KR20230123693A

KR20230123693A - 냉각 장치 및 이를 동작하는 방법

Info

Publication number: KR20230123693A
Application number: KR1020220020762A
Authority: KR
Inventors: 박종열; 김만호; 김윤일; 전일우; 차일수
Original assignee: 에스케이하이닉스 주식회사; 주식회사 엠엠티
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2023-08-24
Also published as: CN116659176A

Abstract

냉각 장치 및 이를 동작하는 방법을 제공한다. 냉각 장치는, 피냉각 유닛의 외측에 배치되는 냉각 블록 및 냉각 블록의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 냉각부, 냉각 블록의 일 측에 연결되는 공급 라인, 공급 라인 중에 설치되는 조절 밸브, 및 공급 라인과 연결되며 냉기를 생성하는 보텍스 튜브(vortex tube)를 포함하는 냉기 제공부, 및 온도 센서의 온도에 따라 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

냉각 장치 및 이를 동작하는 방법{COOLING DEVICE AND METHOD OF OPERATING COOLING DEVICE}

본 발명은 냉각 장치 및 이를 동작하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 장비에서 사용되는 냉각 장치 및 이를 동작하는 방법에 관한 것이다.

최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세하고 높은 종횡비를 갖는 패턴들이 형성되고 있다. 이러한 패턴에 물질막을 형성하는 경우 뛰어난 단차 도포성(step coverage) 및 두께 균일성(thickness uniformity)이 요구된다. 이와 같은 요구를 충족시키기 위해 원자층 두께로 물질막을 형성하는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치가 개발되었다.

원자층 증착 공정은 두 가지 이상의 소스 가스를 시간 간격을 두고 교대로 유입시키고, 각 소스 가스의 유입 사이에 불활성 기체인 퍼지 가스를 유입시킴으로써 소스 가스들이 기체 상태에서 반응하는 것을 방지한다. 즉, 하나의 소스 가스가 기판 표면에 화학적으로 흡착(chemical adsorption)된 상태에서 후속하여 유입된 다른 하나의 소스 가스가 반응함으로써 기판 표면에 원자층 두께 수준의 박막이 생성된다. 이와 같은 공정을 하나의 사이클(cycle)로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복함으로써, 정확한 두께의 제어가 가능하다.

본 발명의 실시 예들은, 저온의 소스 가스 상태를 유지할 수 있는 냉각 장치 및 이를 동작하는 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치는, 피냉각 유닛의 외측에 배치되는 냉각 블록 및 상기 냉각 블록의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 냉각부, 상기 냉각 블록의 일 측에 연결되는 공급 라인, 상기 공급 라인 중에 설치되는 조절 밸브, 및 상기 공급 라인과 연결되며 상기 냉기를 생성하는 보텍스 튜브(vortex tube)를 포함하는 냉기 제공부, 및 상기 온도 센서의 온도에 따라 상기 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 냉각 블록은, 상기 피냉각 유닛의 외측 하부를 감싸며, 하부 및 서로 마주하는 두 측벽들을 포함하는 하우징, 상기 하우징의 하부 내에 형성된 냉기 유로, 및 상기 냉기 유로와 연통되며, 상기 냉기 제공부로부터 제공된 냉기를 피냉각 유닛으로 직접 제공하는 복수의 홀들을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치는, 피냉각 유닛의 외측에 배치되는 냉각 블록 및 상기 냉각 블록의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 냉각부, 상기 냉각부에 연결되고, 열전 소자를 이용하여 생성된 냉기를 상기 냉각부로 제공하는 냉기 제공부, 및 상기 온도 센서의 온도에 따라 상기 냉기 제공부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 냉각 블록은, 상기 피냉각 유닛의 적어도 하나의 측벽에 인접하게 배치되는 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되어 상기 하우징 내 냉기의 유로를 결정하는 복수의 돌출부들, 및 상기 하우징의 외측벽에 배치되는 열교환부재를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치는, 피냉각 유닛의 외측에 배치되는 냉각 블록 및 상기 냉각 블록의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 냉각부, 상기 냉각부에 연결되고 상기 냉각부로 냉기를 제공하여 상기 피냉각 유닛을 냉각시키는 냉기 제공부, 및 상기 온도 센서의 온도에 따라 상기 냉기 제공부를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치의 동작 방법은, 피냉각 유닛의 외측에 배치된 냉각부 및 상기 피냉각 유닛으로 냉기를 제공하는 냉기 제공부 사이를 연결하는 공급 라인 중에 설치된 조절 밸브의 동작을 확인하는 단계, 상기 피냉각 유닛의 외측에 배치된 냉각부의 온도를 측정하는 단계, 상기 피냉각 유닛 내 공정 가스에 따라 기준 온도를 설정하는 단계, 상기 측정된 온도 및 상기 설정된 온도를 비교하는 단계, 및 상기 측정된 온도가 상기 설정된 온도를 벗어나는 경우, 상기 조절 밸브를 개방하여 상기 냉기 제공부로부터 냉기를 상기 피냉각 유닛으로 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예들의 냉각 장치 및 이를 동작하는 방법에 의하면, 저온의 소스 가스의 상태를 유지할 수 있어, 원자층 증착 장치의 오염 소스를 방지할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2c 및 2d는 도 2b의 냉각 블록의 다양한 변형예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하에서, 첨부된 도면들과 함께 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치 및 이를 동작하는 방법을 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 냉각 장치(10)는, 냉각부(100, 110), 냉기 제공부(120), 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.

