專利名稱：以最小的腐蝕分配超高純度氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高純度電子專用氣體的分配。更具體地說，本發(fā)明涉及以最小的腐蝕分配超高純度氣體的方法。
用于處理電子材料的超高純度化學(xué)物質(zhì)，特別是化學(xué)氣體是使生產(chǎn)電子設(shè)備達到可接受的生產(chǎn)率、產(chǎn)品可重復(fù)性及高質(zhì)量的關(guān)鍵因素，這一點已為人們所熟知。關(guān)于近期的綜述，參閱M.Liehr和G.W.Rubloff，J.Vac，Sci，Technol.B12，2727(1994)，將其在此引入本文作參考。
眾所周知，即使在這類化學(xué)氣體的生產(chǎn)與凈化步驟中達到了高純度，但是在它們通過設(shè)備網(wǎng)(也稱為氣體分配網(wǎng))流到使用點期間仍容易發(fā)生污染，這種設(shè)備網(wǎng)可能有很長的管道和許多用于控制壓力和流速的元件(例如減壓裝置、閥門、質(zhì)量流量控制裝置、過濾器、凈化器等)。它們必須插在氣源(如氣缸)和使用點(如方法反應(yīng)器)之間的刮板結(jié)構(gòu)中和本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的其它元件上。
在腐蝕氣體的情況中，要特別考慮這個問題，諸如含有鹵素的氣體，很容易與包括氣體分配網(wǎng)的輸送表面在內(nèi)的暴露表面發(fā)生腐蝕反應(yīng)。這種腐蝕反應(yīng)可能不僅會產(chǎn)生顆粒污染，而且會完全改變氣體及其在被改變表面上的雜質(zhì)的吸附—脫附特性。最終，腐蝕現(xiàn)象會造成泄漏或可動部件的失靈，這對于氣體分配設(shè)備的安全性及有效性都是要考慮的問題。
這種腐蝕反應(yīng)與濕氣(即便是微少量的)的存在有關(guān)，這已為人們所知。盡管工藝上腐蝕氣體的狀態(tài)是非常純的，其水濃度通常低于1ppm(百萬分之一)〔參見Miyazaki等Bull.Chem.Soc.Japan66，3508(1993)；66，969(1993)〕，腐蝕反應(yīng)經(jīng)常是通過涉及氣體分配網(wǎng)輸送表面所吸附的水氣的機理而發(fā)生的。
目前，傳送到使用點的超凈電子專用氣體的純度要求為揮發(fā)性雜質(zhì)在1到100ppb(十億分之一)，顆粒密度低于每立方英尺1個(在正常條件下)及存在的任何金屬元素的金屬含量低于100ppt(萬億分一)。
在上述考慮的純度范圍內(nèi)發(fā)生微小污染的主要機理是要完全去除吸附在暴露于電子專用氣體下的材料表面上的分子是很困難的。特別是水汽，它廣泛分布于環(huán)境中，并且對表面有特別強的吸附能力。
許多腐蝕性電子專用氣體盡管有很高的純度(也就是水濃度低于1ppm)，會與這種被吸附的分子，特別是吸附在金屬表面的水分子發(fā)生反應(yīng)，通過催化激活的化學(xué)反應(yīng)，促使腐蝕并形成考慮范圍內(nèi)的揮發(fā)性或固體副產(chǎn)物及固體顆粒。
清洗這種氣體分配網(wǎng)的一般方法是通入超高純度的惰性氣體(例如純度優(yōu)于1ppb的氮氣或氬氣)以清洗所有存在于氣體分配網(wǎng)體積中或輸送表面的雜質(zhì)。但對于吸附力很強的分子如固體表面所吸附的水分子這種方法就不能令人滿意了。有人曾嘗試改進這一清洗方法并縮短操作時間，利用連續(xù)的惰性氣體的壓力——真空循環(huán)并對表面進行加熱，以對牢固吸附的分子物質(zhì)進行熱脫附。但是，在有深度死體積的情況下這些真空——壓力清洗循環(huán)就被證明是無效的了，因為不能有效地通過小孔抽吸。
也有人嘗試在清洗金屬表面期間在120℃下進行熱烘。已知這種方法可以大大縮短達到清洗氣自然背景值的時間。例如，當以每分鐘0.1-10標準升的速度向在長度大約為10到200米之間無微小泄漏的氣體分配網(wǎng)通以超高純度(雜質(zhì)含量＜1ppb)的氮氣或氬氣，可以在數(shù)小時內(nèi)得到1ppb的純度。但是人們也知道，對在電拋光的不銹鋼表面上吸附的水分子進行熱脫附分為幾步進行，最后一步的溫度為400°-450℃。這樣的溫度難于實際應(yīng)用。因此，當采用更低的烘干溫度，例如從實際出發(fā)一般采用120℃的溫度時，金屬表面就不會完全沒有吸附的水份。而且在某些條件下由于安全、法規(guī)或材料穩(wěn)定性的原因，熱烘法不能實際應(yīng)用。
