KR100195892B1 - 초고감도 분석기로 가스를 공급하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 표시 흐름을 공급하는 음속에서 작동되는 제류부를 각각 구비하고 있고 흐름조절기가 구비된 배출관을 하류에 각각 가지고 있는 분석될 가스 라인, 제로 가스 라인 및 보정 가스 라인을 포함하고 있는 초고감도 분석기로의 가스 공급 방법 및 장치에 관한 것이다.

제1라인과 제2라인의 표시 흐름은 분석기에 공급되는 기지 흐름보다 더 많아서, 분석 단계의 보정 중에 장치의 흐름 부위의 전체가 라인의 표시 가스 및/또는 다른 라인으로부터 발생되는 가스의 재순환 흐름의 일부분에 의해 영구히 플러시 된다.

Description

초고감도 분석기로 가스를 공급하는 방법 및 장치

제1도는 본 발명에 의해 가스를 공급하는 방법을 수행하는 장치의 계통도이다.

제2도는 본 발명에 의한 장치의 다른 실시태양의 계통도이다.

본 발명은 가스를 초고감도 분석기에 공급하여 순수한 가스내에 존재하는 미량의 잔류 가스 (본 명세서에서는 미량물질로 언급됨)를 검출하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 a) 제1라인을 통해, 분석하고자 하는 가스의 흐름을, b) 제2라인을 통해, 분석하고자 하는 가스를 정제함으로써 생성된 순수한 가스의 흐름을, 그리고 c) 하나 이상의 제3라인을 통해, 퍼즈 가스로 희석되고, 분석하고자 하는 가스보다 더 많은 미량의 잔류 가스를 초기에 함유하고 있는 1개 이상의 보정 가스의 흐름을 상기 분석기의 유입 라인부에 순차적으로 공급하는 단계를 포함하며, 상기 3개의 라인의 하류부는 유입 라인부에서 모두 만난다.

ppb 이하의 농도인 미량의 가스를 검출 및 분석할 수 있고 초고집적 반도체 산업(VLSI)에서 예컨대, 초고순도 가스(질소, 아르곤)에 대해 사용되는 미량 물질 또는 불순물의 고감도 분석기(예 : 초감도 습도계 또는 푸우리에(Fourier) 변환 적외선 분광기(FTIR)타입)는, 분석하고자 하는 가스와, 이 분석하고자 하는 가스를 정제함으로써 수득되고 분석기의 영점을 관리하는 소위 제로 가스와, 중요한 양의 미량물질을 초기에 포함하고 있는 가스를 많이 희석함으로써 수득되고 분석기의 판독범위를 보정하는 보정 가스를, 일정한 유속으로 상기 분석기에 순차적으로 공급하는데 이용할 필요가 있다.

공지된 상기 방법 및 장치는 가스를 분석기에 공급하는 단계들 중한 단계에서 전혀 중요하지 않는 라인을 분리하는 스톱 밸브와 흐름 조절기를 각각 구비하고 있는 3개의 라인을 사용한다. 이러한 방법은 두가지 주요 단점을 갖는데 그 하나는 흐름 조절기에 의해 비통제 미량 물질 또는 불순물이 여러가지 가스 라인에 첨가되기 쉬우므로 상기 흐름 조절기가 오염을 유발하는 부품이 된다는 것과, 라인이 분리되어있는 기간 동안 라인내의 가스가 관의 벽을 통해 단지 흡수 또는 탈착만으로 빠르게 오염될 수 있다는 것이다.

