WO2021256607A1 - 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치 - Google Patents

냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치 Download PDF

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WO2021256607A1
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block
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vertical
passing
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최대규
임은석
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주식회사 뉴파워 프라즈마
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    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32669—Particular magnets or magnet arrangements for controlling the discharge

Definitions

  • the present invention relates to a cooling block and a plasma reaction apparatus having the same, and more particularly, to a cooling block and a plasma reaction apparatus having the same, which can be easily manufactured by forming a vertical or horizontal flow path in an integrated single block body by drilling.
  • Plasma discharge is used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, and molecules.
  • Active gas is widely used in various fields and is typically used in various ways such as semiconductor manufacturing processes, such as etching, deposition, cleaning, and ashing.
  • the volume of the process chamber is also increasing as the size of the target substrate increases, so a plasma source capable of remotely supplying a high-density active gas sufficiently is required.
  • a remote plasma reactor (or referred to as a remote plasma generator) is one using a transformer coupled plasma source (transformer coupled plasma source) and one using an inductively coupled plasma source (inductively coupled plasma source).
  • a remote plasma reactor using a transformer coupled plasma source has a structure in which a magnetic core having a primary winding coil is mounted on a reactor body of a toroidal structure.
  • a remote plasma reactor using an inductively coupled plasma source has a structure in which an inductively coupled antenna is mounted on a reactor body of a hollow tube structure.
  • the gas injected into the plasma reactor makes a gaseous material into a plasma form including ions, free radicals, atoms, and molecules by electrical force, and this plasma is etched, deposited, cleaned, etc. is used for this purpose.
  • a conventional plasma reactor includes a cooling kit on a magnetic core where an induced electromotive force is generated to prevent overheating of the magnetic core and reduce power loss.
  • a cooling block for circulating cooling water is manufactured with two plates, a flow path is formed on each of the two plates or an inner surface of one plate, and then the two plates are connected to each other with a sealing member interposed therebetween. It was manufactured as a two-piece type that was tightly sealed and sealed.
  • the cooling line of the cooling water is not evenly formed inside and outside the reaction body and the magnetic core, and the cooling efficiency is greatly reduced because the heated cooling water expands and natural convection is not used due to the difference in density. Since the flow rate, temperature, and pressure could not be accurately controlled, there were many problems such as lowering plasma generation efficiency.
  • the present invention is to solve various problems, including the above problems, by forming a vertical or horizontal flow path in an integrated single block body by gun drilling, etc. Because it can be manufactured very easily, manufacturing cost and time can be greatly reduced, and refrigerant leakage accidents can be prevented in advance by using a stopper with excellent sealing power instead of a sealing member.
  • An object of the present invention is to provide a cooling block and a plasma reaction apparatus having the same, which can further reduce time and cost, and significantly improve heat transfer efficiency because no boundary phenomenon occurs.
  • the flow of cooling water is guided downward to counteract the thermal convection phenomenon, and in a relatively high temperature reaction body, the cooling water flow is guided upward to comply with the thermal convection phenomenon.
  • Efficiency can be optimized, and in standby mode, the generation of particles can be prevented by reducing the flow rate of the coolant, raising the temperature of the coolant, or reducing the pressure, etc. and a cooling block capable of increasing the maintenance rate, and a plasma reaction apparatus having the same.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
  • Cooling block for solving the above problems, an integrated block body; a first vertical flow path formed in a vertical shape from one surface of the block body through the inside of the block body; a first horizontal flow path part formed in a horizontal shape through the inside of the block body from a first point on the side surface of the block body, and passing a part of the first vertical flow path part; a second horizontal flow path part passing through the inside of the block body from a second point on the side surface of the block body in a horizontal shape and passing through the other part of the first vertical flow path part; a second vertical flow path part formed in a vertical shape from a third point on the other surface of the block body passing through the inside of the block body, and passing through the first horizontal flow path part and the second horizontal flow path part; A first sealing stopper installed at the first point so that the refrigerant that has passed through the first vertical flow path can be branched into two branches into the first horizontal flow path and the second horizontal flow path, and then merge into the second vertical flow path. ; and
  • the cooling block according to the present invention is formed in a horizontal shape passing through the inside of the block body from a fourth point on the side of the block body, the third horizontal flow passage passing through the second vertical passage; a third vertical flow path part passing through the inside of the block body from the other surface of the block body in a vertical shape and passing through the third horizontal flow path part; a third sealing stopper installed at the third point so that the refrigerant of the second vertical flow path can be guided to the third vertical flow path through the third horizontal flow path; and a fourth sealing stopper installed at the fourth point so that the refrigerant of the second vertical flow path part passes through the third horizontal flow path part and is guided to the third vertical flow path part.
  • the cooling block according to the present invention is formed in a horizontal shape through the inside of the block body from a fifth point on the side surface of the block body, and a fourth horizontal flow path passing through the other part of the first vertical flow path part wealth; and the refrigerant passing through the first vertical flow path may be branched into three branches into the first horizontal flow path, the second horizontal flow path, and the fourth horizontal flow path, and then merge into the second vertical flow path. It may further include; a fifth sealing stopper installed at the point.
  • a gas inlet is formed on one side
  • a plasma outlet is formed on the other side
  • an annular loop space is formed therein
  • a main body cooling passage is formed therein.
  • a reaction body formed; a magnetic core formed in a shape surrounding at least a portion of the reaction body and having a primary winding configured to generate plasma by exciting the gas in the annular loop space; a cooling block installed outside the reaction body or the magnetic core, in thermal contact with the reaction body or the magnetic core, and having a block cooling passage formed therein;
  • a first inlet pipe and a first outlet pipe are formed on one side so that the cooling water of a first temperature can be supplied, and a second inlet pipe and a second pipe on the other side so that the cooling water of a second temperature higher than the first temperature can be collected
  • the cooling block may include a front block installed in front of the reaction body or in front of the magnetic core; and a rear block installed in the rear of the reaction body or behind the magnetic core.
  • the cooling water circulation line may include: a first cooling line having one end connected to the first water outlet pipe of the connecting block and the other end connected to the first block upper inlet of the front block; a second cooling line having one end connected to the first water outlet pipe and the other end connected to the second block upper inlet of the rear block; a third cooling line having one end connected to the first block lower outlet of the front block and the other end connected to the first main body lower inlet of the reaction body; a fourth cooling line having one end connected to the second block lower outlet of the rear block and the other end connected to the second main body lower inlet of the reaction body; a fifth cooling line having one end connected to the upper outlet of the third body of the reaction body and the other end connected to the second water inlet pipe of the connecting block; and a sixth cooling line having one end connected to the upper outlet of the fourth body of the reaction body and the other end connected to the second water inlet pipe of the connecting block.
  • the rear block the integrated block body; a first vertical flow path formed in a vertical shape from one surface of the block body through the inside of the block body; a first horizontal flow path part formed in a horizontal shape through the inside of the block body from a first point on the side surface of the block body, and passing a part of the first vertical flow path part; a second horizontal flow path part passing through the inside of the block body from a second point on the side surface of the block body in a horizontal shape and passing through the other part of the first vertical flow path part; a second vertical flow path part formed in a vertical shape from a third point on the other surface of the block body passing through the inside of the block body, and passing through the first horizontal flow path part and the second horizontal flow path part; A first sealing stopper installed at the first point so that the refrigerant that has passed through the first vertical flow path can be branched into two branches into the first horizontal flow path and the second horizontal flow path, and then merge into the second vertical flow path.
