KR20090031377A - 저 방출율 실린더 패키지 - Google Patents

저 방출율 실린더 패키지 Download PDF

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KR20090031377A
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cylinder
flow
port
outlet
pressurized fluid
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KR1020087031756A
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매튜 린콜른 와그너
더글라스 샤를스 헤이더만
Original Assignee
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

유독성 수소화 또는 가연성 콤파운드를 포함하는 고압 실린더(110)의 출구로부터의 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치(100)가 제공되어 있다. 장치(100)는 적어도 부분적 가스 상으 가압된 유체를 보유하기 위한 실린더(110)와, 밀봉된 위치에서 실린더(110)의 상부 부분에 나사결합된 실린더 포트 본체(114)와, 실린더 포트 본체(114) 내에 배치된 이중 포트 헤드 밸브 조립체(116)로서, 제1 포트(130)는 가압된 유체로 실린더를 충전하기 위해 사용되고, 제2 포트는 가압된 유체를 배출하기 위해 실린더(122)의 출구와 연통하는 이중 포트 헤드 밸브 조립체(116)와, 제2 포트 본체와 출구에 의해 부분적으로 형성되고 규제 유로(130)와 제2 포트 본체 상류에 배치된 유동 채널을 더 포함하지만 압력 규제기, 체크 밸브 및 유동 규제 오리피스의 그룹으로부터 선택된 규제 요소를 포함하지는 않는 가스 유동 배출로(120)를 포함하고, 규제 유로(130)는 실린더(110)의 출구가 대기압 조건에 노출될 때 실린더로부터 배출된 가스의 유량을 5,000 sccm으로 제한한다.
모세관, 이중 포트 헤드 밸브 조립체, 유동 배출로, 규제 유로, 실린더

Description

저 방출율 실린더 패키지 {LOW RELEASE RATE CYLINDER PACKAGE}
본 발명은 고 유독성 및/또는 가연성 콤파운드를 반도체 제조 툴로 전달하는데 사용되는 고압 실린더 패키지에 관한 것이다.
반도체 제조와 같은 산업적 처리 및 제조 용례는 고 유독성 또는 가연성 수소화 및 할로겐화 가스의 안전한 저장 및 취급을 필요로 한다. 특히, 반도체 산업은 웨이퍼 처리를 위해 실란(SiH4)인 가스상 수소화물과 아르신(AsH3) 및 포스핀(PH3) 같은 액화 압축 가스에 의존한다. 다양한 반도체 처리 시스템은 통상적으로 11.56 MPag(1,500 psig) 같은 높은 압력에서 SiH4, AsH3 및 PH3를 사용한다. 극도의 유독성 및 높은 증기압으로 인해, 전달 시스템 구성요소 고장이나 실린더 교체 절차 동안의 사람의 실수로 인한 가스의 제어되지 않은 방출은 비극적 결과를 초래한다. 예로서, 실란 같은 가연성 가스의 방출은 화재, 시스템 손상 및 인적 부상 가능성을 초래할 수 있다. 한편, 아르신 같은 고 유독성 가스의 누설은 인적 부상 또는 심지어 죽음을 초래할 수 있다.
극도로 유독한 가스가 반도체 산업에서 사용되는 방식의 더 구체적인 예로서 실란 취급을 참조하면, 실란은 통상적으로 약 1.93 MPa(250 psi) 이상으로 가압된 용기 내에 저장된다. 제조 환경에서의 실린더의 취급은 매우 다양한 유해한 상황을 제공한다. 140 g 실란 실린더 하나에서의 누설은 3 m(10 ft) 높이 천정을 갖는 2,787 m2(30,000 ft2) 건물의 전체 체적을 생명과 건강에 대한 즉각적 위험을 초래하는(IDLH; Immediate Danger to Life and Health) 수준으로 오염시킬 수 있다. 누설율이 큰 경우, 이는 단지 1분 또는 2분 내에 발생할 수 있으며, 이는 오랜 시간 동안 누설원 부근의 영역에 극도로 치명적인 농도가 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
실란 등을 위한 표준 고압 실린더는 통상적으로 500 cc 이상의 용량을 가지며, 가스를 사용 지점으로 배출하는 밸브 출구를 포함한다. 실란은 실린더가 약 20% 용량을 달성할 때까지 고압으로 충전된다. 충전되고 나면, 실린더 밸브가 폐쇄되고, 밸브 출구 포트 상에 안전 캡이 설치된다. 실린더는 후속하여 반도체 공장(semiconductor fab)으로 전달되며, 여기서 최종 사용자는 잘 환기되는 영역에서 안전 캡을 제거하고, 용기를 수직 위치로 설치하고, 실린더를 분배 매니폴드에 부착하고, 새로 형성된 연결부를 퍼지 및 누설 점검하고, 실린더 밸브를 개방한다. 그후, 실린더는 가스상 생성물을 분배한다.
