專利名稱：長方體流體貯存和分發(fā)容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及一種流體貯存和分發(fā)裝置，它包括一個具有長方 體形狀的流體貯存和分發(fā)容器，還涉及一種包含這樣的流體貯存和分 發(fā)裝置的集成氣箱組件。
背景技術：
在近年來，基于吸附劑的流體貯存和分發(fā)裝置己經(jīng)進入到半導體 制造應用中，作為多種半導體制造設備作業(yè)的氣體供給。
這種半導體制造作業(yè)包括但不限制于使用如三氣化硼、砷化三 氫、磷化氫和乙硼烷等氣體試劑的離子注入；使用多種有機金屬的初 級試劑氣體的含金屬膜的化學蒸鍍；以及利用如硅烷和光環(huán)硅烷氣體 等的硅元素試劑的硅絕緣體(SOI)光電子裝置結構的制造。
商用的基于吸附劑的流體貯存和分發(fā)容器包括ATMI公司 (Danbury， CT)和Matheson氣體產(chǎn)品公司(Parsippany, NJ)的SDS 和SAGE商標的氣體源系統(tǒng)。這種系統(tǒng)一般包括一個傳統(tǒng)的高壓氣缸 容器，作為如分子篩(鋁矽酸鹽)、活性碳或其他具有吸附親和力的 材料的固態(tài)物理吸附劑的貯存，用于令流體貯存在該氣缸容器中并可 選擇性地從該氣缸容器中分發(fā)。該氣缸容器以吸附劑粒子床的形式而 存放吸附劑介質，而該容器中充滿吸附氣體，從而使氣體可在比過去 使用這種氣缸貯存氣體的壓力(如，1500-5000托的數(shù)量級或更高的壓力)低得多的壓力下，吸附地保存在該吸附劑床中。
現(xiàn)有技術的高壓氣缸使用了高于大氣壓的壓力來貯存氣體，這是 因為這樣的壓力水平允許該容器可供應相當大量的貯存氣體。但是這 樣的大量氣體供應容量伴隨的是與高壓壓縮氣體的貯存關聯(lián)的危險和 關系安全的大事。在氣缸破裂或由于故障或損壞的閥蓋而引起的氣體 泄漏事故中，高壓氣缸會引起氣體向大氣環(huán)境災難性地泄露的危險， 這是因為壓縮氣體會迅速被排放到容器外的環(huán)境中。尤其是在許多通 常使用的試劑和清洗氣體是高毒性、同時也對周圍環(huán)境造成危險(例 如與大氣接觸引起自燃或爆炸)的半導體制造作業(yè)中，這是一個問題。
上述引用的基于物理吸附劑的氣體貯存和分發(fā)容器在氣體供應系 統(tǒng)的安全性和效用性取得了相當?shù)母倪M，這是因為氣體被有利地以低
貯存壓力的形式而保持在吸附劑床中，例如低于大氣壓的400到700
托，或者是遠低于保存在高壓壓縮氣缸中的氣體壓力的壓力。因此， 當發(fā)生容器破裂或閥蓋故障，氣體被排出到大氣環(huán)境中一一例如以低 于大氣壓的壓力而保持在容器內(nèi)的吸附劑床中的氣體發(fā)生擴散流 出——的比率相當小。由于這種基于吸附劑的氣體貯存和分發(fā)容器的 提高的安全特性，使得它在運輸和使用中，相對于那些傳統(tǒng)的高壓壓 縮氣缸，可以使用更加簡單的和成本更低的容納裝置、監(jiān)測和備用安 全系統(tǒng)。
在使用這種基于物理吸附劑的氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)中，通過對氣 體從保存在容器內(nèi)部的物理吸附劑介質中進行氣體的解除吸附作用而 實現(xiàn)分發(fā)，從而經(jīng)過解除吸附的氣體可以流出到容器外。
這種解吸附作用可以通過壓力差而進行，由此在容器外提供一個 低于容器內(nèi)部壓力的壓力。另外，這種解吸附作用也可以通過對物理 吸附劑介質進行加熱而實現(xiàn)，使被吸附的氣體和物理吸附劑介質之間
的低聯(lián)合鍵斷開。還有另外一種分發(fā)形式 一種運載氣體可以在氣缸容器的內(nèi)部流過，從而在被吸附的氣體上作用一個濃度差，使被吸附 的氣體大量流入到運載氣體流中，然后從這種流動的運載氣體中進行 后續(xù)的分發(fā)。
作為用于傳統(tǒng)的高壓壓縮氣體貯存和分發(fā)并作為用于基于物理吸 附劑的氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)的這種氣缸容器，如其名字所表示，是一 種具有上頸部開口的圓柱形容器， 一般由鋼或其他合金材料所制成。 一個閥蓋組件被連接到該頸部開口上，如，通過焊接、銅焊或其他方 式，它還包含 一 個位于閥蓋體內(nèi)的流動控偉lj閥該閥蓋體具有 一 個流動 通道，其活動的閥元件被布置在流動通道中，可根據(jù)需要而選擇性地 打開或關閉，以允許試劑流體從該氣缸容器的內(nèi)部向外流出。
該閥蓋可以包括一個手輪、自動閥執(zhí)行器或其他結構元件，用于 對閥進行操作。該閥蓋一般在流出面上配有一個流動連接器，或者配 備有其他用于將流動通道、管道、歧管等和閥蓋連接的裝置，使得氣 體能夠從容器中流經(jīng)閥蓋和相連的流動線路而流動到使用的地點。該 陶蓋可選地包含額外的通道和出入口，例如用于將吸附劑介質充滿容 器、用于將可吸附的氣體裝載到吸附劑床上、用于清洗容器、用于在 預處理過程中對容器內(nèi)的吸附劑介質進行烘干等，而該閥蓋可以集成 或連接有對該氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)進行操作所需的適當?shù)姆职l(fā)、監(jiān)測 儀器和控制裝置。
上述類型的流體貯存和分發(fā)裝置在發(fā)明人為Glenn M. Tom和 James V. McManus的美國專利5,518,528中有更詳細的介紹，該專利通 過完全引用而被結合在本文中。
