KR100297441B1 - 초음파 액위 감지를 이용한 화학 약품 재충전 시스템 및그 방법 - Google Patents

초음파 액위 감지를 이용한 화학 약품 재충전 시스템 및그 방법 Download PDF

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마쉬 윌리엄 에프
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Abstract

본 발명은 감지 장치에 의해 발생되는 시그널에 따라서 공급원 저장기로부터 자동 이송시킴으로써 분배 용기에 존재하는 화학 약품의 효과적인 또는 적당한 액위를 제공하도록 비침투성 액위 감지를 사용하여 대형 저장기 또는 공급원 저장기로부터 소형 분배 용기 또는 저장기로 초순수 화학 약품을 이송시키는 시스템에 관한 것이다. 비침투성 액위 감지는 이동 부재를 사용할 필요가 없고 특별한 설비 또는 보정을 요하지 않으면서 고점성 및 저점성 화학 약품에 적용할 수 있다.

Description

초음파 액위 감지를 이용한 화학 약품 재충전 시스템 및 그 방법{ULTRASONIC LEVEL SENSING IN A CHEMICAL REFILL SYSTEM}
본 발명은 반도체 제조 분야에 사용되는 유형의 증기 전달 시스템, 특히 화학 약품을 대형 저장 시스템으로부터 소형 사용 용기로 이송하기 위한 시스템에 관한 것이다.
다양한 종류의 반도체 장치를 생산하는 데 화학 약품을 사용하는 방법은 널리 공지되어 있다. 통상적으로, 이들 화학 약품은 밀봉 용기에 패키징하여 그것을 반도체 제조 공정의 사용 지점에 전달하기 전에 약품이 오염될 가능성을 매우 적게 한다. 버블러 또는 앰풀에 약품 공급을 재보충하는 데 사용되는 화학 약품 재충전 시스템의 좋은 배경 설명으로는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용되는 미국 특허 제4,859,375호에 기재된 것이 있다.
또한, 당해 분야의 화학 약품 전달 시스템의 예로는 미국 캘리포니아주 칼스바드에 소재하는 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스 인코포레이티드의 유니트인 슈마허(Schumacher)로 구입할 수 있다.
보통, 실리콘 웨이퍼의 처리 공정을 수행하기 위한 화학 약품을 제공하여 반도체 장치를 제조하는 데 사용되는 버블러 또는 앰풀은 종종 Fab라고도 하는 반도체 제조 공장의 청정실에 포함된다. 사용자에게 화학 약품의 연속 공급원을 제공하기 위하여, 청정실 외부에 포함되는 대형의 저장소로부터 청정실 내부의, 흔히 소형 용기인 버블러 또는 앰풀을 재충전하는 것이 바람직하며 통상적이다. 진공 이송 기술 또는 펌핑 시스템에 의하여, 비활성 기체, 예를 들면 질소를 사용하는 가압을 통해 저장소로부터 버블러로 화학 약품을 이송하는 데 필요한 배관 및 전자 제어는 이 분야에 널리 공지되어 있다.
화학 약품 재충전 시스템을 구축하는 데 있어서, 한 가지 문제점으로는, 저장기로부터 버블러로 적당한 시점에서 이송이 이루어지고 저장기가 거의 비었을 때 저장기를 교체시킬 수 있도록 버블러 및 저장기 내 화학 약품의 액위(액체 준위; liquid level)를 정확하게 측정해야 하는 점이 있다.
미국 특허 제4,859,375호에 명시되고 기재된 기술 이외에도 다수의 액위 감지 기술이 이 공업 분야에서 시도되었으며, 그 성공 정도는 다양하였다.
간단한 기술로는 중량을 감지하여 버블러 및/또는 저장기 내 액위를 측정하는 기술이 있다. 저울을 사용하면, 화학 약품과 접촉하지 않아도 되는 이점을 가지며, 화학 약품을 저장하거나 분배하는 데 사용되는 용기의 종류에 무관할 수 있다. 그러나, 약품과 여러 저장 장치의 액위를 측정하는 데 있어 저울을 사용하는 것에는 단점이 있다. 우선, 소형 용기, 특히 용기 내부에 함유된 화학 약품보다 중량이 더 나가는 스테인레스 강으로 된 용기에 관한 문제점이 있다. 예를 들면, 1 킬로그램(2.2 파운드)의 화학 약품을 측정하는 저울은 7 킬로그램(15.4 파운드)까지의 자중을 갖는 빈 용기를 지탱할 수 있어야 한다. 따라서, 가득 찬 버블러와 빈 버블러 간의 차이는 저울의 전체 유효 범위의 단지 12.5%만을 포함할 뿐이며, 저울이 전자식이고 제어 시스템에 포함된 경우, 전체 유효 시그널과, 따라서 저울 해상도를 감소시킨다. 더욱이, 용기를 평량해야 하고, 이들을 배관 시스템에 의해 상호 연결시켜야 하기 때문에, 배관 연결부는 배관부의 중량이 용기에 영향을 미치는 것을 피하기 위하여 가요성이어야 한다.
다른 기술로는 액위를 측정하는 데 부동 프로브를 사용하는 방법이 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론) 또는 스테인레스 강으로 된 부구(浮球)를 액체(유체)에 침지한다. 자기 리드 스위치를 부구를 지지하는 로드에 배치하는 한편, 자석을 부구 내부에 배치하여 자석으로 리드 스위치를 작동시킨다. 부구가 스위치 부근으로 근접하면, 액체 또는 약품의 액위는 전자 회로에 의해 표시된다. 부구 프로브의 주요 단점은 초순수 유체 내에 이동 물체를 침지시킨다는 것이다. 프로브를 적당히 세척하여 미립자 발산을 최소화할 수는 있지만, 이것은 다소의 미립자 오염을 야기시킬 수 있다. 또한, 고점성 물질이 부구에 고착되어 액위 감지 장치로서 그 사용이 방해될 수 있다. 끝으로, 프로브를 약품에 침지시키기 때문에 프로브 재료의 선택이 중요하며, 따라서 약품과 반응하지 않는 것이어야 한다. 보통, 부구용 재료는 신중하게 선택되고, 부구의 표면은 고도로 윤택이 나며, 부구는 부구의 이동이 최소화되도록 구성하여 미립자 형성 문제를 최소화한다.
