CN1323770C

CN1323770C - 用以降低高压气体存储和输送带来的危险的压力气体输送系统和方法

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Publication number: CN1323770C
Application number: CNB038169924A
Authority: CN
Inventors: 卡尔·W·奥兰德; 马修·B·多纳图奇; 王录平; 迈克尔·J·沃德延斯基
Original assignee: Advanced Technology Materials Inc
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: CN1668393A; JP2010261597A; TW200405149A; EP2428286A2; EP1511583A4; ES2363277T3; TWI279660B; EP1511583A1; US7328716B2; EP1511583B1; US6857447B2; KR101077451B1; US7798168B2; US20100059694A1; JP5560139B2; US20030226588A1; US7614421B2; SG152060A1; CN101059206A; ATE502701T1

Abstract

利用和集成气管(126)可选择流体连通的气体源(102)进行气体分配的装置和方法。该集成气管(126)包括用于将气体排放到用气区域的流路(110)，并且该气体源(126)包括容纳高于大气压的气体的调压气体源容器(126)。

Description

用以降低高压气体存储和输送带来的危险的压力气体输送系统和方法

技术领域

本发明通常涉及一种用以减少因高压压缩气体存储和输送而带来的危险的压力气体输送系统和方法。

背景技术

纵观半导体工业的发展，需要可靠的高纯度气体源。在半导体制造厂中，这种高纯度气体输送包括流路，用以将供气容器和半导体加工工具和/或其他气体消耗室或者工厂内其他区域相连。

从上世纪七十年代开始，高纯度气体输送集成管得以开发并改良，气柜也根据标准设计制造，高强焊接和改进的控制系统也进入通用用途。同时，通风规范，电气规定，警报器和元件排列都变得更加标准化。气体流路已经发展为相关压力传感器、气压阀、调节器、高流量阀、连接件和供气容器转换方法的通用认可设置。

在八十年代，引入了限流孔(RFO)概念，并将其标准化，使之成为气体输送集成管和流路的一个通用认可组件。

上述发展已经使半导体工业采用了相应的标准和规范。今天，联邦防火法案和一些工业管理局都规定了在半导体加工操作中使用的有毒、有腐蚀性和易燃气体的存储和运输的方法。

美国运输部(DOT)推荐在半导体加工厂内使用供气的容器。这种运输部推荐使用的气缸通常运输或输送用于半导体制造的有害气体且由自身确定安全性。这种DOT推荐的气缸发生故障的概率很低，大约每操作10,000年一次。

气缸胀裂压力通常被设定在气缸最大工作压力的5/3倍。气缸的胀裂压力最好是至少大约27.579MPa，通常情况下胀裂压力在34.474MPa以上。目前这种气缸所使用的不锈钢阀相当可靠，没有报道过该阀被剪断的实例。气缸在初始制造和再填充过程中都要进行规定的压力测试，以保证结构可靠性。通过对比，气缸阀需要持续的维修且使用寿命也很短。

半导体加工业中的气体输送方法是一种既定的常规方法。高压气缸和输送集成气管相连，高压气体被供给到配气板内。安装在该配气板内的气体调节器将气压减小，使调压气体传送给加工厂。利用靠近半导体加工设备设置的集成管阀箱(VMB)拆分该气流，以便气体可分配给各个加工设备。在VMB和/或加工设备上还可以设置有其他的气体调节器。

美国专利5,518,528中对所公开的吸附式气体源的研发，已经稍微改变了这种方法。利用SDS^气体源(可从ATMI，Inc.，Danbury，CT购得)，可以将气体存储在低于大气压下，这通常用于离子种入，所使用的压力范围从0.0867MPa到0.00133-0.00266MPa。使用低于大气压的气体源需要和加工厂周围的压力环境相符合。例如，诸如RPM^TM气柜(可从ATMI，Inc.，Danbury，CT购得)的专用气柜产品经开发能够保证加工系统在大气压下进行操作，而不会受被吸入低于大气压的气缸和集成管的周围空气影响。这种气柜设置有监控和控制元件，用于比较上述气体输送系统内的压差，且能够将气缸隔开，阻止产生“高压波流”。

美国专利6,089,027和6,101,816中描述有对预调压气体源的研发，阐述了使用传统高压气缸的基本缺陷，和利用压缩气体来减小危险的可能性。在这种预调压气体源中，在气缸内或阀头上，还设置有气体调节元件或机构，从而可使气体在升压下保存在气缸内，且可由调节器确定的压力所分配。上述可以控制气压的调节器低于容器内气压的容纳压力，因此气体能够以高于大气压、接近大气压或者甚至低于大气压的适当压力进行分配。

然而在利用压缩气缸的传统实践中，只能输送满气缸压力例如13.790MPa的气体到气体输送集成管中，但是目前利用预调压气体源，就能输送正向气体就位，例如0.13790-0.690MPa或低于大气压压力的气体。因此预调压气体源就是半导体工业的一大显著进步，且提供了用于操作安全气体输送系统的基础。

该进步的结果是显著的。由于在更换气缸过程中或者气体输送系统中元件所产生的故障，气缸内所具有的减压能力就可以抑制事故或故障的发生。预调压气体源还具有另一主要优点。如果压力超过气体输送系统内的预设极限，系统内就会出现异常，系统控制器会迅速启动自动切断程序，该程序包括闭合气缸上的气压阀，闭合集成管上的高压隔离阀，并启动系统警报。

通常，由于半导体加工所使用的气体都是有毒或有害气体，所以有必要保持气缸中安全限定的高压气缸内的容量，以高效方式控制分配气体安全输送。

现有技术一直都在寻求气体源及其使用方法在安全性和可靠性上的改进。

发明内容

本发明通常涉及在诸如半导体制造的工业加工中分配气体的装置和方法。

在有关装置的一个方面，本发明涉及一种用于分配气体的气体分配装置，包括：

(a)调压气体源容器，其容纳高于大气压的气体且设置成在低压下排气；

(b)集成气管，其被设置用来接收来自上述调压气体源容器的排气且包括用以分配所述气体的气体流路；

(c)用于可选择地将集成气管的流路和上述调压气体源容器相隔开的装置；

(d)用于从上述气体流路中去掉气体、以能够在上述容器内气体耗尽时可更换气体源容器的装置。

在有关装置的另一个方面，本发明涉及一种将气体分配到用气区域的气体分配装置。该气体分配装置包括：

(a)调压气体源容器，其容纳高于大气压的气体，在该容器上或容器里具有至少一个压力调节器，该容器和流量控制阀相连，其中上述至少一个压力调节器和流量控制阀可设置成使从该气体源容器排出的气体在流入流量控制阀之前，流经至少一个压力调节器；

(b)集成气管，其设置用来接收来自上述调压气体源容器的排气且包括用以分配该排气的气体流路；

(c)用于从上述气体流路中去掉气体、以能够在上述容器内气体耗尽时可更换气体源容器的装置。

在有关方法的一个方面，本发明涉及一种操作气体分配装置的方法，包括气体源以可选流通的方式和集成气管相连，其中集成气管包括用于将气体排到用气区域的流路，上述方法包括利用作为气体源的调压气体源容器容纳高于大气压的气体，其中压力调节器设置成使在集成气管内的气压低于气体源容器内高于大气压气体的压力。

在有关方法的另一个方面，本发明涉及一种操作以可选流通方式和集成气管相连的气体源的方法，其中集成气管包括用于将气体排到用气区域的流路，所述方法包括利用作为气体源的气体源容器容纳高于大气压的气体，并在上述容器内具有压力调节器，该容器和流量控制阀相流体联通，其中上述压力调节器和流量控制阀可设置成使从该气体源容器排出的气体在流入流量控制阀之前，流经上述压力调节器，再流入上述集成气管，其中压力调节器设置得使在集成气管内的气压低于气体源容器内高于大气压气体的压力(低于至少25％，较好是至少40％，更好是至少60％，最好是至少80％)。

本发明的有关装置的又一个方面涉及一种气体分配系统，包括调压气体源容器，其以供气方式和集成气管相连，用于将气体分配给半导体加工设备，其中集成气管内的气压要比调压气体源容器内的气压低至少40％，调压气体源容器包括：限定用于保持上述气体的内部容积的外壳，安装在上述外壳上的头部装置，其中调压气体源容器包括内置在上述外壳内部容积内的气压调节器，上述头部装置包括流量控制阀，从而从上述调压气体源容器流到集成气管的气体在流经上述头部装置内的流量控制阀之前，流经上述气压调节器，其中上述气体分配系统相对于具有并不调压的气体源容器的相应气体分配系统来说，具有下列至少一个特点：