고압 실린더로부터의 이들 유체의 비의도적 방출과 연계된 위험성의 견지에서, 관련 기술 분야에서는 유독성/가연성 유체의 비극적 방출을 방지하기 위해 다수의 제안이 이루어져 왔다.
한가지 이런 제안은 고압 실린더 외부의 출구 또는 유체 유로 내에 설치된 유동 규제 오리피스(RFO, restrictive flow orifice)의 사용이었다. 적어도 두 가지 유형의 RFO가 현재 입수가능하며 사용되고 있다. 첫 번째는 약 0.5 내지 0.7 mm의 두께를 갖는 와셔형 디스크 또는 개스킷의 중앙을 통해 천공된 작은 직경의 구멍(약 0.010 인치 또는 254 ㎛ 직경)을 포함하는 금속 개스킷 RFO이다. 두 번째 RFO 디자인은 실린더 밸브 용도 포트 내로 나사결합된 플러그-형 오리피스이다. 마찬가지로, 이 유형의 RFO는 상술한 것과 유사한 직경 크기의 구멍을 갖는다. 고압[예를 들어, 11.56 MPag(1,500 psig)]에서, 이들 RFO는 최대 유량을 수천 또는 수만 표준 분당 입방 센티미터(sccm)로 제한할 수 있다. 그러나, 이는 일반적으로 허용불가한 높은 유량이다. 예로서, 실란이 사용될 때, 약 21,500 sccm의 방출율을 얻기 위해 실린더 압력은 6.2 MPag(800 psig)로 낮춰져야만 한다. 이 더 낮은 충전 압력은 순차적으로 각 실린더의 총 용량을 극도로 제한한다. 이 용량 제한은 더 빈번한 실린더 교체를 필요로하며, 이는 순차적으로, 가스 누설, 폭발 및/또는 화재의 위험을 증가시킨다. SEMATECH(semiconductor Manufacturing Technology)라 알려진 반도체 협회는 약 35%의 가스 관련 사건이 실린더 교체 동안 발생하는 것으로 추정한다.
다른 대안적 시스템은 미국 특허 제6,089,027호 및 제6,343,476 B1호에 제안되어 있다. 이들 시스템에서, 하나 이상의 설정 압력 규제기가 실린더의 출구와 연통하는 가스의 유로를 따라 직렬로 배치된다. 규제기는 압력을 약 0.77 MPag(100 psig)로 강하시키고, 실린더의 출구에서의 유량을 감소시키기 위해 사용 된다. 부가적으로, VAC®이라 알려진, 어드벤스트 테크놀로지 메트리얼스, 인크.(Advance Techanology Materials, Inc.)에 의해 판매되는 상업적 실시예에서, 상술한 것들 같은 표준 RFO가 최대 흐름을 약 5,000 sccm으로 추가 감소시키기 위해 사용된다.
본 명세서에 전문이 참조로 통합되어 있는, 프렉세어 테크놀로지, 인크.(Praxair Technology, Inc.)에 양도된 미국 특허 제5,937,895호, 제6,007,609호, 제6,045,115호는 온/오프 밸브를 구비한 고압 실린더를 개시한다. 이들 공보에 개시된 시스템은 출구 상에 진공(즉, 760 Torr 미만)의 인가시에만 최종 사용자에 의해 개방될 수 있다.
본 발명은 관련 기술에 비해 다수의 장점을 제공하며, 이러한 장점은 고압 실린더의 출구가 대기압 조건에 노출될 때 또는 이와 달리 초과-대기압 조건에서의 기능시에, 고 유독성 및/또는 가연성 가스의 유량의 감소를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 내부 압력 규제기, 체크 밸브 또는 유동 규제 오리피스나, 기타 기계적 조작 특징부를 필요로 하지 않아서 비용을 감소시키며, 고압 실린더 및/또는 기계적 장치와 연계된 오동작의 가능성을 감소시키는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부적 RFO의 사용에 관련된 잠재적 오류를 제거하는 것이다. 외부적 RFO는 삽입체 유형의 경우에, 나사부 둘레에서 또는 개스킷 유형의 경우에 밀봉면 둘레에서 누설 가능성을 갖는다. 부가적으로, 조작자는 RFO를 설치하는 것을 잊거나 부정확한 크기의 RFO를 설치할 수 있다. 실린더 부착 이후 또는 실린더 제거 이전의 퍼지 프로세스 동안, RFO 장치와 실린더 밸브 시트 사이에 포획된 공기 또는 제품 모두를 제거하는 것이 중요하다. 디자인상, RFO는 사용중에 장치를 가로지르는 유동을 크게 제한하도록 구성되지만, 연결부의 퍼징 및 배기의 경우에, 이러한 제한은 퍼지/배기 프로세스의 속도 및 효율을 극도로 제한하며, 그에 의해, 가스 방출 및/또는 인간 노출 가능성을 증가시킨다. 실린더 내부 또는 실린더 격리 밸브 상류에 유동 감소 장치를 배치함으로써, 상술한 오류가 제거된다.