在商業(yè)的基于物理吸附劑的低壓氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)用所使用的 容器繼續(xù)使用高壓壓縮氣體貯存和分發(fā)裝置中所使用的傳統(tǒng)類型的重 金屬缸。在基于吸附劑的系統(tǒng)中繼續(xù)使用重金屬缸體，可歸因于以下 幾點。
8這種圓柱形容器已經(jīng)有100多年的使用歷史，并且得到了世界上 管理機構所普遍許可用于對氣體的貯存、運輸和分發(fā)。由于有多個制 造商的批量生產(chǎn)，可以很容易地獲得這些容器。它們是相對便宜、并 被廣泛接受的。
除了這些因素，還因為所貯存的氣體容積是壓力的函數(shù)，由于圓 柱形的容器具有最小的橫截面面積(即，圓形)，因此相對于其他的 幾何圖形，它們可以以最小的應力和變形來容納更高壓力的氣體。因 此在通常的應用中，這種容器被應用在符合安全考慮的高壓環(huán)境中， 目的是為了能夠在容器中貯存最多的氣體。由于這種圓柱形容器是對 高壓氣體貯存的超安全標準設計，因此這些容器被認為是安全的包裝 裝置。此外，在涉及有毒和危險氣體的應用中，法規(guī)也已經(jīng)批準這種 安全的包裝。
鑒于這些因素，重金屬圓柱形容器已經(jīng)成為基于物理吸附劑的氣 體貯存和分發(fā)系統(tǒng)的標準包裝裝置。但是盡管這樣，還要承認這種容 器仍然有很多不足。由于它們的超安全標準設計特點，其圓柱形內(nèi)壁 很厚，并且由于它們由鋼或其他結構金屬所構成，因此這種容器十分 重，因此相對于輕的物品來說，它們的運輸成本較高。此外，這種重 的圓柱形容器是垂直直立細長的形狀，其長度和直徑之比遠遠大于1， 因此它們比較笨重，難以移動、安裝和更換。
因此在本技術領域中急迫需要有一種新的、改進的用于基于物理 吸附劑的氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)的包裝裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種流體貯存和分發(fā)裝置，該裝置包含 一個流體貯存和分發(fā)容器，該容器具有一個內(nèi)部容積，其中該內(nèi)部體 積包含了物理吸附劑，該物理吸附劑在其上可吸附地保持著 一 種流體并且該流體可以從該物理吸附劑被解吸附而從該容器中分發(fā)出去；另 外該裝置還包含一個連接于容器上的分發(fā)組件，用于從容器中分發(fā)出 被解吸附的流體，其中該流體貯存和分發(fā)容器是長方體的形狀。
本發(fā)明的另一方面涉及一種氣箱組件，包含
一個氣箱，該氣箱限定了一個被包圍的內(nèi)部容積，并在所述的內(nèi) 部容積中包含設置用于從氣箱中分發(fā)氣體的流動線路；以及
一個布置在氣箱內(nèi)部容積中的氣體源，它以供應氣體的關系而連 接于流動線路上，其中所述的氣體源包含至少一個長方體形狀的流體 貯存和分發(fā)容器，每個所述的流體貯存和分發(fā)容器包含有可吸附地駐 留其上所述氣體的物理吸附劑；還有連接于所述的流體貯存和分發(fā)容 器上的一個分發(fā)組件，用于從該容器中分發(fā)所述的氣體，以流動到所 述的流動線路中。
本發(fā)明的另 一 個方面涉及 一 種減少氣箱組件的覆蓋區(qū)的方法，該 氣箱組件包含一個氣箱，該氣箱含有一個氣體源，該氣體源包含至少 一個氣體貯存和分發(fā)容器，該容器包含有可吸附地駐留其上所述氣體 的物理吸附劑，所述的方法包含將所述的至少一個氣體貯存和分發(fā)容 器的每一個都設計為長方體的形狀。
本發(fā)明的另一方面涉及一種低壓貯存和分發(fā)氣體的方法，包含 制造一個具有長方體形狀的容器；在該容器內(nèi)布置一層具有對所述氣
體有吸附親和力的物理吸附劑；將所述的氣體充入到所述的容器內(nèi)， 以被吸附在所述的物理吸附劑上；用一個含有可動作閥的閥蓋密封所 述的容器，以封閉該物理吸附劑和被吸附的氣體，并將它們與容器的 外部環(huán)境隔絕；從物理吸附劑中對被吸附的氣體進行解吸附，并操作 閥蓋上的可動作閥，從而令氣體從容器中流動經(jīng)過該動作閥，用于氣 體分發(fā)。
在另一方面中，本發(fā)明涉及一種減少流體對半導體制造設備中的廢氣洗滌器的負擔的方法，所述的設備包含一個排氣箱，在該氣箱的 運作中，通風氣體流經(jīng)該排氣箱，所述的方法包含在所述的通風氣 體從氣箱排出之前，將它與氣箱內(nèi)的一種洗滌介質接觸，以清除其上 的可洗滌的污染物；將經(jīng)過洗滌的通風氣體排出氣箱，這樣就不需要 由所述的半導體制造設備的廢氣洗滌器來對排出的通風氣體進行處 理。
本發(fā)明的另一個方面涉及一種氣箱組件，它包含 一個排氣箱， 它限定了一個被包圍的內(nèi)部容積，并在所述的內(nèi)部容積內(nèi)包括了用于 從箱體中分發(fā)生產(chǎn)氣體的流動線路； 一個生產(chǎn)氣體源，它被布置在氣 箱的內(nèi)部容積中，并以供應氣體的關系而連接于流動線路上； 一個通 風氣體源，它用于為排氣箱提供通風氣體； 一個通風氣體出口，用于 將通風氣體從排氣箱中排出；以及使用點的洗滌器，它被布置在排氣 箱的內(nèi)部容積中，用于在通風氣體通過通風氣體出口而排出排氣箱之 前清除排出氣體中的污染物。
