KR20020026450A - 일체식 가열게터 정화시스템 - Google Patents

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Abstract

종래의 다단 가열게터 시스템보다 작은 패키지의 가열게터 정화시스템(200)의 우수한 성능을 이용하여 다양한 가스를 정화시키는 방법 및 장치는 내부용기(204)와, 외부용기(202) 및 일체화된 복열식 열교환기를 포함하여 구성됨으로써 히터의 효율을 증가시키고 정화된 가스를 냉각시킨다. 미립자 필터(244)는 가스에서 미립자를 제거한다. 다양한 모듈러 가스스틱 기판의 인터페이스는 일체식 가열게터 정화시스템(200)의 일단에 입구(214) 및 출구(212)를 가진다. 주입 가스는 입체식 열교환기에 의해 사전 가열된 후, 200-400℃의 동작온도로 가열된다. 가열된 게터(245)는 가스로부터 다양한 불순물들을 제거하며, 불순물이 제거된 가스는 일체식 열교환기에서 냉각되고 저온의 게터(246)에 노출되어 잔류 불순물이 제거되며, 바람직하게는 필터(244)에 의해 여과되어 소정의 목적으로 사용되기 전에 잔류하는 미립자들이 제거된다.

Description

일체식 가열게터 정화시스템{INTEGRATED HEATED GETTER PURIFIER SYSTEM}
반도체장치, 실험실 연구, 질량 분석기 설비 및 기타 산업 및 응용분야에는 초고순도(Ultra-high purity;UHP) 가스가 바람직하다. UHP가스는 일반적으로 체적당 적어도 99.9999999%의 순수가스로 정의된다.
UHP가스를 생성하는 방법은 여러 가지가 있다. 이러한 가스 생성방법은 일반적으로 원하는 가스의 유량(flow rate)에 의해 결정된다.작은 유량의 UHP가스는 실험실 테스트 스테이션과 같은 단일 POU(point of use) 또는 화학기상증착(CVD) 반도체 공정 기구와 같은 단일 공정 기구에서 주로 사용된다. POU 응용 및 이와 유사한 작은 유량의 응용을 위해 바람직한 가스 생성방법은 냉온 반응성 정화공정(cold reactive purification process) 또는 가열 게터 정화 공정(heated getter purifier process)인데, 이 방법들은 작은 규모로 가스를 생성한다.
냉온 반응성 정화공정은 반응성 금속, 금속 합금 또는 정화물질에 기초한 폴리머 수지를 사용한다. 이 공정은 특정한 반응성 정화물질을 정화시키고자 하는 깨끗하지 않은 가스에 노출시킨다. 이 방법은 정화물질을 "활성화"시키기 위하여 특별히 조절된 정화물질을 필요로 하며, 압력을 가하여 정화물질에 정화시킬 가스를 넣는다. 정화물질은 화학적 또는 물리적으로 정화시킬 가스내의 불순물과 결합함으로써 정화된 가스가 방출된다.
도 1은 정화물질로서 다공성(porous)의 환원된 니켈 촉매 펠릿(pellet)을 사용하는 종래의 냉온 반응성 정화공정(10)을 나타낸 흐름도이다. 우선, 단계14에서 산소 불순물을 함유한 아르곤과 같은 순수하지 않은 가스를 압력하에서 상기 다공성 니켈 펠릿을 통해 흐르도록 한다. 그러면, 상기 산소 불순물이 니켈 금속과 반응하여 니켈산화물을 형성한다. 다른 불순물들도 니켈과 반응할 수 있다. 정화된 가스는 단계16에서 소정의 목적(예컨대, 반도체 제조공정)을 위해 사용된다. 니켈이 상기한 공정(10)에 의해 완전히 산화되면, 산소와 다른 불순물들은 가스로부터 더이상 효과적으로 제거되지 않는다.
냉온 반응성 정화물질은 불순물과 어느 정도 반응하면 "정화 용량(purification capacity)"에 도달하게 되어 더 이상 원하는 수준까지 가스에서 불순물을 제거할 수 없다. 상술한 니켈의 예에 있어서, 니켈이 정화용량에 도달하면 더 이상 가스에서 산소를 제거할 수 없게 되어 정화된 가스는 적어도 99.999999%의 순도를 가질 수 없게 된다. 냉온 반응성 정화물질이 소정의 불순물에 대하여 정화용량에 도달하면 교체하거나 재활성화시켜야 한다.
불순물의 "전체용량"은 정화물질이 모두 소모되거나 불순물과 반응했을 때의 불순물의 양이며, 따라서 정화물질은 더 이상 어떠한 불순물과도 반응할 수 없다.
소정의 불순물에 대한 전체용량은 일반적으로 정화용량보다 훨씬 크다. 대량의 정화물질을 이용하면 불순물의 정화용량이 증가된다.
냉온 반응성 정화공정은 정화물질이 공장에서 "활성화"되고 제어 또는 모니터링 시스템을 필요로 하지 않는 분야에서 공정이 매우 간단하게 수행된다는 장점이 있다. 그러나 매우 제한된 형태의 불순물들만을 제거할 수 있고, 이 제한된 형태의 불순물들에 대하여 작은 용량을 갖는다는 단점이 있다. 냉온 반응성 정화공정의 정화장치는 한번에 너무 높은 농도의 불순물에 노출되면 과열되거나 심지어는 발화하는 것으로 알려져 있다.
가열 게터(heated getter) 정화물질(이하에서는 게터라고 한다)은 Zr, Ti, Nb, Ta, V 및 기타 물질들의 합금 또는 혼합물이다. 가열게터 공정은 정화시킬 가스를 적절한 온도에 보관된 일정한 양의 게터 물질에 노출시키는 것이다.
도 2는 종래의 가열게터 공정(30)을 도시한 것이다. 단계31에서, 정화시킬 가스를 정화장치의 한쪽 끝에 있는 주입구로 흘려 넣는다. 그런 다음, 단계32에서 상기 정화시킬 가스는 동작온도로 사전 가열한다. 이어서 단계34에서 가열된 게터는 정화시킬 가스내의 CO2, H2O, CH4, CO, O2, N2및 기타 불순물과 같은 불순물들과 화학적으로 결합한다. 단계36에서 정화된 가스는 가열 교환 공정에서 상온에 가까운 온도로 냉각시킨다. 상온에 가까운 온도에서 게터는 H2에 대하여 큰 용량을 가진다. 선택적인 단계38은 상온에 가까운 온도의 게터를 이용하여 잔류 H2및 기타 불순물을 제거한다. 단계39에서, 정화된 가스는 정화장치의 다른 끝에 있는 출구를 통해 배출된다. 정화된 가스는 단계40에서 소정의 목적(예컨대, 반도체 제조공정)을 위해 사용된다.
