KR100692995B1 - 유체의 저장 및 분배를 위한 장치 및 방법과 사용 유체의공급 방법 - Google Patents

유체의 저장 및 분배를 위한 장치 및 방법과 사용 유체의공급 방법 Download PDF

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Abstract

유체 저장 및 분배 겸용 장치(10)는 유체를 수용하는 용기(12)와, 이 용기(12)의 내부 공간에 위치하는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기(42)와, 이 셋 포인트 압력 조정기에 의해 결정되는 압력에서 유체를 분배하기 위해 그 조정기와 유체 흐름 연통 상태에 있는 분배 조립체와, 상기 내부에 위치하는 셋 포인트 압력 조정기(42)의 원위치 조정을 위해 상기 용기 외부에 위치하는 조정 조립체(52)를 포함한다. 이 구성에 의하면, 유체 저장 작동 및 분배 작동이 각각 상이한 조정기 셋 포인트 압력, 예를 들면 저장을 위한 대기압 미만의 압력 셋 포인트과, 분배를 위한 대기압을 초과하는 압력 셋 포인트를 갖는 것이 가능하다.

Description

유체의 저장 및 분배를 위한 장치 및 방법과 사용 유체의 공급 방법 {DISPENSING SYSTEM WITH INTERIORLY DISPOSED AND EXTERIORLY ADJUSTABLE REGULATOR ASSEMBLY}
본 발명은 고압 액체 또는 기타의 다른 유체를 저장하는 데에 사용될 수 있는 유체를 저장하고 가스를 분배하기 위한 유체 저장 및 가스 분배 겸용 장치 및 가령 반도체 소자 및 재료의 제조 등에 적용되는 가스의 용도에 관한 것이다.
다양한 종류의 공업적인 공정 및 용례에 신뢰성 있는 공정 유체의 공급원이 필요하다.
예를 들면, 반도체 제조, 이온 주입, 플랫 패널 표시 장치의 제조, 의료적인 처치 및 치료, 수처리, 응급 호흡 장치, 용접 작업, 공간을 기반으로 한 액체 및 가스의 공급 등에 안전하고 신뢰성이 있으며 효율적인 유체 공급원이 필요하다.
1998년 4월 28일자로 루핑 왕과 글렌 엠. 톰의 명의로 출원된 미국 특허 출원 제09/067,393호는 유체, 예컨대 증기가 분배될 유체를 구성하는 적절한 압력의 액체 또는 선택적으로 압축된 가스를 수용하는 저장 및 분배 겸용 용기를 포함하는 유체 저장 및 가스 분배 겸용 장치를 개시하고 있다. 이 용기는 출구 포트를 구비하고, 이 출구 포트에 결합되는 분배 조립체, 예컨대 분배 밸브와 용기 중의 액체 또는 압축 가스로부터 발생되는 가스의 선택적인 분배를 위한 출구를 포함하는 밸브 헤드 조립체를 포함한다.
상기 루핑 왕 등의 출원에 개시된 장치의 경우, 출구 포트에는 유체 압력 조정기가 결합되어 있는데, 이 유체 압력 조정기는 적어도 부분적으로 용기의 내부에 배치되고, 선택적으로는 상 분리기 조립체에 연결되어 용기 내의 유체가 액화 가스 형태인 경우 액체가 분배 밸브 및 출구로부터 누설되는 것을 방지한다. 유체 압력 조정기는 사용시의 충격 가능성 및 외부 노출을 최소화하기 위하여, 그리고 담겨 있는 유체의 용기로부터의 누설 경로를 최소화하여 용기를 밀봉함에 있어 출구 포트에 단일의 용접선 또는 시임(seam)을 사용할 수 있도록, 완전히 내부에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 조정기는 가스 또는 증기를 원통으로부터 소정의 압력 수준으로 분배하도록 그 소정의 압력 수준으로 설정될 수 있는 흐름 제어 장치이다. 압력 수준 셋 포인트(pressure level set point)는 분배 조건 및 용기로부터의 가스 방출 방식에 따라 대기압 초과 압력, 대기압 미만의 압력 또는 대기압일 수 있다.
1999년 4월 28일자로 루핑 왕 및 글렌 엠. 톰 명의로, "유체 저장 및 분배 겸용 장치(FLUID STORAGE AND DISPENSING SYSTEM)"를 발명의 명칭으로 하여 출원된 미국 특허 출원 제09/300,994호는 전술한 미국 특허 출원 제09/067,393호의 부분 계속 출원으로서, 2단(또는 다단) 유체 압력 조정기를 채용하는 장치를, 선택적으로는 용기 내에 배치된 입자 필터 조립체와 함께 구비하는 "조정기 내장 보틀(regulator in a bottle)" 장치의 또 다른 양태를 설명하고 있다. 그 일부 계 속 출원은 또한 내부 공간이 약 50 리터 미만인 용기가 1 인치 NGT 보다 더 큰 입구 구멍을 구비하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치 및 유체 저장 및 분배 겸용 용기가 흡착된 가스를 약 50 psig 내지 약 5000 psig의 내부 압력으로 수용하는 물리적 흡착재를 수용하고 있는 실시예를 개시하고 있다.
전술한 미국 특허 출원 제09/300,994호 및 미국 특허 출원 제09/067,393호의 보틀 장치에는, 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 구조 및 작동의 특정 관점에서 추가적인 개량이 필요하다.
보다 구체적으로 말하자면, 셋 포인트 조정기(set point regulator: SPR)가 예정된 압력에 설정되고, 그 후 그 장치의 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간의 내부에 배치되는 경우, 그 셋 포인트 압력은 후에 용기를 사용하는 동안 조정 가능하다.
이는 SPR이 대개는 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 안전성을 극대화하기 위하여 가스를 대기압 미만의 압력으로 방출하도록 설정되기 때문에 불리하다. 그러한 대기압 미만의 압력 셋 포인트는 용기의 저장 및 운반중에는 유리하다. 그러나, 추후의 사용에 있어서는 유체 저장 및 분배 겸용 장치가 사용되는 가스 소비 공정 설비의 압력 및 유체 흐름 조건에 의하여 유체가 대기압 초과 압력에서 분배될 수도 있다. 예를 들면, 반도체 제조 설비에 있어서는 관련 공구의 압력이 > 760 Torr일 수 있고, 그렇지 않으면 공정 설비에서 적절히 높은 유량을 얻기 위하여 더 높은 압력이 필요하거나 요망될 수 있다. SPR이 대기압 초과 압력에 설정되어 용기 내에 설치되는 경우, 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 안전성은 공정 설비 의 오프라인(준비) 기간은 물론 그 장치의 유체 저장 및 운반 중에, 대기압을 초과하는 압력 셋 포인트에 의하여 훼손된다.
종래 기술의 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 다른 한 가지 결점은 저장 및 분배 겸용 용기 내의 압력을 모니터할 수 없다는 것이다. 그 결과, 용기기 비워지게 되는 때를 미리 측정하거나 예측하기가 어렵다.
그러므로, 한편으로는 안전상의 이유로 요망되는 저장/운반시의 대기압 미만의 압력 수준과 다른 한편으로는 많은 용례에 요망되는 작동시의 대기압 초과 압력 수준 사이의 상반되는 압력 수준 조건을 극복하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치를 제공하는 것이 매우 요망되고, 따라서 그것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 한 가지 목적은 용기 내부에 조정기 장치가 배치되어 있는 저장 및 분배 겸용 장치를 구비하여, 용기 내의 유체의 양을 쉽게 측정할 수 있는 유체 저장 및 분배 겸용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 한 가지 목적은 저장 및 운반중에는 대기압 미만의 SPR 셋 포인트 압력을, 그리고 사용중에는 대기압 초과 SPR 셋 포인트 압력을 허용하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 가지 목적은 비용, 사용의 용이성 및 성능에 있어의 상당한 장점에 의하여 특징지워지는 선택적인 가스 분배용의 개량된 유체 저장 및 분배 겸용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 후술되는 설명 및 첨부된 특허 청구 범위로부터 더 명확해 질 것이다.
