專(zhuān)利名稱(chēng)：從超高純度氣體中除去金屬污染物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)要求2004年7月20日遞交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第60/589,695號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該專(zhuān)利的全部教導(dǎo)引入本文作參考。
背景技術(shù)：
金屬雜質(zhì)在電子器件，例如半導(dǎo)體、液晶顯示器以及光電和光子器件的制造中是特別成問(wèn)題的。電學(xué)性質(zhì)，例如電導(dǎo)率、電阻、介電常數(shù)和光致發(fā)光對(duì)于這些器件的性能是重要的。小濃度的金屬雜質(zhì)對(duì)這些性質(zhì)具有深刻的影響，因?yàn)榻饘偻ǔ１绕骷牟牧鲜歉訉?dǎo)電的，或者在費(fèi)米能級(jí)或者作為單獨(dú)的載流子。在公開(kāi)的文獻(xiàn)中已經(jīng)深入地研究了金屬濃度對(duì)許多半導(dǎo)體材料電學(xué)性質(zhì)的影響。
除了電學(xué)性質(zhì)外，金屬雜質(zhì)還影響在這些器件中使用的材料的機(jī)械性質(zhì)。金屬濃度通常影響性質(zhì)，例如硬度、可塑性和耐腐蝕性。隨著半導(dǎo)體電路尺寸的降低，重要的因素是控制在器件上構(gòu)建的結(jié)構(gòu)的形狀。結(jié)構(gòu)的形狀由制造方法控制，例如刻蝕和氧化。在半導(dǎo)體刻蝕和氧化中，反應(yīng)性氣體，或者刻蝕劑或者氧化劑，與膜反應(yīng)并且除去或者氧化層中的原子。已知在刻蝕、氧化和其它過(guò)程中金屬催化薄膜的局部腐蝕。這種局部腐蝕導(dǎo)致膜的“點(diǎn)蝕”，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的不可取的性質(zhì)。一個(gè)不太常用，但是有時(shí)同樣有害的問(wèn)題是局部硬化，這會(huì)在影響附加層結(jié)構(gòu)的表面上產(chǎn)生塊或島。柵結(jié)構(gòu)頂部和底部成圓形的效果是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的另一個(gè)不可取的性質(zhì)。
為了產(chǎn)生滿足一組電子學(xué)和物理性質(zhì)的材料，在半導(dǎo)體器件中通常故意向薄膜層中結(jié)合某些金屬。當(dāng)以控制的濃度存在時(shí)，金屬和半金屬元素是半導(dǎo)體柵結(jié)構(gòu)中必要的摻雜劑。某些金屬和半金屬化合物作為介電層具有優(yōu)異的性質(zhì)，例如鎢或氮化鈦。在某些光電器件中，金屬和金屬化合物決定著器件的光學(xué)性質(zhì)。例如，在液晶或平板顯示器中使用的許多無(wú)機(jī)發(fā)光材料是過(guò)渡金屬化合物。但是，如果不嚴(yán)格控制金屬濃度，金屬污染物導(dǎo)致有缺陷的器件性能。
國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖(ITRS)聲稱(chēng)常用刻蝕氣體(例如HCl、Cl2和BCl3)中總金屬濃度不應(yīng)超過(guò)十億分之1000(ppb)重量(ppbw)，對(duì)于某些與過(guò)程有關(guān)的高度有害金屬指定為10ppbw。這種規(guī)定是對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)結(jié)點(diǎn)(current technology node)而言的，并且對(duì)于用于未來(lái)技術(shù)結(jié)點(diǎn)的個(gè)別金屬預(yù)期將降低至1ppbw。在相對(duì)不純的刻蝕過(guò)程之外，ITRS指定作為氣相中的空降分子污染物(AMC)，總金屬污染物含量(pptM)小于萬(wàn)億分之0.15(ppt)。使用先進(jìn)的技術(shù)該容許極限將降低至＜0.07pptM。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在易受污染物影響的器件的生產(chǎn)中凈化超高純度氣體的方法。具體地說(shuō)，本發(fā)明提供了從在易受污染物影響的器件制造中使用的超高純度工藝氣體中除去金屬污染物的方法。本發(fā)明中示例性的污染物敏感的器件包括但不局限于光纖、光電子器件、光子器件、半導(dǎo)體和平板顯示或液晶顯示器(LCDs)。
