专利名称：小型气柜的制作方法
小型气柜本发明涉及一种在特殊的和隔离的应用中使用以分配特殊气 体(ESG)的装置，所 述应用在硅工业中发生，更具体地在微电子、光电、光电子或半导体工业中发生。本发明的 装置也可以用于使用气体、例如有毒或易燃气体的实验室，尤其是与硅工业相关的实验室。许多工业设施需要具备能够自动控制气体和流体到特定设备的供应的设备。一般 来说，集成电路的制造包括若干工序，例如汽相沉积工序，在所述工序中多种气体被传输到 封闭有半导体基底的反应室中。需要仔细控制该空间中的温度和压力，多个材料层在该温 度和压力下逐渐形成以便生成集成电路的三维模型。因为组成蒸汽气氛的多种反应物的比例最终决定多个元件的结构尺寸，所述多个 元件将在很小的硅片上一起构成大量基本电路，尤其是晶体管、电容器和电阻器，所以必须 不间断地监控所有输入和输出反应室的物质。集成电路错误运行的最大的一个原因是微小 粉尘颗粒污染了制造电路的工作区域。极小的外来物体可以损坏很贵的电路并使其报废。 为了避免这种微粒污染，半导体厂家在受到保护的“洁净室”环境中生产产品。进入洁净室的空气首先被过滤，从而几乎完全消除不希望有的粉尘颗粒。在此环 境中工作的技术人员穿戴专用的口罩和衣服以避免引入不利于他们精细工作的物质。维护 和正确运行这种高标准的专用环境的成本很高。因此必须尽可能高效地利用任何洁净室内 的空间。除了这些严格的条件，必须极其小心地分配所使用的化学物品。半导体工业中使 用的液态化学物品和特殊气体经常是有毒的。选择用于分配这些具有潜在危险的物品的装 置必须提供可靠使用的保障，避免腐蚀或泄漏。在传统气体分配系统中，将要被吹扫(清除，清洗，purger)的具有潜在危险的大 量气体将会产生安全问题。输送管线和精密配合装置也同样有泄漏或者使用中产生严重损 坏的风险。因此这类设备不太适合于需要频繁拆除及吹扫的隔离使用，频繁拆除及吹扫增 加了操作员暴露在危险气体中的风险。至今，分配特殊气体的气柜装置的使用在隔离应用方面显示其安全、成本及控制 停机时间不是最优化的。这些标准气柜可以尤其稳定、可靠地用于长期生产和分配应用。这 些系统完全安装在专用房间里的大的柜内，所述房间可能距离与这些系统连接的设备有几 十米远。当对现有方法的ESG的新气源进行维护、校准、测试或者资格评定时，或者对包括 在现有机器上使用ESG的新方法进行评估时，或者需要修理时，可能需要将分配管线从气 柜上拆离并且可能相当长的时间保持这种状态。就实验室来说，由于标准气柜的成本高，有时甚至在不具备抽气装置的柜的条件 下分配具有潜在危险的气体，尤其在连接/拆开气罐时给操作员增加了风险。没有专用于上述提到的特定应用并包括允许在不修改气罐的情况下装配到任何 气罐的系统的分配装置。专利申请EP1316755、EP0916891和EP1180638公开了代替标准阀 装配在气罐上的小型气体分配系统。这意味着这种类型的系统只特定用于其安装的气罐而 不能用于其它气罐。在这一点上，其不满足本发明提出的适应性、灵活性、占用最小空间和 应用需要的低成本的要求。
目前在实验室或者用于前述应用的分配特殊气体的解决方案是使用标准气柜。这 种气柜可以是已经专用于对特定设备分配气体的气柜或者为此目的专门购得的气柜。
标准气柜不适合用于上述提到的特定应用，它尤其可能由于吹扫和可能的拆开而 产生危险。特别是由于它的成本、占用的空间、复杂性和交付使用时包含的限制，例如与设 备的联接，标准气柜特别不适合于上述应用。在微电子工业领域，可以通过在生产中使用 气柜并将其连接到进行试验的设备实施这样的试验。然而，通常放置于生产设施的特定空 间的标准气柜的使用使得需要例如在连接待测试的新气罐之前对长的输送管线进行吹扫/ 清除处理。另外，在微电子工业领域，分配装置可能潜在地被设备的几个元件使用。将分配 装置用于隔离使用可能导致不受试验影响的设备的不必要的关闭。另一解决方案是购买专用于这种类型试验的标准气柜。此方案由于分配装置的成 本和连接到机器的连接件的成本而被证实非常昂贵。另外，标准气柜位于指定的位置，这意 味着管线必须经过所有可能进行试验的设备或者这些气柜的数量必须增加。