纯化柠檬酸的方法和系统与流程

1.本公开涉及纯化柠檬酸，更特定来说，本公开涉及使用多个过滤器移除金属。


背景技术：

2.柠檬酸可用于半导体加工期间的清洁。为适合此用途，柠檬酸必须足够纯净，具有低含量污染物，例如包含钙及镁的金属。
3.过滤器可用于移除污染物。然而，适合于移除金属污染物的滤膜可迅速负载到有效性降到低于可接受阈值的一点。此可导致频繁更换用于制备柠檬酸的过滤器，导致柠檬酸的处理成本高、组分浪费，及较慢处理以适应所需过滤器改变。


技术实现要素：

4.本公开涉及纯化柠檬酸，更特定来说，本公开涉及使用多个过滤器移除金属。
5.由本文中所描述的实施例的纯化柠檬酸允许即使在滤膜的负载增加时也产生足够纯柠檬酸，以提高有效性且减少纯化一定数量柠檬酸所需的过滤器数目。在柠檬酸由另一膜处理的同时，纯化可依允许滤膜被更换的顺序进行，以允许过程在不中断的情况下继续进行。
6.在实施例中，一种用于纯化柠檬酸的方法包含使用第一过滤器执行柠檬酸的第一过滤及执行第二过滤。在所述第一过滤之后，使用与所述第一过滤器分离的第二过滤器来对所述柠檬酸执行所述第二过滤。
7.在实施例中，所述第一过滤器及所述第二过滤器各自包含相同滤膜材料。
8.在实施例中，所述方法进一步包含选择具有相对较多陷留金属离子的过滤器用作所述第一过滤器及选择具有相对较少陷留金属离子的过滤器用作所述第二过滤器。在实施例中，所述方法进一步包含在所述第一过滤完成之后更换所述第一过滤器。
9.在实施例中，执行所述第一过滤包含使所述柠檬酸再循环通过包含所述第一过滤器的流体回路，持续近4小时。在实施例中，执行所述第二过滤包含使所述柠檬酸再循环通过包含所述第二过滤器的流体回路，持续近2.5小时。
10.在实施例中，所述柠檬酸是30％柠檬酸溶液。在实施例中，在所述第二过滤之后，所述柠檬酸包含小于十亿分之五(5ppb)的镁离子及小于10ppb的钙离子。
11.在实施例中，一种柠檬酸纯化系统包含：罐，其经配置以容纳柠檬酸溶液；第一过滤器，其经配置以从所述柠檬酸溶液移除金属离子；第二过滤器，其经配置以与所述第一过滤器并行从所述柠檬酸溶液移除金属离子；一或多个阀，其经配置以将流体流从所述罐导引到所述第一过滤器或所述第二过滤器中的一者；回流管线，其经配置以将所述流体从所述第一过滤器或所述第二过滤器中的所述一者输送到所述罐；及控制器。所述控制器经配置以控制所述一或多个阀，使得所述柠檬酸溶液首先循环通过所述第一过滤器或所述第二过滤器中的一者，持续第一预定时间量，且接着所述柠檬酸溶液循环通过所述第一过滤器或所述第二过滤器中的另一者，持续第二预定时间量。
12.在实施例中，所述柠檬酸纯化系统进一步包含连接到所述回流管线的含有出口阀的出口管线。
13.在实施例中，所述第一过滤器及所述第二过滤器各自包含相同膜材料。在实施例中，所述第一过滤器被包含于第一可更换滤芯中并且所述第二过滤器被包含于第二可更换滤芯中。
14.在实施例中，所述第一预定时间量为近4小时且所述第二预定时间量为近2.5小时。
15.在实施例中，所述控制器进一步经配置以基于所述第一过滤器及所述第二过滤器中的一或多者的负载来确定何时更换所述第一过滤器及所述第二过滤器中的所述一或多者。在实施例中，基于从所述第一过滤器及所述第二过滤器中的所述一或多者的最近更换以来所执行的纯化循环次数来确定所述第一过滤器及所述第二过滤器中的所述一或多者的所述负载。
附图说明
16.图1展示用于纯化柠檬酸的方法的流程图。
17.图2展示根据实施例的纯化系统的示意图。
具体实施方式
18.本公开涉及纯化柠檬酸，更特定来说，本公开涉及使用多个过滤器移除金属。
19.图1展示用于纯化柠檬酸的方法的流程图。在方法100中，在102获得柠檬酸源。使用第一阶段过滤104处理柠檬酸源。在104的第一阶段过滤之后，使用第二阶段过滤106处理柠檬酸源。在106的第二阶段过滤之后，在108输出纯化的柠檬酸。
20.在102获得柠檬酸溶液。例如，柠檬酸源可为30％食品级柠檬酸溶液。柠檬酸源可含有金属离子，例如镁、钙、铁及锌离子。当在102获得柠檬酸源时，可将其添加到处理系统的罐。柠檬酸溶液可为(例如)具有小于35％柠檬酸的浓度的柠檬酸溶液。
