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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft chemische Abgabesysteme und insbesondere einen
Apparat und ein Verfahren zur Abgabe hochreiner oder ultrareiner
Chemikalien zu einem Gebrauchspunkt wie einer Anlage zur Herstellung
von Halbleitern oder einem oder mehreren Instrumenten für die chemische
Dampfabscheidung. Obwohl die Erfindung auch andere Anwendungen haben
kann, eignet sie sich besonders gut für die Herstellung von Halbleitern.
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Die
Hersteller von Halbleitern benötigen
für ihre
Herstellungsprozesse Chemikalien von zumindest hoher Reinheit, um
Defekte bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen zu vermeiden.
Die bei der Herstellung integrierter Schaltkreise verwendeten Chemikalien
müssen
ultrarein sein, um zufriedenstellende Verfahrensausbeuten zu ermöglichen.
Da integrierte Schaltkreise kleiner geworden sind, stieg die Notwendigkeit,
die Reinheit von Quellenchemikalien zu erhalten.
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Eine
bei der Herstellung integrierter Schaltkreise verwendete ultrareine
Chemikalie ist Tetraethylorthosilicat (TEOS). Die chemische Formel
für TEOS
ist (C2H5O)4Si. TEOS wird verbreitet bei Herstellungsprozessen
für integrierte
Schaltkreise wie der chemischen Dampfabscheidung (chemical vapour
deposition = CVD) verwendet, um Siliciumdioxidfilme herzustellen.
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Die
Hersteller integrierter Schaltkreise benötigen typischerweise TEOS mit
einer Reinheit von 99,999999+ % (8-9's+ %) in Bezug auf Spurenmetalle. Insgesamt
muss das TEOS eine Reinheit von 99,99+ % haben. Dieser hohe Reinheitsgrad
ist notwendig, um zufriedenstellende Verfahrensausbeuten zu ergeben. Auch
müssen
Spezialanlagen eingesetzt werden, um das hochreine oder ultrareine
TEOS aufzubewahren oder es den CVD-Reaktionskammern zuzuführen.
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Hochreine
und ultrareine Chemikalien wie TEOS werden von einem Massenabgabesystem
für Chemikalien
einem Gebrauchspunkt wie einer Anlage für die Halbleiterherstellung
oder einem bzw. mehreren Instrumenten dafür zugeführt. Ein Abgabesystem für hochreine
Chemikalien ist in US-A-5,465,766 (Seigele et al.) offenbart. (Verwandte
Patente, die den gleichen Erfindern erteilt und an die gleiche Zessionarin
abgetreten wurden, sind US-A- 5,562,132,
5,590,695, 5,607,002, 5,711,354 und 5,878,793). Das System umfasst:
einen Großkanister,
der sich in einem entfernt gelegenen Chemikalienschrank mit einem
Abgabesammelrohr/einer Spültafel
befindet; eine wiederbefüllbare
Ampulle aus rostfreiem Stahl, um hochreine Quellenchemikalien zu einem
Endanwender zu bringen, und eine Steuerungseinheit, um den Auffüllvorgang
zu steuern und den Füllstand
im Großbehälter zu überwachen.
Das System hat zwei Grundbetriebsarten: (1) einen Normalbetrieb, während dessen
die hochreine Quellenchemikalie zum Endanwender gebracht wird und
(2) den Wiederbefüllungsbetrieb,
während
dessen die wiederbefüllbare
Ampulle aus rostfreiem Stahl wieder mit einer hochreinen Chemikalie
befüllt
wird.
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Der
Großbehälter wird
kontinuierlich mit einem Inertgas (z.B. Helium) unter Druck gesetzt,
das die hochreine Quellenchemikalie aus dem Großbehälter durch eine Wiederbefüllungsleitung
und zur Ampulle drückt.
Eine metallische Füllstandsensoranordnung
in der Ampulle enthält
einen metallischen Füllstandsensor. Der
metallische Füllstandsensor
ist vorzugsweise ein dualer Füllstandsensor,
der zwei getrennte Füllstände von
Quellenchemikalien in der Ampulle nachweisen kann und zwei Triggerpunkte
hat – einen
für einen
Zustand eines "hohen
Füllstands" (voll) und einem
für den
Zustand eines "hohen-hohen
Füllstands".
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Eine
metallische Füllstandsensoranordnung
für den
Großbehälter umfasst
einen dualen metallischen Füllstandsensor
mit Triggerpunkten, die Signale aussenden, um die Füllstände der
hochreinen Chemikalie im Großbehälter anzugeben.
Mindestens einer der Triggerpunkte erzeugt ein Signal für einen "niedrigen Füllstand", was einen Füllstand
anzeigt, bei dem der Großbehälter ersetzt
werden sollte. Der Sensor ist ein metallischer Füllstandsensor mit Schwimmer,
der einen verschiebbar auf einem Metallschaft angeordneten metallischen
Schwimmer umfasst. Der metallische Schwimmer steigt und fällt, wenn
der Spiegel der hochreinen Chemikalie über einen der Triggerpunkt
steigt und unter einen der Triggerpunkte fällt. Einer der Triggerpunkte
dient zum Nachweis, wann die hochreine Chemikalie im Großbehälter nahe
dem "Leerpunkt" ist; ein anderer
Triggerpunkt dient zum Nachweis, wann die hochreine Chemikalie im
Großbehälter einen "niedrigen Füllstand" erreicht hat.
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Es
ist aus mehreren Gründen
wünschenswert
festzustellen, wann der Großbehälter in
einem solchen Zuführungssystem "leer" ist. Erstens will
der Kunde aus wirtschaftlichen Gründen soviel Chemikalie aus
jedem Behälter
wie möglich
nutzen. Zweitens ist es zur Vermeidung von Betriebsunterbrechungen
wünschenswert, den
Großbehälter so
bald wie möglich
zu ersetzen, nachdem er leer ist. Auch vermeidet man durch die vollständige Ver wendung
der Chemikalie im Großbehälter mögliche Probleme
mit der Entsorgung von Chemikalien, die nach der Außerbetriebnahme
im Behälter übrig sind.
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Man
kann eine Waage verwenden, um festzustellen, wann der Großbehälter sich
dem Leerstand nähert.
Jedoch bedeutet der Kauf einer Waage einen zusätzlichen Kapitalaufwand. Auch
führt ein
solches Verfahren zur Feststellung, wann der Leerstand erreicht
ist, üblicherweise
dazu, dass ein flüssiger
Rückstand
im Behälter
zurückbleibt,
was nicht wünschenswert
ist.
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Metallische
Sensoranordnungen mit Schwimmer wie in den Seigele et al. erteilten
Patenten sind bekannte Quellen von metallischen Teilchen, die in
der Elektronikindustrie als Kontaminanten gelten. Wenn Metalle sich
gegeneinander verschieben, führt
dies zum Abrieb von Metallteilchen und der Auflösung von Metallionen, so dass
das hochreine TEOS oder eine andere hochreine Quellenchemikalie
in den Abgabesystemen kontaminiert werden. Zusätzlich dazu, dass sie Kontaminanten
erzeugen, funktionieren Füllstandsensoren
mit Schwimmer auch nicht gut in Chemikalien mit relativ hohen Viskositäten (z.B.
Tantalpentaethoxid, TAETO).
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Es
gibt verschiedene andere Typen von Füllstandsensoren, die zum Nachweis
eines "Leer" oder "Beinaheleerzustandes" verwendet werden.
