KR101284728B1 - 공정 유출물을 선택적으로 수거하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요망된 가스, 예컨대, 제논 디플루오라이드, 제논, 아르곤, 헬륨 또는 네온을 단독으로 또는 가스 혼합물로 또는 분해되는 분자로 이용하는 화학 공정 반응기의 유출물로부터 상기 가스를 회수하는 장치 및 방법으로서, 화학 공정 반응기가 일련의 상이한 가스 조성물을 사용하는데, 그러한 가스 조성물 모두가 요망된 가스를 함유하지는 않으며, 요망된 가스는 요망된 가스가 유출물중에 존재하는 시간 동안에만 실질적으로 포집 및 회수되는 장치 및 방법을 개시하고 있다.

Description

공정 유출물을 선택적으로 수거하는 방법 및 장치{METHOD AND EQUIPMENT FOR SELECTIVELY COLLECTING PROCESS EFFLUENT}

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 2010년 1월 28일자 출원된 미국 가출원 제61/298,949호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 둘 이상의 가스 조성물을 순차적으로 이용하는 화학 공정 반응기의 유출물로부터 요망된 가스를 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

발명의 배경

간헐적이며 변화 가능한 흐름을 기반으로 하는 이용 가능한 공급원 또는 유출 가스로부터 고가의 요망된 가스, 예컨대, 희가스(Kr, Xe)를 함유한 공정 가스를 구별하고 효과적으로 수거할 필요가 있다. 요망된 가스를 수거하는 장치가 공정 장치, 예컨대, 수거 시스템이 연결된 화학 공정 반응기의 성능을 어떠한 방식으로든 방해하지 않는다는 것은 아주 중요하다. 반도체 공정, 예컨대, 에칭으로부터 유출 가스는, 전형적으로는, 공정 펌프에서 희석되고, 이어서, 펌프 뒤에 있는 가스 매니폴드를 통해서 종국적으로 저감 또는 스크러빙 시스템에 연결되는 공통의 유출 가스 매니폴드내로 전달된다. 유출 가스의 이러한 합류는 결국 관심의 공정 유출 스트림을 희석시켜서 이를 관심의 화학종, 즉, 회수를 위한 요망된 가스를 제거하기 위해서 효율적으로 처리하는 것을 아주 어렵게 한다.

오염 유출물로서 허용되지 않거나 충분히 회수할 가치가 있는 가스는 화학 공정의 폐 스트림으로부터 회수되어야 하는 것으로 공지되어 있다(참조: US7,261,763호).

희가스는 정제 및 재생을 위한 패키징 및 수송을 위해서 유출물로부터 회수된다(참조: US7,294,172호 및 US7,169,210호).

반도체 공정으로부터의 식각제 가스는 지구 온난화 잠재성으로 인해서 회수되어야 하는 것으로 공지되어 있다(참조: US7,258,725호).

반도체 공정의 유출물로부터의 희가스 수거 방법은 공지되어 있다(US6,605,134호).

반도체 공정으로부터의 퍼플루오로카본(PFC)의 재생이 공지되어 있다(참조:US6,277,173호).

제논 회수 시스템이 공지되어 있다(참조: US7.285,154호).

제논 센서가 공지되어 있다(참조: US2006/00211421호).

그러나, 이들 방법은, 요망된 가스의 별도 수거 동안에 화학 공정의 동요 상태를 피하면서 순차적으로 화학 공정 유출 시스템을 통과하는 다른 유출 가스로부터의 요망된 가스의 별도 수거를 다루고 있지 않다. 이들 및 다른 이점은 이하 보다 상세히 기재될 본 발명에 의해서 얻어진다.

발명의 간단한 요약

본 발명은 둘 이상의 가스 조성물을 순차적으로 이용하는 화학 공정 반응기의 유출물로부터 요망된 가스를 회수하는 장치로서,

(a) 둘 이상의 별개의 가스 조성물을 화학 공정 반응기 내로 도입하기 위한 하나 이상의 라인이 구비된 화학 공정 반응기;

(b) 화학 공정 반응기 내의 별개의 가스 조성물의 도입을 제어하는 공정 제어기;

(c) 화학 공정 반응기내로 도입된 둘 이상의 별개의 가스 조성물의 유출물을 제거할 수 있는 화학 공정 반응기로부터의 유출 라인;

(d) 화학 공정 반응기로부터 유출물을 제거하게 하고 화학 공정 반응기로의 유출물의 어떠한 실질적인 흐름을 방지하는 유출 라인 내의 체크 밸브(check valve);

(e) 유출 라인으로부터 요망된 가스를 제거할 수 있는 회수 라인;

(f) 회수 라인 내의 자동 밸브(automatic valve);

(g) 둘 이상의 가스 조성물의 연속적인 도입을 제어할 수 있고, 회수 라인 내의 자동 밸브의 작동을 제어할 수 있어서, 요망된 가스가 가스 조성물의 일부로서 유출 라인에 존재하는 시간의 일부 또는 전체 동안 자동 밸브가 개방되게 하며, 화학 공정 반응기 및 자동 밸브와의 신호 연결에 의해서 공정 신호를 발생 및 수신할 수 있는, 공정 제어기; 및