상기 단점을 본질적으로 감소시키기 위해, 흐름 조절기보다 덜 오염시키는 정전하 손실부가 있고, 라인 상류부를 분리시키고 플러쉬시킬 수 있는 삼방향 밸브를 하류부에 가지고 있는 각각의 라인을 사용하는 방법 및 장치가 제안되어 왔다. 이러한 시도는 분리되지만 플러쉬 되지는 않는 관의 길이를 감소시킨다. 그러나, 이러한 관을 완전히 제거하지는 못한다. 반면에, 상기 제안된 방법과 장치는 제1라인과 제2라인에 공급되는 압력이 너무 광범위하여 분석기로의 흐름 공급을 제때에 확실하게 해주지 못할 수 있는 우회의 위험이 존재하여, 결과적으로 측정의 정밀도를 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명의 목적은 영구 플러싱하에 시스템의 모든 라인에 유지되는 여러가지 가스들의 경로를 따라 오염 성분이 존재하는 것을 예방할 수 있고, 흐름의 조절이 정확하여 제때에 우회되지 않도록 하여, 결과적으로 신뢰할 만하고 본질적으로 개선된 분석도를 보증하는, 분석기로의 가스 공급 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 특징에 의하면, 가스는 3개의 라인 각각의 상류부를 통해 일정 유속으로 영구히 흐르고, 각 라인의 중간 부분에는 조절가능 흐름 조절기가 구비된 배출 바이 패스가 구비되어 있고, 제1라인과 제2라인내의 일정한 유속은 분석기로의 유속보다 더 크고, 전술한 단계 a)와 b) 각각에 대한 흐름 조절기를 조절하여 상기 한 단계에 해당하는 라인 속의 과량의 가스 흐름의 첫번째 부분이 관련된 바이 패스를 통해 제거되고, 상기 가스의 과량의 흐름의 두번째와 세번째 부분이 다른 두개의 라인들의 하류부에서 재순환되고 여기서, 과량의 전흐름 자체 및 재순환 흐름의 두번째와 세번째 부분이 해당 배출 바이패스를 통해 제거되도록 한다.

본 발명의 보다 구체적인 특징에 따르면, 각 라인내의 일정한 흐름은 음속으로 작동되는 보정 제류 수단에 의해 보장되고, 보정 제류부의 윗부분의 압력은 적어도, 관련된 배출 바이패스의 흐름 조절기를 조절할 정도의 크기가 된다.

본 발명의 또 다른 목적은 분석(하고자하는) 가스원 ; 보정 가스원 ; 제1흐름 조절기를 포함하고, 분석 가스원을 분석기의 유입 라인부에 직접 연결시켜 주는 제1라인; 분석 가스원의 상류부에 연결되어 있고 직렬 배열된 가스 정제기와 제2흐름 조절기를 포함하는 제2라인 ; 및 제3흐름 조절기를 포함하고, 분석하고자 하는 가스보다 더 많은 양의 미량물질을 초기에 함유하고 있는 보정 가스원을 제2라인의 하류부와 연결시켜주는 하나 이상의 제3라인을 포함하며, 상기 라인 각각이 상류부에 음속 드로우트를 구획하는 보정 제류부 및 중간 부분에, 배출 흐름 조절기가 구비된 배출 바이패스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유형의 전술한 방법을 수행할 수 있는 분석기로 가스를 공급하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 각각의 라인은 보정 오리피스를 통해 대기압하에 개구되는 압력 측정 바이패스상에 통상적으로 배치되는 압력 픽업을 각 라인내 제류부의 바로 위쪽에 포함한다.

본 발명의 방법과 장치에 있어서, 각 라인은 라인내에서 순환하는 가스에 의한 상류부의 가스 흐름 및, 하류부와 비작동 단계의 다른 라인에서 발생하는 재순환 가스에 의해 영구히, 그리고 완전히 플러쉬된다. 각 라인의 활동부에서, 원래 크게 오염을 일으키지 않으며 라인의 영구 플러쉬 측면에서 불순물을 첨가하기 쉽지 않도록 처리되는 경우에 존재하는 한개만의 오리피스 또는 1개의 보정 제류부가 존재한다. 압력 픽업과 흐름 조절기 같은 오염적인 부품은 라인 자체의 바이패스에 설치되고 가스 흐름으로 영구히 플러쉬된다.

음속으로 작동하는 라인내의 조정 제류부의 하류부의 라인 속을 흐르는 가스는 제류부 상류의 압력에만 의존하므로 제류부 상류의 압력에 의해 용이하게 계산되며, 시간상의 오차가 거의 없게 보정될 수 있으므로 이는 본 발명의 시스템이 정확하게 작동하게 해준다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 첨부된 도면들을 참고로 기술된 실시태양에 의해 명백해질 것이며, 이는 설명을 목적으로 하는 것일 뿐이며 제한적인 것은 아니다.

