KR20130033335A

KR20130033335A - 공압 밸브를 연속적으로 작동시키기 위한 솔레노이드 바이패스 시스템

Info

Publication number: KR20130033335A
Application number: KR20120107411A
Authority: KR
Inventors: 안토니 존 스미쓰; 제프리 씨. 바르톨트; 윌리엄 존 닥스
Original assignee: 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-04-03
Also published as: TWI475167B; TW201314088A; US8746272B2; CN103016793A; JP2013072555A; EP2573408A2; CN103016793B; EP2573408B8; JP5580380B2; EP2573408A3; EP2573408B1; KR101451189B1; US20130075636A1

Abstract

가압된 불활성 가스의 연속 흐름을 제공하여 중단 없이 공정 툴을 작동시킬 수 있는 솔레노이드 밸브 어셈블리가 제공된다. 또한, 솔레노이드 밸브 어셈블리를 포함하는 시스템이 제공된다.

Description

공압 밸브를 연속적으로 작동시키기 위한 솔레노이드 바이패스 시스템 {SOLENOID BYPASS SYSTEM FOR CONTINUOUS OPERATION OF PNEUMATIC VALVE}

본 특허 출원은 본원에 그 전체 내용이 참조로 포함되는, 2011년 9월 26일자 출원된 미국 특허 출원 제13/245,280호의 부분 계속 출원이다.

본 발명은 일반적으로 산업용 공정 시스템을 제어하기 위한 솔레노이드-작동 밸브 장치에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 밸브를 작동시키는 전자 제어기가 중단 상태에 있을 뿐만 아니라 밸브로부터 물리적으로 분리되어 있는 동안 밸브를 통해 산업용 공정 가스를 연속적으로 흐르게 하는 시스템에 관한 것이다.

최근의 공정 또는 제조 플랜트는 무수히 많은 작동 구성요소를 포함한다. 이들 구성요소는 센서 및 제어기를 함유하는 제어 시스템 및 기기장치에 의해 제어되는 시스템을 형성하도록 함께 묶인다. 이러한 플랜트에서 기기장치 및 제어 시스템은 요망하는 공정 조건을 달성하기 위해 다양한 구성요소의 기능을 제어하는 역할을 할 뿐만 아니라 불안전한 상황 또는 조건을 피하기 위해 플랜트 시스템 전부 또는 일부의 작동을 안전하게 변경 또는 중단시키는 설비를 제공한다.

예를 들어, 반도체 제조 플랜트에서, 가스/화학제는 복수의 밸브 및 압력 센서로 이루어진 가스 전달 장치에 의해 취급되며, 각각의 전달 시스템은 전용 공정 제어 시스템(제어기)에 의해 제어된다. 공정 전달 장치는 가스/화학제를 공정 툴(process tool)에 전달하고, 이러한 공정 툴에서 공압식으로 작동되는 밸브를 통해 웨이퍼 제조가 수행된다. 이러한 밸브는 솔레노이드 작동 파일롯 밸브를 통해 공압식 제어 소스(pneumatic control source)로 연결되는 공압식 작동기에 의해 작동된다.

작동시, 이러한 시스템의 솔레노이드 작동 밸브는 공정을 개시시키는 작동을 하고, 이로써 하나 이상의 작동적으로 결합된 솔레노이드 작동 밸브가 소정 방식으로 상태 또는 위치를 변경시키는 경우에, 예를 들어, 솔레노이드 작동 밸브가 제어기에 의해 전류가 흐르지 않는(de-energized) 경우에 유체 또는 공압 공급(pneumatic supply)이 공정 밸브 작동기에 인가되거나 이로부터 배출된다.

궁극적으로 실리콘 웨이퍼 상에 반도체 소자 층상구조(layer-by-layer)를 생성시키기 위해 다양한 가스 전달과 관련한 여러 공정 툴 및 복수의 공정 단계를 취한다. 반도체 소자의 복잡성에 의거하여, 이러한 공정이 수일 또는 수주 소요될 수 있기 때문에, 공정 툴은 바람직하게는 24/7로 작동한다. 이는 가스 또는 화학제의 일정하고, 중단되지 않는 흐름을 전달하기 위한 공정 툴을 지지하는 가스 전달 장치를 필요로 한다. 툴에서의 가스/화학제의 의도되지 않는 중단은 결함있는 공정 단계를 초래할 수 있고, 이는 그러한 시기에서의 공정 중(in-process) 실리콘 웨이퍼를 쓸모없게 할 수 있다. 실리콘 웨이퍼의 이러한 손실의 금전적 가치는 상당할 수 있으며, 종종 수백만 달러의 수익 손실로 열거된다.

따라서, 제어용 솔레노이드 밸브가 고장 및 보수를 포함하는 어떠한 이유로 전류가 흐르지 않는 경우에 제조 공정에서 가압된 가스를 공압 밸브에 연속적으로 흐르게 하는 장치 및 방법에 여전히 필요하다.

