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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Verteiler zum Fördern von
Chemikalien, wie Tetraethylorthosilicat (TEOS), aus Massen-Abgabekanistern
zu Herstellungsprozess-Werkzeugen,
wie Vorrichtungen zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD).
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Die
Herstellung von elektronischen Einrichtungen, wie integrierten Schaltkreisen
ist gut bekannt. In bestimmten Schritten kann in einer solchen Herstellung
eine Chemikalie bestimmten Prozesswerkzeugen zugeführt werden,
welche die Chemikalie verwenden. Zum Beispiel wird gewöhnlich ein CVD-Reaktor verwendet,
um eine Schicht eines bestimmten Materials zu erzeugen, wie die
einer amorphen Siliziumoxid-Schicht aus TEOS. Historisch wurde das
TEOS dem CVD-Reaktor über
Massen-Zuführschränke zugeführt, die
18,9 oder 37,8 Liter-Kanister (5- oder 10-Gallonen-Kanister) verwenden.
Die Erhöhung
des Verbrauchs von TEOS hat infolge dickerer Metallschichten und
300 mm-Prozesse signifikant zugenommen. Die komplexeren Prozesse
bei größeren Wafern
haben außerdem
Druck auf die Wirtschaftlichkeit jeder Schicht ausgeübt. 200
Liter-Kanister ermöglichen
Einsparungen durch Massenproduktion, die an die Kunden weitergegeben werden.
Zusätzlich
reduziert der größere Massen-Kanister
die Anzahl von Behälterwechseln,
Arbeitskräfte
und Transportkosten. Im Hinblick auf eine Zunahme der TEOS-Anforderungen
für Herstellungsverfahren
besteht ein Bedürfnis
für ein
System, welches einen ununterbrochenen Strom von Chemikalien mehreren
Prozesswerkzeugen zuführt.
Ebenso würde
es wünschenswert
sein, die Anzahl von Kontaminationspunkten zu reduzieren, da existierende Herstellungsanlagen
routinemäßig Kanister
in jedem Schrank austauschen und da jeder Austausch zu einer potentiellen
Kontamination des Systems führt.
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Herkömmlich wurde
hochreines TEOS (und Dotierungsstoffe) aus einem kleinvolumigen
Behälter,
der als eine Ampulle bezeichnet wird, der CVD-Reaktionskammer zugeführt. In
letzter Zeit wurden Behälter
aus rostfreiem Stahl entwickelt, wie sie in den US-Patenten 5,465,766,
5,562,132 und 5,607,002, die einen Verteiler gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 offenbart, beschrieben sind. Die Erfinder haben erkannt, dass
die in diesen Patenten offenbarten Verteiler-Systeme, welche für ungiftige Stoffe mit bekannten
physikalischen Eigenschaften ausgelegt sind, verändert werden müssen, um
andere, aggressivere Chemikalien aufzunehmen. Zusätzlich haben
die Erfinder versucht, die Ausfallsicherheit des Systems zu verbessern.
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Die
Erfinder haben demnach festgestellt, dass ein Bedarf für einen
verbesserten Verteiler zur Verwendung in den in den Patenten beschriebenen Nachfüll-Systemen
besteht, auf die oben Bezug genommen wurde.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine Lösung
zu einem oder mehreren der oben angesprochenen Nachteile und Bedürfnisse
bereit.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verteiler zur Verwendung beim
Nachfüllen
von Chemikalien enthaltenden Kanistern gemäß Anspruch 1.
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Ein
System kann eine Zuführung
großer Mengen
von hochreinen, flüssigen
Chemikalien zu mehreren Prozesswerkzeugen, wie mehreren CVD-Reaktoren,
ermöglichen.
Als Erläuterung
kann bei der Ausführungsform
dieser in 1 und 1A dargestellten
Erfindung das System mittels vier Ventilverteiler-Boxen, welche
jeweils eine Chemikalie vier jeweils vier Ausgangsleitungen aufweisenden Schränken zuführen, 64
Prozesswerkzeuge mit Chemikalien versorgen. Es ist jedoch zu bemerken,
dass die Anzahl von Ausrittsleitungen aus den Verteiler-Boxen, dem
Massen-Schrank und
dem Sekundärschrank
stark variieren kann und eine beliebige Anzahl von Austrittsleitungen
verwendet werden kann. Es ist ferner zu berücksichtigen, dass eine oder mehrere
zusätzliche
Verteiler-Boxen in Reihe verwendet werden können, um die Chemikalienzufuhr weiter
aufzuteilen.
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Wie
hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck „Prozesswerkzeug" auf ein Prozesswerkzeug, welches
letztlich die mittels des Systems bereitgestellte Chemikalie verwendet,
wie es in der Beschreibung beschrieben wird. Das System kann daher
Chemikalien an jedem Prozesswerkzeug bereitstellen, welches während seiner
Verwendung eine Chemikalie benötigt.
Solche Prozesswerkzeuge können
Vorrichtungen für
eine chemische Gasphasenabscheidung, für eine Photolithographie und
für Ätzanwendungen
aufweisen. Diese Prozesswerkzeuge werden häufig bei der Herstellung von
elektronischen Einrichtungen, wie integrierten Schaltkreisen, Speicherschaltkreisen,
Flachbildschirmen, möglicherweise bei
der Produktion von Faseroptik, Multichip-Modulen (z.B. „MCMs") usw., verwendet.
Zusätzlich
ist zu bemerken, dass das System bei anderen Prozessen verwendet
werden kann, obgleich diese Erfindung zum Zuführen einer Chemikalie, wie
TEOS, zu einem Prozesswerkzeug, wie einen bei der Herstellung von integrierten
Schaltkreisen, Speichereinheiten und dergleichen verwendeten CVD-Reaktor,
verwendet wird.
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Vorteilhaft
ermöglichen
die Verteiler dieser Erfindung eine verbesserte Säuberungseffizienz
für Stoffe
mit niedrigem Dampfdruck und giftigen Chemikalien.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 stellt
ein repräsentatives
Massen-Chemikalien-Zuführsystem
dar.
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1A stellt
ein repräsentatives
Massen-Chemikalien-Zuführsystem
dar, wobei ein einzelner Massen-Kanister-Schrank verwendet ist.
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2A, 2B und 2C stellen
eine repräsentative
Ventil-Verteiler-Box
dar.
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3–5 stellen
einen Transportwagen dar, der einen Sicherheitsbehälter für überlaufende oder
auslaufende Chemikalien bereitstellen kann.
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6 stellt
ein repräsentatives
Verteiler-Schaltbild zur Verwendung in einem Massen-Schrank dar.
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7A und 7B stellen
einen Schrank dar, der so konstruiert sein kann, dass er für eine Verwendung
in gefährlichen
und explosiven Umgebungen geeignet ist, indem alle elektronischen
Komponenten in Bereichen, die abgedeckt sind, mit einem Inertgas
isoliert werden.
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8 stellt
eine repräsentative
Verteiler-Anordnung der vorliegenden Erfindung dar.
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9 stellt
den Pfad von Gas in dem Verteiler dar, während ein Kanister im Einsatz
ist.
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10 stellt
einen Durchflusspfad in dem Verteiler während eines Druckablass-Schrittes
dar, um den Hauptdruck in dem Kanister abzubauen.
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11 stellt
den Durchfluss von Gas in dem Verteiler während eines Flüssigkeitsablasses
dar.
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12 stellt
den Durchfluss von Gas in dem Verteiler während eines Spüldurchlaufs
dar.
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13 stellt
eine Durchflussspülung
in dem Verteiler während
eines Spüldurchlaufs
dar.
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14 zeigt
eine weitere Verteiler-Anordnung.
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15 zeigt
den Durchfluss von Gas in dem Verteiler von 14 während eines
Spüldurchlaufs.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Eine
allgemeine, nicht einschränkende
Beschreibung von Metallkanistern, eines Chemikalien-Nachfüllsystems,
Betriebsprozeduren, Komponenten, eines Anfahr-Verteilersystems usw., welche im Schrank
verwendet werden können,
ist in den US-Patenten 5,465,766, 5,562,132, 5,590,695, 5,607,002
und 5,711,354 dargelegt.
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Ein
repräsentatives
Massenchemikalien-Zuführsystem 100 ist
in 1 gezeigt. Für
jedes der Ventile in den Figuren verkörpern die offenen Dreiecke
Leitungen, welche immer offen sind, wobei die dunklen Dreiecke geschlossene
Leitungen verkörpern,
bis sie geöffnet
werden. Das System umfasst mindestens einen Massen-Kanister-Schrank 101, welcher
einen nicht gezeigten Massen-Kanister unterbringt, der entweder
direkt oder indirekt durch Verteiler-Boxen 110 hindurch
eine Chemikalie den Sekundär-(Zwischen-)Schränken und
letztlich dem die Chemikalie verwendenden Prozesswerkzeug zuführt. Das
System kann optional einen zweiten Massen-Schrank 102 aufweisen,
der, wie mittels einer weggebrochenen Ansicht gezeigt ist, einen
zweiten Massen-Kanister 103 enthält, welcher üblicherweise ein
Fassungsvermögen
von etwa 200 Liter oder mehr hat. Sobald der erste Massen-Kanister 101 ausgetauscht,
aufgefüllt
oder repariert wird oder aus irgendeinem anderen Grund kann der
zweite Massen-Kanister den Ventil-Verteiler-Boxen eine Chemikalie
zuführen.
