KR101273008B1

KR101273008B1 - 유체 압력 제어방법

Info

Publication number: KR101273008B1
Application number: KR1020077020104A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 거켄
Original assignee: 에어 리퀴드 일렉트로닉스, 유.에스. 엘피
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2013-06-10
Also published as: JP2008531426A; EP1858795A2; EP1858795B1; TWI356805B; US7810516B2; IL185291A0; JP5024882B2; WO2006096646A2; US20060196884A1; TW200710016A; IL185291A; WO2006096646A3; EP1858795A4; KR20070116805A

Abstract

반도체 공정 장비에 대해 공정 유체를 제공하기 위한 개선된 벌크 유체 분배 시스템. 교호형 압력 용기 엔진을 가지는 상기 개선된 시스템은, 분배 용기 내의 유체의 무게 변화로부터의 헤드 압력 손실로 인한 벌크 유체 공급 라인에서의 압력 변동을 실질적으로 제거한다. 상기 시스템은 또한 상기 유체 공급 라인 내의 유동 조건을 유연성 있게 제어할 수 있도록 한다.

유체 분배 시스템, 유체 압력, 유체 중량

Description

벌크 유체 반송 시스템 내의 유체 상태 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING FLUID CONDITIONS IN BULK FLUID DELIVERY SYSTEMS}

본 발명은 벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 압력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 제조 공정 또는 다른 관련 분야에서 사용되는 공정장비에 공급하는 벌크 유체 공급 라인 내의 반도체 공정 유체(예를 들면, 초 고순도 또는 슬러리 유체)의 압력을 제어하기 위한 개선된 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조는 종종 200 공정 단계 이상을 필요로 하는 복잡한 공정이다. 각 단계는 고 수율의 반도체 장치를 제조하기 위하여 일련의 최적 조건들을 필요로 한다. 이 공정 단계들 중 많은 단계는, 그중에서도 특히 제조 공정 중 장치 표면을 에칭, 노출, 코팅 및 연마하기 위해서 유체 사용을 필요로 한다. 고 순도 유체의 적용시에, 완성된 장치에서 결함을 방지하기 위하여 유체는 미립자 및 금속 오염물질들이 사실상 없어야 한다. 화학-기계적 연마 슬러리 적용시에, 유체는 장치 표면을 긁을 수 있는 큰 입자가 없어야 한다. 더욱이, 제조 공정 동안, 공정 변동 및 제조 비가동을 피하기 위하여 여러 가지 단계를 실행하는 공정 장비에 안정되고 충분한 유체 공급이 필요하다.

진공-압력 엔진을 갖는 벌크 유체 분배 시스템은, 1990년대에 반도체 시장에 도입된 이래로, 반도체 제조 공정에서 중요한 역할을 하여 왔다. 이 시스템은, 실질적으로 퍼플루오로알콕시(perfluoroalkoxy)(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene)(PTFE) 등과 같은 비활성 습식 물질로 구성되기 때문에, 그리고 그들이 유체를 공급하기 위한 동력으로서 비활성 가압 가스를 사용하기 때문에, 그들은 실질적으로 상기 공정 유체의 미립자 및 금속 오염의 원인이 되지 않는다. 추가로, 단일의 벌크 유체 분배 시스템은, 복수의 공정 장비에 충분한 압력으로 공정 유체를 계속적으로 공급할 수 있다. 이리하여, 진공-압력 유체 분배 시스템의 도입은 반도체 시장에서 중요한 필요성이 있다.

많은 이유(예를 들면, O-링 고장, 밸브 고장 또는 오염된 유입 유체) 때문에, 벌크 유체 분배 시스템은 유체 공급 라인에 필터를 포함한다. 그러나, 필터를 통하여 유체의 유속이 갑작스럽게 변화하는 경우, 상기 필터에 대한 수압 충격을 발생시키게 되고, 그것은 결과적으로 이전에 필터링된 입자들이 유체 내로 방출되고 그리하여 입자 농도의 급증(spike) 원인이 된다. 필터를 통과하는 유체의 유속을 최소값으로 유지하는 것이 입자 방출을 감소시킨다 하더라도 상기 문제가 없어지지 않는다. 따라서, 상기 유체의 압력 및 유속 변동은 결과적으로 상기 유체의 입자 농도를 변동시킬 수 있고, 그것은 반도체 웨이퍼의 결함을 발생시킬 수도 있게 된다.

