TWI422772B - 具有一體成形測力器之化學儲存裝置 - Google Patents

Description

具有一體成形測力器之化學儲存裝置

本發明大致關於化學儲存的領域。更明確地說，本發明關於一種用以監控化學品使用的方法與裝置。

已經使用多種的化學藥品，以作為半導體工業中化學蒸鍍法所用的前驅物(precursor)。一般來說，用以在晶圓上製造薄膜或薄層的前驅物，是在室溫下具有相當低蒸氣壓力的液體(在室溫時小於500陶爾(Torr))。目前，這些前驅物材料被儲存在罐內(根據前驅物的特性，可為不銹鋼、碳鋼、或其他特殊合金)，這些罐子是密封且防漏的。這些罐子可以在一化學蒸鍍室附近使用，當每個罐子用完時，在此蒸鍍室內定期地替換，或者在一大型的重填系統中使用，此系統提供一個用以自動在使用時重填這些罐的來源。

至少有兩個原因可以說明，為什麼在儲存罐中監控化學藥品的高度是非常重要的。第一點是為了確保在罐中具有適當的前驅物化學藥品，以便執行想要的化學蒸鍍步驟。第二是能夠在替換罐之前，使用最大量的前驅物化學藥品。第二點會影響整個系統的成本效率。一旦鋼瓶已經脫離時，則任何剩餘的材料均必須要被丟棄。因此，假如在用盡到最大程度之前就替換了鋼瓶的話，則不僅材料浪費。而且，為了處理額外的廢料，也必須產生額外的成本。

已經試圖研發出許多不同的技術來減少浪費，包含使用浮動開關以及高度感測器，但是到目前為止，仍沒有一種方法在實際操作上，能夠令人完全滿意。

目前所實施的這些技術之基本缺點在於，在無法通用於所有種類的化學藥品。例如，假如前驅物化學藥品的比重改變的話，則浮動開關可能無法產生預期的操作。此外，高度感測器一般來說無法提供鋼瓶內容物的一視覺指示。為了獲得資訊，鋼瓶必須被連接到一分配裝置上，且來自高度感測器的信號必須被解讀並顯示在分配系統電腦或可程式邏輯控制器上。

因此，的確需要一種方法及化學儲存裝置，可允許即時監控化學藥品的使用，而不管化學藥品的種類或相位如何。

本發明揭示一種化學儲存裝置，以及一種用以監控化學藥品使用的方法。此裝置及方法可解決上述問題，其乃藉由將一化學儲存罐以及一測力器(load cell)整合到一個可運送的單元內。測力器可以補償半導體工業中所使用的分配裝置之額外重量。此外，測力器可連續顯示出殘餘在化學儲存裝置中的化學藥品之重量。這些功能是包含在測力器的控制邏輯電路中，而此邏輯電路也是被整合到測力器本身中。

在一實施例中，藉由一包含一罐的化學儲存裝置滿足此技術中的上述與其他需求。該化學儲存裝置進一步包含一與該罐一體成形的測力器。該測力器包含一處理器及一顯示器。此外，該化學儲存裝置包含可在該處理器上執行的控制邏輯電路，其中該控制邏輯電路能夠對應於一使用者輸入，使測力器測量出該罐的空重。該控制邏輯電路也可以使該測力器將添加到該罐的至少一化學品之重量，顯示在該顯示器上。而且，在一分配裝置被裝附至該罐之後，該控制邏輯電路可以使測力器自行校正，以致於僅會在顯示器上顯示該化學品的重量，且使測力器連續地顯示殘餘在罐中的化學藥品之重量。

在另一實施例中，一種用以監控化學藥品使用的方法，包含以下步驟：測量一個含有一體成形的測力器之空的化學品儲存裝置之重量。再者，該方法包含以至少一化學品填滿該化學儲存裝置至一填滿重量。再者，該方法包含將化學儲存裝置裝附至一分配裝置。此方法亦包含校正該測力器，以補償該分配裝置的重量，以致使僅顯示出該化學品的填滿重量。此方法進一步包含連續測量殘餘在該化學儲存裝置中的化學品之重量。

