KR100513201B1 - 가스혼합 공급장치 및 공급방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조를 포함한 공업 제품을 제조하는 공정에서 공정가스의 공급이 필요한 경우에 가스를 공급할 수 있는 가스혼합 공급장치 및 공급방법에 관한 것으로, 상기 공정가스는 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 라인을 통해 단일성분의 순수가스형태로 공급되고, 공급되는 가스의 유량을 조절할 수 있도록 복수종류의 가스공급라인 마다 설치되는 유량조절부(mass flow controller), 상기 유량조절부에서 조절된 가스가 라인을 따라 이동하여 수집, 혼합되는 가스혼합저장통, 상기 가스혼합저장통에서 나온 가스가 이동하는 라인상에 각각 설치되는, 혼합가스를 원하는 조성비가 될 수 있도록 조절하는 정압조절기(regulator)와 가스의 압력을 측정하는 게이지 및 가스역류를 방지하는 밸브, 상기 가스혼합저장통의 가스를 여러 대의 필요한 장비로 보낼 수 있도록 하는 밸브매니폴드박스(valve manifold box)로 이루어지는 것을 특징으로 하여 별도의 가스캐비넷없이도 원하는 조성비의 혼합가스를 만들어 필요한 장비에 공급할 수 있으며, 특히 복수개의 가스혼합저장통을 이용하여 어느 한 곳의 가스가 다 소모되어도 계속해서 가스를 공급할 수 있도록하여, 가스통의 교체를 위하여 따로 감시(monitoring)할 필요가 없고, 가스통의 교체 시간도 절약할 수 있는 효과를 갖도록 구성되는 특징을 갖는다.
Description
본 발명은 반도체 제조를 포함한 공업 제품 제조공정에서 필요한 공정가스를 공급할 수 있는 가스혼합 공급장치및 공급방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스제조설비나 대용량의 탱크롤에서 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 라인을 통해 공급되는 가스를 원하는 조성비의 혼합가스로 만들어 필요로 하는 장치에 공급하며, 상기 가스혼합저장통을 복수개 설치하여 필요한 공정에 중단없이 계속해서 가스를 공급할 수 있도록 하는 가스혼합 공급장치및 공급방법에 관한 것이다.
일반적으로 공업 제품을 제조하는 공정에는 여러가지 공정가스가 필요하며, 특히 반도체 제조에 있어서의 공정은 확산 공정, 화학기상증착 공정, 사진 공정, 박막 공정, 식각 공정등의 여러 공정으로 이루어지는데 이러한 각 공정에서는 여러 종류의 공정 가스를 공급하는 가스공급장치를 필요로 한다.
상기의 공정중 사진 공정은 반도체 기판위에 반도체 디바이스를 형성시키키 위해서 실리콘 기판위에 산화 피막을 입히고, 그 위에 감광성 수지를 균일하게 칠한 후, 다시 그 위에 디바이스 패턴이 새겨진 마스크를 밀착시키고, 감광성 수지가 마스크의 패턴에 따라 광화학반응(Photo Chemical Reaction)을 일으킬 수 있는 특정 파장 영역(310∼400nm)의 빛을 일정량(시간) 쪼이는 단계로 구성되어 있다.
이 때 미세한 디바이스 패턴을 구현하기 위해 상기 빛은 렌즈를 이용하여 조사하게 되는데, 사진 공정의 장비가 스텝퍼(stepper)에서 스캐너(scanner)로 전환되고 디바이스 패턴의 선폭이 더욱 미세하게 되면서, 선폭을 좌우하는 요인중 하나인 렌즈의 산화와 광원에 의한 손상을 줄이기 위해 렌즈 퍼지(lens purge)용 가스(N2/O2, N2/He, He/O2)를 계속적으로 공급하는 장치가 필요하다.
종래의 반도체 제조 장치에 공정가스를 공급하는 것은 도 1에 도시된 종래 반도체 장비의 가스공급장치와 같이 하나의 공정 가스캐비넷에서 여러대의 장치로 공정가스를 공급하는 방식으로 이루어졌다.
