專利名稱：用以降低高壓氣體存儲(chǔ)和輸送帶來(lái)的危險(xiǎn)的壓力氣體輸送系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種用以減少因高壓壓縮氣體存儲(chǔ)和輸送而帶來(lái)的危險(xiǎn)的壓力氣體輸送系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
縱觀半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，需要可靠的高純度氣體源。在半導(dǎo)體制造廠中，這種高純度氣體輸送包括流路，用以將供氣容器和半導(dǎo)體加工工具和/或其他氣體消耗室或者工廠內(nèi)其他區(qū)域相連。
從上世紀(jì)七十年代開(kāi)始，高純度氣體輸送集成管得以開(kāi)發(fā)并改良，氣柜也根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，高強(qiáng)焊接和改進(jìn)的控制系統(tǒng)也進(jìn)入通用用途。同時(shí)，通風(fēng)規(guī)范，電氣規(guī)定，警報(bào)器和元件排列都變得更加標(biāo)準(zhǔn)化。氣體流路已經(jīng)發(fā)展為相關(guān)壓力傳感器、氣壓閥、調(diào)節(jié)器、高流量閥、連接件和供氣容器轉(zhuǎn)換方法的通用認(rèn)可設(shè)置。
在八十年代，引入了限流孔(RFO)概念，并將其標(biāo)準(zhǔn)化，使之成為氣體輸送集成管和流路的一個(gè)通用認(rèn)可組件。
上述發(fā)展已經(jīng)使半導(dǎo)體工業(yè)采用了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。今天，聯(lián)邦防火法案和一些工業(yè)管理局都規(guī)定了在半導(dǎo)體加工操作中使用的有毒、有腐蝕性和易燃?xì)怏w的存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)姆椒ā?br> 美國(guó)運(yùn)輸部(DOT)推薦在半導(dǎo)體加工廠內(nèi)使用供氣的容器。這種運(yùn)輸部推薦使用的氣缸通常運(yùn)輸或輸送用于半導(dǎo)體制造的有害氣體且由自身確定安全性。這種DOT推薦的氣缸發(fā)生故障的概率很低，大約每操作10,000年一次。
氣缸脹裂壓力通常被設(shè)定在氣缸最大工作壓力的5/3倍。氣缸的脹裂壓力最好是至少大約27.579MPa，通常情況下脹裂壓力在34.474MPa以上。目前這種氣缸所使用的不銹鋼閥相當(dāng)可靠，沒(méi)有報(bào)道過(guò)該閥被剪斷的實(shí)例。氣缸在初始制造和再填充過(guò)程中都要進(jìn)行規(guī)定的壓力測(cè)試，以保證結(jié)構(gòu)可靠性。通過(guò)對(duì)比，氣缸閥需要持續(xù)的維修且使用壽命也很短。
半導(dǎo)體加工業(yè)中的氣體輸送方法是一種既定的常規(guī)方法。高壓氣缸和輸送集成氣管相連，高壓氣體被供給到配氣板內(nèi)。安裝在該配氣板內(nèi)的氣體調(diào)節(jié)器將氣壓減小，使調(diào)壓氣體傳送給加工廠。利用靠近半導(dǎo)體加工設(shè)備設(shè)置的集成管閥箱(VMB)拆分該氣流，以便氣體可分配給各個(gè)加工設(shè)備。在VMB和/或加工設(shè)備上還可以設(shè)置有其他的氣體調(diào)節(jié)器。
美國(guó)專利5,518,528中對(duì)所公開(kāi)的吸附式氣體源的研發(fā)，已經(jīng)稍微改變了這種方法。利用SDS氣體源(可從ATMI，Inc.，Danbury，CT購(gòu)得)，可以將氣體存儲(chǔ)在低于大氣壓下，這通常用于離子種入，所使用的壓力范圍從0.0867MPa到0.00133-0.00266MPa。使用低于大氣壓的氣體源需要和加工廠周圍的壓力環(huán)境相符合。例如，諸如RPMTM氣柜(可從ATMI，Inc.，Danbury，CT購(gòu)得)的專用氣柜產(chǎn)品經(jīng)開(kāi)發(fā)能夠保證加工系統(tǒng)在大氣壓下進(jìn)行操作，而不會(huì)受被吸入低于大氣壓的氣缸和集成管的周圍空氣影響。這種氣柜設(shè)置有監(jiān)控和控制元件，用于比較上述氣體輸送系統(tǒng)內(nèi)的壓差，且能夠?qū)飧赘糸_(kāi)，阻止產(chǎn)生“高壓波流”。
美國(guó)專利6,089,027和6,101,816中描述有對(duì)預(yù)調(diào)壓氣體源的研發(fā)，闡述了使用傳統(tǒng)高壓氣缸的基本缺陷，和利用壓縮氣體來(lái)減小危險(xiǎn)的可能性。在這種預(yù)調(diào)壓氣體源中，在氣缸內(nèi)或閥頭上，還設(shè)置有氣體調(diào)節(jié)元件或機(jī)構(gòu)，從而可使氣體在升壓下保存在氣缸內(nèi)，且可由調(diào)節(jié)器確定的壓力所分配。上述可以控制氣壓的調(diào)節(jié)器低于容器內(nèi)氣壓的容納壓力，因此氣體能夠以高于大氣壓、接近大氣壓或者甚至低于大氣壓的適當(dāng)壓力進(jìn)行分配。
然而在利用壓縮氣缸的傳統(tǒng)實(shí)踐中，只能輸送滿氣缸壓力例如13.790MPa的氣體到氣體輸送集成管中，但是目前利用預(yù)調(diào)壓氣體源，就能輸送正向氣體就位，例如0.13790-0.690MPa或低于大氣壓壓力的氣體。因此預(yù)調(diào)壓氣體源就是半導(dǎo)體工業(yè)的一大顯著進(jìn)步，且提供了用于操作安全氣體輸送系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
該進(jìn)步的結(jié)果是顯著的。由于在更換氣缸過(guò)程中或者氣體輸送系統(tǒng)中元件所產(chǎn)生的故障，氣缸內(nèi)所具有的減壓能力就可以抑制事故或故障的發(fā)生。預(yù)調(diào)壓氣體源還具有另一主要優(yōu)點(diǎn)。如果壓力超過(guò)氣體輸送系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)設(shè)極限，系統(tǒng)內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)控制器會(huì)迅速啟動(dòng)自動(dòng)切斷程序，該程序包括閉合氣缸上的氣壓閥，閉合集成管上的高壓隔離閥，并啟動(dòng)系統(tǒng)警報(bào)。
通常，由于半導(dǎo)體加工所使用的氣體都是有毒或有害氣體，所以有必要保持氣缸中安全限定的高壓氣缸內(nèi)的容量，以高效方式控制分配氣體安全輸送。
現(xiàn)有技術(shù)一直都在尋求氣體源及其使用方法在安全性和可靠性上的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常涉及在諸如半導(dǎo)體制造的工業(yè)加工中分配氣體的裝置和方法。
在有關(guān)裝置的一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于分配氣體的氣體分配裝置，包括(a)調(diào)壓氣體源容器，其容納高于大氣壓的氣體且設(shè)置成在低壓下排氣；(b)集成氣管，其被設(shè)置用來(lái)接收來(lái)自上述調(diào)壓氣體源容器的排氣且包括用以分配所述氣體的氣體流路；(c)用于可選擇地將集成氣管的流路和上述調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置；(d)用于從上述氣體流路中去掉氣體、以能夠在上述容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)可更換氣體源容器的裝置。
在有關(guān)裝置的另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種將氣體分配到用氣區(qū)域的氣體分配裝置。該氣體分配裝置包括(a)調(diào)壓氣體源容器，其容納高于大氣壓的氣體，在該容器上或容器里具有至少一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，該容器和流量控制閥相連，其中上述至少一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器和流量控制閥可設(shè)置成使從該氣體源容器排出的氣體在流入流量控制閥之前，流經(jīng)至少一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器；(b)集成氣管，其設(shè)置用來(lái)接收來(lái)自上述調(diào)壓氣體源容器的排氣且包括用以分配該排氣的氣體流路；(c)用于從上述氣體流路中去掉氣體、以能夠在上述容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)可更換氣體源容器的裝置。
在有關(guān)方法的一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種操作氣體分配裝置的方法，包括氣體源以可選流通的方式和集成氣管相連，其中集成氣管包括用于將氣體排到用氣區(qū)域的流路，上述方法包括利用作為氣體源的調(diào)壓氣體源容器容納高于大氣壓的氣體，其中壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置成使在集成氣管內(nèi)的氣壓低于氣體源容器內(nèi)高于大氣壓氣體的壓力。
在有關(guān)方法的另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種操作以可選流通方式和集成氣管相連的氣體源的方法，其中集成氣管包括用于將氣體排到用氣區(qū)域的流路，所述方法包括利用作為氣體源的氣體源容器容納高于大氣壓的氣體，并在上述容器內(nèi)具有壓力調(diào)節(jié)器，該容器和流量控制閥相流體聯(lián)通，其中上述壓力調(diào)節(jié)器和流量控制閥可設(shè)置成使從該氣體源容器排出的氣體在流入流量控制閥之前，流經(jīng)上述壓力調(diào)節(jié)器，再流入上述集成氣管，其中壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置得使在集成氣管內(nèi)的氣壓低于氣體源容器內(nèi)高于大氣壓氣體的壓力(低于至少25％，較好是至少40％，更好是至少60％，最好是至少80％)。
本發(fā)明的有關(guān)裝置的又一個(gè)方面涉及一種氣體分配系統(tǒng)，包括調(diào)壓氣體源容器，其以供氣方式和集成氣管相連，用于將氣體分配給半導(dǎo)體加工設(shè)備，其中集成氣管內(nèi)的氣壓要比調(diào)壓氣體源容器內(nèi)的氣壓低至少40％，調(diào)壓氣體源容器包括限定用于保持上述氣體的內(nèi)部容積的外殼，安裝在上述外殼上的頭部裝置，其中調(diào)壓氣體源容器包括內(nèi)置在上述外殼內(nèi)部容積內(nèi)的氣壓調(diào)節(jié)器，上述頭部裝置包括流量控制閥，從而從上述調(diào)壓氣體源容器流到集成氣管的氣體在流經(jīng)上述頭部裝置內(nèi)的流量控制閥之前，流經(jīng)上述氣壓調(diào)節(jié)器，其中上述氣體分配系統(tǒng)相對(duì)于具有并不調(diào)壓的氣體源容器的相應(yīng)氣體分配系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有下列至少一個(gè)特點(diǎn)(I)氣體源容器尺寸小；(II)降低了通氣要求；(III)提高了在線分配能力；以及(IV)提高使用壽命。
