KR101101084B1 - 교차 퍼지 밸브와 컨테이너의 조립체 - Google Patents

교차 퍼지 밸브와 컨테이너의 조립체 Download PDF

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찰스 마이클 버쳐
토마스 앤드류 스테이들
존 에릭 베이커
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 교차 퍼지 성능(cross purge capability)을 갖는 석영 버블러 컨테이너에 관한 것이다. 이러한 교차 퍼지에 의해, 불활성 가스를 간편하게 유동시킴으로써 사용자가 밸브 입구 및 출구로부터 공기 및 화학물질을 용이하게 퍼지시킬 수 있게 되고, 더욱 복잡한 진공 퍼지 장치가 불필요해진다. 버블러 컨테이너 입구 및 출구 커넥터 상에 2개의 소형 풋프린트(footprint) 3-방향(3-way) 밸브가 장착된 설계가 혼입되어 있다. 각 밸브의 3번째 포트는, 교차퍼지 라인을 구비한 밸브 사이에서 함께 파이핑되어 있다. 상기 밸브들은 내마모성이고 누수 방지(leak-free)되며 불순물이 여과되지 않고 석영 파열 시일(break seal)(앰풀의 입구 및 출구 상의)에 구멍을 형성시키는 임의적인 파열시일 파쇄기를 수용할 수 있다. 다양한 구성 물질로 된, 액체 배출(liquid-out) 컨테이너가 또한 고찰된다.

Description

교차 퍼지 밸브와 컨테이너의 조립체 {CROSS PURGE VALVE AND CONTAINER ASSEMBLY}
본 발명은 컨테이너의 비-분배 모드 동안에 밸브의 개선된 흐름조절(valving) 및 퍼지 세정이 이루어지는, 고순도 공정 화학물질에 대한 컨테이너에 관한 것이다.
반도체 제작 산업에서는 표준 온도 및 압력, 예컨대 주위 조건 하에서의 저장 및 분배에서 고체, 액체 및 기체 상의 일련의 화학물질이 사용된다. 이러한 화학물질은, 이들의 화학적 구조와 이들이 순수한 형태인지 또는 용매 중에 포함되는지에 기초한 광범위하게 가변하는 증기압 및 점도를 지닐 수 있다.
화학물질은 전형적으로, 이들 화학물질을 다양한 크기 및 용량의 컨테이너로부터, 반도체 소자, 예컨대 집적 회로, 기억 소자 및 광전압 장치를 제작하는데 화학물질이 사용되는 반응 챔버로 분배함으로써 반도체 제작 산업에 이용된다.
화학물질 컨테이너의 크기와는 무관하게, 몇몇의 시점에서 반도체 제작장치는, 다른 서비스 요건을 위해 화학물질이 고갈되거나 화학물질 컨테이너를 분리하는 화학물질 컨테이너를 교체할 필요가 있을 것이다.
반도체 제작에서 화학물질 컨테이너의 분리 또는 교체는 의미없는 작업이 아니다. 이러한 화학물질은 전형적으로 매우 높은 순도를 요하며, 화학물질 컨테이너의 상기한 분리 또는 교체 중에 화학물질 순도에 영향을 미칠 수 있는 공기 또는 조절되지 않은 외부 조건에 자주 노출될 수 없다.
또한, 이러한 화학물질은 빈번하게 수분 및/또는 공기 중의 산소에 대해 유해하게 반응할 수 있다. 상기 반응은 컨테이너 또는 전달 관을 막을 수 있거나 부식 또는 오염, 또는 이둘 모두를 일으킬 수 있는 오염성의 부산물 불순물을 초래할 수 있다.
반도체 제작 산업에서는, 상기 확인된 요건을 충족시키면서, 소형이고, 구성이 간단하며 컨테이너가 제공된 반응기 근방에서 소형의 풋프린트를 갖는, 컨테이너 및 전달 장비가 계속적으로 요구되고 있다. 본 발명은 상기한 오랫동안 지속되어 온 요건들을 충족하며, 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은 고순도 공정 화학물질을 저장하고 분배하기 위한 컨테이너와 밸브-교차퍼지의 조립체로서,
(A) 고순도 공정 화합물질을 분배하고, 고순도 공정 화합물질의 분배를 보조하기 위한 캐리어 가스를 도입시키는 입구 및 출구를 구비한, 고순도 공정 화학물질을 담기 위한 컨테이너; 및
(B) (i) 제 1 밸브, (ii) 제 2 밸브, 및 (iii) 컨테이너와는 독립적으로 상기 2개의 밸브 사이에서의 유체 흐름 연결을 제공하는, 제 1 밸브와 제 2 밸브 사이의 교차퍼지 연결부를 포함하고,
상기 밸브 중 하나는 컨테이너의 입구에 연결되고 나머지 하나의 밸브는 컨테이너의 출구에 연결되며,
상기 각각의 밸브는,
(a) 컨테이너에 대한 제 1 오리피스,
(b) 조립체 외측에서의 유체 흐름 연결용 도관에 대한 제 2 오리피스,
(c) 밸브에서 제 2 오리피스로부터 제 1 거리만큼 축방향으로 정위된, 교차퍼지 연결부에 대한 제 3 오리피스,
(d) 밸브 하우징, 및
(e) 밸브 하우징 내에서, (1) 컨테이너 개방 위치 및 (2) 교차퍼지 개방-컨테이너 폐쇄 위치 중 하나로 이동시킬 수 있는 밸브 스템으로서, 이 밸브 스템이,
