TWI310819B - Supply system and supply method for special material gases - Google Patents

Description

1310819 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種用於特殊材料氣體的大量供應系統及 供應方法，且特別是關於-種穩定地但以高流率供應用於 半導體之特殊材料氣體的大量供應系統及供應方法，該特 殊材料氣體典型的代表係例如是：ΝΑ、bcl 、& 、

SiH2CL2、Si2ll6、HBr、HF、N2〇、CA、％ 或 ^。2 鲁 【先則技術】 對於使用於半導體製程中的特殊材料氣體而言，由於 石夕晶圓的尺寸變得愈來愈大，所以特殊材料氣體的用量也 變得愈來愈多。此外，典型的代表為數位資訊家電或可攜 式電話終端設備之化合物系列的半導體裝置的需求正逐年 增加’而不是衰退。另一方面，近年來，液晶顯示器一直 顯著地成長，而每個國家的製造商早已用驚人的速度加速 液晶電視的生產。正由於液晶電視日益龐大的生產，所以 _用於其中的特殊材料氣體的消耗量與半導體裝置的產量以 成比例的方式持續增加，而需要47公升大小的儲存器的 容積，而使得特殊材料氣體所供應的流率較大。作為一種 用於大消耗量之裝置，已經使用的是大尺寸的儲存器，其 容積是大於迄今為止一般所使用之47公升大小的的容積。 對於用於半導體製程的特殊材料氣體而言，已經為人 所熟知之具有低蒸汽壓的液化氣體，其典型的代表為： NH3、BCL3、CL2、SiH2CL2、Si2H6、HF、C3F8 或卿6。如 ί310819 果在儲存器中的氣相部分的氣體被釋放到外面，對於此種 液化氣體而言’相應於壓力下降程度之份量的液化氣體將 會從液相蒸發’且被供應到氣相。蒸發所需的大部分能量 是從殘留在該儲存器中的液相部分取得。因此，在沒有加 熱裝置被提供在一個儲存器上的情況中，此一問題將出現 液體度下降’且很快地在氣相部分的供應壓力會下降， 使得供應所希望的壓力變得不可能。

因此，一種將來自儲存器之外表面的熱量藉由使用一 個加熱裝置’而施加到該儲存器之方法已經被普遍採用， 攸而獲侍蒸發量的液化氣體。雖然有一種使用熱敷包（h〇t 7k)或溫水封套（w_……加⑻加熱器做為加熱 凌置的例j，但是具體地提出-種方法，其包括：藉由使 用陶t加熱器（或封套（jaeket ）加熱器）來直接加 熱儲存器的底部’以在高流率下供應·3。此外，據指出： 鯖片的使用對於增進熱效率（請參照：例如，專利文件n 是有效的。 527,712/2004 公 器的外壁溫度之 溫度已經被控制 於該儲存器之後 伴隨著霧氣的形 在該儲存器之中 霧氣混合進入該 [專利文件曰本專利申請開平號： 報（美國專利號6,581，412的發明說明書） 然而，在一種於選擇溫度下控制儲存 傳統方法中，會出現此-種現象：當外壁 在Y個高於室溫的溫度時，氣體會在一條 引導的氣體供應管線中被再液化，其中係 成。在加熱的量未達到蒸發量的情況令， 會發生-種顛簸（bumping)現象，使得 1310819 氣體供給管線中。此種霧氣的 生 化’並因此使維持供應壓力變得困難二成流率與壓力的變 為腐蝕目的之情況中，會發 。在特殊材料氣體作 件的腐餘或金屬雜質與顆粒的增加。’像是供應系統構 率降低，❿且製程必需要被短二二：：、，不僅半導體良 件的更換。 斷來進行氣體系統構 而且對於加熱裝置而言，—

而使得其與—個儲存器直接接觸，D的加熱源被使用， 的熱保持效果，-旦施加熱量在該儲存父於加熱器結構 鉍屆τ限 , 帝存盗上’溫度便不舍 U下降。一個陶究加熱器因為其 =會 下降功能方面是不適當的，1因此 I在上升與 變化的反應會變&者氣體之流率 蚰姑Τ B 要一種固定式鰭片做為 輔助工具’而此種情況則是另—種經濟上的負擔。，、’' 雖然熱敷包或溫水封套加熱器已經普遍用做一種用於 》皿熱一儲存器、以獲得蒸發量之液化氣體的裝S M曰是辟 由將-個熱電耗固定在一個儲存器之加熱器所接觸的一； 分外表面上、並控制該熱㈣’使得該儲存器的外表面達 到一個預定的溫度（低力40°c)，而可實際地實行1溫度 的控制。在此種溫度控制的情況中，對於一個儲存器之内 部溫度的改變之信賴性是不適當的，並因此會在該處作用 過度的熱量（過量（overshoot))。 在充填到一個儲存器内部之氣體為可燃性氣體的情況 中，需要確保對於任何因為其洩漏而引起之預料外情況之 妥善處理的安全性。特別地，在—個被擺置於—個儲存器 1310819 因此刀中的加熱構件中’其表面溫度可能超過5001， 因此根據氣體的種類而會存在 點的可能性。如里u 〃 有 度超過其起火 的$ β 丨種氣體$漏出去*與該加熱構件接觸 疋可以想像的到會導致起火或爆炸。 【發明内容】 統及= Π = —種用於特殊材料氣體的供應* 1時間維持-定的品：：大流率供應液化氣體，同 在一個41 〃係藉由將-㈣素燈加熱器固定 個L括一個像是嘲級宏 器的底部上，及實施磁田寸健存器之壓力館存 的p W 種用於保持該儲存器内部塵力值定 ::式加熱控制。依據特殊材料的氣要 ;==安全性。因此，本發明另-個目 此種計材料氣體的供應系統及供應方法，1且有 此種較咼的安全性。 戍，、具有 為了解決上述問題，本案發明人努 明人已經發現到：Μ 丸，.、口果，發 的供應系統及_ _ # h 用於特殊材料氣體 ^久仏應方法來達成，1 已實施本發明。 八，；下文令描述，並且 依據本發明，那 系統，其特徵在於包:一财:;子:特殊材料氣體的供應 充填在該館存器中;-個：:二而I?材料氣體被 存器的底部，·-個用於量測在該儲存^氣:皮固定在該健 之裝置；以及一個用认& °中风相部分的壓力 〖控制該齒素燈加熱器輪出功率、使 1310819 壓力保持定值的裝置。 藉由建構上述系統而能夠達成的是：可以實施適备地 隨著:!殊材料氣體的流率之增加或減少之隨選式加：控 制’精以可以預先防止從儲存器中所形成的霧氣。亦即， 上述it况疋基於此一發現’該發現為：氣體儲存器由一個 鹵素k加熱器的加熱是適合做為一種加熱源，#中， 由=熱器或溫水所傳導的溫熱作用比肖，在從加熱側^

