DE60317642T2

DE60317642T2 - Gaszufuhrvorrichtung, Ventilanordnung und Verfahren zur Erzeugung von Reaktantpulsen mit einer Ventilanordnung

Info

Publication number: DE60317642T2
Application number: DE2003617642
Authority: DE
Inventors: Gert-Jan Snijders
Original assignee: ASM International NV
Current assignee: ASM International NV
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: EP1486707A1; JP2005051205A; EP1486707B1; US6981517B2; JP4568032B2; DE60317642D1; US20040250853A1

Description

Fachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Gebiet von Gaszuführsystemen und Ventilen für die Steuerung von Prozessgasen bei der Halbleiterherstellung.
Technischer Hintergrund
Bei Verarbeitungsvorrichtungen zum Verarbeiten von Halbleitersubstraten werden Sperrventile für das Steuern und Schalten von Prozessgasen verwendet. Die Ventile des Standes der Technik sind Membranventile. Bei der Membran handelt es sich um eine flexible Membran, die in einer Schließposition des Ventils gegen einen um eine Öffnung herum gelegenen Sitz gedrückt wird und somit die Öffnung schließt. In einer Öffnungsposition ist die Membran von dem Sitz beabstandet, so dass der Durchtritt von Gas ermöglicht wird. Ein Beispiel eines Ventils ist beschrieben in US-5,131,627 von Kolenc. Ein Problem bei Sperrventilen besteht in dem Totvolumen: Nach dem Absperren des Ventils befindet sich immer noch Prozessgas in dem Totvolumen stromabwärts des Ventils. Dieses Totvolumen kann in der Ventilvorrichtung selbst und/oder in der mit der Ventilvorrichtung verbundenen Leitung vorhanden sein. Im Sperrzustand des Ventils kann und wird sich das in dem Totvolumen enthaltene Prozessgas unerwünschterweise weiter stromabwärts durch die Rohrleitung bewegen, was nachteilige Auswirkungen hat. In US-5,542,452 von Carver, Jr. el al. wird eine Ventilvorrichtung beschrieben, deren Totvolumen Null beträgt. Dieses Ventil weist einen Eingangsdurchlass und zwei Ausgangsdurchlässe auf, die sämtlich an der Membran ausmünden. In der Schließposition ist der Eingangsdurchlass mittels der Membran geschlossen, die gegen den Ventilsitz gedrückt wird, wobei die beiden Auslässe jedoch in gegenseitiger Verbindung stehen. In der Öffnungsposition ist der Einlass mit den Auslässen verbunden. Nachdem eine Fluidprobe über den Ventilsitz von dem Einlass in die Auslässe hinein zugeführt worden ist, kann nach dem Schließen des Ventils mittels Durchtritts von Fluid zwischen den beiden Auslassdurchlässen die Fluidprobe von dem Ventil weg transportiert werden, wobei keine Rückstände von Fluid innerhalb der Ventilvorrichtung oder in der mit dem Ventil verbunden Rohrleitung verbleiben. Obwohl auf diese Weise die Auswirkungen des Totvolumens beseitigt werden, leidet diese Ventilvorrichtung immer noch unter dem Nachteil, dass die Qualität der Sperrfunktion vollständig von der Qualität der Dichtigkeit der gegen den Ventilsitz anliegenden Membran abhängt.
US-A-5,922,286 beschreibt ein Gaszuführsystem für eine Verunreinigungsanalysevorrichtung. Das Gaszuführsystem weist mehrere Vierwege-Membranventile auf. Jedes Membranventil weist einen ersten Fluidkanal zwischen einem ersten und einem zweiten Durchlass und einen zweiten Fluidkanal zwischen einem dritten und einem vierten Durchlass auf. Die Fluidkanäle eines Ventils sind voneinander trennbar und stehen derart in Verbindung mit nahe dem Ventilsitz und an gegenüberliegenden Seiten des Ventilsitzes gelegenen Räumen, dass im Schließzustand des Ventils die Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im Öffnungszustand des Ventils die beiden Fluidkanäle miteinander verbunden sind. Ein zu analysierendes Zuführgas liegt an dem ersten Durchlass an. Ein vierter Durchlass ist mit der Analysevorrichtung verbunden. Wenn ein erstes Ventil der Membranventile offen ist, ist ein zweites Ventil der Membranventile geschlossen. Das Gaszuführsystem erzeugt einen Strömungszustand, in dem sich das erste Ventil im Öffnungszustand befindet und sich das zweite Ventil im Schließzustand befindet, so dass das zu analysierende Gas von der Zuführleitung des zu analysierenden Gases her über den ersten Durchlass und den vierten Durchlass zu der Analysevorrichtung strömt. Bei dem bekannten Gaszuführsystem werden die nachfolgenden Gase, die analysiert werden sollen, in Kontakt miteinander gebracht, wie von Spalte 4, Zeile 65 bis Spalte 5, Zeile 8 dieser Veröffentlichung beschrieben ist.
Im Fall von Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition ALD), bei der mindestens zwei miteinander reaktive Reaktanten in einer alternierenden und repetierenden Impulsfolge einer Reaktionskammer zugeführt werden, ist eine adäquate Trennung der verschiedenen Reaktanten sogar nach längerem Gebrauch des Systems absolut erforderlich, was möglicherweise zu Verschleiß führt. Ein zusätzliches Problem besteht darin, dass zahlreiche bei der ALD verwendete Reaktanten bei Raumtemperatur im flüssigen oder festen Zustand vorliegen und einen sehr niedrigen Verdunstungsdruck aufweisen. Deshalb muss das Gaszuführsystem geheizt werden, wobei keine kalten Punkte in dem System existieren dürfen, die eine Kondensation des Reaktanten verursachen könnten. Folglich muss das Ventil bei einer erhöhten Temperatur betätigt werden, die sogar 300°C betragen kann. Die Leistungsfähigkeit dieses Typs von Ventil unter derartigen Bedingungen ist relativ unbekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gaszuführsystem zu schaffen, das in der Lage ist, die Zuführleitung eines Reaktanten ohne jegliche Totvolumeneffekte abzusperren und das zum Ausgeben deutlich getrennter Impulse eines Reaktanten in der Lage ist, wobei eine Degradation der Dichtung zwischen dem Ventilteil, z. B. einer Membran, und dem Ventilsitz hingenommen werden kann, ohne dass eine Verschlechterung der Trennung der Impulse auftritt. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gaszuführsystem und eine Ventilvorrichtung zu schaffen, die für Reaktanten mit niedrigem Verdunstungsdruck geeignet sind, wobei das System bzw. die Vorrichtung kein Totvolumen aufweisen und in der Lage sind, repetierende, deutlich getrennte Impulse eines Reaktanten bei einer zwecks Vermeidung von Kondensation des Reaktanten erhöhten Betriebstemperatur der Ventilvorrichtung zuzuführen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erstellung eines Verfahrens für das Schalten eines Reaktanten mittels eines Membranventils, das die Erzeugung repetierender, deutlich getrennter Impulse des Reaktanten gewährleistet, wobei Totvolumeneffekte vermieden werden und eine Degradation der Dichtung zwischen der Membran und dem Ventilsitz zulässig ist, ohne dass eine Verschlechterung der Trennung der Impulse auftritt.