(h) 유출 라인 내의 체크 밸브를 폐쇄하기에 충분한 흐름으로 유출 라인으로부터 요망된 가스를 제거할 수 있는 회수 라인 내의 압축기(compressor)를 포함하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 둘 이상의 가스 조성물을 순차적으로 이용하는 화학 공정 반응기의 유출물로부터 요망된 가스를 회수하는 방법으로서,

(a) 요망된 가스를 포함한 둘 이상의 가스 조성물을 화학 공정 반응기의 유입구를 통해서 화학 공정 반응기에 순차적으로 도입하고;

(b) 유출 라인에서 둘 이상의 가스 조성물 및 요망된 가스를 포함한 화학 공정 반응기로부터의 유출물을 순차적으로 제거하고;

(c) 크랙(crack) 압력이 설정된 체크 밸브를 통해서 유출물을 통과시키고;

(d) 요망된 가스의 실질적인 부분을 함유하는, 체크 밸브 상류의 유출 라인으로부터 유출물의 일부를 제거하는데, 그러한 제거가 체크 밸브를 폐쇄시키며 자동 밸브에 의해서 제어된 회수 라인을 통해서 수행되게 하여, 유출물의 일부를 제거하고;

(e) 자동 밸브와 신호 소통하는 공정 제어기에 의해서 자동 밸브의 작동을 제어하는데, 공정 제어기가 화학 공정 반응기 또는 그 유입구 중 하나 이상과의 신호 소통에 의해서 화학 공정 반응기 또는 그 유입구 내로의 둘 이상의 가스 조성물의 도입을 적어도 모니터링하게 하여, 자동 밸브의 작동을 제어하고;

(f) 요망된 가스가 가스 조성물의 일부로서 유출 라인에 존재하는 시간의 일부 또는 전체 동안에 유출 라인으로부터 요망된 가스를 함유한 가스 조성물을 회수하도록 자동 밸브를 개방함을 포함하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 화학 공정 반응기 유출물로부터 별개의 방법으로 요망된 가스를 수거하는 본 발명의 구체예에 대한 개략적인 예이다.
도 2는 3-웨이 밸브(three-way valve)(20A)를 사용한 대안적인 밸브 배열을 나타내는 도 1의 부분 단면도이다.
도 3은 압축기(28)의 하류 및 보호 층(guard bed)(30)의 상류에 있는 버퍼 탱크(31)을 지닌 구체예를 나타내는 도 1의 부분 단면도이다.

발명의 상세한 설명

반도체 공정 반응기에 의해서 예시되는 화학 공정 반응기와 같은 공정으로부터의 연속적인 유출 가스 흐름과는 상반되게, 간헐적이며 변화 가능한 흐름을 기반으로 하는 이용 가능한 공급 가스 또는 유출 가스로부터 요망된 가스로서 고가의 물질, 예컨대, 희가스(Kr, Xe, He, Ne, Ar, Rn)를 함유한 공정 가스를 구별하고 효과적으로 수거할 필요가 있다. 요망된 가스를 수거하는 장치가 공정 장치, 예컨대, 수거 시스템이 연결된 화학 공정 반응기의 성능을 방해하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 아이디어는 적절한 시점에서 작동하는 자동 밸브를 사용하여 제어 시스템, 즉, 공정 제어기 또는 컴퓨터, 및 공정 배출가스에 연결시킴으로써 요망된 가스를 수거하는 것을 가능하게 한다. 대안적인 방법은 화학 공정 반응기 이후에, 예컨대, 화학 공정 반응기로부터의 유출 라인에서 온보드 센서(onboard sensor)를 이용하는 것이다. 센서는 관심 화학종, 예컨대, 제논으로 예시되는 요망된 가스의 존재를 검출하고, 공정 제어기를 작동시켜서 그러한 가스의 회수 또는 수거를 개시할 것이다. 자동 밸브의 작동은 주요 공정 파라메타의 측정에 근거한 로직(logic)에 의해서 제어된다. 시스템은 요망된 가스를 수거하고 저장하는데 필요한 진공 및 용량을 제공하는 공정 설비를 포함한다. 그러한 설비는 적절한 용량 수준을 발생시켜서, 유출 가스에 함유된 요망된 가스의 지속적인 흐름이 농축 시스템, 예컨대, 진공 스윙 흡착 시스템(vacuum swing adsorption system: VSA), 온도 스위 흡착 시스템(temperature swing adsorption system: TSA) 또는 압력 스윙 흡착 시스템(pressure swing adsorption system: PSA)내로 계량될 수 있게 한다.

