现场超高纯度化学品或气体的纯化的制作方法

现场超高纯度化学品或气体的纯化的制作方法
【专利摘要】提供了一种现场纯化设备/系统，在0%至100%的现场设备调节比内向制备过程递送高和超高纯度产品，例如工艺化学品、工业和特种气体，同时将所供应物质的预先确定的纯度保持在预定的规格范围内。通过将产品重新引回现场纯化设备/系统中来实现保持纯化装置/单元中的至少一个中的液体/蒸气比，以确保产品纯度范围保持不变。
【专利说明】现场超高纯度化学品或气体的纯化
[0001]发明背景
[0002]本发明一般而言涉及供应高纯度(HP)和超高纯度(UHP)化学品、工业和特种气体的现场纯化设备。
[0003]在半导体制造工业中，在制造过程中每个阶段的主要担忧之一是污染物。引入到制造过程中的污染物可能大大改变最终产品特性。因此，为了去除污染，可能会停止和关闭生产线。这会导致:首先，显著量的已经制造的电子设备的不合格，以及其次，它可能会使生产陷于一段时间的停顿。这两种情况都会转为电子设备生产工厂收入的大量损失。这就是为什么从电子设备生产过程中的每个初始步骤解决生产线污染问题是重要的。
[0004]许多公开出版物涉及化学品和特种气体的现场纯化设备以及供应。一些公开出版物涉及更好地混合化学品，例如US6616014、EP1127658、US6923568、EP1305107和US6200414B1中所述。提供了不同的系统和方法来最小化电子设备制造过程中递送和使用的化学溶液的组成变化。此外，例如，US6200414B1提供了用于控制晶片蚀刻过程中使用的化学品的温度和压力的系统和方法。该专利建议当工具在更换晶片时，通过旁路对化学品进行连续再循环，并且应当停止化学品的流动。所述的系统被设计成具有高的调节比。另一方面，所建议的系统利用可重复使用并且可以一再地重新收集在主化学罐中的化学溶液。可能需要对返回的溶液进行少量的清洁，但没有讨论大量纯化设备和系统。
[0005]其他公开出版物涉及化学品和气体的纯化。
[0006]例如，US7371313专利提供了氨纯化的发明。在氨生产设备上生产氨流并且按照纯化步骤的顺序直至它达到所需的纯度水平。所有纯化步骤可以是分开的或彼此结合来在纯化过程结束时处理所需的UHP产品纯度。所述系统针对恒流的粗氨流进行工作，并且就最终产品纯度的保持而言，具有有限的调节比。
[0007]US2007007879A中提供了另一种系统。该系统基于产品液体级分的蒸发并向使用点递送产品蒸气级分，给使用点供应纯化的产品。该系统利用一步纯化阶段，并且当液体级分已经是UHP水平时适用于UHP递送，并且只需要避免可能的浓缩的重质杂质(如，重质烃)意外递送至制造过程中。这样的系统更适于从运输单元(如，ISO模块、气缸等)递送产品。现场纯化系统最可能使用持久性纯化单元，如吸附床和蒸馏塔，来纯化粗产品流。
[0008]EP0949470和US6032483建议了用于将纯化的液体化学品的蒸气流递送至使用点的系统。该系统建议彼此连接的多个塔，其中一种布置是下一个(第二个)塔从前一个塔接收重质液体级分用于进一步产品纯化。如TW306021中所述，通过从液体HCl储罐抽取HCl蒸气，并且在低PH含水洗涤器中洗涤滤过的蒸气，从而在现场制备用于半导体制造过程中的UHP HCl0在进入将其供应给制造过程的线路之前，使蒸气流通过洗涤器。
[0009]专利US2002128148A1描述了一种用于纯化流体氨或净化流体氨的系统。该系统由多个积聚污染物的吸附床组成。一部分氨流分解成氢和氮，并且将氢用于再生吸附剂。所述系统没有使人们基于制造过程需求来调节系统改变生产，而是在系统具有许多这样的床时关闭多个吸附床。假如系统仅有一个床时保持设定产品纯度范围，则系统的调节比可能不会在宽范围中变化。此外，一部分产品用于床的净化，这使得系统效率不高。
