KR20070116804A - 벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 상태 제어 방법 - Google Patents

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KR20070116804A
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데이비드 거켄
벤자민 알 로버트
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더 비오씨 그룹 인코포레이티드
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Abstract

반도체 제조 공정에 대한 공급 라인 내의 유체 압력을 제어하기 위한 개선된 벌크 유체 분배 시스템. 상기 분배 시스템은, 압력 용기 또는 펄스 완충장치 중 어느 하나를 구비한 펌프-기초 엔진을 포함한다. 상기 펌프-압력 용기 실시예에서는, 제어기는 공급라인 내의 유체 압력을 측정하고 상기 용기의 분배 압력을 조절한다. 상기 펌프-펄스 완충장치 실시예에서는, 상기 제어기는 공급라인 내의 유체 압력을 측정하고, 상기 공급 라인 내 압력을 소정의 설정점에 유지시키기 위하여 펌프 유량을 조절한다.
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유체 분배 시스템, 펌프-기초 엔진, 압력 용기, 펄스 완충장치

Description

벌크 유체 분배 시스템 내의 유체 상태 제어 방법{CONTROL OF FLUID CONDITIONS IN BULK FLUID DISTRIBUTION SYSTEMS}
본 발명은 유체 분배 시스템 내의 유체의 상태를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 제조 공정 또는 다른 관련 응용 분야에서 공정 유체를 사용 지점에 공급하는 벌크 유체 분배 루프(bulk fluid distribution loop) 내의 초-고순도 또는 슬러리 유체의 압력을 제어하기 위한 개선된 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조는 종종 200 공정 단계 이상을 필요로 하는 복잡한 공정이다. 각 단계는 고 수율의 반도체 장치를 제조하기 위하여 일련의 최적 조건들을 필요로 한다. 이 공정 단계들 중 많은 단계는, 그중에서도 특히 제조 공정 중 장치 표면에 대한 에칭, 노출, 코팅 및 연마 공정에 유체의 사용을 필요로 한다. 고 순도 유체의 적용시, 완성된 장치에서의 결함을 방지하기 위하여 유체는 미립자 및 금속 오염물질들이 사실상 없어야 한다. 화학-기계적 연마 슬러리 적용시, 이러한 슬러리에는 장치의 표면을 긁을 수 있는 큰 입자가 없어야 한다. 더욱이, 제조 공정 동안, 공정 동요 및 제조 중단을 피하기 위하여 여러 가지 단계를 실행하는 공정 장비에 안정되고 충분한 유체 공급이 필요하다.
벌크 유체 분배 시스템은, 1990년대에 반도체 시장에 도입된 이래로, 반도체 제조 공정에서 중요한 역할을 하여 왔다. 이 시스템은, 실질적으로 퍼플루오르알콕시(perfluoroalkoxy)(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoro-ethylene) (PTFE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride)(PVC), 폴리비닐리덴 디플로라이드(polyvinylidine difluoride)(PVDF) 또는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 비활성 습식 물질로 구성되기 때문에, 그리고 그들이 유체를 공급하기 위한 동력으로서 비활성 가압 가스 또는 비활성 습식 물질을 가지는 펌프 중의 어느 하나를 사용하기 때문에, 그들은 실질적으로 상기 공정 유체의 미립자 및 금속 오염의 원인이 되지 않는다. 또한, 단일의 벌크 유체 분배 시스템은, 복수의 사용지점에 충분한 압력으로 공정 유체를 연속적으로 공급할 수 있다. 따라서, 유체 분배 시스템의 도입은 반도체 제조 공정에서 중요한 필요성이 있다.
많은 이유 때문에, 벌크 유체 분배 시스템(예를 들면, O-링 고장, 밸브 고장 또는 오염된 유입 유체)은 상기 유체 공급 라인에 필터를 포함한다. 그러나, 필터를 통과하는 유체의 유량이 갑작스럽게 변화하는 경우, 필터에 대해 수압 충격을 발생시키게 되고, 그 결과 미리 여과된 입자들이 유체 내로 방출되어, 유체 농도를 변동시키는 원인이 된다. 필터를 통과하는 유체의 유량을 최소값으로 유지하면 입자의 방출을 감소시키는데 도움이 되기는 하지만, 상기 문제가 없어지지는 않는다. 따라서, 상기 유체의 압력 및 유량 변동은 결과적으로 상기 유체의 입자 농도를 변동시킬 수 있고, 그것은 반도체 웨이퍼의 결함을 발생시킬 수도 있게 된다.
더욱이, 전술한 바와 같이, 유체 분배 시스템은 종종 많은 장비를 공급한다. 장비가 공정 유체를 필요로 하면, 공급 라인으로부터 유체를 펌핑하기 시작하여, 상기 공급 라인 내의 유체 압력을 약 5 내지 약 25 psi 까지 떨어뜨린다. 펌프-압력 용기 엔진 또는 펌프-펄스-완충장치 엔진을 구비하는 전형적인 유체 분배 시스템은, 상기 공정 유체 공급 라인에 일정하거나 충분한 압력을 적절히 유지시킬 수 없다. 따라서, 일정한 압력 및 유량을 제공하고 상기 공급라인에서의 압력 및 유량 변동을 제거하는 유체 분배 시스템이 필요하다.