有些人嘗試改進氣體分配網(wǎng)的清洗方法，例如采用大量的真空——壓力循環(huán)，或增加超高純度氣體的流速。盡管這可能會減少所產(chǎn)生的雜質(zhì)與顆粒的初始濃度，但要達到自然背景值所需的時間總是很長的，即在40sccm流速下大約為40分鐘，在30sccm流速下大約為15分鐘。
有人使用過汽相中的化學(xué)干燥劑，諸如DMP(丙酮二甲基酮縮醛)，DCP(2-2-二氯丙烷)或DBP(二溴丙烷)，如所報道那樣，它們與被吸附的濕氣發(fā)生反應(yīng)(K.Tatenuma等，J.Vac.Sci.Technol.All，1719(1993)；K.Tatenuma等，Bunseki223，393(1994)或也作為液體與碳氟化合物液體混合(Kokai5-140777)。
在下述濕法干燥之前，濕洗將去除可溶于這些液體的分子物質(zhì)，或是通過沖淡或液體與殘留在表面的分子物質(zhì)和顆粒的機械摩擦將它們?nèi)コ?。這樣，氣體分配網(wǎng)各種部件的氣體輸送表面就通過濕洗去除了表面雜質(zhì)(分子或顆粒)。
由于腐蝕導(dǎo)致的表面變性將影響表面與電子專用氣體ESG及其雜質(zhì)的吸附能，因此將造成使用點上氣體組成的變動。而且在這種氣體分配網(wǎng)的操作中，必須防止在上述情況發(fā)生時有任何濕氣或空氣侵入，或者去除已經(jīng)侵入的分子。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供另一種技術(shù)以更有效地干燥表面，特別是對于深度死體積的位置或者因為實際的、有害的或法規(guī)規(guī)定的原因而不能加熱進行熱脫附的位置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個方法，該方法在將電子專用氣體通入分配網(wǎng)之前去除掉被吸附的分子，特別是水分子，以盡量抑制上述的腐蝕源和由揮發(fā)性或粒狀雜質(zhì)造成的微小污染。
本發(fā)明的再一個目的是提供一個方法使超高純度氣體分配中的腐蝕程度最小。
本發(fā)明的又一目的是提供一個方法使超高純度氣體分配中由于腐蝕所產(chǎn)生的污染物和顆粒達到最少。
本發(fā)明還有一個目的是提供一套設(shè)備使超高純度氣體分配中腐蝕程度降至最低的方法得以實現(xiàn)。
上述目的通過一個減小超高純度氣體分配網(wǎng)中或其中任何部件內(nèi)的腐蝕的方法得以實現(xiàn)，過程包括(a)用濕洗劑濕洗氣體分配網(wǎng)或至少其中一部分；以及(b)用水脫附液體干燥劑液體干燥上述氣體分配網(wǎng)或上述至少其中一部分，干燥劑選自丙酮二甲基酮縮醛(也稱為二甲氧基丙烷)(DMP)，2.2二氯丙烷DCP或2.2二溴丙烷DBP，它們的混合物及任何等效物。
上述目的還通過一臺輸送超高純度氣體的設(shè)備得以實現(xiàn)，其包括采用水分子脫附液體干燥劑液體干燥氣體分配網(wǎng)或其中任一部分的裝置。


圖1a和1b描述了實現(xiàn)本發(fā)明方法的兩種不同的設(shè)備。
圖2是一張描繪從一個氣缸中通過一個氣缸閥噴出顆粒的情況的圖表。
圖3是一張圖表，描繪了從一個氣缸中通過按本發(fā)明液體干燥過的氣缸閥噴出的顆粒情況。
圖4是比較圖，描繪了在本發(fā)明提供的液體干燥之前和之后HBr氣缸閥的去離子水瀝濾出的總的金屬量。
圖5是比較圖，描繪了在本發(fā)明提供的液體干燥之前和之后DCS氣缸閥的去離子水清洗瀝濾出的總的金屬量。
本發(fā)明的方法包括(a)用濕洗劑濕洗氣體分配網(wǎng)或至少其中的一部分；以及(b)用水脫附液體干燥劑液體干燥上述氣體分配網(wǎng)或至少其中一部分，干燥劑選自丙酮二甲基酮縮醛DMP，2.2二氯丙烷DCP或2.2二溴丙烷DBP，它們的混合物或其任何等效物。
本發(fā)明提供了以改進后的對金屬表面及其它表面上吸附濕氣的去除方法為基礎(chǔ)、減小了腐蝕的超高純度氣體的分配方法。
本發(fā)明的方法特別適用于由汽缸閥處引起的腐蝕問題，因為出于安全性和法規(guī)規(guī)定的考慮，氣缸閥上吸附的物質(zhì)是不以進行熱脫附的。
本發(fā)明包括對氣體分配網(wǎng)中至少是最易受腐蝕的部分(如閥門)進行濕洗，液體干燥氣體分配網(wǎng)內(nèi)至少是上述部分的氣體傳送表面，方法是將其暴露于可與被吸附的濕氣發(fā)生反應(yīng)并使顆粒殘留物和揮發(fā)性分子都不能附著于金屬表面上的水脫附液體干燥劑中。采用可以更好地去除被吸附的水分子并無粒狀殘留物和揮發(fā)性分子(它們都對表面有很強的互作用能)留下來的液體化學(xué)品，本發(fā)明的這種液體干燥就可以在室溫下有效地完成。這樣在液體干燥步驟之后這些殘留物及揮發(fā)性分子就可以很容易地在真空——壓力循環(huán)中被沖洗出去。
