DE102024115009A1

DE102024115009A1 - Anlage und verfahren zum herstellen von kryolith

Info

Publication number: DE102024115009A1
Application number: DE102024115009.2A
Authority: DE
Inventors: You-Shiun Lin; Chao-Chun CHANG; Kuo-Wei Chen; Yi-Chen Li; Tsung Lung Lu
Original assignee: Retech Env Solutions Co; Retech Environmental Solutions Co; Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: RETECH ENVIRONMENTAL SOLUTIONS CO., JHUBEI CIT, TW; Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2023-08-02
Filing date: 2024-05-29
Publication date: 2025-02-06
Also published as: TW202506557A; US20250042757A1; KR20250020307A; CN119455815A; US20250361151A1

Abstract

Fluorwasserstoffsäure-Abfallströme aus Halbleitervorrichtungs-Herstellungsprozessen werden unter Verwendung von offenbarten Anlagen und Verfahren gesammelt und in Kryolith umgewandelt. Für die Anlagen und Verfahren können Fluorwasserstoffsäure-Abfallströme von mehreren unterschiedlichen Quellen verwendet werden. Für die Anlagen und Verfahren wird eine kontrollierte Zufuhr eines Reaktionspartners verwendet, sodass der hergestellte Kryolith niedrige Verunreinigungsniveaus hat und Industriestandards einhält.

Description

Hintergrund
In der IC-Industrie (IC: integrierte Halbleiterschaltung) haben technologische Fortschritte bei IC-Materialien und -Designs Generationen von ICs hervorgebracht, wobei jede Generation kleinere und komplexere Schaltungen als die vorhergehende Generation hat. Im Laufe der IC-Evolution hat die Funktionsdichte (d. h., die Anzahl von miteinander verbundenen Vorrichtungen je Chipfläche) im Allgemeinen zugenommen, während die Strukturgröße (d. h., die kleinste Komponente oder Leitung, die mit einem Herstellungsprozess erzeugt werden kann) abgenommen hat. Dieser Verkleinerungsprozess bietet im Allgemeinen Vorteile durch die Erhöhung der Produktionseffizienz und die Senkung der zugehörigen Kosten, aber er hat auch die Komplexität der Bearbeitung und Herstellung von ICs erhöht.
Fluorwasserstoffsäure (HF-Lösung) wird in Ätz- und Reinigungsschritten verwendet, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen regelmäßig durchgeführt werden. Die Wiederverwendung oder Entsorgung der Fluorwasserstoffsäure stellt jedoch Herausforderungen dar. Zum Beispiel bereitet die Entsorgung von Fluorwasserstoffsäure Umweltprobleme. Die Wiederverwendung von Fluorwasserstoffsäure kann eine weitere Verarbeitung umfassen, die kostspielig sein kann und keine erwünschten Produkte hervorbringen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.

1 ist ein schematisches Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild (PID) einer Anlage zum Umwandeln von Fluorwasserstoffsäure-Abfall in Kryolith gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine schematische Darstellung der Anlage von 1.
2A ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Anlage der 1 und 2.
2B ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Anlage der 1 und 2.
3 ist eine schematische Darstellung einer Anlage zum Umwandeln von Fluorwasserstoffsäure-Abfall in Kryolith gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines alternativen Verfahrens zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
6 ist ein Ablaufdiagramm eines alternativen Verfahrens zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Nutzung von Wärmeenergie, die durch Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith entsteht, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Die nachstehende Offenbarung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element hergestellt werden können, sodass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder Strukturelements zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturelementen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90° gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können entsprechend interpretiert werden.
In der nachstehenden Beschreibung werden spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein besseres Verständnis verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung zu ermöglichen. Ein Fachmann dürfte jedoch verstehen, dass die Offenbarung auch ohne diese speziellen Einzelheiten genutzt werden kann. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen, die mit elektronischen Komponenten und Herstellungsverfahren assoziiert sind, nicht näher beschrieben, um ein unnötiges Verunklaren der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
Wenn es der Kontext nicht anders verlangt, sind in der gesamten Beschreibung und in allen Ansprüchen der Begriff „aufweisen“ und Abwandlungen davon, wie etwa „aufweist“ und „mit“, in einem offenen, inklusiven Sinn zu interpretieren, das heißt, als „aufweisen, aber nicht beschränkt sein auf“.
Die Verwendung von Ordnungszahlen, wie etwa „erste(r) / erstes“, „zweite(r) / zweites“ und „dritte(r) / drittes“, impliziert nicht unbedingt einen gereihten Ordnungssinn, sondern dient lediglich der Unterscheidung zwischen mehreren Instanzen eines Vorgangs oder einer Struktur.
In der gesamten Patentbeschreibung bedeutet die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform“, dass ein bestimmtes Element, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, Bestandteil mindestens einiger Ausführungsformen ist. Somit bezieht sich die Verwendung der Wendungen „bei einer Ausführungsform“ oder „bei einigen Ausführungsformen“ an verschiedenen Stellen in der gesamten Beschreibung nicht unbedingt immer auf ein und dieselbe Ausführungsform. Außerdem können die bestimmten Elemente, Strukturen oder Eigenschaften in geeigneter Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
Die in der vorliegenden Patentbeschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendeten Singularformen „ein(e)“ und „der/die/das“ umfassen auch Pluralformen, wenn der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Es ist außerdem zu beachten, dass der Begriff „oder“ im Allgemeinen in dem Sinn „und/oder“ verwendet wird, wenn der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Fluorwasserstoff (HF) ist eine wichtige Chemikalie bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen. Gasförmiger Fluorwasserstoff, der auch als „Ätzgas“ bekannt ist, ist eine Verbindung, die durch Verbinden eines Wasserstoffsatoms (H-Atoms) mit einem Fluratom (F-Atom) erzeugt wird. HF ist hochreaktiv und kann siliziumbasierte Feststoffe und Polymere ätzen, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden. HF hat einen Siedepunkt von 19,5 °C und liegt bei Raumtemperatur (25 °C) als ein Gas vor. Unter Druck oder bei ausreichend niedrigen Temperaturen kann es jedoch leicht verflüssigt werden. HF ist auch stark wasserlöslich. Eine wässrige Lösung von HF wird Fluorwasserstoffsäure genannt. Fluorwasserstoffsäure wird in den Ätz- und Reinigungsschritten bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet. In einem Ätzschritt kann die Rolle von Fluorwasserstoffsäure als eine Drucktechnik beschrieben werden. Dabei wird eine Zeichnung in eine Holzoberfläche gedruckt, und dann werden mit einem Schnitzmesser die nichtgezeichneten Teile der Oberfläche herausgearbeitet. Fluorwasserstoffsäure funktioniert wie ein Schnitzmesser und ätzt die unerwünschten Teile eines Wafers weg. Fluorwasserstoffsäure kommt auch in Reinigungsprozessen bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen zum Einsatz. Selbst der winzigste Fremdstoff kann die Leistung einer Halbleitervorrichtung beeinträchtigen. Fremdstoffe können zum Beispiel Schaltungen beschädigen, sodass eine Halbleitervorrichtung unbrauchbar wird oder ihre Leistung beeinträchtigt wird. Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen sind Reinigungsschritte erforderlich, um jegliche verbliebenen Fremdstoffe abzuwaschen. Fluorwasserstoffsäure wird oft als eine Reinigungslösung verwendet. In Anbetracht des weltweiten Bedarfs an Halbleitervorrichtungen führen die großen Mengen von hergestellten Halbleitervorrichtungen dazu, dass bei dem Herstellungsprozess große Ströme von Fluorwasserstoffsäure-Abfällen entstehen.
