[发明专利]低蒸气压力的气体系统

说明书

发明背景

技术领域

本发明涉及一种用于制造缺乏低挥发性杂质的低蒸气压力流的系统和设备。尤其是，本发明涉及从液体或两相的、非空气基气体源中形成可传送至诸如半导体、发光二极管(LED)或液晶显示器(LCD)制造工具的使用点的蒸气相低蒸气压力气体流。

相关技术说明

半导体装置、LED和LCD的制造涉及许多不连续的利用了非空气基气体的工艺步骤。如本文中所限定的那样，″非空气气体″意思是指非来源于空气的任何气体及它们的组成成分。这种非空气气体的示例包括但不限于硅烷、三氟化氮和氨。

通常，提供给半导体、LED或LCD制造商(也称为最终用户或使用点)的非空气气体必须包含一致的低水平的杂质、尤其是那些较非空气气体不易挥发的杂质。这些杂质包括水、金属和粒子。此外，非空气气体必须以高压(例如大于50psig)和高度地可变的流动的蒸气相传送给最终用户。

若干非空气气体以蒸气相从气体生产者处被传送给最终用户。这些非空气气体包括硅烷和三氟化氮。通常，以蒸气相传送的非空气气体能够满足最终制造商使用点的纯度要求，这是因为当非空气气体从运送容器中取出时杂质水平稳定且不变化。此外，不必调节蒸气(例如气化、泵送、加热)。压力要求通过简单地供给处于高压(例如大于1000psig)的蒸气而满足。高度地可变的流动速率通过简单地设置正常环境下的管道、阀的大小而调节。由于不调节蒸气，所以不需要改变运送容器或存储容器。

其它的非空气气体作为液体或液体/蒸气的两相流体从气体制造商处被传送给最终用户。这种气体称为低蒸气压力气体且包括氨、氯化氢、二氧化碳和二氯甲硅烷。低蒸气压力气体通常在70的温度下具有低于1500psig的蒸气压力。因为在高压和环境温度时不能得到这些气体的蒸气相，所以特别要求复杂的系统，以便传送满足使用点全部要求的蒸气相流。

在授予给Udischas等人的美国专利第6,363,728号中描述了这样的一种系统，其中运送容器容纳大量的液化气，且运送容器在其上方设置有热交换器，以便给液化气提供能量或从液化气中除去能量。压力控制器监控压力并调整传送给容器的能量。该系统据称允许以预定的流动速率受控地传送蒸气相气体。

美国专利第6,581,412号公开了以高的流动速率从液化的压缩气体存储容器中传送蒸气相气体的方法。加热装置提供在邻近存储容器处并在容器壁上设置了温度测量装置。根据容器壁温度，改变加热装置的能量输出，以便加热在其中的液化的压缩气体。

美国专利第6,614,009号涉及高流动速率、超高纯度的气体气化和供给系统，其中存储容器适于传送大量的液化气体。该系统包含多个适于操作液体相或气体相的阀、用于处理液化气体的加载/卸载单元和加热器，该加热器含有永久地安置在容器上以便将能量供给到液化气体内的元件。

以上讨论到的文件公开了其中低蒸气压力气体从加热液体传送/存储容器中取出的配置。具有挥发性低于低蒸气压力气体的杂质保持为液相，从而产生缺乏低挥发性杂质的蒸气。然而，由于从容器中取出蒸气，低挥发性杂质水平在液相和气相中都有所累积。当蒸气相中的低挥发性杂质达到某一水平时，中断蒸气的取出。有时称为″残余料(heel)″的剩余液体富含比低蒸气压力更不易挥发的杂质。该″残余料″随后被丢弃。

作为示例，提供至用户场所的液氨含有通常处于0.5至10ppm的浓度范围的水。该水分含量(moisture level)对于通常要求1ppb至0.2ppm水分含量的最终制造商而言通常是不受欢迎的。由于蒸气氨从该供给系统中取出，故提高了剩余液相中的水的含量(water level)。与最终″残余料″相关联的水的含量通常自50至1000ppm的范围内变动。

与所描述的系统相关联的缺点之一在于，由于液化气体在相同容器中运送、储存和气化，故限制了可获得的用以容纳加热器的容器表面面积。因此，限制了可获得的最大取出速率。

另外的缺点是，这些系统未提供稳定的产品纯度，这是因为蒸气流中的低挥发性杂质水平随着容器中液体数量的降低而提高。    

授予给Torres，Jr.等人的美国专利第6,637,212号描述了一种用于自液化气体源至终点传送具有恒定杂质水平的系统和处理过程。该系统尤其包括用于将具有可溶杂质浓度的液化气体转换成蒸气相的气化设备，和用以完全气化液化气体的加热装置，其中蒸气相产品中的杂质水平大致等于液化气体中的水平。