본 발명은 바람직하게는 간헐적으로 요망된 가스를 함유하는 다중 공정 유출 스트림으로부터 배출된 고가의 요망된 가스(예컨대, 제논)를 효율적으로 수거하는 방법에 대한 요구를 해결하고 있다. 방법은 공정 파라메타를 모니터링/측정하는 시스템, 제어 로직(logic for control), 선택된 때에 가스를 전환시키기 위한 자동 밸브, 체크 밸브, 진공 시스템, 및 스토리지 볼륨(storage volume)를 포함한다. 인터페이스(interface)는 회수 가스 매니폴드 또는 회수 라인과 공정 펌프/압축기 이후의 표준 폐 가스 매니폴드 또는 유출 라인 사이의 압력 차를 이용함으로써 작동한다. 공정 제어기로부터의 신호를 수신하면, 자동 밸브, 예컨대, 솔레노이드 밸브(solenoid valve)가 개방된다. 회수 라인 내의 감소된 압력은 유출 라인 내의 체크 밸브를 폐쇄시킨다. 이는 유출 가스를 회수 라인으로 향하게 전환시킨다. 시스템은 관심의 화학종 또는 요망된 가스가 존재하는 때를 선택적으로 신호할 뿐만 아니라, 관심 화학종 또는 요망된 가스가 존재하지 않거나 하류 회수 시스템에 대한 교란을 야기시킬 수 있는 또 다른 화학종이 존재하는 경우에 흐름을 차단하는 공정 논리를 함유한다. 공정 논리는 또한 화학 공정 반응기로부터 회수 라인 또는 자동 밸브로 이동하는 관심 화학종 또는 요망된 가스, 예컨대, 제논을 위해 필요한 시간을 보충할 수 있다. 이는 자동 밸브의 개방 및 폐쇄에서의 조정 가능한 지연에 의해서 달성된다.

화학 공정 반응기와의 인터페이스는 유출 라인으로 입력하기 위한 티(tee), 차단 밸브, 분석 포트(임의적), 진동 커플링(vibrational coupling) 및 스트레스를 감소시키기 위한 플렉스 라인(flex line), 압력 게이지(임의적), 솔레노이드 밸브, 및 회수 시스템으로부터의 화학적 공정 반응기의 분리를 가능하게 하는 수동 차단 밸브를 포함할 수 있다.

반도체 또는 화학 공정 반응기로부터의 유출 가스, 예컨대, 에칭 가스는 전형적으로는 공정 펌프에서 희석되고, 이어서, 펌프 이후의 가스 매니폴드 또는 유출 라인을 통해서 종국적으로 저감 또는 스크러빙 시스템에 연결되는 공통의 유출 가스 매니폴드내로 전달된다. 이러한 유출 가스의 합류는 종국적으로 공정 유출 조성물과 관심 있는 요망된 가스를 희석시켜서, 관심 있는 화학종 또는 회수가 바람직한 가스를 제거하도록 효율적으로 처리하는 것을 아주 어렵게 한다. 따라서, 관심 있는 요망된 가스가 공통의 헤더(common header)에 도착하기 전에 다른 유출 스트림으로부터 구분되는 것이 바람직하다. 이를 달성되게 하기 위해서, 관심 있는 요망된 가스는 공정 챔버와 공통의 헤더에 대한 입구 사이에서 회수 시스템으로 전환된다. 추가로, 이러한 전환은 화학 공정 반응기를 통한 공정 가스의 흐름에 대한 어떠한 방해가 없는 방식으로 수행되어야 한다. 그러한 방해는 수율 손실을 유도할 수 있는 제조 공정에서의 고장을 초래할 수 있다. 따라서, 폐 가스 수거 시스템은 화학 공정 반응기에 영향을 주지 않아야 한다. 본 발명은 관심 있는 화학종 또는 회수가 바람직한 가스를 함유하는 유출 가스의 효율적 및 시간상 적절한 전달을 가능하게 한다. 추가로, 본 발명은 화학 공정 반응기 내의 처리를 기본적으로는 방해하지 않는 방식으로 그러한 전달을 수행한다.

이러한 수거 장치가 해결하는 또 다른 문제는 그러한 수거 장치가, 간헐적인 방식으로 단지 관심 있는 바람직한 가스에 의해서 처리될 수 있는, 많은 공정 챔버로부터 동시에 가스 스트림 또는 바람직한 가스를 수거할 수 있다는 것이다. 인터페이스는 어떠한 화학적 공정 반응기 또는 이의 유출 라인으로부터의 신호를 수신하고, 회수가 바람직한 관심 있는 가스가 유출 가스 스트림에 존재하는 때를 측정함으로써 그러한 기능을 수행한다. 추가로, 회수 시스템이 공정의 기간 동안 허용하기를 원하지 않는 화학종인 것으로 나타나는 경우에, 화학 공정 반응기로부터의 추가의 신호 및 예정된 타이밍(timing)을 통해서 회수 시스템으로 전환되는 것으로부터 유출 스트림의 그 부분들에 대해서 구별하도록 이를 프로그램화 하는 것이 가능하다.

