KR20000023360A

KR20000023360A - 액상 화학 물질 분배 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20000023360A
Application number: KR1019990040793A
Authority: KR
Inventors: 수밍디; 비고크사비어
Original assignee: 쉬에르 피에르; 레르 리뀌드, 소시에떼 아노님 뿌르 레뛰드 에 렉스쁠로와따시옹 데 프로세데 죠르쥬 끌로드
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2000-04-25
Also published as: TW396257B; DE69914554D1; DE69914554T2; CN1256241A; SG73671A1; JP2000109195A; US6168048B1; EP0989090B1; EP0989090A1

Abstract

간략하게 말하면, 본 발명은 그 내측의 측면 상에 가요성 벌룬(balloon)이 설치되어 있고, 비 팽창성 벽으로 구성되는 하나 이상의 압력 용기를 사용하여 화학 물질을 오염 및 가스 용해 없이 임의의 최종 사용처(end user)에 원활하게 연속적으로 이송하는 것에 관한 것이다. 압력 용기 내측에 설치된 벌룬에 의하여 고압 가스는 화학 물질과 격리되므로, 화학 물질에서의 가스 용해와 그로 인한 가스의 기포 문제는 효과적으로 제거된다. 또한, 벌룬을 충전하는 고압 가스에 있는 오염물은 화학 물질로 전달되지 않으며, 심각한 환경 문제를 야기하는 물질로서 극도로 독성이 있는 화학 물질이 배출될 가스에 전달되지 않는다. 진공/압력 시스템과 달리, 개시된 이송 시스템은 항상 주위 압력보다 크거나 같은 압력을 가지기 때문에, 주위 공기가 시스템에 누설됨으로 인한 오염은 방지된다.

Description

액상 화학 물질 분배 방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR DISTRIBUTING LIQUIDS CHEMICALS}

본 발명은 액상 프로세스 화학 물질을 공급원 또는 공급 용기로부터 하나 이상의 최종 사용처에 분배하는 것에 관한 것으로, 구체적으로 말하자면 매우 순수한 액상 화학 물질을 반도체 웨이퍼 및 전자 칩을 제조하는 사용처에 분배하는 것에 관한 것이다.

많은 제조 공정에서, 여러 화학 물질이 공급원으로부터 오염 및 화학 성질의 열화 없이 사용처에 분배될 것이 요구된다. 예컨대, 반도체 웨이퍼 및 컴퓨터 칩 제조 공정에서, 매우 순수한 화학 물질은 클리닝, 에칭 및 표면 처리 등으로 처리될 것이 요구된다. 이러한 화학 물질은 일부 부식제, 산, 그리고 암모늄 수산화물, 소듐 수산화물, 불화수소 산, 질산, 황산, 인산, 초산, 과산화수소, 이소프로필 알코올, 테트라메틸암모늄 수산화물, 화학 물질 현탁액 및 전술한 것의 혼합물 또는 다른 화학 물질과 같은 유기 액체를 포함할 수 있다. 화학 물질은 연속 사용 또는 간헐적인 사용에 관계없이 사용 위치에 있어야 한다. 또한, 화학 물질은 공급원으로부터의 이송 및 분배 중에 오염되지 않고 고순도로 유지되어야 한다.

지금까지, 화학 물질을 분배하는 몇 가지 방법이 있었다. 이러한 방법 중 하나로는 존(John)에게 특허 허여된 국제 특허 제 WO92/05406호, 마그내스코(Magnasco)와 비알리(Viale)에게 허여된 미국 특허 제4,524,801호, 기츠(Geatz)에게 허여된 미국 특허 제5,148,945호, 페리(Ferri)와 기츠에게 허여된 미국 특허 제5,330,072호 및 미국 특허 제5,417,346호에 개시된 소위 "진공압(vacuum-pressure)"을 이용한 분배 방법이 있다. 이들 특허의 기본 사상은 진공 펌프에 의하여 발생된 압력 용기 내측의 진공에 의하여 이송될 화학 물질이 화학 물질 공급원으로부터 흡입되고, 그 다음에 불활성 가스로 화학 물질을 압축함으로써 그 화학 물질이 사용처로 분배된다는 것이다. 화학 물질은 나란한 2개 이상의 시스템을 고압으로 작동함으로써 멀리 떨어져 있는 사용처에 연속적으로 분배될 수 있다. 그러나, 이러한 "진공압"을 이용한 방법은 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 시스템 내부의 부압 때문에 주위 공기가 시스템으로 누설되어 화학 물질이 오염될 수 있다. 다른 단점으로는, 진공을 발생시키는 데 사용되는 진공 펌프가 화학 증기 및 방울에 의하여 그 구성 요소가 부식되기 때문에 많은 정지 시간이 있다는 것이다. 또 다른 단점으로는, 진공 과정으로부터 발생되는 화학 증기 및 방울을 함유한 불활성 가스의 배출이 환경 문제를 발생시킨다는 것이다. 이러한 배기 가스는 특히 높은 증기압의 화학 물질의 분배 시에 화학 물질에 포화될 수 있다. 불활성 가스가 고압의 화학 물질과 직접 접촉하므로, 가스는 액상으로 용해되어 화학 물질에는 기포가 발생한다. 이 기포는 웨이퍼 및 전자 칩 제조에 심각한 문제점을 초래할 수도 있다. 예컨대, 기포는 웨이퍼 표면에 부착되어 표면에 젖지 않는 부분이 생길 수 있다.

화학 물질을 최종 사용처에 분배하는 다른 방법은 람세이(Ramsay)에게 허여된 미국 특허 제5,570815호의 소위 절첩식 용기(collapsible container)를 이용한 방법이다. 이러한 방법에 있어서, 분배될 화학 물질은 가요성 벽을 구비한 용기 내에 충전되어야 한다. 그 다음에, 이러한 용기는 압력 용기 내측에 위치되어 고압 가스로 압박된다. 그러므로, 화학 물질은 용기의 밖으로 밀려서 최종 사용처로 이송된다. 진공압을 이용한 방법과 달리, 화학 물질은 고압 가스와 직접 접촉하지 않는다. 그러나, 용기 내의 화학 물질의 양을 모니터하기 어려우며, 그에 따라 화학 물질을 연속적으로 이송하는 것이 어렵다. 이러한 방법의 다른 단점은 이러한 방법에 사용되는 분배 시스템이 자동적으로 제어될 수 없다는 것이다. 또한, 절첩식 용기는 고압 가스의 분리력 때문에 특히 고압 상태의 고정점에서 쉽게 파단될 수 있다.

널리 실용화된 다른 방법으로는 펌핑 이송 방법이 있다. 화학 물질을 공급원 또는 중간의 용기로부터 최종 사용처에 이송하는 데에 공기 또는 가스에 의하여 구동되는 이중 다이어프램 펌프와 같은 용적형 펌프가 이용된다. 기술 개발에 따라, 이러한 형태의 펌프의 펌핑압은 향상되었다. 예컨대, 야마다 다이어프램 펌프는 50 PSI에 이르는 압력으로 작동될 수 있다. 그러나, 이러한 펌핑압은 많은 용례, 특히 점성 화학 물질의 사용 및 장거리 이송의 경우에 여전히 충분히 큰 것이 아니다. 다른 단점은 펌프에 의하여 발생된 흐름 맥동에 기인하여 분배 시스템의 구성 요소로부터 떨어지는 불순물로 인한 오염이 있다는 것이다.

