KR100414157B1 - 유체 샘플링 장치 및 이를 갖는 분석 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 장치 제조 공정에 사용되는 공정 유체를 다수의 측정 지점으로부터 샘플링하는 장치 및 이를 갖는 유체 분석 장치가 개시되고 있다. 유체 샘플링 장치는 다수개의 유출 노즐을 갖는 제1노즐 조립체를 포함한다. 다수개의 유출 노즐들은 공정 유체를 제공하는 라인들과 연결된다. 제1노즐 조립체의 상부에 배치되는 제2노즐 조립체는 공정 유체의 오염도를 측정하는 장치와 연결되는 유입 노즐을 포함한다. 제2노즐 조립체에 연결되는 모터는 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 유입 노즐의 중심축을 일치시킨다. 그리고, 제1노즐 조립체에 연결되는 공압 실린더는 중심축이 일치된 유출 노즐과 유입 노즐을 연결한다. 따라서, 다수의 측정 지점으로부터 제공되는 공정 유체의 오염도를 하나의 측정 장치로 측정할 수 있다.

Description

유체 샘플링 장치 및 이를 갖는 분석 장치{Apparatus for sampling a fluid sample and fluid analyzer having the same}
본 발명은 반도체 장치 제조 공정에 사용되는 분석 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 반도체 장치 제조 공정에 사용되는 공정 유체를 샘플링하고, 이를 분석하는 장치에 관한 것이다.
반도체 장치는 일반적으로 반도체 기판 상에 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등을 위한 일련의 단위 공정들을 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들에는 반응성, 부식성, 유독성 등의 성질을 가진 40 종류 이상의 가스(gas)와 탈이온수(de-ionized water)를 포함하는 다양한 공정 유체가 사용된다. 상기 가스는 반도체 장치 제조 공정에 직접적으로 사용되는 가공 가스로도 이용되고, 공정 환경을 유지하는 보조 가스로도 사용된다. 또한, 상기 가공 가스를 공정이 진행되는 공정 챔버로 이동시키는 운반 가스로도 사용된다. 그리고, 상기 탈이온수는 상기 반도체 기판을 가공하는 상기 단위 공정들 사이에서 반도체 기판을 세정하는 공정에 사용된다.
따라서, 상기 가스 또는 탈이온수의 청정도는 반도체 장치의 생산성에 직접적인 영향을 준다. 즉, 상기 가스 또는 탈이온수에 상기 단위 공정에서 허용할 수 있는 기준치 이상의 불순물이 함유되는 경우, 공정 불량을 발생시킨다. 이에 따라, 정기적으로 공정 유체 분석 장치를 이용하여 상기 가스 또는 탈이온수에 포함된 불순물의 농도 및 파티클 개수를 측정하는 분석 공정을 진행하고 있다.
상기 단위 공정들을 수행하는 장치들에 상기 공정 유체를 제공하는 라인은크게 메인 라인(main line)과 상기 메인 라인에서 분기되고, 상기 단위 공정을 수행하는 각각의 장치들에 연결되는 다수의 서브 라인(sub-line)으로 분류된다. 그런데, 상기 공정 유체는 각각의 라인들을 통과하는 도중에 오염될 수 있고, 실제로 메인 라인과 다수의 서브 라인들에서 다른 오염도를 나타낸다.
그러므로, 반도체 장치의 생산성을 향상시키기 위해서는 상기 공정 유체를 제공하는 모든 라인들로부터 공정 유체를 샘플링하고, 샘플링된 공정 유체를 분석하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 모든 라인들에 각각 분석 장치를 구비하는 것은 많은 비용이 소요되고, 이로 인해 메인 라인으로부터 샘플링한 공정 유체에 대해서만 분석 공정이 수행되고 있다. 따라서, 공정 유체의 오염으로 인한 공정 결함이 발생될 경우 오염원을 찾는데 많은 시간이 소요되고, 이는 생산성 저하로 이어진다. 이에 따라, 하나의 분석 장치로 다수의 라인으로부터 샘플링한 공정 유체를 분석하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일 예로서, 일본 공개특허 평6-094733호(issued to Shimada, et al.)에는 복수의 가스 배관을 가스 분석 장치에 각각 설치하고, 해당 가스 중의 불순물을 측정할 때 스위칭되도록 함으로서 하나의 분석 장치로 복수의 배관 중의 불순물을 측정하는 스위칭 방법이 개시되어 있고, 일본 공개특허 평9-318609호(issued to Inomata, et al.)와 평9-196828호(issued to Inomata)에는 가스 분석 장치로 복수의 가스를 선택적으로 보낼 수 있는 가스 절환 장치(switching device) 및 조절부를 구비한 가스 분석 장치가 개시되어 있다. 그리고, 미합중국 등록특허 제5,841,022호(issued to Hase)에는 청정 환경 내의 복수의 지점을 절환하고, 그로부터 샘플을 포집해서 청정 환경의 오염 제어를 행하는 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법이 개시되어 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 장치 제조 공정에 사용되는 공정 유체를 공급하는 다수의 라인들과 공정 유체의 오염도를 측정하는 장치를 선택적으로 연결하고, 상기 공정 유체를 샘플링하는 장치를 제공하고, 이를 포함하는 상기 공정 유체를 분석하는 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유체 샘플링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 Ⅳ-Ⅳ에 대한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 유출 노즐을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시한 제2노즐 조립체를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 Ⅶ-Ⅶ에 대한 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 Ⅷ-Ⅷ에 대한 단면도이다.
도 9는 도 1에 도시한 유입 노즐을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 1에 도시한 유체 샘플링 장치를 사용하여 탈이온수를 샘플링하는 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 유체 샘플링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 12는 도 11에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 11에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 14는 도 11에 도시한 유체 샘플링 장치를 사용하여 탈이온수를 샘플링하는 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 유체 샘플링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 16은 도 1에 도시한 유체 샘플링 장치와 연결되는 공정 유체 제공 라인을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 17은 도 1에 도시한 유체 샘플링 장치와 측정 장치를 포함하는 유체 분석 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100, 200, 300 : 유체 샘플링 장치 102, 202, 302 : 제1노즐 조립체
112, 212, 312 : 제2노즐 조립체 104, 204, 304 : 유출 노즐
114, 214, 314 : 유입 노즐 118 : 보조 유입 노즐
106 : 제1플레이트 116 : 제2플레이트
120, 220, 320 : 제1유로 122, 222, 322 : 제2유로
124 : 제3유로 130, 230 : 제1샘플링 라인
132, 232 : 제2샘플링 라인 134, 234 : 제3샘플링 라인
140, 240 : 제1피팅 142, 242 : 제2피팅
150 : 회전축 152 : 모터
154 : 풀리 156 : 타이밍 벨트
158, 258 : 공압 실린더 160, 260 : 로드
162, 262 : 용기 164 : 컨넥터
166, 266 : 배출 라인 168, 268 : 배기구
170, 270 : 수위 감지 센서 172, 272 : 밸브
174, 274 : 제어부 176, 276 : 전원공급기
178 : 엔코더 180, 280 : 압축 공기 라인
182, 282 : 방향 제어 밸브 238 : 제4샘플링 라인
250, 350 : 연결 부재 252 : 2축 직교 좌표 로봇
254, 354 : 제1모터 255, 355 : 제2모터
257, 357 : 제1엔코더 258, 358 : 제2엔코더
264 : 제1컨넥터 292 : 제2컨넥터
352 : 3축 직교 좌표 로봇 356 : 제3모터
359 : 제3엔코더 400 : 공정 유체 공급원
402 : 메인 라인 404 : 서브 라인
406 : 가공 장치 408 : 측정 장치
420 : 파티클 카운터 422 : 용존산소량 측정기
424 : 탄소함유량 측정기 426 : 비저항 측정기
428 : 유량 조절부 440 : 데이터 관리부
442 : 디스플레이부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면에 따른 유체 샘플링 장치는 유체가 흐르는 라인들에 각각 연결되고, 상기 라인들로부터 제공되는 유체를 제공하는 다수개의 유출 노즐(outlet nozzle)을 포함하는 제1노즐 조립체와,
상기 제1노즐 조립체와 마주보도록 구비되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나로부터 상기 유체를 제공받는 유입 노즐(inlet nozzle)을 포함하는 제2노즐 조립체와,
상기 유출 노즐들 중에서 하나를 선택하고, 유입 노즐과 상기 선택된 유출 노즐을 연결 또는 분리시키는 구동 수단을 포함한다.
