[发明专利]用于高压输送系统的故障防护的真空促动阀

说明书

技术领域

本发明涉及具有故障防护真空促动阀的高压存储和输送系统，以防止流体从例如加压气瓶或罐的容器内的有害排放。更特定地，本发明涉及设计为适应输送系统内的高产品体积和在阀下游侧施加预先确定的真空条件时分配产品的故障防护阀。

背景技术

工业加工和制造应用要求使用高度有毒的流体。半导体材料制造代表了一个这样的应用，其中安全的存储和处理高度地有毒的氢化物的(hydridic)或卤化物的(halidic)气体变得是必需的。这样的气体的例子包括硅烷、锗烷、氨、磷化氢、砷化氢、锑化氢、硫化氢、硒化氢、碲化氢、三氟化磷、五氟化砷和其他卤化物化合物。作为对毒性和安全的考虑的结果，在工业加工设备中必须小心地存储和处理这些气体。半导体工业特别地依赖于气态砷的氢化物(AsH₃)和磷的氢化物(PH₃)、三氟化硼(BF₃)、四氟化硅作为离子植入中的砷(As)、磷(P)、硼(B)和硅(Si)的源。离子植入系统典型地使用在输送容器内存储在高至800psig的压力下AsH₃和PH₃的稀释混合物，和在输送容器内存储在高至1500psig的压力下的例如BF₃和SiF₄的纯气体。由于它们的极度毒性和高的蒸气压，它们的使用、运输和存储对于半导体工业增加了显著的安全性问题。

为解决多种安全性问题，开发了多个系统以将这些氢化物的和卤化物的化合物在低于大气压条件下输送到离子植入工具。例如，已知为SDS^TM的和由ATMI，Inc销售的化学系统涉及以物理吸附剂材料(珠粒活性碳)填充压缩气体气瓶且可逆地将掺杂剂气体吸附到材料上。解除吸附过程涉及将真空或热施加到吸附剂材料/气瓶。在实践中，来自离子植入器的真空用于将气体从固相吸附剂解除吸附。存在某些与SDS技术相关的限制，限制包括：1)吸附剂材料具有有限的装载量，因此限制了在给定尺寸的气瓶内可获得的产品的量；2)解除吸附过程可以通过将气瓶包装暴露于热而初始，因此导致当气瓶暴露于大于70华氏度的温度时达到大气压和超大气压且在该压力下输送气体，这在许多气瓶库存位置和离子植入工具内是通常的温度；3)因为在吸附剂材料上的其他材料/气体的吸附/解除吸附可能危及从气瓶输送的气体的纯度；4)气瓶百分比利用高度地受到施加到包装的真空程度的影响，即气瓶经常以明显的剩余在包装内的产品返回；和5)吸附剂磨损可能导致在气体输送系统内的微粒污染。

另外地，已开发多个机械系统以用于低于大气压下的掺杂剂气体的输送。一些涉及使用压力调节器，而其他的要求阀设备来在低于大气压下控制和输送产品。这些设备设定为当低于大气压或真空条件施加到气瓶的输送口时输送或打开。这些设备的准确位置可以在口主体内、在颈腔内、在气瓶自身内部或所有三个位置的组合。在每个情况中，压力调节器或阀设备位于气瓶阀座的相对于气体从气瓶内部到输送口流动的上游。

美国专利No 6,089,027和No 6,101,816都涉及包括用于保持希望的压力的容器的流体存储和分配系统。容器包括压力调节器，例如与容器口相关的且设定在预先确定的压力下的单级或多级调节器。例如包括诸如阀的流动控制装置的分配组件布置为与调节器气体/蒸气流动连通，以此阀的打开实现了气体/蒸气从容器的分配。容器内的流体可以由液体形成，该液体在例如环境温度(室温)的主要温度条件下在超过其液化压力的压力下限制在容器内。

美国专利No 6,857,442 B2披露了其中源容器包含从20到2000psig的范围内的压力下的气体的气体分配组件。该设备要求带有大于典型的颈部开口的高压气体气瓶以适应将两个压力调节器串联地沿流体排放路径引入。在入口气体侧的第一调节器将压力从1000psig(或此时容器内的实际压力)降低到100psig，而第二调节器将压力从100psig降低到低于大气压。

美国专利No 5,937,895涉及流体存储和分配容器，容器具有分配阀和流体限制设备以提供实际上故障防护的系统以防止流体从加压气瓶或罐内的有害排放。美国专利No 6,007,609和No 6,405,115披露了沿流体流动路径布置的流限制器，限制器提供了在不太可能的分配阀失效的情况下最小化了从压缩气体气瓶的有毒气体排放的毛细尺寸的开口。此后三个文档的披露提供了用于低于大气压的输送系统，其中波纹管室位于阀座的相对于通过阀的气体流动的下游。