TW518250B - Gas purification system with an integrated hydrogen sorption and filter assembly - Google Patents

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Pierre J Arquin
Nels W Lindahl
Mark A Canaan
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Description

18250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（I ) 發明背景 本發明一般係有關於用來淨化惰性氣體及氮氣的氣體淨化系 統。特別地，此淨化方法將雜質氣體加熱；用吸收雜質的材料與雜質 氣體接觸，以產生淨化的氣體；將淨化的氣體冷卻至低於大約i〇〇°C 的溫度，然後以吸收氬氣的材料與淨化的氣體接觸’以移除殘留的氫 氣。本系統提供一改良的低溫氫氣吸收及過濾裝置，以實質上地從淨 化的氣體中移除所有的殘留氫氣及顆粒。 在半導體製程工業中，純淨的氣體係用於各種製程中，例如化學 汽相沈積（CVD)，電漿蝕刻（plasma etch)等等。當積體電路的特 徵寬度（feature width)變小時，用在製程中的氣體純度就變得更關 鍵。例如，十年前特徵寬度的標準範圍是3至5微米。現在，具備低 於0.2微米之特徵寬度的積體電路已在量產中。具備較小的特徵寬 度，即使是非常低程度的污染也會損害積體電路，因而破壞其功能或 降低其效能。典型的當代製程規格需要將氣體加工至具有低於十億分 之10 (ppb)的污染物，較佳地是低於1 ppb的污染物。 一習知技術中的氣體淨化器是利用熱的吸收劑（getter)材料， 以移除來自惰性氣體及氮氣中的雜質。將吸收劑材料裝進不鏽鋼@ 器，此容器係典型地加熱至300°C至450°C間的溫度。但是，不錄_ 在高於大約2〇〇°C的溫度時，會釋放相當大量的氫氣。以前，當製程 規格容許100 ppb的氫氣存在於淨化的製程氣體中的時候，這不會遊 一個重要的問題。然而，對當代的製程規格來說，從熱的不绣鋼所_ 放出來的氫氣已經變成一個相當重要的問題。 4HICKM AN/2000013TW ι
SAS1P022A.TW ^^尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------------•丨訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 A7 B7 五、發明說明（z) 一包含氫氣吸收材料的第二槽體係典型地用來移除殘留的氨 氣。Briesacher等人於1993年8月24曰所核准的美國專利編號 5,238,469，揭露一種典型包含氫氣吸收材料的槽體。這個槽體包含會 從氣流中吸收氫氣的材料。容納氫氣吸收材料的獨立槽體增加氣體'淨 化系統的大小、複雜度以及成本。 除了雜質氣體的淨化之外，氣體還必須過濾’以移除顆粒。如 0.003微米般小以及更小的顆粒必須從氣流中移除。爲了移除顆粒’ 專用的顆粒過濾器係加入於氣體淨化系統的出口區。用在此過濾器元 件上的材料典型地是鐵弗龍（Teflon)，但也可以使用其他較昂貴的材 料，例如，鋼鐵。 顆粒過濾器是氣體淨化系統之非常精確且昂貴的零件。除了成本 之外，顆粒過濾器也增加了氣體淨化系統的複雜度及物理大小。鐵弗 龍過濾器對熱敏感，並且無法在高於l〇〇°C的環境下操作。如果在高 於100°C的溫度下操作，鐵弗龍過濾器會受損並破壞。鐵弗龍過濾器 也會因爲潮濕或水蒸氣而污染。這樣一個受損的、破壞的或是污染的 過濾器是必須更換的。 所需要的是一種減少複雜度、成本以及物理大小的氣體淨化系 統，以用於相同品質的淨化以及顆粒過濾的效能。 發明摘述 本發明比習知技術更能滿足此需求。本發明係提供一氣體淨化系 統，其具有改良的效率、較簡單的構造、成本減少、形狀係數（form 4HICKMAN/2000013TW 2
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1P-----·----線* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（彡） factor)的改良以及增加的耐久性。 本發明透過較少的零件及利用多重整合式的零件，而提供成本及 形狀係數的改良。習知技術中的氣體淨化系統比較笨重且複雜。 本發明藉由利用一再生的熱轉換器，以獲得一部份在淨化過程中 傳送至氣體的熱能，而達成增加的熱效率。習知技術的淨化器缺少一 再生的熱轉換器。 習知技術利用各別的加熱器及淨化室，在這裡本發明則將這兩種 零件整合成一個整合式的加熱器以及淨化槽體組件。 習知技術也利用各別的殘留氫氣吸收及顆粒過濾的零件。本發明 係將這兩種零件整合成一個整合式的氫氣吸收及顆粒過濾的零件。此 整合式的氫氣吸收及顆粒過濾的零件也可在高溫中操作。這樣會減輕 維修，而且容易製造。 所產生的氣體淨化系統透過使用較少的零件而變得比較簡單，藉 由使用較少且整合式的零件而變得較小，透過較少的零件、較小的零 件以及透過減少的製造勞工需求而降低成本。 圖示之簡單說明 第1圖說明本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統的圖式。 第2圖說明本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統的吸收劑槽體。 第2A圖詳細說明本發明所述之第2圖的入口端帽蓋。 第2B圖詳細說明本發明所述之第2圖的出口端帽蓋。 第2C圖詳細說明本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統之吸收劑槽 4HICKMAN/2000013TW 3
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） n n n ϋ n ·ϋ n ϋ n —A— n n 1 1_1 n _1_« an 一OJa I n ϋ 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 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·) 體的入口端帽蓋。 第2D圖說明本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統之吸收劑槽體的 入口端之詳細剖面圖。 第2E圖說明本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統的操作流程圖。 第3圖說明本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統的整合式氫氣吸收 及顆粒過濾器組件。 第4圖說明第3圖之剖面圖“A”。 第5圖說明第3圖之剖面圖“B”。 第6圖說明使用本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統的積體電路製 造裝置之流程圖。 第7圖說明使用本發明所述之加熱吸收劑氣體淨化系統的平版顯示器 (flat panel display)製造裝置之流程圖。 較佳具體實施例之詳細說明 第1圖用圖示來說明本發明具體實施例所述之氣體淨化系統 1〇〇。氣體淨化系統100包括一入口 102、一流量計104、第一螺管電 磁啓動閥(solenoid activated valve) 106、第一熱交換組件(heat exchanger assembly) 108、一加熱吸收齊![槽體(getter vessel)2〇0、第二熱交換組件 110、一整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300、第二螺管電磁啓動閥 114以及出口 116。此系統100也包括一分流閥(bypass valve) 120、一 入口選用(option)閥130、一出口選用閥132、一出口樣品閥(sample valve)134、一壓力釋放閥136、一排氣閥138、一排氣管過濾器140、 4HICKMAN/2000013TW 4