上述說明已經相當廣義地點出本發明的特色及技術優點，以使以下的本發明詳細說明能夠更加容易被了解。以下將說明本發明額外的特色與優點，其等乃為本發明申請專利範圍之標的。要知道的是，對於熟知此項技術者來說，揭示於本文之概念以及該等特定的實施例可以被輕易地利用為修改或設計成用於實施本發明的同樣用途之其他結構的基礎。應該也可了解的是，對於熟知此項技術者來說，這樣的等效結構並未脫離申請專利範圍所提出之本發明的範圍。

為了詳細描述本發明之較佳的具體實施例，現在參考該等隨附的圖式。

標記與命名

透過以下的說明書以及申請專利範圍，特定用語被用以指稱特殊的系統構件。本說明文件不打算區分名稱不同但功能相同的構件。

在以下的說明以及申請專利範圍中，「包括」以及「包含」等詞是以開放的方式來使用，因此，其等應該被解讀成「包括，但不限制於...」。而且，吾人意欲將「偶合」一詞用以表示間接或直接的電氣連接。因此，假如一第一裝置偶合到一第二裝置的話，則該連接可以通過一直接電氣連接，或通過經由其他裝置與連接的一間接電氣連接。

較佳具體實施例的詳細說明

圖1顯示一化學儲存裝置100的一實施例。一般來說，化學儲存裝置100包括一罐102以及一測力器104。測力器104被整合到該罐102內且被用以測量起初有多少化學品106被填入該罐內。此數值可以被該測力器104儲存起來。在任何化學品被使用之前，裝附一分配裝置，且接著使化學儲存裝置100重新測量重量，以補償由於該隨附的分配裝置所導致之朝下增加或減少的力量，以致使該顯示器持續地指示起初的填充重量。當該等化學品106被消耗時，化學儲存裝置100會改變其之操作模式，且持續地監控殘餘在該罐內的內容物之重量。在該罐102內之化學品106的真正重量因此可持續地顯示給使用者看。用於監控該內容物重量的邏輯線路被整合到一適合的裝置中之該化學儲存裝置100本身。化學儲存裝置100較佳地被設計成能夠被輕易地運送。

罐102設有複數閥或類似物，以允許將化學品引進到該罐102內，以及從該罐102移除。在一些實施例中，這些閥是位於該罐102的頂部。在一實施例中，一入口閥120以及一出口閥122被偶合到該罐。在其他實施例中，可以將一第三閥124偶合到該罐，以用於其他目的，例如溫度監控。一般來說，該等閥與該罐內部以流體相通，較佳地，該等閥可以輕易地被連接到半導體工業所使用的現有分配裝置上，或從該裝置上拆解下來，以利於運送。分配單元的範例包括但不限制於：來自Air Liquide的CAVDI系統、來自Japan air Gases的Aquarius系統、來自ATMI的Unichem系統、來自Air Products的Schumacher部門之Chemguard系統。

罐102可以具有任何適當的幾何形狀，然而，罐102較佳是圓筒形。罐102的截面可以是矩形、六角形、八角形、三角形等。罐102可以具有任何適當的尺寸。在典型的實施例中，空的罐重從大約2000克到大約6000克。一般來說，罐102能夠儲存的化學品重量範圍是大約250克到大約200千克的範圍內，更佳的是從250克到大約3000克，且在一些情形中可高達10000克以上。再者，該罐102能夠儲存液體、粉末、固體等。

在較佳實施例中，罐102以及測力器104是由金屬製成。可以使用任何適當的金屬。該金屬最好能抵抗氧化以及腐蝕，且能夠容納液體、氣體及固體。適當金屬的範例包括(但不侷限於)在不銹鋼304、316L、碳鋼、鎳基合金(Hastelloy)、蒙耐合金(Monel)及其他高鎳含量合金、Elgiloy合金、鋁等。

現在，參考圖2，圖2顯示用於升高溫度應用的化學儲存裝置200之實施例，該化學儲存裝置200包含一加熱套203。加熱套203典型地能夠加熱該罐內容物到大約20℃至大約350℃之範圍內的溫度。再者，加熱套203可以被藉由循環流體或加熱電阻元件加熱。典型地，加熱套203被連接到一溫度控制器，以調節罐內容物(未顯示)的溫度。該溫度控制器可以是任何熟知此項技術者用以調節溫度的任何熟知裝置。罐102也可以包含任何其他適用於加熱該等罐內容物到想要溫度的機構。其他適當的機構之範例包含(並不侷限於)：插入該罐本體內的卡匣加熱器，或捲繞在該罐本體周圍的加熱帶。