如此后詳細(xì)的描述，本發(fā)明可由不同模式和形式來(lái)實(shí)施，包括高于大氣壓氣體的分配，低于大氣壓氣體的分配，以及涉及在高于大氣壓壓力下分配氣體并可進(jìn)而被下調(diào)到低于大氣壓壓力的合成操作，此后將詳細(xì)敘述。
在本發(fā)明的實(shí)踐中，上述氣體源容器和集成氣管可設(shè)置在氣柜內(nèi)，或者作為單獨(dú)裝置設(shè)置在“露天”的集成管系統(tǒng)中，其中集成氣管安裝在單樁壁，齒條，配氣板或者其他支承結(jié)構(gòu)上，而氣體源容器與此相連。
在本發(fā)明的其他方面，上述氣體分配系統(tǒng)可使用能夠壓力調(diào)節(jié)分配氣體的氣體源容器，其中氣體源容器具有相連的閥頭裝置，該裝置包括氣壓調(diào)節(jié)器，即在作為集成閥頭裝置的初級(jí)閥之后利用調(diào)節(jié)器的容器，且可選擇地具有在調(diào)節(jié)器之后的手動(dòng)隔離閥，以便氣體依次流經(jīng)上述初級(jí)閥，壓力調(diào)節(jié)器和手動(dòng)隔離閥。在該裝置內(nèi)的上述手動(dòng)隔離閥可集成在上述氣體源容器上的閥頭裝置內(nèi)。
本發(fā)明實(shí)踐中使用氣體源容器的其他替換實(shí)例在美國(guó)專利6,314,986；5,937,895和6,007,609以及歐洲專利EP1180638 A2都有所公開(kāi)。
本發(fā)明的其他方面，特點(diǎn)和實(shí)施例都將從下列公開(kāi)和隨后的權(quán)利要求中變得更加顯而易見(jiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的諸如經(jīng)調(diào)整可提高安全操作的高壓氣柜的簡(jiǎn)圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中相應(yīng)減壓氣柜的簡(jiǎn)圖，該氣柜利用了由壓力調(diào)節(jié)容器供應(yīng)的低于大氣壓的分配氣體。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中減壓氣柜的簡(jiǎn)圖，該氣柜利用由壓力調(diào)節(jié)容器供應(yīng)的低壓分配氣體，而且進(jìn)一步在氣柜的配氣板內(nèi)由低于大氣壓壓力的下游調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
下列專利申請(qǐng)和專利的內(nèi)容作為參考整體包含在這里2000年10月17日授權(quán)的美國(guó)專利US6,132,492；1999年08月10日授權(quán)的美國(guó)專利US5,935,305；1996年05月16日授權(quán)的美國(guó)專利US5,518,528；1998年01月06日授權(quán)的美國(guó)專利US5,704,965；1998年01月06日授權(quán)的美國(guó)專利US5,704,967；1998年01月13日授權(quán)的美國(guó)專利US5,707,424；1999年06月29日授權(quán)的美國(guó)專利US5,917,140；2000年08月15日授權(quán)的美國(guó)專利US6,101,816；2000年12月05日授權(quán)美國(guó)專利US6,155,289；2000年07月18日授權(quán)的美國(guó)專利US6,089,027；2000年04月19日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)09/522,347；和2001年06月05日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)09/874,084。
本發(fā)明提供一種低高壓或低于大氣壓的存儲(chǔ)和輸送系統(tǒng)裝置，作為供氣源機(jī)構(gòu)，用于半導(dǎo)體加工，舉例來(lái)說(shuō)用鹵化物氣體來(lái)刻蝕清潔加工設(shè)備，利用氣態(tài)原始化合物進(jìn)行化學(xué)氣相淀積，用以氣體摻雜劑類的摻雜劑氣體或前體的摻雜劑輸送，氫化物和鹵化物氣體的離子種入，以及有機(jī)金屬V族合成物，諸如三氫化砷，磷化氫，氯，NF3，BF3，BCl3，乙硼烷(B2H6及其氘類似物，B2D6)，HCl，HBr，HF，HI，六氟化鎢，和(CH3)3Sb。
根據(jù)本發(fā)明，減小分配氣體的氣壓就可使得用于從氣體源(存儲(chǔ)和分配)容器輸送氣體的閥和調(diào)節(jié)器的壽命得以延長(zhǎng)。在壓力減小時(shí)，連接件更易于防止泄漏，減小或甚至消除壓力驟增，閥能夠更有效密封，從而減小泄漏和粒子產(chǎn)生。而且，還提高了通風(fēng)/清除循環(huán)性能，因而減少了在清除或通風(fēng)操作中去除的氣體量。
氣體分配設(shè)備通過(guò)減少壓力來(lái)提高工作壽命，而工作安全性的提高不僅要靠減少氣壓，從而萬(wàn)一發(fā)生泄漏，減少向外界泄漏的氣體量，而且還要靠提高設(shè)備的可靠性，在供氣系統(tǒng)內(nèi)由自身最小化這種泄漏或故障。
本發(fā)明中使用的上述氣體存儲(chǔ)和分配容器可以為任何合適的形式，包括傳統(tǒng)的高壓缸，其在高壓下容納氣體的厚度和余量設(shè)計(jì)都增加了操作的可靠性。在低壓或低于大氣壓下保持待分配氣體(即“工作氣體”)。上述氣體存儲(chǔ)和分配容器可設(shè)置有閥頭裝置，該閥頭裝置包括進(jìn)入和排出口，諸如緊急閥、同步盤(pán)或者氣體過(guò)壓安全機(jī)構(gòu)的過(guò)壓安全機(jī)構(gòu)，諸如手動(dòng)或自動(dòng)閥的流體調(diào)節(jié)器和流量控制元件，以及連接到流路或其他分配機(jī)構(gòu)上、用于將分配氣體輸送到用氣區(qū)域的連接件。
在本發(fā)明的實(shí)踐中，用于供給工作氣體的容器為一種調(diào)壓容器。當(dāng)在這里使用時(shí)，參考?xì)怏w源容器，術(shù)語(yǔ)“調(diào)壓”是指一種包括外殼部和端口的容器，該外殼部封裝容納分配氣體的內(nèi)部容積，上述端口從上述內(nèi)部容積排氣。該容器設(shè)有氣體調(diào)節(jié)裝置，即該氣體調(diào)節(jié)裝置可設(shè)置在上述容器的內(nèi)部容積內(nèi)，也可設(shè)置上述外殼部的端口上(例如上述調(diào)節(jié)裝置可部分設(shè)置在內(nèi)部容積內(nèi)，部分設(shè)置在上述容器的頸部開(kāi)口內(nèi)，或者從該頸部開(kāi)口內(nèi)突出)，或者設(shè)置在安裝于該容器上的頭部裝置內(nèi)。上述頭部裝置包括容納流路的單獨(dú)模塊或其他結(jié)構(gòu)、以及在此處構(gòu)成調(diào)節(jié)器和上述頭部裝置閥元件的輔助部件。上述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中可設(shè)置使得從上述容器分配的氣體在流經(jīng)流量控制元件之前，流經(jīng)上述調(diào)節(jié)器。這些流量控制元件可以是閥，質(zhì)量流控制器，排出器，噴射器等等。
這種容器已在美國(guó)專利6,101,816和6,089,027中公開(kāi)，且經(jīng)濟(jì)可用，用于各種半導(dǎo)體加工氣體，并由ATMI公司制造(Danbury，CT)。
上述氣體源容器還可替換的是這樣一種形式，即在調(diào)節(jié)器上游設(shè)置容器關(guān)閉閥，該調(diào)節(jié)器又依次在容器流量控制閥的上游，該控制閥可被調(diào)節(jié)來(lái)改變氣體的流量，通過(guò)這種關(guān)閉閥/調(diào)節(jié)器/流量控制閥設(shè)置，這些元器件均可集成在該氣體源容器的閥頭裝置內(nèi)，或者與該容器相連。
上述容器具有在和該氣體源容器相連的閥頭裝置上設(shè)置的出口端，在優(yōu)選實(shí)施例中的氣體出口端設(shè)置有限流孔(RFO)，用以提高容器操作的安全性。
在本發(fā)明中單個(gè)的氣體源容器可和集成管相連，或者多個(gè)這種容器并排使用，從而可利于在氣體耗盡時(shí)更換舊容器，利用并排設(shè)置的備用容器進(jìn)行不間斷操作。出于這個(gè)目的，多個(gè)容器可安裝在氣柜內(nèi)或連接到氣體集成管上，通過(guò)一個(gè)自動(dòng)切換系統(tǒng)，在最前面的容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)，自動(dòng)切換上述容器，保證氣體分配系統(tǒng)的連續(xù)操作。
在本發(fā)明中上述氣體源容器上的流量控制閥(以及上述所探討的關(guān)閉閥/調(diào)節(jié)器/流量控制閥裝置中的關(guān)閉閥)最好是氣壓閥，以便利用壓縮空氣或其他分配系統(tǒng)中的其他工作氣體進(jìn)行自動(dòng)操作。這種閥還能夠在系統(tǒng)中雙點(diǎn)分離(two-point isolation)，一點(diǎn)由氣體源容器閥所形成，而另一點(diǎn)由用于流路中的集成管分離閥形成，而氣體源容器分配管線則和上述氣體集成管相連。
本發(fā)明中的上述供氣系統(tǒng)通常用于輸送合適的半導(dǎo)體加工氣體，包括用于半導(dǎo)體裝置和初始結(jié)構(gòu)的制造，以及用于清潔或處理室和流路內(nèi)的氣體，以及用于減少在半導(dǎo)體制造過(guò)程中起排水作用的氣體。盡管這里是主要參考半導(dǎo)體加工應(yīng)用的氣體輸送，但本發(fā)明并不局限于此，本發(fā)明的供氣系統(tǒng)還可用于耗氣的其他應(yīng)用。這些可替換應(yīng)用的示意性實(shí)例可以是但不局限于焊接系統(tǒng)，水下呼吸系統(tǒng)，反恐建筑排氣系統(tǒng)，油井防火系統(tǒng)，氫動(dòng)力車輛，化學(xué)存儲(chǔ)和分配設(shè)施(例如存儲(chǔ)化學(xué)制劑，神經(jīng)氣體和空運(yùn)材料)和農(nóng)業(yè)果實(shí)催熟系統(tǒng)等。
因此本發(fā)明可用于輸送下列這些氣體，即氟化硼，硅烷，甲基硅烷，三甲基硅烷，三氫化砷，磷化氫，氯，BCl3，B2D6，六氟化鎢，氟化氫，氯化氫，碘化氫，溴化氫，鍺烷，氨水，銻化氫，硫化氫，硒化氫，碲化氫和相應(yīng)其他的鹵化物(氟、氯、溴、碘)氣態(tài)合成物例如NF3，和有機(jī)合成物，即V族合成物，例如半導(dǎo)體加工操作中的(CH3)3Sb，以及碳化氫氣體、氫氣、甲烷、氮?dú)?、一氧化碳等氣體，還包括其他應(yīng)用中的稀有氣體鹵化物。
