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KR0171627B1 - 고순도의 화학제품을 운반 및 분배하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

고순도의 화학제품을 운반 및 분배하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR0171627B1
KR0171627B1 KR1019930700793A KR930700793A KR0171627B1 KR 0171627 B1 KR0171627 B1 KR 0171627B1 KR 1019930700793 A KR1019930700793 A KR 1019930700793A KR 930700793 A KR930700793 A KR 930700793A KR 0171627 B1 KR0171627 B1 KR 0171627B1
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chemicals
vessels
chemical
valve
Prior art date
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KR1019930700793A
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KR930702661A (ko
Inventor
토빈 제아츠 제이.
Original Assignee
유진 베르노스키
어플라이드 케미칼 솔루션즈
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Filing date
Publication date
Application filed by 유진 베르노스키, 어플라이드 케미칼 솔루션즈 filed Critical 유진 베르노스키
Publication of KR930702661A publication Critical patent/KR930702661A/ko
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 및 유사한 공정에 사용하기 위한 매우 높은 순도의 화학제품을 이송 및 전달하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공한다. 다수의 고번 압력용기(26, 74a, 74b)를 사용함으로써, 화학제품은 실제로 어떠한 용적원(10)으로부터 끌어올려져서 하나 또는 그 이상의 최종 사용자 (106)에게 전달된다. 밀봉된 도관들을 통하여 화학제품을 끌어올리기 위한 진공 시스템(32)의 사용은 시스템내의 유지문제 및 오염의 원인인 펌프에 대한 필요성을 제거시킨다. 다수의 용기들(26, 74a, 74b)은 최종 사용자(106)에게로의 연속적인 화학제품 전달, 사용이 거의 없는 기간동안의 재순환 및 규칙적인 여과(120, 64, 102) 및 한 부재가 고장인 경우 시스템 운휴를 피하기 위한 고유의 잉여부분을 포함하여 다양한 흐름선택을 제공한다.

Description

[발명의 명칭]
고순도의 화학제품을 운반 및 분배하기 위한 장치 및 방법
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 가공화학제품의 이송, 저장 및 분배에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 웨이퍼 및 유사한 제품의 제조와 같은 다양한 산업에 사용하기 위한 초고순도의 화학제품의 이송, 저장 및 분배를 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다.
[선행기술의 설명]
많은 산업분야에서 처리화학제품을 실제로 모든 불순물이 제거된 상태로 유지하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어, 반도체 산업에서 반도체 웨이퍼 제조에 사용되는 화학제품, 예를 들면, 황산, 과산화수소 및 수산화암모늄의 순도는 미크론보다 작은 입작크기를 가지고 있는 입자들이 밀리리터당 약 25(또는 그 이하)개일 정도의 수준으로 순수해야만 한다. 이러한 순도기준의 결과로서, 패들이 달린 펌프 및 그와 유사한 장치와 같은 많은 종래의 화학제품 운반 및 분배방법들은 완전히 불만족스럽다는 것이 증명되었다.
이러한 산업분야에서 또한 관심의 대상이 되는 것은, 사용되는 화학제품중 많은 것들이 독성을 가지고 있으며, 따라서 조심스럽게 취급되어야 한다는 것이다. 적당한 순도 및 작업자의 안전을 보장하기 위해서는 그러한 화학제품이 환경이나 작업자들과의 접촉이 최소화되면서 밀폐된 시스템내에서 운반, 저장 및 분배되는 것이 매우 중요하다.
일반적으로 오늘날에는 고순도 화학제품 운반을 위해 2가지 방법중 한가지가 사용된다. 첫번째 방법은 펌프를 이용한 전달(pumped delivery)로서, 이 방법에서는 통상적으로 공기로 움직여지는 이중 격막 타입인 절대대체 펌프(positive displace-ment pump)가 사용되어, 화학제품의 용적원(balk source)으로 부터의 흡인입구에서의 들림(lift) 및 동시에 최종 사용자에 대한 출구에서의 압력을 제공한다. 이 시스템에서는, 화학제품은 화학물질 드럼으로 부터 들어올려져서 펌프를 통해 구동된 후 사용지점까지 밀려나간다. 이 방법은 널리 사용되고는 있지만 만족스럽지는 못하다.
펌프를 이용한 전달 시스템의 결점은 다양한다. 이 시스템으로는 화학제품 용적원으로 부터 단지 최소한의 리프트 - 통상 제곱인치당 수 파운드 정도의 양 -만을 제조할 수 있다. 더욱이, 이 시스템은 오염문제가 심각하다 : 펌프 격막물질(예컨대, 테플론 R)의 신속한 팽창 및 수축은 기계적 분해를 유발하여 분해 부산물(이것들중 대부분은 최신식의 여과장비로도 여과하기에는 너무 작다)이 화학적 처리 스트림안으로 유입되며, 나아가 펌프의 신속한 작용(통상 1분당 60 사이클 이상)으로 시스템에 큰 충격이 가해져서 필터를 통과하는 입자들에 힘을 가하게 되는 가압흐름이 생성되어, 결국 필터가 무용지물로 되는 경향이 있다. 결국, 이 시스템에 고유한 기계적 충격으로 인하여 일정한 유지문제가 발생한다.
오늘날 일반적으로 사용되는 다른 시스템은 단지 상기 문제점들중 일부만을 문제점으로 가지고 있다. 펌프/압력 분배에서 화학제품의 용적원으로 부터의 리프트를 제공하기 위해 역시 절대 대체 펌프가 사용된다. 그러나, 화학제품들은 중간 용기로 분배되고, 중간 용기로 부터 사용구역까지 화학제품을 이동시키기 위해 비활성 기체압력이 사용된다.