在本發(fā)明的方法中，使高表面積的無(wú)機(jī)氧化物與超高純度氣流接觸并且實(shí)行從該氣體中除去包含金屬的污染物。高表面積的無(wú)機(jī)氧化物不受限于特定的元素組成，但是為了成為有效的金屬除去劑應(yīng)該滿足某些其它需求。高表面積的無(wú)機(jī)氧化物在其表面上包含配位數(shù)小于體相材料中氧原子(“體相氧原子”)最大配位數(shù)的氧原子(“表面氧原子”)。該配位數(shù)優(yōu)選小于大約4并且更優(yōu)選小于大約3。本發(fā)明的表面氧原子可以在凈化材料孔道的外表面和內(nèi)表面上存在。高表面積無(wú)機(jī)氧化物的實(shí)例是金屬氧化物，例如但不局限于氧化鋯、二氧化鈦、氧化釩、氧化鉻、氧化錳、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎳、氧化鑭、二氧化鈰、氧化釤、氧化鋁或者二氧化硅。在一個(gè)實(shí)施方案中，高表面積金屬氧化物包含Si/Al比大于或等于大約4的高二氧化硅沸石。
在一個(gè)實(shí)施方案中，超高純度氣流包含惰性氣體，例如氮?dú)?N2)、氦氣(He)或氬氣(Ar)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，超高純度氣流包含在水存在下是腐蝕性的氣體。腐蝕性氣體的實(shí)例包括HF、HCl、HBr、BCl3、SiCl4、GeCl4或者臭氧(O3)。腐蝕性氣體優(yōu)選是O3。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，超高純度氣流包含氧化性氣體，例如F2、Cl2、Br2、氧氣(O2)或者臭氧(O3)。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，氣流包含氫化物氣體，例如硼烷(BH3)、二硼烷(B2H6)、氨氣(NH3)、膦(PH3)、胂(AsH3)、硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)或者鍺烷(GeH4)。對(duì)于本發(fā)明，也將氫氣(H2)看作是氫化物氣體。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，超高純度氣體包括在與凈化材料接觸前濃度低于大約百萬(wàn)分之1000體積的一種或多種金屬污染物?？蛇x地或者另外，高純氣體包括在與凈化材料接觸前濃度高于百萬(wàn)分之一體積、或者十億分之一體積的一種或多種金屬污染物。
在本發(fā)明的方法中，氣流中總金屬污染物降低至小于100ppt，優(yōu)選小于10ppt，更優(yōu)選小于1ppt。
本發(fā)明提供了保證在制造污染物敏感的器件，尤其是半導(dǎo)體中使用的超高純度氣體不含金屬污染物并且在相關(guān)工業(yè)內(nèi)指定的界限內(nèi)的方法。如此，能夠取得技術(shù)進(jìn)步、使缺陷產(chǎn)品最少，并且增加產(chǎn)品穩(wěn)定性。


圖1顯示了在高表面積無(wú)機(jī)氧化物上低配位數(shù)表面氧原子捕獲揮發(fā)性金屬的一般機(jī)理。
圖2是容納本發(fā)明中使用的凈化材料的過(guò)濾器的部分切開(kāi)的斜視圖。
圖3是用于測(cè)試用TiO2/分子篩凈化材料從氣流中提取FeCl3的氣體過(guò)程的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法包括使金屬化合物污染的超高純度氣體與凈化材料接觸(此處也稱(chēng)作凈化材料)、凈化材料從氣體中除去金屬化合物、以及從與基本上不含金屬污染物的凈化材料接觸中除去氣體。在與凈化材料接觸后，總金屬污染物降低至低于制造過(guò)程指定的水平以下。使用本發(fā)明的方法，將氣流中的總金屬污染物降低至小于100ppt體積，優(yōu)選小于10ppt體積，更優(yōu)選小于1ppt體積。
