专利名称：用于将汽相产品输送到使用地点的系统及方法
本申请是申请号为09/055,970、申请日为1998年4月7日的申请的部分继续，该申请的内容在本文中参考引用。
本发明涉及一种将汽相产品输送到使用地点的系统和方法。本发明还涉及一种化学品的就地分配系统和一种化学品的就地分配方法。本发明尤其适用于将电子特种气体输送给一个或多个半导体加工设备，其中所说的电子特种气体用于半导体装置的制造。
在半导体制造业中，不同的化学品以气态形式被进给到加工装置，以完成各种半导体制造工艺。这些工艺的实例包括扩散、化学气相淀积(CVD)、蚀刻、溅射及离子注入法。这些化学品一般被称为电子特种气体(ESG’S)。
上述工艺中所采用的许多化学品在以气态形式导入加工装置之时在其各自的蒸汽压力下以液体形式被存储。液体化学品的室温蒸汽压力一般大于大气压力。
这些化学品通常被存储在气瓶内，所说的气瓶被安装在气室内。这种气瓶的容积一般小于大约50升。以这种方式被存储的化学品、存储的压力及其临界压力的部分清单见下表1
表1
单个气室一般将化学品蒸汽供给一个或最多几个半导体加工装置。气室及安装在气室内的气瓶的操作是一项危险、繁重、昂贵的工作。当化学品用完时，必须要按照细致、正确的处理程序更换气瓶。
为减少半导体制造装置所需的气室总数，最近有人提出一个气室同时为多个加工装置服务。由于安装在气室内的气瓶的容积不随所用加工装置的数目增加，因此必然要增加气室内气瓶的更换频率。出于安全的考虑和减少引入杂质的危险(引入杂质将会明显导致产品损耗)需要减少气瓶更换的频率。
除了气瓶更换频率增大之外，从各个气瓶抽出的气体的瞬时流速随附加加工装置的增加而增加，所述附加的加工装置由一给定的气室供给气体。这种流速的增加将会在气流中存在夹带的液滴，而这种夹带液滴的存在将会产生流速波动、加速腐蚀和气体分配系统中流量控制部件的过早失效。此外，腐蚀产物将会污染高纯度的工作气体。这种污染将对进行中的流程产生不良的影响，最终对生产出来的半导体设备产生不良的影响。
为满足半导体制造业的需要，克服现有技术的缺陷，本发明的一个目的是提供用于输送在其蒸汽压力下以液态形式存储的化学品的新颖系统。该系统可同时为多个加工装置服务，而且可实现净化作用，从而可生产出用于半导体制造的高纯度气体。由于这种净化作用，使得该系统可以使用纯度相对较低的原材料，而采用其它系统时这些纯度相对较低的原材料例如在半导体制造过程中是不能使用的。
根据本发明的一个方面，可减少或消除气体中夹带的液滴，其中气体是由液体化学品得到的。从而，与公知的系统和方法相比，可得到单相的工作气流。
本发明的另一目的是提供新颖的输送化学品的方法，该方法可应用于本发明的系统，所述化学品是在其蒸汽压力下以液态形式存储的。
本发明的又一目的是提供一种新颖的化学品就地分配系统及一种化学品的就地分配方法，该方法可用于本发明的分配系统。
对于本领域的普通技术人员而言，通过阅读本发明的说明书、附图和所附的权利要求书，可清楚本发明的其它目的和方面。
前述的目的通过本发明的系统和方法得以实现。根据本发明的第一方面，提供一种将汽相产品输送到使用地点的新系统。一存储容器容纳着处于其蒸汽压力下的液体化学品。连接一个塔，以容纳来自存储容器的液化状态的化学品，其中所说的化学品被分离成含杂质的重的液体部分和净化的轻的蒸汽部分。一导管被连接到塔上，以将净化的轻蒸汽部分从其中分离，其中所说的系统被连接到使用地点，用于将净化的蒸汽部分导入该处。
根据本发明的第二方面，提供一种输送汽相产品的系统，该系统包括多个塔。该系统包括一存储容器和多个塔，其中存储容器内容纳着处于其蒸汽压力下的液体化学品。每个塔将导入其中的液体分成各自的重的液体部分和各自的轻的蒸汽部分。连接多个塔中的第一塔，当液体导入其中时它容纳来自存储容器的液化状态的化学品。一导管被连接到多个塔中的第二塔上，用于从中分离相应的轻的蒸汽部分。该系统被连接到使用地点，用于将第二塔轻的蒸汽部分导入该处。
本发明还提供一种将汽相产品输送到使用地点的方法。根据该方法，提供一容器，该容器内容纳着处于其蒸汽压力下的液体化学品。化学品物流以液态的形式被导入塔，从而使化学品被分成含杂质的重的液体部分和净化的轻的蒸汽部分。被净化的轻的蒸汽部分被输送到使用地点。
根据本发明的另一方面，提供一种将汽相产品输送到使用地点的方法。提供一存储容器，该容器内容纳着处于其蒸汽压力下的液体化学品。提供多个塔。每个塔将导入其中的液体分离成各自的重的液体部分和各自的轻的蒸汽部分。连接多个塔中的第一塔，当液体导入其中时它容纳来自存储容器的液化状态的化学品。各自的轻的蒸汽部分从多个塔中的第二塔中分离出来，并且将第二塔轻的蒸汽部分输送到使用地点。
根据本发明的又一方面，提供一种化学品的就地分配系统。该系统包括一存储容器和多个蒸汽供应系统，其中所说的存储容器内容纳着处于其蒸汽压力下的液体化学品。这些蒸汽供应系统平行连接，并且位于存储容器的下游，而且被连接以容纳液化状态的化学品。各个蒸汽供应系统生产出相应的净化的蒸汽产品，并被连接到一个或多个相应的使用地点，以将相应的净化的蒸汽产物输送到使用地点。
根据本发明的再一方面，提供一种化学品的就地分配方法，该方法可应用于上述的系统。这种方法包括提供一个存储容器，该容器内容纳着处于其蒸汽压力下的液体化学品；并将液化形式的化学品输送到多个蒸汽供应系统。这些蒸汽供应系统平行连接并设置于该容器的下游。各个蒸汽供应系统产生相应的净化的蒸汽产物。相应的被净化的蒸汽产物被输送到一个或多个相应的使用地点。
该系统和方法尤其适用于将电子特种气体输送到半导体制造设施的一个或多个使用地点，例如输送到一个或多个半导体加工设备。
结合附图，通过下文对本发明优选实施方案的详细说明可清楚本发明的目的及优点，其中
图1为根据本发明一个方面，用于输送汽相产品的系统的示意图；图2为根据本发明另一方面，用于输送汽相产品的系统的示意图；图3为根据本发明又一方面，用于输送汽相产品的系统的示意图；图4为根据本发明再一方面，用于输送汽相产品的系统的示意图；图5为根据本发明另一方面，化学品的就地分配系统的示意图。