Überblick
Es wird ein Gaszuführsystem vorgeschlagen, das ein Reaktanten-Absperrventil des Vierwege-Typs aufweist, das einen Fluidkanal zwischen einem ersten und einem zweiten Durchlass und einen zweiten Fluidkanal zwischen einem dritten und einem vierten Durchlass aufweist. Die Fluidkanäle sind voneinander trennbar und befinden sich derart in Verbindung mit nahe dem Ventilsitz und an gegenüberliegenden Seiten des Ventilsitzes gelegenen Räumen, dass im Schließzustand des Ventils die Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im Öffnungszustand des Ventils die beiden Fluidkanäle miteinander verbunden sind. Das Gaszuführsystem weist ferner einen Reaktanten-Fluidkanal auf, der an einem Ende in Verbindung mit dem ersten Durchlass des ersten Fluidkanals steht und an einem gegenüberliegenden Ende in Verbindung mit einer Reaktanten-Zuführleitung steht. Ein zweites Ventil ist vorgesehen, um den Reaktanten-Fluidkanal selektiv in Verbindung mit einem Auslass zu schalten, und die zweiten und dritten Durchlässe sind mit einer Zuführleitung von Reinigungsgas verbunden, und der vierte Durchlass ist mit einem Reaktor verbunden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Gaszuführsystems sind die ersten und zweiten Ventile und der Reaktanten-Fluidkanal in einen einzigen Ventilkörper integriert. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Ventilkörper mit einer Heizvorrichtung versehen. In seinem breitesten Umfang ist das gemäß der Erfindung vorgesehene Gaszuführsystem durch Anspruch 1 definiert.
Mit der Erfindung ist ferner eine Ventilvorrichtung gemäß Anspruch 11 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Schalten eines Prozessfluids durch Betätigen eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gaszuführsystems vorgesehen, wobei das Verfahren das Veranlassen des Strömens eines inerten Gases entlang beider Seiten einer zwischen der Membran und dem Ventilsitz ausgebildeten Dichtung in der Schließposition des Ventils umfasst. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines ersten Ventils, das als Vierwege-Membranventil ausgebildet ist und einen ersten Fluidkanal zwischen einem ersten und einem zweiten Durchlass und einen zweiten Fluidkanal zwischen einem dritten und einem vierten Durchlass aufweist, wobei die Fluidkanäle voneinander trennbar sind und sich in Verbindung mit nahe und an gegenüberliegenden Seiten des Ventilsitzes gelegenen Räumen befinden, derart, dass im geschlossenen Zustand des Ventils die Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im offenen Zustand des Ventils die beiden Fluidkanäle in Verbindung miteinander stehen. Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen eines Reaktanten, und, während eines Reaktanten-Fließ-Schritts, das Halten des ersten Ventils in dem geöffneten Zustand und Veranlassen eines Strömens des Reaktanten über den ersten Durchlass durch den ersten Fluidkanal in den zweiten Fluidkanal und, am Ende des Reaktanten-Fließ-Schritts, das Schließen des ersten Ventils. Das Verfahren umfasst das Veranlassen eines Strömens eines Reinigungsgases durch den zweiten Fluidkanal und entlang der reaktanten-stromabwärtigen Seite des Sitzes des ersten Ventils während des geschlossenen Zustands des ersten Ventils. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Reaktantenfluid-Kanals, der sich an einem Ende in Verbindung mit dem ersten Durchlass des ersten Fluidkanals und an dem gegenüberliegenden Ende in Verbindung mit einer Reaktanten-Zuführleitung befindet, wobei ein zweites Ventil bereitgestellt wird, um in einem Reinigungs-Schritt den Reaktantenfluid-Kanal selektiv in Verbindung mit einem Auslass zu schalten, wenn sich das erste Ventil im Schließzustand befindet, und um während des Reinigungsschritts ein Strömen eines Reinigungsgases über den zweiten Durchlass des ersten Ventils durch den ersten Fluidkanal zu dem ersten Durchlass und durch den Reaktanten-Fluidkanal zu dem Auslass zu bewirken, so dass die reaktanten-stromaufwärtige Seite des Sitzes des ersten Ventils gereinigt wird. In seinem weitesten Umfang ist das Verfahren gemäß der Erfindung durch Anspruch 18 definiert.
Kurzbeschreibung der
1 zeigt ein Membranventil mit vier Wegen und zwei separaten Gasdurchlässen, wobei sich das Ventil in der Schließposition befindet.
2 zeigt ein Membranventil mit vier Wegen und zwei Gasdurchlässen, wobei sich das Ventil in der Öffnungsposition befindet, um eine Verbindung zwischen den Gasdurchlässen zu ermöglichen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventils mit vier Wegen und zwei separaten Gasdurchlässen.
4A zeigt eine schematische Darstellung einer grundlegenden Ausführungsform der gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Ventilvorrichtung mit zwei Ventilen.
4B zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren grundlegenden Ausführungsform der gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Ventilvorrichtung mit drei Ventilen.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Ventilvorrichtung mit drei Ventilen, die in einen einzigen Ventilkörper integriert sind.
7 zeigt ein Beispiel eines Reaktanten-Zuführsystems mit der Ventilvorrichtung gemäß 6.
8A zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Ventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
8B zeigt eine Vorderansicht der Ventilvorrichtung gemäß 8A.
8C zeigt eine Draufsicht auf die Ventilvorrichtung gemäß 8A.
9A zeigt eine Draufsicht auf eine Kombination der drei Ventilvorrichtungen, die nebeneinander an einem gemeinsamen Heizkörper angeordnet sind.
9B zeigt eine Seitenansicht der Kombination gemäß 9A.
10 zeigt eine entlang der Linie A-A angesetzte Querschnittsansicht der Kombination gemäß 9A.
11A zeigt eine schematische Darstellung der Ventilvorrichtung gemäß 6 in einem Reaktanten-Strömungszustand.