與凈化材料接觸的氣體可以是在敏感器件的制造中使用的任意超高純度氣體。術(shù)語(yǔ)“超高純度氣體”在工業(yè)中認(rèn)為是指99.9999％(6N)或更高純度的氣體。通常，制造商將這些氣體凈化至超高純度水平并且通常在制造設(shè)施處進(jìn)一步凈化以除去指定的雜質(zhì)至在體積基礎(chǔ)上百萬(wàn)分之一(ppm)或十億分之一(ppb)范圍的水平。
因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，超高純度氣體包括在使氣體與本文所述的一種或多種金屬氧化物凈化介質(zhì)接觸之前濃度低于大約百萬(wàn)分之1000體積的一種或多種金屬污染物?？蛇x地，或者另外，超高純度氣體包括在使氣體與金屬氧化物凈化介質(zhì)接觸之前濃度高于大約百萬(wàn)分之一體積、或者大約十億分之一體積的一種或多種金屬污染物。
由本發(fā)明的方法凈化的氣體包括在加工污染物敏感的器件中使用的所有氣體。ITRS的“Yield Management”章節(jié)，2003年版中列出了常用氣體和對(duì)于表114a和114b中的這些氣體的凈化要求。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，凈化了金屬污染物的氣體是那些落在刻蝕劑或氧化劑廣義分類(lèi)下的氣體。在這些分類(lèi)內(nèi)，許多氣體落在其它更具體的分組下，例如用于清洗、剝離、灰化和修復(fù)的氣體。特別優(yōu)選的本發(fā)明凈化的氣體是鹵素化合物和臭氧。
本發(fā)明適用于在制造半導(dǎo)體和其它敏感器件中涉及的各種過(guò)程中使用的許多氣體的凈化。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知就金屬污染物而言鹵素氣體是尤其有問(wèn)題的。從表1中的沸點(diǎn)可以容易地看出這一點(diǎn)，表1包含了特別大量的鹵化物化合物。鹵素氣體包括常用的鹵化物和鹵化氫氣體、以及認(rèn)為是半導(dǎo)體加工中專(zhuān)用的其它氣體。例如，這些氣體包括三鹵化氮，尤其是NF3；四鹵、五鹵和六鹵化硫，尤其是SF6；四鹵化硅，例如SiCl4；以及鹵化鍺。
次于鹵素化合物，其它高度氧化性的氣體也呈現(xiàn)出金屬污染的高度危險(xiǎn)。認(rèn)為是高度氧化性的、腐蝕性的并且容易受到金屬污染的常用工藝氣體的一個(gè)重要實(shí)例是臭氧(O3)。在半導(dǎo)體制造中的氧化、剝離和清洗過(guò)程中通常使用臭氧。像鹵化氫氣體一樣，臭氧在潮濕時(shí)對(duì)于氣體輸送系統(tǒng)變成是腐蝕性的。臭氧腐蝕性和氧化性的特性導(dǎo)致?lián)]發(fā)性和非揮發(fā)性的金屬污染物容易由氣流運(yùn)載。
公知某些氣體表現(xiàn)出載體效應(yīng)，其中金屬化合物和其它含金屬雜質(zhì)穩(wěn)定在氣流中。在某些情況中，流體流中的這種夾帶的原因是相當(dāng)熟知的而在另一些情況中則還沒(méi)有理解。因此，從本發(fā)明方法的凈化獲益的第三種重要的氣體是表現(xiàn)出這種載體性質(zhì)的氣體。這些氣體包括氨氣、膦、濕的惰性氣體和濕的CDA(清潔的干空氣)。
基于這些原因，從腐蝕性和氧化性氣體中除去金屬污染物是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。在通過(guò)本發(fā)明的方法凈化了這些氣體后，金屬污染物降低至小于100ppt體積，優(yōu)選小于10ppt體積，更優(yōu)選小于1ppt體積。
用于本發(fā)明的凈化材料是具有配位數(shù)小于材料體相中氧原子配位數(shù)的表面氧原子的高表面積無(wú)機(jī)氧化物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量?jī)艋牧蠈?shí)行本發(fā)明方法的金屬去除。本發(fā)明包括的凈化材料中的共同點(diǎn)在于在高表面積金屬氧化物表面上存在低配位數(shù)的氧原子。
用于本發(fā)明的高表面積凈化材料優(yōu)選具有大于大約20m2/g并且更優(yōu)選大于大約100m2/g的表面積，盡管再更大的表面積是允許的。材料的表面積考慮內(nèi)和外表面?？梢愿鶕?jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，典型地使用Brunauer-Emmett-Teller方法(BET方法)來(lái)測(cè)定本發(fā)明凈化材料的表面積。簡(jiǎn)言之，BET方法測(cè)定在完全單層吸附物下覆蓋固體外表面和可接入的內(nèi)孔道表面所需的吸附物或者吸附氣體(例如氮?dú)狻㈦礆?的量?？梢酝ㄟ^(guò)BET等式從吸附等溫線計(jì)算該單層容量，然后使用吸附物分子尺寸從單層容量計(jì)算表面積。