盡管本發(fā)明在這里主要是結(jié)合半導(dǎo)體加工進(jìn)行敘述，其中存儲(chǔ)單種氣體并從氣體源容器進(jìn)行分配，但是可以理解本發(fā)明并不局限于此，還可延伸包括多重組分氣體混合物的存儲(chǔ)和分配。
本發(fā)明提高了供氣系統(tǒng)的安全性，利用包括氣缸或其他流體存儲(chǔ)和分配容器的氣體源，其內(nèi)流體由氣缸內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)器或裝置在升壓下被調(diào)壓，由于氣缸內(nèi)的這種壓力調(diào)節(jié)并不是對(duì)高壓氣體的常規(guī)操作設(shè)置，所以本發(fā)明中的供氣系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)有所不同，其中高壓氣體在使用該氣體的半導(dǎo)體加工設(shè)備或室或者在氣體源的下游被節(jié)流或者調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例利用在分配集成氣管上的另一調(diào)節(jié)器，作為和氣體源容器相連的壓力調(diào)節(jié)器的備用部分，且還設(shè)置次級(jí)壓力調(diào)節(jié)以滿足用氣加工的需要，該氣體從上述供氣系統(tǒng)中的氣體源容器供給。當(dāng)氣體源容器內(nèi)氣體在使用中耗盡時(shí)，這樣的“次級(jí)”調(diào)節(jié)器就會(huì)減小“供壓影響”。
用在上下文的術(shù)語(yǔ)“另一”是相對(duì)集成氣管上的氣壓調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，指除了上述至少一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器以外，該氣體源容器上還整體設(shè)置有其他的這種集成管調(diào)節(jié)器。而術(shù)語(yǔ)“集成”和“整體設(shè)置”是相對(duì)和上述氣體源容器相連的壓力調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，表示這些調(diào)節(jié)器至少部分地內(nèi)置于上述容器內(nèi)部容積和/或設(shè)置在該容器的頭部裝置內(nèi)，該頭部裝置安裝在該容器的外殼部上，以便于頭部裝置的閥和壓力調(diào)節(jié)器可以和該容器外殼部的內(nèi)部容積相氣體聯(lián)通。
本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施例中使用了一個(gè)具有壓力調(diào)節(jié)器的氣體源容器，使分配氣體可在流經(jīng)氣流控制元件例如氣體分配閥之前，流入該調(diào)節(jié)器。因此本發(fā)明的氣體源容器具有減壓功能，這種供氣系統(tǒng)能夠以新穎而又有效的方式利用壓力作為切斷和控制方法的一部分，這將在后面詳細(xì)敘述。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還包括能夠減小利用硅烷、硅烷混合物、磷化氫、三氫化砷、一氧化碳、四氟化硅等有害氣體的危險(xiǎn)性。相對(duì)于目前的高壓供氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明中供氣集成管內(nèi)氣體的體積和質(zhì)量直接同減小的氣壓成比例地減小，因而存留在集成管內(nèi)和如果發(fā)生泄漏時(shí)分散到周圍環(huán)境中的氣體量就會(huì)減小。通過(guò)嚴(yán)格限制最大工作壓力即供氣系統(tǒng)操作的允許壓力，本發(fā)明的供氣系統(tǒng)以目前尚未使用的方式來(lái)控制壓力，從而可以限制潛在和/或泄漏氣體量。
當(dāng)本發(fā)明的供氣系統(tǒng)在低于大氣壓模式操作時(shí)，可用其他的安全控制方法。這種低于大氣壓操作的好處就是系統(tǒng)內(nèi)如果產(chǎn)生泄漏，也會(huì)“進(jìn)入”或流入到流路中去，直到周圍氣壓(例如大氣壓)和流路氣壓相等時(shí)為止，因而就從根本上大大放緩了分配氣體向外界擴(kuò)散。
本發(fā)明的供氣系統(tǒng)在一個(gè)實(shí)施例中，如果供氣集成管的壓力超過(guò)一個(gè)預(yù)定值，可將供氣缸隔開(kāi)，即在系統(tǒng)中表壓變?yōu)檎?，例?.0345MPa，其中氣體在低于大氣壓下從供氣缸分配。這種氣缸隔開(kāi)特性，大大減小氣缸內(nèi)氣體和外界相接觸的危險(xiǎn)，保證人員的健康和/或安全。在另一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)可設(shè)置成使氣缸上的氣壓閥除非在供氣集成管內(nèi)為負(fù)壓時(shí)，不會(huì)向分配氣體打開(kāi)。這就保證除有安全機(jī)構(gòu)以外，有害氣體都能夠被保存在氣缸內(nèi)。
在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，利用多個(gè)壓力感應(yīng)元件例如壓力傳感器或壓力開(kāi)關(guān)，在氣體流路上還可提供有冗余(redundancy)保護(hù)。一個(gè)變形實(shí)施例中，在氣柜殼體內(nèi)，可在靠近集成管的加工氣體出口的流路上設(shè)置有和氣體源相連的調(diào)節(jié)器或者其他形式的調(diào)節(jié)器。如果和氣體源容器相連的調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，這種額外的調(diào)節(jié)器就能夠在氣柜以外，為在氣體源容器內(nèi)部升壓下引入氣體提供更多的保護(hù)。
在低于大氣壓下分配氣體的供氣系統(tǒng)操作還具有其他的好處。舉例來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)高壓缸供氣系統(tǒng)通常使用專用清除氣體氣缸，這種清除氣體可以是氮?dú)狻６ㄟ^(guò)低壓操作，在很多場(chǎng)合下就不再需要這種專用N2清除氣體氣缸。含有待分配半導(dǎo)體加工氣體的氣缸上的氣壓閥在清除過(guò)程中保持關(guān)閉，在本發(fā)明的實(shí)踐中在調(diào)壓氣體源容器中使用設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)器(SPRs)，即使外界壓力再高也不會(huì)打開(kāi)(例如＞13.790MPa)，因此從工作氣缸流入清除氮?dú)庀到y(tǒng)的有害氣體可以忽略。結(jié)果，供氣系統(tǒng)不但可利用尺寸小而又結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氣柜，而且在正常操作中，還比使用傳統(tǒng)高壓氣缸的氣柜所需的通風(fēng)率要低，傳統(tǒng)高壓氣缸中沒(méi)有本發(fā)明系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)特征。
本發(fā)明供氣系統(tǒng)的另一個(gè)好處就是除了減少上述通風(fēng)率要求以相對(duì)相應(yīng)的傳統(tǒng)高壓氣缸系統(tǒng)減小氣柜尺寸以外，還可以成比例于“最壞情況期望操作泄漏量”，來(lái)減小氣柜通風(fēng)率。
此外，由于本發(fā)明中系統(tǒng)提高了操作安全性，所以就減小了加工廠的安全保障率，而且因高壓危險(xiǎn)性減小，所以氣室相距半導(dǎo)體加工設(shè)備的距離及其設(shè)置都可得以更加優(yōu)化。
本發(fā)明中在減壓下的操作還具有其他優(yōu)點(diǎn)，即相對(duì)傳統(tǒng)高壓操作，能夠消除壓力驟增而給流路元件帶來(lái)的不利影響。而這種壓力驟增會(huì)大大縮短元件的使用壽命。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將調(diào)壓氣缸(即設(shè)定或調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn))設(shè)定為額定正壓例如0.0689-0.689MPa，輸送調(diào)壓氣體，同時(shí)將系統(tǒng)中高壓警報(bào)的壓力設(shè)定點(diǎn)設(shè)置在所選工作壓力之上的0.0689-0.13790MPa壓力處，來(lái)啟動(dòng)切斷系統(tǒng)。
作為特定示意性實(shí)例，本發(fā)明可用在半導(dǎo)體加工廠，用于從氣柜內(nèi)的VAC調(diào)壓容器輸送硅烷，其中氣柜可經(jīng)調(diào)節(jié)在流路內(nèi)的壓力達(dá)到0.0689MPa時(shí)觸發(fā)警報(bào)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例除了氣缸內(nèi)的調(diào)節(jié)器以外，還可利用輸送配氣板內(nèi)的另一個(gè)調(diào)節(jié)器，作為進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸送到加工廠氣體壓力的裝置。通過(guò)這種方式，上述配氣板上的調(diào)節(jié)器可作為氣體分配的次級(jí)調(diào)節(jié)器，如果上述氣缸內(nèi)的調(diào)節(jié)器發(fā)生故障時(shí)還能夠提供備用安全特性。
本發(fā)明還能夠?qū)嵤┎煌膶?shí)施例，在氣缸上使用氣壓閥。這些應(yīng)用還可以是離子種入氣箱，標(biāo)準(zhǔn)氣柜，沒(méi)有利用氣柜的自由選定集成氣管，大體積輸送系統(tǒng)例如450公升氣缸和承載管等。
本發(fā)明中的氣體存儲(chǔ)和分配系統(tǒng)可設(shè)置用以在所需低于大氣壓或者高于大氣壓下，以固定流率，利用和分配氣體加工要求相匹配的限流孔分配氣體，該限流孔設(shè)置在氣體分配流路上。該容器內(nèi)的調(diào)節(jié)器通常關(guān)閉，僅在氣體存儲(chǔ)和分配容器內(nèi)的集成氣管流路達(dá)到極限工作壓力時(shí)才打開(kāi)。
本發(fā)明中的調(diào)節(jié)器可為單調(diào)節(jié)器，或者為雙或多調(diào)節(jié)器的組合，每一調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)可以是固定的，也可以是可調(diào)的。在低于大氣壓的氣體從集成氣管流路分配到下游加工設(shè)備時(shí)，由于氣體源容器和集成氣管流路相連，使用這種設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)器就能夠防止清除氣體意外回流到氣體源容器內(nèi)。如果和氣體源容器相連的設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)器被設(shè)定用以高于大氣壓的氣體分配，例如在0.689MPa，清除氣體的壓力就應(yīng)該高于該氣體源容器的調(diào)節(jié)器的設(shè)定壓力，以保證設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)器保持關(guān)閉，從而避免意外的回流。
