DE69927461T2

DE69927461T2 - Lagerungs und verteilungssystem für aussigkeiten

Info

Publication number: DE69927461T2
Application number: DE69927461T
Authority: DE
Inventors: Luping Wang; Glenn Tom
Original assignee: Advanced Technology Materials Inc
Current assignee: Advanced Technology Materials Inc
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2019-04-29
Also published as: JP2009133491A; JP5015181B2; EP1000291B1; JP4108142B2; JP2011231935A; WO1999056057A1; ES2335592T3; DE69927461T3; EP1610053A2; JP2005042924A; US6089027A; ATE449932T1; KR20010013003A; EP1610053A3; DK1610053T3; AU3766199A; WO1999056057B1; EP1610053B1; ATE305590T1; WO1999056057A9

Description

Diese Erfindung betrifft eine Fluidspeicher- und Ausgabevorrichtung für die Halbleiterherstellung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterproduktes, und die Erfindung ist auf ein Fluidspeicher- und Gasausgabesystem anwendbar, das zur Speicherung einer Hochdruckflüssigkeit oder eines anderen Fluids eingesetzt werden kann, um Gas aus dem System bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen und -materialien auszugeben.
Bei unterschiedlichen industriellen Prozessen und Applikationen besteht Bedarf für eine zuverlässige Quelle eines Prozessfluids/Prozessfluiden.
Solche Prozess- und Applikationsbereiche umfassen die Halbleiterherstellung, die Ionenimplantation, die Herstellung von Flachbildschirmen, die medizinische Intervention sowie Therapie, die Aufbereitung von Wasser, Atmungsgeräte in der Notfallmedizin, Schweißverfahren, die Abgabe von Flüssigkeiten und Gasen im Weltraum, etc..
Das am 17. Mai 1988 auf Karl O. Knollmueller ausgestellte US Patent 4,744,221 offenbart ein Verfahren zum Speichern und nachfolgenden Abgeben von Arsin, bei dem Arsin bei einer Temperatur von ungefähr –30°C bis ungefähr +30°C mit einem Zeolithen, der Poren mit einer Größe im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 15 Angström besitzt, in Kontakt gebracht wird, um das Arsin auf dem Zeolithen zu adsorbieren. Das Arsin wird im Anschluss ausgegeben durch Erwärmen des Zeolithen auf eine erhöhte Temperatur von bis zu ungefähr 175°C, und zwar für eine hinreichend lange Zeit, um das Arsin von dem Zeolithmaterial freizugeben.
Das in dem Knollmueller Patent offenbarte Verfahren ist dahingehend nachteilig, dass es das Vorsehen von Mitteln zur Erwärmung des Zeolithmaterials erfordert, um den Zeoliten auf eine hinreichende Temperatur zu erwärmen, um so das zuvor sorbierte Arsin von dem Zeolithen in der erwünschten Menge zu desorbieren.
Die Verwendung eines Wärmemantels oder eines anderen Mittels außerhalb des Behälters, der den arsinhaltigen Zeolithen bereithält, ist dahingehend problematisch, da der Behälter normalerweise eine signifikante Wärmekapazität besitzt und deshalb der Ausgabevorgang signifikant verzögert ist. Ferner bewirkt die Erwärmung von Arsin dessen Zersetzung, was zu der Bildung von Wasserstoffgas führt, das in dem Prozesssystem eine Explosionsgefahr darstellt. Zusätzlich löst eine solch thermisch bedingte Zersetzung des Arsins eine wesentliche Zunahme des Gasdruckes in dem Prozesssystem aus, was äußerst nachteilig in Bezug auf die Lebensdauer des Systems und dessen Betriebseffizienz ist sowie zu Sicherheitsbedenken führt.
Das Vorsehen einer innenliegend angeordneten Heizspule oder anderer Heizelemente in dem Zeolithbett selbst ist dahingehend problematisch, da die gleichmäßige Erwärmung des Zeolithbetts mit solchen Mitteln schwierig ist, um die erwünschte, gleichmäßige Freigabe des Arsingases zu erzielen.
Die Verwendung von erwärmten Trägergasströmen, die durch das Zeolithbett in seinem Einschlussbehälter verlaufen, können die voranstehenden Nachteile beseitigen, allerdings können die Temperaturen, die notwendig sind, um die erwärmte Trägergasdesorption von Arsin zu erzielen, unerwünscht hoch oder andererseits für die letztendliche Benutzung des Arsingases ungeeignet sein, so dass eine Kühlung oder eine andersartige Behandlung im Anschluss erforderlich ist, um das ausgegebene Gas in einen geeigneten Zustand für die letztendliche Verwendung zu bringen.
Das am 21. Mai 1996 ausgestellte US Patent 5,518,528 auf die Namen von Glenn M. Tom und James V. McManus beschreibt ein Gasspeicher- und Ausgabesystem für die Speicherung und Ausgabe von Gasen, die die voranstehend beschriebenen Nachteile des in dem Knollmueller Patent offenbarten Gasversorgungsprozesses beseitigen. Das Gasspeicher- und Ausgabesystem des Patents nach Tom et al. weist ein Adsorptions-Desorptionsgerät für die Speicherung und die Ausgabe eines Gases, beispielsweise eines Wasserstoffgases, Halogenidgases, einer Organometallverbindung der Gruppe V etc. auf. Der Gasspeicher- und Ausgabebehälter des Patents nach Tom et al. verringert den Druck von gespeicherten Sorbatgasen dadurch, dass diese auf einem Trägersorbens, beispielsweise einem Zeolithen oder aktiviertem Kohlenstoffmaterial, reversibel adsorbiert werden.
Insbesondere weist ein solches Speicher- und Ausgabesystem auf: einen Speicher- und Ausgabebehälter, der zum Bereithalten eines festen physikalischen Sorbens und zum selektiven Ein- und Ausströmen von Gas aus dem Behälter aufgebaut und angeordnet ist; ein festes physikalisches Sorbens, das in dem Speicher- und Ausgabebehälter bei einem inneren Gasdruck angeordnet ist; ein Sorbatgas, das auf dem festen physikalischen Sorbens physikalisch adsorbiert ist; eine Ausgabeeinheit, die in Verbindung des Gasflusses mit dem Speicher- und Ausgabebehälter gekoppelt ist und derart aufgebaut und angeordnet ist, um außerhalb des Speicher- und Ausgabebehälters einen Druck unterhalb des Innendruckes vorzusehen, um so die Desorption des Sorbatgases von dem festen physikalischen Sorbens und den Gasfluss des desorbierten Gases durch die Ausgabeeinheit zu bewirken; bei dem das feste physikalische Sorbens frei von Spurenkomponenten ist, beispielsweise Wasser, Metallen und oxidischen Übergangsmetallen (z.B. Oxide, Sulfite und/oder Nitrate), die ansonsten das Sorbatgas in dem Speicher- und Ausgabebehälter zersetzen würden.
Durch die Beseitigung solcher Spurenkomponenten aus dem festen physikalischen Sorbens wird die Zersetzung des Sorbatgases nach einem Jahr bei 25°C und Innendruckbedingungen auf extrem niedrigen Niveau gehalten, beispielsweise so, dass nicht mehr als 1 bis 5 Gew.-% des Sorbatgases zersetzt wird.
Der Speicher- und Ausgabebehälter des Patents nach Tom et al. verkörpert so einen deutlichen Fortschritt auf diesem Gebiet relativ zur Verwendung von Hochdruckgaszylindern aus dem Stand der Technik. Herkömmliche Hochdruckgaszylinder neigen zu Leckagen bzw. undichten Stellen aufgrund von beschädigten oder fehlerhaften Reglereinheiten, als auch zum Ausbruch oder einer andersartig ungewollten Freigabe von großen Gasmengen aus dem Zylinder, falls die interne Zersetzung des Gases zu einer raschen Zunahme des inneren Gasdruckes in dem Zylinder führt.
Es besteht deshalb ein Bedarf auf diesem Gebiet, verbesserte Fluidspeicher- und Ausgabesysteme vorzusehen zum selektiven Ausgeben von Gasen, die die verschiedenen, voranstehend beschriebenen Mängel beseitigen.
