KR100875090B1 - 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품을 위한자동 재충전 시스템 - Google Patents

초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품을 위한자동 재충전 시스템 Download PDF

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블랫크리스토퍼에스.
피어스리차드에이치.
윌리엄즈그라함
웬트워쓰3세에드워드에이치.
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아치 스페셜티 케미칼즈, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 무오염 작동을 보장하는 매니폴드, 이중 안전 장치가 필요없는 액체 양 검출 시스템(54,56) 및 재충전 사이에 시스템의 매니폴드 및 수송 라인이 비교적 화학약품 연소 위험이 없도록하고 이들이 산소에 오염되지 않도록 하며 시스템의 캐리어 가스 조성물이 악영향을 받지 않도록 하는 배기 시스템(78)을 사용하는 초고순도 자연 발화성 유기 금속 화학약품을 위한 신뢰성이 높고 안전한 모듈 자동 재충전(벌크 전달) 시스템에 관한 것이다.
Figure R1020037001629
재충전 시스템, 화학약품 저장소, 매니폴드, 벤투리, 용량 센서

Description

초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품을 위한 자동 재충전 시스템{Automatic refill system for ultra pure or contamination sensitive chemicals}
발명의 배경
1. 발명의 분야
본 발명은 반도체 및 광섬유 등의 부품을 형성하는 생산 라인에 초고순도 화학약품 및 오염에 민감한 화학약품을 공급하기 위한 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 생산 라인이 중단없이 연속적으로 작동되도록 하는, 자연 발화성 화학약품 전달 시스템에 관한 것이다.
2. 관련 기술의 설명
반도체 및 광섬유 등의 부품을 제조하는 데는 통상적으로 확산 노에 고순도의 가공 화학약품을 직접 공급하거나 캐리어 가스 속에 함유시켜 공급하는 시스템을 갖는 생산 라인이 필요하다. 가공 화학약품은 가공 스테이션(processing station)에 직접 주입될 수 있거나 캐리어 가스 속에 함유되어 가공 스테이션으로 전달될 수 있는 액체이다. 화학약품은 벌크 공급 탱크로부터 직접 주입되거나, 주기적으로 벌크 공급 탱크로부터 재충전되는 보다 작은 공급 컨테이너로부터 직접 주입될 수 있다. 화학약품이 캐리어 가스를 통해서 전달되는 경우, 액상 화학약품을 "버블러(bubbler)"라고 하는 온도 제어되는 앰풀 또는 워크 실린더(work cylinder)에 넣는다. 질소 및 헬륨 등과 같은 불활성 캐리어 가스의 스트림이 버블러 앰풀에 주입된다. 불활성 캐리어 가스는 버블러 앰풀 속의 액상 화학약품을 통과하여 위로 버블링되어, 앰풀 속에서 앰플 속에 함유된 액상 화학약품의 공급부 위의 공간에 화학약품으로 포화된 캐리어 가스 대기를 생성시킨다. 화학약품으로 포화된 캐리어 가스는 연속적으로 버블러로부터 방출되어 위에서 언급한 확산 노와 같은 부품 가공 스테이션으로 수송된다.
가공 라인의 적절하고 효율적인 작동은 화학약품 공급원으로부터 전달되는 화학약품의 연속적인 공급에 의존한다. 가공 화학약품의 공급이 중단되는 경우, 생산 라인은 중지되어야 하고, 확산 노는 "아이들 모드(idle mode)"로 설정해야 한다. 화학약품 앰풀 속의 가공 화학약품이 고갈되는 경우, 화학약품 앰풀들을 생산 라인으로부터 제거하고 새로 충전된 앰풀로 대체해야 한다.
생산 라인으로부터 버블러 앰풀을 제거할 필요성을 피하기 위해서, 추가의 벌크 화학약품 공급 컨테이너를 생산 라인에 도입시킬 수 있다. 단일 벌크 공급 컨테이너가 생산 라인에서 사용되는 경우, 이는 주기적으로 가공 화학약품으로 재충전되어야 한다. 생산 라인은 벌크 공급 컨테이너가 재충전되는 동안 중지되어야 한다. 생산 라인은 벌크 공급 컨테이너의 사용으로 인해 보다 장기간 동안 가동될 수 있지만, 여전히 벌크 공급 컨테이너가 비워지는 경우 주기적으로 중지되어야 한다. 2개의 벌크 공급 컨테이너가 사용되는 경우, 하나는 고정 컨테이너이고 다른 하나는 대체 가능한 이동성 컨테이너이다. 앰풀은 고정 벌크 컨테이너로부터 화학약품으로 보충되고, 고정 벌크 컨테이너는 대체 가능한 벌크 컨테이너 또는 셔틀 벌크 컨테이너로부터 화학약품으로 재충전된다. 고정 벌크 컨테이너 속의 화학약품의 용량을 연속적으로 모니터링하기 위해서, 고정 벌크 컨테이너는 통상적으로 스케일에 위치하거나 부하 셀에 연결된다. 고정 벌크 컨테이너 속에 보유된 화학약품의 용량의 지표인 시그널이 시스템 마이크로프로세서 제어기 또는 "접합 박스(junction box)"로 전송된다. 마이크로프로세서 제어기는 약 2개의 사용 지점을 관리한다. 각각의 사용 지점에 있어서, 4가지의 레벨 센서, 즉 '비어 있음', '저용량임', '고용량임' 또는 '넘침'을 나타내는 레벨 센서가 있다. '비어 있음' 또는 '고용량임'을 나타내는 센서는 앰풀을 충전하라는 시그널 전송 또는 당해 요청 제거를 유발하는 "개시" 및 "중지" 센서에 상응한다. '비어 있음' 또는 '넘침'("과충전")을 나타내는 센서는 개시 및 중지 센서가 고장난 경우에 사용되는 경고 센서이다. 센서 회로에 대한 공급 전압은 약 +24V이다. 모든 레벨의 센서는 건조되었을 때 +24V에 연결된다. 압력 스위치는 충분히 깨끗한 건조 공기(CDA) 압력이 존재하지 않는 경우 접합 박스 경보를 생성시킨다. 전기 접속부는 주요 전력 및 계면 접속부를 포함한다. 전력은 110VAC 또는 230VAC 용으로 생성된다. 주요 전력이 연결되는 곳에 위치하는 회로 차단기는 유닛에 대한 모든 전력을 차단하는 데 사용된다. 트윈 팬은 유닛의 일렉트로닉스 영역을 냉각시키는 작용을 한다. 디스펜스 리퀘스트 커넥터(dispense request connector)는 공급 상태 및 경보 시그널 이외에 가공 장치와 연결시키는 데 사용된다.
통상적으로, 고정 벌크 컨테이너가 75% 충전된 것으로 확인되는 경우, 제어기는 화학약품을 셔틀 벌크 컨테이너로부터 고정 벌크 컨테이너로 이동시키는 화학약품 이동 밸브 시스템을 활성화시키고, 고정 벌크 컨테이너가 재충전된 경우, 제어기는 화학약품 이동 밸브 시스템을 불활성화시킨다. 따라서, 고정 벌크 공급 컨테이너는 셔틀 공급 컨테이너가 재충전되어야 하기 전에 수회 재충전된다. 셔틀 벌크 공급 컨테이너가 실질적으로 비워지는 경우, 셔틀 컨테이너는 생산 라인으로부터 제거되고, 통상적으로 공정 설비로부터 멀리 떨어져 있는 오프-사이트(off-site) 화학약품 공급 저장소에서 재충전된다.
고정 벌크 화학약품 공급 컨테이너 및 셔틀 벌크 화학약품 공급 컨테이너의 사용은 편리하게 작동되는 것으로 입증되었지만, 화학약품 앰풀용 교호적 보충 시스템을 제공할 수 있는 것이 바람직하고, 화학약품 보충 시스템에 교호적 화학약품 보충 모드들로 시스템을 작동할 수 있는 제어기 마이크로프로세서를 제공하는 것이 훨씬 더 바람직한데, 상기한 교호적 보충 모드의 하나는 고정 벌크 화학약품 공급 컨테이너와 셔틀 벌크 화학약품 공급 컨테이너를 갖는 것이고 다른 교호적 보충 모드는 2개의 대체 가능한 벌크 화학약품 공급 컨테이너를 갖는다.