Die unterschiedlichen Sensortypen umfassen optische Sensoren, Sensoren
vom Typ Schilfrohr/Schwimmer, Kapazitanzsensoren, Differentialdrucksensoren
und Ladungszellen/Belastungsmesser. Bei allen diesen Sensortypen
gibt es Nachteile. Beispielsweise liefern Differentialdruck- und
Beladungszellen/Belastungsmesser nur bis zu einem Füllstand
von etwa 3 bis 5 % Informationen. Optische Sensoren, Sensoren vom
Typ Schilfrohr/Schwimmer und Kapazitanzsensoren erfordern das Einführen einer
Sonde, einer potentiellen Kontaminantenquelle, in den Chemikalienvorrat;
außerdem
liefern auch diese Sensoren nur einen Nachweis bis zu einem Füllstand
von etwa 3 bis 5 %. Die Verwendung einer Sonde erfordert auch elastomere
Dichtungen oder Metalldichtungen, die möglicherweise beide undicht
sind.
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Kapazitanzfüllstandsensoren
sind ebenfalls anfällig
für Störungen durch
Signale von außen
und "Geräusche", z.B. von der Radiofrequenzinduktion
(RFI) und der elektromagnetischen Induktion (EMI), die beide häufig in
Halbleiterherstellungsanlagen auftreten.
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Ein
weiterer Versuch, eine 100%ige Nutzung der Chemikalien aus Großbehältern zu
ermöglichen,
beinhaltete die Installation einer Vertiefung im Boden des Behälters und
die Anordnung eines Tauchrohrs und eines Füllstandsensors in der Vertiefung.
Solche Behälter
sind teurer, schwerer zu reinigen und benötigen zusätzliche Höhe. Dennoch ermöglichen
sie keine 100%ige Nutzung der Chemikalie.
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Die
Verwendung optischer Flüssigkeitssensoren
zum Nachweis von Flüssigkeit
in einem Teflonschlauch ist in der Technik der chemischen Abgabesysteme
bekannt. Beispielsweise können
in einem System zur Abgabe einer flüssigen Chemikalie zur Reinigung
von Halbleiterwafern wie Schwefelsäure (H2SO4) optische Flüssigkeitssensoren für den Nachweis
des Flüssigkeitsspiegels
in einem Druckgefäß sowie
zum Nachweis des Flüssigkeitsstroms
in einem Teflonschlauch im System verwendet werden.
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Ein
solches Abgabesystem kann einen Vorrat einer flüssigen Chemikalie in einem
Zylinder umfassen, der durch einen Teflonschlauch mit einer Pumpe
verbunden ist. Damit wird die flüssige
Chemikalie aus dem Zylinder durch Leitungen und Filter zu einer
Herstellungsanlage oder einer anderen Endanwendung gepumpt. Ein
optischer Sensor für
den Flüssigkeitsstrom
auf dem Teflonschlauch wird häufig
verwendet, um einen Hohlsog und/oder Trockendurchläufe, die
die Pumpe beschädigen
könnten,
zu vermeiden. Der optische Sensor aktiviert einen elektronischen
Schalter, der die Pumpe abschaltet, wenn keine Flüssigkeit
in der Leitung fließt,
ein Zustand, der typischerweise zuerst durch eine Unterbrechung
im Flüssigkeitsstrom
angezeigt wird, wenn der Füllstand
im Zylinder sich der Leermarke nähert.
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Solche
Systeme und Nachweisverfahren eignen sich nicht zur Abgabe von hochreinen
und ultrareinen Chemikalien, die bei Herstellungsprozessen von integrierten
Schaltkreisen wie CVD verwendet werden, um Siliciumdioxidfilme zu
bilden. Diese Anwendungstypen können
das Verfahren zum Nachweis eines flüssigen Fluids mit einem Teflonschlauch/optischen
Sensor wegen der Empfindlichkeit der hochreinen und ultrareinen Chemikalien
gegenüber
einer atmosphärischen
Kontamination (z.B. O2 und H2O),
die in das System diffundieren würde,
nicht nutzen. Um eine solche Kontamination zu vermeiden, werden
typischerweise Systeme aus rostfreiem Stahl verwendet.
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Außerdem sind
Abgabesysteme mit in der Leitung befindlichen Pumpen für hochreine
und/oder ultrareine Chemikalien inakzeptabel, weil die Pumpen eine
Quelle der Verunreinigung sind und oft Probleme mit der Wartung
auftreten. Aus diesen und anderen Gründen wurden chemische Abgabesysteme
entwickelt, die ohne in der Leitung befindliche Pumpen arbeiten.
Beispielsweise offenbart US-A-5,148,945 (Geatz) (das Patent '945) einen Apparat und
ein Verfahren zum Transport und zur Abgabe hochreiner Chemikalien
unter Verwendung einer Kombination von Vakuum und Druckübertragung
aus einer Quelle mit großem
Volumen durch eines oder mehrere Gefäße mit einem Zwischendruck/Vakuum
zu einer oder mehreren Stationen für die Endanwendung. Die Verwendung
mehrerer Gefäße erlaubt
die gleichzeitige Abgabe von Chemikalien an die Endanwendung und
das Auffüllen
der Gefäße.
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Jedes
der Gefäße ist mit
einem Füllstandsensor,
vorzugsweise einem Füllstandsensor
vom Kapazitanztyp ausgerüstet,
um den Flüssigkeitsspiegel
im Gefäß zu überwachen.
Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit der man zwischen den Abgabegefäßen hin
und her schalten kann, um einen kontinuierlichen Nachschub zu einer
Abgabeleitung aufrechtzuerhalten, wenn ein lieferndes Abgabegefäß dem Leerzustand "nahe" ist (diesen aber
nicht erreicht). Allerdings lehrt das Patent '945 kein Verfahren bzw. keine Vorrichtung,
um die Chemikalie in einem Gefäß im Wesentlichen
vollständig
zu nutzen (d.h. einen Leerzustand zu erreichen), ehe auf ein anderes
Gefäß umgeschaltet
wird.
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Das
Patent '945 offenbart
die Verwendung einer fakultativen Strömungssteuerung auf der Abgabeleitung,
um die Strömungsgeschwindigkeit
zu den Endanwendern zu steuern. Die Strömungssteuerung umfasst einen
Strömungssensor,
bei dem es sich um einen Ultraschallströmungssensor handeln kann. Jedoch
wird der Strömungssensor
nicht dazu verwendet, in einem der Gefäße des Systems den Flüssigkeitsspiegel
zu bestimmen. Vielmehr werden die Flüssigkeitsspiegel in den Gefäßen durch
Füllstandsensoren,
vorzugsweise Füllstandsensoren
vom Kapazitanztyp bestimmt.
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Zwei
verwandte Patente, die an den gleichen Zessionar abgetreten wurden,
US-A-5,330,072 (Ferri
Jr. et al.) und 5,417,346 (Ferri Jr., et al) lehren Verbesserungen
des Verfahrens und Apparates, die im Patent '945 offenbart sind, wobei das verbesserte
Verfahren und der Apparat elektronisch gesteuert werden. Wie zuvor werden
Füllstandsensoren
(vorzugsweise Sensoren vom Kapazitanztyp) dazu verwendet, den Flüssigkeitsspiegel
in den Druck/Vakuum-Gefäßen zu überwachen.
Wenn ein Gefäß sich dem
Leerzustand nähert,
wird ein Signal von einem Sensor für einen "niedrigen" Füllstand
abgegeben, und ein anderes Gefäß wird online geschaltet,
damit der Strom ohne Unterbrechung weiterfließt. Das nahezu leere Gefäß wird dann
wieder aufgefüllt.