本发明为将高纯度的化学品输送给一个或多个使用地点提供了一种有效的方法，其中所说的化学品以处于其蒸汽压力下的液态形式被存储，所说的使用地点例如用于半导体设备制造的加工设备。
在本文中，“处于其蒸汽压力下的液体化学品”是指在环境条件下呈汽相的化学品，温度和/或压力被变换为使其在沸点或沸点附近(即在沸点大约+5℃的范围内)处于液态。
参照图1，对本发明系统和方法的优选实施方案进行说明。
这种系统包括一存储容器1，该容器1容纳着在其蒸汽压力下以液态被存储的化学品。液体化学品可就地生成，并被存储在整批存储容器中，或更一般地，液体化学品通过整批运输容器，例如罐车被运送到使用地点。存储容器1最好具有大于约100升的内部容积，最好为约200至60,000升。不必限制相关部件和流速的大小，但要根据具体的应用来确定。
容纳在存储容器1中的具体液体化学品要视例如所使用的加工设备和在加工设备内进行的工艺而定。在半导体制造过程中，常用的液体化学品包括那些电子特种气体(ESG’s)，如上述的表1所示，即氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、二氧化碳(CO2)、氯气(Cl2)、三氟化氯(ClF3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、乙硅烷(Si2H6)、溴化氢(HBr)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、一氧化二氮(N2O)、全氟丙烷(C3F8)、六氟化硫(SF6)、三氯甲硅烷(SiHCl3)和六氟化钨(WF6)。另外的ESG’s包括，例如公知的全氟化碳(PFC’s)类材料。
对于电子制造的应用而言，容器1与容纳于其中的液体化学品及在制造过程中所需的高纯度最好是相容的。存储容器最好由不锈钢构造而成，并且能够被表面处理，例如通过机械抛光或电抛光和钝化作用。
容纳在存储容器中的液体化学品最好是高纯度的化学品。但是，由于该系统和方法的净化功能，使得液体化学品的纯度与传统的系统和方法相比可相对较低。
存储容器1被连接到导管2上，用于将液化形式的化学品从存储容器输送到系统的其它部件上。适合制造液体输送导管2和其它导管的材料通常包括316号不锈钢，但不限于316号不锈钢，其中所说的导管与液化形式的化学品接触。所选的具体材料决定于所使用的具体液体化学品。
通过整个系统的流速决定于所涉及的具体应用，该系统最好围绕流速要求进行设计。
高纯度的阻断、排放及清洗系统3可设置于存储容器1与导管2的连接点的下游。设置阻断、排放及清洗系统3的目的是在存储容器1的更换过程中确保杂质不被导入系统。
在例举的该实施方案中，阻断、排放及清洗系统3包括一高纯度的惰性清洗气体源4，例如氮气、氩气或氦气，这些气体用于清除周围的杂质，而且在存储容器1更换过程中，清除系统中的残余化学品。为此，最好采用以氮气作气体源的文丘里清洗系统。清洗气体管路5在存储容器1的连接点的下游被连接到导管2上。清洗气体一般通过排出管路6排出，管路6可被连接到废料处理装置7上，用于进一步处理。
根据所采用的具体化学品，废料处理装置7可包括例如用于吸附、洗涤、热分解、存储或其组合的装置。为减少液体化学品和/或送入废料处理装置7的含杂质的清洗气体的数量，希望使阻断、排放及清洗系统3的体积最小。
阻断、排放及清洗系统3内气流的控制可通过导管2内的阀V1和V2、清洗气体管路5上的阀V3及排出管路6上的阀V4的操作来完成。该系统还可设置一个周期动作的阀，从而可通过一系列的压力-真空循环(pressure-vacuum cycles)清除周围的杂质或残余的化学品。
对整个系统的流量控制可由一控制器8进行自动化，其中所说的系统包括阻断、排放及清洗系统3。在本领域内，合适的控制装置是公知的，例如这些控制装置可包括一个或多个可编程逻辑控制器(PLCs)或微处理器。
将存储容器1连接到系统上并清洗之后，液体化学品可从存储容器经过系统以液化形式被输送到塔9内，该塔9与存储容器液体联通。液体化学品在塔的中间部分导入塔。
化学品流入塔可通过泵10的使用来完成，其中泵10例如是正位移泵。以防泵10发生故障，最好设置一个备用泵。泵10的入口最好尽可能近地连接到清洗装置上，以使吸入侧的压力损失最小。泵10的出口被连接到导管11上，通过该导管11可使液体化学品被输送到塔9。根据要除去的杂质的特性和所需的纯度，可能需要采用多个塔。在采用多个塔的情况下，这些塔可串联或并联设置。参照图2，将在下文中对多塔系统进行说明。
可以预见有各种各样的塔可与本发明一起使用。塔应该允许液相和汽相的紧密接触，以从塔中得到净化的蒸汽。合适的塔包括例如蒸馏、吸收与吸附塔、以及微量杂质或杂质的化学转换/反应设备。在采用多个塔的情况下，这些塔可以是相同类型或不同类型的塔。
塔一般包括一个或多个液相-汽相接触促进装置，例如结构化、有序和无规填料，或筛板、泡罩、浮阀、基特尔条孔网形塔板、弗莱克斯圆盘形浮阀塔板、喷淋塔板及其它特殊的塔板设计，以在塔内为液体与汽相的高度接触创造条件。在这些液相-汽相接触促进装置中，无规填充塔和泡罩为最佳。
在本领域内，适合的填料都是公知的，例如这些材料可包括腊希环(Rachigrings)、莱辛环、贝尔鞍形填料、螺旋十字环(spiral partition rings)及栅格填料。用于制造这些填料的合适材料包括例如玻璃、石英、陶瓷和不锈钢。填料类型和制造材料的选择决定于多方面因素，例如正在被净化的化学品及其质量流速。
当在塔内采用吸附剂时，具体的吸附剂及吸附剂的量决定于要被处理的具体化学品及一种或多种要除去的杂质。常用的吸附剂包括例如，用于将CO2从N2O中除去的二氧化碳吸附剂(ascerite)、用于从CO2中除去硫的化合物的金属浸渍炭、用于除去易挥发的碳氢化学品的活性炭，以及分子筛、铝和硅基制品。