일 예로서, 상기 제1노즐 조립체는 원반 형상을 갖는 제1플레이트를 더 포함한다. 상기 제1플레이트의 가장자리에는 상기 가장자리를 따라 상기 제1플레이트를 관통하는 다수개의 제1유로들이 형성되고, 상기 제1유로들의 일측에 상기 유출 노즐들이 각각 연결된다. 그리고, 상기 제2노즐 조립체는 원반 형상을 갖는 제2플레이트를 더 포함하고, 상기 제2플레이트의 일측에 상기 유입 노즐이 설치된다.
상기 구동 수단은 상기 제2플레이트 중심 부위에 연결되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키기 위한 모터와, 상기 제1플레이트와 연결되고, 상기 유입 노즐과 상기 유출 노즐을 연결 또는 분리시키기 위한 공압 실린더를 포함한다.
상기 유입 노즐과 연결되는 제2유로는 상기 회전축의 중심축을 따라 관통되고, 상기 제2플레이트의 중심 부위로부터 상기 제2유로까지 상기 제2플레이트의 내부를 관통하여 형성된다.
상기 제2노즐 조립체는 상기 제2플레이트의 일측에 연결되고, 상기 모터에 의해 선택된 상기 유출 노즐을 제외한 나머지 유출 노즐들과 대응되는 다수개의 보조 유입 노즐을 더 포함하고, 상기 제2플레이트의 가장자리에는 상기 가장자리를 따라 상기 제2플레이트를 관통하는 다수개의 제3유로가 형성되어 있고, 상기 조보 유입 노즐들은 상기 제3유로들과 각각 연결된다. 상기 제3유로의 단면적은 상기 제2유로의 단면적보다 작게 형성됨으로서, 상기 유출 노즐을 제외한 나머지 유출 노즐들과 각각 연결되는 상기 보조 유입 노즐들을 통해 손실되는 유량을 감소시킨다.
상기 유출 노즐 및 유입 노즐은 테프론(teflon)으로 이루어지고, 상기 제1플레이트 및 제2플레이트는 테프론 또는 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어진다. 상기 각각의 상기 유출 노즐의 일측 단부는 원뿔 형상으로 돌출되어 있고, 상기 유출 노즐과 연결되는 상기 유입 노즐의 일측 단부는 상기 유출 노즐의 일측단부에 대응되는 원뿔 형상으로 함몰되어 있다.
상기 유체 샘플링 장치는 상기 구동 수단과 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키고, 상기 선택된 유출 노즐과 상기 유입 노즐을 연결 또는 분리하기 위해 상기 제2노즐 조립체를 왕복 운동시키도록 상기 구동 수단의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 유체가 탈이온수(de-ionized water)를 포함하는 경우, 상기 유체 샘플링 장치는 상기 제1노즐 조립체 및 상기 제2노즐 조립체를 내장하고, 상기 유출 노즐들로부터 계속적으로 제공되는 상기 탈이온수가 채워지는 용기와, 상기 용기의 일측에 연결되고, 상기 용기 내부에 채워진 탈이온수를 배출하는 배출 라인과, 상기 용기 내부에 구비되고, 상기 탈이온수의 수위를 감지하는 수위 감지 센서와, 상기 배출 라인에 설치되고, 상기 수위 감지 센서의 수위 감지 신호에 따라 상기 탈이온수의 배출량을 조절하는 밸브를 더 포함하고, 상기 제1노즐 조립체 및 상기 제2노즐 조립체는 상기 용기에 채워진 탈이온수에 잠겨있는 상태에서 연결 또는 분리된다.
그리고, 상기 유체 샘플링 장치는 상기 유출 노즐들과 연결되는 다수개의 제1샘플링 라인과, 상기 유체가 흐르는 라인들과 연결되는 다수개의 제2샘플링 라인과, 상기 용기의 일측에 구비되고, 상기 제1샘플링 라인들과 상기 제2샘플링 라인들을 연결하는 다수개의 컨넥터(connector)를 더 포함한다.
상기 유체가 공기(air), 질소(N2), 산소(O2) 및 아르곤(Ar)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 경우, 상기 유체 샘플링 장치는 상기 제1노즐 조립체 및 상기 제2노즐 조립체를 내장하는 밀폐된 용기와, 상기 용기에 연결되고, 상기 유출 노즐들로부터 상기 용기 내부로 계속적으로 제공되는 상기 유체를 배출하기 위한 배출 라인과, 상기 용기 내부에 구비되고, 상기 용기의 내부 압력을 감지하는 압력 센서와, 상기 배출 라인에 설치되고, 상기 압력 센서의 신호에 따라 상기 유체의 배출량을 조절하는 밸브를 더 포함한다. 이때, 상기 압력 센서와 상기 밸브는 상기 배출 라인에 설치되는 압력 제어 밸브로 대체할 수 있다.
상기 유출 노즐의 내경이 1/4인치이고, 제공되는 공정 유체의 압력이 3 내지 6㎏/㎠인 경우 상기 유출 노즐과 유입 노즐 사이의 간격은 5 내지 10㎜인 것이 바람직하다.
다른 예로서, 상기 구동 수단은 상기 제1노즐 조립체와 연결되고, 상기 제1노즐 조립체를 왕복 운동시키는 공압 실린더와, 상기 제2노즐 조립체와 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키기 위해 상기 제2노즐 조립체를 구동하는 2축 직교 좌표 로봇을 포함한다.
또 다른 예로서, 상기 구동 수단은 상기 제2노즐 조립체와 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키고, 상기 선택된 유출 노즐과 상기 유입 노즐을 연결 또는 분리시키는 3축 직교 좌표 로봇을 포함한다.
따라서, 상기 구동 수단에 의해 구동되는 제1노즐 조립체와 제2노즐 조립체는 유체가 흐르는 라인들으로부터 선택적으로 유체를 샘플링할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3측면에 따른 공정 유체 분석 장치는 유체가 흐르는 라인들에 각각 연결되고, 상기 라인들로부터 제공되는 유체를 제공하는 다수개의 유출 노즐을 포함하는 제1노즐 조립체와, 상기 제1노즐 조립체와 마주보도록 구비되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나로부터 상기 유체를 제공받는 유입 노즐을 포함하는 제2노즐 조립체와, 상기 유출 노즐들 중에서 하나를 선택하고, 유입 노즐과 상기 선택된 유출 노즐을 연결 또는 분리시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 수단과,
상기 유입 노즐과 연결되고, 상기 선택된 유출 노즐 및 상기 유입 노즐을 통해 제공되는 상기 유체의 오염도를 측정하는 측정 수단과,
상기 측정 수단과 연결되고, 상기 측정 수단으로부터 측정된 결과 데이터의 저장, 상기 데이터의 히스토리(history) 관리 및 상기 데이터의 송,수신 기능을 포함하는 데이터 관리부를 포함한다.
상기 유체가 탈이온수인 경우, 상기 분석 수단은 상기 유체에 함유된 파티클의 개수를 측정하는 파티클 카운터(particle counter), 용존산소량 측정기, 탄소함유량 측정기 및 비저항 측정기를 포함한다.
상기 유체가 공기(air), 질소(N2), 산소(O2) 및 아르곤(Ar)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 경우, 상기 분석 수단은 상기 유체에 함유된 파티클의 개수를 측정하는 파티클 카운터를 포함한다.
상기 유체 분석 장치는 상기 유입 노즐과 상기 분석 수단을 연결하는 제3샘플링 라인 및 상기 제3샘플링 라인에 설치되어 상기 분석 수단으로 제공되는 상기 유체의 유량을 조절하는 유량 조절부를 더 포함한다.
상기 유체 분석 장치는 상기 데이터 관리부와 연결되고, 상기 측정 수단으로부터 측정되는 상기 데이터를 실시간으로 보여주고, 상기 데이터 관리부에 저장된 내용을 보여주는 디스플레이부를 더 포함한다.
