TWI274737B - System for supply and delivery of high purity and ultrahigh purity carbon dioxide - Google Patents

Description

1274737 電路製造過程中，清洗是重複最頻繁的步驟。根據〇18微 米的設計規則，製造IC的總數接近4〇〇的處理步驟中有 8 0個為典型的清洗步驟。在每一個污染工藝步驟之後，且 在每一次高溫操作之前，基板進行典型的清洗以確保品 質。 半導體應用一般能產生一些污染物，其可被導入二氧 化碳流體中，例如製造工藝步驟（如平版印刷、蝕刻、剝 離、化學機械平面化）中的殘餘；製造工藝本身的和/或由 其產生的微粒；無機微粒或材料，例如其本身的或化學氧 化物、含金屬混合物；及從製造設備中引入的污染物，如 泵、壓縮機、或其他設備。這些污染物能具有低於或高於 二氧化碳壓力的氣壓，較高氣壓污染物可以是，例如氟、 低分子量氟化烴、或大氣氣體，如氮與氧。一些污染物， 例如光阻劑殘餘，因其為非揮發性的，可能是很難從二氧 化碳流體分離。 高及超高純度二氧化碳流體的目前市場需求是通過用 圓筒供應來滿足，對於半導體製造商來說這是受限的發展 行為。然而，隨著半導體製造商日益採用高及超高純度二 氧化碳做為水溶性生產溶液的替代品，將需要更大規模或 大量二氧化碳供應系統。在其他工業中，例如食品加工業， 用於運送與儲存二氧化碳的典型的大量二氧化碳供應系 統，在大約300 psia (磅/平方英寸（絕對壓力））的壓力與 大致在-15Ϊ到2T(-26°C到-17。〇的範圍内變化的溫度下 進行操作。而且，這些工業不必要要求高或超高純度產品。 1274737 相比而言，半導體工業需要在非常高的壓力下運送高曳超 高純度二氧化碳到用於不同工藝中的生產工具，比如光阻 / 劑去除、沉積、光微影製程等。這些生產工具要求的產品 - 壓力可在2000 Psig到10000 psig之間變化，壓力要求由許 多因素決定，例如應用細節、工具設計、工藝理論等。 半導體工業面臨重大的技術挑戰，發展現場系統來處 理從大量來源到生產工具的高及超高純度二氧化碳。一些 φ 挑戰包含但不限於，在高壓下大量儲存高及超高純度二氧 化碳，在現場内高及超高純度二氧化碳處理系統維持純 度，經由長管子的液體產品運送，及在高於9〇〇…匕的壓 力下運送液體產品到使用點或生產工具。 發明内容 本么明提供一種在要求的壓力下大量提供與運送超高 純度二氧化碳產品流到製造設備内的至少一個生產工具的 • 系統及其方法。於此提到的術語“要求的壓力，，涉及到客 戶的操作壓力或特定操作要求的壓力。 本發明的一方面，提供一種系統，用於在要求的壓力 下提供純化二氧化碳產品流到至少一個生產工具，該系統 • 包3 .(a) 一氧化碳源包含：大量儲存容器，其具有選自 • 化氧化奴進料、未純化二氧化碳進料的二氧化碳進 料，其中在容器内的二氧化碳進料的壓力為第一壓力，其 低於二氧化碳的臨界壓力且低於要求的壓力；二氧化 碳運送系統，與二氧化碳源及至少一個生產工具流體連通 1274737 連接，該二氧化碳運送系統包含壓力提升裝置’其可提升 至少-部分純化二氧化碳的壓力以提供在第二壓力的純化 ‘二氧化碳產品流，該第二壓力等於或高於要求的壓力；及 ()至夕個生產工具，其中該至少一個生產工且在要求 :的壓力下接收純化二氧化碳產品流且轉換至少一部分純化 一氧化碳產品流成為廢二氧化碳流。 本I明另一方面，提供一種系統，用於在要求的壓力 修下提供純化二氧化碳產品流到至少一個生產工具，該系統 包合.（a)二氧化碳源包含：（1)大量儲存容器，具有未 、、屯化一氧化石反進料，該容器内的未純化二氧化碳進料的壓 力為第一壓力，其低於二氧化碳臨界壓力且低於要求的壓 力；（2)選擇性的溫度控制系統，其維持容器内的二氧化 碳進料在從大約-23t至大約3〇t範圍内的一個或多個溫 度；及（3)選擇性的蒸餾器；（b) 一級純化系統，與二氧 化奴源及二氧化碳運送系統流體連通連接，該一級純化系 _ 統將至少一部分未純化二氧化碳進料在運送到二氧化碳運 运系統前轉換成為純化二氧化碳進料；（c )二氧化碳運送 系統’與二氧化碳源及至少一個生產工具流體連通連接， 一氧化奴運送系統包含（丨）選擇性的低壓儲存容器，在第 • 一壓力下儲存至少一部分的純化二氧化碳進料；及（2 )壓 • 力提升裝置，提升至少一部分純化二氧化碳進料的壓力， 以提供選自純化二氧化碳產品流與部分純化二氧化碳產品 流的至少一個，其中純化二氧化碳產品流與部分純化二氧 化碳產品流處於等於或大於要求的壓力的第二壓力；（d ) 1274737 至少一個生產工具，其在要求的壓力下接收純化二氧化碳 產品流且轉換至少一部分純化二氧化碳產品流成為廢二氧 化碳流；及（e )二級純化系統，與二氧化碳運送系統及該 至少一個生產工具流體連通連接，二級純化系統在運送到 該至少一個生產工具前純化至少一部分廢二氧化碳流成為 純化二氧化碳產品流。