냉각부(100, 110)은 냉각 블록(100) 및 온도 센서(110)를 포함할 수 있다. 냉각 블록(100)은 피냉각 유닛(MFC, VAL)의 외측을 감싸며 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피냉각 유닛(MFC, VAL)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정 챔버로 공정 가스를 제공하는 질량 유량계(MFC) 및 밸브(VAL) 중 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 원자층 증착 장치에 사용되는 B₂H₆ 가스는 상온 이상의 온도에서 액체상인 B₅H₉과 고체상인 B₁₀H₁₄로 분해되어, 질량 유량계(MFC) 또는 밸브(VAL)에 오염 소스로 작용할 수 있다. B₂H₆ 가스와 같은 공정 가스를 상온보다 낮은 온도로 유지하기 위하여 냉각 장치(10)를 설치한다. 냉각 장치(10)의 냉기는 0 내지 10℃ 온도를 가질 수 있다.

냉각 블록(100)은 질량 유량계(MFC) 및 밸브(VAL) 중 적어도 하나의 하단에 배치될 수 있다. 냉각 블록(100)은 복수 개일 수 있고, 각각의 냉각 블록(100)은 그 크기가 피냉각 유닛(MFC, VAL)의 크기에 따라 변경될 수 있으나, 그 구성, 구조, 및 기능을 실질적으로 동일하다.

냉각 블록(100)은, 하우징(102) 및 결합 유닛(108)를 포함할 수 있다.

하우징(102)은 하부(102L) 및 서로 마주하는 두 측벽들(102S)을 포함할 수 있다. 하부(102L)는 장변 및 단변을 갖는 직사각형 구조를 가지며, 서로 마주보는 두 측벽들(102S)은 하부(102L)의 장변들로부터 상부로 연장될 수 있다. 본 실시예에서는 하부(102L)의 장변들로부터 상부로 연장된 두 개의 측벽들(102S)로 도시하였으나, 측벽들(102S)은 하부(102L)의 단변들로부터 연장될 수도 있고, 장변들 및 단변들 각각에서 연장되어 네 개의 측벽들이 제공될 수 있다.

하우징(102)의 하부(102L)에는 냉기 제공부(120)와 체결되는 결합 유닛(108)을 포함할 수 있다. 일 예로, 결합 유닛(108)은 하부(102L)의 단변들 중 하나의 단부에 배치될 수 있다. 또한, 결합 유닛(108)은 냉기 제공부(120)로부터 냉기를 제공 받을 수 있도록 속이 빈 원통 구조를 가질 수 있다.

하우징(102)의 하부(102L) 내부에는 냉기 유로(103)가 형성될 수 있다. 냉기 유로(103)는 결합 유닛(108)와 연통된 구조를 가질 수 있다. 냉기 제공부(120)로부터 제공받은 냉기는 결합 유닛(108)를 통해 냉기 유로(103)로 이동할 수 있다. 본 실시예에서는 냉기 유로(103)가 하우징(102)의 하부(102L)에만 형성되는 것으로 도시하였으나, 냉기 유로(103)는 하우징(102)의 두 측벽들(102S) 내로 연장된 구조를 가질 수 있다.

하우징(102)의 하부(102L)에는 냉기 유로(103)와 연통되는 복수의 홀들(104)이 형성될 수 있다. 홀들(104)을 통해 하우징(102) 하부(102L)의 냉기 유로(103)로 제공된 냉기가 피냉각 유닛(MFC, VAL)으로 제공될 수 있다. 일 예로, 냉기 유로(103)가 하우징(102)의 두 측벽들(102S)에 형성되는 경우, 두 측벽들(102S) 각각에도 냉기 유로(103)와 연통되는 홀들(104)이 형성될 수 있다.

