KR20210126145A - 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기의 흡착제-기반의 압력 안정화 - Google Patents

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Abstract

압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기를 포함하는 유체 공급 패키지가 설명되며, 해당 용기는 유체 분배 유동 경로, 및 용기로부터 분배되는 유체의 압력 안정화를 위해서 유동 경로로부터 유체를 가역적으로 흡착하도록 그러한 유동 경로 내에 배치되거나 유동 경로와 유체 연통되는 흡착제를 포함한다. 유체 유동 경로 내의 유체를, 유체의 분배 중에 유체를 가역적으로 이에 흡착할 수 있는 흡착제와 접촉시키는 것에 의해서, 유체 공급 패키지 내의 유체 유동 경로를 통한 유체의 분배 중에 유체 압력을 안정화시키는, 상응하는 방법이 개시된다. 압력 관리 흡착제를 이용하는 그러한 접근 방식은 유체 분배 중에 유체 압력을 안정화시키고, 유체 분배의 개시 중에 또는 후속되는 압력 분배의 실시 중에 발생될 수 있는 압력 진동을 해결한다.

Description

압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기의 흡착제-기반의 압력 안정화{ADSORBENT-BASED PRESSURE STABILZATION OF PRESSURE-REGULATED FLUID STORAGE AND DISPENSING VESSELS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2014년 6월 13일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/011,954호의 35 U.S.C. §119의 규정하의 우선권의 이익을 주장한다. 미국 가특허출원 제62/011,954호의 개시 내용은 모든 목적을 위해서 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본 개시 내용은 압력 조절기를 포함하는 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기에 관한 것이고, 유체 분배 동작의 개시 또는 후속 실시시 압력 상승(spiking) 및 진동 거동을 해결하기 위한 그러한 용기뿐만 아니라, 관련된 하위조립체 및 구성요소의 압력 관리에 관한 것이고, 그리고 그러한 용기, 하위조립체 및 구성요소의 제조 및 이용 방법 및 압력-관리되는 방식으로 유체를 공급하는 방법에 관한 것이다.
반도체 제조의 분야에서, 여러 가지 유체 공급 패키지를 이용하여, 제조 동작에서 그리고 프로세스 용기 세정과 같은 보조적인 유체-이용 프로세스에서 이용하기 위한 프로세스 유체를 제공한다. 안전성 및 프로세스 효율을 고려한 결과로서, 압력-조절 장치가 용기의 내부 부피 또는 용기 밸브 헤드 내에 제공되는, 유체 저장 및 분배 용기를 이용하는 유체 공급 패키지가 개발되었다.
압력-조절형 용기를 포함하는 그러한 유체 공급 패키지의 예에는, 상표 VAC하에서 ATMI, Inc.(미국 댄버리 코네티컷)로부터 상업적으로 입수가 가능한 유체 공급 패키지, 상표 UPTIME 하에서 Praxair, Inc.로부터 상업적으로 입수가 가능한 압력-조절형 용기 유체 공급 패키지, 그리고 상표 SANIA 하에서 L'Air Liquide(프랑스 파리)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 조절기 및 유동 제어 밸브 요소를 포함하는 밸브 헤드를 구비하는 유체 공급 패키지가 포함된다.
일부 경우에, 유동 회로망에 결합된 압력-조절형 용기는 유체 분배 동작의 개시시에 급격한 압력 요동(fluctuation)을 나타낸다. 이러한 비정상적인 거동은, 유동 회로망 내의 압력 감지 구성요소에 의해서 감지되는 압력 상승으로서 가장 빈번하게 체험된다. 이전의 반도체 제조 동작에서의 그러한 압력 상승 거동은 중요하지 않은데, 이는 그러한 거동이 평형 유동에 의해서 신속하게 대체되는(그에 따라 압력 상승이 프로세스 시스템의 정상-상태 동작 조건으로의 점진적인 진행에서 수용되는) 일시적인 현상이기 때문이며, 그러나 이온 주입 적용예에서의 신속 빔 튜닝(rapid beam tuning)의 최근 경향은 이러한 문턱값 요동에 민감한 프로세스 시스템을 초래하였다.
압력 상승의 발생은 질량 유동 제어기와 같은 유동 회로망 구성요소가 일시적으로 제어력을 상실하게 할 수 있고, 결과적으로, 분배된 유체를 수용하는 프로세스 도구가 재원을 벗어난(out-of-specification) 유체 유동을 수용하게 된다. 일부 경우에, 이는 자동 프로세스 모니터링 시스템의 동작 종료 기능을 초래할 수 있고, 후속되는 중단 시간은 제조 생산성의 유지에 있어서 부정적이다. 다른 경우에, 제조 툴이 상승-연관된 급격한 유체의 유입을 처리할 수 있고, 결과적으로 재원을 벗어난 제품이 생산될 수 있다.
따라서, 압력-조절형 용기로부터의 유체 유동 내의 유입 유체 압력 상승의 결과는 프로세스 효율 및 생산성에 상당히 불리할 수 있다.
본 개시 내용은 유체 분배 동작의 개시 또는 후속 실시 중에 압력-상승 거동에 민감한 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기의 압력 관리에 관한 것이고, 유체 저장 및 분배 용기, 그 하위 조립체, 및 구성요소에 관한 것일 뿐만 아니라, 그러한 용기, 하위조립체, 및 구성요소의 제조 및 이용 방법 그리고 압력 조절되는 방식으로 유체를 공급하는 방법에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 개시 내용은 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것으로, 해당 용기는 유체 분배 유동 경로, 및 용기로부터 분배되는 유체의 압력 안정화를 위해서, 유동 경로로부터 유체를 가역적으로 흡착하도록 그러한 유동 경로 내에 배치되거나 유동 경로와 유체 연통되는 흡착제를 포함한다.
다른 양태에서, 개시 내용은 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기, 밸브 헤드의 배출구에서 용기로부터 유체를 분배하도록 구성된 밸브 헤드, 용기의 내부 부피로부터 유동 경로 내의 압력-조절 조립체를 통해서 밸브 헤드의 배출구까지 유체의 유동을 위한 유동 경로를 형성하는 유동 회로망, 및 용기로부터 분배되는 유체의 압력 안정화를 위해서 유동 경로로부터 유체를 가역적으로 흡착하도록 유동 경로 내에 배치되거나 유동 경로와 유체 연통되는 흡착제를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것이다.
개시 내용의 추가적인 양태는 용기의 방출 포트 상류에서 압력 조절기를 내부에 포함하는 압력-조절형 용기, 및 유체 공급 패키지의 분배 동작에서 압력 진동을 억제하도록 배열된 흡착제를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것이다.
개시 내용의 다른 양태는 유체 저장 및 분배 용기를 위한 유체 분배 조립체에 관한 것으로서, 유체 분배 조립체는: (i) 분배되는 유체 배출구 포트를 포함하는 밸브 헤드, (ii) 적어도 하나의 유동 경로 통로 부재, 및 (iii) 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브(set pressure valve), 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브를 포함하고, 유체 분배 조립체 구성요소 (i), (ii), 및 (iii)는 용기로부터의 유체의 분배 동안의 유체의 통과 유동을 위해서 유체 분배 조립체 내에 결합된다.
추가적인 양태의 본 개시 내용은 압력-조절형 용기로부터 분배되는 유체 내의 압력 진동을 해결하는 방법에 관한 것이고, 그러한 방법은, 흡착제가 유체 분배 중에 유체 압력을 안정화시키도록, 용기의 유체 방출 경로 내의 유체를 그러한 유체에 대해서 가역적으로 흡착적인 흡착제와 접촉시키는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 개시 내용은 유체 공급 패키지 내의 유체 유동 경로를 통한 유체의 분배 중에 유체 압력을 안정화시키는 방법에 관한 것이고, 그러한 방법은 유체 유동 경로 내의 유체를, 유체의 분배 중에 유체를 가역적으로 흡착할 수 있는 흡착제와 접촉시키는 단계를 포함한다.
개시 내용의 다른 양태, 특징 및 실시예가 이하의 설명 및 첨부된 청구항으로부터 보다 완전하게 명확해질 것이다.
도 1은 이중 조절기 조립체와 용기의 밸브 헤드 사이의 유체 유동 경로 내에 배치된 압력 관리 흡착제를 포함하는 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기를 갖는 유체 공급 패키지의 개략적인 횡단면적 입면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 것과 동일한, 그러나 압력 관리 흡착제가 밸브 헤드의 방출 포트의 바로 상류에서 밸브 헤드 내의 유체 유동 경로 내에 배치되는, 일반적인 유형의 유체 공급 패키지의 개략적인 횡단면적 입면도이다.