本發明又一方面，提供一種於要求的壓力下運送純化 二氧化碳產品流到至少一個生產工具的方法，該方法包 含.提供具有純化二氧化碳進料的大量儲存容器，其中該 容器内的純化二氧化碳進料的壓力為第一壓力，其低於二 氧化碳臨界壓力且低於要求的壓力，所述二氧化碳的温度 為在從大約-231：至大約3〇t範圍内的一個或多個溫度；在 第一壓力下運送至少一部分純化二氧化碳進料到儲存至少 一部分純化二氧化碳進料的容器；轉換在容器内的至 部分純化二氧化碳進料成為固相二氧化碳；轉換至少一部 分固相二氧化碳成為純化二氧化碳產品流，直到到達第1 壓力，其中第二壓力等於或大於要求的壓力；維持容器内 的第二壓力；及在要求的壓力下運送純化二氧化碳產品流 到至v ^生產工具，其中該至少—個生產卫具轉換至少 一部分純化二氧化碳產品流成為廢二氧化碳流。 為了能更進-步瞭解本發明的特徵以及技術内容，言〗 參閱以下有關本發明的詳細說明盥糾国 ..^

^ n兄明興附圖，然而所附圖式P k供參考與說明用，並非闲水批4·拉〇 I并用來對本發明加以限制。 1274737 實施方式 本發明提供一種大量提供與運送高或超高純度二氧化 碳產品流到製造設備内的至少一個生產工具的系統及其方 - 法。6亥一氧化碳產品流包含至少8 0 %或更多、至少9 0 %或 更多、或95%或更多的二氧化碳。該系統大致由三個次系 統組成：二氧化碳源、二氧化碳運送系統及包含至少一個 生產工具的使用點。最佳的是，所有設置在該次系統内的 參 設備與二氧化碳進料接觸且產品流滿足高及超高純度產品 要求。就這一點上，所有打濕的元件不與二氧化碳進料或 產品流反應，且不引入任何形式的污染物，例如微粒、金 屬、大氣氣體等。而且，更佳的是，在系統内的每個次系 統内的不同元件選擇可承受最大設計壓力，例如1〇〇⑻ PSlg。本發明系統的不同實施例如圖1、2、3、4、5、6所 示° 圖1繪示不包含二氧化碳源與二氧化碳供應系統間純 籲化的系統，在該系統内，二氧化碳進料運送到至少滿足系 1内至父個生產工具需要的最低純度要求。二氧化碳進 料包含至少80%或更多，至少9〇%或更多，或至少95%或 更多的二氧化碳。如圖1所示，系統10具有用於儲存被運 - 送到一個地點的大量二氧化碳的二氧化碳源20，二氧化碳 - 源20包含一個或更多個裝備有可供選擇的溫度控制系統 22的^大$儲存容器21。大量儲存容器21可容納大量的純 化:虱化碳進料，例如7〇〇磅（265〇升）或更多，即二氧 化石厌進料在運送到二氧化碳運送系統之前不要求純化。在 1274737 其他實施例中，例如大詈健六+ 里錯存谷器21可以是液態二氧化碳 曰鐵路槽車，或卡車槽車。大量儲存容器優選的為壓力 容器。 大里儲存谷器21可具有選擇性的溫度控制系統22以 維持二氧化碳進料在-^的溫度，在該大量儲存容器21内 的二氧化碳進料的溫度是可變的，但優選維持在_价至％ (26C 至 30C)或-1〇卞至 1〇卞（-23〇Cs_12t)的範 圍内。溫度的維持是依靠足夠的容器隔熱層或最接近大量 儲存容器或裝在大量儲存容器21内的致冷/加熱系統（未 圖Γ Y大置儲存容器21還裝設有壓力控制閥、加熱器、 亡部态、熱父換器或其他裝置以維持純化二氧化碳進料的 墾士在第一壓力’㉟第一壓力可以變化，但一般低於要求 的[力或低於1071 psig，或可在3〇〇至95〇 psig的範圍 内：二氧化碳源20可包含但不限於，其他元件，如供應管 道系統、壓力控制閥、安全閥等可適於終端用戶需要的元 件:每些疋件可用於，比如改變溫度、流量、壓力、物理 、或一氧化碳進料的其他方面。當需要氣體運送和/或 3外的純化系統時，二氧化碳源2()還可包含蒸餾器（未圖 不）°做為供選擇的實施例，—個或更多個蒸館器可裝進第 一和/或第二純化系統。 、、圖2提供一種選擇性的實施例，其中來自於二氧化碳 =20的二氧化碳進料為未純化二氧化碳進料或不滿足至 二^個生產工具的最低純度要求。圖2提供用於在運送到 氧化奴運送系統30前處理未純化二氧化碳進料的一級 1274737 純化系統50。該一級純化系統5〇可支援數個不同使用點 系統，其具有對純化二氧化碳產品流不同純度要求的數個 應用。該純化裝置可平行排列以清除一定的污染物或連續 地排列以提供不同級的純化。 純化系統50可包含至少一個純化裝置或清潔器。示範 性的純化裝置包含但不限於吸收床、相變裝置、過濾床、 催化氧化器、瘵餾器、分裂蒸餾塔、分相器、氣化裝置、

