KR100299927B1 - 가스의고순도를유지하면서고순도가스를초고압으로가압시키는방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화 상태의 고순도 가스를 일정 용량의 증발 용기를 사용하여 가압시킴으로써 기상의 초고압 가스를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법 및 장치{A METHOD AND AN APPARATUS FOR PRESSURIZING A HIGH PURITY GAS TO ULTRA HIGH PRESSURE WHILE MAINTAINING THE HIGH PURITY OF THE GAS}
실리콘 웨이퍼 상의 박막 금속 필름의 증착과 같은 공정은 고압에서 고순도 가스를 사용할 필요가 있다. 예를 들면, 반도체 분야에서 이용되는 임의의 신규 개발된 물리적 증착 공정은 10,000 psia 초과의 압력에서 고순도 아르곤을 사용할 필요가 있다. 아르곤 중의 각종 플루오로탄소 화합물 또는 탄화수소 화합물과 같은 임의의 상당량의 미립자 오염물 또는 분자 오염물은 실리콘 웨이퍼 표면을 오염시킬 수 있고, 마이크로칩의 생산성을 비경제적인 수준으로 저하시킨다. 따라서, 상기 용도에서 아르곤의 오염은 반드시 피해야만 한다.
고압 아르곤 시스템에서 오염을 회피하는 것은 어렵다. 10,000 psia 초과의압력에서 아르곤을 제공하기 위한 전형적인 수단은 아르곤 가스를 기계적으로 압축시키는 것이다. 가장 신뢰할 만한 기계적 압축기, 즉 보수 기간 사이에 가장 긴 작업 기간을 갖는 압축기는 유압 작동액(hydraulic fluid)으로부터 가압된 아르곤을 분리시키기 위하여 압축 밀폐부(seals)를 구비한 피스톤을 사용한다. 이러한 밀폐부는 마모되고, 누출되어 결과적으로 고순도 아르곤을 오염시키기 쉽다. 유압 작동액으로부터 가압된 아르곤을 분리하기 위하여 진동하는 금속 진동판을 사용하도록 설계된 다른 유형의 압축기도 있다. 그러나, 이러한 압축기의 진동판은 피로에 의해 파괴되기 쉬워 보수를 자주할 필요가 있다. 상기 압축기에서 진동판의 피로 파괴(fatigue failure)에 의해 아르곤은 미립자 및 기타 불순물로 오염되는 결과를 낳게 된다.
고압 아르곤을 공급하기 위한 별도의 방법은 먼저 액상 아르곤을 극저온 액체 펌프를 사용하여 고압으로 압축시키는 두 단계 공정으로 이루어진다. 이어서, 가압된 아르곤을 고정된 고압에서 아르곤으로 열이 전달되는 별도의 용기로 유동시킨다. 열 전달에 의해 아르곤의 온도는 주위 온도 수준으로 상승된다. 이러한 방법에 사용되는 극저온 액체 펌프는 미국 특허 제4,032,337호에 기재된 바와 같이 압력이 10,000 psia 보다 높은 압력의 아르곤을 제조하는데 사용할 수 있다. 그러나, 극저온 액체 펌프는 보수를 자주할 필요가 있으며, 공동(空洞) 현상을 최소화하기 위하여 액체를 냉각 이하(sub-cooling)로 해야하고, 아르곤을 미립자 또는 기타 불순물로 오염시킬 수 있다.
본 발명은 선행 기술의 이러한 단점을 해소하여, 윤활유 및 금속의 오염을 회피하고, 복잡한 기계적 압축을 회피하여, 당업계에서 현재 요구되는 고순도의 초고압 가스를 제조하기 위한 간단하고도 깨끗한 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다. 이러한 방법은 이하에서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 아르곤을 반도체 공정에 공급하기 위한 본 발명의 바람직한 제1 실시 형태의 개략도이다.
도 2는 증발 용기의 바람직한 실시 형태의 단면도이다.
발명의 개요
본 발명은 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하기 a) 내지 d) 단계를 포함한다.
a) 고순도 가스를 액화된 물리적 상태로 제공하는 단계,
b) 액화된 물리적 상태의 고순도 가스를 증발 용기에 도입하는 단계,
c) 액화된 물리적 상태의 고순도 가스로 증발 용기의 적어도 일부가 충전된 후에 상기 용기를 밀폐시키는 단계, 및
d) 증발 용기에 적어도 부분적으로 충전된 액화된 물리적 상태의 고순도 가스와 증발 용기를 가열시켜서 고순도 가스를 증발시키고, 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 단계.