在本發(fā)明凈化材料中使用的金屬氧化物的類(lèi)型包括但不局限于氧化硅、氧化鋁、鋁硅酸鹽氧化物(有時(shí)稱(chēng)作沸石)、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化鑭、氧化鈰、氧化釩、氧化鉻、氧化錳、氧化鐵、氧化釕、氧化鎳和氧化銅。在某些情況中，在高表面積基底，例如氧化鋁或氧化硅上沉積這些金屬氧化物。通常，金屬正電性特性的存在增強(qiáng)了氧的結(jié)合性質(zhì)。因此，使用更正電性金屬的氧化物通常可以用作更好實(shí)施吸引污染物的凈化材料。
特別高表面積金屬氧化物的一方面是表面氧原子具有低于體相材料中氧原子的配位數(shù)。表面氧原子的平均配位數(shù)小于或等于大約4，優(yōu)選小于或等于大約3。例如，沸石鋁硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)中氧的平均配位數(shù)可以介于4和6之間，而沸石結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的表面羥基具有大約2的配位數(shù)。在氧化錳中，配位數(shù)達(dá)到8是常見(jiàn)的，但是表面氧化物通常具有小于或等于4的配位數(shù)。盡管我們不愿意使本發(fā)明受限于任何特定的機(jī)理，作為一般機(jī)理可以推定低配位數(shù)表面氧原子能夠除去含金屬雜質(zhì)。圖1中顯示了該作為一般機(jī)理。圖1中所示的表面氧原子具有平均CN＝2。在某些情況中，表面氧原子可以與氫原子結(jié)合并且在其配位場(chǎng)中少一個(gè)金屬原子，在該情況中它是表面羥基。
從本發(fā)明凈化的氣體中除去的金屬化合物包括但不局限于表1中包含的那些化合物。表1列出了許多在超高純度氣體輸送系統(tǒng)中經(jīng)常遇到的條件下，在氣相中存在足夠蒸氣壓的金屬化合物的沸點(diǎn)。
表1金屬化合物的沸點(diǎn)不總是高的

揮發(fā)性金屬化合物，例如金屬鹵化物、氫化物和氧化物尤其是成問(wèn)題的，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀自跉饬髦挟a(chǎn)生。在制造過(guò)程中通常的溫度和壓力條件下，在氣相在可能存在所述揮發(fā)性金屬化合物。溫度通常落在大約0℃-大約300℃的范圍內(nèi)，壓力在大約0.1mTorr-大約10MTorr的范圍內(nèi)。除了揮發(fā)性金屬分子化合物外，據(jù)信其它金屬物質(zhì)污染工藝氣體。雖然產(chǎn)生這些物質(zhì)的機(jī)理是未知的，據(jù)信在氣流中可以穩(wěn)定配位化合物和團(tuán)簇以形成相對(duì)均勻的混合物，與溶解這些化合物形成均相液體混合物的相互作用類(lèi)似。據(jù)信這些相互作用在現(xiàn)有技術(shù)過(guò)程中不是重要的，因?yàn)榻饘匐s質(zhì)的容許限度是更高的。但是，當(dāng)每1012個(gè)氣體分子只允許100或10個(gè)金屬原子時(shí)，相對(duì)不太重要的相互作用可能變得重要。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，凈化材料以耐受氣體的化學(xué)和物理降解的形式位于容器(canister)中。參見(jiàn)圖2，其顯示了具有入口和出口的容器外殼。舉例來(lái)說(shuō)，具有最小表面粗糙度(例如0.2ra)的高純度不銹鋼(例如316L不銹鋼)容器是一種特別優(yōu)選的容器。在某些使用腐蝕性、氧化性或其它反應(yīng)性氣體的實(shí)施方案中，容器將選自在操作條件下是穩(wěn)定的材料。對(duì)容器選擇適當(dāng)?shù)牟牧蠈?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是合理的。