따라서, 하나의 측정 수단과 데이터 관리부를 사용하여 유체가 흐르는 다수의 라인들로부터 샘플링된 유체의 오염도를 측정하고, 측정 결과를 비교 및 분석할 수 있다. 또한 비교 및 분석된 데이터를 저장, 관리함으로서 유체 분석 장치의 추가 설치에 대한 비용을 절감하고, 유체의 청정도를 효율적으로 감시할 수 있다.
또한, 상기 유체 샘플링 장치 및 분석 장치를 반도체 장치 제조 공정에 적용함으로서 반도체 장치의 신뢰도 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유체 샘플링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 유체 샘플링 장치(100)는 반도체 장치 제조 공정을 수행하는 가공 장치들(도시되지 않음)에 공정 유체를 제공하는 라인들과 연결되는 다수개의 유출 노즐(104)들과 유출 노즐(104)들이 설치되는 제1플레이트(106)를 포함하는 제1노즐 조립체(102)를 구비한다. 제1플레이트(106)에는 상부면으로부터 하부면으로 관통되는 다수개의 제1유로(120)가 형성된다. 제1유로(120)들은 일정한간격만큼 이격되어 원형으로 배치되고, 제1플레이트(106)의 상부면에 인접하는 제1유로(120)들의 일측에 유출 노즐(104)들이 각각 연결된다. 그리고, 제1유로(120)들의 타측에 제1샘플링 라인(130)들이 제1피팅(140)에 의해 각각 연결된다.
제1노즐 조립체(102)로부터 제공되는 공정 유체가 유입되는 제2노즐 조립체(112)는 제1노즐 조립체(102)와 마주보도록 배치된다. 제2노즐 조립체(112)는 제1플레이트(106)와 마주보는 제2플레이트(116)와 유출 노즐(104)들과 마주보도록 제2플레이트(116)에 설치되는 유입 노즐(114)을 포함한다. 유입 노즐(114)은 유출 노즐(104)을 통해 제공되는 공정 유체의 오염도를 측정하기 위한 측정 장치(도시되지 않음)와 연결된다. 여기서, 상기 유체 샘플링 장치(100)는 제1노즐 조립체(102)와 제2노즐 조립체(112)를 내장하는 용기(도시되지 않음)를 더 구비한다. 그리고, 제1샘플링 라인(130)들은 상기 용기 내부에 구비되고, 상기 제1샘플링 라인(130)들과 상기 가공 장치들에 공정 유체를 제공하는 라인들을 각각 연결하는 제2샘플링 라인들(도시되지 않음)을 더 구비한다.
유입 노즐(114)이 구비되는 제2플레이트(116)의 일측면에 대향하는 타측면 중앙 부위에는 회전축(150)이 연결되어 있고, 회전축(150)에는 회전력을 제공하는 모터(152)가 연결된다. 그리고, 모터(152)와 회전축(150)은 두 개의 풀리(154)와 타이밍 벨트(156)에 의해 연결된다. 회전축(150)의 중심축은 유출 노즐(104)이 배치된 원의 중심과 동일한 직선 상에 위치하고, 회전축(150)과 유입 노즐(114) 사이의 간격은 유출 노즐(104)이 배치된 원의 반지름과 같다. 즉, 회전축(150)의 회전에 의해 이동하는 유입 노즐(114)의 궤적과 유출 노즐(104)들이 배치된 원은 동일하다. 따라서, 모터(152)의 작동에 의해 회전하는 회전축(150)은 유입 노즐(114)의 중심축과 유출 노즐(104)들의 중심축을 선택적으로 일치시킬 수 있다. 여기서, 회전력을 제공하는 모터(152)는 회전각의 조절이 가능한 스텝 모터이다.
제1플레이트(106)의 하부면에는 모터(152)의 작동에 의해 중심축이 일치된 유출 노즐(104)과 유입 노즐(114)을 연결 또는 분리하는 공압 실린더(158)의 로드(160)가 연결된다. 즉, 모터(152)에 의해 선택적으로 유출 노즐(104) 및 유입 노즐(114)의 중심축이 일치되고, 공압 실린더(158)의 신장에 의해 유출 노즐(104) 및 유입 노즐(114)이 연결된다. 따라서, 모터(152)와 공압 실린더(158)의 반복적인 동작에 의해 다수의 공정 유체 제공 라인을 통과하는 공정 유체의 오염도를 모두 측정할 수 있다.
여기서, 모터(152)의 회전과 공압 실린더(158)의 신장에 의해 유출 노즐(104)들 중에서 선택된 하나와 유입 노즐(114)이 연결될 때, 공압 실린더(158)의 힘이 가해지는 부위와 선택된 유출 노즐(104)과 유입 노즐(114)의 연결 부위가 직선상에 위치하지 않으므로 제1플레이트(106)에는 회전 모멘트가 작용된다. 이를 방지하기 위해 제2노즐 조립체(112)는 유입 노즐(114)과 연결되는 유출 노즐(104)을 제외한 나머지 유출 노즐(104)들과 연결되는 다수개의 보조 유입 노즐(118)을 더 포함한다. 즉, 제2플레이트의 일측면에서, 유출 노즐(104)이 배치된 원과 동일한 직경을 갖는 원 상에 유입 노즐(114) 및 보조 유입 노즐(118)들이 배치된다.
제2플레이트(116)의 내부에는 유입 노즐(114)과 연결되고, 회전축(150)의 내부를 중심축방향으로 관통하는 제2유로(122)가 형성되어 있다. 그리고,회전축(150)의 일측 단부에 형성된 제2유로(122)의 일측에는 상기 측정 장치와 연결되는 제3샘플링 라인(134)과 제2유로(122)를 연결하는 제2피팅(142)이 구비된다. 그리고, 제2플레이트(116)의 일측면으로부터 타측면으로 관통하는 다수개의 제3유로(124)가 형성되어 있고, 제3유로(124)의 일측에 보조 유입 노즐(118)이 연결된다. 이때, 제3유로(124)의 단면적은 제2유로(122)의 단면적보다 작다. 제3유로(124)를 형성하는 이유와 단면적의 차이에 대해서는 이후에 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 2에 도시한 Ⅳ-Ⅳ에 대한 단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1노즐 조립체(102)는 제1플레이트(106)와 다수개의 유출 노즐(104)들을 포함한다. 제1플레이트(106)는 원반 형상을 갖는다. 그리고, 제1플레이트(106)의 가장 자리에는 제1플레이트(106)의 원주 방향을 따라 유출 노즐(104)들이 일정한 간격으로 구비된다. 유출 노즐(104)의 외주면에는 제1플레이트(106)에 유출 노즐(104)을 고정하기 위한 제1돌출부(104a)가 형성되어 있다. 그리고, 제1돌출부(104a)에는 다수개의 제1관통공이 유출 노즐(104)의 중심축과 평행한 방향으로 형성되어 있다.
제1플레이트(106)에는 유출 노즐(104)이 형성되는 제1유로(120)가 관통되어 형성되어 있고, 제1유로(120)는 유출 노즐(104)과 제1피팅(140)을 연결하기 위해 제1플레이트(106)의 양쪽 측면으로부터 2단으로 천공된다. 그리고, 제1유로(120)의주변에는 제1돌출부(104a)에 형성된 제1관통공들에 대응하는 다수개의 제1나사공이 형성되어 있고, 유출 노즐(104)은 다수개의 볼트(144)에 의해 제1플레이트(106)에 체결된다.
도시된 유출 노즐(104)의 개수는 24개이지만, 유출 노즐(104)의 개수가 본 발명을 한정하지는 않는다. 그리고, 제1샘플링 라인(130)과 제1유로(120)를 연결하는 제1피팅(140)도 유출 노즐(104)과 유사하게 제1플레이트(106)에 체결된다.
