DE102006062932B3

DE102006062932B3 - Trockenätzgas für Halbleiterverfahren

Info

Publication number: DE102006062932B3
Application number: DE102006062932A
Authority: DE
Inventors: Ook Jae Cho; Jong Yeol Yang; Bong Suk Kim; Hae Seok JI; Jae Gug Ryu; Young Hoon Ahn; Dong Hyun Kim
Original assignee: Foosung Co Ltd
Current assignee: Foosung Co Ltd
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: JP2007302663A; TW200742741A; US20070265478A1; US7319174B2; KR100796067B1; US20080203353A1; KR20070108987A; DE102006049156B4; TWI310762B; DE102006049156A1

Abstract

Trockenätzgas für Halbleiterverfahren, umfassend – C5F8 in einer Menge von 99,995 Vol.-% oder mehr, – Stickstoff in einer Menge von 13 Vol.-ppm oder weniger, – Sauerstoff in einer Menge von 3 Vol.-ppm oder weniger, – Wasser in einer Menge von 1 Gew.-ppm oder weniger und – Metallbestandteile in einer Menge von 5 Gew.-ppb oder weniger.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf hochgradig reines Octafluorcyclopenten, einsetzbar als Trockenätzgas zur Verwendung bei der Bildung von einem Schaltungsmuster mit sehr großem Integrationsgrad (nachfolgend bezeichnet als ”VLSI”, very large scale integrated circuit) oder einem Schaltungsmuster mit ultragroßem Integrationsgrad (nachfolgend bezeichnet als ”ULSI”, ultra large scale integrated, circuit). Noch spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Trockenätzgas, enthaltend Octafluorcyclopenten (C₅F₈) in einer Menge von 99,995 Vol.-% oder mehr, Stickstoff in einer Menge von 13 Vol.-ppm oder weniger, Sauerstoff in einer Menge von 3 Vol.-ppm oder weniger, Wasser in einer Menge von 1 Gew.-ppm oder weniger und Metallbestandteile in einer Menge von 5 Gew.-ppb oder weniger.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Trockenätzen, das sich auf die Entfernung von Material, typischerweise ein maskiertes Muster von Halbleitermaterial, bezieht, wird als ein wesentliches Verfahren zur Herstellung von ULSI angesehen, was ultrafeine Muster von Schaltungen zur Speicherung einer großen Menge von Informationen auf kleinem Raum erfordert. Wenn ein Trockenätzverfahren auf eine Schicht Siliciumoxid, das eine typische Siliciumverbindung darstellt, angewendet wird, kann herkömmliches Ätzgas, d. h. gesättigtes Fluorkohlenstoffgas, keine Gestaltung von Schaltungen mit einer Feinheit von 0,13 μm oder weniger (ein Längenverhältnis von 20 oder größer) sicherstellen. Gesättigte Fluorkohlenwasserstoffe zeigen zwischen einer zu ätzenden Siliciumoxidverbindung und einem Schutzfilm, z. B. einem Photoresist oder Polysilicium, geringe Selektivität, so dass diese zum Ätzen von ultrafeinen Muster schwierig einzusetzen sind. Nach dem Ätzen werden zusätzlich Kohlenstoffreste des herkömmlichen Ätzgases nicht vollständig entfernt, was die Bildung ultrafeiner Muster verhindert.
Als ein alternatives Ätzgas für herkömmliche gesättigte Fluorkohlenwasserstoffe hat Octafluorcyclopenten (nachfolgend bezeichnet als ”C₅F₈”), das eine Doppelbindung enthält, große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Aufgrund der wenigen Fluoratome pro Kohlenstoffatom, was aus der Doppelbindung resultiert, kann dieses alternative Ätzgas Ätzmaskenfilme, wie Photoresists, Polysilicium etc., selektiver ätzen als dies gesättigte Fluorkohlenwasserstoffe können. Zusätzlich werden Nach-Ätzreste des Ätzgases ohne weiteres verdampft, was für die Bildung von Schaltungsmustern von einer Feinheit von 0,13 μm oder kleiner (ein Längenverhältnis von 20 oder größer) hilfreich ist.
C₅F₈ ist ein Matrixmaterial mit einem Siedepunkt von 26,8°C.
Mit der Tendenz von Halbleitervorrichtungen in Richtung hoher Integration und Leistungsfähigkeit ist für ein Ätzgas, wie C₅F₈, zur Verwendung bei der Bildung von Halbleiterelementen eine größere Reinheit erforderlich. Hohe Reinheit ist eine wesentliche Bedingung, damit ein Ätzgas ein Ätzen mit einer hohen Rate und Gleichmäßigkeit durchführt. Das größte Problem, ein hochgradig reines Ätzgas zu erhalten, sind Restspurenkomponenten, die typischerweise Metalle darstellen. Ein höheres Niveau von Metallbestandteilen als ein kritisches Niveau ist nicht nur für die Bildung von feinen Mustern verhängnisvoll, sondern hat auch einen negativen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Halbleitervorrichtung. Demgemäß wird Ätzgas während des Herstellungsverfahrens von Halbleitervorrichtungen, genauso wie während der Herstellung und Reinigung hiervon, strikt kontrolliert. Es war jüngst erforderlich, das Niveau von Metallbestandteilen auf weniger als 5 ppb zu verringern.
Verfahren zur Herstellung von hochgradig reinem C₅F₈ wurden bereits vorgeschlagen.
Die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei. 9-95418 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von C₅F₈ mit einer Reinheit von 99,8 bis 99,98% durch Umsetzen von 1,2-Dichlorhexafluorcyclopenten mit KF in DMF unter einem Stickstoffstrom.
In der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 2000/71497 ( PCT/JP2000/ 03308 ) wird ein Gas für eine Plasmareaktion offenbart, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas einen Gehalt von Octafluorcyclopenten von 99,9 Vol.-% oder mehr aufweist, und die Gesamtmenge an Stickstoff und Sauerstoff, die als Restspurengaskomponenten enthalten sind, beträgt 200 Vol.-ppm oder weniger. Dieses kann durch Rektifizieren von rohem C₅F₈ von einer Reinheit von 95 Vol.-% auf eine Reinheit von 99,9 Vol.-% oder mehr in einer Atmosphäre aus Inertgas, das zur Gruppe 0 gehört, und anschließend Entfernen von restlichen Verunreinigungen hieraus durch Niedertemperaturvakuumentlüftung, Molekularsieb oder Absorberkontakt, hergestellt werden.
