KR20010051006A - 초음파 유체 센서를 구비한 화학 제품 송출 장치 - Google Patents

초음파 유체 센서를 구비한 화학 제품 송출 장치 Download PDF

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마쉬 윌리엄 에프
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Abstract

적어도 고순도의 화학 제품을 송출하기 위한 화학 제품의 송출 장치는 유체를 담기 위한 하나 이상의 제1 저장소와, 상기 유체를 담기 위한 하나 이상의 제2 저장소를 포함한다. 이 장치는 또한 제1 도관, 제1 유체 센서 및 컨트롤러를 포함한다. 제1 도관은 상기 유체를 시간의 경과에 따라 하나 이상의 제1 저장소로부터 하나 이상의 제2 저장소로 이동시키기 위한 것이며, 제1 도관은 금속재로 이루어지고, 하나 이상의 제1 저장소와 연통하는 제1 단부와 하나 이상의 제2 저장소와 연통하는 제2 단부를 구비한다. 상기 유체는 하나 이상의 제1 저장소로부터 하나 이상의 제2 저장소로 이동하여 제1 도관을 통해 제1 단부로부터 제2 단부로 흐르도록 되어 있다. 제1 유체 센서는 제1 도관에 인접하게 위치하며, 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 검출하고 제1 도관내에 유체의 부재를 검출하도록 되어 있고, 상기 유체의 존재 및 부재를 표시하는 하나 이상의 제1 신호를 발생한다. 제1 신호를 수용하기 위한 컨트롤러는 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수할 때 혹은 상기 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수하지 않을 때 하나 이상의 제1 저장소의 빈 상태를 확인하도록 되어 있다.

Description

초음파 유체 센서를 구비한 화학 제품 송출 장치{CHEMICAL DELIVERY SYSTEM WITH ULTRASONIC FLUID SENSORS}
본 발명은 화학 제품 송출 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공장 혹은 화학 증착을 위한 공구 등의 사용처에 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 비록 본 발명은 다른 응용례에도 적용될 수 있지만 반도체 제조에 특히 유용하다.
반도체 제조업자는 반도체 장비의 제조에서 불량률을 줄이기 위해 생산 공정에서 적어도 고순도의 화학 제품을 필요로 한다. 집적 회로의 제조에 사용된 화학 제품은 항시 만족할 만한 프로세스 부산물을 얻도록 반드시 초고순도를 가져야한다. 집적 회로의 크기가 작아질수록 화학 제품 공급원의 순도를 일정하게 유지시킬 필요성이 증대된다.
집적 회로의 제조에 사용된 초고순도의 화학 제품의 일례는 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)가 있다. TEOS의 화학식은 (C2H2O)4Si 이다. TEOS는 이산화규소를 형성하기 위한 화학 증착법(CVD) 등의 집적 회로 제조 공정에 널리 사용된다.
미량의 금속에 대해 99.999999+%(8-9's+%)의 순도를 갖는 TEOS를 통상 필요로 한다. 전반적으로 TEOS는 반드시 99.99+% 순도를 가져야 한다. 이러한 높은 순도는 만족할 만한 프로세서 부산물을 얻기 위해 필요로 한다. 또한, 고순도 혹은 초고순도의 TEOS를 포함하고 그것을 CVD 반응실로 송출하기 위해 특수한 장치의 사용을 필요로 한다.
TEOS 등의 고순도 화학 제품 및 초고순도 화학 제품은 대용량의 화학 제품 송출 장치로부터 반도체 제조 설비 혹은 공구 등의 사용처로 송출된다. 고순도 화학 제품을 위한 송출 장치는 미국 특허 제5,465,766(Seigele 등의 명의)에 개시되어 있다(동일 발명자 명의로 특허 허여되고 동일 양수인에게 양도된 관련 미국 특허: 제5,562,132; 5,590,695; 5,607,002; 5,711,354; 5,878,793). 이 장치는 송출 매니폴드/정화 패널을 구비하고 멀리 떨어진 화학 제품 케비닛에 배치된 대용량의 케니서터(canister)와, 최종 사용자에게 고순도의 화학 제품 공급원을 공급하기 위한 재충전 가능한 스테인레스강 앰푸울(ampule)과, 재충전 조작을 제어 및 관리하고 대용량의 컨테이너의 레벨의 모니터하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 이 장치는 두 가지의 기본 작동 모드를 갖는다. 즉, (1) 최종 사용자에게 고순도의 화학 제품 공급원을 공급하는 동안의 정상 프로세서 작동 모드, (2) 재충전 가능한 스테인레스강 앰푸울을 고순도 화학 제품으로 재충전하는 동안의 재충전 작동 모드이다.
대용량의 컨테이너는 연속하여 불활성 가스(예컨대, 헬륨)로 압축되며, 이는 고순도의 화학 제품 공급원을 대용량의 컨테이너로부터 재충전 배관을 통해 그리고 앰푸울로 압압시킨다. 앰푸울내의 금속 레벨 센서 조립체는 금속 레벨 센서를 포함한다. 금속 레벨 센서는 앰푸울 내의 화학 제품 공급원의 2개의 별도의 레벨을 검출 가능한 듀얼 레벨 센서이고, 그리고 2개의 트리거 포인트(trigger point) 즉, "높은 레벨"(full) 상태와 "높고-높은 레벨" 상태를 갖는 것이 바람직하다.
대용량 컨테이너를 위한 금속 레벨 센서 조립체는 트리거 포인트를 지니고 대용량의 컨테이너내의 고순도 화학 제품의 레벨을 표시하는 신호를 제공하는 듀얼 레벨 금속 레벨 센서를 포함한다. 최소한 하나의 트리거 포인터는 대용량의 컨테이너가 교체되어야 하는 레벨을 표시하는 "낮은 레벨" 신호를 발생한다. 이 센서는 금속 부유성 레벨 센서이며, 금속 샤프트에 활주 가능하게 장착한 금속성 부유물을 포함한다. 금속 부유물은 화학 제품의 레벨이 트리거 포인트들 중 하나 위로 올라가고 트리거 포인트들 중 하나 아래로 내려갈 때 상승 및 하강하게 된다. 트리거 포인트 중의 하나는 고순도의 화학 제품이 대용량의 컨테이너의 "빈" 레벨 근처에 있을 때를 검출하기 위한 것이고, 또 다른 트리거 포인트는 고순도의 화학 제품이 대용량의 컨테이너에 "낮은 레벨"에 있을 때를 검출하기 위한 것이다.
이러한 송출 장치에 설치된 대용량 컨테이너가 "빈" 상태로 되었을 때를 결정하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다. 첫째, 소비자는 경제적인 이유로 각각의 컨테이너로부터 가능한 한 많은 화학 제품을 사용하기를 원한다. 둘째, 작업 중에 어떠한 방해를 받지 않도록 대용량의 컨테이너가 빈 후에 가능한 빨리 그 컨테이너를 교환하고자 한다. 또한, 대용량의 컨테이너에 있는 화학 제품의 완전한 사용은 이 컨테이너의 임무를 마치고 분리된 후 그 곳에 남은 화학 제품의 폐기와 관련한 잠재적인 문제점을 해소할 수 있게 해준다.
대용량의 컨테이너가 "빈" 상태에 도달할 때를 결정하기 위해 중량계를 사용할 수 있다. 그러나, 중량계의 구입은 추가의 자본 투자를 의미한다. 또한, 이러한 "빈" 상태에 도달하는 것을 결정하는 방법은 항시 컨테이너내에 액체 히일(heel)을 남기는 바람직하지 못한 결과를 초래한다.
세이글(Seigele) 등의 명의의 전술한 특허에 개시된 금속 부유성 센서 조립체는 전자 산업에서 환경을 파괴하는 금속 입자의 오염 원인인 것으로 알려져 있다. 금속대 금속간의 접촉에 의한 슬라이딩은 금속 입자가 흘러나오고 금속 이온의 분해를 유발시켜 송출 장치에 있는 고순도의 TEOS 혹은 다른 고순도의 화학 제품의 공급원을 오염시키게 된다. 오염 발생 뿐만 아니라, 부유성 레벨 센서는 비교적 점성이 높은 화학 제품(예컨대, 탄탈륨 펜타에톡시드, TAETO)에서 작동이 양호하지 못하다.
