CN101087729A - 分配化学液体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在生产平板半导体或发光二极管的生产设施中分配液体化学产品的系统，该系统包括液体化学产品的储存装置、分配装置和应用装置，其中，该液体产品经分配装置从储存装置分配到应用装置。

Description

分配化学液体的系统和方法
本发明涉及一种分配化学液体产品的系统，尤其是在制造半导体的设施中分配化学液体的系统，以及该系统的实施方法。
更具体地讲，本发明涉及在制造半导体的设施中分配化学产品的系统，该系统包括液体产品的储存装置、液体产品的分配装置以及液体产品的应用装置，该液体经分配装置从储存装置分配至应用装置。
在如前所述的制造单元中，多种气体(以气态和液态)和多种化学液体通过一般由316L型或304L型不锈钢制成的管、阀、流量计等类似物从储罐分配至使用端。所有这些气体和液体一般都是按照非常严格的标准经过净化的；在净化过程中，各种杂质，尤其是金属杂质被去除。尽管对所使用的产品的纯度进行了严格的控制，在使用端的不同点仍然出现了不正常的铬的浓度。由于大量产品以及它们的混合物(例如产品间的混合和/或与去离子水混合)的使用，使得难以推测这种非正常浓度的来源，特别是难以确定是一种污染物的单一来源还是存在污染物的多种来源。
在构建出多种假定并进行相应的调查研究之后，最终找到了解决存在的问题的方案。
本发明的系统的特征在于包括分配装置，其至少部分由天然聚合物制成，选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)，可以是取代的或未取代的，以及四氟乙烯(C2F4)和全氟烷基乙烯基醚[F(CF2)m CF2OCF＝CF2]共聚物，通称为PFA(全氟烷氧基性共聚物)或MFA，其包含碳-氟链，典型的是包含通过氧原子连接的全氟烷基型侧链的聚四氟乙烯，用于醇和/或酸类液体由储存装置至该产品的应用装置之间的连接。
优选地，当所述液体是醇或酸时，与该液体直接接触的液体分配装置由全氟烷氧基型聚合物制成，或由铬钢制成，尤其是316L型或304L型铬钢。
根据另一种可选择的方式，管型的液体分配装置可在PFA管的外围环套一钢管。
为了对所存在的问题获得更好的解决方案，本发明的系统的特征在于所有的储存和分配装置以及使用端全部由PFA材料制成。
一种可以选择的形式是，根据所述各种聚合物的机械性能(挤压成型性、可加工性、挠性等)，可以组合使用这些聚合物，例如采用天然聚丙烯和/或天然聚乙烯制造储存装置，采用PFA和/或MFA制造分配装置，采用PTFE制造旋塞、阀门等。
本文中术语“天然聚合物”是指在制造过程中不添加着色剂或其它添加剂(填料)的聚合物。当然，其它聚合物也可适用于根据本发明，也在本发明的应用范围之内。
为了确定聚合物是否适用，可以将要分配的液体(酸、醇等)与该天然聚合物接触，例如，在由该聚合物制成的容器中储存所述液体至少三个小时。分析储存前后液体中的金属，尤其是铬、铁、镍、钼和/或钴。如果其中至少一种金属浓度的提高低于10％，优选5％，则该聚合物材料是另人满意的。
同时，还发现与不锈钢制成的部件的接触时间也是非常重要的。
因此，根据本发明，醇或酸在全氟烷氧基型聚合物制成的管道中的平均流速应保持在足以获得在所述化学液体中铬的浓度低于期望值。
更具体讲，如果在分配装置的回路中包含由不锈钢制成的部件，化学液体与其保持长时间接触，这一点尤其重要。
根据本发明，为工厂在进行启动(或重启)的阶段提供出可采用本发明系统的方法。
根据本发明，首先在管道中循环液体产品，以便清除任何可能存在的金属残留物，尤其是管道表面存在的铬、镍、铁、钼或钴(一般是在管道的制造过程中产生的)，在最初启动PFA制成的分配装置期间，或在更换该装置的至少一部分期间，在将未被污染的液体产品循环到使用端之前，将首先循环的这些液体产品排掉。
通过以下结合附图给出的实施例，将会使本发明更容易理解，其中：
-图1为铁、锰和铬在不同样品中的浓度(ppt)，样品分别为与316L型钢的钢管接触24小时之后的水(EDI1、EDI2等)和异丙醇(IPA3、IPA4等)；
-图2为不同标尺下图1中IPA样品的重新分析，只有铬的浓度显著；
-图3为接触不同材质的管道(PFA，光洁的、焊接的或弯型铬钢)24、48或72小时后异丙醇样品中铬的测量浓度；以及
-图4为304L型不锈钢制成的光面管和弯管中异丙醇样品中铬的测量浓度的时间函数。
对比实施例
下文所述实例是在三组不同管道中进行的。
第一组管道包括以下组成：
-PFA制成的管道，
-316型不锈钢制成的五根管道：一根直的光面管；一根弯管；一根有一条焊缝的管；一根有两条焊缝的管，一根在制造过程中没有使用保护气体、有两条焊缝的管(轨焊)。
第二组管道由四根304L型不锈钢的管组成：一根直管(21cm)；一根弯管；一根有两条焊缝的直管。
第三组管道由四根316L型不锈钢的管组成：一根直管；一根有一条焊缝的直管；一根有两条焊缝的直管；一根在制造过程中没有气体保护的有两条焊缝的直管。
这些管道的标称直径为2.54cm(内径22.1mm)；工作长度300mm。
管道的焊缝和弯度通过ALES制造。
这些金属管在它们的底部装配不锈钢插塞(双环插件)。这些管在顶端通过不气密的塑料插塞封闭(该插塞与管中的液体不接触)。
该PFA管在底部由PFA密封。其顶端部分与钢管相同的方式封闭。
为了从制品中移出污染物，通过以下方式清洁上述管道：
-用去离子水(EDI)冲洗24小时
-用异丙醇(静态)清洗24小时
-再次用去离子水清洗
所述管道在整个实验期间都储存在层流净化罩(100型)中，温度21℃ (±2℃ )。
在提取过程中，将管道的内容物倾入烧瓶中，以使液体均匀：用来分析的所必须的量从瓶中提取，将剩余的液体丢弃。
在每次提取后，使用去离子水或异丙醇清洗管道一次，然后再次装入相关液体。
金属的分析在ICP-MS型质谱仪(感应耦合等离子体-质谱仪)上进行，实物在氩等离子体中离子化、然后检测元素的质量函数。检测的极限为去离子水中平均10ppt和异丙醇中50ppt。检测结果的精度在去离子水中为10％，异丙醇中为30％。下面的结果是分别提取的三种样品的平均值。
第一组获得的结果：
第一组管道是进行研究的基础：包含大量的测量点。第二组选取去离子水中两点，异丙醇中三点作为304L型钢的测量点。第三组选取去离子水中两点，异丙醇中三点作为316L型钢的测量点，以验证第一组的结果。
结果通过液体与管道每接触24小时各种元素的浓度(ppt＝nanogram/kilo((毫微克/千克)或ng/liter(毫微克/升，在去离子水的情形下))来表示。管道的容积为125ml(±5ml)，第二组直管例外(#83ml±5ml)。
第一组去离子水中的结果如图1所示(316L型钢钢管)，他们是在清洗阶段后第一天管液接触的结果。最重要的污染物是铁、锰和镍。同时发现他们的浓度值根据管道类型的不同而不同(焊接、弯曲等)，且该浓度以时间为函数下降，铬在去离子水中的含量不明显。在图1中，EDI表示去离子水，EDI1表示24小时后的去离子水样品，EDI2表示弃掉EDI1、清洗、装入清洁的去离子水并接触24小时(24小时至48小时)等工序之后，提取的样品。
相同标记的异丙醇IPA(IPA3、IPA4等)样品表示相同的含义。
图2中，异丙醇代替去离子水，显示出铬污染物的急剧增加。铬的浓度随时间变化稳定在大约100ppt。只有铬的浓度比较显著。
图3的柱形统计图(分别表示铬在异丙醇中24小时、48小时、72小时后的浓度)表明使用PFA管时沉积在异丙醇中铬的浓度可以忽略不计，还表明不锈钢管是否表面光滑、有焊缝或弯曲对铬的浓度几乎没有影响，弯管中铬的浓度最高。
图4的曲线图表示的是液体与304L型不锈钢钢管接触后，铬在异丙醇中的浓度随时间的变化。光面管在25天后的铬含量的似乎不能解释。样品中的不锈钢管所进行的处理对污染物的影响很小。
第二、三组获得的结果：
它们进一步证实了第一组获得的结果。可以观察到，暴露在去离子水的样品的污染物按降序排列分别为铁、锰和铬。含量排序如下：
在去离子水中：
Fe：5000-55000ppt
Mn：1000-35000ppt
Cr：100-1000ppt
其结果是，这些对比实验表明：
-所有的不锈钢管(304或316L)，无论是否经过处理，都会使得在与管道接触的异丙醇中铬的浓度显著提高。
PFA(全氟烷氧基型聚合物)制成的管道使得在与管道接触的异丙醇中铬的浓度仅有轻微的上升。这种铬浓度的提高可以解释为由于生产这些管道的挤压成型模具的磨损造成的。