11B zeigt die Ventilvorrichtung gemäß 11A im gereinigten Zustand.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine gemäß der Beschreibung in US-5,542,452 von Carver, Jr. el al. ausgebildete Membranventilvorrichtung mit einem Eingangs-Durchlass und zwei Auslass-Durchlässen, wobei die Durchlässe mit Fluidkanälen verbunden sind, welche direkt an der Membran ausmünden, sind im Handel erhältlich von Qualiflow S. A. in Montpellier, Frankreich. Auch Ventile mit vier Durch lassen sind von diesem sowie von anderen Zulieferern erhältlich. Obwohl diese Vierwege-Ventile in verschiedenen Konfigurationen erhältlich sind, wird für die Zwecke der Erläuterung der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration mit zwei trennbaren Fluidkanälen beschrieben, wobei der erste Kanal ein erstes Paar von Durchlässen miteinander verbindet und der zweite Kanal ein zweites Paar von Durchlässen miteinander verbindet, und wobei im Schließzustand des Ventils die Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im Öffnungszustand des Ventils die beiden Fluidkanäle in Verbindung miteinander stehen. Dieses bekannte Ventil wird nun verwendet und in erfinderischer Weise mit mindestens einem weiteren Ventil und mit einer Zuführleitung für Reinigungsgas kombiniert, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
Es folgt nun eine detailliertere Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren, in denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Ein Vierwege-Ventil mit zwei trennbaren Gaskanälen ist in 1 schematisch in der geschlossenen Position gezeigt, in der die Gaskanäle getrennt sind, und ist in 2 schematisch in der offenen Position gezeigt, in der sich die beiden Gaskanäle in Verbindung miteinander befinden. Das Ventil ist insgesamt mit 10 gekennzeichnet, und der Ventilkörper ist mit 12 gekennzeichnet. In der Schließposition wird die Membran durch Kräfte, die von einer Betätigungsvorrichtung 24 über einen Stift 25 übertragen werden, gegen den Ventilsitz 22 gedrückt. Das Ventil weist vier Durchlässe 30, 32, 34 und 36 auf, die mit Fluidkanälen 31, 33, 35 bzw. 37 verbunden sind, wobei die Fluidkanäle in der Nähe der Membran und/oder des Ventilsitzes ausmünden. In der Schließposition gemäß 1 befinden sich die Durchlässe 30 und 32 über die Fluidkanäle 31 und 32 und einen nahe der Membran gelegenen Raum 28 in Verbindung miteinander. In ähnlicher Weise befinden sich die Durchlässe 34 und 36 über die Kanäle 35 und 37 und einen nahe der Membran gelegenen Raum 26 in Verbindung miteinander. Die Räume 26 und 28 sind an entgegengesetzten Seiten des Ventilsitzes 22 ausgebildet.
Gemäß der Erfindung sind im Schließzustand des Ventils 10 die Durchlässe 32 und 34 mit einer Reinigungsgas-Quelle verbunden. Ein erster Strom von Reinigungsgas verläuft durch den Durchlass 32, den Fluidkanal 33, den Raum 28, den Fluidkanal 31 und den Durchlass 30. Ein zweiter Strom von Reinigungsgas verläuft durch den Durchlass 34, den Fluidkanal 35, den Raum 26, den Fluidkanal 37 und den Durchlass 36. Folglich werden beide Seiten der in dem Ventil vorhandenen Dichtung, die durch die gegen den Sitz 22 gedrückte Membran 20 gebildet wird, mittels eines Reinigungsgases gereinigt, und sämtliche in dem Ventil und in den Fluidkanälen befindlichen Rückstände von Reaktant werden mit Hilfe der Reinigungsgasströme aus dem Ventil herausgespült.
In dem Öffnungszustand des Ventils, der in 2 gezeigt ist, wird die Membran in eine Abstandsbeziehung relativ zu dem Sitz 22 bewegt, wobei ein freier Durchtritt belassen wird, über den Fluid aus dem Raum 28 in den Raum 26 oder umgekehrt strömen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nun ein Reaktant einem Durchlass zugeführt, der sich während des Reinigens in einer stromabwärtigen Position relativ zu dem Ventilsitz 22 befindet. Ein derartiger Durchlass ist z. B. der Durchlass 30. Während des Reaktantenfließschritts wird ein Reaktant in den Durchlass 30 eingeführt, wobei es durch den Fluidkanal 31, den Raum 28, den Raum 26 und den Fluidkanal 37 strömt und den Ventilkörper an dem Durchlass 36 verlässt. Folglich strömt während eines Reaktantenfließschritts in der Öffnungsposition des Ventils Reaktant in einer Richtung durch den Fluidkanal 31, während in der Schließposition des Ventils Reinigungsgas durch den Fluidkanal 31 in der Gegenrichtung oder Gegenstromrichtung strömt. In dieser Weise wird ein Strömen des Reaktanten nicht nur mittels der mechanischen Dichtung des Ventils verhindert, sondern auch mittels der in dem Fluidkanal 31 vorhandene Diffusionsbarriere, die durch den Gegenstrom des Reinigungsgases gebildet wird.
Zur Erleichterung des Reaktantenfließschritts ist der Durchlass 30 mit einer Reaktanten-Versorgungsleitung verbunden, und während des Reaktantenfließschritts befindet sich der Durchlass 30 in aktiver Verbindung mit der Reaktanten-Versorgungsleitung. Ferner ist, um ein Reinigen des Ventils in der Schließposition des Ventils zu ermöglichen, der Durchlass mit einem Auslass für Gas verbunden, und während des Reinigungsschritts befindet sich der Durchlass 30 in aktiver Verbindung mit dem Auslass. Es ist mindestens ein Ventil vorgesehen, um zwischen einem ersten Zustand, in dem sich der Durchlass 30 in aktiver Verbindung mit dem Auslass befindet, und einem zweiten Zustand zu schalten, in dem sich der Durchlass 30 in aktiver Verbindung mit der Reaktanten-Quelle befindet und der Durchlass 30 nicht in aktiver Verbindung mit dem Auslass steht. Anzumerken ist, dass, wenn im Kontext der Offenbarung erwähnt wird, dass A mit B "verbunden" ist, dies auf das Vorhandensein eines Gasströmungswegs wie z. B. einer Leitung zwischen A und B hindeutet, dabei jedoch dieser Weg ein Ventil enthalten kann, das sich im Schließzustand befindet. Eine Angabe dahingehend, das sich A "in Verbindung mit" oder "in aktiver Verbindung mit" B befindet, bedeutet, das ein Gasströmungsweg wie z. B. eine Leitung zwischen A und B vorhanden ist und dieser Weg geöffnet ist, so dass Gas von A nach B strömen kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Ventils 10 gemäß 1 und 2. Das Ventil insgesamt ist mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet. Mit der vertikalen Linie 310 und der horizontalen Linie 320 sind zwei getrennte Fluidkanäle angedeutet. Das Ventil 330 repräsentiert die Schaltfunktion des Ventils: durch Öffnen des Ventils 330 werden der erste Fluidkanal 310 und der zweite Fluidkanal 320 in Verbindung miteinander gebracht. In 4 sind zwei grundlegende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt, die das Vierwege-Ventil gemäß 3 aufweisen.
