JP2021501864A - 異なる制御機構を必要とする極低温装置を単一の動作プラットフォーム上に統合する為の汎用制御装置 - Google Patents
異なる制御機構を必要とする極低温装置を単一の動作プラットフォーム上に統合する為の汎用制御装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
・電力供給素子(PSE)が、極低温ポンプ、膨張機、冷却器、圧縮機及び他の極低温装置のような、1以上の極低温装置に同時に電力を供給し、各装置は、同じ又は異なる電気入力要件を有する。
・プロトコルトランスレータ素子(PTE)が、クライオポンプ及びシステムネットワーク制御装置又は直接処理ツール制御装置間の通信プロトコル変換を可能にし、クライオポンプ及びシステムネットワーク又は処理ツール制御装置が、異なる通信プロトコル(I/O)に基づいている。
・ネットワーク制御装置又は処理ツール制御装置による通信プロトコル変換を提供することにより、処理ツール極低温システム内に統合されることを必要とし、そして、異なる電圧、位相及び通信プロトコルを必要とする複数の極低温ポンプに、PSE及びPTEが共に電力を供給して制御する。
・特に、実施形態は、クライオポンプ、MRI磁石、及び他の極低温装置を冷却する為に使用される1以上の極低温膨張機に電力を入力することができるヘリウム圧縮機の為の高度に設定可能な電力供給素子に関し、そして、クライオポンプ及び極低温装置の通信を可能にするI/Oプロトコルトランスレータに関し、各クライオポンプ及び極低温装置は異なるI/Oプロトコルを使用することができるので、クライオポンプ及び極低温装置は、共通のネットワーク制御装置を介して、又は直接処理ツール制御装置により、単一の動作プラットフォーム上に統合することができる。
汎用制御装置PSEの構造は、回路を格納してユーザを高電圧から保護する為の容器を必要とする。容器は、前面パネル表示器、ユーザによりアクセス可能な回路遮断器又はフューズ、外部コネクタ、及び外部/内部境界を横断するケーブルの為のグランド線を取り付ける為に必要なカットアウト及び特徴を有する。配線、停止、及び組立手続は電気規定(NEC)に従い、安全評価コンポーネントを使用する。容器の寸法は、コンポーネントを格納するのに十分な大きさであり、十分な装置冷却の為に必要な空気分離並びに現場内診断及び修理の為のメンテナンス用アクセスを有する。
汎用制御装置PSEは、前面パネルシステム動作表示システムを採用し、ユーザが物理的装置を前側から見ることを必要とする。汎用制御装置PSEは、ネットワーク接続監視ソリューションの為に構成され、局所性視認要件を除去し、汎用制御装置の動作状態をユーザが遠隔で監視することを可能にする。図7参照。この遠隔ネットワーク接続監視ソリューションは、履歴性能ログ記録も有する。このことは、イベント後の法医学的分析及び問題軽減を加速させる。
以下は、汎用制御装置PSE及びPTE、並びに、異なるプラットフォームと接続することができるその能力により可能になる2つのアプリケーションである。それぞれの場合において、汎用制御装置は、エンドユーザが、異なる製造業者製のクライオポンプ及び低温ガス圧縮機を供給及び使用することを可能にし、それにより、生産上の問題を解決する為に既存の設置済のクライオポンプ及び/又は低温ガス圧縮機よりも優れた性能をもたらし、その上、全てのクライオポンプ及び/又は低温ガス圧縮機を異なる技術プラットフォームへ完全に変更する必要は無く、関係するクライオポンプ及び/又は低温ガス圧縮機のみを変更すればよいので、設備投資を最小化することができる。
特定のアプリケーションにおいて、特に200mm半導体ツール上のイオン注入において、製造業者Aのクライオポンプは、再生が必要になる前に、17〜20リットルまでの極低温水素を保持することができる。この水素量の制限は、水素の吸収領域が制限されていることによるものであり、そして、ヒータが故障した場合に再生時に発火源として作用することができる内部ヒータをクライオポンプは有しているので、製造業者Aは水素保持量を制限することを好むからである。その結果、もし発火が発生した場合、クライオポンプ内の水素量が多いよりは、クライオポンプ内の水素量を少なくして再生を実施した方がより安全である。注入工程は通常3週間であり、製造業者Aのクライオポンプの再生間隔は、通常2週間毎である。
製造業者は、各処理室に製造業者Aのクライオポンプを含む多室(5室)処理ツールを有する。製造業者Aの低温ガス圧縮機は、ヘリウム圧縮能力の欠如により各クライオポンプの内の2つのみを駆動することができる。その結果、そのようなシステムは、処理ツールの5つのクライオポンプをサポートする為に3つの圧縮機を備える必要がある。また、製造業者Aの低温ガス圧縮機は、老朽化しており、置換する必要がある。製造業者Bの低温ガス圧縮機はより効率的であり、追加のヘリウム冷却能力をもたらすことができるので、3つの製造業者Aのクライオポンプを駆動することができる。しかしながら、製造業者Bの低温ガス圧縮機は、製造業者Aのクライオポンプを駆動する為に必要な制御プラットフォーム、位相、及び電圧を有していない。製造業者Bの低温ガス圧縮機への汎用制御装置PSEの追加が、製造業者Aの各クライオポンプの3つを駆動することを可能にし、それにより、5つのクライオポンプを完全にサポートする為に、製造業者Aの低温ガス圧縮機を3つ購入する代わりに、製造業者Bの低温ガス圧縮機を2つ購入するだけでよくなる。また、エンドユーザは、製造業者Aのクライオポンプはメンテナンスを行う又はリタイアさせる必要があるので、確実により優れた性能の為に、多室処理ツールに製造業者Bのクライオポンプを統合するオプションも有する。(図8E〜8F参照。)