Alternativ kann der zweite Massen-Schrank 102 verwendet
werden, um den ersten Schrank 101 während eines Normalbetriebs
nachzufüllen.
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Die
Schränke 101, 102 können eine
Ausführung
aufweisen, wie sie mit Bezug auf 3–5 beschrieben
ist. Der Schrank 101 oder 102 kann einen Verteiler 104 aufweisen,
der in jedem Schrank der gleiche oder andersartig sein kann. Eine
Leitung 105 aus dem zweiten Kanister kann mit dem Verteiler des
ersten Kanisters im Schrank 101 verbunden sein. Wenn der
zweite Schrank 102 verwendet wird, kann eine Umschaltmöglichkeit,
wie ein Umschaltverteiler, der unter Bezugnahme auf 6 diskutiert
wird, verwendet werden, welcher es ermöglicht, dass das System eine
Chemikalie aus dem zweiten Schrank 102 bereitstellt, während beim
ersten Schrank 101 ein Austauschen oder Auffüllen stattfindet.
Ein Umschalten auf den zweiten Massen-Kanister 102 kann automatisiert
sein, wie durch die Verwendung einer Prozess-Steuerungs-Instrumentierung, die dem Fachmann
gut bekannt ist und wie sie von verschiedenen kommerziellen Bezugsquellen
wie Omron Inc. erhältlich
ist. Alternativ kann das Gesamt-Systemmanagement
mittels eines programmierbaren, rechnergestützten Steuersystems, wie das
in den US-Patenten 5,465,766 und 5,711,354 beschriebene MARSTM-Steuersystem, gesteuert werden, das einen Kanisteraustausch
und Spülfunktionen
verwaltet und Systemparameter steuert und anzeigt. Die Steuerung
kann ferner eine Spülabfolge
und einen Normaldurchlauf-Modus ausführen. Eine Spülabfolge
dient zum Spülen
der Verteilerleitungen und der Kanister-Verbindungsleitungen, bevor ein leerer
Massenchemikalien-Zuführkanisters
entfernt oder nachdem ein neuer Kanister installiert wurde. Während eines Durchlaufmodus
wird das System dem Prozesswerkzeug, welches nach der Montage eines
Massenchemikalien-Zuführkanisters
in Gang gebracht werden kann, eine Chemikalie bereitstellen. Bei
einem Aspekt kann das Gesamtsystem durch eine einzelne Steuerung
in dem Massen-Kanister-Schrank
mit einer oder ohne eine Steuerung in dem Sekundärschrank und der Ventil-Verteiler-Box
gesteuert werden, um Daten zur Haupt-Steuerung zurück zuführen. Alternativ
kann jeder Massen-Schrank und jeder Sekundärschrank sowie jede Ventil-Verteiler-Box
mit einer separaten Steuerung ausgestattet sein, um deren Funktionen
zu steuern.
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Leitungen 106 führen von
dem Verteiler im Schrank 101 zu einer oder zu mehreren
Ventil-Verteiler-Boxen, wie Ventil-Verteiler-Box 110. Eine beliebige
Anzahl von Ventil-Verteiler-Boxen 110 kann
verwendet werden. Bei einer Ausführungsform
werden bis zu vier Boxen verwendet. Jede Box 110 kann einen
Verteiler 111 aufweisen, wie in 2A, 2B und 2C dargestellt
und hierein diskutiert wird. Die Ventil-Verteiler-Boxen 110 dienen
dazu, einen Chemikalienstrom mittels eines Zuteilungsverteilers in
mehrere Leitungen 112 aufzuteilen, die entweder zu einem
Prozesswerkzeug, welches die Chemikalie verwendet, oder zu Sekundärschränken 120 und 125 führen, welche
einen oder mehrere kleinere Kanister 121 unterbringen.
Jeder Schrank kann eine gewünschte
Anzahl von Kanistern enthalten und ein oder mehrere Kanister können unterschiedliche
Chemikalien enthalten, die durch einen separaten Zuteilungsverteiler
hindurch einem Prozesswerkzeug zugeführt werden. In 1 sind
zwei kleinere Kanister 121 im Sekundärschrank 120 untergebracht,
wohingegen im Sekundärschrank 125 ein
kleinerer Kanister 121 untergebracht ist. Die genaue Anordnung
des Verteilers in der Ventil-Verteiler-Box
ist bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung nicht entscheidend,
solange die Funktion des Bereitstellens eines Chemikalienstroms
für das
Gleichgewicht des Systems und des Prozesswerkzeugs erzielt wird.
Die Anordnung der Ventile in der Ventil-Verteiler-Box kann variiert
werden, um die Betriebsfähigkeit
der Komponenten stromab der Ventil-Verteiler-Box zu gewährleisten
und um ein unabhängiges
Spülen
und eine unabhängige
Wartung der einzelnen Leitungen zu ermöglichen. Optional kann die
Leitung von einer Verteilerbox 110 zu einem Sekundärschrank 120 unterbrochen
und das System zum Umschalten konstruiert und programmiert werden,
so dass ein Nachfüllkanister 121 eine
zusammengestellte Chemikalie einem anderen Kanister 121 zuführt, wobei
der andere Kanister die Chemikalie dem Prozesswerkzeug zuführt. Um
ein Austauschen des Kanisters 121 zu ermöglichen,
der hauptsächlich
bestimmt ist, um Chemikalien dem Prozesswerkzeug zuzuführen, kann der
Verteiler so konstruiert und die Steuerung so programmiert sein,
dass der Nachfüllkanister 121 Chemikalien
dem Prozesswerkzeug zuführen
kann. Üblicherweise
ist das System jedoch so konstruiert, dass, wenn entweder der Nachfüllkanister
oder der Zuführkanister
ausgewechselt oder ähnliches
durchgeführt wird,
die Chemikalie aus dem Verteilerkasten 110 heraus umgeleitet
wird, so dass sie direkt dem Prozesswerkzeug zugeführt wird.
In Abwesenheit eines zweiten Schranks können Prozesswerkzeuge alternativ
direkt aus der Ventil-Verteiler-Box versorgt werden. Auf die gleiche
Weise kann der Massen-Schrank zusätzlich zum Bereitstellen einer
Chemikalie für
mindestens eine Verteiler-Box
direkt für ein
oder mehrere Prozesswerkzeuge mit einer Chemikalie versorgen. Die
Ventil-Verteiler-Box kann eine beliebige Anzahl von Ausgangsleitungen
aufweisen und weist normalerweise bis zu vier Ausgangsleitungen
auf. In 1 und 1A werden
vier Ausgangsleitungen verwendet.
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1A zeigt
ein repräsentatives
System 100, in welchem ein einzelner Massen-Kanister-Schrank 101 verwendet
wird. Die Benummerung in 1A entspricht
der in 1. Wie in 1 kann eine
beliebige Anzahl von Ventil-Verteiler-Boxen 110 vorgesehen
sein. Normalerweise werden bis zu vier Ventil-Verteiler-Boxen 110 verwendet.
Ebenso kann die Anzahl von verwendeten Sekundärschränken 120 und/oder 125 variieren,
wobei üblicherweise
bis zu vier verwendet werden. Daher kann eine Ventil-Verteiler-Box 110 alternativ
so konstruiert sein, dass sie so viele Ausgangsanschlüsse wie
gewünscht
aufweist. Es ist ferner zu bemerken, dass in einem gegebenen System 100 die
Sekundärschränke einen
Kanister, wie in Schrank 125, oder zwei Kanister, wie in
Schrank 120, aufweisen können oder eine Kombination
von Schränken
verwendet werden kann, wie in einem System, wo ein oder mehrere Schränke 120 einen
einzelnen Kanister und ein oder mehrere Schränke 125 zwei Kanister
enthalten. Zusätzlich
können
die Schränke 120 und 125 wie
gewünscht
modifiziert werden, so dass sie eine größere oder kleinere Anzahl von
Kanistern aufweisen, und es bestehen keine Beschränkungen
in der Anzahl von Kanistern, die bei einer alternativen Konstruktion verwendet
werden können.
Es bestehen auch keine Beschränkungen
in der Größe des Massen- Kanisters im Schrank 101 oder
in der Größe der Kanister
in den Schränken 120 und 125,
wobei aber gewöhnlich
der Kanister im Schrank 101 größer als die Kanister in den
Schränken 120 und 125 ist.
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Eine
Ventil-Verteiler-Box 200 ist in den 2A, 2B und 2C dargestellt.
In 2A nimmt ein Einlassventil 210 eine Chemikalie
aus einer Austrittsleitung wie aus dem Zuführverteiler aus 1 auf.