離心分離機、冷凝器、固體污染物純化器或流體污染物純 化器。這些純化裝置可以單獨使用或彼此組合使用。蒸餾 器可用於單級或多級去除相對較高揮發性的污㈣，該污 染物象來自液體二氧化碳進料、產品、或部分純化進料或 產品的蒸氣。冷凝器可用於單級或多級去除相對較低揮發 性的污染其來自蒸氣二氧化碳輸人進料、產品、或部 分純化進料或產品。吸收床可用於通過選擇性的吸收來自 二氧化碳進料、產品、或部分純化進料、或產品的污染物， 或通過選擇性的吸收二氧化碳進料、產品、或部分純化進 料、或產品及後續的解吸附作用去除一定的污染物…及收 床可用於通過選擇性的吸收來自輸人流的污染物，或通過 選擇性的吸收二氧化碳進料、產品、或部分純化進料、或 產品及後續的解吸附仙去除污染^也可通過來自二氧 化碳進料、產品、或部分純化推斗 刀砰化進枓、產品的污染物的反應 轉化來去除污染物’依靠使用、;w择 菲使用，皿度控制、活性組份、催化 材料、或其組合。還可通過污举从 遇5木物對另一種化學成份的反 應轉化來實現污染物的去除，土含 〜 ^ W更容易從二氧化碳產品分 12 1274737 離，依罪使用溫度控制、活性組份、催化材料、或其組合， 然後通過使用所述任_種純化裝置隨後去除該化學成份。 也可通過機械方法來去除來自液相或氣相二氧化碳進料、 產品、或部分純化進料、或產品的固相污染物，在此稱之 為“固體污染物純化器，，，該方法包含但不限於，過濾、 結晶化、重力分離、離心分離、擠出或其組合。還可通過 機械方法來去除來自固相二氧化碳進料、產品、或部分純 化進料、或產品的氣相或液相污染物，在此稱之為“流體 汀染物純化器”，該方法包含但不限於，過濾、重力分離、 離心分離、擠出或其組合。 級純化系統5 0可為中心純化系統，以處理如圖2所 示的未純化二氧化碳進料。在一些實施例裏，當一個或多 個使用點系統要求相同的純度級別時，可使用單一純化系 統，如一級純化系統50。在這些實施例中，一級純化系統 可位於所示的中心位置。 在其他實施例中，一個或多個額外的純化系統或下游 的純化系統，例如可使用如圖3 ' 4所示的二級純化系統 60。一級純化系統60可單獨使用，例如如圖3所示的系統， 或與一級純化系統50組合使用，例如如圖4、5所示的系 二級純化系統60可支援一些不同的使用點系統40， 其内具有一些對純化二氧化碳產品流具不同純度要求的生 產工具。象一級純化系統50，二級純化系統60可包含至 少一個純化裝置或純化器。合適的純化裝置的例子包含但 1274737 不限於’吸收床、相變裝置、過濾床、催化氧化器、蒸餾 器、分裂蒸餾塔、分相器、液化裝置、離心分離機、固體 巧染物純化器或流體污染物純化器。這些純化裝置可單獨 使用或彼此組合使用。這些純化裝置可平行排列以去除一 定污染物’或連續排列以提供不同的純度級。在一些優選 的實％例中’ 一級純化糸統6 0處理較小容量的輸入，即廢 一氧化碳流或部分純化二氧化碳進料或產品。 在一些實施例中，二級純化系統6〇可為使用於使用點 次系統内的一個分散的純化系統，例如以去除來自廢二氧 化碳流和/或部分純化二氧化碳產品流的特定污染物，如圖 5所示的系統。

純化系統的另一選擇性實施例為一級純化系統，其中 未純化一氧化碳進料在一定的級被純化，例如部分純化二 乳化碳進料具有一純度級，其可為製造設備内至少一個生 產工具的最低純度級。在運送前，該部分純化二氧化碳 流在使用於至少一個生產工具41前可穿過第二、第三至第 N級純化系統’以滿足特定應用的純度要求。 乳化啜運送系 、、 一，〜- v X Ί^Γ尸/χ负必要合 置以運送純化二氧化碳進料從二氧化碳源至在使月 六。们至夕個生產工具41。運送系統30從大量倍 谷器21取得純化二氧化碳進料，然後作為純化 品流在要求的壓力、溫度、物理狀態、流量、或其他: 參數下運送往至少-個生產卫具41。二氧化碳運送夺统 可包含選擇性的過濾器滑道31、一個或更多個選擇㈣ 1274737 壓儲存容器32、選擇性的再冷卻器33、選擇性的廢力提升 裝置34、及一個或更多個選擇性的高壓儲存容器35。再冷 卻器33與壓力提升裝置34為液體連通連接。運送系統3〇 可包含但不限於十過濾器、冷卻器、熱交換器、蒸餾 器、產品分配線 '壓力容器等。在—些實施例中，數個低 壓與高壓儲存容器32、35可用於保證不間斷供應純化二氧 化碳產品流到使用點系統40。在其他實施例中，壓力提升

裝置34可包含可滿足低壓與高壓儲存容器32、的系統

内容器。

如圖1所示，選擇性的低壓儲存容器位於選擇性的 壓力提升裝置34的上游，且優選包含在—個或更多個最高 至1〇7〇 psig壓力下的純化二氧化碳進料。另外，可選擇低 壓儲存容器32用於保持特定二氧化碳的純度。在這點上， 選擇性的低壓儲存容器32包含足夠的純化二氧化碳進料 存里以提供供應使m统4G # —個或多個生產工具的 _ <固或更夕個壓力提升裝置34不間斷的供應，沒有有害的 供應遷力變化及無需對於運送系統3〇上游的流量變化的 額外特別考ϊ。在-些實施例中，容器32用於提供純化二 氧化炭進料給壓力提升裝置34，在該壓力提升裝置中，轉 .㈣純化二氧化碳產品流並運送到至少—個生產工具Μ， 又有使用任何額外的運送工具，例如泵、壓縮機等。 ”再如圖1所不，選擇性的高壓儲存容器35位於可選擇 ^提升裝置34的下游，且優選包含二氧化碳產品，其具 有高於二氧化碳臨界點壓力的一個或更多個麼力，例如從 15 1274737 1072 psig至loooo pSig，及/或高於至少一個生產工具μ 的要求壓力。另外，選擇性的高壓儲存容器35也用於保持 特定二氧化碳的純度。