공정 가스의 정상적인 흐름은 화학 공정 반응기를 통해서 화학 공정 반응기의 유출 라인에 위치한 공정 펌프로 이어진다. 이들 펌프는 높은 진공을 달성하는 터보 분자 펌프(turbomolecular pump), 극저온 펌프(cryogenic pump), 및 확산형 펌프를 포함한 여러 유형일 수 있다. 이들 펌프는 이어서 배출을 위한 유출 가스를 압축하는 기계적인 펌프를 사용함으로써 백업(backed up)된다. 기계적인 펌프에서, 질소 희석은 전형적으로는 유출 가스의 인화성 한계를 저하시키고, 유출 가스를 치사 용량 수준(lethal dose level: LDL) 미만으로 희석시키고, 공정 펌프가 작동 함에 따라서 공정 펌프를 냉각시키는 것을 돕고, 펌프가 새지 않게 밀봉하도록 수행된다. 질소를 첨가해서 희석시키는 다른 이유가 있을 수 있다. 이러한 점에서, 유출 가스는 가스 매니폴드를 통해서 더 큰 배출 가스 매니폴드로 통과하고, 그 곳에서, 많은 공정으로부터의 유출 가스들이 서로 혼합된다. 유출 가스로부터의 고가의 화학종, 예컨대, 제논으로 예시되는 바람직한 가스를 효율적으로 회수하기 위해서, 관심 있는 화학종 또는 요망된 가스를 함유한 유출 가스를 이러한 수거 매니폴드로부터 회수 시스템으로 전환시키는 것이 바람직하다. 이러한 전환을 수행하는 이유는 효율적인 회수를 가능하게 하는 충분히 높은 농도의 관심 있는 화학종(요망된 가스)의 존재, 독성이거나 수거 효율을 떨어뜨릴 수 있는 다른 공정으로부터의 오염물의 감소, 및 회수 시스템의 크기에 대한 더 다루기 쉬운 용적으로 회수 시스템에 대한 유출 가스의 전체 용적의 감소를 포함한다.

화학 공정 반응기의 유출 라인상으로 전환 시스템을 도입하는 과제는 전환 시스템이 화학 공정 반응기(들)내에서 진행되는 공정에 영향을 주지 않아야 한다는 것이다. 가스 흐름에 대한 어떠한 방해는 압력, 가스 흐름 및 펌핑 효율을 교란시킬 가능성이 있다. 이는 공정 교란을 유도할 수 있고, 그러한 공정 교란은 생성물 수율의 손실을 야기시킬 수 있다. 따라서, 반응기 인터페이스는 화학 공정 반응기에 영향을 주지 않는 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 또 다른 과제는 종종 많은 유형의 의무를 수행하는 것이다. 이들 중 일부는 회수가 요망된 화학종(요망된 가스를 포함할 수 있고, 다른 때에, 관심 있는 화학종(요망된 가스)는 유출 가스 스트림의 일부가 아닐 수 있다. 이들 시간 동안에는, 유출 가스를 수거하고 처리하는 것이 바람직하지 않을 수 있는데, 그 이유는 효율성을 저하시킬 수 있기 때문이다. 또 다른 과제는, 관심 있는 화학종(요망된 가스)을 함유한 공정 가스의 흐름 동안에, 회수 시스템에 대한 안전성 또는 위험으로 인해서, 수거하는 것이 적절하지 않은 다른 화학종이 존재할 수 있다는 것이다. 종종, 이들 화학종은 공정 동안 파괴되며, 공정 레시피( process recipe)의 다양한 시점 동안 이들을 수거 공정으로부터 배제시켜야 할 필요가 있다. 마지막으로, 종종 다중 화학 공정 반응기들이 존재하며, 이들 각각은 간헐적 시간 간격으로 회수하고자 하는 요망된 가스를 이용한다. 따라서, 회수 시스템을 위한 수거 헤더를 향한 각각의 화학 공정 반응기에서 요망된 가스 전환을 독립적으로 수행하는 능력을 지니게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 이러한 반응기 인터페이스는 공정 유출 가스 스트림으로부터의 요망된 가스의 효율적인 회수를 가능하게 하는 상기 기재된 과제 각각을 해결한다.

공정 유출 가스를 회수 시스템으로 전환시키기 위해서 시스템을 화학 공정 반응기에 도입하기 위해 잠재적으로 이용할 수 있는 많은 선택사항이 있다. 본 발명에서 추구하는 방법은 인터페이스 업스트림을 배출 유출 펌프의 대기 측에 위치한 볼 체크 밸브(ball check valve)에 결합시킨다. 정상 작동 하에, 유출 가스는 대기압 보다 약간 높은 압력(0.04psig)로 흐른다. 이러한 볼 체크 밸브는 단지 배출 펌프에서 유출 가스 매니폴드로의 방향으로 가스가 흐르게 할 수 있다. 반응기 인터페이스는 공정 펌프와 볼 체크 밸브 사이 내에서 티(tee)를 통해서 연결되고, 인터페이스는 압력 게이지(임의적), 자동(솔레노이드 또는 공압 구동) 밸브, 및 유지가 요구되는 때에 회수 시스템으로부터의 라인의 안전한 폐쇄를 가능하게 하는 차단 밸브로 이루어진다. 전기적인 반응기 인터페이스 제어기는 회수되어야 할 화학종(요망된 가스)을 함유하는 유출 가스가 유출 스트림내에 존재하는 때에 밸브를 개방/폐쇄하도록 자동(솔레노이드 등) 밸브에 연결된다. 반응기 인터페이스 유닛 직전에, 차단 밸브, 분석 포트, 및 플렉스 호싱(hosing)이 티(tee)에 연결되어 서비싱(servicing)을 촉진하고, 화학 공정 반응기와 회수 시스템 사이의 진동 커플링을 감소시킬 수 있다.

