KR20120038538A - 벌크 초고 순도 헬륨 공급 및 사용을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

벌크 초고 순도 헬륨 공급 및 사용을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20120038538A
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ultra high
purity helium
helium gas
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KR1020127005193A
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토마스 로버트 슐트
존 조셉 번
마이클 클린턴 존슨
슈리카 차크라바르티
크와미나 베두-아미샤
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 신뢰성 있는 초고 순도 (UHP) 헬륨 기체 공급 및 유지 전용 현장 재고(inventory)를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 다수의 ISO 용기를 사용하여 예비 ISO 용기(들) 중 증발된 UHP 헬륨을 사용하여 작동중인 ISO 용기 중 압력을 증가시킨다. ISO 용기의 열 차폐를 사용하여 지원 ISO 용기로의 열 누출을 감소시켜 헬륨 증발 속도 및 용기의 최대 허용 작동 압력 (MAWP)을 유지시키기 위하여 인출될 필요가 있는 기체의 양을 감소시킬 수 있다. 절약기 밸브를 사용하여 UHP 헬륨 기체를 인출하고 ISO 용기 중 액체는 유지함으로써, 훨씬 더 낮은 공급 속도가 가능하다. 이것은 공급 속도를 낮은 유동에서 높은 유동 요건으로 효율적으로 관리할 수 있게 하고, 저장 용기로부터 UHP 헬륨 인출 속도를 최적화시킬 수 있게 한다. 또다른 장점은 소비자에게 보내지는 UHP 헬륨 기체가 액체 공급원으로부터 직접 생성된 것이기 때문에 높은 순도를 갖는다는 것이다. UHP 헬륨 기체는 반도체 제조에서, 예를 들어 담체 기체로서 사용되어 웨이퍼 상 박막 침착 동안 전구체를 침착 챔버로 도입시킬 수 있다.

Description

벌크 초고 순도 헬륨 공급 및 사용을 위한 방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR BULK ULTRA-HIGH PURITY HELIUM SUPPLY AND USAGE}
본 발명은 초고 순도 (UHP) 헬륨 기체를 사용 장소, 예를 들어 반도체 제조 시설로 전달하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 방법 및 시스템은 초고 순도 헬륨 기체를 광범위한 유동으로 공급하고, 추가의 초고 순도 헬륨 기체 재고(inventory)를 소비자 위치에서 유지시키고, 초고 순도 헬륨 기체를 사용 지점에 직접 공급하는데 특히 이롭다.
큰 부피의 기체, 예컨대 산소, 질소, 아르곤 또는 수소가 현장 제조 능력이 없는 소비자에 의해 요구될 경우, 기체는, 일반적으로 생산지로부터 액체 형태로 사용 지점 근처의 저장 탱크로 전달된다. 그러나, 안전상의 이유로, 액화 기체는 대기압보다 상당히 높은 압력으로 공도로 운반될 수 없다. 대부분의 기체에 대한 사용 지점에서 요구되는 높은 압력은, 액화 기체를 수송 차량으로부터 그의 압력을 증가시키기 위한 액체 기체 펌프를 사용하여 저장 탱크로 전달시킴으로써 충족된다. 액화 기체는 이러한 높은 압력하에 저장 탱크에서 저장되고, 사용 지점으로부터의 요청에 따라, 높은 압력하에 증발되어 사용 지점으로 전달된다.
헬륨은 이러한 관행으로 변형될 수 없다. 그것은 매우 낮은 기화열을 갖고, 액체 펌프의 작용에 의해 액체로 도입된 열이 상당량의 액체를 증발시키므로 손실된다. 심지어 운송 용기로부터 저장 탱크로의 압력 차이에 의한 전달 동안에도, 냉각 헬륨 기체의 밀도가 액체 헬륨의 밀도와 크게 차이나지 않아서 탱크내의 다량의 냉각 헬륨 기체가 치환 및 손실되기 때문에, 헬륨의 과량의 증발 및 손실이 일어나며, 더 높은 압력에서 이러한 치환 손실은 훨씬 더 크다. 따라서, 일반적인 관행은 진공-절연 ISO 용기 중 액체 헬륨을 분배지 (트랜스필(transfill))로 운송하고, 액체를 증발시키고, 생성된 기체를 고압 실린더 및 관 트레일러로 압축시키는 것이다. 그러나, 헬륨의 요구 및 사용 증가는, 이러한 용기(즉, 실린더 및 관 트레일러)가 전형적으로 작은 부피를 보유하기 때문에, 이러한 방식의 공급을 비실용적인 것으로 만들고 있다.
헬륨에 대한 증가된 요구는 주로 그의 신규 반도체 제조 공정에서의 사용으로 인한 것이다. 집적 회로 상 특징부의 기하학적 구조의 크기가 감소됨에 따라, 허용가능한 필름을 침착시키기 위하여 더 진보된 공정이 요구되고 있고, 이는 일반적으로 고 순도의 더 많은 헬륨을 필요로 한다. 전형적인 20개의 실린더 번들(bundle)(150 N㎥의 총 용량을 가짐)은 5 N㎥/hr의 사용율에 대하여 단지 30시간 동안만 지속될 것이다. 유사하게, 20 N㎥/hr의 사용율은 2900 N㎥의 용량을 갖는 관 트레일러가 5일 미만 동안 지속될 것이라는 것을 의미하고, 더 높은 사용률은 더 빈번한 교체를 초래한다. 빈번한 공급원 교체는 노동 집약적이고 전환 동안 미량의 공기 및 수분으로 인한 오염 가능성을 증가시키기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 트랜스필 용량은 압축 및 충전 장비 용량 또는 고장으로서 제한 인자가 될 수 있고, 다수의 관 트레일러 충전 베이(bay)를 위한 부동산 이용가능성 및 비용이 또한 고려될 수 있다.
따라서, 정상 작동 조건하에, 큰 부피의 사용자를 위한 헬륨 공급의 실행 계획은 철저하지만 관리가능하다. 그러나, 비정상적인 조건하에, 관 트레일러 헬륨 공급 실행 계획은 특히 예측이 불가능할 것이다. 비정상적인 조건은, 예를 들어 전반적인 헬륨 공급이 장기간 동안 부족할 경우 또는 트랜스필이 고장날 경우 일어날 것이다. 이러한 중단이 발생할 경우, 트랜스필에 의해 제공받는 모든 소비자들은 제한된 잔류 재고량을 공유하여야 하거나, 헬륨 없이 방치된다. 헬륨 시장에서의 빠듯한 공급 상황은 예정된 공장 사고 상태(outage), 유지 중단 및 장비 차질로 인한 지연으로 인해 지속될 수 있다. 신규 헬륨 공장의 건설은, 헬륨이 천연 기체 생산에 따라 천연 기체 산지로부터 추출되기 때문에, 실행가능한 해법이 아니다. 이러한 인자는 소비자 고갈의 가능성을 증가시켜서, 그의 가공 용량에 상당히 불리한 영향을 미친다.
