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KR102373840B1 - 압력 조절식 유체 보관 및 운반 용기의 스파이크 압력 방지 관리 - Google Patents

압력 조절식 유체 보관 및 운반 용기의 스파이크 압력 방지 관리 Download PDF

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KR102373840B1
KR102373840B1 KR1020217011229A KR20217011229A KR102373840B1 KR 102373840 B1 KR102373840 B1 KR 102373840B1 KR 1020217011229 A KR1020217011229 A KR 1020217011229A KR 20217011229 A KR20217011229 A KR 20217011229A KR 102373840 B1 KR102373840 B1 KR 102373840B1
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KR
South Korea
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pressure
fluid
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assembly
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KR1020217011229A
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조셉 알. 디프리
조셉 디. 스위니
에드워드 이. 존스
매튜 비. 도나투치
치란지비 피디
에드워드 에이. 스텀
배리 루이스 챔버스
그레고리 스캇 바움가르트
Original Assignee
엔테그리스, 아이엔씨.
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Filing date
Publication date
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Abstract

유체 공급 패키지는, 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기, 용기로부터 유체를 분배하도록 된 밸브 헤드, 및 유체 분배의 시작 시에 유체의 유동에서의 압력 스파이킹을 해결하도록 된 압력 스파이크 방지 조립체를 포함한다.

Description

압력 조절식 유체 보관 및 운반 용기의 스파이크 압력 방지 관리{ANTI-SPIKE PRESSURE MANAGEMENT OF PRESSURE-REGULATED FLUID STORAGE AND DELIVERY VESSELS}
관련 출원들의 상호 참조
"ANTI-SPIKE PRESSURE MANAGEMENT OF PRESSURE-REGULATED FLUID STORAGE AND DELIVERY VESSELS"를 발명의 명칭으로 하여 Joseph R. Despres 등의 명의로 출원된 미국 가특허 출원 제61/704,402호의 우선권 이익이 35 USC 119의 규정 하에 청구된다. 미국 가특허 출원 제61/704,402호의 개시는 그 전체가 모든 목적을 위해 본 명세서에 참고로 합체된다.
기술분야
본 개시는 유체 분배 작동의 시작 시에 압력 스파이킹 거동에 민감할 수 있는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기의 스파이크 압력 방지 관리에 관한 것이다. 본 개시의 압력 관리 장치 및 방법은 또한 연속적이고 주기적인 압력 스파이킹(진동) 거동, 예컨대 반복 삽화성 특징(recurrent episodic charater)의 유체 압력 이상(fluid pressure excursion)을 해결하는 데에 있어서의 용도가 예상된다.
반도체 제조 분야에 있어서, 제조 작업에 그리고 프로세스 용기 세척 등의 부수적인 유체 이용 프로세스에 사용하도록 프로세스 유체를 제공하는 데에 다양한 유체 공급 패키지가 사용되고 있다. 안전성 및 프로세스 효율을 고려한 결과로서, 용기 또는 용기 밸브 헤드의 내부 용적 내에 압력 조절식 디바이스가 마련된 유체 보관 및 분배 용기를 이용하는 유체 공급 패키지가 개발되었다. 유체 조절 용기를 통합한 그러한 유체 공급 패키지의 예로는 VAC라는 상표명으로 ATMI사(미국 코넥티컷주 덴버리 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 유체 공급 패키지, UPTIME라는 상표명으로 Praxair사로부터 상업적으로 입수 가능한 압력 조절식 용기 유체 공급 패키지, 및 SANIA라는 상표명으로 L'Air Liquide사(프랑스 파리 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한, 레귤레이터와 유동 제어 밸브 요소를 포함하는 밸브 헤드가 장착된 유체 공급 패키지를 포함한다.
몇몇의 경우에, 유동 회로에 커플링되는 압력 조절식 용기는 유체 분배 작동의 시작 시에 갑작스러운 압력 변동을 보인다. 이러한 비정상 거동은 유동 회로에서 압력 감지 구성요소에 의해 감지되는 압력 스파이크(pressure spike)로서 가장 흔하게 경험된다. 이전의 반도체 제조 작업에서 그러한 압력 스파이크 거동은 균형 유동에 의해 재빨리 대체되는(그리고 이에 따라 압력 스파이크가 프로세스 시스템의 점진적인 진행에 있어서 정상 상태 작동 조건으로 조절됨) 천이 현상이기 때문에 중요하지 않았지만, 이온 주입 용례에서 신속한 빔 조정의 최근 추세의 결과로서 프로세스 시스템이 이러한 한계 변동에 대해 민감해졌다.
압력 스파이크의 발생은 질량 유동 제어기 등의 유동 회로 구성요소가 일시적으로 제어를 잃게 만들 수 있고, 그 결과 분배 유체를 받아들이는 프로세스 툴이 기준 일탈 유체 유동을 수신한다. 몇몇의 경우에, 이로 인해 자동 프로세스 모니터링 시스템이 작동을 종료시키도록 작용하고, 그 결과 제조 생산성의 유지에 부정적인 정지 시간이 생긴다. 다른 경우에, 제조 툴이 스파이크 관련된 갑작스런 유체 유입을 처리할 수 있고, 그 결과 기준 일탈 제품이 생산된다.
따라서, 압력 조절식 용기로부터의 유체 유동에서 유입 유체 압력 스파이크의 결과가 프로세스 효율 및 생산성에 심하게 해로울 수 있다.
본 개시는 유체 분배 작동의 시작 시에 압력 스파이킹 거동에 민감할 수 있는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기의 스파이크 압력 방지 관리에 관한 것이다.
일 양태에서, 본 개시는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기, 상기 용기로부터 유체를 분배하도록 된 밸브 헤드, 및 유체의 분배 시작 시에 유체 유동에서 압력 스파이킹(pressure spiking)을 해결하도록 된 압력 스파이크 방지 조립체를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것이다.
다른 양태에서, 본 개시는 전술한 타입의 유체 공급 패키지에 관한 것으로서, 압력 스파이크 방지 조립체는,
상기 압력 스파이크 방지 조립체는 아래의 조립체들로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 조립체를 포함한다:
(1)상기 유체 보관 및 분배 용기와 상기 용기에 커플링된 유동 회로에 배치된 질량 유동 제어기 사이의 버퍼 용적을 조절하여, 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키도록 된 조립체;
(2)상기 용기 내의 압력 레귤레이터의 포핏 요소를 개방시키는 데에 필요한 내부 마찰이 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적인 압력 레귤레이터 조립체;
(3)유체 유동을 시작하기 직전에, 운반 라인을 진공 상태로 유지함으로써 운반 라인의 압력을 약간 떨어뜨리고, 라인 내의 압력을 떨어뜨리도록 밸브를 펄스 작동시켜, 용기에 커플링된 유동 회로에 배치된 질량 유동 제어기를 통해 보다 높은 유체 유량을 일시적으로 유동시키고, 이에 따라 유체 유동의 시작 직전에 운반 라인의 유체 압력을 저하시키는 조립체;
(4)유체 유동을 시작하기 직전에, 직접 진공으로 펄스 작동함으로써, 또는 운반 라인의 질량 유동 제어기를 통과하는 가스를 (분배된 유체의 정상 유량에 관하여) 증가된 유량으로 유동시킴으로써, 또는 펄스 작동 없이 운반 라인을 직접 진공으로 개방시킴으로써, 운반 라인의 압력을 감소시키는 조립체; 용기가 압력 레귤레이터 폐쇄 압력 이상의 압력으로 있는 매니폴드에 결합되고 운반 라인 압력이 레귤레이터가 개방할 때까지 점차 감소될 때에 압력 프로파일의 품질 보장 결정에 의해 압력 조절식 용기를 미리 퀄리파이하는 조립체로서, 압력 프로파일의 형상은 레귤레이터의 개방 시기에 압력 민감성 요소가 고착되어 있는지 아닌지의 여부를 나타내는 것인 조립체;
(5)포핏이 먼저 개방될 때에 포핏 고착을 방지하도록 된 포핏 및 압력 레귤레이터 밀봉면을 포함하는 레귤레이터 조립체로서, 그 시팅 구조체로부터 포핏을 변위시키는 데에 극복되어야 하는 마찰력은 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적이고, 상기 레귤레이터 조립체는, (1)사용 시에 낮은 레벨의 변형을 갖는 구성 재료, (ii)구형 밀봉 형태를 갖는 포핏, (iii)비금속 구성 재료를 포함하는 포핏 시팅 구조체, 그리고 (iv)금속 구성 재료를 포함하는 포핏과, 유체 적합성 플라스틱 구성 재료를 포함하는 포핏 시팅 구조체 중 하나 이상을 포함하는 것인, 레귤레이터 조립체;
(6)(i)포핏 요소의 진행 거리가 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키도록, 다수의 다이어프램 요소, 구성 재료, 두께, 및 탄성을 갖는 벨로우즈 구조체; (ii)유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 압력 레귤레이터 디바이스의 오리피스 크기; (iii)유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 레귤레이터 기하학적 형태 중 하나 이상을 포함하는 압력 감지 조립체를 구비하는 압력 레귤레이터;
(7)(i)포핏의 상류측에 있고 포핏 요소가 고착된 다음에 갑자기 개방될 때에 감쇠 요소로서 포핏의 움직임을 제어하는 데에 일조하도록 배치되는 다수의 스프링; (ii)레귤레이터 유출 압력이 증가됨으로써, 유체 유동의 시작과 압력 레귤레이터의 포핏 요소의 개방 사이의 시주기를 단축시키도록 압력 레귤레이터 디바이스의 압력 감지 조립체 내의 압력을 증가시키는 압력 조절 메카니즘; (iii)유체에 의해 포핏 요소 상에 가해지는 힘이 감소됨으로써, 포핏의 개방 시에 극복되어야 하는 힘을 감소시키도록 압력 레귤레이터에 대한 유입 압력을 감소시키는 압력 조절 메카니즘; (iv)유체 유동을 유체 활용 장치에 엄밀하게 합치시키도록 작동되는 유동 조절 메카니즘; (v)레귤레이터(들)의 하류측에 위치 설정되고 최고 유량을 제한하는 기공 크기를 갖는 필터, 및 (vi)예컨대, 압력 레귤레이터가 개방될 때에 포핏을 지나서 유동하는 가스의 유량이 압력 스파이크를 약화시키거나 달리 압력 진동 문제를 제거하기 위해 억제되도록, 직렬 연결식 압력 레귤레이터 중 연속적인 압력 레귤레이터들 사이의 유동 제한 오리피스(restricted flow orifice; RFO) 디바이스(들) 및/또는 필터(들)의 제공을 비롯하여, 레귤레이터(들)의 배출구에 있는 유동 제한 오리피스 요소들 중 하나 이상을 포함하는 레귤레이터 조립체;
(8)유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키도록 유체 보관 및 분배 용기의 밸브 헤드의 운반 포트에 적어도 하나의 유동 제한 오리피스(RFO)를 포함하는 조립체;
(9)보다 높은 압력으로 스파이킹된 유체의 용적과 유체 압력 스파이킹 거동에 따른 유동 섭동 기간이 감소되도록, 유체 보관 및 분배 용기의 운반 포트와, 상기 운반 포트와 유체 연통하는 관련 운반 라인의 질량 유동 제어기 사이의 피그테일 용적을 조절하도록 된 조립체;
(10)상기 유체 보관 및 분배 용기의 내부 용적 내에 있는 다수의 압력 레귤레이터 중 연속적인 압력 레귤레이터들 사이의 유체 유동을 제한하도록 되어 있고, 상기 다수의 압력 레귤레이터 중 상기 연속적인 압력 레귤레이터들을 연결시키는 도관 내에 있는 유동로 리듀서(reducer)를 포함하는 조립체;
(11)상기 유체 보관 및 분배 용기의 내부 용적 내에 있는 다수의 압력 레귤레이터 중 연속적인 압력 레귤레이터들 사이의 유체 유동을 제한하도록 되어 있고, 하류측의 제2 압력 레귤레이터의 포핏 상의 힘과, 제1 및 제2 압력 레귤레이터 사이에 유체의 용적이 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적인 정도까지 조절되도록, 상기 다수의 압력 레귤레이터 중 상류측의 제1 압력 레귤레이터의 유출 압력을 조절하도록 배치되는 설정점 조절 메카니즘을 포함하는 조립체;
(12)서로 결합될 때에 포핏과 시트 구조체 사이의 접촉이 둔각으로 이루어지도록 구성되고 배치되는, 상호 결합 가능한 포핏 및 시트 구조체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체로서, 포핏은 평탄한 원통형 시트 구조체 상에 위치할 수 있는 둥글고 뭉툭한 밀봉면을 갖는 것인 압력 레귤레이터 조립체;
(13)상호 결합 가능한 포핏 및 시트 구조체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체로서, 상기 시트 구조체는 경질의 단단한 유체 적합성 폴리머 재료를 포함하고 상기 포핏은 금속 재료를 포함하는 것인 압력 레귤레이터 조립체;
(14)포핏을 압력 레귤레이터의 벨로우즈부에 부착시키는, 포핏 스템과 리테이너 스프링 조립체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체로서, 리테이너 스프링과 포핏 스템 사이의 간극은 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적인 간극 치수를 갖는 것인 압력 레귤레이터 조립체; 및
(15)유체 공급 패키지의 배출 포트에서의 압력에 응답하여 개방 및 폐쇄 가능한 유동 제어 요소와, 압력을 반복적으로 그리고 교호적으로 인가하고 배출 포트에서의 압력을 감소시켜, 압력 레귤레이터 조립체의 유동 제어 요소가 예정된 시주기 동안에 주기적으로 개방 및 폐쇄됨으로써 유체 공급 패키지의 다음 분배 작동에서 압력을 안정화시키고 압력 진동을 억제하도록 배치되는 가압/감압 조립체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체.
