KR101478633B1 - 가스배관의 수분 검출장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스배관의 수분 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 가스가 흐르는 배관에 설치되어 상기 배관에 흐르는 가스의 일부를 분기하여 수분농도를 검출하는 수분센서부와, 상기 수분센서부를 경유한 가스를 상기 배관으로 합류시키거나 다른 경로로 공급경로를 가변하는 선택공급부와, 상기 선택공급부를 통해 상기 가스를 공급받아 산소농도를 검출하는 산소센서부와, 상기 산소센서부의 가스를 상기 배관에 공급하는 펌프부와, 상기 산소센서부에서 검출된 산소농도가 설정 농도 이하일 때 상기 수분센서부를 동작시켜 수분농도를 검출하도록 하며, 상기 선택공급부를 통해 상기 수분센서부를 경유한 가스를 상기 배관으로 합류시키도록 상태를 변경하는 제어부를 포함한다. 본 발명은 수분센서와 산소센서를 포함하고, 검출된 산소의 농도에 따라 수분센서의 동작을 결정하여 수분센서가 높은 농도의 수분에 노출되는 것을 차단함으로써, 수분센서에 흡착되는 수분의 양을 줄여 검출대기시간을 최소화하여 기판 처리 생산성을 향상시킴과 아울러 비활성가스의 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

가스배관의 수분 검출장치 및 방법{Moisture detector for gas piping and detecting method thereof}

본 발명은 가스배관의 수분 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 비활성가스 분위기에서 처리가 이루어지는 챔버에 적용하여 챔버 내의 수분을 정확하게 검출할 수 있는 가스배관의 수분 검출장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 평판 디스플레이(FPD) 또는 유기발광다이오드(OLED)의 제조과정에서 특정한 제조공정은 디스플레이 발광소자 제조과정의 수분이 수명과 밀접한 관계로 인하여 외기와는 다른 비활성 분위기에서 처리될 필요가 있다. 따라서 외기와 단절된 분위기를 제공할 수 있는 대형의 프로세스 챔버가 제안되었다.

이러한 프로세스 챔버의 예로는 공개특허 10-2008-0048666호(프로세스 챔버 및 이의 형성방법, 2008년 6월 3일 공개) 등 다수의 예들이 있다. 이러한 프로세스 챔버들은 개폐가 가능한 도어를 가지고 있으며, 그 도어를 통해 대형의 유리기판을 챔버 내에 적재와 이송 등을 하고 처리하게 된다.

이때, 챔버의 내부를 비활성 분위기로 만들기 위하여 그 챔버 내에 비활성가스를 주입하는 과정이 요구된다.

상기 기판의 적재 또는 프로세스 챔버의 유지 보수를 위하여 프로세스 챔버의 도어가 열린 상태가 되면 그 챔버의 내부에는 외기가 유입되며, 적재 또는 유지 보수가 끝난 후 다시 비활성 분위기로 유지하여야 하며, 생산성을 고려하여 빠른 시간 안에 외기에 포함된 수분을 적정한 수준 이하가 되도록 적당량의 비활성가스를 주입시켜 프로세스 챔버 내부를 비활성 분위기로 만들 필요가 있다.

도 1은 종래 가스배관의 수분 검출장치의 일례를 보인 구성도이다.

도 1을 참조하면 프로세스 챔버(1)와, 상기 프로세스 챔버(1)에 비활성가스를 공급하는 비활성 가스 공급관(2)과, 상기 챔버(1)에 유입된 외기를 배출하는 배기관(3)과, 상기 배기관(3)을 통해 배기 가스에서 수분을 검출하는 수분 검출장치(4)를 포함하여 구성된다.