상기 가열 단계 d)는 증발 용기내의 고온 유체를 사용하여 액화된 물리적 상태의 고순도 가스을 간접 열 교환시킴으로써 실시하는 것이 바람직하다.
초고압은 2,000 psia 이상인 것이 바람직하다.
초고압은 8,000 psia 이상인 것이 더욱 바람직하다.
초고압의 범위는 약 10,000 내지 67,000 psia인 것이 가장 바람직하다.
고순도는 가스의 99.9 부피% 이상인 것이 바람직하고, 99.999 부피%인 것이 더욱 바람직하며, 99.9999 부피%인 것이 가장 바람직하다.
고순도 가스는 병렬로 연결된 다수의 증발 용기 중 하나에서 가압되는 것이 바람직한데, 이 때, 액화된 물리적 상태의 고압 가스가 도입되어 증발 용기중 하나를 충전할 때에는, 나머지 다른 증발 용기들은 각각 초고압에서 증발된 고순도 가스를 분배하고 액화된 물리적 상태의 고순도 가스를 가열시킨다.
한 별법으로서, 초고압의 고순도 가스를 저장 실린더에 도입한다.
초고압의 고순도 가스를 가압 제공원으로서 하방의 반도체 공정에 전달하는 것이 바람직하다.
고순도 가스를 반도체 공정으로부터 가스 액화기로, 그 후 증발 용기로 재순환시키는 것이 바람직하다.
고순도 가스는 아르곤, 질소, 산소, 헬륨, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 고순도 가스는 아르곤인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치에 관한 것으며, 상기 장치는 하기 a) 내지 d)를 포함한다.
a) 두 개 이상의 간접 열 교환 통로를 지니며, 상기 통로 중 하나의 간접 열 교환 통로에는 냉각 매체가 통과되고, 또 다른 간접 열 교환 통로에는 액화되는 고순도 가스가 통과되는 것인 고순도 가스를 액화시키기 위한 액화기,
b) 고순도 가스가 액화된 후에 이들을 수용 및 저장하기 위한 액화기에 연결된 저장 용기,
c) 고순도 가스를 수용 및 분배하기 위한 하나 이상의 오리피스(orifice), 고순도 가스를 가열시키기 위하여 용기와 열 교환하는 간접 열 교환기 및 상기 용기에서 고순도 가스의 함량을 감지하기 위한 수단을 구비하는 저장 용기에 연결된 하나 이상의 증발 용기, 및
d) 증발 용기로부터 초고압으로 고순도 가스를 조절 분배하기 위한 수단.
초고압의 고순도 가스를 조절 분배하기 위한 수단이 증발 용기로부터 하방의 반도체 공정 장치에 연결된 밸브가 달린 도관인 것이 바람직하다.
초고압의 고순도 가스를 조절 분배하기 위한 수단이 증발 용기로부터 하방의 하나 이상의 저장 실린더에 이동 가능하게 연결된 밸브가 달린 도관인 것이 바람직하다.
파이프를 제공하여 액화기에 조절 분배하기 위한 수단으로부터 초고압으로 고순도 가스를 재순환시키는 것이 바람직하다.
증발 용기는 병렬로 연결된 3개의 증발 용기를 포함하는 것이 바람직하다.
증발 용기는 용기의 내부에 위치한 간접 열 교환기를 가지는 것이 바람직하다.
증발 용기는 외부의 압력 봉쇄 케이싱(casing), 중간 절연층, 내부의 가스 함유 케이싱 및 간접 열 교환기를 통해 고온 유체가 유동하기 위한 통로를 가진 간접 열 교환기를 구비하는 것이 바람직하고, 이 때, 상기 통로는 열 교환 표면을 증가시키기 위하여 바깥쪽으로 돌출된 핀(fin)을 구비한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 방법 및 장치는 초고압의 고순도 가스를 제조하기 위하여 액화된 가스를 등체적(일정 용량)으로 증발시키는 것에 대하여 공개한다. 액화된 고순도 가스는 증발 용기에 전달된 후에 밀폐된다. 이어서, 그 용기에 열을 전달하여 액화된 가스를 증발시키고, 상기 가스의 온도를 주위 온도로 상승시킨다. 이어서, 초고압의 고순도 가스를 실리콘 웨이퍼 가공 용구, 가스 실린더 또는 기타 수용기로 이송시킨다. 본 발명은 약 66,400 psia 정도도 높은 압력에서 아르곤을 제조할 수 있다.