Das Einlassventil 210 kann ein manuelles oder pneumatisches
Ventil oder ein Zweifach-Betätigungsventil
sein, das eine vollständige
Spülung
des Verteilers ermöglichen
würde,
falls ein Bedarf besteht, die Verteilerventile zu warten. Es wird
in Erwägung
gezogen, dass ein Ventilverteiler 110 optional eine Chemikalie
aus mehreren Quellen, wie von zwei oder mehreren Massen-Kanistern,
aufnehmen kann. Die Verwendung von geschweißten Verbindungen zu dem Einlassventil
und zu den pneumatischen Betätigern
kann die Sicherheitserwägungen
in Bezug auf eine Überlauferkennung
verbessern. Eine Leitung 211 führt von dem Einlassventil 210 zu
einer Gruppe von zwei oder mehreren Austrittsanschlüssen, wobei in 2A vier
Austrittsanschlüsse
dargestellt sind. Die Leitung 211 steht durch Gas, wie
Helium, aus einer Druckleitung 220 unter Druck. Die Druckleitung 220 wird
mit Gas über
eine Gasquelle (nicht gezeigt) versorgt, welche unter Druck stehendes
Gas zu dem Gaseinlassventil 211 liefert, wonach es dann
durch eine Leitung 222 und ein Regelventil 223 strömt, welches
den Durchfluss in eine Leitung 220 hinein steuert. Die
Druckleitung 220 ist optional, obgleich sie üblicherweise
in der Praxis verwendet wird. Die Chemikalie wird in dem Teilungsabschnitt 230 der
Ventil-Verteiler-Box 200 über zwei oder mehrere Paare von
passend angeschlossenen Spül-Ventilen 231 und
Flüssigkeits-Steuer-Ventilen 232 aufgeteilt.
Mit geschlossenen Flüssigkeits-Steuer-Ventilen 232 ermöglicht das
angeschlossene Ventil nach wie vor, dass Spülungsgas aus dem Spül-Ventil 231 durch den
Ventilsitz der Flüssigkeits-Steuer-Ventile 232 und
in die Austrittsanschlüsse 234 hinein
strömt,
die mit einer Auslassleitung verbunden sein können, die einen Zwischenschrank
oder ein Prozesswerkzeug speisen, welche optional einen eigenen
Nachfüllbehälter verwenden
können.
Diese Spülung
ermöglicht das
Spülen
oder Entleeren von Flüssigkeit
in einem Leitungszweig, während
die anderen betriebsbereit bleiben. Auslassventile 233 regulieren
durch jede der Auslassleitungen hindurch den Auslass der Chemikalie.
Der Ventil-Verteiler kann in einem Gehäuse 240 aufgenommen
sein, welches die Form einer rechteckigen Box haben kann, die aus
sechs Wänden
besteht. Das Gehäuse 240 kann
aus einem beliebigen geeigneten Material wie Blech hergestellt sein,
welches mittels herkömmlicher
Methoden wie durch Schweißen
oder durch geeignete Verbindungselemente montiert ist. Die Stirnwand
kann optional aus einem durchsichtigen Material wie Plexiglas hergestellt
sein. Das Gehäuse 240 kann
geeignet dimensionierte und angeordnete Öffnungen für Einlass- und Auslassleitungen
aufweisen. Zusätzlich
kann die Verteiler-Box einen Flüssigkeitssensor
und einen Entleerungsauslass aufweisen, aus dem eine flüssige Chemikalie
entfernt werden kann, die sich auf dem Boden der Verteiler-Box angesammelt
hat. Der Boden der Box kann geneigt sein, so dass sich eine ausgelaufene
Flüssigkeit
an einer bestimmten Stelle sammeln kann. Der Sensor kann der Steuerung
ein Signal liefern, wodurch ein Bediener alarmiert wird, dass die Leitung
zu der Verteiler-Box geschlossen ist und so weiter.
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2B zeigt
eine erste Seitenansicht der Ventil-Verteiler-Box 200. In 2B,
einer Seitenansicht der Einlassseite der Ventil-Verteiler-Box, sind an
jedem Ende entfernbare Platten vorhanden, um flexiblere und einfachere
Auswechslungen am Rohrnetz und/oder von Anschlussstücken zu
der Ventil-Verteiler-Box zu ermöglichen.
Die entfernbare Platte kann eine geteilte Platte sein.
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2C zeigt
eine zweite Seitenansicht der Ventil-Verteiler-Box 200. In 2C ist
die Auslass-Seite gezeigt, welche ebenfalls entfernbare Platten
verwendet, wobei es in diesem Fall eine geteilte Platte ist, die
einfach zu entfernen ist, um zusätzliche Leitungen
hinzuzufügen,
während
ein oder mehrere Leitungen bereits vorhanden sind.
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Ein
typischer Massen-Schrank mit einem permanenten, sekundären Behälter-Bereich,
wie in einer Herstellungsanlage für elektronische Einrichtungen
(z.B. einen integrierten Schaltkreis), erfordert, dass die Behälter in
einen Schrank gehoben werden. Wenn der Behälter 18,9 oder 37,8 Liter (5
oder 10 Gallonen) einer Chemikalie enthält, besteht keine große Schwierigkeit
beim manuellen Anheben des Behälters
(üblicherweise
20,3–30,5
cm (8–12
Zoll)) in den Schrank hinein. Jedoch wird für größere Kanister, wie 200-Liter-Kanister, ein solches
Anheben unpraktisch. Die im Folgenden betrachtete Konstruktion mindert
die Probleme und die Fragen, die in Verbindung mit dem Positionieren
eines großen
200-Liter-Kanisters
in einem Schrank auftreten.
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Die
Massen-Kanister 103 können
in einem Transportwagen, wie in 3–5 dargestellt,
aufgenommen sein. 3 zeigt ein solches Massen-Zuführsystem.
Das System weist einen Massenchemikalien-Kanister 301,
einen bewegbaren Sicherheits-Transportwagen 300 und
einen Massenchemikalien-Schrank 350 zum Unterbringen des
Kanisters 301 und des Wagens 300 auf. In der Praxis
kann der Kanister 301 im Wagen 300 positioniert
werden, indem er unter Verwendung eines Deckenkrans oder dergleichen
angehoben wird, wenn geeignete Halterungen am Kanister 301 vorhanden
sind.
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Der
Kanister 301, welcher verschieden auch als Kanister oder
Aufbewahrungsbehälter
bezeichnet sein kann, kann eine umfangreiche Vielzahl von Größen aufweisen,
wobei für
die praktische Verwendung der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine
200-Liter-Größe verwendbar
ist. Die Kanister können
eine herkömmliche
Gestaltung aufweisen und/oder für eine
bestimmte Verwendung gestaltet sein und sind im Allgemeinen zum
Enthalten und Bereitstellen einer flüssigen Chemikalie angepasst.
Die Kanister sind üblicherweise
aus rostfreiem Stahl mit oder ohne Auskleidung hergestellt. Der
Kanister 301 weist Anschlussstücke 303 auf, mittels
welcher Leitungen (nicht gezeigt) angeschlossen werden können, so dass
die Chemikalien aus dem Kanister abgegeben werden können, während eine
sehr hohe Reinheit erhalten bleibt. Der Kanister 301 kann
interne Leitungen (nicht gezeigt) zum Boden sowie einen oder mehrere
Sensoren (ein Dutzend Sensoren kann verwendet werden) aufweisen,
um das Niveau der Chemikalien in dem Kanister 301 zu ermitteln.
Die Sensoren können
ein entweder diskreter oder kontinuierlicher Flüssigkeitssensor sein. Zusätzlich weist
der Kanister 301 in einer vertikalen Ummantelung 304 eine Öffnung 305 zum
Aufnehmen eines im Folgenden beschriebenen Stutzens 383 auf.
Es ist zu bemerken, dass die speziellen, verwendeten Anschlussstücke 303 stark
variieren können
und einfach zu entsprechenden Anschlussstücken von Leitungen passen müssen, die
vom Ventil-Verteiler 380 ausgehen.
Der Kanister 301 kann ferner Hülsen 302 aufweisen,
welche an den Kanister angeschweißt sein können oder welche einfach unter
dem Kanister 301 positioniert sind, so dass sie in Position
gehalten werden, sobald das Gewicht des Kanisters aufliegt. Die
Hülsen 302 können geeignet
gestaltet sein, um die Gabeln eines Gabelstaplers aufzunehmen. Der Wagen
kann eine Verriegelungsvorrichtung aufweisen, um den Wagen sicher
im Schrank zu befestigen, sobald dieser in Position ist. Ein Deckel 306 kann
verwendet werden, um das Anschlussstück während der Lagerung oder des
Transports zu schützen.
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Ein
oder mehrere Druckwandler (redundante Wandler können verwendet werden) können auf
einem Ersatzanschluss des Kanisters hinzugefügt sein, um eine Steuerung
der Druckhandhabung zu ermöglichen,
so dass ein Einlassventil für
Helium oder dergleichen während
des Betriebs geschlossen bleibt und nur öffnet, wenn der Rauminhalt
gering ist.