In 4A ist eine Ausführungsform gezeigt, die ein zweites Ventil aufweist. Es ist ein Reaktantenfluid-Kanal 510 vorgesehen, der an einem Ende mit dem Durchlass 30 des Ventils 300 und an dem entgegengesetzten Ende mit einer (nicht gezeigten) Reaktanten-Zuführleitung verbunden ist. Das zweite Ventil 500 kann den Reaktantenfluid-Kanal selektiv in Verbindung mit einem Auslass schalten. Der Durchlass 32 ist durch eine Reinigungsgasleitung 410, die mit einem Strömungsrestriktor 405 zum Begrenzen der Strömung versehen ist, mit einer Reinigungsgas-Zuführleitung verbunden. Der Durchlass 34 ist mit einer Reaktorreinigungsgasleitung verbunden, und der Durchlass 36 ist mit einem Reaktor verbunden. Während eines Reaktantenfließschritts ist das Ventil 330 offen, und das Ventil 500 ist geschlossen. Das Reaktant strömt über die Reaktantenfluid-Leitung zu dem Durchlass 30 und über das offene Ventil 330 zu dem Durchlass 36. Das Reinigungsgas strömt über die Reinigungsgasleitung 410 über den Durchlass 32 und das Ventil 330 zu dem Durchlass 36. Während eines Reinigungsschritts ist das Ventil 330 geschlossen und das Ventil 500 offen, und Reinigungsgas strömt durch die Reinigungsgasleitung 410 zu dem Durchlass 32, durch den ersten Fluiddurchlass 310 zu dem Durchlass 30 und durch die Reaktantenfluid-Leitung und das Ventil 500 zu dem Auslass. Während des Reinigungsschritts wird ein Reinigungsgas dem Durchlass 34 zugeführt und strömt durch den zweiten Fluidkanal 320 zu dem Durchlass 36. In 4B ist ein drittes Ventil 400 in der Reinigungsgasleitung 410 vorgesehen, damit die Möglichkeit besteht, den Reinigungsgasstrom durch die erste Leitung während des Reaktantenfließschritts zu sperren, um eine unnötige Verdünnung des Reaktanten zu verhindern.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die drei Ventile aufweist, ist in 5 gezeigt. Die zweiten und dritten Ventile (400, 500) sind hier in der gleichen Weise wiedergegeben wie bei dem oben erläuterten und in 3 gezeigten Vierwege-Schaltventil 300. Der Durchlass 34 ist mit einer Reaktorreinigungs-Zuführleitung verbunden und steht in Verbindung mit dem Durchlass 36, der mit einem Prozessreaktor verbunden ist. Der Durchlass 32 ist mit einer Ventilreinigungs-Zuführleitung durch das Ventil 400 verbunden, das einen Reinigungsfluid-Kanal 410 und eine Ventilfunktion 430 aufweist. Der Durchlass 30 steht alternierend in Verbindung mit einer Reaktanten-Zuführleitung und einem Auslass, und zwar über das Ventil 500, das einen Reinigungsfluid-Kanal 510 und eine Ventilfunktion 530 aufweist. Der Auslass kann durch die Verwendung einer Vakuumpumpe auf einem niedrigen Druck gehalten werden, oder der Auslass kann sich auf dem atmosphärischen Druck befinden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Ventil 500 auch ein Vierwegeventil mit zwei trennbaren Fluidkanälen 510 und 520 sein. Ein erster Fluidkanal 510 zwischen dem Durchlass 50 und dem Durchlass 52 ist ein Reaktanten-Fluidkanal, wobei der Durchlass 50 mit einer Reaktanten-Zuführleitung verbunden ist und der Durchlass 52 in Verbindung mit dem Durchlass 30 des Ventils 300 steht. Ein zweiter Fluidkanal 520 ist zwischen dem Durchlass 54 und dem Durchlass 56 vorgesehen. Der Durchlass 54 ist mit einer Auslassreinigungs-Zuführleitung verbunden, und eine Pumpe 56 ist mit einem Auslass verbunden. Durch Öffnen des Ventils 530 werden die ersten und zweiten Fluidkanäle des Ventils 500 in gegenseitige Verbindung geschaltet. Der Vorteil des Vierwege-Ventils 500 besteht darin, dass auf diese Weise auch eine Verbindung für die Auslassreinigung realisiert ist, obwohl diese Verbindung auch auf andere Weise gebildet werden kann. Generell kann erwartet werden, dass in jeder Leitung, in der kein positiver Gasstrom existiert und die an einem Ende in Verbindung mit einem Auslass steht, eine Rückdiffusion von Verunreinigungen von dem Auslass in die Leitung erfolgt. Deshalb wird in derartigen Leitungen vorzugsweise ein positiver Gasstrom aufrechterhalten.
Anzumerken ist, dass, obwohl das Ventil 500 als Vierwege-Ventil gezeigt ist, das zwei Paare trennbarer Fluidkanäle aufweist, die in gegenseitige Verbindung geschaltet werden können, die gleiche Funktion auch mittels zweier Leitungen erfüllt werden kann, wobei jede Leitung mit einer T-Querleitung versehen ist und beide T-Querleitungen über eine dritte Leitung verbunden sind, und wobei die dritte Leitung ein Zweiwege-Ventil aufweist. Jedoch sind durch Verwendung des oben erwähnten Vierwege-Ventils sämtliche erforderlichen Komponenten in sehr kompakter Weise realisiert, was praktisch ist.
Gemäß einer eher bevorzugten Ausführungsform sind die drei in 5 gezeigten Ventile in einen einzigen Ventilkörper integriert, wie schematisch in 6 gezeigt ist, in der die Ventilvorrichtung in ihrer Gesamtheit mit 600 gekennzeichnet ist. Diese Integration vereinfacht das Heizen der Ventilvorrichtung zwecks Verwendung mit Reaktanten, die einen niedrigen Verdampfungsdruck haben, um eine Kondensierung des Reaktanten zu vermeiden. Es kann erforderlich sein, ein Heizen auf Temperaturen im Bereich von 50 bis 300°C vorzunehmen. Wenn die Ventile in einen einzigen Körper integriert sind, kann der Körper als Ganzes geheizt und isoliert werden. Vorzugsweise sind bei dieser Ausführungsform sämtliche drei Ventile als Membranventile ausgebildet.
