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Dokumentenidentifikation DE69912323T2 29.07.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001171376
Titel Anlage und Verfahren zur Abgabe von Chemikalien
Anmelder The Boc Group, Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder FORSHEY, Randy, Discovery Bay, US;
SOBERANIS, David, Tracy, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69912323
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.12.1999
EP-Aktenzeichen 999676588
WO-Anmeldetag 27.12.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/30994
WO-Veröffentlichungsnummer 0000039021
WO-Veröffentlichungsdatum 06.07.2000
EP-Offenlegungsdatum 16.01.2002
EP date of grant 22.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.07.2004
IPC-Hauptklasse B67D 5/08
IPC-Nebenklasse B67D 5/02   B67D 5/56   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND

Die vorliegende Erfindung betrifft, allgemein gesehen, Systeme und Verfahren für das Zuführen von Mischungen von flüssigen Chemikalien, und, noch spezifischer gesehen, bezieht sie sich auf Systeme und Verfahren für das Zuführen von Mischungen von flüssigen Chemikalien in genauen Mengen unter Verwendung von Logikvorrichtungen und von Anordnungen von Beladungs- bzw. Wägezellen mit einer Mehrzahl von Behältern.

Die vorliegende Erfindung besitzt viele Anwendungsbereiche; man kann sie aber am besten erklären, indem man das Problem betrachtet, das darin besteht ein Photoresist auf Siliziumwafern aufzutragen, im Hinblick darauf dieses Photoresist während des Verfahrens der Photolithografie einer Exposition zu unterziehen. Die folgende Diskussion über ein herkömmliches Zuführungssystem fokussiert die Aufmerksamkeit auf die Zufuhr einer einzigen Photoresistchemikalie, jedoch ist diese Diskussion in gleicher Weise anwendbar auf Systeme, bei denen es erwünscht ist, verschiedene Chemikalien vor der Zuführung derselben zu mischen, was wichtig sein kann für zeitabhängige, sehr reaktive chemische Vorgänge. Um die genauen, erforderten Bilder herzustellen, muss die photoresistente Schicht je nach Bedarf in genauen Mengen zugeführt werden, sie muss frei von Blasen sein und sie muss von einer genauen, gleichmäßigen Dicke auf dem benutzbaren Teil des Wafers sein. Die herkömmlichen Systeme besitzen Probleme, wie dies weiter unten diskutiert wird.

Wie in 1 gezeigt, enthält ein repräsentatives herkömmliches System einer Photoresistzuführung die Versorgungsbehälter 100, 102, typisch hierbei sind Flaschen, welche das Photoresist durch die Leitung 117 in einen einzigen Behälter 104 zuführen, wobei die Leitung 117 mit den Versorgungsleitungen 106, 108 verbunden ist, welche durch Blasensensoren 110, 112 überwacht und durch Ventile V1 und V2 gesteuert werden. Der Boden des Behälters ist mit einer Ausgabeleitung 114 für das Photoresist und mit einem (nicht gezeigten) Abtastgerät verbunden, welches das Photoresist auf dem Wafer verteilt. Der Raum über dem Photoresist in dem Behälter 104 ist mit einer Gasleitung 118 verbunden, welche ihrerseits, je nach der Stellung eines Dreiwegeventils V3, entweder Stickstoffgas aus einer Leitung 126 eines Stickstoffverteilers hin zu dem Behälter 104 führt und dabei von einem Nadelventil 1 gesteuert wird, oder ein Vakuum in dem Behälter 104 erzeugt. Um den Füllungsgrad an Photoresist in dem Behälter l04 messtechnisch zu fühlen, wendet das System eine Reihe von kapazitiven Sensoren 122 an, welche vertikal an den Wänden des Behälters 104 angeordnet sind. Ein Zweiwegeventil V4, welches zwischen dem Verteiler des Stickstoffgases und dem Eingang zu einem Vakuumejektor 124 angeordnet ist, führt den Strom des Stickstoffs hin zu dem Vakuumejektor 124 oder schneidet denselben hiervon ab.

Das System einer Photoresistzuführung muss zu allen Zeiten "on-line" sein, so dass das Abtastgerät das Photoresist so verteilen kann, wie dies erforderlich ist. Viele der Systeme einer Photoresistzuführung versuchen, den Behälter dazu verwenden, um eine on-line Zuführung des Photoresists an das Abtastgerät bereitzustellen, aber das System zur Photoresistzuführung muss dennoch den Behälter auf einer regulären Grundlage wieder auffüllen, was abhängig ist von dem zeitlichen Austauschen von leeren Versorgungsbehältern. In dem anderen Fall wird das Abtastgerät versagen, wenn es darum geht das Photoresist zuzuführen, wenn der Bedarf hierfür auftritt.

Während des Verteilungsmodus, wenn das Photoresist von dem Abtastgerät aus dem Behälter 104 entnommen wird, ermöglicht das Ventil V3 dem Stickstoff, aus dem Stickstoffverteiler zu dem Behälter 104 hin zu fließen, um eine Stickstoffabdeckung über dem Photoresist herzustellen und eine Verunreinigung und eine Schadstofftielastung zu vermindern sowie ein Entstehen eines Vakuums zu verhindern, wenn der Füllungsgrad des Photoresists in dem Behälter abfällt. Wenn das Photoresist in dem Behälter 104 erst einmal einen ausreichend niedrigen Füllungsgrad erreicht, dann setzt die (nicht gezeigte) Systemsteuerung den Betriebsmodus zum Wiederauffüllen in Gang, wobei eine Reihe von Problemen entsteht.