[0010]US6372022B1描述了一种基于离子型净化器来纯化和生产UHP化学品的方法和设备。该发明建议了纯化和生产用于制造过程中的UHP化学品流的连续过程，并且从产品流中除去携带污染物的污染水流。该系统获得产品的连续递送，并没有解决系统调节比的问题。
[0011]US6395064和WOO145819提供了一种用于将气体蒸发和纯化至用于半导体制造过程中的UHP水平的系统。将纯化的气体运送至缓冲罐，然后运送至制造过程的使用点。
[0012]US7297181和W006005990介绍了一种用于氨纯化的系统，其中该系统使用不同的氨纯化手段，如吸附和蒸馏，以纯化氨。该系统还建议了装备有蒸发器的纯化产品存储罐，所述蒸发器用于蒸发液体产品并将其供应给需要的使用点。通常，一旦存储罐满了并且不再需要产品，系统必须停止UHP氨生产，因为没有地方来放置产品。通常，系统的重启涉及产品纯度的急骤变化(spike)，这对于半导体制造过程可能是不可接受的。因此，该产品部分，以及最重要的重启产品供应时间，对于最终用户可能是不适当的。
[0013]一些公开出版物涉及提供自动化的适当控制的控制系统来获得所需产品纯度。例如，CN2011006332中建议了一种用于蒸馏塔的控制系统。该系统利用智能检查机DCS系统和现场车，其中检查机从DCS实时数据库获得历史过程数据并且针对蒸馏塔中的液体/蒸气(L/V)比来控制输出值。因此，所述L/V比受到控制并且恒定地变化，以维持和确保通过系统动态控制的高纯度稳定运行。同时，应当注意到如果蒸馏塔中的流速低于最小阈值，纯度范围可能改变。
[0014]然而，那些教导通常没有提供符合期望的系统，如同时存在的高调节比和供应物质纯度的一致范围。
[0015]因此，对可以在预定纯度范围内同时以可变产品流速递送HP和UHP产品的现场纯化设备(或系统；设备和系统可以互换)和方法存在显著的需求。也就是说，需要能将这两种期望，即以预定的一致纯度范围递送纯化的产品和高的现场纯化设备调节比，相结合的现场纯化系统和方法。


【发明内容】

[0016]本发明提供了一种现场纯化设备，其供应预定纯度范围内的纯化化学品、工业和特种气体，同时满足对纯化产品在其最大设计生产能力的0%至100%之间的突然需求变化。
[0017]在一个方面，本发明提供了一种现场纯化系统，其包括:
[0018]I)包括待纯化化学品或气体的进料流；
[0019]2)至少两个用于接收和纯化所述进料流的纯化单元；
[0020]3)至少一个从所述纯化单元流出的纯化流；
[0021]4)用于接收所述至少一个纯化流的自动化的流控制系统；其中所述自动化的流控制系统包括:输出产品接点(junction)和反馈接点；
[0022]5)至少一个从所述至少一个自动化的流控制系统流出的产品流；和
[0023]6)至少一个从所述自动化的流控制系统流出并流入所述至少两个纯化单元中的至少一个中的反馈流。
[0024]在另一个方面，本发明提供了一种纯化化学品或气体的方法，包括以下步骤:
[0025]提供含有所述化学品或气体的进料流；
[0026]提供现场纯化系统，所述现场纯化系统包括:
[0027]I)至少两个纯化单元；和
[0028]2)自动化的流控制系统，所述自动化的流控制系统包括:输出产品接点和反馈接占.
[0029]使所述进料流流过所述至少两个纯化单元，以从所述至少两个纯化单元中的最后纯化的单元中提供纯化流；和
[0030]将所述纯化流送至所述自动化的流控制系统，以根据产品需求将所述纯化流分成输出产品流和反馈流；
[0031]其中所述输出产品流维持预定的纯度范围，同时所述产品需求在预定的最大生产能力的0%至100%之间变化。
[0032]在又一个方面，本发明提供了一种现场纯化NH3的方法，包括以下步骤:
[0033]提供含有NH3的进料流；
[0034]提供现场纯化系统，所述现场纯化系统包括:
[0035]I)至少两个蒸馏塔；
[0036]2)自动化的流控制系统，所述自动化的流控制系统包括:输出产品接点和反馈接占.