7 zeigt eine schematische Wiedergabe eines Reaktanten-Zuführsystems, bei dem die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete Ventilvorrichtung verwendet werden kann. Die Ventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit 600 gekennzeichnet. Eine Verdunstungskammer 710 steht über einen Reaktanten-Eingangsdurchlass 50 in Verbindung mit der Ventilvorrichtung 600. Die Ventilvorrichtung 600, die Verdunstungskammer 710 und die Verbindung zwischen diesen sind von einer geheizten Zone 760 umschlossen. Das Reaktant 756 ist in dem Reaktantenbehälter 750 enthalten und wird durch die Reaktanten-Zuführleitung 752 zu der Verdunstungskammer 710 geleitet. Die Reaktanten-Zuführleitung 752 weist eine Reaktantenströmungs-Steuervorrichtung 732 auf, um den flüssigen Reaktantenstrom 756 und die Absperrventile 720 und 722 zu steuern. Der obere Bereich des Reaktantenbehälters 750 wird über eine Stickstoff-Manifoldleitung 712 und eine Stickstoffzuführleitung 754 mit Stickstoff druckbeaufschlagt. Die Stickstoffzuführleitung 754 ist mit einem Druckschalter 726 und einem Rückschlagventil 728 versehen. Der Stickstoff kann der Verdunstungskammer 710 direkt über eine Leitung 735 zugeführt werden, die mit einer Massenstromsteuervorrichtung 734 versehen ist. Die verschiedenen Durchlässe der Ventilvorrichtung 600 sind mit der Stickstoff-Manifoldleitung 712 verbunden. Eine Leitung 714, welche die Manifoldleitung mit einem Ventilreinigungs-Durchlass 44 verbindet, ist mit einem Strömungsrestriktor 740 versehen, um den Stickstoffstrom zu begrenzen. Eine Leitung 713, welche die Manifoldleitung 712 mit dem Reaktorreinigungs-Durchlass 34 verbindet, ist mit einer Massenströmungs-Steuervorrichtung 730 verbunden, um den Reaktorreinigungsstrom auf einen konstanten Wert zu steuern. Eine Leitung 715, welche die Manifoldleitung 712 mit dem Pumpenreinigungsdurchlass 54 verbindet, ist mit einem Strömungsrestriktor 742 versehen. Der Durchlass 36 der Ventilvorrichtung 600 ist mit einem Prozessreaktor verbunden, und der Durchlass 56 ist mit einem Auslass verbunden, der vorzugsweise in Verbindung mit einer Pumpe steht.
Es wird ersichtlich sein, dass ein vollständiges Verarbeitungssystem mehr als ein einziges Reaktanten-Zuführsystem aufweisen kann, wie 7 zeigt. Ferner handelt es sich bei dem in 7 gezeigten Reaktanten-Zuführsystem nur um ein Beispiel, und es sind zahlreiche Variationen möglich. Anstelle von N₂ kann auch ein anderes Reinigungsgas verwendet werden, wie z. B. Edelgase wie Ar und He, oder es können auch andere inaktive Gase verwendet werden. Ferner können verschiedene Reinigungsgase für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise Ar zum Druckbeaufschlagen des Reaktantenbehälters und N₂ für die anderen Reinigungsapplikationen.
8 zeigt eine Ausführungsform der Ventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 8A ist eine Seitenansicht, 8B ist eine Vorderansicht, und 8C ist eine Draufsicht. Die Ventilvorrichtung in ihrer Gesamtheit ist mit 800 gekennzeichnet. Die Ventilvorrichtung 800 weist einen einzelnen Ventilkörper 810 auf, an dem Eingangs-Durchlässe 834, 844, 850 und 854, Auslass-Durchlässe 836 und 856 und Ventil-Betätigungsvorrichtungen 820, 830 und 840 angeordnet sind. Ähnlich wie bei der in 6 schematisch gezeigten Ventilvorrichtung ist 834 der Reaktorreinigungs-Eingangsdurchlass, 844 der Ventilreinigungs-Eingangsdurchlass, 854 der Auslassreinigungs-Eingangsdurchlass, und 850 der Reaktanten-Eingangsdurchlass. Der Auslass-Durchlass 836 ist mit einem Reaktor verbunden, und der Auslass-Durchlass 856 ist mit einem Auslass verbunden. Vorzugsweise ist die Ventilvorrichtung 800 mit einer nicht gezeigten Heizvorrichtung versehen, um die Ventilvorrichtung zu heizen und das Ventil auf einer erhöhten Temperatur im Bereich von 50 bis 300°C und vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 150 bis 250°C zu halten. Die Heizvorrichtung kann in den Ventilkörper integriert werden, indem die Heizvorrichtung in eine im Ventilkörper ausgebildete Öffnung oder Ausnehmung eingeführt wird. Alternativ kann ein Heizkörper dahingehend vorgesehen sein, dass der Heizkörper die Heizvorrichtung aufweist und der Heizkörper sich in intimem Kontakt mit dem Ventilkörper 810 befindet und vorzugsweise den Ventilkörper 810 mindestens teilweise umgibt. Vorzugsweise sind ein Temperatursensor zum Detektieren der Temperatur des Ventilkörpers oder des Heizkörpers und eine Temperatursteuervorrichtung vorgesehen, so dass die Temperatur des Ventilkörpers auf einem konstanten Wert gehalten bzw. auf diesen gesteuert werden kann.
Bei der tatsächlichen Anwendung des Verfahrens für das Auftragen eines Dünnfilms auf ein Substrat, wie z. B. eines ALD-Verfahrens, ist mehr als ein Reaktant erforderlich. In 9 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der drei identische Ventilvorrichtungen 800, 900 und 1000 gemäß der vorliegenden Erfindung Seite an Seite miteinander verbunden und befestigt sind. 9A zeigt eine Draufsicht, und 9B zeigt eine Seitenansicht. Bei der Ventilvorrichtung 800 sind identische Teile weiterhin mit den gleichen Bezugszeichen wie in 8 gekennzeichnet. Bei den Ventilvorrichtungen 800, 900 und 1000 sind ähnliche Teile mit Bezugszeichen gekennzeichnet, bei denen die letzten beiden Ziffern identisch beibehalten sind (z. B. 850, 950 und 1050 für die Reaktanten-Eingangsdurchlässe der Vorrichtungen 800, 900 bzw. 100). Der Ausgangs-Durchlass 836 der Ventilvorrichtung 800 ist mit dem Reaktorreinigungs-Eingangsdurchlass 956 der Ventilvorrichtung 900 verbunden. Der Ausgangs-Durchlass 856 der Ventilvorrichtung ist mit dem Auslassreinigungs-Eingangsdurchlass 954 der Ventilvorrichtung 900 verbunden. Die Ventilvorrichtung 1000 ist mit der Ventilvorrichtung 900 in der gleichen Weise verbunden, in der die Ventilvorrichtung 800 mit der Ventilvorrichtung 800 verbunden ist.