상기 수분 검출장치(4)는 수분센서를 사용하며, 그 수분센서에서 검출된 수분이 설정된 값 이하인 경우에 프로세스 챔버(1)의 내부가 기판의 처리에 적당한 수준의 비활성 분위기인 것으로 판단하여 상기 비활성 가스 공급관(2)을 통해 공급되는 비활성가스의 공급을 중단하고, 배기관(3)을 통한 가스의 배기를 중단하고, 기판을 처리하게 된다.

기판의 처리가 완료되면 다시 챔버(1)의 도어를 열고 처리된 기판을 챔버(1) 외부로 인출하며, 다시 새롭게 처리될 기판을 챔버(1) 내에 적재하게 된다. 이 과정에서 다시 챔버(1)의 내부에는 외부 가스가 유입된다.

이와 같은 과정을 반복수행하면서 상기 수분 검출장치(4)인 수분센서에는 수분이 흡착되며, 그 흡착된 수분에 의하여 실제 배기관(3)을 통해 배기 되는 가스의 수분량에 비하여 더 높은 수분이 검출될 수 있으며, 매우 낮은 기준 값 이하의 수분이 측정되기 위해서는 그 수분센서에 흡착된 수분이 건조된 이후가 되기 때문에 측정 시간이 길어지는 문제점이 있었다.

종래 수분센서의 경우 알루미늄 옥사이드를 사용하여 수분을 측정하게 되나, 알루미늄 옥사이드의 특성이 수분을 빠르게 흡착하는 성질을 가지고 있기 때문에 고농도의 수분에 노출될 경우 내부의 수분이 완전하게 제거 또는 안정화되는데 많은 시간이 필요로하며, 실제로 1ppm까지 안정화하는데 1일에서 3일까지 걸리는 경우도 있다.

즉, 챔버(1)의 내부 수분량이 매우 낮은 값으로 유지되어야 하지만, 수분센서 자체에 흡착된 수분이 제거되어 실제 챔버(1)의 수분량을 검출하는데 까지 소요되는 시간이 필요하기 때문에 공정 대기시간이 상대적으로 길게 되며, 따라서 생산성이 저하되며, 상기 비활성 가스 공급관(2)을 통해 공급되는 비활성 가스의 소비량이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수분센서의 검출대기 시간을 줄일 수 있는 가스배관의 수분 검출장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 가스배관의 수분 검출장치는, 가스가 흐르는 배관에 설치되어 상기 배관에 흐르는 가스의 일부를 분기하여 수분농도를 검출하는 수분센서부와, 상기 수분센서부를 경유한 가스를 상기 배관으로 합류시키거나 다른 경로로 공급경로를 가변하는 선택공급부와, 상기 선택공급부를 통해 상기 가스를 공급받아 산소농도를 검출하는 산소센서부와, 상기 산소센서부의 가스를 상기 배관에 공급하는 펌프부와, 상기 산소센서부에서 검출된 산소농도가 설정 농도 이하일 때 상기 수분센서부를 동작시켜 수분농도를 검출하도록 하며, 상기 선택공급부를 통해 상기 수분센서부를 경유한 가스를 상기 배관으로 합류시키도록 상태를 변경하는 제어부를 포함한다.

또한 본 발명 가스배관의 수분 검출방법은, a) 수분센서와 산소센서를 포함하여, 상기 수분센서 내에 흡착된 수분이 건조되는 동안 산소센서를 이용하여 배관을 지나는 가스의 산소농도를 검출하는 단계와, b) 상기 검출된 산소농도가 설정농도 이하인 경우 상기 수분센서를 이용하여 상기 가스의 수분농도를 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명 가스배관의 수분 검출장치 및 방법은, 수분센서와 산소센서를 포함하고, 검출된 산소의 농도에 따라 수분센서의 동작을 결정하여 수분센서가 높은 농도의 수분에 노출되는 것을 차단함으로써, 수분센서에 흡착되는 수분의 양을 줄여 검출대기시간을 최소화하여 기판 처리 생산성을 향상시킴과 아울러 비활성가스의 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 수분 검출장치의 일례의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스배관의 수분 검출장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스배관의 수분 검출장치의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스배관의 수분 검출장치의 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스배관의 수분 검출장치의 상세 구성도이다.