또 다른 기술로는 광학 프로브를 사용하는 것이 있다. 제1 유형의 광학 프로브는 투명 용기, 예를 들면 석영으로 된 용기 외부에 배치된 광학 센서를 사용하는 것을 수반한다. 적외선 광을 용기에 통과시키며, 액체가 존재하는 경우에는 적외선 광은 검출기로부터 굴절된다. 반면에, 액체가 존재하지 않는 경우에는 광 빔이 검출기를 통과하여 사용자에게 액체가 필요 액위 이하로 떨어졌다는 것을 알려주는 시그널을 발생한다. 석영 버블러가 벽에 결함, 예를 들면 오목부를 가졌다면, 이것은 광을 굴절시켜서 오류 판독이 생길 수 있다. 또한, 불투명 액체(사용하는 광의 파장을 통과시키지 않는 액체)는 그러한 장치의 작동을 방해할 것이다. 적외선 광의 존재 하에 변화하기 쉬운 약품은 그러한 장치에 노출시켜서는 안된다. 다른 광학 기술로는 화학 약품에 침지한 석영 프로브를 사용하는 것이 있다. 이 유형의 장치에서는 전체 내부 굴절 원리를 이용한다. 광은 석영을 투과하여 프로브의 브루스터 각에 정확하게 정렬된 반사면을 때린다. 액체가 존재하면, 대부분의 광은 프로브를 벗어나는 반면에, 액체가 존재하지 않는다면, 광은 대부분 검출기로 다시 반사될 것이다. 이 유형의 프로브는 이론상으로는 잘 작동하지만 다수의 실행상의 결점을 가진다. 첫번째 결점은 광학 프로브에 대한 포토 트랜지스터와 발광 다이오드('LED')의 광학 커플링에 있다. 부정확한 정렬 및/또는 광학 간섭에 대한 손상이 신뢰성있는 작동을 방해할 수 있다. 고려하고자 하는 다른 인자로는, 특히 저장기 저부가 고도로 광택이 나는 표면인 경우, 저장기 저부에 대한프로브의 각이 있다. 이 경우에서, 잘못된 반사는 프로브로 되돌려질 수 있다. 끝으로, 프로브는 유체와 기밀한 접촉을 해야 되기 때문에, 화학 약품을 용기에 넣기 전에 제조시 용기 내에 프로브를 설치해야 한다. 이것은 제조 또는 선적 동안에 손상을 입을 가능성이 있으며, 이 유형의 프로브가 전체적으로 작동이 안되게 된다. 또한, 광학 프로브는 석영 프로브를 스테인레스 강에 결합시키는 중합체 밀봉부에 의존해야 하며, 누설 포텐셜의 증가를 제공하기 때문에 금속 대 금속 밀봉부를 필요로 하는 이들 용기에 사용할 수 없다.
또 다른 기술로는 '전기 용량(capacitive)' 기술이라고 하는 진동 전자기장을 발생시키는 전자 프로브를 사용하는 기술이 있다. 프로브를 유체에 침지시키고, 총 용량 및/또는 실측치 유전 상수는 용기 내 유체 대 공기의 비율을 기준으로 하기 때문에 반응성 전자를 액위 변화를 검출하는 데 사용할 수 있다. 이들 프로브는 많은 분야에서 제대로 작동하기는 하지만, 전체 환경 변화가 시스템 반응을 변화시킬 수 있기 때문에 보정이 매우 민감하다. 이들 프로브는 프로브와 용기 사이를 절연시켜야 하며, 모두 금속으로 밀봉된 용기에서는 그 용도가 제한된다.
용기 내 액위 감지를 위해 초음파 프로브가 개발되었다. 이들 유형의 역대 프로브는 비교적 크고 고가이지만, 다른 유형의 액위 감지 방법에 비해서 많은 이점을 제공하며, 지난 수 년간 보다 경쟁적이되었다. 초음파 프로브에는 몇 가지 유형이 있다. 제1 유형은 효과적인 액위 측정용 '소나(sonar)'이며, 반도체 산업에서 통상 사용되는 용기보다 큰 용기용으로 설계되었다. 일반적으로, 액위는 1 피트의 최소 필요 간극을 가진 센서로부터 피트 단위로 측정된다. 이 유형의 센서는 프로브를 액체에 침지할 필요가 없다. 제2 유형의 초음파 센서는 프로브를 통하여 액체에 직접 배치된 트랜스미터와 리시버를 포함한다. 프로브는 초음파 시그널을 전송한다. 트랜스미터와 리시버 사이에 액체가 존재하지 않는 경우, 매우 적은 소리가 검출된다. 액체가 존재하면, 시그널 강도는 크게 증강되어 리시버가 초음파를 검출할 수 있게 된다. 이 기술의 주요 이점은 프로브가 통상적으로 유체에 침지되기는 하지만, 이동 부재를 구비하지 않으며, 금속 대 금속 밀봉부를 사용할 수 있다는 것이다. 대부분의 분야에서, 초음파 기술은 신뢰성있는 단일점 검출 방법을 제공하며, 대체로 반도체 공업에 사용되는 용기 크기 내에 설치되는 경우, 액위 감지에 사용할 수 있다.
다른 액위 감지 기술로는 마이크로파 펄스를 사용하는 것이 있다. 그러나, 이들 시스템은 매우 복잡하고 매우 고가이며, 반도체 공업용으로는 바람직하지 않다. 현재, 이들 시스템은 피트 또는 미터 단위로 거리 측정하는 데 사용되며, 대규모의 적용 분야, 예를 들면 55 갤론들이 저장기에서 그 특정 용도를 찾을 수 있으며, 프로브와 액체 표면 간에는 상당한 거리가 있다.
