アセチレンを供給するための方法およびシステム
【課題】好ましくは高純度レベル（たとえば、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む）のアセチレンを、半導体製造プロセスなどの使用ポイントに供給するためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】一態様では、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、２０℃から−５０℃の温度範囲でアセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を供給するステップと、その中に含まれる溶媒の少なくとも一部を除去して高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の温度範囲の精製器にアセチレン供給流を導入するステップとを含む方法を提供する。
【解決手段】一態様では、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、２０℃から−５０℃の温度範囲でアセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を供給するステップと、その中に含まれる溶媒の少なくとも一部を除去して高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の温度範囲の精製器にアセチレン供給流を導入するステップとを含む方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００８年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／０９７，３５２号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
好ましくは、高純度レベル（たとえば、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む）のアセチレンを使用ポイントに供給するためのシステムおよび方法が本明細書に記載されている。半導体製造で使用するための実質的に溶媒のない（たとえば、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む）アセチレンの連続的な流れを供給する供給システムが本明細書に特に記載されている。
【０００３】
半導体製造業者は、たとえば、ハ−ド（カ−ボンリッチ）マスクコ−ティングプロセスなどのある用途のためにアセチレン（Ｃ2Ｈ2）を使用している。アセチレンは、製造業者に届けて、その後取り外して再び充填することができるシリンダーで、使用ポイントに一般に供給される。しかし、アセチレンには、取り扱う際や供給する際に多くの問題が存在する。アセチレンは、熱力学的に最も不安定な一般的なガスであり、非常に燃えやすく、非常に広い爆発範囲（空気中で２％から８０％）を有し、そして、圧力およびある条件下で爆発力を伴って分解する可能性がある。後者に関しては、６ｐｓｉｇしかない圧力下で純粋なアセチレンは、ある条件下で激しく分解する可能性がある。アセチレンシリンダーは、アセチレンが溶け込むアセトンもしくは別の好適な溶媒で浸された多孔質材料を備えることにより、分解および引火性に関する前記問題を回避するように設計される。多孔質体と溶媒との組み合わせにより、約２５０ｐｓｉｇの圧力のシリンダー内でアセチレンを安全に貯蔵することができる。しかし、アセトン溶媒は、製造プロセス、最終製品もしくは両方を汚染する可能性のあるアセトン蒸気を１０％まで持ち込む可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それゆえに、当該技術分野において、アセチレンの安全な取り扱いと、特に半導体製造プロセスのためにアセチレンが高純度レベルで供給される使用ポイントへの供給とのためのシステムおよび方法を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
好ましくは高純度レベル（たとえば、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む）で、使用ポイントにアセチレンを供給するための方法およびシステムが本明細書に記載されている。一態様では、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、２０℃から−５０℃の範囲の温度でアセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を供給するステップと、その中に含まれている溶媒の少なくとも一部を除去して高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度の精製器にアセチレン供給流を導入するステップとを含む方法を提供する。ある態様では、供給流が室温（たとえば、約２５℃）の精製器に入る。
【０００６】
別の態様では、ジメチルホルムアミドを含む溶媒を１００ｐｐｍ以下含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、高純度アセチレンを供給するために、２０℃から−５０℃の範囲にアセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流の温度を下げるステップと、高純度アセチレンを使用ポイントに導入するステップとを含む方法を提供する。
【０００７】
さらに別の態様では、精製したアセチレン流体の使用ポイント、たとえば、半導体製造場所への流れを供給するシステムを提供する。一態様では、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するためのシステムであって、アセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を収容する貯蔵容器と、２０℃から−５０℃の範囲の温度で、貯蔵容器を維持し、アセチレン供給流を供給する冷却システムと、貯蔵容器と流体連通する精製器とを含み、それらに含まれる溶媒の少なくとも一部を除去して高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度の精製器にアセチレン供給流を導入するシステム。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本明細書に記載された高純度アセチレンを供給するためのシステムの態様の一例を示す。
【図２】図２は、３つの異なる温度条件（たとえば、−２０℃、０℃、および２０℃）における９つの例示的なアセチレン含有シリンダーに関する、アセトンの濃度対シリンダー圧の比較を示す。
【図３】図３は、熱力学的モデルに関して、２０℃の温度および１０標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の流量における３つの例示的なアセチレン含有シリンダーについて、アセトンの濃度とアセチレンの圧力との間の関係を説明する。
【図４】図４は、熱力学的モデルに関して、０℃の温度および１０標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の流量における３つの例示的なアセチレン含有シリンダーについて、アセトンの濃度とアセチレンの圧力との間の関係を説明する。