(I) 컨테이너에 대해 제 1 오리피스를 폐쇄시키기 위하여, 제 1 밸브 시트(seat)에 대해 시일링하도록 형성된 제 1 밸브 시일링 표면,
(II) 제 1 오리피스에 대해 제 2 오리피스를 폐쇄시키기 위하여, 밸브 하우징의 내부 벽에 대해 시일링하도록 형성된, 주 밸브 스템 단면에 비해 확장된 단면의 제 2 밸브 시일링 표면, 및
(III) 제 2 밸브 시일링 표면과 함께, 교차퍼지 연결부의 제 3 오리피스와 제 2 오리피스 사이에 흐름 통로를 형성하도록 밸브 하우징의 내부 벽에 대해 시일링되도록 구성된, 주 밸브 스템 단면에 비해 확장된 단면을 갖는 제 3 밸브 시일링 표면의, 3개의 밸브 시일링 표면을 가지며,
밸브 스템 상의 제 3 밸브 시일링 표면으로부터 제 2 밸브 시일링 표면의 축방향 간격이, (III)에 인용된 상기 흐름 통로를 형성하기 위해 적어도 (c)에 인용된 상기 제 1 거리 이상의 큰 밸브 스템을 구비하는 밸브-교차퍼지 부속품(fitting)을 포함하는, 컨테이너와 밸브-교차퍼지의 조립체에 관한 것이다.
대안적 구체예에서, 밸브 스템은 제 1 시일링 표면을 제외한 단 2개의 시일링 표면을 지닌다.
본 발명은 컨테이너의 비-분배 모드 동안에 밸브의 개선된 흐름조절 및 퍼지 세정이 이루어지는, 고순도의 공정 화학물질에 대한 컨테이너에 관한 것이다.
이러한 유형의 컨테이너는 반도체 제작 산업; 광전압 산업; 및 높은 청결도의 장치 및 높은 순도의 공정 화학물질, 및 정확한 제어가 중요시되는 기타 산업에서 빈번하게 사용된다.
반도체 제작 산업에서, 이들 컨테이너는 전형적으로 유리, 특히 석영 또는 금속, 예컨대 스테인레스 스틸로 구성된다. 스틸 컨테이너는 전형적으로, 입자를 제거하고, 세정이 용이하고 공정 화학물질의 바람직하지 않은 표면 흡수에 대해 저항성이 있는 평활한 표면을 형성시키도록 전자 연마되거나 표면 처리된다.
반도체 제작 산업에서의 고순도 공정 화학물질은, 전형적으로 바람직하게는 십억분율(parts per billion)(ppb) 수준 이하의 금속 불순물 사양(specification)을 가지며, 바람직하게는 유기물과 같은 다른 오염물을 당해 산업에 사용된 분석 장비의 검출 한계 이하에서 함유한다.
고순도 공정 화학물질에는 포스포러스 옥시클로라이드(POCl3), 테트라에틸 오르쏘실리케이트, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리메틸포스파이트, 트리메틸보레이트, 트리에틸보레이트, 1,2-비스(메틸실릴)에탄, 디에틸실란, 테트라메톡시게르만, 테트라메틸시클로테트라실록산, 테트라키스-디에틸아미도 하프늄, 테트라키스-디메틸아미노 실란, 테트라키스(디에틸아미노)티타늄, 테트라키스(디메 틸아미노)티타늄, 티타늄 테트라클로라이드, 디메틸알루미늄 히드라이드, 디메틸알루미늄 히드라이드, ㆍDMEA, 디메틸알루미늄 히드라이드, ㆍTMA, 디메틸에틸아민 알란, 안정화된 디메틸에틸아민 알란, 플루오로트리에톡시실란, 1,2-비스(메틸디플루오로실릴)에탄, 1,2-비스(트리플루오로실릴)에탄, 폴리(아릴렌 에테르)중합체, 탄탈륨 펜타에톡사이드, 티타늄 이소프로폭사이드, 탄탈륨 테트라에톡사이드 디메틸아미노에톡사이드, 바륨 스트론튬 티타네이트, 터부틸이미도트리스(디에틸아미도)탄탈륨, 트랜스 1,2-디클로로에틸렌, 1,1,1-트리클로로에탄, 메틸렌 클로라이드, 트리플루오로아세트산 무수물, 트리에틸아르세네이트, 보론 트리브로마이드, 안티몬 트리옥사이드, 포스포러스 트리브로마이드, 포스포러스 트리클로라이드, 레드 포스포러스, 아르세닉, 안티몬 트리옥사이드, 테트라키스(디메틸아미노)티타늄, 테트라키스(디에틸아미노)티타늄, 테트라키스(에틸메틸아미노)티타늄, 테트라키스(디메틸아미노)지르코늄, 테트라키스(디에틸아미노)지르코늄, 테트라키스(에틸메틸아미노)지르코늄, 테트라키스(디메틸아미노)하프늄, 테트라키스(디에틸아미노)하프늄, 테트라키스(에틸메틸아미노)하프늄, 3차-부틸이미노 트리스(디에틸아미노)탄탈륨, 3차-부틸이미노 트리스(디메틸아미노)탄탈륨, 3차-부틸이미노 트리스(에틸메틸아미노)탄탈륨, 에틸이미노 트리스(디에틸아미노)탄탈륨, 에틸이미노 트리스(디메틸아미노)탄탈륨, 에틸이미노 트리스(에틸메틸아미노)탄탈륨, 3차-아밀이미노 트리스(디메틸아미노)탄탈륨, 3차-아밀이미노 트리스(디에틸아미노)탄탈륨, 펜타키스(디메틸아미노)탄탈륨, 3차-아밀이미노 트리스(에틸메틸아미노)탄탈륨, 비스(3차-부틸이미노)비스(디메틸아미노)텅스텐, 비스(3차-부틸이미노)비스(디에틸아미노)텅 스텐, 비스(3차-부틸이미노)비스(에틸메틸아미노)텅스텐, 트리스(3차-펜톡시)실란올, 2,5-노르보르나디엔, 및 비사이클-2,2,1-헵타-2,5-디엔이 포함될 수 있다.
