-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Zufuhr von hochreinen
und kontaminationsempfindlichen Chemikalien zu Produktionsleitungen
zur Herstellung von Halbleitern, Lichtleitfasern oder ähnlichen
Komponenten. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein System, das
pyrophore Chemikalien führt,
das es ermöglicht,
dass die Produktionsstraße durchgehend
und ohne Unterbrechung arbeitet.
-
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
-
Die
Herstellung von Halbleitern, Lichtleitfasern und ähnlichen
Komponenten erfordert gewöhnlich
Produktionsstraßen
mit Systemen zum Zuführen hochreiner
Chemikalien für
Diffusionsöfen,
und zwar entweder direkt oder in Trägergasen. Die Verarbeitungschemikalien
sind Flüssigkeiten,
die direkt in die Verfahrensstationen eingespritzt werden können oder
die in die Verfahrensstationen in einem Trägergas befördert werden können. Die
direkte chemische Injektion kann aus Massen-Vorratsbehältern erfolgen oder
aus kleineren Vorratsbehältern,
welche durch Massen-Vorratsbehälter
periodisch aufgefüllt
werden. Werden die Chemikalien mit Trägergasen angewendet, werden
die flüssigen
Chemikalien in temperaturgesteuerten Ampullen oder Arbeitszylindern
aufgenommen, die man als "Bubbler" bezeichnet. Ein Strom
eines inerten Trägergases,
wie Stickstoff, Helium oder dergleichen wird in die Bubbler-Ampullen gespritzt.
Das inerte Trägergas
perlt durch die flüssige
Chemikalie in der Bubbler-Ampulle nach oben und erzeugt eine chemikaliengesättigte Trägergasatmosphäre in der
Ampulle in dem Raum über
der darin enthaltenen Quelle für
die flüssige
Chemikalie. Das chemisch gesättigte
Trägergas
wird kontinuierlich aus dem Bubbler entzogen und in die Komponentenverarbeitungsstation,
wie einen Diffusionsofen, wie vorstehend erwähnt, überführt.
-
Die
Verarbeitungsstraßen
hängen
von einer kontinuierlichen Zufuhr von Chemikalien ab, die von der
Chemikalienquelle zugeführt
werden, damit sie korrekt und effizient arbeiten. Wird die Zufuhr
der Verarbeitungschemikalien unterbrochen, muss die Produktionsstraße abgeschaltet
werden, und der Diffusionsofen muss in einen "Leerlauf"-Modus überführt werden. Werden in den chemischen
Ampullen die Verarbeitungschemikalien aufgebraucht, müssen sie
aus der Produktionsstraße
entnommen werden und durch frisch gefüllte Ampullen ersetzt werden.
-
Zur
Umgehung der Notwendigkeit der Entfernung einer Bubbler-Ampulle
aus der Produktionsstraße
können
zusätzliche
Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter
in die Produktionsstraße
aufgenommen werden. Wird ein einzelner Massen-Vorratsbehälter in der Produktionsstraße verwendet,
muss er periodisch mit Verfahrenschemikalien befüllt werden. Die Straße muss
abgeschaltet werden, während
der Massen-Vorratsbehälter
wieder befüllt
wird. Die Straße
kann aufgrund der Verwendung des Massen-Vorratsbehälters längere Zeit
laufen, jedoch muss die Straße
immer noch periodisch abgeschaltet werden, wenn der Massen-Vorratsbehälter aufgebraucht
wird. Werden zwei Massen-Vorratsbehälter verwendet, ist einer ein
stationärer
bzw. fester Behälter
und der andere ist ein austauschbarer mobiler Behälter. Die
Ampulle wird mit Chemikalien aus dem festen Massen-Behälter wieder
aufgefüllt,
und der feste Massen-Behälter
wird mit Chemikalien aus dem austauschbaren oder Wechsel-Massen-Behälter wieder aufgefüllt. Der
feste Massen-Behälter
befindet sich üblicherweise
auf einer Waage oder ist an eine Wägezelle angeschlossen, so dass
das Volumen der Chemikalie in dem festen Massenbehälter kontinuierlich überwacht
wird. Signale werden an die System-Mikroprozessorsteuervorrichtung
oder den "Verteilerkasten" übertragen, welche das Volumen
der Chemikalie anzeigen, die in dem festen Massen-Behälter verbleibt.
Die Mikroprozessorsteuervorrichtung steuert 2 Verwendungspunkte.
Für jeden
Verwendungspunkt existieren vier Füllstandssensoren, d. h. leer,
niedrig, hoch oder Überlauf.
Die Niedrig- und Hoch-Sensoren entsprechen den "Start"- und "Stopp"-Sensoren, die die Signal-Initialisierung
zum Befüllen
der Ampulle oder die Behebung der Nachfrage triggern. Die Leer-
oder Überlauf-("Overfill")-Sensoren sind Notsensoren, wenn die
Start- und Stopp-Sensoren versagen. Die Versorgungsspannung für den Sensorschaltkreis
beträgt
etwa +24 Volt. Sämtliche
Füllstandssensoren
liegen im trockenen Zustand an +24 Volt an. Ein Druckschalter erzeugt
einen Verteilerkasten-Alarm, wenn nicht genügend Druck von sauberer trockener
Luft (CDA) anliegt. Die elektrischen Anschlüsse umfassen Bord- und Schnittstellen-Anschlüsse. Die
Energie ist für 110
V oder 230 V Wechselstrom konfiguriert. Ein Schaltungsunterbrecher,
an dem der Bordanschluss angeschlossen ist, kann zum Abschalten
des gesamten Stroms zur Einheit verwendet werden. Zwillingsgebläse kühlen den
Elektronikbereich der Einheit. Ein Ausgabeabfragekonnektor wird
zusätzlich
zur Bereitstellung von Status- und Alarmsignalen als Schnittstelle
zur Verfahrensausrüstung
verwendet.
-
Ist
der feste Massen-Behälter
zu 75% voll, aktiviert die Steuervorrichtung gewöhnlich ein chemisches Übertragungsventilsystem,
das die Chemikalie von dem Wechsel-Massen-Behälter zu dem festen Massen-Behälter überführt, und
wenn der feste Massen-Behälter
aufgefüllt
wurde, deaktiviert die Steuervorrichtung das chemische Transferventilsystem.
Somit wird der feste Massen-Vorratsbehälter mehrmals aufgefüllt, bevor
der Wechsel-Vorratsbehälter
aufgefüllt
werden muss. Ist der Wechsel-Massen-Behälter im Wesentlichen geleert,
wird der Wechsel-Behälter aus
der Produktionsstraße
entfernt und an einer außerhalb
der Anlage befindlichen Nachschubstelle für die Chemikalie wiederaufgefüllt, welche
gewöhnlich weit
von der Verarbeitungsanlage entfernt ist.
-
Die
Verwendung fester und Wechsel-Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter hat sich als funktionell
wirksam erwiesen, jedoch wäre
es wünschenswert,
könnte
man ein alternatives Auffüllsystem
für die
chemischen Ampullen bereitstellen, und noch stärker wünscht man die Bereitstellung
eines chemischen Auffüllsystems
mit einem Steuervorrichtungs-Mikroprozessor, der das System in alternativen Chemikalien-Auffüll-Modi
betrieben kann, wobei einer einen festen und austauschbaren Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter hat.
und der andere zwei austauschbare Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter hat.
-
Der
Transport hochreiner oder hochempfindlicher Chemikalien in den Produktionsleitungen
erfordert zusätzliche
Sicherheitsmaßnahmen.
Aus diesem Grunde sind pyrophore Chemikalien, die sich selbst entzünden können, wenn
sie der Luft ausgesetzt sind, selten in Produktionsleitungen. Automatische
Flüssigkeitsaustausch- oder Auffüllsysteme
für Flüssigkeiten
werden in anderen Industriezweigen verwendet, wo die Reinheitsanforderungen
der Flüssigkeit
weit weniger strikt sind, und wo man nicht so häufig auf pyrophore Reaktionen
und extreme Luft-(Sauerstoff und Feuchtigkeit)-Empfindlichkeit trifft.