펌프/압력 시스템이 화학제품 순도를 보장하기 위한 필터의 사용에 대해서는 좀 더 낫게 조절되고, 보다 유리하긴 하지만 이 시스템 역시 미크론 이하의 크기를 가지는 화학제품에 있어서는 마찬가지로 심각한 결점을 가지고 있다. 이 시스템에서도 이중 격막 펌프에 의해 제공되는 리프트가 제한된다. 나아가, 그러한 펌프는 분해를 일으키기 쉬워서 부산물이 화학제품 스트림으로 유입된다. 결국, 분배를 위한 단일 압력용기의 사용은 분배가 연속적이 아니라, 오히려 압력용기의 크기를 토대로 한 배치 크기로 강요된다는 것을 의미한다. 만약 수요가 압력용기의 부피를 초과하면 펌프가 압력용기를 재충전하는 동안에 추가의 분배가 줄을 지어 대기되어야 한다. 또는 달리, 분배용기의 압력과 동일하거나 그것보다 큰 펌프로 부터의 압력이 수요가 있는 동안 분배용기를 보충하거나 재충전하기 위하여 분배용기에 적용되어야 한다 ; 이것은 여과와 유지문제를 한층 더 심화시킨다.
따라서, 본 발명의 1차적인 목적은, 어떠한 용적원으로 부터 고순도의 처리화학제품을 효과적으로 운반하고 최종 사용장소까지 정확하게 그리고 오염없이 그것들을 분배하는 화학제품 운반 및 분배장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 정확한 여과를 허용하고 시스템의 기계적 충격을 최소화하기 위해 일관된 속도에서의 일정한 흐름을 제공하는 그러한 운반 및 분배 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분해 또는 유지문제를 일으키기 쉬운 펌프 또는 다른 운반장치를 사용하지 않고 분해에 영향을 받을 수 있는 다른 어떠한 이동부재를 최소한으로 사용하는 운반 및 분배 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 시스템의 구성요소가 고장난 경우에 완전한 시스템 운휴를 피하기 위해 실제로 무제한의 분배용량 및 고유의 잉여부분을 제공하기 위하여 다중 흐름통로를 가지고 있는 운반 및 분배 시스템을 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
본 발명은 어떠한 용적원으로 부터 다수의 최종 사용장소까지 고순도 화학제품을 운반하고 분배하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 화학제품 보관용기를 교대로 감압 및 가압하기 위해 진공 시스템 및 압력 시스템을 사용하는 것을 포함한다. 용기를 진공으로 만듦으로써 화학제품을 용적원으로 부터 용기로 인발할 수 있으며, 용기안의 압력을 생성시킴으로써 화학제품은 최종 사용장소로 또는 가압될 수 있는 하나 또는 그 이상의 중간 용기로 분배될 수 있다. 다중 용기의 사용으로 최종사용자에게로의 화학제품의 동시 분배와 용기의 재충전이 가능해지며, 이것은 본질적으로 무제한적인 연속 화학제품 분배를 제공한다.
다중의 교번 압력용기 및 다중 흐름통로를 사용함에 의해, 본 발명은 많은 분야에 쉽게 적용된다. 그러한 것들은 최종 사용자에게로의 연속적 흐름을 보장하는 것을 포함하는데, 이것은 짧은 사용기간동안 재순환 및 재여과를 제공하고, 시스템의 하나 또는 그 이상의 구성요소가 고장인 때에도 화학제품의 계속적인 분배를 보장하기 위한 잉여부분을 제공한다. 시스템의 마이크로프로세서 제어는 정확하고, 연속적인 모니터링을 제공하고, 화학제품 운반 빛 분배의 모든 측면을 제어하기 위해 실행된다.
본 발명은 분해, 오염 및 유지문제를 일으키기 쉬운 직렬식(in-line) 펌프에 대한 필요성을 완전히 제거한다. 더욱이, 본 발명은 유지 문제점을 크게 감소시키고 정확한 여과 및 유체분배에 매우 유리한 시스템에서의 일정하고 제어된 흐름을 제공한다.
완전히 폐쇄된 운반 및 분배 시스템은 최종 사용장소에서 화학제품을 분배하기 위하여 용적원의 초기 분배로 부터 모든 화학제품을 취급할 필요를 크게 감소시키는 본 발명에 의해 제공된다. 이 폐쇄 시스템은 사용자에 대한 건강(위생보건)문제와 나아가서는 잠재적인 오염문제까지도 피하게 해준다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 작용은 첨부되는 도면과 관련하여 고려될 때 하기 설명으로 부터 명백해져야 한다.
제1도는 본 발명의 장치의 바람직한 구현예의 개략도이고, 제2도는 본 발명에 대한 제어장치의 한 구현예의 개략도이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 용적원으로 부터 최종 사용자의 장소까지 모든 가능한 형태의 고순도 화학제품을 정확하고 효과적으로 운반하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다.
제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 화학제품은 5 내지 800 리터 또는 그 이상의 부피의 용적원 콘테이너(10)의 산업장소까지 분배된다. 용적원(10)의 형태는 상부, 측면, 또는 바닥이 개방된 드럼형태 또는 다른 밀봉 콘테이너일 수 있다. 일반적으로 용적원(10)은 그것의 상부에 하나 또는 그 이상의 오프닝을 가지고 있어서, 용적원으로 부터 화학제품을 가장 편리한 운반방법인 수직위치로 흡인제거할 수 있다. 공급도관(12 또는 14)은 화학 제품의 제거(회수)를 제공하기 위해 공지되어 있는 어떠한 방식으로든지 용적원(10)안에 삽입되어 부착된다. 자연적으로 상부-오프닝 공급원(10)이 사용되면, 공급도관(12,14)은 공급원으로 부터의 화학제품의 완전한 제거를 보장하기 위하여 용적원(10)의 바닥으로 운반시키기 위해 충분히 길어야 하거나 적당히 연장되어야 한다. 다중 공급도관(12,14)은 연속운반을 보장하기 위해 화학제품 용적원(10) 사이에서 교대되는 것이 바람직하다. 각각의 공급도관(12,14)에는 각각 유체취급밸브(16 및 18)가 구비되어 있다.
