(57)【要約】  本発明は、脱イオン（ＤＩ）水と標準窒素から高純度アンモニア、水素、および窒素を製造するための方法を開示する。脱イオン水を脱ガスし、電解水素発生装置に供給して、原料水素を製造する。この水素を精製し、および精製窒素と混合し、圧縮し、および触媒アンモニア反応器に供給する。精製に続いて、精製水素および精製窒素と一緒にこのアンモニアを半導体加工ツールに送達する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の水と窒素からアンモニアガスを製造するための方法であって、
ある量の脱イオン水を水素発生装置に供給し、
前記水素発生装置を使用して、前記ある量の脱イオン水からある量の水素を製造し、
前記ある量の水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素を製造し
ある量の窒素を窒素精製装置に通すことにより、ある量の精製窒素を製造し、および
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を触媒床と接触させ、ここで前記精製水素の一部および前記精製窒素の一部を反応させて、ある量のアンモニアを形成する
ことを含んでなる、前記方法。
【請求項２】
前記ある量の脱イオン水を、脱イオン水を前記水素発生装置に供給する前に脱ガスして、前記ある量の脱イオン水中の溶解ガスの一部を除去することを更に含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の段階と、これに引き続いて第２の段階を有する、前記ある量の脱イオン水を膜接触装置中で脱ガスする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の段階において、前記溶解ガスの第１の部分を窒素ストリッピングにより除去する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の段階において、前記溶解ガスの第２の部分を真空ストリッピングにより除去する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を前記触媒床と接触させる前に、前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を圧縮することを更に含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を約１０気圧と約１００気圧の間の絶対圧力まで圧縮する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ある量のアンモニアをアンモニア精製装置に通すことにより、ある量の精製アンモニアを製造することを更に含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ある量の精製アンモニアの一部を半導体加工ツールに送達することを更に含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンモニア精製装置がバリウム、カルシウム、鉄、リチウム、マンガン、モリブデン、カリウム、レニウム、ナトリウム、ストロンチウム、チタン、タングステンまたはバナジウムの酸化物を含む高表面積金属酸化物を含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記アンモニア精製装置、前記水素精製装置、および前記窒素精製装置の少なくとも１つを前記ある量の精製水素の一部により再生させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ある量の精製アンモニア中の不純物濃度を約５０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記ある量の精製アンモニア中の不純物濃度を約１０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記水素精製装置がバリウム、カルシウム、鉄、リチウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、カリウム、レニウム、ナトリウム、ストロンチウム、チタン、タングステン、またはバナジウムの酸化物と、場合によっては、金属ニッケルを含む高表面積金属酸化物を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記窒素精製装置がニッケル触媒を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記水素発生装置が電解手段により水から水素を製造する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ある量の精製水素中の不純物濃度を約５０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ある量の精製窒素中の不純物濃度を約５０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ある量の精製水素中の不純物濃度を約１０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ある量の精製窒素中の不純物濃度を約１０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
