專利名稱：用于選擇性收集過程流出物的方法和設(shè)備的制作方法
用于選擇性收集過程流出物的方法和設(shè)備相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本專利申請(qǐng)要求2010年1月觀日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61Λ98，949號(hào)的 優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
存在著從以間斷的(intermittent)和可變的氣流提供的源氣體或流出氣體區(qū)分 和有效地收集含有高價(jià)值的需要的氣體(如稀有氣體(Kr、Xe))的過程氣體(process gas) 的需要。非常重要的是，收集所需的氣體的設(shè)備不應(yīng)以任何方式干擾處理裝置(如收集系 統(tǒng)所連接的化學(xué)過程反應(yīng)器)的性能。來自半導(dǎo)體加工(如蝕刻)的流出氣體通常在作用 泵(process pump)處稀釋，然后通過泵接入共用流出氣體歧管(其最終到達(dá)消除或凈化系 統(tǒng))后的氣體歧管(manifold)轉(zhuǎn)移。這種流出氣體的混雜(comingling)最終稀釋了感興 趣的過程流出流，從而使得其非常難以有效地處理以移除感興趣的物質(zhì)(即需要的氣體) 以用于回收，。從化學(xué)過程的廢物流中回收作為污染流出物而不可接受的或具有足夠的回收價(jià) 值的氣體是已知的。參見US7，261，763。從流出物回收稀有氣體用于包裝和運(yùn)輸以提純和循環(huán)利用。參見US7，294, 172和 US7,169，210。因?yàn)槿蜃兣臐撛趩栴}，回收半導(dǎo)體加工的蝕刻氣體是已知的。參見 US7, 258，725。從半導(dǎo)體加工的流出物收集稀有氣體是已知的。參見US6，605，134。循環(huán)利用來自半導(dǎo)體加工的全氟化碳化合物(PFC)是已知的。參見US6，277，173。氙回收系統(tǒng)是已知的。參見US7J85，154。氙傳感器是已知的。參見US2006/00211421。然而，這些方法沒有解決以下問題從順序通過化學(xué)過程流出系統(tǒng)的其他流出氣 體不連續(xù)地收集(discrete collection)需要的氣體，和避免在該不連續(xù)收集需要的氣體 的過程中干擾這一化學(xué)過程的條件。通過下面更詳細(xì)闡述的本發(fā)明獲得了這些和其他的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于從順序利用兩種或更多種氣體組成(gas composition)的化 學(xué)過程反應(yīng)器的流出物回收需要的氣體的設(shè)備，包括(a)配備有用于將兩種或更多種獨(dú)立的氣體組成引入化學(xué)過程反應(yīng)器中的一個(gè)或 多個(gè)管線的化學(xué)過程反應(yīng)器；(b)用于控制將獨(dú)立的氣體組成引入化學(xué)過程反應(yīng)器中的過程控制器；(c)能夠移除引入化學(xué)過程反應(yīng)器的兩種或更多種獨(dú)立的氣體組成的流出物的來 自化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物管線；(d)流出物管線中的止回閥，其允許移除來自化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物和防止流出物向化學(xué)過程反應(yīng)器的任何實(shí)質(zhì)流動(dòng)；(e)能夠從流出物管線移除需要的氣體的回收管線；(f)回收管線中的自動(dòng)閥；(g)過程控制器，其能夠控制將兩種或更多種氣體組成順序引入化學(xué)過程反應(yīng)器 和能夠控制回收管線中的自動(dòng)閥的操作以使得在需要的氣體作為氣體組成的一部分在流 出物管線中時(shí)的至少一部分時(shí)間內(nèi)自動(dòng)閥開放，其中過程控制器能夠通過與化學(xué)過程反應(yīng) 器和自動(dòng)閥的信號(hào)連接產(chǎn)生和接收過程信號(hào)；和(h)回收管線中的壓縮器，其能夠以足以關(guān)閉流出物管線中的止回閥的流量從流 出物管線移除需要的氣體。