JP2009527716A - 蒸気を送達するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

蒸気を提供するためのシステムおよび方法を記述する。一変形例において、液体は格納容器内に入れられ、該格納容器内の圧力は気圧より低く減圧される。該容器内の該圧力は監視され、該液体は、所望レベルを下回る感知された圧力に応じて加熱される。必要に応じて、該蒸気は、該液体格納容器から外部システムへ送達される。上記方法は、外部システムへ蒸気を送達する方法であって、格納容器内に液体を入れることであって、前記液体は、蒸気を形成するために前記格納容器内で蒸発する、ことと、前記格納容器内の圧力を気圧より低く減圧することと、前記格納容器内の前記圧力を圧力感知器で感知することと、所望レベルを下回る前記感知された圧力に応じて、前記液体を加熱することと、前記外部システムへ前記蒸気を送達することと、を含む。

Description

本発明は、化学蒸気送達システムに関する。制限されないが、具体的には、本発明は、蒸発した液体の制御された蒸気を送達するシステムおよび方法に関する。

多くの工程環境において、蒸気（例えば、水蒸気）は、種々の工程に関連して発生および活用される。製造工程（例えば、半導体製造工程）から生じる望ましくない物質を軽減するという状況で、例えば、環境上の指針および／または規制に従って、廃棄するために望ましくない副産物をより安全な化合物に変換させる蒸気送達システムを施行する試みがなされている。

具体例として、水蒸気は、望ましくないペルフルオロガスを二酸化炭素などの比較的無害な構成要素に変換させるためのプラズマ処理装置に関連して活用されている。かかる反応のための水蒸気は、約１００℃以上の水蒸気を提供するための、比較的標準的な圧力条件下で機能する従来の水蒸気送達システムによって提供されてもよい。これらの従来の水蒸気送達システムの使用にはいくつかの不利な点がある。例えば、一般的に、これらのシステムは相当量のエネルギを必要とし、したがって大規模に水を蒸発させる費用がかかる。

蒸気を発生させる別のアプローチは、液体の蒸発に必要な熱を伝達させるための熱板蒸発器を、蒸発チャンバに備えることを含む。しかし、これらの蒸発器は、操作費用が高く、一般的に、望ましくない流出物の効果的な軽減に必要とされる蒸気量を送達することができない。

代替的な水蒸気送達システムは、蒸気またはガス質量流量制御器（ＭＦＣ）と組み合わせて要求に応じて蒸気を提供するのに十分高温な温度に大量の水を加熱するために、水蒸発チャンバを使用して、蒸気供給ラインにおいて、蒸発チャンバからプラズマ反応器への流出を可能にする蒸気量を測定する。このタイプのシステムは上述したシステムの一部の不利な点を克服するが、やはり継続的に高温（例えば、９０℃から１４０℃）でシステム全体（比較的大量の脱イオン（ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ：ＤＩ）水を含む）を維持することが必要であるため、熱費用は跳ね上がり、かかるシステムに関わる労働者に対する安全性の懸念がもたらされる。

さらに別のアプローチにおいて、低温蒸気は低大気圧で発生する。このアプローチにより、蒸気を低温で発生させることができるが、液体（例えば、水）は凍結する傾向があるため蒸気の発生を抑制する。この問題を解決するための一アプローチは、流体の凝固点に接近した時に、液体の温度を監視することおよび液体の温度を上昇させることを含む。

問題としては、液体の表面で温度を測定することは、液体が蒸発するために難しく、また、表面下の液体の温度を測定することは、液体が凍結しやすい表面の温度の正確および／または適時な測定を提供できない場合がある。表面化測定を確実に行うために、液体は活発に攪拌されてもよいが、液体の攪拌はエネルギを必要とし、維持が必要な機械機器を伴い、不成功になりやすい傾向がある。

結果として、現在の装置は機能的であるが十分に正確あるいは満足のできるものではない。したがって、現在の技術の不足に対応し、他の新しい革新的な機能を提供するシステムおよび方法が必要とされる。

