JP2002068717A - 三フッ化窒素の精製方法 - Google Patents

三フッ化窒素の精製方法

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JP2002068717A
JP2002068717A JP2000263490A JP2000263490A JP2002068717A JP 2002068717 A JP2002068717 A JP 2002068717A JP 2000263490 A JP2000263490 A JP 2000263490A JP 2000263490 A JP2000263490 A JP 2000263490A JP 2002068717 A JP2002068717 A JP 2002068717A
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nitrogen trifluoride
activated carbon
hydrogen fluoride
purification
valve
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Ryuichiro Isaki
隆一郎 伊崎
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 三フッ化窒素を使用する半導体製造工程にお
いてトラブル発生の原因となる微量のフッ化水素を確実
に除去することができる三フッ化窒素の精製方法を提供
する。 【解決手段】 不純物としてフッ化水素を含む三フッ化
窒素を、空塔速度0.005〜1m/secの範囲で活
性炭に接触させることにより、前記フッ化水素を活性炭
に吸着させて該三フッ化窒素中から除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、三フッ化窒素の精
製方法に関し、詳しくは、半導体産業におけるエッチン
グプロセスのクリーニングガスとして使用される三フッ
化窒素中に微量に含まれているフッ化水素を除去するた
めの精製方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】三フッ
化窒素(NF)は、各種フッ素化合物の合成原料やロ
ケット燃料用酸化剤、ガラスの表面処理剤等として使用
されているが、近年は、半導体製造工程におけるドライ
エッチング用や製造装置のクリーニング用のガスとし
て、大量に使用されるようになってきている。三フッ化
窒素は、化学的に安定な物質であるが、合成原料にはフ
ッ素(F)やフッ化水素(HF)を始めとする反応活
性な種々のフッ化物が用いられる。
【0003】従来、三フッ化窒素の製造工程における反
応性フッ化物の除去には、金属触媒を用いた除去法(特
開平11−116214公報等参照)や、モレキュラシ
ーブス等のゼオライトを用いた除去法が用いられてい
る。しかしながら、金属触媒ではフッ化水素を除去する
ことはできず、ゼオライトを用いた場合は、剤の構成成
分との反応によってフッ化ナトリウム、フッ化アルミニ
ウム、フッ化ケイ素等が生成してしまう。また、三フッ
化窒素と不純物との沸点や融点の温度差を利用した精留
も行われているが、フッ化水素は極性が極めて高く、分
子が会合したミストを生成しやすいため、精度の高い分
離を行うことは困難である。また、これらの除去方法
は、その多くが反応副生成物を対象としたものであり、
除去対象不純物の濃度も数%程度のものが多かった。
【0004】一方、通常の使用形態において、三フッ化
窒素は、鋼製容器に高圧状態で充填され、ステンレスス
チールを主とした金属製の機器、配管により消費され
る。このとき、三フッ化窒素中に、不純物として反応活
性の高いフッ化水素が極微量にでも存在すると、鋼製容
器の内部やガス設備の接ガス部を腐食させ、金属不純物
やパーティクルを発生させる原因となるだけでなく、精
密な機器の機能、例えば減圧弁における圧力調整機能が
損なわれ、二次側圧力が設定値よりも上昇してしまうと
いったトラブルが発生する。
【0005】したがって、極めて不純物の少ない高純度
