KR20190018064A - 가스 공급 시스템 - Google Patents

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KR20190018064A
KR20190018064A KR1020170075558A KR20170075558A KR20190018064A KR 20190018064 A KR20190018064 A KR 20190018064A KR 1020170075558 A KR1020170075558 A KR 1020170075558A KR 20170075558 A KR20170075558 A KR 20170075558A KR 20190018064 A KR20190018064 A KR 20190018064A
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임태준
김지훈
강태욱
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버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨
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Abstract

본 발명의 가스 공급 시스템은 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 에어 밸브와, 상기 에어 밸브에 밸브 구동 가스를 공급하거나 차단하여 상기 에어 밸브를 개폐시키는 솔레노이드 밸브를 갖는 실린더 장치; 및 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 가스 공급용 콘트롤 장치를 구비한다. 그리고, 상기 가스 공급용 콘트롤 장치는, 정상 동작시에 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 메인 콘트롤러와, 상기 메인 콘트롤러의 이상 상태(abnormal state)를 감지하고, 이상 감지 시에 상기 메인 콘트롤러를 대신하여 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 서브 콘트롤러를 포함한다.

Description

가스 공급 시스템{Gas Supply System}
본 발명은 반도체 설비에 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체는 사진, 식각, 박막 형성 등 많은 공정을 반복적으로 수행하여 제조된다. 이러한 제조 공정들은 대부분 밀폐된 공정 챔버 내에서 공정 가스에 의해 이루어진다. 이를 위해, 반도체 제조장비 등의 각종 산업 시설에 가스 공급장치가 활용되고 있다.
가스 공급 시스템은 고압의 가스가 저장되는 저장탱크와, 연결관을 통해 저장탱크에 연결되며 저장탱크로부터 유입되는 가스의 흐름을 제어하여 프로세스 라인을 통해 공정 챔버에 공급하는 가스 공급용 콘트롤 장치를 포함한다.
가스 공급용 콘트롤 장치는 에어 밸브(air valve)를 개폐하여 공정 챔버로 유입되는 공정 가스를 제어할 수 있다. 이때, 에어 밸브는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)에 의해 온(열림)/오프(닫힘) 될 수 있다.
반도체 제조 공정에서는 지속적인 가스 공급이 무엇보다 중요하다. 만약 메인 전원 차단과 같은 가스 공급용 콘트롤 장치의 이상 상태(abnormal state) 발생, 솔레노이드 밸브불량 등과 같은 문제(즉, 콘트롤 장치의 폴트(fault))가 생기면, 에어 밸브가 닫히고 공정 가스의 공급이 예고 없이 중단되어 공정 불량이 발생될 수 있다.
본원 출원인에 의해 기 출원된 특허등록번호 제10-0347227호는, 상기와 같은 갑작스런 가스 공급 중단 현상을 방지하기 위해, 콘트롤 장치의 폴트(fault)를 감지하고 별도의 프로세스 시그널을 생성하여 에어 밸브를 열린 상태로 유지시키는 방법을 제안한 바 있다.
그런데, 상기 등록 특허는, 콘트롤 장치의 폴트(fault)가 감지될 때 에어 밸브를 오픈 제어할 수 있지만, 공정 가스의 액화 상태를 방지할 수 있는 히터(heater)를 구동시키는 것은 불가능하다. 또한 상기 등록 특허는, 아날로그 신호를 받지 못하기 때문에 공정 가스의 압력, 실린더 무게 등을 알 수 없는 단점이 있었다.