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Wie
in 3 gezeigt, weist der bewegbare Wagen (oder „Kiste") 300 Räder (Rollen) 310 auf,
die an einem Basisteil 316 angebracht sind, welche eine geeignete
Größe aufweisen
und in Abhängigkeit
von der Größe des Kanisters 301 angemessen
verschleißfest
sein können.
Die Räder 310 können Bremsen
aufweisen, die eine Feststellbremse oder eine Sicherheitsbremse
umfassen. Der Wagen 300 kann als Teil des Basisteils 316 vorgesehene
oder daran angebrachte Hülsen 312 aufweisen,
um zum Beispiel die Gabeln eines Gabelstaplers aufzunehmen. Der
Wagen 300 kann eine Entleerungsleitung aufweisen, um ein
Entfernen von zumindest einem Teil, bevorzugt des Hauptteils, einer
Flüssigkeitsleckage
vor dem Entfernen des Wagens 300 aus einem Schrank 350 zu
ermöglichen.
Der Wagen 300 kann ein Führungsteil 314 aufweisen,
welches mit einem Führungsteil 364 im
Schrank 350 fluchtet, um eine Ausrichtung des Wagens 300 zu
ermöglichen,
sobald dieser im Schrank 350 positioniert ist. Das Führungsteil 314 kann
ein Teil des Basisteils 316 sein oder daran angebracht
werden und kann mittels herkömmlicher
Verfahren (z.B. mittels Schrauben oder Bolzen oder durch Schweißen) am
Basisteil 316 befestigt werden. Alternativ kann das Führungsteil 314 zum Beispiel
als eine Schiene gestaltet werden, welche an der einen oder an mehreren
Seiten des Wagens 300 angebracht ist, wobei komplementäre Führungsteile
an entsprechenden Positionen an den Seiten des Schranks angebracht
sind. Bei einer anderen Alternative können die Führungsteile unter Federspannung
stehende Kugellagerbahnen sein, welche in Position einschnappen,
sobald sich der Wagen in korrekter Ausrichtung befindet, wie es
für den
Fachmann leicht ersichtlich sein würde. Ferner sind am Basisteil 316 vier
Außenwände 318 angebracht. Üblicherweise
sind das Basisteil und die Seitenteile miteinander verschweißt oder
es werden nahtlose Seitenwände
verwendet. Das Basisteil kann in Richtung zum Sensor 317 hin
umgebogen, genutet oder dergleichen sein. Ebenso kann das Basisteil
optional eine Wanne mit geringem Volumen aufweisen, um kleine Leckagen
zu sammeln, wodurch die Fähigkeit des
Sensors 317 zum Erfassen von solchen kleinen Leckagen verbessert
wird. Ausrichtungs-Führungsteile 319 können verwendet
werden, um den Kanister 301 im Wagen 300 zu positionieren.
Der Wagen 300 kann einen Abluftkanal aufweisen, um eine
Entlüftung
für Dampf
bereitzustellen, welcher dichter als Luft ist. Optional kann eine
Handhabe 320 am Wagen 300 befestigt sein, um einen
Bediener beim Manövrieren
des Wagens 300 zu unterstützen. Die Oberseite 330 des
Wagens 300 kann eine geeignete dimensionierte Öffnung 334 aufweisen,
um die Oberseite des Kanisters 301 aufzunehmen. Es ist
bevorzugt, dass die Öffnung 334 so
dimensioniert ist, dass die Oberseite 330 genau hineinpasst,
um ein Befestigen des Kanisters 301 innerhalb des Wagens 300 während des
Transports und während
einer Bewegung zu unterstützen.
Die Oberseite 330 kann optional mit Öffnungen 332 perforiert
sein. Die Öffnungen 332 dienen
dazu, dass eine Leckage im oberen Teil des Kanisters 301 in
den unteren Teil des Wagens 300 ablaufen kann. Zusätzlich kann
ein demontierbares Teil verwendet werden, welches das Anschlussstück dagegen
abdichtet, dass es der Umgebung ausgesetzt ist, und welches vorteilhaft
sein kann, wenn der Kanister für
die Verwendung in einem Reinraum positioniert ist. Dies würde eine
Ansammlung von Staub und dergleichen an und in dem Wagen und dem
Kanister verhindern. Zusätzlich
kann der Sensor 317 vorgesehen sein, um Flüssigkeitsleckagen
zu erfassen. Der Sensor kann mit einer Steuerung gekoppelt sein,
welche ein Signal an einen Bediener senden oder das System im Fall
einer erfassten Leckage herunterfahren kann. In der Industrie ist
derzeit empfohlen, dass das Volumen einer Sicherheitsbehälter-Einheit
mindestens 110 des Volumens des Kanisters 301 beträgt. Demgemäß ist bei
einer Ausführungsform der
Wagen 300 so konstruiert, dass er ein Fassungsvermögen von
mindestens 110 des Innenvolumens des Kanisters 301 aufweist,
wobei der Wagen 300 zur Unterbringung konstruiert ist.
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Der
Schrank 350 weist drei Seitenwände 391, ein Basisteil 360,
eine Tür
bzw. Türen 390 und ein
Oberteil auf. Ein oder mehrere Versteifungsteile 361 können am
Schrank angebracht sein, um die Struktur mittels Verschraubens mit
dem Boden, wo der Schrank aufgenommen ist, zu unterstützen. Alternativ
kann das Versteifungsteil 361 ausgetauscht werden, indem
im Basisteil des Schranks Öffnungen verwendet
werden, um das Basisteil des Schranks direkt am Fußboden zu
befestigen, wodurch die Stellfläche
für den
Schrank reduziert wird. Eine Tür
oder mehrere Türen
können
verwendet werden. Wenn zwei Türen
verwendet werden, kann ein Türstopper 362 vorgesehen sein.
Der Schrank kann einen Aufnahmeraum 370 (oder „Steuerbox") zum Einbau einer
Prozess-Steuerungs-Instrumentierung
aufweisen. Alternativ kann sich die Prozess-Steuerungs-Instrumentierung außerhalb
des Schranks befinden. Die Prozess-Steuerungs-Instrumentierung ist
bekannt und von unterschiedlichen kommerziellen Bezugsquellen, wie
Omron Inc., verfügbar.
Die Prozess-Steuerungs-Instrumentierung kann mit einem Touchscreen 393 gekoppelt
sein, wie in 4 dargestellt ist.
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Der
Schrank kann einen Ventil-Verteiler 380 mit einer bestimmten
Anzahl von Ventilen 382 (z.B. pneumatisch betätigte Ventile)
aufweisen, wie solche, die in den US-Patenten 5,465,766, 5,562,132, 5,590,695,
5,607,002 und 5,711,354 beschrieben sind. Der Verzeiler kann vorteilhafterweise
derart konstruiert sein, dass keine ungespülten tote Schenkel in dem Verteiler,
den Leitungen und den Anschlussstücken vorhanden sind. In diesem
Zusammenhang kann die Konstruktion vorteilhaftereweise keine Krümmer in
den Rohrverbindungsleitungen und keine biegsamen Leitungen aufweisen.
Im Allgemeinen ist der Druck im System so eingestellt, dass der
Druck an der stromauf liegenden Seite größer als an der stromab liegenden
Seite ist. Ein nicht einschränkendes
Beispiel eines repräsentativen
Verteilers und einer Konstruktion eines Leitungssystems im Schrank
für den
Massen-Kanister ist in 6 dargestellt. In 3 können Ventile 382 mittels
der Prozess-Steuerungs-Instrumentierung gesteuert werden, die im
Steuerkasten 370 untergebracht ist. Es ist zu bemerken,
dass eine große
Vielzahl von Ventilen verwendet werden kann, die manuell betätigte Ventile,
pneumatisch betätigte
Ventile oder jeden anderen Ventiltyp, ohne darauf beschränkt zu sein,
aufweisen. Eine Verteilertür 384 kann
zum Verschließen
des Ventil-Verteilers vorgesehen sein. Im Schrank 350 kann
der Stutzen 383 vorgesehen sein, von welchem her die Verteilerleitungen
angeordnet sein können. Der
Stutzen 383 kann geeignet dimensioniert sein, um in die Öffnung 305 des
Kanisters 301 zu passen. Der Stutzen 383 kann
ferner dimensioniert sein, um einen ausreichenden Abluftstrom zu
ermöglichen. Der
Stutzen 383 kann daher den gesamten Abluftstrom im Schrank
aufnehmen und für
einen einwandfreien Ausgleich angepasst sein. Der Stutzen 383 kann
ferner die Funktion erfüllen,
jegliche Flüssigkeitsleckagen
im Verteilerbereich nach unten zu dem Wagen 300 zu leiten,
welcher einen Sicherheitsbehälter
für eine
solche Leckage bereitstellt. In 3 ist ferner
ein Rohr 386 gezeigt, welches einen Entlüftungsöffnungs-Bodenabschnitt
aufweist, wobei das Rohr in den Abluftstrom eingebunden ist, um
dadurch eine Anpassung und einen Ausgleich des Abluftstroms durch
den Schrank hindurch zu ermöglichen. Der
Schrank kann ferner einen Abluftauslass 381 aufweisen.