參考圖2，在本發(fā)明中使凈化材料包含在耐腐蝕的外殼或容器30內(nèi)是最方便的。例如，在一些實(shí)施方案中優(yōu)選使用Teflon基或襯里的容器。典型地，容器30包括與氣流管線連接的氣體端口32和33。典型地，對(duì)于各種常見(jiàn)氣流的氣流管線，可以在每分鐘大約1-300標(biāo)準(zhǔn)升氣體(slm)的范圍內(nèi)處理氣體流速并且所需的壽命在24個(gè)月的范圍內(nèi)。氣體的操作溫度可以從-80℃至+100℃，并且對(duì)容器30的最大入口壓力通常在大約0psig-3000psig(20,700kPa)的范圍內(nèi)?？梢允褂萌我夥奖愕娜萜?，優(yōu)選是直徑在大約3-12英寸(6-25cm)且長(zhǎng)度為4-24英寸(8-60cm)范圍內(nèi)的圓柱形容器30。容器尺寸將與氣體流速和體積、凈化材料的活性、以及要除去的水的量有關(guān)，因?yàn)槌ソ饘傥廴疚镏恋陀?00ppt的水平，需要在裝置30中具有足夠的保留時(shí)間。
在一個(gè)實(shí)施方案中，容器30具有由不銹鋼或者其它耐腐蝕的材料制成的器壁34。在另一個(gè)實(shí)施方案中，器壁34的內(nèi)表面可以涂有耐腐蝕涂層36。在大多數(shù)情況中，這些涂層將簡(jiǎn)單地是通過(guò)使特定的材料脫水而耐腐蝕的惰性材料。但是，在Teflon，Sulfinert或相似的聚合物材料的容器30的內(nèi)壁上制造涂層36可能是優(yōu)選的。
實(shí)施例下面的實(shí)施例意在舉例說(shuō)明本發(fā)明一些實(shí)施方案的特定方面。這些實(shí)施例不打算限制所使用的本發(fā)明的任何特定實(shí)施方案的范圍。
實(shí)施例1從銅管道系統(tǒng)中凈化10種金屬污染物將單獨(dú)的幾對(duì)硅片置于三種不同的環(huán)境下，隨后使用電感耦合等離子體質(zhì)譜(VPD-ICP-MS)用蒸氣相分解來(lái)分析10種所選金屬污染物的存在。每對(duì)硅片用氮?dú)饨](méi)并且存儲(chǔ)在高純度的裝運(yùn)盒中，在使用前用塑料袋和清潔室膠帶三重密封。
在剛從儲(chǔ)存的盒中取出后，使用VPD-ICP-MS檢查第一對(duì)硅片的金屬污染物。
將第二對(duì)硅片放入Class100層流凈化罩(laminar flow hood)中。使高純氮?dú)馔ㄟ^(guò)數(shù)百英尺的銅管道系統(tǒng)。隨后，使該氣體以小于每分鐘60標(biāo)準(zhǔn)升(slm)的體積流速通過(guò)氣體凈化器，其中凈化材料是包埋在二氧化硅載體上的鎳/氧化鎳。通過(guò)不銹鋼管道運(yùn)載氮?dú)怆x開(kāi)凈化器并且撞擊硅片對(duì)。
將第三對(duì)硅片暴露于高純氮?dú)庀?，所述高純氮?dú)獬瞬煌ㄟ^(guò)氣體凈化器外，通過(guò)與第二對(duì)相同的銅管道系統(tǒng)。
通過(guò)第三方供應(yīng)商(Chemtrace Corp.，F(xiàn)remont，CA)對(duì)所有3對(duì)硅片實(shí)施VPD-ICP-MS。將硅片暴露于酸下，形成包含金屬雜質(zhì)的液體樣品。將液體樣品霧化入大氣氬等離子體中。使溶液中溶解的固體蒸發(fā)、離解并且離子化，然后提取入四極質(zhì)譜系統(tǒng)中，檢測(cè)10種所選金屬污染物的存在。該系統(tǒng)可以檢測(cè)低于1010個(gè)原子/cmu的污染物水平。
表2給出對(duì)三對(duì)硅片的VPD-ICP-MS結(jié)果。基于撞擊到硅片樣品上的體積，以十億分之一(ppb)報(bào)道特定金屬污染物的水平，從VPD-ICP-MS結(jié)果計(jì)算該水平。
表2硅片上金屬污染物的結(jié)果

表2的結(jié)果表明在不使用凈化器下，暴露于通過(guò)銅管道系統(tǒng)傳輸?shù)牡獨(dú)庀碌墓杵蟠蟾哂诹⒓磸暮邪腥〕龅墓杵饘傥廴疚锼?。而且，將硅片暴露于通過(guò)銅管道系統(tǒng)傳輸?shù)牡獨(dú)庀?，并隨后與Ni/Ni-氧化物凈化基材接觸導(dǎo)致每種污染物的污染水平通常大大低于不使用凈化器基材清潔暴露氮?dú)獾墓杵奈廴舅?。因此，凈化器材料起到從氮?dú)饬髦谐ソ饘傥廴疚锏淖饔谩?br> 實(shí)施例2從氮?dú)饬髦谐ヂ然F(III)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)凈化材料從氮?dú)饬髦谐eCl3的能力。使用在圖3中示意性所示的試驗(yàn)系統(tǒng)300進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