하우징(102)의 하부(102L) 및 측벽들(102S)에는 냉각 블록(100)을 피냉각 유닛(MFC, VAL)과 결합시킬 수 있는 체결 유닛들(106)이 설치될 수 있다. 체결 유닛들(106)은 하우징(102)의 하부(102L) 및 측벽들(102S)을 완전하게 관통하여 피냉각 유닛(MFC, VAL)과 냉각 블록(100)을 체결할 수 있다. 이 때, 체결 유닛들(106)은 냉기 유로(103)가 형성되지 않은 부분에 배치될 수 있다.

냉각 블록(100)으로 제공된 냉기는 피냉각 유닛(MFC, VAL)을 냉각시키고 냉각 블록(100)과 피냉각 유닛(MFC, VAL) 사이 공간으로 통해 배출될 수 있다. 배출된 공기는 원자층 증착 장치의 배기구(도시되지 않음)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

온도 센서(110)는 냉각 블록(100)에 설치될 수 있다. 온도 센서(110)는 냉각 블록(100)의 온도를 측정하여 제어부(150)로 전달할 수 있다. 본 실시예에서는 온도 센서(110)가 냉각 블록(100)의 하우징(102)의 하부(102L)에 설치될 수 있다. 특히, 온도 센서(110)는, 하부(102L)의 단변들 중 하나에 설치되며 결합 유닛(108)와 마주할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 온도 센서(110)의 위치를 이로 한정하지 않는다.

냉기 제공부(120)는, 보텍스 튜브(122, 124, 126), 매니폴드(manifold, 134), 공급 라인(132, 136), 및 조절 밸브(138)를 포함할 수 있다.

보텍스 튜브(122, 124, 126)는, 외부로부터 압축 공기(Compressed Dry Air; CDA)가 제공되는 인렛(inlet, 122)과, 본체의 일부로써 저온의 공기를 제공하는 저온관(cold leg, 124)과, 본체의 다른 일부로써 고온의 공기를 배기하는 고온관(hot leg, 126)를 포함할 수 있다.

보텍스 튜브(122, 124, 126)의 인렛(122)으로 제공되는 CDA는 레귤레이터(regulator)의 제어로 제공될 수 있다. 일 예로, 보텍스 튜브(122, 124, 126) 내로 CDA가 제공될 때, N₂ 가스가 함께 제공될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 냉기 제공부(120)는 보텍스 튜브(122, 124, 126)의 고온관(126)의 단부에 설치되어, 보텍스 튜브(122, 124, 126)의 소음을 저감시키는 소음기(130)를 더 포함할 수 있다. 보텍스 튜브(122, 124, 126)에서 고온의 공기가 배기되는 고온관(126)의 단부에서는 소음이 100db 이상 발생한다. 그래서, 소음기(130)를 통해 50db이하로 소음 처리하며 배기구를 통해 외부로 고온의 공기를 배출시킬 수 있다. 소음기(130)는 선택적인 것으로 생략될 수 있다.

보텍스 튜브(122, 124, 126)의 저온관(124)의 단부에 제1 공급 라인(132)이 결합될 수 있다. 피냉각 유닛(MFC, VAL)이 여러 개일 경우, 제1 공급 라인(132)은 매니폴드(134)와 연결되어, 보텍스 튜브(122, 124, 126)로부터 저온의 공기를, 매니폴드(134)를 통해 여러 개의 피냉각 유닛들(MFC, VAL)에 각각 분배할 수 있다. 매니폴드(134)로부터 복수의 제2 공급 라인들(136)이 분기되어 복수의 피냉각 유닛들(MFC, VAL) 각각의 냉각 블록(100)과 연결될 수 있다.

피냉각 유닛(MFC, VAL)이 하나인 경우, 보텍스 튜브(122, 124, 126)는, 매니폴드(134) 없이 하나의 공급 라인(132, 136)을 통해 냉각 블록(100)과 직접 연결될 수 있다. 이하에서는, 제1 공급 라인(132) 및 제2 공급 라인들(136)은 공급 라인(132, 136)으로 통칭하여 설명하기로 한다.

조절 밸브(138)는 공급 라인(132, 136) 중에 설치되어, 보텍스 튜브(122, 124, 126)를 개폐하고 보텍스 튜브(122, 124, 126)로부터 저온의 공기를 냉각 블록(100)으로 주입되는 양을 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 조절 밸브(138)는 제어부(150)에 연결되며, 냉각 블록(100)에 설치된 온도 센서(110)에서 측정된 온도에 따라 조절 밸브(138)가 조절될 수 있다.