  • a second sealing stopper installed at the second point; a third horizontal flow path part passing through the inside of the block body from a fourth point on the side surface of the block body in a horizontal shape and passing through the second vertical flow path part; a third vertical flow path part passing through the inside of the block body from the other surface of the block body in a vertical shape and passing through the third horizontal flow path part; a third sealing stopper installed at the third point so that the refrigerant of the second vertical flow path can be guided to the third vertical flow path through the third horizontal flow path; and a fourth sealing stopper installed at the fourth point so that the refrigerant of the second vertical flow path part can be guided to the third vertical flow path part through the third horizontal flow path part.
  • the front block the integrated block body; a first vertical flow path formed in a vertical shape from one surface of the block body through the inside of the block body; a first horizontal flow path part formed in a horizontal shape through the inside of the block body from a first point on the side surface of the block body, and passing a part of the first vertical flow path part; a second horizontal flow path part passing through the inside of the block body from a second point on the side surface of the block body in a horizontal shape and passing through the other part of the first vertical flow path part; a second vertical flow path part formed in a vertical shape from a third point on the other surface of the block body passing through the inside of the block body, and passing through the first horizontal flow path part and the second horizontal flow path part; A first sealing stopper installed at the first point so that the refrigerant that has passed through the first vertical flow path can be branched into two branches into the first horizontal flow path and the second horizontal flow path, and then merge into the second vertical flow path.
  • a second sealing stopper installed at the second point; a fourth horizontal flow path part formed in a horizontal shape through the inside of the block body from a fifth point on the side surface of the block body, and passing through the other part of the first vertical flow path part; and the refrigerant passing through the first vertical flow path may be branched into three branches into the first horizontal flow path, the second horizontal flow path, and the fourth horizontal flow path, and then merge into the second vertical flow path. It may include; a fifth sealing stopper installed at the point.
  • a vertical or horizontal flow path is formed in an integrated single block body by gun drilling, etc., and unnecessary parts are blocked with a stopper to form a complex shape. Because the flow path is a one-piece type that can be manufactured very easily, manufacturing costs and time can be greatly reduced, and refrigerant leakage accidents can be prevented in advance by using a stopper with excellent sealing power instead of a sealing member. Since no fasteners are required, it is possible to further reduce manufacturing man-hours, time, and cost, and has the effect of greatly improving heat transfer efficiency because a boundary phenomenon does not occur.
  • the flow of cooling water is primarily induced downward to counter the thermal convection phenomenon, and in the relatively high temperature reaction body, the cooling water flow is directed upward to comply with the thermal convection phenomenon.
  • the cooling efficiency can be optimized by inducing a car, and in standby mode, the generation of particles can be prevented by reducing the flow rate of the coolant, raising the temperature of the coolant, or reducing the pressure, etc. , the plasma ignition rate and maintenance rate can be increased, and a flow path is formed inside the cooling block to fundamentally block the possibility of coolant leakage.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIG. 1 is a perspective view (a) and a perspective view (b) illustrating a cooling block according to some embodiments of the present invention.
  • FIG 2 is a perspective view (a) and a perspective view (b) illustrating a cooling block according to some other embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a cooling block according to some other embodiments of the present invention.
  • FIG. 4 is an external perspective view illustrating a plasma reaction apparatus according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is a fluid circuit diagram illustrating a coolant circulation state of the plasma reactor of FIG. 3 .
  • FIG. 1 is a perspective view (a) and a perspective view (b) illustrating a cooling block according to some embodiments of the present invention.
  • the cooling block (rear block 32 to be described later) according to some embodiments of the present invention, an integral block body (BD) manufactured in one piece, and the block body (BD)
  • a first vertical flow passage V1 formed in a vertical shape passing through the inside of the block body BD from one side, and the inside of the block body BD from a first point on the side surface of the block body BD
  • the block body BD from a first horizontal flow path part H1 passing through and formed in a horizontal shape and passing a part of the first vertical flow path part V1, and a second point on the side surface of the block body BD.
  • a second vertical flow passage V2 passing through the inside of the block body BD and formed in a vertical shape and passing through the first horizontal passage portion H1 and the second horizontal passage portion H2;
  • the refrigerant that has passed through the first vertical flow path part V1 is branched into two branches into the first horizontal flow path part H1 and the second horizontal flow path part H2, and then merges into the second vertical flow path part V2.
  • the block body ( The third vertical flow path part V3 passing through the inside of the BD) and formed in a vertical shape, passing through the third horizontal flow path part H3, and the refrigerant of the second vertical flow path part V2 are supplied to the third
  • the third sealing stopper ST3 and the second a fourth sealing stopper ST4 installed at the fourth point so that the refrigerant of the vertical flow path V2 can be guided to the third vertical flow path V3 through the third horizontal flow path H3; may include
  • the refrigerant that has passed through the first vertical flow path part V1 is divided into the first horizontal flow path part H1 and the second horizontal flow path part H2. may be branched to and merged into the second vertical flow path part V2.
  • FIG 2 is a perspective view (a) and a perspective view (b) illustrating a cooling block according to some other embodiments of the present invention.
  • the cooling block (front block 31 to be described later) according to some other embodiments of the present invention, an integral block body (BD) manufactured in one piece, and the block body (BD)
  • a first vertical flow path V1 formed in a vertical shape passing through the inside of the block body BD from one surface of the The block body ( BD) is formed in a horizontal shape and passes through the other portion of the first vertical flow passage V1, the second horizontal passage portion H2, and the third point of the other surface of the block body BD
  • a second vertical flow path part (V2) which is formed in a vertical shape passing through the inside of the block body (BD) and passes through the first horizontal flow path part (H1) and the second horizontal flow path part (H2);
  • the refrigerant that has passed through the first vertical flow path part V1 is branched into two or more branches into the first horizontal flow path part H1 and the second horizontal flow path part H2, and then the second vertical flow path part V2.
  • a fourth horizontal flow path part H4 and the first vertical flow path part V1 formed in a horizontal shape passing through the inside of the block body BD and passing through another part of the first vertical flow path part V1 ), the refrigerant is branched into three branches into the first horizontal flow path part H1, the second horizontal flow path part H2, and the fourth horizontal flow path part H4, and then the second vertical flow path part V2 ) may include a fifth sealing stopper (ST5) installed at the fifth point to be aiki.
  • the refrigerant that has passed through the first vertical flow path part V1 branches into three branches into the first horizontal flow path part H1, the second horizontal flow path part H2, and the fourth horizontal flow path part H4. Then, it may be combined into the second vertical flow path part V2.
  • the rear block 32 of FIG. 1 may be applied when the second block upper inlet B2 and the second block lower outlet B5 are both inclined to the right of the integrated block body BD.
  • the first block upper inlet (B1) is biased to the left of the integrated block body (BD)
  • the first block lower outlet (B3) is the integrated block body (BD) )
  • the refrigerant can flow evenly to the side of the heating element even at the inlet and outlet at various locations.