컨테이너의 상태가 비거나 혹은 비어가고 있는 것을 검출하기 위해 사용 가능한 다양한 형태의 레벨 센서가 존재한다. 다양한 형태의 센서는 광학, 리드/부유성, 커패시턴스, 차등 압력 및 로드 셀/변형 게이지를 포함한다. 이러한 형태의 센서들은 다음과 같은 단점이 있다. 예컨대, 차등 압력 및 로드 셀/변형 게이지는 약 3 내지 5%의 레벨까지 만을 감지한다. 광학, 리드/부유성, 커패시턴스 센서는 프로브, 잠재적인 오염 공급원을 화학 제품 공급부에 삽입하여야 하며, 이러한 센서들은 또한 전형적으로 약 3 내지 5%의 레벨까지만을 감지한다. 프로브의 사용은 또한 탄성 밀봉부 혹은 금속 밀봉부를 필요로 하며, 이들 모두는 누설될 염려가 있다.
커패시턴스 레벨 센서는 또한 라디오 주파 유도(RFI) 및 전기 마그네틱 유도(EMI) 등 반도체 제조 설비에서 일반적인 외측 신호 및 "노이즈"에 방해 받기 쉽다.
대용량의 컨테이너로부터 화학 제품을 100% 사용할 수 있도록 하는 시도는 컨테이너의 바닥에 홈을 형성하는 것과 그 홈에 딥 튜브(dip tube) 및 레벨 센서의 배치를 포함한다. 이러한 컨테이너는 다소 비싸고 청소하기 더 어렵고, 추가적인 높이를 필요로 하며, 그리고 여전히 화학 제품의 100% 소모를 달성할 수 없다.
테프론 튜브에 있는 액체를 감지하기 위해 광학 액체 센서를 사용하는 것은 종래의 화학 제품 송출 장치에 널리 알려져 있다. 예컨대, 반도체 웨이퍼를 청소하기 위한 황산(H2SO4) 등의 액체 화학 제품을 송출하기 위한 장치에서, 광학 액체 센서는 압력 용기내의 액체 레벨 감지를 위해 그리고 본 장치를 테프론 튜브에 있는 액체 흐름 감지를 위해 또한 사용될 수 있다.
이러한 송출 장치는 테프론 튜브에 의해 펌프에 연결된 드럼으로 공급되는 액체 화학 제품을 포함할 수 있으며, 이 펌프는 액체 화학 제품을 배관과 필터를 통해 제조 설비 혹은 다른 최종 사용처로 펌핑시킨다. 테프론 튜브에 설치된 광학 액체 유동 센서는 주로 펌프에 손상을 입힐 수 있는 캐비테이션 및/또는 건조 런(dry run)을 방지하기 위해 사용된다. 광학 센서는 배관에 액체가 흐르지 않을 때, 즉 드럼의 레벨이 빈 상태에 도달하여 액체 흐름의 중단에 의해 통상 먼저 표시된 상태에서 펌프의 작동을 정지시키는 전기 스위치를 작동시킨다.
이러한 장치 및 검출 방법은 이산화규소 필름을 형성하기 위해 CVD 등의 집적 회로 제조 작업에 사용된 고순도 및 초고순도의 화학 제품을 송출하기 위해서는 적합하지 않다. 이러한 형태의 응용례는 고순도 및 초고순도의 화학 제품이 대기 중의 오염물질(예컨대, O2및 H2O)과 민감하게 반응하여 장치 속으로 확산이 일어나기 때문에 액체 유체를 검출하는 테프론 튜브/광학 센서 방법을 사용할 수 없다. 이러한 오염 물질을 없애기 위해 스테인레스강 시스템이 통상 사용된다.
추가적으로, 인 라인(in-line) 펌프를 사용하는 송출 장치는 펌프가 오염 물질의 공급원이 되고 종종 관리 유지와 관련한 문제 때문에 고순도 및/또는 초고순도의 화학 제품에 대해서는 바람직하지 못하다. 이러한 이유 및 다른 이유로 인 라인 펌프가 없이 작동하는 화학 제품 송출 장치가 개발되었다. 예컨대, 미국 특허 제5,148,945호(Geatz 명의)에는 하나 또는 그 이상의 중간 압력/진공 용기를 통해 대용량의 공급원으로부터 하나 혹은 그 이상의 최종 용도의 스테이션으로 진공 및 압력 전달의 조합을 이용하는 고순도 화학 제품의 전달 및 송출을 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 복수개의 용기의 사용은 최종 사용자에게 화학 제품의 송출과 용기의 재충전을 동시에 행할 수 있게 해준다.
각각의 용기에는 용기 내의 유체 레벨을 모니터하기 위해 레벨 센서, 양호하게는 커패시티 형태의 레벨 센서가 설치되어 있다. 공급하는 송출 용기가 빈 상태에 도달할 때(빈 상태가 되기 전), 송출 도관으로의 연속적인 공급을 유지하기 위해 송출 용기들간의 스위칭을 행하는 수단이 제공된다. 그러나, 상기 특허 제5,148,945호는 하나의 용기를 다른 용기로 스위칭시키기 전에 하나의 용기(즉, "빈" 상태를 얻기 위해)에 있는 화학 제품을 실질적으로 완전히 이용하기 위한 수단 혹은 방법에 대해서는 어떠한 교시도 없었다.
미국 특허 제5,148,945호는 최종 사용자에게 흐름의 유속을 제어하기 위해 송출 도관에 선택적인 유동 제어를 이용하는 것에 대해 개시하고 있다. 이 유동 제어는 초음파 유동 센서일 수 있는 유동 센서를 포함한다. 그러나, 유동 센서는 상기 장치의 모든 용기에 있는 유체의 레벨을 결정하기 위해 사용하지는 않는다. 반면, 용기내의 유체 레벨은 레벨 센서, 양호하게는 커패시티 형태의 레벨 센서에 의해 결정된다.
동일한 양수인에게 양도된 2개의 관련된 미국 특허 제5,330,072호(Ferri Jr. 등의 명의) 및 제5,417,346호(Ferri Jr. 등의 명의)는 미국 특허 제5,148,945호의 장치 및 프로세스의 개선에 대해 개시되어 있으며, 이는 전기적으로 제어된다. 전과 유사하게, 레벨 센서(양호하게는 커패스티브 형태의 센서)는 압력/진공 용기내의 액체 레벨을 모니터하기 위해 사용된다. 용기가 빈 상태로 "접근"하게 될 때, 레벨 센서는 "낮은" 신호를 발생하고, 다른 용기는 온라인 상태로 되어 흐름은 방해를 받지 않게 된다. 그 다음, 거의 빈 용기가 재충전된다. 제1의 용기로부터의 유동은 "과도하게 빈" 상태가 되지 않도록 차단된다.
고순도 혹은 초고순도의 화학 제품의 송출 장치에 설치된 대용량 저장소에 "빈" 상태를 검출하는 신뢰성 높은 방법의 제공이 바람직하다.
또한, 대용량의 화학 제품 송출 장치로부터 사용처에 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하는 신뢰성 높은 방법의 제공이 바람직하다.
또한, 화학 제품의 낭비 및 폐기 비용을 최소화하는 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하는 장치 및 방법의 제공이 바람직하다.
또한, 저비용으로 완화 작업(abatement)을 행할 수 있는 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 더욱 양호하고 유리한 결과를 초래하기 위해 종래의 난점 및 문제점을 해소 할 수 있는 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 장치의 컨테이너/저장소상에 혹은 그 내부에 레벨 센서를 설치하여 사용할 필요 없는 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하기 위한 화학 제품 송출 장치의 제공이 바람직하다.