本發(fā)明還涉及一種用于從順序利用兩種或更多種氣體組成的化學(xué)過程反應(yīng)器的 流出物回收需要的氣體的方法，包括(a)通過到化學(xué)過程反應(yīng)器的入口將包括需要的氣體的兩種或更多種氣體組成順 序引入化學(xué)過程反應(yīng)器中；(b)在流出物管線中從化學(xué)過程反應(yīng)器順序移除包括兩種或更多種氣體組成和需 要的氣體的流出物；(c)使流出物通過具有開啟壓力(crack pressure)設(shè)置的止回閥；(d)從止回閥上游的流出物管線移除流出物的一部分，該部分流出物包含大部分 的需要的氣體，其中所述移除關(guān)閉止回閥，這種移除通過由自動(dòng)閥控制的回收管線進(jìn)行；(e)由與自動(dòng)閥信號(hào)連通的過程控制器控制自動(dòng)閥的操作，其中過程控制器至少 通過與化學(xué)過程反應(yīng)器或其入口中的一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)連通監(jiān)控兩種或更多種氣體組成 引入化學(xué)過程反應(yīng)器或其入口中；和(f)在需要的氣體作為氣體組成的一部分在流出物管線中時(shí)的至少一部分時(shí)間內(nèi) 開放自動(dòng)閥以從流出物管線回收包含需要的氣體的氣體組成。


圖1是用于從化學(xué)過程反應(yīng)器流出物以不連續(xù)的方式收集需要的氣體的本發(fā)明 實(shí)施方式的示意圖。圖2是圖1的局部片斷圖，顯示使用三通閥20A的替代閥設(shè)置。圖3是圖1的局部片斷圖，顯示在壓縮器觀下游和保護(hù)床30上游具有緩沖罐31 的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式存在著從源氣體或流出氣體區(qū)分和有效地收集含有高價(jià)值物質(zhì)的過程氣體，如作 為需要的氣體的稀有氣體(Kr、Xe、He、Ne、Ar、foi)的需要，所述需要的氣體以間斷的和/或 可變的流提供，這與來自過程的流出氣體連續(xù)流相反，例如由半導(dǎo)體工藝反應(yīng)器示例的化 學(xué)過程反應(yīng)器。希望的是，收集所需氣體的設(shè)備不干擾收集系統(tǒng)連接的過程裝置的性能，即 化學(xué)過程反應(yīng)器。這一概念使得能夠通過連接到控制系統(tǒng)(即過程控制器或計(jì)算機(jī))和使 用在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候啟動(dòng)的自動(dòng)閥處理廢氣來收集需要的氣體。一種替代方法是利用在化學(xué)過 程反應(yīng)器之后的機(jī)載(onboard)傳感器，諸如在來自化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物管線中。該傳感器會(huì)檢測感興趣的物質(zhì)(如以氙氣為例的需要的氣體)的存在，并激活過程控制器以 開始這種氣體的回收或收集。通過基于對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)的測量的邏輯控制自動(dòng)閥的啟動(dòng)。 該系統(tǒng)包括提供收集和儲(chǔ)存需要的氣體所需的真空和容量的處理設(shè)備。這些設(shè)備產(chǎn)生適當(dāng) 水平的容量，以使得流出氣體中所含的需要的氣體的穩(wěn)定氣流可以被定量輸入富集系統(tǒng)， 如真空變壓吸附系統(tǒng)(VSA)或變溫吸附系統(tǒng)(TSA)或變壓吸附系統(tǒng)(PSA)。本發(fā)明滿足了對(duì)于從優(yōu)選以間斷形式包含需要的氣體的多個(gè)過程流出流有效地 收集有價(jià)值的排出的需要?dú)怏w(如氙)的方法的需要。該方法包括用于監(jiān)控/測量工藝參 數(shù)的系統(tǒng)、控制邏輯、分流所選擇的氣體的自動(dòng)閥、止回閥、真空系統(tǒng)和存儲(chǔ)空間。界面通過 利用作用泵/壓縮器之后回收氣體歧管或回收管線與正常廢氣歧管或流出物管線之間的 壓力差來運(yùn)行。在接受來自過程控制器的信號(hào)后，自動(dòng)閥(如電磁閥)開放?；厥展芫€內(nèi) 減小的壓力迫使流出物管線中的止回閥關(guān)閉。此時(shí)這將流出氣體轉(zhuǎn)向回收管線。該系統(tǒng)還 包含處理邏輯(process logic)以選擇性地在存在感興趣的物質(zhì)或需要的氣體時(shí)發(fā)出信 號(hào)；以及如果感興趣的物質(zhì)或需要的氣體不存在或可能對(duì)下游回收系統(tǒng)造成破壞的其他物 質(zhì)存在，則切斷流。處理邏輯也可以補(bǔ)償感興趣的物質(zhì)或需要的氣體(如氙)從化學(xué)過程 反應(yīng)器移動(dòng)到回收管線或自動(dòng)閥所需要的時(shí)間。這通過自動(dòng)閥的開放和關(guān)閉中的可調(diào)節(jié)的 延遲來實(shí)現(xiàn)。