본원에 기술되는 설명을 통해 사용되는 바, 모든 유체취급밸브는 특정 디자인 명세 및 사용된 화학제품에 적절한 적당한 모든 물질로 부터 제조될 수 있음이 인지되어야 한다. 이하에서 명백해지는 바와 같이, 그러한 밸브는 액체 및 가스유체 및, 바람직하게는 0 내지 100 psig 압력의 유체를 모두 취급할 수 있다는 것이 중요하다.
퍼플루오로알콕시(PFA) TEFLON R (즉, 폴리터트라플로오로에틸렌) 또는 유사한 물질로 제조된 격막-형 밸브가 바람직하다.
그런 다음 공급도관(12,14)은 주 공급도관(20)과 결합되어 밸브(22 와 24)를 통과하여 상부 포트(28) 및 하부 포트(29)를 경유하여 리프팅 용기(26)안으로 연결된다. 리프팅 용기(26)에는 또한 진공 시스템(32)에 부착하기 위한 오프닝(30)과 압력 시스템(36)에 부착하기 위한 오프닝(34)이 구비되어 있다. 진공 시스템은 밸브(38)에 의해 제어되며, 압력 시스템(36)은 밸브(40)에 의해 제어된다. 적절한 조작을 위해서 수준센서(42)가 용기(26)안의 유체수준을 정확히 모니터링하기 위해 구비되어야 한다. 용량형 수준센서가 바람직하다. 리프팅 용기(26)에는 또한 압력방출밸브(44)가 구비되어야 한다.
또한, 본 명세서를 통해 사용되는 바, 모든 압력완화밸브가 모든 적당한 물질로 부터, 및 각각의 설치를 위해 적절한 디자인 명세에 따라 제조될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 바람직한 압력완화밸브들은 압력이 사용자 명세를 초과한 때 파열되기 위해 고안된 파열 디스크 타입이다. 일반적으로 밸브들은 100psig 이하의 압력에서 개방되도록 디자인되어야 한다.
리프팅 용기(26)는 어떠한 필요한 크기로 및 적당한 물질로 제조될수 있다. 바람직하게도 용기(26)는 스테인레스 강 탱크(예컨대, 타입 316L 스테인레스 강, 전해 연마되고 표면이 부동태화 됨), PFA TEFLON 또는 유사물질로 이루어진 내부 라이너, 및 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 외부 압력탱크로 이루어진 다중층 구조물이다.
용기(26)는 0 내지 100psig 의 압력작동범위 및 700 내지 50 토프(torr)의 진공작동범위를 가져야 한다. 공칭 용기크기는 약 20 리터여야 하지만, 적용분야에 따라 용기의 크기는 900 내지 1000 리터에 달할 수도 있고 그 이상일 수도 있다.
진공 시스템(32)은 유체취급밸브(38), 가시배기도관(46), 물 트랩(trap)/스크루버(scrubber)(48), 및 하나 또는 그 이상의 진공펌프(50a 및 50b)를 포함한다.
가스는 배기도관에 네가티브 압력을 생성시키기 위해 펌프(50)를 작동시키고 있는 리프팅 용기로 부터 배기된 후 오프닝 밸브(38)에 의해 배기된다.
펌프(50)는 리프팅 용기안에서 700 내지 50 토르의 네가티브 압력을 생성하는데에 필요한 크기 및 구조라면 어떤 형태라도 좋다. 20 리터의 리프팅 용기를 적절하게 배기하기 위해서는, 5 내지 50 CFM 용량의 진공펌프가 제공되어야 한다. 필요없는 시스템 운휴를 피하기 위해서는, 다수의 펌프에 펌프고장인 경우 또는 보다 많은 가스배기용량이 필요한 경우, 다수의 펌프 사이에 자동 스위치 장치가 구비되어야 한다.
공지 구조의 물 트랩/스크루버(48)는, 진공 스트림에 포획되는 어떠한 화학제품 잔류물을 도관(46)을 통하여 소모된 곳으로 부터 제거하기 위하여, 및 도관(46)을 펌프(50)로 부터 시스템안으로 유입될 수 있는 어떠한 및 모든 오염물이 없는 상태로 유지하기 위한 수단으로서 제공된다. 물입구(52)와 배수구(54)는 스크루버 물의 주기적 대체를 가능하게 하기 위해 트랩(48)상에 제공되어야만 한다. 자연적으로, 다른 여과 또는 스크루버 수단이 트랩(48)을 대체할 수 있다.
압력 시스템(36)은 유체취급밸브(40), 가압가스도관(56), 압력센서(57), 및 가압가스공급원(58)을 포함한다. 화학제품이 운반되는 동안 0 내지 100psig 의 압력에서, 바람직하게는 5 내지 15psing의 압력에서 리프팅 용기를 가압하고 유지하기 위해 충분한 가스용량이 제공되어야만 한다. 가스의 선택은 특정용도에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로는 질소, 아르곤, 헬륨, 네온 등과 같은 희귀 가스 또는 비활성 가스가 사용될 수 있다. 질소와 아르곤이 비용 및 활용성의 장점 때문에 대부분의 용도에 바람직하다. 리프팅 용기(26)에 대한 압력적용의 제어는 압력센서(57)와 결합되어 있는 밸브(40)에 의해 제어된다.