' 會產生任何熱慣性（heat inertia )的一個程度内找 尋到隨選式加熱控制。 〃、體地，在半導體製造所使用的製程氣體之中的液化 氣體被大量地消耗之情況中，因為蒸發潛熱的喪失，要確 保一個目標流率（objectivefl〇Wrate)是相當困難的。本 發明已經設計出由—個鹵素燈加熱器來熱傳導，而該齒素 :加熱器作為一個用於從外界補充這種蒸發潛熱之裝置。 错由使用此種熱源，如與習知的封套加熱器等等相較下， 已經可能的是穩定地但以高流率供應液化㈣，並且増_ 大約兩倍的熱效率。且另外，高滞點之主要包括濕心雜 質剩餘量方面的可#性可以獲得解決H，使能夠提供 y種用於特殊材料氣體的優良供應系统，其能夠穩定地但 以高流率供應特殊材料氣體。 依據本發明，上述用於特殊材料氣體的供應系統之特 徵在於：在該控制裝置中，PID㈣是在液體溫度 '以及 在蒸汽壓力與從其物理性質所獲得的溫度兩者之間的相互 關係所導出之液體設定溫度的基礎上實施。 1310819 ^如上34，在敎地但以高㈣供應已經被液化之特殊 對=!’液相溫度相當重要。然而，另-方面，依據 机作用或者例如離該儲存器的壁部表面—段距離之測量 “要獲得液相溫度的精確資訊有時候是相當困難的。本 =明人已經發現：在供應特殊材料氣體時，作為一種控 传：：：液化氣體的蒸氣壓力’其為儲存器的内部麼力， 不項重要的準則（barometer);且更發現到：其中 著二；方過量現象的優良控制係能夠藉 理性質所液體溫度及在蒸汽壓與從其物 定溫度的^〜之間的相互關係所導出之液體設 PID二丨土 "上之一個鹵素燈加熱器的輸出功率承受到 =愚藉著。ID控制，其包括:藉㈣控制導致儲i 益的内口P壓力接近一個實際目標值，且並中 被增加到一個A牲姊从糾A 、 差動作用係 1路“ 氣體的供給量之變化量，或在隨 ”發生的液相溫度之變化量，亦#，在 得隨著此種變化量而產 ’可以獲 此，炉约接# 之時間常數的合適控制特性。因 &月,夠&供一種用於特殊材料氣體的優良供 此夠穩定地且以高流率供應特殊材料氣體。‘〜、、/、 依據本發明，上述用於特殊材 ^特徵在於：該儲存器的底部之外部表供應系統 高熱吸收效率的顏色來著 ’、 種具有較 到該外部表面/ #色，Μ素燈加熱ϋ係輻射光線 不統相較，•素燈的反應時間很快，且 卜/、加熟的接觸，因此， 1 實知加熱標的的表面處理是相 1310819

