KR20230144055A - 프로세스 냉각제 유동을 조절하기 위한 자체 감지 및 자체 작동 밸브 - Google Patents

프로세스 냉각제 유동을 조절하기 위한 자체 감지 및 자체 작동 밸브 Download PDF

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KR20230144055A
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시바람 찬드라셰카르
쿠마레산 나가라잔
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

밸브는 프로세싱 챔버를 빠져나가는 제1 리턴 라인에 부착하기 위한 제1 인라인 구획 및 냉각제 소스에 진입하는 제2 리턴 라인에 부착하기 위한 제2 인라인 구획을 포함한다. 유동 구획은 제1 인라인 구획과 제2 인라인 구획 사이에 부착되고 냉각제가 냉각제 소스로 리턴하게 한다. 제1 유입구 오리피스 및 제2 유입구 오리피스는 제1 인라인 구획과 유동 구획 사이에 포지셔닝된다. 플런저는 제2 유입구 오리피스를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하는 팁을 갖는다. SMA(shape memory alloy) 스프링이 플런저 상에 포지셔닝되며 팁에 부착되고, SMA 스프링은 냉각제의 온도에 따라 제2 유입구 오리피스를 통한 냉각제의 유량을 변동 가능하게 증가 또는 감소시킨다.

Description

프로세스 냉각제 유동을 조절하기 위한 자체 감지 및 자체 작동 밸브
[0001] 본 개시내용의 일부 실시예들은 일반적으로 프로세스 냉각제(coolant) 유동을 조절하기 위한 자체 감지 및 자체 작동 밸브에 관한 것이다.
[0002] 섭씨 수백 도 이상의 온도들을 생성하는 다양한 프로세싱 컴포넌트들의 열 소비를 감소시키기 위해 (다른 프로세싱 장비 중에서) 프로세스 도구의 프로세싱 챔버 전체에 걸쳐 프로세스 냉각제가 순환될 수 있다. 프로세싱 도구의 냉각제 라인들을 통한 프로세스 냉각제의 조절은 반도체 디바이스 제조를 수행하는 프로세스 도구들의 에너지 풋프린트(footprint)를 감소시킬 기회들을 제공한다. 서보 제어식 밸브(servo-controlled valve)들을 사용하는 것은 기능하는 동안, 센서들, 제어 로직 및 액추에이터들의 복잡성들 및 부가적인 비용들이 수반되는 하나의 솔루션이다. 또한, 서보 제어식 밸브들은 또한 주어진 프로세스 도구 셋업에 대한 튜닝 제어 파라미터들의 오버헤드를 수반하며, 이는 시간 소모적이고 이에 따라 비용이 많이 들 수 있다.
[0003] 본원에서 설명된 일부 실시예들은 프로세스 도구를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 커버한다. 예컨대, 일 실시예에 따른 냉각 시스템은 프로세싱 챔버의 가열된 컴포넌트들을 냉각시키는 냉각제를 제공하기 위한 냉각제 소스 및 프로세싱 챔버와 냉각제 소스 사이에 커플링된 냉각제용 리턴 라인을 포함한다. 리턴 라인은 밸브를 갖고, 이 밸브는 냉각제의 디폴트 유량을 지원하는 제1 유입구 및 유출구를 갖는 유동 구획을 포함하고, 유동 구획은 또한 제2 유입구를 갖는다. 밸브는 리턴 라인과 일렬로 있고 제1 유입구 및 제2 유입구를 통해 냉각제를 공급하는 제1 구획을 더 포함한다. 밸브는 플런저의 원위 단부에 팁을 갖는 플런저를 더 포함하고, 팁은 제2 유입구를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하여 디폴트 유량으로부터 냉각제의 유량을 변동시킨다. 밸브는 플런저의 근위 단부 상에 포지셔닝된 편향 스프링을 더 포함한다. 밸브는 편향 스프링과 팁 사이에서 플런저 상에 포지셔닝된 SMA(shape memory alloy) 스프링을 더 포함하고, SMA 스프링은 팁에 부착되어 임계 온도 값을 초과한 냉각제의 온도의 상승에 대한 응답으로 제2 유입구로부터 팁을 변동 가능하게 인출(withdraw)한다.
[0004] 일부 실시예들에서, 냉각 시스템의 밸브는 프로세싱 챔버와 냉각제 소스 사이의 리턴 라인으로부터의 냉각제의 디폴트 유량을 지원하는 제1 유입구 및 유출구를 갖는 유동 구획을 포함하고, 유동 구획은 또한 제2 유입구를 갖는다. 밸브는 리턴 라인과 일렬로 있고 제1 유입구 및 제2 유입구를 통해 냉각제를 공급하는 제1 구획을 더 포함한다. 밸브는 플런저의 원위 단부에 팁을 갖는 플런저를 더 포함하고, 팁은 제2 유입구를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하여 디폴트 유량으로부터 냉각제의 유량을 변동시킨다. 밸브는 플런저의 근위 단부 상에 포지셔닝된 편향 스프링을 더 포함한다. 밸브는 편향 스프링과 팁 사이에서 플런저 상에 포지셔닝된 SMA(shape memory alloy) 스프링을 더 포함하고, SMA 스프링은 팁에 부착되어 임계 온도 값을 초과한 냉각제의 온도의 상승에 대한 응답으로 제2 유입구로부터 팁을 변동 가능하게 인출한다.