즉, 도 1(a)에 도시된 바와 같이 가스캐비넷(Gas Cabinet)(1)에서 공급받은 가스를 밸브매니폴드박스(valve manifold bos;VMB)(140)에서 분리시킨 후, 필요한 수만큼의 장비(장치1, 장치2)에 공급한다. 도 1(b)는 가스캐비넷(1)을 나타낸 사시도로, 가스캐비넷(1) 내부에는 여러 장비에서 필요로 하는 공정가스가 담겨있는 가스통(2)이 있고, 상기 가스통(2)은 가스라인(3)에 연결되며, 가스라인(3)을 통해 공정가스가 외부로 공급된다.
상기 가스캐비넷(1)을 이용한 가스 공급은 가스캐비넷(1)에 이상이 발생하거나, 가스통(2)이나 가스라인(3)에서 가스가 새는 경우, 또는 순간 정전이나 기타 사유로 가스캐비넷(1)의 작동이 중지되면, 가스가 공급될 수 없다. 이와같은 가스 공급 중단은 특히 반도체 제조의 사진 공정에 있어서는 렌즈 퍼지(lens purge)용 가스가 공급되지 않아 상기 가스의 공급이 필요한 장비가 손상될 수 있는 문제점이 있었다.
또한 상기 가스캐비넷(1)에 의한 가스 공급은 가스통(2)의 용량이 제한되어 있어 동시에 여러곳의 필요한 장비에 공급될 수 있는 가스의 양이 제한되고, 가스룸(gas room)을 위한 별도의 공간이 필요하게 되며, 가스캐비넷(1)의 가스통(2)을 교체하는 경우 가스의 역류에 의한 압력변화, 가스캐비넷(1)에서 장비까지의 장거리의 배관길이에 따른 가스라인에서의 가스의 압력강하등의 문제점이 있었다.
또한 상기 가스캐비넷(1)을 이용한 가스 공급은 하나의 가스통(2) 사용이 완료되면 다른 가스통(2)으로 교체해야 하는데, 계속해서 사용되는 장비는 교체 주기가 짧아서 자주 바꿔주어야 한다. 이러한 잦은 교체 주기와 교체 주기가 되었는지 여부를 계속 감시해야하기 때문에 많은 시간과 인력이 필요한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 가스제조설비나 대용량의 탱크롤에서 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 라인에서 단일성분의 순수가스의 형태로 각각 공급되는 복수종류의 가스를 각 가스공급라인의 유량조절부(mass flow controller;MFC)를 통해 조절하여 원하는 조성비의 혼합가스를 만들어 공급하는 방식을 이용하므로, 가스캐비넷의 이상에 의한 가스 공급의 중단을 방지할 수 있고, 또한 복수개의 가스혼합저장통을 이용하여 어느 한 곳의 가스가 다 소모되어도 계속해서 가스를 공급할 수 있도록 하여 가스통의 교체나 교체 여부에 대한 감시를 위한 시간과 인력을 절약할 수 있도록 하는 가스혼합 공급장치및 공급방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 의한 가스혼합 공급장치및 공급방법은, 순수가스대량공급장치로부터 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 라인의 단일성분의 순수가스를 각 가스공급라인마다 별도로 설치되어 가스의 흐르는 양을 조절할 수 있는 유량조절부, 상기 유량조절부에서 조절된 가스가 수집되어 혼합되는 가스혼합저장통, 상기 가스혼합저장통이 출력라인에는 공급압력을 장비에 필요한 일정한 압력으로 조절하는 정압조절기(regulator)와 상기 혼합가스의 공급압력을 표시하는 게이지, 공급가스의 역류를 방지하는 체크밸브 및 공급가스를 여러 대의 필요한 장치로 분기시켜 공급할 수 있도록 하는 밸브매니폴드박스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 가스혼합저장통은 가스혼합이 용이하게 이루어지도록 모터에 의해 회전되는 혼합날개가 설치되며, 아울러 복수개의 가스혼합저장통으로 구성하여 가스통을 교체하지 않고 필요한 장치에 가스공급이 중단없이 계속해서 이루어지도록 구성됨을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 일실시예에 따라 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스혼합 공급장치의 개요도이다.
