專利名稱：用于微電子工業(yè)的高純化學(xué)品的制備方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微電子工業(yè)的高純化學(xué)品的制備方法和裝置，它們通過在超純水中溶解至少一種化學(xué)氣體而實現(xiàn)。
為了制備超純化學(xué)品，例如氨水，鹽酸和氫氟酸，已知可以分別使用“工業(yè)”級無水氨氣，氯化氫氣體和氟化氫氣體并純化它們，尤其可在裝有用高純?nèi)ルx子水中的同樣氣體的飽和溶液的塔中清洗來除去金屬雜質(zhì)而使之純化。例如專利申請WO96／39265公開了這類技術(shù)。
上述專利申請所述的技術(shù)已經(jīng)向前邁出了重要的一步，它們可用于允許生產(chǎn)更小集成電路的超純化學(xué)品的集成電路生產(chǎn)場地中，但是，當(dāng)在使用場地例如在一個集成電路生產(chǎn)(晶片生產(chǎn))廠中操作相應(yīng)的系統(tǒng)時，它們?nèi)匀淮嬖谠S多缺點。
所遇到的第一個問題是氣體的溶解，它們使用該專利中所述的技術(shù)通過將氣體直接注入水中而實現(xiàn)。這導(dǎo)致溫度上升并且由于劇烈攪拌液體可能導(dǎo)致壓力的突變。此外，由于氣體不能立即溶解于水中，從而在液體罐中產(chǎn)生旋渦，結(jié)果是所測量溶液的滴定度值不總是完全正確。
該專利所述方法的另一缺點是操作是不連續(xù)的，從而當(dāng)達(dá)到所需滴定度或所需濃度時，需將產(chǎn)品容器中的內(nèi)含物轉(zhuǎn)移到儲存罐中(稱之為分批法)。此外，如在該專利申請中所述當(dāng)將用于形成的產(chǎn)品的容器內(nèi)的熱交換器與可能為污染源的冷卻劑接觸時熱交換器的使用可能會成為問題。
最后，由于放置在填料塔頂部的除霧器的功效總受到限制，在一些情況下帶有純化氣體的清洗液的溶液氣溶膠可在一定條件下通過除霧器，使氣體純度的水平受到限制。
本發(fā)明可避免這些缺點。為了這個目的，本發(fā)明的方法和裝置的主要特征在于在溶解氣體之前先清洗氣體，這在按順序放置并優(yōu)選裝有填料的至少兩個清洗塔內(nèi)進(jìn)行，同時通過使用填料塔以將氣體溶于水中。
本發(fā)明更具體地應(yīng)用于諸如氨水，鹽酸和氫氟酸的超純液體化學(xué)品的生產(chǎn)中，也可應(yīng)用于優(yōu)選從液相中以氣態(tài)形式最初獲得的該類任何其他化學(xué)品。
原料優(yōu)選為液態(tài)但不含水的化學(xué)品，例如液態(tài)無水氨(如在約5巴的壓力和室溫下)，從而能通過蒸發(fā)產(chǎn)品回收已除去大量雜質(zhì)的蒸汽，所述方法已在專利US5，496，778中公開。其次，在第一個步驟中，首先清洗通常在蒸發(fā)以液態(tài)存在的化學(xué)品之后所得的氣體，然后，在第二個步驟中，將所得氣體溶解于去離子超純水中。
關(guān)于氣體的清洗步驟，可使用任何類型的表面，如塔板，但優(yōu)選使用填料。如在蒸餾塔內(nèi)那樣，這些表面的目的是旨在增加液／氣接觸以增加液體和氣體兩種物質(zhì)之間的交換?？墒褂玫奶盍现T如為臘希圈，鮑爾環(huán)等。這些表面的目的是增加液氣之間的接觸面積，并按照本發(fā)明，此目的尤其是使接觸面積增加到大于或等于4倍。通常，增加接觸面積意指增加相對于非填料塔的側(cè)面積(由于塔內(nèi)沒有任何填料，液氣之間的接觸主要發(fā)生在塔的側(cè)面上)的接觸面積。這樣，增加到四倍的接觸面積意指裝入大量的臘希圈(或任何其他表面)，它們的總接觸面積等于塔的側(cè)面積的三倍。然而，優(yōu)選使接觸面積至少增加到10倍。