또한, 작동적으로 안정하고, 비용을 절감하고, 대용량의 화학 제품 송출 장치를 사용하는 반도체 제조 프로세서에 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 최소한 고순도의 화학 제품을 송출하기 위한 화학 제품 송출 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 액체를 담고 있는 저장소에 "빈 상태"의 발생을 검출하는 방법을 포함하며, 상기 액체는 적어도 고순도이며 저장소와 연통하는 금속 도관을 통해 저장소로부터 시간의 경과에 따라 유동하며, 저장소는 액체 위에서 가스에 의해 가압된 헤드스페이스를 구비한다(본 명세서에서 사용한 용어 "빈 상태" 는 저장소내의 액체를 실질적으로 완전히 사용한 상태를 의미한다).
일실시예에 따르면, 화학 제품 송출 장치는 유체를 담기 위한 하나 이상의 제1 저장소와, 상기 유체를 담기 위한 하나 이상의 제2 저장소를 포함한다. 이 장치는 또한 제1 도관, 제1 유체 센서 및 컨트롤러를 포함한다. 제1 도관은 상기 유체를 시간의 경과에 따라 하나 이상의 제1 저장소로부터 하나 이상의 제2 저장소로 이동시키기 위한 것이며, 제1 도관은 금속재로 이루어지고, 하나 이상의 제1 저장소와 연통하는 제1 단부와 하나 이상의 제2 저장소와 연통하는 제2 단부를 구비한다. 상기 유체는 하나 이상의 제1 저장소로부터 하나 이상의 제2 저장소로 이동하여 제1 도관을 통해 제1 단부로부터 제2 단부로 흐르도록 되어 있다. 제1 유체 센서는 제1 도관에 인접하게 위치하며, 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 검출하고 제1 도관내에 유체의 부재를 검출하도록 되어 있고, 상기 유체의 존재 및 부재를 표시하는 하나 이상의 제1 신호를 발생한다. 제1 신호를 수용하기 위한 컨트롤러는 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수할 때 혹은 상기 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수하지 않을 때 하나 이상의 제1 저장소의 빈 상태를 확인하도록 되어 있다.
양호하게는, 제1 유체 센서는 초음파 유체 센서이다. 이 유체 센서는 제1 도관의 제1 단부에 인접하게 될 수 있다.
컨트롤러는 마이크로컴퓨터, 마이크로프로세서 혹은 다른 형태의 컨트롤러 일 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 화학 제품 송출 장치는 하나 이상의 제2 저장소로부터 유체의 적어도 일부를 제거하기 위한 수단을 포함한다.
화학 제품 송출 장치는 다양한 유체에 대한 다양한 응용례에 적용할 수 있지만, 적어도 고순도의 액체 화학 제품에 대해 특히 유용하게 적용된다. 예컨대, 액체 화학 제품은 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 보라진, 알루미늄 trisec-부톡시드, 사염화탄소, 트리클로로에탄, 클로로포름, 트리메틸포스파이트, 디클로로에틸렌, 트리에틸보레이트, 디클로로메탄, 티탄 n-부톡시드, 디에틸실란, 헥사플루오로아세틸아세토나토-구리(1)트리메틸비닐실란, 이소프로폭시드, 트리에틸포스페이트, 사염화규소, 탄탈륨 에톡시드, 테트라키스(디에틸아미도)티탄, 테트라키스(디메틸아미도)티탄, 비스-t-부틸아미도 실란, 트리에틸보레이트, 사염화티탄, 트리메틸포스페이트, 트리메틸오르토실리케이트, 티탄 에톡시드, 테트라메틸-시클로-테트라실록산, 티탄 n-프로폭시드, 트리스(트리메틸실록시)붕소, 티탄 이소부톡시드, 트리스(트리에틸실릴)포스페이트, 1,1,1,5,5,5-헥사플루오르-2, 4-펜탄디온, 테트라메틸실란 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 유체는 액체 화학 제품이며 장치는 하나 이상의 제1 저장소내에서 액체 화학 제품 위의 제1 헤드스페이스를 가스로 가압하기 위한 수단과, 하나 이상의 제2 저장소내에서 상기 액체 화학 제품 위의 제2 헤드스페이스를 상기 가스로 가압하기 위한 수단을 포함하는 것만 제외하고 제1 실시예의 장치와 유사하다. 제1 및 제2 헤드스페이스를 가압하기 위해 사용된 가스는 한정하는 것은 아니지만 헬륨, 질소 및 아르곤을 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
제4 실시예는 가스를 상기 제1 헤드스페이스 및 제2 헤드스페이스 중 하나 이상으로부터 배출하기 위한 배출구를 포함하는 것만 제외하고 제3 실시예와 유사하다. 제4 실시예의 변형례로서, 상기 배출구는 배출될 상기 가스의 적어도 일부를 배기시키기 위한 제2 도관과, 제2 도관내의 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있는 제2 유체 센서를 포함하며, 2 유체 센서는 제2 도관내에 액체 화학 제품의 존재를 표시하는 하나 이상의 제2 신호를 발생한다. 이 변형례에 따르면, 컨트롤러는 하나 이상의 제2 신호를 수용하며, 하나 이상의 제2 신호를 접수할 때 상기 하나 이상의 제1 저장소 및 상기 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상으로부터 상기 액체 화학 제품의 오버플로를 확인하도록 되어 있다.
본 발명의 제5 실시예는 상기 제1 도관 및 상기 제2 도관 중 하나 이상에 있는 화학 제품의 적어도 일부를 비우기 위해 진공 공급원을 포함하는 것만 제외하고 제3 실시예와 유사하다. 제5 실시예의 변형례로서, 진공 공급원은 비 액체를 배출하기 위한 제3 도관과, 제3 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있는 제3 유체 센서를 포함하며, 제3 유체 센서는 제3 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 나타내는 하나 이상의 제3 신호를 발생한다. 이 변형례에 따르면, 컨트롤러는 상기 하나 이상의 제3 신호를 수용하며, 상기 컨트롤러는 하나 이상의 제3 신호를 접수 할 때 화학 제품 송출 장치의 오작동을 확인하도록 되어 있다.
또 다른 실시예에 따라 적어도 고순도의 액체 화학 제품을 송출하기 위한 화학 제품 송출 장치가 제공된다. 이 화학 제품 송출 장치는 액체 화학 제품을 담기 위한 하나 이상의 제1 저장소와, 액체 화학 제품을 담기 위한 하나 이상의 제2 저장소와, 하나 이상의 제2 저장소로부터 액체 화학 제품의 적어도 일부를 제거하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 상기 장치는 제1 도관과 상기 제1 도관에 인접하는 제1 초음파 센서를 포함한다. 제1 도관은 액체 화학 제품을 시간의 경과에 따라 하나 이상의 제1 저장소로부터 하나 이상의 제2 저장소로 이동시키기 위한 제공된다. 이 제1 도관은 금속재로 이루어지고, 하나 이상의 제1 저장소와 연통하는 제1 단부와 하나 이상의 제2 저장소와 연통하는 제2 단부를 구비한다. 액체 화학 제품은 하나 이상의 제1 저장소로부터 하나 이상의 제2 저장소로 이동하여 제1 도관을 통해 제1 단부로부터 제2 단부로 흐르도록 되어 있다. 상기 제1 초음파 유체 센서는 액체 화학 제품의 존재를 검출하고 액체 화학 제품의 부재를 검출하도록 되어 있다. 제1 초음파 유체 센서는 액체 화학 제품의 존재 및 부재를 표시하는 하나 이상의 제1 신호를 발생한다. 상기 실시예는 하나 이상의 제1 저장소내에서 액체 화학 제품 위의 제1 헤드스페이스를 가스로 가압하기 위한 수단과, 하나 이상의 제2 저장소내에서 액체 화학 제품 위의 제2 헤드스페이스를 가스로 가압하기 위한 수단을 더 포함한다. 이 실시예는 또한 제2 도관과 제2 초음파 유체 센서를 포함한다. 제2 도관은 제1 헤드스페이스 및 제2 헤드스페이스 중 하나 이상으로부터 가스의 적어도 일부를 배출하기 위해 제공된다. 제2 초음파 유체 센서는 제2 도관내의 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있고, 제2 도관내에 액체 화학 제품의 존재를 표시하는 하나 이상의 제2 신호를 발생한다. 이 실시예는 또한 제3 도관과 제3 초음파 유체 센서를 포함한다. 제3 도관은 하나 이상의 제1 저장소 및 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상에서 비 액체의 적어도 일부를 비우기 위해 제공된다. 제3 초음파 유체 센서는 제3 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있고, 제3 도관내에 액체 화학 제품의 존재를 나타내는 하나 이상의 제3 신호를 발생하다. 또한, 상기 실시예는 하나 이상의 제1 신호, 하나 이상의 제2 신호 및 하나 이상의 제3 신호를 수용하기 위한 컨트롤러를 포함한다. 이 컨트롤러는 제1 도관내에 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수할 때 혹은 제1 도관내에 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수하지 않을 때 하나 이상의 제1 저장소의 빈 상태를 확인하도록 되어 있다. 이 컨트롤러는 또한 하나 이상의 제2 신호를 접수할 때 하나 이상의 제1 저장소 및 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상으로부터 액체 화학 제품의 오버플로를 확인하도록 되어 있다. 추가적으로, 컨트롤러는 하나 이상의 제3 신호를 접수할 때 상기 화학 제품 송출 장치의 오작동을 확인하도록 되어 있다.