다른 양태에서, 본 개시는 유체 공급 패키지의 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 방법으로서, 전술한 타입(들)의 하나 이상의 압력 스파이 약화 조립체의 사용을 포함한다.
본 개시의 다른 양태는 압력 조절식 용기를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것으로서, 상기 압력 조절식 용기는 용기의 배출 포트의 상류측에 있는 압력 레귤레이터를 내부에 포함하며, 상기 압력 레귤레이터는, 배출 포트에서의 압력에 응답하여 개방 및 폐쇄 가능한 유동 제어 요소와, 압력을 반복적으로 그리고 교호적으로 인가하고 배출 포트에서의 압력을 감소시켜, 압력 레귤레이터 조립체의 유동 제어 요소가 예정된 시주기 동안에 주기적으로 개방 및 폐쇄됨으로써 유체 공급 패키지의 다음 분배 작동에서 압력을 안정화시키고 압력 진동을 억제하도록 배치되는 가압/감압 조립체를 포함한다.
본 개시의 다른 양태는 압력 조절식 용기로부터 분배되는 가스에서 압력 진동을 억제하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 압력을 반복적으로 그리고 교호적으로 인가하고 용기의 배출 포트에서의 압력을 감소시켜, 용기 내의 압력 레귤레이터의 유동 제어 요소가 예정된 시주기 동안에 주기적으로 개방 및 폐쇄됨으로써 유체 공급 패키지의 다음 분배 작동에서 압력을 안정화시키고 압력 진동을 억제하는 것을 포함한다.
본 개시의 다른 양태, 특징 및 실시예는 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 더욱 완전히 명백할 것이다.
도 1은 스파이크 압력 관리 장치 및 방법이 적용될 수 있는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기를 포함하는 유체 공급 패키지의 개략적인 단면도.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른, 가압 유체의 보관 및 분배 제어를 위한 시스템의 개략적인 단면도.
도 3은 도 1에 개략적으로 도시된 일반적인 타입의 유체 공급 패키지의 개략적인 부분 단면도로서, 대응하는 부품은 용이한 참조를 위해 대응하게 넘버링되어 있다.
도 4는 도 1 및 도 3에 관하여 도시되고 설명된 용기에 사용되는 일반적인 타입의 압력 레귤레이터의 단면도이다.
도 5는 도 1 및 도 3의 유체 공급 패키지를 참조하여 도시 및 설명된 타입의 직렬 배치된 이중 레귤레이터 조립체의 개략도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 일반적인 타입의 압력 레귤레이터의 부분 확대도로서, 입구 통로를 폐색하고 유체 유동을 방지하기 위해 압력 레귤레이터의 입구 통로에 안착되는 포핏의 원추형 단부 섹션을 보여준다.
도 7은 도 4 내지 도 6에 도시된 타입의 압력 레귤레이터에 이용되는 포핏 및 스템 조립체의 분해도이다.
도 8은 도 7의 포핏 스프링 조립체와 협동하여 합치되는 포핏 리테이너 스프링 부재의 평면도이다.
도 9는 도 7의 포핏 스템 조립체 및 도 8의 포핏 리테이너 스프링 부재를 통합한 조립된 포핏 스템과 리테이너 스프링 조립체의 평면도.
도 10은 도 1에 도시된 타입의 유체 공급 패키지의 개략적인 단면도로서, 분배 작동의 시작 시에 압력 스파이크 거동을 억제하도록 유동 제한 오리피스(RFO) 요소를 유체 배출 포트(229)의 유체 배출 통로에 통합함으로써 변경되어 있다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따라, 압력 스파이크 거동을 억제하도록 변경된, 도 5를 참조하여 도시되고 이전에 설명된 타입의 직렬 배치된 이중 레귤레이터 조립체의 개략적인 단면도.
도 12는 도 4 및 도 5에 도시된 일반적인 타입의 압력 레귤레이터의 부분 확대도로서, 포핏으로 레귤레이터의 입구 통로의 시트 구조체는 분배 작동의 시작 시에 압력 스파이크 거동을 적어도 부분적으로 약화시키도록 변경되었다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라, 스파이크 압력 관리 장치 및 방법이 적용되는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기를 포함하는 유체 공급 패키지의 개략적인 단면도.
도 14는 도 13에 도시된 타입의 시스템에서 레귤레이터 포핏의 사이클 작동 전후에 시간의 함수로서 분배된 가스 압력의 그래프.
본 개시는 유체 분배 작동의 시작 시에 압력 스파이킹 거동에 민감할 수 있는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기의 스파이크 압력 방지 관리, 및 반복 삽화성 특징의 유체 압력 이상 등의 연속적이고 주기적인 압력 스파이킹(진동) 거동을 방지하기 위한 압력 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 유체 보관 및 분배 용기에 관련한 "압력 조절식"이라는 용어는, 그렇나 용기가 용기의 내부 용적 내에 및/또는 용기의 밸브 헤드 내에 배치되는 적어도 하나의 압력 레귤레이터 디바이스, 설정 압력 밸브, 또는 진공/압력 활성화 체크 밸브를 갖고, 각각의 그러한 압력 레귤레이터 디바이스는 압력 레귤레이터 디바이스의 바로 하류측 유동로에서의 유체 압력에 응답하여 개방되어, 압력 레귤레이터 디바이스 상류측의 보다 높은 유체 압력에 관한 특정한 하류측 압력 감소 조건에서의 유체 유동을 가능하게 하고, 이어서 그러한 개방은 특정한, 또는 "설정점" 압력 레벨에서 압력 레귤레이터 디바이스로부터 방출되는 유체의 압력을 유지하도록 작동한다는 것을 의미한다.
배경 기술 섹션에서 이미 설명된 바와 같이, 압력 조절식 용기는 용기 내의 압력 레귤레이터 디바이스(들)가 압력 레귤레이터 디바이스(들)을 개방시켜 유체 유동을 통과시키게 하도록 된 압력 조건을 받는 유동 회로에 커플링될 때에 유체 분배 작동의 시작 시에 갑작스러운 압력 변동을 진동식으로(또는 산발적으로) 보이는 것으로 판명되었다. 그러한 갑작스러운 압력 변동은 압력 조절식 용기와 관련된 유체 운반 및 프로세스 모니터링 작동에 심하고도 불리한 영향을 미칠 수 있는 비정상 유동 거동을 구성한다. 많은 경우에, 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기는 정상 상태의 유동 조건을 유지하기 위하여, 용기에 커플링된 유체 운반 라인에서 이용되는 질량 유동 제어기 디바이스의 능력을 초과하는 압력 스파이크를 보였다. 그 결과는 균형 유동 조건이 달성될 수 있기 전에, 유체 운반의 시작 또는 그러한 유체 운반 작동의 재시작 시에 유동 변동이다. 이전에, 존재하더라도 이러한 비정상은 간과되거나 중요하지 않았지만, 이온 주입 툴을 위한 신속한 빔 조정의 최근 추세에서는 프로세스 시스템이 그러한 변동에 대해 민감하게 되었다.
본 개시는 분배 작동이 보다 원활하게 그리고 실질적인 압력/유량 변동 결과 없이 시작될 수 있도록 그러한 "압력 스파이크" 거동을 위한 "해결책"으로서 다양한 방안을 예상한다. 그러한 방안에서, 압력 레귤레이터는 그러한 디바이스로부터의 유출 압력 및 유동이 시작 시에 임의의 갑작스러운 압력 변동을 감쇠 및 적어도 부분적으로 약화시키기 위해 조절되도록 작동된다.