Relativ zu dem Stand der Technik und der im Anschluss noch vollständiger beschriebenen Erfindung umfasst der relevante Stand der Technik folgende Bezugsdokumente: das US Patent 3,590,860 nach Stenner (ein manuell einstellbares Reglerventil für eine Flüssigpropankartusche einschließlich einer Reglermembran und einer Betätigereinheit mit einer Feder); das US Patent 4,836,242 nach Coffre et al. (ein Druckreduzierer für die Versorgung von Gas elektronischer Güte einschließlich eines Balgen und eines Einlassventils, bei dem ein Festpartikelfilter zwischen dem Balgen und einem Niederdruckauslass angeordnet ist); das US Patent 5,230,359 nach Ollivier (ein Druckregler auf Membranbasis für einen Hochdruckgaszylinder, bei dem ein Ventil in dem Regler zum einstellbaren Drosseln des Flusses des unter Druck gesetzten Fluids positioniert ist); das US Patent 3,699,998 nach Baranowski, Jr. (ein kalibrierbarer Druckregler, bei dem Blattfederverschlüsse benutzt werden, um die Reglerkomponenten stationär zu halten); das US Patent 3,791,412 nach Mays (ein Druckreduzierventil für Hochdruckgascontainer, das ein Paar Ventilelemente zum Ausgeben eines gedrosselten Niedrigdruckfluids umfasst); das US Patent 3,972,346 nach Wormser (ein Druckregler, der eine Tellereinheit mit einer U-Ringdichtung aufweist); das US Patent 4,793,379 nach Eidsmore (ein knopfbetätigbares Ventil für die Hauptabsperrung und die Flusssteuerung eines unter Druck stehenden Gaszylinders unter Verwendung einer magnetischen Betätigung von Ventilkomponenten); das US Patent 2,615,287 nach Senesky (ein Gasdruckregler einschließlich einer Membran und Membranklemmelementen); das US Patent 4,173,986 nach Martin (ein Steuerventil für den unter Druck stehenden Gasfluss einschließlich eines Druckreglers und eines responsiven Tellerventilaufbaus); das US Patent 3,388,962 nach Baumann et al. (eine unter Druck stehende Heizgas-Messvorrichtung einschließlich eines Flusselementes aus einem gesinterten Metallpressling); das US Patent 1,679,826 nach Jenkins (ein Fluiddruckregler für einen Hochdruckcontainer, bei dem ein Membranelement und ein Gasfiltermittel, das einen Filzstreifen aufweist, benutzt wird); das US Patent 2,354,283 nach St. Clair (ein Fluiddruckregler für verflüssigte Petroleumgastanks, der eine druckbetätigbare Membran mit einem Flussdrosselaufbau aufweist, um Vibrationen zu minimieren); das US Patent 5,566,713 nach Lhomer et al. (eine Gasflusssteuer-Ausgabeeinheit einschließlich eines kolbenartigen Druckreglers und eines blockförmigen Reduzier/Reglermittels)_; das US Patent 5,645,192 nach Amidzich (eine Ventileinheit zum Freigeben von überschüssigem Gasdruck in einem Container, die eine Dichtring/Federeinheit aufweist); das US Patent 5,678, 602 nach Cannet et al. (eine Gassteuer- und Ausgabeeinheit für einen unter Druck stehenden Gastank einschließlich eines Reduzier- und Reglermittels mit einem eine Ablesemarke aufweisenden Durchflussmessventil); das US Patent 2,793,504 nach Webster (ein Ventil für einen unter Druck stehenden Container einschließlich eines Druckreduzierers und -reglers und eines federbelasteten Schließmittels); das US Patent 1,659,263 nach Harris (ein Regler für einen unter Druck stehenden Gaszylinder einschließlich einer Membran und einer Gleitscheibe zwischen der Membran und dem ringförmigen Reglersitz); das US Patent 2,047,339 nach Thomas (ein Flüssigpetroleumgasspeichergerät einschließlich einer Flusssteuereinheit und einem Ventil zum Verhindern einer Leckage); das US Patent 3,994,674 nach Baumann et al. (eine abnehmbare Heizeinheit für einen Container mit einem unter Druck stehenden, verflüssigten, brennbaren Gas einschließlich einer Reglerventileinheit).
Das europäische Patent 0 792 671 beschreibt ein Abgabesystem für große Mengen ultrahochreiner Gase einschließlich eines Containers, der durch einen Deckel abgedichtet ist und ein Gas in verflüssigter Form speziell für die Elektronik bereithält. Der Container ist mit einem internen Wärmetauscher versehen und ein oberer Abschnitt des Behälters liegt oberhalb der Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit des verflüssigten Gases. Der Dampf, der von dem verflüssigten Gas stammt, tritt aus dem Container aus und fließt durch eine Durchführung, die ein Druckreduziermittel und ein Flusssteuerventil besitzt.
Das französische Patent 1,575,424, das als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, beschreibt ein Druckreduziergerät zum Ausgeben verflüssigter Petroleumgase (Butan oder Propan), die in einer Flasche gehalten werden. Das Gas wird aus einem Auslass ausgegeben, nachdem es durch eine erste Druckreduzierstufe und zu einer zweiten Stufe, die ein steuerbares Venturi-Ventil aufweist, gelangt ist. Das Venturi-Ventil wird über eine federbelastete Membran gesteuert, um den Druck des Gases, das den Auslass verlässt, auf einen im Wesentlichen konstanten Pegel oberhalb des atmosphärischen Drucks zu regulieren.
Es ist entsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Fluidspeicher- und Ausgabesystem für das selektive Ausgeben von Gasen vorzusehen, das die zuvor genannten Mängel des Standes der Technik beseitigt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fluidspeicher- und Ausgabesystem für das selektive Ausgeben von Gasen vorzusehen, das gekennzeichnet ist durch deutliche Vorteile in Bezug auf Kosten, Einfachheit der Verwendung und Leistungsvermögen.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Offenbarung und der beigefügten Ansprüche noch deutlicher.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Fluidspeicher- und Ausgabevorrichtung für die Halbleiterherstellung vorgesehen mit:
einem Fluidspeicher- und Ausgabebehälter, der ein Innenvolumen bestimmt zum Bereithalten eines unter Druck stehenden Fluides und einen Auslassanschluss besitzt, und
einem in dem Innenvolumen des Behälters angebrachten und mit dem Anschluss in Verbindung stehenden Ventil,
gekennzeichnet durch
das Ventil, das so lange geschlossen bleibt, um das Ausgeben von Fluid aus dem Behälter durch den Anschluss zu verhindern, bis das Ventil ein unter subatmosphärischem Druck steshendes Gas von außerhalb des Behälters erhält, und auf den Erhalt des unter subatmosphärischem Druck stehenden Gases hin sich öffnet; und
der subatmosphärische Gasdruck einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterproduktes unter Verwendung eines Halbleiterprozessfluids vorgesehen, das in einem unter Druck stehenden Behälter mit einem das Fluid enthaltenden Innenvolumen enthalten ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fluid in dem Innenvolumen durch einen Druckregler eingegrenzt ist, der in dem Innenvolumen in einer Fluidflussbahn angeordnet ist, und die Fluidflussbahn durch den Druckregler gegenüber einem Fluidfluss stromabwärts des Druckreglers geschlossen ist;
das eingegrenzte Fluid durch Öffnen der Fluidflussbahn durch den Druckregler hindurch und stromabwärts desselben selektive ausgegeben wird, und das Fluid mit einem durch den Fluiddruckregler bestimmten Durchsatz ausgelassen wird;
das Fluid zu einer Halbleiterherstellungseinrichtung geleitet wird;
bei dem der Ausgabeschritt das Zuführen von Gas zu dem Druckregler bei oder unterhalb eines spezifizierten subatmosphärischen Druckes aufweist, und bei dem der Druckregler so eingestellt ist, dass der Druck des ausgegebenen Fluids auf den subatmosphärischen Druck reguliert ist.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann, wird nun beispielhaft Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, von denen:
1 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt eines Fluidspeicher- und Ausgabesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung einer Halbleiterherstellungseinrichtung ist, die ein Fluid benutzt, das aus einem Speicher- und Ausgabesystem der in 1 gezeigten Art entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgegeben wird;
3 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt eines Fluidspeicher- und Ausgabesystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine perspektivische Ansicht der Ventilkopfeinheit des Fluidspeicher- und Ausgabesystems der 3 ist;
5 eine Seitenansicht der Zerstäubereinheit ist, die in dem Fluidspeicher- und Ausgabesystem der 3 eingesetzt wird;
6 eine teilweise geschnittene Ansicht des Reglers des Fluidspeicher- und Ausgabesystems der 3 ist; und
7 eine Seitenansicht im Querschnitt eines oberen Bereichs des Fluidspeicher- und Ausgabebehälters des Fluidspeicher- und Ausgabesystems der 3 ist.
Im Anschluss wird ein Fluidspeicher- und Gasausgabesystem beschrieben, das einen Speicher- und Ausgabebehälter aufweist, der zum Bereithalten einer Flüssigkeit aufgebaut und angeordnet ist, dessen Dampf das auszugebende Fluid bildet. Das Fluid ist in dem Speicher- und Ausgabebehälter enthalten, beispielsweise bei einem Druck, bei dem das Fluid in einem flüssigen Zustand ist. Der Speicher- und Ausgabebehälter umfasst einen Auslassanschluss und ist mit einer mit dem Auslassanschluss gekoppelten Ausgabeeinheit ausgestattet, die beispielsweise eine Ventilkopfeinheit aufweisen kann, welche ein Ausgabeventil und einen Auslass zum selektiven Auslassen von Gas, das von der Flüssigkeit in dem Behälter stammt, umfasst.
Ein Fluiddruckregler ist dem Auslassanschluss zugeordnet und kann einen Teil einer Druckregler/Phasentrenneinheit, die dem Auslassanschluss zugeordnet ist, bilden, beispielsweise an dem Hals des Behälters, um das Fluid in dem Behälter bereitzuhalten und, wenn das Fluid in flüssiger Form vorliegt, das Auslaufen der Flüssigkeit zu dem Ausgabeventil und zu dem Auslass hin zu verhindern. Der Druckregler und der optional enthaltene Phasentrenner sind derart angeordnet, dass sie sich in der Flussbahn des aus dem Behälter durch die Auslassöffnung ausgegebenen Fluids befinden. Der Druckregler und der optional enthaltene Phasentrenner sind im Inneren des Behälters angeordnet, um so die Möglichkeit einer Stoßwirkung und die Einwirkung von Umwelteinflüssen bei der Benutzung zu minimieren, und um die Auslaufbahn des enthaltenen Fluids aus dem Behälter zu minimieren. Da der Druckregler und der optional enthaltene Phasentrenner im Inneren angeordnet sind, kann der Behälter eine einzelne Schweißstelle oder Naht an dem Auslassanschluss aufweisen, um den Behälter abzudichten.
Der Phasentrenner kann auf geeignete Weise eine poröse Membran aufweisen, die in Bezug auf Dampf oder Gas, das von der Flüssigkeit stammt, permeabel ist, aber in Bezug auf die Flüssigkeit nicht permeabel ist, und der Phasentrenner ist vorzugsweise in einer Schutzform stromaufwärts des Druckreglers angeordnet, so dass, wenn das enthaltene Fluid in dem Behälter eine Flüssigkeit ist, die Flüssigkeit nicht in den Druckregler eintreten sowie dessen Funktion, die darin besteht, die Flüssigkeit in dem Behälter zurückzuhalten und das Austreten von Flüssigkeit aus dem Behälter zu verhindern, nicht beeinträchtigen kann.
Der Regler ist eine Flusssteuervorrichtung, die auf einen vorbestimmten subatmosphärischen Druckpegel eingestellt werden kann, um Gas oder Dampf aus dem Zylinder bei einem solchen Druckpegel auszugeben.
