[发明专利]危险气体安全输送系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种危险气体安全输送系统，特别是涉及一种应用于半导体工业的安全可靠且实时监控危险气体浓度的危险气体安全输送系统。

背景技术

工业加工和制造应用中需要用到毒性较高的流体（见美国专利7905247）。这些应用中有一类应用就是半导体材料的加工，在半导体材料的加工中需要保证毒性较高的氢离子气体或者卤素气体（hydridic or halidic gases）的安全储存和处理。这些气体包括例如：硅烷、锗烷、氨气、磷化氢、砷化氢、锑化氢、硫化氢、硒化氢、碲化氢、三氟化磷和五氟化砷等其他卤素化合物。出于毒性和安全的考虑，在工业加工设备中必须小心谨慎地储存和处理这些气体。半导体工业中特别依赖在离子注入中作为源砷（As）、磷（P）、硼（B）和硅（Si）的气态砷化氢（AsH₃）、磷化氢（PH₃）、三氟化硼（BF₃）和四氟化硅。通常离子注入系统采用储存于传送容器（delivery vessel）中的压强为800psig（磅/平方英寸）的砷化氢和磷化氢的稀释混合物以及压强为1500psig的纯净气体，该纯净气体例如三氟化硼和四氟化硅。在半导体工业中，由于这些气体具有较强的毒性和较高的压强，它们的使用、运输和储存存在较大的安全顾虑。

出于不同安全上的顾虑，现有技术中已有一些系统被开发以用于在负压条件下将这些氢离子气体或者卤素气体传送至离子注入装置。例如，ATMI,Inc.的一化学系统SDS^TM涉及在一压缩气瓶中填充物理吸附材料（活性炭）并可逆地将该掺杂气体吸附至该材料上。解吸附过程涉及在该吸附材料/吸附柱上作用真空或高温。实际上，离子注入机中的真空是用于从该固相吸附剂中释放该气体的。该SDS（Safe Delivery System，安全传送系统）技术存在以下局限：1）由于该吸附材料具有一有限的装载容量，由此限制了在一给定尺寸气瓶中的产品的量；2）将该气瓶包裹（cylinder package）加热可以触发该解吸附过程，当该气瓶暴露在高于70华氏度的温度下时，会导致该气瓶达到了大气压强和超大气压强并且在大气压强和超大气压强下传送气体，而这一温度在气瓶仓库中和一离子注入装置中是很常见的；3）由于其他材料/气体在该吸附材料上的吸附/解吸附会影响传送至该气瓶上的气体的纯度；4）气瓶的利用率在很大程度上被作用于该包裹上的真空深度所影响，例如往往在该包裹中还有相当一部分产品的时候该气瓶就被替换了；5）吸附剂的损耗可在该气体传送系统造成微粒污染。

此外，美国专利Nos.6,089,027和6,101,816均涉及一流体储存和分配系统，该系统包括一容器，该容器用于维持一理想压强。该容器包括一压力调节器，例如一单级调节器或多级调节器，该压力调节器与该容器的一接口相连并且被设置为一预设压力。一分配组件被设置于可与该调节器气流相通，该分配组件例如包括一流控制装置，该流控制装置例如一阀门，该阀门的开启影响了气体/蒸汽自该容器的分配。该容器中的流体可以由在一般温度（例如环境温度（室温））、在超过其液化压强的一压强下被约束于该容器中的液体构成。

美国专利No.6,857,447B2公开了一气体分配装置，其中源容器包含了压强在20psig-2,000psig之间的气体。该装置需要一较高压强的气瓶，该气瓶具有一个较大的颈部开口以容纳在流体排出路径上连续排列的两个压力调节器。位于入口气体端的该第一调节器将压强从1000psig（或者当时该容器中的实际压强）降至100psig，而该第二调节器将压强从100psig降至负压。

美国专利No.5,937,895致力于研究具有一分配阀和一流体限制装置的流体储存和分配容器以提供一失效保护的系统来防止流体从一加压气瓶或气罐的危险泄露。美国专利Nos.6,007,609and6,045,115公开了沿着流体流动路径放置的限流器，并且该限流器提供了细长的开口以在该分配阀失灵的时候最小化有毒气体从压缩气瓶的泄露。在后的三篇文献提供了一负压传送系统，其中褶皱盒位于一栓/提升阀组件对于通过一阀的气体流的下游。

另外，现有技术中还有一种“瓶中瓶”（bottle in bottle）的结构来为毒性较强的高压气体提供安全保障，即将该危险气体气瓶置于另一密封性良好的气瓶中，倘若该危险气体气瓶泄露，泄露的气体也可被限制于其外部的气瓶中。

然而，上述提及的装置大都没有高压端的漏气及自动保护措施，所以无法最有效防止危险气体泄露所导致的危害，并且具有较为复杂的结构和精细加工，其造价也都不菲。

发明内容