상기 나열된 고순도 공정 화합물질 및 기타 고순도 공정 화합물질의 일부 또는 전부가, 이러한 고순도 공정 화학물질로 충전된 컨테이너를 설치, 분리, 교체 또는 대체할 수 있도록 반도체 제작 산업에서 사용된다는 점이 중요하며, 이 점은 고순도 공정 화학물질이 수분 및 산소에 민감하고 극도로 높은 순도 수준 및/또는 불순물 비함유 조건을 요구하는 경우에 기술적인 도전(technical challenge)을 형성한다. 상기 컨테이너의 분리에서, 이러한 분리 동안 밸브 또는 도관 내에 남아있는 임의의 고순도의 공정 화학물질은 바람직하지 못한 대기와 잠재적으로 접촉하고, 오염물질을 형성하고, 고상 부산물을 발생시키거나, 마모성의 및/또는 유해한 부산물을 형성할 수 있다.
본 발명의 이점은, 밸브-교차 퍼지 부속품의 구성이, 분배 기능 및 교차퍼지 기능으로 작동되도록 치밀한 설계로 간단하게 밸브설치되어 캐리어 가스 또는 푸쉬 가스(push gas)에 의해, 고순도 공정 화학물질에 노출된 내부 밸브 표면으로부터 고순도 공정 화학물질이 제거될 수 있고, 상기한 내부 밸브 표면이 외부 대기로 노출될 수 있는 밸브 또는 컨테이너의 분리 전에 잔류하는 상기 화학물질을 퍼지시킬 수 있다는 것이다. 재연결 후에 밸브 내부로부터 상기한 대기의 유사한 퍼지 과정이, 상기한 대기가 재연결시에 포획될 수 있는 밸브 내부를 통해 고순도의 공정 화학물질을 유동시키기 전에 가능하다.
본 발명을 여러 장의 도면을 참고로 특정 구체예로 설명할 것이다.
도 1a 및 1b에는, 석영 컨테이너(10) 및 밸브-교차퍼지 부속품(3)을 포함하는 컨테이너와 밸브-교차퍼지의 조립체(1)가 도시되어 있다. 상기 조립체가, 본 발명의 설명에 대해서는 중요하지 않은 다른 일반적인 특징들, 예컨대 레벨 센서, 상류 및 하류 파이핑에 대한 연결부, 중량 저울 및 전자 센서를 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 도 1a에서, 밸브-교차퍼지 부속품(3)은 직선의 연결부를 지니며, 밸브 출구는 서로 등을 마주하고 있고; 이와 반면에 도 1b에서는 밸브-교차퍼지 부속품(3)이 U 형상의 연결부를 지니고 밸브 출구는 동일한 방향을 향하고 있고, 이에 의해 조작자의 접속(hook-up) 및 분리가 용이해진다.
도 2에는, 컨테이너(10)에, 밸브(7) 및 밸브(11)를 포함하는 밸브-교차퍼지 부속품(3)이 장착된, 도 1의 컨테이너와 밸브-교차퍼지 조립체의 단면이 도시되어 있다. 밸브(7)는 컨테이너(10)에 연결된 제 1 오리피스(27)를 구비하는데, 이에 의해 컨테이너(10)의 바닥(25)에 근접하여 종료되는 딥튜브(23)에 연결된 컨테이너 입구(19)를 통해 밸브(7)와 컨테이너(10) 내부 사이에서의 유체 흐름이 연결되게 된다. 이로써, 이와 같은 구성에서, 가압된 캐리어 또는 푸쉬 가스의 공급원에 연결될 수 있는 밸브(7)의 제 2 오리피스(5)로 유입되는 캐리어 가스 또는 푸쉬 가스가, 딥튜브(23)의 단부 밖에서 바람직하게는 액상의 고순도 공정 화학물질은 버블링될 수 있고, 컨테이너 출구(21)를 통해 분배되도록 가스 내로 동반시킬 수 있다. 밸브(7)는 또한 이의 밸브 하우징(17) 내에 제 3의 오리피스(13a)를 구비하는데, 이 오리피스는 2개의 밸브(7, 11) 사이에서의 교차퍼지 연결부(13c)의 일부를 형성한다.