所述類型的定壓調(diào)節(jié)器利用壓力感應(yīng)裝置[PSA]例如焊接波紋膜片，來(lái)調(diào)節(jié)氣流，而該P(yáng)SA感應(yīng)于下游輸送壓力，并調(diào)節(jié)錐形提升件或者氣體流路內(nèi)相應(yīng)元件的位置，在調(diào)節(jié)器裝置的制造過(guò)程中，按需校準(zhǔn)和密封該P(yáng)SA單元。
因此上述氣體存儲(chǔ)和分配容器利用單級(jí)或雙級(jí)內(nèi)置調(diào)節(jié)器，使分配氣體在進(jìn)入閥頭之前流經(jīng)這些調(diào)節(jié)器，隨后流入閥內(nèi)。調(diào)壓容器可和含有該氣體存儲(chǔ)和分配容器的氣柜內(nèi)其他的調(diào)節(jié)器相結(jié)合，在該容器的下游，在氣柜的集成氣管流路內(nèi)，至少設(shè)置有一個(gè)額外的調(diào)節(jié)器，從而在該容器內(nèi)外提供多級(jí)調(diào)節(jié)器性能和壓力控制。
可以理解，在流量控制閥的上游，將調(diào)節(jié)器設(shè)置在該容器閥頭內(nèi)或內(nèi)部容積的頸部或其他部分上，可調(diào)整該氣體存儲(chǔ)和分配系統(tǒng)。在實(shí)踐中，可優(yōu)選地使調(diào)節(jié)器至少部分設(shè)置在上述氣體源容器內(nèi)部容積內(nèi)，從而保護(hù)調(diào)節(jié)器在存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中免受沖擊和振動(dòng)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)將該調(diào)節(jié)器安全地設(shè)置在流量控制閥的上游。
本發(fā)明中所使用的氣壓調(diào)節(jié)器可以是任何合適形式。優(yōu)選的調(diào)節(jié)器可以是SwagelokHF系列定壓調(diào)節(jié)器(可從Swagelok公司購(gòu)得，www.swagelok.com)，設(shè)定壓力范圍從真空到17.582MPa。使用高精度調(diào)節(jié)器能夠在所需的設(shè)定壓力可靠地將氣體從調(diào)壓容器進(jìn)行分配。
通常該氣壓調(diào)節(jié)器最好是由提升件構(gòu)成的提升閥，該提升件被偏壓在密封件上，防止在高于設(shè)定壓力下流出。這種調(diào)節(jié)器使用響應(yīng)出口壓力變化的氣動(dòng)壓力感應(yīng)裝置，通過(guò)上述壓力感應(yīng)裝置的伸縮和提升閥的平移，保持設(shè)定壓力。
根據(jù)本發(fā)明，為了模擬氣體存儲(chǔ)和分配系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間操作，由BF3作為工作氣體，四個(gè)調(diào)節(jié)器(SwagelokHF系列定壓調(diào)節(jié)器，可從Swagelok公司購(gòu)得)同時(shí)測(cè)試750,000個(gè)工作循環(huán)。由硅烷作為工作氣體，另一系列的四個(gè)調(diào)節(jié)器測(cè)試350,000個(gè)工作循環(huán)。每一循環(huán)都?xì)怏w流動(dòng)大約5-10秒到10分鐘，要求調(diào)節(jié)器隨后關(guān)閉且被密封。調(diào)節(jié)器控制的平均變量為6％，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著問(wèn)題。這些調(diào)節(jié)器的泄漏率低于7×10-6atm-cc/hr。
優(yōu)選的，調(diào)節(jié)器內(nèi)置在氣體源容器內(nèi)可避免很多泄漏問(wèn)題，以免引發(fā)調(diào)節(jié)器故障，例如可避免PSA中膜片故障。這些故障會(huì)導(dǎo)致校準(zhǔn)氣體的損失，由于PSA中沒(méi)有補(bǔ)償力，調(diào)節(jié)器在“關(guān)閉”狀態(tài)會(huì)發(fā)生失效，導(dǎo)致氣流損失，因此元件的故障出現(xiàn)在氣缸內(nèi)，從該容器內(nèi)就不會(huì)損失或泄漏氣體。
下面來(lái)參考附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明的諸如經(jīng)調(diào)整可用于改善安全操作的高壓氣柜的簡(jiǎn)圖。
該氣柜由短劃線框100圍住，包括高壓氣缸102，和相連的流路、閥、流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，以及相關(guān)儀表和控制機(jī)構(gòu)，其中流路和至少上述一些元器件可被安裝在氣柜的配氣板上，作為設(shè)置在氣柜100內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性裝置。
上述高壓氣缸102為常用形式，具有閥頭104及其相連的閥旋鈕106和出口端108。上述旋鈕106可由自動(dòng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)所替換，為閥頭104內(nèi)的閥提供自動(dòng)控制來(lái)分配高壓氣體。在優(yōu)選實(shí)施例中，氣缸閥最好是氣壓閥，相對(duì)其他形式的閥能夠提供更多的控制，可由壓力開(kāi)關(guān)打開(kāi)和關(guān)閉。由于技術(shù)人員和設(shè)備操作人員需要操作氣缸上的手動(dòng)控制閥，所以不優(yōu)選為手動(dòng)閥。
在分配過(guò)程中，高壓氣體從上述高壓氣缸流經(jīng)閥頭104內(nèi)的閥，打開(kāi)旋鈕106，因而氣體流經(jīng)排氣管線110，該管線包括閥112、116，調(diào)節(jié)器114和流量限制開(kāi)關(guān)118。
上述排氣管線110還和集成管線126和120相連。該排氣管線110包括集成隔離閥111，可操作的將上述集成氣管和容器102彼此相隔開(kāi)。集成管線126包括流量控制閥128，集成管線120包括清除氣體調(diào)節(jié)器122和閥124。
上述集成管線還包括旁路管線142，該旁路包括閥144。上述集成管進(jìn)一步包括真空文丘里裝置，該裝置包括和文丘里管132相連的真空發(fā)生器工作氣體入口134。該文丘里管132又依次經(jīng)由真空管線130和集成管線126相連。該文丘里管132在出口端和包括閥138的排氣管線136相連。
壓力開(kāi)關(guān)140可操作地和集成管線126相連。
如前所述，在圖1的氣柜系統(tǒng)中，在正常操作下當(dāng)閥頭104內(nèi)的閥打開(kāi)時(shí)，處于高于大氣壓的壓力下從氣體源容器102中分配。排氣管線110包括調(diào)節(jié)器114，用于將氣體在調(diào)節(jié)器114設(shè)定點(diǎn)所確定的預(yù)定壓力下，分配到下游處理單元(圖1未示出)。排氣管線110內(nèi)的流量控制閥112、116在氣體分配期間打開(kāi)。該分配管線110進(jìn)一步包括流量限制開(kāi)關(guān)118，當(dāng)分配氣體的體積流率超過(guò)定值時(shí)，用以切斷高于大氣壓氣體的供應(yīng)。流量限制開(kāi)關(guān)118可基于壓力或分配氣體其他性質(zhì)操作，而不是體積流率。當(dāng)集成管流路內(nèi)出現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí)，該流量限制開(kāi)關(guān)可提供中斷分配氣體從氣柜100的流動(dòng)。
由于在集成管下游從氣體源容器102配置有調(diào)節(jié)器114，所以在氣柜集成管內(nèi)的高壓氣體在根據(jù)該調(diào)節(jié)器設(shè)定點(diǎn)的預(yù)定減壓下被分配。
該集成管包括流線和相連的閥以及其他元件，具有真空發(fā)生器回路，該回路包括氣體入口管線134，文丘里管132，排氣管線136，和相連真空吸氣管線130。在操作中，空氣、氮?dú)饣蛘咂渌麣怏w等工作氣體流經(jīng)上述入口管線134和文丘里管132，利用上述集成管，通過(guò)適當(dāng)開(kāi)閉閥124、128、144和116，在管線130內(nèi)產(chǎn)生吸氣，從而能夠在耗盡氣體源容器102內(nèi)的高壓氣體而進(jìn)行更換之前被抽空。
上述氣柜還可以包括清除能力，借助于清除氣體供給線120，通過(guò)適當(dāng)開(kāi)閉閥124、128、112、116、144和138，清除氣體可流經(jīng)集成氣管，從集成氣管的管路和閥中除去殘留的工作氣體。
該集成氣管包括壓力開(kāi)關(guān)140，該開(kāi)關(guān)可根據(jù)集成管內(nèi)的感應(yīng)壓力，切斷操作或隔開(kāi)集成管部分。
在更換氣體源容器102或在保養(yǎng)或維修集成氣管或其元件過(guò)程中，該氣柜100的集成氣管還包括用于抽空集成管空氣和清除氣體的合適機(jī)構(gòu)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中減壓氣柜的簡(jiǎn)圖，從調(diào)壓容器內(nèi)提供低于大氣壓的分配氣體。
如圖2所示，氣柜200包括調(diào)壓氣體源容器202，該氣體源設(shè)有閥頭204，該閥頭包括可與閥操作元件206相連的閥，該元件206可有選擇地開(kāi)閉上述閥，從而可啟動(dòng)或終止氣體流出出口端208。上述閥可和閥操作元件206簡(jiǎn)要示出，在實(shí)踐中，閥頭204內(nèi)的閥為和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)(圖2未示出)相連的氣壓閥。
在氣缸出口閥的管口從處，閥頭204的出口端208包括限流孔(FRO)。這就在氣缸閥打開(kāi)時(shí)提供有安全性的保證，而不和分配集成管相連。RFO還可用于該集成氣管，作為配氣板的一部分提供提高安全性，和/或使分配氣流和供氣系統(tǒng)的下游供氣要求相匹配。
氣體源容器202的側(cè)壁所包圍的內(nèi)部容積內(nèi)設(shè)置有調(diào)節(jié)器裝置。該實(shí)施例中的該調(diào)節(jié)器裝置包括串連調(diào)節(jié)單元201、203，高壓氣體流到閥頭204，流經(jīng)閥操作元件206所操作的上述閥，從而在分配模式，氣體從分配端口208流入加工氣體分配管線210。該氣體分配管線210包括集成管隔離閥207，可操作的將集成氣管和容器202彼此相隔開(kāi)。
上述調(diào)壓氣體源容器202包括高壓氣體，調(diào)節(jié)器201、203的設(shè)定點(diǎn)被設(shè)定為在預(yù)定低壓例如低于大氣壓下分配氣體。
上述氣體分配管線210包括壓力開(kāi)關(guān)211，以及在流量控制閥216每一側(cè)的壓力傳感器213、215。