【図５】図５は、熱力学的モデルに関して、−２０℃および１０標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の流量における３つの例示的なアセチレン含有シリンダーについて、アセトンの濃度とアセチレンの圧力との間の関係を説明する。
【図６】図６は、２０℃の温度におけるアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の、同じ温度におけるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含むアセチレン含有シリンダーの熱力学的モデルに対する、ｐｐｍ単位の溶媒の濃度の比較を示す。
【図７】図７は、０℃の温度におけるアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の、同じ温度におけるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含むアセチレン含有シリンダーの熱力学的モデルに対する、ｐｐｍ単位の溶媒の濃度の比較を示す。
【図８】図８は、−２０℃の温度におけるアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の、同じ温度におけるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含むアセチレン含有シリンダーの熱力学的モデルに対する、ｐｐｍ単位の溶媒の濃度の比較を示す。
【図９】図９は、−２０℃の温度に冷却され、精製器を通過もしくは通過しないアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の部分濃度を比較する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
高純度レベル（たとえば、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む）のアセチレン（Ｃ2Ｈ2）を、たとえば、イオン注入機、エッチングチャンバ、化学蒸着反応装置もしくは原子層蒸着反応装置などの（これらに限定されないが）半導体製造機器などの使用ポイントに供給するシステムおよび方法が本明細書に記載されている。
【００１０】
前に言及したように、アセチレン貯蔵シリンダーもしくは容器は、アセチレンが溶け込むアセトンおよび／または別の好適な溶媒で浸された多孔質材料を備えることによって、分解および引火性に関する問題を回避するように設計される。アセチレン貯蔵シリンダーもしくは容器の中で使用される溶媒の例には、アセトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチル−ピロリドンおよびそれらの混合物があるが、これらに限定されない。本明細書に記載されているシステムおよび方法は、チラーシステムの使用もしくは他の方法を経て貯蔵源で２０℃から−５０℃の範囲の温度に貯蔵容器もしくはシリンダーを冷却することにより、２０℃から−５０℃の範囲の温度のアセチレン供給流を供給することによって、当該技術分野に関連する問題を回避する。アセチレン供給流が供給される２０℃から−５０℃の温度範囲には、以下の端点のうちの１つもしくは２つ以上のいずれかを挙げることができる。すなわち、２０℃、１５℃、１０℃、５℃、０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、−４０℃、−４５℃もしくは−５０℃。アセチレン貯蔵容器についてのある温度範囲の例には、０℃〜−３５℃、２０℃〜−５℃もしくは１０℃〜−１５℃があるが、これらに限定されない。アセチレン供給流が供給される特定の温度範囲は、それらに含有する１種もしくは２種以上の溶媒の蒸気圧に基づいて変わり得る。下げられた温度では、溶媒の蒸気圧は、アセチレン供給流に持ち越される溶媒が最小になるほど低くなる。たとえば、アセチレンがアセトン溶媒の中に溶ける態様では、アセチレン供給流が−２０℃の温度の貯蔵容器から供給されている場合、その蒸気圧が０．０２６５４バールであるので、より多くのアセトン溶媒が貯蔵容器の中に残る。アセチレンがＤＭＦ溶媒の中に溶ける他の態様では、−２０℃の温度の貯蔵容器からアセチレン供給流が供給される場合、その蒸気圧が０．０００１９バールであるので、より多くのＤＭＦ溶媒が貯蔵容器の中に残る。後者の態様では、ＤＭＦ溶媒を含むアセチレン供給流は、−２０℃などの温度に下げられた後、使用ポイントに供給するのに十分な純度となり得る。その結果、１つもしくは２つ以上の精製器を通過する必要がない。下記の表１は、ＤＭＦを含む貯蔵容器からアセチレンを分配する温度と、その温度範囲内のある分配温度におけるバール単位の蒸気圧とを示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】
アセトンを除去するためのガス相冷却方法と違って、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、また、液体アセチレンを生成させる可能性を減少させることができ、また、顧客がアセチレン貯蔵容器内に収容された溶媒を取り扱う必要性を除くことができる。
【００１３】
また、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、精製したアセチレン流体流を使用ポイントに供給する前に使用される１つもしくは２つ以上の精製器を提供する。本明細書で使用されているように、用語「流体」は、物質における液体ならびに気体状の昇華した固体およびそれらの変形物を意味する。本システムおよび方法の中で使用できる精製器の例には、活性炭素、モリキュラーシーブ、シリカゲル、ゼオライトおよびそれらの組み合わせがあるが、これらに限定されない。１つもしくは２つ以上の精製器は、アセチレン供給流に存在するかもしれない、残っている残余の溶媒を除去するように作用する。精製器に入っているアセチレン供給流の温度はより低いので、精製器における「処理量」は少なくなる。なぜならば、精製器に入ったときのアセチレン供給流内に存在する溶媒がより少なく、それゆえ、アセチレン供給流から除去することが必要な溶媒がより少なくなるからである。これにより所有のための全体のコストを減少させることができる。なぜならば、持ち越される溶媒がより少なく、それにより、精製器の大きさおよび能力を減少させるからである。さらに、本明細書に記載された本システムおよび方法の精製器（複数可）は、約−５０℃から３０℃の範囲の温度で作動することができる。アセチレン供給流が精製器に入る−５０℃〜３０℃の温度範囲には、以下の端点のうちの１つもしくは２つ以上のいずれかを挙げることができる。すなわち、３０℃、２５℃、２０℃、１５℃、１０℃、５℃、０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、−４０℃、−４５℃もしくは−５０℃。アセチレン貯蔵容器についてのある温度範囲の例には、０℃〜−１５℃、２０℃〜−５℃もしくは１０℃〜３０℃があるが、これらに限定されない。一態様では、アセチレン供給流は、室温（たとえば、２５℃）における精製器に入る。別の態様では、たとえば、アセチレン供給流がＤＭＦ溶媒を含む場合、アセチレン供給流は、ある温度まで低下させたとき、１つもしくは２つ以上の精製器に入る必要がないことがあり得る。
【００１４】
