用于多容器阵列中的气体存储和分配容器的转接的自动切换系统技术方案

一种气体存储和分配系统，其包括气体分配容器的多容器阵列，各气体分配容器需要连续地转接以向耗气工艺提供连续的气体供给，并且以气流连通的方式与泵耦合。该系统具有用于转接操作的时间延迟自动转接过程的能力，其中在转接操作中，在工作气体分配容器的终点限度感测之后，响应性地进行终止向泵的气流、泵的无效、容器的自动切换、重新开始向泵的气流以及泵的重新启动。该系统使响应从多容器阵列中的一个容器到另一个容器转接气体供给时在泵入口处的压力变化而在泵出口处发生的压力尖峰最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及气体存储和分配容器，特别涉及需要连续转换(change over)以向耗气工艺单元提供连续(ongoing)的气体供给的多容器阵列。在具体方面中，本专利技术涉及包含多个气体存储和分配容器的气柜，以及用于转换容器以保持气体分配操作的连续性的自动切换系统，其中多个气体存储和分配容器向半导体制造设备中的半导体制造工具提供气体。
技术介绍
在Tom等人的美国专利5,518,528中公开的基于物理吸附的气体存储和分配系统革新了半导体工业中危险气体的传输、供给和使用。该系统包括容纳有诸如分子筛或者活性碳等物理吸附介质的容器，所述物理吸附介质对存储在容器中并且从容器中选择性地分配的气体具有吸附亲和性。相对于容纳有“自由”(未吸附)状态的等量气体的对应空(无吸附剂)容器，气体在减压下以吸附在吸附介质上的状态容纳在容器中。有利的是，存储和分配容器中的内部气压处于低于大气压的压力、或大气压或低的低于大气压的压力下。由于相对于现有的高压气体存储气罐，任何泄漏只引起气体向周围环境的极低泄漏速率，所以通过这样的减压存储，有效地改善了气体存储和分配操作的安全性。此外，基于吸附剂的系统的减压操作发生这样的气体泄漏事件的可能性较低，这是由于减压降低了应力和诸如阀、流量控制器、耦合、接头等系统构件的磨损。在半导体制造操作的应用中，在气柜中经常采用前述类型的气体存储和分配容器，其中多个容器被汇集(manifold)适合的流路，例如，包括管道、阀、限流孔元件、集合管(manifold)、流量调节器、质量流量控制器、吹扫回路、仪表和监视设备等。这样的流路可以与自动切换系统相关联，其中当气体存储和分配容器在气体耗尽或者接近空的状态时，自动切换系统通过例如适当地切换阀来使气体存储和分配容器断流，从而隔离耗尽或者基本耗尽的容器与流路的气体馈送关系以便于容器的转换。同时，例如通过集合管中的流量控制阀的适当切换，满的气体存储和分配容器被接入，从而使新的容器与流路有气体馈送关系。然后，当先前接入的容器已经耗尽气体时，在确保操作的过程中，隔离的耗尽容器能够被从流路上拆卸下来并且从气柜取出，以便能够安装用于接续该容器的转接使用的满的容器。除了由ATMI公司(Danbury，CT，USA)以商标SDS和SAGE商品化的Tom等人的美国专利5,528,518中描述的前述类型的气体存储和分配容器之外，由颁布给Luping Wang等人的美国专利6,101,816；6,089,027；和6,343,476中描述的并且被ATMI公司(Danbury，CT，USA)以商标VAC商品化的流体存储和分配容器也类似地被用于半导体制造设备中的气柜，并且需要周期性地切换以保持气体分配操作的连续性。VAC容器以流体压力调节器为特征，其布置在诸如流量控制阀等流量控制元件的上游，由此从容器分配的气体以由调节器确定的设定值压力来分配。VAC容器中的流体可以是被调节器限制的高压液体或气体，作为半导体工艺的气源。调节器可以内置于容器中，以保护调节器不受冲击或者环境污染，并且容器在特定实施例中可以包含物理吸附材料，用于从容器解吸分配气体。通过提供具有在低于大气压、大气压或者低的低于大气压的压力等设定值压力的调节器，能够实现与美国专利5,518,528的气体存储和分配容器有关的上述描述相同的操作和安全性。当采用以SDS，SAGE和VAC商标商品化的前述类型的容器来以低压容纳流体时，这些容器产生如下气体，这些气体在多种应用中必需被升高压强以使其适合于后续使用。在这种情况下，必需使用提取器系统来从容器中提取气体。提取器系统包括提取泵和缓冲罐，以及供气布置的安全操作所必需的控制和安全系统。提取器系统收纳在排气和监视金属箱中，气体输送硬件收纳在主柜中，控制电子设备位于独立的箱中，例如其可以安装在主柜的顶部。