펌프-압력 용기 엔진을 갖는 공지된 유체 분배 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 상기 펌프-압력 용기 시스템(100)은 펌프(101), 통상적으로 셔틀 밸브(103)를 갖는 공기 작동식 이중 격막 펌프를 구비한다. 청정 건식 에어(CDA: claean dry air) 등과 같은 고압 가스원(105)은 셔틀 밸브(103) 내의 솔레노이드 밸브(103a 및 103b)로 고압가스를 공급한다. 고압가스는 통상적으로 기계적인 돔-부하의 압력 조절기(107)로 조절되어, 솔레노이드 밸브(103a 및 103b)에 일정한 가스 압력을 유지시킨다. 제어기(109)는, 밸브에 전기적 신호를 번갈아 전송함으로써 솔레노이드 밸브(103a 및 103b)의 사이클 속도를 일정하게 유지시킨다. 각 솔레노이드 밸브(103a 및 103b)는 펌프(101)의 격막에 연결되어, 상기 솔레노이드 밸브의 사이클 속도가 펌프(101)의 스트로크 속도에 일치할 수 있게 된다.
시스템(100)은, 퍼플루오르알콕시(perfluoroalkoxy)(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride)(PVC), 폴리비닐리덴 디플로라이드(polyvinylidine difluoride)(PVDF) 또는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 비활성 습식 물질로 구성된 압 력 용기(111)를 포함한다. 비활성 가스원(113)은 용기(111)에 질소 등과 같은 비활성 가스를 공급하여, 용기(111)로부터 필터(미도시)를 통하여 유체 공급 라인(115)쪽으로 유체를 유도하기 위한 동력으로서 작용한다. 용기(111)에 공급된 비활성가스의 압력은 기계적 조절기(117)에 의하여 일정한 압력으로 조절된다. 전술한 바와 같이, 유체 공급 라인(115)은 종종 유체를 여러 사용지점(예를 들면, 반도체 공정 장비)(미도시)에 공급한다.
펌프(101)는 유체원(119)으로부터 유체를 공급 받아서 용기(111)의 상단부 내로 유체를 분배한다. 용기(111)의 배기구(미도시)는, 유체가 용기(111)에 유입되는 동안 임의의 가스를 방출시킨다. 두 개의 레벨 센서(121 및 123)(즉, 용량성 센서)가 상기 용기(111) 내의 높은 위치(센서(121)로 표시됨) 및 중간 위치(센서(123)로 표시됨)에서 유체 레벨을 측정하기 위하여 사용된다. 용기(111)는, 유체가 용기(111) 내로 유입될 때 튀는 것을 방지하기 위하여, 유체 입구로부터 중간지점 센서(123) 바로 아래 지점까지 연장되는 내부 관(미도시)을 포함한다.
동작 중에, 상기 용기(111) 내의 유체 레벨이 중간-지점 센서(123)에 도달되면, 펌프(101)는 높은 위치의 센서(121)까지 용기(111)를 다시 채우기 위해 가동된다. 상기 펌프에 가해진 스트로크 속도 및 가스 압력은 펌프가 가동되는 모든 시점에 동일하다. 마찬가지로, 조절기(117)는 용기(111)에 일정한 비활성 가스 압력을 유지시킨다.
펌프 압력 용기 유체 분배 시스템에서, 유체 압력 손실을 발생시킬 수 있는 여러 가지 인자가 있는데, 그러한 인자에는, 1) 필터를 통한 압력 손실: 2) 배관, 밸브 및 그러한 다른 구성요소들로부터의 마찰 손실; 3) 높은 지점 센서(121)와 중간 지점 센서(123) 사이의 유체의 헤드 압력(head pressure)의 변화; 및 4) 사용지점들로부터 유체에 대한 수요가 포함된다. 통상적으로, 처음 두 가지 인자는, 비록 어떤 적용시, 시간에 따라 더 많은 입자가 포획될 때 필터를 통한 압력 손실이 증가할 것이기는 하지만, 유체 내 압력 손실을 일정하게 발생시킨다. 이에 비하여, 제3 및 제4 인자는, 용기(101) 내 유체 레벨에 따라, 또는 사용 지점으로부터 유체의 수요가 있는지의 여부에 따라, 압력을 변동시키는 요인이 된다. 따라서, 시스템(100)의 상기 공급 라인(115)에서 유체의 압력은 동작 중에 계속적으로 변동시키고, 그것은, 전술된 바와 같이, 필터에 대한 수압 충격을 발생시키고 사용지점에서 예측할 수 없는 유체 조건들을 발생시킬 수 있는 원인이 될 수 있다.
따라서, 공급 라인에서의 유체의 압력 변동을 실질적으로 감소 또는 제거하고 사용 지점들에서 균일한 유체 조건을 보장하는, 개선된 펌프-압력 용기 유체 분배 시스템이 필요하다.
또 다른 형태의 유체 분배 시스템은 펌프-펄스-완충장치 엔진(pump-pulse-damper engine)을 이용하는 것이다. 통상의 펌프-펄스-완충장치 유체 분배 시스템이 도 2에 도시되어 있다. 시스템(200)은, 상기 펌프-압력 용기 시스템(100)에 관련하여 전술된 방식과 동일한 방식으로 구성된, 공기 작동식의 이중-격막 펌프(201), 셔틀 밸브(203), 고압 가스원(205), 조절기(207) 및 제어기(209)를 포함한다. 그러나, 압력 용기 대신에, 시스템(200)은 내부 격막 또는 벨로우즈(bellows)(미도시)를 구비한 펄스-완중장치(211)를 포함하며, 그것은 상기 펌 프(201)로부터 발생한 공급 라인(215)에서의 유체 압력 변동을 최소화한다. 가스원(205)은, 조절기(217)(예를 들면 기계적 조절기)에 의하여 일정한 압력으로 조절된 고압 가스를, 펄스-완충장치(211) 및 내부 격막의 상단부에 공급한다.