図１は、高純度アセチレン流体を使用ポイントに供給するための、本明細書に記載されたシステムの一態様の例を示す。この態様では、本システムおよび方法は、十分重複性があるように設計された少なくとも２つのシリンダー１０，２０を含ませることによって、半導体製造プロセスへの、一貫した、止まることのない溶媒除去のアセチレンの供給を提供する。アセチレン供給流は、第１の、もしくは１番目のシリンダーもしくは貯蔵容器１０からダウンストリームプロセスに供給される。一方、第２の、もしくは２番目のシリンダーもしくは貯蔵容器２０が予備もしくは代替シリンダーとして備えられている。たとえば、もし、アセチレン供給流が第１のシリンダーの近くで、たとえば、量の減少、機器の故障などで流れなくなった場合、アセチレン供給流は自動的に第２のシリンダーに切り替わる（自動クロスオーバー）。別の態様では、アセチレン供給流の止まることのない流れを供給するために、複数のアセチレン貯蔵容器を使用することができる。本システムは、種々の圧力制御バルブ（「ＰＣＶ」）、レベルセンサー、熱センサー、安全バルブ、冷却システムなどの１つもしくは２つ以上のシステム構成要素と電子通信する中央処理装置（「ＣＰＵ」）１００をさらに含む。また、ＣＰＵ１００は、第１および第２のシリンダー１０，２０の温度を制御し、供給圧力、シリンダー圧力およびシリンダー重量を監視することができる。たとえば、第１のシリンダー１０のシリンダー重量およびシリンダー圧力が小さくなることは、ＣＰＵ１００によって監視されている既定の設定点で、予備すなわち２番目のシリンダー２０に対する自動クロスオーバーのトリガーになることができる。この態様では、操作者は、流れが第２のシリンダー２０から製造プロセスに供給されるのと同時に、すぐに空の第１のシリンダー１０を変えることができるので、半導体プロセスへのプロセスガスの流れは止まらない。
【００１５】
シリンダー１０，２０は、アセチレンと、アセトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチル−ピロリドン、およびそれらの混合物（しかし、これらに限定されないが）から選択される少なくとも１種の溶媒とを含むアセチレン供給流を含む。アセチレンは溶媒に溶け込む。また、ある態様では、シリンダーは、ケイ酸カルシウム（しかしこれに限定されないが）などの多孔質媒質を含むことができる。その多孔質媒質は、アセチレン供給流に含まれている溶媒を吸収するために使用される。シリンダーは、２５０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）までの圧力で貯蔵する。安全の理由のため、供給圧力は１５ｐｓｉｇを越えない。また、シリンダー１０，２０は、フラッシュアレスター１３０を備えている。フラッシュアレスター１３０は、もし、たとえば、シリンダー１０，２０が突然機能しなくなったり、破損したりした場合に、急に圧力が開放されるのを防止するように設計される。また、ある態様では、シリンダー１０，２０は、本出願の譲受人に譲渡された係属中の欧州特許出願第９１６８９１号明細書に描かれているような圧力調節器１４０を備えている。図１に示す態様では、シリンダー１０，２０は、０℃から−２０℃の範囲の温度に再循環チラー３０で冷却される。１つの特定の態様では、シリンダー冷却ジャケット１５を使用してシリンダー１０，２０は冷却される。シリンダー冷却ジャケット１５は、ライン１１０を通ってチラーと接続する。しかし、シリンダー１０，２０もしくは両方を所望の温度範囲に維持するために他の方法を採用することができることは想像される。図１に描かれたシステムは、前記温度範囲および前記圧力範囲でアセチレン含有流体を安全に貯蔵し取り扱える調節器、流量計、バルブ、ホースおよびパイプラインを含む。また、図１に描かれたシステムは、高純度運転のため、自動的に精製し放出するように設計される。パージライン８０がＶ４（９０）を通って接続され、ベントがＶ５（４０）およびＶ６（５０）を通って接続される。自動パージサイクルは、正圧パージガス流出時間と真空ベンチュリ菅を経る負圧への真空排気時間との間を切り替えるために、ＣＰＵ（１００）コントローラーによって開始され、監視される。図１に描かれたシステム内の圧力変換器および過剰流量スイッチは、システムが作動しない状態の間、警報を発したり停止したりするために、処理状態を監視する。
【００１６】
図１に描かれたシステムでは、シリンダー１０およびシリンダー２０のどちらかからのアセチレン供給流は、精製したアセチレン流体流を供給するために、約−５０℃から３０℃の範囲の温度もしくはだいたい２５℃までの温度、ならびに１５ｐｓｉまでの圧力の精製器６０を通って移動する。図１に描かれたシステムの態様では、アセチレン含有供給流は、精製器に到達する時間までに室温になる。なぜならば、本システムから使用ポイントまでの配管が断熱されていないからである。さらに、図１に描かれたシステムの態様では、供給されるアセチレンの温度は、最終使用プロセスに対して決定的に重要ではない。しかし、精製器に入る前もしくは入るときに、配管の断熱もしくはアセチレン供給流の温度を制御する他の方法を使用できることが想像される。図１に示す態様には、１つの精製器の使用が描かれているが、複数の精製器（たとえば、２つもしくは３つ以上の精製器）を使用するように本システムを変形できることが理解される。さらにまた、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、精製器内に残っている溶媒を除去する再生ステップを許容することができる。本システムおよび方法の中で使用することができる精製器の例には、活性炭素、モリキュラーシーブ、シリカゲル、ゼオライト、およびそれらの組み合わせがあるが、それらに限定されない。本明細書に記載されたシステムおよび方法で使用可能な精製器の１つの特定の例には、カルフォルニア州サンルイスオビスポのＳＡＥＳ Ｐｕｒｅ Ｇａｓ， Ｉｎｃ．によって供給されるＭＩＣＲＯＴＯＯＲ（登録商標）ＭＣ４５００がある。アセチレン含有供給流は、アセチレン含有供給材料内に含まれている残留溶媒のいずれをも除去するために、約−５０℃から３０℃の範囲の温度、もしくはその代わりに約２５℃までの温度、もしくは室温、ならびに１５ｐｓｉｇまでの圧力の精製器６０を通過する。精製したアセチレン流体流は、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む。精製器６０を通過した後は、精製したアセチレン流体流は、外に出て使用ポイントの中へ流れる。
【００１７】
本明細書に記載されている方法およびシステムの別の態様では、アセチレンおよび溶媒を含んでいる貯蔵容器は、溶媒の低蒸気圧のために溶媒が貯蔵容器内に残るのに十分な温度に冷やされ、それにより、高純度アセチレン流体流をその容器から直接分配することができ、そして１つもしくは２つ以上の精製器の中に流体流を導入する必要性を回避する。
【００１８】
本明細書に記載されているシステムおよび方法は、少なくとも１つの以下の有利な点を提供する。本明細書に記載されているシステムおよび方法は、アセチレンシリンダー体積のより大きな使用率を提供することができる。室温（たとえば、２５℃）で、アセチレンの使用率は、そのシリンダー内の全アセチレン体積のだいたい５０％である。室温で使用率が５０％より大きくなると、溶媒の持ち越しが半導体製造プロセスで使用できない程高くなる。シリンダー温度が下がると、その溶媒が非実用的なレベルに達するまでのアセチレンシリンダー体積の使用率がより大きくなるようなレベルまで、溶媒の蒸気圧が下がり得ると信じられている。また、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、シリンダーから出てくる溶媒の総量を減少させることができ、それにより、そのシリンダーにアセトンをより多く加えなければならなくなるまでにシリンダーを詰め替えることができる回数を増加させる。顧客は購入したガスをより多く使用するので、これにより、所有のための全体のコストを減少させる。さらに、使用率が高くなると、シリンダー交換が少なくなり、アセチレンの供給に関する労働コストも減少する。
