JP2005060225A - アンモニアを濃縮するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体の製造において汚染物質を除去するのに使用されているアンモニアを回収しリサイクルするための方法及び装置を提供する。
【解決手段】粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための方法及び装置。この粗なアンモニアストリームを凝縮して、粗な液体アンモニアストリームを形成する。蒸留膜または浸透気化膜を粗な液体アンモニアストリームと接触させて濃縮アンモニア蒸気ストリームを形成し、これを透過物として取り出す。この粗なアンモニアストリームが製造ツールに由来する場合、この濃縮アンモニア蒸気ストリームは、製造ツールにリサイクルすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粗なアンモニアストリーム中に金属不純物及び／または気体不純物及び／または水分を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮（enriching）するための方法及び装置に関する。

半導体の製造において、アンモニアは、水分、気体不純物及び金属などの多様な汚染物質を除去するのに使用されている。気体不純物としては酸素、窒素、水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素が挙げられる。金属としては、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、カルシウム、鉄、ニッケル、クロム、銅、マンガン及び亜鉛が挙げられる。

半導体の製造において使用されるアンモニアは回収及びリサイクルされるのが望ましい。回収及びリサイクルにより、原材料コストを節約し、且つ処理排水が減量できるだろう。アンモニア中に汚染物質が存在すると、直接回収及びリサイクルが阻害される。

米国特許第6,065,306号は、粗なアンモニアストリームから汚染物質を除去するための方法について記載する。粗なアンモニアストリームは、温度スイング吸着装置により水分を除去し、及び気体分離膜により気体不純物を除去することにより濃縮している。
米国特許第6,065,306号明細書

アンモニアを回収し且つリサイクルするための方法及び装置をもつことが望ましい。粗なアンモニアストリームを濃縮するための方法及び装置をもつことがさらに望ましい。水分、金属及び気体不純物を粗なアンモニアストリームから除去するための方法及び装置をもつことがさらに望ましい。半導体製造工程で粗なアンモニアストリームを濃縮するための方法及び装置をもつことがさらに望ましい。

意外にも、アンモニアを回収且つリサイクルするための方法及び装置があり得ることが知見された。さらに意外にも、半導体製造工程においてアンモニアを回収且つリサイクルするための方法及び装置があり得ることが知見された。さらに、粗なアンモニアストリームを濃縮するための方法及び装置があり得ることが知見された。アンモニアを濃縮し、且つ水分、金属不純物、及び気体不純物を除去するための方法及び装置があり得ることが知見された。

本発明は、粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための方法である。この粗なアンモニアストリームを凝縮して、粗な液体アンモニアストリームを形成する。蒸留膜または浸透気化膜（pervaporation membrane）を粗な液体アンモニアストリームと接触させて、濃縮アンモニア蒸気ストリームを形成し、これを透過物（permeate）として取り出す。この粗なアンモニアストリームが製造ツールから生じるとき、濃縮アンモニア蒸気ストリームを製造ツールにリサイクルすることができる。

また本発明は、粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための方法である。この方法は、以下の段階：
ａ）第一の粗なアンモニア液体ストリームと第一の粗なアンモニア蒸気ストリームとを形成するのに十分な条件下に保持した第一の分離器に粗なアンモニアストリームを搬送し；
ｂ）気体分離膜と前記第一の粗なアンモニア蒸気ストリームとを接触させて、透過物として取り出した第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを形成し；
ｃ）前記第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを第一の分離器に搬送し；
ｄ）第二の粗なアンモニア液体ストリームと生成物ストリームとして第二の濃縮アンモニア蒸気ストリームとを形成するのに十分な条件下に保持した第二の分離器に第一の粗なアンモニア液体ストリームを搬送し；
ｅ）気体蒸留膜と第二の粗なアンモニア液体ストリームとを接触させて、透過物として取り出した第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを形成し；次いで
ｆ）第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記第一の分離器に搬送する、各段階を含む。