在本發(fā)明的一個方案中，這種液體干燥劑包括DMP(丙酮二甲基酮縮醛)、DCP(2-2-二氯丙烷)、或DBP(二溴丙烷)。但是，根據(jù)本發(fā)明，也可采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的其它水脫附液體干燥劑。優(yōu)選用純凈液體，以將這些分子的濕洗和干燥特性結(jié)合起來。
然后優(yōu)選清洗掉殘留副產(chǎn)物，優(yōu)選用超高純度惰性氣體通過壓力——真空循環(huán)來清洗，優(yōu)選進行干燥并使雜質(zhì)濃度低于1ppm。然后優(yōu)選采用低于5×104帕斯卡的優(yōu)選壓力進行抽空步驟。上述方法在上述表面暴露在電子專用氣體特別是腐蝕性氣體如HBr等或環(huán)境空氣中之前完成。
用高純度液體如去離子水、乙醇、丙酮或其它液體進行的濕洗去除掉可溶于這些液體的分子物質(zhì)。它還通過沖洗或液體的機械摩擦在上述濕法干燥之前去除掉意外留在氣體傳送表面上的分子物質(zhì)與顆粒。
當氣體分配網(wǎng)或其任何部分偶然暴露于空氣中時，例如在氣缸連接或打開管網(wǎng)進行維修或更換元件期間，這個步驟特別有用，因為濕氣將被吸附在表面上。被吸附的水分子的存在將促進腐蝕反應(yīng)發(fā)生。這種意外腐蝕的有害作用可以通過在液體干燥步驟之前結(jié)合濕洗步驟的上述方法在很大程度上予以有效抑制(在濕洗與液體干燥之間可以用也可以不用高純度惰性氣體清洗或者進行或不進行真空壓力循環(huán))。
在本發(fā)明的另一實施方案中，在清洗暴露元件中ESG之后和暴露到空氣中(即使是很短的暴露時間)之前優(yōu)選采用相同的濕洗和液體干燥方法。這樣做是為了抑制不希望的由于殘留的被吸附的ESG和水分子之間的反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕，這種反應(yīng)在暴露于空氣中后就會發(fā)生。實際上，被吸附物質(zhì)之間的這種反應(yīng)會再次被催化激活并促使表面反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕、?；托纬刹幌Ｍ谋砻娣肿?。
在本發(fā)明的又一種實施方案中，進行了濕洗和液體干燥的重復(fù)循環(huán)。這個順序在表面暴露于ESG之前和之后，特別是當表面已經(jīng)暴露于空氣中時是非常有效的。
在本發(fā)明方法的許多適合的應(yīng)用中，特別是步驟(a)和(b)的結(jié)合，是為了在(a)任何暴露于空氣中(即使是極短的時間)之前和(b)將ESG通過氣體分配網(wǎng)之前使用的。
本發(fā)明提供了一種減少或者消除腐蝕的方法，也就是以改進后的去除金屬及其它表面上吸附濕氣的方法為基礎(chǔ)的、減少了揮發(fā)性反應(yīng)副產(chǎn)物和顆粒的電子專用氣體的分配。本發(fā)明的過程特別適用于由氣缸閥處引起腐蝕問題，因為出于安全和法規(guī)法定的考慮，氣缸閥吸附的物質(zhì)是不能進行熱脫附的。
本發(fā)明方法可選擇地首先用干燥的高純度惰性氣體(任何雜質(zhì)含量優(yōu)選低于1ppm，特別是水汽含量要低于1ppm)清洗上述分配網(wǎng)或其任何部分。在清洗和通出清洗氣體之后，分配網(wǎng)通常抽空至低壓。這兩步可重復(fù)至壓力低于5×104帕斯卡，通出氣體中的雜質(zhì)含量與注入清洗的惰性氣體中的近似為止。這些步驟(可按需要重復(fù)多次)就稱為“循環(huán)式壓力——真空”清洗。在這兩個可選的步驟之后，氣體分配網(wǎng)按照上述方法濕洗和液體干燥。濕洗是用高純度液體如去離子水、乙醇、丙酮或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它類似的清洗劑完成。本發(fā)明過程的這一步所使用的濕洗劑應(yīng)為適合清洗金屬表面特別是不銹鋼表面的高純度清洗劑。所謂高純度是指該清洗劑在單獨使用(或與其它清洗劑或溶劑混用)時不會在處理表面留下多少固體殘留物，也就是說，每升中固體殘留物低于1mg，優(yōu)選低于10-6g。
濕洗(液體)劑的注入可采用如圖1a和1b所公開的合適方法進行?？梢杂米⑸淦魇止ぷ⑷牖蛴靡慌_泵通過毛細管自動注入。
這一濕洗步驟的持續(xù)時間通常大約在1分鐘到最多1小時之間。如果管子和其它部件是新的(即以前從未用過)，通常就不必濕洗它們。但是，如果確信有一些顆?；蚩赡Y(jié)的分子可能已經(jīng)附著在上面，那么濕洗1到2分鐘就足夠了。如果管道分配網(wǎng)或網(wǎng)的其它部件以前使用過，通常建議對它們清洗5到30分鐘，優(yōu)選大約10分鐘。