발명의 요약

본 발명은 유체 전달 시스템의 복수의 공압 밸브를 작동시키고, 중단되지 않는 유체 흐름을 공급할 수 있는 솔레노이드 어셈블리로서, 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단; 복수의 솔레노이드 밸브로서, 각각의 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태(energized state) 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있고, 각각의 솔레노이드 밸브는 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단과 유체 소통하는 내측 압력 포트; 솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우의 내측 압력 포트와, 그리고 각각의 공압 밸브와 유체 소통하는 내측 작동기 포트; 및 솔레노이드가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우의 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프(relief) 포트를 포함하는, 복수의 솔레노이드 밸브; 복수의 솔레노이드가 부착되는 매니폴드(manifold)로서, 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 유입구, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결되며, 각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통하는 외측 압력 포트; 및 각각의 복수의 솔레노이드 밸브에 대한 전용 외측 릴리프 포트로서, 전용 외측 릴리프 포트는 어느 한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 가압된 불활성 기체를 공급하기 위한 제 2 수단이 외측 릴리프 포트에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있도록 각각의 솔레노이드 밸브의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 전용 외측 릴리프 포트를 포함하는 매니폴드; 및 복수의 솔레노이드 각각을 전류가 흐르게 하거나 전류가 흐르지 않게 하기 위한 제어기 수단을 포함하는, 어셈블리를 제공함으로써 상기 요건을 만족시킨다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 솔레노이드 밸브 어셈블리에 의해 공정 툴에 유체를 전달하는 공압 밸브를 연속적으로 작동시키는 방법으로서, 상기 솔레노이드 밸브 어셈블리가, 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단; 복수의 솔레노이드 밸브로서, 각각의 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있고, 각각의 솔레노이드 밸브는 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단과 유체 소통하는 내측 압력 포트; 솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우의 내측 압력 포트와, 그리고 각각의 공압 밸브와 유체 소통하는 내측 작동기 포트; 및 솔레노이드가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우의 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프 포트를 포함하는, 복수의 솔레노이드 밸브; 복수의 솔레노이드가 부착되는 매니폴드(manifold)로서, 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 유입구, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결되며, 각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통하는 외측 압력 포트; 및 각각의 복수의 솔레노이드 밸브에 대한 전용 외측 릴리프 포트로서, 전용 외측 릴리프 포트는 어느 한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 가압된 불활성 기체를 공급하기 위한 제 2 수단이 외측 릴리프 포트에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있도록 각각의 솔레노이드 밸브의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 전용 외측 릴리프 포트를 포함하는 매니폴드; 및 복수의 솔레노이드 각각을 전류가 흐르게 하거나 전류가 흐르지 않게 하기 위한 제어기 수단을 포함하며, 상기 방법이 가압된 불활성 가스를 매니폴드의 하나 이상의 외측 압력 포트에 공급하는 단계; 하나 이상의 솔레노이드 밸브에 전류를 흐르게 하여 가압된 불활성 가스가 하나 이상의 솔레노이드 밸브의 내측 압력 포트를 통해 하나 이상이 솔레노이드 밸브의 외측 작동기 포트를 통해 나와 각각의 공압 밸브로 흐르게 하는 단계; 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단을 매니폴드의 하나 이상의 전용 외측 릴리프 포트에 연결시키는 단계; 가압된 불활성 가스를 매니폴드의 하나 이상의 전용 외측 릴리프 포트에 공급하는 단계; 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단이 전용 외측 릴리프 포트를 통해 연결되는 하나 이상의 전류가 흐르는 솔레노이드 밸브를 전류가 흐르지 않게 하는 단계; 및 외측 작동기 포트를 통해 전용 외측 릴리프 출구로부터 전기가 흐르지 않는 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 가압된 불활성 가스를 공급하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 유체 전달 시스템의 복수의 공압 밸브를 작동시키고, 중단되지 않는 유체 흐름을 공급할 수 있는 시스템으로서, 하나 이상의 유체 전달 장치를 하우징(housing)할 수 있는 유체 시스템 엔클로져(enclosure); 유체 시스템 엔클로져에 고정되나, 그로부터 분리가능한 제어기; 제어기에 고정되나 그로부터 분리가능한 패널로서; 복수의 솔레노이드 밸브로서, 각각의 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있고, 각각의 솔레노이드 밸브는 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단과 유체 소통하는 내측 압력 포트; 솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우의 내측 압력 포트와, 그리고 각각의 공압 밸브와 유체 소통하는 내측 작동기 포트; 및 솔레노이드가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우의 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프 포트를 포함하는 복수의 솔레노이드 밸브를 포함하는 패널; 및 복수의 솔레노이드가 부착되는 매니폴드로서, 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 유입구, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결되며, 각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통하는 외측 압력 포트; 및 각각의 복수의 솔레노이드 밸브에 대한 전용 외측 릴리프 포트로서, 전용 외측 릴리프 포트는 어느 한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 가압된 불활성 기체를 공급하기 위한 제 2 수단이 외측 릴리프 포트에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있도록 각각의 솔레노이드 밸브의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 전용 외측 릴리프 포트를 포함하는 매니폴드를 포함하며, 제어기가 패널이 유체 시스템 엔클로져 상에 남아 있도록 패널로부터 분리된 유체 시스템 엔클로져로부터 멀리 분리될 수 있는 시스템을 제공한다.