また本発明は、粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための装置である。この装置は、
ａ）粗なアンモニアストリームを凝縮させて粗な液体アンモニアストリームを形成するためのコンデンサ；及び
ｂ）前記粗な液体アンモニアストリームから濃縮アンモニア蒸気の透過物ストリームを分離する蒸留膜または浸透気化膜を有する。

また本発明は、粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための装置である。この装置は、
ａ）第一の粗なアンモニア液体ストリームと第一の粗なアンモニア蒸気ストリームとを形成し得る第一の分離器；
ｂ）前記第一の粗なアンモニア蒸気から第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを分離し得る気体分離膜；
ｃ）前記第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを第一の分離器に搬送するための第一の導管；
ｄ）前記第一の粗なアンモニア液体ストリームを第二の分離器に搬送するための第二の導管であって、ここで第二の分離器は、前記第一の粗なアンモニア液体ストリームから第二の粗なアンモニア液体ストリームと生成物ストリームとして第二の濃縮アンモニア蒸気ストリームとを分離し得る；
ｅ）前記第二の粗なアンモニア液体ストリームから第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを分離し得る気体蒸留膜；及び
ｆ）第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを第一の分離器に搬送するための第三の導管を有する。

本発明の態様を、本明細書中の幾つかの図面を参照して説明する。
製造ツールから生じるとき、通常、粗なアンモニアは蒸気の形状をとる。この蒸気は、温度を下げたり及び／または圧力を高めたりすることにより、実質的に液体状態に凝縮させることができる。この凝縮手段（コンデンサ）は、温度及び／または圧力及び／または容積を調節し得る任意の凝縮及び／または圧力容器の形態をとることができる。温度範囲は、通常、約−30℃〜約10℃を変動する。圧力範囲は通常、約1.18〜約6.075絶対気圧を変動する。粗なアンモニア液体は、臨界液または慣用の液体などの任意の公知の熱力学的形態をとることができる。

凝縮後、粗な液体アンモニア液体を蒸留膜または浸透気化膜と接触させて、濃縮アンモニア蒸気を形成する。この蒸留膜または浸透気化膜は、アンモニア蒸気を放出するが、滞留物（retentate）として実質的な割合の金属不純物及び／または水分を保持する。

浸透気化膜は通常、滞留物側で液体を吸着し、膜を通して拡散させ、次いで透過物側で脱着させることによって操作する。蒸留膜は、通常、膜の微孔質構造を通して蒸発及び拡散させることによって操作する。操作温度は、通常、約−30℃〜約10℃を変動する。−30℃では、操作圧力範囲は、通常少なくとも約1.18絶対気圧であろう。10℃では、操作圧力は、通常少なくとも約6.075絶対気圧であろう。好ましくは、膜の操作温度は、その温度でアンモニアが液化するように選択された圧力で、約０℃〜約５℃の範囲である。膜蒸留に関しては、任意の操作温度において、アンモニア圧力は、アンモニアが膜の微孔質構造に浸透する選択された膜のアンモニアの侵入圧力を超えてはならない。

蒸留膜は、通常、微孔質ポリマーを含む、微孔質材料から構成される。蒸留膜材料は、疎水性である。膜の表面は、通常、水とアンモニアとでは湿潤させることができない。微孔質膜の典型的な孔径は、約0.1〜約100ミクロンである。好ましい膜の孔径は、約0.1〜約５ミクロンを変動する。最も好ましい膜の孔径は約0.2ミクロンである。この微孔質膜は、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、テフロン（登録商標）（PTFE）及びポリプロピレンなどの種々のポリマーから製造することができる。