Optional können
an der Rückseite
des Schranks 350 Dämpfer 392 angebracht
sein, die als Anschläge
für den
Wagen 300 dienen.
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4 zeigt
ein Zweitürsystem
für die
Verwendung als Tür(en) 390 in
dem Schrank 300 von 3. Während in 4 ein
Zweitürsystem
dargestellt ist, können
alternativ eine oder mehrere Türen verwendet
werden. In 4 sind eine linke Tür 399 und
eine rechte Tür 391 dargestellt,
wobei die innerhalb des Schranks 350 befindliche Seitenfläche gezeigt
ist. Jede Tür
kann unter Federvorspannung stehende Scharniere 394 zur
Montage jeder Tür
an dem Schrank 350, Türverriegelungen 395 und
Entlüftungsöffnungen 396 aufweisen.
Zusätzlich
kann die Tür 391 den
Touchscreen 393 aufweisen, der mit der Prozess-Steuerungs-Instrumentierung
verbunden ist. Der Touchscreen 393 kann dazu dienen, dass
ein Bediener die Prozessanordnung beobachten oder ändern kann.
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5 stellt
den Kanister 301 dar, sobald er auf dem im Schrank 350 untergebrachten
Wagen 300 positioniert ist. 5 zeigt
daher die Anordnung des Systems dieser Erfindung. Der Kanister 301 ist auf
dem Wagen 300 mittels eines Krans positioniert worden,
wobei die Oberseite 330 danach am Wagen 300 befestigt
wurde, wodurch eine Seitwärtsbewegung
und ein Hin- und Herbewegen des Kanisters 301 abnimmt.
Der Kanister 301 kann entweder vor oder nach der Montage
auf dem Wagen 300 befüllt werden.
In 5 ist zu erkennen, dass der Stutzen 383 durch
die Öffnung 305 in
der vertikalen Ummantelung 304 hindurchgleiten kann, so
dass „Anschlussleitungen" (d.h. Verteilerleitungen)
vor Abrieb durch den Rand der Öffnung 305 geschützt werden können. Eine
unter Federspannung stehende Hebevorrichtung kann ferner verwendet
werden, um die Anschlussleitungen automatisch anzuheben, sobald diese
entkuppelt sind. Es ist ferner zu sehen, dass die vertikale Ummantelung 304,
welche die Anschlussstücke 303 während der
Handhabung schützt,
in die Öffnung 384 der
perforierten Wagenoberseite 380 eingepasst ist.
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Der
Kanister 301 kann auf dem Wagen 300 platziert
werden, indem der Kanister 301 hochgehoben, bewegt und
auf dem Wagen 300 positioniert wird. Der den Massen-Kanister 301 enthaltende
Wagen 300 kann durch einfaches Schieben von Hand bequem
bewegt werden, da der Wagen 300 mit Schwerlasträdern (Rollen) 310 versehen
ist. Vorteilhafterweise kann der Wagen 300 in den Lager-
und Zuführschrank 350 hineingeschoben
werden. Wie in 1 dargestellt, sind der Schrank 350 und
der Wagen 300 mit Führungsteilen 314 und 364 ausgebildet, um
den Bediener beim Positionieren des Wagens 300 im Schrank 350 zu
unterstützen.
Ein Vorteil ist, dass der Schrank 350, da der bewegbare
Wagen 300 zum Zurückhalten
einer auftretenden Leckage fungiert, im Vergleich zu einem herkömmlichen
Schrank, der ein im Massen-Schrank nicht notwendiges Gitterrost
zum Abstützen
eines Kanisters über
einem Sicherheitsreservoir verwendet, hinsichtlich der Größe verkleinert
ist, obgleich die Sekundärschränke solche herkömmlichen
Konstruktionen verwenden können. Zudem
muss der Kanister 301 nicht hochgehoben oder angehoben
werden, um ihn wie bei einem herkömmlichen Schrank zu montieren,
da kein Gitterrost und kein Reservoir innerhalb des Schranks untergebracht
sind. Das Schrank- und das bewegbare Eigensicherungssystem erfordern
daher weniger Raum, wobei sie trotzdem einen Sicherheitsbehälter bereitstellen.
Wenn die Systeme in einer Reinraumumgebung verwendet werden, wird
vorteilhafterweise kein Gabelstapler benötigt, um einen großen Kanister
im Schrank zu positionieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft,
da Reinraum-Gabelstapler selten und sehr teuer sind und einen großen Bereich
und Freiraum in dem Bereich des Schranks benötigen, um den Kanister darin
zu positionieren.
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Die
Arten von Chemikalien, welche unter Verwendung des Massen-Zuführsystems
befördert werden
können,
können
in Abhängigkeit
vom Typ des Prozesswerkzeugs und des gewünschten Ergebnisses stark variieren.
Nicht einschränkende
Beispiele repräsentativer
Chemikalien umfassen Tetraethylorthosilicat („TEOS"), Triethylphosphat, Trimethylphosphit,
Trimethylborat, Titantetrachlorid, Tantalverbindungen und dergleichen;
Lösungsmittel,
wie Chlorkohlenwasserstoffe, Ketone, wie Aceton und Methylethylketon,
Ester, wie Ethylacetat, Kohlenwasserstoffe, Glykole, Ether, Hexamethyldisilazane
(„HMDS") und dergleichen;
und Feststoffgemische, die in einer Flüssigkeit dispergiert sind,
wie Barium/Strontium/Titanat-Mischungen (Mixturen). Wenn die gelieferte Chemikalie
in einer organischen Flüssigkeit
fest in Suspension gehalten wird, kann der Verteiler so gestaltet
sein, dass er eine Flüssigkeitsspülung für alle Leitungen
ermöglicht,
um zu verhindern, dass sich bei einer Verdampfung der organischen
Flüssigkeit Feststoffe
in den Leitungen ansammeln. Wenn Dispersionen verwendet werden,
ist es bevorzugt, die Leitungen mit flüssigen Lösungsmitteln auszuspülen, wie
Triglyme oder Tetrahydrofuran (THF), so dass in den Leitungen keine
Verbindungen abgeschieden werden, wenn der Druck der Leitungen herabgesetzt wird.
Diese Beispiele von Chemikalien sind nicht dazu gedacht, in irgendeiner
Weise einschränkend zu
sein. Die Chemikalien können
eine Vielzahl von Reinheiten aufweisen und Mischungen von Chemikalien
können
verwendet werden. Bei einer Ausführungsform
wird eine Einzelchemikalie verwendet. Eine bestimmte Chemikalie
kann vorteilhafterweise eine Reinheit von 99,999% oder mehr in Bezug
auf Spurenmetalle aufweisen.
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6 zeigt
einen repräsentativen
Kanister, einen Spülverteiler
und einen System-Zuführ-Verteiler
zur Verwendung in dem Schrank 101, wenn kein zweiter Schrank 102 vorgesehen
ist. In 6 ist ein Massen-Kanister 610 dargestellt,
welcher ein 200-Liter-Kanister sein kann. Bei positivem Druck von
einer Gasquelle 630 durch Leitungen 631, durch
ein Trägergas-Isolationsventil 632,
durch ein Kanister-Bypass-Ventil 634,
durch ein zweites Spülventil 636 ("FP2" Ventil) und durch
ein Kanister-Einlassventil 638 führt der Massen-Kanister 610 durch
Leitungen 611, 612 und 613 und durch
ein Kanister-Auslassventil 640, durch ein Prozess-Leitungs-Isolations-Ventil 642 und
durch eine Filter-Anordnung 620 eine
Chemikalie zu vier Anschluss-Prozess-Zuführ-Verteilern 670,
wo die Chemikalie in vier Ströme aufgeteilt
wird, die durch Austrittsventile 672 austreten und die
Chemikalie durch nicht gezeigte Leitungen den Ventil-Verteiler-Boxen zuführen. Die
Chemikalie wird beim Durchströmen
durch die Filteranordnung 620 vor dem Eintritt in den Prozess-Zuführ-Verteiler 670 gereinigt.
Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist, dass ein kompletter Filter-Behälter 621 durch
Betätigen
von Filter-Absperrventilen 622A und 622B entfernt
und ausgetauscht werden kann, so dass die Strömung durch ein Filter-Bypass-Ventil 624 hindurch
geführt
wird. Nachdem entsprechende Anschlussstücke zwischen PLI 642 (welches
geschlossen ist) und dem Absperrventil 622A und zwischen einem
Nachfilter-Absperrventil 626 (PFI) und dem Absperrventil 622B gelöst sind,
kann die Filteranordnung mit einer neuen Anordnung ausgetauscht
werden. Die alte Anordnung, die das Filter und die Chemikalie enthält, kann
dann ohne irgendeine signifikante Auszeit des Systems bedient werden.