[0037]3)每个蒸馏塔的至少一个排气出口，以除去挥发性杂质；和
[0038]4)每个蒸懼塔的至少一个排泄出口(purge outlet),以除去重质杂质。
[0039]使所述进料流流过所述至少两个蒸馏塔，以从所述至少两个蒸馏塔的最后蒸馏塔中提供纯化流；和
[0040]将所述纯化流递送至所述自动化的流控制系统，以根据产品需求将所述纯化流分成输出产品流和反馈流；
[0041]其中所述输出产品流维持预定的纯度范围，同时所述产品需求在预定的最大生产能力的0%至100%之间变化。
[0042]所述化学品或气体选自NH3、HCUCl2, NF3> 02、N2, CO2、及其组合。
[0043]所述纯化单元独立地选自过滤器、吸收床、蒸馏塔、冷凝器、蒸发器和膜。
[0044]当纯化的流含有液体和蒸气时，产品流和反馈流可以独立地含有液体、蒸气或其组合。将反馈流送回至少所述的最后纯化单元，以保持固定的液体与蒸气比，用于维持输出产品流的纯度范围，同时产品需求在预定的最大生产能力的0%至100%之间变化。

【专利附图】

【附图说明】
[0045]附图构成本说明书的一个实质性部分，其中:
[0046]图1描绘了根据本发明使用的现场纯化系统/设备的一个实施方式的流程图。
[0047]图2描绘了根据本发明使用的现场纯化系统/设备的另一个实施方式的流程图。

【具体实施方式】
[0048]本发明描述了现场纯化设备/系统和用于将纯化物质现场递送给制造过程的方法。现场纯化设备提供0%至100%的调节比，同时将供应物质的预先确定的纯度保持在预定的规范范围内。
[0049]现场纯化设备调节比是任何给定时间的生产流与最大设计生产流的比。设备调节比通常表示为在O至I之间变化的最大设计生产流的分数或在0%至100%之间变化的最大设计生产流的百分比。
[0050]本文中提及的物质可以包括但不限于高纯度和超高纯度、工艺化学品、工业和特种气体等。化学品和气体可以包括但不限于，例如，NH3、HCl、Cl2、NF3、O2、N2、CO2等。
[0051]预定的纯度指的是由例如生产或制造设备所有者以所有相关细节限定的纯度。
[0052]要理解预先确定的纯度限定了纯度范围。纯度范围是所供应物质的可允许纯度变化。纯度范围限定了如果纯度处于预先确定的纯度范围内，则供应的物质将被制造过程接纳，或者如果测试时发现它们的纯度在预先确定的纯度范围外，则将被拒绝用于所述制造过程中。因此，在计算的平均产品纯度在所要求和指定的产品纯度范围内时，可以引入平均供应产品纯度。可以认为供应物质的纯度范围为从指定的平均产品纯度的可容许纯度偏离。
[0053]现场纯化设备的目的是以预先确定的所述产品纯度范围或预先确定的平均产品纯度将产品递送至制造过程或多个过程，例如，递送至半导体制造设备中的制造过程。
[0054]任何产品递送模式都是可接受的。优选地，以连续的方式生产产品并递送至使用点。在此要理解对于供应的纯化产品量的需求可以从预先确定的最大量变化至预先确定的最小量，乃至根本没有产品供应，反之亦然。在此还要理解制造过程对产品供应的要求可能在没有任何特定预设的时间表的情况下突然变化，也就是说，可能会应紧急通知或者甚至根本没有任何通知而进行变化。
[0055]因此，现场纯化设备生产能力应当包括以下方面:在制造过程需要时立即供应产品；将供应产品纯度维持在预先确定的纯度范围内，同时所需的产品量可以改变；产品递送可以在制造过程需要时从例如0%产品供应立即增加至其最大的100%产品供应；设备还能够根据最终用户的需求，将产品供应从最大值的100%降至0%。还重要的是认识到可能没有具体的产品需求时间表存在，并且产品供应需求可能偶发地进行改变。
[0056]现场纯化设备可以含有几个主要元件，以提供上述能力。