液体の水と窒素からユースポイントアンモニアガスを製造するための方法であって、
ある量の脱イオン水を脱ガスして、前記ある量の脱イオン水中の溶解ガスの一部を除去し、
前記ある量の脱イオン、脱ガスした水を水素発生装置に供給し、
前記水素発生装置を使用して、前記脱イオン、脱ガスした水からある量の水素を製造し、
前記ある量の水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素を製造し、
ある量の窒素を窒素精製装置に通すことにより、ある量の精製窒素を製造し、
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を圧縮し、
前記圧縮されたある量の精製水素および前記圧縮されたある量の精製窒素を触媒床と接触させ、ここで前記精製水素の一部と前記精製窒素の一部を反応させて、ある量のアンモニアを形成し、
前記ある量のアンモニアをアンモニア精製装置に通すことにより、ある量の精製アンモニアを製造し、および
前記ある量の精製アンモニアの一部を半導体加工ツールに送達する
ことを含んでなる、前記方法。
【請求項２２】
液体の水から精製水素ガスを製造するための方法であって、
約１ｐｐｂ以下のレベルまで酸素を除去し、約１ｐｐｍ以下のレベルまでＣＯ２を除去するのに充分な脱ガス装置にある量の脱イオン水を供給し、
前記脱ガスされた水を水素発生装置に供給し、
前記水素発生装置を使用して、ある量の脱イオン水からある量の水素を製造し、
前記ある量の水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素を製造する
ことを含んでなる、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
この出願は、２００３年７月２３日出願の米国特許出願番号１０／６２６，２６６の優先権を主張し、この一部継続出願である。上記出願の全教示は参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
低コスト、高性能（高出力流）の発光ダイオード（ＬＥＤ）を開発し、製造するためにかなりの努力が継続されている。このようなＬＥＤは、種々の使用、例えば屋外表示、車両照明、フラッシュライト、安全信号系、交通信号、レーザー、医用素子および屋内照明に意図されている。ＬＥＤは、現行の電球の流束強度および低コストに到達できるならば、現行の白熱灯または蛍光照明管を置き換えると予期されている。ＬＥＤが有する利点は、一定の光強度に対する極めて低いパワーおよび熱の発生、小さいサイズ、および５０，０００時間を超える極めて長い寿命である。
【０００３】
これらのＬＥＤは、例えばガリウム−、アルミニウムガリウム−およびインジウム窒化ガリウムおよびリン化物などの材料を用いる有機金属化合物蒸気堆積（ＭＯＣＶＤ）により製造される。現在著しく関心の持たれる方法においては、窒化ガリウムは、アンモニア、水素およびトリメチルガリウムのガス状混合物から堆積される。同様に、窒化ガリウムは、「青色レーザー」、すなわち青色光を放出するレーザー用に考えられている。青色光は赤色、黄色または緑色光よりも短い波長を有するために、青色レーザーは、現行の赤色レーザー光により製造されるコンパクトディスクよりもずっと高い情報密度を有するコンパクトディスクを形成する能力があると予期される。このような青色レーザー用の窒化ガリウムは、高容量ＬＥＤに対して上述したような同一のタイプのアンモニア／水素／トリメチルガリウムのガス状環境中で製造される。高純度の水素、アンモニア、および窒素の供給がこれらの素子の製造に必須である。
【０００４】
ＬＥＤ、青色レーザーおよび集積回路はすべて電子受容型ｐ−タイプドーパントにより製造される。このような製品は、電子供与型ｎ−タイプの物質の存在に極めて敏感であり、および極めて低濃度のこのようなｎ−タイプの物質はｐ−タイプドーパントを不活性化し、集積回路、ＬＥＤおよび青色レーザーの性能および動作性を損なうか、または破壊するのに充分である。酸素は特に効果的なｎ−タイプの物質であり、および分子状酸素の存在は格子欠陥を生じ、この半導体またはレーザー材料における望ましいバンドギャップの性質に有害である。極めて低濃度の酸素（１０と１００ｐｐｂの間）でも著しい性能または動作（特に波長コントロールにおける）の低下を引き起こすことができ、製造後の製品の廃棄を必要とするか、または動作寿命を著しく短縮する。