또한, 상기 등록 특허의 경우, 콘트롤 장치의 폴트(fault)가 발생될 때 가스 공급용 콘트롤 장치와 중앙통제실 간의 통신이 불가능해진다. 이에 따라 중앙통제실의 가스 모니터링 동작이 불가능해지고, 중앙통제실에서 가스 공급 시스템의 정확한 상태를 파악할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 콘트롤 장치의 폴트 시에도 가스 공급이 중단되지 않도록 제어하고, 공정 가스의 압력, 실린더 무게 등을 감지하고, 히터의 구동 및 제어가 가능토록 한 가스 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 콘트롤 장치의 폴트가 감지될 때, 압력, 무게, 히터 정보를 가스 모니터링 시스템으로 전송하여 가스 공급 장치의 상태를 정확히 파악할 수 있도록 한 가스 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 가스 공급 시스템은 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 에어 밸브와, 상기 에어 밸브에 밸브 구동 가스를 공급하거나 차단하여 상기 에어 밸브를 개폐시키는 솔레노이드 밸브를 갖는 실린더 장치; 및 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 가스 공급용 콘트롤 장치를 구비한다. 그리고, 상기 가스 공급용 콘트롤 장치는, 정상 동작시에 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 메인 콘트롤러와, 상기 메인 콘트롤러의 이상상태(abnormal state)를 감지하고, 이상 감지 시에 상기 메인 콘트롤러를 대신하여 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 서브 콘트롤러를 포함한다. 여기서, 상기 메인 콘트롤러와 상기 서브 콘트롤러는 디지털 인터페이싱을 통해 디지털 감지 정보를 공유하고, 상기 메인 콘트롤러와 상기 서브 콘트롤러는 아날로그 인터페이싱을 통해 아날로그 감지 정보를 공유한다.
본 발명의 가스 공급 시스템에서, 상기 디지털 감지 정보는, 불꽃감지광센서로부터 입력되는 불꽃감지센싱 정보와, 시스템 내부 이상 온도를 감지하는 고온온도센서로부터 입력되는 고온온도센싱 정보와, 가스누출센서로부터 입력되는 가스누출센싱 정보를 포함하고, 상기 불꽃감지광센서, 상기 고온온도센서, 및 상기 가스누출센서는 상기 실린더 장치 내에 장착된다.
본 발명의 가스 공급 시스템에서, 상기 메인 콘트롤러는 상기 정상 동작시 상기 히팅온도센싱 정보를 기초로 상기 공정 가스의 액화 상태를 방지하기 위해 히터의 구동을 제어하고, 상기 서브콘트롤러는 상기 이상 감지시 상기 히팅온도센싱 정보를 기초로 상기 공정 가스의 액화 상태를 방지하기 위해 히터의 구동을 제어한다.
본 발명의 가스 공급 시스템에서, 상기 아날로그 감지 정보는, 압력 센서로부터 입력되는 가스 공급 압력 센싱 정보와, 무게 센서로부터 입력되는 실린더 무게 센싱 정보를 포함하고, 상기 압력 센서, 및 상기 무게 센서는 상기 실린더 장치 내에 장착된다.
본 발명의 가스 공급 시스템에서, 상기 가스 공급용 콘트롤 장치는, 상기 메인 콘트롤러 및 상기 서브 콘트롤러와 선택적으로 통신하여 상기 공정 가스의 공급 상태를 지속적으로 감시하는 모니터링 시스템과, 상기 정상 동작시 통신 선로를 통해 상기 메인 콘트롤러와 상기 모니터링 시스템을 상호 연결하고, 상기 이상 감지시 상기 통신 선로를 통해 상기 서브 콘트롤러와 상기 모니터링 시스템을 상호 연결하는 전환 스위치를 더 포함한다.
본 발명은 콘트롤 장치의 폴트 시에도 가스 공급이 중단되지 않도록 제어하고, 공정 가스의 압력, 실린더 무게 등을 감지하고, 히터의 구동 및 제어가 가능하는 이점이 있다.
본 발명은 콘트롤 장치의 폴트가 감지될 때, 압력, 무게, 히터 정보를 가스 모니터링 시스템으로 전송하여 가스 공급 장치의 상태를 정확히 파악할 수 있은 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 공급 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 공급용 콘트롤 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 메인 콘트롤러와 서브 콘트롤러가 디지털 인터페이싱을 통해 상호 연결되는 것을 보여주는 도면이다.
도 4는 메인 콘트롤러와 서브 콘트롤러가 아날로그 인터페이싱을 통해 상호 연결되는 것을 보여주는 도면이다.