與化學(xué)過程反應(yīng)器的界面可以包括接進(jìn)流出物管線的T型接頭、截流閥、分析端 口(任選的)、減小振動(dòng)耦合(vibrational coupling)和應(yīng)力的柔性管線、壓力計(jì)(任選 的)、電磁閥和能夠?qū)⒒瘜W(xué)過程反應(yīng)器與回收系統(tǒng)隔離的手動(dòng)截流閥。來自半導(dǎo)體或化學(xué)過程反應(yīng)器(如蝕刻)的流出氣體通常在作用泵處稀釋，然后 通過泵后的氣體歧管或流出管線轉(zhuǎn)移入共用的流出氣體歧管(其最終到達(dá)消除或凈化系 統(tǒng))。流出氣體的這種混雜最終稀釋過程流出組合物和感興趣的需要的氣體，從而使得非常 難以有效處理以移除感興趣的物質(zhì)或需要的氣體而進(jìn)行回收。因此，優(yōu)選感興趣的需要的 氣體在到達(dá)共用的集氣管(header)之前與其他廢氣流隔離。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，將感興趣的 需要的氣體轉(zhuǎn)向處理室和共用集氣管的入口之間的回收系統(tǒng)。此外，這種轉(zhuǎn)移必須以防止 對(duì)流過化學(xué)過程反應(yīng)器的處理氣體的任何干擾的方式進(jìn)行。這種破壞可以導(dǎo)致在加工過程 的失敗，而這可能導(dǎo)致產(chǎn)率損失。因此，廢氣收集系統(tǒng)應(yīng)該是對(duì)于化學(xué)過程反應(yīng)器透明的。 本發(fā)明使得能夠?qū)崿F(xiàn)有效和及時(shí)的流出氣體(其包含用于回收的感興趣的物質(zhì)或需要的 氣體)的轉(zhuǎn)移。此外，它以基本上不會(huì)干擾化學(xué)過程反應(yīng)器內(nèi)的處理過程的方式進(jìn)行這種 轉(zhuǎn)移。這種收集設(shè)備解決的另一個(gè)問題是，它使得能夠同時(shí)從可能只是以間斷的方式使 用感興趣的需要的氣體進(jìn)行處理的許多處理室收集氣體流或需要的氣體。界面通過接受來 自任何化學(xué)過程反應(yīng)器或其流出物管線的信號(hào)并確定用于回收的感興趣的需要的氣體何 時(shí)存在于流出氣體流中而執(zhí)行這種功能。此外，如果恰好是在過程間隔期中存在回收系統(tǒng) 不希望接受的物質(zhì)，則有可能通過來自化學(xué)過程反應(yīng)器的另外的信號(hào)和將流出物流的這些 部分不轉(zhuǎn)向到回收系統(tǒng)的預(yù)先確定的時(shí)機(jī)來對(duì)它進(jìn)行編程。處理氣體的正常流是通過化學(xué)過程反應(yīng)器到達(dá)位于化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物管 線上的作用泵。這些泵可以為許多類型，包括渦輪分子泵、低溫泵和擴(kuò)散型泵，以實(shí)現(xiàn)高真 空。然后使用壓縮流出氣體用于排出的機(jī)械泵來支持這些泵。在機(jī)械泵處，通常進(jìn)行氮稀釋以降低流出氣體的可燃性極限，稀釋流出氣體至致死劑量水平(LDL)以下，幫助冷卻運(yùn) 轉(zhuǎn)的作用泵以及密封泵以防止泄漏。添加氮稀釋可能還有其他的原因。在此時(shí)，流出氣體 隨后移動(dòng)通過氣體歧管到達(dá)較大的排氣歧管，其中來自許多過程的流出氣體在此混雜。為 了從流出氣體有效地回收高價(jià)值的物質(zhì)，如以氙氣為例的需要的氣體，需要將含有感興趣 的物質(zhì)或需要的氣體的流出氣體轉(zhuǎn)向離開這一收集歧管并朝向回收系統(tǒng)。進(jìn)行這種轉(zhuǎn)移的 原因包括存在足夠高濃度的感興趣的物質(zhì)(需要的氣體)以使得能夠有效回收，可能危害 或降低收集效率的來自其他過程的污染物的減少，以及到達(dá)回收系統(tǒng)的流出氣體總體積降 低至對(duì)于回收系統(tǒng)的尺寸更易控制的體積。將轉(zhuǎn)移系統(tǒng)置于化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物管線上的難題在于該轉(zhuǎn)移系統(tǒng)不應(yīng)損 害化學(xué)過程反應(yīng)器中正在進(jìn)行的處理。對(duì)于氣體流的任何干擾都有可能破壞壓力、氣體流 量和泵送效率。這些可能導(dǎo)致處理中斷，而這可能導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)率的損失。因此，希望的是以 對(duì)于化學(xué)過程反應(yīng)器透明的方式實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器界面。