(57)【要約】複雑な流体マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、システムの弁シーリングの一体性、品質および性能を維持しながら、高純度化学物質配送システムに組み込まれる。特に、流体ＭＥＭＳシステムは、半導体製造プロセスのための高純度化学物質配送システムに組み込まれる。
2006512545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の弁であって、入口、出口、並びに前記入口と出口の間に設けられ、圧力差が該第１の弁の入口と出口の間で対向方向に等しく適用される場合、該第１の弁の入口圧力が出口圧力より大きいときに比べて出口圧力が入口圧力より大きなときに当該シール部材を通る流体漏出速度がより高速になるように該入口と出口の間に非対称的な流体のシールを選択的に提供するためのシール部材を含む第１の弁、および
第１の弁の下流に配置された第２の弁であって、入口、出口、並びに該入口と出口との間に設けられ、圧力差が該第２の弁の入口と出口の間で対向方向に等しく適用される場合、該第２の弁の出口圧力が入口圧力より大きいときに比べて入口圧力が出口圧力より大きなときに当該シール部材を通る流体漏出速度がより高速になるように該入口と出口の間に非対称的な流体のシールを選択的に提供するためのシール部材を含む第２の弁
を備える流体分配システム。
【請求項２】
第１の弁および第２の弁を備え、該第１と第２の弁のそれぞれは、第２のチャンネルと流体連通する第１のチャンネル、並びに該第１のチャンネルと第２のチャンネルの間に配置され、圧力差が該第１と第２のチャンネルの間で対向方向に等しく適用される場合、該第１のチャンネル中の流体圧力が該第２のチャンネル内の流体圧力より大きいときに比べて、該第２のチャンネル内の流体圧力が該第１のチャンネル内の流体圧力より大きいときに当該封止部材を通る流体漏出速度がより高速になるように該第１のチャンネルと該第２のチャンネルの間に非対称な流体の封止を選択的に提供するためのシール部材を含み、
該第１および第２の弁は、該第１の弁の該第２のチャンネルが該第１の弁の出口として機能するとき該第２の弁の該第２のチャンネルが該第２の弁の入口として機能するように互い対して対向配向で該システム内に設けられている
流体分配システム。
【請求項３】
該第１および第２の弁のそれぞれの少なくとも一部が、１のブロック内に形成されており、かつ該ブロック内に配置され該第１の弁と第２の弁の間に延びる少なくとも１つのチャンネルと流体連通する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
該第１および第２の弁およびブロックの一部がシリコンで形成されている請求項３記載のシステム。
【請求項５】
該ブロック内に配置された少なくとも１つのチャンネルの断面寸法が、約２００マイクロメートル以下である請求項３記載のシステム。
【請求項６】
該ブロックに一体化され、該第１と第２の弁および該ブロック内に配置されたチャンネルと流体連通するセンサーをさらに備え、該センサーは該第１および第２の弁を通って流れる流体の物理的特性を測定する請求項３記載のシステム。
【請求項７】
第２のブロックであって、該第１と第２の弁と流体連通し、該第２のブロック内に配置された複数のチャンネルを含む第２のブロックをさらに備える請求項３記載のシステム。
【請求項８】
流体供給源、
１のブロックであって、該ブロック内に配置された少なくとも１つの流体分配チャンネルと、該少なくとも１つの流体分配チャンネルを介して該ブロックの当該入口ポートから出口ポートへ第１の方向において流体を受容し配送するための該流体供給源と流体連通する入口ポートを含むブロック、および
少なくとも部分的に該ブロック内に形成され、該少なくとも１つの流体分配チャンネルと流体連通する弁であって、圧力差が該第１の方向および該第１の方向と対向する第２の方向において該弁を通して等しく適用される場合、流体が第２の方向に流れるときに比べて流体が第１の方向に流れるときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速になるように対称的な流体の封止を選択的に提供するシール部材を含む弁
を備える流体分配システム。
【請求項９】
流体分配ブロックであって、
該ブロック内に配置され、加圧流体供給源から加圧流体を受容するための加圧入口ポートとプロセス流体供給源への加圧流体の配送を促進するための加圧出口ポートとの間に延びる、該プロセス流体供給源内に配置されたプロセス流体を加圧するための加圧供給チャンネル、
該ブロック内に配置され、該プロセス流体供給源から流体を受容するためのプロセス入口ポートとブロックからのプロセス流体を配送場所に配送するためのプロセス出口ポートとの間に延びるプロセス配送チャンネル、
該ブロック内に配置され、パージ流体供給源からパージ流体を受容するためのパージ入り口ポートとパージ流体収集場所に流体を配送するためのパージ出口ポートとの間に延びるパージチャンネル、および
該ブロック内に少なくとも部分的に形成された複数の弁
を備え、
該加圧供給チャンネル、該プロセス配送チャンネルおよび該パージチャンネルが互いに流体連通し、少なくとも１つの弁が該ブロック内の他のチャンネルに対してそれぞれのチャンネルの選択的隔離を促進するようにそれぞれのチャンネルと流体連通する
流体分配ブロック。
【請求項１０】
該ブロック内のチャンネルの断面寸法が約２００マイクロメートル以下である請求項９記載の流体分配ブロック。
【請求項１１】
該プロセス配送チャンネルと流体連通する該少なくとも１つの弁が、該プロセス出口ポート近くに配置される遮断弁を含む請求項９記載の流体分配ブロック。
【請求項１２】
該ブロック内に少なくとも部分的に形成され、該遮断弁の上流の位置で該プロセス配送チャンネルと流体連通する第１の圧力センサー、および
該ブロック内に少なくとも部分的に形成され、該遮断弁の下流の位置で該プロセス配送チャンネルと流体連通する第２の圧力センサー
をさらに含む請求項１１記載の流体分配ブロック。
【請求項１３】
該遮断弁が、圧力差が該プロセス入口ポートから該プロセス出口ポートへの第１の方向および第１の方向に対向する第２の方向において該弁を通して等しく適用される場合、流体が該第２の方向に流れるときに比べて流体が該第１の方向に流れるときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速であるように非対称的な流体の封止を選択的に提供するシール部材を含む請求項１１記載の流体分配ブロック。
【請求項１４】
該プロセス配送チャンネルと流体連通する該少なくとも１つの弁が、該第１の遮断弁の上流に配置され、それと近接している第２の遮断弁をさらに含む請求項１３記載の流体分配ブロック。
【請求項１５】
該第２の遮断弁が、圧力差が該第１の方向および該対向する第２の方向において該弁を通して等しく適用される場合、流体が該第２の方向に流れるときに比べて流体が該第１の方向に流れるときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速になるように非対称的な流体の封止を選択的に提供するシール部材を含む請求項１４記載の流体分配ブロック。
【請求項１６】
該第２の遮断弁が、圧力差が該第１の方向および該対向する第２の方向において該弁を通して等しく適用される場合、流体が該第１の方向に流れるときに比べて流体が該第２の方向に流れるときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速になるように非対称的な流体の封止を選択的に提供するシール部材を含む請求項１４記載の流体分配ブロック。
【請求項１７】
該ブロックおよび弁の一部がシリコンで形成されている請求項９記載の流体分配ブロック。
【請求項１８】
第１のブロックであって、該第１のブロック内に配置される加圧チャンネル、該第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該加圧チャンネルと流体連通する圧力センサー、および第１のプロセス流体供給源まで加圧流体を配送する前に選択された圧力まで加圧供給源から加圧チャンネルに入る加圧流体の加圧を促進するための、該第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該加圧チャンネルと流体連通する複数の弁を含む第１のブロック、および
第２のブロックであって、該第２のブロック内に配置された配送チャンネルのネットワーク、並びに該第２のブロック内に少なくとも部分的に設けられ、該第１のプロセス流体供給源および第２の流体供給源の少なくとも１つから配送場所までのプロセス流体の供給を促進するための、該配送チャンネルのネットワークと流体連通する複数の弁を含む第２のブロック
を備える流体分配システム。
【請求項１９】
該第１および第２のブロックのそれぞれにおける該チャンネルの断面寸法が約２００マイクロメートル以下である請求項１８記載の流体分配システム。
【請求項２０】
該第１および第２のブロック並びに該第１および第２のブロックのそれぞれの弁が、少なくとも部分的にシリコンから形成されている請求項１８記載の流体分配システム。
【請求項２１】
該第２のブロックが、第１のプロセス流体供給源から配送場所に、第２のプロセス流体供給源から配送場所への、第２のプロセス流体供給源から第１のプロセス流体供給源への、およびそれらの組み合わせのうちの１つのプロセス流体の選択的配送を容易にするように独立に制御可能な第１、第２および第３の遮断弁を含む請求項１８記載の流体分配システム。
【請求項２２】
該第１、第２および第３の遮断弁が、さらに、第２のブロックから配送場所への流体の配送を防止しながら、第２のプロセス流体供給源から第１のプロセス流体供給源へのプロセス流体の配送を容易にするために独立に制御可能である請求項１８記載の流体分配システム。
【請求項２３】
該第１、第２および第３の遮断弁のそれぞれが、第２のチャンネルと液体連通する第１のチャンネル、並びに圧力差が該第１と第２のチャンネルの間に対向方向に等しく適用される場合に、該第１のチャンネル中の流体圧力が該第２の圧力中の流体圧力よりも大きいときに比べて、該第２のチャンネル中の流体圧力が該第１のチャンネル中の流体圧力より大きいときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速となるように該第１と第２のチャンネルの間に非対称的な流体の封止を選択的に提供するための、該第１と第２のチャンネルの間に配置されるシール部材を含む請求項２２記載の流体分配システム。
【請求項２４】
第１のプロセス流体供給源、
該第１のプロセス流体供給源と流体連通する第１のブロックであって、該ブロック内に配置される加圧チャンネル、該第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該加圧チャンネルと流体連通する圧力センサー、および第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該第１のプロセス流体供給源への加圧流体の配送の前に、加圧供給源から加圧チャンネルに入る加圧流体の選択された圧力への加圧を容易にするための、該加圧チャンネルと流体連通する複数の弁を含む第１のブロック、および
第１のプロセス供給源と流体連通する第２のブロックであって、該第２のブロック内に配置される配送チャンネルのネットワーク、および該第２のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該第１のプロセス流体供給源および第２の流体供給源の少なくとも１つから配送場所へのプロセス流体の供給を容易にするための、該配送チャンネルのネットワークと流体連通する複数の弁を含む第２のブロック
を備える流体分配システム。
【請求項２５】
一体化された流量計および内部パージシステムであって、
流体供給源から該システムへの流体の入力を選択的に制御するための、該システムの主要流路と流体連通する第１の遮断弁、
該システムから配送場所への流体の出力を選択的に制御するための、該主要流路と流体連通する第２の遮断弁、
流量計であって、
該主要流路と流体連通し、該第１および第２の遮断弁の間に配置されるセンサーであって、該主要流路を通って流れる流体の物理的特性を測定するセンサー、および
該主要流路と流体連通し、第１と第２の遮断弁の間に配置され、該センサーの測定結果に基づいて該主要流路を通って流れる流体の流量を選択的に制御するための制御弁
を備える流量計、並びに
パージ配送ラインであって、
該主要流路と流体連通するパージ入口流路、およびパージ流体供給源から該パージ入口流路へのパージ流体の配送を促進するためのパージ入口ポートであって、該パージ流体入口流路は、該第１の遮断弁と該流量計の間に配置されており、かつ該パージ流体供給源から該パージ入口流路へのパージ流体の流れを選択的に制御するための第３の遮断弁をさらに含むところのもの、および
該主要流路と流体連通するパージ出口流路、および該パージ出口流路からパージ流体収集場所へのパージ流体の配送を容易にするためのパージ出口ポートであって、該パージ出口流路は、該流量計と該第２の遮断弁の間に配置されており、かつ該パージ出口流路からパージ流体収集場所へのパージ流体の流れを選択的に制御する第４の遮断弁をさらに含むとことのもの
を備えるパージ配送ライン
を備える一体化された流量計および内部パージシステム。
【請求項２６】
該主要流路、遮断弁、流量計およびパージ流体配送ラインのそれぞれが１のブロック内に少なくとも部分的に形成されている請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
該主要流路、パージ入口流路およびパージ出口流路が該ブロック内に配置されるチャンネルを備え、そのチャンネルの断面寸法が約２００マイクロメートル以下である請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】
該ブロックが少なくとも部分的にシリコンで形成される請求項２６記載のシステム。
【請求項２９】
該第１、第２、第３および第４の遮断弁のそれぞれが、第２のチャンネルと流体連通する第１のチャンネル、並びに該第１および第２のチャンネル間に配置され、圧力差が該第１と第２のチャンネルの間で対向方向に等しく適用される場合、該第１のチャンネル中の流体の圧力が該第２のチャンネル中の流体の圧力より大きいときに比べて、該第２のチャンネル中の流体の圧力が該第１のチャンネル中の流体の圧力より大きいときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速であるように該第１のチャンネルと該第２のチャンネルの間に非対称な流体の封止を選択的に提供するためのシール部材を含む請求項２６記載のシステム。
【請求項３０】