냉기 제공부(120)는. 공급 라인(132, 136)의 외측을 감싸도록 배치되는 보냉 커버(140)를 더 포함할 수 있다. 보냉 커버(140)는, 보텍스 튜브(122, 124, 126)로부터 제공된 저온의 공기의 온도를 공급 라인(132, 136)을 통과하는 동안 유지시킬 수 있다. 일 예로, 피냉각 유닛(MFC, VAL)이 복수 개이면 매니폴드(134)와 제1 및 제2 공급 라인들(132, 136)이 적용되는데, 이 경우, 보냉 커버(140)는 제1 및 제2 공급 라인들(132, 136) 및 매니폴드(134)의 외측을 감싸도록 배치될 수 있다. 보냉 커버(140)는 선택적인 것으로 생략될 수 있다.

제어부(150)는 온도 센서(110) 및 조절 밸브(138)와 연결되어, 온도 센서(110)의 온도에 따라 조절 밸브(138)의 개폐를 조절할 수 있다. 일 예로, 온도 센서(110)의 온도가 설정된 온도 범위 보다 높으면, 제어부(150)는 조절 밸브(138)를 개방하여 저온의 공기를 냉각 블록(100)으로 제공할 수 있다. 이와는 다르게, 온도 센서(110)의 온도가 설정된 온도 범위일 경우, 제어부(150)는 조절 밸브(138)를 폐쇄된 상태를 유지할 수 있다.

제어부(150)는 외부의 컴퓨터와 연결되어, 냉각 장치(10)를 포함하는 원자층 증착 장치를 모니터링하고, 인터락(interlock)을 위한 알람을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보텍스 튜브(122, 124, 126)와 냉각 블록(100)을 이용하여 피냉각 유닛(MFC, VAL)으로 직접적으로 저온의 공기를 제공하여, 피냉각 유닛(MFC, VAL)을 냉각시킬 수 있다. 또한, 매니폴드(134)를 이용하여 복수의 피냉각 유닛들(MFC, VAL)로 저온의 공기를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 라인(132, 136)(또는 경우에 따라 매니폴드(134))의 외측벽(102S)에 보냉 커버(140)를 덮어 보텍스 튜브(122, 124, 126)에서 냉각 블록(100) 사이에서 저온의 공기의 온도를 저온으로 유지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보텍스 튜브(122, 124, 126)의 고온관(126)의 단부에 소음기(130)를 설치함으로써, 소음을 감소시킬 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 냉각 장치(20)는, 냉각부, 및 냉기 제공부(230), 및 제어부(250)를 포함할 수 있다. 또한, 냉각 장치(20)는, 공급 라인(210) 및 배출 라인(220)을 포함할 수 있다.

냉각부는 냉각블록(200)을 포함할 수 있다. 냉각 블록(200)은 피냉각 유닛(VAL)에 인접하게 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 피냉각 유닛(VAL)의 양측벽들에 인접하게 배치되는 두 개의 냉각 블록들(200)을 도시하고 있으나, 냉각 블록(200)의 수량은 이로 한정하지 않는다. 전술한 바와 같이, 피냉각 유닛(VAL)은 원자층 증착 장치의 질량 유량계 및 밸브 중 적어도 하나일 수 있다. 본 실시예에서는 피냉각 유닛(VAL)을 원자층 증착 장치의 밸브로 예시적으로 설명하기로 한다.

냉각 블록(200)은 피냉각 유닛(VAL)의 측면과 동일한 측면 구조를 가지며, 저온의 공기가 흐를 수 있는 공간이 정의하도록 소정의 폭을 가질 수 있다. 본 실시예에서는, 밸브(VAL)와 동일한 측면 구조를 가지며, 예컨대, 다각형 구조를 가질 수 있다.

냉각 블록(200) 내부에는 저온의 공기의 유동 경로를 증가시키기 위하여 복수의 돌출부들(PT1, PT2)을 형성할 수 있다. 냉각 블록(200) 내 복수의 돌출부들(PT1, PT2)에 의해 저온의 공기의 유동 경로가 증가하고, 증가된 유동 경로에 의해 냉각 블록(200) 내 머무는 시간이 증가하여, 피냉각 유닛(VAL)을 충분히 냉각시킬 수 있다.

냉각 블록(200) 내부의 돌출부들(PT1, PT2)의 구조는 후속하여 상세하게 설명하기로 한다.

냉각 블록(200)의 외측벽에 열교환부재(202)가 배치될 수 있다. 열교환부재(202)를 통해 냉각 블록(200)의 저온의 공기에 의해 고온의 피냉각 유닛(VAL)의 온도를 낮출 수 있다. 열교환부재(202)는 피냉각 유닛(VAL)에 인접한 외측벽에 부착될 수 있으나, 이로 한정하지 않는다.

도 2c 및 도 2d는 도 2b의 냉각 블록의 다양한 변형예들을 설명하기 위한 도면들이다.