따라서, 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하고 지리학적으로 매우 분산된 영역의 다수의 사용자에게 확실한 장기간의 재고를 전달하기 위한 신규한 개선된 방법 및 시스템에 대한 요망이 존재한다. 특히, 신뢰성 있는 초고 순도 헬륨 공급의 보장에 대한 요망이 존재한다.
본 발명은 부분적으로는 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
임의로, 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 상기 사용 장소로 전달하는 단계로서, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 단계;
초고 순도 헬륨 기체를 포함하는 초고 순도 헬륨 유체를 상기 제2 용기로부터 상기 제1 용기로 도입하는 단계로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 단계;
상기 초고 순도 헬륨 액체를 상기 제1 용기로부터 하나 이상의 증발 장치로 운반하는 단계로서, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
상기 증발 장치에서 상기 초고 순도 헬륨 액체의 상 변화를 수행하여 초고 순도 헬륨 기체를 형성하는 단계; 및
상기 초고 순도 헬륨 기체를 상기 증발 장치로부터 상기 사용 장소로 전달하는 단계
를 포함한다.
또한, 본 발명은 부분적으로는 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하기 위한 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 제1 용기;
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 제2 용기;
초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 출구 개방부로부터 제1 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인으로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브 및 하나 이상의 절약 장치를 함유하고, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인;
초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 증발 장치;
초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위의 하나 이상의 출구 개방부로부터 증발 장치의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 액체 배출 라인으로서, 상기 초고 순도 헬륨 액체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 액체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 액체 유동 제어 밸브를 함유하는 초고 순도 헬륨 액체 배출 라인; 및
그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브를 함유하며, 증발 장치의 하나 이상의 출구 개방부로부터 상기 사용 장소로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 기체 배출 라인
을 포함한다.
또한, 본 발명은 부분적으로는 초고 순도 헬륨 기체의 사용 장소로의 전달을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
임의로, 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 상기 사용 장소로 전달하는 단계로서, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 단계;
초고 순도 헬륨 기체를 포함하는 초고 순도 헬륨 유체를 상기 제2 용기로부터 상기 제1 용기로 도입하는 단계로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 단계;
상기 초고 순도 헬륨 액체를 상기 제1 용기로부터 하나 이상의 증발 장치로 운반하는 단계로서, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
상기 증발 장치에서 상기 초고 순도 헬륨 액체의 상 변화를 수행하여 초고 순도 헬륨 기체를 형성하는 단계;
상기 초고 순도 헬륨 기체를 상기 증발 장치로부터 상기 사용 장소로 전달하는 단계; 및
제2 용기로부터 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 상기 초고 순도 헬륨 기체, 상기 하나 이상의 열 차폐층 및/또는 하나 이상의 절약 장치를 사용하여 상기 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 전달을 제어하는 단계
를 포함한다.
본 발명은 다수의 장점을 제공한다. 본 발명은 신뢰성 있는 UHP 헬륨 기체 공급 및 유지 전용 현장 재고를 위한 방법 및 시스템을 설명한다. 구체적으로, 본 발명은 다수의 ISO 용기를 사용하여 예비 ISO 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층 중 증발된 UHP 헬륨을 사용하여 작동중인 용기 중 압력을 증가시킨다. ISO 용기의 열 차폐는 열 누출을 감소시키는데 도움을 주어, 증발 속도, 및 용기의 최대 허용 작동 압력 (MAWP)을 유지시키기 위하여 인출될 필요가 있는 UHP 헬륨의 양을 감소시킨다. (본원에 기재된 바와 같은) 절약기를 통해 주요 및 지원 ISO 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터 증발된 UHP 헬륨 기체를 인출시키고 ISO 용기 중 액체는 유지시킴으로써, 더 낮은 공급 속도가 가능하다. 이것은 공급 속도를 낮은 유동에서 높은 유동 요건으로 효율적으로 관리할 수 있게 하고, 저장 용기로부터의 UHP 헬륨 인출 속도를 최적화시킬 수 있게 한다. 또다른 장점은 소비자에게 보내지는 UHP 헬륨 기체가 액체 공급원으로부터 직접 생성되기 때문에 높은 순도를 갖는다는 것이다. 관 트레일러로부터의 기체 헬륨은 일반적으로 고 순도 기체가 요구될 경우 값비싼 정제 공정을 필요로 한다.
헬륨의 높은 사용률을 갖는 소비자에 대한 다수의 교체를 지지하기 위한 값비싼 트랜스필 확장, 관 트레일러의 큰 투자액, 상당한 분배 및 노동비가 억제될 수 있다. UHP 액체 헬륨 전달 방법은, 많은 양이 운송될 수 있게 하기 때문에, 전체적으로 보다 경제적인 선택이다. 또한, 다수의 ISO 용기의 사용은 부족 기간 동안 특히 바람직한 추가의 재고를 제공한다. 소비자는 액체 ISO 용기를 지원하기 위하여 고압 기체 관 트레일러를 임의로 사용할 수 있다. 관 트레일러는 공급 중단 동안 별로 보호되지 않으며, 제조 시설이 헬륨의 고갈로 인하여 셧 다운(shut down)되어야 할 것으로 만든다. 이것은 소비자의 작업에 상당히 불리한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 액체 공급원으로부터의 선천적으로 고 순도의 헬륨은, 헬륨이 기체 저장 용기로부터 인출될 때 종종 요구되는 값비싼 정제 시스템에 대한 필요성을 제거한다.
도 1은 본 발명에 따른 헬륨 공급 시스템의 개략도이다.
도 2는 증발된 기체 공급을 포함하는 작동 논리를 도시한 흐름도이다.
도 3은 UHP 헬륨 공급 및 사용 방법을 도시한 흐름도이다.
본원에서 사용된 초고 순도 (UHP)는 기체 또는 액체가 약 100 ppb(part per billion) 미만, 바람직하게는 약 50 ppb 미만, 보다 바람직하게는 약 10 ppb 미만의 분자 불순물을 갖고, 약 1000 ppt(part per trillion) 미만, 바람직하게는 약 500 ppt 미만, 보다 바람직하게는 약 10 ppt 미만의 금속 불순물을 갖는 것을 의미한다. 가장 바람직하게는, UHP 기체 및 액체는 약 10 ppb 미만의 분자 불순물 및 약 10 ppt 미만의 금속 불순물을 갖는다.
