特表 2023-541683 材料供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-03

(54)【発明の名称】材料供給システム

(51)【国際特許分類】

   F17C 7/00 20060101AFI20230926BHJP

【ＦＩ】

F17C7/00 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023517937

(86)(22)【出願日】2021-09-15

(85)【翻訳文提出日】2023-05-10

(86)【国際出願番号】 US2021050505

(87)【国際公開番号】W WO2022060866

(87)【国際公開日】2022-03-24

(31)【優先権主張番号】63/080,481

(32)【優先日】2020-09-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517114182

【氏名又は名称】バーサム マテリアルズ ユーエス，リミティド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100202441

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 純

(72)【発明者】

【氏名】トーマス ウィリアム ピルツ

(72)【発明者】

【氏名】ジョン ポール プレゴ

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB16

3E172BA01

3E172BB13

3E172BD05

3E172DA90

3E172JA03

3E172JA09

3E172KA03

(57)【要約】

本発明は、ガス供給・計量分配システム及びガス供給・計量分配システムを操作する方法であって、システムがプリセットガス流量でガスを計量分配するために使用される、第１のオンストリーム容器及び第１のスタンバイ容器と、第１オンストリーム容器の所定の終点を検知するためにコントローラと通信するセンサであって、これにより、コントローラが、続いて第１スタンバイ容器からのガスを計量分配するために、第１オンストリーム容器から、ガスが内在するアレイ内の第１スタンバイ容器への自動クロッシングを始動させるようになっている、センサと、を含み、コントローラが所定の終点を検知した後、第１のスタンバイ容器からのガス流を始動させ、第１のスタンバイ容器はこれにより、第１のオンストリーム容器からのガス流を終了させる前の期間にわたって、第１のオンストリーム容器と同時にガスを計量分配する第２のオンストリーム容器になる、ガス供給・計量分配システム及びガス供給・計量分配システムを操作する方法を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス供給・計量分配システムであって、
少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイが、前記アレイ内の第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器へのクロスオーバーを伴う連続的なオンストリーム計量分配のために配置され、前記システムを使用してプリセットガス流量でガスを分配する、少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイと、
前記容器のアレイと流体連通する配管及び少なくとも２つの弁を含むマニホルドと、
コントローラと、
前記コントローラと通信する１つ又は２つ以上のセンサであって、前記１つ又は２つ以上のセンサが前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器の１つ又は２つ以上の所定の終点を検知し、これにより、前記コントローラが、続いて前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器からのガスを計量分配するために、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から、ガスが内在する前記アレイ内の前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器への自動クロッシングを始動させるようになっている、１つ又は２つ以上のセンサと、
を含み、
前記コントローラが前記１つ又は２つ以上の所定の終点を検知した後、前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器からのガス流を始動させ、前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器はこれにより、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を終了させる前の期間にわたって、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と同時にガスを計量分配する第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器になる、
ガス供給・計量分配システム。

【請求項2】

前記期間が、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器とが平衡に達するのに十分な時間を提供する、請求項１に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項3】

前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を終了させる前の前記期間中に、前記コントローラが、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を、前記プリセットガス流量よりも大きい流量まで増大させる、請求項１又は２に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項4】

前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を終了させる前の前記期間中に、前記コントローラが、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を、前記プリセットガス流量よりも大きい流量まで増大させ、次いで、前記流量が前記プリセット流量を上回ったことを検知した後、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からの前記流量を前記プリセットガス流量まで減少させる、請求項１又は２に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項5】

前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を終了させる前の前記期間中に、前記コントローラが、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を、前記プリセットガス流量よりも大きい流量まで増大させ、次いで、前記流量が前記プリセット流量を上回ったことを検知した後、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からの前記流量を前記プリセットガス流量まで減少させ、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からの流れを終了させる、請求項１又は２に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項6】

前記コントローラが、前記所定の終点が検知されると作動されて、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器とが前記ガスを計量分配する期間を定義する、タイマをさらに含み、前記期間の終わりに前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を終了させるように前記システムを発動させる、請求項１から５のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項7】

前記コントローラが、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からの流量が前記プリセットガス流量よりも大きい期間を定義するために作動されるタイマをさらに含み、前記タイマによって測定された、定義された時間の終わりに前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流量を減少させるように、前記システムを発動させる、請求項３から６のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項8】

前記１つ又は２つ以上のセンサが、圧力トランスデューサ、タイマ、重量計、質量流コントローラ、及び温度センサから選択される、請求項１から７のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項9】

前記１つ又は２つ以上の所定の終点が、前記１つ又は２つ以上のオンストリーム容器の所定の終点重量を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項10】

前記１つ又は２つ以上の所定の終点が、前記１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの所定の終点圧力を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項11】

前記１つ又は２つ以上の所定の終点が、前記１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの所定の終点流量を含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項12】

前記１つ又は２つ以上の所定の終点が、前記１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの所定の終点累積体積を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項13】

前記１つ又は２つ以上の所定の終点が、前記１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの特性の所定の終点変化率を含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項14】

前記１つ又は２つ以上の所定の終点が、前記１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス計量分配の所定の終点計量分配時間を含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項15】

前記マニホルドが、前記１つ又は２つ以上のオンストリーム容器のガス圧を測定するために１つ又は２つ以上の圧力トランスデューサを含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項16】

前記マニホルドがプロセスガス供給ラインと、前記プロセスガス供給ライン内を流れるガスの圧力を測定するために前記プロセスガス供給ライン内に配置された１つ又は２つ以上の圧力トランスデューサと、を含む、請求項１から１５のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項17】

前記マニホルドが、前記ガス流を制御するために比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループを有する１つ又は２つ以上の制御弁を含む、請求項１から１６のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項18】

比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループを有する前記１つ又は２つ以上の制御弁が、圧力トランスデューサと動作的にカップリングされている、請求項１７に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項19】

前記ガス貯蔵・計量分配容器が、ガスキャビネット内に配置されている、請求項１から１８のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項20】

前記弁がプロセス遮断弁を含み、
前記システムが、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から前記第２の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器へのクロスオーバーが行われるガス供給・計量分配システムに関連して、前記システムによって計量分配されたガスの圧力変動を大幅に低減する、
請求項１から１９のいずれか１項に記載のガス供給・計量分配システム。

【請求項21】

ガス供給・計量分配システムから計量分配されるガスの圧力変動を大幅に低減する方法であって、前記システムは、少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイが、前記アレイ内の第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器へのクロスオーバーを伴う連続的なオンストリーム計量分配のために配置され、前記システムを使用してプリセットガス流量でガスを分配する、少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイ、を含み、前記方法は、
前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からプロセスガスを供給し、
前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのプロセスガスを枯渇させ、
前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器のための１つ又は２つ以上の所定の終点を検知し、
前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器からプロセスガスを供給開始するために１つ又は２つ以上の弁を開き、前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器はこれにより、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と同時にプロセスガスを計量分配する第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器になり、
前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのプロセスガス流を、プリセット流量を上回るように増大させ、
前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からの増大した流量を検出し、
前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を前記プリセット流量へ戻し、
１つ又は２つ以上の弁を閉じて、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器を前記システムから遮断する、
ことを含む、ガス供給・計量分配システムから計量分配されるガスの圧力変動を大幅に低減する方法。