더욱이, 전술한 바와 같이, 유체 분배 시스템은 종종 많은 장비에 공급한다. 장비가 공정 유체를 요구하는 경우, 상기 유체는 공급 라인으로부터 펌프되어 상기 공급 라인 내의 유체 압력을 약 5 내지 약 25 psi 만큼 떨어뜨린다. 이하에, 추가로 기술되는 바와 같이, 진공-압력 엔진을 가지는 통상적인 유체 분배 시스템은, 공급 라인에서의 압력 변동을 발생시킬 수 있고 그것은 상기 장비에 공급되는 유체의 유동 및 순도 조건들에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기 공급라인 내의 유체의 압력 및 유속 변동을 최소화하거나 제거하는 유체 분배 시스템이 필요하다.

도 1a는 공정 유체를 반도체 공정 장비에 공급하는데 사용되는 표준 진공-압력 유체 분배 시스템을 도시한다. 진공-압력 유체 분배 시스템의 다른 형태는 미국 특허 제 5,330,072호 및 제 6,019,250호에 기술되며, 그것은 이하에 참고자료로 포함된다.

도 1a를 참조하면, 진공-압력 유체 분배 시스템은 통상적으로 두 개의 압력-진공 용기(101 및 103)를 포함한다. 각 용기는 적어도 두 개의 유체 레벨 센서(105, 107, 109, 및 111)(예를 들면, 용량성 센서)를 구비한다. 센서(105 및 109)는 용기(101 및 103)에서 낮은 유체 레벨 상태를 각각 측정하고; 센서(107 및 111)는 용기(101 및 103)에서 높은 유체 레벨 상태를 각각 측정한다. 유체원(113)으로부터의 공정 유체는 2-방향 밸브(115)를 통하여 용기(101) 내로 유입되고 2-방향 밸브(117)를 통하여 용기(103) 내로 유입된다. 상기 유체는 2-방향 밸브(119)를 통하여 용기(101)로부터 배출되고 2-방향 밸브(121)를 통하여 용기(103)로부터 배출된다. 용기(101) 또는 용기(103)로부터 배출된 후, 상기 유체는 벌크 공정 유체 공급 라인(123)을 통하여 흐른다.

충전 사이클 동안, 진공-발생 장치(125) (예를 들면, 흡기기 또는 벤투리)는 상기 용기(101) 내 진공을 만들어서 상기 유체를 끌어 들인다. 유체가 충전 사이클 동안 용기(101) 내로 유입될 때, 2-방향 밸브(115 및 127)가 개방되고 3-방향 밸브(129)가 위치"A"에 있게 된다. 진공이 용기(101)에서 가동될 때, 용기(101) 내 임의의 가스는, 유체원(113)으로부터의 유체가 용기 내로 유입될 때 배기구(미도시)로 흐른다. 유체가 레벨 센서(107) (예를 들면, 용량성 센서)에 도달하면, 밸브(115, 127 및 129)는 가동 중지되고 진공도 중단된다.

분배 사이클 동안, 질소 등과 같은 비활성 가스(131)는 "종속" 조절기(133) 를 통하여 그리고 3-방향 밸브(129)의 위치 "B"를 통하여 용기(101) 내로 유입된다. 용기(101)는 처음에 소정의 값까지 가압되고, 그 후 밸브(119)는 유체가 밸브(119)를 통하여, 필터(미도시)를 통하여, 그리고 벌크 유체 공급 라인(123) 내로, 비활성 가스 압력의 힘 하에서 흐르도록 개방된다. 상기 용기(101)는 유체가 낮은 레벨 센서(105)에 도달할 때 까지 유체를 분배하고, 그 지점에서 밸브(119)는 폐쇄되고 상기 충전 사이클이 다시 개시된다.

동작 동안, 용기(101 및 103)는, 용기(101)가 충전 중인 때 용기(103)는 분배하도록 충전 및 분배 사이클 사이에서 교대한다. 용기(103)의 충전 사이클 동안, 밸브(117 및 127)는 개방되고 밸브(137)는 위치 "A"에 있다. 용기(103)에서 분배 사이클 동안, 비활성 가스(131)는 종속 조절기(135) 및 밸브(137)의 포트 "B"를 통하여 흐르고, 그리하여 용기(103) 내 유체를 가압하고 그것을 밸브(121)를 통하여 공급 라인(123)으로 이동시킨다. 용기(103) 내의 분배 사이클의 끝에, 상기 용기들은 스위치 전환되어, 상기 용기(103)는 충전 사이클을 개시하고 상기 용기(101)는 분배 사이클을 개시하게 된다. 특히, 진공-발생 장치(125)는, 상기 공급 라인(123)으로 유체를 연속적으로 흐르도록 하기 위하여, 상기 용기들이 분배하는 것보다 더 빨리 충전되도록 그렇게 구성된다.