當然，這種清洗可用于管道、閥門、質(zhì)量流量控制裝置等等。對于新的或已有的氣體分配網(wǎng)，建議每次實施本發(fā)明所述的方法，因為網(wǎng)的內(nèi)表面已接觸過空氣了。例如，當一個氣缸在裝置中已充滿一種電子專用氣體時，建議在填充步驟結(jié)束時按本發(fā)明中所述方法清洗/干燥閥門。當氣缸送往用戶的裝置中時，還建議以上述氣缸的上述閥門按本說明中闡述的特別是步驟(a)和(b)的方法進行處理。另外，當氣缸已空而以氣箱中取出時，應(yīng)用相同的方法處理。用惰性氣體在濕洗步驟(a)和液體干燥步驟(b)之間進行清洗通常是可選的。
于是濕洗步驟(a)后面的步驟包括對氣體分配網(wǎng)的氣體傳送表面進行液體干燥，即將傳送表面暴露于與被吸附濕氣反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)中，該化學(xué)物質(zhì)不會使任何顆粒殘留物或揮發(fā)性分子附著在金屬或其它表面上。這個濕法干燥步驟是為了防止通過氣體分配網(wǎng)的電子專用氣體的水分解催化反應(yīng)。采用能更好地去除所吸附的水分子并且既不會留下粒狀殘留物也不會留下?lián)]發(fā)性殘留物(液體/汽體)而與被吸附的濕氣有化學(xué)活性的液態(tài)化學(xué)品，本發(fā)明的液體干燥可以在室溫下有效地完成(沒有粒狀殘留物是指每升中通常含有少于1mg并優(yōu)選少于10-6g的粒狀物質(zhì))。因此這些液體化學(xué)物質(zhì)可在液體干燥后在真空——壓力循環(huán)中被清洗出去。
本液體干燥步驟的持續(xù)時間優(yōu)選大約1分鐘到20分鐘之間。通常如果設(shè)備或管道分配網(wǎng)是新的且其內(nèi)表面粗糙度小于5×10-6m(Ra＜5×10-6m)，通常大約1到2分鐘的時間已經(jīng)足夠了。但是，如果設(shè)備、管道或網(wǎng)不是新的并且/或者如果表面粗糙度Ra大于5×10-6m，則通常建議用干燥劑處理10分鐘或更長的時間。
根據(jù)本發(fā)明，水脫附液體干燥劑選自DMP(丙酮二甲基酮縮醛)、DCP(2-2-二氯丙烷)或DBP(2-2-二溴丙烷)，它們的任何混合物以及等效物。
這里等效物的定義為任何可與被吸附濕氣反應(yīng)并基本上既沒有粒狀殘留物也沒有揮發(fā)性分子附著在金屬或其它表面上的、其功能是防止通過分配網(wǎng)的電子專用氣體的任何水分解催化反應(yīng)的液體。最優(yōu)選的是用純凈液體，以結(jié)合這些分子的濕洗特性和化學(xué)干燥特性。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，在上述清洗步驟之后使用上述三種干燥液(DMP、DCP或DBP)時，就特別有效，而且還不能確切地預(yù)知是否其它水脫附液體干燥劑的其它分子能同樣有效地使用。但是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員完全有能力確定其它的水脫附液體是否適合。
因此通常對殘留副產(chǎn)物的清洗優(yōu)選采用超高純度惰性氣體的壓力——真空循環(huán)來實現(xiàn)，優(yōu)選該惰性氣體中雜質(zhì)含量低于1ppm。
在本發(fā)明一個特別優(yōu)選的實施方案中，氣體分配網(wǎng)在濕洗和液體干燥完成后和通入ESG之前用一種惰性氣體如氮、氬、氦或還原性氣體如氫清洗。清洗時間可在大約1分鐘到20分鐘之間變動，優(yōu)選在2到5分鐘之間。用于這種清洗的氣體當然應(yīng)是非常純凈的，也就是在正常的溫度和壓力條件下?lián)]發(fā)性雜質(zhì)含量低于100ppb，每升中顆粒數(shù)應(yīng)低于1個。(用上述氣體進行的這種清洗通常是由交替產(chǎn)生真空的方法實現(xiàn)的)。
下一步是向氣體分配網(wǎng)中通入ESG氣體。對本發(fā)明來說，此處ESG是指一種腐蝕性氣體或是一種電子專用氣體，其可能具有某些腐蝕特性或被懷疑具有腐蝕特性。還有，基本上按上述方法處理的氣體分配網(wǎng)或其一部分當然是或者通過腐蝕性氣體或者用于通過任何其它氣體(如N2)。無論腐蝕性氣體是否進一步在氣體分配網(wǎng)中流動，本發(fā)明的方法基本上包括多種處理步驟以減小腐蝕。