Dies ist vorteilhaft, da ein schwerfälliger, fehleranfälliger und zeitaufwendiger
Austausch des Filter-Mittels schlechthin
verhindert wird. In dem Zuführverteiler 670 dienen
Zuteilungs-Zuführ-Ventile 671 dazu,
eine Strömung
einer Chemikalie zu den Auslassventilen 672 zu unterbinden.
Der Verteiler kann mit einem Probenentnahmeanschluss ausgestattet
sein. Das komplette Verteilersystem kann mittels einer alternierenden
Durchflussgasspülungs-
und eines Vakuum-Umlaufs
gereinigt werden, bevor der Kanister ausgewechselt oder außer Betrieb
gesetzt wird. Diesbezüglich
kann ein Durchflussgasspülungs-Umlauf
mittels einer Flüssigkeitsentleerung
aus den Leitungen durchgeführt
werden, nachdem der Druck in dem Kanister herabgesetzt ist. Zum
Beispiel kann Gas aus einer Quelle 630 durch CGI 632,
CBV 634, PLI 642, Kanister-Auslassventil 640 und
Leitung 613 eingebracht werden, wodurch die Flüssigkeit
in dem Kanister 610 beseitigt wird. Falls gewünscht, kann die
Filter-Anordnung
ebenfalls entleert werden, obgleich es üblicher ist, die Absperrventile 622 zu schließen, so
dass sich die Strömung
durch das Filter-Bypass-Ventil 624 bewegt, wobei die Flüssigkeitsentleerung
mittels einer Gasströmung
durch Leitung 613 hindurch durch und in den Kanister 610 durchgeführt wird.
Es ist bevorzugt, dass FP2 636 und das erste Durchfluss-Spül-Ventil 650 (FPI)
geöffnet
sind, so dass Gas aus dem Kanister 610 über eine Leitung 652 zu
der Öffnung 654 abgegeben wird,
falls die Flüssigkeitsabgabe
erfolgt. Dies verhindert in dem Kanister 610 den Aufbau
von Druck.
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Nach
der Leitungsentleerung kann ein Durchlaufspülen initiiert werden, welches
einen Vakuum-Schritt und einen Durchfluss-Gas-Spül-Schritt umfasst. Zum Beispiel
kann ein Vakuum-Zuführventil 656 (VGS)
geöffnet
werden, damit Gas in eine Vakuum-Quelle 657, wie ein Venturi-Generator,
eintreten kann, die ein Vakuum in dem Verteiler-System über Leitung 652 einstellt,
bis das Kanister-Einlassventil 638 und das Kanister-Auslassventil 640 geschlossen werden.
Alternativ kann eine Vakuum-Pumpe verwendet werden. Anschließend kann
ein Durchfluss-Spülen
nach dem Schließen
von VGS 656 (Kanister-Einlass- und -Auslass-Ventile 638 bzw. 640 bleiben
geschlossen) mittels Einbringung von Gas in den Verteiler von der
Gasquelle 630, wie gewünscht, erwirkt
werden. Die Durchlaufspülung
kann zu irgendeinem Zeitpunkten wiederholt werden, um zu gewährleisten,
dass im Wesentlichen keine Chemikalie in der Leitung vorhanden ist,
bevor die Anschlussstücke
zum Austauschen des Kanisters 610 gelöst werden.
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Anstelle
der Verwendung von Leitung 629, welche zum Bereitstellen
von Gas zum Durchflussspülen
dient und direkt mit der Leitung 613 verbunden ist, kann
alternativ die gestrichelt dargestellte Leitung 629 verwendet
werden. In dieser alternativen Konfiguration kann eine Leitungsentleerung
durch Öffnen
eines Nachfilter-Spülventils 627 (PFP)
durchgeführt
werden, um eine Chemikalie in den Kanister 610 zu treiben.
In dieser Ausgestaltung kann das PFI 622B ein Drei-Wege-Ventil
sein. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Leitung und das
System stromab von PFI 629 benetzt bleiben können.
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Wenn
das in 1 und 1A dargestellte System einen
zweiten Massen-Schrank 102 aufweist, kann die Leitung,
welche mit dem zweiten Massen-Kanister verbunden ist, in Punkt 680 beispielsweise
an Leitung 613 angeschlossen sein, welche den Zuführverteiler 670 speist.
Wenn diese Konfiguration verwendet wird, ist es bevorzugt, die gestrichelt
dargestellte Leitung 629 zu verwenden, um Gas zum Spülen durch
PFP 627 hindurch zuzuführen,
so dass der zweite Massen-Kanister
eine Chemikalie stromab von PFI 626 zuführen kann, solange der Kanister 610 ausgewechselt
wird oder falls die Leitungen andernfalls zur Wartung, Reparatur
oder dergleichen geschlossen sind.
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Es
ist zu beachten, dass das Kanister-Auslassventil 640 ferner
als ein drittes Durchfluss-Spül-Ventil
dient. Das Gas kann folglich das System durch Leitung 641 spülen, wobei
im Wesentlichen keine toten Zweige in dem Verteiler vorhanden sind.
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Eine
Ausführungsform
des Systems, das im Schrank 101 von 1 vorgesehen
sein kann, ist in 36 und 37 des US-Patents 5,711,354 dargestellt.
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Der
Schrank gemäß dieser
Erfindung kann so konstruiert sein, dass er für eine Verwendung in gefährlichen
und explosiven Umgebungen geeignet ist. Im Wesentlichen wird dies
erreicht, indem alle elektronischen Komponenten in Bereichen, die
abgedeckt sind, mit einem Inertgas isoliert sind. Auf diese Weise
findet eine Funkenemission von einer elektronischen Komponente in
einer Umgebung statt, die im Wesentlichen keinen Sauerstoff aufweist,
was die Wahrscheinlichkeit einer Explosion infolge von Dämpfen, die
im Schrank vorhanden sein können, beträchtlich
reduziert. Eine nicht einschränkende,
repräsentative
Ausführungsform
dieses Schranks ist in 7A und 7B dargestellt.
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Die
in 7A und 7B dargestellten
Bezugszeichen entsprechen den oben in Bezug auf 3 beschriebenen
Komponenten mit der Maßgabe,
dass in den 7A und 7B den
Zahlen der Buchstabe „A" folgt. Es ist ersichtlich,
dass in 7A und 7B die
Steuerbox 370A und der Touchscreen 383A im Schrank 700 isoliert
wurden. Die Steuerbox 370A kann eine elektronische Instrumentierung
(nicht gezeigt) aufweisen, wie die Prozess-Steuerungs-Instrumentierung.
Während
der Verwendung werden die Gehäuse
für die
Steuerbox 370A und 383A in ein Inertgas eingehüllt, welches mittels
einer oder mehrerer Spülleitungen 771 zugeführt werden
kann. Die eine oder die mehreren Spülleitungen 771 können mit
dem Gehäuse
für den Touchscreen 383A verbunden
sein. Zusätzliche
Leitungen können
verwendet werden, damit das Inertgas direkt in die Steuerbox strömen kann,
die nicht mit der Spülleitung 771 verbunden
ist. Auf diese Weise kann eine einzelne Leitung verwendet werden,
um sowohl über
den Touchscreen als auch über
die Steuerbox ein Inertgas zu decken. Ein oder mehrere Druckbegrenzungsventile 772 können verwendet werden,
um eine Anfangsspülung
bereitzustellen und um das Inertgas für die isolierten Komponenten
zu überwachen
und zu messen. Herkömmliche Spül-Steuervorrichtungen
können
verwendet werden, wie sie von Expo Safety Systems erhältlich sind.
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Wie
in 7B gezeigt ist, kann der Touchscreen 393A in
einem Gehäuse
eingeschlossen sein, das mittels Pseudolinien 394A dargestellt
ist. Um den Touchscreen vollständig
zu isolieren können
zusätzliche
Komponenten vorgesehen sein, wie die Verwendung eines Kunststofffensters
(z.B. eine elektrisch leitfähige
Polycarbonatplatte) 394D, das mittels eines Dichtungsmaterials 384B,
eines Kunststoffzwischenstücks 384C (z.B.
Acryl) mit Öffnungen
zum Abführen
eines Gasstroms, eines Touchscreenfenster-Dichtungsmaterials 394E und
eines Spülgehäuse-Rahmens 394F in
Position gehalten wird. Wenn der Touchscreen auf diese repräsentative
Weise zusätzlich
isoliert wird, kann der Touchscreen zugänglich sein, indem beispielsweise
eine Stahlkugel 394G verwendet wird, welche durch die Verwendung
einer Magnetwand und einer Leine 394H gehandhabt wird.
