터 열교환기 유입 라인(11w)을 통해 열교환기(30)로 전달된다. 열교환기(30)에서 온도조절 유체는, 예를 들어 냉각 장치(35)에 의해 온도조절되고, 이어서 열교환기 배출 라인(31) 및 예를 들어 접속부(42)를 통해 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달된다. 접속부(42)는, 예를 들어 “OR”/셔틀 밸브로서 구성될 수 있다.
도 2에는 하나의 열교환기(30)만 도시하였으나, 도입된 온도조절 유체는 열교환기 모드에서 하나 이상의 열교환기를 통과할 수도 있다.
열교환기 모드에 대한 대안으로서, 유입 유체 회로는 온도조절 장치(1)를 부스터 모드로 전환할 수도 있다. 부스터 모드에서, 새로 도입된 온도조절 유체는 열교환기(30)를 통해 전달되지 않으나, 대신에 부스터 유입 라인(11b)을 통해 냉각 부스터(70)로 전달된다. 온도조절 유체는 냉각 부스터(70)에서 온도조절되고, 이어서 부스터 배출 라인(71)을 통해 접속부(42)로, 그리고 그곳에서부터 유체 출구(41) 및/또는 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달된다. 열교환기(30) 및 냉각 부스터(70)로부터의 배출 라인(31 및 71)이 접속부(42)에서 결합되고, 그곳에서부터 추가로 유체 출구(41) 및/또는 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달된다. 예를 들어, “OR” 밸브로서 구성될 수 있는 접속부는 열교환기 모드에서 냉각 부스터(70)로의 바람직하지 않은 유체 흐름을 방지할 수 있고, 부스터 모드에서 열교환기(30)로의 바람직하지 않은 유체 흐름을 방지할 수 있다.
냉각 부스터(70)는 와류관의 원리를 기반으로 할 수 있다. 와류관에서 온도조절 유체는 소용돌이의 결과로, 온류부와 냉류부로 분리된다. 온도조절 유체의 온류부는 부스터 유출 라인(73) 및 부스터 유출구(72)를 통해 유출할 수 있게 된다. 온도조절 유체의 냉류부는 샘플러 스테이지(110)의 온도조절을 위해 추가로 사용할 수 있다.
도시된 냉각 부스터(70)는 냉각 장치(35)보다 적은 작동 에너지를 사용할 수 있다. 이러한 이유로, 상황이 허락하면, 열교환기(30)를 갖는 냉각 장치(35)가 아닌, 냉각 부스터(70)를 냉각에 사용하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 온도조절 장치는 열교환기 모드에서 영하 섭씨 범위의 온도, 특히 최대 실온 바로 아래의 온도에서 작동될 수 있다.
실온 부근의 온도 범위에서, 온도조절 장치(1)는 부스터 모드로 작동될 수 있다. 실온 부근의 온도 범위는 냉각 부스터(70)에 의해서만 조절될 수 있다. 실온보다 상당히 높은 범위에서, 샘플러 스테이지(110)는 라디에이터(120)에 의해서만 온도조절될 수 있다.
예를 들어, 최소 조절가능 테스트 온도 (가령, -40℃ 또는 -55℃)로부터 하한 임계 온도 (가령, 약 +15℃)까지의 범위에서, 온도조절 장치(1)는 일반적으로 열교환기 모드로 작동될 수 있다. 하한 임계 온도 (가령, 약 15℃)로부터 상한 임계 온도 (가령, 약 60℃ 또는 약 50℃)까지의 테스트 온도에서, 온도조절 장치(1)는 부스터 모드로 작동될 수 있다. 더 따뜻한 테스트 온도에서, 온도조절 장치(1)는 대체로 스위치 오프될 수 있고, 샘플러 스테이지(110)의 온도는 라디에이터(120)에 의해 설정될 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 2개의 샘플러 시스템의 장점을 통합하고 조합한 온도조절 장치(1) 및 샘플러 용기(100)를 갖는 샘플러 시스템을 도시하는 개략도이다. 이는 다양한 테스트 온도를 신속하게 설정할 수 있는 온도조절 장치의 특히 효율적 및/또는 저소음 작동을 가져올 수 있다.
도 3에서 사용한 참조 번호는 도 1 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예에 대해 이미 설명한 특징을 나타낸다. 따라서, 도 3에 도시된 샘플러 시스템은 다양한 작동상태에서 작동될 수 있다.