생산 라인에서의 초고순도 화학약품 또는 초고도 민감성 화학약품의 수송은 추가의 보호책을 요구한다. 이러한 이유로 인해, 공기에 노출시 자가 점화할 수 있는 자연 발화성 화학약품은 생산 라인에서는 드물게 사용된다. 액체용 자동 액체 대체 시스템 또는 재충전 시스템은 액체의 순도 요건이 훨씬 덜 엄격하고 통상적으로 자연 발화 반응 및 극단적인 공기(산소 및 수분) 민감성과 직면하지 않는 기타 산업에서 사용된다. 또한, 이들 대체 시스템은 일정한 시간에 작동 컨테이너 속의 비교 지점들에서의 액체 중량 측정을 기본으로 하거나, 시간 충전 순서를 사용함으로써 적합한 용량을 전달하는 것을 보장한다. 이들 시스템 어느 것도 화합물 반도체 산업에서 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품에 대해 필요한 엄격한 요건에 적합하도록 고안되지 않았고, 당해 시스템은 필요한 자연 발화성 금속유기 화학약품의 발화를 최소화하도록 설비되어야 하고 공기 오염의 위험성을 제거해야 한다.
또한, 다수의 온도 제어기를 제공하는 자동 화학약품 재충전 시스템과 하나의 중앙 재충전 제어 시스템으로부터의 이들의 버블러는 하나의 온도 제어기가 시스템에서 문제 또는 기능부전을 겪는 경우, 재충전 라인 모두가 문제가 해결될 때까지 중지되어야 하는 문제를 안고 있다. 종래 수행에 있어서, 대부분의 화학약품 재충전 시스템은 증기를 상응하는 수의 증착 툴(tool)에 동시에 공급하기 위해서 4개 이하의 온도 제어기를 작동할 수 있다. 따라서, 재충전 시스템 속의 단지 하나의 온도 제어기에 요구되는 수선으로 인해 시스템 속의 온도 제어기 모두를 중단하도록 할 수 있다.
버블러는 온도 제어되는 항온 수조 속에서 유지되고 주기적으로 초고순도의 자연 발화성 유기금속(PMO) 공급원 화학약품의 사용에 근거하여 재충전되어야 한다. 사용되는 화학약품의 양은 유기금속 화학약품 증착(MOCVD) 반응기와 사용되는 캐리어 가스의 양에 대한 PMO 화학약품을 전달하는 수소 캐리어 가스의 포화도의 함수이다. 통상적인 캐리어 가스는 질소, 아르곤 또는 헬륨이지만, PMO CVD에 바 람직한 가스는 초고순도 수소이다. 버블러에 사용되는 몇가지 통상적인 화학약품은 트리메틸갈륨(TMG), 트리에틸갈륨(TEG), 트리메틸알루미늄(TMA), 및 디메틸아연(DMZ) 및 디에틸아연(DEZ)과 같은 도판트 화학약품이다. 버블러 속의 화학약품이 고갈되는 경우, 버블러는 항온 수조로부터 제거되고 멀리 떨어진 부위에서 재충전되어야 한다.
새로운 자연 발화성 액상 유기금속(PMO) 화학약품의 사용을 필요로 하는 통상적인 화합물 반도체 선행 기술 공정에서는, 대체 버블러가 항온 수조에 삽입된다. 그러나, 당해 화학약품의 대체는 항온 수조으로부터의 고갈된 버블러의 물리적인 제거를 필요로 하고, 교환되는 동안 MOCVD 기계가 중단될 것을 요한다. 대개, MOCVD 기계의 반응기 영역 온도는 이러한 비작동 기간 동안 강하된다. 보충 화학약품의 사용을 재개하기 전에 버블러와 기계의 반응 영역은 둘 다 이들의 표준 작동 온도로 재가열되어야 한다. 일반적으로, 그 다음에 생산 공정을 재개하기 전에 보충 화학약품이 오염되지 않는 것을 보장하기 위해서 시험 샘플이 공정을 통해 유동되고, 오염되지 않는 것이 확인되면 공정에서의 사용이 허용된다. 전체 액상 화학약품 대체 공정은 포함된 화학약품과 MOCVD 기계에 의해 제조되는 최종 생성물에 따라서 2 내지 8시간 동안 수행될 수 있다.
이들 문제는 액체 레벨 센서들이 서로 완전히 독립적으로 작동하여 항온 수조로부터 버블러를 제거하지 않으면서 이의 항온 수조 속의 버블러를 자동적으로 재충전시키는 모듈 자동 재충전 시스템을 제공함으로써 본 발명의 재충전 시스템의 고안으로 해결된다.
본 발명은 일반적으로 오염없이 액체를 벌크 컨테이너로부터 보다 작은 수용 컨테이너로 자동적으로 재충전시키는 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 새로운 자연 발화성 액상 유기금속(PMO) 화학약품을 자동 충전을 통해서 증기를 상응하는 수의 유기금속 화학약품 증착(MOCVD) 기계로 공급하는 다수의 워크 실린더(이들의 대응하는 온도 제어되는 항온 수조 속에 위치)에 제공하는 모듈 시스템에 관한 것이다. 공급원 액상 화학약품 실린더는 액상 화학약품 실린더의 온도 및 압력과 실린더를 통한 캐리어 가스의 유량의 작용으로서 특정 PMO 화학약품으로 부분적으로 또는 완전히 포화된 캐리어 가스를 통해서 화학약품을 직접적으로 또는 간접적으로 공급하는 화합물 반도체 산업에서 사용된다. 통상적으로 도판트라고 하는 것들을 포함하여 각종 초고순도 액상 PMO 화학약품이 당해 산업에 요구된다.
또한, 통상적인 MOCVD 반응기에서, 실린더 또는 버블러를 제거하기 전에 잔류 PMO 증기를 수송 라인으로부터 제거하기 위해서, 이를 대체하기 위해서, 또는 이를 검사하기 위해서 진공 펌프를 사용하는 것이 통상적이다. 진공 펌프의 사용의 몇가지 단점이 있다.
- 진공 펌프는 펌프의 작동 표면과 이동 부분 위에 부착물 형성으로 인한 부식 및 화학약품의 분해를 방지하기 위해서 휘발성 화학약품이 펌프에 도달하기 전에 트랩을 사용하여 휘발성 화학약품을 냉각시킴으로써 제거해야 한다.
- 진공 펌프는 열을 발생시키는데, 당해 열은 시스템의 온도 제어를 저해할 수 있다.
- 진공 펌프 및 부수적인 부품, 지지체 및 트랩은 작동 영역에서 공간을 필요로 한다.
- 진공 펌프는 정규적인 관리를 요하는 고가의 장치 부분이다. 이의 트랩은 정규적인 검사, 저온 냉각제의 교체 및 냉각된 유해한 PMO 화학약품의 정규적인 제거 및 처리를 요한다. 또한, 진공 펌프는 위에서 언급한 트랩에도 불구하고 오일 속의 PMO의 증량으로 인한 이의 폐오일의 정규적인 교환을 요하며, 이는 결코 100% 효율적이지 않다.
본 발명에 있어서 벤투리(venturi)의 사용은 독특한 것은 아니지만, 종종 간과된다. 이는 정상 조건하에 벤투리에 의해 생성될 수 있는 진공이 컨테이너 교환을 위해 시스템을 안전하게 개방할 수 있도록 모든 자연 발화성 화학약품을 배기시키기에 충분하지 않다는 사실로 인한 것이다. 따라서, 이론적 계산에 근거하여, 이러한 유형의 시스템은 작동하지 않는다. 그러나, 본 발명자들은 희석/퍼징 경로에 벤투리 사용을 첨가하였고, 이는 놀랍게도 모든 화학약품이 시스템으로부터 제거되도록 하였다. 따라서, 안전한 컨테이너 교환이 가능하다. 이는 목적하는 진공을 달성하기 위해 진공 펌프 또는 기타 고가 장치의 통상적인 사용을 방지한다.
