KR102663863B1 - 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템은, 케미컬의 종류별로 설치된 상태에서 외부 탱크로리와 연결되어 케미컬을 공급받아 파이프로 연결된 저장탱크에 저장하는 것으로서, 상기 케미컬 공급 시 압력을 감지하는 압력 감지 센서를 포함한 자동 커플러 모듈; 파이프를 매개로 상기 저장탱크에 저장된 케미컬을 반도체 제조 장비에 공급하는 복수 개의 VMB(Valve Manifold Box); 케미컬별 기준 압력을 저장한 케미컬 압력 데이터베이스와, 상기 압력 감지 센서의 측정 압력이 기준 압력과 차이 발생 시 알람을 발생하면서 상기 VMB를 차단 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템에 의하면, 케미컬의 유출이 발생하는 것은 물론 케미컬 유출 이전의 이상 상황을 세밀하게 감지하여 알람을 발생함으로써 더욱 안정적인 반도체 제조 환경을 마련할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템에 의하면, 케미컬의 유출이 발생하는 것은 물론 케미컬 유출 이전의 이상 상황을 세밀하게 감지하여 알람을 발생함으로써 더욱 안정적인 반도체 제조 환경을 마련할 수 있는 장점을 가진다.
Description
본 발명은 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템으로서, 더욱 상세히는 자동 커플러 모듈과 복수 개의 VMB을 포함한 기반에서 케미컬별 기준 압력을 저장한 다음 이를 자동 커플러 모듈 측에 설치된 압력 감지 센서의 압력과 비교하여 차이가 발생한 경우 알람을 발생하는 등의 안전 조치를 취하여 케미컬의 누출이나 방폭과 같은 위험 상황을 효율적으로 방지할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조를 위한 케미컬 공급 시스템(Central Chemical Supply System)은 로컬 방식으로 케미컬을 공급하는 방식과 달리 중앙 처리 방식으로 반도체 제조 장비에 각종 케미컬을 공급하는 시스템을 의미한다.
반도체 제조 시에는 식각액, 솔벤트, 포토레지스트, 도펀트, 세정제 등의 산/염기/유기 용매과 같은 다양한 화학물질, 즉 케미컬이 사용되고 있고 이를 각각의 특정 반도체 제조 설비에 정확하고 안정적으로 공급하는 것이 중요한데, 바로 상술한 케미컬 공급 시스템이 이와 같은 공정을 수반하고 있다.
이러한 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템은 각 반도체 제조 설비에 연결된 파이프를 통하여 케미컬을 혼합/분배 및 공급과 저장/충전하는 세부 구성, 예를 들어 외부 탱크로리와 연결된 커플러 모듈을 포함한 케미컬 공급 설비, 케미컬 공급 관리 장치, 제어부를 포함하고 있다.
이러한 케미컬 공급 시스템은 케미컬이 외부로 유출되는 것과 같은 위험 상황을 각별하게 관리하는 것이 무엇보다 중요한데, 일부 케미컬이 유출된 고온 및 고압 환경은 물론 상온 등의 환경에서도 케미컬이 외부 공기 및 자신들과 반응하면서 폭발하면 치명적인 위험 상황을 초래할 수 있기 때문이다.
이러한 케미컬의 누출을 방지하기 위한 선행기술로서, 국내 특허 제 2014697호인 무선 주파수 방식을 이용한 누액감지 정보 시스템은, 위험물질의 누액을 감지하기 위하여 설치된 누액감지부에 연결선으로 연결된 누액경보기(송신부), 상기 누액경보기(송신부)가 송신한 누액신호를 수신하여 경고음을 발생시키고 경광등을 작동시키는 누액경보기(수신부)로 이루어지고, 상기 누액경보기(송신부)와 누액경보기(수신부)는 무선 주파수 방식으로 작동되어, 누액감지부와 누액경보기를 연결하는 배선이나 배관 설비가 필요 없고, 그 경과 시공비가 절감되고 시공기간이 단축되며, 관리자가 항상 상주하는 사무실이나 경비실에 누액경보기를 설치함으로써 누액사고가 발생하는 경우 신속하고 효율적으로 조치하는 효과가 있다고 공개되어 있다.
그런데, 상기 기술은 실제 누액이 발생하였을 때 경고를 함으로써 누액 발생 자체를 방지하는데 부족할 뿐 아니라 무선 통신의 오류 시 경고가 제대로 발생하지 않을 개연성도 존재하고 있어 상당히 안정적인 시스템 기반이라고 하기에는 부족한 점이 따른다.