Darüber
hinaus beruhen diese Austausch-Systeme auf der Messung des Gewichts
der Flüssigkeit in
dem Arbeitsbehälter
an vergleichbaren Zeitpunkten oder auf der Verwendung einer Zeitfüllabfolge
zur Gewährleistung
der Abgabe der korrekten Volumenmenge. Keines dieser Systeme war
dazu ausgelegt, dass es mit den strengen Anforderungen arbeitet,
die für
hochreine oder kontaminationsempfindliche Chemikalien in der Verbund-Halbleiterindustrie
benötigt werden,
und wo die Systeme pyrophore metallorganische Chemikalien unterbringen müssen, mit
ihrer Erfordernis zur Minimierung von Feuer, und Eliminierung von
Luftverschmutzungsgefahren.
-
Außerdem leiden
automatische Chemikalien-Auffüllsysteme,
die eine große
Zahl von Temperatur-Steuervorrichtungen und ihre Bubbler von einem zentralen
Auffüllsteuersystem
bedienen, an dem Problem, dass bei Auftreten von Problemen oder
Fehlfunktionen an einer Temperatur-Steuervorrichtung im System sämtliche
Auffüllleitungen
abgeschaltet werden müssen,
bis das Problem behoben worden ist. In der gängigen Praxis können die
meisten Chemikalienauffüllsysteme
bis zu vier Temperatur-Steuervorrichtungen gleichzeitig bedienen,
so dass Dämpfe
zu der entsprechenden Anzahl von Abscheidewerkzeugen geleitet werden.
Somit kann eine Reparatur, die nur für eine Temperatur-Steuervorrichtung
in dem Auffüllsystem
erforderlich ist, ein Abschalten sämtlicher Temperatur-Steuervorrichtungen
in dem System verursachen.
-
Die
Bubbler werden in flüssigen
temperaturgesteuerten Bädern
gehalten und müssen
auf der Basis der Verwendung der hochreinen pyrophoren metallorganischen
(PMO) Quellenchemikalie periodisch ersetzt werden. Die Menge der
verwendeten Chemikalie ist eine Funktion des Sättigungsgrades des Wasserstoffgases,
der die PMO-Chemikalie zum Dampfabscheidungsreaktor für metallorganische Chemikalien
(MOCVD) trägt,
und der Menge des verwendeten Trägergases.
Gewöhnliche
Trägergase sind
Stickstoff, Argon oder Helium, aber das bevorzugte Gas für PMO-CVD
ist hochreiner Wasserstoff. Einige übliche Chemikalien, die in
Bubbler verwendet werden, sind Trimethylgallium (TMG), Triethylgallium (TEG),
Trimethylaluminium (TMA) und Dotierungs-Chemikalien, wie Dimethylzink
(DMZ) und Diethylzink (DEZ). Wird die Chemikalie im Bubbler aufgebraucht,
muss der Bubbler aus dem Temperatur-Bad entfernt werden und an einer
fernen Stelle aufgefüllt
werden.
-
Bei
dem üblichen
Verbund-Halbleiterverfahren des Standes der Technik, das die Verwendung von
frischen flüssigen
pyrophoren metallorganischen (PMO)-Chemikalien erfordert, wird ein
Austausch-Bubbler in das Flüssigkeitstemperaturbad eingesetzt.
Dieser Austausch der Chemikalie erfordert jedoch die physikalische
Entfernung des abgereicherten Bubblers aus dem Flüssigkeitstemperaturbad
und erfordert, dass die MOCVD-Maschine solange abgeschaltet wird,
wie der Austausch durchgeführt
wird. Gewöhnlich
wird die Temperatur der MOCVD-Maschinen-Reaktionszone während dieser Nichtbetriebszeiten
gesenkt. Vor der wieder beginnenden Verwendung der aufgefüllten Chemikalie müssen der
Bubbler und die Maschinen-Reaktorzone erneut auf ihre Standard-Betriebstemperaturen erwärmt werden.
Vor der Aufnahme des Produktionsbestriebs werden anschließend routinemäßig Testproben
durch das Verfahren gezogen, so dass gewährleistet ist, dass die aufgefüllte Chemikalie
nicht kontaminiert ist, und dass sie ist für die Verwendung in dem Verfahren
ansonsten anwendbar. Das gesamte flüssige Chemikalien-Austauschverfahren
kann je nach der beteiligten Chemikalie und dem Endprodukt, das
von der MOCVD-Maschine erzeugt wird, zwei bis acht Std. dauern.
-
Diese
Probleme werden bei dem Design des erfindungsgemäßen Auffüllungssystems durch Bereitstellung
eines modularen automatischen Auffüllungssystems gelöst, wobei
die Flüssigkeitsfüllstandsensoren
vollständig
unabhängig
voneinander arbeiten, so dass der Bubbler in seinem Flüssigkeitstemperaturbad
ohne Entnahme des Bubblers aus dem Bad automatisch aufgefüllt wird.
-
Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System zum automatischen Auffüllen einer
Flüssigkeit
aus einem Massen-Behälter
in einen kleineren Empfänger-Behälter ohne
Kontamination. Insbesondere betrifft sie ein modulares System, das
frische flüssige
pyrophore metallorganische (PMO)-Chemikalien bereitstellt durch
automatisches Auffüllen
einer Anzahl von Arbeitszylindern (in ihren entsprechenden temperaturgesteuerten
Bädern),
die eine entsprechende Anzahl von metallorganischen chemischen Dampfabscheidungs-(MOCVD)-Maschinen mit
Dampf versorgen. Quellenflüssigkeitschemikalienzylinder
werden in der Verbund-Halbleiterindustrie zur Zufuhr von Chemikalien
direkt oder indirekt über Trägergase
verwendet, die entweder partiell oder vollständig mit dem jeweiligen PMO-Chemikalie
als Funktion von Temperatur und Druck des Flüssigkeitschemikalienzylinders
und der Geschwindigkeit des Trägergasstroms
durch den Zylinder gesättigt
sind. Verschiedene hochreine flüssige
PMO-Chemikalien, wie beispielsweise die allgemein als Dotierungsmittel bezeichneten,
werden für
diese Industrie benötigt.
-
Zudem
wird bei herkömmlichen
MOCVD-Reaktoren üblicherweise
eine Vakuumpumpe zur Entfernung von Rest-PMO-Dämpfen aus Übertragungsleitungen vor der
Entnahme eines Zylinders oder Bubblers zu dessen Austausch oder
Untersuchung verwendet. Die Verwendung einer Vakuumpumpe hat mehrere
Nachteile:
- • Bei
einer Vakuumpumpe muss eine Falle verwendet werden, damit flüchtige Chemikalien
vor dem Erreichen der Pumpe kondensiert und somit entfernt werden,
und so Korrosion und Zersetzung der Chemikalien unter Bildung von
Abscheidungen auf den Arbeitsoberflächen und beweglichen Teilen
der Pumpe umgangen werden.
- • Eine
Vakuumpumpe erzeugt Wärme,
die mit der Temperatursteuerung des Systems Wechselwirken kann.
- • Eine
Vakuumpumpe und die dazugehörigen
Teile, Halterungen und Falle benötigen
Platz im Arbeitsbereich.
- • Eine
Vakuumpumpe ist ein teures Ausrüstungsstück, das
regelmäßig gewartet
werden muss. Ihre Falle muss regelmäßig untersucht werden, und
das Niedertemperaturkühlmittel
ausgetauscht und die kondensierten PMO-Gefahrenstoffe regelmäßig beseitigt
werden. Zudem muss das Sumpföl
bei der Vakuumpumpe aufgrund der Entstehung von PMOs in dem Öl trotz
der vorstehend genannten Falle, die niemals 100% effizient ist,
regelmäßig ausgewechselt
werden.
-
Die
Verwendung des erfindungsgemäßen Venturis
ist nicht nur einzigartig, sondern wird auch oft übersehen.
Dies beruht auf der Tatsache, dass unter normalen Bedingungen das
von dem Venturi erzeugte Vakuum nicht ausreicht, um sämtliche
pyrophoren Chemikalien zu evakuieren, so dass man das System für einen
Behälter-Austausch sicher öffnen kann.
Somit arbeitet diese Art von System aufgrund von theoretischen Berechnungen
nicht. Die Erfinder haben jedoch die Verwendung des Venturis mit
einer Verdünnungs-/Spül-Routine
eingeführt,
die es überraschend
ermöglicht,
dass sämtliche
Chemikalien aus dem System entfernt werden. Somit ist ein sicherer
Behälteraustausch
möglich.
