专利名称：氢氟酸制造方法
技术领域：
本发明提供了一种氢氟酸制造方法，尤其指利用未处理的氟化氢加入水溶液中，由水溶液及所产生的氢氟酸滤除未处理的氟化氢所包含的部分杂质，再将处理后的氟化氢气体及气态杂质加入纯水，来得到高纯度氢氟酸水溶液。
背景技术：
按，随着电子装置的不断研发及技术精进，在生活周遭随处可见到电子装置的踪影，由于市场需求的增大，半导体、液晶及太阳能电池制造产业便随的发展，其相关的厂房也越盖越多，但在生产过程中如清洗、蚀刻工艺中(如用于组件的清洗、硅及硅化合物的蚀亥IJ、硅表面的氧化物除去、除去附着于石英管的硅或液晶面板内玻璃的研磨减薄清洗等)， 便会用到氢氟酸(Hydrofluoruc Acid ;HF(aq)),使得氢氟酸的用量逐年增加。传统纯氢氟酸制造方式为利用萤石与硫酸反应生成氟化氢气体，其化学式为CaF2(S)+H2S04(1) —2HF(g)+CaSO4(S)，经过收集及降温后产生氟化氢液体(常压下，液化温度为19. 50C )，由于萤石为包含有多种杂质的地下矿物(主要含有硅成分杂质及其它如硫、磷、氯、铁、铝、镓、硼、铋、锰、铅等各类杂质)，所产生的氟化氢亦含有多种杂质，此种氟化氢称为工业级氟化氢，一般产业使用的大多为工业级氟化氢。目前的氢氟酸制造方法，仍存在缺失有待改善，如(一 )萤石制造氟化氢后,氟化氢液体再经多次蒸懼,并让氟化氢溶于超纯水中获得氢氟酸，但因氟化氢液体具有杂质，导致氢氟酸内亦具有杂质(如硅会与氟结合生成四氟化硅)，四氟化硅会与氟化氢掺杂在一起，故须利用多次蒸馏方式来去除硅化合物，然而，多次蒸馏产出的氟化氢仍含有数十PPm至数百ppm的硅化合物，但一般半导体、液晶及太阳能电池等产业使用氢氟酸时，具有杂质少的高纯度要求，且随着产业技术的提升及体积微小化的研发，其使用的氢氟酸纯度要求也随的提高，氢氟酸中金属杂质浓度要求已从ppm层级提高至PPb层级，尤其以用在最先进的半导体制造的药物有5ppb以下的层级要求，所以传统方式制造的氢氟酸已无法符合产业需求。( 二)工业级氢氟酸主要用于半导体相关行业，但氢氟酸所含杂质中的三族元素(如三价铁Fe+3、铝Al+3、镓Ga+3、硼B+3)或五族元素(砷As+5、磷P+5)会干扰半导体组件的半导体性质，因金属残留在硅晶片表面，经过一些热制程后会让金属扩散进入硅晶片里，使得表面阻值下降而成为不良品，故所使用的氢氟酸必须避免这类物质的干扰，但现有经多次蒸馏产出的氟化氢仍含有数PPb至数百ppb的杂质(如硫、磷、氯、铁、铝、镓、硼、铋、锰、铅等)，导致其具有不良率高的缺失。(三)由于传统工艺需用蒸馏方式纯化氟化氢，氟化氢的气化潜热为360千卡/公斤，且每公斤水气化潜热约为500千卡，导致多次蒸馏方式纯化氟化氢时，需耗费庞大能源来进行加热，不仅让成本大为提高，更不符合节能环保的目的。(四)由于氟具有强阴电性(电势为2.87V)，因而具有容易侵蚀金属的特性，故蒸馏设备及管路不能使用金属材质而需用塑料材质(如铁氟龙)，但塑料材质的设备及管路其热传导性能差(如铁氟龙的热传导系数k仅为0. 25ff/M°C )，无法达到在输送时快速降温的效果，而需另外进行降温处理，使得生产所需耗费的时间增多，所以蒸馏氟化氢的产能受
限严重。上述公知的氢氟酸制造方法，因具有诸多问题与缺失，此即为本发明人与从事此行业者所亟欲改善的目标所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯度、低成本及生产速度快的氢氟酸制造方法。为实现上述目的，本发明提供的氢氟酸制造方法，其制造的流程包括(A)未处理的氟化氢(HF)及其包含的未处理杂质加入水溶液中，使未处理的氟化 氢溶于水中生成氢氟酸(HF (aq))，且未处理的部分杂质溶于水溶液及氢氟酸中；(B)持续加入未处理的氟化氢及杂质至水溶液中，直到水溶液中的氢氟酸呈饱和状态；(C)再加入未处理的氟化氢气体及杂质至饱和水溶液中，让部分未处理的杂质溶于水溶液及氢氟酸中，且不溶于饱和水溶液中的氟化氢便会离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体，同时不溶于水溶液及氢氟酸中的处理后的气态杂质也随处理后的氟化氢气体离开饱和水溶液；(D)处理后的氟化氢气体及气态杂质加入纯水中，处理后的氟化氢气体溶于纯水生成纯度提高的氢氟酸(HF(aq))水溶液，而处理后的气态杂质不溶于纯水及纯度提高的氢氟酸中；(E)将纯度提高的氢氟酸水溶液取出。