다른 목적은 종래의 고압 실란 가스 실린더에 비해 실린더로부터 입수할 수 있는 제품의 양을 증가시키는 것이다. 상술한 바와 같이, 현용의 외부적 RFO 상품은 실란을 위한 최대 충전 압력이 종종 최대 6.2 MPag(800 psig)로 제한되게 한다. 한편, 본 발명은 실린더 압력이 1,500 psig 만큼 높게 증가될 수 있게 하며, 대응적으로 증가된 용량은 보다 적은 수의 실린더 교체를 야기하고, 그에 의해, 최종 사용자를 위한 안전성 및 생산성 양자 모두를 향상시킨다.
다른 목적은 환기에 관련한다. 압축된 가스를 위한 필요한 가스 박스 또는 가스 캐비넷 환기는 통상적으로, 패키지를 위한 최악의 경우의 예상 방출율에 기초한다. 254 ㎛(0.010 in) RFO를 갖는 6.2 MPag(800 psig) 실란 실린더를 위한 통상적 배기율은 300 내지 350 CFM 정도이다. 압축 가스 협회 공보 2006년 G-13호, 실란 및 실란 혼합물의 저장 및 취급 13장(Compressed Gas Association publication G-13-2006, Storage and Handling of Silane and Silane Mixtures, Section 13)은 다양한 위치에서 실란을 위한 환기 조건을 설명한다. 구체적으로, 섹션 13.2.3.1.1은 최소 환기율을 결정하기 위해 사용된 계산을 설명하고 있다. 언급한 계산에 기초하여, 본 발명은 300-350 CFM으로부터 50-100 CFM으로 환기율이 감소될 수 있게 하며, 이는 3 배 반으로부터 6 배까지의 감소이다. 감소된 환기율은 전력 소비 및 장비 정비의 감소와 직결된다.
본 발명의 다른 목적 및 태양은 첨부 명세서, 도면 및 청구범위의 고찰을 통해 본 기술 분야의 통상적인 기술을 가진 자가 명백히 알 수 있을 것이다.
본 발명의 태양에 따라서, 유독성 수소화 또는 가연성 콤파운드를 포함하는 고압 실린더의 출구로부터의 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 적어도 부분적 가스 상의 가압된 유체를 보유하기 위한 실린더와, 밀봉된 위치에서 실린더의 상부 부분에 나사결합된 실린더 포트 본체와, 실린더 포트 본체 내에 배치된 이중 포트 헤드 벨브 조립체로서, 제1 포트가 가압된 유체로 실린더를 충전하기 위해 사용되고, 제2 포트가 가압된 유체를 배출하기 위해 실린더의 출구와 유체 연통하는 이중 포트 헤드 밸브 조립체와, 제2 포트 본체와 출구에 의해 부분적으로 형성된 가스 유동 배출로를 포함하고, 가스 유동 배출로는 제2 포트 본체의 상류에 배치된 유동 채널과 규제 유로를 추가로 포함하지만, 압력 규제기, 체크 밸브 및 유동 규제 오리피스의 그룹으로부터 선택된 규제 요소를 포함하지 않으며, 규제 유로는 실린더의 출구가 대기압 조건에 노출될 때 실린더로부터 배출된 가스의 유량을 5,000 sccm으로 제한한다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 유독성 수소화 또는 가연성 콤파운드를 포함하는 고압 실린더의 출구로부터의 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치가 제공되며, 규제 유로는 밸브를 통과하는 미리설정된 유량이 초과될 때 유체의 배출상태를 제한 및/또는 정지시키는 초과 유동 밸브이다. 미리설정된 유량은 장치를 통과하는 유체의 최대 유량이다. 예로서, 초과 유동 밸브는 0으로부터 5,000 sccm까지의 유체 유동의 전달을 가능하게 하도록 설정될 수 있지만, 임의의 이유로 장치를 통한 유량이 5,000 sccm을 초과하는 경우(구성요소 고장 또는 장치 하류의 누설 같은), 초과 유동 밸브는 폐쇄되고 유체의 임의의 추가 방출을 방지한다. 구성요소 고장 또는 누설의 경우, 이 장치는 가스의 추가 탈출을 방지하며, 실린더 또는 저장 용기 내부에 잔여 유체를 보유한다. 이 특징 단독으로 또는 모세관 유동 규제기와 조합하여, 실린더 패키지의 안전성, 환경적 및 건강적 특징을 크게 향상시킨다.