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------tr--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 A7 B7 五、發明說明（夕） ¾濟部智慧財產局員工消費合作、社印製 一排氣管檢測閥142、一排氣出口 144以及一釋放管口(relief lme vent) 146 〇 與氣體接觸的氣體淨化系統內層應該要乾淨且拋光良好。例如， 所有連接管、閥以及各種氣體操作組件的內層，應該要以拋光的非反 應性金屬製造而成，此金屬具有充分封閉的紋理以減少氣體的附著。 期望的拋光金屬表面平滑度應該要在5至25微英吋Ra之間。可提 供這種表面的適當金屬包括不銹鋼及工業標準化合金，例如賀斯塔合 金（hastelloy)、英克合金（incoloy)以及蒙耐合金（monel)，這些合 金可從各種來源獲得。這樣的金屬係典型地拋光以提供適當的表面規 格，這是熟知此技藝者所熟知的。 加熱吸收劑槽體200可從任何具有足夠強度及高溫耐受度的適當 材料製造而成，例如，金屬材料。在一較佳具體實施例中，加熱吸收 劑槽體200是以不鏽鋼製造而成。 雜質氣體的來源係與氣體入口 102連接。雜質氣體包括範圍在 0.1-10百萬分之一（ppm)的雜質。雖然這些氣體對許多應用而言已 經夠純，但是對於半導體製程所需求的超潔淨製程仍是不純的。這些 雜質氣體的例子包括氮氣或惰性氣體的其中一種，如同商業氣體公司 所提供的，例如 Air Products Corporation of Allenstown，Pa. and Air Liquide of Chicago, III 〇 流量計104係以一段管子與入口 102連接，並用來確實地監測流 過氣體淨化系統100的氣體量。閥106係以一段管子與流量計1〇4連 接，並且正常時，在操作氣體淨化系統100的期間是開著的。氣體對
4HICKMAN/2000013TW SAS1P022A.TW
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) L— Γ -· ·ϋ I n n n I mMmmm - ^ I n ϋ ϋ ϋ 華- 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（t) 氣體之熱交換器(§as t0 §as heat exchange〇l〇8之冷的氣體入口 109 ’ 係以一段管子與閥連接，並在氣體進入整合式加熱器及吸收劑組 件200之前，係操作以加熱氣體。氣體對氣體之熱交換器108的預熱 氣體出口 111係以一段管子與加熱吸收劑槽體200之入口連接。零件 的詳細說明以及加熱吸收劑槽體200的操作在第2圖中進行更詳細的 討論。 加熱吸收劑槽體2〇〇的出口 210係以一段管子與氣體對氣體之熱 交換器108的熱氣體入口 113連接。氣體對氣體之熱交換器1〇8係可 操作地冷卻來自加熱吸收劑槽體200之出口的氣體，並將至少一部份 加熱氣體內的熱量轉移至雜質氣體。氣體對氣體之熱交換器108之預 冷的氣體出口 1Π，係以一段管子與氣體對空氣之熱交換器110的入 口連接。此氣體對空氣之熱交換器（gas to air exchanger) 110，係可 操作地將氣體中的熱量轉移至空氣，而此空氣係被推向氣體對空氣之 熱交換器110的外表。 氣體對空氣之熱交換器110的出口，係以一段管子與整合式氫氣 吸收及顆粒過濾器組件300的入口 302連接。零件的詳細說明以及整 合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300的操作在第3圖中進行更詳細的 討論。整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300之出口 303，係以一段 管子與第二螺管電磁啓動閥114連接。第二螺管電磁啓動閥114係以 一段管子與出口 116連接。 第2圖說明加熱吸收劑槽體200。此加熱吸收劑槽體200較佳地 是包括一延長的圓柱外包覆體（enclosure) 202、第一端204、一接近 4HICKMAN/2000013TW 6
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -'•轚一·' -----— ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（？） 第一端204的入口 206、第二端208、一接近第二端208的出口 210、 一氣體加熱體(gas heater body)212、複數個加熱器兀件2M、第一數量 的淨化材料220、第二數量的淨化材料222、一數量的金屬砂（shot) 224、一出口篩網組件226、第一熱電偶（thermocouple) 228、第二熱 電偶230、第三熱電偶232以及第四熱電偶234。 第一端204與第二端208較佳地是與延長的圓柱外包覆體202作 氣密式（gas-tight)的焊接。入口 206係經由複數個通道217與環狀 容積216連接，其中通道217係延伸通過氣體加熱體212 〇加熱器元 件214係與一電源（未顯示）連接，以用於加熱氣體加熱體212。此 氣體加熱體212係可操作地將氣體加熱，當氣體在入口 206流動，通 過通道217至第一環狀容積216，然後是第二環狀容積215、到氣體 加熱體212及第一數量的淨化材料220之間的空容積218。 當氣體流過此複數個通道217以及第一環狀容積216和第二環狀 容積215的時候，將氣體加熱。複數個通道217及第一環狀容積216 和第二環狀容積215的結合，將氣流散佈至整個氣體加熱體212的加 熱表面。氣體加熱的溫度一般是高於200°C，較佳地是高於300°C， 例如300°C至450°C。藉由將氣體加熱至這樣的溫度，較佳加熱吸收 劑槽體200的運轉效率會大大地提升。 在一較佳具體實施例中，第一數量的淨化材料220是一吸收劑材 料。也是在一較佳具體實施例中，第二數量的淨化材料222是一吸收 劑材料。 當加熱氣體通過或接觸第一數量之吸收劑220的表面時，雜質便 4HICKMAN/2000013TW 7