流体分配システムであって、
プロセス流体を含むプロセス流体供給源、
該流体供給源と流体連通する第１のプロセスブロックであって、
該第１のプロセスブロック内に配置され、加圧流体供給源からの加圧流体を受容するための加圧入口ポートとプロセス流体供給源内に配置されるプロセス流体を加圧するためのプロセス流体供給源への加圧流体の配送を容易にするための加圧出口ポートとの間に延びる加圧供給チャンネル、
該第１のプロセスブロック内に配置され、該プロセス流体供給源からの流体を受容するプロセス入口ポートと該第１のプロセスブロックから第１の配送ラインにプロセス流体を配送するためのプロセス出口ポートとの間に延びるプロセス配送チャンネル、
該第１のプロセスブロック内に配置され、パージ流体供給源からのパージ流体を受容するためのパージ入口ポートとパージ流体収集場所に流体を配送するためのパージ出口ポートの間に延びるパージチャンネル、および
第１のプロセスブロック内に少なくとも部分的に形成される複数の弁
を備える第１のプロセスブロック
を備え、
該加圧供給チャンネル、プロセス配送チャンネルおよびパージチャンネルが互いに流体連通し、少なくとも１つの弁が該第１のプロセスブロック内の他のチャンネルに対してそれぞれのチャンネルの選択的隔離を容易にするためにそれぞれのチャンネルと流体連通する
流体分配システム。
【請求項３１】
２次プロセス流体供給源、
該加圧流体供給源および該２次プロセス流体供給源と流体連通する第２のブロックであって、
該第２のブロック内に配置された加圧チャンネル、該第２のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該加圧チャンネルと流体連通する圧力センサー、および該２次プロセス流体供給源への加圧流体の配送の前に加圧供給源から加圧チャンネルに入る加圧流体の選択された圧力までの加圧を容易にするための、該加圧チャンネルと流体連通する複数の弁
を備える第２のブロック、並びに
第３のブロックであって、該第３のブロック内に配置される配送チャンネルのネットワーク、および該第３のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該配送チャンネルのネットワークと流体連通する複数の弁を含み、該配送チャンネルのネットワークは、該プロセス流体供給源および該２次流体供給源の少なくとも１つから第２の配送ラインへのプロセス流体の供給を容易にするための、プロセス流体供給源および２次プロセス流体供給源のそれぞれと流体連通する第３のブロック
をさらに備える請求項３０記載のシステム。
【請求項３２】
該第２の配送ラインと流体連通する第４のブロックであって、
該第４のブロック内に配置される主要フローチャンネル、
該第４のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該第２の配送ラインから該システムへの流体の入力を選択的に制御するための、該主要フローチャンネルと流体連通する第１の遮断弁、
該第４のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該システムから配送場所への流体の出力を選択的に制御するための、該主要フローチャンネルと流体連通する第２の遮断弁、
流量計であって、
第４のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該主要フローチャンネルと流体連通し、該第１および第２の遮断弁の間に配置されるセンサーであって、該主要流路を通って流れる流体の物理的特性を測定するセンサー、および
第４のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該主要フローチャンネルと流体連通し、該センサーの測定に基づいて該主要フローチャンネルを通って流れる流体の流量を選択的に制御するための、該第１および第２の遮断弁の間に配置される制御弁
を備える流量計、
該第４のブロック内に配置され、該主要流路と流体連通するパージ入口フローチャンネル、および第２のパージ流体供給源から該パージ入口流路へのパージ流体の配送を容易にするためのパージ入口ポートであって、該パージ流体入口フローチャンネルは、第１の遮断弁と該流量計との間に配置されており、かつ該第２のパージ流体供給源から該パージ入口フローチャンネルへのパージ流体の流れを選択的に制御するための第３の遮断弁をさらに含むところのもの、並びに
該第４のブロック内に配置され、該主要流路と流体連通するパージ出口フローチャンネル、および該パージ出口フローチャンネルから第２のパージ流体収集場所へのパージ流体の配送を容易にするためのパージ出口ポートであって、パージ出口フローチャンネルは、該流量計と該第２の遮断弁の間に配置され、該パージ出口フローチャンネルから第２のパージ流体収集場所へのパージ流体の流れを選択的に制御するための第４の遮断弁をさらに含むところのもの
を備える第４のブロックをさらに備える請求項３１記載のシステム。
【請求項３３】
流体の流れ分配システム中で互いに流体連通する第１の弁と第２の弁の間の流体の漏れを減少させる方法であって、それぞれの弁は、第２のチャンネルと流体連通する第１のチャンネル、および該第１のチャンネルと第２のチャンネルの間に配置され、圧力差が該第１と第２のチャンネルの間で対向方向において等しく適用される場合、該第１のチャンネル中の流体圧力が該第２のチャンネル中の流体圧力より大きいときに比べて該第２のチャンネル中の流体圧力が第１のチャンネル内の流体圧力より大きいときに当該シール部材を通る流体漏出速度がより高速であるように該第１と第２のチャンネルの間に非対称の流体の封止を提供するシール部材を含むものであるところの方法であり、
（ａ）該第１の弁の第２のチャンネルが該第１の弁の出口として機能するとき、該第２の弁の該第２のチャンネルが該第２の弁の入口として機能するように、該第１と第２の弁の間に組み合わされた対称的な封止を達成するために該システム中で該第１と第２の弁を配向させる
ことを含む方法。
【請求項３４】
該第１と第２の弁のそれぞれの少なくとも一部が、１のブロック内に形成されており、該ブロック中に配置され、該第１と第２の弁の間に延びる少なくとも１つのチャンネルと流体連通する請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
該第１の弁および第２の弁の一部およびブロックがシリコンで形成される請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
該ブロック内に配置された少なくとも１つのチャンネルの断面寸法が約２００マイクロメートル以下である請求項３４記載のシステム。
【請求項３７】
第１のプロセス流体供給源および第２のプロセス流体供給源の少なくとも１つから第１のブロックおよび第２のブロックを含む分配システムを利用する配送場所に制御された流量でプロセス流体を配送する方法であって、該第１のブロックは、該ブロック内に配置される加圧チャンネルおよび第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、加圧チャンネルと流体連通する圧力センサーを含み、該第２のブロックは、該第２のブロック内に配置される配送チャンネルのネットワークおよび該第２のブロック内に少なくとも部分的に形成され、配送チャンネルのネットワークと流体連通する複数の弁を含むところの方法であり、
（ａ）該第１のブロック、加圧供給源、および第１のプロセス流体供給源の間の流体連通を容易にすること、
（ｂ）該加圧供給源から該第１のブロックの該加圧チャンネルに入る加圧流体を選択された圧力まで加圧すること、
（ｃ）該選択された圧力で加圧流体を該第１のプロセス流体供給源に配送すること、
（ｄ）該第２のブロックと第１および第２の流体供給源のそれぞれと該流体配送場所の間の流体連通を容易にすること、および
（ｅ）該第１のプロセス流体供給源および該第２の流体供給源の少なくとも１つから該配送場所にプロセス流体を供給するために開いた位置と閉じた位置の間で該第２のブロックの弁の少なくとも１つを操作すること
を含む方法。
【請求項３８】
該第１と第２のブロックのそれぞれ内のチャンネルが約２００マイクロメートル以下である請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
該第１と第２のブロックおよび第１と第２のブロックのそれぞれの弁が少なくとも部分的にシリコンで形成されている請求項３７記載の方法。
【請求項４０】
該第２のブロックが、第１のプロセス流体供給源の１つから配送場所への、第２のプロセス流体供給源の１つから配送場所への、第２のプロセス流体供給源の１つから第１のプロセス流体供給源への、およびそれらの組み合わせのプロセス流体の選択的配送を容易にするように独立に操作される第１、第２および第３の遮断弁を含む請求項３７記載の方法。
【請求項４１】
該第１、第２および第３の遮断弁を、さらに、該第２のブロックから配送場所への流体の配送を防止しながら、該第２のプロセス流体供給源から該第１のプロセス流体供給源へのプロセス流体の配送を容易にするように独立に操作する請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
該第１、第２および第３の遮断弁のそれぞれが、第２のチャンネルと流体連通する第１のチャンネル、および該第１および第２のチャンネルの間に配置され、圧力差が該第１と第２のチャンネルの間で対向方向において等しく適用される場合、該第１のチャンネル内の流体圧力が該第２のチャンネル内の流体圧力より大きいときに比べて、該第２のチャンネル内の流体圧力が該第１のチャンネル内の流体圧力より大きいときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速であるように該第１と第２のチャンネルの間に非対称的な流体のシールを選択的に提供するためのシール部材を含む請求項４０記載の方法。
【請求項４３】
組み合わされた流量計および内部パージシステムを操作する方法であって、該システムは主要流路、該主要流路と流体連通する第１の遮断弁、該主要流路と流体連通する第２の遮断弁、該第１と第２の遮断弁の間に配置され、該主要流路と流体連通するセンサーと制御弁を含む流量計、並びに該主要流路と流体連通するパージ入口流路と、パージ入口ポートと、該主要流路と流体連通するパージ出口流路と、パージ出口ポートとを含むパージ配送ラインを含み、該パージ流体入口流路は第３の遮断弁を含み、該第１の遮断弁と該流量計の間に配置され、該パージ出口流路は第４の遮断弁を含み、該流量計と該第２の遮断弁との間に配置されているところの方法であり、
（ａ）該主要流路とプロセス流体供給源との間の流体連通を容易にすること、
（ｂ）該第３と第４の遮断弁が閉じられている間、プロセス流体供給源から主要流路を通るプロセス流体の流れを容易にするために該第１と第２の遮断弁を開くこと、
（ｃ）該センサーにより該主要流路を通るプロセス流体の流れの物理的特性を測定し、測定された物理的特性に基づいてプロセス流体の流量を制御するために該制御弁を操作すること、
（ｄ）該主要流路を通るプロセス流体の流れをふさぐために該第１と第２の遮断弁を選択的に閉じること、
（ｅ）該パージ入口ポートおよびパージ流体供給源と該パージ出口ポートおよびパージ流体収集源との間の流体連通を容易にすること、および
（ｆ）該第１と第２の遮断弁を閉じながら、該パージ流体収集源から、該パージ流体入口流路、該主要流路および該パージ流体出口流路を通ってパージ流体収集場所に至るパージ流体の流れを容易にするために該第３と第４の遮断弁を開くこと
を含む方法。
【請求項４４】
該主要流路、遮断弁、流量計およびパージ流体配送ラインのそれぞれが少なくとも部分的に、ブロック内に形成される請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
該主要流路、パージ入口流路およびパージ出口流路がブロック内に配置されたチャンネルを含み、該チャンネルの断面寸法が約２００マイクロメートル以下である請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
該ブロックが少なくとも部分的にシリコンで形成されている請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
該第１、第２、第３および第４の遮断弁のそれぞれが、第２のチャンネルと流体連通する第１のチャンネル、および該第１と第２のチャンネルの間に配置され、圧力差が該第１と第２のチャンネルの間で対向方向に等しく適用されるときには、該第１のチャンネル内の流体圧力が該第２のチャンネル内の流体圧力より大きいときに比べて該第２のチャンネル内の流体圧力が該第１のチャンネル内の流体圧力より大きいときに当該シール部材を通る流体の漏出速度がより高速であるように該第１と第２のチャンネルとの間に非対称的な流体の封止を選択的に提供するシール部材を含む請求項４４記載の方法。
【請求項４８】
貯蔵位置から配送場所にプロセス流体を配送する方法であって、
（ａ）流体供給源と流体連通する第１のプロセスブロックであって、該第１のプロセスブロック内に配置され、加圧入口ポートと加圧出口ポートとの間に延びる加圧供給チャンネル、第１のプロセスブロック内に配置され、プロセス入口ポートとプロセス出口ポートとの間に延びるプロセス配送チャンネル、該第１のプロセスブロック内に配置され、パージ入口ポートとパージ出口ポートとの間に延びるパージチャンネル、および該第１のプロセスブロック内に少なくとも部分的に形成される複数の弁を含む第１のプロセスブロックを提供し、ここで該加圧供給チャンネル、該プロセス配送チャンネルおよび該パージチャンネルはすべて互いに流体連通し、少なくとも１つの弁がそれぞれのチャンネルと流体連通し、それに付設されており、
（ｂ）該加圧入口ポートと加圧流体供給源との間、および該加圧出口ポートとプロセス流体供給源との間の流体連通を促進し、
（ｃ）該加圧流体供給源から該加圧供給チャンネルを通って該プロセス流体供給源中に加圧流体を流すことにより該プロセス流体供給源内にあるプロセス流体を加圧し、
（ｄ）該プロセス入口ポートとプロセス流体供給源の間、および該プロセス出口ポートと第１の配送ラインの間の流体連通を促進し、
（ｅ）該プロセス流体供給源からプロセス配送チャンネルを通って第１の配送ラインにプロセス流体を流し、
（ｆ）該パージ入口ポートとパージ流体供給源との間、および該パージ出口ポートとパージ流体収集場所との間の流体連通を促進し、および
（ｇ）該加圧供給チャンネル、該プロセス配送チャンネルおよび該パージチャンネルの少なくとも１つを他のチャンネルから選択的に隔離するようにそれぞれのチャンネルに付設された少なくとも１つの弁を操作する
ことを含む方法。
【請求項４９】