Der Strom aus dem ersten Gefäß wird abgeschaltet,
damit es nicht übermäßig geleert
wird.
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Gewünscht wird
ein verlässlicheres
Verfahren zum Nachweis eines "Leerzustandes" in einem Großreservoir
eines chemischen Abgabesystems für
hochreine oder ultrareine Chemikalien.
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Ferner
ist ein verlässlicheres
Verfahren zur Abgabe einer hochreinen oder ultrareinen Chemikalie
aus einem Großabgabesystem
für Chemikalien
zu einem Gebrauchspunkt erwünscht.
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Ferner
ist es wünschenswert,
einen Apparat und ein Verfahren zu haben, die hochreine oder ultrareine Chemikalien
abgeben und chemischen Abfall sowie die Entsorgungskosten minimal
halten.
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Ferner
ist ein Verfahren zur Abgabe von hochreinen oder ultrareinen Chemikalien
erwünscht,
das geringere Beseitigungskosten verursacht.
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Außerdem werden
ein Apparat und ein Verfahren zur Abgabe hochreiner oder ultrareiner
Chemikalien gewünscht,
die die Nachteile und Schwierigkeiten des Standes der Technik überwunden
haben und dadurch bessere und vorteilhaftere Ergebnisse liefern.
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Ferner
besteht der Wunsch nach einem chemischen Abgabesystem zur Abgabe
von hochreinen oder ultrareinen Chemikalien, das keine Flüssigkeitsstandsensoren
auf oder in den Behältern/Reservoirs
des Systems benötigt.
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Es
besteht auch der Wunsch nach einem verbesserten Apparat und einem
verbesserten Verfahren zur Abgabe hochreiner oder ultrareiner Chemikalien
an Halbleiterherstellungsprozesse unter Verwendung eines betriebssicheren,
kosteneffektiven Großabgabesystems
von Chemikalien.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Bei
der Erfindung handelt es sich um ein chemisches Abgabesystem zur
Abgabe von Chemikalien von zumindest hoher Reinheit. Die Erfindung
umfasst auch ein Verfahren zum Nachweis eines "Leerzustands" in einem eine Flüssigkeit enthaltenden Reservoir,
wobei die Flüssigkeit
von zumindest hoher Reinheit ist und mit der Zeit aus diesem Reservoir
durch eine metallische Leitung in Verbindung mit dem Reservoir fließt, wobei das
Reservoir einen Dampfraum aufweist, der durch ein Gas oberhalb der
Flüssigkeit
unter Druck gesetzt wird. (Der Begriff "Leerzustand" wie hier verwendet bedeutet einen Zustand,
in dem die Flüssigkeit
im Reservoir im Wesentlichen vollständig genutzt wurde.) Bei einer
ersten Ausführungsform
umfasst das chemische Abgabesystem mindestens ein erstes Reservoir
zur Aufnahme eines Fluids und mindestens ein zweites Reservoir zur Aufnahme
dieses Fluids. Das chemische Abgabesystem umfasst auch eine erste
Leitung, einen ersten Fluidsensor und eine Steuerungseinheit. Die
erste Leitung dient zur Weiterleitung dieses Fluids mit der Zeit
von dem mindestens einen ersten Reservoir zu dem mindestens einen
zweiten Reservoir. Die erste Leitung ist metallisch und hat ein
erstes Ende, das in Verbindung mit dem mindestens einen ersten Reservoir
steht, und ein zweites Ende, das in Verbindung mit dem mindestens
einen zweiten Reservoir steht. Das von dem mindestens einen ersten
Reservoir zu dem mindestens einen zweiten Reservoir geleitete Fluid
fließt
durch die erste Leitung vom ersten Ende zum zweiten Ende. Der erste
Fluidsensor ist der ersten Leitung benachbart. Der erste Fluidsensor
ist dazu bestimmt, eine Gegenwart des Fluids in der ersten Leitung
festzustellen und eine Abwesenheit des Fluids in der ersten Leitung
festzustellen. Der erste Fluidsensor erzeugt mindestens ein erstes
Signal, das die Gegenwart des Fluids oder die Abwesenheit des Fluids
anzeigt. Die Steuerungseinheit empfängt das mindestens eine erste
Signal. Die Steuerungseinheit ist dazu bestimmt, bei Empfang des
mindestens einen ersten Signals, das die Abwesenheit des Fluids
in der ersten Leitung anzeigt, oder bei Ausbleiben des mindestens
einen ersten Signals, das die Gegenwart des Fluids in der ersten
Leitung anzeigt, einen Leerzustand in dem mindestens einen ersten
Reservoir zu identifizieren.
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Der
erste Fluidsensor ist ein Ultraschallsensor. Der Fluidsensor kann
dem ersten Ende der ersten Leitung benachbart sein.
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Die
Steuerungseinheit kann ein Mikrocomputer, ein Mikroprozessor oder
ein anderer Typ Steuerungseinheit sein.
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Eine
zweite Ausführungsform
des chemischen Abgabesystems umfasst auch eine Vorrichtung zur Entfernung
mindestens eines Teils des Fluids aus dem mindestens einen zweiten
Reservoir.
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Das
chemische Abgabesystem kann in verschiedenen Anwendungen mit unterschiedlichen
Fluids eingesetzt werden, ist jedoch speziell auf flüssige Chemikalien
anwendbar, die zumindest von hoher Reinheit sind. Beispielsweise
kann die flüssige
Chemikalie ausgewählt werden
aus der Gruppe, bestehend aus Tetraethylorthosilicat (TEOS), Borazin,
Aluminiumtri-sec-butoxid, Kohlenstofftetrachlorid, Trichlorethanen,
Chloroform, Trimethylphosphit, Dichlorethylenen, Trimethylborat,
Dichlormethan, Titan-n-butoxid, Diethylsilan, Hexafluoracetylacetonato-kupfer(I)-trimethylvinylsilan,
Isopropoxid, Triethylphosphat, Siliciumtetrachlorid, Tantalethoxid,
tetrakis(Diethylamido)titan, tetrakis(Dimethylamido)titan, bis-tert-Butylamidosilan,
Triethylborat, Titantetrachlorid, Trimethylphosphat, Trimethylorthosilicat,
Titanethoxid, Tetramethylcyclotetrasiloxan, Titan-n-propoxid, tris(Trimethylsiloxy)bor,
Titanisobutoxid, tris(Trimethylsilyl)phosphat, 1,1,1,5,5,5-Hexafluor-2,4-pentandion,
Tetramethylsilan und deren Gemischen.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
ist das Fluid eine flüssige
Chemikalie und das System ist dem der ersten Ausführungsform ähnlich mit
dem Unterschied, dass es folgendes umfasst: ein Mittel zum Druckaufbau in
einem ersten Dampfraum oberhalb der flüssigen Chemikalie innerhalb
des mindestens einen ersten Reservoirs mit einem Gas und Mittel
zum Druckaufbau in einem zweiten Dampfraum oberhalb der flüssigen Chemikalie
innerhalb des mindestens einen zweiten Reservoirs mit einem Gas.
Das Gas, mit dem der Druck im ersten und zweiten Dampfraum aufgebaut
wird, kann aus einer Gruppe von Gasen ausgewählt werden, die Helium, Stickstoff
und Argon einschließt,
aber nicht darauf beschränkt
ist.