【請求項22】

前記開放工程時にクロスオーバータイマを開始させる工程をさらに含み、前記クロスオーバータイマが、前記１つ又は２つ以上の弁を閉じる前記工程までのプリセット期間を測定して、前記第１の１つ又は２つ以上のオンライン容器を前記システムから遮断する、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記システムが、前記検知工程を実施するために、重量センサ、圧力トランスデューサ、流量センサ、容積式（累積）流量計、サイクルタイマ、温度センサ、又はこれらの組み合わせから選択された１つ又は２つ以上のセンサをさらに含む、請求項２１又は２２に記載の方法。

【請求項24】

前記開放工程の前に前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器の存在及び状態をチェックする工程をさらに含む、請求項２１から２３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項25】

前記検知工程が、圧力センサによって測定された前記プロセスガスの減少した流量、又は前記プロセスガスの１つ又は２つ以上の特性の減少した変化率を検知する、請求項２１から２４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項26】

前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と同時にガスを計量分配する前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器を、前記増大工程の前に平衡化させる工程をさらに含む、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項27】

前記平衡化させる工程が、前記開放工程で始動させられた平衡化タイマによって測定される、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記工程のいずれかでエラーが検出された場合に、前記システムがアラームを鳴らす、請求項２１から２７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項29】

前記閉鎖工程後に、前記方法が、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器を、１つ又は２つ以上の新規容器と交換する工程をさらに含む、請求項２１から２８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項30】

前記システムが、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と流体連通するマニホルドを含み、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器を取り外す工程の前に、前記方法が前記マニホルドを通気しパージする工程をさらに含む、請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

前記１つ又は２つ以上の所定の終点が、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器の終点重量、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの終点圧力、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの終点流量、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの終点累積体積、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から計量分配されたガスの特性の終点変化率、及び前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス計量分配の終点計量分配時間から選択される、請求項２１から３０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項32】

前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からの前記プロセスガス流を、プリセット流量を上回るように増大させる工程が、前記第２の１つ又は２つ以上のオンライン容器と流体連通する圧力トランスデューサと動作的にカップリングされた比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループを使用することにより実施される、請求項２１から３１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項33】

請求項２１から３２に記載の方法工程を繰り返し、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器が前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器であり、前記新規の１つ又は２つ以上の容器が前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器である、請求項２９から３２のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本特許出願は、２０２０年９月１８日付けで出願された米国仮特許出願第６３／０８０，４８１号の優先権を主張する。

【背景技術】

【0002】

本発明はおおまかに言えば、計量分配容器内に貯蔵され、計量分配容器からのガスとして供給される任意の材料（固体、液体、又は気体）に関し、具体的には、ガスをガス消費プロセスユニットへ継続的に供給するために連続的な切り換えを必要とする多容器アレイに関する。具体的な態様では、本発明は、半導体製造施設内の半導体製造工具へガスを提供する複数の貯蔵・計量分配容器を含有するガスキャビネット又はバルク供給システムに関し、ガス計量分配の連続性を維持するために容器をクロスオーバーさせる自動クロッシングシステムに関し得る。

【0003】

具体的には半導体製造において、多くの製造プロセスのために材料が提供される。いくつかの材料は、容器内に貯蔵され、半導体製造設備又は工具、例えば堆積チャンバ、エッチングチャンバ、及びイオンインプランタへ、ガスとして計量分配される、ガス、液体又は固体である。典型的には、プロセス材料はシリンダ内に貯蔵されるが、いかなる貯蔵コンテナ、例えばＹシリンダ、アンプル、ＩＳＯコンテナ、又はタンク内に貯蔵されてもよい。材料はコンテナ内に、高い圧力又は大気圧未満の圧力で貯蔵されてよい。

【0004】

半導体製造に対する１つの用途において、前記タイプのガス貯蔵・計量分配容器は、ガスキャビネット内にしばしば配備され、ガスキャビネット内では複数の容器が、配管、弁、制限流オリフィスエレメント、流量調整器、質量流コントローラ、パージループ、器具類、及びモニタリング設備、などを含む適切な流れ回路又はマニホルドにマニホルド状に接続されている。このような流れ回路は、貯蔵・計量分配容器が、ガスが使い果たされたとき又は容器が空状態に近づいたときに、例えばオンからオフへの（又は開から閉への）弁の適切なクロッシングによってオフストリームを成すことを許す、自動クロッシングシステムと連携してよいので、ガスが使い果たされた又は実質的に枯渇した容器は、流れ回路とのガス供給関係から遮断されることにより、容器の交換が容易になる。続いて又は同時に、例えばマニホルド内で流れ制御弁をオフからオンへ（又は閉から開へ）適切にクロッシングすることにより、満杯のガス貯蔵・計量分配容器をクロスオン（ｃｒｏｓｓ ｏｎ）し、これによりこのような新規容器を流れ回路とのガス供給関係にもたらす。遮断された枯渇容器を次いで流れ回路から解離してガスキャビネットから取り外すことができ、これにより、前にクロスオンされた容器からガスが枯渇するようになってきたときの次の動作中に満杯容器を続いてクロスオーバー使用するために、この満杯容器を取り付けることが可能になる。

【0005】

第１の容器がプリセット圧力をもはや維持し得ない枯渇点に達したときに、プリセット圧力で自動容器切り換えをもたらすように、ガス計量分配ハードウェア・電子装置をプログラム可能に構成することができる。このような目的のために、ガス計量分配ハードウェア・電子装置は、ガス流路の自動式又は手動式に排気、パージ、及び漏れ検出を行うように構成し配置することができる。弁の状態、システム圧力、容器重量及び温度をモニタリングするために、下記機能の制御、すなわち容器交換、ガス流の始動、容器の自動クロスオーバー、パージガス制御、プロセス／パージガス排出、プロセスガス流に続くシャットダウンの保証、及び容器ヒータ、例えば加熱ブランケットの温度制御を目的としたプログラミングされたシーケンスを提供するために、プログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）をシステム内で使用することができる。

【0006】

したがって、容器、例えば標準的なシリンダ、又は吸着剤を基剤とする、且つ／又は内圧調整器を備えたタイプの容器を多容器アレイ内に配備することができ、この多容器アレイ内では、アクティブ（オンストリーム）容器の終点に達すると、枯渇容器から満杯容器への容器の自動クロスオーバーが行われる。終点は種々の方法で決定してよく、容器内容物の枯渇を示す、計量分配されたガスの圧力及び／又は流量の減少によって決定してよく、あるいは、ガスの絶え間ない計量分配から生じる容器の重量損失によって、又は計量分配されたガスの累積体積流によって、又は予め定められた動作時間によって、又は他の適宜な様式で決定することもできる。