밸브(11)는 하우징(15), 컨테이너 출구에 연결된 제 1 오리피스(29), 전형적으로 반도체 소자의 제작에서 고순도 공정 화학물질을 소모하는 하류 반응기, 예컨대 집적회로 또는 솔라셀 구조로 연결된 제 2 오리피스(9), 및 이의 밸브 하우징(15) 내에서 2개의 밸브(7, 11) 사이에서의 교차퍼지 연결부(13c)의 일부를 형성하는 제 3 오리피스(13b)를 포함하는 유사한 거울상 특징들을 지닌다.
도 3a 및 3b는 분리되고 단면으로 표시된 밸브(11)를 도시하고 있으나, 이는 구조적으로 밸브(11)가, 컨테이너(10) 및 외부 파이핑 공급원(도시되지 않음)으로의 연결부를 제외하고 밸브(7)의 거울상이라는 점이 주지되어야 한다. 밸브 몸체(15) 및 밸브 스템(31)을 구비한 밸브(11)가 도시되어 있다. 밸브(11)는 컨테이너 출구(21)와 연결될 수 있는 제 1 오리피스(29), 조립체 외부에서의 유체 흐름 연결을 위한 도관, 예컨대 고순도 공정 화학물질의 소모를 위한 반응기에 연결될 수 있는 제 2 오리피스(9), 및 도 2에 도시된, 교차퍼지 연결부(13c)와 연결될 수 있는 제 3 오리피스(13b)를 구비한다. 제 2 오리피스(9)는, 밸브 하우징 내에서 서로로부터 교차되거나 나란히 놓여지지 않도록, 제 3 오리피스(13b)와 밸브 하우징을 따라 "제 1 거리"만큼 축방향으로 이격되어 있다. 밸브 스템(31)은 밸브 하우징(15)의 제 1 밸브 시트(35)에 대해 시일링되도록 구성된 제 1 밸브 시일링 표면(33)을 가지며, 제 2 오리피스(9)에 대한 밸브를 통해 컨테이너 출구(21)로부터 유체 흐름을 시일링하거나 폐쇄시킬 수 있다.
밸브 스템(31)은 도 3a 위치에서 제 1 오리피스(29)에 대해 제 2 오리피스(9)를 폐쇄시키기 위해 그리고 도 3b 위치에서 제 3 오리피스(13b)에 대해 제 2 오리피스(9)를 폐쇄시키기 위해 밸브 하우징(15)의 내부 벽(38)에 대해 시일링되도록 크기결정되고 구성된, 주 밸브 스템 단면(31)에 비해 확장된 단면의 제 2 밸브 시일링 표면(37)을 갖는다.
밸브 스템(31)은 나사산형성된 구획(43)에 근접한 시일(39) 위로 밸브를 시일링시키기 위해 밸브 하우징(15)의 내부 벽(38)에 대해 시일링되도록 크기결정되고 구성된, 주 밸브 스템 단면(31)에 비해 확장된 단면의 제 3 밸브 시일링 표면(39)을 갖는다.
제 3 밸브 시일링 표면(39)으로부터 제 2 밸브 시일링 표면(37)의 축방향 간격은, 적어도 상기 기술된 제 2 오리피스(9) 및 제 3 오리피스(13b)의 축방향 공간의 "제 1 거리"와 동일하다. 따라서, 제 2 오리피스(9)의 개구(6)와 제 3 오리피스(13b)의 개구(14)의 축 중심은 바람직하게는, 밸브 스템(31) 상의 제 2 밸브 시일링 표면(37) 및 제 3 밸브 시일링 표면(39)의 가장자리로부터의 서로 가장 근접한 거리와 동일한, 밸브 하우징(15)의 축방향 길이를 따른 간격을 갖는데, 이로써 교차퍼지 연결부(13c)의 제 3 오리피스(13b)와 제 2 오리피스(9) 사이에서 유체 흐름 통로(40)가 형성된다. 여러 위치의 밸빙 표면 및 밸브 시일링 표면에서 밸브의 작용이 지속적으로 가능하여, 도 3a에 도시된 것과 같은 제 1 거리 초과 또는 그 미만의 축방향 간격이 예상될 수 있는 다른 축방향 간격이 고찰된다.
이러한 유체 흐름 통로(40)는, 캐리어 또는 푸쉬 가스를, 제 1 밸브(7)의 제 2 오리피스(5)로부터, 각각 각 밸브 및 교차퍼지 연결부(13c)의 제 3 오리피스(13a, 13b)를 통해, 컨테이너와 교차퍼지 조립체의 분리 또는 교체 전에 양 밸브 로부터의 임의의 고순도 공정 화학물질의 플러싱을 촉진시키고, 동일하게 재연결 및 고순도 공정 화학물질의 분배가 개시된 후 고순도 공정 화학물질을 유동시키기 전에 주위 대기를 제거하도록, 밸브(11)를 통해 유동시킬 수 있다. 제 2 밸브 시일링 표면(37)은 바람직하게는, 제 1 밸브 시일링 표면(33)이 제 1 밸브 시트(35)와 접촉하는 경우에, 제 2 시일링 표면(37)에 의해 개구(6)가 유체 흐름 통로(40)에 의해 개구(14)와 유체 소통될 수 있도록, 축방향으로 치수화되어 있다. 제 2 밸브 시일링 표면(37)이, 완전히 깨끗한 개구(6)에 대해 적절한 축방향 치수, 또는 도 3a의 위치에 있는 경우에, 개구(6, 14)의 적절한 유체 소통을 허용하는 치수 초과 또는 그 미만의 임의의 치수를 가질 수 있음이 예상된다. 밸브 스템(31)의 나사산형성된(threaded) 부분(43)의 이동은, 바람직하게는, 제 2 밸브 시일링 표면(37)이, 밸브 하우징(15)의 치수와 관련하여 제 2 밸브 시일링 표면(37)의 주어진 축방향 길이에 대해 도 3b에 도시된 위치로부터 도 3a에 도시된 위치로 축방향으로 이동할 수 있게 하는데 충분하다.