In typischen Verfahren zur Herstellung von C₅F₈ wird Octachlorcyclopenten (C₅Cl₈) oder Hexafluorcyclopentadien (C₅Cl₆) mit Florwasserstoff (HF) in Gegenwart eines Antimon(Sb)- oder Chrom(Cr)-Katalysators hydrofluoriert, um die Chloratome teilweise durch Fluoratome zu substituieren, und Chlorfluorcyclopentene (C₅Cl_xF_8-x, x = 1–7) ( US-Patent Nr. 6 395 940 ) zu erhalten, gefolgt von weiterer Fluorierung der Chlorfluorcyclopentene mit Kaliumfluorid (KF) in N,N-Dimethylformamid (nachfolgend bezeichnet als ”DMF”), um die mit der Doppelbindung verbundenen Chloratome durch Fluoratome zu ersetzen (offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-95458 ).
Die mit den doppelt gebundenen Kohlenstoffatomen verbundenen Chloratome sind kaum mit Fluoratomen unter Verwendung von Florwasserstoff in Gegenwart von Antimon- oder Chromkatalysator zu substituieren. Die Fluorierung der an die doppelt gebundenen Kohlenstoffatome gebundenen Chloratome wird demgemäß unter Verwendung von Kaliumfluorid erreicht, was einen zusätzlichen Verfahrensschritt erfordert. Zur Fluorierung mit Flurwasserstoff in Gegenwart eines Antimon- oder Chromkatalysators wird die Herstellung, Aktivierung und Regeneration des Katalysators notwendig. Zusätzlich ist die Fluorierung mit komplizierten Verfahren begleitet, einschließlich der Rückgewinnung von zugegebenem überschüssigen Fluorwasserstoff, die Behandlung von überschüssigem gebildeten Chlorwasserstoff, die Absorption von Chlorwasserstoff in Wasser im Laufe der Abtrennung des Produkts und des Chlorwasserstoffs und die Entwässerung des Produkts.
Die direkte Fluorierung von Octachlorcyclopenten mit Kaliumfluorid war früher bereits bekannt (J. Org. Chem. 28, 112 (1962)). Jedoch wenden die meisten kommerziellen Verfahren nicht das direkte Fluorierungsverfahren unter Verwendung von Kaliumfluorid an, sondern erfolgen durch partielle Fluorierung von Octachlorcyclopenten zum Chlorfluorcyclopenten in Gegenwart eines Antimon- oder Chromkatalysators und darauf folgende Umwandlung von Chlorfluorcyclopenten zu Octafluorcyclopenten. Der Grund zur Vermeidung der direkten Fluorierung von Octachlorcyclopenten mit Kaliumfluorid besteht darin, dass es schwierig ist, ein kontinuierliches Verfahren aufrechtzuerhalten.
Die chemische Industrie, eine Art von Verfahrensindustrie, ist im Hinblick auf Qualitätskontrolle, Arbeitskraft und Produktionskosten ökonomisch günstiger, wenn die Verfahren in einer kontinuierlichen Art und Weise durchgeführt werden.
1) Schwierigkeit der Durchführung eines kontinuierlichen Verfahrens
Die direkte Fluorierung von Octachlorcyclopenten erfordert eine große Menge an festem Kaliumfluorid (so viel wie 8 Äquivalente oder mehr), verglichen mit der Menge, die für die Fluorierung von partiell fluoriertem Chlorfluorcyclopenten (CCl_xF_8-x, x = 1–3) erforderlich ist. Nachdem die Reaktion mit Abschluss der Zugabe von Octachlorcyclopenten beendet ist, wird eine große Menge an Nebenprodukt von festem Kaliumchlorid (KCl) zusammen mit dem Lösungsmittel DMF aus dem Reaktor abgelassen, gefolgt von Zuführen von frischem DMF und Kaliumfluorid in den Reaktor und Erhöhen der Temperatur, um einen neuen Reaktionsdurchlauf vorzubereiten. Demgemäß müssen die Verfahren in einer nicht kontinuierlichen Art und Weise durchgeführt werden, um die große Menge an festem KCl, die sich im Reaktor ansammelt, zu entfernen.
2) Behandlung von Kaliumfluorid und Kaliumchlorid
Wenn Chlorfluorcyclopenten (CCl_xF_8-x, x = 1–3) mit Kaliumfluorid in DMF fluoriert wird, wird die Menge an Kaliumfluorid auf 1/8 bis 3/8 der erforderlichen Menge zur Fluorierung von Octachlorcyclopenten verringert. Demgemäß ist es relativ einfach, festes Kaliumfluorid und Kaliumchlorid zu behandeln. Im Gegensatz hierzu resultiert die Fluorierung von Octachlorcyclopenten in der Abscheidung einer großen Menge an Kaliumchlorid in DMF, was es sehr schwierig macht, das Kaliumfluorid und Kaliumchlorid zu behandeln. Obwohl mit Hilfe eines Rührers durchgeführt, ist die Behandlung des Feststoffs (KCl) nicht ohne weiteres zu lösen. Somit ist die direkte Fluorierung von Octachlorcyclopenten schwierig in die Praxis umzusetzen.
3) Abtrennung von Kaliumchlorid aus DMF
Nach der Umsetzung werden Kaliumchlorid und DMF aus dem unteren Bereich des Reaktors abgelassen und unter Verwendung eines Filters getrennt, damit das DMF wieder verwendet werden kann. Die Menge an gebildetem Kaliumchlorid ist zu groß, um vollständig filtriert zu werden, und es ist mühsam, das eluierte DMF in den Reaktor zurückzuführen.
Die internationale Patentveröffentlichung Nr. WO 2000/71497 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von C₅F₈ in einer Reinheit von 99,97 Vol.-% durch Geben von 99,83% reinem C₅F₈, zusammen mit einem Kochchip, in einen Glaskolben, der mit einer Rektifikationssäule versehen ist, Spülen der Rektifikationssäule mit He-Gas und unter Rückfluss kochen lassen der Recktanten im Kolben (Beispiel 1), sowie ein Verfahren zur weiteren Rektifikation des C₅F₈ auf eine Reinheit von 99,98% in einer Heliumatmosphäre (Beispiel 2).
Im Allgemeinen enthält rohes C₅F₈, das zur Verwendung im Halbleiterbereich gereinigt werden muss, organische Komponenten, einschließlich Ausgangsmaterialien, Zwischenprodukten und Nebenprodukten, zusätzlich zu Wasser, Stickstoff, Sauerstoff und Metallbestandteilen, als Verunreinigungen.
Es ist sehr schwierig, die organischen Komponenten aus dem rohen C₅F₈ zu entfernen, da organische Bestandteile mit Siedepunkten oberhalb und unterhalb desjenigen von C₅F₈ in den organischen Komponenten vorliegen.
Gemäß dem Verfahren der WO 2000/71497 werden organische Materialien mit niedrigeren Siedepunkten als demjenigen von C₅F₈ unter Verwendung von Inertgas, das zur Gruppe 0 gehört, entfernt, um C₅F₈ in einer Reinheit von 99,9 Vol.-% oder höher zu ergeben, während organische Materialien mit höheren Siedepunkten als C₅F₈ unter Verwendung von Molekularsieb filtriert werden oder auf einem Absorbens absorbiert werden, um C₅F₈ mit einer Reinheit von 99,9 Vol.-% oder höher zu ergeben.