浸透気化膜材料は、通常、気体分離膜で使用される種類の高密度材料である。浸透気化膜を使用する場合、高密度膜には侵入圧力がないので、侵入圧力限界はない。
次いで蒸留膜または浸透気化膜モジュールを出る濃縮アンモニア蒸気は、場合により、これを気体分離モジュールに通して、気体不純物の実質的な部分を除去することによりさらに濃縮させたアンモニア蒸気を形成することによって、さらに濃縮することができる。このモジュールは、アンモニア蒸気は通過させるが、滞留物として気体不純物の実質的な割合を保持する気体分離膜を有する。気体分離膜は、通常、ポリマー材料から製造された高密度膜から構成されている。好ましい材料はNAFION（登録商標）ポリマー（E.I.du Pont de Nemours and Co.製）である。NAFIONは、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ3,6-ジオキサ-4-メチル-7-オクテン-スルホン酸とのコポリマーである。もう一つの有用な材料は、エタン-プロペンターポリマーとポリクロロプレンである。

気体分離モジュールにおいて、汚染物質を含んだアンモニア生成物ストリームをプロセスコンプレッサまたは他の手段により圧縮して、工程を実施する温度でアンモニアが液化しないように計算した圧力に供給材料圧力を上昇させる。この工程は、約−30℃〜約30℃の範囲の温度で実施することができる。好ましくは、温度は、−30℃〜10℃を変動する。−30℃では、圧力は、約1.18絶対気圧未満でなければならない。10℃では、圧力は、約6.075絶対気圧未満でなければならない。最も好ましい温度範囲は、約０℃〜約５℃である。アンモニアストリームを冷却してから、少なくとも一つの膜に導入する。この工程を周囲温度以下で実施する場合、圧縮された供給材料ストリームは熱交換器内で冷却することができる。熱交換器の一つの種類としては、たとえば冷却液タンクから得られるような液体冷却剤を熱交換器を通して冷却剤ストリームとして供給する、ツー・パス・プレート・フィン（two pass plate-fin）デバイスがある。冷却された供給材料ストリームを膜モジュールに供給し、これは断熱材を充填したコールドボックス内に収納することができる。気体分離モジュールは、単一のモジュールまたは装置であってもよく、あるいは一連の二つ以上のそのようなモジュールまたは装置であってもよい。

アンモニアのリサイクルが望ましい場合、濃縮アンモニア蒸気は、当業界で公知の任意の手段により製造ツールに直説または間接的に搬送する。通常、蒸留膜、浸透気化膜または気体分離膜を出る濃縮アンモニア蒸気は、比較的温度と圧力が低い。また、滞留物ストリームや他の工程損失で、アンモニアが幾らか失われている。かくして、この濃縮アンモニア蒸気をより高い温度及び圧力へ転換させて、失われたアンモニアを補充してから製造ツールに戻すのが望ましい。

好ましい方法において、蒸留膜、浸透気化膜または気体分離膜を出る濃縮アンモニア蒸気を凝縮し、メークアップアンモニア（makeup ammonia）をこれに添加して、濃縮アンモニア液体を形成する。次いで、この濃縮アンモニア液体を気化させて、使用するために製造ツールに搬送する。濃縮アンモニア液体を製造するために使用した凝縮手段は、上記凝縮手段を含む、当業界で公知の任意の凝縮手段（コンデンサ）であってもよい。この用途に好ましい凝縮手段は、ヒートポンプコンデンサである。凝縮温度及び圧力は、上記のごときである。濃縮アンモニア蒸気を形成するのに使用する気化手段は、ヒートポンプ気化器またはツー・パス・プレートフィン熱交換器などの当業界で公知の任意の気化手段であってもよい。好ましい気化手段は、ヒートポンプ気化器である。

工業的に実施する際の粗なアンモニアストリームの汚染物質量は多様であるが、半導体製造工作機械設備を出る通常の粗なアンモニアは、供給材料中に約100ppmの不純物を有する。そのような不純物としては、通常、窒素、酸素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、炭化水素類、有機物、水分及び金属が挙げられる。本発明の方法からの処理済みアンモニア生成物ストリームのそのような不純物は、通常、約10ppm以下である。