操作工程（ｆ）が、該プロセス出口ポート近くに配置される少なくとも１つの弁および該加圧入口ポート近くの少なくとも１つの他の弁を閉じること、該パージ流体供給源からパージチャンネルおよびプロセス配送チャンネルの少なくとも一部を通してパージ収集場所に至るパージ流体の流れを促進するようにパージ入口ポート近くに配置される少なくとも１つの弁を開くことを含む請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
（ｈ）２次プロセス流体供給源を提供し、
（ｉ）該加圧流体供給源および該２次プロセス流体供給源と流体連通する第２のブロックであって、該第２のブロック内に配置される加圧チャンネル、該第２のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該加圧チャンネルと流体連通する圧力センサー、および該第２のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該加圧チャンネルと流体連通する複数の弁を含むところの第２のブロックを提供し、
（ｊ）該加圧供給源から該加圧チャンネルに入る加圧流体を選択された圧力に加圧し、
（ｋ）該選択された圧力で該２次プロセス流体供給源に加圧流体を配送すること、
（ｌ）第３のブロックであって、該第３のブロック内に配置される配送チャンネルのネットワーク、および該第３のブロック内に少なくとも部分的に形成され、配送チャンネルのネットワークと流体連通する複数の弁を含み、該配送チャンネルのネットワークは、プロセス流体供給源および２次プロセス流体供給源のそれぞれと流体連通するところの第３のブロックを提供し、
（ｍ）該流体供給源および該２次流体供給源の少なくとも１つから該第３のブロックを介してプロセス流体を第２の配送ラインに供給する
ことをさらに含む請求項４８記載の方法。
【請求項５１】
（ｎ）第４のブロックであって、該第４のブロック内に配置され、該第２の配送ラインと流体連通する主要フローチャンネル、該第４のブロック内に少なくとも部分的に形成され該主要フローチャンネルと流体連通する第１の遮断弁、該第４のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該主要フローチャンネルと流体連通する第２の遮断弁、センサーと制御弁を含む流量計、該主要フローチャンネルと流体連通するパージ入口フローチャンネルと、パージ入口ポートと、該主要フローチャンネル流体連通するパージ出口フローチャンネルと、パージ出口ポートとを含むパージ配送ラインを備え、該パージ流体入口フローチャンネルが第３の遮断弁を含み、かつ第１の遮断弁と流量計との間に配置されており、該パージ出口フローチャンネルが第４の遮断弁を含み、かつ該流量計と該第２の遮断弁との間に配置されているところの第４のブロックを提供し、
（ｏ）該第３と第４の遮断弁が閉じられている間、該第２の配送ラインから該主要フローチャンネルを通るプロセス流体の流れを容易にするために該第１と第２の遮断弁を開き、
（ｐ）該センサーにより該主要フローチャンネルを通って流れるプロセス流体の物理的特性を測定し、測定された物理的特性に基づいてプロセス流体の流速を制御するように該制御弁を操作し、
（ｑ）該主要フローチャンネルを通るプロセス流体の流れを防ぐために該第１および第２の遮断弁を選択的に閉じ、
（ｒ）該パージ入口ポートおよびパージ流体供給源と、該パージ出口ポートおよびパージ流体収集源との間の流体連通を促進させ、および
（ｓ）該第１と第２の遮断弁が閉じられている間、該パージ流体収集源から該パージ流体入口フローチャンネル、該主要フローチャンネルおよび該パージ流体出口チャンネルを通ってパージ流体収集場所に至るパージ流体の流れを促進するために、該第３および第４の遮断弁を開放する
ことをさらに含む請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
半導体加工ツール、
第１のブロックであって、該第１のブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネル、および該第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する少なくとも１つの弁を含む第１のブロック、
第２のブロックであって、該第２のブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネル、および該第２のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する少なくとも１つの弁を含む第２のブロック
を含む半導体加工流体分配システムであって、
該第１と第２のブロックは該半導体加工ツールにプロセス流体を供給するものである
システム。
【請求項５３】
該第１と第２のブロックが少なくともシリコンで形成される請求項５２記載のシステム。
【請求項５４】
該第１と第２のブロックのチャンネルが約２００マイクロメートル以下の断面寸法を有する請求項５２記載のシステム。
【請求項５５】
プロセス流体を含むプロセス流体供給源をさらに備え、
該第１のブロックの少なくとも１つのチャンネルが、該プロセス流体供給源内にあるプロセス流体を加圧すべく該加圧流体供給源から該第１のブロックの該少なくとも１つのチャンネルを通って該プロセス流体供給源に至る加圧流体の流れを容易にするためにプロセス流体供給源および加圧流体供給源と流体連通する請求項５２記載のシステム。
【請求項５６】
該第１のブロックの該少なくとも１つのチャンネルが、さらに、該パージ流体供給源から該第１のブロックの該少なくとも１つのチャンネルを通してパージ流体を流すことにより、該第１のブロックの該少なくとも１つのチャンネルの選択的洗浄を容易にするように該パージ流体供給源と流体連通する請求項５５記載のシステム。
【請求項５７】
２次プロセス流体供給源をさらに含み、
該第２のブロックの該少なくとも１つのチャンネルが、該２次プロセス流体供給源と流体連通し、該半導体加工ツールにプロセス流体を供給する請求項５５記載のシステム。
【請求項５８】
該第２のブロックの該少なくとも１つのチャンネルが、さらに、該第１のブロックの少なくとも１つのチャンネルと流体連通し、該第２のブロックの少なくとも１つの弁が、該プロセス流体供給源および該２次プロセス流体供給源の一方または両方から該半導体加工ツールへのプロセス流体の流れを選択的に制御するように調節可能である請求項５７記載のシステム。
【請求項５９】
第３のブロックであって、該第３のブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネル、および該第３のブロック中に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する少なくとも１つの弁を含む第３のブロックをさらに備え、
該第３のブロックの該少なくとも１つのチャンネルが該２次プロセス流体供給源内にあるプロセス流体を加圧するために該加圧流体供給源から該第３のブロックの少なくとも１つのチャンネルを通して該２次プロセス流体供給源に至る加圧流体の流れを容易にするために該加圧流体供給源および該２次プロセス流体供給源と流体連通する請求項５７記載のシステム。
【請求項６０】
プロセス流体供給源をさらに含み、
該第１のブロックの該少なくとも１つのチャンネルが該プロセス流体供給源からのプロセス流体を受容し、該第１のブロックが、圧力センサーおよび該第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、第１のブロックの少なくとも１つのチャンネルと流体連通する制御弁を備える流量計をさらに含み、該流量計が半導体加工ツールへのプロセス流体の流量を選択的に制御する請求項５２記載のシステム。
【請求項６１】
該第１のブロックの少なくとも１つのチャンネルが、該圧力センサーと該制御弁の上流に配置される入口パージチャンネル、および該圧力センサーと該制御弁の下流に配置される出口パージチャンネルを含み、該入口パージチャンネルが、該パージ流体供給源から該入口パージチャンネルと出口パージチャンネルとの間の少なくとも１つのチャンネルを通してパージ流体の配送を容易にするようにパージ流体供給源と流体連通する請求項６０記載のシステム。
【請求項６２】
半導体加工ツール、および
１のブロックであって、該ブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネル、および該ブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する複数の弁を含むブロック
を備え、該少なくとも１つのチャンネルが、
加圧流体供給源からプロセス流体供給源に加圧流体を配送するための加圧供給流路と、
パージ流体供給源から少なくとも１つのチャンネルの一部を通してパージ流体を配送するためのパージ流路と
を含み、
該ブロックが該プロセス流体供給源に由来するプロセス流体を該半導体加工ツールに供給する半導体加工流体分配システム。
【請求項６３】
半導体加工ツール、および
少なくとも１つのブロックであって、該ブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネル、および該少なくとも１つのブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する複数の弁を含むところの少なくとも１つのブロック
を備え、該少なくとも１つのチャンネルが
加圧流体供給源から第１プロセス流体供給源に加圧流体を配送するための加圧供給流路と、
該第１のプロセス流体供給源と該第２のプロセス流体供給源の少なくとも一方から該半導体加工ツールにプロセス流体を選択的に配送するためのプロセス流体配送流路と
を含む半導体加工流体分配システム。
【請求項６４】
半導体加工ツール、および
１のブロックであって、該ブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネル、ならびに圧力センサーと、該ブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する制御弁とを備える流量計を含み、該少なくとも１つのチャンネルは、該圧力センサーと該制御弁の上流に配置される入口パージチャンネルおよび該圧力センサーと該制御弁の下流に配置される出口パージチャンネルを含み、該入口パージチャンネルは、パージ流体供給源から該入口パージチャンネルと該出口パージチャンネルとの間の少なくとも１つのチャンネルを通るパージ流体の配送を容易にするためにパージ流体供給源と流体連通しているところのブロック
を備え、
該少なくとも１つのチャンネルは、該プロセス流体供給源からのプロセス流体を受容し、該流量計は、該半導体加工ツールへの配送のためのプロセス流体の流量を選択的に制御する半導体加工流体分配システム。
【請求項６５】
半導体加工ツールにプロセス流体を提供する方法であって、
（ａ）第１のブロックであって、該第１のブロック内に形成された少なくとも１つのチャンネルおよび該第１のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する少なくとも１つの弁を含み、該半導体加工ツールにプロセス流体を配送するように構成された第１のブロックを提供し、
（ｂ）第２のブロックであって、該第２のブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネルおよび該第２のブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する少なくとも１つの弁を含み、該半導体加工ツールへのプロセス流体の配送のために構成された第２のブロックを提供し、
（ｃ）該第１と第２のブロックの少なくとも１つからのプロセス流体を半導体加工ツールに供給する
ことを包含する流体分配システムを含む方法。
【請求項６６】
半導体加工ツールにプロセス流体を提供する方法であって、
（ａ）１のブロックであって、該ブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネルおよび該ブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する複数の弁を含むブロックを提供し、
（ｂ）該少なくとも１つのチャンネルの加圧流路を介して加圧流体供給源からプロセス流体供給源に加圧流体を配送することによりプロセス流体供給源内にあるプロセス流体を加圧し、
（ｃ）該少なくとも１つのチャンネルのパージ流路を介してパージ流体供給源から該少なくとも１つのチャンネルの一部を通してパージ流体を配送することにより該少なくとも１つのチャンネルの一部をパージし、および
（ｄ）該ブロックを介して該プロセス流体供給源から由来するプロセス流体を該半導体加工ツールに供給する
ことを包含する流体分配システムを含む方法。
【請求項６７】
半導体加工ツールにプロセス流体を提供する方法であって、
（ａ）少なくとも１つのブロックであって、該少なくとも１つのブロック内に形成された少なくとも１つのチャンネルおよび該少なくとも１つのブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する複数の弁を含む少なくとも１つのブロックを提供し、
（ｂ）該少なくとも１つのチャンネルの加圧流路を介して、加圧流体供給源から第１のプロセス流体供給源に加圧流体を配送することにより第１のプロセス流体供給源内にあるプロセス流体を加圧すること、
（ｃ）該第１のプロセス流体供給源および第２のプロセス流体供給源の少なくとも一方から該少なくとも１つのチャンネルのプロセス流体配送流路を介してプロセス流体を該半導体加工ツールに選択的に配送する
ことを包含する流体分配システムを含む方法。
【請求項６８】
半導体加工ツールにプロセス流体を提供する方法であって、
（ａ）１のブロックであって、該ブロック内に形成される少なくとも１つのチャンネル、および圧力センサーと該ブロック内に少なくとも部分的に形成され、該少なくとも１つのチャンネルと流体連通する制御弁とを備える流量計を含み、該少なくとも１つのチャンネルは、該圧力センサーと該制御弁の上流に配置される入口パージチャンネルおよび該圧力センサーと該制御弁の下流に配置される出口パージチャンネルを含むところのブロックを提供し、
（ｂ）プロセス流体供給源から該少なくとも１つのチャンネル中にプロセス流体を受容すること、
（ｃ）該流量計を介して、該半導体加工ツールへの配送のための該少なくとも１つのチャンネル内を流れる加工流体の流量を制御し、
（ｄ）システム操作の間の選択された時間に、該入口パージチャンネルと該出口パージチャンネルとの間の少なくとも１つのチャンネルを通してパージ流体供給源から供給されるパージ流体を流す
ことを包含する流体分配システムを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