동작 중에, 펌프(201)는 유체원(219)으로부터 유체를 회수하여 유체 공급 라인(215)에 유체를 분배한다. 필터(미도시)는 통상적으로 펄스-완충장치(211)로부터 하류에 배치된다.
펌프-펄스-완충장치 유체 분배 시스템에서, 유체 압력 손실을 발생시킬 수 있는 여러 가지 인자가 있는데, 그러한 인자에는, 1) 필터를 통한 압력 손실: 2) 배관, 밸브 및 그러한 다른 구성요소들로부터의 마찰 손실; 3) 양의 배기 펌프 동작에 의해 발생되는 펄스; 및 4) 사용지점들로부터 유체에 대한 수요를 포함한다. 펌프-압력 용기 시스템에서처럼, 처음 두 인자는, 비록 어떤 적용시, 시간이 경과함에 따라 더 많은 입자가 포획될 때 필터를 통한 압력 손실이 증가할 것이기는 하지만, 유체 내 압력 손실을 일정하게 발생시킨다. 이에 비하여, 제3 인자는, 일 이상의 사용지점(예를 들면, 공정 장비)의 요구로 인하여 약 5psi 내지 약 25psi 만큼 유체 압력을 감소시키는 원인이 된다. 이리하여, 공급 라인(215)에서의 유체의 압력은 동작 중에 계속 변동되게 된다.
따라서, 공급 라인에서의 유체의 압력 변동을 실질적으로 감소 또는 제거하고 사용 지점들에서 균일한 유체 조건을 보장하는, 그러한 개선된 펌프-펄스-완충장치 유체 분배 시스템이 필요하다.
시스템(100 및 200)은 두 가지 구성, 1) 광범위 재순환 및 2) 내부 재순환 중 어느 한가지에서 동작됨에 유의하여야 한다. 시스템이 광범위 재순환으로 동작하도록 구성되는 경우, 유체는 상기 시스템의 출구로부터 공급 라인(115 또는 215)을 통하여 흐르고, 다시 유체원(119 또는 219)[통상적으로 데이탱크(daytank) 또는 드럼]으로 돌아가도록 계속하여 흐른다. 그러나, 그러한 시스템은 동작을 위하여 상당한 양의, 가스 및 에너지 등과 같은 설비를 필요로 하고, 그래서 그것은 종종 내부 재순환 모드로 동작하는 것이 바람직하게 된다. 시스템이 내부 재순환으로 동작하도록 구성되는 경우, 상기 공급 라인(115 또는 215) 내에서 상기 필터의 바로 하류에 있는 지점으로부터 유체원(119 또는 219)으로 유체를 재순환시키기 위해 슬립스트림(slipstream)이 설치된다. 사용 지점으로부터 유체에 대한 요구가 없는 경우에는, 상기 광범위 재순환은(보통 상기 슬립스트림으로부터 하류에 있는 상기 공급 라인에 배치된 밸브를 폐쇄함으로써) 정지된다. 상기 내부 재순환 라인은 필터를 통과하는 유량을 일정하게 유지시키고 상기 시스템을 동작시키는 데 필요한 설비의 양을 감소시킨다.
유체 분배 시스템의 공급 라인 내의 유체 압력을 제어하기 위한 장치에 있어서, 유체원으로부터 유체를 수용하도록 되어 있는 펌프; 용기 내 유체의 레벨을 측정하기 위한 레벨 센서를 포함하는 용기로서, 상기 펌프로부터 유체를 수용하고 상기 공급 라인에 유체를 분배하도록 되어 있는 용기; 상기 용기에 비활성 가스를 공급하기 위한 비활성 가스원으로서 상기 비활성 가스의 압력을 조절하기 위해 조절기가 채용된 비활성 가스원; 상기 공급라인에 배치된 유체 센서; 상기 유체 센서로부터 제어신호를 수신하고 상기 조절기로 분배신호를 전송하도록 되어 있는 제어기로서, 상기 비활성 가스의 압력을 조절하여 상기 공급 라인에서의 소정의 유체 압력을 유지할 수 있도록 하는 제어기;를 포함하는 유체 분배 시스템의 공급 라인 내의 유체 압력을 제어하기 위한 장치를 제공한다.