本発明の装置のある態様を図１に示し、数字10によって参照する。装置10は、半導体製造工程及び他の製造工程を実施し、ここでは、アンモニアを清浄目的で使用し、連続的にリサイクルする。装置10は、ツール14と18とを有し、これらは通常及び図解的に、工程の副生成物として粗なアンモニアを生成する製造工作機械器具を表す。ツール14及び18の特有の構造若しくは機能または、ツールの数は、本発明には重要ではない。実質的に蒸気の状態の粗なアンモニアを導管16及び19を通して凝縮容器22に搬送し、これらの導管は導管20に収束する。所望によりまたは必要により、（単数若しくは複数種類の）コンプレッサ（示されていない）または（単数若しくは複数種類の）フィルタ（示されていない）をツール14/18と凝縮容器22との間に設置することができる。凝縮容器22では、粗なアンモニアを、温度を下げる及び／または圧力を上げることによって、実質的な液体状態に凝縮する。粗なアンモニア液体は、導管24を通して蒸留膜または浸透気化膜モジュール26に搬送する。所望によりまたは必要により、（単数または複数種類の）コンプレッサ（示されていない）を凝縮容器22とモジュール26との間に設置することができる。モジュール26は膜29を有し、これは滞留物側28と透過物側30とを有する。滞留物ストリーム31は膜29の滞留物側28から回収する。滞留物ストリーム31は、高レベルの金属及び／または水分の不純物を伴うアンモニアの凝縮物である。滞留物ストリーム31中の金属と水分の不純物の相対レベルは、凝縮した粗なアンモニア中におけるよりも高い。アンモニアは、第一の濃縮アンモニア蒸気の状態で透過物側30で気化し、導管32を通ってヒートポンプコンデンサ34へ搬送される。第一の濃縮アンモニア蒸気は、温度低下及び／または圧力上昇によりコンデンサ34で凝縮される。メークアップアンモニアをコンデンサ34に添加して濃縮アンモニア液体を形成し、これを導管36を通してヒートポンプ気化器38へ搬送する。気化器38では、濃縮アンモニア液体を気化して第二の濃縮アンモニア蒸気を形成し、これを製造工程で使用するために、導管40を通してツール14と18へ搬送する。そのため装置10は、種々の工程ストリームのフローを調節するためにバルブ15、17、33、39及び41を有する。

本発明の装置のもう一つの態様は図２に見られ、これは通常、数字42により参照する。装置42は、アンモニアを洗浄目的の為に使用し、連続的にリサイクルする製造工程を実施する。装置42はツール46と50とを有し、これは通常及び略図的に、工程の副生成物として粗なアンモニアを生成する製造工作機械器具を表す。ツール42及び50の特有の構造若しくは機能または、ツールの数は、本発明には重要ではない。粗なアンモニアストリームを導管48及び52を通して凝縮容器54に搬送し、これらの導管は導管53に収束する。所望によりまたは必要により、（単数若しくは複数種類の）コンプレッサ（示されていない）または（単数若しくは複数種類の）フィルタ（示されていない）をツール42/50と凝縮容器54との間に設置することができる。凝縮容器54では、粗なアンモニアを、温度を下げる及び／または圧力を上げることによって、実質的な液体状態に凝縮する。粗なアンモニア液体は、導管56を通して蒸留膜または浸透気化膜モジュール58に搬送する。所望によりまたは必要により、（単数または複数種類の）コンプレッサ（示されていない）を凝縮容器54とモジュール58との間に設置することができる。モジュール58は膜61を有し、これは滞留物側60と透過物側62とを有する。滞留物ストリーム60は膜61の滞留物側60から回収する。滞留物ストリーム59は、高レベルの金属及び／または水分の不純物とアンモニアの凝縮物である。アンモニア蒸気は、第一の濃縮アンモニア蒸気の状態で透過物側62で気化し、導管63を通って気体分離モジュール64へ搬送される。所望によりまたは必要により、（単数または複数種類の）コンプレッサ（示されていない）をモジュール58とモジュール64との間に設置する。モジュール64は、滞留物側66、膜67、及び透過物側68とを有する。滞留物ストリーム69は、膜67の滞留物側66から回収する。ストリーム69は、高レベルの気体不純物とアンモニアの蒸気凝縮物を有する。モジュール64に第一の濃縮アンモニア蒸気を通すと、第二の濃縮アンモニア蒸気と称されるさらに濃縮されたアンモニア蒸気となり、これを導管70を通してヒートポンプコンデンサ72に搬送する。第二の濃縮アンモニア蒸気を、温度低下及び／または圧力上昇によりコンデンサ72で凝縮する。メークアップアンモニアをコンデンサ72に添加して濃縮アンモニア液体を形成し、これを導管74を通してヒートポンプ気化器76へ搬送する。気化器76では、濃縮アンモニア液体を気化して第三の濃縮アンモニア蒸気を形成し、これを製造工程で使用するために、導管78を通してツール46と50とに搬送する。そのため装置42は、種々の工程ストリームのフローを調節するためにバルブ85、87、115、124及び126を有する。