본 발명의 그 밖의 양태, 특징, 및 구체예는 하기 기재 및 첨부되는 특허청구범위로부터 보다 완전하게 나타날 것이다.

도 1은 종래 기술의 솔레노이드 어셈블리의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 솔레노이드 어셈블리의 일 구체예의 투시도이다.
도 3은 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태로 존재하는, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브 어셈블리의 단면도이다.
도 4는 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는, 도 3에 도시된 솔레노이드 밸브 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 시스템의 투시도이다.
도 6은 본 발명의 시스템의 또 다른 투시도이다.

첨부되는 도면에서 언급된 도면들과 관련하여, 본 발명의 예시적인 구체예가 하기 본원에서 상세히 기술될 것이다. 기재 편의상, 첨부되는 도면에 제시되는 유사한 특징들이 유사한 도면 부호로 기재될 것이고, 도면의 대안적인 구체예에서 제시된 유사한 특징들이 유사한 도면 부호로 기재될 것이다.

본 발명은 유체 전달 시스템의 복수의 공압 배브를 작동시키고, 중단되지 않는 유체 흐름을 공급할 수 있는 솔레노이드 어셈블리에 관한 것이다. 산업용 공정 툴의 작동을 나타낼 때, 본원에서 사용되는 용어 "중단되지 않는" 또는 "연속적인"은, 공정 툴이, 툴을 작동할 수 없게 하거나 툴을 사용하는 공정 단계의 결함을 초래하는 유의한 중단 또는 지연을 겪지 않음을 의미한다.

도 1은 예를 들어 산업용 가스 취급 장비, 예를 들어, 가스성 화학제를 반도체 공정 툴에 전달하는 가스 캐비넷(gas cabinet) 상에서 공압 밸브를 작동시키기 위한 전형적인 종래 기술의 솔레노이드 어셈블리(1)의 예를 도시한 것이다. 종래 기술의 솔레노이드 어셈블리(1)는 전선(5)을 통해 센서 및 마이크로프로세서(미도시됨)를 포함하는 전용 공정 제어 시스템에 의해 전기적으로 제어된다. 종래 기술의 솔레노이드 어셈블리(1)는 각 솔레노이드 밸브(2)에서 공압 포트(미도시됨)에 내측 커넥션(connection)을 제공하는 매니폴드(4)에 고정된 복수의 솔레노이드 밸브(2)를 포함한다. 각각의 솔레노이드 밸브(2)는 각각의 공압 밸브를 제어하고, 이어서 가스 또는 가스성 화학제를 공정 툴에 전달한다. 매니폴드(4)는 외측 작동기 포트(5)(각 솔레노이드 밸브(2)에 대해 전용인 것)(이음쇠(fitting)는 미도시됨), 외측 압력 포트(3)(이음쇠는 미도시됨), 및 외측 릴리프 포트(8)(이음쇠는 미도시됨)를 포함한다. 가압된 불활성 가스, 예를 들어, 공기 또는 질소가, 외측 압력 포트(3)를 통해 도입되어 각각의 솔레노이드 밸브(2)에 가압된 불활성 가스를 공급하여, 전류가 흐르게 되면, 각각의 솔레노이드 밸브(2)는 가압된 불활성 가스를 가요성 관(미도시됨)을 지나 외측 작동기 포트(6)를 통해 각각의 공압 밸브(미도시됨)에 공급할 것이다. 전류가 흐르지 않게 되면, 가압된 불활성 가스는 솔레노이드 밸브(2)로부터 외측 릴리프 포트(8)를 거쳐 배기된다. 외측 압력 포트(3) 및 외측 릴리프 포트(8)는 매니폴드(4)의 길이를 따라 이어지고, 각각의 솔레노이드 밸브(2)와 유체 소통한다. 이러한 구성에서, 제어기가 작동불능이게 되고, 수리가 요망되면, 매니폴드 전체가 정지되어 제조 공정을 중단시키고, 가능하게는 수익 손실을 초래하는 결함있는 공정 단계를 초래할 것이다.

도 2는 본 발명의 구체예의 솔레노이드 어셈블리(10)의 투시도이다. 솔레노이드 어셈블리(10)는 복수의 솔레노이드 밸브(2)를 포함하며, 각각의 솔레노이드 밸브(2)는 전류가 흐르는 상태 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있다. 도 1의 것과 유사하게, 각각의 솔레노이드 밸브(2)는 각각의 공압 밸브를 제어하고, 이어서 가스 또는 가스성 화학제를 산업용 공정 툴, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 상의 반도체 제조 공정에서의 단계 중에 사용되는 공정 툴에 전달한다. 당 분야의 통상의 기술자들에게 공지되어 있는 어떠한 솔레노이드가 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 솔레노이드 밸브의 한 가지 예는 SMC 코포레이션 오브 어메리카(SMC Corporation of America)(Nobesville, IN)으로부터 구입가능한 V100 Series 3-포트 솔레노이드 밸브이다.