汎用制御装置電力供給素子:変圧器ベース
図2Cは、電圧及び位相変換の為の複数の変圧器ベースの電力供給を有する汎用制御装置のブロック図である。図5は、この特定の実施の概略図であり、特に、変圧器ベースの設計の概略図である。
上述の変圧器ベースPSEは機能的であるが、いくつかの制限を有する。変圧器は物理的に大きく、重く、高価であり、出力電圧レベルはライン電圧変動に影響を受けやすく、追加の一次又は二次タップは、より広範囲の電圧入力を受け入れる必要がある時に自動設計を維持する為に、より複雑な自動タップ選択回路を有し、2相及び3相ポンプに同時に電力を供給することができず、そして、単相入力電力により機能することができない。
プロトコルトランスレータは、図1Iに図示されているように制御装置内のソフトウェアとして実装される。ここで、第2の製造業者の装置を稼働しているプロトコルは「目標プロトコル(target protocol)」と呼ばれ、第2の製造業者の装置は「目標装置(target equipment)」と呼ばれ、第1の製造業者の装置を稼働しているプロトコルは「発信プロトコル(origination protocol)」と呼ばれ、第1の製造業者の装置は「発信装置(origination equipment)」と呼ばれる。
低温ガス圧縮機は信頼できるが、その長寿命が施設管理の運用リスクを引き起こす。圧縮機が長期間運転されるにしたがって、維持費がより高くなり、モデルが古くなり遺産製品とみなされて生産及びサポートから段階的に廃止されるので、ドロップインOEM交換可能性が減少する。交換可能性の無い運転不可能な圧縮機は、相互運用性に制約を作成することができ、新しいOEM装置は遺産装置と下位互換性がない場合が多いので、新しい交換圧縮機だけでなく関連する極低温ポンプ装置及び付属品も購入する必要がある。設備予算が無い、又は低差益工程において、この相互運用性の制約は、老朽化施設に、ほとんど又は全く保証の無い改造された中古製品の購入を含む第三者オプションを捜すことを強いる。これらの購入自体がリスクを含み、近い将来の工程中断時間を含む。
2 回路遮断器
3 拡張ターミナルブロック
4 追加の回路遮断器
5 位相角度選択スイッチ
6 低電圧変圧器
7 変圧器
8 多機能リレー
9 低電圧選択リレー
10 高電圧選択リレー
11 前面パネル表示器
12 ターミナルブロック
14 回路遮断器
15 コネクタ
16 戻り圧力センサ
17 リレー接点クロージャ
18 低温ガス圧縮機
21 変換器
22 入力単相又は3相施設電力
23 電力モジュール入力ステージ
24 DC/DCバックブースト・ステージ
25 第2の中間DC電圧レベル
26 ACインバータ出力ステージ
27 フィルタネットワーク
29 電圧レベルフィードバック
30 電流レベルフィードバック
31 出力
32 ハーフブリッジ・トランジスタアレイ
33 ハーフブリッジ・トランジスタアレイ
34 ハーフブリッジ・トランジスタアレイ
35 出力制御装置
36 電力モジュール制御装置
37 ACインバータ出力ステージ
38 出力
39 ACインバータ出力ステージ
40 出力
Claims (40)
- 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、前記複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置であって、前記汎用制御装置は、
標準位相及び標準周波数を有する入力電圧を提供する電源と、
前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、
前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、
を有し、
前記電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、
前記電力供給出力は、
第1の電力供給要件を有する第1の型の極低温装置に第1相で第1の出力電圧を提供する第1の電力供給出力と、
第2の電力供給要件を有する第2の型の極低温装置に第2相で第2の出力電圧を提供する第2の電力供給出力と、
を含み、
前記第2の出力電圧は前記第1の出力電圧と異なり、前記第2相は前記第1相と異なり、そして、前記第2の電力供給要件は前記第1の電力供給要件と異なり、
前記プロトコルトランスレータ素子は、
複数のプロトコルにおける極低温装置の通信を受信及び送信する複数の通信入力/出力と、
前記複数の通信入力/出力に通信可能に接続され、極低温装置の通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して出力するプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは、
第1の型の極低温装置から通信を受信して前記第1の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第1の型の極低温装置から/への通信は第1の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、
第2の型の極低温装置から通信を受信して前記第2の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第2の型の極低温装置から/への通信は前記第1の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第2の極低温装置の通信プロトコルであり、