在本發(fā)明的另一實施方案中，在諸如集成電路的生產(chǎn)中通入ESG之后，就在清洗掉分配網(wǎng)中的ESG之后和將該網(wǎng)暴露(即使是很短時間的)于空氣中之前，本發(fā)明中的濕洗步驟和液體干燥步驟(a)和(b)要另外再做一次。這樣就減少了殘留的被吸附ESG與水分子之間在暴露于空氣當中之后發(fā)生的不希望有的反應(yīng)。實際上，被吸附物質(zhì)間這些反應(yīng)被再一次催化激活并促進了導(dǎo)致腐蝕作用的表面反應(yīng)。
在本發(fā)明的另一實施方案中，完成了兩次或更多次的濕洗循環(huán)(例如，第一次假設(shè)用去離子水—揮發(fā)性較小—第二次假設(shè)用丙酮或乙醇—揮發(fā)性較強)及至少一次的濕法干燥循環(huán)。這個步驟在氣體分配網(wǎng)的氣體傳送表面暴露在ESG氣體中之前和之后，特別是當表面已經(jīng)在空氣中暴露過時就特別有效。
在本發(fā)明方法的許多適合應(yīng)用中，是計劃在(a)凡是暴露在空氣中(即便是很短的時間)之前和(b)在氣體分配網(wǎng)或其任何部分中通入ESG之前使用的。
上述方法可用于一個總的氣體分配網(wǎng)，但是，最重要的部分是那些涉及到深度死體積的地方，例如在閥門結(jié)構(gòu)中或是其它部件如質(zhì)量流量控制器，壓力調(diào)節(jié)裝置等等中存在的情況。因此，本發(fā)明是專門針對氣體分配網(wǎng)中的這些部件的。
一種能夠進行本發(fā)明的濕洗和/或液體干燥步驟的氣體分配網(wǎng)由于在閥門結(jié)構(gòu)中所存在的死體積而相當復(fù)雜。因此，本發(fā)明也是針對能夠進行發(fā)明的方法的帶有極小死體積的氣體分配網(wǎng)。
實施本發(fā)明方法的設(shè)備包括濕洗氣體分配網(wǎng)的裝置和用水脫附液體干燥劑液體干燥氣體分配網(wǎng)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一項實施方案，可以用圖1a和1b中所示的注射器型注入系統(tǒng)向氣體分配網(wǎng)內(nèi)注入濕洗和/或液體干燥劑。
在本發(fā)明設(shè)備的一個優(yōu)選實施方案中，濕洗和/或液體干燥劑是利用毛細管及作為優(yōu)選操作方法的循環(huán)泵來循環(huán)的，如圖1a中所示。圖1a中的設(shè)備提供了一個機械推動的液體循環(huán)系統(tǒng)，它的設(shè)計是為了在實施本發(fā)明方法時可以達到氣體分配網(wǎng)的部件的深度死體積內(nèi)。該系統(tǒng)是以一臺提供液體流動的泵、提供極小死體積的入口毛細管和出口毛細管以及一個允許潔凈流體處理及在接點與斷點處暴露于空氣最少的配件為基礎(chǔ)。圖1a中的設(shè)備在下面作進一步說明。
圖1a中的氣缸閥頭配件包括一個氣缸閥1，隔膜2，彈簧3，主軸4，如Diflon、特氟隆或其它材料的聚合性密封材料5，氣缸閥端口6，從氣缸中流出的氣體(例如HBr)7，氣缸閥出口8，聚合物填料9及配合與接頭10。
氣缸閥頭配件與一段毛細管11和“T”型插入式接頭1 2的第一端連通。濕洗和/或液體干燥入口用的三路隔膜閥20的第一端與“T”型插入式接頭12的第二端連通。我們用陶瓷粘固劑作為真空密封、不反應(yīng)的和不漏氣的金屬——金屬粘合劑。
一臺液泵24與用于濕洗和/或液體干燥入口的三路隔膜閥20的第二端相通。液泵24進一步與一個0.1μm的過濾器26和濕洗劑或液體干燥劑25連通。
用于濕洗和/或液體干燥入口的三路隔膜閥20的第三端與隔膜閥21相通，后者則進一步與0.1μm過濾器22和干燥氣體入口23相通。干燥氣體入口23用于清洗氣體(惰性的或還原性的，通常在清洗步驟和干燥步驟之間使用)的通入。
“T”型插入式接頭12的第三端依次與一個用于無油真空泵19抽空的三路隔膜閥14、用于通過濕度計18監(jiān)測濕度的三路隔膜閥15、隔膜閥16、用于濕洗和/或液體干燥的與回收那些使用后的產(chǎn)物的回收裝置(圖中未畫出)連接的排氣管17相通。
在操作中，圖1a的設(shè)備按下列步驟操作1.關(guān)閉氣體缸閥；2.打開閥門16、關(guān)閉閥門14、15、20和21；3.將毛細管插進氣缸閥中；4.將設(shè)備通過接頭(10)接到氣缸閥出口(8)上；5.打開閥門20并啟動泵(24)(自動方式)或一個注射器(手動方式)，然后通過毛細管向氣缸閥輸送清洗液(25)；6.監(jiān)測通出液體的pH或顏色；7.繼續(xù)清洗直到所通出的液體pH為7、無色時為止；8.在清洗后，更換裝有化學(xué)干燥劑的容器，向氣缸閥內(nèi)通入化學(xué)干燥劑；9.在通入化學(xué)干燥劑之后，關(guān)閉泵(24)并關(guān)閉閥門20；10.打開閥門21，通過干燥氣體并清洗管線直到在排氣管(17)觀測不到液體時為止；11.如果需要有很短的干燥dry-down時間，關(guān)閉閥門16、21，并打開閥門14，然后用真空泵(19)將氣缸閥抽空；12.關(guān)閉閥門14并打開閥門16、21，并用干燥氣體清洗氣缸閥；13.打開閥門15并關(guān)閉閥門16，用濕度計監(jiān)測干澡氣體中的含濕量；14.連續(xù)干燥氣缸閥至含濕量＜1ppm；15.斷開設(shè)備接頭(10)并將少量干燥氣缸閥中，然后蓋上氣缸閥的盲蓋。
