TW201641146A - 含氟溶劑分離方法、含氟溶劑污染物去除方法、及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於自含有醇之含氟溶劑，於短時間內高效率地分離含氟溶劑。本發明係提供一種含氟溶劑分離方法，其使用含氟樹脂膜，將含有含氟溶劑、醇及水之混合液組成物進行過濾，從而分離含氟溶劑。

Description

含氟溶劑分離方法、含氟溶劑污染物去除方法、及裝置
本發明係關於一種自含有含氟溶劑、醇及水之混合液組成物分離含氟溶劑之方法。具體而言，本發明係關於一種使用含氟樹脂膜，將含有含氟溶劑、醇及水之混合液組成物進行過濾，從而分離含氟溶劑之方法，利用此種方法自含氟溶劑去除含醇類污染物之方法，以及用於實施該等方法之裝置。
含氟溶劑使用於傳熱介質、洗淨劑、塗佈溶劑、萃取溶劑等各種用途中，其中，於半導體製造領域中，其作為製造裝置中晶圓洗淨或乾燥時之置換液之需求不斷高漲。
製造半導體所使用之含氟溶劑受到污染時所形成之微粒，會導致不良的積體電路，故其純度相當重要。因此，本來較理想的是使用新的含氟溶劑，然而含氟溶劑價格相對昂貴，故自成本方面考慮，迫切期望將其再加以利用。並且，製造半導體時之晶圓洗淨或乾燥製程中，有時會與含氟溶劑一起使用異丙醇(IPA)等醇，為了進行再利用，必須將所混入之醇自含氟溶劑去除。
作為所期望之再加以利用之含氟溶劑，例如可列舉氟氯化碳(CFC)、全氟碳(PFC)、氫氟碳(HFC)、氫氟烯烴(HFO)、氫氯 氟碳(HCFC)、氫氯氟烯烴(HCFO)、氫氟醚(HFE)、全氟聚醚(PFPE)，考慮到對環境之影響，較佳的是使用氫氟碳或氫氟醚。但是，由於氫氟碳及氫氟醚與醇之相容性相對較高，與醇一同使用時混入量增多，並且容易形成共沸組成，故而較多情形時藉由蒸餾分離醇變得困難。另外，近年來，高沸點之含氟溶劑亦逐漸付諸實用，當與所混入之醇之沸點相近時，也有較多難以藉由蒸餾而去除之情形。
於此種狀況下，作為自含氟溶劑去除醇以進行再利用之方法，眾所周知的有於混入有醇之含氟溶劑中加入水，藉由比重分離去除混入物之方法(專利文獻1)。但是，該方法進行分離較為耗時，並且為了連續地進行處理，需要有用於進行混合且分離之設備。另外，亦存在若無一定量以上之液體則無法進行處理之缺點。
另外，亦眾所周知地使用以PET(polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)或尼龍等為主成分之油水分離過濾器，將溶解於水中之醇自含氟溶劑去除之方法(專利文獻2)，然該方法係作為靜置分離後之後之處理來使用，且此種過濾器價格昂貴，難以實現一次性使用，未能成為含有大量水分之情形時之充分解決方法。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利特公昭62-56846號公報
【專利文獻2】日本專利第5085954號公報
因此，本發明之目的在於，即便有含氟溶劑與醇形成共沸組成之情形，亦可於短時間內高效率且廉價地自含有醇之含氟溶劑分離含氟溶劑。
本發明人等人為了解決上述課題而反覆努力研究之結果發現，藉由使用含氟樹脂膜，將含有含氟溶劑、醇及水之混合液組成物進行過濾，可僅使含氟溶劑通過膜而分離，從而達到完成本發明。
亦即，本發明之特徵在於以下方面。
1.一種含氟溶劑分離方法，其使用含氟樹脂膜，將含有含氟溶劑、醇及水之2相之混合液組成物進行過濾，從而分離出含氟溶劑。
2.一種自含氟溶劑去除含醇類污染物之方法，其特徵在於：向含有含醇類污染物之含氟溶劑中添加水且混合，製備含有含氟溶劑、醇及水之2相之混合液組成物之後，使用含氟樹脂膜進行過濾，從而分離出含氟溶劑。
3.如第1或2項所述之方法，其中，含氟溶劑為氫氟碳及/或氫氟醚。
4.一種過濾分離裝置，其具備用以實施如第1至3項中任一項所述之方法之含氟樹脂膜。
5.一種經淨化之含氟溶劑，係藉由如第1至3項中任一項所述之方法而獲得。
6.如第5項所述之含氟溶劑，係用於半導體洗淨。
根據本發明之含氟溶劑分離方法，即便有含有大量醇之情形時，另外，即便有含氟溶劑與醇形成共沸組成之情形時、或有沸點較高之情形時，亦可於短時間內高效率地分離含氟溶劑。
另外，根據本發明之含氟溶劑分離方法，即便是少量的含氟溶劑亦可進行處理而不會存在問題。
