一種高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法，所得高純氨水主要用于大規(guī)模集成電 路制造業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)全球電子化學(xué)品消費量最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，亞太地區(qū)尤其是中國，已成為全球 電子業(yè)及其化學(xué)品的主導(dǎo)市場。隨著國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，高純電子化學(xué)品需求量急 劇增長。高純電子級氨水作為其中的一種，在集成電路、LCD等制造行業(yè)中有著重要作用。 利用氨水的弱堿性，活化硅晶圓及微粒表面，可以去除其表面顆粒、部分金屬不純物。因此， 超高純氨水廣泛應(yīng)用于在芯片的清洗及蝕刻工藝。
[0003] 目前，國內(nèi)生產(chǎn)廠商有采用間歇精餾法、膜過濾吸收法、樹脂過濾法等工藝制備高 純氨水。中國專利CN201210183666提出一種膜吸收法制備超凈高純氨水的方法，其特征在 于：選用膜法-化學(xué)法-樹脂法集成過程對氨氣中油進行脫除，再對過濾后的氣氨進行膜吸 收，以制備高純氨水。
[0004] 中國專利CN201310452318公開一種氨吸收裝置以及制備超凈高純氨水的方法， 利用膜過濾法，將氨氣脫油后，通入帶有冷卻管的兩腔室氨氣分布器，與超純水混合，得到 高純氨水。
[0005] 上述專利氨氣脫油處理工藝步驟較復(fù)雜，且氨氣混合吸收采用膜吸收法和氨氣分 布器法，要求條件嚴(yán)格，吸收時間長（參見中國專利CN201310452318進一步地，當(dāng)氨吸收器 內(nèi)的氨水溫度為10°c，氨吸收器內(nèi)的氨水壓力為0. 05MPa，氨吸收器內(nèi)的氨水吸收時間為 0.1 h)，都無法滿足大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)要求。另外，由于工藝流程復(fù)雜，設(shè)備裝置較多，容易造 成高純氨水的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡化的高純氨水的 連續(xù)生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法能夠連續(xù)、高效、穩(wěn)定地獲得高純氨水產(chǎn)品，且高純氨水產(chǎn)品質(zhì) 量穩(wěn)定，各項指標(biāo)均符合SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0008] 一種高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法，以工業(yè)級液氨為原料，所述生產(chǎn)方法包括依次且 連續(xù)進行的如下步驟：
[0009] (1)降壓蒸發(fā)：將工業(yè)級液氨以150~250kg/h的流速通過降壓蒸發(fā)器降壓蒸發(fā)， 得到氨氣；
[0010] (2)油水分離：將經(jīng)步驟（1)處理后的氨氣通過油水分離器除去氨氣中油分和水 分；
[0011] (3)過濾：將經(jīng)步驟（2)處理后的氨氣通過氣體過濾器過濾得到高純氨氣，所述高 純氨氣中大于等于〇. 5 μπι顆粒濃度控制在25個/ml以下，單項金屬離子含量小于50ppt ;
[0012] (4)吸收混合：用電阻率大于等于18ΜΩ · cm的超純水將經(jīng)步驟（3)處理后的氨 氣循環(huán)吸收，獲得半成品氨水；
[0013] (5)循環(huán)過濾：將經(jīng)步驟（4)處理后的半成品氨水通過液體過濾器循環(huán)過濾，氨水 中大于等于0. 5 μ m顆粒濃度降低至25個/ml以下時，結(jié)束循環(huán)過濾獲得所述高純氨水，所 述高純氨水中單項金屬離子含量小于50ppt，單項陰離子雜質(zhì)含量小于40ppb。
[0014] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述工業(yè)級液氨的流速為200kg/h。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述生產(chǎn)方法采用的設(shè)備包括液氨原料罐、所述降壓蒸發(fā)器、所述油 水分離器、所述氣體過濾器、所述液體過濾器和成品儲罐。
[0016] 進一步地，所述液氨原料罐內(nèi)的溫度為25°C~30°C，壓力為0.9~I. IMPa，所述降 壓蒸發(fā)器內(nèi)的壓力小于所述液壓原料罐內(nèi)的壓力，且所述降壓蒸發(fā)器內(nèi)的壓力多〇· 5MPa。