21.在104使用第一阶段过滤处理柠檬酸溶液。第一阶段过滤使用包含经配置以从柠檬酸溶液移除金属离子的膜的过滤器执行。第一过滤器可包含于可更换滤芯中。在实施例中，第一过滤器可为市售过滤器，例如可从entegris公司购买的plus lt过滤器。在104的第一阶段过滤可包含使柠檬酸溶液再循环通过第一过滤器达第一预定时间量。第一预定时间量可基于用作第一过滤器的选定过滤器及在102获得的柠檬酸溶液的性质。在实施例中，第一预定时间量可基于溶液的金属离子浓度。在实施例中，第一预定时间量可基于待处理柠檬酸溶液的体积。在实施例中，第一预定时间量在近半个小时与近四个小时之间。在实施例中，第一预定时间量为近四个小时。
22.在104的第一阶段过滤之后，在106使用第二阶段过滤处理柠檬酸溶液。在106使用与在104用于第一阶段过滤的第一过滤器分离的第二过滤器执行第二阶段过滤。第二过滤器也可为包含经配置以从柠檬酸溶液移除金属离子的膜的过滤器。在实施例中，第二过滤器使用与第一过滤器相同的膜材料。在实施例中，第二过滤器被包含于可更换滤芯中。在实施例中，第二过滤器是相同的市售过滤器，例如可从entegris公司购买的plus lt过滤器。第二阶段过滤可包含使柠檬酸溶液再循环通过第二过滤器，持续第二预定时间量。
第二预定时间量可基于例如选择用作第二过滤器的过滤器及在第一过滤104之后的柠檬酸溶液中金属离子的浓度。第二预定时间量可为与第一阶段过滤104的第一预定时间量不同的时间量。第二预定时间量可为比第一预定时间量短的时间量。在实施例中，第二预定时间量在近半个小时到近四个小时之间。在实施例中，第二预定时间量为近两个半小时。
23.在106的第二阶段过滤之后，在108输出纯化的柠檬酸。纯化的柠檬酸可具有足够低的金属离子含量，使得柠檬酸溶液适合用于半导体加工中，例如作为在此类工艺期间使用的清洁溶液或用于此类工艺中的工具。在实施例中，纯化的柠檬酸具有各自少于十亿分之十(10ppb)的钙离子及铁离子、各自少于5ppb的镁离子及铝离子以及少于1ppb的锌离子。在实施例中，纯化的柠檬酸可进一步过滤，例如使用一或多个颗粒移除过滤器过滤，以移除通过方法100移除的金属离子以外的颗粒物或其它污染物。
24.任选地，当重复实施所述方法时，在110可选择用于在104的第一阶段过滤及/或在106的第二阶段过滤的特定过滤器。在实施例中，与选择用于在106的第二阶段过滤的过滤器相比，选择用于第一阶段过滤的过滤器是相对较脏或较大负载的过滤器。过滤器的相对负载可例如基于已使用每一过滤器的方法100的迭代次数确定。在实施例中，从安装以来具有最大使用次数的过滤器被选择用作在104的第一阶段过滤的第一过滤器。从安装以来具有相对较少使用次数的过滤器可被选择用作第二阶段过滤106的第二过滤器。
25.任选地，遵循所述方法，在112可更换其中使用的一或多个过滤器。在112的过滤器更换可基于过滤器的有效性或负载。在实施例中，一或多个过滤器的更换可基于取自柠檬酸溶液的样本中的金属离子的含量来确定，例如在104的第一过滤或在106的第二过滤之后。在实施例中，一或多个过滤器的更换可基于由过滤器在方法100的先前迭代中已使用的过滤步骤的数目所测量的负载来确定。在实施例中，当过滤器已用作104的第一过滤的第一过滤器三次时，其可被更换。当过滤器被更换时，相对于在110的第一及第二阶段过滤的过滤器的选择，与已用于方法100的先前迭代的过滤器相比，在其位置的新过滤器成为相对较清洁、负载较少的过滤器。在实施例中，更换过滤器的时间可至少部分地基于使用过滤器处理的溶液体积。在实施例中，更换过滤器的时间可至少部分地基于使用方法100纯化的初始溶液中的离子浓度。