在另一實施例中，測力器104與罐102熱隔離。可以將一隔熱材料放置在該測力器與該罐之間，以防止或減少傳送到該測力器的熱。在一特殊實施例中，該隔熱材料是一陶瓷板205(圖2)。該陶瓷板205較佳具有大約1/16英吋到大約2英吋範圍內的厚度，較佳是至少大約1/8英吋，更好地是至少大約3/8英吋。然而，該陶瓷板205可以包含任何適當的厚度。另一方面，除了陶瓷以外，可以使用其他適當的隔熱材料。其他適當的材料之範例包含(並不侷限於)奈米孔洞(nanoporous)材料、聚合物、玻璃纖維等。在較佳實施例中，測力器104被維持在大約40℃到大約60℃溫度範圍內。

測力器104較佳被與該罐102整合在一起，或者被建於該罐102中，以致使該罐與測力器形成一單一可運送單元。在一些實施例中，測力器104與罐102是分開的元件，其等藉由被機械偶合。測力器104可以藉由例如焊接、栓鎖、螺固等連接方式偶合到罐102。另一方面，測力器104被以可移除的方式裝配至罐102。

圖3是測力器104的一實施例之示意圖。如圖所示，該測力器104一般包括一處理器210、一記憶體模組235、一電池240以及一負載感測器250。典型地，測力器也包含一電池240，以作為其主要的能量來源。電池240提供電力到測力器104。然而，假如需要的話，測力器104也可以被連接到一外部電源。較佳地，電池240之容量在正常操作中可持續至少一年，而不需要重新充電或更換電池。電池240的範例包括但並不侷限於鋰離子電池、鎳鎘電池等。

處理器210一般是一低功率的混合信號微處理器。然而，測力器104也可以包含任何適用於實施測力器104的功能之處理器。處理器210較佳地偶合於一記憶體模組以及一負載感測器250上。再者，記憶體模組235較佳地包含非永久性及/或永久性記憶體。該永久性記憶體則包含快閃記憶體。另一方面，該非永久性記憶體可以包含任何適當種類的隨機存取記憶體(RAM)。記憶體模組235被用於儲存處理器210所執行的編碼或控制邏輯電路。這樣的控制邏輯電路在製造期間可被載入測力器104內。控制邏輯電路可以被載入永久性記憶體中，以及直接從該永久性記憶體中被執行或者被複製到該非固定記憶體中，以用於從該非永久性記憶體處執行。而且，記憶體模組235可被用以儲存或「鎖定」該罐、該等罐內容物，以及測力器的起初組合重量。

在更進一步的實施例中，測力器104包含一顯示器220(圖1與圖3)。顯示器220較佳、但並不需要一定能夠顯示重量到0.1克的精確度。一般來說，顯示器220是一液晶顯示器(LCD)。在一些實施例中，顯示器220進一步包含測力器104的不同操作模式。例如，顯示器220可以顯示出測力器104被鎖定為目前的填滿重量。在另一範例中，顯示器220可顯示測力器104是處於一有效秤重模式(active weighing mode)。在典型實施例中，顯示器220位於化學儲存裝置100的外部。

測力器104一般包含例如一小型鍵盤的一使用者輸入裝置230。該小型鍵盤較佳位於該顯示器的附近。在其他實施例中，小型鍵盤位於一凹陷外殼內，以防止意外壓下小型鍵盤按鈕。該小型鍵盤能夠令使用者以手動方式秤重以及校正該測力器102。小型鍵盤也可以操作其他功能。選擇性地是，使用者輸入裝置230也可以是顯示器220上的一觸控螢幕。在另一實施例中，使用者輸入裝置230包含一鎖定功能，以致使誤動該裝置將無法致動該測力器。