对于这两种情 况，操作成本都相当高。因此，获取标准气柜和使用现有气柜的方案都不太适合于这种类型的应用。另外， 在洁净室中使用的任何设备都必须占用最少量的空间。开发一种能够与任何气罐一起使用、安全、具有智能自动控制、可以用于硅工业及 更特别地用于微电子、光电、光电子或者甚至半导体工业或者能够用于实验室的小型化特 殊气体分配装置，将会带来重大的技术进步。如前述的创新装置的实施在前述工业中将会 满足长期以来的需求。本发明的一个目的是减少前述提到的现有技术的全部的或者部分的缺陷。上述列出的应用当然不是详尽的，本发明同样可以满足例如用于不需要使用太昂 贵和更受限的传统气柜的应用的实验室的设施的需求。另外，本发明的装置可以直接在洁 净室内用于上面所述的应用，并尽可能地接近需要试验的设备。为此，本发明的主题是一种用于分配特殊气体的装置，所述装置能够安装在气罐 上(不论何种气罐)而不需要对气罐进行修改，所述装置包括容纳有流体回路的多功能单 元，该多功能单元包括-单一高压调整器，-包括三个低压阀的吹扫/清除系统，-流体连接到气罐的内部/内容物的部件，-向设备供应气体的出口，其特征在于，高压调整器位于吹扫系统的上游。整个气体分配装置放置在包封气 罐的主气罐阀的空间内，该空间可以与抽气系统连接以保护操作员避免危险气体任何潜 在泄漏的危险。易于泄漏从而使操作员暴露在危险气体中的分配装置的元件被置于带有 抽气装置的空间内以降低暴露的风险。具有抽气装置的空间的体积很小，更确切地小于 27000cm3。抽气系统是一种用来分配有毒的、腐蚀性的或者易燃的或者甚至惰性的特殊气体 的装置。抽气系统包括在管内产生减压作用的泵，该管在位于该零件上的抽气装置连接件 的位置与本发明的装置连接。所述泵允许更新其中设有气罐和分配装置(阀、输送管线、传感器等)的小型气柜内的空气(因为减小的压力和泵的抽吸)。 这提供了在分配气体时在气体从装置泄漏的情况下保护操作员的优点。特别是， 如果分配装置发生泄漏，气体被抽吸并传输到合适的处理系统。抽气流速通过使其符合确 保操作员安全的方式计算得出。因此，当发生泄漏时，气体不能够在气柜内聚集或者离开气 柜，以上两种情况都会给操作员带来危险。所谓的特殊气体即指所有通常用于半导体工业的气体。其可以是惰性气体、有毒 气体、腐蚀性气体或者易自燃气体。这些特殊气体可选自HF、WF6、BC13、CIF3、DCS、3MS、 C4F6、C4F80、C4F8、丁烧、S02、C12、C3F8、NH3、丙烧、SF6、HBr, C2F6、CH3F、HC1.CHF3, N20, 以上气体以液态形式储存在气罐B内；或者选自F2、PH3、B2H6、N0、NF3、SiH4、CF4、CH4、C0， 以上气体以压缩形式储存在气罐B内。因此，根据需要分配的气体的性质以及其是被液化 还是处于压缩状态，气罐B内的压力范围是Obar到200bar。本发明设计用于时间上可能不连续的特定隔离应用，其不同于生产应用，相关气 体可以是液化的或者甚至是被压缩的。因此，与标准设备例如气柜相比，本发明装置的本质 特征是可移动的/机动的特性、包括多功能单元的装置的小型尺寸、以及本发明的所述装 置的构件布置方式的简化。此外，本发明的一些实施例可包括以下一个或多个特征-以上所述的装置还可包括真空发生器。所述真空发生器是文氏管(venturi)或 者是小型电泵。此外，本发明的装置可以包括紧急断路器开关。_根据本发明的一个主题，所述装置的特征在于，吹扫系统是所谓的交叉吹扫 (purge en croix)系统，其包括称为增压管道的第一管道、允许产生真空的第二、出口管 道、和允许将待分配的气体传输到设备的第三、抽气管道，所述三个管道在位于调整器下游 的位置A处相连接。-根据本发明的一个主题，所述装置的特征在于，该多功能单元进一步包括位于所 述调整器上游的压力传感器。-根据本发明的一个主题，所述装置的特征在于，该多功能单元进一步包括压力传 感器，所述压力传感器位于所述调整器的下游和吹扫系统的上游。-根据本发明的一个主题，所述装置的特征在于，其包括连接件，所述连接件位于 装置的其中一个外壁上并且可与抽气系统连接。