도 5는 도 1에 도시한 유출 노즐을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 유출 노즐(104)의 일측 단부(104b)는 축방향으로 돌출되어 있고, 돌출된 부위는 원뿔 형상을 갖는다. 유출 노즐(104)의 외주면에는 제1플레이트(106)에 유출 노즐(104)을 고정하기 위한 제1돌출부(104a)가 형성되어 있다. 그리고, 제1돌출부(104a)에는 다수개의 제1관통공(104c)이 유출 노즐(104)의 중심축과 평행한 방향으로 형성되어 있다. 그리고, 유출 노즐(104)의 중심축을 따라 제1플레이트(106)의 제1유로(120)와 연결되는 제2관통공(104d)이 형성되어 있다. 상기와 같이 유출 노즐(104)의 일측 단부(104b) 형상을 원뿔 형상으로 형성하는 이유는 유출 노즐(104)을 통해 분출되는 공정 유체의 분사각을 최소화하기 위함이다. 즉, 유출 노즐(104)과 유입 노즐(도 1 참조, 114)이 연결될 때, 공정 유체에 의한 저항을 감소시키고, 공정 유체의 흐름을 원활하게 하기 위해 유출 노즐(104)의 일측 단부(104b) 형상을 원뿔 형상으로 형성하는 것이다.
도 6은 도 1에 도시한 제2노즐 조립체를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6에 도시한 Ⅶ-Ⅶ에 대한 단면도이고, 도 8은 도 6에 도시한 Ⅷ-Ⅷ에 대한 단면도이다.
도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제2노즐 조립체(112)는 제2플레이트(116)와 유입 노즐(114) 및 다수개의 보조 유입 노즐(118)들을 포함한다. 제2플레이트(116)의 형상은 전체적으로 원반 형상이고, 크기는 도2에 도시한 제1플레이트(106)의 크기에 상당한다. 그리고, 유입 노즐(114) 및 보조 유입 노즐(118)들이 배치되는 형상은 제1플레이트(도 2 참조, 106)에 배치되는 유출 노즐(104)들과 동일하다. 유입 노즐(114) 및 보조 유입 노즐(118)들에는 유출 노즐(104)들과 마찬가지로 외주면에 제2돌출부(114a) 및 제3돌출부(118a)가 형성되어 있고, 제2돌출부(114a)에는 유입 노즐(114)을 제2플레이트(116)에 고정시키기 위한 다수개의 제3관통공들이 유입 노즐(114)의 중심축과 평행한 방향으로 형성되어 있다. 그리고, 제2유로(122)의 주변에는 제3관통공들에 대응하는 다수개의 제2나사공이 형성되어 있고, 볼트(144)에 의해 유입 노즐(114)이 제2플레이트(116)에 고정된다.
유입 노즐(114)과 연결되는 제2유로(122)는 제2플레이트(116)의 내부를 통해 타측 중앙 부위로 연장된다. 보조 유입 노즐(118)들과 연결되는 제3유로(124)들은 제2플레이트(116)의 일측으로부터 타측으로 연장된다. 이 때, 제3유로(124)의 단면적은 제2유로(122)의 단면적보다 작게 형성된다. 바람직하게는 제2유로(122)와 제3유로(124)의 단면적 비는 약 2 : 1 정도이다. 이는 공정 유체의 손실을 최소화하기 위한 것이다. 상세하게 설명하면, 공정 유체는 제1샘플링 라인(도 1 참조, 130)들과 제1유로(120)들 및 유출 노즐(104)들을 통해 계속적으로 제공된다. 유출 노즐(104)들 중에서 선택된 하나와 유입 노즐(114)이 연결될 때, 나머지 유출노즐(104)들과 보조 유입 노즐(118)들이 각각 연결되고, 제2유로(122)보다 작게 형성되는 제3유로(124)들을 통해 흐르게 된다. 상기 공정 유체를 계속적으로 흐르게 하는 이유는 공정 유체가 제1샘플링 라인(130) 내부에 정체되어 있지 않도록 하기 위함이다. 즉, 공정 유체가 흐르지 않고 정체되어 있으면, 제1샘플링 라인(130) 내부에서 오염될 우려가 있고, 이는 정확한 측정을 저해하는 요소가 된다. 따라서, 측정을 위한 공정 유체는 계속적으로 흐르게 하는 것이 바람직하고, 제3유로(124)의 단면적을 작게 함으로서 공정 유체의 손실을 감소시킨다. 보조 유입 노즐(118)들과 제3유로(124)를 통해 계속적으로 흐르는 공정 유체의 배출에 대한 설명은 이후에 하기로 한다.
도 9는 도 1에 도시한 유입 노즐을 나타내는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 유출 노즐(도 5 참조, 104)과 연결되는 유입 노즐(114)의 일측 단부(114b)는 원뿔 형상을 갖는 유출 노즐(104)의 일측 단부(104a)와 대응되도록 함몰되어 있다. 즉, 유출 노즐(104)과 유입 노즐(114)이 연결될 때, 유출 노즐(104)의 일측 단부(104b)와 유입 노즐(114)의 일측 단부(114b)가 서로 접촉하게 된다.
그리고, 유입 노즐(114)의 외주면에는 제2돌출부(114a)가 형성되어 있고, 제2돌출부(114a)에는 유입 노즐(114)을 제2플레이트(116)에 고정시키기 위한 다수개의 제3관통공(114c)들이 유입 노즐(114)의 중심축과 평행한 방향으로 형성되어 있다. 또한, 유입 노즐(114)의 중심축을 따라 공정 유체가 흐르는 제4관통공(114d)이 형성되어 있다. 여기서, 보조 유입 노즐(도 8 참조, 118)의 형상은 유입노즐(114)과 전체적으로 동일하고, 중심축을 따라 형성되는 관통공의 직경이 유입 노즐(114)보다 작게 형성된다.
도 10은 도 1에 도시한 유체 샘플링 장치를 사용하여 탈이온수를 샘플링하는 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10을 참조하면, 유출 노즐(104)들이 연결된 제1플레이트(106)와 유입 노즐(114) 및 보조 유입 노즐(118)들이 연결된 제2플레이트(116)는 밀폐된 용기(162) 내에 내장된다. 용기(162)의 하부에는 공압 실린더(158)가 연결되고, 공압 실린더(158)의 로드(160)는 용기(162)를 관통하여 용기(162) 내부로 연장되고, 제1플레이트(106)의 하부면에 연결된다. 그리고, 용기(162)의 상부에는 스텝모터(152)가 구비되고, 스텝모터(152)와 연결된 회전축(150)은 용기(162)의 내부로 연장되고, 제2플레이트(116)의 상부면에 연결된다.
용기(162)의 일측에는 제1샘플링 라인(130)들과 제2샘플링 라인(132)들을 연결하는 다수개의 컨넥터(164)가 구비되고, 제2샘플링 라인(132)들은 반도체 장치 제조 공정을 수행하는 가공 장치들에 탈이온수를 제공하는 라인(136)들에 각각 연결된다. 컨넥터(164)에는 탈이온수의 샘플링 지점이 표기된다. 즉, 반도체 장치 제조 공정을 수행하는 가공 장치들에 공정 유체를 제공하는 라인(136)들의 인식 번호가 표기된다.
유체 샘플링 장치가 초기에 세팅될 때 탈이온수는 유출 노즐(104)들을 통해 용기(162) 내부에 채워진다. 제1플레이트(106)와 제2플레이트(116)가 탈이온수에 충분히 잠길 정도의 수위가 되면, 용기(162) 내부로 제공되는 탈이온수는 용기의일측에 연결되는 배출 라인(166)을 통해 배출된다. 그리고, 용기(162)의 상부 측벽에는 용기(162) 내부의 공기가 빠져나갈 수 있는 배기구(168)가 형성되어 있다. 용기(162)의 내부에는 탈이온수의 수위를 감지하는 수위 감지 센서(170)가 설치되고, 수위 감지 센서(170)의 신호에 따라 개폐되는 밸브(172)가 배출 라인(166)에 설치된다. 수위 감지 센서(170)의 신호에 따라 개폐되는 밸브(172)는 용기(162) 내부의 탈이온수의 수위를 항상 일정하게 유지한다. 탈이온수의 수위를 감지하는 센서(170)는 다양하게 선택될 수 있으며, 본 발명은 그 종류를 한정하지 않는다. 또한, 배출 라인(166) 중에 설치되는 밸브(172)도 솔레노이드 밸브를 비롯한 다양한 밸브가 사용될 수 있다.