다른 방법으로는 소위 펌프-압력을 이용한 분배 방법이 있다. 이러한 방법에서는 화학 물질을 공급원으로부터 압력 용기로 이송하는 데 펌프가 채용된다. 뒤이어, 분배 시스템을 통하여 최종 사용처로 이송될 용기 내의 화학 물질은 고압 가스로 압축된다. 진공/압력 이송 방법 및 펌프 이송 방법과 관련하여 전술한 단점의 일부가 여전히 존재한다. 첫째, 화학 물질과 직접 접촉하는 가스는 화학 물질에 용해되어 웨이퍼 또는 미크론 칩의 표면에 심각한 문제를 초래하는 기포를 형성한다. 둘째, 펌프 기동 시의 맥동에 의하여 필터와 다른 구성 요소로부터 발생되는 불순물은 매우 순수한 화학 물질을 오염시킨다.

본 발명은 화학 물질, 특히 매우 순수한 화학 물질을 오염 없이 공급원으로부터 최종 사용처에 원활하게 연속적으로 이송하는 방법 및 시스템을 제공하여 종래 기술의 분배 시스템의 단점을 해결하는 것이다.

도 1은 화학 물질을 공급원으로부터 임의의 최종 사용처에 전달 및 이송하는 본 발명에 따른 시스템의 개략도.

도 2는 내부에 풍선형 압력 백이 마련되어 있는 압력 용기의 일실시예를 도시한 개략도.

도 3은 고압 가스를 수용하는 풍선형 압력 백의 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 압력 용기의 개략도.

도 5는 내부에 풍선형 압력 백이 마련되어 있는 압력 용기의 변형예를 도시한 개략도.

도 6은 본 발명에 사용되는 바람직한 전자 제어 장치의 개략도.

도 7은 도 6에 도시된 전자 제어 장치를 설명하는 논리도.

도 8은 본 발명에 사용되는 화학 물질 분배용 캐비넷을 도시한 개략도.

프로세스 액상 화학 물질, 바람직하게는 매우 순수한 액상 화학 물질을 분배하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 화학 물질은 공급원으로부터 압력 용기의 내벽과 이 압력 용기 내측에 설치된 풍선형 가스백 사이의 압력 챔버로 송출되며, 뒤이어 이 화학 물질은 고압 가스로 충전된 벌룬에 의하여 압축되어 일련의 도관과 유량 제어 장치를 통하여 하나 이상의 최종 사용처로 분배된다. 벌룬을 이용함으로써, 고압 가스가 액상 화학 물질과 직접 접촉하는 것이 방지되며, 이에 따라 가스가 화학 물질에서 오염되거나 용해되는 것이 방지된다. 감압 중에 압력 용기 내측의 벌룬으로부터의 배기 가스는 환경 문제를 야기하지 않는다. 화학 물질을 공급원으로부터 압력 챔버로 이송하는 데 이용되는 펌프는 시스템이 항상 양압으로 유지되는 것을 보장하므로, 부압 시스템의 고장에 기인한 정지 시간과 주위 공기가 시스템으로 누설됨으로 인한 오염은 제거된다. 추가의 이중 압력 챔버를 이용하면, 하나의 챔버가 충전 모드에 있는 동안 다른 하나 챔버로부터 화학 물질을 연속적으로 분배할 수 있다. 화학 물질은 어떠한 품질 상의 이유로 압력 챔버로 들어가기 전에 루프를 통하여 공급원으로 재순환될 수 있다. 또한, 화학 물질은 압력 챔버로부터 공급원 또는 다른 압력 챔버로 재순환될 수 있다. 여분의 화학 물질을 사용처 스테이션으로부터 공급원으로 재순환시키는 데에 다른 하나의 재순환 루프가 이용될 수 있다. 본 발명의 분배 장치는 캐비넷으로 합체되는 것이 바람직하며, 전자 제어 시스템으로 제어되는 것이 바람직하다.

본원 명세서에 설명된 본 발명의 특징에 의하여, 이전의 화학 물질 이송 및/또는 분배 시스템과 관련한 많은 문제점은 해결된다. 간략하게 말하면, 본 발명은 그 내측의 측면 상에 가요성 벌룬이 설치되어 있고, 비 팽창성 벽으로 구성되는 하나 이상의 압력 용기를 사용하여 화학 물질을 오염 및 가스 용해 없이 임의의 최종 사용처(end user)에 원활하게 연속적으로 이송하는 것에 관한 것이다. 압력 용기 내측에 설치된 벌룬에 의하여 고압 가스는 화학 물질과 격리되므로, 화학 물질에서의 가스 용해와 그로 인한 가스의 기포 문제는 효과적으로 제거된다. 또한, 벌룬을 충전하는 고압 가스에 있는 오염물은 화학 물질로 전달되지 않으며, 심각한 환경 문제를 야기하는 물질로서 극도로 독성이 있는 화학 물질이 배출될 가스에 전달되지 않는다. 진공/압력 시스템과 달리, 개시된 이송 시스템은 항상 주위 압력보다 크거나 같은 압력을 가지기 때문에, 주위 공기가 시스템에 누설됨으로 인한 오염은 방지된다.

화학 물질은 펌프에 의하여 도관과, 바람직하게는 맥동 감쇠기와 다른 구성 요소를 통하여 공급원으로부터 압력 용기로 보충된다. 흐름 맥동 감쇠기를 이용함으로써, 다이어프램 펌프에 의하여 발생된 펄스는 효율적으로 멈춰지며, 펌프의 하류에 설치된 하나 이상의 선택적인 필터는 펌프의 이동 부품으로부터 발생되거나 화학 물질 공급원에 존재하는 화학 물질 내의 미립자 불순물을 포획한다. 필요한 경우, 화학 물질이 압력 용기에 도달하기 전에 공급원으로 재순환시키는 바이패스 도관이 또한 마련되는 것이 바람직하다. 그러므로, 품질 문제가 있는 경우에, 화학 물질은 바이패스 도관을 통하여 공급 용기로 재순환된다. 이전에 공지된 분배 시스템과는 달리, 시료의 농도와 순도를 포함한 화학 물질의 품질은 보장될 수 있으며, 예상외의 화학 물질에 의한 시스템의 오염 가능성은 완전히 제거된다.

최종 사용처로 이송되는 화학 물질의 품질은 온라인 또는 오프 라인으로 입자 및 이온 불순물과 같은 불순도를 바람직하게 모니터링함으로써 더욱 향상된다. 고압 이송 용기로부터의 화학 물질은 순도를 위하여 모니터링되는 것이 바람직하다. 불순물의 농도가 큰 경우, 화학 물질은 다른 순환 도관을 통하여 공급원으로 재순환된다. 또한, 이러한 순환 도관은 최종 사용처에 많은 양의 화학 물질이 필요하지 않은 경우 잉여의 화학 물질에 공급원 또는 나란하게 있는 다른 압력 용기를 향하는 경로를 제공한다.

잉여의 화학 물질을 최종 사용처 스테이션으로부터 공급원 또는 충전 모드 상태의 다른 압력 용기로 재순환시키도록 하나 이상의 추가 재순환 도관이 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 재순환은 화학 물질의 품질을 향상 및 보장한다. 화학 물질에 존재하는 오염물은 어떠한 국부 섹션에도 축적되지 않으므로, 오염물 문제는 해결된다.

동일 화학 물질을 수용하는 2개 이상의 압력 용기를 사용함으로써, 화학 물질은 중단 없이 최종 사용처에 연속적으로 분배될 수 있다. 화학 물질은 하나의 용기가 충전 모드에 있거나 화학 물질 분배 작업 대기하는 중에도 다른 압력 용기로부터 분배된다. 이러한 바람직한 연속 분배로 인하여, 적시에 사용처에 필요량을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 이전의 공지된 이송 시스템에서와 같은 간헐적인 작용에 의하여 발생되는 오염물이 방지된다.