도 3은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같은 일반적인 유형의 유체 공급 패키지의, 부분적으로 횡단면으로 도시된, 개략적인 입면도로서, 여기에서 용이한 인용을 위해서 상응하는 부분들이 상응하게 번호 부여되었다.
도 4는 개시 내용의 추가적인 실시예에 따른 유체 공급 패키지의 개략적인 횡단면도로서, 여기에서 압력 관리 흡착제가 진공 작동형 체크 밸브의 하류에 배치된다.
도 5는 도 1에 도시된 유형의 유체 공급 패키지의 유체 분배 조립체의 횡단면적 사시도로서, 여기에서 압력 관리 흡착제가 조립체 내의 상부 압력 조절기의 하류에 배치된다.
도 6은 도 1에 도시된 유형의 유체 공급 패키지의 유체 분배 조립체의 횡단면적 사시도로서, 여기에서 압력 관리 흡착제가 중앙 보어 통로를 제공하는 환형 형태로 제공되고, 그러한 중앙 보어를 통해서 유체가 유동할 수 있고 흡착제와 접촉할 수 있다.
본 개시 내용은 유체 분배 동작의 개시 또는 후속 실시시 압력-상승 거동에 민감한 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기의 압력 관리에 관한 것이고, 유체 저장 및 분배 용기, 그 하위 조립체, 및 구성요소에 관한 것일 뿐만 아니라, 그러한 용기, 하위조립체, 및 구성요소의 제조 및 이용 방법 그리고 압력 조절되는 방식으로 유체를 공급하는 방법에 관한 것이다.
본 개시 내용은 단순하고, 효과적이며, 저렴한 방식으로, 압력-조절형 유체 공급 패키지로부터의 유체의 분배 중에 압력 변동의 억제(moderation of pressure swing)를 위한 접근방식을 제공한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 유체 저장 및 분배 용기에 대한 언급에서 "압력-조절형"이라는 용어는, 그러한 용기가, 용기의 내부 부피 내에 및/또는 용기의 밸브 헤드 내에 배치된 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브, 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브를 가진다는 것을 의미하고, 그러한 각각의 압력 조절기 구성요소는, 그러한 구성요소가 압력 조절기 구성요소의 바로 하류의 유체 유동 경로 내의 유체 압력에 응답하도록 그리고 압력 조절기 구성요소 상류의 더 높은 유체 압력과 관련하여 특정의 하류의 감소된 압력 조건에서 유체가 유동할 수 있게 하기 위해서 개방되도록, 그리고 후속하여 그러한 개방이 동작하여, 용기로부터 방출되는 유체의 압력을 특정의, 또는 "설정점"의 압력 레벨에서 유지하도록, 구성된다.
배경기술 항목에서 전술한 바와 같이, 압력-조절형 용기는, 유체의 관통 유동을 허용하기 위해서 압력 조절기 장치(들)를 개방하기 위한 압력 조건에 용기 내의 압력 조절기 장치(들)를 노출시키는 유동 회로망에 결합될 때 유체 분배 동작의 개시시에 급격한 압력 요동을 종종(또는 산발적으로) 나타낸다는 것이 발견되었다. 그러한 급격한 압력 요동은, 압력-조절형 용기와 연관된 유체 전달 및 프로세스 모니터링 동작에 심각하게 그리고 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 비정상적인 유동 거동을 구성한다. 많은 경우에, 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기는, 정상 상태 유동 조건을 유지하기 위해서, 용기에 결합된 유체 전달 라인 내에서 이용되는 질량 유동 제어기 장치의 용량을 초과하는 압력 상승을 나타낸다. 결과적으로, 평형 유동 조건이 달성되기 전에, 유체 전달의 시작시에 또는 그러한 유체 전달 동작의 재시작시에 유체 요동이 초래된다. 이전에, 이러한 비정상이 존재하더라도, 이러한 비정상은 파악되지 않았거나 중요하지 않았으나, 유체-분배 적용예에서, 예를 들어 이온 주입 도구를 위한 신속 빔 튜닝에서 이용되는 고정밀 모니터링 및 제어 시스템에서의 최근의 경향은 그러한 요동에 대한 프로세스 시스템의 민감성을 초래하였다.
비록 본 개시 내용의 압력 관리 흡착제 접근방식이, 본원에서 압력-조절형 용기를 포함하는 유체 공급 패키지로부터의 유체 분배의 초기에 발생되는 급격한 압력 요동 또는 진동을 해결하기 위한 적용예에 대해서 주로 설명되지만, 그러한 압력 관리 흡착제 접근방식이, 후속되는 분배 동작 중에 발생될 수 있는 압력 상승, 요동, 진동 및 다른 비정상적인 유동 거동을 해결하기 위해서 유사하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 개시 내용은, 본원에서 설명된 바와 같이, 압력 관리 흡착제의 이용을 포함하여, 유체 공급 패키지의 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기로부터 분배되는 유체의 압력-상승 거동을 적어도 부분적으로 약화시키기 위한 방법론을 추가적으로 고려한다.
하나의 양태에서, 개시 내용은, 유체 분배 유동 경로, 및 용기로부터 분배되는 유체의 압력 안정화를 위해서 유동 경로로부터 유체를 가역적으로 흡착하도록 그러한 유동 경로 내에 배치되거나 유동 경로와 유체 연통되는 흡착제를 포함하는 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것이다. 그러한 유체 분배 유동 경로가 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브, 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브를 포함할 수 있다. 여러 실시예에서, 유체 분배 유동 경로가 직렬의 2개의 압력 조절기 장치를 포함한다. 그러한 압력 조절기 장치가 압력-응답형 메커니즘 내의 포핏 밸브 요소(poppet valve element)를 포함하는 유형일 수 있다. 다른 실시예에서, 유체 분배 유동 경로가 진공-활성형 체크 밸브를 포함하고, 모세관 유동 제한부가 그러한 진공-활성형 체크 밸브의 상류에 제공될 수 있다.
전술한 유체 공급 패키지가, 예를 들어, 부압(subatmospheric pressure) 설정점을 갖는 압력 조절기 장치의 제공에 의해서, 부압에서 유체를 분배하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 유체 공급 패키지는 용기의 방출 포트 상류에서 압력 조절기를 내부에 포함하는 압력-조절형 용기, 및 유체 공급 패키지의 분배 동작에서 압력 진동을 억제하도록 배열된 흡착제를 포함한다.
다른 실시예에서, 개시 내용은 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기, 밸브 헤드의 배출구에서 용기로부터 유체를 분배하도록 구성된 밸브 헤드, 용기의 내부 부피로부터 유동 경로 내의 압력-조절 조립체를 통해서 밸브 헤드의 배출구까지 유체의 유동을 위한 유동 경로를 형성하는 유동 회로망, 및 용기로부터의 유체의 분배 내의 압력 진동을 해결하기 위해서 유동 경로로부터 유체를 가역적으로 흡착하도록 유동 경로 내에 배치되거나 유동 경로와 유체 연통되는 흡착제를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것이다.
압력-조절 조립체는 용기의 내부 부피 내에 및/또는 용기의 밸브 헤드 내에 배치된 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브, 또는 진공/압력 활성형 체크 밸브를 포함할 수 있다. 구체적인 구현예에서 압력-조절 조립체가 하류 압력에 응답하여, 패키지의 배출구에서의 압력이 미리 결정된 레벨 미만일 때 유체가 연관 유체 공급 패키지로부터의 분배를 위해서 유동될 수 있게 하고, 압력이 그러한 미리 결정된 레벨 초과일 때 유체 유동을 방지한다.
압력 조절기는 예를 들어, 압력-응답형 메커니즘 내의 포핏 또는 다른 밸브 요소를 포함할 수 있다. 유체 공급 패키지에서, 압력-조절형 용기가 용기의 내부 부피 내의 압력 조절기의 직렬 배열, 예를 들어 둘 이상의 직렬의 조절기를 포함할 수 있다. 압력 조절기의 설정점이 임의의 적합한 값을 가질 수 있고, 여러 실시예에서, 방출 포트 바로 상류의 압력 조절기가 부압 설정점을 가질 수 있다.