另外，根據本發明之含氟溶劑分離方法，不僅可去除醇，亦可同時將有機、無機離子去除，可有效地再生含氟溶劑。
進而，本發明之含氟溶劑分離方法亦無須使用價格昂貴的過濾器，因此於成本方面亦有利。
以下，就本發明進行詳細說明。
本發明中，所謂2相之混合液組成物，係混合含有至少含氟溶劑、醇及水，且分離為2相(亦可為懸浮狀態)之常溫下為液狀之組成物。
本發明中，所謂含氟溶劑，只要是包含氟及碳、且常溫下為液體之化合物(氟碳)，則無特別限定，作為其具體例，例如可列舉出以下：包含碳、氟及氯之氟氯化碳(CFC)；包含碳及氟之全 氟碳(PFC)；包含碳、氟及氫之氫氟碳(HFC)；具有不飽和鍵之HFC，即氫氟烯烴(HFO)；包含碳、氟、氧及氯之氫氯氟碳(HCFC)；包含碳、氟、氧及氯且具有不飽和鍵之氫氯氟烯烴(HCFO)；包含碳、氫、氟及氧，且進一步包含醚鍵之氫氟醚(HFE)；聚醚之全部或一部分氫被取代成氟之氟聚醚(PFPE、HFPE)；亦可為其等之混合物。
考慮到環境方面，較佳的含氟溶劑是全球增溫潛勢(GWP,global warming potential)較低之氫氟醚或氫氟碳，具體而言，較佳的是100以下的GWP，較佳的是50以下，更佳的是10以下，並且臭氧耗竭潛勢為零者。
本發明中，氫氟碳可為飽和或不飽和，且碳數為3至9，較佳的是碳數為4至8之僅包含碳、氟及氫原子之化合物。作為氫氟碳之具體例，可列舉出以下：十三氟辛烷、十氟戊烷、五氟丁烷、七氟環戊烷、十五氟庚烷、五氟丙烷、六氟丁烯等；較佳的是1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-十氟戊烷。
本發明中，氫氟醚可為飽和或不飽和，碳數為3至9，較佳的是碳數為4至8之包含碳、氫、氟、氧原子且具有醚鍵之化合物。作為氫氟醚之具體例，可列舉出以下：1,1,1-三氟乙基-1,1,2,2-四氟乙醚、九氟丁基甲醚、甲氧基全氟庚烯等；較佳的是甲氧基全氟庚烯。
本發明中，含氟溶劑可藉由已知之方法進行製備，亦可使用市售者。
本發明中使用之市售之含氟溶劑例如可列舉出以下：Du Pont-Mitsui Fluorochemicals Co.,Ltd.製造之Vertrel(註冊商標)XF、Vertrel(註冊商標)Suprion、Vertrel(註冊商標)MCA、Vertrel(註冊商標)XH；旭硝子股份有限公司製造之Asahiklin(註冊商標)AC-6000、Amolea(註冊商標)系列；日本3M股份有限公司製造之Novec(註冊商標)之各種製品、Fluorinert之各種製品；Solvay Specialty Polymers Japan Co.,Ltd.製造之Galden(註冊商標)之各種製品等。
本發明中，所謂醇，係指可溶於水，且常溫下為液態之醇。作為醇之具體例，例如可列舉：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等低級醇類，乙二醇等多元醇類。
本發明中，所謂含氟樹脂膜，係指以氟樹脂為主成分之過濾器。作為氟樹脂，可列舉出以下：聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟(烷基乙烯醚)共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-六氟丙烯-全氟(烷基乙烯醚)共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、三氟氯乙烯-乙烯共聚物等；較佳的是如PTFE或PFA、FEP之分子鏈中之氫全部被取代成氟之全氟樹脂，其中，特佳的是PTFE。
本發明中適合使用之市售之膜例如可列舉出以下：Advantec東洋股份有限公司製造之PTFE濾紙Advantec(註冊商標)PF100、Advantec(註冊商標)PF040、Advantec(註冊商標)PF020。
本發明中，為了去除醇以外之污染物，除了含氟樹脂膜之外，亦可進一步使用含氟樹脂膜以外之過濾器。作為含氟樹脂膜以外之過濾器的具體例，可列舉出以下：如用以去除氟離子之氧化鋁過濾器等之化學吸附過濾器、微粒過濾器、如活性碳或沸石等物理吸附過濾器。