Claims (5)

1、一种在制造平板半导体或发光二极管的生产设施中分配液体化学产品的系统，所述分配系统包括液体化学产品的储存装置、液体化学产品的分配装置和液体化学产品的应用装置，其中该液体化学产品经分配装置从储存装置分配到应用装置，其特征在于所述分配装置至少一部分由天然聚合物制成，选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)，可以是取代的或未取代的，以及四氟乙烯(C2F4)和全氟烷基乙烯基醚[F(CF2)m CF2OCF＝CF2]共聚物，通称为PFA(全氟烷氧基型共聚物)或MFA，其包含碳-氟链，典型的是包含通过氧原子连接的全氟烷基型侧链的聚四氟乙烯，用于醇和/或酸类液体由储存装置至该产品的应用装置之间的连接。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述液体是醇或酸时，与该液体直接接触的液体分配装置由全氟烷氧基型聚合物制成，或由铬钢制成，尤其是316L型或304L型铬钢。
3、如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所有的储存和分配装置直至液体产品的应用端均由PFA制成。
4、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，醇或酸在由全氟烷氧基型聚合物制成的管道中的平均流速要达到足以获得在所述化学液体中铬的浓度低于期望值。
5、实施上述任一权利要求所述系统的方法，其特征在于，该液体产品首先在管道中循环，以清除任何可能存在的金属残留物，特别是在该管道制造过程中存在于其表面的铬、镍、铁、钼或钴，在将未污染的液体产品进行循环到使用端之前，将前述液体产品排掉。
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