진공 펌프 사용의 단점은 위에서 언급한 벤투리 사용으로 잔류 PMO 화학약품 증기를 제거함으로써 본 발명에서 극복된다. 잔류 PMO 증기를 제거하기 위한 벤투리의 사용은 몇가지 장점이 있다.
- 벤투리는 이의 작동을 위한 이동 부품을 필요로 하지 않고, 따라서 휘발성 화학약품이 벤투리에 도달하기 전에 휘발성 화학약품을 제거하기 위해 트랩을 설치 할 필요가 없다. 본 발명에서 벤투리에 의해 처리된 휘발성 화학약품은 벤투리를 통해 직접 배기되고 처분을 위해서 MOCVD 툴로부터의 통상적인 배기물과 합해진다.
- 벤투리는 열을 약간 생성시키거나 생성시키지 않으므로 본 발명의 온도 제어 시스템에 대해 영향을 미치지 않는다.
- 벤투리는 시스템의 캐비넷 속에서 매우 작은 공간을 필요로 한다. 벤투리의 작은 크기는 보다 짧은 길이의 연결 라인에 함유된 가스의 용량을 감소시킴으로써 추가의 효율을 허용한다.
- 벤투리는 매우 단순한 장치이고 설치비가 저렴하며 관리가 약간 필요하거나 필요하지 않다.
발명의 개요
본 발명은 하나 이상의 제1 화학약품 저장소(a), 하나 이상의 제2 화학약품 저장소(b), 화학약품 재충전 시스템에 대한 가스 공급 수단(c), 가스 공급 수단, 제1 화학약품 저장소 및 제2 화학약품 저장소를 연결하는 도관 수단(d), 가스 도입구, 가스 출구 및 배기 가스 출구를 포함하는 하나 이상의 벤투리(e)(이는 가스 공급 수단과 제1 및 제2 화학약품 저장소 사이에 위치한다) 및 배기 가스 출구 근처에 위치하는 하나 이상의 밸브(f)(이는 산소 또는 기타 오염물이 시스템 속으로 확산되는 것을 방지한다)를 포함하는 화학약품 재충전 시스템에 관한 것이다. 바람직하게는, 제1 화학약품 저장소는 벌크 화학약품 공급 탱크이고, 제2 화학약품 저장소는 앰풀이고 제1 화학약품 저장소로부터 화학약품을 받아서 화학약품 사용 수 단에 화학약품을 전달한다. 도관 수단은 화학약품 재충전 시스템을 화학약품 사용 수단에 연결하고 다수의 수송 라인과 다수의 밸브를 포함한다.
화학약품 재충전 시스템의 하나의 양태는 제1 화학약품 저장소와 제2 화학약품 저장소에 잔류하는 화학약품의 용량을 모니터링할 수 있는 용량 센서를 포함한다. 당해 용량 센서는 광 센서, 열 전도 센서, 커패시턴스 센서, 중량 스케일, 음파 센서 및 질소 배압 센서(nitrogen back pressure sensor)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나를 사용하여 제1 화학약품 저장소 및 제2 화학약품 저장소 속의 화학약품의 용량을 모니터링할 수 있다. 바람직하게는, 용량 센서는 제1 화학약품 저장소 및 제2 화학약품 저장소 속에 포함된 유리 로드를 사용하는 광 센서이거나 제1 화학약품 저장소 및 제2 화학약품 저장소 속에 포함된 더미스터(thermistor)를 사용하는 열 전도 센서이다.
화학약품 재충전 시스템의 또 다른 양태는 제1 화학약품 저장소 및 제2 화학약품 저장소 각각에 액체 온도 센서를 추가로 포함한다. 화학약품 재충전 시스템의 또 다른 양태는 화학약품 재충전 시스템을 선택적으로 작동시키기 위한 마이크로프로세서 제어기 수단을 포함한다. 바람직하게는, 마이크로프로세서 제어기 수단은 프로그래밍가능한 논리 제어기이다. 또한 바람직하게는, 마이크로프로세서 제어기 수단은 일련의 솔레노이드 밸브를 추가로 포함한다.
화학약품 재충전 시스템의 하나의 양태는 2개의 제1 화학약품 저장소와 2개의 제2 화학약품 저장소를 포함한다. 이러한 양태의 화학약품 재충전 시스템은 제1 화학약품 고정 저장소의 사용과 제1 화학약품 셔틀 저장소의 사용을 포함하는 고정/셔틀 모드로 또는 다수의 제1 화학약품 셔틀 저장소의 사용을 포함하는 셔틀/셔틀 모드로 시스템을 선택적으로 작동시키는 마이크로프로세서 제어기 수단을 갖는다.
본 발명은 또한 다수의 독립적으로 작동하는 마이크로프로세서 제어 모듈(여기서, 각각의 모듈은 각각의 제1 화학약품 저장소에 전기적으로 연결되고 대응하는 제1 화학약품 저장소의 재충전 작업을 제어하도록 프로그래밍되어 있다)을 포함하는 마이크로프로세서 제어기를 추가로 포함하는 화학약품 재충전 시스템을 사용하는 단계(a), 대응하는 제1 화학약품 저장소 속의 화학약품의 용량을 모니터링하는 단계(b)(여기서, 각각 독립적으로 작동하는 마이크로프로세서 제어 모듈은 다른 마이크로프로세서 제어 모듈 및 이의 대응하는 제1 화학약품 저장소의 작동을 중단시키지 않으면서 마이크로프로세서 제어기로부터 제거될 수 있다), 용량 센서로부터 경보 상태를 감지하는 단계(c) 및 감지 단계(c)를 통해서 작동 저장소를 재충전시키거나 자동 재충전 라인을 중지시키는 단계(d)(여기서, 모든 마이크로프로세서 제어 모듈들은 제1 화학약품 저장소 속의 센서로부터의 낮은 수준 또는 저압 경보 상태 감지시 동시에 작동하여 제1 화학약품 저장소로부터 작동을 중지시킨다)를 포함하는, 화학약품 수송방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 각각의 제1 화학약품 저장소 사이의 도관 수단을 제어하는 체크 밸브를 2개 이상 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 화학약품 재충전 시스템은 자연 발화성 화학약품을 수송한다. 바람직하게는, 화학약품 재충전 시스템은 자연 발화성 액상 유기 금속 화학약품을 수송한다.

도 1은 버블러 영역에 유용한 8개 지점을 갖는, 생산 라인에서 가공 스테이션으로 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품을 분배시키기 위한 본 발명의 시스템의 개요도이다.
도 2는 버블러 영역에 유용한 4개 지점을 갖는, 생산 라인에서 가공 스테이션으로 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품을 분배시키기 위한 본 발명의 시스템의 개요도이다.
도 1은 반도체 등을 가공하는 생산 라인의 일부분을 형성하는 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학물질 분배 시스템의 개요도이다. 도 1의 좌측은 벌크 화학물질 공급 탱크, 및 퍼징 가스 및 화학물질 재충전 매니폴드에 대한 밸브 및 도관 개요도를 보여준다. 벌크 화학약품 공급 탱크는 기호 50 및 52로 나타낸다. 이들 중 하나 또는 둘 모두는 셔틀 탱크일 수 있다. 단지 하나의 탱크가 셔틀 탱크인 경우, 나머지 하나의 탱크는 캐비넷(48)로부터 제거되도록 되어 있지 않은 고정 탱크이다. 다른 경우, 캐비넷(48)에는 탱크(50) 및 탱크(52) 각각에 대해서 스케일(54) 및 스케일(56)이 제공되어 있다. 따라서, 캐비넷 어셈블리는 셔틀/ 셔틀 모드로 사용될 수 있고, 또한 고정/셔틀 모드로도 사용될 수 있다. 스케일(54)과 스케일(56)은 계속 각각의 탱크(50)와 탱크(52) 속에 잔류하는 화학약품의 양을 모니터링하고 적합한 시그널을 제어기에 전송하여 생산 라인이 불확정 시간 동안 계속 작동하도록 하는 방식으로 셔틀 탱크를 제거하고 새로운 셔틀 탱크로 교체될 수 있도록 작동 가능하다.
