TW555585B - Method and apparatus for removing substances from gases - Google Patents

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555585 A7 B7 五、發明說明（1 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於移除氣體（如：低壓氣流）中所含物質 。特別地’本發明係關於用以移除存在於自蒸氣相反應器 中移出之氣體中之未反應的反應物和蒸氣相先質的方法和 裝置。 極微層沉積法（ALD)中，底質基本上位於反應空 間中，其中，其交替重覆至少兩種不同反應物的表面反應 。商用技巧使用 A S M Microchemistry Oy, Espoo Finland 之註冊名稱爲AL CVD™者。根據此方法，各反應物由 其來源以蒸氣相脈衝同時地重覆並交替進入反應空間。此 處，使蒸汽相反應物與底質表面反應，以在底質上形成固 態薄膜。 此方法最適合使用含所欲複合薄膜之組份元素的起始 物（其亦可用以生長元素態薄膜）作爲反應物而用以產製 複合薄膜。用於此技術的典型複合膜的例子有：用於電致 發光顯示器的Z n S膜，藉此，使用硫化鋅和硫化氫作爲 生長法的反應物，使這樣的膜生長於玻璃底質上。元素態 薄膜的例子有矽薄膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A L D裝置包含反應空間，此反應空間中可放置底質 ，在薄膜生長法中作爲反應物的至少兩種反應物來源可以 蒸氣相形式餵入反應空間中。此來源經由反應物輸入通道 與反應空間連通，輸出通道（抽取管線）接在幫浦上並與 反應空間連接以移除薄膜生長法的氣態反應產物及蒸氣相 形式的過量反應物。 對A LD加工而言，自反應空間移除及丟棄廢料（即 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 555585 A7 ___ B7 五、發明說明（2 ) ’未反應的反應物）是一個嚴重的問題。其進入抽取管線 和幫浦中時，廢料引發冗長的淸潔，最差的情況中，幫浦 會迅速磨損。 過濾氣體和/或使氣體與吸收劑接觸會有幫助，但這 兩種方法的長時間效果都無法令人滿意。建造昂貴的受熱 抽吸管線以自幫浦中移出廢料的方式並無幫助，因爲造成 問題的廢料不包含過剩量的單一先質（如··水、氯化鈦或 氯化鋁），它們可以簡單地以單一材料形式被抽取。材料 進行反應，在抽吸管線內部形成蒸氣壓較低的副產物時會 造成問題。反應物彼此於比加工溫度來得低的溫度下進行 不正確反應時，此問題特別嚴重。於那些溫度可能會形成 氧氯化物副產物。這些副產物形成高體積粉末。基本上， 此類反應發生於介於反應區和抽吸管線的較冷零件之間的 抽吸管線內部。在室溫下具高蒸氣壓的先質之後於適用於 膜生長的溫度到達幫浦會發生另一個問題。此可能會導致 膜材料累積在幫浦表面上。形成的物質積聚可能相當具有 腐蝕性。這是與受熱抽吸管線和熱乾幫浦有關的特定問題 。此會導致塡充限度變小且因此，零件會彼此接觸及幫浦 損壞。第三個問題是先反應的組份之冷凝的部分與在抽吸 管線中之之後的脈衝蒸氣之間的反應。此會引發C V D形 物質生長及許多粉末傳播。 如前述者，幾十年來試圖在加工之前的管線處理以反 ’應廢料的過濾和/或化學處理爲基礎的不同溶液，但無良 好成效。所形成的副產物和粉末會堵塞濾器，氣流的加工 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) 裝--------訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555585 A7 __B7 五、發明說明（4 ) 結果是’具高面積的材料表面捕集最終產物，使得僅有氣 相產物進入幫浦。 更特定言之，本發明之方法主要的特徵在於如申請專 利範圍第1項中所述者。 本裝置包括位於反應法下游（即，之後）的反應區， 包含具高表面積並可維持於與氣相反應法所用之基本上相 同的條件下的材料。此反應區另包含用以將氣相反應法排 出的氣體引至具高表面積材料中的氣流通道及用以自具高 表面積的材料排放氣體的排氣通道。 