選擇性的高壓儲存容器35包含足夠 的純化二氧化碳產品流存量以提供至少一個生產工具的不 間斷的供應，沒有有害的供應壓力變化及無需對於超高純 度運送系統3 0上游的流量變化的額外特別考量。容器3 5 用於提供二氧化碳產品給至少一個生產工具，沒有使用任 何額外的運送工具，例如泵、壓縮機等。在某些實施例中， 純化二氧化碳產品流的壓力可高於要求的壓力，在這些實 施例中，容器35與使用點系統40間的壓力差可用於運送 二氧化碳產品流至至少一個生產工具4 j。 運送系統30可包含過濾器滑道3丨，例如當壓力提升 裝置34包含移動件如泵、壓縮機、閥時，可使用該過濾器 滑道。運送系統30還可包含後冷卻器33，其可用於最小 化二氧化碳騍沸，例如，在壓力提升裝置34與使用點系統 40之間及二氧化碳源2〇與壓力提升裝置34的元件，如泵、 壓縮機等，之間的非故意的部分液氣轉化。 壓力提升裝置34用於提升純化二氧化碳進料的壓力 從第壓力到第二壓力，該第二壓力等於或大於要求的壓 力。壓力提升裝置34可由單一或數個泵、壓縮機等組成。 在選擇性實施例裏，壓力提升裝置34使用無泵系統，例如 揭露在申請中的美國專利申請的裝置，申請於2〇〇3年1月 28曰的美國專利申請第10/351，188號與申請於2004年j 月9日的美國專利申請第1〇/753，315號都轉讓給本發明 16 1274737 的又讓人且全部併到本發明做為參考，以對純化二氧化碳 進料進仃增壓。圖5與6提供具有無泵壓力提升裝置Μ的 „系、統的例子，在這些實施例中，沒有轉動或振動件，這歸 力於因粒子脫落的產品污染。因此，過滤與其他純化裝置 :可部分或可全部省略。另外，無泵系統可包含足夠的產品 存量，借此減少低壓與高壓儲存容器的需求。 使用點系統40包含至少一個生產工具41，或用於處 _ 理產如的设備，二氧化碳運送系統3〇在要求的壓力與其他 處理參數下運送純化二氧化碳產品流到至少一個生產工具 4 1 ’其中純化二氧化碳流用於處理產品。用於此處的術語 被處理《處理’，表示用純化二氧化碳產品流接觸產 〇口以影響產品的物理和/或化學改變。舉例而言，術語“處 理可包含，薄膜剝離（FILM STRIppiNG )，清洗，烘乾， 敍刻，平面化，沉積，萃取（EXTRACTI〇N)，光阻顯影， 懸浮納米微粒與納米晶體的形成等。術言吾“產品，，表示任 _何製k的產Μ，其可與純化的二氧化碳產品流接觸。代表 性的產品包含並不限於，石夕或碎化鎵晶片，標線片，光罩， 平板顯示器，處理室的内表面，電路板，表面粘著焊接元 件f子元件’感光晶片處理系統元件，光電、鐳射舆太 空船部件，表面顯微機械加工系統，及其它在加工過程中 易受污染的產品。相同的處理步驟可通過使用多個可相對 獨立操作的生產工具來實施，該至少一個生產工具可包含 一個或多個處理室，且每個處理室可獨立處理其產品，在 一些實施例中’㈣㈣統可包含但不限於在相同處理步 1274737 驟的些生產工具或在要求相同的二氧化碳純度的不同處 理步驟中的一些生產工具。 A至少一個生產工具41在要求的壓力下接收純化二 *氧化碳產品流，以用於生產，在賴化二氧化碳產品流處 -理之後產生廢二氧化碳流。廢二氧化碳流可包含依不同的 處理步驟產生的不同污染物。包含在廢二氧化碳流的污染 物類型可變化，包含，例如溶解氣體，例如H2〇,〇2，C〇S， φ C〇 ’ H2S ;有機化合物，例如已曝光的光阻材料、光阻劑 殘餘、紫外線或X射線硬化光阻劑、包含的聚合體、 低與南分子篁聚合體、與其他有機蝕刻殘餘；無機化合物， 例如金屬氧化物、來自CMP漿料的陶瓷粒子與其他無機蝕 刻殘餘，含金屬化合物，例如有機金屬殘餘與金屬有機化 合物；離子與中子的、輕與重的無機（金屬）組份、濕氣、 與不能溶解材料，包含平面化與濺蝕工藝產生的粒子。 如圖1、4與5所示系統的實施例中，使用點系統4〇 • 進一步包含廢二氧化碳處理系統42與/或二級純化系統 60,處理系統42可處理來自至少一個生產工具41的廢二 氧化碳流，且可以合乎環境要求的方式釋放到大氣，或運 送到儲存容器供後面在不同應用或不同行業的再使用，其 , 中加工過的流的純度級不需要為高或超高純度級。在一些 * 實施例中，廢二氧化碳流可作為廢流進行處理與排放，例 如圖1所示的系統。在另外一些選擇性的實施例中，例如 圖3、4與5所示的系統，廢二氧化碳流可以通過在一個或 更多個純化系統進行純化來進行回收，例如所示的二級純 18 1274737 化系統60，以在再使用於使用點系統4〇之前提供純化二 氧化產品流。 、、’屯化一氧化;6反產品流能以變化的不同流體狀態運送到 使用點系統40，例如高壓液體或超臨界流體。在某些實施 例中，純化二氧化碳產品流能象液體一樣被運送到使用