本發(fā)明的其他方面、特點和實施例將會從下面的公開內(nèi)容和附加 權利要求中更加充分顯露出來。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種長方體流體貯存和分發(fā)容器 的透視圖，帶有一個管閥連接。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的一種長方體流體貯存和分發(fā)容 器的透視圖，帶有一個法蘭閥連接。
圖3是如圖2所示型式的長方體流體貯存和分發(fā)容器的正視圖， 顯示了其結構細節(jié)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明另一方面的一個氣箱組件的原理圖，在其中布 置了多個根據(jù)本發(fā)明的長方體流體貯存和分發(fā)容器。
具體實施方式
本發(fā)明是基于以下的發(fā)現(xiàn)基于物理吸附劑的流體貯存和分發(fā)裝 置可以利用具有長方體結構的流體貯存和分發(fā)容器而構成，關于解吸 附過程的性質和程度和物理吸附劑介質在容器中可達到的填充密度、 以及包含這種容器的流體lt存和分發(fā)裝置在半導體制造作業(yè)中的使 用，它具有不可思議的和意想不到的優(yōu)點。
作為解釋長方體結構的容器在本發(fā)明的流體貯存和分發(fā)裝置中具 有意想不到的優(yōu)點的背景，首先可能想到的是將一種長方體的結構應 用在一個基于物理吸附劑的流體貯存和分發(fā)系統(tǒng)中會有更大的缺點， 這是因為(i) 一個長方體容器具有六個表面，若容器的每個表面是 一個獨立件，其制造需要十二條焊接線(對比之下，圓柱形容器可以
通過管狀的軋制鋼而形成，無需接縫)；(ii)與(i) 一致，長方體結 構的容器的制造成本會預期比對應的圓柱形容器的高；(iii)長方體的 結構在相鄰的垂直壁的接合處包含"尖銳"的轉角，因此在接合線上 可能會形成空隙，其中相對于對應的圓柱形幾何學容器(這種容器沒 有這樣的角，相反是最小橫截面面積的形狀，該形狀在容器的內(nèi)部容 積中限定了物理吸附劑材料的床)，吸附劑床可能不會堆積在轉角； 以及(iv)相對于"無縫"的圓柱形容器，兩兩相鄰的垂直壁的交叉處 會產(chǎn)生一個接縫，該接縫容易被作用于其上的壓力或外力而弄斷裂。
但是，申請人發(fā)現(xiàn)，長方體結構確實會導致容器內(nèi)吸附劑床在相 鄰壁的交叉接縫附近更加松散，不過這并不是一個缺點，實際上，作 為更高的氣體流通率通道，使形成空隙的被解吸附或未吸附的氣體流 出大容積的吸附劑床外，這種低密度的吸附劑床區(qū)域是很有利的。
此外，正是因為圓柱形容器是最小橫截面的結構，由于包圍壁面 積的最小圓周長度，所以在圓柱形容器的內(nèi)壁"呈現(xiàn)"的吸附劑的數(shù) 量被最大化?？紤]相反的情況，在長方體結構內(nèi)，在橫截面上限制(接 近)吸附劑床的內(nèi)壁的外圍長度要比在圓柱形容器內(nèi)的大。因此，相 對于同等大小的圓柱形容器，長方體結構可以使更多的氣體流出容器外，這是因為限定吸附劑床的內(nèi)壁表面具有非吸附的特性，而相對于 圓柱形容器，在長方體結構容器內(nèi)，在吸附劑床的外邊緣具有更大比 例的這種內(nèi)壁表面。因此，相對于在吸附劑床的內(nèi)部的被解吸附的氣 體，在壁面區(qū)域上的被解吸附的氣體在其首次被解吸附而從吸附劑介 質中釋放后更加難以再次被吸附。此外，長方體的結構具有以單片形式駐留吸附劑的特別效用，這 種形式在共同等待審批的J. D. Carmthers的美國專利申請"單片碳元素 吸附劑的氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)"中公開，該申請與本文同時提交。如 在上下文中所用，"單片"表示吸附劑介質是整體的或整塊的形式， 這與傳統(tǒng)的經(jīng)過細微劃分的形式不同，如珠子、粒子、顆粒、小球等 形式，它們一般以包含大量這種珠子、粒子、顆粒、小球等的吸附劑 床的形式而被使用。這樣，在具有大量細微劃分的物理吸附劑元素的 這種吸附劑床中，活性吸附劑的無效空間大部分是空隙或顆粒之間， 根據(jù)吸附劑顆粒的尺寸、形狀和填充密度而改變。對比之下，在單片 形式中，活性吸附劑的無交i空間是以吸附劑材料的多孔性質的形式存 在，和在其加工過程中在整塊吸附劑體上形成的空隙。在一個實施例中，本發(fā)明涉及一種長方體容器，它限定了一個封 閉的內(nèi)部容積，并具有一個與氣體分發(fā)組件連接的出入口，用于氣體 從容器選擇性地排出。該長方體容器以適當?shù)男问絹砣菁{吸附劑介質， 例如，為所需數(shù)量的氣體的吸附保持提供足夠的空間，在解吸附的條 件下提供良好的解吸附氣體釋放，以良好的跟隨特性(即，首次被吸 附的氣體的高解吸附程度)提供良好的工作空間，以及對所關心的氣 體具有適當?shù)奈接H和力，使得在將氣體貯存在其中時在容器內(nèi)部容 積內(nèi)保持低氣壓。因此，物理吸附劑可以以分開的形式存在，例如，以珠子、小球、 小環(huán)、小板、小塊、圓柱形壓出物、顆粒、立方體形狀、澆鑄的幾何 規(guī)則或不規(guī)則形狀的形式，或者以任何其他形式，這種形式有利于應用于被放置在長方體容器的內(nèi)部容積內(nèi)、并被用于駐留需要貯存并可 選擇性地從容器中分發(fā)出去的氣體的吸附劑介質中。以這種分隔形式提供的物理吸附劑是以大量的這種形式而使用 的，作為吸附劑介質的床。