本発明は、小型化された薬品配送システムに関する。特に、本発明は、製造プロセスまたは他のプロセスに高純度化学物質を配送するためのマイクロ電気機械システムに関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
マイクロ電気機械システム、すなわちＭＥＭＳは、さまざまの用途で用いられる小型化されたシステムである。特に、流体用ＭＥＭＳは、多数の用途のためにガス状および／または液体状流体媒体を輸送および分配するために用いられる。流体用ＭＥＭＳは、ミクロンまたはさらにはナノメートル台の大きさのマイクロチャンネルを含む小型化された弁、ノズル、ポンプ、オリフィス、センサー（例えば、圧力および／または温度）、レザーバなどを含むさまざまの異なる構成要素を含む。それらのＭＥＭＳ構成要素は、典型的には、バルクのまたは表面のマイクロ機械加工、高アスペクト比マイクロ機械加工（ＨＡＲＭ）、およびＬＩＧＡ（リトグラフィー／ガルバノフォルムンク／アプフォルムンク、すなわち、リソグラフィー／電気めっき／成形のドイツ式プロセスを称する）のような通常の製造技術の１つまたは組み合わせを利用して製造される。
【０００３】
現在までの流体用ＭＥＭＳの最も進歩した実施形態は、インクジェットプリンターヘッドおよび生物学的および化学的分析システムのために利用されるマイクロセンサーにおけるものである。流体用ＭＥＭＳの用途は、半導体製造および加工用途のための高純度ガスおよび高純度液体の配送および分配システムのような他の流体分配システムにおいて極めて望まれるものである。
【０００４】
広範な水溶液および有機溶媒溶液を含む多数の異なる高純度液体化学物質が、半導体における薄膜の成長および光学機器製造のための化学的前駆体（例えば、イソプロパノール、オクタン、テトラヒドロフラン、トルエンなどのような溶媒中の有機金属化合物）ならびに化学的、生物学的および製薬学的合成および分析における反応物、担体および／または分析物のようなさまざまの製造プロセスのために利用される。それらの化学物質の多くは、システムの分配ライン中で容易に汚染され得るものであり（例えば、空気、粒子物体、湿分などへの暴露により）、製造収率の減少または分配ラインの中に埋め込まれ得るかさらに、分配ラインを詰まらせ得る固体の形成をもたらし得る。例えば、半導体製造においては、多くの有機金属前駆体化学物質が酸素および湿分と反応し、分配ラインを汚染する固体堆積物を産生する。加えて、分配ラインで利用される化学物質の多くは、毒性であり、および／または火災の危険または爆発の危険の問題を提起する。それゆえ、分配ラインの供給容器または供給区分がシステムの他の部分から遮断されている長い非運転期間の間、分配ラインは、しばしば、中にある残留化学物質についてラインをパージするために、および周囲空気または他の汚染物質の侵入に由来する周囲雰囲気および分配ラインの内部への化学物質の漏れを防止するために、不活性ガス、真空および／または液体溶媒に供される必要が存在する。
【０００５】
高純度配送システム中の化学物質の配送は、加圧、ポンプ輸送、および／または重力を利用して達成され得る。ヘリウムのような不活性ガスは、分配ラインならびに分配ラインに化学物質を供給するための化学物質貯蔵源内の化学物質を加圧するために利用される。配送システムを通る１以上の化学物質の連続配送を提供するために、しばしば、分配ラインと直列または並列で２以上の容器が備えられる。１つの容器が空であるとき、もう１つの容器は、空の容器が再充填される間、化学物質の供給を連続させるようにオンラインで用いられる。
【０００６】
上記のもののような高純度化学物質分配システムのための流体用ＭＥＭＳを提供することは極めて望ましいけれども、そのような分配システムのために利用される容易に入手可能で非常に一般的に用いられる装備は、スワゲロック（オハイオ州、ソロン、たとえばＮＵＰＲＯ（登録商標）製品）およびＭＫＳインストルメンツ，Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州、アンドーバー）から市販されている弁、ＶＣＲ、圧縮物、加熱処理物（ｆｌａｒｅｄ）、およびねじつきパイプ製品のような通常の高純度弁およびパイプ取り付け製品である。通常の高純度流体用構成要素は、適切な数の構成要素が必要であり、より大きな化学物質流および／または圧力が必要とされるとき、多くの用途にとって適切である。しかしながら、システムのサイズが問題となるとき、特に、例えば、分あたり２０立方センチメートル（ｃｃｍ）以下のような極めて少ない体積流を取り扱うとき、そのような通常の構成要素は、あまり好ましくない。構成要素（例えば、弁、センサー、マスフローコントローラなど）の数が増加するとき、通常の電子部品制御ブロック（典型的には通常のプログラマブルコントローラー（programmable logic controller）により制御される）はいうまでもなく、複雑な化学物質分配システムへの通常のコネクタおよびチューブの一体化は、面倒になり、非常に高価となり、そしてシステムを収納するための付加的な床空間を必要とするようになる。さらに、それらの分配システムは操作し、制御するのに困難である。というのは、ほとんどの個別の構成要素は、専用の制御ライン（電気的または空気式）を必要とし、増加するシステム体積およびシステム内の分配ラインの清浄化、パージおよび排気に関連する増加する困難のために汚染しやすくなるからである。
【０００７】
高純度システムへのＭＥＭＳの利用は、従来の非ＭＥＭＳ構成要素を利用する複雑な流体配送システムのかさ高さ、汚染の問題、増加する経費および過剰なサイズに関連する問題の多くを消去するであろう。しかしながら、ＭＥＭＳを用いることに関連する利点にもかかわらず、ＭＥＭＳ構成要素に関連するある種の問題のために高純度化学物質分配システムでＭＥＭＳを利用することには抵抗感が存在してきた。特に、いずれかの流体分配システム設計における重要な構成要素であるＭＥＭＳ遮断弁は、現在のところ、複雑な分配システムにとってそのような弁を有用にする十分なシーリング特性を有さない。
【０００８】
現在存在する最も信頼性が高く、きわめて高性能のＭＥＭＳ遮断弁の１つは、片持ち張りタイプの弁であり、その１例は、レッドウッド・マイクロシステムズ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州、メンロパーク）から市販されているＭＥＭＳ−フロー（登録商標）ウルトラクリーン遮断弁である。レッドウッド・マイクロシステムズ，Ｉｎｃ．のＭＥＭＳ−フロー（登録商標）弁の詳細な開示は、米国特許第５，８６５，４１７号において開示されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。特に、この片持ち張りタイプの弁は、ダイまたはブロック上でマイクロ機械加工プロセスにより形成され、ブロック内に配置された片持ち張りされた弁要素および入力および出力チャンネルを含む。普通に閉じた位置で、弁の入力チャンネルから出力チャンネルへの方向で流体連通することを防止するために片持ち張りされた弁要素は、弁内で出口ポートを遮蔽する。弁要素は、膜内の流体を加熱するエネルギー入力に応答して曲がる流体で満たされた膜により動かされ、出口ポートを遮蔽しないように、かつ、流体を弁を通して流れさせるように弁要素をそのシーリング係合から離れさせる。
【０００９】
ＭＥＭＳ遮断弁のための片持ち張りタイプの設計に関連する問題は、それらが非対称的なシーリング特性を有しているということである。特にそれらのタイプの遮断弁は、「方向性があり」、弁を通しての圧力差の方向に依存して異なる漏出速度を有する。通常の閉じた位置において（すなわち、片持ち張り弁要素は出口ポートを遮蔽する）、弁シールを越えての漏出は、弁の前方流（すなわち、入口チャンネルから出口チャンネル）配向に対する逆流（すなわち、出口チャンネルから入口チャンネル）配向において適用される同じ圧力差について異なる。
【００１０】
対照的に、スワゲロックシリーズの隔壁遮断弁のような通常の遮断弁は、システム操作の間の正と負の圧力差の展開のために弁の漏出に対してあまり影響を受けない。半導体電子機器製造装置において用いられる遮断弁のための典型的なシーリングの要求事項は、約１×１０-9Ａｔｍ（Ｈｅにより測定された）×秒あたりの標準立法センチメートル（すなわち、Ａｔｍ（Ｈｅ）＊ｓｃｃ／ｓｅｃ）以下の漏出速度である。特に、負の圧力差が弁を通して２０ｐｓｉ（１．３６Ａｔｍ）以上に近づくとき、片持ち張りタイプの遮断弁の仕様は、はるかに大きな漏出速度を生み出し得る。
【００１１】
さらに、単一のダイへのあまりに多くのＭＥＭＳ構成要素の一体化は、分配システムの信頼性および柔軟性を損なう結果をもたらし得るものであり、その場合、望ましからぬ相互作用または干渉がダイに関連する異なるセンサーまたはアクチュエータの間で起こり得る。
【００１２】
加えて、ＭＥＭＳ構成要素への共通タイプの流体コントローラのスケーリングは、問題を提起し得る。例えば、通常のＭＥＭＳマスフローコントローラの使用は、しばしば、信頼性に欠けるようになり、特にマスフローコントローラの使用の間に起こり得るマイクロチャンネルまたはオリフィスの部分的なまたは完全な詰まりのために高純度化学物質分配用途において品質の問題を提起する。しばしば、そのような詰まりと汚染の問題は、マスフローコントローラの操作がある程度の時間停止するときに起こり、システムブロック中の化学流体の残留とよどみをもたらす。ＭＥＭＳマイクロチャンネルの極度に小さな内部寸法および内部体積のために、よどんだ化学物質によるチャンネルの詰まり（例えば、化学物質中の粒子、化学物質の沈殿などによる）は、単にフローコントローラブロックを通る流れの短い遮断によっても起こり得る。詰まりの問題は、ＭＥＭＳ構成要素の寸法を大きくすることにより小さくされ得る。しかしながら、ＭＥＭＳシステムのサイズを大きくすることは、ＭＥＭＳ技術を利用することに関連する利点を無くしてしまう。
【００１３】
したがって、複雑で小型化された高純度流体分配システムにＭＥＭＳ弁および他のＭＥＭＳ構成要素を一体化することは、困難であり、特定の化学物質の流れの形態を作るために従来の非ＭＥＭＳ構成要素を互いに組み合わせることほど単純ではない。
【００１４】
本発明の目的および概要
したがって、本発明の目的は、ＭＥＭＳ構成要素を用い、適切な弁シーリング特性を有する化学物質分配システムを提供することである。
【００１５】
本発明のもう１つの目的は、ＭＥＭＳ構成要素を用い、高度の信頼性と優れた性能を有する化学物質分配システムを提供することである。
【００１６】
本発明の更なる目的は、互いに流体連通する複数のシステムブロックに配置されるＭＥＭＳ構成要素を用いる複合高純度化学物質分配システムを提供することである。
【００１７】
前述の目的は個別におよび／または組み合わせて達成され、本発明は、特許請求の範囲により特別に要求されない限り、２以上の目的が組み合わせられることを要求するものと解釈されるようには意図されていない。
【００１８】
本発明によれば、流体分配システムは、第１の弁および第２の弁を含む。第１の弁と第２の弁のそれぞれは、第２のチャンネルと流体連通する第１のチャンネル、および第１のチャンネルと第２のチャンネルとの間に配置されたシール部材であって、圧力差が第１のチャンネルと第２のチャンネルとの間で対向方向において等しく適用される場合に、第１のチャンネルにおける流体圧力が第２のチャンネルにおける流体圧力より大きいときと比べて第２のチャンネル内の流体圧力が第１のチャンネルの流体圧力より大きいときにシール部材を通る流体の漏出速度がより高速であるように第１のチャンネルと第２のチャンネルの間の非対称な流体用シールを選択的に提供するためのシール部材を含む。第１の弁と第２の弁は、第１の弁の第２のチャンネルが第１の弁の出口として機能するとき第２の弁の第２のチャンネルが第２の弁の入口として機能するように互いに対して対向する配向（orientations）でシステム中に組み込まれる。好ましくは、第１の弁と第２の弁のそれぞれの少なくとも一部は、ブロック内に形成され、このブロック中に配置され、第１の弁と第２の弁の間に延びる少なくとも１つのチャンネルと流体連通する。したがって、システムは、２つの弁にわたる対称的なシールを行わせる組み合わされたまたは２重のＭＥＭＳ弁の組み合わせを提供する。
【００１９】
本発明のもう１つの側面において、流体分配システムは、流体供給源、ブロックであって、そのブロック内に配置された少なくとも１つの流体分配チャンネルを含むブロック、少なくとも１つの流体分配チャンネルを介してブロックの入口ポートから出口ポートへの第１の方向で流体を受容し、配送するための、流体供給源と流体連通する入口ポート、および少なくとも部分的にブロック内に形成され、少なくとも１つの流体分配チャンネルと流体連通する弁を含む。弁は、さらに、シール部材であって、圧力差が第１の方向において、そして第１の方向と反対の第２の方向において弁に対して等しく適用された場合、流体が第２の方向に流れるときに比べて流体が第１の方向に流れるときに、シール部材をよぎる（across）流体の漏出速度がより高速であるように非対称な流体シールを選択的に提供するシール部材を含む。
【００２０】
本発明のさらにもう１つの側面において、流体分配システムは、第１のブロックであって、第１のブロック内に配置された加圧チャンネルを有する第１のブロック、少なくとも部分的に第１のブロック内に形成され、加圧チャンネルと流体連通する圧力センサー、少なくとも部分的に第１のブロック内に形成され、第１のプロセス流体供給源に加圧流体を配送する前に選択された圧力まで加圧供給源から加圧チャンネルに入る加圧流体の加圧を促進するための、加圧チャンネルと流体連通する複数の弁を含む。システムはさらに、第２のブロックであって、第２のブロック内に配置された配送チャンネルのネットワークを有する第２のブロック、および少なくとも部分的に第２のブロック内に形成され、第１のプロセス流体供給源および第２の流体供給源の少なくとも一方から配送場所へのプロセス流体の供給を促進するための、配送チャンネルのネットワークと流体連通する複数の弁を含む。
【００２１】
本発明の更なる側面において、一体化された流量計および内部パージシステムは、流体供給源からシステムへの流体の入力を選択的に制御するための、システムの主要流路と流体連通する第１の遮断弁、システムから配送場所への流体の出力を選択的に制御するための、主要流路と流体連通する第２の遮断弁、および流量計を含む。流量計は、主要流路と流体連通し、第１と第２の遮断弁の間に配置されるセンサー、および主要流路と流体連通し、第１と第２の遮断弁の間に配置される制御弁を含む。センサーは、主要流路を通る流体流の物理的特性を測定し、制御弁は、センサーの測定に基づいて、主要流路を通る流体流の流量を選択的に制御する。
【００２２】