系統40。在這些實施例中，液體產品流具有在二氧化碳臨 界壓力之上的壓力與在二氧化碳臨界溫度之下的溫度。液 體運运系統可選擇地包含能量源，例如轉化運送的液體二 氧化碳產品成超臨界二氧化碳產品的熱源。在某些實施例 中，山熱源可以是至少一個生產工具41的一體元件或為二氧 化碳運送系統30的元件。在選擇性的實施例中，純化二氧 化碳產品流可作為超臨界液體運送到使用點系統Μ。在這 一實施例巾’至☆—個能量源能組合到二氧化碳運送系統 3山〇 ’而不是做為至少一個生產工具41的一部分。當二氧化 石反產品在其超臨界狀態，在二氧化碳運送系統與至少一 個生產工具41之間的距離優選相對短，為了這個目的，該 至少-個能量源能支持一個或一組生產工具，且位於接近 生產工具的位置的用於特定的工藝的特定使用點系統上。 該純化二氧化碳流在運送到使用點系統4〇之前能進 -步組合-個或更多個處理齊!，處理劑可以是一種化合物 或a物"且0，其促進產品的物理和/或化學改變，或與純 化：乳,碳產品流接觸。在某些實施例中，也能加強純化 -乳化石反產品流的清洗能力以去除污染產品的污染物，而 且處理劑可溶解和/或分散純化二氧化碳產品流的污染 1274737 ^ 物。這些處理劑可包含，例如薄膜剝離器、清洗或烘乾劑、 失帶劑、例如表面活性劑、螯合劑、蝕刻或平面化反應物、 • 光阻顯影劑、及沉積材料或反應物。 ' 圖6所示為本發明系統與裝置的一個特定實施例，其 ~ 中壓力提升装置135包含無泵系統。在操作上，包含在初 始運送參數下的二氧化碳的氣體或液體進料流，例如在3〇〇 Psig與-5T (約-2(TC )下的液體二氧化碳，從二氧化碳源 _ (未圖示）運送到低壓存儲容器102。該氣體或液體進料 優選在導入到容器1〇2前進行純化，以提供純化二氧化碳 進料，例如通過一級純化系統（未圖示）進行純化。純化 二氧化碳進料然後通過管子104從容器102移出，穿過閥 l〇6a、l〇6b、1〇6〇然後分別進入容器1〇8a、1〇肋、1〇8〇。 容器l〇8a、l08b、108c用於產生漿料或固相二氧化碳進料。 用於此處的術語“漿料，，關於至少一種成份的多相混合 勿該成伤可包含固相、液相與氣相，優選二氧化破的固 •相與液相。在選擇性的冷卻器ll〇a、110b、110c的分別幫 助下，二氧化碳進料可至少部分凝固在這些容器内，即容 器 108a ' l〇8b、l〇8c。 冷卻器的功能是簡單降低在容器108a、l〇8b、108c内 的-氧化碳的溫度至等於或低於二氧化碳凝固點溫度。在 選擇性的實施例中，例如當二氧化碳進料以液態運送，冷 卻 Is 110a、ll〇b、llOr 可 3 也、，各 了以疋非必需的，通過降低壓力至 低於抓入的進料流的屢力而產生的進料流的突然膨服能用 於形成固·氣或液·氣以作為在容器108a、i〇8b、i〇8c内的 1274737 :相源或聚料產物。當形成固態二氧化碳，來自槽ι〇2的 額^减碳進料分別增加到容器1G8a、祕⑽C，直 -ώ實質上或優選70全充滿固態二氧化碳或優選充滿二 —厌的固液屈合物’即漿料。在那時，通過關閉適當的 閥 106a、106b、106c，空奖 n A〇 , 令器 108a、l〇8b、i〇8c 與槽 i〇2 分 離。 為衫響從固相源二氧化碳到流體產品的轉化與增壓， •該裝置可結合至少一個能量源，例如加熱器112a、112b、 112〇。這些加熱器分別安裝或設置於容器1〇8&、1〇扑、 ，且被驅動以加熱及影響固體形式二氧化碳的溶解。 在其他實施例中，除了熱源（如加熱器），至少一個能量源， 例如輕射、微波、超音波、鐳射、或其他能量源，可用於 轉化至少一部分的固相源成為流體產品。固體二氧化碳到 流體產品的轉化可在等容條件下進行，即維持不變的受加 熱的容器體積。高密度物質的等容加熱，例如固態或漿料 鲁一氧化碳，提供辦法來提升二氧化碳流體產品的壓力到任 何在工藝中要求的壓力，且來運送低密度物質，例如流體 產品’如液態二氧化碳，到在要求壓力下的所述使用點。 壓力的提升可在沒有影響平均漿料溫度或容器内二氧化碳 的内部溫度的實質變化的情況下進行。在窄溫度範圍内操 • 作可利於至少一個能量源的有效使用。 流體產品能分別從容器l〇8a、108b、108c經由管子 114a、114b、114c流回，且分別流過壓力控制閥116a、U6b、 116c。壓力控制閥116a、116b、116c維持在容器108a、l〇8b、 21 1274737 108c内一個受控壓力。該受控壓力可以是一個常數或一個 固定壓力，或可以浮動，例如以產生漿料。該流體產品可 刀別經由备、子114a、114b、114c及管子120運送到選擇性 的調配槽122。流體產品可經由管子126且/或從調配槽122 在要求的壓力，例如在300與1〇〇〇〇 psig之間，及在低於 臨界溫度的運送溫度下運送到具應用的至少一個生產工具 124,即在區分氣相與液相的最高溫度可同時存在於二氧化 碳，例如77°F (或25°C )，其低於二氧化碳的臨界溫度或 87.9°F (或 31·Γ(：)。 既然固態二氧化碳的密度大約比液態二氧化碳的大 1.5倍，大量的二氧化碳可在任何預選壓力下從容器1〇8&、 108b 1 08c移走。液恝二氧化碳產品能以一定的速度從每 個容器移走，該速度大致等於容器1〇8a、1〇8b、1〇8c内的 固態二氧化碳的溶解速度。