Nirgends im Verfahren des Patents werden die Gehalte der Metallverbindungen erwähnt, weil das verwendete rohe C₅F₈ bereits eine so hohe Reinheit von 95 Vol.-% aufweist, und das Reinigungsverfahren wird unter Verwendung von Glasgeräten durchgeführt.
Um das Verfahren zur Herstellung von C₅F₈ im industriellen Maßstab anzuwenden, ist jedoch eine laufende bzw. On-line-Analyse in Realzeit erforderlich. In der Praxis erfordert eine On-line-Analyse in Realzeit die Verwendung von metallischen Reaktoren und Leitungen, wie jene, die aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, und Berücksichtigung der Verbindungen zwischen den Leitungen und Reaktionsbedingungen, wie Druck und Wärme. Demgemäß enthalten die Produkte unweigerlich verschiedene Metallkomponenten, weil sie aus der metallischen Apparatur eingeführt werden.
Daher kann das Reinigungsverfahren unter Verwendung von Glasgeräten alleine industriell nicht in die Praxis umgesetzt werden.
Gas zur Verwendung bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen muss ultrarein sein. Spurenanalyse ist wichtig zur Untersuchung der Reinheit des Gases. Insbesondere nimmt C₅F₈-Gas, das bei Raumtemperatur als Flüssigkeit vorliegt, ohne weiteres Stickstoff und/oder Sauerstoff aus Luft in sich auf. Um die Verlässlichkeit und Genauigkeit von Halbleiterprodukten aufrechtzuerhalten, indem man die Aufnahme von Verunreinigungen aus der Luft nicht übersieht, muss die On-line-Analyse eines derartigen Ätzgases in Realzeit in einem Reinigungsschritt oder einer Anwendungsstufe durchgeführt werden. Da gemäß des C₅F₈-Reinigungsverfahrens des internationalen Patents (oben), welches die Verwendung einer Glasvorrichtung sowie eines Inertgases, das zur Gruppe 0 gehört, aufweist, müssen die Destillation, Zuführung, Lagerung und Analyse in einem nicht vollständig luftdichten Zustand durchgeführt werden, wobei die Aufnahme von Stickstoff und/oder Sauerstoff in das Produkt C₅F₈ unvermeidlich ist. Da das gereinigte C₅F₈ zusätzlich zusammen mit dem Inertgas der Gruppe 0 in einem druckbeständigen Behälter gelagert wird, belegt das Inertgas den oberen Bereich des Behälters. Es ist daher schwierig, nur C₅F₈ mit einer festen Geschwindigkeit in einem frühen Stadium des Halbleiterverfahrens oder der Analyse abzulassen. In der Tat wird ein großes Volumen von C₅F₈-Gas noch vor dem Halbleiterverfahren oder der Analyse abgelassen. Unter Verwendung eines Gases der Gruppe 0 (He) gereinigte Produkte sind für die Verwender sehr unangenehm zu handhaben, weil der Gasauslass eine Voraussetzung für die genaue Analyse oder Verlässlichkeit von Halbleiterverfahren darstellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ätzgas zur Verwendung in VLSI- oder ULSI-Verfahren bereitzustellen, umfassend 99,995 Vol.-% oder mehr C₅F₈, 13 Vol.-ppm oder weniger Stickstoffgas, 3 Vol.-ppm oder weniger Sauerstoffgas, 1 Gew.-ppm oder weniger Wasser und 5 Gew.-ppb oder weniger Metallkomponenten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Ätzgases aus Octachlorcyclopenten in einer kontinuierlichen Art und Weise im industriellen Maßstab bereitzustellen, welches die Reduktion von Metallbestandteilen, wie Al, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Na, Ni, Zn etc., die für die Bildung von ultrafeinen Muster und die Leistungsfähigkeit von Halbleitervorrichtungen schädlich sind, auf unter 5 Gew.-ppb zu verringern, und das Sauerstoff, Stickstoff, Wasser entfernt.
Gemäß des Verfahrens kann hochreines Octachlorcyclopenten in einer kontinuierlichen Art und Weise, ausgehend von Octachlorcyclopenten, hergestellt werden.
Keines der kommerziell vertriebenen oder bisher hergestellten Ätzgase enthält C₅F₈ mit einer Reinheit von 99,995 Vol.-% mit einem Gehalt von 5 Gew.-ppb oder weniger an Metallbestandteilen.
Obigen Ziele werden erreicht, mit einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von 99,995 Vol.-% reinem oder hochreinem Octafluorcyclopenten, das als Trockenätzgas verwendbar ist, umfassend: (1) Umsetzen von Octachlorcyclopenten mit KF in einer kontinuierlichen Art und Weise unter Verwendung eines Reaktionssystems, worin zwei KF-beladene Filter parallel angeordnet sind, und diese mit einem Octachlorcyclopenten enthaltenden Reaktor in alternierender Art und Weise durch Öffnen von Ventilen zwischen den Filtern und dem Reaktor, abwechselnd kommunizieren können, um rohes Octafluorcyclopenten mit einer Reinheit von 50 bis 80 Vol.-% herzustellen, und (2) Reinigen des rohen Octafluorcyclopentens durch Entfernen von organischen Materialien mit Siedepunkten, die niedriger sind als derjenige von Octafluorcyclopenten, aus dem rohen Octafluorcyclopenten durch fraktionierte Destillation und durch Abtrennen von Metallbestandteilen und organischen Materialien mit Siedepunkten, die höher sind als derjenige von Octafluorcyclopenten, durch fraktionierte Destillation, um Octafluorcyclopenten als Gas zu gewinnen, wobei eine gasförmige Octafluorcyclopentenzusammensetzung, enthaltend C₅F₈ in einer Menge von 99,995 Vol.-% oder mehr, Stickstoff in einer Menge von 13 Vol.-ppm oder weniger, Sauerstoff in einer Menge von 3 Vol.-ppm oder weniger, Wasser in. einer Menge von 1 Gew.-ppm oder weniger, und Metallbestandteile in einer Menge von 5 Gew.-ppb oder weniger, erhalten werden kann. Das hochgradig reine C₅F₈ ist als Ätzgas zur Verwendung in VISI- oder ULSI-Verfahren sehr nützlich.
Gemäß dem Verfahren kann hochgradig reines C₅F₈ zur Verwendung in Halbleiterverfahren aus C₅Cl₈ in kontinuierlicher Art und Weise ohne die Verwendung von Gas der Gruppe 0, Molekularsiebe, Absorbentien etc. hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich, worin:
1 eine Ansicht darstellt, die ein Verfahren und ein Reaktionssystem für die kontinuierliche Herstellung von Octafluorcyclopenten zeigt, umfassend die Zirkulation von KF/DMF gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht darstellt, die ein Verfahren und ein Reaktionssystem für die Reinigung von Octafluorcyclopenten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
3 eine Ansicht darstellt, die ein Verfahren und ein Reaktionssystem für die Herstellung von Octafluorcyclopenten, umfassend die Verwendung von KF·2HF zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausgehend von C₅Cl₈ wird C₅F₈-Gas 99,995 Vol.-% rein mit einem Gehalt von 13 Vol. -ppm oder weniger Stickstoffgas, 3 Vol.-ppm oder weniger Sauerstoffgas, 1 Gew.-ppm oder weniger Wasser und 5 Gew.-ppb oder weniger an Metallbestandteilen in einer kontinuierlichen Art und Weise gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Das Verfahren kann in zwei Verfahren aufgeteilt werden: kontinuierliche Umwandlung von C₅Cl₈ in C₅F₈ mit KF (erstes Verfahren); und Reinigung von rohem C₅F₈ zu einer hochgradig reinen Form (zweites Verfahren). Diese zwei Verfahren sind ohne Unterbrechung im Verfahren verbunden.
Anstelle von KF kann im ersten Verfahren KF·2HF verwendet werden, um C₅Cl₈ kontinuierlich in C₅F₈ umzuwandeln.
– Erstes Verfahren: kontinuierliche Umwandlung von C₅Cl₈ in C₅F₈
Mit C₅Cl₈, verwendet als Ausgangsmaterial, wird die Herstellung von rohem C₅F₈ (erstes Verfahren) durch Fluorierung, nicht mit Fluorwasserstoff, sondern mit Kaliumfluorid, erreicht.
Im Verfahren wird das Reaktionslösungsmittel DMF mit schneller Geschwindigkeit von einem mittleren Bereich des Reaktors zu einem unteren Bereich mit Hilfe einer Pumpe zirkuliert. In einem Rohr, durch das DMF zirkuliert wird, sind zwei Filtersysteme, beaufschlagt mit Kaliumfluorid, parallel angeordnet. Zuerst wird eines dieser angepasst, damit schnelle Zirkulation von DMF möglich wird, um Kaliumfluorid in den Reaktor einzuführen. Dann wird, wenn die Temperatur 140 bis 150°C erreicht, das Material C₅Cl₈ in den Reaktor zugeführt. Wenn die Fluorierung in einem der zwei Filtersysteme, das mit Kaliumfluorid beaufschlagt bzw. beladen ist, fortschreitet, wird KCl erzeugt. Zum Zeitpunkt der Beendigung der Reaktion wird ein Ventil betätigt, um den DMF-Strom in Richtung des anderen frischen Filtersystems umzuleiten, so dass DMF ohne Unterbrechung in den Reaktor zugeführt wird, wodurch die Umwandlung von C₅Cl₈ in C₅F₈ kontinuierlich durchgeführt wird. Das Filtersystem, in dem KF vollständig verschwunden ist, d. h. in dem KCl erzeugt wurde, wird durch einen einfachen Vorgang von KCl abgetrennt, gefolgt von Zuführen von frischem KF in das Filtersystem, welches dann für den nächsten Fluorierungsdurchlauf bereit ist. In dieser Art und Weise wird das herkömmliche Verfahren, in dem Zuführen und Umwandeln des Materials beim Ersetzen von KF durch frisches KF unterbrochen wird, überwunden. Das heißt, weil es möglich wird, kontinuierlich C₅Cl₈ in den Reaktor zuzuführen und C₅F₈ zu erzeugen, ist das Verfahren sehr nützlich. Da die Umsetzung von Kaliumfluorid mit C₅Cl₈ voranschreitet, nimmt die Menge an Kaliumchlorid zu, was in einer Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit resultiert. Gerade vor Beendigung der Reaktion wird das Filtersystem im Gebrauch mit dem bereitstehenden Filtersystem durch Ventilbetätigung umgewechselt, um die Reaktivität zu verbessern. Zusätzlich kann C₅F₈ mit einer hohen Ausbeute einfach durch Rühren der Reaktanten im Reaktor hergestellt werden.
In einem oberen Bereich des Reaktors wird das hergestellte C₅F₈ von den Recktanten abgetrennt. Im Hinblick darauf wird ein Wärmeaustauscher im oberen Bereich angebracht, um C₅F₈ von teilweise fluorierten Produkten und dem Lösungsmittel DMF abzutrennen. Wenn der Wärmeaustauscher beim Siedepunkt von C₅F₈/27°C gehalten wird, kann C₅F₈ abgelassen werden. Jedoch wird C₅F₈, wenn es im Laufe des Wärmeaustausches im Wärmeaustauscher für eine längere Zeitspanne im Reaktor verbleibt, bei den hohen Temperaturbedingungen zu einer Ringöffnungsverbindung zersetzt. Daher wird das hergestellte C₅F₈ schnell abgelassen, wenn der Wärmetauscher bei nur 20 bis 25°C mit einem aufrechterhaltenen Vakuum bei etwa 500 bis 550 Torr betrieben wird. Das Vakuum wird kontrolliert, um einen Temperaturzustand einzustellen, der geeignet ist, um das Produkt abzulassen. Verglichen damit, dass das Vakuum nicht eingestellt wird, ist die Herstellung von Nebenprodukten signifikant unterdrückt, wenn der Wärmeaustauscher evakuiert wird. Nachdem C₅F₈ durch den Wärmeaustauscher, der im oberen Bereich des Reaktors angebracht ist, abgelassen wurde, wird C₅F₈ in ein Speicherbad, das mit einem Wärmetauscher mit einer Kühlzirkulation bei –30 bis –40°C versehen ist, befördert. Bei einem Vakuum von 500 bis 550 Torr, eingestellt im oberen Bereich des Wärmetauschers, wird C₅F₈ in das Speicherbad geleitet. Die somit durch die Reaktion erhaltene Zusammensetzung umfasst C₅F₈ mit einer Reinheit von 80 Vol.-% oder höher.
Zweites Verfahren: Reinigung von C₅F₈ durch Entfernen von Stickstoff, Sauerstoff und niedrigsiedenden organischen Materialien
Die im ersten Verfahren erhaltene Produktzusammensetzung enthält Sauerstoff und Stickstoff in einer Menge im Bereich von Hunderten von Vol.-ppm bis zu Tausenden Vol.-ppm, gleichgültig, ob die Verunreinigungen neu in den Reaktionsmaterialien vorliegen oder bei einem Wasserwaschverfahren oder einem Trockenverfahren aufgenommen werden. Zusätzlich sind ebenfalls C₄- oder C₅-Verbindungen in einer Menge von Hunderten von Vol.-ppm in der Produktzusammensetzung enthalten, die einen niedrigeren Siedepunkt aufweisen als C₅F₈ und deren Struktur undefiniert ist.