본 발명은 고순도의 초고압 가스를 제조하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 고압을 생성시키는 수단으로서 밀폐된 용기에서 액화된 가스를 증발시키는 방법을 사용한다. 이렇게 가압된 가스는 10,000 psia 초과의 압력을 필요로하는 실리콘 웨이퍼 가공 용구 및 약 2,500 psia의 압력을 요하는 전자 산업용 고순도 가스 실린더를 비롯한 각종 수용기에 전달할 수 있다.
본 발명이 목적으로 하는 초고압은 2,000 psia 이상, 바람직하게는 8,000 psia 이상, 가장 바람직한 범위는 약 10,000 내지 67,000 psia이다.
본 발명이 목적으로 하는 고순도는 가스 순도가 가스의 99.9 부피%, 바람직하게는 99.999 부피%, 가장 바람직하게는 99.9999 부피%인 것이다.
실리콘 웨이퍼 가공 용구에 대한 전형적인 등체적(일정 용량)의 아르곤 압축 시스템은 도 1에 나타내었다. 본 발명의 이 실시 형태에는 사용된 아르곤을 재순환시키기 위하여 아르곤 회수 시스템을 포함한다. 액체 아르곤(LAR)은 열적으로 절연된 LAR 보온병(dewar) 또는 저장 용기(10)[이하, 저장 용기(10)이라 함]에 저장된다. LAR은 -302.6℉의 비등점에서 거의 대기압에 가까운 조건으로 저장될 수 있다. 하나 이상의 LAR 증발 용기는 저장 용기(10)의 하방에 위치할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는 각각의 증발 용기(12, 14 및 16)가 도 1에서 저장 용기(10)의 아래에 배치되어 있다. 다수의 증발 용기는 순차적인 작업을 허용함으로써 공정 속도를 증가시킨다. 하나의 용기에서 가압된 아르곤이 상기 용구로 유동되면, 다른 두 개의 용기는 저장 용기에서 배출된 LAR으로 충전되기 시작하거나 또는 LAR 충전물을 증발시킨다.
세 개의 증발 용기는 본 실시 형태를 예시하기 위하여 도시한 것이다. 본 발명에서는 임의의 갯수의 증발 용기를 사용할 수 있다.
각각의 증발 용기(12, 14 및 16)는 이들의 상부에 각각 LAR 공급 밸브(V12, V14 및 V16)를 가지고 있다. LAR 공급 밸브를 개방시켜 LAR을 저장 용기(10)로부터 다지관(manifold)(18)을 통해 증발 용기로 하향 유동시킨다. LAR이 주위 온도의 증발 용기와 접촉하게 되면, 초기에 액체 플래쉬 작용(flashing)이 일어난다. 플래쉬 증기는 액체가 하방으로 유동함에 따라 상향의 저장 용기(10)로 되돌아 간다. 플래쉬 증기는 저장 용기(10)의 압력을 증가시키는 경향이 있다. 따라서, 플래쉬 증기는 저장 용기(10) 위에 위치한 아르곤 액화기(20)에서 재액화된다. 예를 들어, 액화기(20)는 냉각 매체로 사용된 액체 질소(LIN)를 지닌 열 교환기(예, 플레이트 및 핀)로 이루어진다. 저장 용기(10)의 헤드 압력(본 실시 형태에서는 14.7 psia임)은 공업용 가스 산업 분야에서 잘 알려진 바와 같이 저장 용기 내부의 전형적인증발기/압력 방출 시스템(도시하지 않음)으로 유지된다. 저장 용기(10) 위에 있는 압력 방출 밸브(24)는 상기 저장 용기가 과도하게 가압되는 것을 방지한다.