Der Fluidspeicher- und Ausgabebehälter kann wie ein herkömmlicher Hochdruckgaszylinder gebildet sein, und zwar mit einem länglichen Hauptkörperabschnitt, der einen Hals mit verringerter Querschnittsfläche relativ zu dem Hauptkörperquerschnitt des Behälters besitzt. Der Behälter kann baulich auf herkömmliche Weise hergestellt sein, demzufolge der Behälter gereinigt und anschließend mit einer Ventilkopfeinheit ausgestattet wird, die ein Ventil (manuell oder automatisch) und zugehörige Druck- und Flusssteuerelemente in einer Verteileranordnung umfasst.
Obwohl eine Flüssigkeit als das darin enthaltene fluide Medium bei der Benutzung des Fluidspeicher- und Gasausgabesystems der Erfindung bevorzugt ist, so ist es ebenso möglich, ein Hochdruckgas als das fluide Medium, das zu speichern und selektiv auszugeben ist, zu benutzen.
Der Speicher- und Ausgabebehälter kann auf einfache Weise dadurch gefüllt werden, dass der Fluiddruckregler bei einem geeigneten Niedrigdruckpegel derart eingestellt wird, dass das Gas oder der Dampf sich bei einem Druck unterhalb des Sollwertes des Druckreglers befindet, und zwar unter Verwendung eines herkömmlichen Druckreglers, der ein Tellerelement umfasst, das mit einem Vorspannelement, beispielsweise einem Federvorspannelement, in eine geschlossene Position vorgespannt werden kann, und der auf einen Druck oberhalb des Sollwertdruckes dahingehend reagiert, dass es geschlossen bleibt, aber auf einen Druck unterhalb des Sollwertdrucks dahingehend reagiert, dass es sich öffnet und den Fluidfluss hierdurch ermöglicht.
Entsprechend kann der Füllvorgang durchgeführt werden, um den Behälter mit Fluid, welches zu speichern und im Anschluss auszugeben ist, zu beschicken, indem ein innerer Druckpegel in dem Behälter aufgebaut wird, bei dem das Tellerelement des Druckreglers sich von seinem Sitz löst und dabei einen Gasfluss in den Behälter ermöglicht, und zwar in umgekehrter Weise des Flusses zu dem Ausgabemodus des Systems. Auf diese Weise kann der Behälter mit lediglich einem Anschluss hergestellt sein, der so den Austritt von Gas aus dem Behälter zum Ausgeben sowie zum Füllen des Behälters mit dem Fluid zu Beginn durch den einzelnen Anschluss gestattet.
Alternativ könnte der Behälter mit dualen Fluidflussanschlüssen ausgebildet sein, die getrennte Füll- und Ausgabeleitungen vorsehen. Zum Beispiel kann der Ausgabeanschluss sich an dem Hals des Behälters befinden und einer herkömmlichen Ventilkopfeinheit zugeordnet sein, während der Füllanschluss an einer anderen Stelle des Behälteraufbaus vorgesehen sein kann.
Der erfindungsgemäße Behälter kann dazu benutzt werden, beliebig geeignete Fluide, beispielsweise Hydridfluide (z.B. Arsin, Phosphin, Stibin, Silan etc.) und saure Gase (z.B. Fhuorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Chlor, Bortrichlorid, Bortrifluorid, halogenierte Silane und Disilane etc.) zur Verwendung bei Halbleiterherstellungsvorgängen, zu speichern und auszugeben.
Bei der Benutzung kann ein Ausgabeventil als Teil der Ausgabeeinheit, die dem Anschluss des Behälters zugeordnet ist, vorgesehen sein, und solch ein Ventil kann manuell oder automatisch geöffnet werden, um einen Gasfluss durch die poröse Membran oder das Phasentrennelement, falls vorhanden, und durch den Regler zu gestatten für das Ausgeben des Gases aus dem Fluidspeicher- und Ausgabesystem sowie für einen darauffolgenden Fluss zu einem stromabwärtigen Prozesssystem, beispielsweise einem Ionenimplantationsgerät, einer chemischen Gasphasenabscheidungskammer, einer Halbleiterzubehör-Reinigungsstation, etc..
Der Behälter kann des weiteren ein physikalisches, adsorbierendes Material bzw. Adsorbens, auf dem ein Gas bei einem Innendruck des Behälters von ungefähr 50 psig bis ungefähr 5000 psig (3,5 bis 351,5 kg/cm²) adsorbiert ist, und eine Gasausgabeeinheit, die mit dem Behälter gekoppelt und selektiv betriebsfähig ist, um Gas aus dem Behälter auszugeben, enthalten.
Bei einem zusätzlichen Aspekt kann das Halbleiterherstellungssystem ein Halbleiterherstellungsgerät aufweisen, das ein Gas und eine Quelle eines solchen Gases benutzt, wobei eine solche Quelle einen Behälter aufweist, der ein physikalisches Adsorbens, auf dem ein Gas bei einem Innendruck in dem Behälter von ungefährt 50 psig bis ungefähr 5000 psig (3,5 bis 351,5 kg/cm²) adsorbiert ist, und eine Gasausgabeeinheit, die mit dem Behälter gekoppelt ist und selektiv betriebsfähig ist, um Gas aus dem Behälter auszugeben, enthält.
Ein noch weiterer Aspekt bezieht sich auf ein Verfahren zum Speichern und Ausgeben eines Fluids, mit den Schritten:
Aufnehmen des Fluids in einem zumindest teilweise adsorbierten Zustand bei einem Druck im Bereich von ungefähr 50 psig bis ungefähr 5000 psig (3,5 bis 351,5 kg/cm²); und
selektives Ausgeben des Fluids durch Desorbieren desselben aus dem adsorbierten Zustand und Freigeben desselben aus seinem Einschluss.
Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf ein Fluidspeicher- und Ausgabesystem, mit:
einem Fluidspeicher- und Ausgabebehälter, der ein Innenvolumen von weniger als ungefähr 50 Liter umschließt und eine Einlassöffnung besitzt, die größer als 1 inch (2,54 cm) NGT ist;
einer Fluidausgabeeinheit, die zum selektiven Ausgeben des Fluids aus dem Behälter angeordnet ist; und
einem Fluiddruckregler in dem Innenvolumen des Behälters, der derart angeordnet ist, um einen vorbestimmten Druck darin aufrechtzuerhalten.
Der Behälter kann ein Innenvolumen von weniger als ungefähr 20 Liter, und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 10 Liter, beispielsweise im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10 Liter besitzen. Ein solcher Behälter kann ausgebildet, bemessen sein und eine Form besitzen, wie im Anschluss noch vollständiger beschrieben werden wird. Der Behälter besitzt vorzugsweise ein Druckvermögen, d.h. einen kontinuierlichen Betriebsdruckpegel, ohne nachteilige Wirkung (Bruch des Behälters oder Leckage von Fluid daraus), von bis zu mindestens ungefähr 1000 Pfund pro Quadratinch (70,3 kg/cm²), und noch bevorzugter von bis zu ungefähr 5000 Pfund pro Quadratinch (351,5 kg/cm²). Der Behälter kann für die selektive Ausgabe an eine stromabwärtige Einrichtung, die Gas benötigt, beispielsweise eine Halbleiterherstellungseinrichtung, angeordnet sein.
Bei einem weiteren Aspekt kann der Fluidspeicher- und Ausgabebehälter einen 2,0 bis 2,25 Liter großen DOT 3AA 2015 Zylinder aufweisen, der eine 1,5 inch (3,81 cm) große NGT Öffnung mit einem 1½ bis 11½ NGT Gewinde (3,81 cm bis 4,528 Gewindegänge pro cm), einen Außendurchmesser von 4,187 bis 4,25 inch (10,63 bis 10,80 cm), eine nominale Wanddicke von 0,094 bis 0,125 inch (0,239 bis 0,318 cm) und eine Länge von 12,75 bis 13,75 inch (32,39 bis 34,93 cm) besitzt.
Die Fluidspeicher- und Ausgabeeinrichtung kann einen Behälter mit einem Innenvolumen von weniger als 50 Liter und einer Halsöffnung a > 1 inch, eine Ausgabeeinheit, die mit der Halsöffnung gekoppelt ist, und einen mit der Ausgabeeinheit gekoppelten und in dem Innenvolumen des Behälters angeordneten Regler aufweisen.
Die vorliegende Erfindung basiert teilweise auf der Entdeckung, dass ein Fluidspeicher- und Ausgabesystem, und zwar von einem Typ, der eine Alternative zu dem Fluidspeicher- und Ausgabesystem darstellt, das in dem US Patent 5,518,528 nach Tom et al. beschrieben ist, auf einfache Weise durch Anordnen eines Fluiddruckreglers zwischen einem eingegrenzten Flüssigkeitsvolumen und einer Gasausgabeeinheit einschließlich eines Gasflusssteuerelementes, beispielsweise eines Gasflussabsperrventils, eines Masseflusssteuerelementes oder dergleichen, hergestellt werden kann.
Ergänzend zu dieser Entdeckung ist das Ergebnis, dass der Fluiddruckregler auf vorteilhafte Weise innenliegend in dem Fluidspeicher- und Ausgabebehälter angeordnet werden kann, so dass er durch den Behälter vor Stößen, Umwelteinflüssen und Beschädigungen geschützt ist, beispielsweise durch die Zylinderumhüllung oder das Gehäuse.
Der Fluiddruckregler kann beliebiger Art sein, beispielsweise ein Druckregler der SR4 Serie, der kommerziell von Integrated Flow Systems, Inc. erhältlich ist. Der Fluiddruckregler kann von der Art eines Tellerventils sein, das ein Tellerelement aufweist, welches zu einem Sitzaufbau hin vorgespannt ist, um einen Fluss bei einem Druck oberhalb eines Sollwertes zu vermeiden.
