TW458805B - Apparatus for producing a gas mixture - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（Ί ) 本發明關於製造包括一液態離析化合物（例如 Η M D S 0 )和一載體氣體（例如氧）的氣體混合物做爲 吱應之裝置。

Li知者爲利用電漿包覆程序處理工件，其中使用氣體 混合物來製造電漿，氣體混合物包括一液態離析化合物和 一載體氣體，例如六甲基乙矽醚（Η M D S ◦)和氧。這 種本說明書一開始就敘述之裝置已發展出來以進行包覆程 序而將例如光學透鏡包覆。這種裝置中，主要地液態 Η M D S 0被加熱所產生之蒸氣與氧氣結合，所得氣體混 合物做爲反應氣體。Η M D S 0的沸點與水幾乎相同，因 此所產生的氣體混合物之一缺點爲其溫度爲1 0 0 °C，另 -缺點爲其部分在氣體承載管線內凝結到製造電漿之設備 -冇人企圖藉由加熱氣體承載管線（包括閥、分配器等等 )而將氣體損失加以控制，然而此種裝置複雜且昂貴’而 且技術上施行時有困難。

因此本發明之目的在於提供一種本說明書起頭敘述之 裝置’其可持續製造大量反應氣體’而且可在實用上可工 作溫度下將反應氣體移出。實用可工作溫度假定在外界溫 度下出現的氣體產品（氣體混合物）的溫度在〇 C〜2 0 Γ亦視爲實用上可工作°達成本發明目的的另一種狀況是 提供每單位時間大體積之氣體流量’此處爲每小時 〇 · 〇 5〜5 m 3，較佳爲每小時0 . 1〜0 5 Π1 3，最 ίΐ爲每小時0 . 2〜0 · 5 πί 3〔體積流量轉換成標準狀況 ，1 b a r ，2 0 °C ) D 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -4- I---------^----I----線 t (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 二 t、·.⑽ 5 A7 __B7 五、發明說明（2 ) 依據本發明，其目的之達成係將多個塡料包在一細長 丨1. K質h垂直設置的可冷却塔中以互相疊置方式設置，固 設在塔上部有一進給管部（其從外部通到塔內）和一向下 的氣體出U管，而且設有測量排出的氣體混合物之溫度， 壓力和量。在本發明裝置中和一載體氣體一起製造氣體混 合物的液態離析化合物最佳爲Η M D S 0，因此本發明裝 置在製造複合其他液體離析化合物和一載體氣體的氣體混 合物也有用。 典型用於製造電漿的液態離析化合物包括金屬或半金 屬，例如錫、鋅、矽I锆、鈦或鋁》化合物爲有機化合物 或fj機金屬化合物，諸如烴氧基金屬、醋酸鹽、脂環基或 芳基金屬，最好是使用有機矽化合物，諸如四甲氧基矽醚 ，特佳者爲四甲基乙矽醚或矽氨烷，諸如六甲基乙矽醚。 對本發明有用的數種離析化合物載於美國第 5 ，0 4 1 ，3 0 3號專利中。 習於此技之人士可知此處所稱最佳離析化合物 HMD S 0爲說明用，其在相同方式下或在化合物特定變 化下亦適用上述液態離析化合物。 本發明致力於在低溫下由Η M D S 0製造蒸氣，因此 必須在不升高溫度下利用其他裝置蒸發液態Η M D S 0 » 爲了提供此種蒸發裝置，本發明使用蒸餾塔或萃取塔，加 以適當修改及尺寸，俾使從實質上垂直設置的塔頂部呈液 態導人的HMD S 0在適溫下蒸發=在此方面本發明亦採 用從其他習用背景得知的蜂巢狀塡料包，藉此液態 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .:U :Ί 5_ Α7 __________Β7______ 五、發明說明（3 ) Η M D S 0甚至在低溫下的分割亦得以改進。習用蜂巢狀 塡料包最好包含金屬而且呈互相疊置關係而使其在液態Η M D S 〇的進給管部下方3若進給管部終端在塔的上部， 液態Η M D S 0流可轉換成滴在上塡料包且在重力下逐漸 通過置於下方的塡料包內之液滴·，有大面積變潮溼， Η M D S ◦的黏稠性（與水幾乎相同）允許如此分割。