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Eine
vierte Ausführungsform
ist der dritten Ausführungsform ähnlich,
umfasst aber eine Entlüftung zum
Ablassen des Gases aus dem ersten Dampfraum und/oder dem zweiten
Dampfraum. Bei einer Abwandlung der vierten Ausführungsform umfasst die Entlüftung: eine
zweite Leitung, um mindestens einen Teil des abgelassenen Gases
abzuziehen; und einen zweiten Fluidsensor, der dazu bestimmt ist,
eine Gegenwart der flüssigen
Chemikalie in der zweiten Leitung festzustellen, wobei der zweite
Fluidsensor mindestens ein zweites Signal erzeugt, das die Gegenwart
der flüssigen
Chemikalie in der zweiten Leitung anzeigt. Bei dieser Abwandlung
empfängt
die Steuerungseinheit vorzugsweise das mindestens eine zweite Signal,
wobei die Steuerungseinheit dazu bestimmt ist, ein Überlaufen
der flüssigen
Chemikalie aus dem mindestens einen ersten Reservoir und/oder aus
dem mindestens einen zweiten Reservoir zu identifizieren, wenn sie
das mindestens eine zweite Signal empfängt.
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Eine
fünfte
Ausführungsform
der Erfindung ist der dritten ähnlich,
umfasst aber außerdem
eine Vakuumquelle, um mindestens einen Teil etwaiger Nicht-Flüssigkeiten
in dem mindestens einen Reservoir und/oder in dem mindestens einen
zweiten Reservoir zu evakuie ren. Bei einer Abwandlung der fünften Ausführungsform umfasst
die Vakuumquelle eine dritte Leitung zum Abziehen der Nicht-Flüssigkeiten
und einen dritten Fluidsensor, der dazu bestimmt ist, eine Gegenwart
der flüssigen
Chemikalie in der dritten Leitung festzustellen, wobei der dritte
Fluidsensor mindestens ein drittes Signal erzeugt, das die Gegenwart
der flüssigen
Chemikalie in der dritten Leitung anzeigt. Bei dieser Variante empfängt die
Steuerungseinheit vorzugsweise das mindestens eine dritte Signal,
wobei die Steuerungseinheit dazu bestimmt ist, eine Fehlfunktion
in dem chemischen Abgabesystem zu identifizieren, wenn sie das mindestens
eine dritte Signal empfängt.
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Es
gibt eine weitere Ausführungsform
des chemischen Abgabesystems zur Abgabe von flüssigen Chemikalien von zumindest
hoher Reinheit. Diese Ausführungsform
umfasst mindestens ein erstes Reservoir zur Aufnahme der flüssigen Chemikalie,
mindestens ein zweites Reservoir zur Aufnahme der flüssigen Chemikalie
und ein Mittel, um mindestens einen Teil der flüssigen Chemikalie aus dem mindestens
einen zweiten Reservoir zu entfernen. Ebenfalls eingeschlossen sind
eine erste Leitung und ein erster Ultraschallsensor, der der ersten
Leitung benachbart ist. Die erste Leitung dient zur Weiterleitung
der Flüssigkeit
mit der Zeit von dem mindestens einen ersten Reservoir zu dem mindestens
einen zweiten Reservoir. Die erste Leitung ist metallisch und hat
ein erstes Ende, das in Verbindung mit dem mindestens einen ersten
Reservoir steht, und ein zweites Ende, das in Verbindung mit dem
mindestens einen zweiten Reservoir steht. Die flüssige Chemikalie, die von dem
mindestens einen ersten Reservoir zu dem mindestens einen zweiten
Reservoir weitergeleitet wird, fließt durch die erste Leitung
vom ersten Ende zum zweiten. Der erste Ultraschallfluidsensor ist
dazu bestimmt, die Gegenwart der flüssigen Chemikalie nachzuweisen
und die Abwesenheit der flüssigen
Chemikalie nachzuweisen. Der erste Ultraschallfluidsensor erzeugt
mindestens ein erstes Signal, das die Gegenwart der flüssigen Chemikalie
oder die Abwesenheit der flüssigen
Chemikalie anzeigt. Diese Ausführungsform
umfasst auch: ein Mittel zum Druckaufbau in einem ersten Dampfraum
oberhalb der flüssigen
Chemikalie innerhalb des mindestens einen ersten Reservoirs mit
einem Gas und Mittel zum Druckaufbau in einem zweiten Dampfraum oberhalb
der flüssigen
Chemikalie innerhalb des mindestens einen zweiten Reservoirs. Diese
Ausführungsform
umfasst auch eine zweite Leitung und einen zweiten Ultraschallfluidsensor.
Die zweite Leitung dient zum Ablassen mindestens eines Teils des
Gases aus dem ersten Dampfraum und/oder dem zweiten Dampfraum. Der
zweite Ultraschallfluidsensor ist dazu bestimmt, eine Gegenwart
der flüssigen
Chemikalie in der zweiten Leitung nachzuweisen. Der zweite Ultraschallfluidsensor
erzeugt mindestens ein zweites Signal, das die Gegenwart der flüssigen Chemikalie
in der zweiten Leitung anzeigt. Diese Ausführungsform umfasst auch eine dritte
Lei tung und einen dritten Ultraschallfluidsensor. Die dritte Leitung
dient dazu, mindestens einen Teil etwaiger Nicht-Flüssigkeiten
in dem mindestens einen ersten Reservoir und/oder in dem mindestens
einen zweiten Reservoir zu evakuieren. Der dritte Ultraschallfluidsensor
ist dazu bestimmt, eine Gegenwart der flüssigen Chemikalie in der dritten
Leitung nachzuweisen. Der dritte Ultraschallfluidsensor erzeugt
mindestens ein drittes Signal, das die Gegenwart der flüssigen Chemikalie
in der dritten Leitung anzeigt. Schließlich umfasst diese Ausführungsform
eine Steuerungseinheit zum Empfang des mindestens einen ersten Signals,
des mindestens einen zweiten Signals und des mindestens einen dritten
Signals. Die Steuerungseinheit ist dazu bestimmt, einen Leerzustand
in dem mindestens einen ersten Reservoir zu identifizieren, wenn
sie das mindestens eine erste Signal empfängt, das die Abwesenheit der
flüssigen
Chemikalie in der ersten Leitung anzeigt, oder wenn sie das mindestens
eine Signal, das die Gegenwart der flüssigen Chemikalie in der Leitung
anzeigt, nicht empfängt.
Die Steuerungseinheit ist auch dazu bestimmt, ein Überlaufen
der flüssigen
Chemikalie aus dem mindestens einen ersten Reservoir und/oder aus
dem mindestens einen zweiten Reservoir zu identifizieren, wenn sie
das mindestens eine zweite Signal empfängt. Außerdem ist die Steuerungseinheit
dazu bestimmt, eine Fehlfunktion im chemischen Abgabesystem zu identifizieren,
wenn sie das mindestens eine dritte Signal empfängt.
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Das
chemische Abgabesystem wird abgestellt, wenn die Steuerungseinheit
eines der folgenden identifiziert: (a) ein Überlaufen der flüssigen Chemikalie
aus dem mindestens einen ersten Reservoir und/oder aus dem mindestens
einen zweiten Reservoir und (b) eine Fehlfunktion des chemischen
Abgabesystems.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Feststellung eines Leerzustandes in einem eine Flüssigkeit
enthaltenden Reservoir, wobei die Flüssigkeit zumindest eine hohe
Reinheit aufweist. Bei einer ersten Ausführungsform dieses Verfahrens
fließt
die Flüssigkeit
mit der Zeit aus dem Reservoir durch eine metallische, in Verbindung
mit dem Reservoir stehende Leitung, wobei das Reservoir einen Dampfraum aufweist,
der oberhalb der Flüssigkeit
durch ein Gas unter Druck gesetzt wird. Das Verfahren umfasst mehrere Schritte:
Der erste Schritt ist die Bereitstellung eines Fluidsensors benachbart
der metallischen Leitung, wobei der Fluidsensor dazu bestimmt ist,
eine Gegenwart der Flüssigkeit
in der metallischen Leitung festzustellen und mindestens ein dieses
anzeigendes Signal zu senden. Der Fluidsensor ist auch dazu bestimmt,
eine Gegenwart des Gases in der metallischen Leitung festzustellen
und mindestens ein anderes dieses anzeigendes Signal zu senden.