本發明中，混合液組成物中之醇與水之組成比如下：水的量相對於醇的量為1倍以上(質量比)，較佳的是1.5倍以上(質量比)，更佳的是2倍以上(質量比)。若水的量相對於醇的量少於1倍，水相中不充分地含有醇，而一些醇殘留於氟溶劑中，並且水相中的醇濃度提高，表面張力降低則通過膜時較為危險。
本發明中，所謂含醇類污染物，例如為如下物質：即，將含氟溶劑使用於半導體製造中的晶圓洗淨或乾燥製程等處理中時混入至含氟溶劑中，而再利用時應當去除之物質，例如醇、或醇與混合存在於其中之有機、無機離子(例如羧酸根離子、銨離子、氟離子、硫酸根離子、各種金屬離子，例如鈉、鉀、鎂、鋅、鐵等)、其他雜質。
亦存在下列含醇類污染物，即，使用於半導體製造領域以外之領域(例如，洗淨劑、傳熱介質、洗淨劑、塗佈溶劑(光學零件之塗佈等)、萃取溶劑、其他使用含氟溶劑之用途)而產生者或自環境混入者，於此種情形時亦可使用本發明之含氟溶劑之再生方法及本發明之含氟溶劑。
本發明中，用以實施本發明之方法之過濾分離裝置之特徵在於具備含氟樹脂膜，亦可進一步具備化學吸附過濾器、微粒過濾器、物理吸附過濾器等。與先前之裝置相比，本發明之過濾分離裝置的結構較小且簡便，但可於短時間內自含氟溶劑去除含醇類污染物，並且，即便是少量的含氟溶劑亦可進行處理而不會存在問題，進而，藉由適當地更換含氟樹脂膜(主要是PTFE濾紙)，可維持分離性能。
本發明中，所謂經淨化之含氟溶劑，表示藉由本發明之方法，自含有含氟溶劑、醇及水之混合液組成物分離所得者，或者將含醇類污染物去除後，可再加以利用之含氟溶劑。例如將經淨化之含氟溶劑再利用於半導體洗淨(包括用作晶圓洗淨或乾燥時之置換液)。
再利用之可接受之含氟溶劑中的水含量為300mg/L以下，較佳的是100mg/L以下。
再利用之可接受之含氟溶劑中的有機、無機離子之含量亦取決於用途，用於半導體洗淨、乾燥時為10ppm以下，較佳的是1ppm以下。
再利用之可接受之含氟溶劑中的醇含量亦取決於用途，用於半導體洗淨、乾燥時為3.5重量百分比以下，較佳的是1重量百分比以下。
以下，藉由實施例說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例。
[實施例]
本實施例及比較例中，使用以下之試劑、用具、方法。
含氟溶劑
‧甲氧基全氟庚烯異構物混合物．．．Vertrel(註冊商標)Suprion
‧1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-十氟戊烷．．．Vertrel(註冊商標)XF
皆由Du Pont-Mitsui Fluorochemicals Co.,Ltd.製造
醇
‧異丙醇(IPA)
‧乙醇
皆由和光純藥股份有限公司製造和光一級
PTFE濾紙
‧Advantec(註冊商標)PF100(保留粒徑10μm)
‧Advantec(註冊商標)PF040(保留粒徑4μm)
‧Advantec(註冊商標)PF020(保留粒徑2μm)
皆由Advantec東洋股份有限公司製造
含氟溶劑中醇量測定方法．．．氣相層析法
使用島津製作所製造之氣相層析儀GC-2014，藉由校準曲線法(利用將含氟溶劑/醇以已知之濃度混合成之試樣作成校準曲線)測定含氟溶劑中的含醇濃度。
含氟溶劑中的金屬離子濃度測定方法．．．ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，感應耦合電漿質譜分析法)
將約20g含氟溶劑加熱至120℃使其揮發，將揮發後之殘渣部分利用約20g硝酸進行萃取後，使用感應耦合電漿質譜分析儀(Agilent Technologies製造之ICP-MS)測定各種離子濃度。
含氟溶劑中的陰離子濃度測定方法．．．離子層析法
由於無法直接測定含氟溶劑中的陰離子濃度，因此將等量的經確認不含陰離子之純水與含氟溶劑混合且振盪後，使用離子層析儀測定所分離之水中的陰離子濃度(自含氟溶劑轉移之陰離子濃度)，將其結果作為含氟溶劑中的陰離子濃度。
水中的陰離子濃度係使用Nippon Dionex股份有限公司製造之離子層析儀(DX-320J)，藉由校準曲線法進行定量。
實施例1
以表1所示之組成，向樣品瓶中量取含氟溶劑(Vertrel(註冊商標)Suprion)、水及異丙醇(IPA)50g左右，藉由振盪機混合後進行攪拌。獲得含氟溶劑細密地分散且為懸浮/白濁之混合液， 使用PTFE濾紙(PF020)過濾該混合液。獲得作為濾液之含氟溶劑，水層殘留於濾紙上。