在 此方面，爲了維持混合物中Η M D S 0與載體氣體之一定 比率，絕對需要保持塔溫一定，若將塔冷却可有特別有利 狀況，在此方面已考量1 °c〜2 0 °C，較佳爲5 °C〜1 1 t。技術上可在塔上裝設冷却套供冷媒流經，冷媒（在此 使闬水最簡單）可以傳統恆溫器控制溫度。 另一氣體，例如氧（可由氬代替）|由塔下部供應。 當液態成分朝塔底移動時，氣體蒸氣上升。依據本發明， 一氣體出口管固定在一適當有利位置，且向外延伸，讓所 要的Η M D S ◦與載體氣體（例如氧）的混合物移出塔外 此外，在本發明的塔上或塔內設有測量液體及/或氣 體或氣體混合物的溫度和壓力，因爲氣體混合物製造程序 uj藉由調節溫度和壓力而最佳化。在排出的氣體混合物方 阼亦適，其量應配合且適於另外的工作程序、然而在本 發明製造裝置中的其他變數亦應適用。 本發明的新穎製造裝置能持續地製造大量反應氣體， 特別是在外界溫度下，使得在實際上於毫無技術困難下讓 反應氣體進行另外程序及工作，例如通過相當長的管線， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *------- 訂---— II---t i . 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 —_______B7___ 五、發明說明（4 ) 通過分配裝置等等， 在此方面’依據本發明，其有需要在塔底連接爲過量 液體而設之一液體感測器及可由閥關閉之一條排放管。經 發現在使用本發明氣體製造裝置時，即使在整個塡料包有 良好分布’有一部分呈液態供應的Η M D S 0向下通過到 塔底部而未蒸發。因此偵測其存在於塔底（亦可偵測其量 )並將過量液體經由一閥排放有其好處。液體可存在於一 容器或再處理設備，使得液態Η M D S 0多次通過裝置而 以最大可能比率轉換成蒸發狀態。 塔長在15〜1.5m(最好爲30cm)已證明爲 可行，在此方面，其直徑爲30〜300mm，較佳爲 40〜200 mm，特佳爲50〜80mm。2〜1 ◦個 (較佳爲3〜8個）蜂巢狀塡料包可以互相疊置方式設在 坍內 此外實際實驗也顯示出，所製造的氣體混合物的體積 流量增加，在塔底的液態Η M D S 0之量也較大。若想要 供應高流量反應氣體（例如每小時1 〇 m 3〜2 0 m 3 )給 很有效力的機器，則新穎裝置的產量流量隨著時間經過掉 到產量流之下，因而不再能保證供應給有效力的工作機器 藉由建造更長的塔（內部塡充更多的塡料包）或是每 單位表面積有更多蜂巢之更貴的塡料包者，可明顯地增加 產敏輸出：然而此種結構昂貴且需高度困難技術及費用， 因此對於高輸出方面，本發明循不同路徑來進行一步設計 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） J --------1 裝—-----訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（5 ) 上述裝置，在進給管部的內排放端下方設置一分割缽或杯 ’其延沖於塔之橫截囬且有氣體通孔。請了解這種分割鮮 必須能讓氣體通過，因爲由下往上升且由塡料包製造之蒸 氣必須能由下往上穿過分割缽。另一方面，藉由此種分割 缽，其能使液態Η M D S 0大液滴（在進給管排放端）被 分割成大數目之小液滴。爲了使分割效果最大，分割缽是 僅可能大。在本發明上述裝置中使用這種分割缽之作用爲 能產生大量氣體混合物’例如每小時1 〇 〇 m 3，而不需在 製造期問偵測產量之下降；對於產品氣體混合物之實用可 工作溫度即爲如此。 依據本發明，若在分割缽中央區設具通孔且外側由氣 體通孔環繞之中心盤或板部有其優點。在本發明的裝置之 塔橫截面爲圓形，因爲較易使用工業塡料包。平坦或梢微 彎曲的分割缽周圍可依需要固定在塔內壁，使分割缽延伸 於塔的整個橫截面。上述中心盤或板部可依需要僅位於分 '刮缽中臾區，中心盤或板部具有讓液態Η M D S 0通過之 通孔，通孔的自由流通橫截面相對於中心盤或板部封閉表 面區之比率爲1〜2 0 %，較佳爲5〜1 0 %。