本発明の装置のもう一つの態様は図３に見られ、通常、数字80により参照される。装置80は、アンモニアを清浄目的に使用し、連続的にリサイクルする半導体製造工程を実施する。装置80はツール84と88とを有し、これは通常及び略図的に、工程の副生成物として粗なアンモニアを生成する製造工作機械器具を表す。ツール84及び88の特有の構造若しくは機能または、ツールの数は、本発明には重要ではない。粗なアンモニアストリームを導管86及び90を通してTSA装置92に搬送し、これらの導管は導管91に収束する。TSAは、温度スイング吸着器（temperature swing adsorber)を指す。TSA装置92は、粗なアンモニアストリームからの水分の一部または実質的に全てを除去する。この粗なアンモニアストリームを導管94を通してTSA装置92から凝縮容器96に搬送する。所望によりまたは必要により、（単数若しくは複数種類の）コンプレッサ（示されていない）または（単数若しくは複数種類の）フィルタ（示されていない）をツール84/88とTSA装置92または凝縮容器96との間に設置することができる。凝縮容器96では、粗なアンモニアストリームを、温度を下げる及び／または圧力を上げることによって、実質的な液体状態に凝縮して粗なアンモニア液を形成する。粗なアンモニア液体は、導管98を通して蒸留膜または浸透気化膜モジュール100に搬送する。所望によりまたは必要により、（単数または複数種類の）コンプレッサを容器96とモジュール100との間に設置することができる。モジュール100は膜103を有し、これは滞留物側102と透過物側104とを有する。滞留物ストリーム99は膜103の滞留物側102から回収する。滞留物ストリーム99は、高レベルの金属及び／または水分の不純物とアンモニアの凝縮物である。アンモニア蒸気は、第一の濃縮アンモニア蒸気の状態で透過物側104で気化し、導管106を通って気体分離モジュール108へ搬送される。所望によりまたは必要により、（単数または複数種類の）コンプレッサをモジュール100とモジュール108との間に設置することができる。モジュール108は、気体分離膜111を有する。膜111は、滞留物側110及び透過物側112を有する。滞留物ストリーム113は、膜111の滞留物側110から回収する。ストリーム113は、高レベルの気体不純物とアンモニアの蒸気凝縮物を有する。膜111と第一の濃縮アンモニア蒸気とを接触させると、第二の濃縮アンモニア蒸気となり、これを導管114を通してヒートポンプコンデンサ116に搬送する。第二の濃縮アンモニア蒸気を、温度低下及び／または圧力上昇によりコンデンサ116で凝縮する。メークアップアンモニアをコンデンサ116に添加して濃縮アンモニア液体を形成し、これを導管118を通してヒートポンプ気化器120へ搬送する。気化器120では、濃縮アンモニア液体を気化して第三の濃縮アンモニア蒸気を形成し、これを製造工程で使用するために、導管122を通してツール84と88とに搬送する。そのため装置80は、種々の工程ストリームのフローを調節するためにバルブ85、87、115、124及び126を有する。

