JP2001032997A - 制御の特徴を含む、液化ガスの制御された送出のためのシステムおよび方法 - Google Patents
制御の特徴を含む、液化ガスの制御された送出のためのシステムおよび方法Info
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Abstract
出して流量を正確に制御できるシステムを提供する。 【解決手段】 液化した状態からガスを送出する新しい
システムを提供する。システムは、(a)第1および第
2のパネルが配置されたキャビネットと、(b)キャビ
ネットに配置された各パネルに対応する、少なくとも1
つの圧縮液化ガスのシリンダーと、(c)各シリンダー
に配置された温度および/または圧力センサーと、
(d)温度および/または圧力センサーによって検出さ
れた各シリンダーの温度および/または圧力に基づい
て、各シリンダーへのエネルギー入力をモニターおよび
調整するためのコントローラーとを備えることを特徴と
する。
Description
態から送出するシステム、および高流量のガスを制御さ
れた方法で送出する方法に関する。
貯蔵した高純度ガスを、種々の半導体製造プロセスを行
うためのプロセス装置に供給する。このようなプロセス
の例には、拡散、化学気相成長法(CVD)、エッチン
グ、スパッタリング、およびイオン注入が含まれる。ガ
スシリンダーは通常ガスキャビネット内に収容されてい
る。これらのガスキャビネットは、シリンダーをマニフ
ォールドを介して各プロセスガスラインに安全に接続す
る手段も備える。プロセスガスラインは、ガスを種々の
プロセス装置に導入するための導管を与えている。
うち、多くは液化した状態でシリンダーに貯蔵される。
このように貯蔵される化学物質の一部のリスト、および
それらが通常貯蔵される圧力を下表1に示す。
リンダーからプロセス装置へ送るための安全な運搬手段
を与えることである。ガスキャビネットが通常備えるガ
スパネルには、種々のフローコントロール装置、バルブ
などが、シリンダーの取換えおよび/または部品の交換
が安全にできるように配置されている。
の低いシリンダー内の圧力の変化は、シリンダーから取
り出すガスの流量(および必然的な気化熱の除去)、な
らびに周囲のエネルギーのシリンダーへの移動に依存す
る。このような影響は、通常は大量貯蔵システムには存
在しない。大量貯蔵システムでは、貯蔵している化学物
質の熱量(thermal mass)が十分に大きいので、液体の温
度変化が比較的ゆっくりと起こる。大量システムのガス
圧は、液体温度によって制御する。すなわち容器内の圧
力は、液体温度における化学物質の蒸気圧に等しい。
おいては、シリンダー温度の制御によってシリンダー圧
力を制御する必要性が、当該技術分野において知られて
いる。ガスシリンダー加熱/冷却ジャケットが、シリン
ダー温度の制御によってシリンダー圧力の制御を行うた
めに提案されている。この場合、加熱/冷却ジャケット
はシリンダーと密着させて配置できる。流体を循環させ
てジャケットを一定温度に保ち、流体温度は外部の加熱
器/冷却器ユニットによって制御する。このようなジャ
ケットは、例えば、Accurate Gas Control System, In
c.から販売される。
に、ガス配管システム全体の温度調整と組み合わせてシ
リンダー温度の制御をすることが、蒸気圧の低いガスに
対して提案されている。この提案は、US特許5,761,911
(Jurcikら)においてなされ、この文献は本明細書におい
てその全体が参照により取り入れられている。配管シス
テムの温度調整が必要なのは、加熱/冷却ジャケットに
よってシリンダーの温度が周囲温度を上回るためであ
る。ガスラインの温度を制御しないと、加熱されたゾー
ンからより温度の低いゾーンへガスが移るときに、ライ
ンを流れるガスの再凝縮が起こり得る。しかし温度調整
と組み合わせた加熱/冷却ジャケットは、システムの保
守に関連する面倒な問題(例えば、シリンダーの交換の
間)および追加費用があるので、好ましくない。