도 1a에 도시된 시스템에서, 수동-조절가능한 주 조절기(141)는 고압 가스원(141)으로부터 압축된 건조 공기 등과 같은 가스로 설비된다. 주 조절기(137)는 종속 조절기(133 및 135) 양자로 일정한 가스 조종 신호를 전송하고, 그리하여 그것은 밸브(129 및 137)로 각각 일정한 비활성 가스 압력을 제공한다. 각 밸브(129 및 127)로 공급된 압력은 동일하다. 따라서, 용기(101 또는 103) 중의 어느 하나의 분배 사이클 동안, 각 용기에 공급된 비활성 가스 압력은 일정하고 동일한 값이다.

도 1a의 시스템의 문제점은, 상기 공급 라인(123) 내의 유체의 압력을 안정되게 유지하지 못한다는 것이다. 도 1b는, 공급 라인(123) 내의 유체의 압력이 시간에 따라 어떻게 변동되는 지를 도시한 단순화된 설명도이다. 복잡한 유체 분배 시스템에 존재하는 공정 장비 요구, 설비, 배관 및 다른 부품들로 인한 손실들은 이 설명도에서 고려되지 않았다. 시스템(100)의 동작 동안, 용기가 높은 센서로부터 낮은 센서로 분배할 때, 공급 라인(123) 내의 압력은 높은 센서 및 낮은 센서 사이에서의 유체의 헤드 압력 손실과 동일한 양만큼 감소한다. 상기 헤드 압력은, 상기 공급 라인 내의 유체에 작용하는 용기 내의 유체의 무게로부터 발생하는 압력으로 형성된다. 상기 용기들이 스위치 전환될 때, 그 분배 사이클을 개시하는 용기는 그의 높은 센서까지 유체를 충전하기 시작하고, 그의 분배 사이클이 완료되었을 당시 용기에 적용된 압력과 동일 압력이 상기 분배하는 용기에 가해진다. 이리하여, 상기 용기들이 스위치 전환될 때, 상기 공급 라인 내 유체의 압력은, 새롭게 분배하는 용기의 헤드 압력에 상응하는 양 만큼 급증 또는 증가한다.

상기 공급 라인 내의 유체의 압력을 적극적으로 제어함으로써 도 1a의 시스템을 개선하고자 하는 노력이 있어 왔다. 도 2a는 변형된 진공-압력 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 전자 공압식 주 조절기(241)가 수동-조절가능한 조절기(141) 대신에 사용되는 것을 제외하고는 시스템(100)과 실질적으로 유사하다. 도 2a의 시스템도 또한 상기 공급 라인(223)의 중간 지점에서 압력을 측정하는 센서(245)를 포함한다. 도 1a의 시스템처럼, 용기(201 및 203)는 진공 충전 및 압력 분배 사이클 사이에서 교대하고, 주 조절기(241)는 종속 조절기(233 및 235) 양자로 동일한 공압식 신호를 제공한다.

분배 사이클 동안, 상기 분배 용기(201 및 203) 내의 유체에 가해지는 비활성 가스 압력은 압력 표시기(245)로부터의 신호를 기초로 하여 조절된다. 공정 장비 요구 또는 다른 압력 손실이 없는 경우의 단순화된 유체 분배 시스템을 고려하면, 상기 분배 용기(201 또는 203)가 분배하고 있는 동안 그 분배 용기에 가해진 비활성 가스 압력은 상기 용기의 높은 센서 및 낮은 센서(각각 207, 211 및 205, 209) 사이의 헤드 압력에서의 손실을 보상하기 위하여 증가한다.

비록 시스템(200)이 상기 분배 용기 내의 헤드 압력 손실로 인한 압력 감소를 방지하기는 하지만, 그것은 상기 공급 라인(223) 내의 유체의 압력을 안정되게 제어하지는 못한다. 도 2b는, 공급 라인(223) 내의 압력이 공정 장비 요구 또는 다른 압력 손실이 없는 분배 시스템에서 시간에 따라 어떻게 변동할 수 있는 지의 설명도이다. 동작 동안, 상기 용기들이 스위치 전환될 때, 주 조절기(241)는, 그의 분배 사이클이 완료되었을 당시 용기에 전송했던 신호와 동일 신호(또는 압력 요구)를 그 분배 사이클을 개시하는 용기에 계속하여 전송한다. 따라서, 상기 용기들이 스위치 전환될 때, 상기 공급 라인(223) 내 유체의 압력은 상기 분배 사이클이 완료되었을 당시 용기의 높은 센서 및 낮은 센서 사이의 헤드 압력의 변화와 상응하게 급증한다. 그 결과, 시스템(200)은 공급 라인(223) 내의 유체 압력을 적극적으로 감소시키려고 하고 압력이 소정의 설정점에 도달할 때 까지 압력을 계속 조절하게 된다. 이리하여, 상기 시스템(200)의 문제점은, 공급 라인(223) 내의 유체의 압력이 도 2b에 도시된 바와 같은 안정 상태에 도달될 때 까지 진동하게 된다는 것이다.