하부 포트(29)를 통해 리프팅 용기(26)를 빠져나가는 화학제품은 밸브(24)와 공급도관(20)의 일부분을 지나 운반도관(60)으로 운반된다. 운반도관(60)은 밸브(62), 필터장치(64), 밸브(66) 및 결합부(68)를 포함한다. 결합부(68)에서 운반도관은 2개의 별도의 운반도관(70a 및 70b)으로 나누어진다. 운반도관(70a)을 통과하는 흐름은 밸브(70a)를 지나 상부 포트(76a) 및 하부 포트(78a)를 경유하여 분배용기(74a)로 운반된다. 마찬가지로, 운반도관(70b)을 통과하는 흐름은 밸브(72b)를 지나 상부 포트(76b)와 하부 포트(78b)를 경유하여 분배용기(74b)안으로 운반된다.
본원에 기재된 바람직한 본 발명의 적용에서, 분배용기(74a 와 74b)는 구조 및 작용이 동일하다는 것이 인지되어야 한다. 나아가, 도시된 구현예에서, 분배용기(74)는 또한 리프팅 용기(26)와 구조 및 작용면에서 동일하다. 따라서, 각 분배용기(74)는 밸브(82)에 의해 제어되는 진공 시스템(32)에 부착하기 위한 오프닝(80) ; 밸브(86) 및 압력센서(88)에 의해 제어되는 압력 시스템(36)에 부착하기 위한 오프닝(84) ; 수준센서(90) ; 및 압력방출밸브(92)를 포함한다.
분배용기(74a,74b)에는 그 자체의 진공 시스템 및 가압된 가스 시스템이 구비될 수 있지만, 전체의 운반 및 분배장치에 대해 하나의 진공 시스템 및 하나의 가압된 가스 시스템을 이용할 수 있도록 적절한 수의 도관이 제공되는 것이 바람직하다.
하부 포트(78a,78b)를 통해 분배용기(74a,74b)중 어느 하나를 빠져나가는 화학제품은 밸브(94a,94b)를 지나 분배도관(96a 및 96b)으로 운반되어 결합부(98)에 도달한다. 결합부(98)에서 2개의 분배도관(96a,96b)은 결합되어 주 분배도관(96)을 형성한다. 분배도관(96)을 통한 흐름은 밸브(100), 필터장치(102), 밸브(104)를 통과한 후 모든 최종 사용자 장소(즉, 사용지점)(106)에서 이용되기에 필요한 만큼의 많은 별도의 개개의 분배도관안으로 나누어질 수 있다. 각각의 최종 사용자 장소(106)로의 흐름은 밸브(108a 내지 108f)에 의해 제어된다.
많은 중요한 선택(option)이 본 발명으로 인해 쉽게 사용될 수 있다. 제1도에 도시된 바와 같이, 복귀도관(110)은 용적원(10)으로 되돌아가는 화학제품의 재순환 또는 짧은 사용기간동안 운반 및 분배장치를 통한 화학제품의 철회를 제공하기 위해 주 분배도관(96)으로 부터 또는 최종 사용자 장소(106)에 있는 분배도관들로 부터 제공될 수 있다. 이러한 선택의 목적은 최상의 실시성능, 화학제품의 균질성, 및 모든 화학제품의 시스템내에서의 규칙적인 여과를 보장하기 위한 것이다.
복귀도관(110)을 통한 흐름은 밸브(112)에 의해 제어된다. 이 단계에서, 흐름은 복귀공급도관(114a 또는 114b)을 경유하여, 각각 밸브(116a) 또는(116b)의 작용을 통해 용적원(10)으로 직접 되돌아갈 수 있다. 또는 달리, 흐름은 시스템을 통해 재순환하도록 계속될 수 있다. 이것은 도관(110), 밸브(118), 필터장치(120), 및 복귀도관(110)이 공급도관(20)에 결합되는 곳인 밸브(122)를 통한 직접 흐름에 의해 이루어진다.
이 재순환 공정은 수동으로 이루어질 수 있지만, 짧은 사용기간동안 또는 사용하지 않는 동안 시스템이 화학제품을 자동적으로 재순환시키는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 흐름의 정도를 측정한 후 하기 설명되는 바와 같이 컴퓨터 제어기에 계수형 피이드백을 제공하기 위한 흐름센서가 도관(96)에 제공될 수 있다.
사용될 수 있는 다른 선택은 분배도관(96)상의 흐름 제어부(124)를 사용하여 최종 사용자 장소(106)에 이르는 유속을 제어하는 것이다. 흐름 제어부는 분배도관(96)에 설치된, 예컨대 패들 휠 또는 유도타입과 같은 흐름센서(126) ; 바람직하게는 컴퓨터 제어기와 쉽게 접속될 수 있는, 계수적으로 제어되는 흐름 계측기(128) ; 및 최종 사용자에게 매우 정확한 유속을 제공하기 위하여 흐름 계측기에 반응할 PFA TEFLON, 스테인레스 강, 또는 유사한 물질로 제조된, 바람직하게는 니들밸브 타입의 동력설비가 설치된 제어밸브(130)를 포함한다. 바람직한 적용에서, 계수형 흐름 계측기(128)는 초음파 흐름센서(126)에 부착되어 시스템 제어기 또는 프로그램이 가능한 논리형 제어기(PLC)에 계수형 또는 아날로그형 출력(예컨대, 4 내지 20mAmps)을 제공한다.
흐름 제어부(124)와 제어기의 계면은 또한 상술된 자동 재순환 기능을 지시하기에 필요한 화학제품 수용에 대하여 필요한 정보를 제공할 수 있음이 인정되어야 한다.