該氣體分配管線210和包括流量控制閥224、228的集成管線226相連。壓力開(kāi)關(guān)240和集成管線226相聯(lián)通。集成管線226和具有清除氣體調(diào)節(jié)器的清除氣體供給管線220相連，在預(yù)定壓力下從清除氣體源(圖2中未示出)向集成管提供清除氣體。
在圖2中示出的氣柜200內(nèi)還可設(shè)置有真空發(fā)生回路。該真空發(fā)生回路包括將工作氣體源(未示出)和文丘里管232的文丘里進(jìn)給管線231相連的工作氣體進(jìn)給管線234。文丘里管232在包括流量控制閥238的管線236中排出工作氣體，從而將工作氣體排出在氣柜外部。
文丘里管232和吸氣管線230相連，將集成管線226抽真空。隨后抽空該真空回路，利用清除氣體源(圖2中未示出)對(duì)該集成管線除氣。該清除氣體源和具有清除氣體調(diào)節(jié)器222的清除氣體供給管線220相連，從而將預(yù)定壓力的引入到集成管線226內(nèi)。
通過(guò)適當(dāng)開(kāi)閉集成管閥224、228、216和238，該系統(tǒng)可以從加工氣體分配(1)過(guò)渡到抽空集成管流路(2)，過(guò)渡到利用清除氣體清除集成管(3)。該清除氣體可為惰性氣體，例如氮?dú)?、氬氣、氦氣等。?dāng)上述氣體源內(nèi)消耗到一定程度后，結(jié)束該氣體源容器的有效操作，進(jìn)行這些操作步驟(1)-(3)。隨后該容器從氣柜200內(nèi)的集成管流路斷開(kāi)，并在抽空和清除集成管步驟完成后進(jìn)行更換。
上述加工氣體分配管線210內(nèi)的壓力傳感器213、215用于監(jiān)控分配氣體的壓力。分配氣體的流速可由流量控制閥216來(lái)調(diào)節(jié)。上述壓力傳感器也可以和加工控制機(jī)構(gòu)(圖2中未示出)相連，來(lái)控制氣柜操作，從而控制氣流的變化和氣柜中分配氣體的操作壓力。
壓力開(kāi)關(guān)211、240根據(jù)加工氣體分配管線210和集成管線226內(nèi)的壓力標(biāo)準(zhǔn)，可分別用于警報(bào)和/或切斷目的。
當(dāng)圖2中的調(diào)節(jié)器可示意性示出，包括兩個(gè)串連相接的調(diào)節(jié)單元，在本發(fā)明中，在上述氣體源容器的內(nèi)部容積或者在氣體源容器的閥頭或分配端口內(nèi)的調(diào)節(jié)器的數(shù)量和設(shè)置，都可以各有不同，從而為調(diào)壓氣體源容器提供不同的設(shè)置。
圖2所示的氣柜系統(tǒng)比圖1所示的系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)，原因在于后者將高壓氣體直接分配到集成管內(nèi)，隨后調(diào)節(jié)下游的壓力和流速，從而在所需條件下提供分配氣體。當(dāng)調(diào)節(jié)器設(shè)置在閥頭204的分配閥上游，以便將氣體從預(yù)調(diào)節(jié)氣體源容器202在低于大氣壓的低壓下分配時(shí)，圖2中系統(tǒng)利用氣體源容器202內(nèi)的高壓氣體，提供必需的工作氣體容量(容器202的容量隨氣壓的增高而增大)。
隨后，圖2中的系統(tǒng)相對(duì)于圖1中的系統(tǒng)，在安全性上得以改善且減小相應(yīng)的危險(xiǎn)性。
圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中減壓氣柜系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖，利用由調(diào)壓容器供氣的低壓分配氣體，進(jìn)而在氣柜的配氣板內(nèi)由低于大氣壓壓力的下游調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。
所示的氣柜300包括配氣板350，集成氣管流路和相連的元件安裝在該配氣板上。
氣柜包括調(diào)壓氣體源容器302，該容器又包括具有調(diào)節(jié)單元301和303的調(diào)節(jié)器。氣體源容器302還設(shè)置有閥頭304，閥304包括由閥旋鈕306所操作的閥。該旋鈕和閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)362相連。該閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)362由信號(hào)傳輸線364連接到電子模塊352的中央處理器(CPU)354上。
該CPU可由計(jì)算機(jī)、微處理器、邏輯程序控制器，或其他微電子處理單元構(gòu)成，且可設(shè)置在氣柜內(nèi)或與其相連，用以監(jiān)控和/或控制氣柜內(nèi)氣體的加工條件(氣壓、溫度、流率和/或成分)。
盡管圖3所示的氣柜具有單獨(dú)的高壓氣體源容器302，但可以認(rèn)識(shí)到該氣柜還可以具有不止一個(gè)這樣的容器，氣柜內(nèi)的集成管也可相應(yīng)構(gòu)造為進(jìn)行切換操作，以便于在和該集成管相連的一個(gè)氣體源容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)或達(dá)到設(shè)定的低殘留量時(shí)，可通過(guò)集成管內(nèi)的閥操作來(lái)隔開(kāi)上述用過(guò)的容器(關(guān)閉將上述容器和集成管相連的氣體進(jìn)給管線內(nèi)的閥，同時(shí)打開(kāi)氣體進(jìn)給管線內(nèi)的其他閥，和另外的閥相連，使新容器和集成管流路相連)，從而在新容器上線之后去掉用過(guò)的容器。
圖3所示的氣體源容器302的閥頭304具有和加工氣體分配管線310相連的排氣口308。該閥頭304的排氣口308包括在氣缸出口閥管口內(nèi)的限流孔(RFO)。另外，如圖2所示，集成氣管內(nèi)還可設(shè)置RFO。
氣體分配管線310包括集成管分離閥307，可操作地將集成氣管和容器302彼此相隔開(kāi)。該加工氣體分配管線310包括壓力開(kāi)關(guān)311和壓力傳感器313、315。在該管線的中間設(shè)置有流量控制閥316，并依次連接和閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)382，該閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)借助于信號(hào)傳輸線384和CPU 354信號(hào)相連。
加工氣體分配管線310還包括調(diào)節(jié)器321，該調(diào)節(jié)器在相對(duì)于從氣體源容器302排氣(即從端口308到加工氣體分配管線310)的氣壓標(biāo)準(zhǔn)的減壓水平下分配氣體。上述調(diào)節(jié)器321通過(guò)信號(hào)傳輸線380和CPU 354相連，用于調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)?？蛇x地，該調(diào)節(jié)器321可以是手動(dòng)可調(diào)的設(shè)定調(diào)節(jié)器，或者固定的設(shè)定調(diào)節(jié)器。
就這里的氣體源302和調(diào)節(jié)單元301、303而言，圖3所示的調(diào)節(jié)器響應(yīng)于CPU 354且由短劃線358、360所簡(jiǎn)略表示。這表示相對(duì)調(diào)節(jié)單元的設(shè)定點(diǎn)，CPU和調(diào)節(jié)單元301、303之間相連的操作關(guān)系。調(diào)節(jié)器設(shè)定點(diǎn)可由CPU獨(dú)立調(diào)節(jié)，該CPU可產(chǎn)生傳遞到調(diào)節(jié)單元的信號(hào)，用于壓力設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)器和CPU相連還包括經(jīng)過(guò)容器302內(nèi)部容積的信號(hào)傳輸線，用于設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)。而且該CPU可產(chǎn)生調(diào)節(jié)每一調(diào)節(jié)單元的調(diào)節(jié)器的信號(hào)，以非侵入方式改變?nèi)萜鲀?nèi)調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)。
在配氣板350上還安裝有包括流量控制閥324和328的集成管線326。閥324和閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)388相連，該閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)又依次通過(guò)信號(hào)傳輸線390和CPU 354相連。以類似的方式，流量控制閥328和閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)370相連，而該閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)又通過(guò)信號(hào)傳輸線372和CPU 354相連。集成管線326和壓力開(kāi)關(guān)340相連，該開(kāi)關(guān)又依次通過(guò)信號(hào)傳輸線366和CPU354相連。集成管線326還經(jīng)由吸氣管線330和文丘里管332相連。文丘里管332和工作氣體進(jìn)給管線334、工作氣體排氣管線336相連，該排氣管線包括流量控制閥338。上述排氣管線336用于將工作氣體排出到氣柜300的外部。管線336內(nèi)的閥338和閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)374相連，該閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)又依次通過(guò)信號(hào)傳輸線376和CPU 354相連。
集成管線326和具有清除氣體調(diào)節(jié)器322的清除氣體進(jìn)給管線320相連。該清除氣體進(jìn)給管線320和設(shè)置閥頭406的清除氣體源404相連，該閥頭包括由信號(hào)傳輸線408和CPU 354相連的閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
氣柜300具有通風(fēng)能力，其可以例如包括空氣或其他通風(fēng)氣體可通過(guò)的氣柜百葉門(mén)，并由此從氣柜的通氣管線378流出。該氣柜可由傳統(tǒng)方式通風(fēng)，包括在半導(dǎo)體加工廠的屋頂設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)/風(fēng)扇，用于從氣柜門(mén)從氣柜的內(nèi)部容積內(nèi)抽取建筑物內(nèi)空氣排到排氣管線378，廢氣通過(guò)工廠屋頂?shù)墓艿?，流?jīng)潮濕清洗劑，從而去除其中的有毒或有害成分。