다른 양태에서의 본 개시 내용은 압력-조절형 용기로부터 분배되는 유체 내의 압력 진동을 해결하는 방법에 관한 것이고, 그러한 방법은, 흡착제의 부재 중의 유체 분배와 관련하여, 흡착제가 유체 분배 중의 압력 진동을 완화시키도록, 용기의 유체 방출 경로 내의 유체를 그러한 유체에 대해서 가역적으로 흡착적인 흡착제와 접촉시키는 단계를 포함한다.
본 개시 내용의 폭넓은 실무에서 이용되는 압력 관리 흡착제는 임의의 적합한 유형일 수 있고, 예를 들어, 실리카, 알루미나, 알루미노실리케이트, 분자체, 탄소, 거대망상 중합체 및 공중합체 등을 포함할 수 있다. 실시예에서, 압력 관리 흡착제가 탄소, 예를 들어, 그러한 흡착제가 배치되는 유체 저장 및 분배 용기 내에 저장되고 그로부터 분배되는 유체의 가역적 흡착에 적합한 특성의 다공도를 갖는 탄소, 예를 들어 나노다공성(nanoporous) 탄소 흡착제를 포함할 수 있다.
흡착제가, 적합한 형태로, 예를 들어 미립자 또는 과립 형태, 또는 분말 형태, 또는 단일체 형태(monolithic form)로 제공되는 고체-상 물리적 흡착제일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "단일체"는, 고체-상 물리적 흡착제가, 비드, 입자, 분말, 과립, 펠릿, 및 기타와 같은 미세하게 분할된 형태와 대조적인, 하나의 형태 또는 블록-유사 형태, 예를 들어 블록, 벽돌, 디스크, 부울(boule) 등의 형태라는 것을 의미한다. 그에 따라, 많은 복수의 미세하게 분할된 물리적 흡착제 요소 내에서, 흡착제의 공극(void) 부피는, 흡착제 입자의 치수, 형상 및 충전 밀도에 따라 달라지는, 주요한 간질(major part interstitial) 또는 입자간 특성이다. 대조적으로, 단일체 형태에서, 흡착제의 공극 부피는 흡착제 재료 및 벌크 흡착제 본체의 프로세싱 중에 벌크 흡착제 본체 내에 형성될 수 있는 공극에 고유한 다공도의 형태이다.
실시예에서, 고체-상 물리적 흡착제는 선택적으로 관통하는 유체 유동 통로 또는 통로들을 갖는, 흡착제의 디스크, 원통체, 환형 또는 관형 본체, 또는 다른 단일체 형태, 예를 들어 원통체 형태의 나노다공성 탄소 흡착제를 포함하는, 단일체 형태일 수 있고, 흡착제의 원통형 형상은 후술되는 바와 같이, 그러한 흡착제가 유체 유동 방향에 횡방향으로 원형인 횡단면 섹션을 갖는 유체 유동 도관, 관, 배관, 또는 다른 유동 통로 내에 배치될 수 있게 한다.
단일체 흡착제는, 예를 들어 유기 수지의 열분해 생성물과 같은, 열분해 생성물로서 형성되는 탄소 흡착제일 수 있으며, 보다 일반적으로는, 예를 들어 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 페놀-포름알데이드 수지, 폴리푸르푸릴 알콜, 코코넛 껍질, 땅콩 껍질, 복숭아 씨, 올리브 스톤(olive stone), 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴아미드와 같은, 임의의 적합한 열분해 가능 재료로 형성될 수 있다. 여러 실시예에서, 흡착제, 예를 들어 탄소 흡착제는, 그 다공도의 적어도 20%를 2 나노미터 미만의 직경을 가지는 기공으로 갖는다.
보다 일반적으로, 흡착제는 이하의 특징 중 적어도 하나를 구비하는 탄소 또는 다른 흡착제를 포함할 수 있다: (i) 흡착제의 리터 당 400 그램의 아르신 보다 큰, 25℃ 및 650 torr의 압력에서의 아르신에 대해서 측정된 충진 밀도; (ii) 상기 흡착제의 전체적인 다공도의 적어도 30%가 약 0.3 내지 약 0.72 나노미터 범위의 크기를 갖는 슬릿-형상의 기공을 포함함; (iii) 전체적인 다공도의 적어도 20%가 2 나노미터 미만의 직경의 미세기공을 포함함; (iv) 입방 센티미터 당 약 0.80 내지 약 2.0 그램의 벌크 밀도.
본 개시 내용의 유체 공급 패키지에서 이용되는 압력 관리 흡착제는, 그러한 흡착제를 포함하는 유체 공급 패키지 내에 저장되고 그로부터 분배되는 유체에 대한 가역적인 흡착 친화도를 갖는다.
분배되는 유체와 가역적으로 흡착적으로 상호 작용적인 유체 공급 패키지 내의 유체가 임의의 적합한 유형의 유체, 예를 들어 반도체 제품, 평판 디스플레이, 또는 태양열 패널의 제조에서 용도를 갖는 유체일 수 있다. 그러한 유체의 예에는 수소화물, 할라이드 및 유기금속 기체 시약 및 다른 유체, 예를 들어, 실란, 클로로실란, 디실란, 트리실란, 아르신, 포스핀, 포스겐, 디보란, 삼염화붕소, 삼불화붕소, 사불화디보론, 게르만, 암모니아, 스티빈(stibine), 황화수소, 셀렌화수소, 텔루르화수소, 아산화질소, 시안화수소, 에틸렌 산화물, 중수소화 수소화물(deuterated hydrides), 할라이드(염소, 브로민, 불소 및 요오드) 화합물, 사불화게르마늄, 사불화규소, 육불화실란, 불화수소, 염화수소, 염소, 불소, 일산화탄소, 이산화탄소, 크세논, 이불화크세논, 수소, 메탄, 할로겐화 실란, 할로겐화 디실란, PF3, PF5, AsF3, AsF5, He, N2, 02, Ar, Kr, CF4, CHF3, CH2F2, CH3F, NF3, COF2, 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 가스 혼합물, 동위원소적으로 부화된 가스(isotopically enriched gas), 및 하나 이상의 동위원소적으로 부화된 가스를 포함하는 가스 혼합물이 포함된다.
본 개시 내용에 따른 유체 공급 패키지 내에서 이용되는 그러한 유형 및 양의 압력 관리 흡착제는 유체 공급 패키지 내에 저장되는 유체의 구체적인 유형 및 압력, 그러한 유체 공급 패키지로부터 분배되는 유체의 유동 경로의 특성, 구체적인 분배 조건 등에 따라서, 실제로 매우 다양할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이며, 그럼에도 불구하고 주어진 유체 공급 패키지 내에서 사용될 때 이용되는 압력 관리 흡착제의 구체적인 유형 및 양은, 본원 개시 내용을 기초로, 당업자가 실험적으로 용이하게 결정할 수 있다.
본 개시 내용의 유체 공급 패키지는 유체 분배 유동 경로를 형성하는 유체 분배 조립체를 포함하는 유체 저장 분배 용기로 구성될 수 있고, 그러한 유체 분배 조립체는 (i) 분배되는 유체 배출구 포트를 포함하는 밸브 헤드, (ii) 적어도 하나의 유동 경로 통로 부재, 및 (iii) 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브, 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브를 포함하고, 유체 분배 조립체 구성요소 (i), (ii), 및 (iii)는 용기로부터의 유체의 분배 동안의 유체의 통과 유동을 위해서 유체 분배 조립체 내에 결합된다.
밸브 헤드는, 완전히 개방된 위치와 완전히 폐쇄된 위치 사이에서 선택적으로 병진운동될 수 있는 밸브 요소를 포함할 수 있고, 그러한 밸브 요소는 밸브 요소의 선택적인 병진운동을 위한 밸브 액추에이터 부재와 결합된다. 밸브 액추에이터 부재가 수동 바퀴(handwheel), 또는 공압식 밸브 액추에이터와 같은 자동적 밸브 액추에이터를 포함할 수 있다.
유체 분배 조립체는 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 예를 들어 서로 직렬로 배열된 2개의 압력 조절기 장치를 포함할 수 있다. 그러한 압력 조절기 장치가 설정점 압력 조절기를 포함할 수 있다. 설정점 압력 조절기의 각각의 설정점이 구체적인 유체 분배 동작에 대해서 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 상류 설정점 압력 조절기가 과압(superatmospheric pressure) 설정점을 가질 수 있고, 제2 하류 설정점 압력 조절기가 부압 설정점을 가질 수 있다.
유체 공급 패키지의 유체 분배 조립체 내의 밸브 헤드가 단일 포트 밸브 헤드를 포함할 수 있거나, 대안적으로 이중 포트 밸브 헤드를 포함할 수 있다.