압력차 센서는 액체 컬럼의 상부 압력과 저부 압력 간의 차를 이용한다. 이 유형의 장치의 주요 결점은 압력 변환기 보정에 대한 민감성이며, 이로 인해 내내 헤매이게 될 수 있다.
끝으로, 화학 약품 액위를 측정하기 위한 기술로 화학 약품에 전류를 통과시키는 기술이 있다. 이 기술에서, 매우 낮은 전압은 특수 회로를 사용하여 유체를 통하여 낮은 전류를 구동시킨다. 액위 감지는 전압/전류를 감지했을 때 일어난다.이 기술은 적용 분야가 상당히 제한되는데, 전도성 및 불연성 화학 약품에서 가장 잘 작동한다. 전체가 금속으로 밀봉된 시스템에 사용할 때 적당한 관통 접속이 필요하다. 전술한 바와 같이, 이 기술은 측정하고자 하는 재료가 전도성이고 불연성이어야 한다.
그러므로, 반도체 제조 공정에 사용되는 화학 약품의 액위를 결정하는 신뢰성있는 시스템을 갖추어서 반도체 제조 공정이 사용 시점에서 연속적으로 화학 약품을 적당히 공급할 수 있도록 하고자 하는 공업적 필요성이 있다.
도 1은 본 발명의 방법 및 장치를 예시하는 화학 약품 재충전 시스템의 개략도이다.
발명의 개요
본 발명은 하나 이상의 대형 용기와, 반도체 제조 공정용 화학 약품의 대체 가능한 공급원으로 사용하고자 하는 하나 이상의 용기를 포함하는 재충전 시스템에 관한 것이다. 대형 용기는 청정실 또는 fab 제조 영역 내부에 설치되어 사용 시점에서 선택된 화학 약품의 공급원 역할을 할 수 있는 저장기 용기에 연결된다. 용기는 저장기 대 저장기 공급 모드로 상호 충전, 자동 변환 모드로 하나 이상의 저장기에서 수용기 용기로 충전, 진공 증기 인발법 또는 캐리어 기체 버블링 방법으로 작동하는 두 가지 진행 모드로 하나 이상의 저장기에서 하나 이상의 소형 용기(예를 들면, 버블러)로 충전, 전단계 모드로 하나 이상의 저장기에서 질량 유동 제어 시스템 또는 기화 시스템으로 충전, 또는 하나 이상의 대형 저장기에서 대형 광역 분배 다기관으로 충전하도록 구성될 수 있으며, 그 선택은 특정한 반도체 제조 공정에 따라 지시된다.
따라서, 한 가지 양태에서, 본 발명은 초고순도 화학 약품을 함유하고 분배하기 위한 저장기, 상기 저장기로부터 이송된 상기 약품을 수용하는 하나 이상의 버블러, 및 상기 약품을 상기 저장기로부터 상기 버블러로 이동시키는 도관 시스템을 갖춘, 화학 반응성 증기를 버블러로부터 실리콘 웨이퍼 처리로로 제공하는 시스템에 관한 것이며, 버블러에 삽입된 다중 액위 초음파 프로브를 포함하여, 만재를 표시하는 제1 액위, 부분 만재를 표시하는 제2 액위 및 상기 버블러에 추가의 약품을 저장기로부터 버블러로 이송시켜야 한다고 지시하는 제3 액위로 상기 버블러가 약품을 함유할 때, 상기 프로브가 제1 시그널을 발생하도록 하는 것을 특징으로 한다.
다른 양태에서, 본 발명은 저장기가 추가의 약품을 원격 공급원으로부터 저장기로 도입해야 할 필요가 있는 시점을 결정하거나 저장기를 만재 저장기로 교체해야 하는 시점을 지시하기 위해 저장기 내에 초음파 액위 프로브를 사용하는 방법에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 초음파 프로브를 수용 용기에 도입하여 수용 용기 내 화학 약품의 액위를 정확하게 측정함으로써 저장기로부터 중간 배관 및 이송 시스템을 경유하여 원격 용기로 화학 약품을 이송하는 방법에 관한 것이며, 상기 초음파 프로브는 제어 시스템에 전기 접속되어 수용 용기 내에 약품의 특정한 액위를 검출하였을 때 저장기로부터 수용 용기로의 재충전 공정을 개시하고, 수용 용기 내에서 제2 또는 만재 상태가 검출되었을 때, 저장기로부터 수용 용기로의 약품 유입을 중지시킨다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 공급원 저장기를 교체하는 데 사용하기 위한 전달 라인의 내부로부터 잔류 액체를 퍼지하고(하거나), 진공 사이클 퍼지 또는 용매 사이클 퍼지에 의하여 전달 라인 또는 내부 시스템 배관 및 밸브를 유지시키는 방법에 관한 것이다. 기체를 '크로스 퍼지(cross-purge)' 밸브를 통하여 전달하여 잔류 화학 약품을 내부 전달 라인으로부터 다시 대형 저장기로 밀어낸다. 그 후, 이 영역은 진공 하에 임의의 비활성 기체 공급으로 진공화한다. 일반적으로, 진공 압력은 화학 약품을 효과적으로 제거하기 위하여 화학 약품의 증기압 미만이어야 한다. 비활성 기체는 진공 사이클 중에 배관 외부로 이 물질을 '소거'하는 것을 도울 수 있다. 배관 내부압은 압력 게이지로 모니터한다. 화학 약품이 완전히 제거되면, 화학 약품이 존재하지 않을 때 진공압이 배관의 기본압과 동일해진다는 것에 주목함으로써 확인할 수 있다.
마지막 양태로서, 본 발명은 직접 액체 분사 또는 유사한 기화 또는 분배 기술을 사용하여 화학 약품을 반응기 챔버에 정확하게 분배하는 방법에 관한 것이다. 초음파 프로브는 화학 약품을 입수할 수 있고 공급원 저장기의 교체가 필요한 지의 여부를 챔버에 지시하는 데 사용될 것이다.