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------矿--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8) 從加熱氣體中移除。雜質被化學地吸收進入第一數量吸收劑220的表 面。從加熱吸收劑槽體200釋放出來的氣體因而被淨化，並典型地具 有低於1-10十億分之一 (ppb)的污染氣體以及殘留氫氣。 然而，此加熱吸收劑槽體200及連接管子的熱不錄鋼表面，典型 地產生10-25 ppb的氫氣。 在本發明中有效用的非蒸發性吸收劑材料之特色，是對於活性氣 體的吸收能力。適合用作非蒸發性吸收劑之金屬的例子包括鉻 (Zirconium)、釩(titanium)、鐵等等。如同在美國專利編號3,203,901 ; 3,926,832 ; 4,071，335 ; 4,269,624 ; 4,306,887 ; 4,312,669 ; 4,405,487 ; 以及4,907,948所揭露的，鉻合金吸收材料的製造及使用是熟知此技 藝者所熟知的。所使用的特定吸收劑材料，是基於有效的溫度範圍以 及欲淨化的特殊氣體而選擇。 例如，如果欲淨化的氣體是惰性氣體，吸收劑材料可以是Zr-V-Fe合金。這樣的合金一般具有以下的重量組合（&)75%2卜20%^-5% Fe ； (b) 45% Zr-20% V- 35% Fe ； (c) 45% Zr-50% V- 5 % Fe。這樣的吸收劑材料說明於美國專利編號4,312,669。較佳地是 使用具有重量比例爲& (70重量％) - V (24.6重量- Fe (5.4 重量％)的三合金。這樣的三合金係以各種形式，可由商業上獲得， 例如 St707™ 吸收劑合金（SAES GETTERS S.p.A·，Milan，Italy )。 吸收劑材料的物理具體實施例並不重要。各種吸收劑材料形式是 此技藝所知道的，或是商業上可獲得的。例如，此吸收劑材料可包括 一群小顆粒狀物。另外’吸收劑材料可以用粉末的形式提供，或是以 4HICKMAN/2000013TW 8
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) IMW--------tT------_ MT. 518250 A7 B7 五、發明說明（1 ) 包覆在陶瓷基質上的表面形式提供。 當加熱氣體與第一數量的吸收劑220接觸之後，此加熱氣體流過 第二數量的吸收劑222之表面或與此表面接觸，並流進金屬砂224。 金屬砂224提供一堆含鐵的反應性物質，以提高加熱吸收劑槽體200 的安全特徵。 第2A圖說明加熱吸收劑槽體2〇〇的第一端204，顯示入口 206 的位置、複數個加熱器元件214以及第四熱電偶234。 第2B圖說明加熱吸收劑槽體200的第二端208，顯示出口 210 及第一熱電偶228的位置。 第2C圖詳細說明加熱吸收劑槽體200的第一端204，顯示入口 206、複數個加熱器元件214以及第四熱電偶234。此外，也顯示複數 個通道217。通道217可以是任何方便的類型、大小及數目。入口 206 可遠離中心而非集中在第一端204。當氣體流進第一環狀容積216的 時候，此通道係可操作以提供與氣體接觸的額外加熱表面。 第一環狀容積216係提供，以用於轉換並散佈來自通道217的氣 流。當氣體流入第一環狀容積216的時候，氣流就散佈進入一薄層， 以流過整個第一環狀容積216及第二環狀容積215的加熱表面。第二 環狀容積更進一步將氣流壓薄，並將氣流散佈至整個氣體加熱體212 的加熱表面。並顯示第一環狀容積216和第二環狀容積215的相對大 小及位置。 第2D圖說明加熱吸收劑槽體200之第一端204的詳細剖面圖。 第2D圖說明第二環狀容積215的長度以及氣體加熱體212。 4HICKMAN/2000013TW 9
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -— t-----_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（10 ) 可使用複數個加熱器。加熱器也可位於其他額外的位置，例如與 加熱吸收劑槽體200的第一端204鄰近並接觸的加熱電阻絲(resistive heater) ° 吸收劑管柱是危險的，因爲在裡面的吸收劑材料與高濃度的雜質 是高度反應的。例如，如果是高濃度的雜質氣體，例如，部分是視氣 體的流速而定，其中的雜質氣體，例如是氧氣，被引入一吸收劑管柱， 其中此吸收劑管柱係包含以锆爲基礎的吸收劑材料，那麼一放熱反應 發生’而這些熱可能會弓丨起容器之圍壁（containmentwall)的融化。 典型地由不銹鋼容器所形成的圍壁，在100〇t;這樣低的溫度就可溶 解’因爲與此圍壁接觸的吸收劑材料和圍壁反應，並形成一共熔合金 (eutectic)組成物。如果圍壁的融化造成在那裡形成一個洞，那麼吸 收劑材料的圍壁發生缺口，那可能會是一個很大的災難。 金屬砂224係配置於出口篩網組件226的周圍。金屬砂224可以 是任何適合的材料，其有能力保護出口篩網組件226免於實質上的傷 害’以下會作更詳細的討論。較佳的金屬砂224包括，但不限於金屬 材料，例如不銹鋼以及陶瓷材料，例如石英、SiC、SiN以及A1203。 金屬砂224較佳地是以具有實質上爲球形，並相對直徑小的顆粒形式 而存在，例如，球、或是各種大槪是圓柱形、以及大槪是球形的物體， 例如金屬砂。在一較佳具體實施例中，金屬砂224係由不鏽鋼金屬砂 所組成，其具有0.125英吋至0.25英吋的直徑。 第一熱電偶228、第二熱電偶230以及第三熱電偶232是溫度感 應器，係配置於第一數量的吸收劑220內。第一熱電偶228係配置於 4HICKMAN/2000013TW 10
SAS1P022A.TW (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝--------訂----- Φ: 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1丨） 加熱吸收劑槽體200內，以便實質上地延伸至第一數量的吸收劑 220。第一熱電偶228、第二熱電偶230以及第三熱電偶232係與一控 制單元（未顯示）連接，其操作將在稍後有詳細說明。 在一較佳具體實施例中，第一熱電偶228、第二熱電偶230以及 第三熱電偶232是熱電偶元件。使用具有薄外鞘(thin sheath)的快速作 用熱電偶元件，對於較快的反應時間是較佳的。此熱電偶元件可配置 於單一外鞘中或分開的外鞘中。熟知此技藝者將瞭解，其他的溫度感 應裝置也可使用，例如，鉑電阻溫度裝置（RTD)或電熱調節器。 在操作的時候，欲淨化的加熱氣體透過入口 206進入加熱吸收劑 槽體200。藉由氣體加熱體212，氣體加熱至大約300°C至大約400°C 的溫度範圍。氣體接著流過第一數量的吸收劑220、第二數量的吸收 劑222、一數量的金屬砂224以及出口篩網組件226。當氣體流過第 一數量的吸收劑220時，來自此氣體的雜質被吸收。淨化的氣體透過 出口 210，離開加熱吸收劑槽體200。 如果含有高濃度雜質的氣體，例如氧氣、氮氣、或含氧氣體，例 如CO、C02以及H20，進入加熱吸收劑槽體200的話，那麼當此氣 體與第一數量之吸收劑220及/或第二數量之吸收劑222接觸時，一 放熱反應發生。這樣高度雜質的氣體可透過入口 206或出口 210而進 入加熱吸收劑槽體200。例如，如果加熱吸收劑槽體2〇〇不慎地與一 不適當的氣體來源接觸，則高度雜質的氣體就可能會透過入口 206而 進入。如果用於，例如氬氣以及氮氣的氣體設備線係交互連接的話， 由於可能發生的倒流，則高度雜質的氣體可能會透過出口 21〇而進 4HICKMAN/2000013TW n