본 발명은 반도체 제품의 제조와 같은 용례에 사용하기 위한 유체의 저장 및 분배 겸용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 한 가지 양태는,
유체를 수용하기 위한 내부 공간을 포위하며 개구를 구비하고 있는 유체 저장 및 분배 겸용 용기와;
상기 개구와 유체 흐름이 연통되게 접속되고 유체를 선택적으로 분배하도록 배치된 유체 분배 조립체와;
상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내에 위치하고 유체를 선택적으로 분배하는 동안 유체가 통과하여 상기 유체 분배 조립체로 소정의 셋 포인트 압력으로 흐르도록 배치되어 있는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기와;
상기 유체 저장 및 분배 겸용 조립체의 외부에 위치하고, 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기의 셋 포인트를 선택적으로 변동시키도록 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기에 제어 가능하게 연결된 셋 포인트 조정 수단
을 구비하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 한 가지 양태는,
유체를 수용하기 위한 내부 공간을 포위하며 개구를 구비하고 있는 유체 저장 및 분배 겸용 용기와;
상기 개구와 유체 흐름이 연통되게 접속되고 유체를 선택적으로 분배하도록 배치된 유체 분배 조립체와;
상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내에 위치하고 유체를 선택적으로 분배하는 동안 유체가 통과하여 상기 유체 분배 조립체로 예정된 압력 셋 포인트로 흐르도록 배치되어 있는 조정 가능한 설정접 압력 조정기와;
상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내의 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기를 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 외부에 있는 압력 셋 포인트 조정 수단과 연결시키는 수단
을 구비하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 가스 분배용 흐름 회로와; 유체 저장 및 분배 겸용 용기로서, 용기 내부에 조정 가능한 압력 셋 포인트 조정기가 배치되고 이 압력 설정 조정기는 유체를 그 압력 셋 포인트 조정기에 의하여 정하여진 방출 압력으로 용기로부터 방출시키도록 배치되어 있는 그 유체 저장 및 분배 겸용 용기와; 조정기의 압력 셋 포인트를 변동시키는 수단과; 용기가 유체 고갈 상태에 도달되었는지 또는 접근하고 있는지를 결정하기 위하여 상기 조정기의 압력 셋 포인트를 변동시키는 동안 상기 흐름 회로 내의 압력 상승을 모니터링하는 수단을 포함하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는,
유체 저장 및 분배 겸용 용기로부터의 유체의 분배 중에 유체를 소정의 셋 포인트 압력으로 통과시키도록 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내에 배치되는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기에 대해서, 유체를 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내에 가두어두는 단계와;
용기의 외부에서 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기의 셋 포인트를 선택적으로 조정하여 그 조정 후에 선택된 압력 셋 포인트를 제공하는 단계
를 포함하는 사용 유체의 공급 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는,
가스 분배용 흐름 회로를 마련하는 단계와;
내부에 배치된 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기를 포함하고, 이 압력 조정기는 그것의 압력 셋 포인트에 의하여 정하여지는 압력으로 용기로부터 유체를 방출하도록 배치되어 있는 유체 저장 및 분배 겸용 용기에 상기 흐름 회로를 연결시키는 단계와;
용기가 유체 고갈 상태에 도달하였는지 또는 유체 고갈 상태에 접근하고 있는지를 결정하기 위하여 상기 압력 조정기의 압력 셋 포인트를 변동시키는 동안 흐름 회로 내의 압력 상승을 모니터링하는 단계
를 포함하는 유체 저장 및 분배 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태, 특징 및 실시예는 후술되는 설명 및 첨부 도면으로부터 더 완벽하게 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 횡단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 횡단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 횡단면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 횡단면도.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 횡단면도.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 도시한 매니폴드식 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략도.
1998년 4월 28일에 루핑 왕 및 글렌 엠, 톰 명의로 출원된 "유체 저장 및 가스 분배 겸용 장치"라는 제목의 미국 특허 출원 제09/067,393호의 개시 내용과, 1999년 4월 28일에 루핑 왕 및 글렌 엠 톰. 명의로 출원된 "유체 저장 및 분배 겸용 장치"라는 제목의 미국 특허 출원 제09/300,994호의 개시 내용을 모두 본 명세서에 참고로 인용한다.
본 발명은, 유체를 수용하는 용기와, 이 용기의 내부 공간에 위치하는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기와, 이 조정기의 셋 포인트에 의해 결정된 압력에서 유체를 분배하기 위해 상기 조정기와 유체 연통하는 분배 조립체와, 상기 용기의 내부 공간에 위치한 조정기의 셋 포인트의 원위치 조정을 위해 상기 용기의 외부에 위치하는 조정 조립체를 포함하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치에 관한 것이다.
그러한 구성에 의하면, 유체를 저장하는 작업과 분배하는 작업이 각각 상이 한 조정기 셋 포인트 압력을 갖는 것이 가능하며, 예를 들면 저장을 위한 대기압 미만의 셋 포인트와, 분배를 위한 대기압을 초과하는 셋 포인트를 가질 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치(10)의 개략적인 횡단면도이다.
이 유체 저장 및 분배 겸용 장치(10)는 저장 및 분배 겸용 용기(12)를 구비하며, 이 저장 및 분배 겸용 용기(12)는 그 용기의 내부 공간(18)을 협동하여 에워싸는 원통형 측벽(14)과 플로어(16)를 포함한다. 이들 측벽과 플로어는, 용기에 수용할 가스와, 장치의 최종 사용 환경과, 저장 및 분배에 사용하기 위해 용기 내에서 유지해야 하는 압력 수준에 맞는, 예를 들면 금속, 가스 불투과성 플라스틱, 섬유·수지 복합 재료 등과 같은 임의의 적절한 구성 재료로 형성될 수 있다.
상기 유체 저장 및 분배 겸용 장치(10)는 상단(20)에서 목부(21)를 구비하며, 이 목부는 그 목부의 내벽(23)으로 경계가 정해지는 포트 개구(22)를 형성하고 있다. 상기 내벽(23)에는 나사가 형성되거나, 밸브 헤드(25)와 짝을 이루어 맞물리기 위한 다른 방식의 상보적인 형상이 부여될 수 있으며, 이 때 상기 밸브 헤드(25)는 상기 내벽(23)과 짝을 이루어 맞물리기 위해 상보적으로 나사가 형성되거나 다른 방식의 형상이 부여된 밸브 본체(26)를 포함한다.
그런 방식으로, 밸브 헤드(25)는 밀봉 상태로 저장 및 분배 겸용 용기(12)와 맞물려서, 그 안에 있는 유체를 원하는 저장 상태로 내부 공간(18)에 수용한다.
상기 밸브 헤드 본체(26)에는, 저장 및 분배 겸용 용기(12) 내의 유체로부터 생기는 가스를 분배하기 위한 중심 수직 통로(28)가 안에 형성되어 있다. 이 중심 수직 통로(28)는, 도시된 바와 같이 가스 방출 포트(29)의 가스 방출 통로(30)와 연통하고 있다. 상기 밸브 헤드 본체는 핸드 휠(38)과 결합되어 있는 밸브 요소(27)를 수용하여, 가스가 중심 수직 통로(28)를 통해 가스 방출 포트(29)로 흐르도록 밸브를 선택적으로 수동 개방하거나, 가스가 중심 수직 통로(28)로부터 가스 방출 포트(29)로 흘러 분배되는 것이 정지되도록 밸브를 수동 폐쇄할 수 있게 한다. 따라서, 상기 밸브 요소(27)는 조정기의 하류에 배치되어, 용기로부터 분배된 유체가, 밸브 요소(27)를 포함하는 흐름 제어 밸브를 통해 흐르기 전에 조정기로 흐르게 한다.
핸드 휠 밸브 구동 요소를 대신해서, 공압 밸브 액츄에이터, 전자·기계적 밸브 액츄에이터와 같은 자동 밸브 액츄에이터나, 밸브 헤드 내의 밸브를 자동으로 개폐하기 위한 기타 적절한 수단을 마련할 수 있다.