當容易的。因為本發明已有效地利用使用_素燈所獲得的 優：，所以藉由以-種具有較高熱吸收效率的顏色將該儲 存器的底部之外部表面加以著色，_素燈的輻射能量可以 被有效地吸收。因，匕’已能夠更增進熱效率及節省能源。 在同時，即使在儲存器中_態氣體的剩餘量減少，從使 用初期到使用末期之間，穩定地持續供應高純度氣體、且 防止氣體雜質聚集到液相這一側是可能的。無論是無彩色 或彩色，本文所使用的用語‘‘―種具有較高熱吸收效率的 顏色”表示一個具有比一般被稱為無彩色的灰色更暗的顏 色，且其係對應例如是黑色、灰色或更暗的顏色。 依據本發明，上述用於特殊材料氣體的優良供應系勒 之特徵在於其更包含：-個用於聚集從函素燈輻射到儲肩 益之光線的裝置，使得該⑽被防止Μ到外部。 關於齒素燈上述的特性，茲山丨 ^ ά 们符性藉由控制一條光學路徑而網 光線集中到一個特定區域也 疋J此的。因為本發明已經有 效地利用此種齒素燈具有的優 ㈣優良特性，®而可以藉由將光 線承集到一個儲存器的 使得能夠防止光線洩 漏到外。卩’使得鹵素燈幅射的 里了以被有效地吸收。因 * ，已經能夠進一步增進熱效率且節省能量。 依據本發明，上述用於胜 ^用於特殊材料氣體的供應系統之特 徵在於，該齒素燈加熱器盥俜 π ^ 一係從該儲存器的外界環境被隔 開且被谷納在一個框罩之中。 熱裝置相較，該鹵素 400〜5 00°C的温度。 雖然與一個使用電阻器等等的加 燈加熱器的表面溫度更低，其係達到 12 1310819 依據氣體的種類（例如，或Si2H6的情況）的不 同，因此有相同的表面溫度會變得比其發火點更高的可能 性。即使在像是乂〇之不具發火點之氣體的情況下，仍然 有在咼溫下此氣體被分解而產生氧氣、呈現助燃特性且助 長火災的可能性存在。本發明已考量到這些可能性。即使 氣體已經從儲存器洩漏出去，其係藉著製作此種隔開結構 而被防止與容納在該框罩之内的齒素燈加熱器接觸，並因 此可以避免發火的危險。此外，此種技術實現了一種防止 任何異常情況的功能，該異常情況是由洩漏的氣體或該鹵 素燈加熱器的可能污染物所造成之劣化所導致的。 依據本發明，上述用於特殊材料氣體的供應系統之特 徵在於，一種裝置被提供用於供應清潔用流體，其中，該 清潔用流體被供應到該框罩之内，使得其被設定成較該框 罩的外部環境更高的壓力。 本發明早已嘗試進一步利用該框罩。藉由將在框罩内 •㈣力設定成比大氣壓力更高，可以進一步確保此系統的 安二性，而戎儲存器被容納在框罩中。因為該儲存器之内 #壓力比大氣壓力更高’而已經线漏到開放空氣中之特殊 材料氣體的壓力接近大氣壓力，亦即，可以防止汽漏的氣 體擴散到該儲存器之内。因此，使能夠適當地防止由茂漏 的氣體或其污染物所造成的發火之危險。 依據本發明，上述用於特殊材料氣體的供應系統之特 徵在於，該清潔用流體為惰性氣體。 如果隋性轧體被引入作為上述的清潔用流體，則此種 13 1310819 系統的安全性被進一步強化铋 /強化就爆炸性氣體而言，其爆炸 2範圍將依據其氧氣濃度來決定，而其大致為：氣氣濃度 心同、爆炸的範圍愈大。本發明企圖藉著惰性氣體，而使 ==内部的空氣小於最低的爆炸極限。藉由經常清除 框罩内部的作業，或藉著使用像是氮氣（n2)的惰性氣 :來使其保持在密封的狀態下，可以加強此㈣統的^ ^外’此種技術實現了—種防止任何異常情況的功能， «常情況是由㈣的氣體或齒素燈加熱器的可能污染物 所造成之劣化所導致的。 依據本發明，上述用於特殊材料氣體的供應系統之特 徵在於，-個壓力伯測裝置係用來監控在該框罩之内的塵 =中：該壓力偵測裝置的輸出功率被傳輸到該控制裝 ’以執行該_素燈加熱器的電力供應之控制，及一個用 於供應特殊材料氣體之閥件的打開與關閉操作之控制。 如上所述，該框罩内部的空氣是此種系統安全性的一 個重要因1。依據本發明’壓力被選擇作為-種用於監控 該框罩之内部的要素，而其量測值制來作為—個控= 的，藉以確保該系統的安全性。亦即，建構一個系統，J :在該框罩内的壓力小於一個設定的壓力日夺，該系統具有 種自動地中止供應到該鹵素燈加熱器或關閉用於特殊 ^ 氣體的供應闊體之電力的控制功能。藉由此種系統結構 白、功效’使㊣夠預先避免茂㈣氣體混合物進入到該框罩 的危險’並且能夠預先防止該儲存器中所形成的霧氣。 依據本發明，上述用於特殊材料氣體的供應系統之特 14 1310819 徵在於，在該維罢+ 罩中’具有光透性之耐熱玻璃被提供在該 齒素燈加熱器與该健存器的底部之間的中間位置。

