[发明专利]低释放率的气瓶组件

说明书

技术领域

本发明涉及用于将高毒性的和/或可燃的化合物输送至半 导体制造工具的高压气瓶组件(package)。

背景技术

诸如半导体制造的工业处理及制造应用需要对高毒性的 或可燃的氢化物气体和卤化物气体的安全的储存和处理。半导体工业 尤其依赖于用于晶片处理的硅烷(SiH₄)的气态氢化物和诸如三氢化砷 (AsH₃)和三氢化磷(PH₃)的液态压缩气体。各种半导体工艺系统通常使 用处于高达1,500磅/平方英寸的压力下的SiH₄，AsH₃和PH₃。由于它 们的极度毒性和高蒸汽压，故由于输送系统构件的失效或在气瓶更换 (change out)过程期间的人为差错所造成的不受控制的释放可导致灾 难性的后果。例如，诸如硅烷的可燃气体的释放可导致火灾和系统损 坏，并且可能造成人身伤害。另一方面，诸如三氢化砷的高毒性气体 的泄漏可导致人身伤害甚至死亡。

参考作为极度毒性气体如何用于半导体工业的更加具体 的示例的硅烷处理，硅烷通常在大约250磅/平方英寸或更高压力下储 存在加压容器中。气瓶在生产环境中的处理存在各种各样的危险情 况。一个140克硅烷气瓶的泄漏可将具有10英尺高度的30,000平方 英尺的建筑的整个体积污染至立即危及生命和健康(IDLH)水平。如果 泄漏率较大，则这可能仅仅在一分钟或两分钟内发生，这将意味着在 漏失源附近区域中将存在极其致命的浓度达数个小时。

用于硅烷等的标准高压气瓶通常具有500毫升或更多的容 积，并且包括气体在使用点通过其排出的阀出口。硅烷在高压下填充 直到气瓶达到大约20％的容积。一旦填充，关闭气瓶阀并且将安全帽 安装在阀出口上。气瓶随后输送至半导体工厂(fab)，在半导体工厂处 终端用户将在通风良好区域中移开安全帽，将容器放置在竖直位置， 将气瓶附连至分配歧管，对新形成的连接进行吹洗并检漏，并且打开 气瓶阀。该气瓶然后分配气态产品。

鉴于与这些流体从高压气瓶中非故意的释放相关的危险， 本领域已提出多种提议来防止毒性流体/可燃流体的灾难性释放。

一种这样的提议是使用安装在高压气瓶外部的出口或流 体流径中的限流孔口(RFO)。至少两种RFO可在当前被获得并使用。 第一种RFO是包括小直径孔(大约0.010英寸或254μm的直径)的金属 衬垫，该小直径孔被钻通穿过具有大约0.5-0.7毫米厚度的垫圈状盘或 衬垫的中心。第二种RFO设计是螺旋式连接至气瓶阀使用端口的插塞 型孔口。这种RFO同样具有尺寸与上述RFO相似的直径孔。在高压(例 如，1,500磅/平方英寸)下，这些RFO能够将最大流率限制为上千或 上万标准立方厘米每分钟(sccm)。然而，这通常是不可接受的高流率。 例如，当使用硅烷时，为了获得大约21,500sccm的释放率，气瓶压 力必须降低至800磅/平方英寸。这种降低的填充压力又严格地限制了 每个气瓶的总容积。这种容积限制需要更加频繁地更换气瓶，这又增 加了气体泄漏、暴露和/或火灾的危险。称为SEMATECH(半导体制造 技术)的半导体协会估计大约35％的与气体相关的事件发生在气瓶更 换期间。

其它可选的系统已经在美国专利No.6,089,027和 No.6,343,476B1中提出。在这些系统中，一个或多个设定压力调节器 沿着气体的流径顺序地布置，该流径与气瓶的出口相连通。利用该调 节器以将压力逐渐降低至大约100磅/平方英寸并且降低气瓶出口处 的流率。此外，在称为并由Advanced Technology Materials，Inc. 销售的商业实例中，采用诸如上述RFO的标准RFO，以将最大流量 进一步降低至大约5,000sccm。

美国专利No.5,937,895；6,007,609；6,045,115公开了具有 接通/断开阀的高压气瓶，这些专利转让给Praxair Technology，Inc.， 并且通过引用而全部结合于本发明中。在这些文献中公开的系统只有 当在出口上施加真空(即小于760托)时才能由终端用户打开。

本发明提供超过现有技术的若干优点，包括当高压气瓶的 出口暴露于大气状态或者另外工作于超大气状态时，降低高毒性气体 和/或可燃气体的流率。