Die Verunreinigungen, wie Stickstoff, Sauerstoff und die niedrig siedenden organischen Materialien, können durch einen ersten Destillationsturm ohne die Zugabe eines Inertgases von Gruppe 0, insbesondere Heliumgas, entfernt werden. Bereitgestellt zur Entfernung von Materialien mit niedrigem Siedepunkt besteht der erste Destillationsturm, der in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, aus einem Heizbad, einer Destillationssäule und einem Kühlkondensator. Die Destillationssäule hat 50 oder mehr theoretische Böden, bevorzugt 60 oder mehr theoretische Böden. Vor Betrieb des ersten Destillationsturms wird ein Hochvakuum von 10^–4 Torr oder weniger innerhalb des ersten Destillationsturms eingestellt, um Restkomponenten mit niedrigem Siedepunkt hiervon zu entfernen. Wiederholtes unter Vakuum setzen und nicht unter Vakuum setzen mit C₅F₈ resultiert in einer vollständigen Entfernung des restlichen Stickstoffs und Sauerstoffs. Das nicht unter Vakuum setzen wird durchgeführt, indem separates Material, das 50 bis 85 Vol.-% C₅F₈ umfasst, und dem Säure und Feuchtigkeit entzogen ist, in einem mittleren Bereich des ersten Destillationsturms zur Entfernung von Komponenten mit niedrigem Siedepunkt zugeführt wird. Wenn ein Wärmebad mit dem rohen C₅F₈ beaufschlagt wird, wird dieses einem vollständigen Rückfluss unterzogen. In dieser Hinsicht ist ein Rückflussverhältnis von 3 bis 5 geeignet. Bevorzugt wird eine Temperatur ähnlich zum Siedepunkt von C₅F₈ am oberen Bereich des ersten Destillationsturms eingestellt. Hinsichtlich des im ersten Destillationsturm einzustellenden Drucks hängt dieser von der Konzentration der Materialien mit niedrigem Siedepunkt und der Beladungsmenge hiervon ab und reicht bevorzugt von 0,3 bis 0,5 Manometerdrücken bezüglich des Transfers zum nächsten Turm (zweiter Turm zum Entfernen von Materialien mit hohem Siedepunkt).
Da kompletter Rückfluss durchgeführt wird, werden Materialien mit niedrigem Siedepunkt im oberen Bereich des Rektifikationsturms gesammelt, während C₅F₈, das frei von Materialien mit niedrigem Siedepunkt ist, zusammen mit Materialien mit hohem Siedepunkt, in Richtung des Bodenbereichs geführt werden. Die Materialien mit niedrigem Siedepunkt aus dem ersten Destillationsturm werden in regelmäßigen Intervallen mit GC-DID (Gaschromatographie-Entladungsionisationsdetektor, Discharge Ionization Detector, Gow-Mac 590-Serie), verwendet für Stickstoff, Sauerstoff und Inertgas, und GC-FID (Gaschromatographie-Flammenionisationsdetektor), verwendet für andere organische Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt, analysiert. Während der Herstellung von hochreinem Ätzgas für Halbleiterverfahren muss dieses on-line für Verunreinigungen mit niedrigem Siedepunkt analysiert werden (z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Inertgas). Wenn eine Probe genommen oder für die Analyse transferiert wird, ist es hochgradig wahrscheinlich, dass Gas, wie Sauerstoff und/oder Stickstoff, aufgenommen wird, was eine genaue Analyse praktisch unmöglich macht. Um die Genauigkeit der Analyse zu erhöhen, muss das Gerät unter Verwendung einer Standardkurve, aufgetragen mit drei verschiedenen Standardkonzentrationen (1 Vol.-ppm, 10 Vol.-ppm und 50 Vol.-ppm), direkt vor jeder Analyse normalisiert werden. Die Steigung der Standardkurve wird verwendet, um den analysierten Wert zu berechnen.
In die Probe wird, wenn diese aus einem Strom des Produkts entnommen wird, um die Verunreinigungen zu analysieren, Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft aufgenommen, so dass eine genaue Analyse schwierig durchzuführen ist. Um dies zu vermeiden, übernimmt die vorliegende Erfindung eine On-line-Analysetechnik. In dieser Hinsicht wird eine Analysenanlage mit einem unteren Bereich des ersten Destillationsturms verbunden, um das hierin gesammelte C₅F₈ direkt in die Analyseeinheit einzuführen. Wenn Verunreinigungen, wie Stickstoff, Sauerstoff und organische Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als Octafluorcyclopenten mit einem Gehalt unterhalb eines vorbestimmten Werts bei der regelmäßigen On-line-Analyse bestimmt werden, wird die Produktzusammensetzung in den zweiten Destillationsturm transferiert, um Materialien mit hohem Siedepunkt zu entfernen. Währenddessen werden die im oberen Bereich des Destillationsturms mit einem festen Druck darin gehaltenen Materialien mit niedrigem Siedepunkt, zusammen mit einem Anteil von C₅F₈, abgelassen. Die abgelassenen Materialien werden in Richtung eines Hilfsdestillationsturms geführt, worin das C₅F₈ von Materialien mit niedrigem Siedepunkt abgetrennt wird. Vom Hilfsdestillationsturm wird das C₅F₈ ohne die Materialien mit niedrigem Siedepunkt zum Speicherbad des ersten Destillationsturms zurückgeführt.
Elutions-Peaks, erhalten aus der On-line-Analyse, die in Realzeit mit dem Ablassen der Materialien aus dem unteren Bereich des ersten Destillationsturms durchgeführt werden, zeigen, dass Elutions-Peaks an Positionen unterhalb von 0,1 Vol.-ppm festgestellt werden, der Nachweisgrenze von GC-DID und GC-FID, was zeigt, dass Verunreinigungen, wie Stickstoff, Sauerstoff, Inertgas und organische Materialien, mit Siedepunkten unterhalb desjenigen von C₅F₈ nur durch Erhitzen unter Rückfluss ohne Einbeziehung des Gases der Gruppe 0 entfernt werden können.
Zweites Verfahren: Reinigung von C₅F₈ durch Entfernen von organischen Materialien mit hohem Siedepunkt und Wasser