要求を満たすとともに従来技術の不利な点を克服するた
めに、本発明の目的は、液化した状態からガスを制御さ
れた方法で送出して流量を正確に制御できる新しいシス
テムを提供し、同時に利用ガスに対して許容できない温
度においてシステムの運転を停止できる安全機能を提供
することである。
可変で、また制御された方法で行う方法を提供すること
である。
によって要求される時間に渡って、ガスの送出を高流量
で行う方法を提供することである。
純度および高流量で送出し、必要ならばガスを取り出す
シリンダーの寿命を伸ばすシステムを提供することであ
る。
書、添付の図面および請求の範囲を検討することで、当
業者にとって明らかになるであろう。
ては、1または複数のキャビネットからプロセスへの蒸
気相ガスの流量を、エネルギー入力の調整によって高い
レベルに保持できることが確かめられている。特に、少
なくとも2つのパネルを有するガスキャビネットを用意
することが好ましい。動作中の一方のパネルに接続され
たシリンダーが所定の流量でガスを送る間に、熱の形態
のエネルギーを他方のパネルに接続されたシリンダーに
供給する。動作中のパネルに接続されたシリンダーから
の圧力が減少したときに、蒸気の取り出しを、シリンダ
ーの圧力が十分となっている他のパネルに切り替える。
引き続いて、開放されたシリンダーに接続されたパネル
に熱を供給して、シリンダーを指定値まで至らしめる。
その後、動作中のパネルに接続されたシリンダーの圧力
レベルが下がったときに、取り出し動作を、シリンダー
が必要な圧力に戻っているパネルに再び戻す。こうして
蒸気の取り出しをパネル間で行って、顧客が高い流量を
より長い時間下流で使用するのに最小限必要な圧力で、
蒸気を供給する。
した状態から送出するためのシステムが提供される。シ
ステムは、(a)第1および第2のパネルが配置された
キャビネットと、(b)キャビネットに配置された各パ
ネルに対応する、少なくとも1つの圧縮液化ガスのシリ
ンダーと、(c)各シリンダーに配置された温度および
/または圧力センサーと、(d)温度および/または圧
力センサーによって検出された各シリンダーの温度およ
び/または圧力に基づいて、各シリンダーへのエネルギ
ー入力をモニターおよび調整するためのコントローラー
とを備える。
しい態様の以下の詳細な説明とともに添付の図面から明
らかになる。
しを可能にする、液化した状態からのガスの制御された
送出を提供し、同時に、利用ガスに対して許容できない
温度または圧力においてシステムの運転を停止できる安
全機能を提供する。
シリンダーへのエネルギー入力を増加させることで、シ
リンダーから使用場所へのガス流量を十分に調整できる
ことが確認されている。特に、周囲とガスシリンダーと
の間の熱伝達によって両者の間の温度差が減り、シリン
ダーから取り出したガスが運ぶ液滴の量が最小限にな
る。
度は、シリンダーへの熱伝達量(therate of heat trans
fer)と、流量によって規定されるエネルギー必要量と、
シリンダーの熱量との間の釣り合いである。周囲とガス
シリンダーとの間の熱伝達量を支配するのは、(1)全
体の熱伝達率、(2)熱伝達に利用できる表面積、
(3)周囲とガスシリンダーとの間の温度差である。熱
伝達量を計算する方法は、US特許5,761,911およびUS08/
893,499においてさらに説明されている。これらの文献
は、本明細書においてその全体が参照により取り入れら
れている。
と、熱伝達量が増加する。従って、周囲とシリンダーと
の間(および類推により、貯蔵された液体とシリンダー
との間)の温度差が大きすぎる状態で、シリンダーから
物質を取り出すことは好ましくない。それは、異なる沸
騰現象のために、シリンダーから取り出したガス中に液
滴を伴う可能性があるからである。シリンダーと液体と
の間の温度差が増すと、蒸発プロセスが、界面で蒸発す
るプロセスから泡立つタイプの現象に変わる。
3つのメカニズム(すなわち、シリンダーから取り出し
た蒸気が運ぶ液滴を含む不純物、シリンダー下流の最初