펌프와, 레벨 센서를 구비하며 용기를 가압하기 위한 비활성 가스를 수용하고 공급라인에 유체를 공급하도록 되어 있는 용기와, 상기 비활성 가스의 압력을 조절하기 위한 비활성 가스 조절기와; 유체 센서와; 상기 유체 센서로부터 제어신호를 수신하고 상기 비활성 가스 조절기에 신호를 전송하도록 되어 있는 제어기를 포함하는, 벌크 유체 분배 시스템 내에서의 유체 압력을 제어하기 위한 방법은, 상기 레벨 센서로부터의 신호를 기초로 하여 펌프 유량을 조절함으로써 상기 용기 내의 유체의 제1 레벨을 유지시키는 단계; 상기 공급 라인에 유체를 분배시키기 위하여 상기 용기를 가압하는 단계; 및 상기 공급 라인 내의 유체 압력을 사용자 설정 지점에 유지시키기 위하여 상기 용기에 공급된 비활성 가스 압력을 제어하는 단계;를 포함한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 펌프-압력 용기 엔진을 구비한 벌크 유체 분배 시스템의 개략도,
도 2는 종래의 기술에 따른 펌프-펄스-완충장치 엔진을 구비한 유체 분배 시스템의 개략도,
도 3은 본 발명의 펌프-압력 용기 엔진을 구비한 벌크 유체 분배 시스템의 일 실시예의 개략도,
도 4는 본 발명의 펌프-펄스-완충장치 엔진을 구비한 유체 분배 시스템의 일 실시예의 개략도.
본 발명의 일 실시예가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 본 발명은, 벌크 유체 공급 라인에 유체의 압력 및 유동 상태를 안정적으로 제어할 수 있는 펌프계 엔진을 구비한 유체 분배 시스템에 관한 것이다. 도 3은 본 발명에 따른 펌프-압력 용기 시스템(301)의 일 실시예를 도시한다. 시스템(300)은 셔틀 밸브(303)를 갖는 펌프(301)(예를 들면 왕복운동 펌프, 공기 작동식 이중 격막 펌프 또는 다른 형태의 양의 배기 펌프)를 포함한다. 셔틀 밸브(303)는 외부 셔틀 밸브 또는 내부 셔틀 밸브일 수 있다. 고압가스원(305)(예를 들면, 청정 건식 에어)은 상기 셔틀 밸브(303) 내의 한 쌍의 솔레노이드 밸브(303a 및303b)에 가스를 공급한다. 주 조절기(308)[예를 들면, 전자 공압 조절기(electro-pneumatic regulator)] 및 종속 조절기(slave regulator)가, 상기 셔틀 밸브(303)에 공급된 고압가스의 압력을 조절 및 제어하기 위하여 사용된다. 주 조절기(308)는 배선 연결 또는 무선 연결 중 어느 하나를 통하여 제어기(309)에 연결된다. 비록 주 조절기 또는 종속 조절기 구성이 도 3에 도시되기는 하나, 단일의 전-자기 구성이 사용될 수 있다.
외부 셔틀 밸브가 사용되는 경우, 상기 제어기(309)는 밸브로 전기신호(도면의 단순화를 위하여 도 3에 도시 안함)를 교대로 전송함으로써 솔레노이드 밸브(303a 및 303b)의 사이클 속도를 제어한다. 각 솔레노이드 밸브(303a 및 303b)는 펌프(301)의 격막에 연결되어, 상기 솔레노이드 밸브의 사이클 속도가 펌프(301)의 스트로크 속도에 일치할 수 있게 된다. 한 실시예에서, 본 발명은 상기 셔틀 밸브(303)에 공급된 가스의 압력을 적극적으로 제어 및 조절하는 것, 또는 셔틀밸브의 사이클 속도를 적극적으로 제어 및 조절하는 것 또는 둘 다를 고려하고 있다.
시스템(300)은, 퍼플루오르알콕시(perfluoroalkoxy)(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride)(PVC), 폴리비닐리덴 디플로라이드(polyvinylidine difluoride)(PVDF) 또는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 비활성 습식 물질로 구성된 압력 용기(311)를 추가로 포함한다. 비활성 가스원(313) (예를 들면 질소)은 용기(311)에 비활성 가스를 공급하여, 필터(미도시) 및 유체 공급 라인(315)을 통하여 유체를 유도하기 위한 동력을 제공한다. 주 조절기(318) (예를 들면 전자 공압 조절기) 및 종속 조절기(317) (예를 들면 돔-부하의 압력 조절기)가 용기(311)에 공급된 비활성 가스의 압력을 제어 및조절하기 위하여 사용된다. 주 및 종속 조절기 구성이 사용되는 것이 바람직하기는 하나, 단일의 조절기 (예를 들면 전자 공압 조절기)가 제어기(309)로부터의 신호를 기초로 한 비활성 가스 압력을 적극적으로 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 유체 공급 라인(315)은 유체를 여러 사용지점(예를 들면, 반도체 공정 장비) (미도시)에 공급한다.
공정 유체원(319)은, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 용기(311)의 상단부에 유체를 분배하는 펌프(301)의 입구측에 연결된다. 바람직하게는, 용기(311)는 용기(311)의 상단부의 유체 입구로부터 상기 용기 내의 중간 지점으로 연장되는 내부 배관(미도시)을 포함한다. 상기 공급 라인(315) 내에서의 유체의 임의의 압력 변동을 최소화시키기 위하여, 유입 유체의 힘이 용기(311)로부터 분배되는 유체의 힘을 방해하지 않도록 하는 것이 중요하다. 용기(311) 내의 배기구(미도시)는, 유체가 용기(311)로 유입되는 동안 임의의 가스가 방출될 수 있도록 한다. 바람직한 실시예에서, 로드 셀(321)이 상기 용기(311) 내의 유체 레벨의 변화를 검출하기 위하여 용기(311) 상에 장착된다. 그러나, 용량성, 광학, 또는 디지털 센서들이 도 1에 상술된 바와 같이, 용기 내 유체 레벨을 측정하기 위하여 사용될 수도 있다.