[0005] 일부 실시예들에서, 냉각 시스템의 밸브는 프로세싱 챔버를 빠져나가는 제1 리턴 라인에 부착하기 위한 제1 인라인 구획을 포함한다. 밸브는 냉각제 소스에 진입하는 제2 리턴 라인에 부착하기 위한 제2 인라인 구획을 더 포함한다. 밸브는 제1 인라인 구획과 제2 인라인 구획 사이에 부착되고 냉각제가 냉각제 소스로 리턴하게 하는 유동 구획을 더 포함한다. 밸브는 제1 인라인 구획과 유동 구획 사이에 포지셔닝된 제1 유입구 오리피스 및 제2 유입구 오리피스를 더 포함한다. 밸브는 제2 유입구 오리피스를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하는 팁을 갖는 플런저를 더 포함한다. 밸브는 플런저 상에 포지셔닝되며 팁에 부착되는 SMA(shape memory alloy) 스프링을 더 포함하고, SMA 스프링은 냉각제의 온도에 따라 제2 유입구 오리피스를 통한 냉각제의 유량을 변동 가능하게 증가 또는 감소시킨다.
[0006] 본 개시내용은, 유사한 참조부호들이 유사한 엘리먼트들을 표시하는 첨부 도면들의 도들에서 제한적인 것이 아니라 예로서 예시된다. 본 개시내용에서 "실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 상이한 참조들은 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니며, 그러한 참조들은 적어도 하나를 의미하지만, 다수의 실시예들을 참조할 수 있다는 것이 주의되어야 한다.
[0007] 도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 프로세싱 시스템의 개략적인 블록도이다.
[0008] 도 2a는 일 실시예에 따른, 냉각제 온도가 임계 온도 값 미만인 동안 프로세싱 챔버와 냉각제 소스 사이의 냉각제 유동을 제어하는 예시적인 밸브의 단면도이다.
[0009] 도 2b는 일 실시예에 따른, 냉각제 온도가 임계 온도 값을 초과하는 동안 도 2a의 예시적인 밸브의 단면도이다.
[0010] 도 3은 일 실시예에 따른, 도 2a 및 도 2b의 밸브의 저유량과 고유량 사이의 예시적인 트랜지션 존(transition zone)의 그래프이다.
[0011] 도 4는 일부 실시예들에 따른 도 2a 및 도 2b의 밸브에 대한 열적 모델의 개략적인 블록도이다.
[0012] 도 5는 일 실시예에 따른, 냉각제 온도가 임계 온도 값 미만인 동안 프로세싱 챔버와 냉각제 소스 사이의 냉각제 유동을 제어하는 예시적인 이중-밸브의 단면도이다.
[0013] 도 6은 도 5의 이중-밸브의 저유량과 중유량 사이의 예시적인 제1 트랜지션 존, 및 중유량과 고유량 사이의 제2 트랜지션 존의 그래프이다.
[0014] 본 개시내용의 실시예들은 현재의 서보 제어식 솔루션의 위에서 언급된 결점들을 해결하는, 프로세스 냉각제 유동을 조절하기 위한 자체 감지 및 자체 작동 밸브를 제공한다. 또한, 프로세스 냉각제 유동의 조절은, 프로세싱 시스템(또는 도구) 전반에 걸쳐 열 에너지를 보존하고 냉각제 온도의 증가에 반응하는 방식으로 냉각제 라인들을 통해 냉각제의 일정한 유량을 유지하고자 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 밸브는 프로세싱 챔버(또는 다른 프로세싱 장비)와 냉각제 소스 이를테면, 냉각제 저장소 등 사이의 냉각제 시스템의 리턴 라인 상에 일렬로 배치될 수 있다. 밸브는 냉각제의 온도에 기초하여 리턴 라인을 통한 냉각제의 유동을 기계적으로 제한하거나 증가시키도록 구성될 수 있다.
[0015] 일 실시예에서, 밸브는, 인라인 구획들이 프로세싱 챔버로부터 냉각제를 수용하고, 그리고 냉각제를 냉각제 소스로 리턴하는 반면, 인라인 구획들 사이에 부착된 유동 구획은 냉각제가 밸브를 통해 자유롭게 유동하도록 허용하는 다중 구획 접근법을 사용한다. (밸브의 입력 부분의) 제1 인라인 구획과 유동 구획 사이의 2개의 오리피스들 중 제2 오리피스를 통한 유동은 제2 오리피스를 완전히 차단할 수 있는 팁(tip)을 갖는 SMA(shape memory alloy) 스프링-인에이블 플런저(spring-enabled plunger)를 사용하여 변동 가능하게 제어될 수 있다. 팁은, 예컨대, 제2 오리피스를 차단하는 가변 레벨들을 가능하게 하기 위해 일 실시예에서 원뿔 형상(예컨대, 원추형)일 수 있다.