각각의 솔레노이드 밸브(2)는 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단(미도시됨)과 유체 소통하는 내측 압력 포트(미도시됨)를 포함한다. 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단은 예를 들어, 가압된 실린더 또는 하우스 에어(house air) 또는 N₂ 라인에 연결되는 공압식 압력 라인일 수 있다. 각각의 솔레노이드 밸브(2)는 또한 솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우, 각각의 공압 밸브(미도시됨)와, 그리고 내측 압력 포트와 유체 소통하는 내측 작동기 포트(미도시됨)를 포함한다. 솔레노이드 어셈블리(10)의 각각의 솔레노이드 밸브(2)는 또한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우에 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프 포트(미도시됨)를 포함한다.

여전히 도 2와 관련하면, 솔레노이드 밸브 어셈블리(10)는 각각의 솔레노이드 밸브(2)가 부착된 매니폴드(4)를 포함한다. 매니폴드(4)는 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 포트, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결된다. 매니폴드(4)는 외측 작동기 포트(6)(각 솔레노이드 밸브(2)에 대해 전용인 것)를 포함하며, 이를 통해 가압된 불활성 가스가 가요성 관(미도시됨)을 통해 각각의 공압 밸브(미도시됨)로 흐를 것이다.

매니폴드(4)는 또한 하나 이상의 외측 압력 포트(3)를 포함한다. 외측 압력 포트(3)는 매니폴드(4)의 길이를 따라 이어지며, 가압된 불활성 가스를 솔레노이드 밸브(2)에 공급하기 위한 각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통한다(내부적으로). 매니폴드(4)는 또 다른 솔레노이드 밸브 어셈블리와 연속 연결을 위해 하나 초과의 외측 압력 포트(3)를 가질 수 있다. 추가적인 연속 연결이 요구되지 않을 경우, 외측 압력 포트 중 하나는 솔레노이드 밸브로의 내부 압력을 유지하도록 플러그가 끼워질 수 있다. 매니폴드(4)는 요구되는 작동 압력에 적합한 어떠한 재료로 제조될 수 있다. 전형적인 작동 압력은 약 50psi 내지 약 100psi, 바람직하게는 약 70psi 내지 약 80psi이다. 금속이 매니폴드(4)에 대한 바람직한 재료이고, 알루미늄 및 스테인레스 강이 바람직한 금속의 예이다.

매니폴드(4)는 또한 외측 릴리프 포트(8)가 각각의 솔레노이드 밸브(2)의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 복수의 솔레노이드(2) 각각에 대한 전용 외측 릴리프 포트(8)를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "전용 외측 릴리프 포트"는, 예를 들어, 외측 릴리프 포트가 하나 초과의 솔레노이드 밸브와 유체 소통하는 종래 기술 도 1에 도시된 것과 반대로, 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 각각의 솔레노이드 밸브(2)가 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 그 자체의 릴리프 포트를 갖는다는 것을 의미한다. 이러한 구성으로 인해, 솔레노이드 밸브(2)중 하나가 전류가 흐르지 않게 되는 경우, 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단은, 외부 릴리프 포트(8)에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브(2)에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있고, 이에 따라 외측 압력 포트(3)와, 각각의 솔레노이드 밸브(2)에 전류가 흐르게 할 필요성을 피하게 된다.

가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단은 예를 들어, 가압된 실린더 또는 하우스 에어 또는 N₂ 라인에 연결되는 공압식 압력 라인일 수 있으며, 제 1 수단과 동일하거나 상기 동일한 공급 실린더 또는 하우스 에어 또는 질소 공급원에 연결되는 별도의 라인일 수 있다. 제 2 수단의 역할은 하기 문단에서 더욱 상세히 기술될 것이다.

솔레노이드 밸브 어셈블리(10)는 또한 복수의 솔레노이드 각각을 전기적으로 전류가 흐르게 하거나, 전류가 흐르지 않게 하기 위한 제어 수단을 포함한다. 제어 수단은 바람직하게는 로직 마이크로프로세서(logic microprocessor) 및 센서를 포함하며, 당 분야의 기술자들에게 익숙한 어떠한 제어 수단일 수 있다.

도 3 및 4는 본 발명의 솔레노이드 밸브 어셈블리(10)의 작동을 도시한 것이다. 도 3과 관련하면, 솔레노이드 밸브 어셈블리(10)의 단면도가 도시되어 있으며, 여기서 솔레노이드 밸브(2)는 제어기(미도시됨)에 의해 지시된, 전류가 흐르는 상태로 존재한다. 가압된 불활성 가스, 예를 들어, 공기가 외측 압력 포트(3)에서 매니폴드(4)로 도입된다. 전류가 흐르는 상태에서, 솔레노이드 밸브(2)는 외측 압력 포트(3)와 외측 작동기 포트(6) 간에 내부적 유체 소통을 허용하며, 이를 통해 가압된 공기가 가요성 관(미도시됨)을 거쳐 각각의 공압 밸브(미도시됨)를 안전하게 작동시키도록 흐른다.

