用于流体供应容器的终点监测和控制装置及流体供应装置的制造方法_2

文档序号:9328672阅读:来源:国知局

[0040] 在流体供应被布置以在已检测到预定流体压力时确定终点的应用中,终点条件可 以是任何合适的压力水平,例如在0至760托范围内的压力值,或者在2至400托范围内的 压力值,或从该容器供应的流体的压力的任何其他合适的值。
[0041] 在流体供应被布置以在已检测到预定流体流动持续时间时确定终点的应用中,终 点持续时间可由平均的使用者流动速率和容器存量限定。例如,假定该容器的100%的气体 存量被输送,则包含300克三氟化硼、以3 SCCm平均流动速率供应BF3气体的供给容器理论 上可供应气体长约549小时。在该情况下,使用者可将终点选择为该值的75%、80%、85% 或更高百分比。在一个具体实施方案中,可将该终点值选择为80%或440小时,使用者可能 会在该时间收到指示供应容器接近空的警报或消息。使用者选择的实际百分比可能取决于 使用者对于供应容器剩余物的了解(剩余物是在流体从容器排出结束时留在容器中的残 余流体量,当达到一个点时,在该点来自容器的流体的压力不再足以克服将容器与流体利 用装置或位置互连的流动线路中的压降,以使得流动停止),或者基于对流体排出直到达成 终点条件为止的持续时间的先前经验。或者,可通过以下操作凭经验建立持续时间终点:用 流体将供应容器填充至预定程度,且接着记录在不同的排出速率下流体排出的持续时间, 以建立终点条件的参考数据库,该参考数据库可被加以编程利用以设置终点警报条件。
[0042] 在流体供应被布置以在预定累积重量的流体从供应容器排出时确定终点的应用 中,可基于对供应容器剩余物的了解或者相同特征的供应容器的先前经验选择预定终点 值,或者凭经验选择预定终点值。举例而言,对于包含335克的待被选择性排出以供使用的 流体的供应容器,剩余物可以是约44克(对于3s CCm流动速率而言),且终点可被选择为 250-300克已排出流体的范围中的一个累积重量值。该累积值取决于当容器在作为"新"容 器配备用于流体供应服务时的填充水平,且该累积值可针对供应容器中流体的不同填充水 平而容易建立。对从供应容器排出的流体的重量的测量和监测可通过自开始排出流体时的 初始充满状态连续测量供应容器重量来实现,或者当间歇取得的重量数据指示已经达到适 合点时,例如,在80%的初始流体存量已经从容器排出时,通过在容器服务寿命中某点之后 连续监测容器重量来实现。
[0043] 用于监测从供应容器排出的流体重量以建立终点条件的其他技术可包括:使用质 量流控制器以总计被排出的流体随时间的流量,以及通过计算使用该总计值以及被排出流 体的分子量,以确定已经从供应容器释放的流体重量。
[0044] 在当已经检测到流体压力中的预定变化时确定已经到达终点的应用中,可将终点 建立为输送压力的某一具体百分比或分数。例如,使用具有200-400托的输送压力的供应 容器,在具体实施方案中终点值可以是该输送压力的10 %、20 %、30 %、50 %或更多。
[0045] 在当已经检测到流体流动速率中的预定变化时确定已经到达终点的应用中,可在 选定值下使用与来自供应容器的设定点流体排出速率的偏差作为终点标记。该偏差可取决 于使用自供应容器排出的流体的具体流体利用装置或位置。在一个具体实施方案中,指示 到达终点的偏差可以是任何合适的值,例如1 %、3 %、5 %、10 %等的流体流动速率变化。
[0046] 在当流体供应容器的预定重量或重量变化出现时确定已经到达终点的应用中,可 在排出供使用的流体期间或者在这种排出的相关部分期间,监测容器的重量,以确定何时 达到终点条件。
[0047] 在流体供应容器被用于向半导体制造设施中的离子植入器提供流体的各个实施 方案中,可通过监测植入器中的植入器射束电流或离子源电弧电流以检测该电流水平的下 降来确定终点,该电流水平的降低指示流体供应容器接近空态。为了提高监测操作的准确 性和可靠性,该电流监测操作可与前文讨论中所述的监测技术中的一个或多个组合。
[0048] 更一般地,任何前述技术或监测模态可与一个或多个其他的技术或监测模态组 合,以提供一个具有冗余监测能力的组合监测系统,或者提供多个输入至监测系统,以提高 监测的准确性和可靠性。例如,可提供一个终点监测和控制系统,使得用户能够从提供的多 种模态中选择一个或多个预期类型的终点监测能力。因此,用户可选择所供应流体的输送 压力的百分比下降作为用于终点确定的监测变量,并选择待要被用作终点决定因子的实际 值,例如输送压力的20%的下降。用户可额外地或替代地选择多个用于监测的变量,例如从 容器排出的流体的流体输送压力中的百分比下降和从容器排出的流体的总的克数。