(I)气体源容器尺寸小；

(II)降低了通气要求；

(III)提高了在线分配能力；以及

(IV)提高使用寿命。

如此后详细的描述，本发明可由不同模式和形式来实施，包括高于大气压气体的分配，低于大气压气体的分配，以及涉及在高于大气压压力下分配气体并可进而被下调到低于大气压压力的合成操作，此后将详细叙述。

在本发明的实践中，上述气体源容器和集成气管可设置在气柜内，或者作为单独装置设置在“露天”的集成管系统中，其中集成气管安装在单桩壁，齿条，配气板或者其他支承结构上，而气体源容器与此相连。

在本发明的其他方面，上述气体分配系统可使用能够压力调节分配气体的气体源容器，其中气体源容器具有相连的阀头装置，该装置包括气压调节器，即在作为集成阀头装置的初级阀之后利用调节器的容器，且可选择地具有在调节器之后的手动隔离阀，以便气体依次流经上述初级阀，压力调节器和手动隔离阀。在该装置内的上述手动隔离阀可集成在上述气体源容器上的阀头装置内。

本发明实践中使用气体源容器的其他替换实例在美国专利6,314,986；5,937,895和6,007,609以及欧洲专利EP1180638 A2都有所公开。

本发明的其他方面，特点和实施例都将从下列公开和随后的权利要求中变得更加显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的诸如经调整可提高安全操作的高压气柜的简图。

图2是根据本发明一个实施例中相应减压气柜的简图，该气柜利用了由压力调节容器供应的低于大气压的分配气体。

图3是根据本发明另一个实施例中减压气柜的简图，该气柜利用由压力调节容器供应的低压分配气体，而且进一步在气柜的配气板内由低于大气压压力的下游调节器进行调节。

具体实施方式

下列专利申请和专利的内容作为参考整体包含在这里：

2000年10月17日授权的美国专利US6,132,492；

1999年08月10日授权的美国专利US5,935,305；

1996年05月16日授权的美国专利US5,518,528；

1998年01月06日授权的美国专利US5,704,965；

1998年01月06日授权的美国专利US5,704,967；

1998年01月13日授权的美国专利US5,707,424；

1999年06月29日授权的美国专利US5,917,140；

2000年08月15日授权的美国专利US6,101,816；

2000年12月05日授权美国专利US6,155,289；

2000年07月18日授权的美国专利US6,089,027；

2000年04月19日提交的美国专利申请09/522,347；和

2001年06月05日提交的美国专利申请09/874,084。

本发明提供一种低高压或低于大气压的存储和输送系统装置，作为供气源机构，用于半导体加工，举例来说用卤化物气体来刻蚀清洁加工设备，利用气态原始化合物进行化学气相淀积，用以气体掺杂剂类的掺杂剂气体或前体的掺杂剂输送，氢化物和卤化物气体的离子种入，以及有机金属V族合成物，诸如三氢化砷，磷化氢，氯，NF₃，BF₃，BCl₃，乙硼烷(B₂H₆及其氘类似物，B₂D₆)，HCl，HBr，HF，HI，六氟化钨，和(CH₃)₃Sb。

根据本发明，减小分配气体的气压就可使得用于从气体源(存储和分配)容器输送气体的阀和调节器的寿命得以延长。在压力减小时，连接件更易于防止泄漏，减小或甚至消除压力骤增，阀能够更有效密封，从而减小泄漏和粒子产生。而且，还提高了通风/清除循环性能，因而减少了在清除或通风操作中去除的气体量。

气体分配设备通过减少压力来提高工作寿命，而工作安全性的提高不仅要靠减少气压，从而万一发生泄漏，减少向外界泄漏的气体量，而且还要靠提高设备的可靠性，在供气系统内由自身最小化这种泄漏或故障。

本发明中使用的上述气体存储和分配容器可以为任何合适的形式，包括传统的高压缸，其在高压下容纳气体的厚度和余量设计都增加了操作的可靠性。在低压或低于大气压下保持待分配气体(即“工作气体”)。上述气体存储和分配容器可设置有阀头装置，该阀头装置包括进入和排出口，诸如紧急阀、同步盘或者气体过压安全机构的过压安全机构，诸如手动或自动阀的流体调节器和流量控制元件，以及连接到流路或其他分配机构上、用于将分配气体输送到用气区域的连接件。

在本发明的实践中，用于供给工作气体的容器为一种调压容器。当在这里使用时，参考气体源容器，术语“调压”是指一种包括外壳部和端口的容器，该外壳部封装容纳分配气体的内部容积，上述端口从上述内部容积排气。该容器设有气体调节装置，即该气体调节装置可设置在上述容器的内部容积内，也可设置上述外壳部的端口上(例如上述调节装置可部分设置在内部容积内，部分设置在上述容器的颈部开口内，或者从该颈部开口内突出)，或者设置在安装于该容器上的头部装置内。上述头部装置包括容纳流路的单独模块或其他结构、以及在此处构成调节器和上述头部装置阀元件的辅助部件。上述调节结构在本发明的优选实施例中可设置使得从上述容器分配的气体在流经流量控制元件之前，流经上述调节器。这些流量控制元件可以是阀，质量流控制器，排出器，喷射器等等。

这种容器已在美国专利6,101,816和6,089,027中公开，且经济可用，用于各种半导体加工气体，并由ATMI公司制造(Danbury，CT)。

上述气体源容器还可替换的是这样一种形式，即在调节器上游设置容器关闭阀，该调节器又依次在容器流量控制阀的上游，该控制阀可被调节来改变气体的流量，通过这种关闭阀/调节器/流量控制阀设置，这些元器件均可集成在该气体源容器的阀头装置内，或者与该容器相连。

上述容器具有在和该气体源容器相连的阀头装置上设置的出口端，在优选实施例中的气体出口端设置有限流孔(RFO)，用以提高容器操作的安全性。

在本发明中单个的气体源容器可和集成管相连，或者多个这种容器并排使用，从而可利于在气体耗尽时更换旧容器，利用并排设置的备用容器进行不间断操作。出于这个目的，多个容器可安装在气柜内或连接到气体集成管上，通过一个自动切换系统，在最前面的容器内气体耗尽时，自动切换上述容器，保证气体分配系统的连续操作。

在本发明中上述气体源容器上的流量控制阀(以及上述所探讨的关闭阀/调节器/流量控制阀装置中的关闭阀)最好是气压阀，以便利用压缩空气或其他分配系统中的其他工作气体进行自动操作。这种阀还能够在系统中双点分离(two-point isolation)，一点由气体源容器阀所形成，而另一点由用于流路中的集成管分离阀形成，而气体源容器分配管线则和上述气体集成管相连。

本发明中的上述供气系统通常用于输送合适的半导体加工气体，包括用于半导体装置和初始结构的制造，以及用于清洁或处理室和流路内的气体，以及用于减少在半导体制造过程中起排水作用的气体。尽管这里是主要参考半导体加工应用的气体输送，但本发明并不局限于此，本发明的供气系统还可用于耗气的其他应用。这些可替换应用的示意性实例可以是但不局限于焊接系统，水下呼吸系统，反恐建筑排气系统，油井防火系统，氢动力车辆，化学存储和分配设施(例如存储化学制剂，神经气体和空运材料)和农业果实催熟系统等。

因此本发明可用于输送下列这些气体，即：氟化硼，硅烷，甲基硅烷，三甲基硅烷，三氢化砷，磷化氢，氯，BCl₃，B₂D₆，六氟化钨，氟化氢，氯化氢，碘化氢，溴化氢，锗烷，氨水，锑化氢，硫化氢，硒化氢，碲化氢和相应其他的卤化物(氟、氯、溴、碘)气态合成物例如NF₃，和有机合成物，即V族合成物，例如半导体加工操作中的(CH₃)₃Sb，以及碳化氢气体、氢气、甲烷、氮气、一氧化碳等气体，还包括其他应用中的稀有气体卤化物。

尽管本发明在这里主要是结合半导体加工进行叙述，其中存储单种气体并从气体源容器进行分配，但是可以理解本发明并不局限于此，还可延伸包括多重组分气体混合物的存储和分配。

本发明提高了供气系统的安全性，利用包括气缸或其他流体存储和分配容器的气体源，其内流体由气缸内的压力调节器或装置在升压下被调压，由于气缸内的这种压力调节并不是对高压气体的常规操作设置，所以本发明中的供气系统和现有技术有所不同，其中高压气体在使用该气体的半导体加工设备或室或者在气体源的下游被节流或者调节。

本发明的优选实施例利用在分配集成气管上的另一调节器，作为和气体源容器相连的压力调节器的备用部分，且还设置次级压力调节以满足用气加工的需要，该气体从上述供气系统中的气体源容器供给。当气体源容器内气体在使用中耗尽时，这样的“次级”调节器就会减小“供压影响”。

