用于气体供给和使用的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于气体供给和使用的系统和方法。本发明专利技术涉及气体蒸发和供给系统，其包括（a）适于盛装大量的液化气体的容器；（b）布置在容器上或容器附近的至少一个热源，以向液化气体供给能量或从液化气体移除能量；以及（c）热源控制器，其适于使用工艺变量反馈用于动态调节所述热源并且保持和调节气体输出。所述工艺变量反馈源自至少两个工艺变量的级联顺序控制。工艺变量包括压力、温度和/或气体输出流率。本发明专利技术还涉及一种用于以受控的方式将液化状态的气体（例如，超高纯度气体）输送至使用现场（例如，半导体制造设备）的方法。本发明专利技术提供对于用户要求的变化的较快加热系统响应、较长的加热器寿命、以及改进的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体(例如，超高纯度气体)蒸发和供给系统以及以受控的方式将液化状态的气体输送到使用现场(例如，半导体制造设备)的方法。该系统和方法使用工艺变量反馈(即，温度、压力和/或气体输出流率)用于动态调节热源以及保持并调整至使用现场的气体输出。
技术介绍
电子工业的增长已经产生对于超高纯度(UHP)气体的大量供给要求。诸如氨和硅烷的分子用于电子工业中用于不同应用。例如，氨是用于氮化镓膜生长的金属有机化学气相沉积(MOCVD)的主要气体之一。对于特定气体(例如，NH3)的流率要求由于在300 mm的 LCD和LED制造中的发展而增加。因此，用户从常规气缸气体传输系统转换为大流量特殊材料气体供给(BSGS)系统。在这种BSGS系统的一个具体示例中，诸如氨的低蒸汽压力气体以液态形式存储在容器中，该容器具有数百磅或超过万磅的容量，例如ISO (国际标准化组织)容器、罐车等等。在大容量箱容器中的液化分子在用户现场通过一些加热机构被加热和蒸发，且蒸发气体以设计流率和高纯度被输送。蒸发产物所需的加热功率取决于用户要求(例如气体的供给流率)和诸如大气温度的周围环境。用户制法(customer recipe)所需的供给流率通常在正常操作期间显著地变化。被输送气体的纯度是BSGS系统的重要因素。UHP气体必须满足对于湿气、金属含量和颗粒等的严格规定。UHP气体通常具有对于任何易挥发分子的少于100 ppb (十亿分之几)的杂质浓度。颗粒浓度(例如，大于0. 3微米的尺寸)通常小于1/升的气体，金属杂质通常小于10 ppb原子单位每元素。为了确保可靠的性能，重要的是动态调节加热功率，以适应用户制法。未能正确地调节加热功率可导致供给压力、流率和纯度的破坏。此外，诸如环境温度的一些周围环境参数也可影响一些用户要求所需的加热功率。用于电子工业中的当前液化气体BSGS加热系统主要基于来自于单个工艺参数 (温度或容器压力)的反馈操作。例如，一些系统基于加热器温度设定点操作。例如，参考美国专利No. 6，614，009。加热器温度设定点通常由操作员直接输入。在许多情形中，所需的温度设定点过高或过低估计，且系统通过连续地接通和断开或者未能满足所需的产物流率而缺失性能。在其它系统中，液化气体的温度通过间接测量压力并基于蒸汽压力/温度饱和曲线算法相关而得到，但是加热器温度未被考虑到主控制环中。例如，参见美国专利No. 6，363，728。仍在其它系统中，加热功率基于温度和压力反馈两者被控制。例如，参见美国专利 No. 6，581，412。仅使用温度和/或压力作为反馈参数，上述系统难以调节并保持适应用户产物提取率所需的最小加热功率和温度。通过仅使用温度和/或压力作为反馈参数，同样难以自动地启动并上升(ramp up)该系统。因此，存在对于改进可靠性的UHP液化气体大容量容器加热系统的需求。特别地， 存在如下需求确保对用户要求和周围环境的变化的可靠加热系统响应时间；导致更少的用户处理停机次数以及更少的加热器更换。
技术实现思路