  • FIG. 3 is an external perspective view showing the plasma reaction apparatus 100 according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 4 is a fluid circuit diagram illustrating a coolant circulation state of the plasma reactor of FIG. 3 .
  • the plasma reaction apparatus 100 is largely a reaction body 10, a magnetic core 20, and a cooling block 30, It may include a connecting block 40 and a coolant circulation line (L).
  • the reaction body 10 is a toroidal type, that is, a remote plasma generator (RPG) of a transformer-coupled type, which can be used as a gas on one side.
  • RPG remote plasma generator
  • An inlet portion 10a is formed, a plasma discharge portion 10b is formed on the other side, an annular loop space is formed therein, and a cooling water (PCW: Process Cooling Water) can flow therein.
  • PCW Process Cooling Water
  • the reaction body 10 is formed in a first part (upper part) formed in a part of the reaction body 10 and the other part of the reaction body 10 , , and a second part (lower part) formed to correspond to the first part so that an ignition electromotive force is formed.
  • the reason for forming the reaction body 10 with the above-described first and second portions is that plasma discharge is generated between the first and second portions of the reaction body 10 . It may be to ignite and form an ignition electromotive force or a sustain electromotive force for maintaining it.
  • the first part may be an upper branch pipe formed on the upper portion of the reaction body 10
  • the second part may be a lower aeration pipe formed under the reaction body 10
  • a separate insulating member or a sealing member may be installed between the upper branch pipe and the lower combined pipe.
  • the cleaning gas or the exhaust gas before purification is introduced into the reaction body 10 through the inlet of the first part, and is plasma ionized or the exhaust gas is purified inside the reaction body 10 so that the second part A cleaning gas or purified exhaust gas may be discharged through the outlet of the .
  • the plasma reaction apparatus 100 of the present invention may be used for cleaning a process chamber or for purifying exhaust gas.
  • the magnetic core 20 is formed in a shape surrounding at least a portion of the reaction body 10 , and generates plasma by exciting the gas in the annular loop space. It may be a structure having a primary winding (not shown) to be able to generate it.
  • the reaction body 10 when explaining the operation process of the plasma reaction apparatus 100 according to some embodiments of the present invention, when an induced electromotive force is formed in the magnetic core 20 by the primary winding, the reaction body 10 An annular plasma discharge loop may be generated.
  • a separate reaction gas may be supplied to the inside of the reaction body 10 .
  • this chamber may be, for example, an ashing chamber for removing photoresist, a Chemical Vapor Deposition (CVD) chamber configured to deposit an insulating film, and an ashing chamber for forming interconnect structures. It may be an etch chamber configured to etch apertures or openings. Alternatively, it may be a PVD chamber configured to deposit a barrier film, or it may be a PVD chamber configured to deposit a metal film.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the cooling block 30 is installed outside the reaction body 10 or the magnetic core 20, and the reaction body 10 or the It may be in thermal contact with the magnetic core 20 and may be a structure in which the block cooling passage C2 is formed.
  • the cooling block 30 is a front block 31 installed in front of the reaction body 10 or in front of the magnetic core 20 .
  • the cooling block 30 may include a rear block 32 installed at the rear of the reaction body 10 or at the rear of the magnetic core 20 .
  • the rear block 32 passes through the one-piece integrated block body BD and the block body BD from one side of the block body BD.
  • a first vertical flow path V1 formed in a vertical shape and a horizontal shape passing through the inside of the block body BD from a first point on the side surface of the block body BD, and the first vertical A first horizontal flow path part (H1) passing a part of the flow path part (V1), and a second point on the side of the block body (BD) pass through the inside of the block body (BD) to form a horizontal shape
  • vertical Refrigerant that is formed in a shape and has passed through a second vertical flow path part V2 passing through the first horizontal flow path part H1 and the second horizontal flow path part H2, and the first vertical flow path part V1 is branched into two
  • a sealing stopper (ST1), a second sealing stopper (ST2) installed at the second point, and a fourth point on the side of the block body (BD) pass through the inside of the block body (BD) in a horizontal shape and a third horizontal flow path part H3 passing through the second vertical flow path part V2, and passing through the inside of the block body BD from the other surface of the block body BD in a vertical shape, , a third vertical flow path part V3 passing through the third horizontal flow path part H3, and the refrigerant of the second vertical flow path part V2 passing through the third horizontal flow path part H3 to make the third
  • the refrigerant in the third sealing stopper ST3 and the second vertical passage V2 installed at the third point to be guided to the vertical flow passage V3 is It may include a fourth sealing stopper ST4 installed at the fourth point to be guided to the third vertical flow passage V3 through the third horizontal passage portion H3.
  • the front block 31 includes an integrated block body BD manufactured as one piece, and the block body BD from one surface of the block body BD.
  • a first vertical flow path part V1 formed in a vertical shape through 1 A first horizontal flow path part H1 passing through a part of the vertical flow path part V1, and a second point on the side of the block body BD pass through the inside of the block body BD to form a horizontal shape and a second horizontal flow path part H2 passing through the other part of the first vertical flow path part V1, and passing through the inside of the block body BD from a third point on the other surface of the block body BD is formed in a vertical shape, and passes through a second vertical flow path part V2 passing through the first horizontal flow path part H1 and the second horizontal flow path part H2, and the first vertical flow path part V1 Installed at the first point so that one refrigerant can branch into two or more gallons into the first horizontal flow path part H1 and the second horizontal flow path part H2 and merge into
  • the refrigerant passing through the fourth horizontal flow path part H4 and the first vertical flow path part V1 formed in a horizontal shape and passing through another part of the first vertical flow path part V1 is the first horizontal flow path At the fifth point so that it can be merged into the second vertical flow path V2 after being branched into three gallons into the part H1, the second horizontal flow path part H2, and the fourth horizontal flow path part H4.
  • It may include a fifth sealing stopper (ST5) installed.
  • the cooling block 20 may be in thermal contact with the outer surface of the reaction body 10 or the magnetic core 20 to facilitate heat exchange.
  • the connecting block 40 a first inlet pipe (P11) and a first water outlet pipe (P12) are formed on one side so that the cooling water of the first temperature can be supplied. It may be a structure in which a second inlet pipe (P21) and a second water outlet pipe (P22) are formed on the other side so that the cooling water having a second temperature higher than the first temperature can be collected.
  • the connecting block 40 is, considering that the coolant is a fluid, the first inlet pipe ( P11), the first water outlet pipe P12, the second inlet pipe P21, and the second water outlet pipe P22 may be formed.
  • FIG 3 is a perspective view illustrating a cooling block 32 according to some other embodiments of the present invention.
  • the cooling block 32 may serve as a kind of heat sink for cooling a switching element (Field Effect Transistor) (FET) indicated by a dotted line.
  • FET Field Effect Transistor
  • the switching element may be cooled simply by using an O-ring, but when the cooling block of the present invention is applied, as a result of experimental measurement, the cooling efficiency is approximately 7.7% higher than that of the simple O-ring method. can improve
  • the cooling water introduced through the connecting block 40 is first the block cooling passage of the cooling blocks 31 and 32 .