用在上下文的术语“另一”是相对集成气管上的气压调节器来说，指除了上述至少一个压力调节器以外，该气体源容器上还整体设置有其他的这种集成管调节器。而术语“集成”和“整体设置”是相对和上述气体源容器相连的压力调节器来说，表示这些调节器至少部分地内置于上述容器内部容积和/或设置在该容器的头部装置内，该头部装置安装在该容器的外壳部上，以便于头部装置的阀和压力调节器可以和该容器外壳部的内部容积相气体联通。

本发明在一个实施例中使用了一个具有压力调节器的气体源容器，使分配气体可在流经气流控制元件例如气体分配阀之前，流入该调节器。因此本发明的气体源容器具有减压功能，这种供气系统能够以新颖而又有效的方式利用压力作为切断和控制方法的一部分，这将在后面详细叙述。本发明的优点还包括能够减小利用硅烷、硅烷混合物、磷化氢、三氢化砷、一氧化碳、四氟化硅等有害气体的危险性。相对于目前的高压供气系统来说，本发明中供气集成管内气体的体积和质量直接同减小的气压成比例地减小，因而存留在集成管内和如果发生泄漏时分散到周围环境中的气体量就会减小。通过严格限制最大工作压力即供气系统操作的允许压力，本发明的供气系统以目前尚未使用的方式来控制压力，从而可以限制潜在和/或泄漏气体量。

当本发明的供气系统在低于大气压模式操作时，可用其他的安全控制方法。这种低于大气压操作的好处就是系统内如果产生泄漏，也会“进入”或流入到流路中去，直到周围气压(例如大气压)和流路气压相等时为止，因而就从根本上大大放缓了分配气体向外界扩散。

本发明的供气系统在一个实施例中，如果供气集成管的压力超过一个预定值，可将供气缸隔开，即在系统中表压变为正向，例如0.0345MPa，其中气体在低于大气压下从供气缸分配。这种气缸隔开特性，大大减小气缸内气体和外界相接触的危险，保证人员的健康和/或安全。在另一个实施例中，该系统可设置成使气缸上的气压阀除非在供气集成管内为负压时，不会向分配气体打开。这就保证除有安全机构以外，有害气体都能够被保存在气缸内。

在本发明的不同实施例中，利用多个压力感应元件例如压力传感器或压力开关，在气体流路上还可提供有冗余(redundancy)保护。一个变形实施例中，在气柜壳体内，可在靠近集成管的加工气体出口的流路上设置有和气体源相连的调节器或者其他形式的调节器。如果和气体源容器相连的调节器发生故障，这种额外的调节器就能够在气柜以外，为在气体源容器内部升压下引入气体提供更多的保护。

在低于大气压下分配气体的供气系统操作还具有其他的好处。举例来说，传统高压缸供气系统通常使用专用清除气体气缸，这种清除气体可以是氮气。而通过低压操作，在很多场合下就不再需要这种专用N₂清除气体气缸。含有待分配半导体加工气体的气缸上的气压阀在清除过程中保持关闭，在本发明的实践中在调压气体源容器中使用设定点调节器(SPRs)，即使外界压力再高也不会打开(例如＞13.790MPa)，因此从工作气缸流入清除氮气系统的有害气体可以忽略。结果，供气系统不但可利用尺寸小而又结构简单的气柜，而且在正常操作中，还比使用传统高压气缸的气柜所需的通风率要低，传统高压气缸中没有本发明系统中的压力调节特征。

本发明供气系统的另一个好处就是除了减少上述通风率要求以相对相应的传统高压气缸系统减小气柜尺寸以外，还可以成比例于“最坏情况期望操作泄漏量”，来减小气柜通风率。

此外，由于本发明中系统提高了操作安全性，所以就减小了加工厂的安全保障率，而且因高压危险性减小，所以气室相距半导体加工设备的距离及其设置都可得以更加优化。

本发明中在减压下的操作还具有其他优点，即相对传统高压操作，能够消除压力骤增而给流路元件带来的不利影响。而这种压力骤增会大大缩短元件的使用寿命。

在本发明的另一个实施例中，通过将调压气缸(即设定或调节这种调节器的设定点)设定为额定正压例如0.0689-0.689MPa，输送调压气体，同时将系统中高压警报的压力设定点设置在所选工作压力之上的0.0689-0.13790MPa压力处，来启动切断系统。

作为特定示意性实例，本发明可用在半导体加工厂，用于从气柜内的VAC^调压容器输送硅烷，其中气柜可经调节在流路内的压力达到0.0689MPa时触发警报。

本发明的另一个实施例除了气缸内的调节器以外，还可利用输送配气板内的另一个调节器，作为进一步调节输送到加工厂气体压力的装置。通过这种方式，上述配气板上的调节器可作为气体分配的次级调节器，如果上述气缸内的调节器发生故障时还能够提供备用安全特性。

本发明还能够实施不同的实施例，在气缸上使用气压阀。这些应用还可以是离子种入气箱，标准气柜，没有利用气柜的自由选定集成气管，大体积输送系统例如450公升气缸和承载管等。

本发明中的气体存储和分配系统可设置用以在所需低于大气压或者高于大气压下，以固定流率，利用和分配气体加工要求相匹配的限流孔分配气体，该限流孔设置在气体分配流路上。该容器内的调节器通常关闭，仅在气体存储和分配容器内的集成气管流路达到极限工作压力时才打开。

本发明中的调节器可为单调节器，或者为双或多调节器的组合，每一调节器的设定点可以是固定的，也可以是可调的。在低于大气压的气体从集成气管流路分配到下游加工设备时，由于气体源容器和集成气管流路相连，使用这种设定点调节器就能够防止清除气体意外回流到气体源容器内。如果和气体源容器相连的设定点调节器被设定用以高于大气压的气体分配，例如在0.689MPa，清除气体的压力就应该高于该气体源容器的调节器的设定压力，以保证设定点调节器保持关闭，从而避免意外的回流。

所述类型的定压调节器利用压力感应装置[PSA]例如焊接波纹膜片，来调节气流，而该PSA感应于下游输送压力，并调节锥形提升件或者气体流路内相应元件的位置，在调节器装置的制造过程中，按需校准和密封该PSA单元。

因此上述气体存储和分配容器利用单级或双级内置调节器，使分配气体在进入阀头之前流经这些调节器，随后流入阀内。调压容器可和含有该气体存储和分配容器的气柜内其他的调节器相结合，在该容器的下游，在气柜的集成气管流路内，至少设置有一个额外的调节器，从而在该容器内外提供多级调节器性能和压力控制。

可以理解，在流量控制阀的上游，将调节器设置在该容器阀头内或内部容积的颈部或其他部分上，可调整该气体存储和分配系统。在实践中，可优选地使调节器至少部分设置在上述气体源容器内部容积内，从而保护调节器在存储、运输和使用过程中免受冲击和振动，而且还能够实现将该调节器安全地设置在流量控制阀的上游。

本发明中所使用的气压调节器可以是任何合适形式。优选的调节器可以是Swagelok^HF系列定压调节器(可从Swagelok公司购得，WWW.swagelok.com)，设定压力范围从真空到17.582MPa。使用高精度调节器能够在所需的设定压力可靠地将气体从调压容器进行分配。

通常该气压调节器最好是由提升件构成的提升阀，该提升件被偏压在密封件上，防止在高于设定压力下流出。这种调节器使用响应出口压力变化的气动压力感应装置，通过上述压力感应装置的伸缩和提升阀的平移，保持设定压力。

根据本发明，为了模拟气体存储和分配系统的长时间操作，由BF₃作为工作气体，四个调节器(Swagelok^HF系列定压调节器，可从Swagelok公司购得)同时测试750,000个工作循环。由硅烷作为工作气体，另一系列的四个调节器测试350,000个工作循环。每一循环都气体流动大约5-10秒到10分钟，要求调节器随后关闭且被密封。调节器控制的平均变量为6％，且没有发现显著问题。这些调节器的泄漏率低于7×10^-6atm-cc/hr。

优选的，调节器内置在气体源容器内可避免很多泄漏问题，以免引发调节器故障，例如可避免PSA中膜片故障。这些故障会导致校准气体的损失，由于PSA中没有补偿力，调节器在“关闭”状态会发生失效，导致气流损失，因此元件的故障出现在气缸内，从该容器内就不会损失或泄漏气体。

下面来参考附图，图1是根据本发明的诸如经调整可用于改善安全操作的高压气柜的简图。

该气柜由短划线框100围住，包括高压气缸102，和相连的流路、阀、流量调节开关，以及相关仪表和控制机构，其中流路和至少上述一些元器件可被安装在气柜的配气板上，作为设置在气柜100内部的结构性装置。