Der Sollwert kann eine „eigene" oder fixierte Sollwertvorrichtung sein, oder die Vorrichtung kann eine variable Sollwertvorrichtung (einstellbar) aufweisen. Vorzugsweise ist der Fluiddruckregler eine variable, einstellbare Vorrichtung hinsichtlich seines Sollwertdruckes. Der Fluiddruckregler kann beispielhaft auf einen geeigneten Pegel, beispielsweise 700 Torr, eingestellt sein, um einen Fluss von ausgegebenen Fluid aus dem Speicher- und Ausgabebehälter bei einem solchen Sollwertdruckpegel vorzusehen, wenn die Ausgabeeinheit, die dem Fluidflussanschluss des Behälters zugeordnet ist, gegenüber einem Fluss geöffnet ist, beispielsweise durch Öffnen eines Flusssteuerventils der Ausgabeeinheit.
Das fluide Medium in dem Fluidspeicher- und Ausgabebehälter kann ein geeignetes fluides Medium bei geeigneten Fluidspeicherbedingungen sein, beispielsweise ein Hochdruckgas oder alternativ eine Flüssigkeit, das bei dem Sollwertdruck, der durch den Fluiddruckregler bestimmt ist, als Quelle des auszugebenden Gases dient. Auf diese Weise kann die Gasquelle in dem System ein Hochdruckgas oder ein verflüssigtes Gas sein.
Optional und wünschenswert wird ein Phasentrenner benutzt, um zu verhindern, dass eine Flüssigkeit durch den Reglerventilsitz austritt, wenn die Gasquelle eine Hochdruckflüssigkeit ist. Der Phasentrenner kann eine geeignete Form besitzen, aber vorzugsweise weist er eine poröse Membran auf, die in Bezug auf Gas oder Dampf der enthaltenen Flüssigkeit durchlässig bzw. permeabel ist, allerdings in Bezug auf die flüssige Phase undurchlässig bzw. impermeabel ist. Geeignete Materialien für solch permeable Membrane des Phasentrenners umfassen verschiedene Filme aus Polymermaterial mit geeigneter Porosität und Permeabilitätseigenschaften, und sogenannte „atmungsaktive" Gewebe, wie z.B. solche, die kommerziell von W.L. Gore & Associates, Inc. (Elkton, MD) unter den Markennamen „Gore- Tex", „Activent", „DryLoft" und „Gore Windstopper" erhältlich sind.
Der Druckregler und der Phasentrenner können in Kombination miteinander in einer Einheit benutzt werden, die im Inneren des Fluidspeicher- und Ausgabebehälters angeordnet ist.
Das in dem Fluidspeicher- und Ausgabebehälter eingesetzte Fluid kann ein beliebiges Fluid aufweisen, beispielsweise ein Hydridfluid für Halbleiterherstellungsvorgänge. Beispiele solcher Hydridfluide umfassen Arsin, Phosphin, Stibin, Silan, Chlorsilan und Diboran. Andere Fluide, die bei Halbleiterherstellungsvorgängen nützlich sind, können verwendet werden, einschließlich sauren Gasen, beispielsweise Fluorwasserstoff, Bortrichlorid, Bortrifluorid, Chlorwasserstoff, halogenierte Silane (z.B. SiF₄) und Disilane (z.B. Si₂F₆) etc., die als Halogenid-Ätzmittel, Reinigungsmittel, Quellreagenzen, etc. verwendet werden können.
Der Fluidspeicher- und Ausgabebehälter kann auf einfache Weise unter Verwendung herkömmlicher Fluiddruckreglervorrichtungen aufgebaut sein. Im Verhältnis zu dem Gasspeicher- und Ausgabesystem auf Sorbens-Basis, das in dem US Patent 5,518,528 beschrieben ist, sieht der Fluidspeicher- und Ausgabebehälter eine deutlich größere Fluidspeicherkapazität vor, wenn sich das Fluid in der flüssigen Phase befindet.
Als Beispiel eines auf Sorbensgas basierten Speicher- und Ausgabesystems dient das in dem US Patent 5,158,528 gezeigte und beschriebene Speicher- und Ausgabesystem, das einen „JY"-Zylinder als den Speicher- und Ausgabebehälter verwendet und ein physikalisches Sorbens mit einer Sorptionsaffinität für das auszugebende Gas enthält, und es liefert typischerweise im Falle von Arsingas ungefähr 0,5 kg Gas.
In dem entsprechenden Behälter des fluiden Speicher- und Gasausgabesystems kann 1 Liter flüssiges Arsin gespeichert und 1,8 kg Arsingas daraus ausgegeben werden.
Das Fluidspeicher- und Ausgabesystem ermöglicht eine Ausgabe des Fluids mit hoher Reinheit, frei von potentiellen Kontaminanten oder Verunreinigungen, die in Sorbensen normalerweise vorhanden sind, welche in Speicher- und Ausgabesystemen auf Sorbens-Basis aus dem Stand der Technik benutzt werden.
Des weiteren gewährleistet das Fluidspeicher- und Ausgabesystem beim Einsatz von Fluiden einen hohen Grad an Sicherheit dahingehend, dass der Speicher- und Ausgabebehälter mit einem im Inneren angeordneten Druckregler und einem optionalen Phasentrenner hergestellt sein kann, und die dem Fluidflussanschluss des Behälters zugeordnete Naht bildet die einzige Leckagebahn in dem sonst nahtlosen Behälteraufbau. Ferner, im Falle eines herkömmlichen Fluidzylinders, ist eine minimale Leckagebahn für das Eintreten oder Austreten von Gas aufgrund der relativ geringen Größe des Zylinderhalses im Gegensatz zu dem Querschnitt des Behälterkörpers vorgesehen, die auf einfache Weise gegenüber einer Leckage abgedichtet werden kann, nämlich durch Hartlöten, Schweißen, adhäsivem Abdichten mit einem hochfluiden, impermeablen Dichtungsmittel etc..
Zusätzlich, wie erwähnt, ist es realisierbar, den Fluidspeicher- und Ausgabebehälter mit lediglich einem einzigen Fluidflussanschluss zu konstruieren. Falls der Fluiddruckregler auf einen geeigneten Druckpegel, beispielsweise 700 Torr, eingestellt ist, kann der Behälter derart abgekühlt werden, dass der Dampfdruck des Gases (oder des auszugebenden Fluids) unterhalb des Sollwertes des Reglers liegt. Unter diesen Bedingungen löst sich das Tellerelement des Reglers von seinem Sitz und ermöglicht den Gasfluss in den Speicherbehälter von einer außenliegenden Quelle.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen ist 1 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt eines Flüssigkeitsspeicher- und Gasausgabesystems 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Fluidspeicher- und Gasausgabesystem 10 umfasst einen Speicher- und Ausgabebehälter 12, der eine zylindrische Seitenwand 14, einen unteren Boden 16 und einen oberen Halsabschnitt 18 umfasst, die ein umschlossenes Innenvolumen 15 zum Aufnehmen bzw. Bereithalten der Flüssigkeit 17 bestimmen. Die Flüssigkeit 17 kann eine beliebig geeignete Flüssigkeit aufweisen, beispielsweise ein flüssiges Hydrid zur Verwendung bei Halbleiterherstellungsvorgängen. Beispielhafte Hydride umfassen Arsin, Phosphin, Stibin, Silan, Diboran etc.. Die Flüssigkeit 17 wird unter einem hinreichenden Druck in dem Behälter 12 gehalten, so dass die Flüssigkeit in einer flüssigen Phase bleibt.
Eine Ventilkopfeinheit ist in dem oberen Halsabschnitt 18 des Behälters 12 angeordnet und weist ein Ventil 20 auf, das in Verbindung mit einem Ventilauslass 22 steht, aus dem Dampf aus dem Behälter 22 in die durch den Pfeil A angezeigte Richtung ausgegeben wird.
Das Ventil 20 ist mit einem zugeordneten Betätiger 24 gezeigt, der beliebig geeigneter Art sein kann (elektrisch, pneumatisch etc.), wie dies bei der letztendlichen Anwendung der Erfindung erwünscht ist. Alternativ kann das Ventil 20 manuell betätigt oder mit anderen Flusssteuermitteln vorgesehen sein.
Das Ventil 20 ist in Verbindung des Gasflusses mit dem Druckregler 26 verbunden, der herkömmlicher Art ist und ein Tellerelement verwendet, das z.B. in einen geschlossenen Zustand federvorgespannt sein kann, und bei dem der Teller verschoben wird, wenn der Druckunterschied über das Tellerelement einen gewissen Pegel überschreitet. Der Druckregler 26 kann z.B. auf einen subatmosphärischen, atmosphärischen oder superatmosphärischen Druckwert eingestellt sein, beispielsweise 700 Torr. Der spezifische Druckpegel wird in Bezug auf die Flüssigkeit oder ein anderes in dem Behälter enthaltene Fluid ausgewählt, so wie es für den Speicher- und Ausgabevorgang geeignet ist.
Ein Phasentrenner 28 ist mit dem Druckregler 26 gekoppelt und umfasst ein Membranelement 30, das in Bezug auf Gas oder in Bezug auf den von der Flüssigkeit 17 stammenden Dampf permeabel ist, aber in Bezug auf die Flüssigkeit selbst nicht permeabel ist.
Die dampf/gaspermeable, flüssigkeitsimpermeable Membran kann aus einem beliebig geeigneten Material gebildet sein, das lediglich Gas oder Dampf von der Flüssigkeit weiterleitet, aber einen Fluss der Flüssigkeit hierdurch ausschließt. Die Membran kann praktisch aus einer großen Anzahl potentiell nützlicher Materialien gebildet sein, einschließlich z.B. Polypropylen, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyfluoracetat, Silikon und oberflächenbehandelte Glasgewebe. Ein bevorzugtes nützliches Material weist „atmungsaktive" Gewebe aus Polyvinylidenfluorid auf, wie solche, die kommerziell unter dem Markennamen „Gore-Tex^®" (Gore-Tex Corporation) vertrieben werden. Andere, kommerziell erhältliche Materialien zur Verwendung als Membran für den Phasentrenner umfassen einen Noryl-Film (General Electric Company, Pittsfield, MA).