도 5는 가스 공급용 콘트롤 장치와 가스 모니터링 시스템간의 연결 구성을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.\
도 1은 본 발명에 따른 가스 공급 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 공급 시스템은 가스 공급용 콘트롤 장치(100)와 실린더 장치(200)를 포함한다.
실린더 장치(200)는 하나 이상의 공정 챔버(300)로 공정 가스를 공급한다. 실린더 장치(200)는 공정가스를 저장하는 복수개의 가스실린더를 구비한다. 실린더 장치(200)는 2개의 가스실린더들을 교대로 동작시켜 공정가스를 공정 챔버(300)로공급한다. 공정 챔버(300)공정가스를 이용하여 반도체 제조공정으로 반도체기판을 처리한다.
실린더 장치(200)는 가스실린더에 저장된 공정가스를 공정레시피에 대응하여일정압력 및 일정유량을 조절하고, 공정 챔버(300)로 공정가스를 공급한다. 이를 위해 실린더 장치(200)는 그 내부에 복수개의 에어밸브들과 솔레노이드 밸브들을 구비할 수 있다. 에어밸브들은 공정 챔버(300)로 공정가스를 공급한다. 솔레노이드 밸브들은 에어밸브들에 밸브 구동 가스를 공급하거나 차단하여 에어 밸브들을 개폐시키는 역할을 수행한다.
실린더 장치(200)에는 메인전원을 공급하는 전원공급부와, 복수개의 센서들이 구비될 수 있다. 센서들은 에어밸브들 각각의 압력을 측정하는 복수개의 압력센서들과, 가스 실린더들의 무게를 측정하는 복수 개의 무게 센서들을 포함한다. 또한, 센서들은 불꽃(UVIR)을 감지하는 불꽃감지광센서, 가스누출을 감지하는 가스 누출 센서, 및 고온온도센서를 포함한다. 고온온도센서는 시스템 내부 이상 온도를 감지하여 일정 온도에 도달시 가스 공급용 콘트롤 장치(100)에 알람 시그널을 공급한다. 고온온도센서는 화재시 세팅된 일정온도(예를 들어, 85도) 이상시 동작할 수 있다. 또한, 상기 센서들은 비상발생상황을 외부로 알리기 위한 비상발생버튼의 누름을감지하는 EMO 센서, 메인 전원 공급 상태를 감지하는 전원 센서를 더 포함할 수도 있다.
가스 공급용 콘트롤 장치(100)는 상기 센서들과 연동해서 실린더 장치(200)의 동작 상태를 실시간으로 모니터링하고, 메인 전원 차단시 공정 챔버(300)에서 진행 중인 공정이 완료될 때까지 안정적으로 공정 가스를 공급하도록 실린더 장치(200)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 가스 공급용 콘트롤 장치(100)는 메인 전원 차단시 공정 챔버(300)에서 진행 중인 공정이 완료될 때까지 서브 콘트롤러를 이용하여 실린더 장치(200)의 센서들로 전원을 공급하고, 솔레노이드 밸브들의 구동을 제어하여 에어 밸브들을 통해 공정 가스를 계속해서 공정 챔버(300)에 공급한다.
도 2는 도 1의 가스 공급용 콘트롤 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 가스 공급용 콘트롤 장치(100)는 정상 상태(normal state)에서 동작하는 메인 콘트롤러(110)와, 이상 상태(abnormal state)에서 동작하는 서브 콘트롤러(120)를 포함한다.
메인 콘트롤러(110)는 정상 동작시에 솔레노이드 밸브의 구동을 제어한다.
서브 콘트롤러(120)는 메인 콘트롤러의 이상 상태를 감지하고, 이상 감지 시에 메인 콘트롤러(110)를 대신하여 솔레노이드 밸브의 구동을 제어한다.
메인 콘트롤러(110)와 서브 콘트롤러(120)는 디지털 인터페이싱을 통해 디지털 감지 정보를 서로 공유한다.
일 예로, 메인 콘트롤러(110)의 PLC(Programmable Logic Controller) 디지털 출력과, 서브 콘트롤러(120)의 디지털 입력이 디지털 인터페이싱을 통해 공유될 수 있다. 이때, 서브 콘트롤러(120)는 메인 콘트롤러(110)의 이상 감지시 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하여 공정 챔버(300)로 공정 가스가 공급되는 것을 차단할 수 있다.