另一個(gè)難題是，化學(xué)反應(yīng)器時(shí)常完成多 種類型的任務(wù)。這些任務(wù)中的一些可能包括希望用于回收的物質(zhì)(需要的氣體)，而在其他 時(shí)間感興趣的物質(zhì)(需要的氣體)可能不是流出氣體流的部分。在這些時(shí)候，不需要收集 和處理流出氣體，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致效率低下。另一個(gè)難題是，在包含感興趣的物質(zhì)(需要的氣 體)的處理氣體的氣流中，可能存在由于對(duì)于回收系統(tǒng)的安全性或風(fēng)險(xiǎn)而不適合收集的其 他物質(zhì)。通常情況下，這些物質(zhì)在過程中是破壞性的，且需要的只是在工藝方案中的各個(gè)不 同點(diǎn)從收集過程中排除它們。最后，常常存在多個(gè)化學(xué)過程反應(yīng)器，且各個(gè)化學(xué)過程反應(yīng)器 在按間斷的時(shí)間間隔利用預(yù)期用于回收的需要的氣體。因此，希望的是具有獨(dú)立地在各個(gè) 化學(xué)過程反應(yīng)器處向用于回收系統(tǒng)的集氣管轉(zhuǎn)移需要的氣體的能力。這一反應(yīng)器界面發(fā)明解決了上述各個(gè)難題，從而使得能夠從過程流出氣體流有效 地回收需要的氣體。可能存在許多可潛在地用于將用于轉(zhuǎn)移過程流出氣體到回收系統(tǒng)的系統(tǒng)置于化 學(xué)過程反應(yīng)器上的選擇。本發(fā)明所要求保護(hù)的方法將界面結(jié)合在位于排出排氣泵(exhaust effluent pump)的大氣側(cè)的止回球閥的上游。在正常操作中，流出氣體在稍微高于大氣壓 力(0. (Mpsig)的壓力下從該泵流出。該止回球閥使氣體只能沿從排氣泵向流出氣體歧管 的方向流動(dòng)。該反應(yīng)器界面通過作用泵和止回球閥之間的T型接頭連接。該界面由壓力計(jì) (任選的)、自動(dòng)(電磁或氣動(dòng)致動(dòng)的)閥及當(dāng)需要維護(hù)時(shí)能夠安全關(guān)閉來自回收系統(tǒng)的管 線的截流閥組成。電的反應(yīng)器界面控制器連接到自動(dòng)閥(電磁閥等)上以便當(dāng)含有待回收 的物質(zhì)(需要的氣體)的流出氣體存在于流出物流中時(shí)開放/關(guān)閉該閥。恰在反應(yīng)器界面 單元之前，截流閥、分析端口和柔性軟管可以連接到T型接頭以利于運(yùn)行和降低化學(xué)過程 反應(yīng)器和回收系統(tǒng)之間的振動(dòng)耦合。在回收系統(tǒng)的上游，壓縮器存在于回收氣體管線上。保持回收管線中的壓力低于 排出排氣泵的正常排出壓力，通?；厥展芫€低于1個(gè)大氣壓。當(dāng)自動(dòng)閥(電磁閥等)被激 活開放以開始向回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)移氣體時(shí)，降低的壓力導(dǎo)致止回球閥關(guān)閉流向主流出氣體歧管 的氣流，并將其轉(zhuǎn)移到回收氣體歧管系統(tǒng)。然后過程流出氣體流出排出排氣泵并流向回收 系統(tǒng)以用于處理。當(dāng)給予過程信號(hào)以停止流向回收系統(tǒng)的氣流時(shí)，這一操作釋放在止回球 閥內(nèi)的球，并使得氣流能夠再次從化學(xué)過程反應(yīng)器流向流出氣體歧管。反應(yīng)器界面的構(gòu)建材料應(yīng)能承受高達(dá)100°C的處理溫度。這是優(yōu)選的，因?yàn)殡x開真空泵的流出氣體的溫度可能會(huì)接近這個(gè)溫度。因?yàn)榭赡艽嬖谄渲辛鞒鑫锪靼幌Ｍ奈镔|(zhì)的情況，當(dāng)這些物質(zhì)存在時(shí)，電子 控制器具備能夠?qū)崿F(xiàn)氣體轉(zhuǎn)移的切斷的處理邏輯能力。這可以以多種方法完成，包括使用 過程傳感器和在線過程分析器。采用的另一種方法是使用來自化學(xué)過程反應(yīng)器的過程信號(hào) 和相對(duì)于閾限的比較以確定何時(shí)這些物質(zhì)存在。使用來自化學(xué)過程反應(yīng)器的信號(hào)和分析的 組合是解決這一問題的另一種辦法。來自流出物管線的信號(hào)也是可能的。下面參考附圖以一個(gè)實(shí)施方式描述本發(fā)明的設(shè)備和方法。在圖1中，兩種或更多種氣體組成以規(guī)定的順序通過入口 11引入半導(dǎo)體化學(xué)過程 反應(yīng)器10中以幫助進(jìn)行半導(dǎo)體制造的各個(gè)步驟，包括安置在臺(tái)板12上的半導(dǎo)體基底14的 蝕刻和/或副產(chǎn)物意外沉積的反應(yīng)器10內(nèi)表面的清洗?