モノリス炭素吸着剤を備えたガス貯蔵・計量分配システム
【課題】
流体貯蔵・計量分配装置であって、内部容積を有する流体貯蔵・計量分配容器として内
部容積は流体を吸着して保持する物理的吸着剤を含みかつ容器から計量分配するために流
体は該吸着剤から脱着可能である容器と、脱着された流体を容器から計量分配するため容
器に結合された計量分配アセンブリと、を含んでいる。
【解決手段】
物理的吸着剤はモノリス炭素質物理的吸着剤を含み、該モノリス炭素質物理的吸着剤は、（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度がアルシン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、（ｂ）吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のかさ密度を有する、という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
流体貯蔵・計量分配装置であって、内部容積を有する流体貯蔵・計量分配容器として内
部容積は流体を吸着して保持する物理的吸着剤を含みかつ容器から計量分配するために流
体は該吸着剤から脱着可能である容器と、脱着された流体を容器から計量分配するため容
器に結合された計量分配アセンブリと、を含んでいる。
【解決手段】
物理的吸着剤はモノリス炭素質物理的吸着剤を含み、該モノリス炭素質物理的吸着剤は、（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度がアルシン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、（ｂ）吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のかさ密度を有する、という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般にガス貯蔵・計量分配システムに関し、特にガス貯蔵媒体としてモノリ
ス炭素吸着剤を利用するかかるタイプのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
トム（Ｔｏｍ）らによる米国特許第５，５１８，５２８号明細書に開示された物理的吸
着剤式ガス貯蔵・計量分配システムは、半導体産業における有害ガスの輸送、供給、使用
を根底から変えた。このシステムは、分子ふるい又は活性炭といった物理的吸着媒体を保
持する容器を含み、該吸着媒体は、貯蔵されかつ容器から選択的に計量分配されるガスに
対して吸着親和性を有する。このガスは、同量のガスを「自由」（未吸着）状態で保持し
ている対応する（吸着剤）の空容器に対して相対的に減圧された圧力で、吸着媒体に吸着
された状態で容器内に保持される。
【０００３】
こうした減圧貯蔵により、漏洩が起こるとしてもいずれも、従来の高圧ガス貯蔵シリン
ダと比べて、周囲環境へのガスの放出は非常に低率になるであろうことから、ガス貯蔵及
び計量分配作業の安全性は実質的に改善される。さらに、減圧圧力は、弁、流量調整器、
カップリング、接合部等のシステム構成部品に対する応力及び磨耗を軽減するので、吸着
剤式システムの低圧作業は、こうしたガス漏洩現象の可能性が低い。
【０００４】
こうした吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムでは、物理的吸着媒体の作業能力が作業
上の制約条件となる。作業能力とは、吸着媒体上に貯蔵（「充填」）可能であり、また使
用する際にはこうした吸着媒体から脱着して取り出し可能なガスの量である。作業能力は
、吸着媒体を含むガス貯蔵容器内のガスの貯蔵圧力と、脱着ガスの計量分配状態（例えば
、脱着を引き起こすのに圧力差が使用される場合のガスの計量分配圧力、並びに、計量分
配様式としてガスの熱脱着が使用される場合のそれぞれの貯蔵及び計量分配状態の温度レ
ベル）と、吸着媒体自体のタイプ及び特性（例えば、吸着媒体としてのパラメータに関す
るもので、サイズ、形状、気孔率、気孔サイズ分布、及び内部気孔通路の屈曲性）とによ
る関数である。
【０００５】
当該技術は、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムの作業能力の改善を引き続き
模索している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明の概要
本発明は、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システム及びこうしたタイプの改善され
た作業能力システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、本発明は流体貯蔵・計量分配装置に関するもので、該装置は、内部容
積を有する流体貯蔵・計量分配容器として内部容積は流体を吸着して保持する物理的吸着
剤を含みかつ容器から計量分配するために流体は該吸着剤から脱着可能である容器と、脱
着された流体を容器から計量分配するため容器に結合された計量分配アセンブリと、を備
えており、物理的吸着剤はモノリス炭素質物理的吸着剤を含んでおり、該モノリス炭素質
物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約
０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）を有する、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【０００８】
本発明の別の態様は、ガス貯蔵・計量分配システムで使用するモノリス吸着剤を形成す
る方法に関し、上記方法は、熱分解可能材料をモノリス形状に成形するステップと、モノ
リス吸着剤を生成する熱分解状態において熱分解可能材料を熱分解するステップとを含み
、該モノリス吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）であって、上
述の熱分解状態は１０００℃未満の温度を含む、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、ガスを貯蔵及び計量分配する方法に関し、該方法は、ガス
貯蔵・計量分配容器を組み立てるステップと、上記ガスに対する吸着親和性を有する物理
的吸着剤を容器内に配置するステップと、物理的吸着剤での吸着のために上記ガスを上記
容器へ充填するステップと、容器を作動可能弁を含む弁ヘッドで密閉して物理的吸着剤と
吸着ガスとを封入し容器の外部環境からこれを隔離するステップと、物理的吸着剤から吸
着ガスを脱着するステップと、ガスを計量分配するために弁ヘッドの作動可能弁を作動さ
せて容器から作動可能弁を通ってガスを流すステップと、を含み、物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）であって、上
記熱分解状態は１０００℃未満の温度を含む、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【００１０】
本発明の他の態様、特徴及び実施形態は、これに続く開示及び添付の請求項からさらに
詳細に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明、及び本発明の好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、物理的吸着剤式の流体貯蔵・計量分配装置は、中にモノリス炭素吸着素材を
有する流体貯蔵・計量分配容器を使用して組み立てられてもよい、という発見に基づいて
おり、該モノリス炭素吸着素材は、吸着剤へのガスの吸着及び脱着の性質と限度、容器内
の物理的吸着媒体にとって実現可能な装填密度、及び半導体製造作業用のこうした容器を
備えた流体貯蔵・計量分配装置の有用性、に関して驚くべき予想外の利点を備えている。
【００１２】
本発明はこのようにして、トム（Ｔｏｍ）らによる米国特許第５，５１８，５２８号明
細書に記載されたタイプの吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムで、いわゆる球状活性炭
のような細分形態の物理的吸着媒体を使用したシステムに対して、当該技術における実質
的進歩を実現する。本発明によると、ガス貯蔵・計量分配システムは、球状又は粒状では
ない、特定の特性のモノリス形態の活性炭が装備される場合、作業能力において著しい改
善が可能である。
【００１３】
モノリス形態の活性炭の使用により実現可能となる改良のレベルは、ガス貯蔵・計量分
配容器が吸着剤モノリスに適合した形状である場合、先行技術で使用された細分形態に比
べて、極めて予想外であり、より驚異的に改善される。
【００１４】
例えば、容器が好ましい立方体又は他の長方形平行六面体形状で、２００２年１２月出
願、米国特許出願第 ［ＡＴＭＩ−５６６］号明細書、デニス・ブレストヴァンスキー（
Ｄｅｎｎｉｓ Ｂｒｅｓｔｏｖａｎｓｋｙ）、マイケル・Ｊ・ヴォジェンスキ（Ｍｉｃｈ
ａｅｌ Ｊ． Ｗｏｄｊｅｎｓｋｉ）、ホセ・Ｉ・アルノ（Ｊｏｓｅ Ｉ． Ａｒｎｏ）
、及びＪ・Ｄ・カラザーズ（Ｊ．Ｄ． Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓ）の共同出願である「長方
形平行六面体流体貯蔵・計量分配システム（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｐａｒａｌｌｅｌ
ｅｐｉｐｅｄ Ｆｌｕｉｄ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔ
ｅｍ）」についての開示と一致している場合、適合するよう成形されたモノリスの使用に
より、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムの作業能力は、同じ「設置面積」でか
つ同じ容器内部容積の球状活性炭で充填されたガス貯蔵シリンダを使用している先行技術
のシステムに比べて、少なくとも８５％の増加が可能である。
【００１５】
本発明のモノリス物理的吸着剤を、物理的吸着剤式の流体貯蔵・計量分配装置の長方形
平行六面体構造容器の中に、好適に装填する際の予想外の利点を説明するにあたって、説
明に対する背景として、当初検討されたのは、物理的吸着剤式流体貯蔵・計量分配システ
ム用に長方形平行六面体構造を採用することは、非常に不利になる恐れがあるということ
だった。何故なら、（ｉ）長方形平行六面体容器は６面を有し、もし容器の各面が別個の
断片である場合、組み立てには１２の溶接線が必要であり；（ｉｉ）（ｉ）である場合、
長方形構造容器の組み立てコストは、これに相当する円筒形容器よりもかなり高いものに
なると予想され；（ｉｉｉ）長方形平行六面体構造は、隣接する直角に向いた壁の接合部
が鋭角で、これは接合部の線上に隙間を形成する可能性をもたらし、これに相当する円筒
形形状容器（該円筒形形状容器は、こうした角がなく、代わりに容器の内部容積内の物理
的吸着媒体床に外接して断面積が最小となる形状をしている）に比べると、吸着剤床は角
には「装填」せず；（ｉｖ）２つの直角をなす壁の互いの交差部は接合部を生成し、該接
合部は、「継ぎ目のない」円筒形容器に比べると、接合部に向けられた圧力又は力による
破断に対して影響を受けやすい、からである。
【００１６】
しかし、長方形平行六面体構造によって、容器は、隣接する壁の交差部の継ぎ目付近で
は、装填された吸着剤床が余り緊密にならない領域を有すると判断され、これは不利な点
というよりむしろ、実際はこうした低密度吸着剤床領域は、隙間にある脱着された又は未
吸着のガスにとって、吸着剤床のかさ容積から流れ出るのに、高伝導ガス流路として好適
となる。
【００１７】
さらに、円筒形容器は、断面積が最小となる構造で、壁面に外接した外周は最小に広が
っているので、円筒形容器内の壁に対して存在する吸着剤の量は、最大となる。逆の場合
を考えると、断面において吸着剤床を取り囲む（に隣接する）壁の周辺の広がりは、円筒
形容器より長方形平行六面体構造の方がずっと大きい。長方形平行六面体構造はそれによ
って、相当する大きさの円筒形容器よりも、より多くの大量のガスが容器から放出するの
を可能にする。これは吸着剤床を取り囲む壁面には非吸着の特性があり、長方形構造容器
における吸着剤床の外側余白では、円筒形容器に存在するより割合として多くの壁面が存
在するからである。その結果、壁領域で脱着されたガスは、吸着剤床の内側部分で脱着さ
れたガスよりも、吸着媒体からの初期脱着解放の後続けて再び吸着されることがより少な
い。
【００１８】
これらの理由によって、長方形平行六面体容器構造は、本発明のモノリス形態の物理的
吸着剤を保持するのに特に有用である。
【００１９】
ここで使用するように、「モノリス」という用語は、吸着剤媒体が一体成形の又はブロ
ック状の形態であることを意味し、例えば、ブロック、煉瓦、円盤、ブール等の形態であ
るということで、これに対して、球状、粒状、顆粒、ペレット等の形態で、一般に非常に
多数のこうした球状、粒状、顆粒、ペレット等を備えた床の形で使用される、従来の細分
形態とは対照的である。従って、非常に多数の細分物理的吸着剤要素床の形態では、活性
吸着剤の空隙容積とは、主な部分の隙間又は粒子間のことであり、その性質上、吸着剤粒
子の寸法、形状、装填密度により様々に変化する。これに対してモノリス形態では、活性
吸着剤の空隙容積とは、吸着素材本来の気孔率のことで、空隙は、大量の吸着剤本体の中
にその製造中に既に形成されていてもよい。
【００２０】
１つの態様における本発明は、流体貯蔵・計量分配装置に関するもので、該装置は、内
部容積を有する流体貯蔵・計量分配容器として内部容積は流体を吸着して保持する物理的
吸着剤を含みかつ容器から計量分配するために流体は該吸着剤から脱着可能である容器と
、脱着された流体を容器から計量分配するため容器に結合された計量分配アセンブリと、
を備えており、物理的吸着剤はモノリス炭素質物理的吸着剤を含んでおり、該モノリス炭
素質物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約
０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）を有する、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【００２１】
モノリス吸着剤は、単一のモノリス吸着剤製品の形をとることも、あるいは複数のモノ