Vorzugsweise sind die miteinander verbundenen Ventilvorrichtungen mit Heizvorrichtungen zum Heizen der Ventilvorrichtungen versehen, und besonders bevorzugt sind die Seite an Seite miteinander verbundenen Ventilvorrichtungen mit einer einzigen Heizvorrichtung versehen, die sich über die gesamten konstituierenden Ventilvorrichtungen erstreckt und vorzugsweise die Ventilvorrichtungen mindestens teilweise umgibt. In 9 ist ein Heizkörper 803 gezeigt, an der die Ventilvorrichtungen angeordnet sind. Bei dem Heizkörper 803 handelt es sich um eine Platte aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium. Besonders bevorzugt ist der Heizkörper 803 als Block oder Baugruppe aus hochleitfähigem Material wie z. B. Aluminium ausgebildet, wobei in dem Block oder der Baugruppe eine Anzahl von Ausnehmungen ausgebildet ist, welche die Ventilvorrichtungen und ihre Verbindungen einschließlich der Leitungen aufnehmen, die mit den verschiedenen Eingangs-Durchlässen der miteinander verbundenen Ventilvorrichtungen verbunden sind. Dies verhindert Kaltstellen an den Verbindungspunkten und/oder vereinfacht das Heizen und die Wärmeisolierung der Seite an Seite miteinander verbundenen Ventilvorrichtungen und ihrer Verbindungen.
Die Ventilreinigungs-Eingangsdurchlässe 844, 944 und 1044 sind durch Leitungen 845, 945 und 1045 mit externen Ventilreinigungs-Eingangsdurchlässen 846, 946 bzw. 1046 verbunden. Der Reaktorreinigungs-Eingangsdurchlass 834 ist durch die Leitung 833 mit einem externen Reaktorreinigungs-Eingangsdurchlass 832 verbunden. Der Auslassreinigungs-Eingangsdurchlass 854 ist durch die Leitung 853 mit einem externen Auslassreinigungs-Eingangsdurchlass 852 verbunden. Der N₂ oder das Reinigungsgas kann beim Durchströmen der Leitungen 845, 945, 1045, 833 und 853 den Heizkörper heizen und dessen Temperatur annehmen, bevor es in eine der Ventilvorrichtungen eintritt. Deshalb erstrecken sich die 845, 945, 1045, 833 und 853 über eine beträchtliche Länge des Heizkörpers 803. Vorzugsweise beträgt diese Länge das 10fache des Durchmessers der Leitung, und besonders bevorzugt beträgt diese Länge das 20fache des Durch messers der Leitung. Dies ermöglicht ein adäquates Vorheizen des N₂ und des Reinigungsgases, bevor dieses in einen der Eingangs-Durchlässe einer der Ventilvorrichtungen eingeführt wird.
10 zeigt eine entlang der Linie A-A angesetzte Querschnittsansicht der miteinander verbundenen Ventilvorrichtungen gemäß 9. Identische Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 9 versehen. In 10 sind auch das Isoliermaterial 807 und die Abdeckung 809 gezeigt. Das Isoliermaterial bildet die adäquate Wärmeisolierung der miteinander verbundenen Ventilvorrichtungen und dient als mechanischer Schutz. Der Heizkörper 803 ist vorzugsweise ein Block aus Aluminium, in den Ausnehmungen eingearbeitet sind, in welchen die Ventilvorrichtungen, ihre Verbindungen und die erforderlichen Leitungen aufgenommen werden können. In dieser Weise werden die Ventilvorrichtungen nicht nur von unten her, sondern auch von den Seiten mittels nach oben abstehender Teile des Heizkörpers beheizt. Der Heizköper weist eine oder mehrere nicht gezeigte Heizvorrichtungen auf. Diese eine oder diese mehreren Heizvorrichtungen können in Vertiefungen oder Öffnungen befestigt sein, die im Heizkörper 803 ausgebildet sind. Vorzugsweise ist der Heizkörper 803 ferner mit einem Temperatursensor zum Detektieren der Temperatur versehen. Die Heizvorrichtungen und der Temperatursensor sind vorzugsweise mit einer Steuervorrichtung verbunden, um die Temperatur der Ventilvorrichtungen auf einen konstanten Wert zu steuern.
Im Folgenden wird das Verfahren gemäß der Erfindung anhand von 11A und 11B erläutert. 11A zeigt eine schematische Darstellung der Ventilvorrichtung gemäß 6 im Reaktantenströmungs-Zustand, und 11B zeigt die Ventilvorrichtung im Reinigungszustand. In 11A und B sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet wie in 6. Im Reaktantenströmungs-Zustand ist das Ventil 330 offen, und dass Ventil 530 ist geschlossen. Gemäß 11A wird Reaktant einem Reaktanten-Eingangsdurchlass 50 zugeführt, und das Reaktant strömt zwischen S1 und S2 durch den Reaktantenfluid-Kanal, wie durch den Pfeil 1110 ange deutet. Der Reaktantenstrom passiert das Ventil 330, wie durch den Pfeil 1112 angedeutet, und verlässt die Ventilvorrichtung an dem Durchlass 36. Vorzugsweise strömt während des Reaktantenfließschritts ein Reaktorreinigungsgas von dem Durchlass 34 zu dem Durchlass 36, und ein Auslassreinigungsgas strömt von dem Durchlass 54 zu dem Durchlass 56. Vorzugsweise ist während des Reaktantenfließschritts das Ventil 430 geschlossen, so dass kein Ventilreinigungsgas strömt. Jedoch ist während des Reaktantenfließschritts die Anwendung oder Nichtanwendung der Ventilreinigungsgasströme nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung.
Während eines Reinigungsschritts ist nach dem Abschluss des Reaktantenfließschritts das Ventil 330 geschlossen, und die Ventile 530 und 430 sind offen. Ein Ventilreinigungsgas strömt von dem Ventilreinigungs-Eingangsdurchlass 44 zu dem Punkt S1, wie durch die Pfeile 1120, 1122 angedeutet. An dem Punkt S1 passiert das Ventilreinigungsgas das Ventil 330 an der reaktanten-stromaufwärtigen Seite des Ventilsitzes. Dann strömt das Ventilreinigungsgas von S1 zu S2, wie durch den Pfeil 1124 angedeutet. Schließlich passiert das Ventilreinigungsgas das Ventil 530 und verlässt die Ventilvorrichtung über den Durchlass 56. Gleichzeitig mit dem Strom des Ventilreinigungsgases wird ein Reaktorreinigungsgas dem Durchlass 34 zugeführt und strömt zu dem Durchlass 36. Das Reaktorreinigungsgas passiert das Ventil 330 an der reaktanten-stromabwärtigen Seite des Sitzes. In dieser Weise wird während des Ventilreinigungsschritts der Sitz des Ventils 330 an beiden Seiten gereinigt. Vorzugsweise wird während des Ventilreinigungsschritts ein Auslassreinigungsgas an dem Durchlass 54 zugeführt und strömt von dem Durchlass 54 zu dem Durchlass 56.