這種分開形式的大小可以根據(jù)在容器中使 用的這種顆粒形狀的分開形式的質量傳遞因素和填充因素而容易地確 定，用于本發(fā)明給定的最終應用。另外，物理吸附劑也可以是單片的形式，包括大小與長方體容器 相稱的吸附劑材料的塊、磚、人造剛玉或其他相似形式，從而該容器 容納一個或少量一一如少于75個，更優(yōu)選地為少于20個一一這樣的分散單片物。在另一個優(yōu)選的方面，該容器容納不多于8個這樣的分 散單片物，甚至更優(yōu)選地不多于4個這樣的物品，而最為優(yōu)選的是，該容器容納 一 個單片物理吸附劑物品。在該長方體容器中放置的這種單片物品提供了一個吸附劑塊(若 吸附劑以多個單片物品的形式提供，這是它們的總和)，它在尺寸和 形狀上優(yōu)選地符合該長方體容器的內(nèi)部容積，從而這種單片物品的吸附劑塊占據(jù)長方體容器的內(nèi)部容積的至少60%，優(yōu)選地占據(jù)這種容器 內(nèi)部容積的約75%到95%。若是以單個的單片形式提供，用于這種用途的吸附劑介質可以在 容器內(nèi)原位置上，例如，通過將液態(tài)或者流動相態(tài)的有機樹脂填充到 容器內(nèi)，然后在容器內(nèi)對其進行高溫分解而形成。若是以多個單片物品的形式提供，每個這樣的物品的長度是容器 的內(nèi)部容積高度的0.3到I. 倍，橫截面面積是容器的矩形橫截面面積 的0.1到0.5倍。每個單片元件優(yōu)選地為長方體的形狀，以最大化該容 器的內(nèi)部容積的使用，其中在容器的內(nèi)部容積中，每個單片元件可以 橫向和/或縱向地在與相鄰單片元件的接觸面上毗鄰。另外，在某些情況下，可能希望吸附劑單片元件為實心圓柱體的形狀，各個圓柱體元 件被裝載到內(nèi)部容積中，以至于它們彼此沿著相對表面而相切地彼此 毗連，并至少部分地在它們的圓形橫截端面上面對面接觸地相互毗連。本發(fā)明的氣體貯存和分發(fā)裝置中的氣體貯存和分發(fā)容器的長方體 形狀使容器適于在氣箱內(nèi)的安裝和保留，這在半導體制造設備中是廣 泛使用的，可以使氣箱內(nèi)的無用容積減到最小。相對于傳統(tǒng)的圓柱形 容器，它們的圓形橫截面產(chǎn)生了無用的容積，這個無用容積靠近與氣 體貝亡存和分發(fā)容器相鄰或緊密靠近的氣箱的內(nèi)壁和其他的矩形和方形 部件，因此這就獲得了一個根本性的好處。此外，當多個容器被放置在氣箱內(nèi)，并以并排的形式布置時，傳 統(tǒng)的圓柱形容器的圓形橫截面在氣箱的內(nèi)部產(chǎn)生了大量的無用容積， 而本發(fā)明的長方體容器可以以并排的關系而布置，它們相鄰的側壁相 互接觸或緊密靠近，以使得氣箱內(nèi)部的無用空間減到最小。因此，相對于傳統(tǒng)的圓柱形容器，本發(fā)明的氣體貯存和分發(fā)裝置 中的長方體容器使氣箱內(nèi)部的無用空間大量減少。因此，與現(xiàn)有技術 的圓柱形容器相比，本發(fā)明的容器可以使在同樣的氣箱內(nèi)部容積內(nèi)存 放更多的氣體。這從而就減少了在氣箱工作過程中容器的更換頻率， 從而進一步減少更換用盡的氣體供應容器所消耗的工作時間，并進一步減小購買氣箱設備的花費。圖1的長方體容器提供了 3.62升的容積 填充空間，而在氣箱內(nèi)部占據(jù)相同實際位置的傳統(tǒng)圓柱形容器只有2.2 升的容積填充空間。另外，用于存放同樣多氣體的氣箱可以更小，從 而減小氣箱的覆蓋區(qū)，并減少用于產(chǎn)生為氣箱內(nèi)部安全所必需的通風 所需要的氣流。如在這使用的，術語"氣箱"和"氣室"是指在至少一個氣體供 應容器中使用的封閉物。該封閉物可以配備有流動線路，包括管道系 統(tǒng)、歧管裝置、闊、大流量控制器、壓力和溫度監(jiān)測裝置，另外該封閉物可以通風，包括來自該封閉物外部的氣體源的潔凈的干燥空氣 (CDA)通過該封閉物流動，排出的廢氣被釋放到該封閉物所應用的設備中的廢氣處理系統(tǒng)中，或者被處理并作為循環(huán)尾氣而通過該封閉 物循環(huán)流動。在特定應用中的該封閉物可以是半導體加工工具的一個部件，例 如，在離子注入系統(tǒng)中的一個氣箱。該封閉物可以被布置用于存放單個氣體供應容器，或者，它也可以被布置用于存放一排容器，例如，2個或3個或更多的容器，其中每 個容器可以被用于提供一種相同的或不同的氣體，并且，這些容器可 以以任何適當?shù)男问脚c流動線路連接，例如，通過封閉物內(nèi)的適當?shù)?監(jiān)測和控制組件，例如一個循環(huán)定時器， 一旦在當前運轉中的容器內(nèi) 的氣體耗盡，流動線路就會被切換到該封閉物內(nèi)的一個后備容器上， 該循環(huán)定時器結合在一個微處理控制器上、并用于使運轉中的容器工 作一段預定時間、或者令容器在一個或多個被監(jiān)測的過程條件處于一 個預定的設定點范圍內(nèi)的 一 段時間內(nèi)工作。本發(fā)明的氣體供應裝置中的長方體容器可以以任何適當?shù)姆绞綐?造，例如，通過對金屬片的焊接或對薄金屬片的擠壓而成。這種金屬 可以是任何適當?shù)念愋停ㄤ?、不銹鋼、鋁、銅、黃銅、青銅或其 他金屬或合金。另外，這種容器可以通過類似的技術或其他技術形成， 例如，對聚合材料、陶瓷材料、玻璃和玻璃質材料、以及具有作為用 于氣體貯存和分發(fā)容器的結構材料的適當特性一一例如，用于容器的 氣體存放用途的充分低的滲透性一一的合成材料，進行超聲波焊接、 熔焊、激光焊等。