【0007】

容器の終点を決定する手段又は方式とは無関係に、枯渇容器から満杯容器への自動クロッシングは、大幅な圧力低下と、ガス流の混乱とを伴う。切り換え中のこのような圧力低下は、反応を発動させる設定点（プリセット圧力）限界未満に圧力を低下させることがある。このような圧力の混乱により、アラームが作動させられることがあり、また極端な圧力変動状況では、ガス送達システムの安全モニタリングエレメントが、ガス流のシャットダウン、及び下流側のガス消費プロセスの望まれない停止を引き起こすこともある。あるいは、システムのプロセス制御がこのような大幅な圧力低下を考慮に入れるように較正される場合、システムは、大幅な圧力低下を引き起こすことになり、解決する必要のある現実の問題に対処するのが遅くなるおそれがある。

【0008】

典型的な従来技術のガス送達システム、例えばＶｅｒｓｕｍ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＧＡＳＧＵＡＲＤ（登録商標）ガス送達キャビネット内のクロスオーバー中の圧力の変化が、図１に示されている。図１は、シリンダのクロスオーバー間の大幅な圧力低下を示している。圧力変化は変動しやすく、例えば堆積工具へのガス流に予期できない影響を与え、工具内にその近くに膜が発生することがある。ガス流への影響は、当該プロセスの変動性に結果として不都合な影響を及ぼすことになる。

【0009】

したがって、容器クロッシングから生じる圧力混乱を最小化する（ガス計量分配用）ガス送達システムのための自動クロッシング装置及び方法を提供すると、当該技術分野における前進となる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は大まかに言えば、材料貯蔵・計量分配容器に関し、具体的にはガス消費プロセスへガスを継続的に供給するために、アレイ内の材料が使い果たされた１つ又は２つ以上の容器から新規の１つ又は２つ以上の材料含有容器へ連続的に切り換えることを必要とする多容器アレイに関する。

【0011】

本発明は、ガス供給・計量分配システムであって、少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイが、前記アレイ内の第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器へのクロスオーバーを伴う連続的なオンストリーム計量分配のために配置されている、少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイと、少なくとも１つのコントローラと、前記コントローラと通信する１つ又は２つ以上のセンサであって、前記１つ又は２つ以上のセンサが、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器の１つ又は２つ以上の所定の終点を検知し、これにより、前記コントローラが、続いて前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器からのガスを計量分配するために、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から、ガスが内在する前記アレイ内の前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器への自動クロッシングを始動させるようになっている、１つ又は２つ以上のセンサと、を含み、前記コントローラが前記１つ又は２つ以上の所定の終点を検知した後、前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器からのガス流を始動させ、前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器はこれにより、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を終了させる前の期間にわたって、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と同時にガスを計量分配する第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器になる、ガス供給・計量分配システムを提供する。

【0012】

本発明は、ガス供給・計量分配システムから計量分配されるガスの圧力変動を大幅に低減する方法であって、当該少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイが、前記アレイ内の第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器から第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器へのクロスオーバーを伴う連続的なオンストリーム計量分配のために配置され、前記システムを使用してプリセットガス流量でガスを分配する、少なくとも２つのガス貯蔵・計量分配容器から成るアレイ、を含み、当該方法は、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からプロセスガスを供給し、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのプロセスガスを枯渇させ、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器のための１つ又は２つ以上の所定の終点を検知し、前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器からプロセスガスを供給開始するために１つ又は２つ以上の弁を開き、前記第１の１つ又は２つ以上のスタンバイ容器はこれにより、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器と同時にプロセスガスを計量分配する第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器になり、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのプロセスガス流を、プリセット流量を上回るように増大させ、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からの増大した流量を検出し、前記第２の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器からのガス流を前記プリセット流量へ戻し、１つ又は２つ以上の弁を閉じて、前記第１の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器を前記システムから遮断する、ことを含む、ガス供給・計量分配システムから計量分配されるガスの圧力変動を大幅に低減する方法を更に提供する。

【発明の効果】

【0013】

本発明の利点は、ガス送達システム内の１つ又は２つ以上の容器から別の１つ又は２つ以上の容器へガスの供給をクロスオーバーすることにより、大幅な圧力変化を低減することである。

【0014】

本発明の他の態様、特徴、及び実施態様が、以下の開示内容及び添付の特許請求の範囲からより十分に明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、従来技術のガス送達システムのクロスオーバー中に測定された圧力対時間を示すグラフである。

【図2】図２は、本発明の１実施態様に基づく容器クロスオーバー能力を有するガス送達システムを示す正面図である。

【図3】図３は、本発明の１実施態様に基づくガス送達システムの流れマニホルドを示す概略図である。

【図4】図４は、本発明の１実施態様に基づく自動クロスオーバーシーケンスに含まれる工程を含むプロセス流ダイアグラムである。

【図5】図５は、本発明によるガス送達システムのクロスオーバー中に測定された圧力対時間を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、多容器アレイのためのガス送達又は計量分配システムのための自動クロッシング装置及び方法を提供する。図２及び３の実施態様に示されているように、ガスの送達は、２つのガス供給容器から単一の出口接続部まで行われてよい。図示のように、システムは、オンストリームガス供給容器が枯渇したときに、オンストリームガス供給容器からバックアップ又はスタンバイガス供給容器への自動クロスオーバーを制御するように構成され配置されている。枯渇ガス容器の交換後には、システムはリセットすることができ、又は自動的にリセットすることにより、今補充又は交換されたスタンバイガス容器へ自動クロスバックすることになる。別の実施態様では、３つ以上の容器が単一の出口に接続されてよく、２つ以上の容器がオンライン状態であってよく、且つ／又は２つ以上の容器がスタンバイ状態であってよく、容器のそれぞれが、出口に別々にマニホルド状に接続され、別々に制御されてよい。この実施態様では、典型的には、システムはオンライン状態と同じ数のスタンバイ状態の容器を含むが、しかし任意の数の容器がオンライン状態であってよく、任意の数の容器がシステム内でスタンバイ状態であってよい。