Während des Betriebsmodus des Wiederauffüllens wird das Ventil V4 so aktiviert, dass Stickstoff aus der Leitung 126 des Stickstoffverteilers hin zu dem Vakuumejektor 124 fließt, welcher eine Niederdruckleitung 170 ergibt, wodurch ein Raum mit einem niedrigen Druck über dem Photoresist in dem Behälter 104 erzeugt wird. Die Blasensensoren 110, 112 überwachen die Versorgungsleitungen 106, 108 auf das Vorhandensein von Blasen, von denen man annimmt, dass sie sich entwickeln, wenn die Versorgungsbehälter 100, 102 leer werden. Wenn z. B. der Blasensensor 110 eine Blase nachweist, dann schaltet der Controller das Ventil V1 zu dem Versorgungsbehälter 100 ab und das Ventil V2 zu dem Versorgungsbehälter 102 öffnet sich, um mit dem Wiederauffüllen des Behälters 104 weiter zu fahren. Blasen in der Versorgungsleitung 106 können jedoch nicht bedeuten, dass der Versorgungsbehälter 100 leer ist. Daher soll nicht alles Photoresist in dem Versorgungsbehälter 100 eingesetzt werden, bevor das System auf den Versorgungsbehälter 102 für das Photoresist umschaltet. Obwohl das herkömmliche System dazu bestimmt ist, eine Mehrzahl von Versorgungsbehältern zu ermöglichen, um den Behälter nach Bedarf nachzufüllen, kann das System anzeigen, dass ein Versorgungsbehälter leer ist und ersetzt werden muss, bevor dies notwendig wird.

Wenn der Versorgungsbehälter 100 leer wird und wenn das Betriebspersonal den Behälter nicht ersetzt, und wenn das System fortfährt, so lange in Betrieb zu bleiben, bis der Versorgungsbehälter 102 auch leer wird, dann wird der Behälter 104 einen kritischen Zustand eines niedrigen Füllungsgrades erreichen. Wenn dies andauert, dann können Blasen entstehen wegen der großen Empfindlichkeit des Photoresists solche Blasen zu bilden; wenn jedoch eine Blase, wie klein sie auch sein mag, in das Photoresist eintritt, welches dem Wafer zugeführt wird, dann kann ein mangelhaftes Bild bei dem Verfahren der Photolithografie gebildet werden.

Weiterhin, wenn die Pumpe des Abtastgerätes, welche stromabwärts in Bezug auf die chemische Ausgangsleitung 114 angeschlossen ist, anspringt wenn der Behälter dabei ist wieder aufgefüllt zu werden, dann wird die Pumpe einem negativen Druck seitens des Vakuums in dem einzelnen Behälter ausgesetzt sein, welches gegen die Pumpe zieht. Mehrere Dinge können passieren, wenn dies andauert: ein Mangel an Photoresist, welches an das Abtastgerät geliefert wird, kann ein falsches Signal aussenden, wonach die Versorgungsbehälter leer wären, die Pumpe kann dabei versagen, Photoresist an ihre eigenen internen Kammern zu liefern, sie kann ihre Fähigkeiten zum Ansaugen und zum gleichmäßigen Verteilen des Photoresists verlieren, und die Pumpe kann sogar überhitzen und ausbrennen. Das Ergebnis eines jeden solchen Szenarios wird darin bestehen, dass das Abtastgerät nicht genügend oder sogar gar kein Photoresist erhält, was als "verfehlter Schuss" ("missed shot") bekannt ist und was die Ausbeute des Abtastgerätes beeinträchtigt.

Die vorliegende Erfindung zielt sowohl auf diese Probleme ab, so wie sie auch vermeidet teures Photoresist zu vergeuden; sie stellt eine benutzerfreundliche Schnittstelle bereit, welche die Menge des in den Versorgungsbehältern verbliebenen, restlichen Photoresists darstellt, und sie vermindert Systemkapital und Betriebskosten. Wenn zum Beispiel die Menge an Photoresist in den Versorgungsbehältern nicht gesehen werden kann, dann ermöglicht es die vorliegende Erfindung der Schnittstelle an einem entfernten Ort bereitgestellt zu werden, dies mit Hilfe der Fähigkeiten der herkömmlichen Computernetzwerke und der zur Verfügung gestellten Elektronik.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme, welche Steuerungseinheiten oder logische Vorrichtungen und Anordnungen von Beladungszellen, d. h. von Wägezellen, mit einer Mehrzahl von Behältern verwenden, dies zwecks genauen Zuführens von Mischungen flüssiger Chemikalien. Sie bezieht sich auch auf Verfahren zum Zuführen von Mischungen flüssiger Chemikalien aus Versorgungsquellen hin zu Bearbeitungsverfahren derart, dass die vorliegende Erfindung die Mengen für die dynamische Versorgung und für den Einsatz der Mischungen der flüssigen Chemikalien genau berechnet und anpasst, um die Prozessanforderungen zu erfüllen. Schließlich liefert die vorliegende Erfindung Anordnungen von Wägezellen mit einer Mehrzahl von Behältern zum Überwachen, zum Regeln und zum Analysieren der flüssigen Versorgungszufuhr, welche bei einem Bearbeitungsverfahren zur Verfügung steht.

Die vorliegende Erfindung liefert einen idealen Weg zum Vermischen bei zeitempfindlichen Chemieprodukten und -vorgängen und zum Beibehalten eines konstanten nicht stoßweisen Ausbringens der gemischten Chemikalien.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 illustriert ein chemisches Zuführungssystem unter Verwendung eines einzigen Behälters und von Blasensensoren an den Versorgungsleitungen, welche zu dem Einzelbehälter führen.