매니폴드는 개별 버블러 또는 앰풀에 연결된 다수의 출구 통로(60, 62, 64 및 66)를 포함한다. 출구 통로 각각에는 탱크(50)와 탱크(52)로부터의 화학약품이 화학약품 보충을 요하는 버블러로 선택적으로 수송될 수 있기 위해서 시스템 제어기에 의해 작동되는 개별 조절 밸브(V1, V2, V3 및 V4)가 각각 제공되어 있다. 수송 통로(68) 및 수송 통로(70)는 탱크(50) 및 탱크(52) 각각으로부터 출구 통로(60, 62, 64 및 66)로 화학약품을 수송하도록 작동 가능하다. 각각의 수송 통로(68)와 수송 통로(70)에는 탱크(50)와 탱크(52)로부터의 화학약품 유동을 조절하기 위해서 작동 가능한 각각의 밸브(V5)와 밸브(V6)가 제공되어 있다. 밸브(V5)와 밸브(V6)는 또한 시스템 제어기에 의해 작동된다. 화학약품은 탱크 가압 가스 공급원(55)을 통해서 탱크(50) 및 탱크(52)로부터 방출된다. 압력 게이지(P1) 및 압력 게이지(P2)가 탱크(50) 및 탱크(52) 속의 가스 압력을 각각 모니터링하는 데 사용된다. 가스 공급원은 헬륨 또는 질소와 같은 불활성 건조 가스의 가압 스트림을 탱크(50) 및 탱크(52)로 통로(72) 및 통로(74)를 통해서 선택적으로 제공하도록 작동 가능하다. 가압 가스의 통로(72) 및 통로(74)를 통한 탱크(50) 및 탱크(52)로의 유동은 밸브(DV3) 및 밸브(DV6)에 의해 부분적으로 제어되고 탱크(50) 및 탱크(52)로부터 통로(68) 및 통로(70)로의 화학약품의 전달은 밸브(DV2) 및 밸브(DV3)에 의해 각각 부분적으로 제어된다. 밸브(DV2), 밸브(DV3), 밸브(DV6) 및 밸브(DV7)는 수동으로 작동되고 정상 시스템 작동 동안 개방된 채 유지된다. 밸브(DV1), 밸브(DV4), 밸브(DV5) 및 밸브(DV8)는 누출 시험 부분이다.
가압 가스의 또 다른 공급원이 진공을 매니폴드 어셈블리에 적용시키는 데 사용하기 위해서 당해 시스템에 포함된다. 가압 가스 공급원은 밸브(V15)에 의해 제어되는 라인으로 개방되고, 밸브(V15)가 개방되는 경우, 가스 스트림이 벤투리 노즐(78)을 통과하여 벤투리 노즐(78)로 개방되는 라인(80)에서 진공에 직면한다. 벤투리는 매니폴드로 진공을 인취하므로 시스템을 외부 진공 공급원에 연결할 필요가 없다. 추가의 밸브(V16)가 벤투리의 출구에 위치하고 있다. 밸브(V16)는 초고순도 또는 오염에 민감한 화학약품에 악영향을 미칠수 있는 산소 또는 수분 또는 공기의 역 확산을 방지한다.
다음은 탱크(50)로부터 하나 이상의 출구 통로(60, 62, 64 또는 66)로의 화학약품의 수송을 위한 밸브 순서를 설명한다. 시스템이 셔틀-셔틀 모드로 사용되는 경우, 화학약품은 대응하는 밸브를 조작함으로써 탱크(52)로부터 출구 통로(60, 62, 64 또는 66)로 유사하게 수송될 수 있다. 위에서 기재한 바와 같이, 밸브(DV2) 및 밸브(DV3)는 시스템의 정상 작동 동안 개방된 채로 유지된다. 하나 이상의 밸브(V1, V2, V3 또는 V4)는 밸브(V5) 및 밸브(V9)와 함께 개방된다. 밸브(CV1) 및 밸브(CV2)는 가스 공급원으로의 가스의 역류를 방지하는 체크 밸브이다. 밸브(DV6) 및 밸브(DV7)를 제외한 잔여 밸브들 모두는 폐쇄된다. 밸브(V9)를 개방하면 가압 가스가 가스 공급원으로부터 탱크(50)으로 도입되고 탱크(50)를 가압시켜 화학약품을 튜브(51)를 통해 라인(68)으로 밀어 내고 개방된 출구 통로를 통해 방출시킨다. 화학약품은 시스템의 정상 작동 동안 계속해서 개방되어 있는 밸브(45)를 통해 연장 튜브(41)와 연결된 라인(46)을 통해 버블러 앰풀(4)로 수송된다. 수송된 화학약품은 튜브(41)의 개방된 말단을 통해 앰풀(4)로 도입된다. 앰풀에서 적합한 충전량이 검출되는 경우, 제어기는 자동적으로 개방된 출구 밸브와 함께 밸브(V5) 및 밸브(V9)를 폐쇄시킨다. 위에서 기재한 바와 같이, 스케일(54)은 탱크(50) 속에 잔류하는 화학약품의 양을 모니터링하고, 화학약품의 양이 예정된 최소량에 도달하는 경우, 제어기는 시그널을 시스템 오퍼레이터에 제공함으로써, 시스템이 셔틀/셔틀 시스템인 경우 탱크가 캐비넷으로부터 제거된다.
시스템이, 탱크(50)가 고정 탱크이고 탱크(52)가 셔틀 탱크인 고정/셔틀 모드로 작동되는 경우, 스케일(54)은 탱크(50) 속의 화학약품의 양이 재충전 양에 도달하는 경우, 바람직하게는 용량의 약 75%인 경우에 제어기에 신호하고 제어기는 시스템 속의 교정 밸브(correct valve)를 개방하여 화학약품이 탱크(52)로부터 탱크(50)로 수송되도록 한다. 이러한 관점에서 밸브(DV2, DV3, DV6 및 DV7)를 제외한 모든 밸브들은 폐쇄된다고 가정할 때, 제어기는 밸브(V10, V5 및 V6)를 개방한다. 이는 가스 공급원으로부터 가압 가스가 화학약품을 튜브(71)을 통해서 통로(70)로 밀어내고 밸브(V5) 및 밸브(V6)를 통해서 라인(68)으로 밀어내는 데 필요한 정도로 탱크(52)를 가압한다. 이어서, 화학약품은 라인(68)을 통해서 튜브(51) 및 탱크(50)으로 유동한다. 스케일(54)이 충분한 화학약품이 탱크(52)로 수송되었음을 신호하는 경우, 제어기는 밸브(V10, V5 및 V6)를 폐쇄하여 화학약품이 탱크(52)로부터 탱크(50)으로 이동하는 것을 방지한다. 분명하게, 고정-셔틀 모드에서 탱크(52)가 고정 탱크이고 탱크(50)가 셔틀 탱크인 경우, 수송은 밸브(V10)가 아니라 밸브(V9)의 조작을 포함한다. 다른 작동 밸브는 동일하게 잔류한다.
시스템을 셔틀/셔틀 모드로 작동하는 경우에 마이크로프로세서 제어기는 양 검출기로부터 화학약품의 첨가 필요량 시그널을 접수하는 경우 제2 및 제3 화학약품 수송 라인 중 하나를 개방하도록 밸브들을 주기적으로 작동시키고, 용량 센서들 중 하나로부터 탱크가 비었다는 시그널을 접수한 이후에는 양 검출기로부터 화학약품의 첨가 필요량 시그널을 접수하는 때에 제2 및 제3 화학약품 수송 라인들 중 다른 하나를 개방하도록 밸브들을 주기적으로 작동시키고, 밸브들을 제1 화학약품 수송 라인이 폐쇄된 상태로 유지되는 상태로 유지시킨다.
고정/셔틀 모드 및 셔틀/셔틀 모드의 작동 모드 둘 다에서, 빈 탱크를 충전 탱크로 교환하는 작동 프로토콜이 있다. 다음은 상기 프로토콜의 설명이다. 대체될 빈 탱크는 고정/셔틀 모드에서 셔틀 탱크이고 셔틀/셔틀 모드에서는 탱크들이 교호될 것이다. 탱크(52)가 충전 탱크로 대체되어야 할 탱크라고 가정하면, 제어기는 스케일(56)에 의해 탱크(52)가 비었다, 즉 화학약품의 양이 튜브(71)의 하부 말단 미만이라는 신호를 접수한다.