도 4는 제 1 오리피스(29), 반응기로의 유체 흐름을 위한 파이프 또는 도관과의 시일링가능한 연결을 위한 압축 너트(8)를 갖는 제 2 오리피스(9) 및 교차퍼지 연결부(13c)와의 시일링가능한 연결을 위한 압축 너트(16)를 갖는 제 3 오리피스(13b)를 구비한 밸브 하우징(15); 및 밸브 하우징(15)에 대한 밸브 스템(31)의 축방향 이동이 가능하도록 밸브 하우징(15) 내에서 유사하게 나사산형성된 구획을 결합시키는 나사산형성된 구획(43), 제 1 밸브 시일링 표면(33), 주 밸브 스템 단면(31)에 비해 명확하게 확장된 단면을 보여주는 제 2 밸브 시일링 표면(37), 및 주 밸브 스템 단면(31)에 비해 명확하게 확장된 단면을 보여주는 제 3 밸브 시일링 표면(39)을 구비한 밸브 스템(31)을 보여주는 밸브(11)(밸브(7)은 밸브(11)와 거울상 위치에 있음)의 파단도이다. 또한, 제 2 밸브 시일링 표면(37) 및 제 3 밸브 시일링 표면(39)은, 밸브 하우징(15)과 협력하여 유체 흐름 통로(40)를 형성하는 밸브 스템(31) 영역(53)을 형성한다. 영역(53)은 밸브 스템(31)과 동일하거나 유사한 단면 치수로 되어 있을 수 있거나, 영역(53)은 더 큰 전체 유체 흐름 통로(40)를 형성하도록 밸브 스템(31)보다 더 작은 단면 치수로 되어 있을 수 있다.
당업자라면, 의도된 기능에 대해 적합한 치수로 된 유체 흐름 통로(40)를 형성시키기 위해, 영역(53)이 제 2 밸브 시일링 표면(37) 및 제 3 밸브 시일링 표면(39)보다 작은 단면 치수를 갖는 한, 영역(53)이 밸브 스템(31)보다 큰 단면 치수로 되어 있음을 예측할 수 있다.
밸브 스템(31)은 스플릿 워셔(split washer)(49) 및 압축 너트(47)에 의해 밸브 하우징(15)의 공동 내에 시일링가능하게 위치한다. 밸브 스템(31)은 손잡이(45)에 의해 이의 축상에서 회전하며, 상기 손잡이(45)는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 밸브 스템(31)내의 개구(51)를 통과하여 그 내부에서 중심에 위치한다.
밸브(7 또는 11)의 밸브 스템(31)에는 파열시일 천공용 송곳(41)이 설치될 수 있고, 밸브 스템이, 이의 입구 및/또는 출구에서 파열시일을 갖는 컨테이너(10)를 향해 먼저 축방향으로 낮아지면 상기 송곳(41)은 입구 및/또는 출구를 임시로 덮고 있는 파열가능한 시일을 파열시켜서, 컨테이너 내에 저장된 고순도 공정 화학물질을 밸브(7, 11)의 기계작동(mechanics)을 통해 분배할 수 있다. 파열시일은 전형적으로, 충전된 컨테이너의 입구 및/또는 출구를 가로질러 공장 설치된(factory installed) 파열가능한 유리 또는 석영 막이며, 이는 사용자에, 밸브가 컨테이너와 밸브-교차 퍼지 조립체의 분배, 퍼지 및 폐쇄된 상태로부터 주기적으로 전환될 필요가 있는 경우, 실제 사용 전에 안전도 및 순도에 대한 추가 수단(extra measure)을 제공한다.
개구(51)는, 밸브 하우징(15)에서 유사 부분을 결합시키는 나사산형성된 구획(43), 영역(53) 및 시일링 표면(33, 37, 39)을 분리상태로 도시하는, 밸브 스템(31)의 평면도를 나타내는 도 5에 도시되어 있다.
도 6은 밸브 하우징(15)에서의 유사 부분을 결합시키는 나사산형성된 구획(43), 영역(53)을 분리상태로 도시하며 단 하나의 시일링 표면(37)(이 구체예에 대해서는 하부 밸브 시일링 표면) 및 시일링 표면 (39)(이 구체예에 대해서는 상부 시일링 표면)을 구비하는 대안적인 구체예의 밸브 스템(31)의 평면도를 나타낸다. 시일링 표면(33)은 이 대안적인 구체예에 대해서는 사용되지 않고, 용기의 시일링은 시일링 표면(37)에 의지한다.