リス吸着剤製品の形をとることもできる。吸着剤は、容器の内部容積に適合して適切に成
形されることが可能であり、該容器内に吸着剤は配置され、好ましくは容器の内部容積の
少なくとも６０％、例えばこうした内部容積の７５〜９５％、を占める。本発明について
、これ以降、好ましい長方形平行六面体形状容器内へのモノリス吸着剤の格納に関してよ
り詳細に検討するが、その一方で、本発明はこれに限定されず、他の容器形状並びに構造
、例えば円筒形容器、樽型容器、円錐台形容器等を使用することも可能であることは理解
されるであろう。
【００２２】
モノリス吸着剤は、有機樹脂の熱分解生成物として形成可能で、より一般的には、あら
ゆる適した熱分解素材、例えば、ポリ塩化ビニリデン、フェノール・ホルムアルデヒド樹
脂、ポリフルフリルアルコール、椰子殻、ピーナッツ殻、桃の種、オリーブの種、ポリア
クリロニトリル、ポリアクリルアミド等から形成可能である。吸着剤は、流体が後の計量
分配のために貯蔵される流体貯蔵・計量分配容器内でその場で形成されることも可能で、
あるいは吸着剤は形成してから流体貯蔵・計量分配容器へ投入されることも可能である。
１つの実施形態では、吸着剤は、その気孔率の少なくとも２０％を、直径２ｎｍ未満の孔
として有する。
【００２３】
吸着剤は、一つにまとまって吸着剤塊を構成する複数のモノリス吸着剤製品として、流
体貯蔵・計量分配容器へ装備可能である。こうした複数のモノリス製品の配置では、複数
の別個のモノリス吸着剤製品の各々は、容器の内部容積の高さの０．３〜１．０倍の長さ
と、容器の長方形断面積の０．１〜０．５倍の断面積を有することができる。複数の別個
のモノリス製品の各々は、長方形平行六面体形状又はその代わりに円筒形又は他の適切な
形状を有することが可能である。流体貯蔵・計量分配容器の内部容積において、別個のモ
ノリス製品は、隣接モノリス部材と接触する面で、横向き及び／又は縦向きに隣接可能で
ある。１つの実施形態では、複数の別個のモノリス製品の各々は、長さ対断面寸法の比と
して、Ｌがモノリス炭素吸着剤製品の長さ又は長軸寸法で、Ｄが横径又は短軸寸法である
時、Ｌ／Ｄ比、約２〜約２０、例えば約４〜約１５の範囲を有する。別の実施形態では、
モノリス吸着剤製品は、高さ対直径比、Ｈ／Ｄが約０．１０〜約０．８０となる円盤形状
を有することも可能である。
【００２４】
流体貯蔵・計量分配容器内の流体は、吸着して吸着剤に保持され、流体の計量分配のた
めには適切な脱着状態で脱着される流体で、あらゆる適切なタイプの流体であることが可
能であり、例えば半導体製造において有用性を有する流体で、水素化物、ハロゲン化物、
及び有機金属の気体試薬のような流体、例えば、シラン、ゲルマン、アルシン、ホスフィ
ン、ホスゲン、ジボラン、ゲルマン、アンモニア、スチビン、硫化水素、セレン化水素、
テルル化水素、亜酸化窒素、シアン化水素、酸化エチレン、重水素化水素化物、ハロゲン
化物（塩素、臭素、フッ素及びヨウ素）化合物、及び有機金属化合物等である。
【００２５】
容器の流体は、大気圧、大気圧より低い圧力、又は大気圧より高い圧力等、どのような
適した圧力でも貯蔵可能であり、例えば、約２０〜約１２００トルの範囲のような２５０
０トル未満の圧力、あるいは、イオン注入法又は他の大気圧より低い圧力利用法のための
、約２０〜約７５０トルの範囲のような大気圧より低い気体の圧力供給がある。
【００２６】
吸着された流体を有する吸着剤を保持する容器は、あらゆる適した容器構造素材で形成
可能であり、例えば、金属（例えば、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鋳、青
銅、及びそれらの合金）、ガラス、セラミック、ガラス質素材、ポリマー、及び複合素材
がある。
【００２７】
容器は、特定の流体貯蔵及び計量分配利用法にとって妥当な、あらゆる適した形状及び
サイズであることが可能である。例えば、縦に細長い直立形態で正方形の断面を備えた長
方形平行六面体形状の容器であることも可能で、あるいは、円形の断面を備えた円筒形の
容器、又はあらゆる他の形状、サイズ、形態が可能である。
【００２８】
１つの実施形態では、本発明は、長方形平行六面体容器内でモノリス形態の物理的吸着
剤を使用し、該容器は閉鎖された内部容積の輪郭を定め、ガス計量分配アセンブリを連結
した、ガスを容器から選択的に排出するためのポートを有する。本発明のモノリス形態の
吸着媒体は、吸収されたガスを所望の量吸着保持するのに十分な能力と、脱着状態での良
好な脱着解放と、良好な残量習性を備えた良好な作業能力（すなわち、当初吸着されたガ
スの高程度の脱着）とを提供し、並びに、対象となるガスに対する適切な吸着親和性を有
し、それによってガスを容器内に貯蔵する間、低いガス圧が容器の内部容積内で維持され
る。
【００２９】
本発明による物理的吸着剤は、あらゆる適したモノリス形態であることが可能で、例え
ば、ブロック、煉瓦、ブール又は流体貯蔵・計量分配容器と同じサイズの吸着媒体と同様
の形で、それによって容器は１つ又は少数の、例えば７５個未満、より好ましくは２０個
未満の、別個のモノリス製品を含む。別の好ましい態様では、容器はこうした別個のモノ
リス製品を８個以下含み、より好ましくは４個以下の製品、最も好ましくは容器は単一の
モノリス物理的吸着剤製品を含む。
【００３０】
流体貯蔵・計量分配容器内に配置されたモノリス製品は、流体貯蔵・計量分配容器の内
部容積にサイズ及び形状で好適に適合した一つにまとまった吸着剤塊を提供し、それによ
って、モノリス製品の吸着剤塊は、容器の内部容積の少なくとも６０％を占め、好ましく
はこうした容器の内部容積の約７５〜約９５％を占める。
【００３１】
単一モノリス吸着剤製品として用意される場合、吸着媒体はこうした目的のために、容
器内のその場で形成されるようにしてもよく、例えば、液状又は流動性を有する形態の有
機樹脂の熱分解によって形成され、容器内での同物質の熱分解前に、容器は該有機樹脂で
所望量まで充填される。
【００３２】
別の方法として、複数のモノリス製品の形で用意する場合、こうした製品の各々は、容
器の内部容積の高さの０．３〜１．０倍の長さと、容器の長方形断面積の０．１〜０．５
倍の断面積を有することができる。各モノリス部材は、容器が長方形平行六面体形状の場
合、容器の内部容積の容積利用を最大化するため長方形平行六面体形状を有し、各モノリ
ス部材は、容器の内部容積内で隣接モノリス部材と接触する面で、横方向及び／又は縦方
向に隣接してもよい。別の方法として、ある例では、吸着剤モノリス部材が中空でない円
筒形の形をとることは望ましく、それぞれの円筒形部材は、それぞれの側面に沿って互い
に接して隣接するように、並びに円形断面の末端面で直接接触して少なくとも部分的に互
いに隣接するように、内部容積へ充填される。立方体又は他の長方形平行六面体形状以外
の形状の流体貯蔵・計量分配容器において、モノリス吸着剤製品は、容器の内部容積の形
状に適合するよう対応して形成されてよい。例えば、流体貯蔵・計量分配容器は、円筒形
状であることが可能で、中のモノリス吸着剤製品は円盤形状体の吸着剤を垂直に積み重ね
たものを含み、各々は周辺が容器の形状に適合するような直径を有し、容器の内側壁面に
近接する。
【００３３】
モノリス形態の活性炭の使用の結果、先行技術の細粒形態を上回る改良のレベルは、予
想外であった。何故なら物理的吸着媒体は一般に、作業用ガス（吸着物質）の吸着保持用
に利用可能な表面積について分類され、従って表面対体積比が高い粒子形態は、ブロック
や煉瓦といった見かけ上の表面対体積比が低いかさばる形態（すなわち、モノリス形態）
に対して、本質的に勝っていると考えられてきた。このようにして、モノリス形態の吸着
剤は、低減された吸着許容量と作業能力とを有する、効率が低い形態であると、直感的に
予想する状態だった。
【００３４】
しかし、炭素モノリスは、相当する球状炭素と同様の微小体積を有しながら、かなり高
い密度を伴って、例えば、相当する球状炭素の締め固め密度より約２５〜約８０％高い密
度で形成され得るので、こうした高密度モノリスは、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配
システムで使用される場合、球状炭素床に比べて、吸着剤の単位体積当たり吸着されるガ
ス質量に、飛躍的な改善をもたらす。
【００３５】
本発明の幅広い実施において有用な炭素モノリスとしては、かさばる形態として、太い
煉瓦、ブロック及びインゴット形態を含み、好ましくは、三次元（ｘ、ｙ、ｚ）の各寸法
が１．５ｃｍより大きく、好ましくは２ｃｍより大きい立体的特性を有する。例えば、炭
素モノリスは、モノリス練炭の形をとってもよく、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）又は
他の適したポリマーのような高分子炭化物から作られ、高いかさ密度（空隙率で測定）を
有し、例えばおよそ約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３であり、高い作業能力と、即座に迅
速な吸着及び脱着を確保するのに十分低い気孔屈曲性とを備えている。
【００３６】
１つの実施形態では、本発明のモノリス炭素吸着剤は、延長貯蔵の間吸着流体の分解を
最小限に抑えるため、活性炭素に対する添加剤を含んでいる。本発明の幅広い実施におい
て有効に採用可能な添加剤の実例としては、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、四ホウ酸ナトリウム
（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）、及びリン酸水素二ナトリウ
ム（Ｎａ２ＨＰＯ４）がある。
【００３７】
別の態様のモノリス炭素吸着剤製品は、長さ対断面寸法の比として、Ｌがモノリス炭素
吸着剤製品の長さ又は長軸寸法で、Ｄが横径又は短軸寸法である時、約２〜約２０、より
好ましくは約４〜約１５のＬ／Ｄ比を有する。特定の実施形態では、モノリス炭素吸着剤
は、１インチ×１インチの正方形断面のＰＶＤＣ炭化物モノリス練炭で高さ約６インチと
いう形で提供される。
【００３８】
好ましいモノリス炭素吸着剤は、超微小多孔質の炭素体として、小寸法のスリット形状
の気孔、例えば約０．３〜約０．７５ｎｍの範囲の気孔を高い割合で有する炭素体として
、サラン（Ｓａｒａｎ）Ａ、サランＭＣ−１０Ｓ、又は、サランＸＰＲ−１３６７−Ｄ−
０１４５２−０５０ ＰＶＤＣ単独重合体もしくは共重合体等の熱分解生成物を含む。
【００３９】
モノリス炭素吸着剤が直径約２ｎｍ未満の気孔を有する場合、モノリス炭素吸着剤は、
臨界温度を吸着剤材料のミクロ細孔容積に比例した程度上回ると、例えば三フッ化ホウ素
等のガスを吸着できる。こうした目的にとって好ましいモノリス炭素吸着剤材料は、例え
ば超ミクロ細孔等の小さいミクロ細孔のサイズ範囲の気孔を、高い割合で、例えば気孔率
の少なくとも５０％、有する。この効果は、図５を参照するとわかるが、この図は、クレ
ハ（Ｋｕｒｅｈａ）５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、
及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル（Ｄｏｗ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ）社）（黒い四角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき
吸着された三フッ化ホウ素（ＢＦ３）のｇ表示の吸着重量を、トル表示の圧力レベルの関
数として表しているグラフである。
【００４０】
ミクロ細孔容積は、本発明のモノリス炭素吸着剤システムで使用する炭素を選択するの
に重要な判断基準であり、ミクロ細孔容積は望ましくは最大化されるが、容積が固定され
た容器内に貯蔵されたガスは、吸着量１Ｌ当たりの容積を基に適切に比較される。このよ
うな場合の吸着剤装填密度は、極めて重要である。このために、モノリス炭素は、使用さ
れる流体貯蔵・計量分配容器内の空隙容積を排除する。
【００４１】
本発明による好ましい実施形態における流体貯蔵・計量分配容器内の空隙容積は、容器
の内部容積合計の約４０％以下で、可能な限り低いとさらに好ましい。モノリス炭素吸着
剤の装填密度は、可能な限り高く、吸着剤体積当たりの容積を基準にして最大のミクロ細
孔容積を備え、気孔容積中の超ミクロ細孔の割合が高いと望ましい。ミクロ細孔の構造も
重要で、気孔は望ましくは高い吸着レベルをもたらすスリット形状をしているが、スリッ
ト構造は、脱着状態で、例えばおよそ４０トルの圧力レベルでの脱着において、ガスの敏
速な解放を妨げる程は小さくない。
【００４２】
活性炭を形成する炭素の活性化中、気孔は高温で窒素のような非酸化ガスの存在下で拡
幅され、引き続いて酸素又は水蒸気のような酸化ガスに短時間暴露され、その後非酸化環
境で冷却される。こうした活性化では、原料の焼却のレベルは注意深く制御されるが、こ
れは高い焼却レベルは気孔の拡幅をもたらし、ミクロ細孔容積の増大並びに粒子密度の付
随的削減を伴うからである。
【００４３】
本発明のモノリス炭素吸着剤は、あらゆる適した方法で適切に形成されることが可能で
ある。１つの実施形態では、モノリス炭素は高分子素材から形成され、例えばダウケミカ
ル社（ミシガン州、ミッドランド）の市販のサランＡ、又はサランＭＣ−１０Ｓポリマー
等の、ポリ塩化ビニリデン重合体を用い、適切な圧力、例えば約１０〜約２０Ｋｐｓｉの
範囲の圧力で圧力成形され、その後、約６００〜約９００℃、例えば約７００℃の温度の
窒素ガス流内で熱分解される。この工程は、図１及び図２のグラフに示す通り、大幅に増
加した充填密度（すなわち、吸着されたガスの重量、例えば、炭素１Ｌ当たりのｇ量）を
有する炭素吸着剤材料を生成する。
【００４４】
本発明のモノリス炭素吸着剤は、先行技術の慣例からの重大な逸脱を示しているが、該
先行技術は、粒子直径０．１〜１．０ｃｍ、より代表的には粒子直径０．２５〜２．０ｍ
ｍの球状活性炭細粒のような細粒を使用し、あるいは該先行技術は、大量のミクロ細孔炭
素原料（ウォトヴィッツ（Ｗｏｊｔｏｗｉｃｚ）ら、米国特許出願公開第２００２／００
２０２９２ Ａ１号明細書、２００２年２月２１日公開、参照）場合、高温を使用し、例
えば１０００℃を超える温度、好ましくは１１００℃を超える温度を使用して、高レベル
の黒鉛化を誘導し、７６回も実行される反復的化学吸着／脱着を伴う活性化（クエン（Ｑ
ｕｉｎｎ）ら、米国特許第５，０７１，８２０号明細書、参照）と組み合わせて、適切な
ミクロ細孔容積、表面積、及び炭素吸着剤単位体積当たりのミクロ細孔容積を実現してお