빈 벌크 컨테이너를 교환하는 일반적인 프로토콜은 다음과 같다:
1) 대체될 벌크 컨테이너와 관련된 매니폴드 라인을 블로잉 아웃(blowing- out)하고,
2) 대체될 벌크 컨테이너와 관련된 매니폴드 라인을 퍼징시키고,
3) 연결 라인을 빈 벌크 컨테이너로부터 단절시킨 후, 새로운 벌크 컨테이너에 재연결시키는 동안 불활성 가스를 연결 라인을 통해 플러싱시키고,
4) 라인을 다시 퍼징시키고,
5) 연결부를 누출에 대해서 점검한다.
"블로잉 아웃"은 매니폴드의 라인이 화학약품으로 충전되는 경우 매니폴드 라인 속의 액체를 제거함을 의미한다. "퍼징"은 "블로잉 아웃" 작업 후 라인 속에 잔류하는 잔류 액체를 제거함을 의미한다. "플러싱"은 연결이 이루어지고 있는 라인의 오염을 제거하기 위해 라인을 통한 가스의 일정한 유동을 의미한다.
대체 순서를 개시하기 위해서, 제어기는 밸브(V15)를 개방하여 압축 가스 스트림을 벤투리(78)를 통해 밀어내고 밸브(V16)를 통해 방출시킨다. 이는 라인(80)과 라인(84)에 진공을 유도하다. 밸브(V13)는 개방되어 진공을 탱크(52)로 연장시킨다. 밸브(V8)는 개방되어 가압 가스 스트림을 가스 공급원(55)으로부터 라인(86, 88 및 70)으로 밀어낸다. 따라서, 공급원(55)으로부터의 가스 스트림은 튜브(71) 및 탱크(52) 뿐만 아니라 라인(88) 및 라인(70)을 통과하고 라인(84) 및 라인(80)을 통해서 벤투리(78)로 통과하고 밸브(V16)를 통과한다. 밸브(V16)는 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품에 해로운 산소 또는 수분 또는 공기의 역확산을 방지한다. 가스 공급원으로부터의 건조 가스는 라인(88) 및 라인(70) 속의 잔류 화학약품을 탱크(52)로 수송되도록 한다. 위에서 언급한 밸브 상태는 잔류 화학약품 라인을 퍼징하는 데 필요한 예정된 시간 동안 유지된다. 라인의 잔류 화학약품을 퍼징시킨 후, 모든 자동 밸브는 폐쇄되고 시스템 오퍼레이터는 탱크(52) 상부의 수동 밸브(DV6) 및 밸브(DV7)를 폐쇄시키도록 지시된다.
모든 시스템 오퍼레이터가 밸브가 폐쇄되었음을 시스템 제어기에게 신호한 후, 제어기는 밸브(V15)를 개방하여 압축 가스를 벤투리(78)를 거쳐 밸브(V16)로 방출시킨다. 이는 라인(80) 및 라인(84)에 진공을 유도한다. 밸브(V13) 및 밸브(V14)는 개방되어 진공을 탱크 밸브(DV6) 및 밸브(DV7) 위에서 라인(74, 90, 70 및 88)로 연장시킨다. 상기 밸브 상태는 라인 및 탱크 밸브에 대해서 예정된 시간 동안 진공을 적용하는 상태로 유지된다. 그 다음, 밸브(V15) 및 밸브(V13)를 폐쇄하고, 밸브(V8)를 개방하여 가압 가스 스트림을 가스 공급원(55)으로부터 라인(86, 88, 70, 90 및 74)으로 통과시킨다. 따라서, 공급원(55)으로부터의 가스 스트림을 예정된 시간 동안 탱크 밸브(DV6) 및 탱크 밸브(DV7)에 대해서 뿐만 아니라 라인(88, 70, 90 및 74)에도 적용한다.
라인 및 탱크 밸브에 대해서 진공 및 압력을 교호적으로 가하는 위의 퍼징 반복주기를 목적하는 반복주기 동안, 통상적으로 약 10회 반복한다. 필요한 퍼징 반복주기가 완료되면, 모든 자동 밸브는 폐쇄되고 제어기는 밸브(V8) 및 밸브(V10)를 개방하여 탱크가 대체되면서 라인(70) 및 라인(74)을 통해 가스가 유동하도록 한다. 이는 탱크가 제거되고 새로운 탱크가 설치되는 동안 공기가 가요성 연결 라인에 도입되는 것을 방지한다. 시스템 오퍼레이터는 탱크(52)를 캐비넷으로부터 제거하고 충전된 보충 탱크를 설치하도록 지시 받는다. 시스템 오퍼레이터가 새로 운 탱크가 설치되었음을 나타낸 후, 밸브(V8) 및 밸브(V10)는 폐쇄된다. 이어서, 제어기는 밸브(V15)를 개방하여 압축 가스 스트림이 벤투리(78)를 통해 유동하고 밸브(V16)로 방출되도록 한다. 이는 라인(80) 및 라인(84)에 진공을 유도한다. 밸브(V13) 및 밸브(V14)는 개방되어 진공을 라인(74, 90, 70, 88)로 확장시키고 탱크 밸브(DV6 및 DV7)로 확장시킨다. 충분한 진공 유도 시간 후, 제어기는 밸브(V13) 및 밸브(V15)를 폐쇄시킨다. 이어서, 제어기는 라인 및 밸브(DV6 및 DV7)에 대한 압력을 압력 게이지(P2)(이는 압력 게이지(P1)와 동일한 압력 변환기이다)를 통해서 모니터링한다. 압력의 상승은 새로운 탱크에 대한 연결부에서의 누출을 나타낸다. 누출이 검출되지 않으면 시스템은 위의 퍼징 반복 주기를 반복하고 반환된다. 오퍼레이터는 시스템을 자동 작동으로 수동으로 반환시켜 위에서 기재한 바와 같이 작동된다.
시스템이 고정/셔틀 모드 또는 셔틀/셔틀 모드로 작동되는지에 상관없이 빈 탱크가 충전 탱크로 대체되는 경우에 대체/퍼징 과정이 일어난다는 것을 주지한다. 시스템 제어기를 프로그래밍된 작동 모드, 즉 고정/셔틀 또는 셔틀/셔틀 작동 모드로 작동시키기 위해서, 시스템 오퍼레이터는 단지 제어기를 활성화시켜 시스템의 자동 작동을 재개시키는 것이 필요하며, 이는 시스템에 제공된 키보드를 통해서 달성된다.
분배 시스템은 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품이 도관을 통해서 반도체 가공 스테이션으로 공급되는 화학약품 공급 앰풀(4)을 포함하는 화학약품 온도 제어기를 포함한다. 당해 시스템에서, 화학약품은 질소와 같은 불활성 가스 스트림 속에서 가공 스테이션으로 전달된다. 질소 가스 스트림은 앰풀(4) 속의 화학약품 계면 아래로 연장되어 있는 튜브(41)로 개방되어 있는 라인으로부터 화학약품 공급 앰풀(4)로 공급된다. 질소 가스 스트림은 앰풀(4) 속의 자유 공간으로 액상 화학약품을 통해서 상승하는 버블의 상승 유동물을 형성하고, 자유 공간을 습윤시키고 가압하는 작용을 하며 출구(20)를 통해서 앰풀(4)의 외부로 유동하여 가공 스테이션으로의 라인으로 유동하는 가공 가스의 가압되고 화학약품으로 습윤된 스트림을 생성시킨다. 분지 라인은 공정 개시 동안 시스템으로부터 가공 가스 스트림을 일시적으로 배기시키는 데 사용될 수 있다. 밸브들은 가공 가스 스트림의 유동 방향을 조절하기 위해서 선택적으로 작동 가능하다. 가공 스테이션 속의 대기의 조성은 가스 물질 유동 조절기에 의해 조절되는 라인을 통해서 가공 스테이션으로 허용된 가스에 의해 조절된다.