Kryolith, der auch Natriumhexafluoroaluminat genannt wird, hat die chemische Formel Na₃AlF₆ und ist ein ziemlich ungewöhnliches Mineral. Geschmolzener Kryolith wird als ein Lösungsmittel zur Herstellung von Aluminiumoxid in dem Hall-Heroult-Prozess verwendet. Kryolith wird auch beim Raffinieren von Aluminium verwendet. Kryolith erniedrigt den Schmelzpunkt von Aluminiumoxid von 2000 °C bis 2500 °C auf 900 °C bis 1000 °C und erhöht dessen Leitfähigkeit, sodass die Gewinnung von Aluminium ökonomischer wird. Kryolith kommt in Form von glasklaren, farblosen, weißrötlichen bis grauschwarzen prismatischen monoklinen Kristallen vor. Er hat eine Mohs-Härte von 2,5 bis 3 und eine relative Dichte von 2,95 bis 3,0. Kryolith ist lichtdurchlässig und hat eine sehr niedrige Brechzahl von etwa 1,34. Kryolith wird auch als Insektizid und Pestizid verwendet und dient dazu, einem Feuerwerk eine gelbe Farbe zu verleihen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird überschüssige Fluorwasserstoffsäure von einer Halbleiter-Bearbeitungsanlage durch eine Reaktion mit einer Natriumaluminat-Verbindung, z. B. Natriumaluminat (NaAlO₂), in Kryolith umgewandelt. Diese Reaktion wird durch die folgende chemische Gleichung dargestellt: 6HF + 3NaAlO₂ ⇢ Na₃AlF₆ + 3H₂O + Al₂O₃
Bei der vorstehenden Reaktion werden weniger Rohstoffe verwendet, und sie kann bei Temperaturen durchgeführt werden, die normalerweise niedriger als bei anderen Reaktionen sind, die zum Herstellen von Kryolith verwendet werden können. Zum Beispiel umfasst eine derartige andere Reaktion ein Vorbehandeln von Fluorwasserstoffsäure-Abfall, um Zwischenprodukte wie Fluorit oder gasförmigen Fluorwasserstoff zu erzeugen. Diese zusätzlichen Vorbehandlungen können gefährlich sein und eine Reaktionsumgebung mit einer extrem hohen Temperatur erfordern. Kryolith kann auch aus Fluorwasserstoffsäure in einem Fließbett hergestellt werden. Um eine kontrollierte Austragskonzentration von Fluorwasserstoffsäure unter Verwendung eines Fließbetts zu erzielen, ist ein kontinuierlicher Rücklauf erforderlich, und das Bett kann ziemlich groß sein, sodass ein teurer Platzbedarf für die Herstellung entsteht. Ein weiterer Nachteil der Herstellung von Kryolith in einem Fließbett ist, dass die Obergrenze der Eintragskonzentration von Fluorwasserstoffsäure niedrig ist, z. B. im niedrigen einstelligen Bereich liegt, und eine Vorbehandlung der Fluorwasserstoffsäure notwendig ist.
In der vorliegenden Offenbarung werden Verfahren und Anlagen zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure (z. B. von einer Halbleiter-Bearbeitungsanlage) in Kryolith beschrieben. Die überschüssige Fluorwasserstoffsäure kann aus überschüssiger Fluorwasserstoffsäure erhalten werden, die durch die Herstellung und Bearbeitung von Halbleitervorrichtungen entsteht. Bei einigen Ausführungsformen sind die Quellen von Fluorwasserstoffsäure Quellen von Fluorwasserstoffsäure-Abfall. Bei anderen Ausführungsformen stellen die Quellen von Fluorwasserstoffsäure Fluorwasserstoffsäure bereit, die kein Fluorwasserstoffsäure-Abfall ist. Durch die Umwandlung von Fluorwasserstoffsäure in Kryolith wird die Notwendigkeit verringert, große Mengen von Fluorwasserstoffsäure zu entsorgen, und es entsteht ein sinnvolles Produkt. Kryolith kann als ein Zuschlag in der Aluminiumherstellungsindustrie verwendet werden und kann dazu beitragen, den Energieverbrauch in einem elektrolytischen Aluminiumschmelzprozess um mehr als 25 % zu senken. In Anbetracht dessen, dass die globale Gewinnung von natürlichem Kryolith knapp ist und der meiste Kryolith abgebaut wird, wird die Verwendung von Verfahren und Anlagen der vorliegenden Offenbarung zum Herstellen von hochreinem Kryolith vorteilhaft für die Aluminiumindustrie und andere Branchen sein. Die Verfahren und Anlagen können in einer Halbleitervorrichtungs-Herstellungsanlage implementiert werden, und dadurch werden die Kosten für den Transport der Fluorwasserstoffsäure zu externen Standorten zur Weiterbehandlung oder Entsorgung gespart. Die Anlagen und Verfahren, die hier beschrieben werden, sind außerdem in der Lage, die Fluorwasserstoffsäure in Kryolith bei reduzierten Reaktionstemperaturen, zum Beispiel bei 30 °C bis 90 °C, umzuwandeln. Der hergestellte Kryolith hat eine handelsübliche Reinheit, und der Kryolith kann durchgehend unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure von mehreren unterschiedlichen Quellen, unter anderem Quellen von Fluorwasserstoffsäure-Abfall, in einer Halbleitervorrichtungs-Herstellungsanlage hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird für die hier beschriebenen Anlagen und Verfahren überschüssige Fluorwasserstoffsäure von zwei oder mehr unterschiedlichen Quellen genutzt, wobei die überschüssigen Fluorwasserstoffsäuren unterschiedliche Eigenschaften haben, z. B. unterschiedliche Konzentrationen oder unterschiedliche HF-Gehalte.
In den 1 und 2 ist eine Ausführungsform einer Anlage 100 zum Umwandeln von Abfallströmen von Fluorwasserstoffsäure in Kryolith dargestellt. Nachstehend wird bei der Beschreibung von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung die Fluorwasserstoffsäure als überschüssige Fluorwasserstoffsäure bezeichnet, aber wie vorstehend dargelegt worden ist, sind Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf die Nutzung von Abfallströmen von Fluorwasserstoffsäure beschränkt. Mit anderen Worten, Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung betreffen Anlagen und Verfahren zum Herstellen von Kryolith aus Fluorwasserstoffsäure, der aus Strömen gewonnen wird, die keine Fluorwasserstoffsäure-Abfallströme sind. 1 ist ein PID, das verschiedene Komponenten der Anlage 100 zeigt. 2 ist eine schematische Darstellung der Anlage 100 mit weiteren Einzelheiten verschiedener Komponenten und Teilsysteme der Anlage 100. In 2 weist die Anlage 100 mehrere Quellen von Fluorwasserstoffsäure-Abfall auf, die durch eine Fluorwasserstoffsäure-Abfallquelle 102a und eine Fluorwasserstoffsäure-Abfallquelle 102b dargestellt sind. In 2 sind zwei Abfallquellen 102a und 102b dargestellt. Die Anlage 100 weist bei weiteren Ausführungsformen mehr als zwei Quellen von Fluorwasserstoffsäure (überschüssige oder nicht-überschüssige Fluorwasserstoffsäure) oder bei noch weiteren Ausführungsformen weniger als zwei Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen auf. Beispiele für Quellen von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in einer Halbleiterfertigungsanlage sind Operationen einer Ätzeinheit oder Operationen einer Reinigungseinheit. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf diese Quellen von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure beschränkt. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann überschüssige Fluorwasserstoffsäure aus anderen Quellen als Operationen einer Ätzeinheit oder Operationen einer Reinigungseinheit in einer Halbleitervorrichtungs-Herstellungsanlage bereitgestellt werden. Die Quellen 102a und 102b sind in Fluidkommunikation mit einem Einlass eines Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälters 103, der als ein Behälter zum Aufnehmen und Lagern von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure aus unterschiedlichen Quellen dient. Wie später näher dargelegt wird, ist ein Auslass des Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälters 103 in Fluidkommunikation mit einem Einlass eines Reaktors 110.
Die Anlage 100, die in 2 dargestellt ist, weist außerdem eine Quelle 104 eines Reaktionspartners auf, der zum Reagieren mit der überschüssigen Fluorwasserstoffsäure zu Kryolith geeignet ist. Ein Beispiel für einen Reaktionspartner, der zum Reagieren mit überschüssiger Fluorwasserstoffsäure zu Kryolith gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung geeignet ist, ist Natriumaluminat (NaAlO₂). Ein Auslass der Quelle 104 des Reaktionspartners ist in Fluidkommunikation mit einem Einlass eines Reaktionspartner-Behälters 106. Bei der Ausführungsform von 2 sind die Quelle 104 und der Reaktionspartner-Behälter 106 als verschiedene Behälter dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen können die Quelle 104 und der Reaktionspartner-Behälter 106 ein einziger Behälter sein. Wie später näher dargelegt wird, ist ein Auslass des Reaktionspartner-Behälters 106 in Fluidkommunikation mit einem Einlass des Reaktors 110.