關於塔總 橫截面，在中心板部周圍外面且由氣體通孔預定之表面積 比率較大，例如佔塔總橫截面的5 0〜8 0 %。經發現供 出進給管的液態Η M D S 0在中心板部區域滴在分割缽上 ，且嘗試向下經由個別通孔進入最上部塡料包’如此’塡 料包被供以液態流，其分割方式比沒有分割缽之第一個敘 述之裝置爲佳。 --------------裝----I---訂---------線 <：請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -8 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 458805 B7 五、發明說明（6 ) 在此方面，依據本發明’分割缽的中心板部在通孔之 丨1¾丨务ί閉ii.由一中，’Ll、兀ff*系載有其需要，在其中央區，固 定在塔的圓柱內表面之中心板部有上部中心環元件，其內 部設置:中心板部’其依上述比率關係分別經由通孔啓閉。 此種分割缽之製造簡單。中心板部可朝中心彎曲，中心環 元件可利用輻狀連接柱與固定在塔內壁的分割缽之一外環 連接~ 在本發明另一實施例中，中心板部呈篩板狀，中心板 部亦由一中心環元件支撐。歸板部亦可爲任何適當金屬或 塑膠材料製成之篩子1最好是燒結金屬，其亦可呈玻璃原 料形式。 依據本發明，上述裝置在包覆中空體內表面最佳，特 別言之，僅有單一孔口的中空體可依該方式包覆內部，只 要所要的氣體混合物在正確及實用可行溫度下製造，導入 且剩餘反應氣體可再度移除（在中空體內表面處理及澱積 之後）。 以下參照圖式將可更了解本發明的其他優點1特徵及 可能用途，其中： 圖1爲主系統槪示圖，其中央爲製造氣體混合物之裝 匿j 阊2爲本發明之塔的橫截面圖，塔內無分割缽。 圖3爲本發明之塔的橫截面圖，塔內有一分割缽。 圖4爲圖3—部分放大圖。 圖5爲具一封閉中心板部及通孔的一分割缽立體圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------—裝--------訂·---I----線 (請先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 458 80 5 A7 _B7__五、發明說明（7 ) 圖6爲具一嵌入篩板之一分割缽另一實施例 主要元件對照表 1 9 4 5 6 6 7 8 9 0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 7 塔 塡料包 進給管部 流向 進給管部釋出端 塔縱向中心線 氣體出口管 氣體混合物流向 壓力調節器 閥 分配系統 分配器 導入管 頂部開口瓶 冷却套 冷媒出口 冷媒流向 入口 流向 供應容器 質量流量調節器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） -10 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4588 0 5五、發明說明（8 ) 18 1 8 > 19 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 5 ^ 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 A7 B7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂·--------— 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 氣體導入管 載體氣體導入方向 質量流量調節器 塔底 氣體導入管下游端 蓋子 排放管 閥 進口管 流向 熱電偶 液體感測器 夾持環 分割魅 分割缽中心區 隆起部 通孔 中心板部 通孔 環件 輕板 外環 氣體通孔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - A7