在其他實施力中，該測力器104包含一連接埠，其可傳送資料至例如一電腦(未顯示)的一外部監控裝置。連接埠的範例包括(但不侷限於)：一USB連接埠、一串聯連接埠、一紅外線連接埠、一Firewire連接埠、一乙太網絡連接埠等。該外部監控裝置可以是能夠記錄以及儲存資料的任何適當裝置。外部監控裝置的範例包括(但不侷限於)：一電腦、一個人數位助理(PDA)等。在其他實施例中，測力器104包含一無線接收器與傳送器。該無線接收器與傳送器能夠以無線方式接受以及傳送資料至一外部監控裝置。此外，該無線接收器可以透過例如一遙控器的一遠端使用者輸入裝置，控制該測力器104。

負載感測器250可以包含任何種類之能測量重量、不與罐102的內容物物理接觸的感測器。在較佳實施例中，負載感測器250包含一惠司頓電橋感測器。該惠司頓電橋感測器可以由內部製造或市售購得。一市售的惠司頓電橋感測器之一範例為HBM公司所製的型號PW2GC3。選擇性地，負載感測器250包含一電容測量感測器。電容測量感測器可以從加州的Loadstar Sensor公司取得。此外，雖然負載感測器250較佳能夠秤出罐內容物的重量至大約0.1克的精確度，但是，負載感測器250可以根據應用情形有1克到0.01克之間的較高或較低的精確度。在較佳實施例中，負載感測器250能夠準確感測跨越該裝置的操作重量範圍。特別地是，負載感測器250較佳能夠從大約250克測量到至少大約10000克。

在另一實施例中，只有負載感測器250被整合或偶合到罐102(此實施例並未顯示)。在此實施例中，含有顯示器220、處理器210、使用者輸入裝置230及記憶體235的一外部控制器被連接到負載感測器250。當欲秤重化學品時，則該外部控制器被連接到負載感測器250，當化學儲存裝置100被運送至一不同的位置時，則該外部控制器與負載感測器250被分離開來。

圖4顯示一種藉由一使用者監控即時化學藥品使用之方法。為了便於說明，以下此方法的敘述參考上述該裝置的敘述該等實施例所使用的相同元件符號。一般來說，該方法一開始包含：提供一化學儲存裝置100，該裝置100含有一被整合至一罐102的測力器104。現在參考圖4，該方法包含：在方塊301中測量該空的化學儲存裝置100的重量。在該空罐102以及測力器104的重量被歸零之後，接著將至少一化學品的想要重量添加到該罐。一般來說，該化學品被透過入口閥120或閥124添加。

該空化學儲存裝置100的重量典型地被經由使用者輸入裝置230的使用者輸入測量出來。僅用於範例地，按下在一小型鍵盤上的一按鈕以秤出測力器104的重量。在秤重之後，在方塊305中，測力器104測量出被添加的化學品之重量，且將罐102中所容納的化學品之重量顯示在顯示器220上(參見圖1)。可以添加一或更多的化學品至該罐102。一般來說，該等化學品被經過該等閥120、122或124的任何一者而添加。一旦化學儲存裝置100被填滿了想要的化學品的話，則它會被運送至該終端使用者，該終端使用者典型地為一半導體製造廠。然而，該使用者也可以是任何一位化學品的買主或消耗者。化學儲存裝置100被以顯示在顯示器220上的該填滿重量運送。在一實施例中，該重量資訊被鎖定或儲存在測力器記憶體235中。一般來說，該等罐內容物的重量會被對應於來自該使用者輸入裝置230的一使用者輸入鎖定。例如，可以壓下在該使用者輸入裝置上的另一按鈕，以儲存該填滿重量，以及鎖定該顯示的重量。

在方塊307中，該使用者接收化學儲存裝置100，且藉由該等適當的配件，將一分配裝置連接到例如入口與出口閥120、122等適當使用點。該分配裝置典型地是該半導體工業中所使用的任何裝置或工具，其會取回並分配半導體製造中所使用的化學品。在該連接期間，由於該等配件的重量，以及因為施加該等配件到該罐上所導致的任何向下作用力，致使化學藥品儲存裝置100可能會遭受一重量增加。該增加的重量來自藉由在半導體工業中所使用的該等分配單元之豬尾式接頭(pigtail)施加的力量。該等豬尾式接頭在本文一般被用以描述任何管件與閥體，其等被用以將該化學儲存裝置的入口及/或出口閥連接到一執行用於分配化學品所需功能的一固定閥歧管。該等豬尾式接頭具有一定程度的撓性，以適應罐尺寸的些微變化，且使得該化學儲存裝置容易更換。由於該所需要的撓性，該等豬尾式接頭會施加一力量(理解為重量)到該化學儲存裝置上，藉此改變由負載感測器250所讀取的該信號。