각각의 증발 용기(12, 14 또는 16)를 LAR 온도(-302.6℉)로 냉각시킨 후에, LAR을 용기에 충전시키기 시작한다. 증발 용기가 LAR으로 소정 깊이 만큼 충전되면, 밸브(V12, V14 또는 V16)를 각각 닫고, 상기 밸브를 밀봉한다. 이어서, 열을 포획된 LAR에 전달시킨다. 전달된 열은 증발 용기 안의 LAR을 증발시킨다. 추가의 열을 전달시켜, 아르곤의 온도를 주위 온도로 상승시킨다. 이러한 증발 및 가열 공정 중에, 용기내에 고압이 형성된다.
증발 용기 중의 최종 아르곤 압력은 초기 LAR 충전물의 공지된 체적으로부터 예견할 수 있다. 예를 들면, 정상 비점에서 LAR의 밀도는 86.82 LB/ft3으로 알려져 있다. 또한, 정상 비점에서, 밀폐된 용기의 헤드 공간에 있는 차가운 기상의 아르곤 밀도는 0.36 LB/ft3으로 알려져 있다. LAR 충전물이 용기 체적의 83.4%를 차지하게 되면, 차가운 기상의 아르곤은 나머지 용기 체적의 16.6%를 점유하게 된다. 이러한 경우에, 용기 중의 전체 아르곤의 평균 밀도는 0.834(86.82) + 0.166(0.36) = 72.47 LB/ft3이다. 용기의 내부 체적 및 용기에 담긴 아르곤의 질량은 열 전달 공정 중에 불변 상태를 유지한다. 따라서, 용기에 담긴 아르곤이 증발되고 70℉로 가온된 후에는, 포획된 아르곤의 평균 밀도는 72.47 LB/ft3을 유지한다. 이러한 온도 및 밀도 조건하에서, 용기에 담긴 아르곤의 규정 최종 압력은 25,000 psia이다.
초기에 용기에 소량의 LAR을 사용함으로써, 열 전달 공정 이후에 낮은 최종 압력을 얻을 수 있다. 이와는 반대로, 초기에 다량의 LAR을 사용하면, 높은 최종 압력을 얻을 수 있다. 이론적으로 도달할 수 있는 최고의 압력은 용기를 완전히 LAR으로 충전시키고, 충전된 용기에 헤드 공간이 없는 경우에 얻어진다. 이러한 경우에, 용기내에 포획된 아르곤의 평균 밀도는 액체의 평균 밀도인 86.82 LB/ft3과 동일하다. 아르곤이 증발되고 70℉로 가온된 후에, 아르곤은 최종 규정 압력 66,400 psia에 도달한다. 따라서, 초기 압력 14.7 psia의 LAR으로 출발하는 경우에, 약 66,400 psia 정도의 높은 최종 압력이 상기 방법을 사용함으로써 가능해진다.
각각의 증발 용기(12, 14 및 16)는 각각의 압력 감지기(P12, P14 또는 P16)와 자동적으로 작동하는 각각의 압력 방출 밸브(R12, R14 또는 R16)를 가진다. 압력 방출 밸브는 소정의 최종 아르곤 압력에서 개방되도록 설계된다. 예를 들어, 압력 방출 밸브는 2,000 내지 30,000 psia 범위의 소정 압력에서 사용가능한 상태가 된다. 증발 용기 압력이 소정 압력을 초과하는 경우에, 방출 밸브는 개방되고, 아르곤은 방출 밸브를 통해 아르곤 회수 시스템으로 유동된다. 방출 밸브가 개방된 후에는 더 이상 용기 압력이 증가되는 일은 발생하지 않는다.
웨이퍼 가공 용구에 가압된 아르곤이 필요한 경우에, 각각의 밸브(26, 28 또는 30)는 각각 도관(31)으로 개방된다. 이어서, 가압된 아르곤은 정교한 계측 밸브(32)를 통해 반도체 웨이퍼 가공 용구(34)로 유동된다. 정교한 계측 밸브(32)는 아르곤의 유량 및 웨이퍼 가공 용구(34)의 가압 속도를 조절하도록 설계된다.상기 가공 용구(34)가 필요한 압력으로 가압되면, 밸브(26, 28 또는 30)는 각각 폐쇄된다.