Der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 ist mit einer Vorrichtung P1 zum Ermitteln einer Menge von Fluorwasserstoffsäure assoziiert, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Die Menge von Fluorwasserstoffsäure, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist, kann in Masse- oder Volumeneinheiten angegeben werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung P1 zum Beispiel so konfiguriert, dass sie die Masse der Fluorwasserstoffsäure ermittelt, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist die Vorrichtung P1 so konfiguriert, dass sie das Volumen der Fluorwasserstoffsäure ermittelt, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Ein Beispiel für eine Vorrichtung, die die Masse der Fluorwasserstoffsäure ermitteln kann, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist, ist eine Wägezelle. Wägezellen wandeln eine Kraft, wie etwa eine Spannung, einen Druck oder ein Drehmoment, in ein elektrisches Signal um, das die Masse eines auf der Wägezelle platzierten Behälters angibt. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die Verwendung einer Wägezelle zum Ermitteln der Masse von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 beschränkt. Zum Beispiel können auch andere Vorrichtungen zum Ermitteln der Masse von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 verwendet werden. Wägezellen können auch zum Ermitteln eines Volumens von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 verwendet werden, indem die von der Wägezelle ermittelte Masse genutzt wird und unter Verwendung der bekannten Dichte der in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthaltenen Fluorwasserstoffsäure in ein Volumen umgerechnet wird. Es können auch andere Vorrichtungen zum Ermitteln des Volumens von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 verwendet werden. Zum Beispiel können auch Durchflussniveaugeber, Differenzdruck-Messumformer, Radarniveaugeber, Hochfrequenztransmitter oder Ultraschallniveaugeber zum Ermitteln des Volumens von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 mit einer einzigen Wägezelle assoziiert, während bei anderen Ausführungsformen mehrere Wägezellen mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 zur Redundanz und Durchschnittsberechnung assoziiert sind.
Bei einigen Ausführungsformen ist eine Wägezelle P2 (zum Ermitteln einer Masse oder eines Volumens eines Reaktionspartners) oder eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumens des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 mit dem Reaktionspartner-Behälter 106 assoziiert, und die Wägezelle P2 ist so konfiguriert, dass sie eine Menge des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 mit Verfahren ermittelt, die denen ähnlich sind, die vorstehend zum Ermitteln einer Masse oder eines Volumens von Fluorwasserstoffsäure beschrieben worden sind, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist.
Die Anlage 100 weist einen Chemikalienanalysator F1 auf, z. B. einen Chemikalienanalysator, der einen Anteil von Fluorwasserstoff in Fluorwasserstoffsäure bestimmen kann, z. B. eine Konzentration von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure. In 1 ist ein Einlass des Chemikalienanalysators F1 über eine Rohrleitung 112 in Fluidkommunikation mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103. Ein Auslass des Chemikalienanalysators F1 ist über eine Rohrleitung 114 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor 110, wie später näher dargelegt wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Chemikalienanalysator F1 mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 integriert werden, wie in 2 gezeigt ist, wodurch die Notwendigkeit für die Rohrleitung 112 entfällt. Der Chemikalienanalysator F1 ist in der Lage, den Anteil von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure zu bestimmen, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Der Chemikalienanalysator F1 kann zum Beispiel die Konzentration von Fluorwasserstoff (z. B. Masse-%, Molarität, Molalität oder ppm) in der Fluorwasserstoffsäure bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen hat der Chemikalienanalysator F1 eine Empfindlichkeit, die es ihm gestattet, Konzentrationen von Fluorwasserstoff von 10 Masse-% bis 50 Masse-% in der Fluorwasserstoffsäure zu messen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Chemikalienanalysator F1 Konzentrationen von Fluorwasserstoffsäure in Lösung von 15 Masse-% bis 45 Masse-% messen. Der Chemikalienanalysator F1 kann die vorhergehenden Konzentrationen von Fluorwasserstoffsäure in Lösung bei Temperaturen bestimmen, bei denen die Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Der Chemikalienanalysator F1 ist aus Materialien hergestellt, die gegen Zersetzung durch Fluorwasserstoffsäure bei Konzentrationen beständig ist, die in dem Chemikalienanalysator F1 analysiert werden sollen. Bei einigen Ausführungsformen ist ein zweiter Chemikalienanalysator F2 zum Analysieren einer Konzentration (z. B. Masse-%, Molarität, Molalität oder ppm) eines Reaktionspartners vorgesehen, der in dem Reaktionspartner-Behälter 106 enthalten ist und schließlich in den Reaktor 110 eingeleitet wird. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Auslass des zweiten Chemikalienanalysators F2 über eine Rohrleitung 116 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor 110. Ein Einlass des zweiten Chemikalienanalysators F2 ist über eine Rohrleitung 118 in Fluidkommunikation mit einer Quelle des Reaktionspartners (in 1 nicht dargestellt). Wie in 2 gezeigt ist, kann bei einigen Ausführungsformen der zweite Chemikalienanalysator F2 mit dem Reaktionspartner-Behälter 106 integriert werden, wodurch die Notwendigkeit für die Rohrleitung 118 entfällt. Der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103, der Reaktionspartner-Behälter 106, die Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter-Wägezelle P1, die Reaktionspartner-Behälter-Wägezelle P2 und der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter-Chemikalienanalysator F1 weisen ein Quantitative-Analyse-Teilsystem 138 auf. Bei anderen Ausführungsformen weist das Quantitative-Analyse-Teilsystem 138 wiederum den Reaktionspartner-Behälter-Chemikalienanalysator F2 auf.
Ein Auslass des Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälters 103 ist in Fluidkommunikation mit einem Einlass des Reaktors 110. Die Menge der Fluorwasserstoffsäure, die von dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 zu dem Reaktor 110 strömt, kann mit einem Durchflussmesser M1 gesteuert werden, der zwischen dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 und dem Reaktor 110 angeordnet ist. Der Durchflussmesser M1 ist kommunikativ mit einem Steuergerät 108 verbunden. Ein Auslass des Reaktionspartner-Behälters 106 ist in Fluidkommunikation mit dem Einlass des Reaktors 110. Der Durchfluss des Reaktionspartners von dem Reaktionspartner-Behälter 106 zu dem Reaktor 110 kann mit einem Durchflussmesser M2 zwischen dem Reaktionspartner-Behälter 106 und dem Reaktor 110 gesteuert werden. Der Durchflussmesser M2 ist kommunikativ mit dem Steuergerät 108 verbunden. Bei den Ausführungsformen, die in den 1 und 2 gezeigt sind, ist nur ein Steuergerät 108 dargestellt. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf ein einziges Steuergerät 108 beschränkt. Bei anderen Ausführungsformen können mehrere Steuergeräte verwendet werden.