實際上，將使用塑料臘希圈并且將選擇對所期望生產(chǎn)的化學(xué)品，例如氨水，氫氟酸，鹽酸等等耐腐蝕的塑料。合適的塑料通常為聚烯烴，優(yōu)選被取代或未被取代的聚乙烯和／或聚丙烯，以及它們的共聚物。由DuPont de Nemours公司銷售的，商品名為“PFA”或全氟烷氧化合物，以及可被任意取代的任何類型的聚四氟乙烯，它們的共聚物等等產(chǎn)品通常也是合適的，所有這些合適的物質(zhì)與所使用的化學(xué)品接觸時不產(chǎn)生殘留物，尤其是主要元素為金屬元素類型的殘留物，將它們從用于半導(dǎo)體工業(yè)的超純化學(xué)品中除去是很重要的。
在氣體清洗步驟和后續(xù)的溶解步驟中，需清洗然后稀釋的化學(xué)氣體的流速優(yōu)選為低于60M3／小時，并且優(yōu)選在30至45M3／小時之間，同時氣體的壓力將優(yōu)選在約1至3巴絕壓下(約0至2巴的相對壓力下)。
在所有2或3個清洗塔內(nèi)將優(yōu)選使用的最小填充體積(臘希圈或鮑爾環(huán))至少為20升和優(yōu)選地至少為40升。清洗溶液的流速優(yōu)選至少為5升／分鐘，和在塔收集器底部排放速度約為1升／小時。
關(guān)于將純化氣體溶解在去離子超純水中的下一步驟，將優(yōu)選使用不帶除霧器的單塔，填充體積至少為1升，優(yōu)選至少為2．5升，進(jìn)一步優(yōu)選至少為4升，以及溶解溶液(即通常為超純?nèi)ルx子水)的流速足夠地高以避免塔過熱，從而保持其中可使氣體溶解的塔的溫度優(yōu)選低于30℃，進(jìn)一步優(yōu)選地是保持塔溫接近于室溫，例如通常在20℃-25℃之間。
通常將裝有在操作的最后階段具有所期望滴定度的化學(xué)液體的罐設(shè)置在氣體溶解塔的下面，并且通常將氣體引入塔的底部，可使用任何合適的裝置，例如U形管，旋管等等阻止氣體直接與罐中的化學(xué)液體接觸，同時保持塔頂部的壓力大約等于罐內(nèi)液面之上的壓力，從而阻止氣體通過U形管或旋管。以這種方式，氣體沿著規(guī)定路徑到達(dá)塔的頂部，從而促進(jìn)液／氣體交換和獲得所期望的溶解效果。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，在溶解氣體之前的純化步驟至少在兩個串聯(lián)放置的連續(xù)塔內(nèi)進(jìn)行，定期清洗第一個塔的收集器(收集容器中的氣體)底部的內(nèi)含物，從而除去其中累積的雜質(zhì)，并被下一個塔的收集器的內(nèi)含物代替(如果有幾個塔，依次類推)，由于二次清洗氣體的結(jié)果，該內(nèi)含物具有更少的雜質(zhì)。這在一方面則有可能避免氣體的損失(由于液體已被氣體飽和，不象如果用清水代替收集器的液體所發(fā)生的那樣)，并且在另一方面，由于用已飽和溶液直接純化氣體而節(jié)省時間。
在通過非限制性實施例所給出的如下實施方案的幫助下，并結(jié)合如下所代表的圖例將更清楚地理解本發(fā)明

圖1表示用塔將氣體溶解于水中的流程圖；圖2表示吸收熱交換器的原料供給線；圖3表示將氣體連續(xù)溶解于液體中的流程圖；圖4表示三塔純化的流程圖；圖5表示雙塔純化的流程圖；圖6表示具有各種功能的裝置的總圖。