【０００５】
水蒸気、ガス状炭化水素および／または二酸化炭素ガスによって、水素化物ガス環境から金属または金属化合物の活性層を堆積することにより形成される生成物が分解されるので、アンモニアなどの水素化物ガス中のサブｐｐｍレベルのこれらの物質の存在の場合に類似の有害な影響が観察される。水は、最も普通であるが、ガス、特にアンモニアなどの水素化物ガスから除去するのが最も困難な不純物の一つである。上述の半導体製品の製造においては、ｐｐｍ範囲にある堆積ガスの水分含量は過度に高い。満足な製品を形成するためには、この堆積ガスの水含量は、パーツ・パー・ビリオン（ｐｐｂ）範囲、通常約１００ｐｐｂ以下まで低下されなければならない。Ｗｈｉｔｌｏｃｋら，「Ｈｉｇｈ  Ｐｕｒｉｔｙ  Ｇａｓｅｓ」  ｉｎ  Ｒｕｔｈｖｅｎ，ｅｄ．，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１，、ｐｐ．９８７−１０００（１９９７）を参照のこと。
【０００６】
大多数の高純度製品の製造工程においては、水素化物ガスを標準のガスボンベに貯蔵し、そこから供給することが慣用的であった。このようなボンベのガスの容積は勿論制限されているので、大規模製造工程においては、工程運転者は空になったボンベを交換し、新しい、充填ボンベと取り替えることを頻繁に行うことが必要となる。重い、扱いにくいガスボンベをこのように頻繁な取り扱い、および動かすことは、運転者にとって安全ハザードとなり、ならびにガス漏洩の機会をもたらし、製造コストを増加させる。また、重要なこととして、空ガスボンベを系から取り外し、および新しい充填ボンベを取り付けるたびに、外界からの汚染ガス、例えば酸素、二酸化炭素、および水蒸気が系に入り込み、系に対する汚染除去の負担を増し、系の劣化を加速する機会が存在する。大量生産は、多数の列のボンベを並列に接続することも必要とし、汚染問題の確率を増加し、および汚染されたボンベを見つけ出し、置き換えることを困難とすることもあり得る。容積に対する容器表面積の比は大きな容器中でのバルク送達の場合よりも大きいので、ボンベ壁からの不純物のガス抜けによりこれらのボンベ中で送達されるガスの純度が損なわれることもあり得る。ガスを長く貯蔵する程、ガス抜け不純物により不純物濃度が増加するので、この同一の効果がボンベ貯蔵のガスの純度を経時的に変える可能性がある。減少するガスの全量中で不純物脱着流束が蓄積するので、不純物レベルは、ボンベ中のガスの量が消費により減少するにつれて増加する。特に低ｐｐｂ範囲のプレミアム高純度レベルに対しては、ボンベ中で送達されるガスはバルクで送達されるガスよりも一般にかなり高価である。顧客は、ガス会社からのボンベの送達、オンサイト貯蔵、および引き取りに対してかなりの追加費用を払っている。加えて、ボンベの底での不純物の濃縮によりボンベの全容積の２０％以上が残ったままボンベを変えることがアンモニアのユーザーの慣行となった。明らかに、更に経済的な代替策に対する必要性が存在する。
【０００７】
低頻度の間隔（個別のガスボンベのように時間でなく通常月で測られる）で交換すればよい大容積の容器によるガス供給を当業界は要求し始めている。好ましいタイプの大容積容器は、多数の「チューブ」の高容量の長い高圧容器により構成され、共通の連結管により相互接続または操作される「チューブトレーラー」、セミトレーラーである。チューブトレーラーは、製造施設で駐車し、ガス供給系に取り付けることが可能であり、および通常、この水素化物ガスを施設に数ヶ月の間供給するのに充分なガス容量を有する。バルク水素はチューブトレーラー中の加圧ガスとして、または極低温液体として送達され得る。液体水素は高度で高価な貯蔵要件を必要とし、世界中に広く行きわたらない。しかしながら、これらのバルク送達系でも新しい容器をプラントに接続または取り外すたびに、または極低温流体を補給するたびに汚染を導入する可能性がある。更には、汚染はこのバルクガスをユースポイントまたは加工ツールに送達する配管系中に導入可能である。この汚染を除去し、制御することは、送達系の多数の場所に配設され得る分散型の精製装置の使用を必要とする。汚染の制御に有効であるが、この分散型の精製スキームは、購入、設置、および維持するのに高い費用を要する可能性がある。
【０００８】