많은 적용분야에서 필요하게 될 다른 선택은 시스템 전체를 통한 하나 또는 그 이상의 필터장치의 부가이다. 그러한 필터는 제1도에서 엘레먼트(64),(102) 및 (120)으로서 도시된다. 본 발명으로 가능한 제어된 흐름은 시판되는 필터장치를 사용하여 정확한 여과를 가능하게 한다. 공지되어 있는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 제조와 같은 적용분야에 대해서는, 다수의 화학제품은 밀리리터당 0.3 미크론보다 큰 입자 50개 또는 밀리리터당 0.5 미크론보다 큰 입자 15개의 수준으로 유지되어야 한다. 반도체 유체는 가능한 한 입자가 없어야 한다. 신규 물질도 활용가능하게 되기 때문에 실험적인 하한선은 변경될 수 있으리라 예측된다. 그러나, 본 발명의 기본적인 신규성(즉, 저충격 운반)은 본질적으로 변하지 않고 남아 있을 것이다. 본 발명의 내용은 특정순도 적용에 대해 그 사용이 제한되지는 않지만, 매질 또는 필터크기에 관계없이 순간 파동되는 흐름은 유체와 원심력 또는 회전날개 펌프와 밀접하게 접촉할 것이므로 항상 문제가 될 것이다.
허용되는 시판중인 필터장치로는 미합중국 매사추세츠주 베드포드 소재의 밀리포어 코포레이션으로 부터 구입할 수 있는 밀리포어 0.05 미크론 TEFLON 매질과 양립하는 것들이 있다. 필터장치는 본 발명의 특정 사용에 적합하다면 어떤 형태의 것이어도 좋다. 일반적으로 그러한 장치는 0.1 내지 0.05 미크론을 여과하는(그리고 또한 거품 포인트 시험을 통과하는)것들이다.
크기 및 특수여과 요건은 적용용도에 크게 좌우된다. 20 리터의 리프팅 및 분배용기를 사용하는 대부분의 반도체 적용분야에 대해서는, 1분당 0 내지 40 리터 또는 그 이상의 흐름용량을 가지고 있고, 밀리리터당 0.2 미크론 보다 적은 입자 10개 정도의 수준에서 여과하는, 제1도에 도시된 바와 같이 세개의 필터장치면 충분하다.
시스템에서 생성된 모든 오염물질의 제거를 보장해주고 화학제품의 균질성 유지를 보조하는 필터의 사용뿐만 아니라, 정확한 여과로 인해 또한 용적원으로 부터 분배된 화학제품의 순도수준을 초과하는 화학제품이 최종 사용자 장소에 제공될 수 있다.
본원에 기재된 여과 단계들중 어느 것이든지 평행하게 배향된 둘 또는 그 이상의 필터들로 구성될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 이러한 배열은 한 필터 엘레먼트의 작용을 허용하는 한편, 다른 필터들은 온-라인(on-line) 및 작동상태를 유지한다.
본 발명으로 사용될 수 있는 다른 선택은 주기적인 샘플링(sampling) 및 모니터링을 제공하기 위한 시스템을 통한 부가적인 출구이다. 2개의 그러한 출구가 제1도에서 분배도관(96)상에 도시되어 있다. 출구(132)는 분배도관(96)에 있는 화학제품의 순도를 일정하게 또는 주기적으로 모니터링하기 위해 입자 카운터(counter)에 화학제품을 운반하기 위해 사용될 수 있다. 출구(134)는 다양한 다른 분석장치, 예컨대 원자흡수 분석기(AA), 가스 크로마토그래프(CG), 또는 유사한 장치에 화학제품을 운반하기 위해 사용될 수 있다.
제2도에 도시되어 있는 바와같이, 본 발명은 특히 그 자체로서 시스템을 통한 흐름을 지시하기 위해 활용가능한 마이크로프로세서 제어를 사용하여 작동하는 것을 가능하게 한다. 분배 시스템 1 (136)에서 프로그램 가능한 제어기, 예컨대 전용 마이크로프로세서 또는 래더 논리형(ladder logic) 제어기, 또는 개인전용 컴퓨터가 전 시스템에 걸쳐 제공된 다양한 계수형 센서에 반응하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 센서들로는 수준센서(42),(90a),(90b), 압력센서(57),(88a),(88b), 및 흐름센서(126)가 있다. 다양한 도관을 통과하는 흐름 및 또는 다양한 도관내의 압력을 모니터하기 위해 전 시스템에 걸쳐 다른 종래의 센서들도 설치될 수 있음이 인지되어야 한다.
공지 구조의 동력설비가 설치된 제어밸브를 사용하여, 프로그램 가능한 제어기는 전 시스템을 통하여 화학제품을 순간적으로 제어하고 시스템내의 수요의 변화 또는 문제점을 조정할 수 있다. 사용자 접촉면은 또한 어떠한 주어진 화학제품의 시스템의 정화를 포함하여, 모든 필요한 유지를 위한 순간적인 명령 프로세싱을 가능하게 한다.
제2도에 구체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 공지 네트워크의 하드웨어 및 소프트웨어의 사용은 본 발명이 하나 또는 그 이상의 다른 화학제품 운반 및 분배 시스템과 함께 제어되는 것을 가능하게 한다. 그러한 네트워크 시스템의 한가지 장점은 진공펌프(138) 및/또는 가압가스 공급원의 단일 뱅크가 다중 분배 시스템을 작동시키기 위해 사용될 수 있다는 것이다.
본 발명은 용적원으로 부터 사용자 장소까지 실제로 모든 형태의 화학제품을 운반 및 분배하기 위해 사용될 수 있다. 미크론 이하의 순도를 가지는 반도체 웨이퍼 제조를 위한 경우, 그러한 화학제품으로는 황산, 수산화암모늄, 과산화수소, 염산, 플루오르화수소산, 또는 수많은 다른 무기 및 유기 화학제품이 있다. 시스템용 재료의 선택은 적용분야에 크게 좌우된다. 대부분의 용도에 대해 도관, 용기, 밸브 등은 스테인레스 강, PFA TEFLON, 유리, 다른 플루오르 중합체(예컨대 ECTFE, 또는 PVDF), 또는 폴리올레핀(예컨대 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌)으로 부터 제조되거나 그것들로 안이 채워질 수 있다.