【0017】

なお、送達及び計量分配という用語はここでは相互に置き換え可能に使用され、オンストリーム（ｏｎ－ｓｔｒｅａｍ）及びオンライン（ｏｎ－ｌｉｎｅ）という用語も相互に置き換え可能に使用される。加えて、クロスオーバー（ｃｒｏｓｓ－ｏｖｅｒ）という用語が使用されるものの、クロスオーバーは、オンライン状態にあるただ１つの又は２つ以上の容器とスタンバイ状態にある１つ又は２つ以上の容器との間の往復に制限されるものではなく、オンライン状態にある１つ又は２つ以上の容器から成る任意の数の群と、スタンバイ状態にある１つ又は２つ以上の容器から成る任意の数の群とが存在し得ることを意味する。例えば、容器のアレイは、オンライン状態にある２つ又は３つ以上の容器、又は別々に制御される２つ又は３つ以上の容器群（それぞれが典型的には少なくとも１つの流量調整器と、少なくとも１つの弁と、少なくとも１つのセンサとを有する別個のマニホルドを有する）と、スタンバイ状態にあるただ１つの容器又は１つ又は２つ以上の容器から成る１つの群を含んでよく、その逆、すなわち、容器のアレイは、スタンバイ状態にある２つ又は３つ以上の容器、又は別々に制御される２つ又は３つ以上の容器群（それぞれが典型的には少なくとも１つの流量調整器と、少なくとも１つの弁と、少なくとも１つのセンサとを有する別個のマニホルドを有する）と、オンライン状態にあるただ１つの容器又は１つ又は２つ以上の容器から成る１つの群を含んでよい。「終点」又は「所定の終点」という用語は、クロスオーバーを開始するようにシステムを発動させる検知設定点を表すために使用される。所定の終点は、例えばいくつかの実施態様においてガス圧の場合には、可能な限り低い値よりも高い（すなわちこれは実際の終端ではない）が、しかし例えばガス圧に対する所期プリセット設定点よりも大幅に低い値となり得ると理解される。枯渇という用語は、相対的な用語であり、必ずしも完全に空であることを意味しない。プリセットガス流量、並びに測定又は検知される他の値は、システム上のプロセスガス需要量が変化することに基づき、又は他の理由から時間によって異なることがある。オープンランゲージ、例えば明細書及びクレームにおける「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」及び「ｈａｖｉｎｇ（有する）」の使用は、部分的にクローズドな、クローズドな移行ランゲージ、すなわち「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ（から本質的に成る）」及び「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ（から成る）」を含み、したがって、その言語は、これが出現するいかなる個所でもｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）と置き換えられてよい。同様に「ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ（から選択される）」といういかなる列挙も「ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｇｒｏｕｐ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ（～から成る群から選択される）」を含み、相応に置き換えられてよい。

【0018】

本発明は、下記のもののうちの１つ又は２つ以上が満たされるまで、すなわちシステム内の１つ又は２つ以上の圧力トランスデューサによって測定された設定点圧力に達する（典型的には所期プリセットガス流量を下回る）まで、又は測定期間が経過するまで、又は自動切り換えシステム内で設定流量に達するまで、又はオンラインシリンダの重量が設定点重量を下回るまで、又はプリセット温度とは異なる高温又は低温設定点に達するまで、オンストリーム状態にある１つ又は２つ以上の容器とスタンバイ状態にある１つ又は２つ以上の容器とにガスを同時に提供させる規定によって、多容器アレイ内の材料貯蔵・計量分配容器のクロスオーバーの不都合な圧力作用を排除し得るという発見に基づいている。これらの基準のうち１つ又は２つ以上が満たされたら、オンストリーム状態の１つ又は２つ以上の容器はシャットオフされ、以前はスタンバイ（新規供給）状態であった１つ又は２つ以上の容器がプロセスガスを供給する。本発明により、オンライン状態の１つ又は２つ以上の容器をシャットダウンし、スタンバイ状態の１つ又は２つ以上の容器をオンラインにもたらすことに起因する圧力低下はほとんど又は完全に排除される。図２は、本発明の１実施態様の容器クロスオーバー能力を組み込んだガス送達システム１００の１実施態様を示す正面図である。

【0019】

１実施態様では、ガス配送システム１００は、一次筐体としての主キャビネット１２と、電子装置筐体２６と、を含んでよく、主キャビネットと電気的筐体とは、一体型ガス配送システムを形成するために互いにボルト結合されている。ガス供給マニホルドとガス供給容器とが、主キャビネット１２内部に収納されており、主キャビネット１２は、例えば１２ゲージ冷間圧延鋼から構成されていてよい。主キャビネット１２は図示のように、ラッチ１８及び観察窓２２を有する左手のドア１４と、ラッチ２０及び観察窓２４を有する右手のドア１６と、を備えている。スクリーンインターフェイス３０とオン／オフボタン２８とを備えた電子装置筐体２６が、図示のように主キャビネット１２の上部に載置されている。窓２２、２４は、ドアを開ける前にマニホルドの状態を目視検査するのを可能にするように、火災等級の安全ガラス窓であってよい。別の実施態様では、ガス配送システムはリモート制御されてよく、且つ／又はシリンダの取り外しは、ロボットによって実施されてもよく、ひいてはガス配送システムは図１に示されているようなタッチスクリーン、ボタン、又は金属キャビネットを有しなくてよい。別の実施態様では、電子装置、例えばコントローラ及びすべての関連配線が、所望の場合には、主キャビネット内部に配置されてよい。さらに別の実施態様では、主キャビネット及び電子装置筐体は任意であってよく、且つ／又は例えば、１つ又は２つ以上の容器及び／又は別個のコントローラを収納してはおらず、マニホルド及び１つ又は２つ以上の容器から遠隔配置されている、弁マニホルドボックス又は弁マニホルドパネルと交換してもよい。

【0020】

図示のように、電子装置筐体２６は、ＰＬＣユニット上のシリアルポート接続を介してＰＬＣユニットとタッチスクリーンとの通信がもたらされる、タッチスクリーンインターフェイス３０を介して一体型ガス配送システムを制御するためのプログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）を含む。スクリーンは、テキスト及びグラフィックに対応するタッチセンサ式グリッドを有しており、ＰＬＣユニットへコマンドを伝達する。タッチスクリーンは、ユーザーメニュー、操作・情報スクリーン、及びシステムへの権限を与えられたアクセスのみを促すためのセキュリティバリアを表示する。

【0021】

弁の状態、システム圧力、容器重量及び温度をモニタリングするために、下記機能の制御、すなわち容器交換、ガス流の始動、容器の自動クロスオーバー、任意のパージガス制御、任意のプロセス／パージガス排出、プロセスガス流に続くシャットダウンの保証、及び容器ヒータ、例えば加熱ブランケットの任意の温度制御を目的としたプログラミングされたシーケンスを提供するために、プログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）をシステム内で使用することができる。別の実施態様では、本発明のガス配送システムは、半導体製造のための主要総括コントローラ及び／又は遠隔配置されたコントローラによって制御されてよい。したがって、本発明の送達システムのためのコントローラは、任意のタイプのコントローラを含んでよく、このコントローラは、プリセット変数又は動作範囲を有するプログラミングされたアルゴリズム、及びアクションを発動する設定点、並びに圧力トランスデューサ、弁位置、タイマ、流量コントローラ、スケール、サーモカップル、又はその他のもののうちの１つ又は２つ以上を含む送達システム内のセンサからの入力の受信に基づいて弁を開閉し、アラームを鳴らすと理解される。

【0022】

図示の実施態様では、主キャビネット１２は一対のガス貯蔵・計量分配容器と、各容器にカップリングされたマニホルドと、を含有しており、マニホルドは、ガス流、パージ及び通気のための配管、弁などを含む。

