长方体流体贮存和分发容器的制作方法

专利名称：长方体流体贮存和分发容器的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种流体贮存和分发装置，它包括一个具有长方 体形状的流体贮存和分发容器，还涉及一种包含这样的流体贮存和分 发装置的集成气箱组件。
背景技术：
在近年来，基于吸附剂的流体贮存和分发装置己经进入到半导体 制造应用中，作为多种半导体制造设备作业的气体供给。
这种半导体制造作业包括但不限制于使用如三氣化硼、砷化三 氢、磷化氢和乙硼烷等气体试剂的离子注入；使用多种有机金属的初 级试剂气体的含金属膜的化学蒸镀；以及利用如硅烷和光环硅烷气体 等的硅元素试剂的硅绝缘体(SOI)光电子装置结构的制造。
商用的基于吸附剂的流体贮存和分发容器包括ATMI公司 (Danbury， CT)和Matheson气体产品公司(Parsippany, NJ)的SDS 和SAGE商标的气体源系统。这种系统一般包括一个传统的高压气缸 容器，作为如分子筛(铝矽酸盐)、活性碳或其他具有吸附亲和力的 材料的固态物理吸附剂的贮存，用于令流体贮存在该气缸容器中并可 选择性地从该气缸容器中分发。该气缸容器以吸附剂粒子床的形式而 存放吸附剂介质，而该容器中充满吸附气体，从而使气体可在比过去 使用这种气缸贮存气体的压力(如，1500-5000托的数量级或更高的压力)低得多的压力下，吸附地保存在该吸附剂床中。
现有技术的高压气缸使用了高于大气压的压力来贮存气体，这是 因为这样的压力水平允许该容器可供应相当大量的贮存气体。但是这 样的大量气体供应容量伴随的是与高压压縮气体的贮存关联的危险和 关系安全的大事。在气缸破裂或由于故障或损坏的阀盖而引起的气体 泄漏事故中，高压气缸会引起气体向大气环境灾难性地泄露的危险， 这是因为压縮气体会迅速被排放到容器外的环境中。尤其是在许多通 常使用的试剂和清洗气体是高毒性、同时也对周围环境造成危险(例 如与大气接触引起自燃或爆炸)的半导体制造作业中，这是一个问题。
上述引用的基于物理吸附剂的气体贮存和分发容器在气体供应系 统的安全性和效用性取得了相当的改进，这是因为气体被有利地以低
贮存压力的形式而保持在吸附剂床中，例如低于大气压的400到700
托，或者是远低于保存在高压压縮气缸中的气体压力的压力。因此， 当发生容器破裂或阀盖故障，气体被排出到大气环境中一一例如以低 于大气压的压力而保持在容器内的吸附剂床中的气体发生扩散流 出——的比率相当小。由于这种基于吸附剂的气体贮存和分发容器的 提高的安全特性，使得它在运输和使用中，相对于那些传统的高压压 縮气缸，可以使用更加简单的和成本更低的容纳装置、监测和备用安 全系统。
在使用这种基于物理吸附剂的气体贮存和分发系统中，通过对气 体从保存在容器内部的物理吸附剂介质中进行气体的解除吸附作用而 实现分发，从而经过解除吸附的气体可以流出到容器外。
这种解吸附作用可以通过压力差而进行，由此在容器外提供一个 低于容器内部压力的压力。另外，这种解吸附作用也可以通过对物理 吸附剂介质进行加热而实现，使被吸附的气体和物理吸附剂介质之间
的低联合键断开。还有另外一种分发形式 一种运载气体可以在气缸容器的内部流过，从而在被吸附的气体上作用一个浓度差，使被吸附 的气体大量流入到运载气体流中，然后从这种流动的运载气体中进行 后续的分发。
作为用于传统的高压压縮气体贮存和分发并作为用于基于物理吸 附剂的气体贮存和分发系统的这种气缸容器，如其名字所表示，是一 种具有上颈部开口的圆柱形容器， 一般由钢或其他合金材料所制成。 一个阀盖组件被连接到该颈部开口上，如，通过焊接、铜焊或其他方 式，它还包含 一 个位于阀盖体内的流动控伟lj阀该阀盖体具有 一 个流动 通道，其活动的阀元件被布置在流动通道中，可根据需要而选择性地 打开或关闭，以允许试剂流体从该气缸容器的内部向外流出。
该阀盖可以包括一个手轮、自动阀执行器或其他结构元件，用于 对阀进行操作。该阀盖一般在流出面上配有一个流动连接器，或者配 备有其他用于将流动通道、管道、歧管等和阀盖连接的装置，使得气 体能够从容器中流经阀盖和相连的流动线路而流动到使用的地点。该 陶盖可选地包含额外的通道和出入口，例如用于将吸附剂介质充满容 器、用于将可吸附的气体装载到吸附剂床上、用于清洗容器、用于在 预处理过程中对容器内的吸附剂介质进行烘干等，而该阀盖可以集成 或连接有对该气体贮存和分发系统进行操作所需的适当的分发、监测 仪器和控制装置。
上述类型的流体贮存和分发装置在发明人为Glenn M. Tom和 James V. McManus的美国专利5,518,528中有更详细的介绍，该专利通 过完全引用而被结合在本文中。