多个气体存储和分配容器可以容纳在用于容纳气体输送硬件的独立专用气柜中，作为减压模块，其与提取器系统耦合以把恒定压力的气体输送给在中等真空条件下操作的半导体工具。减压模块可以具有对气体分配容器进行加热的加热能力以便于分配操作。在减压模块中，气体分配硬件和电子设备是可编程地布置的，以便当第一容器到达不再能够保持预定压力的耗尽点时能够以预定压力进行自动的容器转换。为了该目的，气体分配硬件和电子设备可以被构造和设置为自动或手动地进行气流路径的排空、吹扫和泄漏检测。在该系统中可以使用可编程逻辑控制器(PLC)，用于监视阀的状态、系统压力、容器重量和温度，并且提供进行下述功能控制的预编程过程容器更换(change out)、开始气流、自动切换容器、吹扫气体控制、处理/吹扫气体排空、关闭前确保工艺气流、以及例如加热毯等容器加热器的温度控制。从ATMI公司(Danbury，CT，USA)可获得以商标RPM商品化的上述类型的减压模块和提取器系统。因而，在多容器阵列中可以采用前述的基于吸附剂的和/或装备有内部压力调节器类型的容器，其中当到达有效(工作)容器的终点时，进行从耗尽容器到满容器的容器自动转接。可以以各种方式来确定终点一一通过表示容器含量耗尽的分配气压和/或流速的下降来确定，或者可以通过连续分配气体的容器的重量损耗、分配气体的积累体积流量、或预定操作时间、或其它合适的方式来确定。不论确定容器终点的手段或方式如何，从耗尽容器到满容器的自动切换涉及在泵的入口处压力的急剧变化，所述泵被用作使气流通过流路到达下游的耗气工艺的动力流体驱动器。常规布置的泵采用的比例积分微分(PID)控制逻辑不能够足够快地反应以减慢泵从而避免压力变化的冲击，结果在快速运行的泵的出口处产生压力尖峰。例如在用于离子注入的低于大气压的压力系统中，其中注入室的低于大气压的操作是优选的工艺布置，该压力尖峰能够引起压力超出系统设定点限度。这种过压条件反过来会引起开动警报，并且在极端的压力变化条件下，气体输送系统的安全监视元件会切断气流并且不期望地停止下游的耗气工艺。因此，提供能够将容器切换时容易发生的压力扰动最小化的用于气体输送系统的自动切换装置和方法将是本领域的技术进步，其中气体输送系统包括耦合到多个容器阵列的泵/提取器装置，多个容器阵列包括在上述美国专利5,518,528；6,101,816；6,089,027；和6,343,476，中描述的类型的容器。
技术实现思路
本专利技术通常涉及气体存储和分配容器，特别涉及如下多容器阵列，其需要从阵列中的耗尽容器顺序转接到阵列中新的含气容器，以便向耗气工艺连续地提供气体。本专利技术在一个方面中涉及气体供给和分配系统，其包括至少两个气体存储和分配容器的阵列，其被设置为用于涉及从阵列中的第一个容器转接到第二个容器的连续工作分配操作；与该阵列以气流连通的方式耦合的泵，用于对从阵列中的容器中的工作容器得到的气体进行抽气，并释放抽到的气体；自动切换系统，其被构造和设置为用于感测容器中的工作容器的终点限度，并且启动从其中具有气体的阵列中的容器中的工作容器到容器中的另一个容器的自动切换，以便从容器中的、作为接续工作容器的所述另一个容器接续分配气体， 其中自动切换系统在感测终点限度和开始自动切换之间终止气体流向泵并且使泵无效；并且其中在开始自动切换之后，自动切换系统重新开始向泵的气流，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体供给和分配系统，包括：一阵列，包括至少两个气体存储和分配容器，其被设置为用于涉及从阵列中的第一个容器转接到第二个容器的连续工作分配操作；与该阵列以气流连通的方式耦合的泵，用于对从阵列中的各容器中的工作容器得到的气体进 行抽气，并释放抽到的气体；自动转接系统，其被构造和设置为用于感测各容器中的工作容器的终点限度，并且开始从其中具有气体的阵列中的各容器中的工作容器到各容器中的另一个容器的自动切换，以便从各容器中的、作为接续工作容器的所述另一个容器接续 地分配气体，其中自动转接系统在终点限度的感测和开始自动转换之间终止向泵的气流并且使泵无效；并且其中在开始自动切换之后，自动转接系统重新开始向泵的气流，并且使泵重新启动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J沃德延斯基，
申请(专利权)人：高级技术材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]