Der Reaktor 110 ist ein Behälter, in dem überschüssige Fluorwasserstoffsäure und ein Reaktionspartner zusammengebracht werden und miteinander zu Kryolith reagieren können. Der Reaktor 110 ist aus einem Material hergestellt, das gegen Zersetzung durch die Fluorwasserstoffsäure und den Reaktionspartner, die in den Reaktor 110 eingeleitet werden, sowie gegen Zersetzung durch den hergestellten Kryolith beständig ist. Gemäß Ausführungsformen, die in den 1 und 2 gezeigt sind, kann über eine Kombination aus einer Heizspule 120 von 1, einem Kühlmittelbehälter 122 und einer Wärmeenergie-Übertragungseinheit 124 Wärmeenergie von dem Reaktor 110 abgeführt werden oder diesem zugeführt werden. Der Reaktor 110 ist in thermischer Kommunikation mit der Heizspule 120, sodass Wärmeenergie von dem Reaktor 110 zu einem in der Heizspule 120 enthaltenen Fluid übertragen werden kann oder Wärmeenergie von dem in der Heizspule 120 enthaltenen Fluid zu dem Reaktor 110 übertragen werden kann. Die Heizspule 120 ist so dimensioniert (Länge, Durchmesser, Fläche des Kontakts mit dem Reaktor usw.), dass sie ausreichend Wärmeenergie von dem Reaktor abführen kann, um die Temperatur des Inhalts des Reaktors auf eine Temperatur einzustellen und/oder auf dieser zu halten, die die Kristallbildung von Kryolith fördert und die Reinheit des hergestellten Kryoliths stabilisiert. Die Heizspule 120 kann zum Beispiel so dimensioniert sein, dass sie ausreichend Wärmeenergie von dem Inhalt des Reaktors 110 abführt, sodass die Temperatur des Inhalts des Reaktors so gesteuert wird, dass sie während der aktiven Reaktion zwischen der Fluorwasserstoffsäure und dem Reaktionspartner etwa 20 °C bis 100 °C beträgt. Bei anderen Ausführungsformen ist die Heizspule 120 so dimensioniert, dass die Temperatur des Inhalts des Reaktors so gesteuert wird, dass sie etwa 40 °C bis 100 °C oder etwa 40 °C bis 90 °C beträgt. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist die Heizspule 120 so dimensioniert, dass die Temperatur des Inhalts des Reaktors so gesteuert und aufrechterhalten werden kann, dass sie 40 °C bis 80 °C oder 50 °C bis 80 °C beträgt. Bei einigen Ausführungsformen wird das Fluid in der Heizspule 120 einem Kühlmittelbehälter 122 zugeführt, in dem das Fluid gesammelt wird. Der Kühlmittelbehälter 122 ist in Fluidkommunikation mit einer Wärmeenergie-Übertragungseinheit 124, in der Wärmeenergie von dem Kühlmittel abgeführt werden kann oder Wärmeenergie dem Kühlmittel zugeführt werden kann. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Kühlmittelbehälter 122 entfallen und das Kühlmittel kann direkt von der Heizspule 120 zu dem Wärmeenergie-Übertragungseinheit 124 strömen. Beispiele für die Wärmeenergie-Übertragungseinheit 124 sind ein Wärmetauscher oder eine ähnliche Vorrichtung. Bei einigen Ausführungsformen ist die Wärmeenergie-Übertragungseinheit 124 so konfiguriert, dass sie Wärmeenergie, die sie von dem Fluid erhalten hat, in eine alternative Form von Energie umwandelt, die von Wärmeenergie verschieden ist, zum Beispiel in elektrische Energie. Diese elektrische Energie kann dann einer alternativen Energielast 126 zugeführt werden. Beispiele für diese Art einer Wärmeenergie-Übertragungseinheit sind ein Kessel oder ein Verdampfer, die in der Lage sind, eine Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln. Der Dampf kann dann zum Antreiben eines elektrischen Stromerzeugers, z. B. einer Turbine, verwendet werden. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf einen Kessel oder einen Verdampfer als eine Art einer Wärmeenergie-Übertragungseinheit beschränkt. Zum Beispiel sind gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch andere Systeme oder Vorrichtungen günstig, die in der Lage sind, elektrische Energie aus der Wärmeenergie des Kühlmittels zu erzeugen. Beispiele für Kühlmittel, die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung günstig sind, sind Verbindungen mit einem niedrigen Siedepunkt, wie etwa Isopropylalkohol, C₃H₅, CH₂Cl₂ und C₃H₆O. Bei der Ausführungsform der 1 und 2 weist der Reaktor 110 außerdem einen Sensor T auf. Bei einer Ausführungsform ist der Sensor T so konfiguriert, dass er die Temperatur des Reaktors 110 oder des Inhalts des Reaktors 110 abtastet. Bei anderen Ausführungsformen ist der Sensor T eine andere Art von Sensor, zum Beispiel ein pH-Sensor, ein Chemikalienanalysator zum Bestimmen der Konzentration der Fluorwasserstoffsäure oder des Reaktionspartners in dem Reaktor 110, ein Sensor zum Detektieren des Pegels des Fluids in dem Reaktor 110 oder ein anderer Sensor, der in der Lage ist, Kennwerte des Reaktors 110 oder des Inhalts des Reaktors 110 zu detektieren, die beim Überwachen oder Kontrollieren der Herstellung von Kryolith in dem Reaktor 110 sinnvoll sein könnten.
Der Auslass des Reaktors 110 ist in Fluidkommunikation mit einem Kryolithsammel- und -trenn-Teilsystem. Wie in 2 gezeigt ist, weist das Kryolithsammel- und -trenn-Teilsystem einen Kryolith-Sammelbehälter 130 auf, der in Fluidkommunikation mit dem Auslass des Reaktors 110 ist. In dem Kryolith-Sammelbehälter 130 werden Kryolith und Wasser aufgenommen. Während des Betriebs einer Kryolith-Trenneinheit 132 werden Kryolith-Kristalle von Wasser getrennt. Das abgetrennte Wasser wird durch den Betrieb der Kryolith-Trenneinheit 132 über einen Wasserabfluss 136 abgeführt. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hat das abgetrennte Wasser einen Fluorwasserstoffsäure-Gehalt von weniger als 10.000 ppm und bei einigen Ausführungsformen von weniger als 5000 ppm. Der resultierende isolierte Kryolith wird durch den Betrieb der Kryolith-Trenneinheit 132 zu einer Kryolith-Lager-/Zuführstufe 134 überführt. Der Reaktor 110, der Kühlmittelbehälter 122 und der Temperatursensor T weisen ein Reaktions- und Kühl-Teilsystem 140 auf.
Die Anlage 100 in den 1 und 2 weist ein Steuergerät 108 zum Steuern der Herstellung von Kryolith gemäß den Verfahren auf, die später näher beschrieben werden. Das Steuergerät 108 ist in Steuer- und Signalkommunikation mit der Wägezelle P1, der Wägezelle P2, dem Chemikalienanalysator F1, dem Chemikalienanalysator F2, dem Durchflussmesser M1, dem Durchflussmesser M2 und dem Sensor T (der der Übersichtlichkeit halber in 2 nicht dargestellt ist). Das Steuergerät 108 ist so konfiguriert, dass es Signale von der Wägezelle P1, der Wägezelle P2, dem Chemikalienanalysator F1, dem Chemikalienanalysator F2, dem Durchflussmesser M1, dem Durchflussmesser M2 und dem Sensor T empfängt und/oder an diese sendet. Das Steuergerät 108 enthält einen Speicher zum Speichern von Daten, die von der Wägezelle P1, der Wägezelle P2, dem Chemikalienanalysator F1, dem Chemikalienanalysator F2, dem Durchflussmesser M1, dem Durchflussmesser M2 und dem Sensor T empfangen werden, und zum Speichern von Befehlen zum Verarbeiten dieser Daten und zum Bereitstellen von Steuersignalen auf der Basis der verarbeiteten Daten. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Steuergerät 108 eine oder mehrere speicherprogrammierbare Steuerungen. Bei anderen Ausführungsformen ist das Steuergerät 108 ein Steuergerät, das von einer speicherprogrammierbaren Steuerung verschieden ist, z. B. ein speicherprogrammierbares Relais.