  • the connecting block 40 and the cooling block pass through the main body cooling passage C1 of the reaction body 10 to be recovered back to the connecting block 40
  • It may be a cooling water circulation pipe or a cooling water circulation hose or tube installed between the 30 and the reaction body 10, respectively.
  • the cooling water circulation line L has one end connected to the first water outlet pipe P12 of the connecting block 40 and the other end a first cooling line L1 connected to the first block upper inlet B1 of the block cooling passage C3 of the front block 31, and one end connected to the first water outlet pipe P12,
  • a third cooling line (L3) connected to the lower outlet (B3) and the other end connected to the first body lower inlet (B4) of the reaction body (10), and one end of the second of the rear block (32)
  • a fourth cooling line (L4) connected to the block lower outlet (B5) and the other end connected to the second main body lower inlet (B6) of the reaction body (10), and one end of the reaction body (10) 3
  • heat exchange is firstly made by flowing the cooling water from above to below the cooling block 30 using the above-described cooling water circulation line L, and then from below to above the reaction body 10 to flow to make the second heat exchange, and the cooling water collected using the connecting block 40 can be circulated.
  • the flow of cooling water is primarily induced downward to counter the thermal convection phenomenon, and in the reaction body 10 at a relatively high temperature, the flow of cooling water to conform to the thermal convection phenomenon.
  • the cooling efficiency can be optimized by inducing the second to the upper side.
  • the plasma reaction apparatus 100 is installed in the connecting block 40, and at least the flow rate, temperature, pressure, and combinations thereof of the coolant. Any one or more of the cooling water flow control signal, temperature control signal, pressure control signal, and combinations thereof by receiving a measurement signal from the measurement sensor (S) and the measurement sensor (S) for selecting and measuring any one or more of them
  • the controller 50 may further include one or more selected and outputted.
  • the measurement sensor S includes at least a flow sensor S1 installed in the connecting block 40 for measuring the flow rate of the coolant, and a temperature sensor for measuring the temperature of the coolant. (S2), the pressure sensor (S3) capable of measuring the pressure of the coolant, and any one or more of combinations thereof may be selected.
  • control unit 50 includes a plasma mode temperature control unit 51 capable of controlling the reaction body 10 or the magnetic core 20 to a plasma mode temperature when plasma is generated and the atmosphere. It may include a standby mode temperature controller 52 capable of controlling the reaction body 10 or the magnetic core 20 to the standby mode temperature.
  • the plasma mode temperature controller 51 controls at least the flow rate of the coolant to a first flow rate to prevent overheating of the reaction body 10 or the magnetic core 20 when plasma is generated.
  • a first flow rate control signal a first temperature control signal capable of controlling the temperature of the cooling water to a first temperature
  • a first pressure control signal capable of controlling the pressure of the cooling water to a first pressure
  • the standby mode temperature control unit 52 at least the flow rate of the cooling water to a second flow rate less than the first flow rate to prevent overcooling of the reaction body 10 or the magnetic core 20 during standby a second flow control signal to control, a second temperature control signal for controlling the temperature of the cooling water to a second temperature higher than the first temperature, and a second pressure to control the pressure of the cooling water to a second pressure lower than the first pressure Any one or more of the available second pressure control signals and combinations thereof may be selected and output.
  • control units may be formed in the form of various electronic components such as a microprocessor, a central processing unit, a CPU, a substrate, various circuits, various programs, or electrical signals, and detailed descriptions will be omitted. .
  • the second flow control signal is applied to the flow control valve V, and the second temperature control signal is applied to a chiller or cooling device C for cooling the cooling water. and the second pressure control signal may be applied to the hydraulic pump (P).
  • the generation of particles can be prevented by reducing the flow rate of the coolant as much as there is no plasma heating source, raising the temperature of the coolant, or reducing the pressure by preventing overcooling of the reaction body or magnetic core. It is possible to increase the plasma ignition rate and maintenance rate.
  • the cooling method of the plasma reaction apparatus uses the above-described plasma reaction apparatus 100 , and the cooling water is first flowed from the upper side to the lower side of the cooling block 30 to first This may be a method in which heat exchange is made, and then the reaction body 10 flows from the lower side to the upper side so that the second heat exchange is made, and the cooling water collected using the connecting block 40 is circulated.
  • the cooling efficiency can be maximized by making the cooling water flow downward at a relatively low temperature and upward at a relatively high temperature to make the most of the thermal convection. .
  • a vertical or horizontal flow path is formed in an integrated single block body by gun drilling, etc., and unnecessary parts are blocked with a stopper to form a complex shape. Because the flow path is a one-piece type that can be manufactured very easily, manufacturing costs and time can be greatly reduced, and refrigerant leakage accidents can be prevented in advance by using a stopper with excellent sealing power instead of a sealing member. Since no fasteners are required, it is possible to further reduce manufacturing man-hours, time, and cost, and since a boundary phenomenon does not occur, it can have the effect of greatly improving heat transfer efficiency.

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Abstract

본 발명은 일체형 단일 블록 몸체에 수직 또는 수평 유로를 드릴링으로 형성하여 간편하게 제작할 수 있게 하는 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치에 관한 것으로서, 일체형 블록 몸체; 상기 블록 몸체의 일면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부; 상기 제 1 수직 유로부의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부; 상기 제 1 수직 유로부의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부; 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부를 통과하는 제 2 수직 유로부; 상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개; 및 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개;를 포함할 수 있다.

Description

냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치
본 발명은 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일체형 단일 블록 몸체에 수직 또는 수평 유로를 드릴링으로 형성하여 간편하게 제작할 수 있게 하는 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.
최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그러므로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다.
이러한, 플라즈마를 이용한 반도체 제조 공정에서 원격 플라즈마의 사용은 매우 유용한 것으로 알려져 있다.
예를 들어, 공정 챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 위한 에싱 공정에서 유용하게 사용되고 있다. 그런데 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다.
한편, 원격 플라즈마 반응기(또는 원격 플라즈마 발생기라 칭함)는 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma source)를 사용한 것과 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source)를 사용한 것이 있다. 변압기 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 토로이달 구조의 반응기 몸체에 일차 권선 코일을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다. 유도 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 중공형 튜브 구조의 반응기 몸체에 유도 결합 안테나가 장착된 구조를 갖는다.
예컨대, 플라즈마 반응기로 주입된 가스가 전기적인 힘에 의하여 가스 형태의 물질을 이온, 자유 라디칼, 원자, 분자를 포함하는 플라즈마 형태로 만들고 이러한 플라즈마는 일정 거리만큼 떨어진 곳에서 식각, 증착, 세정등 다양한 목적으로 사용되고 있다.
대한민국 특허공개 제10-2016-0129304호에 기재된 바와 같이, 종래의 플라즈마 반응기는, 유도기전력이 발생되는 마그네틱 코어에 냉각키트를 구비하여 마그네틱 코어의 과열을 방지하고 전력 손실을 줄일 수 있는 기술이 개발된 바 있다.
이러한 종래의 플라즈마 반응기는, 냉각수를 순환시키는 냉각 블록을 2개의 판으로 제작한 다음, 2개의 판 각각 또는 1개의 판의 내면에 유로를 형성한 다음, 실링 부재를 사이에 두고 2개의 판을 서로 밀착시켜서 밀봉시키는 2피스 타입으로 제작했었다.