圖1表示本發(fā)明的一種實施方案，它采用不連續(xù)方式(分批方式)來制備超純液體化學(xué)品。將如下所述的來自于純化氣體供應(yīng)處的純化氣體(6)通過管線(7)和噴嘴(8)注入裝有填料(9)的塔(13)內(nèi)。塔(13)的較低位置裝有管線(3)，它進(jìn)入其中制備超純液體化學(xué)品的容器(30)內(nèi)所盛液體(1)中，通過上升并在(5)終止的U形末端(4)使管線(3)達(dá)到液面之上通常為超純氮氣的氣體區(qū)域(2)(圖中未顯示其送入方式)。容器(30)還包括由閥(17)控制的用于供應(yīng)超純?nèi)ルx子水的管線(16)。在容器(30)內(nèi)有一熱交換器(10)，它可使槽溫保持基本恒定，優(yōu)選在20-25℃。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，該交換器為含有與核工業(yè)中通常使用的冷卻環(huán)路相類似的初級環(huán)路和二級環(huán)路的塑料交換器。圖1中示出了一種蛇管，沿著容器(30)的內(nèi)壁纏繞并在一側(cè)供入冷的超純水(11)，其中在將冷的超純水(11)加熱以后再將其作為熱的超純水(12)排出。在容器(30)的較低位置有一條管線(24)，它用于排出超純化學(xué)品并通過泵(25)使它流入系統(tǒng)中，管線(24)最終分成兩條支線，第一條支線(29)通過閥(23)與排放處(26)連接，支線(20)包括閥(22)和過濾器(21)，該管線(20)也分成三條管線，第一條管線(19)將流速控制閥(52)和用于測定溶液滴定度濃度的裝置(18)連接起來，管線(19)返回到容器(30)的上部以將過量的化學(xué)品送回容器(30)內(nèi)，第二條管線(15)終止在塔(13)頂部的噴頭(14)處，它逆流地對填料(9)內(nèi)流動的純化氣體(6)進(jìn)行噴淋，和第三條管線(31)通過閥(27)連接到貯存純化產(chǎn)品的容器(28)上。充有填料(9)中純化氣體的去離子水流出并進(jìn)入管線(3)，和通過溢流(5)充滿容器(30)。因此，不能通過該充滿液體的管線(3)流出的純化氣體(6)被迫到達(dá)塔頂，從而促進(jìn)了在填料(9)內(nèi)的液／氣交換。產(chǎn)品經(jīng)泵(25)通過管線(20)和管線(15)在封閉環(huán)路內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，將如此形成的一些液體產(chǎn)品抽入管線(19)并通過濃度測量裝置(18)測量其濃度(或滴定度)，從而將測量值與所期望值進(jìn)行對比。當(dāng)已達(dá)到所期望濃度時，則通過測量濃度的裝置(18)產(chǎn)生的信號傳到控制圖1中所有裝置的控制器那里(在圖中未顯示)，停止循環(huán)泵，然后將產(chǎn)品通過管線(24)，管線(20)和管線(31)排放到用于貯存純化產(chǎn)品的容器(28)內(nèi)。當(dāng)容器(30)已被排空時，再次用所需用量的去離子水通過線(16)和閥(17)將其充滿，然后如上所述，產(chǎn)品再次在環(huán)路內(nèi)開始循環(huán)，從而逐步地在水中稀釋純化氣體并獲得所期望的滴定度。
圖2表示圖1中熱交換器(10)的原料供給圖，交換器優(yōu)選為核工業(yè)中使用的類型，即具有完全密封并相互分離的初級環(huán)路和二級環(huán)路，從而避免待制備的液體產(chǎn)品(用于微電子工業(yè)的超純液體產(chǎn)品)受冷卻容器(30)用的水的任何污染。在該圖中，與圖1中相同的部件用相同標(biāo)號表示。將例如在-5℃溫度下的罐(40)中的乙二醇水溶液流經(jīng)初級交換器(41)的初級環(huán)路(42)，從而最終能在實際上可以為+2℃的溫度下通過管線(43)將其排出。初級交換器(41)的次級部分(44)包括一直在此初級交換器的次級部分內(nèi)和在與二級交換器(47)的初級環(huán)路(46)連接的管線(45)內(nèi)流動的超純水的環(huán)路，此二級交換器的下端(46)與管線(48)相連然后到達(dá)可在環(huán)路內(nèi)循環(huán)此超純水的泵(49)。此環(huán)路包括一清洗器(50)，它能不時地清洗超純水環(huán)路和用新的超純水替換此水。二級交換器(47)的二級環(huán)路(51)接受超純化學(xué)品液體(1)，從而可使其溫度例如從30℃(圖2中的“30℃化學(xué)品溶液”)降低到約20℃的溫度(圖2中的“20℃化學(xué)品溶液”)。