脱イオン（ＤＩ）水と標準窒素から高純度アンモニア、水素、および窒素を製造することが高性能ＬＥＤおよび青色レーザーの柔軟性のある、低コストの製造にとっての関心事である。ユースポイント製造によって、バルク貯蔵およびボンベからの送達に関連する汚染と、分散型の精製のレイヤーに対する必要性が無くなる。脱イオン水と標準純度窒素は極めて普通の試剤であり、すべての半導体プラントにおいて普遍的に入手可能である。更には、高純度アンモニア、水素、および窒素のＤＩ水からのユースポイント製造は、化学工業のインフラストラクチュアが制限され、および超高純度ガスの製造と送達が存在しない国に設置されたプラントに好適である。しかしながら、現行のＤＩ水から水素ＰＯＵ製造装置は、大多数の半導体用途に対して、さらに増大している燃料電池市場に対する規格に対しても好適な品質の水素を作り出すことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、脱イオン（ＤＩ）水と標準窒素から高純度アンモニア、水素、および窒素を製造するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の実施態様においては、この方法は、ある量の脱イオン水を水素発生装置に供給し、この脱イオン水から水素を製造し、および水素精製装置によりこの水素を精製することを含んでなる。この方法は、標準品質の窒素を窒素精製装置に通すことにより、精製窒素を製造し、およびこの精製水素および精製窒素を触媒床と接触させ、ここで精製水素および精製窒素の一部を反応させて、ある量のアンモニアを形成することを更に含んでなる。
【００１１】
他の本発明のもう一つの実施態様においては、この方法は、この脱イオン水を脱ガスして、溶解ガスの一部を除去し、この脱イオンされ、脱ガスされた水を水素発生装置に供給し、および脱イオンされ、脱ガスされた水から水素を製造することを含んでなる。この方法は、この水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素を製造し、標準品質の窒素を窒素精製装置に通すことにより、精製窒素を製造し、前記ある量の精製水素と前記ある量の精製窒素を圧縮し、および圧縮された精製水素と精製窒素を触媒床と接触させ、ここで精製水素の一部および精製窒素の一部を反応させて、ある量のアンモニアを形成することを更に含んでなる。このアンモニアをアンモニア精製装置に通すことにより、精製されたアンモニアが製造され、次に半導体加工ツールに送達される。
【００１２】
以下の詳細な説明を考慮することにより、本発明は更によく理解されるであろう。説明には添付の図面が引用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の目的は、高性能ＬＥＤと青色レーザーの高融通性で、低コストの製造に有用であって、脱イオン（ＤＩ）水と標準窒素から高純度アンモニア、水素、および窒素を製造するための方法を提供することである。ユースポイント製造によって、バルク貯蔵からの送達およびボンベに関連する汚染と、分散型の精製のレイヤーの必要性が無くなる。脱イオン水と標準純度の窒素は極めて一般的な試剤であり、すべての半導体プラントで普遍的に入手可能である。更には、ＤＩ水および標準窒素からの高純度アンモニア、水素、および窒素のユースポイント製造は、化学工業のインフラストラクチュアが制限され、および超高純度ガスの製造と流通が存在しない国に設置されたプラントに好適である。
【００１４】
図１は、水と窒素から精製窒素、水素、およびアンモニアを本発明の実施態様により製造するための方法の概略フロー図１００である。脱イオン（ＤＩ）水は入力流１０２で工程に導入され、脱ガスユニット１０８（脱ガス装置）に供給される。脱ガス装置１０８は、第１の段階１１０において窒素により、続いて第２の段階１１４において真空ストリッピングによりＤＩ水から溶解ガスをストリッピングする２段階の装置である。例として、脱ガス装置１０８はＬｉｑｕｉ−Ｃｅｌ（登録商標）から市販されている膜接触装置であってもよい。第１の段階１１０においては、窒素は入力流１０６で導入され、この系からパージされ、および１１２で放出される。第２の段階１１４においては、真空ポンプ１１８は入力流１１６に接続され、ライン１２０から放出される。通常、脱ガス装置１０８を出る溶解ガスは約１ｐｐｂ未満の酸素と約１ｐｐｍのＣＯ２を有する。
【００１５】
代替の脱ガス装置は予備加熱されたＤＩ水との組み合わせで使用される単一段階の装置である。予備加熱された水は酸素とＣＯ２の脱ガスを促進する。この脱ガス装置に真空を印加することによって、加熱されたＤＩ水から所望しないガスが除去される。ＤＩ水を約９０℃以上に予備加熱し、次にペルフルオロ化膜接触装置、例えばＭｙｋｒｏｌｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ）製のｐＨａｓｏｒ（登録商標）ＩＩなどにより脱ガスすることが好ましい実施態様である。特に、高い温度がこの水素発生装置の効率を改善するならば、なお高い温度のＤＩ水を受け入れることができる。