본 발명은 10 N㎥/hr 이상의 사용률을 갖는 소비자에게 UHP 헬륨 기체의 신뢰성 있는 공급을 보장하기 위한 방법을 포함한다. 일 실시양태에서, 공급 방법은 소비자의 위치에서 다수의 벌크 액체 헬륨 ISO 용기의 직접적인 수송 및 유지를 포함한다.
본 발명은 10 N㎥/hr 이상의 사용률을 갖는 소비자에 대한 UHP 헬륨 기체의 튼튼한 공급 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 신뢰성 있는 UHP 헬륨 기체 공급의 보장에 관한 것이다. 본 발명은 반도체 공정 및 다른 산업 용도에서 UHP 헬륨 기체의 증가하는 이용을 지지하기 위하여 저-부피 실린더/관 트레일러 공급으로부터의 효과적인 전환 수단을 제공한다.
본 발명에 따라, ISO 용기 중 UHP 액체 헬륨을 소비자에게 직접 공급하고, 생산지에서 저장 부피를 유지하는 것을 포함하며, 소비자를 위한 전용 UHP 헬륨 기체 재고를 생성하는 다수의 사용자에 대한 UHP 헬륨 기체 공급 방법이 제공된다. 본 발명은 헬륨 트랜스필 및 관 트레일러에 대한 필요성을 제거한다. 본 발명의 방법은 소비자의 관점에서 선천적으로 더 많은 신뢰성을 갖는다.
상기 인지된 바와 같이, 본 발명은 부분적으로는 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
임의로, 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기로부터 (예를 들어, 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터) 하나 이상의 절약 장치를 통해 상기 사용 장소로 전달하는 단계로서, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 단계;
초고 순도 헬륨 기체를 포함하는 초고 순도 헬륨 유체를 상기 제2 용기로부터 (예를 들어, 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터) 상기 제1 용기로 도입하는 단계로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 단계;
상기 초고 순도 헬륨 액체를 상기 제1 용기로부터 하나 이상의 증발 장치로 운반하는 단계로서, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
상기 증발 장치에서 상기 초고 순도 헬륨 액체의 상 변화를 수행하여 초고 순도 헬륨 기체를 형성하는 단계; 및
상기 초고 순도 헬륨 기체를 상기 증발 장치로부터 상기 사용 장소로 전달하는 단계
를 포함한다.
상기 방법은 (i) 제2 용기로부터 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 초고 순도 헬륨 기체, (ii) 하나 이상의 열 차폐층 및/또는 (iii) 하나 이상의 절약 장치를 사용하여 상기 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 전달 속도를 제어하는 단계를 더 포함한다.
일 실시양태에서, 본 발명의 방법은 초고 순도 헬륨 기체를 제1 용기 및/또는 제2 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 사용 장소로 전달하는 단계를 포함한다. 또다른 실시양태에서, 본 발명의 방법은 초고 순도 헬륨 기체를 제2 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터 제1 용기로 도입시키는 단계로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체가 제1 용기에서 초고 순도 헬륨 액체를 제1 용기로부터 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 단계를 포함한다.
전달 속도의 제어와 관련하여, (i) 제2 용기로부터 (예를 들어, 제2 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 (예를 들어, 제1 용기와 제2 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (ii) 하나 이상의 열 차폐층이 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기 중 상기 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 제어하고, 상기 순 증발 속도는 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 (예를 들어, 제1 용기와 제2 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (iii) 하나 이상의 절약 장치가 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체를 유지하면서 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 (예를 들어, 제1 용기와 제2 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어한다.
초고 순도 헬륨 기체 공급 라인은 제2 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 출구 개방부로부터 제1 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장될 수 있고, 그를 통해 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있고, 상기 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브 및 하나 이상의 절약 장치를 함유하고, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함할 수 있다.
초고 순도 헬륨 액체 배출 라인은 제1 용기의 하부 위의 하나 이상의 출구 개방부로부터 증발 장치의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장될 수 있고, 그를 통해 초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 분배될 수 있고, 상기 초고 순도 헬륨 액체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 액체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 액체 유동 제어 밸브를 함유할 수 있다.
초고 순도 헬륨 기체 배출 라인은 증발 장치의 하나 이상의 출구 개방부로부터 하나 이상의 사용 장소로 외부로 연장되고, 상기 초고 순도 헬륨 기체 배출 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브를 함유한다.
하나 이상의 열 차폐층은 열 차폐 유체, 예를 들어 액체 또는 기체를 보유하기 위한 내부 구획을 갖는다. 일 실시양태에서, 열 차폐층은 액체 질소 (LN2) 열 차폐층 및 헬륨 기체 열 차폐층을 포함한다.
열 차폐층은 하나 이상의 제1 용기 및 하나 이상의 제2 용기로의 열 누출을 감소시켜, 하나 이상의 제1 용기 및 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 감소시킬 수 있다. 하나 이상의 제1 용기 및 하나 이상의 제2 용기로의 열 누출을 감소시켜 하나 이상의 제1 용기 및 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 감소시킴으로써, 열 차폐층은 하나 이상의 제1 용기 및 하나 이상의 제2 용기의 최대 허용 작동 압력을 유지시키기 위하여 하나 이상의 제1 용기 및 하나 이상의 제2 용기로부터 인출될 필요가 있는 초고 순도 헬륨 기체의 양을 감소시킬 수 있다. 일 실시양태에서, 하나 이상의 제2 용기로의 열 누출은, 제2 용기의 열 차폐층으로부터 증발된 UHP 헬륨 기체를 인출시키고, 그것을 하나 이상의 제1 용기의 증기 공간으로 공급하여 제1 용기 중 압력을 증가시킴으로써 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 다수의 ISO 용기의 사용은 몇가지 이유에서 이롭다. 예를 들어, 다수의 ISO 용기는 광범위한 유동으로 헬륨을 공급하고, 소비자 위치에서 추가의 재고를 유지시키고, UHP 헬륨 기체를 사용 장소에 직접 공급할 수 있게 한다.
2개 이상의 ISO 용기, 예를 들어 진공 절연 ISO 용기가 본 발명의 UHP 헬륨 기체 공급 방법 및 시스템에 사용된다. 하나의 ISO 용기는 작동중인 한편, 다른 것은 예비용이다. 예비 ISO 용기 중 열 누출은 UHP 헬륨 (순 증발 속도 (NER) 기체)을 증발시켜 용기 중 압력을 증가시킨다. 예비 ISO 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터의 이러한 NER 기체를 인출하고, 임의로 압력 증가 증발기를 통해 가온시키고, 활성 ISO 용기로 충전시켜 작동 압력을 증가 및 유지시킨다. 활성 ISO 용기로부터 UHP 액체 헬륨은 생성물 증발기로 공급되고, 사용 지점으로 보내진다. ISO 용기의 열 차폐를 사용하여 열 누출 및 따라서 인출되어야 하는 생성되는 NER의 양을 최소화함으로써 낮은 헬륨 공급 속도가 얻어질 수 있다. 저장 용기에서 액체 헬륨을 유지시키면서 절약기를 사용하여 주요 용기 및 지원 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터 압력 증가 기체를 빼내 소비자에게 보냄으로써, 더 낮은 헬륨 공급 속도가 얻어질 수 있다.