게터가 정화용량에 도달하면, 더 이상 원하는 수준으로 불순물을 제거할 수 없다. 게터 물질이 소정의 불순물에 대한 정화용량에 도달하면 교체해주어야 한다.
불순물의 전체용량은 게터가 모두 소모되거나 불순물과 반응했을 때의 불순물의 양이다. 소정의 불순물에 대한 전체용량은 그 불순물에 대한 정화용량보다 훨씬 크다. 대량의 게터를 사용하거나 게터를 높은 온도로 가열하면 불순물에 대한 정화용량이 증가된다.
가열 게터 공정은 동일한 양의 정화물질에 있어서 냉온 반응성 정화공정보다50배 많은 불순물을 제거할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 냉온 반응성 정화공정이 하나 또는 두 가지 형태의 불순물만을 제거하는 반면에 가열 게터 공정은 여러 가지 형태의 불순물들을 제거한다. 따라서 정화시스템의 구동 및 유지바용을 줄일 수 있다.
가열 게터 공정의 단점은 정화물질 합금의 비용이 높고, 가열원(heat source) 및 이 가열원을 제어하기 위한 제어 시스템과 같은 방법이 필요하며, 정화후에 정화된 가스를 냉각시켜야 한다는 것이다. 또한, 가열 게터 공정은 300℃이상에서 행해지므로 가열된 게터 정화장치 주변에 있는 사람은 화상을 입거나 할 위험이 있다. 가열 게터 정화장치는 그 동작온도에서 가열된 게터가 한번에 높은 농도의 불순물에 노출될 경우 발화하는 것으로 알려져 있다. 가열원과 제어 시스템 및 가스 냉각시스템이 필요하기 때문에 가열 게터 정화장치는 중간 및 대규모 응용을 위해 이용된다.
대부분의 POU 응용들은 정화와 더불의 작은 규모의 제어 및 모니터링을 필요로 한다. 이러한 제어, 모니터링 및 정화를 위한 장치는 "가스 스틱(gas stick)"으로 알려져 있다. 도 3에 종래의 가스스틱(50)을 나타내었다. 가스스틱(50)은 가스 압력을 조절하는 압력 조절기(52), 주입되는 가스의 흐름을 조절하는 주입밸브(54), 가스를 정화시키는 가열 게터 정화기(56), 정화기를 분리시키기 위한 정화기 출구 분리 밸브(58), 가스 유량을 제어하거나 감시하기 위한 질량 유량 조절기 또는 질량 유량계(60), 가스의 역류를 제어하는 점검밸브(62), 시스템 압력을 감시하기 위한 압력 트랜스듀서 또는 압력 게이지(64), 및 가스에서 불순물을 제거하기 위한 배출구 필터(66).
가스스틱은 두 가지 실링(sealing)방법 또는 이 방법들의 조합을 이용하여 조립된다. 압착 가능한 실(seal)(68)로 실링된 금속과 금속의 실링 표면은 교체 가능한 부품들을 위해 사용된다. 용접된 연결부(70)는 교체할 수 없는 부품들을 위해 사용된다. 두 조립방법들은 모두 비용이 많이 들고 적절하게 이용하기 어렵다.
상기 가스스틱은 정화, 제어 및 기계사용에 대한 요구가 많아짐에 따라 더욱 복잡해진다. 더 복잡한 가스스틱은 일반적인 POU에 있어서의 제한된 공간에서 사용하기가 더욱 어렵다. 최근의 가스스틱은 상기한 기능들과 부품들 이외에 가스 혼합, 가스 퍼징(purging) 및 가스원 선택 기능을 더 포함하도록 진화되고 있다.
가스스틱의 크기와 복잡도가 증가함에 따라 모듈러(modular) 가스스틱이 개발되었다. 모듈러 가스스틱의 일례는 "Specification for surface mount interface of gas distribution components, SEMI draft doc. #2787, 1998"에서 찾아 볼 수있다. 이것은 가스스틱형 요소들과의 모듈러 인터페이스를 규정하고 있다. 도 4A는 모듈러 가스스틱 기판(80)의 일례를 도시한 것이고, 도 4B는 모듈러 가스스틱 부품 베이스(100)를 도시한 것이다. 모듈러 가스스틱 기판(80)은 예컨대 부품 스테이션(84)에서 부품 스테이션(94)으로의 가스 흐름을 위한 기계가공된 통로(82)를 포함하고 있다. 각각의 부품 스테이션(84,94,95,96,97,98,99)은 각각의 모듈러 가스스틱 부품 베이스(100)에 주입부(86)와 배출부(88)를 가진다. 밸브, 질량 유량계 및 압력 트랜스듀서와 같은 다수의 부품들은 모듈러 가스스틱 베이스(100)로 제조될 수 있다. 각각의 모듈러 가스스틱 부품 베이스(100)는 공통 모듈러 가스스틱 기판(80)에 봉지(sealing)된다. 모듈러 가스스틱 기판(80)은 단일 또는 다수의 가스 통로(82) 설계에서 사용될 수 있다.
도 5는 모듈러 가스스틱 기판(80)상에 설치되는 여러 가지 부품들, 즉, 제1부품(106), 제2부품(108), 제3부품(110)을 도시한 것이다. 가스는 모듈러 가스스틱 기판(80)의 입구(90)로 들어가 모듈러 가스스틱 기판의 통로(82)를 통해 제1부품 스테이션(84)으로 흐르고, 기판(80)의 주입부(86)를 거치고 제1부품(106)의 입구(102)를 거쳐서 제1부품(106)을 통과한 다음 기판(80)의 배출부(88)를 통해 출구(104)로 흐른다. 가스는 제1부품(106)으로부터 모듈러 가스스틱 기판(80)의 통로(82)를 통해 제1부품(108)으로 흐른다. 이러한 가스의 흐름은 가스가 모듈러 가스스틱 기판(80)의 출구(92)에 도달할 때까지 부품 스테이션에서 부품 스테이션으로 계속 이어진다.