발명의 상세한 설명
도면을 참조하면, 시스템(10)은 화학 약품(14)을 함유하는 저장기(12)를 포함한다. 저장기(12)는 저장기(12)로부터의 어떤 누출물을 함유하기 위해 하우징 또는 캐비넷(16) 내에 포함될 수 있다. 하우징(16)은 하우징(16)에서 약품 증기를 배기하기 위한 도면 번호 18로 개괄적으로 도시한 배출구 시스템 및 저장기 제어기모듈(20)을 포함하며, 그 구성과 작동법은 이 분야에 널리 공지되어 있다. 저장기(12)는 제어 밸브(24)를 갖춘 입구 도관(22)을 구비하여 비활성 기체, 예를 들면 질소를 저장기로 공급함으로써 저장기(12)를 가압한다. 질소 또는 다른 캐리어 기체는 도관(26)을 통하여 캐리어 기체를 수용하는 제어기 모듈(20)에 포함된 밸브를 통해 저장기(12)로 도입한다. 저장기(12)는 제어 밸브(30)를 갖춘 출구 도관(28)을 포함하여 연결 도관(32)과 제2 제어 밸브(34)를 통해 버블러 또는 앰풀(48)로 약품을 전달한다.
미국 뉴욕주 허퍼지에 소재하는 코센스사(Cosense Inc.) 제품과 같은 액위 감지 장치(38)를 저장기(12) 내에 배치한다. 감지 장치(38)는 장치(38)의 하단부(40)에 배치시킨 단일 초음파 센서를 포함하여 저장기가 비었을 때를 지적해낼 수 있으며, 또는 중간 액위(42) 및 상부 액위(46)에 배치된 액위 센서를 구비하여 만재 상태(위치 46) 또는 중간 만재 위치(액위 42)에서 액체의 존재를 가리킬 수 있다. 대안으로, 초음파 센서(38)는 무한수의 초음파 센서를 구비하여 저장기(12) 내 약품의 가변 액위를 검출할 수 있다. 저장기 내에 이들 다중 액위를 제공하기 위해 연속 액위 감지 프로브를 사용하면, 동일한 결과가 얻어진다.
도관 또는 파이프(36)가 저장기 제어기 모듈(20)로 들어가서 제어 시스템을 통과함으로써 비활성 기체, 예를 들면 질소를 도관(37)을 통해 도관(32)으로 도입시켜 약품의 전달 도관 또는 배관을 퍼지할 수 있다.
저장기(12), 하우징(16) 및 저장기 제어기 모듈(20)에 관련된 배관 시스템도 퍼지용 밸브 및 배관 세트를 포함한다. 밸브(56)는 액체 함유 측으로부터 배관 시스템의 고압 인가 기체 측을 고립시키는 데 사용되며, 비활성 기류가 액체 화학 약품을 저장기로 다시 밀어낼 수 있게 한다. 밸브(58)는 진공 사이클을 개시하여 진공 사이클 퍼지하는 데 사용된다. 밸브(60)는 압력 게이지를 고립시켜서 사이클 퍼지 및 다른 조작 중에 보정의 손상 또는 손실을 방지하는 데 사용된다. 밸브(62)는 배출 밸브이며, 정비 및 라인 퍼지 조작 중에 과압을 시스템으로부터 배출하는 데 사용된다.
앰풀 또는 버블러(48)는 화학 약품 저장기(50) 및 입구 도관(54)을 포함하여 질소 또는 헬륨과 같은 캐리어 기체를 제어 밸브(52) 및 도관(54)을 통해 버블러(48)로 도입시킨다. 버블러 또는 앰풀(48)은 전술한 코센스사가 제조하고 시판하는 유형의 초음파 액위 감지 장치(64)를 포함한다. 저장기(12) 내 액위 감지 장치에서와 같이, 버블러(48) 내 액위 감지 장치(64)는 저부(66)에서 한 대의 초음파 장치를 구비하여 버블러 또는 앰풀(48) 내부의 빈 상태를 검출할 수 있다. 그러나, 액위가 액위(66)에 도달하기 전에 약품을 저장기(12)로부터 버블러(48)로 이송해야 하기 때문에, 이것은 대체로 허용될 수 없다. 그러므로, 액위 감지 장치(62)는 하나 이상의 중간 액위 지시기(68) 및 만재 액위 지시기(70)를 구비할 수 있다. 앰풀 또는 버블러(48)는 약품과 캐리어 기체를 공정 반응기 사용 지점으로 분배하기 위한 출구 도관(72) 및 제어 밸브(74)를 포함한다. 배출 도관(76) 및 배출 제어 밸브(79)는 버블러 또는 앰풀(48)(공급원 용기 시스템)에 포함되어 이 분야에 널리 공지된 바와 같이, 안전한 방식으로 약품 증기를 배출할 수 있다. 밸브(78 및 80)는 이 분야에 널리 공지된 바와 같이, 비활성 기체로, 또는 진공에 의해 시스템을 퍼지하기 위하여 공급원 용기 시스템에 포함될 수 있다.
시스템(10)은 마스터 제어기 모듈(82)을 포함할 수 있으며, 상기 마스터 제어기 모듈(82)은 이 분야에 널리 공지된 바와 같이 저장기(12) 및 버블러(48)에 적당한 배관 연결에 의하여 전기 접속된다. 또한, 라인(85)에 의해 마스터 제어기(82)에 전기 접속된 공급원 제어 모듈(83)을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 본 발명에 따른 초음파 액위 감지는 미국 캘리포니아주 칼스바드에 소재하는 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스사의 슈마허 유니트로 시판되는 화학 약품 재충전 시스템에 사용할 수 있다.