Dies vermeidet die herkömmliche
Verwendung von Vakuumpumpen oder anderer derart teurer Ausrüstung, so
dass das gewünschte
Vakuum erzielt wird.
-
Die
Nachteile der Verwendung einer Vakuumpumpe werden durch die vorliegende
Erfindung durch die vorstehend genannte Verwendung eines Venturis
zur Beseitigung restlicher PMO-Chemikaliendämpfe bewältigt. Die Verwendung eines Venturis zur
Beseitigung restlicher PMO-Dämpfe
hat mehrere Vorteile:
- • Ein Venturi benötigt keine
beweglichen Teile für seinen
Betrieb, und benötigt
daher keine Installation einer Falle, damit flüchtige Chemikalien entfernt
werden, bevor sie das Venturi erreichen. Die flüchtigen Chemikalien, die durch
das erfindungsgemäße Venturi
behandelt werden, werden direkt durch das Venturi erschöpft, und
werden zur Entsorgung mit dem normalen Abgas aus dem MOCVD-Werkzeug
geleert.
- • Ein
Venturi erzeugt wenig oder keine Wärme, und hat daher keine Auswirkung
auf das erfindungsgemäße Temperatursteuersystem.
- • Ein
Venturi benötigt
nur sehr wenig Raum in dem Systemgehäuse. Ein kleines Venturi ermöglicht eine
weitere Effizienz durch Reduktion des Volumens von Gasen, die sich
in den kürzeren
Längen der
Verbindungsleitungen befinden.
- • Ein
Venturi ist eine sehr einfache Vorrichtung, ist billig zu installieren,
und erfordert wenig oder keine Wartung.
-
Eine
weitere Verbesserung über
die Verwendung einer Venturi-Vakuumquelle mit PMOs hinaus ist die
Zufügung
eines Ventils am Auslass des Venturis, eine Eigenschaft, die in
der europäischen
Patentanmeldung Nr.
EP
0 723 214 A1 von Goossens et al., fehlt. PMOs zersetzen
sich im Allgemeinen in der Anwesenheit von Sauerstoff oder anderen
Verunreinigungen, so dass ein hartnäckiger fester Rückstand erhalten
wird. Ohne dieses zusätzliche
Ventil kann Sauerstoff oder andere Verunreinigungen durch die Abgasleitung
zum Venturi diffundieren und mit jeglichen PMO-Resten reagieren,
die dort verbleiben könnten.
Die wiederholte Verwendung des Venturis, gefolgt von einer solchen
Rückstandsbildung
kann schließlich
zu einer reduzierten Wirksamkeit oder sogar Blockierung des Venturis
führen.
Mit dem zusätzlichen
Ventil wird eine solche Kontamination umgangen, und das Venturi
wird frei von Rückstand
gehalten. Dies verlängert
die funktionelle Lebensdauer des Venturis und verlängert die
Dauer zwischen vorbeugenden Wartungszyklen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Chemikalienauffüllsystem,
umfassend (a) mindestens einen ersten Chemikalienbehälter; (b)
mindestens einen zweiten Chemikalienbehälter; (c) eine Vorrichtung zum
Zuführen
von Gas an das Chemikalienauffüllsystem;
(d) eine Leitungsvorrichtung zum Verbinden der Vorrichtung zum Zuführen von
Gas, des ersten Chemikalienbehälters
und des zweiten Chemikalienbehälters;
(e) mindestens ein Venturi, umfassend einen Gaseinlass, einen Gasauslass
und einen Abgasauslass, wobei das Venturi zwischen die Vorrichtung zum
Zuführen
von Gas und den ersten und den zweiten Behälter eingebracht wird; und
(f) mindestens ein Ventil, das um den Abgasauslass angebracht ist,
wobei das Ventil Diffusion von Sauerstoff oder irgendeiner Verunreinigung
in das System verhindert. Der erste Chemikalienbehälter ist
vorzugsweise ein Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter und der zweite Chemikalienbehälter ist
eine Ampulle und empfängt Chemikalien
von dem ersten Chemikalienbehälter und
gibt die Chemikalie an eine Vorrichtung zum Aufbringen der Chemikalie
ab. Die Leitungsvorrichtung verbindet das Chemikalienauffüllsystem
mit einer Einrichtung zum Aufbringen der Chemikalie und umfasst
eine Reihe von Übertragungsleitungen
und eine Reihe von Ventilen.
-
Eine
Ausführungsform
des Chemikalienauffüllsystems
umfasst zudem einen Volumensensor, der das Volumen der Chemikalien überwachen
kann, die in dem ersten und zweiten Chemikalienbehälter verbleiben.
Der Volumensensor arbeitet so, dass er das Volumen der Chemikalie
im ersten und zweiten Chemikalienbehälter überwacht, wobei einer ausgewählt wird
aus der Gruppe, bestehend aus: optischem Sensor, Wärmeleitfähigkeitssensor,
Kapazitätssensor,
Waage, Schallsensor, Waage, und Stickstoffstaudrucksensor. Der Volumensensor
ist vorzugsweise ein Optiksensor, der einen Glasstab verwendet,
der sich im ersten und zweiten Chemikalienbehälter befindet, oder ein Wärmeleitfähigkeitssensor,
der einen Thermistor nutzt, der im ersten und zweiten Chemikalienbehälter eingeschlossen
ist.
-
Eine
weitere Ausführungsform
des Chemikalienauffüllsystems
umfasst zudem einen Flüssigkeitstemperatursensor
in jedem der ersten und zweiten Chemikalienbehälter. Eine weitere Ausführungsform des
Chemikalienauffüllsystems
umfasst eine Mikroprozessorsteuervorrichtung zum selektiven Betreiben
des Chemikalien-Auffüllsystems.
Die Mikroprozessorsteuervorrichtung ist vorzugsweise eine programmierbare
Logiksteuervorrichtung. Die Mikroprozessorsteuervorrichtung umfasst
zudem vorzugsweise eine Reihe von Solenoid-Ventilen.
-
Eine
Ausführungsform
des Chemikalienauffüllsystems
umfasst zwei des ersten Chemikalienbehälters und zwei des zweiten
Chemikalienbehälters. Das
Chemikalien-Auffüllsystem
für diese
Ausführungsform
hat einen Mikroprozessorsteuervorrichtung, die das System in einem
festen/Wechsel-Modus betreibt, der die Verwendung eines festen ersten Chemikalienbehälters und
die Verwendung eines ersten Chemikalien-Wechsel-Behälters umfasst, oder in einem
Wechsel-/Wechsel-Modus, der die Verwendung einer Reihe von ersten
Chemikalien-Wechsel-Behältern
umfasst.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Transport
einer Chemikalie: (a) welches ein Chemikalienauffüllsystem
verwendet, das ferner eine Mikroprozessorsteuervorrichtung umfasst,
die eine Mehrzahl an unabhängig
arbeitenden mikroprozessorgesteuerten Modulen umfasst, wobei jedes
Modul elektrisch an jeweils einen ersten Chemikalienbehälter angepasst
ist und derart programmiert ist, dass es den Auffüllarbeitsschritt
des entsprechenden ersten Chemikalienbehälters steuert; (b) welches
das Volumen der Chemikalie in dem entsprechenden ersten Chemikalienbehälter überwacht, wobei
jedes unabhängig
arbeitende mikroprozessorgesteuerte Modul aus der Mikroprozessorsteuervorrichtung
entnommen werden kann, ohne den Betrieb der verbleibenden mikroprozessorgesteuerten
Module und ihrer entsprechenden ersten Chemikalienbehälter zu
unterbrechen und wobei jedes mikroprozessorgesteuerte Modul (c)
einen Alarmzustand von einem Volumensensor erkennt und (d) über das
Erkennen von Schritt (c) entweder ein Auffüllen des betreffenden Arbeitsbehälters oder
ein Abschalten der betreffenden automatischen Auffüllleitung
bewirkt, und wobei alle mikroprozessorgesteuerten Module nach dem
Erkennen eines Alarmzustands aufgrund von niedrigem Spiegel oder
niedrigem Druck von dem Sensor in dem ersten Chemikalienbehälter synchron
derart arbeiten, dass der Betrieb von dem betreffenden ersten Chemikalienbehälter abgeschaltet wird.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung umfasst zudem mindestens zwei Rückschlagventile, welche die
Leitungsvorrichtungen zwischen jedem des ersten Chemikalien-Behälters steuern.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung transportiert das Chemikalienauffüllsystem pyrophore Chemikalien.