26.图2展示根据实施例的纯化系统的示意图。纯化系统200包含进料到罐206中的进口202，其中流动由进口阀204控制。过滤器管线208将罐206连接到第一过滤器212a及第二过滤器212b，其中流到每一过滤器212a及212b的流动由各别过滤器进口阀210a及210b控制。过滤器出口阀214a及214b控制分别从第一过滤器212a及第二过滤器212b流到过滤器输出管线216的流动。过滤器输出管线216可提供通过系统出口阀218进入出口220中的出口流。过滤器输出管线216可提供通过再循环阀222进入连接到罐206的再循环管线224中的再循环流。控制器226可控制纯化系统200的操作。
27.纯化系统200可为经配置以执行图1中所展示及上文所描述的第一过滤步骤104及第二过滤步骤106的系统。纯化系统200可用于纯化柠檬酸溶液以从柠檬酸溶液移除金属离子。
28.进口202允许将柠檬酸溶液提供到罐206。进口202可包含经配置以从源(例如含有柠檬酸溶液的另一容器)接收柠檬酸溶液的接口。进口阀204可沿连接到进口202的流体管线包含，以控制流入至罐206的流动，例如在正在纯化过程期间禁止流入到罐206中，且允许
在已从罐206移除纯化的柠檬酸溶液之后重新填充罐206。
29.罐206是经配置以容纳柠檬酸溶液的容器。罐206可包含适合于储存柠檬酸的任何材料。与柠檬酸接触的罐206的材料可抵抗腐蚀或与柠檬酸的其它反应，且不向柠檬酸溶液释放污染物或颗粒物。适合于储存柠檬酸的材料的非限制性实例包含高密度聚乙烯(hdpe)、聚(四氟乙烯)(ptfe)及全氟烷聚合物(pfa)。在实施例中，罐206包含允许从纯化系统200移除柠檬酸溶液的排放口。在实施例中，罐206包含经配置以允许在清洁过程之后从罐206排放水的排放管线及阀。
30.过滤器管线208将罐206连接到过滤器进口阀210a及210b。过滤器管线208包含接头，其中过滤器管线208分成若干分支，其中分支连接到过滤器进口阀210a且另一分支连接到过滤器进口阀210b。
31.第一过滤器进口阀210a及第二过滤器进口阀210b分别是经配置以控制从过滤器管线208到第一过滤器212a及第二过滤器212b的流动的阀。过滤器进口阀210a及210b中的每一者可为具有禁止流体通过的关闭位置及允许流体通过的打开位置的任何适合阀。在例如上述第一或第二过滤104或106的过滤期间，第一过滤器212a及第二过滤器212b中的一者处于打开位置，且另一者处于关闭位置，使得第一过滤器212a及第二过滤器212b中的一者基于纯化系统200是否执行第一或第二过滤步骤而从过滤器管线208接收柠檬酸溶液。在实施例中，当在使用纯化系统200执行纯化过程之前正在填充罐206时，可关闭第一过滤器进口阀210a及第二过滤器进口阀210b。
32.第一过滤器212a是从通过的柠檬酸溶液分离金属离子的过滤器。第一过滤器212a可为适合与柠檬酸一起使用而不被损坏或导致污染，且能够陷留包含至少钙及镁离子的金属离子的任何过滤器。第一过滤器212a可包含于可被调出的可更换滤芯中，例如当第一过滤器进口阀210a及第一过滤器出口阀214a关闭时，使得无到达第一过滤器212a的流动。第一过滤器212a可为(例如)可从entegris公司购买的一plus lt过滤器。
33.第二过滤器212b是与第一过滤器212a分离且并行的另一过滤器。第二过滤器212b可为适合与柠檬酸一起使用而不被损坏或导致污染，且能够陷留包含至少钙及镁离子的金属离子的任何过滤器。第二过滤器212b可包含于可被调出的可更换滤芯中，例如当第二过滤器进口阀210b及第二过滤器出口阀214b关闭时，使得无到达第二过滤器212b的流动。第二过滤器212b可为(例如)可从entegris公司购买的一plus lt过滤器。在实施例中，第二过滤器212b包含与第一过滤器212a相同的过滤器材料。在实施例中，第二过滤器212b是与第一过滤器212a相同类型的可更换滤芯。
34.第一过滤器出口阀214a及第二过滤器出口阀214b分别允许从第一过滤器212a及第二过滤器212b流入过滤器输出管线216中。过滤器出口阀214a及214b各自可为具有禁止流体通过的关闭位置及允许流体通过的打开位置的任何适合阀。第一过滤器出口阀214a及第二过滤器出口阀214b可分别关闭，以防止在其任一者或两者未使用时，流动进入第一过滤器212a及第二过滤器212b。例如，在例如104的第一过滤步骤期间，与正在使用的过滤器对应的过滤器出口阀214a及214b处于打开位置，且与未使用的过滤器对应的过滤器出口阀214a及214b处于关闭位置。在另一实例中，当罐206被清空时，与用于第二过滤过程的过滤器相关联的过滤器出口阀214a及214b中的一者可处于打开位置。