회수 시스템의 상류에, 압축기가 회수 가스 라인상에 존재한다. 회수 라인내의 압력은 배기 유출 펌프의 정상 배출 압력보다 낮은 압력으로 고정되고, 전형적으로는 회수 라인은 1 기압 미만이다. 자동(솔레노이드 등) 밸브가 회수 시스템으로의 가스 전환을 시작하도록 개방 작동되는 경우, 감소된 압력은 볼 체크 밸브가 일차 유출 가스 매니폴드로의 가스 흐름을 차단하게 하고, 이를 회수 가스 매니폴드 시스템으로 전환되게 한다. 이어서, 공정 유출 가스는 배기 유출 펌프로부터 흘러나가서 처리를 위한 회수 시스템으로 향한다. 공정 신호가 회수 시스템으로의 가스의 흐름을 중지시키는 경우에, 이는 볼 체크 밸브 내의 볼을 유리시키고, 가스가 다시 화학 공정 반응기로부터 유출 가스 매니폴드로 흐르게 할 수 있다.

반응기 인터페이스의 구성 재료는 100℃까지의 공정 온도를 견딜 수 있어야 한다. 이는 유출 가스가 진공 펌프를 지나면서 그 가스의 온도가 그러한 온도에 가까울 수 있기 때문에 바람직하다.

유출 스트림이 바람직하지 않은 물질을 함유하는 상황이 존재할 수 있기 때문에, 전자 제어기에는 이들 화학종이 존재하는 경우에 가스 전환을 차단할 수 있는 공정 논리 능력이 구비된다. 이는 공정 센서 및 온라인 공정 분석기의 사용을 포함한 여러 방식으로 수행될 수 있다. 채택되는 또 다른 방법은 화학 공정 반응기로부터의 공정 신호를 사용하고 이들 화학종이 존재하는 경우를 측정하는 한계치에 대해서 비교하는 것이다. 화학 공정 반응기로부터의 신호 및 분석을 조합하여 사용하는 것이 이러한 문제를 처리하는 또 다른 방법이다. 유출 라인으로부터의 신호가 또한 이용 가능하다.

본 발명의 장치 및 방법이 이하 도면을 참조로 하여 한 가지 구체예로 기재될 것이다.

도 1에서, 둘 이상의 가스 조성물이 유입구(11)를 통해서 예정된 순서로 반도체 화학 공정 반응기(10)에 도입되어 플래튼(platen: 12) 상에 탑재된 반도체 기판(14)의 에칭 및/또는 부수적으로 의도하지 않은 증착물에 대한 반응기(10)의 내부 표면의 세정을 포함한 반도체 제조의 다양한 단계의 수행을 보조한다. 기판(14)은 하나 이상의 반도체 웨이퍼, 예컨대, 그 에지 상에 스택킹(stacking)된 일련의 웨이퍼의 "보트(boat)" 또는 캐리어일 수 있다. 기판(14)은 부하 챔버(16)으로부터 부하 락(load lock: 15)을 통해서 반응기(10)에 도입된다. 반응기(10) 및 유입구(11)는 공정 제어기(94)에 대한 신호 연결(signal connection: 99 및 98)에 의해서 제거되고/거나 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 공정 제어기는 신호 연결(99)을 통해서 반응기(10)를 모니터링하고, 이의 온도를 조절하고, 플라즈마 상태를 제어하고, 압력을 유지시켜 파라메타를 설정한다.

유사하게, 여러 가스 조성물의 흐름이 공정 제어기(94)에 대한 신호 연결(98)에 의해서 모니터링되고/거나 제어될 수 있어서, 원소 형태 또는 분자 형태의 요망된 가스를 함유한 하나 이상의 가스 조성물을 포함한 일련의 가스 조성물이 유입구(11)를 통해서 반응기(10)에 도입된다. 그러한 예는 에칭 가스로서 제논 디플루오라이드의 도입일 수 있고, 제논 디플루오라이드는 반응기(10)내의 조건하에 분해되며, 그러한 제논은 반응기(10)의 유출물중의 요망된 가스로서 재사용 및 재생을 위해서 회수되는 것이 요망된다.

반응기로부터의 유출물은 임의의 두 번째 로드 락(17)을 통해서 배기 유출 펌프/압축기(19) 및 유출 라인(18)으로 통과할 수 있다. 유출은 반응기(10)로의 역유출 방지하는 체크 밸브(20)를 통해서 계속된다. 체크 밸브(20)는 최소 크래킹 압력으로 설정되는데, 그러한 압력은 그 압력에서는 흐름을 허용하도록 개방되며 그 압력 미만의 압력에서는 반응기(10)로의 역류를 방지하도록 폐쇄되는 압력을 나타낸다.