시스템이 도시된 바와 같이 연결되고 액위 감지 장치가 도시된 바와 같이 배치된 본 발명에 따르면, 액위(66) 또는 액위(68) 또는 액위(66)과 액위(68) 중간의 어떤 액위에서, 액위 감지 장치(64)로부터 마스터 제어기 모듈(82)에 의해 시그널이 수용되면, 적당한 밸브가 개방되어 약품(14)을 저장기(12)로부터 버블러(48)로 가압한다. 이것을 달성하기 위한 한 가지 방식은 밸브(24) 및 도관(26)을 통해 도입되는 질소를 사용하여 저장기(12)를 가압하는 것이다. 대안으로, 시스템(10)은 진공을 버블러(48)의 헤드 공간에 발생시키고, 밸브(30, 34)를 개방하여 약품을 저장기(12)로부터 버블러(48)로 인발하는 진공 인발 시스템으로 설치할 수 있다. 또 다른 대안으로, 화학 약품을 저장기(12)로부터 하류 기기의 직접 액체 분사 유니트 또는 유사한 분배 유니트로 가압할 수 있다.
이 분야에 널리 공지된 바와 같이, 도면 번호 48의 버블러와 어떤 배관 및 제어를 박스(84)로 도시한 청정실 내에 포함시킬 수 있다. 저장기(12) 및 관련 배관을 청정실(84) 외부에 포함시켜서 사람이 청정실에 들어가서 버블러를 재충전시킬 필요없이 저장기(12)를 교체함으로써 반도체 Fab 청정실이 오염되지 않도록 할 수 있다.
재충전 시스템(10)은 한 세트의 논리 게이트, 프로그램 가능 논리 제어기 또는 많은 공지된 유형의 마이크로프로세서형 컴퓨터를 포함할 수 있다. 이들 유형의 제어 시스템 각각은 제어기의 기능이 적당하게 실행되는 한, 기능적으로 동등하다. 또한, 배관 다기관은 배관 또는 진공 인발 시스템을 사용함으로써 가압 기체를 사용하여 초순수 화학 약품을 저장기(12) 외부로 밀어낼 수 있는 능력을 제공한다. 다기관은 가압 기체용 입구, 화학 약품을 용기에서 배출하기 위한 출구점, 저장기로부터 과압을 배출하기 위한 밸브, 다기관을 퍼지하기 위한 진공원을 제공하는 밸브(전술한 밸브를 포함할 수 있음) 및 퍼지용 다기관의 액체 및 기체 가압측을 연결하기 위한 크로스 퍼지 밸브를 제공해야 한다. 다른 밸브와 배관을 설치하여 진공 및 기체 가압, 다른 액위 감지 기술 등을 비롯한 여러 가지 센서의 고립을 방지할 수 있으며, 이들은 모두 공지된 것으로서, 일부는 현재 사용되고 있다.
저장기 대 저장기 공급 모드의 경우, 밸브와 배관은 초순수 화학 약품을 수용 용기에 넣고, 뿐만 아니라, 용기에서 배출하여 보다 하류의 공정 기기로 분배하도록 제공되어야 한다. 이 경우에서, 양자의 용기는 독립적인 퍼지 및 제거 수단을 구비해야 하는데, 이것은 엄격한 공정 조건은 아니지만, 비가동 시간과 저장기 대체 충격을 최소화하는 것을 기초로 한다.
자동 변환 공급 모드의 경우, 밸브와 배관은 저장기가 현재 가동되지 않는공정에서 공정에 영향을 미치지 않고 화학 약품을 한 저장기에서 다른 저장기로 대안적으로 실행시킬 수 있도록 제공되어야 한다. 비가동 저장기(들)는 독립적인 퍼지 및 제거 수단을 구비해야 하며, 이들은 엄격한 공정 조건은 아니지만, 비가동 시간과 저장기 대체 충격을 최소화하는 것을 기초로 한다.
공정 기기에 있는 수용 용기를 공급하는 경우, 기기로 화학 약품을 전달하고, 역류 또는 다른 불리한 공정 조건을 방지하기에 적당한 배출 및/또는 압력 제어와 함께 화학 약품을 수용 용기로 유입시키는 수단을 구비해야될 뿐만 아니라, 오염 또는 손상된 경우에서 수용 용기를 대체하기 위한 다기관을 퍼지하는 수단도 구비해야 한다.
직접 액체 분사에 의해 공정 기기를 직접 공급하거나, 광역 분배 다기관을 공급하는 경우, 다기관은 모든 시간대에서 다기관에 정압을 유지시키도록 설계해야 한다. 전형적으로, 이것은 표준압 조절기 및 배압 조절기, 또는 다양한 유형의 압력 안전 밸브를 조합하여 사용함으로써 실행된다. 이들 모두는 공정 라인 압력이 특정 범위 내에서 안정하다면 기능적으로 동등하다.
배관 다기관은 전달하고자 하는 물질의 부식성에 따라서 테플론, 스테인레스 강, 인코넬, 하스텔로이, 티타늄 또는 비활성 라이닝 부품, 예를 들면 테플론 또는 SiO2로 코팅된 스테인레스 강으로 제조될 수 있다. 테트라에틸오르토실리케이트 ('TEOS') 및 관련 도판트의 경우, AISI형 316L 스테인레스강이 권장되며, 1,2-트랜스디클로로에틸렌 및 다른 보다 부식성인 재료의 경우, 테플론이 선택된다. 적당한 배관을 갖춘 재충전 시스템에서 실행될 수 있는 다른 화학 약품으로는 화합물,예를 들면 쿠프라셀렉트(CupraSelect), 즉 헥사플루오로아세틸아세톤산 제1 구리, 트리메틸비닐실란 제1 구리('Cu(hfac)(TMVS)'), 비스(헥사플루오로아세틸아세토네이트) 제2 구리('Cu(hfac)2'), 탄탈륨 테트라에톡시드('TAETO'), 테트라키스(디에틸아미노)티타늄('TDEAT'), 테트라키스(디메틸아미노)티타늄('TDMAT'), 디메틸알루미늄수화물('DMAH') 및 유사한 알루미늄 전구체; 다른 이산화규소, 질화규소 및 플루오르화 이산화규소 공급원, 예를 들면 플루오로트리에톡시실란('FTES'), 비스(3차 부틸)아미노실란('BTBAS'), 디에틸실란 및 관련된 종류의 화합물; 용매에 용해된 고체 전구체의 혼합물, 예를 들면 붕소 스트론튬 티타네이트('BST') 전구체 물질; 저장기 또는 재충전 시스템 캐비넷을 가열함으로써 계내 액화 또는 승화된 고체 물질; 공정 용매 및 세척제, 예를 들면 헥사플루오로아세틸아세톤('Hfac'), 트리메틸비닐실란('TMVS'), 톨루엔, 헥산, 질산, 플루오르화수소산, 및 중화제를 비롯한 관련 화합물; 포토마스킹 조작용 용매, 예를 들면 에틸 락테이트와 같은 단부 비드 제거 화학 약품, 현상액, 화학적 기계적 광택 슬러리. 스핀 온 유리, 스핀 온 도판트 및 스핀 온 금속 전구체용 스핀 온 재료, 트리에틸보레이트('TEB'), 트리메틸보레이트('TMB'), 트리메틸포스파이트('TMPI'), 트리메틸포스페이트('TMPO'), 1,1,1-트리클로로에탄('TCA'), 폴리프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트('PGMEA') 및 화학 증착('CVD') 포토레지스트 및 현상제에 관한 모든 다른 액체 화학 물질 전구체 및 도판트와 확산 공정물이 있다.