도 4는 솔레노이드 밸브(2)가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 도 3의 솔레노이드 밸브 어셈블리를 도시한 것이다. 솔레노이드 밸브(2)는 예를 들어, 단지 하나의 솔레노이드 밸브(2)이거나, 예를 들어, 제어기 결함 또는 통상의 보수와 같은 여러 이유들로 인해 전류가 흐르지 않게 되는 어셈블리(10)에서의 여러 개 중 어느 하나일 수 있다. 공압 밸브로의 가스 흐름이 유지되는 것이 필요한 경우, 공압식 압력 라인은 전용 외측 릴리프 포트(8)를 거쳐 솔레노이드 밸브(2)(또는 바이패스를 필요로 하는 어떠한 다른 솔레노이드 밸브(2))에 연결될 수 있다. 이후, 예를 들어, 도 3에서의 화살표를 통해 도시된 바와 같이 솔레노이드 밸브(2)가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우, 현재 외측 작동기 포트(6)와 유체 소통하지 않는 각각의 전용 외측 릴리프 포트(8)에 예를 들어, 공기압이 제공된다. 솔레노이드가 바이패스하게 되면, 제어기는 전원이 꺼지거나 유휴 상태(idle state)에 놓이게 될 수 있어, 솔레노이드 밸드는 즉각적으로 전류가 흐르지 않게 됨으로써 공기 흐름이 외측 압력 포트(3)로부터 전용 외측 릴리프 포트(8)로 이동하게 한다. 본 발명의 작동에 따라, 제어기(및 이에 따른 특정 솔레노이드 밸브(들)(2))가 제어기 또는 솔레노이드 밸브(들)(2)의 보수를 허용하도록 전원이 꺼져 있는 동안 전달 경로에서 공압 밸브는 공압 손실을 겪지 않고, 가스 또는 가스성 화학제가 계속해서 흐르게 한다. 따라서, 본 발명의 솔레노이드 밸브 어셈블리는 선택적 솔레노이드 밸브가 바이패쓰하도록 허용하여 공정 툴의 연속 작업을 보장한다.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 유체 전달 시스템의 복수의 공압 밸브를 작동시키고, 유체의 중단 없는 흐름을 공급할 수 있는 시스템이 제공된다. 도 5 및 6과 관련하면, 시스템(20)은 하나 이상의 유체 전달 장치(미도시됨)를 하우징할 수 있는 유체 시스템 엔클로져(22)를 포함한다. 유체 시스템 엔클로져(22)의 기능은 실린더가 교체되는 동안, 또는 유해 가스 누출 경우에 개인에 대해 안전한 환경을 보장하게 한다. 유체 시스템 엔클로져(22)는 안전한 환경을 제공하기 위해 연속적으로 작동되는, 적합하게 설계된 배기 시스템에 연결되어야 한다. 유체 시스템 엔클로져(22)는 유해 가스 실린더, 실린더 연결부 및 피그테일(pigtail), 및 공정 패널로부터의 어떠한 누출에 대한 부차적인 봉쇄를 제공한다. 배기 시스템은 유체 시스템 엔클로져로부터 안전한 처리 시스템으로의 어떠한 누출되는 유해 가스를 지속적으로 제거한다.

유체 시스템 엔클로져(22)는 바람직하게는 완전히 용접된 시임(seam)을 지니고, 내부식성 폴리우레탄 페인트로 보호된 12 게이지(0.004mm) 스틸로 구성된다. 유체 시스템 엔클로져(22)는 바람직하게는 1 내지 3개의 실린더를 유지할 정도로 충분히 크다. 하나 이상의 배기 스택(exhaust stack)이 전형적으로 배기 시스템으로의 연결을 위해 제공된다. 바람직하게는, 유체 시스템 엔클로져(22)는 1/4" 두께(6.4mm)의 와이어 보강된 안전 유리로 구성된 윈도우를 지닌 12 게이지(0.004mm)의 스틸 도어를 갖는다. 온도 활성화된(165℉/74℃) 스프링클러 헤드가 또한 구비될 수 있다. 바람직하게는, 형성된 브라켓이 그 안에 함유된 각각의 실린더를 단단히 유지시키기 위해 캐비넷 내측에 설치된다. 본 발명에 따라 사용하기 위한 유체 시스템 엔클로져의 예는 에어 프로덕츠 앤 케미컬스, 인코오포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)(Allentown, PA)로부터 구입가능한 AP11 GASGUARD™이다.

유체 전달 시스템은 유해 공정 가스를 툴에 전달하기 위한 캐니스터 또는 실린더를 포함할 수 있다. 예시적인 가스로는 마이크로전자 소자의 제조에 사용되는 공정 가스, 예를 들어, 암모니아, 염화수소, 삼염화붕소, 불화수소, 삼불화붕소, 황화수소, 염소, 이산화질소, 삼불화염소, 오불화인, 디클로로실란, 사염화규소, 불소, 사불화규소, 브롬화수소, 및 육불화텅스텐이 포함된다.