の構成要素で膨張する間の形成、流れが発生する間に存
在する液滴のパージ)の組み合わせによって、個々のガ
スキャビネットのマニフォールドが確実に供給できるガ
ス流量が事実上制限される。現在、これらの制限は、連
続ベースで測定して数標準リットル/分である。プロセ
スガス中のこれらの液滴を除去して、シリンダーの温度
および/または圧力を所定の範囲に保持することで、供
給される流量の連続性をより大きくできることが確認さ
れている。
ガスを流量可変でまた制御された方法で送出するための
本発明のシステムおよび方法の好ましい態様を示す。し
かし、具体的な構成は一般に、コスト、要求される安全
性などの要因に依存することに注意されたい。
される少なくとも2つのガスパネル110および120
を備える。好適なパネルは当該技術分野において知られ
ており、蒸気相で送出されるガス(電子工業用特殊ガス
(electronic specialty gases)またはESG)の流量お
よび圧力の制御に用いられている。少なくとも1つの圧
縮液体のシリンダー130および140が、各パネルに
接続されている。液化ガスのシリンダーに収容される具
体的な物質は限定されず、プロセスに依存する。典型的
な物質には、表1に明記されたもの例えばNH3、BC
l3、CO2、SiH2Cl2、HBr、HCl、HF、N
2O、C3F8、SF6、およびWF6が含まれる。しか
し、各シリンダーは、本発明のいずれのシステムの場合
でも同じESGを含む。
び液相を有する。気化された製品を好ましくは、どちら
のパネルが動作中であるかに依存して、シリンダー13
0または140のいずれかの頂部またはその付近から取
り出し、液化した状態のガスがそのシリンダーの底部に
残る。こうして、シリンダー内のガスは動作中は圧縮さ
れた状態に保持され、シリンダーから取り出した蒸気の
不純物濃度は、送出した蒸気中に液滴を伴わないために
低い。
下がるため、事実上、蒸気を取り出せる流量が減る。内
部の圧力を回復させて、その結果そのシリンダーから送
出する蒸気の流量を増加させるために、シリンダー内の
温度を所定の範囲に保持すれば、シリンダー内の蒸気圧
および蒸気を取り出して送出できる流量を制御できるこ
とが確認されている。
好ましくは、ガスシリンダーの温度が周囲温度を上回る
値にまで増加しないように、増加させる。
は、空気をシリンダーに強制的に送るための、ガスキャ
ビネット100内の1または複数のプレナムプレートま
たはアレイ状のスリットが含まれる。空気ブロワまたは
ファンを用いて、空気をプレナムプレートまたはスリッ
トを通して強制的に送ることができる。ブロワは、速度
可変で運転できることが好ましい。所定の圧力降下(ブ
ロワまたはファン特性によって決定される)に対して熱
伝達率が最大である好適なプレナムプレートは、Holger
Martinから販売される。このような構成要素は、ガス
キャビネットのサイズの増加を最小限に留めてまたは増
加させずに、ガスキャビネット内に容易に取り入れるこ
とができる。
ば主にシリンダーの液体−蒸気界面の付近に空気流を向
けられるフィンを加えることで、随意に修正しても良
い。
温度を周囲よりもわずかに高い値に電気的に制御して、
熱伝達量をさらに増加させても良い。しかし、プレナム
プレートの温度またはスリットを通って流れる空気の温
度は、蒸発が液体−蒸気界面でのみ起こるように制限し
て、周囲を上回る温度にまでシリンダーが加熱されるこ
とを避けなければならない。
ルヒーターまたはホットプレートタイプヒーターを利用
して、周囲とガスシリンダーとの間の熱伝達量を増加さ
せても良い。もちろん、熱伝達量を上げるために上述の
手段を組み合わせることも意図される。例えば、放射ヒ
ーターまたはホットプレートを、上述したブロワまたは
ファンさらにプレナムプレートまたはスリットと組み合
わせて用いても良い。
または圧力の精密な制御を可能にする。好適な制御手段
は当該技術分野において知られており、例えば1または
複数のプログラマブルロジックコントローラー(PL
C)またはマイクロプロセッサー150を含む。利用す