온도조절 장치(1)는 부스터 모드뿐만 아니라 열교환기 모드로 작동될 수 있다. 이를 위해, 이 장치는 냉각 부스터(70) 또는 제 1열교환기(20) 및 제 2열교환기(30)를 통해 새로 도입된 온도조절 유체를 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달하는 유입 유체 회로(80)를 포함한다. 부스터 모드에서, 냉각 장치(1)는 스위치 오프, 턴 다운, 및/또는 대기 모드로 들어갈 수 있다.
부스터 모드에 대한 대안으로서, 온도조절 장치(1)는 열교환기 모드로 작동될 수 있다. 열교환기 모드에서, 온도조절 장치(1)는 유출 작동상태 또는 피드백 작동상태에서 작동될 수 있다. 이들 작동상태는 제어부(90) 및 피드백 회로(60)를 통해 제어 및/또는 조절된다. 피드백 회로(60)가 피드백된 온도조절 유체를 제 1열교환기(20)를 통해 전달하는 경우, 이는 새로 도입된 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 사용할 수 있다. 피드백 회로(60)가 피드백된 온도조절 유체를 제 1열교환기(20) 주위로 전달하는 경우, 새로 도입된 온도조절 유체는 실질적으로 온도 변화 없이 제 1열교환기(20)를 통해 흐르며, 제 2열교환기(30)에서만 온도조절된다.
가열 작동상태에서, 냉각 장치(35)와 냉각 부스터(70)는 모두 스위치 오프 및/또는 대기 모드로 들어갈 수 있다.
다양한 작동상태 및 작동모드로 인해, 도 3에 도시된 실시예는 특히 에너지 효율적이고 경제적이며, 작동 소음이 감소된다.
도 4는 적어도 구성요소가 도 3에 도시된 온도조절 장치 및 샘플러 스테이지를 갖는 샘플러 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 4는 도 3에 도시된 것과 동일하지만, 일부를 상세하게 나타낸 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3에 도시된 예시적인 실시예에서와 같이, 샘플러 시스템은 새로 도입된 온도조절 유체가 유입될 수 있는 유체 유입구를 포함할 수 있다. 새로 도입된 온도조절 유체는 비례 밸브(V1)를 통해 제어부(90)에 의해서 전달된다. 대안으로, 새로 도입된 온도조절 유체는 배출 및/또는 소음기 밸브로서 구성될 수 있는 스위치 밸브(V5)를 통해 전달될 수도 있다. 비례 밸브(V1)에서는 온도조절에 사용할 온도조절 유체의 양을 조절할 수 있다.
비례 밸브(V1) 및/또는 스위치 밸브(V5)의 작동상태 및 전환 위치에 따라서, 새로 도입된 온도조절 유체의 성분은 소음기 밸브(V3) 및 제 1유출구(61)를 통해 및/또는 배출 밸브(V4) 및 제 2유출구(62)를 통해 열교환기(20, 30) 및 냉각 부스터(70)를 우회하여 직접 유출될 수도 있다.
비례 밸브(V1)로부터 온도조절 유체는 유입 유체 회로(80)의 구성요소로서 구성될 수 있는 스위치 밸브(V2)를 통해 전달된다. 유입 유체 회로(80)의 스위치 위치에 따라서, 온도조절 장치(1)는 부스터 모드 또는 열교환기 모드에 있다.
가령, 적당한 온도 범위에서 부스터 모드
부스터 모드에서, 온도조절 유체는 스위치 밸브(V2)로부터 냉각 부스터(70)로 전달되고 그곳에서 온도조절된다. 그곳에서부터, 온도조절 유체의 온류부는 부스터 유출구(72)를 통해 외부로 전달되는 반면, 냉류부는 접속부(42)를 통해 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달된다. 접속부(42)는 셔틀 밸브 및/또는 “OR” 밸브를 포함할 수 있다.
부스터 모드에서, 도입된 온도조절 유체는 냉각 부스터(70)를 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달된다. 예를 들어, 샘플러 스테이지(110)가 적당한 온도 범위, 가령 하한 임계 온도부터 상한 임계 온도까지의 온도 범위에서 테스트 온도로 컨디셔닝되어야 하는 경우, 부스터 모드를 사용할 수 있다. 이 적당한 온도 범위는 실온 및/또는 새로 도입된 온도조절 유체가 제공되는 임시 온도를 포함할 수 있다. 예시적인 일실시예에서, 하한 임계 온도는 약 10℃ 내지 약 25℃, 예를 들어 약 15℃이다. 예시적인 일 실시예에서, 상한 임계 온도는 약 40℃ 내지 약 80℃, 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 70℃, 특히 바람직하게는 약 60℃이다.