유체 공급 패키지 내의 적어도 하나의 유동 통로 부재가, 패키지의 압력-조절 구성요소를 포함하는 유동 회로 내에 배열된 관 또는 도관 통로 부재를 포함할 수 있고, 그에 따라, 예를 들어, 유동 경로 및 압력-조절 구성요소 및, 입자 필터와 같은, 보조적 구성요소를 통한 유동을 위해서 유체가 내부로 유동하는 유입구 통로 부재를 포함하는 것으로서, 유체 분배를 위한 유동 경로를 형성한다. 여러 실시예에서, 적어도 하나의 유동 경로 통로 부재가 밸브 헤드와 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브, 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브를 연결하는 연장 관을 포함하고, 그러한 연장 관은 (A) 흡착제, 및 (B) 입자 필터 중 적어도 하나를 포함한다. 그에 따라, 연장 관이 흡착제 및/또는 입자 필터를 포함할 수 있다.
유체 공급 패키지 내에서, 구체적인 실시예에서, 입자 필터가, 유체 분배 경로 내에서, 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브, 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브의 상류에 제공될 수 있다. 구체적인 배열에서, 유체 분배 조립체는 서로 직렬로 배열된 2개의 설정점 압력 조절기 장치를 포함하고, 2개의 설정점 압력 조절기 장치는 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제1 상류 압력 조절기 장치의 상류의 제1 입자 필터, 및 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제2 하류 압력 조절기 장치의 하류에 있는(또한 흡착제의 하류에 위치되는) 제2 입자 필터를 갖는다.
유체 공급 패키지의 특별한 구현예에서, 유체 분배 조립체는 서로 직렬로 배열된 2개의 설정점 압력 조절기 장치를 포함하고, 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제1 상류의 설정점 압력 조절기 장치는 약 20 psig 내지 약 2500 psig(0.14 MPa 내지 약 17.2 MPa) 범위인 설정점을 갖고, 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제2 하류 설정점 압력 조절기 장치는 약 1 torr(0.13 kPa) 내지 2500 psig(17.2 MPa) 범위의 설정점을 가지며, 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제1 상류 설정점 압력 조절기 장치의 설정점은 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제2 하류 설정점 압력 조절기 장치의 설정점보다 높다. 유체 공급 패키지의 다른 구체적인 구현예에서, 유체 분배 조립체가 서로 직렬로 배열된 2개의 설정점 압력 조절기 장치를 포함하고, 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제1 상류 설정점 압력 조절기 장치는 약 100 psig(0.69 MPa) 내지 약 1500 psig(10.3 MPa) 범위인 설정점을 갖고, 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제2 하류 설정점 압력 조절기 장치는 약 100 torr(13.3 kPa) 내지 약 50 psig(0.34 MPa) 범위인 설정점을 갖는다.
이러한 유체 공급 패키지의 또 다른 구체적인 구현예에서, 유체 분배 조립체가 서로 직렬로 배열된 2개의 설정점 압력 조절기 장치를 포함하고, 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제1 상류 설정점 압력 조절기 장치는, 2개의 설정점 압력 조절기 장치 중 제2 하류 설정점 압력 조절기 장치의 동일한 압력 측정 단위로 측정된 설정점의 적어도 2배인 설정점을 갖는다.
유체 공급 패키지에서, 2개의 설정점 압력 조절기 장치의 직렬 배열의 상류 및 하류의 입자 필터, 및/또는 동축적으로 정렬된 설정점 압력 조절기 장치 하류의 유동 경로 내에 배치된 흡착제와 함께, 2개의 설정점 압력 조절기 장치가 서로 동축적으로 정렬될 수 있다.
유체 공급 패키지 내의 입자 필터가, 유체 공급 및 분배 용기로부터 분배하고자 하는 유체의 불순물 종(species)에 대해서 선택적인 화학적 흡착제로 코팅되거나 함침될 수 있다.
본 개시 내용의 유체 공급 패키지의 유체 저장 분배 용기가, 예를 들어 1600 psig(11.03 MPa) 내지 2800 psig(19.3 MPa) 범위의 압력과 같은, 임의의 적합한 압력의 유체를 포함할 수 있다.
흡착제는 임의의 적합한 위치에서 또는 둘 이상의 위치에서 유동 경로 내에 배치될 수 있으며, 여러 실시예에서, 흡착제는 예를 들어 분배되는 유체 배출구 포트에서, 밸브 헤드 내에 배치될 수 있다. 유동 경로 내의 배출구 관과 결합된 진공-작동형 체크 밸브를 포함하는, 본 개시 내용의 유체 공급 패키지에서, 흡착제는 배출구 관 내에, 또는 유체 저장 및 분배 용기로부터 분배하고자 하는 유체의 유동 경로 내의 임의의 다른 적합한 위치 내에 배치될 수 있다.
다른 양태에서, 개시 내용은 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기, 밸브 헤드의 배출구에서 용기로부터 유체를 분배하도록 구성된 밸브 헤드, 용기의 내부 부피로부터 유동 경로 내의 압력-조절 조립체를 통해서 밸브 헤드의 배출구까지 유체의 유동을 위한 유동 경로를 형성하는 유동 회로망, 및 용기로부터 분배되는 유체의 압력 안정화를 위해서 유동 경로로부터 유체를 가역적으로 흡착하도록 유동 경로 내에 배치되거나 유동 경로와 유체 연통하는 흡착제를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것이다.
개시 내용의 추가적인 양태는 용기의 방출 포트 상류에서 압력 조절기를 내부에 포함하는 압력-조절형 용기, 및 유체 공급 패키지의 분배 동작에서 압력 진동을 억제하도록 배열된 흡착제, 예를 들어 탄소 흡착제를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것이다.
개시 내용의 다른 양태는 유체 저장 및 분배 용기를 위한 유체 분배 조립체에 관한 것으로서, 유체 분배 조립체는: (i) 분배되는 유체 배출구 포트를 포함하는 밸브 헤드, (ii) 적어도 하나의 유동 경로 통로 부재, 및 (iii) 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브(set pressure valve), 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브를 포함하고, 유체 분배 조립체 구성요소 (i), (ii), 및 (iii)는 용기로부터의 유체의 분배 동안의 유체의 통과 유동을 위해서 유체 분배 조립체 내에 결합된다. 유체 분배 조립체가 본원에서 다양하게 설명된 바와 같이, 구성, 구축, 및 배열될 수 있다.
추가적인 양태의 본 개시 내용은 압력-조절형 용기로부터 분배되는 유체 내의 압력 진동을 해결하는 방법에 관한 것이고, 그러한 방법은, 흡착제가 유체 분배 중에 유체 압력을 안정화시키도록, 용기의 유체 방출 경로 내의 유체를 그러한 유체에 대해서 가역적으로 흡착적인 흡착제와 접촉시키는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 개시 내용은 유체 공급 패키지 내의 유체 유동 경로를 통한 유체의 분배 중에 유체 압력을 안정화시키는 방법에 관한 것이고, 그러한 방법은 유체 유동 경로 내의 유체를, 유체의 분배 중에 유체를 가역적으로 흡착할 수 있는 흡착제와 접촉시키는 단계를 포함한다.
그러한 방법에서, 유체 공급 패키지가 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기를 포함할 수 있다. 압력-조절형 유체 저장 분배 용기가 적어도 하나의 압력 장치, 설정 압력 밸브, 또는 진공- 또는 압력-활성형 체크 밸브를 포함할 수 있다. 방법이, 직렬의 2개의 압력 조절기 장치를 포함하는 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기, 또는 예를 들어, 선택적으로 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기 내의 진공-활성형 체크 밸브 상류의 모세관 유동 제한부를 포함하는, 진공-활성형 체크 밸브를 포함하는 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기로 실시될 수 있다.
그러한 방법에서 이용되는 흡착제가 본원에서 설명된 바와 같은 임의의 적합한 유형일 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은, 본 개시 내용의 압력 관리 흡착제 접근방식이 적용될 수 있는 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기를 포함하는 예시적인 유체 공급 패키지(200)의 개략적인 횡단면적 입면도이다.
유체 공급 패키지(200)는, 용기의 내부 부피(218)을 협력적으로 둘러싸는 원통형 측벽(214) 및 바닥(216)을 포함하는, 유체 저장 및 분배 용기(212)를 포함한다. 측벽 및 바닥은 용기 내에 수용하고자 하는 가스, 장치의 최종 사용 환경, 그리고 저장 및 분배 사용 중에 용기 내에서 유지되는 압력 레벨에 적합한, 임의의 적합한 구성 재료, 예를 들어 금속, 가스-불투과성 플라스틱, 섬유-수지 복합체 재료 등으로 형성될 수 있다.