또한, 유체 샘플링 장치(100)는 다수개의 유출 노즐(104) 중에서 하나를 선택하기 위해 스텝모터(152)의 동작을 제어하는 제어부(174)를 구비한다. 제어부(174)는 전원공급기(power supply, 176)와 연결되고, 스텝모터(152)의 동작 신호를 전원공급기(176)로 전송한다. 전원공급기(176)는 제어부(174)의 신호에 따라 스텝모터(152)에 전력을 공급하고, 상기 전력에 의해 스텝모터(152)가 동작한다. 그리고, 스텝모터(152)의 일측에는 회전축(150)의 회전각을 감지하는 엔코더(encoder, 178)가 구비되고, 엔코더(178)의 회전각 감지 신호는 제어부(174)로 전송된다. 제어부(174)는 엔코더(178)의 회전각 감지 신호에 따른 제어신호를 발생시킨다. 즉, 엔코더(178)의 회전각 감지 신호와 이에 따른 제어부(174)의 제어 신호에 의한 피드백 제어는 다수개의 유출 노즐(104) 중에서 선택된 하나와 유입 노즐(114)의 중심축을 보다 정확하게 일치시킬 수 있게 한다.
그리고, 제어부(174)는 제1플레이트(106)를 왕복 운동시키는 공압 실린더(158)의 동작을 제어한다. 공압 실린더(158)의 로드(160)는 제1플레이트(106)의 하부면에 연결되고, 스텝모터(152)에 의해 다수개의 유출 노즐(104) 중에서 선택된 하나와 유입 노즐(114)의 중심축이 일치된 후, 선택된 유출 노즐(104)과 유입 노즐(114)을 연결한다. 공압 실린더(158)는 압축공기의 압력에 의해 동작되고, 상기 압축공기의 흐름은 제어부(174)에 의해 제어된다. 즉, 공압 실린더(158)에 연결된 압축 공기라인(180a, 180b)은 방향 제어 밸브(182)에 연결되고, 방향 제어 밸브(182)는 솔레노이드에 의해 개폐된다. 제어부(174)는 공압 실린더(158)의 동작 신호를 전원공급기(176)로 전송하고, 전원공급기(176)는 상기 동작 신호에 따라 방향 제어 밸브(182)의 솔레노이드로 전력을 공급한다. 공압 실린더(158)는 단동 또는 복동 실린더 모두 사용 가능하고, 이에 따라 방향 제어 밸브(182)의 종류도 다양하게 변경될 수 있다.
스텝모터(152)와 공압 실린더(158)의 동작에 의해 다수개의 유출 노즐(104) 중에서 선택된 하나와 유입 노즐(114)이 연결될 때 나머지 유출 노즐(104)들은 보조 유입 노즐(118)들과 연결된다. 선택된 유출 노즐(104)을 통해 제공되는 탈이온수는 유입 노즐(114)을 통해 측정 장치(도시되지 않음)로 제공되고, 나머지는 보조 유입 노즐(118)을 통해 용기(162) 내부로 제공된다. 여기서, 보조 유입 노즐(118)은 제2플레이트(116)의 제3유로(124)와 연결되어 있고, 제3유로(124)의 단면적을 작게 함으로서 탈이온수의 손실을 최소화할 수 있다. 이때, 제3유로(124)를 통해 용기(162) 내부로 제공되는 탈이온수의 유량은 유출 노즐(104)들과 유입 노즐(114)및 보조 유입 노즐(118)들이 분리되어 있을 때보다 감소된다. 따라서, 용기(162) 내부의 수위가 변화되고, 수위 변화는 용기(162) 내부에 구비되는 수위 감지 센서(170)에 의해 감지되고, 수위 감지 센서(170)의 신호에 의해 배출 라인(166) 중에 설치되는 밸브(172)의 개폐 정도가 조절된다. 상기와 같이 계속적으로 배출되는 탈이온수는 경제적인 측면을 고려하여 적절한 처리를 통해 재활용된다.
상기와 같이 계속적으로 배출되는 탈이온수는 제1, 제2플레이트(110, 112)와 같이 용기(162) 내부에 내장되는 부재들을 계속적으로 세정하므로 유체 샘플링 장치(100) 자체에 의한 탈이온수 오염을 최소화할 수 있다. 또한, 유출 노즐(104)과 유입 노즐(114)이 탈이온수에 잠겨 있는 상태에서 연결 또는 분리되므로 유입 노즐(114)을 통해 불순물이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 측정 장치의 오염도 측정 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
한편, 가스를 샘플링하는 경우에도 도 10에 도시한 바와 유사하게 장치를 구성할 수 있다. 이러한 경우, 용기(162)의 내부에 구비되는 수위 감지 센서(170) 대신 압력 센서가 구비되면, 특별히 구성을 변화시키지 않고도 사용이 가능하다. 그리고, 탈이온수를 샘플링하는 경우에는 용기 내부의 공기가 빠져나갈 수 있는 배기구(168)가 필요하지만, 상기 가스를 샘플링하는 경우에는 용기(162)의 내부와 외부가 완전히 차단되어야 한다. 여기서, 상기 가스는 공기(air), 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등을 포함한다. 이때, 상기 압력 센서와 배출 라인(166) 중에 설치되는 밸브(172)를 대신해서 압력 제어 밸브가 사용될 수 있다. 압력 제어 밸브는용기(162) 내부의 압력이 설정 압력 이상이 되면 밸브가 열리게 되므로 용이하게 용기(162) 내부 압력을 조절할 수 있다. 이것은 탈이온수의 경우에도 동일하게 사용될 수 있다.
유출 노즐(104)들과 유입 노즐(114) 및 보조 유입 노즐(118)들의 간격은 공정 유체의 공급 압력과 노즐들의 내경에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 탈이온수의 경우, 탈이온수의 공급 압력이 3 내지 6㎏/㎠이고, 유출 노즐(104)의 내경이 1/4인치인 경우 상기 간격은 5 내지 10㎜가 바람직하다. 이는 상기 간격이 상기 범위보다 큰 경우 유출 노즐(104)들로부터 분출되는 탈이온수가 효과적으로 유입 노즐(114) 및 보조 유입 노즐(118)들을 세정하지 못하고, 상기 범위보다 가까운 경우 유출 노즐(104)들로부터 분출되는 탈이온수는 선택된 유출 노즐(104)과 유입 노즐(114)의 중심축을 일치시키기 위한 동작을 방해하게 된다. 상기와 같은 범위는 가스를 샘플링하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
공정 유체를 제공하는 유출 노즐(104)들과 공정 유체를 샘플링하는 유입 노즐(114) 및 공정 유체의 손실을 최소화하고, 유출 노즐(104)들 중에서 선택된 하나와 유입 노즐(114)의 결합을 안정적으로 할 수 있도록 하는 보조 유입 노즐(118)들은 내식성과 내구성이 강한 재질로 형성되어야 한다. 본 발명에 따른 제1실시예에서는 테프론을 사용하고 있으나, 상기 요구 사항을 만족하는 재질이라면 어떠한 것이라도 상관없다. 이와 유사하게, 제1플레이트(106)와 제2플레이트(116)도 테프론 재질로 형성된다. 이때, 제1플레이트(106)와 제2플레이트(116)의 경우 스텝모터(152)와 공압 실린더(158)의 구동력이 작용되므로 강도가 우수한 스테인레스 스틸을 사용할 수도 있다.
한편, 용기(162) 내부에서 제1플레이트(106)에 형성된 제1유로(120)들에 연결되는 제1샘플링 라인(130)들은 공압 실린더(158)에 의해 왕복 운동하는 제1플레이트(106)에 연결되므로 유연한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 유사하게, 회전축(150)의 일측 단부에 연결되는 제3샘플링 라인(134)은 회전축(150)의 회전에 따라 비틀림이 발생하므로 유연한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 회전하는 물체에 유체를 공급하는 회전 밸브를 제3샘플링 라인(134)에 적용할 수도 있다. 그러나, 회전 밸브가 적용될 경우 공정 유체가 회전 밸브를 통과하는 동안 오염될 우려가 있으므로 유연한 재질로 형성되는 제3샘플링 라인(134)을 사용하고, 회전축(150)의 회전각을 360°로 제한하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 유체 샘플링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 유체 샘플링 장치(200)는 다수개의 유출 노즐(204)들과 플레이트(206)를 포함하는 제1노즐 조립체(202)를 포함한다. 다수개의 유출 노즐(204)들은 플레이트(206)의 상부면에 구비된다. 플레이트(206)는 직사각형의 평판이고, 유출 노즐(204)들은 장방형으로 배치된다. 플레이트(206)의 하부면에는 플레이트(206)를 수직 왕복 운동시키는 공압 실린더(258)의 로드(260)가 연결된다.