/齒素燈加熱15韓射紅外線光束，以加熱該儲存器的 底部。為了從容納在該框罩中的鹵素燈加熱器有效地取出 Ί車乂佳地在4框罩中，光透性玻璃被提供在該齒素燈 力二熱器與該儲存器的底部之間的中間位置。更佳的是選擇 -種具有更高光透性的玻璃。藉由較高光透性的功效，亦 即熱月b可以有效率地提供於該健存器的底冑，而可以避 免由其自身加熱所引起的玻璃之溫度加熱作用（hotting )， 仉而可以避免在玻璃表面上的發火之危險。此外，較佳選 擇在耐熱性與強度方面皆優良的玻璃。 、 /依據本發明，上述用於特殊材料氣體的供應系統之特 禮在於個保s蒦用構件被提供在該框罩之配置有耐熱破 璃的部分上，其中，當該儲存器被置人與取㈣，該配置 的财熱玻璃部分被封閉，而當使用該函素燈加熱器時，該 耐熱玻璃配置的部分被開啟。 如上述，該框罩防止沒漏的氣體與㈣素燈加熱器才 接觸’並且在藉由光透性玻璃，從該齒素燈加熱器使輻身 的先線變得安全的方面起作用。該㈣本身可以被做成j 堅固的結構’然而該耐熱玻璃大體上不能耐受機械撞擊。 在本發明中’為了保護玻璃’開啟與關閉式玻璃保護用相 件被提供在該框罩中。藉由依據此-系統的伺服狀鞋 (vice station)來操作該玻璃保護用構件能夠保= 不能耐受機械撞擊的玻璃。 π 15 1310819 η、爆不發明 •….•厂· I w肢叼识愿万法之和 ::於包含：將一㈣素燈加熱器固定在-個儲存器的: #上二而該氣體被充填到該儲存器中，以及依據液體溫度、-及在洛汽屢與從其物理性質所獲得的溫度兩者之 關係所導出之液體号宗、、b # . 、 又疋，皿度，使齒素燈加熱器的輸出功率 =於PID控制，使得在該儲存器中的氣態部分之麼力被 不：：：，藉以從該氣態部分所取出的氣體中之雜 二;上：’：即使當在該儲存器中的液化氣體剩下的量下 夺攸該就態部分所取出的氣體不會含有霧氣。 依據本發明，藉由有效地利用由 性，並採用-種符合上述這些特性的控制方良特 供-種用於特殊材料氣體的i夠提 —ό 儍良供應糸統，其穩定地並以 ==化氣體。此外’在本發明之研究中，已經發 J .此種用於特殊材料氣體的供應方法可 ::::供給氣體而形成的霧氣，可以增進來自外;:: 輸效率，以保持儲存器的内部壓力以及 旦，，，、 一步解決伴隨著在該儲存㈣的殘 並進 之氣體雜質的增加。 餘孔體！的減少所產生 藉由將一個函素燈加熱器固定在— 之儲存器的底部上、且控制該加熱器 = 皮充填 =壓力被保持定值，在依據如上述之本發明== 特殊材料氣體的供應系統中，能夠實施 種用於 流率的增加或減少之隨選式力执㈣ 以正確地隨著 夕之4選式加熱控制，並且 器中所形成的錢是有可能方止儲存 16 1310819 藉由塗佈種具有高熱吸收效率的顏色到—個光線從 一個齒素燈加熱器被轄射到其上的部分上，及採用—種將 齒素燈聚光到-個儲存n的程序，則更加增進熱效率與節 省月匕里疋可此使在該儲存器中的液態氣體的剩餘量 減少，此時從使用初_㈣末期之間，穩定地持續供應 高純度氣體’㈣防止氣體雜質聚集到液相這一側是同： 可能的。 此外藉由將該鹵素燈加熱器容納在一個框罩中，並 執行該框罩㈣的清除作業，可以進—步強化此系統的安 全性。藉著在該框罩與該儲在 、忒儲存益之間的中間位置提供光透 性玻璃，以及提供一種用於伴 於保4 δ亥玻璃之構件，能夠建構 一個系統，在該系統中，可古 易獲得安全性。 以有效地利用光線，且可以容 【實施方式】 現在參照該等圖示，本發 述 *货a的實施例將於下文中被指 圖1是一個概略視圖，1例千— 特殊材姐^ _ /、例不—種依據本發明之用友 将殊材科氣體的供應系統。此供 1，而牲址“ 供應系統包括：-個儲存著 而特殊材料氣體被充填在該儲存器 加執写9廿 個画素趕 …為2’其被固定在該儲存器1的 m a ^ 1履4上，一個用於量 μ儲存器1中氣相部分的壓力 4 . , 刀之裝置（壓力感測器） ，、错由一個閥體3而被連接到該儲 及一個田μ 喵存器1的内部；以 固用於控制該鹵素燈加熱器2輪

别出功率的裝置（AVI 17 1310819 控制器）5’使得該儲存器丨的内部壓力保持定值。此外 在此視圖t，此-供應系統被例示成一個具有一個用於齒 素燈加熱器之反射板6之系統，而其將於下文中描述。、 保存在-預定條件下的特殊材料氣體是在該儲存器！ 的内部中被蒸發，通過該閥冑3、且穩定地供應到個別的 早兀’例如：-個半導體製程的單元。其供應流率的調整 可以由-個位於處理單元之側邊上的流量調節器來實施。

該儲存器1的内部壓力，係依據在該AVP控制器5中 的壓力感測器4之輸出功率’而受到控制。藉由具體地在 將於下文中描述的AVP(全汽相（ALLVAp⑽pH·)) :態下實& PID控制’雖然一個預先設定值（對應於在蒸 汽壓與溫度兩者之間的相互關係所導出之液體設定溫度） …亥C力感測n 4之輪出功率（對應於在蒸汽壓與溫度兩 者之間的相互關係所導出之液體溫度）係互相比較，其係 能夠實施非常穩定的控制，而不會有過量現象產生。 一有低的蒸汽壓之液化氣體被充填到該儲存器丨中， 而該液化氣體典型的代表為··丽3、BCL3、CL2、SiH2CL2、 S^H6、HF、C3F84 WF6。雖然儲存器1的尺寸大小取決 方1文所提及的半導體製程之規模’但是一個從數百到數 千公升大小範圍的壓力儲存器，在本發明中可以被例示成 _種大尺寸的儲存器。例如在II的情況中，可以具體地例 示一個系統，a , — 上述具有大約13到1 5。(：液態溫度之液化氣 體係藉由忒系統在大約3〇〇到35〇 L/min( SLM)下被供給， 在此種條件下該儲存器1的内部壓力是大約0.55到0.65

18 1310819 MPaG。 此外，依據本發明用於特殊材料氣體的供應系統，也 可以被應用# —種小型儲存ϋ或從料到數十公升大小範 圍的標準高屢儲存器，不僅是作為—種像是嘲級容器之使 用大里化的儲存器之大型供應系統。在圖2中具體地提出 此種系統作為例示，其將於下文中描述。