2A ist ein Querschnitt von vorne durch eine erste Ausführung einer Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

2B ist eine Draufsicht auf die erste Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

3, ein Verrohrungs- und Instrumentendiagramm, stellt Ausführungen des chemischen Zuführungssystems dar, welches die Anordnungen einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß den 2A2B oder 4A4B enthalten.

4A ist ein Querschnitt von vorne einer zweiten Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

4B ist ein Querschnitt von der Seite der zweiten Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

5A ist ein Querschnitt von vorne einer dritten und einer fünften Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

5B ist ein Querschnitt von der Seite der dritten und der fünften Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

6, ein Verrohrungs- und Instrumentendiagramm, stellt Ausführungen des chemischen Zuführungssystems dar, welches die Anordnungen der Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß den 5A5B oder 9A9B enthalten.

7A ist ein Querschnitt von vorne einer vierten Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

7B ist ein Querschnitt von der Seite der vierten Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern.

8, ein Verrohrungs- und Instrumentendiagramm, stellt eine Ausführung des chemischen Zuführungssystems dar, welches die Anordnungen der Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß der 7A7B enthält.

9A ist ein Querschnitt von vorne einer Ausführung einer Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß der vorliegenden Erfindung.

9B ist ein Querschnitt von der Seite der Ausführung der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern der 9A.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Bei der ersten Ausführung einer Anordnung 200 einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern, wie sie in den 2A2B gezeigt wird, kann die Anordnung 200 ein Teil des in 3 gezeigten Systems sein und sie kann den problematischen Einzelbehälter 104 und die Blasensensoren 110, 112 gemäß der 1 ersetzen.

Bei dieser Ausführung umfasst die Anordnung 200, gebaut aus TeflonTM, SST oder aus irgendeinem anderen kompatiblen Material, ein oberes Abteil 202, einen Hauptbehälter 206 und einen Pufferbehälter 208, alle in einem äußeren Gehäuse 212 eingebettet. Der Pufferbehälter 208 ist gegenüber dem Hauptbehälter 206 durch eine Trennvorrichtung 209 versiegelt und eine O-Ringdichtung 211 dichtet den Umfang der Trennvorrichtung 209 gegenüber dem äußeren Gehäuse 212 ab. Die Trennvorrichtung 209 verwendet ein zentrales konisches Loch 250, welches es einer internen Abdichtungswelle 204 ermöglicht, eine gegenüber einer Flüssigkeit und gegenüber einem Gas dichte Versiegelung zu der Trennvorrichtung 209 herzustellen. Die Trennvorrichtung 209 bildet eine flüssigkeitsdichte und gasdichte, eng anliegende Versiegelung gegenüber dem pneumatischen Rohr 215 mit einer O-Ringabdichtung 210. Der Hauptbehälter 206 enthält eine mittlere Muffe 214, welche ein starre Trennung zwischen der Trennvorrichtung 209 und der Behälterabdeckung 205 bildet. Der Umfang der Behälterabdeckung 205 verschließt gegenüber der inneren Oberfläche des äußeren Gehäuses 212 unter Verwendung einer O-Ringabdichtung 203. Die Behälterabdeckung 205 verschließt jeweils gegenüber der internen Verschlusswelle 204, gegenüber dem Eingangsrohr 217 für die Chemikalien und gegenüber den pneumatischen Rohren 215 und 218 mit einem Satz von O-Ringabdichtungen 207, 220, 222 und 224 (verborgen, aber der Anordnungsplatz ist in der 2B gezeigt). An der Behälterabdeckung 205 ist ein Abstandsstück 244 befestigt, welches auch an dem pneumatischen Zylinder 226 befestigt ist. Die Behälterabdeckung 205 wird durch die obere Muffe 233 und durch die mittlere Muffe 214 in ihrer Position gehalten. Die äußere TeflonTM Behälteroberseite 201 ist an dem äußeren Gehäuse 212 mit Bolzen befestigt und bildet eine harte, mechanische Bremse für die obere Muffe 233 und für den pneumatischen Zylinder 226. Pneumatische Luftleitungen für den pneumatischen Zylinder 226 dringen durch das Zwischenraumloch 260 in die äußere TeflonTM Behälteroberseite 201 ein.

Es sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Zuführung von Photoresist auf Siliziumwafer begrenzt ist. Obwohl die Erfindung in dieser Umgebung Vorteile gegenüber dem herkömmlichen System zeigt, können zum Beispiel die Systeme der vorliegenden Erfindung auch andere flüssige Chemikalien bei anderen Typen von Verarbeitungsverfahren weiterbefördern, wie etwa die Zufuhr eines Entwicklers oder der Schlämme zum chemisch-mechanischen Polieren. Weil die Neuheit der vorliegenden Erfindung über die Art und die Natur der Chemikalie, welche zugeführt wird, hinausgeht, bezieht sich die folgende Beschreibung auf die Zuführung von Chemikalien, um ein Missverständnis hinsichtlich des Umfangs der Erfindung zu vermeiden.