본 발명의 목적 및 장점은 전반에 걸쳐 동일 참조 번호가 동일 특징부를 나타내는 첨부 도면과 연계한 본 발명의 양호한 실시예의 하기의 상세한 설명으로부터 더 양호하게 이해될 것이다.
도1은 고압 실린더의 출구로부터의 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치의 개략 단면도를 예시한다.
도2는 모세관 유동 규제기의 단면도를 예시한다.
도3은 반도체 툴에 연결된 본 발명의 장치의 개략도를 예시한다.
도4는 내부에 초과 유동 밸브를 갖는 고압 실린더의 출구로부터의 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치의 개략 단면도이다.
반도체 장치의 제조는 예로서, 장치의 전기 전도성, 에피텍셜 성장 또는 금속유기 화학 기상 증착에 영향을 주는 특정 기판의 도핑을 포함하는 다수의 제조 단계를 필요로 한다. 일반적으로, 고 유독성 또는 가연성 수소화 및 할로겐화 유체는 가스상으로 보관되고 이들 반도체 체조 툴로 분배된다. 설명의 목적상, 본 발명은 실란 가스에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 본 기술의 숙련자는 아르신, 포스핀 및 디보란 같은 다른 유독성 수소화 또는 할로겐화 가스가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도1을 참조하여, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치(100)가 설명된다. 장치(100)는 도시된 바와 같이, 내부 체적(112)을 형성하고 둘러싸는 유체 저장 및 분배 실린더(110)를 포함한다.
용기의 목부에서, 이중 포트 벨브 헤드 조립체(116)를 포함하는 실린더 포트 본체(114)가 칼라(118)의 내부 나사 개구와 나사 결합되어 있다. 이중 포트 밸브 헤드 조립체(116)는 밸브 헤드 조립체 내의 중앙 작업 체적 공동과 유체 연통하여 결합된 유체 유동 배출로(120)를 포함한다. 중앙 작업 체적 공동은 순차적으로 출구 포트(122)와 연통하며, 이 출구 포트는 커넥터 및 연계된 배관, 도관 등의 그에 대한 부착을 위해 외부 나사가 형성되거나, 기타의 방식으로 구성될 수 있다.
중앙 작업 체적 공동내에는 도시된 실시예에서 핸드 휠(126)에 결합되어 있 지만, 대안적으로, 공압 또는 전자 작동 수단 같은 자동 밸브 작동기 또는 기타 제어기에 결합될 수 있는 밸브 요소(124)가 배치되어 있다.
또한, 밸브 헤드 조립체(116)는 충전 밸브(130)(그리고, 도시되어 있지는 않지만 밸브 본체의 3차원적 배후에 배치되어 있는 포트)와, 용기의 내부 체적(112)과 연통하는 충전 통로(128)를 밸브 블록 내에 형성한다. 이에 의해 용기(110)는 가압된 가스로 충전될 수 있으며, 그후, 충전 포트가 폐쇄되고 덮개가 덮혀질 수 있다. 이들 유형의 이중 포트 밸브는 룩셈부르그 소재의 세오독스 울트라 퓨어 이큅먼트 캄파니(Ceodeux Ultra Pure Equipment Company)로부터 상업적으로 입수할 수 있다.
밸브 헤드 조립체(114) 내의 중앙 유체 유동 배출로(120)는 규제 유로의 입구에 배치된 필터(132)를 포함하는 규제 유로(130)에 그 하단부에서 결합된다. 입구는 가스 공간 내에 배치되며, 액화 압축 가스의 경우에, 실린더(110) 내에 보유된 액체 유체 위에 배치된다. 밸브 헤드 조립체(114)가 절단되거나, 이와 달리 높은 실린더 압력의 출구가 대기 조건에 개방되는 경우, 규제 유로(130)의 사용은 안전성을 증가시킨다. 특히, 규제 유로의 양호한 구조는 유연성 및 신뢰성을 제공하는 균일하게 크기설정된 모세관이다. 규제 유로의 모세관은 실린더로부터의 가스 배출 유량을 5,000 sccm 이하로 제한한다. 그러나, 규제 유로도 전체 장치도 압력 규제기, 체크 밸브 또는 유동 규제 오리피스의 그룹으로부터 선택된 규제 요소를 포함하지 않는다.
