Brevet FR3039622A1 — publié le 20170203

L'invention est relative à un dispositif de distribution d'un gaz de travail et à une installation de fourniture de tels gaz, utilisés pour amener les gaz mis en oeuvre dans les procédés de différentes industries telles que les industries du semi-conducteur, du photovoltaïque, des LED, des écrans plats ou toute autre industrie comme les industries minières ou pharmaceutiques, de la bouteille à l'équipement ou réacteur utilisé pour ces procédés. La mise en oeuvre de ces procédés nécessite souvent l'utilisation de gaz dangereux de haute qualité réclamant par exemple des purges automatiques et une distribution continue. Par exemple, la fabrication de circuits électroniques nécessite l'utilisation de divers gaz dits "de travail" comme par exemple C12, NH3, HCI, HBr, NF3 ou WF6 etc. qui sont considérés pour la plupart comme dangereux pour l'homme du fait de leur toxicité et/ou de leur inflammabilité. Beaucoup d'installations industrielles exigent un équipement capable de commander automatiquement l'approvisionnement en gaz et fluides de certains équipements. En particulier, la fabrication des circuits intégrés inclut généralement plusieurs procédés tels que, par exemple, la déposition en phase vapeur dans laquelle une variété de gaz est amenée dans une chambre de réaction dans laquelle est confiné un substrat de semi-conducteur. La température et la pression de dépôt des diverses couches de matériaux développés pour créer les modèles tridimensionnels de circuits intégrés sont soigneusement contrôlées dans cette enceinte. Toutes les substances transportées dans et hors de la chambre de réaction doivent être constamment surveillées, puisque les proportions des différents réactifs qui constituent l'atmosphère de vapeur déterminent finalement les dimensions physiques des éléments qui composeront collectivement un circuit électrique simple et vaste sur un morceau minuscule de silicium, notamment des transistors, des condensateurs, et des résistances. Une des plus grandes causes de mauvais fonctionnement des circuits intégrés est attribuable aux particules de poussière microscopiques qui contaminent la zone de travail où le circuit est fabriqué. Un corps étranger 3039622 2 minuscule peut endommager un circuit très cher et le rendre inutilisable. Afin de se protéger d'une telle contamination particulaire, les fabricants de semiconducteurs fabriquent leurs produits dans un environnement de "salle blanche" protégée. 5 L'air admis dans une salle blanche est d'abord filtré, éliminant ainsi presque entièrement les particules de poussière non désirées. Les techniciens qui travaillent dans ces environnements, portent une tenue et des masques spéciaux qui empêchent l'introduction de substances qui endommageraient leur travail méticuleux. Les coûts liés à la maintenance et au bon fonctionnement de cet 10 environnement fortement spécialisé sont considérables. En conséquence, tout l'espace d'une salle blanche doit être utilisé le plus efficacement possible. Outre ce besoin critique, les produits chimiques utilisés doivent être distribués avec grand soin. Les produits chimiques liquides ainsi que les gaz spéciaux utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs sont souvent toxiques. Les 15 dispositifs choisis pour distribuer ces produits potentiellement dangereux, doivent assurer un usage fiable, protégé de la corrosion ou de la fuite. Des « gas cabinets » standards sont surtout utilisables de manière courante et fiable pour des applications de production et de distribution à longue durée. Ces systèmes sont installés intégralement dans des grandes armoires dans des pièces 20 dédiées pouvant se trouver à plusieurs dizaines de mètres de l'équipement auquel ils sont raccordés. Le développement d'une installation de distribution de gaz ayant son agencement optimisé, utilisable avec n'importe quelle bouteille de gaz, sûre, à commande automatisée intelligente, utilisable dans des procédés de différentes 25 industries telles que les industries du semi-conducteur, du photovoltaïque, des LED, des écrans plats ou toute autre industrie comme les industries minières ou pharmaceutiques, de la bouteille à l'équipement ou réacteur utilisé pour ces procédés, constituerait un progrès technologique important. La mise en oeuvre d'un dispositif si innovateur satisferait à un long besoin dans de telles industries. 