제1도에 도시되어 있는 장치는 유입 라인(1)의 한 구간을 통해 초고감고 분석기(2)로 가스를 선택적으로 공급하기 위한 3개의 라인(전형적으로 킬드(killed) 및 연마된 스테인레스 스틸관임) (I), (II), (III)를 포함하고 있다. 상기 초고감도 분석기(2)는 초순수 가스원(3)에서 발생하는 주가스에 존재하는 미량의 잔류가스를 분석하고, 가스 공급 장치(3), 예를 들면 고순도 질소(HPN) 발생기에 의해 동일계에서 생성된 가스에 존재할 수 있는 미량의 잔류 가스를 연속적으로 측정하기 위한 것이다. 가스원(3)에서 발생하는 가스는, 일반적으로 5 내지 15×10⁵Pa의 압력에서 제1라인 (I) 또는 분석 라인 및 라인 (II)로 공급된다. 상기 라인 (I)과 (II)는 A지점에서 분석기(2)의 유입부(1)의 하류에 연결되어 있다.

라인 (I)은 음속으로 작동되는 제류부(4) (전형적으로 보정 오리피스임)를 가지고 있으며 또한, 상기 제류부(4)의 상류에 압력 측정 바이패스(5)를 가지고 있는 바, 이는 바이패스(5)내에서 매우 낮은 도출 흐름을 제공하는 보정 배출부(7)의 상류에 압력 픽업(6)을 구비한다. 라인 (I)은 조절 가능 흐름 조절기(9)를 구비한 배출 바이패스(8)를 하류부에 포함한다.

제로 가스와 희석된 보정 가스를 분석기(2)에 공급하는 라인 (II)는 상류부에 압력 조절기(10) 및 직렬로 정제기(11)(예 : 흡착형 정제기 또는 제터(GETTER)라고 불리우는 화학적 정제형의 정제기)를 포함한다. 정제기(11)의 하류에, 라인 (II)는 라인 (I)과 유사하게 압력 픽업(13) 및 배출 보정 오피리스(14)와 함께 압력 측정 바이패스(12)를 포함하고 있고, 보정 제류기(15)와, 조절 가능 흐름 조절기(17)를 구비한 배출 바이패스(16)를 포함하고 있다.

라인(III)는, 분석하고자 하는 가스와 동일한 미량 물질을 함유하되 1,000 내지 10,000배 이상의 양으로 함유하고 있는 분석하고자 하는 가스와 동일한 유형의 가스를 포함하는, 감압기(19)를 구비한 보정 가스 저장 용기(18)과 연결되어 있다. 라인(III)는 바이패스(16)의 하류 및 A 지점의 상류에 위치한 B 지점에서 라인(II)와 연결된다. 라인(III)는 다른 라인들과 유사하게, 압력 픽업(21)과 배출 보정 오리피스(22)를 구비하고 있는 압력 측정 바이패스(20), 보정 제류부(22) 및 조절 가능 흐름 조절기(25)가 구비되어 있는 배출 바이패스(24)가 직렬로 배열되어 있다.

본 발명에 의한 방법의 작동법이 가스 분석 단계와 관련하여 이하에 기술될 것이다.