本発明の装置のもう一つの態様は、図４に見られ、通常、数字130により参照される。装置130は、製造工程を実施し、ここでアンモニアは清浄目的用に使用され、連続的にリサイクルされる。装置130はツール134と138とを有し、これは通常及び略図的に、工程の副生成物として粗なアンモニアを生成する製造工作機械器具を表す。ツール134及び138の特有の構造若しくは機能または、ツールの数は、本発明には重要ではない。粗なアンモニア蒸気を導管137及び139を通して搬送し、これらの導管は導管140に収束する。導管140は導管142に合流し、これはフィルタ144を通して粗なアンモニア蒸気を凝縮容器146へ搬送する。凝縮容器146では、温度、容積及び圧力を調節することにより、気相148と液相150との間に平衡が保持される。望ましくは、容器146の気相148は、約1.18絶対気圧に保持し、温度は約−30℃に保持する。アンモニア蒸気は、導管152を通って容器146から気体分離モジュール160に搬送される。モジュール160は、高密度ポリマー材料の膜158を有する。膜158は滞留側154と透過物側156とを有する。膜158はアンモニア蒸気を通すが、気体不純物は通さない。滞留ストリーム162は膜158の滞留側154から回収する。滞留ストリーム162は、高レベルまたはもっと高レベルの気体不純物を伴うアンモニア蒸気の濃縮物である。モジュール160を出る濃縮アンモニアは、凝縮容器146に戻すために真空ポンプ170の作用により導管168を通って導管142へ搬送される。粗な液体アンモニアは、導管172を通ってポンプ174を経て容器146からヒートポンプ気化器176へ搬送される。気化器176では、容積、温度及び圧力を調節することにより、気相178と液相180との間に平衡が保持される。望ましくは、気化器176の気相178は、約750psigに保持され、温度は約90℃に保持される。濃縮アンモニア蒸気は導管206とフィルタ208とを通って気化器176から、製造工程で使用するためにツール134と138とに搬送される。気化器176を出る粗なアンモニア液体は、導管182を通って、蒸留膜または浸透気化膜モジュール186に搬送される。モジュール186は膜192を有し、これは滞留側188と透過物側190とを有する。膜192は、高密度または微孔質ポリマー材料から構成される。滞留ストリーム194は膜192の滞留側188から回収される。滞留ストリーム194は高レベルの金属不純物と水を伴うアンモニアの凝縮物を有する。滞留ストリーム194の金属不純物の相対レベルは、気化器176を出る粗なアンモニア液体よりも高い。アンモニアは透過物側190で気化して濃縮アンモニア蒸気を形成し、導管198を通って真空ポンプ200の作用により容器146へ搬送される。メークアップアンモニアを導管204を通して気化器176に添加する。蒸留/浸透気化膜モジュール186、気体分離モジュール160、コンデンサ146及び気化器176の操作条件は上記のごときである。装置130は、種々の導管を通って種々の工程ストリームのフローを調節するためにバルブ135、136、164、184、196、202、210及び212を有する。

図４に開示されているタイプの第一の分離器は、粗なアンモニアを、気相及び液相を提供するのに十分な条件、すなわち、容積レベル、温度及び圧力に保持する。第一の分離器は、気相を提供するのに適切な頭隙があるように、粗なアンモニアの処理量に合わせたサイズである。第一の分離器は、温度及び／または圧力が調節され得る任意の凝縮及び／または貯蔵容器またはタンクの形態をとり得る。好ましい第一の分離器はコンデンサである。コンデンサ温度は、約−30℃〜約10℃を変動するのが好ましい。−30℃では、圧力は約1.18絶対気圧でなければならない。この供給圧力では、膜の透過用の駆動力を発生させるために膜装置の透過物側で真空ポンプが必要である。これらの条件において、コンプレッサはコンデンサに関しては必要ない。10℃では、圧力は約6.075絶対気圧でなければならない。この温度では、コンデンサに入る前にアンモニアストリームを圧縮するのにコンプレッサは必要ない。これらの条件では、膜装置用には真空ポンプは必要ない。最も好ましい操作温度範囲は、約０℃〜約５℃である。いずれの場合においても、膜装置の操作圧力は、膜装置内でのアンモニア凝縮を避けるために凝縮温度に対応するアンモニア蒸気圧力よりも低く保持される。操作圧力は、圧力制限デバイスを使用するか、及び／または凝縮温度よりやや上にアンモニア温度を上昇させることによって調節する。