Der zweite Schritt besteht in der Feststellung einer Gegenwart der
Flüssig keit
in der metallischen Leitung mit diesem Fluidsensor, wobei der Fluidsensor
mindestens ein erstes Signal sendet. Der dritte Schritt besteht
im Identifizieren einer anschließenden Abwesenheit der Flüssigkeit
in der metallischen Leitung mit dem Fluidsensor. Der Fluidsensor
ist ein Ultraschallfluidsensor.
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Bei
einer Variante der ersten Ausführungsform
des Verfahrens zum Nachweis des Auftretens eines Leerzustandes umfasst
der Schritt zur Identifizierung einer anschließenden Abwesenheit der Flüssigkeit
in der metallischen Leitung mit dem Fluidsensor zwei Unterschritte.
Der erste Unterschritt besteht darin, das mindestens eine erste
Signal vom Fluidsensor zu empfangen. Der zweite Unterschritt ist
die Identifizierung einer anschließenden Abwesenheit des mindestens
einen ersten Signals aus dem Fluidsensor.
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Eine
zweite Ausführungsform
des Verfahrens ist dessen erster Ausführungsform ähnlich, umfasst aber mehrere
zusätzliche
Schritte. Der erste zusätzliche
Schritt besteht darin, einen vorher festgelegten Zeitraum (z.B.
etwa 2 Sekunden) abzuwarten, nachdem man die anschließende Abwesenheit
der Flüssigkeit
festgestellt hat. Der zweite zusätzliche
Schritt ist das Messen einer anschließenden Gegenwart eines Fluids
in der metallischen Leitung mit dem Fluidsensor. Der dritte zusätzlich Schritt
ist das Bestimmen mit dem Fluidsensor, ob das Fluid die Flüssigkeit
oder das Gas ist. Der vierte zusätzliche
Schritt ist die Wiederholung der Schritte zwei und drei sowie des
ersten zweiten und dritten zusätzlichen
Schritts wenn festgestellt wird, dass das Fluid die Flüssigkeit
ist. Wenn festgestellt wird, dass das Fluid ein Gas ist, besteht
der letzte zusätzliche
Schritt darin, mindestens ein anderes Signal vom Fluidsensor zu
senden, wobei dieses andere Signal das Auftreten eines Leerzustandes
im Reservoir anzeigt.
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Kurze Beschreibung
verschiedener Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
ein Verfahrensströmungsdiagramm,
das eine Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 ist
eine Perspektivansicht eines anklemmbaren Ultraschallsensors des
in der Erfindung verwendeten Typs, der an eine Leitung geklemmt
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Bei
der Erfindung handelt es sich um ein chemisches Abgabesystem, das
besonders brauchbar zur Abgabe hochreiner oder ultrareiner Chemikalien,
unter anderem für
die Halbleiterverarbeitung brauchbar ist. Halbleiterverfahren erfordern
wegen der strengeren Reinheitsanforderungen bei der Verarbeitung
von Wafern mit größeren Durchmessern
immer größere Mengen
ultrareiner Chemikalien. Ultrareine Chemikalien haben typischerweise
weniger als einen Volumenteil pro Milliarde (part per billion =
ppb) an Kontaminanten wie Metallen und dergleichen.
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Der
hier verwendete Begriff "Chemikalie" soll alle Formen
einer Flüssigkeit
einschließen
und beinhaltet sowohl reine als auch gemischte Chemikalien sowie
Flüssigkeiten,
in denen Substanzen suspendiert sind.
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Im
erfindungsgemäßen chemischen
Abgabesystem enthalten ist eine besonders verlässliche, saubere, nichtintrusive
Vorrichtung zum Nachweis, wann ein Großreservoir den Zustand "leer" oder "übervoll" erreicht sowie wann sich flüssige Chemikalien
in Bereichen des Systems (z.B. Entlüftungsleitungen oder Vakuumleitungen)
befinden, wo Flüssigkeiten
nicht sein sollten. Diese Nachweisvorrichtung umfasst den Einsatz von
Ultraschallfluidsensoren, die in der bevorzugten Ausführungsform
auf die Leitungen im System geklemmt werden, um Flüssigkeit
in den Leitungen zu messen. Dadurch wird ein Nachweisverfahren zur
Verfügung
gestellt, das den Anwender in die Lage versetzt, im Wesentlichen
alle flüssigen
Chemikalien im Großreservoir
zu verbrauchen, was zu erheblichen Einsparungen für den Anwender
und einer Verringerung oder zum Wegfall der Entsorgungskosten für nicht
verbrauchte Chemikalien führt.
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Obwohl
man für
die Fluidsensoren in der Erfindung unterschiedliche Typen von Ultraschallsensoren verwenden
kann, ist ein solcher Sensor von Cosense, Inc., aus Hauppauge, New
York, erhältlich.
Beispielsweise ist der in US-A-5,663,503 beschriebene nichtinvasive
Ultraschallsensor dem in der Erfindung verwendeten Sensortyp ähnlich.
Obwohl solche Sensoren typischerweise zum Messen des Flüssigkeitsspiegels
in einem Gefäß verwendet
werden, werden die Ultraschallsensoren in der Erfindung dazu eingesetzt,
die Gegenwart von Fluid in Leitungen oder Verfahrensleitungen nachzuweisen.
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Der
Ultraschallsensor umfasst ein Element zum Übertragen und Empfangen von
Ultraschallenergie. Üblicherweise
ist er mit einer Befestigung mit der Außenwand eines Gefä ßes oder
eines Rohrs verbunden, in dem die Innenwand des Gefäßes oder
der Rohrleitung eine Grenzfläche
mit dem Fluid hat.
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Das
erfindungsgemäße chemische
Abgabesystem ist überwiegend
ein System aus rostfreiem Stahl, das mit Chemikalien kompatibel
ist, die bei chemischen Dampfabscheidungsverfahren (CVD) verwendet
werden, wie z.B. TEOS. Das System bietet ein sicheres, sauberes
und effizientes Verfahren, eine Chemikalie den Prozessinstrumenten
zuzuführen.
Das System liefert die Chemikalie automatisch zu mehreren Werkzeugen, überwacht
automatisch den Chemikalienspiegel in den beiden Reservoirs im System
und benachrichtigt das Bedienungspersonal, wenn die Reservoirs niedrig
oder leer sind bzw. wenn sie übervoll
sind oder eine Fehlfunktion im System auftritt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist in 1 veranschaulicht. Das System 20 ist
zwar anhand von hochreinem TEOS (Tetraethylorthosilicat) beschrieben,
kann aber, wie Fachleuten klar sein wird, auch mit vielen anderen
hochreinen Quellenchemikalien verwendet werden. Andere Chemikalien,
die verwendet werden können,
umfassen die in Tabelle 1 aufgeführten,
sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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In 1 und 2 enthalten
zwei Reservoirs – ein
Großreservoir 50 und
ein Prozessreservoir 52 – eine flüssige Chemikalie, die an einen
Endanwender (nicht gezeigt) abgegeben wird. In der bevorzugten Ausführungsform
sind die beiden Reservoirs vertikal in einem Schrank 116 beabstandet.
