혼합냉매를 이용한 반도체제조공정용 초저온 냉각장치의 냉각특성 평가
Evaluation of Cooling Characteristics of Cryogenic Cooling System for Semiconductor Manufacturing Process using Mixed Refrigerant
- 주제(키워드) 반도체제조공정용초저온 , 혼합냉매
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김동권
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 공학대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000029656
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
최근 반도체 제조 식각공정에서는 공정의 미세화로 인하여 다양한 공정기술개발이 이루어지고 있으며 Electrostatic chuck을 냉각하는 냉각장치 또한 저온(-20℃이하)을 넘어 초저온영역(-60℃이하)의 냉각장치를 요구하고 있다. 초저온영역의 냉각장치를 구현하기 위한방법으로는 다원냉동사이클을 이용하는 방법이 있으나 냉각장치의 크기가 저온공정에서 사용되는 역카르노 냉동 사이클에 비해서 크기가 커져 이는 반도체 제조공정에서 공정시간 증대에 따른 제조설비를 늘려야 하는데 제품의 크기로 많은 설비 투입에 어려움이 발생된다. 제한된 공간문제로 구조가 단순한 방법으로 냉동 시스템을 구성하려면 사용되어지는 냉매도 혼합을 하여 냉동사이클에 맞게 조성비를 구성해야 되지만 냉매의 조성비는 고유기술, 특허문제 및 냉동사이클에 최적화 구성되는바 일반적으로 비율에 맞게 구성하여 초저온냉동 사이클 구현에 어려움이 있다 또한 반도체 제조공정의 중요도로 볼 때 가연성 냉매의 사용은 엄격히 제한되기 때문에 비가연성 냉매로의 혼합냉매를 구성하고 냉동사이클이 단순한 방식의 냉각장치가 최근 반도체 제조공정에서 필요한 냉각장치의 요구조건이 되고 있어, 본 논문에서는 비가연성 냉매로 혼합냉매를 조성, 목표온도에 요구되어지는 냉각능력은 증발잠열로 냉매의선정과 필요한 질량유량을 구하고 그에 따른 조성비를 구하는 것이다. 냉동사이클은 비교적 사이클이 단순한 줄-톰슨 사이클로 -60℃이하의 초저온 냉동기로써 향후 공정발달에 따른 –80℃급의 냉각성능을 갖춘 초저온 줄-톰슨 사이클의 냉각장치의 설계를 하고 실험을 하였으며 그에 따른 증발잠열로 혼합냉매의 조성비와, 필요한 질량유량으로 초저온 영역에 운전이 가능한지를 확인하였다.
more초록/요약
Various process technologies are being developed due to process refinement in semiconductor manufacturing etching process and cooling system of electrostatic chuck is also required for cryogenic (-60°C) cooling system beyond low temperature (below 20°C) The method for implementing cryogenic cooling systems is to use multi-way cooling cycles, but the size of the cooling system increases compared to the cold cycle of the reverse carnot cycle used in the low-temperature process, which creates difficulties in injecting many facilities with the size of the products. The composition of the freezing system in a simple way due to limited space problems requires the composition of the composition ratio according to the freezing cycle by mixing the refrigerant used, but the composition ratio of refrigerant is configured according to its unique technology, patent problems, and refrigerating cycle, and is generally organized according to the ratio, making it difficult to implement cryogenic cooling cycle. In addition, given the importance of the semiconductor manufacturing process the use of flammable refrigerant is strictly limited, and a cooling system consisting of a mixture of non-flammable refrigerants and a simple cooling cycle has recently become a requirement for cooling equipment needed in the semiconductor manufacturing process. In this paper, non-flammable refrigerants is formed as mixed refrigerants and the cooling capacity required for target temperature is the selection of refrigerant with evaporative latent heat to obtain the necessary mass production cost. The cooling cycle is a relatively simple Joule-Thomson cycle with cryogenic chillers below -60°C. The cooling system of the cryogenic Joule-Thomson cycle with cooling performance of –80°C upon future process development was designed and tested. Accordingly, the composition ratio of the refrigerant mixture through evaporative latent heat and the required mass flow rate of operation in the cryogenic areas.
more목차
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 현황 3
3. 연구 내용 5
Ⅱ. 반도체 제조공정의 식각장치 냉각방법 7
1. 냉각장치(Chiller)의 의미 7
2. 줄-톰슨(Joule-Thomson)냉동사이클 9
Ⅲ. 연구 이론 11
1. 시스템 설계 11
2. 혼합냉매 조성 15
2.1 비가연성 혼합냉매의 선정 15
2.2 비가연성 혼합냉매의 조성 16
3. 혼합냉매의 특성과 열역학적 특성 22
Ⅳ. 혼합냉매 줄-톰슨 냉동기 성능실험 26
1. 실험장치 및 구성기기 26
2. 실험방법 31
Ⅴ. 실험결과 및 고찰 32
1. 질량유량에 따른 온도 특성 32
1.1 5.5kg 충전량 실험결과 34
1.2 4kg 충전량 실험결과 36
1.3 5kg 충전량 실험결과 40
1.4 6kg 충전량 실험결과 44
1.5 7kg 충전량 실험결과 48
1.6 8kg 충전량 실험결과 52
1.7 9kg 충전량 실험결과 56
1.8 10kg 충전량 실험결과 60
1.9 충전량에 따른 온도특성 64
Ⅵ. 결론 69
참고 문헌 71
ABSTRACT 73