35.过滤器输出管线216是经配置以从过滤器出口阀214a及214b接收流体且将流体输
送到再循环阀222的流体管线。任选地，出口阀218可沿过滤器输出管线216包含，将过滤器输出管线216连接到出口220。出口阀218是具有禁止流体通过的关闭位置及允许流体通过的打开位置的阀。出口220可允许柠檬酸溶液从纯化系统200移除，例如移除用于测试的柠檬酸样本或在由纯化系统200执行的纯化过程完成时移除纯化的柠檬酸。
36.再循环阀222可为具有禁止流体通过的关闭位置及允许流体通过的打开位置的任何适合阀。在由纯化系统200执行的纯化程序的过滤步骤期间，再循环阀222可处于打开位置。例如，当纯化的柠檬酸溶液通过出口阀218及出口220离开纯化系统200时，再循环阀222可关闭。
37.再循环管线224是经配置以将流体从再循环阀222输送回到罐206的流体管线。流体通过再循环管线224回流允许流体随着时间再循环通过第一过滤器212a及第二过滤器212b中的一者，例如，如上文所描述，在104实施第一过滤并且在106实施第二过滤。在实施例中，流体通过再循环管线224回流到罐206可在由纯化系统200执行的纯化程序结束时将流体回流，使得可从罐206排出纯化的柠檬酸溶液。
38.可提供控制器226以控制纯化系统200的操作，例如通过控制过滤器进口阀210a及210b、过滤器出口阀214a及214b、出口阀218以及再循环阀222的操作。控制器226可操作地连接到那些阀，使得控制器226可将控制信号提供到那些阀。控制器226可经配置以导引纯化系统200实施上文所描述及图1中所展示的方法100。例如，控制器226可经配置以打开及关闭阀，使得第一过滤器212a及第二过滤器212b中的一者在适当过滤步骤，即第一过滤步骤104或第二过滤步骤106期间接收柠檬酸溶液。在实施例中，控制器226可基于第一过滤器212a或第二过滤器212b中的哪一者相对较脏或负载较大，来选择第一过滤器212a或第二过滤器212b中的一者在第一过滤104中使用。在实施例中，可基于使用所述过滤器的纯化程序的次数来确定过滤器脏度(dirtiness)/清洁度或负载。在实施例中，控制器226可追踪从第一过滤器212a或第二过滤器212b最近被更换以来纯化程序或所处理的批料的数目。在实施例中，此追踪的程序的数目可用于选择将第一过滤器212a及第二过滤器212b中的哪一者用于第一过滤104中，并将另一者用于第二过滤106中，如上文所描述。在实施例中，控制器226可进一步基于第一过滤器212a或第二过滤器212b中的至少一者的负载或移除有效性来确定何时更换过滤器。在实施例中，可使用移除有效性，基于在包含过滤器的过滤步骤之后柠檬酸溶液的样本中一或多个金属离子的测量值来确定何时更换所述过滤器。在实施例中，将一或多个金属离子的测量值与过滤器效能的阈值相比较。阈值可基于金属离子的可接受含量，以便使柠檬酸溶液适合用作半导体加工工具或半导体加工期间的清洁剂。在实施例中，可使用过滤器的负载，基于从过滤器安装以来纯化程序或由所述过滤器纯化的柠檬酸批料的数目来确定何时更换所述过滤器。在实施例中，将纯化程序的数目与阈值相比较，并且如果过滤器已使用了匹配或超过阈值的纯化程序数目，那么更换所述过滤器。阈值可基于重复的纯化程序中的移除有效性或过滤器负载的测量值来确定。在实施例中，阈值包含在三个纯化程序中使用过滤器。阈值可为随时间处理的溶液量及/或使用过滤器212a及212b处理的溶液的初始金属离子浓度。
39.根据实施例的纯化可显著提高过滤的有效性及过滤器的有效使用。在使用单个过滤器的典型柠檬酸的单级过滤中，在处理一批柠檬酸之后，过滤器的负载防止使用过滤器处理的后续批次满足相对于金属离子含量的纯度规格。相比而言，根据实施例的两级过滤
