CN101228417A - 具有集成载荷单元的化学药品存储设备 - Google Patents

Abstract

一种化学药品存储设备(100)和监测化学药品使用的方法。该设备和所公开的方法采用化学药品存储罐(102)和集成至一个可运输单元的载荷单元(104)。该载荷单元(104)能够补偿在半导体产业中所使用的附加的分配设备增加的重量。另外，当将化学药品从化学药品存储设备(100)抽出时，载荷单元(104)连续显示化学药品的重量(220)。被组合入载荷单元(104)本身的载荷单元(104)的控制逻辑包括这些功能。

Description

具有集成载荷单元的化学药品存储设备

背景技术

多种化学药品可用作半导体工业中化学气相沉积的前体。一般地，用于在晶片上形成膜或层的前体为在室温下具有较低蒸汽压的液体(在室温下＜500托)。当前，前体材料被存储在密封和密闭的钢(根据前体特征为不锈钢、碳钢或者其它专用合金)罐中。可在化学气相沉积腔附近，这里随着每个罐用完，所述罐被周期性替换，或者所述罐用于大体积再装系统中，所述系统在使用罐的位置提供自动填充罐的源。

至少有两个原因可以解释为什么监测存储罐中的化学药品水平是重要的。第一个原因是保证在罐中有足够的前体以执行期望的化学气相沉积步骤。第二个原因是能够在替代罐之前的过程中采用最大量的前体化学药品。该第二点影响整体系统成本效率。一旦断开罐，则废弃任何剩余的材料。因此，如果在最大耗尽之前替换罐，则不仅废弃了材料，而且在处理附加废品时产生附加成本。

尝试了各种减少浪费的技术，包括采用浮控开关和液位传感器。但是到目前为止在实际运行中还没有证明为完全满意的方法。

当前所应用技术的主要缺点在于其不是普遍适用于所有的化学药品。例如，如果前体化学药品的比重改变，则浮控开关不能如所期望地运行。此外，液位传感器通常不能视觉显示罐中的内容物。为获得信息，该罐必须连至分配设备，并且必须在分配系统计算机或者可编程逻辑控制器上解释和显示液位传感器的信号。

因此，需要一种可实时监测化学药品使用而不论化学药品类型或者相的方法和化学药品存储设备。

发明内容

这里公开了一种化学药品存储设备和监测化学药品使用的方法。该装置和方法通过将化学药品存储罐和载荷单元组合为一个可运输单元中而处理上述问题。该载荷单元能够补偿在半导体工业中所使用的附加分配设备的增加的重量。另外，该载荷单元连续显示在化学存储设备中剩余的化学药品重量。集成至载荷单元本身的载荷单元控制逻辑包括了该功能性。

在一个实施例中，通过包括罐的化学药品存储设备处理现有技术中的这些及其它需要。该化学存储设备还包括与所述罐成为一体的载荷单元。该载荷单元包括处理器和显示器。另外，该化学存储设备包括可在所述处理器上执行的控制逻辑，其中所述控制逻辑使载荷单元响应于用户输入测定空罐重量。该控制逻辑还使得载荷单元在所述显示器上显示添加至罐的至少一种化学药品的重量。而且，在分配设备被连至罐以后该控制逻辑使得载荷单元校准自身从而仅仅在显示器上显示化学药品的重量并连续显示在罐中所剩余化学药品的重量。

在另一个实施例中，监测化学药品使用的方法包括测定具有集成载荷单元的空化学药品存储设备的皮重。另外，该方法包括以至少一种化学药品将化学存储设备填充至填充重量。此外，该方法包括将化学存储设备连至分配设备。该方法还包括校准载荷单元以补偿分配设备的重量从而仅仅显示化学药品的填充重量。该方法还包括连续测量在化学药品存储设备中剩余的化学药品重量。

上述内容非常宽泛地概述了本发明的特征和技术优势从而可更好理解下面对本发明的详细描述。下面将描述形成本发明权利要求主题的本发明的其它特征和优点。本领域技术人员将理解这里所公开的构思和特别实施例容易可作为更改或者设计执行本发明相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应理解这些等同结构不偏离所附权利要求所列出的本发明范围。