；?4可以是一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體 晶片如在其邊緣堆疊的一系列晶片的“舟皿(boat)”或載體(carrier)。將基底14通過加 載鎖15從加載室16引入反應(yīng)器10中?？梢酝ㄟ^與過程控制器94的信號(hào)連接99和98控 制和/或監(jiān)測反應(yīng)器10和入口 11。例如，過程控制器可以通過信號(hào)連接99監(jiān)測反應(yīng)器10， 調(diào)整它的溫度，控制等離子體條件和保持壓力到設(shè)置的參數(shù)。同樣，可以通過與過程控制器94的信號(hào)連接98監(jiān)測和/或控制各種不同的氣體 組成的流動(dòng)，以使得氣體組成的序列通過入口 11引入反應(yīng)器10中，包括至少一種包含元素 形式或分子形式的需要的氣體的氣體組成。一個(gè)例子是引入作為蝕刻氣體的二氟化氙，其 中，二氟化氙在反應(yīng)器10中的條件下分解，且氙希望作為反應(yīng)器10的流出物中的需要的氣 體被回收以用于再次使用和循環(huán)。來自反應(yīng)器10的流出物可以經(jīng)過任選的第二加載鎖17進(jìn)入排出排氣泵/壓縮器 19和流出物管線18。流出物繼續(xù)通過防止流出物向反應(yīng)器10回流的止回閥20。止回閥 20設(shè)置有最小開啟壓力，它代表在該壓力下止回閥開放以允許流動(dòng)和在低于該壓力止回閥 將關(guān)閉以防止向反應(yīng)器10回流的壓力。在另一種配置中，不是使用止回閥來使氣體轉(zhuǎn)向，而是可以使用如圖2所示的三 通閥20A來使流出氣體轉(zhuǎn)向回收系統(tǒng)。這種用于使廢氣轉(zhuǎn)向的方法相對(duì)于止回閥方式可能 不是優(yōu)選的，因?yàn)榇嬖谝韵驴赡苄栽诹鞒鑫锕芫€中可能出現(xiàn)壓力峰，這可能影響過程反應(yīng) 器中的壓力。然而，對(duì)于對(duì)壓力和流量的變化不如此敏感的過程，這種轉(zhuǎn)移的方法可能是可 以接受的。通過止回閥20的流出物在管線22中被輸送到消除、凈化和排氣系統(tǒng)23，以在排出 殘余流出氣體之前分解、燃燒或吸附有毒、有害、腐蝕性或全球變暖的氣體?；厥展芫€M連接到止回閥20上游的流出物管線18?；厥展芫€對(duì)受自動(dòng)閥沈控 制，自動(dòng)閥26可以是氣動(dòng)致動(dòng)閥或電磁閥或類似的能夠根據(jù)回收系統(tǒng)過程控制器104發(fā)出 的氣動(dòng)、電或其他信號(hào)運(yùn)行的自動(dòng)閥，回收系統(tǒng)過程控制器104可能不一定連接到過程控 制器94，這種回收系統(tǒng)過程控制器通過信號(hào)連接95與自動(dòng)閥沈通訊。過程控制器94和回 收過程控制器104可以是離散的(discrete)，或?qū)τ诒景l(fā)明的各種不同實(shí)施方式它們的功 能可以合并在一個(gè)控制器中?；厥展芫€可以通過防止振動(dòng)從流出物管線傳遞到回收管線M或從回收管線對(duì)傳 遞到流出物管線18的柔性管線21與流出物管線18振動(dòng)隔離。例如為了保養(yǎng)，回收管線也 可以通過手動(dòng)的截流閥25手動(dòng)地從流出物管線關(guān)閉。
當(dāng)自動(dòng)閥沈開放時(shí)，位于回收管線M中的壓縮器觀從流出物管線18移除流出 物。壓縮器觀能夠降低回收管線M的壓力并因此降低流出物管線18的壓力，從而使得止 回閥20關(guān)閉。止回閥20兩端的壓差必須高于止回閥20的開啟壓力。以這種方式，流出物 管線18中的整個(gè)流出氣體流可以被轉(zhuǎn)移到回收管線M中。這通常在將氣體組成順序引入 反應(yīng)器10的過程中當(dāng)需要的氣體被引入反應(yīng)器中時(shí)，在需要的氣體在流出物管線中流出 物的氣體組成中時(shí)發(fā)生，或者當(dāng)需要的氣體在流出物管線18中從反應(yīng)器10排出時(shí)在從這 一引入時(shí)間延遲的相位時(shí)間(Phase time)發(fā)生。由過程控制器94通過其信號(hào)連接96、98 和99和回收系統(tǒng)過程控制器104及其與自動(dòng)閥沈的信號(hào)連接95監(jiān)測和/或控制這種從 流出物的整體上基本連續(xù)的流不連續(xù)地移除和回收需要的氣體的時(shí)機(jī)、順序和延遲的定相 時(shí)間(phased time)。如上所述，這些控制器可以是離散的，或它們的功能可以合并在一個(gè) 控制器中。