Ausführungsformen der Anlage 100, die vorstehend beschrieben worden sind, werden zum Umwandeln von Fluorwasserstoffsäure aus Abfallströmen oder aus Nicht-Abfallströmen, die in einer Halbleiter-Herstellungsanlage entstehen, in Kryolith unter Verwendung von Ausführungsformen verwendet, die nachstehend beschrieben werden. In 4 sind Operationen einer Ausführungsform eines Verfahrens 400 zum Herstellen von Kryolith gemäß der vorliegenden Offenbarung angegeben. Das Verfahren 400 umfasst eine Operation 402 zum Sammeln von Fluorwasserstoffsäure aus einem oder mehreren Abfallströmen von einer oder mehreren Halbleiter-Herstellungsanlagen. Die Operation 402 kann durch Sammeln von Fluorwasserstoffsäure-Abfall aus Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a und 102b und Sammeln dieses Abfalls in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 ausgeführt werden. In einer Operation 404 wird ein Signal erzeugt, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigt. Dieses Signal kann von der Wägezelle P1 erzeugt werden und kann zum Beispiel ein Signal sein, das eine Masse von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 oder ein Volumen von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 angibt. In einer Operation 406 wird ein Signal erzeugt, das eine Konzentration von Fluorwasserstoff anzeigt, der in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Dieses Signal kann von dem Chemikalienanalysator F1 erzeugt werden. In einer Operation 408 wird Fluorwasserstoffsäure aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 dem Reaktor 110 zugeführt. Gemäß einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Fluorwasserstoffs in der Fluorwasserstoffsäure, die dem Reaktor 110 zugeführt wird, etwa 5 Masse-% bis 40 Masse-%. Bei anderen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Fluorwasserstoffs in der Fluorwasserstoffsäure, die dem Reaktor 110 zugeführt wird, etwa 8 Masse-% bis 30 Masse-%. Der Durchsatz der Fluorwasserstoffsäure, die dem Reaktor 110 zugeführt wird, kann mit dem Durchflussmesser M1 gesteuert werden. In einer Operation 409 kann ein Signal, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure oder Fluorwasserstoff, die dem Reaktor zugeführt wird (und somit die Menge von Reaktionsäquivalenten von Fluorwasserstoff, die dem Reaktionsbehälter 110 zugeführt werden), angibt, auf der Basis der Dauer, mit der der Durchsatz von Fluorwasserstoffsäure aufrechterhalten wird, und der bekannten Konzentration der Fluorwasserstoffsäure erzeugt werden. In einer Operation 410 wird die Menge des in den Reaktor 110 eingeleiteten Reaktionspartners gesteuert. Wie später näher dargelegt wird, kann die Menge des in den Reaktor 110 eingeleiteten Reaktionspartners mit dem Durchflussmesser M2 gesteuert werden und kann auf den festgelegten Äquivalenten von Fluorwasserstoff basieren, die dem Reaktor 110 zugeführt werden. In einer Operation 412 werden der Fluorwasserstoff der Fluorwasserstoffsäure und der Reaktionspartner in dem Reaktor 110 zur Reaktion gebracht, um eine Lösung herzustellen, die Kryolith enthält. Die Kryolith-haltige Lösung wird in einer Operation 414 zum Beispiel unter Verwendung des Kryolith-Sammelbehälters 130 von dem Reaktor 110 rückgewonnen. Kryolith wird dann in einer Operation 416 aus der Kryolith-haltigen Lösung zum Beispiel durch den Betrieb der Kryolith-Trenneinheit 132 gewonnen.
Gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens 400 steuert das Steuergerät 108 den Durchsatz und die Menge des Reaktionspartners für den Reaktor 110 dadurch, dass es den Durchflussmesser M2 so steuert, dass eine gewünschte Menge des Reaktionspartners aus dem Reaktionspartner-Behälter 106 in den Reaktor 110 strömen kann, und dass es den Durchflussmesser M2 zum Überwachen der in den Reaktor 110 eingeleiteten Menge des Reaktionspartners verwendet. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung empfängt das Steuergerät 108 von der Wägezelle P1 Signale, die die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigen. Wie vorstehend dargelegt worden ist, erzeugt die Wägezelle P1 ein Signal, das eine Masse oder ein Volumen von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 angibt. Wenn bei einer Ausführungsform die Wägezelle P1 ein Signal erzeugt, das eine Masse (z. B. Gramm oder Kilogramm) der Fluorwasserstoffsäure (d. h., Fluorwasserstoff in Lösung) in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigt, erzeugt der Chemikalienanalysator F1 ein Signal, das die Konzentration der Fluorwasserstoffsäure, z. B. Gramm Fluorwasserstoff / Gramm Lösung von Fluorwasserstoffsäure, anzeigt, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Das Steuergerät 108 ist so programmiert, dass es das Signal, das die Masse der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigt, und das Signal, das die Konzentration der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigt, zum Bestimmen der Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 verwendet. Die Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff, die in den Reaktor 110 eingeleitet werden, werden auf der Basis der Masse oder des Volumens der Fluorwasserstoffsäure bestimmt, die über den Durchflussmesser M1 dem Reaktor 110 zugeführt werden. Das Volumen der Fluorwasserstoffsäure, das dem Reaktor 110 zugeführt wird, kann von dem Durchflussmesser M1 bestimmt werden. Die Masse der Fluorwasserstoffsäure, die dem Reaktor 110 zugeführt wird, kann dadurch bestimmt werden, dass die Differenz zwischen der Masse der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 vor ihrem Ableiten aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 und ihrem Einleiten in den Reaktor 110 und der Masse der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 nach dem Unterbrechen des Stroms der Fluorwasserstoffsäure von dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 zu dem Reaktor 110 berechnet wird. Die festgelegten Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff, die in den Reaktor 110 eingeleitet werden, werden dann zum Bestimmen einer Dosierung des Reaktionspartners für die Einleitung in den Reaktor 110 verwendet, um einen gewünschten Grad der Umwandlung von Fluorwasserstoff in Kryolith zu erzielen. Die Dosierung für die Einleitung des Reaktionspartners in den Reaktor 110 kann mit dem Steuergerät 108 bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die Dosierung des Reaktionspartners mit der folgenden Gleichung bestimmt:
Dosis (Masse) des Reaktionspartners = Dosierfaktor (DF) mal Konzentration (Masse-%) der in den Reaktor eingeleiteten Fluorwasserstoffsäure mal Masse der in den Reaktor eingeleiteten Fluorwasserstoffsäure.
Dabei beträgt, wenn die Konzentration des Reaktionspartners etwa 15 Masse-% bis 45 Masse-% beträgt, DF etwa 0,01 bis 0,95 bei einigen Ausführungsformen und 0,1 bis 0,70 bei anderen Ausführungsformen. Bei anderen Ausführungsformen beträgt, wenn die Konzentration des Reaktionspartners etwa 15 Masse-% bis 45 Masse-% beträgt, DF etwa 0,1 bis 0,50, 0,15 bis 0,50 oder 0,25 bis 0,50. Bei noch weiteren Ausführungsformen beträgt DF etwa 0,25 bis 0,35. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf die vorgenannten Bereiche des DF beschränkt. Wenn die Konzentration des Reaktionspartners zum Beispiel größer als 15 Masse-% bis 45 Masse-% ist, kann der DF kleiner als die vorgenannten Bereiche sein. Wenn die Konzentration des Reaktionspartners hingegen kleiner als 15 Masse-% bis 45 Masse-% ist, kann der DF größer als die vorgenannten Bereiche sein.
Die Reaktionspartnerdosis kann mit der folgenden Gleichung bestimmt werden:

Reaktionspartnerdosis (Mol) = Dosierfaktor (DF) mal Konzentration (Molarität) der in den Reaktor eingeleiteten Fluorwasserstoffsäure mal Volumen der in den Reaktor eingeleiteten Fluorwasserstoffsäure.

Bei der vorstehenden Ausführungsform veranlasst, nach dem Bestimmen der Reaktionspartnerdosis mit dem Steuergerät 108, das Steuergerät 108 den Durchflussmesser M2, die gewünschte Dosis des Reaktionspartners von dem Reaktionspartner-Behälter 106 in den Reaktor 110 strömen zu lassen. Das Abgeben der gewünschten Dosis des Reaktionspartners in den Reaktor 110 wird dadurch gesteuert, dass die Konzentration des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 bekannt ist und der Massen- oder Volumenfluss des Reaktionspartners durch den Durchflussmesser M2 so gesteuert wird, dass die festgelegte Dosis des Reaktionspartners auf der Basis der Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff in dem Reaktor 110 bereitgestellt wird. Die Konzentration des Reaktionspartners kann vorgegeben sein, d. h., von dem Reaktionspartner-Lieferanten bereitgestellt werden, oder sie kann unter Verwendung des Chemikalienanalysators F2 bestimmt werden. Die Reaktionsäquivalente des Reaktionspartners, die in dem Reaktionspartner-Behälter 106 enthalten sind, können auf der Basis der Reaktionspartner-Konzentration in dem Reaktionspartner-Behälter 106 und unter Verwendung der Wägezelle P2 bestimmt werden, um die Masse oder das Volumen des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 zu bestimmen.
Die Reaktion zwischen Fluorwasserstoff und dem Reaktionspartner ist exotherm.
Die Reaktionstemperatur fördert ein Inlösunggehen von Kryolith in dem Reaktor 110. Bei einigen Ausführungsformen steuert das Steuergerät 108 den Durchsatz (z. B. Masse oder Volumen je Zeiteinheit) der Fluorwasserstoffsäure und des Reaktionspartners, die in den Reaktor 110 strömen, so, dass die Wärmeenergie, die von der exothermen Reaktion zwischen dem Fluorwasserstoff und dem Reaktionspartner erzeugt wird, die Temperatur der Lösung in dem Reaktor 110 so hoch hält, dass der hergestellte Kryolith in Lösung bleibt und der Inhalt des Reaktors keinen Thermoschock erfährt, der die Effizienz in dem Reaktor 110 beeinträchtigen könnte.