도면에 도시된 바와 같이 단일성분의 순수가스는 가스제조설비나 대용량의 탱크롤과 같은 순수가스대량공급장치(200A, 200B)에서 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 라인을 통해 공급되며, 본 발명에 의한 중앙공급식 가스혼합 공급장치(100)내에서 필요한 조성으로 혼합된 후, 공정가스가 필요한 장비들인 장치1(300A), 장치2(300B)에 공급된다. 상기 순수가스대량공급장치(200A, 200B)는 대형설비에 의해 직접 제조되어 공급할 수 있는 장치나 탱크롤과 같이 대용량의 가스를 저장할 수 있는 장치이므로, 거의 중단없이 지속적으로 가스를 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스혼합 공급장치(100)의 내부 상세구성도이다.
순수가스대량공급장치에 연결되어 있는 복수 종류의 가스공급라인에는 각 가스공급라인에서 각각 유량조절부(110)가 설치되고, 상기 유량조절부(110)의 출력라인에는 상기 유량조절부(110)에서 조절된 가스가 라인을 따라 이동하여 수집, 혼합되는 가스혼합저장통(120)이 설치된다. 상기 가스혼합저장통(120)에서 나온 가스가 이동하는 라인상에는 정압조절기(130), 게이지(150), 체크밸브(160), 밸브매니폴드박스(140)가 각각 설치되는데, 상기 정압조절기(130)는 가스혼합저장통(120)에서 공급되는 혼합가스의 과압력을 장비가 필요로하는 일정한 압력으로 조절하는 역할을 하고, 게이지(150)는 혼합가스의 압력을 측정하여 표시하는 역할을 하며, 체크밸브는(150) 가스가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 밸브매니폴드박스(140)에서는 혼합가스가 다수의 라인으로 분기 출력되어 각각의 분기관에 설치되는 밸브 조절을 통해 필요한 장비에 제공한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 가스혼합저장통을 가진 가스혼합 공급장치의 내부 구성도이다.
가령 N2 가스와 He 가스의 혼합물(1.2±0.05% He in N2 )이 공급되는 경우에, 우선 중앙에서 공급된 N2 , He가스공급라인을 가스혼합저장통(120)에 연결하고, N2가스공급라인을 작동시켜 N2가스를 가스혼합저장통(120)에 충진시킨다. 가스가 일정 압력에 도달하면, N2가스공급라인의 작동을 중지시키고, He가스공급라인을 작동시킨다. He이 1.2%가 될 수 있도록 He 의 유량조절부(112)를 통해 공급량을 조절하고, 가스혼합저장통(120A)의 압력을 점검한후, He이 1.2%가 될 수 있도록 N2의 유량조절부(112)를 조절한다.
이와같은 조작을 통하여 원하는 조성비를 이루면 모터(122)에 연결된 혼합 날개(mixing wing)(121)를 회전시켜 가스가 잘 혼합되도록 하고, 가스가 적절하게 혼합된 후, 가스혼합저장통(120A)에 의해서 필요한 장비에 가스의 공급을 시작한다.
가스혼합저장통(120A)에서 공급이 이루어지는 동안 상기의 방법으로 가스혼합저장통(120B)에서 혼합가스가 준비된다. 따라서 가스혼합저장통(120A)의 가스가 모두 소비되면, 가스공급이 중단됨이 없이 가스혼합저장통(120B)으로 교체되어 가스공급이 이루어지고 가스혼합저장통(120A)에는 다시 혼합가스가 준비된다. 이와같은 과정을 반복함으로써 필요한 장비에 가스가 중단됨이 없이 계속적으로 공급될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 가스혼합 공급장치및 공급방법에 의하면, 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 라인에 의해 제공되는 단일성분의 순수가스를 원하는 조성비로 혼합하여 필요한 장비에 제공하므로, 여러가지 혼합된 가스가 가스통에 장착되어있는 가스캐비넷을 대용하여 비용절감과 가스캐비넷의 이상발생으로 인한 피해를 억제할 수 있다. 또한 가스가 가스제조설비나 대용량의 탱크롤에서 공급됨으로, 가스캐비넷과 같은 제한된 크기의 용기에서 제공할 수 있는 가스보다 훨씬 많은 양의 가스를 지속적으로 대규모의 장비에 제공할 수 있고, 가스캐비넷을 위한 별도의 공간이 불필요하며, 가스캐비넷에서 사용되는 장비까지의 장거리의 배관길이를 최단거리로 함에따라 공급라인에서의 가스의 압력 강하를 막을 수 있다.