システムは、さらに、主要流路と流体連通するパージ入口流路を有するパージ配送ライン、およびパージ流体供給源からパージ入口流路へのパージ流体の配送を促進するためのパージ入口ポートを含む。パージ流体入口流路は、第１の遮断弁と流量計の間に配置され、さらにパージ流体供給源からパージ入口流路へのパージ流体の流れを選択的に制御するための第３の遮断弁を含む。パージ出口流路は、パージ出口流路からパージ流体収集場所へのパージ流体の配送を促進するように主要流路とパージ出口ポートと流体連通している。パージ出口流路は、流量計と第２の遮断弁との間に配置され、パージ出口流路からパージ流体収集場所へのパージ流体の流れを選択的に制御するための第４の遮断弁をさらに含む。主要流路、遮断弁、流量計およびパージ流体配送ラインのそれぞれは、ＭＥＭＳシステムを作るようにブロック内に少なくとも部分的に形成され得る。
【００２３】
本発明の上記のおよび更なる目的、特徴および利点は、特にさまざまの図の中の同様の参照番号が同様の部分を示すように利用される添付の図面とあわせて理解されるとき、その具体的な態様の以下の詳細な説明の考察を基に明らかになるであろう。
【００２４】
好ましい態様の詳細な説明
液体および／またはガス流を、該流れの高レベルの純度を維持しながら、配送場所に配送することが可能である高純度流体マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）が記述される。ＭＥＭＳは、１以上のダイまたはブロック上に配置される弁、センサー（例えば、圧力、温度、流れ、電気、音響、光など）、オリフィス、ポンプ、ミキサー、レザーバなどのようなさまざまの小型化された流体処理構成要素を含む。ＭＥＭＳ構成要素のそれぞれは、いずれか従来の、市販されているかまたは他の適切なタイプのものであり得る。市販のＭＥＭＳ構成要素（例えば、弁、圧力／温度センサー、マスフローコントローラなど）の製造者の例には、レッドウッド・マイクロシステムズ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州、メンロパーク）、アナログ・デバイスＩｎｃ．（マサチューセッツ州、ノーウッド）およびＩＣメカニックス，Ｉｎｃ．（ペンシルバニア州、ピッツバーグ）がある。
【００２５】
典型的には、ＭＥＭＳ構成要素は、限定ではないが、リソグラフィー、エッチング、ウエット異方性エッチング、電気めっき、マイクロ機械加工（例えば、バルクマイクロ機械加工、表面マイクロ機械加工、および高アスペクト比マイクロ機械加工、すなわちＨＡＲＭ）、およびそれらの組み合わせ（例えば、ＬＩＧＡすなわちリソグラフィー、電気めっき、および型成形）を含むＭＥＭＳ製造技術のいずれか１つまたは組み合わせを利用する１以上のダイまたはブロック上に形成される。それらの技術は、小型化されたＭＥＭＳ構成要素を形成するようにダイまたはブロック上にミクロンのオーダーで薄層を形成することを容易にする。いずれか１つまたは複数の（すなわち、２以上の）ＭＥＭＳ構成要素は、単一ブロック上に形成され得る。ダイまたはブロックは、単純に、特定のＭＥＭＳ構成要素のチャンネルおよび／または部分の形成（例えば、すでに記載されたプロセスのいずれかによる）を容易にするのに十分な厚さの適切な基板である。ダイまたはブロックおよび構成要素を形成するいずれか他の部分を含む本明細書に記載されたＭＥＭＳ構成要素は、限定ではないが、ステンレス鋼のような金属、シリコン、ポリマー、パイレックス（登録商標）、アルミナ、セラミックス、およびそれらのいずれか選択された組み合わせを含むいずれか適切な材料で構築され得る。特に、ブロック上に設けられている２以上のＭＥＭＳ構成要素（例えば、弁およびセンサー）は、ブロック内に配置された少なくとも１つのマイクロチャンネルを介して互いに流体連通している。
【００２６】
ＭＥＭＳ構成要素のいずれかの組み合わせを含む単一ブロックまたは２以上のブロックの組み合わせは、複雑なＭＥＭＳ流体分配システムを提供するように流体接続され得る。ＭＥＭＳ構成要素は、機能的または幾何学的デザインによりブロックを組織化するように別々のブロックに統合され得る。例えば、別々のＭＥＭＳブロックは、供給タンクから配送された流体の加圧、システム中の溶媒のフラッシング、排気および廃棄物の取り扱い、正確な圧力と流れの制御の提供（例えば、マスフローコントローラＭＥＭＳブロック）などのような機能について設計され得る。代わりに、異なる機能グループの中に配置されたいずれか適切な数のＭＥＭＳ構成要素が単一のブロック上に配置され得る。さらに、通常の弁、流体ラインおよび／または他の構成要素は、システムの要求に応じて１以上のＭＥＭＳブロックと流体連通し得る。複数のブロックは、互いに、および／または通常の高純度ライン（例えば、金属および／またはプラスチック）および通常の接続法（例えば、Ｏリングまたはガスケット、ＰＶＣ、フレアまたは圧縮接続、溶接など）により他の通常の流体供給構成要素に対して接続され得る。
【００２７】
好ましくは、本発明により形成されるＭＥＭＳ構成要素は、約２００マイクロメートル（ミクロン）以下、より好ましくは約１００ミクロン以下、さらにより好ましくは約５０ミクロン以下の断面寸法（例えば、チャンネル幅または直径）を有する。例えば、ＭＥＭＳ構成要素は、約２０ミクロン未満、約１０ミクロン未満、さらに約５ミクロン未満（例えば、ナノメートル範囲にある）の断面寸法で設計され得る。
【００２８】
１以上のＭＥＭＳ構成要素を含む個々のブロックの内部システム体積は、好ましくは、約２０立法センチメートル（ｃｃ）以下、より好ましくは約１０ｃｃ以下、さらにより好ましくは約５ｃｃ以下、最も好ましくは約２ｃｃ、またはさらに約１ｃｃ以下である。ＭＥＭＳ構成要素を含むブロック内のフローチャンネルの深さは、好ましくは、約１０ミリメートル（ｍｍ）以下、より好ましくは約５ｍｍ以下、およびもっとも好ましくは約２ｍｍ以下である。それらの範囲のＭＥＭＳ構成要素の寸法ならば、ガスについては分あたり約５標準リットル（ＳＬＭ）以下の正確に制御された穏やかで低い流量で高純度ガスを、液体については分あたり約２００立方センチメートル（ｃｃｍ）以下で配送することを容易にする。好ましくは、ガスは約０．１から約２ＳＬＭの範囲でＭＥＭＳ構成要素内を配送され、液体は、約０．１ｃｃｍから約２００ｃｃｍの範囲で配送される。しかしながら、ＭＥＭＳ構成要素内のガス流量は、５ＳＬＭより高くなり得るし、または代わりに、０．１ＳＬＭより低くなり得る（例えば０．５ＳＬＭ以下）。
【００２９】
遮断弁は、システム操作（例えば、流れラインのパージまたは排気、特定された流路を通るプロセス流体の方向決定など）のさまざまな時間のあいだ選択された流れラインを封鎖および隔離するためのＭＥＭＳ流体分配ブロックにおける重要な構成要素である。本発明のＭＥＭＳデバイスにおいて利用される典型的な遮断弁は、図１に描写されている。その弁は、上記の当該技術において周知である片持ち張りタイプの遮断弁に、設計および操作の点で類似している。遮断弁は、上に記載したＭＥＭＳ技術のいずれかを利用して製造され、弁の各部分は、上記のいずれか適切な材料で構成されている。
【００３０】
遮断弁１は、以下に述べるように弁のための流路を提供するためにブロック内に形成されるマイクロチャンネルを有する基板またはブロック４上に形成されたダイ部分２を含む。キャビティは、ダイ部分２とブロック４との間に規定され、片持ち張り型の弁部材６はキャビティ内に配置され、ダイ部分２に一方の末端で回動自在に固定されている。流体流路は、弁部材６の下に延びる一般的に水平な部分と、弁部材６とシーリングダイ部分１２との相互作用により規定される弁シーリングポイントに対して上流位置で延びる一般的に垂直な部分とを含む流路と連通する一般的に垂直に延びる第１のチャンネル８により、弁内に規定される。第２のチャンネル１４は、弁シーリングポイントの下流に配置され、弁シーリングポイントから延びる一般的に水平の部分と、ブロック４内に延びる一般的に垂直の部分とを含む。第１および第２のチャンネル８および１４は、ブロック４上に規定され、および／またはブロック４から離れた位置に配置される他の構成要素への流体流路を提供する、ブロック４に配置される他のマイクロチャンネルと流体連通する。図１において矢印により示されるように、第１のチャンネル８は入口チャンネルとして機能し、第２のチャンネル１４は弁１のための出口チャンネルとして機能する。
【００３１】
通常の閉じた位置では、弁部材６は、流体が入口チャンネル８から出口チャンネル１４に流れることを実質的に防止するためにシーリングダイ部分１２と係合する。膜１６は、ダイ部分２と弁部材６との間の位置に配置され、加熱されたとき膜１６の動き行わせ、ついで、通常の閉じた位置から、シーリングダイ部分１２から離れた位置への弁部材６の回動的な動き行わせる封鎖された流体を含む。レジスター要素を含むアクチュエータ１８は、膜の動きとその結果としての弁部材６の回動的な動きを引き起こすように膜内の流体を加熱する電気エネルギー入力を受容する。したがって、弁１が開放位置にあるとき、流体は、図１において矢印により一般的に示されるように第１のすなわち入口チャンネル８から第２のすなわち出口チャンネル１４に弁を通って動く。
【００３２】
上記のように、図１の片持ち張りタイプのＭＥＭＳ遮断弁は、基本的には、非対称的なシーリング特性を有する「方向性」弁である。このタイプの弁は、その弁が図１において矢印により示される正の流れの方向（すなわち、第１のすなわち入口チャンネル８から第２のすなわち出口チャンネル１４）に弁を通して流れる流体に対し前方配向（forward orientation）で備えられているとき通常閉じた位置で良好に機能する。しかしながら、同じ圧力差についての流体漏出速度（すなわち、シール部材が閉じた位置にあるときのシール部材の周りで流体が漏出する流量）は、シーリングダイ部分１２とのシーリング係合と反対側の方向において弁部材６に対して作用する流体のために正の流れの方向と比べて負の流れの方向において（すなわち、第２のチャンネルから第１のチャンネルへの方向において）より大きくなる。圧力差が約５〜１０ｐｓｉ（約３４．５〜７０ｋＰａ）以上に増加するとき、流体漏出速度は、負の流れの方向できわめて高くなり、流体の許容可能な漏出についての半導体加工産業の標準（例えば、ヘリウムを利用するとき約１×１０-9Ａｔｍ＊ｓｃｃ／ｓｅｃ）を超えてしまう。
【００３３】
この片持ち張りタイプの弁の方向性および非対称漏出特性は、複雑で多段階の化学加工および分配のシステムにおいては問題となる。多くの複雑なシステムは、特定の目的地または配送場所への流体の配送の１次モードに加えて、流体の通気、パージおよび／または排気を必要とする。１次デリバリーモードと他のモードとの間の互換において、遮断弁を通しての圧力勾配は、システムの操作の間に逆転し得る。きわめて反応性で、毒性の高い化合物が利用される状況において（例えば、半導体製造の間）、このことは重大な問題をもたらし得る。したがって、複雑な高純度分配システムにおける通常の片持ち張りタイプのＭＥＭＳ遮断弁の使用は、システムの操作の間に信頼性の問題を提起し得る。
【００３４】
非対称な漏れの問題は、本発明により、分配流システムであって、そのシステムを通る流体の通常の流れに対し逆配向に位置する少なくとも１つの遮断弁を有するシステムを設けることにより解決される。好ましくは、少なくとも２つの片持ち張りタイプの弁は、互いに対し反対方向に配向されている。特に、「方向性」片持ち張りタイプの弁の一方は、弁を通る流体の通常流路に対し前方配向で（流体の通常の流れが第１のすなわち入口チャンネル８から第２のすなわち出口チャンネル１４に向かう上述され、図１に描写された仕様で）設けられるが、他方の弁は、弁を通る流体の通常流路について逆配向で（すなわち、弁を通る流体の通常の流れが第２のチャンネル１４から第１のチャンネル８に向かう）設けられる。この配向の典型的な態様は、図２ａおよび２ｂに模式的に描写されるシステムブロックに描写されている。分配システムの部分が模式的に描写されている本出願で記載される図のすべてにおいて、「方向性」片持ち張りタイプ弁の前方または逆配向は、弁の第１のチャンネルから第２のチャンネルへの方向（第１と第２のチャンネルは図１に記載されているとおりである）を示す矢印によりあらわされ、弁の分割された４分の１部分は、弁が閉じた位置にあることを示すために影が付されているかまたは弁が開放位置にあることを示すために影が付されていないかいずれかであることに注意されたい。
【００３５】
システムブロック４０は、図１に示される弁の設計と同様である遮断弁４４および４６を含み、矢印４２は、化学物質配送モードの間にシステムを通る流体の通常の流れを描写する。第１の弁４４は、化学物質配送モードの間通常の流体流について前方配向で配向している（すなわち、弁４４の第１のチャンネルは入口として機能し、第２のチャンネルは出口として機能する）。対照的に、第２の弁４６は、通常の流体流について逆配向に配向し、第１の弁４４について反対方向にある（すなわち、弁４６の第２のチャンネルは入口として機能し、第１のチャンネルは出口として機能する）。弁は、流体がシステムを通って流れ得るように図２ａにおいてはともに開いており、図２ｂにおいては、流体が弁間を流れないように両方の弁が閉じられている。この組み合わされた弁配向は、両方の弁が閉じられているとき、２つの弁の両方の対向する側について有効で対称的な密封を提供し、このようにして、単独の「方向性」弁では存在し得るひどい漏れについての可能性を有意に減少させる。さらに、流れ分配システムにおいてこの様式の第２のＭＥＭＳ弁を追加しても、システムのサイズの増加はほとんどあるいはまったくありえない。というのは、２つの弁は、単一のＭＥＭＳブロックに統合され得るからである。
【００３６】
したがって、上記の組み合わされた弁配向は、特に、強い圧力差の密封が要求され、および／またはシステム操作の間変化する圧力差が異なる分岐部分またはセクションで発生し得るシステムにおいて複雑な化学物質分配システム内で片持ち張りタイプの遮断弁を使用することを容易にする。特に、配送、真空の提供、分配ラインの洗浄および／またはパージのための流体の加圧を促進し、さらに、正確なマスフロー制御などと組み合わせられる複雑なシステムが設計され得る。
【００３７】
図２ａおよび２ｂに記載される対向する弁の対は、システム内のすべてのＭＥＭＳ遮断弁の位置に配置され得る。代わりに、１以上の弁は、圧力差の逆転がシステム操作の間想定される１以上の選択された位置において、流体の通常の流れについて逆配向で（すなわち、弁の第２のチャンネルは入口チャンネルとして機能し、第１チャンネルは出口チャンネルとして機能する）配向され得る。さらに、図２ａおよび２ｂの形態は、両方の弁の同時の開閉をもたらすように単一膜を利用するように、「対称的」な二重の、すなわち組み合わせの弁設計を組み合わせるように修正され得ることに注意すべきである。
【００３８】