본 발명의 시스템의 신뢰되는 진공 펌프를 제거함으로써 향상된다. 부식 문제에 의하여 진공 펌프가 고장나서 발생되는 정지 시간은 존재하지 않는다. 또한, 시스템의 신뢰도는 컴퓨터(PLC)를 이용한 바람직한 자동 작동으로 인하여 향상된다. 압력 용기 내의 화학 물질 수위, 밸브 그리고 펌프는 원활한 연속 이동을 위하여 컴퓨터(PLC)로 자동적으로 제어 및 조절되는 것이 바람직하다. 전자 제어 장치를 포함한 분배 시스템은 캐비넷으로 합체되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 작동은 용이하게 모니터링되거나 제어될 수 있다. 또한, 캐비넷의 이용으로, 이전의 분배 시스템이 점유했던 공간을 절약할 수 있다.

따라서, 본 발명의 주요 목적은 화학 물질, 특히 매우 순수한 화학 물질을 오염 없이 공급원으로부터 최종 사용처에 원활하게 연속적으로 이송하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 어떠한 구성 요소 및 부품의 고장없이 매우 순수한 화학 물질을 신뢰성 있게 이송하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가스가 화학 물질에서 용해되는 것을 방지하고 가스 내의 임의의 불순물이 화학 물질을 오염시키는 것을 방지하도록 화학 물질을 고압 가스와 격리하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 배출 가스에 독성 화학 물질을 제거하여 환경 문제를 제거하고 전체 비용을 감소시키도록 화학 물질을 가스로부터 격리하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

다른 목적은 화학 물질의 품질을 보장하고 공급원으로부터의 품질이 낮은 화학 물질에 의한 시스템의 오염을 제거하여 상이한 위치에 재순환 루프를 채용하여 정지 시간을 없애는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 온라인 또는 오프 라인을 구비하여 화학 물질 시료의 농도 및 불순물의 농도를 분석 및 모니터링 하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 컴퓨터 또는 전자 제어 시스템으로 직접적으로 또는 간접적으로 자동으로 제어 및 조작될 수 있는 탐지기, 펌프, 밸브, 센서와 같은 구성 요소를 채용하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 화학 물질을 가장 신뢰성 있게 최고의 품질로 이송하도록 시스템을 작동하기 위하여 컴퓨터(PLC)를 채용하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 안전한 조작과 사용 공간의 감소를 위하여 그 안에 본 발명의 분배 시스템이 설치되는 캐비넷을 구비하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 방법 및 시스템은 화학 물질을 이송하는 데에 내측에 풍선형 가스 백이 설치되어 있는 2개 이상의 압력 용기를 이용하는 것이 바람직하다. 벌룬과 압력 용기의 내벽 사이에 있는 챔버는 펌프에 의하여 대기압 상태의 화학 물질로 충전되며, 그 다음에 벌룬이 화학 물질을 이송하는 고압 가스로 충전될 때 상기 챔버는 벌룬에 의하여 압축된다. 압력 용기 내측에 벌룬을 설치함으로써, 고압 가스는 화학 물질로부터 분리되며, 상호 간의 오염이 제거된다. 압력 용기 내측에 있는 화학 물질의 수위를 수위 감지 센서를 이용하여 모니터링함으로써, 2개 이상의 압력 용기는 충전 모드 또는 압축 모드로 번갈아서 작동될 수 있다.

화학 물질을 펌프에 의하여 공급원으로부터 압력 용기로 이송함으로써, 챔버는 양압에서 화학 물질로 충전된다. 맥동 감쇠기와, 펌프에 뒤이은 필터를 바람직하게 사용함으로써, 펌프에 의하여 발생된 펄스는 제거되며, 미립자 오염은 없어진다. 압력 용기 전에 재순환 루프를 바람직하게 채용함으로써, 화학 물질은 공급 용기로 재순환되며, 복수의 필터에 의하여 고순도로 유지될 수 있다.

압력 용기의 내측에 있는 화학 물질을 다른 용기 또는 공급원 용기로 이송하기 위하여 3개 이상의 재순환 루프가 마련되는 것이 바람직하다. 루프를 이용함으로써, 압력 용기는 유지 보수가 필요한 경우 빈 상태로 될 수 있으며, 그 동안 다른 용기는 분배를 계속한다. 사용처 스테이션으로부터의 잉여의 화학 물질은 공급원 또는 충전 작동 중인 다른 용기로 재순환될 수 있다. 압력 용기로부터의 화학 물질의 일부는 공급원 또는 다른 압력 용기로 재순환될 수 있으며, 그 동안 나머지 부분은 사용처 스테이션으로 이송된다.

본 발명은 전자 수단을 매개로 컴퓨터로 바람직하게 조작 및 제어될 수 있는 구성 요소를 사용한다. 컴퓨터는 모니터링 센서로부터의 신호를 수신하고, 공정을 제어 및 조절하며, 바람직하게는 즉시, 화학 물질의 품질을 위하여, 유량, 화학 물질 충전, 벌룬 내의 가스압, 화학 물질 재순환 및 시스템의 작동 상태를 제어한다. 화학 물질 분배 캐비넷을 이용함으로써, 최적의 작동 상태 및 화학 물질 이송 및 분배의 최고 품질을 얻을 수 있다.

종래 기술과 관련하여 설명한. 본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적은 다음의 설명을 검토함으로써 즉시 실현될 수 있다.

본 발명은 프로세스 화학 물질을 임의의 최종 사용처에 효과적으로 전달 및 이송하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 시스템은 주로 화학 물질 충전 모듈, 압축 및 압력 해제 모듈, 화학 물질 이송 모듈 및 전자 제어 모듈과 같은 4개의 부분으로 구성된다. 본 발명의 시스템과 구성 요소 및 각 구성 요소의 작동과 관련한 바람직한 실시예를 후술하기로 한다.

화학 물질 충전 모듈은 최종 사용처에 분배하기 위하여 화학 물질을 공급원으로부터 하나 이상의 압력 챔버로 이송하고, 그 화학 물질을 필터를 통해 공급원 용기로 재순환시키는 기능을 한다. 이제 도 1에 대하여 설명하면, 화학 물질은 펌프(4)에 의하여 공급원(1)으로부터 흡입 라인(2)과 수동 차단 밸브(3)를 통해서 흡입되고, 그 다음에 압력 맥동 감쇠기(5), 양측에 수동 차단 밸브(6, 8)가 있는 필터(7), 자동 차단 밸브(10a), 라인(13)을 통해, 그리고 다른 라인(12a), 자동 차단 밸브(14a), 체크 밸브(15a), 라인(16a), 수동 차단 밸브(17a) 및 라인(18a)을 통해서 압력 용기로 이송되며, 그 다음에 압력 용기(24a, 24b)의 저면으로부터 압력 챔버(24c, 24d)로 이동한다. 도시하지는 않았지만, 라인(18a, 18b)은 압력 용기의 상부 또는 어깨부에 연결될 수 있다.

이러한 화학 물질 충전 시스템에서, 화학 물질을 공급원으로부터, 그리고 다시 공급원으로 순환시키는 데에 재순환 요소가 이용된다. 화학 물질은 자동 차단 밸브(10a)를 지난 임의의 지점으로부터 라인(9), 자동 차단 밸브(10b), 다른 라인(55), 다른 자동 차단 밸브(10c) 및 라인(54)의 일부를 거쳐 공급원(1)으로 재순환된다.

시료를 체취하기 위하여 수동 차단 밸브(11a)를 구비한 포트가 라인(13)에 연결된다. 입자 계수기, 시료 농도 감지 센서, 또는 이온 불순물 감지 센서와 같은 임의의 온라인 모니터링 기구(도시 생략)가 상기 포트에 연결될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 본 발명의 시스템은 시스템을 통과하는 화학 물질의 유량을 표시하기 위하여 유량 센서와 트랜스미터를 또한 채용할 수 있다.