根據本發明之裝置的特徵在於如申請專利範圍第7項 中所述者。 以本發明可以得到明顯優點。因此，具高表面積的材 料表面會捕集過量氣相反應物的反應最終產物。捕集表面 積通常高，例如，平均約1 〇至1 〇 〇 〇平方米/克，其 表面積可以約與橄欖球運動場一般。此捕集器在淸潔或更 新之前可以多次使用。與反應空間連通的幫浦僅用以處理 氣體形式的材料，因爲僅氣態副產物會由程序中到達幫浦 。固態薄膜產物完全收集於反應物捕集器中；此會大幅降 低裝置磨損情況。 本發明通常可用於任何氣態反應物。用於在氣態反應 物反應期間內會形成腐蝕性或有害副產物的反應中時特別 有利。因此，較佳實施例是處理使用含氯反應物（如··氯 化鋁）在蒸氣相反應中生成的廢料，此含氯反應物與水反 應而形成金屬氧化物。本發明以用於A L D爲佳，但也可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 555585 A7 B7 五、發明說明（5 ) 以用以處理來自傳統C V D加工或電子束噴濺和任何其他 氣相法的廢氣，這些方法中，排出的氣態反應物在實際反 應區之後會彼此反應。但在下列描述中，本發明特別參考 A L D法描述。 現將以參考描述供選擇的實施例之附圖的方式進一步 說明本發明。 附圖1 a和1 b爲正面圖（附圖1 a )和側面圖（附 圖1 b )，顯示多孔板如何置於A L D反應器的吸氣箱內 以在其中形成反應物捕集器。 附圖2 a和2 b提供與ALD反應器之抽氣箱連接的 單一事後反應器內部之類似的板排列解說。 附圖3 a和3 b與附圖2 a和2 b相關，其不同點在 於板以玻璃絨筒代替。 附圖4 a和4 b所示者是裝塡玻璃絨（附圖4 a )和 石墨薄片的筒的截面（附圖4b)。 主要元件對照表 -----------^裝--------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 1 反 應 物捕 集 器 2 實 際 反應 空 間 3 捕 集 板 4 抽 氣 箱 11 反 應 物捕 集 器 12 捕 集 板 13 分 離 槽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - 555585 A7 B7 五、發明說明（6 ) 2 2 捕集板 2 3 分離槽 3 2 可替換筒 3 3 流徑 3 4 石墨薄片 3 5 流徑 通常’本發明基於在A L D反應器的底質之後緊接著 具高表面積的材料，此材料形成用於離開實際反應區之排 放的過量氣相反應物的後反應底質。多孔材料表面大至使 得所有的過量材料可以吸附於反應物捕集器表面上並於之 後在之後的反應物脈衝進入時，根據A L D (極微層沉積 )原理轉化成相關最終化合物有其重要性存在。 反應之後的反應物捕集器置於在熱反應區的真空槽內 ;抽氣箱的空間也可作爲捕集容器的留置區。 與以A L D技巧生長氧化鋁層有關的例子爲：在 3〇00次A 12〇3循環法中，消耗1〇〇克A 1 C 13 和1 00克H2〇。約1/3量（6 0克）形成A 1 2〇3 (30克鋁和30克氧），2/3量會形成140克 HC1 。1/3量（20克）先質用以在底質上生長膜產 物，剩餘的2 / 3 ( 4 0克A 1 2〇3 )被捕集器所捕捉。 此意謂每次捕集約4 0克固體。各次生長的A 1 2〇3厚 1 5 0奈米，此意謂1 0 0次之後在捕集表面上有1 5微 米膜生長。藉由選擇孔隙尺寸和路徑長度，使得在捕集器 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---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555585 A7 __B7 五、發明說明（7 ) 上基本上沒有壓力下降情況且任何反應產物可以在下一脈 衝進入捕集器之前被滌除，在捕集器中生長的薄膜不會限 制氣流。基本上確保沒有具大體積的大分子‘氧氯化物形成 並阻塞具高表面積的材料之流通路徑。 根據本發明，捕集塊或板可製自任何具高表面積的適 當材料（如：多孔材料）（如：石墨（如：多孔石墨薄片 )、氧化鋁（A 1 2〇3 )或氧化矽）。可以利用多種陶瓷 材料（如：蜂窩狀陶瓷物）和其他無機材料（如：玻璃絨 )。