[0016] 보다 구체적으로, 밸브는 프로세싱 챔버를 빠져나가는 제1 리턴 라인에 부착하기 위한 제1 인라인 구획을 포함할 수 있다. 밸브는 냉각제 소스에 진입하는 제2 리턴 라인에 부착하기 위한 제2 인라인 구획을 더 포함할 수 있다. 냉각제가 냉각제 소스로 리턴하게 하는 유동 구획은 제1 인라인 구획과 제2 인라인 구획 사이에 부착될 수 있다. 밸브는 제1 인라인 구획과 유동 구획 사이에 포지셔닝된 제1 유입구 오리피스 및 제2 유입구 오리피스를 더 포함할 수 있다. 밸브는 밸브를 통한 냉각제 유동을 변동 가능하게 제어하기 위해 제2 유입구 오리피스를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하는 팁을 갖는 플런저를 더 포함할 수 있다. 밸브는 플런저 상에 포지셔닝되고 팁에 부착된 SMA 스프링을 더 포함할 수 있다. SMA 스프링은 냉각제의 온도에 따라 제2 유입구 오리피스를 통한 냉각제의 유량을 변동 가능하게 증가 또는 감소시킬 수 있다.
[0017] 본 개시내용의 실시예들의 이점들은 이러한 서보 제어식 솔루션의 제어 파라미터들을 튜닝하는 데 요구되는 오버헤드에 대한 필요성을 포함하기 위해 외부 센서, 제어 로직 또는 액추에이터에 대한 필요성을 제거하는 (밸브의 SMA-인에이블 플런저를 통한) 기계적으로 이용되는 감지 및 레이트 조절 능력을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 또한, 개시된 밸브는 빠져나가는 냉각제 자체의 열에너지의 사용 시에, 외부 에너지 소스가 필요하지 않다. 또한, 밸브는 냉각제의 온도에 기초한 연속 유량 조정들 또는 미리 결정된 단계 조정들 둘 모두에서 기능하도록 구성될 수 있다. 따라서 개시된 밸브는 복잡성을 감소시키고 외부 에너지 소스들에 대한 의존성을 제거하는 데 비용 효율적이다. 또한, 밸브는 고도의 부식성 환경에서 그리고 다양한 냉각제 유형들과 작동하도록 구성될 수 있다. 이들 및 다른 이점들은 하기 개시내용에서 언급될 것이고 그리고/또는 반도체 디바이스 프로세싱 분야의 당업자에게 명백할 것이다.
[0018] 도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 프로세싱 시스템(100)의 개략적인 블록도이다. 프로세싱 시스템(100)(또는 프로세싱 도구)은 냉각될 프로세싱 장비를 대표하는 프로세싱 챔버(102), (예컨대, 냉각제 라인들 내에서) 프로세싱 챔버(102)에 냉각제를 공급하는 냉각제 소스(120), 및 프로세싱 챔버(102)와 냉각제 소스(120) 사이에 커플링되는, 리턴 라인(105) 상에 포지셔닝된 밸브(110)를 포함할 수 있다. 리턴 라인(105)은 프로세싱 챔버(102)의 냉각제 라인들과 밸브(110) 사이에 부착된 제1 리턴 라인(105A) 및 밸브(110)와 냉각제 소스(120) 사이에 부착된 제2 리턴 라인(105B)을 포함할 수 있다. 밸브(110)는 냉각제의 온도에 기초하여 리턴 라인을 통한 냉각제의 유동을 기계적으로 제한하거나 증가시키도록 구성될 수 있다.
[0019] 언급된 바와 같이, 냉각제 소스(120)는 설비 유체 유입구로부터 냉각제가 공급되고 설비 유체 유출구를 통해 냉각제가 리사이클링될 수 있는 저장조, 용기 등일 수 있다. 냉각제는 물 기반 냉각제일 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 일 실시예에서, 냉각제는 우누트륨(Ununtrium; UUT)을 포함하는 유체 혼합물이다. 예컨대, 우누트륨은 물 및/또는 다른 유체들과 혼합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 냉각제는 공기 혼합물을 포함하도록 가스 기반이다.
[0020] 도 2a는 일 실시예에 따른, 냉각제 온도가 임계 온도 값 미만인 동안 프로세싱 챔버와 냉각제 소스 사이의 냉각제 유동을 제어하는 예시적인 밸브(210)의 측면도이다. 본 실시예에서, 밸브(210)는 도 1의 밸브(110)와 동일할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 밸브(210)는 제1 구획(204)(예컨대, 제1 인라인 구획), 제2 구획(208)(예컨대, 제2 인라인 구획), 및 제1 구획(204)과 제2 구획(208) 사이에 부착된 유동 구획(206)를 포함한다.
[0021] 유동 구획(206)은 단일 화살표들에 의해 표시된 냉각제의 디폴트 유량, 예컨대, 제1 구획(204)으로부터 제2 컴(com)(GPM)으로의 냉각제의 디폴트 유량 또는 다른 수락 가능한 낮은 유량을 지원하는 제1 유입구(203)(예컨대, 제1 유입구 오리피스) 및 유출구(207)(예컨대, 유출구 오리피스)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 저유량은 3.7GPM이다. 유동 구획(206)은 밸브(210)를 통한 냉각제의 부가적인 유동을 변동 가능하게 제공하기 위한 제2 유입구(205)(예컨대, 도 2b에서 가장 잘 보이는 제2 유입구 오리피스)를 더 포함할 수 있다.