또한, 상기 뱁브 헤드 본체(26)는 그 안에 형성된 충전 통로(32)도 수용하고 있으며, 이 충전 통로는 그 상단에서 충전 포트(34)와 연통한다. 도 1에는 그 충전 포트(34)에 포트 캡(36)이 씌워져 있는 것으로 도시되어 있으며, 그에 따르면, 용기가 충전 및 배치되어, 수용된 유체로부터 생기는 가스의 저장 및 분배를 위해 사용되고 있을 때 충전 포트가 오염 또는 손상으로부터 보호된다.
도시된 바와 같이, 상기 충전 통로는 그 하단에서 밸브 헤드 본체(26)를 그 바닥면에서 탈출하며, 따라서 용기에 수용할 유체의 공급원과 충전 포트(34)가 연결되었을 때, 유체가 충전 통로를 통해 저장 및 분배 겸용 용기(12)의 내부 공간(18) 내로 흐를 수 있다.
상기 밸브 헤드 본체(26)의 하단에는 연장관(40)이 연결되어 있는데, 이 연장관은 그 상부에 제1 입자 필터(39)를 선택적으로 수용하며, 그 하단(44)은 고효율 입자 필터(46)에 연결되어 있다. 도시된 바와 같이, 조정 가능한 압력 조정기(42)가 연장관(40)에 장착되어 있다. 상기 조정 가능한 압력 조정기(42)는 조정 가능한 셋 포인트 압력을 제공하는 임의 형태일 수 있으며, 예를 들면 스와켈로크사(오하이오주 솔론 소재)가 시판 중인 Swagelok HFD3B 조정기일 수 있다.
연장관(40)의 하단(44)에 있는 고효율 입자 필터(46)는, 조정기 요소들 및 상류 밸브 요소(27)가, 장치의 작동 중에 조정기 및 밸브를 통해 흐르는 유체와 관련될 수 있는 입자 또는 기타 오염종으로 오염되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 본 발명의 유체 저장 및 분배 겸용 장치는, 분배되는 가스의 높은 순도를 보장하기 위해, 연장관의 상부에 위치하여 추가적인 입자 제거 능력을 제공하는 선택적인 고효율 입자 필터(39)도 구비할 수 있다. 상기 조정 가능한 압력 조정기는, 그 조정기와 직렬 흐름 관계에 있는, 예를 들면 용기의 내부 공간으로부터, 장치의 밸브 헤드와 연결된 유체 분배 조립체까지의 유체 흐름 경로에서, 조정기의 하류뿐만 아니라 상류에도 위치하는, 적어도 하나의 입자 필터를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 조정 가능한 압력 조정기(42)용의 압력 조정 조립체(50)는 압력 조정 제어기(52)를 포함하며, 이 압력 조정 제어기는, 예를 들면 압력 조정 제어기(52)의 하우징 내부에 장착된 압축 불활성 가스의 소형 원통 또는 가압 불활성 가스의 공급원과 연결된 수동 구동식 제어기와, 조정기 압력 셋 포인트를 대기압 미만의 압력값으로 설정하기 위한 소형 진공 펌프를 포함할 수 있다. 대안으로서, 상기 압력 조정 제어기는, 필요에 따라 상기 조정 가능한 압력 조정기(42)의 셋 포인트를 설정하기 위해 그 압력 조정 제어기를 가압 가스 라인 또는 진공 라인과 선택적으로 연결하기 위한 피팅(fitting)과 같은 연결 구조를 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 압력 조정 제어기(52)는 조정 가능한 압력 조정기(42)를 위한 공압 제어기 역할을 하며, 밸브 본체(26) 내의 통로(56)와 가스 흐름 관계로 연결된 가스 도관(54)에 의해 상기 조정 가능한 압력 조정기와 가스 흐름 관계로 연결된다. 이렇게, 상기 조정 가능한 압력 조정기는 그 조정기에 압력 셋 포인트 결정 압력을 선택적으로 전달하도록 구성된 유체 흐름 제어기에 의해 셋 포인트 압력을 유체적으로 조정할 수 있다.
밸브 본체(26)의 바닥면에서는, 가스 흐름 라인(58)이 통로(56)와 그 상단에서 흐름 연통하는 상태로 밸브 본체와 연결되어 있다. 하단에서는 가스 흐름 라인(58)이 조정 가능한 압력 조정기와 연결되어 있다. 가스 흐름 라인(58)은 임의의 적절한 구성 재료로 임의의 적절한 치수 특징을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 조정기로 전술한 Swagelok HFD3B 조정기를 사용한다면, 가스 흐름 라인(58)은 내경이 1/8 인치인 배관을 포함할 수 있다.
따라서, 도 1의 실시 형태에 사용된 밸브 헤드(26)는 3 포트식 밸브 조립체를 구비하는데, 제1 포트는 가스 충전 포트(34)이고, 제2 포트는 가스 방출 포트(29)이며, 제3 포트는 조정기용의 압력 조정 포트이다.
작동 시에는, 대기압 초과 압력 셋 포인트를 결정하기 위해 가압 가스가 조 정기로 제어되면서 흐르게 하도록, 또는 가스 흐름 라인(58)이 연결된 조정기 셋 포인트 조정 포트에 제어된 흡입(진공 흡인)을 부여하기 위해, 조정 가능한 압력 조정기(42)의 셋 포인트를 수동으로 또는 압력 조정 제어기(52)의 자동 조정에 의해 용이하게 설정할 수 있다.
압력 조정기는, 유출 가스 압력을 정밀하게 제어하는 압력 감지 조립체의 일부로서, 포핏(poppet) 요소의 스템에 연결된 포핏 유지용 웨이퍼와 결합된 다이어프램 요소를 포함하는 형태이다. 유출 압력이 약간 증가하면 압력 감지 조립체가 수축하고, 유출 압력이 약간 감소하면 압력 감지 조립체가 팽창하며, 이 수축 또는 팽창은 포핏 요소를 병진 이동시켜 정밀한 압력 제어를 제공하는 역할을 한다. 압력 감지 조립체는 압력 조정 제어기(52)의 수동 위치 설정에 의해 결정되는 편향 압력(biasing pressure) 또는 진공에 의해 정해지는 셋 포인트를 갖는다.
도 1에 도시된 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 구성에 의하면, 조정 가능한 압력 조정기(42)의 압력 셋 포인트는, 예를 들면 저장중, 수송중, 그리고 공정 설비 내에서의 오프라인 상태와 같은 분배가 이루어지지 않는 상태를 위해, 조정기의 압력 설정 포트[가스 흐름 라인(58)과 연결된 조정기 포트]에 진공을 흡인하는 압력 조정 제어기(52)에 의해 대기압 수준 미만으로 설정될 수 있다.
가스의 능동 분배가 요구되면, 조정기 설정 압력을 압력 조정 제어기(52)의 수동 조정에 의해 대기압 초과 수준으로 조정하여, 셋 포인트를 결정하는 가스의 흐름이 가스 도관(54), 밸브 본체(26)내 통로(56), 그리고 가스 흐름 라인(58)을 통해 흐르게 한다. 이에 따라, 가스 도관(54), 통로(56) 및 가스 흐름 라인(58)이 협동하여, 조정기에 결합된 유체 흐름 회로를 형성한다.
따라서, 조정 가능한 압력 조정기(42)의 방출 압력 설정은 원하는 압력 수준으로 쉽게 변경할 수 있으며, 따라서 밸브 요소(27)가 개방되고 가스가 용기(12)로부터 분배될 때 가스가 용기로부터 방출되는 압력이 설정된다. 셋 포인트 압력은 대기압 미만의 압력으로부터 대기압을 초과하는 압력의 범위, 예를 들면 대략 1 Torr로부터 대략 2250 psig의 압력 셋 포인트 결정 범위에 있는 것이 유리하며, 대략 50 Torr로부터 대략 1500 psig의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
전형적인 구조에서는, 흐름 제어 밸브를 내장하고 있는 가스 방출 라인이 방출 포트(29)와 연결되고, 가스 방출 라인(도 1에는 도시하지 않았음) 내의 흐름 제어 밸브가 개방되어 가스가 용기(12)로부터 관련 공정 설비(예를 들면, 반도체 제조 설비 또는 기타 용도의 설비)로 흐르게 하며, 이 때는 유체 저장 및 분배 겸용 장치(10)가 분배 모드에 있다. 그러한 방식으로 분배된 가스는 조정 가능한 압력 조정기(42)의 셋 포인트에 의해 결정된 압력 상태에 있다.