圖16中表示另一種本發(fā)明可選的方案，具有容易連接和自動操作的特點。這里，在氣缸的常規(guī)操作條件下暴露于空氣中的閥門與接頭部分用無油泵進行抽空。液體清潔劑和液體干燥劑在液體周圍壓力(大氣壓)和閥門內(nèi)及其接頭部件中的壓力之差下注入。
在圖16中編號意義如下101到110分別相似于1到10111.十字型插入式接頭112.干燥氣體(1.1-10×105Pa)入口。
113.單向閥114.高壓容器115.清洗液116.壓力表117.氣動雙路閥118.氣動三路閥119.干燥氣體(1.1-10×105Pa)入口120. 0.1μm過濾器121.注射器122.化學(xué)干燥劑123.細管(內(nèi)徑0.01-1mm)124.氣動雙路閥
125.氣動三路閥126.氣動雙路閥127.使用過的清洗液的排出管128.液體分離器129.使用過的清洗液130.用于排出使用過的清洗液的閥門131.真空輔助的N2循環(huán)清洗管線132.氣動雙路閥133.氣動三路閥134.真空表135.無油真空泵圖1b中設(shè)備的操作如下濕洗(洗滌)方法1.關(guān)閉氣缸閥101。
2.將清洗液放入高壓容器(114)中，蓋上蓋。
3.在高壓容器(114)剩余空間內(nèi)注入高壓(1.1-10×105Pa)干燥氣體，通過表(116)檢查壓力。
4.將化學(xué)干燥劑(122)裝入注射器(121)中。
5.關(guān)閉閥門117，118，124，125，126，132和133。
6.通過接頭(110)將設(shè)備連到氣缸閥出口(108)。
7.啟動泵(135)并打開閥133和125來抽吸氣缸閥。
8.抽吸氣缸閥至真空表顯示低于5×104Pa，然后關(guān)閉閥門125。
9.打開閥門117并將加壓后的(1.1-10×105Pa)清洗液通入氣缸中。
10.通入清洗液之后，并閉閥門117。
11.保留清洗液0.01-15分鐘。
12.打開閥門125并通過管線(127)抽吸使用過的清洗液，并抽吸氣缸閥(泵仍在運行)。
13.抽吸氣缸閥直至真空表顯示低于5×104pa，然后關(guān)閉閥門125。
14.重復(fù)抽吸—清洗液體填注循環(huán)(步驟9-13)一次以上(直至用過的清洗液變?yōu)闊o色或pH值為7為止)。
15.清洗之后，關(guān)閉閥門117并停止供應(yīng)清洗液。
16.通過管道(127)抽吸氣缸閥。
17.抽吸閥門之后，關(guān)閉125和133。
濕洗化學(xué)干燥方法18.濕洗后，打開閥門132和126以抽吸氣缸閥。
19.氣缸閥抽吸之后，關(guān)閉閥門126。
20.打開閥門118并向閥缸內(nèi)通過入1.1-10×105Pa的干燥氣體。
21.通入干燥氣體之后，關(guān)閉閥門118。
22.打開閥門126并抽吸氣缸閥，直至真空表顯示低于5×104Pa為止。
23.重復(fù)抽吸——干燥氣體填注循環(huán)(步驟19-12)1-10次以去除氣缸閥中殘留的清洗液。
24.在上述重復(fù)循環(huán)之后，關(guān)閉閥門118并打開閥門126以抽吸氣缸閥。
25.氣缸閥抽吸之后，關(guān)閉閥門126。
26.打開閥124并通過細管(123)向氣缸閥內(nèi)通入化學(xué)干燥劑(122)。
27.繼續(xù)向氣缸閥內(nèi)填注化學(xué)干燥劑(122)0.01-10分鐘。
28.打開閥門126并抽吸氣缸閥直至真空表顯示低于5×104Pa。
29.關(guān)閉閥門126。
30.重復(fù)抽吸——化學(xué)干燥劑填注循環(huán)(步驟25-28)數(shù)次(2-20次)以去除氣缸閥中的濕氣。
31.上述重復(fù)循環(huán)之后，關(guān)閉閥門124并打開閥門126以抽吸氣缸閥。
32.氣缸閥抽吸之后，關(guān)閉閥門126。
33.打開閥門118并向氣缸閥內(nèi)通入1.1-10×105Pa的干燥氣體。
34.通入干燥氣體后，關(guān)閉閥門118。
35.打開閥門126并抽吸氣缸閥直至真空表顯示低于5×104Pa為止。