특히, 도1을 참조하면, 도관은 적어도 두 개의 모세관 통로를 형성하며, 모 세관의 내경은 약 126 ㎛ 이하 정도이다. 두 개의 모세관 통로에 대해, 이 직경은 튜브를 통과할 수 있는 1,500 psi의 실란의 포화 압력을 갖는 실린더의 방출율을 5,000 sccm (또는 5 LPM) 미만으로 제한한다. 통상적으로, 최종 사용자는 약 0.2 내지 5 LPM의 범위의 유량을 필요로 한다. 5 LPM의 유량에서, 용기가 비워지기 가지 39 시간이 소요될 수 있다. 1%의 실란 폭발 하한 레벨에 도달하기 위해 3 m(10 ft) 천정을 갖는 30 x 30 실내에서 8.5 시간이 소요된다. 8.5 시간은 사람들에게 탈출을 경보하고 대응 처리반이 필요한 작업을 취하기에 충분한 시간을 제공한다. 따라서, 다수의 모세관의 직경은 통상적으로 126 ㎛ 미만이다.
모세관의 길이 및 직경은 규제를 통해 5,000 sccm의 최대 희망 유량을 제공하도록 조절될 수 있다. 이전에 언급한 속도에서의 실란 전달의 경우, 모세관은 통상 6.35 cm 길이이다. 이 길이에 대하여, 대략 동일한 유동 능력을 제공하기 위해 약 126 ㎛의 직경을 갖는 평행한 두 개의 모세관이 필요하다. 본 발명의 도관 내의 다수의 모세관 통로는 2 ㎛ 만큼 작을 수 있다. 그러나, 모세관 통로의 크기는 여전히 적절한 유량의 가스 방출을 가능하게 하면서 다수의 통로를 제공하도록 2개 이상 8개 이하의 모세관 통로를 사용하도록 설정되는 것이 일반적이다.
본 발명의 유용한 특징은 비교적 균일한 내부 모세관 통로를 갖는 튜브의 실질적으로 둥근 외부 단면의 제공이다. 튜브를 통한 내부 개방 유동 면적은 거의 전체적으로 규칙적 모세관에 의해 형성된다(즉, 동일한 규칙적으로 반복되는 형태의 단면을 갖는 것들). 규칙적 모세관은 둥근 단면을 갖는 것이 바람직하다. 개별 모세관 통로의 원형도는 15%를 초과하지 않는 각 모세관 통로의 실질적 원형 단 면을 따른 방향의 임의의 두 선을 따라 취한 직경의 변화에 의해 정의될 수 있다. 다양한 균일한 모세관 유로의 균일성은 15%를 초과하지 않는 모세관 사이의 평균 직경의 변화로 정의될 수 있다. 튜브를 통한 임의의 잔여 유동 면적은 통상적으로 규칙적 모세관 통로의 개별 단면적 보다 작은 개별 단면적을 갖는 불규칙 모세관 크기의 통로의 형태인 것이 통상적이다. 통상적으로, 불규칙 모세관은 규칙적 모세관의 평균 유동 면적의 50% 이하와 같은 평균 단면적을 갖는다. 불규칙 모세관의 비교적 작은 직경은 불규칙 모세관의 존재가 규제기를 통한 유량의 조절에 가질 수 있는 유해한 영향을 최소화한다.
규제 유로의 양호한 구조는 균일한 다중 모세관 조립체이며, 모세관은 여분의 강도를 위해 권선되거나, 이와 달리 실질적으로 직선의 평행한 통로로 구성될 수 있다. 모세관은 세장형 샤프트 또는 로드의 형태를 취할 수 있으며, 도관의 외벽과 모세관 자체는 이런 구조로 적절히 형성되는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 따라서, 결과적인 모세관 구조는 모세관을 형성하는 재료의 안정성 또는 전이 온도에 의해 제한되는 동작 온도를 갖는다. 이 크기의 모세관은 다양한 유리 재료로 형성될 수 있다. 유리 섬유 및 튜브를 형성하기 위해 사용되는 인발 기술은 자체적으로 본 발명의 튜브 구조의 제조에 가장 손쉬워지게 한다. 적절한 유리 재료는 납 실리케이트(lead silicate), 보로실리케이트(borosilicate), 종래의 유리[소다 라임 실리케이트(soda lime silicate)] 및 석영이나 용융 실리카 같은 다른 형태의 고 순도 실리카를 포함한다. 특히 양호한 유리 재료는 석영이다.
도2를 참조하면, 모세관 직경에 대한 유리 벽의 두께는 유리의 파열성을 극 복하도록 매우 크게 형성될 수 있다. 적절한 오염물은 임의의 유리의 파열성을 추가로 극복할 수 있다. 도2의 단면도에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 튜브(200)는 중앙 모세관 통로(240)를 둘러싸는 6 개 모세관 통로(220)의 육각형 배열을 형성하며, 모든 모세관은 동일한 상대 직경을 갖는다.