압력 챔버(24c, 24d) 내측의 수위는 튜브(26a, 26b)의 외벽에 장착된 수위 센서에 표시되는 것이 바람직하며, 이 수위 센서는 라인(18a, 18b)을 통해서 압력 용기(24a, 24b)의 저부에, 그리고 라인(27a, 27b)을 통해서 압력 용기의 상부에 연결된다. 이러한 튜브는 고밀도 폴리에틸렌, 테플론(TEFLON) 또는 PFA와 같은 합성수지 재료일 수 있다. 하부의 수위 센서(32a, 32b) 및 상부의 수위 센서(33a, 33b)로부터의 신호는 컴퓨터(PLC)에 전달되어, 이 컴퓨터는 트리거링 밸브(14a, 14b; triggering valve)에 의하여 화학 물질의 충전을 개시 또는 정지시키도록 명령한다. 최하부의 수위 센서(31a, 31b)와 최상부의 수위 센서(34a, 34b)로부터의 신호는 조작자에게 충전 시스템 및 압축 시스템의 이상 유무 또는 유지 보수를 알리는 데 이용된다. 여러 종류의 수위 센서를 선택할 수 있다. 수위 센서는 독일에 소재하는 알렌-브래들리(Allen-Bradley)사로부터 판매되는 것과 같이 용량형인 것이 바람직하다.

라인은 화학 물질과 친화성이 있는 임의의 합성수지 재료일 수 있으며, 본 발명에서는 테플론 및 PFA 재료가 바람직하다. 펌프는 이중 다이어프램 펌프 또는 벨로우즈 펌프와 같은 임의의 용적형 펌프일 수 있다. 펌프와 맥동 감쇠기의 재료는 임의의 친화성 합성수지 재료일 수 있다. 야마다(Yamada America, Inc, 일리노이주 샤움버그에 소재)에 의하여 시판되는 테플론 다이어프램 펌프와 감쇠기, 그리고 ASTI(프랑스의 쿠베보즈에 소재)에 의하여 시판되는 펌프와 감쇠기가 바람직하다. 자동 차단 밸브는 테플론 솔레노이드 밸브, 테플론 공압 밸브 및 다른 유사한 밸브일 수 있다. 특히, 테플론 공압 밸브인 것이 바람직하다. 수동 차단 밸브와 체크 밸브는 친화성 재료로 제작된 형태의 밸브, 바람직하게는 테플론 및 PFA 밸브일 수 있다. 차단 밸브와 체크 밸브는 모두 플루오르웨어사(Fluoroware, 미네소타주 차스카에 소재)로부터 시판되는 것이다.

벌룬 내측에 화학 물질이 충전되고, 용기 벽과 벌룬 사이의 공간에 고압 가스가 충전되는 다른 바람직한 실시예가 화학 물질의 이송 및 분배에 이용될 수 있다. 화학 물질은 벌룬의 상부로부터 밖으로 흐를 수 있다. 도 1에 도시된 실시예는 분배에 대한 요구를 수용하도록 화학 물질 충전 라인과 압축 라인을 변경함으로써 용이하게 변형될 수 있다.

압축 및 압력 해제 모듈

압력 챔버(24c, 24d) 내측의 화학 물질은 고압 가스가 충전되는 풍선형 압축 백에 의하여 자극된다. 이러한 고압 가스는 질소, 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스 및 정화된 압축 건조 공기일 수 있다. 가스의 압력은 화학 물질의 물리적 특성, 이송 유닛으로부터 최종 사용처까지의 거리, 그리고 사용처의 위치에 필요한 압력에 따라서 1 내지 100 psig의 범위 내에 있을 수 있다. 본 발명에서는 질소 가스가 가장 바람직한데, 그 이유는 질소가 단일물이며, 대부분의 화학 물질 사용처의 사이트에서 용이하게 얻을 수 있기 때문이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 공급원(도시 생략)으로부터의 가스는 매니폴드 커넥터(도시 생략)를 통하여 도관(56a, 56b)으로 흐른다. 수동 차단 밸브(57a, 57b)는 하류에 있는 부품의 수리 및 교환이 필요할 경우 수동으로 가스 흐름을 완전히 정지시키는 데 사용된다. 그 다음에, 가스는 라인(58a, 58b), 압력 조절기(59a, 59b), 압력 변환기(60a, 60b) 및 필터(61a, 61b)를 통해서 자동 차단 밸브(52a, 52b)로 흐른다. 물론, 가스 라인, 밸브, 조절기 및 필터를 구비한 이러한 두 개의 도관이 하나의 라인으로 합체될 수 있으며, 합체 후에 가스는 필터를 지나서 분리되어 각각의 차단 밸브(62a, 62b)로 흐른다. 양호한 제어와 조작을 위하여, 특히 가스 필터와 같은 임의의 구성 요소를 교환하는 중에 화학 물질이 연속으로 이동하는 것을 보장하기 위하여는, 2개의 도관으로 구성되는 것이 바람직하다. 그 다음에, 가스는 도관(63a, 63b)을 통해서 압력 용기(24a, 24b) 내측에 있는 각각의 풍선형 백(25a, 25b)으로 흐른다. 벌룬 내측의 가스 압력을 모니터 하는 데 압력 변환기(64a, 64b)가 이용되며, 압력이 요구되는 압력보다 큰 경우에는 언제든지 벌룬(25a, 25b) 내측의 압력을 해제하는 데에 압력 릴리프 밸브(65a, 65b)가 이용된다.

벌룬(25a, 25b) 내측의 고압 가스는 화학 물질 충전 개시 이전에 방출된다. 자동 차단 밸브(62a 또는 62b)는 폐쇄되고 자동 차단 밸브(66a, 66b)는 개방되어, 벌룬 내측의 가스는 도관(63a, 63b)을 통하여 벌룬으로부터 배출된다. 배출 가스는 필터(67a, 67b)를 통하여 배출된다. 라인(68a, 68b)은 설비의 메인 배출 시스템과 연결될 수 있다. 압력 용기 내측에 갇힌 임의의 화학 물질 가스는 개방 시에 라인(27a, 27b), 라인(28a, 28b), 자동 차단 밸브(29a, 29b) 및 라인(30a, 30b)을 거쳐 압력 해제 도관으로 배출된다. 바람직하게는, 주위 압력으로 벌룬을 화학 물질로 충전하는 과정 중에 밸브(66a, 66b)는 개방된다. 밸브(29a, 29b)는 화학 물질 충전 중에 개방되는 것이 바람직하지만, 갇힌 화학 물질 가스가 압력 용기로부터 배출될 필요가 없을 때는 폐쇄될 수 있다.