對應於一使用者輸入(也就是，壓下一按鈕)，在方塊309中，負載感測器250會被再校正，以補償該等配件的附加重量。因此，只有該罐102中的該等化學品或材料之重量會被顯示在顯示器220上；但是，並未顯示該等附加配件所導致的重量。選擇性地，在已經裝附分配裝置而不需要使用者輸入後，測力器104會自動補償分配裝置所導致的任何添加重量。

當罐102用盡其內容物時，在方塊311中，測力器104會連續測量並顯示殘餘內容物的目前重量。再者，可以將一外部監控裝置(未顯示)經由一連接埠，連接到測力器104，致使，該等重量資料會被連續傳送到該外部監控裝置上並被記錄。在一實施例中，該外部監控裝置將該化學品之使用依時間繪製成圖形。選擇性地，該外部監控裝置以無線方式與該測力器104聯通。

當在方塊313中所顯示的內容物重量達到一預設點時，該化學儲存裝置會被再度填充，以用於進一步的使用。典型地，化學儲存裝置100會被拆解下來並裝運至用於重新充填的另一位置。在重新充填之前，可以移除任何殘餘的化學藥品。在另一實施例中，該罐被就地重新充填，而不需要被拆解下來。在其他實施例中，測力器104會藉由發出例如嗶嗶聲等可聽見的聲音來通知使用者已經達到一預設點。該預設點可以被藉由一使用者經由該使用者輸入裝置編程，並被儲存於測力器記憶體內。

為了進一步說明本發明，以下提供一些非限定性範例。

(範例一) 測力器測量對習知天平測量

一具有一體成形測力器的罐被放置在一秤重天平的頂部上。該罐被填滿大約300毫升的異丙醇。氮氣被透過一入口閥引入該罐，且透過該出口閥而排出。當該氮氣通過該容器時，它會蒸發該醇類。秤重天平的讀數以及測力器的讀數被以特定的時間間隔取得。該等測力器值以及該等秤重天平讀數的結果被顯示於圖5中。結果顯示該等測力器值會準確地匹配習知的秤重天平讀數，驗證了該化學儲存裝置的可行性。

(範例二) 用於升高溫度應用情形的化學儲存裝置

建構含有一加熱套的一原型化學儲存裝置，用於高溫的應用。該罐被建構為具有4.5英吋的外徑，以及6.5英吋的高度。厚度為3/4英吋的一加熱套圍繞在該罐周圍。一3/8英吋厚的陶瓷板被放置在該罐與該測力器之間。當相較於室溫下取得的測量值，在170℃所取得的重量測量顯示值沒有變化，這些結果可驗證在高溫下使用該化學儲存裝置的可行性。

雖然已經藉由上述詳細說明了本發明及其優點，但是，應要知道的是，不背離該等申請專利範圍所界定之本發明的範圍可以作成不同的變化、置換與選擇。同樣地，在該等申請專利範圍中對於步驟的相繼敘述不特意要求這些步驟依此順序實施或者在開始另一步驟之前完成一特定步驟。

100．．．化學儲存裝置

102．．．罐

104．．．測力器

106．．．化學品

120．．．入口閥

122．．．出口閥

124．．．第三閥

200．．．化學儲存裝置

203．．．加熱套

205．．．陶瓷板

210．．．處理器

220．．．顯示器

230．．．使用者輸入裝置

235．．．記憶體模組

240．．．電池

250．．．負載感測器

圖1是一化學儲存裝置的實施例之示意圖。

圖2是用於升高溫度應用情形中的化學儲存裝置之實施例的示意圖。

圖3是顯示一測力器感測器的實施例。

圖4是用以監控化學藥品使用的方法之流程圖。

圖5是測力器的數值與習知重量天平值的比較。

100．．．化學儲存裝置

102．．．罐

104．．．測力器

106．．．化學品

120．．．入口閥

122．．．出口閥

124．．．第三閥

220．．．顯示器

Claims (27)