在商业的基于物理吸附剂的低压气体贮存和分发系统用所使用的 容器继续使用高压压縮气体贮存和分发装置中所使用的传统类型的重 金属缸。在基于吸附剂的系统中继续使用重金属缸体，可归因于以下 几点。
8这种圆柱形容器已经有100多年的使用历史，并且得到了世界上 管理机构所普遍许可用于对气体的贮存、运输和分发。由于有多个制 造商的批量生产，可以很容易地获得这些容器。它们是相对便宜、并 被广泛接受的。
除了这些因素，还因为所贮存的气体容积是压力的函数，由于圆 柱形的容器具有最小的横截面面积(即，圆形)，因此相对于其他的 几何图形，它们可以以最小的应力和变形来容纳更高压力的气体。因 此在通常的应用中，这种容器被应用在符合安全考虑的高压环境中， 目的是为了能够在容器中贮存最多的气体。由于这种圆柱形容器是对 高压气体贮存的超安全标准设计，因此这些容器被认为是安全的包装 装置。此外，在涉及有毒和危险气体的应用中，法规也已经批准这种 安全的包装。
鉴于这些因素，重金属圆柱形容器已经成为基于物理吸附剂的气 体贮存和分发系统的标准包装装置。但是尽管这样，还要承认这种容 器仍然有很多不足。由于它们的超安全标准设计特点，其圆柱形内壁 很厚，并且由于它们由钢或其他结构金属所构成，因此这种容器十分 重，因此相对于轻的物品来说，它们的运输成本较高。此外，这种重 的圆柱形容器是垂直直立细长的形状，其长度和直径之比远远大于1， 因此它们比较笨重，难以移动、安装和更换。
因此在本技术领域中急迫需要有一种新的、改进的用于基于物理 吸附剂的气体贮存和分发系统的包装装置。

发明内容
在一个方面，本发明涉及一种流体贮存和分发装置，该装置包含 一个流体贮存和分发容器，该容器具有一个内部容积，其中该内部体 积包含了物理吸附剂，该物理吸附剂在其上可吸附地保持着 一 种流体并且该流体可以从该物理吸附剂被解吸附而从该容器中分发出去；另 外该装置还包含一个连接于容器上的分发组件，用于从容器中分发出 被解吸附的流体，其中该流体贮存和分发容器是长方体的形状。
本发明的另一方面涉及一种气箱组件，包含
一个气箱，该气箱限定了一个被包围的内部容积，并在所述的内 部容积中包含设置用于从气箱中分发气体的流动线路；以及
一个布置在气箱内部容积中的气体源，它以供应气体的关系而连 接于流动线路上，其中所述的气体源包含至少一个长方体形状的流体 贮存和分发容器，每个所述的流体贮存和分发容器包含有可吸附地驻 留其上所述气体的物理吸附剂；还有连接于所述的流体贮存和分发容 器上的一个分发组件，用于从该容器中分发所述的气体，以流动到所 述的流动线路中。
本发明的另 一 个方面涉及 一 种减少气箱组件的覆盖区的方法，该 气箱组件包含一个气箱，该气箱含有一个气体源，该气体源包含至少 一个气体贮存和分发容器，该容器包含有可吸附地驻留其上所述气体 的物理吸附剂，所述的方法包含将所述的至少一个气体贮存和分发容 器的每一个都设计为长方体的形状。
本发明的另一方面涉及一种低压贮存和分发气体的方法，包含 制造一个具有长方体形状的容器；在该容器内布置一层具有对所述气
体有吸附亲和力的物理吸附剂；将所述的气体充入到所述的容器内， 以被吸附在所述的物理吸附剂上；用一个含有可动作阀的阀盖密封所 述的容器，以封闭该物理吸附剂和被吸附的气体，并将它们与容器的 外部环境隔绝；从物理吸附剂中对被吸附的气体进行解吸附，并操作 阀盖上的可动作阀，从而令气体从容器中流动经过该动作阀，用于气 体分发。
在另一方面中，本发明涉及一种减少流体对半导体制造设备中的废气洗涤器的负担的方法，所述的设备包含一个排气箱，在该气箱的 运作中，通风气体流经该排气箱，所述的方法包含在所述的通风气 体从气箱排出之前，将它与气箱内的一种洗涤介质接触，以清除其上 的可洗涤的污染物；将经过洗涤的通风气体排出气箱，这样就不需要 由所述的半导体制造设备的废气洗涤器来对排出的通风气体进行处 理。
本发明的另一个方面涉及一种气箱组件，它包含 一个排气箱， 它限定了一个被包围的内部容积，并在所述的内部容积内包括了用于 从箱体中分发生产气体的流动线路； 一个生产气体源，它被布置在气 箱的内部容积中，并以供应气体的关系而连接于流动线路上； 一个通 风气体源，它用于为排气箱提供通风气体； 一个通风气体出口，用于 将通风气体从排气箱中排出；以及使用点的洗涤器，它被布置在排气 箱的内部容积中，用于在通风气体通过通风气体出口而排出排气箱之 前清除排出气体中的污染物。
本发明的其他方面、特点和实施例将会从下面的公开内容和附加 权利要求中更加充分显露出来。