図４に開示されているタイプの第二の分離器は、粗なアンモニアを、気相及び液相を提供するのに十分な条件、すなわち、容積レベル、温度及び圧力に保持する。第二の分離器は、気相を提供するのに適切な頭隙があるように、粗なアンモニアの処理量に合わせたサイズである。第二の分離器の操作温度及び圧力は、通常、第一の分離器の温度及び圧力よりも高いが、これは濃縮アンモニア蒸気を高い温度及び圧力で製造ツールに提供するのが望ましいからである。最も好ましい操作圧力は約750ポンド/平方インチゲージ（psig）である。第二の分離器は、温度及び／または圧力が調節され得る任意の処理及び／または貯蔵容器またはタンクまたはヒートポンプ気化器の形態をとり得る。ヒートポンプ気化器が最も好ましい。

図４に開示されているタイプの気化器では、温度は、製造ツールによって必要な蒸気圧力に相当する任意の値に設定することができる。たとえば、製造ツールが750psigの入り口アンモニア圧力を必要とする場合、気化温度は約90℃に設定することができる。コンデンサと気化器との間のアンモニア液体の移動は、好ましくは、米国特許出願シリアル番号第09/383,699号に記載されているヒートポンプ装置により、コンプレッサで実施することができる。

本発明の方法は、所望により連続的にまたは半連続的に実施する。連続操作が好ましい。
当業者には、本発明の方法及び装置が、ポンプ、コンプレッサ、フロー調節器、デジタルまたはアナログゲージ、熱電対などの補助的な装置を有するか、または使用し得ることは明らかであろう。

本発明は、半導体製造工程で有用である。本発明は、窒化ガリウム半導体製造工程で特に有用である。本発明は、クリーナー及びリムーバーとしてアンモニアを使用する他の製造工程でも有用である。

以下は、本発明の非限定的な実施例である。他に記載しない限り、全ての割合及び部は重量である。

試験は、本発明に記載のごとく気体分離膜の潜在能力を調査するために実施した。約0.5気圧での膜（Nafion（登録商標）ポリマー製）を横切る圧力に関しては、アンモニア透過性は、操作温度が約23℃から約４℃に低下するにつれて約16778バールから約45015バールに上昇したことが知見された。温度低下によるこの透過性の増加は、駆動力の増加(または所定の下流の圧力に対する供給圧力)と共に上昇する。

不純物の浸透を測定するためにさらに試験を実施した。これらの結果を以下の表にまとめる。

上記表から解るように、アンモニアの回収率とアンモニア純度とは、温度低下と共に上昇する。
上記記載は、本発明の単なる例示であることを理解すべきである。当業者には、本発明から逸脱することなく種々の変更及び変形が考案できよう。従って、本発明は、付記請求の範囲の中に含まれるそのような全ての代替物、変形及び変動を包含するものである。

本発明に従った方法及び装置の態様の略図である。 本発明に従った方法及び装置のもう一つの態様の略図である。 本発明に従った方法及び装置のさらにもう一つの態様の略図である。 本発明に従った方法及び装置のまたもう一つの態様の略図である。

Claims (14)