[0057]图1描绘了根据本发明使用的现场纯化设备/系统的一个实施方式的流程图。
[0058]在另一种布置中，两个纯化单元#1和#2可以以它们可共用同一液体收集器的方式来装配在现场纯化设备内。因此，将每个纯化单元中向下流的液体收集在作为共用单元的同一液体收集器的同一液体槽中。
[0059]图2描绘了根据该实施方式使用的现场纯化设备/系统的流程图。
[0060]图1具有两个纯化装置或纯化单元(纯化装置和纯化单元可互换)#1和#2’并且各自具有自己的液体收集器:#1和#2。图2也具有两个纯化单元#1和#2，但两个纯化单元共用同一液体收集器(图2中显示为共用的液体收集器)。
[0061]如图1和2中所示，两幅图中的主要要素具有相同的功能。
[0062]要素之一是进料流I。进料流的来源可以来自粗产品存储、直接来自生产设备、工业使用、任何其他来源，或其任意组合，其中需要对所述流进行纯化。
[0063]典型的进料流或粗产品可以限定为例如工业级纯度产品，并且可以表征为例如95%-98%或更低的纯度。产品纯度>99.9%将认为是超高纯度(UHP)产品。HP纯度范围的实例将是99.5%至99.9%ο UHP范围将是99.91%至99.99%或更高。
[0064]现场纯化设备的两个其他要素是纯化单元。进入的进料流在纯化单元#1和#2中纯化。
[0065]纯化单元可以包括但不限于过滤器、吸附床、吸收床、蒸馏塔、冷凝器、蒸发器、膜，或其组合。可以将多种纯化单元(超过两种)排列在一起，形成组合的现场纯化系统。这样的系统可以用于从进入的进料流获得所需的产品纯化水平。简单的杂质清洗(impuritypurge)系统也可以被视为纯化单元,其被称为冲刷纯化(flush purification)。其可以单独使用或与其他纯化单元例如利用蒸馏或蒸发工艺的单元组合使用。
[0066]例如，图1和2中的纯化单元中的至少一个可以是蒸馏塔。在一个实施例中，图2中的两个纯化单元都可以是蒸馏塔。
[0067]排气可以帮助从产品流中除去挥发性杂质，例如，除去轻质烃。图1和2中所示的排气流2和2a分别与纯化单元#1和#2组合运行，用于除去挥发性杂质。
[0068]液体级分的排泄、液体提取或排出，也可以认为是纯化单元的一部分。例如，从蒸馏塔或冷凝器的底部进行液体提取可以除去非挥发性杂质，例如，重质烃。图1中所示的排泄流3和5，以及图2中的流3，均用于液体提取。
[0069]排气和液体提取可能都是为获得所需的广品纯度而必需的。
[0070]一旦粗产品流被纯化并且纯化水平满足预定的产品规格标准，则粗产品流变成一个或多个产品流。
[0071]现场纯化设备安装有自动化的流分配控制系统(CS)。自动化的流控制系统CS可以包括产品收集和产品返回接点，或输出产品接点和反馈接点。CS根据产品需求将纯化流分成输出产品流和反馈流。
[0072]这些接点用于运送输出产品流至产品线:蒸气6 (蒸气)、7 (液体)和随后的分别通向存储和可运输容器补给站11和12的线，并且通过流8、9和10将纯化流返回至现场纯化设备中。
[0073]CS的主要作用是在任何时间点相对于制造过程或生产线所需要的产品流来自动化地控制流入现场纯化设备中的反馈流。CS还控制在任选的存储设备中补充产品和/或将产品运送到产品补给站所需要的流，如图1和2中的11和12所示。
[0074]如果纯度没有达到预定水平，例如，99.99%，CS将会把纯化流送回纯化单元，以进一步纯化。如果纯度达到预定水平，CS将根据任何时间点制造过程所需要的流来确定纯化流至产品流(或多个产品流)和反馈流(或多个反馈流)的分配。
[0075]因此，自动化的流分配控制系统CS具有几个目的:接收来自最后纯化单元#2的纯化流P ;确定纯化流P的纯化水平；将纯化流分成蒸气和液体；提供产品蒸气流6和液体流7以及随后的11和12 ;提供反馈(再循环)流8、9和10 ;控制产品流流速，控制反馈流流速；维持产品流的纯度范围。SC的目的及其作用应当不限于上述实例。