图1是根据本发明一个实施例的一种长方体流体贮存和分发容器 的透视图，带有一个管阀连接。
图2是根据本发明另一个实施例的一种长方体流体贮存和分发容 器的透视图，带有一个法兰阀连接。
图3是如图2所示型式的长方体流体贮存和分发容器的正视图， 显示了其结构细节。
图4是根据本发明另一方面的一个气箱组件的原理图，在其中布 置了多个根据本发明的长方体流体贮存和分发容器。
具体实施方式
本发明是基于以下的发现基于物理吸附剂的流体贮存和分发装 置可以利用具有长方体结构的流体贮存和分发容器而构成，关于解吸 附过程的性质和程度和物理吸附剂介质在容器中可达到的填充密度、 以及包含这种容器的流体lt存和分发装置在半导体制造作业中的使 用，它具有不可思议的和意想不到的优点。
作为解释长方体结构的容器在本发明的流体贮存和分发装置中具 有意想不到的优点的背景，首先可能想到的是将一种长方体的结构应 用在一个基于物理吸附剂的流体贮存和分发系统中会有更大的缺点， 这是因为(i) 一个长方体容器具有六个表面，若容器的每个表面是 一个独立件，其制造需要十二条焊接线(对比之下，圆柱形容器可以
通过管状的轧制钢而形成，无需接缝)；(ii)与(i) 一致，长方体结 构的容器的制造成本会预期比对应的圆柱形容器的高；(iii)长方体的 结构在相邻的垂直壁的接合处包含"尖锐"的转角，因此在接合线上 可能会形成空隙，其中相对于对应的圆柱形几何学容器(这种容器没 有这样的角，相反是最小横截面面积的形状，该形状在容器的内部容 积中限定了物理吸附剂材料的床)，吸附剂床可能不会堆积在转角； 以及(iv)相对于"无缝"的圆柱形容器，两两相邻的垂直壁的交叉处 会产生一个接缝，该接缝容易被作用于其上的压力或外力而弄断裂。
但是，申请人发现，长方体结构确实会导致容器内吸附剂床在相 邻壁的交叉接缝附近更加松散，不过这并不是一个缺点，实际上，作 为更高的气体流通率通道，使形成空隙的被解吸附或未吸附的气体流 出大容积的吸附剂床外，这种低密度的吸附剂床区域是很有利的。
此外，正是因为圆柱形容器是最小横截面的结构，由于包围壁面 积的最小圆周长度，所以在圆柱形容器的内壁"呈现"的吸附剂的数 量被最大化。考虑相反的情况，在长方体结构内，在横截面上限制(接 近)吸附剂床的内壁的外围长度要比在圆柱形容器内的大。因此，相 对于同等大小的圆柱形容器，长方体结构可以使更多的气体流出容器外，这是因为限定吸附剂床的内壁表面具有非吸附的特性，而相对于 圆柱形容器，在长方体结构容器内，在吸附剂床的外边缘具有更大比 例的这种内壁表面。因此，相对于在吸附剂床的内部的被解吸附的气 体，在壁面区域上的被解吸附的气体在其首次被解吸附而从吸附剂介 质中释放后更加难以再次被吸附。此外，长方体的结构具有以单片形式驻留吸附剂的特别效用，这 种形式在共同等待审批的J. D. Carmthers的美国专利申请"单片碳元素 吸附剂的气体贮存和分发系统"中公开，该申请与本文同时提交。如 在上下文中所用，"单片"表示吸附剂介质是整体的或整块的形式， 这与传统的经过细微划分的形式不同，如珠子、粒子、颗粒、小球等 形式，它们一般以包含大量这种珠子、粒子、颗粒、小球等的吸附剂 床的形式而被使用。这样，在具有大量细微划分的物理吸附剂元素的 这种吸附剂床中，活性吸附剂的无效空间大部分是空隙或颗粒之间， 根据吸附剂颗粒的尺寸、形状和填充密度而改变。对比之下，在单片 形式中，活性吸附剂的无交i空间是以吸附剂材料的多孔性质的形式存 在，和在其加工过程中在整块吸附剂体上形成的空隙。在一个实施例中，本发明涉及一种长方体容器，它限定了一个封 闭的内部容积，并具有一个与气体分发组件连接的出入口，用于气体 从容器选择性地排出。该长方体容器以适当的形式来容纳吸附剂介质， 例如，为所需数量的气体的吸附保持提供足够的空间，在解吸附的条 件下提供良好的解吸附气体释放，以良好的跟随特性(即，首次被吸 附的气体的高解吸附程度)提供良好的工作空间，以及对所关心的气 体具有适当的吸附亲和力，使得在将气体贮存在其中时在容器内部容 积内保持低气压。因此，物理吸附剂可以以分开的形式存在，例如，以珠子、小球、 小环、小板、小块、圆柱形压出物、颗粒、立方体形状、浇铸的几何 规则或不规则形状的形式，或者以任何其他形式，这种形式有利于应用于被放置在长方体容器的内部容积内、并被用于驻留需要贮存并可 选择性地从容器中分发出去的气体的吸附剂介质中。以这种分隔形式提供的物理吸附剂是以大量的这种形式而使用 的，作为吸附剂介质的床。这种分开形式的大小可以根据在容器中使 用的这种颗粒形状的分开形式的质量传递因素和填充因素而容易地确 定，用于本发明给定的最终应用。