라인(56a, 56b, 58a, 58b)은 전자적으로 연마된 316L 스테인리스 강과 같은 스테인리스 강, 또는 폴리프로필렌 및 테플론 PFA와 같은 합성수지 재료일 수 있다. 밸브(57a, 57b)는 AP TECH(캘리포니아주 나파에 소재)사로부터 판매되는 전자 연마된 스테인리스 강 밸브 및 플루오르웨어사로부터 판매되는 테플론 PFA 수동 밸브일 수 있다. 조절기(59a, 59b)는 AP TECH 및 SMC 뉴메틱(일리노이주 워렌빌에 소재)으로부터 판매되는 것과 같은 스테인리스 강으로 제조된 전자 공압 조정기인 것이 바람직하다. 압력 변환기는 압전형(piezoelectric type) 또는 정전 용량형일 수 있으며, 본 발명에서는 플루오르 NT 인터내셔날사(미네소타주 미네아폴리스 소재)로부터 시판되는 것과 같은 모든 합성수지의 정전 용량형 압력 변환기인 것이 바람직하다. 필터(61a, 61b)는 구멍의 크기가 0.1㎛인 일회용의 금속 필터 및 합성수지 필터인 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 밀리포어사(메사추세츠주의 베드포드에 소재)로부터 판매되는 일회용의 금속 필터가 이용될 수 있다. 밸브(62, 66, 69), 압력 조절기(64), 압력 릴리프 밸브(65)의 재료는 여러 가지일 수 있으나, 이들 모두는 플루오르웨어사로부터 시판되는 것과 같은 테플론 PFA 공압 밸브, 모든 테플론 압력 센서 및 압력 릴리프 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 필터(67)는 밸브(29)가 개방되어 있는 경우 배출 가스에 동반될 수 있는 화학적 방울을 제거하는데 주로 이용된다. 이러한 필터는 밀리포어사로부터 판매되는 구멍의 크기가 0.1㎛인 일회용의 합성수지 폴리프로필렌 또는 테플론 막 필터인 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동 차단 밸브(66a, 66b)를 지난 후의 라인은 필터(67)로부터의 임의의 액체가 갇히도록 U자 형상인 것이 바람직하다. 갇힌 액체를 배출하기 위하여 U자 형상 라인의 하부 지점에 수동 밸브(41a, 41b)가 위치된다. 이러한 수동 밸브는 U자 형상 튜브에 있는 액체를 표시하기 위한 수위 센서(도시 생략)가 결합된 자동 차단 밸브로 대체될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 풍선형 백으로부터 고압 배기 가스를 배출함으로써 발생되는 소음을 제거하기 위하여, 필터를 지나서 소형 머플러가 설치될 수 있다.

화학 물질 이송 모듈

이 시스템은 화학 물질을 압력 용기(24a, 24b)의 압력 챔버(24c, 24d)로부터 일련의 도관과 제어 요소를 통하여 최종 사용처(70b)로 이송하는 기능을 한다.

압력 챔버는 충전 과정이 완료되는 즉시 화학 물질을 최종 사용처로 이송할 준비가 되어 있다. 화학 물질이 고압 가스로 충전된 벌룬에 의하여 압축된 후, 혼합물은 상시 개방 수동 밸브(17a 또는 17b), 라인(19a 또는 19b), 자동 차단 밸브(20c 또는 20d), 라인(23), 2개의 수동 밸브(35, 39)가 있는 필터(37), 라인(40), 그리고 일련의 밸브와 유량계가 있는 도관(42)을 통해 라인(46)으로 흐르고, 그 다음에 사용처 스테이션(70b) 근처에 있는 화학 물질 분배 매니폴드(69)로 흐른다. 도관(42)은 모터에 의해 구동되는 니들 밸브(43a)와 유량 트랜스미터(43b), 상시 개방 수동 밸브(45a), 라인(44) 및 자동 차단 밸브(45b)로 구성된다. 유량계(43b)는 시스템의 조작 및 제어를 위하여 시스템을 통과하는 유량을 컴퓨터(도 8에 도시)로 전달하는 데 사용된다. 니들 밸브(43a)는 트랜스미터(43b)로부터의 유량 입력값과 미리 설정한 변수를 기초로 한 컴퓨터로의 신호에 따라 자동으로 조절되는 것이 바람직하다. 유량 트랜스미터는 NT 인터내셔날사로부터 시판되는 것과 같은 압력차를 이용하는 타입과, ASAHI 아메리카사(마이애미주 말덴에 소재)로부터 시판되는 것과 같은 와류 타입(flow vortex type)과, 나노-마스터 USA사(텍사스주 오스틴 소재)를 통해 혼다 전자로부터 시판되는 것과 같은 초음파 타입인 것이 바람직하다. 이 중에서 초음파 타입이 가장 바람직하다. 화학 물질 충전 시스템의 밸브, 공압 밸브는 자동 차단 밸브로서 사용되는 것이 바람직하므로, 수동 차단 밸브와 자동 차단 밸브는 플루오르웨어사로부터 판매되는 테플론 PFA 재료로 제조된 밸브일 수 있다.

분배 매니폴드(69)는 일련의 흐름 라인과 흐름 제어 박스(70a)로 구성되는 것이 바람직하다. 각각의 흐름 제어 박스는 라인을 통과하는 유량을 조절하기 위한 니들 밸브와 유량을 표시하기 위한 유량계로 구성되는 것이 바람직하다. 니들 밸브는 모터 구동식 또는 수동 조작식일 수 있다. 컴퓨터 제어를 위해서는 모터 구동식이 바람직하다. 유량계는 유량계(43b)와 같은 형태의 유량계일 수 있으며, 또한 플루오르웨어사로부터 판매되는 것과 같은 테플론 재료로 제조된 수동 조작 로타미터(rotameter)일 수도 있다.

필터(37)는 화학 물질 내의 미립자 불순물의 수준이 규격 내에 있는 것을 보장하는 기능을 한다. 본 발명에는 구멍의 크기가 0.05㎛인 10인치 직경의 카트리지 필터가 바람직하다. 이러한 형태의 필터는 밀리포어사 및 폴사(뉴욕주 이스트 힐에 소재)와 같은 여러 제조 회사에서 시판된다. 필터 카트리지와 필터 하우징의 재료는 화학 성질을 기초로 선택된다. 예컨대, 불화수소 산(hydrofluoric acid) 이송 시스템에는 구멍의 크기가 0.05㎛인 밀리포어 웨이퍼가드(Millipore Wafergard) PF-80 카트리지 필터와 켐가드(Chemgard) PFA 하우징이 바람직하다. 수동 차단 밸브를 구비한 필터 배출 라인은 통상의 배출 시스템(도시 생략)과 연결된다. 동일한 형태의 필터와 이 필터의 전·후에 있는 두 개의 차단 밸브를 구비한 다른 필터 시스템이 바람직하다. 이러한 필터 시스템은 필터 시스템(37)과 나란하게 설치된다. 필터 카트리지를 교환할 필요가 있을 때, 흐름은 차단 밸브(35, 39)에서 차단되며, 필터 전·후의 차단 밸브를 개방함으로써 흐름은 다른 필터 시스템을 통과한다.

시료를 취하기 위하여 차단 밸브(11b)를 구비한 포트가 라인(40)에 연결된다. 화학 물질 충전 시스템에 있어서, 화학 물질 시료의 농도와 불순물의 농도를 표시하기 위하여 입자 계수기, 화학 물질 시료 농도 감지 센서, 또는 이온 불순물 감지 센서와 같은 온라인 모니터링 기구(도시 생략)가 상기 포트에 연결될 수 있다.

총유량은 각 사용처의 최대 수요의 총합과 적어도 같은 비율로, 바람직하게는 상기 총합보다 큰 분당 1리터 이상의 비율로 제어된다. 이와 같은 과도한 양으로 인하여, 화학 물질 이송 라인은 항상 충만하며, 화학 물질은 자동 차단 밸브(48), 라인(54) 및 다른 자동 차단 밸브(10c)를 구비한 복귀 도관(47)을 통해 공급원(1)으로 복귀된다. 적게 사용되거나 사용하지 않는 동안에, 화학 물질은 도관(47)을 거쳐 공급원(1)으로 재순환된다. 어느 경우에든, 이송 시스템의 작동이 항상 변경되는 것은 아니다.

시료 농도 또는 불순물 수준과 관련한 화학 물질의 품질이 낮은 경우에, 화학 물질을 공급원(1)으로 재순환시키는 도관(49)이 마련된다. 필터(37)를 통과한 화학 물질은 수동 차단 밸브(50), 라인(51), 자동 차단 밸브(52), 라인(53)을 구비한 도관(59)을 통하여, 라인(54)과 밸브(10c)를 거쳐 공급원(1)으로 복귀된다. 이러한 재순환 기구는 시스템의 청소를 위한 시스템의 초기 사용 중에 특히 유용하다. 이러한 재순환이 필요한 경우, 밸브(45b), 밸브(48), 밸브(10b)는 반드시 그런 것은 아니지만 폐쇄되는 것이 바람직하다. 또한, 화학 물질은 밸브(10b)를 개방하고 밸브(10c)를 차단함으로써 충전 모드에 있는 다른 압력 용기로 재순환될 수 있다.