圖3表示在液體中連續(xù)溶解氣體的流程圖，其中連續(xù)過程可連續(xù)地制備超純化學(xué)品。在該圖中，與那些在前面圖中相同的部件采用相同標(biāo)號。
該連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)與圖1中所述的相比有一些不同。第一個不同是存在熱交換器(100)，它被位于容器(30)的外面并作為冷卻溶液和使其保持在優(yōu)選為20℃至25℃之間的溫度下的不同方式的例證。這種不同本身與是連續(xù)生產(chǎn)溶液(如在此圖3中)，還是不連續(xù)生產(chǎn)(如圖1)中的情況沒有關(guān)系，但是用于冷卻溶液并保持其在20℃-25℃之間的溫度下的兩種熱交換方法具體說明了兩個不同的方法，即或者在槽內(nèi)進(jìn)行熱交換或者使用放置在槽外面的交換器，在連續(xù)和分批的生產(chǎn)條件下每一種方法都是可行的。
與圖1中所述的裝置相比圖3的主要區(qū)別包括連續(xù)輸送超純水(101和102)，只要當(dāng)打開閥(103，104)就可使超純水連續(xù)地輸入裝有填料(9)的塔(13)的頂部。將與圖1中情況相同的純化氣體(6)通過類似的流量計(105)送入塔的底部，而兩個閥(106，107)用來控制純化氣體的流速并供應(yīng)所需的用量，以獲得具有所需滴定度的溶液。(在置于閥(104)后用于供應(yīng)超純水的管線(108)也包括一個類似的流量計(109)以測量超純水的流速)。當(dāng)如上所述在塔內(nèi)連續(xù)循環(huán)的并用裝置(18)測量的溶液的濃度(或滴定度)等于最初程序值時，調(diào)節(jié)器(110)則關(guān)閉閥(103，107)，從而停止超純水和純化氣體的輸送，然后將貯存在罐(30)內(nèi)的產(chǎn)品送入貯存容器(28)內(nèi)。在連續(xù)操作中，環(huán)路中再循環(huán)產(chǎn)品的各種流速、壓力和方法使得產(chǎn)品濃度總是等于期望值和使得超純化學(xué)品可通過泵(120)連續(xù)地或基本連續(xù)地流入貯存容器(28)內(nèi)。通過常識和圖中所示的方式，已示出了各種產(chǎn)品所需的流速(升／小時)，如當(dāng)希望制備各種氣體，尤其是50％氫氟酸(HF50)，5％氫氟酸(HF5)，35％鹽酸(HCl35)和30％氨水(NH4OH30)時，圖中示出了各種流速值并且這些不同的流速使獲得具有所期望純度的產(chǎn)品成為可能。
圖4圖解地表示用于需純化的化學(xué)氣體的純化系統(tǒng)。將需純化的氣體(201)通過噴嘴(203)輸入到清洗塔(202)內(nèi)，塔內(nèi)的收集器(205)含有用化學(xué)氣體飽和的水溶液，塔帶有氣體清洗。收集器的底部通過泵(206)和管線(207)與塔(202)的頂部相連，在此處將通過泵(206)再循環(huán)的液體通過噴頭(208)與需純化氣體逆流地送入，其中氣體是通過噴嘴(203)噴入并在填料(209)內(nèi)上升，其中氣體和液體之間發(fā)生物質(zhì)交換。在塔的頂部，即在塔(202)的最上部有一個除霧器(210)，過濾出仍存在于氣體中的大量雜質(zhì)并冷凝后者中的濕氣。