超高纯氨制备系统、高精密电子元件制造系统及其生产线上工作站供应高纯氨试剂的方法技术方案

提出高精密电子元件制造过程中所用高纯氨的现场制备系统及方法，包括：从液体氨储存容器采出氨蒸汽，再使氨蒸汽通过可滤除小到０．００５微米颗粒的过滤器，随后于高－ｐＨ含水液－蒸汽接触单元内洗涤经过滤的蒸汽。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
供参照的相关申请本申请是1994年1月7日申请，申请号08/179001共同未决申请的一分案及其部分继续申请。本专利技术属高精密电子元件的制造领域，具体与用作这类元件制造处理试剂的氨的制备及处置有关。
技术介绍
在电子元件制造的各个工序，污染是一个关键问题。污染控制对产品质量至关重要，而且，为获得预期的产率及经济效益，极大限度地保证制造环境的洁净程度也所必需。尤其在制造高密电路以及超精密轴承、记录头和LCD显示装置的场合，这些要求就更为严苛。污染源包括制造中的公用设备，作业人员及生产装置。在多数情形下，采用“洁净室”技术，如隔离，空气过滤，特制的装置以及特制的衣物和外罩物，可避免操作者和制造原料间的接触，可使污染降低到允许的水平。然而，对于超精密制造，可允许水平上限的裕度极小，故污染源控制甚为重要。若制造过程中有氨存在，则会造成特殊的困难，这是由于，液氨同时含固体和挥发性杂质，其中许多对电子元件有害。杂质水平及含量变化范围广泛，具体取决于污染源及处理方法。在氨用于电子元件生产线之前，上述所有杂质必须先行去除。为满足上述标准，生产公用设备部门必须花费高昂的代价，以便从有限的可以允许级别提供氨的来源处获得高质量氨。只有合格的货源可以使用，新的货源在接受前，必须经资格认证。如此的耗费和缺乏灵活性显著加大了元件的成本。此外，为满足交通部的条例，氢氧化铵在运输时的浓度不应超过30％，这也带来其它困难。显然，需要有可靠的方法，用以提供足够纯度的氨，俾使以高产率生产超高精密元件的合格产品并且满足先进电子技术的要求。专利技术提要业已发现，向超高精密电子元件生产线提供超高纯氨的方法是采用一套现场系统，它从液体氨储存容器采出氨蒸汽，再使氨蒸汽通过微过滤过滤器，随后于液-蒸汽接触单元(如洗气塔或鼓泡单元)内，以高-pH纯化水洗涤经过滤的蒸汽。该发现的独特之处在于，可将工业级氨转变为适合高精密制造的高纯氨，而省却常规的塔精馏。由储存容器采出氨蒸汽本身起到单段精馏作用，即去除非挥发物或高沸杂质，如碱金属及碱土金属的氧化物、碳酸盐及氢化物，过渡金属的卤化物及氢化物，以及高沸烃及卤化碳。工业级氨中常可见可反应挥发性杂质，诸如某些过渡金属卤化物，第III族金属的卤化物及氢化物，某些第IV族元素的卤化物及氢化物，以及卤素，先前认为，这些杂质须经精馏除去，现已发现，通过洗气可将其去除至适合高精密生产的程度。这个发现异乎寻常，这是由于，洗气器技术传统上只用作宏观尺度杂质的去除，而非微尺度杂质。本专利技术中，液-蒸汽接触单元可将对半导体晶片制造有害杂质的水平降至＜每元素1ppb或总计30ppb以下。在纯度要求甚而更高的场合，也可于洗气后再行精馏。然而，本专利技术的一个优点是，即或包括精馏，液-蒸汽接触单元也可显著降低精馏塔的负荷及设计需求，进而促使产品纯度更高。诸如反应性氢化物、氟化物及氯化物等与氨沸程相近的杂质除却后，大大简化了精馏塔的设计。一般而言，所述系统及方法适用高精密生产线现场氨的供应，但本专利技术尤适宜半导体晶片净化站氨的纯化。本专利技术的诸多特点、实施例、用途及优点不难由以下介绍看出。附图简述附图说明图1为本专利技术超纯氨生产单元工程应用流程的例示。图2为半导体生产线模块图，其中可结合使用图1所示的氨纯化系统，从而作为本专利技术具体实施之一例。专利技术详述及优选实施方案依照本专利技术，氨蒸汽先自液体氨供应及储存容器的蒸汽部分采出。