이하, 본 발명 가스배관의 수분 검출장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스배관의 수분 검출장치의 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스배관의 수분 검출장치의 일실시 상세 구성도이다.

도 2와 도 3을 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스배관의 수분 검출장치(100)는, 프로세스 챔버(1), 프로세스 챔버(1)에 비활성 가스를 공급하는 비활성 가스 공급관(2), 상기 프로세스 챔버(1)에 유입된 가스를 배기하는 배기관(3)을 포함하는 기판 처리시스템의 배기관(3)에 결합 될 수 있다. 이와 같은 적용의 예는 설명의 편의를 위한 것으로, 그 구성에 한정되지 않고 수분의 검출이 필요한 모든 가스배관에 본 발명은 적용될 수 있다.

상기 수분검출장치(100)는, 제어부(200)의 제어에 따라 배기관(3)을 통해 배기되는 가스의 일부를 분기하여 그 분기 된 가스의 수분을 검출하는 수분센서부(110)와, 상기 수분센서부(110)를 경유한 가스의 출구를 가변하는 선택공급부(120)와, 상기 선택공급부(120)로부터 상기 수분센서부(110)를 경유한 가스를 공급받아 산소농도를 측정하여, 그 결과를 상기 제어부(200)로 제공하여 상기 수분센서부(110)의 동작여부를 결정하는 산소센서부(130)와, 상기 산소센서부(130)의 후단에서 상기 가스를 상기 배기관(3)으로 공급하는 펌프부(140)를 포함하여 구성된다.

상기 수분센서부(110)는 배기관(3)을 통해 배기 되는 가스의 일부를 분기하는 분기관(111)과, 상기 분기관(111)에 마련된 밸브(112)와, 상기 분기관(111)을 통해 분기된 가스의 수분을 검출하여 상기 제어부(200)에 그 검출결과를 인지시키는 수분센서(113)를 포함하여 구성된다.

상기 선택공급부(120)는 제어부(200)의 제어에 따라 상기 수분센서(110)를 경유한 가스의 배출 방향을 결정하는 삼방밸브(121)와, 상기 삼방밸브(121)의 제1출구단과 상기 배기관(3)을 연결하는 밸브(122)로 구성된다.

상기 산소센서부(130)는 상기 삼방밸브(121)의 제2출구단에 연결되어 상기 수분센서(113)를 경유한 가스의 산소농도를 검출하여 상기 제어부(200)로 전달하는 산소센서(131)로 구성되며, 상기 펌프부(140)는 상기 산소센서(131)를 경유한 가스에 압력을 제공하는 샘플링펌프(141)와, 상기 샘플링펌프(141)의 출구단의 가스를 상기 배기관(3)에 공급하는 밸브(142)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 챔버(1)의 도어가 열리고 기판이 적재된 상태에서 다시 도어가 닫히고, 상기 챔버(1)의 내부를 비활성 분위기로 만들기 위하여, 상기 비활성 가스 공급관(2)을 통해 비활성 가스가 챔버(1)의 내부로 공급되고, 이때 배기관(3)을 통해 도어의 적재 과정에서 챔버(1) 내부에 유입된 가스를 배출하게 된다.

도면에는 도시하지 않았으나 비활성 가스의 공급과 가스의 배기를 위한 펌프나 블로워가 설치될 수 있다.

상기 배기관(3)을 통해 배기 되는 가스는 배기의 초기에 수분의 함량이 더 높게 되며, 이전의 기판 처리 과정에서 이미 배기관(3)을 통해 배기 되는 가스의 수분을 검출한 수분센서부(110)의 수분센서(113)에는 수분이 흡착된 상태일 수 있다.