図面に示した本発明の例示的な実施形態を下記に開示する。これらのおよび他の実施形態を、発明を実施するための最良の形態の項目で詳述する。しかし、本発明は、この課題を解決するための手段または発明を実施するための最良の形態において記述された形態に制限されるものではないことを理解されたい。当業者は、特許請求の範囲において示したような本発明の精神および範囲内にある多くの変更、均等物および代替構成があることを認識されたい。

一例示的な実施形態において、本発明は、蒸気を外部システムへ送達するための方法として特徴付けられてもよい。本実施形態における該方法は、格納容器内に液体を入れることと、該格納容器内の圧力を気圧より低く減圧することとを含む。さらに、該格納容器内の圧力は測定され、該液体は、所望レベルを下回る感知された圧力に応じて加熱される。必要に応じて、該格納容器からの蒸気は、該外部システムへ送達される。

別の実施形態において、本発明は、蒸気送達システムとして特徴付けられてもよい。本実施形態において、チャンバは、液体および該液体からの蒸気を含有するように適合される。また、該チャンバは、該チャンバ内の圧力が気圧より低く減圧されるように、該チャンバを減圧器と連結させるように構成されたポートも含む。さらに、該チャンバは、該蒸気を該チャンバから排出できるように、該チャンバに対して配置された蒸気排出部を含む。圧力感知器は、該チャンバ内の該圧力を測定するため、および該圧力を示す信号を提供するために該チャンバ内に配置される。加熱器は、該チャンバに連結され、該液体に熱を加えることができるように配置され、制御回路は、該圧力感知器および該加熱器に連結される。本実施形態の該制御回路は、該チャンバの該圧力の低下を示す該信号に応じて、該加熱器によって該液体に加えられる熱量を増加させるように構成される。

別の実施形態において、本発明は、工程環境から望ましくない構成要素を軽減する方法として特徴付けられてもよい。本実施形態における該方法は、チャンバ内に液体を入れることを含み、該望ましくない構成要素と組み合わせることができる蒸気を形成するために蒸発する。該チャンバ内の該圧力は気圧より低く減圧され、圧力感知器は、該チャンバ内の該圧力を感知するために活用される。該感知された圧力に応じて、該液体に加えられる熱量は、該気圧より低い該チャンバ内の圧力を維持しながら、該チャンバ内の該蒸気の望ましい量を維持できるように、該感知された圧力に応じて調節される。要求された場合、該蒸気は、より少ない望ましくない構成要素を提供するように該蒸気が１つ以上の該望ましくない構成要素と組み合わされる軽減チャンバ（例えば、プラズマ軽減チャンバ）に送達される。

前述したように、上記の実施形態および実施は、例示的な目的のみのためである。本発明の多くの他の実施形態、実施および詳細は、下記の説明および特許請求の範囲から当業者により容易に認識される。

本発明の種々の目的および利点ならびにより詳細な理解は、添付の図面を考慮して、上記の発明を実施するための最良の形態および添付の特許請求の範囲を参照することにより明らかになり、より容易に理解される。

いくつかの実施形態によると、本発明は、比較的低エネルギで蒸気を確実に発生させる低圧力（例えば、大気圧より低い圧力）の蒸気送達システムに関する。多くの実施形態において、例えば、蒸気は、不確か、不正確および／または費用のかかる温度制御された蒸気発生方式なく、低圧力で発生する。

ここで図面を参照すると、同様または類似の素子は、いくつかの図にわたって同一の参照番号を用いて指定され、図１は、例示的な実施形態による蒸気送達システム１００を示すブロック図である。図のように、この実施形態におけるシステムは、液体１０４（例えば、液体の水）と、液体から生じる蒸気１０６（例えば、水蒸気）とを含有するように構成された格納容器１０２を含む。格納容器１０２と連結されて示されているものは、減圧器１０８、圧力制御器１１０、加熱器１１２、液体投入ライン１１４、液体レベル感知器１１６および蒸気排出部１１８である。図のように、圧力感知器１２２は、格納容器１０２の蒸気１０６内に配設され、加熱器１１２とも連結される圧力制御器１１０と連結される。また、図に示したものは、圧力制御器１１０、レベル感知器１１６、投入ライン１１４の投入弁１２２および減圧器１０８のための減圧弁１２４に結合される制御器１２１である。