이전에서 설명된 바와 같이, 밸브-교차퍼지 부속품이 특히 밸브(11)를 참고로 설명되었지만, 밸브(11)에 대해 단지 거울상으로 정렬된 밸브(7)가 유사한 특징을 가짐이 자명하므로, 유사하거나 동일한 방식으로 작용하는 그러한 특징들에 대해서는 개별적으로 설명할 필요가 없다.
컨테이너와 밸브-교차퍼지 조립체는, 밸브(7)가 캐리어가스를 딥튜브(23)를 통해 컨테이너(10) 내로 도입시켜 액체 고순도 공정 화학물질을 버블링시키고 화학 물질을 가스 내로 동반시킨 다음 증기 분배를 위해 밸브(11)를 통해 배출시키는, 액체 고순도 공정 화학물질의 저장 및 분배에 관해 설명되고 예시되어 있지만, 컨테이너와 밸브-교차퍼지 조립체는, 밸브(7) 밖으로 액체 분배를 위해 액체 화학물질을 딥튜브(23) 위로 밀어올리도록 밸브(11)를 통해 컨테이너(10) 내의 액체 고순도 공정 화학물질 위의 공간부분(headspace) 내로 도입된 푸쉬 공기를 사용하도록 조작될 수 있음도 고려된다. 이것은 단지, 밸브(7, 11)의 제 2 오리피스들의 이들 사이에서의 연결을 전환시킴으로써 실시된다.
캐리어 또는 푸쉬 가스는 전형적으로, 고순도 공정 화학물질을 컨테이너로부터 제거하기에 충분히 높은 압력을 갖는, 질소, 헬륨, 아르곤, 또는 이들의 혼합물과 같은 불활성 가스이다. 수소와 같은 반응성 가스가 또한 고찰된다.
일 구체예에서, 본 발명은 버블러 컨테이너의 입구 및 출구 스템(서로 거울상 위치에 있음) 상에 동일한 3-방향 밸브가 장착되어 있는 1.5L 석영 버블러 컨테이너로 구성된다. 각각의 3-방향 밸브는, 교차퍼지 커넥터 파이프를 통해 반대 밸브의 교차퍼지 오리피스로 파이핑되는 교차퍼지 오리피스를 갖는다.
양 밸브가 완전히 폐쇄된 위치에 놓이는 경우, 교차퍼지 커넥터는 버블러 컨테이너와 밸브-교차퍼지 조립체의 입구 및 출구를 구성하는 밸브의 제 2 오리피스들과 소통된다. 이에 의해, 불활성 가스의 흐름 통로가 조립체의 입구 또는 버블러 컨테이너 입구에 부착된 밸브의 제 2 오리피스로부터 교차퍼지 커넥터를 가로질러 이동하여, 조립체의 출구 또는 버블러 컨테이너 출구에 부착된 밸브의 제 2 오리피스를 빠져 나올 수 있다.
입구 밸브 손잡이가 개방 위치(반시계 방향)로 회전되면 밸브 스템의 이동은 먼저 교차-퍼지 연결부로 연결되는 제 3 오리피스를 완전하게 폐쇄시킬 것이고, 상기 입구 밸브 손잡이가 개방 위치로 추가로 이동하면, 통로가 밸브를 가로질러 버블러 컨테이너 입구로부터 딥튜브까지 완전히 개방될 것이다. 마찬가지로, 버블러 컨테이너의 출구에 연결된 밸브 손잡이가 개방 위치(반시계 방향)로 회전되면, 밸브 스템의 이동에 의해 먼저 교차-퍼지 연결부로 연결되는 제 3 오리피스가 완전히 폐쇄될 것이고, 이후 충분히 개방되도록 상기 밸브 손잡이가 후속하여 추가로 이동하면, 버블러 컨테이너 출구로부터의 통로가 개방되어, 버블러 컨테이너 상부공간(증기 공간)과 출구의 완전한 소통이 제공될 것이다.
완전히 폐쇄된 위치에서 완전히 개방된 위치로의 밸브 스템의 이동 중의 어느 시점에서도, 3개의 모든 밸브 오리피스는 동시적인 유체 흐름 소통을 제공하지 않을 것이다. 상기한 3개의 모든 오리피스의 바람직하지 않은 동시적인 유체 흐름 소통은, 액체 화학물질이 딥튜브를 입구 또는 교차-퍼지 연결부 내로 밀어올릴 수 있는, 밸브를 통한 하나 이상의 이동 경로를 허용할 것이다. 밸브 스템 또는 교차-퍼지 연결부 내의 액체는 제거하기가 어려울 것이며, 버블러 컨테이너 분리 동안 화학물질의 위험한 방출을 야기할 수 있다. 선행 기술의 컨테이너와 밸브 조립체에서의 고유한 이러한 문제는 상기 기술된 본 발명에 의해 해소되었다.
본 발명의 조립체 성분은 교대로 하기 표 1에 기재된 모넬(Monel)TM, 인콜로이(Incoloy)TM, 하스텔로이(Hastelloy)TM 금속 합금으로부터 제작될 수 있다.
