JP4621498B2 - 複式レギュレータ真空送り出し弁組立体 - Google Patents

Description

本発明は、流体を格納しかつ分与する弁組立体に関し、より詳細には、本発明は、容器から加圧ガスの制御されない排出を防ぐ、加圧ガスを格納しかつ分与する複式レギュレータ真空送り出し弁組立体に関する。

大気圧より低い状態で、毒性があり可燃性で腐食性のガスを取り扱うための安全で効率的な方法を提供することは、工業における１つの目標である。特にこれらのガスは、ドーパントガスを含む。一般に、ドーパントガスは、特定のガスの特性に拠る所定の圧力又は特定の圧力での、個々のガスの蒸気圧に等しい圧力で、圧縮ガスシリンダに格納される。ガスは、半導体装置の製造のためのドーパント材料のソースとして作用する。これらのドーパントガスは、イオン注入装置と呼ばれるツールで使用される。イオン注入装置は、数百又は数千人もの人員が、半導体製造プロセスに従事する半導体製造設備の製造領域内に配置される。これらのツールは、非常に高い電圧、一般的には数千キロボルトまでの電圧で動作される。これらの高電圧のために、ドーパントソースガスは、ツール自体に又はツール自体内に配置されなければならない（他のほとんどの半導体ツールは、ソースガスを、人員による製造領域又は主製造領域の外側に配置している）。イオン注入装置のツールの１つの明らかな特徴は、それらが、大気より低い圧力で動作することである。シリンダから製品を送り出すためにツールに存在する真空を使用することは、真空が加えられるまで製品がシリンダパッケージから取り除かれ得ない、より安全なパッケージを作り出す。この真空送り出し概念は加圧ガスからの偶発的暴露を防止する。

現在、ドーパントガスの大気より低い圧力での送り出しに関連する問題を解決するための３種類の別個の方法が存在すると考えられる。第１の方法は、圧縮されたガスシリンダに物理的な吸着材料（ビード状の活性炭素）を充填し、かつ吸着材料にドーパントガスを可逆的に吸着することを含む。この概念は、一般にＳＤＳ（登録商標）技術として知られている。吸着プロセスは、吸着材料／シリンダに真空又は熱を適用することを含む。実際に、イオン注入装置からの真空が、固相吸着材からガスを脱着するために使用される。ＳＤＳ技術についての問題に関連する所定の制限が存在する。それらの制限は以下を含む。
１）吸着材料は有限の充填容量を有し、それによって所定寸法のシリンダ内で利用可能な製品の量を制限する。
２）脱着プロセスは、シリンダパッケージを熱に曝すことによって開始されることができ、それによってシリンダが、多くのシリンダ貯蔵庫位置で一般的である約摂氏２１度（華氏７０度）より高い温度に曝されるとき、シリンダを、大気圧及び大気圧より高い圧力にガスを到達させかつ送り出させる。
３）シリンダから送り出されるガスの純度は、吸着材料上の他の材料／ガスの吸着／脱着のために損なわれることがある。
４）吸着減少は、ガス送り出しシステムにおける粒子汚染を引き起こす可能性がある。

ドーパントガスの大気より低い圧力での送り出しに関連する問題を解決するための第２の方法は、製品を大気圧より低い圧力で制御し／送り出すために、機械的なレギュレータ又は逆止弁の使用を含む。これらのレギュレーティング装置は、大気圧より低い圧力又は真空が装置に加えられるとき送り出すように又は開放するように設定される。レギュレーティング装置は、従来のオン／オフシリンダ弁座機構の上流側に配置される。これらの上流側レギュレーティング装置の正確な位置は、弁本体内、ネック空洞内、シリンダ自体の内部、又は３つの位置全ての組み合わせであることができる。各場合に、レギュレーティング装置は、シリンダ内部から送り出しポートへのガスの流れに対してシリンダ弁座の上流側に配置される。