Wie in 3 gezeigt, ist die in den 2A2B gezeigte Anordnung 200 einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern an einer Wägezelle 412 aufgehängt und sie wird von dieser gewogen, vorzugsweise von einer solchen wie etwa einer Scaime Wägezelle des Modells No. F60X10C610E, und es sind vorgesehen eine programmierbare logische Steuereinheit (PLC = Programmable Logic Controller) 330, vorzugsweise etwa das Modell FX2N von Mitsubishi, ein Computer oder ein anderes herkömmliches logisches Gerät, welches das Volumen der Chemikalie in der Anordnung 200 ausgehend von dem Gewicht der Wägezelle und der spezifischem Dichte der Chemikalie bestimmt. Wenn eine Chemikalie aus der Leitung 217 in den Hauptbehälter 206 gebracht wird, dann sendet die Wägezelle 412 ein kleines mV Analogsignal 324 aus, welches proportional zu dem Gewicht der Wägezelle 412 ist. In einer der Ausführungen verstärkt ein ATX-1000 Signalverstärker 326 das kleine Signal 324 bis auf den 4–20 Millivoltbereich und sendet dasselbe zu einem Analog/Digitalumwandler 328, wie etwa zu einem Mitsubishi FX2N4-AD, und das digitale Ausgangssignal 332 wird zu dem PLC 330 gesendet. Der PLC 330 kann schnell von einer herkömmlichen Leiterlogik programmiert werden. Während der Entnahme der Chemikalie nimmt das Gewicht der Anordnung 200 ab, bis dass der von der Software programmierte Einstellpunkt des PLC 330 erreicht ist.

Wie in 3 gezeigt ist, kann der PLC 330 die Ventile V1–V5 unter Verwendung von Ventilen, die durch 24 Volt Gleichstrom Solenoide betätigt werden, steuern und er kann dieselben durch eine Ausgangskarte, wie etwa ein Mitsubishi FX2N, aktivieren. Jedes Magnetventil ermöglicht es, wenn es geöffnet ist, dem Druckgas aus dem Regler 2, etwa aus einem sich selbst auslösenden Regelgerät VeriFlow, zu den pneumatisch betriebenen Ventilen V1–V5 zu fließen, um die Ventile zu öffnen oder zu schließen. Die Arbeitssequenz der Betriebsweise der ersten Ausführung wird in dem PLC 330 programmiert, so dass die in den 2A2B und 3 gezeigten Komponenten so wie unten beschrieben arbeiten.

Wenn erst einmal die Chemikalie auf einen bestimmten Füllungsgrad abgefallen ist, dann triggert der PLC 330 das in 3 gezeigte System, um eine automatische Arbeitssequenz einer Wiederauffüllung zu beginnen unter Verwendung der Anordnung 200 einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß den 2A2B wie folgt:

  • a) Eine Abdeckung unter einem vorzugsweise niedrigen Druck, z. B. 6,9 × 103 Pa (ein psi) Inertgas, wird kontinuierlich von dem Regler 1, etwa einer sich selbst auslösenden Regeleinrichtung VeriFlow, durch das pneumatische Rohr 218 zu dem Hauptbehälter 206 geliefert.
  • b) Die interne Verschlusswelle 204 wird von dem pneumatischen Zylinder 226 angehoben, wodurch der Pufferbehälter 208 gegenüber dem Hauptbehälter 206 verschlossen und abgedichtet wird.
  • c) Wenn der Pufferbehälter 208 erst einmal verschlossen ist, dann wird der Hauptbehälter 206 bis auf ein Vakuum von annähernd 9,5 × 104 Pa (28 Inches einer Quecksilbersäule) evakuiert. Wie in den 2A2B gezeigt, steht das pneumatische Rohr 218 des Hauptbehälters 206 mit der Ausgangsseite des Dreiwegeventils V4 in Verbindung. Das Ventil V4 wird so betätigt, dass das Rohr 218 mit der Leitung 316 in Verbindung steht, welche mit dem Vakuumejektor 324 verbunden ist, wie in 3 gezeigt worden ist. Der Vakuumejektor 324 wird mit Druckgas angetrieben, welches ihm durch das Zweiwegeventil VS zugeführt wird. Wenn das Ventil VS erst einmal auf ist, dann erlaubt es, dass Druckgas durch den Vakuumejektor 324 hindurchtritt, so dass sich ein Druck von etwa 9,5 × 104 Pa (28 Inches einer Quecksilbersäule) (Vakuum) durch die Leitung 316 hindurch entwickelt, welche mit dem Hauptbehälter 206 in Verbindung steht.
  • d) Das Vakuum wird von dem Pufferbehälter 208 isoliert, welcher eine schwache Abdeckung eines Inertgases über sich trägt, und welcher fortfährt, eine Chemikalie an das Verfahren oder an das Werkzeug zu liefern, ohne dass die Chemikalie, welche dem Werkzeug zugeführt wird, einem negativen Druck oder einer Druckdifferenz ausgesetzt wird.
  • e) Das in dem Hauptbehälter 206 generierte Vakuum erzeugt eine chemische Niederdruckleitung, welche mit den Ventilen V1 und V2 verbunden ist. Angenommen, dass das Ventil V2 öffnet, dann veranlasst die Niederdruckleitung 217, dass die Chemikalie von dem Versorgungsbehälter 102 in den Hauptbehälter 206 fließt. Während dieser Zeitdauer füllt sich der Hauptbehälter 206 wieder mit der Chemikalie auf, bis ein vorherbestimmter voller Füllungsgrad erreicht ist.
  • f) Der volle Füllungsstand wird bestimmt durch die Verwendung der Wägezelle 412 und durch die von dem PLC 330 durchgeführten Gewichtsberechnungen. Eine bevorzugte Ausführung verwendet zum Beispiel einen Pufferbehälter 208 mit einer Volumenkapazität von 439 Kubikzentimetern (cc = cubic centimetres = cm3) und einen Hauptbehälter 206 mit einer Kapazität von 695 cc. Unter Einsatz der spezifischen Dichte der Chemikalie berechnet der PLC 330 das Volumen, welches von der Chemikalie eingenommen wird. Der PLC 330 beginnt dann eine Arbeitssequenz eines Wiederauffüllens, wenn das Volumen der Chemikalie erst einmal 439 cc erreicht oder darunter fällt. Das Wiederauffüllen stoppt, wenn das Volumen der Chemikalie erst einmal 695 cc erreicht hat. Die Arbeitsfolge erlaubt es, dass nahezu die gesamten 439 cc der Chemikalie in dem Pufferbehälter 208 verbraucht werden können, während der Hauptbehälter 206 mit den 695 cc der Chemikalie aufgefüllt wird, und sie verhindert ein Überlaufen des Hauptbehälters 206 oder eine vollständige Evakuierung der Chemikalie aus dem Pufferbehälter 208.
  • g) Sobald der Hauptbehälter 206 wieder aufgefüllt ist, dann wird das Ventil VS abgesperrt, wodurch der Gasstrom zu dem Vakuumejektor 324 und die Vakuumerzeugung durch den Vakuumejektor 324 gestoppt wird. Das Dreiwegeventil V4 wird dann so geschaltet, dass die Leitung 218 des Inertgases mit dem Hauptbehälter 206 in Verbindung tritt und eine Abdeckung eines Inertgases wieder über der Chemikalie in dem Hauptbehälter 206 bei dem gleichen Druck wie bei dem Pufferbehälter 208 gebildet wird, da beide Leitungen 218, 215 Gas von demselben Verteiler 318 des Inertgases erhalten (siehe 3). Das Ventil V2 wird geschlossen, was nun den Versorgungsbehälter 102 von dem Hauptbehälter isoliert.