한편 복수개의 가스혼합저장통을 이용하여 어느 한 곳의 가스가 다 소모되어도 계속해서 가스를 공급할 수 있도록하여, 가스통의 교환시 발생하는 가스의 역류에 의한 압력변화를 막을 수 있고, 가스통의 교체를 위하여 따로 감시(monitoring)할 필요가 없고, 가스통의 교체 시간도 절약할 수 있는 효과를 갖는다
도 1은 종래 반도체 제조장비의 가스 공급장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스혼합 공급장치의 개요도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스혼합 공급장치의 내부 상세구성도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 가스혼합저장통을 가진 가스혼합 공급장치의 내부 구성도.
〈 도면의 주요부분에 대한 설명 〉
1 : 가스캐비넷 100: 가스혼합 공급장치
110: 유량조절부(Mass Flow Controller) 120: 가스혼합저장통
121: 혼합용날개(Mixed Wing) 122: 모터
130: 정압조절기(regulater)
140: 밸브매니폴드박스(Valve Manifold Box)
150: 게이지 160: 체크밸브
Claims (5)
- 제조 공정에 필요한 공정가스를 공급하되, 상기 공정가스는 가스제조설비나 대용량의 탱크롤에서 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 순수가스대량공급장치로부터 각각의 라인을 통해 단일성분의 순수가스형태로 공급되며, 공급되는 단일성분의 순수가스의 각 가스공급라인마다 별도로 설치되어 가스의 흐르는 양을 조절할 수 있는 유량조절부, 상기 유량조절부에서 조절된 가스가 수집되어 혼합되는 가스혼합저장통, 상기 가스혼합저장통이 출력라인에는 공급압력을 장비에 필요한 일정한 압력으로 조절하는 정압조절기와 상기 혼합가스의 공급압력을 표시하는 게이지, 공급가스의 역류를 방지하는 체크밸브 및 공급가스를 여러 대의 필요한 장치로 분기시켜 공급할 수 있도록 하는 밸브매니폴드박스를 포함하여 이루어지는 가스혼합 공급장치에 있어서, 상기 가스혼합저장통의 내부에는 가스의 혼합이 원활하게 이루어지도록 모터에 연결되어 가스를 교반시키는 혼합날개가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스혼합 공급장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 가스혼합저장통은 가스혼합충진과 공급이 교대로 이루어지도록 복수개 구비되어, 중단없이 계속해서 가스를 공급할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 가스혼합 공급장치.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 중앙공급식 가스혼합 공급장치에서 공급되는 혼합가스는 반도체 제조의 사진 공정에서 사용되는 렌즈의 퍼지(purge)용으로 사용되는 N2/O2, N2/He, He/O2 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 가스혼합 공급장치.
- 제조 공정에 필요한 공정가스는 가스제조설비나 대용량의 탱크롤에서 중앙 공급식 또는 별도로 공급되는 순수가스대량공급장치로부터 각각의 라인을 통해 단일성분의 순수가스형태로 공급되는 단계, 공급되는 단일성분의 순수가스의 각 가스공급라인마다 별도로 설치되는 유량조절부를 통해 가스의 흐르는 양을 조절하는 단계, 상기 유량조절부에서 조절된 가스가 가스혼합저장통에 수집되어 필요한 조성비로 혼합되는 단계, 상기 가스혼합저장통의 출력라인에 설치되는 게이지와 정압조절기에의해 공급압력을 표시하며 장비에 필요한 일정한 압력으로 조절하는 단계, 체크밸브의 작용으로 공급가스의 역류를 방지하는 단계, 밸브매니폴드박스를 통해 공급가스를 여러 대의 필요한 장치로 분기시기는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스혼합 공급방법.
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