상기 용구 주기가 완료되면, 용구 밸브(36)는 개방되고, 웨이퍼 가공 용구(34)는 감압된다. 또한, 각각의 밸브(26, 28 또는 30)는 이 시점에서 다시 개방되어 증발 용기(12, 14 또는 16)를 각각 감압시킨다. 본 발명의 이러한 실시 형태에서, 사용된 아르곤은 라인(40)을 경유하여 저압 실린더(38)로 유동된다. 상기 저압 실린더는 아르곤을 보유하는 저장소 역할을 하며, 아르곤 회수 시스템의 일부에 포함한다. 저압 실린더에서 아르곤 압력은 공정 주기 동안 시간에 따라 변화하지만, 저장 용기(10)의 아르곤 압력(이 실시 형태에서 14.7 psia)보다는 커지며, 웨이퍼 가공 용구(34)에서의 아르곤 압력보다는 작다. 예를 들어, 저압 실린더(38)의 압력은 공정 주기 동안에 약 300 psig가 될 수 있다. 정교한 계측 밸브(42)는 용구 밸브(36)의 하류에 위치한다. 이 밸브(42)는 웨이퍼 가공 용구(34) 및 증발 용기(12, 14 또는 16) 각각의 감압 속도 및 아르곤의 유량을 조절하도록 설계된다. 웨이퍼 가공 용구(34) 및 증발 용기(12, 14 또는 16) 각각의 압력이 300 psig 이하로 떨어지면, 용구 밸브(36)는 닫히고, 밸브(44)를 개방시켜 웨이퍼 가공 용구(34) 및 각각의 증발 용기(12, 14 또는 16)로부터 남아있는 소량의 아르곤을 배기시킨다. 상기 용구 및 용기는 이때 압력이 14.7 psia로 복귀된다.
저압 실린더(38)에 회수된 아르곤은 전방 압력 조절기(46)를 통해 아르곤 액화기(20)로 유동된다. 전방 압력 조절기의 조정치는 아르곤 저장 용기 압력(이 실시 형태에서 14.7 psia)과 동일하다. 배기된 아르곤은 메이크업(make-up) 아르곤공급 라인(48)을 사용하여 시스템 내로 복귀된다. 재순환된 아르곤은 시스템의 고압으로 가압되기 전에 재순환 회로의 저압으로 여과되는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 모든 실시 형태에서, 메이크업 아르곤은 기체 형태로 LAR 액화기에 제공될 수 있거나, 또는 액체 형태로 저장 용기에 제공될 수 있다.
전형적인 증발 용기(12)의 상세를 도 2에 도시하였다. LAR용 유입 오리피스(64)는 증발 용기(12)의 상부에 위치한다. LAR은 저장 용기로부터 증발 용기(12)로 하향 유동한다. LAR은 내부의 가스 함유 케이싱(50)에 담긴다. 상기 내부의 가스 함유 케이싱(50)의 열량(thermal mass)은 LAR의 충전 중에 증발 용기(12)의 초기 냉각 시간을 최소화하기 위하여 최소화한다. 내부의 가스 함유 케이싱(50)은 벽이 두꺼운 외부 압력 봉쇄 케이싱(52)의 안쪽에 위치한다. 후벽(厚壁) 외부 압력 봉쇄 케이싱(52)의 온도는 거의 주위 온도로 유지된다. 이러한 목적을 위하여, 중간 열 절연층(54)이 내부의 가스 함유 케이싱(50)과 외부 압력 봉쇄 케이싱(52) 사이에 위치할 수 있다. 압력 평형 오리피스, 즉 개구(56)는 내부의 가스 함유 케이싱(50) 상부에 위치하여 냉각 용기의 임의의 가압화를 방지한다. 상기 개구는 LAR 액적이 내부의 가스 함유 케이싱(50)으로부터 누수되는 것을 방지하기 위하여 금속 메쉬 또는 다공성 소결화 금속 등의 서리 방지(de-misting) 매체를 포함할 수 있다.
증발 용기(12)에 충전된 LAR의 양은 증발 용기의 중량 변화를 중력하에 측정하거나 또는 더 바람직하게는 내부의 가스 함유 케이싱(50)에서 LAR의 깊이를 측정함으로써 계측할 수 있다. 깊이 측정은 레벨 감지기 또는 더욱 바람직하게는 도 2에 도시한 바와 같이 시차 압력(DP) 게이지(58)를 사용하여 LAR의 액체 높이를 측정함으로써 실시할 수 있다.
