[发明专利]用于大量超高纯度氦供给和使用的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于将超高纯度(UHP)氦气输送至使用场所(例如，半导体制造设施)的方法及系统。所述方法和系统对于以大范围流动来供给超高纯度氦气、在客户场所处保持额外的超高纯度氦气库存，以及将超高纯度氦气直接供给至使用点特别有益。

背景技术

当没有现场生产能力的客户需要大容积的气体(诸如氧(oxygen)、氮(nitrogen)、氩(argon)或氢(hydrogen))时，气体通常以液体形式从生产场所输送至使用点附近的储存罐。然而，出于安全原因，液化气体不能在显著高于大气的压力下在公共道路上运输。对于大多数气体而言，通过使用液化气体泵将液化气体从运输车辆传送至储存罐来提高其压力而满足在使用点处所需的较高压力。液化气体以这种高压储存在储存罐中，并且在使用点需要时，以高压汽化且输送至使用点。

氦并不顺从这样的实施。它具有很低的汽化热，并且因此由液泵作用引至液体的热导致大量液体汽化且因此损失。即使在由压力差从运输器皿传递至储存罐期间，也会出现过度的汽化和氦的损失，因为冷氦气的密度并非与液氦密度大为不同，并且因此罐内大量的冷氦气将被置换并损失；在较高的压力下，这些置换损失甚至更高。因此，习惯做法是在真空绝缘的ISO容器中运输液氦至分送场所(转换填充(transfill))，将液体汽化，并且将产生的气体压缩到高压缸和管式挂车中。然而，增长的氦的需求和使用使得这种模式的供给不切实际，因为这些容器(即，缸和管式挂车)典型地保持小的容积。

增长的氦的需求主要是因为其在新的半导体制造工艺中的使用。当集成电路上的特征几何形状在尺寸中减小时，就需要更先进的工艺来沉积可接受的膜，其依次通常需要更高纯度的更多氦。典型的20缸组合(具有总能力为150Nm³)在5Nm³/hr的使用速率下将仅持续30小时。同样，20Nm³/hr的使用速率意思是具有容量为2900Nm³的管式挂车将持续少于5天，并且甚至更高的使用速率导致更频繁的变化(change-outs)。频繁的源的变化是非期望的，因为它们劳动密集，并且增加了切换期间空气和水分受污染痕量的潜在性。此外，转换填充能力可变为限制因素，因为压缩和填充设备的能力或故障，不动产的可用性和多管式挂车填充湾的成本也变为考虑因素。

因此，在正常的操作条件下，大容积用户的氦供给的物流是消耗性的，但可管理。然而，在异常情况下，管式挂车氦供给物流将尤其是不可预见的。例如，当全球氦供给中短缺周期延长时，或当转换填充故障时，就将出现异常情况。当这种中断出现时，由转换填充服务的所有客户必须分享有限的剩余库存，或没有氦。可以预计到的是，氦市场中紧张的供应情形将持续，因为计划的工厂储运损耗、维护中断和由设备阻碍(setback)造成的延迟。新的氦工厂的建设不是切实可行的方案，因为氦是从天然气田中开采的且取决于天然气的生产。这些因素增加了客户用尽的可能性，因此对其处理能力具有显著的不利影响。

因此，就需要新的和改进的方法及系统来将超高纯度氦气输送至使用场所，并且确保在地理上很分散的区域中的较多客户的长期库存。具体而言，存在确保可靠超高纯度氦供给的需要。

发明内容

本发明部分地涉及一种用于将超高纯度氦气输送至使用场所的方法，所述方法包括：

提供包含低温超高纯度氦流体的至少一个主器皿，所述超高纯度氦流体包括超高纯度氦液体和超高纯度氦气；所述主器皿包括一个或多个壁部件，所述一个或多个壁部件被构造成用以形成保持所述超高纯度氦液体和超高纯度氦气的内部器皿隔间；所述内部器皿隔间具有一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层，一个或多个真空绝缘层和一个或多个隔热层在与所述一个或多个壁部件邻近的所述内部器皿隔间周边处彼此邻近对准；所述主器皿在主器皿顶部处或附近具有至少一个进入口(inlet opening)，超高纯度氦气能经由所述进入口被注入内部器皿隔间中；并且所述主器皿在主器皿底部上方具有至少一个排出口(outlet opening)，所述超高纯度氦液体能经由所述排出口从内部器皿隔间进行分送；