【００１６】
脱ガス装置１０８を出る脱ガスされた水１２４は水素発生装置１２６に導かれる。水素発生装置においては、当業者に周知であるように、水は電解手段により水素ガスと酸素ガスに分解される。例えば、Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓにより製造されている水素発生装置（水素発生装置のラインのＨＯＧＥＮ（登録商標））１２６が使用され得る。この発生装置により製造される水素ガスは、通常、約５ｐｐｍ未満の通常の水不純物レベルと約ｐｐｍ未満の酸素不純物レベルを有する。これらの不純物レベルは最終使用には高過ぎ、更なる精製を必要とする。水素送達圧力は通常１４バール未満である。発生装置１２６により製造される酸素は出力流１２８により放出される。過剰の水は出力流１３４により流出される。水素出力流１３０は再生可能な水素精製装置１３６の入力流１３２に供給される。この再生可能型精製装置の詳細な構成を図２に示す。この水素精製装置においては、入力流１３２における供給水素は精製媒体を充填した１つ以上の吸着床に通される。この媒体は、米国特許第６，２４１，９５５号に開示されているように、バリウム、カルシウム、鉄、リチウム、マンガン、モリブデン、カリウム、レニウム、ナトリウム、ストロンチウム、チタン、タングステン、およびバナジウムの酸化物の中から選択される高表面積酸化物から構成され得る。別法としては、この媒体は、米国特許第６，０５９，８５９号に開示されているようなチタン酸化物と組み合わせた米国特許第４，７１３，２２４号に開示されているような高表面積基材上に担持されているニッケル金属およびニッケル酸化物から構成され得る。水素精製装置１３６は、不純物、例えばＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２および炭化水素を除去する。精製水素出力流１４２中の残存不純物レベルは、約１００ｐｐｂ未満であるが、好ましくは約１０ｐｐｂ未満、更に好ましくは約１ｐｐｂ未満である。水素精製装置１３６は再生ガス入力流１４０を有し、出力流１４２からの精製水素を再生に利用する。再生ガスは出力流１３８において系放出口１２２に放出される。
【００１７】
１４２で精製水素出力流は工程１００内の多数の場所に送達される。これは、窒素精製装置１４４（入力流１４８で）の再生に、アンモニア精製装置１７４（入力流１７０で）の再生に、アンモニア製造のための圧縮装置１５６に、および出力流１７２で加工ツールへの送達のために利用される。
【００１８】
入力流１０４で工程１００に供給される窒素は、入力流１４６で再生型窒素精製装置１４４に供給される。この再生型精製装置の詳細な構成を図２に示す。この窒素精製装置においては、入力流１４６における供給窒素は精製媒体を充填した１つ以上の吸着床に通される。この媒体は、米国特許第４，７１３，２２４号に開示されているような高表面積基材上に担持されているニッケル金属およびニッケル酸化物から構成され得る。当業者に公知であるように、他の媒体も利用され得る。窒素精製装置１４４は、不純物、例えばＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２および炭化水素を除去する。精製窒素出力流１５０中の残存不純物レベルは、約１００ｐｐｂ未満であるが、好ましくは約１０ｐｐｂ未満、更に好ましくは約ｐｐｂ未満である。窒素精製装置１４４は再生ガス入力流１４８を有し、水素精製装置１３６からの精製水素を再生に利用する。再生ガスは出力流１５２において系放出口１２２に放出される。出力流１５０で精製窒素は工程１００内の多数の場所に送達される。精製窒素は出力流１６０でユースポイントに、および混合ポイント１５３に供給され、ここで圧縮装置入力流１５４の前に精製水素に添加される。精製窒素は、精製装置１３６、１４４、および１７４（図示せず）中で種々のパージ機能でも使用され、場合によってはＤＩ水の脱ガスにも使用され得る。
【００１９】
精製窒素および精製水素は１５３で混合され、圧縮装置入力流１５４に供給される。最終製品アンモニアの高純度要求により、圧縮装置１５６はできるだけわずかな汚染しか生じないようであるべきである。Ｈａｓｋｅｌｌ製などの空気駆動のダイアフラム圧縮装置が好適である。好適な汚染レベルを維持することができるならば、他のタイプも利用され得る。圧縮装置１５６を出る圧力レベルは、約１００バール以下、好ましくは約３０から約８０バールの範囲にあるべきである。この圧縮された窒素／水素混合物は１５８で圧縮装置を出て、アンモニア反応器１６２に入る。純粋なアンモニアの製造に対する化学量論的な要求は、３：１水素／窒素のモル比を必要とする。アンモニアへの変換と製品流れにおいて望まれる未反応の窒素および／または水素の量に依って、実際の比は変わり得る。