【0023】

以後シリンダと呼ぶこともあるが、しかしシリンダに制限されることはないガス供給容器は、任意の適宜のタイプから成っていてよい。別の実施態様では、容器は、１つ又は２つ以上のＹシリンダ、アンプル、ＩＳＯコンテナ、又はタンクであってよい。材料はコンテナ内に、高い圧力又は大気圧未満の圧力で貯蔵されてよい。ガス供給容器は大気圧を上回る圧力で材料を貯蔵してよく、あるいは例えば固相物理吸着剤上に吸着保持されたガスが内在する固相物理吸着剤含有容器の場合には、大気圧を下回る圧力で貯蔵してもよい。固相物理吸着剤は、例えば分子篩、活性炭、シリカ、アルミナ、吸着粘土、マクロ網状ポリマー、金属有機構造体（ＭＯＦ）などを含み、言うまでもなくガス供給容器は、容器からのガスの計量分配のために材料が保持される、いかなる他の適宜のタイプから成っていてもよい。ガス供給容器は、固相、液相で、又はガス、圧縮ガス、又は超臨界流体としてプロセス材料を含有することができる。内容物の蒸気圧は、０ｔｏｒｒ～３０００ｐｓｉｇ以上であり得る。

【0024】

図３は、図２のガス送達システム１００の流れ回路又はマニホルド８０を示す概略図であり、マニホルドガス流ライン５８、５８Ａ、５８Ｂ、６０、６０Ａ、６０Ｂ、６２、６２Ａ及び６２Ｂを含む流れ回路と相互接続されている、左側のガス貯蔵・計量分配容器７０Ａと、右側のガス貯蔵・計量分配容器７０Ｂと、を含む。システムのマニホルド８０のＡ側（図面の左側）は、添字Ａ、ａ又はａａを有する番号で示された配管及びシリンダを含む。マニホルド８０のＡ側部分は、少なくとも１つの弁、少なくとも１つの制御弁、及び少なくとも１つの圧力トランスデューサを配管内にさらに含み、より好ましくは、少なくとも２つの弁、少なくとも１つの制御弁、及び少なくとも１つの圧力トランスデューサを配管内に含む。システムのマニホルド８０のＢ側（図面の左側）は、添字Ｂ、ｂ又はｂｂを有する番号で示された配管及びシリンダを含む。Ｂ側は、好ましくは少なくとも１つの弁、少なくとも１つの制御弁、及び少なくとも１つの圧力トランスデューサを配管内にさらに含み、より好ましくは、少なくとも２つの弁、少なくとも１つの制御弁、及び少なくとも１つの圧力トランスデューサを配管内に含む。別の実施態様では、容器に接続された各マニホルドは少なくとも１つの弁と、マニホルド内の容器からのガス流を制御する少なくとも１つの調整器と、を含んでよい。調整器は、制御弁、及び配管内で制御弁と間接又は直接に連通する少なくとも１つの圧力トランスデューサであってよい。マニホルドという用語は、システム内の配管及び弁のすべてを意味することがあり、また、システム内の１つ又は２つ以上のオンストリーム容器（又は１つ又は２つ以上のスタンバイ容器）に接続された配管、弁及びセンサの部分を表すために使用することもある。

【0025】

添字のない配管は、システムのＡ側及びＢ側（マニホルド及びシリンダ）の両方と流体連通している。この配列の流れ回路は、低い内部容積と最小限の死容積とを有し得る圧縮ガス流のために設計されている。図示の実施態様では、ガスマニホルド流れ回路に対する４つの接続タイプ、すなわち（ｉ）プロセスガス出口－マニホルド接続、（ｉｉ）任意のパージガス－マニホルド接続、（ｉｉｉ）ガス供給容器－マニホルド接続、及び（ｉｖ）通気口－マニホルド接続がある。これらのそれぞれを以下に論じる。

【0026】

プロセスガス出口－マニホルド接続において、下流側のガス消費プロセスユニット（図３には示されていない）は、プロセスガス出口ライン５８の第１端部と流体接続しており、この第１端部と直接に接続することができる。図示の実施態様では、ガスライン５８は半導体製造ハウスラインであってよく、任意の圧力トランスデューサＰＴ５０を含む。あるいは、ガスライン５８は、単一の工具又は１つ又は２つ以上の工具に直接に接続することもできる。任意に、ガスライン５８はこれに加えて、図示していない手動式及び／又は自動式の弁、例えば空気圧弁を含有してもよい。プロセスガス出口ライン５８はまた、それぞれ容器７０Ａ及び７０Ｂに接続されており、容器７０Ａ及び７０Ｂからそれぞれプロセスガス出口ライン５８へプロセスガスを提供するプロセスガス供給ライン５８Ａ及び５８Ｂを、それに接合している。各プロセスガス供給ラインは、少なくとも１つの自動式又は手動式の弁を含み、任意には、１つ又は２つ以上の自動式又は手動式の弁、１つ又は２つ以上の圧力トランスデューサ、及び／又は１つ又は２つ以上の調整器を含む。図２に示された実施態様では、プロセスガス供給ライン５８Ａは、コンテナ７０Ａと流体連通する複数の自動式弁Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ１５及びＶ１６を含み、プロセスガス供給ライン５８Ｂは、コンテナ７０Ｂと流体連通する複数の自動式弁Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４、及びＶ２５及びＶ２６を含む。システムの好ましい少なくとも２つの弁は、シリンダ弁と、プロセスガス出口ラインからマニホルド（及びシリンダ）の１つの部分を遮断するための弁である。マニホルドのＡ側に関して示されているように、これらの弁は、シリンダ弁Ｖ１１と、マニホルド及びシリンダ７０ＡのＡ側をプロセスガス出口ライン５８から遮断する弁Ｖ１６と、を含む。さらにマニホルドは、好ましくはマニホルド８０のＡ側のための制御弁ＰＣＶ３１と、圧力トランスデューサＰＴ３２と、を含み、圧力トランスデューサＰＴ３２は、制御弁ＰＣＶ３１を制御するために使用されてよい。

【0027】

図３に示されているように、弁Ｖ１２、Ｖ１３及びＶ１５は、パージライン及び通気ラインに対して通常閉である３方向弁であり、このことは、これらの弁がプロセスガス供給ライン５８Ａ内のプロセスガス流に対して通常開であることを意味する。同じことがプロセスガス供給ライン５８Ｂ内のプロセスガス流に対するＶ２２、Ｖ２３及びＶ２５にも当てはまる。弁は、パージライン及び通気ラインに対してこれらを開くために作動させることが必要である。しかしながら、別の実施態様では異なる弁を使用してよく、したがって、これらの弁が開であると記載されたときには、それは記載のプロセスガス供給ライン又はパージライン及び通気ライン内の流れに対して開であることを意味すると理解されるものの、図３に示された弁の当業者には、その弁位置はそれらの三方向弁に関して「閉」であるとも考えられ得る。