另外，物理吸附剂也可以是单片的形式，包括大小与长方体容器 相称的吸附剂材料的块、砖、人造刚玉或其他相似形式，从而该容器 容纳一个或少量一一如少于75个，更优选地为少于20个一一这样的分散单片物。在另一个优选的方面，该容器容纳不多于8个这样的分 散单片物，甚至更优选地不多于4个这样的物品，而最为优选的是，该容器容纳 一 个单片物理吸附剂物品。在该长方体容器中放置的这种单片物品提供了一个吸附剂块(若 吸附剂以多个单片物品的形式提供，这是它们的总和)，它在尺寸和 形状上优选地符合该长方体容器的内部容积，从而这种单片物品的吸附剂块占据长方体容器的内部容积的至少60%，优选地占据这种容器 内部容积的约75%到95%。若是以单个的单片形式提供，用于这种用途的吸附剂介质可以在 容器内原位置上，例如，通过将液态或者流动相态的有机树脂填充到 容器内，然后在容器内对其进行高温分解而形成。若是以多个单片物品的形式提供，每个这样的物品的长度是容器 的内部容积高度的0.3到I. 倍，横截面面积是容器的矩形横截面面积 的0.1到0.5倍。每个单片元件优选地为长方体的形状，以最大化该容 器的内部容积的使用，其中在容器的内部容积中，每个单片元件可以 横向和/或纵向地在与相邻单片元件的接触面上毗邻。另外，在某些情况下，可能希望吸附剂单片元件为实心圆柱体的形状，各个圆柱体元 件被装载到内部容积中，以至于它们彼此沿着相对表面而相切地彼此 毗连，并至少部分地在它们的圆形横截端面上面对面接触地相互毗连。本发明的气体贮存和分发装置中的气体贮存和分发容器的长方体 形状使容器适于在气箱内的安装和保留，这在半导体制造设备中是广 泛使用的，可以使气箱内的无用容积减到最小。相对于传统的圆柱形 容器，它们的圆形横截面产生了无用的容积，这个无用容积靠近与气 体贝亡存和分发容器相邻或紧密靠近的气箱的内壁和其他的矩形和方形 部件，因此这就获得了一个根本性的好处。此外，当多个容器被放置在气箱内，并以并排的形式布置时，传 统的圆柱形容器的圆形横截面在气箱的内部产生了大量的无用容积， 而本发明的长方体容器可以以并排的关系而布置，它们相邻的侧壁相 互接触或紧密靠近，以使得气箱内部的无用空间减到最小。因此，相对于传统的圆柱形容器，本发明的气体贮存和分发装置 中的长方体容器使气箱内部的无用空间大量减少。因此，与现有技术 的圆柱形容器相比，本发明的容器可以使在同样的气箱内部容积内存 放更多的气体。这从而就减少了在气箱工作过程中容器的更换频率， 从而进一步减少更换用尽的气体供应容器所消耗的工作时间，并进一步减小购买气箱设备的花费。图1的长方体容器提供了 3.62升的容积 填充空间，而在气箱内部占据相同实际位置的传统圆柱形容器只有2.2 升的容积填充空间。另外，用于存放同样多气体的气箱可以更小，从 而减小气箱的覆盖区，并减少用于产生为气箱内部安全所必需的通风 所需要的气流。如在这使用的，术语"气箱"和"气室"是指在至少一个气体供 应容器中使用的封闭物。该封闭物可以配备有流动线路，包括管道系 统、歧管装置、阔、大流量控制器、压力和温度监测装置，另外该封闭物可以通风，包括来自该封闭物外部的气体源的洁净的干燥空气 (CDA)通过该封闭物流动，排出的废气被释放到该封闭物所应用的设备中的废气处理系统中，或者被处理并作为循环尾气而通过该封闭 物循环流动。在特定应用中的该封闭物可以是半导体加工工具的一个部件，例 如，在离子注入系统中的一个气箱。该封闭物可以被布置用于存放单个气体供应容器，或者，它也可以被布置用于存放一排容器，例如，2个或3个或更多的容器，其中每 个容器可以被用于提供一种相同的或不同的气体，并且，这些容器可 以以任何适当的形式与流动线路连接，例如，通过封闭物内的适当的 监测和控制组件，例如一个循环定时器， 一旦在当前运转中的容器内 的气体耗尽，流动线路就会被切换到该封闭物内的一个后备容器上， 该循环定时器结合在一个微处理控制器上、并用于使运转中的容器工 作一段预定时间、或者令容器在一个或多个被监测的过程条件处于一 个预定的设定点范围内的 一 段时间内工作。本发明的气体供应装置中的长方体容器可以以任何适当的方式构 造，例如，通过对金属片的焊接或对薄金属片的挤压而成。这种金属 可以是任何适当的类型，包括钢、不锈钢、铝、铜、黄铜、青铜或其 他金属或合金。另外，这种容器可以通过类似的技术或其他技术形成， 例如，对聚合材料、陶瓷材料、玻璃和玻璃质材料、以及具有作为用 于气体贮存和分发容器的结构材料的适当特性一一例如，用于容器的 气体存放用途的充分低的渗透性一一的合成材料，进行超声波焊接、 熔焊、激光焊等。该容器在其一个表面上，例如，在容器的顶面上，可适当地构造 有一个出入口，其中阔盖或其他分发组件可以以防渗的方式与之结合， 例如，通过适当的压焊或封焊技术以及适应于容器和分发装置的特定材料的材料。