当在净化塔中采用塔板时，塔板一般由不锈钢制成。塔板的总数决定于要被处理的具体化学品和其中的杂质特性、浓度，以及所需的纯度。
供给塔9的液体可通过使用控制器8而得到控制。上述对控制器的说明也适合于液体供给控制器，同时也适合于下文中所述的控制器。因此，虽然图1中仅示出了一个用于控制系统各个方面的控制器，但可以预想使用多个控制器。
控制器可基于来自液面传感器/变送器24的输入而操作，液面传感器/变送器24监视塔9底部液体化学品的液面。该控制器可根据需要打开和关闭泵10，以保持塔底部的液体化学品的液面位于所需的预定液面。例如，该液面传感器/变送器可以是，例如差压计，平板或其它公知的测定塔中液体的液面的装置。液面传感器/变送器最好通过控制器8与泵10联通，以控制塔中液体的液面。
根据要被处理的具体的液体化学品和其中杂质的特性，保持在塔中的压力和温度将变化，但塔9最好在大约1～100bar的压力范围内工作，在大约5～20bar的压力范围内最佳；温度最好在大约-200～300℃的范围内，在大约-40～150℃的温度范围内最佳。
导入塔的液体化学品被分解为含杂质的重的液体部分和轻的蒸汽部分。在本文中所用的术语“重的部分”是指从液体进料段以下的那部分塔中分离出的物流。重的产物处于液态，并最好从塔的底部分离出来。
本文中所使用的术语“轻的蒸汽部分”是指从进料段以上的那部分塔中分离出来的物流。轻的蒸汽产物最好从塔的顶部分离出来。
至少部分含杂质的重的液体部分在再沸器/蒸发器12内被转化为饱和蒸汽。饱和蒸汽通过导管13回到塔9，其中导管13在导管11下面的位置上被连接到塔上。这样，饱和蒸汽与导入塔9的液体化学品就可以彼此逆流紧密接触。从而得到高纯度的蒸汽。导管18在导管11以上的位置上被连接到塔上，导管18最好在塔的顶部连接到塔上，以从中分离高纯度的蒸汽。高纯度蒸汽流的纯度要与半导体制造工艺相容，最好在ppm或低于ppm的范围内。
用于蒸发器12的热负荷Q入可由一热源来提供，例如用于直接热输入的电热器，或加热介质流，所说的介质流例如是水、二元醇溶液、卤化碳流体、或其它本领域技术人员公知的传热流体。
蒸发器中的残余含杂质液体可通过蒸发器排出管路14周期性地从蒸发器中排出。这种排出有助于降低重物的浓度，即降低饱和蒸汽中高沸点成分的浓度。被分离的含杂质液体可被导入接收容器15，该容器15可通过使用泵16周期性地排出含杂质液体。废料可被送到废料处理装置和/或被泵入用于将其运回化学品供给装置的容器内，用于净化或重新利用。
蒸发器12操作的各个方面，例如用于蒸发液体进料主要部分的热负荷Q入，可基于总的系统压力通过控制器8来控制。总的系统压力可由任何公知的装置测得，例如导管18内的压力传感器17。此外，控制器还可根据预定的方案用于控制从蒸发器中排出含杂质液体。
为除去或减少存在于高纯度蒸汽中的任何夹带液滴，并为防止由于冷凝而形成这类液滴，高纯度蒸汽可被过热，其中所说的高纯度蒸汽是通过导管18从塔中抽出的。这样的过热可以确保单相气流。这种过热可通过使用一个或多个过热器19来实现，同时过热器上游的高纯度蒸汽的压力可由压力调节器20来控制。
过热器可以是任何能够有效地将夹带的液滴从气流中分离出来的装置。例如，使用合适的传热流体的热交换器(例如，列管式热交换器)可用于此目的，其中所说的合适的传热流体例如是卤化碳，象氟利昂(例如氟利昂22)。过度加热气体的合适结构的其它实例包括电阻型加热器，具有栅格型填料的加热器，加热烧结或多孔的结构，以及任何其它直接或间接的加热方法。
通过过热器的蒸汽的温度在其出口由温度监控器21监控。当气体通过压力调节器22及后面的气体分配管路时，为防止由气体膨胀和冷却而引起冷凝物的形成，供给高纯度蒸汽的热负荷Q入可由控制器8来调节。
本发明的另一特征为一个稳压罐23。稳压罐23充当高纯度蒸汽的储存器，而且可使输送到使用地点的气体的压力波动减小到最低程度，如例举的实施方案所示，过热器和稳压罐最好以组合成单一单元的形式提供。过热器也可与稳压罐串联设置。
稳压罐或稳压罐与过热器的组合装置内的压力最好仅保持在高于普通分配管路系统压力几个psi，例如1-30psi，但比净化塔的压力明显低例如20-50psi。
除上述之外，还可设置一个回流冷凝器68，用于为塔9提供回流。
为了能够为一个或多个使用地点服务，气体分配管路被连接到其上。因此，在用于半导体制造的情况下，可连接一个或多个半导体加工设备，以接收高纯度蒸汽。
图2示出了本发明的另一方面，其中采用了多个塔。与单塔系统及方法的情况相比，尤其是在轻的杂质和重的杂质同时存在于进料化学品中的情况中，通过使用多个塔可得到更高纯度的汽相产物。根据图1的上述说明适用于多塔系统，其各种差别将在下文中加以阐述。
第一塔25设置于泵10与第二塔9之间，该塔9对应于图1中所示的塔。容纳于存储容器1内的化学品以液态形式在位于塔中间位置的进料段导入第一塔25。上文参照图1描述的塔类型适用于塔25。
供给第一塔25的液体被分离为重的液体部分和轻的蒸汽部分。轻的蒸汽部分通过导管26从第一塔25中分离出来，导管26设置于进料段以上，最好设置于塔的顶部。轻的蒸汽部分被导入冷凝器27，并且至少在冷凝器中被部分冷凝。
冷凝部分以回流形式通过导管28被重新导入塔25，其中导管28在进料段以上的某个位置上被连接到塔上。轻的蒸汽部分的残余物通过导管29从系统中除去。废蒸汽可任选地被进一步处理，例如可通过废料处理设施被进一步处理。
用于第一塔的冷凝器27的冷却负荷Q出通过致冷循环来提供，该致冷循环包括致冷装置30和冷却介质，冷却介质分别通过管路31和32送入、送出冷凝器。第一塔25的操作压力和温度为能够使传统的致冷剂被用作冷却介质的压力和温度。对本领域的技术人员而言，合适的致冷剂都是公知的，包括例如氟利昂，诸如选自氟利昂11、12、21、22、113、114、115、134b、142b、152a和216。