Jedoch sind die Stellungen der beiden Reservoirs zueinander nicht
kritisch, und viele anderen Anordnungen sind möglich. Auch kann es in alternativen
Ausführungsformen
mehrere Großreservoirs
und/oder mehrere Prozessreservoirs geben.
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Erneut
wird auf 1 und 2 verwiesen,
wo das Prozessreservoir 52 auf einer Waage 66 auf
einem oberen Fach 130 im Schrank 116 und das Großreservoir 50 auf
einem unteren Fach 132 im Schrank steht. Das Gewicht der
Chemikalie im Prozessreservoir wird durch die Waage laufend überwacht.
Wenn das tatsächliche
Gewicht, das als Prozentsatz des Gesamtgewichts angezeigt werden
kann, unter einen "unteren
Setpoint" fällt, wird
ein Alarm ausgelöst.
Während
des normalen Betriebs wird dann, wenn das Gewicht unter eine bestimmte
Menge (z.B. 2 %) sinkt, das Prozessreservoir aus dem Großreservoir
aufgefüllt.
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Zu
jeder Zeit können
abhängig
von dem durchgeführten
Prozess einer oder beide Reservoirbehälter (50, 52)
voll, teilweise gefüllt
oder leer sein. Typischerweise wird dem Prozessreservoir (52)
ein ausreichender Vorrat (z.B. Vorrat für einen Tag) zugeführt, um
einen Wechsel des Großreservoirs
50, nachdem dieses leer ist (z.B. nach im Wesentlichen vollständigem Verbrauch
der Chemikalie im Großreservoir)
zu berücksichtigen.
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Flüssige Chemikalien
können
einem oder mehreren Verfahrensinstrumenten oder anderen Endanwendern
aus dem Prozessreservoir über
die Chemikalienabgabeleitung 38 zugeführt werden. Dabei handelt es
sich in der bevorzugten Ausführungsform
um eine Leitung aus rostfreiem Stahl, der elektrisch poliert wurde. Der
Strom in der Chemikalienabgabeleitung kann durch verschiedene Ventile
geregelt werden, z.B. die in 1 gezeigten
Ventile 96 und 100. Die Strömungsgeschwindigkeit kann auch
durch einen Regler 64 und die Ventile 92 und 98 geregelt
werden, die wie nachstehend erörtert
am Druckaufbau im Dampfraum im Prozessreservoir beteiligt sind.
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Die
Ventile 92 und 96 auf dem Prozessreservoir 52 können manuell
oder pneumatisch gesteuert werden, wie es bei den Ventilen 74 und 76 auf
dem Großreservoir 50 der
Fall ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden alle anderen
Ventile im System pneumatisch gesteuert.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Abgabeleitung für
Chemikalien 38 eine koaxiale Linie mit einem verschließbaren Absperrventil
(nicht gezeigt). Die Leitung zur Chemikalienabgabe ist an ein Ausstoßsammelrohr
für Chemikalien
(nicht gezeigt) angeschlossen, das mit einem Entgaser (nicht gezeigt)
verbunden sein kann oder nicht. Die flüssige Chemikalie fließt vom Prozessreservoir 52 durch
den Entgaser und das Ausstoßsammelrohr
für Chemikalien
und wird dann zur Aufgabe in das oder die Verfahrensinstrumente
(nicht gezeigt) geleitet.
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Eine
Leitung 46 zur Auffüllung
von Chemikalien ermöglicht
das Auffüllen
des Großreservoirs 50 aus einer
externen Quelle (nicht gezeigt).
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Die
flüssigen
Chemikalien werden mit einem ultrareinen Gas wie Helium, Sauerstoff
oder Wasserstoff durch das System "gedrückt". (Andere inerte
Gase wie Stickstoff, Argon usw. können verwendet werden, ebenso
wie alle Gase, die nicht mit den flüssigen Chemikalien, der chemischen
Anwendung oder den Materialien des Systems reagieren.) Das Gas wird
zum Druckaufbau im Dampfraum des Großreservoirs 50 und
im Dampfraum des Prozessreservoirs 52 verwendet.
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In 1 tritt
das Gas in die Leitung 22 ein, fließt durch das Rückschlagventil 24 und
den Filter 26, ehe es in die Leitung 30 zum Großreservoir 50 und
die Leitung 28 zum Prozessreservoir 52 eintritt. Der Strom
das Gases durch die Leitung 30 wird durch den Druckregler 60 und
verschiedene Ventile (68, 72 und 74)
geregelt. Der Drucksensor 70 zeigt dem Bedienungspersonal
den Gasdruck in der Leitung 30 an.
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Der
Strom des Gases durch die Leitung 28 zum Reservoir 52 wird
durch den Druckregler 64 und verschiedene Ventile (92 und 98)
geregelt. Das Druckentlastungsventil 62 ist ein Sicherheitsventil,
das den übermäßigen Druck
in den Gasleitungen wegnehmen soll. Der Drucksensor 104 versorgt
das Bedienungspersonal mit einer Ablesung des Gasdrucks in der Leitung 28.
Abgesehen davon, dass der Druck im Dampfraum des Großreservoirs 50 aufgebaut
und auf einem gewünschten
Wert gehalten wird, drückt
das Gas die flüssige
Chemikalie vom Boden des Großreservoirs
nach oben durch das Tauchrohr, durch die Leitung 36 und
die Ventile 78 und 92 (über einen Teil der Leitung 28)
zum Prozessreservoir 52. Während Flüssigkeit (während dieses "Auffüllvorgangs") durch einen Teil
der Leitung 28 strömt,
wird das Ventil geschlossen gehalten. Der Strom der flüssigen Chemikalien
in der Leitung 36 kann durch das Ventil 76 und
das Ventil 78 und der Strom der flüssigen Chemikalie in das Prozessreservoir 52 durch
das Ventil 92 geregelt werden.
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Auf ähnliche
Weise drückt
das Inertgas zusätzlich
dazu, dass es den Druck im Dampfraum des Prozessreservoirs 52 aufbaut
und ihn auf einem erwünschten
Wert hält,
die flüssige
Chemikalie vom Boden des Prozessreservoirs 52 nach oben
durch das Tauchrohr 94 zu der Leitung 38 für die Abgabe
von Chemikalien.
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Der
Fluidsensor 54 weist die Gegenwart von Fluid, das aus dem
Großreservoir 50 durch
die Leitung 36 fließt,
sowie die Gegenwart von statischem Fluid in dieser Leitung, wenn
das Prozessreservoir 52 nicht gefüllt wird, nach. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
ist der Fluidsensor ein Ultraschallfluidsensor, der außen auf
die Leitung aus rostfreiem Stahl 36 geklemmt ist. Der Fluidsensor
kann die Gegenwart und/oder Abwesenheit von Fluid in der Leitung 36 nachweisen.
Wenn er die Gegenwart von Fluid in der Leitung nachweist, bestimmt
der Fluidsensor außerdem,
ob das Fluid eine Flüssigkeit
oder ein Gas ist, und sendet ein entsprechendes Signal, das entweder
eine Flüssigkeit
oder ein Gas anzeigt.