대응하는 특정한 실시예에서 이들 다양한 방안은 아래의 작동 기법 및 배열을 포함한다:
(1)유체 보관 및 분배 용기와 상기 용기에 커플링된 유동 회로에 배치된 질량 유동 제어기 사이의 버퍼 용적을 최소화하는 것;
(2)용기 내의 압력 레귤레이터의 포핏 요소를 개방시키는 데에 필요한 내부 마찰을 최소화하도록 압력 레귤레이터의 설계를 최적화시키는 것;
(3)유체 유동을 시작하기 직전에, 운반 라인을 진공 상태로 유지함으로써 운반 라인의 압력을 약간 떨어뜨리고, 라인 내의 압력을 떨어뜨리도록 밸브를 펄스 작동시켜, 용기에 커플링된 유동 회로에 배치된 질량 유동 제어기를 통해 보다 높은 유체 유량을 일시적으로 유동시키고, 이에 따라 유체 유동의 시작 직전에 운반 라인의 유체 압력을 저하시키는 것;
(4)유체 유동을 시작하기 직전에, 직접 진공으로 펄스 작동함으로써, 또는 운반 라인의 질량 유동 제어기를 통과하는 가스를 (분배된 유체의 정상 유량에 관하여) 증가된 유량으로 유동시킴으로써, 또는 펄스 작동 없이 운반 라인을 직접 진공으로 개방시킴으로써, 운반 라인의 압력을 감소시키는 것;
(5)용기가 압력 레귤레이터 폐쇄 압력 이상의 압력으로 있는 매니폴드에 결합되고 운반 라인 압력이 레귤레이터가 개방할 때까지 점차 감소될 때에 압력 프로파일의 품질 보장 결정에 의해 압력 조절식 용기를 미리 퀄리파이(pre-qualify)하되, 압력 프로파일의 형상은 레귤레이터의 개방 시기에 압력 민감성 요소가 고착되어 있는지 아닌지의 여부를 나타내는 것; 포핏이 먼저 개방될 때에 포핏 고착을 방지하도록 된 포핏 및 압력 레귤레이터 밀봉면에 대한 개선으로서, 그 시팅 구조체로부터 포핏을 변위시키는 데에 극복되어야 하는 마찰력은 최소화되고, 그러한 개선에서, (1)사용 시에 낮은 레벨의 변형을 갖는 대안적인 구성 재료의 선택, (ii)포핏의 형상을 종래의 원뿔형 밀봉 형태로부터 구형 밀봉 형태로 변경시키는 것, (iii)포핏 시팅 구조체에 대한 비금속 구성 재료의 사용, 그리고 (iv)금속 포핏 요소 및 포핏 시팅 구조체에 대한 유체 적합성 플라스틱 구성 재료의 사용하는 것인 개선;
(6)(i)포핏 요소의 진행 거리가 감소되도록, 다이어프램 요소의 갯수, 구성 재료, 두께, 및 벨로우즈의 탄성의 변경 등에 의한 벨로우즈 구조체의 변경; (ii)압력 레귤레이터 디바이스의 오리피스 크기의 감소; (iii)레귤레이터의 기하학적 형태의 변경 중 하나 이상을 포함하도록, 압력 레귤레이터 디바이스의 벨로우즈 및 압력 감지 조립체를 수정하는 것;
(7)(i)포핏 요소의 상류측에 있고 포핏 요소가 고착된 다음에 갑자기 개방될 때에 감쇠 요소로서 포핏의 움직임을 제어하는 데에 일조하는 스프링의 추가; (ii)레귤레이터 유출 압력이 증가됨으로써, 유체 유동의 시작과 압력 레귤레이터의 포핏 요소의 개방 사이의 시주기를 단축시키도록 압력 레귤레이터 디바이스의 압력 감지 조립체 내의 압력을 증가시키는 것; (iii)유체에 의해 포핏 요소 상에 가해지는 힘이 감소됨으로써, 포핏의 개방 시에 극복되어야 하는 힘을 감소시키도록 압력 레귤레이터에 대한 유입 압력을 감소시키는 것; (iv)유체 유동을 유체 활용 장치에 엄밀하게 합치시키도록 작동되는 유동 조절 메카니즘; (v)레귤레이터(들)의 하류측에 위치 설정되고 최고 유량을 제한하는 기공 크기를 갖는 필터, 및 (vi)예컨대, 압력 레귤레이터가 개방될 때에 포핏을 지나서 유동하는 가스의 유량이 압력 스파이크를 약화시키거나 달리 압력 진동 문제를 제거하기 위해 억제되도록, 직렬 연결식 압력 레귤레이터 중 연속적인 압력 레귤레이터들 사이의 유동 제한 오리피스(RFO) 디바이스(들) 및/또는 필터(들)의 제공을 비롯하여, 레귤레이터(들)의 배출구에 있는 유동 제한 오리피스 요소들 중 하나 이상에 의해 레귤레이터 조립체의 설계를 변경하는 것;
(8)압력 스파이크 이벤트에 따른 최대 유량을 억제하기 위하여, 유체 보관 및 분배 용기의 운반 포트에 소직경의 유동 제한 오리피스(RFO)를 배치하는 것;
(9)보다 높은 압력으로 스파이킹된 유체의 용적이 최소화되고, 이에 따라 스파이크에 따른 유동 섭동 기간이 감소되도록, 유체 보관 및 분배 용기의 운반 포트와, 관련 운반 라인의 질량 유동 제어기 사이의 "피그테일" 용적을 최소화하는 것;
(10)하류측의 제2 레귤레이터의 포핏 요소에 노출되는 중간 압력 가스의 양을 최소화하도록 작동되는 금속 슬리브 등의 유동로 리듀서(reducer)를 설침함으로써, 예컨대, 상류측의 제1 레귤레이터가 용기 내의 유체의 높은 보관 압력으로부터 예를 들어 100 psi(689.5 kPa) 정도일 수 있는 중간 압력으로 유체 압력 감소를 실시하고, 하류측의 제2 레귤레이터가 100 psi(689.5 kPa) 정도의 중간 압력 레벨으로부터 에를 들어 650 torr(86.7 kPa) 정도일 수 있는 낮은 압력으로 유체 압력 감소를 실시하는 이중 레귤레이터 배열에서 연속적인 레귤레이터들 간의 용적을 최소화하는 것;
(11)하류측의 제2 레귤레이터 포핏 요소 상의 힘이 저하되도록, 그리고 2개의 압력 레귤레이터들 사이의 가스 용적이 감소되도록, 다중 레귤레이터(직렬로 2 이상의 레귤레이터) 배열에서 상류측의 제1 레귤레이터의 유출 압력을, 예컨대 100 psi(689.5 kPa)로부터 10 psi(69 kPa)로 감소시키는 것;
(12)압력 레귤레이터의 상호 결합 가능한 피폿 요소와 시트 구조체의 기하학적 형태를 변경하여, 잠재적인 고착 거동을 최소화하도록 그러한 요소들 사이에 최소의 접촉이 둔각으로 이루어지게 하는 것으로서, 예컨대 포핏 요소는 평탄한 원통형 시트 구조체 상에 위치하는 둥글고 뭉툭한 밀봉면을 갖는 것;
(13)압력 레귤레이터의 폐쇄 및 개방 시에 고착 거동을 최소화하도록 포핏 요소 및 시트 구조체 구성 재료를 변경하는 것, 예컨대 시트 구조체에 대해 경질의 단단한 유체 적합성 폴리머 재료를 이용하고 포핏 요소의 면에 대해 금속을 이용하는 것;
(14)변위를 최소화하기 위하여 포핏 스템 조립체 상의 숄더와 리테이너 클립 사이의 간극을 감소시키는 등에 의해, 포핏 요소가 달리 오정렬되게 할 수 있는 "유극"을 포핏 요소의 위치 설정 시에 감소시키도록 포핏 요소를 압력 레귤레이터의 벨로우즈에 부착시키는 포핏 스템과 리테이너 스프링 조립체의 재설계;
(15)유체 공급 스테이지의 다음 분배 작동에서 압력을 안정화시키고 압력 진동을 억제하기 위하여 충분한 횟수의 사이클 동안 개방 및 폐쇄 상태 간에 압력 레귤레이터 조립체의 유동 제어 요소의 압력 사이클링.