온도 제어기는 앰풀(4) 속의 액상 화학약품을 적합한 작동 온도에서 유지시키는 히터를 포함한다. 전기 라인 센서와 화학약품 양 센서 어레이를 통해 온도 제어기에 연결된 화학약품 온도가 앰풀(4)에 위치한다.
앰풀(4) 속의 화학약품의 양은 앰풀(4)를 구성하는 재료에 의존하는 방식으로 감지된다. 예를 들면, 석영 앰풀이 사용되는 경우, 양 감지는 앰풀(4)이 위치하는 버블러의 부분에 위치하는 수직 이격된 수용체 및 빔 방출기를 통해서 수행된다. 수용체들 중의 하나는 재충전 개시 수용체이다. 방출기는 석영 앰풀을 통해서 앰풀의 반대편에 위치하는 각각의 수용체에 시그널을 보낸다. 액체의 양이 방출기 시그널이 액체를 통과할 정도인 경우, 액체의 굴절률은 방출기 빔이 충분히 굴곡되어 재충전 개시 수용체가 방출기 빔을 보지 못하도록 한다. 이러한 상태가 지속되는 한, 앰풀 재충전 프로그램은 활성화되지 않는다. 액체 양이 방출기 시그널 빔 경로 미만으로 떨어지는 경우, 재충전 개시 수용체는 시그널 빔을 감지하고 시스템 제어기에 재충전 개시 프로그램 활성화 시그널을 전송시킨다.
적당량의 화학약품이 재충전 작업 동안 앰풀에 첨가되는 것을 보장하기 위해서, 하나 이상의 액체 양 센서를 시스템에 제공한다. 센서들은 예정된 위치에 수직으로 이격되어 있다. 가장 아래의 센서가 "재충전 개시" 센서이다. 중간 센서는 재충전 중지 센서이고 가장 상부 센서는 "과충전" 센서이다. 재충전 중지 센서는 시스템 제어기에 앰풀이 적당히 재충전되었음을 나타내는 시그널을 전송하도록 작동가능하고 과충전 센서는 재충전 중지 센서에 대한 지원자로서 작용하고 과충전 상태의 경우에 경보 신호를 활성화시킨다. 석영 앰풀을 사용하는 경우, 재충전 중지 센서와 과충전 센서는 방출기 빔이 액상 화학약품을 통해서 통과시킴으로써 편향되는 경우에 시스템 제어기에 신호하도록 작동 가능한 한편, 재충전 개시 센서는 방출기 빔이 액상 화학약품을 통해서 통과함으로써 편향되지 않는 경우에 시스템 제어기에 신호하도록 작동 가능하다.
앰풀(4)이 스테인레스 강인 경우, 화학약품의 양은 바람직하게는 일반적으로 기호 31로 표시되고 앰풀의 상부에 삽입되어 있으며 앰플에서 화학약품의 양이 감지되어야 하는 영역으로 연장되어 있는 일련의 프로브를 통해 감지된다. 각각의 프로브는 바람직하게는 비스듬한 말단을 갖는 석영 로드로 이루어진다. 시그널 빔 방출기/수용체 부품(47)은 각각의 로드의 상부에 탑재되고 각각의 로드를 통해서 시그널 빔을 아래로 보낸다. 시그널 빔은 화학약품의 양이 로드의 말단 미만인 경우에 로드의 비스듬한 말단에 의해 내부로 반사된다. 로드의 비스듬한 말단이 액상 화학약품에 침지되는 경우, 시그널 빔은 로드의 비스듬한 말단으로부터 화학약품으로 굴절되고 화학약품 전체에 걸쳐 산란된다. 따라서, 재충전 개시 로드(49)의 비스듬한 말단이 화학약품에 침지되는 경우, 이의 방출기/수용체(47)는 광 빔을 검출하지 못하고 재충전 개시 프로그램을 활성화하지 못한다. 3개의 화학약품 액체 양 센서 프로브가 존재하는데, 하나(49)는 재충전 개시 양을 검출하는 것이고, 또 하나(31)는 충전 양을 검출하는 것이고, 또 다른 하나(53)는 과충전 양을 검출하는 것이다. 방출기/수용체(47)는 온도 제어기 속에 포함되어 있는 센서 도관 또는 제어 일렉트로닉스에 연결되어 있다. 제어 일렉트로닉스는 라인을 통해서 시스템 제어기에 연결되어 있고, 제어기는 퍼징 가스와 화학약품 공급 매니폴드 및 밸브, 및 벌크 화학약품 공급 탱크를 포함하고 있는 캐비넷 속에 하우징되어 있다.
제어기 마이크로프로세서는 시스템에 대한 작동 파라미터를 내부에 입력하고 시스템의 각종 하드웨어 부품을 조절하고 제어하여 저장소 앰풀(4) 속의 적합한 화학약품 충전량, 시스템 속의 각종 밸브의 적당한 작동 및 다음에 지적될 추가로 예정된 적합한 작동 파라미터들을 유지하도록 작동 가능한 프로그래밍된 마이크로프로세서이다.
캐비넷은 키보드와 모니터(이들은 시스템의 전기 부품들을 수용하고 있는 캐비넷의 전기 영역에 들어 있다)를 포함하는 마이크로프로세서 제어기 영역을 포함한다. 프로그래밍 가능한 논리 제어기(PLC)가 또한 제어기를 작동하는 데 사용될 수 있다. PLC를 사용하는 경우, 본 발명은 ADAC 보드를 필요로 하지 않고 터치 스크린 플랫 패널 디스플레이(touch screen flat panel display)를 제어한다. 터치 스크린 플랫 패널 디스플레이를 사용하면 키보드, 마우스, 디스크 드라이브 및 내부 하드 드라이브가 필요 없다. 캐비넷의 하부에는 2개의 벌크 화학약품 공급 탱크(50) 및 벌크 화학약품 공급 탱크(52)가 들어 있고 벌크 공급 탱크에 대한 접근을 허용하는 한 쌍의 나란한 도어(door)를 갖는다. 캐비넷의 하부에는 위에서 언급한 화학약품 및 작동 유체 유동 제어 매니폴드 및 밸브가 모두 들어 있다. 밸브는 바람직하게는 가압 공기의 공급원(이는 캐비넷 외부에 위치하고 있고 수송 라인을 통해 매니폴드 시스템에 연결되어 있다)에 의해 작동되는 공기 밸브이다. 라인을 통한 압축 공기 유동의 제어는 전기 영역에 들어 있는 전기 솔레노이드 밸브를 통해 수행된다. 가압 가스의 공급원은 캐비넷의 외부에 위치한다.
캐비넷은 시스템을 작동시키는 데 사용되는 전기 영역 및 화학약품 영역을 갖는다. 시스템의 상부 전기 영역은 모니터, 키보드, 마우스, 플로피 디스크 드라이브 및 하드 드라이브와 같은 제어기 컴퓨터 CPU 부품을 포함하거나, 다르게는 터치 스크린 플랫 패널 디스플레이를 포함한다. 당해 제어기는 밸브 매니폴드에서 솔레노이드 밸브의 작동을 제어하는 계면 보드로부터 아날로그 시그널을 수용하여 아날로그 시그널을 제어기 컴퓨터에 대한 디지탈 시그널로 전환시키는 아날로그 대 디지탈 제어기 보드에 연결되어 있다. 계면 보드는 또한 벌크 탱크 스케일 또는 중량 센서 둘 다에 연결되어 있고 이들 둘 다로부터 시그널을 수용하고 라인을 통해서 앰풀 충전량 센서로부터 시그널을 수용하고 압력 게이지(P1 및 P2)로부터 시그널을 수용한다. 솔레노이드 밸브 매니폴드는 라인으로부터 압축 가스를 수용하고 압축 가스를 위에서 언급한 매니폴드 어셈블리에 들어 있는 공기 밸브로 개별 관형 연결부를 통해서 선택적으로 전달한다. 따라서, 하나의 솔레노이드 밸브는 매니폴드 속의 공기 밸브들 중의 하나와 각각 작동 가능하게 짝지워져 있다. 키보드 또는 마우스로부터의 오퍼레이터 입력 데이타 뿐만 아니라 개시/중지 시그널, 중량 스케일 및 압력 게이지로부터 수용된 입력 데이타에 따라서, 제어기는 매니폴드의 솔레노이드 밸브 및 매드폴드의 공기 밸브(V1 내지 V5)의 작동을 지시한다. 제어기는 또한 수동으로 수행되어야 한는 임무에 대해 모니터를 통해 시스템 오퍼레이터에 신호하고 자극한다.