在這一點上，從每個容器的液 態二氧化碳產品移走之後立即換上在固態二氧化碳與液態 二氧化碳轉換中產生的液態二氧化碳。通過影響在大致等 於液態二氧化碳形成速度的速度下排出液態二氧化碳，容 器l〇8a、l〇8b、108c内的壓力可維持在設定的壓力，其等 於或高於要求的壓力。當固相二氧化碳大致或完全轉換成 液體，停止從工藝中排出液態二氧化碳。 在選擇性的實施例中，三相漿料，即固相、液相與氣 相的混合物，可共存在容器108a、1〇8b、l〇8c内，由於其 可壓縮性，包含其中的氣相需花更多時間與能量來達到相 對高的壓力。在較高的壓力下，由於冷凝成液相，可能沒 1274737 有剩下氣相。如三個單元系統所示，數個環路可用於提供 純化二氧化碳產品流連續流到選擇性的高壓儲存容器 / I22。隨著相對於鄰近的環路及時迴圈移動，每個環路進行 • 典型操作。 - 圖6也包含一個回流網路，以用於移動、純化、回收 包含在容器108a、108b、108c内的排出的氣體。容器1〇8a、 l〇8b、108c與管子128a、128b、128c分別液體連通，管子 _ U8a、128b、128c 進一步包含閥 130a、130b、130c。然而， 在其他實施例中，排出的氣體可被收回，例如通過壓力控 制閥116a、116b、116c。如圖6所示的實施例中，來自容 器l〇8a、l〇8b、l〇8c的排出氣體被回收且通過閥1〇以、 l〇6b、l〇6c被再導入容器1〇8a、1〇8b、1〇8c。在此實施例 中，管子128a、128b、128c或回流網路可包含至少一個純 化裝置132a、132b、132c、例如但不限於過濾器、冷卻器、 吸附劑層、擦洗器、或其他適於從排出的氣體中去除污染 Φ 物的裝置。在其他實施例中，排出的氣體可從容器1 〇8a、 108b、108c排出，而不是回收。 以上所述，對於本領域的普通技術人員來說，可以根 據本發明的技術方案和技術構思作出其他各種相應的改變 和變形，而所有這些改變和變形都應屬於本發明的權利要 • 求的保護範圍。 圖式之簡單說明 圖1繪示本發明系統的一實施例，其未進行純化與廢 23 1274737 二氧化碳流的回收； 圖2為本發明系統的一選擇性實施例，其具有與二氧 ’ 化破源、二氧化碳運送系統及至少一個生產工具流體連通 - 連接的一級純化系統； : 圖3為本發明系統的一選擇性實施例，其中對廢二氧 化碳流進行回收； 圖4為本發明系統的一選擇性實施例，其具有與二氧 0 化碳源及二氧化碳運送系統流體連通連接的一級純化系 統，其中對廢二氧化碳流進行回收； 圖5為本發明系統的一選擇性實施例，其具有與二氧 化碳源及二氧化碳運送系統流體連通連接的一級純化系 統’及與二氧化碳運送系統及至少一個生產工具流體連通 連接的二級純化系統，其中對廢二氧化碳流進行回收； 圖6顯示本發明系統的一個特定實施例。 φ 主要元件之符號說明 102、108a、108b、108c··容器；104、114a、114b、114c、 120、126、128a、128b、128c··管子；106a、106b、106c、 130a、130b、130c··閥；ll〇a、110b、110c··冷卻器；112a、 ’ 112b、112c··加熱器；116a、116b、116c_·壓力控制閥； . 122··調配槽；124··生產工具；132a、132b、132c··純化裝 置；135.·壓力提升裝置 24

Claims (1)

1. fjE 1274737 年7月修正) 十、申讀專利範圍： ^ 種用於提供及運送高純度及超高純度二氧化碳的 糸統’該系統在要求的壓力下提供及運送純化三氧化碳產 品流到至少一個應用的至少一個生產工具，該系統包含： (a)二氧化碳源包含：大量儲存容器，其具有選自純 化一氧化碳進料或未純化二氧化碳進料的二氧化碳進料， 其中在容器内的二氧化碳進料的壓力為第一壓力，其低於 二氧化碳的臨界壓力且低於該要求的壓力； 含： (b )至少一個應用，其中該至少一個應用的每一個包 (1)二氧化碳運送系統，與二氧化碳源及至少一個生產 工具流體連通連接，該二氧化碳運送系統包含壓力提升裝 置，其可提升至少一部分純化二氧化碳的壓力以提供在第 一壓力的二氧化碳產品流，該第二壓力等於或高於該要求 的壓力； _ (Η)至少一個生產工具，其中該至少一個生產工具在該 要求的壓力下接收純化二氧化碳產品流且轉換至少一部分 純化一氧化碳產品流成為廢二氧化碳流；及 (iii) 一特定應用的純化系統，其與及該二氧化碳運送系 統及該至少一個生產工具流體連通連接，其中該特定應用 的純化系統將至少一部分廢二氧化碳流在運送到該至少一 個生產工具前轉換成為純化二氧化碳產品流。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的系統，其進一步包含 25 1274737 (2006年7月修正) :級純化系統，其與該二氧化碳源及該至少_個應用的二 氧化石厌運送m體連通連接，其巾該—級純化系統將至 少一部分未純化二氧化碳進料在運送到該至少一個應用的 二氧化碳運送系統前轉換成為純化二氧化碳進料。 其中該一級純 如申請專利範圍第2項所述的系統 化系統具有至少一個純化器，其可選自吸附床、過濾床、