采出氨蒸汽起到单段精馏作用，因使某些固体及高沸杂质残留于液相。供应储存容器可为任一常规的供应槽或其它适合盛装氨的储存容器，且氨可为无水态，或为水溶液。储存容器可维持在大气压下，如欲增强氨于系统内的流动，也可保持高于大气压的压力。作为优选，储存容器受热控制，温度介于10～50℃间，优选为15～35℃，更优选20～25℃。通过采出氨蒸汽从而自蒸汽相除却的杂质包括，元素周期表第I及II族金属，以及所述金属与氨接触生成的胺化金属；同时，也包括所述金属的氧化物及碳酸盐，以及氢化物(诸如氢化铍和氢化镁)；再有，还包括第III族元素及其氧化物，以及所述元素氢化物及卤化物的铵加合物；另外，也包括过渡金属氢化物；此外，还包括重质烃及卤化碳(如泵油)。自储存容器采出的氨蒸汽通过过滤单元，以除却蒸汽挟裹的所有固体。微滤及超滤单元和膜可得自市售并直接使用。过滤器的级别和类型按要求选用。优选过滤器可除却0.005微米或更大的颗粒，更优选者可除却尺寸小到0.003微米的颗粒。过滤后的蒸汽与高-pH纯化(优选除离子)水接触。高-pH纯化水优选为氨水溶液，而且，所述溶液与滤后蒸汽的接触可于各种专用于液-蒸汽接触的单元内完成。例如，蒸汽以鼓泡形式通入溶液储存容器。另一例为，于洗气塔内相接触，作为优选，溶液经洗气塔循环，以使其增浓至饱和。洗气塔宜采用常规的以逆流方式操作的洗气塔。虽然操作温度并非重要，但所述塔优选在约10～50℃间运行，更优选为约15～35℃间。同样，操作压力也无关紧要，但所述塔优选在大气压～高于大气压30psi间运行。一般，所述塔包括常规的塔填料，借以提供液气间的高效接触，而且作为优选，尚含一个雾沫去除段。此处优选的一例为所用充填高度约3英尺(0.9米)，内径约7英寸(18cm)，相应的充填体积0.84立方英尺(24升)；操作压降约0.3英寸水柱(0.075kPa)，液泛小于10％，对应标称液体回流约每分钟2.5加仑(每秒0.16升)，或于液泛20％下，液体回流约每分钟5加仑(每秒0.32升)；气体入口置填料下，液体入口位于填料之上但在雾沫去除段下。本例优选塔填料为标称尺寸小于塔直径1/8者。所述塔的雾沫去除段中充填密度较高，但结构同样为常规结构。需说明的是，本节所有叙述及尺寸仅为例示，每一系统参数均是可变动的。在一典型操作中，开车运行之初，先通入氨使除离子水饱和，制成供使用的初始洗气溶液。洗气塔运行中，定期排出少量塔釜液体，以免杂质积累。举例而言，需经洗气塔脱除的杂质包括反应性挥发物，如硅烷(SiH4)及胂(AsH3)，磷、砷和锑的卤化物及氢化物，常见过渡金属的卤化物，以及第III和IV族金属的卤化物及氢化物。作为进一步的选择，高-pH纯化水尚可含一种或多种添加物，俾使个别种类的杂质分解抑或去除，这类杂质不能经液氨供应及储存容器中的单段精馏除却。一种可能的添加物是过氧化氢，它可使有机污物分解。其它可能的添加物为可分解某种污物的特定种类的催化剂。至此，业已述及的各单元均可以间歇、连续或半连续方式运行，其中以后两种方式为优选。氨纯化系统过程物流的体积流率并非关键，变化范围广泛。然而，在适用本专利技术的多数情形下，通过系统的氨的流率介于约200cc/h～500000L/h间。使用前，自洗气塔引出的氨可经精馏进一步纯化，这取决于待纯化氨是用于何种具体的制造过程。举例而言，若欲将氨用于化学蒸汽沉积，则系统中包括脱水单元及精馏单元是有益的。精馏塔也可以间歇、连续或半连续方式运行。间歇运行时，操作压力一般可为300磅/平方英寸绝压(2068kPa)，间歇处理量为100磅(45.4kg)。本例中，塔直径8英寸(20cm)，高72英寸(183cm)，30％液泛下运行，蒸汽速度0.00221英尺/秒(0.00067米/秒)，单块理论板等板高1.5英寸(3.8cm)，共本文档来自技高网...