이를 고려하여 배기의 초기 단계에서는 상기 수분센서(113)를 사용하지 않고, 분기관(111)과 밸브(112)를 통해 상기 배기관(3)에서 분기 된 가스는 그 수분센서(113)를 단순 경유하여 선택공급부(120)로 공급된다.

상기 선택공급부(120)의 삼방밸브(121)는 입구단을 통해 공급된 배기관(3)에서 분기되고, 수분센서(113)를 단순 경유한 가스를 제2출구단을 통해 산소센서부(130)의 산소센서(131)로 공급한다.

상기 산소센서(131)는 수분의 함량이 많은 가스의 산소농도를 검출하게 된다. 통상 산소센서(131)는 수분센서(113)에 비하여 민감도가 낮으며, 수분에 의한 오차의 발생이 없기 때문에 배기관(3)을 통해 배기 되는 가스의 산소농도를 정확하게 측정이 가능하게 된다.

이때 산소센서(131)에서 검출된 산소농도의 정보는 제어부(200)에 전달되어 인식되고, 설정된 값 이하의 산소농도가 검출될 때까지 상기 제어부(200)는 수분센서(113)의 동작을 정지시키고, 상기 삼방밸브(121)의 제2출구단으로의 개방상태를 유지하게 된다.

상기 산소센서(131)에서 산소농도가 검출된 가스는 펌프부(140)의 샘플링펌프(141)와 밸브(142)를 통해 배기관(3)으로 공급되어 분기 되지 않고 그 배기관(3)을 통해 배기 되는 가스에 합류된다.

이와 같은 상태가 유지되면서, 상기 수분센서(113)에 흡착되었던 수분이 건조되며, 상기 챔버(1)의 가스는 외부로 배기되고, 챔버(1)로 비활성 가스가 비활성 가스 공급관(2)을 통해 공급되어 상기 산소센서(131)에서 검출되는 산소농도는 점차 낮아지게 된다.

상기 산소농도가 점차 낮아져 상기 산소센서(131)에서 검출된 산소농도가 기준농도 이하가 되면, 상기 제어부(200)는 챔버(1)의 내부 분위기의 정확한 검출을 위하여 수분센서(113)를 동작시키며, 상기 삼방밸브(121)의 상태를 변경하여 그 삼방밸브(121)의 제1출구단과 밸브(122)를 통해 가스가 배기관(3)으로 유입되게 한다.

즉, 배기관(3)을 통해 배기 되는 가스 중 분기 된 일부의 가스는 수분센서부(110)와 선택공급부(120)를 통과하여 다시 배기관(3)에 합류된다.

이때 수분센서부(110)의 수분센서(113)는 상기 분기 된 가스에서 수분을 검출하여 현재 챔버(1)의 내부가 공정에 적당한 정도로 비활성 분위기가 되었는지 판단할 수 있도록 한다.

앞서 설명한 바와 같이 수분센서(113)는 배기의 초기 동작에서 산소센서(131)가 산소농도를 검출하는 동안 내부에 흡착된 수분이 건조된 것으로, 흡착된 수분에 의한 오검출 없이 정확하게 미량의 수분농도를 검출할 수 있게 된다.

상기 수분센서부(110)의 수분센서(113)에서 검출된 수분농도가 설정 값 이하인 경우 상기 챔버(1)에 비활성 가스의 공급과 배기를 중단하고, 기판을 처리하게 된다.

이와 같은 과정을 통하여 수분센서(113)에 잔류하는 수분을 제거한 후 배기 가스의 수분농도를 검출하기 때문에, 공정 대기시간을 단축할 수 있으며, 비활성가스의 공급량을 줄일 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스배관의 습도 검출장치의 상세 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스배관의 습도 검출장치는 앞서 설명한 도 3의 구성에 건조부(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 건조부(150)는 비활성가스를 상기 수분센서부(110)의 수분센서(113)에 공급하여 흡착된 수분을 더 빨리 건조시킬 수 있도록 하며, 필요에 따라서 상기 산소센서(131), 샘플링펌프(141) 등을 퍼지(purge) 할 수 있게 된다.

