KR20110084847A - 배출 및 공급장치와 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법에 관한 것으로, 공급용액은 제1탱크(T1)로부터 공급용액용 제1수용공간(G1)으로 펌핑되고, 상기 제1수용공간(G1)은 펌프(P2)에 의하여 순차적으로 상기 공정탱크(PT)로 비워지고, 상기 공정탱크(PT) 내의 공급용액의 수송된 양의 체적이 측정되고, 배출용액은 펌프(P3)에 의하여 공정탱크(PT)로부터 배출용액용 제2수용공간(G2)으로 펌핑되고, 상기 공정탱크(PT)로부터 상기 제2수용공간(G2) 내로 수송된 배출용액의 양의 체적이 측정되고, 상기 제2수용공간(G2) 내의 배출용액은 순차적으로 제2탱크로 비워지고, 상기 제1수용공간(G1)은 제2수용공간(G2)과 다르고, 펌프(P2)(P3)에 의하여 수송된 배출 및 공급용액의 측정된 체적과 교정된 체적의 비교로부터 보정계수가 항상 계산되고, 보정계수를 이용하여 이후의 사이클에서의 펌프(P2)(P3)의 공칭이송체적이 보정된다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

배출 및 공급장치와 그 방법 {BLEED AND FEED DEVICE AND METHOD}
본 발명은, 예를 들면, 반도체제조와 같은 다수의 화학물질 생산공정에 적용될 수 있는 배출 및 공급장치와 그 방법에 관한 것이다.
배출 및 공급장치와 그 방법은, 예를 들면, 반도체제조와 같은 다수의 화학물질 생산공정에 적용되고 있다.
순차적인 공급(dispensing) 타입의 목적은 장시간의 생산과정 동안에 혼합물 또는 반응조 내에서 개별물질들의 일정한 농도를 달성하는 것이다. 이러한 동작모드는, 사용기간 중 축적하는 물질들을 희석하는 과정에서 일정하게 유지하는 것을 가능하게 한다.
이것은 일반적으로 공칭농도에 비하여 높은 농도를 가지며 단지 사용되는 물질들만을 포함하는 공급용액을 통하여 달성될 수 있다. 공급용액의 부가는 대부분 일정체적으로 공급종속시간간격 내에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 전체 반응조용적의 5% 및 30%가 하루에 한번 교체될 수 있다.
'배출', 즉, 제거는, 탱크에서의 수동적인 오버플로우(overflow)에 의하거나 최대-최소 센서(maximum-minimum sensor)에 의하여 제어되는 펌프에 의하여 수행될 수 있다. 생산공정 중에 발생하는 분해생성물(decomposition product)은 주로 이러한 방법으로 희석되어 장기간 동안 임계농도의 이하로 유지될 수 있다.
이러한 공정제어의 컨셉은, 특히, 예들 들면, 반도체기술에서와 같이, 혼합물 중 개별물질들의 농도의 일정성(constancy)에 대한 높은 요구가 있는 공정에서는 여러 단점을 가지고 있다. 시간간격으로의 공급의 결과로부터 시스템은 혼합물의 농도의 톱니형 추이(sawtooth course)를 결정한다. 또한, 탱크 내에서 체적과 농도는 탱크 또는 공정챔버 내에 있는 생성물에 의존하여 변동하기 때문에, 공급과정에서 생산공정이 부분적으로 중단되어야 한다. 또한, 수송된 공급용액은 생산공정으로 인하여 농도변동에 영향을 받는다. 이러한 모든 변동은, 요구하는 공정들에서 생산되는 생성물의 결과의 변화를 야기하며, 최악의 경우에는, 생성된 생성물의 사용이 거절되거나 실패되는 결과를 야기한다. 또한, 단지 사용되는 물질만이 공급용액 내에 존재하여야 한다는 요구는 현실적으로 수행하기 어렵다.
미국특허출원 2004/0142556 A1에서는, 전체적인 바람직한 재충전이 24시간의 시기에 걸쳐 서서히 수행될 수 있도록 반응조의 적은 용량이 짧은 시간 간격으로 교체되는 것을 제시하고 있다. 이러한 방법에서는, 24시간의 전형적인 시간 간격이 30~60분으로 저감될 수 있다. 이 미국특허출원에서 알려진 방법에서는, 배출용액은 저장탱크로부터 제2컨테이너로 공급되며, 제2컨테이너 내에서 배출용액의 양이 측정되고 수용된다. 순차적으로, 제2컨테이너에는 저장탱크로부터 미리 설정된 양의 새로운 용액(공급용액)이 채워지고, 공급 및 배출체적이 동일하게 확보되도록 미리 설정된 양의 공급용액이 저장탱크로 배출되며, 이에 따라, 탱크 내의 체적이 변하지 않는다.