【００１９】
本明細書に開示された本システムおよび方法をさらに説明するために次の例を示すが、これは、本システムおよび方法を何ら限定することを意図したものではない。
【００２０】
例
本明細書に記載されている例は、５ｋｇの公称アセチレン充填を有し、アセチレンが溶ける溶媒としてアセトンを使用する市販のアセチレンシリンダーから供給されるアセチレン供給流を使用する。５〜１５標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の範囲の供給量で、しかし１０ＳＰＬＭの平均流量で、アセチレン供給流を連続的に供給した。温度状態に基づいて、シリンダーに、シリンダージャケットを備え付け、ＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｎｅｓｌａｂで製造されたチラーを使用して冷却した。各シリンダーからのアセチレン供給流を、イタリアのＳＡＥＳ Ｇｅｔｔｅｒｓで製造されたメガトール（ＭｅｇａＴｏｒｒ）精製器を通して流した。精製器に入る前および入った後のアセチレン供給流の試料を取り出し、ドレーゲルチューブ（Ｄｒａｅｇｅｒ Ｔｕｂｅ）（リューベックのＤｒａｅｇｅｒ Ｓａｆｅｔｙ，Ｉｎｃ．製）、非分散赤外（ＮＤＩＲ）（イングランド、ホッデスドンのＡＤＣ Ｇａｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｌｔｄ．製）、もしくは熱伝導検出器（ＴＣＤ）付きのガスクロマトグラフィー（ＧＣ）（カルフォルニア州、サンタクララのＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）のいずれかを使用してアセトンの含有量について分析した。１０ＳＬＰＭの平均流量を維持できなくなるほど、シリンダー内のアセチレンを全て使い果たすまで本実験を行った。
【００２１】
それぞれ同じ貯蔵体積を有する３つの異なる温度条件（たとえば、２０℃、０℃および−２０℃）の３つの異なるシリンダーで実験を行った。異なるシリンダーの挙動におけるばらつきを調査するために、３つの温度のそれぞれで３つの異なるシリンダーで実験を行った。その実験の結果を図２に示す。図２は、同じ温度に保たれた異なるシリンダーの結果にいくらかばらつきがあることを示す。そのばらつきは、シリンダーの中に存在するアセトンの総量のばらつきに起因する。一般に、アセトンは、４回もしくは５回アセチレンを充填した毎にその後、アセチレンシリンダーに加えられる。アセトンの再充填の間で、アセチレンシリンダー内のアセトンの総量は変化する。アセトンはシリンダーから分配されるので、シリンダー内の圧力は減少し、アセチレン中のアセトンの部分濃度（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）は増加する。また、図２のデータは、シリンダーの温度が減少しているので、分配されるアセチレンにおけるアセトンの部分濃度も減少しているということを示す。
【００２２】
分配されるアセチレン中のアセトンの部分濃度を予測するために、アセトン中のアセチレンに関する溶解度係数の温度依存性を使用して、熱力学的模擬実験を行い、異なるシリンダー温度（たとえば、−２０℃、０℃および２０℃）で得られた実験データと比較した。この分析結果を図３，４，５に示す。アセトンおよびＤＭＦにおけるアセチレンの溶解度パラメーターを文献のレビューから取得し、部分濃度を計算するために内部のＣＡＰＰコンピューターモデリングプログラムを使用した。図３，４，５は、モデル予測が得られた実験データと一致することを示す。
【００２３】
また、アセトンではなく、溶媒としてのジメチルホルマイド（ＤＭＦ）に関する温度依存性を使用して、熱力学的模擬実験を行った。アセトンおよびＤＭＦ中のアセチレンの溶解度パラメーターを文献のレビューから取得し、部分濃度を計算するために、内部ＣＡＰＰコンピューターモデリングプログラムを使用した。２０℃、０℃および−２０℃のシリンダー温度に関する熱力学モデルの結果を図６，７，８に示し、アセトンに関するモデル予測と比較する。そのモデル予測は、アセトン溶媒を使用した場合に比べて、分配されるアセチレン中のＤＭＦの蒸気圧もしくはＤＭＦ溶媒の部分濃度が低くなるであろうことを示す。
【００２４】
精製器の使用により、アセチレン中の溶媒の部分濃度がさらに減少する。図９は、−２０℃まで冷却したアセチレンシリンダーの中で精製した、または精製しない溶媒としてアセトンを使用して行った実験結果の比較を示す。図９が説明しているように、精製器を通した後の分配されるアセチレン中のアセトンの部分濃度は１０ｐｐｍ以下である。また、図９は、精製器がない場合、シリンダーからアセチレンが使用されるにしたがってアセトン濃度の増加が大きくなることを示す。したがって、精製器は、プロセスのばらつきを取り除き、アセトンの部分濃度をより低い値に保持する。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００８年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／０９７，３５２号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
好ましくは、高純度レベル（たとえば、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む）のアセチレンを使用ポイントに供給するためのシステムおよび方法が本明細書に記載されている。半導体製造で使用するための実質的に溶媒のない（たとえば、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む）アセチレンの連続的な流れを供給する供給システムが本明細書に特に記載されている。
【０００３】
半導体製造業者は、たとえば、ハ−ド（カ−ボンリッチ）マスクコ−ティングプロセスなどのある用途のためにアセチレン（Ｃ2Ｈ2）を使用している。アセチレンは、製造業者に届けて、その後取り外して再び充填することができるシリンダーで、使用ポイントに一般に供給される。しかし、アセチレンには、取り扱う際や供給する際に多くの問題が存在する。アセチレンは、熱力学的に最も不安定な一般的なガスであり、非常に燃えやすく、非常に広い爆発範囲（空気中で２％から８０％）を有し、そして、圧力およびある条件下で爆発力を伴って分解する可能性がある。後者に関しては、６ｐｓｉｇしかない圧力下で純粋なアセチレンは、ある条件下で激しく分解する可能性がある。アセチレンシリンダーは、アセチレンが溶け込むアセトンもしくは別の好適な溶媒で浸された多孔質材料を備えることにより、分解および引火性に関する前記問題を回避するように設計される。多孔質体と溶媒との組み合わせにより、約２５０ｐｓｉｇの圧力のシリンダー内でアセチレンを安全に貯蔵することができる。しかし、アセトン溶媒は、製造プロセス、最終製品もしくは両方を汚染する可能性のあるアセトン蒸気を１０％まで持ち込む可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それゆえに、当該技術分野において、アセチレンの安全な取り扱いと、特に半導体製造プロセスのためにアセチレンが高純度レベルで供給される使用ポイントへの供給とのためのシステムおよび方法を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