부스터 모드에서, 비례 밸브(V1)가 개방되어 새로운 온도조절 유체가 비례 밸브(V1)을 통해 흐를 수 있도록 한다. 또한, 스위치 밸브(V2)가 개방되어 온도조절 유체가 냉각 부스터(70)로 전달되도록 한다. 과잉의 온도조절 유체를 전환할 수 있도록 하기 위해 스위치 밸브(V5)도 개방된다. 배출 밸브(V4)를 폐쇄하고 소음기 밸브(V3)를 개방함으로써, 부스터 모드에서는 제 1열교환기(20)를 전혀 통과하지 않기 때문에, 새로 도입된 온도조절 유체의 사전 온도 조절 없이, 피드백된 온도조절 유체가 제 1열교환기(20) 및 소음기 밸브(20)(피드백 작동상태)를 통해 외부로 유출될 수 있도록 한다. 대안으로, 배출 밸브(V3)와 제 2유출구(62)를 통해 피드백된 온도조절 유체가 유출될 수 있도록 하기 위해, 배출 밸브(V3)가 개방 (유출 작동상태로)될 수 있다. 부스터 모드에서, 냉각 장치(35)는 스위치 오프되고/되거나 대기 모드로 작동될 수 있다.
열교환기 모드
열교환기 모드에서, 도입된 온도조절 유체는 스위치 밸브(V2)로부터 제 1열교환기(20)로 전달되고, 그곳에서부터 제 2열교환기(30) 내로 전달된다. 제 2열교환기(30)에서, 온도조절 유체는 냉각 장치에 의해 냉기 단계로 조절되고, 이어서 접속부(42)로 전달된다. 그곳에서부터 추가로 샘플러 온도조절 라인(40)을 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달된다.
샘플러 스테이지(110)로부터 이미 온도조절에 사용된 온도조절 유체는 피드백 라인(50)으로 보내지고 다시 온도조절 장치로 전달된다. 그렇게 함으로써, 피드백된 온도조절 유체는 피드백 회로(60)의 구성요소로서 구성될 수 있는 분기부(60’)를 통과한다. 피드백 회로(60)는 배출 밸브(V4)를 포함하며, 이를 통해 피드백된 온도조절 유체는 제 1열교환기를 우회하여 제 2유출구(62)로 유출할 수 있게 된다. 배출 밸브(V4)의 스위치 위치에 따라서, 온도조절 장치는 유출 작동상태 또는 피드백 작동상태에 있다.
가령, 낮은 온도 범위에서 피드백 작동상태
열교환기 모드 및 피드백 작동상태에서, 유입 유체 회로(80)는 열교환기 모드로 전환되고, 피드백 회로(60)는 피드백 작동상태로 전환된다. 이러한 온도조절 장치의 작동은, 특히 샘플러 스테이지(110)의 상당한 냉각을 필요로 하는 경우, 유용하게 사용할 수 있다. 이는 테스트 온도가, 예를 들어 낮은 온도 범위, 즉 예를 들어 최소 조절가능 온도, 가령 -40℃ 또는 -60℃ 내지 적당한 온도 범위의 전술한 하한 임계 온도 사이에서 테스트 온도로 설정되는 경우일 수 있다.
열교환기 모드 및 피드백 작동상태에서, 비례 밸브(V1) 및 스위치 밸브(V2)가 개방된다. 또한, 스위치 밸브(V5)도 개방되며 배출 밸브(V4)는 폐쇄된다. 이것은 피드백된 온도조절 유체가 제 1열교환기(20)를 통과한 후, 개방된 소음기 밸브(V3)를 통해 제 1유출구(61)로 흐를 수 있게 한다. 피드백된 온도조절 유체는 제 1열교환기(20)로 전달되고, 그곳에서 냉기 성분을 낭비하지 않으나, 대신에 추가로 활용하기 위해, 새로 도입된 온도조절 유체를 사전 온도조절할 수 있다.