該容器在其一個表面上，例如，在容器的頂面上，可適當?shù)貥嬙?有一個出入口，其中闊蓋或其他分發(fā)組件可以以防滲的方式與之結合， 例如，通過適當?shù)膲汉富蚍夂讣夹g以及適應于容器和分發(fā)裝置的特定材料的材料。在將閥蓋結合到容器上之前，可以通過所述的開口而將 微粒吸附劑充入到容器中，或者該容器可以在最終內(nèi)壁部件的連接之 前裝入單片形式的吸附劑，或者該單片吸附劑可以如上述那樣形成于 原位置上。一旦被裝入到容器中，吸附劑介質要被除氣，或者通過其他方式 進行預處理，例如通過熱處理、增壓/降壓循環(huán)或其他方法。在容器的 最終密封之前，吸附的氣體被充入到容器中，而在這種充氣過程中， 容器要被冷卻或進行熱控制，例如通過逐步充入，以消除吸附作用的 扭量o,、、、~r-。然后，充氣后的容器例如通過關閉閥蓋被密封，此后，充氣后的 氣體供應容器就可以被存放、運輸或適當?shù)胤旁谑褂玫牡胤?。參照附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的長方體流體貯存和分 發(fā)容器10的透視圖，其中有一個管閥連接閥蓋12和把手14被焊接在 容器的頂面上。在一個特定實施例中的容器10由一個焊接的鋼板壁結 構形成，沿容器的垂直(縱向)軸線上是一個矩形的橫截面。容器的 壁為0.100英寸厚的碳鋼，而容器的內(nèi)部容積為3.62升。把手14為1/4 英寸的線材坯，形狀如圖所示，并被焊接在容器IO的各自末端上。管閥連接閥蓋12的分發(fā)閥通過一個1.5英寸的管螺紋連接頭而與 容器10螺紋連接。閥蓋可以具有任意適當數(shù)量的出入口，例如，單口 閥蓋、雙口閥蓋、3 口閥蓋等。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的長方體流體貯存和分發(fā)容器10 的透視圖，有一個法蘭閥連接閥蓋12A和把手14被焊接在容器10的 頂面上。圖2上的閥蓋與圖1所示的不同之處在于，與圖1所示的管 連接頭相對，在圖2的實施例中具有一個法蘭連接頭。如圖2所示的 法蘭連接頭包含一個法蘭件，它帶有被螺栓固定在容器10的頂面上的圓環(huán)槽。在圖1和圖2上的實施例中的氣體貯存和分發(fā)容器具有容納可吸 附地駐留吸附氣體的物理吸附劑介質的內(nèi)部容積，其中當流動線路與 閥蓋連接，并且閥蓋上的閥打開而允許吸附氣體被解吸附并從容器中 排出到流動線路和下游的氣體消耗處理中時，吸附氣體就通過分發(fā)流 動線路而通過閥蓋被分發(fā)?？梢砸匀魏芜m當?shù)姆绞綄⑽綒怏w從吸附 劑材料中解吸附并從容器中排出，這些方式包含，例如，壓力中介方 式的解吸附、熱中介方式的解吸附，以及/或者濃度梯度中介方式的解 吸附。下游的氣體消耗處理可以是任意適當?shù)念愋?，例如，半導體制造 處理。這些半導體制造處理的圖例包括但不限制于，離子注入、通過 除離子注入之外的方法進行的半導體摻雜、化學蒸汽沉積、反應離子 蝕刻、光刻膠殘渣去除等。同樣，吸附氣體可以是任意適當?shù)念愋停鳛槔影ǖ幌拗?于，砷化三氫、磷化氫、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、乙硼烷、 三甲基硅垸、四甲基硅烷、乙硅烷、硅垸、鍺烷、有機金屬氣體試劑、 硒化氫、碲化氫等。該吸附氣體可以多種多樣，取決于所用的物理吸 附劑介質和被解吸附的和分發(fā)的氣體的最終用途應用。吸附氣體可以在任何適當?shù)膲毫ο麓娣旁谌萜髦?，包括低于大?壓的壓力、大氣壓力和高于大氣壓的壓力。被存放的流體的壓力可以 是低于大氣壓的，例如，用于本發(fā)明的摻質和離子注入的應用的不超 過700托的壓力。例如，離子注入氣體——如砷化氫、磷化氫和三氟化硼，可以在400到700托左右的壓力下被存放在容器中。在本發(fā)明 的各種特定應用中，氣體也可以在大氣壓力下被存放在容器中，或者 是較低的低于大氣壓力的壓力，如不超過1500托的壓力。圖3是如圖2所示的長方體流體貯存和分發(fā)容器的正視圖，顯示了其結構細節(jié)。如圖所示，該氣體貯存和分發(fā)容器包含一個物理吸附劑被放置其中的內(nèi)部容積16。該物理吸附劑可以是任意適當?shù)念愋?，包括碳、活性碳、金屬滲碳、分子篩(鋁硅酸鹽)材料、多孔硅、硅石、氧化鋁、苯乙烯一二乙烯苯聚合材料、吸附粘土、燒結玻璃介質 紐寸o同樣，物理吸附劑也可以是適應于在特定應用中的氣體貯存和分 發(fā)系統(tǒng)用途的任意適當?shù)男问?。吸附介質可以為分開的形式，例如珠 子、顆粒、小球等，或者它也可以是如上所述的單片形式。該容器配備了一個法蘭閥連接的閥蓋12A，其中法蘭元件通過環(huán) 形密封圈18，以密封的方式固定在容器的頂壁上，而把手則通過焊接 的方式而固定在容器的頂壁上。在這種長方體形狀的貯存和分發(fā)容器的另一個變化結構中，圖3 顯示了具有一個可選頂蓋13的容器。如原理圖中所示的該頂蓋13同 樣也是長方體形狀的，并在頂蓋的各個側面上具有開口 15。配有這種 頂蓋的容器可以沒有如圖3所示的把手，或者，把手可以構成于頂蓋 13上。頂蓋13上的開口 15提供了一個把手結構，允許整個容器組件 可以用手抓住并運送，而這樣的開口也允許用手接觸閥蓋12A，例如， 將一條分發(fā)線連接到閥蓋的排放口上。頂蓋13可以以任意適當?shù)姆绞蕉潭ㄔ谌鐖D3所示的改良的容器 結構的容器箱體上，例如，通過容器箱體和頂蓋上的相互配合的連接 元件，從而使頂蓋和容器箱體可以相互機械鎖止，例如，卡銷連接、 螺紋接合連接、機械緊固連接(鎖銷連接、螺栓螺母連接等)、彈簧 偏移壓縮配合連接等。