可選地，該氣柜可由通氣管線420進(jìn)行通氣，該管線包括閥422。閥422和閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)424相連，來(lái)操作閥422，從而控制流經(jīng)氣柜的通氣空氣的流率。上述閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)424又依次經(jīng)由信號(hào)傳輸線426和CPU 354相連，因而閥424可通過(guò)CPU響應(yīng)于氣柜內(nèi)的監(jiān)控條件，以控制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變通氣氣體的流率。該通氣管線420可和鼓風(fēng)機(jī)相連，從而作用流經(jīng)氣柜的氣流，且可利用清潔的干燥空氣作為通氣氣體。
本發(fā)明中的調(diào)壓容器相比沒(méi)有調(diào)壓的相應(yīng)尺寸容器，能夠容納更多的氣體量，而同時(shí)可從氣柜向下游的半導(dǎo)體加工提供更安全的低壓分配氣體(相對(duì)存儲(chǔ)和分配容器內(nèi)的高壓氣體)。這就顯著提高每氣缸的輸送量并減少氣缸的更換時(shí)間。
而且，由于保持相同氣體量的相同低壓容器在尺寸上更大，因而需要相應(yīng)更大的氣柜，從而增大的氣柜體積需要更大的通氣氣流來(lái)通風(fēng)，而上述氣柜尺寸相對(duì)較小。因此本發(fā)明具有可減小/最小化廢氣的好處。氣柜通風(fēng)要求通常基于規(guī)定(例如在分配硅烷時(shí)，可以限定經(jīng)由氣柜的通風(fēng)氣體流率和線性速度)或基于所容納氣體泄漏性質(zhì)，工作人員靠近氣柜時(shí)不會(huì)暴露于所分配的特定濃度氣體中，例如為極限值(TLV)的25％。對(duì)于有毒氣體作為分配流體時(shí)，可利用Semi F-15跟蹤氣體測(cè)試這樣的測(cè)試來(lái)設(shè)定通氣標(biāo)準(zhǔn)，其中例如SF6等待用氣體在最壞情況泄漏(WCR)率下泄漏，隨后調(diào)節(jié)氣柜通風(fēng)率，以保持氣柜前的有害氣體的濃度在TLV的25％范圍內(nèi)。
上述氣體的最壞情況泄漏率取決于所容納氣體的壓力和容器上所用限流孔(例如在上述容器閥頭的排氣口處)的尺寸。本發(fā)明中的調(diào)壓容器由于壓力調(diào)節(jié)可具有較低的WCR率，因此氣柜可在較小速率下排氣，而不是在高壓下釋放氣體。因此，本發(fā)明中排出空氣(或其他通氣空氣)的成本減少。
根據(jù)最小稀釋濃度要保持在氣體爆燃下限(LEL)的25％內(nèi)，Cleanroom 2000的NFPA 318準(zhǔn)則設(shè)定了用于硅烷或其他易燃?xì)怏w的標(biāo)準(zhǔn)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于高壓硅烷氣缸，在上述容器閥頭的排氣口，利用0.254厘米限流孔，上述所推薦的最小排氣流率通常在缸內(nèi)壓力為5.516MPa時(shí)，為每分鐘9627.728公升；在缸內(nèi)壓力為4.137MPa時(shí)，為每分鐘16990.11公升；在缸內(nèi)壓力為10.342MPa時(shí)，為每分鐘21662.39公升。關(guān)于最小排氣標(biāo)準(zhǔn)的壓縮天然氣協(xié)會(huì)(CGA)準(zhǔn)則[P-32-2000]也相類似。
相對(duì)于沒(méi)有本發(fā)明中調(diào)壓特性的相應(yīng)氣體分配系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)調(diào)壓氣體存儲(chǔ)和分配容器，能夠簡(jiǎn)化主要的排氣要求。
作為進(jìn)一步可選地，上述通氣管線420可和氮?dú)庠聪噙B，例如半導(dǎo)體加工廠內(nèi)的“室內(nèi)氣體”氮?dú)夤芫€，從而可將氮?dú)饬鹘?jīng)氣柜作為通氣氣體。
該氣柜300還有氣體引入能力，通過(guò)外部氣體源392，該氣體源由具有有用氣體的容器構(gòu)成。該外部氣體源設(shè)置有閥頭394。該閥頭包括由閥旋鈕396所操作的內(nèi)部閥。該閥旋鈕和閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)398相連。上述閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)398由信號(hào)傳輸線400和CPU 354相連。
外部氣體源392設(shè)置用于從上述容器內(nèi)將所容納氣體經(jīng)由排氣口的閥頭394分配到排氣管線401內(nèi)。排氣管線401和氣泵402相連，可將入口管線403內(nèi)的氣體泵送到氣柜300中。以這種方式，上述外部供氣進(jìn)入到氣柜中，并流經(jīng)氣柜的內(nèi)部容積例如經(jīng)由排氣管線378，從此處流出。泵402由信號(hào)傳輸線410和CPU 354相連。
外部氣體源392可提供定期維護(hù)氣柜內(nèi)部的特定氣體，例如用以清潔或消毒?？蛇x地上述特定氣體可為活性氣體，當(dāng)在氣柜300內(nèi)的周圍環(huán)境檢測(cè)到從容器302泄漏的分配氣體時(shí)，該活性氣體可和容器302產(chǎn)生的任何泄漏物質(zhì)相反應(yīng)，例如從上述容器的閥頭或者氣柜內(nèi)的固定件和安裝件等泄漏的物質(zhì)。而且作為進(jìn)一步可替換的方式，當(dāng)在氣柜內(nèi)分配易燃?xì)怏w并檢測(cè)出產(chǎn)生泄漏時(shí)，特定氣體可由安全氣體構(gòu)成，例如防火氣體。
上述加工氣體分配管線310包括由信號(hào)傳輸線368而和CPU 354相連的壓力開(kāi)關(guān)311。該分配管線還包括可分別借助于信號(hào)傳輸線386、317和CPU相連的壓力傳感器313、315。
可以理解，圖3所示的系統(tǒng)為集成的，可操作地和電子模塊352的CPU 354相連，用以系統(tǒng)的集成控制。該電子模塊352包括可操作地和CPU 354相連的警報(bào)單元356，以便通過(guò)CPU將設(shè)定點(diǎn)限制之外的操作轉(zhuǎn)換成警報(bào)單元356輸出的音頻和/或視頻警報(bào)。
CPU 354可程控設(shè)置進(jìn)行循環(huán)操作，這包括在加工分配管線310內(nèi)從氣柜內(nèi)分配氣體。這種分配可在內(nèi)部調(diào)節(jié)器301、303的預(yù)定條件下進(jìn)行，從而向分配管線310提供減壓氣體。上述調(diào)節(jié)單元的設(shè)定點(diǎn)可由CPU 354調(diào)節(jié)。上述操作循環(huán)可包括根據(jù)氣體源容器內(nèi)的氣體是否耗盡，結(jié)束分配功能，隨后由文丘里管332抽空集成管，此后利用清除氣體源404內(nèi)的清除氣體清除上述集成管。因此上述循環(huán)操作可由CPU程控開(kāi)閉閥和實(shí)施氣體氣柜操作的各個(gè)操作步驟來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述壓力傳感器313、315分別由信號(hào)傳輸線386、317可操作地和CPU相連，從而在流量控制閥316的上游和調(diào)節(jié)器321的下游，可連續(xù)地監(jiān)控分配管線310內(nèi)的壓力條件。流量控制閥自身可由CPU調(diào)節(jié)，以向半導(dǎo)體加工工具或其他用氣設(shè)備或位置提供加工氣體的所需流率。調(diào)節(jié)器321的設(shè)定點(diǎn)可由CPU 354利用適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，經(jīng)由信號(hào)傳輸線380進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而從氣柜分配的加工氣體具有所需的壓力特性。
壓力開(kāi)關(guān)311、340通過(guò)信號(hào)傳輸和CPU相連，因此如果操作使集成管線或加工氣體分配管線內(nèi)的壓力超出設(shè)定限制之外，氣柜系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切斷。
在集成管抽真空的過(guò)程中，通過(guò)相應(yīng)操作流量控制閥338的閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)374，可有選擇地調(diào)節(jié)集成管線326和吸氣管線330上的文丘里管332吸氣。閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)374經(jīng)由信號(hào)傳輸線376以信號(hào)控制的方式和CPU354相連。
相類似的，清除氣體的供給可由CPU的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，該信號(hào)被發(fā)送到在信號(hào)傳輸線408中的閥頭裝置406的閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在清除氣體進(jìn)給管線320內(nèi)，清除氣體被調(diào)節(jié)器322調(diào)節(jié)到所需的壓力標(biāo)準(zhǔn)。盡管沒(méi)有示出，將調(diào)節(jié)器322和CPU 354相連，可有選擇地調(diào)節(jié)清除氣體調(diào)節(jié)器322的設(shè)定點(diǎn)，并以相對(duì)應(yīng)方式將CPU 354和調(diào)節(jié)器321相連。
在CPU控制下，通過(guò)調(diào)節(jié)泵402的速度和/或調(diào)節(jié)通氣氣體源容器392的分配閥，可有選擇地調(diào)節(jié)通風(fēng)氣體引入到氣柜300并從排氣管線378排出的流率。
例如，CPU可響應(yīng)于加工氣體分配管線內(nèi)壓力的突然減小，即由于集成氣管流路內(nèi)上游的泄漏而產(chǎn)生壓力減小，這由壓力傳感器315所感應(yīng)，并經(jīng)由信號(hào)傳輸線317向CPU 354發(fā)送信號(hào)，以增加通過(guò)氣柜的通風(fēng)氣體的流率。通過(guò)這種方式，利用上述通氣氣體“吹掃”氣柜的內(nèi)部容積，就可減小泄漏氣體濃度在有毒或有害氣體濃度以下。
可以看出，圖3中氣柜系統(tǒng)可在特征上進(jìn)行變化，即有不同的構(gòu)造和操作，通過(guò)各種構(gòu)形和操作模式提供高安全性的操作。例如，可通過(guò)信號(hào)傳輸線366促動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)340，來(lái)感應(yīng)上述集成管壓力，以使得氣體源容器302的閥頭304內(nèi)的分配閥關(guān)閉。通過(guò)在信號(hào)傳輸線364內(nèi)的控制信號(hào)從CPU 354傳遞到閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)362，從而使閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉閥旋鈕306。通過(guò)這種方式，當(dāng)供氣集成管壓力超過(guò)設(shè)定壓力極限，氣體源容器302就被隔開(kāi)。上述閥頭304內(nèi)的閥還受控使得除非分配管線310內(nèi)由壓力傳感器313或壓力傳感器315所檢測(cè)的壓力處于特定值，否則不會(huì)進(jìn)行分配。