   催化氧化器、蒸镏器、分裂蒸料、分相器、液化裝置、 離心分離機'吸收床、固體污染物純化器、流體污染物純 化器及其組合。 4. 如申請專利II圍第丨項所述㈣統，其中該特定應 用的純化系統具有至少—個純化器，其選自吸附床、過滤 床催化氧化、条館器、分裂蒸館塔、分相器、液化裝 置、離心分離機、n及收床、固體污染物純化器、流體污染 物純化器及其組合。 5. 如申請專利範圍第i項所述的系統，其中在—第二 壓力的§亥二氧化碳產品流是超臨界流體。 _ 6.如申請專利範圍第i項所述的系統，其中該純化二 氧化％L產品流是液體。 .如申請專利刚1項所述的系統，其中該大量儲 26 存容器包含純化二氧化碳 進料 (2006年7月修正) 8 ·如申請專利範圍第i項 碳運送系統進一步包 儲;4的系統，其中該二氧化 存至少-部分的純化二氧化:=器，其在第二壓力下儲 9 ·如申請專利範圍第8項 提升裝置在第二壓力下運送至少;統，其巾所述壓力 該高壓儲存容器。 ^ 一部分的二氧化碳進料到 士申明專利乾圍第丨項 惫仆硭、蚕、、，么 貝所返的系統，其中所述二 乳化石反運迗系統進一步包合 下I 匕3低壓儲存容器，其在第一壓力 下储存至少-部分的純化二氧化碳進料。 11壯如中請專利範圍第i項所述的系統，纟中所述壓 力長:升I置為無機械栗的，且在- 长弟一壓力下提供二氧化碳 產品流。 12·如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述廢 一氧化奴流被排出。 13. -種用於提供及運送高純度及超高純度二氧化碳 的系統，該系統在要求的壓力下提供及運送二氧化碳產品 流到至少一個生產工具，該系統包含： 27 1274737 (2006年7月修正) 一氧化碳源包含·· 量儲存容器，具有未純化二氧化碳進料， 忒谷态内的未純化二氧化碳進料的壓力為第一壓 力，其低於二氧化碳臨界壓力且低於要求的壓力； jii)選擇性的溫度控制系統，其維持容器内&的二 乳化碳進料在從3G°C範目内的-個或多 個溫度；及 1 111)選擇性的蒸餾器； 、…（b) 一級純化系統，與該二氧化碳源及該二氧化碳運 ^系統流料通連接，該—級純㈣統將至少―部分未純 :=碳麟在料氧化碳料“前轉換成為 …屯化一氧化竣進料；及 含·· (C)至少-個應用，其中該至少—個應用的每—個包 氧化運达系統，與該二氧化碳源及至少一個生產 籲工具流體連通連接，二氧化碳運送系統包含 (〇選擇性的低壓儲存容器，在第一壓力下儲存 至少一部分的純化二氧化碳進料；及 (11 )壓力提升裴置，提升至少一部分純化二氧化 碳進料的壓力，以提供選自純化二氧化碳產品流 與。卩为純化二氧化碳產品流的至少一個，其中純 化一氧化妷產品流與部分純化二氧化碳產品流處 於等於或大於該要求的壓力的第二壓力； 至夕個生產工具，其在該要求的壓力下接收純化二 28 1274737 (2006年7月修正) 氧化碳產品流且轉換至少一部分純化二氧化碳產品流成為 廢二氧化碳流；及 一特疋應用的純化系統，與該二氧化碳運送系統及該 至少一個生產工具直接流體連通連接，該特定應用的純I 系統在運送到該至少一個生產工具前純化至少一部分廢二 氧化碳流成為純化二氧化碳產品流。 φ 14 · 一種用於提供及運送高純度及超高純度二氧化碳 的方法，該方法於要求的壓力下提供及運送純化二氧化碳 產品流到至少一個生產工具，該方法包含： 提供如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該大量 儲存容器内具有純化二氧化碳進料，其中該容器内的純化 二氧化碳進料的壓力為第一壓力，其低於二氧化碳臨界壓 力且低於要求的壓力，所述二氧化碳的溫度為在從_23它至 3 〇°c範圍内的一個或多個溫度； • 在第一壓力下運送至少一部分純化二氧化碳進料到儲 存至少一部分純化二氧化碳進料的一第二容器； 、、轉換在該第二容器内的至少—部分純化二氧化碳進料 成為固相二氧化礙； 轉換至少一部分固相二氧化碳成為純化二氧化碳產品 流，直到到達第二壓力，其中第二壓力等於或大於要求的 壓力； 維持該第二容器内的第二壓力；及 在該要求的壓力下運送純化二氧化碳產品流到至少一 29 1274737 > (2006年7月修正) 個生產工豆，盆Φ ^ E 1 /、八 Μ 父一個生產工具轉換至少一部分純 化一氧化碳產品流成為廢二氧化碳流。 士申明專利範圍第1 4項所述的方法，其中所述第 —轉換步驟包含降低純化二氧化碳進料的壓力到低於二氧 化碳的三點壓力。 一 16 ·如申請專利範圍第14項所述的方法，其中所述第 「轉換步驟包含降低包含於該第二容器内的純化二氧化碳 進料的溫度。 _ 17 ·如申請專利範圍第14項所述的方法，其中所述第 轉換步驟包含提供能量源給固相二氧化碳。