[0022] 다양한 실시예들에서, 제1 구획(204)은 제1 리턴 라인(105A)과 일렬로 있고 제1 유입구(203) 및 제2 유입구(205)를 통해 유동 구획(206) 내로 냉각제를 공급한다. 이들 실시예들에서, 제2 구획(208)은 제2 리턴 라인(105B)과 일렬로 있고 유출구(207)를 또한 포함한다. 제2 구획의 파티션(211)은 제1 구획(204)과 제2 구획(208) 사이의 유동을 차단할 수 있다.
[0023] 다양한 실시예들에서, 밸브(210)는 플런저(212), 편향 스프링(230), 백스톱(backstop)(220) 및 SMA 스프링(240)을 포함하는 밸브 조립체를 더 포함한다. 플런저(212)는 플랜지(216) 및 팁(224)을 포함하거나 이에 부착될 수 있다. 이들 실시예들에서, 팁(224)은 플런저(212)의 원위 단부에 포지셔닝되고 디폴트 유량으로부터 냉각제의 유량을 변동시키기 위해 제2 유입구(205)를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하기 위한 것이다. 일부 실시예들에서, 플런저는 유동 구획(206)을 통한 냉각제의 유동에 대해 직각으로 이동하도록 구성된다. 일 실시예에서, 팁(224)은 원뿔 형상인데, 예컨대, 원뿔 형상 팁이다. 다른 실시예들에서, 팁(224)은 제2 유입구(205)를 차단할 수 있고 팁(224)이 제2 유입구(205)로부터 인출됨에 따라 제1 구획(204)과 유동 구획(203) 사이에 더 많은 냉각제 유동을 변동 가능하게 허용하는 다른 기하학적 형상(예컨대, 구형, 코너를 사용한 블록-형상)이다. 따라서, 밸브(210)의 디폴트 유량은 제2 유입구(205)가 팁(224)에 의해 완전히 폐쇄될 때의 냉각제 유량이다.
[0024] 일부 실시예들에서, 편향 스프링(230)은 플런저(212)의 근위 단부 상에 포지셔닝되고 팁(224)이 제2 유입구(205)를 차단하는 포지션으로 플런저(212)를 다시 편향시키기 위한 일정한 강성을 갖는다. 다양한 실시예들에서, SMA 스프링(240)은 편향 스프링(230)과 팁(224) 사이에서 플런저 상에 포지셔닝된다. SMA 스프링(240)은 팁(224)에 부착되어 임계 온도 값 초과로 냉각제의 온도의 상승에 대한 응답하여 제2 유입구(205)로부터 팁(224)을 변동 가능하게 인출할 수 있다(도 2b). SMA 스프링(240)은 다른 가능성들 중에서도, 니켈 티타늄(Ni-Ti), 니켈 티타늄 철(Ni-Ti-Fe) 또는 니켈 티타늄 구리(Ni-Ti-Cu) 중 하나와 같이 온도에 기초하여 팽창 또는 수축하는 형상 기억 합금으로 만들어질 수 있다(또는 이 형상 기억 합금으로 구성될 수 있음).
[0025] 다양한 실시예들에서, 밸브(210)는 제1 구획(204)의 오리피스(217)(도 2b에 라벨링됨)를 더 포함하며, 이 오리피스(217)를 통해 플런저(212)가 삽입된다. 하나 이상의 연장 벽들(225)이 오리피스를 둘러쌀 수 있고 제1 구획(204)의 외부 표면에 부착(또는 형성)될 수 있다. 백스톱(220)은 하나 이상의 연장 벽들(225)에 부착될 수 있고 편향 스프링(230)의 근위 단부와 접촉할 수 있다. 이들 실시예들에서, 편향 스프링(230)의 원위 단부는 플랜지(216)에 대해 편향될 수 있다. 또한, SMA 스프링(240)은 오리피스(217)에서 제1 구획(204)의 내벽과 플런저(212)의 팁(224) 사이에 커플링될 수 있다. SMA 스프링(240)은 임계 온도 값 초과의 온도로 상승하는 냉각제에 대한 노출에 대한 응답으로 내벽에 대해 압축되도록 만들어질 수 있으며, 이는 팁(224)이 제2 유입구(205)로부터 변동 가능하게 인출되게 한다. 본원에서 논의된 밸브(210) 및 밸브(210)의 다양한 구획들 및 컴포넌트들은 부식성 환경들에 대한 내성이 있고 다양한 상이한 냉각제들과 함께 기능하는 컴포넌트들로 제조될 수 있다.
[0026] 도 2b는 일 실시예에 따른, 냉각제 온도가 임계 온도 값을 초과하는 동안 도 2a의 예시적인 밸브(210)의 측면도이다. 냉각제의 온도가 임계 온도 값(예컨대, 30℃, 33℃, 36℃ 등)을 초과함에 따라, SMA 스프링(240)이 압축되어, 플런저(212)의 팁(224)이 제2 유입구(205)로부터 인출되기 시작하게 한다. 밸브(210)를 통한 냉각제의 유동의 증가는 이중 화살표들로 예시된다. SMA 스프링(240)은 최대 수축 및 이에 따라, 또한 최대 유량에 도달할 때까지 냉각제의 온도의 지속되는 증가에 대한 응답으로, 비례적으로(또는 함수에 따라) 계속 압축될 수 있다. 최대 유량은 예컨대, 14 내지 18GPM이거나 SMA 스프링(240)의 재료 및 냉각제의 온도 범위에 의존하여 일부 다른 적절히 더 높은 유량일 수 있다.