상기 컨트롤러는 (a) 상기 하나 이상의 제1 저장소 및 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상으로부터 상기 액체 화학 제품의 오버플로와 (b) 상기 화학 제품 송출 장치의 오작동 중 하나를 확인하였을 때 상기 화학 제품 송출 장치가 작동 중지된다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 액체를 담고 있는 저장소내의 빈 상태 발생을 검출하는 방법이 제공되며, 이 액체는 적어도 고순도이다. 상기 방법의 제1 실시예에 따르면, 상기 액체는 저장소와 연통하는 금속 도관을 통해 상기 저장소로부터 시간의 경과에 따라 유동하며, 상기 저장소는 액체 위에서 가스에 의해 가압된 헤드스페이스를 구비한다. 상기 검출 방법은 여러 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 금속 도관에 인접하게 유체 센서를 제공하는 단계로, 유체 센서는 액체 도관내에 액체의 존재를 검출하고 그것을 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 전달하도록 되어 있다. 상기 유체 센서는 또한 금속 도관내에 가스의 존재를 검출하고 그것을 나타내는 하나 이상의 또 다른 신호를 전달하도록 되어 있다. 두 번째 단계는 유체 센서를 이용하여 상기 금속 도관내에 상기 액체의 존재를 검출하는 단계이다. 유체 센서는 상기 하나 이상의 제1 신호를 전달하도록 되어 있다. 세 번째 단계는 유체 센서를 이용하여 금속 도관내에서 액체의 부재를 후속하여 확인하는 단계이다. 양호하게는 상기 액체 센서는 초음파 유체 센서이다.
빈 상태 발생을 검출하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방법의 변형례에 있어서, 유체 센서를 이용하여 금속 도관내에서 상기 액체의 부재를 후속하여 확인하는 단계는 다음의 부속 단계를 포함한다. 즉, 제1 부속 단계는 유체 센서로부터 하나 이상의 제1 신호를 수용하는 것이다. 제2 부속 단계는 유체 센서로부터의 하나 이상의 제1 신호의 부재를 후속하여 확인하는 단계이다.
검출 방법의 제2 실시예는 다음의 추가 단계를 포함하는 것만 제외하고 제1 실시예와 유사하다. 제1 추가의 단계는 상기 액체의 부재를 후속하여 확인하는 단계 후 예정된 시간 주기(예컨대, 약 2초) 동안 기다리는 단계이다. 제2의 추가의 단계는 유체 센서를 이용하여 금속 도관내에 유체의 존재를 후속하여 감지하는 단계이다. 제3의 추가의 단계는 유체 센서를 이용하여 유체가 액체인지 아니면 가스인지를 결정하는 단계이다. 제4의 추가의 단계는 유체가 액체라고 결정할 경우 제1 내지 제3의 단계 뿐만 아니라 제2 및 제3의 추가의 단계를 반복하는 단계이다. 상기 유체가 가스라고 결정할 경우 최종 단계는 상기 유체 센서로부터 저장소의 빈 상태 발생을 나타내는 하나 이상의 또 다른 신호를 전달하는 단계가 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 도시한 프로세스 플로 다이아그램이며,
도 2는 본 발명의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 배관에 클램프식으로 부착된 본 발명에 사용되는 형태의 클램프 부착 초음파 센서의 사시도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
22, 28, 30 : 배관
24 : 체크 밸브
26 : 필터
38 : 화학 제품 송출 배관
46 : 화학 제품 재충전 배관
50 : 대용량 저장소
52 : 프로세스 저장소
54 : 유체 센서
60, 64 : 압력 조절기
62 : 압력 릴리프 밸브
68, 72, 74, 92, 96, 98, 100 : 밸브
70, 104 : 압력 센서
116 : 케비닛
118 : 마이크로컴퓨터
122 : 동축 케이블
124 : 인쇄 회로 조립체(PCA)
130 : 상부 선반
132 : 하부 선반
본 발명은 반도체 프로세스에서 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하는 데 특히 유용한 화학 제품 송출 장치에 관한 것이다. 반도체 프로세스는 대직경의 웨이퍼를 취급하기 위해 매우 높은 청결을 유지하여야 하기 때문에 다량의 초순도 화학 제품을 필요로 한다. 초고순도의 화학 제품은 통상적으로 금속 등의 불순물을 십억 당 일 중량부(ppb) 미만 함유하고 있다.
본 명세서에서 사용한 용어 "화학 제품"은 모든 형태의 액체를 포함하며, 또 부유된 물질을 함유하는 액체 뿐만 아니라 순수 혹은 혼합된 화학 제품을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 화학 제품 송출 장치는 대용량 저장소가 비거나 넘칠 때, 또는 장치내에 액체가 존재해서는 안 되는 부분(예컨대, 통기 배관 혹은 진공 배관)에 액체 화학 제품이 존재할 때를 검출하기 위한 신뢰성 높고, 청결하고, 방해를 주지 않는 수단을 포함한다. 이러한 검출 수단은 초음파 유체 센서를 사용하며, 본 발명의 양호한 실시예의 경우는 장치의 배관에 클램프식으로 부착되어 배관내의 액체를 감지하도록 되어 있다. 이는 사용자가 대용량 저장소에 있는 이용 가능한 액체 화학 제품 모두를 소모하여 할 수 있게 해주는 검출 방법을 제공하며, 그 결과 비용 절감과 회수된 화학 제품의 폐기 처분에 따른 비용을 줄이거나 없앨 수 있다.
비록 유체 센서로서 다양한 종류의 초음파 센서를 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 미국 뉴욕주 하우포지 소재의 Cosense, Inc. 에서 시판하는 센서를 사용한다. 예컨대, 미국 특허 제5,663,503호에 기재된 초음파 센서가 본 발명에 사용되는 것과 유사하다. 이러한 센서는 통상 용기내의 액체 레벨을 측정하기 위해 사용되지만, 본 발명의 초음파 센서는 도관 혹은 프로세스 배관내의 유체 존재를 검출하기 위해 사용된다.
초음파 센서는 초음파 에너지를 전달 및 수용하기 위한 부재를 포함한다. 이 부재는 용기 혹은 파이프의 외벽에 접착제로 접착되어 있으며, 용기 혹은 파이프의 내벽에는 유체와의 계면을 구비한다.
본 발명의 화학 제품 송출 장치는 주로 TEOS 등의 화학 증착(CVD) 공정에 사용된 화학 제품에 대해 호환성이 있는 스테인레스강 시스템으로 되어 있다. 이 장치는 안전하고 청결하고 효율적으로 프로세스 공구에 화학 제품을 공급하는 방법을 제공한다. 또, 멀티플 공구에 화학 제품을 자동적으로 공급하며, 장치내의 2개의 저장소내의 화학 제품 충전 레벨을 자동적으로 모니터하고, 그리고 저장소가 비거나 레벨이 낮을 때나 또는 넘치거나 장치의 오작동이 발생할 때 조작자에 이를 알려 준다.