가령, 샘플러 스테이지의 냉각시 유출 작동상태
열교환기 모드 및 유출 작동상태에서, 샘플러 스테이지(110)를 고온으로부터 냉각시키기 위해, 온도조절 장치를 사용할 수 있다. 이러한 작동모드와 상태의 조합은, 예를 들어 높은 제 1온도 (가령, 약 100℃ 내지 400℃ 범위의 온도)로부터 상당히 낮은 제 2온도, 예를 들어 제 1온도보다 적어도 50K 더 낮은, 특히 적어도 100K 더 낮은 제 2온도로 샘플러 스테이지(110)를 냉각시켜야 하는 경우에 유용할 수 있다. 제 2온도는, 예를 들어 최소 조절가능 온도부터 상한 임계 온도까지의 범위일 수 있다.
유입 유체 회로(80)는 열교환기 모드로 전환되고, 피드백 회로(60)는 유출 작동상태로 전환된다. 이는 도입된 온도조절 유체가 제 1열교환기로 전달되지 않는 식으로 비례 밸브(V1)가 개방되고 스위치 밸브(V2)가 개방됨으로써 실현될 수 있다. 스위치 밸브(V5)가 폐쇄되고 배출 밸브(V4)가 개방되는 한편, 소음기 밸브(V3)는 폐쇄된다. 소음기 밸브(V3)의 폐쇄 위치는 피드백 라인(50)을 통해 피드백된 온도조절 유체가 더 이상 제 1열교환기(20)를 통해 전달될 수 없도록 백로그(backlog)를 야기한다. 오히려, 유체는 배출 밸브(V4)를 통해 제 2유출구(62)에서 흘러나온다. 따라서, 새로 도입된 온도조절 유체는 온도조절될 수 있으며, 제 1열교환기(20)에서 비효율적이고 바람직하지 않은 사전 온도조절을 야기하는 고온의 피드백된 온도조절 유체 없이, 제 2열교환기(30)에서 단독으로 냉각될 수 있다.
가열 작동상태
가열 작동상태에서, 냉각 부스터(70)와 냉각 장치(35)는 모두 스위치 오프되거나 대기 모드로 들어갈 수 있으며, 샘플러 스테이지(110)의 온도는 라디에이터(120)(도 4에는 도시생략)에 의해서만 컨디셔닝될 수 있다. 특히, 가열 모드는 상한 임계 온도 초과의 온도 범위, 즉 예를 들어 상한 임계 온도로부터 샘플러 스테이지(110)의 최대 조절가능 온도까지의 온도 범위에서 사용할 수 있다.
도면에 도시하지 않은 대안적인 실시예에서, 입구 회로는 제 1열교환기와 제 2열교환기 사이에 배열된다. 따라서, 피드백 및 피드백된 온도조절 유체에 의한 사전 온도조절은 부스터 모드뿐만 아니라 열교환기 모드에서도 사용할 수 있다. 이 온도조절 장치 및/또는 이 샘플러 시스템의 나머지 구성은 도 3 및/또는 도 4에 도시된 실시예와 유사하게 구성될 수 있다.
샘플러 시스템 및/또는 온도조절 장치에 의하면, 특히 효율적인 에너지 사용이 가능할 뿐만 아니라 샘플러 스테이지(110)의 변화된 테스트 온도의 신속한 전환 및 설정이 가능하다. 또한 작동 소음이 감소될 수 있다.