Das Chemikalienauffüllsystem
transportiert vorzugsweise flüssige
pyrophore metallorganische Chemikalien.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht des Systems der vorliegenden Erfindung zum Abgeben hochreiner
oder kontaminationsempfindlicher Chemikalien in eine Verarbeitungsstation
in der Produktionsstraße
mit acht Verwendungspunkten in dem Bubbler-Abschnitt; und
-
2 eine
schematische Ansicht des Systems der vorliegenden Erfindung zum
Abgeben hochreiner oder kontaminationsempfindlicher Chemikalien
in eine Verarbeitungsstation in der Produktionsstraße mit vier
Verwendungspunkten in dem Bubbler-Abschnitt.
-
Eingehende Beschreibung der Erfindung
-
Die 1 ist
eine schematische Ansicht eines Systems zur Abgabe ultrareiner oder
kontaminationsempfindlicher Chemikalien, das ein Teil einer Produktionsstraße zum Verarbeiten
von Halbleitern oder dergleichen ist. Die linke Seite der 1 zeigt die
Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter
und das Ventil- und Leitungsschema für die Spülgas- und Chemikalienauffüllverteilung.
Die Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter werden mit den Bezugszahlen 50 und 52 bezeichnet.
Eine oder beide von diesen können
Wechsel-Behälter
sein. Ist nur ein Behälter
ein Wechsel-Behälter,
ist der andere ein fester Behälter, der
nicht dazu ausgelegt ist, dass er aus dem Gehäuse 48 entfernt wird.
In jedem Fall ist das Gehäuse 48 mit
Waagen 54 und 56 ausgestattet, und zwar eine für jeden
der Behälter 50 und 52.
Der Gehäusezusammenbau
kann somit in einem Wechsel-/Wechsel-Modus verwendet werden und
kann auch in einem festen/Wechsel-Modus verwendet werden. Die Waagen 54 und 56 überwachen
die Menge der Chemikalie, die jederzeit in jedem Behälter 50 und 52 verbleiben,
und sie lassen sich so betreiben, dass geeignete Signale an die
Steuervorrichtung gesendet werden, und der Wechsel-Behälter entfernt
und durch einen neuen Wechsel-Behälter ersetzt werden kann, und
zwar auf eine Weise, die es ermöglicht,
dass die Produktionsstraße
für einen unbestimmten
Zeitraum im kontinuierlichen Betrieb verbleibt.
-
Der
Verteiler umfasst eine Anzahl von Auslasswegen 60, 62, 64 und 66,
die an einzelne Bubbler oder Ampullen angeschlossen sind. Die Auslasswege
sind jeweils mit einzelnen Steuerventilen V1, V2, V3 bzw. V4 versehen,
die durch die System-Steuervorrichtung
betätigt
werden, so dass die Chemikalien aus den Behältern 50 und 52 selektiv
an die Bubbler übertragen
werden, die wieder mit Chemikalie aufgefüllt werden müssen. Die Übertragungswege 68 und 70 lassen
sich so betreiben, dass die Chemikalien aus den Behältern 50 bzw. 52 zu
den Auslasswegen 60, 62, 64 und 66 übertragen
werden. Jeder der Übertragungswege 68 und 70 ist
mit entsprechenden Ventilen V5 und V6 ausgestattet, die sich so
betreiben lassen, dass der Chemikalienstrom aus den Behältern 50 und 52 gesteuert
wird. Die Ventile V5 und V6 werden ebenfalls durch die System-Steuervorrichtung
betätigt.
Die Chemikalien werden aus den Behältern 50 und 52 mit
einer Behälter-Pressgasquelle 55 nach
außen
gepresst. Die Druckanzeigen P1 und P2 werden zum Überwachen
des Gasdrucks in den Behältern 50 bzw. 52 verwendet.
Die Gasquelle lässt
sich so betreiben, dass ein Presstrom eines wasserfreien Edelgases,
wie Helium oder Stickstoff, durch die Wege 72 und 74 an
die Behälter 50 und 52 selektiv übertragen
wird. Der Fluss des Pressgases zu den Behältern 50 und 52 durch
die Wege 72 und 74 wird zum Teil durch die Ventile
DV3 und DV6 gesteuert, und die Übertragung
der Chemikalien von den Behältern 50 und 52 zu
den Wegen 68 und 70 wird zum Teil durch die Ventile
DV2 bzw. DV7 gesteuert. Die Ventile DV2, DV3, DV6 und DV7 werden
manuell betrieben, und werden während
des normalen Systembetriebs offen gehalten. Die Ventile DV1, DV4,
DV5 und DV8 sind Leck-Testports.
-
Eine
zweite Quelle für
Pressgas ist in dem System zur Verwendung beim Anlegen eines Vakuums
zum Verteilergefüge
enthalten. Die Pressgasquelle öffnet
sich zu einer Leitung, die durch das Ventil V15 gesteuert wird,
und wenn das Ventil V15 offen ist, gelangt der Gasstrom durch die
Venturidüse 78, so
dass die Leitung 80, die sich in die Venturidüse 78 öffnet, evakuiert
wird. Das Venturi evakuiert den Verteiler, so dass man das System
nicht an eine äußere Vakuumquelle
anschließen
muss. Ein zusätzliches Ventil
V16 befindet sich am Ausgang des Venturis. Das Ventil V16 verhindert
eine Rückdiffusion
von Sauerstoff oder irgendwelcher Feuchtigkeit oder Luft, die für ultrareine
oder kontaminationsempfindliche Chemikalien schädlich ist.
-
Es
folgt eine Beschreibung der Ventilabfolge zum Übertragen einer Chemikalie
von Behälter 50 zu einem
oder mehreren der Auslasswege 60, 62, 64 oder 66.
Es versteht sich, dass die Chemikalie ähnlich übertragen werden kann vom Behälter 52 zu
den Auslasswegen 60, 62, 64 oder 66 für den Fall,
das das System in dem Wechsel-Wechsel-Modus
verwendet wird, indem die entsprechenden Ventile betätigt werden.
Wie vorher erwähnt
werden die Ventile DV2 und DV3 während
des normalen Betriebs des Systems offen gehalten. Eines oder mehrere
der Ventile V1, V2 V3 oder V4 wird zusammen mit den Ventilen V5
und V9 geöffnet.
Die Ventile CV1 und CV2 sind Prüfventile,
die den Rückstrom
von Gas in die Gasquelle verhindern. Sämtliche verbleibenden Ventile
außer
DV6 und DV7 werden geschlossen. Das Öffnen von Ventil V9 ermöglicht,
dass das Pressgas von der Gasquelle den Behälter 50 eintritt,
wodurch Letzterer hinreichend unter Druck gesetzt wird, so dass
die Chemikalien durch das Rohr 51 in die Leitung 68 nach
oben und durch die geöffneten
Auslasswege nach außen
gepresst werden. Die Chemikalie wird in die Bubbler-Ampulle 4 durch
eine Leitung 46 übertragen,
die an ein verlängertes
Rohr 41 über
ein Ventil 45 angeschlossen ist, das jederzeit während des
Normalbetriebs des Systems geöffnet ist.
Die übertragenen
Chemikalien treten in Ampulle 4 über ein offenendiges Rohr 41 ein.
Wenn der geeignete Füllstand
in der Ampulle erfasst wird, schließt die Steuervorrichtung automatisch
die Ventile V5 und V9 zusammen mit dem geöffneten Auslassventil. Wie vorher
erwähnt überwacht
die Waage 54 die Menge an Chemikalien, die im Behälter 50 verbleibt,
und wenn die Chemikalienmenge eine bestimmte Minimalmenge erreicht,
liefert die Steuervorrichtung ein Signal an den Systemoperator,
dass der Behälter
aus dem Gehäuse
entfernt wird, wenn das System ein Wechsel-/Wechsel-System ist.