上述高压气缸102为常用形式，具有阀头104及其相连的阀旋钮106和出口端108。上述旋钮106可由自动阀执行机构所替换，为阀头104内的阀提供自动控制来分配高压气体。在优选实施例中，气缸阀最好是气压阀，相对其他形式的阀能够提供更多的控制，可由压力开关打开和关闭。由于技术人员和设备操作人员需要操作气缸上的手动控制阀，所以不优选为手动阀。

在分配过程中，高压气体从上述高压气缸流经阀头104内的阀，打开旋钮106，因而气体流经排气管线110，该管线包括阀112、116，调节器114和流量限制开关118。

上述排气管线110还和集成管线126和120相连。该排气管线110包括集成隔离阀111，可操作的将上述集成气管和容器102彼此相隔开。集成管线126包括流量控制阀128，集成管线120包括清除气体调节器122和阀124。

上述集成管线还包括旁路管线142，该旁路包括阀144。上述集成管进一步包括真空文丘里装置，该装置包括和文丘里管132相连的真空发生器工作气体入口134。该文丘里管132又依次经由真空管线130和集成管线126相连。该文丘里管132在出口端和包括阀138的排气管线136相连。

压力开关140可操作地和集成管线126相连。

如前所述，在图1的气柜系统中，在正常操作下当阀头104内的阀打开时，处于高于大气压的压力下从气体源容器102中分配。排气管线110包括调节器114，用于将气体在调节器114设定点所确定的预定压力下，分配到下游处理单元(图1未示出)。排气管线110内的流量控制阀112、116在气体分配期间打开。该分配管线110进一步包括流量限制开关118，当分配气体的体积流率超过定值时，用以切断高于大气压气体的供应。流量限制开关118可基于压力或分配气体其他性质操作，而不是体积流率。当集成管流路内出现系统故障时，该流量限制开关可提供中断分配气体从气柜100的流动。

由于在集成管下游从气体源容器102配置有调节器114，所以在气柜集成管内的高压气体在根据该调节器设定点的预定减压下被分配。

该集成管包括流线和相连的阀以及其他元件，具有真空发生器回路，该回路包括气体入口管线134，文丘里管132，排气管线136，和相连真空吸气管线130。在操作中，空气、氮气或者其他气体等工作气体流经上述入口管线134和文丘里管132，利用上述集成管，通过适当开闭阀124、128、144和116，在管线130内产生吸气，从而能够在耗尽气体源容器102内的高压气体而进行更换之前被抽空。

上述气柜还可以包括清除能力，借助于清除气体供给线120，通过适当开闭阀124、128、112、116、144和138，清除气体可流经集成气管，从集成气管的管路和阀中除去残留的工作气体。

该集成气管包括压力开关140，该开关可根据集成管内的感应压力，切断操作或隔开集成管部分。

在更换气体源容器102或在保养或维修集成气管或其元件过程中，该气柜100的集成气管还包括用于抽空集成管空气和清除气体的合适机构。

图2是根据本发明一个实施例中减压气柜的简图，从调压容器内提供低于大气压的分配气体。

如图2所示，气柜200包括调压气体源容器202，该气体源设有阀头204，该阀头包括可与阀操作元件206相连的阀，该元件206可有选择地开闭上述阀，从而可启动或终止气体流出出口端208。上述阀可和阀操作元件206简要示出，在实践中，阀头204内的阀为和气动执行机构和操作机构(图2未示出)相连的气压阀。

在气缸出口阀的管口从处，阀头204的出口端208包括限流孔(FRO)。这就在气缸阀打开时提供有安全性的保证，而不和分配集成管相连。RFO还可用于该集成气管，作为配气板的一部分提供提高安全性，和/或使分配气流和供气系统的下游供气要求相匹配。

气体源容器202的侧壁所包围的内部容积内设置有调节器装置。该实施例中的该调节器装置包括串连调节单元201、203，高压气体流到阀头204，流经阀操作元件206所操作的上述阀，从而在分配模式，气体从分配端口208流入加工气体分配管线210。该气体分配管线210包括集成管隔离阀207，可操作的将集成气管和容器202彼此相隔开。

上述调压气体源容器202包括高压气体，调节器201、203的设定点被设定为在预定低压例如低于大气压下分配气体。

上述气体分配管线210包括压力开关211，以及在流量控制阀216每一侧的压力传感器213、215。

该气体分配管线210和包括流量控制阀224、228的集成管线226相连。压力开关240和集成管线226相联通。集成管线226和具有清除气体调节器的清除气体供给管线220相连，在预定压力下从清除气体源(图2中未示出)向集成管提供清除气体。

在图2中示出的气柜200内还可设置有真空发生回路。该真空发生回路包括将工作气体源(未示出)和文丘里管232的文丘里进给管线231相连的工作气体进给管线234。文丘里管232在包括流量控制阀238的管线236中排出工作气体，从而将工作气体排出在气柜外部。

文丘里管232和吸气管线230相连，将集成管线226抽真空。随后抽空该真空回路，利用清除气体源(图2中未示出)对该集成管线除气。该清除气体源和具有清除气体调节器222的清除气体供给管线220相连，从而将预定压力的引入到集成管线226内。

通过适当开闭集成管阀224、228、216和238，该系统可以从加工气体分配(1)过渡到抽空集成管流路(2)，过渡到利用清除气体清除集成管(3)。该清除气体可为惰性气体，例如氮气、氩气、氦气等。当上述气体源内消耗到一定程度后，结束该气体源容器的有效操作，进行这些操作步骤(1)-(3)。随后该容器从气柜200内的集成管流路断开，并在抽空和清除集成管步骤完成后进行更换。

上述加工气体分配管线210内的压力传感器213、215用于监控分配气体的压力。分配气体的流速可由流量控制阀216来调节。上述压力传感器也可以和加工控制机构(图2中未示出)相连，来控制气柜操作，从而控制气流的变化和气柜中分配气体的操作压力。

压力开关211、240根据加工气体分配管线210和集成管线226内的压力标准，可分别用于警报和/或切断目的。

当图2中的调节器可示意性示出，包括两个串连相接的调节单元，在本发明中，在上述气体源容器的内部容积或者在气体源容器的阀头或分配端口内的调节器的数量和设置，都可以各有不同，从而为调压气体源容器提供不同的设置。

图2所示的气柜系统比图1所示的系统更有优势，原因在于后者将高压气体直接分配到集成管内，随后调节下游的压力和流速，从而在所需条件下提供分配气体。当调节器设置在阀头204的分配阀上游，以便将气体从预调节气体源容器202在低于大气压的低压下分配时，图2中系统利用气体源容器202内的高压气体，提供必需的工作气体容量(容器202的容量随气压的增高而增大)。

随后，图2中的系统相对于图1中的系统，在安全性上得以改善且减小相应的危险性。

图3是本发明另一个实施例中减压气柜系统的简图，利用由调压容器供气的低压分配气体，进而在气柜的配气板内由低于大气压压力的下游调节器进行调节。

所示的气柜300包括配气板350，集成气管流路和相连的元件安装在该配气板上。

气柜包括调压气体源容器302，该容器又包括具有调节单元301和303的调节器。气体源容器302还设置有阀头304，阀304包括由阀旋钮306所操作的阀。该旋钮和阀执行机构362相连。该阀执行机构362由信号传输线364连接到电子模块352的中央处理器(CPU)354上。

该CPU可由计算机、微处理器、逻辑程序控制器，或其他微电子处理单元构成，且可设置在气柜内或与其相连，用以监控和/或控制气柜内气体的加工条件(气压、温度、流率和/或成分)。

尽管图3所示的气柜具有单独的高压气体源容器302，但可以认识到该气柜还可以具有不止一个这样的容器，气柜内的集成管也可相应构造为进行切换操作，以便于在和该集成管相连的一个气体源容器内气体耗尽时或达到设定的低残留量时，可通过集成管内的阀操作来隔开上述用过的容器(关闭将上述容器和集成管相连的气体进给管线内的阀，同时打开气体进给管线内的其他阀，和另外的阀相连，使新容器和集成管流路相连)，从而在新容器上线之后去掉用过的容器。

图3所示的气体源容器302的阀头304具有和加工气体分配管线310相连的排气口308。该阀头304的排气口308包括在气缸出口阀管口内的限流孔(RFO)。另外，如图2所示，集成气管内还可设置RFO。

气体分配管线310包括集成管分离阀307，可操作地将集成气管和容器302彼此相隔开。该加工气体分配管线310包括压力开关311和压力传感器313、315。在该管线的中间设置有流量控制阀316，并依次连接和阀执行机构382，该阀执行机构借助于信号传输线384和CPU 354信号相连。