Der Octafluorcyclopentenabfluss aus dem ersten Destillationsturm, der frei an organischen Materialien mit niedrigem Siedepunkt ist, aber organische Materialien mit hohem Siedepunkt enthält, wird zum zweiten Destillationsturm zum Entfernen von organischen Materialien mit hohem Siedepunkt transferiert. Die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Destillationsturm stellt die Kraft zum Transferieren des Ausflusses aus dem ersten zum zweiten Destillationsturm dar. Die Menge an transferiertem Ausfluss wird unter Verwendung eines Flussmessers kontrolliert. Die theoretische Bodenanzahl des zweiten Destillationsturms ist größer als diejenige des ersten Destillationsturms und beläuft sich auf 60 und bevorzugt 70 oder größer. Der zweite Destillationsturm verwendet eine Strukturpackung (65 theoretische Böden), hergestellt aus Teflonharz, als Füllstoff. Insbesondere werden innerhalb des Destillationsturms Rohre, Rohrleitungen bzw. Schläuche, Behälter, Säulen und Wärmetauscher angeordnet, die sämtlich elektropoliert sind, um zu verhindern, dass Metallbestandteile hieraus übergehen. Die Menge der Metallbestandteile, die aus der elektropolierten Ausstattung übergeht, ist mehrere 10 ppb bis mehrere 100 ppb kleiner als diejenige von Metallbestandteilen, die aus nicht-elektropolierten Ausstattungen übergeht. Wie der erste Destillationsturm wird der zweite Destillationsturm vor dem Einbringen der Materialien von Verunreinigungen evakuiert. Der Reinigungsvorgang wird für den zweiten Destillationsturm für eine längere Zeitspanne als für den ersten Destillationsturm durchgeführt. Nachdem gespült wurde, wird der zweite Destillationsturm mit einem vorbestimmten Gehalt mit organischem Material mit hohem Siedepunkt, enthaltend C₅F₈-Ausfluss, aus dem unteren Bereich des ersten Destillationsturms beaufschlagt und wird durch Erhitzen unter Rückfluß gekocht. Bevorzugt wird eine Temperatur ähnlich zum Siedepunkt von C₅F₈ im oberen Bereich des zweiten Destillationsturms eingestellt. Hinsichtlich des im zweiten Destillationsturm einzustellenden Drucks reicht dieser bevorzugt von 0,1 bis 0,2 Manometerdruck. Abhängig von der Kapazität des oberen Bereichs des zweiten Destillationsturms beträgt das Rückflussverhältnis bevorzugt 5 oder höher. Wenn ein geeigneter Rückflusszustand eingestellt ist, wird das gereinigte C₅F₈, bevor es transferiert wird, analysiert. Wenn dieses mit einer Reinheit von 99,99 Vol.-% (bevorzugt 99,995 Vol.-% oder höher) analysiert wird, führt man das C₅F₈ durch den oberen Bereich des zweiten Destillationsturms zu einem elektropolierten Speicherbad, das mit einem Wärmetauscher versehen ist. Der Ausfluss des hochreinen C₅F₈ aus dem oberen Bereich des zweiten Destillationsturms, d. h. aus dem hierin eingebauten Wärmetauscher, dient dazu, um die Aufnahme von restlichen metallischen Bestandteilen oder Wasser hierin so weit wie möglich zu verhindern, und insbesondere zeigt der Entfernungseffekt einige Gew.-ppb mehr an metallischen Bestandteilen, verglichen mit demjenigen aus dem unteren Bereich des zweiten Destillationsturms. Dies ist der Fall, weil das C₅F₈ als Gas aus dem Wärmetauscher eluiert wird. Das gasförmige C₅F₈ wird verflüssigt, kondensiert und in einem Speicherbad, das mit einem Wärmetauscher versehen ist, gelagert. Nach Probenahme und Vorbehandlung wird ein vorbestimmtes Volumen des im Speicherbad gelagerten C₅F₈ on-line auf metallische Bestandteile unter Verwendung von ICP-MS (Perkin Elmer, DIC-II) und auf den Wassergehalt unter Verwendung von FT-IR (MIdac) analysiert.
Wenn die Destillation fortschreitet, sammeln sich Materialien mit hohem Siedepunkt im unteren Bereich des zweiten Destillationsturms und beispielhaft genannt seien 1,2-Chlorheptafluorcyclopenten, 1,2-Dichlorhexafluorpenten und 1,2,3-Trichlorpentafluorcyclopenten. Diese Verbindungen mit hohem Siedepunkt werden aus dem zweiten Destillationsturm mit dem darin kontrollierten Lösungsmittelgehalt abgelassen und dann zum Reaktor zur Herstellung von Octafluorcyclopenten zurückgeführt.
– Erstes Verfahren: Herstellung von Octafluorcyclopenten unter Verwendung von KF·2HF
C₅F₈ kann durch Umsetzen von C₅Cl₈ mit Florwasserstoff bei 120 bis 140°C in einer Lösung von KF·2HF hergestellt werden. Zu einem Reaktor wird KF·HF zugegeben und dann etwa 38 bis 40 Gew.-% Florwasserstoff, gefolgt von allmählichem Anheben der Reaktionstemperatur, um KF·2HF zu ergeben. Hiernach werden C₅Cl₈ und Fluorwasserstoff bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:8 bis 1:10 in den Reaktor zugeführt. Nach Fluorierung wird die resultierende Produktlösung, umfassend C₅F₈, Chlorwasserstoff und eine geringe Menge an Florwasserstoff, aus dem im oberen Bereich des Reaktors angebrachten Wärmetauscher abgelassen. Die Lösung wird durch einen Rücklauf von Wasser und einer Alkali-Lösung durchgeführt, um Säure hieraus herauszuwaschen, und zu einem Trockenverfahren und dann einem Destillationsverfahren überführt. Die so erhaltene endgültige Lösung umfasst C₅F₈ mit einer Reinheit von 50 Vol.-%.
Das hergestellte Gas, das, wie oben beschrieben, zur Verwendung in Halbleiterverfahren hochgradig verwendbar ist, enthält C₅F₈ mit einer Reinheit von 99,995 Vol.-% oder größer, mit einem Gehalt von 5 Gew.-ppb oder weniger an metallischen Bestandteilen (Aluminium, Calcium, Kupfer, Eisen, Magnesium, Mangan, Nickel, Zink etc.), 13 Vol.-ppm oder weniger Stickstoffgas, 3 Vol.-ppm oder weniger Sauerstoff und 1 Gew.-ppm oder weniger an Wasser, indem ein erstes Verfahren zum Entfernen von Materialien mit niedrigem Siedepunkt mit Hilfe eines Hilfsdestillationsturms sowie ein zweites Verfahren zum Entfernen von Materialien mit hohem Siedepunkt parallel durchgeführt werden.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann mit den nachfolgenden Beispielen verwirklicht werden, die zur Veranschaulichung dargestellt sind, aber die vorliegende Erfindung nicht beschränken sollen.
BEISPIEL 1
Umwandlung von C₅Cl₈ in C₅F₈ (erstes Verfahren)
<Kontinuierliche Herstellung von rohem C₅F₈ durch Zirkulation von KF/DMF>
C₅F₈ wurde aus C₅Cl₈ unter Verwendung der in 1 gezeigten Vorrichtung umgewandelt.
– Vorrichtung zur Herstellung von C₅F₈
Bezugszeichenliste