Nachdem der Hauptbehälter 206 vollkommen gefüllt ist mit der Chemikalie, mit einer Abdeckung eines Inertgases über derselben, wird die interne Verschlusswelle 204 abgesenkt und es wird dadurch der Chemikalie ermöglicht aus dem Hauptbehälter 206 in den Pufferbehälter 208 zu fließen. Eventuell füllt sich der Pufferbehälter 208 vollständig zusammen mit einem überwiegenden Teil des Hauptbehälters 206. Das pneumatische Rohr 215, welches den Pufferbehälter 208 verbindet, füllt sich mit der Chemikalie so lange auf, bis die Chemikalie in dem Rohr 215 denselben Füllungsgrad erreicht wie den des Hauptbehälters 206, weil die Drücke in beiden Behältern identisch sind. Die interne Verschlusswelle 204 verbleibt so lange offen, bis man bestimmt hat, dass der Hauptbehälter 206 wieder einmal aufgefüllt werden soll.

Weil die erste Ausführung die Wägezellen anstatt von Blasensensoren für das Bestimmen der Menge an Chemikalien in den Versorgungsbehältern verwendet, liefert die vorliegende Erfindung eine Anzahl von sehr nützlichen, kennzeichnenden Merkmalen. Man kann sehr genau in Echtzeit die in den Versorgungsbehältern verbliebene Restmenge an Chemikalien bestimmen. Wenn die Versorgungsbehälter voll sind, wenn sie mit dem System verbunden sind, dann kann der PLC leicht die Chemikalienmenge berechnen, welche entfernt worden ist (und zu der Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern hinzugefügt worden ist) und wie viel der Chemikalienmenge in den Versorgungsbehältern verbleibt. Diese Information kann verwendet werden, um eine grafische Darstellung der verbleibenden Restmenge an Chemikalien in den Behältern zu liefern. Ein zweites Merkmal besteht darin, dass der PLC genau bestimmen kann, wann ein Versorgwigsbehälter vollständig leer ist, indem er den Gewichtsgewinn innerhalb des Systems überwacht. Wenn das Gewicht des Behälters während einer Arbeitsabfolge einer Wiederauffüllung nicht anwächst, dann kann man daraus folgern, dass der Versorgungsbehälter leer ist. Dies bewirkt, dass das Ventil für den Versorgwigsbehälter geschlossen wird und dass der nächste Versorgungsbehälter on line gebracht wird. Ein damit zusammenhängendes drittes Merkmal besteht darin, dass die Technologie der Wägezelle die Fähigkeit liefert, genau die Trends bei der chemischen Nutzung vorauszusehen und zu identifizieren. Da die genaue Menge einer Chemikalie gemessen wird, welche in den Behälter kommt, kann die Information leicht elektronisch gespeichert und bearbeitet und übertragen werden.

Eine zweite Ausführung der in den 4A4B gezeigten Anordnung 400 einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern schließt einen Pufferbehälter 408 mit ein, welcher an der Bodenabdeckung 410 befestigt und durch O-Ringe 411 gegenüber dieser versiegelt ist. Die Ausgangsmenge der Chemikalie fließt durch die Verbindungsleitung 401. Mit dem Pufferbehälter 408 verbunden sind ein pneumatisches Rohr 415, ein chemisches Ventil 407, eine Trenneinrichtung 413 einer Wägezelle und die Wägezelle 412. Die Wägezelle 412 ist fest an dem Pufferbehälter 408 verschraubt und die andere Seite ist fest an einem steifen (nicht gezeigten) Element verschraubt, welches kein Teil der Anordnung 400 einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern ist. Die äußere Muffe 404 gleitet um den Pufferbehälter 408 herum und ruht als Auflage gegen der Bodenabdeckung 410. Die äußere Muffe 404 wird so hergestellt, dass sie es der Wägezelle 412 ermöglicht, ungehindert durch die Muffe hindurch zu treten. Das Ende 405 des Ventils 407 verbindet mit dem Hauptbehälter 406 und das andere Ende 409 verbindet mit dem Pufferbehälter 408. Der Hauptbehälter 406 ist eingekapselt und verschlossen durch O-Ringe in der oberen Abdeckung 403. Die obere Abdeckung 403 bindet eine abgestufte Kante entlang ihres Umfangs mit ein, um die äußere Muffe 404 daran zu befestigen. Eine pneumatische Leitung 418 und eine chemische Eingangsleitung 417 sind an der oberen Abdeckung 403 befestigt. Die äußere Muffe 404 verleiht die mechanische Festigkeit für die getrennten Behälter 406 und 408.

