超临界二氧化碳的回收制造技术

从二氧化碳提纯装置向一或多种应用供应二氧化碳流体物料的方法和系统。所述物料在应用中与杂质混合形成流出物，并将至少一种流出物返回所述提纯装置来回收二氧化碳。来自二氧化碳源的二氧化碳与系统中的二氧化碳混合，这样来自二氧化碳源的二氧化碳的纯度在应用前得到提高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Recovery of supercritical carbon dioxide

Method and system for supplying carbon dioxide fluid material from one carbon dioxide purification device to one or more applications. The material is mixed with impurities in the application to form an effluent, and at least one effluent is returned to the purification device to recover carbon dioxide. Carbon dioxide from the carbon dioxide source is mixed with carbon dioxide in the system, so that the purity of carbon dioxide from the carbon dioxide source is increased before application.

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请要求2001年10月17日提交的美国临时申请NO.60/330,150的优先权，其全部内容在此引入作为参考。本申请还要求2001年10月17日提交的美国临时申请NO.60/330,203和2002年1月22日提交的美国临时申请NO.60/350,688和2002年2月19日提交的60/358,065的优先权，所有这些申请的全部内容在此引入作为参考。
技术介绍
集成电路的制造通常涉及大量在晶片上进行的不连续的步骤。典型的步骤包括薄膜的沉积或生长，采用光刻法在晶片上制作布线图案和蚀刻。这些步骤进行多次以构建所需电路。其它的工艺步骤可以包括离子注入，化学或机械平面化和渗滤。为实施这些步骤或从这些步骤中除去废物，使用了多种有机和无机化学物质。设计了水基清洁体系以削减一些对有机溶剂的需要，但是它们产生了大量的废物，必须在排放或回收前对其进行处理。对大量水的需求经常是选择半导体制造设施地点的主要因素。此外，水的高表面张力降低了其在需要清洁精细结构的应用中的效用，而且在工艺中必须要有干燥步骤以除去所有痕量的水分。近年来，对超临界二氧化碳作为现在使用的一些有机溶剂和水基化学品的潜在替代品进行了研究。数十年来，已知超临界二氧化碳体系用在简单的提取工艺中，如从咖啡中除去咖啡因。术语“超临界流体”是指处在临界温度和压力(例如对二氧化碳而言，分别是处在或高于31℃和1070磅/平方英寸绝对压力(psia))以上的流体。超临界流体兼具类气体和类液体的性质。作为温度和压力的函数，超临界流体的密度可以进行变化。因为溶剂化能力是密度的强函数(strongfunction)，这也意味着溶剂化性能同样可以变化。纯超临界二氧化碳的溶剂能力与非极性有机溶剂如己烷类似。可以向二氧化碳中加入改性剂如助溶剂、表面活性剂和螯合剂以提高其清洁能力。半导体的加工通常产生出一些蒸气压高于或低于二氧化碳的杂质。较轻质的、较高蒸气压的组分可以是某些氟、轻质氟代烃和空气所含的气体如氮气和氧气的混合物。二氧化碳还会被非挥发性抗蚀剂残留化合物和助溶剂污染，这些物质难于转移，因为它们可以与气相的二氧化碳组合起来以固/液混合物的形式存在。还有，对许多半导体制造应用中的二氧化碳的纯度要求超过了当前可获得的散装供应的二氧化碳的纯度。而且，如果超临界二氧化碳工艺被广泛应用于半导体工业，则消耗量在经济可行性上无法全部依赖于可供应的二氧化碳。然而，现有技术没有指出一种可以解决这些问题的系统或方法。因此，需要一种将二氧化碳用于半导体制造工艺的方法和设备，其能够使这些问题最小化或消除这些问题。专利技术概述本专利技术一般涉及提纯和回收二氧化碳的方法和系统。本专利技术的方法包括将包含二氧化碳成分的流体物料从第一二氧化碳提纯装置送往一个或多个应用之中，由此，一种或多种杂质与所述流体在应用时混合。由此，在每个应用中形成了一种流出物，其中所述流出物包含至少一部分二氧化碳组分和至少一部分杂质。将至少一部分该流出物送往第一提纯装置，在这里将流出物的二氧化碳成分提纯，形成流体物料。第一提纯装置除去至少一部分蒸气压与二氧化碳不同的成分，所采用的是以下方式中的至少一种催化氧化，蒸馏和吸收，然后将除去的成分部分送往至少一个废物流。还包括通过选自以下的一个步骤从二氧化碳源添加二氧化碳。一个步骤将来自所述源的二氧化碳与流出物合并，由此，通过第一提纯装置提纯来自所述源的二氧化碳。另一个步骤从所述源将二氧化碳加入到第一提纯装置中，同时在第一提纯装置中提纯流出物的二氧化碳成分，由此，来自所述源的二氧化碳被第一提纯装置提纯。