[0027] 도 3은 일 실시예에 따른, 도 2a 및 도 2b의 밸브(210)의 저유량과 고유량 사이의 예시적인 트랜지션 존(301)의 그래프(300)이다. 그래프(300)는 밸브 개방 플롯(302) 및 밸브 폐쇄 플롯(304)을 포함하며, 냉각제가 가열되는지 또는 냉각되는지에 의존하여 유량의 궤적이 변동될 수 있음을 예시한다. 논의된 바와 같이, 밸브의 디폴트(저) 유량은 분당 3 내지 5갤런일 수 있는 반면, 밸브의 최대 유량은 분당 14 내지 18갤런일 수 있다. 이들 유량 범위들은 SMA 스프링(240)의 합금 유형 및/또는 냉각제의 유형 및 냉각제의 예상된 온도 범위에 의존하여 조정될 수 있다.
[0028] 도 4는 일부 실시예들에 따른 도 2a 및 도 2b의 밸브(210)에 대한 열적 모델(400)의 개략적인 블록도이다. 열적 모델(400)은 일정한 세트 포인트 온도(TS)를 가정할 수 있다. 열적 모델(400)은 제1 리턴 라인(105A)으로부터 밸브(210) 내로 들어오는 제1 온도(T1), 밸브(210) 내의 평균 온도(Tav), 및 밸브(210)를 떠나고 제2 리턴 라인(105B)에 진입하는 냉각제의 제2 온도(T2)를 고려할 수 있다. SMA 스프링(240)의 펑셔닝(functioning)을 모델링하기 위해 저항(440)이 예시된다. 다양한 실시예들에서,
(1)
, 이에 따라 (2)
여기서 K는 유체 유형에 대한 상수이다. 따라서 방정식들 (1) 및 (2)로부터, 다음이 도출될 수 있다:
, 여기서 (3).
디투스 볼터(Dittus Boelter) 방정식에 따라 n = 0.8이고, 이에 따라 n -1은 ― 0.2이다. 따라서,
(4)
그리고 이기 때문에 방정식 (4)는 비선형 반복 상관관계를 갖는다. 밸브 동작 범위는 온도 오실레이션을 감소시키기 위한 대역폭을 가져야 한다. 따라서, 일부 실시예들에서, mdot이 증가함에 따라, T2는 감소하고, 밸브(210)는 더 낮은 mdot에서 트리거하고 그 반대의 경우도 마찬가지다.
[0029] 도 5는 일 실시예에 따른, 냉각제 온도가 임계 온도 값 미만인 동안 프로세싱 챔버와 냉각제 소스 사이의 냉각제 유동을 제어하는 예시적인 이중-밸브(510)의 단면도이다. 일 실시예에서, 이중-밸브(510)는 도 1의 밸브(110)와 동일할 수 있다. 이중-밸브(510)는 도 2a 및 도 2b의 밸브(210)의 확장으로서 이해될 수 있고, 따라서 여기에서는 수정들만이 설명된다. 예컨대, 제1 구획(204)은 제1 유입구(203), 제2 유입구(205A) 및 제3 유입구(205B)를 포함하도록 확장될 수 있다.
[0030] 이중-밸브(510) 실시예들에서, 단일 밸브 조립체 대신에, 제2 유입구(205A) 및 제3 유입구(205B)를 각각 선택적으로 개방 또는 폐쇄하도록 각각 하나씩 2개의 밸브 조립체들이 있다. 따라서, 제1 밸브 조립체는 제1 플런저(212A), 제1 편향 스프링(230A) 및 제1 SMA 스프링(240A)을 포함할 수 있다. 제1 플런저(212A)는 제1 플랜지(216A) 및 제1 팁(224A)을 포함하거나 이에 부착될 수 있다. 이들 실시예들에서, 제1 팁(224A)은 제1 플런저(212A)의 원위 단부에 포지셔닝되고 디폴트 유량으로부터 냉각제의 유량을 변동시키기 위해 제2 유입구(205A)를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하기 위한 것이다.
[0031] 일부 실시예들에서, 제1 편향 스프링(230A)은 제1 플런저(212A)의 근위 단부 상에 포지셔닝되고 제1 팁(224A)이 제2 유입구(205A)를 차단하는 포지션으로 제1 플런저(212A)를 다시 편향시키기 위한 일정한 강성을 갖는다. 다양한 실시예들에서, 제1 SMA 스프링(240A)은 제1 편향 스프링(230A)과 제1 팁(224A) 사이에서 제1 플런저(212A) 상에 포지셔닝된다. 제1 SMA 스프링(240A)은 제1 팁(224A)에 부착되어 제1 임계 온도 값 초과로 냉각제의 온도 상승에 대한 응답으로 제2 유입구(205A)로부터 제1 팁(224A)을 변동 가능하게 인출할 수 있다(도 2b).
[0032] 이들 실시예들에서, 제2 밸브 조립체는 제2 플런저(212B), 제2 편향 스프링(230B) 및 제2 SMA 스프링(240B)을 포함할 수 있다. 제2 플런저(212B)는 제2 플랜지(216B) 및 제2 팁(224B)을 포함하거나 이에 부착될 수 있다. 이들 실시예들에서, 제2 팁(224B)은 제2 플런저(212B)의 원위 단부에 포지셔닝되고 디폴트 유량으로부터 냉각제의 유량을 변동시키기 위해 제3 유입구(205B)를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하기 위한 것이다.