將氮?dú)馔ㄟ^(guò)管線310加入系統(tǒng)300中。將大約40mL氯化鐵(III)填入外殼320中，提供要裹入氮?dú)庠囼?yàn)流中的FeCl3源。在外殼320周?chē)霞訜崽?，加熱?00℃以輔助將FeCl3裹入氮?dú)饬髦小?br> 與外殼320的出口線路平行連接分別包括三個(gè)Teflon收集瓶的兩組341、342。預(yù)先清洗每個(gè)Teflon收集瓶并且用2％稀硝酸溶液填充以俘獲金屬雜質(zhì)。每組瓶子串聯(lián)布置。閥361、362分別控制夾帶FeCl3的氮?dú)饬魅刖€路351、352中。線路351和352將夾帶FeCl3的氮?dú)鈱?dǎo)向各組收集瓶341、342，其中氣體通過(guò)底部冒出并且金屬雜質(zhì)留在瓶中。
使用一組瓶子(瓶組A)341從夾帶FeCl3的氮?dú)庵蟹@污染物，產(chǎn)生氮?dú)庵械奈廴舅街?。另一組瓶子(瓶組B)342放在凈化器330的下游，用來(lái)從氮?dú)庵谐eCl3污染。凈化器330使用二氧化鈦和硅鋁酸鹽沸石的組合作為凈化材料。不受理論束縛，據(jù)信TiO2的氧配位給凈化材料提供了去除金屬污染物的能力。
當(dāng)導(dǎo)向夾帶FeCl3的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管線351，并且不使其通過(guò)管線352時(shí)，在30磅/平方英寸(psig)的壓力下，施加大約1.0slm的氮?dú)馔ㄟ^(guò)瓶組A。當(dāng)導(dǎo)向夾帶FeCl3的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管線352，并且不使其通過(guò)管線351時(shí)，在60psig的壓力下，施加大約0.54slm的氮?dú)馔ㄟ^(guò)瓶組B。對(duì)于每次特定的試驗(yàn)運(yùn)行，即從一個(gè)特定的瓶組中收集污染物，氣體流過(guò)該瓶組24小時(shí)。在試驗(yàn)運(yùn)行完成時(shí)，密封特定組的俘獲瓶并且分析內(nèi)含物。由第三方供應(yīng)商(Chemtrace Corp.，F(xiàn)remont，CA)進(jìn)行電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)以確定34種金屬物質(zhì)的金屬污染量。取決于所檢測(cè)的特定金屬，基于收集的氣體體積，金屬物質(zhì)的檢測(cè)下限在大約5至大約50個(gè)萬(wàn)億分之一(ppb)。精確的極限取決于檢測(cè)的特定金屬物質(zhì)和分析氣體的量。
表3給出了來(lái)自瓶組A的俘獲污染物的ICP-MS結(jié)果，該瓶中未使用凈化器。表4中給出了來(lái)自瓶組B的俘獲污染物的ICP-MS結(jié)果，該瓶中使用了凈化器?；诿俺銎孔拥臍怏w體積，以十億分之一為單位，每個(gè)表給出檢測(cè)的每種特定金屬物質(zhì)的檢測(cè)濃度極限和每種金屬物質(zhì)的檢測(cè)濃度。
表3瓶組A中俘獲的金屬污染物的濃度

表4瓶組B中俘獲的金屬污染物的濃度

如表3中所示，在瓶組A中存在大量的鐵，170ppb，推測(cè)來(lái)自FeCl3源。而且，在實(shí)驗(yàn)中自發(fā)產(chǎn)生大量的銻、砷、鎵、鉬、錫和釩污染物。表4表明在從凈化器下游的瓶中收集的鐵的量比不使用凈化器收集的量低低約5個(gè)數(shù)量級(jí)。而且，銻、砷、鎵、鉬、錫和釩污染物濃度全都降低至接近每種金屬物質(zhì)的檢測(cè)限的值。最后，比較表3和表4之間金屬污染物總濃度表明，當(dāng)使用凈化器時(shí)金屬污染物總濃度降低了4個(gè)數(shù)量級(jí)。