1: Reaktor
2: Wärmetauscher
3, 4: Rohrleitungen
5: Rührer
6: Rohrleitung
7, 8: Filter
9: Pumpe
10: Doppelrohr
11: Wärmetauscher
12: Primäres Speicherbad
13: Rohrleitung
14: Vakuumpumpe
15: Sekundäre Speicherbad-Rohrleitung

– Verfahren zur Herstellung von C₅F₈

1) Jeder der Filter 7 und 8 mit einer Innenkapazität von 20 l wurde mit 14 kg KF beaufschlagt bzw. beladen. Von den Filtern ließ man einen, beispielsweise Filter 7, mit dem Reaktor 1 durch Öffnen des Mittelventils 16 und des unteren Ventils 17 kommunizieren. 60 l DMF wurden durch die Rohrleitung 3 in den Reaktor 1 zugeführt, während ein Kühlmedium, gehalten bei einer Temperatur um 0 bis 10°C niedriger als dem Siedepunkt von C₅F₈ (beispielsweise Wasser mit 17 bis 27°C) im Wärmetauscher 2, angebracht über dem Reaktor 1, zirkuliert wurde. Wenn der Rührer 5 betätigt wurde, wurde Dampf zu einer Ummantelung am äußeren Umfang des Reaktors zugeführt, um den Reaktor auf 135 bis 150°C zu erhitzen. Zu diesem Zeitpunkt ließ man die DMF-Zirkulationspumpe 9 laufen, um DMF mit KF im Filter 7 in Kontakt zu bringen. Der Reaktor 1 wird aus rostfreiem Stahl hergestellt und hat ein Innenvolumen von 100 l und eine Dampfummantelung, angebracht auf dem äußeren Umfang hiervon.
2) Als die Temperatur des Reaktors stieg, wurde die über dem primären Speicherbad 12 angebrachte Vakuumpumpe 14 betätigt, um den Druck des Speicherbads auf 500 bis 550 Torr abzusenken. Wenn die Temperatur des Reaktors einen vorbestimmten Wert erreichte, wurde C₅Cl₈-Gas mit einer Reinheit von 99% mit einer Rate von 1,57 Mol/h (540 g/h) durch die Rohrleitung 4 zum Reaktor 1 zugeführt. Wenn die Herstellung des Reaktionsproduktes (C₅F₈) begonnen hatte, wurde der Wärmetauscher kontrolliert, um eine Temperatur ähnlich zum Siedepunkt von C₅F₈ aufzuweisen.
3) Nach Umsetzung für etwa 12 Stunden wurden die Ventile 16 und 17 für den benutzten Filter 7 langsam geschlossen, während die Ventile 18 und 19 für den Filter 8 langsam geöffnet wurden, so dass der verbrauchte Filter durch einen frischen ersetzt werden konnte. Dann wurde der verbrauchte Filter 7 getrocknet, um KF und KCl hiervon zu entfernen und wieder mit 14 kg frischem KF beaufschlagt bzw. beladen, um einen weiteren Fluorierungsvorgang vorzubereiten.
4) Das so erhaltene C₅F₈ wurde mit einer Rate von 0,292 kg/h hergestellt und hatte eine Reinheit von 83,5 Gew.-%.

Während der Umwandlung von C₅Cl₈ in C₅F₈ verblieben durch Nebenreaktionen hergestellte organische Materialien, unumgesetzte Materialien, metallische Spurenbestandteile und Wasser als Verunreinigungen zurück.
In der Produktlösung wurden etwa 0,12 Vol.-% von zwei Materialien mit niedrigem Siedepunkt, deren Strukturen unbekannt waren, Materialien mit hohem Siedepunkt, enthaltend etwa 3,87 Vol.-% C₅F₇Cl, etwa 3,18 Vol.-% C₅F₆Cl₂, etwa 1,59 Vol.-% C₅F₅Cl₃ und etwa 5,42 Vol.-% Ringöffnungsverbindungen, zusätzlich zu 300 ppb metallischer Bestandteile, wie Ni, Fe, Mg, Al etc., und das Lösungsmittel (DMF) gefunden.
Die durch Nebenreaktionen erzeugten organischen Materialien können in Verbindungen mit höherem und mit niedrigerem Siedepunkt als demjenigen von C₅F₈ (26,8°C) aufgeteilt werden, die als Materialien mit niedrigem Siedepunkt bzw. Materialien mit hohem Siedepunkt bezeichnet werden.
Nach Speicherung im primären Speicherbad 12 wurde C₅F₈ durch die mit dem unteren Bereich des primären Speicherbads verbundene Rohrleitung zum zweiten Speicherbad (nicht gezeigt) zur Vorbereitung für das zweite Verfahren transferiert.
<Reinigung von rohem C₅F₈ (zweites Verfahren)>
– Entfernung von Materialien mit niedrigem Siedepunkt (Fig. 2)

1) Ein erster Destillationsturm 37 zum Entfernen von Materialien mit niedrigem Siedepunkt, bestehend aus 10 l erhitztem Rückflussbad 20, einer Destillationssäule 21, versehen mit einer 3 Zoll-Strukturpackung (55 theoretische Böden), und einem Wärmetauscher 22, wurde auf einen Druck von 10^–4 Torr oder höher evakuiert, so dass das rohe C₅F₈ mehrfach eingeführt wurde, um hieraus Stickstoff und Sauerstoff vollständig zu entfernen.
2) Während ein Kühlmittel mit einem Siedepunkt ähnlich zu demjenigen von C₅F₈ durch den Wärmetauscher unter Vakuum geführt wurde, wurde das rohe C₅F₈ mit einer Reinheit von 83,5 Gew.-%, das im ersten Verfahren erhalten wurde, mit einer Rate von 200 g/h durch einen Einlass 24, der am oberen Bereich der Destillationssäule eingerichtet war, zugeführt.
3) Wenn begonnen wurde, das Wärmerückflussbad 20 mit dem rohen C₅F₈ zu beaufschlagen, wurde ein Wärmeträger durch das Wärmerückflussbad 20 zirkuliert, um das rohe C₅F₈ unter Rückfluss zu kochen. Wenn der Druck des Destillationsturms 0,5 Manometerdruck erreichte, wurden die Materialien mit niedrigem Siedepunkt durch den Auslass 35, angeordnet im oberen Bereich des ersten Destillationsturms, zu einem Hilfsdestillationsturm 27 abgelassen.
4) Ein Teil des gereinigten C₅F₈ wurde durch ein unteres Ventil des Wärmerückflussbads 20 für die Analyseeinheiten 25, 26 entnommen, worin eine On-line-Analyse in Realzeit durchgeführt wurde. Während die Destillation voranschritt, verschwanden Peaks von Stickstoff, Sauerstoff und Materialien mit niedrigem Siedepunkt aus der Analysendarstellung (Analysegrenze 0,1 Vol.-ppm), und verblieben als Spuren.

Als Analyseeinheiten, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, wurden GC-DID (Gaschromatographie-Entladungsionisationsdetektor, Gow-Mac) zum Analysieren von Stickstoff, Sauerstoff und Inertgas, und GC-FID (Gaschromatographie-Flammenionisationsdetektor) für die Analyse von organischen Materialien verwendet.

5) Vom Ausfluss des oberen Auslasses 35 des Destillationsturms wurde bestimmt, dass er 450 Vol.-ppm Stickstoff und 25 Vol.-ppm Sauerstoff unter Verwendung der Analyseeinheit 25 sowie zwei in der Struktur undefinierte organische Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt in Mengen von 735 Vol.-ppm bzw. 455 Vol.-ppm unter Verwendung der Analyseeinheit 26 enthielt.
6) Wenn der Ausfluss vom unteren Bereich des Wärmerückflussbads analysiert wurde, dass er Materialien mit niedrigem Siedepunkt in Spurengehalten unterhalb der Analysegrenze der Analyseeinheit bei der On-line-Analyse enthielt, wurde dieser zu einem zweiten Destillationsturm 29 zur Entfernung von Materialien mit hohem Siedepunkt transferiert. Zu diesem Zeitpunkt hatte das C₅F₈ eine Reinheit von 71,5 bis 75,4 Vol.-%
7) Der Ausfluss, enthaltend hohe Konzentrationen von Stickstoff, Sauerstoff und Materialien mit niedrigem Siedepunkt, vom oberen Auslass 35 des ersten Destillationsturms wurde zum Hilfsdestillationsturm 27 mit derselben Struktur wie dem ersten Destillationsturm befördert, worin C₅F₈ wieder vom Ausfluss abgetrennt und dann zum ersten Destillationsturm 37 zurückgeführt wurde.
8) Aus dem unteren Bereich des ersten Destillationsturms wurde C₅F₈ mit einer Rate von 35 bis 45 g/h durch die Trägerrohrleitung 28 zum zweiten Destillationsturm abgelassen. Die Materialien mit niedrigem Siedepunkt wurden in der Destillationssäule des ersten Destillationsturms 21 entfernt.