米国特許第５９３７８９５号は、加圧シリンダ又はタンクからの流体の危険な排出を妨げるための、実質的なフェイルセーフシステムを提供する分与逆止弁および流れ制限構成体の形態のレギュレータを開示する。米国特許第６０４５１１５号は、制御弁又はレギュレータの予想されない故障の場合に、圧縮されたガスシリンダからの毒性があるガスの任意の排出を最小化する、毛管寸法の開口を提供する流れ制限器を開示する。これら両方の開示は、弁を通るガスの流れに関して弁座の上流側に配置される大気より低い圧力の送り出しレギュレーティング装置を提供する。これらの開示は、ほぼ４．１ＭＰａ（６００ｐｓｉｇ）である又は４．１ＭＰａ（６００ｐｓｉｇ）より低くなければならない最大入口圧力（又はシリンダ格納圧力）に関する著しい限定を有するレギュレーティング装置を提供し、かつレギュレーティング装置は、所定の圧力（調節することはできない）に事前設定されることが考えられる。

米国特許第６０８９０２７号及び米国特許第６１０１８１６号は、両方とも所望の圧力を保持する容器を備える流体格納及び分与システムに関する。容器は、容器のポートに関連された圧力レギュレータ、例えば単段または多段レギュレータを有し、所定の圧力に設定される。例えば、弁などの流れ制御手段を含む分与組立体は、レギュレータとガス／蒸気流れ連通した状態で構成され、それによって、弁の開放が容器からのガス／蒸気の分与に作用する。容器内の流体は、その液化圧力を超える圧力で通常の温度状態、例えば周囲（室）温度で、容器内に閉じ込められる液体で構成される。米国特許第６０８９０２７号は、弁制御手段の上流側の多段レギュレータを開示する。

上記特許は、シリンダ内部から送り出しポートへのガスの流れに関して、弁座の上流側のレギュレーティング装置の配置を開示する。しかしながら、調節装置は、弁本体内、ネック空洞内、シリンダ自体の内部、又はこれら３つ位置全ての組み合わせに配置され得る。

ドーパントガスの大気より低い圧力での送り出しに関連する問題を解決するための第３の方法は、製品を大気圧より低い圧力で制御し／送り出すために、機械的なレギュレータ又は逆止弁の下流側に配置されたシングルレギュレータの使用を含む。米国特許第６３１４９８６号は、一次モジュール及び一次モジュール上に搭載された二次モジュールを備える、圧縮されたガスシリンダとともに使用するモジュラーガス制御装置を開示する。この特許は、主シリンダ遮断弁の下流側に配置されたシングルレギュレータの使用を開示する。レギュレータは、弁本体内に配置され、かつ大気圧より低い圧力から大気圧を超える圧力までの任意の所望の出口圧力を送り出すように調節可能である。遮断弁は、レギュレータの上流側に配置されたその内部及び座機構部を有している。シングルレギュレータが開示されている。この方法に関連する所定の潜在的な問題が存在する。例えば、レギュレータが故障したときの潜在的な高い漏洩率及び圧力上昇が発生することがある。また、シングルレギュレータは大きな入口圧力範囲にわたって流れを制御することが困難である。

弁又は導管が故障したときに、毒性があるガスの放出を制限する又は防ぐことが、本発明の目的である。

本発明の他の目的は、ガスシリンダ内により高い圧力の格納を可能にすることである。より高い圧力は、シリンダ内に含まれるより多量の製品を提供し、それによってより高い生産性及び消費者に対するより低いコストを提供する。

他の目的は、付加レギュレータによる空気汚染にシリンダ弁座を曝すことに対するより大きな保護を提供することである。

さらに他の目的は、特定の毛管の制限された流れ能力のために、大気へ加圧ガスを曝すことに対するより大きな保護を加圧ガスシリンダに提供することである。

さらに他の目的は、大気圧より低い圧力から、弁座の上流側に配置されたレギュレータの出口圧力以下の任意の所望の圧力に又はレギュレータの出口圧力に等しく、出口圧力を調整するための任意の制御を有する、レギュレーティング装置を弁座の下流側に提供することである。