り、高圧ガス貯蔵の利用法にとって適した吸着剤材料を入手するのに時間を浪費しコスト
がかかる手法である。（ウォトヴィッツ（Ｗｏｊｔｏｗｉｃｚ）らによる米国特許出願公
開第２００２／００２０２９２ Ａ１号明細書の開示によると、吸着ガスの最適貯蔵許容
量は、ガスは「約５００〜約３５００ｐｓｉの範囲の圧力で貯蔵容器内へ投入される」必
要がある。２ページ、段落［００１３］、最終文。）
【００４５】
これらの先行技術の手法と対照的に、本発明のモノリス炭素吸着剤は、適した高分子素
材から形成され、例えば、ポリ塩化ビニリデン、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポ
リフルフリルアルコール、椰子殻、ピーナッツ殻、桃の種、オリーブの種、ポリアクリロ
ニトリル、ポリアクリルアミド等の中から選択されたポリマーで、例えば約２０，０００
ｐｓｉ迄又はそれ以上の成形圧力で圧力成形可能であり、１０００℃未満の温度で、好ま
しくは約９００℃以下、例えば約５００〜約９００℃の範囲、より好ましくは約６００〜
約９００℃の範囲で、熱分解可能な圧力成形された「グリーン樹脂」体を産出し、目的の
ガス貯蔵及び計量分配利用法に適した高い充填密度を有するモノリス炭素材料を産出する
。本発明の実施において有用なモノリス炭素吸着剤としては、アルシンガスについて２５
℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシン４００ｇ／炭素吸着剤１Ｌより高い
充填密度、好ましくはアルシン４５０ｇ／炭素吸着剤１Ｌより高い充填密度を有するもの
を含む。
【００４６】
熱分解生成物は、本発明に従ってモノリス吸着剤体としてそのまま採用されてもよいが
、こうした熱分解生成物は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサイズのスリット形状の
気孔を、高い割合で、例えば少なくとも気孔率の３０％、好ましくは少なくとも気孔率の
６０％で有し、並びにかなりの気孔率、例えば気孔率全体の少なくとも２０％、好ましく
は少なくとも３０％は、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含む、超微小多孔質を備えたモノ
リス炭素吸着剤生成物を生成する方法で活性化されると好ましい。活性化の工程は、対象
となる吸着されるガスに対する材料の吸着親和性を強化するため、そうでなければ、吸着
／脱着能力のための吸着媒体の特性を向上させるためのあらゆる工程ステップを含むこと
が可能である。例えば、活性化工程は、非酸化雰囲気内、例えば窒素、アルゴン、ヘリウ
ム又は他の非酸化ガス内での加熱を含み、引き続いて雰囲気を二酸化炭素、水蒸気等の酸
化雰囲気に短時間切り替え、その後非酸化雰囲気へ切り替え、大気温（例えば、室温）ま
で冷却する。活性化工程の詳細、例えば温度レベル、連続したステップの実行時間等は、
過度な実験を行わなくても、それぞれの工程状態の簡単な変化形態と、充填密度、細孔分
布特徴付けといった結果的な吸着剤性能の分析的判定とによって、当業者の技術範囲内で
、迅速に決定可能である。
【００４７】
図１は、クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、タ
カチホ（Ｔａｋａｃｈｉｈｏ）ＡＢＦ１４−０３粒状活性炭（タカチホ・カブシク工業株
式会社、東京、日本）（黒い四角マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重
合体から形成されたモノリス炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三角マークで印し
たデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたホスフィン（ＰＨ３）のｇ表示の重量
を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【００４８】
図１のデータは、ポリ塩化ビニリデン重合体から形成されたモノリス炭素は、炭素１Ｌ
について吸着したホスフィンの重量が、球状活性炭吸着剤もしくはタカチホ粒状活性炭吸
着剤のいずれよりも、かなり大きいことを示しており、０〜７５０トルの圧力範囲にわた
って、ホスフィンの吸着充填は概ね２倍を超えている。
【００４９】
図２は、クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、及
びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三
角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたアルシン（ＡｓＨ３）
のｃｍ３表示の体積を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【００５０】
図２は、アルシン充填に関して、モノリス炭素吸着剤の球状活性炭に対する優位性を立
証している。炭素１Ｌ当たりのアルシンの充填をｃｍ３表示の体積で示すと、０〜７７０
トルの圧力範囲にわたって、モノリス炭素吸着剤は５０〜１００％高い。
【００５１】
下記の表１に示すのは、図１に関して上述した、クレハ５７８−６６−６球状活性炭、
タカチホＡＢＦ１４−０３粒状活性炭、及びＰＶＤＣ炭化物モノリス吸着剤を含む３つの
タイプの吸着剤材料についての、アルシンの充填密度である。各素材は、２個のサンプル
について、６５０トルのアルシン圧力で評価される。充填密度は、吸着剤１ｇにつき吸着
されたアルシンのｇ量として重量ベースで測定されるだけでなく、吸着剤１Ｌにつき吸着
されたアルシンのｇ量として体積ベースでも測定されている。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１の結果は、モノリス炭素吸着剤についての重量ベースの充填密度は、非モノリス活
性炭吸着剤より約１５〜２０％低かった一方で、モノリス炭素吸着剤についての体積ベー
スの充填密度は、非モノリス活性炭吸着剤の対応する充填密度より、５０％を優に超えて
高かったことを示している。
【００５４】
下記の表２は、図１に関して上述した、クレハ５７８−６６−６球状活性炭、タカチホ
ＡＢＦ１４−０３粒状活性炭、及びＰＶＤＣ炭化物モノリス吸着剤を含む３つのタイプの
吸着剤材料に対するホスフィンの充填密度の値について対応する充填密度の一覧表である
。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２の結果は、モノリス炭素吸着剤（ＰＶＤＣ炭化物）は、重量及び体積ベースの両方
で充填密度が、非モノリス形態の活性炭吸着剤の充填密度を上回っており、体積ベースの
充填密度では、非モノリス形態の活性炭へのホスフィンの体積充填密度よりおよそ１００
％も高くなっていることを示している。
【００５７】
本発明の幅広い実施においては、モノリス炭素吸着剤に保持された吸着された流体は、
あらゆる適したタイプのものであることが可能で、例えば、水素化ガス（例えば、アルシ
ン、ホスフィン、ゲルマン、シラン、一・二・三置換シラン、例えばこうしたタイプのア
ルキルシラン）、ハロゲン化ガス（例えば、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、ハロゲン置
換シラン等）、及び気体有機金属組成物を含む。
【００５８】
本発明の実施において、有効に貯蔵可能かつ計量分配可能な吸着されるガスの種類の実
例としては、シラン、ゲルマン、アルシン、ホスフィン、ホスゲン、ジボラン、ゲルマン
、アンモニア、スチビン、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、亜酸化窒素、シアン
化水素、酸化エチレン、重水素化水素化物、ハロゲン化物（塩素、臭素、フッ素及びヨウ
素）化合物で、Ｆ２、ＳｉＦ４、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、ＧｅＦ４、ＳｉＦ４、ハロゲン化ホ
ウ素（ｂｏｒｏｎ ｈａｌｉｄｅ）等を含む化合物、及び有機金属化合物で、アルミニウ
ム、バリウム、ストロンチウム、ガリウム、インジウム、タングステン、アンチモン、銀
、金、パラジウム、ガドリニウム等のような金属の有機金属化合物、を含む。
【００５９】
吸着ガスが容器に貯蔵される際の圧力は、本発明のガス貯蔵・計量分配システムが採用
される利用法にとって妥当な適した圧力であればどのような圧力でもよい。本発明の実施
において一般に有用な圧力レベルの実例としては、約２５００トル未満の圧力、より好ま
しくは２０００トル以下で例えば約２０〜約１８００トルの範囲、あるいはより厳密には
約２０〜約１２００トルの圧力を含む。イオン注入法のような利用法にとって、ガス貯蔵
・計量分配容器内のガス圧は通常約８００トル以下であり、貯蔵ガスは大気圧より低い、
例えば約２０〜約７５０トルの範囲の圧力でもよい。
【００６０】
図３は、本発明の１つの実施形態による、貯蔵及び配送システムの概略図である。
【００６１】
図に示すように、貯蔵・計量分配システム２００は、貯蔵・計量分配容器２０４を備え
ており、該貯蔵・計量分配容器はその上部で弁ヘッド２０６に接合され、該弁ヘッドは、
シリンダの弁ヘッド用の手動作動器２０８を含む計量分配アセンブリの部分を備えている
。容器は、例えば、金属、ガラス、セラミック、ガラス質素材、ポリマー、及び複合素材
といった素材を含む、構造素材に適したあらゆる素材で形成されてもよい。こうした目的
のための金属の実例としては、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鋳、青銅、及
びそれらの合金を含む。弁ヘッドは、カップリング２１０を用いて計量分配導管２１２へ
接合され、該計量分配導管は、そこに配置された圧力変換器２１４と、不活性ガスで計量
分配アセンブリを浄化する不活性浄化装置２１６と、計量分配作業中に計量分配導管２１
２を通る量速を一定に維持する質量流量調整器２２０と、計量分配アセンブリから計量分
配ガスを放出する前に、計量分配ガスから微粒子を除去する濾過器２２２とを有する。
【００６２】
計量分配アセンブリはさらにカップリング２２４を備えており、該カップリングは、下
流の配管、弁調節、又は脱着された流体の使用位置に結合された他の構造体、例えば、注
入する種類として計量分配されたガスを使用するイオン注入器具のような半導体製造設備
に関わるもの、等に計量分配アセンブリを結合して嵌め込むために設けられている。
【００６３】
流体貯蔵・計量分配容器２０４は、内部のモノリス吸着剤本体２０５を図示するために
、部分的に破断して示されている。
【００６４】
図４は、本発明の別の好ましい態様による、長方形平行六面体の流体貯蔵・計量分配容
器３１０を採用した、流体貯蔵・計量分配装置の斜視図である。長方形平行六面体の流体
貯蔵・計量分配容器３１０は、パイプ弁接続弁ヘッド３１２と、容器の最上面に溶接され
たハンドル３１４とを装備している。特定の実施形態の容器３１０は、溶接された鋼材の
壁構造で形成され、容器の垂直（縦）軸に沿って正方形の断面を有する。容器の壁は、厚
み０．１００インチの炭素鋼で、容器の内部容積は３．６２リットルである。ハンドル１
４は、１／４インチの棒材で、図示された形状に形成され、容器３１０のそれぞれの末端
部に溶接されている。
【００６５】
パイプ弁接続弁ヘッド３１２の計量分配弁は、１．５インチのパイプ連結により、容器
３１０に通り抜け可能に嵌め込まれる。弁ヘッドは、単ポート弁ヘッド、２ポート弁ヘッ
ド、３ポート弁ヘッド等、適した数のポートをいくつ有してもよい。
【００６６】
長方形平行六面体の流体貯蔵・計量分配容器３１０は、その内部容積にモノリス炭素吸
着剤を含み、モノリス塊は、１つあるいは複数のモノリス炭素体を含んでもよく、各炭素
体は、前述した通り、好ましくは容器の内部容積の形状に適合する長方形平行六面体形状
である。
【００６７】
本発明の構成物及び方法は、本願の広義の開示に矛盾しない形で、広く変化した方法で
実施してもよいことは理解されるであろう。従って、本発明は本願において具体的な特徴
、態様、及び実施形態を参照して述べたが、その一方で、本発明はこれに限定されず、他
の変化形態、改良形態、及び実施形態における実行を受け入れる余地がある。従って、本
発明は、こうした他の変化形態、改良形態、及び実施形態の全てを包含するよう、本願で
請求する本発明の範囲内で、広義に解釈されるよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、タカチホＡＢＦ１４−０３粒状活性炭（黒い四角マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたホスフィン（ＰＨ３）のｇ表示の重量を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【図２】クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたアルシン（ＡｓＨ３）のｃｍ３表示の体積を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【図３】本発明の１つの実施形態による、モノリス吸着剤を使用した貯蔵及び配送システムの概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、モノリス吸着剤を使用した長方形平行六面体流体貯蔵・計量分配容器の斜視図である。
【図５】クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（黒い四角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着された三フッ化ホウ素（ＢＦ３）のｇ表示の吸着重量を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般にガス貯蔵・計量分配システムに関し、特にガス貯蔵媒体としてモノリ
ス炭素吸着剤を利用するかかるタイプのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
トム（Ｔｏｍ）らによる米国特許第５，５１８，５２８号明細書に開示された物理的吸
着剤式ガス貯蔵・計量分配システムは、半導体産業における有害ガスの輸送、供給、使用
を根底から変えた。このシステムは、分子ふるい又は活性炭といった物理的吸着媒体を保
持する容器を含み、該吸着媒体は、貯蔵されかつ容器から選択的に計量分配されるガスに
対して吸着親和性を有する。このガスは、同量のガスを「自由」（未吸着）状態で保持し