-
Wird
das System in einem Fest-/Wechsel-Modus betrieben, so dass der Behälter 50 der feste
Behälter
ist, und der Behälter 52 der
Wechsel-Behälter
ist, signalisiert die Waage 54 der Steuervorrichtung, wenn
der Chemikalienfüllstand
in Behälter 50 einen
Auffüllstand
erreicht hat, und zwar vorzugsweise etwa 75% Kapazität, und die
Steuervorrichtung öffnet
die korrekten Ventile in dem System, so dass eine Übertragung
von Behälter 52 zu
Behälter 50 erfolgt.
Unter der Annahme an diesem Punkt, dass sämtliche Ventile außer DV2,
DV3, DV6, und DV7 geschlossen sind, öffnet die Steuervorrichtung die
Ventile V10, V5 und V6. Dadurch presst das Pressgas aus der Gasquelle
den Behälter 52 im
erforderlichen Maße,
so dass die Chemikalie durch Rohr 71 nach oben in den Weg 70 und
durch die Ventile V5 und V6 in Leitung 68 gepresst wird.
Die Chemikalie fließt
dann durch Leitung 68 nach unten in Rohr 51 und
in den Behälter 50.
Signalisiert die Waage 54, dass hinreichend Chemikalie
in den Behälter 52 überführt wurde,
schließt
die Steuervorrichtung die Ventile V10, V5 und V6, so dass die Bewegung der
Chemikalie aus Behälter 52 zu 50 angehalten wird.
Ist der Behälter 52 der
feste Behälter
und Behälter 50 der
Wechsel-Behälter
in einem Fest-/Wechselsystem
beinhaltet die Übertragung
offensichtlich die Betätigung
des Ventils V9 statt Ventil V10. Die anderen Betriebsventile verbleiben
gleich.
-
Die
Mikroprozessorsteuervorrichtung beim Betreiben des Systems im Wechsel-/Wechsel-Modus betätigt periodisch
die Ventile, so dass eine der zweiten und dritten Chemikalienübertragungsleitungen bei
Erhalt des Zugabebedarfsstandes des Chemikaliensignals von den Füllstandsdetektoren
geöffnet wird,
und nach Erhalt eines Behälter-leer-Signals
von einem der Volumensensoren werden anschließend die Ventile zum Öffnen des
anderen der zweiten und dritten Chemikalienübertragungsleitungen periodischen
betätigt
und zwar bei Erhalt des anschließenden Zugabebedarfsstandes
der Chemikaliensignale von den Füllstandsdetektoren,
und die Ventile werden in einem Zustand gehalten, der die erste
Chemikalienübertragungsleitung
in einem geschlossenen Zustand hält.
-
Sowohl
bei dem feste/Wechsel- als auch beim Wechsel-/Wechsel-Betriebsmodus gibt
es ein Betriebsprotokoll zum Austauschen eines leeren Behälters gegen
einen vollen Behälter.
Nachstehend wird das Protokoll erläutert. Der zu ersetzende leere Behälter ist
ein Wechsel-Behälter
im Fest/Wechsel-Modus, und abwechselnde Behälter in dem Wechsel/Wechsel-Modus.
Unter der Annahme, dass der Behälter 52 der
gegen einen vollen Behälter
zu ersetzende Behälter
ist, wird die Steuervorrichtung durch Waage 56 benachrichtigt,
dass der Behälter 52 leer
ist, d. h. der Chemikalienfüllstand
ist unter dem unteren Ende von Rohr 71.
-
Das
allgemeine Protokoll zum Austauschen leerer Massen-Behälter ist
folgendermaßen:
- 1) Ausblasen der Leitungen des Verteilers,
der mit dem auszutauschenden Massen-Behälter verbunden ist;
- 2) Spülen
der Leitungen des Verteilers, der mit dem auszutauschenden Massen-Behälter verbunden
ist;
- 3) Flushing von Edelgas durch die Verbindungsleitungen, während sie
von dem leeren Massen-Behälter
abmontiert werden und an den neuen Massenbehälter anmontiert werden;
- 4) erneutes Spülen
der Leitungen; und
- 5) Überprüfen der
Leitungen auf Lecks.
-
"Ausblasen" betrifft die Entfernung
von Flüssigkeit
in den Leitungen des Verteilers, wenn der Letztere mit Chemikalie
gefüllt
ist. "Spülen" bedeutet das Entfernen
von jeglicher restlicher Flüssigkeit,
die in den Leitungen nach dem "Ausblase"-Betrieb verbleibt. "Flushing" betrifft den konstanten
Gasfluss durch die Leitungen zur Eliminierung der Leitungskontamination,
in denen die Verbindungen erfolgen.
-
Zum
Start der Austausch-Abfolge öffnet
die Steuervorrichtung das Ventil V15, damit ein Strom von Pressgas
durch den Venturi 78 und nach außen durch Ventil V16 geleitet
wird. Dies evakuiert die Leitung 80 und die Leitung 84.
Das Ventil V13 wird geöffnet,
so dass sich das Vakuum auf Behälter 52 ausbreitet.
Das Ventil V8 wird geöffnet,
so dass ein Strom von Pressgas von der Gasquelle 55 in
die Leitungen 86, 88 und 70 gerichtet
wird. Der Gasstrom von Quelle 55 gelangt dann durch die
Leitungen 88 und 70 sowie Rohr 71 und
Behälter 52,
und dann durch die Leitungen 84 und 80, in das
Venturi 78 und durch das Ventil V16. Das Ventil V16 verhindert
die Rückdiffusion
von Sauerstoff oder jeglicher Feuchtigkeit oder Luft, die für hochreine
oder kontaminationsempfindliche Chemikalien schädlich ist. Das wasserfreie
Gas aus der Gasquelle bewirkt, dass jegliche restliche Chemikalie
in den Leitungen 88 und 70 in den Behälter 52 überführt wird.
Der vorstehend genannte Ventilzustand wird für einen festgelegten Zeitraum
aufrecht gehalten, der zum Spülen
der restlichen Chemikalie aus den Leitungen nötig ist. Nach dem Spülen der
restlichen Chemikalie aus den Leitungen werden sämtliche Automatikventile geschlossen,
und der Systemoperator wird angewiesen, die manuellen Ventile DV6
und DV7 oben auf dem Behälter 52 zu schließen.
-
Nachdem
der Systemoperator der Systemsteuervorrichtung signalisiert, dass
die Ventile geschlossen wurden, öffnet
die Steuervorrichtung das Ventil V15, damit ein Strom Pressgas durch
den Venturi 78 und nach außen durch Ventil V16 geleitet
wird. Dadurch werden die Leitungen 80 und 84 evakuiert. Die
Ventile V13 und V14 werden geöffnet,
so dass die Leitungen 74, 90 und 88 und
die Behälterventile DV6
und DV7 ebenfalls evakuiert werden. Die vorstehend genannte Ventilbedingung
wird aufrecht gehalten, so dass die Leitungen und die Behälterventile
für einen
festgelegten Zeitraum evakuiert werden. Anschließend werden die Ventile V15
und V13 geschlossen, und das Ventil V8 wird geöffnet, so dass ein Pressgasstrom
von der Gasquelle 55 in die Leitungen 86, 88, 70, 90 und 74 geleitet
wird. Der Gasstrom von Quelle 55 übt somit einen Druck auf die Leitungen 88, 70, 90 und 74,
sowie auf die Behälterventile
DV6 und DV7 für
einen festgelegten Zeitraum aus.
-
Der
vorstehend genannte Spülzyklus
von abwechselndem Evakuieren und Druckbeaufschlagung der Leitungen
und der Behälterventile
wird für
die gewünschte
Anzahl von Zyklen wiederholt, gewöhnlich etwa zehn. Sobald die
nötigen
Spülzyklen
beendet werden, werde sämtliche
automatischen Ventile geschlossen, und die Steuervorrichtung öffnet die
Ventile V8 und V10, so dass das Gas durch die Leitungen 70 und 74 geschlossen
wird, während
der Behälter ausgetauscht
wird. Dadurch wird verhindert, dass Luft in die flexible Verbindungsleitungen
eintritt, während
der Behälter
entfernt wird und ein neuer Behälter
installiert wird. Der Systemoperator wird angewiesen, den Behälter 52 aus
dem Gehäuse
zu entnehmen, und einen vollen Ersatzbehälter zu installieren. Nachdem
der Systemoperator angezeigt hat, dass ein neuer Behälter installiert
wurde, werden die Ventile V8 und V10 geschlossen. Die Steuervorrichtung öffnet dann
das Ventil V15, so dass ein Strom Pressluft durch das Venturi 78 und
aus dem Ventil V16 geleitet wird. Dies evakuiert die Leitungen 80 und 84. Die
Ventile V13 und V14 werden geöffnet,
so dass das Vakuum auf die Leitungen 74, 90, 70, 88 ausgedehnt
wird, und auf die Behälterventile
DV6 und DV7. Nach einer hinreichenden Vakuumzeit schließt die Steuervorrichtung
die Ventile V13 und V15. Die Steuervorrichtung überwacht dann den Druck auf
den Leitungen und Ventilen DV6 und DV7 mittels Druckanzeige P2,
die ein Druckwandler ist, wie Druckanzeige P1. Ein Druckanstieg
zeigt ein Leck in den Verbindungen an den neuen Behälter. Werden
keine Lecke entdeckt, wiederholt das System die vorstehenden Spülzyklen
und kehrt zurück.