所述的氢氟酸制造方法，其中，步骤(C)中所加入未处理的氟化氢若为气态，不溶于饱和水溶液中的氟化氢气体便会离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体。所述的氢氟酸制造方法，其中，步骤(C)中所加入未处理的氟化氢若为液态，同时进行加热，不溶于饱和水溶液中的液态氟化氢便会吸热产生氟化氢气体且离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体。本发明的氢氟酸制造方法于实际使用时，为具有下列各项优点，如(一 )制造步骤简单，使得生产速度得以提高，且因未处理的氟化氢所具强阴电性而相互吸引又不易利用蒸馏去除的未处理杂质，可通过水溶液及氢氟酸吸收，因而可得到符合电子级纯度需求的氢氟酸水溶液。(二)由于制造过程中仅用到水及氢氟酸吸收杂质，且制造过程中最多仅需进行一次加热处理，相较于公知多次加热蒸馏的方式，不仅可节省耗费能量，又可节省降温时间及降温设备。
图I为本发明的制造流程图。
具体实施例方式本发明的主要目的在于，该未处理的氟化氢及其包含的杂质持续加入水溶液中，让部分杂质溶于水溶液及所产生的氢氟酸，再将所得到处理后的氟化氢及气态杂质加入纯水中进行第二次过滤，便可得到纯度提高的氢氟酸，由于制造步骤简单，且因未处理的氟化氢所具强阴电性而相互吸引又不易利用蒸馏去除的未处理杂质，可通过水溶液及氢氟酸吸收，因而可达到提升生产速度及生产符合电子级纯度需求的氢氟酸水溶液的目的。本发明的制造过程中仅用到水及氢氟酸吸收杂质，且制造过程中最多仅在加入工业级的液态氟化氢时，才需进行一次加热处理，因加热次数减少，不仅可节省耗费能量，又可节省降温时间及降温设备，进而达到降低生产成本及加快生产速度的目的。本发明所采用的技术手段及其构造，结合附图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。请参阅图I所示，为本发明的制造流程图，由图中可以清楚看出，本发明氢氟酸的制造流程包括 (100)未处理的氟化氢(HF)及其包含的未处理杂质加入水溶液中，使未处理的氟化氢溶于水中生成氢氟酸(HF (aq))，且未处理的部分杂质溶于水溶液及氢氟酸中。(101)持续加入未处理的氟化氢及杂质至水溶液中，直到水溶液中的氢氟酸呈饱和状态，若未处理的氟化氢为气态，进行步骤(102);若未处理的氟化氢为液态，则进行步骤(103)。(102)再加入未处理的氟化氢气体及其杂质至饱和水溶液中，让部分未处理的杂质溶于水溶液及氢氟酸中，且不溶于饱和水溶液中的氟化氢气体便会离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体，同时不溶于水溶液及氢氟酸中的处理后杂质也随处理后的氟化氢气体离开饱和水溶液，再进行步骤(104)。(103)再加入未处理的液态氟化氢及杂质至饱和水溶液中，让部分杂质溶于水溶液及氢氟酸中，同时进行加热，不溶于饱和水溶液中的液态氟化氢便会吸热产生氟化氢气体且离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体，同时不溶于水溶液及氢氟酸中的处理后的气态杂质也随处理后的氟化氢气体离开饱和水溶液。(104)处理后的氟化氢气体及气态杂质加入纯水中，处理后的氟化氢气体溶于纯水生成纯度提高的氢氟酸(HF(aq))水溶液，而处理后的气态杂质不溶于纯水及纯度提高的氢氟酸中。(105)将纯度提高的氢氟酸(HF(aq))水溶液取出。由上述步骤可得知，其主要是利用氟化氢溶于水及部分杂质溶于水及氢氟酸的特性，让未处理的氟化氢及杂质加入水溶液中，氟化氢加入水溶液后产生氢氟酸的反应式为HF+H20 — HF (aq)而未处理的杂质则部份溶于水溶液及氢氟酸，如杂质中的四氟化硅加入水溶液后生成氟硅酸，且氟硅酸会溶于水溶液中，其反应式为SiF4+2HF — H2SiF6如杂质中的氟化钠(NaF)溶于水中，可解离成钠离子及氟离子，其反应式为NaF+H20 — Na+(叫)+F (aq)+H20如杂质中的氯化铁溶于氢氟酸生成氟化铁水溶液，其反应式为FeCl3+3HF — FeF3(aq)+3HCl(aq)