벌크 액체 ISO 용기는 다량의 UHP 액체 또는 초임계 헬륨, 예를 들어 1800 내지 11000 갤런의 UHP 액체 헬륨을 보유할 수 있다. 다량(기존 분자의 5배 이상)이 동일한 부피의 UHP 기체 헬륨으로서 운송될 수 있기 때문에, 액체 또는 초임계 형태의 UHP 헬륨을 공급하는 것이 유리하다. 큰 부피의 UHP 헬륨 공급원은 교체 빈도, 관련된 노동 및 오염의 위험성을 크게 감소시킨다. 또한, 본원에 기재된 바와 같은 공급 방법의 수행은 UHP 헬륨 기체 사용률에 유연성을 제공하고, 소비자가 장기간 동안 재고를 효율적으로 관리할 수 있게 한다.
UHP 헬륨 유체는 상기한 바와 같이, 저장 용기로부터 직접 인출될 수 있다. 용기에 존재하는 불순물은 액체 또는 극저온 초임계 헬륨보다 더 밀도가 높으므로, 하부에 우세하게 존재하거나 용기의 벽에 침착된다. UHP 헬륨은, 인출되는 유체 중 불순물의 농도가 소정의 한계, 예를 들어 목적하는 또는 허용되는 한계와 동일한 온도 이하의 온도에서 인출될 수 있다. 이것은, 공급이 기체 공급원으로부터 얻어질 경우 일반적으로 요구되는 값비싼 정제 장비에 대한 필요성을 제거한다.
직접적인 UHP 액체 헬륨 공급 시스템은 장비 몇가지로 이루어진다. 이것은 도 1에 도시된 바와 같은 UHP 액체 헬륨 용기, 고압 호스, 호스 퍼지 조립체, 압력 조절기 및 생성물 공급 압력 릴리프 밸브를 포함한다. 도 1을 참조하면, 지원 ISO 용기(102)로부터의 증발된 헬륨 (NER 기체)은 임의로 압력-증가 증발기(202 및 201)를 통해 가온되고, 기체 연결 라인(601)을 통해 활성 ISO 용기(101)로 공급되어 작동 압력을 증가 및 유지시킨다. 또한, 필요할 경우, 임의의 고압 관 트레일러(103)가 활성 ISO 용기 중 압력 증가에 사용될 수 있다. 압력 릴리프 밸브(401 및 402)는 각각 ISO 용기(101 및 102)에서 허용되는 압력을 유지하기 위하여 사용된다. 압력 릴리프 밸브(403, 404, 405 및 406)는 ISO 용기(101 및 102)에 대한 기체 연결 및 액체 연결 라인에서 허용되는 압력을 유지하기 위하여 사용된다. 기체 연결 라인(601) 상 제어 밸브(300, 301 및 304)는 ISO 용기 압력 증가 기체 또는 절약기(305)로 직접 보내지는 기체의 유동을 조절하기 위하여 사용된다.
유체 유동을 위한 구동력은 용기와 사용 지점(605) 사이의 압력 차이이다. 주요 ISO 용기(101)에서 증가된 압력을 사용하여 액체 헬륨을 액체 연결 라인(602) 상 제어 밸브(501)를 통해 증발되도록 하고, 사용 지점으로 보낸다. 따라서, 주요 공급 용기(101) 중 필요한 압력은 목적하는 헬륨 사용률 및 전달 압력에 따라 달라진다. 용기의 하부에서 약 1 내지 30 센티미터 위에 위치한 포트를 통해 인출된다. 용기(101)가 작동중일 경우, 예비 ISO 용기(102)의 액체 전달 라인의 출구 상 제어 밸브(502)는 폐쇄되고, 제어 밸브(501)는 목적하는 유속에 따라 작동된다. 라인(602)을 통해 구동된 액체 헬륨은 생성물 증발기(203)로 보내져서 증발되고, 사용 지점(605)으로 보내진다. 증발된 생성물의 유동은 밸브(303 및 503)에 의해 제어된다. 또한, 증발된 기체는 (하류 장비를 보호하기 위하여) 임의의 저온 압력 보호 (LTPP) 유닛(306)을 통해 통과한 후, (입자를 제거하기 위하여) 임의의 여과 스키드(204)를 통해 통과한다.
저장 용기 (NER 기체) 중 헬륨 증발의 속도는 열 차폐의 보조로 제어될 수 있다. 열 차폐는 액화 헬륨을 함유하는 내부 용기 구획을 오버레잉(overlaying)하는 영역이다. 일반적으로, ISO 용기의 내부 용기로 통과될 복사 에너지가 열 차폐 유체에 의해 차단되도록 진공 절연 및 열 차폐의 몇개의 교호층이 존재한다. 전형적으로, 하나 이상의 열 차폐층이 액화 기체, 예컨대 질소로 충전되고, 하나 이상의 다른 열 차폐층이 액화 UHP 헬륨을 함유하는 내부 용기 구획으로부터의 증발된 UHP 헬륨 기체로 충전된다. 최대 수 주가 걸릴 수 있는 생산지에서 소비자 위치로의 ISO 용기의 운송 동안, 증발된 차폐 유체가 배출된다. 액화 기체 열 차폐는 전형적으로 최대 약 30일 동안 지속되기에 충분한 액화 기체를 보유한다.
제2 용기에서의 열 누출은 초고 순도 헬륨 액체를 증발시켜 상기 제2 용기 중 압력을 증가시킬 수 있다. 증발된 헬륨 기체는 상기 제1 용기로 운반되어 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분하도록 작동 압력을 증가 및 유지시킨다.