따라서, 누액, 즉 케미컬의 유출이 발생하는 것은 물론 케미컬 유출 이전의 이상 상황을 세밀하게 감지하여 알람을 발생함으로써 더욱 안정적인 반도체 제조 환경을 마련할 수 있는 신규하고 진보한 시스템을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 특히 케미컬 유출이 발생할 우려가 큰 외부 탱크로리와 연결되는 자동 커플러 모듈에 압력 감지 센서를 설치한 다음 케미컬별 기준 압력(기준 충전/공급 압력)과의 차이를 비교하여 차이 발생 시 알람을 발생하거나 밸브를 차단하는 케미컬 공급 시스템을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 케미컬의 공급 유량을 분석하여 위기 상황을 예측할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 케미컬 유출 감지 센서로서 유해한 케미컬과 반응하여 변색하되 안정적인 물성 기반의 인디케이터을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템은, 케미컬의 종류별로 설치된 상태에서 외부 탱크로리와 연결되어 케미컬을 공급받아 파이프로 연결된 저장탱크에 저장하는 것으로서, 상기 케미컬 공급 시 압력을 감지하는 압력 감지 센서를 포함한 자동 커플러 모듈; 파이프를 매개로 상기 저장탱크에 저장된 케미컬을 반도체 제조 장비에 공급하는 복수 개의 VMB(Valve Manifold Box); 케미컬별 기준 압력을 저장한 케미컬 압력 데이터베이스와, 상기 압력 감지 센서의 측정 압력이 기준 압력과 차이 발생 시 알람을 발생하면서 상기 VMB를 차단 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동 커플러 모듈과 파이프 중 적어도 어느 하나의 일 측에는, 상기 케미컬의 유출 여부를 감지하는 유출 감지 센서를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 압력 감지 센서의 측정 압력이 기준 압력과 차이 발생과 함께 상기 유출 감지 센서에서 유출 감지 신호가 발생 시 알람을 발생하면서 상기 VMB를 차단 제어하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 자동 커플러 모듈 측의 유출 감지 센서는, 특정 케미컬의 유출을 감지하여 변색하는 인디케이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템에 의하면,
1) 케미컬의 유출이 발생하는 것은 물론 케미컬 유출 이전의 이상 상황을 세밀하게 감지하여 알람을 발생함으로써 더욱 안정적인 반도체 제조 환경을 마련할 수 있는 장점을 가지고,
2) 케미컬 공급 시의 압력은 물론 유량 등을 종합적으로 분석하여 더욱 정밀하게 위기 상황을 예측할 수 있으며,
3) 유해물질을 포함한 케미컬의 유출을 변색 방식으로 감지하는 인디케이터가 내구성과 안정성을 겸비할 수 있어 운영의 안정성과 편의성을 동시에 도모할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 케미컬 공급 시스템의 기본 실시예를 도시한 개념도.
도 2는 층고차를 가진 환경에서 본 발명의 케미컬 공급 시스템의 변형 실시예를 도시한 개념도.
도 3은 복수 개의 VMB와 이에 연결된 파이프의 구조를 예시한 개념도.
도 4는 본 발명의 자동 커플러 모듈이 외부 탱크로리와 저장탱크와 연결된 구조를 예시한 개념도.
도 5는 본 발명의 컨트롤러와 센서의 연결 구조를 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 인디케이터를 제조하는 공정을 도시한 순서도.
도 2는 층고차를 가진 환경에서 본 발명의 케미컬 공급 시스템의 변형 실시예를 도시한 개념도.
도 3은 복수 개의 VMB와 이에 연결된 파이프의 구조를 예시한 개념도.
도 4는 본 발명의 자동 커플러 모듈이 외부 탱크로리와 저장탱크와 연결된 구조를 예시한 개념도.
도 5는 본 발명의 컨트롤러와 센서의 연결 구조를 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 인디케이터를 제조하는 공정을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 케미컬 공급 시스템의 기본 실시예를 도시한 개념도이고, 도 2는 층고차를 가진 환경에서 본 발명의 케미컬 공급 시스템의 변형 실시예를 도시한 개념도이며, 도 3은 복수 개의 VMB와 이에 연결된 파이프의 구조를 예시한 개념도이다.
우선 본 발명에서 케미컬이라 함은 화학약품, 약액이라고도 명명되는 것으로서 순수나 산성, 알칼리성 또는 중성의 각종 용액과 같은 액체나 기체는 물론 상술한 액체에 분말등이 혼합된 슬러리(slurry)와 같이 에멀젼 상태나 페이스트 상태를 포함하는 개념으로 이해할 수 있다.
본 발명의 시스템은 기본적으로 자동 커플러 모듈(100)과 VMB(200) 및 컨트롤러(300)를 포함한다.
본 발명의 자동 커플러 모듈(100)은 케미컬의 종류별로 설치된 상태에서 외부 탱크로리(10)와 연결되어 케미컬을 공급받아 파이프(400)로 연결된 저장탱크(150)에 저장하는 기능을 제공하는 것으로서, 일반적으로 ACQC(Auto Clean Quick Coupler)로 잘 알려져 있어 이에 대한 별도의 구체적인 설명은 생략한다.
또한, VMB(Valve Manifold Box)(200)는 도 3을 보아 알 수 있듯이 다수의 밸브들을 포함한 밸브 박스로서, 다수으 파이프와 연결된 상태에서 저장탱크의 케미컬을 다수의 반도체 제조 장비(60)로 분배하여 공급하는 기능을 제공한다.
도 1에서는 본 발명의 시스템은 ACQC 룸, 트랜스퍼 룸, 서플라이 룸이라는 3개의 룸으로 구분한 실시예를 도시하고 있다.
ACQC 룸에는 외부 탱크로리(10)와 자동 커플러 모듈(100)이 설치되고, 트랜스퍼 룸은 도 2에 도시된 바와 같이 층고차가 있는 환경에서 고층으로 케미컬을 이송하기 위해 펌프를 포함한 상태에서 질소 가압을 수행하여 충분한 케미컬의 이송 압력을 보장하는 트랜스퍼 유닛(500)과 상술한 VMB(200)이 설치된는 것을 알 수 있다.
또한, 서플라이 룸에는 트랜스퍼 유닛(500)으로 이송된 케미컬을 반도체 제조 장비에 공급하는 서플라이 유닛(600)과 서플라이 탱크(610)를 포함한다.
이러한 세부 구성은 반도체 제조 환경에 따라 다양한 조합으로 구성될 수 있는데, 예를 들어 앞서 설명한 트랜스퍼 룸과 서플라이 룸 및 이들에 설치된 유닛들이 통합되거나 트랜스퍼 유닛(500)이나 서플라이 유닛(600) 없이 VMB(200)만으로 구성될 수 있다.
