CN1603233A - 制造超低金属含量的氨的方法 - Google Patents

Abstract

通过初始使液氨流过液相油分离系统(14)来纯化商品级的氨以用于制造半导体。这除去了绝大部分的杂质。经过滤的液氨然后流过蒸发器(18)，静止形成氨蒸汽并在氨蒸汽中夹带杂质。蒸汽流过蒸汽过滤系统(78，82)并随之流入鼓泡塔(94)。鼓泡塔(94)被设计使气泡足够小，其移动速率确保气泡中的任何颗粒有时间转移至气泡的表面并由此流过液相。所收集的蒸汽被随后导入蒸汽过滤器(104，106)中并被收集。如果希望得到无水氨，氨蒸汽在鼓泡塔的上游收集。

Description

制造超低金属含量的氨的方法

本申请为2001年11月27日递交的发明名称为“制造超低金属含量的氨的方法”的中国专利申请第01821474.6号的分案申请。

技术领域

超高纯度的氢氧化铵通常用于制造半导体产品如微处理器。特别是在制造集成电路中其被用作清洗溶液。由于这些电路变得越来越小，杂质变得更难以忍受。特别地，所用氢氧化铵必须无任何导电污染物，尤其是金属污染物。集成电路对于高纯度特级气体氨也有需求。

背景技术

通常商业制造的氨都不适合于此类应用。诸如用于肥料的氨的制造引入了包括油和金属粒子的污染物。此商品级或肥料级氨可包括高达10ppm游离油以及几ppm镉、钙、钠、铁、锌及钾。为了用于集成电路制造，这些金属杂质浓度应低于约100ppt。

设计了许多方法以纯化此商品级氨。然而由于各种原因，他们没有被最优化设计。Hoffman等人的美国专利第5,496,778号及5,846,386号公开了由液氨容器得到氨蒸汽并将该蒸汽通过能过滤掉颗粒的过滤器。由于氨中杂质的量，在汽相中除去这些杂质是低效率的并宏观上是无效的。许多金属微粒的小尺寸使蒸汽过滤不起作用。另外，蒸发器的设计容许夹带杂质。

日本专利第8-119626-A公开了将氨气通过饱和的氨的水溶液。这容许细雾中的夹带，并要求随后的细雾分离器。还由于装置的设计，没有足够的时间由液体浴中除去颗粒。设计了过滤过程以从氨中除去油。但是这些都不能够制造超高纯度的氨。

发明内容

本发明的前提是认识到，可由商品级氨通过首先用液相过滤器/收集器过滤收集液氨，以除去几乎所有的油和由油携带的金属颗粒而得到超纯氨。该部分洁净氨液体随后导入静止的蒸发器，其促进蒸汽形成，而不产生促进夹带杂质的湍流或气泡。蒸汽相过滤后，氨蒸汽可进一步导入含水洗涤器。该含水洗涤器特别设计以提供小气泡，继之以通过饱和水浴的通道。该通道提供足够的时间用于气泡内的任何颗粒与气泡壁接触并转移进含水液体内。另外，这样产生最少的湍流，防止再次夹带杂质。由洗涤器收集的氨蒸汽可与超高纯度水混合以形成适合用于半导体工业的超高纯度氢氧化铵溶液。如果基于无水氨的氨气是期望的产品，那么为此目的的经纯化的氨气可于汽相过滤后收集。

该方法可在大型独立式设备中实施，或可缩小比例以提供就地制造的氢氧化铵或氨气。

本发明的目的和优点将通过以下的详细描述和附图而被进一步了解。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是本发明使用的鼓泡器的截面图。

具体实施方式

本发明为适合于制造超高纯度氨的分离装置或系统10。该系统包括连接至蒸发器18的第一和第二液体过滤器/分离器12及14。这些部分最大可能地由不妨碍此方法的材料制得，通常为不锈钢、聚四氯乙烯或聚四氟乙烯衬里的。

更特别是，提供液氨给装置10的氨罐34可以是氨的罐装卡车或用于较小体积需要的氨的便携罐。氨导入进口38并经由管路40至第一液体分离预滤器12。由第一分离器12，氨经由管路42导入液/液聚结器14。

优选预滤器12为聚丙烯过滤器，其除去可破坏氨油乳液的固体。这是1-10微米过滤器(优选10)，具有15psid最大压力降。液/液聚结器14设计为8-10ppm进口和1-2ppm出口(游离油)。该聚结器可为具有两个阶段的水平聚结器。初始阶段将通过聚丙烯过滤元件使小油滴聚结为较大滴。这样设计是为了使用具有0.5-40dyne/cm的表面张力的乳液。在第二阶段，较大滴在沉降区由连续氨相分离。通过聚结器14的压力降应为0-10psid，优选0-15psid。在过滤器12及分离器14分离的油和其他杂质分别经由排出管44及46除去。

液相氨由聚结器14通入蒸发器18。蒸发器18仅是具有热交换器的罐，例如位于蒸发器底部的水套50。氨经由液氨进口52进入蒸发器，该进口52将氨导入液面下。蒸发器还具有氨蒸汽出口54。