그 상부 단부(220)에서, 용기는 목부(neck)(221)의 내부 벽(223)에 의해서 경계 지어지는 포트 개구부(222)를 형성하는 목부(221)를 특징으로 한다. 내부 벽(223)은, 상보적으로 나사산이 형성되거나(threaded) 해당 결합을 위해서 달리 구성될 수 있는 밸브 본체(226)를 포함하는 밸브 헤드(225)와 내부에서 교합식으로(matably) 결합되도록, 나사산이 형성되거나 달리 상보적으로 구성될 수 있다.
그러한 방식으로, 밸브 헤드(225)가 누설-방지 방식으로 용기(212)와 결합되어, 내부 부피(218) 내에서 가스를 희망 저장 조건으로 유지한다.
밸브 헤드 본체(226) 내에는, 용기(212) 내의 유체로부터 유도되는 가스의 분배를 위한, 중앙 수직 통로(228)가 형성된다. 중앙 수직 통로(228)는, 도시된 바와 같이, 유체 방출 포트(229)의 유체 방출 통로(230)와 연통된다.
밸브 헤드 본체는 밸브의 선택적인 수동적 또는 자동적 개방 또는 폐쇄를 위해서, 밸브 액추에이터(238)(수동 바퀴 또는 공압식 액추에이터)와 결합되는 밸브 요소(227)를 포함한다. 이러한 방식으로, 밸브 액추에이터가 개방되어 중앙 수직 통로(228)를 통해서 유체 방출 포트(229)까지 가스를 유동시킬 수 있거나, 대안적으로 밸브 액추에이터가 물리적으로 폐쇄되어, 분배 동작 중에 중앙 수직 통로(228)로부터 유체 방출 포트(229)까지의 유체의 유동을 종료시킬 수 있다.
그에 따라, 밸브 액추에이터는 임의의 다양한 적합한 유형, 예를 들어, 수동적 액추에이터, 공압식 액추에이터, 전기기계적 액추에이터, 등, 또는 밸브 헤드 내에서 밸브를 개방 및 폐쇄하기 위한 임의의 다른 적합한 장치일 수 있다.
그에 따라, 밸브 요소(227)가 조절기의 하류에 배열되고, 따라서 용기로부터 분배된 유체는 밸브 요소(227)를 포함하는 유동 제어 밸브를 통해서 유동하기에 앞서서 조절기를 통해서 유동한다.
밸브 헤드 본체(226)는 또한, 그 상부 단부에서 충진 포트(234)와 연통하기 위해서 내부에 형성된 충진 통로(232)를 포함한다. 충진 포트(234)가 도 1에 도시되어 있고, 그러한 도 1은, 용기가 충진되고 유체의 저장 및 분배를 위한 용도 내에 배치될 때, 충진 포트가 수용 유체에 의해서 오염되거나 손상되는 것으로부터 보호하기 위해서, 충진 포트 캡(236)에 의해서 캡핑되는 것을 도시한다.
그 하부 단부에서 충진 통로는 도시된 바와 같이 그 하단 표면에서 밸브 헤드 본체(226)를 빠져 나간다. 충진 포트(234)가 용기 내에 수용하고자 하는 가스의 공급원과 결합될 때, 유체가 충진 통로를 통해서 그리고 용기(212)의 내부 부피(218) 내로 유동할 수 있다.
상부 입자 필터(239)를 내부에 포함하는 연장 관(240)이 밸브 헤드 본체(226)의 하부 단부에 결합된다. 상부 조절기(242)가 연장 관(240)의 단부 상에 장착된다. 상부 조절기(242)는 임의의 적합한 방식으로, 예를 들어, 조절기(242)를 나사식으로 결합시킬 수 있는, 연장 관의 하부 단부 부분 내의 내부 나사산을 제공하는 것에 의해서, 연장 관 하부 단부에 고정된다.
대안적으로, 압축 이음(compression fitting) 또는 다른 누설-방지 진공 및 압력 이음에 의해서, 또는 예를 들어 용접, 브레이징, 납땜, 용융-결합, 또는 적합한 기계적 결합 수단 및/또는 방법 등에 의해서, 연장 관에 결합되는 것에 의해서, 상부 조절기가 연장 관의 하부 단부에 결합될 수 있다.
상부 조절기(242)는 도시된 바와 같이 하부 조절기(260)와 직렬 관계로 배열된다. 그러한 목적을 위해서, 상부 조절기(242)의 하부 연장 부분 상의 나사산 및 그와 교합식으로 결합될 수 있는 하부 조절기(260)의 상부 연장 부분 상의 나사산을 포함하는 상보적인 나사결합에 의해서, 상부 및 하부 조절기가 서로 나사식으로 결합될 수 있다.
대안적으로, 예를 들어, 커플링 또는 이음 수단에 의해서, 접착제 결합, 용접, 브레이징, 납땜 등에 의해서, 상부 및 하부 조절기가 임의의 적합한 방식으로 서로 결합될 수 있거나, 상부 및 하부 조절기가 이중 조절기 조립체의 구성요소로서 일체로 구축될 수 있다.
*하부 조절기(260)는 그 하부 단부에서, 고효율 입자 필터(246)에 결합된다.
고효율 입자 필터(246)는 장치의 동작에서, 조절기 요소 및 밸브 요소(227)가 조절기 및 밸브를 통해서 유동되는 유체 내에 존재할 수 있는 미립자 또는 다른 오염 종으로 오염되는 것을 방지하는 역할을 한다.
연장 관(240)은 미립자 제거 능력을 제공하고 분배되는 유체의 높은 가스 순도를 보장하기 위해, 내부에 배치된 높은 효율의 입자 필터(239)를 갖는다.
바람직하게, 조절기는 직렬 유동 관계의, 적어도 하나의 입자 필터를 갖는다. 바람직하게, 도 1의 실시예에서 도시된 바와 같이, 시스템은, 용기 내부 부피(218)로부터 유체 방출 포트(229)까지의 유체 유동 경로 내에서, 조절기(들) 상류의 입자 필터뿐만 아니라, 조절기(들) 하류의 입자 필터를 포함한다.
많은 다공성 흡착제(219)가, 상부 조절기(242) 하류 및 입자 필터(239) 아래에서, 그러한 유체 유동 경로 내에 배치되고, 유체 유동 경로 내에서 분배되는 유체가, 흡착제와의 흡착적인 접촉을 위해서 그러한 흡착제를 통과한다. 그러한 흡착적인 접촉은 흡착제 상에서의 유체 흡착 및 흡착제로부터의 유체 탈착을 실현하고, 그에 따라 흡착제는, 유체 분배 동작 중에 유체 내에서 발생될 수 있고 전파될 수 있는 임의의 압력 진동을 감쇠시킨다.
그에 따라, 도 1의 실시예의 밸브 헤드(225)는 2-포트 밸브 헤드 조립체를 제공한다 - 하나의 포트는 가스 충진 포트(234)이고, 다른 포트는 가스 방출 포트(229)이다.
도 1의 실시예의 압력 조절기는 포핏-유지 웨이퍼와 결합된 격막 요소를 포함하는 각각의 유형이다. 다시 웨이퍼는, 배출구 유체 압력을 정밀하게 제어하는 압력 감지 조립체의 일부로서, 포핏 요소의 스템(stem)에 연결된다. 설정점 초과의 배출구 압력의 약간의 증가는 압력 감지 조립체를 수축시키고, 배출구 압력의 약간의 감소는 압력 감지 조립체를 팽창시킨다. 수축 또는 팽창은 포핏 요소를 병진운동시켜 정밀한 압력 제어를 제공하는 역할을 한다. 압력 감지 조립체는, 유체 저장 및 분배 시스템의 주어진 적용을 위해서 미리-구축된 또는 설정된 설정점을 갖는다.