該齒素燈加熱器2被固定在該儲存器i的底部上“亥 #素燈加熱器2使用從一個照射器（lamp)輻射出的光線 作為-個熱源，並且因此僅在光線被施加在其上時加熱。 亦即，當開關被打開/關閉時’熱能幾乎在同時被投射。因 為與-般加熱系統相較下其反應相當，决，因此藉由使用一 種控制方法來限制過量現象是可能的，其將於下文中被描 述。因為㈣素燈加熱器2與該儲存胃丨並非接觸狀離， 所以有—種可靠性顯著良好的特性，且不會有㈣可能由 加熱益引起的熱保持效應存在。再者，該_素燈加熱器2 因為其自身的特性而具有的豆中一 熱敷包等等相較下特性為]°與習知的 敉下之車“的熱效率。此外，該 器2也具有較大優熱，姑…也丄 Λ，、、、 使付與由溫水傳導而溫熱的情況相 杈下’其刼作控制非常容易。 藉由塗佈一種I右古止括而l 有回先線吸收效率的顏色（例如：里 色、灰色或深色）到一個挫左獎—A ''、、 個儲存器之一部分的下方部分之 而光線被輻射在該部分上 L你批 上以善加利用南素燈加熱器2的 此種特性，在與塗佈白& + .,L >佈白色或淺色相較下，更可以增加熱效 率。此種具有咼光線吸 政丰的顏色的塗佈較佳僅被實施 19 1310819 到一個光線所輻射的部分。至於使該儲存器丨的内部壓力 保持定值的加熱效應，亦即，僅是該鹵素燈加熱器2的溫 度，这僅疋光線輻射在該部分之上的某一部分的溫度，該 溫度較佳是-種控制的標的。理由是較佳地排除許多影 響，像是受光線轄射的部分之外的自然光，以及光線從該 儲存器1所擺置之位置處散射到最遠處。

再者，為了將光線有效率地輻射到一個目標表面上， 一個反射板6較佳地被固地到該處素燈加熱器2上。該輻 射能量可以被有效率地施加到該儲存胃i的下方表面，如 圖1所示，其係藉由以反射板6將從函素燈加熱器2被轄 射的光線聚集到該儲存^ 1，使得光線不會浪漏到外侧。 因此可以旨4進-步改善熱效率。藉由將因為儲存器丄 與齒素燈加熱器2不會接觸、而從該儲存器1與㈣素燈 力’、’、益2之間的間隙洩漏之光線’藉由使用該反射板6聚 集在該儲存器丨底部之一個目標區域，可以進一步改善熱 效率。配置該反射6，使得其覆蓋㈣素燈加熱器2與 光線所II射的表面是可能的，同時將—個具有預定曲面的 反射板6固定_素燈加熱器2的下方表面也是可能 J再者藉由選擇一個被覆有一個反射臈的鹵素燈加熱 將光線輻射到-個目標方向是可能的。 :反射板6並未被特別地限制，只要其能夠反射可見 ==線即可。由於考慮到覆蓋該儲存器1與該齒素 由f'2的可行性及確保反射功能，所以較佳可以使用 由-個在某種金屬或樹脂構件的表面上形成具有光線反射 20 Ϊ310819 力此：：膜：製成的反射板’該薄膜例如：金或鋁。 調控制方=源中’從操作的觀點來看，在溫度微 . '"制，因為其為一種整合的型式（unified 二V:而在該_素燈加熱器2的情況中，藉由選擇地 控制加熱器的數目盥去_ 溫度微調控制，這的輸出功率’而能夠施行 旦 k疋因為可以擺置選擇數目之具有預定容

里的加熱器。即借去旦^ 6 X ^吏考里到女全性的觀點，當與一種直接接 一個：^習知熱源㈣’該非接觸式_素燈加熱器具有 哕-::女王性的優點。而且’與—種習知的加熱器相較， 且加熱器從成本的觀點來看更是便宜，並且其操作 較習知的加熱器更簡單。 ’、 並未特別限制壓力感測器4是否為具有对壓特性 〆pressure_p_f pr〇perty )。從量測精確性來看，可以適 選擇隔板類型、壓電類型與半導體類型的壓力感測 态0 在本發明中，提供一種用於特殊材料氣體之優良的大 型供應糸統是可能的，其使用一個齒素燈加熱器2與AVP 控制器5取代熱敷包或溫水。AVP是一種控制系統，盆中， 一種在蒸汽遷與液化氣體溫度兩者之間的相互㈣（―種 Μ關連之相關方程式）被預先輸入，且其中，藉由依據液 體溫度與在儲存器中之液化氣體的飽和蒸汽壓所導出之液 體設定溫度的PID控制，可以啟用隨選式加熱。 PID控制是由在圖2中所例示之方法具體地來達成。 雖然此處例示一種標準的高壓儲存器（例如：饥的儲存 21 1310819 器），但是該控制可以藉由一個類似系統，甚至是在一個 大型儲存器中，來達成。 (1 )如圖2所示，當從該高壓儲存器丨所供應的特殊 材料氣體由該壓力感測器4量測時，獲得—個連續的量測 值Ph。 (2)在该咼壓儲存器1中的飽和溫度Tsat是從基於 個相互關係表7 (在蒸汽Μ與依據物性表所決定的溫度 兩者之間的相互關係之數據）之壓力量測值ph來計算， 鲁並且輸入AVP控制器5。 (3 )在AVP控制器5中，—個液態溫度設定值Tsat* 已事先輸入。Tsat*可以由下列方程式獲得，其中，Tw表 示高壓儲存器1的周遭溫度或室溫。

Tsat*= Tw- Δ Τ △ Τ = Tw — Tsat 本文令藉由將在儲存器中的液體溫度Tsat設定在低於 室溫Tw，使能夠防止一個沸騰現象，這是一個霧氣形成 的原因。 / (4)尋找一個在Tsat與Tsat*之間的差異，而藉由該 函素燈加熱器2傳導之加熱作用是反應此種差異而被控 制。本文中對於該Avp控制器5的功能而言，較佳是依據 PID控制來實施隨選式控制。藉由此種隨選式控制，以充 刀反應的方式回應在流率方面的變化，其中，該儲存器的 情況可以被迅速反饋。 藉由上述的控制方法，已經能夠提供一種用於特殊材 22 1310819 料氣體之優良的大型供應系統， 凡如下文中所述，該供應系 統不此以習知的方法實現。 (1)使能夠增加氣體供應量。 (2 )藉由使氣體具有低l丄 ，、有低/揽或防止在該儲存器中的沸騰 現象，可以獲得一種無霧氣的情況。