在純化的第一階段之后，氣體經(jīng)由塔的頂部并順著管線(211)排出并經(jīng)由噴嘴(212)送入第二個塔(215)的底部，并通過由泵(229)和管線(217)再循環(huán)液體(214)而進(jìn)行與上一階段相同類型的純化過程，在液體與塔內(nèi)上升的氣體在塔(215)的填料(216)上接觸之前逆流地將液體送入噴頭(218)中。在塔的頂部也有一個除霧器(219)，并將純度更高的氣體通過管線(220)送入可達(dá)到與前兩個塔相同功能的第三個塔中，也就是說通過噴嘴(221)使氣體與來自裝有液體的收集器(223)、經(jīng)泵(224)，管線(225)和噴頭(226)流入填料(270)的液流逆流地輸入。將來自于罐(236)的超純水通過噴嘴(222)輸入，并送入收集器(223)中。完全純化的氣體通過除霧器(227)并經(jīng)由管線(228)并再次成為上圖所述的純化氣體(6)。在圖4中，流經(jīng)第三個塔即位于圖4最右邊的位置的液體可通過閥(234)和管線(235)輸入到用于向第二個塔(214)的收集器供料的噴嘴(213)內(nèi)，從而回收第三個塔的飽和液體并將其輸送到可與氣體逆流再循環(huán)的第二個塔中。同樣，在用于再循環(huán)塔(215)的收集器(214)中的液體的環(huán)路內(nèi)連有閥(230)從而能抽出液體并通過管線(233)將其送入用于供應(yīng)液體到塔(202)的收集器(205)中的噴嘴(204)內(nèi)。這種安排在速度和經(jīng)濟(jì)方面具有如上所述的好處。
在圖5中，與上圖相同的部件采用相同的標(biāo)號。在此圖中，只通過兩個塔來凈化氣體，此圖與圖4相比根本區(qū)別為直接將超純水(236)分別送入兩個塔中，它們一個通過閥(252)和管線(235)從而到達(dá)可供入塔(215)內(nèi)的噴嘴(213)中，而另一個通過閥(253)及可供入噴嘴(204)的管線(233)輸入，所述噴嘴(204)可將液體注入塔(202)的收集器(205)內(nèi)。此外，當(dāng)必要時，尤其是當(dāng)必須替換掉已被雜質(zhì)飽和的清洗液和用超純水重新注滿收集器時，分別使用閥(231和230)通過管線(250和251)以排出清洗液并進(jìn)入(232)中。
圖6為本發(fā)明整個裝置的代表性示圖，包括純化系統(tǒng)和稀釋系統(tǒng)。將裝有液體化學(xué)品(302)和其上部為相同化學(xué)品的氣相頂部(303)的容器(301)通過管線(304)，過濾器(305)，閥(306)和管線(307)與噴嘴(308)相連，此噴嘴用于噴射由容器(301)內(nèi)的氣相頂部(303)抽出的氣體。然后如上所述將此氣體注入第一個純化塔(311)內(nèi)，此氣體在填料(313)內(nèi)與來自于收集器(310)的并且通過泵(320)，管線(312)和噴頭(314)進(jìn)行循環(huán)的液體逆流地向上升。收集器本身則輸有例如來自于第二個塔(325)的液體循環(huán)環(huán)路的液體(324)(或者另一種方式，如圖4直接輸有去離子超純水)。在塔(311)中的第一個純化步驟之后，氣體通過除霧器(315)，然后通過管線(316)進(jìn)入塔(325)底部的噴嘴(317)內(nèi)，在塔內(nèi)氣體與收集器(319)的液體逆流流動，此液體流經(jīng)泵(321)到達(dá)管線(322)和噴頭(323)，并通過塔(325)的填料(372)。在第二次純化步驟之后，由此達(dá)到所期望純度的氣體穿過除霧器(326)，然后通過管線(327)以超純化學(xué)氣體的形式進(jìn)入噴嘴(328)內(nèi)。