추가로, 상기 시스템(200)의 또 다른 문제점은, 비-분배 또는 대기 용기의 종속 조절기에 대하여 공압식 신호를 계속 조절하는 것이다. 따라서, 비-분배 용기 용의 종속 조절기는 상기 대기 용기의 종속 조절기 상에 상당한 마모 또는 손상을 초래한다.

따라서, 반도체 산업에서는, 상기 구성 부분들에 마모 또는 손상을 발생시킴 없이 상기 공정 유체의 유동 조건을 안정되게 제어하는 것을 포함하는 개선된 유체 분배 시스템을 여전히 필요로 한다.

벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 압력을 제어하기 위한 방법은, 적어도 하나의 사용 지점에서의 유체 압력이 실질적으로 일정하게 유지되는 조건 하에서, 제1 및 제2 용기로부터 적어도 하나의 사용 지점으로 유체를 교대로 분배하는 단계를 포함한다.

벌크 유체 분배 시스템 내의 유체의 압력을 제어하는 방법으로서, 상기 벌크 유체 분배 시스템이, 공급 라인으로 유체를 공급하기 위한 제1 및 제2 용기, 상기 제1 및 제2 용기에 비활성 가스를 공급하기 위한 비활성 가스원, 상기 공급 라인에 배치되는 제어기 및 센서를 구비하는, 상기 압력 제어 방법에 있어서, 상기 센서로부터의 제어 신호를 상기 제어기에서 수신하는 단계; 제1 용기의 분배 사이클 개시 단계로서, 상기 제어 신호 및 상기 제2 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이의 유체의 헤드 압력으로부터 제1 신호를 결정하고; 상기 제1 신호를 기초로 하여 제1 용기 내의 유체에 제1 압력을 가하고; 상기 제1 용기의 제1 레벨로부터 제2 레벨로 유체를 분배하는 단계를 포함하는 상기 제1 용기의 분배 사이클 개시 단계; 및 제2 용기의 분배 사이클 개시 단계로서, 상기 제어 신호 및 상기 제1 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이의 유체의 헤드 압력으로부터 제2 신호를 결정하고; 상기 제2 신호에 기초하여 제2 용기 내의 유체에 제2 압력을 가하고; 상기 제2 용기의 제1 레벨로부터 제2 레벨로 유체를 분배하는 단계를 포함하는, 상기 제2 용기의 분배 사이클 개시 단계를 포함한다.

교호형 용기 벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 압력을 제어하기 위한 장치는, 제1 용기 내의 유체의 제1 레벨 및 제2 레벨을 측정하기 위한 제1의 한 쌍의 센서를 가지는 상기 제1 용기; 제2 용기 내의 유체의 제1 레벨 및 제2 레벨을 측정하기 위한 제2의 한 쌍의 센서를 가지는 상기 제2 용기; 비활성 가스를 용기에 공급하기 위한 비활성 가스 공급 라인; 제1 주 조절기 및 제1 종속 조절기를 포함하며, 제1 종속 조절기는 제1 용기로의 상기 비활성 가스의 압력을 조절하도록 구성된 제1의 한 쌍의 조절기; 제2 주 조절기 및 제2 종속 조절기를 포함하며, 제2 종속 조절기는 제2 용기로의 상기 비활성 가스의 압력을 조절하도록 구성된 제2의 한 쌍의 조절기; 내부에 배치된 제어 센서를 가지며, 상기 용기들이 공급 라인에 유체를 교대로 분배하도록 구성된 유체 공급 라인; 제어 센서로부터 제어 신호를 수신하고, 제2 용기 내의 제1 레벨 및 제2 레벨 사이의 유체의 헤드 압력에서의 변화 및 상기 제어 신호를 기초로 한 제1 신호를 결정하고, 제1 용기 내의 제1 레벨 및 제2 레벨 사이의 유체의 헤드 압력에서의 변화 및 상기 제어 신호를 기초로 한 제2 신호를 결정하고, 그리고 상기 제1 신호를 상기 제1 주 조절기로 전송하고 상기 제2 신호를 상기 제2 주 조절기로 전송하도록 구성된 제어기를 포함한다.

도 1a는 종래의 기술에 따른 진공-압력 유체 분배 시스템의 개략도,

도 1b는 종래의 기술에 따른 도 1a의 유체 분배 시스템의 공급 라인 내의 유체의 압력 변동의 설명도,

도 2a는 본 발명에 따른 유체 분배 시스템의 개략도,

도 2b는 종래의 기술에 따른 도 2a의 유체 분배 시스템의 공급 라인 내의 유체의 압력 변동의 설명도,

도 3은 본 발명에 따른 유체 분배 시스템의 개략도.