在将阀盖结合到容器上之前，可以通过所述的开口而将 微粒吸附剂充入到容器中，或者该容器可以在最终内壁部件的连接之 前装入单片形式的吸附剂，或者该单片吸附剂可以如上述那样形成于 原位置上。一旦被装入到容器中，吸附剂介质要被除气，或者通过其他方式 进行预处理，例如通过热处理、增压/降压循环或其他方法。在容器的 最终密封之前，吸附的气体被充入到容器中，而在这种充气过程中， 容器要被冷却或进行热控制，例如通过逐步充入，以消除吸附作用的 扭量o,、、、~r-。然后，充气后的容器例如通过关闭阀盖被密封，此后，充气后的 气体供应容器就可以被存放、运输或适当地放在使用的地方。参照附图，图1是根据本发明一个实施例的长方体流体贮存和分 发容器10的透视图，其中有一个管阀连接阀盖12和把手14被焊接在 容器的顶面上。在一个特定实施例中的容器10由一个焊接的钢板壁结 构形成，沿容器的垂直(纵向)轴线上是一个矩形的横截面。容器的 壁为0.100英寸厚的碳钢，而容器的内部容积为3.62升。把手14为1/4 英寸的线材坯，形状如图所示，并被焊接在容器IO的各自末端上。管阀连接阀盖12的分发阀通过一个1.5英寸的管螺纹连接头而与 容器10螺纹连接。阀盖可以具有任意适当数量的出入口，例如，单口 阀盖、双口阀盖、3 口阀盖等。图2是根据本发明另一个实施例的长方体流体贮存和分发容器10 的透视图，有一个法兰阀连接阀盖12A和把手14被焊接在容器10的 顶面上。图2上的阀盖与图1所示的不同之处在于，与图1所示的管 连接头相对，在图2的实施例中具有一个法兰连接头。如图2所示的 法兰连接头包含一个法兰件，它带有被螺栓固定在容器10的顶面上的圆环槽。在图1和图2上的实施例中的气体贮存和分发容器具有容纳可吸 附地驻留吸附气体的物理吸附剂介质的内部容积，其中当流动线路与 阀盖连接，并且阀盖上的阀打开而允许吸附气体被解吸附并从容器中 排出到流动线路和下游的气体消耗处理中时，吸附气体就通过分发流 动线路而通过阀盖被分发。可以以任何适当的方式将吸附气体从吸附 剂材料中解吸附并从容器中排出，这些方式包含，例如，压力中介方 式的解吸附、热中介方式的解吸附，以及/或者浓度梯度中介方式的解 吸附。下游的气体消耗处理可以是任意适当的类型，例如，半导体制造 处理。这些半导体制造处理的图例包括但不限制于，离子注入、通过 除离子注入之外的方法进行的半导体掺杂、化学蒸汽沉积、反应离子 蚀刻、光刻胶残渣去除等。同样，吸附气体可以是任意适当的类型，作为例子包括但不限制 于，砷化三氢、磷化氢、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、乙硼烷、 三甲基硅垸、四甲基硅烷、乙硅烷、硅垸、锗烷、有机金属气体试剂、 硒化氢、碲化氢等。该吸附气体可以多种多样，取决于所用的物理吸 附剂介质和被解吸附的和分发的气体的最终用途应用。吸附气体可以在任何适当的压力下存放在容器中，包括低于大气 压的压力、大气压力和高于大气压的压力。被存放的流体的压力可以 是低于大气压的，例如，用于本发明的掺质和离子注入的应用的不超 过700托的压力。例如，离子注入气体——如砷化氢、磷化氢和三氟化硼，可以在400到700托左右的压力下被存放在容器中。在本发明 的各种特定应用中，气体也可以在大气压力下被存放在容器中，或者 是较低的低于大气压力的压力，如不超过1500托的压力。图3是如图2所示的长方体流体贮存和分发容器的正视图，显示了其结构细节。如图所示，该气体贮存和分发容器包含一个物理吸附剂被放置其中的内部容积16。该物理吸附剂可以是任意适当的类型，包括碳、活性碳、金属渗碳、分子筛(铝硅酸盐)材料、多孔硅、硅石、氧化铝、苯乙烯一二乙烯苯聚合材料、吸附粘土、烧结玻璃介质 纽寸o同样，物理吸附剂也可以是适应于在特定应用中的气体贮存和分 发系统用途的任意适当的形式。吸附介质可以为分开的形式，例如珠 子、颗粒、小球等，或者它也可以是如上所述的单片形式。该容器配备了一个法兰阀连接的阀盖12A，其中法兰元件通过环 形密封圈18，以密封的方式固定在容器的顶壁上，而把手则通过焊接 的方式而固定在容器的顶壁上。在这种长方体形状的贮存和分发容器的另一个变化结构中，图3 显示了具有一个可选顶盖13的容器。如原理图中所示的该顶盖13同 样也是长方体形状的，并在顶盖的各个侧面上具有开口 15。配有这种 顶盖的容器可以没有如图3所示的把手，或者，把手可以构成于顶盖 13上。顶盖13上的开口 15提供了一个把手结构，允许整个容器组件 可以用手抓住并运送，而这样的开口也允许用手接触阀盖12A，例如， 将一条分发线连接到阀盖的排放口上。