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） • i I --------------------訂------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（μ) 入。 如果雜質氣體透過出口 210而進入的話’此一數量的金屬砂224 使出口篩網組件226從其上的熔化區獲得緩衝，藉此避免出口篩網組 件226受到破壞。 障礙材料（barrier material) 224係配置於接近出口過濾器226的 位置’並將淨化材料222與出口過濾器226分開。障礙材料224可以 是任何有能力保護出口過濾器226免於實質傷害的適當材料，將在之 後詳細說明。較佳的障礙材料包括，但不限於金屬材料，例如不銹鋼 以及陶瓷材料，例如石英、SiN以及A1203。此障礙材料224較佳地 是以具有實質上爲球形，並相對直徑小的顆粒形式而存在，例如，球、 或是各種大槪是圓柱形、以及大槪是球形的物體，例如金屬砂。在一 較佳具體實施例中，金屬砂224係由不鏽鋼金屬砂所組成，其具有 0.125英吋至0.25英吋的直徑。 溫度感應器228係配置於第一數量及第二數量之吸收劑222、220 內。溫度感應器228是一多重元件的溫度感應器，其可感應接近出口 之第一數量吸收劑222的溫度以及第二數量吸收劑220的溫度。溫度 感應器228係與控制單元連接，其操作將在後面討論。在一較佳具體 實施例中，溫度感應器228是一熱電偶元件。使用具有薄外鞘的快速 作用熱電偶元件對於較快的反應時間是較佳的。此熱電偶元件可配置 於單一外鞘中或分開的外鞘中。熟知此技藝者將承可其他的溫度感應 裝置也可使用，例如，鉑電阻溫度裝置（RTD)或電熱調節器。 在操作的時候，欲淨化的加熱氣體透過入口 206進入加熱吸收劑 4HICKMAN/2000013TW 12
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------tr*--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^〜--—_ B7____ 五、發明說明（/3 ) 槽體200。氣體藉由氣體加熱體（顯示於第2〇圖）加熱至大約3〇〇 °C至大約400°C的溫度範圍。氣體接著流過第一數量及第二數量的吸 收劑222、220、障礙材料224以及出口過濾器226。當氣體流過第一 數量及第一數量的吸收劑222、220時，吸收劑吸收來自此氣體的雜 質。淨化的氣體透過出口 210，離開加熱吸收劑槽體2〇〇。 如果含有筒濃度雜質的氣體，例如氧氣、氮氣、或含氧氣體，例 如CO、(：02以及H20，進入加熱吸收齊[|槽體200的話，那麼當此氣 體與第一數量吸收劑220及/或第二數量吸收劑222接觸時，一放熱 反應發生。這樣高度雜質的氣體可透過入口 206或出口 210而進入加 熱吸收劑槽體200。例如，如果加熱吸收劑槽體2〇〇不慎地與一不適 當的氣體來源接觸，則高度雜質的氣體就可能會透過入口 206而進 入。如果用於，例如氬氣以及氮氣的氣體設備線係交互連接的話，由 於可能發生的倒流，則高度雜質的氣體可能會透過出口 210而進入。 溫度感應器228係位於第一數量之吸收劑220之最上面以下，距 離爲D1的點。溫度感應器228所在的位置點係選擇以落在熔化區。 用在有關本發明之說明的時候，名詞“熔化區（meltzone) ”意指雜 質與淨化材料間的放能反應所產生之最大溫度，最快發生的區域。吾 人已經發現，當高度雜質氣體透過入口 206而進入加熱吸收劑槽體 200時，由放能反應產生的最大溫度，最快發生在第一數量吸收劑220 的最上方表面之下。因爲放熱反應並不是瞬間的，並且由於進入氣體 之氣體流速的緣故，所以相信最大溫度係發生於第一數量吸收劑220 最上方表面之下。 4HICKMAN/2000013TW 13
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------------訂--------- (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 518250 A7 B7 五、發明說明（/ψ) 以正常流速而言，例如1平方公尺/小時/公斤的淨化材料，已經 發現新的淨化材料的距離D1大約是1英吋，而舊的淨化材料的距離 D1大約是2.5英吋。因此，當淨化材料老化時，熔化區會向底部移進。 此外，以較慢的氣體流速而言，因爲進入氣體之減慢的氣體流速，所 以距離D1可能會稍微短一點。如果氣體入口提供進入氣體的一致性 分佈，那麼此熔化區正常的話，將位於淨化材料的中間。另一方面， 如果氣體入口提供進入氣體的非一致性分佈，例如環狀分佈，那麼此 熔化區可能會遠離淨化材料的中央。 熟知此技藝者將瞭解，熔化區的位置是特定參數的函數，這些參 數包括加熱吸收劑槽體的幾何尺寸，例如，槽體的直徑及長度、氣體 流速、雜質型態以及淨化材料的老化程度。依據這些參數，相信熔化 區會發生於第一數量吸收劑220最上方之下，大約0英吋至大約6英 吋的地方。在一直徑5英吋的標準槽體中，在正常氣體流速下，溫度 感應器228較佳地是位於第一數量吸收劑220最上方之下，大約0英 吋以上至大約6英吋以下，較佳範圍是大約0.5英吋至大約2.5英吋， 最佳範圍是大約1英吋至大約2英吋。 加熱吸收劑槽體200的較低部分係被安排規劃成，抑制介於吸收 劑材料與加熱吸收劑槽體200之外壁、或出口過濾器226之間的共熔 合金組成物之形成，並快速偵測一放熱反應的發生，此放熱反應的發 生表示有過多的雜質回流進入加熱吸收劑槽體200。障礙材料224將 位於加熱吸收劑槽體200之底部的第二吸收劑222，從出口過濾器226 分開。藉由抑制吸收劑及出口過濾器226之間共溶合金組成物的形 4HICKMAN/2000013TW 14
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I----I I I I I I--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 518250 A7 B7 五、發明說明（/夕） 成，障礙材料224的厚度D2係選擇可以保護出口過濾器220，而免 於實質上的損害，因此這樣的共熔合金組成物不會熔出一個穿透出口 過濾器226的洞。當障礙材料224是一層不銹鋼金屬砂時，吾人發現 大約1英吋的厚度D2，即足以保護出口過濾器226免於實質上的損 害。 溫度感應器228具有第二感應元件，位於第二數量吸收劑222底 部之上，距離爲D3的位置。溫度感應器228所在的位置係選擇以落 在熔化區，也就是意指雜質與淨化材料間的放能反應所產生之最大溫 度，最快發生的區域。已經發現，當高度雜質氣體透過入口 210而進 入加熱吸收劑槽體200時，例如藉由從交叉連接的氣體裝置線而倒 流，那麼由放能反應產生的最大溫度，最快發生在第二數量吸收劑222 之底部表面之上。 因爲放熱反應並不是瞬間的，並且由於進入氣體之氣體流速的緣 故，所以相信最大溫度係發生於第二數量吸收劑222的底部表面之 上。在測試中，N2以大於20 m3/ hr的氣體流速，倒流進入一直徑5 英吋的標準槽體內，吾人發現，距離D3大約是1.5英吋至大約2英 吋。如同先前所討論的，熔化區的位置係依據特定的參數而決定，包 括加熱吸收劑槽體的幾何尺寸，例如槽體的直徑及長度、氣流速度以 及雜質的類型。依據這些參數，相信熔化區可能是發生在第二數量吸 收劑222的底部之上，大約0英吋至大約6英吋的位置。在一直徑5 英吋的標準槽體中，溫度感應器228較佳地是位於第二數量吸收劑 222的底部之上，大約0英吋至大約3英吋的位置，更加地是大約〇.5 4HICKMAN/2000013TW 15