동작 중에, 제어기(309)는 상기 로드 셀(321)로부터 신호를 수신하고, 상기 용기(311) 또는 상기 용기 내의 유체의 무게가 바람직하게는 사용자가 구상 가능한 고 설정점 및 저 설정점 사이에 있는지를 측정한다. 상기 제어기(309)는, 상기 무게가 저 설정점에 있는 것으로 측정하면, 주 조절기(308) 및 솔레노이드 밸브(303)에 신호를 전송하고 상기 펌프(301)를 가동한다. 이에 비하여, 상기 제어기(309)는, 상기 무게가 고 설정점에 있는 것으로 측정하면, 상기 펌프(301) 동작을 중지시킨다. 로드 셀은, 용량성, 광학, 또는 디지털 센서들과 비교할 때, 상기 용기 내 유체 레벨 변화에 대해 매우 민감하며, 그에 따라 상기 설정점들은 좁은 오차 허용 범위 내에서 중량을 제어하도록 구성될 수 있어서, 상기 용기(311) 내의 유체 상단면의 압력의 변화로부터 유래하는 상기 공급라인(315)의 유체 압력의 변동를 최소화할 것이다. 마찬가지로, 상기 설정점들은 동일 중량을 유지하도록 구성되어서, 헤드 압력에서의 변화로부터 유래하는 임의의 압력 변동을 제거할 수 있게 되지만, 이 구성에서 상기 펌프(301)는 계속 작동할 것이다.
시스템(300)은 로드셀을 갖는 것으로서 기술되었기는 하나, 덜 바람직한 실시예에서, 용량성, 광학, 또는 디지털 센서들이 로드셀 대신에 사용될 수도 있다. 이 구성에서, 하나의 센서가 상기 용기(311)의 높은 레벨에 배치되고 또 다른 센서는 상기 용기(311)의 중간 지점 레벨에 배치될 것이다. 상기 유체 레벨이 중간 지점 센서에 도달되면, 제어기(309)는 높은 레벨 센서까지 용기를 채우기 위해 펌프(301)를 가동시킨다. 따라서, 이 구성에서, 용기(311) 내 유체는 높은 레벨 및 중간 지점 레벨 사이에서 교대할 것이고, 그럼으로써 상기 용기(311) 내의 헤드 압력을 변동시키고, 상기 공급 라인(315)의 압력이 변동된다.
시스템(300)은, 바람직하게는 사용 지점들로의 급송 라인들 근처의 공급라인(315)에서의 중간 지점에 배치된 센서(325)를 추가로 포함한다. 상기 센서는 상기 공급 라인(315) 내의 유체 압력을 계속적으로 또는 주기적으로 측정하고, 제어기(309)에 대응 신호를 전송한다. 그 후, 상기 제어기(309)는 전기 신호를 주 조절기(318)로 전송하여, 사용자 지정 가능한 설정점에서 상기 공급 라인(315) 내의 유체 압력을 유지시키기 위하여 상기 용기(311)로 (종속 조절기(317)에 의해 조절된) 비활성 가스 분배 압력을 조절한다. 따라서, 시스템(300)은, 상기 공급 라인(315) 내의 유체의 압력 및 유체 상태를 안정적으로 제어할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 상기 펌프 압력 용기 시스템(300)은, 이하의 인자들로부터 발생된 상기 공급 라인(315) 내의 유체의 압력 변동을 실질적으로 감소 또는 제거시킨다: 상기 인자들은 1) 필터를 통한 압력 손실; 2) 배관, 밸브 및 그러한 다른 구성요소들로부터의 마찰 손실; 3) 고 설정점과 저 설정점 사이에서 유체의 헤드 압력의 변 화; 및 4) 사용 지점들로부터 유체에 대한 수요를 포함한다. 상기 압력은 상기 공급 라인(315) 내의 상기 센서(325)의 위치에서 제어되기 때문에, 제어기(309)는, 필터 및 다른 시스템 구성요소 들로부터의 거의 일정한 압력 손실들을 극복하기 위하여 상기 용기(311)에 대한 비활성 가스 분배 압력을 자동 조절할 것이다. 추가로, 전술된 바와 같이, 상기 헤드 압력 손실은 상기 유체 레벨을 좁은 대역 내에서 또는 동일 레벨로 유지시킴으로써 실질적으로 감소 또는 제거될 수 있다. 그러나, 사용지점으로부터의 유체에 대한 요구가 갑작스럽고 예측될 수 없는 것이기 때문에, 그러한 갑작스런 압력 손실로부터 발생하는 임의의 변동을 제거하는 것은 어려운 일이다. 게다가, 사용 지점들이 동시에 유체를 요구하여, 압력 손실이 가중될 수도 있다. 여하튼, 센서(325)는 상기 공급 라인(315)에서 유체 압력에서의 어떤 변화를 검출할 것이고, 따라서 상기 제어기(309)는 용기(311)에 대한 상기 비활성 가스 분배 압력을 조절할 것이다. 이리하여, 분 발명의 시스템(300)은, 도 1에 도시된 종래 기술의 시스템(100)과 비교할 때, 상기 공급라인(315) 내의 유체 조건을 실질적으로 향상시킨다.