본 발명의 양호한 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 장치(20)는 고순도의 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)를 참조하여 설명할 것이지만, 이 시스템은 또한 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 다른 고순도의 화학 제품 공급원과 함께 사용할 수 있다. 사용 가능한 다른 화학 제품은 아래의 표 1에 기재되어 있고, 이것에만 한정되는 것은 아니다.
표 1
알루미늄 trisec-부톡시드 보라진
사염화탄소 트리클로로에탄
클로로포름 테트라에틸오르토실리케이트
디클로로에틸렌 트리에틸보레이트
디클로로메탄 티탄 이소부톡시드
디에틸실란 티탄 n-부톡시드
헥사플루오로아세틸아세토나토-구리(1)트리메틸비닐실란 이소프로폭시드
사염화규소 탄탈륨 에톡시드
테트라키스(디에틸아미도)티탄 트리에틸보레이트
트리메틸포스파이트 트리에틸포스페이트
사염화티탄 트리메틸포스페이트
트리메틸오르토실리케이트 티탄 에톡시드
테트라메틸-시클로-테트라실록산 티탄 n-프로폭시드
트리스(트리메틸실록시)붕소 티탄 이소부톡시드
비스-t-부틸아미도 실란 1,1,1,5,5,5-헥사플루오르-2, 4-펜탄디온
트리스(트리메틸실록시)붕소 테트라키스(디메틸아미도)티탄
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 저장소[대용량 저장소(50) 및 프로세스 저장소(52)]는 최종 소비자(도시 생략)에게 송출될 액체 화학 제품을 담고 있다. 양호한 실시예에 따르면, 2개의 저장소는 케비닛(116)내에서 수직으로 소정의 거리를 두고 배치되어 있다. 그러나, 2개의 저장소의 상대 위치는 중요하지 않으며, 다른 배치도 가능하다. 또한, 변형례로서 복수의 대용량 저장소 및/또는 복수의 프로세스 저장소로 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 프로세스 저장소(52)는 케비닛(116) 내측의 상부 선반(130)의 중량계(66)에 배치되며, 대형 저장소(50)는 케비닛 내측의 하부 선반(132)에 배치된다. 프로세스 저장소내의 화학 제품의 중량은 중량계에 의해 연속적으로 모니터 된다. 만약 총중량에 대한 퍼센트로 표시되는 실제 중량이 "최저 설정점" 이하로 떨어질 때 경보음이 작동한다. 정상 작동 중에는, 예정된 크기(예, 2%) 만큼 중량이 떨어질 경우 재충전물이 대용량 저장소에서 프로세스 저장소로 송출된다.
주어진 시간, 즉 실시되는 조작에 따라 하나 혹은 두개의 저장소(50, 52)가 완전히, 혹은 부분적으로 채워지거나 비워질 수 있다. 통상적으로, 대용량 저장소가 건조된 후(즉, 대용량 저장소에 화학 제품이 실질적으로 완전히 사용된 후), 대용량 저장소(50)를 교체하도록 프로세스 저장소(52)에는 충분한(예컨대, 하루분) 량이 공급된다.
액체 화학 제품은 화학 제품 송출 배관(38)을 경유하여 프로세스 저장소(52)로부터 프로세스 공구(들) 혹은 다른 최종 사용자(들)에게 송출될 수 있으며, 이 송출 배관은 스테인레스강으로 본 발명의 양호한 실시예에서 전기 광택 처리된 배관이다. 화학 제품 송출 배관내에서의 흐름은 다양한 밸브, 예컨대 도 1에 도시된 밸브(96, 100)에 의해 조절된다. 또한, 흐름의 유속은 후술하는 바와 같이 프로세스 저장소의 헤드스페이스의 가압과 관련이 있는 조절기(64), 밸브(92, 98)에 의해 조절된다.
프로세스 저장소(52)에 있는 밸브(92, 96)는 대용량 저장소(50)의 밸브(74, 76)와 마찬가지로 수동 혹은 공압으로 제어할 수 있다. 양호한 실시예에 따르면, 본 장치에 설치된 모든 밸브는 공압적으로 제어된다.
양호한 실시예에 있어서, 화학 제품 송출 배관(38)은 잠금 가능한 차단 밸브(도시 생략)와 동축으로 배치된 배관이다. 화학 제품 송출 배관은 가스 제거기(도시 생략)에 접속되거나 접속될 수 없는 화학 제품 출력 매니폴드(도시 생략)에 접속되어 있다. 액체 화학 제품은 프로세스 저장소(52)로부터 가스 제거기와 화학 제품 출력 매니폴드를 통과하고, 그 다음 프로세스 공구(도시 생략)를 위한 입력으로 공급된다.
화학 제품 재충전 배관(46)은 대용량 저장소(50)가 외부 공급원(도시 생략)으로부터 충전되도록 해준다.
액체 화학 제품은 헬륨, 산소, 수소 등의 초고순도의 가스에 의해 장치를 통과하도록 압압된다(액체 화학 제품, 화학적 응용 혹은 장치의 재질과 반응하지 않는 모든 가스 뿐만 아니라 질소, 아르곤 등의 다른 불활성 가스를 사용할 수 있다). 이 가스는 대용량 저장소(50)의 헤드스페이스와 프로세스 저장소(52)의 헤드스페이스를 가압하기 위해 사용된다.
도 1을 참조하면, 가스는 배관(22)으로 유입하며, 대용량 저장소(50)를 향한 배관(30)과 프로세스 저장소(52)를 향한 배관(28)으로 유입하기 전에 체크 밸브(24)와 필터(26)를 통과한다. 배관(30)을 통한 가스의 흐름은 압력 조절기(60)와 다양한 밸브(68, 72, 74)에 의해 조절된다. 압력 센서(70)는 조작자에서 배관(30)의 가스압을 표시 해준다.
배관(28)을 통한 저장소(52)로의 가스 흐름은 압력 조절기(64)와 다양한 밸브(92, 98)에 의해 조절된다. 압력 릴리프 밸브(62)는 가스 배관내의 과도한 압력을 들기 위해 제공되는 안전 릴리프 밸브이다. 압력 센서(104)는 조작자에게 배관(28)내의 가스압을 읽을 수 있게 해준다.
대용량 저장소(50)의 헤드스페이스를 가압하고 그 스페이스를 소정의 압력을 유지하는 것에 추가하여, 가스는 액체 화학 제품을 대용량 저장소의 바닥으로부터 관통 딥 튜브(114), 관통 배관(36) 및 밸브(78, 92)(배관(28)의 일부를 경유하여)를 통해 상방향으로 프로세스 저장소(52)로 압압한다. 비록 액체는 배관(28)의 일부를 통해 유동하지만("충전" 조작 중), 밸브(98)는 계속 폐쇄되어 있다. 배관(36)내의 액체 화학 제품의 흐름은 밸브(76, 78)에 의해 조절될 수 있으며, 프로세스 저장소(52)로의 액체 화학 제품의 흐름은 밸브(92)에 의해 조절될 수 있다.
유사하게, 프로세스 저장소(52)의 헤드스페이스를 가압하고 그 스페이스를 소정의 압력을 유지하는 것에 추가하여, 불활성 가스는 액체 화학 제품을 프로세스 저장소(52)의 바닥으로부터 관통 딥 튜브(94)를 통해 상향으로 화학 제품 배관(38)으로 압압한다.
유체 센서(54)는 배관(36)을 통한 대용량 저장소(50)로부터 유출하는 유체의 존재와, 프로세스 저장소(52)가 충전되지 않았을 때 그 배관에 있는 정적 유체의 존재를 검출한다. 양호한 실시예에 따르면, 유체 센서는 스테인레스강 배관(36)의 외부에 클램프식으로 부착된 초음파 유체 센서이다. 유체 센서는 배관(36)내의 유체의 존재 여부를 검출할 것이다. 배관내에 유체가 존재하는 것을 검출하였을 때, 유체 센서는 또는 그 유체가 액체 혹은 가스인지 결정하고 액체 혹은 가스 중 하나를 표시하는 해당 신호를 전해준다.