앞서 언급하였듯이, 상술한 자동 커플러 모듈(100)과 VMB(200)는 공지의 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템에 대한 설명에서 잘 표현되어 있으므로 별도의 추가 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 자동 커플러 모듈이 외부 탱크로리와 저장탱크와 연결된 구조를 예시한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 컨트롤러와 센서의 연결 구조를 도시한 개념도이다.
본 발명의 자동 커플러 모듈(100)은 외부 탱크로리(10)에서 케미컬을 공급받을 때의 압력을 측정/감지하는 압력 감지 센서(110)를 포함하는 것을 기본적인 특징으로 한다.
이러한 압력 감지 센서(110)는 공지의 자동 커플러 모듈(100)에도 설치되어 있는 구성이나, 본 발명에서는 특히 컨트롤러(300)에서 상술한 압력을 기준으로 후속 제어를 수행하는 기능을 제공하는 기반을 제공하는 것이 주요 특징이라 할 수 있다.
본 발명의 컨트롤러(300)는 본 발명의 시스템을 구성하는 구성요소의 통합 관리는 물론 특정 구성에 대한 개별 제어를 수행할 수 있는 일종의 중앙 제어 센터와 같은 기능을 제공할 수 있다.
컨트롤러(300)는 중앙처리장치(CPU) 및 메모리와 하드디스크와 같은 저장수단을 구비한 하드웨어 기반에서 중앙처리장치에서 수행될 수 있는 프로그램, 즉 소프트웨어가 설치되어 이 소프트웨어를 실행할 수 있는데 이러한 소프트웨어에 대한 일련의 구체적 구성을 '모듈' 및 '부', '파트' 등의 구성단위로써 후술할 예정이다.
이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스' 또는 '파트' 등 의 구성은 컨트롤러(300)의 저장수단에 설치 및 저장된 상태에서 CPU 및 메모리를 매개로 실행되는 소프트웨어 또는 FPGA 내지 ASIC과 같은 하드웨어의 일 구성을 의미한다. 이때, '모듈' 또는 '부', '인터페이스'라는 구성은 하드웨어에 한정되는 의미는 아니고, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
이러한 '모듈' 또는 '부' 또는 '인터페이스'에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.
더불어, 컨트롤러(300)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 모든 종류의 하드웨어 장치를 의미하는 것이고, 실시예에 따라 해당 하드웨어 장치에서 동작하는 소프트웨어적 구성도 포괄하는 의미로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 서버의 일 예로서의 컴퓨팅 장치는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑, 노트북 및 각 장치에서 구동되는 사용자 클라이언트 및 애플리케이션을 모두 포함하는 의미로서 이해될 수 있으며, 또한 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 하드웨어/소프트웨어를 기반으로, 컨트롤러(300)는 케미컬 압력 데이터베이스(310)를 구비한 상태에서, 압력 감지 센서(110)의 측정 압력이 케미컬 압력 데이터베이스(310)에 저장된 기준 압력과 차이 발생 시 알람을 발생하면서 VMB(200)를 차단 제어, 구체적으로 VMB에 포함된 복수 개의 밸브 중 적어도 일부의 밸브를 차단하는 기능을 수행한다.
케미컬 압력 데이터베이스(310)는 케미컬 별의 기준 압력을 저장한 데이터베이스를 의미한다.
이때, 기준 압력은 특정 케미컬이 외부 탱크로리(10)로부터 자동 커플러 모듈(100)에 공급(충전)될 때 통상적인 압력을 의미하는 것으로서, 가장 보편적으로 공급되는 케미컬 별의 공급 압력을 의미한다.
예를 들어 기준 압력의 단위를 
라 할 때 과산화수소(H2O2)는 2.1, 불화수소(HF)는 1.4, 황산(H2SO4)은 2.3과 같이 장시간 학습을 통하여 경험적으로 기준 공급 시간 대비 안정성이 있다고 알려진 공급 압력을 의미한다.
즉, 컨트롤러(300)는 공급 중인 케미컬에 대한 기준 압력을 케미컬 압력 데이터베이스로(310)부터 불러와 인식한 다음 이를 압력 감지 센서(110)에서 측정한 압력(실제 압력)과 비교하여 양자의 차이가 임계치(이러한 입계치 역시 케미컬 압력 데이터베이스(310)에 케미컬 별로 미리 저장 처리하는 것이 가능) 이상으로 발생한 경우 알람 발생은 물론 VMB(200)의 밸브(해당 케미컬에 관련되도록 연결된 파이프 단의 밸브)를 차단(폐쇄)하는 기능을 제공한다.
즉, 기준 압력보다 실제 압력이 큰 경우 공급 시간이 단축될 수는 있으나 저장탱크(150)나 파이프(400)에 과잉 압력이 걸리면서 이상 상황이 발생할 수 있고, 반대로 기준 압력보다 실제 압력이 작은 경우에는 자동 커플러 모듈(100)이나 어느 파이프(400)의 일 측에서 케미컬의 유출이 의심될 수 있는 위험 상황이라 할 수 있으므로 이들 모두 스피커나 램프와 같은 시각/청각적인 알람을 발생하여 관리자의 대처를 촉진하는 것은 물론 VMB(200)의 적어도 일부의 밸브를 차단 제어하여 폭발이나 방폭 등의 위험에 대비할 수 있는 기능을 제공한다.
정리하면, 전체 시스템의 구성 중에서 특히 외부 탱크로리(10)와 연결/단락이 수시로 발생하는 자동 커플러 모듈(100)에서 공급되는 케미컬의 압력을 측정하여 기준 압력과 비교 처리하여 해당 압력이 기준 압력보다 임계치만큼 크거나 작을 경우 신속한 대처를 수행할 수 있어 케미컬 유출에 의한 방폭이나 과잉 압력으로 인한 폭발 위험을 미리 대비하면서 안정성을 강화할 수 있는 특성을 제공한다.