る液化したガスに依存して、低温度点および高温度点を
有する許容温度範囲をコントローラー150にプログラ
ムする。
たシリンダー130または他の何れかのシリンダー内の
温度を、温度センサー(図示せず)による液体相の測定
値に基づいて、コントローラー150によって評価す
る。その代わりに、シリンダー130内の蒸気相圧力
を、シリンダー内の圧力の測定に適したトランスデュー
サーまたは何らかの装置によって測定した後、コントロ
ーラー150に送る。その後、温度の読みをシリンダー
130内の測定された圧力から得る。得られた温度を、
コントローラー150にプログラムされた温度設定範囲
と比較して、モニターする。
り低い温度に達すると直ちに、熱の形態のエネルギーを
シリンダー130に送る。これを、高温度設定点に到達
してアラームが示すまで行って、そのパネルへのエネル
ギー入力を終える。コントローラー150から加熱手段
(図示せず)へ信号を送って、エネルギーをシリンダー
130へ送る。得られた温度が低温度設定アラーム(ガ
スを取り出す圧力に対する顧客の要求に基づく)を下回
って下がる場合には、バルブ160を閉じてバルブ17
0を開ける。
ガスを供給する間、エネルギーをシリンダー130に供
給し続ける。コントローラー150による測定によっ
て、シリンダー140内で温度設定点に到達したとき
に、熱の形態のエネルギーをパネル120に接続された
シリンダー140に送る。シリンダー140で低温度ア
ラームに到達してアラームが鳴ったときには、ガスの取
り出しと送出を切り替えてパネル110とシリンダー1
30に戻し、許容できる流量で取り出しを続ける。ガス
の引き出しをパネル間で交互に行って、必要ならば指定
した流量でガスを供給して、プロセスを続行する。その
間、熱の形態のエネルギーを、動作中でないシリンダー
に供給して指定値まで至らしめることができる。パネル
間で交互に行うことで、より長い時間、高い流量を保持
してプロセス装置に供給できる。
可能な供給量(dosage)は、各パネルに接続されたシリン
ダーの数の関数である。各パネルに接続されたシリンダ
ーの数が多いほど、使用できる供給量が大きい。ここで
用いる用語「供給量」は、(流量×時間)として定義さ
れる。また、パネルに接続されたシリンダーは、コント
ローラー150によってモニターされ調整される。さら
なる修正たとえばパネルの数を増やすことまたは各シリ
ンダーの温度を個別に調整することは、発明者によって
意図されており、本発明の範囲内である。
ンダーの改善された圧力回復を示す。ある程度の圧力低
下がシリンダー内で起こり、および/または蒸気生産物
に対して顧客の要求がない場合には、周囲の熱に加えて
加熱源によって気体蒸気の圧力を上げて、最大供給量能
力に対するシリンダーの最大圧力を回復する。例えば、
塩酸(HCl)を効果的に送出するためには、本発明の
1つの好適なシステムにおいて必要とされる圧力は65
0psigである。約120分でシリンダーが回復して
いるのに対して、本発明のシステムによるエネルギー入
力がない場合には500分よりもかなり長い時間がかか
る。
度は、システムに組み入れられた安全機能によってモニ
ターされ制御される。例えば、トリップスイッチを設け
て、コントローラー150の高温度アラームが鳴り加熱
手段がオフモードに切り替わらない場合に、エネルギー
源を遮断しても良い。当該技術分野において知られる他
の機能をさらに取り入れて、システム内で検出される危
険な高い圧力および温度をモニターして回避しても良
い。
細に説明してきたが、請求の範囲を逸脱することなく、
種々の変更および修正を行うことができ、また等価物を
使用できることが当該技術者にとって明らかになる。
図。
ための圧力回復時間を示すグラフ図。
Claims (13)
- 【請求項1】 ガスを液化した状態から送出するための
システムであって、 (a)第1および第2のパネルが配置されたキャビネッ
トと、 (b)前記キャビネットに配置された前記各パネルに対
応する、少なくとも1つの圧縮液化ガスのシリンダー