藉由上述方法(氣相層析法)，對所獲得之濾液測定含氟溶劑中的醇濃度(質量百分比)。將結果示於表1。
尤其，可知即便是顯示共沸狀態之醇相對於水之濃度為40%之混合液，亦可將醇分離而未存在問題。
實施例2
除了使用PTFE濾紙(PF040)進行過濾以外，與實施例1同樣地進行測定。將結果示於表1。
實施例3
除了使用PTFE濾紙(PF100)進行過濾以外，與實施例1同樣地進行測定。將結果示於表1。
另外，此時對殘留於濾紙上之水相中的含氟溶劑濃度進行測定，結果於醇濃度10%下，含氟溶劑濃度為0.19%，於醇濃度20%下，含氟溶劑濃度為0.25%，於醇濃度40%下，含氟溶劑濃度為0.53%，含氟溶劑幾乎未殘留於濾紙上之水層中。
實施例4
除了使用含氟溶劑(Vertrel(註冊商標)XF)、水及乙醇(EtOH)之混合液以外，與實施例1同樣地進行測定。將結果示於表1。
實施例5
除了使用含氟溶劑(Vertrel(註冊商標)XF)、水及乙醇(EtOH)之混合液以及PTFE濾紙(PF040)以外，與實施例1同樣地進行測定。將結果示於表1。
實施例6
除了使用含氟溶劑(Vertrel(註冊商標)XF)、水及乙醇(EtOH)之混合液以及PTFE濾紙(PF100)以外，與實施例1同樣地進行測定。將結果示於表1。
比較例1
製備異丙醇(IPA)之50質量百分比水溶液，使用PTFE濾紙(PF100)進行過濾。液體全部通過濾紙，濾紙上無任何殘留。將結果示於表1。
實施例7
對於長時間保存於金屬容器中、含有金屬離子之含氟溶劑(Vertrel(註冊商標)Suprion)，將超純水與含氟溶劑以質量比1：1混合後，使用PTFE濾紙(PF100)進行過濾，藉由上述方法(ICP-MS)，測定作為濾液而獲得之含氟溶劑中的金屬離子濃度。亦測定處理前之含氟溶劑中的金屬離子濃度。將結果示於表2。
參考例1
將含有氯離子(Cl-)200ppm、氟離子(F-)50ppm、硫酸根離子(SO4-)100ppm之標準溶液(和光純藥股份有限公司製造之陰離子混合溶液II)100g與含氟溶劑(Vertrel(註冊商標)Suprion)100g裝入至分液漏斗中，使用振盪機攪拌約30分鐘。攪拌後，將分液漏斗靜置，目視確認已完全分離後，將分離出之含氟溶劑80g轉移至樣品瓶中，與等量的純水80g混合，藉由上述方法測定含氟溶劑中的陰離子濃度。另外，同樣地將標準溶液200g與含氟溶劑100g裝入至分液漏斗中，重複同樣的操作。將結果示於表3。
陰離子幾乎未轉移至含氟溶劑中，即便有少量轉移，亦藉由用水洗淨而轉移至水層中，可與醇一起(由於殘留於含氟樹脂膜上)容易地自含氟溶劑過濾分離。
[產業上之可利用性]
根據本發明之含氟溶劑分離方法，不僅可去除醇，亦可同時將有機、無機離子去除，含氟溶劑可高效率地再生，因此可於大量使用含氟溶劑之領域，尤其是有效地加以利用在用於半導體洗淨之含氟溶劑之再利用方面。

Claims (6)

  1. 一種含氟溶劑分離方法，其包含使用含一氟樹脂膜，將含有含氟溶劑、醇及水之2相之混合液組成物進行過濾，從而分離出含氟溶劑。
  2. 一種自含氟溶劑去除含醇類污染物之方法，其包含：向含有含醇類污染物之含氟溶劑中添加水且混合，製備含有含氟溶劑、醇及水之2相之混合液組成物之後，使用含氟樹脂膜進行過濾，從而分離出含氟溶劑。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，含氟溶劑為氫氟碳及/或氫氟醚。
  4. 一種過濾分離裝置，其用以實施如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法；其中該過濾分離裝置包含一含氟樹脂膜。
  5. 一種經淨化之含氟溶劑，係藉由如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法而獲得。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之含氟溶劑，係用於半導體洗淨。
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