정상 작동 상태에서, 유체 센서(54)가 액체의 부재를 검출하였을 때, 이는 대용량 저장소(50)에 이미 존재하였던 이용 가능한 화학 제품 액체를 실질적으로 완전하게 사용하였다는 것은 의미하며, 다시 말해서 대용량 저장소는 이제 비었다는 것을 말한다(즉, 이를 "빈 상태" 라 함). 이는 조작자에게 대용량 저장소를 새로운 액체 화학 제품의 공급분을 담고 있는 또 다른 저장소와 교체하여야 하는 것을 경고 해준다.
센서(54)로는 도 3에 도시된 바와 같이 배관(36)에 클램프식으로 부착된 초음파 유체 센서가 바람직하다. 본 발명의 양호한 실시예에 사용된 클램프 부착 초음파 유체 센서는 용이하게 설치된다. 각각의 클램프 부착 센서는 센서가 적절하게 설치되었다는 것을 확인하기 위한 자기 진단 수단을 구비한다. 금속 배관에 클램프식으로 부착될 때, 센서로부터 전송된 초음파 신호는 센서가 배관에 정확하게 설치되어 있는 것을 증명할 수 있는 검출 가능한 방법으로 변환된다. 이러한 신호 변환은 액체의 존재 여부를 나타내는 변환과는 다르다.
도 2에 도시된 바와 같이, 장치(20)는 마이크로컴퓨터(118)(혹은 다른 형태의 컨트롤러)와 프로그램 가능한 작동 시스템에 의해 제어되며, 이들은 모든 주요한 변수를 모니터하고 최선의 유지 기능을 자동적으로 제어한다. 예컨대, 사이클 정화 조작 및 누설 체크 조작은 "저장소 교체" 조작으로 설정된 자동화된 기능이다. 이러한 자동화는 공통의 유지 작업을 행하는 것과 관련한 시간 및 노력을 감소시킨다. 자동화된 장치는 또한 프로세스 저장소(52)가 처리중에 있고 화학 제품을 프로세스 공구에 공급하는 동안 대용량 저장소(50)의 교체를 허용하기 때문에 정상적인 작동에 대한 고장 시간이 제로가 되도록 해준다.
마이크로컴퓨터(118)는 케비닛(116)의 상부에 장착된 전기 폐쇄체(120)내에 폐쇄되어 있다. 차폐 동축 케이블(122)은 차폐된 폐쇄체(도시 생략)에 장착된 인쇄 회로 조립체(PCA: 124)에 유동 센서(54)를 연결한다.
전술한 바와 같이, 유체 센서(54)는 배관(36)에 유체의 존재 여부를 표시하는 신호를 발생한다. 이 신호는 동축 케이블(122)에 의해 PCA(124)로 유입된 다음 PCA로부터 마이크로컴퓨터(118)로 전송된다. 마이크로컴퓨터는 액체 존재 신호를 접수하거나 또는 액체가 존재한다는 신호를 접수하지 않았을 때 대용량 저장소(50)에 "빈" 조건으로 표시한다. "빈" 조건을 결정하자마자, 마이크로컴퓨터는 조작자에 경보기로 경고하게 된다(예컨대, 청각 혹은 시각적 경보, 컴퓨터로 출력한 리포트, 혹은 이들의 조합 또는 다른 유형의 경보).
양호한 실시예에 따르면, 단시간의 "지연"(예컨대, 2초 간의 지연)은 배관(36)에서 가스 기포로부터의 "거짓 판독"의 가능성을 알리기 위해 조작 기능에 프로그램 된다. 이는 그 시간이 유체 센서(54)로부터의 "유동 없음" 이라는 신호가 배관에서의 가스 기포(예컨대, 헬륨, 공기 혹은 다른 가스의 기포)에 기인한 것이 아니라는 것을 확인하도록 해준다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유체 센서(54)는 유체의 존재를 감지하고, 또 이 유체가 액체 혹은 기체인지를 결정한 다음 액체 혹은 가스를 표시하는 신호를 발생한다(만약 가스가 존재할 경우, 신호는 액체의 존재시의 것과 다름). 이 신호는 동축 케이블(122)을 경유하여 PCA(124)로 전달되어 이곳에서 신호는 마이크로컴퓨터(118)로 전송된다.
상기 장치(20)는 또한 최종 소비자의 소망하는 압력에 상응하는 시스템의 압력을 유지하기 위해 대용량 저장소(50)와 프로세스 저장소(52)로부터의 소정량의 불활성 가스를 배출시키기 위한 수단을 포함한다. 통기 배관(86)은 적절한 완화 시스템(도시 생략)에 부착되어 있다.
대용량 저장소(50)로부터 배출된 가스는 배관(32)을 지나 배출관(86)으로 전달되고 체크 밸브(84, 82)에 의해 조절될 수 있으며, 이 밸브는 정상시에는 도 1의 밸브(82)의 내측에 흑색의 점으로 표시한 바와 같이 개방되어 있다(또한, 희망에 따라 밸브(82)는 정상시에 폐쇄되도록 설계될 수 있다). 유사하게, 프로세서 저장소(52)로부터의 가스는 배관(34)을 경유하여 배출관(86)으로 전달되며, 릴리프 밸브(106) 및 체크 밸브(88)에 의해 조절될 수 있다.
정상시에 개방 상태로 있는 밸브(90)는 체크 밸브(88) 및 밸브(90) 사이에 있는 배관(34)으로 프로세스 저장소(52)를 배출시킨다(또한, 희망에 따라 밸브(90)는 정상시에 폐쇄되도록 설계될 수 있다). 또한, 대용량 저장소(50)로부터의 프로세스 저장소를 충전하는 중에 가스압이 예정된 수치에 도달할 때, 프로세스 저장소가 가압되는 것을 방지하기 위해 밸브(90)는 약 0.5초간 프로세스 저장소(52)의 가스를 배출시키도록 펄스식으로 개방된다.
초음파 유체 센서가 바람직한 오버플로 센서(56)는 유체 센서(54)와 유사하다. 배출관(86)내에 있는 모든 물질은 기상으로 액체로 되어서는 안 되기 때문에, 만약 오버플로 센서(56)가 배출관 내에서 액체를 검출할 경우, 오버플로 센서는 동축 케이블(126)을 경유하여 PCA(124)로 신호를 전송하고 그 다음 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로컴퓨터(118)에 신호는 전송한다. 이러한 신호를 접수하자마자, 통기관(86)에 액체가 존재하는 것은 대용량 저장소(50) 혹은 프로세서 저장소(52)내에 "오버풀(overfull) 조건" 혹은 "오버플로(overflow) 조건"을 나타낼 가능성이 있기 때문에, 마이크로컴퓨터는 즉시 개방된 모든 밸브를 폐쇄하고 장치(20)를 작동 정지시킨다. 그 다음, 마이크로컴퓨터는 경보기를 통해 이러한 조건을 조작자에게 경고할 수 있다. 이 경고는 청각으로 감지하거나, 빛 또는 다른 시각적 경고, 컴퓨터 시스템 상의 리포트, 혹은 이들의 조합 또는 다른 형태의 경고 방식을 채택할 수 있다.
대용량 저장소(50) 및/또는 프로세스 저장소(52)가 분리되었을 때, 저장소 커넥터로부터 소정의 가스를 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 진공 수단은 장치(20)의 일부로서 제공된다. 진공 배관(40)은 저장소 교환 작업 중에 장치의 배관으로 불가피하게 유입하는 화학 증기 및 대기의 가스를 완전히 제거하는 것을 보장하도록 진공 공급원(도시 생략)에 연결되어 있다. 진공 배관(40)은 밸브(110)에 의해 조절될 수 있다. 크로스오버 밸브(80, 102)는 저장소의 가스측과 액체측 모두에 진공 수단을 사용할 수 있도록 해준다.