加工气体分配管线310还包括调节器321，该调节器在相对于从气体源容器302排气(即从端口308到加工气体分配管线310)的气压标准的减压水平下分配气体。上述调节器321通过信号传输线380和CPU 354相连，用于调节该调节器的设定点。可选地，该调节器321可以是手动可调的设定调节器，或者固定的设定调节器。

就这里的气体源302和调节单元301、303而言，图3所示的调节器响应于CPU 354且由短划线358、360所简略表示。这表示相对调节单元的设定点，CPU和调节单元301、303之间相连的操作关系。调节器设定点可由CPU独立调节，该CPU可产生传递到调节单元的信号，用于压力设定点的调节。该调节器和CPU相连还包括经过容器302内部容积的信号传输线，用于设定点调节。而且该CPU可产生调节每一调节单元的调节器的信号，以非侵入方式改变容器内调节器的设定点。

在配气板350上还安装有包括流量控制阀324和328的集成管线326。阀324和阀执行机构388相连，该阀执行机构又依次通过信号传输线390和CPU 354相连。以类似的方式，流量控制阀328和阀执行机构370相连，而该阀执行机构又通过信号传输线372和CPU 354相连。集成管线326和压力开关340相连，该开关又依次通过信号传输线366和CPU354相连。集成管线326还经由吸气管线330和文丘里管332相连。文丘里管332和工作气体进给管线334、工作气体排气管线336相连，该排气管线包括流量控制阀338。上述排气管线336用于将工作气体排出到气柜300的外部。管线336内的阀338和阀执行机构374相连，该阀执行机构又依次通过信号传输线376和CPU 354相连。

集成管线326和具有清除气体调节器322的清除气体进给管线320相连。该清除气体进给管线320和设置阀头406的清除气体源404相连，该阀头包括由信号传输线408和CPU 354相连的阀执行机构。

气柜300具有通风能力，其可以例如包括空气或其他通风气体可通过的气柜百叶门，并由此从气柜的通气管线378流出。该气柜可由传统方式通风，包括在半导体加工厂的屋顶设置鼓风机/风扇，用于从气柜门从气柜的内部容积内抽取建筑物内空气排到排气管线378，废气通过工厂屋顶的管道，流经潮湿清洗剂，从而去除其中的有毒或有害成分。

可选地，该气柜可由通气管线420进行通气，该管线包括阀422。阀422和阀执行机构424相连，来操作阀422，从而控制流经气柜的通气空气的流率。上述阀执行机构424又依次经由信号传输线426和CPU 354相连，因而阀424可通过CPU响应于气柜内的监控条件，以控制方式进行调节，从而改变通气气体的流率。该通气管线420可和鼓风机相连，从而作用流经气柜的气流，且可利用清洁的干燥空气作为通气气体。

本发明中的调压容器相比没有调压的相应尺寸容器，能够容纳更多的气体量，而同时可从气柜向下游的半导体加工提供更安全的低压分配气体(相对存储和分配容器内的高压气体)。这就显著提高每气缸的输送量并减少气缸的更换时间。

而且，由于保持相同气体量的相同低压容器在尺寸上更大，因而需要相应更大的气柜，从而增大的气柜体积需要更大的通气气流来通风，而上述气柜尺寸相对较小。因此本发明具有可减小/最小化废气的好处。气柜通风要求通常基于规定(例如在分配硅烷时，可以限定经由气柜的通风气体流率和线性速度)或基于所容纳气体泄漏性质，工作人员靠近气柜时不会暴露于所分配的特定浓度气体中，例如为极限值(TLV)的25％。对于有毒气体作为分配流体时，可利用Semi F-15跟踪气体测试这样的测试来设定通气标准，其中例如SF₆等待用气体在最坏情况泄漏(WCR)率下泄漏，随后调节气柜通风率，以保持气柜前的有害气体的浓度在TLV的25％范围内。

上述气体的最坏情况泄漏率取决于所容纳气体的压力和容器上所用限流孔(例如在上述容器阀头的排气口处)的尺寸。本发明中的调压容器由于压力调节可具有较低的WCR率，因此气柜可在较小速率下排气，而不是在高压下释放气体。因此，本发明中排出空气(或其他通气空气)的成本减少。

根据最小稀释浓度要保持在气体爆燃下限(LEL)的25％内，Cleanroom 2000的NFPA 318准则设定了用于硅烷或其他易燃气体的标准。举例来说，对于高压硅烷气缸，在上述容器阀头的排气口，利用0.254厘米限流孔，上述所推荐的最小排气流率通常在缸内压力为5.516MPa时，为每分钟9627.728公升；在缸内压力为4.137MPa时，为每分钟16990.11公升；在缸内压力为10.342MPa时，为每分钟21662.39公升。关于最小排气标准的压缩天然气协会(CGA)准则[P-32-2000]也相类似。

相对于没有本发明中调压特性的相应气体分配系统，本发明通过调压气体存储和分配容器，能够简化主要的排气要求。

作为进一步可选地，上述通气管线420可和氮气源相连，例如半导体加工厂内的“室内气体”氮气管线，从而可将氮气流经气柜作为通气气体。

该气柜300还有气体引入能力，通过外部气体源392，该气体源由具有有用气体的容器构成。该外部气体源设置有阀头394。该阀头包括由阀旋钮396所操作的内部阀。该阀旋钮和阀执行机构398相连。上述阀执行机构398由信号传输线400和CPU 354相连。

外部气体源392设置用于从上述容器内将所容纳气体经由排气口的阀头394分配到排气管线401内。排气管线401和气泵402相连，可将入口管线403内的气体泵送到气柜300中。以这种方式，上述外部供气进入到气柜中，并流经气柜的内部容积例如经由排气管线378，从此处流出。泵402由信号传输线410和CPU 354相连。

外部气体源392可提供定期维护气柜内部的特定气体，例如用以清洁或消毒。可选地上述特定气体可为活性气体，当在气柜300内的周围环境检测到从容器302泄漏的分配气体时，该活性气体可和容器302产生的任何泄漏物质相反应，例如从上述容器的阀头或者气柜内的固定件和安装件等泄漏的物质。而且作为进一步可替换的方式，当在气柜内分配易燃气体并检测出产生泄漏时，特定气体可由安全气体构成，例如防火气体。

上述加工气体分配管线310包括由信号传输线368而和CPU 354相连的压力开关311。该分配管线还包括可分别借助于信号传输线386、317和CPU相连的压力传感器313、315。

可以理解，图3所示的系统为集成的，可操作地和电子模块352的CPU 354相连，用以系统的集成控制。该电子模块352包括可操作地和CPU 354相连的警报单元356，以便通过CPU将设定点限制之外的操作转换成警报单元356输出的音频和/或视频警报。

CPU 354可程控设置进行循环操作，这包括在加工分配管线310内从气柜内分配气体。这种分配可在内部调节器301、303的预定条件下进行，从而向分配管线310提供减压气体。上述调节单元的设定点可由CPU 354调节。上述操作循环可包括：根据气体源容器内的气体是否耗尽，结束分配功能，随后由文丘里管332抽空集成管，此后利用清除气体源404内的清除气体清除上述集成管。因此上述循环操作可由CPU程控开闭阀和实施气体气柜操作的各个操作步骤来进行调节。上述压力传感器313、315分别由信号传输线386、317可操作地和CPU相连，从而在流量控制阀316的上游和调节器321的下游，可连续地监控分配管线310内的压力条件。流量控制阀自身可由CPU调节，以向半导体加工工具或其他用气设备或位置提供加工气体的所需流率。调节器321的设定点可由CPU 354利用适当的控制信号，经由信号传输线380进行调节，因而从气柜分配的加工气体具有所需的压力特性。

压力开关311、340通过信号传输和CPU相连，因此如果操作使集成管线或加工气体分配管线内的压力超出设定限制之外，气柜系统就会自动切断。

在集成管抽真空的过程中，通过相应操作流量控制阀338的阀执行机构374，可有选择地调节集成管线326和吸气管线330上的文丘里管332吸气。阀执行机构374经由信号传输线376以信号控制的方式和CPU354相连。

相类似的，清除气体的供给可由CPU的信号进行调节，该信号被发送到在信号传输线408中的阀头装置406的阀执行机构。在清除气体进给管线320内，清除气体被调节器322调节到所需的压力标准。尽管没有示出，将调节器322和CPU 354相连，可有选择地调节清除气体调节器322的设定点，并以相对应方式将CPU 354和调节器321相连。