前記プロセッサは、前記第1の型の極低温装置から送信された通信を前記第1の極低温装置の通信プロトコルから前記第2の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、前記第2の型の極低温装置から送信された通信を前記第2の極低温装置の通信プロトコルから前記第1の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置が互いに通信することを可能にすることを特徴とする汎用制御装置。 - 前記電源は、前記汎用制御装置全体に電力を供給する単一の汎用制御装置電源であることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記電源は、前記電力供給素子専用の独立した電源と、前記プロトコルトランスレータ素子専用の独立した電源と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の電力供給出力は、90度の位相角度を有する2相電力供給出力であることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の電力供給出力は、3相電力供給出力であることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の電力供給出力は、1相電力供給出力であることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の電力要件は、必要電圧、必要電流、及び必要位相を含むことを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記複数の電力供給出力はさらに、第3の電力供給要件を有する第3の型の極低温装置へ第3相で第3の出力電圧を提供する第3の電力供給出力を含み、前記第3の出力電圧は前記第1及び2の出力電圧と異なり、前記第3相は前記第1及び2相と異なり、そして、前記第3の電力供給要件は前記第1及び2の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記複数の電力供給出力はさらに、第3の電力供給要件を有する第3の型の極低温装置へ第3相で第3の出力電圧を提供する第3の電力供給出力を含み、前記第3の出力電圧は前記第1の出力電圧と異なり、前記第3相は前記第1相と異なり、そして、前記第3の電力供給要件は前記第1の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第3の出力電圧は前記第2の出力電圧と同じであり、前記第3相は前記第2相と同じであり、そして、前記第3の電力供給要件は前記第2の電力供給要件と同じであることを特徴とする請求項9に記載の汎用制御装置。
- 前記複数の電力供給出力はさらに、第3の電力供給要件を有する第3の型の極低温装置へ第3相で第3の出力電圧を提供する第3の電力供給出力を含み、前記第3の電力供給要件は前記第1の電力供給要件とは異なり、そして、前記第3の型の極低温装置から/への通信は前記第1の極低温装置の通信プロトコルであることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置は異なる製造業者により製造されることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置の少なくとも1つはクライオポンプであることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の型の極低温装置はクライオポンプであり、前記第2の型の極低温装置は圧縮機であることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置の少なくとも1つは膨張機であることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置の少なくとも1つは極低温冷却器であることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- さらに、前記汎用制御装置の動作状態を遠隔外部監視することを可能にするネットワーク接続を含むことを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- さらに、前記電力供給素子及び前記プロトコルトランスレータ素子を収容するハウジングを含むことを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- さらに、前記電力供給素子を収容する第1のハウジング及び前記プロトコルトランスレータ素子を収容する第2のハウジングを含むことを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 第3の型の極低温装置から通信を受信して前記第3の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第3の型の極低温装置から/への通信は前記第1及び2の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第3の極低温装置の通信プロトコルであることを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 前記電力供給素子が、電圧、位相、及び位相角度の複数の組み合わせの電力供給出力を提供するように構成可能なプログラム可能な電力供給出力を含むことを特徴とする請求項1に記載の汎用制御装置。