상기 건조부(150)는 상기 수분센서부(110)의 출구단과 상기 삼방밸브(121)의 입구단측에 질소 가스를 공급하는 밸브(151)를 포함하여 구성되고, 공급된 질소가스는 수분센서(113), 밸브(112), 분기관(111)을 통해 배기관(3)으로 유입되어 외부로 배출될 수 있으며, 삼방밸브(131)의 제2출구단을 통해 산소센서(131), 샘플링펌프(141), 밸브(142)를 통해 배기관(3)으로 유입된 후 외부로 배출될 수 있다.

이처럼 건조부(150)를 더 포함하여 상기 수분센서(113)에 흡착된 수분을 더 빨리 건조시킴으로써 수분센서(113)의 검출 정확도를 보다 높일 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스배관의 습도 검출장치의 구성도이다.

도 5를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스배관의 습도 검출장치는, 앞서 설명한 구성에 제2수분센서부(160)를 더 포함하여 구성된다.

이처럼 둘 이상의 수분센서부를 사용하는 경우 수분센서부(110)를 사용한 후, 사용한 수분센서의 유지 보수 및 교정을 수행하기 위하여 제2수분센서부(160)의 수분센서를 사용하기 위해 센서의 안정화 시간으로 인하여 센서의 안정화 시간 이후 새로운 센서를 사용하기 위함이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

110:수분센서부 111:분기관
112,122,142,151:밸브 113:수분센서
120:선택공급부 121:삼방밸브
130:산소센서부 131:산소센서
140:펌프부 141:샘플링펌프
150:건조부 160:제2수분센서부

Claims (6)

1. 가스가 흐르는 배관에 설치되어 상기 배관에 흐르는 가스의 일부를 분기하여 수분농도를 검출하는 수분센서부;
   상기 수분센서부를 경유한 가스를 상기 배관으로 합류시키거나 다른 경로로 공급경로를 가변하는 선택공급부;
   상기 선택공급부를 통해 상기 가스를 공급받아 산소농도를 검출하는 산소센서부;
   상기 산소센서부의 가스를 상기 배관에 공급하는 펌프부; 및
   상기 산소센서부에서 검출된 산소농도가 설정 농도 이하일 때 상기 수분센서부를 동작시켜 수분농도를 검출하도록 하며, 상기 선택공급부를 통해 상기 수분센서부를 경유한 가스를 상기 배관으로 합류시키도록 상태를 변경하는 제어부를 포함하는 가스배관의 수분 검출장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수분센서부는,
   상기 배관에 연결되는 분기관;
   상기 분기관에 마련된 밸브; 및
   상기 분기관과 상기 밸브를 통해 공급된 가스의 수분농도를 검출하는 수분센서를 포함하는 가스배관의 수분 검출장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 수분센서에 비활성가스를 공급하여 상기 수분센서에 흡착된 수분을 건조시키는 건조부를 더 포함하는 가스배관의 수분 검출장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수분센서부는,
   복수로 마련된 것을 특징으로 하는 가스배관의 수분 검출장치.
   
5. a) 수분센서와 산소센서를 포함하여, 상기 수분센서 내에 흡착된 수분이 건조되는 동안 산소센서를 이용하여 배관을 지나는 가스의 산소농도를 검출하는 단계; 및
   b) 상기 검출된 산소농도가 설정농도 이하인 경우 상기 수분센서를 이용하여 상기 가스의 수분농도를 검출하는 단계를 포함하는 가스배관의 수분 검출방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 배관은 배기관이며,
   상기 b) 단계에서 검출된 수분농도가 설정농도 이하일 때 배기를 중단하고, 비활성가스를 상기 수분센서에 공급하여 상기 수분센서를 건조시키는 단계를 더 포함하는 가스배관의 수분 검출방법.

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