如杂质中的氯化镁溶于氢氟酸生成氟化镁水溶液，其反应式为MgCl2+2HF — MgF2(aq)+2HCl(aq)且持续加入未处理的氟化氢及杂质至水溶液中，直到水溶液中的氢氟酸呈饱和后(如20°C时，水溶液中的氢氟酸饱和浓度为35% )，再加入水溶液中的氟化氢便不会溶入水溶液中，而以气泡形式上浮离开水溶液形成处理后的氟化氢，同时，未处理杂质因部份溶于水溶液及氢氟酸，仅有不溶于水溶液及氢氟酸中的处理后的气态杂质随着处理后的氟化氢离开水溶液。处理后的氟化氢及气态杂质收集后，再加入纯水中，处理后的氟化氢便会与纯水生成氢氟酸，而处理后的气态杂质因为不溶于纯水及氢氟酸中，所以取出的氢氟酸水溶液中便会具有较少的杂质，便可达到提高纯度的目的。而处理后的氟化氢虽然因为水溶液具有饱和蒸汽压，而在离开水溶液时带有水 气，但因为后续处理系将处理后的氟化氢加入纯水中，所以水气并不会影响最后成品氢氟酸水溶液的浓度。该未处理的氟化氢(HF)可由萤石(CaF2)与硫酸(H2SO4)反应生成，其反应式为CaF2(g)+H2SO4(I) — 2HF(g)+CaSO4(g)因为萤石为包含有多种杂质的地下矿物(主要含有硅成分杂质及其它如硫、磷、氯、铁、铝、镓、硼、铋、锰、铅等各类杂质)，生成未处理的氟化氢(HF)便会同时产生未处理的杂质；未处理的氟化氢(HF)及杂质亦可由工业级的氟化氢原料中取得，工业级的氟化氢原料可为气态或液态。由于若是由工业级的液态氟化氢原料取得未处理的氟化氢及杂质，由于未处理的氟化氢为呈液态，在水溶液中的氢氟酸呈饱和后，若持续加入未处理的液态氟化氢，也无法产生气态氟化氢，此时便需进行加热，供应液态氟化氢气化所需的热能，才可让水溶液中的氟化氢以气态方式上浮离开水面。本发明为主要针对氢氟酸制造方法，而可将未处理的氟化氢及其包含的未处理杂质持续加入水溶液中，使未处理的氟化氢溶于水中生成氢氟酸，部分未处理的杂质溶于水溶液及氢氟酸中，直到水溶液中的氢氟酸呈饱和状态，再加入的氟化氢形成处理后的氟化氢气体并离开饱和水溶液，处理后的氟化氢气体及气态杂质加入纯水中得到纯度提高的氢氟酸，以达到简单步骤及设备得到符合电子级纯度需求的氢氟酸水溶液为主要保护重点，惟，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内。
权利要求
1.一种氢氟酸制造方法，其制造的流程包括 (A)未处理的氟化氢及其包含的未处理杂质加入水溶液中，使未处理的氟化氢溶于水中生成氢氟酸，且未处理的部分杂质溶于水溶液及氢氟酸中； (B)持续加入未处理的氟化氢及杂质至水溶液中，直到水溶液中的氢氟酸呈饱和状态； (C)再加入未处理的氟化氢气体及杂质至饱和水溶液中，让部分未处理的杂质溶于水溶液及氢氟酸中，且不溶于饱和水溶液中的氟化氢便会离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体，同时不溶于水溶液及氢氟酸中的处理后的气态杂质也随处理后的氟化氢气体离开饱和水溶液； (D)处理后的氟化氢气体及气态杂质加入纯水中，处理后的氟化氢气体溶于纯水生成纯度提高的氢氟酸水溶液，而处理后的气态杂质不溶于纯水及纯度提高的氢氟酸中； (E)将纯度提高的氢氟酸水溶液取出。
2.如权利要求I所述的氢氟酸制造方法，其中，步骤(C)中所加入未处理的氟化氢若为气态，不溶于饱和水溶液中的氟化氢气体便会离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体。
3.如权利要求I所述的氢氟酸制造方法，其中，步骤(C)中所加入未处理的氟化氢若为液态，同时进行加热，不溶于饱和水溶液中的液态氟化氢便会吸热产生氟化氢气体且离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体。
全文摘要
一种氢氟酸制造方法，将未处理的氟化氢及其包含的未处理杂质持续加入水溶液中，使未处理的部分杂质溶于水溶液及未处理的氟化氢生成的氢氟酸中，直到水溶液中的氢氟酸饱和后，使不溶于饱和水溶液中的氟化氢离开饱和水溶液形成处理后的氟化氢气体，同时不溶于水溶液及氢氟酸中的处理后的气态杂质也随处理后的氟化氢气体离开饱和水溶液，并将处理后的氟化氢气体及气态杂质取出后加入纯水中来生成纯度提高的氢氟酸水溶液，而处理后的气态杂质不溶于纯水及纯度提高的氢氟酸中，便可得到纯度提高的氢氟酸水溶液，因制造步骤简单且仅用到水及氢氟酸吸收杂质，因而可达到提升生产速度、降低生产成本及生产符合电子级纯度需求的氢氟酸水溶液的目的。
文档编号C01B7/19GK102774813SQ201110129528
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者刘承霖, 李典 申请人:特力生有限公司