允许在需要更换过滤器之前处理至少三批次。两级过滤中使用的过滤器达成更高负载，增加各过滤器可从柠檬酸溶液吸收的金属离子量，且因此增加需要更换之前可处理的溶液量。此可显著降低每处理的柠檬酸量的过滤器消耗。此外，可通过在第一阶段过滤中使用相对较脏过滤器，且在更换一过滤器时仅更换相对较脏过滤器来增加优点。所得柠檬酸是电子级柠檬酸，符合此柠檬酸的要求及规格，包含具有小于10ppb的许多金属离子(例如钙离子及铁离子)，其中一些金属离子的含量仅小于5ppb，例如镁离子及铝离子。
40.方面：
41.应了解，方面1到8中任一方面可与方面9到15中任一方面组合。
42.方面1.一种用于纯化柠檬酸的方法，其包括：
43.使用第一过滤器执行柠檬酸的第一过滤；及
44.使用与所述第一过滤器分离的第二过滤器执行第二过滤，所述第二过滤在所述第一过滤之后对所述柠檬酸执行。
45.方面2.根据方面1所述的方法，其中所述第一过滤器及所述第二过滤器各自包含相同滤膜材料。
46.方面3.根据方面2所述的方法，其进一步包括选择具有相对较多陷留金属离子的过滤器用作所述第一过滤器及选择具有相对较少陷留金属离子的过滤器用作所述第二过滤器。
47.方面4.根据方面3所述的方法，其进一步包括在所述第一过滤完成之后更换所述第一过滤器。
48.方面5.根据方面1到4中任一方面所述的方法，其中所述第一过滤的执行包含使所述柠檬酸再循环通过包含所述第一过滤器的流体回路，持续近4小时。
49.方面6.根据方面1到5中任一方面所述的方法，其中所述第二过滤的执行包含使所述柠檬酸再循环通过包含所述第二过滤器的流体回路，持续近2.5小时。
50.方面7.根据方面1到6中任一方面所述的方法，其中所述柠檬酸是30％柠檬酸溶液。
51.方面8.根据方面1到7中任一方面所述的方法，其中在所述第二过滤之后，所述柠檬酸包含小于十亿分之五(5ppb)的镁离子及小于10ppb的钙离子。
52.方面9.一种柠檬酸纯化系统，其包括：
53.罐，其经配置以容纳柠檬酸溶液；
54.第一过滤器，其经配置以从所述柠檬酸溶液移除金属离子；
55.第二过滤器，其经配置以与所述第一过滤器并行从所述柠檬酸溶液移除金属离子；
56.一或多个阀，其经配置以将流体流从所述罐导引到所述第一过滤器或所述第二过滤器中的一者；
57.回流管线，其经配置以将所述流体从所述第一过滤器或所述第二过滤器中的所述一者输送到所述罐；及
58.控制器，其经配置以控制所述一或多个阀，使得所述柠檬酸溶液首先循环通过所述第一过滤器或所述第二过滤器中的一者，持续第一预定时间量，并且接着所述柠檬酸溶液循环通过所述第一过滤器或所述第二过滤器中的另一者，持续第二预定时间量。
59.方面10.根据方面9所述的柠檬酸纯化系统，其进一步包括连接到所述回流管线的出口管线，所述出口管线包含出口阀。
60.方面11.根据方面9到10中任一方面所述的柠檬酸纯化系统，其中所述第一过滤器及所述第二过滤器各自包含相同膜材料。
61.方面12.根据方面9到11中任一方面所述的柠檬酸纯化系统，其中所述第一过滤器被包含于第一可更换滤芯中并且所述第二过滤器被包含于第二可更换滤芯中。
62.方面13.根据方面9到12中任一方面所述的柠檬酸纯化系统，其中所述第一预定时间量为近4小时并且所述第二预定时间量为近2.5小时。
63.方面14.根据方面9到13中任一方面所述的柠檬酸纯化系统，其中所述控制器进一步经配置以基于所述第一过滤器及所述第二过滤器中的一或多者的负载来确定何时更换所述第一过滤器及所述第二过滤器中的所述一或多者。
64.方面15.根据方面14所述的柠檬酸纯化系统，其中所述第一过滤器及所述第二过滤器中的所述一或多者的所述负载是基于从所述第一过滤器及所述第二过滤器中的所述一或多者的最近更换以来所执行的纯化循环的次数确定。
65.本技术案中所公开的实例在所有方面将被视为说明性而非限制性。本发明的范围由所附权利要求书而非由以上描述来指示；且权利要求书的等效含义及范围内的所有变化希望包含于其中。