図３ａおよび３ｂに描写される典型的な態様において、ＭＥＭＳ遮断弁は、弁を通る下流の流体の有意な漏れを防止しながら弁の上流の分配ラインの清浄を容易にするために、化学物質配送モードのあいだシステムブロックを通る流体の通常の流れ方向について逆配向で設けられる。図３ａを参照すると、システムブロック５０は、開放しており、半導体加工ツール（例えば、半導体製造プロセスに１以上の化学物質を配送するためのマニホールドおよび／または半導体製造プロセスにおいて利用されるいずれか通常のまたは他の製造ツール）のような特定の場所への配送のための分岐した配送ライン５３（矢印５２により示されている）から流体がそれを通って流れるところの第１の遮断弁５４を含む。弁５４は、弁を通る配送ライン５３由来の流体の通常流（弁５４について図３ａにおいて描写される矢印により示される）について逆配向で設けられる。
【００３９】
第２の遮断弁５６は、第１の遮断弁５４の上流に位置し、化学物質配送モードの間閉じた位置にある。第２の遮断弁５６は、化学物質の配送がブロック５０において中断されているとき、洗浄ガスまたは液体が分配ラインに流入し、ラインを洗浄するようにパージ弁として機能する。第３の遮断弁５８は、第１と第２の遮断弁の間に位置する第２の分岐ライン上に配置されている。第３の遮断弁５８もまたブロック内での化学物質の配送が休止しているとき洗浄ガスまたは液体が分配ラインに流れ込み、ラインを洗浄するようにパージ弁として機能する。第２と第３の遮断弁の両方は、システムブロックにそれぞれの弁を通って流れる流体をパージすることについて前方配向で（弁５６および５８について図３ａにおいて描写される矢印により示されるように）設けられる。パージ流体は、化学物質配送モードの間適用される圧力より高圧に維持されるので、第２および第３の遮断弁は、パージ流体が第１の遮断弁５４を通ってシステムブロックから配送位置に配送される流体と混合することを防止するように閉じた位置にあるとき強い密封を維持している。
【００４０】
化学物質配送モードが中断されている間（例えば、化学物質供給源が再充填および／または変更される必要があるとき）、第１の遮断弁５４は、図３ｂにおいて描写されているように閉じられ、分配ラインはライン５３で真空を適用することによりパージおよび／または洗浄され得る。適用された真空は、ライン５３（矢印５９により示される）を通ってライン中の残留流体を所望される減圧された目的地（例えば収集タンク）に引く。任意に、第２および第３の遮断弁５６、５８の一方または両方は、化学物質配送モードに切り替えが戻される前にラインの更なる洗浄のために分配ラインにパージ／洗浄流体を配送するように開放され得る。
【００４１】
真空／パージ／洗浄モードの間、第１の遮断弁５４から上流の圧力は、降下し、一方、弁５４から下流の圧力は、流体が化学物質配送モードで流れるときと実質的に同じに維持される。しかしながら、弁５４の逆配向は、弁５４からパージおよび／または洗浄される分配ラインへの化学物質流体の逆流を有効に防止する。
【００４２】
図４Ａ〜４Ｇにおいて模式的に描写される態様において、システムブロックは、特定の配送サイト（例えば、半導体加工ツール）への化学物質流体の配送を容易にし、さらに、単一のＭＥＭＳブロックへの分離した加圧および真空／パージ／洗浄ラインを組み込んでいる。代わりに、それらの構成要素は、互いに流体連通している選択された数の別のブロックにも統合され得ることに注意されたい。
【００４３】
図４Ａを参照すると、流体分配システムは、ブロックからの選択された圧力での配送のための貯蔵タンク１０２由来の化学物質流体を加圧し、受容する処理ブロック１００を含む。具体的には、ブロック１００は、図１において描写される弁と設計についてすべて同様である少なくとも５つの「方向性」片持ち張りタイプＭＥＭＳ遮断弁を含む。ブロック１００はさらに、タンク１０２から現場に配送される化学物質を測定するために所定の位置に配置される１対のＭＥＭＳ圧力センサーを含む。いずれか１以上の通常のまたは他の適切なプロセッサーが、システム操作の間ＭＥＭＳ弁およびセンサーと連通し、制御を容易にするために利用され得る。
【００４４】
加圧チャンネル１０１はブロック１００内に配置され、ブロック１００から加圧供給源（図示せず）に延びる非ＭＥＭＳ加圧ライン１２８（例えば、鋼管またはプラスチック管）と流体連通する加圧入口ポートまでに延びる。加圧源は、適切な加圧流体（例えばヘリウム）を含む供給タンクであり得る。加圧チャンネル１０１は、ブロック１００内に延び、第１と第２の遮断弁１０４と１０６のぞれぞれの側で延びるＴ字管を形成する。第１と第２の遮断弁１０４、１０６は、弁を通って流れる加圧流体の通常の流れについて前方配向で、互いについて対向配向で（弁１０４および１０６について図４Ａで描写される矢印により示される）、ブロック１００上に設けられる。チャンネル１０３は、第１の遮断弁１０４から、ブロックから貯蔵タンク１０２に延びる非ＭＥＭＳ加圧ライン１３０と流体連通する加圧出口ポートまでブロック１００内に延びる。任意に、従来の高純度用の非ＭＥＭＳ遮断弁１３２（例えばバタフライ弁）は、下記のシステムブロックのパージ／洗浄の時間、システムブロックからのタンクの封止および隔離を容易にするためにタンク１００近くのライン１３０に沿って設けることができる。
【００４５】
第２の遮断弁１０６から下流に配置され、ブロック１００内に配置される主要フローチャンネル１０９に沿って直列に設けられているものは、以下のＭＥＭＳ構成要素である（順番どおり）：第１の圧力センサー１０８、第３の遮断弁１１０および第２の圧力センサー。第３の遮断弁１１０は、化学物質配送モードの間ブロックを通る通常流について逆配向で（図４Ａにおいて弁１１０について矢印により示される）ブロック１００内に設けられる。チャンネル１０９は、さらに、第２の圧力センサー１１２からブロック１００についての出口ポートまで下流に延びる。出口ポートは、ブロック１００から配送場所（例えば、半導体加工ツール）に流体を配送する非ＭＥＭＳ流体配送ライン１２２と流体連通している。
【００４６】
システムブロック１００内に位置する化学物質供給チャンネル１１３は、第１の圧力センサー１０８と第３の遮断弁１１０との間の位置で主要チャンネル１０９から分岐する。化学物質供給チャンネル１１３は、ブロック１００から供給タンク１０２に延びる非ＭＥＭＳ化学物質供給ライン１３４と流体連通する化学物質供給ポートに延びる。任意に、従来の高純度用の非ＭＥＭＳ遮断弁１３６は、下記のシステムブロックのパージ／洗浄の間、システムブロックからのタンクの封止と隔離を容易にするようにタンク１００近くのライン１３４に沿って設けることができる。加えて、好ましくは、ライン１３０および１３４は、真空／パージ／洗浄モードの間、システムブロックから排出ラインを通して収集場所（図示せず）まで残留流体を排出させるように排出ライン１３８を介して互いに接続されている。通常の、非ＭＥＭＳ弁１４０、１４２は、使用していない間、タンク１００およびシステムブロック１００からの排出ラインを封鎖するために排出ライン１３８上に備えられ得る。
【００４７】
ガスパージ／液体フラッシュ供給ラインは、システム操作のさまざまのモードの間、加圧流体およびパージ／洗浄流体が別々に異なって流れることを容易にするようにブロック１００内の加圧供給ラインから独立に提供される。特に、第４の遮断弁１１４は、ブロック内に配置され、第１の圧力センサー１０８と第３の遮断弁１１０の間の主要チャンネル１０９から分岐するチャンネル１１１に沿って設けられる。チャンネル１１１の一部は、第４の遮断弁１１４から、ブロック１００から供給源（図示せず）に延びる非ＭＥＭＳパージ／フラッシュライン１２４と流体連通する入口ポートに延びる。供給源は、下記の真空／パージ／洗浄モードの間、システムブロックにパージガス（例えば、窒素）またはフラッシュ液体（例えば、水性流体またはオクタン、イソプロパノール、トルエンなどのような有機流体）を配送するためのタンクであり得る。弁１１４は、チャンネル１１１を通って方向決定されるパージ／フラッシュ流体の通常の流れについて前方配向で（弁１１４について図４Ａにおいて描写される矢印により示される）チャンネル１１１上に設けられる。
【００４８】
チャンネル１１１はさらに、第４の遮断弁１１４の上流の位置で分岐した部分を含む。第５の遮断弁１１６は、チャンネル１１１の分岐した部分上に設けられ、弁を通って配送されるパージ／フラッシュ流体の通常の流れについて前方配向で（図４Ａにおいて弁１１６について矢印により示される）配向する。分岐した部分は、弁１１４の出口からチャンネル１０３に延びる。
【００４９】
任意に、上述の、図２ａおよび２ｂにおいて描写された態様と同様の組み合わされた遮断弁の設計は、以下のシステムブロック１００に設けることができる。図４Ｂを参照すると、第６の遮断弁１２０が、さらに、システムブロック１００内に設けられ、第１の圧力センサー１０８と弁１１０との間の位置で主要チャンネル１０９に沿って配置される。第６の遮断弁１２０は、主要チャンネル１０９を通る流体流の通常の方向について前方配向で（弁１２０について図４Ｂにおいて描写された矢印により示される）チャンネル１０９上に設けられる。この遮断弁の組み合わせは、システム操作のモードの変化の間、圧力差の変動によりいずれかの方向に流体が漏れることを実質的に防止するために弁１１０と１２０の位置で弁の漏れの対称性を提供する。
【００５０】
図４Ａのシステムブロック１００は、また、システムの大きさ（追加のＭＥＭＳ遮断弁は同じシステムブロック中で設けることができるので）、体積、またはシステムの汚染への感受性について実質的に増加せずに１以上の追加の余分なＭＥＭＳ遮断弁を提供するように改変され得る。追加の構成要素は、システム内の２以上の部分の間の隔離が、システム内での交差汚染の完全な回避および／または操作上の安全性を保証するために絶対的に必要である、ある種のシステムにおいて必要とされる。図４Ｃの典型的態様において、追加の余分な遮断弁１２５は、ライン内でチャンネル１０９にそって、圧力センサー１０８と遮断弁１１０との間に設けられる。弁１２５は、弁を通る流体の通常の流れについて逆配向で（弁１２５について図４Ｃにおいて描写された矢印により示される）チャンネル１０９上に設けられる。したがって、弁１２５は、チャンネル１０９上の弁１１０と同じ様式で配向している。追加の弁１２５は、システムブロック１００内で二重の目的に貢献する。弁１２５の主要目的は、配送ではない操作モードの間、弁１１０内で不調が起こっている間、化学物質配送ライン１２２中の加圧流体がシステムブロック１００に逆流しないことを保証することである。第２に、弁１２５はさらに、ＭＥＭＳ遮断弁の封止部分で起こり得る微小な漏れについて、数桁の大きさで、配送ライン１２２からシステムブロック１００への流体の漏れの可能性を低下させる。
【００５１】
さまざまのモードのシステム操作がこれから、図４Ｂおよび４Ｄ〜４Ｇを参照して記載される。図４Ｂにおいては、システムは、流体がシステムブロック１００から配送場所に流れていないときの待機モードで記載されている。このモードにおいては、弁１０４は、タンク１０２内の化学流体の加圧を容易にするように開放されており、一方、弁１０６、１１０および１２０は、閉じたままであり、したがって、配送ライン１２２へのタンク１０２およびブロック１００からの流体の流れを防止する。弁１１４および１１６はまた、弁を越えて、システムブロック１００を通るパージ／フラッシュ流体の流れを防ぐためにも閉じられている。弁１３２および１３６は開かれており、一方、弁１４０および１４２は閉じられている。システムブロック１００の下流の位置の流体圧力がブロック内の流体の圧力より大きい状況において（すなわち、第２の圧力センサー１１２で測定された圧力が第１の圧力センサー１０８で測定された圧力より大きい）、配送ライン１２２由来の流体の逆流は、弁１１０の逆配向のためにシステムブロックの主要部分に流れることについて実質的に最小化または回避され得る。同様に、システムブロック１００内の流体が、ブロックから下流の流体圧力より大きな圧力に加圧されるとき（すなわち、第１の圧力センサー１０８で測定された圧力が第２の圧力センサー１１２で測定された圧力より大きい）、弁１２０は、ブロック１００から配送ライン１２２への流体の流れを実質的に防止する。パージ／フラッシュライン１２４は、弁１１４および１１６でブロックからライン１２４への流体の漏れを防ぐためにブロック１００内の圧力（センサー１０８により測定される）と同じかより高い圧力に維持される。
【００５２】
図４Ｄにおいて描写されるように、化学物質配送モードの間、システムブロック１００内の弁１０４、１１０および１２０は、タンク１０２内の化学流体の加圧およびライン１３４を通ってタンクから配送ライン１２２までブロック１００を通る流体の流れを可能とするために開放され、一方弁１０６、１１４および１１６は閉じたままになっている。弁１３２および１３６もまた開放され、一方、弁１４０および１４２は閉ざされている。圧力センサー１０８は、タンク１０２内の流体圧力をモニターし、一方、圧力センサー１１２は、配送ライン１２２内の流体圧力をモニターする。プロセスコントローラーは、化学物質配送モードの間所望の速度での流体の流れを容易にするためにシステムブロック中の圧力がシステムブロックの下流の圧力より高い圧力で維持される（例えば、貯蔵タンクへの加圧された流体の流れを制御することにより）ことを保証するために用いられ得る。パージ／フラッシュライン１２４は、ブロックからのライン１２４への流体の漏れを弁１１４および１１６で防止するためにブロック１００内の圧力と同じかより高い圧力に維持される（センサー１０８により測定される）。
【００５３】
配送場所への化学物質の配送を中断し、加圧流体によりシステムブロック１００を排水およびパージすることが所望されるとき、各弁は、下記のとおり、図４Ｅにおいて描写されているように開放され、閉鎖されている。具体的には、システムブロック１００への加圧流体（例えばヘリウム）の流れを容易にし、残留流体をシステムブロックを通ってライン１３０および１３４にいたらせるのを強制するために弁１０４および１０６は開放され、弁１１０、１１４、１１６および１２０は閉じられる。弁１３２および１３６は、貯蔵タンクを隔離するために閉じられ、弁１４０および１４２は、システムブロック１００から排出ライン１３８に排気される流体の流れを促進するために開放され、その場合、流体は次に、収集場所（例えば収集タンク）に集められる。もし化学物質配送ライン１２２もまたパージされるべきであるならば、弁１１０および１２０もまた加圧流体をシステムブロックから配送ライン１２２に流れさせるために開放され得る。システムブロックおよび化学物質配送ライン内の流体の圧力は、圧力センサー１０８、１１２によりモニターされ、パージ／フラッシュライン１２４は、ブロックからライン１２４への流体の漏れを弁１１４および１１６で防ぐためにブロック１００内の圧力と同じかより高い圧力に維持される（センサー１０８により測定される）。
【００５４】