附图说明

为详细描述本发明的优选实施例，现在将参考附图，其中：

图1是化学药品存储设备实例的视图；

图2是用于温度提高应用的化学药品存储设备实施例的视图；

图3示出了载荷单元传感器的实施例；

图4是监测化学药品使用的方法的流程图；以及

图5是载荷单元值和常规称重值的比较。

符号和术语

在整个的下面描述和权利要求书中采用某些术语以指代特定系统元件。本文不用于区分名字不同而功能相同的元件。

在下面的讨论和权利要求书中，以开放形式使用术语“具有”和“包括”，因此应当解释为意味着“包括但不限于”。而且，术语“耦合”是指间接或直接电连接。因此，如果第一设备耦合至第二设备，则该连接可通过直接的电连接或者通过经其它设备和连接的间接电连接。

具体实施方式

图1示出了化学药品存储设备100的一个实施例。通常，化学药品存储设备100包括罐102和载荷单元104。载荷单元104被集成至罐102并用于测量开始时有多少化学药品106被填入该罐。可由载荷单元104存储该值。在使用任何化学药品之前，连接分配设备然后重新测定化学药品存储设备100的皮重以补偿附加分配设备所产生的增加或者降低的向下的力从而继续显示初始的填充重量。在消耗化学药品106时，化学药品存储设备100改变其运行模式并连续监测该罐中剩余的内容物重量。因此向用户连续显示罐102中化学药品106的真实重量。在便捷设备中将监测内容物重量的逻辑集成至化学药品存储设备100本身。优选将化学药品存储设备100设计为容易运输。

罐102配备有多个阀门等等以允许向罐102引入化学药品和从罐102移出化学药品。在一些实施例中，阀门位于罐102的顶部。在一个实施例中，入口阀120和出口阀122耦合至罐。在其它实施例中，可为其它用途例如温度监测将第三阀124耦合至罐。通常，阀门与罐内部流体连通。优选，容易将阀门与在半导体工业中所使用的现有分配设备连接或断开以便于运输。分配单元的实例包括但不限于Air Liquide的CANDI系统、日本Air Gases的Aquarius系统、ATMI的Unichem系统、Air Products的Schumacher分部的Chemguard系统，及其它来源。

罐102可具有任何合适的几何形状，但是罐102优选为筒状。罐102的横截面可以为矩形、六边形、八边形、三角形等等。罐102可以为任何合适的尺寸。在典型实施例中，空罐的重量从大约2000g至大约6000g。一般地，罐102能够存储的化学药品重量从大约250g至大约200kg，更优选为从大约250g至大约3000g，在某些实例中直到10000g或更高。另外，罐102能够存储液体、粉末、固体、气体等等。

在优选实施例中，罐102和载荷单元104由金属制成。可采用任何合适的金属。该金属优选抗氧化和腐蚀并且能够存储液体、气体和固体。合适金属的实例包括但不限于不锈钢304、316L、碳钢、Hastelly、Monel、以及其它高镍合金、Elgiloy、铝等等。

现在参考图2，用于温度提高应用的化学药品存储设备200实施例示出为包括加热套203。加热套203通常能够将罐内容物加热至从大约20℃至大约350℃的范围。另外，可通过循环流体或者耐热元件加热该加热套203。通常，加热套203连至温度控制器以调节罐的内容物(未示出)的温度。该温度控制器可以是本领域技术人员已知的任何用于调节温度的设备。罐102还可包括任何其它适合于将罐内容物加热至期望温度的装置。其它合适装置的实例包括但不限于插入罐体的筒加热器或者缠绕在罐体周围的加热带。

其它实施例中，载荷单元104与罐102之间绝热。可将绝热材料设置在载荷单元和罐之间以阻止或者减少向载荷单元传送的热量。在特别实施例中，绝热材料为陶瓷板205(图2)。陶瓷板205的厚度优选从大约1/16英寸至大约2英寸的范围，优选至少为大约1/8英寸，更优选至少为大约3/8英寸。但是，陶瓷板205可包括任何合适的厚度。可选择地，除了陶瓷以外可采用其它合适的绝热材料。其它合适材料的实例包括但不限于纳米多孔材料、聚合物、玻璃纤维等等。在优选实施例中，载荷单元104被维持在从大约40℃至大约60℃的范围。

