[發明專利]用以降低高壓氣體存儲和輸送帶來的危險的壓力氣體輸送系統和方法

無效

• 申請號: 200710101000.0
• 申請日: 2003-05-29
• 公開（公告）號: CN101059206A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 高級技術材料公司
• 主分類號: F17D1/04
• 分類號: F17D1/04;F17D3/01;F17D5/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 車文;代易寧

分案申請說明

本申請是申請日為2003年5月29日、申請號為03816992.4且發明名稱為“用以降低高壓氣體存儲和輸送帶來的危險的壓力氣體輸送系統和方法”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明通常涉及一種用以減少因高壓壓縮氣體存儲和輸送而帶來的危險的壓力氣體輸送系統和方法。

背景技術

縱觀半導體工業的發展，需要可靠的高純度氣體源。在半導體制造廠中，這種高純度氣體輸送包括流路，用以將供氣容器和半導體加工工具和/或其他氣體消耗室或者工廠內其他區域相連。

從上世紀七十年代開始，高純度氣體輸送集成管得以開發并改良，氣柜也根據標準設計制造，高強焊接和改進的控制系統也進入通用用途。同時，通風規范，電氣規定，警報器和元件排列都變得更加標準化。氣體流路已經發展為相關壓力傳感器、氣壓閥、調節器、高流量閥、連接件和供氣容器轉換方法的通用認可設置。

在八十年代，引入了限流孔(RFO)概念，并將其標準化，使之成為氣體輸送集成管和流路的一個通用認可組件。

上述發展已經使半導體工業采用了相應的標準和規范。今天，聯邦防火法案和一些工業管理局都規定了在半導體加工操作中使用的有毒、有腐蝕性和易燃氣體的存儲和運輸的方法。

美國運輸部(DOT)推薦在半導體加工廠內使用供氣的容器。這種運輸部推薦使用的氣缸通常運輸或輸送用于半導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可靠，沒有報道過該閥被剪斷的實例。氣缸在初始制造和再填充過程中都要進行規定的壓力測試，以保證結構可靠性。通過對比，氣缸閥需要持續的維修且使用壽命也很短。

半導體加工業中的氣體輸送方法是一種既定的常規方法。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。安裝在該配氣板內的氣體調節器將氣壓減小，使調壓氣體傳送給加工廠。利用靠近半導體加工設備設置的集成管閥箱(VMB)拆分該氣流，以便氣體可分配給各個加工設備。在VMB和/或加工設備上還可以設置有其他的氣體調節器。

美國專利5,518,528中對所公開的吸附式氣體源的研發，已經稍微改變了這種方法。利用SDS^氣體源(可從ATMI，Inc.，Danbury，CT購得)，可以將氣體存儲在低于大氣壓下，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境相符合。例如，諸如RPM^TM氣柜(可從ATMI，Inc.，Danbury，CT購得)的專用氣柜產品經開發能夠保證加工系統在大氣壓下進行操作，而不會受被吸入低于大氣壓的氣缸和集成管的周圍空氣影響。這種氣柜設置有監控和控制元件，用于比較上述氣體輸送系統內的壓差，且能夠將氣缸隔開，阻止產生“高壓波流”。

美國專利6,089,027和6,101,816中描述有對預調壓氣體源的研發，闡述了使用傳統高壓氣缸的基本缺陷，和利用壓縮氣體來減小危險的可能性。在這種預調壓氣體源中，在氣缸內或閥頭上，還設置有氣體調節元件或機構，從而可使氣體在升壓下保存在氣缸內，且可由調節器確定的壓力所分配。上述可以控制氣壓的調節器低于容器內氣壓的容納壓力，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壓力進行分配。

然而在利用壓縮氣缸的傳統實踐中，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，但是目前利用預調壓氣體源，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。因此預調壓氣體源就是半導體工業的一大顯著進步，且提供了用于操作安全氣體輸送系統的基礎。

該進步的結果是顯著的。由于在更換氣缸過程中或者氣體輸送系統中元件所產生的故障，氣缸內所具有的減壓能力就可以抑制事故或故障的發生。預調壓氣體源還具有另一主要優點。如果壓力超過氣體輸送系統內的預設極限，系統內就會出現異常，系統控制器會迅速啟動自動切斷程序，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，并啟動系統警報。

通常，由于半導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的容量，以高效方式控制分配氣體安全輸送。