모듈러 가스스틱은 종래의 가스스틱에 비해 두 가지 중요한 장점을 제공하는데, 첫째, 모듈러 가스스틱의 조립 및 관리가 빠르고 간단하고 쉽다. 두 번째, 무듈러 가스스틱은 크기가 매우 작다. 모듈러 가스스틱은 모든 부품에 엄격하에 크기와 형태에 제한을 둠으로써 더욱 컴팩트하게 된다. 예를 들어, SMI는 정화기와 같은 밸브와 MFC/MFM 이외의 다른 부품들의 크기를 폭 38.15mm, 깊이 38.15mm, 높이 180mm의 베이스 내에 들어가도록 규정한다.
냉온 반응성 정화공정의 간단한 상온동작은 모듈러 가스스틱 응용에서 사용되며 원활하게 이루어진다. 그러나 가열 게터 공정은 모듈러 가스스틱에서 사용되지 않는다. 이것은 40℃ 이하의 온도를 필요로 하는 가스스틱 기판의 온도 제한 때문이다. 많은 가열 게터 정화기는 게터를 200℃에서 400℃사이의 온도로 가열하기 때문에 모듈러 가스스틱 시스템과의 호환성이 없다. 또한, 가열 게터 응용은 모듈러 가스스틱 시스템보다 그 응용 규모가 크다.
본 발명은 가스 정화(purification)에 관한 것으로, 특히 가스에서 불순물을 제거하는 방법 및 장치에 기반한 게터(getter)에 관한 것이다.
도 1은 종래의 냉온 반응성 정화공정을 도시한 흐름도.
도 2는 종래의 가열게터 정화공정을 도시한 흐름도.
도 3은 종래의 가스스틱을 도시한 도면.
도 4A는 종래의 모듈러 가스스틱 기판을 도시한 도면.
도 4B는 종래의 모듈러 가스스틱 인터페이스를 도시한 도면.
도 5는 다수의 부품들을 가진 종래의 모듈러 가스스틱 인터페이스 시스템을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 가열게터 정화시스템의 단면도.
도 7A 내지 7E는 도 6의 전환기(diverter)의 다양한 설계를 도시한 도면.
도 8A 및 8B는 도 6에 도시한 실시예에 대한 두 가지 필터 형태를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 의한 가열게터 정화공정의 흐름도.
본 발명은 종래의 가열 게터 공정보다 작은 패키지에서의 가열 게터 공정을 이용하여 다양한 가스를 정화시키는 방법 및 장치를 제공한다. 작은 패키지("형태 요소(form factor)"는 히터 효율을 높임과 동시에 정화된 가스를 냉각시키기 위한 일체식의 복열식(regenerative) 열교환기를 포함한다. 냉각된 가스는 온도가 낮은게터에 노출되어 잔류 불순물을 제거한 다음, 여과되어 미립자들을 제거한 후 방출된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 다양한 모듈러 가스스틱 기판 설계와의 인터페이스를 제공한다.
불순가스로부터 다수의 불술물들을 제거하기 위한 가스 정화방법은 복열식열교환기에서 상기 불순가스를 가열한 후, 히터로 동작온도까지 가열하는 것을 포함한다. 가열된 불순가스는 가열된 게터물질에 노출된 후, 상기 복열식 열교환기에서 냉각된다. 냉각된 가스는 온도가 낮은 게터에 노출되어 잔류 불순물이 제거된다. 정화된 가스는 UHP 미립자 필터를 사용하여 여과한다.
가스 정화장치는 외부 용기와 내부 용기를 포함한다. 장치의 제1단부는 상기 내부용기와 외부용기에 연결되고 제2단부는 외부용기에 연결된다. 상기 외부용기와 내부용기 사이에 환형 체적(annular volume)이 규정되고, 상기 내부용기에 의해 내부체적이 규정된다.
상기 제1단부는 입구와 출구를 포함한다. 입구는 상기 환형 체적과 연결되고, 출구는 상기 내부체적과 연결된다. 소정량의 가열된 게터가 내부체적내에 위치한다. 바람직하게는, 전환기(diverter)와 제2의 양을 갖는 게터 및 필터도 상기 내부체적 내에 위치한다. 상기 전환기는 상기 제2의 양을 갖는 온도가 낮은 게터로부터 상기 가열된 게터를 분리시키며, 상기 필터는 상기 출구로부터 상기 내부체적의 내용물을 분리시킨다.
본 발명은 소형의 시스템으로 우수한 가열 게터 정화 성능을 제공한다. 효율적인 설계를 통해 주입되는 가스와 배출되는 가스 사이에 열교환이 이루어지도록 하여 정화장치에 소모되는 에너지를 감소시키고 정화된 가스를 냉각시킨다. 또한, 본 발명의 일체식 열교환은 저온의 게터가 배출되는 가스로부터 잔류 불순물들을 제거할 수 있는 기회를 제공한다. 이러한 요인들로 인해 상기 가열 게터 정화장치는 모듈러 가스스틱 시스템뿐 아니라 소형이며 온도에 민감한 다른 응용들에 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 일체식 가열게터 정화시스템(200)을 도시한 것이다. 일체식 가열게터 정화시스템(200)은 외부용기(202)를 포함한다. 이 외부용기(202)는 원통형, 또는 직사각형, 사각형, 삼각형 또는 다른 다각형과 같은 단면 형태를 가질 수 있다. 이외의 다른 형태로 사용될 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서 도시된 외부용기(202)는 316L 또는 304L 저탄소(low carbon) 스테인레스스틸(SST)로 제조하는 것이 바람직하다. 다른 등급의 강철 및 기타 금속과 같은 물질도 사용할 수 있다. 예상되는 설계 압력은 150psi(pound per sqaure inch)이상이다. 외부용기(202)의 벽은 상기 예상되는 설계 압력을 견디도록 적어도 0.016인터는 되어야 한다. 외부용기(202)의 벽은 원하는 만큼 두껍게 할 수도 있다. 외부용기(202)의 벽은 가열게터 정화장치의 구조적 강도를 제공하며, 열적 절연(thermal insulation)을 제공한다. 본 실시예에 잇어서, 외부용기(202)는 표준 1.5인치 직경의 SST관으로 제조한다. 이 관은 0.065인치의 두께를 가진다. 상기한 요소들을 위해 0.065인치의 벽은 가장 단순한 선택에 의해 선택된 것이나, 다른 두께도 사용할 수 있다.