전술한 유체 저장 및 분배 겸용 장치는, 저장 및 분배 겸용 용기(12)가 거의 비어 있는 상태를 결정하기 위해 분배된 가스의 압력을 모니터하도록 구성될 수도 있다. 가스 방출 포트(29)와 연결된 가스 방출 라인(도 1에는 도시하지 않았음) 내에 압력 변환기가 위치한다.
가스 방출 포트(29)와 연결된 가스 방출 라인 내의 압력은 조정기의 설정 압력에 의해 결정되기 때문에, 설정 압력이 증가하면, 가스 방출 라인 내의 압력 변환기가 판독하는 하류 압력이 상승하게 된다.
하류 압력이 외부의 압력 상승에 더 이상 응답하지 않는다면(이것은 조정기 압력 셋 포인트의 순차 증분 테스트의 증가에 의해 결정할 수 있음), 그러한 거동은 저장 및 분배 겸용 용기(12) 내의 압력이 설정 압력 이하라는 것을 의미한다. 그러면, 이 상태는 저장 및 분배 겸용 용기(12)가 거의 비어 있는 상태이고, 교체, 즉 새로운 유체 저장 및 분배 겸용 장치와 교환할 상태라는 것을 의미한다.
전술한 능력은, 본 발명의 실시에 있어 가스 공급 시스템의 교체 또는 전환 일정을 결정하기 위해, 가스 방출 라인 내의 압력 변환기가 시간의 함수로서 유체 저장 및 분배 겸용 용기로부터 유체가 고갈되었음을 나타내는 모니터링 데이터를 제공하도록, 유체 저장 및 분배 겸용 장치에 가스 캐비넷 컴퓨터 또는 프로그래머블 로직 컨프롤러(PLC) 제어/모니터링 시스템을 통합시킴으로써 쉽게 구현할 수 있다.
일반적으로, 유체 공급 및 분배 겸용 장치의 수송 및 취급 시에는, 셋 포인트 조정을 위해 조정기가 내부적으로 연결되는 밸브 본체의 압력 설정 포트에 흡입(진공)을 인가함으로써 조정기 압력 셋 포인트가 적절한 대기압 미만의 압력으로 설정된다. 조정기에 대해 대기압 미만의 셋 포인트가 고정되고 나면, 압력 조정 제어기(52) 내의 차단 밸브 또는 체크 밸브에 의해 밸브 본체가 폐쇄된다.
전술한 바와 같이, 압력 조정 제어기(52)는, 필요에 따라 기존의 진공원 또는 가압원에 연결하기 위해 제작 및 구성될 수 있다. 압력 셋 포인트 가스의 외부 공급원이 사용되는 경우에는, 유체 저장 및 분배 겸용 장치를 사용 환경, 예를 들면 반도체 제조 설비 중의 가스 캐비넷 내에 설치하고, 누설을 점검한다. 그 후, 외부 압력원을 압력 조정 제어기(52)에 연결하고, 그 제어기를 수동 또는 자동으로 조정하여 조정기의 압력 셋 포인트를 원하는 값으로 설정한다.
셋 포인트 가압 가스는 임의의 적절한 조성일 수 있으며, 질소, 아르곤, 헬륨 등과 같은 불활성 가스인 것이 바람직하다.
용기(12) 내의 유체가 소비되고 나면, 셋 포인트 가압 가스에 대한 압력을 대기압 미만의 압력으로 감소시켜서, 주위 압력보다 낮은 방출 압력 상태에 있는 연결용 흐름 회로로부터 유체 용기를 분리시켜, 용기가 연결용 흐름 회로로부터 분리될 때 유체가 용기로부터 고압으로 이탈할 가능성을 제거할 수 있다.
밸브 본체(26)에 별도의 충전 포트를 배치할 필요성을 제거하기 위해서, 내부에 위치한 조정기의 압력 설정을 조정 가능하게 설정할 수 있는 능력을 본 발명의 한 가지 실시 형태에 채용할 수 있다. 조정 가능한 압력 조정기(42)가 셋 포인트 압력 수준을 조정할 수 있게 되면, 그 조정기가 매우 높은 압력으로 설정되어, 고압 유체가 밸브 본체(26) 내의 분배 포트(29)를 통해 저장 및 분배 겸용 용기(12)에 채워지게 될 수 있다. 충전 후에는 조정기 셋 포인트를 안전에 필요한 수준으로 감소시킬 수 있다. 고압 충전 포트를 제거하면, 다음과 같은 관련된 잇점도 있다. (1) 밸브가 고장나거나 밸브가 절단되더라도, 밸브로부터 고압의 방출이 일어나지 않는데, 왜냐하면 셋 포인트 조정기 압력이 자동으로 대기압으로 설정되어 열리지 않게 된다. (2) 고압 충전 포트가 없으므로, 사용자가 부주의로 고압 밸브를 개방하여 심각한 고압 가스 방출을 일으키는 것이 불가능하다.
예시적인 2 포트식 밸브 본체 구조가 도 2에 도시되어 있는데, 참조의 편의 를 위해, 도 1과 대응하는 모든 요소와 특징에는 도 1에서와 동일한 도면 부호를 붙였다.
도시된 바와 같이, 도 2의 실시 형태의 밸브 본체(26)는 중심 수직 통로(28)와 연통하는 단일의 충전/방출 포트(29)와, 연장관(40)과, 고효율 입자 필터(46)를 구비한다. 충전 조작 중에, 조정기 셋 포인트는 고압 가스 또는 액체가 충전/방출 포트(29)를 통해 저장 및 분배 겸용 용기(12)로 흐를 수 있도록 적절한 고압값, 예를 들면 1500 psig로 조정될 수 있다. 충전 절차가 완료되고 나면, 저장 및 분배 겸용 장치가 안전 모드에 있도록 조정 가능한 압력 조정기(42)를 더 낮은 압력, 예를 들면 100 Torr로 설정한다. 용기 밸브(38)가 개방될 때 가스의 고압 방출은 없게 된다.
도 3은 또 다른 2 포트식 밸브 본체 실시 형태를 제공하는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 황단면도이다. 참조의 편의를 위해, 도 3에서 도 1 및 도 2에 해당하는 모든 요소와 특징에는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 3의 실시 형태와, 도 2에 도시된 2 포트식 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 차이점은, 도 3의 실시 형태는 별도의 분배 포트(29) 및 충전 포트(34)를 각각 구비하고, 충전 통로(32)가 밸브 본체(26)의 바닥면에서 가스 흐름 라인(57)과 연결되어 있다는 점이다. 가스 흐름 라인(57)은 밸브 본체(26)에 연결된 쪽과 반대쪽 단부에서 조정 가능한 압력 조정기(42)와 연결되어 있다.
이 구성에 의해서, 도 3의 실시 형태의 충전 포트는 용기의 최초 충전을 위 한 유체 공급원(도시하지 않았음)에 연결될 수 있다. 그러한 충전 조작을 위해서, 조정 가능한 셋 포인트 조정기(42)가 적절한 압력 셋 포인트로 설정되어, 충전된 유체가 충전 포트(34), 충전 통로(32), 가스 흐름 라인(57), 조정기(42), 연장관(40) 및 입자 필터(46)를 통해 용기(12)의 내부 공간(18)로 흐르게 할 수 있다.
충전에 이어, 충전 포트(34)를 조정용 가스, 예를 들면 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스의 공급원에 연결함으로써 조정 가능한 셋 포인트 조정기(42)의 셋 포인트를 조정할 수 있으며, 조정기의 셋 포인트를 장치의 후속 분배 조작에 필요한 값으로 조정 가능하게 설정할 수 있다.