化卜切S r------------- 五、發明說明（9 ) 請參閱圖1 ，其幾近中心處者爲製造產品氣體混合物 z裝直，注丨標號1表示，其代表細長且垂直設置之塔丄， 且塡以五個塡料包2 ，各塡料包2爲蜂巢狀且包含易受少 t化學物侵襲之鎳一鉻—鉬合金（商標名爲Hastell〇y ) a …進給管邰3從塔1上部由外界進入塔內，進給管部3的 内釋出端4終點在約在塔1的垂直縱向中心線5。 圖1中箭號6 —指示所製造的氣體混合物流向，氣體 uk ϋ物k頂部離開ί合1且通過向下延伸的氣_出口管6。 反應戚體爲載體氣體與蒸發的Η M D S 0之混合物，且在 通過一壓力調節器7之後，經由一閥8進入分配系統9。 在圖1所示實施例中，分配系統9爲一分配器1 〇 ,十條 導入管1 1從分配器1 0插入中空體內部，此例中，中空 體爲頂部開口之瓶1 2。 塔1本身可冷却’亦即其外部包覆一冷却套1 3 ，做 爲冷媒的水可流經冷却套1 3 °水從進口 1 4從一恒溫器 處沿箭號1 4 —方向流入冷却套1 3中空內部且沿箭號 1 5 -方向由出口 1 5離開。在此處施行的製造程序中， 冷别水藉由恆溫器保持在5〜1 1 °C之間。液態 Η M D S 0 (六甲基乙砂醚）從供應容器1 6經由質量流 域調節器1 7沿箭號3 '方向從進給管部3滴入。在圖1 叫/丨：例中，反應氣體不單只是蒸氣的HMD S 0，而是 懷·^載體氣體（此處爲氧’但於其他實施例中亦可爲氩， 妃等等）之混合物。做爲載體氣體之氧氣經由導入管i 8 沿箭號1 8 >方向通過質量流量調節器1 9進入塔1底部 用中13國家標準（CNS)Ail規格（210 κ 297公釐) -12^ --— 装*-------訂---------線- (請先閱讀背面之注咅〖事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 A7 經濟邹智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（10 ) 2 0。氣體導入管1 8的下游端見圖2和圖3 ，其設一蓋 子2 2來防止液態Η M D S 0滴入氣體導入管1 8。 未蒸發的Η M D S 0可由塔底在一閥2 4控制下經由 一排放管2 3排到一回收設備（未示出）。 如箭號2 5 >所示，若塔1內需額外氣體成分，輔助 氣體可經由進口管2 5進給到塔1頂部，進口管2 5亦可 做爲塔1之沖洗管。 塔1頭部中間有一熱電耦2 6來偵測塔內氣體溫度。 塔底2 0亦可設一液體感測器（未示出）來偵測塔底 2 ◦是否有未蒸發的HMD S 0以及其量。 圖2和圖3示出塔1內構造，頂部爲塡料包2和夾持 環2 8 ，以次及塔1底部構造。圖2類似圖1所示實施例 ，其中液態Η M D S 0從進給管部3釋出口 4呈較大液滴 滴在塡料體上|因爲液滴實質上分布於塡料體2內；圖3 爲另一輔助例，進一步言之，實質上與垂直縱向中心線5 垂直（亦即水平）的一分割缽或杯2 9延伸於塔1的整個 内橫截面。分割缽2 9設在進給管3內釋出端4下部的下 方約0 . 1〜1 0 m m (最好爲2 m m )處。 圖4爲塔1中一分割缽2 9第一實施例放大圖，其頂 部和底部切斷。分割缽與進給管部3內釋出端4之間的間 隔係從分割缽中心區3 0量得，因爲垂直縱向中心線5延 伸通過中心區3 0且實質上接觸進給管部3釋出端4下部 ，設在分割缽2 9中心區3 0內者爲相對於縱向中心線5 對稱之隆起部。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---III— ---------1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -13- 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（11 ) 示於圖5中的另一實施例亦有一隆起部3 1 ，其有一 中火適孔3 2 ’圖4中未見該通孔3 2。