冷凝器的冷却负荷可由开放的致冷循环来提供，这种开放的致冷循环可采用不同的冷却介质，例如液化的或气态的N2、O2或Ar，液态的CO2或水。
重的液体部分通过导管33从第一塔25中分离。至少部分被除去的重的液体部分被导入再沸器34。至少部分被除去的重的液体部分被汽化，并在低于进料段的某一位置上以蒸汽的形式通过导管35重新导入第一塔25。再沸器34的热负荷Q入可由一热源来提供，例如用于直接的热输入的电加热器，或加热介质流，介质流例如是水、二元醇溶液、或卤化碳流体。其它合适的传热流体对于本领域技术人员而言都是公知的。
未被导入再沸器的那部分重的液体部分以液态形式由泵10(如上所述)导入第二塔9。作为另一种选择，如果第一塔25与第二塔9之间的操作压力差足以形成流动，那么泵10就可被一控制阀所替代，该控制阀用于流量控制。本系统和方法步骤的其它部分如上文参照图1所作的描述。
冷凝器和/或再沸器的操作可通过使用一个或多个例如如上所述的控制器来控制。如例举的实施方案所示，控制器8控制着给予再沸器34的热负荷。
对于示范性的两塔系统而言，第一塔25最好在大约1～100bar，大约5～20bar更佳的压力范围内；最好在大约-200～300℃，大约-40～150℃更佳的温度范围内操作。
第二塔9最好在大约1～100bar，大约5-20bar更佳的压力范围内；最好在大约-200～300℃，大约-40～150℃更佳的温度范围内工作。当然，这些条件决定于被处理的特定气体和气体内所含杂质的性质。
多个塔的使用并非仅限于图示的优选实施方案。就这点而言，本发明可采用两个以上的塔，而且塔可根据例如要被处理的化学品及杂质的性质以不同的方式被连接。另外，多个塔可串联和/或并联设置。
图3示出了根据本发明用于输送汽相产物的系统的另一例举性实施方案。关于本发明这方面所述的部件及方法也可结合上文参照图1和2所述的系统和方法来使用，反之亦然。
存储容器1中的液体化学品通过导管2导入系统，进入系统的流速由阀V1控制，阀V1可以是例如电磁阀或气动阀。
为防止汽封，流动到泵10的液体化学品最好是单相流体，因为汽封将会引起液体化学品流动的停止。然而，常用的液体ESG’s对环境温度的波动很敏感。例如，一氧化二氮(N2O)仅在温度大于其37℃的沸点时以汽相存在。由于希望将单相液体导入净化塔中，因此如果周围的温度超过大约36℃，那么应将一氧化二氮冷却。类似地，其它的液体EGS化学品也将从冷却步骤获益，以保持产品的液相。
为确保单相液体的流动，从存储容器1中分离的液体化学品可以被导入液体再冷却器50，该再冷却器可防止液体化学品的蒸发。当整批输送系统被安装于环境温度会有明显波动的户外时，尤其希望如此。液体再冷却器50可采用以下形式，例如由铜管或冷却套包住的容器(所述冷却套内流动着冷却流体)，列管式热交换器，或其它公知的热交换装置。
新鲜的致冷剂从导管51通过再冷却器，并通过导管53离开再冷却器。冷却剂的流速控制着从再冷却器内的液体化学品中带走的能量的多少，冷却剂的流速是基于通过导管55离开再冷却器的液体化学品的温度被控制的，而所述温度由温度传感器57测得。该流速控制及系统中其它变量的控制可由一个或多个控制器(未示出)自动完成。本领域内合适的控制器都是公知的，并且包括例如一个或多个可编程逻辑控制器(PLCs)或微处理器。
接下来，被再冷却的液体化学品可被导入脱气器-液体存储单元52。这样，就可通过适当的控制将不断供给的液体化学品存储在单元52内，从而使液体化学品不间断地流向塔54。脱气器-液体存储单元52内的液面可由一液面传感器56来监测，这种液面传感器例如可以是差压计、浮标或其它用于测定塔内液面位置的装置。
阀V1控制液体化学品流入系统的流量，阀V1基于液面传感器56的信号被控制。当液体化学品在单元52内达到一低的设定值时，阀V1开启，以使液体化学品进入存储单元，直到液体化学品液位达到最大的设定值。或者，可将液体化学品连续地导入单元52中，以保持恒定的液面。
此外，单元52还具有脱气能力，将由液体再冷却器下游和存储单元本身内的液体化学品产生的所有汽相产物除掉。存储单元52上部的任何气体都通过连接到存储单元顶部的导管58排出。这些气体可送往解毒单元60，来自单元52的流动通过阀V2来控制。
液体化学品可从脱气器-液体存储单元52由泵10导入塔54。或者，用压力送料系统实现液相产物的输送方法，压力送料系统可采用惰性气体，例如氦气(He)、氩气(Ar)或氮气(N2)。该气体可直接被导入用于直接加压的单元52，或者，也可在单元52内采用一个泡囊。
塔54包括一个蒸发器12，该蒸发器由向下流过塔的液体化学品进物料。蒸发器12设置有一液面传感器62，以监测蒸发器内的液面。蒸发器12内的液面决定泵10(如果适用，也可使用压力进料系统)是否应该向塔54输送流体。为实现这一目标，液面传感器62给控制器(未示出)发出一个信号，接着，该控制器给泵10(或压力进料系统)发出一个控制信号。
如上文参照图1所述，蒸发大部分液体物料所需的热负荷Q入可基于总的系统压力由控制器(未示出)来控制。总的系统压力可由任何公知的装置测得，例如压力传感器17。另外，该控制器还可按预定方案用于控制来自蒸发器的含杂质液体的排出。
对于本领域的技术人员而言，合适类型的蒸发器都是公知的，包括例如列管式热交换器或小型的加热容器。对提供给蒸发器的热负荷的自动控制可由一控制器来实现，例如可编程逻辑控制器(PLC)或本领域公知的其它控制装置。最好设置多个蒸发器12，以留有余度，允许一定范围内的操作流速。
塔54可采用如上文参照图1和2所述的不同形式，本示范性的塔包括下部分离区域和上部分离区域64、66。上部分离区域66的部分蒸汽作为高纯度蒸汽流通过导管18被分离。与前述的实施方案一样，高纯度的蒸汽流的纯度与半导体制造工艺相适应，最好在ppm或低于ppm的范围内。