표면 마무리는 조도(粗度)평균(roughness average)(Ra)으로 표현되는데, 조도평균은 샘플링 길이 내에서 얻어지고 그래픽의 중심선으로부터 측정한 프로파일 높이의 편차의 절대값의 산술적인 평균이다. 외부용기(202) 벽의 표면 마무리는 제조시 사용되는 모든 유류(oil)와 필름들을 제거하는 식으로 행해진다. 외부용기(202)는 세정 및 장식적인 목적을 위해 10마이크로인치의 Ra로 전기연마한다. 외부용기(202)를 위해서는 전기연마(electropolishing)가 필요없다.
일체식 가열게터 정화시스템(200)의 제1실시예는 또한 내부용기(204)를 포함한다. 내부용기(204)는 외부용기(202)에 상응하는 단면형태를 가질 수 있다. 내부용기(204)는 외부용기 안에 위치함으로써 환상체적(annular volume)(206)이 두 개의 용기에 의해 규정된다. 내부용기(204)는 또한 내부 체적(208)을 규정한다. 제1실시예에 있어서의 내부용기(204)는 316L 또는 304L 저탄소 SST로 제조하는 것이바람직하다.
제1실시예에 있어서의 내부용기(204)는 약 0.010인치의 두께를 가짐으로써 내부체적(208)으로부터의 열을 내부용기(204)의 벽을 통해 환상체적(206)으로 더욱 쉽게 전달한다. 내부용기(204)의 두께는 이보다 더 두꺼울 수도 있고 얇을 수도 있다. 내부용기(204)의 벽두께는 다음의 열전달 관계에 의해 결정된다.
Watt=(KA △T)/L
여기서, Watt는 물질을 통해 절단되는 열을 와트로 나타낸 것이고, K는 내부용기(204)의 물질형태에 대한 열전달상수이고, A는 열에 노출되는 영역, 이 경우에는 내부용기(204)의 벽부분이다.
△T=T1-T2
T1=내부용기(204) 벽의 뜨거운 내부표면의 온도,
T2=내부용기(204) 벽의 차가운 외부표면의 온도,
L=내부용기(204) 벽의 두께.
K와 A가 상수이고 매우 높은 △T가 요구되므로 내부용기(204)를 통해 전달되는 열은 L이 감소함데 따라 증가할 것이다. 이하에서 설명하는 바와 같이 내부용기(204)의 벽두께는 가능한 한 열을 빠르고 효율적으로 전달하도록 최적화한다.
내부용기(204)의 표면은 제조시 사용되는 모든 유류와 필름들을 제거하도록 마무리해야 한다. 내부용기(204)는 미립자 및 순도 성능을 위해 5~10마이크로인치의 Ra로 전기연마하여 마무리하는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 일체식 가열게터 정화시스템(200)은 제1단부(210)을 더 포함한다. 이 제1단부(210)는 316L 또는 304L SST로 제조하는 것이 바람직하다. 다른 등급의 강철 및 기타 금속들과 같은 물질들도 사용할 수 있다. 제1단부(210)는 상기 내부용기(204)와 외부용기(202)에 용접할 수 있다. 이러한 용접으로는 여과물질 없이 전자 아크 용접기(electronic arc welder)를 사용하여 용접할 부분들을 융합시키는 헤토제너스 용접(hetogenous welding),,,,,,,,,,,,,,을 이용한다. 다른 용접방법도 적용될 수 있다. 제1단부(210)는 전기연마하여 10마이크로인치의 Ra 이상의 표면을 얻는다. 전기연마 이외의 방법도 사용할 수 있으나, 출구(212)와 내부체적(208)에 노출되는 제1단부(210)의 표면은 10마이크로인치 Ra 이상의 표면을 가져야 한다. 이러한 표면 마무리는 정화물질의 UHP 퍼포먼스 다운스트림(performance downstream)을 유지하는데 필요하다. 제1단부(210)는 또한 입구(214) 통로를 포함하는바, 입구(214)는 환형 체적(206)과 서로 통한다.
제1단부(210)는 모듈러 가스스틱 인터페이스(216)를 형성하여 모듈러 가스스틱 기판과 연결된다. 시장에는 여러 가지 디자인의 모듈러 가스스틱 기판이 나와 있다. 제1단부(210)는 특정한 가스스틱 기판과 연결되는 다수의 형태로 설계할 수 있다. 각각의 형태에 있어서, 출구(212)와 입구(214)는 상기 특정한 모듈러 가스스틱 기판이 필요로 하는 위치 또는 방향에 올 수 있다.
도 6에 도시한 일체식 가열게터 정화시스템은 제2단부(218)를 더 포함한다. 제1실시예에 있어서, 제2단부(218)는 316L 또는 304L SST로 제조하는 것이 바람직하다. 다른 등급의 강철 및 기타 금속과 같은 물질들도 사용할 수 있다.제2단부(218)는 외부용기(202)에 용접할 수 있으나, 내부용기(204)와는 접촉시키지 않는다. 제2단부(218)는 내부용기와 용접하거나 접촉할 수도 있다. 바람직한 실시예는 제2단부(218)와 내부용기(204) 사이에 가스의 흐름을 위한 작은 공간을 제공한다. 제2단부(218)가 내부용기(204)와 접촉되면, 환형 체적(206)으로부터 내부 체적(208)으로의 가스 흐름을 위한 억세스가 마련되어야 한다. 상기 용접으로는 여과물질 없이 전자적인 아크 용접기를 사용하여 용접할 부분들을 융합시키는 헤토제너스 용접이다. 다른 용접방법들도 사용할 수 있다. 제2단부(218)의 표면은 제조시 사용되는 모든 유류와 필름들을 제거하는 식으로 마무리해야 한다. 제2단부(218)는 미립자 및 순도 성능을 위해 10마이크로인치의 Ra로 전기연마하여야 한다. 제2단부(218)를 위해서 전기연마 이외에 다른 세정방법들도 이용할 수 있다.