도 2c을 참조하면, 복수의 돌출부들(PT1, PT2)은, 냉각 블록(200)의 상부(200U)에서 하방으로 돌출된 제1 돌출부들(PT1)과, 냉각 블록(200)의 하부(200L)에서 상방으로 돌출된 제2 돌출부들(PT2)을 포함할 수 있다. 제1 돌출부들(PT1) 사이 이격 거리는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 제2 돌출부들(PT2) 사이 이격 거리는 동일할 수도 있고, 상이할 수 있다.

인접한 두 개의 제1 돌출부들(PT1) 사이에 하나의 제2 돌출부(PT2)가 배치되는 구조를 가질 수 있다.

제1 돌출부들(PT1) 각각은 냉각 블록(200)의 하부(200L)로부터 이격될 수 있으며, 제1 돌출부들(PT1) 각각이 하부(200L)로부터 이격된 거리는 동일할 수도 있고 상이할 수 있다. 제2 돌출부들(PT2) 각각은 냉각 블록(200)의 상부(200U)로부터 이격될 수 있으며, 제2 돌출부들(PT2) 각각이 상부(200U)로부터 이격된 거리는 동일할 수도 있고 상이할 수 있다.

도 2c의 제1 돌출부들(PT1) 각각은 냉각 블록(200)의 상부(200U)에서 수직이게 돌출되고, 제2 돌출부들(PT2) 각각은 냉각 블록(200)의 하부(200L)에서 수직이게 돌출될 수 있다. 한편, 도시되지 않았으나, 제1 돌출부들(PT1) 각각은 냉각 블록(200)의 상부(200U)에 대하여 소정의 각도로 기울여 돌출되고, 제2 돌출부들(PT2) 각각은 냉각 블록(200)의 하부(200L)에 대하여 소정의 각도로 기울려 돌출될 수 있다. 선택적으로, 제1 돌출부들(PT1) 각각은 꺾인 부분들을 가져 지그재그 구조를 가지며, 제2 돌출부들(PT2) 각각도 꺾인 부분들을 가져 지그재그 구조를 가질 수 있다.

도 2d를 참조하면, 복수의 돌출부들(PT1, PT2)은 냉각 블록(200)의 제1 측벽에서 제1 측벽과 마주하는 제2 측벽으로 돌출된 제1 돌출부들(PT1)과, 냉각 블록(200)의 제2 측벽에서 제1 측벽으로 돌출된 제2 돌출부들(PT2)을 포함할 수 있다.

제1 돌출부들(PT1)은 행 및 열로 구성된 매트릭스 구조를 가질 수 있다. 제2 돌출부들(PT2)도 행 및 열로 구성된 매트릭스 구조를 가질 수 있다. 다만, 인접한 두 개의 제1 돌출부들(PT1) 사이에 하나의 제2 돌출부(PT2)가 배치되는 구조를 가질 수 있다.

제1 돌출부들(PT1) 각각은 냉각 블록(200)의 제2 측벽으로부터 이격될 수 있으며, 제1 돌출부들(PT1) 각각이 제2 측벽으로부터 이격된 거리는 동일할 수도 있고 상이할 수 있다. 한편, 제1 돌출부들(PT1) 각각은 냉각 블록(200)의 제2 측벽에 접할 수 있다.

제2 돌출부들(PT2) 각각은 냉각 블록(200)의 제1 측벽으로부터 이격될 수 있으며, 제2 돌출부들(PT2) 각각이 제1 측벽으로부터 이격된 거리는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 한편, 제2 돌출부들(PT2) 각각은 냉각 블록(200)의 제1 측벽에 접할 수 있다.

도 2d의 제1 돌출부들(PT1) 각각은 서로 평행할 수 있고, 제2 돌출부들(PT2) 각각도 서로 평행할 수 있다. 또한, 제1 돌출부들(PT1) 각각과 제2 돌출부들(PT2) 각각이 서로 평행할 수 있다. 도시되지 않았으나, 제1 돌출부들(PT1) 각각은 서로 평행할 수도 있고 평행하지 않을 수도 있다. 제2 돌출부들(PT2) 각각도 서로 평행할 수도 있고 않을 수도 있다. 또한, 제1 돌출부들(PT1) 각각과 제2 돌출부들(PT2) 각각이 서로 평행하지 않을 수 있다. 선택적으로, 도 4c의 제1 돌출부들(PT1) 각각은 꺾인 부분들을 가져 지그재그 구조를 가지며, 제2 돌출부들(PT2) 각각도 꺾인 부분들을 가져 지그재그 구조를 가질 수 있다.

본 발명에서는 돌출부들(PT1, PT2)을 상기 설명된 돌출부들(PT1, PT2)로 한정하지 않으며, 돌출부들(PT1, PT2)을 생략될 수 있다.