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I # - -* ϋ KMMm n I n 11 一 I in flu n i ΜΨ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（（G ) 英吋至大約2.5英吋，最佳地是大約1英吋至大約2英吋。 控制單元測量由加熱吸收劑槽體200中的溫度感應器228所感應 的溫度，並且當特定警示溫度已經到達、或當特定溫度上升速度已經 到達、或當其中之一的溫度感應器已經破壞的時候，藉由，例如空氣 開動，而開動隔離閥106和114、分流閥120以及排氣閥138。當此 溫度感應器是一熱電偶元件的時候，一開放狀態的熱電偶（open thermocouple)表示這個熱電偶元件可能已經破壞了。控制單元可以 是任何有能力執行這些功能的電子裝置，例如微處理器、微控制器、 電腦、或邏輯電路，並且可連接至以吸收劑爲基礎之氣體淨化器的現 有控制電腦上。 控制單元較佳地具有三個警示階層。在第一個警示階層中，當測 試到第一警示溫度、或到達一溫度增加速度的時候，警鈴會響，控制 單元會開動隔離閥106及114，以隔離加熱吸收劑槽體200，也就是 關閉加熱吸收劑槽體200的入口及出口，並打開分流閥120。在第二 個警示階層中，當測試到第二警示溫度的時候，警鈴會響，控制單元 會開動排氣閥138，以排出來自加熱吸收劑槽體200的氣體。在第三 個警示階層中，當到達第三警示溫度的時候，警鈴會響，控制單元會 關閉分流閥138。第一警示溫度較佳地是大約l〇°C至大約100°C，更 佳地是大約40°C至大約60°C，最佳地是大約5〇°C ’係局於力Π熱吸收 劑槽體200的正常操作溫度。 藉由隔離加熱吸收劑槽體200，第一警示階層的動作會停止放能 反應（如果存在的話）。第二警示溫度較佳地是至少大約l〇〇°C，高於 4HICKMAN/2000013TW 16
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（ο ) 加熱吸收劑槽體200的正常操作溫度。這個等級的溫度增加是可靠的 指標，表示放能反應已經達到危險等級。第二警示階層的動作係將氣 體排出，以幫助釋放雜質，並保護加熱吸收劑槽體200，免於發生構 造上的故障。藉由降低加熱吸收劑槽體200內部的壓力（在正常操作 時，內部壓力是在100-150 psig的等級上），可將氣體排出，以保護加I 熱吸收劑槽體200，免於發生構造上的故障，並避免因熔化的淨化材 料之高溫（接近l〇〇〇°C )所產生的不安全構造環境。以上方熔化區來 說，排氣會把仍然留在入口管子內的雜質，連同儲存在吸收劑管柱的 熔化區之下的惰性氣體沖出。第二警示階層動作盡可能地從加熱吸收 劑槽體200排出氣體，例如，降至大約0-5 psig。 第三警示溫度較佳地是至少大約200°C，更佳地是至少大約300 °C，高於加熱吸收劑槽體200的正常操作溫度。這個等級的溫度增加 是可靠的指標，也就是具有多餘雜質的實質量已經進入加熱的吸收劑 槽體200。第三警示階層的動作，使氣體停止供應至用於半導體製造 設備的氣體分佈網（gas distribution network)，因此高雜質氣體不會用 在積體電路裝置的製造上。反應於警示動作的時間應該要快，例如， 在大約0.5至L5秒以內，因爲熔化過程在幾秒之間就會引起實質上 的損害。爲了減少反應於警示動作的時間，對每一個隔離閥106及 Π4、分流閥120以及排氣閥138而言，使用單獨的螺管電磁啓動閥 是較佳的。 氬氣淨化器內的加熱吸收劑槽體200的正常操作溫度大約是400 °C。因此，第一警示溫度較佳地是在410°C至大約500°C的範圍內， 4HICKMAN/2000013TW 17
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -------------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tii----si. 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（必） 更佳地是在大約U40°C至大約1200°C的範圍內，最佳地是大約450 。(：。第二警示溫度較佳地是至少大約500°C。第三警示溫度較佳地是 至少大約60(TC，更佳地是至少大約700°C。 如果控制單元測量到第一警示溫度、或第一警示溫度以上的溫 度，則控制單元開動隔離閥106及114，以隔離加熱吸收劑槽體200。 當加熱吸收劑槽體200被隔離的時候，欲淨化的輸入氣體，其已經具 有高度淨化程度，會直接從來源102經由分流閥120而流至出口 116， 因此氣體分佈網會持續得到氣體的供應。如果控制單元測量到第二警 示溫度或第二警示溫度以上的溫度，則控制單元開動排氣閥138，以 排除來自加熱吸收劑槽體200的氣體。當排氣閥138被啓動的時候， 氣體從加熱吸收劑槽體200流過顆粒過濾器140、排氣閥138、檢驗 閥142以及排氣管144，流到氣體櫃（gas cabinet)，此氣體櫃可能形 成氣體分佈網的一部份。如果控制單元測量到第三警示溫度、或第三 警示溫度以上的溫度，則控制單元關閉分流閥120，使氣體停止供應 至氣體分佈網。除了當測量到特定溫度時，爲了進行警鈴動作而裝配 控制單元之外，較佳地是進一步裝配控制單元，以提供“升級 (upscale) ”保護。換句話說，如果控制單元測到一溫度感應器可能 已經被破壞，例如，藉由偵測一開放熱電偶，那麼控制單元就假定已 經到達一最大溫度，例如第三警示溫度，並進行相對應的警示動作。 第2E圖是保護如本發明之較佳具體實施例的吸收劑管柱之方法 的流程圖。在步驟810中，係提供配置吸收劑材料的吸收劑管柱。在 此所說明的加熱吸收劑槽體200是適合用於步驟810之吸收劑管柱的 4HICKMAN/2000013TW 18
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨——！丨會-----II 丨1T---------- (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 518250 A7 B7 五、發明說明（θ) 實例。然而，熟知此技藝者將瞭解的是，本發明之方法並不限於具有 加熱吸收劑槽體200之特徵的吸收劑管柱。在步驟812中，第一溫度 係在吸收劑上部測得。第一溫度可藉由一控制單元而測量，此控制單 元係與配置於吸收劑材料內的溫度感應器連接，如同上述對於加熱吸 收劑槽體200所說明的。第一溫度較佳地是在吸收劑材料上方之下， 〇英吋以上至3英吋以下來測量，較佳範圍是從大約〇.5英吋至大約 2.5英吋，更佳範圍是從大約1英吋至大約2英吋。在步驟814中， 第二溫度是在吸收劑材料的底部測量。第二溫度用相同於第一溫度的 測量方式測量。第二溫度較佳地是在吸收劑材料底部之上，0英吋以 上至3英吋以下來測量，較佳範圍是從大約0.5英吋至大約2.5英吋， 更佳範圍是從大約1英吋至大約2英吋。 在步驟816中，當第一溫度或是第二溫度，其中之一到達高於吸 收劑管柱之正常操作溫度的第一警示溫度時，吸收劑管柱便被隔離。 可藉由開動隔離閥而將吸收劑管柱隔離，防止氣體從吸收管柱的入口 或是出口進入。如以上所述，隔離吸收劑淨化器會停止放能反應，放 能反應係發生於高度雜質氣體進入吸收劑管柱的時候。第一警示溫度 較佳地是大約l〇°C至大約l〇〇°C，更佳地是大約40°C至大約60t， 最佳地是大約50°C，係高於吸收劑管柱之正常操作溫度。在一較佳具 體實施例中，其中吸收劑管柱是一氬氣淨化器的一部分，吸收劑管柱 的正常操作溫度大約是400°C。因此，第一警示溫度較佳地是在410 °C至大約500t的範圍內，更佳地是在114(TC至大約1200°C的範圍 內，最佳地是大約450°C。 4HICKMAN/2000013TW 19