好ましくは高純度レベル（たとえば、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む）で、使用ポイントにアセチレンを供給するための方法およびシステムが本明細書に記載されている。一態様では、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、２０℃から−５０℃の範囲の温度でアセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を供給するステップと、その中に含まれている溶媒の少なくとも一部を除去して高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度の精製器にアセチレン供給流を導入するステップとを含む方法を提供する。ある態様では、供給流が室温（たとえば、約２５℃）の精製器に入る。
【０００６】
別の態様では、ジメチルホルムアミドを含む溶媒を１００ｐｐｍ以下含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、高純度アセチレンを供給するために、２０℃から−５０℃の範囲にアセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流の温度を下げるステップと、高純度アセチレンを使用ポイントに導入するステップとを含む方法を提供する。
【０００７】
さらに別の態様では、精製したアセチレン流体の使用ポイント、たとえば、半導体製造場所への流れを供給するシステムを提供する。一態様では、１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するためのシステムであって、アセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を収容する貯蔵容器と、２０℃から−５０℃の範囲の温度で、貯蔵容器を維持し、アセチレン供給流を供給する冷却システムと、貯蔵容器と流体連通する精製器とを含み、それらに含まれる溶媒の少なくとも一部を除去して高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度の精製器にアセチレン供給流を導入するシステム。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本明細書に記載された高純度アセチレンを供給するためのシステムの態様の一例を示す。
【図２】図２は、３つの異なる温度条件（たとえば、−２０℃、０℃、および２０℃）における９つの例示的なアセチレン含有シリンダーに関する、アセトンの濃度対シリンダー圧の比較を示す。
【図３】図３は、熱力学的モデルに関して、２０℃の温度および１０標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の流量における３つの例示的なアセチレン含有シリンダーについて、アセトンの濃度とアセチレンの圧力との間の関係を説明する。
【図４】図４は、熱力学的モデルに関して、０℃の温度および１０標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の流量における３つの例示的なアセチレン含有シリンダーについて、アセトンの濃度とアセチレンの圧力との間の関係を説明する。
【図５】図５は、熱力学的モデルに関して、−２０℃および１０標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の流量における３つの例示的なアセチレン含有シリンダーについて、アセトンの濃度とアセチレンの圧力との間の関係を説明する。
【図６】図６は、２０℃の温度におけるアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の、同じ温度におけるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含むアセチレン含有シリンダーの熱力学的モデルに対する、ｐｐｍ単位の溶媒の濃度の比較を示す。
【図７】図７は、０℃の温度におけるアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の、同じ温度におけるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含むアセチレン含有シリンダーの熱力学的モデルに対する、ｐｐｍ単位の溶媒の濃度の比較を示す。
【図８】図８は、−２０℃の温度におけるアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の、同じ温度におけるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を含むアセチレン含有シリンダーの熱力学的モデルに対する、ｐｐｍ単位の溶媒の濃度の比較を示す。
【図９】図９は、−２０℃の温度に冷却され、精製器を通過もしくは通過しないアセチレン含有シリンダー内のアセトン溶媒の部分濃度を比較する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
高純度レベル（たとえば、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む）のアセチレン（Ｃ2Ｈ2）を、たとえば、イオン注入機、エッチングチャンバ、化学蒸着反応装置もしくは原子層蒸着反応装置などの（これらに限定されないが）半導体製造機器などの使用ポイントに供給するシステムおよび方法が本明細書に記載されている。
【００１０】
前に言及したように、アセチレン貯蔵シリンダーもしくは容器は、アセチレンが溶け込むアセトンおよび／または別の好適な溶媒で浸された多孔質材料を備えることによって、分解および引火性に関する問題を回避するように設計される。アセチレン貯蔵シリンダーもしくは容器の中で使用される溶媒の例には、アセトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチル−ピロリドンおよびそれらの混合物があるが、これらに限定されない。本明細書に記載されているシステムおよび方法は、チラーシステムの使用もしくは他の方法を経て貯蔵源で２０℃から−５０℃の範囲の温度に貯蔵容器もしくはシリンダーを冷却することにより、２０℃から−５０℃の範囲の温度のアセチレン供給流を供給することによって、当該技術分野に関連する問題を回避する。アセチレン供給流が供給される２０℃から−５０℃の温度範囲には、以下の端点のうちの１つもしくは２つ以上のいずれかを挙げることができる。すなわち、２０℃、１５℃、１０℃、５℃、０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、−４０℃、−４５℃もしくは−５０℃。アセチレン貯蔵容器についてのある温度範囲の例には、０℃〜−３５℃、２０℃〜−５℃もしくは１０℃〜−１５℃があるが、これらに限定されない。アセチレン供給流が供給される特定の温度範囲は、それらに含有する１種もしくは２種以上の溶媒の蒸気圧に基づいて変わり得る。下げられた温度では、溶媒の蒸気圧は、アセチレン供給流に持ち越される溶媒が最小になるほど低くなる。たとえば、アセチレンがアセトン溶媒の中に溶ける態様では、アセチレン供給流が−２０℃の温度の貯蔵容器から供給されている場合、その蒸気圧が０．０２６５４バールであるので、より多くのアセトン溶媒が貯蔵容器の中に残る。アセチレンがＤＭＦ溶媒の中に溶ける他の態様では、−２０℃の温度の貯蔵容器からアセチレン供給流が供給される場合、その蒸気圧が０．０００１９バールであるので、より多くのＤＭＦ溶媒が貯蔵容器の中に残る。後者の態様では、ＤＭＦ溶媒を含むアセチレン供給流は、−２０℃などの温度に下げられた後、使用ポイントに供給するのに十分な純度となり得る。その結果、１つもしくは２つ以上の精製器を通過する必要がない。下記の表１は、ＤＭＦを含む貯蔵容器からアセチレンを分配する温度と、その温度範囲内のある分配温度におけるバール単位の蒸気圧とを示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】