該頂蓋也具有保護閥蓋免受碰撞、與其它結構或物體接觸的壓力和拉力、以及其它有可能破壞閥蓋或影響其效用的物體的干擾的優(yōu)點。該頂蓋進一步可以具有一個把手元件，例如，通過焊接或其他方 式連接在頂蓋13的側面上，或以其它方式固定在頂蓋上。另外，該容器組件可以包括分開的頂蓋和把手元件，它們每個分 別連接在容器箱體上。作為根據(jù)本發(fā)明的一種流體貯存和分發(fā)裝置的一個特定例子，如圖3所示并結合圖3而說明的這種型式的一個裝置被構造成具有4.5英 寸X4.5英寸橫截面的容器。該容器的高度為12.3英寸，而容器的內(nèi)壁 和底板為0.188英寸厚。該容器由焊接的箱形管道材料組成。該容器可 以被制造成帶有一個法蘭連接的環(huán)形密封頂板，或者一個焊接的頂板。該法蘭連接的0形環(huán)密封頂板可以是具有適當厚度的一個頂板， 如約0.61英寸厚，并具有一個中心孔。在該中心孔的外圍周邊設有一 個例如是Viton人造橡膠材料的0形環(huán)件，然后有一個閥墊圈被固定 在該開口內(nèi)。該閥墊圈包括一個上圓盤部分，從該上圓盤部分向下懸 垂著一個直徑比上圓盤部分小的插頭部分，該插頭部分緊密地裝配在 頂板的中心孔內(nèi)，而0形環(huán)件位于上圓盤部分的下表面和頂板的上表 面之間。 、該容器頂蓋具有一個扭轉和鎖緊機構，帶有在頂蓋底部上的包含 長狹槽的一個彈簧定位銷鎖鍵，以及三個臺階螺栓。在使用中，頂蓋 底部上的長狹槽被壓下到三個臺階螺栓上，轉動15度并與螺栓結合， 這樣，鎖栓就防止頂蓋的進一步轉動，并將頂蓋牢固地定位在容器上。 另外，容器頂蓋也可以具有一個導向連接件和兩個鎖栓。頂蓋的側壁開口 (圖3上的開口 15)為3英寸X3英寸的開口， 而塑料的把手襯墊可以被固定在開口的上邊緣上，以便利對裝置的人如圖示裝置的容器可以在心軸(DOM)上被拉成方形截面的管狀 物，可能會具有圓角或鋒利的卯度轉角，該方形截面的管狀物由一個 焊接的管結構材料形成，其焊縫在經(jīng)過冷拉處理之后會消失。這種冷 拉處理的結果是一端封閉、另一端開口的一個無縫方形截面管。在將 單片吸附劑插入到該方形截面管的內(nèi)部容積之后，頂板就被焊接在該方形截面管的開口端之上。該頂板可以具有一個NPT螺絲，用于連接閥蓋組件，若頂蓋是是一種卡口頂蓋形式，該頂板還具有肩部銷釘， 用于連接該頂蓋。如圖示裝置的該容器可以由鍛造鋁、鋼或其他適當?shù)慕Y構材料組 成。頂板可以由相同的或不同的結構材料組成。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的流體貯存和分發(fā)裝置可以以一種較傳統(tǒng) 地用于現(xiàn)有技術中的圓柱形容器有更大改善的方式而有效地放置在氣 箱內(nèi)。對于傳統(tǒng)氣箱的矩形幾何來說，由于它們的長方體形狀，本發(fā) 明的容器可以以一種共形的方式被放置在氣箱內(nèi)。通過與氣箱的形狀 共形(即，流體貯存和分發(fā)容器的側壁緊靠或者甚至更優(yōu)選地為毗連 氣箱的內(nèi)壁)，由圓柱形容器所造成的"浪費容積"可以在本發(fā)明的 應用中被消除。圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個方面的一個氣箱組件的原理圖，該氣箱 組件包含一個氣箱20，它具有一個內(nèi)部容積30，在該內(nèi)部容積中放置 有長方體氣體貯存和分發(fā)容器50和52，它們作為各自的根據(jù)本發(fā)明而 構造的氣體貯存和分發(fā)裝置的部件。包含氣體貯存和分發(fā)容器50的該氣體貯存和分發(fā)裝置具有一個 閥蓋48，它與自動閥執(zhí)行器44連接，可被操作而打開閥蓋48上的閥， 從而使被解吸附的吸附氣體從容器50中流動到與歧管線路24連接的21支流排放線路34中。自動閥執(zhí)行器44通過信號傳輸線46而被連接到中央處理單元 (CPU) 58上，該CPU可以包含一個通用功能可編程的計算機，可編 程地用于在氣箱系統(tǒng)工作的一段預定時間內(nèi)執(zhí)行令氣體從容器50分發(fā) 出去的操作，這種功能可以通過自動閥執(zhí)行器44的動作而實現(xiàn)，另外 通過在線路46中將適當?shù)膄號傳遞給自動閥執(zhí)行器44而關閉閥蓋48 的氣體流動控制閥。這樣，從容器50分發(fā)出來的氣體就流經(jīng)閥蓋48和排放線路34而 流到與氣體流動分發(fā)調(diào)節(jié)器36連接的歧管線路24中，并最終被排放 到與氣體流動分發(fā)調(diào)節(jié)器36連接的出口線38中。氣體流動分發(fā)調(diào)節(jié) 器36通過信號傳輸線60而被連接到CPU58上，用于根據(jù)下游氣體消 耗處理(在圖4中沒有畫出)的氣體需求而對氣體流動分發(fā)調(diào)節(jié)器36 的調(diào)節(jié)。圖4中的氣箱組件還包括相應布置的氣體貯存和分發(fā)容器52，該 容器也配備有閥蓋54和通過信號傳輸線66而連接到CPU58上的自動 閥執(zhí)行器56，從而使來自容器52氣體可以選擇性地在支流排放線路 22中流動到與氣體流動分發(fā)調(diào)節(jié)器36連接的歧管線路24中，其方式 與上述的由容器50組成的氣體貯存和分發(fā)裝置中的相同。