因而圖3中的系統(tǒng)具有加工氣體分配設(shè)置，其中氣體高壓地容納在容器302中，因而可擴(kuò)大容器中氣體的容量，壓力調(diào)節(jié)器在低壓下將分配氣體從容器分配到分配管線，該氣體可進(jìn)一步由分配管線調(diào)節(jié)器321進(jìn)行調(diào)節(jié)(減小)。
高壓氣體源容器302內(nèi)的氣體可為高于大氣壓的壓力，例如從137.895KPa到13.790MPa，而從調(diào)壓容器排出的分配氣體卻處于低壓(相對(duì)氣體源容器內(nèi)部容積的壓力標(biāo)準(zhǔn)，減小至少25％，較好是至少40％，更好是至少60％，最好是至少80％)。
從調(diào)壓容器排出分配氣體的壓力可從2.666KPa到8.274MPa，在氣體源容器的外殼部?jī)?nèi)氣壓之下。低于大氣壓分配操作的分配氣體的氣壓范圍可從大約2.666KPa到大約99.992KPa，較好是從大約53.329KPa到大約79.993KPa。從氣體源容器分配到集成氣管的氣壓范圍較好是在大約2.666KPa到大約1.379MPa，更好是從大約2.666KPa到0.689MPa。從調(diào)壓容器分配的氣壓的壓力范圍可從大約2.666KPa到大約1.379MPa，更好是從大約53.329KPa到大約0.689MPa，CPU可程控設(shè)置，警報(bào)單元356內(nèi)用以觸發(fā)系統(tǒng)切斷的高壓警報(bào)壓力設(shè)定點(diǎn)在分配氣體的所選操作壓力之上，從大約68.948KPa到大約137.895KPa。
在另一個(gè)實(shí)施例中，氣體源容器302內(nèi)的高壓氣體可由和該容器相連的調(diào)節(jié)器(在容器分配閥的上游，設(shè)置在內(nèi)部或者頸部或閥頭)調(diào)節(jié)為中壓水平。隨后該中壓進(jìn)一步由分配管線內(nèi)壓力調(diào)節(jié)器321減小，從而使分配管線310內(nèi)傳遞到下游加工工具或者用氣區(qū)域的最終壓力為適合末端使用的所需壓力水平。
因此本發(fā)明可提高氣柜系統(tǒng)的安全特性，減小高壓氣體分配所連帶的危險(xiǎn)和故障。
如此所述，歸納本發(fā)明，本發(fā)明可由不同模式實(shí)施，包括(1)分配高于大氣壓壓力的氣體，(2)分配低于大氣壓壓力的氣體，(3)合成操作，涉及在高于大氣壓壓力下分配氣體，并可進(jìn)而如上所述，被下調(diào)到低于大氣壓壓力。下面依次討論這些模式中的每一個(gè)，在每一模式的示意性實(shí)施例中就優(yōu)選操作條件進(jìn)行探討。
在涉及高于大氣壓分配操作的模式(1)中，調(diào)壓氣體源容器被設(shè)置成可在0.689MPa下輸送氣體，并在容器閥頭的出口端設(shè)置有限流孔，可選擇與(下游半導(dǎo)體加工)的加工要求相匹配為最大流率的1.5倍。在上述容器上還設(shè)置有氣壓閥，該容器和具有可變?cè)O(shè)定點(diǎn)式調(diào)節(jié)器的配氣板相連，其中該設(shè)定點(diǎn)被設(shè)定為和工廠輸送條件相匹配，通常206.843KPa-482.633KPa。還設(shè)置有警報(bào)和控制裝置，用于關(guān)閉容器上的氣壓閥以及集成管隔離閥且發(fā)出警報(bào)。上述警報(bào)和控制系統(tǒng)還可設(shè)置成可促動(dòng)雙位置氣柜阻尼器，以增加流經(jīng)氣柜的排氣通量。在多氣體源容器配置中還可以使用自動(dòng)切換系統(tǒng)，用以當(dāng)操作中的氣體源容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)可提供備用氣體源容器。
在涉及低于大氣壓壓力分配操作的模式(2)中，調(diào)壓氣體源容器設(shè)置成在86.659KPa下輸送氣體，并在容器閥頭的出口端設(shè)置有限流孔，可選擇與(下游半導(dǎo)體加工)的加工要求相匹配為最大流率的1.5倍。在上述容器上還設(shè)置有氣壓閥，該容器和具有可變?cè)O(shè)定點(diǎn)式調(diào)節(jié)器的配氣板相連，其中該配氣板調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)被設(shè)定為大約53.329KPa-79.993KPa。還設(shè)置有警報(bào)和控制裝置，用于關(guān)閉容器上的氣壓閥以及集成管隔離閥且發(fā)出警報(bào)。上述警報(bào)和控制系統(tǒng)還可設(shè)置成可促動(dòng)雙位置氣柜阻尼器，以增加流經(jīng)氣柜的排氣通量。在多氣體源容器配置中還可以使用自動(dòng)切換系統(tǒng)，用以當(dāng)操作中的氣體源容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)可提供備用氣體源容器。
在涉及高于大氣壓壓力下分配氣體的合成操作的模式(3)中，可進(jìn)而由配氣板調(diào)節(jié)器產(chǎn)生低于大氣壓的氣體以便進(jìn)行分配，調(diào)壓氣體源容器設(shè)置成在0.0689-0.689MPa下輸送氣體，并在容器閥頭的出口端設(shè)置有限流孔，可選擇與(下游半導(dǎo)體加工)的加工要求相匹配為最大流率的1.5倍。在上述容器上還設(shè)置有氣壓閥，該容器和具有可變?cè)O(shè)定點(diǎn)式調(diào)節(jié)器的配氣板相連，其中該設(shè)定點(diǎn)被設(shè)定為大約79.993KPa。還設(shè)置有警報(bào)和控制裝置，用于關(guān)閉容器上的氣壓閥以及集成管隔離閥且發(fā)出警報(bào)。上述警報(bào)和控制系統(tǒng)還可設(shè)置成可促動(dòng)雙位置氣柜阻尼器，以增加流經(jīng)氣柜的排氣通量。在多氣體源容器配置中還可以使用自動(dòng)切換系統(tǒng)，用以當(dāng)操作中的氣體源容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)可提供備用氣體源容器。
上述合成模式(3)可在集成管內(nèi)進(jìn)行限壓操作，用于克服關(guān)聯(lián)于氣體清除裝置利用點(diǎn)(POU)的壓降，從氣柜向半導(dǎo)體加工設(shè)備輸送氣體且在低于大氣壓壓力下利用VMB。
本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)由下列非限定實(shí)例示出更加顯而易見(jiàn)。
實(shí)例1利用故障樹(shù)方法論，將具有內(nèi)置調(diào)節(jié)器的“預(yù)調(diào)”VAC氣缸(ATMI，Inc.，Danbury，CT)和硅烷應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)高壓氣缸進(jìn)行比較。氣柜安裝都相同，構(gòu)建相應(yīng)的故障樹(shù)并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。潛在泄漏率方案[Si]為每一比較結(jié)果都計(jì)算超過(guò)20次，產(chǎn)生多個(gè)涉及多重故障的泄漏率。通過(guò)這種方式，就可以確定整體的發(fā)生概率，從而計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)分析并根據(jù)相對(duì)基礎(chǔ)得出輸送方法。
事件的似然性可由氣缸置換頻率和輸送壓力來(lái)確定。操作事件或者最壞情況泄漏率[WCR]由表1示出，范圍從30.5到70.8每分鐘標(biāo)準(zhǔn)公升(slpm)(Cleanrooms Protection的NFPA 318標(biāo)準(zhǔn)，2000年版)。上述預(yù)調(diào)氣缸以及所有填充壓力的WCR都被限定在8.2slpm。
表1經(jīng)由0.010”(0.0254厘米)限流孔的硅烷流率作為氣缸壓力的函數(shù)

實(shí)例2硅烷輸送一比較實(shí)例對(duì)于預(yù)調(diào)氣體源容器，預(yù)調(diào)壓力被設(shè)定為恒定的輸送壓力，和填充壓力無(wú)關(guān)。硅烷填充濃度為風(fēng)險(xiǎn)極限的函數(shù)；該測(cè)試中填充物的大約一半為5kg填充氣體，其余的填充氣體分別為10kg、12kg到15kg。下面，表2在5.516MPa和0.689MPa下設(shè)定硅烷最壞情況泄漏率，其中VAC是指可從ATMI，Inc.(Danbury，CT)購(gòu)得的預(yù)調(diào)氣體存儲(chǔ)和分配容器。
表2在5.516MPa和0.689MPa下的硅烷最壞情況泄漏率

下面，表3設(shè)定硅烷輸送的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果。
表3

就相對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)而言，可以預(yù)計(jì)上述VAC輸送系統(tǒng)
比具有0.0254厘米限流孔(RFO)的標(biāo)準(zhǔn)硅烷氣缸要安全穩(wěn)定12到23倍。在給定事件中，上述低泄漏率[結(jié)果]術(shù)語(yǔ)，即輸送壓力的函數(shù)可證明這個(gè)預(yù)計(jì)。
盡管本發(fā)明參考示意性實(shí)施例和特征在這里以不同形式的公開(kāi)，但可以理解上述這些實(shí)施例和特性并不是用于限定本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，還可進(jìn)行其他變化或修改，或者實(shí)施其他實(shí)施例。因此本發(fā)明由隨后的權(quán)利要求所廣泛限定。
權(quán)利要求
1.一種用于分配氣體的組件，包括(a)調(diào)壓氣體源容器，該調(diào)壓氣體源容器適于容納高于大氣壓的流體且設(shè)置成在基本低壓下排氣；(b)集成氣管，該集成氣管適于接收來(lái)自調(diào)壓氣體源容器的排氣且包括用以分配該排氣的氣體流路；以及至少一個(gè)選自以下部件的其他部件(i)用于可選擇地將集成氣管的流路和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置；和(ii)用于從氣體流路中去掉氣體、以能夠在容器內(nèi)氣體已經(jīng)消耗到預(yù)定程度時(shí)可更換氣體源容器的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體分配組件，其特征在于，具有至少一個(gè)內(nèi)置在氣體源容器的保持流體的內(nèi)部體積內(nèi)的氣壓調(diào)節(jié)器。