튜브는 부가적 지지 및 구조적 완전성을 제공하도록 외부 슬리브에 의해 둘러싸여질 수 있다. 이런 슬리브는 금속성 재료로 구성될 수 있다. 통상적으로 스테인레스 강으로 구성되는 선택적 금속 튜브(260)는 유리 튜브(200)를 보호식으로 둘러쌀 수 있다. 금속 튜브(260)는 선택적으로 구조체(200) 둘레에서 수축될 때 추가 강도 및 내구성을 추가하며, 보강된 유닛을 제공한다. 금속 튜브(260)의 선택적 보강으로, 유리 튜브의 파열은 역시 모세관 배열체(130)를 통한 규제 유로의 기능을 실질적 불변 상태로 남겨둔다. 특히 유리한 배열은 튜브를 슬리브 내로 압축하도록 유리 다중 모세관 조립체 둘레에서 금속 슬리브를 수축시킬 수 있다. 이런 배열은 직경이 126 ㎛에 접근하는 모세관을 통해 다수의 유동을 추진하기 위해 필요한 필수 초고압을 부여하기 위하여 필요한 구조적 지지부를 제공할 수 있다.
모세관 배열은 본 발명의 조립체 구조와, 특히, 균일한 다중 모세관 조립체를 쉽게 제공하는 성형 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 이 방법은 외부벽 내의 내부 벽에 의해 형성된 복수의 규칙적 모세관 통로를 둘러싸는 실질적 원형 외주를 갖는 다중 모세관 튜브 또는 도관을 형성한다. 이 방법은 튜브와 도관 조립체를 형성하도록 주변 튜브 내에 복수의 더 작은 도관을 삽입하는 것에서 시작한다. 도관은 튜브 스톡을 원하는 도관 크기로 인발시킴으로써 형성될 수 있다. 다수의 삽 입된 도관은 성형 방법에 의해 얻어진 다수의 규칙적 모세관과 대응한다. 도관의 공통 개구는 튜브 및 도관 조립체의 일 단부 부근에서 밀봉되어 폐쇄된 단부와 대향한 개방된 단부를 가지는 인발 스톡을 형성하며, 폐쇄된 단부 둘레에서 모든 도관은 유체 유동으로부터 밀봉되고, 대향한 개방 단부 둘레에서 모든 도관은 유체 유동을 위해 개방되어 있다. 인발 스톡은 그후 적절한 인발 장치 내에서 연화 온도로 가열된다.
인발 스톡의 개방 도관 단부로부터 유체 유동을 규제하면서 가열된 인발 스톡을 동시 인발하는 것은 도관 내부의 절첩 폐쇄(collaping closure)를 방지하면서 도관의 내부를 모세관 크기로 감소시킨다. 실질적으로 도관의 수와 같은 다수의 모세관 통로를 갖는 다중 모세관 튜브는 신장 및 냉각된 인발 스톡으로부터 회수될 수 있다. 다수의 경우에, 가열된 인발 스톡의 인발 동안의 도관의 직경의 감소는 도관으로부터 형성된 모세관 통로의 원하는 최종 직경을 유지하는 속도로 도관의 내부의 외측으로의 가스 유동을 적절히 규제하도록 그 개방 단부에서의 직경의 충분한 감소를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 그리고, 도1을 다시 참조하면, 규제 유로(130)의 상류에는 오염물 입자를 제거하도록 정합가능한 결합을 위해 규제 유로(128)에 나사결합 또는 다른방식으로 결합되어 있는 관형 피팅 부분을 구비하는 필터 유닛(132)이 존재한다. 필터는 실린더 내의 고압에 내성적인 프리트 필터 같은 본 기술 분야에 공지된 임의의 적절한 멤브레인, 스크린 또는 소결된 금속 필터일 수 있다.
다른 실시예에서, 그리고, 도3에 도시된 바와 같이, 실린더(100)는 화학 기상 증착 툴(300) 같은 반도체 툴과 유체 연통한다. 실린더와 툴 사이의 선상에는 질량 유동 제어기(310)가 배치되어 있으며, 이는 툴로 전달되는 가스의 유량을 제어한다. 일반적으로, 툴은 약 200 내지 5,000 sccm 범위의 유량을 필요로한다. 따라서, 유동이 툴로 향하는지 또는 출구가 단순히 대기 조건에 노출되어 있는지 여부에 무관하게, 실린더(100)로부터의 최대 유량은 약 5,000 sccm이다.