アセトンを除去するためのガス相冷却方法と違って、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、また、液体アセチレンを生成させる可能性を減少させることができ、また、顧客がアセチレン貯蔵容器内に収容された溶媒を取り扱う必要性を除くことができる。
【００１３】
また、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、精製したアセチレン流体流を使用ポイントに供給する前に使用される１つもしくは２つ以上の精製器を提供する。本明細書で使用されているように、用語「流体」は、物質における液体ならびに気体状の昇華した固体およびそれらの変形物を意味する。本システムおよび方法の中で使用できる精製器の例には、活性炭素、モリキュラーシーブ、シリカゲル、ゼオライトおよびそれらの組み合わせがあるが、これらに限定されない。１つもしくは２つ以上の精製器は、アセチレン供給流に存在するかもしれない、残っている残余の溶媒を除去するように作用する。精製器に入っているアセチレン供給流の温度はより低いので、精製器における「処理量」は少なくなる。なぜならば、精製器に入ったときのアセチレン供給流内に存在する溶媒がより少なく、それゆえ、アセチレン供給流から除去することが必要な溶媒がより少なくなるからである。これにより所有のための全体のコストを減少させることができる。なぜならば、持ち越される溶媒がより少なく、それにより、精製器の大きさおよび能力を減少させるからである。さらに、本明細書に記載された本システムおよび方法の精製器（複数可）は、約−５０℃から３０℃の範囲の温度で作動することができる。アセチレン供給流が精製器に入る−５０℃〜３０℃の温度範囲には、以下の端点のうちの１つもしくは２つ以上のいずれかを挙げることができる。すなわち、３０℃、２５℃、２０℃、１５℃、１０℃、５℃、０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、−４０℃、−４５℃もしくは−５０℃。アセチレン貯蔵容器についてのある温度範囲の例には、０℃〜−１５℃、２０℃〜−５℃もしくは１０℃〜３０℃があるが、これらに限定されない。一態様では、アセチレン供給流は、室温（たとえば、２５℃）における精製器に入る。別の態様では、たとえば、アセチレン供給流がＤＭＦ溶媒を含む場合、アセチレン供給流は、ある温度まで低下させたとき、１つもしくは２つ以上の精製器に入る必要がないことがあり得る。
【００１４】
図１は、高純度アセチレン流体を使用ポイントに供給するための、本明細書に記載されたシステムの一態様の例を示す。この態様では、本システムおよび方法は、十分重複性があるように設計された少なくとも２つのシリンダー１０，２０を含ませることによって、半導体製造プロセスへの、一貫した、止まることのない溶媒除去のアセチレンの供給を提供する。アセチレン供給流は、第１の、もしくは１番目のシリンダーもしくは貯蔵容器１０からダウンストリームプロセスに供給される。一方、第２の、もしくは２番目のシリンダーもしくは貯蔵容器２０が予備もしくは代替シリンダーとして備えられている。たとえば、もし、アセチレン供給流が第１のシリンダーの近くで、たとえば、量の減少、機器の故障などで流れなくなった場合、アセチレン供給流は自動的に第２のシリンダーに切り替わる（自動クロスオーバー）。別の態様では、アセチレン供給流の止まることのない流れを供給するために、複数のアセチレン貯蔵容器を使用することができる。本システムは、種々の圧力制御バルブ（「ＰＣＶ」）、レベルセンサー、熱センサー、安全バルブ、冷却システムなどの１つもしくは２つ以上のシステム構成要素と電子通信する中央処理装置（「ＣＰＵ」）１００をさらに含む。また、ＣＰＵ１００は、第１および第２のシリンダー１０，２０の温度を制御し、供給圧力、シリンダー圧力およびシリンダー重量を監視することができる。たとえば、第１のシリンダー１０のシリンダー重量およびシリンダー圧力が小さくなることは、ＣＰＵ１００によって監視されている既定の設定点で、予備すなわち２番目のシリンダー２０に対する自動クロスオーバーのトリガーになることができる。この態様では、操作者は、流れが第２のシリンダー２０から製造プロセスに供給されるのと同時に、すぐに空の第１のシリンダー１０を変えることができるので、半導体プロセスへのプロセスガスの流れは止まらない。
【００１５】
シリンダー１０，２０は、アセチレンと、アセトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチル−ピロリドン、およびそれらの混合物（しかし、これらに限定されないが）から選択される少なくとも１種の溶媒とを含むアセチレン供給流を含む。アセチレンは溶媒に溶け込む。また、ある態様では、シリンダーは、ケイ酸カルシウム（しかしこれに限定されないが）などの多孔質媒質を含むことができる。その多孔質媒質は、アセチレン供給流に含まれている溶媒を吸収するために使用される。シリンダーは、２５０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）までの圧力で貯蔵する。安全の理由のため、供給圧力は１５ｐｓｉｇを越えない。また、シリンダー１０，２０は、フラッシュアレスター１３０を備えている。フラッシュアレスター１３０は、もし、たとえば、シリンダー１０，２０が突然機能しなくなったり、破損したりした場合に、急に圧力が開放されるのを防止するように設計される。また、ある態様では、シリンダー１０，２０は、本出願の譲受人に譲渡された係属中の欧州特許出願第９１６８９１号明細書に描かれているような圧力調節器１４０を備えている。図１に示す態様では、シリンダー１０，２０は、０℃から−２０℃の範囲の温度に再循環チラー３０で冷却される。１つの特定の態様では、シリンダー冷却ジャケット１５を使用してシリンダー１０，２０は冷却される。シリンダー冷却ジャケット１５は、ライン１１０を通ってチラーと接続する。しかし、シリンダー１０，２０もしくは両方を所望の温度範囲に維持するために他の方法を採用することができることは想像される。図１に描かれたシステムは、前記温度範囲および前記圧力範囲でアセチレン含有流体を安全に貯蔵し取り扱える調節器、流量計、バルブ、ホースおよびパイプラインを含む。また、図１に描かれたシステムは、高純度運転のため、自動的に精製し放出するように設計される。パージライン８０がＶ４（９０）を通って接続され、ベントがＶ５（４０）およびＶ６（５０）を通って接続される。自動パージサイクルは、正圧パージガス流出時間と真空ベンチュリ菅を経る負圧への真空排気時間との間を切り替えるために、ＣＰＵ（１００）コントローラーによって開始され、監視される。図１に描かれたシステム内の圧力変換器および過剰流量スイッチは、システムが作動しない状態の間、警報を発したり停止したりするために、処理状態を監視する。