결과적으로, 이 방법의 단점은 장기간 동안 연속적으로 동작하지 않는다는 것이다. 또한, 배출 및 공급용액의 제2컨테이너 내에서의 중간적인 저장으로 인하여 공급용액의 오염의 위험이 있다.
본 발명의 목적은, 오염을 방지하고, 준연속적으로(quasi-continuously) 또는 연속적으로 동작하고, 반도체요소의 생산과 같은 요구되는 공정에 이용될 수 있는 배출 및 공급방법을 제공하고, 배출 및 공급방법이 수행될 수 있는 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 목적은 청구항 1 및 13의 특징들에 의하여 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 공급용액용 제1수용공간(G1)은 공급용액용 탱크(T1)와 공정탱크(PT)의 사이에 제공되고, 이에 상응하여, 배출용액용 제2수용공간(G2)은 공정탱크(PT)와 배출용액용 탱크(T2)의 사이에 제공된다. 제1수용공간(G1)은 탱크(T1)로부터 공급용액이 채워진다. 순차적으로, 공급용액은 펌프를 통하여 제1수용공간(G1)으로부터 공정탱크로 펌핑되며, 공정탱크로 수송되는 공급용액의 양의 체적이 측정된다.
이와 유사한 방법으로, 배출용액의 체적을 측정하는 것에 의하여, 배출용액은 펌프(P3)를 통하여 공정탱크(PT)로부터 배출용액용 제2수용공간(G2)으로 펌핑되고, 배출용액은 탱크(T2)로 순차적으로 배출된다.
본 발명에 따르면, 공급용액이 배출용액과 서로 다른 수용공간에서 일시적으로 저장되므로 공급용액의 오염이 방지된다.
또한, 본 발명에 따르면, 각 체적유량(volume flow)의 정확도를 증가시키기 위하여 공정탱크(PT)로 유입되는 체적 또는 공정탱크(PT)로부터 배출되는 체적이 측정될 뿐만 아니라 펌프(P2) 및 펌프(P3)의 펌핑력에 근거하여 체적이 계산되고, 보정계수(correction factor)가 측정된 체적과 계산된 체적 사이의 차이로부터 계산되며, 보정계수는 이후의 사이클에서 펌프(P2) 및 펌프(P3)의 공칭수송체적(nominal delivery volume)을 보정하는 데에 사용된다.
공정에서 요구되는 정확도를 보장하기 위하여, 컨테이너들(G1)(G2)은, 이들 컨테이너의 체적을 결정하는 과정에서의 오류(error)가 0.1%미만, 바람직하게는 0.05%미만, 특히 바람직하게는 0.02%미만이 되도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
컨테이너들(G1)(G2)의 절대체적은 최대로 요구되는 배출 및 공급유량, 공정탱크(PT)의 체적 및 요구되는 공정 창(process window)에 의하여 결정되며, 이에 따라, 수송의 정확도는 매우 긴 시기 동안의 컨테이너들(G1)(G2)의 체적의 재현성(reproducibility)에 전적으로 그리고 단순하게 의존한다.
제1수용공간(G1)에 주입되는 공급용액의 체적유량은, 바람직하게는, 제1수용공간(G1)으로부터 공정탱크(PT)로 유입되는 공급용액의 체적유량의 배수가 되며, 특히 적어도 2배이고, 바람직하게는 적어도 5배 값이며, 특히 바람직하게는 적어도 20배 값이다. 본 발명에 따른 제어에 의하면, 제1수용공간(G1)으로의 높은 체적유량으로 인하여, 짧은 주입시간과 높은 정확성을 달성할 수 있다.
또한. 배출용액이 펌프(P3)에 의하여 공정탱크(PT)로부터 제2수용공간(G2)로 펌핑되는 시간은 배출용액이 제2수용공간(G2)로부터 탱크(T2)로 비워지는 시간의 배수가 되어야 하며, 바람직하게는 적어도 2배이다.
연속적인 동작방법은, 탱크(T1)로부터의 (또는 탱크(T2)로의) 제1수용공간(G1)의 주입 (또는 제2수용공간(G2)의 비움) 및 공정탱크(PT)로의 (또는 공정탱크(PT)로부터의) 제1수용공간(G1)의 비움 (또는 제2수용공간(G2)의 주입)이 서로 다른 관로(pipeline)를 통하여 수행되고 배출 및 공급 사이클 동안 펌프(P2) 및 펌프(P3)의 동작이 중단(switch off)되지 않는 것에 의하여 실현될 수 있다. 이 공정에서, 제1수용공간(G1) 및 제2수용공간(G2)의 내부/상부의 센서(S1)(S2)(S3)(S4)의 신호들은 펌프(P2)(P3)의 보정계수(K1)(K2)를 계산하는 데에 사용된다.