다른 예로, PLC(Programmable Logic Controller) 디지털 입력과, 서브 콘트롤러(120)의 디지털 출력이 디지털 인터페이싱을 통해 공유될 수 있다. 이때, 서브 콘트롤러(120)는 메인 콘트롤러(110)의 이상 감지시메인 콘트롤러(110)를 대신하여 솔레노이드 밸브의 구동을 제어함으로써, 공정 챔버(300)로 공정 가스가 정상적으로 공급될 수 있도록 한다. 또한, 서브 콘트롤러(120)는 메인 콘트롤러(110)의 이상 감지시 메인 콘트롤러(110)를 대신하여 히터의 구동을 제어하기 위한 히팅 온도를 모니터링함으로서, 공정 가스가 액화되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 메인 콘트롤러(110)와 서브 콘트롤러(120)는 아날로그 인터페이싱을 통해 아날로그 감지 정보를 서로 공유한다. 일 예로, 서브 콘트롤러(120)는 메인 콘트롤러(110)의 이상 감지시 메인 콘트롤러(110)를 대신하여 가스 공급 압력과 실린더 무게 등을 계속해서 모니터링 할 수 있다.
도 3은 메인 콘트롤러와 서브 콘트롤러가 디지털 인터페이싱을 통해 상호 연결되는 것을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 메인 콘트롤러(110)와 서브 콘트롤러(120)가 디지털 인터페이싱을 통해 상호 연결되어 디지털 감지 정보를 공유할 수 있다.
디지털 감지 정보는 불꽃감지광 센서로부터 입력되는 불꽃감지센싱 정보와, 고온온도센서로부터 입력되는 고온온도센싱 정보와, 가스누출센서로부터 입력되는 가스누출센싱 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 불꽃감지광센서, 고온온도센서 및 가스누출센서는 실린더 장치(200) 내에 장착될 수 있다.
메인 콘트롤러(110)는 정상 동작시 히팅온도센싱 정보를 기초로 공정 가스의 액화 상태를 방지하기 위해 히터의 구동을 제어할 수 있다. 또한, 서브 콘트롤러(120)는 이상 감지시 히팅온도센싱 정보를 기초로 공정 가스의 액화 상태를 방지하기 위해 히터의 구동을 제어할 수 있다.
도 4는 메인 콘트롤러와 서브 콘트롤러가 아날로그 인터페이싱을 통해 상호 연결되는 것을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 메인 콘트롤러(110)와 서브 콘트롤러(120)가 아날로그 인터페이싱을 통해 상호 연결되어 아날로그 감지 정보를 공유할 수 있다.
아날로그 감지 정보는, 압력 센서로부터 입력되는 가스 공급 압력 센싱 정보와, 무게 센서로부터 입력되는 실린더 무게 센싱 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 압력 센서, 및 무게 센서는 실린더 장치 내에 장착될 수 있다.
도 5는 가스 공급용 콘트롤 장치와 가스 모니터링 시스템간의 연결 구성을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 가스 공급용 콘트롤 장치(100)는 모니터링 시스템(130)과 전환 스위치(140)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 가스 공급용 콘트롤 장치(100)는 메인 콘트롤러(110)의 이상 상태 발생시, 통신 선로에 연결된 서브 콘트롤러(120)가 대신 동작함으로써, 가스 공급 상태를 모니터링 시스템(130)에서 지속적으로 감시할 수 있게 하고, 압력, 무게 히터 제어가 가능하게 할 수 있다.
구체적으로, 모니터링 시스템(130)은 메인 콘트롤러(110) 및 서브 콘트롤러(120)와 선택적으로 통신하여 공정 가스의 공급 상태를 지속적으로 감시한다. 다시 말해, 모니터링 시스템(130)은 정상 동작시에 메인 콘트롤러(110)와 통신하여 공정 가스의 공급 상태를 지속적으로 감시하는 반면, 이상 동작시에 서브 콘트롤러(120)와 통신하여 공정 가스의 공급 상태를 지속적으로 감시한다.