本発明は、加圧容器の出口からの加圧流体の排出を制御するための装置に向けられ、該装置が、
ａ）流体排出経路を画定する、加圧タンクの出口と連通するポート本体と、
ｂ）ポート本体内に固定され又はポート本体の上流側に固定され、かつ流体排出経路を通る流体流れを遮断する密封位置と、流体が流体排出経路に沿って流れることを可能にする開放位置との間で移動するように構成された弁要素と、
ｃ）弁要素の上流側の圧力状態から隔離された内部容積を画定する上流側ダイアフラムにして、ダイアフラムの内部容積とポート本体の内部との間の差圧が弁要素を開放位置に移動させるまで、弁要素を密封位置に保持する態様で弁要素に係合され弁要素の移動を制御する上流側ダイアフラムと、
ｄ）弁要素の下流側の圧力状態から隔離された内部容積を画定する下流側ダイアフラムにして、ダイアフラムの内部容積とポート本体の内部との間の差圧が弁要素を開放位置に移動させるまで弁要素を密封位置に保持する態様で弁要素に係合され弁要素の移動を制御する下流側ダイアフラムとを備える。

他の実施例において、本発明は、加圧流体を含みかつシリンダから加圧流体の排出を制御するための、シリンダ及び弁組立体に向けられ、該シリンダ及び弁組立体は、
ａ）シリンダ開口を画定するシリンダと、
ｂ）シリンダ開口に密封係合するように構成されたポート本体と、
ｃ）ポート本体によって画定されかつシリンダの外側に配置された流体入口ポートと、
ｄ）流体入口ポートと流体出口ポートとの間で弁本体によって画定される流体排出経路と、
ｅ）流体排出経路に沿った流体の流れを制御するための手動で動作される遮断弁と、
ｆ）流体排出経路に沿った流体の流れを遮断するスケーリング位置に偏倚された弁要素及び複数の密封されたベローを含む自動弁と、を備え、
少なくとも１つのベローが流体排出経路に沿った弁要素の上流側に配置され、少なくとも１つのベローが流体排出経路に沿った弁要素の下流側に配置され、ベローの内部とベローの外部との間の相対圧力がベローを拡張したときに、密封されたベローが弁要素を開放位置に移動するために弁要素に動作可能に結合される一部分を有し、開放位置は流体排出経路に沿った流体の流れを可能にする。

さらに他の実施例において、本発明は、毒性のある水酸又はハロゲン化合物を含む加圧タンクの出口からの加圧流体の排出を制御するための装置に向けられ、該装置は、
ａ）少なくとも部分的なガス相の状態で加圧流体を保持するコンテナと、
ｂ）コンテナから加圧ガスを放出するための出口ポートと、
ｃ）コンテナから加圧ガスを送り出すための出口ポートによって、少なくとも部分的に画定されるガス流れ経路と、
ｄ）複数の別個のレギュレーティング装置と、を備え、
少なくとも１つのレギュレーティング装置は弁の上流側であり、少なくとも１つのレギュレーティング装置は弁の下流側であり、弁は、コンテナ内に含まれるガスの流れを大気圧状態で１０ｓｃｃｍから２０ｓｃｃｍに制限するガス流れ経路の少なくとも一部に沿った、制限された流れ経路の形態である。

本発明において、容器又はポート本体は弁要素に加えて手動で作動される弁を保持する。制限された流れ経路供えた導管内のパッキンは流体排出経路の一部を画定する。この導管は０．２ｍｍを超えない内径を有する毛管チューブを備える。ダイアフラムはベローを備える。

ハウジングは、ベローを収容するベローチャンバを画定し、ベローチャンバは、弁要素の下流側に配置された流体排出経路の一部と連通し、ベローは、排出経路との連通がベローチャンバ内に十分な圧力状態を生成するとき、弁要素を開放位置に移動する十分な内部圧力で密封される。弁要素はポペット弁を備え、ベローの拡張は、ピンがポペット弁を開放位置に変位させる。１つの密封ベローが、弁要素の上流側に配置され、１つのベローが、弁要素の下流側に配置され、各ベローは、ベローチャンバ内の圧力状態に応答して開放位置に弁要素を移動するように構成される。制限された通路は、流体入口ポートを画定し、かつ流体排出経路の長さに沿って、シリンダ長さに沿ったほぼ中間で流体入口ポートを配置するパッキンを含む毛管チューブである。