[0076]如图1和2中所不，蒸气广品与流6相关,而液体广品与流7相关。广品流随后被经由例如管路递送至客户工艺。连接现场纯化设备出口与通向制造过程的管路的导管也可以认为是现场纯化设备的要素。
[0077]在产品进入制造过程例如，在半导体制造设备内之前，还可以再次检查产品纯度。这样的附加检查可能是必需的，以更加确保产品在所有时间始终处于预定纯度范围内并且产品供应线不被污染。在这些点的产品纯度检查系统可以认为或不认为是现场纯化设备控制系统的要素或部分。
[0078]产品可以作为液体、作为蒸气或两者引入到连接现场纯化设备并且通向制造过程的产品递送线中。产品递送可以通过单个或多个产品递送线来进行。实际上，在两种级分都需要递送至制造过程中的情况下，用于递送蒸气和液体级分的线可以在现场纯化设备中分开。
[0079]当液体级分是仅有的级分时，液体可以递送至制造输入线。该线可以分成几条线，将产品引入几个不同的制造过程。这些过程可以位于相同的半导体制造设备中，或甚至在彼此非常接近的不同制造设备中。如果在一个或多个制造过程中需要蒸气级分，则可以在一个或多个液体递送线中使用汽化系统。该方法可以帮助减小产品递送线尺寸。通常可能需要液体递送线具有良好的隔热。
[0080]另一方面，蒸气递送线可以是唯一从现场纯化设备至制造过程中的线。在半导体制造过程中不使用液体产品级分的情况下，这可能是优选的产品递送方式。在这种情况下，递送线可以不需要如液体线那样彻底隔热，但是其可能与液体递送线相比在尺寸上明显更大。通常，经济分析和制造设备需求规定了现场纯化设备递送线和递送产品状态的规格。
[0081]如上所述，产品纯化单元可以是不同的，例如，吸附床、蒸馏塔等。可以基于预先确定的产品纯度规格和需要纯化的物质来选择纯化单元或其组合。通常，可以使用一个蒸馏塔或多个蒸馏塔来将至少一部分产品进料流纯化为与制造过程相适应的令人满意的产品纯度水平。与这种纯化技术相关的典型问题是现场纯化设备调节比。产品需求可能是偶发性的，即，可能没有明确限定的产品需求周期或时间表。实际上，产品需求可以从例如100%纯化产品流速(即，现场设备的最大生产供应能力)显著变化至所述现场设备最大纯化产品供应能力的一小部分。相反也是如此。需求可能从处于非常小的水平或甚至从根本没有供应增长至最大需求并返回任何产品供应水平。这可能在不可预测的短时间段内发生，并且可能取决于与半导体设备生产相关的环境。
[0082]当蒸馏塔以优选生产状况运行时，可以产生具有预定纯度的产品。可以允许相对小规1旲下调的广品生广，例如，闻达80%的最大设计生广能力，但不能与其差太多。更闻的蒸馏塔生产的下调可能导致产品纯度的一些显著变化，这对于最终用户可能是不可接受的。此外，当蒸馏塔运行必须停止并且再次重启时，产品纯度可能在预先确定的规格范围夕卜，如在长时间不存在对纯化产品的需求时，可能会发生这种情况。通常，需要一些时间使蒸馏塔恢复到可以获得预先确定的产品纯度并且产品被最终用户再次接受的阶段。
[0083]在此需要说明液体与蒸气比(下文中称为L/V比)通常在塔生产速率改变时在蒸馏塔内部变化。L/V比可以用作所获得的产品纯度水平的间接指示或判断。因此，在所有时间将蒸馏塔内部的L/V比维持在相同水平有助于在使用蒸馏纯化单元时实现从现场纯化设备递送的产品纯度的稳定性。
[0084]当不能选择对现场纯化设备完全停机时，从纯化设备排出过量产品的普通方法可以用于维持产品纯度。一种或两种产品级分，即，液体或蒸气级分，可以用于过量产品排出。该方法可能需要额外设备和工艺来处理排出的过量产品。例如，如果所述产品归类为有毒的，那么尤其需要所排出过量产品的洗涤系统。这导致产品损耗以及潜在地增加现场纯化设备和产品成本。