Der Operator stellt das System manuell auf Automatikbetrieb um,
das wie oben beschrieben arbeitet.
-
Man
beachte, dass das Austausch/Spül-Verfahren
auftritt, wenn ein leerer Behälter
durch einen vollen Behälter
ersetzt wird, ungeachtet davon ob das System im Fest-/Wechsel- oder
Wechsel/Wechsel-Modus arbeitet. Zum Betreiben der System-Steuervorrichtung
im vorprogrammierten Arbeitsmodus, d. h. entweder im Fest-/Wechsel- oder Wechsel-/Wechsel-Betriebsmodus,
muss der Systemoperator nur die Steuervorrichtung aktivieren, so
dass der Automatikbetrieb des Systems wieder aufgenommen wird, was
durch die im System bereitgestellte Tastatur erfolgt.
-
Das
Abgabesystem umfasst eine Chemikalientemperatur-Steuervorrichtung,
die eine chemische Vorratsampulle 4 enthält, von
der die hochreine oder kontaminationsempfindliche Chemikalie in
eine Halbleiter-Verarbeitungsstation über eine Leitung überführt wird.
In dem System wird die Chemikalie in einem Strom von Edelgas, wie
Stickstoff, in die Verarbeitungsstation befördert. Der Stickstoffgasstrom wird
in die chemische Vorratsampulle 4 geleitet von einer Leitung,
die sich in ein Rohr 41 öffnet, das unter der Oberfläche der
Chemikalie in der Ampulle 4 verläuft. Der Stickstoffgasstrom
bildet einen aufsteigenden Strom von Blasen, der durch die flüssige Chemikalie
in den freien Raum in Ampulle 4 nach oben steigt, und dient
der Feuchtigkeit und der Druckbeaufschlagung des freien Raums, und
erzeugt einen unter Druck gesetzten chemisch befeuchteten Strom von
Verarbeitungsgas, der aus der Ampulle 4 durch den Auslass 20 hinaus
und in eine Leitung zur Verarbeitungsstation strömt. Eine Verzweigungsleitung kann
verwendet werden, um den Verfahrensgasstrom vorübergehend aus dem System während des Anlaufens
des Verfahrens abzulassen. Die Ventile lassen sich selektiv betreiben,
damit man die Richtung des Verarbeitungsgasstroms steuert. Die Zusammensetzung
der Atmosphäre
in der Verarbeitungsstation wird durch Gase gesteuert, die über Leitungen
in die Verfahrensstation über
Leitungen eingelassen werden, die durch Gasmassefluss-Steuervorrichtungen
geregelt werden.
-
Die
Temperatur-Steuervorrichtung umfasst eine Heizvorrichtung, die die
flüssige
Chemikalie in der Ampulle 4 auf der richtigen Betriebstemperatur hält. Ein
Chemikalientemperatursensor, angeschlossen an die Temperatur-Steuervorrichtung über eine Anordnung
aus elektrischer Leitung und Chemikalienfüllstandssensor, ist in der
Ampulle 4 angeordnet.
-
Der
Füllstand
der Chemikalie in der Ampulle 4 wird auf eine Weise erfasst,
die von dem Material abhängt,
aus der die Ampulle 4 konstruiert ist. Wird beispielsweise
eine Quarzampulle verwendet, wird der Füllstand mit einem Strahlemitter
und vertikal voneinander beabstandeten Empfängern erfasst, die sich in
dem Abschnitt des Bubblers befinden, in dem sich die Ampulle 4 befindet.
Einer der Empfänger
ist ein Start-Auffüll-Empfänger. Der
Emitter sendet einen Signalstrahl durch die Quarzampulle zu entsprechenden
Empfängern,
die sich auf der gegenüberliegenden
Seite der Ampulle befinden. Ist der Flüssigkeits-Füllstand derart, dass das Emittersignal
durch die Flüssigkeit
gelangt, bewirkt der Brechungsindex der Flüssigkeit, dass der Emitterstrahl
hinreichend gebrochen, so dass der Start-Auffüll-Empfänger den Emitterstrahl nicht "sieht". So lange dieser
Zustand andauert, wird das Ampullenauffüllprogramm nicht aktiviert.
Fällt der
Flüssigkeits-Füllstand
unter den Emittersignalstrahlweg, erfasst der Start-Auffüll-Empfänger den
Signalstrahl und überträgt ein Start-Auffüllprogramm-Aktivierungssignal
zur System-Steuervorrichtung.
-
Zur
Gewährleistung,
dass die richtige Menge Chemikalie zu der Ampulle während des
Auffüllbetriebs
gegeben wurde, wird mindestens ein Flüssigkeitsstandssensor in dem
System bereitgestellt. Die Sensoren sind in einem festgelegten Abstand
vertikal voneinander beabstandet. Der unterste Sensor ist der "Start-Auffüll"-Sensor. Der mittlere
Sensor ist ein "Stopp-Auffüll"-Sensor und der oberste
Sensor ist ein "Überlauf"-Sensor. Der Stopp-Auffüllsensor
sendet ein Signal zur System-Steuervorrichtung, und zeigt an, dass
die Ampulle korrekt aufgefüllt
wurde, und der Überlaufsensor
arbeitet als Backup für
den Stopp-Auffüllsensor,
und aktiviert einen Alarm im Fall eines Überlaufzustands. Es versteht
sich, dass sich der Stopp-Auffüll-
und der Überlaufsensor
mit der Quarzampulle so betreiben lassen, dass der System-Steuervorrichtung
signalisiert wird, wenn der Emitterstrahl beim Durchqueren durch
die flüssige Chemikalie
gebeugt wird, während
der Start-Auffüllsensor
so betrieben wird, dass der System-Steuervorrichtung signalisiert
wird, wenn der Emitterstrahl beim Durchtritt durch die flüssige Chemikalie
nicht gebeugt wird.
-
Ist
die Ampulle 4 aus Edelstahl, wird der Chemikalien-Füllstand
vorzugsweise mit Hilfe einer Reihe von Sonden erfasst, die im allgemeinen
die Bezugszahl 31 haben, und die oben in die Ampulle eingeführt werden
und sich in die Ampulle in einen Bereich erstrecken, in dem der
Chemikalienfüllstand erfasst
werden soll. Jede Sonde besteht vorzugsweise aus einem Quarzstab
mit schrägem
Ende. Die Signalstrahlemitter/Empfänger-Komponenten 47 sind oben
auf jedem Stab befestigt und senden einen Signalstrahl nach unten
durch jeden Stab. Die Signalstrahlen werden intern durch die schrägen Enden
der Stäbe
reflektiert, wenn der Flüssigkeitsstand
der Chemikalie unter den Enden der Stäbe ist. Wird das schräge Ende
eines Stabs in die flüssige
Chemikalie getaucht, wird der Signalstrahl aus dem schrägen Ende
des Strahls in die Chemikalie gebrochen, und wird durch die Chemikalie
gestreut. Wird somit das schräge
Ende eines Start-Auffüllstabs 49 in
die Chemikalie getaucht, erfasst sein Emitter/Empfänger 47 keinen
Lichtstrahl und aktiviert das Start-Auffüllprogramm nicht. Es gibt drei
Chemikalien-Flüssigkeitsfüllstands-Sensorsonden,
und zwar eine 49 für
die Erfassung des Start-Auffüllstandes,
eine 51 für
die Erfassung des vollen Standes und eine 53 zum Erfassen
eines Überlaufstandes.