시스템(300)은, 각 사용 지점이 유체를 요구할 때 마다 그로부터 신호를 수신하도록 구성될 수도 있다. 이 신호는, 상기 용기(311)에 대해 필요한 비활성 가스 분배 압력을 얻기 위하여 상기 주 조절기(318)로 전송될 적절한 신호를 산정하기 위하여 제어기(309)에 의해 이용될 것이다. 상기 공급라인(315) 내의 동적 변화에 대한 제어기(309)의 반응시간은, 상기 제어기(309)로의 요구 신호의 전송이 없는 시스템(300)에서보다 이 구성에서 더 빠를 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 상기 셔틀 밸브(303)로의 상기 고압가스(305)의 압력을 제어하도록 구성될 수도 있다. 주 조절기(308)(예를 들면, 전자 공압 조절기)는 상기 제어기(309)로부터 전기 신호를 수신할 것이고 차례로 셔틀 밸브로의 가스 압력을 조절하기 위하여 종속 조절기(307), 예를 들면, (돔-부하의 압력 조절기)로 공기 신호를 전송한다. 주 및 종속 조절기 구성이 사용되는 것이 바람직하기는 하나, 단일의 조절기 (예를 들면, 전자 공압 조절기)가 제어기(309)로부터 의 신호를 기초로 한 셔틀 밸브(303)로의 가스 압력을 적극적으로 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 셔틀 밸브(303) 내의 솔레노이드 밸브(303a 및 303b)로의 압력이 증가하면, 펌프 내의 격막을 더 빠르게 이동시킨다. 따라서, 센서(315), 요구 신호(미도시되었으나, 상술됨) 또는 로드 셀(321) 중의 어느 하나에 의해 또는 세 가지 모두에 의해 나타내어진 바와 같은 고 요구의 기간 동안, 상기 펌프 속도는 상기 공급 라인(315)에 충분한 유체를 제공할 수 있도록 조절될 수 있다.
유사하게, 도 3에 도시된 시스템(300)에서, 솔레노이드 밸브(303a 및 303b)의 사이클 속도도 또한, 상기 펌프(301)의 유량을 증가시키도록 제어기(309)에 의하여 조절될 수 있다. 동작 동안, 상기 제어기(309)는 솔레노이드 밸브(303a 및 303b)에 신호를 전송하여, 이들 솔레노이드 밸브를 사이클마다 교대로 시동 및 작동할 수 있도록 한다 (즉, 각 밸브는 한 사이클 당 한번씩 작동한다). 고 수요 주기 동안에는, 상기 제어기(309)는 사이클 속도를 증가시켜, 펌프(301)를 통과하는 유량이 더 커지도록 할 것이고, 그 결과 상기 공급 라인(315)에 충분한 유량을 제 공할 수 있게 된다. 따라서, 시스템(300)은, 상술된 공지 기술의 시스템(100)보다 공급라인 내의 유체 상태의 더 큰 유연성 및 제어를 제공한다. 시스템(300)은 광범위 재순환 또는 내부 재순환 중 어느 하나에서 작동하도록 추가로 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 시스템(300)과 마찬가지로, 시스템(400)은 유체 급송 라인(419), 외부 셔틀 밸브(403)를 가지는 펌프(401), 주 조절기(408) 및 종속 조절기(407)에 의해 조절되는 셔틀 밸브(403) 용의 고압 가스원(405), 상기 공급라인에 배치된 제어기(409) 및 센서(425)를 포함한다. 그러나, 압력 용기 대신에, 시스템(400)은 상기 펌프(4010) 하류의 펄스-완충장치를 포함한다. 추가로, 그것은 주 및 종속 조절기 구성을 사용하는 것이 바람직하기는 하나, 단일의 조절기 (예를 들면 전자 공압 조절기)가 제어기(409)로부터의 신호를 기초로 한 셔틀 밸브(403)로의 가스 압력을 적극적으로 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
시스템(400)은 펌프(401)의 동작으로부터 발생한 유체의 압력 변동을 최소화하기 위하여 펄스-완충장치(411)를 포함한다. 왕복운동 펌프는, 특히 펌프의 기계적 진동 및 유체에 생성된 난류로 인하여 펌핑된 유체에 압력 변동을 발생시킨다. 펄스-완충장치(411)는 내부 격막 또는 벨로우즈(미도시)를 포함한다. 고압 가스(405)는 격막 상단부에 공급되고 기계적 조절기(417)(예를 들면, 돔-부하의 압력 조절기)에 의해 조절된다. 공급 라인(415)에서의 유체 압력이 변동함에 따라, 격막 바닥에 대한 상방향의 힘이 변동하고, 상기 격막은 상기 유체에서의 임의의 압력 진동을 기계적으로 감쇄시키도록 조절한다. 상기 기계적 조절기(417)는 전자 공압 조절기(미도시)로 대체될 수 있고, 그것은 상기 제어기(409)가, 상기 공급 라인(415) 내의 유체의 압력 변동을 감소시키는 성능을 개선하기 위하여 펄스-완충장치에 공급된 가스(405)의 압력을 적극적으로 조절할 수 있도록 한다. 추가로, 상기 펄스-완충장치에 공급된 고압가스의 압력은 사용지점으로부터의 요구 신호 또는 또는 상기 공급 라인에 배치된 센서(425)를 기초로 하여 조절될 수 있다.