監(jiān)測流出物流的組成也是可能的。當(dāng)自動(dòng)閥沈開放且通過壓縮器觀移除需要的氣體時(shí)，氣體隨后經(jīng)過吸附保護(hù)床 30以去除可能包含在需要的氣體中的腐蝕性、有毒、有害或全球變暖類氣體成分，以及其他 氣體諸如以氮為例的惰性氣體。在如圖3所示的本發(fā)明的實(shí)施方式中，緩沖罐31位于壓縮 器觀的下游和保護(hù)床30的上游。緩沖罐31緩和由于不同的反應(yīng)器10向管線M輸入需 要的氣體造成的任何壓力變化，從而使得床40和42具有基本上恒壓的進(jìn)氣。需要的氣體 然后通過管線34中的止回閥32，并在并行切換的吸附分離床40和42中交替地進(jìn)行選擇性 吸附分離，或者通過交替經(jīng)過閥36或38中的任一個(gè)進(jìn)行進(jìn)氣吸附(feed sorption)和逆 流降壓及清除(purge)。在氙作為氮載氣中的需要的氣體的情況下，氮通常被吸附劑(如活 性炭、沸石和氧化鋁)吸附的強(qiáng)度最弱，并不吸附地經(jīng)過床40或42，而氙被床40和42中 的吸附劑吸附。正好在氙穿透到進(jìn)行進(jìn)料的床的下游末端之前，如分別在管線44或46附 近，進(jìn)行進(jìn)料的該床分別通過關(guān)閉閥36或38和分別關(guān)閉閥48或50取消進(jìn)料。完成進(jìn)料 的床然后分別通過閥64或66逆流減壓，通過管線68和70，并在另外的壓縮器72中壓縮 通過管線74到穩(wěn)壓罐(surge tank) 76,以收集氣體并將其混合均勻。相對(duì)于管線M中的 氣體，這種氣體含有富集的需要的氣體如氙。壓縮的需要的氣體如氙進(jìn)一步在額外的壓縮 器78中壓縮，且可以再循環(huán)到反應(yīng)器10，用于進(jìn)一步的處理或通過止回閥84并交替地和 分別地通過閥86和88存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)容器90和92中。優(yōu)選地，當(dāng)兩個(gè)容器90和 92中的一個(gè)容器被填充時(shí)，另一容器被移除用于遠(yuǎn)程處理且空的容器連接到管線82以在 剩余容器充滿時(shí)進(jìn)行充氣。除了通過逆流降壓從床40和42回收吸附的需要的氣體如氙外，也考慮通過壓縮 器72進(jìn)行的抽空進(jìn)一步去除吸附的需要的氣體。進(jìn)一步或可選擇地，可以根據(jù)床40或42 哪一個(gè)處于減壓模式，由通過管線58和交替地通過閥60或62引入的載氣(諸如以氮為例 的惰性氣體)從床40和42解吸附需要的氣體，從而從床40和42中的吸附劑清除需要的 氣體。在通過床40和42基本未吸附的氣體混合物(消除了需要的氣體)的未回收的和 未吸附的氣體組分分別通過閥48和50去除以返回到管線52、閥M和管線56，到達(dá)流出物 管線22以在消除和排氣系統(tǒng)23中被處理，從而在殘余流出氣體排出之前分解、燃燒或吸附 有毒、有害、腐蝕性或全球變暖的氣體。
權(quán)利要求
1.一種用于從順序利用兩種或更多種獨(dú)立的氣體組成的化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物回 收需要的氣體的設(shè)備，包括(a)配備有用于將兩種或更多種獨(dú)立的氣體組成引入化學(xué)過程反應(yīng)器的一個(gè)或多個(gè)管 線的化學(xué)過程反應(yīng)器，具有至過程控制器的信號(hào)連接；(b)至少一個(gè)連接所述化學(xué)過程反應(yīng)器以將獨(dú)立的氣體組成引入化學(xué)過程反應(yīng)器的入Π ；(c)能夠移除引入化學(xué)過程反應(yīng)器中的兩種或更多種獨(dú)立氣體組成的流出物的來自化 學(xué)過程反應(yīng)器的流出物管線；(d)允許移除來自化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物和防止流出物向化學(xué)過程反應(yīng)器的任何實(shí) 質(zhì)流動(dòng)的流出物管線中的止回閥，其具有設(shè)置的開啟壓力；(e)具有至流出物管線的連接、處于止回閥上游的回收管線，其能夠從流出物管線移除 需要的氣體；(f)回收管線中的自動(dòng)閥，其具有至過程控制器的信號(hào)連接；(g)過程控制器，其能夠控制將兩種或更多種氣體組成順序引入化學(xué)過程反應(yīng)器并能 夠控制回收管線中的自動(dòng)閥的操作以使得自動(dòng)閥在需要的氣體作為氣體組成的一部分在 流出物管線中時(shí)的至少一部分時(shí)間內(nèi)開放，其中過程控制器能夠通過與化學(xué)過程反應(yīng)器和 