이와 같은 연속적인 동작시스템과는 달리, 앞에서 설명한 시스템에서는, 센서가 오직 컨테이너(G1)로 재주입하고 및 컨테이너(G2)를 비우는 데에 사용된다. 이러한 결과로, 주입량이 항상 일정하므로, 보정계수를 계산하는 데에 사용될 수 있다.
또한, 이러한 보정은, 이후의 사이클의 제1중간컨테이너(G1)의 체적보정(VK1)이 공칭체적, 이전 사이클(V1K-1)의 보정체적, 교정된 체적(calibrated volume)(VG1) 및 교정된 주입레벨에 의하여 수송된 체적으로부터 계산되는 것에 의하여 개선될 수 있다. 이전 사이클에서 실패한 체적은, 새로운 보정계수 및 이전의 보정계수로부터 나눈 몫을 곱한 이전의 사이클의 전체의 공칭량을 통하여 이후의 사이클에서 보정될 수 있다. 이 양은 가능한 한 짧고 한 사이클에서 최대인 특정기간 동안 상쇄된 체적유량으로 수송된다.
본 발명에 따르면, 펌프(P2) 및 펌프(P3)의 특성에 대한 곡선보정(curve correction)이 수행된다. 또한, 외부공급유량의 공급체적유량의 보정과 외부배출유량(예를 들면, 증발, 분석 등)의 배출체적유량의 보정이 수행된다.
본 발명에 따른 보정으로 인하여, 배출유동과 공급유동이 동시에 수행되지 않는다.
또한, 본 발명은 배출 및 공급방법을 수행할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 시스템은, 공급용액용 탱크(T1) 및 배출용액용 탱크(T2)와, 공급용액의 중간저장을 위한 제1수용공간(G1)과 배출용액의 중간저장을 위한 제2수용공간(G2)과, 공정탱크(PT)와, 탱크(T1)(T2)와 수용공간(G1)(G2) 사이의 액체수송을 위한 펌프(P1)(P4)와, 수용공간(G1)(G2)과 공정탱크(PT) 사이의 액체수송을 위한 펌프(P2)(P3)와, 수용공간(G1)(G2) 내에서 미리 설정된 주입레벨로 작동하기 위한 센서(S1)(S2)(S3)(S4)와, 밸브(V1)(V4)와, 공정탱크(PT)로부터 또는 공정탱크(PT)로의 배출용액 및 공급용액의 유동을 제어하는 공정제어컴퓨터(PR)를 포함한다.
물론, 본 발명에 따른 방법은, 각 시스템에 수용공간, 탱크 및 펌프가 구비되는 복수의 공급시스템으로 수행될 수 있으며, 복수의 배출시스템 및 복수의 공급시스템으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 분석시스템에 의한, 그리고, 배출용액의 처리를 위한 추가적인 시스템을 통한 배출 및 공급시스템의 확장과 관련한 것이다. 체적유량의 보정은 배출물질의 분석, 공급물질의 분석 및/또는 재처리 배출액체의 분석에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명은 아래의 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 배출 및 공급장치의 원리적인 구성을 도시하며,
도 2는 배출 및 공급사이클 동안 도 1의 시스템의 시간에 따른 센서들의 신호 및 펌프들의 조절을 농도추이 및 체적추이와 함께 도시하며,
도 3은 도 1의 배출 및 공급장치의 수용공간(G1)(G2)로의 또는 수용공간(G1)(G2)으로부터의 독립적인 공급 및 제거를 도시하며,
도 4는 배출 및 공급사이클 동안 도 3의 시스템의 시간에 따른 센서들의 신호 및 펌프들의 조절을 농도추이 및 체적추이와 함께 도시하며,
도 5는 배출 및 공급사이클 동안 도 3의 공차와 관련된 부정확성에 따른 센서들의 신호 및 펌프들의 조절을 도시하며,
도 6은 도 3의 장치에서 펌프들의 조절 및 제어의 블럭다이어그램을 도시하며,
도 7은 순차적인 공급동작을 하는 배출 및 공급시스템을 도시하며,
도 8은 추가적인 분석시스템을 가지는 배출 및 공급시스템을 도시하며,
도 9는 추가적인 분석 및 공정을 가지는 배출 및 공급시스템을 도시한다.