화학 증기 및 대기중의 가스 그리고 잔류 액체는 배관, 밸브 및 배관(40)을 통해 프로세스 저장소(52)에 고정되어 밸브(108)에 의해 조절 가능한 출력 매니폴드(도시 생략)로부터 비워질 수 있다. 이와 유사하게, 증기 및 대기중의 가스는 밸브(85)에 의해 조절할 수 있는 배관(42)을 통해 대용량 저장소(50)로부터 비워질 수 있다. 압력 센스(112)는 배관(42)내의 진공압을 감지하고 조작자에 이들 표시를 판독할 수 있도록 해준다.
정상적인 작동 중에, 진공 배관(40)내에 액체가 존재해서는 안 된다. 그러나, 오버플로 조건, 혹은 위험 상황을 초래하는 다른 오작동(예컨대, 밸브의 오작동)의 경우, 상기 배관에 있는 모든 액체는 액체 센서(58)에 의해 검출될 수 있으며, 이 센서는 본 발명의 양호한 실시예에서는 초음파 유체 센서[센서(54, 56)와 유사함]이다. 만약 이러한 유체 센서가 액체의 존재를 검출하면, 이 센서는 이를 표시하는 신호를 생성하며, 이 신호는 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로컴퓨터 (118)에 신호는 전달하는 PCA(124)로 동축 케이블(128)을 경유하여 전달된다. 이러한 신호를 받자마자, 마이크로컴퓨터는 즉시 개방된 모든 밸브를 폐쇄하여 장치(20)의 작동을 중지시킨다. 그 다음, 마이크로컴퓨터(118)는 조작자에게 이러한 조건/오작동을 조작자에 경보기를 통해 경고한다. 이 경고는 청각으로 감지하거나, 빛 또는 다른 시각적 경고, 컴퓨터 시스템 상의 리포트, 혹은 이들의 조합 또는 다른 형태의 경고 방식을 채택할 수 있다.
본 장치(20)의 선택적인 특징은 정화 특징이며, 이는 도시 생략하였다. 만약 이 장치가 이러한 특징을 포함할 경우, 반도체 등급의 질소 혹은 다른 적절한 불활성 가스는 프로세스 공구(들), 가스 제거기, 혹은 프로세스 저장소(52)로 복귀하는 배관(38)으로 출력 매니폴드를 정화하기 위해 사용할 수 있다.
도 3은 배관(36)에 부착된 클램프 부착 초음파 유체 센서(54)를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 센서의 구조는 센서를 배관 혹은 도관 위로 클램프식으로 고정하기 위한 슬롯을 포함하며, 또 이 센서는 스크류(134) 혹은 다른 형태의 파스너에 의해 배관상의 소정 위치에 유지된다.
마이크로컴퓨터(118)는 센서가 적절하게 설치되고 배관 혹은 도관(36, 86, 40)으로부터 움직이지 않도록 클램프 부착 센서(54, 56, 58)에 의해 발생된 신호를 모니터 한다. 만약 센서로부터의 피드백이 부적절할 경우, 이는 센서의 파손 가능성을 나타내며, 그리고 마이크로컴퓨터는 본 장치를 불안전 모드로 간주하게 한다. 이러한 모드에서, 상기 밸브들은 폐쇄하고(화학 제품을 안전하게 격리시킴) "센서 파손" 조건이 완전히 해소될 때까지 개방을 허용하지 않는다.
당업자라면 본 발명은 종래 기술에 비해 많은 장점을 제공한다는 사실을 알 수 있을 것이다. 유체 센서(바람직하게 초음파 유체 센서)의 사용은 사용자가 대용량 저장소에 있는 이용 가능한 화학 제품을 실질적으로 모두 소모할 수 있게 해주며, 전자 산업에 이용되는 고순도 및 초고순도의 화학 제품의 폐기 혹은 처리에 드는 비용을 감소시킬 수 있게 해준다. 본 발명에 따르면, 보통 종래 장치에서의 손실률이 2-5% 인데 반해, 이용 가능한 화학 제품이 사용자에 의해 거의 손실되지 않기 때문에, 그에 따른 상당히 큰 장점을 갖는다.
본 발명은 종래에 컨테이너 혹은 저장소에 설치되었던 레벨 센서를 필요로 하지 않는 초음파 유체 센서를 사용한다. 이는 종래의 레벨 센서와 관련한 많은 문제점을 없게 해준다. 그러나, 비록 본 발명에 의해 교시된 바와 같이 어떠한 레벨 센서를 구비하지 않고 대용량 저장소(50) 등의 컨테이너 혹은 저장소를 사용하는 것이 바람직하지만, 초음파 유체 센서(본 발명의 것)의 사용은 최종 사용자가 기존의 컨테이너, 즉 그 내부에 종래의 레벨 센서가 부착 혹은 조립되어 있는 컨테이너를 사용할 수 있게 해준다.
본 발명은 기본적으로 화학 제품을 비교적 고순도(즉, 서브-마이크론 반도체 제조)로 유지하여야 하는 산업에 사용되는 화학 제품의 운반, 특히 반도체 산업에서 웨이퍼의 생산 및 이와 유사한 공정에 사용된 화학 제품의 운반에 직접 관련이 있지만, 이것에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 실질적으로 모든 산업에서 화학 제품의 운반에, 그리고 특히 고순도 혹은 초고순도로 유지되어야 하는 화학 제품의 운반에 적용될 수 있다는 것이 당업자들이라면 알 수 있다.
이상 본 발명은 어떤 특정의 실시예를 참조하여 도시 및 설명하였지만, 본 발명은 이러한 도시된 예에만 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명의 정신에서 벗어나지 않고 또 특허 청구의 범위에 속하는 범주내에서 다양한 변형 및 수정이 가능하다.
본 발명에 따라 대용량의 화학 제품 송출 장치로부터 사용처에 고순도 혹은 초고순도의 화학 제품을 송출하는 방법은 신뢰성이 높고, 화학 제품의 낭비 및 폐기 비용을 최소화시킬 수 있으며, 저비용으로 완화 작업(abatement)을 행할 수 있고, 그리고 종래의 난점 및 문제점을 해소 할 수 있는 효과를 발휘한다.