1. 一種用於與一分配裝置連接使用的化學儲存裝置，其包含：一罐；一測力器，該測力器被與該罐一體成形，該測力器包含一處理器及一顯示器；控制邏輯電路，其可於該處理器上執行，其中該控制邏輯電路可使該測力器：a)對應於一使用者輸入，測量該罐的空重；b)將添加於罐的至少一化學品之重量顯示於該顯示器上；c)在該分配裝置被裝附於該罐之後，校正該測力器，以致使只有該至少一化學品的重量被顯示在該顯示器上；以及d)當該至少一化學品被消耗時，連續顯示該至少一化學品的重量。
2. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其中，複數閥被偶合至該罐，以及其中該等閥之每一者皆與該罐的內部相流體聯通。
3. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其進一步包含用於加熱該罐的機構。
4. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其進一步包含一被設置在該測力器與該罐之間的絕緣層。
5. 如申請專利範圍第4項之化學儲存裝置，其中，該絕緣層包含一陶瓷板。
6. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其中，該罐與該測力器是由不銹鋼製成。
7. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其中，該罐能夠容納一液體、一固體或一氣體。
8. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其中，該測力器進一步包含一電池。
9. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其中，該測力器進一步包含被偶合至該處理器的一記憶體模組。
10. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其中，該測力器進一步包含一使用者輸入裝置。
11. 如申請專利範圍第10項之化學儲存裝置，其中，a)是對應於來自該使用者輸入裝置的一使用者輸入而發生的。
12. 如申請專利範圍第10項之化學儲存裝置，其中，c)是對應於來自該使用者輸入裝置的一使用者輸入而發生的。
13. 如申請專利範圍第10項之化學儲存裝置，其中，該使用者輸入裝置包含一小型鍵盤。
14. 如申請專利範圍第9項之化學儲存裝置，其中，該控制邏輯電路進一步能對應於使用者輸入，而使測力器將添加至罐的至少一化學藥品的重量儲存於記憶體模組中。
15. 如申請專利範圍第1項之化學儲存裝置，其中，該測力器進一步包含被偶合至該處理器的一負載感測器。
16. 如申請專利範圍第15項之化學儲存裝置，其中，該負載感測器包含一惠司頓電橋式的感測器。
17. 如申請專利範圍第15項之化學儲存裝置，其中，該負載感測器包含一電容式測量感測器。
18. 如申請專利範圍第15項之化學儲存裝置，其中，該負載感測器能夠測量大約250克到大約10000克範圍內的重量。
19. 如申請專利範圍第15項之化學儲存裝置，其中，該負載感測器能夠測量重量至大約0.1克的精確度。
20. 一種監控化學藥品使用之方法，其包含以下步驟：a)秤出含有一一體成形之測力器的一化學儲存裝置之空重；b)將該化學儲存裝置填滿至少一化學品至一填滿重量；c)將該化學儲存裝置裝附至一分配裝置；d)校正該測力器，以補償該分配裝置的重量，以致使僅顯示該至少一化學品的重量；e)連續地顯示殘餘在該化學儲存裝置中的該至少一化學藥品之重量。
21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中，該化學儲存裝置進一步包含一顯示器、一記憶體模組，以及一使用者輸入裝置。
22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中，b)進一步包含將該填滿重量顯示於該顯示器上。
23. 如申請專利範圍第21項之方法，其中，e)進一步包含將殘餘在該化學儲存裝置中的至少一化學品之重量顯示在顯示器上。
24. 如申請專利範圍第21項之方法，其進一步包含在b)之後，將該填滿重量儲存在該記憶體模組內。
25. 如申請專利範圍第20項之方法，其進一步包含在b)之後，將該化學儲存裝置運送至一半導體製造廠。
26. 如申請專利範圍第20項之方法，其中，a)是對應於一使用者輸入而執行的。
27. 如申請專利範圍第20項之方法，其中，e)是對應於一使用者輸入而執行的。