다수개의 유출 노즐(204)들 중에서 선택된 하나와 연결되는 유입 노즐(214)을 포함하는 제2노즐 조립체(212)는 플레이트(206)의 상부에 배치된다. 제2노즐 조립체(212)는 유입 노즐(214)과 2축 직교 좌표 로봇(252)을 연결하는 부재(250)를 더 포함한다. 연결 부재(250)는 사각 바(bar) 형상을 갖고, 일측 단부에 유입 노즐(214)이 설치된다.
플레이트(206)에는 플레이트(206)의 상,하부면을 수직으로 관통하는 다수개의 제1유로(220)들이 형성되어 있고, 플레이트(206)의 상부면에 인접하는 제1유로(220)들의 일측에 유출 노즐(204)들이 연결된다. 여기서, 연결 방법 및 유출 노즐(204)들의 형상은 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략한다. 유입 노즐(214)과 2축 직교 좌표 로봇(252)을 연결하는 연결 부재(250)는 수직 방향으로 배치되고, 연결 부재(250)의 중심 부위를 수직 방향으로 관통하는 제2유로(222)가 형성되어 있다. 그리고, 연결 부재(250)의 하단부에 유입 노즐(214)이 연결된다. 유입 노즐(214)의 형상은 제1실시예와 동일하다.
2축 직교 좌표 로봇(252)은 두 개의 모터(254, 255)를 구비한다. 제1모터(254)는 X축 방향의 구동력을 제공하고, 제2모터(255)는 Y축 방향의 구동력을 제공한다. 제1, 제2모터(254, 255)의 회전축에는 2축 직교 좌표 로봇(252)에 내장된 리드 스크류(도시되지 않음)가 각각 연결되고, 리드 스크류의 회전에 의해 2축 직교 좌표 로봇(252)이 구동된다. 제1, 제2모터(254, 255)의 일측에는 회전각을 감지하는 제1엔코더(257)와 제2엔코더(258)가 각각 연결되어 있다. 즉, 2축 직교 좌표 로봇(252)은 설정된 좌표에 의해 유입 노즐(214)의 위치를 이동시킨다.
2축 직교 좌표 로봇(252)의 동작에 의해 유입 노즐(214)의 중심축이 다수개의 유출 노즐(204)들 중에서 선택된 하나의 중심축과 일치된 후, 공압 실린더(258)의 신장에 의해 선택된 유출 노즐(204)과 유입 노즐(214)이 연결된다. 이때, 제1실시예와 마찬가지로, 다수개의 유출 노즐(204)들로부터 계속적으로 공정 유체가 제공된다.
도 12는 도 11에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 평면도이고, 도 13은 도 11에 도시한 제1노즐 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제1노즐 조립체(202)는 플레이트(206)와 다수개의 유출 노즐(204)들을 포함한다. 플레이트(206)는 직사각형 평판이고, 플레이트(206)의 상부면에 유출 노즐(204)들이 장방형으로 배치되어 있다. 유출 노즐(204)들은 4 ×6 의 배열을 갖고, 총24개가 설치된다.
도 14는 도 11에 도시한 유체 샘플링 장치를 사용하여 탈이온수를 샘플링하는 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 14를 참조하면, 제1노즐 조립체(202)와 제2노즐 조립체(214) 및 2축 직교 좌표 로봇(252)을 내장하는 용기(262)가 도시되고 있다. 다수개의 제1컨넥터(264)들은 용기(262)의 일측 벽을 관통하여 설치되고, 플레이트(206)와 연결되는 다수개의 제1샘플링 라인(230)들과 가공 장치들에 탈이온수를 제공하는 라인(236)들과 연결되는 다수개의 제2샘플링 라인(232)들을 연결한다. 2축 직교 좌표 로봇(252)은 용기(262)의 내부 상부 측벽에 구비되는 브라켓(290)에 설치되고, 유입 노즐(214)을 연결하는 부재(250)는 2축 직교 좌표 로봇(252)에 연결된다. 제3샘플링 라인(234)의 일측 단부는 연결 부재(250)의 상단부에 연결되고, 타측 단부는 용기의 상부면을 관통하여 설치되는 제2컨넥터(292)에 연결된다. 그리고, 탈이온수의오염도를 측정하는 장치와 연결되는 제4샘플링 라인(238)이 용기(262)의 외부에서 제2컨넥터(292)와 연결된다. 제1샘플링 라인(230)은 제1피팅(240)에 의해 플레이트(206)에 연결되고, 제3샘플링 라인(234)은 제2피팅(242)에 의해 연결 부재(250)에 연결된다. 그리고, 용기(262)의 하부면에는 공압 실린더(258)가 연결되고, 공압 실린더(258)의 로드(260)는 용기(262)의 내부로 연장된다. 그리고, 제1실시예와 유사한 역할을 하는 제어부(274)와 전원공급기(276)가 구비된다.
용기(262)의 내부에는 수위 감지 센서(270)가 설치되고, 탈이온수를 배출하는 배출 라인(266) 중에는 수위 감지 센서(270)의 신호에 따라 개폐되는 밸브(272)가 설치된다. 그리고, 제어부(274)는 2축 직교 좌표 로봇(252)과 공압 실린더(258)의 동작을 제어한다. 제어부(274)는 전원공급기(276)와 연결되고, 전원공급기(276)는 제어부(274)의 제어 신호에 따라 2축 직교 좌표 로봇(252)과 공압 실린더(258)에 압축공기를 제공하는 라인(280a, 280b)에 설치되는 방향 제어 밸브(282)로 전력을 공급한다. 그리고, 제어부(274)는 2축 직교 좌표 로봇(252)의 제1, 제2모터(254, 255)에 연결된 제1, 제2엔코더(257, 258)와 연결된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 유체 샘플링 장치의 동작을 전체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1샘플링 라인(230)들과 연결된 다수개의 유출 노즐(204)로부터 탈이온수가 용기(262) 내부로 공급된다. 탈이온수의 수위가 수위 감지 센서(270)의 설정값에 도달하면 배출 라인(266)의 밸브(272)가 개방되고, 공급되는 탈이온수의 유량과 동일한 유량이 배출 라인(266)을 통해 배출된다. 용기(262) 내부의 공기는 용기(262)의 상부 측벽에 형성된 배기구(268)를 통해 배출된다.
그리고, 제어부(274)는 2축 직교 좌표 로봇(252)이 이동할 좌표에 해당하는 제어 신호를 전원 공급기(276)로 전송하고, 상기 제어 신호에 따라 전원공급기(276)는 2축 직교 좌표 로봇(252)으로 전력을 공급하고, 2축 직교 좌표 로봇(252)은 유입 노즐(214)의 중심축을 유출 노즐(204)들 중에서 선택된 하나의 중심축과 일치시킨다. 이때, 유입 노즐(214)의 중심축과 선택된 유출 노즐(204)의 중심축이 완전히 일치될 때까지 제1, 제2엔코더(257, 258)의 회전각 감지 신호에 따라 제어부(274)는 실시간으로 제1, 제2모터(254, 255)의 동작을 제어한다.
이어서, 제어부(274)는 공압 실린더(258)의 로드(260)를 신장시키기 위한 제어 신호를 발생시키고, 전원공급기(276)는 제어부(274)의 신호에 따라 방향 제어 밸브(282)의 솔레노이드로 전력을 공급한다. 방향 제어 밸브(282)를 통해 압축공기가 공압 실린더(258)로 공급되고, 공압 실린더(258)의 로드(260)가 신장됨에 의해 선택된 유출 노즐(204)과 유입 노즐(214)이 연결된다.
한편, 공기(air), 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등을 포함하는 가스를 샘플링 하는 경우, 수위 감지 센서(270)를 대신하여 압력 센서가 용기(262) 내부에 설치된다. 가스를 샘플링하는 경우에도 탈이온수의 경우와 동일한 샘플링을 수행한다.