还有一个步骤包括在第二二氧化碳提纯装置中提纯来自所述源的二氧化碳，这样生成经预提纯的物料；将经过预提纯的物料加入到流体物料、至少一种应用、流出物和第一提纯装置中的至少一种当中。第二提纯装置包括至少一种蒸馏、吸收和催化氧化装置。本专利技术的系统包括第一二氧化碳提纯装置，其提纯流出物中的二氧化碳成分，由此，将至少一部分蒸气压与二氧化碳的蒸气压不同的成分除去。形成了至少一种废物流，并形成了一种流体物料，其包含二氧化碳作为该流体物料的成分。第一提纯装置包括催化氧化器、蒸馏塔和吸收床中的至少一种。供料导管将流体物料从第一提纯装置送往一个或多个应用中，由此，一种或多种杂质与所述流体混合，这样在每个应用中形成一种流出物。每种流出物包含至少一部分二氧化碳成分和至少一部分杂质。返回导管将流出物从至少一种应用送往第一提纯装置。包括二氧化碳源和提纯并从所述源添加更多的二氧化碳的装置，其中所述装置选自以下装置。一种装置将二氧化碳从所述源送往第一提纯装置、流出物和返回导管中的至少一种，由此来自所述源的二氧化碳在送往各种应用之前被第一提纯装置提纯。通过包括将二氧化碳从所述源送往第二二氧化碳提纯装置的装置，另一个装置提纯并添加来自所述源的二氧化碳。生成提纯物料的第二二氧化碳提纯装置包括蒸馏塔、吸收床和催化氧化器中的至少一种；和将提纯的物料加入供料导管、至少一种应用、返回导管和第一提纯装置中的至少一种的装置。本文公开的专利技术的优点是有重要意义的。实施本专利技术可显著地降低为半导体制造设备供应高纯度二氧化碳的成本和复杂性。通过回收二氧化碳，降低了供应的二氧化碳的量以及由此产生的成本。通过在使用前提纯供应的二氧化碳，降低了成本，因为这样供应的二氧化碳就可以以较低的纯度购买。通过提供集中式提纯设备，通过独立的提纯和供应单元就能实现规模经济。通过除去蒸气压高于或低于二氧化碳的杂质，可以除去多种在半导体制造工艺中产生的杂质，以生产出其纯度足以再用于所述工艺中的回收的二氧化碳流。预计这些优点的组合可以使超临界二氧化碳成为现存的有机溶剂和含水化学工艺的可行的替代品，结果是降低了半导体的生产成本。附图简述附图说明图1描绘了本专利技术一个实施方案的设备。图2描绘了本专利技术的一个可选实施方案的设备。图3描绘了本专利技术的一个可选实施方案的设备。图4描绘了本专利技术的一个可选实施方案的设备。图5描绘了本专利技术的一个可选实施方案的设备，其采用了二氧化碳循环压缩技术。图6显示了本专利技术的一个实施方案的细节部分。专利技术详述藉以下对本专利技术优选实施方案的更详细的描述，本专利技术上述的和其它的目标、特点和优点将变得显而易见，如附图中所示，其中相似的参考符号指的是通过不同视图看到的相同部件。不必使附图符合比例，其强调的是说明本专利技术的原理。本专利技术一般涉及二氧化碳的提纯和回收的方法和系统，其从二氧化碳流中除去了重质和轻质的杂质并使需要补充的二氧化碳量最小化。本专利技术中定义的“高纯度”二氧化碳是这样的二氧化碳流其中每种杂质均低于约100份/100万份(ppm)。或者，每种杂质均低于约10ppm。优选地，每种杂质均低于约1ppm。可以通过以下步骤获得所述高纯度流1)在将所述流送往蒸馏操作之前从二氧化碳流中分离出大部分助溶剂和重质杂质，这样得到的蒸气流不含固体和液体杂质，它们对流体向蒸馏操作的输送会有不利的影响，和2)蒸馏所得经预提纯的、富含二氧化碳的蒸气以形成高纯度二氧化碳。图1是设备10的简图，本专利技术的一个实施方案。该设备包括第一二氧化碳提纯装置11，该装置通过除去蒸气压与二氧化碳不同的成分来提纯流出物的二氧化碳成分。提纯装置11包括至少一个蒸馏塔，一个催化氧化器，一个相分离器或一个吸收床本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向一种或多种应用供应二氧化碳的方法，其包含的步骤有：ａ、将包含二氧化碳组分的流体物料从第一二氧化碳提纯装置送往一种或多种应用，由此，在所述应用中一种或多种杂质与所述流体混合，这样在每个所述的应用中形成一种流出物，其中每种所述流出 物包含至少一部分二氧化碳组分和至少一部分所述杂质；ｂ、将至少一部分所述流出物送往所述第一提纯装置；ｃ、在第一提纯装置中提纯所述流出物中的二氧化碳组分，由此，通过以下步骤生成所述流体物料：ｉ）通过采用催化氧化、蒸馏和吸 收装置中的至少一种除去至少一部分蒸气压与二氧化碳不同的组分；和ｉｉ）将除去部分的组分送往至少一种废物流；和ｄ、通过选自以下的方法从二氧化碳源添加二氧化碳：ｉ）将来自所述源的二氧化碳与所述流出物混合，由此，来自所述源的 二氧化碳通过第一提纯装置提纯；ｉｉ）向所述第一提纯装置中加入来自所述源的二氧化碳，同时在该第一提纯装置提纯所述流出物中的二氧化碳组分，由此，通过所述第一提纯装置提纯来自所述源的二氧化碳；和ｉｉｉ）预提纯和添加二氧化碳，包括以 下步骤：（１）在第二二氧化碳提纯装置中提纯来自所述源的二氧化碳，这样生成了预提纯物料，其中所述第二提纯装置包括蒸馏、吸收和催化氧化中的至少一种；和（２）将所述预提纯的物料加入流体物料、至少一种所述应用、流出物和所述第一提纯装 置中的至少一种之中。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HE霍瓦德，JF比林哈姆，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]