전기 저항 가열기를 LAR과 열 접촉하에 사용하여 열을 LAR에 전달하거나, 또는 더욱 바람직하게는 도 2에 도시한 바와 같이 유동하는 기상 질소(GAN) 등의 가온 매체와 열 접촉에 의해 전달할 수 있다. 도 2에는 주위 온도의 GAN 또는 가열된 GAN이 아르곤과 열 접촉할 수 있는 수단을 도시하고 있다. GAN과 아르곤 간의 열 전달은 증발 용기(12)의 간접 열 교환기(60)를 사용하여 향상시킬 수 있다. 열 교환기(60)는 고압용으로 설계된 플레이트 및 핀(fin) 열 교환기, 코일화 열 교환 튜브, 또는 더욱 바람직하게는 도 2에 도시한 바와 같이 이들의 외부 표면에 납땜한 가열 핀(62)을 구비한 통로로 이루어 질 수 있다. GAN으로부터 전달된 열은 LAR을 증발시킨 다음, 아르곤 온도를 주위 수준으로 상승시킨다. 이어서, 가압된 아르곤은 증발 용기(12)의 상부에 있는 오리피스(64)를 통해 증발 용기(12)에서 이송된다.
본 발명의 다른 실시 형태는 아르곤 회수 시스템을 사용하지 않았다(도시하지 않음). 모든 아르곤은 메이크업 아르곤 라인으로부터 저장 용기로 제공되고, 사용된 모든 아르곤은 상기 시스템으로부터 배기된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서는 단일의 증발 용기를 사용하였으나, 도시하지는 않았다. 이 실시 형태는 용구 또는 기타 수용기의 주기 기간이 증발 용기의 주기 기간과 동일하거나 또는 더 길어지는 경우에 사용할 수 있다. 이러한 경우에, 단일 증발 용기는 용구의 필요 조건을 만족시키기에 충분한 속도로 고압 아르곤을제공할 수 있다. 또한, 이 실시 형태는 아르곤 수용기가 반도체 웨이퍼 가공 용구라기 보다는 일련의 고순도 아르곤 실린더로 이루어진 본 발명의 다른 용도를 고려할 수 있다. 실린더는 증발 용기로부터 수용된 고압(예, 2,500 psia) 아르곤으로 충전된다. 충전된 후에, 아르곤 실린더의 밸브는 닫힌다. 이어서, 충전된 아르곤 실린더는 제거되고, 빈 실린더로 대체된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 일정 용량의 증발 및 가열을 사용하여 아르곤 이외의 물질을 고압으로 제조할 수 있다. 본 발명은 일정 용량의 증발 및 가열을 통해 질소, 산소, 헬륨, 수소 또는 기타 비점이 낮은 물질을 고압으로 제조하기 위하여 사용할 수 있다. 이러한 고압 공급 시스템은 예컨대 압력 2,000 내지 6,000 psia로 고순도 가스 실린더를 충전시키는데 사용할 수 있다.
가압된 아르곤을 제조하기 위한 본 발명의 수단은 기계적 압축기 또는 극저온 펌프로 기상 아르곤 또는 액체 아르곤을 압축시키는 것을 포함한다. 이러한 설비는 보수를 자주할 필요성이 있고, 공기압 유체 또는 유압 작동액 및/또는 미립자로 인하여 가스가 오염되며, 소음도가 높다. 압축 또는 펌핑 기계를 완전히 생략함으로써, 본 발명은 설비 보수 및 가스 오염을 감소시키고, 액체 공동 현상 및 소음 문제를 해결하였다. 따라서, 본 발명은 약 66,400 psia 정도로 높은 압력에서 고순도 가스를 공급하는 개선된 장치를 제공한다.
본 발명의 몇 가지 바람직한 실시 형태에 대하여 예시하였으나, 본 발명의 전 범위는 첨부된 청구범위에 의해 명백해 진다.