轻的杂质，例如氮气(N2)和氧气(O2)，在通过上部分离区域66之后，借助于回流冷凝器68和随后的液体-气体分离器70，可以从塔54的顶部排出。回流冷凝器68从气体中吸收能量，从而使部分蒸汽流冷凝并留下气态的轻的杂质。含杂质的气体通过导管72和回压调节器74从液体-气体分离器70中排出，并可被输送到解毒单元76，用于进一步处理。
被冷凝的物流通过液体-气体分离器70之后，可经导管72作为回流返回塔54。这种方式的回流的使用有助于实现塔内良好的分离。另外，回流还可使蒸发器12连续操作，防止其关闭。因为，一旦蒸发器被关闭，那么重新启动蒸发器需要很长的时间，因此，回流非常有益。因此，该系统可迅速对流速要求的波动作出反应，流速波动可在任何位置从额定值的0到100％变化。
被净化的气流通过导管18从塔54的中段分离出来，并通过一回压调节器78进入过热器19。采用回压调节器78控制塔54内部的压力，而且采用过热器19保证在排出塔54的净化蒸汽流中存在液滴或雾时单相蒸汽的流动。参照图1和2，合适的过热器19已在上文中说明。
可基于过热器出口导管82内的蒸汽温度控制供给过热器19的能量，其中蒸汽温度是由温度传感器84测得的。在图示的实施例中，这可以通过自动控制阀V3来实现，该控制阀V3调节通过导管86进入过热器并通过导管88排出过热器的加热流体的流速。
在被净化的蒸汽流通过过热器19后，其压力由调节器90来调节，接着蒸汽流被导入蒸汽稳压罐92。作为储存器的蒸汽稳压罐92是一个汽相罐，它可减弱由于流体用量的变化而产生的压力变化，而且即使存在流体用量需求的变化时，也可保证汽相产物按所需的压力连续提供给使用地点。来自蒸汽稳压罐92的蒸汽产品的压力通过一压力调节器94进一步被降低，并使气体导入一个或多个阀的支管(未示出)，每个支管都可为一个或多个加工设备服务。
图4示出了本发明的一个可选实施方案，该实施可用上文参照图1-3所述的方法及系统来实施。在本实施方案中，一部分重的液体部分可通过导管43从塔9位于液体进料段以下的部分，最好是从塔9的底部被排出，其中导管43用于将被排出的液体作为回流重新导入塔9。这种回流液体的应用可有效地消除塔9内蒸汽流中夹带的液滴，这种夹带的液滴可能含有杂质，例如金属。液滴的消除是通过液体回流所产生的液体-蒸汽更为有效的接触的结果。这样就可以产生出更高纯度的蒸汽产物。
如所示，导管43从塔9中取出一部分重的液体部分输送到泵10上游的某一位置上。接着，重的液体部分就可以与用于导入塔的新鲜液体化学品混合。
通过以上方式的回流，回流比例(液体/蒸汽)可被设定为一个大于1.0的值，以在蒸汽和回流液之间形成紧密接触。这样，即使来自塔9的蒸汽流存在明显的波动，塔也可以最佳的回流比例操作。
现参照图5，对上述系统和方法的一种变形进行说明，上述系统和方法可应用于化学品的就地分配系统和方法。
与上述的系统和方法一样，该就地分配系统和方法从存储容器1开始，该容器1内容纳着处于其本身蒸汽压力下的液体化学品。存储容器被连接到导管2上，用于将液化形式的化学品从存储容器输送到系统的其它部件内。高纯度的阻断、排放及清洗系统3可设置于存储容器1与导管2的连接点的下游，以防止系统的污染。
导管2内的液体化学品的压力可分别通过压力传感器P和调节器36来测得和调节，传感器P和调节器36的控制可通过使用控制器自动完成。在该示例性实施方案中，液体化学品被导入液体储存器37，液体化学品从中抽出并输送到系统的其它部分。储液器的内部容积决定于许多因素，例如系统中对液体化学品流量的要求。制造储液器的合适材料与上述存储容器1所用的材料相同。
理想的情形是消除或至少降低储液器内气体的形成。这样的气体通常是由于压力下降产生的，当化学品从储液器中排出时，就会产生压力下降。最好在液体导入泵送系统之前消除这种气体，以防止气蚀现象的产生。
为降低气体的形成，最好是将储液器内的液体化学品的液面控制在一大于某一预定最小值的数值上。这种控制例如可通过液面传感器对储液器液面的检测来实现，其中所说的液面传感器被连接到控制器38上。基于被测得的液面，更多的液体化学品可根据需要从存储容器1导入储液器。另外，还可设置一排气管38，通过控制阀V5的操作将气体从储液器排出。通过排气管38排出的气体可被进一步处理，例如通过废气处理设备。可通过单独一个控制器38或与一个或多个辅助的控制器一起自动完成上述的操作。
液体化学品通过一个或多个泵10”从储液器37经过系统的其余部分被分配，泵10”例如是正位移泵。例如，位于存储容器1下游的单个泵10”可用于将液体化学品输送到各个蒸汽供应系统38，如图所示。作为另外一种可能性，各个蒸汽供应系统可设置有一个或多个用于将液体化学品输送到供应系统的专用泵。
液体化学品由泵10”导入总导管42，接着通过导管39输送到多个相互平行设置的蒸汽供应系统38。为控制流向各个蒸汽供应系统的流量，可设置各自的关闭阀S和控制器。每个蒸汽供应系统都可产生净化的蒸汽流，被净化的蒸汽流被输送到一个或多个使用地点40。在该例举性实施方案中，蒸汽供应系统将电子特种气体供给一个或多个半导体加工设备。
参照图1-4，蒸汽供应系统的细节已在上文中说明。关于这一点，蒸汽供应系统包括设置于图1、3和4中泵10及图2中10’的下游、通向使用地点的那些部件。
根据本发明的一个优选方面，过量液体化学品被导入导管41，从而送往蒸汽供应系统的液体进料不会用尽。总导管42最好包括一循环支管，以使未导入蒸汽供应系统的那部分液体化学品返回储液器39。
为控制导管中的背压，最好在导管的循环支管内设置一压力监测器P和控制阀V6。控制阀可基于压力监测器测得的压力值由控制器操作。通过控制背压，就可保证需要量的液体化学品供给蒸汽供应系统。
由于液体化学品与汽相化学品之间的密度差，因此就可以用管路输送液体化学品，这种管路的直径远小于输送气态化学品的管路的直径。因此，液体化学品的分配管路与化学品完全以气态输送的情形相比需要较小的空间。与气相分配相比，这种液相输送还有助于减小压力波动。