그러나, 이러한 2피스 타입으로 제작된 냉각 블록은 각각의 판들을 별도로 제작하는 데에 비용과 시간이 많이 소요되고, 실링 부재를 사이에 설치한다고 해도 밀봉력이 우수하지 못해서 냉매가 누출되는 사고가 자주 발생했었고, 각각의 판들을 서로 밀착시키기 위해서 복수개의 나사나 볼트나 너트 등이 필요하기 때문에 제작 시간과 비용이 크게 증대되며, 2개의 판들 사이에 경계면에서 열전달 효율이 크게 떨어지는 경계 현상이 발생되어 열전달 효율이 크게 떨어지는 등 많은 문제점들이 있었다.
한편, 냉각수의 냉각 라인이 반응 본체 및 마그네틱 코어의 내부 및 외부에 골고루 형성되지 못하고, 가열된 냉각수가 팽창하여 밀도의 차이에 의해 자연 대류되는 현상을 이용하지 못하여 냉각 효율이 크게 떨어지며, 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력을 정확하게 제어할 수 없어서 플라즈마 발생 효율 역시 떨어뜨리는 등 많은 문제점들이 있었다.
또한, 종래의 플라즈마 반응기는, 플라즈마 미발생시 즉, 대기 모드시에도 냉각수를 플라즈마 모드시와 동일하게 흐르게 하여 플라즈마 가열원이 사라진 상태에서 급격하게 반응기가 과냉각되고, 이로 인하여 내부에서 파티클이 발생되거나 플라즈마 점화시 반응 본체의 온도 저하에 따른 점화 실패 현상이 발생되거나 플라즈마 유지 실패 현상이 발생되는 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 일체형 단일 블록 몸체에 수직 또는 수평 유로를 건 드릴링 등으로 형성하고, 불필요한 부분을 마개로 막아서 복잡한 형상의 유로도 1피스 타입으로 매우 간편하게 제작할 수 있기 때문에 제작 비용과 시간을 크게 절감할 수 있고, 실링 부재 대신 밀봉력이 우수한 마개를 사용하여 냉매 누출 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 일체 형상으로 별도의 고정구들이 불필요하여 제작 공수나 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있고, 경계 현상이 발생되지 않아서 열전달 효율을 크게 향상시킬 수 있게 하는 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치를 제공함에 있다.
아울러, 본 발명은, 상대적으로 저온인 쿨링 블록에서는 열대류 현상에 역행하도록 냉각수의 흐름을 하방으로 유도하고, 상대적으로 고온인 반응 본체에서는 열대류 현상에 순응하도록 냉각수의 흐름을 상방으로 유도하여 냉각 효율을 최적화할 수 있고, 대기 모드에서는 냉각수의 유량을 줄이거나, 냉각수의 온도를 올리거나, 압력을 줄이는 등 반응 본체 또는 마그네틱 코어의 과냉각을 방지하여 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 플라즈마 점화율 및 유지율을 높일 수 있게 하는 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 쿨링 블록은, 일체형 블록 몸체; 상기 블록 몸체의 일면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부; 상기 블록 몸체의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부를 통과하는 제 2 수직 유로부; 상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개; 및 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 쿨링 블록은, 상기 블록 몸체의 측면의 제 4 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 2 수직 유로부를 통과하는 제 3 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 타면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 3 수평 유로부를 통과하는 제 3 수직 유로부; 상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 3 지점에 설치되는 제 3 밀봉 마개; 및 상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 4 지점에 설치되는 제 4 밀봉 마개;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 쿨링 블록은, 상기 블록 몸체의 측면의 제 5 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 다른 타부분을 통과하는 제 4 수평 유로부; 및 상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부 및 상기 제 4 수평 유로부로 3갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 5 지점에 설치되는 제 5 밀봉 마개;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 플라즈마 반응 장치는, 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 본체 냉각 유로가 형성되는 반응 본체; 상기 반응 본체의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어; 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 블록; 제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관과 제 1 출수관이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관과 제 2 출수관이 형성되는 커넥팅 블록; 및 상기 커넥팅 블록을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록의 상기 블록 냉각 유로를 거친 다음, 상기 반응 본체의 상기 본체 냉각 유로를 통과하여 상기 커넥팅 블록으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록과, 상기 쿨링 블록 및 상기 반응 본체 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환 라인;을 포함하고, 상기 쿨링 블록은, 일체형 몸체에 수직 또는 수평으로 서로 연결되는 복수개의 유로를 형성하고, 냉매가 외부로 누출되지 않고 이들 유로를 따라 흐를 수 있도록 마개를 설치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 쿨링 블록은, 상기 반응 본체의 전방 또는 상기 마그네틱 코어의 전방에 설치되는 전방 블록; 및 상기 반응 본체의 후방 또는 상기 마그네틱 코어의 후방에 설치되는 후방 블록;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 냉각수 순환 라인은, 일단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 상방 유입구와 연결되는 제 1 냉각 라인; 일단부가 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 상방 유입구와 연결되는 제 2 냉각 라인; 일단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 1 본체 하방 유입구와 연결되는 제 3 냉각 라인; 일단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 2 본체 하방 유입구와 연결되는 제 4 냉각 라인; 일단부가 상기 반응 본체의 제 3 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 5 냉각 라인; 및 일단부가 상기 반응 본체의 제 4 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 6 냉각 라인;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 후방 블록은, 일체형 블록 몸체; 상기 블록 몸체의 일면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부; 상기 블록 몸체의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부를 통과하는 제 2 수직 유로부; 상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개; 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개; 상기 블록 몸체의 측면의 제 4 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 2 수직 유로부를 통과하는 제 3 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 타면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 3 수평 유로부를 통과하는 제 3 수직 유로부; 상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 3 지점에 설치되는 제 3 밀봉 마개; 및 상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 4 지점에 설치되는 제 4 밀봉 마개;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 전방 블록은, 일체형 블록 몸체; 상기 블록 몸체의 일면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부; 상기 블록 몸체의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부; 상기 블록 몸체의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부를 통과하는 제 2 수직 유로부; 상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개; 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개; 상기 블록 몸체의 측면의 제 5 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 다른 타부분을 통과하는 제 4 수평 유로부; 및 상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부 및 상기 제 4 수평 유로부로 3갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 5 지점에 설치되는 제 5 밀봉 마개;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치에 따르면, 일체형 단일 블록 몸체에 수직 또는 수평 유로를 건 드릴링 등으로 형성하고, 불필요한 부분을 마개로 막아서 복잡한 형상의 유로도 1피스 타입으로 매우 간편하게 제작할 수 있기 때문에 제작 비용과 시간을 크게 절감할 수 있고, 실링 부재 대신 밀봉력이 우수한 마개를 사용하여 냉매 누출 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 일체 형상으로 별도의 고정구들이 불필요하여 제작 공수나 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있고, 경계 현상이 발생되지 않아서 열전달 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다.