【技术保护点】
超高纯氨的制备系统，该系统包括：（ａ）液面上留有蒸汽空间的液体氨储存容器；（ｂ）自所述蒸汽空间采出含氨气蒸汽的装置；（ｃ）自所采出蒸汽除却＞０．００５微米颗粒的过滤膜；及（ｄ）液－蒸汽接触单元，用以使已通过所述过滤膜的滤后蒸 汽与氨的除离子水溶液接触并因此制得纯化氨气。

【技术特征摘要】
1超高纯氨的制备系统，该系统包括(a)液面上留有蒸汽空间的液体氨储存容器；(b)自所述蒸汽空间采出含氨气蒸汽的装置；(c)自所采出蒸汽除却＞0.005微米颗粒的过滤膜；及(d)液-蒸汽接触单元，用以使已通过所述过滤膜的滤后蒸汽与氨的除离子水溶液接触并因此制得纯化氨气。2权利要求1的系统，其中，所述液-蒸汽接触单元为洗气塔。3权利要求2的系统，该系统进而包括精馏塔，用以精馏自所述洗气塔排出的蒸汽。4适用高精密电子元件制造的系统，该系统包括(a)包括许多工作站的生产线，其中，所述工作站依次而置，用以处理组成所述电子元件的工件，而且选择这类工作站之一施用氨于所述工件；(b)沿所述生产线连续输送所述工件至所述工作站的装置；(c)与所述生产线上所述工作站邻接并以超纯态供应氨的子单元，该子单元包括(i)液面上留有蒸汽空间的液体氨储存容器；(ii)自所述蒸汽空间采出含氨气蒸汽的装置；(iii)自所采出蒸汽除却＞0.005微米颗粒的过滤膜；及(iv)液-蒸汽接触单元，用以使已通过所述过滤膜的滤后蒸汽与氨的除离子水溶液接触并因此制得纯化氨气；以及(d)将步骤(c)的产物在所述工作站直接施用工件的装置；并且，所述工作站、所述输送装置及所述子单元所处环境均依照半导体制造标准保持无污染状态。5权利要求4的系统，其中，所述液-蒸汽接触单元为洗气塔。6权利要求5的系统，其中，所述子系统进而包括精馏塔，用以精馏自所述洗气塔排出的蒸汽。7权利要求5的系统，其中，所述子系统进而包括用以使所述纯化氨与纯化水相混生成氨水溶液的装置。8权利要求5的系统，其中，经所述子系统纯化的氨在位于距将步骤(c)的产物在所述工作站施用所述工件的装置约30cm处引出。9权利要求5的系统，其中，所述子系统的尺寸足可以约200cc/h～2L/h速率生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：JG霍夫曼，RS克拉克，
申请(专利权)人：斯塔泰克文切斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]