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Wenn
der Fluidsensor 54 beim normalen Betrieb eine Abwesenheit
von Flüssigkeit
nachweist, zeigt dies, dass die bisher im Großreservoir 50 vorhandene
verfügbare
flüssige
Chemikalie im Wesentlichen vollständig verbraucht wurde, was
bedeutet, dass das Großreservoir
jetzt "leer" (d.h. im "Leerzustand") ist. Dies macht
das Bedienungspersonal darauf aufmerksam, dass es Zeit ist, den
Großreservoirbehälter durch
einen anderen Großreservoirbehälter zu
ersetzen, der einen frischen Vorrat der flüssigen Chemikalie enthält.
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Der
Sensor 54 ist ein Ultraschallfluidsensor, der, wie in 3 gezeigt,
vorzugsweise auf die Leitung 36 geklemmt ist. Die in der
bevorzugten Ausführungsform
verwendeten anklemmbaren Fluidsensoren sind leicht zu installieren.
Jeder Klemmsensor hat eine eingebaute Prüfeinrichtung, die feststellt,
ob er ordnungsgemäß installiert
ist. Wenn er an eine metallische Leitung geklemmt wird, verändert sich
das vom Sensor ausgesendete Ultraschallsignal auf eine Weise, die
nachweisbar ist. Dadurch kann bestätigt werden, dass der Sensor
ordnungsgemäß auf der
Leitung installiert wurde. Diese Veränderung im Signal ist anders
als eine Veränderung,
die die Gegenwart oder Abwesenheit von Flüssigkeit anzeigt.
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In 2 wird
das System 20 durch einen Mikrocomputer 118 (oder
eine andere An Steuerungseinrichtung) und ein programmierbares Betriebssystem
gesteuert, das alle Schlüsselparameter überwacht
und die meisten Wartungsfunktionen automatisch steuert. Beispielsweise
sind ein Zyklusspülvorgang
und ein Vorgang zur Prüfung
auf undichte Stellen automatisierte Funktionen, die in den "Reservoirwechselvorgang" eingebaut wurden.
Diese Automatisierung verringert die Zeit und den Aufwand bei der
Durchführung üblicher
Wartungsarbeiten. Das automatisierte System sorgt auch dafür, dass
es beim normalen Betrieb überhaupt
keine Ausfallzeiten mehr gibt, da das Großreservoir 50 ersetzt
werden kann, während
das Prozessreservoir 52 in Betrieb ist und dem oder den
Prozessinstrumenten Chemikalien zuführt.
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Der
Mikrocomputer 118 ist von einem elektronischen Gehäuse 120 umschlossen,
das oben auf dem Schrank 116 installiert ist. Ein abgeschirmtes
koaxiales Kabel 122 verbindet den Strömungssensor 54 mit
einer gedruckten Schaltkreisanordnung (printed circuit assembly
= PCA) 124, die auf einem abgeschirmten Gehäuse (nicht
gezeigt) installiert ist.
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Wie
bereits erörtert,
erzeugt der Fluidsensor 54 ein Signal, das die Gegenwart
oder Abwesenheit von Fluid in der Leitung 36 anzeigt. Das
Signal wird durch das koaxiale Kabel 122 in die PCA 124 eingespeist;
dann wird ein Signal von der PCA zum Mikrocomputer 118 geleitet.
Der Mikrocomputer stellt den "Leerzustand" im Großreservoir 50 fest,
wenn er ein Signal empfängt,
das die Abwesenheit von Flüssigkeit
anzeigt, oder kein Signal empfängt,
das die Gegenwart von Flüssigkeit
anzeigt. Wenn ein "Leerzustand" festgestellt wird,
macht der Mikrocomputer das Bedienungspersonal mittels eines Alarms
(d.h. eines hörbaren
oder sichtbaren Alarms, eines computererzeugten Berichts oder einer
beliebigen Kombination dieser oder anderer Alarmtypen) darauf aufmerksam.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine kurze "Verzögerung" (z.B. eine Verzögerung von
zwei Sekunden) einprogrammiert, um die Möglichkeit "falscher Ablesungen" von Gasblasen in der Leitung 36 zu
berücksichtigen.
Dies gibt dem Bedienungspersonal Zeit, sich zu überzeugen, dass das Signal "keine Strömung" vom Fluidsensor 54 nicht
auf Gasblasen (z.B. eine Blase von Helium, Luft oder einem anderen
Gas) in der Leitung zurückzuführen ist.
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Wie
bereits erörtert,
weist der Fluidsensor 54 in einer Ausführungsform nicht nur die Gegenwart
von Fluid nach, sondern stellt auch fest, ob das Fluid eine Flüssigkeit
oder ein Gas ist. Dann erzeugt er ein Signal, das eine Flüssigkeit
oder ein Gas anzeigt. (Wenn ein Gas vorhanden ist, ist das Signal
anders als bei Anwesenheit einer Flüssigkeit.) Dieses Signal wird über ein
koaxiales Kabel 122 zur PCA 124 geleitet. Von
dort wird ein Signal an den Mikrocomputer 118 übertragen.
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Das
System 20 umfasst auch Mittel zur Entlüftung eines Teils des Inertgases
aus dem Großreservoir 50 und
dem Prozessreservoir 52, um einen Systemdruck aufrechtzuerhalten,
der mit dem gewünschten
Druck beim Endanwender kompatibel ist. Die Entlüftungsleitung 86 ist
an ein entsprechendes Beseitigungssystem (nicht gezeigt) angeschlossen.
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Aus
dem Großreservoir 50 abgelassenes
Gas wird über
die Leitung 32 in die Entlüftungsleitung 86 geleitet
und kann durch ein Sperrventil 84 und das Ventil 82,
das normalerweise offen ist (was man an den dunkleren kreisförmigen Symbolen
innerhalb des Ventils in 1 erkennt), geregelt werden.
(Alternativ könnte
das System so konstruiert sein, dass das Ventil 82 auf
Wunsch normalerweise geschlossen ist.) Auf ähnliche Weise wird das aus
dem Prozessreservoir 52 abgelassene Gas über die
Leitung 34 zur Entlüftungsleitung 86 geleitet
und kann durch ein Druckentlastungsventil 106 und ein Sperrventil 88 geregelt
werden.
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Das
Ventil 90, das normalerweise offen ist, entlüftet das
Prozessreservoir 52 in die Leitung 34 an einer Stelle
zwischen dem Sperrventil 88 und dem Ventil 90.
(Alternativ könnte
das System so konstruiert sein, dass das Ventil 90 auf
Wunsch normalerweise geschlossen ist.) Auch ist das Ventil 90 etwa
0,5 Sekunden gepulst offen, um das Gas aus dem Prozessreservoir 52 abzulassen,
wenn der Gasdruck während
des Auffüllens
des Prozessreservoirs aus dem Großreservoir 50 einen
vorher festgelegten Wert erreicht, um den Aufbau eines Überdrucks
im Prozessreservoir zu verhindern.
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Der Überlaufsensor 56,
der vorzugsweise ein Ultraschallfluidsensor ist, ist dem Fluidsensor 54 ähnlich. Da
jegliches Material in der Entlüftungsleitung 86 gasförmig und
nicht flüssig
sein sollte, sendet der Überlaufsensor 56 dann,
wenn er eine Flüssigkeit
in der Entlüftungsleitung
entdeckt, über
das koaxiale Kabel 126 ein Signal an die PCA 124,
die wiederum, wie in 2 gezeigt, ein Signal an den
Mikrocomputer 118 sendet. Bei Empfang eines solchen Signals
schließt
der Mikrocomputer sofort alle offenen Ventile und fährt das
System 20 herunter, da die Gegenwart von Flüssigkeit
in der Entlüftungsleitung 86 einen
möglichen "Überfüllung"- oder "Überlaufzustand" im Großreservoir 50 oder
Prozessreservoir 52 anzeigt. Der Mikrocomputer kann dann
einen Alarm auslösen,
um das Bedienungspersonal auf diesen Zustand aufmerksam zu machen.