-根据本发明的一个主题，所述装置包括电控系统，该电控系统用于致动气动阀并 控制压力传感器和吹扫循环。-根据本发明的一个主题，所述装置包括带有紧固元件的卡圈(collier)，所述紧 固元件例如为螺纹(taraudage)，该紧固元件设计成与气罐的主气罐阀的互补紧固元件相 配合。这容许分配装置附装于任何气罐。-根据本发明的一个主题，所述气体分配装置的体积在IOOOcm3到27000cm3之间。 通过对比，至今用于上文所述类型的应用的标准气柜的体积大约在600000到700000cm3之间。所述多功能单元的体积是作为本发明主题的所述装置的体积的1/4到4/5之间， 特别地在1/3到4/5之间，优选地在2/5到4/5之间。更具体地，多功能单元的体积大约等 于形成本发明主题的所述分配装置的体积的一半。
-本发明的另一个主题是一种用于分配特殊气体的组件，所述组件包括容纳压力 为Pi的气体的气罐和上文所述的用于分配特殊气体的装置，其特征在于，在使用的竖直方 向，所述组件占用的尺寸(覆盖区域，底面积，empreinte)等于气罐的直径。气罐内气体的 压力Pl在Obar到200bar之间。根据本发明的一个特别方面，调整器的出口压力低于lObar。 更具体地，当Pl低于Sbar并且被供应的设备允许这样时，多功能单元没有高压调 整器。-本发明的另一个主题是一种评定特殊气体源的方法，该方法包括-从气罐中抽取气体的步骤，-通过如上文所述的分配装置分配气体的步骤。_本发明的另一个主题是利用上文所述的装置评定新的特殊气体的源。-本发明的另一个主题是利用上文所述的装置评估在现有机器上使用特殊气体的 新方法。具体地，在半导体工业，可能使用不同类型的机器，特别是所谓的沉积机，例如CVD 机或者称为蚀刻机的机器。这些不同类型的机器使用选自ESG中的某种气体运行。如果这 些机器使用一种新气体，则必须对这种气体进行评定/鉴定试验。该试验旨在评定新气体源与机器的兼容性/相容性。例如，新气体的纯度可能不 符合所要求的纯度，这会导致与沉积层相关的主要缺陷。此外，这些现有机器在预定的工 艺过程中开发并且用于一种类型的沉积。但是，通常希望为了一种新的应用改变沉积类型 (例如使用不同的气体或不同的流速)，而同时使用相同的机器。利用当前的装置，必须断 开气柜，并因此暂停生产线以便为可能的新应用进行兼容性试验。以这种方式使用的本发 明的装置使得可以避免购买新机器或者关闭整个生产线，因为这样会产生过高的成本。-本发明的另一目的是一种容纳有流体线路的多功能单元，所述流体来自气罐并 将由分配装置例如如前文所述的装置输送，该多功能单元包括-单一高压调整器，-包含三个低压阀的吹扫系统，-与气罐的内部/内容物流体连接的部件，其特征在于，高压调整器位于所述吹扫系统的上游。可选地，可将过滤器结合在调整器的上游和/或下游。如果适用的话，这为调整器 提供了一些保护并确保被分配气体的纯度。这是与使用标准气柜相比的另一个优点。通过阅读下面参照
图1给出的说明，可以清楚地理解本发明的其它细节和优点。图1示出了本发明的装置的简图。图1描述了 一种特殊气体分配组件1，其包括气罐B和可以附装到气罐B上的特殊 气体分配装置2。装置2包括真空发生器5和多功能单元3，多功能单元3包括单个高压调整器4、 包含有三个阀VI、V2和V3的吹扫系统、以及与气罐B的内容物相连接的部件6。调整器4位于吹扫系统的上游，因此来自处于压力Pl的气罐B的气体在该压力Pl 下到达调整器4。在离开调整器4时，气体在几bar的压力下流动，即在低压下流动。因此，阀V1、V2和V3以及其它所有可能置于多功能单元3中的构件遭遇处于低压的气体。这对于构件的可靠性、安全性和寿命而言具有很大的益处。这同样减少了泄漏的 风险。此外，该特征容许构件小型化并使其布局简单化，所述构件例如为隔膜阀的致动 器、气体管道、以及密封装置，因此产生了小型气柜，也就是说，显著减小的装置2或者小型 气柜的体积，例如在IOOOcm3到27000cm3之间，这主要是由于小型气柜2中容纳的多功能单 元3的小型化。吹扫系统包括第一管道7，管道7上安装有阀VI，当阀Vl打开时，该管道用于接收 吹扫气体G，回路通过吹扫气体G加压。