In 5 ist eine alternative Ausführungsform von Verfahren zum Herstellen von Kryolith gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Ausführungsform von 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 4 dadurch, dass bei der Ausführungsform von 5 keine Durchflussmesser zum Bestimmen der in den Reaktor 110 eingeleiteten Menge der Fluorwasserstoffsäure oder der Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff oder der Menge des in den Reaktor 110 eingeleiteten Reaktionspartners zum Einsatz kommen. Bei der Ausführungsform von 5 werden eine Änderung der Masse oder des Volumens der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 und eine Änderung der Masse oder des Volumens des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 zum Bestimmen einer Menge der Fluorwasserstoffsäure und einer Menge des Reaktionspartners verwendet, die in den Reaktor 110 eingeleitet werden. Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens 500 von 5 umfasst das Verfahren 500 eine Operation 502 zum Sammeln von Fluorwasserstoffsäure aus einem oder mehreren Abfallströmen von einer oder mehreren Halbleiter-Herstellungsanlagen. Die Operation 502 kann durch Sammeln von Fluorwasserstoffsäure-Abfall aus den Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a und 102b und Sammeln dieses Abfalls in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 ausgeführt werden. In einer Operation 504 wird ein Signal erzeugt, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigt. Dieses Signal kann von der Wägezelle P1 erzeugt werden und kann zum Beispiel ein Signal sein, das die Masse oder das Volumen von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 angibt. In einer Operation 506 wird dann ein Signal erzeugt, das eine Konzentration von Fluorwasserstoff anzeigt, der in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Dieses Signal kann gemäß den vorstehenden Ausführungen von dem Chemikalienanalysator F1 erzeugt werden. Das Verfahren 500 geht dann zu einer Operation 507 weiter, in der ein Signal erzeugt wird, das eine Menge des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 anzeigt. Gemäß den vorstehenden Ausführungen können das Bestimmen der Menge des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 und das Erzeugen des Signals, das die Menge des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 anzeigt, unter Verwendung der Wägezelle P2 durchgeführt werden. In einer Operation 508 wird Fluorwasserstoffsäure aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 dem Reaktor 110 zugeführt. Eine Operation 510 umfasst ein Erzeugen eines Signals, das eine Menge von Fluorwasserstoffsäure anzeigt, die in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 verbleibt. Das Erzeugen dieses Signals kann unter Verwendung der Wägezelle P1 erfolgen. In einer Operation 511 werden die Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff bestimmt, die dem Reaktor 110 zugeführt werden. Diese Reaktionsäquivalente werden durch Berechnen der Differenz zwischen der Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103, die in der Operation 504 ermittelt worden ist, und der Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103, die in der Operation 510 ermittelt worden ist, bestimmt, um die Menge von Fluorwasserstoffsäure aufzuzeigen, die in den Reaktor 110 eingeleitet worden ist. Die dem Reaktor 110 zugeführten Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff werden dann unter Verwendung der bekannten Menge der in den Reaktor 110 eingeleiteten Fluorwasserstoffsäure und der Fluorwasserstoff-Konzentration der in den Reaktor 110 eingeleiteten Fluorwasserstoffsäure bestimmt. Die Menge des in den Reaktor 110 einzuleitenden Reaktionspartners wird in einer Operation 512 bestimmt. Die Bestimmung der Menge des in den Reaktor 110 einzuleitenden Reaktionspartners kann unter Verwendung der bekannten Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff, die in den Reaktor 110 eingeleitet werden und in der Operation 511 bestimmt worden sind, und der vorstehend angegebenen Dosierungsgleichung erfolgen. In einer Operation 514 wird der Reaktionspartner aus dem Reaktionspartner-Behälter 106 in den Reaktor 110 eingeleitet. In einer Operation 516 wird ein Signal erzeugt, das eine Menge des Reaktionspartners anzeigt, der aus dem Reaktionspartner-Behälter 106 abgelassen wird. Dieses Signal wird dadurch erzeugt, dass die in der Operation 507 ermittelte Menge des Reaktionspartners in dem Reaktionspartner-Behälter 106 subtrahiert wird von der in dem Reaktionspartner-Behälter 106 vorhandenen Menge des Reaktionspartners, die von der Wägezelle P1 beim Ausführen der Operation 516 bestimmt worden ist. Die Menge des aus dem Reaktionspartner-Behälter 106 abgelassenen Reaktionspartners lässt auf die Menge des in den Reaktor 110 eingeleiteten Reaktionspartners schließen. Der Reaktionspartner wird in den Reaktor 110 eingeleitet, bis festgestellt wird, dass die Menge des dem Reaktor 110 zugeführten Reaktionspartners der in der Operation 512 ermittelten Menge des Reaktionspartners entspricht. Zum Beispiel wird der Reaktionspartner in den Reaktor 110 eingeleitet, bis festgestellt wird, dass die festgelegten Reaktionsäquivalente des Reaktionspartners in den Reaktor 110 eingeleitet worden sind. Wenn festgestellt wird, dass die Menge des dem Reaktor 110 zugeführten Reaktionspartners der in der Operation 512 ermittelten Menge des Reaktionspartners entspricht, wird in einer Operation 518 die Zufuhr des Reaktionspartners zu dem Reaktor 110 beendet.
3 zeigt eine alternative Anlage 300 zum Herstellen von Kryolith aus Fluorwasserstoffsäure-Abfallströmen in einer Halbleiter-Herstellungsanlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ausführungsformen gemäß 3 sind den Ausführungsformen der 1 und 2 ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Wägezellen P1 und P2 und der Chemikalienanalysator F2 weggelassen werden. Ausführungsformen gemäß 3 umfassen zahlreiche derselben Komponenten wie in den 1 und 2. Komponenten von 3, die mit Komponenten der 1 und 2 identisch sind, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und die vorstehenden Beschreibungen dieser Komponenten der 1 und 2 gelten gleichermaßen für diese Komponenten von 3. Wie später anhand eines Verfahrens 600 von 6 näher dargelegt wird, werden bei Ausführungsformen von 3 der Chemikalienanalysator F1 und die Durchflussmesser M1 und M2 verwendet, um Signale, die die in den Reaktor 110 eingeleiteten Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoffsäure anzeigen, zu erzeugen und um die Zufuhr des Reaktionspartners zu dem Reaktor 110 ohne Verwendung der Wägezellen P1 und P2 zu steuern.
Ausführungsformen gemäß dem Verfahren 600 von 6 beginnen mit einer Operation 602 zum Sammeln eines oder mehrerer Abfallströme von Fluorwasserstoffsäure in einem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter, z. B. dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103. Die Beschreibung der vorstehenden Operation 502 kann gleichermaßen für die Operation 602 verwendet werden. Das Verfahren 600 geht zu einer Operation 604 weiter, in der zum Beispiel mit dem Chemikalienanalysator F1 Signale erzeugt werden, die die Molarität (Mol/l) von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigen. In einer Operation 606 wird die Fluorwasserstoffsäure aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 dem Reaktor 110 zugeführt. Die Beschreibung der vorstehenden Operation 408 von 4 kann gleichermaßen für diese Operation 606 verwendet werden. In einer Operation 608 wird ein Signal erzeugt, das die Reaktionsäquivalente von Fluorwasserstoff anzeigt, die dem Reaktor 110 zugeführt werden. Dieses Signal wird dadurch erzeugt, dass die Molarität der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 mit dem Volumen der dem Reaktor 110 zugeführten Fluorwasserstoffsäure (das mit dem Durchflussmesser M1 bestimmt wird) multipliziert wird. Mit den bekannten Reaktionsäquivalenten von Fluorwasserstoff, die dem Reaktor 110 zugeführt werden, kann eine Reaktionspartnerdosis für die Zufuhr zu dem Reaktor 110 in der Operation 610 unter Verwendung der Gleichung und des Dosierungsfaktor (DF) bestimmt werden, die vorstehend beschrieben worden sind. Das Verfahren 600 geht dann zu einer Operation 612 weiter, die die Zufuhr des Reaktionspartners zu dem Reaktor 110 umfasst. Die Zufuhr des Reaktionspartners zu dem Reaktor 110 wird fortgesetzt, bis die festgelegte Menge des Reaktionspartners dem Reaktor 110 zugeführt worden ist. Das Verfahren 600 endet mit einer Operation 614, nachdem die festgelegte Menge des Reaktionspartners dem Reaktor 110 zugeführt worden ist.