본 발명의 일 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 본 발명은, 벌크 유체 공급 라인(323) 내의 유체의 압력을 안정적으로 제어할 수 있는 진공-압력 유체 분배 시스템(300)에 관한 것이다. 상기 시스템(300)은 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 기술에 따른 시스템의 압력 변동 전부를 실질적으로 제거한다.

상기 시스템(300)은, 적어도 하나의 유체 레벨 센싱 장치(예를 들면, 305, 307, 309, 및 311)를 각각 구비한 두 개의 용기(301 및 303)를 가진다. 진공-압력 엔진이 통상적으로 레벨 센싱 장치등과 같은 용량성 센서들을 구비하는 반면, 본 발명은 광학 센서, 디지털 센서, 로드 셀 (미도시) 등이 사용될 것으로 추가로 기대된다. 도 3에 도시된 시스템은 용기(301 및303) 내의 낮은 유체 레벨 조건을 측정하기 위한 두 개의 센서(305 및 309); 및 용기(301 및 303) 내의 높은 유체 레벨 조건을 측정하기 위한 두 개의 센서(307 및 311)을 각각 포함한다. 유체원(313)(예를 들면, 펌프, 또 다른 화학 분배 시스템, 가압된 드럼 등)으로부터의 유체는 2-방향 밸브(315)를 통하여 용기(301) 내로 유입되고 2-방향 밸브(317)를 통하여 용기(303) 내로 유입된다. 유체는 2-방향 밸브(319)를 통해 용기(301)로부터 배출되고, 2-방향 밸브(321)를 통해 용기(303)로부터 배출된다. 상기 유체는 용기(301) 또는 용기(303)로부터 배출된 후, 필터(비도시)를 통해 유체 공급 라인(323)으로 흐른다.

충전 사이클 동안, 용기(301 및 303)는 압력 또는 진공 조건 하에서 충전될 수 있다. 예를 들면, 펌프 또는 또 다른 유체 분배 시스템으로부터의 공급 라인은 용기(301 및 303)로 유체를 가압하여 공급할 수 있다. 만약 가압원이 사용된다면, 용기가 충전 중일 때, 상기 용기 내의 배기구(미도시)는 상기 용기로부터 잔류 가스를 배출하기 위하여 개방될 것이다. 이에 비하여, 상기 용기가 진공 조건 하에서 충전될 때, 흡기기 등과 같은, 진공 발생 장치(도 3에 미도시)는 도 1a 및 2a에 도시되고 전술된 바와 같이, 용기 내로 유체를 끌어 들인다.

용기(301)의 충전 사이클 동안, 유체가 용기 내로 유입될 때 밸브(315)는 개방된다. 레벨 센서(307) (예를 들면 용량성, 광학, 디지털, 등) 또는 로드 셀(미도시) 등 어느 하나에 나타내어진 바와 같이, 밸브(315)는 폐쇄된다.

용기(301)의 분배 사이클 동안, 질소 등과 같은 비활성 가스(331)는 "종속" 조절기(333) 및 밸브(329)를 통하여 흘러서, 용기(301)를 가압하여, 상기 용기 (301) 내 유체 레벨이, 레벨 센서(305) (예를 들면 용량성, 광학, 디지털, 등) 또는 로드 셀(미도시)에 의해 검출된 바와 같이, 소정의 "낮은" 레벨에 도달할 때 까지 밸브(319)를 통하여 공급 라인(323)으로 유체를 분배하고, 그 지점에서 밸브(319)는 폐쇄되고 상기 진공 충전 시퀀스가 시작된다.

동작 동안, 용기(301 및 303)는, 용기(301)가 충전 중인 때 용기(303)는 분배하도록 충전 및 분배 사이클 사이에서 교대한다. 용기(303)에서 분배 사이클 동안, 비활성 가스(331)는 종속 조절기(335) 및 밸브(337)를 통하여 흘러서, 용기(303)를 가압하여, 상기 용기 (303) 내 유체 레벨이, 레벨 센서(309) 또는 로드 셀(미도시)에 의해 검출된 바와 같이, 소정의 "낮은" 레벨에 도달할 때 까지 밸브(321)를 통하여 공급 라인(323)으로 유체를 분배하고, 그 지점에서 밸브(321)는 폐쇄되고 상기 진공 충전 시퀀스가 시작된다. 특히, 상기 시스템은 상기 공급 라인(323)으로의 유체의 연속적인 유동을 제공하기 위해, 상기 용기들이 분배하는 것보다 더 빨리 충전되도록 구성된다.