또 다른 형태로, 가스를 전환시키는 체크 밸브가 아니라, 도 2에 도시된 3-웨이 밸브(20A)가 또한 회수 시스템으로 유출 가스를 전환시키기 위해서 사용될 수 있다. 폐 가스를 전환시키는 이러한 방법은 체크 밸브 방법에 비해서 바람직하지 않을 수 있는데, 그 이유는 공정 반응기 내의 압력에 영향을 줄 수 있는 압력 스파이크(pressure spike)가 유출 라인에서 발생될 가능성이 존재하기 때문이다. 그러나, 압력 및 흐름에서의 변화에 대해서 민감하지 않은 공정의 경우에, 이러한 전환 방법이 허용될 수 있다.

체크 밸브(20)를 통해서 통과하는 유출물은 라인(22)에서 저감, 스크러빙 및 배출 시스템(vent system: 23)에 보내져서, 잔류 유출 가스가 배출되기 전에, 독성, 유해, 또는 부식성 또는 지구 온난화 가스가 분해, 연소 또는 수착되게 할 수 있다.

회수 라인(24)은 체크 밸브(20)의 상류의 유출 라인(18)에 연결된다. 회수 라인(24)은 자동 밸브(26)에 의해서 제어되며, 그러한 자동 밸브는 공압 작동 밸브 또는 전기식 솔레노이드 밸브 또는 회수 시스템 공정 제어기(104)에 의해서 보내진 공압, 전기 또는 그 밖의 신호가 있는 경우에 작동할 수 있는 유사한 자동 밸브일 수 있고, 상기 회수 시스템 공정 제어기는 공정 제어기(94)에 반드시 연결될 필요는 없고, 그러한 회수 시스템 공정 제어기는 신호 연결부(95)를 통해서 자동 밸브(26)와 소통한다. 공정 제어기(94)와 회수 공정 제어기(104)는 별개이거나, 이들의 기능이 본 발명의 다양한 구체예를 위해서 하나의 제어기에서 병합될 수 있다.

회수 라인은 진동이 유출 라인으로부터 회수 라인(24)으로 또는 회수 라인(24)로부터 유출 라인(18)으로 전송되는 것을 방지하는 가요성 라인 섹션(21)에 의해서 유출 라인(18)으로부터 진동이 단절될 수 있다. 회수 라인은 또한, 예를 들어, 보수(service)를 위해서, 수동 차단 밸브(25)에 의해서 유출 라인으로부터 수동으로 폐쇄될 수 있다.

압축기(28)는 자동 밸브(26)가 개방되는 경우에 유출 라인(18)로부터 유출물을 제거하도록 회수 라인(24)에 위치한다. 압축기(28)는 회수 라인(24)의 압력 및 그에 따른 유출 라인(18)의 압력을 감소시켜서 체크 밸브(20)가 폐쇄되게 할 수 있다. 체크 밸브(20)를 가로지른 압력 차이는 체크 밸브(20)의 크래킹 압력보다 높아야 한다. 이러한 방식에서, 유출 라인(18)내의 전체 유출 가스 흐름은 회수 라인(24)으로 전환된다. 이는 전형적으로는 요망된 가스가 반응기(10) 내로의 가스 조성물의 도입 시퀀스 동안 유출 라인 내에 유출물의 가스 조성에 있는 때에 발생되며, 그러한 요망된 가스는 반응기에 도입되거나 그러한 도입으로부터 단계식으로 시간이 지연되고, 요망된 가스는 유출 라인(18)에서 반응기(10)로부터 배기된다. 유출물의 전체적인 실질적 연속 흐름으로부터 요망된 가스를 구별해서 제거하고 회수하는 이러한 타이밍, 시퀀스 및 지연 조정된 시간(delayed, phased time)이 신호 연결부(96, 98 및 99)를 통한 공정 제어기(94) 및 회수 시스템 공정 제어기(104) 및 자동 밸브(26)에 대한 그 신호 연결부(95)에 의해서 모니터링되고/거나 제어된다. 상기 기재된 바와 같이, 이들 제어기는 별도로 구성되거나 이들의 기능이 하나의 제어기에 병합될 수 있다. 유출 스트림의 조성을 모니터링하는 것이 또한 가능하다.