例示的な実施形態における格納容器１０２は、蒸気１０６を生じさせるために液体１０４を蒸発させながら、大気圧より低い圧力下で液体１０４および蒸気１０６を保持することができるチャンバである。いくつかの実施形態において、液体１０４の構成物は、工業工程の望ましくない流出物との反応に対する親和性を有する構成要素を含む蒸気を発生させるように選択される。一実施形態において、例えば、液体１０４は水であり、生じる水蒸気は、半導体製造工程から望ましくない構成要素（例えば、ペルフルオロガス）を軽減させるために有益である。

例示的な実施形態における減圧器１０８は、製造工程（図示せず）に関連して活用される減圧器からの減圧ラインであり、減圧弁１２４は、本明細書でさらに記述するように、格納容器１０２に低圧力を提供できるように開閉するように構成される。

この実施形態における圧力制御器１１０は、格納容器１０２内の蒸気圧力を示す圧力信号を圧力感知器１２０から受信するように構成される。圧力信号に応じて、圧力制御器１１０は、加熱器１１２の動作を制御する制御信号を加熱器１１２へ送信する。一部の実施形態において、圧力感知器１２０は、ひずみゲージ圧力感知器によって実現化され、他の実施形態において、容量性の圧力感知器が活用される。しかし、さらに他の実施形態において、他の種々の圧力感知器が活用されてもよい。多くの実施形態において、圧力制御器１４０は、比例積分微分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ， ｉｎｔｅｇｒａｌ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ：ＰＩＤ）制御器であるが、これは必須ではなく、他のタイプの制御方式が検討され、十分に本発明の範囲内である。

有利に、圧力感知器１２０は、温度フィードバックシステムで格納容器内の環境の制御を試みるシステムよりも、流体送達システム１００がより高速および／または正確に反応することを可能にする。一般的な温度制御されたシステムにおいて、例えば、表面は液体が固体（例えば、氷）になりやすい場所であるため、液体の表面で液体の温度を監視することが望ましい。しかし、液体の表面は、液体が蒸発するにつれて低下し、液体がさらに導入されるにつれて上昇するため、表面温度の測定を難しくさせる。結果として、一部の温度制御されたシステムは、温度感知器を液体の表面より低く沈水させる。しかし、このアプローチは、液体の表面温度の正確な見解を一貫して提供せず、また、液体の温度の均一化を試みるために攪拌を採用することができるが、攪拌にはエネルギが必要であり、システム内に機械的側面を導入するため、適切に維持されていても不成功になる傾向がある。

例示的な実施形態における加熱器１１２は、加熱器１１２が液体１０４に熱を伝達できるように、液体１０４に熱的に連結される。多くの実施形態における加熱器１１２は、外部の電気加熱器ブランケットによって実現化されるが、しかしこれは必須ではなく、他の実施形態において、加熱器は、容器１０２内部の液体１０４内に設置される潜水可能な加熱器によって実現化される。本明細書でさらに記述するように、液体１０４が蒸発する比率と蒸気１０６の圧力は、加熱器１１２によって液体１０４に加えられるエネルギ量に比例する。

図１に示すように、液体レベル感知器１１６は、格納容器１０２内に配設され、所望レベルを下回る液体レベルに応じて、液体レベル信号を制御器１２１に提供するように配置される。一実施形態において、液体レベル感知器１１６は、リードスイッチに磁気的に連結される液体１０４中の浮揚物によって実現化される。一変形例において、例えば、２つの設定の浮揚物が活用され、一方の浮揚物は最大液体量を感知するように設定され、もう一方は最小液体量を感知するように設定される。本開示の利益を享受する当業者は、また、他のレベル感知器が活用されてもよいことを理解されたい。

図のように、この実施形態における制御器１２１は、レベル感知器１１６から液体レベル信号（例えば、低レベル信号または高レベル信号）を受信し、投入弁１２２にレベル制御信号を提供するように構成される。さらに、この実施形態における制御器１２１は、ユーザからの入力（例えば、コマンドおよび設定点情報）を受信し、ステータス情報をまたユーザのもとへ提供するように構成される。さらに、この実施形態における制御器１２１は、制御器１２１が情報（例えば、設定点情報）を圧力制御器１１０へ伝達できるように、圧力制御器１１０に連結される。