ている対応する（吸着剤）の空容器に対して相対的に減圧された圧力で、吸着媒体に吸着
された状態で容器内に保持される。
【０００３】
こうした減圧貯蔵により、漏洩が起こるとしてもいずれも、従来の高圧ガス貯蔵シリン
ダと比べて、周囲環境へのガスの放出は非常に低率になるであろうことから、ガス貯蔵及
び計量分配作業の安全性は実質的に改善される。さらに、減圧圧力は、弁、流量調整器、
カップリング、接合部等のシステム構成部品に対する応力及び磨耗を軽減するので、吸着
剤式システムの低圧作業は、こうしたガス漏洩現象の可能性が低い。
【０００４】
こうした吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムでは、物理的吸着媒体の作業能力が作業
上の制約条件となる。作業能力とは、吸着媒体上に貯蔵（「充填」）可能であり、また使
用する際にはこうした吸着媒体から脱着して取り出し可能なガスの量である。作業能力は
、吸着媒体を含むガス貯蔵容器内のガスの貯蔵圧力と、脱着ガスの計量分配状態（例えば
、脱着を引き起こすのに圧力差が使用される場合のガスの計量分配圧力、並びに、計量分
配様式としてガスの熱脱着が使用される場合のそれぞれの貯蔵及び計量分配状態の温度レ
ベル）と、吸着媒体自体のタイプ及び特性（例えば、吸着媒体としてのパラメータに関す
るもので、サイズ、形状、気孔率、気孔サイズ分布、及び内部気孔通路の屈曲性）とによ
る関数である。
【０００５】
当該技術は、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムの作業能力の改善を引き続き
模索している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明の概要
本発明は、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システム及びこうしたタイプの改善され
た作業能力システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、本発明は流体貯蔵・計量分配装置に関するもので、該装置は、内部容
積を有する流体貯蔵・計量分配容器として内部容積は流体を吸着して保持する物理的吸着
剤を含みかつ容器から計量分配するために流体は該吸着剤から脱着可能である容器と、脱
着された流体を容器から計量分配するため容器に結合された計量分配アセンブリと、を備
えており、物理的吸着剤はモノリス炭素質物理的吸着剤を含んでおり、該モノリス炭素質
物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約
０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）を有する、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【０００８】
本発明の別の態様は、ガス貯蔵・計量分配システムで使用するモノリス吸着剤を形成す
る方法に関し、上記方法は、熱分解可能材料をモノリス形状に成形するステップと、モノ
リス吸着剤を生成する熱分解状態において熱分解可能材料を熱分解するステップとを含み
、該モノリス吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）であって、上
述の熱分解状態は１０００℃未満の温度を含む、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、ガスを貯蔵及び計量分配する方法に関し、該方法は、ガス
貯蔵・計量分配容器を組み立てるステップと、上記ガスに対する吸着親和性を有する物理
的吸着剤を容器内に配置するステップと、物理的吸着剤での吸着のために上記ガスを上記
容器へ充填するステップと、容器を作動可能弁を含む弁ヘッドで密閉して物理的吸着剤と
吸着ガスとを封入し容器の外部環境からこれを隔離するステップと、物理的吸着剤から吸
着ガスを脱着するステップと、ガスを計量分配するために弁ヘッドの作動可能弁を作動さ
せて容器から作動可能弁を通ってガスを流すステップと、を含み、物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）であって、上
記熱分解状態は１０００℃未満の温度を含む、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【００１０】
本発明の他の態様、特徴及び実施形態は、これに続く開示及び添付の請求項からさらに
詳細に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明、及び本発明の好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、物理的吸着剤式の流体貯蔵・計量分配装置は、中にモノリス炭素吸着素材を
有する流体貯蔵・計量分配容器を使用して組み立てられてもよい、という発見に基づいて
おり、該モノリス炭素吸着素材は、吸着剤へのガスの吸着及び脱着の性質と限度、容器内
の物理的吸着媒体にとって実現可能な装填密度、及び半導体製造作業用のこうした容器を
備えた流体貯蔵・計量分配装置の有用性、に関して驚くべき予想外の利点を備えている。
【００１２】
本発明はこのようにして、トム（Ｔｏｍ）らによる米国特許第５，５１８，５２８号明
細書に記載されたタイプの吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムで、いわゆる球状活性炭
のような細分形態の物理的吸着媒体を使用したシステムに対して、当該技術における実質
的進歩を実現する。本発明によると、ガス貯蔵・計量分配システムは、球状又は粒状では
ない、特定の特性のモノリス形態の活性炭が装備される場合、作業能力において著しい改
善が可能である。
【００１３】
モノリス形態の活性炭の使用により実現可能となる改良のレベルは、ガス貯蔵・計量分
配容器が吸着剤モノリスに適合した形状である場合、先行技術で使用された細分形態に比
べて、極めて予想外であり、より驚異的に改善される。
【００１４】
例えば、容器が好ましい立方体又は他の長方形平行六面体形状で、２００２年１２月出
願、米国特許出願第 ［ＡＴＭＩ−５６６］号明細書、デニス・ブレストヴァンスキー（
Ｄｅｎｎｉｓ Ｂｒｅｓｔｏｖａｎｓｋｙ）、マイケル・Ｊ・ヴォジェンスキ（Ｍｉｃｈ
ａｅｌ Ｊ． Ｗｏｄｊｅｎｓｋｉ）、ホセ・Ｉ・アルノ（Ｊｏｓｅ Ｉ． Ａｒｎｏ）
、及びＪ・Ｄ・カラザーズ（Ｊ．Ｄ． Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓ）の共同出願である「長方
形平行六面体流体貯蔵・計量分配システム（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｐａｒａｌｌｅｌ
ｅｐｉｐｅｄ Ｆｌｕｉｄ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔ
ｅｍ）」についての開示と一致している場合、適合するよう成形されたモノリスの使用に
より、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配システムの作業能力は、同じ「設置面積」でか
つ同じ容器内部容積の球状活性炭で充填されたガス貯蔵シリンダを使用している先行技術
のシステムに比べて、少なくとも８５％の増加が可能である。
【００１５】
本発明のモノリス物理的吸着剤を、物理的吸着剤式の流体貯蔵・計量分配装置の長方形
平行六面体構造容器の中に、好適に装填する際の予想外の利点を説明するにあたって、説
明に対する背景として、当初検討されたのは、物理的吸着剤式流体貯蔵・計量分配システ
ム用に長方形平行六面体構造を採用することは、非常に不利になる恐れがあるということ
だった。何故なら、（ｉ）長方形平行六面体容器は６面を有し、もし容器の各面が別個の
断片である場合、組み立てには１２の溶接線が必要であり；（ｉｉ）（ｉ）である場合、
長方形構造容器の組み立てコストは、これに相当する円筒形容器よりもかなり高いものに
なると予想され；（ｉｉｉ）長方形平行六面体構造は、隣接する直角に向いた壁の接合部
が鋭角で、これは接合部の線上に隙間を形成する可能性をもたらし、これに相当する円筒
形形状容器（該円筒形形状容器は、こうした角がなく、代わりに容器の内部容積内の物理
的吸着媒体床に外接して断面積が最小となる形状をしている）に比べると、吸着剤床は角
には「装填」せず；（ｉｖ）２つの直角をなす壁の互いの交差部は接合部を生成し、該接
合部は、「継ぎ目のない」円筒形容器に比べると、接合部に向けられた圧力又は力による
破断に対して影響を受けやすい、からである。
【００１６】
しかし、長方形平行六面体構造によって、容器は、隣接する壁の交差部の継ぎ目付近で
は、装填された吸着剤床が余り緊密にならない領域を有すると判断され、これは不利な点
というよりむしろ、実際はこうした低密度吸着剤床領域は、隙間にある脱着された又は未
吸着のガスにとって、吸着剤床のかさ容積から流れ出るのに、高伝導ガス流路として好適
となる。
【００１７】
さらに、円筒形容器は、断面積が最小となる構造で、壁面に外接した外周は最小に広が
っているので、円筒形容器内の壁に対して存在する吸着剤の量は、最大となる。逆の場合
を考えると、断面において吸着剤床を取り囲む（に隣接する）壁の周辺の広がりは、円筒
形容器より長方形平行六面体構造の方がずっと大きい。長方形平行六面体構造はそれによ
って、相当する大きさの円筒形容器よりも、より多くの大量のガスが容器から放出するの
を可能にする。これは吸着剤床を取り囲む壁面には非吸着の特性があり、長方形構造容器
における吸着剤床の外側余白では、円筒形容器に存在するより割合として多くの壁面が存
在するからである。その結果、壁領域で脱着されたガスは、吸着剤床の内側部分で脱着さ
れたガスよりも、吸着媒体からの初期脱着解放の後続けて再び吸着されることがより少な
い。
【００１８】
これらの理由によって、長方形平行六面体容器構造は、本発明のモノリス形態の物理的
吸着剤を保持するのに特に有用である。
【００１９】
ここで使用するように、「モノリス」という用語は、吸着剤媒体が一体成形の又はブロ
ック状の形態であることを意味し、例えば、ブロック、煉瓦、円盤、ブール等の形態であ
るということで、これに対して、球状、粒状、顆粒、ペレット等の形態で、一般に非常に
多数のこうした球状、粒状、顆粒、ペレット等を備えた床の形で使用される、従来の細分
形態とは対照的である。従って、非常に多数の細分物理的吸着剤要素床の形態では、活性
吸着剤の空隙容積とは、主な部分の隙間又は粒子間のことであり、その性質上、吸着剤粒
子の寸法、形状、装填密度により様々に変化する。これに対してモノリス形態では、活性
吸着剤の空隙容積とは、吸着素材本来の気孔率のことで、空隙は、大量の吸着剤本体の中
にその製造中に既に形成されていてもよい。
【００２０】
１つの態様における本発明は、流体貯蔵・計量分配装置に関するもので、該装置は、内
部容積を有する流体貯蔵・計量分配容器として内部容積は流体を吸着して保持する物理的
吸着剤を含みかつ容器から計量分配するために流体は該吸着剤から脱着可能である容器と
、脱着された流体を容器から計量分配するため容器に結合された計量分配アセンブリと、
を備えており、物理的吸着剤はモノリス炭素質物理的吸着剤を含んでおり、該モノリス炭
素質物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）上記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに気孔率全体の少なくとも２０％は、直
径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約
０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度（bulk density）を有する、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている。
【００２１】
モノリス吸着剤は、単一のモノリス吸着剤製品の形をとることも、あるいは複数のモノ
リス吸着剤製品の形をとることもできる。吸着剤は、容器の内部容積に適合して適切に成
形されることが可能であり、該容器内に吸着剤は配置され、好ましくは容器の内部容積の
少なくとも６０％、例えばこうした内部容積の７５〜９５％、を占める。本発明について
、これ以降、好ましい長方形平行六面体形状容器内へのモノリス吸着剤の格納に関してよ
り詳細に検討するが、その一方で、本発明はこれに限定されず、他の容器形状並びに構造
、例えば円筒形容器、樽型容器、円錐台形容器等を使用することも可能であることは理解
されるであろう。
【００２２】
モノリス吸着剤は、有機樹脂の熱分解生成物として形成可能で、より一般的には、あら
ゆる適した熱分解素材、例えば、ポリ塩化ビニリデン、フェノール・ホルムアルデヒド樹
脂、ポリフルフリルアルコール、椰子殻、ピーナッツ殻、桃の種、オリーブの種、ポリア
クリロニトリル、ポリアクリルアミド等から形成可能である。吸着剤は、流体が後の計量
分配のために貯蔵される流体貯蔵・計量分配容器内でその場で形成されることも可能で、
あるいは吸着剤は形成してから流体貯蔵・計量分配容器へ投入されることも可能である。
１つの実施形態では、吸着剤は、その気孔率の少なくとも２０％を、直径２ｎｍ未満の孔
として有する。
【００２３】
吸着剤は、一つにまとまって吸着剤塊を構成する複数のモノリス吸着剤製品として、流
体貯蔵・計量分配容器へ装備可能である。こうした複数のモノリス製品の配置では、複数
の別個のモノリス吸着剤製品の各々は、容器の内部容積の高さの０．３〜１．０倍の長さ
と、容器の長方形断面積の０．１〜０．５倍の断面積を有することができる。複数の別個
のモノリス製品の各々は、長方形平行六面体形状又はその代わりに円筒形又は他の適切な
形状を有することが可能である。流体貯蔵・計量分配容器の内部容積において、別個のモ
ノリス製品は、隣接モノリス部材と接触する面で、横向き及び／又は縦向きに隣接可能で
ある。１つの実施形態では、複数の別個のモノリス製品の各々は、長さ対断面寸法の比と
して、Ｌがモノリス炭素吸着剤製品の長さ又は長軸寸法で、Ｄが横径又は短軸寸法である
時、Ｌ／Ｄ比、約２〜約２０、例えば約４〜約１５の範囲を有する。別の実施形態では、
モノリス吸着剤製品は、高さ対直径比、Ｈ／Ｄが約０．１０〜約０．８０となる円盤形状
を有することも可能である。
【００２４】