배출 및 공급시스템의 원리적인 구성이 도 1에 도시된다. 공급용액은 펌프(P1), 개방된 밸브(V1) 및 폐쇄된 밸브(V2)를 통하여 높은 유량으로 탱크(T1)으로부터 중간컨테이너로 형성되는 공급용액용 제1수용공간(G1)으로 펌핑된다. 센서(S2)가 응답함에 따라 밸브(V1)가 폐쇄되고 펌프(P1)가 정지된다(도 2 참조). 중간컨테이너의 이러한 주입공정은 보통 수초에서 최대로 수분까지 지속된다.
순차적으로, 펌프(P2)가 동작하고 밸브(V2)가 개방된다. 공정제어컴퓨터(PR)는 공정탱크(PT)로의 공급용액의 원하는 체적유량을 얻을 수 있도록 펌프(P2)의 유량을 제어하며, 이에 따라, 중간컨테이너는 비워진다. 센서(S1)이 응답함에 따라 밸브(V2)가 폐쇄되고 펌프(P2)의 동작이 중단(switch off)(도 2 참조)되고, 중간컨테이너(G1)의 주입공정이 상술한 바와 같이 다시 개시된다.
공급사이클은 보통 30분에서 몇 시간까지 지속될 수 있다.
공급용액에 대한 동일한 원리가 배출용액에도 적용될 수 있다. 배출용액은 펌프(P3)를 통하여 공정탱크(PT)로부터 개방된 밸브(V3) 및 폐쇄된 밸브(V4)를 통하여 본 실시예에서 중간컨테이너(G2)가 되는 배출용액의 제2수용공간(G2)로 펌핑된다. 센서(S4)가 응답함에 따라 밸브(V3)가 폐쇄되고 펌프(P3)의 동작이 중단된다. 중간컨테이너(G2)는 높은 유량으로 탱크(T2)로 순차적으로 비워지고, 펌프(P4)가 작동되고 밸브(V4)가 개방된다. 센서(S3)가 응답함에 따라, 밸브(V4)가 폐쇄되고 펌프(P4)의 동작이 중단된다.
순차적으로, 펌프(P3)가 작동되고 밸브(V3)가 개방되면, 새로운 배출사이클이 개시된다. 이 사이클은 30분에서 몇 시간까지 지속될 수 있다.
센서(S2)의 응답과 센서(S1)의 감소(응답) 사이에서 화학물질들의 혼합물을 포함하는 중간컨테이너(G1) 내에서의 체적은 정밀하게 측정되어야 한다. 이에 대한 방법이 제2중간컨테이너(G2)와 함께 사용된다.
그러므로, 특정 시간 이내의 사이클에서 펌프(P2) 및 펌프(P3)가 수송하는 측정된 체적인 VFE 및 VBL이 알려져 있다.
관련 센서들(S1)(S2)(S3)(S4)을 가지는 중간컨테이너들(G1)(G2)의 구성은 컨테이너들(G1)(G2)내의 교정된 체적들의 매우 높은 반복 정확성(장기적인 안정성)이 보장될 수 있도록 형성되어야 한다.
단기(short-term)적으로 안정된 타입의 펌프가 펌프(P2) 및 펌프(P3)로 사용되는 경우, 공정제어컴퓨터(PR)는 각 시간 별로 수송체적을 정확하게 계산할 수 있다. 각 사이클에서, 보정계수가 각 펌프(P2) 및 펌프(P3)에 대하여 생성될 수 있다. 이러한 보정계수로, 펌프의 공칭수송체적값이 보정되고, 정확한 수송체적과 매우 정확하게 펌프를 제어할 수 있다. 이러한 보정값은 각 사이클마다 새로이 계산되고, 필요한 경우, 이후의 사이클에 적용된다. 하나의 사이클의 완료 후에, 공칭체적과 실제체적 사이에 차이가 발견된 경우, 이것이 이후의 사이클의 수송체적을 계산하는 데에 고려될 수 있으며, 발생 가능한 오류가 수정된다.
펌프(P2) 및 펌프(P3)상에 실(seal)이 적용된 경우에는 보정계수를 신속하게 변경하거나 보정계수가 공칭값과 큰 차이가 있다. 이것은 공정제어컴퓨터(PR)에 의하여 결정될 수 있으며, 사용자는 실패하기 이전에 필요한 수정에 관한 정보를 얻게 된다.