所述吹扫气体G可选自氮气、氩气和氦气。优选地， 使用氮气吹扫。包括阀V2的第二管道8用于连接第一管道7和真空发生器5，真空发生器 5可以是文氏管或者小型电泵。此连接也可保持打开以连接到外部的真空系统。管道7和管道8在位于调整器4下游的位置A处连接到包括阀V3的管道9上，当 阀V3打开时，管道9用于供应设备E。传统的吹扫系统一般在调整器上游还具有所谓的截流阀。截流阀理论上在发生泄 漏或者由于系统故障后可能存在发生事故的危险而发出警报的情况时使用。具体地，该阀 的功能是在上述情况下关闭分配装置。本发明不需要此阀，因为单元3的体积很小，因而 在气罐B和调整器4之间发生泄漏的危险大大降低了。更进一步地，由于本发明装置的应 用是高度隔离的，这意味着在装置附近总有一操作员能够在发生警报时自己停止装置的运 行，所以不需要截流阀。当气罐包括气动阀时，本发明的装置也可以控制该阀。因此本发明 的装置不包含任何与高压下的气体接触的灵敏元件。构成本发明主题的分配装置2也可以包括通风口 10以使气体在发生泄漏时被抽 出；用于半导体工业的特殊气体是危险的，这就是标准特殊气体分配装置被封装在称为气 柜的柜内部的原因。这里，装置的小型化允许构件保持有限的数量，并以简单的方式将构件 布置成封装在提供所需保护的具有小体积的多功能单元3内。所述分配装置2也可以在其多功能单元3内包括压力传感器11，该压力传感器例 如定位在调整器的上游和/或下游。本发明还可以包括这里未描述的创新的机构，所述机构使分配装置2通过卡圈14 附装到气罐B的螺纹13上，卡圈14被旋拧到气罐B的螺纹上。因此，该紧固系统容许本发明的分配装置2装配到任何传统气罐上，因而对于本 发明所针对的应用提供了前所未有的优点。分配装置2由电气系统15控制，该电气系统允许控制气动阀VI、V2和V3并且允 许自动控制吹扫顺序。
该电气系统15包括，例如，电力供应装置、用于致动气动阀的电动阀、逻辑控制 器、紧急停机按钮、用于显示系统状态的显示屏，例如LCD显示屏。控制机构例如包括可编程的逻辑控制器。该逻辑控制器可从商业上已经存在的逻 辑控制器中选择。因而，本发明的系统除了具有上述提到的优点外，还能够与商业上可用的 控制机构相匹配。优选地，所选的控制机构是最简单的并且尽可能是最便宜的，因为本发明 的系统的小型化与构成该系统的元件的大量简化和元件如何简化地布置相联系，所以容易 想到使用简化的控制机构，这与一般非常复杂的标准气柜不同。与具有长得多的分配管线的传统气柜容纳的气体的数量相比，所述单元体积的显著减小使装置内的工作气体的量在任何时刻都是减少的。装置总体积的减小使装置排放时 间最小化并且更好地致使管理系统更可靠。本发明确保了安全、快速地处理有毒性的、腐蚀 性的、易燃的和自燃的气体。本发明使得能够减少多功能单元3内的微粒捕集器的数量。本发明实施的装置具有快速和简便的装配部件、故障排查部件、和调整部件。实际上，此轻重量的单元易于运输 和处理。所述的本发明具有很好地适用于目标应用的简单结构，因此使产品成本和所占用 的空间最小化变为可能。作为本发明主题的小型气柜的主构件，也就是结合了调整器4和 特别为此应用设计的三个阀VI、V2、V3的单元3，是容许明显节省空间和体积的新颖特征。由于本发明装置的可移动性，在例如气源的资格评定或方法评估的隔离试验中还 可以尽可能地使气体和其分配装置靠近设备。带来的优点是，例如，减少了连接到设备的连 接件的成本，减少了管线长度以使吹扫过程更简易，装置的可移动性使分配装置可以移到 不同的设备。本装置的多功能性和移动性使其可以用于并装配在具有任何体积的多种气罐上 和安装在不同的设备上。构成本发明主题的所述分配装置的另一个特征是所述分配装置是根据标准气柜 的主要功能制成的小型气柜。装置的结构已经特别设计成使成本、占用空间和构件的数量 最小化而同时仅保留必需的功能。所有使用的构件符合半导体工业标准。
权利要求