다시 도 5를 참조하면, 자동 커플러 모듈(100)과 파이프(400) 중 적어도 어느 하나의 일 측에는 케미컬의 유출 여부를 감지하는 유출 감지 센서(120)를 포함하는 것을 알 수 있다.
이러한 유출 감지 센서(120)는 엑체 또는 기체로 이루어진 케미컬의 유출 여부를 감지하는 기능을 제공하는 것으로서, 일반적으로 누출 감지기라고도 명명된다.
이러한 유출 감지 센서(120)는 다양한 종류가 존재하는데, 예를 들어 초음파를 사용하여 케미컬의 유출 시 발생하는 소리를 감지하는 초음파 센서, 이산화탄소나 메탄과 같은 적외선을 흡수하는 가스가 누출되면 증가된 수준의 방사선을 감지하는 적외선 센서, 정전 용량의 변화를 감지하는 정전용량 센서, 전도도의 변화를 감지하는 전도성 센서는 물론 특정 케미컬의 성분과 반응하여 변색되는 인디케이터와 같은 종류가 있을 수 있다.
이에 대응하여 컨트롤러(300)는 상술한 바와 같이 압력 감지 센서(110)의 측정 압력이 기준 압력과 차이 발생과 함께 유출 감지 센서(120)에서 유출 감지 신호가 발생 시 알람을 발생하면서 상기 VMB(200)를 차단 제어하는 기능을 제공할 수 있다.
즉, 상술한 압력 변화에서 기준 압력보다 실제 압력이 작은 경우 케미컬의 유출뿐 아니라 질소 압력의 순간적인 변화와 충전 상황에서의 다양한 외부 요인에 따른 일시적인 압력 감소 현상이 발생하여 케미컬의 유출이 실제 발생한 것인지 혼동이 올 수 있는데, 이러한 상황에서 유출 감지 센서(120)의 유출 감지 신호가 발생하면 확실히 케미컬의 유출을 확정할 수 있어 이를 통해 알람 발생과 더불어 VMB(200)를 차단하여 안정성을 한층 더 강화할 수 있도록 한 것이다.
더 나아가, 저장탱크(150)는 자동 커플러 모듈(10)로부터 유입되는 케미컬의 유랑(충전 유량/공급 유량)을 측정하는 유량 센서(130)를 포함하는 것이 가능하다.
이에 대응하여, 컨트롤러(300)는 케미컬 유량 데이터베이스(320)를 포함할 수 있다.
케미컬 유량 데이터베이스(320)는 케미컬별로 저장탱크(150)에 유입되는 기준 압력과 상술한 기준 압력이 일정 시간 가해졌을 때 예상되는 케미컬의 예상 유량을 저장한 데이터베이스이다.
예를 들어, 과산화수소(H2O2)가 2.1
의 기준 압력으로 100분동안 유입될 경우 저장탱크(150)의 예상 유량은 16,000L가 되는데, 이때 16,000L이 예상 유량이라 할 수 있다.
이러한 예상 유량은 저장탱크(150)의 체적은 물론 유입 시간을 달리 처리하여 특정 케미컬 별로 다양한 데이터로 저장되는 것도 가능하다.
이때의 컨트롤러(300)는 상술한 예상 유량과 유량 센서(130)에서 측정한 유량의 차이가 발생할 시 알람을 발생하는 기능을 제공할 수 있다.
이때, 유량 센서(130)에서 측정한 유량은 실시간 유량이고 상술한 예상 유량은 일정 시간을 반영한 시간 누적 유량으로 개념상의 차이가 있을 수 있는데, 컨트롤러(300)에서 실시간 유량을 예상 유량에 반영된 시간을 곱하여 양자가 비교 대상이 되도록 처리할 수 있음은 물론이다.
다시 말해, 예상 유량보다 실제 측정한 유량이 적거나 많은 경우 알람을 발생하여 관리자로 하여금 점검을 수행하여 유량 차이가 발생하는 이유를 파악할 수 있도록 하여, 행여 발생할 수 있는 케미컬의 방폭에 더욱 확실하고 민감하게 반응할 수 있는 환경을 제공하는 것이 가능하다.
이때에는 VMB(200)의 적어도 일부의 밸브를 차단하는 기능을 제외하였는데, 유량 차이가 발생하는 상황은 케미컬 유출 이외에 다양한 정상 상황도 함께 존재할 수 있으므로 너무 자주 VMB(200)을 차단하여 반도체 제조 공정에 불필요한 차질이 발생하는 문제를 방지하기 위함이다.
이때 추가적으로, 유량 센서(130)는 제 1,2 감지 센서(131,132)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제 1 감지 센서(131)는 자동 커플러 모듈(100) 측에 설치된 유량 센서이고, 제 2 감지 센서(132)는 자동 커플러 모듈(10)과 저장탱크(150)를 연결한 파이프(400) 측에 설치된 유량 센서이다.
이애 대응하여, 컨트롤러(300)는 예상 유량과 제 1,2 감지 센서(131,132)에서 측정한 각 유량을 비교하여 알람 발생 여부를 제어하는 기능을 제공할 수 있다.
즉, 유량 센서(130)를 자동 커플러 모듈(100) 측과 파이프(400) 측에 각각 설치하여 더욱더 세부적이자 국소적인 부위에서의 유량을 체크하여 이를 예상 유량과 반영함으로써 자동 커플러 모듈(100)이나 파이프(400) 중 어느 하나의 유량에서라도 예상 유량과의 차이값이 발생하면 이상 상황으로 감지하여 알람을 발생하도록 한 것이다.