[0033] 일부 실시예들에서, 제2 편향 스프링(230B)은 제2 플런저(212B)의 근위 단부 상에 포지셔닝되고 제2 팁(224B)이 제3 유입구(205B)를 차단하는 포지션으로 제2 플런저(212B)를 다시 편향시키기 위한 일정한 강성을 갖는다. 다양한 실시예들에서, 제2 SMB 스프링(240B)은 제2 편향 스프링(230B)과 제2 팁(224B) 사이에서 제2 플런저(212B) 상에 포지셔닝된다. 제2 SMA 스프링(240B)은 제2 팁(224B)에 부착되어 제2 임계 온도 값 초과로 냉각제의 온도의 상승에 대한 응답으로 제3 유입구(205B)로부터 제2 팁(224B)을 변동 가능하게 인출할 수 있다(도 2b). 백스톱(220)(도 2a-2b)은 더 크게 수정될 수 있고 따라서 하나 이상의 연장 벽들(225)에 부착되고 제1 및 제2 편향 스프링들(230A, 203B)의 근위 단부와 접촉하도록 구성될 수 있다.
[0034] 다양한 실시예들에서, 제1 SMA 스프링(240A)은 제2 SMA 스프링(240B)과 상이한 SMA 재료로 만들어질 수 있기 때문에, 제1 임계 온도 값은 제2 임계 온도 값과 상이할 수 있다. 설명을 쉽게 하기 위해, 제1 온도 임계 값이 제2 온도 임계 값보다 낮다고 가정한다. 따라서, 제1 밸브 조립체는 제1 SMA 스프링(240A)을 사용하여 이중-밸브(510)를 통한 유량을 대략 중유량까지 변동 가능하게 증가시킬 수 있으며, 그 후에 제2 밸브 조립체는 제2 SMA 스프링(240B)을 사용하여 대략 중유량으로부터 최고 유량까지 유량을 변동 가능하게 증가시킬 수 있다. 따라서, 예컨대, 최고 유량에서, 제1 및 제2 SMA 스프링들(240A 및 240B) 둘 모두는 도 2b의 단일 밸브 조립체를 참조하여 예시된 바와 같이 제1 구획(204)의 내벽에 대해 완전히 압축된다. 냉각제 유량의 단계적 및 가변적 증가는 도 6의 그래프에서 그림으로 예시된다.
[0035] 도 5는 단지 2개의 밸브 조립체들로 유량을 변동시키는 것을 예시하지만, 부가적인 SMA 스프링(들)의 훨씬 더 상이한 재료를 포함하는 부가적인 밸브 조립체들이 추가될 수 있고 이에 따라, 다중 밸브 장치에서 가변 냉각제 유량의 훨씬 더 큰 대역폭을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 다중 밸브 장치 내 각각의 밸브 조립체의 유량 범위들은 어느 정도 오버랩할 수 있어, 상이한 SMA 스프링(들)의 작동을 통한 유량 증가들의 타이밍을 통해 훨씬 더 많은 가능한 유량들을 생성할 수 있다.
[0036] 도 6은 도 5의 이중 밸브(510)의 저유량과 중유량 사이의 예시적인 제1 트랜지션 존(601A), 및 중유량과 고유량 사이의 제2 트랜지션 존(601B)의 그래프(600)이다. 일부 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 제1 트랜지션 존(601A) 및 제2 트랜지션 존(602B)은 어느 정도 오버랩한다. 이는 상이한 SMA 스프링들과 연관된 상이한 압축 레이트 및 임계 온도 값들에 기초하여 밸브 조립체들의 개방/폐쇄 사이에서 유량들이 점진적으로 트랜지션하는 것을 가능하게 한다.
[0037] 도 6을 추가로 참조하면, 그래프(600)는 이중-밸브(510)의 제1 밸브 조립체에 대한 제1 밸브 개방 플롯(602A) 및 제1 밸브 폐쇄 플롯(604A)을 포함하며, 냉각제가 가열 또는 냉각되는지에 의존하여 유량의 궤적이 변동될 수 있음을 예시한다. 그래프(600)는 이중-밸브(510)의 제2 밸브 조립체에 대한 제2 밸브 개방 플롯(602B) 및 제2 밸브 폐쇄 플롯(604B)을 더 포함하며, 냉각제가 가열 또는 냉각되는지에 의존하여 유량의 궤적이 추가로 변동될 수 있음을 예시한다.
[0038] 도 6에 예시된 바와 같이, 그래프(600)의 X-축에 걸친 온도 증가들로 인해 제1 밸브 조립체를 통한 유량이 Y-축의 중간에서 "중-유량" 또는 "중간 유량"에 도달함에 따라, 제2 밸브 조립체를 통한 유량이 점진적으로 증가하기 시작한다. 제1 밸브 조립체를 통한 유량이 높게(그리고 아마도 그의 최대로) 유지되는 반면, 제2 밸브 조립체를 통한 유량은 이중-밸브(510)에 대한 최대 유량에 도달할 때까지 점진적으로 증가할 수 있다. 이러한 부가적인 증가는 밸브(210)를 통하는 것과 비교하여 이중-밸브(510)를 통한 냉각제의 훨씬 더 높은 가능한 유량 및 이에 따라 더 큰 전체 유량 범위를 제공한다(도 2a 및 도 2b).