在CPU控制下，通过调节泵402的速度和/或调节通气气体源容器392的分配阀，可有选择地调节通风气体引入到气柜300并从排气管线378排出的流率。

例如，CPU可响应于加工气体分配管线内压力的突然减小，即由于集成气管流路内上游的泄漏而产生压力减小，这由压力传感器315所感应，并经由信号传输线317向CPU 354发送信号，以增加通过气柜的通风气体的流率。通过这种方式，利用上述通气气体“吹扫”气柜的内部容积，就可减小泄漏气体浓度在有毒或有害气体浓度以下。

可以看出，图3中气柜系统可在特征上进行变化，即有不同的构造和操作，通过各种构形和操作模式提供高安全性的操作。例如，可通过信号传输线366促动压力开关340，来感应上述集成管压力，以使得气体源容器302的阀头304内的分配阀关闭。通过在信号传输线364内的控制信号从CPU 354传递到阀执行机构362，从而使阀执行机构关闭阀旋钮306。通过这种方式，当供气集成管压力超过设定压力极限，气体源容器302就被隔开。上述阀头304内的阀还受控使得除非分配管线310内由压力传感器313或压力传感器315所检测的压力处于特定值，否则不会进行分配。

因而图3中的系统具有加工气体分配设置，其中气体高压地容纳在容器302中，因而可扩大容器中气体的容量，压力调节器在低压下将分配气体从容器分配到分配管线，该气体可进一步由分配管线调节器321进行调节(减小)。

高压气体源容器302内的气体可为高于大气压的压力，例如从137.895KPa到13.790MPa，而从调压容器排出的分配气体却处于低压(相对气体源容器内部容积的压力标准，减小至少25％，较好是至少40％，更好是至少60％，最好是至少80％)。

从调压容器排出分配气体的压力可从2.666KPa到8.274MPa，在气体源容器的外壳部内气压之下。低于大气压分配操作的分配气体的气压范围可从大约2.666KPa到大约99.992KPa，较好是从大约53.329KPa到大约79.993KPa。从气体源容器分配到集成气管的气压范围较好是在大约2.666KPa到大约1.379MPa，更好是从大约2.666KPa到0.689MPa。从调压容器分配的气压的压力范围可从大约2.666KPa到大约1.379MPa，更好是从大约53.329KPa到大约0.689MPa，CPU可程控设置，警报单元356内用以触发系统切断的高压警报压力设定点在分配气体的所选操作压力之上，从大约68.948KPa到大约137.895KPa。

在另一个实施例中，气体源容器302内的高压气体可由和该容器相连的调节器(在容器分配阀的上游，设置在内部或者颈部或阀头)调节为中压水平。随后该中压进一步由分配管线内压力调节器321减小，从而使分配管线310内传递到下游加工工具或者用气区域的最终压力为适合末端使用的所需压力水平。

因此本发明可提高气柜系统的安全特性，减小高压气体分配所连带的危险和故障。

如此所述，归纳本发明，本发明可由不同模式实施，包括：(1)分配高于大气压压力的气体，(2)分配低于大气压压力的气体，(3)合成操作，涉及在高于大气压压力下分配气体，并可进而如上所述，被下调到低于大气压压力。下面依次讨论这些模式中的每一个，在每一模式的示意性实施例中就优选操作条件进行探讨。

在涉及高于大气压分配操作的模式(1)中，调压气体源容器被设置成可在0.689MPa下输送气体，并在容器阀头的出口端设置有限流孔，可选择与(下游半导体加工)的加工要求相匹配为最大流率的1.5倍。在上述容器上还设置有气压阀，该容器和具有可变设定点式调节器的配气板相连，其中该设定点被设定为和工厂输送条件相匹配，通常206.843KPa-482.633KPa。还设置有警报和控制装置，用于关闭容器上的气压阀以及集成管隔离阀且发出警报。上述警报和控制系统还可设置成可促动双位置气柜阻尼器，以增加流经气柜的排气通量。在多气体源容器配置中还可以使用自动切换系统，用以当操作中的气体源容器内气体耗尽时可提供备用气体源容器。

在涉及低于大气压压力分配操作的模式(2)中，调压气体源容器设置成在86.659KPa下输送气体，并在容器阀头的出口端设置有限流孔，可选择与(下游半导体加工)的加工要求相匹配为最大流率的1.5倍。在上述容器上还设置有气压阀，该容器和具有可变设定点式调节器的配气板相连，其中该配气板调节器的设定点被设定为大约53.329KPa-79.993KPa。还设置有警报和控制装置，用于关闭容器上的气压阀以及集成管隔离阀且发出警报。上述警报和控制系统还可设置成可促动双位置气柜阻尼器，以增加流经气柜的排气通量。在多气体源容器配置中还可以使用自动切换系统，用以当操作中的气体源容器内气体耗尽时可提供备用气体源容器。

在涉及高于大气压压力下分配气体的合成操作的模式(3)中，可进而由配气板调节器产生低于大气压的气体以便进行分配，调压气体源容器设置成在0.0689-0.689MPa下输送气体，并在容器阀头的出口端设置有限流孔，可选择与(下游半导体加工)的加工要求相匹配为最大流率的1.5倍。在上述容器上还设置有气压阀，该容器和具有可变设定点式调节器的配气板相连，其中该设定点被设定为大约79.993KPa。还设置有警报和控制装置，用于关闭容器上的气压阀以及集成管隔离阀且发出警报。上述警报和控制系统还可设置成可促动双位置气柜阻尼器，以增加流经气柜的排气通量。在多气体源容器配置中还可以使用自动切换系统，用以当操作中的气体源容器内气体耗尽时可提供备用气体源容器。

上述合成模式(3)可在集成管内进行限压操作，用于克服关联于气体清除装置利用点(POU)的压降，从气柜向半导体加工设备输送气体且在低于大气压压力下利用VMB。

本发明的特性和优点由下列非限定实例示出更加显而易见。

实例1

利用故障树方法论，将具有内置调节器的“预调”VAC^气缸(ATMI，Inc.，Danbury，CT)和硅烷应用中的标准高压气缸进行比较。气柜安装都相同，构建相应的故障树并进行风险分析。潜在泄漏率方案[Si]为每一比较结果都计算超过20次，产生多个涉及多重故障的泄漏率。通过这种方式，就可以确定整体的发生概率，从而计算出风险分析并根据相对基础得出输送方法。

事件的似然性可由气缸置换频率和输送压力来确定。操作事件或者最坏情况泄漏率[WCR]由表1示出，范围从30.5到70.8每分钟标准公升(slpm)(Cleanrooms Protection的NFPA 318标准，2000年版)。上述预调气缸以及所有填充压力的WCR都被限定在8.2slpm。

表1

经由0.010”(0.0254厘米)限流孔的硅烷流率作为气缸压力的函数

压力[MPa]	WCR率[slpm]	质量[kg]
压力[MPa]	WCR率[slpm]	质量[kg]	11.03168.2745.516	70.855.730.5	15125

实例2

硅烷输送-比较实例

对于预调气体源容器，预调压力被设定为恒定的输送压力，和填充压力无关。硅烷填充浓度为风险极限的函数；该测试中填充物的大约一半为5kg填充气体，其余的填充气体分别为10kg、12kg到15kg。下面，表2在5.516MPa和0.689MPa下设定硅烷最坏情况泄漏率，其中VAC是指可从ATMI，Inc.(Danbury，CT)购得的预调气体存储和分配容器。

表2

在5.516MPa和0.689MPa下的硅烷最坏情况泄漏率

气缸	压力	容量	RFO	泄漏率
气缸	压力	容量	RFO	泄漏率	标准VAC[11.0316MPa]	5.516MPa0.689MPa0.689MPa	5kg15kg15kg	0.0254厘米0.0254厘米0.0356厘米	30.5slpm3.5slpm6.9slpm

下面，表3设定硅烷输送的相对风险分析的结果。

表3

气体输送系统	频率	结果	风险	风险率
气体输送系统	频率	结果	风险	风险率	15kg，VAC(0.689MPa)5kg，5.516MPa10kg，8.274MPa15kg，10.687MPa	4.44E-31.49E-21.27E-21.16E-2	8.230.555.070.8	3.64E-24.54E-16.98E-18.21E-1	112.519.222.6

就相对的风险基础而言，可以预计上述VAC^输送系统[0.689MPa]比具有0.0254厘米限流孔(RFO)的标准硅烷气缸要安全稳定12到23倍。在给定事件中，上述低泄漏率[结果]术语，即输送压力的函数可证明这个预计。

尽管本发明参考示意性实施例和特征在这里以不同形式的公开，但可以理解上述这些实施例和特性并不是用于限定本发明，对于本领域的普通技术人员，还可进行其他变化或修改，或者实施其他实施例。因此本发明由随后的权利要求所广泛限定。