이에 따라, 알람이 발생하면 관리자가 더욱 주의를 기울여 자동 커플러 모듈(100)이나 파이프(400)의 외관이나 이에 설치된 공지의 다양한 센서값을 체크하면서 위험 상황이 발생하기 전에 더욱 세심하게 시스템의 세부 시설을 체크할 수 있는 분위기를 조성할 수 있다.
앞서 잠시 설명하였듯이, 유출 감지 센서(120)는 특정 케미컬의 유출을 감지하여 변색하는 인디케이터(indicator)를 포함할 수 있는데, 이 인디케이터는 특히 자동 커플러 모듈(100)(정확히는 커플러의 표면) 측에 설치되는 것이 관리자가 용이하게 식별할 수 있어 더욱 바람직하다.
케미컬이 외부로 유출되는 것은 폭발과 같이 치명적인 사고로 이어질 가능성이 크므로 무척 유의해야 할 상황이나, 폭발 사고 이외에 관리자 등의 눈, 코, 목 등의 점막을 자극하는 것은 물론 대량 노출 시 심각한 신경 및 신경퇴행 증상, 간 및 신장 손상, 호흡기 문제 등을 유발할 수 있는 유해물질이 유출되는 것도 심각한 상황을 초래할 수 있다.
반도체 제조를 위한 케미컬의 종류를 실로 다양한데, 이 중에서 반도체 제조 시 발생하는 유기 잔류물을 제거하거나 웨이퍼를 세정하기 위한 세척용 케미컬에 포함되는 유해 물질 중 하나로서 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene, TCE)가 존재한다.
트리클로로에틸렌은 앞서 언급하였듯이 인체에 매우 유해한 화학물질로 분류되어 반도체 제조 공정에서 사용하는 것이 감소하여 HFE(Hydrofluoroethers) 및 t-DCE(trans-1,2-dichloroethylene)와 같은 대체 물질이 자주 사용되는 추세이지만, 자동 커플러 모듈(100)이 노화되거나 케미컬의 공급으로 일부 열이 발생될 때 생성될 개연성이 있고, 점성을 보유하거나 황산, 과산화수소, 염산, 인산, 질산 및 다양한 유기 용매의 일부에서 TCE를 함유할 가능성 역시 적지 않다는 문제가 존재한다.
이러한 트리클로로에틸렌은 외부, 특히 공기 중에 노출 시 눈, 코, 목 등의 점막을 자극하고, 대량 노출 시 심각한 신경 및 신경퇴행 증상, 간 및 신장 손상, 호흡기 문제 등을 유발할 수 있다.
더불어, 케미컬의 유출 시 트리클로로에틸렌(TCE) 이외의 또 다른 유해가스가 발생하는 상황에 더욱 탄력적으로 대응하는 것도 중요하다.
즉, 액상의 케미컬이 유출되어 기화되면서 이산화탄소나 황산가스(SO2) 또는 질산가스(NO2)가 발생할 수 있고, 자동 커플러 모듈 주변 환경의 온도가 높으면 이러한 이산화탄소나 황산가스 또는 질산가스의 발생량이 증가할 가능성이 있다.
이 중에서 이산화탄소보다 황산가스 또는 질산가스의 경우 유해성이 높으므로 이를 실시간으로 검출할 수 있는 수단이 필요하다.
이를 위하여 본 발명의 자동 커플러 모듈(100) 측에 설치된 인디케이터는 트리클로로에틸렌은 물론 황산가스(또는 질산가스)를 시각적으로 검출할 수 있는 1,4-벤조퀴논(1,4-Benzoylquinone)을 포함하는 것이 가능하다.
1,4-벤조퀴논은 화학식이 C9H6O인 화합물로, 무색 도는 연한 황색 분말 상태를 가지고 있는 물질로서, 일반적으로는 합성수지, 인쇄 잉크, 염료 등의 원료로 사용되는 벤조퀴논 계열의 화합물이다.
벤조퀴논은 여러 종류가 있으나, 이 중에서 1,2-벤조퀴논과 1,4-벤조퀴논을 구분하여 설명하면 다음과 같다.
1,2-벤조퀴논은 벤조퀴논 분자에서 케톤기(-C=O)가 벤젠 고리의 1번째 탄소와 2번째 탄소 사이에 위치한 화합물이고, 1,4-벤조퀴논은 벤조퀴논 분자에서 케톤기가 벤젠 고리의 1번째 탄소와 4번째 탄소 사이에 위치한 화합물이다.
이 중에서 1,4-벤조퀴논은 1,2-벤조퀴논에 비해 TCE 검출에 더욱 유리한데, 1,4-벤조퀴논이 TCE와 상호작용할 때 더욱 강한 발광 또는 신속한 변색 반응을 보이기 때문이다.
이러한 1,4-벤조퀴논을 포함하는 인디케이터는 자동 커플러 모듈(100)의 표면(특히, 외부 탱크로리와의 결합 부위 주변이나 외부 탱크로리에 결합되는 구멍 주변)에 코팅되거나 아니면 자동 커플러 모듈(100)의 제작 시 원재료에 혼합되어 제작될 수 있다.
특히, 자동 커플러 모듈(100)의 표면에 코팅할 시에는 벤조퀴논 분말을 적정한 용매, 즉 아세톤(Acetone), 에탄올(Ethanol), 이소프로필 알코올(Isopropanol) 중 어느 하나에 혼합한 다음 스프레이로 분사하여 코팅하는 스프레이 코팅(Spray coating), 벤조퀴논 분말을 적정한 용매와 혼합하여 용액을 만든 후 자동 커플러 모듈(100)의 표면에 흘리거나 붓는 솔루션 코팅(Solution coating)과 같은 코팅 방법을 적용할 수 있고, 이 외에 스핀 코팅(Spin coating) 방법을 적용할 수도 있다.