Während des Reaktantenfließschritts strömt das Reaktant von S2 zu S1, wohingegen während des Ventilreinigungsschritts das Ventilreinigungsgas in gegenläufiger Richtung von S1 zu S2 strömt. Dadurch wird zusätzlich zu der mechanischen Dichtung des Ventils 330 eine zusätzliche Reinigungsgasdiffussions-Barriere geschaffen, die sichergestellt, dass während des Ventilreinigungsschritts kein Reaktantengas aus dem Reaktanten-Eingangsdurchlass 50 zu dem Reaktor strömen kann.
Es versteht sich, dass verschiedene Optionen gewählt werden können, solange das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung erfüllt ist, d. h. dass während eines Ventilreinigungsschritts ein Reinigungsgas entlang beider Seiten des Sitzes eines Membranventils strömt. Es besteht die Möglichkeit, die Zufuhr von Reaktant zu dem Reaktanten-Eingangsdurchlass 50 während des Ventilreinigungsschritts abzuschalten. In vielen Fällen wird es jedoch zweckdienlich sein, dem Reaktanten-Eingangsdurchlass 50 einen kontinuierlichen Reaktant-Strom zuzuführen und während des Reinigungsschritts das Reaktant durch das Ventil 530 zu dem Auslass zu leiten und während eines Reaktantenfließschritts das Reaktant durch das Ventil 330 zu dem Reaktor zu leiten. Ferner kann die Ventilreinigung während des Reaktantenfließschritts abgeschaltet werden, oder es kann sowohl während des Reaktantenfließschritts als auch während des Ventilreinigungsschritts ein kontinuierliches Ventilreinigungsgas zugeführt werden. Vorzugsweise werden der Reaktorreinigungsstrom und der Auslassreinigungsstrom während sämtlicher Schritte auf einem konstanten Wert gehalten.

Claims

Gaszuführsystem zum impulsweisen Zuführen eines Reaktionsgases zu einem Reaktor, wobei das Gaszuführsystem aufweist: – ein erstes Ventil, das als Vierwege-Membranventil (300) ausgebildet ist und einen ersten Fluidkanal (310) zwischen einem ersten und einem zweiten Durchlass (30, 32) und einen zweiten Fluidkanal (320) zwischen einem dritten und einem vierten Durchlass (34, 36) aufweist, wobei die Fluidkanäle voneinander trennbar sind und sich in Verbindung mit nahe und an gegenüberliegenden Seiten des Ventilsitzes (22) gelegenen Räumen befinden, derart, dass im geschlossenen Zustand des Ventils die beiden Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im offenen Zustand des Ventils die beiden Fluidkanäle in Verbindung miteinander stehen; – wobei mit dem ersten Durchlass (30) eine Reaktanten-Zuführleitung verbunden ist; – wobei mit dem zweiten Durchlass (32) eine Reinigungsgas-Zuführleitung verbunden ist; – wobei mit dem dritten Durchlass (34) eine Reinigungsgas-Zuführleitung verbunden ist; – wobei der vierte Durchlass (36) zur Verbindung mit dem Reaktor angeordnet ist; und – ein zweites Ventil (500), das im offenen Zustand den ersten Durchlass (30) in Fluidverbindung mit einem Auslass bringt und im geschlossenen Zustand die Fluidverbindung schließt; wobei das Gaszuführsystem einen Reaktanten-Strömungszustand erzeugt, in dem sich das erste Ventil im offenen Zustand und das zweite Ventil im geschlossenen Zustand befindet, so dass Reaktanten-Gas aus der Reaktanten-Zuführleitung über den ersten Durchlass (30) und den vierten Durchlass (36) zu dem Reaktor strömt, und wobei das Gaszuführsystem einen Reinigungszustand erzeugt, in dem sich das erste Ventil im geschlossenen Zustand und das zweite Ventil im offenen Zustand befindet, so dass Reinigungs-Gas aus dem zweiten Durchlass (32) über den ersten Durchlass (30) zu dem Auslass strömt und Reinigungs-Gas aus dem dritten Durchlass (34) über den vierten Durchlass (36) zu dem Reaktor strömt.
Gaszuführsystem nach Anspruch 1, bei dem das zweite Ventil ein Vierwege-Membranventil (500) mit zwei voneinander trennbaren Fluidkanälen ist, wobei der eine Kanal der Reaktantenfluid-Kanal (510) und der andere Kanal ein Auslassreinigungskanal (520) ist, der an einem Ende mit einer Zuführleitung für Reinigungsgas und an dem gegenüberliegenden Ende in Verbindung mit dem Auslass steht.
Gaszuführsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ferner vorgesehen sind: – ein Reinigungsfluid-Kanal (410) für die genannte Verbindung zwischen der Reinigungs-Zuführleitung und dem zweiten Durchlass (32); – ein in dem Reinigungsfluid-Kanal angeordnetes drittes Ventil (430) zum selektiven Schalten des Reinigungsfluid-Kanals in den geöffneten und den geschlossenen Zustand.
Gaszuführsystem nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Ventilvorrichtung, die einen einzelnen Ventilkörper aufweist, in den die Ventile (300, 400, 500) und ein Reaktantenfluid-Kanal (510) zum Verbinden der Reaktanten-Zuführleitung mit dem ersten Durchlass (30) integriert sind.
Gaszuführsystem nach Anspruch 3, mit einer Ventilvorrichtung, die einen einzelnen Ventilkörper aufweist, in den die Ventile (300, 400, 500), ein Reaktantenfluid-Kanal (510) zum Verbinden der Reaktanten-Zuführleitung mit dem ersten Durchlass (30) und der Reinigungsfluid-Kanal (410) integriert sind.
Gaszuführsystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Ventilkörper mit einer Heizvorrichtung versehen ist.
Gaszuführsystem nach Anspruch 4 oder 5, mit einer Ventilvorrichtung, die mehrere Ventilkörper aufweist, wobei die Ventilkörper nebeneinander in der gleichen Ausrichtung derart angeordnet sind, dass die zweiten Fluid-Kanäle der mehreren Ventilkörper direkt miteinander verbunden sind.
Gaszuführsystem nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 2, bei dem sich jeder Ventilkörper in Verlängerung eines Auslassreinigungskanals erstreckt, wobei die jeweiligen Auslassreinigungskanäle der mehreren Ventilkörper direkt miteinander verbunden sind.
Gaszuführsystem nach Anspruch 8, mit einer Heizvorrichtung zum Heizen der Ventilvorrichtung.
Gaszuführsystem nach Anspruch 9, ferner mit einem gemeinsamen Wärmeisolierungsmantel, der die Ventilvorrichtung im Wesentlichen umschließt.