Emitter/Empfänger 47 sind
an eine Sensorschaltungs- oder Steuerelektronik angeschlossen, die
sich in der Temperatur-Steuervorrichtung
befindet. Die Steuerelektronik ist über eine Leitung an die System-Steuervorrichtung
angeschlossen, wobei sich die Steuervorrichtung in einem Gehäuse befindet,
das ebenfalls die Spülgas-
und Chemikalienzufuhr-Verteiler und Ventile und die Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter enthält.
-
Der
Steuervorrichtungs-Mikroprozessor ist ein vorprogrammierter Mikroprozessor,
in den Betriebsparameter für
das System eingegeben sind, und der so arbeitet, dass er die verschiedenen
Hardware-Komponenten des Systems moderiert und steuert, damit der
richtige Chemikalienfüllstand
in der Behälterampulle 4;
der richtige Betrieb der verschiedenen Ventile in dem System, sowie
zusätzliche planmäßige korrekte
Betriebsparameter, wie es nachstehend hervorgehoben wird, aufrecht
erhalten werden.
-
Das
Gehäuse
umfasst einen Mikroprozessorsteuervorrichtungsabschnitt, der eine
Tastatur, und einen Monitor umfasst, die in dem elektrischen Abschnitt
des Gehäuses
enthalten sind, wobei der Gehäuseabschnitt
die elektrischen Komponenten des Systems birgt. Eine programmierbare
Logiksteuervorrichtung (PLC) kann ebenfalls zum Betreiben der Steuervorrichtung
verwendet werden. Bei Verwendung einer PLC erfordert die Erfindung
kein ADAC-Board und steuert einen Berührungsflachbildschirm.
-
Die
Verwendung eines Berührungsflachbildschirms
umgeht den Bedarf an Tastatur, Maus, CD-/Disketten-Laufwerk und
interner Festplatte. Der untere Teil des Gehäuses enthält die beiden Massen-Chemikalien-Vorratsbehälter 50 und 52 und
hat ein Paar nebeneinander befindlicher Türen, die einen Zugriff auf
die Massen-Vorratsbehälter
ermöglichen. Der
unter Abschnitt des Gehäuses
enthält
sämtliche vorstehend
genannten Chemikalien- und Betriebsfluidströmungssteuerverteiler und -ventile.
Die Ventile sind vorzugsweise pneumatische Ventile, die von einer
Quelle für
Pressluft betrieben werden, die sich außerhalb des Gehäuses befindet
und über
eine Übertragungsleitung
an das Verteilersystem angeschlossen ist. Die Steuerung des Pressluftstroms durch
eine Leitung erfolgt über
elektrische Solenoid-Ventile, die sich im Elektrikabschnitt befinden.
Die Quellen für
Pressgas befinden sich außerhalb
des Gehäuses.
-
Das
Gehäuse
hat elektrische und chemische Abschnitte, die zum Betreiben des
Systems verwendet werden. Der obere elektrische Abschnitt des Systems
umfasst die Steuervorrichtungs-Computer-CPU-Komponenten, wie den
Monitor, die Tastatur, eine Maus, ein Diskettenlaufwerk und eine
Festplatte, oder in der Alternative den Berührungsflachbildschirm. Die
Steuervorrichtung ist an eine Analog-Digital-Steuerungsplatine angeschlossen, die
die Analogsignale von einer Schnittstellenplatine verwendet, welche
den Betrieb der Solenoidventile im Ventilverteiler steuert und wandelt
die Analogsignale in Digitalsignale für den Steuervorrichtungs-Computer
um. Die Schnittstellenplatine ist ebenfalls an die Massen-Behälterwaage
oder Gewichtssensoren angeschlossen und empfängt Signale von ihnen; von den
Ampullen-Füllstandssensoren über eine
Leitung und von den Druckanzeigen P1 und P2. Der Solenoid-Ventilverteiler
empfängt
Pressluft von der Leitung und gibt über einzelne röhrenförmige Verbindungen selektiv
die Pressluft an die vorstehend beschriebenen pneumatischen Ventile
ab, die sich in dem Verteilergefüge
befinden. Somit wird ein Solenoidventil funktionsfähig mit
einem entsprechenden pneumatischen Ventil in dem Verteiler gepaart.
Je nach dem von Start/Stopp-Signalen erhaltenen Eingang, den Gewichts-Anzeigen
und Druckanzeigen, sowie der Eingabe des Operators von Tastatur
oder Maus, bestimmt die Steuervorrichtung den Betrieb der Solenoid-Ventile
in dem Verteiler, und daher der pneumatischen Ventile V1 bis V15
im Verteiler. Die Steuervorrichtung signalisiert dem Systemoperator über den Monitor
Aufgaben, die von Hand erledigt werden müssen, und fordert ihn dazu
auf.
-
Man
erkennt leicht, dass die gleichen Systemverteiler, die identische
Elektro- und Chemikalienkomponenten enthalten, bei Konstruktion
gemäß dieser
Erfindung, in einem von zwei verschiedenen Modi arbeiten können. Der
einzige Unterschied ist das Betriebsprogramm, das sich auf einer
Festplatte in dem Steuervorrichtungs-Computer befindet. Somit ist
ein System, das erfindungsgemäß konstruiert
ist, in einer bestehenden Verarbeitungsanlage verwendbar, die entweder
den Fest/Wechsel- oder Wechsel/Wechsel-Modus verwendet. Die Anwesenheit von
CV1 und CV2 ermöglicht
zudem die Verwendung von nur einem Massen-Vorratsbehälter, so
dass kein zweiter Behälter
notwendig ist. Das modulare automatische Auffüllsystem ist sehr flexibel
und ermöglicht
die Verbindung und Steuerung einer gewünschten Anzahl Bubbler durch
Einstellen der Anzahl von Module in dem modular expandierbaren automatischen
Auffüllsystem.
Die größere Vielseitigkeit
des erfindungsgemäßen Systems
eliminiert den Bedarf an kundenspezifisch angepassten Verteilern
in einem Chemikalienabgabegefüge,
wobei die Verteilung von dem Betriebsmodus der Verarbeitungsanlage
abhängt.
Die 2 zeigt eine schematische Ansicht eines hochreinen
oder kontaminationsempfindlichen Chemikalienverteilungssystems,
das nur einen einzelnen unter Druck gesetzten Massen-Chemikalienvorratsbehälter und
eine einzige Chemikalien-Vorratsampulle aufweist.
-
3 ist
ein Blockschema der Elektro- und Chemikalien-Abschnitte in dem Gehäuse, die
zum Betreiben des Systems verwendet werden. Der obere Elektroabschnitt
des Systems umfasst eine programmierbare Logik-Steuervorrichtung
(PLC) Die PLC-Steuervorrichtung enthält die CPU, Analog-Eingänge, Digital-Eingänge- und Ausgänge und
die Stromversorgung. Die Steuervorrichtung ist an einen Analog-Eingang angeschlossen,
der die Signale direkt von den Volumen- oder Gewichtsmessgeräten und
Druckwandlern (P1 und P2) verwendet. Die Analogsignale werden in
Digitalsignale für
den Steuervorrichtungs-Computer umgewandelt, der den Betrieb der
Solenoid-Ventile in dem Ventilverteiler 114 steuert. Die
PLC-Module sind an die Schnittstellenplatine angeschlossen. Die
Schnittstellenplatine enthält
die erforderlichen Stromversorgungen und Schnittstellenelektronik.
Der Druckwandler und die Waagen sind an die Analog-Karte auf der
PLC angeschlossen. Der Vakuumschalter, Überlaufsensor und die Türsensoreingänge sind
an die Schnittstellenplatine angeschlossen. Die Schnittstellenelektronik
interpretiert auch die Signale, die von der zugehörigen Verfahrenselektronik
stammen. Bei Befehl von der PLC sendet die Schnittstellenplatine
Signale zu einer Reihe von Solenoid-Ventilen. Die Solenoid-Ventile steuern
den Pressluftstrom zu den pneumatischen Ventilen im Leitungs-Verteiler.