システムブロックチャンネルおよび／またはシステムの他の流体ラインもまた、パージ／フラッシュライン１２４を利用するパージ／フラッシュモードにおいて、ガス（例えば窒素）または液体（例えば、水性流体またはオクタン、イソプロパノール、トルエンなどのような有機流体）により洗浄され得る。図４Ｆを参照すると、弁１０４および１０６は、加圧流体がシステムブロック１００に入ることを防止するために閉じられている。弁１１０および１２０は、洗浄流体がライン１２２に入ることを防止するように閉じられている。代わりに、もし化学物質配送ライン１２２の洗浄が必要であるならば、弁１１０および１２０は、配送ライン１２２への洗浄流体の流入を可能とするように開放され得る。弁１１４および１１６の一方または両方は、システムブロックを通る洗浄流体の所望の流路に応じて、開放されている（図４Ｆにおいては、両方とも開放されたものとして示されている）。弁１３２および１３６は、洗浄流体が貯蔵タンク１０２に入ることを防止するために閉じられている。加えて、弁１４０および１４２は、ブロック１００から排出ライン１３８を通って収集場所に向かって除去される洗浄流体および残留化学流体の流れを容易にするために開放されている。圧力センサー１０８および１１２はシステムブロック１００および化学物質配送ライン１２２内の流体圧力をモニターし、ライン１２８内の加圧流体の圧力は、弁１０４および１０６での緊密な封止を維持するためにシステムブロック中の圧力（圧力センサー１０８によりモニターされる）と同じかまたはそれより高い圧力で維持される。閉じた弁１１０および１２０の組み合わせは、システムブロック中の洗浄流体と配送ライン内の流体の混合を実質的に防止する。
【００５５】
図４Ｇにおいて描写されているように、排出モードにおいては、弁１０４、１０６、１１４および１１６は、加圧流体および洗浄流体のシステムブロック１００の主要部分への流入を防ぐために閉じられている。弁１１０および１２０もまた、配送ライン１２２内の流体の逆流がシステムブロック１００に逆流することを防ぐために閉じられている。代わりに、もし配送ライン１２２内の流体の排出が必要とされるならば、弁１１０および１２０は、そのような排出を可能とするために開放され得る。弁１３２および１３６は、システムの残りの部分からタンク１０２を隔離するために閉じられており、弁１４０および１４２は開放されている。システムブロック１００内の残留流体および／または配送ライン１２２由来の流体を排出するために排出ライン１３８に真空を適用する（例えば、真空ポンプを介して）。
【００５６】
したがって、図４Ａ〜４Ｇのシステムは、きわめて信頼性が高く、システムブロック内に配置されたＭＥＭＳ弁での漏れを最小化し、または実質的に防止する高純度化学物質分配システムにおける他の従来の流体処理用構成要素と一体化された複雑なＭＥＭＳブロックを提供する。特に、システムは、加圧流体に関係なく、用いられる異なるパージ／洗浄流体の使用を容易にする。この特徴は、加圧流体が高価であり、操作コストを最小化するために主として加圧目的のためのその使用を制限することが望ましいときに、きわめて重要となる。さらに、そのシステムは、上記の対称的な漏れ特性を達成するために、いずれかの数の付加的な余分のＭＥＭＳ遮断弁および／またはＭＥＭＳ遮断弁の組み合わせを含むように容易に改変され得る。例えば、遮断弁１０４、１０６、１１４および１１６の位置での二重の対向する遮断弁の使用（上述され、図２ａおよび２ｂにおいて描写されている）は、加圧流体および／またはパージ／洗浄流体がそれらの弁での漏れを回避するためにある最小圧力で存在する必要性を最小化または除去し得る。そのような付加的なＭＥＭＳ遮断弁の使用は、有意なシステムサイズの増加および内部体積の必要性なしに比較的容易でコストに見合うものとなる。対照的に、高純度の化学物質の配送を保証するための追加の余分のまたは他の弁を付け加えることによる従来の非ＭＥＭＳ流体分配システムに対する改良は、システムサイズおよび経費を有意に増加させ（高純度コネクタおよび必要とされる構成要素の数の増加のため）、ならびに、システムの汚染の可能性を増加させる（内部体積の増加および分岐したラインの洗浄、パージおよび排気における困難のため）であろう。
【００５７】
本発明の別態様において、システムが、システムの上流に位置する流体プロセッサーから化学流体を受容し、配送場所に正確な圧力で流体を配送するために提供される。図５Ａを参照すると、化学物質分配システムは、加圧ライン１５２を介して加圧源（例えば、加圧タンク）から加圧流体（例えば、ヘリウム）を受容するＭＥＭＳシステムブロック２００を含む。第２のシステムブロック２００は、配送場所（例えば半導体加工ツール）への分配のために化学物質を含む貯蔵タンク２５０（例えば、中間または「日分（day）」タンク）を加圧するように設計される。第２のシステムブロック２００は、システムブロック内に配置されるチャンネル２０２に沿ってライン内に配列され、加圧ライン１５２と流体連通する入口ポートと真空／排出ライン２４２と流体連通する真空／排出ポートとの間に延びる多数のＭＥＭＳ構成要素を含む。真空／排出ライン２４２は、流体収集場所（図示せず）に接続されている。
【００５８】
チャンネル２０２の主要ラインに沿って配置されているのは、以下のＭＥＭＳ構成要素である（ブロックの加圧流体入口側から順番に）：入口遮断弁２０４、第１の比例弁２０６、圧力センサー２０８、第２の比例弁２１０および出口遮断弁２１２。ＭＥＭＳ比例弁２０６および２１０は、好ましくは、膜に基づくものであり、当該技術において周知であり、例えば、レッドウッド・マイクロシステムズ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州、メンロパーク）から市販されていて入手可能である。それらのＭＥＭＳ構成要素の配列はすべて単一ブロック上に配置されているけれども、代わりに、それらの構成要素は、互いに流体連通するいずれか適切な数のブロック上に配置され得ることにも注意されたい。１以上のプロセッサーは、圧力センサー２０８を介してシステムブロック２００内で測定された圧力に応答してシステムブロック２００内の流体圧力を変化させるように比例弁２０６および２１０の一方または両方を操作するために遮断弁２０４および２１２の開閉をもたらすようにいずれか通常のまたは他の適切な様式で用いられる。
【００５９】
入口および出口遮断弁２０４および２１２は、図１について上述される遮断弁と同様であり、それぞれの弁を通る加圧流体の通常の流れについて前方配向でチャンネル２０２に沿って設けられる（それぞれの弁２０４、２１２について図５Ａにおいて描写される矢印により示される）。チャンネル２０２は、さらに、システムブロック２００の出口ポートに延びる分岐した部分も含む。システムブロック２００の出口ポートは、タンク２５０の加圧入口に接続される非ＭＥＭＳ加圧ライン２４０（例えば、金属管またはプラスチック管）と流体連通する。
【００６０】
第３のシステムブロック３００は、上流の流体プロセッサー（図示せず）から流体を供給する流体配送ライン２６０と流体連通する入口ポートを含む。主要フローチャンネル３０２は、第３のシステムブロック３００内に配置され、そのブロックの入口ポートと出口ポートの間に延びる。主要フローチャンネル３０２は、弁を通り、入口ポートに由来する流体の通常流について前方配向で（弁３０４について図５Ａで描写される矢印により示される）チャンネル上に設けられた第１の遮断弁３０４を含む。ブロック３００の出口ポートは、配送場所（例えば、半導体加工ツール）に接続される非ＭＥＭＳ流体配送ライン３１０と流体連通する。
【００６１】
主要フローチャンネル３０２は、さらに、弁３０４の上流の位置のチャンネルから延びる第１の分岐部分および弁３０４の下流の位置のチャンネルから延びる第２の分岐部分も含む。第１の分岐部分は、第２の遮断弁３０６を含み、タンク２５０と接続された流体移動ライン２４４と流体連通するブロック３００の移動ポートに延びる。弁３０６は、弁を通り配送ライン１２２により供給される流体の通常流について前方配向で（弁３０６について図５Ａにおいて描写される矢印により示される）第１の分岐部分上に設けられる。したがって、第３のシステムブロックは、第１のシステムブロック１００、配送ライン１２２、および第３のシステムブロック３００を介して上流の流体プロセッサーからタンク２５０への流体の供給を容易にする。
【００６２】
チャンネル３０２の第２の分岐部分は、第３の遮断弁３０８を含み、タンク２５０と接続された流体供給ライン２４６と流体連通するブロック３００の流体受容ポートに延びる。弁３０８は、弁を通りタンク２５０により供給される流体の通常流について前方配向で（弁３０８について図５Ａで描写される矢印により示される）第２の分岐部分上に設けられている。
【００６３】
さて、上記システムの操作を、図５Ａ〜５Ｅを参照して記載する。加圧流体の圧力は、システムブロック２００を介して正確に制御され、それが次に、タンク２５０からシステムブロック３００を通り、配送ライン３１０にいたる化学流体の圧力および流量を正確に制御する。通常の化学物質配送モードにおいては、システムブロック２００内の遮断弁２０４および２１２は開放されており、比例弁２０６および２１０もまた設定された開放位置に維持され、一方、加圧流体の圧力は、圧力センサー２０８によりモニターされる。圧力センサー２０８で測定された圧力が最小しきい値またはしきい値の範囲を下回って降下する場合、比例弁２０６は、ブロック２００内の加圧流体の流れと圧力を増加させるためにさらに開放される。同様に、測定された圧力が上方しきい値またはしきい値の範囲を超えるとき、測定された圧力が所望の圧力範囲に当てはまるようになるまで過剰な圧力を軽減させるのにちょうど十分に比例弁２１０が開放される。任意に、比例弁２０６および２１０および／または遮断弁２１２は、所望のようにシステムブロック２００内の圧力を上昇または下降させるために独立におよび／または同時に制御され得る。
【００６４】
システムブロック３００は、流体が上流の流体プロセッサーおよびタンク２５０の一方または両方から流れることを選択的に可能としながら、上流の流体プロセッサーからの流体によりタンク２５０を満たすことを容易にする遮断スイッチとして有効に機能する。図５Ａを参照すると、弁３０４および３０６は閉じられ、一方、弁３０８は開いている。この形状は、流体がタンク２５０からシステムブロック３００および配送ライン３１０に流れることを許容しながら、化学流体が上流の流体プロセッサーからタンク２５０と配送ライン３１０の両方に流れることを防ぐ。図５Ｂの形態において、タンク２５０から配送ライン３１０に流体を同時に配送しながら上流の流体プロセッサーからタンク２５０への充填を可能とするように弁３０６および３０８は開き、一方、弁３０４は閉じられている。図５Ｃの形態は、弁３０６が開き、弁３０４および３０８が閉じられていることを示し、これにより、ライン３１０への化学物質の配送が中断されながら、上流の流体プロセッサーからタンク２５０への充填が容易になる。代わりに、タンク２５０の充填と上流の流体プロセッサーから配送ライン３１０への流体の流れの両方を容易にするために、図５Ｄにおいて描写されるように、弁３０４および３０６は開かれ、弁３０８は閉じられ得る。最後に、図５Ｅにおいて描写されるように、タンク２５０がラインからはずされている間（例えば、修理または交換のため）、上流の流体プロセッサーから配送ライン３１０への流体の配送を容易にするために、弁３０６および３０８は閉じられ得るし、弁３０４は開かれ得る。
【００６５】
したがって、上述され、図５Ａ〜５Ｅにおいて描写されたシステムは、システムブロック２００を介して加圧流体の正確な制御を容易にし、このことが、続いて、システム操作の間の化学物質流体の流量と圧力の正確な制御を容易にする。図５Ａ〜５Ｅにおいて記載されるシステムは、２つのシステムブロックを利用するけれども、すべての記載されたＭＥＭＳ構成要素は、代わりに、単一ブロック内設けられ得るであろうことに注意されたい。さらに、システムは、タンク２５０に化学物質流体を配送するための別の化学物質供給システムと一体化され得るものであり、システムブロック３００は上記のように複数の流れの切り替えの選択肢を提供する。システムブロック３００内のＭＥＭＳ遮断弁の配向は、図５Ａ〜５Ｅにおいて描写される任意のスイッチ操作のそれぞれについて流体の適切な封止を提供する。任意ではあるが、上述の、図２ａおよび２ｂにおいて描写された設計と同様のいずれかの数の余分の弁および／または組み合わせられているかまたは二重の遮断弁形状は、システムブロック２００および３００においていずれかの遮断弁のために設けることができることに注意されたい。
【００６６】
本発明の更なる態様は、図４Ｂと５Ａのシステムを組み合わせ、その場合、図４Ｂのシステムは、図５Ａのシステムのための上流の流体プロセッサーとして機能する。図６を参照すると、システムブロック１００の出口ポートは、非ＭＥＭＳ流体配送ライン１２２を介してシステムブロック３００の入口ポートと流体連通する。加えて、システムブロック１００および２００の加圧ライン１２８および１５２はそれぞれ、流体加圧源（例えば、ヘリウムタンク）１５０に接続される。それぞれのシステムブロックの操作は、それぞれの個々のシステムについてすでに上述されたことと実質的に同様である。したがって、図６のシステムは、配送場所への化学物質の遮断されていない供給を容易にする。例えば、主要な流体配送モードにおいて、化学物質は、主要タンク１０２により周期的に補充されながら（上述のように）、タンク２５０から供給される。主要タンク１０２が再充填されるか、または新たなタンクと置換される必要があるとき、タンク１０２は一時的にラインから外れながらタンク２５０から流体を供給することにより（すなわち、システムブロック３００内の遮断弁の適切な切り替えにより）、化学物質配送モードは連続し得る。タンク２５０の置換および／または再充填は、システムブロック１００内の分配ラインの排気、パージおよび／または洗浄を含み得るものであり、このことは、上述の方式で容易に達成され得る。上述の、図６において描写されたすべてのＭＥＭＳ構成要素は、システムの要求に応じて、単一ブロックに含まれるであろうことにもさらに注意されたい。
【００６７】
本発明のさらにもう１つの態様において、ＭＥＭＳシステムブロックは、システム操作の間の選択された時間にマスフローコントローラの洗浄を容易にするために少なくとも１つの一体化されたパージまたはフラッシュラインを有するマスフローコントローラを含む。前述のように、分配システム内でのＭＥＭＳマスフローコントローラの使用は、特に流量制御装置の中によどんだ化学物質が存在するとき、ＭＥＭＳに関連する極端に小さなチャンネル寸法および内部体積のために詰まりの問題を作り出し得る。パージラインまたはフラッシュラインとＭＥＭＳマスフローコントローラとの一体化は、よどんだ化学物質がマスフローコントローラのマイクロチャンネルの内側で停滞することを防ぎ、このようにして、システムブロック内のフローチャンネルの寸法（およびそれによる内部体積）を増加させる必要なく、マスフローコントローラの信頼性と性能を改善させ得る。