도시된 바와 같이, 유동 제어 장치(268)를 내부에 포함하는 가스 방출 라인(266)이 방출 포트(229)와 결합된다. 이러한 배열에 의해서, 저장 및 분배 용기로부터의 유체가 상류(하부) 조절기(260)를 통해서 그리고 이어서 하류(상부) 조절기(242) 및 압력 관리 흡착제(219)를 통해서 밸브 헤드의 방출 포트(229)까지 유동될 때, 유체 공급 패키지(200)의 분배 모드에서, 가스를 용기(212)로부터 연관된 프로세스 설비(270)(예를 들어, 반도체 제조 설비, 평판 디스플레이 제조 설비, 태양열 패널 제조 설비, 또는 다른 용도의 설비)까지 유동시키기 위해서, 가스 방출 라인 내의 유동 제어 장치가 개방된다. 유동 제어 장치(268)가 임의의 적합한 유형일 수 있고, 여러 실시예가 질량 유동 제어기를 포함할 수 있다.
그러한 방식으로 분배되는 유체는 조절기(242)의 설정점에 의해서 결정되는 압력을 가질 것이고, 압력 관리 흡착제는 유체 공급 패키지로부터 분배되는 유체 유동 스트림 내의 임의의 급격한 압력 변동 또는 불안정성을 해결하는 역할을 한다.
도 1의 실시예의 조절기(260) 및 조절기(242)의 각각의 설정점은 구체적인 희망하는 최종 사용 적용예를 수용하기 위한 임의의 적합한 값으로 선택되거나 예비 설정될 수 있다.
예를 들어, 하부(상류) 조절기(260)는 약 20 psig 내지 약2500 psig(0.14 MPa 내지 약 17.2 MPa) 범위인 설정점을 가질 수 있다. 상부(하류) 조절기(242)는 예를 들어, 약 1 torr(0.13 kPa) 내지 2500 psig(17.2 MPa) 범위의, 하부(상류) 조절기(260)의 압력 설정점보다 높은 설정점을 가질 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 하부(상류) 조절기(260)는 약 100 psig(0.69 MPa) 내지 약 1500 psig(10.3 MPa) 범위인 설정점 압력 값을 갖는 한편, 상부(하류) 조절기(242)는 약 100 torr(13.3 kPa) 내지 약 50 psig(0.34 MPa) 범위의 설정점 압력값을 가지며, 하부(상류) 압력 설정점은 상부(하류) 조절기의 설정점보다 높다.
비록 직렬 조절기 조립체 내의 조절기들의 설정점들이 서로 관련된 임의의 적합한 비율로 설정될 수 있지만, 도 1에 도시된 것과 같은 2-조절기 조립체에서, 바람직한 실시에서의 상류 조절기는, 유리하게, 하류 조절기의 (동일한 압력 측정 단위로 측정된) 설정점 값의 적어도 2배인 압력 설정점을 갖는다.
도 1의 실시예에서, 하부 및 상부 조절기들이 서로 동축적으로 정렬되어, 분배 조립체의 유체 유동 경로 내의 압력 관리 흡착제와 함께, 양 단부 상에서 미립자 필터를 갖는 분배 조립체를 형성한다. 그러한 배열의 결과로서, 용기(212)로부터 분배되는 유체는 극도로 높은 순도 및 안정적인 압력 특성을 갖는다.
추가적인 변경으로서, 미립자 필터는 분배되는 유체 내에 존재하는 불순물 종(예를 들어, 용기 내의 가스의 반응 또는 열화(degradation)로부터 유도되는 분해 생성물)에 대해서 선택적인 화학적 흡착제로 코팅되거나 함침될 수 있다. 이러한 방식으로, 미립자 필터를 통해서 유동되는 유체는 분배될 때, 유동 경로를 따라 현장에서(in situ) 정화된다.
도 1에 도시된 유형의 유체 저장 및 분배 시스템의 하나의 예시적인 실시예에서, 용기(212)는 3AA 2015 DOT 2.2 리터 원통체이다. 고효율의 입자 필터(246)는 0.003 미크론 직경까지의 미립자의 99.9999999% 초과를 제거할 수 있는 316L VAR/전자연마된(electropolished) 스테인리스 스틸 또는 니켈의 하우징 내의 소결 금속 여과 매체를 갖는, Mott Corporation(코네티컷 파밍턴)으로부터 상업적으로 입수가 가능한 GasShield™ PENTA™ 사용 현장(point-of-use) 유체 필터이다. 고효율의 입자 필터(239)는 Mott Corporation(코네티컷 파밍턴)로부터 상업적으로 입수가 가능한 Mott standard 6610-1/4 인-라인 필터이다. 조절기는 HF 시리즈 Swagelok® 압력 조절기이고, 상부(하류) 조절기(242)는 100 Torr(13.3 kPa) 내지 100 psig(689.5 kPa) 범위의 설정점 압력을 갖고, 하부(상류) 조절기(260)는 100 psig(689.5 kPa) 내지 1500 psig(10.3 MPa) 범위의 설정점 압력을 가지며, 하부(상류) 조절기(260)의 설정점 압력은 상부(하류) 조절기(242)의 설정점 압력의 적어도 2배이다. 그러한 예시적인 실시예 내의 압력 관리 흡착제는 유체 저장 및 분배 시스템의 분배 동작에서 압력 진동을 해결하는데 있어서 효과적인 적절한 기공 크기 및 기공 크기 분포의 기공을 포함하는 다공도를 갖는 다공성 탄소 흡착제를 포함한다.
그러한 구체적인 실시예에서, 상부(하류) 조절기(242)는 100 psig(689.5 kPa)의 유입구 압력 및 500 torr(66.7 kPa)의 배출구 압력을 가질 수 있고, 하부(상류) 조절기(260)는 1500 psig(10.3 MPa)의 유입구 압력 및 100 psig(689.5 kPa)의 배출구 압력을 가질 수 있다.
그에 따라, 그러한 유체 공급 패키지 내의 유체가 실질적으로 과압 압력으로 저장되어, 그러한 패키지의 유체 저장 및 분배 용기 내의 가스의 보유량을 최대화할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 1600 psig(11.03 MPa) 내지 2800 psig(19.3 MPa) 또는 그 초과의 범위의 압력에서 저장될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 유형의 유체 공급 패키지의 개략적인 횡단면적 입면도이고, 모든 상응하는 요소 및 특징이 용이한 참조를 위해서 상응하게 번호 부여되었으나, 밸브 헤드의 유체 방출 포트(229)의 바로 상류에서, 밸브 헤드 내의 유체 유동 경로 내에 압력 관리 흡착제(288)를 배치하도록 밸브 헤드 본체(226)가 변경되었다. 그러한 방식으로, 압력 관리 다공성 흡착제(288)가 유체 공급 패키지의 유체 방출 통로 내에 통합되어, 분배 동작의 시작 또는 도중의 압력 상승 또는 진동 거동을 억제한다. 다공성 흡착제(288)는 방출 포트(229) 내로 압입되도록 구성된, 흡착제, 예를 들어 다공성 탄소의 원통형 본체의 형태일 수 있다. 대안적으로, 다공성 탄소 흡착제가 임의의 적합한 방식으로 방출 포트(229) 내에 부착 또는 고정될 수 있다. 예를 들어, 다공성 탄소 흡착제는 방출 포트(229)에서 방출 통로의 내부 벽에 결합된 또는 기계적으로 고정된 작은 크기의 와이어 바구니와 같은 다공성 컨테이너 내에 위치된 과립 또는 입자의 형태일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 구체적인 배열에 대한 대안적인 실시예에서, 압력 관리 흡착제는 분배되는 유체와의 흡착적 접착을 위해서, 분배되는 유체 유동 경로를 따른 또는 그 내부의 임의의 적합한 위치(들)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 흡착제가 연장 관(240), 중앙 수직 통로(228), 또는 유체 방출 포트(229)의 유체 방출 통로(230), 또는 그러한 위치 중 둘 이상에, 또는 분배되는 유체 유동 경로와 유체 연통되고 흡착제를 포함하는 격실, 예를 들어, 연장 관(240), 중앙 수직 통로(228), 또는 유체 방출 포트(229)의 유체 방출 통로(230), 또는 그러한 위치들 중 둘 이상과 유체 연통하도록 배열된 흡착제를 포함하는 격실 내에 배치될 수 있다.
도 3은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같은 일반적인 유형의 유체 공급 패키지의, 부분적으로 횡단면으로 도시된, 개략적인 입면도로서, 여기에서 용이한 인용을 위해서 상응하는 부분들이 상응하게 번호 부여되었다. 용기(212)의 목부에 결합된 칼라 플랜지 부재(collar flange member)(280)의 도 3의 패키지가 제공된다는 점에서, 도 3의 유체 공급 패키지는 도 1에 도시된 것과 상이하다. 도 3의 패키지 내의 밸브 헤드 본체(226)는 칼라 플랜지 부재(280)에 고정된다. (도 1의 패키지에서와 같은) 연장 관(240) 내의 압력 관리 흡착제(219)의 제공에 더하여, 도 3의 유체 공급 패키지에서 밸브 헤드 본체(226)의 중앙 수직 통로(228) 내의 압력 관리 흡착제(293)가 제공된다는 점에서, 도 3의 유체 공급 패키지는 또한 도 1에 도시된 것과 상이하다.