그러한 기법 및 배열을 기초로 하여, 유체 공급 패키지는 다음의 구성요소들로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 조립체를 포함하는 대응하는 압력 스파이크 방지 조립체 또는 압력 관리 조립체를 유체 공급 패키지에 통합함으로써, 다양한 실시예에서 압력 스파이크, 진동 및 기타 비정상 유동 거동을 해결하도록 구성 및 조정될 수 있다:
(1)유체 보관 및 분배 용기와 상기 용기에 커플링된 유동 회로에 배치된 질량 유동 제어기 사이의 버퍼 용적을 조절하여, 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키도록 된 조립체;
(2)상기 용기 내의 압력 레귤레이터의 포핏 요소를 개방시키는 데에 필요한 내부 마찰이 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적인 압력 레귤레이터 조립체;
(3)유체 유동을 시작하기 직전에, 운반 라인을 진공 상태로 유지함으로써 운반 라인의 압력을 약간 떨어뜨리고, 라인 내의 압력을 떨어뜨리도록 밸브를 펄스 작동시켜, 용기에 커플링된 유동 회로에 배치된 질량 유동 제어기를 통해 보다 높은 유체 유량을 일시적으로 유동시키고, 이에 따라 유체 유동의 시작 직전에 운반 라인의 유체 압력을 저하시키는 조립체;
(4)유체 유동을 시작하기 직전에, 직접 진공으로 펄스 작동함으로써, 또는 운반 라인의 질량 유동 제어기를 통과하는 가스를 (분배된 유체의 정상 유량에 관하여) 증가된 유량으로 유동시킴으로써, 또는 펄스 작동 없이 운반 라인을 직접 진공으로 개방시킴으로써, 운반 라인의 압력을 감소시키는 조립체; 용기가 압력 레귤레이터 폐쇄 압력 이상의 압력으로 있는 매니폴드에 결합되고 운반 라인 압력이 레귤레이터가 개방할 때까지 점차 감소될 때에 압력 프로파일의 품질 보장 결정에 의해 압력 조절식 용기를 미리 퀄리파이하는 조립체로서, 압력 프로파일의 형상은 레귤레이터의 개방 시기에 압력 민감성 요소가 고착되어 있는지 아닌지의 여부를 나타내는 것인 조립체;
(5)포핏이 먼저 개방될 때에 포핏 고착을 방지하도록 된 포핏 및 압력 레귤레이터 밀봉면을 포함하는 레귤레이터 조립체로서, 그 시팅 구조체로부터 포핏을 변위시키는 데에 극복되어야 하는 마찰력은 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적이고, 상기 레귤레이터 조립체는, (1)사용 시에 낮은 레벨의 변형을 갖는 구성 재료, (ii)구형 밀봉 형태를 갖는 포핏, (iii)비금속 구성 재료를 포함하는 포핏 시팅 구조체, 그리고 (iv)금속 구성 재료를 포함하는 포핏과, 유체 적합성 플라스틱 구성 재료를 포함하는 포핏 시팅 구조체 중 하나 이상을 포함하는 것인, 레귤레이터 조립체;
(6)(i)포핏 요소의 진행 거리가 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키도록, 다수의 다이어프램 요소, 구성 재료, 두께, 및 탄성을 갖는 벨로우즈 구조체; (ii)유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 압력 레귤레이터 디바이스의 오리피스 크기; (iii)유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 레귤레이터 기하학적 형태 중 하나 이상을 포함하는 압력 감지 조립체를 구비하는 압력 레귤레이터;
(7)(i)포핏의 상류측에 있고 포핏 요소가 고착된 다음에 갑자기 개방될 때에 감쇠 요소로서 포핏의 움직임을 제어하는 데에 일조하도록 배치되는 다수의 스프링; (ii)레귤레이터 유출 압력이 증가됨으로써, 유체 유동의 시작과 압력 레귤레이터의 포핏 요소의 개방 사이의 시주기를 단축시키도록 압력 레귤레이터 디바이스의 압력 감지 조립체 내의 압력을 증가시키는 압력 조절 메카니즘; (iii)유체에 의해 포핏 요소 상에 가해지는 힘이 감소됨으로써, 포핏의 개방 시에 극복되어야 하는 힘을 감소시키도록 압력 레귤레이터에 대한 유입 압력을 감소시키는 압력 조절 메카니즘; (iv)유체 유동을 유체 활용 장치에 엄밀하게 합치시키도록 작동되는 유동 조절 메카니즘; (v)레귤레이터(들)의 하류측에 위치 설정되고 최고 유량을 제한하는 기공 크기를 갖는 필터, 및 (vi)예컨대, 압력 레귤레이터가 개방될 때에 포핏을 지나서 유동하는 가스의 유량이 압력 스파이크를 약화시키거나 달리 압력 진동 문제를 제거하기 위해 억제되도록, 직렬 연결식 압력 레귤레이터 중 연속적인 압력 레귤레이터들 사이의 유동 제한 오리피스(RFO) 디바이스(들) 및/또는 필터(들)의 제공을 비롯하여, 레귤레이터(들)의 배출구에 있는 유동 제한 오리피스 요소들 중 하나 이상을 포함하는 레귤레이터 조립체;
(8)유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키도록 유체 보관 및 분배 용기의 밸브 헤드의 운반 포트에 적어도 하나의 유동 제한 오리피스(RFO)를 포함하는 조립체;
(9)보다 높은 압력으로 스파이킹된 유체의 용적과 유체 압력 스파이킹 거동에 따른 유동 섭동 기간이 감소되도록, 유체 보관 및 분배 용기의 운반 포트와, 상기 운반 포트와 유체 연통하는 관련 운반 라인의 질량 유동 제어기 사이의 피그테일 용적을 조절하도록 된 조립체;
(10)상기 유체 보관 및 분배 용기의 내부 용적 내에 있는 다수의 압력 레귤레이터 중 연속적인 압력 레귤레이터들 사이의 유체 유동을 제한하도록 되어 있고, 상기 다수의 압력 레귤레이터 중 상기 연속적인 압력 레귤레이터들을 연결시키는 도관 내에 있는 유동로 리듀서(reducer)를 포함하는 조립체;
(11)상기 유체 보관 및 분배 용기의 내부 용적 내에 있는 다수의 압력 레귤레이터 중 연속적인 압력 레귤레이터들 사이의 유체 유동을 제한하도록 되어 있고, 하류측의 제2 압력 레귤레이터의 포핏 상의 힘과, 제1 및 제2 압력 레귤레이터 사이에 유체의 용적이 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적인 정도까지 조절되도록, 상기 다수의 압력 레귤레이터 중 상류측의 제1 압력 레귤레이터의 유출 압력을 조절하도록 배치되는 설정점 조절 메카니즘을 포함하는 조립체;
(12)서로 결합될 때에 포핏과 시트 구조체 사이의 접촉이 둔각으로 이루어지도록 구성되고 배치되는, 상호 결합 가능한 포핏 및 시트 구조체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체로서, 포핏은 평탄한 원통형 시트 구조체 상에 위치할 수 있는 둥글고 뭉툭한 밀봉면을 갖는 것인 압력 레귤레이터 조립체;
(13)상호 결합 가능한 포핏 및 시트 구조체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체로서, 상기 시트 구조체는 경질의 단단한 유체 적합성 폴리머 재료를 포함하고 상기 포핏은 금속 재료를 포함하는 것인 압력 레귤레이터 조립체;
(14)포핏을 압력 레귤레이터의 벨로우즈부에 부착시키는, 포핏 스템과 리테이너 스프링 조립체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체로서, 리테이너 스프링과 포핏 스템 사이의 간극은 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적인 간극 치수를 갖는 것인 압력 레귤레이터 조립체; 및
(15)유체 공급 패키지의 배출 포트에서의 압력에 응답하여 개방 및 폐쇄 가능한 유동 제어 요소와, 압력을 반복적으로 그리고 교호적으로 인가하고 배출 포트에서의 압력을 감소시켜, 압력 레귤레이터 조립체의 유동 제어 요소가 예정된 시주기 동안에 주기적으로 개방 및 폐쇄됨으로써 유체 공급 패키지의 다음 분배 작동에서 압력을 안정화시키고 압력 진동을 억제하도록 배치되는 가압/감압 조립체를 포함하는 압력 레귤레이터 조립체.
유체 유동을 시작하기 직전에, 직접 진공으로 펄스 작동함으로써, 또는 운반 라인의 질량 유동 제어기를 통과하는 가스를 (분배된 유체의 정상 유량에 관하여) 증가된 유량으로 유동시킴으로써, 또는 펄스 작동 없이 운반 라인을 직접 진공으로 개방시킴으로써, 운반 라인의 압력을 감소시키는 전술한 조립체의 활용에 있어서, 이들 작동 각각은 유동 회로 및 밸브 순서에 관하여 수행될 수 있는 다양한 방법이 존재한다.
예컨대, 운반 라인의 소개(evacuation)는 운반 라인에 배치된 차단 밸브의 후방에서만 수행될 수 있다. 이와 달리, 운반 라인의 소개는 유체 보관 및 운반 용기의 유동 제어 밸브의 후방에서 수행될 수 있다. 또 다른 변형예로서, 운반 라인 유동 회로가 압력 조절식 용기의 레귤레이터 조립체 후방 내내에서 소개될 수 있다. 특별한 필수 진공 레벨이 만족되면, 또는 진공이 예정된 시주기 동안 운반 라인에 가해지면, 분배된 유체의 정상 유동이 계속된다. 유체 공급 용기에서 압력 레귤레이터의 후방 내내 진공을 생성하는 방안과 달리 그러한 절차는 유체 유동을 분배하는 시작 후에 실행될 수 있다. 이 방식에서, 운반 라인의 일부 내에 진공이 유지되고, 유체 유동이 재시작될 때에, 진공은 포핏(또는 압력 레귤레이터에서 대응하는 변위 가능한 유동 조절 요소)이 달리 개방되는 것보다 빨리 개방하게 하는 경향을 갖게 된다. 또한, 이 진공 기법은 유동로의 밸브들이 유체 유동에 대해 개방되기 때문에 압력 스파이크를 완전히 제거할 수 있고, 결과적인 운반 라인의 압력은 압력 레귤레이터의 포핏 또는 다른 유동 조절 요소가 즉시 개방하게 하기에 충분히 낮게 된다.
유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키는 데에 효과적인 조립체에 관한 전술한 설명에서, 특정되는 효과는 고려되는 특별한 조립체가 없는 대응하는 유체 공급 패키지에 관한 것이라는 점이 이해될 것이다.
본 개시는 또한, 전술한 하나 이상의 압력 스파이크 약화 조립체의 이용을 포함하는, 유체 공급 패키지의 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기로부터 분배되는 유체의 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키기 위한 방법론을 예상한다.
일 양태에서, 본 개시는 용기의 배출 포트의 상류측에서 압력 레귤레이터를 내부에 포함하는 압력 조절식 용기를 포함하는 유체 공급 패키지에 관한 것으로서, 그러한 압력 레귤레이터는 배출 포트에서의 압력에 응답하여 개방 및 폐쇄 가능한 유동 제어 요소와, 압력을 반복적으로 그리고 교호적으로 인가하고 배출 포트에서의 압력을 감소시켜, 압력 레귤레이터 조립체의 유동 제어 요소가 예정된 시주기 동안에 주기적으로 개방 및 폐쇄됨으로써 유체 공급 패키지의 다음 분배 작동에서 압력을 안정화시키고 압력 진동을 억제하도록 배치되는 가압/감압 조립체를 포함한다.
압력 레귤레이터의 유동 제어 요소는 압력 레귤레이터의 포핏 또는 다른 밸브 요소 또는 부품을 포함할 수 있다.
전술한 유체 공급 패키지에서, 압력 조절식 용기는 용기의 내부 용적 내에 직렬 배열의 압력 레귤레이터, 예컨대 직렬 상태의 2개 이상의 레귤레이터를 포함할 수 있다. 압력 레귤레이터의 설정점은 임의의 적절한 값을 가질 수 있고, 다양한 실시예에서, 배출 포트의 상류측 바로에 있는 압력 레귤레이터는 아대기압 설정점을 가질 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시는 압력 조절식 용기로부터 분배되는 가스에서 압력 진동을 억제하는 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법은 압력을 반복적으로 그리고 교호적으로 인가하고 용기의 배출 포트에서의 압력을 감소시켜, 용기 내의 압력 레귤레이터의 유동 제어 요소가 예정된 시주기 동안에 주기적으로 개방 및 폐쇄됨으로써 유체 공급 패키지의 다음 분배 작동에서 압력을 안정화시키고 압력 진동을 억제하는 것을 포함한다. 그러한 방법에서, 압력 조절식 용기는 용기의 내부 용적 내에 직렬 배열의 압력 레귤레이터들을 포함할 수 있고, 배출 포트의 상류측 바로에 있는 압력 레귤레이터는 아대기압 설정점을 가질 수 있다.
이하, 도면을 참조하면, 도 1은 본 개시의 스파이크 압력 방지 관리 장치 및 방법이 적용될 수 있는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기를 포함하는 예시된 유체 공급 패키지(200)의 개략적인 단면도이다.
유체 공급 패키지(200)는 용기의 내부 용적(218)을 협동하여 폐쇄하는 원통형 측벽(214)과 바닥(216)을 포함하는 유체 보관 및 분배 용기(212)를 포함한다. 측벽과 바닥은 용기 내에 수용될 가스, 장치의 최종 사용 환경, 그리고 보관 및 분배 용도로 용기 내에 유지될 압력 레벨에 적절한 바와 같이 임의의 적절한 구성 재료, 예컨대 금속, 가스 불투과성 플라스틱, 섬유-수지 복합 재료 등으로 형성될 수 있다.