Bei der Benutzung des Flüssigkeitsspeicher- und Gasausgabesystems der 1 wird die Flüssigkeit bei einem vorbestimmten Druck gespeichert, um so ihren flüssigen Zustand sicherzustellen. Zu diesem Zweck wird der Druckregler 26 auf einen vorbestimmten Pegel eingestellt, um so den geeigneten Innendruck in dem Innenvolumen 15 des Behälters sicherzustellen. Die flüssigkeits-impermeable, gas/dampfpermeable Membran 30 stellt sicher, dass keine Flüssigkeit in den Gasregler 26 fließt, selbst wenn der Behälter aus der in 1 gezeigten Vertikalen, während er im Allgemeinen noch aufrecht stehen bleibt, gekippt wird.
Falls die Ausgabe von Gas aus dem Behälter 12 erwünscht ist, wird der Ventilbetätiger 24 betätigt, um das Ventil 20 zu öffnen und dabei einen Gas- oder Dampffluss, der von der Flüssigkeit stammt, durch die permeable Membran 30, den Druckregler 26 und das Ventil 20 für den Austritt aus der Ventilkopfausgabeeinheit durch den Auslass 22 zu gestatten.
Das Öffnen des Ventils 20 bewirkt eine Druckverringerung an der Auslassseite der permeablen Membran 30 und bewirkt eine Permeation des Dampfes, der von der Flüssigkeit stammt, durch die Membran für den Auslass. Gleichzeitig hält der Fluiddruckregler den Druck des ausgegebenen Gases bei dem Sollwert-Druckpegel aufrecht.
Der Behälter 12 der Ausführungsform der 1 kann, wie gezeigt, mit einem separaten Füllanschluss 42 ausgestattet sein (in Bezug auf den Fluidflussanschluss am Hals des Behälters), und ein solcher separater Füllanschluss kann mit einer Flüssigkeitsquelle zum Füllen des Behälters gekoppelt sein.
Alternativ kann der Behälter einfach mit einer Öffnung am Hals vorgesehen sein, wobei der Druckregler auf einen geeigneten Temperaturpegel zum Füllen eingestellt ist. Bei dem Füllvorgang kann der Behälter gekühlt sein, und zwar durch Stellen des Behälters in einen Kryostaten oder ein Kühlbad, um die Temperatur des Behälters unterhalb des Punktes des vorbestimmten Druckes, der durch den Druckregler aufgebaut wird, zu reduzieren. Der Fluiddruckregler besitzt dann einen Gasdruck in dem Innenvolumen 15 des Behälters, der unterhalb des Sollwertes des Reglers liegt, und dabei wird ein Lösen des Tellerelementes des Druckreglers von seinem Sitz und das Eintreten des Fluides in den Behälter für die anschließende Speicherung der Flüssigkeit darin ermöglicht.
2 ist eine schematische Darstellung eines Halbleiterherstellungssystems, das ein Fluidspeicher- und Ausgabesystem 110 benutzt. Das Fluidspeicher- und Ausgabesystem 110 umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen Behälter 112, der im Allgemeinen wie der Behälter 12 in 1 aufgebaut ist. Der Behälter hält eine Flüssigkeit bei einem vorbestimmten Druck bereit. Die Ventilkopfeinheit weist ein Ventil 112 mit einem Betätiger 124 auf, der derart angeordnet ist, um das Ventil selektiv zu betätigen und das Auslassen von Gas aus dem Behälter in der Leitung 142 zu bewirken.
Der Ventilbetätiger 124 wird über eine zentrale Prozessoreinheit 210 gesteuert, die einen Computer oder ein Mikroprozessorsteuerungsgerät aufweist, das mit dem Ventilbetätiger 124 mit Hilfe einer Signalübertragungsleitung 212 steuerungsmäßig gekoppelt ist.
Die zentrale Prozessoreinheit 210 kann derart aufgebaut und angeordnet sein, um das Ventil gemäß einem zyklischen Zeitprogramm zu betätigen. Alternativ kann die zentrale Prozessoreinheit 210 eine Prozessbedingung in der Halbleiterherstellungseinrichtung 200 mit Hilfe einer Prozessbedingungs-Signalübertragungsleitung 216 beobachten, die ein Signal, das für eine gegebene Prozessbedingung Indikativ ist, an die zentrale Prozessoreinheit weiterleitet, was wiederum bewirkt, dass die Einheit responsiv den Ventilbetätiger 124 bis zu einem entsprechenden Ausmaß betätigt, um den Gasfluss in der Leitung 142 im Verhältnis zu den Bedürfnissen in der Halbleiterherstellungseinrichtung zu modulieren.
Die zentrale Prozessoreinheit 210 kann ebenso ein Signal, das korrelativ zu der Temperatur des Behälters ist, in der Signalübertragungsleitung 214 empfangen, die mit einem thermischen Sensor oder einem eingebetteten Thermoelement, das dem Behälter 112 zugeordnet ist, verbunden sein kann, um den Fluidfluss in der Leitung 142 in Bezug auf die Temperatur des Behälters 112 zu kompensieren.
Die Halbleiterherstellungseinrichtung 200 kann eine geeignete Anordnung von Halbleiterprozesszubehör für die Produktion von Halbleitermaterialien oder -vorrichtungen bzw. -bauelementen, oder Produkten, die solche Materialien oder Vorrichtungen bzw. Bauelemente enthalten, aufweisen.
Zum Beispiel kann die Halbleiterherstellungseinrichtung 200 ein Ionenimplantationssystem, Lithographieeinrichtungen, einen Reaktor für die chemische Gasphasenabscheidung und eine dazu gehörige Reagensversorgung und Verdampfungszubehör (einschließlich von Zubehör für die Abgabe von Flüssigkeiten, Rührapparate etc.), eine Ätzeinheit, ein Reinigungsgerät etc. aufweisen.
Bei einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein flüssiges Hydridfluid unter Druck in dem Behälter 112 gehalten und das von diesem stammende Gas wird in der Leitung 142 zu der Halbleiterherstellungseinrichtung 200, die eine Ionenimplantationskammer aufweist, selektiv ausgegeben. Das ausgegebene Gas zusammen mit einem geeigneten Träger und/oder einem Verdünnungsgas(en) wird einer Ionisation ausgesetzt, und die resultierenden Ionenarten werden in ein Substrat implantiert, beispielsweise in eine Ausgangsstruktur oder eine Untereinheit einer Halbleitervorrichtung.
Die Halbleiterherstellungseinrichtung 200 gibt im Anschluss an die Verwendung des ausgegebenen Gases einen Altgasstrom bzw. den ausströmenden Gasstrom in der Leitung 202 ab, der zu einem Altgasbehandlungssystem bzw. einem Behandlungssystem für das ausströmende Gas 204 fließen kann zur Behandlung und Abgabe von endgültig gereinigtem Altgas bzw. Ausstrom in der Leitung 206.
Es ist zu erkennen, dass die Halbleiterherstellungseinrichtung in großem Maße verändert und derart ausgebildet werden kann, dass sie z.B. eine Vielzahl von Prozessgasen einsetzt, die von entsprechenden einzelnen Fluidspeicher- und Ausgabebehältern ausgegeben werden, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betrieben werden.
Es ist ebenso zu erkennen, dass das Fluidspeicher- und Ausgabegerät ein äußerst effizientes und einfach herzustellendes Mittel mit hoher Kapazität für die Speicherung und Abgabe von Fluiden vorsieht, beispielsweise Arsin, die unter Druck ohne übermäßigen Aufwand oder Kosten verflüssigt werden können.
Des weiteren kann der Behälter mit lediglich einer einzigen Naht an seinem Halsabschnitt als potentielle Leckagebahn für den Eintritt oder Austritt von Fluidarten hergestellt sein, indem ein Fluiddruckregler innenliegend in dem Innenvolumen eines Fluidspeicher- und Ausgabebehälters angeordnet wird. Entsprechend kann der Behälter auf einfache Weise hergestellt werden, und bei der Benutzung ist der innenliegend angeordnete Gasdruckregler vor Stößen sowie Umwelteinflüssen geschützt, die ansonsten auf schädliche Weise die bauliche Integrität oder Funktionsweise des Behälters beeinflussen könnten und so zur Bildung einer zusätzlichen potentiellen Leckagebahn des Speicher- und Ausgabebehälters führen würden.
Während der Ansatz des in Verbindung mit der 1 beschriebenen Systems im Allgemeinen zufriedenstellend ist, ist es möglich, dass unter langanhaltenden Speicherbedingungen des Fluidbehälters eine Kondensation von Flüssigkeit an der stromabwärtigen Seite der Membran auftreten kann. Zum Beispiel, falls der Behälter auf seiner Seite ruht und das Flüssigkeitsvolumen sich oberhalb der Höhe der permeablen Phasentrennmembran in solch einer Position erstreckt, gibt es einen kleinen Potentialgradienten, der gleich dem Gravitationspotential ist, das solch einem Flüssigkeits-„Kopf" zugeordnet ist. Um dieses Potential des Flüssigkeitskopfes auszugleichen, kondensiert die Flüssigkeit an der Ventilseite der Membran, bis die jeweiligen Flüssigkeitspegel an den gegenüberliegenden Seiten der Membran ausgeglichen sind.
Zusätzlich wird die Gasspeicherkapazität des Systems gewöhnlich durch die Zylinderdrücke bestimmt und begrenzt, und zwar für Gasspeicher- und Ausgabebehälter vom Typ des Hochdruckzylinders, wie sie herkömmlich für Bortrifluorid (BF₃) eingesetzt werden. Die Drücke, die für die Verflüssigung des Gases in solchen Fällen notwendig wären, können ausgeschlossen werden.