그 후, 도 3의 실시 형태의 용기(12)는, 가스를 용기로부터 하류 이용 설비로 분배하는 데에 필요한 적절한 흐름 제어 및 모니터링 수단을 수용하고 있는 분배 조립체 또는 매니폴드에 가스 방출 포트(29)를 연결함으로써, 사용을 위해 배치하고 작동시킨다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 횡단면도이다. 도 4의 실시 형태는, 구조가 도 1의 실시 형태와 대체로 유사한 3 포트식 밸브 헤드 본체(26)를 구비한다. 도 4에서는, 참조의 편의를 위해, 도 1에 해당하는 모든 요소와 특징들에는 도 1과 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 4의 실시 형태는, 도 1의 유체 저장 및 분배 겸용 장치와는 달리, 조정 가능한 셋 포인트 조정기(42) 아래에 위치한 제2 조정기(70)를 구비하고, 이 제2 조정기(70)는 용기(12)로부터 [입자 필터(46), 조정기(70), 조정기(42), 연장관(40), 중심 수직 통로(28), 그리고 가스 방출 포트(29)의 가스 방출 통로(30)를 통해] 분배되는 유체의 흐름 경로 내에서 조정기(42)의 상류에 위치한다.
상기 제2 조정기(70)는, 조정 가능한 셋 포인트 조정기(42)와는 달리, 분배 및 유체 수용 작동을 지배하는, 특정 압력 셋 포인트에 고정 또는 설정된 설정 압력 조정기이다. 따라서, 제2 조정기(70)는 조정이 불가능한 고정 셋 포인트 특성을 갖는다. 동시에, 조정 가능한 셋 포인트 조정기(42)는 압력 조정 조립체(50)에 의해 조정이 가능하여, 장치 사용 중에 조정기(42)의 셋 포인트 압력을 선택적으로 변화시킨다.
도 4의 실시 형태에서 조정기(42)와 조정기(70)의 각 셋 포인트들은 특정의 원하는 최종 사용 용도에 맞는 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 제1 또는 "상류" 조정기(70)의 셋 포인트는 대략 20 psig 내지 대략 2500 psig의 범위에 있을 수 있는 반면, 제2 또는 "하류" 조정기(42)의 셋 포인트는 상류 조정기(70)의 셋 포인트를 초과하는 범위, 예를 들면 대략 1 torr 내지 2500 psig의 범위에서 선택적으로 조정될 수 있다.
한 가지 예시적인 실시 형태에 있어, 상류 조정기(70)의 셋 포인트는 대략 100 psig 내지 1500 psig의 범위에 있고, 하류 조정기(42)는 대략 100 torr 내지 대략 50 psig의 범위의 임의의 필요한 셋 포인트를 제공하도록 조정할 수 있으며, 이 때 상류 조정기의 압력 셋 포인트는 하류 조정기의 셋 포인트를 초과한다.
비록 조정기들의 셋 포인트가 서로에 대해 임의의 적절한 비율로 결정될 수 있지만, 한 가지 실시 형태에 따르면, 상류 조정기의 압력 셋 포인트가 하류 조정기의 셋 포인트(동일한 압력 측정 유닛으로 측정)의 적어도 두 배인 것이 유리하다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 개략적인 횡단면도이다. 도 5의 실시 형태는 구조가 도 1의 실시 형태와 대체로 유사한 3 포트식 밸브 헤드 본체(26)를 구비한다. 도 5에서는, 참조의 편의를 위해, 도 1에 해당하는 모든 요소 및 특징들에는 도 1과 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 5의 실시 형태는, 도 1의 유체 저장 및 분배 겸용 장치와는 달리, 조정 가능한 셋 포인트 조정기(42) 아래에 위치한 제2 조정기(72)를 구비하여, 저장 및 분배 겸용 용기(12)로부터 [입자 필터(46), 조정기(72), 조정기(42), 연장관(40), 중심 수직 통로(28), 그리고 가스 방출 포트(29)의 가스 방출 통로(30)를 통해] 분배되는 유체의 흐름 경로 내에서 제2 조정기(72)가 조정기(42)의 상류에 위치하게 된다.
도 5의 실시 형태는 별도의 분배 포트(29) 및 충전 포트(34)를 각각 구비하며, 충전 통로(32)는 밸브 본체(26)의 바닥면에서 가스 흐름 라인(74)에 연결되어 있다. 이 가스 흐름 라인(74)은 [밸브 본체(26)에 연결된 단부와] 반대쪽 단부에서 조정기(72)와 연결되어 있다.
이 구성에 의해서, 도 5의 실시 형태의 충전 포트는 용기의 최초 충전을 위한 유체 공급원(도시하지 않았음)에 연결될 수 있다. 그러한 충전 조작을 위해서, 조정 가능한 셋 포인트 조정기(72)가 적절한 압력 셋 포인트로 설정되어, 충전된 유체가 충전 포트(34), 충전 통로(32), 가스 흐름 라인(57), 조정기(72), 연장관(40) 및 입자 필터(46)를 통해 용기(12)의 내부 공간(18)으로 흐르게 할 수 있다.
충전에 이어, 충전 포트(34)를 조정용 가스, 예를 들면 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스의 공급원에 연결함으로써 조정 가능한 셋 포인트 조정기(72)의 셋 포인트를 조정할 수 있으며, 조정기의 셋 포인트를 장치의 후속 분배 조작에 필요한 값으로 조정 가능하게 설정할 수 있다.
동시에, 압력 조정 조립체(50)의 적절한 설정/조정을 통해, 조정기(42) 내의 조정기 셋 포인트 메커니즘에 압력 또는 진공을 인가함으로써 조정기(72)의 셋 포인트를 조정할 수 있다.
이 방식으로, 도 5의 이중 조정기 실시 형태의 각 셋 포인트 압력을 선택적으로 변화시켜, 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 최종의 특정 용도에 적절한, 그러한 조정기들에 대한 적절한 압력 셋 포인트 조합을 얻을 수 있다.
도 5의 실시 형태에서, 충전 후의 용기(12)는, 가스를 용기로부터 하류 이용 설비로 분배하는 데에 필요한 적절한 흐름 제어 및 모니터링 겸용 수단을 수용하고 있는 분배 조립체 또는 매니폴드에 가스 방출 포트(29)를 연결함으로써 작동된다.
도 5에 도시된 유체 저장 및 분배 겸용 장치를 수정한 또 다른 변형 실시 형태로서, 밸브 헤드 본체의 두 조정기 조정 포트를 공통의 조정 가스 공급원에 연결할 수 있다. 그러한 조정 가스 공급원은 각 조정기(42 및 72)의 셋 포인트를 독립하여 개별적으로 공압식으로 조정할 수 있도록, 즉 다른 조정기의 셋 포인트에 무 관하게 각 조정기의 셋 포인트를 선택적으로 변화시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
또 다른 변형례로서, 전술한 공통의 조정 가스 공급원을, 적절한 마이크로프로세서 또는 컴퓨터 제어(도시하지 않았음)에 의해, 각각의 개별적인 셋 포인트 압력을 서로에 대한 미리 정해진 비율로, 또는 미리 정해진 범위 내에서 유지하는 "오버라이드(override)" 기능을 제공하도록 구성 및 배치할 수 있다.
따라서, 본 발명은 단일의 내부에 위치하는 조정기식의 유체 저장 및 분배 겸용 장치과, 다중 조정기식 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 제공을 안출한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따른 매니폴드식 유체 저장 및 분배 겸용 장치(100)의 개략도이다. 이 장치에서는, 후술하는 방식대로 용기의 충전 상태를 모니터할 수 있어, 용기가 고갈되어 가는 것(용기에 수용된 유체가 거의 없는 상태로 고갈되는 것)을 검출할 수 있으므로, 유체 저장 및 분배 겸용 용기를 교체하거나, 해당 매니폴드식 장치에 유지되어 있는 다른 용기로 전환해야 하는 필요를 충족시킨다.
