[发明专利]低释放率的气瓶组件

说明书

本申请是申请日为2007年6月26日、申请号为200780024551.X、发明名称为“低释放率的气瓶组件”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于将高毒性的和/或可燃的化合物输送至半导体制造工具的高压气瓶组件(package)。

背景技术

诸如半导体制造的工业处理及制造应用需要对高毒性的或可燃的氢化物气体和卤化物气体的安全的储存和处理。半导体工业尤其依赖于用于晶片处理的硅烷(SiH₄)的气态氢化物和诸如三氢化砷(AsH₃)和三氢化磷(PH₃)的液态压缩气体。各种半导体工艺系统通常使用处于高达1,500磅/平方英寸的压力下的SiH₄，AsH₃和PH₃。由于它们的极度毒性和高蒸汽压，故由于输送系统构件的失效或在气瓶更换(change out)过程期间的人为差错所造成的不受控制的释放可导致灾难性的后果。例如，诸如硅烷的可燃气体的释放可导致火灾和系统损坏，并且可能造成人身伤害。另一方面，诸如三氢化砷的高毒性气体的泄漏可导致人身伤害甚至死亡。

参考作为极度毒性气体如何用于半导体工业的更加具体的示例的硅烷处理，硅烷通常在大约250磅/平方英寸或更高压力下储存在加压容器中。气瓶在生产环境中的处理存在各种各样的危险情况。一个140克硅烷气瓶的泄漏可将具有10英尺高度的30,000平方英尺的建筑的整个体积污染至立即危及生命和健康(IDLH)水平。如果泄漏率较大，则这可能仅仅在一分钟或两分钟内发生，这将意味着在漏失源附近区域中将存在极其致命的浓度达数个小时。

用于硅烷等的标准高压气瓶通常具有500毫升或更多的容积，并且包括气体在使用点通过其排出的阀出口。硅烷在高压下填充直到气瓶达到大约20%的容积。一旦填充，关闭气瓶阀并且将安全帽安装在阀出口上。气瓶随后输送至半导体工厂(fab)，在半导体工厂处终端用户将在通风良好区域中移开安全帽，将容器放置在竖直位置，将气瓶附连至分配歧管，对新形成的连接进行吹洗并检漏，并且打开气瓶阀。该气瓶然后分配气态产品。

鉴于与这些流体从高压气瓶中非故意的释放相关的危险，本领域已提出多种提议来防止毒性流体/可燃流体的灾难性释放。

一种这样的提议是使用安装在高压气瓶外部的出口或流体流径中的限流孔口(RFO)。至少两种RFO可在当前被获得并使用。第一种是包括小直径孔(大约0.010英寸或254μm的直径)的金属衬垫，该小直径孔被钻通穿过具有大约0.5-0.7毫米厚度的垫圈状盘或衬垫的中心。第二种RFO设计是螺旋式连接至气瓶阀使用端口的插塞型孔口。这种RFO同样具有尺寸与上述RFO相似的直径孔。在高压(例如，1,500磅/平方英寸)下，这些RFO能够将最大流率限制为上千或上万标准立方厘米每分钟(sccm)。然而，这通常是不可接受的高流率。例如，当使用硅烷时，为了获得大约21,500 sccm的释放率，气瓶压力必须降低至800磅/平方英寸。这种降低的填充压力又严格地限制了每个气瓶的总容积。这种容积限制需要更加频繁地更换气瓶，这又增加了气体泄漏、暴露和/或火灾的危险。称为SEMATECH(半导体制造技术)的半导体协会估计大约35%的与气体相关的事件发生在气瓶更换期间。

其它可选的系统已经在美国专利No. 6,089,027和No.6,343,476 B1中提出。在这些系统中，一个或多个设定压力调节器沿着气体的流径顺序地布置，该流径与气瓶的出口相连通。利用该调节器以将压力逐渐降低至大约100磅/平方英寸并且降低气瓶出口处的流率。此外，在称为VAC?并由Advanced Technology Materials, Inc.销售的商业实例中，采用诸如上述RFO的标准RFO，以将最大流量进一步降低至大约5,000 sccm。

美国专利No.5,937,895；6,007,609；6,045,115公开了具有接通/断开阀的高压气瓶，这些专利转让给Praxair Technology, Inc.，并且通过引用而全部结合于本发明中。在这些文献中公开的系统只有当在出口上施加真空(即小于760托)时才能由终端用户打开。

本发明提供超过现有技术的若干优点，包括当高压气瓶的出口暴露于大气状态或者另外工作于超大气状态时，降低高毒性气体和/或可燃气体的流率。

本发明的另一个目的是提供一种装置，其不需要内部压力调节器、止回阀、限流孔口或其它机械操作特征，从而降低与高压气瓶和/或机械装置相关的成本和故障概率。