在圖4中的氣箱組件中，氣體貯存和分發(fā)容器50和52被布置成 相互并排毗鄰的關系，其中容器50毗連在氣箱20的側壁上，容器50 和52都毗連在氣箱20的后壁上。在使用本發(fā)明的基于物理吸附劑的氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)時，通過 除去典型用于使排出氣體從氣箱流動到半導體制造設備的廢氣系統(tǒng)中 的管道，氣箱組件可以進行相當?shù)暮喕?，該管道一般包括一個用于處 理設備中的廢氣流的大洗滌器。由于本發(fā)明的基于物理吸附劑的氣體貯存和分發(fā)系統(tǒng)是一個低壓氣體供應系統(tǒng)，因此，可以將氣體在氣箱 中從損壞的或發(fā)生故障的閥蓋、連接件等泄露出去的可能性減到最小， 另外相對于現(xiàn)有技術的使用高壓氣缸的氣箱系統(tǒng)，本發(fā)明中流過氣箱 內(nèi)部容積的穿透氣如CDA的氣流量也可以顯著地減少。在本發(fā)明的另一方面中，利用基于物理吸附劑的氣體貯存和分發(fā) 系統(tǒng)提高的安全性可以免去廢氣洗滌系統(tǒng)的管道系統(tǒng)，而取代之使用 氣箱內(nèi)部的一個簡單的使用點的洗滌器，以保證消除在氣箱排出的排 出氣體中的任何低水平污染物。在圖4的氣箱系統(tǒng)中原理地顯示了這種使用點的洗滌器的一個圖示實施例。如圖所示， 一個入口管道25將CDA或其他穿透氣送入到 氣箱20中，以凈化氣箱的內(nèi)部容積30，從而使氣箱內(nèi)部的任何有毒或 有害污染物從內(nèi)部容積中排出，而不會積聚到任何接近于氣箱內(nèi)包括 氣體源容器的氣體分發(fā)操作所可能涉及的特定危險部件的閾限值 (TLV)的水平。該箱體被安裝在氣箱20的內(nèi)部容積30中，氣箱20帶有一個使用 點的氣體洗滌器61，它吸入來自內(nèi)部容積30的排出氣體并令其與一種 適當?shù)南礈旖橘|接觸，如一種化學吸附劑，它可以與氣體污染物起反 應并將污染物清除并降低為低于可檢測的危險濃度。盡管為了描述和說明的方便而用原理圖來顯示，但這種洗滌器可 以通過任何適當?shù)姆绞綉?，例如，作為氣箱?nèi)的氣體面板中的文丘 里管入口 (低壓端)上的一個小洗滌單元。在通風氣體排放管63中的 氣體可以流到車間廢氣管道中，繞過車間廢氣洗滌器，從而減小車間 廢氣洗滌器的負擔，同時對于氣箱內(nèi)排出的氣體特性來說，又能夠保 持高水平的安全性。在如圖4的實施例中所使用的使用點的洗滌器中，該洗滌器可以配備一個終點檢測器，以確定洗滌材料的終點(即，在氣箱內(nèi)的長期 使用的洗滌材料由于反應耗盡而接近耗盡)?？梢詰萌魏晤愋偷慕K 點檢測器。
在第一種終點檢測器中， 一個窺鏡可以結合在該洗滌器上，例如， 若洗滌器是一種在接觸氣箱排出氣體的目標污染物種類時改變顏色的 類型，就可以將該窺鏡安裝在洗滌器外殼或容器的窗開口處。這樣， 氣箱的操作者就可以觀測到洗滌介質開始出現(xiàn)耗盡的情況，而洗滌介 質的更換、以新鮮的洗漆介質替換耗盡的洗滌材料的工作也就可以通 過該窺鏡而被有效地計劃為洗滌介質例行檢查程序的一部分。
第二種類型的終點檢測器使用一個色度傳感器而自動地檢測洗滌 介質的顏色變化，并操縱一個警報器或進行報告而提示操作人員需耍 更換該洗滌器。該傳感器也可以被設成關閉氣箱內(nèi)的流量閥，以防止 在洗滌介質被更換前繼續(xù)工作。
在第三種終點檢測的方法中，也可以將一個有毒氣體監(jiān)測器 (TGM)結合在洗滌器單元的殼體上。這種方法有效地用于使用點的 洗滌器單元所使用的洗滌介質在接觸目標氣體污染物種類時不會有明 顯顏色改變的情況。
第四種終點檢測技術使用一種可編程邏輯控制器(PLC)單元，
以計算洗滌器單元自從安裝之后氣體貯存和分發(fā)容器所更換的次數(shù)，
并操縱一個警報器或報告裝置而提示需要更換洗滌器單元。該PLC可 以被設成計算在單個氣體貯存和分發(fā)容器中洗滌器所暴露的氣體量， 以及從所放入的洗滌介質容量中確定在洗滌介質耗盡前可以進行更換 氣體貯存和分發(fā)容器的次數(shù)。
應該認識到本發(fā)明的構成和方法可以在與文中的詳細公開一致的 情況下以廣泛不同的方式實施。因此，雖然本發(fā)明在文中是結合了特定的特點、方面和實施例而進行說明的，但是應該認識到本發(fā)明并不 受限于此，而是能夠應用在其他的變化形式、修改形式和實施例中。 因此，本發(fā)明應被廣義地理解為涵蓋在下文中所聲稱的本發(fā)明的范圍 內(nèi)的所有這種其他的變化形式、修改形式和實施例。
權利要求
1.一種流體貯存和分發(fā)容器，該容器具有一個內(nèi)部容積、用于從所述內(nèi)部容積分發(fā)流體的出入口和連接于所述出入口的閥，其中該流體貯存和分發(fā)容器是長方體的形狀，所述容器容納單片形式的物理吸附劑，所述物理吸附劑中形成一個空腔，并且所述容器包括閥組件，所述閥組件包括所述閥，其中，所述閥組件包括容納在單片的物理吸附劑中的空腔內(nèi)的向下延伸部分。
2. 如權利要求l所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述物理吸 附劑在其上吸附地保持著流體，并且所述流體能夠從該物理吸附劑被 解吸附而從該容器中分發(fā)出該流體。
3. 如權利要求l所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述單片形 式由單一的單片物品組成。