밸브(20a 또는 20b)의 개방에 의하여 화학 물질이 도관 중 하나를 통해 다른 용기로 흐를 수 있게 함으로써 화학 물질을 재순환시키거나 용기를 비게 하는 도관(21a, 21b)이 마련된다. 흐름은 밸브(22a), 라인(12a 또는 12b), 밸브(14a 또는 14b), 체크 밸브(15a 또는 15b), 라인(16a 또는 16b), 수동 밸브(17a 또는 17b) 및 라인(18a 또는 18b)을 통해서 해당 압력 챔버로 흐른다. 재순환이 필요하거나 용기를 비워야 할 경우, 밸브(20c 또는 20d)와 밸브(22b)는 차단된다. 재순환 도관의 이러한 구조로 인하여, 하나의 용기가 재순환 모드에 있거나 용기를 비우는 작업 중에 있는 경우 다른 하나의 용기에는 화학 물질이 계속해서 이송될 수 있다.

압력 용기 사이의 챔버(24c, 24d)는 최종 사용처로 이송될 화학 물질을 수용 및 방출한다. 압력 용기의 바람직한 일실시예에 따른, 압력 용기와 벌룬의 상대 위치 및 물리적 형상이 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다. 압력 용기(24)와 벌룬(25) 모두는 상부에 네크부(72, 81)와 플랜지(73, 79)가 있는 원통형 본체를 구비한다. 플랜지(73)와 다른 보호 플랜지(75)에는 고정 볼트(74)가 관통하도록 외측 엣지 근처의 플랜지 둘레에 일련의 개방 구멍이 마련되어 있다. 벌룬 실린더의 직경은 용기의 내경과 동일하거나 아주 약간 크다. 벌룬의 높이는 용기의 높이보다 작은 것이 바람직하지만, 본 발명에서는 동일한 것이 가장 바람직하다. 용기와 벌룬 모두는 만곡된 어깨부와, 저부에 날카로운 코너를 구비하는 것이 바람직하다. 물론, 저부의 코너는 어깨부와 마찬가지로 만곡될 수 있다. 벌룬은 용기 내측에 설치되어 플랜지(75)와 볼트(74)에 의해 고정된다. 벌룬이 고압 가스로 충전될 때, 벌룬의 네크부는 용기의 내벽과 직접적으로 접촉하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 벌룬의 저부와, 용기의 내벽 및 저부벽은 화학 물질이 수용되는 챔버를 형성한다. 이송이 시작되면, 고압 가스는 입구 튜브(63)를 통해서 벌룬으로 충전되며, 벌룬은 가스 압력 상태에서 그 길이를 따라 신장되어 화학 물질을 챔버로부터 출구 튜브(18)를 통해 밀어내는데, 이 출구 튜브는 용기 본체의 저부에 용접되거나 그 외의 방법으로 결합된다. 벌룬은 제어된 흐름 수준과 벌룬의 길이에 따라 용기 저부를 향해 또는 벽으로부터 멀어지는 위치로 모든 방향으로 신장될 수 있다. 벌룬 자체는 벽을 따라 압력차가 거의 없다.

용기의 상부 엣지에서 네크부에 결합된 플랜지는 그 직경이 네크부를 따른 개구부보다 약간 작은 개구부를 형성한다. 이 엣지는 벌룬의 네크부 상의 벌룬 플랜지 바로 아래에 있는 칼라 슬롯(collar slot)에 끼워진다. 엣지와 슬롯으로 인하여, 벌룬과 용기는 확실하게 결합되어, 벌룬은 양호하게 고정된다. 벌룬의 플랜지는 용기의 플랜지보다 직경이 작으며, 최대 직경은 조임 너트에까지 이른다.

보호 플랜지(75)에 있는 구멍, 벌룬 플랜지의 구멍(80), 용기 네크부에 있는 구멍을 관통하여 용기 네크부의 하부벽에 있는 보다 큰 구멍(71)에 이르기까지 튜브(27)가 연장한다. 튜브(27a, 27b)의 일단부는 용기 네크부(72) 상에서 나사 고정에 의하여 구멍(71)이 연결되고, 그것의 타단부는 튜브(26a, 26b)에 연결된다. 튜브(27a, 27b; 26a, 26b)는 튜브(26a, 26b) 내측의 액체 및 가스가 용기 내측의 액체 및 가스와 통할 수 있게 한다.

본 발명에 유용한 벌룬은 합성수지 시트 또는 고무 시트와 같은 가요성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 합성수지 시트가 벌룬 재료로서 바람직하다. 이러한 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 테플론 재료를 포함한다. 벌룬의 다른 재료로는 듀폰사와 같은 여러 회사로부터 시판되는 HYPALON 시트 고무가 바람직하다. 화학 물질에 젖는 측면은 테플론과 같은 내화학성 재료로 코팅될 수 있다. 벌룬이 큰 압력차를 겪지 않으므로, 벌룬의 벽 두께는 0.5㎜ 만큼 작을 수 있으며, 그에 비해 네크부와 플랜지의 벽은 훨씬 두껍다. 도 3에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 벌룬은 본체(82)와 코팅층(83)으로 구성된 벽을 구비한다.

압력 용기는 고압 가스에 의해 가해지는 압력을 견디어야 한다. 벽은 내측이 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 테플론 재료와 같은 합성수지 재료로 코팅된 316L 스테인리스 강 및 304L 스테인리스 강과 같은 스테인리스 강인 것이 바람직하다. 용기의 강도를 강화하여 압력에 견디고 용기 본체를 보호하도록, 외벽은 폴리비닐 클로라이드(PVC) 층으로 둘러싸이는 것이 바람직하다. 대부분의 용례에 있어 작동 압력이 1 내지 6 바(bar)의 범위에 있기는 하지만, 용기는 10 바에 이르는 압력을 견딜 수 있도록 구성되어야 한다. 압력 용기와 벌룬에 의하여 형성된 챔버는 적어도 5분 이상동안, 바람직하게는 30분 동안 최대로 소비될 수 있을 정도로 액체의 양을 유지해야 한다.

내측에 벌룬이 설치되어 있는 압력 용기의 다른 바람직한 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 용기와 벌룬의 본체는 네크부가 없는 실린더 형상인 것이 바람직하다. 용기 및 벌룬의 재료는 도 2 내지 도 4의 실시예에서 언급된 것과 완전히 동일할 수 있다. 여기서, 튜브(27)는 플랜지(73) 바로 아래의 측면에서 용기(24)에 연결된다.

도 2 및 도 5에 도시된 바람직한 실시예 모두에 있어서, 용기를 상부 플랜지에 고정하기 전에 벌룬은 상부 개구를 통하여 용기 내측으로 낙하될 수 있다.