Zusätzlich zu dem Voranstehenden verwenden die Gaszylinderbehälter, die herkömmlich für komprimierte Gase verwendet werden, normalerweise Ventileinlässe mit einer Größe von einem ¾ inch (1,905 cm) NGT, einem ½ inch (1,27 cm) NGT und kleiner, wie sie durch Standards der „National Gas Taper" (NGT) gemessen werden. Um auf nützliche Weise den Ansatz des „Reglers in einer Flasche" auszuschöpfen, sind größere Zylindereinlässe als die gegenwärtig herkömmlich Erhältlichen erforderlich. Der größte, von der „Compressed Gas Association" (CGA) empfohlene Druckgaszylindereinlass beträgt 1,5 inch (3,81 cm) NGT mit einer 11½ tpi (4,528 Gewindegänge pro cm) (Gewindegänge pro inch) Öffnung, die einen minimalen Durchmesser von 1,79 inch (4,55 cm) besitzt. Öffnungen größer als ¾ inch (1,905 cm) NGT sind normalerweise für Applikationen bestimmt, bei denen hohe Flüsse und große Zylinder (Innenvolumen > 50 Liter) erforderlich sind. Den Erfindern sind keine Zylinder mit einem Volumen von weniger als 50 Liter bekannt, die Öffnungen besitzen, welche größer als 1 inch (2,54 cm) NGT sind, und es ist sehr unwahrscheinlich, dass Öffnungen größer als 1 inch (2,54 cm) NGT für Zylinder mit einem Volumen von weniger als 20 Liter verwendet worden sind.
Um auf kommerzielle Weise den Ansatz des „Reglers in einer Flasche" zu verwirklichen, ist es notwendig, einen Zylinder vorzusehen, der die Packmittelstandards des „United States Department of Transportation (USDOT)" erfüllt und eine größere Einlassöffnung als herkömmlich erhältliche Zylinder besitzt und Drücken im Bereich von ungefähr 1000 bis ungefähr 5000 Pfund pro Quadratinch (70,3 bis 351,5 kg/cm²) (psi) widerstehen kann. Kein derartiger Behälter ist vom Stand der Technik vorgeschlagen oder bisher hergestellt worden, und keiner ist kommerziell erhältlich gewesen.
In dem Fluidspeicher- und Ausgabesystem, das einen Fluidspeicher- und Ausgabebehälter mit einem Fluidflussanschluss umfasst, bei dem eine Fluidausgabeeinheit in Verbindung des Fluidflusses mit der Öffnung gekoppelt ist, kann der Regler, der dem Anschluss zugeordnet ist, auf geeignete Weise einen doppelstufigen Regler aufweisen, um das Phasentrennproblem, das voranstehend beschrieben wurde, zu lösen.
Wie zuvor erwähnt, falls der Speicher- und Ausgabebehälter einen einstufigen Regler in Kombination mit einer Phasentrenneinheit benutzt, kann der Behälter, falls er seitlich ruht, hinreichend Flüssigkeit enthalten, so dass das Flüssigkeitsvolumen sich über die Höhe der permeablen Phasentrennmembran erstreckt. Unter solch einer Bedingung kondensiert Flüssigkeit an der Ventilseite der Membran, bis die entsprechenden Flüssigkeitspegel an den gegenüberliegenden Seiten der Membran ausgeglichen sind.
Die Verwendung eines doppelstufigen Reglers umgeht einen derartigen Mangel. Falls sich die Flüssigkeit von dem großen Innenvolumen des Behälters zwischen die erste und die zweite Stufe des doppelstufigen Reglers bewegt, wird das druckempfindliche Element der Hochdruckstufe des doppelstufigen Reglers (die Hochdruckstufe ist diejenige Stufe des Reglers, die ursprünglich in Verbindung des Fluidflusses mit der Flüssigkeit in dem Behälter steht, und die Niederdruckstufe ist diejenige Stufe des Reglers, die im Anschluss in Verbindung des Fluidflusses mit der ersten Stufe steht) in eine geschlossene Position bewegt. Normalerweise ist das druckempfindliche Element der jeweiligen Reglerstufe ein Tellerventil. Während die Hochdruckstufe geschlossen wird und der Druck in dem Zwischenstufenbereich (zwischen der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe) steigt, besitzt ein derartig angestiegener Zwischenstufendruck geringen Einfluss auf den endgültigen Druck des Fluids, das aus der zweiten Stufe ausgelassen wird.
Der Sollwertdruck der Hochdruckstufe des zweistufigen Reglers kann auf einen beliebig geeigneten Druckpegel oberhalb des Druckes der letzten Stufe (Niederdruckstufe) des zweistufigen Reglers eingestellt werden. Durch eine derartige Anordnung ist das Problem der Flüssigkeitskondensation der einstufigen Regleranordnung gelöst, ohne dass die Funktionsfähigkeit bzw. Betriebsweise des Fluidspeicher- und Ausgabesystems beeinflusst wird, einschließlich des Füllens (Befüllen mit einem Fluid) des Systems.
Entsprechend kann das Speicher- und Ausgabesystem, das einen zweistufigen Regler benutzt, wie voranstehend beschrieben und in 1 im Allgemeinen gezeigt ist, ausgebildet sein, bei dem allerdings der Druckregler 26 ein zweistufiger Regler, und nicht ein einstufiger Regler ist. Der zweistufige Fluiddruckregler, der dabei dem Anschluss des Behälters zugeordnet ist, ist derart angeordnet, um einen vorbestimmten Druck in dem Innenvolumen des Behälters aufrechtzuerhalten.
Überdies kann das Fluidspeicher- und Ausgabesystem einen Behälter aufweisen, der ein physikalisches Adsorbens mit einer Sorbtionsaffinität für ein Gas enthält, beispielsweise ein Gas, das aus der Gruppe bestehend aus Hydridgasen, Halogenidgasen und gasförmigen Organometallverbindungen ausgewählt ist. Ein derartiges Gas (d.h. ein Gas, hinsichtlich dessen das physikalische Adsorbens eine Sorptionsaffinität besitzt) ist in dem Behälter bei einem internen Behälterdruck von ungefähr 50 bis ungefähr 5000 Pfund pro Quadratinch (3,5 bis 351,5 kg/cm²) – Eichmaß – (psig) enthalten. Vorzugsweise befindet sich ungefähr 5 bis ungefähr 40% eines solchen Gases in einem freien (nicht adsorbierten) Zustand, und ungefähr 60 bis ungefähr 95% eines solchen Gases ist in einem adsorbierten Zustand auf dem physikalischen Sorbens vorhanden.
Der Behälter, in dem das Adsorbens enthalten ist, kann mit einer Ausgabeeinheit oder anderen Auslassmitteln aufgebaut und angeordnet sein, wie in dem US Patent 5,528,518 beschrieben ist, welches auf die Namen Glenn M. Tom und James V. McManus am 21. Mai 1996 ausgestellt wurde, und deren Offenbarung hierbei durch Bezugnahme auf seinen vollständigen Inhalt enthalten ist. Der Behälter kann alternativ, wie in 1 gezeigt ist, aufgebaut sein, bei dem allerdings die Flüssigkeit 17 durch eine Schicht aus physikalischem Adsorbens ersetzt ist, das sorbtionsmäßig ein Gas zurückhält, das ebenso in den Zwischenräumen der Schicht des physikalischen Adsorbens sowie in dem Kopfbereich des Innenvolumens des Behälters vorhanden ist.
Obwohl der Stand der Technik Gasspeicher- und Ausgabesysteme auf Sorbens-Basis vom Typ, wie sie in dem US Patent 5,528,518 beschrieben sind, offenbart, die für die Speicherung und Ausgabe von Gas bei Drücken oberhalb des atmosphärischen Druckes nützlich sind, beispielsweise das US Patent 5,704,967, das am 6. Januar 1998 auf Glenn M. Tom et al. ausgestellt wurde (das einen superatmosphärischen Druck „unterhalb ungefähr 1200 Torr" beschreibt), so ist im Stand der Technik nicht in Betracht gezogen worden, dass solche Gasspeicher- und Ausgabesysteme auf Sorbens-Basis auf nützliche Weise als Gasquelle bei signifikant höheren Drücken, beispielsweise oberhalb ungefähr 50 psig (3,5 kg/cm²), und noch bevorzugter oberhalb ungefähr 100 psig (7,0 kg/cm²), eingesetzt werden können. Der Grund für diese Umstände besteht darin, dass bei ursprünglicher Betrachtung es so erscheint, dass die Okklusion des Volumens durch die physikalische Masse des Sorbens nachteilig ist und ein „verlorenes Volumen" erzeugt wird, so dass die Nettomenge des Gases, das in dem Behälter gespeichert werden kann, verringert ist.
Entgegen diesem Umstand hat man überraschenderweise und unerwartet herausgefunden, dass der Einsatz eines Gasspeicher- und Ausgabesystems auf Sorbens-Basis unter Ausnutzung von Hochdruckspeicherbedingungen in dem Innenvolumen des Behälters eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Speicherkapazität des Behälters, der das Sorbens enthält, vorsieht. Indem der Zylinder mit einem festen physikalischen Adsorbens gefüllt wird, vorzugsweise in unterteilter Form, wie in dem zuvor genannten US Patent 5,518,528 nach Tom et al. beschrieben ist, kann das adsorbierbare Gas in dem Zylinder in einem physikalischen Zustand, der einer flüssigen Phase sehr ähnlich ist, gespeichert werden, was wiederum die Gasspeicherkapazität verglichen mit herkömmlichen Hochdruckgaszylindern deutlich verbessert.
Eine solch unerwartete Verbesserung der Gasspeicherkapazität ist durch die Daten in Tabelle I unten illustrativ gezeigt, wonach die Speicherkapazität von BF₃ in einem mit Adsorbens gefüllten Gaszylinder mit einem herkömmlichen Gaszylinder bei Raumtemperatur (20°C) verglichen wird. Die Adsorptionskapazität von BF₃ in Tabelle I wird unter Verwendung eines Computermodells bestimmt, das eine voraussagbare Zuverlässigkeit von ± 20% besitzt, und zwar für einen Gasspeicher- und Ausgabebehälter mit einem Innenvolumen von 2,2 Liter (äquivalent zu einem kommerziell erhältlichen „JY" Zylinder), bei dem das Adsorbens ein aktiviertes Kohlenstoffadsorbens in der Form von Kügelchen ist, wie es in dem US Patent 5,704,965 nach Tom et al. beschrieben ist, und dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme auf seinen vollständigen Inhalt enthalten ist.