自動(dòng)閥的信號(hào)連接產(chǎn)生和接收過程信號(hào)；和(h)回收管線中的壓縮器，其能夠以足以在止回閥的開啟壓力設(shè)置之下關(guān)閉流出物線 路中的止回閥的流量從流出物管線移除需要的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，包括與回收管線流動(dòng)連通并與回收管線和流出物管線連接 點(diǎn)的下游的流出物管線流動(dòng)連通的再循環(huán)管線，其能夠?qū)⒅辽僖徊糠謿怏w組成返回到流出 物管線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中，所述止回閥具有在壓縮器運(yùn)行時(shí)關(guān)閉的設(shè)定點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的設(shè)備，其中，所述回收管線包括吸附保護(hù)床以從流出 物去除腐蝕性或反應(yīng)性的氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的設(shè)備，包括至少一個(gè)能夠從流出氣體選擇性地分離需 要的氣體且連接到回收管線的吸附分離床。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，所述吸附分離床連接與至少一個(gè)能夠存儲(chǔ)需要的氣 體的儲(chǔ)存容器流動(dòng)連通的管線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，另外的壓縮器連接所述存儲(chǔ)容器以壓縮需要的氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)的設(shè)備，其中，所述吸附分離床包括兩個(gè)通過流動(dòng)線路 和能夠與回收管線定相連接(in phased connection)操作的閥并聯(lián)的吸附分離床。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)的設(shè)備，其中，緩沖罐在回收管線中的壓縮器的下游和 吸附分離床的上游。
10.一種用于從順序利用兩種或更多種氣體組成的化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物回收需要 的氣體的方法，包括(a)通過到化學(xué)過程反應(yīng)器的入口將包括需要的氣體的兩種或更多種氣體組成順序引 入化學(xué)過程反應(yīng)器中；(b)在流出物管線中從化學(xué)過程反應(yīng)器順序移除包括該兩種或更多種氣體組成和需要的氣體的流出物；(C)使流出物通過具有開啟壓力設(shè)置的止回閥；(d)從止回閥上游的流出物管線移除流出物的一部分，該部分流出物包含大部分的需 要的氣體，其中所述移除關(guān)閉止回閥，這種移除通過由自動(dòng)閥控制的回收管線進(jìn)行；(e)由與自動(dòng)閥信號(hào)連通的過程控制器控制所述自動(dòng)閥的操作，其中所述過程控制器 至少通過與化學(xué)過程反應(yīng)器或其入口中的一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)連通監(jiān)控所述兩種或更多種 氣體組成引入化學(xué)過程反應(yīng)器或其入口中；和(f)在需要的氣體作為氣體組成的一部分在流出物管線中時(shí)的至少一部分時(shí)間內(nèi)開放 自動(dòng)閥以從流出物管線回收包含需要的氣體的氣體組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，所述化學(xué)過程反應(yīng)器是半導(dǎo)體制造過程反應(yīng)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其中，所述需要的氣體是稀有氣體，優(yōu)選選自氦、氬、 二氟化氙和氙。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)的方法，其中，所述包含大部分需要的氣體的流出物 的部分在至少一個(gè)吸附分離床中分離，以回收濃縮的需要的氣體和另外的流出氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，在至少一個(gè)存儲(chǔ)容器中捕獲所述濃縮的需要的氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)的方法，其中，通過回收管線移除來自流出物管線的 流出物的一部分通過降低止回閥處的流出物壓力至低于其開啟壓力設(shè)置而關(guān)閉止回閥。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項(xiàng)的方法，其中，在將需要的氣體引入化學(xué)過程反應(yīng)器 中之后的時(shí)間，自動(dòng)閥通過來自過程控制器的信號(hào)連通被開放，其中，所述之后的時(shí)間包括 需要的氣體流動(dòng)通過化學(xué)過程反應(yīng)器并進(jìn)入流出物管線所需的時(shí)間。