Claims

1、一种用于分配气体的气体分配装置，包括：

(a)调压气体源容器，其容纳高于大气压的气体且设置成在基本低压下排气；

(b)集成气管，其设置用来接收来自调压气体源容器的排气且包括用以分配该排气的气体流路；

(c)用于可选择地将集成气管的流路和调压气体源容器相隔开的装置；

(d)用于从气体流路中去掉气体、以能够在容器内气体耗尽时可更换气体源容器的装置。

2、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述从气体流路中去掉气体的装置包括连接于所述集成气管的真空回路。

3、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述从气体流路中去掉气体的装置包括连接于所述集成气管的清除气体源。

4、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，具有至少一个内置在气体源容器内的气压调节器。

5、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，具有至少一个设置在气体源容器上的气压调节器。

6、如权利要求5所述的气体分配装置，其特征在于，气体源容器包括外壳部，该外壳部封装保持所述气体的内部容积且具有用于将所述气体从内部容积中排出的外壳端口，其中所述至少一个所述气压调节器位于所述外壳端口上。

7、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述容器包括具有至少一个阀的头部装置。

8、如权利要求7所述的气体分配装置，其特征在于，包括设置在气体源容器的容纳气体的内部容积内的至少一个气压调节器。

9、如权利要求8所述的气体分配装置，其特征在于，包括两个串联连接在气体源容器的所述容纳气体的内部容积内的压力调节器。

10、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，包括至少一个气压调节器，且设置成使来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力比所述气体源容器内的气压低至少40％。

11、如权利要求10所述的气体分配装置，其特征在于，所述气体源容器内的所述的气压范围从大约137.895KPa到大约13.790MPa。

12、如权利要求11所述的气体分配装置，其特征在于，来自所述气体源容器的气体在所述气体流路内的压力范围从低于大气压到大约8.274MPa。

13、如权利要求11所述的气体分配装置，其特征在于，来自所述气体源容器的气体在所述气体流路内的压力范围从低于大气压到大约1.379MPa。

14、如权利要求11所述的气体分配装置，其特征在于，来自所述气体源容器的气体在所述气体流路内的压力范围从低于大气压到大约0.689MPa。

15、如权利要求11所述的气体分配装置，其特征在于，来自所述气体源容器的气体在所述气体流路内的压力为低于大气压。

16、如权利要求15所述的气体分配装置，其特征在于，来自所述气体源容器的气体在所述气体流路内的压力范围从大约2.666KPa到大约99.992KPa。

17、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，包括至少一个气压调节器，且设置成使来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力比所述气体源容器内的气压低至少60％。

18、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，包括至少一个气压调节器，且设置成使来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力比所述气体源容器内的气压低至少80％。

19、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述气体源容器内的所述高于大气压的气体的气压范围从大约0.13790MPa到大约13.790MPa。

20、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，来自所述气体源容器的气体在所述气体流路内的压力范围从大约2.666KPa到大约1.379MPa。

21、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，来自所述气体源容器的气体在所述气体流路内的压力范围从大约2.666KPa到大约0.689MPa。

22、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述气体源容器内的所述气压范围从大约0.13790MPa到大约13.790MPa，并且来自气体源容器的气体在所述气体流路内的压力范围从大约2.666KPa到大约1.379MPa。

23、如权利要求1所述的气体分配装置，进一步包括警报装置，设置得当来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力高于设定值时产生警报输出。

24、如权利要求1所述的气体分配装置，进一步包括用于当来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力高于设定值时将气体源容器和集成气管相隔开的装置。

25、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，用于当来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力高于设定值时将气体源容器和集成气管相隔开的装置包括集成气管内的可选择性地致动的阀。

26、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，选择性地将集成气管的流路和调压气体源容器相隔开的装置包括当来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力高于设定值时将气体源容器和集成气管相隔开的装置。

27、如权利要求1所述的气体分配装置，进一步包括用于当来自气体源容器的气体在所述气体流路中的压力高于设定值时终止气体分配的装置。

28、如权利要求1所述的气体分配装置，进一步包括集成气管内的气压调节器，其中(i)所述气体源容器内气体处于第一高于大气压压力，(ii)由所述集成气管和集成气管内所述气压调节器的上游所接收的气体处于低于所述第一升压的第二压力，以及(iii)集成气管内所述气压调节器下游的集成气管的气体处于低于所述第二压力的第三压力。

29、如权利要求28所述的气体分配装置，其特征在于，第一高于大气压压力的范围从大约68.948KPa到大约13.790MPa。

30、如权利要求28所述的气体分配装置，其特征在于，第二压力的范围从大约0MPa到大约1.379MPa。

31、如权利要求28所述的气体分配装置，其特征在于，第三压力的范围从大约2.666KPa到大约0.689MPa。

32、如权利要求28所述的气体分配装置，其特征在于，第三压力处于低于大气压压力。

33、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，容器包括设置在其排气口内的限流孔。

34、如权利要求1所述的气体分配装置，进一步包括电子模块，该电子模块包括中央处理器(CPU)，用以控制所述气柜内气体的至少一个加工条件。

35、如权利要求34所述的气体分配装置，其特征在于，所述至少一个加工条件选自气体的压力、温度、流率和成分。

36、如权利要求34所述的气体分配装置，其特征在于，所述至少一个加工条件包括压力。

37、如权利要求1所述的气体分配装置，进一步包括电子模块，该电子模块包括中央处理器(CPU)，其中所述集成气管装有阀，包括可选择性地调节的阀，并且至少一个所述阀操作上和所述CPU相连，以在所述气柜的操作中调节所述阀。

38、如权利要求1所述的气体分配装置，包括气柜，其中容纳有所述气体源容器和集成气管。

39、如权利要求1所述的气体分配装置，进一步包括电子模块，该电子模块包括中央处理器(CPU)，并且其中所述从气体流路中去掉气体、以能够在容器内气体耗尽时可更换气体源容器的装置可响应地连接于所述CPU，从而根据设定程序或响应于CPU所监控的至少一个加工变量从气体流路中去除气体。

40、如权利要求1所述的气体分配装置，包括下列组件中的至少一个：

(i)可操作得抽空所述集成气管的至少部分流路的真空回路，作为所述装置(d)的至少一部分；

(ii)可操作得清除所述集成气管的至少部分流路的清除气体回路，作为所述装置(d)的至少一部分；

(iii)至少一个在所述集成气管内的流量控制阀；

(iv)在所述集成气管内的压力传感器；

(v)在所述集成气管内的压力开关；和

(vi)在所述集成气管内的调节器；

以及包括中央处理器(CPU)的电子模块，用于控制所述组件(i)-(vi)中的至少一个。

41、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，包括至少一个具有可调设定点的压力调节器和用于调节所述设定点的装置。

42、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，气体源容器包含半导体加工气体。

43、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，气体源容器包含的气体选自氟化硼，硅烷，甲基硅烷，三甲基硅烷，三氢化砷，磷化氢，乙硼烷，氯，BCl₃，B₂D₆，六氟化钨，氟化氢，氯化氢，碘化氢，溴化氢，锗烷，氨水，锑化氢，硫化氢，硒化氢，碲化氢，氟，溴，碘，NF₃，(CH₃)₃Sb，和有机金属合成物，碳化氢气体、氢气、氮气、一氧化碳，和稀有气体卤化物。

44、如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，气体源容器包含的气体选自三氢化砷，磷化氢，氯，NF₃，BF₃，BCl₃，B₂H₆，B₂D₆，HCl，HBr，HF，HI，六氟化钨，和(CH₃)₃Sb。

45、一种操作气体分配装置的方法，其中该气体分配装置内包括气体源，该气体源以可选流通的方式与集成气管相连，其中集成气管包括用于将气体排到用气区域的流路，所述方法包括利用调压气体源容器作为气体源容纳高于大气压的气体，其中压力调节器设置成使在集成气管内的气压低于气体源容器内高于大气压气体的压力。

46、如权利要求45所述的方法，其特征在于，一个真空回路连接于所述集成气管，进一步包括在气体源容器内气体耗尽到预定程度后，致动该真空回路从集成气管内抽气。

47、如权利要求45所述的方法，其特征在于，一个清除气体源连接于所述集成气管，进一步包括使清除气体从清除气体源流经该集成气管，以去除从气体源容器分配的气体。

48、如权利要求45所述的方法，其特征在于，调压气体源容器包括内置在气体源容器内的气压调节器。

49、如权利要求45所述的方法，其特征在于，调压气体源容器包括设置在其头部装置内的气体源容器上的气压调节器。

50、如权利要求45所述的方法，其特征在于，调压气体源容器包括保持所述气体且具有排气端口的外壳部，其中所述排气端口上设置有压力调节器。

51、如权利要求45所述的方法，包括固定于气体源容器的头部装置内的流量控制阀。

52、如权利要求51所述的方法，其特征在于，压力调节器设置在气体源容器的内部容积内，使得从该容器排出的气体在流经所述流量控制阀之前流入该压力调节器。

53、如权利要求52所述的方法，其特征在于，串连的压力调节器设置在气体源的内部容积内。

54、如权利要求45所述的方法，其特征在于，包括在气体源容器内或其上设置压力调节器，使得来自气体源容器的气体在所述集成气管中的压力比所述气体源容器内的气压低至少40％。