在塔(329)中，將此超純化學(xué)氣體注入塔的底部，與經(jīng)由噴頭(346)并通過填料(329)再循環(huán)的液體逆流接觸，從而制備具有期望濃度的液態(tài)化學(xué)品溶液。富含超純氣體的液體流出并進(jìn)入毛細(xì)管型的管線(333)中，并且只靠重力，通過從開口(334)溢出而逐漸充滿容器(330)。在容器(330)內(nèi)的液體(331)的上面優(yōu)選為電學(xué)純度的超純氮氣的氣相頂部(332)，必要時可通過管線(381)向容器(330)中輸送罐中的去離子超純水(380)(參見上述圖中關(guān)于操作的描述)。在容器(330)的底部有一循環(huán)泵(335)，它可使逐漸富含氣體的液體通過閥(336)，管線(337)，管線(339)，閥(340)，管線(345)和噴頭(346)進(jìn)行循環(huán)。在管線(339和337)之間管線(337)有一分支，該分支(338)用于通過圖中的裝置CT來測量滴定度，以便可連續(xù)檢測溶液的滴定度直到達(dá)到期望滴定度為止。為了不在任何物理接觸下測量其滴定度，將如此再循環(huán)的溶液通過閥(347)送入容器(330)內(nèi)。另外，在閥(340)之后有一管線(382)，它通過閥(341)可在貯存容器(342)中貯存所期望滴定度的化學(xué)品，將貯存容器通過閥(343)與用戶(344)的使用點連接。裝有去離子超純水的罐(380)也通過管線(383)與用于將水注入塔(325)的收集器(319)內(nèi)的噴嘴(318)相連。必要時也有用于將富含雜質(zhì)的溶液抽出并再循環(huán)到第一個純化塔的收集器(310)中的管線(324)。
實施例1本實施例示于圖1和圖2中。它包括一裝有填料的直立塔，該填料的性質(zhì)使氣／液界面面積增加到最大，例如臘希環(huán)，或“鮑爾”型十字環(huán)，或球形，或鞍形。在塔的頂部注入溶解液體和在塔的底部注入需溶解的純化氣體。液體通過U形管流入反應(yīng)器中，U形管的自由端在液面之上。
U形管充當(dāng)液壓閥，它迫使需溶解的氣體通過塔內(nèi)的填料。
循環(huán)泵吸收液體并將其再注入吸收塔的上部，其流速的大小使得溶解氣體的熱量與要獲得的化學(xué)品的最終濃度保持一致。再循環(huán)環(huán)路裝有一過濾器。反應(yīng)器的氣相頂部通過管線與塔頂部相連以調(diào)整內(nèi)部壓力。塔的頂部通過安全閥與排放口相連。
塔是由抗腐蝕并與所期望的高純化學(xué)品相配的塑料制成；同樣適合于填料。塑料熱交換器放置在容器內(nèi)，它位于塔的下面并裝有化學(xué)品或者通過泵的輸出供入塔中；在這種情況下，必須將大部分多于70％的液體直接送入可收集化學(xué)品的容器中。如圖2所示，向二級塑料交換器中送入通過不銹鋼(初級)交換器中的乙二醇水溶液冷卻的去離子水。通過環(huán)路中循環(huán)泵下游的供料連續(xù)地更換去離子水并調(diào)整排放水從而在環(huán)路中可有最少量的離子污染，這樣在塑料交換器內(nèi)如果有一漏口，也避免了化學(xué)品的污染。
將一過濾器放置在交換器下游的泵的出口處。裝到用來返回到收集器容器中的環(huán)路上的是過程分析器(和其控制器)，它用于測量化學(xué)品的濃度。
實施例2本實施例如圖3所示。此連續(xù)溶解方法的優(yōu)選裝置包括填料吸收塔，塔下面的收集緩沖容器和含有泵，熱交換器和過濾器的冷卻環(huán)路。