Claims (21)

  1. a) 고순도 가스를 액화된 물리적 상태로 제공하는 단계,
    b) 액화된 물리적 상태의 고순도 가스를 증발 용기에 도입하는 단계,
    c) 액화된 물리적 상태의 고순도 가스로 증발 용기의 적어도 일부가 충전된 후에 상기 용기를 밀폐시키는 단계, 및
    d) 증발 용기에 적어도 부분적으로 충전된 액화된 물리적 상태의 고순도 가스와 증발 용기를 가열시켜서, 고순도 가스를 증발시키고, 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 단계
    를 포함하는 것이 특징인, 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 단계 d)는 상기 액화된 물리적 상태의 고순도 가스를 상기 증발 용기에서 고온 유체로 간접 열 교환시킴으로써 실시하는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초고압은 2,000 psia 이상인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 초고압은 8,000 psia 이상인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 초고압의 범위는 약 10,000 내지 67,000 psia인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고순도는 상기 가스의 99.9 부피% 이상인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고순도는 상기 가스의 99.999 부피% 이상인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고순도는 상기 가스의 99.9999 부피% 이상인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 고순도 가스는 병렬로 연결된 다수의 증발 용기 중 하나에서 가압되고, 이 때 증발 용기중 하나에 액화된 물리적 상태의 고압 가스가 도입되어 충전되면, 다른 증발 용기들은 각각 초고압에서 증발된 고순도 가스를 분배하고, 상기 액화된 물리적 상태의 고순도 가스를 가열시키는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 초고압의 고순도 가스는 저장 실린더로 도입되는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 초고압의 고순도 가스는 가압 제공원으로서 하방의 반도체 공정에 전달되는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고순도 가스는 상기 반도체 공정으로부터 가스 액화기로, 그 후 증발 용기로 재순환되는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 고순도 가스는 아르곤, 산소, 질소, 헬륨, 수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 고순도 가스는 아르곤인 것인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 방법.
  15. a) 두 개 이상의 간접 열 교환 통로를 지니며, 상기 통로 중 하나의 간접 열 교환 통로에는 냉각 매체가 통과되고, 또 다른 간접 열 교환 통로에는 액화되는 고순도 가스가 통과되는 것인 고순도 가스를 액화시키기 위한 액화기,
    b) 고순도 가스가 액화된 후에 이들을 수용 및 저장하기 위한 액화기에 연결된 저장 용기,
    c) 고순도 가스를 수용 및 분배하기 위한 하나 이상의 오리피스(orifice), 고순도 가스를 가열시키기 위하여 용기와 열 교환하는 간접 열 교환기 및 상기 용기에서 고순도 가스의 함량을 감지하기 위한 수단을 구비하는 저장 용기에 연결된 하나 이상의 증발 용기, 및
    d) 증발 용기로부터 초고압으로 고순도 가스를 조절 분배하기 위한 수단
    을 포함하는 것이 특징인, 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 초고압의 고순도 가스를 조절 분배하기 위한 수단은 증발 용기로부터 하방의 반도체 공정 장치에 연결된 밸브가 달린 도관인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 초고압의 고순도 가스를 조절 분배하기 위한 수단은 증발 용기로부터 하방의 하나 이상의 저장 실린더에 이동 가능하게 연결된 밸브가 달린 도관인 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치.
  18. 제15항에 있어서, 파이프를 제공하여 액화기에 조절 분배하기 위한 수단으로부터 초고압으로 고순도 가스를 재순환시키는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 증발 용기는 병렬로 연결된 3개의 증발 용기를 포함하는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치.
  20. 제15항에 있어서, 상기 증발 용기는 용기의 내부에 위치한 간접 열 교환기를 가지는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치.
