氢氟酸制造新方法

    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、硅及硅化合物的蚀刻、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)+H2SO4(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19.5℃)，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馏，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0.25W/M℃)，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。

    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。