아울러, 본 발명은, 상대적으로 저온인 쿨링 블록에서는 열대류 현상에 역행하도록 냉각수의 흐름을 하방으로 1차로 유도하고, 상대적으로 고온인 반응 본체에서는 열대류 현상에 순응하도록 냉각수의 흐름을 상방으로 2차로 유도하여 냉각 효율을 최적화할 수 있고, 대기 모드에서는 냉각수의 유량을 줄이거나, 냉각수의 온도를 올리거나, 압력을 줄이는 등 반응 본체 또는 마그네틱 코어의 과냉각을 방지하여 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 플라즈마 점화율 및 유지율을 높일 수 있으며, 냉각 블록 내부에 유로를 형성하여 냉각수 누수 가능성을 원천적으로 차단할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉각 블록을 나타내는 사시도(a) 및 투시도(b)이다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 냉각 블록을 나타내는 사시도(a) 및 투시도(b)이다.
도 3은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 냉각 블록을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치를 나타내는 외관 사시도이다.
도 5는 도 3의 플라즈마 반응 장치의 냉각수 순환 상태를 나타내는 유체 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉각 블록을 나타내는 사시도(a) 및 투시도(b)이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉각 블록(후술될 후방 블록(32))는, 1피스로 제조되는 일체형 블록 몸체(BD)과, 상기 블록 몸체(BD)의 일면으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부(V1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부(H1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부(H2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)를 통과하는 제 2 수직 유로부(V2)와, 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개(ST1)와, 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개(ST2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 4 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 2 수직 유로부(V2)를 통과하는 제 3 수평 유로부(H3)와, 상기 블록 몸체(BD)의 타면으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 3 수평 유로부(H3)를 통과하는 제 3 수직 유로부(V3)와, 상기 제 2 수직 유로부(V2)의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부(H3)를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부(V3)로 안내될 수 있도록 상기 제 3 지점에 설치되는 제 3 밀봉 마개(ST3) 및 상기 제 2 수직 유로부(V2)의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부(H3)를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부(V3)로 안내될 수 있도록 상기 제 4 지점에 설치되는 제 4 밀봉 마개(ST4)를 포함할 수 있다.
따라서, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매는 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있다.
그러므로, 일체형 단일 블록 몸체에 수직 또는 수평 유로를 건 드릴링 등으로 형성하고, 불필요한 부분을 마개로 막아서 복잡한 형상의 유로도 1피스 타입으로 매우 간편하게 제작할 수 있기 때문에 제작 비용과 시간을 크게 절감할 수 있고, 실링 부재 대신 밀봉력이 우수한 마개를 사용하여 냉매 누출 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 일체 형상으로 별도의 고정구들이 불필요하여 제작 공수나 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있고, 경계 현상이 발생되지 않아서 열전달 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 냉각 블록을 나타내는 사시도(a) 및 투시도(b)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 냉각 블록(후술될 전방 블록(31))는, 1피스로 제조되는 일체형 블록 몸체(BD)과, 상기 블록 몸체(BD)의 일면으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부(V1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부(H1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부(H2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)를 통과하는 제 2 수직 유로부(V2)와, 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)로 2갈레 이상으로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개(ST1)와, 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개(ST2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 5 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 다른 타부분을 통과하는 제 4 수평 유로부(H4) 및 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2) 및 상기 제 4 수평 유로부(H4)로 3갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있도록 상기 제 5 지점에 설치되는 제 5 밀봉 마개(ST5)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2) 및 상기 제 4 수평 유로부(H4)로 3갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있다.
여기서, 도 1의 상기 후방 블록(32)은, 제 2 블록 상방 유입구(B2)와 제 2 블록 하방 배출구(B5)가 모두 상기 일체형 블록 몸체(BD)의 오른쪽으로 치우쳐진 상태일 경우에 적용될 수 있고, 도 2의 상기 전방 블록(31)은, 제 1 블록 상방 유입구(B1)이 상기 일체형 블록 몸체(BD)의 왼쪽에 치우쳐지고, 제 1 블록 하방 배출구(B3)이 상기 일체형 블록 몸체(BD)의 오른쪽에 치우쳐진 경우에 적용될 수 있는 것으로서, 이러한 2개의 블록(31)(32)를 이용하면 다양한 위치에 유입구와 배출구에서도 발열체의 측면에 골고루 냉매가 흐르게 할 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)를 나타내는 외관 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 플라즈마 반응 장치의 냉각수 순환 상태를 나타내는 유체 회로도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)는, 크게 반응 본체(10)와, 마그네틱 코어(20)와, 쿨링 블록(30)과, 커넥팅 블록(40) 및 냉각수 순환 라인(L)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반응 본체(10)는, 토로이달 형태, 즉 변압기 결합 형태의 리모트 플라즈마 발생 장치(RPG, remote plasma generator)를 이용할 수 있는 것으로서, 일측에 가스 유입부(10a)가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부(10b)가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 냉각수(PCW: Process Cooling Water)가 흐를 수 있도록 본체 냉각 유로(C1)가 형성될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반응 본체(10)는, 상기 반응 본체(10)의 일부분에 형성되는 제 1 부분(상부) 및 상기 반응 본체(10)의 타부분에 형성되고, 점화 기전력이 형성되도록 상기 제 1 부분과 대응되게 형성되는 제 2 부분(하부)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반응 본체(10)를 상술된 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분, 즉 2 피스로 형성하는 이유는, 상기 반응 본체(10)의 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 플라즈마 방전을 점화시키고, 이를 유지시키기 위한 점화 기전력 또는 유지 기전력을 형성하기 위해서 일 수 있다.
즉, 상기 제 1 부분은 상기 반응 본체(10)의 상부에 형성된 상부 분기관이고, 상기 제 2 부분은 상기 반응 본체(10)의 하부에 형성되는 하부 합기관일 수 있다. 이러한 상기 상부 분기관과 상기 하부 합기관 사이에는, 도시하지 않았지만, 별도의 절연 부재 또는 실링 부재가 설치될 수 있다.
따라서, 세정 가스 또는 정화전 배기 가스는 상기 제 1 부분의 입구를 통해 상기 반응 본체(10)로 유입되고, 상기 반응 본체(10)의 내부에서 플라즈마 이온화되거나 또는 배기 가스가 정화되어 상기 제 2 부분의 출구를 통해 세정 가스 또는 정화된 배기 가스가 배출될 수 있다.
즉, 본 발명의 플라즈마 반응 장치(100)는 공정 챔버의 세정용도로 사용되거나, 또는 배기 가스의 정화용도로도 사용될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마그네틱 코어(20)는, 상기 반응 본체(10)의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선(미도시)을 갖는 구조체일 수 있다.
따라서, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)의 작동 과정을 설명하면, 상기 일차 권선에 의해 상기 마그네틱 코어(20)에 유도기전력이 형성되면, 상기 반응 본체(10)에 환형의 플라즈마 방전 루프가 발생될 수 있다. 여기서, 상기 반응 본체(10)의 내부로 별도의 반응 가스가 공급될 수 있다.
이 때, 각종 챔버(미도시)의 반응 가스 또는 배기 가스가 상기 반응 본체(10)로 유입되면, 플라즈마 에너지를 인가받아 플라즈마 상태로 여기되거나 또는 유해한 성분들이 산화 등의 반응으로 인해 연소되거나 정화될 수 있다.