(3)藉由維持均勻的液體溫度，可以防止雜質隼中到 液體側。 *貝罘Y生J (4 )藉由維持均句—鍤I 、波 ^ y J種軋-液向相均恆狀態’使能夠 降低液體剩餘量。亦即，在 有效地利用。 在讀存㈠的氣體可以被整體 <實例> 具體地揭示本發明内容與效果的 述。此外，不用說，本發明並未限定 ：二7 評估方法。 疋於此等實例與所作的 <評估方法> 在實例1到3中，每個系統的 評估。 u w热双丰依據下列的標準 力二=广預期之氣想蒸發的潛熱_/加熱器電 預期的氣體蒸發潛熱（莫爾 ， 妞λ批咕 …I兵爾早位）是從其物性表中霖 找。加熱器電力藉由將一個瓦特計 中尋 個加熱器電源線之上， 、 擺置在一 +， 且一直施行對該瓦特計的監批 早位時間、莫爾單位的電力。因此，兮献 政率可以從這兩個參數導出。 遠熱 23 1310819 <實例1 > 藉由使用圖1ws,,-上 ~侈丨7F之一種用於特殊材料氣體之優 、的大1仏應系統’來實現-種在本發明中的熱效率之評 估。一個此處所使用的r 士 的（大型）儲存器的尺寸被設計為外 徑_.6_與長度2.225 _，並具有術升的水容積。 ，素燈加熱器被固定在該儲存器的底部上。一個麼力 感測益被固定接近—個儲存器的《位置，該閥體是-種 用於該儲存器的内部氣相部分之排出口（take_〇ffp〇rt)。 在儲存器内的氣相部分中之壓力由此種壓力感測器所監 控’並且在AVP中被控制。例如，250公升的水被灌注到 =儲存器中，且在儲存器的底部為白色的情況中之熱效 率與在儲存ϋ的底部為灰色的情況中的熱效率係在相同的 加熱器容量被比較。結果，熱效率在白色的情況增加34%， :在灰色的情況增加59%;換言之，在灰色的情況下能夠 更加增進該熱效率。同樣在使用特殊材料氣體氨（丽3) :類似實驗中，確認到：如與白色的情況相較，在灰色的 情況下熱效率增加大約1>7肖。藉由固定—個反射板，用 於反射從該_素燈加敎5|歲兮蚀六gg …、與該儲存^之間的間隙洩漏的光 線到該儲存器外側，與無反射板的情況相車交，能夠更加增 進大約_的熱效率。藉由採用這些程序，在使用齒素燈 加熱器且使用腿“乍為一種液化氣體源時，如與習知的熱 敷包相較下’熱效率增進大約2倍。 <實例2 > 公斤的液態顧3被充填到—個外徑788麵、長度 24 1310819 2495 mm以及930L的次交旦从丄工丨h 水奋里的大型儲存器之中，而Nh3 以300 SLM的流率流動。採 休用兩種方法，其中一種方 括：當使用一個鹵素燈加埶考柞& ° 热器作為一個加熱源時，藉由一 個AVP控制器來控制儲存器 n丨！刀，而另一種方法是 使用一種溫度30°C的溫水封套加埶 >珂贫加熱Is作為—個比較用的例 子。間歇性地量測在該氣體中的 τ /然軋，置到初始5〇〇公斤 的充填量變成50公斤的剩铪吾各 剩餘里為止。選擇濕氣的理由為：