도 6과 관련하면, 본 발명의 시스템은 제어기(24)를 추가로 포함한다. 제어기(24)는 바람직하게는 금속 엔클로져에 하우징되는 마이크로프로세서-기반 유닛이다. 제어기(24)는 지속적으로 시스템 입력을 모니터링하고, 순차적인 밸브 작동화에 의해 퍼어징(purging) 작업을 자동으로 수행하는 기능을 한다. 충분한 퍼어징은 퍼어지 사이클 내 각 단계에서의 압력 및 진공을 체크함으로써 보장된다. 또한, 제어기(24)는 바람직하게는 불안전한 상태가 발생하는 경우에 시스템을 중지시킬 수 있는 능력을 갖는다. 제어기(24)는 바람직하게는 작업자가 작동을 용이하게 이해하고 작동 문제를 신속하게 알아내게 하는 스크린(미도시됨) 뿐만 아니라 개방 및 폐쇄 밸브를 보여주는 색구성표(color scheme)를 포함한다. 바람직하게는, 제어기(24)는 또한 중지 알람 박스 및/또는 비상 차단 밸브(emergency shut-off valve)(기계식/공압식)를 포함한다. 이러한 제어기는 또한 에어 프로덕츠 앤 케미컬스, 인코오포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)(Allentown, PA)로부터 구입가능한 AP11 GASGUARD™에 의해 예시된다.

다시 도 5 및 6과 관련하면, 본 발명의 시스템(20)은 본 발명에 따르고, 상기 상세히 기재된 하나 이상의 솔레노이드 밸브 어셈블리(10)를 포함하는 패널(26)을 포함한다. 패널(26)은 어떠한 적합한 물질로부터 제조될 수 있지만, 알루미늄 또는 스테인레스 강이 바람직하다. 패널(26)은 바람직하게는 위험한 물질이 함유되지 않게 되는 경우에 주위 환경으로부터 제어기(24)의 내측에 있는 전자 소자를 보다 잘 밀봉시키기 위해 그 외주 둘레에 가스켓(gasket)을 포함한다.

패널(26)은 제어기(24)에 고정되거나 제어기(24)로부터 분리가능하다. 패널(26)은 또한 유체 시스템 엔클로져(22)에 고정된다. 패널(26)은 스크류, 볼트 또는 그 밖의 고정 수단을 포함하는, 당 분야의 기술자들에게 공지되어 있는 어떠한 수단에 의해 제어기(24) 및 유체 시스템 엔클로져(22)에 고정될 수 있으며, 이는 패널(26)의 제어기(24) 및/또는 유체 시스템 엔클로져(22)로의 반복되는 분리 및 부착을 허용할 것이다. 패널(26)과 관련하여 본원에서 사용되는 용어 "분리가능한"은 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브 어셈블리(10)를 유체 시스템 엔클로져(22)로부터 멀리 분리시키지 않고, 제어기(24)가 유체 시스템 엔클로져(22)로부터 떨어져 분리될 수 있도록 패널(26)이 또한 제어기(24)로부터 분리될 수 있으며, 이는, 제어기(및 이에 따라 특정 솔레노이드 밸브(들))가 새로운 제어기 및 관련 전자소자로 보수 또는 교체를 위해 완전히 분리되는 동안에, 바이패스(by-pass)를 허용할 것이고, 이로써 전달 경로 내에 있는 공압 밸브가 공압의 손실을 겪지 않고, 가스 또는 가스성 화학제를 지속적으로 흐르게 함을 의미한다.

이러한 구성으로 인해, 솔레노이드를 수동으로, 그리고 공압식으로 바이패스시키기 위해, 단일 공압 튜브(즉, 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단)(미도시됨)가 솔레노이드 어셈블리 상의 플러깅된(plugged) 연결을 통해 제어기에 공급될 수 있다. 이에 따라, 공압식 티(pneumatic tee)가 제어기 내 상기 튜브 상에서 사용되고, 가스 흐름을 지속시키는데 요구되는 특정 솔레노이드에 연결될 수 있다. 맞는 올레노이드에 연결되면, 압력이 유입 튜브에 인가된다. 제어기는 이제 전류가 흐르지 않을 수 있으며, 이는 또한 솔레노이드를 전류가 흐르지 않게 할 것이다. 공압식으로 바이패스된 솔레노이드는 개방된 채로 남을 것이다. 이후, 제어기는 필요에 따라 물리적으로 분리될 수 있어서, 가스 시스템 엔클로져(22)에 부착된 패널(26)을 벗어난다.

제어기 보수가 완료되거나 새로운 제어기가 설치되면, 공압식으로 바이패스된 솔레노이드는 정상 제어기 기능으로 되돌아가고, 임시 공압식 관이 제거될 수 있다.

본 발명의 솔레노이드 밸브 어셈블리(10)의 작업에 대한 이러한 기재에 비추어, 본 발명은 또한 솔레노이드 밸브 어셈블리를 통해 공정 툴에 유체를 전달하는 공압 밸브를 연속적으로 작동시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 가압된 불활성 가스를 매니폴드의 하나 이상의 외측 압력 포트에 공급하는 단계; 하나 이상의 솔레노이드 밸브에 전류를 흐르게 하여 가압된 불활성 가스가 하나 이상의 솔레노이드 밸브의 내측 압력 포트를 통해 하나 이상이 솔레노이드 밸브의 외측 작동기 포트를 통해 나와 각각의 공압 밸브로 흐르게 하는 단계; 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단을 매니폴드의 하나 이상의 전용 외측 릴리프 포트에 연결시키는 단계; 가압된 불활성 가스를 매니폴드의 하나 이상의 전용 외측 릴리프 포트에 공급하는 단계; 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단이 전용 외측 릴리프 포트를 통해 연결되는 하나 이상의 전류가 흐르는 솔레노이드 밸브를 전류가 흐르지 않게 하는 단계; 및 외측 작동기 포트를 통해 전용 외측 릴리프 출구로부터 전기가 흐르지 않는 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 가압된 불활성 가스를 공급하는 단계를 포함한다.