도 3의 패키지 내의 흡착제(219)는 흡착제(293)와 관련하여 동일하거나 대안적으로 상이한 유형일 수 있다. 예를 들어, 흡착제(219)는 이하의 특징 중 적어도 하나를 갖는 탄소 흡착제를 포함할 수 있다: (i) 흡착제의 리터 당 400 그램의 아르신 보다 큰, 25℃ 및 650 torr의 압력에서의 아르신에 대해서 측정된 충진 밀도; (ii) 상기 흡착제의 전체적인 다공도의 적어도 30%가 약 0.3 내지 약 0.72 나노미터 범위의 크기를 갖는 슬릿-형상의 기공을 포함함; (iii) 전체적인 다공도의 적어도 20%가 2 나노미터 미만의 직경의 미세기공을 포함함; (iv) 입방 센티미터 당 약 0.80 내지 약 2.0 그램의 벌크 밀도. 흡착제(293)는 동일한 흡착제, 또는 대안적으로 상이한 흡착제, 예컨대 실리카 또는 알루미노실리케이트 흡착제를 포함할 수 있다.
도 4는 본 개시 내용의 압력 관리 흡착제 접근방식이 적용될 수 있는 추가적인 실시예에 따른, 유체의 저장 및 그로부터의 유체의 분배를 위한 유체 공급 패키지의 개략적인 횡단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유체의 저장 및 전달을 위한 시스템(10)이 도시되어 있다. 시스템(10)은 유체, 예를 들어, 기체 상 또는 부분적으로 기체 상인, 삼불화붕소를 포함하는 고압 원통체 또는 탱크(12)를 포함한다. 압축 가스 원통체가, 미국 운수부(Department of Transportation) 3AA 원통체에 의해서 승인된 것과 같은, 통상적인 500 cc 원통체일 수 있으나, 그러한 것으로 제한되지 않는다. 원통체 밸브 헤드(14)가 원통체(12)의 상단 단부에서 나사식으로 결합된다. 원통체 밸브 헤드(14)는 Ceodeux, Inc.에 의해서 제조된 것과 같은, 이중-포트(316) 스테인리스 스틸 밸브일 수 있다. 이중-포트 밸브 원통체 헤드(14)는 위변조 방지(tamper-resistant) 충진 포트(16)를 가지며, 그러한 충진 포트를 통해서 원통체(12)가 제품 유체로 충진된다. 충진시에, 사용자는, 직경이 약 0.25 내지 약 0.5 인치(0.635 cm 내지 1.27 cm) 범위인 배출구 개구부를 갖는 면-밀봉(face-seal) VCR™ 포트인, 사용자 포트(18)를 통해서 원통체로부터 제품 유체를 끌어 들일 수 있다. 원통체의 내부는 유입구(22)를 갖는 내부 유동 제한부(20)를 수용한다. 유동 제한부(20)는 예를 들어, 복수의 모세관 유동 통로를 포함하는, 모세관 유동 제한부를 포함할 수 있다. 소진될 때까지, 유체는 유입구(22) 내로, 제한부 및 진공 작동형 체크 밸브(26)를 통해서, 이하에서 구체적으로 설명되는, 유체 유동 경로를 따라서, 사용자 포트(18)까지 유동된다.
진공 작동형 체크 밸브(26)는 원통체로부터의 유체의 방출을 자동적으로 제어하는 벨로우즈 챔버를 포함한다. 체크 밸브(26)는, 원통체 내에 또는 유체 유동 경로를 따라 부분적으로 이중-포트 밸브 내에 그리고 부분적으로 원통체 내에, 이중-포트 밸브의 상류에서, 이중-포트 밸브의 포트 본체에 배치될 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 체크 밸브의 하나의 부분을 유체 방출 경로를 따라서 위치되는 하우징에 부착하는 것에 의해서, 진공 작동형 체크 밸브가 원통체(12) 내부에 완전히 배치된다. 이중-포트 밸브의 상단에 위치되는 핸들(28)은 사용자 포트(18)까지 이어지는 유체 방출 경로를 따른 유체의 수동적 제어를 허용한다. 이러한 유형의 유체 저장 및 분배 시스템이 미국 특허 제5,937,895호, 제6,007,609호, 제6,045,115호, 및 제7,905,247호에서 개시되어 있고, 그러한 특허들 중 앞의 3개는 단일 포트 밸브 원통체 헤드를 설명한다. 모든 그러한 특허의 개시 내용의 각각의 실체가 참조로 본원에 포함된다.
체크 밸브(26)는 배출구 관(19)을 포함하고, 그러한 관 내에는, 분배 동작 중의 압력 상승 및 다른 비정상적인 유동 거동을 완화시키기 위한 흡착제(21)가 배치된다. 흡착제(21)가 전술한 유형의 탄소 흡착제, 또는 시스템 내에 저장되고 그로부터 분배되는 유체에 대해서 흡착적인 친화도를 갖는 다른 흡착제를 포함할 수 있다.
도 4의 유체 공급 패키지는 반도체 제조 설비에서의 이온 주입을 위한 부압 도펀트 가스 전달을 위해서 이용될 수 있다. 원통체 온도, 높이(elevation) 또는 충진 부피와 관계없이, 미리 결정된 진공 레벨, 예를 들어, 500 내지 100 torr(66.6 kPa 내지 13.3 kPa)의 진공 레벨이 사용자 포트에 인가될 때에만 제품 유체를 전달하도록, 여러 가지 실시예의 시스템이 구성되고 배열된다. 진공 작동형 체크 밸브의 존재 때문에, 제품 유체는 그러한 진공이 없이 유체 공급 패키지로부터 유동될 수 없다.
개시 내용의 유체 공급 패키지 내에 저장되고 그로부터 분배되는 유체는 임의의 적합한 유형일 수 있고, 예를 들어, 반도체 제조, 평판 디스플레이의 제조, 또는 태양열 패널의 제조에서 용도를 갖는 유체를 포함할 수 있다.
유체 저장 및 분배 용기 내에 수용된 유체는 예를 들어, 반도체 제조 동작을 위한 수소화물 유체를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 수소화물 유체의 예로는 아르신, 포스핀, 스티빈, 실란, 클로로실란, 디보란, 게르만, 디실란, 트리실란, 메탄, 셀렌화수소, 황화수소 및 수소가 있다. 반도체 제조 동작에서 유용한 다른 유체가 이용될 수 있고, 그러한 유체는, 할라이드 에칭제, 세정제, 공급원 시약(source reagent), 등과 같이 반도체 제조 동작에서의 용도를 갖는, 불화수소, 삼염화붕소, 삼불화붕소, 사불화디보론, 염화수소, 할로겐화실란(예를 들어, SiF4) 및 디실란(예를 들어, Si2F6), GeF4, PF3, PF5, AsF3, AsF5, He, N2, 02, F2, Xe, Ar, Kr, CO, C02, CF4, CHF3, CH2F2, CH3F, NF3, COF2 뿐만 아니라, 전술한 것들 중 둘 이상의 혼합물, 등과 같은 산(acid) 유체를 포함한다. 그에 따라 저장되고 전달될 수 있는 다른 시약은, 금속유기 화학기상증착(MOCVD) 및 원자층 증착(ALD)을 위한 전구체로서 이용되는 기체 유기금속 시약을 포함한다.
도 5는 도 1에 도시된 유형의 유체 공급 패키지의 유체 분배 조립체의 횡단면적 사시도로서, 여기에서 압력 관리 흡착제는 조립체 내의 상부 압력 조절기의 하류에 배치된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 밸브 헤드(225)는 밸브 헤드 본체(226)의 밸브 챔버에 결합된 유체 방출 포트(229)를 포함한다. 밸브 헤드 밸브(예를 들어, 도 1의 요소(227))가 도 1에 도시된 밸브 액추에이터(238)(수동 바퀴 또는 공압식 액추에이터)의 상응하는 수동적 조작에 의해서 개방될 때, 밸브 챔버는 다시 밸브 헤드의 중앙 수직 통로(228)와 연통된다.