특히 스프레이 코팅 방식은 별도의 스프레이 용기에 상술한 인디케이터를 보관하다가 일정 주기 별로 자동 커플러 모듈(100)의 표면에 분사하는 것으로 활용됨으로써, 인디케이터의 성분이 자동 커플러 모듈(100)에서 쉽사리 휘발되거나 장시간 공기 노출로 희석되는 문제를 해결할 수 있다.
분말 형태의 1,4-벤조퀴논을 포함한 인디케이터의 초기 색상은 무색이나 연한 노란색의 색상을 취하는데, 이 인디케이터가 트리클로로에틸렌(TCE)과 접하면 붉은색(적색)으로 변한다.
더불어, 1,4-벤조퀴논을 포함한 인디케이터가 황산가스와 접하면 황색으로 변하는 성질을 가진다.
이러한 원리를 통하여, 사용자가 자동 커플러 모듈(100)의 표면 색상이 적색 또는 황색으로 변하였는지를 육안으로 쉽게 확인할 수 있어, 트리클로로에틸렌(TCE)이 묻은 자동 커플러 모듈(100)을 교체하거나 외부 탱크로리와의 안정적인 결합이 이루어졌는지 여부를 쉽게 파악할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 인디케이터가 적색 또는 황색으로 변색되는지를 육안으로 확인함으로써, 인체에 유해한 물질인 트리클로로에틸렌(TCE) 또는 황산가스(또는 질산가스)가 자동 커플러 모듈에서 유출되는지 여부를 파악하여 안정적인 작업 환경을 구축할 수 있는 기반을 제공한다.
더 나아가, 상술한 인디케이터는 1,4-벤조퀴논(1,4-Benzoylquinone) 10 내지 20 중량부와, 폴리피롤(Polypyrrole) 5 내지 10 중량부 및, N,N-디메틸폼아미드(Dimethylformamide, DMF) 60 내지 80 중량부를 혼합한 검출 혼합물을 포함하는 것이 가능하다.
폴리피롤(Polypyrrole : Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT)은 고분자 전도체 중 하나로서, 전자 재료나 태양 전지 분야에서 자주 사용되는 물질이다.
본 발명에서는 특히 폴리피롤이 1,4-벤조퀴논과 혼합되면서 안정성을 향상하는 것은 물론 특히 1,4-벤조퀴논의 표면적을 증가시켜 1,4-벤조퀴논이 트리클로로에틸렌(TCE)을 검출하는 반응속도를 빠르게 향상할 수 있는 특성을 제공한다.
특히 폴리피롤은 1,4-벤조퀴논을 환원시키는 데 기여하는바, 이러한 환원 반응이 1,4-벤조퀴논의 색 변화를 유발하는 데 중요한 역할을 수행할 수 있다.
삭제
N,N-디메틸폼아미드(Dimethylformamide, DMF)는 1,4-벤조퀴논과 폴리피롤의 용매로 적용되는 물질이다.
특히, N,N-디메틸폼아미드는 1,4-벤조퀴논과 폴리피롤의 상호 용해도를 향상시켜 다른 용매보다 높은 농도로 용해할 수 있는 환경을 제공하는 것은 물론, 높은 증발점을 가지고 있어서 용매가 빠르게 증발하지 않아 인디케이터를 자동 커플러 모듈(100)에 코팅하는 과정에서 안정적인 성능을 발휘할 수 있고, 1,4-벤조퀴논의 일부 독성을 완화할 수 있는 안전한 용매로 적용될 수 있다.
상술한 검출 혼합물을 포함하는 인디케이터에 의하여, 트리클로로에틸렌(TCE)는 물론 황산가스, 질산가스의 검출을 더욱 빠르게 수행할 수 있는 것은 물론 용해성을 강화함과 아울러 독성을 완화하는 안정성을 보장할 수 있는 특성을 제공한다.
더 나아가, 인디케이터의 변색 효율 및 안정성을 높이기 위해 보다 추가적인 조성이 더 포함될 수 있으며, 이러한 인디케이터를 제조하는 단계에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 인디케이터를 제조하는 공정을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 인디케이터는 1차 물질 제조 단계(S11), 2차 물질 제조 단계(12), 완성 단계(S13)를 통해 제조될 수 있다.
(S11) 1차 물질 제조 단계
1차 물질 제조 단계는, 검출 혼합물 20 내지 30 중량부와 카올린(kaolin) 10 내지 20 중량부 및 에탄올(ethanol) 50 내지 70 중량부를 혼합하여 1차 물질을 제조하는 과정이다.
여기서, 검출 혼합물은 상술한 바와 같고, 카올린은 고령토라고도 불리는 것으로서 인디케이터가 코팅된 자동 커플러 모듈(100)이 주변 고열로 쉽사리 부식되거나 열변형이 일어나는 것을 막으면서 강도를 높이는 무기 필러로서 작용한다.
에탄올은 카올린에 대한 분산매로서 기능은 물론, 이러한 카올린과 검출 혼합물의 용해도를 높이는 용매로서의 기능을 수행한다.
(S12) 2차 물질 제조 단계
이어서, 1차 물질 90 내지 95 중량부와 발리놀(valinol) 0.5 내지 3 중량부 및 알지네이트(alginate) 3 내지 10 중량부를 혼합하여 2차 물질을 제조한다.
발리놀은 황산가스를 흡수하는 기능을 제공하여, 인디케이터에서의 황산가스소의 반응성, 즉 인디케이터에서 검출될 수 있는 황산가스의 농도를 향상시키면서 1,4-벤조퀴논의 변색을 돕는 기능을 제공한다.
알지네이트는 비가역성 하이드로콜로이드의 일종으로, 해조류(특히 갈조류)에서 추출된 고분자 탄수화물이다.
