用于气体回收和再利用的系统和方法
【专利说明】用于气体回收和再利用的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年I月13日提交的美国临时申请N0.61/926，649的优先权权益。本临时申请的公开内容在此以其全部内容通过引用并入。
发明领域
[0003]本文中描述了回收用于制造物品的工艺气体例如氦气(He)的系统和方法。本文中还描述了回收和然后再利用用于制造物品的工艺气体的系统和方法。
[0004]发明背景
[0005]氦气(He)是用于制造各种物品的工艺气体。因为该气体是惰性的、具有极端的熔点和沸点、并具有尚导热性，它适合用于制造各种物品例如光纤、尚能加速器和娃片制造以及用于某些工艺例如电弧焊。虽然He是地球大气中第二最丰富元素，但大气中的大部分He逸出到太空中。用于工业用途的氦气作为天然气生产的副产物得到。
[0006]因为在20世纪中叶，氦气对军事侦察和空间探索至关重要，所以国会要求政府在全国范围内鼓励私人氦气生产商将他们的氦气销售给政府，作为联邦氦气计划(Federalhelium Program)的一部分。美国自己生产了世界氦气的75%。该总数的几乎一半、或世界氦气供应的大致30%，来自美国联邦氦气储备(U.S.Federal Helium Reserve) ο制定氦气价格的联邦政府在4月宣布，氦气价格将从FY2012的$75.75/千立方英尺(Mcf)飙升到FY 2013的$84/Mcf。这种价格飙升、连同不确定的联邦政策一起，预示会产生短缺。
[0007]因此，需要提供用于捕集工艺气体例如但不限于氦气、和/或其他工艺气体的方法、系统、设备或其组合，以在生产过程中再利用和/或再循环。本领域中需要降低运送至生产工具的工艺气体的成本。本领域还需要减少用于生产过程中的工艺气体的浪费。
【发明内容】
[0008]本文中描述的方法、系统和设备满足了本领域中的至少一种需要。在一个方面，提供了从使用所述工艺气体的至少一个生产工具捕集和回收工艺气体的设备，所述设备包括:
[0009](a)至少一个生产工具，其包含用于引入工艺气体的输入管线，其中所述至少一个生产工具与工艺控制器电连通；
[0010](b)流出物管线，其与至少一个生产工具流动连通并在所述至少一个生产工具中加工物品之后移出用过的工艺气体；
[0011](C)在所述流出物管线中的阀，其允许从所述生产工具移出所述用过的工艺气体；
[0012](d)所述阀上游的回收管线，其将所述用过的工艺气体引向处理管线；和
[0013](e)所述处理管线，其包含净化器，其中所述用过的工艺气体在所述净化器中被处理以提供回收的工艺气体。
[0014]在一个方面中，本文中描述的设备还包括与所述处理管线流动连通的回收容器，其中所述回收容器包含所述回收的工艺气体。在这个方面或替代方面，本文中描述的设备还包括将所述回收的工艺气体通过所述输入管线引入所述至少一个生产工具中。
[0015]在另一个方面，提供了从使用所述工艺气体的至少一个生产工具捕集和回收工艺气体的系统，所述系统包括:
[0016](a)具有用于引入所述工艺气体的一个或多个管线的至少一个生产工具，其与工艺控制器电连通；
[0017](b)出自所述至少一个生产工具的流出物管线，其能够移出引入所述生产工具中的工艺气体；
[0018](c)在所述流出物管线中的阀，其允许从所述生产工具移出所述工艺气体和防止至少一部分流出物返回到所述至少一个生产工具；
[0019](d)与所述至少一个生产工具、或流出物管线具有连接的位于所述阀上游的回收管线，其能够从所述生产工具或流出物管线中移出所述工艺气体并将它送至处理管线；
[0020](e)工艺控制器；和，
[0021](f)回收容器，其与所述工艺控制器电连通并能够容纳所述回收的工艺气体。在一种【具体实施方式】中，所述工艺气体包含氦气。
[0022]在另一方面，提供了捕集和回收工艺气体的方法，所述步骤包括:
[0023]向其中具有待加工的物品的加工工具提供工艺气体；
[0024]用所述工艺气体加工所述物品以提供用过的工艺气体；
[0025]通过流出物管线从所述加工工具移出所述用过的工艺气体；和
[0026]处理所述用过的工艺气体以提供回收的工艺气体。
[0027]在一个方面，本文中描述的方法还将所述回收的工艺气体引入回收容器、例如但不限于储瓶或罐中以容纳所述回收的工艺气体。在这个方面或替代的方面，本文中描述的方法还包括将所述回收的工艺气体通过所述输入管线引入所述至少一个生产工具中。
【附图说明】
[0028]本发明在下文中将结合附图描述。
[0029]图1提供了用于从至少一个生产工具捕集和回收工艺气体例如氦气的所述设备、系统和方法的实施方式，其显示了在所述回收的工艺气体运送到所述至少一个生产工具之前所述系统的元件。
[0030]图2显示了本文中描述的所述系统设备、系统和方法的实施方式，描绘了从多个生产工具回收用过的工艺气体和与生产工具相连的流出物管线，其然后引导到另外的系统进行处理。
[0031]图3显示了本文中描述的系统设备、系统和方法的实施方式，描绘了所述用过的工艺气体经受一种或多种处理。
[0032]图4显示了本文中描述的系统设备、系统和方法的实施方式，描绘了图3的处理工艺气体经受一种或多种附加处理例如净化。
[0033]图5显示了本文中描述的系统设备、系统和方法的实施方式，描绘了所述处理和净化方法或者图4的回收气体经受一种或多种附加处理例如压缩。
[0034]图6显示了本文中描述的系统设备、系统和方法的实施方式，描绘了图5的回收工艺气体被引导到与多个加工工具流动连通的歧管。
[0035]图7是本文中描述的系统设备、系统和方法的实施方式，描绘了至少一个生产工具和所述工艺气体的输入管线和所述用过的工艺气体的流出物管线。
【具体实施方式】
[0036]物料回收提供了减少由生产过程产生的废弃物的成本和量的机会。半导体工艺的流出物，例如氦气或其他工艺气体，可回收再利用而不是像当前所做的那样作为废弃物处理。物料回收提高了物品制造的利用效率、节省了有限的资源、和/或减少了所产生的废弃物的量。虽然本文中描述的方法、系统和/或设备用于捕集和再利用在物品生产中使用的氦气(He)，但相信本文中描述的方法、系统和/或设备可以扩展到其他工艺气体，例如但不限于氢气或以下稀有气体之一:氖气，氩气，氣气，氣气，和/或其组合。然而，在本文中描述的之外、可通过膜技术进行净化的其他工艺气体也可以用于本文中描述的系统、方法和设备。
[0037]本文中描述了回收想要的工艺气体例如但不限于He的机构，其回收收率使生产废弃物最小化并允许被捕集的用过的工艺气体在所述制造工艺中再利用。术语“用过的工艺气体”在本文中使用时是指物品生产中使用过的工艺气体。在本文中描述的方法、系统和设备的一种实施方式中，所述用过的工艺气体被捕集并然后经受一种或多种以下处理:干燥、净化、压缩、储存和/或冷凝以符合所述工艺气体的工艺要求，例如纯度、湿度、微粒、压力、体积或其他要求，从而提供回