상단부(220)에서, 용기는 목부(221)의 내벽(223)에 의해 경계를 이루는 포트 개구(222)를 형성하는 목부(221)를 특징으로 한다. 내벽(223)은 나사 형성되거나 내부에서 밸브 헤드(225)와 상호 결합하도록 달리 상보적으로 구성될 수 있고, 밸브 헤드는 상보적으로 나사 형성되거나 그러한 결합을 위해 달리 구성될 수 있는 밸브 본체(226)를 포함한다.
그러한 방식에서, 밸브 헤드(225)는 내부 용적(218) 내에 가스를 원하는 보관 상태로 유지하기 위해 기밀식으로 용기(212)와 결합된다.
밸브 헤드 본체(226)에는 용기(212) 내의 유체로부터 나오는 가스의 분배를 위해 중앙 수직 통로(228)가 내부에 형성된다. 중앙 수직 통로(228)는 도시된 바와 같이 유체 배출 포트(229)의 유체 배출 통로(230)와 연통한다.
밸브 헤드 본체는 밸브의 선택적인 수동 또는 자동 개방 또는 폐쇄를 위해 밸브 액츄에이터(238)(핸드 휠 또는 공압 액츄에이터)와 커플링되는 밸브 요소(227)를 포함한다. 이 방식에서, 밸브 액츄에이터는 가스를 중앙 수직 통로(228)를 통해 유체 배출 포트(229)로 유동시키도록 개방될 수 있거나, 대안적으로 밸브 액츄에이터는 분배 작동 중에 중앙 수직 통로(228)로부터 유체 배출 포트(229)로 유체의 유동을 종료시키도록 물리적으로 폐쇄될 수 있다.
따라서, 밸브 액츄에이터는 임의의 다양하고 적절한 타입, 예컨대 수동 액츄에이터, 공압 액츄에이터, 전자기계적 액츄에이터 등, 또는 밸브를 밸브 헤드 내에서 개방 및 폐쇄하기 위한 임의의 다른 적절한 디바이스일 수 있다.
이에 따라, 밸브 요소(227)는 레귤레이터의 하류측에 배치되어, 용기로부터 분배되는 유체는 밸브 요소(227)를 포함하는 유동 제어 밸브를 통해 유동하기 전에 레귤레이터를 통해 유동한다.
밸브 헤드 본체(226)는 또한 상단부가 충전 포트(234)와 연통하도록 내부에 형성되는 충전 통로(232)를 포함한다. 충전 포트(234)는 용기가 충전되었고 보관을 위해 그리고 수용된 유체로부터 유체의 분배를 위해 사용처에 위치했을 때에 오염 또는 위험으로부터 충전 포트를 보호하도록 충전 포트 캡(236)에 의해 봉입된 바와 같이 도 1에 도시되어 있다.
충전 통로의 하단부는 도시된 바와 같이 밸브 헤드 본체(226)를 바닥면에서 빠져나간다. 충전 포트(234)가 용기 내에 수용될 가스의 소스와 커플링될 때에, 유체는 충전 통로를 통해 유동하여 용기(212)의 내부 용적(218) 내로 유동할 수 있다.
밸브 헤드 본체(226)의 하단부에는 상부 미립자 필터(239)를 내부에 수용하는 연장 튜브(240)가 결합된다. 연장 튜브(240)의 단부 상에 상부 레귤레이터(242)가 장착된다. 상부 레귤레이터(242)는 예컨대 연장 튜브의 하단부 부분에 암나사부를 마련하는 것과 같이 임의의 적절한 방식으로 연장 튜브의 하단부에 고정되고, 암나사부에 의해 상부 레귤레이터(242)가 나사식으로 결합될 수 있다.
이와 달리, 상부 레귤레이터는 압축 끼워맞춤 또는 다른 기밀식 진공 및 압력 끼워맞춤에 의해, 또는 접합됨으로써, 예컨대 용접, 브레이징, 솔더링, 용융 접합에 의해, 또는 적절한 기계적 결합 수단 및/또는 방법 등에 의해 연장 튜브의 하단부에 결합될 수 있다.
상부 레귤레이터(242)는 도시된 바와 같이 하부 레귤레이터(260)와 직렬 관계로 배치된다. 그러한 목적을 위해, 상부 및 하부 레귤레이터는 상부 레귤레이터(242)의 하부 연장부 상의 나사부와, 하부 레귤레이터(260)의 상부 연장부 상의 상호 결합될 수 있는 나사부를 포함하는 상보적인 나사부에 의해 서로 나사식으로 결합될 수 있다.
이와 달리, 상부 및 하부 레귤레이터는 예컨대 커플링 또는 끼워맞춤 수단에 의해, 접착제 접합, 용접, 브레이징, 솔더링 등에 의해 임의의 적절한 방식으로 서로 결합될 수 있거나, 상부와 하부 레귤레이터가 이중 레귤레이터 조립체의 구성요소로서 일체형으로 구성될 수 있다.
그 하단부에서, 하부 레귤레이터(260)는 고효율의 미립자 필터(246)에 결합된다.
고효율 미립자 필터(246)는 장치의 작동 시에 레귤레이터들 및 밸브들을 통해 유동되는 유체에 달리 존재할 수 있는 미립자 또는 다른 오염종에 의한 레귤레이터 요소 및 밸브 요소(227)의 오염을 방지하는 역할을 한다.
도 1에 도시된 실시예는 또한 추가의 미립자 제거 능력을 제공하고, 분배된 유체의 높은 가스 순도를 보장하기 위해, 연장 튜브(240) 내에 배치되는 고효율 미립자 필터(239)를 구비한다.
바람직하게는, 레귤레이터는 직렬 유동 관계에 있는 적어도 하나의 미립자 필터를 갖는다. 바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템은 용기 내부 용적(218)으로부터 유체 배출 포트(229)로의 유체 유동로에서 레귤레이터(들)의 상류측의 미립자 필터 뿐만 아니라 레귤레이터(들)의 하류측의 미립자 필터를 포함한다.
따라서, 도 1의 실시예의 밸브 헤드(225)는 2포트 밸브 헤드 조립체 - 하나의 포트는 가스 충전 포트(234)이고 다른 하나의 포트는 가스 배출 포트(229)임 - 를 제공한다.
도 1의 실시예의 압력 레귤레이터는 각각 포핏 유지 웨이퍼와 커플링되는 다이어프램 요소를 포함하는 타입이다. 웨이퍼는 유출 유체 압력을 정밀하게 제어하는 압력 감지 조립체의 부품으로서 포핏 요소의 스템에 결합된다. 설정점을 초과하는 유출 압력에 있어서의 약간의 증가는 압력 감지 조립체가 수축되게 하고, 유출 압력에 있어서의 약간의 감소는 압력 감지 조립체가 팽창하게 한다. 수축 또는 팽창은 포핏 요소를 병진시켜 정밀한 압력 제어를 제공하는 역할을 한다. 압력 감지 조립체는 유체 보관 및 분배 시스템의 소정의 용례에 대해 미리 확립되거나 설정되는 설정점을 갖는다.
예시된 바와 같이, 유체 제어 디바이스(268)를 내부에 수용하는 가스 배출 라인(266)은 배출 포트(229)와 커플링된다. 이 배열에 의해, 보관 및 분배 용기로부터의 유체가 상류측(하부) 레귤레이터(260)를 통해 유동된 다음 하류측(상부) 레귤레이터(242)를 통해 배출 포트(229)에 대한 밸브 헤드로 유동될 때에, 가스 배출 라인의 유동 제어 디바이스가 유체 보관 및 분배 패키지(200)의 분배 모드에서 가스를 용기(212)로부터 관련 처리 설비(270)(예컨대, 반도체 제조 설비 또는 이용 설비)로 유동시키도록 개방된다. 유동 제어 디바이스(268)는 임의의 적절한 타입일 수 있고, 다양한 실시예에서 질량 유동 제어기를 포함할 수 있다.
그러한 방식으로 분배된 유체는 레귤레이터(242)의 설정점에 의해 결정된 압력으로 있을 수 있다.
도 1의 실시예에서 레귤레이터(260)와 레귤레이터(242)의 각자의 설정점은 희망하는 특정한 최종 사용 용례에 적합하도록 임의의 적절한 값으로 선택되거나 미리 설정될 수 있다.
예컨대, 하부(상류측) 레귤레이터(260)는 약 20 psig 내지 약 2500 psig의 범위에 있는 설정점을 가질 수 있다. 상부(하류측) 레귤레이터(242)는 하부(상류측) 레귤레이터(260)의 압력 설정점을 초과하는, 예컨대 약 1 torr 내지 2500 psig 범위의 설정점을 가질 수 있다.
한가지 예시적인 실시예에서, 하부(상류측) 레귤레이터(260)는 약 100 psig 내지 약 1500 psig 범위인 설정점 압력값을 갖고, 상부(하류측) 레귤레이터(242)는 약 100 torr 내지 약 50 psig 범위의 설정점 압력값을 가지며, 하부(상류측) 압력 설정점은 상류(하류측) 레귤레이터의 설정점을 초과한다.
직렬 레귤레이터 조립체에서 레귤레이터들의 설정점은 도 1에 도시된 2개-레귤레이터 조립체에서 서로에 관해 임의의 적절한 비율로 확립될 수 있지만, 바람직한 실시에서 상류측 레귤레이터는 하류측 레귤레이터의 (동일한 압력 측정 유닛에서 측정된) 설정점 값의 적어도 2배인 압력 설정점을 갖는 것이 유리하다.
도 1의 실시예에서, 하부 및 상부 레귤레이터는 양단부에 미립자 필터를 갖는 레귤레이터 조립체를 형성하도록 서로 동축으로 정렬된다. 그러한 배열의 결과로서, 용기(212)로부터 분배되는 유체는 매우 고순도이다.
추가 변경으로서, 미립자 필터는 분배될 유체에 존재하는 불순물종(예컨대, 용기 내에서 가스의 반응 또는 분해로부터 유도되는 분해 생성물)에 대해 선택적인 화학 흡착제가 코팅 또는 함침될 수 있다. 이 방식으로, 미립자 필터를 통해 유동하는 유체가 분배될 때에 유동로를 따라 현장에서 정화된다.
도 1에 도시된 타입의 유체 보관 및 분배 시스템의 한가지 예시적인 실시예에서, 용기(212)는 3AA 2015 DOT 2.2 리터 실린더이다. 고효율 미립자 필터(246)는, Mott Corporation사(코네티컷주 파밍톤 소재)로부터 상업적으로 입수 가능하고, 0.003 미크론 직경 미만의 미립자를 99.9999999% 이상 제거할 수 있는 316L VAR/전자 연마된 스테인리스강 또는 니켈제의 하우징 내의 소결 금속 여과 매체를 갖는 GasShield™ PENTA™ 사용 현장 유체 필터이다. 고효율 미립자 필터(239)는 Mott Corporation사(코네티컷주 파밍톤 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 Mott 표준 6610-1/4 직렬 필터이다. 레귤레이터들은 HF 시리즈 Swagelok® 압력 레귤레이터로서, 상부(하류측) 레귤레이터(242)는 100 Torr 내지 100 psig 범위의 설정점 압력을 갖고, 하부(상류측) 레귤레이터(260)는 100 spig 내지 1500 psig 범위의 설정점 압력을 가지며, 하부(상류측) 레귤레이터(260)의 설정점 압력은 상부(하류측) 레귤레이터(242)의 설정점 압력의 적어도 2배이다. 특정한 실시예에서, 상부(하류측) 레귤레이터(242)는 100 psig의 유입 압력과 500 torr의 유출 압력을 가질 수 있고, 하부(상류측) 레귤레이터(260)는 1500 psig의 유입 압력과 100 psig의 유출 압력을 가질 수 있다.