- 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、前記複数の極低温装置と通信する方法であって、前記方法は、
入力電圧を受信し、単一入力電圧が、位相及び周波数を有し、
異なる電力供給要件を有する前記複数の極低温装置を同時に駆動する、
ことを含み、
前記駆動が、
第1相で第1の出力電圧を第1の電力供給要件を有する第1の型の極低温装置へ出力し、
第2相で第2の出力電圧を第2の電力供給要件を有する第2の型の極低温装置へ出力する、
ことを含み、
前記第2の出力電圧は前記第1の出力電圧と異なり、前記第2相は前記第1相と異なり、前記第2の電力供給要件は前記第1の電力供給要件と異なり、
そして、前記方法は、
第1の極低温装置の通信プロトコルにおける前記第1の型の極低温装置からの通信を受信し、
前記第1の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第2の極低温装置の通信プロトコルにおける前記第2の型の極低温装置からの通信を受信し、
前記第1の型の極低温装置から受信した通信を前記第1の極低温装置の通信プロトコルから前記第2の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、
前記第1の型の極低温装置から受信して前記第2の極低温装置の通信プロトコルへ変換された通信を前記第2の型の極低温装置へ送信して、
互換性のない異なる通信プロトコルを使用する前記複数の極低温装置間の通信を可能にする、
ことを含む方法。 - 前記複数の極低温装置間の通信を可能にすることは、
第2の型の極低温装置から受信した通信を第2の極低温装置の通信プロトコルから第1の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、
第2の型の極低温装置から受信して第1の極低温装置の通信プロトコルへ変換された通信を第1の型の極低温装置へ送信する、
ことを含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 前記第1の出力電圧は、2相出力であることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記複数の極低温装置を同時に駆動することが、第3の出力電圧を出力することを含み、前記第3の出力電圧は3相出力であることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記駆動が、第3相で第3の出力電圧を第3の電力供給要件を有する第3の型の極低温装置へ出力する、ことを含み、前記第3の出力電圧は前記第1及び2の出力電圧と異なり、前記第3相は前記第1及び2相と異なり、前記第3の電力供給要件は前記第1及び2の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記駆動が、第3相で第3の出力電圧を第3の電力供給要件を有する第3の型の極低温装置へ出力する、ことを含み、前記第3の出力電圧は前記第1の出力電圧と異なり、前記第3相は前記第1相と異なり、前記第3の電力供給要件は前記第1の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記第3の出力電圧は前記第2の出力電圧と同じであり、前記第3相は前記第2相と同じであり、そして、前記第3の電力供給要件は前記第2の電力供給要件と同じであることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置は異なる製造業者により製造されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置の少なくとも1つは、クライオポンプ、膨張機、及び極低温冷却器から成るリストから選択されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記第1の型の極低温装置はクライオポンプであり、前記第2の型の極低温装置は圧縮機であることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を駆動するように構成された装置であって、前記装置は、
位相及び周波数を有する単一入力電圧を提供する電源と、
前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、
を含み、
前記電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、
前記電力供給出力は、
第1の電力供給要件を有する第1の型の極低温装置に第1相で第1の出力電圧を提供する第1の電力供給出力と、
第2の電力供給要件を有する第2の型の極低温装置に第2相で第2の出力電圧を提供する第2の電力供給出力と、
を含み、
前記第2の出力電圧は前記第1の出力電圧と異なり、前記第2相は前記第1相と異なり、そして、前記第2の電力供給要件は前記第1の電力供給要件と異なることを特徴とする装置。 - 前記電源は前記電力供給素子専用の独立した電源であることを特徴とする請求項32に記載の装置。
- 極低温システムにおいて、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置であって、前記汎用制御装置は、