다시 도 2a를 참조하면, 냉기 제공부(230)는, 에어 펌프(232), 냉기 탱크(236), 열전 소자(238), 히트 싱크(240), 및 쿨링 팬(242)을 포함할 수 있다.

에어 펌프(232)는 냉기 탱크(236)와 연결되어, 냉기 탱크(236)로 공기를 제공할 수 있다. 냉기 탱크(236)로 전달되는 공기는 상온 또는 상온보다 높은 온도를 가질 수 있다.

냉기 탱크(236)는 에어 펌프(232)로부터 제공 받은 공기를 일시적으로 저장하며, 냉기 탱크(236) 내부에 저장된 공기는 냉각될 수 있다.

냉기 탱크(236) 내부의 공기를 냉각시키기 위하여, 냉기 탱크(236)에 인접하게 열전 소자(238)를 배치할 수 있다. 열전 소자(238)는 펠티어 모듈(peltier module)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 열전 소자(238)가 냉기 탱크(236) 양 측면에 두 개가 배치된 것을 도시하나, 본 발명에서 열전 소자(238)를 이로 한정하지 않는다.

일 실시예에 따르면, 냉기 탱크(236)를 기준으로, 두 개의 열전 소자들(238), 두 개의 히트 싱크들(240), 및 두 개의 쿨링 팬들(242)이 순차적 대칭적으로 배치될 수 있다. 하지만, 본 발명은 이로 한정되지 않는다.

히트 싱크들(240) 각각이 열전 소자들(238) 각각의 측면에 배치되고, 쿨링 팬들(242) 각각은 히트 싱크들(240) 각각의 측면에 배치될 수 있다.

열전 소자들(238)에 의해 냉각된 냉기 탱크(236)의 저온의 공기는 공급 라인(210)을 통해 냉각 블록(200)으로 전달될 수 있다. 공급 라인(210)은 PVC를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 두 개의 냉각 블록들(200) 각각으로 공급 라인들(210)이 연결될 수 있다.

냉각 블록들(200) 각각의 일 측은 냉기 탱크(236)와 연결된 공급 라인(210)과 연결되며, 냉각 블록들(200) 각각의 타 측은 냉각 블록들(200)을 통과한 냉기를 배출하기 배출 라인(220)과 연결될 수 있다. 배출 라인(220) 내 공기는 공급 라인(210) 내 공기보다 높은 온도를 가질 수 있다.

배출 라인(220)은 에어 펌프(232)의 일 측에 연결될 수 있다. 에어 펌프(232)는 배출 라인(220)을 통해 유입된 공기를 유입 라인(234)을 통해 냉기 탱크(236)로 다시 제공할 수 있다. 다른 예로, 배출 라인(220) 내 공기는 외부로 연결된 배기부를 통해 배기될 수 있다.

냉각 장치(20)는, 냉기 제공부(230)의 파워를 전달하는 전원(246) 및 무접점 릴레이(Solid State Relay: SSR, 248)를 더 포함할 수 있다.

제어부(250)는. 피냉각 유닛(VAL)의 온도를 측정하는 온도 센서와 연결되어, 피냉각 유닛(VAL)의 온도에 따라 에어 펌프(232), 열전 소자(238), 쿨링 팬(242), 및 전원(246)을 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 냉각 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.

도 3을 참조하면, 조절 밸브의 동작을 확인한다(S510). 조절 밸브가 동작하지 않으면, 제어부를 통해 알람을 발생시킬 수 있다(S520). 조절 밸브가 동작하면, 냉각 블록의 온도를 측정한다(S530). 여기에서, 측정된 냉각 블록의 온도 데이터를 이용하여 원자층 증착 장치를 모니터링할 수 있다(S580).

냉각 블록의 적절한 온도 범위는 피냉각 유닛으로 제공되는 공정 가스에 따라 설정될 수 있다(S540). 예컨대, 공정 가스가 B₂H₆ 가스일 경우 설정 온도 범위는 0 내지 10℃ 사이일 수 있다.

냉각 블록의 온도가 설정된 온도 범위 사이인 경우(S550), 조절 밸브를 폐쇄하고(S570), 이와는 다르게 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우, 조절 밸브를 개방하여(S560) 냉기를 냉각 블록으로 제공할 수 있다.