Figure 112009051297096-pat00001
Figure 112009051297096-pat00002
또한, 표 1에 기재되지 않은 하스텔로이 합금은, 하기 조성을 갖는 하스텔로이 B3이다: Ni-65%; Mo-28.5%; Cr-1.5%; Fe-1.5%; Co-3%; W-3%; Mn-3%; Al-0.5%; Ti-0.2%; Si-0.1%; 및 C-0.01% (중량%).
본 발명의 조립체는 또한 전체로 또는 다양한 성분으로, 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에테르-에테르 케톤, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알콕시 수지의 공중합체를 포함하는 중합체/플라스틱의 시일링 표면으로 제작될 수 있다.
다른 가능한 구성 물질에는 스테인레스 스틸, 황동, 니켈, 구리, 유리, 석영 및 이들의 조합물이 포함된다.
도 1a 및 1b는, 각각 서로 반대 방향을 향하거나 동일 방향을 향하는, 밸브 출구와의 직선 배열 또는 U 형상의 배열로 된 밸브 교차퍼지 부속품을 구비한 고순도 화학물질 컨테이너를 나타내는 본 발명의 구체예의 사시도이다.
도 2는 도 1의 컨테이너 및 부속품의 단면도이다.
도 3a 및 3b는 (A) 교차퍼지 위치 및 (B) 생성물 분배 위치에 있는 밸브-교차퍼지 부속품의 밸브 중 하나의 단면도이다.
도 4는 밸브 교차퍼지 부속품의 밸브를 구성하는 부분의 파단도이다.
도 5는 밸브-교차퍼지 부속품의 밸브의 밸브 스템의 분리된 평면도이다.
도 6은 단 2개의 시일링 표면을 구비한 밸브-교차퍼지 부속품의 밸브의 밸브 스템에 대한 대안적인 분리된 평면도이다.

Claims (12)

  1. 고순도 공정 화학물질을 저장하고 분배하기 위한 컨테이너와 밸브-교차퍼지(valve-crosspurge)의 조립체(1)로서,
    (A) 고순도 공정 화합물질을 분배하고, 고순도 공정 화합물질의 분배를 보조하기 위한 캐리어 가스를 도입시키는 입구 및 출구를 구비한, 고순도 공정 화학물질을 담기 위한 컨테이너(10); 및
    (B) (i) 제 1 밸브, (ii) 제 2 밸브, 및 (iii) 컨테이너와는 독립적으로 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브 사이에서의 유체 흐름 연결을 제공하는, 제 1 밸브와 제 2 밸브 사이의 교차퍼지 연결부(13c)를 포함하고,
    상기 밸브 중 하나는 컨테이너의 입구에 연결되고 나머지 하나의 밸브는 컨테이너의 출구에 연결되며,
    상기 각각의 밸브는,
    (a) 컨테이너(10)에 대한 제 1 오리피스(29),
    (b) 조립체 외측에서의 유체 흐름 연결용 도관에 대한 제 2 오리피스(9),
    (c) 밸브에서 제 2 오리피스로부터 제 1 거리만큼 축방향으로 정위된, 교차퍼지 연결부에 대한 제 3 오리피스(13b),
    (d) 밸브 하우징(15), 및
    (e) 밸브 하우징(15) 내에서, (1) 컨테이너 개방 위치 및 (2) 교차퍼지 개방-컨테이너 폐쇄 위치 중 하나로 이동시킬 수 있는 밸브 스템(31)으로서, 이 밸브 스템이,
    (I) 컨테이너(10)에 대해 제 1 오리피스(29)를 폐쇄시키기 위하여, 제 1 밸브 시트(35)에 대해 시일링하도록 형성된 제 1 밸브 시일링 표면(33),
    (II) 제 1 오리피스(29)에 대해 제 2 오리피스(9)를 폐쇄시키기 위하여, 밸브 하우징(15)의 내부 벽(38)에 대해 시일링하도록 형성된, 주 밸브 스템 단면에 비해 확장된 단면의 제 2 밸브 시일링 표면(37), 및
    (III) 제 2 밸브 시일링 표면(37)과 함께, 교차퍼지 연결부의 제 3 오리피스(13b)와 제 2 오리피스 사이(9)에 흐름 통로(40)를 형성하도록 밸브 하우징(15)의 내부 벽(38)에 대해 시일링되도록 구성된, 주 밸브 스템 단면에 비해 확장된 단면을 갖는 제 3 밸브 시일링 표면(39)의, 3개의 밸브 시일링 표면을 가지며,
    밸브 스템 상의 제 3 밸브 시일링 표면(39)으로부터 제 2 밸브 시일링 표면(37)의 축방향 간격이, (III)에 인용된 상기 흐름 통로(40)를 형성하기 위해 적어도 (c)에 인용된 상기 제 1 거리 이상의 큰 밸브 스템(31)을 구비하는 밸브-교차퍼지 부속품(fitting; 3)을 포함하고,
    제 1 밸브가 제 1 밸브의 제 1 오리피스에 있는 컨테이너 입구에 연결되고, 제 1 밸브의 제 2 오리피스가 캐리어 가스 또는 푸쉬 가스의 공급원에 연결되는, 컨테이너와 밸브-교차퍼지의 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 밸브 스템이 제 1 오리피스에 근접한 밸브 스템의 말단 상에 파열시일 플런저(breakseal plunger)를 갖는 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 밸브 스템이, 밸브 하우징 내에서, 밸브 하우징 내의 밸브 스템의 회전 시에 (1) 컨테이너 개방 위치 및 (2) 교차퍼지 개방-컨테이너 폐쇄 위치로 축방향으로 이동하도록 밸브 하우징을 나사결합하는(threadably engage) 조립 체.