30 Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, la présente invention a pour objet une installation de fourniture de gaz munie d'une enceinte d'isolation comprenant une paroi arrière et deux parois latérales ainsi que d'une porte pivotant autour d'un axe vertical pour permettre 3039622 3 l'ouverture et la fermeture de l'enceinte, ladite installation comprenant deux blocs multifonctions, abritant un circuit de fluide, fixés sur ladite paroi arrière à l'intérieure de ladite enceinte et comprenant chacun: - un unique détendeur haute pression, 5 - un système de purge constitué de trois vannes basse pression, - un moyen de connexion fluidique vers le contenu d'une bouteille, - une sortie permettant l'alimentation en gaz d'un équipement, caractérisée en ce que le détendeur haute pression est situé en amont du système de purge et en ce que la surface de l'empreinte murale de chaque bloc 10 multifonctions sur ladite paroi arrière est inférieure à 270 cm2, de préférence inférieure à 220 cm2. Par gaz spéciaux on entend tous les gaz généralement utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Il peut s'agir de gaz inertes, toxiques, corrosifs, ou pyrophoriques. Ces gaz spéciaux peuvent être choisis parmi : HF, WF6, BCI3, 15 CIF3, DCS, 3MS, C4F6, C4F80, C4F8, Butane, SO2, C12, C3F8, NH3, Propane, SF6, HBr, C2F6, CH3F, HCI, CHF3, N20 contenus dans une bouteille B sous forme liquéfiée, ou encore parmi F2, PH3, B2H6, NO, NF3, SiH4, CF4, CH4, CO contenus dans la bouteille B sous forme comprimée. Ainsi selon la nature du gaz à distribuer et son état, liquéfié ou comprimé, la pression à l'intérieur des 20 bouteilles B et B' est comprise entre 0 bar et 200 bars. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - Installation telle que définie ci-dessus caractérisée en ce que deux bouteilles de gaz sont contenues dans l'enceinte, chacune des deux bouteilles 25 étant reliée à un des deux blocs multifonctions. - Installation telle que définie ci-dessus comprenant en outre un générateur de vide. - Installation telle que définie ci-dessus caractérisée en ce que le système de purge est un système dit de purge en croix comprenant un premier conduit dit 30 de pressurisation, un deuxième conduit de sortie permettant de faire le vide et un troisième conduit d'extraction permettant d'acheminer le gaz à distribuer vers un équipement, les trois conduits étant reliés en un point A situé en aval du détendeur. 3039622 4 - Installation telle que définie ci-dessus caractérisée en ce que les blocs multifonctions comprennent en outre un capteur de pression en amont du détendeur. - Installation telle que définie ci-dessus caractérisée en ce que les blocs 5 multifonctions comprennent en outre un capteur de pression en aval du détendeur. - Installation telle que définie ci-dessus caractérisée en ce que le capteur de pression est en amont du système de purge. - Installation telle que définie ci-dessus caractérisée en ce qu'elle comprend un raccord situé sur une de ses parois extérieures pouvant être 10 connecté à un système d'extraction. - Installation telle que définie ci-dessus caractérisée en ce qu'elle comprenant un système de commande permettant l'actionnement des vannes pneumatiques, la gestion des capteurs de pression et des cycles de purge. - Installation telle que définie ci-dessus, caractérisée en ce que le système 15 de commande contient un port de communication choisi parmi un émetteur-récepteur sans fil, un port ethernet, un émetteur-récepteur radio cellulaire, un émetteur-récepteur WIFI et un émetteur-récepteur Bluetooth. Selon un aspect particulier de l'invention, la pression en sortie du détendeur est inférieure à 10 bars. 20 Plus particulièrement, lorsque P1 est inférieure à 8 bars et lorsque l'équipement alimenté le permet, le bloc multifonctions ne comporte pas de détendeur haute pression. Un filtre peut optionnellement être intégré en amont et/ou en aval du détendeur. Ceci permettant la protection du détendeur ainsi que l'assurance de la 25 pureté du gaz distribué, le cas échéant. Ceci est un autre avantage par rapport à l'utilisation d'un « gas cabinet » standard. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures 1 et 2. La figure 1 représente un schéma simplifié d'un bloc multifonctions mis en 30 oeuvre dans l'installation selon l'invention. La figure 2 est un schéma simplifié de l'installation selon l'invention ayant sa porte fermée. 3039622 5 Sur la figure 1 est représenté un ensemble 1' de distribution de gaz spéciaux constitué d'une bouteille B de gaz et d'un dispositif 2 de distribution de gaz spéciaux apte à être fixé sur la bouteille B. Le dispositif 2 comporte un générateur de vide 5 et un bloc 3 multifonctions 5 comprenant un unique détendeur haute pression 4, un système de purge comprenant trois vannes V1, V2 et V3, et un moyen de connexion 6 vers le contenu de la bouteille B. Le détendeur 4 est situé en amont du système de purge, de sorte que le gaz provenant de la bouteille B à une pression P1, parvient au détendeur 4 à cette 10 pression P1. En sortie du détendeur 4, le gaz circule à une pression de l'ordre de quelques bars, c'est-à-dire à basse pression. En conséquence, les vannes V1, V2 et V3, ainsi que tous les autres composants susceptibles d'être compris dans le bloc multifonctions 3 subissent un gaz à basse pression. Ceci est un avantage considérable en termes de fiabilité, de 15 sécurité et de durée de vie des composants. En outre cela diminue les risques de fuites. D'autre part, cette caractéristique permet la miniaturisation de composants tels que les actionneurs des vannes à membrane, les conduits de gaz et les joints, par exemple, ainsi qu'une simplification de leur agencement. 