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------------tr*--------- (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 518250 A7 B7 五、發明說明（>σ ) 在步驟818中，當第一溫度或第二溫度到達第二警示溫度，而第 二警示溫度是高於第一警示溫度的時候，就會將吸收劑管柱排氣。藉 由開動排氣閥，使氣體從吸收劑管柱排出，就會將吸收劑管柱排氣。 如上所述，將吸收劑管柱排氣，會將裡面的內部壓力釋放出來，內部 壓力正常時大約是100-150 psig。這樣可防止內部壓力將融化的吸收 劑材料推向吸收劑管柱的容器壁，並防止與其反應而形成共熔合金組 成物。排氣也幫助吸收劑管柱排除多餘的雜質。第二警示溫度較佳地 是至少大約loot:，係高於吸收劑管柱之正常操作溫度。因此，在此 較佳具體竇施例中，其中吸收劑管柱是一氬器淨化器的一部分，第二 警示溫度較佳地是至少大約500°C。 第3圖說明整合式氫氣吸收以及顆粒過濾器組件300。整合式氫 氣吸收以及顆粒過濾器組件300包括，一延長的外包覆體30卜第一 端帽蓋3〇9、接近第一端帽蓋309的入口 302、第二端帽蓋310、接近 第二端帽蓋的出口 303、入口篩網314、一數量的金屬砂306、一數量 的氫氣吸收材料304、一熱電偶305、一篩網307、複數個過濾器元件 308、以及一過濾器兀件裝配板（mountplate) 312。 第一端309以及第二端310較佳地是與延長的外包覆體301作氣 密式的焊接。外包覆體301、第一端帽蓋309以及第二端帽蓋310界 定一內部容積。內部容積包含此一數量的金屬砂306、此一數量的氫 氣吸收材料304、熱電偶305、篩網307、複數個過濾器元件308、過 濾器元件裝配板312、以及入口篩網314。入口 302係與外包覆體301 之內部容積有流體流通。 4HICKMAN/2000013TW 20
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱)" '""" --------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明u() 氣體在入口 302流動、通過入口篩網314、以及此一數量的金屬 砂306，流到此一數量的氫氣吸收材料304。此一數量的氫氣吸收材 料304係可操作，以吸收來自氣體的所有殘留氫氣。從此一數量的氫 氣吸收材料304，氣體流過篩網307，並通過複數過濾器元件308。這 個複數個過濾器元件308係可操作，以實質上地抓住氣流中的所有顆 粒。從這些過濾器元件淨化且過濾的氣體，從出口 303流至此氣體淨 化系統100的出口 116。 氫氣吸收材料304較佳地是一非蒸發性的吸收劑，其在低於大約 l〇〇°C，一般是低於大約60°C的溫度下，移除氫氣是有效的。較佳地， 氫氣吸收材料係用於範圍在周圍溫度至大約40t之間的溫度。 氫氣吸收材料的特色是其吸收氫氣的能力。適當的氫氣吸收劑的 實例包括，尤其是锆（zicronium)、欽（titanium)、給（hafhium)、鈾 (uranium )、钍（thorium )、釩（vanadium )、鎢（tungsten )、鉬 (tantalum)、鈮（niobium)，及其合金。對此發明有效用的較佳氫氣 吸收劑材料是锆合金。 例如，對於惰性氣體以及氮氣兩種氣體而言，吸收劑材料可以是 Zr--V-Fe合金。這樣的合金一般具有以下的重量組合（2)75%2]*--20% V- 5% Fe ； (b) 45% Zr-20% V- 35% Fe ； (c) 45% Zr-50% V-- 5% Fe。這樣的吸收劑材料說明於美國專利編號 4,312,669。較佳地是使用具有重量比例爲Zr (70重量V (24.6 重量％ - Fe (5.4重量％ )的三合金。這樣的合金係以各種形式， 例如 St7〇7™ 吸收劑合金（SAES GETTERS S.p.A.，Milan, Italy )，可由 4HICKMAN/2000013TW 21
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） mini— ia¥-----1 — 丨tr--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 A7 B7 五、發明說明 商業上獲得。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如果欲淨化的氣體是惰性氣體或氮氣，吸收劑材料可以是Zr--Fe 合金。這樣的合金是此技藝所熟知的，並且較佳地是由15至30%重 量的Fe及70至85%重量的Zr所組成（說明於美國專利編號 4,306,887)。較佳的吸收劑材料是84%重量的锆以及16%重量的鋁之 合金。這樣的合金係以各種形式，例如Stl01™(SAES GETTERS S.p.A.， Milan，Italy )，可由商業上獲得。 在一較佳具體實施例中，氫氣吸收劑304是Zr ( 70重量％ ) - V (24.6重量％ ) -Fe ( 5·4重量％ )的三合金，。這樣的合金係以各種 形式，例如 St707™ Getter Alloy ( SAES GETTERS S.p.A.，Milan， Italy)，可由商業上獲得。一旦吸收，氧氣、碳、以及氮原子就無法 再由這個氫氣吸收劑材料釋放，即使是在其熔點（1400°C+/- l〇〇°C) 的時候，這是由於這些氣體與合金分子形成強大化學鍵結的關係。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 然而，氫氣原子比其他原子擴散進入氫氣吸收材料的速度還快， 並且在材料內幾乎分佈得很平均。有鑑於熟知的設備現象，這些材料 的氫氣吸收能力確實會隨著降低的溫度而增加。然而，因爲這些原子 與氫氣吸收材料合金的結合力是相對較弱的，所以一些在低溫或是室 溫吸收的氫氣可在高溫被釋放。換句話說，氫氣吸收是可逆的，並且 是視氫氣吸收材料340的溫度而定。 溫度感應器305係提供於整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300 內。溫度感應器305監測氫氣吸收材料340的溫度。藉由提供一整合 於整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300之中的溫度感應器，可提供 4HICKMAN/2000013TW 22
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（乃） 氫氣吸收材料之較容易的活化及再活化。此溫度感應器係電力連接於 控制單元。溫度感應器305也監測流過整合式氫氣吸收及顆粒過濾器 組件300之氣體的溫度。如果溫度升高超過警示溫度，藉由關閉入口 閥106及出口閥114，控制單元會中斷通過整合式氫氣吸收及顆粒過 濾器組件300的氣流。警示溫度較佳地係選擇，以低於大約i〇〇°C。 因爲整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300包括金屬過濾器，所 以可藉由將此組件加熱至200°C以上，而使整合式氫氣吸收及顆粒過 濾器組件300再生，以趕走留在氫氣吸收劑304的氫氣。氫氣同位素 (D2，T2)也以相同方式，和正常氫氣一樣被吸收，並表現相同的行 爲。 既然整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300、以及流過此處的氣 體，是在低於大約l〇〇°C的溫度之下，所以其構造中的不銹鋼幾乎不 會產生氫氣。但是，流過整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300之淨 化氣體中的殘留氫氣，會從氣體中有效地淸除，因爲氫氣吸收劑304 即使是在室溫下也是有效的。本發明之整合式氫氣吸收及顆粒過濾器 組件300已經發現，會使淨化氮氣中的氫氣從10-25 ppb降至lppb。 在整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300內的複數個過濾器元件 308，較佳地是從0.003微米的燒結材料或不銹鋼材料製造而成。這 樣的過濾器元件材料可從Mott Filters of Farmington，CT，可由商業上 獲得。此金屬過濾器元件308，使整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件 300得以再生，而不需擔心損害習知技術中對溫度敏感的鐵氟龍過濾 器。 4HICKMAN/2000013TW 23
SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------矿---------.^^wi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（>lf ) 整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件3〇〇也提供優於習知技術的形 狀係數。在一個習知技術的申請案中’所產生的零件在長度上需要大 於20英吋的組件。整合式氫氣吸收及顆粒過濾器組件300的適當大 小，在長度上係低於13英吋。 第4圖說明第3圖之複數個過濾器元件308的剖面圖。第4圖顯 示複數個過濾器元件308以及過濾器元件裝配板312。這個過濾器， 係藉由先將過濾器元件308焊接至過濾器元件裝配板312，然後再將 過濾器元件裝配板312焊接至第二端帽蓋310而裝配。 第5圖說明第3圖之複數個過濾器元件308的剖面圖。第5圖顯 示複數個過濾器元件308以及此過濾器元件端503。 第6圖是一流程圖，顯示利用一氣體淨化系統100，以淨化區塊 602中的雜質氣體。所產生的淨化氣體係用於區塊604中的半導體製 造裝置及製程，以製造積體電路。 第7圖是一流程圖，顯不利用一氣體淨化系統100，以淨化區塊 702中的雜質氣體。所產生的淨化氣體係用於區塊704中的液晶或平 版顯示器製造裝置及方法，以製造平版顯示器。 雖然各種具體實施例已經說明如上，應該要瞭解的是它們只是以 例子的方式來表現，並不是限制。因此，一較佳具體實施例的範圍不 應被任一上述之示範具體實施例而限制，而是依據以下的申請專利範 圍及其相等物而界定。 4HICKMAN/2000013TW 24
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Claims (1)

  1. 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 ------™- 、申請專利範圍 1· 一種提供氫氣吸收及顆粒過濾的淨化系統，該氣體淨化系統包括： a) —氫氣海綿（hydrogen sponge)’其包括氫氣吸收材料； b) —顆粒過濾裝置；以及 c) ·—包覆體（enclosure)，其具有一入口及一出口，該包覆體係 包覆該氫氣海綿以及該顆粒過濾裝置’該氫氣海綿接近該入 口，該顆粒過濾裝置接近該出口，該氫氣海綿以及該顆粒過濾 裝置係排列於該包覆體內，使得一氣體，其經由該入口流入該 包覆體且經由該出口流出該包覆體，必須依循一流動路徑，先 接觸該氫氣吸收材料，然後流過該顆粒過濾裝置。 2·如申請專利範圍第1項所述之氣體淨化系統，其中該顆粒過濾裝置 係從一燒結金屬製造而成。 3·如申請專利範圍第1項所述之氣體淨化系統，其中，從該出口氣流 中，該顆粒過濾裝置係實質上有能力移除如0·003微米般小的顆 4. 如申請專利範圍第2項所述之氣體淨化系統，其中該顆粒過濾裝置 係從鎳、不鏽鋼中之至少一種製造而成。 5. 如申請專利範圍第2項所述之氣體淨化系統’其中該顆粒過濾裝置 係由複數個過濾元件所組成。 6. 如申請專利範圍第5項所述之氣體淨化系統，其中該過濾元件爲圓 柱狀。 7. 如申請專利範圍第5項所述之氣體淨化系統，其中該過濾元件爲圓 4HICKMAN/2000013TW 25 SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250
    、申請專利範圍 盤狀。 8·如申請專利範圍第1項所述之氣體淨化系統，其中該氫氣吸收材料 係選擇自鉻、16、鉑、錢、釕、鎳、鈦及其合金所組成的族群。 9·如申請專利範圍第丨項所述之氣體淨化系統，其中該氫氣吸收材料 包括一非蒸發性的吸收劑合金，係選擇自锆_釩_鐵合金以及鉻-鐵合 金所組成的族群。 10·如申請專利範圍第1項所述之氣體淨化系統，更包括一溫度測量裝 置。 11 ·一種淨化一氣體的方法，該方法適合用於將氣體淨化至一足以用於 半導體製程的純度，該方法包括： a) 將該氣體冷卻至低於攝氏loot：; b) 在壓力之下，使該氣體經由一入口流進一氣體淨化系統包覆 體； c) 在壓力之下，使該氣體與配置於該氣體淨化系統包覆體內的一 氫氣海綿接觸； d) 使氣體流過配置於該氣體淨化系統包覆體內的一顆粒過濾裝 置；以及 e) 使該氣體經由一出口從該氣體淨化系統包覆體流出。 12·如申請專利範圍第11項所述之淨化氣體的方法，其中該顆粒過濾 裝置係從一燒結金屬製造而成。 13.如申請專利範圍第11項所述之淨化氣體的方法，其中，從該出口 氣流中，該顆粒過濾裝置係實質上有能力移除如0.003微米般小的 4HICKMAN/2000013TW 26 SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518250 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 顆粒。 14·如申請專利範圍第12項所述之淨化氣體的方法，其中該顆粒過濾 裝置係從鎳、不銹鋼中之至少一種製造而成。 15. 如申請專利範圍第12項所述之淨化氣體的方法，其中該顆粒過濾 裝置係由複數個過濾元件所組成。 16. 如申請專利範圍第15項所述之淨化氣體的方法，其中該過濾元件 爲圓柱狀。 口·如申請專利範圍第15項所述之淨化氣體的方法，其中該過濾元件 爲圓盤狀。 18. 如申請專利範圍第11項所述之淨化氣體的方法，其中該氫氣吸收 材料係選擇自鉻、鈀、鈾、铑、釕、鎳、鈦及其合金所組成的族群。 19. 如申請專利範圍第11項所述之淨化氣體的方法，其中該氫氣吸收 材料包括一非蒸發性的吸收劑合金，係選擇自锆-釩-鐵合金以及鉻 -鐵合金所組成的族群。 20. 如申請專利範圍第11項所述之淨化氣體的方法，更包括監測該氫 氣吸收材料之溫度的動作。 21. —種加熱的吸收劑槽體，包括： a) —氣體加熱裝置； b) —數量的氣體淨化材料； c) 一數量的障礙材料； d) —包覆體，其具有一入口及一出口，該包覆體係包覆該氣體淨 化材料以及該氣體加熱裝置，該氣體加熱裝置接近該入□，該 4HICKMAN/2000013TW 27 SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250