55、如权利要求54所述的方法，其特征在于，所述气体源容器内的所述气压范围从大约0.13790MPa到大约13.790MPa。

56、如权利要求55所述的方法，其特征在于，来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力范围从低于大气压到大约8.274MPa。

57、如权利要求55所述的方法，其特征在于，来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力范围从低于大气压到大约1.379MPa。

58、如权利要求55所述的方法，其特征在于，来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力范围从低于大气压到大约0.689MPa。

59、如权利要求55所述的方法，其特征在于，来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力为低于大气压。

60、如权利要求59所述的方法，其特征在于，来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力范围从大约2.666KPa到大约99.992KPa。

61、如权利要求45所述的方法，其特征在于，包括在气体源容器内或其上设置压力调节器，使得来自气体源容器的气体在所述集成气管中的压力比所述气体源容器内的气压低至少60％。

62、如权利要求45所述的方法，其特征在于，包括在气体源容器内或其上设置压力调节器，使得来自气体源容器的气体在所述集成气管中的压力比所述气体源容器内的气压低至少80％。

63、如权利要求45所述的方法，其特征在于，所述气体源容器内的所述气压范围从大约0.13790MPa到大约13.790MPa。

64、如权利要求45所述的方法，其特征在于，来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力范围从大约2.666KPa到大约1.379MPa。

65、如权利要求45所述的方法，其特征在于，来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力范围从大约2.666KPa到大约0.689MPa。

66、如权利要求45所述的方法，其特征在于，所述气体源容器内的所述气压范围从大约0.13790MPa到大约13.790MPa；并且来自气体源容器的气体在所述集成气管内的压力范围从大约2.666KPa到大约1.379MPa。

67、如权利要求45所述的方法，进一步包括当来自气体源容器的气体在所述集成气管中的压力高于设定值时输出警报。

68、如权利要求45所述的方法，进一步包括当来自气体源容器的气体在所述集成气管中的压力高于设定值时将气体源容器和集成气管相隔开。

69、如权利要求45所述的方法，其特征在于，所述集成气管在其内包括阀，并且当来自气体源容器的气体在所述集成气管中的压力高于设定值时将气体源容器和集成气管相隔开的步骤包括选择性地致动集成气管内的阀。

70、如权利要求45所述的方法，进一步包括当来自气体源容器的气体在所述集成气管中的压力高于设定值时终止气体分配。

71、如权利要求45所述的方法，进一步包括在集成气管内设置气压调节器，其中(i)所述调压气体源容器内的气体处于第一高于大气压压力，(ii)由所述集成气管和集成气管内的所述气压调节器的上游所接收的气体处于低于所述第一升压的第二压力，以及(iii)集成气管内所述气压调节器的下游的集成气管内的气体处于低于所述第二压力的第三压力。

72、如权利要求71所述的方法，其特征在于，第一高于大气压压力的范围从大约0.0689MPa到大约13.790MPa。

73、如权利要求71所述的方法，其特征在于，第二压力的范围从大约0MPa到大约1.379MPa。

74、如权利要求71所述的方法，其特征在于，第三压力的范围从大约2.666KPa到大约0.689MPa。

75、如权利要求71所述的方法，其特征在于，第三压力为低于大气压压力。

76、如权利要求45所述的方法，其特征在于，容器包括设置在其排气端口内的限流孔。

77、如权利要求45所述的方法，其特征在于，进一步包括控制所述集成气管内气体的至少一个加工条件。

78、如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述至少一个加工条件选自气体的压力、温度、流率和成分。

79、如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述至少一个加工条件包括压力。

80、如权利要求45所述的方法，进一步包括在所述集成气管内设置至少一个阀，并且在所述气体分配装置的操作中调节所述阀。

82、如权利要求45所述的方法，进一步包括在气柜内设置所述调压气体源容器和集成气管。

83、如权利要求45所述的方法，进一步包括根据设定程序或响应于至少一个加工变量从集成气管去除气体。

84、如权利要求45所述的方法，进一步包括为所述气体分配装置提供下列组件中的至少一个：

(i)可操作得抽空所述集成气管中至少部分流路的真空回路；

(ii)可操作得清除所述集成气管中至少部分流路的清除气体回路；

(iii)至少一个在所述集成气管内的流量控制阀；

(iv)在所述集成气管内的压力传感器；

(v)在所述集成气管内的压力开关；和

(vi)在所述集成气管内的调节器；

并且根据设定程序或者响应于至少一个加工条件，控制所包括的所述组件(i)-(vi)中的至少一个。

85、如权利要求45所述的方法，其特征在于，包括在所述气体源容器内或其上设置具有可调设定点的压力调节器，并且调节该压力调节器的可调设定点以获得预定的气体分配率。

86、如权利要求45所述的方法，其特征在于，所述气体源容器包含半导体加工气体。

87、如权利要求45所述的方法，其特征在于，气体源容器包含的气体选自氟化硼，硅烷，甲基硅烷，三甲基硅烷，三氢化砷，磷化氢，乙硼烷，氯，BCl₃，B₂D₆，六氟化钨，氟化氢，氯化氢，碘化氢，溴化氢，锗烷，氨水，锑化氢，硫化氢，硒化氢，碲化氢，氟，溴，碘，NF₃，(CH₃)₃Sb，和有机金属合成物，碳化氢气体、氢气、氮气、一氧化碳，和稀有气体卤化物。

88、如权利要求45所述的方法，其特征在于，气体源容器包含的气体选自三氢化砷，磷化氢，氯，NF₃，BF₃，BCl₃，B₂H₆，B₂D₆，HCl，HBr，HF，HI，六氟化钨，和(CH₃)₃Sb。

89、一种气体分配装置，包括：

(a)调压气体源容器，其容纳高于大气压的气体，在该容器上或其内具有至少一个压力调节器以及连接于该容器的流量控制阀，其中该至少一个压力调节器和流量控制阀设置成使得从该气体源容器排出的气体在流入流量控制阀之前流经该至少一个压力调节器；

(b)集成气管，其设置用来接收来自调压气体源容器的排气且包括用以分配气体的气体流路；

(c)用于从气体流路中去掉气体、以能够在容器内气体耗尽时可更换气体源容器的装置。

90、一种操作以可选流通方式和集成气管相连的气体源的方法，其中集成气管包括用于将气体排到用气区域的流路，所述方法包括利用气体源容器作为气体源容纳高于大气压的气体，该容器内或其上具有压力调节器流体连通于容器的流量控制阀，其中压力调节器和流量控制阀设置成使得从该气体源容器排出的气体在流入所述流量控制阀之前流经所述压力调节器，并流入所述集成气管，其中压力调节器设置为使得在所述集成气管内的气压低于气体源容器内高于大气压气体的压力。

91、一种气体分配系统，包括以供气方式和集成气管相连的调压气体源容器，用于将气体分配给半导体加工设备，其中集成气管内的气压比调压气体源容器内的气压低至少40％，并且调压气体源容器包括限定用于在其内保持所述气体的内部容积的外壳，和安装在外壳上的头部装置，其中调压气体源容器包括内置在外壳内部容积内的气压调节器，并且头部装置包括流量控制阀，从而从调压气体源容器流到集成气管的气体在流经所述头部装置内的流量控制阀之前，流经所述气压调节器，并且其中所述气体分配系统相对于具有不调压的气体源容器的相应气体分配系统来说，具有下列特征中的至少一个：

(I)气体源容器尺寸小；

(II)降低了通气要求；

(III)提高了在线分配能力；和

(IV)提高使用寿命。

92、如权利要求91所述的气体分配系统，其特征在于，集成气管包括气压调节器。

93、如权利要求92所述的气体分配系统，其特征在于，集成气管内的气压调节器可调节来提供范围从大约206.843KPa到大约482.633KPa的设定点压力。

94、如权利要求92所述的气体分配系统，其特征在于，集成气管内的气压调节器可调节来提供范围从大约53.329KPa到大约79.993KPa的设定点压力。

95、如权利要求92所述的气体分配系统，其特征在于，集成气管包括集成管隔离阀，它可被选择性地致动从而将调压气体源容器和集成气管彼此相隔开。