제류부(4), (15) 및 (23)은 라인(I), (II) 및 (III)내의 각 일정한 가스 흐름 Q₁, Q_o및 Q_c를 결정해 준다. 분석 단계에서, 라인(II) 및 (III)는 사용되지 않고, 가스원(3)에서 나오는 가스는 라인(I)을 거쳐 바로 분석기(2)로 보내진다. 분석기(2)는 1ℓ/분정도의 가스의 유입 흐름 Q_a에서 작동된다. 제류부(4)에 의해 정해지는 공정 흐름 Q₁는 흐름 Q_a에 대하여 Q_a+2q(q는 0.2ℓ/분 정도로 임의로 선택된 플러싱 흐름임) 같이 상당히 과량이 되도록 결정된다. 본 분석 단계에서, 라인(I)의 배출 바이패스(8)에 구비되어 있는 조절기(9)는 연결 흐름 Q₁-Q_a-2q가 배출되도록 조절된다. A 지점에서, 라인(I)의 하류 흐름(Q_a+2q)는 유입 라인(I)내에서의 흐름 Q_a와 라인(II)의 하류부 AB로 유입되는 흐름 2q로 나뉘어진다. B 지점에서, 재순환 흐름 2q는 라인(II) 및 라인(III)로 유입되는 2개의 흐름 q로 나뉘어진다. 본 발명의 방법에 따라, 라인(II)의 배출 바이 패스(16)내의 흐름 조절기(17)은 제류부(15)에 의해 생성된 공칭 흐름 Q_o과 상술한 재순환 흐름 q를 라인(II)로 제거하도록 조절된다. 비슷하게, 라인(III)의 흐름 조절기(25)는 제류부(23)에 의해 생성된 공칭 흐름 Q_c와 재순환 흐름 q를 라인(III)에서 모두 제거하기 위해 조절된다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 모든 유효 순환 부위는 본 발명의 목적에 따라 가스 흐름으로 동시에 플러시된다.

조작은 분석기에 가스를 공급하는 다른 단계중의 조작과 유사하다. 따라서, 라인(III)을 통해 제로 가스가 공급될 경우, 라인(II)의 조절기(17)은 흐름 Q_o-Q_a-2q를 우회시키고, 라인(III)의 조절기(25)는 흐름 Q_c+q를 상술한 바와 같이 우회시키고, 라인(I)의 조절기(9)는 조절기(25)로부터 흐름 Q₁+q를 우회시킨다.

제2도의 실시태양에서는, 저장 용기(18)과는 다른 보정 가스원과 함께 상술한 라인(III)와 유사한 라인(III') 및, 정제기(11)과 보정부(15) 사이에 존재하는 라인(II)의 D 지점으로부터 출발하는 미량의 가스를 액체상(예 : 물)에서 보정하고 라인(I)의 연결지점 A의 하류에 있는 C지점에서 분석기(2)에 대한 유입부(1)과 만나는 라인(IV)를 비롯한 더 많은 보정 라인과 함께 제1도의 시스템의 구성 요소들을 발견하게 된다. 라인(IV)는 라인(I) 내지 (III)에서와 같이, 상류에 있는 보정부(26)에 있어서, 급습기(29)에 특히 일정한 플러싱 흐름을 제공할 수 있는 흐름 조절기(28)이 구비된 제1배출 바이패스(27)를 포함하고 또한 흐름 조절기(31)가 구비된 제2배출 바이패스(30)를 포함하고 있다. 침투기 유형의 급습기(29)가 가압하에 액체원과 함께 (36)에 공급된다. 압력 픽업(13)은 라인(II)와 라인 (IV)에 공유된다. 제1도의 실시태양과 비교할 때, 분석기(2)로의 유입부(1)은 검사 밸브(33)이 구비된 제1배출 바이패스(32) 및 흐름 조절기(35)가 구비된 제2배출 바이패스(34)에 의해 하류로 뻗어 있다.

분석하고자 하는 가스의 압력과 온도의 변화에 영향을 받지 않고 특히 분석의 신뢰도를 확실히 하기 위해, 본 발명에 의한 장치는 제2도에 도시되어 있는 바와 같이, 자동화시키는 것이 유리하다. 즉, 압력 픽업(6), (13) 및 (21)은 전형적으로 마이크로 처리 장치 유형의 중앙 제어 유니트(38)로 기준 값과 비교하여 중앙제어 유니트(38)내에 저장되어 있는 압력 신호를 연속적으로 공급하므로 중앙 제어 유니트(38)는 여러가지 흐름 조절기(9), (17), (25), (28), (31) 및 (35)로 통제신호를 보낼 수 있다. 이로 인해 중앙 제어 유니트(38)가 열리도록 조절되어 라인들내에 실제 흐름을 순환시킴으로써 압력 포착기에 의해 압력이 측정된다.