作为上述每个系统和方法的结果，可通过宽的流速变化保持被输送的气体的特性。这些变化产生于系统进料给许多使用地点，这些使用地点具有相互独立的流速要求。可能存在比平均流速大1000倍左右的瞬时流速需求的变化，但不会对该系统和方法的性能产生不利影响。
此外，不考虑存在于存储容器内的液体量，上述系统和方法的性能特征可在化学品存储容器的整个周期内得到保持。但是，当化学品的体积占容器总容积的约1-20％时(决定于具体的化学品)，最好更换存储容器。
另外，可以有许多种与本发明一起使用的方式。例如，本发明可以连续和间断工作。这样，在工艺设计中就有很大的灵活性，并且能够使整个设备的效率最大。
参照具体的实施方案已对本发明作出了详细说明，但应该知道对于本领域的技术人员来说，在不脱离所附权利要求书的范围内，可对本发明作出各种变化、修改，以及采用等同替换。
权利要求
1.一种用于将汽相产品输送到使用地点的系统，该系统包括一存储容器，容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品；连接的一塔，用于容纳来自存储容器的液化状态的化学品，其中该化学品被分离为含杂质的重的液体部分和被净化的轻的蒸汽部分；和一导管，连接到塔上，该导管用于将净化的轻的蒸汽部分从塔中分离出来；其中该系统被连接到使用地点，以将净化的蒸汽部分输送到使用地点。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于存储容器为一个整批运输容器。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括一位于存储容器与塔之间的液体再冷却器，用于冷却液体化学品。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括一位于存储容器与塔之间的脱气器，该脱气器用于除去由液体化学品形成的蒸汽，和/或一位于存储容器与塔之间的储液器，塔接收来自该储液器的化学品，其特征在于所说的脱气器和储液器任选地形成一个整体单元。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括一连接到塔上的回流导管，以从中除去部分含杂质的重的液体部分，该液体部分作为回流重新导入塔。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括连接的一蒸发器，以容纳至少部分来自塔的含杂质的重的液体部分，该蒸发器包括一条用于从其中排出含杂质的重的液体部分的排放管路；以及连接的一废料处理装置，以容纳从蒸发器排放管路排出的含杂质的重的液体部分。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括一过热器，用于过热净化的轻的蒸汽部分。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括一蒸汽稳压罐，该稳压罐设置于塔与使用地点之间。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括一连接到塔上的导管，用于从其中排出轻的含杂质的物流，所说的导管在用于排出净化的轻的蒸汽部分的导管以上的一个位置连接到塔上；一回流冷凝器，用于冷凝部分轻的含杂质的气流；以及一导管，该导管用于使被冷凝的部分作为回流返回塔。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括一回流冷凝器，该冷凝器用于冷凝部分轻的蒸汽部分；和一用于将冷凝部分作为回流返回塔的导管。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所说的液体化学品构成了电子特种气体，这些气体选自下列这组氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、二氧化碳(CO2)、氯气(Cl2)、三氟化氯(ClF3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCL3)、乙硅烷(Si2H6)、溴化氢(HBr)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、一氧化二氮(N2O)、全氟丙烷(C3F8)、六氟化硫(SF6)、六氟化钨(WF6)和全氟化碳。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所说的使用地点为一个或多个半导体加工设备。
13.一种用于将汽相产品输送到使用地点的系统，该系统包括一存储容器，容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品；多个塔，每个塔都将导入其中的液体分离成各自的重的液体部分和各自的轻的蒸汽部分；被连接的多个塔中的第一塔，当液体导入该塔内时，它容纳来自存储容器的液化状态的化学品；和一导管，该导管被连接到多个塔中的第二塔上，用于从其中排出相应的轻的蒸汽部分；其特征在于所说的系统被连接到使用地点，用于将第二塔的轻的蒸汽部分导入使用地点。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括一回流导管，该导管被连接到第二塔上，以从其中将部分含杂质的重的液体部分排出，所述被排出的液体部分作为回流重新导入第二塔。
15.根据权利要求13所述的系统，还包括一液体再冷却器，设置于存储容器与第一塔之间，用于冷却液体化学品。
16.根据权利要求13所述的系统，还包括一设置于存储容器与第一塔之间的脱气器，用于除去由液体化学品形成的蒸汽；和/或一储液器，设置于存储容器和塔之间，塔从该储液器接收化学品，其中所说的脱气器和储液器任选地形成一个整体单元。