제2단부(218)는 또한, 히터(220)를 위한 위치를 제공한다. 히터(220)를 위한 설비는 제2단부(218)에 마련되는 슬롯 또는 구멍에 해당하는 "우물(Well)"이다. 이 우물은 제2단부(218)를 완전히 관통하지는 않는다. 본 실시예에 있어서, 히터(220)는 원통형의 저항성 전기히터로서 미주리주 세인트루이스의 Watlow사와 같이 다양한 제조업체로부터 입수할 수 있다. 코일 히터, 밴드형 히터, 블랭킷(blanket)형 히터와 같은 다른 형태의 히터, 또는 제2단부(218)의 외부 또는 내부를 둘러싼 형태의 히터도 사용할 수 있다. 히터(220)는 또한 일체식 온도센서 또는 열전쌍(thermocouple)를 포함한다. 열전쌍은 이하에서 설명하는 외부 제어장치에 의해 사용될 수 있다. 히터(220)는 또한 일체식 온도 제어 스위치를 포함한다. 이 온도 제어스위치는 히터(220)의 내부온도를 조절한다.
내부 체적(208)은 소정량의 정화물질(222)을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 이 정화물질은 게터 물질(222)이다. 분자 시브(molecular sieves), 제오라이트(zeolites), 니켈 및 다른 물질도 사용할 수 있다. 이러한 정화물질들은 이태리 S.p.A of Lainate의 SAES 게터, 오하이오주의 비치우드의 Engelhard, 캘리포니아주의 새크라멘토의 UOP 등과 같은 여러 제조업체로부터 입수할 수 있다.
게터(222)는 다공성 금속 펠릿 또는 금속 분말의 형태를 가진다. 펠릿 형태는 2~3mm의 직경과 3~5mm의 길이를 가진 원통형이다. 펠릿은 다른 형태와 크기를 가질 수도 있다. 분말 형태는 0.010"의 입자 크기를 가진다.
게터(222)는 Zr, Ti, Nb, Ta, V 및 이들의 합금과 다른 물질과의 혼합물이다. 바람직한 실시예에 있어서의 게터(222)는 이태리의 S.p.A of Lainate의 SAES 게터에 의해 제조되는 ST707TM, ST198TM, ST101TM및 기타 게터의 펠릿 형태를 가진다. ST707TM은 헬륨/희유 가스군(noble gas fammily)과 같은 가스들을 정화시키는데 사용된다. ST198TM은 질소 및 이와 유사한 다른 가스들을 정화시키는데 사용된다. 그밖의 다른 가스들은 다른 정화물질을 이용하여 정화시킬 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 가열된 게터 온도는 200~400℃이다. 이보다 낮거나 높은 온도도 사용할 수 있다. 게터(222)의 작용 온도는 특정한 게터의 타입, 가스 타입, 불순물의 로딩(loading), 가스의 유량 및 기타 변수들에 의존한다.
게터(222)는 압축 스크린(224)에 의해 내부 체적(208)으로 압축한다. 압축 스크린(224)은 내부 체적(208)내의 제2단부(218) 가까이에 위치한다. 압축스크린(224)은 게터(222)가 내부체적 내에서 움직이거나 침전되지 않도록 게터(222)에 일정한 압력을 제공한다. 게터(222)가 움직이거나 침전되면, 가스의 흐름이 게터를 지나쳐서 가스를 완벽하게 정화시키지 못할 수도 있다. 압축 스크린(224)으로 인해 상기 일체식 가열게터 정화시스템(200)은 수평 또는 수직 방향으로 이용할 수 있다. 압축 스크린(224)은 316L 또는 304L SST로 제조하는 것이 바람직하다. 다른 등급의 강철 및 기타 금속들과 같은 물질들도 사용할 수 있다.
전환기(diverter)(226)도 내부 체적(208) 내에 위치한다. 전환기(226)는 몇가지 목적을 가지는 바, 첫째, 전환기(226)와 제2단부(218) 사이에 위치하는 가열된 게터(245)를 전환기(226)와 제1단부(210) 사이에 위치하는 온도가 낮은 게터(246)로부터 분리하여 절연시킨다. 둘째, 가열된 게터(245)로부터의 가스가 내부 용기(204)의 벽으로 흐르도록 하여 가스 흐름으로부터의 열을 내부용기(204)의 벽으로 전달한다. 전환기(226)는 상기 일체식 가열게터 정화시스템을 통해 최대 가스 유량을 제한하도록 동작할 수 있다.
내부 체적 내에서의 전환기(226)의 특정한 세로 위치는 전환기(226)의 구성, 정화물질의 타입, 가스 타입 및 불순물의 로딩, 동작온도 및 기타 요인들을 포함하는 특정한 응용 변수들에 따라 변화한다. 전환기(226) 양측의 가열된 게터(245)와 온도가 낮은 게터의 양에 의해 전환기(226)의 상기 세로 위치가 결정된다.
전환기(226)의 하나의 목적은 가열된 게터 영역에서 저온 게터영역으로의 직접적인 열의 전단을 제한하는 것이다. 이러한 목적의 일예를 다음 관계에 의해 설명한다.
Watt=(KA△T)/L
Watt=전환기(226)를 통해전달되는 열을 watt로 나타낸 것
K=물질 형태에 대한 열전달 상수
A=열에 노출되는 영역, 이 경우에는 가열된 게터(245)에 노출되는 전환기(226)의 단부
△T=T1-T2
T1=가열된 게터(245)의 온도
T2=저온 게터(246)의 온도
L=전환기(226)의 두께
K는 이하에서 설명하는 바와 같이 전환기(226)의 물질 타입과 형태에 의해 결정된다. △T는 공정에 의해 결정되는 상수이다. 예를 들어, 가열된 게터(245)가 400℃이고 저온 게터(246)가 20℃이면, △T는 일정한 380℃이다. K와 △T가 상수이므로 A는 감소하고 L은 증가해야 한다.
A는 전환기(226)의 형태에 의해 결정된다. A가 감소함에 따라 전달되는 열도 감소한다.
L은 내부 체적(208)의 물리적인 공간과 요구되는 정화물질(222)의 양에 의해 제한된다. L이 증가함에 따라 전환기(226)를 통해 전달되는 열은 감소한다.