도 2는 본 개시의 스파이크 압력 방지 관리 장치와 방법이 적용될 수 있는 다른 실시예에 따른, 가압 유체의 보관 및 분배 제어를 위한 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2에 예시된 바와 같이, 가압 및 유독성 유체의 보관 및 운반을 위한 시스템(10)이 도시되어 있다. 시스템(10)은 기상 또는 부분적 기상 상태의 유체, 예컨대 삼불화붕소를 수용하는 고압 실린더 또는 탱크(12)를 포함한다. 압축 가스 실린더는 미국 교통부 3AA 실린더에 의해 승인된 것 등의 종래의 500 cc 실린더일 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 실린더 밸브 헤드(14)는 실린더(12)의 상단부에 나사식으로 결합된다. 실린더 밸브 헤드(14)는 Ceodeux사에 의해 제조된 것과 같은 이중 포트 316 스테인리스강 밸브일 수 있다. 이중 포트 밸브 실린더 헤드(14)는 실린더(12)에 생성물이 충전되는 조방지(tamper-resistant) 충전 포트(16)를 갖는다. 충전 시에, 유저는 유저 포트(18)를 통해 실린더로부터 생성물을 끌어당길 수 있는데, 유저 포트는 약 0.25 내지 약 0.5 인치 범위의 유출 개구를 갖는 페이스-시일 VCR™ 포트이다. 실린더의 내부는 입구(22)를 갖는 내부 유동 제한기(20)를 수용한다. 유동 제한기(20)는 예컨대 다수의 모세관 유동 통로를 포함하는 모세관 유동 제한기를 포함할 수 있다. 배출될 때까지, 유체는 입구(22)로 유입되고, 내부 유동 제한기와 진공 구동식 체크 밸브(26)를 통과하며, 아래에서 상세하게 설명되는 유체 유동로를 따라 유저 포트(18)로 유동된다.
진공 구동식 체크 밸브(26)는 실린더로부터 유체의 배출을 자동적으로 제어하는 벨로우즈 챔버를 수용한다. 체크 밸브(26)는 이중 포트 밸브의 포트 본체에, 이중 포트 밸브의 상류측에, 실린더 내에 또는 부분적으로 이중 포트 밸브 내에 그리고 유체 유동로를 따라 부분적으로 실린더 내에 배치될 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 진공 구동식 체크 밸브는 유체 배출로를 따라 배치되는 하우징에 체크 밸브의 일부를 고정시킴으로써 실린더(12) 내측에 전체적으로 배치된다. 이중 포트 밸브의 상부에 있는 핸들(28)은 유저 포트(18)에 이르는 유체 배출로를 따라 유체의 수동 제어를 가능하게 한다. 이 타입의 유체 보관 및 분배 시스템은 미국 특허 제5,937,895호, 제6,007,609호, 제6,045,115호, 및 제7,905,247호(단, 그러한 특허들 중 처음 3개의 특허는 단일 포트 실린더 헤드에 관한 것임)에 설명되어 있고, 그러한 모든 특허의 개시는 그 각각의 전체가 본 명세서에 참조로 합체된다.
도 2의 유체 공급 패키지는 이온 주입을 위한 아대기압 도판트 가스 운반을 위해 채용될 수 있다. 실린더 온도, 고도 또는 충전 용적에 관계없이, 시스템은 유저 포트에 대해 500 내지 100 torr의 진공 레벨이 인가될 때에만 생성물을 운반한다. 생성물은 그러한 진공 없이는 유체 공급 패키지로부터 유동될 수 없다.
본 개시의 유체 공급 패키지 내에 보관되어 유체 공급 패키지로부터 분배되는 유체는 임의의 적절한 타입일 수 있고, 예컨대 반도체 제조, 평판 디스플레이의 제조, 또는 솔라 패널의 제조에 용도를 갖는 유체를 포함할 수 있다.
유체 보관 및 분배 용기 내에 수용되는 유체는, 예컨대 반도체 제조 작동을 위한 수소화물 유체를 포함할 수 있다. 그러한 타입의 수소화물 유체의 예는, 할로겐화물 에칭액, 세척제, 소스 시약 등으로서 반도체 제조 작동에 용도를 갖는, 아르신, 포스핀, 수소화안티몬(stibine), 실란, 클로로실란, 디보란, 게르만(germane), 디실란, 트리실란, 메탄, 셀렌화수소, 황화수소, 및 수소를 포함한다. 불화수소, 삼염화붕소, 삼불화붕소, 디보론 테트라플루오라이드, 염화수소, 할로겐화 실란(예컨대, SiF4) 및 디실란(예컨대, Si2F6), GeF4, PF3, AsF3, AsF5, He, N2, O2, F2, Xe, Ar, Kr, CO, CO2, CF4, CHF3, CH2F2, CH3F, NF3, COF2, 뿐만 아니라 이들 중 2개 이상의 혼합물 등을 비롯하여 반도체 제조 작동에 유용한 다른 유체가 채용될 수 있다. 이에 따라 보관되고 운반될 수 있는 기타 시약은 금속유기 화학 기상 증착(MOCVD; metalorganic chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(ALD; atomic layer deposition)을 위한 전구체로서 사용되는 기상 유기금속 시약을 포함한다.
도 3은 도 1에 개략적으로 도시된 일반적인 타입의 유체 공급 패키지의 개략적인 부분 단면도로서, 대응하는 부품은 용이한 참조를 위해 대응하게 넘버링되어 있다. 도 3의 유체 공급 패키지는, 도 3 패키지에서 용기(212)의 목부에 커플링된 칼라 플랜지 부재(280)가 제공된다는 점에서 도 1에 도시된 것과 상이하다.
도 4는 도 1 및 도 3과 관련하여 도시 및 설명된 용기에 이용되는 일반적인 타입의 압력 레귤레이터의 단면도이다. 그러한 압력 레귤레이터는 미국 특허 제5,303,734호에 설명되어 있고, 그 개시는 그 전체가 본 명세서에 참조로 합체된다. 예시된 바와 같이, 압력 레귤레이터는 입구 및 출구 통로와 연통되는 메인 중앙 하우징을 포함한다. 포핏이 입구 통로에 위치되고, 입구 통로의 시트와 결합되어 유체 유동에 대해 그러한 통로를 폐쇄하는 폐쇄 위치에서 도시되어 있다. 포핏은 스템과 커플링되고, 스템은 압력 레귤레이터의 내부 용적 내의 압력 감지 조립체에 결합된다. 압력 감지 조립체는 벨로우즈 구조체를 형성하는 다중 다이어프램을 포함하고, 압력 감지 조립체는 레귤레이터의 출구 통로 내의 압력 레벨에 응답함으로써, 예정된 설정점 압력 아래에 있는 출구 통로 내의 압력은 다중 다이어프램의 이동 및 압력 감지 조립체와 이 조립체에 커플링된 포핏 스템의 대응하는 병진을 유발하여, 포핏이 그 시트로부터 결합 해제되어, 출구 통로의 배출 개구로부터 유체의 유동을 위해 레귤레이터의 입구 통로 및 중앙 챔버를 통한 유체 유동을 가능하게 한다.
출구 통로 내의 유체 압력이 레귤레이터의 설정점 압력 위에 있는 경우, 압력 감지 조립체는 응답하여 포핏 스템 및 관련 포핏을 병진시킴으로써, 포핏이 입구 통로의 시트와 결합되어 관통하는 유체 유동에 대해 통로를 폐쇄한다.
도 5는 도 1 및 도 3의 유체 공급 패키지를 참조하여 도시 및 설명된 타입의 직렬 배치된 이중 레귤레이터 조립체의 개략도이다.
이 직렬 배치된 레귤레이터 조립체에서, 제1 압력 레귤레이터(SPR-1)는 제2 압력 레귤레이터(SPR-2)와 직렬로 되어 있다. 각각의 레귤레이터들은 중간 압력 연결 통로에 의해 서로 커플링되어 있다. 레귤레이터(SPR-1)는 레귤레이터(SPR-2)의 압력 설정점과 관련하여 보다 높은 압력 설정점을 갖는다. 레귤레이터(SPR-1)는 레귤레이터 조립체가 도 1 및 도 3에 도시된 유체 보관 및 분배 용기 내에 설치될 때에 고압 입구(High P Inlet)가 고압 유체에 노출된 상태로 배치된다. 레귤레이터(SPR-2)는 레귤레이터(SPR-1)와 직렬로 배치되고, 예컨대 아대기압인 설정점 압력을 가질 수 있어, 하류측 레귤레이터(SPR-2)는 그 출구(Sub-At Outlet)가 그러한 레귤레이터(SPR-2)의 설정점 아대기압 아래에 있지 않는다면 유체를 분배하지 않는다.
따라서, 레귤레이터(SPR-2)가 설정점 아대기압 미만의 출구 압력에 응답하여 개방될 때에, 2개의 레귤레이터들 사이의 중간 압력 연결 통로에서 대응하는 압력 감소가 존재하고, 그러한 중간 압력이 레귤레이터(SPR-1)의 설정점 압력 미만으로 감소되었을 대에, 레귤레이터(SPR-1)가 개방되어, 유체가 레귤레이터(SPR-10의 고압 입구로부터 그러한 레귤레이터를 통해, 중간 압력 연결 통로를 통해 그리고 레귤레이터(SPR-2)를 통해 아대기압 출구로 유동하게 된다.
그러한 배열에 의해, 고압 유체가 유체 보관 및 분배 용기 내에 안전하고 효과적인 방식으로 수용되고, 분배 시에 그러한 유체의 압력은 상류측 압력 레귤레이터에 의해 중간 압력으로 감소되고, 하류측 압력 레귤레이터에 의해 그러한 중간 압력으로부터 하류측 압력 레귤레이터의 설정점에 의해 결정된 낮은 배출 압력으로 감소된다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 일반적인 타입의 압력 레귤레이터의 부분 확대도로서, 그러한 통로를 폐색하여 유체 유동을 방지하도록 압력 레귤레이터의 입구 통로에 안착되는 포핏의 원추형 단부 섹션을 보여준다. 그러한 폐색 위치는 레귤레이터의 설정점 압력 이상인 압력 레귤레이터의 출구 통로 내의 하류측 압력에 응답한다. 포핏의 안착 위치는 유체 공급 패키지의 유체 보관 및 분배 용기로부터 유체 유동의 시작 시에 전술한 압력 스파이크 거동이 생기게 할 수 있는 포핏의 잠재적인 고착 장소이다.