대안적 실시예에서, 그리고, 도4에 도시된 바와 같이, 모세관 배열(130)은 중앙 유체 유동 배출로(120)의 상류 또는 대안적으로 밸브(124)의 상류의 초과 유동 밸브 조립체(400)와 조합하여 사용되거나 그에 의해 대체될 수 있다. 초과 유동 밸브 조립체는 미리설정된 유량이 초과되고 나면, 실린더(110)로부터의 가스의 유동을 방지하도록 설정된다. 미리지정된 유량은 장치를 통과하는 유체의 최대 유량이다. 예로서, 초과 유동 밸브는 0으로부터 5,000 sccm까지의 유체 유동의 전달을 가능하게하도록 설정될 수 있지만, (구성요소 고장 또는 장치의 하류의 누설 같은) 임의의 이유로 장치를 통한 유량이 5,000 sccm을 초과하는 경우, 초과 유동 밸브는 폐쇄되고, 임의의 추가 유체 방출을 방지한다. 구성요소 고장 또는 누설의 경우, 이 장치는 가스의 추가 탈출을 방지하고, 그에 의해, 실린더 또는 저장 용기 내측에 잔여 유체를 보유한다. 이 특징 단독으로 또는 모세관 유동 규제기와 조합하여, 실린더 패키지의 안전성, 환경적 및 건강적 특징을 크게 향상시킨다. 따라서, 휠(126) 작동, 밸브(124) 개방 또는 기타 밸브 헤드(128) 차단시, 초과 유동 밸브 조립체(400)는 가스 유량을 거의 0 sccm으로 제한한다. 부가적으로, 다른 초 과 유동 밸브(400)는 유로(128) 및 밸브 상류와 연통하거나, 유로에 부착될 수 있으며, 잘 발생하지 않는 완전한 밸브 절단의 경우 포트(128)를 통한 가스 유동이 또한 차단되어 128 또는 120을 통한 용기로부터의 유체의 탈출을 방지한다. 초과 유동 밸브의 동작은 장치를 가로지른 차압을 감지하고 미리설정된 편차 또는 최대 유량이 초과되었을 때, 장치를 통한 유동을 정지시키는 기계적 장치이다. 이 유형의 장치는 더 리 캄파니(The Lee Company) 또는 기타 제조업자로부터 상업적으로 입수가능하다.
본 발명에 다른 저 방출율 패키지는 이하의 실시예를 참조로 상세히 추가 설명되지만, 이 실시예는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
실시예
가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치가 준비되었다. 실린더는 특히, 내부에 모세관 통로 조립체를 가짐으로써 부분적으로 형성된 가스 유동 배출로를 포함한다. 실린더는 압력 규제기, 체크 밸브 및 유동 규제 오리피스를 포함하지 않는다. 실린더는 가압된 실란으로 충전되어 있으며, 금속 유기 기상 증착 같은 반도체 툴에 연결되어 있다. 마찬가지로, 모세관 통로를 갖지 않는 종래의 고압 실란 패키지가 1,300 sccm을 필요로 하는 반도체 툴에 연결되었다. 결과는 아래 표 1에 표시되어 있다.
본 발명의 장치(68㎛ 모세관) 종래의 T 크기(고압 실린더)
전달가능 제품(kg) 13.5 5.6
최대방출율(sccm) 5,000 21,460
전달가능 제품(전체의 비율) 86.5 96.8
상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 제품을 보유하기 위한 실린더의 용량은 2.4 내지 13.5 kg의 인자 만큼 증가되고, 전달가능한 실란의 양은 86.5% 만큼 높다(또는 11.7kg 대 종래의 실린더로부터 얻어지는 5.4 kg). 부가적으로, 실린더로부터의 방출율은 5,000 sccm으로 제한되는 반면, 종래의 실린더는 21,460 sccm을 방출하는 용량을 갖는다. 이 방출율의 4 배 감소는 하류 누설 또는 구성요소 고장의 경우에 패키지의 안전성을 개선시키며, 순차적으로, 각 실린더 내의 보다 높은 충전 체적을 가능하게 하며, 이는 더 작은 수의 실린더 교체에 대응한다.
모세관 패키지는 툴의 요구조건에 기초하여 5,000 sccm의 최대 전달을 달성하도록 준비되었다. 정상 툴 동작 동안, 모세관은 용기 내부로부터의 유체가 출구 포트로 통과 이동하는 유로를 제공하는 것 이외의 의도된 기능을 갖지 않는다. 그러나, 모세관 하류의 제어되지 않은 방출(구성요소 고장 같은) 동안, 모세관은 실린더로부터의 최대 유량을 5,000 sccm으로 제한한다.
표 2는 15.6 kg 실란 실린더로부터 전달되는 바와 같은 툴 유동 요구조건에 기초한 실린더 힐(cylinder heel) 및 가용 제품을 나열한다.