本発明においては、この製品アンモニアは、ＭＯＣＶＤ膜製造のユースポイントに主として使用され、水素および／または窒素は堆積チャンバに入る前にアンモニアとしばしば混合される。ゆえに、このアンモニア製造工程は下流のＣＶＤ工程に合わせるように調整され、１００％のアンモニア変換に対する要求は厳しい要求ではない。それゆえ、未反応の水素および窒素からのアンモニアの完璧な分離とこれらのガスの反応器入力流への再循環を含む工業的なアンモニア製造法により要求される厳しい条件は、本発明においては要求されない。アンモニア反応器１６２は加熱された触媒床を含み、ここでは水素／窒素は反応されて、アンモニアを形成する。前述のように、アンモニアに対する１００％の変換は要求されないこともあり得る。この触媒床の動作条件は、約１００バール以下の、好ましくは約３０から約８０バールの範囲の、最も好ましくは約５０バールの動作全圧力を含み、約５０から約４００℃の範囲の、好ましくは約１００℃の動作温度を含む。触媒床１６４は、標準の酸化鉄（マグネタイト）アンモニア触媒、貴金属（白金またはパラジウム）で促進された酸化鉄触媒、または炭素、アルミナ、またはゼオライト上に担持されたルテニウムを含んでなることがあり得る。これらの触媒は単独で、または組み合わせで使用され得る。開示され、当業界で既知であるような他の触媒も使用され得る。
【００２０】
アンモニアと未反応の窒素および水素は１６６でアンモニア反応器から出て、入力流１６８でアンモニア精製装置１７４に入る。この再生型精製装置の詳細な構成を図２に示す。このアンモニア精製装置において、入力流１７４における供給アンモニア混合物は、精製媒体を充填した１つ以上の吸着床に通される。この媒体は、米国特許第６，２４１，９５５号に開示されているように、バリウム、カルシウム、鉄、リチウム、マンガン、モリブデン、カリウム、レニウム、ナトリウム、ストロンチウム、チタン、タングステン、およびバナジウムの酸化物の中から選択される高表面積酸化物から構成され得る。アンモニア精製装置１７４は、不純物、例えばＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２および炭化水素を除去する。このアンモニア内のいかなる水素および窒素もこの精製装置に対しては「透明」であり、不純物とは考えられない。すなわち、これらはアンモニア精製装置により除去も、精製もされない。精製アンモニア出力流１７６中の残存不純物レベルは、約１００ｐｐｂ未満であるが、好ましくは約１０ｐｐｂ未満、更に好ましくは約１ｐｐｂ未満である。アンモニア精製装置１７４は再生ガス入力流１７０を有し、水素精製装置１４２からの精製水素を再生に利用する。再生ガスは出力流１７８において系放出口１２２に放出される。この精製アンモニアは出力流１７６においてユースポイントに送達される。
【００２１】
図２は本発明の実施態様による図１の再生型精製装置１３６、１４４、および１７４の概略図である。例として、容器３３０は精製用であり、および容器３３２は再生用であるものとする。精製対象のガスは入力流３０２に入り、バルブ３０８とライン３０４、３１２、および３１６経由で脱着容器３３０に向けられる。このガスは吸着床３３４に通され、精製されて、出力流３３８で容器３３０を出る。この精製ガスは出力流３６４へ、ライン３５２および３６０経由でバルブ３５６を通って導かれる。バルブ３２４および３４６は閉じられて、再生ガスからの汚染を防止する。容器３３０が精製モードで運転中、容器３３２は吸着床の精製容量に依って、再生用であるか否かが選択される。もう一つの例として、容器３３２は再生用であるものとする。再生ガスは入力流３５０に入り、バルブ３４８からライン３４０経由で容器３３２に向けられる。触媒床３３６に通った後、触媒床３３６から抽出された再生ガスと不純物は入力流３１８で容器３３２を出て、放出口３２８に向かってバルブ３２６とライン３２２から系を出る。触媒床３３６は再生時に加熱、または非加熱でもよいが、好ましくは加熱される。再生時に使用される圧力は、通常、約１バールに近く、触媒床媒体からの不純物の脱着を助ける。バルブ３１０および３５８は再生時には閉状態を保って、製品および入口ガス流の汚染を防止する。製品ガス（ほぼ１０バール）と再生の間の圧力差をほぼ１バールに維持するためにもこれらを閉じておくことは必要とされる。この例示の構成において、再生流れは、触媒床３３６を通る精製流れに対して向流である。しかしながら、再生ガスを入力流３２８に導入して併流で再生することも可能である。
【００２２】