  4. 제 1항에 있어서, 밸브 하우징의 구성 물질이 스테인레스 스틸, 플라스틱, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알콕시 수지의 공중합체, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에테르-에테르 케톤 또는 폴리이미드, 모넬(Monel)TM 금속 합금, 하스텔로이(Hastelloy)TM 금속 합금, 인콜로이(Incoloy)TM 금속 합금, 황동, 니켈, 구리, 유리, 석영 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 밸브 스템의 구성 물질이 스테인레스 스틸, 플라스틱, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알콕시 수지의 공중합체, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에테르-에테르 케톤 또는 폴리이미드, 모넬TM 금속 합금, 하스텔로이TM 금속 합금, 인콜로이TM 금속 합금, 황동, 니켈, 구리, 유리, 석영 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 컨테이너의 구성 물질이 스테인레스 스틸, 플라스틱, 폴리테트라플루오로에틸렌, 모넬TM 금속 합금, 하스텔로이TM 금속 합금, 인콜로이TM 금속 합금, 황동, 니켈, 구리, 유리, 석영 및 이들의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 컨테이너 입구가 컨테이너 내로 돌출되며 컨테이너 바닥에 근접하여 종료되는 딥튜브(diptube)를 구비하는 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 컨테이너 내 고순도 공정 화학물질의 수준(level)을 나타낼 수 있는 수준 감지 메커니즘(level sense mechanism)을 구비하는 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 제 2 오리피스 개구 및 제 3 오리피스 개구의 축 중심이, 밸브 하우징의 축방향 길이를 따라, 밸브 스템 상의 제 2 밸브 시일링 표면 및 제 3 밸브 시일링 표면의 가장자리로부터의 서로 가장 근접한 거리와 동일한 간격(spacing)을 지니는 조립체.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서, 제 2 밸브가 제 2 밸브의 제 1 오리피스에 있는 컨테이너 출구에 연결되고, 제 2 밸브의 제 2 오리피스는 고순도 화학물질을 소모할 수 있는 반응기에 연결되는 조립체.
  12. 고순도 공정 화학물질을 저장하고 분배하기 위한 컨테이너와 밸브-교차퍼지의 조립체로서,
    (A) 고순도 공정 화합물질을 분배하고, 고순도 공정 화합물질의 분배를 보조하기 위한 캐리어 가스를 도입시키는 입구 및 출구를 구비한, 고순도 공정 화학물질을 담기 위한 컨테이너; 및
    (B) (i) 제 1 밸브, (ii) 제 2 밸브, 및 (iii) 컨테이너와는 독립적으로 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브 사이에서의 유체 흐름 연결을 제공하는, 제 1 밸브와 제 2 밸브 사이의 교차퍼지 연결부를 포함하고,
    상기 밸브 중 하나는 컨테이너의 입구에 연결되고 나머지 하나의 밸브는 컨테이너의 출구에 연결되며,
    상기 각각의 밸브는,
    (a) 컨테이너에 대한 제 1 오리피스,
    (b) 조립체 외측에서의 유체 흐름 연결용 도관에 대한 제 2 오리피스,
    (c) 밸브에서 제 2 오리피스로부터 제 1 거리만큼 축방향으로 정위된, 교차퍼지 연결부에 대한 제 3 오리피스,
    (d) 밸브 하우징, 및
    (e) 밸브 하우징 내에서, (1) 컨테이너 개방 위치 및 (2) 교차퍼지 개방-컨테이너 폐쇄 위치 중 하나로 이동시킬 수 있는 밸브 스템으로서, 이 밸브 스템이,
    (I) 제 1 오리피스에 대해 제 2 오리피스를 폐쇄시키기 위하여, 밸브 하우징의 내부 벽에 대해 시일링하도록 형성된, 주 밸브 스템 단면에 비해 확장된 단면으로 된 하부 밸브 시일링 표면, 및
    (II) 하부 밸브 시일링 표면과 함께, 교차퍼지 연결부의 제 3 오리피스와 제 2 오리피스 사이에 유체 통로를 형성하도록 밸브 하우징의 내부 벽에 대해 시일링하도록 형성된, 주 밸브 스템 단면에 비해 확장된 단면을 갖는 상부 밸브 시일링 표면의, 2개의 밸브 시일링 표면을 가지며,
    밸브 스템 상의 상부 밸브 시일링 표면으로부터 하부 밸브 시일링 표면의 축방향 간격이, (II)에 인용된 상기 흐름 통로를 형성하기 위해 적어도 (c)에 인용된 상기 제 1 거리 이상의 큰 밸브 스템을 구비하는 밸브-교차퍼지 부속품을 포함하고,
    제 1 밸브가 제 1 밸브의 제 1 오리피스에 있는 컨테이너 입구에 연결되고, 제 1 밸브의 제 2 오리피스가 캐리어 가스 또는 푸쉬 가스의 공급원에 연결되는, 컨테이너와 밸브-교차퍼지의 조립체.
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