이러한 알지네이트는 인디케이터가 자동 커플러 모듈(100)에 코팅 시에 인디케이터의 경화를 촉진하면서 인디케이터의 부착력에 기인한 코팅 성능을 강화하고 상술한 1차 물질과의 혼합성을 높이기 위해 첨가된다.
(S13) 인디케이터 완성 단계
마지막으로, 2차 물질 95 내지 98 중량부와 알루민산소듐(sodium aluminate) 1 내지 5 중량부 및 데실올리에이트(Decyl oleate) 1 내지 3 중량부를 혼합하여 인디케이터를 완성한다.
알루민산소듐은 NaAlO2 및 Na3AlO3의 화합물을 이르지만 보통은 이 중에서 전자를 지칭하는 경우가 많다.
이러한 알루민산소듐은 수분에 대한 흡수성 및 흡착성이 뛰어나고 무기 필러로써 작용하여 공기 중의 수증기를 흡착하여 건조 상태에 놓일 경우보다 1,4-벤조퀴논의 반응성을 돕는 기능을 제공한다.
데실올리에이트는 데실알코올(Decyl alcohol)과 올레익애씨드(Oleic acid)의 에스터 성분으로 조성물의 혼합성을 높이고 유연화에 도움을 주는 역할을 수행할 수 있어, 인디케이터를 구성하는 상술한 다양한 혼합물의 혼합성을 높임과 동시에 인디케이터가 코팅된 자동 커플러 모듈(100)이 상술한 카올린에 의하여 너무 경직되지 않고 표면이 유연할 수 있는 성질을 가지는 것을 도울 수 있는 기능을 제공한다.
이와 같은 본 발명의 인디케이터에 따르면 소듐 1,4-벤조퀴논의 변색을 촉진할 수 있는 다양한 물질을 포함하면서 1,4-벤조퀴논의 반응성을 향상하는 것은 물론 안정성과 혼합성을 강화할 뿐 아니라, 인디케이터가 자동 커플러 모듈(100)의 강도와 부착성을 높임과 동시에 표면 질감을 개선할 수 있는 다양한 기능을 제공할 수 있다.
이와 같은 인디케이터의 구성에 따른 물성을 설명하기 위해 실시예 및 비교예의 평가 결과를 비교하여 설명하도록 한다.
실시예는 본 발명의 인디케이터의 바람직한 실시예 1,2,3으로 구성되어 있고, 비교예 1은 종래의 변색제이다.
<실시예 1>
인디케이터로서 1,4-벤조퀴논(1,4-Benzoylquinone) 2g과 에탄올 16g의 혼합물을 준비하였다.
스테인레스강(SUS)으로 제작된 자동 커플러 모듈(100) 표면에 실시예 1의 인디케이터를 3회 분사하여 코팅 처리하였다.
<실시예 2>
인디케이터로서 1,4-벤조퀴논 2g와, 폴리피롤 1g 및, N,N-디메틸폼아미드 16g를 준비한 다음 이들을 혼합하였다.
스테인레스강(SUS)으로 제작된 자동 커플러 모듈(100) 표면에 실시예 2의 인디케이터를 3회 분사하여 코팅 처리하였다.
<실시예 3>
1,4-벤조퀴논 2g와, 폴리피롤 1g 및, N,N-디메틸폼아미드 16g를 혼합한 검출 혼합물 20g과, 카올린 10g 및, 에탄올 50g를 혼합하여 1차 물질 80g를 제조하였다.
제조된 1차 물질 80g, 발리놀 3g, 알지네이트 7g을 혼합하여 2차 물질을 제조하였다.
제조된 2차 물질 97g, 알루민산소듐 2g, 데실올리에이트 1g을 혼합하여 인디케이터를 완성하였다.
스테인레스강(SUS)으로 제작된 자동 커플러 모듈(100) 표면에 실시예 3의 인디케이터를 3회 분사하여 코팅 처리하였다.
<비교예>
가스 변색제로서 인디고카민(indigo carmine) 안료 2g와 에탄올 16g의 혼합물을 준비하였다.
스테인레스강(SUS)으로 제작된 자동 커플러 모듈(220) 표면에 비교예의 가스 변색제를 3회 분사하여 코팅 처리하였다.
<실험 1>
준비된 실시예 1,2,3 및 비교예의 스테인레스강(SUS)으로 제작된 자동 커플러 모듈(100)을 트리클로로에틸렌(TCE) 3000ppm의 농도가 유지되는 챔버 내에 5분 동안 보관한 뒤, 색상 변화 여부와 변화 시간을 관찰하고 표 1에 나타내었다.
<실험 2>
준비된 실시예 1,2,3 및 비교예의 자동 커플러 모듈(100)을 황산가스 3000ppm의 농도가 유지되는 챔버 내에 5분 동안 보관한 뒤, 색상 변화 여부와 변화 시간을 관찰하고 표 2에 나타내었다.
<실험 3>
준비된 실시예 1,2,3을 자동 커플러 모듈(100)에 3회 분사하여 코팅 처리한 다음 30일동안 관찰하였다.
| 실험 전 | 실험 후 | 변색 시간 | |
| 실시예 1 | 연노란색 | 적색 | 145초 |
| 실시예 2 | 연노란색 | 적색 | 112초 |
| 실시예 3 | 연노란색 | 적색 | 97초 |
| 비교예 1 | 청색 | 청색 | - |
| 실험 전 | 실험 후 | 변색 시간 | |
| 실시예 1 | 연노란색 | 황색 | 139초 |
| 실시예 2 | 연노란색 | 황색 | 102초 |
| 실시예 3 | 연노란색 | 황색 | 81초 |
| 비교예 1 | 청색 | 청색 | - |
| 실험 전 | 실험 후 | |
| 실시예 1 | 코팅 상태 | 17일 경과 시, 코팅 일부가 벗겨진 상태로 발견 |
| 실시예 2 | 코팅 상태 | 30일 경과 시, 코팅 일부가 벗겨진 상태로 발견 |
| 실시예 3 | 코팅 상태 | 30일 경과 시, 초기의 코팅 상태를 유지한 상태로 발견 |
상술한 표 1,2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1,2,3는 모두 색상 변화가 있으나 비교예는 색상 변화가 없었고, 더 나아가 실험 1, 2에서 실시예 1,2,3 순서로 변색 시간이 빨라지고 있는 것을 파악할 수 있다.