载荷单元104优选与罐102成为一体或者嵌入罐102从而罐和载荷单元形成单件可运输单元。一些实施例中，载荷单元104和罐102为机械耦合的独立元件。可通过例如焊接、螺栓连接、螺纹连接等等任意方式将载荷单元104耦合至罐102。可选择地，载荷单元104被可拆卸地连至罐102。

图3为载荷单元104实施例的示意图。如所示出的，载荷单元104通常包括处理器210、存储器模块235、电池240、和载荷单元250。通常，载荷单元还包括作为其主要能量源的电池240。电池240对载荷单元104供电。但是，如果必要，载荷单元104还可连至外部电源。优选，电池240的容量为在正常使用时持续至少一年而无须充电或者更换电池。电池240的实例包括但不限于锂离子电池、镍镉电池等等。

处理器210通常为低功率混合信号微处理器。但是，载荷单元104可包括任何如这里所解释适合于执行载荷单元104功能的处理器。处理器210优选耦合至存储器模块和载荷单元250。此外，存储器模块235优选包括易失性和/或非易失性存储器。该非易失性存储器可包括快擦写存储器。可选择地，易失性存储器可包括任何合适类型的随机存取存储器(RAM)。存储器模块235用于存储由处理器210执行的代码或者控制逻辑。这样的控制逻辑可在制造时安装至载荷单元104。该控制逻辑可安装至非易失性存储器或者可从非易失性存储器直接执行或者复制至易失性存储器以在那里执行。而且，存储器模块235可用于存储或者“锁定”罐、罐内容物和载荷单元的初始组合重量。

在其它实施例中，载荷单元104包括显示器220(图1和3)。显示器220优选但不必能够以直到0.1g的精度显示重量。一般，显示器220为液晶显示器(LCD)。一些实施例中，显示器220还示出载荷单元104的不同运行模式。例如，显示器220可示出载荷单元104锁定为当前的填充重量值。在另一个实例中，显示器220可示出载荷单元104为有效称重模式。在典型的实施例中，显示器220位于化学药品存储显示器100的外部。

载荷单元104通常包括用户输入设备230例如键盘。该键盘优选接近于显示器。在其它实施例中，键盘位于凹进的罩中以防止意外按下键盘按键。键盘可使用户手工测定载荷单元102的皮重和校准载荷单元102。可由键盘操作其它功能。可选择地，用户输入设备230可以为显示器220上的触摸屏。在另一个实施例中，用户输入设备230包括锁定功能从而和设备之间无意的相互作用不会启动载荷单元。

在其它实施例中，载荷单元104包括能够向外部监测设备例如计算机(未示出)输送数据的端口。端口实例包括但不限于USB端口、串行端口、红外端口、防火墙端口、以太网端口等等。外部监测设备可以为任何能够记录和存储数据的合适设备。外部监测设备实例包括但不限于计算机、个人数字助理(PDA)等等。在其它实施例中，载荷单元104包括无线接收器和发射器。该无线接收器和发射器能够无线地从外部监测设备接收数据和向其输送数据。另外，无线接收器可经远程用户输入设备例如遥控器控制载荷单元104。

载荷传感器250可包括任何类型的能够测量重量而不与罐102内容物物理接触的传感器。在优选实施例中，载荷传感器250包括惠斯登桥式传感器。惠斯登桥式传感器可公司自制(in-house)或者从市场购买。市场购买的惠斯登桥式传感器实例为HBM公司的Model PW2GC3。可选择地，载荷传感器250包括电容测量传感器。电容测量传感器可从加利福尼亚的LoadStar Sensors公司获得。另外，虽然载荷传感器250优选能够以大约0.1g的精度对罐的内容物称重，但是载荷传感器250可根据应用具有更低或者更高的精度，从大约1g值大约0.01g。在优选实施例中，载荷传感器250能够精确检测设备的运行重量范围。特别是，载荷传感器250优选能够检测大约250g至至少大约10000g。

在另一个实施例中，仅仅将载荷250集成或者耦合至罐102(未示出的实施例)。在该实施例中，包括显示器220、处理器210、用户输入设备230、和传感器235的外部控制器被连至载荷单元传感器250。当称重化学药品时外部控制器被连至载荷传感器250，并且当化学药品存储设备100被运输至不同位置时外部控制器被断开。