Die in den 4A4B gezeigte und in dem System der 3 verwendete Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern ist der ersten Ausführung ähnlich, aber mit den folgenden bemerkenswerten Unterschieden:

  • a) Das Ventil 407 liefert eine Steuerung des Weges für das Fluid zwischen dem Hauptbehälter 406 und dem Pufferbehälter 408.
  • b) Die äußere Muffe 404 liefert die mechanische Auflagenunterstützung, um die starre Anordnung herzustellen, welche sowohl den Hauptbehälter 406 als auch den Pufferbehälter 408 trägt.

Eine dritte Ausführung der in den 5A5B gezeigten Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern setzt zwei Behälter 506, 508 ein, welche mit Abstand voneinander aufgestellt, aber durch eine flexible Fluidleitung 516 miteinander verbunden sind. Die dritte Ausführung verwendet viele der vorigen in den 4A4B gezeigten Komponenten mit Ausnahme von: (i) sie verwendet keine äußere Muffe 404; (ii) der Pufferbehälter 508 ist nicht mechanisch an dem Hauptbehälter 506 aufgehängt; und (iii) das Abstandsstück 513 der Wägezelle und die Wägezelle 512 sind an dem Boden des Hauptbehälters 506 befestigt.

Die dritte Ausführung arbeitet wie die zweite Ausführung mit Ausnahme davon, dass die Wägezelle 512 nur das Volumen der Chemikalie in dem Tank 506 des Hauptbehälters misst, wie dies in den 5A5B und 6 gezeigt wird. Der Vorteil der dritten Ausführung besteht darin, dass die genaue Menge der Chemikalie, welche in den Hauptbehälter 506 gebracht worden ist, immer bekannt ist und dass der PLC nicht erst auf die Menge der Chemikalie schließen muss, welche aus dem Pufferbehälter 508 während einer Operation zum Wiederauffüllen entfernt wurde. Die dritte Ausführung kann in dem System der 6 mit dem Steuerungssystem (d. h. PLC, A/D, Signalverstärker usw.) der 3 verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Anmeldung die führende Zahl der Nummern der Teile im Allgemeinen darauf hinweist, welche Zeichnung die Einzelheiten des Teiles zeigt, während die darauf folgenden Zahlen darauf hinweisen, dass das Teil wie die anderen Teile mit denselben führenden Zahlen ist. Daher sind der Pufferbehälter 206 und der Pufferbehälter 306 in ihrer Funktion ähnlich und sie werden jeweils in der 2A und in der 3A gefunden.

Eine vierte Ausführung der in den 7A7B gezeigten Anordnung 700 einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern setzt dieselben Komponenten ein wie die dritte Ausführung, jedoch ist eine zweite Wägezelle 722 an dem Pufferbehälter 708 befestigt. Die Anordnung 700 wird bevorzugt eingesetzt mit dem System der 8 mit dem Steuerungssystem der 3 mit zusätzlichen Komponenten für die zweite Wägezelle.

Die vierte Ausführung der in den 7A7B gezeigten Anordnung 700 einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern arbeitet weitgehend wie die zweite Ausführung mit Ausnahme davon, dass die Wägezelle 712 nur die Chemikalie in dem Hauptbehälter 706 misst und die Wägezelle 722 nur die Chemikalie in dem Pufferbehälter 708 misst. Der Vorteil besteht hier darin, dass der Pufferbehälter 708 konstant überwacht wird, so dass, wenn das Verfahren stromabwärts oder das Gerät plötzlich große Mengen an Chemikalien während einer Zyklusphase der Wiederauffüllung verbrauchen, das System die Zyklusphase der Wiederauffüllung kurz stoppen kann, um Chemikalien aus dem Hauptbehälter 706 in den Pufferbehälter 708 zu bringen, um die vollständige Evakuierung einer Chemikalienmenge aus dem Pufferbehälter 708 zu vermeiden.

Eine fünfte Ausführung verwendet dieselben Komponenten wie die in den 5A5B gezeigte dritte Ausführung. Der einzige bemerkenswerte Unterschied besteht darin, dass die Abdeckung mit einem Inertgas (siehe 6) von annähernd 6,9 × 103 Pa (ein psi) auf annähernd 5,5 × 105 Pa (80 psi) (mehr oder weniger abhängig von der Art der Chemikalie) anwächst. Der angestiegene Druck des Inertgases versetzt die fünfte Ausführung in die Lage, den Druck der Chemikalie bei einem konstanten Ausgangsdruck, welcher sogar während der Zyklusphase der Wiederauffüllung unbeeinflusst bleibt, zu verteilen. Dieses Verfahren würde einen sehr genauen, nicht gepulsten Ausgangsfluss der Chemikalie erlauben. Dies kann ein hoch kritisches Merkmal bei einer unter einer äußerst hohen Reinheit laufenden Anwendung sein, welche die Chemikalie durch eine Filterbank pumpt. Irgendeine Pulsierung der Chemikalie kann Teilchen dazu veranlassen, von der Filterbank in den ultrareinen, chemischen Ausgangsfluss losgerissen zu werden.