と、 (c)前記各シリンダーに配置された温度および/また
は圧力センサーと、 (d)前記温度および/または圧力センサーによって検
出された各シリンダーの温度および/または圧力に基づ
いて、各シリンダーへのエネルギー入力をモニターおよ
び調整するためのコントローラーとを備えることを特徴
とするシステム。 - 【請求項2】 前記コントローラーはさらに、 (e)前記各パネルに配置された前記圧縮液化ガスのシ
リンダーの低温度設定点および高温度設定点をプログラ
ムするための手段と、 (f)前記少なくとも1つの圧縮液化ガスのシリンダー
内で低温度設定点または高温度設定点のいずれかに到達
したときに、前記第1および前記第2のパネルの間で切
り替えるための手段とを備えることを特徴とする請求項
1記載のガス送出システム。 - 【請求項3】 液化した状態からのガスをガスキャビネ
ットから、制御された方法で連続した流れで送出する方
法であって、 (a)第1および第2のパネルが配置されたキャビネッ
トを用意する工程と、 (b)前記第1または第2のパネルの一方に接続された
少なくとも1つのガスシリンダーから圧縮液化ガスを供
給する工程と、 (c)制御された量のエネルギーを、前記第1または第
2のパネルの一方に接続された前記少なくとも1つのガ
スシリンダーへ送って、前記シリンダーから取り出すガ
スの流量を増加させる工程とを含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項4】 (d)使用ガスに基づいて、許容できる
高温度設定点および低温度設定点を前記ガスシリンダー
に対して設定する工程をさらに含むことを特徴とする請
求項3記載のガスを制御された方法で連続した流れで送
出する方法。 - 【請求項5】 前記第1または第2のパネルの一方に接
続された前記ガスシリンダーに対して、低温度設定点に
到達したときにエネルギーを供給することをさらに含む
ことを特徴とする請求項4記載のガスを制御された方法
で連続した流れで送出する方法。 - 【請求項6】 前記エネルギーの供給を前記第1および
第2のパネルの間で交互に行うことをさらに含み、前記
供給するエネルギーは前記シリンダーの温度の関数であ
ることを特徴とする請求項5記載のガスを制御された方
法で連続した流れで送出する方法。 - 【請求項7】 前記低温度設定点のアラームが作動した
ときに、第1または第2のパネルに接続された前記シリ
ンダーにエネルギーを供給することをさらに含むことを
特徴とする請求項6記載のガスを制御された方法で連続
した流れで送出する方法。 - 【請求項8】 前記高温度設定点のアラームが作動した
ときに、第1または第2のパネルに接続された前記シリ
ンダーへのエネルギーの供給を終了することをさらに含
むことを特徴とする請求項6記載のガスを制御された方
法で連続した流れで送出する方法。 - 【請求項9】 前記ガス温度を前記シリンダー圧力から
得ることを特徴とする請求項3記載のガスを制御された
方法で連続した流れで送出する方法。 - 【請求項10】 前記ガスの利用供給量をX倍に増や
し、Xは前記圧縮液化ガスのシリンダーの数であること
を特徴とする請求項3記載のガスを制御された方法で連
続した流れで送出する方法。 - 【請求項11】 ガスは、NH3、BCl3、CO2、S
iH2Cl2、HBr、HCl、HF、N2O、C3F8、
SF6、およびWF6からなる群から選択されることを特
徴とする請求項3記載のガスを制御された方法で連続し
た流れで送出する方法。 - 【請求項12】 前記シリンダー圧力の回復時間を低減
することをさらに含むことを特徴とする請求項3記載の
ガスを制御された方法で連続した流れで送出する方法。 - 【請求項13】 前記各シリンダーは、利用するどのス
テムにおいても、同じ電子工業用特殊ガスを含むことを
特徴とする請求項1記載のガスを制御された方法で連続
した流れで送出する方法。
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