1: 온도조절 장치
10: 유체 유입구
11: 유입 라인
11b: 부스터 유입 라인
11w: 열교환기 유입 라인
20: 제 1열교환기
21: 열교환기 연결 라인
30: 제 2열교환기
31: 열교환기 배출 라인
35: 냉각 장치
40: 샘플러 온도조절 라인
41: 유체 출구
42: 접속부
50: 피드백 라인
51: 피드백 입구
52: 피드백 회로 유입 라인
60: 피드백 회로
60’: 분기부
61: 제 1유출구
62: 제 2유출구
63: 열교환기 피드백 라인
64: 제 1유출 라인
65: 제 2유출 라인
70: 냉각 부스터
71: 부스터 배출 라인
72: 부스터 유출구
73: 부스터 유출 라인
80: 유입 유체 회로
90: 제어부
100: 샘플러 용기
110: 샘플러 스테이지
111: 온도 센서
120: 라디에이터
V1: 비례 밸브
V2: 스위치 밸브
V3: 소음기 밸브
V4: 배출 밸브
V5: 스위치 밸브
10: 유체 유입구
11: 유입 라인
11b: 부스터 유입 라인
11w: 열교환기 유입 라인
20: 제 1열교환기
21: 열교환기 연결 라인
30: 제 2열교환기
31: 열교환기 배출 라인
35: 냉각 장치
40: 샘플러 온도조절 라인
41: 유체 출구
42: 접속부
50: 피드백 라인
51: 피드백 입구
52: 피드백 회로 유입 라인
60: 피드백 회로
60’: 분기부
61: 제 1유출구
62: 제 2유출구
63: 열교환기 피드백 라인
64: 제 1유출 라인
65: 제 2유출 라인
70: 냉각 부스터
71: 부스터 배출 라인
72: 부스터 유출구
73: 부스터 유출 라인
80: 유입 유체 회로
90: 제어부
100: 샘플러 용기
110: 샘플러 스테이지
111: 온도 센서
120: 라디에이터
V1: 비례 밸브
V2: 스위치 밸브
V3: 소음기 밸브
V4: 배출 밸브
V5: 스위치 밸브
Claims (17)
- 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지(110)의 온도를 조절하는 온도조절 장치(1)로서,
- 온도조절 유체를 온도조절 장치(1) 내로 도입하는 유체 유입구(10);
- 도입된 온도조절 유체의 온도를 사전 조절하는 제 1열교환기(20);
- 온도조절 유체의 온도를 조절하는 제 2열교환기(30);
- 온도조절된 온도조절 유체를 샘플러 스테이지(110)로 전달하는 샘플러 온도조절 라인(40); 및
- 피드백 스위치 신호에 응답하여, 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백된 온도조절 유체를 선택적으로 제 1열교환기(20)를 통해 전달하거나 제 1열교환기(20)를 우회하여 유출시키는 피드백 회로(60)를 포함하는 온도조절 장치(1). - 제 1항에 있어서, 온도조절 장치(1)의 피드백 작동상태에서, 유체가 제 1열교환기(20)를 통해 피드백 회로(60)에 의해 전달될 때, 피드백된 온도조절 유체에 의해서 제 1열교환기(20)에서 도입된 온도조절 유체의 온도가 사전 조절되는 온도조절 장치(1).
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1열교환기(20)를 통해 흐른 후에, 피드백된 온도조절 유체는 유출구(61)를 통해 유출되는 온도조절 장치(1).
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 온도조절 장치(1)의 유출 작동상태에서, 피드백 회로(60)는 샘플러 스테이지(11)가 가열된 상태로부터 냉각될 때, 제 1열교환기(20)를 우회하여 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백된 온도조절 유체를 유출시키는 온도조절 장치(1).
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 온도조절 장치(1)의 유출 작동상태에서 샘플러 스테이지(110)의 냉각 시에, 피드백 회로(60)는 샘플러 스테이지(110)의 온도가 약 20℃ 내지 약 40℃의 범위 내에서 샘플러 스테이지(110)의 온도가 샘플러 스테이지 임계 온도 미만으로 떨어질 때까지, 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백된 온도조절 유체를 제 1열교환기(20)를 우회하여 유출시키는 온도조절 장치(1).
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 온도조절 장치(1)의 피드백 작동상태에서, 피드백 회로(60)는 샘플러 스테이지(110)가 피드백 임계 온도 미만으로 온도조절될 때, 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백된 온도조절 유체를 제 1열교환기(20)를 통해 전달하는 온도조절 장치(1).
- 특히 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지(110)의 온도를 조절하는 온도조절 장치(1)로서,
- 온도조절 유체를 온도조절 장치(1) 내로 도입하는 유체 유입구(10);
- 온도조절 유체의 온도를 조절하는 하나 이상의 열교환기(20, 30);
- 온도조절 유체의 온도를 조절하는 냉각 부스터(70);
- 온도조절된 온도조절 유체를 샘플러 스테이지(110)로 전달하는 샘플러 온도조절 라인(40); 및
- 도입 스위치 신호에 응답하여, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기(20; 30)를 통해 또는 냉각 부스터(70)를 통해 샘플러 온도조절 라인(40)으로 선택적으로 전달하는 유입 유체 회로(80)를 포함하는 온도조절 장치(1). - 제 7항에 있어서, 온도조절 장치(1)의 열교환기 모드에서, 유입 유체 회로(80)는 샘플러 스테이지(110)가 가열된 상태로부터 냉각될 때, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기(20; 30)를 통해 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달하는 온도조절 장치(1).
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 온도조절 장치(1)의 열교환기 모드에서, 유입 유체 회로(80)는 샘플러 스테이지(110)가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기(20; 30)를 통해 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달하는 온도조절 장치(1).