펌프(P1) 및 펌프(P4)의 펌핑시간은 이와 동일한 방식으로 감시되어 측정된다. 펌프(P1) 및 펌프(P4)의 정확성에 대한 요구가 크지 아니한 경우에도, 큰 변화값에 관한 정보가 사용자에게 주어진다. 최대 주입 또는 배출시간이 초과되지 않는 것이 중요하다. 정확도는 전적으로 컨테이너(G1) 및 컨테이너(G2)의 절대체적(또는 각 주입체적의 정확도)에 의하여 의존하여 달성된다.
사용되는 컨테이너의 체적의 정확도를 위한, 교체된 절대체적에 대한 시스템 및 방법으로, 0.05%의 정확도가 달성되며, 배출용액과 공급용액 사이의 체적의 차이는 0.1%미만으로 달성된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 제1중간컨테이너(G1)용 주입관(FuL) 및 유입관(AnL)은 동일한 관이고, 펌프(P1)를 이용한 공급용액용 제1중간컨테이너(G1)의 주입 및 펌프(P4)를 이용한 배출용액용 제2중간컨테이너(G2)의 비움의 정확도를 향상시킬 수 있도록 공급펌프(P2)(P3)의 작동이 중단된다. 펌프(P1) 및 펌프(P2)가 동시에 작동하는 경우에는, (펌프에 의하여 증가된 압력으로 인하여) 유량은 펌프(P2)로부터 크게 변화한다. 이것은 큰 부정확성을 야기한다. 이것은 제2중간컨테이너(G2)에 동일하게 적용된다.
도 1의 장치 및 방법은 준연속적으로 동작한다. 도 2에서 농도추이는 여전히 약간 톱니형이다. 측정된 체적유량과 교정된 체적유량, 각 사이클에서의 펌프(P2) 및 펌프(P3)의 보정계수의 계산값을 비교하면, 매우 높은 정확성이 달성되므로, 이 방법의 신뢰성이 달성된다.
완전하게 연속적으로 작동하는 배출 및 공급시스템이 도 3에 도시된다. 여기에서, 관(FuL)(AnL)이 분리적으로 사용된다. 이것은 제1중간컨테이너(G1)의 주입과정 및 제2중간컨테이너(G2)의 배출과정에서 배출 및 공급펌프(P2)(P3)를 연속적으로 동작하게 한다. 이를 통하여, 센서(S1)의 감소(응답) 후에도, 탱크(T1)으로부터 중간컨테이너(G1)에 단시간에 공급용액이 주입되는 경우(도 4 참조), 공정탱크(PT)로 펌핑되는 공급용액의 충분한 체적이 가능하며, 펌프(P2)는, 도 1의 경우와 달리, 공정탱크(PT)로 일정한 공급용액을 수송한다. 이에 상응하여, 배출용액은 펌프(P3)에 의하여 공정탱크(PT)로부터 연속적으로 펌핑되고, 이 기간 동안, 배출용액은 펌프(P4)에 의하여 높은 유량으로 중간컨테이너(G2)로부터 탱크(T2)로 펌핑된다. 공정탱크(PT)로의 공급용액의 유량과 공정탱크(PT)로부터의 배출용액의 유량이 일정할 때, 펌프(P2) 및 펌프(P3)가 작동하지 않으므로, 정지시간(down time)이 발생하지 않으며, 공정탱크 내의 농도는 시간에 대하여 일정하고, 배출 및 공급공정은 연속적으로 진행된다.
또한, 이 실시예에서, 공정제어컴퓨터(PR)는 수송되는 체적들을 수집하고, 보정계수들을 생성한다. 이를 통하여, 공정탱크(PT) 내의 농도의 일정성이 체적차이의 정확성 및 변경된 체적에 영향을 받지 않고 더욱 향상된다.
본 발명에 따르면, 도 5에 도시된 예와 같이, 공차와 관련된 부정확성들이 감소된다.
제1중간컨테이너(G1)로 주입되고 제2중간컨테이너(G2)에서 비워지는 유량은 펌프(P1)(P4)와 밸브(V1)(V4)가 사용됨에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 센서(S2)가 최대위치에 도달할 때 펌프(P1)가 즉시 작동이 중지되지 않으면, 중간컨테이너(G1)로의 펌프(P1)의 유량이 높기 때문에 제1중간컨테이너(G1)는 과주입(overfill)될 수 있다. 이와 같은 경우, 제1중간컨테이너(G1)으로 펌핑된 공급용액의 체적은 교정된 체적(VG1)을 초과할 수 있다.