도시된 도 6의 장치는 압축 액체 가스(104)와 같은 유체를 수용하고 있는 유체 저장 및 분배 겸용 용기(102)를 포함한다. 이 용기(102)에는 용기의 넥 포트(neck port)에 장착되어 있는 밸브 헤드 조립체(106)가 장착된다. 이 구성에서 밸브 헤드 조립체(106)는 2 포트식 밸브 헤드 구성이다. 이 밸브 헤드 조립체의 포트 중 하나는 분배 라인(108)을 수용하며, 이 분배 라인(108)은 용기의 내부 공간 내로 연장되어 내부 조정기 조립체(112)와 (압력이 제어되는 관계로) 결합되어 있다.
조정기 조립체(112)는, 도 6에 대략 도시된 바와 같이 단일 조정기 장치를 포함하거나, 다중 조정기 장치, 예를 들면 도 4 및 도 5와 관련하여 전술한 바와 같은 형태를 포함할 수 있다. 조정기 조립체는 조정 라인(110)에 연결되며, 이 조정 라인(110)을 통해 진공 또는 가압 가스가 흘러, 조정기를 필요한 조정을 가능하게 하여 후속 동작의 미리 정해진 셋 포인트를 달성함으로써, 분배되는 가스의 방출 압력이 제어되도록 한다.
조정 라인(110)은 블리드 다운(bleed-down) 흐름 제어 오리피스(118)를 내장한 라인(116)에 연결된 3 방향 밸브(114)를 수용하고 있다. 조정 라인(110)에는, 예를 들면 MKS 640 EPR 유닛(MKS 인스트루먼츠사로 시판 중임)을 포함할 수 있는 전자식 압력 조정기(EPR)(122)가 연결되어 있다. 이 전자식 압력 조정기(122)는 조정 라인(156)에도 연결되어 있어, 조정 라인(110 및 156)을 통과하는 흐름이 EPR(122)에 의해 조절된다.
EPR(122)은 조정 라인(110) 및 조정 라인(156) 내의 압력 상태를 동시에 모니터하고, 그에 응답하여 해당 신호를 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)(126)로 통하는 신호 전달 라인(124)에 입력한다.
분배 라인(108)에는 이중 포트식 체크 밸브(120)에 의해 분배 라인(128)이 연결되어 있다. 분배 라인(128)은 3 방향 밸브(132), 압력 변환기(134), 2 방향 밸브(138), 2 방향 수동 밸브(140) 및 압력 변환기(142)를 수용한다. 압력 변환기(134)에는 신호 전달 라인(136)에 의해 PLC(126)가 신호 입력 관계로 연결되어 있다. 마찬가지로, 압력 변환기(142)에는 신호 전달 라인(144)에 의해 PLC(126)가 신호 입력 관계로 연결되어 있다. 2 방향 밸브(138)는 자동 차단 밸브이고, 2 방향 수동 밸브(140)는 수동 차단 밸브이다.
상기 3 방향 밸브(132)는, 조정 가능한 압력 조정기(172)와 흐름 제어 오리피스(174)를 내장한 퍼지 가스 라인(148)에도 연결되어 있다. 조정 가능한 압력 조정기(172)는, 예를 들면 베리플로(Veriflo) 압력 조정기를 포함할 수 있다. 퍼지 가스 라인(148)은 질소나 기타 적절한 퍼지 가스종과 같은 퍼지 가스의 적절한 공급원(도시하지 않았음)에 연결될 수 있다.
조정 가능한 압력 조정기(172)는 압력 모니터링 신호를 신호 전달 라인(178)을 통해 PLC(126)에 입력하는 압력 센서(176)에 연결되어 있다. 퍼지 가스 라인(148)은 벤츄리 라인(146)이 있는 분기 라인(150)에 연결되어 있다. 벤츄리 라인(146)은 진공 스위치(160)를 내장하고 있다. 이 진공 스위치(160)은 신호 전달 라인(162)에 의해 PLC(126)에 연결되어 있다.
벤츄리 라인(146)은 벤츄리(164)에 연결되어 있고, 이 벤츄리(164)는, 예를 들면 Venturi Vacuum Generator(AP Tech사가 시판 중임)와 같은 임의의 적절한 형태일 수 있다. 벤츄리(164)의 출구는 벤츄리 배기 라인(166)에 연결되어 있다. 벤츄리의 입구는 2 방향 밸브(170)를 내장한 벤츄리 유입 라인(168)에 연결되어 있다.
흐름 제어 오리피스(118)는, 예를 들면 Bird 0.004 인치 VCR 3 lpm(분당 리터) 제약 흐름 오리피스와 같은 임의의 적절한 형태일 수 있다. 마찬가지로, 흐름 제어 오리피스(174)도, 예를 들면 Bird 0.034 인치 25 lpm 제약 흐름 오리피스와 같은 임의의 적절한 형태일 수 있다. 도 6의 매니폴드식 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 구성품들은 폭넓게 변할 수 있으며, 매니폴드 흐름 회로도 마찬가지로 본 발명의 광범위한 실시에 따라 폭넓게 변할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 6의 매니폴드식 유체 저장 및 분배 겸용 장치의 한 가지 실시 형태의 작동을 공정 단계의 예시적인 순서에 대해 후술한다. 이하의 내용에서, "피그테일(pigtail)"이라는 용어는 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내로 하향 연장되도록 배치된 충전/분배 및 조정기 조정 라인을 의미한다.
단계 1. 밸브(120 및 114)를 밸브 헤드 조립체(106)로부터의 라인과 연결함으로써 유체 저장 및 분배 겸용 용기(102)를 매니폴드 흐름 회로에 결합시킨다.
단계 2. 피그테일을 펌핑 및 가압함으로써 사이클 퍼지를 개시한다.
(1) 밸브(170)를 개방하여 벤츄리 펌프(164)를 작동시키고, 피그테일로 통하는 밸브(130)를 개방하며, 밸브(120)를 개방한다.
(2) 압력 변환기(134)에 의해 판독된 진공값이 원하는 수준(예를 들면 100 torr)에 도달하면, 피그테일로 통하는 밸브(130)를 폐쇄한다.
(3) 피그테일로 통하는 밸브(132)를 개방하여 원하는 압력(예를 들면 20 psig)으로 라인을 가압한다.
(4) 피그테일로 통하는 밸브(132)를 폐쇄하고, 피그테일로 통하는 밸브(130)를 개방하여 피그테일을 배기시킨다.
(5) (1) 단계 내지 (4) 단계를 20 내지 60회 반복한다.
(6) 피그테일로 통하는 밸브(132 및 130)를 폐쇄한다.
단계 3 밸브(138 및 140)를 개방하고, A 출구에 진공 펑프를 사용하여 피그테일을 추가로 펌핑한다(예를 들면, 하류 반도체 제조 설비의 공구 펌프).
단계 4 압력 변환기(134 및 142)에서 모니터되는 압력이 원하는 수준(예를 들면 0.1 torr)에 도달하면, 밸브(138 및 140)를 폐쇄한다.
단계 5 밸브(114 및 154)를 통해 용기 설정 압력 라인(156)을 벤츄리 펌핑한다.
단계 6 EPR 유닛(122)이 읽은 압력값이 600 torr 미만이면, 밸브(154)를 폐쇄한다.
단계 7 용기 밸브[가스 방출 밸브(120)와 설정 압력 포트 밸브(114) 모두]를 개방한다.
단계 8 압력 변환기(134)가 읽은 압력값이 760 torr 미만이면, PLC(126) 및 밸브(152)를 통해 EPR(122)을 원하는 수준에 설정한다.
단계 9 밸브(138 및 140)를 개방하여, 가스를 유체 저장 및 분배 겸용 용기(102)로부터 A 출구(예를 들면, 반도체 제조 공구와 같은 하류의 가스 이용 설비)로 이송시킨다.
단계 10 유체 저장 및 분배 겸용 용기(102)가 사용되지 않으면(예를 들면, 하류의 공구가 휴지 상태이거나, 비소비 모드일 때), EPR 설정을 20 내지 30 psig 증가시킨다.
단계 11 압력 변환기(134)가 압력 증가에 응답하면, EPR 유닛(122)을 리 셋하고, 설정 압력을 원설정(예를 들면 50 psig)으로 되돌려, 경고가 전달되지 않게 한다.
단계 12 압력 변환기(134)가 압력 증가에 응답하지 않으면, 용기가 거의 비었다는 경고를 PLC 유닛(126)에 의해 보낸다.