[0039] 이전의 설명은 본 개시내용의 몇몇 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해 특정 시스템들, 컴포넌트들, 방법들 등의 예들과 같은 다수의 특정 세부사항들을 기재한다. 그러나, 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 잘-알려진 컴포넌트들 또는 방법들은 본 개시내용을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 상세히 설명되지 않거나 간단한 블록 다이어그램 포맷으로 제시된다. 따라서, 기재된 특정 세부사항들은 단지 예시일 뿐이다. 특정한 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들과 다를 수 있으며, 여전히 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
[0040] 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 장소들에서의 어구 "일 실시예" 또는 "실시예"의 출현들 모두는 반드시 동일한 실시예를 지칭할 필요는 없다. 부가적으로, 용어 "또는"은 배타적인 "또는" 보다는 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. 용어 "약" 또는 "대략"이 본 명세서에서 사용될 때, 이는 제시된 공칭 값이 ±10% 내에서 정확하다는 것을 의미하도록 의도된다.
[0041] 본원에서의 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시되고 설명되지만, 각각의 방법의 동작들의 순서는, 특정한 동작들이 역순으로 수행될 수 있도록, 또는 특정한 동작이 적어도 부분적으로 다른 동작들과 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들의 하위-동작들 또는 명령들은 간헐적 및/또는 교번적 방식으로 이루어질 수 있다.
[0042] 위의 설명은 예시적인 것으로 의도되고, 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명을 판독 및 이해할 시에, 많은 다른 실시예들이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 범위는, 첨부된 청구항들이 권리를 가지는 등가물들의 전체 범위와 함께 그러한 청구범위들을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (20)

  1. 냉각 시스템으로서,
    프로세싱 챔버의 가열된 컴포넌트들을 냉각시키는 냉각제를 제공하기 위한 냉각제 소스; 및
    상기 프로세싱 챔버와 상기 냉각제 소스 사이에 커플링된 냉각제용 리턴 라인을 포함하고, 상기 리턴 라인은 밸브를 갖고, 상기 밸브는,
    상기 냉각제의 디폴트 유량(default flow rate)을 지원하는 제1 유입구 및 유출구를 갖는 유동 구획 ― 상기 유동 구획은 또한 제2 유입구를 가짐 ―;
    상기 리턴 라인과 일렬로 있고 상기 제1 유입구 및 상기 제2 유입구를 통해 상기 유동 구획 내로 상기 냉각제를 공급하는 제1 구획;
    플런저 ― 상기 플런저는 상기 플런저의 원위 단부에 팁을 갖고, 상기 팁은 상기 제2 유입구를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하여 상기 디폴트 유량으로부터 상기 냉각제의 유량을 변동시킴 ―;
    상기 플런저의 근위 단부 상에 포지셔닝된 편향 스프링; 및
    상기 편향 스프링과 상기 팁 사이에서 상기 플런저 상에 포지셔닝된 SMA(shape memory alloy) 스프링을 포함하고, 상기 SMA 스프링은 상기 팁에 부착되어, 임계 온도 값을 초과한 상기 냉각제의 온도의 상승에 대한 응답으로 상기 제2 유입구로부터 상기 팁을 변동 가능하게 인출(withdraw)하는, 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는,
    상기 유출구를 포함하고 상기 리턴 라인과 일렬로 있는 제2 구획; 및
    상기 제1 구획과 상기 제2 구획 사이의 유동을 차단하는 파티션을 더 포함하는, 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 팁은 원뿔 형상인, 냉각 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는,
    상기 플런저가 삽입되게 하는 상기 제1 구획의 오리피스;
    상기 오리피스를 둘러싸고 상기 제1 구획의 외부 표면에 부착된 하나 이상의 연장 벽들;
    상기 하나 이상의 연장 벽들에 부착되고 상기 편향 스프링의 근위 단부와 접촉하는 백스톱(backstop); 및
    플랜지를 갖는 상기 플런저를 더 포함하고, 상기 플랜지에 대해 상기 편향 스프링의 원위 단부가 편향되는, 냉각 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 SMA 스프링은 상기 오리피스에서의 상기 제1 구획의 내벽과 상기 플런저의 팁 사이에 커플링되고, 상기 SMA 스프링은 상기 임계 온도 값을 초과한 온도로 상승하는 냉각제에 대한 노출에 대한 응답으로 상기 내벽에 대해 압축되는, 냉각 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각제는 우누트륨(Ununtrium)을 포함하는 유체 혼합물인, 냉각 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸브의 디폴트 유량은 분당 3 내지 5갤런을 포함하고 상기 밸브의 최대 유량은 분당 14 내지 18갤런을 포함하는, 냉각 시스템.