도 7은 도 4 내지 도 6에 도시된 타입의 압력 레귤레이터에 사용되는 포핏 스템 조립체(300)의 분해도이다. 포핏 스템 조립체는 화살표 A에 의해 지시된 방향으로 나사 체결될 때에 포핏 스템(306)이 고정되는 베이스플레이트(308)를 포함하는 포핏 베이스 구조체를 포핏 스템의 상단부에 배치되는 나선형 나사부(310)와 결합시키는 포핏(304)을 포함한다.
도 8은 도 7의 포핏 스템 조립체와 협동하여 합치 가능한 포핏 리테이너 스프링 부재(312)의 평면도이다.
도 9는 도 7의 포핏 스템 조립체(300) 및 도 8의 포핏 스프링 리테이너 부재(312)를 통합한 조립된 포핏 스템과 리테이너 스프링 조립체의 평면도이다. 스프링 조립체는 압력 레귤레이터의 벨로우즈의 표면에 클립 체결되고, 포핏 스템(306)을 물리적으로 유지한다. 스프링(312)은 예컨대 정렬 목적을 위해 포핏의 이동을 허용하도록 수직 이동 방향으로 1 mm 정도일 수 있는 간극을 갖는다. 그러한 간극이 존재하는 결과로서, 포핏 스템은 위치가 변동할 수 있고, 이에 따라 정렬이 열악하거나 불균일하여 분배 작동 중에 레귤레이터를 통한 유동의 시작 시에 잠재적인 압력 스파이크 거동에 기여할 수 있다.
그러한 정렬 및 위치 문제를 해결하기 위하여, 본 개시는 그러한 압력 레귤레이터에 종래에 사용되는 치수에 비해 유지용 스프링과 포핏 스템 조립체 사이의 간극 치수를 상당히 감소시키는 것을 예상한다. 예컨대, 종래에 전술한 1 mm 간극 치수를 갖도록 제조된 레귤레이터에서, 간극을 0.25 mm 정도의 치수로 감소시키면 이에 따라 잠재적인 오정렬이 상당히 감소되는 것이 예상됨으로써, 그러한 오정렬과 관련된 압력 스파이크 이벤트를 개선시킨다.
도 10은 도 1에 도시된 타입의 유체 공급 패키지의 개략적인 단면도로서, 모든 대응하는 요소 및 특징은 용이한 참조를 위해 대응하게 넘버링되고, 밸브 헤드 본체(226)는 분배 작동의 시작 시에 압력 스파이크 거동을 억제하도록 유동 제한 오리피스(RFO) 요소(288)를 유체 배출 포트(229)의 유체 배출 통로에 통합함으로써 변경되었다. 그러한 배열에 의해, 유동 제한 오리피스는 유체 공급 패키지로부터 유체의 잠재적인 스파이크/서지 유량을 제한하고, 이에 의해 스파이크/서지 거동을 감쇠 및 적어도 부분적으로 약화시키는 역할을 한다. 그러한 RFO 요소(288)는 유체 공급 패키지(200)로부터 최대 유체 배출율을 제어하도록 배출 포트(229) 내에 나사 체결되거나, 달리 기계적으로 삽입, 고정, 또는 부착될 수 있다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따라, 압력 스파이크 거동을 억제하도록 변경된, 도 5를 참조하여 도시되고 이전에 설명된 타입의 직렬 배치된 이중 레귤레이터 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 11의 직렬 배치된 레귤레이터 조립체에서, 제1 압력 레귤레이터(SPR-1)과 제2 압력 레귤레이터(SPR-2) 사이의 중간 압력 연결 통로는 통과하는 유체의 유동을 제한하도록 중간 압력 연결 통로에 중앙의 좁은 보어 개구를 제공하기 위해 내부에 환형 형태의 인서트를 갖도록 제조되어 있다.
환형 인서트는 설정점 레귤레이터(SPR-1과 SPR-2) 사이의 유체 용적을 감소시키기 위해 직렬 배치된 이중 레귤레이터 조립체의 용접 조립 중에 설치될 수 있다. 중간 압력 연결 통로를 통과하는 용적 유체 부하를 제한함으로써, 설정점 레귤레이터(SPR-2)가 분배 작동 시에 먼저 개방될 때에 서지/스파이크 거동에 민감한 유체가 이에 따라 적게 된다. 그 결과, 임의의 압력 섭동의 크기 및 일시적인 규모가 중간 압력 연결 통로에 그러한 환형 인서트가 없는 대응하는 직렬 배열된 이중 레귤레이터 조립체와 관련하여 감쇠되고 적어도 부분적으로 약화된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 도 5를 참조하여 도시되고 이미 설명된 타입의 직렬 배열된 이중 레귤레이터 조립체는 레귤레이터들 사이의 중간 압력 연결 통로에서 유체 용적을 감소하기 위해 상류측(보다 높은 압력) 레귤레이터에서의 압력 설정점의 감소에 의해 변경될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 타입의 유체 분배 패키지에서 상류측 레귤레이터는 통상적으로 100 psi(689.5 kPa) 정도의 설정점 압력을 가질 수 있고, 상류측 레귤레이터의 그러한 설정점 압력은 분배 작동 시작 시에 압력 스파이크 거동을 약화시시키도록 10 psi(68.9 kPa)의 정도의 압력으로 감소될 수 있다.
도 12는 도 4 및 도 5에 도시된 일반적인 타입의 압력 레귤레이터(400)의 부분 확대도로서, 레귤레이터의 입구 통로(402)의 시트 구조체(412)는 도 6에 도시된 구조체와 관련하여 평탄한 환형 디스크형 특성의 도넛형 구조체로 변경되었다. 게다가, 포핏 스템(410) 상에 장착된 포핏(404)은 시트 구조체와 상호 밀봉식으로 결합하도록 그 근위 단부(406)에 크며 둥글고 뭉툭한 프로파일을 제공하도록 변경되었다. 이 실시예에서, 시트 구조체는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있고, 예컨대 폴리아세탈 재료와 같이 경질의 단단한 유체 적합성 폴리머를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 포핏은 시트 구조체와 호환하는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있고, 예컨대 스테인리스강, 티타늄, 니켈, 또는 다른 금속 등의 금속, 또는 포핏 조립체 및 레귤레터의 기타 구성요소 뿐만 아니라 사용시에 그러한 레귤레이터를 통해 유동될 유체와 호환성을 갖는 구성 재료로 형성될 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라, 스파이크 압력 관리 장치 및 방법이 적용되는 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기를 포함하는 유체 공급 패키지의 개략적인 단면도이다. 도 13에서, 대응하는 특징부들은 도 1에 도시된 유체 공급 패키지에 관하여 대응하게 넘버링된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 유체 공급 패키지(200)는 용기의 내부 용적(218)을 협동하여 폐쇄하는 원통형 측벽(214)과 바닥(216)을 포함하는 유체 보관 및 분배 용기(212)를 포함한다. 그 상단부(220)에서, 용기는 목부(221)의 내벽(223)에 의해 경계를 이루는 포트 개구(222)를 형성하는 목부(221)를 특징으로 한다. 내벽(223)은 이미 설명된 바와 같이 밸브 본체(226)를 포함하는 밸브 헤드(225)와 내부에서 상호 결합하도록 구성된다.
밸브 헤드(225)는 원하는 보관 조건으로 내부 용적(218) 내에 가스를 유지하도록 기밀식으로 용기(212)와 결합된다. 밸브 헤드 본체(226)에는 용기(212) 내의 유체로부터 생기는 가스의 분배를 위한 중앙 수직 통로(228)가 형성된다. 중앙 수직 통로(228)는 유체 배출 포트(229)의 유체 배출 통로(230)와 연통한다.
밸브 헤드 본체는 밸브의 선택적인 개방 또는 폐쇄를 위한 밸브 액츄에이터(238)와 커플링되는 밸브 요소(227)를 수용한다. 밸브 액츄에이터는 가스를 중앙 수직 통로(228)를 통해 유체 배출 포트(229)로 유동시키도록 개방될 수 있거나, 이와 달리 밸브 액츄에이터는 분배 중에 중앙 수직 통로(228)로부터 유체 배출 포트(229)로의 유체 유동을 종료시키도록 폐쇄될 수 있다.
밸브 요소(227)는 레귤레이터의 하류측에 있으므로, 용기로부터 분배되는 유체는 밸브 요소(227)를 포함하는 유동 제어 밸브를 통해 유동하기 전에 레귤레이터를 통해 유동한다.
밸브 헤드 본체(226)는 상단부가 충전 포트(234)와 연통하는 충전 통로(232)를 포함한다. 충전 포트(234)는 충전 후의 용기가 가스를 보관 및 분배할 때에 오염 또는 위험으로부터 충전 포트를 보호하도록 충전 포트 캡(236)에 의해 봉입된다.
충전 통로의 하단부는 밸브 헤드 본체(226)를 바닥면에서 빠져나간다. 충전 포트(234)가 가스의 소스와 커플링될 때에, 유체는 충전 통로를 통해 유동하여 용기(212)의 내부 용적(218) 내로 유동할 수 있다.
밸브 헤드 본체(226)의 하단부에는 상부 미립자 필터(239)를 내부에 수용하는 연장 튜브(240)가 결합된다. 연장 튜브(240)의 단부 상에 상부 레귤레이터(242)가 장착된다. 상부 레귤레이터(242)는 연장 튜브의 하단부 부분에 고정된다.
상부 레귤레이터(242)는 하부 레귤레이터(260)와 직렬 관계로 배치된다. 그러한 목적을 위해, 상부 및 하부 레귤레이터는 상부 레귤레이터(242)의 하부 연장부 상의 나사부와, 하부 레귤레이터(260)의 상부 연장부 상의 상호 결합될 수 있는 나사부를 포함하는 상보적인 나사부에 의해 서로 나사식으로 결합될 수 있다.
이와 달리, 상부 및 하부 레귤레이터는 커플링 또는 끼워맞춤 요소에 의해, 접착제 접합, 용접, 브레이징, 솔더링 등에 의해 결합될 수 있거나, 상부와 하부 레귤레이터가 이중 레귤레이터 조립체의 구성요소로서 일체형으로 구성될 수 있다.
하단부에서, 하부 레귤레이터(260)는 장치의 작동 시에 미립자 또는 다른 오염종에 의한 레귤레이터 요소와 밸브 요소(227)의 오염을 방지하는 역할을 하는 미립자 필터(246)에 결합된다. 미립자 필터(239)는 추가 미립자 제거 능력을 제공하고, 분배되는 유체의 높은 가스 순도를 보장하도록 연장 튜브(240) 내에 배치된다.