雖然已經(jīng)具體地顯示并且參考其優(yōu)選的實(shí)施方案說(shuō)明了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解可以在本文中做出形式和細(xì)節(jié)上的許多變化而不會(huì)背離附加權(quán)利要求書(shū)所涵蓋的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種從超高純度氣流中除去金屬污染物的方法，其通過(guò)使超高純度氣流與包含高表面積的無(wú)機(jī)氧化物的凈化材料接觸，所述氧化物包含配位數(shù)低于體相氧原子的表面氧原子。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述超高純度氣流包含惰性氣體。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述惰性氣體包括氮?dú)狻⒑夂蜌鍤庵辽僦弧?br> 4.權(quán)利要求1的方法，其中所述超高純度氣流包含至少一種在與凈化材料接觸前濃度低于大約百萬(wàn)分之1000體積的金屬污染物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述超高純度氣流包含至少一種在與凈化材料接觸前濃度高于大約百萬(wàn)分之一體積的金屬污染物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述超高純度氣流包含至少一種在與凈化材料接觸前濃度高于大約十億分之一體積的金屬污染物。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述超高純度氣流包含至少一種在與凈化材料接觸前濃度低于大約萬(wàn)億分之100體積的金屬污染物。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述超高純度氣流包含至少一種在與凈化材料接觸前濃度低于大約萬(wàn)億分之10體積的金屬污染物。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述超高純度氣流包含至少一種在與凈化材料接觸前濃度低于大約萬(wàn)億分之一體積的金屬污染物。
10.權(quán)利要求1日方法,其中所述超高純度氣流包含在水的存在下是腐蝕性的氣體。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述腐蝕性氣體是HF、HCl、HBr、BCl3、SiCl4、GeCl4或者臭氧(O3)。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述腐蝕性氣體是O3。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述氣流包含氧化性氣體。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述氧化性氣體是F2、Cl2、Br2、氧氣(O2)或者臭氧(O3)。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述氣流包含氫化物氣體。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述氫化物氣體是氫氣(H2)、硼烷(BH3)、氨氣(NH3)、膦(PH3)、胂(AsH3)、硅烷(SiH4)或者鍺烷(GeH4)。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述高表面積無(wú)機(jī)氧化物包含配位數(shù)小于或等于大約4的表面氧原子。
18.權(quán)利要求1的方法，其中所述高表面積無(wú)機(jī)氧化物包含Si/Al比大于或等于大約4的高二氧化硅沸石。
19.權(quán)利要求1的方法，其中所述高表面積無(wú)機(jī)氧化物包括氧化鋯、二氧化鈦、氧化釩、氧化鉻、氧化錳、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎳、氧化銅、氧化鑭、二氧化鈰、氧化釤、氧化鋁或者二氧化硅。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述凈化材料具有大于大約20m/g2的表面積。
全文摘要
本發(fā)明是從超高純度氣體中除去金屬化合物的方法和設(shè)備，其使用包含高表面積無(wú)機(jī)氧化物的凈化材料從超高純度氣體中除去金屬化合物，從而金屬不沉積在敏感的器件上并且引起器件故障。
文檔編號(hào)C01B6/34GK1988948SQ200580024531
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者小丹尼爾·阿爾瓦雷斯, 特洛伊·B.·斯科金斯, 湛·端·阮, 大屋敷靖 申請(qǐng)人:安格斯公司