냉각 블록의 온도를 측정한 후, 조절 밸브의 개폐를 결정하는 단계들(S510, S530, S540, S550)을 지속적으로 수행될 수 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10, 20: 냉각 장치
100: 냉각 블록
102: 하우징
103: 냉기 유로
104: 홀
106: 체결 유닛
108: 결합 유닛
110: 온도 센서
120: 냉기 제공부
122, 124, 126: 보텍스 튜브
130: 소음기
134: 매니폴드
132, 136: 공급 라인
138: 조절 밸브
140: 보냉 커버
150: 제어부

Claims

피냉각 유닛의 외측에 배치되는 냉각 블록 및 상기 냉각 블록의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 냉각부;
상기 냉각 블록의 일 측에 연결되는 공급 라인, 상기 공급 라인 중에 설치되는 조절 밸브, 및 상기 공급 라인과 연결되며 상기 냉기를 생성하는 보텍스 튜브(vortex tube)를 포함하는 냉기 제공부; 및
상기 온도 센서의 온도에 따라 상기 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각 블록은,
상기 피냉각 유닛의 외측 하부를 감싸며, 하부 및 서로 마주하는 두 측벽들을 포함하는 하우징;
상기 하우징의 하부 내에 형성된 냉기 유로; 및
상기 냉기 유로와 연통되며, 상기 냉기 제공부로부터 제공된 냉기를 피냉각 유닛으로 직접 제공하는 복수의 홀들을 포함하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 피냉각 유닛은,
저온의 공정 가스의 유량을 제어하는 질량유량계 및 상기 공정 가스를 공정 챔버 내로 유입하기 위한 밸브 중 적어도 하나를 포함하는 냉각 장치.
제3항에 있어서,
상기 피냉각 유닛이 상기 질량 유량계 및 상기 밸브를 모두 포함하는 경우,상기 냉기 제공부는 상기 공급 라인 중에 배치되는 매니폴드(manifold)를 더 포함하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각 블록으로 제공된 냉기는, 상기 피냉각 유닛과 상기 냉각 블록 사이 공간으로 배기되는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉기 제공부는,
상기 보텍스 튜브의 말단에 연결되는 소음기; 및
상기 공급 라인의 외측을 감싸며, 상기 냉기를 저온으로 유지하는 보냉 커버를 더 포함하는 냉각 장치.
피냉각 유닛의 외측에 배치되는 냉각 블록 및 상기 냉각 블록의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 냉각부;
상기 냉각부에 연결되고, 열전 소자를 이용하여 생성된 냉기를 상기 냉각부로 제공하는 냉기 제공부; 및
상기 온도 센서의 온도에 따라 상기 냉기 제공부를 제어하는 제어부를 포함하는 냉각 장치.
제7항에 있어서,
상기 냉각 블록은,
상기 피냉각 유닛의 적어도 하나의 측벽에 인접하게 배치되는 하우징;
상기 하우징 내부에 배치되어 상기 하우징 내 냉기의 유로를 결정하는 복수의 돌출부들; 및
상기 하우징의 외측벽에 배치되는 열교환부재를 포함하는 냉각 장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 돌출부들은,
상기 냉각 블록의 상부에서 하방으로 돌출되고, 상기 냉각 블록의 하부와 이격된 제1 돌출부들; 및
상기 냉각 블록의 하부에서 상방으로 돌출되고, 상기 냉각 블록의 상부와 이격된 제2 돌출부들을 포함하되,
인접한 두 개의 제1 돌출부들 사이에 하나의 제2 돌출부가 배치되는 구조의 냉각 장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 돌출부들은,
상기 냉각 블록의 제1 측벽에서 상기 제1 측벽에 대향하는 제2 측벽으로 돌출되며, 열 및 행으로 구성된 매트릭스 구조의 제1 돌출부들; 및
상기 냉각 블록의 제2 측벽에서 상기 제1 측벽으로 돌출되며, 열 및 행으로 구성된 매트릭스 구조의 제2 돌출부들을 포함하되,
인접한 두 개의 제1 돌출부들 사이에 하나의 제2 돌출부가 배치되는 구조의 냉각 장치.
제7항에 있어서,
상기 냉기 제공부는,
상기 열전 소자로 공기를 제공하는 냉기 탱크;
상기 열전 소자에 인접하게 배치된 히트 싱크; 및