전환기(226)의 다른 목적은 효율적이고 컴팩트한 일체화된 열교환기의 역할을 하는 것이다. 열교환은 전환기(226)가 뜨거운 가스를 가열된 게터(245)로부터 내부용기(204)의 벽으로 흐르도록 함으로써 이 가스 흐름으로부터의 열을내부용기(204)의 벽으로 전달할 때 일어난다. 전환기(226)의 외부 치수는 내부용기(204)의 내부치수보다 약간 작다. 전환기(226) 주위에서의 가스 흐름은 내부용기(204)의 벽에 근접하여 일어난다. 가열된 게터(245)로부터 흐르는 가열된 가스는 차가운 내부용기(204)의 벽에 열에너지를 전달한다. 가열된 게터(245)로부터 흐르는 가열된 열로부터 내부용기(204)의 벽으로 전달된 에너지는 환형 체적(206)을 통해 흐르는 차가운 입구부분의 가스로 전달된다.
도 7A 내지 도 7D는 전환기(226)의 다양한 실시예들을 도시한 것이다. 도 7A는 내부까지 동질인 형태(solid shape)의 전환기(226A)를 나타낸 것이다. 이 전환기(226A)는 구조가 단순하여 가격이 저렴하다. 이 전환기(226A)는 내부까지 동질인 형태를 가지므로 전환기(226A)를 구성하는 물질의 유효면적은 전환기(226A)의 단부(End)의 면적이 된다. 또한, 내부까지 동질인 형태를 가지기 때문에 전환기(226A)를 구성하는 물질의 열전달상수(K)가 열전달을 결정한다.
도 7B는 엔드캡(end cap)을 가진 동공(hollow) 형태의 전환기(226B)을 도시한 것이다. 이 전환기(226B) 내부공간의 열전달상수(K)는 전환기(226B)를 이루는 물질의 열전달상수(K) 및 열전달성능을 결정한다. 전환기(226B)를 이루는 물질의 유효면적은 링 형태의(ring shaped) 면적(227B)으로 줄어든다. 동공 형태의 전환기(226B)는 스테인레스 스틸과 같이 열전달상수가 큰 물질로 제조할 수 있어 비용을 낮출 수 있고 내구성을 높일 수 있다.
도 7C는 버킷모양(bucket shape)의 전환기(226C)를 도시한 것이다. 이 전환기(227C)는 게터물질을 채울 수 있는 추가적인 체적을 제공한다. 추가되는 게터물질은 불순물을 위한 부가용량을 제공한다. 버킷형태는 전환기(226C)의 유효면적을 내부가 채워진 링 형태(227C)로 감소시키는 바, 링부분의 열전달(K)은 전환기(226C)를 구성하는 물질에 의해 결정되고 채워지는 부분의 열전달(K)은 버킷 형태를 채우는 정화물질(222)에 의해 결정된다.
도 7D는 지지 스크린(supporting screen)(236)을 갖춘 부분적으로 채워지는 버킷 형태를 가진 전환기(226D)를 도시한 것이다. 이 전환기(226D)는 상기한 동공 형태의 전환기(22B)의 장점과 버킷 형태의 전환기(226C)의 부가용량을 조합한 것이다. 부분적인 버킷 형태는 전환기(226D)의 유효면적을 채워지는 링 모양(227D)으로 감소시키는 바, 링 부분의 열전달(K)은 전환기(226D) 물질에 의해 결정되고 채워지는 부분의 열전달(K)은 부분적으로는 버킷 형태를 채우는 정화물질(222)에 의해, 그리고 부분적으로는 버킷 형태의 내부에 남게 되는 동공(hollow)의 공간에 의해 결정된다.
바람직한 실시예에 있어서, 전환기(226)는 316L 또는 304L SST로 제조하며, 도 7B에 도시된 바와 같이 엔드캡을 가진 동공 형태로 제조한다. 다른 물질들도 이용할 수 있다. 전환기(226)는 다양한 고온 응용을 위해 General Electric 및 유사한 형태의 제품을 제조하는 다른 제조업체들에 의해 제조될 수 있다. 또한, 세라믹, 유리 또는 실리콘 화합물 및 기타 낮은 열전달 타입의 물질도 사용할 수 있다.
전환기(226)는 특정한 응용의 요구에 맞추기 위해 많은 다른 형태로 제조할 수 있다.
도 7E는 확장부(extension)(238)를 갖는 전환기(226E)를 도시한 것이다. 이전환기(226E)는 상술한 형태의 전환기(226)들 중의 하나일 수 있다. 도 7E에는 도 7A에 도시한 것과 유사한 내부까지 동일한 형태의 전환기를 도시하였다. 전환기(226)는 열전달을 위한 가스 흐름이 내부용기(204)의 벽으로 적절하게 이루어지도록 내부 체적(208) 내에 적절하게 위치하여야 한다. 상기 전환기(226E)의 확장부(238)는 내부용기(204) 안에서의 전환기(226E)의 위치를 결정한다. 이 확장부(238)는 작은 블록이나 둥근 형태의 "돌기(bump)" 또는 다른 형태와 같이 다양한 형태를 가질 수 있다. 확장부(238)는 전환기(226E)가 내부용기(204)의 중심에 위치하도록 전환기(226E)의 외주(outer circumference)를 따라 동일한 간격으로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 확장부(238)는 전환기(226E) 주위를 완전히 감싸는(full skirt) 형태를 가질 수도 있다. 확장부(238)가 이와 같은 형태를 가질 경우, 가스의 흐름을 위해 전환기(226E)를 통과하는 부가적인 통로들(240)이 필요하게 되며, 이 통로들은 차가운 게터(246)의 중심 쪽으로 가스를 흐르게 하는 장점을 제공함으로써 다른 전환기의 형태보다 차가운 게터(246)를 더욱 잘 이용할 수 있도록 한다.
도 6에 도시된 미립자 필터(244)를 참조하면, 이 필터(244)는 내부체적(208) 내에 위치하여 게터물질(222)을 가열게터 정화시스템(200)의 출구(212)로부터 분리시킨다. 상기 필터(244)는 정화장치로부터 흐르는 가스에서 미립자를 제거한다. 필터(244)는 테프론, 소결된(sintered) 금속 또는 기타 상용화된 필터 매체와 같은 다양한 물질로 제조할 수 있다. 본 실시예에 있어서의 필터(244)는 소결된 스테인레스 스틸이다. 소결된 스테인레스 스틸은 일반적으로 그 제조업체가 5년 동안 성능을 보증한다. 다른 형태의 필터 매체는 이만큼의 기간동안 보장되지는 않는다. 코네티컷주의 파밍턴의 Pall Filters나 코네티컷의 파밍턴의 Mott Filters 및 기타 제조업체들이 적절한 필터들을 제공한다.