Die 2A und 7 zeigen eine alternative Ausführungsform einer Anlage und eines Verfahrens zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 2A zeigt eine alternative Anlage 250, die eine Modifikation der Anlage 100 der 1 und 2 ist. Die Anlage 250 unterscheidet sich von der Anlage 100 dadurch, dass ein Kühlmedium, das in der Heizspule 120 zirkuliert, direkt einer Wärmeenergie-Übertragungs-/-Umwandlungseinheit 124 zugeführt wird, ohne wie in den 1 und 2 in einem Kühlmittelbehälter 122 gesammelt zu werden. Komponenten der Anlage 250, die mit Komponenten der Anlage 100 identisch sind, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, die bei der Beschreibung der Anlage 100 verwendet worden sind.
Die Anlage 250 und die Anlage 100 können zum Durchführen von Ausführungsformen gemäß einem Verfahren 700 von 7 verwendet werden. Das Verfahren 700 umfasst eine Operation 702 zum Sammeln von Fluorwasserstoffsäure aus einem oder mehreren Abfallströmen in einer oder mehreren Halbleiter-Herstellungsanlagen. Die Operation 702 kann durch Sammeln von Fluorwasserstoffsäure-Abfall aus den Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a und 102b und Sammeln dieses Abfalls in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 ausgeführt werden. In einer Operation 704 wird ein Signal erzeugt, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 anzeigt. Dieses Signal kann von der Wägezelle P1 erzeugt werden und kann zum Beispiel ein Signal sein, das die Masse oder das Volumen von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 angibt. In einer Operation 706 wird dann ein Signal erzeugt, das eine Konzentration von Fluorwasserstoff anzeigt, der in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 enthalten ist. Dieses Signal kann von dem Chemikalienanalysator F1 erzeugt werden. In einer Operation 708 wird Fluorwasserstoffsäure aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 dem Reaktor 110 zugeführt. Der Durchsatz der dem Reaktor 110 zugeführten Fluorwasserstoffsäure kann mit dem Durchflussmesser M1 überwacht und gesteuert werden. In einer Operation 709 kann ein Signal, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure, die dem Reaktor zugeführt wird (und somit die Menge von Reaktionsäquivalenten von Fluorwasserstoff, die dem Reaktionsbehälter 110 zugeführt werden), angibt, auf der Basis des Durchsatzes und der Dauer, mit der der Durchsatz von Fluorwasserstoffsäure aufrechterhalten wird, erzeugt werden. In einer Operation 710 wird die Menge des in den Reaktor 110 eingeleiteten Reaktionspartners gesteuert. Die Menge des in den Reaktor 110 eingeleiteten Reaktionspartners kann auf der Basis der festgelegten Äquivalente von Fluorwasserstoff, die dem Reaktor 110 zugeführt werden, mit dem Durchflussmesser M2 überwacht und gesteuert werden. In einer Operation 712 werden der Fluorwasserstoff und der Reaktionspartner in dem Reaktor 110 zur Reaktion gebracht, um eine Lösung herzustellen, die Kryolith enthält. In dem Verfahren 700 wird in einer Operation 714 Wärmeenergie von dem Reaktor 110 mittels der Heizspule 120 (1) abgeführt. Die in der Operation 714 mittels der Heizspule 120 abgeführte Wärmeenergie wird in einer Operation 716 in eine alternative Form von Energie umwandelt, die von Wärmeenergie verschieden ist. Diese Umwandlung der Wärmeenergie in eine alternative Form von Energie, die von Wärmeenergie verschieden ist, kann mit der Wärmeenergie-Umwandlungseinheit 124 (in 2A) durchgeführt werden, und die alternative Form von Energie kann einer alternativen Energielast 126 (in 2A) zugeführt werden.
2B zeigt eine Anlage 150 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Anlage 150 ist mit der Anlage 100 identisch, die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben worden ist. Komponenten der Anlage 150, die mit Komponenten der Anlage 100 identisch sind, sind mit Bezugszahlen bezeichnet, die den Bezugszahlen gleichen, die in 2 verwendet worden sind. Die Anlage 150 unterscheidet sich von der Anlage 100 dadurch, dass die Anlage 150 eine Überschüssige-Fluorwasserstoffsäure-Mischvorrichtung 152 zwischen Quellen 102a, 102b, 102c und 102d der überschüssigen Fluorwasserstoffsäure aufweist. Eine Einlassseite der Überschüssige-Fluorwasserstoffsäure-Mischvorrichtung 152 ist in Fluidkommunikation mit jeder der mehreren verschiedenen Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a, 102b, 102c und 102d. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen diese mehreren verschiedenen Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a, 102b, 102c und 102d Fluorwasserstoffsäure mit unterschiedlichen Konzentrationen bereit. Eine Auslassseite der Überschüssige-Fluorwasserstoffsäure-Mischvorrichtung 152 ist in Fluidkommunikation mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103. Bei Betrieb erhält die Überschüssige-Fluorwasserstoffsäure-Mischvorrichtung 152 überschüssige Fluorwasserstoffsäure von zwei oder mehr der Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a, 102b, 102c und 102d, und sie vermischt die zwei oder mehr Fluorwasserstoffsäure-Abfallströme. Der Strom von den Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a, 102b, 102c und 102d zu der Überschüssige-Fluorwasserstoffsäure-Mischvorrichtung 152 wird mit Ventilen oder Durchflussmessern (nicht dargestellt) gesteuert. Durch das Vorsehen der Überschüssige-Fluorwasserstoffsäure-Mischvorrichtung 152 zwischen den Fluorwasserstoffsäure-Abfallquellen 102a, 102b, 102c und 102d und dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 kann ein Anlagenbediener die Konzentration der Fluorwasserstoffsäure, die dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 zugeführt wird, genau anpassen. Durch Vermischen von Strömen von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure mit unterschiedlichen Konzentrationen in der Überschüssige-Fluorwasserstoffsäure-Mischvorrichtung 152 kann ein Gemisch aus einer Fluorwasserstoffsäure mit einer gewünschten Konzentration von Fluorwasserstoff zum Einleiten in den Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter 103 und schließlich in den Reaktor 110 hergestellt werden.
Kryolith, der gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hergestellt wird, zeigt einen Fremdstoffgehalt, der so niedrig ist, dass er handelsübliche Standards für die Kryolith-Reinheit einhält, sodass der hergestellte Kryolith für großtechnische Anwendungen geeignet ist. Bei einigen Ausführungsformen zeigt Kryolith, der gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hergestellt wird, einen Natriumgehalt von weniger als etwa 32 Masse-%.
Bei einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith. Dieses Verfahren umfasst ein Sammeln der überschüssigen Fluorwasserstoffsäure in einem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter und ein Erzeugen eines Signals, das eine Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt. Außerdem wird ein Signal erzeugt, das eine Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt. Die Fluorwasserstoffsäure aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter wird einem Reaktor zugeführt. Außerdem wird eine Menge eines Reaktionspartners in den Reaktor eingeleitet, wobei diese Menge dadurch gesteuert wird, dass eine Dosis des in den Reaktor einzuleitenden Reaktionspartners auf der Basis des erzeugten Signals, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt, und des erzeugten Signals bestimmt wird, das die Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt. Gemäß einigen Ausführungsformen wird eine Temperatur eines Inhalts des Reaktors eingestellt, um die Umwandlung der Fluorwasserstoffsäure in Kryolith zu steuern.