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In 8 ist
ein Verteilersystem gemäß dieser
Erfindung gezeigt. In 8 kann eine Vakuumquelle 14,
wie etwa ein Venturi Vakuum-Generator, mit dem Vakuum-Zuführventil
("VGS") 10 über die Leitung 12 verbunden
sein. Das VGS 10 fungiert zum Steuern des Gasflusses (wie
etwa Stickstoff, Helium oder Argon) über die Inertgasleitung 11 zur
Vakuumquelle 14, wenn die Vakuumquelle ein Venturi Vakuum-Generator
ist. Die Vakuumquelle 14 kann auch an der Abgasleitung 13 angebracht
sein, die zum Auslass hin ableitet. Die Vakuumquelle 14 kann
mit dem Niedrigdruck-Entlüftungsventil
("LPV") 20, dem Trägergas-Absperrventil
("CGI") 30, dem
Kanister-Bypassventil ("CBV") 40 und
dem Steuerventil ("CP3") 60 verbunden
sein. Das CGI kann auch als ein Trägergas-Einlassventil bezeichnet
werden. In 8 ist die Vakuumquelle 14 mit
dem LPV 20 über die
Leitung 15, das T-Stück 18 und
die Leitung 17 verbunden, mit dem CGI 30 über die
Leitung 15, das T-Stück 18,
die Leitung 16, das T-Stück 35 und die Leitung 37 verbunden,
mit dem CBV 40 über
die Leitung 15, das T-Stück 18, die Leitung 16,
das T-Stück 35,
die Leitung 36, das T-Stück 44 und die Leitung 43 verbunden.
Das Rückschlagventil 33 in
Leitung 37 ist geschlossen, sofern nicht und bis der Verteiler
den gewünschten
Freigabedruck übersteigt.
Deshalb ist die Vakuumquelle 14 typischerweise zur CGI 30 über die
Leitung 37 hin abgeschlossen. Allgemein kann das Rückschlagventil 33 auf
aktiviert gesetzt sein, wenn der Verteilerdruck 6,9 bar (100 pounds
per square inch) überschreitet.
Das Rückschlagventil dient
der Gasentlüftung,
wenn der Druck in dem System ein ausgewähltes Niveau erreicht. Die
Funktion von LPV 20 ist die, das Entlüften und Evakuieren des Verteilers
und des Kanisters während
des Hochfahrens und Kanisterwechselns zu steuern. Ein Vakuum-Druckanzeiger 22 kann
auch mit LPV 20 verbunden sein. Der Vakuum-Druckanzeiger 22 kann
zum Anzeigen von Vakuum während
des Spüldurchlaufs fungieren.
Leitung 23 kann LPV 20 mit dem Trägergas-Absperrventil
("CGI") 30 verbinden.
Die Leitung 31 kann CGI 30 mit dem Regler 32 verbinden,
der einen Fluss von unter Druck stehendem Inertgas zuführen kann.
Ein Zufuhr-Druckanzeiger 36 kann
in den Regler 32 eingebunden sein, um den Reglerdruck und
den Druck während
aller Arbeitsvorgänge anzuzeigen.
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In 8 kann
die Leitung 34 das CGI 30 mit dem CBV 40 verbinden.
Die Leitung 41 und 42 können CBV 40 an das
Prozessleitungs-Absperrventil ("PLI") 50 bzw.
an das Steuerventil ("CP2") 70 anschließen. Die
Funktion von PLI 50 ist, den Fluss der Chemikalie aus dem
Verteiler heraus zu steuern. CGI 30 fungiert zum Steuern
der unter Druck stehenden Gaszuführung
zu dem Verteiler. Die Funktion des CBV 40 ist, die Zuführung von
Druck oder Vakuum zu PLI 50 und zur Leitung 71 zu
steuern. Die Leitung 51 kann Chemikalien sowohl zu einer
Vorrichtung außerhalb
des Systems als auch zu einem weiteren Kanister, der nachzufüllen ist,
fördern.
Die Leitung 52 kann zum Verbinden von PLI 50 mit
dem Steuerventil ("CP1") 80 dienen.
Die Leitung 61 kann das Steuerventil 60 mit dem
Steuerventil 70 verbinden. von dem Steuerventil 70 aus
kann die Leitung 71 zu dem T-Stück 72 führen, wobei
die Leitungen 73 und 74 jeweils von dem T-Stück 72 aus
zum Steuerventil 80 bzw. zum Kanistereinlass ("CI") 90 verlaufen.
CI 90 fungiert zur Steuerung des Unterdrucksetzens und der
Evakuierung eines Kanisters. Das Steuerventil 80 kann über die
Leitung 81 mit dem Kanisterauslassventil ("CO") 100 verbunden
sein. CO 100 fungiert zum Steuern des Flusses einer Chemikalie
aus einem Kanister 110 während der Chemikalienzufuhr und
des Säuberns
der Kanisterauslass-Schweißverbindung
während
des Kanisterwechsels. CI 90 und CO 100 dienen
zum Verbinden des Verteilers mit den korrespondierenden Strukturen
an einem Versorgungskanister, typischerweise in Verbindung mit Anschlussstücken, wie
etwa Schraube-Mutter-Verbindungen. Anschlussstücke (Verbinder) zum Anschließen des
Verteilers an den Kanister 110 befinden sich üblicherweise
zwischen CI 90 und dem T-Stück 72 und zwischen
CO 100 und CP1 80. Wenn CO 100 ein Zweifachbetätigungsventil
ist, kann das T-Stück 72 heruntergeschoben
werden, um direkt mit CI 90 zu verbinden, so dass eine
Leitung den Zweifachbetätiger
direkt mit CI 90 verbindet.
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Die
Kanister 110 können
mit unterschiedlichen Chemikalien gefüllt sein und enthalten typischerweise
hoch reine Chemikalien für
den Gebrauch bei der Halbleiterherstellung. Zum Beispiel können die
Kanister TEOS, Arsenverbindungen, Titanverbindungen, Borverbindungen,
Kupferverbindungen usw. enthalten. In einer Ausführungsform dieser Erfindung
ist der Kanister 110 zumindest teilweise mit einer Chemikalie
befüllt,
die zumindest 99,9999% basierend auf der Menge der Spurenmetalle
in der Chemikalie rein ist.
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Die
oben erwähnten
Leitungen, die auch Kanäle,
Rohre, Rohrleitungen, Passagen und dergleichen genannt werden können, können zum
Beispiel aus Metallrohren wie etwa rostfreien Stahlrohren konstruiert
sein. Jedes der Ventile kann ein konventionelles, pneumatisch aktiviertes
Ventil sein, wie etwa ein NUPRO 6L-M2D-111-P-III Gassteuerventil.
Desgleichen kann der Regler ein Standardtyp sein, wie etwa ein AP
Tech 1806S 3PW F4-F4 V3 Regler. Das System kann unter Verwendung
konventioneller Verfahren zusammengebaut sein, wie etwa durch Verwenden
von Druckarmaturventile, durch Schweißen und dergleichen. Die Ventile
können
unter Verwendung konventioneller Prozess-Steuerungsvorrichtungen
gesteuert sein, wie etwa eine Omron-programmierbare Steuerbox, die
mit einer Touch-Screen-Steuerkonsole verkabelt ist. Alternativ können die
Ventile unter Verwendung einer ADCS APCTM Steuervorrichtung
gesteuert werden, die einen eingebetteten Mikroprozessor für die Anweisungsschritt-Ausführung enthält, wobei
sich Software in einem EPROM befindet. Die Steuereinheit kann zum
Beispiel den Fluss von unter Druck gesetztem Gas steuern, um pneumatische
Ventile zu öffnen oder
zu schließen.
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Während des
Gebrauchs kann der Verteiler gemäß der Erfindung
wie folgt betrieben werden. Um Chemikalien aus dem Kanister 110 heraus
zum Zuführpunkt
zu drücken,
werden die Ventile in dem Verteiler entsprechend geöffnet und
geschlossen, um unter Druck stehendes Gas in das System und in dem
Kanister einzuleiten. In 9 stellt die Leitung 120 den
Weg des unter Druck stehenden Gases dar, das in den Kanister 110 einströmt, wobei
die Leitung 121 den Weg der flüssigen Chemikalie zeigt, die
den Kanister 110 durch ein Tauchrohr 111 verlässt. Demnach
wird unter Druck stehendes Gas von einer Quelle (nicht dargestellt)
durch den Regler 32 in die Leitung 31 abgegeben.
Das Gas passiert danach die offene CGI 30, dann die Leitung 34,
das CBV 40, die Leitung 71, das CI 90 und
strömt
in den Kanister 110. Der Druck von dem einströmenden Gas
drückt
die flüssige
Chemikalie das Tauchrohr herauf und durch CO 100, Leitung 81,
CP1 80, Leitung 52, PLI 50 und Ausgangleitung 51 zu
dem Entnahmepunkt.