마찬가지로, 센서(S3)가 최저위치에 도달할 때 고속펌프(P4)가 즉시 작동이 중지되지 않으면, 배출용액의 체적(VG2)의 감소가 발생할 수 있다. 제1중간컨테이너(G1)의 비움이 펌프(P2)에 의하여 서서히 진행되고, 펌프(P3)에 의한 제2중간컨테이너(G2)의 주입이 서서히 진행되기 때문에, 이러한 예에서 공정제어컴퓨터(PR)는 센서(S1)(S2)(S3)(S4)의 신호들을 보정계수를 계산하는 데에 이용하므로, 매우 높은 정확성이 달성될 수 있다.
예로서 제시한 이러한 부정확성들이, 언제든지 또는 어디에서든지 발생하더라도, 이후의 사이클에서 수정된다. 컨테이너(G1)(G2)가 완전히 비워지지 않고(하기의 펌프는 공기를 끌어당긴다.), 컨테이너(G1)(G2)는 오버플로우(overflow)되지 않는다.
공급사이클 동안, 중간컨테이너(G1)의 교정된 체적(VG1)은 시간(tiG1)에 걸쳐 제공된다. 또한, 이 시간(tiG1) 동안, 적분시간(tiG1)에 의한 펌프(P2)의 수송체적의 적분으로부터 계산되는 추가적인 체적이 제공된다. 시간(tiG1)은 센서(S1)의 실패단(failing edge)과 센서(S2)의 실패단(failing edge) 사이의 시간간격이다.
이와 동일한 방식으로, 배출사이클의 체적이 제2중간컨테이너(G2)의 교정된 체적(VG2)과 시간(tiG2)에 의하여 적분된 추가적인 수송체적으로부터 계산된다. 이러한 개선으로 인하여, 시스템은 생산과정 및 시스템이 동작하는 동안 생성되는 공차에 덜 취약하다. 도 6에서, 조절에 대한 블럭다이어그램 및 펌프(P2) 및 펌프(P3)의 제어가 도 5에 따른 예로 도시된다. 이것은 여러 가지로 실시가 가능한 것 중 하나이다.
도 6에서의 개별적인 공식 및 파라미터의 의미는 아래와 같다.
Figure pat00001
K1 펌프(P2)의 보정계수
VG1 컨테이너(G1)의 교정된 체적 (실제 체적)
Figure pat00002
제1중간컨테이너(G1) 내의 공칭체적
TG1 센서(S2)의 실패단과 센서(S1)의 실패단 사이의 시간 간격(도 5 및 도 6 참조)
Q1(t) 시점(t)에 대한 펌프(P2)의 체적유량
Figure pat00003
Vk1 보정되어야 할 이후의 사이클의 체적
Figure pat00004
공칭체적
V1k -1 이전 사이클로부터의 보정체적
VG1 컨테이너(G1)의 교정된 체적 (실제 체적)
Figure pat00005
교정된 주입레벨로 주입되는 체적
tiG1 센서(S1)의 실패단과 센서(S2)의 실패단 사이의 시간 간격(도 5 참조)
Qk1 = Vk1/tk
Qk1 체적(Vk1)을 보정하는 데에 필요한 체적유량 (시간(tk)동안 일정)
tk 체적(Vk1)이 수정되어야 하는 시간 (체적(Vk1)과 가능한 한 신속하게 비교될 수 있도록 선택된 짧은 시간)
도 6에 도시된 바와 같이, 펌프(P3)와 관련한 배출이 펌프(P2)의 공급과 동일한 공정을 가진다.
순차적인 공급의 향상
분해생성물 또는 물질의 축적이 발생하는 경우에, 배출 및 공급시스템에 의하여 희석될 수 있는 경우라도, 공급용액의 모든 물질의 농도를 일정하게 할 수 없다. 이러한 경우에는, 개별적인 물질이 개별적인 사용에 따라 공정탱크(PT)에 추가될 수 있다.
공정제어컴퓨터(PR)의 제어에 따른 각 펌프(P4)(P5)(P6)에 의하여 물질들(A)(B)(C)이 추가되는 개략적인 예가 도 7에 도시된다. 물질(A), 물질(B) 또는 물질(C) 또는 각각의 어떠한 물질의 조합의 추가로 인하여 공정탱크(PT)의 유입 및 유출의 밸런스가 틀어지지 않도록 공급용액의 체적유량이 감소되어야 한다. 또한, 배출용액의 체적유량이 이에 따라 증가될 수 있다. 시스템이 제공하는 최상의 결과는 화학물질의 구성 및 거동에 의존한다.
분석시스템의 강화
여기에서 설명한 배출 및 공급용액은 대부분 생산처리량에 따라 외부적으로 제어된다. 다수의 경우에, 이것은 좋은 결과 및 반응조(bath)의 긴 수명으로 이어진다. 폐루프제어가 배출 및 공급시스템에 대한 분석시스템의 추가로 달성될 수 있다. 분석시스템은 생산결과에 중요한 개별적인 물질의 농도를 결정할 수 있어야 한다.