다수의 필터(244) 설계를 사용할 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 필터(244)는 10미크론 이상의 모든 미립자를 제거하는 것으로 평가된다. 0.003미크론 이상의 모든 미립자들을 제거하기 위해 보다 엄격한 필터링이 사용될 수도 있다.
도 8A는 "톱햇(top hat)"형태의 필터(244A)를 도시한 것이다. 도 8B는 "디스크" 형태의 필터(244B)를 도시한 것이다. 도시하지는 않았으나 이외의 다른 형태도 사용될 수 있다. 필터(244A, 244B)는 가장자리 또는 "모자(hat)의 챙(brim)"을 따라 용접하는 것이 바람직하다. 필터(244)는 도 8에 도시된 바와 같이 제1단부(210)에 설치하거나 제1단부(210)로부터 떨어져 내부용기에 설치할 수 있다.
일체식 가열게터 정화시스템(200)은 온도 제어시스템으로 모니터링하여 가열된 게터(245)의 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 가열된 게터(245)는 최적의 성능을 위해 원하는 온도 또는 원하는 온도 부근으로 유지해야 한다. 온도를 제어하는 방법에는 여러 가지가 있다.
온도 제어를 위한 제1실시예는 모듈러 가스스틱을 위해 사용되는 외부 콘트롤러를 이용하는 것이다. 모듈러 가스스틱은 밸브, 질량 유량 제어장치 및 기타 활성 부품들과 같은 가스스틱 부품들을 제어하고 동작시키기 위한 콘트롤러를 필요로 한다. 열전쌍(thermocouple)은 가열된 게터(245)의 온도를 모니터링하여 콘트롤러에 피드백 소오스(Feedback source)를 제공한다. 열전쌍은 히터(220)와 통합시키거나 가열 게터 정화시스템(200)내에 설치하거나 정화시스템(200)의 표면상에 설치할 수 있다.
히터(220)의 온도를 제어하기 위한 다른 방법은 자기온도 제한 히터(self temperature limiting heater)(220)를 사용하는 것이다. 이러한 히터(220)는 일체화된 온도 스위치를 가진다. 이 온도 스위치 또는 이와 동등한 전기회로는 히터(220)가 설정된 온도에 도달하면 히터(220)로의 전류흐름을 차단한다.
히터(220)의 온도를 제어하기 위한 또 다른 방법은 히터에 대한 전압과 전류원을 정확하게 제어하는 외부 콘트롤러를 사용하는 것이다. 히터(220)의 온도가 증가함에 따라 저항성 히터의 저항은 증가한다. 히터(220)의 저항이 설정된 저항에 도달하면, 상기 외부 콘트롤러에 의해 전류가 차단된다.
히터(220)의 온도를 제어하기 위한 또 다른 방법은 정확하게 조절된 전압 및 전류원을 필요로 하는 평형(equilibrium) 방법이다. 히터(220)에는 연속적으로 전원이 공급된다. 정화장치를 통한 가스의 흐름은 히터(220)와 가열된 게터(245)를 계속해서 냉각시킨다. 히터(220)는 가스 흐름의 연속적인 가열 및 냉각이 온도 평형상태에 도달하도록 하는 전원 정격(power rating)을 가진다. 예를 들어, 계산 및 테스트 결과, 100와트의 열에 의해 온도 평형상태가 된다면, 100와트의 히터를 사용하고 히터의 전류와 전압을 정확하게 조절하여 히터가 안정된 100와트를 생성하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일체식 가열 게터 정화방법을 도시한 흐름도(300)이다. 단계304에서, 일체식 가열 게터 정화시스템(200)의 입구(214)로 가스가 주입되어 환형 체적(206)을 거쳐 히터(220)로 흐른다.
이어서 단계304에서 가스흐름이 사전 가열된다. 가스가 내부용기(204)의 가열된 영역을 거쳐 히터(220)로 흐름에 따라 가스가 사전 가열되게 된다.
이어서 단계306에서, 가스는 히터(220)를 통과하여 적절한 동작온도로 가열된다. 히터(220)는 가스와 가열된 게터(245)를 적절한 동작온도로 가열한다. 본 실시예에 있어서, 가열된 정화물질의 온도는 200~400℃이다. 이 온도보다 낮거나 높은 온도도 사용할 수 있다. 가열된 게터(245)의 동작온도는 특정한 가열 게터(245)의 타입, 가스의 타입, 불순물의 로딩, 가스의 유량 및 기타 변수들에 의해 결정된다.
이어서 단계 308에서, CO2, H2O, CH4, CO, O2및 N2와 같은 불순물이 가열된 가스로부터 제거된다. 상기 불순물들은 가열된 게터(245)에 의해 흡착된다.
가열된 게터(245)에 의해 가스는 동작온도에서 소정의 출구 온도로 냉각된다. 가스는 단계310에서 전환기(226)의 주위를 흐름으로써 냉각된다. 전환기(226)는 가스를 내부용기(204)의 벽쪽으로 흐르도록 하여 가열된 가스가 내부 용기(204)의 벽으로 열을 발산하도록 한다. 가열된 내부용기의 벽은 상기한 단계304에서 설명한 바와 같이 환형 체적(206)내를 흐르는 가스를 사전 가열한다.
단계312에서, 냉각된 가스는 전환기(226)와 필터(224) 사이의 내부 체적내에 위치하는 가열되지 않은 제2의 체적인 온도가 낮은 게터(246)로 흐른다. 온도가 낮은 게터(246)는 가스로부터 잔류 H2를 제거한다.
단계 단계314에서, 정화된 가스를 필터(244)로 흐른다. 필터(244)는 가스로부터 미립자들을 제거한다. 필터(244)는 0.003미크론 크기의 미립자들을 제거하는 것으로 평가된다. 그런 다음, 정화된 가스는 단계316에서 소정의 목적을 위해 사용된다.