헬륨 유체는 출구에서의 온도가 불순물의 동결 온도 미만이기만 하면 특정 용도에 대해 충분히 낮은 불순물 농도로 인출될 수 있다. 불순물의 훨씬 더 낮은 농도는, 불순물의 증기압이 인출되는 유체 중 불순물을 목적하는 또는 허용되는 농도 한계에 도달하게 하거나 그와 동일하게 하는 온도 이하의 온도에서 헬륨을 인출시킴으로써 얻어질 수 있다. 헬륨에 존재할 수 있는 불순물 및 불순물 증기압이 불순물을 대기압하에 헬륨 유체 중 5 ppmv(part per million volume)의 농도에 도달하게 하는 각각의 온도 근사치는, 예를 들어 H2O (207˚K), CO2 (111˚K), O2 (42˚K), Ar (42˚K) 및 N2 (36˚K)를 포함한다. 비교를 위하여, 불순물이 대기압하에 헬륨 유체 중 1 ppmv의 농도에 도달하는 각각의 온도 근사치는, 예를 들어 H2O (197˚K), CO2 (105˚K), O2 (39˚K), Ar (39˚K) 및 N2 (34˚K)를 포함한다. 이러한 불순물 중 몇가지가 존재할 경우, 인출 온도가 최고 증기압을 갖는 불순물이 헬륨 유체 중 농도 한계에 도달하는 온도 이하인 한, 헬륨이 낮은 포트로부터 인출될 수 있다. 용기로부터 낮은 불순물을 갖는 극저온 헬륨을 인출시키는 것에 대한 보다 상세한 설명은, 개시 내용이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,386,707호에 기재되어 있다.
또한, 현장(on-site) 공급 시스템에는 절약 장치, 즉 압력 증가 기체를 빼내고 소비자에게 직접 보내는데 사용될 수 있는 배압 밸브(305)가 장착된다. 이것은, 용기 중 기체 증가가 소비자의 인출 속도를 초과할 경우 필수적이다. 용기 중 압력이 증가하고 절약 장치, 즉 배압 밸브(305) 상 설정점에 도달함에 따라, 기체는 도 2에 도시된 작동 논리를 사용하여 라인(603)을 통해 강제 도입된다. 밸브(305)는 용기의 MAWP보다 낮지만 생성물 밸브(303)보다 높은 압력으로 설정된다. 절약기를 통한 고압 유동은 밸브(303)를 폐쇄된 채로 유지시키고, 생성물을 소비자에게 공급한다. 이러한 방식으로, 시스템은, 용기에서 MAWP하에 액체 헬륨을 유지시키면서, 매우 낮은 유속(즉, 모든 용기로부터 NER)으로 헬륨을 공급할 수 있다. 또한, 용기의 열 차폐로부터의 UHP 헬륨 기체는 본원에 기재된 바와 같이 인출되고 절약기로 보내질 수 있다. 이용가능할 경우, 기체는 또한 밸브(302) 및 라인(604)을 통해 지원 관 트레일러로부터 소비자에게 직접 보내질 수 있다.
도 1 및 2를 참조하면, ISO 용기(101 및 102)로부터의 조합된 NER 기체가 소비자에 의해 필요한 헬륨 사용률보다 클 경우, 절약 장치, 즉 배압 밸브(305)를 개방시키고, 제어 밸브(301 및 304)를 개방시키고, ISO 용기(101 및 102)로부터의 NER 기체를 라인(603)을 통해 사용 장소(605)로 직접 공급한다. ISO 용기(101 및 102)로부터의 조합된 NER 기체가 소비자에 의해 요구되는 헬륨 사용률보다 작을 경우, NER 기체를 ISO 용기(102)로부터 ISO 용기(101)로 유도시켜 압력을 증가시키고, 액체 헬륨을 ISO 용기(101)로부터 밸브(501)를 통해 증발기(203)로 인출시키고, 여기서 그것을 증발시키고, 헬륨 기체를 사용 장소(605)로 전달한다. 하나 이상의 제1 용기 및/또는 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체를 유지시키면서 하나 이상의 절약 장치를 제어하여 하나 이상의 제1 용기 및/또는 하나 이상의 제2 용기로부터 초고 순도 헬륨 기체를 인출시킨다.
본 발명의 공급 방법의 수행은 몇가지 ISO 용기의 사용을 포함할 수 있다. 공급 방법은 제1 용기와 제2 용기의 다양한 조합, 예를 들어 하나 이상의 제1 용기와 2개 이상의 제2 용기, 하나 이상의 제1 용기와 3개 이상의 제2 용기, 2개 이상의 제1 용기와 2개 이상의 제2 용기 등을 포함할 수 있다. 필요한 용기의 총수는 주로 헬륨 사용률에 따라 달라진다. 이것은, 모든 용기로부터의 총 NER 기체가 일일 필요량을 초과할 경우, 헬륨을 대기로 배출시켜 ISO 용기의 MAWP를 유지시켜야 하기 때문이다. 또한, 필요한 용기의 총수를 계산할 때, 소비자와 생산 시설 사이에 현장 및 ISO 용기 수송 (운송) 시간을 유지하기 위하여 소비자가 원하는 재고의 수준이 고려되어야 한다. 개략적인 공급 사이클 플로우차트가 도 3에 도시되어 있다. 임의의 시점에서, 각각의 용기는 사이클에서 상이한 지점에 존재한다. 이것은 소비자 위치에서 완전히 및/또는 부분적으로 사용된 용기, 재충전을 위해 공급자에게 다시 운송되는 빈 용기 및 이미 재충전되고 소비자 위치로 다시 수송중인 용기를 포함한다. 정상 작동 방식하에, 새로운 용기는 활성 용기가 비워지기 직전에 소비자 위치에 도달한다. 충만한 ISO 용기는 소비자 위치에 내려놓고, 빈 트레일러는 재충전을 위해 떠나간다. ISO 용기의 계산된 필요한 수가 정수가 아닐 경우, 그것을 가장 근접한 정수로 반올림하여 공급 시스템에 유연성을 제공하도록 권장된다.
UHP 헬륨 기체는 다양한 사용 장소, 예를 들어 반도체 제조 현장 및 다른 산업용 현장으로 전달될 수 있다. 사용 장소가 반도체 제조 현장일 경우, 초고 순도 헬륨 기체가, 예를 들어 유기금속 전구체를 화학 증착 또는 원자층 침착 챔버로 도입시키기 위한 담체 기체로서 사용될 수 있다. 또한, 초고 순도 헬륨 기체가 LCD 공정에서 건식 에칭을 위하여 사용될 수 있다. 또한, 초고 순도 헬륨 기체가 후방 냉각에 사용되어 규소층의 에칭 공정의 속도 및 균일성을 제어할 수 있다. 또한, 초고 순도 헬륨 기체를 사용하여 누출 및 라인 퍼지를 확인할 수 있다.