[0017] 優(yōu)選地，所述液氨原料罐內(nèi)壓力維持在1.0 MPa。
[0018] 優(yōu)選地，所述降壓蒸發(fā)器內(nèi)壓力為0. 6~0. 9MPa。
[0019] 優(yōu)選地，所述成品儲罐具有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯采用PTFE或PFA材質(zhì)。
[0020] 進一步地，所述油水分離器具有多級氣體分離膜，所述氣體分離膜為由聚酰亞胺、 聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、醋酸纖維素中的一種或多種構(gòu)成的致密高分子膜。優(yōu)選地，所 述多級氣體分離膜包括聚酰亞胺非對稱螺旋卷式和聚二甲基硅氧烷非對稱中控纖維式氣 體分離膜。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述氣體過濾器為膜式過濾器，所述膜的材質(zhì) 為聚四氟乙烯，所述膜的孔徑為0. 002 μ m。
[0022] 所述液體過濾器的濾芯的孔徑為0. 2 μ m。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，步驟（4)中，所述半成品氨水的濃度控制在 28. 0 ~30.0 wt %。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，步驟（4)中，所述吸收混合在靜態(tài)氣液混合器 中進行，所述靜態(tài)氣液混合器采用不銹鋼材質(zhì)，其具有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯采用PTFE或PFA材 質(zhì)，所述靜態(tài)氣液混合器可以承受〇. 30~0. 50MPa壓力，便于高壓氣體的混合及吸收，制備 半成品氨水。
[0025] 進一步地，所述吸收混合所用的設(shè)備包括所述靜態(tài)氣液混合器、兩端分別與所述 靜態(tài)氣液混合器連通的循環(huán)管及依次設(shè)置在所述循環(huán)管上的內(nèi)襯泵。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述生產(chǎn)方法還包括經(jīng)步驟（4)處理后的半成 品氨水先經(jīng)過冷卻設(shè)備進行降溫、降壓處理，然后進行步驟（5)的處理，經(jīng)所述冷卻設(shè)備處 理后的氨水溫度彡25 °C，壓力彡0· IMPa。
[0027] 進一步地，所述冷卻設(shè)備包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻器，所述冷卻器具有內(nèi)襯，所 述內(nèi)襯采用PTFE或PFA材質(zhì)。
[0028] 優(yōu)選地，所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中使用的冷卻水溫度維持在5~KTC，冷卻水流量 2〇 ~3〇mVh，壓力為 0· 2〇 ~0· 40MPa。
[0029] 本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)方法采用集中控制，中間循環(huán)吸收、冷卻可以連續(xù)進行，便于高 效穩(wěn)定生產(chǎn)。
[0030] 本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)方法的連續(xù)生產(chǎn)流量為700~1000L/h。
[0031] 本發(fā)明中所述各種含量在沒有特別說明時為質(zhì)量含量。
[0032] 由于以上技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢：
[0033] 本發(fā)明方法采用降壓蒸發(fā)方式來制備高純氨水，可以滿足工業(yè)化連續(xù)、大量生產(chǎn) 的要求。高純氨氣的獲得，采用油水分離和氨氣氣體過濾的方式，省去化學(xué)除油法引入雜質(zhì) 的可能性。高純氨氣與超純水的混合，采用超純水吸收高純氨氣的方法，無需混合停留時 間。