저장기는 제어 시스템, 국소 다기관, 비산 봉쇄, 화재 검출 및 방지, 증기 및 비산 검출과 같은 안전 옵션, 공정 저장기 내에 있는 전구체 물질을 액화시키거나, 점도를 감소시키거나, 승화시키기 위한 어떤 요구되는 가열 시스템을 포함하는 캐비넷 안에 수용될 수 있다.
본 발명에 따른 액위 감지는 초음파 에너지를 사용하여 화학 약품의 위치를 측정한다. 한 가지 구체예에서, 초음파 프로브는 액체가 존재하는 경우, 에너지를 투과시키고, 액체가 더 이상 존재하지 않는 경우, 에너지를 투과시키지 않는 강 또는 테플론 자켓에 봉입된 초음파 트랜스미터를 포함한다. 에너지 투과는 또한 강 또는 테플론 자켓에 장착된 적당한 센서에 의해 검출된다. 에너지 검출은 케이블을 통해 제어 시스템으로 투과되는 전기 변화를 야기시킨다. 이 검출 시스템은 소위, '개별' 시스템이라고 하는데, 각각의 액위가 한쌍의 트랜스미터/검출기를 사용함으로써 독특하게 확인되기 때문이다. 다중 트랜스미터/검출기 쌍을 강 또는 테플론 자켓에 설치하여 검출하고자 하는 화학 약품의 다중 액위를 제공할 수 있다.
다른 구체예에서, 에너지파를 로드 또는 용기 벽으로 전송하는 초음파 센서를 사용할 수 있다. 이 경우, 트랜스미터와 리시버를 저장기 외면 또는 내면에 장착한다. 트랜스미터가 시그널을 방출하면, 그 시그널은 액체 액위 표면을 때린 후 검출기로 다시 반사된다. 유체 액위는 투과와 반사 간의 시간 지체를 측정하거나, 반사 시그널의 상 이동을 모니터함으로써 측정할 수 있으며, 가변성을 줄이기 위하여 다중 주파수 초음파 트랜스미션을 사용할 수도 있다. 이 시스템은 소위, '연속' 액위 감지라고 하며, 전술한 개별 방법과는 반대로, 유사한 방식의 화학 약품 액위에 대한 데이타를 제공한다. 상기 두 기술은 이 분야에서 기능적으로 동등하다.
본 발명의 초음파 액위 감지는 적용 방법에 따라서 여러 가지 방식으로 사용된다.
제1 방법은, 대체 저장기를 교환해야 될 시기를 가리키는 저 액위 센서, 저장기가 거의 비었다는 것을 가리키는 경고 저 액위 센서와 함께 저장기 내에 둘 이상의 센서를 사용하는 방법이다. 제3 액위 감지는 용기가 과충전되었다는 것을 가리키도록 저장기 상부에 사용할 수 있다. 이 상부 액위 프로브는 케이블 손상 또는 케이블 단선을 가리키도록 대안적으로 사용할 수 있다. 단일 센서는 단지 비었다는 것을 가리키는 데 사용할 수 있지만, 이것은 용기가 거의 비어가고 있다는 것에 대한 아무런 경고를 제공하지 않기때문에 공업적으로는 사용되지 않는다. 이 방법의 설치는 공급 저장기 또는 수용 저장기에 사용될 수 있다.
제2 방법은 특정 액위로 충전되어야 하는 수용 저장기 또는 용기 내에 세 개 이상의 센서를 사용하는 것이다. 이 경우, 과충전 센서는 프로브 최상부에 위치하고, '충전 중지' 센서는 대체로 대략 70% 만재인 최대 특정 액위에 위치하며, '충전 시작' 센서는 대략 40 내지 60%의 최소 특정 액위에 위치하고, '저 액위' 또는 '공 액위' 센서는 어떤 종류의 고장을 가리키는, 저장기가 특정치 바로 아래에 있다는 것을 가리키도록 '충전 시작' 위치 아래에 위치하며, 임의로, '완전 공 액위' 센서는 저장기가 완전히 배출되었다는 것을 가리킨다. 이것은 정비 또는 세척을 위해 저장기를 비울 때 사용될 수 있다.
제3 방법은 고체 또는 고점성 전구체를 함유하는 시스템 내에 다중 센서를 사용하는 것이다. 이 방법에서, 부구 프로브, 광학 및 전기 용량 프로브는 효율적으로 작동하지 않는 반면에, 초음파 프로브는 더 잘 작동하도록 조정될 수 있다. 또한, 용기 또는 재충전 시스템은 가열되어 액체 전구체 또는 승화 고체 전구체를 전달할 수 있다. 액위 감지는 재충전하고자 하는 공정 기기의 제약 조건 내에서 제1 방법 또는 제2 방법과 유사한 방식으로 작동할 것이다. 이 카테고리에 속하는 재료의 예로는 Cu(Hfac)2, TAETO, DMAH 및 많은 BST와, 유사한 전구체 물질을 포함한다.