17.一種用于從順序利用兩種或更多種獨(dú)立的氣體組成的化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物回 收需要的氣體的設(shè)備，包括(a)配備有用于將兩種或更多種獨(dú)立的氣體組成引入化學(xué)過程反應(yīng)器中的一個(gè)或多個(gè) 管線的化學(xué)過程反應(yīng)器，其具有至過程控制器的信號(hào)連接；(b)至少一個(gè)連接化學(xué)過程反應(yīng)器以將獨(dú)立的氣體組成引入化學(xué)過程反應(yīng)器的入口；(c)能夠移除引入化學(xué)過程反應(yīng)器的所述兩種或更多種獨(dú)立的氣體組成的流出物的來 自化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物管線；(d)流出物管線中的三通閥，其允許將來自化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物移除到回收管線.一入 ，(e)具有至流出物管線的連接的回收管線，其能夠從流出物管線移除需要的氣體；(f)回收管線中的自動(dòng)閥，其具有至過程控制器的信號(hào)連接；(g)過程控制器，其能夠控制將兩種或更多種氣體組成順序引入化學(xué)過程反應(yīng)器和能 夠控制回收管線中的自動(dòng)閥的操作以使得在需要的氣體作為氣體組成的一部分在流出物 管線中時(shí)的至少一部分時(shí)間內(nèi)自動(dòng)閥開放，其中所述過程控制器能夠通過與化學(xué)過程反應(yīng) 器和自動(dòng)閥的信號(hào)連接產(chǎn)生和接收過程信號(hào)；和(h)回收管線中的壓縮器，其能夠從流出物管線移除需要的氣體。
18.一種用于從順序利用兩種或更多種氣體組成的化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物回收需要 的氣體的方法，包括(a)通過到化學(xué)過程反應(yīng)器的入口將包括需要的氣體的兩種或更多種氣體組成順序引 入化學(xué)過程反應(yīng)器中；(b)在流出物管線中從化學(xué)過程反應(yīng)器順序移除包括所述兩種或更多種氣體組成和需 要的氣體的流出物；(c)使流出物通過三通閥；(d)通過三通閥從流出物管線移除流出物的一部分，該部分流出物包含大部分的需要 的氣體，這種移除通過由自動(dòng)閥控制的回收管線進(jìn)行；(e)通過與自動(dòng)閥信號(hào)連通的過程控制器控制自動(dòng)閥的操作，其中所述過程控制器至 少通過與化學(xué)過程反應(yīng)器或其入口中的一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)連通監(jiān)控所述兩種或更多種氣 體成分引入化學(xué)過程反應(yīng)器或其入口 ；和(f)在需要的氣體作為氣體組成的一部分在流出物管線中時(shí)的至少一部分時(shí)間內(nèi)開放 自動(dòng)閥以從流出物管線回收包含需要的氣體的氣體組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于從化學(xué)過程反應(yīng)器的流出物回收需要的氣體諸如二氟化氙、氙、氬、氦或氖的設(shè)備和方法，該化學(xué)過程反應(yīng)器單獨(dú)地或以氣體混合物的形式或以變成分解的分子的形式利用這些氣體，其中，該化學(xué)過程反應(yīng)器使用不同氣體組成的序列，并非所有氣體組成包含需要的氣體，且需要的氣體只在需要的氣體在流出物中的時(shí)間內(nèi)被基本上捕獲和回收。
文檔編號(hào)B01D53/04GK102139181SQ20111003489
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者A·D·約翰森, D·C·文徹斯特, D·P·迪, E·J·小卡瓦基, G·W·克雷恩, I·P·韋斯特, M·J·伯斯科, R·L·桑姆薩爾 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司