원격 감시 시스템을 사용하여 이동식 액체 저장 탱크를 모니터링할 수 있다. 그것은 액체 수준 및 헤드 스페이스 압력 데이터 및 전반적인 위치 데이터를 수집하는 원격 측정 유닛으로 이루어질 수 있다. 운송 동안, 이러한 데이터는 무선으로 소비자 및/또는 공급자에게 전송된다. 압력 및 액체의 문제 상황이 열 차폐 및/또는 ISO 용기에 도달되면, 증기가 미리 정해진 프로그래밍에 따라 배출되어 액체 수준 및 증기압 설정점을 재확립하도록 시도할 수 있다. 또한, 추적 시스템은 공급자에게 운송 지연 및 운송 동안 다른 용기의 문제에 대해 경보를 발한다. 트레일러가 목적지에 도착하면, 소비자가 유닛을 사용하여 계속해서 재고 수준을 모니터링하거나 다른 것을 선택할 수 있다. 현장 유지를 위하여 소비자가 원하는 헬륨의 최소량에 따라, 소비자는 전화기 또는 전자 시스템 (예를 들어, 이메일)을 통해 새로운 트레일러를 주문한다. 이러한 주문을 할 때, ISO 용기에 대한 수송 시간이 고려되어야 한다. 또한, 이것은 특정 시간 후에, 새로운 트레일러가 소비자에게 보내지도록 자동적으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 개시 내용이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,922,144호를 참조한다.
제어 시스템 및 방법은 임의로, 작동 파라미터의 자동 실시간 최적화 및/또는 조정이 목적하는 또는 최적의 작동 조건을 이룰 수 있도록 구성된 UHP 헬륨 기체 전달 시스템의 작동에 사용될 수 있다.
컴퓨터 실행 시스템이 임의로 사용되어 NER, 공급 속도, ISO 용기의 가열 및 냉각, 배압 및 릴리프 밸브에 대한 설정 등을 제어할 수 있다. 컴퓨터 제어 시스템은, UHP 헬륨 기체의 소비자 위치로의 전달을 최적화시키기 위한 시도로 여러가지 파라미터를 조정하는 능력을 가질 수 있다. 시스템을 수행하여 파라미터를 자동으로 조정할 수 있다. 통상적인 하드웨어 또는 소프트웨어-실행 컴퓨터 및/또는 전자 제어 시스템을 다양한 전자 센서와 함께 사용하여 UHP 헬륨 기체 전달 시스템의 제어를 이룰 수 있다. 제어 시스템은 NER, 공급 속도, ISO 용기의 가열 및 냉각 및 배압 및 릴리프 밸브에 대한 설정 등을 제어하도록 구성될 수 있다.
UHP 헬륨 기체 전달 시스템은 NER, 공급 속도, ISO 용기의 가열 및 냉각, 배압 및 릴리프 밸브 등과 같은 다수의 파라미터의 측정을 위한 센서를 더 포함할 수 있다. 제어 유닛은, 측정된 파라미터 값에 따라 시스템 전체에 걸쳐 UHP 헬륨을 운반하기 위하여 입구 개방부 및 출구 개방부 중 적어도 하나 및 센서에 연결될 수 있다.
컴퓨터 실행 시스템은 임의로 UHP 헬륨 기체 전달 시스템의 일부분이거나 그와 커플링될 수 있다. 시스템은 시스템의 작동 파라미터를 제어 및 조정할 뿐만 아니라, 값을 분석 및 계산하도록 구성 또는 프로그램될 수 있다. 컴퓨터 실행 시스템은 시스템의 작동 파라미터를 설정 및 제어하기 위하여 제어 신호를 보내고 받을 수 있다. 컴퓨터 실행 시스템은 UHP 헬륨 기체 전달 시스템에 대하여 원거리에 위치할 수 있다. 또한, 그것은 간접적인 또는 직접적인 수단을 통해, 예컨대 이더넷(ethernet) 연결 또는 무선 연결을 통해 하나 이상의 원격 UHP 헬륨 기체 전달 시스템으로부터 데이터를 받도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은, 예를 들어 인터넷을 통해 원격으로 작동될 수 있다.
UHP 헬륨 기체 전달 시스템의 제어의 일부분 또는 전부는 컴퓨터없이 수행될 수 있다. 다른 유형의 제어는 물리적 제어를 사용하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 제어 시스템은 사용자에 의해 작동되는 수동 시스템일 수 있다. 또다른 예에서, 사용자는 기재된 바와 같은 제어 시스템에 입력을 제공할 수 있다. 적합한 압력 게이지를 사용하여 공급 속도 (예를 들어, UHP 헬륨 기체 전달 속도)를 모니터링할 수 있다. 공기 압력 게이지는 미리 정해질 수 있는 적합한 차단 밸브를 가져서, 속도가 소정 값을 초과할 경우 UHP 헬륨 기체의 소비자로의 공급을 차단시킬 수 있다.
비정상적인 조건의 경우, 예를 들어 전반적인 헬륨 공급이 장기간 동안 부족할 경우 또는 트랜스필이 고장날 경우, 본 발명의 방법은 신뢰성 있는 UHP 헬륨 공급을 제공할 수 있다. 도 3을 참조하면, 공급 중단의 경우, 중단의 유형, 예를 들어 전반적인 헬륨 공급 부족, ISO 용기 고장 또는 운송 지연을 확인한다. 전반적인 헬륨 공급 부족의 경우, UHP 헬륨을 현장 ISO 용기로부터 인출할 수 있고, 소비자에게 할당 상황을 통지할 수 있다. ISO 용기 고장의 경우, UHP 헬륨을 현장의 또다른 ISO 용기로부터 인출시키고, 잔류 재고량을 갱신할 수 있다. 헬륨 생산지에게 통지하여 또다른 ISO 용기를 요청하여야 한다. 고장난 ISO 용기를 수리를 위하여 헬륨 생산지로 돌려보내야 한다. 운송 지연의 경우, UHP 헬륨을 현장의 ISO 용기로부터 인출시키고, 소비자 및 생산지에게 운송 지연을 통지할 수 있다. 공급 중단이 없을 경우, UHP 헬륨을 현장의 ISO 용기로부터 인출시키고, 잔류 재고량을 갱신하고, 수송중인 ISO 용기의 정보를 갱신할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 헬륨 생성 공장에 위치한 큰 액체 저장 부피가 소비자를 위해 유지될 수 있다. 이러한 저장 부피는 UHP 헬륨 액화기에 연결된 (예를 들어, 30,000 갤런의 용량을 갖는) 큰 부피의 듀어(dewar) 형태일 수 있다. 부피가 충전되면, 증발되는 UHP 헬륨을 매우 효율적으로 재액화시킬 수 있다. 듀어 중 UHP 헬륨은 사전에 구입하여 (비지니스 협정에 의해 커버된 상세사항과 함께) 특정 소비자에게 제공된다. UHP 헬륨 부족의 경우, 듀어는 소비자의 전달을 보충하기 위하여 이용가능할 것이다. 이것은, 할당의 경우 전형적으로 운송 용기의 양호한 이용가능성과 일치하기 때문에(즉, 최대량보다 덜한 양의 생성물이 운송될 경우, 용기를 해방시킴), 공장 공급 부족 동안 UHP 헬륨 공급원을 관리 ("할당")하기 위한 특히 효과적인 방식일 수 있다. 따라서, 할당 시기 동안 이러한 생성물을 소비자에게 운송할 수 있는 값비싼 운송 용기의 예비투자가 필요없다.