【００１６】
図１に描かれたシステムでは、シリンダー１０およびシリンダー２０のどちらかからのアセチレン供給流は、精製したアセチレン流体流を供給するために、約−５０℃から３０℃の範囲の温度もしくはだいたい２５℃までの温度、ならびに１５ｐｓｉまでの圧力の精製器６０を通って移動する。図１に描かれたシステムの態様では、アセチレン含有供給流は、精製器に到達する時間までに室温になる。なぜならば、本システムから使用ポイントまでの配管が断熱されていないからである。さらに、図１に描かれたシステムの態様では、供給されるアセチレンの温度は、最終使用プロセスに対して決定的に重要ではない。しかし、精製器に入る前もしくは入るときに、配管の断熱もしくはアセチレン供給流の温度を制御する他の方法を使用できることが想像される。図１に示す態様には、１つの精製器の使用が描かれているが、複数の精製器（たとえば、２つもしくは３つ以上の精製器）を使用するように本システムを変形できることが理解される。さらにまた、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、精製器内に残っている溶媒を除去する再生ステップを許容することができる。本システムおよび方法の中で使用することができる精製器の例には、活性炭素、モリキュラーシーブ、シリカゲル、ゼオライト、およびそれらの組み合わせがあるが、それらに限定されない。本明細書に記載されたシステムおよび方法で使用可能な精製器の１つの特定の例には、カルフォルニア州サンルイスオビスポのＳＡＥＳ Ｐｕｒｅ Ｇａｓ， Ｉｎｃ．によって供給されるＭＩＣＲＯＴＯＯＲ（登録商標）ＭＣ４５００がある。アセチレン含有供給流は、アセチレン含有供給材料内に含まれている残留溶媒のいずれをも除去するために、約−５０℃から３０℃の範囲の温度、もしくはその代わりに約２５℃までの温度、もしくは室温、ならびに１５ｐｓｉｇまでの圧力の精製器６０を通過する。精製したアセチレン流体流は、百万当たり１００部（ｐｐｍ）もしくは１０ｐｐｍもしくは１ｐｐｍ、または１０億当たり１００部（ｐｐｂ）もしくは１０ｐｐｂもしくは１ｐｐｂもしくはそれ未満の溶媒を含む。精製器６０を通過した後は、精製したアセチレン流体流は、外に出て使用ポイントの中へ流れる。
【００１７】
本明細書に記載されている方法およびシステムの別の態様では、アセチレンおよび溶媒を含んでいる貯蔵容器は、溶媒の低蒸気圧のために溶媒が貯蔵容器内に残るのに十分な温度に冷やされ、それにより、高純度アセチレン流体流をその容器から直接分配することができ、そして１つもしくは２つ以上の精製器の中に流体流を導入する必要性を回避する。
【００１８】
本明細書に記載されているシステムおよび方法は、少なくとも１つの以下の有利な点を提供する。本明細書に記載されているシステムおよび方法は、アセチレンシリンダー体積のより大きな使用率を提供することができる。室温（たとえば、２５℃）で、アセチレンの使用率は、そのシリンダー内の全アセチレン体積のだいたい５０％である。室温で使用率が５０％より大きくなると、溶媒の持ち越しが半導体製造プロセスで使用できない程高くなる。シリンダー温度が下がると、その溶媒が非実用的なレベルに達するまでのアセチレンシリンダー体積の使用率がより大きくなるようなレベルまで、溶媒の蒸気圧が下がり得ると信じられている。また、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、シリンダーから出てくる溶媒の総量を減少させることができ、それにより、そのシリンダーにアセトンをより多く加えなければならなくなるまでにシリンダーを詰め替えることができる回数を増加させる。顧客は購入したガスをより多く使用するので、これにより、所有のための全体のコストを減少させる。さらに、使用率が高くなると、シリンダー交換が少なくなり、アセチレンの供給に関する労働コストも減少する。
【００１９】
本明細書に開示された本システムおよび方法をさらに説明するために次の例を示すが、これは、本システムおよび方法を何ら限定することを意図したものではない。
【００２０】
例
本明細書に記載されている例は、５ｋｇの公称アセチレン充填を有し、アセチレンが溶ける溶媒としてアセトンを使用する市販のアセチレンシリンダーから供給されるアセチレン供給流を使用する。５〜１５標準リットル／分（ＳＰＬＭ）の範囲の供給量で、しかし１０ＳＰＬＭの平均流量で、アセチレン供給流を連続的に供給した。温度状態に基づいて、シリンダーに、シリンダージャケットを備え付け、ＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｎｅｓｌａｂで製造されたチラーを使用して冷却した。各シリンダーからのアセチレン供給流を、イタリアのＳＡＥＳ Ｇｅｔｔｅｒｓで製造されたメガトール（ＭｅｇａＴｏｒｒ）精製器を通して流した。精製器に入る前および入った後のアセチレン供給流の試料を取り出し、ドレーゲルチューブ（Ｄｒａｅｇｅｒ Ｔｕｂｅ）（リューベックのＤｒａｅｇｅｒ Ｓａｆｅｔｙ，Ｉｎｃ．製）、非分散赤外（ＮＤＩＲ）（イングランド、ホッデスドンのＡＤＣ Ｇａｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｌｔｄ．製）、もしくは熱伝導検出器（ＴＣＤ）付きのガスクロマトグラフィー（ＧＣ）（カルフォルニア州、サンタクララのＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）のいずれかを使用してアセトンの含有量について分析した。１０ＳＬＰＭの平均流量を維持できなくなるほど、シリンダー内のアセチレンを全て使い果たすまで本実験を行った。
【００２１】
それぞれ同じ貯蔵体積を有する３つの異なる温度条件（たとえば、２０℃、０℃および−２０℃）の３つの異なるシリンダーで実験を行った。異なるシリンダーの挙動におけるばらつきを調査するために、３つの温度のそれぞれで３つの異なるシリンダーで実験を行った。その実験の結果を図２に示す。図２は、同じ温度に保たれた異なるシリンダーの結果にいくらかばらつきがあることを示す。そのばらつきは、シリンダーの中に存在するアセトンの総量のばらつきに起因する。一般に、アセトンは、４回もしくは５回アセチレンを充填した毎にその後、アセチレンシリンダーに加えられる。アセトンの再充填の間で、アセチレンシリンダー内のアセトンの総量は変化する。アセトンはシリンダーから分配されるので、シリンダー内の圧力は減少し、アセチレン中のアセトンの部分濃度（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）は増加する。また、図２のデータは、シリンダーの温度が減少しているので、分配されるアセチレンにおけるアセトンの部分濃度も減少しているということを示す。
【００２２】
分配されるアセチレン中のアセトンの部分濃度を予測するために、アセトン中のアセチレンに関する溶解度係数の温度依存性を使用して、熱力学的模擬実験を行い、異なるシリンダー温度（たとえば、−２０℃、０℃および２０℃）で得られた実験データと比較した。この分析結果を図３，４，５に示す。アセトンおよびＤＭＦにおけるアセチレンの溶解度パラメーターを文献のレビューから取得し、部分濃度を計算するために内部のＣＡＰＰコンピューターモデリングプログラムを使用した。図３，４，５は、モデル予測が得られた実験データと一致することを示す。