Die 9A und 9B zeigen eine Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl die 1 bis 8 Anordnungen zeigen, welche nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind, wird es für jeden Experten auf diesem Gebiet offensichtlich sein, dass die in den 9A und 9B gezeigte Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern modifiziert werden kann, um die Merkmale, welche im Zusammenhang mit den in den 1 bis 8 gezeigten Anordnungen offen gelegt worden sind, mit einzubinden.

Eine Ausführung einer Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet dieselben Komponenten wie die dritte Ausführung mit zusätzlichen in den 9A9B gezeigten Komponenten einschließlich eines Hauptbehälters 906, eins Pufferbehälters 908, einer zweiten chemischen Leitung 919, welche zu dem Hauptbehälter 906 durch das Ventil 922 hinzugefügt worden ist, eines Ventils 923, welches zu der chemischen Eingangsleitung 917 hinzugefügt worden ist, und eines Rührmotors 920 und einschließlich einer Anordnung eines Rührflügels 921.

In funktionaler Hinsicht arbeitet die Ausführung einer Anordnung einer Wägezelle mit einer Mehrzahl von Behältern gemäß der vorliegenden Erfindung in derselben Weise wie die dritte Ausführung mit der hinzugefügten Kapazität der Mischung zweier Chemikalien in genauen Verhältnissen, bevor die Mischung auf den Pufferbehälter 908 übertragen wird. Die Chemikalie kann durch das offene Ventil 923 und die chemische Eingangsleitung 917 in den Hauptbehälter 906 gezogen und durch die Wägezelle 912 gewogen werden. Wenn die geeignete Menge in den Hauptbehälter 906 gezogen worden ist, wird das Ventil 923 geschlossen und das Ventil 922 wird geöffnet, um der zweiten Chemikalie zu ermöglichen, in den Hauptbehälter 906 einzutreten. Wenn die geeignete Menge in den Hauptbehälter 906 gezogen worden ist, wird das Ventil 922 geschlossen und die Chemikalien werden über einen Rührmotor 920 und mittels einer Anordnung eins Rührflügels 921 gemischt. Das Umrühren der Chemikalien kann zu irgendeiner Zeit während der obigen Arbeitsabfolge in Gang gesetzt werden. Wenn erst einmal das Mischen vollendet ist, dann öffnet das Ventil 907, um der Chemikalie die Übertragung zu dem Pufferbehälter 908 zu ermöglichen, welcher auch mit der Gasleitung 915 verbunden ist. Dies ist ein idealer Weg, um zeitempfindliche Chemikalien zu mischen und um einen konstanten, nicht pulsierenden Ausgang der gemischten Chemikalien aufrechtzuerhalten.

Bei einem Rückblick liefert die vorliegende Erfindung mindestens die folgenden günstigen Merkmale. Die Ausgangschemikalie kann bei einem fest gelegten Druck aufrechterhalten werden. Ein Abtastgerät steht niemals unter dem Einfluss einer chemischer Niederdruckleitung, welche eine Arbeitssequenz einer Verteilung daran hindern könnte zu entstehen, daher steigt die Ausbeute des Abtastgerätes an. Eine große Anzahl von Behältern und Behältergrößen kann mit dem Behältersystem als chemische Versorgungsbehälter verbunden werden. Wenn das Volumen des Fluids der Versorgungsbehälter bekannt ist, bevor sie verbunden werden, dann kann der Computer die Chemikalienmenge sehr genau berechnen, welche aus dem Behälter entfernt worden ist, und er kann die Information daher auf einem Bildschirm für eine sichtbare Angabe in einer Echtzeitdarstellung für die verbliebene Chemikalienrestmenge darstellen. Die grafische Schnittstelle teilt dem Bedienungspersonal somit in einem Augenblick den Zustand in dem Versorgungsbehälter mit. Die Wägezellen können bestimmen, wann der Versorgungsbehälter vollkommen leer ist, da dann kein fortgesetzter Gewichtsanstieg während einer Arbeitssequenz einer Wiederauffüllung da sein wird. Dies gibt einen Hinweis darauf, dass der Versorgungsbehälter leer ist und dass ein anderer Behälter on-line gebracht werden sollte. In einer Ausführung kann eine Datenaufzeichnung der chemischen Verwendung geliefert werden, da die Chemikalie in dem(n) Behälter(n) kontinuierlich und genau gewogen wird durch eine oder durch mehrere Wägezellen, welche ein Eingangssignal an den PLC oder an ein anderes logisches Element abgeben, welches eine genaue Information in Echtzeit herausgibt, wie etwa über die in dem Behälter verfügbare Chemikalienmenge. Die Wägezelle ist ein inhärent sicherer Abtastgerät oder Sensor, da ein Versagen durch ein abnormal langes Ablesen oder eine sofortige Nullablesung angezeigt wird, von denen beide den PLC oder ein anderes logisches Element dazu veranlassen, einen Alarm auszulösen. Die Erfindung kann auch Blasen verhindern, welche während eines Umschaltvorganges eines Versorgungsbehälters von dem Durchleiten zu der chemischen Ausgangsleitung auftreten, und die Erfindung kann eine konstante, nicht veränderliche Druckverteilung mit einer großen Anzahl von Versorgungsbehältern liefern, sie kann eigenständig durch ein Vakuum oder durch ein Pumpen einer Flüssigkeit auffüllen, um den Behälter wieder aufzufüllen oder um mit verschiedenen Chemikalien in genauen Verhältnissen wieder aufzufüllen, und sie kann sie mischen, bevor die Mischung auf den Pufferbehälter übertragen wird, was wichtig sein kann für zeitabhängige, sehr reaktive Chemikalien.