본 발명에 따라서 구성되는 경우, 동일한 전기 부품들 및 화학약품 성분들을 함유하는 동일한 시스템 매니폴딩이 두 가지 상이한 모드들 중 하나로 작동될 수 있음은 쉽게 이해될 것이다. 유일한 차이점은 제어기 컴퓨터의 하드 드라이브에 들어 있는 오퍼레이팅 프로그램이다. 따라서, 본 발명에 따라서 구성된 시스템은 고정/셔틀 또는 셔틀/셔틀 작동 모드를 사용하는 종래의 가공 설비에 사용 가능하다. 또한, CV1 및 CV2가 존재함으로써 단지 하나의 벌크 공급 컨테이너를 사용할 수 있어, 추가의 컨테이너가 필요없다. 모듈 자동 재충전 시스템은 매우 융통성이 있고 모듈 확장 가능한 자동 재충전 시스템에서 모듈의 수를 조정함으로써 목적하는 수의 버블러를 연결하고 제어하도록 한다. 본 발명의 시스템의 다재다능성은 매니폴딩이 가공 설비의 작동 모드에 좌우되는 화학약품 전달 어셈블리에 있어서 통상적인 매니폴딩에 대한 필요성을 제거한다. 도 2는 단지 하나의 가압 벌크 화 학약품 공급 탱크 및 하나의 화학약품 공급 앰풀을 갖는 초고순도 화학약품 또는 오염에 민감한 화학약품 분배 시스템의 개요도이다.
도 3은 시스템을 작동시키는 데 사용되는 케비넷의 전기 영역 및 화학약품 영역의 블록 다이아그램이다. 시스템의 상부 전기 영역은 프로그래밍 가능한 논리 제어기(PLC)를 포함한다. PLC 제어기는 CPU, 아날로그 입력기, 디지탈 입력기 및 출력기 및 전원을 포함한다. 제어기는 시그널을 용량 또는 중량 스케일 및 압력 변환기(P1 및 P2)로부터 직접 취하는 아날로그 입력기에 연결되어 있다. 아날로그 시그널은 밸브 매니폴드(114) 속의 솔레노이드 밸브의 작동을 제어하는 제어기 컴퓨터를 위해 디지탈 시그널로 전환된다. PLC 모듈은 계면 보드에 연결된다. 계면 보드는 요구되는 전원과 계면 일렉트로닉스를 포함한다. 압력 변환기 및 스케일은 PLC의 아날로그 카드에 연결되어 있다. 진공 스위치, 누출 센서 및 도어 센서 입력 데이타가 계면 보드에 연결되어 있다. 계면 일렉트로닉스는 또한 관련 가공 장치로부터 입수된 시그널을 해석한다. PLC로부터의 명령시, 계면 보드는 시그널을 솔레노이드 밸브의 뱅크로 보낸다. 솔레노이드 밸브는 연관류 매니폴드 속의 공기 밸브로의 압축 가스 유동을 제어한다. 솔레노이드 밸브 매니폴드(114)는 압축 공기를 수용하고 압축 공기를 개별 관형 연결부(116)를 통해서 매니폴드 어셈블리(58) 속에 들어 있는 위에서 기재한 공기 밸브로 전달한다. 따라서, 하나의 솔레노이드 밸브는 매니폴드(58) 속의 공기 밸브들 중의 각각 하나와 작동 가능하게 쌍을 이룬다. 키보드 또는 마우스로부터의 오퍼레이터 입력 데이타 뿐만 아니라 개시/중지 시그널, 중량 스케일 및 압력 게이지로부터 수용된 입력 데이타에 따라서, 제어기는 매니폴드(114) 속의 솔레노이드 밸브 및 매니폴드(58) 속의 공기 밸브(V1 내지 V15)의 작동을 지시한다. 제어기는 또한 수동으로 수행되어야 하는 임무에 대해서 터치 스크린 모니터를 통해 시스템 오퍼레이터에 신호하고 자극한다.
본 발명에 따라서 구성되는 경우 동일한 전기 부품 및 화학약품 부품을 포함하는 동일한 시스템 매니폴딩이 두 가지의 상이한 모드로 작동될 수 있을 거라는 것은 쉽게 이해될 것이다. 유일한 차이점은 제어기 컴퓨터에서의 작동 프로그램이다. 따라서, 본 발명에 따라서 구성된 시스템은 고정/셔틀 작동 모드 또는 셔틀/셔틀 작동 모드를 사용하는 종래의 가공 설비에 사용 가능하다. 본 발명의 시스템의 증가된 다재다능성은 매니폴딩이 가공 설비의 작동 모드에 좌우되는 화학약품 전달 어셈블리에서의 통상적인 매니폴딩에 대한 필요성을 제거한다.
본 발명은 진공 펌프를 필요로 하지 않지만 초고순도 자연 발화성 유기금속(PMO) 화학약품에 대해 안전한 모듈 자동 재충전 시스템을 제공한다. 당해 시스템은 또한 작동 장치로부터 워크 실린더(버블러)를 제거할 필요가 없고 서로 독립적으로 다수의 화학약품 수용 버블러를 제어한다. 당해 시스템은 또한 제거된 모듈의 마이크로프로세서를 손상시키거나 해치지 않으면서 잔여 모듈의 작동 동안에 자동 재충전 시스템으로부터 제거될 수 있는 각각의 모듈에 대한 독립 제어 모듈을 갖는다. 본 발명의 또 다른 특성은 자동 재충전 시스템이 하나 이상의 버블러를 단일 벌크 컨테이너로부터의 초고순도 화학약품으로 충전시키는 데 사용될 수 있다는 점이다.
당해 자동 재충전 시스템에 의해 보충된 액상 화학약품에 의한 캐리어 가스의 포화도는 변하지 않는다. 다른 불활성 캐리어 가스들은 통상적으로 사용되는 수소 캐리어 가스를 희석시키지 않는다.
또한, 당해 시스템에 있어서, 모든 디지탈 입력기/출력기는 마이크로프로세서로부터 전기적으로 분리되어 있다. 모든 모듈들은 그들 자체의 마이크로프로세서와 주변 일렉트로닉스를 갖는 분리 독립형 유닛이다. 하나의 버블러를 제어하는 하나의 모듈이 고장나는 경우, 잔여 모듈 및 버블러 제어기들은 정상적으로 작업을 계속한다. 고장난 모듈 또는 버블러의 교체가 잔여 모듈, 버블러 및 이들의 관련 유기금속 화학약품 증착(MOCVD) 기계의 작동을 방해하지 않는다. 분리 모듈들은 유닛에서 뽑고/꽂는 방식으로 고안되어 있기 때문에 신속하고 쉽게 대체된다. 각각의 마이크로프로세서 제어 모듈은 이의 벌크 화학약품 수송 라인이 이의 대응하는 작업 컨테이너로 PMO 화학약품을 배수하도록 하여 PMO 연소 위험을 감소시킨다. 화학약품 수송 라인은 초고순도 수소 가스를 사용하여 충전 모드들 사이에 역충전된다. 작업 컨테이너 또는 벌크 화학약품 공급 탱크에는 과잉량 검출기(이는 극한량 상태를 신호하도록 배열되어 있다)가 장착되어 있다. 가스 벤투리는 벌크 화학약품 공급 컨테이너를 교체하기 전에 수송 라인으로부터 PMO 증기를 제거하는 데 사용된다.