在液化氣體的的情況中’濕氣是一種高沸點的成分，而高 沸點的成分很容易集中到該液相側。結果顯示在圖3中。 在使用溫水的情況中，在淡能从 隹/夜態ΝίΪ3的剩餘量小於200公斤 之後’濕氣開始上升。另一太而，—冰m 为方面，在使用該_素燈加熱器 的情況中，濕氣的濃度不會從初始充填量上升到W公斤 的剩餘量，而其小於-個5Gppb之最低偵測限值。 <實例3 > 藉者使用NH3來實施—種測試，該測試關於一種在流 率與儲存器的内部壓力兩者之間對已經過時間的相互關 係。對於用於此種測試的加熱方法，採用兩種加熱方法， 亦即’ 1)無加熱作用；以及2) AVP+ ·素燈加熱器。結 果顯示在圖4中。剛開始NH3以3〇〇 SLM的流率流動，而 其流率在中途減少到200 SLM。在經過固定時間之後，流 率更増加到300 SLM，並且稍微維持一段時間。在i )無 加熱作用情況中，壓力隨著時間而下降、流率在一些時間 之後開始下降，且在25分鐘之後該測試中斷。另一方面， 在1 ) AVP +鹵素燈加熱器的情況中，即使當流率改變且 25 1310819 流率可靠度非常穩定時’壓力幾乎不改變。 <另-個依據本發明之用於特殊材料氣體的供應系統 之結構實例> 在下文中將描述另-個依據本發明之用於特殊材料氣 體的供應系統之結構實例。該結構實例將基於一個具有圖 (A所示的側視圖與圖5(b)所示的前視圖之裝置被 ;=述。該裝置被建構成使得圖”的基本結構之齒 素燈加熱器2與反射板6被容納在—個框罩8巾，立中， ==行該鹵素燈加熱器與該儲存…外界空氣 2 :來確保系統的安全性。再者，藉由從-個清潔用 二Li 9來引入清潔用流體（空氣）或惰性氣體，以 個用於監控該框罩8的内部壓力之壓力偵測 ，來確保該系統較高的安全性。在該框 ，且 有光透性之耐埶*基彳彳 1 … 被獒仏在該鹵素燈加熱器2與該 = 確保了從㈣素_ 素燈加熱器2…:二㈣輻射’同時也確保該. 與該儲存态1的外界空氣隔離。 顯示在:存二7與圖5 (B)中’提出-個結構實例，其 在該儲存考φ與框罩8被容納在另-個底座中。即使當 褒置π:氣體㈣漏…防止對另-個系統或 —個風扇來’此—實例被建構成—種安全結構，藉由 得漏出的氣體 '負壓以排出在該底座的内部中的空氣，使 不會被保留在該底座的内部中。 該框罩8认 的形狀與尺寸並未被特別限制，只要框罩8 26 1310819 可以容納該鹵素燈加熱2與岑应斛4c γ 、忒反射板6即可。為了防止清 潔用流體或輻射的光線所執行 讯仃的π除效率之損失，較佳是 使用一個框罩8，而框罩8的形狀 7〜狀興尺寸係大到足以容納 一個最小的反射板ό。製作& τ % @ 卜以下的構造也是可能的：框罩 8之具有反射功能之一部位的姓楼 幻、〜構被配置來省略該反射板 且該鹵素燈加熱2被配置在咭柜g c , ^ 1隹忒框罩8相同的反射表面 上。藉由製作如上述之使得從儲存器i所、;矣漏的氣體不會 直接接觸該齒素燈加熱2的表面的結構，如果氣體已經從 讚儲存器1茂漏，可以避免發火的产！^ 艰兄赞Λ的危險，廷是因為該氣體並 未與容納在該框罩8中的_素燈加熱2相接觸。 來自清潔用流體引入〇 9的清潔用流體被引入到該框 罩8的_。對於要被引入的流體而言，使用例如藉由淨 化與該儲存器1之外部環境隔離的開放空氣（邛⑶ai〇所 獲得的空氣是可能的。在儲存器！的容積是大約3〇〇公升 的情況中’例如藉由使此種流率大到大約3〜3〇 L/min的 ，空氣’可以充分地實施清除作用。此外，在一種維持由加 壓所引起之密封的情況中，可以在一個較低的清除量下充 分地施行清除作用。如果惰性氣體被引入來取代開放空氣 的引入，則該系統的安全性將被進一步強化。具體的說， 或氬氣（Ar )可以作為例示。 在該框罩8内的壓力較佳被設定成高於框罩8的外界 環境’此情況在圖5 ( A )與圖5 ( B )中是儲存器丨的外 界壓力。因此’可以防止：洩漏的氣體散佈到該框罩8之 内，這是洩漏的氣體與該IS素燈加熱2相接觸的原因。如 S) 、/ 27 1310819 果在框罩8内的壓力可以被保持在稱微較外界壓力高之壓 力（高到大約數十〜數百mmAq或更多），如此就夠了。 對於-個清潔用流體供應裝£ 9而言，可以滿意地使用— 種具有吹軋功能的風扇。此外，此種具有一個能夠持續清 除作業的機構、-個能夠密封的機構或使用前述兩者之裝 此外較佳的是，提供能夠持續監測在該框罩中的壓力

之壓力崎4 1〇’用以確認上述清除作業之情況，且用 作-種安全機構與品質保證的功能。如果在該框罩8的内 部壓力低於設定壓力的情況下，藉由連結該框f 8的内部 壓力的資訊與此一系統的控制功能…同時獲得 動中斷供應到該_素燈加熱2之電力的功能，與一種 心特殊材料氣體之供應㈣3的功能，也就是，即使當 在5亥框罩8中的壓力由於該耐熱玻璃"等等的任何損壞 而達到大氣壓力時，可以維持此系統的安全性，而可以確 保所供應之特殊材料氣體的品質。具體的說，#由中斷供 :到該函素燈加熱2之電力，可以停止該加熱部件，以使 二溫度低於發火點，⑹而可以事先避免隨著汽漏的氣體 到該框罩内而發生的危險。冑由關閉用於特 體之供應閥體3，且同時，可以事# ’ ' 事先避免隨著在儲存器1 的加熱狀況之改變而產生之霧氣的形成1而，可以事先 避免含有霧氣的氣體混合到將被供應的 内。因此’可以建構出-種能夠供應具有穩定品；= 材料氣體之系統。此外，—種類似《力感測器4之^