시스템(300)은 공급 라인(323) 내의 유체 조건을 측정하기 위하여 센서(345)(예를 들면, 압력 변환기, 유량계 등)를 사용하고 상기 시스템은 상기 공급 라인(323) 내의 유체 조건에서의 변화들에 대하여 보상하기 위하여, 용기에 가해진 비활성 가스 압력을 조절한다. 상기 센서(345)는 상기 공급 라인(323) 내의 임의의 지점에 배치될 수 있으나, 바람직하게는 상기 공급 라인(323) 내의 중간-지점에 배치된다. 추가로, 시스템(300)은 상기 용기의 분배 사이클 동안 헤드 압력의 변화에 의해 발생되는 상기 공급 라인(323)에서의 상기 유체 압력에서 임의의 변화를 실질적으로 제거한다.

시스템(300)은 센서(345)로부터의 제어신호를 수신하는 제어기(343)를 포함한다. 상기 제어기는 주 조절기(341 및 342) (예를 들면, 전자-공압식 조절기)에 연결되고, 그것은 각각 종속 조절기(333 및 335)(예를 들면, 돔 부하 압력 조절기)를 제어한다. 센서(345) 및 주 조절기(341 및 342)는 아날로그 케이블, 디지털 케이블 (예를 들면, 에더넷 케이블(Ethernet cables)) 또는 무선연결에 의하여 상기 제어기에 연결될 수 있다. 상기 종속 조절기(333 및 335)는 각 용기(301 및 303)에 공급된 비활성 가스의 압력을 각각 제어한다.

분배 사이클 동안 용기 내의 헤드 압력 변화로부터 발생하는 상기 공급 라인(323)에서의 상기 유체 압력의 변화를 제거하기 위하여, 상기 제어기는 분배 사이클의 개시시에 각 용기로 전송되는 신호를 제어한다. 이하의 실시예는 상기 헤드 압력에서의 변화로 인한 변동을 제거하는 본 발명의 동작을 설명한다.

실시예 1

용기(301)를 그의 높은 레벨 (도 3에 도시된 307)까지 유체로 충전시킴으로써 충전 사이클을 완료하였고, 용기(303)이 그의 낮은 레벨(도 3에 도시된 309)까지 유체를 분배시킴으로써 분배 사이클을 완료하는 동안 대기하고 있다고 가정하자.

용기(303)의 분배 사이클 동안, 상기 제어기(343)는 계속적으로 또는 주기적으로 상기 센서(345)로부터의 신호를 수신하고 용기(303)에 공급된 비활성가스 압력을 조절하여 상기 공급 라인(323) 내의 소정의 유동 조건(예를 들어, 압력, 유속 등)을 유지하도록 한다. 용기(303)가 그의 높은 레벨(도 3에 311로 도시)로부터 낮은 레벨(도 3에 309)로 도시)로 분배할 때, 상기 유체의 헤드 압력은, 용기 내 유체의 헤드 압력의 변화에 대한 다음의 방정식에 따라 레벨 h_1,303 과 레벨 h_2,303 사이에서 감소한다: △P₃₀₃= P_1,303- P_2,303 =ρg(h_1,303 - h_2,303 ) (여기서, ρ= 유체의 밀도, g = 9.8 m/s² )

결과적으로, 공급 라인(323) 내의 유체 압력의 감소를 방지하기 위하여 상기 제어기(343)는 주 조절기(342)로 신호(예를 들면, 4-20mA의 신호)를 전송하여 종속 조절기(335)에 의해 조절된 용기(303)로의 비활성 가스 압력을 증가시킨다. 특히, 센서(345)는, 장비 요구 또는 상기 유체 분배 시스템 내에서의 배관 및 설비를 통한 압력 손실 때문에 압력에서의 다른 변화를 검출할 수도 있으나, 이 실시예의 목적을 위하여 이러한 손실들은 고려되지 않을 것이다. 용기(303) 내 유체가 낮은 레벨에 도달될 때, 상기 용기들은 스위치 전환되고 용기(301)는 분배 사이클을 시작하고 한편 용기(303)는 충전 사이클을 시작한다.

용기(303)가 분배 중인 동안, 상기 제어기는 독립하여 제1 신호를 결정 또는 계산하여, 용기(301)가 분배 사이클을 시작할 때 용기(301)에 대한 비활성 가스 압력을 제어하는 조절기로 전송한다. 이 실시예에서, 제어기는 센서(345)에 의해 전송된 제어 신호를 측정하고, 상기 용기(303)의 헤드 압력 변화에 대응하는 양만큼 상기 제어 신호를 감소시킴으로써 제1 신호를 측정한다. 이리하여, 용기(301)가 그 분배 사이클을 시작할 때, 용기(301) 내의 유체에 가해진 비활성 가스 압력이 상기 용기(303) 내 유체의 헤드 압력의 변화에 상당하는 양만큼 감소된다. 이 감소 없이는, 상기 용기에 가해진 압력은 지나치게 높게 될 것이고 공급 라인(323) 내의 압력이 급증하는 원인이 된다.