여기서, 이러한 상기 챔버는 예를 들어, 포토레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 챔버일 수 있고, 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버일 수 있고, 인터커넥트 구조들을 형성하기 위해 절연막에 애퍼쳐(aperture)들이나 개구들을 에칭하도록 구성된 에칭 챔버일 수 있다. 또는 장벽(barrier) 막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있으며, 금속막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있다.
한편, 예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 쿨링 블록(30)은, 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로(C2)가 형성되는 구조체일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 쿨링 블록(30)은, 상기 반응 본체(10)의 전방 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 전방에 설치되는 전방 블록(31) 및 상기 반응 본체(10)의 후방 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 후방에 설치되는 후방 블록(32)을 포함할 수 있다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 후방 블록(32)은, 1피스로 제조되는 일체형 블록 몸체(BD)과, 상기 블록 몸체(BD)의 일면으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부(V1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부(H1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부(H2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)를 통과하는 제 2 수직 유로부(V2)와, 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개(ST1)와, 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개(ST2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 4 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 2 수직 유로부(V2)를 통과하는 제 3 수평 유로부(H3)와, 상기 블록 몸체(BD)의 타면으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 3 수평 유로부(H3)를 통과하는 제 3 수직 유로부(V3)와, 상기 제 2 수직 유로부(V2)의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부(H3)를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부(V3)로 안내될 수 있도록 상기 제 3 지점에 설치되는 제 3 밀봉 마개(ST3) 및 상기 제 2 수직 유로부(V2)의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부(H3)를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부(V3)로 안내될 수 있도록 상기 제 4 지점에 설치되는 제 4 밀봉 마개(ST4)를 포함할 수 있다.
또한, 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전방 블록(31)은, 1피스로 제조되는 일체형 블록 몸체(BD)과, 상기 블록 몸체(BD)의 일면으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부(V1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부(H1)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부(H2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)를 통과하는 제 2 수직 유로부(V2)와, 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2)로 2갈레 이상으로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개(ST1)와, 상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개(ST2)와, 상기 블록 몸체(BD)의 측면의 제 5 지점으로부터 상기 블록 몸체(BD)의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부(V1)의 다른 타부분을 통과하는 제 4 수평 유로부(H4) 및 상기 제 1 수직 유로부(V1)를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부(H1)와 상기 제 2 수평 유로부(H2) 및 상기 제 4 수평 유로부(H4)로 3갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부(V2)로 합기될 수 있도록 상기 제 5 지점에 설치되는 제 5 밀봉 마개(ST5)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 쿨링 블록(20)은 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 외면과 열적으로 접촉되어 열교환이 보다 원활하게 이루어지게 할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 커넥팅 블록(40)은, 제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관(P11)과 제 1 출수관(P12)이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관(P21)과 제 2 출수관(P22)이 형성되는 구조체일 수 있다.
따라서, 상기 커넥팅 블록(40)은, 상기 냉각수가 유체인 점을 고려하고, 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력을 동시에 한 곳에서 측정할 수 있도록 하나의 블록 몸체에 상술된 상기 제 1 입수관(P11)과 상기 제 1 출수관(P12)과, 상기 제 2 입수관(P21) 및 상기 제 2 출수관(P22)이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 냉각 블록(32)을 나타내는 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 냉각 블록(32)은, 점선으로 표시된 스위칭 소자(Field Effect Transistor)(FET)를 냉각시키는 일종의 방열판 역할을 할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭 소자(FET)는 단순하게 오링을 이용하여 냉각하는 방식도 적용될 수 있으나, 본 발명의 냉각 블록을 적용하는 경우, 실험적으로 측정한 결과, 단순 오링 방식 보다 대략 7.7% 정도의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 순환 라인(L)은, 상기 커넥팅 블록(40)을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록(31)(32)의 상기 블록 냉각 유로(C2)(C3)를 거친 다음, 상기 반응 본체(10)의 상기 본체 냉각 유로(C1)를 통과하여 상기 커넥팅 블록(40)으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록(40)과, 상기 쿨링 블록(30) 및 상기 반응 본체(10) 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환관 또는 냉각수 순환 호스나 튜브일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 순환 라인(L)은, 일단부가 상기 커넥팅 블록(40)의 상기 제 1 출수관(P12)에 연결되고, 타단부가 상기 전방 블록(31)의 상기 블록 냉각 유로(C3)의 제 1 블록 상방 유입구(B1)와 연결되는 제 1 냉각 라인(L1)과, 일단부가 상기 제 1 출수관(P12)에 연결되고, 타단부가 상기 후방 블록(32)의 상기 블록 냉각 유로(C2)의 제 2 블록 상방 유입구(B2)와 연결되는 제 2 냉각 라인(L2)과, 일단부가 상기 전방 블록(31)의 제 1 블록 하방 배출구(B3)에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체(10)의 제 1 본체 하방 유입구(B4)와 연결되는 제 3 냉각 라인(L3)과, 일단부가 상기 후방 블록(32)의 제 2 블록 하방 배출구(B5)에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체(10)의 제 2 본체 하방 유입구(B6)와 연결되는 제 4 냉각 라인(L4)과, 일단부가 상기 반응 본체(10)의 제 3 본체 상방 배출구(B7)에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록(40)의 상기 제 2 입수관(P21)에 연결되는 제 5 냉각 라인(L5) 및 일단부가 상기 반응 본체(10)의 제 4 본체 상방 배출구(B8)에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록(40)의 상기 제 2 입수관(P21)에 연결되는 제 6 냉각 라인(L6)을 포함할 수 있다.
따라서, 상술된 상기 냉각수 순환 라인(L)을 이용해서 상기 냉각수를 먼저 상기 쿨링 블록(30)의 상방에서 하방으로 흐르게 함으로써 1차로 열교환이 이루어지게 하고, 이어서 상기 반응 본체(10)의 하방에서 상방으로 흐르게 하여 2차로 열교환이 이루어지게 하며, 상기 커넥팅 블록(40)을 이용하여 수거된 상기 냉각수를 순환시킬 수 있다.
그러므로, 상대적으로 저온인 상기 쿨링 블록(30)에서는 열대류 현상에 역행하도록 냉각수의 흐름을 하방으로 1차로 유도하고, 상대적으로 고온인 상기 반응 본체(10)에서는 열대류 현상에 순응하도록 냉각수의 흐름을 상방으로 2차로 유도하여 냉각 효율을 최적화할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)는, 상기 커넥팅 블록(40)에 설치되고, 적어도 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 측정하는 측정 센서(S) 및 상기 측정 센서(S)로부터 측정 신호를 인가받아서 적어도 상기 냉각수의 유량 제어 신호, 온도 제어 신호, 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력하는 제어부(50)를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 측정 센서(S)는 상기 커넥팅 블록(40)에 설치되는 적어도 상기 냉각수의 유량을 측정할 수 있는 유량 센서(S1), 상기 냉각수의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(S2), 상기 냉각수의 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(S3) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(50)는, 플라즈마 발생시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)를 플라즈마 모드 온도로 제어할 수 있는 플라즈마 모드 온도 제어부(51) 및 대기시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)를 대기 모드 온도로 제어할 수 있는 대기 모드 온도 제어부(52)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 플라즈마 모드 온도 제어부(51)는, 플라즈마 발생시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 과열을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 제 1 유량으로 제어하는 제 1 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 제 1 온도로 제어할 수 있는 제 1 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 제 1 압력으로 제어할 수 있는 제 1 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 대기 모드 온도 제어부(52)는, 대기시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 과냉각을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 상기 제 1 유량 보다 적은 제 2 유량으로 제어하는 제 2 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 제어할 수 있는 제 2 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력으로 제어할 수 있는 제 2 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력할 수 있다.