【0028】

図３に示された実施態様では、プロセスガス供給ライン５８Ａはコンテナ７０Ａと流体連通する圧力トランスデューサＰＴ３０及びＰＴ３２と、調整器ＰＣＶ３１と、を含み、プロセスガス供給ライン５８Ｂは、コンテナ７０Ｂと流体連通する圧力トランスデューサＰＴ４０及びＰＴ４２と、調整器ＰＣＶ４１と、を含む。圧力トランスデューサＰＴ３０及びＰＴ４０は、それぞれ容器７０Ａ及び７０Ｂの圧力をモニタリングする。また、容器７０Ａ及び７０Ｂのそれぞれは、各容器に組み付けられ又は取り付けられた弁Ｖ１１及びＶ２１をそれぞれ有するので、容器は、システム１００に取り付けられるときにシステムから遮断されてよく、例えば空の容器を満杯の容器と交換している間、システムに取り付けられていないときに遮断されてよい。ガス機器容器－マニホルド接続において、ガス貯蔵・計量分配容器７０Ａは、容器弁Ｖ１１の下流側に解離可能な管接続部６３Ａを介して、プロセスガス供給ライン５８Ａに接合されている。ガス貯蔵・計量分配容器７０Ｂは、容器弁Ｖ２１の下流側に解離可能な管接続部６３Ｂを介して、プロセスガス供給ライン５８Ｂに接合されている。

【0029】

図３では、プロセスガス供給ライン５８Ａ、５８Ｂのそれぞれのラインにおけるマニホルドに、２つの圧力トランスデューサが配置されており、プロセスガス出口ライン５８には１つの圧力トランスデューサが配置されている。圧力トランスデューサＰＴ３０は、ガス貯蔵・計量分配容器７０Ａと関連する圧力をモニタリングし、圧力トランスデューサＰＴ４０は、ガス貯蔵・計量分配容器７０Ｂと関連する圧力をモニタリングする。圧力トランスデューサＰＴ５０は、下流側のガス消費プロセスユニットへ、又はハウスライン、又はガス消費プロセスユニットへの他のガス中継部へ流されるプロセスガスの出口圧力をモニタリングする。

【0030】

任意のパージガス－マニホルド接続において、パージガス源（図３には示されていない）がパージガス供給ライン６２にその第１端部で接合されている。パージガス供給ライン６２の第２端部は、パージライン６２Ａ及び６２Ｂに分かれており、これらのパージガスラインのそれぞれは、分割部とは反対側の端部で、プロセスガス供給ライン５８Ａ及び５８Ｂのそれぞれに接合されている。図示のように、パージガスラインは、それぞれ弁Ｖ１２及びＶ２２を介してプロセスガス供給ライン５８Ａ及び５８Ｂのそれぞれに接続されている。容器交換中、又は必要又は所望に応じて使用されるパージガスを遮断するために、弁Ｖ１２及びＶ２２が設けられている。パージガスは任意であり、０ｐｓｉｇ～３０００ｐｓｉｇの圧力で供給される不活性ガスの任意の組み合わせであってよい。ガス容器交換の前後にプロセスガス供給ライン内を一掃するためにパージガスを供給することは、供給されるガスの純度を維持し、毒性又は自然発火性ガスが製造施設内部で逃げるのを防止するために特に重要である。

【0031】

図示のように、パージガスは、弁Ｖ１２を通してプロセスガス供給ライン５８Ａ内へ導入することができ、プロセスガス供給ライン内へのパージガスの導入点の下流側に位置する弁のところでプロセスガス供給ライン５８Ａを出ることができる。例えば、パージガスは、弁Ｖ１２を通ってプロセスガス供給ライン５８Ａに入り、通気ライン６０に通じるパージガス出口ライン６０Ａに接続する第２パージガス出口ライン６０ａａに通じる弁Ｖ１５を通ってプロセスガス供給ライン５８Ａを出てよい。これの代わりに、又はこれに加えて、パージガスは弁Ｖ１２を通ってプロセスガス供給ライン５８Ａに入り、通気ライン６０に通じるパージガス出口ライン６０Ａに接続する第１パージガス出口ライン６０ａに通じる弁Ｖ１３を通ってプロセスガス供給ライン５８Ａを出てよい。弁Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４及び／又はＶ１５の開位置は、パージガス及び通気を可能にするように自動式且つ／又は手動式に操作される。

【0032】

パージガス－マニホルド接続を構成するためにパージガス供給ライン６２に接合されるパージガス源は、任意の適宜のパージガス源、例えば超高純度窒素又は超高純度窒素／ヘリウム混合物、又はマニホルドラインの流路及び関連構成部分をパージするのに効果的な他の適宜の単一成分又は多成分ガス媒体のようなパージガスの供給タンクであってよい。いわゆる「ハウス窒素（ｈｏｕｓｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ）」（すなわち半導体製造施設内の全般供給ユーティリティから入手可能な窒素）、又は適宜の源からのクリーンドライエア（ＣＤＡ）がこの目的のために採用されてよい。

【0033】

通気－マニホルド接続について以下に説明する。それぞれマニホルド８０のＡ側及びＢ側の弁Ｖ１３及びＶ２３は、それぞれ調整器ＰＣＶ３１及びＰＣＶ４１の上流側に位置するプロセスガス供給ライン５８Ａ及び５８Ｂの調整前側又は高圧側に対して、各側がオンライン状態にあるときにプロセスガスのための通気アクセスを可能にする。それぞれマニホルド８０のＡ側及びＢ側の弁Ｖ１５及びＶ２５は、それぞれ調整器ＰＣＶ３１及びＰＣＶ４１の下流側に位置するプロセスガス供給ライン５８Ａ及び５８Ｂの調整後側又は低圧側に対して通気アクセスを可能にする。プロセスガスは、今説明したばかりの弁を開き、好ましくはさらに弁Ｖ１６又はＶ２６をそれぞれ閉じることにより、プロセスガス供給ライン５８Ａ（５８Ｂ）から、通気口へ通じるライン６０ａ（６０ｂ）又は６０ａａ（６０ｂｂ）、６０Ａ（６０Ｂ）及び６０へ導くことができる。通気口は大気圧であってよく、あるいは真空源（図示せず）、例えばＶｅｎｔｕｒｉ真空発生器又は真空ポンプに通じていてよい。さらに必要又は所望の場合には、弁Ｖ１４及びＶ２４を使用して、プロセスガス供給ライン５８Ａ及び５８Ｂの高圧側（それぞれ調整器ＰＣＶ３１及びＰＣＶ４１の上流側）を低圧側（それぞれ調整器ＰＣＶ３１及びＰＣＶ４１の上流側）から遮断することができる。通気口へのマニホルド内のプロセスガスの誘導は、非常時、シャットダウン中、又は例えばシリンダ交換の一環としてのパージガスによるマニホルドのパージの直前に必要になってくることがある。