顶盖13可以以任意适当的方式而固定在如图3所示的改良的容器 结构的容器箱体上，例如，通过容器箱体和顶盖上的相互配合的连接 元件，从而使顶盖和容器箱体可以相互机械锁止，例如，卡销连接、 螺纹接合连接、机械紧固连接(锁销连接、螺栓螺母连接等)、弹簧 偏移压縮配合连接等。该顶盖也具有保护阀盖免受碰撞、与其它结构或物体接触的压力和拉力、以及其它有可能破坏阀盖或影响其效用的物体的干扰的优点。该顶盖进一步可以具有一个把手元件，例如，通过焊接或其他方 式连接在顶盖13的侧面上，或以其它方式固定在顶盖上。另外，该容器组件可以包括分开的顶盖和把手元件，它们每个分 别连接在容器箱体上。作为根据本发明的一种流体贮存和分发装置的一个特定例子，如图3所示并结合图3而说明的这种型式的一个装置被构造成具有4.5英 寸X4.5英寸横截面的容器。该容器的高度为12.3英寸，而容器的内壁 和底板为0.188英寸厚。该容器由焊接的箱形管道材料组成。该容器可 以被制造成带有一个法兰连接的环形密封顶板，或者一个焊接的顶板。该法兰连接的0形环密封顶板可以是具有适当厚度的一个顶板， 如约0.61英寸厚，并具有一个中心孔。在该中心孔的外围周边设有一 个例如是Viton人造橡胶材料的0形环件，然后有一个阀垫圈被固定 在该开口内。该阀垫圈包括一个上圆盘部分，从该上圆盘部分向下悬 垂着一个直径比上圆盘部分小的插头部分，该插头部分紧密地装配在 顶板的中心孔内，而0形环件位于上圆盘部分的下表面和顶板的上表 面之间。 、该容器顶盖具有一个扭转和锁紧机构，带有在顶盖底部上的包含 长狭槽的一个弹簧定位销锁键，以及三个台阶螺栓。在使用中，顶盖 底部上的长狭槽被压下到三个台阶螺栓上，转动15度并与螺栓结合， 这样，锁栓就防止顶盖的进一步转动，并将顶盖牢固地定位在容器上。 另外，容器顶盖也可以具有一个导向连接件和两个锁栓。顶盖的侧壁开口 (图3上的开口 15)为3英寸X3英寸的开口， 而塑料的把手衬垫可以被固定在开口的上边缘上，以便利对装置的人如图示装置的容器可以在心轴(DOM)上被拉成方形截面的管状 物，可能会具有圆角或锋利的卯度转角，该方形截面的管状物由一个 焊接的管结构材料形成，其焊缝在经过冷拉处理之后会消失。这种冷 拉处理的结果是一端封闭、另一端开口的一个无缝方形截面管。在将 单片吸附剂插入到该方形截面管的内部容积之后，顶板就被焊接在该方形截面管的开口端之上。该顶板可以具有一个NPT螺丝，用于连接阀盖组件，若顶盖是是一种卡口顶盖形式，该顶板还具有肩部销钉， 用于连接该顶盖。如图示装置的该容器可以由锻造铝、钢或其他适当的结构材料组 成。顶板可以由相同的或不同的结构材料组成。如上所述，根据本发明的流体贮存和分发装置可以以一种较传统 地用于现有技术中的圆柱形容器有更大改善的方式而有效地放置在气 箱内。对于传统气箱的矩形几何来说，由于它们的长方体形状，本发 明的容器可以以一种共形的方式被放置在气箱内。通过与气箱的形状 共形(即，流体贮存和分发容器的侧壁紧靠或者甚至更优选地为毗连 气箱的内壁)，由圆柱形容器所造成的"浪费容积"可以在本发明的 应用中被消除。图4是根据本发明另一个方面的一个气箱组件的原理图，该气箱 组件包含一个气箱20，它具有一个内部容积30，在该内部容积中放置 有长方体气体贮存和分发容器50和52，它们作为各自的根据本发明而 构造的气体贮存和分发装置的部件。包含气体贮存和分发容器50的该气体贮存和分发装置具有一个 阀盖48，它与自动阀执行器44连接，可被操作而打开阀盖48上的阀， 从而使被解吸附的吸附气体从容器50中流动到与歧管线路24连接的21支流排放线路34中。自动阀执行器44通过信号传输线46而被连接到中央处理单元 (CPU) 58上，该CPU可以包含一个通用功能可编程的计算机，可编 程地用于在气箱系统工作的一段预定时间内执行令气体从容器50分发 出去的操作，这种功能可以通过自动阀执行器44的动作而实现，另外 通过在线路46中将适当的f号传递给自动阀执行器44而关闭阀盖48 的气体流动控制阀。这样，从容器50分发出来的气体就流经阀盖48和排放线路34而 流到与气体流动分发调节器36连接的歧管线路24中，并最终被排放 到与气体流动分发调节器36连接的出口线38中。气体流动分发调节 器36通过信号传输线60而被连接到CPU58上，用于根据下游气体消 耗处理(在图4中没有画出)的气体需求而对气体流动分发调节器36 的调节。