    098899 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 障礙材料接近該出口，該氣體淨化材料係配置於該氣體加熱裝 置與該障礙材料之間，該氣體加熱裝置、氣體淨化材料以及該 料係排列於該包覆體內，使得一氣體，其經由該入口流 入該包覆體且經由該出口流出該包覆體，必須依循一流動路 徑，先通過該氣體加熱裝置，接著接觸該氣體淨化材料，然後 流過該障礙材料。 22·如申請專利範圍第21項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該氣體加 熱裝置包fg : a) —氣體加熱體； b) ~熱源； c) 複數個氣體通道； d) 第一環狀容積； e) 第二環狀容積，其中該氣體加熱體、該複數個氣體通道、該 第一環狀容積以及該第二環狀容積，係排列於該吸收劑槽體 內’使得該氣體加熱體界定該第一及該第二環狀容積，該複數 個氣體通道係與該入口及該第一環狀容積有流體流通，該第一 環狀容積係與該第二環狀容積有流體流通，該第二環狀容積係 與該吸收劑槽體包覆體所界定的一內部容積有流體流通，使得 一經由該入口流進該包覆體的氣體，從該入口流過複數個數氣 體通道，接著通過該第一環狀容積，然後流過該第二環狀容積， 然後離開該氣體加熱裝置，進入該吸收劑槽體包覆體。 23·如申請專利範圍第22項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該熱源包 4HICKMAN/2000013TW 28 SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------*3^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 A8 B8 C8 ___ D8 六、申請專利範圍 括複數個熱源。 24如申請專利範圍第23項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該複數個 熱源包括至少一個熱源與至少一部份的該氣體加熱體相接觸。 25·如申請專利範圍第23項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該複數個 熱源包括至少一個熱源與至少一部份的該吸收劑槽體包覆體相接 觸。 26·如申請專利範圍第21項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該數量的 氣體淨化材料包括複數個類型的氣體淨化材料。 27.如申請專利範圍第21項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該氣體淨 化材料係選擇自鉻、鈀、鉑、铑、釕、鎳、鈦及其合金所組成的族 群。 28·如申請專利範圍第21項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該氣體淨 化材料包括一非蒸發性的吸收劑合金，係選擇自锆-釩-鐵合金以及 锆-鐵合金所組成的族群。 29. 如申請專利範圍第21項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該數量的 障礙材料包括一數量的不銹鋼金屬砂。 30. 如申請專利範圍第21項所述之加熱的吸收劑槽體，更包括一溫度 感應器，其配置於該淨化材料的一部分之內。 31·如申請專利範圍第30項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該溫度感 應器係可操作，以偵測每毫秒10度的溫度增加。 32·如申請專利範圍第21項所述之加熱的吸收劑槽體，更包括一出□ 過濾器，其接近該吸收劑槽體的出口。 4HICKMAN/2000013TW 29 SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------I----訂--------- (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 518250 A8 B8 C8
    經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 33·如申請專利範圍第32項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該出口過 濾器包括一燒結的不銹鋼過濾器及一燒結鎳過濾器之至少一種。 34.如申請專利範圍第32項所述之加熱的吸收劑槽體，其中該出口過 濾器包括一原盤狀過濾器及一圓柱狀過濾器中之至少一種。 35·—種用於淨化一氣體的方法，該方法包括： 在一加熱的吸收劑槽體內淨化一氣體，以獲得一淨化的氣體，包 括下列動作： a) 用一氣體加熱裝置加熱一氣體； b) 將該加熱的氣體與一數量的氣體淨化材料接觸，其中該氣體淨 化材料係可操作，以實質上地從該加熱的氣體中移除雜質； c) 提供一障礙層，其中該障礙層具有一數量的障礙材料，其可操 作地與該氣體淨化材料之一部分反應；以及 d) 使用一配置於該淨化材料之至少一部份內的溫度感應器，以測 量該加熱氣體溫度。 36·—氣體淨化系統，包括： a) —系統入口以及一系統出口； b) —氣體對氣體的熱交換器，其具有一冷的氣體出口，一預熱 的氣體出口，一加熱的氣體入口以及一預冷的氣體出口； c) 一加熱的吸收劑槽體，其具有一入口、一出口以及一熱源； d) —氣體對空氣的熱交換器，其具有一預冷的氣體入口以及一 冷卻的氣體出口； e) —整合式的氫氣吸收以及顆粒過濾器，其具有一入口及一出 4HICKMAN/2000013TW 3〇 SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------------------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 518250 B8 C8 一 D8 _____ 、申請專利範圍 □； f) 該系統係與該氣體對氣體之熱交換器上的該冷的氣體入口’ 有流體流通； g) 該氣體對氣體之熱交換器上的該預熱氣體出口，與該加熱吸 收劑槽體上的該入口有流體流通； h) 該加熱吸收劑槽體上的該出口，與該氣體對氣體之熱交換器 上的該加熱氣體入口有流體流通； i) 該氣體對氣體之熱交換器上的該預冷的氣體出口，與該氣體 對空氣的熱交換器上的預冷的氣體入口有流體流通； j) 該氣體對空氣之熱交換器上的該冷的氣體出口，與該整合式的 氫氣吸收與顆粒過濾器上的該入口有流體流通； k) 該整合式的氫氣吸收與顆粒過濾器上的該出口，與該系統出 口有流體流通。 37·如申請專利範圍第36項所述之氣體淨化系統，其中該加熱吸收劑 槽體包括： a) —氣體加熱裝置； b) —數量的氣體淨化材料； c) 一數量的障礙材料； d) —包覆體，其具有一入口及一出口，該包覆體係包覆該氣體 淨化材料以及該氣體加熱裝置，該氣體加熱裝置接近該入口， 該障礙材料接近該出口，該氣體淨化材料係配置於該氣體加熱 裝置以及該障礙材料之間，該氣體加熱裝置、氣體淨化材料以 4HICKMAN/2000013TW 31 SAS1P022A.TW 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518250 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 及該障礙材料係排列於該包覆體內，使得一氣體，其經由該入 口流入該包覆體且經由該出口流出該包覆體，必須依循一流動 路徑，先流過該氣體加熱裝置，接著接觸該氣體淨化材料，然 後流過該障礙材料。 38.如申請專利範圍第36項所述之氣體淨化系統，其中該整合式的氫 氣吸收及顆粒過濾器包括： a) 一氫氣海綿，其包括氧氣吸收材料； b) —顆粒過濾裝置；以及 c) 一包覆體，其具有一入口及一出口，該包覆體係包覆該氫氣 海綿以及該顆粒過濾裝置，該氫氣海綿接近該入口，該顆粒過 濾裝置接近該出口，該氫氣海綿以及該顆粒過濾裝置係排列於 該包覆體內，使得一氣體，其經由該入口流入該包覆體且經由 該出口流出該包覆體，必須依循一流動路徑，先接觸該氫氣海 綿，然後流過該顆粒過濾裝置。 --------------------訂·-------- (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 4HICKMAN/2000013TW SAS1P022A.TW 32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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