網狀玻璃質碳（Reticulated Vitreous Carbon )是適當材 料的另一例子。材料必須要能耐得住反應區的物理和化學 條件（反應溫度和壓力；其須對反應物不具反應性）。此 外’其應具有大表面積以使得氣相反應物在其表面上反應 ’以形成反應產物（如··氧化鋁）。通常，捕集材料的表 面積疋：1 0至2 0 0 0平方米/克’特別是約1 〇 〇至 1 5 0 0平方米/克。一個替代方式是使用具粗糙表面的 多孔陶瓷材料，其會使得氣態反應物滲入材料中，在表面 上留下副產物（氫氯酸），以使其能夠被滌除。多孔材料 的孔隙不應太窄或太深而使得之前的脈衝物無法在之後的 脈衝物引入之前被滌除。特別感興趣的孔隙平均尺寸約 1 0至1 0 〇微米。 根據本發明，另一要點在於反應物捕集器表面大至相 同的捕集材料可用以生長數批薄膜元件。如前面所討論者 ，反應物過量的量通常是以所欲薄膜厚度覆蓋底質表面所 須量的4至5倍。因此，材料表面應比底質總表面大至少 41^ 裝--------訂---------^^_wi (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） -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555585 A7 B7 五、發明說明（8 ) 4至5倍，特別地，此視反應器的產製能力而定，表面應 大得多，如，以使整天的操作不會中斷。 對於反應物捕集器之具高表面積材料的另一要求在於 :材料基本上無壓力差。因此，具高表面積的材料的流徑 使得氣體自由流動且提供氣相組份足夠的表面用於表面反 應。儘量減少壓力降低幅度之獲致自由流動路徑的許多方 法以附圖所示實施例加以說明。 由附圖1 a和1 b可以看出，反應物捕集器（亦可稱 爲 ''後燃燒器〃）置於A L D反應器的實際反應空間2下 方。此反應物捕集器包含多個捕集板3，捕集板3平行置 於反應器的抽氣箱4內。捕集板3之間有通道形成以使氣 流被進一步地抽吸。捕集板3製自具高表面積的適當材料 ，因爲表面反應類似於在介於，如：玻璃底質和反應物蒸 氣，之間的反應空間進行的反應，所以反應物氣體會擴散 進入板中並沉積反應物。 藉由使將反應物捕集物置於緊接反應區之後或其下方 ，以容易安排過量反應物的自由流徑或通道。類似地，可 以簡單地自反應物捕集器排出氣體，因爲藉與反應器其餘 部份相同的排放幫浦對其施以相同的低壓即可。 各反應物脈衝進入反應空間及之後進入反應物捕集器 1之後，反應空間常通以惰性或非惰性氣體’如：氮。之 後，接著的氣相脈衝進入反應器空間（和反應物捕集器） 。因此，在，如··氯化鋁脈衝，之後通常將水蒸氣脈衝引 至反應器空間中以便將氯化鋁轉化成氧化鋁。相同反應發 -----------裝--------訂--------- (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） -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555585 A7 B7 五、發明說明（9 ) 生在置於A L D反應器的底質表面上和反應物捕集器中。 藉由將反應物捕集器置於相同反應空間或作爲底質的反應 箱內，能夠自動得到在捕集材料表面上發生L A D (極薄 層沉積）反應所須溫度和壓力。反應物會在捕集器表面和 底質上形成相同終產物，如：A T〇或A 1 2〇3。 附圖2 a和2 b的實施例類似於前述者，但反應物捕 集器置於維持與反應器相同反應條件的分離槽1 3中。捕 集板1 2以與附圖1 a和1 b相同的方式排列，但流動通 道的排列形成扭曲的路徑。以此方式，使得與捕集板有足 夠的接觸時間。反應物捕集槽與具導管的A L D反應器的 胃抽氣箱連接。 附圖3 a和3 b的實施例是附圖2和3的實施例之組 合，其中，捕集板2 2置於分離槽2 3中，但板彼此平行 固定，其間有通道。此板製自玻璃絨。 附圖4 a和4 b所示者是可替換筒3 2，其製自具高 表面積的材料，如：玻璃絨（附圖4 a )，該材料中有通 道3 3。類似的流徑3 5位於附圖4 b所示之以螺旋方式 纒繞之相鄰的石墨薄片層3 4之間。各層的排列間隔距離 以約0 · 1 0至1 0毫米爲佳，約0 · 5至5毫米更佳。 