레귤레이터는 직렬 유동 관계에 있는 적어도 하나의 미립자 필터를 가질 수 있다. 바람직하게는, 시스템은 용기 내부 용적(218)으로부터 유체 배출 포트(229)로의 유체 유동로에서, 레귤레이터(들)의 상류측의 미립자 필터 뿐만 아니라 레귤레이터(들)의 하류측의 미립자 필터를 포함한다.
따라서, 밸브 헤드(225)는 2-포트 헤드 조립체 - 가스 충전 포트(234)와 가스 배출 포트(229) - 를 제공한다.
압력 레귤레이터는 각각 포핏 유지 웨이퍼와 커플링되는 다이어프램 요소를 포함하는 타입이다. 웨이퍼는 유출 유체 압력을 정밀하게 제어하는 압력 감지 조립체의 부품으로서 포핏 요소의 스템에 결합된다. 설정점을 초과하는 유출 압력에 있어서의 약간의 증가는 압력 감지 조립체가 수축되게 하고, 유출 압력에 있어서의 약간의 감소는 압력 감지 조립체가 팽창하게 한다. 수축 또는 팽창은 포핏 요소를 병진시켜 정밀한 압력 제어를 제공하는 역할을 한다. 압력 감지 조립체는 유체 보관 및 분배 시스템의 소정의 용례에 대해 미리 확립되거나 설정되는 설정점을 갖는다.
예시된 바와 같이, 질량 유동 제어기(268)를 내부에 수용하는 가스 배출 라인(266)은 배출 포트(229)와 커플링된다. 이 배열에 의해, 보관 및 분배 용기로부터의 유체가 상류측(하부) 레귤레이터(260)를 통해 유동된 다음 하류측(상부) 레귤레이터(242)를 통해 배출 포트(229)에 대한 밸브 헤드로 유동될 때에, 가스 배출 라인의 질량 유동 제어기가 유체 보관 및 분배 패키지(200)의 분배 모드에서 가스를 용기(212)로부터 관련 처리 설비(270)(예컨대, 반도체 제조 설비 또는 이용 설비)로 유동시키도록 개방된다.
그러한 방식으로 분배된 유체는 레귤레이터(242)의 설정점에 의해 결정된 압력으로 있을 수 있다. 레귤레이터(260)와 레귤레이터(242)의 각자의 설정점은 임의의 적절한 값으로 선택되거나 미리 설정될 수 있다. 하부 및 상부 레귤레이터들은 서로 동축으로 정렬되어 양단부에 미립자 필터를 갖는 레귤레이터 조립체를 형성함으로써, 용기(212)로부터 분배된 유체는 매우 고순도가 된다.
하류측 처리 설비(270)에 부정적인 영향을 미치고 유동 중단을 유발하는 운반 압력의 진동을 일으키는 일 없이 가스를 균일한 압력으로 운반할 수 있도록, 도 13의 가스 공급 장치는 가스 배출 라인(266)과 분기 라인(274, 282) 중 하나 사이에 유체 유동 연통을 확립하기 위해 선택적으로 사이클 작동될 수 있는 사이클 밸브(272)를 가스 배출 라인(266)에 포함한다. 분기 라인(274)은 내부에 유동 격리 밸브(276)를 구비하고, 가스 배출 라인(266)에 흡인을 가하며 배출 라인(280)에서 가스를 배출하도록 배치된 펌프(278)와 커플링된다. 분기 라인(282)은 가압 펌프(284)를 내부에 수용하고 가압 가스 소스(288)에 결합되며, 그러한 라인의 격리 밸브(286)는 가압 펌프(284)를 향한 가압 가스의 유동을 제어하는 역할을 한다.
유체 공급 패키지(200)로부터 가스 분배의 시작 시에 운반 압력 진동을 방지하기 위하여, 용기(214) 내의 레귤레이터(242)의 포핏 요소는 사이클 밸브(272)를 구동시킴으로써 사이클 작동되어, 제1 작동 주기 동안에, 가압 펌프(284)가 구동되고 가압 유체가 가압 가스 소스(288)로부터 라인(282), 밸브(272) 및 다시 가스 배출 라인(266) 내를 통과하여 배출 포트(229)로 유동된다. 이 방식에서, 배출 포트(229)는 예정된 시주기 동안 예정된 압력으로 배압되고, 그 후에 사이클 밸브(272)는 분기 라인(282)과 유체 연통하도록 가스 배출 라인을 폐쇄하고, 흡인 펌프(278)가 구동된 상태로 분기 라인(274)과 유체 연통하도록 가스 배출 라인을 개방시키고, 예정된 제2 시주기 동안에 배출 포트(229)에 흡인을 가하도록 사이클 작동된다. 이 방식에서, 배출 포트(229)가 경험하는 가스 배출 라인(266) 내의 압력은 레귤레이터(242)의 설정점을 초과하는 압력과 레귤레이터(242)의 설정점 미만의 흡인 압력 상태 사이에서 사이클 작동되어, 레귤레이터(242)의 포핏이 개방 및 폐쇄된다.
레귤레이터 포핏이 연속적으로 개방 및 폐쇄하게 하는 압력 조건의 그러한 교대는 충분한 횟수의 사이클 동안 계속되어 용기로부터의 다음 가스 분배가 압력 진동 없이 발생하게 한다.
구체적인 예에서, 사이클 작동 절차는 배출 포트를 12 초 동안 약 700 torr로 배압시킨 다음에 배출 포트를 12 초 동안 펌핑하여 레귤레이터의 포핏이 개방 및 페쇄되게 하는 것을 수반하고, 그러한 교대는 500-1000 사이클 동안 계속되고, 그 후에 분배된 가스의 운반 압력은 안정화된 비진동 특성을 보인다.
도 14는 도 13에 도시된 타입의 시스템에서 레귤레이터 포핏의 사이클 작동 전후에 시간의 함수로서 분배된 가스 압력의 그래프이다. 사이클 작동 전에, 분배 시작 후에 운반 압력(200 내지 1175 초의 상부 라인)은 상당한 진동을 보인다. 사이클 작동 후에, 운반 압력(1175 초 후의 상부 라인)은 일관되고 비진동 특성을 보인다.
따라서, 대응하는 유체 공급 패키지의 압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기에서 유체 분배의 시작에 따른 압력 스파이킹 거동을 적어도 부분적으로 약화시키기 위해, 본 개시의 광범위한 실시 내에 유리하게 채용될 수 있는 조립체, 방안 및 메카니즘은 다양하다는 것이 이해될 것이다.
본 개시는 특정한 양태, 특징 및 예시적인 실시예를 참조하여 본 명세서에 기술되었지만, 본 개시의 용도는 이에 따라 제한되지 않고, 본 명세서의 설명을 기초로 하여 본 개시의 분야의 숙련자들에게 제한되는 바와 같이 다수의 다른 변형, 변경 및 대체 실시예로 연장되고 그것을 포함한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 이후에 청구되는 본 발명은 그 사상 및 범위 내에 그러한 모든 변형, 변경 및 대체 실시에를 포함하는 것으로 광범위하게 이해 및 해석되도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 압력 레귤레이터 조립체로서,
    분배 용기의 내부 용적 내에 위치하고, 입구 및 출구를 구비한 챔버를 갖는 하우징을 포함하는 압력 레귤레이터로서, 상기 챔버는 내부에 챔버 내의 압력 변화에 대응하여 확장 및 수축하도록 된 다이어프램 요소를 갖는 벨로우즈(bellows) 구조체를 갖는 압력 감지 조립체를 포함하는, 압력 레귤레이터;
    개방 및 폐쇄 상태 사이에서 압력 감지 조립체의 이동을 안정화시키고 진동을 감쇠시키도록 된 감쇠 조립체로서, 상기 압력 감지 조립체 내에 위치하는, 감쇠 조립체; 및
    압력 감지 조립체와 커플링되어 작동하고, 챔버의 입구 및 출구 사이의 유체 압력을 조절하도록 된 포핏(poppet) 폐쇄 조립체로서, 상기 포핏 폐쇄 조립체는 챔버의 입구에 위치한 시트 구조체 및 포핏 요소를 포함하고, 상기 포핏 요소는 시트 구조체와 상호 결합하고(mate) 접촉하여 밀봉을 형성하도록 된 상부의 구형-형상의 표면을 갖는, 포핏 폐쇄 조립체
    를 포함하는, 압력 레귤레이터 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    벨로우즈 구조체의 다이어프램은 단일 용접 다이어프램 요소를 갖도록 설정된, 압력 레귤레이터 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    포핏 폐쇄 조립체가, 압력 하에 있는 동안 낮은 레벨의 변형을 갖는 구성 재료를 추가로 포함하는, 압력 레귤레이터 조립체.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    포핏 폐쇄 조립체의 시트 구조체가 비금속 재료를 포함하는, 압력 레귤레이터 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    다이어프램 요소를 갖는 벨로우즈 구조체가, 포핏 폐쇄 조립체 내의 포핏 요소의 진행 거리를 감소시키도록 설정된 두께 및 탄성을 갖는 재료를 포함하여, 유체 분배의 시작 시에 용기로부터 분배되는 유체를 부분적으로 약화시키는, 압력 레귤레이터 조립체.
  8. 삭제
  9. 유체 공급 패키지로서,
    압력 조절식 유체 보관 및 분배 용기;
    분배 용기의 내부 용적 내에 위치하고, 입구 및 출구를 구비한 챔버를 갖는 하우징을 포함하는 압력 레귤레이터로서, 상기 챔버는 내부에 챔버 내의 압력 변화에 대응하여 확장 및 수축하도록 된 단일 용접 다이어프램 요소를 갖는 벨로우즈 구조체를 갖는 압력 감지 조립체를 포함하는, 압력 레귤레이터;
    개방 및 폐쇄 상태 사이에서 압력 감지 조립체의 이동을 안정화시키고 진동을 감쇠시키도록 된 감쇠 조립체로서, 상기 압력 감지 조립체 내에 위치하는, 감쇠 조립체;
    압력 감지 조립체와 커플링되어 작동하고, 챔버의 입구 및 출구 사이의 유체 압력을 조절하도록 된 포핏 폐쇄 조립체로서, 상기 포핏 폐쇄 조립체는 챔버의 입구에 위치한 시트 구조체 및 포핏 요소를 포함하고, 상기 포핏 요소는 시트 구조체와 상호 결합 하고 접촉하여 밀봉을 형성하도록 된 상부의 구형-형상의 표면을 갖는, 포핏 폐쇄 조립체; 및
    분배 용기와 커플링되고 배출 포트를 통해 용기로부터 유체를 분배하도록 된 밸브 헤드로서, 압력 레귤레이터는 상기 배출 포트의 상류에 위치하고 상기 밸브 헤드와 커플링되며, 상기 밸브 헤드는 용기로부터의 유체 분배를 제어하도록 작동하는 유동 제어 밸브를 포함하는, 밸브 헤드
    를 포함하는, 유체 공급 패키지.
  10. 삭제
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