本発明のさらなる目的、実施例、利点、及び詳細は、好ましい実施例の以下の詳細な記載で説明される。

本発明は、真空送り出しパッケージシステム内の複数の調整／スイッチング装置（すなわち、レギュレータ）に関する。第１のレギュレーティング装置は、流れ制御要素（すなわち弁座）の上流側に配置される。第１の装置は、低減された圧力でシリンダの内部からガスを送り出す。例えば、シリンダ圧力は、約０ＭＰａ（約０ｐｓｉｇ）から約１２．３ＭＰａ（約１８００ｐｓｉｇ）の範囲であることができ、一方、この第１のレギュレーティング装置からの出口圧力は、約０ＭＰａ（約０ｐｓｉｇ）から約１．４ＭＰａ（約２００ｐｓｉｇ）の範囲、好ましくは約０ＭＰａ（約０ｐｓｉｇ）により近い圧力であることができる。

本発明の主な態様は、弁本体内ではなくシリンダ弁の下流側に配置された第２の調整／スイッチング装置（レギュレータ／逆止弁）を使用することである。この第２のレギュレーティング装置は、大気圧より低い圧力状態で開く（又はガスを送り出す）ように設計され、すなわち、レギュレーティング装置に対する入口は、大気圧又は大気圧より高い圧力にあり、第２のレギュレーティング装置からの出口は、大気圧より低い圧力にある。

第２のレギュレーティング装置は、シリンダ弁（又は弁座）が開かれたときだけ、第２のレギュレーティング装置がシリンダ圧力を受けるように、所定の位置に配置され、それによって、高圧ガスに対するレギュレーティング装置の暴露を制限する。他の利点は、レギュレーティング装置が、従来のシリンダ開口内に嵌るのに十分に小さいことである。さらに他の利点は、シリンダ外部の第２のレギュレータ／スイッチング装置の位置が、レギュレーティング装置が調節可能になる（すなわち、送り出しまたは作動圧力が調節され得る）ことである。特に、１つのレギュレーティング装置がシリンダ弁座の上流側に配置され、一方、第２のレギュレーティング装置がシリンダ弁座の下流側に配置されるレギュレーティング装置のこの現在の配置は、結果として本発明の有利な実施例を生じる。より詳細には、シリンダ弁座の下流側に配置される第２のレギュレーティング装置の位置は、レギュレーティング装置が永続的に取り付けられるシリンダ弁に統合されるか、又はシリンダ弁（または弁座）自体の実際の一部である。

本明細書における複式レギュレータシステムは、好ましくは毛管流れ制限器組立体とともに提供される。この組立体は、好ましくは、１）第１のレギュレーティング装置とシリンダ弁座との間、又は２）第１のレギュレーティング装置の上流側に配置される。特定の適用は、制限器組立体の正確な位置を決定する。制限器組立体は、いずれかの機械装置が故障したときに、シリンダからのガスの流れを制限するように設計される。

図１は、少なくとも１つが遮断弁（又は、シリンダ弁座）の上流側にある、複式レギュレータ／スイッチを使用して、目的の大気圧より低い圧力の送り出しを達成する本発明の好ましい実施例を提供する。この構成は、空気に暴露される弁座（シリンダ弁）を排除し、シリンダ内のガスの寿命にわたる一定の出口圧力（広い圧力範囲）を送り出し、かつ低い事前設定された率で流体の流れを制限する毛管制限器を利用する。

図１に提供されるように、複式レギュレータ真空送り出し弁組立体２は従来の出口ポート本体より大きく、又は通常の弁本体よりわずかに大きい。シリンダ弁座１１は弁本体内でレギュレーティング装置７の下流側に配置されている。毛管組立体９は調節装置７と弁座１１との間に配置されている。