流体貯蔵・計量分配容器内の流体は、吸着して吸着剤に保持され、流体の計量分配のた
めには適切な脱着状態で脱着される流体で、あらゆる適切なタイプの流体であることが可
能であり、例えば半導体製造において有用性を有する流体で、水素化物、ハロゲン化物、
及び有機金属の気体試薬のような流体、例えば、シラン、ゲルマン、アルシン、ホスフィ
ン、ホスゲン、ジボラン、ゲルマン、アンモニア、スチビン、硫化水素、セレン化水素、
テルル化水素、亜酸化窒素、シアン化水素、酸化エチレン、重水素化水素化物、ハロゲン
化物（塩素、臭素、フッ素及びヨウ素）化合物、及び有機金属化合物等である。
【００２５】
容器の流体は、大気圧、大気圧より低い圧力、又は大気圧より高い圧力等、どのような
適した圧力でも貯蔵可能であり、例えば、約２０〜約１２００トルの範囲のような２５０
０トル未満の圧力、あるいは、イオン注入法又は他の大気圧より低い圧力利用法のための
、約２０〜約７５０トルの範囲のような大気圧より低い気体の圧力供給がある。
【００２６】
吸着された流体を有する吸着剤を保持する容器は、あらゆる適した容器構造素材で形成
可能であり、例えば、金属（例えば、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鋳、青
銅、及びそれらの合金）、ガラス、セラミック、ガラス質素材、ポリマー、及び複合素材
がある。
【００２７】
容器は、特定の流体貯蔵及び計量分配利用法にとって妥当な、あらゆる適した形状及び
サイズであることが可能である。例えば、縦に細長い直立形態で正方形の断面を備えた長
方形平行六面体形状の容器であることも可能で、あるいは、円形の断面を備えた円筒形の
容器、又はあらゆる他の形状、サイズ、形態が可能である。
【００２８】
１つの実施形態では、本発明は、長方形平行六面体容器内でモノリス形態の物理的吸着
剤を使用し、該容器は閉鎖された内部容積の輪郭を定め、ガス計量分配アセンブリを連結
した、ガスを容器から選択的に排出するためのポートを有する。本発明のモノリス形態の
吸着媒体は、吸収されたガスを所望の量吸着保持するのに十分な能力と、脱着状態での良
好な脱着解放と、良好な残量習性を備えた良好な作業能力（すなわち、当初吸着されたガ
スの高程度の脱着）とを提供し、並びに、対象となるガスに対する適切な吸着親和性を有
し、それによってガスを容器内に貯蔵する間、低いガス圧が容器の内部容積内で維持され
る。
【００２９】
本発明による物理的吸着剤は、あらゆる適したモノリス形態であることが可能で、例え
ば、ブロック、煉瓦、ブール又は流体貯蔵・計量分配容器と同じサイズの吸着媒体と同様
の形で、それによって容器は１つ又は少数の、例えば７５個未満、より好ましくは２０個
未満の、別個のモノリス製品を含む。別の好ましい態様では、容器はこうした別個のモノ
リス製品を８個以下含み、より好ましくは４個以下の製品、最も好ましくは容器は単一の
モノリス物理的吸着剤製品を含む。
【００３０】
流体貯蔵・計量分配容器内に配置されたモノリス製品は、流体貯蔵・計量分配容器の内
部容積にサイズ及び形状で好適に適合した一つにまとまった吸着剤塊を提供し、それによ
って、モノリス製品の吸着剤塊は、容器の内部容積の少なくとも６０％を占め、好ましく
はこうした容器の内部容積の約７５〜約９５％を占める。
【００３１】
単一モノリス吸着剤製品として用意される場合、吸着媒体はこうした目的のために、容
器内のその場で形成されるようにしてもよく、例えば、液状又は流動性を有する形態の有
機樹脂の熱分解によって形成され、容器内での同物質の熱分解前に、容器は該有機樹脂で
所望量まで充填される。
【００３２】
別の方法として、複数のモノリス製品の形で用意する場合、こうした製品の各々は、容
器の内部容積の高さの０．３〜１．０倍の長さと、容器の長方形断面積の０．１〜０．５
倍の断面積を有することができる。各モノリス部材は、容器が長方形平行六面体形状の場
合、容器の内部容積の容積利用を最大化するため長方形平行六面体形状を有し、各モノリ
ス部材は、容器の内部容積内で隣接モノリス部材と接触する面で、横方向及び／又は縦方
向に隣接してもよい。別の方法として、ある例では、吸着剤モノリス部材が中空でない円
筒形の形をとることは望ましく、それぞれの円筒形部材は、それぞれの側面に沿って互い
に接して隣接するように、並びに円形断面の末端面で直接接触して少なくとも部分的に互
いに隣接するように、内部容積へ充填される。立方体又は他の長方形平行六面体形状以外
の形状の流体貯蔵・計量分配容器において、モノリス吸着剤製品は、容器の内部容積の形
状に適合するよう対応して形成されてよい。例えば、流体貯蔵・計量分配容器は、円筒形
状であることが可能で、中のモノリス吸着剤製品は円盤形状体の吸着剤を垂直に積み重ね
たものを含み、各々は周辺が容器の形状に適合するような直径を有し、容器の内側壁面に
近接する。
【００３３】
モノリス形態の活性炭の使用の結果、先行技術の細粒形態を上回る改良のレベルは、予
想外であった。何故なら物理的吸着媒体は一般に、作業用ガス（吸着物質）の吸着保持用
に利用可能な表面積について分類され、従って表面対体積比が高い粒子形態は、ブロック
や煉瓦といった見かけ上の表面対体積比が低いかさばる形態（すなわち、モノリス形態）
に対して、本質的に勝っていると考えられてきた。このようにして、モノリス形態の吸着
剤は、低減された吸着許容量と作業能力とを有する、効率が低い形態であると、直感的に
予想する状態だった。
【００３４】
しかし、炭素モノリスは、相当する球状炭素と同様の微小体積を有しながら、かなり高
い密度を伴って、例えば、相当する球状炭素の締め固め密度より約２５〜約８０％高い密
度で形成され得るので、こうした高密度モノリスは、物理的吸着剤式ガス貯蔵・計量分配
システムで使用される場合、球状炭素床に比べて、吸着剤の単位体積当たり吸着されるガ
ス質量に、飛躍的な改善をもたらす。
【００３５】
本発明の幅広い実施において有用な炭素モノリスとしては、かさばる形態として、太い
煉瓦、ブロック及びインゴット形態を含み、好ましくは、三次元（ｘ、ｙ、ｚ）の各寸法
が１．５ｃｍより大きく、好ましくは２ｃｍより大きい立体的特性を有する。例えば、炭
素モノリスは、モノリス練炭の形をとってもよく、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）又は
他の適したポリマーのような高分子炭化物から作られ、高いかさ密度（空隙率で測定）を
有し、例えばおよそ約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３であり、高い作業能力と、即座に迅
速な吸着及び脱着を確保するのに十分低い気孔屈曲性とを備えている。
【００３６】
１つの実施形態では、本発明のモノリス炭素吸着剤は、延長貯蔵の間吸着流体の分解を
最小限に抑えるため、活性炭素に対する添加剤を含んでいる。本発明の幅広い実施におい
て有効に採用可能な添加剤の実例としては、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、四ホウ酸ナトリウム
（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）、及びリン酸水素二ナトリウ
ム（Ｎａ２ＨＰＯ４）がある。
【００３７】
別の態様のモノリス炭素吸着剤製品は、長さ対断面寸法の比として、Ｌがモノリス炭素
吸着剤製品の長さ又は長軸寸法で、Ｄが横径又は短軸寸法である時、約２〜約２０、より
好ましくは約４〜約１５のＬ／Ｄ比を有する。特定の実施形態では、モノリス炭素吸着剤
は、１インチ×１インチの正方形断面のＰＶＤＣ炭化物モノリス練炭で高さ約６インチと
いう形で提供される。
【００３８】
好ましいモノリス炭素吸着剤は、超微小多孔質の炭素体として、小寸法のスリット形状
の気孔、例えば約０．３〜約０．７５ｎｍの範囲の気孔を高い割合で有する炭素体として
、サラン（Ｓａｒａｎ）Ａ、サランＭＣ−１０Ｓ、又は、サランＸＰＲ−１３６７−Ｄ−
０１４５２−０５０ ＰＶＤＣ単独重合体もしくは共重合体等の熱分解生成物を含む。
【００３９】
モノリス炭素吸着剤が直径約２ｎｍ未満の気孔を有する場合、モノリス炭素吸着剤は、
臨界温度を吸着剤材料のミクロ細孔容積に比例した程度上回ると、例えば三フッ化ホウ素
等のガスを吸着できる。こうした目的にとって好ましいモノリス炭素吸着剤材料は、例え
ば超ミクロ細孔等の小さいミクロ細孔のサイズ範囲の気孔を、高い割合で、例えば気孔率
の少なくとも５０％、有する。この効果は、図５を参照するとわかるが、この図は、クレ
ハ（Ｋｕｒｅｈａ）５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、
及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル（Ｄｏｗ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ）社）（黒い四角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき
吸着された三フッ化ホウ素（ＢＦ３）のｇ表示の吸着重量を、トル表示の圧力レベルの関
数として表しているグラフである。
【００４０】
ミクロ細孔容積は、本発明のモノリス炭素吸着剤システムで使用する炭素を選択するの
に重要な判断基準であり、ミクロ細孔容積は望ましくは最大化されるが、容積が固定され
た容器内に貯蔵されたガスは、吸着量１Ｌ当たりの容積を基に適切に比較される。このよ
うな場合の吸着剤装填密度は、極めて重要である。このために、モノリス炭素は、使用さ
れる流体貯蔵・計量分配容器内の空隙容積を排除する。
【００４１】
本発明による好ましい実施形態における流体貯蔵・計量分配容器内の空隙容積は、容器
の内部容積合計の約４０％以下で、可能な限り低いとさらに好ましい。モノリス炭素吸着
剤の装填密度は、可能な限り高く、吸着剤体積当たりの容積を基準にして最大のミクロ細
孔容積を備え、気孔容積中の超ミクロ細孔の割合が高いと望ましい。ミクロ細孔の構造も
重要で、気孔は望ましくは高い吸着レベルをもたらすスリット形状をしているが、スリッ
ト構造は、脱着状態で、例えばおよそ４０トルの圧力レベルでの脱着において、ガスの敏
速な解放を妨げる程は小さくない。
【００４２】
活性炭を形成する炭素の活性化中、気孔は高温で窒素のような非酸化ガスの存在下で拡
幅され、引き続いて酸素又は水蒸気のような酸化ガスに短時間暴露され、その後非酸化環
境で冷却される。こうした活性化では、原料の焼却のレベルは注意深く制御されるが、こ
れは高い焼却レベルは気孔の拡幅をもたらし、ミクロ細孔容積の増大並びに粒子密度の付
随的削減を伴うからである。
【００４３】
本発明のモノリス炭素吸着剤は、あらゆる適した方法で適切に形成されることが可能で
ある。１つの実施形態では、モノリス炭素は高分子素材から形成され、例えばダウケミカ
ル社（ミシガン州、ミッドランド）の市販のサランＡ、又はサランＭＣ−１０Ｓポリマー
等の、ポリ塩化ビニリデン重合体を用い、適切な圧力、例えば約１０〜約２０Ｋｐｓｉの
範囲の圧力で圧力成形され、その後、約６００〜約９００℃、例えば約７００℃の温度の
窒素ガス流内で熱分解される。この工程は、図１及び図２のグラフに示す通り、大幅に増
加した充填密度（すなわち、吸着されたガスの重量、例えば、炭素１Ｌ当たりのｇ量）を
有する炭素吸着剤材料を生成する。
【００４４】
本発明のモノリス炭素吸着剤は、先行技術の慣例からの重大な逸脱を示しているが、該
先行技術は、粒子直径０．１〜１．０ｃｍ、より代表的には粒子直径０．２５〜２．０ｍ
ｍの球状活性炭細粒のような細粒を使用し、あるいは該先行技術は、大量のミクロ細孔炭
素原料（ウォトヴィッツ（Ｗｏｊｔｏｗｉｃｚ）ら、米国特許出願公開第２００２／００
２０２９２ Ａ１号明細書、２００２年２月２１日公開、参照）場合、高温を使用し、例
えば１０００℃を超える温度、好ましくは１１００℃を超える温度を使用して、高レベル
の黒鉛化を誘導し、７６回も実行される反復的化学吸着／脱着を伴う活性化（クエン（Ｑ
ｕｉｎｎ）ら、米国特許第５，０７１，８２０号明細書、参照）と組み合わせて、適切な
ミクロ細孔容積、表面積、及び炭素吸着剤単位体積当たりのミクロ細孔容積を実現してお
り、高圧ガス貯蔵の利用法にとって適した吸着剤材料を入手するのに時間を浪費しコスト
がかかる手法である。（ウォトヴィッツ（Ｗｏｊｔｏｗｉｃｚ）らによる米国特許出願公
開第２００２／００２０２９２ Ａ１号明細書の開示によると、吸着ガスの最適貯蔵許容
量は、ガスは「約５００〜約３５００ｐｓｉの範囲の圧力で貯蔵容器内へ投入される」必
要がある。２ページ、段落［００１３］、最終文。）
【００４５】
これらの先行技術の手法と対照的に、本発明のモノリス炭素吸着剤は、適した高分子素
材から形成され、例えば、ポリ塩化ビニリデン、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポ
リフルフリルアルコール、椰子殻、ピーナッツ殻、桃の種、オリーブの種、ポリアクリロ
ニトリル、ポリアクリルアミド等の中から選択されたポリマーで、例えば約２０，０００
ｐｓｉ迄又はそれ以上の成形圧力で圧力成形可能であり、１０００℃未満の温度で、好ま
しくは約９００℃以下、例えば約５００〜約９００℃の範囲、より好ましくは約６００〜
約９００℃の範囲で、熱分解可能な圧力成形された「グリーン樹脂」体を産出し、目的の
ガス貯蔵及び計量分配利用法に適した高い充填密度を有するモノリス炭素材料を産出する
。本発明の実施において有用なモノリス炭素吸着剤としては、アルシンガスについて２５
℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシン４００ｇ／炭素吸着剤１Ｌより高い
充填密度、好ましくはアルシン４５０ｇ／炭素吸着剤１Ｌより高い充填密度を有するもの
を含む。
【００４６】
熱分解生成物は、本発明に従ってモノリス吸着剤体としてそのまま採用されてもよいが
、こうした熱分解生成物は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサイズのスリット形状の
気孔を、高い割合で、例えば少なくとも気孔率の３０％、好ましくは少なくとも気孔率の
６０％で有し、並びにかなりの気孔率、例えば気孔率全体の少なくとも２０％、好ましく
は少なくとも３０％は、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含む、超微小多孔質を備えたモノ
リス炭素吸着剤生成物を生成する方法で活性化されると好ましい。活性化の工程は、対象
となる吸着されるガスに対する材料の吸着親和性を強化するため、そうでなければ、吸着