본 발명의 작동의 정확한 방법은 하기의 실시예를 통해 더 명백해질 것이다.
[실시예 1]
화학제품을 용적원(10) 또는 상업용 탱크로 부터 분배용기(74)로 운반하기 위해 다음 과정을 사용한다 : 화학제품 용적원(10)을 공급도관(12,14)에 부착시킨다. 최소 진공압력[(예컨대 600 내지 300torr (적용분야에 좌우됨)]을 진공 시스템(32)과 오프닝 밸브(38)를 작동시킴으로써 리프팅 용기(26)에 적용한다. 이때 다른 모든 밸브는 폐쇄되어 있다. 소망하는 압력에 도달하면 밸브(22)와 (24)를 개방하고, 이어서 밸브(16) 또는 (18)을 개방한다(즉, 용적원 부착과 화학제품이 먼저 요구되는 특정 용적원의 특성에 따라). 이런 방식으로 화학제품은 리프팅 용기(26)안으로 끌어당겨진다.
일단 수준센서(42)가 리프팅 용기(26)가 충전되었음을 나타내면 밸브(16) 또는 (18)이 개방되고, 이어서 밸브(22)와 (24)가 폐쇄된다. 그런 다음, 밸브(38)가 폐쇄되어 리프팅 용기(26)안의 진공이 제거된다.
리프팅 용기가 화학제품으로 채워지면 밸브(40)가 개방되고, 리프팅 용기(26)에 비활성 가스압력이 적용되어 2개의 분배용기(74a) 또는 (74b)중 어느 하나로 운반하기 위한 원동력을 제공한다. 소망하는 압력에 도달하게 되면(예컨대 5 내지 15psig), 밸브(24), (62), (66), 및 (72a)가 개방되고, 화학제품은 필터장치(64)를 통하여 분배용기(74a)에 운반된다. 만약 그 이전에 공기가 분배용기(74a)로 부터 제거되어 있지 않다면, 밸브(82a)가 또한 최소한 부분적으로라도 개방되어서 분배용기(74a)내에 정지되어 있는 가스가 유입되는 화학제품에 의해 대체되는 것이 가능하여야 한다.
그런 다음, 리프팅 용기(26)를 충전하고 가압하기 위해 사용된 단계들이 반복될 수 있다. 분배용기(74b)는 오프닝 밸브(24,62,66, 및 72b)[(그리고, 필요하다면 밸브(82b)]에 의해 충전될 수 있다.
[실시예 2]
수요에 따른 분배용기(74)로 부터 사용지점 또는 최종 사용자 장소(106)까지의 화학제품의 분배는 다음 방식으로 이루어진다 : 대기상태에서 분배용기(74a), (74b)는 둘 다 밸브(86a)와 (86b)를 열어줌으로써 원하는 수준(예컨대 5 내지 15psig)으로 비활성 가스를 사용하여 가압된다. 다른 모든 밸브는 폐쇄된 상태로 유지된다. 수요가 감지되면 밸브(94a), (100), 및 (104)가 개방되고, 그런 다음 밸브(108a) 내지 (108f)중 하나가 적절하게 개방된다.
비활성 가스압력은 화학제품을 분배용기(74a)로 부터 필터(102)를 통하여, 그리고 개방밸브(108)를 통하여 최종 사용장소(106)까지 밀어낸다. 대부분의 적용에서, 최종 사용장소까지 0 내지 100 리터/분의 유속이면 충분하다. 화학제품은 수요가 더 이상 감지되지 않거나 분배용기(74a)가 비워질때까지 최종 사용장소(106)까지 계속 분배될 것이다.
분배용기(74a)가 비워지면, 이 정보는 수준센서(90a)에 의해 분배된다. 만약 수요가 여전히 감지되면, 밸브(94a)가 폐쇄되고 밸브(94b)가 열려져서 화학제품은 방해받지 않고 분배용기(74b)로 부터 최종 사용장소(106)까지 흐를 수 있다. 화학제품이 분배용기(74b)로 부터 분배되는 동안, 분배용기(74a)는 상기 실시예 1 에서 설명된 방식으로 재충전될 수 있다.
이런 방식으로 분배용기들간의 교대 스위칭에 의해 필요한 한 화학제품의 연속적 흐름이 사용지점까지 제공될 수 있다. 최종 사용장소(106)에서 수요가 정지되면, 2개의 분배용기(74a), (74b)가 충전되고 대기 상태로 될 때까지 실시예 1 에 기재된 순서가 반복된다.
[실시예 3]
본원에 기재된 본 발명의 바람직한 구체예의 리프팅 용기(26) 및 2개의 분배용기(74a), (74b)와 동일한 구조물이 작동시 하나 또는 그 이상의 용기가 고장인 경우에 시스템에 고유한 대체를 보장하기 위해 제공된다. 만약 용기중 하나가 기능을 발휘하지 못하면 모든 필요한 밸브가 제공되어 나머지 용기중 어느 하나가 리프팅 용기 또는 분배용기중 어느 하나로써 작용하는 것이 가능하다. 또한 본 발명은 하나의 작동용기가 리프팅 용기와 분배용기로써 작용할 수 있는 경우에, 그 하나의 용기만으로서도 작동할 수 있음이 인지되어야 한다. 자연적으로, 작동이 단일 용기로 축소된다면, 연속적인 공급은 더 이상 제공될 수 없고, 그렇게 되면 화학제품은 배치식으로 분배되며, 이때에 용기가 재충전되는 동안 추가의 수요는 대기상태로 보유된다.