图4中的气箱组件还包括相应布置的气体贮存和分发容器52，该 容器也配备有阀盖54和通过信号传输线66而连接到CPU58上的自动 阀执行器56，从而使来自容器52气体可以选择性地在支流排放线路 22中流动到与气体流动分发调节器36连接的歧管线路24中，其方式 与上述的由容器50组成的气体贮存和分发装置中的相同。在图4中的气箱组件中，气体贮存和分发容器50和52被布置成 相互并排毗邻的关系，其中容器50毗连在气箱20的侧壁上，容器50 和52都毗连在气箱20的后壁上。在使用本发明的基于物理吸附剂的气体贮存和分发系统时，通过 除去典型用于使排出气体从气箱流动到半导体制造设备的废气系统中 的管道，气箱组件可以进行相当的简化，该管道一般包括一个用于处 理设备中的废气流的大洗涤器。由于本发明的基于物理吸附剂的气体贮存和分发系统是一个低压气体供应系统，因此，可以将气体在气箱 中从损坏的或发生故障的阀盖、连接件等泄露出去的可能性减到最小， 另外相对于现有技术的使用高压气缸的气箱系统，本发明中流过气箱 内部容积的穿透气如CDA的气流量也可以显著地减少。在本发明的另一方面中，利用基于物理吸附剂的气体贮存和分发 系统提高的安全性可以免去废气洗涤系统的管道系统，而取代之使用 气箱内部的一个简单的使用点的洗涤器，以保证消除在气箱排出的排 出气体中的任何低水平污染物。在图4的气箱系统中原理地显示了这种使用点的洗涤器的一个图示实施例。如图所示， 一个入口管道25将CDA或其他穿透气送入到 气箱20中，以净化气箱的内部容积30，从而使气箱内部的任何有毒或 有害污染物从内部容积中排出，而不会积聚到任何接近于气箱内包括 气体源容器的气体分发操作所可能涉及的特定危险部件的阈限值 (TLV)的水平。该箱体被安装在气箱20的内部容积30中，气箱20带有一个使用 点的气体洗涤器61，它吸入来自内部容积30的排出气体并令其与一种 适当的洗涤介质接触，如一种化学吸附剂，它可以与气体污染物起反 应并将污染物清除并降低为低于可检测的危险浓度。尽管为了描述和说明的方便而用原理图来显示，但这种洗涤器可 以通过任何适当的方式应用，例如，作为气箱内的气体面板中的文丘 里管入口 (低压端)上的一个小洗涤单元。在通风气体排放管63中的 气体可以流到车间废气管道中，绕过车间废气洗涤器，从而减小车间 废气洗涤器的负担，同时对于气箱内排出的气体特性来说，又能够保 持高水平的安全性。在如图4的实施例中所使用的使用点的洗涤器中，该洗涤器可以配备一个终点检测器，以确定洗涤材料的终点(即，在气箱内的长期 使用的洗涤材料由于反应耗尽而接近耗尽)。可以应用任何类型的终 点检测器。
在第一种终点检测器中， 一个窥镜可以结合在该洗涤器上，例如， 若洗涤器是一种在接触气箱排出气体的目标污染物种类时改变颜色的 类型，就可以将该窥镜安装在洗涤器外壳或容器的窗开口处。这样， 气箱的操作者就可以观测到洗涤介质开始出现耗尽的情况，而洗涤介 质的更换、以新鲜的洗漆介质替换耗尽的洗涤材料的工作也就可以通 过该窥镜而被有效地计划为洗涤介质例行检查程序的一部分。
第二种类型的终点检测器使用一个色度传感器而自动地检测洗涤 介质的颜色变化，并操纵一个警报器或进行报告而提示操作人员需耍 更换该洗涤器。该传感器也可以被设成关闭气箱内的流量阀，以防止 在洗涤介质被更换前继续工作。
在第三种终点检测的方法中，也可以将一个有毒气体监测器 (TGM)结合在洗涤器单元的壳体上。这种方法有效地用于使用点的 洗涤器单元所使用的洗涤介质在接触目标气体污染物种类时不会有明 显颜色改变的情况。
第四种终点检测技术使用一种可编程逻辑控制器(PLC)单元，
以计算洗涤器单元自从安装之后气体贮存和分发容器所更换的次数，
并操纵一个警报器或报告装置而提示需要更换洗涤器单元。该PLC可 以被设成计算在单个气体贮存和分发容器中洗涤器所暴露的气体量， 以及从所放入的洗涤介质容量中确定在洗涤介质耗尽前可以进行更换 气体贮存和分发容器的次数。
应该认识到本发明的构成和方法可以在与文中的详细公开一致的 情况下以广泛不同的方式实施。因此，虽然本发明在文中是结合了特定的特点、方面和实施例而进行说明的，但是应该认识到本发明并不 受限于此，而是能够应用在其他的变化形式、修改形式和实施例中。 因此，本发明应被广义地理解为涵盖在下文中所声称的本发明的范围 内的所有这种其他的变化形式、修改形式和实施例。
权利要求
1.一种流体贮存和分发容器，该容器具有一个内部容积、用于从所述内部容积分发流体的出入口和连接于所述出入口的阀，其中该流体贮存和分发容器是长方体的形状，所述容器容纳单片形式的物理吸附剂，所述物理吸附剂中形成一个空腔，并且所述容器包括阀组件，所述阀组件包括所述阀，其中，所述阀组件包括容纳在单片的物理吸附剂中的空腔内的向下延伸部分。