36.重復(fù)抽吸——氣體干燥填注循環(huán)(步驟32-35)10次以上以去除氣缸閥中的濕氣和碳氫化合物。
37.重復(fù)上述循環(huán)至含濕量＜1ppm和碳氫化合物含量＜100ppb。
38.在上述雜質(zhì)含量達到要求水平之后，斷開設(shè)備接頭(110)，打開閥門118用干燥氣體從接頭(110)出口處吹入，并立即蓋上盲蓋。
據(jù)此，本發(fā)明提供了一個減少超高純度氣體分配網(wǎng)的腐蝕并使污染及顆粒最少的方法。這一方法包括濕洗劑的使用和用干燥劑液洗干燥分配網(wǎng)，以大大去除氣體分配系統(tǒng)的氣體傳送表面所吸附的水分子以及網(wǎng)中存在的揮發(fā)性雜質(zhì)和其它雜質(zhì)。被吸附的水分子的去除減少了不應(yīng)有的水分子與專用氣體的反應(yīng)，這種反應(yīng)會導(dǎo)致顆粒、污染物和腐蝕的產(chǎn)生。
隨后，用優(yōu)選的純度優(yōu)于任一雜質(zhì)含量為1ppm的干燥氣體清洗分配網(wǎng)，然后進行抽吸再暴露于超高純度腐蝕性氣體或空氣或是同時暴露于兩者中。于是本發(fā)明提供了在使用點處超高純度氣體傳送的改進方法，腐蝕程度達到了最小。
為了進一步說明本發(fā)明及其優(yōu)點，下面給出具體實施例，應(yīng)當理解，它們僅用于說明決不具有限制勝。
實施例1作為本發(fā)明的一個例子，分析一下通過氣缸閥來自氣缸的HBr。
在使用真空循環(huán)清洗的常規(guī)操作條件下，當氣體流過氣缸閥端口和一段用于采樣的短的金屬管時，觀察列非常大的顆粒數(shù)量水平，如圖2所示。另外，金屬管及閥端口的金屬表面通過形成綠色或紅色的表面產(chǎn)物被明顯腐蝕。化學(xué)分析表明，形成了表面的溴化鐵水合物。認為上述現(xiàn)象與暴露于空氣中的金屬部分上所吸附的濕氣的存在有關(guān)，它與HBr反應(yīng)產(chǎn)生上述腐蝕和顆粒形式的雜質(zhì)。
對管線的清洗方法進行改進，例如使用大量的真空壓力循環(huán)，或增加HBr流速或流動持續(xù)時間，減少腐蝕程度及所產(chǎn)生的顆粒的含量，如圖2所示。
相反，采用本發(fā)明的方法，使用如去離子水、丙酮或IPA這類濕洗劑濕洗至少是閥的內(nèi)表面及其出口部分，然后用水脫附液體干燥劑進行液體干燥，再在液體干燥后真空清洗殘留氣體，使得就在閥門打開后極短時間內(nèi)表面腐蝕被基本完全去除并且已減少的污染物及顆粒被送出。如圖3和4的圖表所示。
實施例2氣缸閥的腐蝕程度可以通過使用去離子水的瀝濾方法，再用化學(xué)方法分析清洗溶液得以精確測定。(Hattori等，Jpn.J.Appl，Phys，33，2100(1994))，這里引入本文作參考。恒定體積瀝濾溶液中金屬的含量是與腐蝕程度亦即可溶性腐蝕物的體積成正比的。
通過這一方法發(fā)現(xiàn)，在閥門常規(guī)使用時，也就是當上述氣缸閥暴露于環(huán)境大氣中時，在真空循環(huán)清洗氣缸接頭之后通以HBr，就會產(chǎn)生高度的腐蝕。但是，當采用本發(fā)明的方法時，也就是先用去離子水或IPA濕洗然后用水脫附液體干燥劑液體干燥之后，在空氣中的腐蝕基本上可忽略并難以檢測到，如圖4中圖表所示。
實施例3另一種常用的腐蝕性氣體是二氯硅烷(CDS)。暴露于空氣中并在氣缸接頭處由真空循環(huán)清洗之后通以DCS的閥門腐蝕非常嚴重，就象金屬瀝濾測試顯示的那樣(圖5)。
相反，如果是按本發(fā)明的方法使用，也就是先用去離子水或IPA濕洗再用一種水去除液體干燥劑液體干燥，然后通以DCS到上述相同的時間，則腐蝕基本上檢測不出(圖5)。
對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，本發(fā)明在不脫離其范圍及本質(zhì)的前提下顯然是可以作各種改進與變化的，應(yīng)當理解，本發(fā)明并不局限于所述實施方案中。
權(quán)利要求
1.一種減少超高純度氣體分配網(wǎng)或該分配網(wǎng)任何部分中的腐蝕的方法，它包括(a)用一種濕洗劑濕洗氣體分配網(wǎng)或者至少其一部分；(b)用選自丙酮二甲基酮縮醛DMP、2.2二氯丙烷DCP或2.2二溴丙烷DBP、其混合物以及其任何等效物的水脫附液體干燥劑液體干燥上述氣體分配網(wǎng)或至少其一部分；(c)用一種任何雜質(zhì)含量低于1ppm的干燥的高純度氣體清洗上述氣體分配網(wǎng)或其任何部分；(d)在低于5×104帕斯卡的壓力下抽吸上述氣體分配網(wǎng)或其任何部分；以及(e)將上述氣體分配網(wǎng)或其任何部分暴露于含有超高純度腐蝕性氣體的環(huán)境中或空氣中