정상 동작시에 전환 스위치(140)는 통신 선로를 통해 메인 콘트롤러(110)와 모니터링 시스템(130)을 상호 연결한다. 반면, 이상 동작시에 전환 스위치(140)는 통신 선로를 통해 서브 콘트롤러(120)와 모니터링 시스템(130)을 상호 연결한다.
이러한 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 메인 콘트롤러의 동작 이상 시에도 서브 콘트롤에서계속해서 공정 가스의 공급을 제어할 수 있어 공정 가스 차단으로 인한 공정 불량을 미연에 방지할 수 있다.
둘째, 본 발명은 메인 콘트롤러의 동작 이상 시에도 가스 압력, 실린더 무게 등을 모니터링 할 수 있고, 히터의 구동 및 제어가 가능한 이점이 있다.
셋째, 본 발명은 메인 콘트롤러의 동작 이상 시에도 중앙 통제실에서 감시하는 가스 모니터링 시스템으로 전환하여 통신 불량이 발생하지 않고 압력, 무게, 히터 정보등에 대한 지속적 감시가 가능하여, 가스 공급 시스템의 상태를 정확히 알 수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 가스 공급용 콘트롤 장치 110: 메인 콘트롤러
120: 서브 콘트롤러 130: 모니터링 시스템
140: 전환 스위치 200: 실린더 장치
300: 공정 챔버

Claims (5)

  1. 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 에어 밸브와, 상기 에어 밸브에 밸브 구동 가스를 공급하거나 차단하여 상기 에어 밸브를 개폐시키는 솔레노이드 밸브를 갖는 실린더 장치; 및
    상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 가스 공급용 콘트롤 장치를 구비하고,
    상기 가스 공급용 콘트롤 장치는,
    정상 동작시에 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 메인 콘트롤러와,
    상기 메인 콘트롤러의 이상 상태(abnormal state)를 감지하고, 이상 감지 시에 상기 메인 콘트롤러를 대신하여 상기 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 서브 콘트롤러를 포함하고,
    상기 메인 콘트롤러와 상기 서브 콘트롤러는 디지털 인터페이싱을 통해 디지털 감지 정보를 공유하고,
    상기 메인 콘트롤러와 상기 서브 콘트롤러는 아날로그 인터페이싱을 통해 아날로그 감지 정보를 공유하는 가스 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 감지 정보는,
    불꽃감지광센서로부터 입력되는 불꽃감지센싱 정보와,
    고온온도센서로부터 입력되는 고온온도센싱 정보와,
    가스누출센서로부터 입력되는 가스누출센싱 정보를 포함하고,
    상기 불꽃감지광센서, 상기 고온온도센서, 및 상기 가스누출센서는 상기 실린더 장치 내에 장착되는 가스 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 콘트롤러는 상기 정상 동작시상기 히팅온도센싱 정보를 기초로 상기 공정 가스의 액화 상태를 방지하기 위해 히터의 구동을 제어하고,
    상기 서브 콘트롤러는 상기 이상 감지시 상기 히팅온도센싱 정보를 기초로 상기 공정 가스의 액화 상태를 방지하기 위해 히터의 구동을 제어하는 가스 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 아날로그 감지 정보는,
    압력 센서로부터 입력되는 가스 공급 압력 센싱 정보와,
    무게 센서로부터 입력되는 실린더 무게 센싱 정보를 포함하고,
    상기 압력 센서, 및 상기 무게 센서는 상기 실린더 장치 내에 장착되는 가스 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급용 콘트롤 장치는,
    상기 메인 콘트롤러 및 상기 서브 콘트롤러와 선택적으로 통신하여 상기 공정 가스의 공급 상태를 지속적으로 감시하는 모니터링 시스템과,
    상기 정상 동작시 통신 선로를 통해 상기 메인 콘트롤러와 상기 모니터링 시스템을 상호 연결하고, 상기 이상 감지시 상기 통신 선로를 통해 상기 서브 콘트롤러와 상기 모니터링 시스템을 상호 연결하는 전환 스위치를 더 포함하는 가스 공급 시스템.
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