【００２３】
また、アセトンではなく、溶媒としてのジメチルホルマイド（ＤＭＦ）に関する温度依存性を使用して、熱力学的模擬実験を行った。アセトンおよびＤＭＦ中のアセチレンの溶解度パラメーターを文献のレビューから取得し、部分濃度を計算するために、内部ＣＡＰＰコンピューターモデリングプログラムを使用した。２０℃、０℃および−２０℃のシリンダー温度に関する熱力学モデルの結果を図６，７，８に示し、アセトンに関するモデル予測と比較する。そのモデル予測は、アセトン溶媒を使用した場合に比べて、分配されるアセチレン中のＤＭＦの蒸気圧もしくはＤＭＦ溶媒の部分濃度が低くなるであろうことを示す。
【００２４】
精製器の使用により、アセチレン中の溶媒の部分濃度がさらに減少する。図９は、−２０℃まで冷却したアセチレンシリンダーの中で精製した、または精製しない溶媒としてアセトンを使用して行った実験結果の比較を示す。図９が説明しているように、精製器を通した後の分配されるアセチレン中のアセトンの部分濃度は１０ｐｐｍ以下である。また、図９は、精製器がない場合、シリンダーからアセチレンが使用されるにしたがってアセトン濃度の増加が大きくなることを示す。したがって、精製器は、プロセスのばらつきを取り除き、アセトンの部分濃度をより低い値に保持する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、
２０℃から−５０℃の範囲の温度で、アセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を供給するステップと、
その中に含まれる前記溶媒の少なくとも一部を除去して前記高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度で、精製器に前記アセチレン供給流を導入するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記溶媒の少なくとも一部を除去するために、前記精製器を再生するステップをさらに含む請求項１の方法。
【請求項３】
前記溶媒が、アセトン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１の方法。
【請求項４】
前記導入ステップを室温で行う請求項１の方法。
【請求項５】
ジメチルホルムアミドを含む溶媒を１００ｐｐｍ以下含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給する方法であって、
高純度アセチレンを供給するために、アセチレンおよび前記溶媒を含むアセチレン供給流の温度を２０℃から−５０℃の範囲に下げるステップと、
前記高純度アセチレンを前記使用ポイントに導入するステップとを含む方法。
【請求項６】
前記導入ステップの前に、前記アセチレン供給流を精製器に通過させるステップをさらに含む請求項５の方法。
【請求項７】
１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するシステムであって、
アセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を収容する貯蔵容器と、
２０℃から−５０℃の範囲の温度で、前記貯蔵容器を維持し、前記アセチレン供給流を供給する冷却システムと、
前記貯蔵容器と流体連通する精製器とを含み、
その中に含まれる前記溶媒の少なくとも一部を除去して前記高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度の前記精製器に前記アセチレン供給流を導入するシステム。
【請求項８】
追加の貯蔵容器をさらに含む請求項７のシステム。
【請求項９】
前記システムが、前記冷却システムと電子通信する中央処理装置をさらに含む請求項７のシステム。
【請求項１０】
前記貯蔵容器が、調節器およびフラッシュアレスターをさらに含む請求項７のシステム。
【請求項１１】
前記システムが、複数の精製器をさらに含む請求項７のシステム。
【請求項１】
１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するための方法であって、
２０℃から−５０℃の範囲の温度で、アセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を供給するステップと、
その中に含まれる前記溶媒の少なくとも一部を除去して前記高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度で、精製器に前記アセチレン供給流を導入するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記溶媒の少なくとも一部を除去するために、前記精製器を再生するステップをさらに含む請求項１の方法。
【請求項３】
前記溶媒が、アセトン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１の方法。
【請求項４】
前記導入ステップを室温で行う請求項１の方法。
【請求項５】
ジメチルホルムアミドを含む溶媒を１００ｐｐｍ以下含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給する方法であって、
高純度アセチレンを供給するために、アセチレンおよび前記溶媒を含むアセチレン供給流の温度を２０℃から−５０℃の範囲に下げるステップと、
前記高純度アセチレンを前記使用ポイントに導入するステップとを含む方法。
【請求項６】
前記導入ステップの前に、前記アセチレン供給流を精製器に通過させるステップをさらに含む請求項５の方法。
【請求項７】
１００ｐｐｍ以下の溶媒を含む高純度アセチレンを使用ポイントに供給するシステムであって、
アセチレンおよび溶媒を含むアセチレン供給流を収容する貯蔵容器と、
２０℃から−５０℃の範囲の温度で、前記貯蔵容器を維持し、前記アセチレン供給流を供給する冷却システムと、
前記貯蔵容器と流体連通する精製器とを含み、
その中に含まれる前記溶媒の少なくとも一部を除去して前記高純度アセチレンを供給するために、−５０℃から３０℃の範囲の温度の前記精製器に前記アセチレン供給流を導入するシステム。
【請求項８】
追加の貯蔵容器をさらに含む請求項７のシステム。
【請求項９】
前記システムが、前記冷却システムと電子通信する中央処理装置をさらに含む請求項７のシステム。
【請求項１０】
前記貯蔵容器が、調節器およびフラッシュアレスターをさらに含む請求項７のシステム。
【請求項１１】
前記システムが、複数の精製器をさらに含む請求項７のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−７０５５４（Ｐ２０１０−７０５５４Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２１４７４０（Ｐ２００９−２１４７４０）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（５９１０３５３６８）エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４７４０（Ｐ２００９−２１４７４０）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（５９１０３５３６８）エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]