Claims (11)

1. a) 제1라인을 통해, 분석하고자 하는 가스의 흐름을, b) 제2라인을 통해, 분석하고자 하는 가스를 정제함으로써 생성된 순수한 가스의 흐름을, 그리고 c) 하나 이상의 제3라인을 통해, 퍼즈 가스로 희석되고, 분석하고자 하는 가스보다 더 많은 미량물질을 초기에 함유하고 있는 1개 이상의 보정 가스의 흐름을 초고감도 미량 분석기의 유입 라인부에 순차적으로 공급하는 단계들을 포함하며, 상기 3개의 라인의 하류부는 유입라인부에서 만나고, 상기 가스는 라인 각각의 상류부를 통해 일정한 유속으로 영구히 흐르고, 각 라인의 중간 부분에는 조절 가능 흐름 조절기가 구비된 배출 바이패스가 구비되어 있고, 제1라인과 제2라인내의 일정한 유속은 분석기로의 유속보다 더 크고, 전술한 단계 a)와 b) 각각에서, 흐름 조절기를 사용하여, 상기 단계들중 하나에 해당하는 라인 속의 과량의 가스 흐름의 첫 번째부분이 관련된 배출 바이패스를 통해 제거되고 상기 가스의 과량의 흐름의 두 번째와 세 번째 부분이 다른 두 개의 라인들의 하류부에서 재순환되도록 조절하고, 이때, 과량의 모든 흐름 자체 및 재순환 흐름의 두 번째와 세 번째 부분이 해당 배출 바이패스를 통해 제거되도록 조절하는 초고감도 미량 물질 분석기로의 가스 공급 방법.
2. 제1항에 있어서, 각 라인내의 상기 일정한 유속은 음속으로 작동하는 보정 제류부에 의해 보장되고, 여기서 압력은 적어도 관련된 배출 바이패스의 흐름 조절기가 작동되도록 보정 제류부의 상류에서 측정하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 압력은 소량의 누출흐름이 영구히 흐르고 있는 압력 측정 바이패스에서 측정하는 방법.
4. - 분석하고자 하는 가스원; - 제1흐름 조절기를 포함하고, 상기 분석하고자 하는 가스원을 분석기의 유입 라인부에 직접 연결시켜 주는 제1라인 ; - 분석하고자 하는 가스원의 상류부에 연결되어 있고 직렬 배열된 가스 정제기와 제2흐름 조절기를 포함하는 제2라인 ; 및 - 제3흐름 조절기를 포함하고, 분석하고자 하는 가스보다 더 많은 양의 미량물질을 함유하고 있는 보정 가스원을 제2라인의 하류부와 연결시켜주는 하나 이상의 제3라인을 포함하며, 상기 라인 각각이 상류부에, 음속 드로우트를 구획하는 보정 제류부 및 중간부분에, 배출 흐름 조절기가 구비된 배출 바이패스를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 방법을 수행하는데 적합한 초고감도 미량 분석기로의 가스 공급 장치.
5. 제4항에 있어서, 각 배출 흐름 조절기는 해당 라인을 제류하므로써 생성된 공칭 흐름의 일부분을 제거하는 하나 이상의 상태와 다른 라인에서 발생하는 재순환 흐름에 의해 증가된 총 공칭 흐름을 제거하는 두 번째 상태 사이에서 작동될 수 있는 장치.
6. 제4항에 있어서, 각 라인이 제류부의 바로 상류에 압력 픽업을 포함하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 압력 픽업은 보정 오리피스를 통해 대기내로 개구되어 있는 압력 측정 바이패스 상에 장착되어 있는 장치.
8. 제4항에 있어서, 상기 유입 라인부는 배출 흐름 조절기가 구비된 배출관의 하류와 연결되는 장치.
9. 제4항에 있어서, 2개 이상의 제3라인을 포함하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 하나 이상의 제3라인은 제2라인의 상류에, 정제기와 제2라인의 보정 제류부사이에, 그리고 유입 라인부의 하류와 연결되어 있고, 배출관의 상류에 일정한 유속으로 플러쉬되는 미량 물질의 발생기를 포함하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 미량 물질 발생기는 미량 물질을 액체원으로부터 제3라인내로 도입하는 장치.