도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 유체 샘플링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 유체 샘플링 장치(300)는 다수개의 유출 노즐(304)들과 플레이트(306)를 포함하는 제1노즐 조립체(302)를 포함한다. 다수개의 유출 노즐(304)들은 플레이트(306)의 상부면에 구비된다. 플레이트(306)는 직사각형의 평판이고, 유출 노즐(304)들은 장방형으로 배치된다.
다수개의 유출 노즐(304)들 중에서 선택된 하나와 연결되는 유입 노즐(314)을 포함하는 제2노즐 조립체(312)는 플레이트(306)의 상부에 배치된다. 제2노즐 조립체(312)는 유입 노즐(314)과 3축 직교 좌표 로봇(352)을 연결하는 부재(350)를 더 포함한다. 연결 부재(350)는 사각 바(bar) 형상을 갖고, 일측 단부에 유입 노즐(314)이 설치된다.
플레이트(306)에는 플레이트(306)의 상,하부면을 수직으로 관통하는 다수개의 제1유로(320)들이 형성되어 있고, 플레이트(306)의 상부면에 인접하는 제1유로(320)들의 일측에 유출 노즐(304)들이 연결된다. 여기서, 연결 방법 및 유출 노즐(304)들의 형상은 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략한다. 유입 노즐(314)과 3축 직교 좌표 로봇(352)을 연결하는 연결 부재(350)는 수직 방향으로 배치되고, 연결 부재(350)의 중심 부위를 수직 방향으로 관통하는 제2유로(322)가 형성되어 있다. 그리고, 연결 부재(350)의 하단부에 유입 노즐(314)이 연결된다. 유입 노즐(314)의 형상은 제1실시예와 동일하다.
3축 직교 좌표 로봇(352)은 세 개의 모터(354, 355, 356)를 구비한다. 제1모터(354)는 X축 방향의 구동력을 제공하고, 제2모터(355)는 Y축 방향의 구동력을 제공하고, 제3모터(356)는 Z축 방향의 구동력을 제공한다. 제1, 제2 및 제3모터(354,355, 356)의 회전축에는 3축 직교 좌표 로봇(352)에 내장된 리드 스크류(도시되지 않음)가 각각 연결되고, 리드 스크류의 회전에 의해 3축 직교 좌표 로봇(352)이 구동된다. 제1, 제2 및 제3모터(354, 355, 356)의 일측에는 회전각을 감지하는 제1엔코더(357)와 제2엔코더(358) 및 제2엔코더(359)가 각각 연결되어 있다. 즉, 3축 직교 좌표 로봇(352)은 설정된 좌표에 의해 유입 노즐(314)의 위치를 이동시킨다.
3축 직교 좌표 로봇(352)은 먼저 X축, Y축 좌표에 따라 다수개의 유출 노즐 중(304)에서 선택된 하나와 유입 노즐(314)의 중심축을 일치시키고, Z축 좌표에 따라 이동하여 선택된 유출 노즐(304)과 유입 노즐(314)을 연결시킨다.
본 발명의 제3실시에에 따른 유체 샘플링 장치를 사용하여 탈이온수 및 가스를 샘플링하는 장치에 대한 설명은 상기 제2실시예와 유사하므로 생략하기로 한다.
도 16은 도 1에 도시한 유체 샘플링 장치와 연결되는 공정 유체 제공 라인을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 16을 참조하면, 공정 유체 제공 라인은 크게 공정 유체 공급원(400)과 연결되는 메인 라인(402)과 다수개의 서브 라인(404)으로 구분된다. 서브 라인(404)들은 메인 라인(402)으로부터 분기되어 반도체 장치 제조 공정을 수행하는 가공 장치(406)들과 각각 연결된다. 유체 샘플링 장치(100)와 연결되는 제2샘플링 라인(132)은 메인 라인(402) 및 서브 라인(404)과 연결된다. 즉, 제2샘플링 라인(132)들은 공정 유체 공급원(400)에 연결되는 메인 라인(402)의 출발 지점과 끝 지점에 각각 연결되고, 메인 라인(402)으로부터 분기되는 서브 라인(404)들에 각각 연결된다. 따라서, 측정 장치(408) 한 대로 다수의 측정 지점으로부터 샘플링된 공정 유체를 측정할 수 있다.
도 17은 도 1에 도시한 유체 샘플링 장치와 측정 장치를 포함하는 유체 분석 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 17을 참조하면, 다수개의 제2샘플링 라인(132)으로부터 제공되는 공정 유체를 선택적으로 측정 장치에 공급하는 유체 샘플링 장치(100)가 도시되어 있다. 제공되는 유체는 탈이온수이다. 유체 샘플링 장치(100)로부터 선택된 탈이온수는 다양한 측정 장치로 제공된다. 측정 장치는 파티클 카운터(420), 용존산소량 측정기(422), 탄소함유량 측정기(424) 및 비저항 측정기(426) 등을 포함한다. 각각의 측정 장치들과 유체 샘플링 장치(100)를 연결하는 제3샘플링 라인(134)에는 각각의 측정 장치에서 요구하는 공정 유체의 유량을 조절하는 유량 조절부(428)가 설치된다. 각각의 측정 장치를 거친 탈이온수는 배출 라인(166)을 통해 배출된다.
각각의 측정 장치들은 데이터 관리부(440)와 연결되고, 데이터 관리부(440)로 측정 결과를 전송한다. 데이터 관리부(440)는 상기 측정 결과를 저장하고, 각각의 측정 결과들을 비교, 분석한다. 또한, 각각의 측정 지점에 대한 측정 결과 히스토리를 관리하고, 다른 공정 유체 분석 장치와 데이터 송,수신이 가능하다.
데이터 관리부(440)와 연결되는 디스플레이부(442)는 상기 측정 결과를 실시간으로 보여주고, 저장된 측정 결과 및 비교, 분석 데이터를 보여준다.
유체 샘플링 장치(100)는 각각의 측정 지점에서 샘플링한 공정 유체를 순차적으로 또는 선택적으로 각각의 측정 장치로 제공하고, 측정 장치에서 측정된 결과는 데이터 관리부(440)에서 관리된다. 한 지점으로부터 샘플링된 공정 유체의 오염도를 측정하는데는 약 1분의 시간이 소요된다. 본 발명의 실시예에서 제시한 유출 노즐의 개수는 24개이며, 각각의 유출 노즐로부터 제공되는 공정 유체의 오염도를 측정하는데는 약 24분 정도의 시간이 소요된다. 이는 샘플링 라인의 길이, 반도체 장치의 제조 공정을 고려하여 설정한 최적의 개수이다. 그러나, 유출 노즐의 개수가 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.
그리고, 유출 노즐들로부터 제공되는 공정 유체에 대한 오염도 측정은 지속적인 반복 측정이 가능하고, 특정 지점으로부터 제공되는 공정 유체에 대하여 24시간 실시간 측정이 가능하다.
공기(air), 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등을 포함하는 가스의 경우, 파티클의 개수가 주요 감시 대상이 된다.
본 발명의 실시예에서는 탈이온수, 공기, 질소, 산소 및 아르곤등을 일 예로 보여주고 있으나, 이외에도 다양한 공정 유체에 적용할 수 있으며, 다양한 측정 장치들을 함께 구성할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 유체 샘플링 장치는 반도체 장치 제조 공정을 수행하는 장치들에 공정 유체를 공급하는 라인들로부터 제공되는 공정 유체를 선택적으로 샘플링하고, 샘플링된 공정 유체를 오염도 측정 장치로 제공함으로서, 하나의 측정 장치로 다수의 측정 지점으로부터 샘플링된 공정 유체의 오염도를 측정할 수 있다. 또한, 데이터 관리부는 다수의 측정 결과들을 비교, 분석, 저장하고, 이를 실시간으로 보여줌으로서 효율적으로 공정 유체의 청정도를 관리할 수 있다.
따라서, 각각의 샘플링 지점에 대한 효율적인 관리가 용이하고, 공정 유체의 오염으로 인한 공정 불량을 방지할 수 있다. 또한, 각각의 샘플링 지점에 대한 측정 결과를 저장하고, 이를 관리함으로서, 공정 불량 발생시 신속하게 대응할 수 있다.