  8. 밸브로서,
    프로세싱 챔버와 냉각제 소스 사이의 리턴 라인으로부터의 냉각제의 디폴트 유량을 지원하는 제1 유입구 및 유출구를 갖는 유동 구획 ― 상기 유동 구획은 또한 제2 유입구를 가짐 ―;
    상기 리턴 라인과 일렬로 있고 상기 제1 유입구 및 상기 제2 유입구를 통해 상기 냉각제를 공급하는 제1 구획;
    플런저 ― 상기 플런저는 상기 플런저의 원위 단부에 팁을 갖고, 상기 팁은 상기 제2 유입구를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하여 상기 디폴트 유량으로부터 상기 냉각제의 유량을 변동시킴 ―;
    상기 플런저의 근위 단부 상에 포지셔닝된 편향 스프링; 및
    상기 편향 스프링과 상기 팁 사이에서 상기 플런저 상에 포지셔닝된 SMA(shape memory alloy) 스프링을 포함하고, 상기 SMA 스프링은 상기 팁에 부착되어, 임계 온도 값을 초과한 상기 냉각제의 온도의 상승에 대한 응답으로 상기 제2 유입구로부터 상기 팁을 변동 가능하게 인출하는, 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유출구를 포함하고 상기 리턴 라인과 일렬로 있는 제2 구획; 및
    상기 제1 구획과 상기 제2 구획 사이의 유동을 차단하는 파티션을 더 포함하는, 밸브.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 플런저의 팁은 원뿔 형상인, 밸브.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 플런저가 삽입되게 하는 상기 제1 구획의 오리피스;
    상기 오리피스를 둘러싸고 상기 제1 구획의 외부 표면에 부착된 하나 이상의 연장 벽들;
    상기 하나 이상의 연장 벽들에 부착되고 상기 편향 스프링의 근위 단부와 접촉하는 백스톱; 및
    플랜지를 갖는 상기 플런저를 더 포함하고, 상기 플랜지에 대해 상기 편향 스프링의 원위 단부가 편향되는, 밸브.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 SMA 스프링은 상기 오리피스에서의 상기 제1 구획의 내벽과 상기 플런저의 팁 사이에 커플링되고, 상기 SMA 스프링은 상기 임계 온도 값을 초과한 온도로 상승하는 냉각제에 대한 노출에 대한 응답으로 상기 내벽에 대해 압축되는, 밸브.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 밸브의 디폴트 유량은 분당 3 내지 5갤런을 포함하고 상기 밸브의 최대 유량은 분당 14 내지 18갤런을 포함하는, 밸브.
  14. 밸브로서,
    프로세싱 챔버를 빠져나가는 제1 리턴 라인에 부착하기 위한 제1 인라인 구획;
    냉각제 소스에 진입하는 제2 리턴 라인에 부착하기 위한 제2 인라인 구획;
    상기 제1 인라인 구획과 상기 제2 인라인 구획 사이에 부착되고, 냉각제가 상기 냉각제 소스로 리턴하게 하는 유동 구획;
    상기 제1 인라인 구획과 상기 유동 구획 사이에 포지셔닝된 제1 유입구 오리피스 및 제2 유입구 오리피스;
    상기 제2 유입구 오리피스를 변동 가능하게 개방 및 폐쇄하는 팁을 갖는 플런저; 및
    상기 플런저 상에 포지셔닝되며 상기 팁에 부착되는 SMA(shape memory alloy) 스프링을 포함하고, 상기 SMA 스프링은 상기 냉각제의 온도에 따라 상기 제2 유입구 오리피스를 통한 상기 냉각제의 유량을 변동 가능하게 증가 또는 감소시키는, 밸브.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 플런저는 상기 유동 구획을 통한 상기 냉각제의 유동에 대해 직각으로 이동하는, 밸브.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 플런저가 삽입되게 하는 상기 제1 인라인 구획의 오리피스;
    상기 오리피스를 둘러싸고 상기 제1 인라인 구획의 외부 표면에 부착된 하나 이상의 연장 벽들;
    상기 플런저의 근위 단부 상에 포지셔닝된 편향 스프링;
    상기 하나 이상의 연장 벽들에 부착되고 상기 편향 스프링의 근위 단부와 접촉하는 백스톱; 및
    플랜지를 갖는 상기 플런저를 더 포함하고, 상기 플랜지에 대해 상기 편향 스프링의 원위 단부가 편향되는, 밸브.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 팁은 원뿔 형상 팁이고, 상기 SMA 스프링은 임계 온도 값을 초과하는 상기 냉각제의 온도의 상승에 대한 응답으로 상기 제2 유입구 오리피스로부터 상기 원뿔 형상 팁을 변동 가능하게 인출하도록 구성되는, 밸브.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 SMA 스프링은 상기 제1 인라인 구획의 내벽과 상기 원뿔 형상 팁 사이에 커플링되고, 상기 SMA 스프링은 상기 임계 온도 값 초과의 온도로 상승하는 냉각제에 대한 노출에 대한 응답으로 비례적으로 상기 내벽에 대해 압축되는, 밸브.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 밸브의 디폴트 유량은, 상기 제2 유입구 오리피스가 상기 원뿔 형상 팁에 의해 완전히 폐쇄될 때 분당 3 내지 5갤런을 포함하고, 상기 밸브의 최대 유량은 분당 14 내지 18갤런을 포함하는, 밸브.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 SMA 스프링은 니켈 티타늄(Ni-Ti), 니켈 티타늄 철(Ni-Ti-Fe) 또는 니켈 티타늄 구리(Ni-Ti-Cu) 중 하나로 구성되는, 밸브.
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