Bei einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Offenbarung eine Anlage zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith. Diese Anlage weist Folgendes auf: einen Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter, der bei Betrieb überschüssige Fluorwasserstoffsäure von zwei oder mehr Quellen von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in einer Halbleitervorrichtungs-Bearbeitungsanlage empfängt; und einen Fluorwasserstoffsäure-Analysator, der operativ mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter verbunden ist und bei Betrieb ein Signal erzeugt, das eine Konzentration der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt. Ein Reaktor ist in Fluidkommunikation mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter, und ein Reaktionspartner-Behälter ist in Fluidkommunikation mit dem Reaktor. Die Anlage weist weiterhin ein oder mehrere Steuergeräte auf, die bei Betrieb eine Menge von Fluorwasserstoffsäure, die aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in den Reaktor eingeleitet wird, steuern und ein Signal empfangen, das einen Durchsatz der Fluorwasserstoffsäure anzeigt, die aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in den Reaktor eingeleitet wird. Das eine oder die mehreren Steuergeräte steuern auch eine Menge eines Reaktionspartners, der aus einem Reaktionspartner-Behälter in den Reaktor eingeleitet wird, auf der Basis der Menge von Fluorwasserstoffsäure, die aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in den Reaktor eingeleitet wird, und sie empfangen ein Signal, das den Durchsatz des Reaktionspartners anzeigt, der in den Reaktor eingeleitet wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Anlage zum Herstellen von Kryolith aus Fluorwasserstoffsäure, die einen Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter und einen Reaktor aufweist. Der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter kommuniziert operativ mit mindestens einer Mengenbestimmungseinheit, die bei Betrieb ein Signal erzeugt, das eine Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt. Der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter kommuniziert außerdem operativ mit einem Fluorwasserstoffsäure-Analysator, der bei Betrieb ein Signal erzeugt, das eine Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt. Die Anlage weist weiterhin Folgendes auf: einen Reaktor in Fluidkommunikation mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter; eine Wärmeenergie-Übertragungseinheit in thermischer Kommunikation mit dem Reaktor; einen Reaktionspartner-Behälter in Fluidkommunikation mit dem Reaktor; und mindestens ein Steuergerät, das bei Betrieb eine Menge eines Reaktionspartners, der von einer Reaktionspartnerquelle in den Reaktor eingeleitet wird, auf der Basis des Signals, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt, und des Signals steuert, das die Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt.

Claims

Verfahren zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith, umfassend: Sammeln der überschüssigen Fluorwasserstoffsäure in einem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter; Erzeugen eines Signals, das eine Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt; Erzeugen eines Signals, das eine Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt; Einleiten der Fluorwasserstoffsäure aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in einen Reaktor; Steuern einer Menge eines Reaktionspartners, der in den Reaktor eingeleitet wird, wobei das Steuern der Menge des in den Reaktor eingeleiteten Reaktionspartners ein Bestimmen einer Dosis des Reaktionspartners zum Einleiten in den Reaktor auf der Basis des erzeugten Signals, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt, und des erzeugten Signals umfasst, das die Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt; und Einstellen einer Temperatur eines Inhalts des Reaktors.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Sammeln der überschüssigen Fluorwasserstoffsäure ein Sammeln von Fluorwasserstoffsäure-Abfall aus zwei oder mehr Quellen von Fluorwasserstoffsäure-Abfall in einer Halbleitervorrichtungs-Bearbeitungsanlage umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei: der Fluorwasserstoffsäure-Abfall von den zwei oder mehr Quellen unterschiedliche Mengen von Fluorwasserstoff enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin ein Zur-Reaktion-Bringen der Fluorwasserstoffsäure in dem Reaktor mit dem Reaktionspartner in dem Reaktor zum Herstellen von Kryolith umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin Folgendes umfasst: Abführen von Wärmeenergie von dem Reaktor, die durch das Herstellen von Kryolith in dem Reaktor entstanden ist; und Einspeisen der abgeführten Wärmeenergie in eine Wärmeenergie-Umwandlungseinheit.
Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin Folgendes umfasst: Empfangen der Wärmeenergie von dem Reaktor an der Wärmeenergie-Umwandlungseinheit; und Nutzen der empfangenen Wärmeenergie zum Erzeugen einer alternativen Form von Energie, die von Wärmeenergie verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die alternative Form von Energie elektrische Energie ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter eine Masse einer Lösung von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter ist, und die Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure ein Massenanteil von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter ein Volumen einer Lösung von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter ist, und die Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter eine Molarität der Fluorwasserstoffsäure ist.
Anlage zum Umwandeln von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure in Kryolith, wobei die Anlage Folgendes aufweist: einen Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter, der bei Betrieb überschüssige Fluorwasserstoffsäure von zwei oder mehr Quellen von Fluorwasserstoffsäure-Abfall in einer Halbleitervorrichtungs-Bearbeitungsanlage empfängt; einen Fluorwasserstoffsäure-Analysator, der operativ mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter verbunden ist und bei Betrieb ein Signal erzeugt, das eine Konzentration der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt; einen Reaktor in Fluidkommunikation mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter; einen Reaktionspartner-Behälter, wobei der Reaktionspartner-Behälter in Fluidkommunikation mit dem Reaktor ist; ein oder mehrere Steuergeräte, die bei Betrieb eine Menge von Fluorwasserstoffsäure, die aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in den Reaktor eingeleitet wird, steuern und ein Signal empfangen, das eine Flussrate der Fluorwasserstoffsäure anzeigt, die aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in den Reaktor eingeleitet wird steuern, und eine Menge eines Reaktionspartners, der aus dem Reaktionspartner-Behälter in den Reaktor eingeleitet wird, auf der Basis der Menge von Fluorwasserstoffsäure, die aus dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in den Reaktor eingeleitet wird, steuern und ein Signal empfangen, das die Flussrate des Reaktionspartners anzeigt, der in den Reaktor eingeleitet wird.
Anlage nach Anspruch 10, die weiterhin eine Wärmeenergie-Übertragungseinheit in thermischer Kommunikation mit dem Reaktor aufweist.
Anlage nach Anspruch 11, die weiterhin eine Wärmeenergie-Umwandlungseinheit in Kommunikation mit der Wärmeenergie-Übertragungseinheit aufweist, wobei: die Wärmeenergie-Umwandlungseinheit derart eingerichtet ist, dass sie Wärmeenergie von der Wärmeenergie-Übertragungseinheit in eine alternative Form von Energie umwandelt, die von Wärmeenergie verschieden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei: der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter einen ersten Einlass zum Empfangen von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure von einer ersten Quelle von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure und einen zweiten Einlass zum Empfangen von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure von einer zweiten Quelle von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure aufweist, die von der ersten Quelle von überschüssiger Fluorwasserstoffsäure verschieden ist.
Anlage zum Umwandeln von Fluorwasserstoffsäure in Kryolith, wobei die Anlage Folgendes aufweist: einen Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter, wobei der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter operativ mit mindestens einer Mengenbestimmungseinheit kommuniziert, die bei Betrieb ein Signal erzeugt, das eine Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt, und operativ mit einem Fluorwasserstoffsäure-Analysator kommuniziert, der bei Betrieb ein Signal erzeugt, das eine Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt; einen Reaktor in Fluidkommunikation mit dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter; eine Wärmeenergie-Übertragungseinheit in thermischer Kommunikation mit dem Reaktor; einen Reaktionspartner-Behälter, wobei der Reaktionspartner-Behälter in Fluidkommunikation mit dem Reaktor ist; und mindestens ein Steuergerät, das bei Betrieb eine Menge eines Reaktionspartners, der von einer Reaktionspartnerquelle in den Reaktor eingeleitet wird, auf der Basis des Signals, das die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt, und des Signals steuert, das die Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter anzeigt.
Anlage nach Anspruch 14, wobei: der Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter in Fluidkommunikation mit zwei oder mehr Quellen von Fluorwasserstoffsäure-Abfall in einer Halbleitervorrichtungs-Herstellungsanlage ist.
Anlage nach Anspruch 15, wobei: die Fluorwasserstoffsäure von den zwei oder mehr Quellen unterschiedliche Mengen von Fluorwasserstoff pro Massen- oder Volumeneinheit enthält.
Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei: die Menge von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter eine Masse einer Lösung von Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter ist, und die Menge von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter ein Massenanteil von Fluorwasserstoff in der Fluorwasserstoffsäure in dem Fluorwasserstoffsäureabfall-Sammelbehälter ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, die weiterhin eine Wärmeenergie-Umwandlungseinheit in Kommunikation mit der Wärmeenergie-Übertragungseinheit aufweist, wobei die Wärmeenergie-Umwandlungseinheit derart eingerichtet ist, dass sie Wärmeenergie von der Wärmeenergie-Übertragungseinheit in eine alternative Form von Energie umwandelt, die von Wärmeenergie verschieden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei: die Mengenbestimmungseinheit eine Wägezelle ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 19, die weiterhin eine Reaktionspartnerkonzentrations-Analyseneinheit in Fluidkommunikation mit der Reaktionspartnerquelle aufweist.