이러한 모듈 자동 재충전 시스템은 수용 버블러 속의 액상 화학약품의 온도를 전복시키지 않으므로 방출 가스의 포화량은 심하게는 변하지 않는다. 또한, 벌크 컨테이너는 헬륨 누출 검출기를 사용하도록 구비된다. 이런 식으로 시스템은 대기 오염을 방지할 수 있어 벌크 실린더의 교체 후에도 생성물 순도를 유지할 수 있다. 초고순도 PMO 화학약품 버블러를 화학약품으로 재충전시키기 위해서 MOCVD 기계의 항온 수조로부터 버블러를 제거할 필요가 없거나, 대응하는 MOCVD 기계의 작동이 자동 재충전 작업 동안에 악영향을 받지 않기 위해서 및 실화 가능성을 급격히 감소시키기 위해서 이들 위치에 새로운 버블러를 설치할 필요가 없다.
또한, PMO 수송 라인은 재충전 시스템의 대충전 작동 모드들 사이에 MOCVD 기계의 정상 작동 모드 동안 PMO 액상 화학약품을 제거하고 수소 가스가 재충전 모드들 사이의 수송 라인으로 역충전되고, 그렇지 않은 경우, MOCVD 기계의 작동 캐리어 가스는 교란되지 않는다. 재충전 시스템의 대기 모드 동안에 공기의 매니폴드로의 역확산은 제거되고 매니폴드 속에서의 금속 산화물 형성 및 부수 상황이 방지된다. 밸브(V16)에 커플링된 벤투리는 벌크 실린더 교체가 수행되기 전에 수송 라인으로부터 해로운 PMO 화학약품 증기를 제거하는 데 사용된다.
이들 및 기타 목적, 특성 및 이점은 잔여 모듈의 작동에 악영향을 미치지 않으면서 자동 재충전 시스템 속의 손상되거나 고장난 모듈을 신속하고 용이하게 대체하도록 하는 모듈 자동 화학약품 재충전 시스템에 의해 수득되어, 시스템 속의 다수의 버블러 중에서 어느 하나는 중단 없이 계속 작동하여 버블러로부터 대응하는 MOCVD 기계로 화학약품을 계속 공급할 수 있다. 모듈 자동 재충전 시스템은 각각의 버블러 속의 액상 화학약품의 양을 감지하고 대응하는 항온 수조으로부터 버블러의 제거를 필요로 하지 않거나 온도, 가스 조성 및 캐리어 가스의 액상 PMO 화학약품 포화도에 상당한 영향없이 또는 산소를 재충전 시스템 또는 MOCVD 기계로 도입시키지 않으면서 버블러 속에 액상 화학약품을 작업 수준으로 자동으로 재충전시킨다.
본 발명에 따르는 몇몇 양태들을 제시하고 기재하였지만, 당해 양태들은 당해 기술분야의 숙련가들에게 분명한 다수의 변화가 가능함은 분명히 이해될 것이다. 따라서, 제시하고 기재한 상세한 설명에 제한하고자 하지 않으며 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 변화 및 변형을 제시하고자 한다.

Claims (19)

  1. 하나 이상의 제1 액상 화학약품 저장소(a),
    하나 이상의 제2 액상 화학약품 저장소(b),
    화학약품 재충전 시스템에 캐리어 가스를 공급하는 수단(c),
    캐리어 가스 공급 수단과 제1 액상 화학약품 저장소, 캐리어 가스 공급 수단과 제2 액상 화학약품 저장소, 및 제1 액상 화학약품 저장소와 제2 액상 화학약품 저장소를 각각 연결하는 도관 수단(d),
    가스 도입구, 가스 출구 및 배기 가스 출구를 포함하는 하나 이상의 벤투리(e)(이는 캐리어 가스 공급 수단과 제1 및 제2 액상 화학약품 저장소 사이에 위치한다) 및
    배기 가스 출구 근처에 위치하는 하나 이상의 밸브(f)(이는 산소 또는 기타 오염물이 시스템 속으로 확산되는 것을 방지한다)를 포함하는, 화학약품 재충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제1 화학약품 저장소가 벌크 화학약품 공급 탱크인, 화학약품 재충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 제2 화학약품 저장소가 앰풀이고 제1 화학약품 저장소로부터 화학약품을 받아서 화학약품 사용 수단에 화학약품을 전달하는, 화학약품 재충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 도관 수단이 화학약품 재충전 시스템을 화학약품 사용 수단에 연결하는, 화학약품 재충전 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 제1 화학약품 저장소와 제2 화학약품 저장소에 잔류하는 화학약품의 용량을 모니터링할 수 있는 용량 센서를 추가로 포함하는, 화학약품 재충전 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 용량 센서가 광 센서, 열 전도 센서, 커패시턴스 센서, 중량 센서, 음파 센서, 스케일 및 질소 배압 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 센서인, 화학약품 재충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 용량 센서가 제1 화학약품 저장소와 제2 화학약품 저장소에 들어 있는 유리 로드를 사용하는 광 센서인, 화학약품 재충전 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 용량 센서가 제1 화학약품 저장소와 제2 화학약품 저장소에 들어 있는 서미스터를 사용하는 열 전도 센서인, 화학약품 재충전 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 제1 화학약품 저장소와 제2 화학약품 저장소 각각이 액체 온도 센서를 추가로 포함하는, 화학약품 재충전 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 화학약품 재충전 시스템을 선택적으로 작동시키기 위한 마이크로프로세서 제어기 수단을 추가로 포함하는, 화학약품 재충전 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 마이크로프로세서 제어기 수단이 프로그래밍 가능한 논리 제어기인, 화학약품 재충전 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 2개의 제1 화학약품 저장소와 2개의 제2 화학약품 저장소를 포함하는, 화학약품 재충전 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 제1 화학약품 저장소 사이에 도관 수단을 제어하는 2개 이상의 체크 밸브를 추가로 포함하는, 화학약품 재충전 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 제1 화학약품 고정 저장소의 사용과 제1 화학약품 셔틀 저장소의 사용을 포함하는 고정/셔틀 모드로 또는 다수의 제1 화학약품 셔틀 저장소의 사용을 포함하는 셔틀/셔틀 모드로 시스템을 선택적으로 작동시키는 마이크로프로세서 제어기 수단을 추가로 포함하는, 화학약품 재충전 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 화학약품이 자연 발화성 화학약품인, 화학약품 재충전 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 화학약품이 자연 발화성 액상 유기 금속 화학약품인, 화학약품 재충전 시스템.
  18. 다수의 독립적으로 작동하는 마이크로프로세서 제어 모듈(여기서, 각각의 모듈은 각각의 제1 화학약품 저장소에 전기적으로 연결되고 대응하는 제1 화학약품 저장소의 재충전 작업을 제어하도록 프로그래밍되어 있다)을 포함하는 마이크로프로세서 제어기 수단을 추가로 포함하는 화학약품 재충전 시스템을 사용하는 단계(a),
    대응하는 제1 화학약품 저장소 속의 화학약품의 용량을 모니터링하는 단계(b)(여기서, 각각 독립적으로 작동하는 마이크로프로세서 제어 모듈은 잔여 마이크로프로세서 제어 모듈 및 이의 대응하는 제1 화학약품 저장소의 작동을 중단시키지 않으면서 마이크로프로세서 제어기로부터 제거될 수 있다),
    용량 센서로부터 경보 상태를 감지하는 단계(c) 및
    감지 단계(c)를 통해서 작동 저장소를 재충전시키거나 자동 재충전 라인을 중단시키는 단계(d)(여기서, 모든 마이크로프로세서 제어 모듈들은 제1 화학약품 저장소 속의 센서로부터의 낮은 수준 또는 저압 경보 상태 감지시 동시에 작동하여 제1 화학약품 저장소로부터 작동을 중지시킨다)를 포함하는, 화학약품 수송방법.
  19. 제1항의 화학약품 재충전 시스템을 제공하는 단계(a),
    하나 이상의 제1 액상 화학약품 저장소를 캐리어 가스로 가압하는 단계(b) 및
    하나 이상의 제1 액상 화학약품 저장소 속에 들어 있는 액상 화학약품을 가압하에 도관 수단을 통해 밀어내어 하나 이상의 제2 액상 화학약품 저장소를 액상 화학약품으로 충전시키는 단계(c)를 포함하는, 액상 화학약품 수송방법.
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