[0034] 本發(fā)明方法生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能耗低，生產(chǎn)出的高純氨水滿足甚至超過 SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)的要求。本發(fā)明方法所需用的生產(chǎn)設(shè)備簡單。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)方法所用的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖中：1、液氨原料罐；2、降壓蒸發(fā)器；3、油水分離器；4、氣體過濾器；5、靜態(tài)氣液 混合器；6、冷卻器；7、中間儲罐；8、成品儲罐；9、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；10、廢液回收系統(tǒng)；11、 廢液處理系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0037] 本發(fā)明通過對工業(yè)級液氨進行減壓蒸發(fā)，使用連續(xù)氣體除雜裝置，得到高純氨氣。 再利用氣液混合吸收和氨水冷卻流程，獲得滿足甚至超過SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)要求的高純氨水 產(chǎn)品。一個具體的實施方案如下：以工業(yè)級液氨為原料，從液氨原料罐1中壓出后，依次經(jīng) 降壓蒸發(fā)器2、油水分離器3、氣體過濾器4后，得到高純氨氣。高純氨氣再在靜態(tài)氣液混合 器5中，按照一定比例，使用電阻率大于等于18ΜΩ · cm的超純水循環(huán)吸收高純氨氣，達到 規(guī)定濃度28. 0~30.0 wt %，制得半成品氨水。半成品氨水再經(jīng)過冷卻、降溫，然后使用孔徑 為0. 2 μπι的液體過濾器循環(huán)過濾后，得到氨水成品。按照本發(fā)明方法生產(chǎn)的氨水成品，氨 水成品中單項金屬離子含量降低至50ppt以下，單項陰離子雜質(zhì)含量降低至40ppb以下，大 于等于0. 5 μ m顆粒濃度< 25個/ml。整個方法的工藝步驟簡單、最大程度的減小提純過程 中引入的二次污染，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法能夠以更低的能耗、更高的產(chǎn)率獲得更高質(zhì)量 的目標(biāo)廣品。
[0038] 本發(fā)明的高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法，采用的生產(chǎn)裝置如圖1所示，包括依次設(shè)置 和通過連接管道連通的液氨原料罐1、降壓蒸發(fā)設(shè)備、油水分離器3、氣體過濾器4、混合吸 收設(shè)備、冷卻設(shè)備、中間儲罐7、循環(huán)過濾設(shè)備和成品儲罐8。該生產(chǎn)裝置還包括廢液回收系 統(tǒng)10和廢液處理系統(tǒng)11，廢液回收系統(tǒng)10與中間儲罐7相連，用于回收質(zhì)量不達要求的氨 水，廢液處理系統(tǒng)11與油水分離器3相連，用于處理油水分離后產(chǎn)生的廢液。
[0039] 其中，降壓蒸發(fā)設(shè)備包括連接在液氨原料罐1和油水分離器3之間的降壓蒸發(fā)器 2及用于對降壓蒸發(fā)器2提供熱源的熱水循環(huán)系統(tǒng)，降壓蒸發(fā)器2具有金屬盤管；油水分離 器3具有多級氣體分離膜，氣體分離膜為由聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯或醋酸纖 維素構(gòu)成的致密高分子膜；混合吸收設(shè)備包括連接在氣體過濾器4和冷卻設(shè)備之間的靜態(tài) 氣液混合器5及與靜態(tài)氣液混合器5相連的且用于提供超純水的供水裝置，靜態(tài)氣液混合 器5的進口和冷卻設(shè)備之間采用循環(huán)管連通，循環(huán)管上設(shè)置有循環(huán)泵；冷卻設(shè)備包括連接 在靜態(tài)氣液混合器5和中間儲罐7之間的冷卻器6及用于對冷卻器6提供冷卻水的冷卻水 循環(huán)系統(tǒng)9 ;循環(huán)過濾設(shè)備包括兩端部分別與中間儲罐7連通的循環(huán)管、依次設(shè)置在循環(huán)管 上的循環(huán)泵和液體過濾器。
[0040] 該生產(chǎn)裝置還包括用于儲存工業(yè)級液氨原料的原料儲罐、用于將原料儲罐內(nèi)液氨 原料輸送至液氨原料罐1的壓縮機及連接在原料儲罐和液氨原料罐1之間的輸送管；
[0041] 本發(fā)明的高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法的具體實施步驟如下：
[0042] (1)利用壓縮機、輸送管組合將原料儲罐內(nèi)的工業(yè)級液氨壓至液氨原料罐1，調(diào)節(jié) 液氨原料罐1出口的流量閥控制降壓蒸發(fā)器2的進料量，進料量控制在150~250kg/h ;
[0043] (2)使用熱水作為降壓