28 1310819. 感測器可以被利用作為壓力偵測裝置i 0。 在該框罩8中，具有光透性之耐熱玻璃丨丨較佳被被提 供在該_素燈加熱器2與該儲存器1的底部之間的中間位 置。為了有效率地獲得在該框罩8中之幽素燈加熱2的光 線’較佳地，在該框罩8中，具有光透性之《熱玻璃U 被提供在鹵素燈加熱器2與儲存器i的底部之間的中間位 置，且較佳地，具有較高光透性之玻璃被選做此種玻璃。 換言之，必須提供—個大容量的齒素燈加熱器2,這是因 為如果光透性小，會損失提供到儲存胃t的底部之熱能。 在光線傳輸期間所損失的能量被轉換為加熱财熱玻璃η 本身的能量，並且結果該耐熱玻璃u本身係被加熱。因 此:避免茂漏的氣體與高溫表面接觸而被點燃的危險情況 變得不可能達成，而此是提供框罩的一個原始目的。且體 的說，當於此使用具有光透性之耐熱玻璃u _，強度優 異並具有超過9G%光透性之耐熱玻璃η是有效的。此外’ 最好是具有㈣95%光透性之耐熱玻璃u。例如，财執 石夕化侧、石英或藍寶石⑺2〇3)玻璃為典型的代表。’、’、 此外在此系統中，一種具有此種保護用構件a的結 構、用於保護圖6 Γ A )盥〇 < /。、 ()與圖6 (B)所例示的耐熱玻璃11 轨祐父们如果試圖使得光透性較高，那麼具有光透性之耐 熱玻璃11的厚度較小為較佳 w缺t 权住特別疋，其紅外線的光透 性。然而，如果該财熱玻璃u㈣度 不能耐受機械撞擊。藉由提供一 p麼其 2 W «λα 種保δ蒦今納_素燈加熱器 、耐熱玻璃"之開啟與關閉式保護用構件12、 29 B10819 及藉由製造當該儲存器"皮容納與取出時，該保護用構件 12被關閉以保護該耐熱破璃u，且當容納該儲存器丄的 作業已經完成之後氣體被使用時’該时熱破璃u會因此 被開啟的此種結構，能夠保護無㈣受機械撞擊的玻璃。 如圖6 (A)所示，在提供一個由虛線所示之儲存器^ 的情況中’會具體地維持以下情況：開啟與關閉式保護用 構件1"月該框罩的兩側開啟，使得從該_素燈加埶器2 所韓射的光線可以被輻射到該儲存器丨的底部。在同時， 此種技術效果為：該保護用構件12纟有_種如防止光線 賴射到介純罩8與該儲存m之外側、以降低光線 損失之反射板的功能。 此外’在接納該儲存器i之前或取出該儲存器丄之後， 該保護用構件12被開啟，以如圖6⑻所示地覆蓋耐熱 玻璃11 ’藉以該耐熱玻璃11可以被保護、不受到從外界 引起的機械撞擊。難_ + i ⑽ 植拏藉由此種如上述的結構，即使當該框罩 8單獨移動時，也能夠避免該耐熱玻璃11的損壞。 【圖式簡單說明】 圖1例示依據本發明之用於特殊材料氣體的供應系統 之概略視圖； 圖2例示依據本發明之Avp控制方法的說明圖； 圖3例示依據本發明實例之在該儲存器中，液相簡 的剩餘量與氣相而3中的霧氣濃度之間的關係之說明圖； 圖4例示依據本發明實例之在該儲存器中的加轨或I 加熱狀態’氣相叫的流率與氣相贿3㈣力之間的關係 30 1310819 之說明圖； ， ， ^ ^ /IJ 々， 之另一個結構的概略視圖；以及 - 圖6例示在另一種結構中之用於可透光玻場之保護用 構件的操作情況之概略視圖。 【主要元件符號說明】 Tsat液體溫度

Tsati|5液態溫度設定值 1 儲存器 2 i素燈加熱器 3 閥體 壓力量測裝置（壓力感測器） 控制裝置（AVP控制器） 反射板 8 框罩 9 清潔用流體引入口 10 壓力偵測裝置 11 耐熱玻璃 12 保護用構件 31

Claims (1)

1. -1310819 十、申請專利範圍： :::特殊材料氣體的供應系統，其包括: 個儲存器，而特殊材料氣體被 —喝燈加熱器，其被固定在該儲存器的底::上; 置’·以及 在X储存盗中之氣相部分的壓力之褒 定值的裝置。控制以素燈加熱器輪出功率，使壓力保持 供二、如申請專利範圍第1項所述之用於特殊材料氣體的 應糸統，其中’在該控制裝置中，ρ 體的 酿度，以及在蒸汽屋力與從其物 ：：：液體 之間的相互關係所導出之液體設定J:實^ 3·如申請專利範圍第i項或第2 料氣體的供應系統用於特殊材 種具有高熱吸收效率二色部之外表面用- 輕射到該儲存器的底部之外表面/而㈣素燈係將光線 供應4二？更專：：所述…特殊材料氣趙的 該儲存器的光線之…:聚集從該㈣燈所輻射到 尤猓之裝置，使得可防止該光線茂漏到外部。 供應1:，申:Γ範圍第1項所述之用於特殊材料氣體的 赫，/、該鹵素燈加熱器係從該儲存器的外界if 土兄隔離，並被容納在一個框罩之中。 卜界嶮 俾二利範圍第1項所述之用於特殊材料氣體的 〜糸統，其中，—個裝置被提供用於供應清潔用流體， 1310819 二中》亥^，糸用流體被供應到該框罩之 於 疋在比該框罩的外界環境更高的壓力。 于，、？ 》又 供二：申Λ專利範圍第1項所述之用於特殊材料氣體的 供應糸統，其中，該清潔用流體是惰性氣體。 8.如申請專利範圍第丨項 供應系、统，其中，一個屨 ；特殊材料氣體的 框罩内的麗力，”置被提供用於監控在該 ，批㈣ /、中’该壓力偵測裝置的輸出功率被傳入 该控制裝置中，以勃杆呤A I W 刀千饭得入 制 κ 執订該齒素燈加熱器的電力供岸之栌 制’以及-個用於供應特殊材料氣 ：：二 操作之控制。 Ν彳千的打開與關閉 9.如申請專利範圍第丨項所述之用 供應系統，其中，在兮框置 、特殊材料氣體的 罩中’具有光透性之耐埶玻璃被 k供在該鹵素燈加熱 “'、玻璃破 置。 省仔器的底部之間的中間位 !〇·如申請專利範圍帛丨Jf所 一 的_庫季餅，1 ；特殊材料氣體 == 保護用構件被提供在該框罩中配 π璃的部分之上，其中，當該儲存器被置= :時’該Γ置有耐熱玻璃的部分被關閉，而當使用 垃加熱器牯，該耐熱破璃配置的部分被開啟 X… U·—㈣於特殊材料氣體的供應Μ 將一個㈣燈加熱器固定在-個儲存器的底部； 體被充填到該儲存器之内；以及依據液 = 慶與從其物理性質所獲得的溫度和在h 出之液體設定溫度，使續自f 、目互關係所導 使㈣素燈加熱器的輪出功率受控於 33 1310819 PID控制，使得在該儲存器中的氣態部分之壓力保持定值， 藉以，從該氣態部分所取出的氣體中之雜質濃度不會上 升，而甚至當在該儲存器中的液化氣體剩下的量下降時， 從該氣態部分所取出的氣體不會含有霧氣。 十一、圖式： 如次頁

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