在分割缽2 9中 央应3 0的隆起部3 1在圖4實施例爲實心，在圖5中爲 • n y.tj iii - 在圖4至圖6中所示三個實施例中，分割缽2 9橫截 而.爲適於塔內部空間，由圖5和圖6立體圖可淸楚看到= 所示：三個實施例中重要者爲分割缽2 9內爲中心盤或 板部3 3 ’圖4中例子之中心板部3 3爲具隆起部3 1的 實心結構；圖5中例子之中心板部爲具中心通孔3 2之向 上彎曲板：圖6中例子之中心板部爲一平坦篩。 圖6中篩子構造的通孔係均勻地分布於整個中心板部 3 3 (邊緣區可不設），較寬的通孔3 4則設在圓形中心 板部3 3邊緣。通孔3 2和3 4讓經由進給管部3供應的 液態HMDSO滴穿。在進入塡料體2之前，HMDSO 已被分割缽細分。與離開進給管部3內釋出端4的較大液 滴相較比它小1〜2級的液滴由分布在分割缽2 9上的中 心板部3 3區在垂直向下方向離開分割缽2 9 ，俾進入塡 料包且而進一步被分割。 中心板部3 3由一中心環元件3 5支撐，中心環元件 3 5利用徑向均勻分布在周圍的輻板3 6而固設在與之有 ---間隔的.一外環3 7 ，外環3 7與中心環元件3 5之間的 間隔提供了四個段（氣體通孔3 8 )組成的一個自由環狀 區域。 操作時，在塡料體內被細細分割且部分蒸發的 ---------------------^---I-----線': (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本氓張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公Μ〉 - 14 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 58 8 05 A7 _B7__ 五、發明說明（12 ) Η M D S 0必須向上流經分割缽2 9的氣體通孔3 8到達 塔1頂，使得產品氣體混合物可隨後經由管6供給消費者 ---r ------ ----~ 裝—------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. ^ 4 St ^ 05 含§ D8 >、申請專利範圍 ’、 丨.一種製造氣體混合物之裝置，氣體混合物爲液態 ^少合物（例如H M D S ◦)與載體氣體（例如氧氣） 離析仏^ 物’以做爲反應氣體’其特徵在於：在一細長且實 之混θ <上.爱直設置的可冷却塔（1 )內設有互相叠置的多個塡 , 9 )，塔（1 )上部固設從塔（1 )外側伸入塔內 料Ή ' — _ g給管部（3 )以及向外延伸的一氣體出口管（6 ) # ^有測量排出的氣體混合物之溫度、壓力及量的裝置 ^ .如申請專利範圍第1項之裝置，其中塔（1 )底 )連接一液體感測器和供過多液體用之可由〜閥 關閉的一條排放管（2 3 )。 如申請專利範圍第1項之裝置，其中在進給管部 3 )的內釋出端（4 )下方設有延伸於塔（1 )的橫截 n函有氣體通孔（3 8 )的一分割缽（2 9 )。 面旦抖1 4，如申請專利範圍第1項之裝置’其中分割缽（ 2 g )的中心區（3 0 )爲中心板部（3 3 ) ’中心扳部 有通孔（3 4 ) ’且外側由氣體通孔（3 8 )圍繞。 5 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中分割缽（ 2 9 )的中心板部（3 3 )在通孔（3 2 ’ 3 4 )之間封 閉且由一中心環元件（3 5 )支擦。 6 .如申請專利範圍第1項之裝置1其中中心板部（ 3 3 )呈一篩板，且由一中心環元件（3 5 )支撐。 7 .使用如申請專利範圍第1項之裝置來包覆中空體 (1 2 )的內表面° --------I-----I ----! I 訂--------- C锖先閱讀背面之注意事項再寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印Ssf 本紙張尺度適用中幽函家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S > 10 *—1