[发明专利]用于超高纯度(UHP)二氧化碳纯化的系统和方法

说明书

本发明涉及超高纯度(UHP)二氧化碳纯化系统，以及涉及用于将高纯度(HP)二氧化碳纯化以获得超高纯度(UHP)二氧化碳的方法。

UHP二氧化碳具有许多工业用途，在这些工业用途中需要精确控制气体中的杂质水平。从纯度的角度来看，气态CO₂的最苛刻的用途是半导体制造工艺，特别提及设想使用气态和/或临界和/或超临界CO₂的光刻装置制作工艺。可从国际专利申请WO 2004/081666，“Immersion lithography methods using carbon dioxide”和国际专利申请WO 2006/084641，“Immersion liquid,exposure apparatus,and exposure process”获得另外的细节和信息。在这些方法中使用高能紫外光束。烃(例如甲烷)的存在可改变这些光束的透射特性，并且可导致在装置上形成含碳沉积物，改变和损害装置的功能。

其他受关注的气体是含硫化合物，既由于其对最终产品的干扰和有害作用，还由于其对纯化介质能力的干扰，对于需要除去含硫化合物，参见例如美国专利5674463。

在所有这些应用中，所需的出口纯度常常为ppb(part per billion，十亿分之一)或亚ppb级。因为纯化系统应能够保证对于给定时间量的这样的气体品质以避免过多更换，所以这样的系统需要入口CO₂为至少3N(三个九)品质，这意味着99.9％的气体由CO₂组成，因此其他气体的累积上限含量可总计为0.1％。出于本发明的目的和含义，将具有这样的特征的二氧化碳定义为HP CO₂，并将达到UHP水平的纯化系统定义为UHP二氧化碳纯化系统。

因此，为清楚起见，将本发明限制于具有HP入口纯度水平的二氧化碳的纯化，从而得到UHP二氧化碳出口(即，具有4N-99.99％气体品质或更高品质的CO₂)。

鉴于上述说明，清楚的是，根据本发明的净化器可对HP级或更好的入口气体品质进行操作。

除了上面已概述的之外，纯化的CO₂的需求和用途还描述于国际专利申请WO 2004/035178中，其开发和描述了混合金属氧化物(例如铜和氧化锌(Cu/ZnO)；铁和锰氧化物(Fe/MnOx)；氧化镍(NiO)和钛氧化物(TiOx)；钯氧化物(PdOx)和铈氧化物(CeOx)；以及钒氧化物(VOx))用于二氧化碳纯化的用途。

应当强调，本发明相对于废气纯化系统(其中包含小部分(通常小于10％)的二氧化碳)致力于完全不同的问题，例如美国专利申请2011/165046中描述的这样的系统没有实现气体纯化，而仅在最佳程度上实现了浓度略微升高。

与现有技术中公开的方案不同，本发明的目的主要集中在用于从HP二氧化碳中除去甲烷以获得UHP二氧化碳的有效方案。在本发明的第一方面，本发明包括具有入口和出口的UHP二氧化碳纯化系统，其特征在于，该纯化系统的靠近所述入口的上部至少部分地填充有负载型镍氧化物，而该纯化系统的靠近所述出口的下部至少部分地填充有负载型钯氧化物，其中所述系统的所述上部和下部物理分离但流体连通。

表述“靠近所述入口”是指负载型镍氧化物是待进一步纯化的HP CO₂遇到的第一纯化材料。类似地，表述“靠近所述出口”是指负载型钯氧化物是待进一步纯化的HP CO₂遇到的第二纯化材料，或者还相当于负载型钯氧化物相对于负载型镍氧化物在下游。

将借助于以下附图进一步说明本发明，其中：

·图1是根据本发明的纯化系统的第一实施方案的示意图，

·图2是根据本发明的纯化系统的替代实施方案的示意图。

在附图中，所描述的元件的尺寸和尺寸比例可能不准确，而是在一些情况下为了提高附图可读性而进行了修改，此外，任选或非必要的元件(例如加热器、流量控制器、进一步纯化阶段)未示出。

图1示出了根据本发明制造的纯化系统10。容器11的剖视图100示出了充当存在于容器11上部的负载型镍氧化物13和存在于容器11下部的负载型钯氧化物14的物理分离器的颗粒过滤器12。在图1中还示出了取样口15。容器“上部”意指物理分离器12(在此情况下为颗粒过滤器)与容器入口16之间的区域，而“下部”相应地意指分离器12与容器出口17之间的区域。纯化系统10还包括三个分别安装在入口16、出口17和取样口15处的关闭阀18、18’和18”。