자동 밸브(26)가 개방되고 요망된 가스가 압축기(28)를 통해서 제거되는 경우에, 가스는 수착 보호층(sorptive guard bed: 30)을 통해서 통과하여 요망된 가스에 다른 가스, 예컨대, 질소로 예시될 수 있는 불활성 가스와 함께 포함될 수 있는 부식성, 독성, 유해 또는 지구 온난화 종류의 가스 구성물이 제거되게 한다. 도 3에 도시된 본 발명의 구체예에서, 버퍼 탱크(31)는 압축기(28)의 하류 및 보호층(30)의 상류에 위치한다. 상이한 반응기(10)가 요망된 가스를 라인(24)에 공급하는 때에 버퍼 탱크(31)는 어떠한 압력 변차를 완화시켜서, 층(40 및 42)이 실질적으로 일정한 압력의 공급 가스와 접하게 한다. 요망된 가스는 이어서 라인(34)내의 체크 밸브(32)를 통해서 통과하고, 밸브(36) 또는 밸브(38)중 하나를 통한 교번적 통과에 의해서 교번적으로 공급물 수착 및 역류 감압 및 퍼지(purge) 시에, 병렬 전환 수착 분리층(parallel switching sorptive separation beds: 40 및 42)에서 선택적인 수착 분리에 교번적으로 적용된다. 제논이 질소의 캐리어 가스중의 요망된 가스인 경우에, 질소는 전형적으로는 흡착제, 예컨대, 활성탄, 제올라이트 및 알루미나 상에 최소로 강하게 흡착되고, 비흡착된 층(40 또는 42)을 통해서 통과하면서, 제논이 층(40 및 42)내의 흡착제에 흡착된다. 공급물 상에 있는 층의 하류 단부, 예컨대, 각각 라인(44) 또는 라인(46) 근처에서 제논 브레이크스루(breakthrough) 직전에, 공급물상의 그 층이 각각 밸브(36) 또는 밸브(38), 및 각각 밸브(48) 또는 밸브(50)를 패쇄시킴으로써 공급물을 취한다. 공급이 종료된 층은 이어서 라인(68 및 70)을 통한 각각 밸브(64) 또는 밸브(66)를 통해서 역류로 감압되고, 라인(74)를 통한 추가의 압축기(72)에서 서지 탱크(surge tank: 76)로 압축되어 가스를 수거하고, 이를 균일하게 혼합한다. 이러한 가스는 라인(24)중의 가스에 비해서 부화된 요망된 가스, 예컨대, 제논을 함유한다. 압축된 요망된 가스, 예를 들어, 제논은 추가의 압축기(78)에서 추가로 압축되고, 체크 밸브(84) 및 대안적으로 및 각각, 밸브(86) 및 밸브(88)를 통해서 반응기(10)에 재순환되거나, 추가의 처리에 주어지거나, 하나 이상의 저장 용기(90 또는 92)에 저장될 수 있다. 바람직하게는, 두 용기(90 및 92)중 하나의 용기가 충전되면서, 다른 용기는 원격 처리를 위해서 제거되고, 빈 용기가 라인(82)에 연결되어 나머지 용기가 가득찬 경우에 충전된다.

역류 감압에 의해서 층(40 및 42)로부터 수착된 요망된 가스, 예컨대, 제논을 회수하는 것 외에, 압축기(72)에 의해서 수행된 흡입에 의해서 수착된 요망된 가르를 추가로 제거하는 것이 또한 고려된다. 추가로 또는 대안적으로, 요망된 가스는, 어떠한 층(40) 또는 층(42)이 감압 모드에 있어서 층(40 및 42)내의 수착제로부터 요망된 가스를 세정하느냐에 따라서, 라인(58) 및 대안적으로는 밸브(60 또는 62)를 통해서 도입된 질소로 예시되는 캐리어 가스, 예컨대, 불활성 가스에 의해서 층(40 및 42)으로부터 탈착될 수 있다.

층(40 및 42)을 통해서 실질적으로 수착되지 않고 통과하는 요망된 가스가 감소된 가스 혼합물 중의 비회수된 및 비수착된 가스 구성물은 각각 밸브(48 및 50)를 통해서 제거되어 라인(52), 밸브(54) 및 라인(56)에서 유출 라인(22)으로 반송되어 저감 및 배출 시스템(23)에서 처리되어서, 잔류 유출 가스가 배출되기 전에, 독성, 유해, 부식성 또는 지구 온난화 가스가 분해, 연소 또는 수착되게 한다.

Claims (19)