【００６８】
マスフローコントローラＭＥＭＳシステムブロック４００は、図７Ａおよび７Ｂにおいて模式的に描写されており、使用していない時間（すなわち、ブロックを通る化学流体が流れていない時間）システムブロックから残留化学物質を除去するためのフラッシュ／パージラインを含む。具体的には、システムブロック４００は、ブロック内に配置された主要フローチャンネル４０２に沿ってインラインでおよび直列に設けられた以下のＭＥＭＳ構成要素を含む（主要チャンネル４０２の入口ポートから出口ポートに順番に）：主要チャンネル入口ポート近くに配置される第１の遮断弁４０４、第１の組み合わされた圧力／温度センサー４０６、比例弁４０８、拘束流オリフィス（restricted flow orifice）４１０、第２の圧力センサー４１２および主要チャンネル出口ポート近くに配置された第２の遮断弁４１４。主要チャンネル４０２の入口ポートは、上流の流体プロセッサーからシステムブロック４００への化学物質の流れを容易にするために非ＭＥＭＳ化学物質供給ライン４２０と流体連通する。同様に、主要チャンネル４０２の出口ポートは、配送場所（例えば、半導体加工ツール）に化学物質を供給するための非ＭＥＭＳ配送ライン４２２と流体連通する。ブロック４００のすべての遮断弁は、上述され、図１において描写された遮断弁と同様である。ＭＥＭＳ比例弁４０８、圧力／温度センサー４０６および圧力センサー４１２は、当該技術において周知であり、前述の態様について上述されたものと同様である。いずれか１以上の通常のまたは他の適切なプロセッサーは、化学物質配送モードからパージ／フラッシュモードに切り替えることが所望されるとき、選択された時間にセンサーにより得られた圧力および温度測定値に基づいて弁の制御（すなわち、開閉）をもたらすように利用される。図７Ａおよび７Ｂにおいて描写されるＭＥＭＳマスフローコントローラは、流体の流れを制御するために圧力と温度の測定値を利用するけれども、いずれか他の適切なマスフローコントローラもまた、流体の流れを制御するための１以上の他の物理的パラメーター（例えば、超音波、熱伝導度など）を利用するシステムブロック内に設けることができることに注意されたい。
【００６９】
第１と第２の遮断弁４０４および４１４の両方は、主要チャンネルの入口ポートから出口ポートへの流体の通常の流れ方向について前方配向で（弁４０４および４１４について図７Ａにおいて描写される矢印により示される）チャンネル４０２上に設けられる。
【００７０】
主要チャンネル４０２は、さらに、１対の分岐した部分を含み、第１の分岐した部分は、第１の遮断弁４０４と第１の圧力／温度センサー４０６との間の位置に配置され、第２の分岐した部分は、オリフィス４１０と第２の圧力センサー４１２との間の位置に配置される。第１の分岐した部分は、非ＭＥＭＳパージ／フラッシュ供給ライン４３０と流体連通する入口ポートに延びる。供給ライン４３０は、パージ／フラッシュ供給部分（例えば、供給タンク）に接続される。同様に、第２の分岐した部分は、収集場所（例えば、収集タンク）と接続する非ＭＥＭＳ収集ライン４３２と流体連通する出口ポートに延びる。任意に、収集ライン４３２は、下記のようにパージ／フラッシュモードの間ブロック４００からの流体の除去を促進するために真空ポンプを含み得る。
【００７１】
第３の遮断弁４２４は、供給ライン４３０からシステムブロック４００に供給されるパージ／フラッシュ流体の通常の流れ方向について逆配向で（弁４２４について図７Ａで描写される矢印により示される）第１の分岐部分上に設けられる。第４の遮断弁４２６は、システムブロック４００を通って収集ライン４３２に流れるパージ／フラッシュ流体の通常の流れ方向について前方配向で（弁４２６について図７において描写される矢印により示される）第２の分岐部分上に設けられる。
【００７２】
図７Ａにおいて描写されるように、システム操作の化学物質配送モードの間、遮断弁４２４および４２６は、パージ／フラッシュ流体の流れがシステムブロック４００の主要フローチャンネル４０２に入ることを防止するために閉じられ、一方、遮断弁４０４および４１４は、化学流体の流れが主要フローチャンネル４０２を通ることを許容するように開いている。ライン４３０内のパージ／フラッシュ流体の圧力は、パージ／フラッシュ流体の漏れが弁４２４を通ることを防ぐようにシステムブロック４００の主要チャンネル４０２を通って流れる流体の圧力以下に維持される。比例弁４１０は、システムブロック４００を通って配送場所まで正確な化学物質流量を達成するように所定の測定された温度で第１の圧力／温度センサー４０６と第２の圧力センサー４１２との間の所望の圧力差を達成するためにさまざまの開放／閉鎖位置に対して較正される。
【００７３】
配送場所への化学物質の配送が中断されるべきであり、パージ／フラッシュモードが実施される時間は、図７Ｂに描写されるように、遮断弁４０４および４１４は、主要チャンネル４０２を通ってシステムブロックに出入する化学物質の流れを止めるために閉じられている。遮断弁４２４および４２６は、パージ／フラッシュ流体（例えば、窒素）がシステムブロック４００の主要チャンネル部分を通って流れることを可能とするように開かれている。ライン４２０内の流体は、弁４０４からライン４２０へのパージ／フラッシュ流体の漏れを防ぐためにシステムブロック４００内の主要チャンネル４０２を通って流れるパージ／フラッシュ流体と同じかそれより大きな圧力で維持される。流れるパージ／フラッシュ流体は、主要チャンネル４０２中に存在する残留化学物質を収集ライン４３２に向かって除去し、このようにして、主要チャンネルならびに主要チャンネルに沿って配置されるＭＥＭＳ構成要素内の遮蔽を実質的に最小化または防止する。
【００７４】
したがって、システムブロック４００は、ＭＥＭＳ構成要素内の潜在的な遮蔽を減少させるかなくすためにパージ／フラッシュラインと一体化する信頼性の高いＭＥＭＳマスフローコントローラを提供する。化学物質配送モードとシステムのパージ／フラッシュモードとの間の切り替えは、速やかにかつ容易に達成され、その場合、マスフローコントローラ構成要素は、遮断弁４０４および４１４によりブロック内で速やかに隔離され得る。システムブロック４００はまた、システムの性能を高め、弁のいずれかを通る潜在的な漏れを最小化するために上記のようにいずれかの数の適切な余分の遮断弁および／または遮断弁の組み合わせを含むようにも改良され得る。必要であれば、付加的なパージ／フラッシュラインもまたシステムブロック寸法と内部体積を有意に増加させること無くシステムブロック内に容易に付け加えられ得る。
【００７５】
図７Ａおよび７Ｂのシステムブロック４００は、配送場所に正確な圧力の制御と流体の流れを提供する複雑な高純度の化学物質配送システムを達成するように図６のシステムと組み合わせられ得る。図８を参照すると、システム態様は模式的に描写され、ここで、システムブロック４００は、システムブロック３００の出口ポートと流体連通する流体配送ライン３１０をシステムブロック４００の入口ポートに（すなわち、弁４０４のすぐ上流の位置で）接続することにより図６において描写されているシステム中に設けられる。ブロック４００の配送ライン４２２は、半導体加工ツール５００と接続されている。
【００７６】
このように、上述され、図面に描写された多くの態様は、ＭＥＭＳ構成要素により配送されるプロセス流体の汚染の可能性を最小化しながら半導体製造または他のプロセスのために高純度の流体を高い信頼性で配送するために複雑な分配システム内でのＭＥＭＳ構成要素の組み合わせを容易にする。ＭＥＭＳ構成要素は、単一ブロック上に一体化され得るかまたは、代わりに、複数のブロックが互いに流体連通し、好ましくは、機能性グループ（例えば、加圧グループ、流量制御グループなど）として配列される。
【００７７】
化学物質配送システム内の高純度流体を配送するための新規なマイクロエレクトロメカニカルシステムを記述してきたが、他の修正、変更および変化が本明細書に記載される教示により当業者に示唆されると思われる。それゆえ、すべてのそのような変更、修正および変化は、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲に当てはまると思われるものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明による高純度分配システムにおいて用いられる「方向性」ＭＥＭＳ遮断弁の断面図である。
【図２Ａ】対称的シーリング特性を有する組み合わされた弁を確立するために本発明による互いについて対向方向に配向された２つの「方向性」ＭＥＭＳ遮断弁を含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図２Ｂ】対称的シーリング特性を有する組み合わされた弁を確立するために本発明による互いについて対向方向に配向された２つの「方向性」ＭＥＭＳ遮断弁を含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図３Ａ】本発明による配送モードでの流体の流れについて逆配向で配置される「方向性」ＭＥＭＳ遮断弁を有する操作の真空／パージ／洗浄モードの操作を含む流体分配ブロックの模式図を描写する。
【図３Ｂ】本発明による配送モードでの流体の流れについて逆配向で配置される「方向性」ＭＥＭＳ遮断弁を有する操作の真空／パージ／洗浄モードの操作を含む流体分配ブロックの模式図を描写する。
【図４Ａ】本発明による化学物質貯蔵タンクと流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ遮断弁およびＭＥＭＳ圧力センサーを有する流体分配ブロックを含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図４Ｂ】本発明による化学物質貯蔵タンクと流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ遮断弁およびＭＥＭＳ圧力センサーを有する流体分配ブロックを含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図４Ｃ】本発明による化学物質貯蔵タンクと流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ遮断弁およびＭＥＭＳ圧力センサーを有する流体分配ブロックを含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図４Ｄ】本発明による化学物質貯蔵タンクと流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ遮断弁およびＭＥＭＳ圧力センサーを有する流体分配ブロックを含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図４Ｅ】本発明による化学物質貯蔵タンクと流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ遮断弁およびＭＥＭＳ圧力センサーを有する流体分配ブロックを含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図４Ｆ】本発明による化学物質貯蔵タンクと流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ遮断弁およびＭＥＭＳ圧力センサーを有する流体分配ブロックを含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図４Ｇ】本発明による化学物質貯蔵タンクと流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ遮断弁およびＭＥＭＳ圧力センサーを有する流体分配ブロックを含む流体分配システムの模式図を描写する。
【図５Ａ】本発明による化学物質貯蔵タンクおよび流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ構成要素を有する流体加圧ブロックと弁スイッチブロックを含む別の流体分配システムの模式図を描写する。
【図５Ｂ】本発明による化学物質貯蔵タンクおよび流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ構成要素を有する流体加圧ブロックと弁スイッチブロックを含む別の流体分配システムの模式図を描写する。
【図５Ｃ】本発明による化学物質貯蔵タンクおよび流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ構成要素を有する流体加圧ブロックと弁スイッチブロックを含む別の流体分配システムの模式図を描写する。
【図５Ｄ】本発明による化学物質貯蔵タンクおよび流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ構成要素を有する流体加圧ブロックと弁スイッチブロックを含む別の流体分配システムの模式図を描写する。
【図５Ｅ】本発明による化学物質貯蔵タンクおよび流体配送ラインと流体連通する複数のＭＥＭＳ構成要素を有する流体加圧ブロックと弁スイッチブロックを含む別の流体分配システムの模式図を描写する。
【図６】図４Ｂおよび５Ａにおいて描写されるシステムの統合の模式図を描写する。
【図７Ａ】本発明によるＭＥＭＳ構成要素を用いるマスフローコントローラーシステムブロックの模式図を描写する。
【図７Ｂ】本発明によるＭＥＭＳ構成要素を用いるマスフローコントローラーシステムブロックの模式図を描写する。
【図８】図６および７のシステムの統合の模式図を描写する。
【符号の説明】
【００７９】
１，４４，４６，５４，５６，５８，１０４，１０６，１１０，１１４，１１６，１２０，１２５，１３２，１３６，１４０，１４２、２０４，２０６，２１０，２１２，３０４，３０６，３０８，４０４，４０８，４１４…弁、２…ダイ部分、４…ブロック、６…弁部材、８，１４，１０３，１０９，１１１，１１３，２０２，３０２，４０２…チャンネル、１２…シーリングダイ部分、１６…膜、１８…アクチュエータ、４０，５０，１００，２００，３００，４００…システムブロック、５３，１２２，１２４，１３４，１５２，２４４，２４６，２６０，３１０，４２２…配送ライン、１００…処理ブロック、１０１，２０２…加圧チャンネル、１０２，２５０…貯蔵タンク、１０８，１１２，２０８，４０６，４１２…圧力センサー、１２８，１３０，１５２，２４０…加圧ライン、１３８，２４２…排出ライン、４１０…オリフィス、５００…半導体加工ツール
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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