本专利技术部分地涉及一种气体蒸发和供给系统，包括 a.容器，所述容器适于盛装大量的液化气体； b.布置在容器上或容器附近的至少一个热源，以向液化气体供给能量或从液化气体移除能量；和 c.热源控制器，所述热源控制器适于使用工艺变量反馈用于动态调节所述热源并且保持和调节气体输出，所述工艺变量反馈源自至少两个工艺变量的级联顺序控制。本专利技术还部分地涉及一种用于以受控的方式将液化状态的气体输送至使用现场的方法，所述方法包括 (i)提供容器，所述容器在其中盛装大量的液化气体； (ii)提供定位在容器上或靠近容器的至少一个热源，以向液化气体供给能量或从液化气体移除能量； (iii)提供热源控制器，其适于使用工艺变量反馈来动态调节所述热源并且保持和调节气体输出，所述工艺变量反馈源自至少两个工艺变量的级联顺序控制； (iv)通过所述热源控制器使用所述工艺变量反馈以调节所述热源从而控制所述气体流出所述容器的流量；以及 (ν)将所述气体输送到所述使用现场。本专利技术提供许多优势。本专利技术提供一种控制系统，其动态调节UHP液化气体大容量容器加热系统的加热功率，以适应动态用户要求模式和周围环境参数。本专利技术提供对于用户要求变化的快速系统响应、较长的加热器寿命、改进的可靠性以及最小的操作员干预。与仅使用温度和/或压力作为反馈参数的现有技术相比，本专利技术的控制策略可对于用户工具要求的任何变化更灵敏地作出反应。根据本专利技术，使用来自于温度、容器压力和 /或气体输出流率测量的反馈动态调节加热功率。气体输出产物流率的任何变化将立即影响由质量平衡引起的容器压力，且然后将通过蒸汽/液态相均衡和热传递而间接影响液化气体的温度，这是较缓慢的过程，对于诸如ISO容器的大型容器来说尤其如此。因此，通过根据本专利技术将压力和/或流率控制级联温度控制，产物提取率的任何变化被立即捕获并且允许对于用户要求变化的快速响应。快速系统响应确保用户处理的不间断操作。在上升过程或以最小操作员干预的在线操作期间，本专利技术还允许加热器运行在所需的最小功率下。本专利技术的两级和三级级联顺序控制对于用户要求更灵敏地响应，且功率输出更紧密地匹配在要求流率下蒸发产物所需的能量。这避免了过热(例如，加热器烧坏)， 并且有助于改进加热器使用寿命和可靠性，因为加热器寿命通常在以较高功率运行时降低寿命。没有使罐过热的另一优势在于，避免在罐上的热点和核态沸腾，所述核态沸腾会增加蒸汽流中的湿气杂质。本专利技术另一独特的特征是能够自动启动并上升至全速率，这通过使用两级或三级级联顺序控制能够确定在用户要求的动态变化期间(例如，启动或上升)所需的最小功率而成为可能。由于最小操作员干预，工厂流率控制器被放置到位，以操纵系统温度、压力和流量从而将流量从其初始状态增加至100%的用户全流率。由于现有技术并未能够对用户要求精确地响应，可能需要更多的操作员干预，这增加了过度调节或欠调节加热功率的概率。改进的系统可靠性导致更少的用户处理停机次数和更少的加热器更换(即，更少的加热器烧坏)。本专利技术优于在BSGS系统上存在的控制策略，在于提供在用户要求的动态变化期间所需的最小功率。这通过减少由不足蒸汽产物供给引起的系统停机概率来降低用户的处理成本。此外，由于本专利技术能通过将加热器以所需的最低功率运行而减缓加热器降级，也减少了用户的BSGS持有成本。附图说明 图1是用于本专利技术的气体蒸发和供给系统的热源控制器的示例的示意性图示。具体实施例方式如本文所使用的，超高纯度(UHP)是指这样的气体或液体，其具有小于大约十亿分之100、优选地小于大约十亿分之50、且更优选地小于大约十亿分之10的分子杂质以及具有小于大约万亿分之1000、优选地小于大约万亿分之500、以及更优选地小于大约万亿分之10的金属杂质。更优选地，UHP气体和液体具有小于大约十亿分之10的分子杂质以及小于大约万亿分之10的金属杂质。如上所述，本专利技术部分地涉及气体蒸发和供给系统，其包括 (a)容器，所述容器适合于盛装大量的液化气体； (b)至少一个热源，所述至少一个热源布置在容器上或在容器附近，以向液化气体供给能量或者从液化气体移除能量；和 (c)热源控制器，所述热本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种气体蒸发和供给系统，包括：（ａ）容器，所述容器适于盛装大量的液化气体；（ｂ）布置在容器上或容器附近的至少一个热源，以向液化气体供给能量或从液化气体移除能量；和（ｃ）热源控制器，所述热源控制器适于使用工艺变量反馈用于动态调节所述热源并且保持和调节气体输出，所述工艺变量反馈源自至少两个工艺变量的级联顺序控制。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JC格蒙，KL伯格斯，C萨里伊安尼季斯，MD麦凯恩，KR佩斯，H朱，HE法拉，
申请(专利权)人：JC格蒙，KL伯格斯，C萨里伊安尼季斯，MD麦凯恩，KR佩斯，H朱，HE法拉，
类型：发明
国别省市：US