전자 제어 시스템

본 발명은 수위 센서, 유량 트랜스미터, 압력 센서, 온도 센서, 누설 감지 센서, 시료 농도 감지 센서 및 불순물 감지 센서 등과 같은 개별적인 요소로부터의 신호를 수용하고, 도 6에 도시된 바와 같은 밸브, 펌프 등을 제어하도록 신호를 전송하는 컴퓨터 시스템을 채용하는 것이 바람직하다. 컴퓨터는 램 메모리가 10 메가비트 이상인 데스크 탑 또는 랩탑 386 이상의 퍼스널 컴퓨터일 수 있다. 컴퓨터 슬롯의 내측에 또는 Keithley 500-series 데이터 수신 시스템(매사추세츠주에 소재하는 토우톤)과 같은 외부의 데이터 수신 시스템에 데이터 수신 보드가 삽입될 수 있다. 제어 소프트웨어로는 여러 가지가 있으며, 그 중에서 바람직한 하나는 Labtech Notebook software(매사추세츠주에 소재하는 안도버)이다. 다른 바람직한 컴퓨터 시스템은 데이터 수신과 작업 제어용으로 지멘스사로부터 판매되는 것과 같은 PLC 시스템이 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 수위 센서(90a), 유량 트랜스미터(90b), 압력 센서(90c), 온도 센서(90d), 누설 감지 센서(90e), 시료 농도 감지 센서(90f), 그리고 불순물 감지 센서(90g)로부터의 신호는 와이어(89a, 89b, 89c, 89d, 89e, 89f, 89g)를 통하여 컴퓨터(84a)에 전기적으로 전송된다. 컴퓨터(84a)로부터의 출력 신호는 와이어(87a, 87b, 87c, 87d, 87x)를 통하여 일련의 솔레노이드(85a, 85b, 85c, 85d, 85x)에 전기적으로 전달된다. 이러한 솔레노이드는 공압 밸브(86a, 86b, 87c, 87d, 87x)와 공압 다이어프램 펌프(86x)를 조작하기 위하여 도 1에 도시된 가스 매니폴드(71)로부터의 고압 가스를 제어하는 데 이용된다. 시스템의 조작은 컴퓨터 모니터에 표시되며, 조작자의 키보드(84b) 조작에 따라 작용한다.

컴퓨터 조작 소프트웨어는 도 7에 도시되어 있는 특히 바람직한 실시예를 기초로 주문 제작될 수 있다. 프로그램 언어와 프로그램 시스템에 따라, 컴퓨터 제어 시스템은 도 7에 도시된 것과 다를 수 있다. 이러한 바람직한 제어 시스템에 있어서, 기동을 위해 컴퓨터의 파워를 켠다. 이 때에, 컴퓨터는 시스템의 압력, 수위, 화학 물질 누설 및 다른 변수들과 관련하여 이송 시스템(101)의 상태를 점검하는 것이 바람직하다. 일단 장애가 발견되면, 청각 및 시각 경보(102), 또는 청각 또는 시각 경보가 작동한다. 시스템은 장애가 처리되거나 경보가 수동으로 제거될 때까지, 일정 시간동안 경보를 알린다. 경보 시간은 임의의 시간으로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 5분이다. 장애가 처리되지 않았거나 경보가 수동으로 제거되지 않은 경우, 시스템은 자동적으로 정지된다.

장애가 발견되지 않은 경우, 시스템은 작동 준비 상태로 된다. 압력 해제 모듈(103)은 압력 해제 밸브를 개방함으로써 초기화된다. 화학 물질 충전 모듈(104)은 화학 물질을 공급원(1)으로부터 충전 시스템을 통하여 송출하여 압력 챔버를 충전한다. 화학 물질 시료의 농도 및/또는 불순물 농도와 관련한 화학 물질 품질 감지 센서(106)는 데이터를 제공하여, 컴퓨터는 그것에 저장된 규격 데이터와 상기 데이터를 비교한다. 데이터가 규격에 맞지 않는 경우, 화학 물질은 재순환 밸브(107)를 개방함으로써 재순환된다. 품질이 좋은 화학 물질은 압력 챔버로 송출되며, 거기서 수위는 수위 센서(108)에 의하여 표시된다. 수위가 높지 않으면, 충전은 계속된다. 동시에, 최저 수위와 최고 수위가 모니터링된다. 일단 높은 수위에 도달하면, 충전은 정지된다. 충전 중에, 시스템의 압력(105)도 또한 모니터링된다. 압력이 예비 설정된 압력보다 높거나, 수위가 너무 낮거나, 너무 높은 경우, 경보 시스템으로 신호가 전송된다. 압력 해제 시스템은 차단되고 압축 밸브(116)는 계속 작동된다. 이 때에, 동일 공정을 수행함으로써 다른 용기에 충전(113)이 시작되는 것이 바람직하다.

압력 챔버로부터 최종 사용처로 화학 물질을 분배하는(118) 것은 제어 밸브를 개방하고 시스템을 통과하는 유량을 조절함으로써 시작된다. 화학 물질의 품질은 추가의 모니터링 시스템 또는 충전 시스템과 같은 모니터링 시스템에 표시된다. 품질이 규격에 맞지 않는 경우, 화학 물질은 재순환 밸브(120)를 개방함으로써 공급원으로 재순환된다. 용기의 수위(121)도 또한 모니터링된다. 낮은 수위에 도달한 경우, 다른 용기(122)로부터의 분배가 시작된다. 수위가 낮지도 높지도 않으면, 화학 물질 분배는 계속된다. 수위가 너무 낮거나 너무 높은 경우, 경보 시스템으로 신호가 전송된다. 각 사용처(127)로 이송되는 유량과 흐름 압력은 표시되고 제어되며, 잉여의 흐름은 재순환 밸브(128)를 개방함으로써 공급원으로 재순환된다. 용기를 비워야 할 경우, 재순환 밸브를 개방하여 다른 용기를 충전하거나 공급원으로 재순환시킴으로써 용기가 빈다.

화학 물질 분배 캐비넷

본 발명에 따른 화학 물질 이송 시스템의 구성 요소가 비교적 넓은 공간에 퍼져있고 흩어져 있을 수도 있지만, 분배 매니폴드(69)를 제외한 모든 구성 요소와 함께 전체 시스템을 캐비넷으로 합체하는 것이 바람직하다. 이 캐비넷은 시스템이 점유하는 공간을 줄이고 제어 및 유지 보수를 용이하게 하는 데 이용된다.

이송 캐비넷의 바람직한 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 이 캐비넷은 특정 목적을 위하여 많은 특징부가 있는 가정용 캐비넷과 유사하다. 캐비넷(130)은 앞문(137, 141), 컴퓨터(149), 환기 연결부(133), 팬(143, 145), 화학 물질 입출구 연결부(134, 135, 136), 고압 가스 연결부(132), 전기 입력부(132), 샘플링을 위한 연결부(148), 그리고 저부에 캐치 팬이 있는 바닥 파렛트(139)로 구성되는 것이 바람직하다. 캐비넷은 압력 용기의 전체 높이에 따라 10 피트만큼 높을 수 있다. 캐비넷의 폭은 압력 용기의 직경의 두 배에, 컴퓨터를 위한 공간과, 배관 및 밸브 설치용의 다른 공간과, 충분한 여분을 더한 것과 같을 수 있다. 캐비넷의 깊이는 압력 용기의 직경에, 배관 및 밸브 설치 공간을 더한 것과 같을 수 있다. 캐비넷 재료는 고밀도 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 테플론과 같은 합성 수지 재료인 것이 바람직하다. 캐비넷은 각 코너에 하나씩 4개 이상의 지지 레그를 구비하며, 바람직하게는 전방 중앙과 후방 중앙에 하나씩을 더하여 6개의 레그를 구비한다. 캐비넷 지지 재료로는 스테인리스 강 316L 단일 지주(unistruts) 또는 앵글 바가 바람직하다.