2. 如权利要求l所述的流体贮存和分发容器，其中，所述物理吸 附剂在其上吸附地保持着流体，并且所述流体能够从该物理吸附剂被 解吸附而从该容器中分发出该流体。
3. 如权利要求l所述的流体贮存和分发容器，其中，所述单片形 式由单一的单片物品组成。
4. 如权利要求l所述的流体贮存和分发容器，其中，所述单片形 式由多个分散的单片物品组成。
5. 如权利要求]所述的流体贮存和分发容器，其中，吸附剂块占 据了容器内部容积的至少60%
6. 如权利要求4所述的流体贮存和分发容器，其中，所述分散单 片物品具有长方体的形状。
7. 如权利要求4所述的流体贮存和分发容器，其中，所述多个分 散单片物品中的每一个都具有实心圆柱的外形。
8. 如权利要求2所述的流体贮存和分发容器，其中，所述的流体 是从由砷化三氢、磷化氢、硒化氢、碲化氢，三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、乙硼烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、乙硅烷、硅烷、锗烷 和有机金属气体试剂组成的组群中所选出来的一种流体类型。
9. 如权利要求2所述的流体贮存和分发容器，其中，所述的流体 在所述内部容积中的压力不超过约1500托。
10. 如权利要求2所述的流体贮存和分发容器，其中，所述的流 体在所述内部容积中的压力不超过约700托。
11. 如权利要求2所述的流体贮存和分发容器，其中，所述的流 体在所述内部容积中的压力为约400至约700托。
12. 如权利要求1所述的流体贮存和分发容器，其中，该物理吸 附剂由碳组成。
13. 如权利要求1所述的流体贮存和分发容器，其中，该物理吸 附剂由活性碳组成。
14. 一种气箱组件，包含(a) 气箱，该气箱限定了一个被包围的内部容积，并在所述的内 部容积中包含被布置用于从气箱中分发气体的流动线路；以及(b) 至少一个如权利要求1的流体贮存和分发容器。
15. 如权利要求14所述的气箱组件，其中，该气箱被通风到一个 半导体制造设备的车间废气系统中。
16. —种半导体制造过程，包括从在所述过程中使用的、如权利 要求1的流体贮存和分发容器中分发流体，其中所述过程从离子注入、 化学蒸汽沉积、反应离子蚀刻和光刻胶残渣去除中选出。
17. 如权利要求16所述的半导体制造过程，其中所述流体是从由砷化三氢、磷化氢、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、乙硼烷、三甲 基硅烷、四甲基硅垸、乙硅烷、硅烷、锗烷、有机金属气体试剂、硒 化氢和碲化氢组成的组群中所选出。
18. —种流体贮存和分发容器，包括 至少一个容器壁，所述容器壁限定一个内部容积；用于从所述内部容积中分发流体的出入口 ； 放置在所述内部容积中的单片形式的物理吸附剂，在所述单片形式的物理吸附剂中形成有一个空腔；以及与所述出入口相连的阀组件，其中所述阀组件包括容纳在所述空 腔内的向下延伸部分。
19. 如权利要求18所述的流体贮存和分发容器，其中，所述容器 为长方体形状。
20. —种长方体形的单片吸附剂，其上吸收有流体，该流体是从 由砷化三氢、磷化氢、硒化氢、碲化氢，三氟化氮、三氟化硼、三氯 化硼、乙硼烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、乙硅烷、硅烷、锗烷和有 机金属气体试剂组成的组群中所选出。
21. 如权利要求20所述的单片吸附剂，其中该单片吸附剂由碳组成。
22. 如权利要求20所述的单片吸附剂，其中该单片吸附剂由活性 碳组成。
23. 如权利要求20所述的单片吸附剂，其中该单片吸附剂容纳在 一个流体贮存和分发容器中。
24. —种气箱，适用于在其中容纳位于该气箱的一个壁附近的至 少一个长方体形的流体供应容器，以在该气箱内提供紧凑的布置形式。
全文摘要
一种流体贮存和分发装置包括一种具有长方体形状的流体贮存和分发容器，另外，一种集成气箱组件包括这种流体贮存和分发装置以及/或者在排气箱内的使用点通风气体洗涤器。例如在气箱提供的生产气体是一种有毒或具有危险特性的气体的情况下，通过使用物理吸附剂和化学吸附介质，可以提高该气箱的运作安全性。
文档编号B01DGK101555987SQ20091012695
公开日2009年10月14日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年12月9日
发明者J·唐纳德·卡拉瑟斯, 丹尼斯·布热什托万斯基, 乔斯·I·阿尔诺, 菲利普·A·莫罗科, 迈克尔·J·伍德延斯基 申请人:高级技术材料公司