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述的方法，其中所述能 量源為選自熱能、微波、輻射、超音波、音波、鐳射或其 組合所組成的群組中至少一個。 19 · 一種用於提供及運送高純度及超高純度二氧化碳 的系統，該系統在要求的壓力下提供及運送純化二氧化碳 產品流到複數個應用的至少一個生產工具，該系統包含·· (a ) 一氧化碳源包含：大量儲存容器，其具有選自純 化二氧化碳進料或未純化二氧化碳進料的二氧化碳進料， 其中在容器内的二氧化碳進料的壓力為第一壓力，其低於 30 1274737 (2006年7月修正) 一氧化碳的臨界壓力且低於該要求的壓力； (b )複數個應用，其中該複數個應用的每一個包含·· (1)二氧化碳運送系統，與二氧化碳源及至少一個生產 .工具流體連通連接，該二氧化碳運送系統包含壓力提升裝 _ 置’其可提升至少一部分純化二氧化碳的壓力以提供在第 一壓力的一氧化碳產品流，該第二壓力等於或高於該要求 的壓力； (ii)至少一個生產工具，其中該至少一個生產工具在該 馨要求的壓力下接收純化二氧化碳產品流且轉換至少一部分 純化二氧化碳產品流成為廢二氧化碳流；及 (ill)一特定應用的純化系統，其與及該二氧化碳運送系 統及該至少一個生產工具流體連通連接，其中該特定應用 的純化系統將至少一部分廢二氧化碳流在運送到該至少一 個生產工具前轉換成為純化二氧化碳產品流。 φ 20 ·如申請專利範圍第19項所述的系統，其進一步包 含-級純化系統，其與該二氧化碳源及該複數個應用的二 氧化礙運送系統流體連通連接，其十該一級純化系統將至 f一部分未純化二氧化碳進料在運送到該複數個應用的二 虱化碳運送系統前轉換成為純化二氧化碳進料。 幻.如申請專利範圍f20項所述的系統，其中該一級 純化系統具有至少一個純化器，其可選自吸附床、過滹床、 催化氧化器、蒸潑器、分裂蒸餾塔、分相器、液化裝置、 31 1274737 (2006年7月修正) 離心分離機、吸收床、 化器及其組合。 固體污染物純化器、流體污染物純 22·如申請專利範圍第19項所述的系統，其中該特定 應用的純化系統具有至少一個純化器，其選自吸附床、過 遽、床、催化氧化器、蒸餾器、分裂蒸餾塔、分相器、液化 裝置、離心分離機、吸收床、固體污染物純化器、流體污 染物純化器及其組合。 23 .如申請專利範圍第19項所述的系統，其中在一第 二壓力的該二氧化碳產品流是超臨界流體。 1 9項所述的系統，其中該純化 24 ·如申請專利範圍第 氧化碳產品流是液體。 25如申凊專利範圍第1 9 j苜％、/ 矛y項所述的系統，其中該大| 儲存容器包含純化二氧化碳進料。 26·如申請專利範圍第19 所 卟#、靈、、，多 項所述的系統，其中該二氧 儲存至少一1八储存谷益，其在第二壓力下 仔主夕—分的純化二氧化碳進料。 27如申請專利範圍第26項 力提升裝置在第,的系統’其中所述堡 第一“下運达至少-部分的二氧化碳進料 32 •1274737 (2006年7月修正) ，其中所述二 其在第一壓力 # 28 ·如申請專利範圍帛19項所述的系統 氧化奴運送系統進一步包含低壓儲存容器， 下儲存至少-部分的純化：氧化碳進料。 如甲請專利範圍第 1 〜心的系既，其中所述壓

   :提升裝置為無機械泉的’且在第二壓力下提供二氧化碳 產品流。 …30.如中請專利範圍第19項所述㈣統，其中所述廢 一氧化碳流被排出。 · -種用於提供及運送高純度及超高純度二氧化碳 的系統，該系統在要求的壓力下提供及運送二氧化碳產口 #流到複數個應用的至少—個生產卫具，該系統包含：印 (a )二氧化碳源包含： (in)大里儲存容器，具有未純化二氧化碳進料， 該容器内的未純化二氧化碳進料的壓力為第一壓 力，其低於二氧化碳臨界壓力且低於要求的壓力； (11 )選擇性的溫度控制系統，其維持容器内的二 氧化碳進料在從-23 t至30°C範圍内的一個或多 個溫度；及 (iv)選擇性的蒸餾器； 33 .1274737 千/月膠t b)、及純化系統’與胃二氧化碳源及該二氧化碳運 送系，流體連通連接，該一級純化系統將至少一部分未純 Γ 一乳！料在運送料：氧化碳料系、统前轉換成為 、、、屯化二氧化碳進料，·及 C稷數個應用，其中該複數個應用的每一個包含： 二氧化碳運送系統，與該二氧化碳源及至少一個生產 工具流體連通連接，二氧化碳運送系統包含 (i)選擇性的低壓儲存容器，在第一壓力下儲存 至少一部分的純化二氧化碳進料；及 (⑴）壓力提升裝置，提升至少一部分純化二氧 化碳進料的壓力，以提供選自純化二氧化碳產品 流與部分純化二氧化碳產品流的至少一個，其中 純化二氧化碳產品流與部分純化二氧化碳產品流 處於專於或大於該要求的壓力的第二壓力； )個生產工具，其在該要求的壓力下接收吨化二 氧化碳產品流且轉換至少一部分純化二氧化碳產品流成： 廢二氧化碳流；及 小:特定應用的純化系統’與該二氧化碳運送系統及該 ^ 個生產工具直接流體連通連接，該特定應用的純化 系統在運送到該至少一個生產玉具前純化至少一部分廢二 氧化碳流成為純化二氧化碳產品流。 34