- 제 7항 또는 제 9항에 있어서, 온도조절 장치(1)의 부스터 모드에서, 유입 유체 회로(80)는 샘플러 스테이지(110)가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 상한 임계 온도 초과 및 약 40℃ 내지 약 70℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 냉각 부스터(70)를 통해 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달하는 온도조절 장치(1).
- 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 부스터(70)는 도입된 온도조절 유체가 온류부(worm flow portion)와 냉류부(cold flow portion)로 나뉘고 냉류부만 샘플러 온도조절 라인(40)으로 전달하는 와류관을 포함하는 온도조절 장치(1).
- 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 유입 유체 회로(80)는 스위치 밸브를 포함하여, 도입된 온도조절 유체를 스위치 밸브의 스위치 위치의 관계에 따라 하나 이상의 열교환기(20; 30) 또는 냉각 부스터(70)로 선택적으로 전달하는 온도조절 장치(1).
- 샘플러 스테이지(110), 및 적어도 샘플러 온도조절 라인(40)을 통해 그에 연결된 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 온도조절 장치(1)를 포함하는 시스템.
- 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지(110)의 온도를 조절하는 방법으로서,
- 도입된 온도조절 유체의 사전 온도조절을 위해 온도조절 유체를 제 1열교환기(20) 내로 도입하는 단계;
- 온도조절 유체의 온도조절을 위해 온도조절 유체를 제 1열교환기(20)로부터 제 2열교환기(30) 내로 전달하는 단계;
- 온도조절된 온도조절 유체를 샘플러 스테이지(110)로 전달하는 단계; 및
- 피드백 회로(60)를 제어 및/또는 조절하기 위해 피드백 스위치 신호를 제공하는 단계를 포함하며, 피드백 스위치 신호에 응답하여, 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백되는 온도조절 유체를 선택적으로 제 1열교환기(20)를 통해 전달하거나, 제 1열교환기(20)를 우회하여 유출시키는 방법. - 제 14항에 있어서,
- 샘플러 스테이지(110)가 가열된 상태로부터 냉각될 때, 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백되는 온도조절 유체를 제 1열교환기(20)를 우회하여 유출시키는 단계; 및/또는
- 샘플러 스테이지(110)가 피드백 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 샘플러 스테이지(110)로부터 피드백되는 온도조절 유체를 제 1열교환기(20)를 통해 전달하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 방법. - 반도체 웨이퍼 및/또는 하이브리드용 샘플러 스테이지(110)의 온도를 조절하는, 특히 제 14항 또는 제 15항에 따른 방법으로서,
- 온도조절 유체의 온도조절을 위해 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기(20, 30) 내로 도입하는 단계;
- 온도조절 유체의 온도조절을 위해 온도조절 유체를 냉각 부스터(70) 내로 도입하는 단계;
- 온도조절된 온도조절 유체를 샘플러 스테이지(110)로 전달하는 단계; 및
- 유입 유체 회로(80)를 제어 및/또는 조절하기 위해 도입 스위치 신호를 제공하는 단계를 포함하고, 도입 스위치 신호에 응답하여, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기를 통해 또는 냉각 부스터(70)를 통해 샘플러 스테이지(110)로 선택적으로 전달하는 방법. - 제 16항에 있어서,
- 샘플러 스테이지(110)가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 하나 이상의 열교환기(20; 30)를 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달하는 단계;
- 샘플러 스테이지(110)가 약 10℃ 내지 약 25℃의 범위 내에 있는 상한 임계 온도 초과 및 약 40℃ 내지 약 70℃의 범위 내에 있는 하한 임계 온도 미만의 온도로 온도조절될 때, 도입된 온도조절 유체를 냉각 부스터(70)를 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달하는 단계;
- 도입된 온도조절 유체가 냉각 부스터(70)를 통해 샘플러 스테이지(110)로 전달될 때, 열교환기(20; 30) 내에서 온도조절을 위해 사용되는 냉각 장치(35)를 스위치 오프하는 단계; 및/또는
- 샘플러 스테이지(110)가 약 40℃ 내지 약 70℃의 범위 내에 있는 상한 임계 온도 초과의 온도로 온도조절될 때, 열교환기(20; 30) 내에서 온도조절을 위해 사용되는 냉각 장치(35)를 스위치 오프하고/하거나 냉각 부스터(70)를 스위치 오프하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 방법.
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