상기 기재는 주로 예시의 목적으로 의도된 것이다. 본 발명이 본 발명의 예시적인 구체예와 관련하여 제시되고 기술되어 있지만, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않으면서 그것의 형태 및 세부 사항에서의 상기 및 여러 다른 변경, 생략, 및 부가가 본 발명 내에서 이루어질 수 있는 것음이 당 분야의 기술자들에 의해 이해되어야 한다.

Claims

유체 전달 시스템의 복수의 공압 밸브(pneumatic valve)를 작동시키고, 중단되지 않는 유체 흐름을 공급할 수 있는 솔레노이드 어셈블리(solenoid assembly)로서,
가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단;
복수의 솔레노이드 밸브로서, 각각의 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태(energized state) 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있고, 각각의 솔레노이드 밸브는
가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단과 유체 소통하는 내측 압력 포트;
솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우의 내측 압력 포트와, 그리고 각각의 공압 밸브와 유체 소통하는 내측 작동기 포트; 및
솔레노이드가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우의 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프(relief) 포트를 포함하는, 복수의 솔레노이드 밸브;
복수의 솔레노이드가 부착되는 매니폴드(manifold)로서, 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 유입구, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결되며,
각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통하는 외측 압력 포트; 및
각각의 복수의 솔레노이드 밸브에 대한 전용 외측 릴리프 포트로서, 전용 외측 릴리프 포트는 어느 한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 가압된 불활성 기체를 공급하기 위한 제 2 수단이 외측 릴리프 포트에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있도록 각각의 솔레노이드 밸브의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 전용 외측 릴리프 포트를 포함하는 매니폴드; 및
복수의 솔레노이드 각각을 전류가 흐르게 하거나 전류가 흐르지 않게 하기 위한 제어기 수단을 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
제 1항에 있어서, 각각의 솔레노이드의 외측 작동기 포트를 각각의 공압 밸브에 연결시키는 가요성 관(flexible tubing)을 추가로 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
제 1항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 공기인, 솔레노이드 어셈블리.
제 1항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 질소인, 솔레노이드 어셈블리.
제 1항에 있어서, 매니폴드가 알루미늄을 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
제 1항에 있어서, 매니폴드가 스테인레스 강을 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
솔레노이드 밸브 어셈블리를 통해 공정 툴에 유체를 전달하는 공압 밸브를 연속적으로 작동시키는 방법으로서, 솔레노이드 밸브 어셈블리가, 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단; 복수의 솔레노이드 밸브로서, 각각의 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있고, 각각의 솔레노이드 밸브는 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단과 유체 소통하는 내측 압력 포트, 솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우의 내측 압력 포트와, 그리고 각각의 공압 밸브와 유체 소통하는 내측 작동기 포트, 및 솔레노이드가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우의 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프 포트를 포함하는, 복수의 솔레노이드 밸브; 복수의 솔레노이드가 부착되는 매니폴드(manifold)로서, 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 유입구, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결되며, 각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통하는 외측 압력 포트, 및 각각의 복수의 솔레노이드 밸브에 대한 전용 외측 릴리프 포트로서, 전용 외측 릴리프 포트는 어느 한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 가압된 불활성 기체를 공급하기 위한 제 2 수단이 외측 릴리프 포트에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있도록 각각의 솔레노이드 밸브의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 전용 외측 릴리프 포트를 포함하는 매니폴드; 및 복수의 솔레노이드 각각을 전류가 흐르게 하거나 전류가 흐르지 않게 하기 위한 제어기 수단을 포함하며, 상기 방법이
a) 가압된 불활성 가스를 매니폴드의 하나 이상의 외측 압력 포트에 공급하는 단계;
b) 하나 이상의 솔레노이드 밸브에 전류를 흐르게 하여 가압된 불활성 가스가 하나 이상의 솔레노이드 밸브의 내측 압력 포트를 통해 하나 이상이 솔레노이드 밸브의 외측 작동기 포트를 통해 나와 각각의 공압 밸브로 흐르게 하는 단계;
c) 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단을 매니폴드의 하나 이상의 전용 외측 릴리프 포트에 연결시키는 단계;
d) 가압된 불활성 가스를 매니폴드의 하나 이상의 전용 외측 릴리프 포트에 공급하는 단계;
e) 가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 2 수단이 전용 외측 릴리프 포트를 통해 연결되는 하나 이상의 전류가 흐르는 솔레노이드 밸브를 전류가 흐르지 않게 하는 단계; 및