상기 분배 사이클이 시작된 후, 제어기(343)는, 공급 라인(323) 내 유체의 소정의 유동 조건을 유지시키기 위하여, 상기 용기(303)에 관하여 전술한 방식과 동일 방식으로, 용기(301)에 공급된 비활성 가스 압력을 조절한다.

본 발명의 시스템(300)은 공지의 시스템(100 및 200)에 비하여 개선된 공정 유체의 압력 제어를 제공한다. 실제로, 센서들의 배치에 따라 (예를 들면 그들 사이의 수직거리), 시스템(200)이 소정의 설정점에 대해 최대 1.5 내지 3 psi까지 제어할 수 있는 반면, 본 발명은, 안정된 상태 조건을 유지하기 위하여 연속적으로 조절함으로써 소정의 설정점에 대해 약 ±0.2 psi 내지 약 ±1.5 psi 만큼 상기 공급 라인 내의 유체의 압력을 제어할 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점은 한 쌍의 조절기(333, 341 및 335, 342)가 독립적으로 제어될 수 있다는 것이다. 이것은 상기 제어 공정에 더 잘 적응할 수 있도록 하고 종속 조절기 상의 마모 및 손상을 감소시켜서, 비-분배 용기 용의 상기 종속 조절기가 연속하여 조절할 필요가 없게 된다.

추가로, 상술한 바와 같이, 시스템(300)은, 특히 장비 요구에서의 변화, 필터를 통한 압력 손실, 및 배관 및 다른 시스템 구성 요소들로부터의 마찰 손실들로부터 발생하는 (센서(345)에 의해 감지된) 다른 압력 또는 유동 조건 변화들에 대하여 보상할 수 있다. 이리하여, 본 발명의 시스템(300)은 다른 공지의 시스템들 보다 사용 지점에 공급된 유체의 유동 조건들을 더욱 안정적으로 제어할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 실시예들 및 변형이 전술한 설명 및 실시예들에 비추어 당업자들에게는 명백히 이해될 수 있을 것으로 예상되며, 그러한 실시예들 및 변형들도 마찬가지로 이하의 특허 청구의 범위에 설정된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석된다.

Claims

공급 라인에 유체를 공급하기 위한 제1 및 제2 용기와, 상기 제1 및 제2 용기에 비활성 가스를 공급하기 위한 비활성 가스원과, 상기 공급 라인에 배치되는 제어기 및 센서를 구비하는 벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 압력을 제어하는 방법에 있어서,

상기 센서로부터의 제어 신호를 상기 제어기에서 수신하는 단계;

제1 용기의 분배 사이클 개시 단계로서,

상기 제어 신호 및 상기 제2 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이의 유체의 헤드 압력의 변화로부터 제1 신호를 결정하고; 상기 제1 신호에 기초하여 제1 용기 내의 유체에 제1 압력을 가하고; 상기 제1 용기의 제1 레벨로부터 제2 레벨로 유체를 분배하는 단계를 포함하는, 상기 제1 용기의 분배 사이클 개시 단계; 및

제2 용기의 분배 사이클 개시 단계로서,

상기 제어 신호 및 상기 제1 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이의 헤드 압력의 변화로부터 제2 신호를 결정하고; 상기 제2 신호에 기초하여 제2 용기 내의 유체에 제2 압력을 가하고; 상기 제2 용기의 제1 레벨로부터 제2 레벨로 유체를 분배하는 단계를 포함하는, 상기 제2 용기의 분배 사이클 개시 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제어기는, 상기 제2 용기의 분배 사이클과는 독립적으로 상기 제1 용기의 분배 사이클을 제어하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 용기로부터 유체를 분배하는 단계는, 상기 공급 라인에 소정의 압력을 유지하기 위하여 상기 제어 신호에 응답하여 제1 용기 내의 유체에 가해지는 비활성 가스 압력을 조절하는 하는 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 용기로부터 유체를 분배하는 단계는, 상기 공급 라인에 소정의 압력을 유지하기 위하여 상기 제어 신호에 응답하여 제2 용기 내의 유체에 가해지는 비활성 가스 압력을 조절하는 하는 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 용기의 제2 레벨까지 유체를 분배하는 단계 후에 그리고 상기 제2 용기로부터 유체를 분배하는 단계 동안, 유체원으로부터 상기 제1 용기를 충전하는 단계를 추가로 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 5 항에 있어서,

상기 유체원은 가압된 유체를 공급하는

유체 압력 제어방법.
제 5 항에 있어서,

상기 제1 용기를 충전하는 단계는, 상기 유체원으로부터 유체를 끌어들이기 위하여 제1 용기 내에 진공을 형성하는 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 용기의 제2 레벨까지 유체를 분배하는 단계 후에 그리고 상기 제1 용기로부터 유체를 분배하는 단계 동안, 유체원으로부터 상기 제2 용기를 충전하는 단계를 추가로 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 8 항에 있어서,