／脱着能力のための吸着媒体の特性を向上させるためのあらゆる工程ステップを含むこと
が可能である。例えば、活性化工程は、非酸化雰囲気内、例えば窒素、アルゴン、ヘリウ
ム又は他の非酸化ガス内での加熱を含み、引き続いて雰囲気を二酸化炭素、水蒸気等の酸
化雰囲気に短時間切り替え、その後非酸化雰囲気へ切り替え、大気温（例えば、室温）ま
で冷却する。活性化工程の詳細、例えば温度レベル、連続したステップの実行時間等は、
過度な実験を行わなくても、それぞれの工程状態の簡単な変化形態と、充填密度、細孔分
布特徴付けといった結果的な吸着剤性能の分析的判定とによって、当業者の技術範囲内で
、迅速に決定可能である。
【００４７】
図１は、クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、タ
カチホ（Ｔａｋａｃｈｉｈｏ）ＡＢＦ１４−０３粒状活性炭（タカチホ・カブシク工業株
式会社、東京、日本）（黒い四角マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重
合体から形成されたモノリス炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三角マークで印し
たデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたホスフィン（ＰＨ３）のｇ表示の重量
を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【００４８】
図１のデータは、ポリ塩化ビニリデン重合体から形成されたモノリス炭素は、炭素１Ｌ
について吸着したホスフィンの重量が、球状活性炭吸着剤もしくはタカチホ粒状活性炭吸
着剤のいずれよりも、かなり大きいことを示しており、０〜７５０トルの圧力範囲にわた
って、ホスフィンの吸着充填は概ね２倍を超えている。
【００４９】
図２は、クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、及
びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三
角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたアルシン（ＡｓＨ３）
のｃｍ３表示の体積を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【００５０】
図２は、アルシン充填に関して、モノリス炭素吸着剤の球状活性炭に対する優位性を立
証している。炭素１Ｌ当たりのアルシンの充填をｃｍ３表示の体積で示すと、０〜７７０
トルの圧力範囲にわたって、モノリス炭素吸着剤は５０〜１００％高い。
【００５１】
下記の表１に示すのは、図１に関して上述した、クレハ５７８−６６−６球状活性炭、
タカチホＡＢＦ１４−０３粒状活性炭、及びＰＶＤＣ炭化物モノリス吸着剤を含む３つの
タイプの吸着剤材料についての、アルシンの充填密度である。各素材は、２個のサンプル
について、６５０トルのアルシン圧力で評価される。充填密度は、吸着剤１ｇにつき吸着
されたアルシンのｇ量として重量ベースで測定されるだけでなく、吸着剤１Ｌにつき吸着
されたアルシンのｇ量として体積ベースでも測定されている。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１の結果は、モノリス炭素吸着剤についての重量ベースの充填密度は、非モノリス活
性炭吸着剤より約１５〜２０％低かった一方で、モノリス炭素吸着剤についての体積ベー
スの充填密度は、非モノリス活性炭吸着剤の対応する充填密度より、５０％を優に超えて
高かったことを示している。
【００５４】
下記の表２は、図１に関して上述した、クレハ５７８−６６−６球状活性炭、タカチホ
ＡＢＦ１４−０３粒状活性炭、及びＰＶＤＣ炭化物モノリス吸着剤を含む３つのタイプの
吸着剤材料に対するホスフィンの充填密度の値について対応する充填密度の一覧表である
。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２の結果は、モノリス炭素吸着剤（ＰＶＤＣ炭化物）は、重量及び体積ベースの両方
で充填密度が、非モノリス形態の活性炭吸着剤の充填密度を上回っており、体積ベースの
充填密度では、非モノリス形態の活性炭へのホスフィンの体積充填密度よりおよそ１００
％も高くなっていることを示している。
【００５７】
本発明の幅広い実施においては、モノリス炭素吸着剤に保持された吸着された流体は、
あらゆる適したタイプのものであることが可能で、例えば、水素化ガス（例えば、アルシ
ン、ホスフィン、ゲルマン、シラン、一・二・三置換シラン、例えばこうしたタイプのア
ルキルシラン）、ハロゲン化ガス（例えば、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、ハロゲン置
換シラン等）、及び気体有機金属組成物を含む。
【００５８】
本発明の実施において、有効に貯蔵可能かつ計量分配可能な吸着されるガスの種類の実
例としては、シラン、ゲルマン、アルシン、ホスフィン、ホスゲン、ジボラン、ゲルマン
、アンモニア、スチビン、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、亜酸化窒素、シアン
化水素、酸化エチレン、重水素化水素化物、ハロゲン化物（塩素、臭素、フッ素及びヨウ
素）化合物で、Ｆ２、ＳｉＦ４、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、ＧｅＦ４、ＳｉＦ４、ハロゲン化ホ
ウ素（ｂｏｒｏｎ ｈａｌｉｄｅ）等を含む化合物、及び有機金属化合物で、アルミニウ
ム、バリウム、ストロンチウム、ガリウム、インジウム、タングステン、アンチモン、銀
、金、パラジウム、ガドリニウム等のような金属の有機金属化合物、を含む。
【００５９】
吸着ガスが容器に貯蔵される際の圧力は、本発明のガス貯蔵・計量分配システムが採用
される利用法にとって妥当な適した圧力であればどのような圧力でもよい。本発明の実施
において一般に有用な圧力レベルの実例としては、約２５００トル未満の圧力、より好ま
しくは２０００トル以下で例えば約２０〜約１８００トルの範囲、あるいはより厳密には
約２０〜約１２００トルの圧力を含む。イオン注入法のような利用法にとって、ガス貯蔵
・計量分配容器内のガス圧は通常約８００トル以下であり、貯蔵ガスは大気圧より低い、
例えば約２０〜約７５０トルの範囲の圧力でもよい。
【００６０】
図３は、本発明の１つの実施形態による、貯蔵及び配送システムの概略図である。
【００６１】
図に示すように、貯蔵・計量分配システム２００は、貯蔵・計量分配容器２０４を備え
ており、該貯蔵・計量分配容器はその上部で弁ヘッド２０６に接合され、該弁ヘッドは、
シリンダの弁ヘッド用の手動作動器２０８を含む計量分配アセンブリの部分を備えている
。容器は、例えば、金属、ガラス、セラミック、ガラス質素材、ポリマー、及び複合素材
といった素材を含む、構造素材に適したあらゆる素材で形成されてもよい。こうした目的
のための金属の実例としては、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鋳、青銅、及
びそれらの合金を含む。弁ヘッドは、カップリング２１０を用いて計量分配導管２１２へ
接合され、該計量分配導管は、そこに配置された圧力変換器２１４と、不活性ガスで計量
分配アセンブリを浄化する不活性浄化装置２１６と、計量分配作業中に計量分配導管２１
２を通る量速を一定に維持する質量流量調整器２２０と、計量分配アセンブリから計量分
配ガスを放出する前に、計量分配ガスから微粒子を除去する濾過器２２２とを有する。
【００６２】
計量分配アセンブリはさらにカップリング２２４を備えており、該カップリングは、下
流の配管、弁調節、又は脱着された流体の使用位置に結合された他の構造体、例えば、注
入する種類として計量分配されたガスを使用するイオン注入器具のような半導体製造設備
に関わるもの、等に計量分配アセンブリを結合して嵌め込むために設けられている。
【００６３】
流体貯蔵・計量分配容器２０４は、内部のモノリス吸着剤本体２０５を図示するために
、部分的に破断して示されている。
【００６４】
図４は、本発明の別の好ましい態様による、長方形平行六面体の流体貯蔵・計量分配容
器３１０を採用した、流体貯蔵・計量分配装置の斜視図である。長方形平行六面体の流体
貯蔵・計量分配容器３１０は、パイプ弁接続弁ヘッド３１２と、容器の最上面に溶接され
たハンドル３１４とを装備している。特定の実施形態の容器３１０は、溶接された鋼材の
壁構造で形成され、容器の垂直（縦）軸に沿って正方形の断面を有する。容器の壁は、厚
み０．１００インチの炭素鋼で、容器の内部容積は３．６２リットルである。ハンドル１
４は、１／４インチの棒材で、図示された形状に形成され、容器３１０のそれぞれの末端
部に溶接されている。
【００６５】
パイプ弁接続弁ヘッド３１２の計量分配弁は、１．５インチのパイプ連結により、容器
３１０に通り抜け可能に嵌め込まれる。弁ヘッドは、単ポート弁ヘッド、２ポート弁ヘッ
ド、３ポート弁ヘッド等、適した数のポートをいくつ有してもよい。
【００６６】
長方形平行六面体の流体貯蔵・計量分配容器３１０は、その内部容積にモノリス炭素吸
着剤を含み、モノリス塊は、１つあるいは複数のモノリス炭素体を含んでもよく、各炭素
体は、前述した通り、好ましくは容器の内部容積の形状に適合する長方形平行六面体形状
である。
【００６７】
本発明の構成物及び方法は、本願の広義の開示に矛盾しない形で、広く変化した方法で
実施してもよいことは理解されるであろう。従って、本発明は本願において具体的な特徴
、態様、及び実施形態を参照して述べたが、その一方で、本発明はこれに限定されず、他
の変化形態、改良形態、及び実施形態における実行を受け入れる余地がある。従って、本
発明は、こうした他の変化形態、改良形態、及び実施形態の全てを包含するよう、本願で
請求する本発明の範囲内で、広義に解釈されるよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、タカチホＡＢＦ１４−０３粒状活性炭（黒い四角マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたホスフィン（ＰＨ３）のｇ表示の重量を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【図２】クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（白い三角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着されたアルシン（ＡｓＨ３）のｃｍ３表示の体積を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【図３】本発明の１つの実施形態による、モノリス吸着剤を使用した貯蔵及び配送システムの概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、モノリス吸着剤を使用した長方形平行六面体流体貯蔵・計量分配容器の斜視図である。
【図５】クレハ５７８−６６−６球状活性炭（黒い菱形マークで印したデータ点）、及びポリ塩化ビニリデン重合体から形成された炭素（サランＡ、ダウケミカル社）（黒い四角マークで印したデータ点）について、炭素１Ｌにつき吸着された三フッ化ホウ素（ＢＦ３）のｇ表示の吸着重量を、トル表示の圧力レベルの関数として表しているグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体貯蔵・計量分配装置であって、
内部容積を有する流体貯蔵・計量分配容器であって、前記内部容積は流体を吸着して
保持する物理的吸着剤を含みかつ前記容器から計量分配するために前記流体は該吸着剤か
ら脱着可能とする容器と、
脱着された流体を前記容器から計量分配するため、前記容器に結合された計量分配ア
センブリと、を備えており、
前記物理的吸着剤は、モノリス炭素質物理的吸着剤を含み、該モノリス炭素質物理的吸着
剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は
、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約
０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている、流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２】
前記吸着剤は、アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、
アルシン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３】
前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサ
イズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は、直径２
ｎｍ未満のミクロ細孔を含む、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４】
前記吸着剤は、１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されてお
り、約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する、請求項１に記載の流体貯蔵
・計量分配装置。
【請求項５】
前記吸着剤は、ブロック、煉瓦、及びブールからなる群から選択されるモノリス形態を
有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項６】
前記モノリス形態は、単一のモノリス製品を含む、請求項５に記載の流体貯蔵・計量分
配装置。
【請求項７】
前記モノリス形態は、複数の別個のモノリス製品を含む、請求項５に記載の流体貯蔵・
計量分配装置。
【請求項８】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を７５個未満含む
、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項９】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を２０個未満含む