Tabelle I
Die Daten in Tabelle I zeigen, dass die Gesamtmenge an Bortrifluorid, die in dem mit Adsorbens gefüllten Zylinder enthalten ist, stetig größer ist als die Menge an Bortrifluorid, die in dem herkömmlichen (adsorbens-freien) Gaszylinder enthalten ist. Zum Beispiel ist die Gesamtmenge an Bortrifluorid, die in dem mit Adsorbens gefüllten Zylinder enthalten ist, bei 100 psig (7,0 kg/cm²) um das 12,35-fache größer als die Menge an Bortrifluorid, die in dem herkömmlichen (adsorbens-freien) Gaszylinder enthalten ist. Bei 1500 psig (105,5 kg/cm²) ist die Gesamtmenge an Bortrifluorid, die in dem mit Adsorbens gefüllten Zylinder enthalten ist, um das 1,94-fache größer als die Menge an Bortrifluorid, die in dem herkömmlichen (adsorbens-freien) Gaszylinder enthalten ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Fluidspeicher- und Ausgabesystem, das einen Fluidspeicher und Ausgabebehälter mit einem Fluidflussanschluss, einer Fluidausgabeeinheit, die in Verbindung des Fluidflusses mit dem Anschluss steht, und einen dem Anschluss zugeordneten Fluiddruckregler umfasst, mit den folgenden Merkmalen ausgebildet sein:

(i) einem Innenvolumen von weniger als ungefähr 50 Liter, noch bevorzugter weniger als ungefähr 20 Liter, und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 10 Liter, d.h. in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 10 Liter; und
(ii) einer Einlassöffnung, die größer als 1 inch (2,54 cm) NGT ist.

Solch ein Behälter besitzt vorzugsweise ein Druckvermögen, d.h. einen kontinuierlichen Betriebsdruckpegel, der ohne nachteilige Wirkung (Bruch des Behälters oder Leckage von Fluid daraus) untergebracht werden kann, von bis zu mindestens ungefähr 1000 Pfund pro Quandratinch (70,3 kg/cm²), und noch bevorzugter bis zu mindestens 5000 Pfund pro Quadratinch (351,5 kg/cm²).
Bei einer Ausführungsform kann ein solcher Behälter ein Innenvolumen von 2,0 Liter mit einem 1,5 inch (3,81 cm) NGT großen Zylinderventileinlass besitzen, so dass die Einlassöffnung hinreichend groß ist, um eine Reglervorrichtung, beispielsweise einen IFS Sollwertregler, einzupassen.
Für die „Regler in einer Flasche" Konfiguration ist eine derartige Einlassöffnung (> 1 inch (2,54 cm) NGT) notwendig, da (1) der Durchmesser eines Reglers, wie z.B. der IFS Sollwertregler, normalerweise größer als 1,5 inch (3,81 cm) und weniger als 1,6 inch (4,065 cm) ist, was wiederum eine Öffnung im Bereich von 1,5 inch (3,81 cm) NGT erforderlich macht, um den Regler in das Innere des Zylinders einzupassen, und (2) eine NGT Öffnung der einzig akzeptierte und von der USDOT genehmigte Zylindereinlass für Anwendungen ist, die die Speicherung und Abgabe von Gasen beinhaltet, wie z.B. BF₃, AsH₃, F₂, PH₃, SiH₄ etc.. Eine andere Art von Zylinderventileinlass, wie z.B. eine mit einem Außengewinde versehene Verbindung oder lediglich ein Gewinde wird gegenwärtig nicht als rechtmäßig zulässige Verbindung von der USDOT für solche Gase akzeptiert.
Bei der Herstellung derartiger Behälter mit einer Einlassöffnung von a>1 inch (2,54 cm) NGT umfassen die Prozessherstellungsschritte normalerweise:

(1) das Kaltpressen einer Metallscheibe zu einem zylindrischen Becher,
(2) das Bilden des Zylinderhalses durch Heißmetalldrücken; und
(3) das Herstellen der Zylinderöffnung in dem Hals des Behälters unter Anwendung von entweder manuellen oder automatisierten Bearbeitungsprozessen.

Eine spezifische Ausführungsform eines derartigen Behälters weist einen 2,0 bis 2,25 Liter großen DOT 3AA 2015 Zylinder mit einer 1,5 inch (3,81 cm) NGT großen Öffnung auf, die ein 1½ bis 11½ NGT Gewinde (3,81 cm bis 4,528 Gewindegänge pro cm) besitzt, wobei der Behälter einen Außendurchmesser von 4,187 bis 4,25 inch (10,63 bis 10,680 cm), eine nominale Wanddicke von 0,094 bis 0,125 inch (0,239 bis 0,318 cm), einen nominalen Außendurchmesser des Halses von 2,5 inch (6,35 cm), einen maximalen Innendurchmesser des Halses von 1,5 inch (3,81 cm), wie gedrückt, und eine Länge von 12,75 bis 13,75 inch (32,39 bis 34,93 cm) besitzt. Ein solcher Behälter ist zur Verwendung mit Bortrifluorid als dasjenige Gas geeignet, welches in dem Behälter gespeichert und aus dem Behälter ausgegeben wird.
3 ist eine schematische Seitenansicht im Querschnitt eines Fluidspeicher- und Ausgabesystems 300 gemäß einer illustrativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 300 umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen Fluidspeicher- und Ausgabebehälter 302 mit einer zylindrischen Seitenwand 304, die an ihrem unteren Ende durch ein Bodenelement 306 geschlossen ist. An dem oberen Ende des Behälters befindet sich ein Hals 308, der einen zylindrischen Kragen 310 umfasst, welcher eine obere Öffnung des Behälters bestimmt und umgrenzt. Wie gezeigt umschließen die Behälterwand, das Bodenelement und der Hals ein Innenvolumen 328.
Ein Gewindestopfen 312 der Ventilkopfeinheit 314 am Hals des Behälters befindet sich gewindemäßig im Eingriff mit dem Innengewinde der Öffnung des Kragens 310. Die Ventilkopfeinheit 314 umfasst eine zentrale Fluidflussdurchführung 320, die in Verbindung des Fluidflusses mit einem zentralen Arbeitsvolumenhohlraum in der Ventilkopfeinheit verbunden ist. Der zentrale Arbeitsvolumenhohlraum ist wiederum mit dem Auslass 324 verbunden, der außenseitig mit einem Gewinde versehen sein kann oder andersartig für die Anbringung an einem Verbinder und zugeordnete Rohre, Leitungen etc. aufgebaut sein kann.
Ein Ventilelement 322 ist in dem zentralen Arbeitsvolumenhohlraum angeordnet, das mit einem Handrad 326 in der gezeigten Ausführungsform verbunden ist, aber alternativ mit einem automatischen Ventilbetätiger oder einem anderen Steuerelement oder Betätigungsmittel verbunden sein kann.
Die Ventilkopfeinheit 314 weist ebenso in dem Ventilblock eine Entlüftungsflussdurchführung 316 auf, die mit einem Überdruckablassventil 318 verbunden ist und in Verbindung mit dem Innenvolumen 328 des Behälters für das Ablassen von Überdrücken in dem Behälter steht.
Die zentrale Fluidflussdurchführung 320 in der Ventilkopfeinheit 314 ist an ihrem unteren Ende mit einem Verbinderflussschlauch 330 verbunden, der wiederum mit dem Regler 332 verbunden ist. Der Regler ist derart eingestellt, um einen ausgewählten Druck des aus dem Behälter abgelassenen Fluids aufrechtzuerhalten. Mit dem unteren Ende des Reglers ist eine rohrförmige Armatur 336 verbunden, die wiederum mit einer Zerstäubereinheit 334 durch Stumpfschweißen verbunden ist, die eine Zerstäuberendkappe 331 an seinem untersten äußeren Ende besitzt. Die Zerstäubereinheit kann aus rostfreiem Stahl gebildet sein, wobei die Zerstäuberwand aus einem gesinterten rostfreien Stahl gebildet ist, beispielsweise einem 316L rostfreien Stahl. Die Zerstäubereinheit besitzt eine Wandporosität, die das Entfernen sämtlicher Teilchen gestattet, die größer als ein vorbestimmter Durchmesser sind, beispielsweise größer als 0,003 Mikrometer bei einem Durchsatz von 30 Standardliter pro Minute an Gasfluss aus dem System. Derartige Filterzerstäubereinheiten sind kommerziell erhältlich von Millipore Corportion (Bedford, MA) unter dem Markennamen WAFERGARD.
Bei der Benutzung ist ein geeignetes fluides Reagenz in dem Innenvolumen 328 des Behälters 302 enthalten, beispielsweise ein Hochdruckgas oder ein verflüssigtes Gas, oder alternativ ein sorbierbares Gas, das sorptionsmäßig von einem physikalischen Sorbens, das eine Sorptionsaffinität hinsichtlich des Gases besitzt, zurückgehalten wird, und wobei das Innenvolumen eine Schicht aus einem geeigneten festen physikalischen Sorbens enthält. Der Fluiddruckregler 332 ist auf einen ausgewählten Sollwert eingestellt, um einen Fluss an ausgegebenem Fluid vorzusehen, wenn das Ventil in der Ventilkopfeinheit 314 geöffnet ist, wobei das Fluid durch die Zerstäubereinheit 334, die Armatur 336, den Regler 332, den Verbinderflussschlauch 330, die zentrale Fluidflussdurchführung 320 in der Ventilkopfeinheit 314, den zentralen Arbeitsvolumenhohlraum und den Auslass 324 fließt. Die Ventilkopfeinheit kann mit anderen Rohrmaterialien, Leitungen, Flusssteuerelementen, Überwachungsmitteln etc. verbunden sein, wie dies erwünscht oder erforderlich ist bei einer gegebenen Endanwendung der Erfindung.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Ventilkopfeinheit 314 des Fluidspeicher- und Ausgabesystems der 3. In 4, in der entsprechende Elemente entsprechend der 3 nummeriert sind, ist der Stopfen 302 mit einem Gewinde 313 versehen gezeigt, das komplementär zu dem Gewinde an der Innenoberfläche des Kragens 310 ist, wodurch der Stopfen deqr Ventilkopfeinheit und der Behälter komplementär zueinander auf lecksichere Weise zusammengebracht werden können.