정리하면, 실시예 1,2,3 순서로 트리클로로에틸렌(TCE) 또는 황산가스의 반응속도가 빨라지는 것을 확인할 수 있다.
더불어, 표 3을 보아 알 수 있듯이 실시예 1,2,3 순서로 인디케이터가 코팅된 자동 커플러 모듈(100)에 안정적으로 코팅된 것을 확인할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템을 동시에 주입할 수 있는 의료기기의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 외부 탱크로리 100: 자동 커플러 모듈
110: 압력 감지 센서 120: 유출 감지 센서
130: 유량 센서 131: 제 1 감지 센서
132: 제 2 감지 센서 150: 저장탱크
200: VMB 300: 컨트롤러
310: 케미컬 압력 데이터베이스 320: 케미컬 유량 데이터베이스
400: 파이프 500: 트랜스퍼 유닛
600: 서플라이 유닛 610: 서플라이 탱크
110: 압력 감지 센서 120: 유출 감지 센서
130: 유량 센서 131: 제 1 감지 센서
132: 제 2 감지 센서 150: 저장탱크
200: VMB 300: 컨트롤러
310: 케미컬 압력 데이터베이스 320: 케미컬 유량 데이터베이스
400: 파이프 500: 트랜스퍼 유닛
600: 서플라이 유닛 610: 서플라이 탱크
Claims (8)
- 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템으로서,
케미컬의 종류별로 설치된 상태에서 외부 탱크로리와 연결되어 케미컬을 공급받아 파이프로 연결된 저장탱크에 저장하는 것으로서, 상기 케미컬 공급 시 압력을 감지하는 압력 감지 센서를 포함한 자동 커플러 모듈;
파이프를 매개로 상기 저장탱크에 저장된 케미컬을 반도체 제조 장비에 공급하는 복수 개의 VMB(Valve Manifold Box);
케미컬별 기준 압력을 저장한 케미컬 압력 데이터베이스를 구비한 상태에서, 상기 압력 감지 센서의 측정 압력이 기준 압력과 차이 발생 시 알람을 발생하면서 상기 VMB를 차단 제어하는 컨트롤러;를 포함하고,
상기 자동 커플러 모듈과 파이프 중 적어도 어느 하나의 일 측에는, 상기 케미컬의 유출 여부를 감지하는 유출 감지 센서를 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 압력 감지 센서의 측정 압력이 기준 압력과 차이 발생과 함께 상기 유출 감지 센서에서 유출 감지 신호가 발생 시 알람을 발생하면서 상기 VMB를 차단 제어하고,
상기 자동 커플러 모듈 측의 유출 감지 센서는, 특정 케미컬의 유출을 감지하여 변색하는 인디케이터를 포함하되,
1,4-벤조퀴논(1,4-Benzoylquinone) 10 내지 20 중량부와, 폴리피롤(Polypyrrole) 5 내지 10 중량부 및, N,N-디메틸폼아미드(Dimethylformamide, DMF) 60 내지 80 중량부를 혼합한 검출 혼합물을 포함한 상태에서,
상기 검출 혼합물 20 내지 30 중량부와 카올린(kaolin) 10 내지 20 중량부 및 에탄올(ethanol) 50 내지 70 중량부를 혼합하여 1차 물질을 제조하는, 1차 물질 제조 단계와,
상기 1차 물질 90 내지 95 중량부와 발리놀(valinol) 0.5 내지 3 중량부 및 알지네이트(alginate) 3 내지 10 중량부를 혼합하여 2차 물질을 제조하는, 2차 물질 제조 단계 및,
상기 2차 물질 95 내지 98 중량부와 알루민산소듐(sodium aluminate) 1 내지 5 중량부 및 데실올리에이트(Decyl oleate) 1 내지 3 중량부를 혼합하여 인디케이터를 완성하는, 완성 단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 케미컬 공급 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 저장탱크는,
상기 자동 커플러 모듈로부터 유입되는 상기 케미컬의 유량을 측정하는 유량 센서를 포함하고,
상기 컨트롤러는,
케미컬별로 상기 저장탱크에 유입되는 기준 압력과 상기 기준 압력이 일정 시간 가해졌을 때 예상되는 케미컬의 예상 유량을 저장한 케미컬 유량 데이터베이스를 포함하여,
상기 예상 유량과 상기 유량 센서에서 측정한 유량의 차이가 발생할 시 알람을 발생하는 것을 특징으로 하는, 케미컬 공급 시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 유량 센서는,
상기 자동 커플러 모듈 측에 설치된 제 1 감지 센서와, 상기 자동 커플러 모듈과 상기 저장탱크를 연결한 파이프 측에 설치된 제 2 감지 센서를 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 예상 유량과 제 1,2 감지 센서에서 측정한 각 유량을 비교하여 알람 발생 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 케미컬 공급 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020230085083A KR102663863B1 (ko) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템 |
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| KR1020230085083A KR102663863B1 (ko) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 반도체 제조용 케미컬 공급 시스템 |
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- 2023-06-30 KR KR1020230085083A patent/KR102663863B1/ko active IP Right Grant
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