圧縮ガスシリンダ１の流体格納及び分与システム、及び複式レギュレータ装置真空送り出し弁組立体２。圧縮ガスシリンダは、所定の圧力または製品重量まで、所望の流体１３（又は特にドーパントガス）で充填される。シリンダ充填、調整、及び製品処理は、二次充填ポート（図１を参照すると、図示されていないが弁本体の背後に配置されている）を介して行われる。充填ポートは、弁機構部５及び別個の充填ポート６を介して開閉される。消費者使用ポート４は、手動シリンダ弁３を介して開閉される。ガスの流れは、出口ポート４に真空を適用することによって達成され、第２のレギュレータ装置１０におけるベローを拡張し、それによって、その座からポペットを移動させ、ガスが、シリンダ１の内部から、第１のレギュレータ装置７を通り、毛管９を通り、かつ開放弁座１１の周りへ流れることを可能にする。第１のレギュレータ装置７は、シリンダ１３内側の圧力に対して低減された圧力で、第２のレギュレータ装置１０にガス状の製品を送り出すように事前設定される。第２のレギュレータ装置１０は、半導体ツールによって使用するために、出口ポートもより低い圧力のガスの真空送り出しを提供する。８Ａ及び８Ｂは、フリットフィルター装置である。

図２は、毛管組立体及びシリンダ弁座に関するレギュレータ装置の配置の概略図を提供する。一実施例において、毛管流れ制限器９は、レギュレータ７の上流側に配置される。流体は下流に流れ、シリンダ弁１１を通過し、次に下流に流れレギュレータ装置１０を通過する。他の実施例において、上流側レギュレータ装置は、毛管流れ制限器９の上流側に配置され、次に流体は、下流側レギュレータ装置１０の前にシリンダ弁１１を通過する。

レギュレーティング装置及び毛管流れ制限器の動作を含むがそれに制限されない、本明細書に特に議論されていない様々な要素及びそれらの動作は、米国特許第５９３７８９５号、米国特許第６０４５１１５号、及び米国特許第６００７６０９号に見出されることができ、これらの特許は、参照によって本明細書に援用される。

本発明に対する重要な態様は、調整／スイッチング装置の位置であり、すなわち、第１のレギュレータ装置が、シリンダ弁座の上流側であり、第２のレギュレータ装置が、シリンダ弁座の下流側である。レギュレータ又は逆止弁のタイプは、ガスサービス、送り出し圧力、流量などに応じて変わることがある。第２の（真空）レギュレータ／逆止弁は、耐ガスシールを提供する、より好ましくは弁に永続的に取り付けられる、より好ましくは弁本体自体の鋳型内に配置される方法で、弁に取り付けられなければならない。この配置の理由は、レギュレーティング装置を保護し、かつ勝手な変更を防ぐことである。レギュレーティング装置は、真空送り出しだけに制限されるべきではない。２つのレギュレーティング装置は、シリンダの最大格納圧力まで、大気圧より低い圧力、大気圧、及び大気圧を超える圧力を含む任意の圧力で、シリンダ内からガスを送り出すように事前設定されることができる。レギュレーティング装置は、好ましくは、シリンダ弁本体に永続的に取り付けられるが、他の実施例は、耐ガスシールを提供する任意の他の機械的方法で、ねじ込まれる又は固定されることができる取り外し可能な第２のレギュレーティング装置を提供する。そのようなレギュレーティング装置は、低減する流れオリフィスが出口ポートに設置される方法に類似して、出口ポートの本体内に挿入されることができる。第２のレギュレータ／逆止弁は、シリンダの外部に配置されるので、このレギュレーティング装置が調節されることができる準備を行うことができる。調節は、消費者要件に合うように、このレギュレーティング装置の送り出し圧力を変更する。例えば、レギュレーティング装置は、消費者の必要性／適用に応じて、気圧より低い圧力から大気圧又は大気圧を超える圧力までの送り出しを変更するように調節されることができる。上述のように、この適用に関して、２つのレギュレーティング装置の配置は、本特許に関する重要な構成部分である。

本発明における複数の別個のレギュレーティング装置は、容器におけるガスのより高い圧力の格納を容易にする。より高い圧力は、等しい容積に、より多い製品（流体又はガス）を格納する、より大きな機会を与え、それによって、消費者に、より低い所有コストを提供する。複数の別個のレギュレーティング装置は、空気汚染に対するシリンダ弁のより良い保護を提供し、並びにレギュレーティング装置の１つが故障した時に、より安全な設計である。