5 ist eine Seitenansicht der Zerstäubereinheit 334, die in dem Fluidspeicher- und Ausgabesystem 300 der 3 eingesetzt wird. Die gezeigte Zerstäubereinheit 334 besitzt einen rohrförmigen Armaturenabschnitt, der mit einem Gewinde 337 für den gegenseitigen Eingriff mit dem Gehäuse des Reglers 332 versehen ist, wie in 3 gezeigt ist.
6 ist eine teilweise geschnittene Ansicht des Reglers 332 des Fluidspeicher- und Ausgabesystems 300 der 3. Der Regler 332, so wie er dargestellt ist, besitzt einen unteren Fluideinlass 333, mit dem die rohrförmige Armatur der Zerstäubereinheit gewindemäßig verbunden ist. Der Regler 332 ist an seinem oberen Ende mit einem Fluidauslass 335 versehen, welcher mit dem Verbinderflussschlauch 330, wie in 3 gezeigt ist, verbunden ist. Der Regler kann ein einstufiger Regler oder ein mehrstufiger Regler sein. Wie zuvor erwähnt besitzt ein zweistufiger Regler den Vorteil, dass er die Fluidkondensationsprobleme löst, die als Begleiterscheinung bei der Benutzung des Membranphasentrenners auftreten, und zwar relativ zu dem Überdrehen oder Kippen des Behälters, und der Behälter kann einen einstufigen oder mehrstufigen Regler ohne solch eine Membranphasentrenneinheit aufweisen, und zwar mit oder ohne die die Teilchen herausfilternde Zerstäubereinheit, wie dies bei einer gegebenen Endanwendung der vorliegenden Erfindung erwünscht sein kann.
7 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines oberen Bereichs des Fluidspeicher- und Ausgabebehälters 302 des Fluidspeicher- und Ausgabesystems 300 der 3. Der dargestellte Abschnitt des Behälters 302 umfasst die zylindrische Wand 304, den Hals 308 und den Kragen 310. Die Innenoberfläche des Kragens ist mit einem Gewinde 309 versehen, das komplementär zu dem Gewinde 313 des Stopfens 312 der Ventilkopfeinheit 314 ausgebildet ist (siehe 4). Der Behälter kann aus rostfreiem Stahl oder einer anderen eisenhaltigen Metalllegierungen, oder aus einem anderen Metall oder Nichtmetall, gebildet sein, und zwar wie voranstehend beschrieben wurde, und kann mit einer Halsöffnung > 1 inch (2,54 cm) NGT und einem geeigneten NGT Gewinde versehen sein.
Die verschiedenen Merkmale und Aspekte, die hier illustrativ offenbart sind, können separat oder in verschiedenen Permutationen oder Kombinationen miteinander benutzt werden, um ein Fluidspeicher- und Ausgabesystem vorzusehen, das ein nützliches Quellfluidgerät für spezifische Benutzeranforderungen bildet.
Während die Erfindung hier unter Bezugnahme auf spezifische Elemente, Merkmale und Ausführungsformen illustrativ beschrieben worden ist, ist doch zu erkennen, dass die Erfindung nicht in Bezug auf die Bauart oder Funktionsweise begrenzt ist, sondern dass die Erfindung breit zu verstehen ist, und zwar im Einklang mit der hier vorgelegten Offenbarung, einschließlich von Variationen, Modifikationen und Ausführungsformen, wie sie sich dem Fachmann von selbst erschließen.
Das Fluidspeicher- und Ausgabesystem der Erfindung kann bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen vorteilhaft industriell eingesetzt werden, bei der Gase für verschiedene Einheitsvorgänge erforderlich sind, beispielsweise dem Ätzen, der chemischen Gasphasenabscheidung, der Ionenimplantation etc.. Viele solcher Gase sind gefährlich und/oder teuer, und die Gasversorgungsbehälter dürfen keine undichte Stellen aufweisen und müssen äußerst zuverlässig beim präzisen Ausgeben von Quellgasen sein, und müssen vorzugsweise eine hohe Speicherkapazität besitzen, da Raumbeschränkungen in Halbleiterherstellungseinrichtungen sehr stringent sind. Das Speicher- und Ausgabesystem der vorliegenden Erfindung ist für solche Anwendungen und beim Erfüllen solcher Kriterien äußerst effizient.

Claims

Fluidspeicher- und Ausgabevorrichtung (10, 110, 300) für die Halbleiterherstellung mit: einem Fluidspeicher- und Ausgabebehälter (12, 112, 302), der ein Innenvolumen (15, 328) bestimmt zum Bereithalten eines unter Druck stehenden Fluides und einen Auslassanschluss (22, 133, 324) besitzt, und einem in dem Innenvolumen (15, 328) des Behälters angebrachten und mit dem Anschluss in Verbindung stehenden Ventil (26, 332), gekennzeichnet durch das Ventil (26, 332), das so lange geschlossen bleibt, um das Ausgeben von Fluid aus dem Behälter (12, 112, 302) durch den Anschluss zu verhindern, bis das Ventil ein unter subatmosphärischem Druck stehendes Gas von außerhalb des Behälters erhält, und auf den Erhalt des unter subatmosphärischem Druck stehenden Gases hin sich öffnet; und der subatmosphärische Gasdruck einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ventil ein Mittel zum Ermitteln des Gasdruckes stromabwärts desselben, und ein Mittel zum Öffnen des Ventils, wenn der ermittelte Druck kleiner als oder gleich einem voreingestellten Pegel ist, und zum Schließen des Ventils besitzt, wenn der ermittelte Druck größer als der voreingestellte Pegel ist, um so den stromabwärtigen Gasdruck zu regulieren und einen Schutz gegenüber einem ungewollten Gasaustritt vorzusehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ventil einen Teil eines Druckreglers (26, 332) aufweist zum Regulieren des Druckes des aus dem Behälter ausgegebenen Gases.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler den Durchsatz bestimmt, mit dem das Fluid ausgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Behälter ein Fluid enthält, welches aus der Gruppe bestehend aus Hydridgasen, Halogenidgasen und gasförmigen Organometallverbindungen ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Behälter ein Fluid enthält, welches aus der Gruppe bestehend aus Arsin, Phosphin, Stibin, Diboran, Fluorwasserstoff, Bortrichlorid, Bortrifluorid, Chlorwasserstoff, halogenierten Silanen und Disilanen ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Behälter in selektiver Verbindung des Fluidflusses mit einer Halbleiterherstellungseinrichtung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ventil (28, 332) ein Gehäuse, das eine Kammer bestimmt, die in Verbindung des Fluidflusses mit dem Anschluss steht, und eine innerhalb der Kammer befindliche Druckermittlungseinheit umfasst, wobei die Druckermittlungseinheit mit dem Ventil betriebsmäßig verbunden und dafür angepasst ist, sich auf den Fluiddruck in der Kammer hin derart zu bewegen, um das Öffnen oder Schließen des Ventils zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Teil (17) des in dem Behälter enthaltenen Fluids verflüssigt ist, und die eine Phasentrennvorrichtung (28) umfasst, die den Austritt der Flüssigkeit aus dem Behälter verhindert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Behälter ein Fluid für Halbleiterherstellungsprozesse enthält, welches aus der Gruppe bestehend aus Fluiden für die Ionenimplantation und die chemische Gasphasenabscheidung ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Behälter ein Fluid enthält, welches aus der Gruppe bestehend aus Phosphin, Silan, Arsin und BF₃ ausgewählt ist, und der Behälter zum Ausgeben von Fluid für die chemische Gasphasenabscheidung bei Halbleiterherstellungsprozessen angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Behälter ein Fluid enthält, welches aus der Gruppe bestehend aus Phosphin und Arsin ausgewählt ist, und der Behälter zum Ausgeben von Fluid für die chemische Gasphasenabscheidung bei Halbleiterherstellungsprozessen angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Behälter ein Fluid enthält, welches aus der Gruppe bestehend aus Phosphin, Arsin und BF₃ ausgewählt ist, und der Behälter zum Ausgeben von Fluid für Ionen-Herstellungsprozesse angepasst ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterproduktes unter Verwendung eines Halbleiterprozessfluids, das in einem unter Druck stehenden Behälter (12, 112, 324) mit einem das Fluid enthaltende Innenvolumen (15, 328) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in dem Innenvolumen durch einen Druckregler (28, 332) eingegrenzt ist, der in dem Innenvolumen in einer Fluidflussbahn (334, 336, 332, 330, 320) angeordnet ist, und die Fluidflussbahn durch den Druckregler gegenüber einem Fluidfluss stromabwärts des Druckreglers geschlossen ist; das eingegrenzte Fluid durch Öffnen der Fluidflussbahn durch den Druckregler hindurch und stromabwärts desselben selektive ausgegeben wird, und das Fluid mit einem durch den Fluiddruckregler bestimmten Durchsatz ausgelassen wird; das Fluid zu einer Halbleiterherstellungseinrichtung (200) geleitet wird; bei dem der Ausgabeschritt das Zuführen von Gas zu dem Druckregler bei oder unterhalb eines spezifizierten subatmosphärischen Druckes aufweist, und bei dem der Druckregler so eingestellt ist, dass der Druck des ausgegebenen Fluids auf den subatmosphärischen Druck reguliert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Fluid bei dem Prozess der Ionenimplantation oder der chemischen Gasphasenabscheidung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Fluid aus der Gruppe bestehend aus verflüssigten Hydridgasen, verflüssigten sauren Gasen, Arsin, Phosphin, Stibin, Silan, Diboran, Chlorwasserstoff, halogenierten Silanen und Disilanen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Ausgabeschritt das Beaufschlagen des Auslasses des Druckreglers mit Gas bei subatmosphärischen Druck von außerhalb des Behälters umfasst, um wechselweise ein Ventil darin zu öffnen und zu schließen, um so das Fluid aus dem Behälter auszugeben.