、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１０】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を８個未満含む、
請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１１】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を４個未満含む、
請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１２】
前記モノリス物理的吸着剤は、前記容器の前記内部容積にサイズ及び形状が適合した吸
着剤塊を提供する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１３】
前記吸着剤塊は、前記容器の前記内部容積の少なくとも６０％を占める、請求項１２に
記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１４】
前記吸着剤塊は、前記容器の前記内部容積の約７５〜約９５％を占める、請求項１２に
記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１５】
前記吸着剤は、有機樹脂の熱分解生成物である、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配
装置。
【請求項１６】
前記吸着剤は、ポリ塩化ビニリデン、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリフルフ
リルアルコール、椰子殻、ピーナッツ殻、桃の種、オリーブの種、ポリアクリロニトリル
、及びポリアクリルアミドからなる群から選択されたポリマーの熱分解生成物である、請
求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１７】
前記吸着剤は、前記容器内のその場で形成される、請求項１５に記載の流体貯蔵・計量
分配装置。
【請求項１８】
前記吸着剤は、複数の別個のモノリス吸着剤製品を含み、前記複数の別個のモノリス吸
着剤製品の各々は、前記容器の前記内部容積の高さの０．３〜１．０倍の長さと、前記容
器の長方形断面積の０．１〜０．５倍の断面積とを有する、請求項１に記載の流体貯蔵・
計量分配装置。
【請求項１９】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、長方形平行六面体形状を有する、請求項７に
記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２０】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、前記容器の前記内部容積において、隣接モノ
リス部材と接触する面に、横向き及び／又は縦向きに隣接する、請求項７に記載の流体貯
蔵・計量分配装置。
【請求項２１】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、中実の円筒形態を有する、請求項７に記載の
流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２２】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、Ｌが前記モノリス炭素吸着剤製品の長さ又は
長軸寸法であり、Ｄが横径又は短軸寸法である時、長さ対断面寸法の比、Ｌ／Ｄが約２〜
約２０となる、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２３】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、Ｌが前記モノリス炭素吸着剤製品の長さ又は
長軸寸法であり、Ｄが横径又は短軸寸法である時、長さ対断面寸法の比、Ｌ／Ｄが約４〜
約１５となる、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２４】
前記吸着剤は、熱分解されたポリ塩化ビニリデン樹脂を含む、請求項１に記載の流体貯
蔵・計量分配装置。
【請求項２５】
前記吸着剤は、それに対する添加剤を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装
置。
【請求項２６】
前記添加剤は、ホウ酸、四ホウ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、及びリン酸水素二ナ
トリウムからなる群から選択された少なくとも１つの薬剤を含む、請求項１に記載の流
体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２７】
前記流体は、半導体製造において有用性を有する流体を含む、請求項１に記載の流体貯
蔵・計量分配装置。
【請求項２８】
前記流体は、水素化物、ハロゲン化物、及び有機金属の気体試薬からなる群から選択さ
れた流体を含む、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２９】
前記流体は、シラン、ゲルマン、アルシン、ホスフィン、ホスゲン、ジボラン、ゲルマ
ン、アンモニア、スチビン、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、亜酸化窒素、シア
ン化水素、酸化エチレン、重水素化水素化物、ハロゲン化物（塩素、臭素、フッ素及びヨ
ウ素）化合物、及び有機金属化合物からなる群から選択された流体を含む、請求項１に記
載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３０】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２５００トル以下である、請求項１に記載の流
体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３１】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２０００トル以下である、請求項１に記載の流
体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３２】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２０〜約１８００トルの範囲である、請求項１
に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３３】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２０〜約１２００トルの範囲である、請求項１
に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３４】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が大気圧より低い、請求項１に記載の流体貯蔵・計
量分配装置。
【請求項３５】
前記流体は、前記内部容積の圧力が約２０〜約７５０トルの範囲である、請求項１に記
載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３６】
前記容器は、金属、ガラス、セラミック、ガラス質素材、ポリマー、及び複合素材から
なる群から選択された構造素材を含む、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３７】
前記容器は、金属の構造素材を含む、請求項２６に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３８】
前記金属は、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鋳、青銅、及びそれらの合金
からなる群から選択される、請求項２７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３９】
前記吸着剤は、その気孔率の少なくとも２０％が直径２ｎｍ未満の孔である、請求項１
に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４０】
前記流体は、三フッ化ホウ素を含む、請求項３８に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４１】
前記容器は、長方形平行六面体形状を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装
置。
【請求項４２】
前記容器は、正方形の断面を備えた細長い形状を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・
計量分配装置。
【請求項４３】
前記容器は、円筒形状を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４４】
ガスを貯蔵及び計量分配する方法であって、
ガス貯蔵・計量分配容器を組み立てるステップと、
前記ガスに対する吸着親和性を有する物理的吸着剤を前記容器内に配置するステップ
と、
前記物理的吸着剤での吸着のために前記ガスを前記容器へ充填するステップと、
前記容器を、作動可能弁を含む弁ヘッドで密閉して、前記物理的吸着剤と吸着ガスと
を封入し、前記容器の外部環境からこれを隔離するステップと、
前記物理的吸着剤から前記吸着ガスを脱着するステップと、
ガスを計量分配するために、前記弁ヘッドの前記作動可能弁を作動させて、前記容器
から前記作動可能弁を通ってガスを流すステップと、を含み、
前記物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は
、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度であり、前記熱分解条件は１０００℃未満の温度を含む、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている、ガス貯蔵及び計量分配方法。
【請求項４５】
前記吸着剤は、アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度がア
ルシン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサ
イズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は、直径２
ｎｍ未満のミクロ細孔を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記熱分解条件は１０００℃未満の温度を含み、前記吸着剤は、約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記物理的吸着剤は、熱分解されたポリ塩化ビニリデンを含む、請求項４４に記載の方
法。
【請求項４９】
前記熱分解されたポリ塩化ビニリデンは、活性化状態に暴露される、請求項４８に記載
の方法。
【請求項５０】
前記活性化状態は、前記熱分解されたポリ塩化ビニリデンの高温非酸化環境への暴露と
、それに引き続き前記熱分解されたポリ塩化ビニリデンの高温酸化環境への暴露を含む、
請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した前記充填密度は、アルシン４
５０ｇ／吸着剤１Ｌより高い、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記ガスは、アルシン、ホスフィン、セレン化水素、テルル化水素、三フッ化窒素、三
フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、ジボラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、ジシ
ラン、シラン、ゲルマン、及び有機金属気体試薬からなる群から選択されるガスを含む、
請求項４４に記載の方法。
【請求項１】
流体貯蔵・計量分配装置であって、
内部容積を有する流体貯蔵・計量分配容器であって、前記内部容積は流体を吸着して
保持する物理的吸着剤を含みかつ前記容器から計量分配するために前記流体は該吸着剤か
ら脱着可能とする容器と、
脱着された流体を前記容器から計量分配するため、前記容器に結合された計量分配ア
センブリと、を備えており、
前記物理的吸着剤は、モノリス炭素質物理的吸着剤を含み、該モノリス炭素質物理的吸着
剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は
、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されており、約
０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている、流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２】
前記吸着剤は、アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、
アルシン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３】
前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサ
イズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は、直径２
ｎｍ未満のミクロ細孔を含む、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４】
前記吸着剤は、１０００℃未満の温度で、熱分解及び随意的活性化により形成されてお
り、約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する、請求項１に記載の流体貯蔵
・計量分配装置。
【請求項５】
前記吸着剤は、ブロック、煉瓦、及びブールからなる群から選択されるモノリス形態を
有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項６】
前記モノリス形態は、単一のモノリス製品を含む、請求項５に記載の流体貯蔵・計量分
配装置。
【請求項７】