図３は、水と窒素から精製窒素、水素、およびアンモニアを本発明の実施態様により製造するため工程フロー図４００である。段階４０２においては、ＤＩ水を脱ガスユニットに供給する。段階４０４においては、窒素ストリッピングを用いる第１の段階でこの水を脱ガスする。段階４０６においては、真空を用いる第２の段階でこのＤＩ水を更に脱ガスする。段階４０８においては、水素発生装置中でこの脱ガスされたＤＩ水をガス状の水素と酸素に変換する。段階４１０においては、この水素を精製する。段階４１２においては、標準純度窒素を窒素精製装置に供給する。段階４１４においては、この窒素を精製する。段階４１６においては、段階４１４からの精製窒素と段階４１０からの精製水素をアンモニアに変換する。段階４１８においては、このアンモニアを精製し、段階４２２においては加工ツールに送達する。段階４２４においては、段階４１０からの精製水素を加工ツールに送達する。段階４２０においては、段階４１４からの精製窒素を加工ツールに送達する。
【００２３】
種々の実施態様を上記に述べたが、これらは、例として提示されただけであり、限定として提示されたものでないことを理解するべきである。このように、本発明の実施態様の幅および範囲は、上述の例示の実施態様により限定されるべきでなく、添付の特許請求の範囲およびこれらの同等物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、水と窒素から精製窒素、水素、およびアンモニアを本発明の実施態様により製造するための方法の概略フロー図である。
【図２】図２は、本発明の実施態様による図１の再生型精製装置の概略図である。
【図３】図３は、水と窒素から精製窒素、水素、およびアンモニアを本発明の実施態様により製造するため工程フロー図である。
【図１】
2006528128.tif 000002
【図２】
2006528128.tif 000003
【図３】
2006528128.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の水と窒素からアンモニアをユースポイントにおいて製造するための方法であって、
ある量の脱イオン水を水素発生装置に供給し、
前記水素発生装置を使用して、前記ある量の脱イオン水からある量の水素を製造し、
前記ある量の水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素を製造し、
ある量の窒素を窒素精製装置に通すことにより、ある量の精製窒素を製造し、および
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を触媒床と接触させ、ここで前記精製水素の一部および前記精製窒素の一部を反応させて、ある量のアンモニアをユースポイントにおいて形成する
ことを含んでなる、前記方法。
【請求項２】
前記ある量の脱イオン水を、脱イオン水を前記水素発生装置に供給する前に脱ガスして、前記ある量の脱イオン水中の溶解ガスの一部を除去することを更に含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の段階と、これに引き続いて第２の段階を有する、前記ある量の脱イオン水を膜接触装置中で脱ガスする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の段階において、前記溶解ガスの第１の部分を窒素ストリッピングにより除去する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の段階において、前記溶解ガスの第２の部分を真空ストリッピングにより除去する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を前記触媒床と接触させる前に、前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を圧縮することを更に含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を約１０気圧と約１００気圧の間の絶対圧力まで圧縮する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ある量のアンモニアをアンモニア精製装置に通すことにより、ある量の精製アンモニアをユースポイントにおいて製造することを更に含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ある量の精製アンモニアの一部をユースポイントにおいて半導体加工ツールに送達することを更に含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンモニア精製装置がバリウム、カルシウム、鉄、リチウム、マンガン、モリブデン、カリウム、レニウム、ナトリウム、ストロンチウム、チタン、タングステンまたはバナジウムの酸化物を含む高表面積金属酸化物を含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記アンモニア精製装置、前記水素精製装置、および前記窒素精製装