17.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，多个塔还包括在第一和第二塔之间串联的一个或多个辅助塔，连接所说的辅助塔是为了从相应的前一塔接收相应的轻的蒸汽部分。
18.根据权利要求13所述的系统，其中连接所说的第二塔以接收来自前一塔的相应的重的液体部分。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所说的存储容器为一整批运输容器。
20.根据权利要求13所述的系统，还包括一过热器，该过热器用于过热第二塔的轻的蒸汽部分。
21.根据权利要求13所述的系统，还包括一蒸汽稳压罐，该稳压罐设置于第二塔与使用地点之间。
22.根据权利要求13所述的系统，还包括一回流冷凝器和一导管，其中回流冷凝器用于冷凝来自第二塔的部分轻的蒸汽部分，导管用于将作为回流的冷凝部分返回第二塔。
23.根据权利要求13所述的系统，其中所说的液体化学品构成了电子特种气体，这些气体选自下列这组氨(Nh3)、三氯化硼(BCl3)、二氧化碳(CO2)、氯气(Cl2)、三氟化氯(ClF3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、乙硅烷(Si2H6)、溴化氢(HBr)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、一氧化二氮(N2O)、全氟丙烷(C3F8)、六氟化硫(SF6)、六氟化钨(WF6)和全氟化碳。
24.根据权利要求13所述的系统，其中所说的使用地点为一个或多个半导体加工设备。
25.一种用于将汽相产品输送到使用地点的方法，该方法包括提供一存储容器，该容器容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品；将液化状态的化学品物流导入塔，从而将化学品分离成含杂质的重的液体部分和被净化的轻的蒸汽部分；和将被净化的轻的蒸汽部分输送到使用地点。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括将部分含杂质的重的液体部分从塔中排出，并将排出部分作为回流再次引入塔。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括在液体再冷却器中冷却液体化学品，所述液体再冷却器设置于存储容器与塔之间。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括在脱气器中将由液体化学品形成的蒸汽排出，所说的脱气器设置于存储容器与塔之间。
29.根据权利要求25所述的方法，还包括在将被净化的轻的蒸汽部分输送到使用地点之前，过热轻的蒸汽部分的步骤。
30.根据权利要求25所述的方法，还包括将轻的含杂质的物流从塔上的某一位置排出，该位置位于排出净化的轻的蒸汽部分的位置以上；在回流冷凝器中冷凝部分轻的含杂质的物流；并将被冷凝的部分作为回流返回塔。
31.根据权利要求25所述的方法，还包括冷凝部分轻的蒸汽部分，并将被冷凝的部分作为回流返回塔。
32.根据权利要求25所述的方法，还包括在将净化的轻的蒸汽部分输送到使用地点之前，将被净化的轻的蒸汽部分放置在稳压罐中。
33.根据权利要求25所述的方法，其中所说的液体化学品构成了电子特种气体，这些气体选自下列这组氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、二氧化碳(CO2)、氯气(Cl2)、三氟化氯(ClF3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、乙硅烷(Si2H6)、溴化氢(HBr)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、一氧化二氮(N2O)、全氟丙烷(C3F8)、六氟化硫(SF6)、六氟化钨(WF6)和全氟化碳。
34.根据权利要求25所述的方法，其中所说的使用地点为一个或多个半导体加工设备。
35.根据权利要求25所述的方法，其中所说的塔在大约1到100bar的压力和大约-200到300℃的温度下操作。
36.一种用于将汽相产品输送到使用地点的方法，该方法包括提供一个存储容器，该容器容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品；提供多个塔，每个塔都将输送到其中的液体分离成各自的重的液体部分和各自的轻的蒸汽部分，连接的多个塔中的第一塔，当液体输送到其中时，它接收来自存储容器的液化状态的化学品；将相应的轻的蒸汽部分从多个塔中的第二塔排出；将第二塔的轻的蒸汽部分输送到使用地点。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括从第二塔排出部分含杂质的重的液体部分，并将其作为回流再次引入第二塔。
38.根据权利要求36所述的方法，还包括在液体再冷却器中冷却液体化学品，所述再冷却器设置于存储容器与第一塔之间。
39.根据权利要求36所述的方法，还包括在脱气器中将由液体化学品形成的蒸汽排出，所述脱气器设置于存储容器与第一塔之间。
40.根据权利要求36所述的方法，还包括在将净化的轻的蒸汽部分输送到使用地点之前，对被净化的轻的蒸汽部分进行过热的步骤。
41.根据权利要求36所述的方法，还包括冷凝部分轻的蒸汽部分，并将被冷凝的部分作为回流返回第二塔。
42.根据权利要求36所述的方法，还包括在将来自最后一个塔的轻的蒸汽部分输送到使用地点之前，将其放置在一稳压罐中。
43.根据权利要求36所述的方法，其中所说的液体化学品构成了选自下列这组的电子特种气体氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、二氧化碳(CO2)、氯气(Cl2)、三氟化氯(ClF3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、乙硅烷(Si2H6)、溴化氢(HBr)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、一氧化二氮(N2O)、全氟丙烷(C3F8)、六氟化硫(SF6)、六氟化钨(WF6)和全氟化碳。