20 Le système de purge comporte un premier conduit 7 sur lequel est située la vanne V1, destiné à recevoir un gaz de purge G pressurisant le circuit, lorsque la vanne V1 est ouverte. Ledit gaz de purge G peut être choisi parmi l'azote, l'argon, et l'hélium. De manière préférée, l'azote est utilisé pour la purge. Un deuxième conduit 8 comportant la vanne V2 est destiné à relier le premier conduit 7 au 25 générateur de vide 5, qui peut être un venturi ou une mini pompe électrique. La connexion peut aussi être laissée libre pour permettre une connexion à un système externe de vide. Ces deux premiers conduits 7 et 8 sont reliés en un point A situé en aval du détendeur 4, au conduit 9 contenant la vanne V3 destiné à alimenter 30 l'équipement E lorsque la vanne V3 est ouverte. Les systèmes de purges classiques comportent en général, en outre, une vanne dite d'isolation en amont du détendeur. 3039622 6 Cette vanne d'isolation est en principe nécessaire en cas de fuites ou d'alertes dues à un possible danger d'accident suite à un dysfonctionnement du système. En effet, cette vanne a pour fonction de fermer le système de distribution en pareille situation. Cela n'est pas nécessaire ici car le volume du bloc 3 est si 5 faible que le risque de fuite entre la bouteille B et le détendeur 4 est considérablement réduit. D'autre part, cette vanne devient inutile car les applications du système selon l'invention sont très ponctuelles, par ce qui implique la présence permanente d'un opérateur à côté du dispositif, capable de stopper lui même l'application en cas 10 d'alerte. Dans le cas d'une bouteille comportant une vanne pneumatique, celle-ci peut également être contrôlée par le dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention ne contient donc aucun élément sensible en contact d'un gaz sous haute pression. Le dispositif de distribution 2, objet de la présente invention peut également 15 comporter un évent 10 permettant une extraction du gaz en cas de fuite. En effet, les gaz spéciaux utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs sont dangereux. C'est pour cette raison que les dispositifs de distribution de gaz spéciaux standards sont enfermés dans une installation 1 en forme d'armoire (« gas cabinet » en anglais). Ici, la miniaturisation du dispositif permet d'enfermer les 20 composants présents en nombre limité et disposés de manière simplifiée dans un bloc multifonctions 3 de volume réduit, assurant la protection nécessairement requise. Le dispositif 2 de distribution peut également comporter dans son bloc multifonctions 3 des capteurs de pression 11 par exemple disposés en amont 25 et/ou en aval du détendeur. La commande du dispositif de distribution 2 est effectuée par l'intermédiaire d'un système 15 permettant la commande des vannes pneumatiques V1, V2 et V3 ainsi que l'automatisation de la séquence de purge. Ce système 15 comporte par exemple une alimentation électrique, des 30 électrovannes servant à actionner les vannes pneumatiques, un contrôleur logique, un bouton d'arrêt d'urgence, un écran, par exemple un écran LCD, pour visualiser l'état du système. Le système de commande consiste par exemple en un contrôleur logique programmable. 3039622 7 Ce système de commande 15 contient par exemple un port de communication choisi parmi un émetteur-récepteur sans fil, un port ethernet, un émetteur-récepteur radio cellulaire, un émetteur-récepteur WIFI et un émetteur-récepteur Bluetooth. 5 Sur la figure 2, une installation 1 selon l'invention est représentée. L'installation 1 a une enceinte munie de deux parois latérales 100', d'une porte 101 pouvant pivoter autour d'un axe (X) afin d'assurer l'ouverture et la fermeture de l'enceinte et une paroi arrière 102. A l'intérieur de l'enceinte, deux bouteilles de gaz B et B' sont présentes et chacune est reliée à un bloc multifonctions 3 tel 10 qu'illustré sur la figure 1, via des moyens de connexion 6. L'installation 1 telle que représentée sur la figure 2 a sa porte 101 fermée et contient à l'intérieur de son enceinte, deux blocs multifonctions 3 tels qu'illustrés sur la figure 1. Le volume diminué grâce aux blocs multifonctions 3 mis en oeuvre pour la distribution du gaz dans une installation selon l'invention garantit une manipulation 15 sécurisée et rapide des gaz toxiques, corrosifs, inflammables et pyrophoriques. La présente invention permet de réduire le nombre de pièges particulaires dans le bloc multifonctions 3. L'invention met en oeuvre un dispositif présentant des moyens d'installation, de dépannage et de modification rapides et faciles. Il est en effet simple de transporter et de manipuler ces blocs 3. 