그리고, 하나의 유체 분석 장치로 다수의 측정 지점으로부터 샘플링된 공정 유체의 오염도를 관리함으로서 설비 투자 비용과 유지 보수 비용을 절감할 수 있다. 실제로 24개 지점으로부터 샘플링하는 경우 설비 투자 비용을 약 80% 이상 절감할 수 있다. 여기에 유지 보수 비용과 각각의 장치들이 고가임을 감안하면, 비용 절감 효과는 더욱 크게 나타난다.
또한, 공정 유체의 청정도를 다수의 측정 지점에서 세부적으로 관리함으로서 반도체 장치의 신뢰도와 생산성이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (28)

  1. 유체가 흐르는 라인들에 각각 연결되고, 상기 라인들로부터 제공되는 유체를 제공하는 다수개의 유출 노즐(outlet nozzle)을 포함하는 제1노즐 조립체;
    상기 제1노즐 조립체와 마주보도록 구비되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나로부터 상기 유체를 제공받는 유입 노즐(inlet nozzle)을 포함하는 제2노즐 조립체; 및
    상기 유출 노즐들 중에서 하나를 선택하고, 유입 노즐과 상기 선택된 유출 노즐을 연결 또는 분리시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1노즐 조립체는 원반 형상을 갖는 제1플레이트를 더 포함하고, 상기 제1플레이트의 가장자리에는 상기 가장자리를 따라 상기 제1플레이트를 관통하는 다수개의 제1유로들이 형성되어 있고, 상기 제1유로들의 일측에 상기 유출 노즐들이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2노즐 조립체는 원반 형상을 갖는 제2플레이트를 더 포함하고, 상기 제2플레이트의 일측에 상기 유입 노즐이 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 제2플레이트 중심 부위에 연결되는 회전축;
    상기 회전축에 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키기 위한 모터; 및
    상기 제1플레이트와 연결되고, 상기 유입 노즐과 상기 유출 노즐을 연결 또는 분리시키기 위한 공압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유입 노즐과 연결되는 제2유로가 상기 회전축의 중심축을 따라 관통되고, 상기 제2플레이트의 중심 부위로부터 상기 제2유로까지 상기 제2플레이트의 내부를 관통하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2노즐 조립체는 상기 제2플레이트의 일측에 연결되고, 상기 모터에 의해 선택된 상기 유출 노즐을 제외한 나머지 유출 노즐들과 대응되는 다수개의 보조 유입 노즐을 더 포함하고, 상기 제2플레이트의 가장자리에는 상기 가장자리를 따라 상기 제2플레이트를 관통하는 다수개의 제3유로가 형성되어 있고, 상기 조보 유입 노즐들은 상기 제3유로들과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3유로의 단면적은 상기 제2유로의 단면적보다 작게 형성됨으로서, 상기 유출 노즐을 제외한 나머지 유출 노즐들과 각각 연결되는 상기 보조 유입 노즐들을 통해 손실되는 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 유출 노즐 및 유입 노즐은 테프론(teflon)으로 이루어지고, 상기 제1플레이트 및 제2플레이트는 테프론 또는 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 상기 유출 노즐의 일측 단부는 원뿔 형상으로 돌출되어 있고, 상기 유출 노즐과 연결되는 상기 유입 노즐의 일측 단부는 상기 유출 노즐의 일측 단부에 대응되는 원뿔 형상으로 함몰되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단과 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키고, 상기 선택된 유출 노즐과 상기 유입 노즐을 연결 또는 분리하기 위해 상기 제2노즐 조립체를 왕복 운동시키도록 상기 구동 수단의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 유체는 탈이온수(de-ionized water)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1노즐 조립체 및 상기 제2노즐 조립체를 내장하고, 상기 유출 노즐들로부터 계속적으로 제공되는 상기 탈이온수가 채워지는 용기;
    상기 용기의 일측에 연결되고, 상기 용기 내부에 채워진 탈이온수를 배출하는 배출 라인;
    상기 용기 내부에 구비되고, 상기 탈이온수의 수위를 감지하는 수위 감지 센서; 및
    상기 배출 라인에 설치되고, 상기 수위 감지 센서의 수위 감지 신호에 따라 상기 탈이온수의 배출량을 조절하는 밸브를 더 포함하고, 상기 제1노즐 조립체 및 상기 제2노즐 조립체가 상기 용기에 채워진 탈이온수에 잠겨있는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유출 노즐들과 연결되는 다수개의 제1샘플링 라인;
    상기 유체가 흐르는 라인들과 연결되는 다수개의 제2샘플링 라인; 및
    상기 용기의 일측에 구비되고, 상기 제1샘플링 라인들과 상기 제2샘플링 라인들을 연결하는 다수개의 컨넥터(connector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 유체는 공기(air), 질소(N2), 산소(O2) 및 아르곤(Ar)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1노즐 조립체 및 상기 제2노즐 조립체를 내장하는 밀폐된 용기;
    상기 용기에 연결되고, 상기 유출 노즐들로부터 상기 용기 내부로 계속적으로 제공되는 상기 유체를 배출하기 위한 배출 라인;
    상기 용기 내부에 구비되고, 상기 용기의 내부 압력을 감지하는 압력 센서; 및
    상기 배출 라인에 설치되고, 상기 압력 센서의 신호에 따라 상기 유체의 배출량을 조절하는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1노즐 조립체 및 상기 제2노즐 조립체를 내장하는 밀폐된 용기;
    상기 용기에 연결되고, 상기 유출 노즐들로부터 상기 용기 내부로 계속적으로 제공되는 상기 유체를 배출하기 위한 배출 라인; 및
    상기 배출 라인에 설치되고, 상기 용기 내부 압력의 변화에 따라 상기 유체의 배출량을 조절하는 압력 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 유출 노즐과 유입 노즐 사이의 간격은 5 내지 10㎜인 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 제1노즐 조립체와 연결되고, 상기 제1노즐 조립체를 왕복 운동시키는 공압 실린더; 및
    상기 제2노즐 조립체와 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키기 위해 상기 제2노즐 조립체를 구동하는 2축 직교 좌표 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2노즐 조립체는 상기 유입 노즐과 상기 2축 직교 좌표 로봇을 연결하는 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1노즐 조립체와 상기 제2노즐 조립체 및 상기 2축 직교 좌표 로봇을 내장하는 용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 제2노즐 조립체와 연결되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나와 상기 유입 노즐의 중심축을 일치시키고, 상기 선택된 유출 노즐과 상기 유입 노즐을 연결 또는 분리시키는 3축 직교 좌표 로봇을포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 장치.
  22. 유체가 흐르는 라인들에 각각 연결되고, 상기 라인들로부터 제공되는 유체를 제공하는 다수개의 유출 노즐을 포함하는 제1노즐 조립체와,
    상기 제1노즐 조립체와 마주보도록 구비되고, 상기 유출 노즐들 중에서 선택된 하나로부터 상기 유체를 제공받는 유입 노즐을 포함하는 제2노즐 조립체와,
    상기 유출 노즐들 중에서 하나를 선택하고, 유입 노즐과 상기 선택된 유출 노즐을 연결 또는 분리시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 샘플링 수단;
    상기 유입 노즐과 연결되고, 상기 선택된 유출 노즐 및 상기 유입 노즐을 통해 제공되는 상기 유체의 오염도를 측정하는 측정 수단; 및
    상기 측정 수단과 연결되고, 상기 측정 수단으로부터 측정된 결과 데이터의 저장, 상기 데이터의 히스토리(history) 관리 및 상기 데이터의 송,수신 기능을 포함하는 데이터 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 유체는 탈이온수를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 분석 수단은 상기 유체에 포함되어 있는 파티클의 개수를 측정하는 파티클 카운터(particle counter), 용존산소량 측정기, 탄소함유량측정기 및 비저항 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 유체는 공기, 질소, 산소 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 분석 수단은 상기 유체에 포함되어 있는 파티클의 개수를 측정하는 파티클 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
  27. 제22항에 있어서, 상기 유입 노즐과 상기 분석 수단을 연결하는 라인에 설치되고, 상기 분석 수단으로 제공되는 상기 유체의 유량을 조절하는 유량 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
  28. 제22항에 있어서, 상기 데이터 관리부와 연결되고, 상기 측정 수단으로부터 측정되는 상기 데이터를 실시간으로 보여주고, 상기 데이터 관리부에 저장된 내용을 보여주는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분석 장치.
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