【0034】

通常動作条件下では、容器７０Ａ又は容器７０Ｂがプロセスガスを供給している一方、他方の容器がスタンバイ状態にある。容器７０Ａがプロセスガスを供給しているならば、容器弁Ｖ１１、調整器遮断弁Ｖ１４、調整器ＰＣＶ３１、及びプロセス遮断弁Ｖ１６はすべて開いている。容器７０Ｂがプロセスガスを供給しているならば、容器弁Ｖ２１、調整器遮断弁Ｖ２４、調整器ＰＣＶ４１、及びプロセス遮断弁Ｖ２６はすべて開いており、容器７０Ｂが最小でもプロセスガスを供給していないならば、プロセス遮断弁Ｖ２６は閉じている。プロセス遮断弁Ｖ２６は好ましくは、マニホルド８０のＢ側においてプロセスガス供給ライン５８Ｂ内の１つ又は２つ以上の圧力トランスデューサＰＴ４０、ＰＴ４２、及び制御弁ＰＣＶ４１の下流側に配置されている（全てはシリンダ７０Ｂの下流側に位置する）。なお、マニホルドのＡ側で実施されるいかなる工程又は弁位置、及びプロセス工程も、クロスオーバー後のマニホルドのＢ側の対応する弁などに関して同じであり、その逆も同様である。弁Ｖ１２、Ｖ１３及びＶ１５は、容器７０Ａが供給しているときには、ライン５８Ａ内の流れに対して開いている。弁Ｖ２２、Ｖ２３及びＶ２５は、容器７０Ｂが供給しているときには、ライン５８Ｂ内の流れに対して開いている。

【0035】

調整器ＰＣＶ３１及びＰＣＶ４１の出力のそれぞれは、プロセス出口供給ライン５８Ａ及び５８Ｂ内にそれぞれ配置された出口圧力トランスデューサＰＴ３２及びＰＴ４２からのフィードバックに基づいて、あるいは、プロセスガス出口ライン内の圧力トランスデューサＰＴ５０、又は圧力トランスデューサの組み合わせによって制御される。ＰＴ３２及びＰＴ４２の少なくとも一方、又はＰＴ５０は、この目的のためにシステム内に存在する。圧力トランスデューサＰＴ３２は、シリンダ７０Ａからのマニホルド８０のＡ側における流れを制御し、圧力トランスデューサＰＴ４２は、シリンダ又は容器７０Ｂからのマニホルド８０のＢ側における流れを制御する。この制御は、出力目標として役立つ圧力トランスデューサＰＴ３２、ＰＴ４２及び／又はＰＴ５０のためのユーザー決定設定点を用いて比例積分微分コントローラ（ＰＩＤ）を介して達成される。圧力トランスデューサは、ライン内の実際圧力を測定し、次いで設定点圧力と比較され、調整器内の弁開放を制御するために制御ループ内で使用される。両調整器ＰＣＶ３１及びＰＣＶ４１のための出力設定点は、通常供給環境下では典型的には同一である。

【0036】

クロスオーバー中のガス供給システムの動作を図３及び４を参照しながら以下に説明する。

【0037】

図３及び４に示された実施態様において、工程１では、容器７０Ａ及びＡ側マニホルド８０はオンライン状態にあり、プロセスガスを供給しており、容器７０Ｂは、マニホルドのＢ側に接続されており、必要なときにガスを送達する準備ができており、スタンバイ状態にある。Ｂ側は、Ａ側から遮断されている一方、Ａ側は、クロスオーバーが始動させられるまでガスを供給する。（マニホルドのＢ側における前の空の容器又は所期程度まで枯渇した容器は、プロセスガスを提供するために必要な材料を含有する容器７０Ｂ、好ましくは満杯の容器と交換されていてよい。）容器７０Ａが枯渇するようになり、別のシリンダとの交換（クロスオーバーの開始）のために規定された１つ又は２つ以上の終点に達すると、工程２において、源が少ないことの通知又はシリンダ交換信号が、低い圧力に対してはＰＴ３０によって、且つ／又は低い重量に対してはスケール１９Ａによって、又は他のインジケータによって検知される所定の終点、例えば計量分配の累積時間によって発生させられる。さらに別の実施態様として、空の／所定の終点は、圧力センサによって測定される計量分配ガスの流量の減少、計量分配ガスの１つ又は２つ以上の特性の変化率の減少（例えば相変化、又は溶媒又は固形吸着剤からの所期プロセスガスの除去）によって決定されてよく、且つ／又は他のインジケータを採用して、オンストリームガス供給容器に関与するガス計量分配の最終段階限界（１つ又は２つ以上の所定の終点）を確立又は検出してよい。

【0038】

どのように決定するかとは無関係に、到達したときの所定の終点は、所定の終点（限界点）の特定の決定モードにとって適切であるように、例えば重量センサ、圧力トランスデューサ、流量センサ、容積式（累積）流量計、サイクルタイマ、温度センサ、又はこれらの組み合わせなどによって検知され（図４の工程２）、システムの電子装置回路内で所定の終点又は限界検知信号が発生させられ、電子装置回路は、自動クロスオーバーシーケンスをもたらすために、ガス送達システムの電子装置回路（コントローラ）とともにプログラム可能に配置される。所定の終点検知信号（限界検知信号）により、システムは工程３まで進み、これによりシステムのＢ側のシリンダの存在及び状態をチェックする。スケール１９Ｂ及び／又は検出手段、例えば１つ又は２つ以上の圧力トランスデューサ（ＰＴ４０及び／又はＰＴ４２）が、且つ／又はオペレータ入力により手動で、シリンダ７０Ｂが使用の準備ができておりスタンバイモードにあることを示すならば、自動クロスオーバープロセスは続くことになる。もしそうではないならば、システムはアラームを鳴らすことになる。

【0039】

工程４において、工程３における容器７０Ｂがスタンバイ状態にあり、ひいてはこの容器からのプロセスガス流の支援の準備ができていると判定されると、容器７０Ｂは、事前に開かれていない場合には、容器弁Ｖ２１の作動を介して開かれる。Ｖ２１が手動弁である場合には、この弁は、スタンバイモードに入る前にオペレータによって開かれる必要がある。Ｖ２１が空気圧作動式である場合には、これはこの時点でシステムコントローラによって自動的に開かれる。同時に、プロセス遮断弁Ｖ２６もシステムコントローラによって自動的に開かれる。図示の実施態様の場合、弁Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４及びＶ２５のいずれかが閉じられているならば、これらも開かれることになる。これらの弁を開くと、プロセスガスはシリンダ７０Ｂから、プロセス出口供給ライン５８Ｂを通ってプロセスガス出口ライン５８へ流れ始め、自動クロスオーバールーティンが始動させられる。

【0040】

工程５において、容器弁Ｖ２１を開くと、システム及び電子回路内のタイマが作動される。タイマは、設定時間までカウントアップするか、又は設定時間でスタートして０までカウントダウンする。期間は、ガスが使い果たされたシリンダ７０Ａから新規シリンダ７０Ｂへのプロセスガス供給のクロスオーバーを完了させるための設定時間である。クロスオーバーのための設定時間は、典型的には０秒超～１時間、又は５秒～３０分、又は５秒～１０分である。

【0041】

工程６において、平衡化タイマがこの時点で始動させられ（設定時間までのカウントアップ又は設定時間からのカウントダウン）、システムは、０秒超～１時間、又は５秒～３０分、又は５秒～１０分程度であってよいプリセット平衡化期間が、両側のシリンダ、システムのＡ側のシリンダ７０Ａ及びＢ側のシリンダ７０Ｂからのガス流の平衡化を可能にするのを待つ。この平衡化期間中、調整器ＰＣＶ３１の出力が、「ラグ」調整器ＰＣＶ４１よりも高い圧力にあるため、容器７０Ａの供給はまだ「リード」位置である。