[0085]本发明公开了一种可以保持蒸馏塔中L/V比的现场纯化设备(系统)，并且因此确保递送的产品处于预先确定的产品纯度范围内，而不排除不需要的产品。
[0086]假设现场纯化系统由两个纯化单元组成，并且其中至少一个是蒸馏塔。蒸馏塔在所有时间以恒定L/V比运行，即使在流向用户的产品流大幅地改变或完全停止时也是如此。
[0087]实际上，如图1和2中所示，至少一部分产品可以返回纯化单元。在示例性实施方式中，产品可以经由线9返回液体收集器中。液体收集器#2是纯化单元#2的一部分，在该实例中，所述纯化单元#2可以是蒸馏塔。这样，可以在所有时间维持蒸馏塔内的恒定流速，而不管产品递送线6和/或7上的产品需求。
[0088]在此理解，返回至纯化单元的产品流流速可以改变，S卩，可以根据来自制造过程的产品需求，提高或降低返回的产品流流速。在此还理解，以递送至制造过程和返回至纯化设备的产品流速的总和计算的总产品流速在所有时间保持恒定。例如，如果递送至制造过程的流例如流6和/或7占最大塔生产能力的40%，那么返回现场设备的流、例如流8和/或9和/或10占最大柱生产能力的60%。随着制造过程的产品需求变化，返回现场纯化设备的流相应地变化。因此，从最终用户的观点看，现场纯化设备的调节比可以在任何时间点在0%至100%之间变化。从现场纯化设备观点看，总产品生产速率在任何时间点保持恒定，并且因此，L/V比在至少一个蒸馏塔内保持恒定。后者确保了在预先确定的纯度范围内产品的生产。
[0089]图2中的布置可以获得更好的效果，因为该实施方式对维持至少一个蒸馏塔内的恒定L/V比的控制更加容易。这种共用冷凝器的构思还可以消除来自至少一个蒸馏塔例如来自第一个或第二个蒸馏塔的排出流。
[0090]自动化的流分配控制系统(CS)用于在任何时间点相对于制造过程所需要的流自动化地控制返回现场纯化设备的流。在例如不存在来自最终用户的产品需求、存储设备完全装满和产品补给站不存在需求的情况下，100%产品可以返回至现场纯化设备中。在另一个实例中，可以以任何比例在四条线，例如递送线、产品返回线、产品补给站线和产品储存补充线之间分配全部的现场纯化设备生产能力。后者优选自动完成。
[0091]此外，由于产品被返回至纯化单元，因此可以实质上消除产品损耗。实际上，不需要为了维持现场纯化设备设计的生产速率而排出过量产品。因此，没有一个产品流，即，蒸气和/或液体流，应当从现场纯化设备取出并运送到废物处理设备例如在产品被视为有毒的情况下的洗涤器中。
[0092]现场纯化设备构思不仅允许设备在0%至100%调节比内运行，而且不需要与处理过量产品去除相关的产品损耗和额外的废物处理系统。
[0093]不应当混淆杂质排出流和过量产品排出流之间的明显区别。
[0094]第一种流与进料流的纯化相关并且必需纯化所述进料流以生产产品流。这种特定流可以是蒸气和/或液体，并且将不从现场纯化设备纯化过程中去除。对于杂质排出流将需要废物处理。
[0095]另一种流，即，过量产品去除流，与从现场纯化设备去除实际纯化的产品和将该流作为废物流处理相关。在提出的本发明中，纯化的产品过量流将不作为废物流去除，而是将返回纯化设备中。
[0096]因此，与过量产品排出相关的废物处理系统应当从现场纯化设备纯化过程中去除，仅保留与杂质排出流相关的显著减少的废物处理系统。提出的本发明将有助于实现更经济的产品生产和供应。
[0097]如之前讨论的，从最终用户的观点看，现场纯化设备的调节比可能需要在大范围内变化，例如，从100%产品递送流速(B卩，最大设计产品生产速率)到没有产品递送流速。产品可以根据需要被重新引回现场纯化系统中，如图1和2中所示。这将有助于维持例如现场设备的最后蒸馏塔中的L/V比。