일체식 가열 게터 정화 시스템은 모듈러 가스스틱 시스템과 같은 어떠한 모듈러 인터페이스 타입의 응용에도 사용할 수 있다. 또한, 최종 용도의 기구에 직접 설치되는 독립형 장치, 반도체 제조 장치, 가스 혼합장치, 또는 가스 분배장치등과 같은 응용에도 사용될 수 있으며, 이러한 예에 제한되지 않는다. 모듈러 인터페이스와 컴팩트한 형태 및 고순도 성능을 필요로 하는 응용들에도 본 발명의 정화시스템을 사용할 수 있다.
모듈러 가스스틱 및 상기한 많은 종류의 다른 응용들은 일체식 회로장치의 제조에 있어서의 반도체 공정의 일부이다. 일체식 가열 게터 정화시스템을 사용하는 다른 산업들에는 의료산업, 화학분석, 화학처리 및 제조, 식품처리 및 테스트, 제약, 석유화학 제조 및 배급 등이 포함된다.
본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 다양한 형태로 본 발명을 구현할 수 있다. 그러므로 본 발명의 실시예들은 상술한 내용에 제한되지 않으며 본 발명은 특허청구범위 내에서 변경될 수 있다.

Claims (26)

  1. 제1단부와 제2단부를 가진 외부용기,
    상기 외부용기와의 사이에 환형 체적이 규정되도록 외부용기 내에 위치하며, 내부 체적을 규정하는 내부용기,
    상기 내부용기의 내부 체적 내에 위치하는 정화물질, 및
    상기 외부용기의 제1단부에 인접하여 위치하며 상기 환형체적과 내부체적에 각각 연결되는 입구 및 출구를 포함하여 구성되고,
    불순가스가 상기 입구를 통해 상기 가스 정화장치로 주입되어 상기 환형 체적을 통해 상기 내부 체적으로 흘러 상기 내부 체적 내에 위치하는 상기 가스 정화물질을 거친 다음 상기 출구를 통해 가스 정화장치로부터 배출되며, 상기 가스 정화물질은 상기 불순가스에 존재하는 적어도 몇 가지의 불순물들을 포획하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 정화장치를 가열하기 위한 히터를 더 포함하고, 상기 히터는 상기 제2단부와 이 제2단부 근처의 외부용기 부분을 포함하는 상기 정화장치의 제2단부 영역의 적어도 일부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정화물질의 적어도 일부와 접촉되는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 외부용기의 제1단부와 상기 히터 사이의 상기 내부 체적 내에 위치하는 전환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전환기는 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정화물질은 Zr, Ti, Nb, Ta, V 및 이들의 합금중에서 선택된 금속으로 구성된 게터물질인 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정화물질의 적어도 일부와 접촉되는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외부용기의 제1단부와 상기 히터 사이의 상기 내부 체적 내에 위치하는전환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전환기는 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 출구에 인접하여 상기 내부 체적 내에 위치하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 필터는 소결된 스테인레스 스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 필터는 출구 가스로부터 0.003미크론 크기의 미립자들을 제거할 수 있음을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 제1단부에 모듈러 가스스틱 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 출구에 인접하여 상기 내부 체적 내에 위치하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 필터는 소결된 스테인레스 스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 필터는 출구 가스로부터 0.003미크론 크기의 미립자들을 제거할 수 있음을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1단부에 모듈러 가스스틱 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 모듈러 가스스틱 인터페이스는 모듈러 가스스틱 기판과 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 정화장치.
  19. 정화장치의 제1단부에 위치하는 입구로 가스를 주입하는 단계,
    상기 가스를 가열하는 단계,
    상기 가스를 정화물질과 접촉시키는 단계, 및
    상기 가스를 상기 정화장치의 제1단부에 위치하는 출구로부터 배출하는 단계를 포함하여 구성되는 가스 정화방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 가스를 정화물질과 접촉시키는 단계전에 상기 가스를 사전 가열하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 정화방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 정화물질은 Zr, Ti, Nb, Ta, V 및 이들의 합금중에서 선택된 금속을 포함하는 게터물질인 것을 특징으로 하는 가스 정화방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 가스를 정화물질과 접촉시키는 단계전에 상기 가스를 사전 가열하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 정화방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 가스를 출구로부터 배출시키는 단계 전에 상기 가스를 냉각시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 정화방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 가스를 출구로부터 배출시키는 단계 전에 상기 가스를 냉각된 가스를 여과하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 정화방법.
  25. 제1단부 및 제2단부를 가진 긴 형태의 외부용기,
    상기 외부용기와의 사이에 환형 체적이 규정되도록 외부용기 내에 위치하며, 내부 체적을 규정하는 긴 형태의 내부용기,
    상기 제2단부와 이 제2단부와 인접한 상기 외부용기의 일부분을 포함하는 상기 열교환기의 제2단부 영역의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 열교환기를 가열하는 히터,
    상기 외부용기의 제1단부와 상기 제2단부 사이의 상기 내부 체적 내에 위치하는 전환기, 및
    상기 외부용기의 제1단부에 인접하여 위치하며 상기 환형 체적과 내부 체적에 각각 연결되는 입구 및 출구를 포함하여 구성되고,
    가스가 상기 입구를 통해 상기 열교환기로 주입되어 상기 환형 체적을 통해 상기 제2단부를 거쳐 상기 내부체적으로 흘러 내부체적 내에 위치하는 상기 전환기 주위를 돌아서 상기 출구를 통해 상기 열교환기로부터 배출되며, 상기 제2단부 영역은 상기 가스를 가열하며, 상기 전환기는 상기 가열된 가스를 상기 내부용기의 벽쪽으로 흐르도록 하며, 상기 내부용기의 벽은 상기 가스에 존재하는 적어도 일부의 열을 상기 환형 체적 내를 흐르는 가스로 전달하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  26. 열교환장치의 제1단부에 위치하는 입구로 가스를 주입하는 단계,
    상기 가스를 제1의 가열된 표면의 제1면과 접촉시키는 단계,
    상기 가스를 제2의 가열된 표면과 접촉시키는 단계,
    상기 제1의 가열된 표면의 제2면과 접촉하도록 상기 가스의 방향을 전환시키는 단계, 및
    상기 열교환장치의 제1단부에 위치하는 출구로부터 상기 가스를 배출하는 단계를 포함하고,
    상기 가열된 가스가 상기 제1의 가열된 표면의 제2면으로 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 가스 사전가열방법.
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