图4示出了由用户监测实时化学药品使用的方法。为便于讨论，下面对方法的描述参考和用于描述上述装置实施例相同的参考标记。一般，该方法初始包括提供化学药品存储设备100，其包括集成至罐102的载荷单元104。现在参考图4，该方法包括在块301对空的化学药品存储设备100测定皮重。在空罐102和载荷单元104的重量清零后，然后将期望量的至少一种化学药品添加至罐。一般，通过入口阀门120或者阀门124添加化学药品。

通常通过利用用户输入设备230的用户输入对空的化学药品存储设备100测定皮重。例如，按下键盘上的按键以测定载荷单元104的皮重。在测定皮重后，载荷单元104在框305测量所添加化学药品的重量并在显示器220(参见图1)上显示罐102中所包括化学药品的重量。一种或多种化学药品可添加至罐102。通常，通过阀门120、122或者124的任意一个添加化学药品。一旦化学药品存储设备100被填入期望的化学药品，则其被运送至通常为半导体制造机构的最终用户。但是，该用户可以为任何客户或者化学药品客户。将填充重量显示在显示器220上地运输化学药品存储设备100。在实施例中，重量信息被锁定或者存储在载荷单元存储器235中。一般，响应于用户输入设备230的用户输入锁定罐内容物的重量。例如，可在用户输入设备上按下另一个按键以存储填充重量和锁定显示重量。

用户在框307接收化学药品存储设备100并通过合适的装置将分配设备连至合适的使用点例如入口和出口阀门120、122。分配设备通常为在半导体工业中使用的收回和分配用于半导体制造的化学药品的任何设备或者工具。在连接时，化学药品存储设备100可受到该装置重量所引起的重量增加以及通过将该装置用于罐而产生的任何向下的力。所增加的重量来自由半导体工业中所使用的分配单元的接头(pigtail)发出的力。这里一般地使用接头描述任何用于将化学药品存储设备的入口和/或出口阀门连至执行分配化学药品所需的固定阀门支管的管道和阀门。接头具有一定的自由度以适应罐尺寸的微小变化和使得化学药品存储设备的更换容易。由于所需要的自由度，接头对化学药品存储设备施加力(解释为重力)从而改变载荷传感器250所读取的信号。

响应于用户输入，即按下按键，在框309，载荷传感器250被重新校准以补偿装置的增加重量。因此，在显示器220上仅仅显示罐102中化学药品或者材料的重量；未显示添加装置的重量。可选择地，在不需要用户输入地连接分配设备后载荷单元104自动补偿来自分配设备的任何增加的重量。

当罐102的内容物被用尽时，在框311，载荷单元104连续测量和显示剩余内容物的当前重量。另外，可经端口将外部监测设备(未示出)连至载荷单元104，从而向外部监测设备连续输送重量数据并记录重量数据。在实施例中，外部监测设备绘制随时间变化的化学药品使用。可选择地，外部监测设备与载荷单元104无线通信。

当在框313显示的内容物重量达到预定点时，化学药品存储设备被重新填充以备再用。通常，断开化学药品存储设备100并将其运送至另一个位置以再填充。可在再填充前去除任何剩余的化学药品。在可选实施例中，现场重新填充罐而不必断开。在其它实施例中，载荷单元104通过发出可听到的声音例如嘟嘟声通知用户达到了预定的设定点。可由用户经用户输入设备对预定的设定点编程并将其存储在载荷单元存储器中。

为进一步描述本发明，提供下面的非限制性实例：

实例1

载荷单元测量和常规称重测量

将具有集成载荷单元的罐置于重量秤盘上。罐被充入大约300mL的异丙醇。通过入口阀门向罐引入氮气并通过出口阀门排出。氮气在经过容器时使乙醇蒸发。以指定的时间间隔采集重量秤盘读数和载荷单元读数。图5中示出了载荷单元值和重量秤盘读数的结果。结果表明载荷单元值和常规重量秤盘读数精确匹配，显示了化学存储设备的合理性。

实例2

温度提高应用的化学存储设备

构造包括加热套的原型化学药品存储设备用于高温应用。该罐构造为外径为4.5英寸，高度为6.5英寸。厚度为3/4英寸的加热套围绕罐。3/8英寸厚的陶瓷板置于罐和载荷单元之间。和室温下采集的测量值相比，在170℃下采集的重量值没有变化。这些结果表明在高温下采用该化学药品存储设备的合理性。

尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应当理解可在这里进行各种变化、替换和改变而不偏离由所附权利要求书所限定的本发明范围。同样，权利要求书中顺序叙述步骤不是用于要求顺序执行该步骤，或者可在开始另一个步骤前完成特别步骤。

Claims (27)

1.一种与分配设备结合使用的化学药品存储设备，包括：

罐；

载荷单元，其与所述罐集成，所述载荷单元包括处理器和显示器；

控制逻辑，其可在所述处理器上运行，其中所述控制逻辑使所述载荷单元：

a)响应于用户输入测定所述罐的空皮重；

b)在所述显示器上显示添加至所述罐的至少一种化学药品的重量；

c)在所述分配设备连至所述罐后校准所述载荷单元，从而在所述显示器上仅仅示出所述至少一种化学药品的所述重量；以及

d)在消耗所述至少一种化学药品时，连续显示所述至少一种化学药品的重量。

2.根据权利要求1的化学药品存储设备，其中多个阀门被耦合至所述罐，其中每个所述阀门与所述罐的内部是流体连通的。

3.根据权利要求1的化学药品存储设备，还包括用于加热所述罐的装置。

4.根据权利要求1的化学药品存储设备，还包括设置在所述载荷单元和所述罐之间的绝热层。

5.根据权利要求4的化学药品存储设备，其中所述绝热层包括陶瓷板。

6.根据权利要求1的化学药品存储设备，其中所述罐和所述载荷单元由不锈钢制成。

7.根据权利要求1的化学药品存储设备，其中所述罐能够容纳液体、固体或者气体。

8.根据权利要求1的化学药品存储设备，其中所述载荷单元还包括电池。

9.根据权利要求1的化学药品存储设备，其中所述载荷单元还包括耦合至所述处理器的存储器模块。

10.根据权利要求1的化学药品存储设备，其中所述载荷单元还包括用户输入设备。

11.根据权利要求10的化学药品存储设备，其中a)响应于来自用户输入设备的用户输入而进行。

12.根据权利要求10的化学药品存储设备，其中c)响应于来自用户输入设备的用户输入而进行。

13.根据权利要求10的化学药品存储设备，其中所述用户输入设备包括键盘。

14.根据权利要求9的化学药品存储设备，其中所述控制逻辑还响应于用户输入使得所述载荷单元将至少一种添加至所述罐的化学药品的重量存储到存储器模块中。

15.根据权利要求1的化学药品存储设备，其中所述载荷单元还包括耦合至所述处理器的载荷传感器。

16.根据权利要求15的化学药品存储设备，其中所述载荷传感器包括惠斯登桥式传感器。

17.根据权利要求15的化学药品存储设备，其中所述载荷传感器包括电容式测量传感器。

18.根据权利要求15的化学药品存储设备，其中所述载荷传感器能够测量从大约250g至大约10000g范围的重量。

19.根据权利要求15的化学药品存储设备，其中所述载荷传感器能够以大约0.1g的精度测量重量。

20.一种监测化学药品使用的方法，包括：

a)测定包括集成载荷单元的空的化学药品存储设备的皮重；

b)在所述化学药品存储设备中填充至少一种化学药品至填充重量；

c)将所述化学药品存储设备连至分配设备；

d)校准所述载荷单元以补偿所述分配设备的重量，从而仅仅显示所述至少一种化学药品的填充重量；

e)连续测量所述化学药品存储设备中剩余的至少一种化学药品的重量。

21.根据权利要求20的方法，其中所述化学药品存储设备还包括显示器、存储器模块、和用户输入设备。

22.根据权利要求21的方法，其中(b)还包括在显示器上显示所述填充重量。

23.根据权利要求21的方法，其中(e)还包括在显示器上显示在所述化学药品存储设备中剩余的至少一种化学药品的重量。

24.根据权利要求21的方法，还包括在(b)之后将填充重量存储在存储器模块中。

25.根据权利要求20的方法，还包括在(b)之后向半导体制造机构运送所述化学药品存储设备。

26.根据权利要求20的方法，其中响应于用户输入执行(a)。

27.根据权利要求20的方法，其中响应于用户输入执行(e)。

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