f) 외측 작동기 포트를 통해 전용 외측 릴리프 출구로부터 전기가 흐르지 않는 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 가압된 불활성 가스를 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제 7항에 있어서, 각각의 솔레노이드의 외측 작동기 포트를 각각의 공압 밸브에 연결시키는 가요성 관(flexible tubing)을 추가로 포함하는 방법.
제 7항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 공기인 방법.
제 7항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 질소인 방법.
제 7항에 있어서, 매니폴드가 알루미늄을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 매니폴드가 스테인레스 강을 포함하는 방법.
유체 전달 시스템의 복수의 공압 밸브를 작동시키고, 중단되지 않는 유체 흐름을 공급할 수 있는 솔레노이드 어셈블리로서,
복수의 솔레노이드로서, 각각의 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태(energized state) 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있고, 각각의 솔레노이드 밸브는
가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단과 유체 소통하는 내측 압력 포트;
솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우의 내측 압력 포트와, 그리고 각각의 공압 밸브와 유체 소통하는 내측 작동기 포트; 및
솔레노이드가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우의 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프(relief) 포트를 포함하는, 복수의 솔레노이드 밸브;
복수의 솔레노이드가 부착되는 매니폴드(manifold)로서, 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 유입구, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결되며,
각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통하는 외측 압력 포트; 및
각각의 복수의 솔레노이드 밸브에 대한 전용 외측 릴리프 포트로서, 전용 외측 릴리프 포트는 어느 한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 가압된 불활성 기체를 공급하기 위한 제 2 수단이 외측 릴리프 포트에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있도록 각각의 솔레노이드 밸브의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 전용 외측 릴리프 포트를 포함하는 매니폴드를 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
제 13항에 있어서, 각각의 솔레노이드의 외측 작동기 포트를 각각의 공압 밸브에 연결시키는 가요성 관을 추가로 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
제 13항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 공기인, 솔레노이드 어셈블리.
제 13항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 질소인, 솔레노이드 어셈블리.
제 13항에 있어서, 매니폴드가 알루미늄을 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
제 13항에 있어서, 매니폴드가 스테인레스 강을 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
유체 전달 시스템의 복수의 공압 밸브를 작동시키고, 중단되지 않는 유체 흐름을 공급할 수 있는 시스템으로서,
하나 이상의 유체 전달 장치를 하우징(housing)할 수 있는 유체 시스템 엔클로져(enclosure);
유체 시스템 엔클로져에 고정되나, 그로부터 분리가능한 제어기;
제어기에 고정되나 그로부터 분리가능한 패널로서,
복수의 솔레노이드 밸브로서, 각각의 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르는 상태 및 전류가 흐르지 않는 상태로 존재할 수 있고, 각각의 솔레노이드 밸브는
가압된 불활성 가스를 공급하기 위한 제 1 수단과 유체 소통하는 내측 압력 포트;
솔레노이드가 전류가 흐르는 상태로 존재하는 경우의 내측 압력 포트와, 그리고 각각의 공압 밸브와 유체 소통하는 내측 작동기 포트; 및
솔레노이드가 전류가 흐르지 않는 상태로 존재하는 경우의 내측 작동기 포트와 유체 소통하는 내측 릴리프 포트를 포함하는, 복수의 솔레노이드 밸브를 포함하는 패널; 및
복수의 솔레노이드가 부착되는 매니폴드로서, 각각의 솔레노이드의 각각의 내측 압력 유입구, 내측 작동기 포트, 및 내측 릴리프 포트에 내부 유체적으로 연결되며,
각각의 솔레노이드 밸브의 각각의 내측 압력 포트와 유체 소통하는 외측 압력 포트; 및
각각의 복수의 솔레노이드 밸브에 대한 전용 외측 릴리프 포트로서, 전용 외측 릴리프 포트는 어느 한 솔레노이드 밸브가 전류가 흐르지 않는 상태에 있는 경우, 가압된 불활성 기체를 공급하기 위한 제 2 수단이 외측 릴리프 포트에 연결되고, 그러한 솔레노이드 밸브에 의해 작동되는 각각의 공압 밸브에 압력을 제공할 수 있도록 각각의 솔레노이드 밸브의 내측 릴리프 포트와 유체 소통하는, 전용 외측 릴리프 포트를 포함하는 매니폴드를 포함하며,
제어기가 패널이 유체 시스템 엔클로져 상에 남아 있도록 패널로부터 분리된 유체 시스템 엔클로져로부터 멀리 분리될 수 있는 시스템.
제 19항에 있어서, 각각의 솔레노이드의 외측 작동기 포트를 각각의 공압 밸브에 연결시키는 가요성 관을 추가로 포함하는 시스템.
제 19항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 공기인 시스템.
제 19항에 있어서, 가압된 불활성 가스가 질소인 시스템.
제 19항에 있어서, 매니폴드가 알루미늄을 포함하는 시스템.
제 19항에 있어서, 매니폴드가 스테인레스 강을 포함하는 시스템.
제 19항에 있어서, 패널이 강판(steel plate) 및 가스켓(gasket)을 포함하는 시스템.
제 19항에 있어서, 매니폴드가 스테인레스 강을 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.