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Wenn
ein Versorgungskanister (sogar ein voller Kanister) ausgewechselt
wird, können
die Leitungen gesäubert
werden, um den Verteiler von Restchemikalien zu befreien. Der erste
Schritt ist ein Druckablassen, der zum Entfernen des Spitzendrucks
in dem Kanister 110 fungiert. Das Druckablassen kann über einige
Arten erreicht werden. Zum Beispiel sind zwei Vorgehensweisen, durch
die das Druckablassen erfolgen kann, in 10 dargestellt. In
einem Druckablass-Verfahren,
dargestellt durch die Volllinie 130, ist VGS 10 geöffnet, damit
das Gas von Leitung 11 durch Leitung 12 und in
die Vakuumquelle 14 strömen
kann, so dass mit dem Durchfluss, der über die Leitung 13 aus
der Auslassöffnung
austritt, ein Vakuum erzeugt wird. Das in der Quelle 14 erzeugte
Vakuum zieht ein Vakuum in der Leitung 15, dem T-Stück 18,
der Leitung 16, dem T-Stück 35, der Leitung 36,
dem T-Stück 44,
der Leitung 61 durch das offene CPI 60, in der
Leitung 62, CP2 70, der Leitung 71, dem
T-Stück 72,
Leitung 74 und durch das offene CI 90, wodurch
ein Vakuum in dem oberen Raum des Kanisters 110 gezogen
wird. Alternativ kann das Druckablassen durch das Öffnen von
LPV 20, CP2 und CI 90 erreicht werden, so dass
das Vakuum über die
Volllinie 135 gezogen wird.
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Nach
dem Druckablassen findet eine Flüssigkeitsentleerung
statt, um die Leitungen (Verschweißungen) von Flüssigkeit
zu befreien. Dazu wird in 11 Gas über den
Regler 32 in die Leitung 31 eingeleitet. CGI 30,
CBV 40 und CO 100 sind geöffnet, so dass das Gas durch
die Leitungen 34, 41, 52 und 81 fließt und die
flüssige
Chemikalie zurück
in den Kanister 110 gedrückt wird. Der Gasfluss während des
Leitungsentleerens ist durch die Volllinie 140 dargestellt.
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Danach
wird ein Spüldurchlauf
eingeleitet, der einen Vakuumschritt und einen Durchfluss-Spülungsschritt
umfasst, wie in den 12 bzw. 13 dargestellt
ist. Der Vakuumschritt kann auf einer Vielzahl von Wegen ausgeführt werden,
inklusive über die
Konfigurationen, die durch die Volllinien 150 und 155 in 12 dargestellt
sind. Somit ist in einer Ausführungsform
das CBV 40 und das LPV 20 geöffnet, so dass, sobald VGS 10 geöffnet ist,
um einen Gasfluss über
die Leitungen 11 und 12 in die Vakuumquelle 14 über die
Leitung 13 aus der Auslassöffnung heraus zu erlauben,
ein Vakuum gezogen wird, wobei das Vakuum auf diese Weise in den
Leitungen 15, 17, 23, 34, 41, 52 und 81 gezogen
wird. Alternativ sind das LPV 20 und CP2 70 geöffnet, so
dass ein Vakuum in den Leitungen 15, 17, 23, 34, 42, 71 und 74 gezogen
wird. Zusätzlich
können
das LPV 20, CP2 70, CBV 40 alle offen
sein, so dass ein Vakuum über
die Leitungen 42, 71 und 74 sowie den
Leitungen 41, 52 und 81 gezogen wird.
Die Öffnungen
können
gewechselt werden, so dass die Leitungen 42/71/74 und 41/52/81 abwechselnd
evakuiert werden.
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In 13 ist
ein Durchflussspülen
des Spüldurchlaufs
dargestellt. In 13 ermöglicht der Regler 32 unter
Druck stehendem Gas in die Leitung 31 einzuströmen. Mit
offenem CGI 30, CBV 40, CP1 80 und CP1 60 (beachte,
dass CI 90 und CO 100 geschlossen sind) fließt das Gas
durch die Leitungen 34, 41, 52, 73, 71, 62, 61, 36, 16, 15 und 13,
um dadurch den Verteiler zu spülen,
wie in 13 durch die Volllinie 160 dargestellt
ist. LPV 20 kann periodisch geöffnet werden, so dass die Leitungen 23 und 17 gespült werden
können.
Nach dem Spülen
sind die Anschlussstücke
typischerweise aufgetrennt, während
ein positiver Druck in dem Verteiler aufrechterhalten wird, so dass
keine Feuchtigkeit in den Verteiler eindringt. Zum Beispiel können CGI 30,
CBV 40 und CP2 70 geöffnet sein, so dass Gas aus
den Leitungen 74 und 81 fließt, nachdem die Anschlussstücke aufgetrennt
sind. Nachdem ein neuer Kanister eingesetzt wurde, wird der Spüldurchlauf
typischerweise wiederholt, um jedes Wasser oder andere Verunreinigungen,
die in den Verteiler hineingekommen sind, sowie alles Wasser in
den Anschlussstücken bzw.
Schweißverbindungen
an dem neuen Kanister zu entfernen.
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In 14 ist
eine alternative Ausführungsform
gezeigt, die ähnlich
der Ausführungsform
aus 8 ist, mit Ausnahme, dass das LPV 20,
die Leitungen 17 und 23 und der Druckanzeiger 22 fehlen. Wenn
CO 100 ein Zweifach-Betätigungsventil
ist, kann das T-Stück 72 nach
unten verschoben werden, um direkt mit dem CI 90 und dem
Steuerventil 80 verbunden zu sein, das direkt an den Zweifach-Betätiger angeschlossen
ist, so dass eine Leitung den Zweifach-Betätiger direkt mit CI 90 verbindet
und die Anzahl der potentiell ungenutzten Schenkel in dem Verteiler
reduziert ist. In der in 14 gezeigten
Ausführungsform kann
die Leitung 43 zu CBV 40 optional entfernt werden.
Das gleiche, in 9 gezeigte Flussschema kann
für die
Konfiguration in 14 verwendet werden, um Chemikalien
aus dem Kanister 110 heraus zu drücken. Das Druckablassen der Konfiguration
aus 14 kann unter Verwendung des Flussschemas, das
als Linie 130 in 10 dargestellt
ist, vervollständigt
werden. Die Flüssigkeitsentleerung,
die als Volllinie 140 in 11 dargestellt ist,
kann dann für
die Konfiguration in 14 verwendet werden. Der Vakuumschritt
kann wie in 15 gezeigt durchgeführt werden,
wie durch die Linie 180 dargestellt ist. Das Durchflussspülen aus 13 kann
für die
Konfiguration in 14 verwendet werden. Die Ausführungsform
hat einige Vorteile, die eine reduzierte Anzahl von Ventilen, woraus
sich geringere Kosten für
den Verteiler ergeben, eine Reduzierung der Anzahl von Punkten,
an denen ein Leck auftreten kann, sowie eine Reduktion der Wahrscheinlichkeit
von Ventilstörungen
für einen
gegebenen Verteiler umfassen. Diese Ausführungsform reduziert ebenfalls
die Anzahl der ungenutzten Schenkel in dem System, woraus sich eine
effektivere Durchflussspülung
ergibt. Dank der verbesserten Fähigkeit
zum Entfernen von Chemikalien aus den Leitungen während des
Kanister-Wechsels sieht der Verteiler gemäß der Erfindung ein System
vor, welches mit gefährlichen
Chemikalien, wie Arsenverbindungen, verwendet werden kann. Ebenso
erlaubt diese Verteiler-Ausführungsform
eine verbesserte Verwendung von Dispersionen, wie Metalle oder feste
Verbindungen, die in einem organischen Flüssigkeitsträger, wie Diglyme oder Triglyme,
gelöst
sind. Wenn Dispersionen verwendet werden, ist es vorzuziehen, die
Leitungen mit flüssigen
Lösungsmitteln wie
etwa Triglym oder Tetrahydrofuran (THF) zu spülen, so dass sich keine Verbindungen
in den Leitungen ablagern, wenn der Druck in den Leitungen herabgesetzt
wird. Zusätzlich
wird für
einige der Ausführungsformen
in Betracht gezogen, dass der Verteiler erwärmt werden kann, um die Verdampfung
der Chemikalien in den Leitungen zu beschleunigen. In dieser Hinsicht
kann der Verteiler in einer erwärmten Umgebung,
umwickelt mit Heizband, das mit einem Regeltransformator verbunden
ist, oder dergleichen aufbewahrt werden. Um die Verdampfung während eines
Durchflussspülens
zu unterstützen,
kann alternativ erwärmtes
Gas eingesetzt werden, wie etwa erwärmtes Argon, Stickstoff oder
andere Inertgase. Kombinationen dieser Techniken können ebenfalls eingesetzt
werden. Für
einige Typen von Chemikalien kann es denkbar sein, mit reaktiven
Chemikalien zu spülen,
die mit einer oder mehreren der Komponenten in der Leitung reagieren,
um schneller evakuierte Verbindungen zu erzeugen.
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Der
Verteiler dieser Erfindung kann einen Sensor aufweisen, der zum
Beispiel in der Leitung 15 angebracht ist, um zu bestimmen,
ob die Leitungen des Verteilers eine Chemikalie enthalten. Ebenso könnte ein
Probenanschluss in der Leitung 15 vorgesehen sein, aus
dem eine Probe von Gas aus der Leitung entnommen und überprüft werden
kann, um mittels einer Analyseeinrichtung die Anwesenheit einer Chemikalie
zu untersuchen.