그렇게 PLC 유닛(126)에 의해 전송된 경고는, 예를 들면 시각적 경고 및/또는 음향 경고와 같은 임의의 적절한 형태일 수 있다.
도 6의 매니폴드식 유체 저장 및 분배 겸용 장치에서, 다양한 밸브들은 사이클 시간 제어 수단과 통합될 수 있다. 예를 들면, PLC(126)는 매니폴드 내의 밸브를 사이클 시간 순서로 선택적으로 작동시켜, 저장 및 분배 겸용 용기(102) 내에 수용되는 유체의 고갈의 개시를 결정하기 위해 매니폴드 퍼징, 가압, 능동 분배 및 압력 시험을 가능하게 할 수 있도록 프로그래밍될 수 있게 구성될 수 있다.
따라서, 도 6의 장치는, 셋 포인트 조정기 압력을 증가시키고, 그에 따라 용기와 관련된 흐름 회로(매니폴드) 내에서 압력이 증가하는 것을 결정하기 위해 흐름 회로 내의 압력 수준을 감지하는 공정에 의해, 원통의 충전 수준의 모니터링을 용이하게 한다. 그후, 압력 증가, 또는 증가 속도를 모니터하여, 그러한 모니터된 특성이 용기로 유체가 적절하기 공급되는 수준 미만인지의 여부를 결정하게 할 수 있다. 모니터된 특성이 그러한 임계치 미만이어서, 유체의 공급이 압력 상승 및/또는 압력 상승 속도를 발생시키기에 더 이상 적절하지 않다는 것을 알게 되면, 그러한 "고갈 시작" 상태를 적절한 알람, 데이터 또는 기록에 의해, 또는 차단 또는 전환 메커니즘의 작동에 의해 출력하여 고갈된 용기를 오프라인 상태로 만들며, 선 택적으로는 연속 동작을 위해 새로운 용기를 개방한다.
본 발명의 유체 저장 및 분배 겸용 장치 및 방법에 있어서, 유체 저장 및 분배 겸용 용기에 수용되고 그 용기로부터 분배되는 유체는, 임의의 적절한 유체 저장 상태로 용기 중에 수용되는 임의의 적절한 유체 매질일 수 있다. 예를 들면, 유체는 분배될 가스의 공급원으로서, 유체 압력 조정기 요소에 의해 결정되는 셋 포인트 압력 상태에 있는 고압 가스 또는 선택적으로 액체일 수 있다. 따라서, 가스 공급원은 본 발명의 주어진 최종 이용 용도에 필요한 대로, 고압 가스 또는 액화 가스일 수 있다.
본 발명의 유체 저장 및 분배 겸용 용기에 이용되는 유체는, 예를 들면 반도체 제조 작업을 위한 수소화물 유체를 포함할 수 있다. 그러한 형태의 예시적인 수소화물 유체로는 아르신(arsine), 포스핀(phosphine), 스티빈(stibine), 실란(silane), 클로로실란(chlorosilane) 및 디보란(diborane)이 있다. 할라이드 에칭제, 세정제, 소스 시제 등으로서 반도체 제조 작업에 유용한 불화수소, 삼염화붕소, 삼불화붕소, 염화수소, 할로겐화 실란(예를 들면, SiF4) 및 디실란(disilane)(예를 들면, Si2F6)과 같은 산성 가스를 비롯한 반도체 제조 작업에 유용한 다른 유체를 이용할 수도 있다.
비록 도 1에 도시된 저장 및 분배 겸용 용기(12)는, 분배될 유체로 용기를 채우기 전에 내부 공간(18)이 비어 있는 상태인 것으로 도시되어 있지만, 용기에 저장되는 유체로부터 불순물 또는 오염물을 제거하거나, 저장되는 유체를 수착 가 능하게 수용한 뒤, 후속의 분배 작동 시에 방출(탈착)하기 위해, 용기가 흡수재를 수용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에 예시적으로 기재되어 있는 다양한 특징 및 양태들은, 특정 용도 조건에 맞는 유용한 공급원 유체 장치를 구성하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치를 제공하기 위해 별도로, 또는 서로 다양한 순열 또는 조합을 이루어 이용할 수 있다.
따라서, 비록 본 발명을 특정 요소, 특징 및 실시 형태를 참조하면서 예시적으로 설명하였지만, 본 발명은 구조나 동작에 있어 그에 한정되지 않으며, 당업자에게라면 포괄적인 변형, 수정 및 실시 형태가 자명할 것이므로, 본 발명은 본 명세서의 개시 내용에 맞게 폭넓게 해석해야 한다는 것을 이해할 것이다.

Claims (50)

  1. 유체를 수용하기 위한 내부 공간을 포위하며 개구를 구비하고 있는 유체 저장 및 분배 겸용 용기와;
    상기 개구와 유체 흐름이 연통되게 접속되고 유체를 선택적으로 분배하도록 배치된 유체 분배 조립체와;
    상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내에 위치하고 유체를 선택적으로 분배하는 동안 유체가 통과하여 상기 유체 분배 조립체로 셋 포인트로 정해진 압력으로 흐르도록 배치되어 있는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기와;
    상기 유체 저장 및 분배 겸용 조립체의 외부에 위치하고, 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기의 셋 포인트를 선택적으로 변동시키도록 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기에 제어 가능하게 연결된 셋 포인트 조정 수단
    을 구비하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정기의 셋 포인트는 흐름적으로 조정 가능한 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 용기 외부의 상기 셋 포인트 조정 수단은 상기 조정기로 압력 셋 포인트 결정 압력을 선택적으로 전달하도록 배치된 유체 흐름 제어기를 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유체 흐름 제어기는 상기 유체 흐름 회로에 의하여 상기 조정기에 연결되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 압력 셋 포인트 결정 압력은 대기압 미만의 압력으로부터 대기압 초과 압력까지의 압력 범위를 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압력 셋 포인트 결정 범위는 약 1 Torr 내지 약 2250 psig 범위 내에 있는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 개구 내의 밸브 헤드를 더 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 밸브 헤드는 제1 유체 충전 포트와 제2 유체 방출 포트 및 조정기용 제3 유체 흐름 조정 포트를 구비한 3-포트 밸브 헤드로 구성되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 밸브 헤드는 제1 유체 충전/유체 방출 포트와 조정기용의 제2 유체 흐름 조정 포트를 구비한 2-포트 밸브 헤드로 구성되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 외부의 셋 포인트 조정 수단은 상기 밸브 헤드 내의 유체 흐름 조정 통로와 흐름 연통 관계로 연결된 유체 흐름 제어기를 포함하고, 상기 밸브 헤드 내의 유체 흐름 조정 통로는 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기의 압력 셋 포인트 조정을 위하여 유체 흐름 조정 통로를 조정기와 연결시키는 유체 흐름 라인과 연결되어 있는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기는 출구 압력의 강하에 응답하여 팽창하고 출구 압력의 상승에 응답하여 수축함으로써 분배 중의 압력 셋 포인트를 응답식으로 유지시키도록 배치된 압력 감지 조립체를 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 셋 포인트 압력 조정기는 그 조정기의 출구 압력에 응답하여 병진 이동하여, 상기 선택적인 분배를 위하여 선택된 셋 포인트 압력을 응답식으로 유지시킬 수 있는 다이어프램 요소를 구비하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내의 조정 기와 직렬 흐름 관계의 하나 이상의 입자 필터를 더 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 조정기는 상기 유체 분배 조립체와 유체 흐름 연통되는 연장관 상에 장착되고, 상기 조정기는 용기의 내부 공간으로부터 유체 분배 조립체로 흐르는 유체의 압력을 제어하며, 입자 필터는 상기 연장관의 입구부에 장착되고 제2 입자 필터는 조정기의 하류에서 상기 연장관에 장착되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 셋 포인트 조정 수단은 공압 조정 수단을 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 셋 포인트 조정 수단은 조정기의 압력 셋 포인트의 조정을 위한 가압 가스 공급원을 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 셋 포인트 조정 수단은 조정기의 압력 셋 포인트 조정을 위한 진공 공급원을 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 셋 포인트 조정 수단은 상기 조정기의 압력 셋 포인트를 대기압 미만의 압력과 대기압 초과 압력 사이에서 선택적으로 변동시키도록 배 치되어 있는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 셋 포인트 조정 수단은 수동식으로 조작 가능한 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 셋 포인트 조정 수단은 자동식으로 조작 가능한 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  21. 제1항에 있어서, 유체 분배 조립체 또는 그 하류의 흐름 라인과 연결된 압력 모니터링 장치를 더 포함하고, 이 압력 모니터링 장치는 유체 저장 및 분배 겸용 용기로부터의 유체의 고갈에서 거의 고갈된 상태에 이르기까지를 표시하는 구조로서 조정기와 작동적으로 연결되어 있는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 개구에 밸브 헤드를 더 구비하며, 상기 밸브 헤드는 그 내부의 유체 방출 흐름 통로 내의 흐름 제어 밸브와 이 흐름 제어 밸브용의 밸브 액츄에이터를 구비하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 밸브 액츄에이터는 수동 손잡이식 액츄에이터인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 밸브 액츄에이터는 자동식 밸브 액츄에이터인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  25. 제1항에 있어서, 용기의 내부 공간에 담긴 유체를 더 포함하며, 이 유체는 압축 액화 가스 및 압축 가스로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  26. 제1항에 있어서, 용기의 내부 공간에 담긴 유체를 더 포함하며, 이 유체는 아르신, 포스핀, 스티빈, 실란, 디보란, 불화수소, 3염화붕소, 3불화붕소, 염화수소, 할로겐화 실란 및 디실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  27. 제1항에 있어서, 용기의 내부 공간에 담긴 유체를 더 포함하며, 이 유체는 아르신, 3염화붕소 및 3불화붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  28. 청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내에 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기와 직렬로 제2의 셋 포인트 압력 조정기를 더 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  29. 청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제28항에 있어서, 상기 제2 셋 포인트 압력 조정기는 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기의 상류에 위치하며, 이에 따라 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기로부터 방출된 유체는 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기를 통해서 흐르기 전에 상기 제2의 셋 포인트 압력 조정기를 통해서 흐르는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  30. 