別の実施例において、修正形は、単一のレギュレーティング装置を含んでもよく、それによってレギュレーティング装置は弁座に配置され、かつレギュレーティング装置及び弁座の両方として作用する。本発明の他の構成は、シリンダ弁座の下流側に配置される、単一の調整／スイッチング装置の使用を含む。このレギュレーティング装置はシリンダ弁本体の一部であることができ、又は上述のように出口ポート内に挿入されるように構成されることができる。このレギュレーティング装置の位置は広い圧力範囲にわたるガス状製品の送り出しのためにレギュレーティング装置の調節を可能にする。

一般に、本発明における真空送り出し弁組立体は、多数のガス状製品に適用可能である。以下の表１は、本発明で想定可能な流体を含むが、これらに限定されない。他の流体、特に他の不活性、可燃性、毒性、又は半導体プロセスガスを含む流体は、本発明でも想定される。

本発明は、また、格納されかつ分与される所定のガス又は流体に関して、特定形状化シリンダの特定の使用を想定する。特に、本発明は、四フッ化ボロンを格納しかつ分与するときに、著しくより短くかつより広いシリンダを提供する。

当業者は、より詳細には請求項に規定されるような範囲又は精神において本発明から逸脱することなく、本明細書に詳細に記載されるプロセスに、多数の変更が行われることができることは認識されるであろう。

本発明の二つのレギュレータ真空送り出し弁組立体を組み込む、シリンダ及びヘッド弁組立体の概略断面図である。 本発明の上流側レギュレータ及び毛管流れ制限器の代わりの位置の概略図である。

Claims (8)

1. 加圧容器の出口からの加圧流体の排出を制御するための装置であって、
   ａ．流体排出経路を画定する、加圧タンクの出口と連通するポート本体と、
   ｂ．前記ポート本体内に固定され又は前記ポート本体の上流側に固定され、かつ前記流体排出経路を通る流体流れを遮断する密封位置と、流体が前記流体排出経路に沿って流れることを可能にする開放位置との間で移動するように構成されたシリンダ弁と、
   ｃ．前記シリンダ弁の上流側に配置された第１のダイアフラムにして、第１の弁要素の上流側の圧力状態から隔離された内部容積を画定する第１のダイアフラムであって、該第１のダイアフラム内に配置された前記第１の弁要素と係合され、該第１のダイアフラムの内部容積と外部容積との間の差圧が前記第１の弁要素を開放位置に移動させるまで前記第１の弁要素を密封位置に保持する態様で前記第１の弁要素の移動を制御する第１のダイアフラムと、
   ｄ．前記シリンダ弁の下流側に配置された第２のダイアフラムにして、第２の弁要素の上流側の圧力状態から隔離された内部容積を画定する第２のダイアフラムであって、該第２のダイアフラム内に配置された前記第２の弁要素と係合され、該第２のダイアフラムの内部容積と前記ポート本体に連通した外部容積との間の差圧が前記第２の弁要素を開放位置に移動させるまで前記第２の弁要素を密封位置に保持する態様で前記第２の弁要素の移動を制御する第２のダイアフラムとを備える装置。
2. 前記ポート本体が前記シリンダ弁に連通している、手動で作動される弁を保持する、請求項１に記載の装置。
3. 制限された流れ経路を有する導管が前記流体排出回路の一部を画定する、請求項１に記載の装置。
4. 前記導管中のパッキンが前記制限された流れ経路を提供している、請求項３に記載の装置。
5. 前記導管が０．２ｍｍを越えない毛管である、請求項３に記載の装置。
6. 前記ダイアフラムがベローである、請求項１に記載の装置。
7. ハウジングが前記上流のダイアフラムのベローを格納するベローチャンバを画定し、該ベローチャンバが前記第１の又は第２の弁要素の下流側の流体排出経路の一部と連通しており、前記ベローが内部圧力によって密封されていて、前記流体排出経路との連通が前記ベローチャンバ内に真空状態を生成する時、前記第１の又は第２の弁要素を開放位置に動かしている、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１及び第２の弁要素がポペット弁であり、ベローの膨張がピンを介して前記ポペット弁を開放位置に変位させる、請求項７に記載の装置。

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