분석시스템(AS)이 결합된 배출 및 공급장치의 가능한 예가 도 8에 도시된다. 도 8의 분석시스템(AS)는 공급용액이 탱크(T1)으로 공급될 때, 이것이 변경될 때, 또는 탱크(T1)가 전체적으로 교체될 때, 각 경우를 분석한다. 필요한 체적유량(Q)이 배출 및 공급시스템에 대하여 물질의 농도에 의존하여 계산된다. 따라서, 이론적인 농도와 정확하게 대응되지 않는 공급유량이 사용될 수 있다. 따라서, 미리 설정된 생산처리량을 위한 체적유량이 공정제어컴퓨터에서 보정된다.
생산과정에서 공정탱크(PT) 내의 물질농도는 분석시스템(AS)을 이용하여 주기적으로 결정된다. 이에 따라, 체적유량(Q)이 배출 및 공급시스템에 적용될 수 있고, 필요한 경우에는, 공정챔버(PT) 내의 물질의 농도가 공칭값과 가능한 한 가깝게 유지되도록, 예를 들어, 물질(A)(B)(C)와 같은 추가적인 구성이 순차적으로 공급될 수 있다. 도 8에서 배출탱크(T2)는 시스템의 효율을 체크하기 위하여 주기적인 간격으로 분석된다.
처리시스템의 강화
도 9에 도시된 바와 같이, 폐쇄회로를 통하여 분석시스템을 가지는 배출 및 공급시스템이 처리시스템과 결합된다. 이것은 생산과정에서 생성되는 폐기물을 현저하게 감소시키고 생산비용도 감소시킨다.
지금까지, 시스템들은 배출용액이 수송되는 배출 및 공급용액을 통하여 일괄적인 공정 내에서 준비되는 것으로 알려져 있다. 수송은 일체화된 시스템에서는 회피된다. 수송의 부재에 의하여 환경적 손상이 감소하고, 마찬 가지로, 수송과정에서의 사고에 의한 환경오염의 위험이 감소한다. 총비용도 공정시스템의 강화를 통하여 감소된다.
본 발명에서 다음의 예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.
처리시스템이 일체화된 예
반도체의 생산과정에서, 구리(copper)가 웨이퍼상에 부착된다. 구리반응조는 보통 황산구리(copper sulphate), 황산(sulphuric acid), 염화물(chloride) 및 여러 가지의 유기결합(organic bond)을 포함한다. 이러한 타입의 반응조의 배출용액에서, 유기결합들의 분해생성물은 이러한 타입의 반응조의 수명에 대한 제한요소이다. 유기결합은 자외선 산화작용(UV oxidation) 및/또는 공정시스템 내에서의 화학적 수단에 의하여 완전히 끊어진다.
세척과정 후, 유기물질들이 공급탱크(T1)으로 다시 추가된다(도 9에 도시된 A, B 및 C와 밸브(V6)). 보통의 경우, 첨가제(additive)가 공정탱크(PT) 내의 공칭농도를 일정하게 유지하기 위하여 사용된다. 이것은 펌프(A)(B)(C) 및 밸브(V5)에 의하여 수행된다.