툴 유동 요구조건(sccm) 실린더 압력[원하는 유량을 유지하기 위해 필요한 최소 실린더 압력(즉, 다양한 유량에서의 체크 포인트)] 실린더 내용물 (힐, kg 단위) 가용 용량
200 59 0.3 15.3
500 149 0.8 14.8
1,000 297 1.6 14.0
1,300 386 2.1 13.5
2,500 743 5.2 10.4
5,000 1,486 15.5 0.1
표로부터 알 수 있는 바와 같이, 더 낮은 툴 유량은 본 실시예를 위해 사용된 실린더로부터 더 높은 제품 활용율을 초래한다.
본 발명을 특정 실시예를 참조로 설명하였지만, 본 기술의 숙련자들은 첨부된 청구범위의 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변용이 이루어질 수 있으며, 등가체가 사용될 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 유독성 수소화/할로겐화 또는 가연성 콤파운드를 포함하는 고압 실린더의 출구로부터의 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치이며,
    적어도 부분적 가스상의 가압된 유체를 보유하기 위한 실린더와,
    밀봉된 위치에서 실린더의 상부 부분에 나사결합된 실린더 포트 본체와,
    실린더 포트 본체 내에 배치된 이중 포트 밸브 헤드 조립체로서, 제1 포트는 실린더를 가압된 유체로 충전하기 위해 사용되고, 제2 포트는 가압된 유체를 배출하기 위해 실린더의 출구와 유체 연통하는 이중 포트 밸브 헤드 조립체와,
    제2 포트 본체와 출구에 의해 부분적으로 형성되며, 제2 포트 본체의 상류에 배치된 유동 채널 및 규제 유로를 더 포함하지만, 압력 규제기, 체크 밸브 및 유동 규제 오리피스의 그룹으로부터 선택된 규제 요소는 포함하지 않는 가스 유동 배출로를 포함하고,
    규제 유로는 실린더의 출구가 대기압 조건에 노출될 때, 실린더로부터 배출된 가스의 유량을 최대 5,000 sccm으로 제한하는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 규제 유로는 적어도 두 개의 모세관 통로를 가지는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 모세관 통로는 약 126 ㎛ 이하의 직경을 가지는 도관에 의 해 형성되는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 최대 압력에서 실린더로부터의 최대 유량은 대기압 조건 하에서 5,000 sccm을 초과하지 않는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서, 도관은 규제 유로를 형성하도록 복수의 세장형 샤프트를 둘러싸는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 모세관은 직선 튜브를 포함하고, 튜브를 통한 모세관 크기 유동 면적을 제공하도록 적어도 두 개의 외부 튜브에 의해 둘러싸여진 하나의 중앙 튜브의 배열을 갖는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 실린더 출구의 하류에 배치되고 반도체 제조 툴에 유체 연결된 질량 유동 제어기를 더 포함하고, 실린더로부터 반도체 제조 툴로의 질량 유량은 약 200 내지 약 5,000 sccm의 범위인 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서, 모세관은 실린더 내의 액체 유체 위에 배치되는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 규제 유로의 상류에 소결식 금속 입자 필터를 더 포함하는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서, 유동 채널은 제2 포트와 연통하여, 규제 유로의 하류에 배치되는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서, 유체 배출로를 따른 유체 유동을 제어하기 위한 차단 밸브를 더 포함하고, 차단 밸브는 수동 작동식, 공압 작동식 또는 전기 작동식 밸브로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  12. 유독성 수소화 또는 가연성 콤파운드를 포함하는 고압 실린더의 출구로부터의 가압된 유체의 배출을 제어하기 위한 장치이며,
    적어도 부분적 가스상인 가압된 유체를 보유하기 위한 실린더와,
    밀봉된 위치에서 실린더의 상부 부분에 나사결합된 실린더 포트 본체와,
    실린더 포트 본체 내에 배치된 이중 포트 밸브 헤드 조립체로서, 제1 포트는 가압된 유체로 실린더를 충전하기 위해 사용되고, 제2 포트는 가압된 유체를 배출하기 위해 실린더의 출구와 유체 연통하는 이중 포트 밸브 헤드 조립체와,
    제2 포트 본체와 출구에 의해 부분적으로 형성되며, 제2 포트 본체의 상류에 배치된 유동 채널과 초과 유동 밸브를 포함하지만, 압력 규제기, 체크 밸브 및 유동 규제 오리피스의 그룹으로부터 선택된 규제 요소를 포함하지 않는 가스 유동 배출로를 포함하고,
    초과 유동 밸브는 미리 설정된 유량이 초과되는 경우 실린더로부터 유동을 격리시키는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서, 충전 포트 유로는 미리설정된 유량이 초과된 경우 충전 포트를 통한 유동을 격리시키는 초과 유동 밸브를 포함하는 가압된 유체의 배출 제어 장치.
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