1. 둘 이상의 별개의 가스 조성물을 순차적으로 이용하는 화학 공정 반응기의 유출물로부터 요망된 가스를 회수하는 장치로서,
   (a) 둘 이상의 별개의 가스 조성물을 화학 공정 반응기 내로 도입하기 위한 하나 이상의 라인이 구비되고, 공정 제어기에 대한 신호 연결부를 지니는 화학 공정 반응기;
   (b) 화학 공정 반응기 내에 별개의 가스 조성물을 도입시키기 위한 화학 공정 반응기에 연결된 하나 이상의 유입구;
   (c) 화학 공정 반응기 내로 도입된 둘 이상의 별개의 가스 조성물의 유출물을 제거할 수 있는 화학 공정 반응기로부터의 유출 라인;
   (d) 화학 공정 반응기로부터 유출물을 제거하게 하고, 화학 공정 반응기로의 유출물의 흐름을 방지하며, 설정된 크래킹 압력(set cracking pressure)을 지니는, 유출 라인 내의 체크 밸브(check valve);
   (e) 유출 라인으로부터 요망된 가스를 제거할 수 있으며, 체크 밸브의 상류에 있고, 유출 라인에 대한 연결부를 지닌 회수 라인;
   (f) 회수 라인 내에 있으며, 공정 제어기에 대한 신호 연결부를 지니고, 신호 소통에 의해 작동하는 자동 밸브(automatic valve);
   (g) 화학 공정 반응기 내로의 둘 이상의 가스 조성물의 순차적 도입을 제어할 수 있고, 회수 라인 내의 자동 밸브의 작동을 제어할 수 있어서, 요망된 가스가 가스 조성물의 일부로서 유출 라인에 존재하는 시간의 일부 또는 전체 동안 자동 밸브가 개방되게 하며, 화학 공정 반응기 및 자동 밸브와의 신호 연결부에 의해서 공정 신호를 발생 및 수신할 수 있는 공정 제어기; 및
   (h) 체크 밸브의 설정된 크래킹 압력 아래에서 유출 라인 내의 체크 밸브를 폐쇄하기에 충분한 흐름으로 유출 라인으로부터의 요망된 가스를 제거할 수 있는 회수 라인 내의 압축기(compressor)를 포함하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 회수 라인과 흐름 소통관계에 있으며, 유출 라인에 대한 회수 라인의 연결부 하류에 있는 유출 라인과 흐름 소통관계에 있고, 비회수된 및 비수착된 가스를 유출 라인으로 반송시킬 수 있는, 비회수된 및 비수착된 가스를 제거하기 위한 라인을 포함하는 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 체크 밸브가 압축기의 작동시에 폐쇄되는 설정 점(set point)을 지니는 장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 회수 라인이 유출물로부터 부식성 또는 반응성 가스를 제거하기 위한 수착 보호층(sorptive guard bed)을 포함하는 장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유출 가스로부터의 요망된 가스를 선택적으로 분리할 수 있고 회수 라인에 연결된 하나 이상의 수착 분리층을 포함하는 장치.
6. 제 5항에 있어서, 수착 분리층이 요망된 가스를 저장할 수 있는 하나 이상의 저장 용기와 흐름 소통 관계에 있는 라인에 연결되는 장치.
7. 제 6항에 있어서, 추가의 압축기가 저장 용기에 연결되어 요망된 가스를 압축하는 장치.
8. 제 5항에 있어서, 수착 분리 층이 단계식 연결로 작동될 수 있는 흐름 라인 및 밸브에 의해서 평행하게 회수 라인에 연결된 두 개의 수착 분리층을 포함하는 장치.
9. 제 5항에 있어서, 버퍼 탱크(buffer tank)가 회수 라인 내의 압축기의 하류에 및 수착 분리층의 상류에 있는 장치.
10. 둘 이상의 가스 조성물을 순차적으로 이용하는 화학 공정 반응기의 유출물로부터 요망된 가스를 회수하는 방법으로서,
    (a) 요망된 가스를 포함한 둘 이상의 가스 조성물을 화학 공정 반응기의 유입구를 통해서 화학 공정 반응기에 순차적으로 도입하고;
    (b) 유출 라인에서 둘 이상의 가스 조성물 및 요망된 가스를 포함한 화학 공정 반응기로부터의 유출물을 순차적으로 제거하고;
    (c) 크랙 압력이 설정된 체크 밸브를 통해서 유출물을 통과시키고;
    (d) 요망된 가스를 함유하는, 체크 밸브 상류의 유출 라인으로부터 유출물의 일부를 제거하는데, 그러한 제거가 체크 밸브를 폐쇄시키며 자동 밸브에 의해서 제어된 회수 라인을 통해서 수행되게 하여, 유출물의 일부를 제거하고;
    (e) 자동 밸브와 신호 소통하는 공정 제어기에 의해서 자동 밸브의 작동을 제어하는데, 공정 제어기가 화학 공정 반응기 또는 그 유입구 중 하나 이상과의 신호 소통에 의해서 화학 공정 반응기 또는 그 유입구 내로의 둘 이상의 가스 조성물의 도입을 적어도 모니터링하게 하고, 자동 밸브가 신호 소통에 의해 작동하게 하여, 자동 밸브의 작동을 제어하고;
    (f) 요망된 가스가 가스 조성물의 일부로서 유출 라인에 존재하는 시간의 일부 또는 전체 동안에 유출 라인으로부터 요망된 가스를 함유한 가스 조성물을 회수하도록 자동 밸브를 개방함을 포함하는 방법.
11. 제 10항에 있어서, 화학 공정 반응기가 반도체 제조 공정 반응기인 방법.
12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 요망된 가스가 희가스(noble gas)인 방법.
13. 제 12항에 있어서, 요망된 가스가 헬륨, 아르곤, 제논 디플루오라이드 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
14. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 요망된 가스를 함유하는 유출물 부분이 하나 이상의 수착 분리층에서 분리되어 농축된 요망된 가스 및 추가의 유출 가스를 회수하는 방법.
15. 제 14항에 있어서, 농축된 요망된 가스가 하나 이상의 저장 용기에 포집되는 방법.
16. 제 10항에 있어서, 회수 라인을 통한 유출 라인으로부터의 유출물의 일부의 제거가 체크 밸브에서의 유출 압력을 그의 설정된 크래킹 압력 미만으로 저하시킴으로써 체크 밸브를 폐쇄시키는 방법.
17. 제 10항에 있어서, 자동 밸브가 화학 공정 반응기로의 요망된 가스의 도입에 후속된 시점에서 공정 제어기로부터의 신호 소통에 의해서 개방되고, 후속된 시간이 화학 공정 반응기를 통해서 유출 라인으로 흐르는 요망된 가스에 필요한 시간을 포함하는 방법.
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