なガスを必要とする半導体製造工程では、三フッ化窒素
中に極微量のフッ化水素が含まれているだけでも、製造
する半導体デバイスの機能を低下させてしまう原因とな
る。
【0006】そこで本発明は、三フッ化窒素を使用する
半導体製造工程においてトラブル発生の原因となる微量
のフッ化水素を確実に除去することができる三フッ化窒
素の精製方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の三フッ化窒素の精製方法は、不純物として
フッ化水素を含む三フッ化窒素を、空塔速度0.005
〜1m/secの範囲で活性炭に接触させることによ
り、前記フッ化水素を活性炭に吸着させて該三フッ化窒
素中から除去することを特徴としている。特に、前記活
性炭は、水分、酸素、二酸化炭素、メタン等の不純物の
含有量が1体積ppm以下の不活性ガス気流中、100
〜500℃の温度で不純物を放出する活性化処理を行っ
たものであり、活性炭の平均粒径が約1mmであること
を特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明における三フッ化窒素の精
製は、通常、活性炭を充填した精製容器内に三フッ化窒
素を流通させることによって行われる。活性炭として
は、石油系や石炭系等の各種のものを使用することがで
き、形状も任意であるが、ガスとの接触面積を大きくと
ることが望ましいため、平均粒径数mm以下の粒状物、
特に、平均粒径が約1mmのものが最適である。すなわ
ち、これより粒径が大きいとガスと接触する有効面積が
小さくなって効率が低下し、これよりも小さい粒径だ
と、ガスの流れ抵抗が増大して圧力損失が大きくなって
しまう。
【0009】さらに、使用する活性炭は、半導体デバイ
スに悪影響を与えるおそれのある水分、酸素、二酸化炭
素、メタン等の吸着不純物を放出させて活性炭を活性化
させる処理を行ったものを使用する。この吸着不純物の
活性化処理は、水分、酸素、二酸化炭素、メタン等の不
純物の含有量が1体積ppm以下、好ましくは1体積p
pb以下の窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを
流通させながら、雰囲気温度を100〜500℃、望ま
しくは250〜350℃とした状態で、所定時間保持す
ることにより行うことができる。
【0010】活性化処理の時間は、活性炭量、活性炭を
充填した容器の形状、大きさ、不活性ガス量、雰囲気温
度、雰囲気圧力等の条件によって異なるが、一般的に
は、大気圧以上1MPa未満の圧力下、不活性ガス流量
が1L/min以上において1時間以上、望ましくは2
4時間以上処理することにより、活性炭に吸着した前記
不純物を極微量にまで低減させることができる。
【0011】この吸着不純物の活性化処理は、三フッ化
窒素を精製する際に使用する精製容器(充填筒)に所定
量の活性炭を充填した状態で行うことがで好ましく、特
に、精製用の配管に装着した状態で行うことにより、活
性化処理後の活性炭が空気に接触して水分や酸素等が再
吸着することを防止できる。
【0012】活性炭を充填する精製容器は、耐熱性、耐
圧性、耐食性を全て兼ね備える材料で形成することが好
ましく、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合
金が好適である。また、精製容器の大きさは、流通ガス
量や圧力、不純物含有量等によって異なるが、精製処理
時の空塔速度(線速度)が0.005〜1m/secの
範囲、好ましくは0.05〜1m/secの範囲、より
好ましくは0.2〜1m/secの範囲になるように設
定する。
【0013】前記空塔速度が1m/secを超えると、
不純物であるフッ化水素を十分に吸着除去できなくなる
ことがあり、逆に空塔速度が遅すぎると、所定量の三フ
ッ化窒素を処理するために長時間を要したり、大型の精
製容器及び大量の活性炭を必要としたりすることにな
る。
【0014】三フッ化窒素の精製に当たり、精製容器内
への活性炭の充填量は、充填率が重量で20〜80%の
範囲なることが好ましい。充填率が小さいと処理量が少
なくなってしまい、充填率が大きいとガスの流通が阻害