前記モノリス形態は、複数の別個のモノリス製品を含む、請求項５に記載の流体貯蔵・
計量分配装置。
【請求項８】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を７５個未満含む
、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項９】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を２０個未満含む
、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１０】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を８個未満含む、
請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１１】
前記容器の前記内部容積は、前記物理的吸着剤の別個のモノリス製品を４個未満含む、
請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１２】
前記モノリス物理的吸着剤は、前記容器の前記内部容積にサイズ及び形状が適合した吸
着剤塊を提供する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１３】
前記吸着剤塊は、前記容器の前記内部容積の少なくとも６０％を占める、請求項１２に
記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１４】
前記吸着剤塊は、前記容器の前記内部容積の約７５〜約９５％を占める、請求項１２に
記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１５】
前記吸着剤は、有機樹脂の熱分解生成物である、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配
装置。
【請求項１６】
前記吸着剤は、ポリ塩化ビニリデン、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリフルフ
リルアルコール、椰子殻、ピーナッツ殻、桃の種、オリーブの種、ポリアクリロニトリル
、及びポリアクリルアミドからなる群から選択されたポリマーの熱分解生成物である、請
求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項１７】
前記吸着剤は、前記容器内のその場で形成される、請求項１５に記載の流体貯蔵・計量
分配装置。
【請求項１８】
前記吸着剤は、複数の別個のモノリス吸着剤製品を含み、前記複数の別個のモノリス吸
着剤製品の各々は、前記容器の前記内部容積の高さの０．３〜１．０倍の長さと、前記容
器の長方形断面積の０．１〜０．５倍の断面積とを有する、請求項１に記載の流体貯蔵・
計量分配装置。
【請求項１９】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、長方形平行六面体形状を有する、請求項７に
記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２０】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、前記容器の前記内部容積において、隣接モノ
リス部材と接触する面に、横向き及び／又は縦向きに隣接する、請求項７に記載の流体貯
蔵・計量分配装置。
【請求項２１】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、中実の円筒形態を有する、請求項７に記載の
流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２２】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、Ｌが前記モノリス炭素吸着剤製品の長さ又は
長軸寸法であり、Ｄが横径又は短軸寸法である時、長さ対断面寸法の比、Ｌ／Ｄが約２〜
約２０となる、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２３】
前記複数の別個のモノリス製品の各々は、Ｌが前記モノリス炭素吸着剤製品の長さ又は
長軸寸法であり、Ｄが横径又は短軸寸法である時、長さ対断面寸法の比、Ｌ／Ｄが約４〜
約１５となる、請求項７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２４】
前記吸着剤は、熱分解されたポリ塩化ビニリデン樹脂を含む、請求項１に記載の流体貯
蔵・計量分配装置。
【請求項２５】
前記吸着剤は、それに対する添加剤を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装
置。
【請求項２６】
前記添加剤は、ホウ酸、四ホウ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、及びリン酸水素二ナ
トリウムからなる群から選択された少なくとも１つの薬剤を含む、請求項１に記載の流
体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２７】
前記流体は、半導体製造において有用性を有する流体を含む、請求項１に記載の流体貯
蔵・計量分配装置。
【請求項２８】
前記流体は、水素化物、ハロゲン化物、及び有機金属の気体試薬からなる群から選択さ
れた流体を含む、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項２９】
前記流体は、シラン、ゲルマン、アルシン、ホスフィン、ホスゲン、ジボラン、ゲルマ
ン、アンモニア、スチビン、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、亜酸化窒素、シア
ン化水素、酸化エチレン、重水素化水素化物、ハロゲン化物（塩素、臭素、フッ素及びヨ
ウ素）化合物、及び有機金属化合物からなる群から選択された流体を含む、請求項１に記
載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３０】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２５００トル以下である、請求項１に記載の流
体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３１】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２０００トル以下である、請求項１に記載の流
体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３２】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２０〜約１８００トルの範囲である、請求項１
に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３３】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が約２０〜約１２００トルの範囲である、請求項１
に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３４】
前記流体は、前記内部容積内の圧力が大気圧より低い、請求項１に記載の流体貯蔵・計
量分配装置。
【請求項３５】
前記流体は、前記内部容積の圧力が約２０〜約７５０トルの範囲である、請求項１に記
載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３６】
前記容器は、金属、ガラス、セラミック、ガラス質素材、ポリマー、及び複合素材から
なる群から選択された構造素材を含む、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３７】
前記容器は、金属の構造素材を含む、請求項２６に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３８】
前記金属は、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鋳、青銅、及びそれらの合金
からなる群から選択される、請求項２７に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項３９】
前記吸着剤は、その気孔率の少なくとも２０％が直径２ｎｍ未満の孔である、請求項１
に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４０】
前記流体は、三フッ化ホウ素を含む、請求項３８に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４１】
前記容器は、長方形平行六面体形状を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装
置。
【請求項４２】
前記容器は、正方形の断面を備えた細長い形状を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・
計量分配装置。
【請求項４３】
前記容器は、円筒形状を有する、請求項１に記載の流体貯蔵・計量分配装置。
【請求項４４】
ガスを貯蔵及び計量分配する方法であって、
ガス貯蔵・計量分配容器を組み立てるステップと、
前記ガスに対する吸着親和性を有する物理的吸着剤を前記容器内に配置するステップ
と、
前記物理的吸着剤での吸着のために前記ガスを前記容器へ充填するステップと、
前記容器を、作動可能弁を含む弁ヘッドで密閉して、前記物理的吸着剤と吸着ガスと
を封入し、前記容器の外部環境からこれを隔離するステップと、
前記物理的吸着剤から前記吸着ガスを脱着するステップと、
ガスを計量分配するために、前記弁ヘッドの前記作動可能弁を作動させて、前記容器
から前記作動可能弁を通ってガスを流すステップと、を含み、
前記物理的吸着剤は、
（ａ）アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度が、アルシ
ン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い充填密度であり、
（ｂ）前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの
範囲のサイズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は
、直径２ｎｍ未満のミクロ細孔を含んでおり、
（ｃ）約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度であり、前記熱分解条件は１０００℃未満の温度を含む、
という特性のうち少なくとも１つを特徴としている、ガス貯蔵及び計量分配方法。
【請求項４５】
前記吸着剤は、アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した充填密度がア
ルシン４００ｇ／吸着剤１Ｌより高い、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記吸着剤の気孔率全体の少なくとも３０％は、約０．３〜約０．７２ｎｍの範囲のサ
イズのスリット形状の気孔を含み、並びに前記気孔率全体の少なくとも２０％は、直径２
ｎｍ未満のミクロ細孔を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記熱分解条件は１０００℃未満の温度を含み、前記吸着剤は、約０．８０〜約２．０ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記物理的吸着剤は、熱分解されたポリ塩化ビニリデンを含む、請求項４４に記載の方
法。
【請求項４９】
前記熱分解されたポリ塩化ビニリデンは、活性化状態に暴露される、請求項４８に記載
の方法。
【請求項５０】
前記活性化状態は、前記熱分解されたポリ塩化ビニリデンの高温非酸化環境への暴露と
、それに引き続き前記熱分解されたポリ塩化ビニリデンの高温酸化環境への暴露を含む、
請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
アルシンガスについて２５℃、圧力６５０トルで測定した前記充填密度は、アルシン４
５０ｇ／吸着剤１Ｌより高い、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記ガスは、アルシン、ホスフィン、セレン化水素、テルル化水素、三フッ化窒素、三
フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、ジボラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、ジシ
ラン、シラン、ゲルマン、及び有機金属気体試薬からなる群から選択されるガスを含む、
請求項４４に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−８２６６（Ｐ２００９−８２６６Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−２０８９８９（Ｐ２００８−２０８９８９）
【出願日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【分割の表示】特願２００４−５５９２５２（Ｐ２００４−５５９２５２）の分割
【原出願日】平成１５年１２月４日（２００３．１２．４）
【出願人】（５９９００６３５１）アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド (141)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０８９８９（Ｐ２００８−２０８９８９）
【出願日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【分割の表示】特願２００４−５５９２５２（Ｐ２００４−５５９２５２）の分割
【原出願日】平成１５年１２月４日（２００３．１２．４）
【出願人】（５９９００６３５１）アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド (141)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]