【0042】

工程７において、平衡化タイマが満了し、シリンダ７０Ａ及び７０Ｂからのプロセスガス流が実質的に平衡化すると、圧力トランスデューサＰＴ４２又はＰＴ５０（どちらも調整器ＰＣＶ４１を制御している）内の設定点圧力は増大する。通常供給条件下でガス送達システムによってプロセスガスを供給するために（コントローラ（ＰＬＣ）を通して）ユーザーによってプリセットされていた圧力トランスデューサＰＴ４２又はＰＴ５０内の設定点圧力は、一時的クロスオーバー設定点圧力まで０．０１ｐｓｉ～１０ｐｓｉだけ一時的に増大させられる。これにより、調整器ＰＣＶ４１は、容器７０Ｂ及びマニホルドのＢ側からのプロセスガス流を増大させることができ、マニホルドのＡ側からのプロセスガス流よりも高い設定点圧力値を達成する。この工程は、容器７０Ｂをリード位置へ、７０Ａをラグ位置へもたらす。増大した流量は、プロセスの工程９まで維持される。

【0043】

工程８において、圧力トランスデューサＰＴ４２又はＰＴ５０は圧力を測定することにより、圧力が一時的クロスオーバー設定点圧力に達したことを確認する。ＰＴ４２又はＰＴ５０において測定された圧力が通常供給条件のための設定点圧力を超えたら、容器７０Ｂは今や「リード」位置にあると考えられ、容器７０Ａは「ラグ」位置にある。

【0044】

工程９において、一時的クロスオーバー設定点圧力に達したことを圧力トランスデューサＰＴ４２又はＰＴ５０によって確認すると、システムは、圧力トランスデューサＰＴ４２又はＰＴ５０のための通常供給条件下における設定点圧力に戻り、マニホルドのＢ側は、調整器の通常供給設定点圧力ＰＩＤに戻される。ここで異なる言い方をするならば、一時的ＰＣＶ４１出力設定点の増大は解除され、ユーザーによって決定された元の設定点が再確立される。

【0045】

工程１０において、事前指定された時間が、上記工程５におけるクロスオーバーの完了のための時間を測定開始するタイマ上で経過した後、システム（自動の場合）又はオペレータ（手動の場合）が、シリンダ弁又は容器弁Ｖ１１、（システム内に存在するならば）調整器遮断弁Ｖ１４、及びプロセス遮断弁Ｖ１６のうちの１つ又は２つ以上を任意の組み合わせでシャットオフすることにより、シリンダ７０Ａをシャットオフし、プロセスガスは、シリンダ７０Ｂを含むシステムのＢ側によって提供され続ける。オペレータに問題を示すアラームを鳴らす前にクロスオーバーを完了させるための時間は、工程４においてＶ２１及びＶ２６が開かれた後でプロセスを完了するための１秒～１時間、又は５秒～３０分、又は５秒～１０分である。クロスオーバーの完了のための時間は、制御弁ＰＣＶ４１の安定化を可能にし、また、クロスオーバープロセス中にシステムの容器７０Ｂ側によってエラーが発生した場合に耐障害性を提供するのを可能にする。生じ得るエラーは、いずれかがシステム内に存在するならば、空気圧弁の故障、又はオペレータが手動式遮断弁を開かなかったことを含む。クロスオーバーアラーム遅延タイマが満了し、マニホルドのＢ側の現在では、オンライン状態の新規容器７０Ｂ上にエラーが検出されないと、マニホルドのＡ側の枯渇容器７０Ａ上で容器遮断弁Ｖ１１及びプロセス遮断弁Ｖ１６が閉じられる。容器７０Ｂは今やプロセスガスを供給しており、この場合、調整器ＰＣＶ４１の出力は、通常供給設定点圧力を用いてＰＴ４２又はＰＴ５０からのフィードバックによって制御される。容器７０Ａは期限切れと考えられ、システムのＡ側は、アイドル又はオフラインの状態である。

【0046】

工程１１において、空のシリンダ７０Ａは、新規シリンダと交換される。この工程１１は、本発明のプロセスにおける１つ又は２つ以上の付加的な工程を含んでよい。空のシリンダ７０Ａを取り外す前に、マニホルドのＡ側には、空のシリンダ７０Ａを取り外し、空のシリンダＡを満杯の新規シリンダ７０Ａと手動式又は自動式に交換する前及び後に、複数の任意の通気及びパージの工程を施すことができる。マニホルドのＡサイドの配管と新規シリンダ７０Ａとの間の必要な接続を形成した後、任意の漏れチェックを実施してよく、シリンダ７０Ａをコントローラ（ＰＬＣ）内で準備の整ったものとして、スタンバイモードで手動式又は自動式に設定してよい。

【0047】

工程１～１１は、オンライン状態にある１つ又は２つ以上の容器から単一のプロセスガス出口ラインへの必要に応じたプロセスガス供給の継続のために繰り返される。

【0048】

実施例
今説明したプロセスは、本発明に基づいて改変され操作される２シリンダ試験システムにおいて用いた。図５に示されたクロスオーバープロセス及び圧力変化対時間のグラフが生成された。図５は、本発明のシステムにより、図１に示された従来技術のシステムの動作に特徴的な大幅な圧力低下が排除又は著しく低減されたことを示している。プロセス変動性の結果としての低減は、プロセス制御全体を改善し、プロセスガスを必要とする工具への一貫したプロセスガス流によって半導体設備における製品収率を高めるという利点を有すると考えられる。

【0049】

前述の発明は、特定の実施態様を参照しながら例示的に上述してきた。しかしながら言うまでもなく、本発明はこのように限定されるものではなく、むしろ１つの容器から別の容器へのガス供給のクロスオーバーが行われる任意の多容器アレイとともに実施されてよい。さらに、本発明は２容器アレイに関連して例示的に説明されているものの、言うまでもなく、本発明は、３つ以上のガス供給容器を含む多容器アレイ内で実施することが可能である。加えて、ガスキャビネットは、図３を参照しながら示され説明されたが、本発明は、ガス容器が図２に示されたキャビネット内には収納されない大型ガス供給システムに採用することもできる。また、本発明は具体的な回路及び制御エレメント及び制御関係に関連してここに説明されたが、図面を参照しながら例示され説明された本発明の一般手法は、数多くのハードウェア／ソフトウェア形態及びフォーマットのいずれかにおいて実施できることが認識されるであろう。

【0050】

本発明の装置及び方法は、本明細書中の幅広い開示内容と調和して、広範に変化した形で実施されてよいことが理解されるであろう。したがって、本発明は具体的な特徴、態様、及び実施態様に関連してここに説明されたが、本発明はこのように制限されるものではなく、他の変更形、改変形、及び実施態様において実施可能であることが認識されるであろう。したがって、本発明は、この後に記載される本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとして、すべてのこのような他の変更形、改変形、及び実施態様を包含するように幅広く解釈されるように意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】