1. 粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための方法であって、
   前記粗なアンモニアストリームを凝縮させて粗な液体アンモニアストリームを形成し；次いで
   蒸留膜または浸透気化膜と前記粗な液体アンモニアストリームとを接触させ、ここで濃縮アンモニア蒸気ストリームを透過物として取り出す、各段階を含む方法。
2. 前記粗なアンモニアストリームが製造ツール起源であり、且つ前記濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記製造ツールにリサイクルする、請求項１に記載の方法。
3. 前記濃縮アンモニア蒸気ストリームを気体分離膜と接触させ、さらに濃縮されたアンモニア蒸気ストリームを透過物として取り出す、請求項１に記載の方法。
4. 前記粗なアンモニアストリームが製造ツール起源であり、且つ前記さらに濃縮されたアンモニア蒸気ストリームを前記製造ツールにリサイクルする、請求項３に記載の方法。
5. 前記粗なアンモニアストリームが、凝縮前に熱スイング吸着剤に接触する、請求項３に記載の方法。
6. 粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮する方法であって、
   第一の分離器により前記粗なアンモニアストリームを、第一の粗なアンモニア液体ストリームと、第一の粗なアンモニア蒸気ストリームとに分離し；
   気体分離膜と前記第一の粗なアンモニア蒸気ストリームとを接触させ、ここで第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを透過物として取り出し；
   前記第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記第一の分離器に通し；
   第二の分離器により前記第一の粗なアンモニア液体ストリームを、第二の粗なアンモニア液体ストリームと生成物ストリームとして第二の濃縮アンモニア蒸気ストリームとに分離し；
   気体蒸留膜と前記第二の粗なアンモニア液体ストリームとを接触させ、ここで第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを透過物として取り出し；次いで
   前記第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記第一の分離器に通す、各段階を含む方法。
7. 前記粗なアンモニアストリームが製造ツール起源であり、且つ前記生成物ストリームを前記製造ツールにリサイクルする、請求項６に記載の方法。
8. 粗なアンモニアストリーム中に水分及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための装置であって、
   前記粗なアンモニアストリームを凝縮させて粗な液体アンモニアストリームを形成するためのコンデンサ；及び
   前記粗な液体アンモニアストリームから濃縮アンモニア蒸気透過物を製造する蒸留膜または浸透気化膜
   を含む装置。
9. 前記粗なアンモニアストリームが由来する製造ツールと、前記濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記製造ツールにリサイクルし得る導管とをさらに含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記濃縮アンモニア蒸気から、さらに濃縮させたアンモニア蒸気透過物を製造する気体分離膜をさらに含む、請求項８に記載の装置。
11. 前記粗なアンモニアストリームが由来する製造ツールと、さらに濃縮させた前記アンモニア蒸気ストリームを前記製造ツールにリサイクルし得る導管とをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
12. 前記コンデンサの上流に配置された熱スイング吸着器をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
13. 粗なアンモニアストリーム中に水及び／または金属不純物及び／または気体不純物を含む前記粗なアンモニアストリームを濃縮するための装置であって、
    前記第一の粗なアンモニアストリームから第一の粗なアンモニア液体ストリームと、第一の粗なアンモニア蒸気ストリームとを形成し得る第一の分離器；
    前記第一の粗なアンモニア蒸気ストリームから第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを分離し得る気体分離膜；
    前記第一の濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記第一の分離器に搬送するための第一の導管；
    前記第一の粗なアンモニア液体ストリームを第二の分離器に搬送するための第二の導管であって、前記第二の分離器は、第二の粗なアンモニア液体ストリームと第二の濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記第一の粗なアンモニア液体ストリームから分離し得る；
    前記第二の粗なアンモニア液体ストリームから第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを分離し得る気体蒸留膜；及び
    前記第三の濃縮アンモニア蒸気ストリームを前記第一の分離器に搬送するための第三の導管
    を含む装置。
14. 前記粗なアンモニアストリームが由来する製造ツールをさらに含み、ここで第四の導管は前記生成物ストリームを前記製造ツールにリサイクルする、請求項１３に記載の装置。

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