一部の実施形態における制御器１２１は、ハードウェアによって実現化され、他の実施形態においては、ハードウェアとファームウェア（例えば、不揮発性メモリに保存された命令を実行するプロセッサ）との組み合わせによって実現化される。制御器１２１および圧力制御器１１０は、単に例示的な実施形態の機能的な構成要素を記述する目的のために別々の素子として示され、また、一部の実施形態において、制御器１２１および圧力制御器１１０によって実行される機能は、単一制御器によって実行されることを認識すべきである。

図のように、排出弁１２６は、ユーザが、蒸気排出ライン１１８を介してチャンバから所望の場所へ蒸気を送達できるようにする。一部の実施において、例えば、排出弁１２６は、蒸気が望ましくない構成要素と混合され、プラズマチャンバ内で処理される軽減システムに蒸気排出ライン１１８を連結する。

図のように、例示的な実施形態における格納容器１０２は、液体１０４と蒸気排出部１１８との間に配設され、新たな液体（例えば、同伴空気を含有する液体）が格納容器１０２の低圧力環境において脱ガスされる間に、蒸気排出ライン１１８に飛散し得る任意の液体の量を減少させるように配置されたバッフル１２８を含む。一部の変形例において、凝縮を防ぐために、蒸気排出部１１８は図示されないが（例えば、抵抗素子によって）加熱される。

次に図２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による蒸気を送達する方法を示すフローチャートが示される。図２を参照しながら、図１への参照がなされるが、図２を参照して本明細書において記述された方法は、図１を参照して前述した特定の実施形態に制限されないことを認識すべきである。

図のように、液体は、初めに格納容器（ブロック２０２、２０４）内に入れられ、容器内の圧力は、低大気圧（ブロック２０６）まで減圧される。いくつかの実施形態において、例えば、容器内の圧力は、３５から１５０トルの圧力まで減圧され、特定の一実施形態において、圧力は約５０トルまで減圧される。

図２に示すように、液体が容器を占めると、容器内の蒸気圧力は、圧力感知器（例えば、圧力感知器１２０）（ブロック２０８）で感知される。多くの実施形態において、圧力は、蒸気の状態、したがって、液体の表面の状態に関するほぼ瞬時の情報を提供するために継続的に測定される。具体的には、液体の物理的状態は、容器内の測定された蒸気圧力に基づいて容易に判断可能である。結果として、多くの実施形態において、圧力制御器（例えば、圧力制御器１２１）の設定点は、液体の状態が最適レベルの蒸発を与えることができるように確立される。

図２に示すように、蒸気の圧力が所望レベルを下回った場合、液体は、蒸気圧力を所望範囲内の動作圧力（ブロック２１０）に戻すために加熱される。このようにして、液体は、比較的少ないエネルギで液体の蒸発を促す低大気圧の範囲下で維持される。

要求された場合、蒸気は、格納容器から外部システム（例えば、軽減システム）（ブロック２１２）に送達され、液体の蒸発により容器内の蒸気が補充される。有利に、圧力感知器（例えば、圧力感知器１２０）の活用によって、監視された蒸気圧力における変化を早急に感知することが可能となるため、ユーザがパルス様の方法で格納容器から蒸気を除去している場合に、圧力制御器は、蒸気圧力の急激な低下に反応するように加熱器へ信号を即座に送信できる。

結論として、本発明は、特に、蒸気を送達するためのシステム、装置および方法を提供する。いくつかの変形例において、蒸気は低圧力環境において発生し、蒸気の圧力は、圧力制御システムで測定および維持される。このようにして、蒸気は、必要に応じて早急、効果的および確実に送達される。本明細書において記述された実施形態によって実現されたものと実質的に同様の結果を実現するために、本発明、その使用およびその構成において多くの変形および置換を行うことができることを当業者は容易に理解できる。したがって、本発明は、開示された例示的な形態に制限されることを意図するものではない。多くの変形、変更および代替構成は、特許請求の範囲において示されるような開示された本発明の範囲および精神に含まれる。