시스템(300)과 마찬가지로, 공급 라인(415)의 유체 압력 변동을 발생시키는 여러 가지 인자가 있는데, 그러한 인자에는, 1) 필터를 통한 압력 손실: 2) 배관, 밸브 및 그러한 다른 구성요소들로부터의 마찰 손실; 3) 펌프로부터의 압력 펄스화; 및 4) 사용지점들로부터 유체에 대한 요구가 포함된다. 그러한 압력 변동을 보상하기 위하여, 시스템(400)은 상기 공급 라인(415) 내의 압력을 측정하고 임의의 변화를 보상하기 위하여 펌프 압력 및/또는 스트로크 속도를 조절한다.
동작 동안, 상기 제어기(409)는 상기 공급 라인(415) 내의 유체 압력에 대응하는 센서(425)로 부터의 신호를 계속 또는 주기적으로 수신한다. 제어기(409)는 펌프(401)의 속도를 조절함으로써 사용자 구성 가능한 설정점에서 공급라인(415) 내의 유체의 압력을 유지시키려고 한다. 제어기(409)는, 셔틀 밸브(403)에 공급된 가스(405)의 압력을 조절하거나 아니면 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)의 사이클 속도를 조절함으로써 또는 양자의 방법 모두를 행함으로써, 이것을 달성할 수 있다.
상기 제어기(409)가 펌프(401)에 공급된 가스의 압력을 조절하면, 그것은 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)에 공급된 가스 압력을 조절하기 위하여 상기 주 조절 기(408)로 신호를 보낸다. 압력이 높으면, 더 큰 힘의 압력이 펌프의 격막에 가해질 것이고 그리하여 그들을 더욱 신속히 운동시킬 것이다. 이것은 결과적으로 상기 공급 라인 내 유체의 더 높은 유량 및 더 높은 압력을 발생시킬 것이다. 만약 낮은 압력이 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)에 공급된다면, 격막은 더욱 천천히 더 적은 힘으로 운동할 것이고, 이리하여, 상기 공급 라인(415) 내의 유체 압력을 감소시키게 된다.
제어기(409)가 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)의 사이클 속도를 조절하는 경우, 그것은 단순히 밸브를 시동 및 작동하는 속도를 변화시킨다. 압력을 증가시키기 위하여, 제어기(409)는 밸브를 더 빠른 속도로 순환시키고, 반면 압력을 감소시키기 위하여, 제어기는 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)를 더 느린 속도로 순환시킨다.
상기 제어기(409)는 또한, 최적 성능을 얻기 위하여, 펌프(401)에 공급된 가스의 압력 및 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)의 사이클 속도 모두를 조절할 수도 있다. 예를 들면, 공급 라인(415)에서의 압력이 떨어지는 경우, 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)로의 압력을 증가시켜 신속히 공급라인 내의 유체의 압력을 증가시킬 수 있을 것이나, 펌프(401)의 작동에 의해 발생하는 압력의 펄스화가 더욱 커질 수 있다. 따라서, 소정의 압력 퍼센트값 만큼 상기 솔레노이드 밸브(303a 및 303b)의 압력을 증가시키는 것 및 솔레노이드 밸브(403a 및 403b)의 사이클 속도를 증가시킴으로써 추가의 압력을 형성하는 것이 이점일 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명은 제조 공정 동안 사용 지점(예를 들면, 반도체 공정 장비들)에 공급된 유체의 압력 및 유체 조건을 안정적으로 제어할 수 있게 한다. 반도체 제조 공정들에서는, 일정한 압력 및 유체 조건으로 유체를 공급하여 궁극적으로 반도체 마이크로 회로 소자들의 수율을 향상시킬 수 있는 개선된 펌프-기초의 유체 분배 시스템을 오랫동안 필요로 하여 왔다.
본 발명의 다른 실시예들 및 변화예들이 전술한 설명 및 실시예들에 비추어 당업자들에게는 명백히 이해될 수 있을 것으로 예상되며, 그러한 실시예들 및 변화예들도 마찬가지로 이하의 특허 청구의 범위에 설정된 본 발명의 범위 내에 포함되고자 의도하는 바이다.