[0098]重要的是注意到对于蒸气和液体流二者都可以完成产品返回。液体流返回9可以被直接引入液体收集器中，该液体收集器可以被例如两个蒸馏塔共用(如图2中)。蒸气流8和/或10可以被引入到液体收集器之上的蒸馏塔中的任何部分。此外，蒸气流可以被引入液体收集器中。一些蒸气流制备可能需要这么做。蒸气流返回也可以分开并且被重新引入不同的纯化单元中，如图2中的线9和10所示。此外，这些流9和10可以被引入到那些不同蒸馏单元#1和#2的不同部分中，如图2中所示。因此，在不被制造过程需要时，产品的任何部分可以被重新引回纯化系统中。被重新引回的产品部分随着制造过程的产品需求变化而减少或增加。在示例性实施方式之一中，可以首先将产品蒸气流冷凝，随后返回至产品液体收集器中。
[0099]图1或2中都示出的现场纯化设备允许产品供应的大幅变化，即，供应给最终用户0%至100%之间的产品流，而不损害产品质量和预先确定的平均产品纯度。换句话说，在给最终用户的产品供应可能大幅变化时，产品纯度的偏差将始终处于预先确定的产品纯度范围内。尤其重要的是注意到本发明允许在将HP或UHP产品递送给最终用户过程中的瞬时变化。这种产品递送中的瞬时变化可以在没有与现场设备处的产品生产相关的任何延迟的情况下发生。此外，没有与来自现场设备的产品需求的变化相关的产品损耗。产品损耗可以被最小化，并且因此，可以提高整体纯化系统的效率。最终这将转化成更廉价的HP或UHP
口广BH ο
[0100]附图中所示的产品收集站可以战略性地布置在不同半导体制造线或工艺附近。产品收集站可以包括临时性或永久性产品保存容器，其可以用作临时性或永久性工艺产品存储设备。所述存储设备可以用于简单的产品储存或如果需要用于减轻高峰产品消耗。实际上，可以设计整体现场纯化设备来进行小于可能的最大产品消耗速率的最大化生产。当制造过程需要临时性高产品消耗或所谓的高峰产品需求时，存储设备可以开始起作用。在这些高峰产品需求期间可以使用所述存储设备，以帮助满足临时性最大产品流进入制造过程中的需求。一旦产品消耗变回正常，存储量可以经由附图中所示的线11来补充。
[0101]现场纯化系统还可以起到双重作用，不仅供应指定的最终用户，而且还作为用于补给便携式容器的站点。这可能是对于现场纯化设备的合宜期望，尤其是在将它相对于其他可能的产品用户战略性地有利放置的情况下。可以以在现场最终用户减少产品需求期间经由线12重新补给可运输容器的方式来设计补给站。如果现场产品最终用户可以提出暂定的产品需求时间表，这可能尤为便利。在该情况下，可以优化和设计纯化现场纯化设备，以根据需要满足上述所有能力。
[0102]以上列出的本发明的实施方式是可以由本发明形成的多种实施方式的示例。预期可以使用多种其他的工艺构造，方法中所用的材料也可以选自除具体公开的那些以外的多种材料。
【权利要求】
1.一种现场纯化系统，其包括: 1)包括待纯化化学品或气体的进料流； 2)至少两个用于接收和纯化所述进料流的纯化单元； 3)至少一个从所述纯化单元流出的纯化流； 4)用于接收所述至少一个纯化流的自动化的流控制系统；其中所述所述自动化的流控制系统包括:输出产品接点和反馈接点； 5)至少一个从所述自动化的流控制系统流出的产品流；和 6)至少一个从所述自动化的 流控制系统流出并流入所述至少两个纯化单元中的至少一个中的反馈流。
2.权利要求1的现场纯化系统，其进一步包括: 7)针对所述至少两个纯化单元中的每一个的至少一个排气出口，以除去挥发性杂质；和 8)针对所述至少两个纯化单元中的每一个的至少一个排泄出口，以除去重质杂质。
3.前述权利要求任一项的现场纯化系统，其中所述待纯化化学品或气体选自NH3、HC1、Cl2, NF3> 02、N2、CO2、及其组合；优选 NH3O