Anspruch[de]
  1. System zum Mischen einer ersten flüssigen Chemikalie mit einer zweiten flüssigen Chemikalie und zum Zuführen dieser Mischung, System welches umfasst:

    eine Anordnung (900) einer Beladungszelle mit einer Mehrzahl von Behältern, welche einen Hauptbehälter (906) mit einer Beladungszelle (912) enthält und eine Vorrichtung (920, 921) zum Mischen der ersten flüssigen Chemikalie mit der zweiten flüssigen Chemikalie;

    einen Pufferbehälter (908);

    eine Vorrichtung (907, 204) zum Verschließen und zum Öffnen des Pufferbehälters (908) gegenüber dem Hauptbehälter (906);

    eine Vorrichtung (922) zum Zuführen einer ersten flüssigen Chemikalie zu dem Hauptbehälter (906), bis die Anordnung der Zelle (900) mit einer Mehrzahl von Behältern bestimmt, dass der Hauptbehälter (906) eine ausreichend große Menge der ersten flüssigen Chemikalie aufweist;

    eine Vorrichtung (923) zum Zuführen einer zweiten flüssigen Chemikalie zu dem Hauptbehälter (906), bis die Anordnung der Zelle (900) mit einer Mehrzahl von Behältern bestimmt, dass der Hauptbehälter (906) eine ausreichend große Menge der zweiten flüssigen Chemikalie aufweist; und

    wobei das System so angepasst ist, dass es die erste flüssige Chemikalie mit der zweiten flüssigen Chemikalie in dem Hauptbehälter (906) mischt und die Mischung von dem Hauptbehälter (906) zu dem Pufferbehälter (908) transportiert.
  2. System gemäß Anspruch 1, bei welchem eine Anordnung einer Beladungszelle mit einer Mehrzahl von Behältern ein logisches Element (330) enthält, welches mit der Beladungszelle (912) verbunden ist, um den Zufluss der ersten und der zweiten flüssigen Chemikalie zu dem Hauptbehälter (906) in Antwort auf Signale, welche von der Beladungszelle (912) empfangen werden, zu steuern.
  3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine erste Gasleitung (918) mit dem Hauptbehälter (906) verbunden ist und eine zweite Gasleitung (915) mit dem Pufferbehälter (908) verbunden ist, so dass, wenn der Pufferbehälter (908) gegenüber dem Hauptbehälter (906) geöffnet ist, eine Abdeckung eines inerten Gases an die Behälter (906, 908) geliefert werden kann, und wenn der Pufferbehälter (908) gegenüber dem Hauptbehälter (906) verschlossen ist, Gas aus dem Hauptbehälter (906) entfernt werden kann, um so den Gasdruck in demselben zu vermindern und um die erste oder die zweite flüssige Chemikalie in den Hauptbehälter (906) zu ziehen.
  4. System gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem eine weitere Beladungszelle (722) mit dem Pufferbehälter (908) verbunden ist, um die Menge der Mischung in dem Pufferbehälter (908) zu überwachen.
  5. System gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Vorrichtung (204) zum Verschließen und zum Öffnen des Pufferbehälters (908) gegenüber dem Hauptbehälter (906) aus einem Schaft (204) oder aus einem Ventil (907) besteht.
  6. System gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Vorrichtung (920, 921) zum Mischen der ersten flüssigen Chemikalie mit der zweiten flüssigen Chemikalie einen Rührflügel (921) und einen Rührmotor (920) umfasst.
  7. Verfahren zum Mischen einer ersten flüssigen Chemikalie mit einer zweiten flüssigen Chemikalie und zum Zuführen dieser Mischung an ein System, welches eine Anordnung einer Beladungszelle (900) mit einer Mehrzahl von Behältern umfasst, einschließlich eines Hauptbehälters (906), eines Pufferbehälters (908) und einer Beladungszelle (912), Verfahren welches umfasst:

    ein Verschließen des Pufferbehälters (908) gegenüber dem Hauptbehälter (906);

    ein Zuführen einer ersten flüssigen Chemikalie zu dem Hauptbehälter (906), bis die Zellenanordnung (900) mit der Mehrzahl von Behältern bestimmt, dass der Hauptbehälter (906) eine ausreichend große Menge der ersten flüssigen Chemikalie aufweist;

    ein Zuführen einer zweiten flüssigen Chemikalie zu dem Hauptbehälter (906), bis die Zellenanordnung (900) mit der Mehrzahl von Behältern bestimmt, dass der Hauptbehälter (906) eine ausreichend große Menge der zweiten flüssige Chemikalie aufweist;

    ein Mischen der ersten flüssigen Chemikalie mit der zweiten flüssigen Chemikalie; und

    ein Zuführen der Mischung der ersten flüssigen Chemikalie und der zweiten flüssigen Chemikalie von dem Hauptbehälter (906) zu dem Pufferbehälter (908).
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei welchem die Zufuhr der ersten flüssigen Chemikalie und der zweiten flüssigen Chemikalie zu dem Hauptbehälter (906) eingeleitet wird, indem der Gasdruck innerhalb des Hauptbehälters (906) vermindert wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei welchem eine Gasabdeckung unter einem Druck von annähernd 5,5 × 105 Pa (80 psi) an den Hauptbehälter (906) und an den Pufferbehälter (908) geliefert wird.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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