Claims (33)

  1. 유체 분배 시스템의 공급 라인 내의 유체의 압력을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    유체원으로부터 유체를 수용하도록 되어 있는 펌프;
    내부의 유체의 레벨을 측정하기 위한 레벨 센서를 포함하는 용기로서, 상기 펌프로부터 유체를 수용하고 상기 공급 라인에 유체를 분배하도록 되어 있는 상기 용기;
    상기 용기에 비활성 가스를 공급하기 위한 비활성 가스원으로서, 조절기가 비활성 가스의 압력을 조절하도록 되어 있는, 상기 비활성 가스원;
    상기 공급라인에 배치된 유체 센서; 및
    상기 유체 센서로부터 제어신호를 수신하고, 상기 조절기에 분배신호를 전송하도록 되어 있는 제어기로서, 상기 비활성 가스의 압력을 조절하여 상기 공급 라인에서의 소정의 유체 압력을 유지할 수 있도록 하는 제어기;를 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨 센서는 로드 셀(load-caell)인
    유체 압력 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨 센서는, 용량성 센서, 광 센서 및 디지털 센서로 구성되는 센서 그룹으로부터 선택되는
    유체 압력 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    용량성 센서, 광 센서, 및 디지털 센서로 구성되는 센서 그룹으로부터 선택되는 제2 레벨 센서를 추가로 포함하며, 상기 제2 레벨 센서는 상기 용기 내의 유체의 제2 레벨을 측정하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 폴리머 물질을 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은, 퍼플루오르알콕시(perfluoroalkoxy), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리염화비닐(polyvinylchloride), 폴리비닐리덴 디플로라이드(polyvinylidine difluoride) 및 폴리에틸렌(polyethylene)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    유체 압력 제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체는 반도체 공정 유체인
    유체 압력 제어장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반도체 공정 유체는, 산, 염기, 화학-기계적 연마 슬러리 및 용매들로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    유체 압력 제어장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절기는 전자 공압 조절기인
    유체 압력 제어장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비활성 가스의 압력을 조절하고 공기 신호를 수용하도록 되어 있는 종속 조절기를 추가로 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 비활성 가스의 압력을 조절하고 상기 전자 공압 조절기로부터의 공기 신호를 수용하도록 되어 있는 종속 조절기를 추가로 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는, 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 갖는 외부 셔틀밸브를 포함하고, 상기 제어기는 상기 솔레노이드 밸브의 사이클 속도를 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 공급 라인에 의해 공급된 반도체 제조 장비로부터의 요구 신호를 수용하고 상기 요구 신호를 기초로 한 사이클 속도를 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는, 한쌍의 격막, 및 상기 격막에 고압 가스를 공급하기 위한 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 갖는 외부 셔틀 밸브를 포함하는 공기 작동식 이중 격막 펌프인
    유체 압력 제어장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 셔틀 밸브에 공급된 고압가스의 압력을 조절하기 위한 고압가스 조절기를 추가로 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 고압 조절기에 신호를 전송하여 유체를 상기 용기 내의 소정의 레벨에 유지시키도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 조절기로 신호를 전송하여 반도체 공정 장비로부터의 요구 신호를 기초로 한 고압 가스의 압력을 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 고압 조절기로부터 공기 신호를 수신하고 상기 셔틀 밸브에 공급된 고 압가스의 압력을 조절하도록 되어 있는 종속 조절기를 추가로 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는, 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 갖는 내부 셔틀 밸브를 포함하고, 상기 제어기는 솔레노이드 밸브에 공급되는 고압 가스의 압력을 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  20. 유체 분배 시스템의 공급 라인 내의 유체의 압력을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    한 쌍의 솔레노이드 밸브를 포함하는 외부 셔틀밸브를 갖는 펌프로서, 유체원으로부터 유체를 수용하고 상기 공급 라인에 유체를 공급하도록 되어 있는 펌프;
    한 쌍의 솔레노이드 밸브에 고압 가스를 공급하기 위한 고압 가스원;
    상기 솔레노이드 밸브에 공급되는 고압가스의 압력을 조절하기 위한 고압 가스 조절기;
    상기 공급라인에 배치된 유체 센서; 및
    상기 유체 센서로부터 제어신호를 수신하고, 상기 공급 라인에 소정의 유체 압력을 유지할 수 있도록 되어 있는 제어기;를 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 펌프로부터 하류의 상기 공급라인 내에 배치된 펄스 완충장치를 추가로 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 펄스 완충장치는 내부 격막을 포함하고 상기 고압 가스원은 상기 내부 격막의 상단부에 고압가스를 공급하는
    유체 압력 제어장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 펄스 완충장치에 공급되는 고압가스를 조절하도록 배치된 제2 고압 가스 조절기를 추가로 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 조절기는 돔-부하의 압력 조절기 및 전자 공압 압력 조절기로 구성된 조절기 그룹으로부터 선택되는
    유체 압력 제어장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제2 고압 가스 조절기에 신호를 전송하여 상기 내부 격막의 상단부로 공급된 고압 가스의 압력을 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 고압 가스 조절기에 신호를 전송하여 상기 펌프에 공급되는 고압 가스의 압력을 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 고압가스 조절기로부터의 공기 신호를 수신하기 위한 종속 조절기를 추가로 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 펌프는, 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 갖는 내부 셔틀 밸브를 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 솔레노이드 밸브에 공급된 상기 고압 가스의 압력을 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  30. 제 20 항에 있어서,
    상기 펌프는, 한 쌍의 셔틀 밸브를 가지는 외부 셔틀 밸브를 포함하는
    유체 압력 제어장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 솔레노이드 밸브의 사이클 속도를 조절하도록 되어 있는
    유체 압력 제어장치.
  32. 제 20 항에 있어서,
    상기 펌프는 공기 작동식 이중 격막 펌프인
    유체 압력 제어장치.
  33. 펌프와, 레벨 센서를 구비하는 용기로서 이 용기를 가압하기 위한 비활성 가 스를 수용하고 공급라인에 유체를 공급하도록 되어 있는 상기 용기와, 상기 비활성 가스의 압력을 조절하기 위한 비활성 가스 조절기와, 유체 센서와, 상기 유체 센서로부터 제어신호를 수신하고 상기 비활성 가스 조절기에 신호를 전송하도록 되어 있는 제어기를 포함하는, 벌크 유체 분배 시스템 내의 유체의 압력을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 레벨 센서로부터의 신호에 기초하여 펌프의 유량을 조절함으로써 상기 용기 내에 제1 레벨의 유체를 유지시키는 단계;
    상기 공급 라인에 유체를 분배시키기 위하여 상기 용기를 가압하는 단계; 및
    상기 공급 라인 내의 유체 압력을 사용자 정의된 설정점에 유지시키기 위하여 상기 용기에 공급되는 비활성 가스 압력을 제어하는 단계;를 포함하는
    유체 압력 제어방법.
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