44.根据权利要求36所述的方法，其中多个塔在大约1到100bar的压力和大约-200到300℃的温度下操作。
45.一种用于将电子特种气体输送到半导体加工设备的系统，该系统包括一存储容器，它容纳着处于其蒸汽压力下的液体化学品；连接的一个塔，用来接收来自存储容器的液化状态的化学品，从而将化学品分离成含杂质的重的液体部分和被净化的轻的蒸汽部分；和一导管，该导管被连接到塔上，用于将被净化的轻的蒸汽部分从其中排出；其中该系统被连接到半导体加工设备上，用于将被净化的轻的蒸汽部分输送到半导体加工设备上，而且被净化的轻的蒸汽部分就是电子特种气体。
46.一种用于将电子特种气体输送到半导体加工设备的方法，该方法包括提供一个存储容器，它容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品；将液化状态的化学品物流输送到塔，从而使化学品被分离成含杂质的重的液体部分和被净化的轻的蒸汽部分；和将净化过的轻的蒸汽部分输送到半导体加工设备，其中净化过的轻的蒸汽部分为电子特种气体。
47.一种化学品的就地分配系统，它包括一存储容器，它容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品；多个蒸汽供应系统，它们平行连接并设置于存储容器的下游，连接这些蒸汽供应系统以接收液化状态的化学品并各自产生相应的净化的蒸汽产物；其中这些蒸汽供应系统各自与一个或更多相应的使用地点连接，以将相应净化后的蒸汽产物输送到这些使用地点。
48.根据权利要求47所述的化学品的就地分配系统，其中每个蒸汽供应系统都包括一个或多个塔。
49.根据权利要求47所述的化学品的就地分配系统，其中每个蒸汽供应系统还包括一过热器，用于过热净化后的轻的蒸汽部分。
50.根据权利要求47所述的化学品的就地分配系统，其中一个或多个使用地点包括一个或多个半导体加工设备。
51.根据权利要求47所述的化学品的就地分配系统，还包括一用于容纳液体化学品的储液器，该储液器设置于存储容器的下游和蒸汽供应系统的上游。
52.根据权利要求51所述的化学品的就地分配系统，还包括一连接到储液器上的循环管路，用于将未进给多个蒸汽供应系统的那部分液体化学品循环回贮液器。
53.根据权利要求47所述的化学品的就地分配系统，其中所说的液体化学品是选自下列这组的电子特种气体氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、二氧化碳(CO2)、氯气(Cl2)、三氟化氯(ClF3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、乙硅烷(Si2H6)、溴化氢(HBr)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、一氧化二氮(N2O)、全氟丙烷(C3F8)、六氟化硫(SF6)、六氟化钨(WF6)和全氟化碳。
54.一种化学品的就地分配方法，包括提供一个存储容器，它容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品；将液化形式的化学品输送到多个蒸汽供应系统，这些蒸汽供应系统平行连接并设置在存储容器的下游，每个蒸汽供应系统产生各自的净化的蒸汽产物；和将各自的净化后的蒸汽产物输送到一个或多个相应的使用地点。
55.根据权利要求54所述的方法，其中每个蒸汽供应系统都包括一个或多个塔。
56.根据权利要求54所述的方法，还包括在将净化后的蒸汽产物输送到一个或多个使用地点之前，过热净化后的蒸汽产物。
57.根据权利要求54所述的方法，其中一个或多个使用地点包括一个或多个半导体加工设备。
58.根据权利要求54所述的方法，还包括将未进给到多个蒸汽供应系统的那部分液体化学品循环回储液器。
59.根据权利要求54所述的方法，其中所说高纯度汽相产物为电子特种气体。
60.根据权利要求54所述的方法，其中所说的电子特种气体选自下列这组氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、二氧化碳(CO2)、氯气(Cl2)、三氟化氯(ClF3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、乙硅烷(Si2H6)、溴化氢(HBr)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、一氧化二氮(N2O)、全氟丙烷(C3F8)、六氟化硫(SF6)、六氟化钨(WF6)和全氟化碳。
全文摘要
将汽相产品输送到使用地点的系统和方法以及新颖的化学品就地分配系统和方法。用于输送汽相产品的系统包括:一容纳处于其蒸汽压力下的液体化学品的存储容器;一连接用于容纳来自存储容器的液化状态的化学品的塔,其中该化学品被分离成含杂质的重的液体部分和被净化的轻的蒸汽部分;和一导管,它连接到塔上,用于从其中排出被净化的轻的蒸汽部分。该系统与使用地点连接,用于将被净化的蒸汽部分输送到该处。本发明尤其适用于在半导体制造中将电子特种气体输送到一个或多个半导体加工设备。
文档编号F17C7/04GK1243214SQ99107620
公开日2000年2月2日 申请日期1999年4月7日 优先权日1998年4月7日
发明者J·E·帕加尼斯, B·J·朱西克, R·尤迪施斯, H-C·王, K·横木, S·富田 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司