컴퓨터와 전자 구성 요소(149)는 용이한 접근을 위하여 전방에 도시된 모니터와 함께 캐비넷의 일측에 설치된다. 컴퓨터 모니터의 크기는 5인치 이상일 수 있으며, 캐비넷 전방의 일측에, 지면으로부터 약 1피트 이상의 높이에 장착된다. 본 발명에 있어서는 조작자의 편의를 위하여 지면으로부터 약 4피트의 높이에 있다. 문(137, 141)은 깨끗한 PVC와 같은 투명한 합성수지 재료로 제작된 2개의 슬라이딩 도어 또는 이중 스윙 도어(swing door)일 수 있다. 도어는 일측으로 개방된 단일 스윙 도어일 수 있다. 연결부(131,132, 134, 135, 136, 148)는 화학 물질 튜브 또는 전선이 캐비넷 벽을 통하여 들어갈 수 있는 개구일 수 있다. 배기 연결부(133)는 캐비넷이 임의의 외부 환기 요소에 연결될 수 있게 하는 플랜지일 수 있다. 팬(143, 145)은 직경이 약 3인치인 자동 압력 송풍기이고, 저부에 가까운 캐비넷의 양측에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 팬은 캐비넷의 내측을 향하여 송풍하여 공기 생산소로서 공기를 흡입한다. 이러한 팬은 통상적인 환기 시스템의 부압에 의하여 공기가 유입될 수 있는 작은 창문으로 대체될 수 있다.

캐비넷 내측의 캐치 팬(139)을 구비한 파렛트는 바람직하게는 약 4인치 깊이를 가지는 크기의 캐비넷 하부인 것이 바람직하다. 캐치 팬에 대한 재료는 PVC, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 테플론 및 스테인리스 강과 같은 임의의 친화성 재료일 수 있다. 캐치 팬 내측의 어떤 누설을 방지하기 위하여 캐비넷의 바닥 상에 배수 펌프(도시 생략)가 설치될 수 있다. 누설물을 외부 쓰레기 화학 물질 용기로 배출할 수 있도록 배수 펌프 대신에 싱크 배수구가 설치될 수 있다. 배수 펌프는 야마다사로부터 판매되는 것과 같은 다이어프램 펌프일 수 있다.

압력 용기는 나란히 바닥 파렛트에 마련되는 것이 바람직하다. 튜브와 밸브는 캐비넷 내부의 측벽 또는 후벽에 장착될 수 있다. 설명하지는 않았지만, 튜브 내측과 외측의 화학 물질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 테플론과 같은 화학 물질 친화 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 깨끗한 PVC 튜브와 함께 함유되어 누설을 방지하는 것이 바람직하다.

뒤이은 청구범위의 영역을 벗어나지 않고 전술한 방법 및 시스템에 많은 변경과 교체가 있을 수 있다. 예컨대, 각 압력 용기의 내부에 하나 이상의 벌룬이 존재할 수 있으며, 동일 용기 내에 여러 다른 벌룬이 동일한 가스 또는 다른 가스로 팽창될 수 있다. 이러한 변형예는 청구범위에 설명되어 있으므로, 설명하지 않기로 한다.

본 발명에 따르면, 화학 물질, 특히 매우 순수한 화학 물질을 오염 없이 공급원으로부터 최종 사용처로 원활하게 연속적으로 이송하고, 어떠한 구성 요소 및 부품의 고장 없이 매우 순수한 화학 물질을 신뢰성 있게 이송하고, 가스가 화학 물질에서 용해되는 것을 방지하고 가스 내의 임의의 불순물이 화학 물질을 오염시키는 방지하도록 화학 물질을 고압 가스와 격리하고, 배출 가스에 독성 화학 물질을 제거하여 환경 문제를 제거하고 전체 비용을 감소시키도록 화학 물질을 가스로부터 격리하고, 화학 물질의 품질을 보장하고 공급원으로부터의 품질이 낮은 화학 물질에 의한 시스템의 오염을 제거하여 상이한 위치에 재순환 루프를 채용하여 정지 시간을 없애며, 화학 물질 시료의 농도 및 불순물의 농도를 분석 및 모니터링 하는 온라인 또는 오프 라인을 구비하며, 컴퓨터 또는 전자 제어 시스템으로 직접적으로 또는 간접적으로 자동으로 제어 및 조작될 수 있는 탐지기, 펌프, 밸브, 센서와 같은 구성 요소를 채용하며, 화학 물질을 가장 신뢰성 있게 최고의 품질로 이송하도록 시스템을 작동하기 위하여 컴퓨터(PLC)를 채용하고, 안전한 조작과 사용 공간의 감소를 위하여 그 안에 본 발명의 분배 시스템이 설치되는 캐비넷을 구비하는 시스템이 제공된다.

Claims

액상 화학 물질을 공급원으로부터 최종 사용처로 전달 및/또는 이송하는 이송 시스템으로서,

이송 도관에 의하여 공급원에 연결되며 내면이 있는 압력 용기와,

압력 용기 내에 위치되며 내면과 외면이 있는 벌룬과,

액상 화학 물질을 수용하며, 벌룬 외면의 적어도 일부와 압력 용기 내면의 적어도 일부에 의하여 형성된 공간과,

압축 가스를 벌룬으로 이송하는 이송 수단을 구비하며,

가스가 벌룬으로 유입될 경우, 액상 화학 물질은 공간으로부터 배출 도관을 통해 최종 사용처 스테이션으로 강제로 이송되는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제1항에 있어서, 상기 압력 용기, 벌룬 및 압축 가스 이송 수단은 모두 컴퓨터에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제1항에 있어서, 상기 모든 구성 요소는 캐비넷에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제1항에 있어서, 하나 이상의 압력 용기/벌룬 조합체는 서로 평행한 공정 흐름 관계로 존재하여, 화학 물질을 최종 사용처로 연속적으로 이송할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제1항에 있어서, 상기 이송 도관은 소정의 센서에 의한 분석 및/또는 순도 측정을 위한 제1 분석 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제5항에 있어서, 이송 도관 및 공급원에 연결되는 제1 재순환 라인을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제1항에 있어서, 상기 배출 도관 상에 제2 분석 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제7항에 있어서, 상기 배출 도관을 공급원에 연결시키는 제2 재순환 라인을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제1항에 있어서, 상기 배출 도관에 연결되며 복수의 최종 사용처 스테이션을 향하는 라인을 구비하는 매니폴드를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
제1항에 있어서, 최종 사용처 스테이션을 상기 공급원에 연결시키는 제3 재순환 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 시스템.
액상 화학 물질을 공급원으로부터 최종 사용처에 전달 및/또는 이송하는 이송 방법으로서,

액상 화학 물질을 공급원으로부터 내면이 있는 압력 용기로 이송하는 이송 단계와,

내면 및 외면이 있는 벌룬을 압력 용기 내측에 마련하는 단계와,

가스를 벌룬으로 이송하여, 액상 화학 물질이 상기 공간으로부터 최종 사용처 스테이션으로 흐르게 하는 단계를 포함하며,

상기 액상 화학 물질은 압력 용기의 내면과 벌룬의 외면 사이의 공간의 적어도 일부를 점유하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 상기 압력 용기, 벌룬 및 상기 압축 가스 이송 수단을 컴퓨터에 의하여 제어하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 상기 압력 용기에 대해 서로 평행한 공정 흐름 관계로 존재하는 제2의 압력 용기/벌룬 조합체로 절환하여, 화학 물질을 최종 사용처로 연속적으로 이송할 수 있게 하는 절환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 이송 도관을 통해 흐르는 화학 물질을 샘플링하여, 소정의 센서에 의한 분석 및/또는 순도 측정을 가능케하는 샘플링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 이송 도관과 공급원을 연결시키는 제1 재순환 라인을 통하여 화학 물질을 재순환시키는 재순환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 상기 배출 도관을 통해 흐르는 화학 물질을 샘플링하는 샘플링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 상기 배출 라인과 공급원을 연결시키는 제2 재순환 라인을 통해 화학 물질을 재순환시키는 재순환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 상기 배출 도관에 연결되는 매니폴드를 통하여 화학 물질을 이송하는 이송 단계를 포함하며, 상기 매니폴드는 복수의 최종 사용처 스테이션으로 이어진 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.
제11항에 있어서, 상기 최종 사용처 스테이션을 공급원에 연결시키는 제3 재순환 라인을 통해 화학 물질을 재순환시키는 재순환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 방법.