図１は、本発明の例示的な実施形態による蒸気送達システムを示すブロック図である。 図２は、いくつかの実施形態による蒸気を送達する方法を示すフローチャートである。

Claims (17)

1. 外部システムへ蒸気を送達する方法であって、
   格納容器内に液体を入れることであって、前記液体は、蒸気を形成するために前記格納容器内で蒸発する、ことと、
   前記格納容器内の圧力を気圧より低く減圧することと、
   前記格納容器内の前記圧力を圧力感知器で感知することと、
   所望レベルを下回る前記感知された圧力に応じて、前記液体を加熱することと、
   前記外部システムへ前記蒸気を送達することと
   を含む、方法。
2. 前記減圧することは、前記格納容器内の前記圧力を、２０トルから１５０トルの圧力まで減圧することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記格納容器内部の前記圧力を、実質的に定圧に維持することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記液体は、液体の水である、請求項１に記載の方法。
5. 前記感知された圧力を示す信号を制御器に送信し、前記液体に加えられる熱量を増加させるために、制御信号を前記制御器から加熱器に送信することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記格納容器内の前記圧力と前記所望圧力との差に比例する、制御信号を前記加熱器に送信することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 機械的手段により実質的に攪拌されていない状態で、前記液体を維持することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 少なくとも１つの障壁を用いて、飛散した液体の少なくとも一部が前記格納容器の蒸気排出管に流入することを防ぐことを含む、請求項１に記載の方法。
9. 蒸気送達システムであって、
   液体および前記液体からの蒸気を含有するように適合されたチャンバであって、前記チャンバは、前記チャンバ内の圧力が気圧より低く減圧されるように、前記チャンバを減圧器と連結させるように構成されたポートを含む、チャンバと、
   前記蒸気を前記チャンバから排出できるように、前記チャンバに対して配置された蒸気排出部と、
   前記チャンバ内の前記圧力を測定するために、前記チャンバ内にあり、前記液体の外側に配置された圧力感知器であって、前記感知器は、前記チャンバ内の前記圧力を示す信号を提供するように構成される、圧力感知器と、
   前記チャンバに連結され、前記液体に熱を加えることができるように配置された加熱器と、
   前記圧力感知器および前記加熱器に連結された制御回路であって、前記制御回路は、前記チャンバの前記圧力の低下を示す前記信号に応じて、前記加熱器によって前記液体に加えられる熱量を増加させるように構成される、制御回路と
   を含む、システム。
10. 前記制御回路は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御回路である、請求項９に記載のシステム。
11. 前記液体は液体の水であり、前記蒸気は水蒸気である、請求項９に記載のシステム。
12. 前記チャンバは、前記蒸気排出部に流入する前記液体の量を減少させることができるように構成および配置されたバッフルを含む、請求項９に記載のシステム。
13. 工程環境から望ましくない構成要素を軽減する方法であって、
    格納容器内に液体を入れることであって、前記液体の蒸気は、前記望ましくない構成要素と組み合わすことができる、ことと、
    前記格納容器内の圧力を気圧より低く減圧することと、
    前記チャンバ内の前記圧力を圧力感知器で感知することと、
    前記気圧より低い前記チャンバ内の圧力を維持しながら、前記チャンバ内の前記蒸気の望ましい量を維持できるように、前記感知された圧力に応じて前記液体に加えられる熱量を調節することと、
    前記望ましくない構成要素を減少させるために、前記蒸気を活用する軽減システムへ前記蒸気を送達することと
    を含む、方法。
14. 前記工程環境は、半導体製造工程環境である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記液体は液体の水である、請求項１３に記載の方法。
16. 前記液体に加えられる熱量を調節することは、ＰＩＤ制御器で熱量を調節することを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記減圧することは、前記工程環境内における半導体製造に関連しても活用される減圧器で、前記チャンバ内の前記圧力を減圧することを含む、請求項１３に記載の方法。

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