一种用于分配特殊气体的装置(2)，所述装置能够安装在气罐(B)上，所述装置包括容纳有流体回路的多功能单元(3)，该多功能单元(3)包括-单个高压调整器(4)，-包括三个低压阀(V1、V2、V3)的吹扫系统，-流体连接到气罐(B)的内容物的部件(6)，-向设备供应气体的出口，其特征在于，所述高压调整器(4)位于吹扫系统的上游，并且所述气体分配装置设置在允许在所述气罐(B)的主气罐阀周围形成抽气区域的空间内。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括真空发生器(5)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述吹扫系统是所谓的交叉吹扫系统， 其包括称为增压管道的第一管道(7)、允许产生真空的第二、出口管道(8)以及允许将待分 配的气体传输到设备(E)的第三、抽气管道(9)，所述三个管道(7、8、9)在位于调整器(4) 下游的位置A处连接。
4.如权利要求1到3中任一项所述的装置，其特征在于，所述多功能单元(3)进一步包 括位于所述调整器(4)的上游的压力传感器(11)。
5.如权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述多功能单元(3)进一步包 括位于所述调整器(4)的下游和所述吹扫系统的上游的压力传感器(11)。
6.如权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括连接件(10)，该 连接件位于所述装置的其中一个外壁上并且能够与抽气系统连接。
7.如权利要求1到6中任一项所述的装置，包括电控系统(15)，该电控系统(15)用于 致动气动阀(V1、V2、V3)和吹扫循环。
8.如权利要求4到7中任一项所述的装置，包括电控系统(15)，该电控系统(15)用于 致动气动阀(V1、V2、V3)及控制所述压力传感器和吹扫循环。
9.如权利要求1到8中任一项所述的装置，包括设有紧固元件的卡圈(14)，所述紧固 元件例如为螺纹，该紧固元件设计成与气罐(B)的主气罐阀的互补紧固元件(13)相配合。
10.如权利要求1到9中任一项所述的装置，其特征在于，该装置的体积范围在IOOOcm3 到27000cm3之间。
11.如权利要求1到10中任一项所述的装置(2)，其特征在于，所述多功能单元(3)的 体积是所述装置⑵的体积的1/4到4/5之间，特别地在1/3到4/5之间，优选地在2/5到 4/5之间。
12.一种用于分配特殊气体的组件(1)，所述组件包括容纳有压力为Pl的气体的气罐 (B)和如权利要求1到11中任一项所述的用于分配特殊气体的装置(2)，其特征在于，在竖 直的使用位置，所述组件(1)占用的尺寸等于气罐(B)的直径。
13.一种评定特殊气体源的方法，包括_从气罐(B)中抽取气体的步骤，-通过分配装置分配气体的步骤，其特征在于，所述分配装置是如权利要求1到11中任一项所述的装置。
14.如权利要求1到11中任一项所述的装置的应用，用于评定新的特殊气体源。
15.如权利要求1到11中任一项所述的装置的应用，用于评估对现有机器使用特殊气体的新方法。
16. 一种多功能单元(3)，所述多功能单元容纳有流体回路，所述流体从气罐(B)流出并将由分配装置输送，所述分配装置例如为如权利要求1到11中任一项所述的装置，该多 功能单元(3)包括-单个高压调整器(4)，-包括三个低压阀(V1、V2、V3)的吹扫系统，-流体连接到气罐(B)的内容物的部件(6)，其特征在于，所述高压调整器(4)位于所述吹扫系统的上游。
全文摘要
本发明涉及一种供应特殊气体的装置，所述装置可安装在气罐上并包括容纳有流体回路的多功能单元，所述多功能单元包括单个高压调整器、包含三个低压阀的吹扫系统、流体连接到气罐的内部空间的部件、以及用于向设备供应气体的出口。本发明的特征在于，高压调整器设置在吹扫系统的上游。
文档编号H01L21/00GK101868667SQ200880117182
公开日2010年10月20日 申请日期2008年11月19日 优先权日2007年11月22日
发明者C·布拉索, G·拉莫 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司