상기 지시된 바와 같이, 본 발명은 부분적으로는 초고 순도 헬륨 기체의 사용 장소로의 전달을 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
임의로, 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기로부터 (예를 들어, 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터) 하나 이상의 절약 장치를 통해 상기 사용 장소로 전달하는 단계로서, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 단계;
초고 순도 헬륨 기체를 포함하는 초고 순도 헬륨 유체를 상기 제2 용기로부터 (예를 들어, 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터) 상기 제1 용기로 도입하는 단계로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 단계;
상기 초고 순도 헬륨 액체를 상기 제1 용기로부터 하나 이상의 증발 장치로 운반하는 단계로서, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
상기 증발 장치에서 상기 초고 순도 헬륨 액체의 상 변화를 수행하여 초고 순도 헬륨 기체를 형성하는 단계;
상기 초고 순도 헬륨 기체를 상기 증발 장치로부터 상기 사용 장로 전달하는 단계; 및
제2 용기로부터 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 상기 초고 순도 헬륨 기체, 상기 하나 이상의 열 차폐층 및/또는 하나 이상의 절약 장치를 사용하여 상기 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 전달을 제어하는 단계
를 포함한다.
일 실시양태에서, 본 발명의 방법은 초고 순도 헬륨 기체를 제1 용기 및/또는 제2 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 사용 장소로 전달하는 것을 포함한다. 또다른 실시양태에서, 본 발명의 방법은 초고 순도 헬륨 기체를 제2 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터 제1 용기로 도입하는 것을 포함하며, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 제1 용기에서 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입된다.
상기 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 전달의 제어와 관련하여, (i) 제2 용기로부터 (예를 들어, 제2 용기의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 (예를 들어, 제1 용기와 제2 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (ii) 하나 이상의 열 차폐층이 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기 중 상기 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 제어하고, 상기 순 증발 속도가 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 (예를 들어, 제1 용기와 제2 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (iii) 하나 이상의 절약 장치가 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체를 유지하면서, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 (예를 들어, 제1 용기와 제2 용기 둘다의 증기 공간 및/또는 헬륨 기체 열 차폐층으로부터) 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어한다.
상기 지시된 바와 같이, 본 발명은 부분적으로는 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하기 위한 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 제1 용기;
초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 제2 용기;
초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 출구 개방부로부터 제1 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인으로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브 및 하나 이상의 절약 장치를 함유하고, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인;
초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 증발 장치;
초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위의 하나 이상의 출구 개방부로부터 증발 장치의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 액체 배출 라인으로서, 상기 초고 순도 헬륨 액체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 액체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 액체 유동 제어 밸브를 함유하는 초고 순도 헬륨 액체 배출 라인; 및
그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브를 함유하며, 증발 장치의 하나 이상의 출구 개방부로부터 상기 사용 장소로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 기체 배출 라인
을 포함한다.
현장 공급 시스템에는, 도 2에 도시된 바와 같은 작동 논리를 사용하여 라인(603)을 통해 압력 증가 기체를 빼내고 사용자에게 직접 보내기 위하여 사용될 수 있는 절약 장치, 즉 배압 밸브(305)가 장착될 수 있다. 또한, 현장 시스템에는 (하류 장비를 보호하기 위하여) 저온 압력 보호 (LTPP) 유닛(306) 및 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하기 전에 초고 순도 헬륨 기체가 통과할 수 있는 여과 장치(204), 즉 여과 스키드가 장착될 수 있다. 여과 스키드를 사용하여 입자를 제거한다.
다수의 ISO 용기가 본 발명의 실시에 사용되도록 권장되었지만, 작은 부피의 사용자들은 빌트-인(built-in) 압력 증가 코일을 갖는 단일 용기를 사용할 수 있다. 이것은 외부 기체 사용없이 용기내에서 압력 증가를 가능하게 할 것이다. 이러한 방법은 관 트레일러보다 상당히 높은 전용 현장 수준을 제공한다. 또한, 작은 부피 사용 소비자는 낮은 NER을 갖는 소형 ISO 용기를 사용함으로써, 본 발명으로부터 이점을 얻을 수 있다. 또한, 상기 개시 내용이 대형 전자 장치 소비자에게 초점을 맞추고 있지만, 이러한 공급 방법은 다른 산업에서 다량의 헬륨 사용자에게 제안될 수 있다.
본 발명의 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백할 것이며, 이러한 변경 및 변경은 본 출원의 범위 및 특허청구범위의 취지 및 범위내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
    초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
    임의로, 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 사용 장소로 전달하는 단계로서, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 단계;
    초고 순도 헬륨 기체를 포함하는 초고 순도 헬륨 유체를 상기 제2 용기로부터 상기 제1 용기로 도입하는 단계로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 단계;
    상기 초고 순도 헬륨 액체를 상기 제1 용기에서 하나 이상의 증발 장치로 운반하는 단계로서, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
    상기 증발 장치에서 상기 초고 순도 헬륨 액체의 상 변화를 수행하여 초고 순도 헬륨 기체를 형성하는 단계; 및
    상기 초고 순도 헬륨 기체를 상기 증발 장치로부터 상기 사용 장소로 전달하는 단계
    를 포함하는, 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, (i) 제2 용기로부터 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 상기 초고 순도 헬륨 기체, (ii) 상기 하나 이상의 열 차폐층 및/또는 (iii) 하나 이상의 절약 장치를 사용하여 상기 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 전달 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, (i) 제2 용기로부터 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 상기 초고 순도 헬륨 기체가 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (ii) 상기 하나 이상의 열 차폐층이 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기 중 상기 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 제어하고, 상기 순 증발 속도가 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (iii) 상기 하나 이상의 절약 장치가 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체를 유지시키면서, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 열 차폐층이 액체 또는 기체를 포함하는 열 차폐 유체를 보유하기 위한 내부 구획을 갖는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 열 차폐층이 액체 질소 (LN2) 열 차폐층 및 헬륨 기체 열 차폐층을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, (i) 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 상기 사용 장소로 전달하는 것 및 (ii) 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터 상기 제1 용기로 도입시키고, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 것 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열 차폐층이 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로의 열 누출을 감소시켜, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기 중 상기 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 감소시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열 차폐층이 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로의 열 누출을 감소시켜, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기 중 상기 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 감소시키고, 이로써 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기의 최대 허용 작동 압력을 유지시키기 위하여 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 인출될 필요가 있는 초고 순도 헬륨 기체의 양을 감소시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용기 및/또는 상기 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체를 유지시키면서, 상기 사용 장소로 전달하기 위하여 상기 하나 이상의 제1 용기 및/또는 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 초고 순도 헬륨 기체를 인출시키도록 상기 하나 이상의 절약 장치를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기가 ISO 용기를 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 초고 순도 헬륨 기체가 약 10 N㎥/hr 이상의 사용률로 상기 사용 장소에서 사용되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 사용 장소가 반도체 제조 현장인 방법.