[실시예 4]
더 이상의 수요가 없을 때, 일정한 재순환은 일정한 여과를 제공하고 화학제품이 명세대로 남아 있을 것을 보장하기 위해 제공될 수 있다. 이것은 다음 방식으로 이루어질 수 있다: 수요가 없고 분배용기(74a), (74b)가 둘다 충전될 때 리프팅 용기는 상기 실시예 1 에 기재된 충전순서를 통해 계속 진행된다. 그러나, 화학제품이 분배용기(74a), (74b)에 운반되는 대신에, 리프팅 용기는 화학제품을 오프닝 밸브(122), (118), 및 (116a) 또는 (116b)중 어느 하나에 의해 용적원(10)으로 되돌려 보낸다.
[실시예 5]
일정한 재순환이 분배용기(74a), (74b) 및/또는 사용지점으로 부터 다음 과정에 따라 제공될 수 있다 :
화학제품에 대한 수요가 없는 경우, 화학제품은 분배도관(96)으로 부터 복귀도관(110)을 경유하여 오프닝 밸브(112)에 의해 복귀될 수 있다. 화학제품은 통로 또는 밸브(116a) 또는 (116b)에 의해 용적원(10)으로 복귀되거나, 또는 밸브(118) 및 (122)를 경유하여 리프팅 용기에 운반될 수 있다. 이런 방식으로 전 시스템에 걸쳐 일정한 재순환이 제공되며, 이로써 철저한 여과 및 화학제품의 균질성 및 최선의 입자성능이 보장된다.
상기 실시예로 부터 본 발명을 이용하여 무한한 흐름패턴이 예기될수 있음이 명백하다. 본 발명의 특별한 장점은, 본 발명이 막대한 분배, 재순환 및 잉여용량을 가지고 있는 한편으로, 현재 활용가능한 시스템에 비용 또는 복잡성이 거의 부가되지 않는다는 것이다. 더우기, 이동부재에 대한 요구를 최소화함으로써, 그리고 직렬식 펌프장치의 완전제거에 의하여 본 발명은 종래의 운반 및 분배장치로 상기와 같은 흐름패턴을 시도함으로써 부딪치게 될 심각한 오염 및 유지 문제점들을 피할 수 있다.
본 발명이 주로 미크론 이하 수준의 오염물질에 대해 순수한 상태로 유지되어야만 하는 현대의 특정 산업분야에서 사용되는 화학제품들의 효과적인 운반 및 분배가, 특히 반도체 산업의 웨이퍼 제조 및 유사한 처리를 위해 사용되는 화학제품들의 취급에 관해서 특정되어 있지만, 본 발명은 거기에만 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 실제로 모든 산업분야에서 모든 형태의 화학제품의 운반 및 분배에, 및 특히 고수준의 순도로 유지되어야만 하는 화학제품의 운반 및 분배에 적용될 수 있음이 인지되어야 한다. 다른 실례는 물리적으로 변하기 쉬운 매질(예컨대 생물학적 현탁액 등)이 충돌 또는 회전펌프와의 밀접한 및/또는 격렬한 접촉에 의해 변경 또는 파괴될 수 있는 제약 또는 생물의학 분야이다. 따라서, 본원에서 사용된 용어 화학제품은 모든 형태의 액체를 포함하는 것으로 의도되며, 순수하거나 또는 살아있는 미생물 또는 그 안에 현탁된 다른 물질과 혼합된 화학제품 및 액체를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 특정 구체예가 예시되고 설명되었지만, 본 발명이 그러한 예시 및 설명에 제한되어서는 안된다. 변화 및 수정이 첨부되는 특허청구의 범위의 범주내에 속하는 본 발명의 일부로서 포함되고 삽입될 수 있음이 명백하다.

Claims (12)

  1. 2개 이상의 용기(74a,74b), 용적원(10)과 각각의 용기(74a,74b) 사이의 공급도관(70a,70b), 각각의 용기(74a,74b)로 부터 최종 사용장소(106)까지의 분배도관(96a,96b), 및 용적원(10)으로 부터 각각의 용기(74a,74b)로 화학제품을 운반하기 위한 운반 시스템(32)를 포함하는, 용적원(10)으로 부터 최종 사용장소(106)까지의 화학제품 운반 및 분배를 위한 장치로서, 공급도관(70a,70b)을 통하는 유체흐름을 제어하기 위한 제1전자적 제어밸브(72a,72b) ; 각각의 용기(74a,74b)내의 화학제품의 존재를 검출하고, 여기에 응하는 전자신호를 제공하기 위한 감지수단(90a,90b) ; 분배도관(96a,96b)을 통하는 각각의 용기(74a,74b)로 부터의 유체흐름을 제어하기 위한 제2전자적 제어밸브(94a,94b) ; 분배도관(96a,96b)을 통하는 각각의 용기(74a,74b)로 부터의 화학제품의 가압기체자극을 독립적으로 제공하기 위한, 제3전자적 제어밸브(86a, 86b)를 포함하는, 각각의 용기(74a,74b)와 연통된 압력 시스템(36) ; 및 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브, 감지수단, 운반 시스템 및 압력 시스템에 결합된 전자제어 시스템(136)을 더 포함하며, 상기 전자제어 시스템(136)은 감지수단(90a,90b)으로 부터의 신호를 수신하고 분석하여 용기(74a, 74b)내의 유체수준을 측정하기 위한 제어수단, 용기가 비어 있을 경우에 용적원으로 부터 각각의 용기(74a,74b)내로 화학제품을 이동시키기 위해 운반 시스템(36) 및 제1밸브(94a,94b)를 작동시키고, 또다른 하나의 용기에 화학제품을 분배하는 경우에, 하나의 용기를 재충전시키는 제어수단, 용기가 충전된 경우에 각각의 밸브(74a,74b)를 가압시키기 위해 입력 시스템(36) 및 제3밸브(86a,86b)를 작동시키기 위한 제어수단, 및 화학제품을 분배하는 또다른 하나의 용기가 비워진 경우에, 하나의 용기위의 제2밸브를 개방시키고 비워진 화학제품을 분배하는 용기위의 제2밸브를 폐쇄시킴으로써 제2밸브(94a,94b)를 작동시켜서, 최종 사용장소(106)로 부터의 수요에 따라 용기(74a,74b)로 부터 분배도관(96a,96b)을 