여기서, 이러한 상기 제어부들은 마이크로 프로세서나, 중앙 처리 장치나, CPU, 기판 등 각종 전자 부품 형태나, 각종 회로 형태나 각종 프로그램 형태나, 전기적인 신호의 형태로 이루어질 수 있는 것으로서, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 예컨대, 상기 제 2 유량 제어 신호는 유량 제어 밸브(V)에 인가되고, 상기 제 2 온도 제어 신호는 상기 냉각수를 냉각시키는 칠러 또는 냉각 장치(C)에 인가되며, 상기 제 2 압력 제어 신호는 유압 펌프(P)에 인가될 수 있다.
따라서, 플라즈마가 발생되지 않는 대기 모드에서는 플라즈마 가열원이 없는 만큼 냉각수의 유량을 줄이거나, 냉각수의 온도를 올리거나, 압력을 줄이는 등 반응 본체 또는 마그네틱 코어의 과냉각을 방지하여 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 플라즈마 점화율 및 유지율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치의 냉각 방법은, 상술된 플라즈마 반응 장치(100)를 이용하는 것으로서, 상기 냉각수를 먼저 상기 쿨링 블록(30)의 상방에서 하방으로 흐르게 하여 1차로 열교환이 이루어지게 하고, 이어서 상기 반응 본체(10)의 하방에서 상방으로 흐르게 하여 2차로 열교환이 이루어지게 하며, 상기 커넥팅 블록(40)을 이용하여 수거된 상기 냉각수를 순환시키는 방법일 수 있다.
그러므로, 모든 냉각수의 흐름을 상방으로만 흘릴 수 없기 때문에 상대적으로 낮은 온도에서는 냉각수를 하방으로 흐르게 하고, 상대적으로 높은 온도에서는 냉각수를 상방으로 흐르게 하여 열대류를 최대한 활용함으로써 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 블록 및 이를 갖는 플라즈마 반응 장치에 따르면, 일체형 단일 블록 몸체에 수직 또는 수평 유로를 건 드릴링 등으로 형성하고, 불필요한 부분을 마개로 막아서 복잡한 형상의 유로도 1피스 타입으로 매우 간편하게 제작할 수 있기 때문에 제작 비용과 시간을 크게 절감할 수 있고, 실링 부재 대신 밀봉력이 우수한 마개를 사용하여 냉매 누출 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 일체 형상으로 별도의 고정구들이 불필요하여 제작 공수나 시간 및 비용을 더욱 절감할 수 있고, 경계 현상이 발생되지 않아서 열전달 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.

Claims (8)

  1. 일체형 블록 몸체;
    상기 블록 몸체의 일면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부;
    상기 블록 몸체의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부를 통과하는 제 2 수직 유로부;
    상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개; 및
    상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개;
    를 포함하는, 쿨링 블록.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 몸체의 측면의 제 4 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 2 수직 유로부를 통과하는 제 3 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 타면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 3 수평 유로부를 통과하는 제 3 수직 유로부;
    상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 3 지점에 설치되는 제 3 밀봉 마개; 및
    상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 4 지점에 설치되는 제 4 밀봉 마개;
    를 더 포함하는, 쿨링 블록.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 몸체의 측면의 제 5 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 다른 타부분을 통과하는 제 4 수평 유로부; 및
    상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부 및 상기 제 4 수평 유로부로 3갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 5 지점에 설치되는 제 5 밀봉 마개;
    를 더 포함하는, 쿨링 블록.
  4. 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 본체 냉각 유로가 형성되는 반응 본체;
    상기 반응 본체의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어;
    상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 블록;
    제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관과 제 1 출수관이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관과 제 2 출수관이 형성되는 커넥팅 블록; 및
    상기 커넥팅 블록을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록의 상기 블록 냉각 유로를 거친 다음, 상기 반응 본체의 상기 본체 냉각 유로를 통과하여 상기 커넥팅 블록으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록과, 상기 쿨링 블록 및 상기 반응 본체 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환 라인;을 포함하고,
    상기 쿨링 블록은, 일체형 몸체에 수직 또는 수평으로 서로 연결되는 복수개의 유로를 형성하고, 냉매가 외부로 누출되지 않고 이들 유로를 따라 흐를 수 있도록 마개를 설치하는, 플라즈마 반응 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 쿨링 블록은,
    상기 반응 본체의 전방 또는 상기 마그네틱 코어의 전방에 설치되는 전방 블록; 및
    상기 반응 본체의 후방 또는 상기 마그네틱 코어의 후방에 설치되는 후방 블록;을 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각수 순환 라인은,
    일단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 상방 유입구와 연결되는 제 1 냉각 라인;
    일단부가 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 상방 유입구와 연결되는 제 2 냉각 라인;
    일단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 1 본체 하방 유입구와 연결되는 제 3 냉각 라인;
    일단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 2 본체 하방 유입구와 연결되는 제 4 냉각 라인;
    일단부가 상기 반응 본체의 제 3 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 5 냉각 라인; 및
    일단부가 상기 반응 본체의 제 4 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 6 냉각 라인;
    을 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 후방 블록은,
    일체형 블록 몸체;
    상기 블록 몸체의 일면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부;
    상기 블록 몸체의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부를 통과하는 제 2 수직 유로부;
    상기 제 1 수직 유로부를 통과한 냉매가 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부로 2갈레로 분기되었다가 상기 제 2 수직 유로부로 합기될 수 있도록 상기 제 1 지점에 설치되는 제 1 밀봉 마개;
    상기 제 2 지점에 설치되는 제 2 밀봉 마개;
    상기 블록 몸체의 측면의 제 4 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 2 수직 유로부를 통과하는 제 3 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 타면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 3 수평 유로부를 통과하는 제 3 수직 유로부;
    상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 3 지점에 설치되는 제 3 밀봉 마개; 및
    상기 제 2 수직 유로부의 냉매가 상기 제 3 수평 유로부를 통과하여 상기 제 3 수직 유로부로 안내될 수 있도록 상기 제 4 지점에 설치되는 제 4 밀봉 마개;
    를 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 전방 블록은,
    일체형 블록 몸체;
    상기 블록 몸체의 일면으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되는 제 1 수직 유로부;
    상기 블록 몸체의 측면의 제 1 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 일부분을 통과하는 제 1 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 측면의 제 2 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수평 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수직 유로부의 타부분을 통과하는 제 2 수평 유로부;
    상기 블록 몸체의 타면의 제 3 지점으로부터 상기 블록 몸체의 내부를 통과하여 수직 형상으로 형성되고, 상기 제 1 수평 유로부와 상기 제 2 수평 유로부를 통과하는 제 2 수직 유로부;
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    를 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
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