Der Solenoid-Ventilverteiler 114 empfängt Pressluft und gibt über einzelne
Rohrverbindungen 116 selektiv die Pressluft zu den vorstehend
beschriebenen pneumatischen Ventilen, die in dem Verteilergefüge 58 enthalten
sind, ab. Somit ist ein Solenoid-Ventil funktionsfähig mit
einem entsprechenden der pneumatischen Ventile im Verteiler 58 gepaart.
Je nach dem Eingang, der von den Start/Stopp-Signalen erhalten wird,
den Waagen- und Druckanzeigen, sowie dem Operator-Eingang von der
Tastatur oder der Maus, bestimmt die Steuervorrichtung den Betrieb
der Solenoid-Ventile im Verteiler 114, und daher der pneumatischen
Ventile V1–V15
in Verteiler 58. Die Steuervorrichtung signalisiert dem
Systemoperator über
den Monitor Aufgaben, die von Hand erledigt werden müssen, und fordert
ihn dazu auf.
-
Man
erkennt leicht, dass die gleiche Systemverteilung, die identische
elektrische und chemische Komponenten enthält, bei Konstruktion gemäß der Erfindung
in einem von zwei verschiedenen Modi arbeiten kann. Der einzige
Unterschied ist das Betriebsprogramm im Steuervorrichtungs-Computer.
Somit ist ein erfindungsgemäß konstruiertes
System in einer schon bestehenden Verarbeitungsanlage verwendbar,
die entweder den festen/Wechsel- oder den Wechsel/Wechsel-Betriebsmodus
verwendet. Die erhöhte
Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Systems eliminiert
den Bedarf an einer kundenspezifischen Verteilung in einem Chemikalienabgabegefüge, wobei
die Verteilung von dem Betriebsmodus der Verarbeitungsanlage abhängt.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein modulares automatisches Auffüllsystem
bereit, das keine Vakuumpumpe benötigt, aber für hochreine
pyrophore metallorganische (PMO)-Chemikalien sicher ist. Dieses
System benötigt
auch keine Entfernung des Arbeitszylinders (Bubblers) aus der Arbeitsvorrichtung
und steuert die Anzahl der chemikalienaufnehmenden Bubbler unabhängig voneinander.
Das System hat auch getrennte Steuermodule für jeden Bubbler, die während des
Betriebs der verbleibenden Module aus dem automatischen Auffüllsystem
entnommen werden können,
ohne dass der Mikroprozessor des entfernten Moduls beschädigt oder
lädiert
wird. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass
das automatische Auffüllsystem
zum Auffüllen von
mehr als einem Bubbler mit der hochreinen Chemikalie aus einem einzelnen
Massen-Behälter
verwendet werden kann.
-
Der
Sättigungsgrad
des Trägergases
durch die flüssige
Chemikalie, die durch das erfindungsgemäße automatische Auffüllsystem
aufgefüllt
wird, ändert
sich nicht. Andere inerte Trägergase
verdünnen das
gemeinhin verwendete Wasserstoffträgergas nicht.
-
Für das erfindungsgemäße System
ist zudem jeder digitale Eingang/Ausgang galvanisch von dem Mikroprozessor
isoliert. Sämtliche
Module sind getrennte allein stehende Einheiten mit ihrem eigenem
Mikroprozessor und peripherer Elektronik. Wenn ein Modul, das einen
Bubbler steuert, falsch funktioniert, arbeiten die verbleibenden
Module und Bubbler-Steuervorrichtungen normal weiter. Der Austausch
eines falsch funktionierenden Moduls oder Bubblers stört den Betrieb
der verbleibenden Module, Bubbler und ihrer zugehörigen metallorganischen chemischen
Dampfabscheidungs-(MOCVD)-Maschinen
nicht. Die getrennten Module werden schnell und einfach ausgetauscht,
da sie als Pull out/Plug in-Einheiten ausgelegt sind. Jedes Mikroprozessorsteuermodul
bewirkt, dass seine Massen-Chemikalienübertragungsleitung
die PMO-Chemikalie in seinen entsprechenden Arbeitsbehälter entlässt, wodurch
die Gefahr eines PMO-Feuers gesenkt wird. Die Chemikalienübertragungsleitungen
werden zwischen den Füllmodi
wieder mit hochreinem Wasserstoffgas gefüllt. Die Arbeitsbehälter oder
Massenchemikalien-Vorratsbehälter sind
mit mehreren Füllstand-Detektoren
ausgestattet, so dass sie extreme Füllstandsbedingungen signalisieren.
Ein Gasventuri wird zum Eliminieren der PMO-Dämpfe aus den Übertragungsleitungen
vor einem Auswechseln des Massenchemikalien-Vorratsbehälters verwendet.
-
Dieses
modulare automatische Auffüllsystem
stört die
Temperatur der flüssigen
Chemikalie in dem empfangenden Bubbler nicht, und daher wird der
Sättigungsstand
des austretenden Gases nicht signifikant gestört. Die Massenbehälter sind
zudem so ausgelegt, dass sie die Verwendung eines Heliumleckdetektors
ermöglichen.
Auf diese Weise kann das System atmosphärische Kontamination vermeiden,
so dass die Produktreinheit nach dem Austausch eines Massenzylinders
erhalten bleibt. Es besteht weder ein Bedarf zur Entfernung der
hochreinen PMO-Chemikalien-Bubbler aus den Flüssigkeitstemperaturbädern der
MOCVD-Maschine zum Auffüllen
mit der Chemikalie, noch muss man neue Bubbler an ihrer Stelle einbauen,
so dass der Betrieb der entsprechenden MOCVD-Maschinen während des automatischen
Auffüllbetriebs
nicht beeinträchtigt wird,
und die Wahrscheinlichkeit unbeabsichtigter Feuer drastisch reduziert
wird.
-
Zudem
werden die flüssigen
PMO-Chemikalien aus den PMO-Übertragungsleitungen
während des
normalen Betriebsmodus der MOCVD-Maschine zwischen den Auffüllmodi des
Betriebs des Auffüllsystems
beseitigt, und dieses Wasserstoffgas wird in die Übertragungsleitungen
zwischen den Auffüllmodi zurück gefüllt, und
das Betreiber-Trägergas
der MOCVD-Maschine bleibt ansonsten ungestört. Die Rückdiffusion der Luft in den
Verteiler wahrend des Standby-Modus des Auffüllsystems wird umgangen, und
die Bildung von Metalloxid in und um den Verteiler wird vermieden.
Ein Venturi, das an das Ventil V16 angeschlossen ist, wird eingesetzt,
um gefährliche PMO-Chemikalien-Dämpfe aus
den Übertragungsleitungen
zu entfernen bevor die Massenzylinder ausgetauscht werden.
-
Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden durch ein modulares
automatisches Chemikalienauffüllsystem
erhalten, das einen schnellen und einfachen Austausch beschädigter und
falsch funktionierenden Module in dem automatischen Auffüllsystem
ermöglicht,
ohne dass der Betrieb der verbleibenden Module beeinträchtigt wird, so
dass eine Anzahl Bubbler in dem System weiter arbeiten und Chemikalie
aus den Bubblern zu den entsprechen MOCVD-Maschinen ohne Unterbrechung
zuführen
kann. Das modulare automatische Auffüllsystem erfasst den Füllstand
der flüssigen Chemikalie
in jedem Bubbler und füllt
automatisch die flüssige Chemikalie
in den Bubblern auf einen Betriebs-Füllstand, ohne dass die Bubbler
aus ihren entsprechenden Flüssigkeitstemperaturbädern entnommen
werden müssen
oder ohne dass die Temperatur, Gas-Zusammensetzung und der Sättigungsstand
an flüssiger
PMO-Chemikalie des Trägergases
signifikant beeinträchtigt
wird, noch dass Sauerstoff in das Auffüllsystem oder die MOCVD-Maschine
eingeschleppt wird.
-
IN DER BESCHREIBUNG ZITIERTE LITERATUR
-
Die
vom Anmelder zitierte Literaturliste dient lediglich als Vereinfachung
für den
Leser. Sie bildet keinen Teil der europäischen Patentschrift. Es wurde zwar
größte Sorgfalt
bei der Erstellung der Literaturstellen verwendet, jedoch können Irrtümer und
Auslassungen nicht ausgeschlossen werden, und das EPA lehnt jede
Verantwortlichkeit diesbezüglich
ab.
-
In dieser Beschreibung zitierte Patentschriften
-