상기 유체원은 가압 유체를 공급하는

유체 압력 제어방법.
제 8 항에 있어서,

상기 제2 용기를 충전하는 단계는, 상기 유체원으로부터 유체를 끌어들이기 위하여 제2 용기 내에 진공을 형성하는 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 신호는 상기 공급 라인 내의 유체의 압력에 대응하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 신호는 상기 공급 라인 내의 유체의 유속에 대응하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 유체는 산, 염기, 용매, 및 화학-기계적 연마 슬러리들로 구성된 반도체 공정 유체의 그룹으로부터 선택되는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

용량성 센서, 광 센서, 또는 디지털 센서로 상기 제1 용기 내의 유체의 제1 레벨 및 제2 레벨을 검출하는 단계를 추가로 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

로드 셀로 상기 제1 용기 내의 유체의 제1 레벨 및 제2 레벨을 검출하는 단계를 추가로 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

용량성 센서, 광 센서 또는 디지털 센서로 상기 제2 용기 내의 유체의 제1 레벨 및 제2 레벨을 검출하는 단계를 추가로 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 1 항에 있어서,

로드 셀로 상기 제2 용기 내의 유체의 제1 레벨 및 제2 레벨을 검출하는 단계를 추가로 포함하는

유체 압력 제어방법.
공급 라인에 유체를 공급하기 위한 제1 및 제2 용기와, 상기 제1 및 제2 용기에 비활성 가스를 공급하기 위한 비활성 가스원, 상기 공급 라인에 배치되는 제어기 및 센서를 구비하는 벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 압력을 제어하는 방법에 있어서,

상기 제1 용기 내의 제1 레벨에서 상기 유체에 비활성 가스를 가하는 단계;

상기 제1 용기의 제1 레벨로부터 제2 레벨로 제1 용기 내의 유체를 분배하는 단계;

상기 공급 라인 내에 소정의 유체 압력을 유지시키기 위하여, 상기 공급 라인 내의 센서로부터의 신호에 응답하여 제1 용기로의 비활성 가스 압력을 조절하는 단계;

상기 제2 용기 내의 제1 레벨에서 상기 유체에 비활성 가스를 가하는 단계;

상기 제2 용기의 제1 레벨로부터 제2 레벨로 제2 용기 내의 유체를 분배하는 단계; 및

상기 공급 라인 내의 소정의 유체 압력을 유지시키기 위하여, 상기 공급 라인 내의 센서로부터의 신호에 응답하여 제2 용기로의 비활성 가스 압력을 조절하는 단계를 포함하며,

상기 제1 용기의 제1 레벨에서 상기 유체에 공급된 비활성 가스 압력은 상기 제2 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이의 헤드 압력의 변화에 대해 조정되며, 상기 제2 용기의 제1 레벨로 공급된 비활성 가스 압력은 상기 제1 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이의 헤드 압력의 변화에 대해 조정되는

유체 압력 제어방법.
공급 라인과, 상기 공급 라인에 유체를 공급하기 위한 제1 및 제2 용기와, 상기 제1 및 제2 용기에 비활성 가스를 공급하기 위한 비활성 가스원과, 상기 공급 라인에 배치되는 제어기 및 센서를 구비하는 벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 압력 제어방법에 있어서,

상기 센서로부터 상기 제어기로 제어 신호를 전송하는 단계;

상기 제어 신호 및 상기 제2 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이에서의 유체의 헤드 압력의 변화로부터 제1 신호를 결정하는 단계;

상기 제1 신호에 기초하여 상기 제1 용기에 제1 비활성 가스 압력을 가하는 단계;

상기 제1 용기로부터 상기 공급 라인에 유체를 분배하는 단계; 및

상기 제어 신호 및 상기 제1 용기의 제1 레벨과 제2 레벨 사이에서의 유체의 헤드 압력의 변화로부터 제2 신호를 결정하는 단계;

상기 제2 신호에 기초하여 상기 제2 용기에 제2 비활성 가스 압력을 가하는 단계; 및

상기 제2 용기로부터 상기 공급 라인에 유체를 분배하는 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 19 항에 있어서,

상기 제1 용기로부터 유체를 분배하는 단계는, 상기 공급 라인에서 소정의 압력을 유지하기 위하여 상기 제어 신호에 응답하여 제1 용기로의 비활성 가스 압력을 조절하는 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
제 19 항에 있어서,

상기 제2 용기로부터 유체를 분배하는 단계는, 상기 공급 라인에서 소정의 압력을 유지하기 위하여 상기 제어 신호에 응답하여 제2 용기로의 비활성 가스 압력을 조절하는 단계를 포함하는

유체 압력 제어방법.
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