Der Alarm kann eine hörbare
Warnung, ein Licht oder eine andere sichtbare Warnung, ein Bericht
auf dem Computersystem oder eine beliebige Kombination dieser oder
anderer Typen von Alarmen sein.
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Wenn
das Großreservoir 50 und/oder
das Prozessreservoir 52 getrennt werden sollen, ist es
wünschenswert,
alle Gase aus den die Reservoirs verbindenden Leitungen zu entfernen.
Zu diesem Zweck ist eine Vakuumvorrichtung als Teil des Systems 20 vorgesehen.
Die Vakuumleitung 40 ist an eine Vakuumquelle (nicht gezeigt)
angeschlossen, um die vollständige
Entfernung chemischer Dämpfe
und atmosphärischer
Gase sicherzustellen, die während
des Reservoirwechselvorgangs unvermeidlicherweise in die Leitungen
des Systems gelangen. Die Vakuumleitung 40 kann durch das
Ventil 110 geregelt werden. Die Kreuzventile 80 und 102 ermöglichen
den Einsatz der Vakuumvorrichtung sowohl auf der Gasseite als auch
auf der flüssigen
Seite des Reservoirs.
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Chemische
Dämpfe
und atmosphärische
Gase sowie rückständige Flüssigkeiten
können
aus den Leitungen, Ventilen und Ausstoßsammelrohren (nicht gezeigt),
die an das Prozessreservoir 52 angeschlossen sind, über die
Leitung 40, die durch das Ventil 108 geregelt
sein kann, evakuiert werden. Ähnlich
können Dämpfe und
atmosphärische
Gase über
die Leitung 42, die durch das Ventil 85 geregelt
sein kann, aus dem Großreservoir 50 evakuiert
werden. Der Drucksensor 112 misst den Vakuumdruck in der
Leitung 42 und liefert dem Bedienungspersonal eine Ablesung,
die diesen anzeigt.
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Während des
normalen Betriebs sollte sich keine Flüssigkeit in der Vakuumleitung 40 befinden.
Jedoch würde
im Falle eines Überlaufzustandes
oder einer anderen Fehlfunktion (z.B. bei einem Ventilversagen), die
zu einem gefährlichen
Zustand führen
könnte,
jede Flüssigkeit
in dieser Leitung durch den Flüssigkeitssensor 58 nachgewiesen.
Dabei handelt es sich in der bevorzugten Ausführungsform um einen Ultraschallfluidsensor
(ähnlich
den Sensoren 54 und 56). Wenn dieser Fluidsensor
die Gegenwart einer Flüssigkeit
nachweist, erzeugt er ein Signal, das diese anzeigt. Dieses Signal
wird über
das koaxiale Kabel 128 zur PCA 124 gesendet, die,
wie in 2 gezeigt, ein Signal an den Mikrocomputer 118 sendet.
Bei Empfang eines solches Signals schließt der Mikrocomputer sofort
alle Ventile und fährt
das System 20 herunter. Dann macht der Mikrocomputer 118 das
Bedienungspersonal durch einen Alarm auf diesen Zustand bzw. diese
Fehlfunktion aufmerksam. Der Alarm kann eine hörbare Warnung, ein Licht oder
eine andere sichtbare Warnung, ein Bericht auf einem Computersystem
oder eine beliebige Kombination dieser und anderen Alarmtypen sein.
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Ein
bei Bedarf verwendetes Merkmal des Systems 20 ist ein Spülmerkmal,
das in den Zeichnungen nicht abgebildet ist. Wenn das System dieses
Merkmal umfasst, kann Stickstoff von Halbleiterqualität oder ein anderes
geeignetes Inertgas dazu verwendet werden, das Ausstoßsammelrohr
zu dem oder den Prozessinstrumenten, den Entgaser oder die Leitung 38 zurück zum Prozessreservoir 52 zu
spülen.
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3 zeigt
einen anklemmbaren Ultraschallfluidsensor 54, der auf der
Leitung 36 befestigt ist. Wie in 3 zu sehen
ist, umfasst die Struktur des Sensors einen Schlitz, um den Sensor über die
Leitung zu klemmen. Der Sensor wird durch eine Schraube 134 oder
einen anderen Befestigungstyp an Ort und Stelle gehalten.
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Der
Mikrocomputer 118 überwacht
die Signale, die durch die anklemmbaren Sensoren (54, 56, 58)
erzeugt werden, um sicherzustellen, dass die Sensoren ordnungsgemäß befestigt
sind und nicht von den Leitungen (36, 86, 40)
entfernt werden. Wenn die Rückmeldung
von einem Sensor nicht ordnungsgemäß ist, zeigt dies ein mögliches
Sensorversagen an, und der Mikrocomputer bringt das System in einen
versagenssicheren Modus. In diesem Modus sind die Ventile geschlossen
(so dass die Chemikalie sicher isoliert ist) und dürfen erst
dann wieder geöffnet
werden, wenn der Zustand "Sensorversagen" behoben ist.
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Fachleute
werden erkennen, dass die Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik
zahlreiche Vorteile bietet. Diese Verwendung von Fluidsensoren (einschließlich mindestens
eines Ultraschallsensors) ermöglicht
es dem Anwender, im Wesentlichen alle verfügbaren Chemikalien im Großreservoir
zu verbrauchen. Dadurch sinken die Kosten für die Entsorgung oder Beseitigung
hochreiner und ultrareiner Chemikalien wie solcher, die in der Elektronikindustrie
verwendet werden. Da dank der Erfindung dem Anwender im Wesentlichen keine
der verfügbaren
Chemikalien verloren gehen kann, während bei Systemen des Standes
der Technik Verluste von 2 bis 5 % nicht unüblich sind, sind die aus der
Erfindung resultierenden Einsparungen wesentlich.
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Die
Erfindung verwendet Ultraschallfluidsensoren auf eine Weise, die
Füllstandsensoren
auf den Behältern
oder Reservoirs wie im Stand der Technik überflüssig macht. Dadurch werden
die vielen Probleme mit solchen Füllstandsensoren vermieden oder
eliminiert. Obwohl es bevorzugt ist, Behälter oder Reservoirs wie das
Großreservoir 50 wie
durch die Erfindung gelehrt ohne Füllstandsensoren zu verwenden,
erlaubt die Verwendung von Ultraschallfluidsensoren (wie in der
Erfindung) den Endanwendern jedoch die Nutzung bestehender Behälter, an
oder in denen Füllstandsensoren
des Standes der Technik befestigt sind.
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Bei
der Erfindung geht es zwar in erster Linie um die Abgabe von Chemikalien,
die in Industriezweigen verwendet werden, in denen die Chemikalien
auf verhältnismäßig hoher
Reinheit gehalten werden müssen (d.h.
bei der Halbleiterherstellung im Submikronbereich) und insbesondere
um die Abgabe von Chemikalien, die bei der Herstellung von Wafern
in der Halbleiterindustrie und für ähnliche
Prozesse verwendet werden, doch die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Fachleute
werden sich darüber
im klaren sein, dass die Erfindung auch auf die Abgabe von Chemikalien
in praktisch jedem Industriezweig und insbesondere für die Abgabe
von Chemikalien genutzt werden kann, die auf dem Niveau hochrein
oder ultrarein gehalten werden müssen.