4. 如權利要求l所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述單片形 式由多個分散的單片物品組成。
5. 如權利要求]所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，吸附劑塊占 據(jù)了容器內(nèi)部容積的至少60%
6. 如權利要求4所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述分散單 片物品具有長方體的形狀。
7. 如權利要求4所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述多個分 散單片物品中的每一個都具有實心圓柱的外形。
8. 如權利要求2所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述的流體 是從由砷化三氫、磷化氫、硒化氫、碲化氫，三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、乙硼烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、乙硅烷、硅烷、鍺烷 和有機金屬氣體試劑組成的組群中所選出來的一種流體類型。
9. 如權利要求2所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述的流體 在所述內(nèi)部容積中的壓力不超過約1500托。
10. 如權利要求2所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述的流 體在所述內(nèi)部容積中的壓力不超過約700托。
11. 如權利要求2所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述的流 體在所述內(nèi)部容積中的壓力為約400至約700托。
12. 如權利要求1所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，該物理吸 附劑由碳組成。
13. 如權利要求1所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，該物理吸 附劑由活性碳組成。
14. 一種氣箱組件，包含(a) 氣箱，該氣箱限定了一個被包圍的內(nèi)部容積，并在所述的內(nèi) 部容積中包含被布置用于從氣箱中分發(fā)氣體的流動線路；以及(b) 至少一個如權利要求1的流體貯存和分發(fā)容器。
15. 如權利要求14所述的氣箱組件，其中，該氣箱被通風到一個 半導體制造設備的車間廢氣系統(tǒng)中。
16. —種半導體制造過程，包括從在所述過程中使用的、如權利 要求1的流體貯存和分發(fā)容器中分發(fā)流體，其中所述過程從離子注入、 化學蒸汽沉積、反應離子蝕刻和光刻膠殘渣去除中選出。
17. 如權利要求16所述的半導體制造過程，其中所述流體是從由砷化三氫、磷化氫、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、乙硼烷、三甲 基硅烷、四甲基硅垸、乙硅烷、硅烷、鍺烷、有機金屬氣體試劑、硒 化氫和碲化氫組成的組群中所選出。
18. —種流體貯存和分發(fā)容器，包括 至少一個容器壁，所述容器壁限定一個內(nèi)部容積；用于從所述內(nèi)部容積中分發(fā)流體的出入口 ； 放置在所述內(nèi)部容積中的單片形式的物理吸附劑，在所述單片形式的物理吸附劑中形成有一個空腔；以及與所述出入口相連的閥組件，其中所述閥組件包括容納在所述空 腔內(nèi)的向下延伸部分。
19. 如權利要求18所述的流體貯存和分發(fā)容器，其中，所述容器 為長方體形狀。
20. —種長方體形的單片吸附劑，其上吸收有流體，該流體是從 由砷化三氫、磷化氫、硒化氫、碲化氫，三氟化氮、三氟化硼、三氯 化硼、乙硼烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、乙硅烷、硅烷、鍺烷和有 機金屬氣體試劑組成的組群中所選出。
21. 如權利要求20所述的單片吸附劑，其中該單片吸附劑由碳組成。
22. 如權利要求20所述的單片吸附劑，其中該單片吸附劑由活性 碳組成。
23. 如權利要求20所述的單片吸附劑，其中該單片吸附劑容納在 一個流體貯存和分發(fā)容器中。
24. —種氣箱，適用于在其中容納位于該氣箱的一個壁附近的至 少一個長方體形的流體供應容器，以在該氣箱內(nèi)提供緊湊的布置形式。
全文摘要
一種流體貯存和分發(fā)裝置包括一種具有長方體形狀的流體貯存和分發(fā)容器，另外，一種集成氣箱組件包括這種流體貯存和分發(fā)裝置以及/或者在排氣箱內(nèi)的使用點通風氣體洗滌器。例如在氣箱提供的生產(chǎn)氣體是一種有毒或具有危險特性的氣體的情況下，通過使用物理吸附劑和化學吸附介質，可以提高該氣箱的運作安全性。
文檔編號B01DGK101555987SQ20091012695
公開日2009年10月14日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權日2002年12月9日
發(fā)明者J·唐納德·卡拉瑟斯, 丹尼斯·布熱什托萬斯基, 喬斯·I·阿爾諾, 菲利普·A·莫羅科, 邁克爾·J·伍德延斯基 申請人:高級技術材料公司