이러한 공정타입은 다른 화학적 생산공정에도 사용될 수 있다. 여과공정, 전기분해공정, 예비적 HPLC공정 등과 같은 다른 기술이 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법에 있어서,
    공급용액은 제1탱크(T1)로부터 공급용액용 제1수용공간(G1)으로 펌핑되고, 상기 제1수용공간(G1)은 펌프(P2)에 의하여 순차적으로 상기 공정탱크(PT)로 비워지고, 상기 공정탱크(PT) 내의 공급용액의 수송된 양의 체적이 측정되고,
    배출용액은 펌프(P3)에 의하여 공정탱크(PT)로부터 배출용액용 제2수용공간(G2)으로 펌핑되고, 상기 공정탱크(PT)로부터 상기 제2수용공간(G2) 내로 수송된 배출용액의 양의 체적이 측정되고, 상기 제2수용공간(G2) 내의 배출용액은 순차적으로 제2탱크(T2)로 비워지고,
    상기 제1수용공간(G1)은 제2수용공간(G2)과 다르고,
    펌프(P2)(P3)에 의하여 수송된 배출 및 공급용액의 측정된 체적과 교정된 체적의 비교로부터 보정계수가 항상 계산되고,
    보정계수를 이용하여 이후의 사이클에서의 펌프(P2)(P3)의 공칭이송체적이 보정되는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용공간들(G1)(G2)은, 체적을 결정하는 과정에서의 오류가 0.1%미만, 바람직하게는 0.05%미만, 특히 바람직하게는 0.02%미만이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크(T1)로부터 상기 제1수용공간(G1)으로 주입되는 공급용액의 체적유량은 상기 공정탱크(PT)로 주입되는 공급용액의 체적유량의 값의 배수 값, 바람직하게는 적어도 5배 값, 특히 바람직하게는 적어도 20배 값인 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프(P2)에 의하여 상기 공급용액이 상기 제1수용공간(G1)으로부터 상기 공정탱크(PT)로 비워지는 시간은 상기 공급용액에 상기 제1탱크(T1)으로부터 상기 제1수용공간(G1)으로 펌핑되는 시간의 배수가 되며, 바람직하게는 적어도 2배이고, 바람직하게는 5배 값, 특히 바람직하게는 적어도 20배 값인 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크(T1)로부터의 (또는 탱크(T2)로의) 상기 제1수용공간(G1)의 주입 (또는 상기 제2수용공간(G2)의 비움) 및 상기 공정탱크(PT)로의 (또는 상기 공정탱크(PT)로부터의) 상기 제1수용공간(G1)의 비움 (또는 상기 제2수용공간(G2)의 주입)은 동일한 관로를 통하여 수행되고,
    상기 펌프(P1)는 (또는 상기 펌프(P4)는) 펌프(P2)의 사용시 (또는 펌프(P3)의 사용시) 작동이 중단되고,
    상기 펌프(P2)는 (또는 상기 펌프(P3)는) 펌프(P1)의 사용시 (또는 펌프(P4)의 사용시) 작동이 중단되는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크(T1)로부터의 (또는 탱크(T2)로의) 제1수용공간(G1)의 주입 (또는 제2수용공간(G2)의 비움) 및 공정탱크(PT)로의 (또는 공정탱크(PT)로부터의) 제1수용공간(G1)의 비움 (또는 제2수용공간(G2)의 주입)이 서로 다른 관로를 통하여 수행되고,
    배출 및 공급 사이클 동안 펌프(P2) 및 펌프(P3)의 동작이 중단되지 않는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    주입레벨을 결정하는 센서들(S1)(S2)(S3)(S4)이 상기 제1 및 제2수용공간(G1)(G2)에 구비되고,
    상기 센서들(S1)(S2)(S3)(S4)의 신호들은 펌프들(P2)(P3)의 보정계수들(K1)(K2)를 계산하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    이후의 사이클의 상기 제1중간컨테이너(G1)의 보정체적(VK1)이, 공칭체적, 이전 사이클의 보정체적(V1k -1), 교정체적(VG1) 및 교정된 주입레벨에 의하여 주입된 체적으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프(P2)(P3)의 특성보정이 수행되는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부공급유량에 대한 공급체적유량의 보정 및/또는 외부공급유량에 의한 공급체적유량의 보정이 수행되는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    체적유량의 보정이 공급 및/또는 배출물질들의 분석에 의하여 및/또는 재공정된 공급용액의 분석에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    배출 및 공급유동은 동시에 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 공정탱크 내의 공정용액의 배출 및 공급을 수행하는 방법.
  13. 배출 및 공급공정용 장치에 있어서,
    상기 장치는, 공급 또는 배출용액용 탱크(T1)(T2)와, 공급 또는 배출용액의 중간저장용 수용공간(G1)(G2)과, 공정탱크(PT)와, 탱크(T1)(T2)와 수용공간(G1)(G2) 사이의 액체수송을 위한 펌프(P1)(P4)와, 수용공간(G1)(G2)과 공정탱크(PT) 사이의 액체수송을 위한 펌프(P2)(P3)와, 수용공간(G1)(G2)의 주입레벨을 결정하는 센서들(S1)(S2)(S3)(S4)과, 밸브들(V1)(V2)(V3)(V4)과, 공정탱크(PT)로부터의 또는 공정탱크(PT)로의 배출 또는 공급용액의 유량을 제어하는 공정제어컴퓨터(PR)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배출 및 공급공정용 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공급용액의 중간저장을 위한 복수의 수용공간, 탱크 및 펌프, 중간저장을 위한 수용공간들, 탱크 및 펌프가 구비되는 하나 이상의 배출시스템이 구비되는 복수의 공급시스템이 구비되는 것을 특징으로 하는 배출 및 공급공정용 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 배출용액의 분석을 위한 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배출 및 공급공정용 장치.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출용액의 처리를 위한 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배출 및 공급공정용 장치.
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