분배 유체의 유동이 다공성 흡착제를 통과하도록 관형 통로 내에 배치되는, 원통형 형태인 압력 관리 흡착제(219)가 상부 조절기(242)의 본체 위의 관형 통로 내에 배치된다. 그러한 배열에 의해서, 유체 공급 패키지 내에 저장되고 그로부터 분배되는 유체에 대한 흡착적인 친화도를 갖는 흡착제가, 예를 들어, 분배 동작을 개시하기 위해서 밸브 헤드 내의 밸브를 개방하기 위해 밸브 액추에이터가 회전될 때, 분배 동작 중에 발생될 수 있는 압력 진동 또는 다른 비정상적인 유동 현상을 해결하고 유체 유동 스트림을 유체역학적으로 감쇠시키는 방식으로, 유체를 동적으로 흡착 및 탈착시킬 것이다.
도 5에 도시된 유체 분배 조립체 내의 흡착제(219)는 압입 배치 또는 다른 적합한 방식에 의해서 관형 통로 내에 배치될 수 있고, 예를 들어, 관형 통로가, 흡착제 본체를 지지하기 위한 관형 통로 내의 원주방향 플랜지로서, 원주방향으로 연장되는, 반경방향 내향 돌출 지지 요소를 구비할 수 있다. 대안적으로, 적절한 밀봉제(sealant), 접착제 또는 결합 매체를 이용하여, 흡착제 본체가 그 외부 원통형 표면 상에서 관형 통로의 내부 벽 표면에 결합될 수 있다. 또 다른 추가적인 대안으로서, 흡착제 본체가, 후속 사용을 위한 적합한 위치에서 흡착제를 제공하기 위해서 관형 통로 내에 피착되고 경화되는 흡착제 전구체 재료로부터, 관형 통로 내의 현장에서 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 유체 분배 조립체는, 전술한 바와 같이, 상부 조절기(242)의 설정점과 관련하여, 유체 분배 조립체가 내부에 설치되는 유체 공급 패키지 내의 유체의 저장, 운송 및 그로부터의 분배에서 높은 레벨의 동작 안전성을 제공하는 압력 설정점을 가질 수 있는, 하부 조절기(260)를 더 포함한다.
밸브 헤드(225)는 충진 포트 캡(236)을 더 포함하고, 그러한 충진 포트 캡은 전술한 바와 같이, 캡이 제거될 때, 충진 통로(232)와 다시 결합되는 충진 커플링에 접근할 수 있게 한다.
그에 따라, 도 5에 도시된 유체 분배 조립체는, 압력 관리 흡착제를 가지지 않는 상응하는 유체 분배 조립체에 비해서, 급격한 유동 동요 및 압력 이탈(excursion)을 억제하는 것이 향상된, 압력-제어되는 유체의 감소된 유체 압력 스트림을 제공하는데 있어서 높은 효율을 갖는 구성요소의 배열을 제공한다.
도 6은, 도 1에 도시된 유형의 유체 공급 패키지 내의 설치를 위해서 구성된, 도 5에 도시된 유형의 유체 분배 조립체의 횡단면적 사시도이나, 여기에서, 도 5의 유체 분배 조립체 내의 흡착제의 중실형(solid) 원통형 흡착제 본체와 대조적으로, 도 6의 유체 분배 조립체 내의 압력 관리 흡착제(219)가 중앙 보어 통로(217)를 제공하는 환형 형태를 가지며, 유체 분배 동작 중에 그러한 중앙 보어 통로를 통해서 유체가 유동할 수 있고 흡착제와 접촉할 수 있다. 그러한 중앙 보어 통로 특징과 별개로, 도 6의 유체 분배 조립체 내의 모든 부분 및 요소가 도 5의 동일한 부분 및 요소에 상응하게 번호 부여되었다.
도 6에 도시된 흡착제(219) 내의 중앙 보어 통로(217)는, 도 5의 유체 분배 조립체 내의 흡착제의 중실형 원통형 형태와 관련하여, 더 큰 유동 전도도(conductance)를 구비한, 낮은 압력 강하 구성을 제공하지만, 여기에서, 분배되는 유체는 여전히 흡착제와 긴밀하게 접촉되고, 그에 따라 유체 분배 동작을 방해할 수 있는, 또는 유체 공급 패키지에 대해서 유체-수용 관계로 결합되는 유체-이용 장비의 효율 또는 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있는, 유동 요동 및 진동을 적어도 부분적으로 완화시키기 위해 유체 유동 스트림의 흡착적 감쇠를 제공한다.
도 6에 도시된 바와 같은 흡착제에서 이용되는 바와 같은 단일 중앙 보어 통로 대신에, 흡착제가 흡착제 본체를 통해서 복수의 유체 유동 통로를, 예를 들어 흡착제 본체 내의 그러한 통로들의 규칙적인 어레이로, 구비할 수 있다.
그에 따라, 유체 공급 통로 내의 유체 유동 경로 내의 흡착제가 유체 유동 경로 내의 또는 유체 유동 경로와 연통되는 하나 이상의 위치에서 제공될 수 있다는 것, 그리고 복수의 위치에서 제공될 때, 각각의 위치의 흡착제가 다른 위치의 흡착제와 동일하거나 그와 상이할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 해당 유체에 대한 흡착제의 흡착 친화도와 관련하여, 복합 재료가 특정의 유체에 대해서 "튜닝되도록(tuned)", 흡착제가 둘 이상의 상이한 흡착제 종을 포함하는 복합 재료일 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
구체적인 양태, 특징 및 예시적인 실시예를 참조하여 본원에서 개시 내용을 개진하였지만, 개시 내용의 용도가 그에 제한되지 않고, 본원의 설명을 기초로, 본 개시 내용의 당업자에게 자체적으로 제시되는 바와 같은, 수 많은 다른 변경예, 수정예 및 대안적인 실시예까지 확장되고 그들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 결과적으로, 이하에서 청구되는 바와 같은 본 발명은, 그 사상 및 범위 내에서, 그러한 변경예, 수정예 및 대안적인 실시예 모두를 포함하는 것으로, 넓게 이해되고 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 유체 함유를 위한 내부를 형성하고, 배출구를 갖는 밸브 헤드 및 용기의 포트 개구부와 결합되는 밸브 본체를 포함하는 유체 분배 유동 경로를 포함하는 압력-조절형 유체 저장 및 분배 용기,
    상기 용기의 내부에 위치한 압력 조절기 장치의 상부 단부와 밸브 본체의 하부 단부에 결합한 연장 관으로서, 상기 연장 관이 밸브 헤드와 압력 조절기 장치 사이에서 연장되는, 연장 관, 및
    상기 연장 관 내에 위치하는 압력 관리 흡착제로서, 상기 압력 관리 흡착제는 상기 유체 저장 및 분배 용기에 저장되는 유체에 대한 가역적 흡착 친화성(reversible adsorptive affinity)을 가지는 탄소를 포함하는 고체 상 물리적 흡착제이고, 상기 압력 관리 흡착제는 분배 동작 도중 상기 용기로부터 분배되는 유체의 압력 안정화를 위해서 상기 유체 분배 유동 경로로부터 유체를 가역적으로 흡착하는, 압력 관리 흡착제
    를 포함하는 유체 공급 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 분배 유동 경로는 직렬로 2개의 압력 조절기 장치를 포함하는, 유체 공급 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체 분배 유동 경로는 진공-활성형 체크 밸브를 포함하는, 유체 공급 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유체 분배 유동 경로 내 진공-활성형 체크 밸브의 상류에 모세관 유동 제한부를 포함하는, 유체 공급 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 분배 유동 경로가, 압력-응답형 메커니즘의 포핏 밸브 요소(poppet valve element)를 포함하는 압력 조절기 장치를 포함하는, 유체 공급 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    부압(subatmospheric pressure)에서 유체를 분배하도록 구성된, 유체 공급 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 분배 유동 경로가, 부압 설정점을 갖는 압력 조절기 장치를 포함하는, 유체 공급 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 관리 흡착제가 나노다공성(nanoporous) 탄소를 포함하는, 유체 공급 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체-상 물리적 흡착제가, 미립자 형태, 과립 형태, 분말 형태 및 단일체 형태(monolithic form)로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태인, 유체 공급 패키지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 관리 흡착제가 원통형 형상을 갖는, 유체 공급 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 압력 관리 흡착제가 이들을 관통하는 하나 이상의 유체 유동 통로를 갖는, 유체 공급 패키지.


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