  21. 제15항에 있어서, 상기 증발 용기는 외부의 압력 봉쇄 케이싱(casing), 중간 절연층, 내부의 가스 함유 케이싱 및 간접 열 교환기를 통해 고온 유체가 유동하기 위한 통로를 가진 간접 열 교환기를 구비하고, 이 때, 상기 통로는 열 교환 표면을 증가시키기 위하여 바깥쪽으로 돌출된 핀(fin)을 구비하는 것이 특징인 가스의 고순도를 유지하면서 고순도 가스를 초고압으로 가압시키는 장치.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL130541A (en) * 1999-06-17 2002-09-12 Rafael Armament Dev Authority Method and facility for storage and supply of fuel for laser generators
US7282099B2 (en) * 2002-09-24 2007-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Dense phase processing fluids for microelectronic component manufacture
US20080000505A1 (en) * 2002-09-24 2008-01-03 Air Products And Chemicals, Inc. Processing of semiconductor components with dense processing fluids
US20080004194A1 (en) * 2002-09-24 2008-01-03 Air Products And Chemicals, Inc. Processing of semiconductor components with dense processing fluids
US6688115B1 (en) 2003-01-28 2004-02-10 Air Products And Chemicals, Inc. High-pressure delivery system for ultra high purity liquid carbon dioxide
US7065974B2 (en) * 2003-04-01 2006-06-27 Grenfell Conrad Q Method and apparatus for pressurizing a gas
US6966404B2 (en) * 2003-05-19 2005-11-22 Cosco Management, Inc. Folding step stool
US6907740B2 (en) * 2003-07-23 2005-06-21 Advanced Technology Materials, Inc. Gas charging system for fill of gas storage and dispensing vessels
US7069742B2 (en) * 2004-01-19 2006-07-04 Air Products And Chemicals, Inc. High-pressure delivery system for ultra high purity liquid carbon dioxide
US7076969B2 (en) * 2004-01-19 2006-07-18 Air Products And Chemicals, Inc. System for supply and delivery of high purity and ultrahigh purity carbon dioxide
US7076970B2 (en) * 2004-01-19 2006-07-18 Air Products And Chemicals, Inc. System for supply and delivery of carbon dioxide with different purity requirements
FR2872228A1 (fr) * 2004-06-25 2005-12-30 Europ D Electricite Automatism Equipement de recyclage et de pressurisation d'un gaz condensable, notamment du xenon en circuit ferme
US20060000358A1 (en) * 2004-06-29 2006-01-05 Rajat Agrawal Purification and delivery of high-pressure fluids in processing applications
KR101090738B1 (ko) * 2005-08-11 2011-12-08 주식회사 케이씨텍 가스 공급 시스템의 가스 공급 제어장치 및 방법
US20080018649A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Zheng Yuan Methods and apparatuses for utilizing an application on a remote device
US7813627B2 (en) * 2006-09-29 2010-10-12 Praxair Technology, Inc. Low vapor pressure high purity gas delivery system
JP4457138B2 (ja) * 2007-09-28 2010-04-28 株式会社日立製作所 圧縮機およびヒートポンプシステム
CN103328877B (zh) * 2010-11-30 2015-06-24 韩国高等科学技术研究所 用于加压输送低温液化物料的设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1131130A (fr) * 1954-04-22 1957-02-18 Bendix Aviat Corp Appareil pour la distribution à l'état gazeux d'un corps emmagasiné à l'état liquide, applicable notamment à l'oxygène
US3246634A (en) * 1964-08-17 1966-04-19 Norbert J Stevens Direct fired heater for heating liquefied gases
US3426545A (en) * 1966-10-21 1969-02-11 Clayton T Lloyd Generation of gas at high pressures
US3597934A (en) * 1969-09-15 1971-08-10 Andersen Prod H W Method and apparatus for supplying measured quantities of a volatile fluid
US4032337A (en) * 1976-07-27 1977-06-28 Crucible Inc. Method and apparatus for pressurizing hot-isostatic pressure vessels
CA2027550C (en) * 1989-02-16 1995-12-26 Janusz B. Pawliszyn Apparatus and method for delivering supercritical fluid
JPH06509510A (ja) * 1992-04-14 1994-10-27 トヴァリシェストヴォ・エス・オーグラニチェノイ・オトヴェトストーヴェンノスチュ，フィルマ・“メグマ・エイアールエス”（メグマ・エイアールエス・リミテッド） ガス発生方法及びその方法を実施する装置
US5373702A (en) * 1993-07-12 1994-12-20 Minnesota Valley Engineering, Inc. LNG delivery system
JP2959947B2 (ja) * 1994-02-28 1999-10-06 信越石英株式会社 原料ガス供給方法及び装置
DE4417106A1 (de) * 1994-05-16 1995-11-23 Hermeling Werner Dipl Ing Verfahren und Vorrichtung zur Verdichtung von Gasen
US5894742A (en) * 1997-09-16 1999-04-20 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges Claude Methods and systems for delivering an ultra-pure gas to a point of use

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DE69836528D1 (de) 2007-01-11
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US6023933A (en) 2000-02-15
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DE69836528T2 (de) 2007-04-05
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EP0915285B1 (en) 2006-11-29

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