如附图所示，罐18向排出管58倾斜，该排出管容许蒸发器18中的液体的较浓组分排出。进口52为具有弯曲53的指向排出管58的导管。进来的氨流向排出管58。较浓组分为油或伴有金属颗粒的氨油乳液。较浓组分经由排出管58排出至指向氨排放罐64的阀60。阀60阶段性地将液体经由管路70导入泵72，该泵使氨经由管路74回流至进口38。这可用于在蒸发器18中循环部分液体。

出口54由蒸发器18指向分别包括排出管84及86的第一及第二汽相过滤器78及82。过滤器78及82为0.05微米至0.02微米级的Teflon涂覆的过滤器，最大压力降为15psid。氨蒸汽由过滤器82进入阀81。阀81可将蒸汽导入出口83或由导管90连接至鼓泡塔94底部92的多管阀88。收集导入出口83的蒸汽，进一步用作无水氨。

当氨蒸汽导向导管90时，其经由通过鼓泡塔的底部经由进口98导入，并由喷雾板100通过，在该喷雾板处形成氨气泡并平稳地经该塔分布。这些气泡经由水93自塔94上流，然后至顶部空间101至蒸汽出口102。

鼓泡塔94特别设计以产生小气泡。塔的长度还经设计以便如此产生的气泡将在液体中停留足够长的时间，以容许气泡中的任何颗粒经由Stokes及Brownian运动由气泡内转移至气泡壁。因此，塔的长度将取决于气泡尺寸及气泡通过塔中液体的速度。为了促进纯化，气泡尺寸应很小，且应控制氨蒸汽导入的速率。

固体Teflon喷雾板100具有尽可能多的小孔108。以具有约10英尺液体深度及4英尺蒸汽空间的塔为例，孔108的直径应不大于约3/64″，以便对于约42lbs/hr-ft²＝lbs/hr.ft的气流，可分离任何杂质进入塔中的液体。

蒸汽出口102连接至第三及第四蒸汽过滤器104及106。这些过滤器优选为0.2微米级，最大压力降为15psi。过滤器106将氨气导入收集装置或可与高纯水结合并形成氢氧化铵的混合装置。

根据此方法，氨由罐34在环境温度引入进口38，并通过过滤器12及液/液聚结器14，减低油含量至小于约1-2ppm。液体油中夹带的金属颗粒也将被除去。所收集的杂质经由排出管44及46排出。

压力使残留液氨经管路52流入蒸发器18。加热器如水套50保持氨的温度足够高，以产生蒸汽氨，但不能高至使氨沸腾的温度。加热的水的温度应不高于约55-65℃。加热的水经由管路112供至水套50并经由管路114排出。蒸发器静止操作，即使液氨的搅拌最小。另外，蒸发器中高于液面的蒸汽空间使得蒸汽的形成速度较低。通常最大蒸汽速度为0.5-1.0fps。优选其低于0.1fps，且最优选低于0.02fps，这更保证在蒸汽中不夹带液体。这防止液氨及任何夹带的的杂质由蒸汽中逃逸。

因为罐18是倾斜的，较浓的杂质将在排出管58收集。所收集的杂质被导入氨排放罐64。

在蒸发器18的顶部空间118形成的蒸汽流过蒸汽过滤器78及82。顶部空间118的压力优选约100-125psig。第一蒸汽过滤器78被设计为除去尺寸为约0.1微米的颗粒。第二蒸汽过滤器82又设计为除去粒度为约0.05微米的杂质。如果需要，蒸汽可由阀81导入出口83并收集。

或者，蒸汽可由阀81导入多管阀88，该多管阀将气流分流进入通入鼓泡塔94的底部92的管路90。进入塔94气体压力优选约50-60psig。

鼓泡塔充满饱和的高纯度氢氧化铵。氨气流过喷雾塔100中孔洞，形成经由氢氧化铵溶液产生的气泡。

热交换器如水套120保持塔内氢氧化铵的温度为约20至约30℃。气泡经由氢氧化铵产生，并且氨蒸汽由鼓泡塔流过端口102。气泡以防止夹带液体氢氧化氨和杂质的速率转移。氨蒸汽由塔94流过除去粒度为0.2微米的颗粒的第三及第四蒸汽过滤器104及106。

氨蒸汽现在将与高纯水混合以形成氢氧化铵。或者可将其收集以用作气体或无水液体。此氢氧化铵适合用于制造集成电路。通常，它将具有不超过100ppt的金属颗粒，并优选更少。

由此通过利用本发明，形成极纯的氨气而没有现有技术分离设备所遇到的问题。特别是通过蒸发前除去液相中的多数杂质，使杂质的夹带减到最少。另外，与湍流蒸发器相反，通过使用静止的蒸发器又使汽相中杂质的夹带减到最少。这容许使用蒸汽过滤器的进一步纯化。最后，鼓泡塔设计为使杂质的夹带减到最少，并同时提供充足的分离时间以容许由鼓泡塔中的液相聚集并保持任何夹带的杂质。

这里描述了本发明及实施本发明的优选方法。然而，本发明本身仅由所附权力要求加以限定。

Claims (1)

1.一种适合于纯化氨的蒸发器(18)，其包括具有底面的长条形罐，该倾斜的罐的第一末端低于所述罐的第二末端，位于所述罐的第一末端的排出管(58)以及用于在所述罐中加热氨的加热器(50)适配器。

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