용기 크기는 본 발명의 방법과 장치에 영향을 미치지 않는다. 수용 저장기 및 공급원 저장기는 크기 범위가 200 리터 공칭 부피, 20 리터 공칭 부피, 10 리터 공칭 부피, 1.5 내지 3 리터 공칭 부피 및 0.5 리터 공칭 부피가 전형적일 수 있다. 용기 자체는 316L 스테인레스 강, 석영, 테플론 또는 당해 화학 약품에 비활성인 기타 재료로 구성될 수 있으며, 벌크 화학 약품과 용기 벽의 반응성을 감소시키는 다른 재료로 라이닝될 수도 있다.
연속 초음파 액위 감지는 단지 제어 전자 장치 내의 소프트웨어 또는 하드웨어에 여러 가지 설정값을 설정함으로써 용기의 구성을 위한 크기, 형태 및 재료를 가리키는 필수 조건을 충족시키는 데 사용될 수 있다.
재충전 시스템의 작동은 상당히 간단하다. 수용 용기가 저 액위 또는 충전 시작 상태에 도달하면, 초음파 액위 감지 프로브 상태가 변한다. 이것은 제어 전자 장치에 의해 취해진 다음, 공급 저장기가 수용기 용기를 충전하도록 밸브 조작을 개시한다. 제어 시스템은 충전 중지 센서의 상태를 감시하고, 그것이 액체 존재 상태로 전이하면, 제어 시스템은 밸브를 폐쇄하여 충전 공정을 중지시킨다. 충전 중지 센서가 고장난 경우, 결국에는 과충전 센서에 도달할 것이고, 그것이 액체를 검출하면, 시스템 충전 기능은 중지된다. 이 조작은 공급원 저장기가 저 시그널 또는 공 시그널을 가리킬 때까지 계속된다. 이것이 일어나면, 제어 시스템은 경고를 발생하고, 조작자는 저장기 교체를 제공할 시점을 선택할 수 있다. 전술한 자동 변환 모드의 경우, 제어 시스템은 공급 저장기를 교체하는 동안 일련의 제2 또는 후속 저장기를 사용하여 충전 공정을 자동적으로 개시한다.
따라서, 본 발명은 약품을 저장기에서 버블러 또는 앰풀로 이송하는 것을 시그널화하는 종래의 기술을 초음파 액위 감지 장치로 대체한 점에서 공지의 화학 약품 재충전 시스템에 비해 개선된 특징을 가진다. 초음파 액위 감지 장치는 이동 부재를 구비하지 않는다. 전술한 대부분의 선행 기술처럼, 화학 약품은 액위 감지 시스템에 포함된 이동 부재에 의해 오염되지 않는다. 또한, 초음파 액위 감지 장치는 신뢰성이 개선되고, 특수한 배관이 필요없다. 초음파 액위 감지 제어 시스템은 광학 프로브보다 더 신뢰성있으며, 초순수 화학 약품의 액위에 관해서 분명한 비이동성 개별 또는 연속 데이타를 제공한다. 이것은 입자 발생의 공급원을 제거하여, 프로브와 전체 시스템의 신뢰성과 정비 가능성을 개선한다. 또한, 본 발명의 기술은 고점성 공급 원료의 사용시 다른 어떤 것에 비해서 더 잘 작동한다. 이들 경우에서는 부구 프로브가 들러붙고, 그 표면 상에 화학 약품이 고착하게 되어 광학 프로브 및 전기 용량 프로브는 고장을 일으키게 된다.
저장 및 전달 시스템으로부터 잔류 공정 약품을 제거하기 위한 비활성 기체퍼지, 진공 사이클 퍼지 및 용매 퍼지를 사용하는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.
그러므로, 약품을 사용하는 자에게는 많은 이득이 된다. 다수의 화학 약품의 일정한 정비는 가장 중요한 것이다. 또한, 저장기와 버블러 또는 앰풀의 약품 액위 및 저장기로부터 버블러로의 약품 이송의 정확한 타이밍의 결정은 신뢰성이 있다.

Claims (22)

  1. 초고순도 화학 약품을 함유하고 분배하기 위한 공급원 저장기, 상기 약품을 상기 공급원 저장기로부터 수용기로 이동시키기 위한 도관 시스템을 통하여 상기 공급원 저장기로부터 이송된 상기 약품을 수용하기 위한 앰풀 또는 직접 액체 분사 시스템으로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 수용기를 포함하는, 앰풀 또는 직접 액체 분사 시스템 중 어느 하나에 의해 화학 약품을 반도체 공정 반응기 등에 제공하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 수용기에 삽입되거나 상기 수용기의 외부 표면에 배치된 하나 이상의 다중 액위 초음파 프로브를 포함하고, 상기 프로브는, 상기 수용기가 만재를 표시하는 제1 액위, 부분 만재를 표시하는 제2 액위 및 추가의 약품을 상기 공급원 저장기로부터 상기 수용기로 이송시켜야 한다고 지시하는 제3 액위로 약품을 함유할 때, 제1 시그널을 발생하도록 하며, 상기 공급원 저장기 내 약품의 상기 액위는 상기 공급원 저장기에 삽입된 별도의 다중 액위 초음파 프로브에 의해 모니터되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 프로브는 상기 초음파 프로브에 의해 발생된 시그널에 따라서 상기 약품을 상기 저장기로부터 상기 수용기로 이송시키는 수단을 포함하는 제어 시스템에 전기 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 시그널은 상기 프로브의 상기 제3 액위 위의 상기 수용기 내 약품 액위에 해당하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공급원 저장기로 비활성 기체를 도입하여 상기 공급원 저장기를 가압시킴으로써 상기 약품이 상기 공급원 저장기로부터 상기 수용기로 이송되도록 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 진공 사이클 퍼지 또는 용매 퍼지 중 하나를 사용하여 약품 제거를 실행함으로써 전달/공급 라인으로부터 상기 잔류 공정 약품을 퍼지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 공기식 또는 전기식 액추에이터 중 하나에 의해 작동되는 밸브를 자동적으로 작동시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밸브는 컴퓨터에서 발생한 시그널이 밸브 액추에이터로 전송됨으로써 작동하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 비활성 기체를 상기 공급원 저장기로 도입시키는 상기 수단은 상기 비활성 기체를 상기 저장기로 도입시켜서 캐리어 기체로 작용하도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 