位相及び周波数を有する単一入力電圧を提供する電源と、
前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、
を含み、
前記プロトコルトランスレータ素子は、
複数のプロトコルにおける極低温装置通信を受信及び送信する複数の通信入力/出力と、
複数の通信入力/出力と通信可能に接続され、極低温装置通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して送信するプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは、
第1の型の極低温装置から通信を受信して前記第1の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第1の型の極低温装置から/への通信は第1の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、
第2の型の極低温装置から通信を受信して前記第2の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第2の型の極低温装置から/への通信は前記第1の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第2の極低温装置の通信プロトコルであり、
前記プロセッサは前記第1の型の極低温装置により送信された通信を前記第1の極低温装置の通信プロトコルから前記第2の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第2の型の極低温装置により送信された通信を前記第2の極低温装置の通信プロトコルから前記第1の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置が互いに通信することを可能にすることを特徴とする汎用制御装置。 - 前記電源は前記プロトコルトランスレータ素子専用の独立した電源であることを特徴とする請求項34に記載の汎用制御装置。
- 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、前記複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置であって、前記汎用制御装置は、
位相及び周波数を有する入力電圧を提供する電源と、
前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、
前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、
を有し、
前記電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、
前記電力供給出力は、
第1の電力供給要件を有する第1の型の極低温装置に第1相で第1の出力電圧を提供する第1の電力供給出力と、
第2の電力供給要件を有する第2の型の極低温装置に第2相で第2の出力電圧を提供する第2の電力供給出力と、
を含み、
前記プロトコルトランスレータ素子は、
複数のプロトコルにおける極低温装置の通信を受信及び送信する複数の通信入力/出力と、
前記複数の通信入力/出力に通信可能に接続され、極低温装置の通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して出力するプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは、
第1の型の極低温装置から通信を受信して前記第1の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第1の型の極低温装置から/への通信は第1の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、
第2の型の極低温装置から通信を受信して前記第2の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第2の型の極低温装置から/への通信は前記第1の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第2の極低温装置の通信プロトコルであり、
前記プロセッサは、前記第1の型の極低温装置から送信された通信を前記第1の極低温装置の通信プロトコルから前記第2の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、前記第2の型の極低温装置から送信された通信を前記第2の極低温装置の通信プロトコルから前記第1の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第1の型の極低温装置及び前記第2の型の極低温装置が互いに通信することを可能にすることを特徴とする汎用制御装置。 - 前記第2の電力供給要件は前記第1の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項36に記載の汎用制御装置。
- 前記第2の出力電圧は前記第1の出力電圧と異なることを特徴とする請求項36に記載の汎用制御装置。
- 前記第2相は前記第1相と異なることを特徴とする請求項36に記載の汎用制御装置。
- 前記第2の電力供給要件は前記第1の電力供給要件と同じであることを特徴とする請求項36に記載の汎用制御装置。
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