置の少なくとも１つを前記ある量の精製水素の一部により再生させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ある量の精製アンモニア中の不純物濃度を約５０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記ある量の精製アンモニア中の不純物濃度を約１０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記水素精製装置がバリウム、カルシウム、鉄、リチウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、カリウム、レニウム、ナトリウム、ストロンチウム、チタン、タングステン、またはバナジウムの酸化物と、場合によっては、金属ニッケルを含む高表面積金属酸化物を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記窒素精製装置がニッケル触媒を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記水素発生装置が電解手段により水から水素を製造する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ある量の精製水素中の不純物濃度を約５０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ある量の精製窒素中の不純物濃度を約５０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ある量の精製水素中の不純物濃度を約１０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ある量の精製窒素中の不純物濃度を約１０ｐｐｂ未満まで低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
液体の水と窒素からユースポイントアンモニアを製造するための方法であって、
ある量の脱イオン水を脱ガスして、前記ある量の脱イオン水中の溶解ガスの一部を除去し、
前記水素発生装置を使用して、前記脱イオン、脱ガスした水からある量の水素を製造し、
ある量の前記脱イオンされ、脱ガスされた水を水素発生装置に供給し、
前記ある量の水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素を製造し、
ある量の窒素を窒素精製装置に通すことにより、ある量の精製窒素を製造し、
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を圧縮し、
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を触媒床と接触させ、ここで前記精製水素の一部および前記精製窒素の一部を反応させて、ある量のアンモニアを形成し、
前記ある量のアンモニアをアンモニア精製装置に通すことにより、ある量の精製アンモニアをユースポイントにおいて製造し、および
前記ある量の精製アンモニアの一部をユースポイントにおいて半導体加工ツールに送達する
ことを含んでなる、前記方法。
【請求項２２】
液体の水から精製水素ガスをユースポイントにおいて製造するための方法であって、
約１ｐｐｂ以下のレベルまで酸素を除去し、約１ｐｐｍ以下のレベルまでＣＯ２を除去するのに充分な脱ガス装置にある量の脱イオン水に供給し、
前記脱ガスされた水を水素発生装置に供給し、
前記水素発生装置を使用して、ある量の脱イオン水からある量の水素を製造し、
前記ある量の水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素をユースポイントにおいて製造する
ことを含んでなる、前記方法。
【請求項２３】
液体の水と窒素からアンモニアをユースポイントにおいて製造するための方法であって、
ある量の脱イオン水を水素発生装置に供給し、
前記水素発生装置を使用して、前記ある量の脱イオン水からある量の水素を製造し、
前記ある量の水素を水素精製装置に通すことにより、ある量の精製水素を製造し、
ある量の窒素を窒素精製装置に通すことにより、ある量の精製窒素を製造し、および
前記ある量の精製水素および前記ある量の精製窒素を触媒床と接触させ、ここで前記精製水素の一部および前記精製窒素の一部を反応させて、ある量のアンモニアをユースポイントにおいて形成し、および
前記ある量のアンモニアをアンモニア精製装置に通すことにより、ある量の精製アンモニアをユースポイントにおいて製造する
ことを含んでなる、前記方法。
【国際調査報告】
2006528128.tif 000005
2006528128.tif 000006
2006528128.tif 000007