附圖4 a和4 b的捕集器製自不昂貴的材料，可以在 有效使用一段時間之後將其丟棄。 附圖2至4之所有的實施例中，先質捕集器的操作與 實例1 a和1 b的實施例相當類似。此具高表面積的材料 維持於與實際反應區類似的溫度（視先質和底質而定，約 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12 - -----------·裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 555585 五、發明說明（1〇 5〇至60〇°(：，通常約2〇0至50〇^：)，此壓力可 &胃大氣壓’但通常以於約1至1 〇 〇毫巴減低壓力（即 ’低壓）下實施爲佳。用於滌氣的此非活性氣體包含氮或 惰性氣體（如：氬）。 雖然前述實施例特別係關於在半導體和平板裝置的所 有類型表面上製備薄膜結構，但應瞭解其可用於，如；在 氣相中製備觸媒，的任何化學氣體蒸氣沉積反應器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 5555

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 附件一A:第891 14140號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國91年8月30日修正 1 · 一種用以移除自氣相反應法排出的氣體中所含物 質的方法，其特徵在於其包含：使極微沈積法（A L D法 )的過量反應物氣相脈衝與基本上維持與氣相反應法期間 內相同條件之具高表面積的多孔材料接觸（該多孔材料係 形成一底質，該多孔材料之表面積爲該底質總表面之至少 5倍），並使此具高表面積的材料與氣體中所含物質進行 表面反應，以在具高表面積的材料表面上形成固態反應產 物及自氣體移除此物質。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，包含使 A L D法的過量反應物氣相脈衝與一形成底質之多孔材料 接觸，以在材料表面上形成反應產物。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，多孔材料 包含選自多孔石墨材料、多孔陶瓷、氧化銘、氧化砂和玻 璃絨的材料。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，至少一部 分的氣體是含氯氣體。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，氣相反應 法和與具高表面積的材料之反應於相同反應空間內進行。 6 ·如申請專利範圍第1至4項中任何一項之方法， 其中，具高表面積的材料置於與氣相反應之反應空間相連 的獨立反應空間中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） • --券— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ

   555585 '、申請專利範圍 7·—種用以移除由氣相反應法排放之氣體中所含物 質的裝置，其特徵在於其包含位於反應法下游的反應區， 其包含具高表面積且可以維持在基本上與氣相反應法期間 內相同條件的多孔材料（該多孔材料形成一底質，該多孔 材料之表面積爲該底質總表面之至少5 該反應區另

   A8 B8 C8 D8 1^屆 包含用以將氣相反應法排出的氣體餵入稹、的材料中 的氣流通道及用以自具高表面積的材料排放氣排氣通 道。 8 .如申請專利範圍第7項之裝置，其中，反應區在 反應器的反應器殻內部，氣相反應於此反應區中進行。 9 ·如％靑專利範圍第7項之裝置，其中，反應區位 於與氣相反應連接並維持於相同條件下的獨立反應槽內 1 0 ·如申w專利範圍第7至9項中任何一項之裝置 ’其中，具高表面積的材料是選自多孔石墨材料、多孔陶 瓷、氧化鋁、氧化矽和玻璃絨的材料。 (請先閲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 2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）