4.前述权利要求任一项的现场纯化系统，其中所述至少两个纯化单元中的每一个独立地选自过滤器、吸收床、蒸馏塔、冷凝器、蒸发器和膜；优选其中所述至少两个纯化单元中的一个是蒸馏塔，或所述至少两个纯化单元中的两个是共用同一液体收集器的蒸馏塔。
5.一种现场纯化化学品或气体的方法，其包括以下步骤: 提供含有所述化学品或气体的进料流； 提供现场纯化系统，所述现场纯化系统包括: 1)至少两个纯化单元；和 2)自动化的流控制系统，所述自动化的流控制系统包括:输出产品接点和反馈接点； 使所述进料流流过所述至少两个纯化单元，以从所述至少两个纯化单元中的最后纯化的单元中提供纯化流；和 将所述纯化流送至所述自动化的流控制系统，以根据产品需求将所述纯化流分成输出产品流和反馈流； 其中所述输出产品流维持预定的纯度范围，同时所述产品需求在预定的最大生产能力的0%至100%之间变化。
6.权利要求5的方法，其中所述现场纯化系统进一步包括: 3)针对每个纯化单元的至少一个排气出口，以除去挥发性杂质；和 4)针对每个纯化单元的至少一个排泄出口，以除去重质杂质。
7.权利要求5或6的方法，其中所述化学品或气体选自NH3>HCl、Cl2, NF3> 02、N2、CO2,及其组合；优选NH3。
8.权利要求5-7任一项的方法，其中所述至少两个纯化单元中的每一个独立地选自过滤器、吸收床、蒸馏塔、冷凝器、蒸发器和膜；优选其中所述至少两个纯化单元中的一个是蒸馏塔，或所述至少两个纯化单元中的两个是共用同一液体收集器的蒸馏塔。
9.权利要求5-8任一项的方法，其中将所述反馈流送回所述至少两个纯化单元中的最后纯化单元中。
10.权利要求5-9任一项的方法，其中所述纯化流含有液体和蒸气。
11.权利要求5-10任一项的方法，其中所述产品流和所述反馈流独立地含有液体、蒸气、及其组合。
12.权利要求5-11任一项的方法，其中将所述反馈流送回所述至少两个纯化单元中的至少最后纯化单元中，以保持固定的液体与蒸气比，用于维持所述输出产品流的预定的纯度范围，同时所述产品需求在预定的最大生产能力的0%至100%之间变化。
13.权利要求5-12任一项的方法，其中所述产品需求瞬时变化。
14.权利要求5-13任一项的方法，其中所述输出产品流给生产流程线、存储和可运输容器补给站提供输出。
15.一种现场纯化NH3的方法，其包括以下步骤: 提供含有NH3的进料流； 提供现场纯化系统，所述现场纯化系统包括: 1)至少两个蒸馏塔； 2)自动化的流控制系统，所述自动化的流控制系统包括:输出产品接点和反馈接点； 3)每个蒸馏塔的至少一个 排气出口，以除去挥发性杂质；和 4)每个蒸馏塔的至少一个排泄出口，以除去重质杂质； 使所述进料流流过所述至少两个蒸馏塔，以从所述至少两个蒸馏塔的最后蒸馏塔中提供纯化流；和 将所述纯化流送至所述自动化的流控制系统，以根据产品需求将所述纯化流分成输出产品流和反馈流； 其中所述输出产品流维持预定的纯度范围，同时所述产品需求在预定的最大生产能力的0%至100%之间变化。
16.权利要求15的方法，其中所述纯化流含有液体和蒸气；所述产品流和所述反馈流独立地含有液体、蒸气及其组合；将所述反馈流送回至少所述最后蒸馏塔中，以保持固定的液体与蒸气比，用于维持所述输出产品流的预定的纯度范围，同时所述产品需求在预定的最大生产能力的0%至100%之间变化。
【文档编号】B01J19/00GK104043381SQ201410099104
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】T·E·康威, V·Y·格施泰恩, J·A·霍普金斯, B·M·林登穆斯, T·M·布斯 申请人:气体产品与化学公司