Ventilvorrichtung zur Verwendung in einem Gaszuführsystem gemäß den Ansprüchen 4–10 zum impulsweisen Zuführen eines Reaktionsgases zu einem Reaktor, wobei die Ventilvorrichtung aufweist: – ein erstes Ventil, das als Vierwege-Membranventil (300) ausgebildet ist und einen ersten Fluidkanal (310) zwischen einem ersten und einem zweiten Durchlass (30, 32) und einen zweiten Fluidkanal (320) zwischen einem dritten und einem vierten Durchlass (34, 36) aufweist, wobei die ersten und zweiten Fluidkanäle voneinander trennbar sind und sich in Verbindung mit nahe und an gegenüberliegenden Seiten eines Ventilsitzes (22) gelegenen Räumen befinden, derart, dass im geschlossenen Zustand des Ventils die ersten und zwei ten Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im offenen Zustand des Ventils die ersten und zweiten Fluidkanäle in Verbindung miteinander stehen; – ein zweites Ventil (500), das als Vierwege-Ventil (500) ausgebildet ist und einen ersten Fluidkanal (510) zwischen einem ersten und einem zweiten Durchlass (50, 52) und einen zweiten Fluidkanal (520) zwischen einem dritten und einem vierten Durchlass (54, 56) aufweist, wobei im geschlossenen Zustand des Ventils die ersten und zweiten Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im offenen Zustand des Ventils die ersten und zweiten Fluidkanäle in Verbindung miteinander stehen; wobei der erste Durchlass (30) des ersten Ventils mit dem zweiten Durchlass (52) des zweiten Ventils verbunden ist, so dass der erste Fluidkanal des ersten Ventils und der erste Fluidkanal des zweiten Ventils miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch ein drittes Ventil (400) mit einem Fluidkanal (410), der selektiv in einen offenen und einen geschlossenen Zustand geschaltet werden kann, wobei der Fluidkanal (410) des dritten Ventils an einem Ende mit dem zweiten Durchlass (32) des ersten Ventils verbunden ist, wobei die ersten, zweiten und dritten Ventile in einen einzigen Ventilkörper integriert sind.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der einzelne Ventilkörper mit einer Heizvorrichtung versehen ist.
Anordnung mit mehreren Ventilvorrichtungen nach einem der Ansprüche 11–12, bei der die Ventilkörper der mehreren Ventilvorrichtungen nebeneinander in der gleichen Ausrichtung derart angeordnet sind, dass die zweiten Fluid-Kanäle der Ventilkörper direkt miteinander verbunden sind.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 12, ferner mit einem gemeinsamen Wärmeisolierungsmantel, der die Vorrichtung im Wesentlichen umschließt.
Verfahren zum Schalten eines Prozessfluids durch Betätigen eines Gaszuführsystems nach einem der Ansprüche 1–10, mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines ersten Ventils (300), das als Vierwege-Membranventil ausgebildet ist und einen ersten Fluidkanal (310) zwischen einem ersten und einem zweiten Durchlass (30, 32) und einen zweiten Fluidkanal (320) zwischen einem dritten und einem vierten Durchlass (34, 36) aufweist, wobei die Fluidkanäle voneinander trennbar sind und sich in Verbindung mit nahe und an gegenüberliegenden Seiten des Ventilsitzes (22) gelegenen Räumen befinden, derart, dass im geschlossenen Zustand des Ventils die Fluidkanäle voneinander getrennt sind und im offenen Zustand des Ventils die beiden Fluidkanäle in Verbindung miteinander stehen; – Bereitstellen eines Reaktanten; – während eines Reaktanten-Fließ-Schritts, Halten des ersten Ventils (300) in dem geöffneten Zustand und Veranlassen eines Strömens des Reaktanten über den ersten Durchlass (30) durch den ersten Fluidkanal (310) in den zweiten Fluidkanal (320); – am Ende des Reaktanten-Fließ-Schritts, Schließen des ersten Ventils (300); – während des geschlossenen Zustands des ersten Ventils (300), Veranlassen eines Strömens eines Reinigungsgases durch den zweiten Fluidkanal (320) und entlang einer reaktanten-stromabwärtigen Seite des Ventilsitzes (22) des ersten Ventils (300), – Bereitstellen eines Reaktantenfluid-Kanals (510), der sich an einem Ende in Verbindung mit dem ersten Durchlass (30) des ersten Fluidkanals (310) und an dem gegenüberliegenden Ende in Verbindung mit einer Reaktanten-Zuführleitung befindet; – Bereitstellen eines zweiten Ventils (500), das im offenen Zustand den ersten Durchlass (30) in Fluidverbindung mit einem Auslass bringt und im geschlossenen Zustand die Fluidverbindung schließt; – während des offenen Zustands des ersten Ventils (300), Halten des zweiten Ventils (500) im geschlossenen Zustand; – während des geschlossenen Zustands des ersten Ventils (300), Halten des zweiten Ventils (500) in dem geöffneten Zustand und Veranlassen eines Strömens eines Reinigungsgases über den zweiten Durchlass (32) durch den ersten Fluidkanal zu dem ersten Durchlass (30) und durch mindestens einen Teil des Reaktantenfluid-Kanals (510) zu dem Auslass, so dass ein Reinigungsgas entlang einer reaktanten-stromaufwärtigen Seite des Ventilsitzes (22) des ersten Ventils (300) strömt.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Reinigungsfluid-Kanals (410), der sich in Verbindung mit dem zweiten Durchlass (32) befindet; – Bereitstellen eines in dem Reinigungsfluid-Kanal (410) angeordneten dritten Ventils (400) zum selektiven Schalten des Reinigungsfluid-Kanals (410) in den geöffneten und den geschlossenen Zustand; – während des geschlossenen Zustands des ersten Ventils (300), Halten des dritten Ventils (400) in dem geöffneten Zustand und Veranlassen eines Strömens eines Reinigungsgases durch den Reinigungsfluid-Kanal (410) und durch den ersten Fluidkanal (310) über den zweiten Durchlass (32); und – während des offenen Zustands des ersten Ventils (300), Halten des dritten Ventils (400) im geschlossenen Zustand.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner mit dem Bereitstellen eines einzelnen Ventilkörpers, in den die Ventile (300, 400, 500), der Reaktantenfluid-Kanal (510) und der Reinigungsfluid-Kanal (410) integriert sind.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Bereitstellens eines Reaktanten das Bereitstellen eines Reaktanten mit niedrigem Dampfdruck enthält, und das Verfahren den Schritt des Erwärmens des einzelnen Ventilkörpers enthält.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem ein zweites Reaktant ebenfalls gemäß dem Verfahren nach Anspruch 18 geschaltet wird und bei dem Impulse des Reaktanten und des zweiten Reaktanten dem Reaktor alternierend zugeführt werden.