– Entfernung von Materialien mit hohem Siedepunkt, von Wasser und Metallbestandteilen

1) Ein zweiter elektropolierter Destillationsturm, bestehend aus einem 10 l-Wärmerückflussbad 29, einer Destillationssäule 30, versehen mit einer 3 Zoll-Strukturpackung (Teflonharz, 65 theoretische Böden), und einem Wärmetauscher 31, wurde auf einen Druck von 10^–4 Torr oder höher evakuiert, und das C₅F₈, ohne Materialien mit niedrigem Siedepunkt, wurde vom Boden des Wärmerückflussbads 20 durch eine Rohrleitung 28 befördert.
2) Im Vakuum wurde ein Kühlmittel, gehalten bei einer Temperatur (bevorzugt 15 bis 20°C) unterhalb derjenigen des Siedepunkts von C₅F₈, durch den Wärmetauscher 31 geführt, während das C₅F₈ ohne die Materialien mit niedrigem Siedepunkt mit einer Rate von 155 bis 165 g/h vom Wärmerückflussbad 20 durch die Rohrleitung 28 zum Wärmerückflussbad 29 des zweiten Destillationsturms zum Entfernen von. Materialien mit hohem Siedepunkt befördert wurde.
3) Wenn das Wärmerückflussbad 29 mit C₅F₈, das frei von Materialien mit niedrigem Siedepunkt war, beaufschlagt wurde, wurde ein Wärmeträger durch das Wärmerückflussbad 29 zirkuliert, um das C₅F₈ unter Rückfluss zu kochen. In dieser Hinsicht wurde eine größere Menge an Wärmeträger im Wärmerückflussbad 29 verwendet als im Rückflussbad 20 des ersten Destillationsturms, um das Rückflussverhältnis weiter zu erhöhen. Wenn der Druck des Destillationsturms als Folge der Zirkulation des Kühlmittels 0,5 Manometerdruck erreichte, wurde das destillierte C₅F₈ als ein hochgradig reines Gas aus einem Auslass 34, angeordnet am Kopf des Destillationsturms, abgelassen und in Richtung des elektropolierten Speichers 32, der mit einem Wärmetauscher versehen war, geführt.

Aufgrund ihres Gewichts konnten die Metallbestandteile im gasförmigen C₅F₈ nicht enthalten sein.
Das destillierte C₅F₈ wurde mit einer Rate von 110 bis 120 g/h hergestellt und analysiert, dass es eine Reinheit von 99,997 Vol.-%, 13 Vol.-ppm Stickstoff und 3 Vol.-ppm Sauerstoff aufwies, und Wasser und Metallbestandteile waren in den in Tabelle 1 nachfolgend gezeigten Mengen enthalten.

4) In Tabelle 1 wurde das aus dem oberen Auslass 34 des zweiten Destillationsturms abgelassene destillierte C₅F₈ mit demjenigen, das aus dem unteren Auslass 33 ausgelassen wurde, im Hinblick auf den Gehalt an Metallbestandteilen und Wasser verglichen. Insbesondere wurde eine große Differenz im Gehalt jeden Metallbestandteils zwischen dem Auslass vom ersten Destillationsturm und dem elektropolierten Destillationsturm gefunden. Daher ist das vom oberen Auslass 34 des elektropolierten zweiten Destillationsturm abgelassene destillierte C₅F₈ als Gas für Halbleiterverfahren verwendbar, das 5 Gew.-ppb oder weniger an Metallbestandteilen erfordert.

Proben genommen von	Metalle (Gew.-ppb)									Wasser (Gew.-ppm) 6
Proben genommen von	Al	Ca	Cu	Fe	Mg	Mn	Ni	Na	Zn
1. Destillationsturm (Boden des Wärmetauschers)	16	13	8	22	10	11	19	7	6
2. Destillationsturm (Boden des Wärmetauschers)	6	6	4	13	3	3	10	3	2	3
2. Destillationsturm (Kopf des Wärmetauschers)	< 1	< 1	1	2,2	< 1	< 1	1,5	2,2	< 1	1

BEISPIEL 2
Die Herstellung von C₅F₈ (erstes Verfahren) wurde in der nachfolgenden Art und Weise erreicht.
<Herstellung von rohem C₅F₈ niedriger Reinheit unter Verwendung von KF-2HF (erstes Verfahren)>
C₅F₈ wurde unter Verwendung des in 3 gezeigten Reaktionssystems hergestellt.
– Reaktor
Bezugszeichenliste

38: Reaktionsbad
39: Destillationssäule
40: Wärmetauscher
41: Rührer
42: Einlass für C₅F₈
43: Einlass für HF
44: Auslass für Produkt

– Herstellungstechnik

1) Zu einem erforderlichen 5 l-Reaktor 38 aus rostfreiem Stahl wurden 4,3 kg KF·HF zugeführt, der dann auf 80°C erhitzt wurde. 1,3 kg Fluorwasserstoff wurden langsam zum Reaktor zugegeben, um den Inhalt zu verfestigen, gefolgt von der Erhöhung der Temperatur auf 120°C.
2) Die Temperatur des Wärmetauschers 40 wurde auf etwa 20°C eingestellt, und wenn die Temperatur des Reaktors einen vorbestimmten Wert erreichte, wurden C₅Cl₈ und HF mit Raten von 60,0 g/h und 34,9 g/h zum Reaktionsbad durch die Einlässe 42 bzw. 43 zugeführt.
3) Der C₅F₈-Abfluss wurde mit Alkali gewaschen und getrocknet. Dieser wurde bei einer Rate von 20,73 g/h hergestellt und hatte eine Reinheit von 52,5%.

Wie zuvor beschrieben, kann hochgradig reines C₅F₈, das als Trockenätzgas zur Verwendung in VISI- oder ULSI-Verfahren einsetzbar ist, aus C₅Cl₈ in einer kontinuierlichen Art und Weise hergestellt werden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung offenbart wurden, wird der Fachmann aus dem Stand der Technik es schätzen, dass verschiedenartige Modifikationen, Zufügungen und Ersetzungen möglich sind. Demgemäß sollte verstanden werden, dass die Modifikationen, Zufügungen und Ersetzungen innerhalb des Umfangs und Erfindungsgedankens der Erfindung liegen.

Claims

Trockenätzgas für Halbleiterverfahren, umfassend – C₅F₈ in einer Menge von 99,995 Vol.-% oder mehr, – Stickstoff in einer Menge von 13 Vol.-ppm oder weniger, – Sauerstoff in einer Menge von 3 Vol.-ppm oder weniger, – Wasser in einer Menge von 1 Gew.-ppm oder weniger und – Metallbestandteile in einer Menge von 5 Gew.-ppb oder weniger.