공급원 저장기 내의 화학 약품의 액위를 측정하기 위하여 상기 공급원 저장기 내에 배치되거나 상기 저장기의 외부 표면에 배치된 초음파 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수용기로서, 상기 공급원 저장기에 연결된 초음파 액위 검출기를 갖춘 하나 이상의 앰풀을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 수용기 내에 부분 진공을 발생시켜서 화학 약품을 상기 공급원 저장기에서 상기 수용기로 이동시키거나, 상기 공급원 저장기에 정압을 발생시켜서 약품 이송을 수행하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 수용기는 상기 공정 반응기에 반응성 증기를 제공하기 위한 직접 액체 분사 시스템인 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제7항에 있어서, 상기 수용기로서, 상기 공급원 저장기에 연결된 초음파 액위 검출기를 각기 구비한 다수의 앰풀을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 수용기는 앰풀이고, 상기 앰풀 내에 부분 진공을 발생시켜서 화학 약품을 상기 앰풀에서 반도체 공정 반응기로 이동시키는 수단 또는 상기 공급원 저장기에 정압을 공급하여 화학 약품 이송을 야기시키는 수단 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 상기 공급원 저장기를 비활성 기체로 가압하여 화학 약품을 직접 액체 분사 시스템 또는 액체 질량 유량 제어기로 이동시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제1항에 있어서, TEOS, TEB, TMB, TMPI, TMPO, Cu(hfac)(TMVS) 및 이것의 여러 가지 혼합물, TDEAT, TDMAT, TiCl4, DCE, TCA, POCl3, BBr3, PCl3, TAETO, BTBAS, 캐리어 용매에 용해시킨 BST 전구체, Cu(hfac)2와 같은 액화가 요구되는 고체 물질, PGMEA, 에틸 락테이트, 그리고 CVD, 포토레지스트 및 현상제에 관련된 모든 다른 액체 화학 약품 전구체 및 도판트와 희석 공정물로 구성된 군 중에서 선택되는 화학 약품의 재충전에 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 시스템 제조를 위한 재료는 스테인레스 강, 테플론, 인코넬, 하스텔로이, 석영, 유리 및 시스템에 사용하고자 하는 화학 약품에 비반응성인 다른 재료로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 대량의 화학 약품을 유지시키는 공급원 저장기, 상기 약품을 분배하여 반도체 기판 상에 작용시키는 하나 이상의 수용기, 상기 저장기와 상기 수용기 간의 이송 배관, 및 상기 저장기 및 상기 수용기 내부에서 액체 액위를 감지하는 수단을 포함하는 제어 시스템을 사용하여 반도체 제조 공장의 청정실 내부에 포함된 반도체 가공 반응기를 위해 화학 약품을 공급원 저장기에서 수용기로 이송시키는 방법에 있어서,
    상기 저장기 내부 또는 상기 저장기의 외부 표면에 배치되어 상기 저장기가 상기 약품을 재충전시켜야 하거나 만재 저장기로 교체시켜야 한다고 가리키는 액위에 상기 저장기 내 약품이 도달하면 시그널을 발생하는 하나 이상의 초음파 프로브를 제공하는 단계,
    상기 시그널을 상기 제어 시스템에 전달하여 사용자에게 경보를 발하여 상기 저장기를 살펴보도록 알람 시그널, 지시광 또는 디지탈 정보를 작동시키는 단계,
    상기 수용기 내에 초음파 프로브를 제공하여 상기 수용기에 상기 약품을 재충전시켜야 한다고 가리키는 액위에 상기 수용기 내 약품이 도달하면 시그널을 발생시키는 단계, 및
    상기 수용기 내 상기 초음파 프로브로부터의 시그널을 사용하여 상기 화학 약품을 상기 저장기로부터 상기 수용기로 이송시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 저장기 내부의 액체 약품의 세 가지 액위, 즉 제1 또는 만재 액위, 제2 액위 또는 부분 만재 액위 및 상기 저장기를 재충전 또는 교체시켜야하는 액위 중 하나를 가리키는 시그널을 발생하도록 상기 공급원 저장기 내부에 다중 액위 프로브를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 수용기가 만재임을 가리키는 액체 약품 액위, 상기 수용기가 액체 약품을 상기 공급원 저장기로부터 상기 수용기로 이송시켜야 한다고 가리키는 액체 액위, 및 상기 수용기가 만재 액위와 액체 약품을 상기 공급원 저장기로부터 상기 수용기로 이송시킬 것을 요하는 액위 사이에서 액체 액위를 포함한다고 가리키는 액체 약품 액위 중 하나의 상기 수용기 내부 상태를 가리키는 별도의 시그널을 발생시키도록 각각의 상기 수용기 내에 다중 액위 초음파 감지 프로브를 제공하는 단계, 및
    상기 시그널을 상기 제어 시스템에 전달하여 알람 시그널, 상기 수용기 내 액체 약품에 해당하는 지시광, 상기 수용기 내 액체 액위의 디지탈 정보 및 상기 공급원 저장기에서 상기 수용기로의 액체 약품 이송 중 하나 또는 모두를 작동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 액체 약품의 사전 설정된 액위가 상기 수용기 내에서 감지되었을 때 상기 공급원 저장기로부터 상기 수용기로의 액체 약품 이송을 자동적으로 개시하고, 상기 만재 액위가 상기 수용기 내에서 감지되었을 때 액체 약품 이송이 종결되도록 상기 제어 시스템을 설정하는 데 상기 시그널을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 수용기로서 직접 액체 분사 시스템 또는 분배 시스템 중 하나를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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