상기 히트 싱크에 인접하게 배치된 쿨링 팬을 포함하는 냉각 장치.
제11항에 있어서,
상기 냉기 제공부는,
상기 냉기 탱크와 상기 냉각 블록의 일 측을 연결하여, 상기 냉기 탱크의 냉기를 상기 냉각 블록으로 전달하는 공급 라인;
상기 냉각 블록의 일 측에 대향하는 타 측에 연결되어, 상기 냉각 블록으로부터 상기 냉기를 배기하는 배출 라인; 및
상기 냉기 탱크와 연결되어 공기를 제공하는 에어 펌프를 더 포함하되,
상기 에어 펌프는 상기 배출 라인과 연결되어 상기 냉각 블록을 통해 배출되는 공기를 상기 냉기 탱크로 제공하며,
상기 제어부는 상기 에어 펌프 및 상기 열전 소자와 연결되어, 상기 온도 센서의 온도에 따라 상기 에어 펌프 및 상기 열전 소자를 제어하는 냉각 장치.
피냉각 유닛의 외측에 배치되는 냉각 블록 및 상기 냉각 블록의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 냉각부;
상기 냉각부에 연결되고 상기 냉각부로 냉기를 제공하여 상기 피냉각 유닛을 냉각시키는 냉기 제공부; 및
상기 온도 센서의 온도에 따라 상기 냉기 제공부를 제어하는 제어부를 포함하는 냉각 장치.
제13항에 있어서,
상기 냉각 블록은, 상기 피냉각 유닛의 외측 하부를 감싸며, 하부 및 서로 마주하는 두 측벽들을 포함하는 하우징, 상기 하우징의 하부 내에 형성된 냉기 유로, 및 상기 냉기 유로와 연통되며, 상기 냉기 제공부로부터 제공된 냉기를 피냉각 유닛으로 직접 제공하는 복수의 홀들을 포함하고,
상기 냉기 제공부는, 상기 냉각 블록의 일 측에 연결되는 공급 라인, 상기 공급 라인 중에 설치되는 조절 밸브, 및 상기 공급 라인과 연결되며 상기 냉기를 생성하는 보텍스 튜브를 포함하는 냉각 장치.
제14항에 있어서,
상기 냉기 제공부는,
상기 보텍스 튜브의 말단에 연결되는 소음기; 및
상기 공급 라인의 외측을 감싸며, 상기 냉기를 저온으로 유지하는 보냉 커버 중 적어도 하나를 더 포함하는 냉각 장치.
제13항에 있어서,
상기 냉각 블록은, 상기 피냉각 유닛의 적어도 하나의 측벽에 인접하게 배치되는 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되어 상기 하우징 내 냉기의 유로를 결정하는 복수의 돌출부들, 상기 하우징의 외측벽에 배치되는 열교환부재를 포함하고,
상기 냉기 제공부는, 냉기 탱크, 상기 냉기 탱크 내 공기를 냉각시키는 열전 소자, 상기 열전 소자에 인접하게 배치된 히트 싱크, 및 상기 히트 싱크에 인접하게 배치된 쿨링 팬을 포함하는 냉각 장치.
제16항에 있어서,
상기 복수의 돌출부들은,
상기 냉각 블록의 상부에서 하방으로 돌출되고, 상기 냉각 블록의 하부와 이격된 제1 돌출부들; 및
상기 냉각 블록의 하부에서 상방으로 돌출되고, 상기 냉각 블록의 상부와 이격된 제2 돌출부들을 포함하되,
인접한 두 개의 제1 돌출부들 사이에 하나의 제2 돌출부가 배치되는 구조의 냉각 장치.
제16항에 있어서,
상기 복수의 돌출부들은,
상기 냉각 블록의 제1 측벽에서 상기 제1 측벽에 대향하는 제2 측벽으로 돌출되며, 열 및 행으로 구성된 매트릭스 구조의 제1 돌출부들; 및
상기 냉각 블록의 제2 측벽에서 상기 제1 측벽으로 돌출되며, 열 및 행으로 구성된 매트릭스 구조의 제2 돌출부들을 포함하되,
인접한 두 개의 제1 돌출부들 사이에 하나의 제2 돌출부가 배치되는 구조의 냉각 장치.
피냉각 유닛의 외측에 배치된 냉각부 및 상기 피냉각 유닛으로 냉기를 제공하는 냉기 제공부 사이를 연결하는 공급 라인 중에 설치된 조절 밸브의 동작을 확인하는 단계;
상기 피냉각 유닛의 외측에 배치된 냉각부의 온도를 측정하는 단계;
상기 피냉각 유닛 내 공정 가스에 따라 기준 온도를 설정하는 단계;
상기 측정된 온도 및 상기 설정된 온도를 비교하는 단계; 및
상기 측정된 온도가 상기 설정된 온도를 벗어나는 경우, 상기 조절 밸브를 개방하여 상기 냉기 제공부로부터 냉기를 상기 피냉각 유닛으로 제공하는 단계를 포함하는 냉각 장치의 동작 방법.
제19항에 있어서,
상기 조절 밸브가 동작하지 않는 경우, 제어부를 통해 알람을 발생시키는 단계를 더 포함하는 냉각 장치의 동작 방법.
제19항에 있어서,
상기 측정된 온도가 상기 설정된 온도 범위 내인 경우, 상기 조절 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 냉각 장치의 동작 방법.