[0049] 可由适合于此目的的任何合适的传感器、检测器或监测器来检测前述用于终点确 定的监测变量。监测装置可被布置以提供一个输出信号,该信号指示或者关于感兴趣的监 测条件或状态,其中该监测装置的输出信号由合适的信号传送线传送至中央处理器单元 (CPU),该中央处理器单元用于处理该监测信号并且响应产生指示终点的输出控制信号,该 输出控制信号可被用于致动实现流体耗尽的供应容器的关闭或隔离的终点警报和/或装 置,以使得该流体耗尽的供应容器脱机,以便替换新的供应容器,以继续或重新开始涉及流 体供应的操作。在具体实施方案中,被该输出控制信号致动的装置可以是流量控制阀或阀 致动器、电源、栗、压缩机、冲洗装置、或者由该输出信号控制或可由该输出信号控制的任何 其他合适装置。在该监测和控制系统中采用的CPU可以是任何合适类型,包括例如专用编 程或可编程计算机、微处理器、可编程逻辑控制器等。
[0050] 在本公开内容的监测方法的具体示意性实施方案中,可选择终点条件以使得在这 些条件下,指定量的流体供应容器的初始流体存量存在于容器的内部容积中,例如,初始流 体存量的1% -20%的范围内的量(例如1%、2%、5%、8%、10%、12%、15%或20%、或其 他值)或在其他范围中的值。
[0051] 当压力被用作终点监测目的的监测变量时,可以任何合适方式监测压力,例如通 过监测在置于供应容器的内部容积中的静态流动限制设备上的压降,和/或通过监测在与 流体供应容器联接以将流体输送至使用点的流体流动回路中的静态流动限制设备上的压 降,该静态流动限制设备例如为限流孔口(RFO)、线路内气体缓冲设备、或者在流动回路中 的其他合适设备或与流动回路联接的其他合适设备。
[0052] 虽然前述主要针对离子植入应用,但就可适用于终点值的具体参数和范围而言, 本领域技术人员基于本公开内容可容易凭经验确定可适用于其他应用的合适设定和操作 参数。
[0053] 置于供应容器的内部容积中的静态流动限制设备可以是任何合适类型,并例如可 包括一个或多个毛细管,流体流经该毛细管,以最终从流体供应容器中排出。如前文描述 的,在供应容器的内部容积中的静态流动限制设备被用于在建立流体流动后与选择性可致 动的阀元件结合来控制通过该内部容积中的流动通道的流体流动。在一个实施方案中,静 态流动限制设备包含沿着流动通道的一部分平行布置的两个或更多个毛细管类型或节流 通道。
[0054] 考虑毛细管中的压降,在一个给定的毛细管类型限流设备中,该设备的设计(包 括毛细管的数量、长度和直径、从供应容器排出的流体的流体流动速率、在任意特定时刻的 温度和供应容器压力)全部会影响压降。可如下文所述数学上确定与流体供应容器的终点 状态相关的压降,以指定一个特定的压降,该特定的压降与输送压力的一个具体分数或百 分比损失相关联,或者与设定点的具体分数或百分比损失相关联,或者与从供应容器排出 以供使用的流体的预期流动速率相关联。
[0055] 不同实施方案中的毛细管类型限流设备可定位在流体供应容器的内部容积中的 调节器、真空致动止回阀或其他流量调节设备的上游。
[0056] 可对毛细管和调节器系统的终点分布图进行建模,以显示压力和流量分布图。本 申请人已经通过建立毛细管和调节器系统实验验证这些结果。在气体供应容器的终点处, 与摩擦损失相关的压降是明显的,因此不能再假定密度恒定。这导致具有可压缩的流体流 量。在该情形下,下面的等式(1)可用于估计流量。
[0057] 更具体地,毛细管的压降的数学确定可包括基于压降等式(1)的确定,等式(1)如 下文:
[0058]
[0059] 其中等式变量定义如下:
[0060] P1 =导管入口压力
[0061] P2 =导管出口压力
[0062] G =气体质量通量
[0063] R =通用气体常数
[0064] T =气体温度
[0065] Mw=气体分子量
[0066] f =摩擦因子=16/RE (层流)
[0067] RE =雷诺数=⑶/ μ
[0068] μ =气体粘度
[0069] L=导管长度
[0070] D=导管直径
[0071] 图1是针对容纳三氟化硼气体的模拟流体供应容器的输送压力(以托为单位)和 流动速率(以sccm为单位)各自随时间(以小时为单位)变化的曲线,其中在供应容器的 内部容积中、在该内部容积中的真空致动阀的上游具有毛细管限制设备,该供应容器具有 联接至该供应容器颈部部分的阀头,该阀头用于打开或闭合该阀头中的阀元件,以相应地 使流体流动或者终止流体流动。阀头可被布置为用于在完全打开位置和完全闭合位置之间 手动或自动操作所述阀头中的阀元件,例如借由手轮以手动操作,或者借由气动阀致动器 以自动操作,或者在一些其他布置中能够平移所述阀头中的阀元件。
[0072] 在产生图1曲线的模拟流体供应容器中,毛细管限制设备包括一个阵列的七个毛 细管,每个毛细管长2. 8英寸,内径为20 μ m。三氟化硼气体的流体流动速率为3SCCm。
[0073] 在图1曲线的时间零处,供应容器已在操作中,排出流体以供下游使用,在稳态流 体供应操作中长达数小时。曲线中示出的输送压力是当流体从容器中排出时的流体压力。 等式(1)中的
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