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中濕洗步驟進行大約1分種到大約1小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，利用基本上包含未使用過的元件或部件的超高純度氣體分配網(wǎng)，其中所述的濕洗步驟進行大約1分鐘到大約2分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，采用基本上包含至少使用過一次的元件或部件的超高純度氣體分配網(wǎng)，其中所述的濕洗步驟進行大約5到30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中液體干燥步驟(b)進行大約1到20分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，采用基本上包含從未使用過的、內(nèi)表面粗糙度Ra低于5×10-6m的元件或部件的超高純度氣體分配網(wǎng)，其中所述的液體干燥步驟進行大約1到大約2分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，采用基本上包含至少使用過一次的元件或部件的超高純度氣體分配網(wǎng)，其中所述的液體干燥步驟進行大約10分鐘或更長時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，采用基本上包含內(nèi)表面粗糙度Ra高于5×10-6m的元件或部件的超高純度氣體分配網(wǎng)，其中所述的液體干燥步驟進行大約10分鐘或更長時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的濕洗劑是一種粒狀物質(zhì)低于每升1mg的液體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的濕洗劑是一種粒狀物質(zhì)低于每升10-6g的液體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的濕洗劑選自去離子水、異丙醇、丙酮或其混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在進行步驟(c)之前重復(fù)步驟(a)和(b)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在步驟(d)和(e)之間用一種惰性或還原性氣體清洗氣體分配網(wǎng)或其任何部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述的惰性或還原性氣體選自氮、氬、氦或氫。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其中所述的惰性或還原性氣體在正常溫度與壓力下含有低于100ppb的揮發(fā)性雜質(zhì)和每升少于1個的顆粒。
16.權(quán)利要求1的分配超高純度氣體的方法，其中所述的氣體分配網(wǎng)包括至少一個氣缸閥。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述的氣缸閥在其內(nèi)表面每次與環(huán)境空氣接觸之前和之后至少進行步驟(a)和(b)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在步驟(e)過程中在將上述氣體分配網(wǎng)或其任何部分暴露于空氣中之前用一種高純度惰性氣體清洗該分配網(wǎng)或其任何部分。
全文摘要
一種在超高純度氣體分配網(wǎng)或其任何部分內(nèi)減少腐蝕的方法包括(a)用濕洗劑濕洗氣體分配網(wǎng)或至少其一部分；(b)用水脫附液體干燥劑液體干燥上述氣體分配網(wǎng)或其一部分，所用干燥劑選自；丙酮二甲基酮縮醛DMP、2.2二氯丙烷DCP或2.2二溴丙烷DBP、其混合物或任何等效物；(c)用雜質(zhì)含量低于1ppm的干燥的高純度氣體清洗氣體分配網(wǎng)或其任何部分，以及(d)在低于5×10
文檔編號F17D1/04GK1146379SQ95121730
公開日1997年4月2日 申請日期1995年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月30日
發(fā)明者M·基姆拉, T·蘇卡默托, K·塔陸塔尼, J·M·弗里德特 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司