此外，在此實施例中，有一環(huán)路可直接回到緩沖容器中，它能帶走例如為2-10％的冷卻環(huán)路的輸出量。該環(huán)路包括流速控制閥，濃度變送器，和控制用于調(diào)節(jié)純化氣體供料環(huán)路的閥的濃度調(diào)節(jié)器(PID型)，和流入有90％-98％冷卻環(huán)路輸出量的吸收塔供料環(huán)路，從緩沖容器中抽出最終產(chǎn)品并將其送入貯存罐的排放泵，含有流量變送器的純化氣體送入環(huán)路，輔助分析器的控制閥和包括流速控制閥和流量測量變送器的超純水送入環(huán)路。
在一個方案中，可將交換器直接安裝在吸收塔下面的緩沖容器中，諸如HF，HCl或NH3的氣體溶液的高熱量需要吸收塔在高的溶液流速下進(jìn)行操作，以除去熱量而不使溫度過分升高，溫度會影響所制備溶液的滴定度。圖3給出了流速以達(dá)到100升／小時的溶液，例如50％氫氟酸(HF50)，5％氫氟酸(HF5)，35％鹽酸(HCl35)，和30％NH4OH氨水(NH4OH30)。
實施例3此實施例的兩個方案示于圖4和圖5中。如在專利US5，496，778中所述，由于塔頂?shù)某F器的功效受到限制，本發(fā)明提供了各種方案。
為了進(jìn)一步提高純度，而不增加塔的體積，根據(jù)本發(fā)明使用串聯(lián)的第二個塔。與第一個塔相比，飽和清洗液具有的純度較低。不可避免地夾帶的氣溶膠要比第一個塔中具有更低濃度的金屬雜質(zhì)(倍數(shù)約為100)-在第二個塔之后通過溶解氣體制備的溶液因此將比通過單塔純化裝置制備的溶液的純度要高。單塔系統(tǒng)有可能獲得金屬雜質(zhì)的濃度對于每一陽離子而言約為10ppb；至少有兩個串聯(lián)塔的本發(fā)明裝置則可獲得優(yōu)于100ppt的純度。每一清洗塔優(yōu)選含有填料，收集清洗液的罐，將清洗液送到塔頂?shù)谋?，用于分配清洗液的噴嘴或任何其它的裝置，位于清洗液入口之上的除霧器，在塔最高點處的純化氣體的出口，需純化氣體的入口，它位于塔內(nèi)低于填料處，高純?nèi)ルx子水的供應(yīng)器和用于排放廢清洗液的閥。
可通過每一個塔排放廢清洗液(圖5)，這使得化學(xué)品受到損耗；優(yōu)選地是將去離子水輸入最后的塔內(nèi)(在工藝中最遠(yuǎn)的下游處)和清洗液從一塔流向另一塔逆流地與需純化氣體接觸(圖4)。
為進(jìn)行過程控制，在收集清洗液的容器中安裝一個熱交換器可能是有用的，由冷卻水進(jìn)行冷卻。
權(quán)利要求
1．一種可用于微電子工業(yè)的高純液體化學(xué)品的制備方法，其特征在于該方法從一種化學(xué)品氣體開始，該氣體逆流流過最初的去離子高純水溶液而在兩個純化塔中連續(xù)地進(jìn)行純化，所述去離子水逐漸充滿雜質(zhì)，同時離開第二純化塔時的氣體具有高的純度，尤其是金屬元素的含量低，和特征在于在填料塔內(nèi)接著將純化氣體溶解，收集于塔的底部并富含純化的化學(xué)氣體的液體連續(xù)地再循環(huán)到填料塔中，和特征在于當(dāng)已達(dá)到溶解氣體的濃度時，接著分配高純化學(xué)品。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于將熱交換器放置在用于循環(huán)化學(xué)品的環(huán)路中，大部分冷卻了的液體，多于70％體積，送入溶解塔中，其它部分直接再循環(huán)進(jìn)入收集化學(xué)品的容器中。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于向交換器內(nèi)加入定期補(bǔ)充的冷的去離子水。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于在板式或管式交換器內(nèi)用乙二醇水溶液冷卻去離子水。