청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제28항에 있어서, 상기 제2 셋 포인트 압력 조정기는 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내에서 조정 불가능한 고정식 셋 포인트 조정기인 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  31. 청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제28항에 있어서, 상기 제2 셋 포인트 압력 조정기는 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내에서 조정 가능한 조정식 셋 포인트 조정기인 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  32. 청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제31항에 있어서, 상기 셋 포인트 조정 수단은 각각의 상기 셋 포인트 조정기를 독립적으로 조정하는 수단을 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  33. 청구항 33은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제29항에 있어서, 상기 제2 셋 포인트 압력 조정기는 압력 셋 포인트가 약 20 psig 내지 약 2500 psig 범위이며, 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기는 압력 셋 포인트가 약 1 Torr 내지 2500 psig 범위이고, 상기 제2 셋 포인트 압력 조정기의 셋 포인트가 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기의 압력 셋 포인트보다 높은 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  34. 청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제33항에 있어서, 상기 제2 셋 포인트 압력 조정기의 압력 셋 포인트는 상기 조정 가능한 압력 셋 포인트 조정기의 압력 셋 포인트의 2배 이상인 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  35. 청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    유체를 수용하기 위한 내부 공간을 포위하며 개구를 구비하고 있는 유체 저장 및 분배 겸용 용기와;
    상기 개구와 유체 흐름이 연통되게 접속되고 유체를 선택적으로 분배하도록 배치된 유체 분배 조립체와;
    상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내에 위치하고 유체를 선택적으로 분배하는 동안 유체가 통과하여 상기 유체 분배 조립체로 예정된 압력 셋 포인트로 흐르도록 배치되어 있는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기와;
    상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내의 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기를 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 외부에 있는 압력 셋 포인트 조정 수단과 연결시키는 수단
    을 구비하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  36. 청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제35항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내의 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기를 연결시키는 수단은, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 내부 공간 내의 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기와, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 외부에 있는 압력 셋 포인트 조정 수단을 서로 연결하는 유체 흐름 회로를 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  37. 청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    가스 분배용 흐름 회로와, 조정 가능한 셋 포인트 조정기를 포함하는 유체 저장 및 분배 겸용 용기로서, 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기는 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내부에 위치하여 유체가 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기로부터 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기의 압력 셋 포인트에 의해 결정되는 방출 압력으로 방출되도록 구성되어 있는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 용기와, 상기 조정기의 압력 셋 포인트를 변화시키기 위한 수단과, 상기 용기가 유체 고갈 상태에 도달하였거나 유체 고갈 상태에 접근하고 있는지 여부를 결정하기 위해 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기의 압력 셋 포인트를 변화시키면서 상기 흐름 회로 내의 압력 상승을 모니터링하는 수단을 포함하는 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  38. 청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제37항에 있어서, 상기 모니터링 수단이 알람에 작동적으로 연결되어 있어, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기가 유체 고갈 상태에 도달하였거나 유체 고갈 상태에 접근하고 있는 때에 상기 알람이 작동되는 것인 유체 저장 및 분배 겸용 장치.
  39. 유체 저장 및 분배 겸용 용기로부터의 유체의 분배 중에 유체를 소정의 셋 포인트 압력으로 통과시키도록 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내에 배치되는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기에 대해서, 유체를 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내에 가두어두는 단계와;
    상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기의 셋 포인트를 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 외부의 궤적으로부터 선택적으로 조정하고, 그 조정에 이어 선택된 압력 셋 포인트를 제공하는 단계
    를 포함하는 사용 유체의 공급 방법.
  40. 제39항에 있어서, 분배 작동 전의 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기의 저장 또는 수송 중에, 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기의 셋 포인트를 대기압 미만의 압력으로 설정하는 단계를 포함하는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  41. 제39항에 있어서, 상기 조정은 상기 대기압 미만의 압력으로부터 상기 분배 작동을 위한 대기압을 초과하는 압력까지인 것인 사용 유체의 공급 방법.
  42. 청구항 42은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제39항에 있어서, 분배된 유체를 반도체 제조에 사용하는 단계를 더 포함하는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  43. 제39항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내의 유체는 압축 액화 가스 및 압축 가스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  44. 제39항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내의 유체는 아르신, 포스핀, 스티빈, 실란, 디보란, 불화수소, 3염화붕소, 3불화붕소, 염화수소, 할로겐화 실란 및 디실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 액체를 포함하는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  45. 청구항 45은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제39항에 있어서, 상기 용기 내에 수용되는 유체는 아르신, 3염화붕소 및 3불화붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 액체를 포함하는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  46. 청구항 46은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제39항에 있어서, 상기 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기는 제2 압력 조정기와 직렬로 배치되는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  47. 청구항 47은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제46항에 있어서, 상기 제2 압력 조정기는 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기 내에서 조정이 불가능한 고정식 셋 포인트 조정기를 포함하는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  48. 청구항 48은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제46항에 있어서, 상기 제2 압력 조정기는 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정 기를 포함하는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  49. 청구항 49은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제46항에 있어서, 상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기로부터 분배되는 유체는 반도체 제조 장치로 흐르는 것인 사용 유체의 공급 방법.
  50. 가스 분배용 흐름 회로를 마련하는 단계와,
    내부에 배치된 조정 가능한 셋 포인트 압력 조정기를 포함하고, 이 압력 조정기는 그것의 압력 셋 포인트에 의하여 정하여지는 압력으로 용기로부터 유체를 방출하도록 배치되어 있는 유체 저장 및 분배 겸용 용기에 상기 흐름 회로를 연결시키는 단계와;
    상기 유체 저장 및 분배 겸용 용기가 유체 고갈 상태에 도달하였거나 접근하고 있는지 여부를 결정하기 위해 상기 조정 가능한 셋 포인트 조정기의 압력 셋 포인트를 변화시키면서 상기 흐름 회로 내의 압력 상승을 모니터링하는 단계
    를 포함하는 유체 저장 및 분배 방법.
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