3.一種供氣集成管，其適于接收來(lái)自調(diào)壓氣體源容器的排氣，其中，當(dāng)在供氣集成管中檢測(cè)到預(yù)定事件時(shí)，將供氣集成管和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)。
4.如權(quán)利要求3所述的供氣集成管，其特征在于，使用排氣的性質(zhì)，檢測(cè)預(yù)定事件。
5.如權(quán)利要求3所述的供氣集成管，其特征在于，所述預(yù)定事件選自以下事件構(gòu)成的組高壓力事件，壓力減小事件，和體積流速事件。
6.如權(quán)利要求3所述的供氣集成管，其特征在于，當(dāng)在供氣集成管中檢測(cè)到氣體的壓力超過(guò)預(yù)定壓力時(shí)，能夠?qū)⒐饧晒芎驼{(diào)壓氣體源隔開(kāi)。
7.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述預(yù)定壓力是高壓力事件。
8.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述調(diào)壓氣體源容器包括閥。
9.如權(quán)利要求8所述的供氣集成管，其特征在于，通過(guò)關(guān)閉閥將供氣集成管和調(diào)壓氣體源隔開(kāi)。
10.如權(quán)利要求8所述的供氣集成管，其特征在于，通過(guò)和來(lái)自CPU的控制信號(hào)保持信號(hào)傳遞通訊的閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，關(guān)閉所述閥。
11.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，還包括在所述集成管上的隔離閥。
12.如權(quán)利要求8所述的供氣集成管，其特征在于，還包括在所述集成管上的隔離閥。
13.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，還包括系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器適于當(dāng)在供氣集成管中檢測(cè)到氣體處于或高于超過(guò)預(yù)定壓力的壓力時(shí)，開(kāi)始自動(dòng)切斷步驟，其中，所述自動(dòng)切斷步驟是選自以下步驟構(gòu)成的組中的至少一個(gè)步驟閉合氣體源容器上的閥；閉合供氣集成管上的隔離閥；以及啟動(dòng)警報(bào)。
14.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述氣體源容器包括在所述容器的內(nèi)部體積內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)器。
15.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，當(dāng)供氣集成管的壓力超過(guò)預(yù)定壓力時(shí)，發(fā)生切斷事件。
16.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述預(yù)定壓力在0-5psig之間。
17.如權(quán)利要求8所述的供氣集成管，其特征在于，如果在供氣集成管里沒(méi)有建立起低于大氣壓的壓力，所述閥就不打開(kāi)。
18.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述氣體源容器可在低于大氣壓的壓力下操作。
19.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述氣體源容器可在大約20Torr-大約200psig之間的壓力下操作。
20.如權(quán)利要求9所述的供氣集成管，其特征在于，所述預(yù)定壓力是在可操作壓力之上的10-20psig。
21.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述調(diào)壓氣體源具有在20Torr-1200psig之間的內(nèi)部壓力。
22.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，壓力開(kāi)關(guān)檢測(cè)在供氣集成管中的壓力。
23.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，流量控制閥或壓力傳感器檢測(cè)在供氣集成管中的壓力。
24.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，排入到所述供氣集成管中的氣體壓力處于選自以下壓力構(gòu)成的組中的壓力高于大氣壓的壓力，低于大氣壓的壓力，和被進(jìn)一步調(diào)低到低于大氣壓的壓力的高于大氣壓的壓力。
25.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述調(diào)壓氣體源容器包括設(shè)置在容器的出口端里的限流孔。
26.如權(quán)利要求6所述的供氣集成管，其特征在于，所述供氣集成管和所述調(diào)壓氣體源容器設(shè)置在氣柜里。
27.如權(quán)利要求26所述的供氣集成管，其特征在于，所述氣柜包括阻尼器，以使氣柜排氣。
28.如權(quán)利要求27所述的供氣集成管，其特征在于，進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)適于當(dāng)在供氣集成管里檢測(cè)到氣體處于超過(guò)預(yù)定壓力的壓力時(shí)，啟動(dòng)氣柜阻尼器以改變穿過(guò)其中的排氣通量。
29.一種包括權(quán)利要求3的集成管和氣體源容器的系統(tǒng)。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體源容器包含有用于半導(dǎo)體加工的流體。
31.如權(quán)利要求1所述的氣體分配組件，其特征在于，包括(i)用于可選擇地將集成氣管的流路和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置。
32.如權(quán)利要求1所述的氣體分配組件，其特征在于，包括(ii)用于從氣體流路中去掉氣體、以能夠在容器內(nèi)氣體消耗到預(yù)定程度時(shí)可更換氣體源容器的裝置。
33.一種用于分配氣體的氣體分配組件，包括(a)調(diào)壓氣體源容器，其容納高于大氣壓的氣體且設(shè)置成在基本低壓下排氣；(b)集成氣管，其設(shè)置用來(lái)接收來(lái)自調(diào)壓氣體源容器的排氣且包括用以分配該排氣的氣體流路；(c)用于當(dāng)在所述氣體流路里來(lái)自氣體源容器的氣體處于在預(yù)定值之上的壓力時(shí)、可選擇地將集成氣管的流路和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置，其中使用位于所述集成氣管里的壓力切換裝置來(lái)監(jiān)控壓力，所述壓力切換裝置位于用于可選擇地將集成氣管的流路和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置的上游；和(d)用于從氣體流路中去掉氣體、以能夠在容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)可更換氣體源容器的裝置，其中所述容器包括在其氣體出口端里的限流孔。
34.一種用于分配氣體的氣體分配組件，包括(a)調(diào)壓氣體源容器，其容納高于大氣壓的氣體且設(shè)置成在基本低壓下排氣；(b)集成氣管，其設(shè)置用來(lái)接收來(lái)自調(diào)壓氣體源容器的排氣且包括用以分配該排氣的氣體流路；(c)用于當(dāng)在所述氣體流路里來(lái)自氣體源容器的氣體處于在預(yù)定值之上的壓力時(shí)、可選擇地將集成氣管的流路和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置，其中使用位于所述集成氣管里的壓力切換裝置來(lái)監(jiān)控壓力，所述壓力切換裝置位于用于可選擇地將集成氣管的流路和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置的下游；和(d)用于從氣體流路中去掉氣體、以能夠在容器內(nèi)氣體耗盡時(shí)可更換氣體源容器的裝置，其中所述容器包括在其氣體出口端里的限流孔。
35.一種操作氣體分配組件的方法，其中該氣體分配組件內(nèi)包括氣體源，該氣體源以可選流通的方式與集成氣管相連，其中集成氣管包括用于將氣體排到用氣區(qū)域的流路，所述方法包括利用容納高于大氣壓的氣體的調(diào)壓氣體源容器作為氣體源，其中壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置成使在所述集成氣管內(nèi)的氣壓基本低于氣體源容器內(nèi)高于大氣壓氣體的壓力，以及使用壓力切換裝置檢測(cè)在所述集成氣管里的壓力，其中，當(dāng)在所述集成集管里來(lái)自所述氣體源容器的氣體處于在預(yù)定值之上的壓力時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警輸出，或者使氣體源和集成氣管隔離開(kāi)。
36.一種操作氣體分配組件的方法，其中該氣體分配組件內(nèi)包括氣體源，該氣體源以可選流通的方式與集成氣管相連，其中集成氣管包括用于將氣體排到用氣區(qū)域的流路，所述方法包括利用容納高于大氣壓的氣體的調(diào)壓氣體源容器作為氣體源，其中壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置成使在所述集成氣管內(nèi)的氣壓基本低于氣體源容器內(nèi)高于大氣壓氣體的壓力，以及使用壓力切換裝置檢測(cè)在所述集成氣管里的壓力，其中，當(dāng)在所述集成集管里來(lái)自所述氣體源容器的氣體處于在預(yù)定值之上的壓力時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警輸出，或者使氣體源和集成氣管隔離開(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于分配氣體的組件，包括調(diào)壓氣體源容器，該調(diào)壓氣體源容器適于容納高于大氣壓的流體且設(shè)置成在基本低壓下排氣；集成氣管，該集成氣管適于接收來(lái)自調(diào)壓氣體源容器的排氣且包括用以分配該排氣的氣體流路；以及至少一個(gè)選自以下部件的其他部件用于可選擇地將集成氣管的流路和調(diào)壓氣體源容器相隔開(kāi)的裝置；和用于從氣體流路中去掉氣體、以能夠在容器內(nèi)氣體已經(jīng)消耗到預(yù)定程度時(shí)可更換氣體源容器的裝置。
文檔編號(hào)F17D5/00GK101059206SQ200710101000
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月10日
發(fā)明者卡爾·W·奧蘭德, 馬修·B·多納圖奇, 王錄平, 邁克爾·J·沃德延斯基 申請(qǐng)人:高級(jí)技術(shù)材料公司