통해 최종 사용장소까지 연속적이고 차단되지 않은 화학제품의 흐름을 제공하는 제어수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 분배도관으로 부터 화학제품을 역으로 용적원(10) 및/또는 용기(74a,74b)로 재순환시키기 위한 재순환 도관(110)을 더 포함함을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 화학제품으로 부터 불순물을 차단하기 위해 재순환 도관내에 필터(120)를 더 포함함을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 장치가 재순환 도관을 통한 유체흐름을 제어하기 위한 제4전자제어밸브(112)를 더 포함하고 ; 전자제어 시스템이 최종 사용장소(106)에서 낮은 화학제품 수요기간 동안 용기(74a,74b)로 부터의 화학제품의 재순환을 제공하기 위해 제4밸브를 작동시키기 위한 제어수단을 더 포함함을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 용적원(10)과 최종 사용장소(106) 사이에 필터를 가짐을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 1035x103Pa(150osig)의 압력으로 분배된 가압기체를 제공하는 압력 시스템(36)을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 6항중 어느 한 항에 있어서, 운반 시스템(32)이 용기로 부터 기체를 선택적으로 배기시켜서 여기에서 화학제품-이동네가티브 압력을 발생시키기 위해 용기(74a,74b)연통된 진공 시스템임을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 진공 시스템이 700 내지 50torr 에서 용기(74a,74b)내에서 진공이 발생시킴을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 8항중 어느 한 항에 있어서, 압력 시스템(36)이 용기(74a,74b), 및 용기내로의 가압기체의 방출을 제어하기 위한 전자 제어밸브와 유체연통하고 있는 가압 비활성 기체 공급원(58)을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  10. 2개 이상의 용기(74a,74b), 용적원(10)과 각각의 용기(74a,74b) 사이의 공급도관(70a,70b), 각각의 용기(74a,74b)로 부터 최종 사용장소(106)까지의 분배도관(96a,96b), 용적원(10)으로 부터 각각의 용기(74a,74b)로 화학제품을 운반하기 위한 운반 시스템(32), 공급도관(70a,70b)을 통하는 유체흐름을 제어하기 위한 제1전자제어밸브(72a,72b), 각각의 용기(74a,74b)내의 화학제품의 존재를 검출하고, 여기에 응하는 전자신호를 제공하기 위한 감지수단(90a,90b), 분배도관(96a,96b)을 통하는 각각의 용기(74a,74b)로 부터의 유체흐름을 제어하기 위한 제2전자제어밸브(94a,94b) 분배도관(96a,96b)을 통하는 각각의 용기(74a,74b)로 부터의 화학제품의 가압기체자극을 독립적으로 제공하기 위한, 제3전자제어밸브(86a,86b)을 포함하는 시스템에서 용적원(10)으로 부터 최종 사용장소까지 화학제품을 운반하고 분배하기 위해 전자제어 시스템을 조작하기 위한 방법으로서, 감지수단(90a,90b)으로 부터의 신호를 수신하고 분석하여 용기(74a, 74b)내의 유체수준을 측정하는 단계 ; 용기가 비어 있을 경우에 용적원으로 부터 각각의 용기(74a,74b)내로 화학제품을 이동시키기 위해 운반 시스템(36) 및 제1밸브(94a,94b)를 작동시키고, 또다른 하나의 용기에 화학제품을 분배하는 경우에, 하나의 용기를 재충전시키는 단계; 용기가 충전된 경우에 각각의 밸브(74a,74b)를 가압시키기 위해 압력 시스템(36) 및 제3밸브(86a,86b)를 작동시키는 단계 ; 및 화학제품을 분배하는 또다른 하나의 용기가 비워진 경우에 하나의 용기위의 제2밸브를 개방시키고, 비워진 화학제품을 분배하는 용기위의 제2밸브를 폐쇄시킴으로써 제2밸브(94a,94b)를 작동시켜서 최종 사용장소(106)로 부터의 수요에 따라 용기974a,74b)로 부터 분배도관(96a,96b)을 통해 최종 사용장소(106)까지 연속적이고 차단되지 않은 화학제품의 흐름을 제공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 시스템이 분배도관(96a,96b)으로 부터 화학제품을 역으로 용적원(10) 및/또는 용기(74a,74b)로 재순환시키기 위한 재순환 도관(110), 불순물을 차단하기 위한 재순환 도관내의 필터(120), 및 재순환 도관을 통한 유체흐름을 제어하기 위한 제4전자제어밸브(112)를 더 포함하며, 최종 사용장소(106)에서 낮은 화학제품 수용기간동안 용기(74a,74b)로 부터의 화학제품의 재순환을 제공하기 위해 제4밸브를 작동시키기 위한 제어수단을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항 또는 11항에 있어서, 운반 시스템이 용기(74a,74b)와 연통하고 있는 진공 시스템을 포함하며, 용기로 부터 기체를 선택적으로 배기시켜서, 여기에서 화학제품-이동 네가티브 압력을 발생시키기 위해 진공 시스템을 작동시키는 제어수단을 포함함을 특징으로 하는 방법.
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