  13. 제1항에 있어서, (i) 상기 초고 순도 헬륨 기체가 전구체를 침착 챔버로 도입시키기 위한 담체 기체로 사용되거나, (ii) 상기 초고 순도 헬륨 기체가 LCD 공정에서 건식 에칭에 사용되거나, (iii) 상기 초고 순도 헬륨 기체가 규소층의 에칭 공정의 속도 및 균일성을 제어하기 위한 후방 냉각에 사용되거나, (iv) 상기 초고 순도 헬륨 기체가 누출 및 라인 퍼지를 확인하기 위하여 사용되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 인출되는 상기 초고 순도 헬륨 액체 중 하나 이상의 불순물의 농도가 소정의 한계와 동일한 온도 이하의 온도에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 인출하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 하나 이상의 불순물이 물, 이산화탄소, 산소, 아르곤 및 질소로부터 선택된 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 초고 순도 헬륨 기체를 상기 사용 장소로 전달하기 전에, 상기 초고 순도 헬륨 기체를 저온 압력 보호 (LTPP) 유닛 및 여과 장치를 통해 통과시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 제1 용기;
    초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고; 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 제2 용기;
    초고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 출구 개방부로부터 제1 용기의 상부 또는 그 근처의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인으로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브 및 하나 이상의 절약 장치를 함유하고, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 초고 순도 헬륨 기체 공급 라인;
    초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 하나 이상의 증발 장치;
    초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위의 하나 이상의 출구 개방부로부터 증발 장치의 하나 이상의 입구 개방부로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 액체 배출 라인으로서, 상기 초고 순도 헬륨 액체 공급 라인은 그것을 통한 초고 순도 헬륨 액체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 액체 유동 제어 밸브를 함유하는 초고 순도 헬륨 액체 배출 라인; 및
    그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 초고 순도 헬륨 기체 유동 제어 밸브를 함유하며, 증발 장치의 하나 이상의 출구 개방부로부터 상기 사용 장소로 외부로 연장되는 초고 순도 헬륨 기체 배출 라인
    을 포함하는, 초고 순도 헬륨 기체를 사용 장소로 전달하기 위한 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 초고 순도 헬륨 기체 배출 라인이 저온 압력 보호 (LTPP) 유닛 및 여과 장치를 함유하는 시스템.
  18. 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제1 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제1 용기는 초고 순도 헬륨 기체가 내부 용기 구획으로 공급될 수 있는, 제1 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 제1 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제1 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
    초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 포함하는 극저온 초고 순도 헬륨 유체를 함유하는 하나 이상의 제2 용기를 제공하는 단계로서, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체 및 기체를 보유하기 위한 내부 용기 구획을 형성하도록 구성된 하나 이상의 벽 부재를 포함하고, 상기 내부 용기 구획은 상기 하나 이상의 벽 부재에 인접한 상기 내부 용기 구획의 주변에 서로 인접하게 정렬된 하나 이상의 진공 절연층 및 하나 이상의 열 차폐층을 갖고, 상기 제2 용기는 고 순도 헬륨 기체가 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 분배될 수 있는, 제2 용기의 상부에 또는 그 근처에 하나 이상의 출구 개방부를 갖고, 상기 제2 용기는 상기 제1 용기와 초고 순도 헬륨 기체 유통되고, 상기 제2 용기는 상기 초고 순도 헬륨 액체가 내부 용기 구획으로부터 분배될 수 있는, 제2 용기의 하부 위에 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
    임의로, 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 상기 사용 장소로 전달하는 단계로서, 상기 하나 이상의 절약 장치는 그것을 통한 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 유동을 제어하기 위한 배압 밸브를 포함하는 단계;
    초고 순도 헬륨 기체를 포함하는 초고 순도 헬륨 유체를 상기 제2 용기로부터 상기 제1 용기로 도입하는 단계로서, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 단계;
    상기 초고 순도 헬륨 액체를 상기 제1 용기로부터 하나 이상의 증발 장치로 운반하는 단계로서, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 액체가 증발 장치로 공급될 수 있는 하나 이상의 입구 개방부를 갖고, 상기 증발 장치는 초고 순도 헬륨 기체가 증발 장치로부터 분배될 수 있는 하나 이상의 출구 개방부를 갖는 단계;
    상기 증발 장치에서 상기 초고 순도 헬륨 액체의 상 변화를 수행하여 초고 순도 헬륨 기체를 형성하는 단계;
    상기 초고 순도 헬륨 기체를 상기 증발 장치로부터 상기 사용 장소로 전달하는 단계; 및
    제2 용기로부터 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 상기 초고 순도 헬륨 기체, 상기 하나 이상의 열 차폐층 및/또는 하나 이상의 절약 장치를 사용하여 상기 초고 순도 헬륨 기체의 상기 사용 장소로의 전달을 제어하는 단계
    를 포함하는, 초고 순도 헬륨 기체의 사용 장소로의 전달을 제어하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, (i) 제2 용기로부터 상기 제1 용기의 내부 용기 구획으로 공급되는 상기 초고 순도 헬륨 기체가 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (ii) 상기 하나 이상의 열 차폐층이 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기 중 상기 초고 순도 헬륨 액체의 순 증발 속도를 제어하고, 상기 순 증발 속도가 상기 하나 이상의 제1 용기로부터 상기 하나 이상의 증발 장치로의 상기 초고 순도 헬륨 액체의 전달 속도 및 상기 하나 이상의 증발 장치로부터 상기 사용 장소로의 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 상기 하나 이상의 절약 장치를 통한 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하고; (iii) 상기 하나 이상의 절약 장치가, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기에서 초고 순도 헬륨 액체를 유지하면서, 상기 하나 이상의 제1 용기 및 상기 하나 이상의 제2 용기로부터 상기 사용 장소로의 상기 초고 순도 헬륨 기체의 전달 속도를 제어하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, (i) 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제1 용기 및/또는 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터 하나 이상의 절약 장치를 통해 상기 사용 장소로 전달하는 것, 및 (ii) 초고 순도 헬륨 기체를 상기 제2 용기의 증기 공간 및/또는 열 차폐층으로부터 상기 제1 용기로 도입하며, 상기 초고 순도 헬륨 기체는 상기 제1 용기에서 상기 제1 용기로부터 초고 순도 헬륨 액체를 배출시키기에 충분한 압력으로 도입되는 것 중 하나 이상을 포함하는 방법.
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