20 L'invention décrite présente une structure simplifiée et adaptée aux applications visées, ce qui permet de minimiser le coût du produit et son encombrement. Le composant principal de l'installation objet de la présente invention, c'est-à-dire le bloc 3 intégrant le détendeur 4 et les 3 vannes V1, V2 et V3 développé spécifiquement pour cette application, est une caractéristique 25 nouvelle permettant un gain notable de place et d'encombrement. La structure a été spécialement étudiée afin de minimiser le coût, l'encombrement et le nombre de composants tout en gardant les fonctionnalités nécessaires. Afin de permettre une distribution ininterrompue de gaz, les deux blocs 3, 30 fixés chacun à une bouteille de gaz (B et B') sont intégrés dans l'installation 1 selon l'invention (ils sont par exemple disposés côte à côte sur la paroi arrière de l'enceinte de l'installation) pour permettre de basculer de la première bouteille à la seconde, lorsqu'elle atteint son niveau bas de remplissage (seuil de basculement). 3039622 8 Cet équipement tire donc avantage de l'utilisation de blocs 3 (détendeur haute pression en amont de vannes basse pression, volume de purge réduit, bas coût) et du dispositif de basculement développé sur les installations dites « gas cabinets » en anglais. 5 La continuité de distribution de gaz est une exigence des utilisateurs de ce genre d'équipement qui leur permet d'éviter l'interruption de leur production. L'installation, objet de la présente invention, se différencie des systèmes connus jusqu'à présent, par exemple des installations miniatures, par le fait que ces dernières peuvent être montées sur une bouteille, offrant une très faible empreinte 10 au sol, car elles ne prennent guère plus de place que la taille de la bouteille elle- même, ce qui convient aux utilisateurs de faibles quantités de gaz et de manière discontinue, tels que les laboratoires, qui peuvent parfois avoir des contraintes en termes d'espace. 15 REVENDICATIONS1. Installation (1) de fourniture de gaz munie d'une enceinte d'isolation comprenant une paroi arrière (102) et deux parois latérales (100) ainsi que d'une porte (101) pivotant autour d'un axe vertical (X) pour permettre l'ouverture et la fermeture de l'enceinte, ladite installation (1) comprenant deux blocs multifonctions (3), abritant un circuit de fluide, fixés sur ladite paroi arrière à l'intérieure de ladite enceinte et comprenant chacun : - un unique détendeur (4) haute pression, - un système de purge constitué de trois vannes (V1, V2, V3) basse pression, - un moyen de connexion (6) fluidique vers le contenu d'une bouteille (B, B'), - une sortie permettant l'alimentation en gaz d'un équipement, caractérisée en ce que le détendeur (4) haute pression est situé en amont du système de purge et en ce que la surface de l'empreinte murale de chaque bloc multifonctions sur ladite paroi arrière est inférieure à 270 cm2, de préférence inférieure à 220 cm2. 2. Installation selon la revendication précédente caractérisée en ce que deux bouteilles de gaz sont contenues dans l'enceinte, chacune des deux bouteilles étant reliée à un des deux blocs multifonctions. 3. Installation selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un générateur de vide (5). 4. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le système de purge est un système dit de purge en croix comprenant un premier conduit (7) dit de pressurisation, un deuxième conduit (8) de sortie permettant de faire le vide et un troisième conduit (9) d'extraction permettant d'acheminer le gaz à distribuer vers un équipement (E), les trois conduits (7, 8 et 9) étant reliés en un point A situé en aval du détendeur (4). 3039622 10 5. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les blocs multifonctions (3) comprennent en outre un capteur (11) de pression en amont du détendeur (4). 5 6. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les blocs multifonctions (3) comprennent en outre un capteur de pression (11) en aval du détendeur (4). 10 7. Installation selon la revendication précédente caractérisée en ce que le capteur de pression (11) est en amont du système de purge. 8. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend un raccord (10) situé sur une de ses parois extérieures 15 pouvant être connecté à un système d'extraction. 9. Installation selon l'une des revendications 4 à 8 caractérisée en ce qu'elle comprenant un système de commande (15) permettant l'actionnement des vannes pneumatiques (V1, V2, V3), la gestion des capteurs de pression et des 20 cycles de purge. 10. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le système de commande (15) contient un port de communication choisi parmi un émetteur-récepteur sans fil, un port ethernet, un émetteur-récepteur radio 25 cellulaire, un émetteur-récepteur WIFI et un émetteur-récepteur Bluetooth.