Claims (22)

  1. 적어도 고순도의 화학 제품을 송출하기 위한 화학 제품 송출 장치로,
    유체를 담기 위한 하나 이상의 제1 저장소와,
    상기 유체를 담기 위한 하나 이상의 제2 저장소와,
    상기 유체를 시간의 경과에 따라 상기 하나 이상의 제1 저장소로부터 상기 하나 이상의 제2 저장소로 이동시키기 위한 제1 도관으로, 금속재로 이루어지고, 상기 하나 이상의 제1 저장소와 연통하는 제1 단부와 상기 하나 이상의 제2 저장소와 연통하는 제2 단부를 구비하며, 상기 유체가 상기 하나 이상의 제1 저장소로부터 상기 하나 이상의 제2 저장소로 이동하여 상기 제1 도관을 통해 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 흐르도록 되어 있는 제1 도관과,
    상기 제1 도관에 인접하게 위치하며, 상기 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 검출하고 상기 제1 도관내에 상기 유체의 부재를 검출하도록 되어 있고, 상기 유체의 존재 및 부재를 표시하는 하나 이상의 제1 신호를 발생하는 제1 유체 센서와,
    상기 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수할 때 혹은 상기 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수하지 않을 때 상기 하나 이상의 제1 저장소의 빈 상태를 확인하도록 되어 있는 상기 하나 이상의 제1 신호를 수용하기 위한 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체의 적어도 일부를 상기 하나 이상의 제2 저장소로부터 제거하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 센서는 상기 제1 도관의 상기 제1 단부에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유체는 적어도 고순도의 액체 화학 제품인 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 센서는 초음파 유체 센서인 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 저장소내에서 상기 액체 화학 제품 위의 제1 헤드스페이스를 가스로 가압하기 위한 수단과,
    상기 하나 이상의 제2 저장소내에서 상기 액체 화학 제품 위의 제2 헤드스페이스를 상기 가스로 가압하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스는 헬륨, 질소, 산소, 수소 및 아르곤으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 액체 화학 제품은 테트라에틸오르토실리케이트, 보라진, 알루미늄 trisec-부톡시드, 사염화탄소, 트리클로로에탄, 클로로포름, 트리메틸포스파이트, 디클로로에틸렌, 트리에틸보레이트, 디클로로메탄, 티탄 n-부톡시드, 디에틸실란, 헥사플루오로아세틸아세토나토-구리(1)트리메틸비닐실란, 이소프로폭시드, 트리에틸포스페이트, 사염화규소, 탄탈륨 에톡시드, 테트라키스(디에틸아미도)티탄, 테트라키스(디메틸아미도)티탄, 비스-t-부틸아미도 실란, 트리에틸보레이트, 사염화티탄, 트리메틸포스페이트, 트리메틸오르토실리케이트, 티탄 에톡시드, 테트라메틸-시클로-테트라실록산, 티탄 n-프로폭시드, 트리스(트리메틸실록시)붕소, 티탄 이소부톡시드, 트리스(트리에틸실릴)포스페이트, 1,1,1,5,5,5-헥사플루오르-2, 4-펜탄디온, 테트라메틸실란 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 가스를 상기 제1 헤드스페이스 및 제2 헤드스페이스 중 하나 이상으로부터 배출하기 위한 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배출구는 배출될 상기 가스의 적어도 일부를 배기시키기 위한 제2 도관과,
    상기 제2 도관내의 상기 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있는 제2 유체 센서를 포함하며, 상기 제2 유체 센서는 상기 제2 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 표시하는 하나 이상의 제2 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 제2 신호를 수용하며, 상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 제2 신호를 접수할 때 상기 하나 이상의 제1 저장소 및 상기 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상으로부터 상기 액체 화학 제품의 오버플로를 확인하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 도관 및 상기 제2 도관 중 하나 이상에 있는 화학 제품의 적어도 일부를 비우기 위해 진공 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 진공 공급원은 상기 비 액체를 배출하기 위한 제3 도관과,
    상기 제3 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있는 제3 유체 센서를 포함하며, 상기 제3 유체 센서는 상기 제3 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 나타내는 하나 이상의 제3 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 제3 신호를 수용하며, 상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 제3 신호를 접수 할 때 상기 화학 제품 송출 장치의 오작동을 확인하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  15. 액체를 담고 있는 저장소내의 빈 상태 발생을 검출하는 방법으로, 상기 액체는 적어도 고순도이며 상기 저장소와 연통하는 금속 도관을 통해 상기 저장소로부터 시간의 경과에 따라 유동하며, 상기 저장소는 상기 액체 위에서 가스에 의해 가압된 헤드스페이스를 구비하며, 상기 검출 방법은
    (a) 상기 금속도관에 인접하게 유체 센서를 제공하는 단계로, 상기 유체 센서는 상기 액체 도관내에 상기 액체의 존재를 검출하고 그것을 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 전달하도록 되어 있고, 또 상기 금속 도관내에 상기 가스의 존재를 검출하고 그것을 나타내는 하나 이상의 또 다른 신호를 전달하도록 되어 있는 단계와,
    (b) 상기 유체 센서를 이용하여 상기 금속 도관내에 상기 액체의 존재를 검출하는 단계로, 상기 유체 센서는 상기 하나 이상의 제1 신호를 전달하도록 되어 있는 단계와,
    (c) 상기 유체 센서를 이용하여 상기 금속 도관내에서 상기 액체의 부재를 후속하여 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유체 센서는 초음파 유체 센서인 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  17. 제15항에 있어서, (d) 상기 액체의 부재를 후속하여 확인하는 단계 후 예정된 시간 주기 동안 기다리는 단계와,
    (e) 상기 유체 센서를 이용하여 상기 금속 도관내에 유체의 존재를 후속하여 감지하는 단계와,
    (f) 상기 유체 센서를 이용하여 상기 유체가 상기 액체인지 아니면 상기 가스인지를 결정하는 단계와,
    (g) 상기 유체가 상기 액체라고 결정할 경우 상기 단계 (b) 내지 (f) 를 반복하는 단계와,
    (h) 상기 유체가 상기 가스라고 결정할 경우 상기 유체 센서로부터 저장소의 빈 상태 발생을 나타내는 하나 이상의 또 다른 신호를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 예정된 시간 주기는 약 2초인 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 유체 센서를 이용하여 상기 금속 도관내에서 상기 액체의 부재를 후속하여 확인하는 상기 단계 (c)는,
    (i) 상기 유체 센서로부터 상기 하나 이상의 제1 신호를 수용하는 단계와,
    (ii) 상기 유체 센서로부터 상기 하나 이상의 제1 신호의 부재를 후속하여 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 마이크로컴퓨터인 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  21. 적어도 고순도의 액체 화학 제품을 송출하기 위한 화학 제품 송출 장치로,
    상기 액체 화학 제품을 담기 위한 하나 이상의 제1 저장소와,
    상기 액체 화학 제품을 담기 위한 하나 이상의 제2 저장소와,
    상기 액체 화학 제품을 시간의 경과에 따라 상기 하나 이상의 제1 저장소로부터 상기 하나 이상의 제2 저장소로 이동시키기 위한 제1 도관으로, 금속재로 이루어지고, 상기 하나 이상의 제1 저장소와 연통하는 제1 단부와 상기 하나 이상의 제2 저장소와 연통하는 제2 단부를 구비하며, 상기 액체 화학 제품이 상기 하나 이상의 제1 저장소로부터 상기 하나 이상의 제2 저장소로 이동하여 상기 제1 도관을 통해 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 흐르도록 되어 있는 제1 도관과,
    상기 제1 도관에 인접하게 위치하며, 상기 액체 화학 제품의 존재를 검출하고 상기 액체 화학 제품의 부재를 검출하도록 되어 있고, 상기 액체 화학 제품의 존재 및 부재를 표시하는 하나 이상의 제1 신호를 발생하는 제1 초음파 유체 센서와,
    상기 하나 이상의 제2 저장소로부터 상기 액체 화학 제품의 적어도 일부를 제거하기 위한 수단과,
    상기 하나 이상의 제1 저장소내에서 상기 액체 화학 제품 위의 제1 헤드스페이스를 가스로 가압하기 위한 수단과,
    상기 하나 이상의 제2 저장소내에서 상기 액체 화학 제품 위의 제2 헤드스페이스를 가스로 가압하기 위한 수단과,
    상기 제1 헤드스페이스 및 상기 제2 헤드스페이스 중 하나 이상으로부터 상기 가스의 적어도 일부를 배출하기 위한 제2 도관과,
    상기 제2 도관내의 상기 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있고, 상기 제2 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 표시하는 하나 이상의 제2 신호를 발생하는 제2 초음파 유체 센서와,
    상기 하나 이상의 제1 저장소 및 상기 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상에서 비 액체의 적어도 일부를 비우기 위한 제3 도관과,
    상기 제3 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 검출하도록 되어 있고 상기 제3 도관내에 상기 액체 화학 제품의 존재를 나타내는 하나 이상의 제3 신호를 발생하는 제3 초음파 유체 센서와,
    상기 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수할 때 혹은 상기 제1 도관내에 상기 유체의 존재를 나타내는 하나 이상의 제1 신호를 접수하지 않을 때 상기 하나 이상의 제1 저장소의 빈 상태를 확인하도록 되어 있는 상기 하나 이상의 제1 신호를 수용하기 위한 컨트롤러를 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 제2 신호를 수용하며, 상기 하나 이상의 제2 신호를 접수할 때 상기 하나 이상의 제1 저장소 및 상기 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상으로부터 상기 액체 화학 제품의 오버플로를 확인하도록 되어 있으며, 그리고 상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 제3 신호를 수용하며, 상기 하나 이상의 제3 신호를 접수할 때 상기 화학 제품 송출 장치의 오작동을 확인하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 컨트롤러가 (a) 상기 하나 이상의 제1 저장소 및 하나 이상의 제2 저장소 중 하나 이상으로부터 상기 액체 화학 제품의 오버플로와 (b) 상기 화학 제품 송출 장치의 오작동 중 하나를 확인하였을 때 상기 화학 제품 송출 장치가 작동 중지되는 것을 특징으로 하는 화학 제품 송출 장치.
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