5．根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于將化學(xué)氣體連續(xù)地溶解在水中并定期除去反應(yīng)熱，從而使產(chǎn)品溫度保持在約20-25℃和控制再循環(huán)和抽出的溶液的流速比，從而使產(chǎn)品的溫度保持在相同范圍內(nèi)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于化學(xué)品為具有流速比在80-260之間的50％氫氟酸。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于化學(xué)品為具有流速比在3-10之間的5％氫氟酸。
8．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于化學(xué)品為具有流速比在20-65之間的35％鹽酸。
9．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于化學(xué)品為具有流速比在18-60之間的30％氨水。
10．根據(jù)1-9中任一權(quán)利要求的連續(xù)操作的方法，其特征在于通過分析化學(xué)品溶液的滴定度而調(diào)節(jié)水的連續(xù)供應(yīng)，當(dāng)達(dá)到所需滴定度時停止注入水。
11．根據(jù)1-10中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于采用至少兩個連續(xù)塔來純化氣體，塔的數(shù)量取決于所需的純度值，在將離開一塔的頂部的需純化氣體溶解在高純?nèi)ルx子水中之前，將其送入另一塔的底部。
12．根據(jù)1-11中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于位于每一個純化塔下的容器的體積為塔中填料可保留的液體量的2-5倍，從而限制通過溶解在清洗柱中損耗的氣體的數(shù)量。
13．根據(jù)1-12中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于廢清洗液的清除速度大約為清洗速度的0．1-5％，所述廢清洗液可連續(xù)地或相繼地從每一個塔的收集器抽出。
14．根據(jù)1-13中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于從一個塔到其它塔清洗廢清洗液，使其逆流地與氣體接觸，從而限制清洗液中溶解的氣體的損耗。
15．根據(jù)1-14中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于用熱交換器冷卻清洗液。
全文摘要
一種可用于微電子工業(yè)的高純液體化學(xué)品的制備方法,其特征在于該方法從一種化學(xué)品氣體開始,該氣體逆流流過最初的去離子高純水溶液而在兩個純化塔中連續(xù)地進(jìn)行純化,所述去離子水逐漸充滿雜質(zhì),同時離開第二純化塔時的氣體具有高的純度,尤其是金屬元素的含量低,和特征在于在填料塔內(nèi)接著將純化氣體溶解,收集于塔的底部并富含純化的化學(xué)氣體的液體連續(xù)地再循環(huán)到填料塔中,和特征在于當(dāng)已達(dá)到溶解氣體的濃度時,接著分配高純化學(xué)品。
文檔編號B01F1/00GK1204550SQ9810944
公開日1999年1月13日 申請日期1998年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月10日
發(fā)明者T·拉德里奇, H·杜菲 申請人:拉貝勒公司