されることがある。
【0015】図1は、三フッ化窒素を精製して使用先に
供給する際の装置構成の一例を示す系統図である。三フ
ッ化窒素は、ガス容器11内に所定圧力で充填されてお
り、容器弁12から送出配管13,遮断弁14,精製容
器入口配管15,入口弁16,精製容器17,精製容器
出口配管18,出口弁19,減圧弁20,分析器21,
流量設定器(マスフローコントローラー)22を経て供
給配管23に供給される。
【0016】前記精製容器入口配管15と精製容器出口
配管18との間には、バイパス弁24を備えたバイパス
配管25が設けられており、容器弁12,送出配管1
3,精製容器出口配管18には、活性炭の活性化処理を
行う際に使用するパージガス供給管26,真空排気管2
7及びパージガス排出管28が設けられ、さらに、精製
容器17には、活性化処理時に活性炭を加熱するための
ヒーター29が設けられている。
【0017】活性炭を充填した精製容器17やガス容器
11を配管の所定位置に接続したら、最初に活性炭の活
性化処理を行う。この活性化処理は、パージガス供給管
26の弁30,遮断弁14,入口弁16,出口弁19,
パージガス排出管28の弁31を開き、他の弁は閉じた
状態で、パージガス供給管26からパージガスとしての
不活性ガス、例えば、水分、酸素、二酸化炭素、メタン
等の不純物の含有量が1体積ppb以下の窒素を所定流
量、例えば毎分1リットルで導入し、ヒーター29によ
り所定温度、例えば350℃に加熱した精製容器17を
通してパージガス排出管28から排出することを所定時
間、例えば24時間連続して行う。
【0018】活性炭の活性化処理が終了したら、弁3
0,31を閉じてヒーター29を切った後、真空排気管
27の弁32を開いて配管内を真空排気する操作と、容
器弁12を開いて配管内に三フッ化窒素を導入する操作
とを繰返し、配管内の窒素を三フッ化窒素に置き換え
る。
【0019】三フッ化窒素の精製は、弁24,30,3
1,32を閉じ、容器弁12,遮断弁14,入口弁1
6,出口弁19を開くとともに、減圧弁20,流量設定
器22で供給圧力及び流量を設定した状態で行われる。
活性炭の破過は、分析器21でフッ化水素を連続的に分
析することによって検出することができる。
【0020】なお、バイパス弁24を設けておくことに
より、配管内のガス置換を容易にかつ確実に行うことが
可能となる。また、フッ化水素を他の検知手段で検知す
る場合は分析器21を省略することができる。
【0021】このように、活性炭を充填した精製容器1
7を供給配管系に装着した状態で活性化処理を行い、引
き続いて三フッ化窒素の精製処理を行うことにより、活
性炭に吸着した水分や酸素が三フッ化窒素に混入して使
用先に送込まれることを確実に防止できる。
【0022】また、活性炭によるフッ化水素の除去機構
が物理吸着であることから、破過した活性炭は、前記活
性化処理を行うことにより、再び活性化させて再使用す
ることができる。したがって、前記精製容器17を並列
に複数個設置して切換使用することにより、三フッ化窒
素の精製処理と、活性炭の活性化処理とを並行して同時
に行うことが可能となるので、三フッ化窒素の精製運転
を連続して行うことができる。
【0023】
【実施例】図1に示す構成の装置を使用して精製実験を
行った。内径7.5mm、長さ1mのステンレス製パイ
プからなる精製容器(内容量:44.2cc)に、平均
粒径1mmの粒状活性炭を28g充填した(充填率63
%)。最初に、精製容器を外部ヒーターで350℃に加
熱した状態で、酸素、水分、二酸化炭素、メタンの各不
純物を1体積ppb以下に除去した精製窒素ガスを毎分
1リットルの流量で24時間流通させ、活性炭の活性化
処理を行った。
【0024】次に、三フッ化窒素にフッ化水素を30p
pm添加した混合ガスを圧力0.4MPa、流量毎分1
0リットル(空塔速度0.95m/sec)で導入し、
まず、バイパス弁を開いた状態で精製容器を通さずに混
合ガスを流し、分析器(フーリエ変換赤外分光器:FT
−IR)によってフッ化水素の濃度を測定した。その
後、バイパス弁を閉じて精製容器に混合ガスを流し、フ
ッ化水を除去する三フッ化窒素の精製処理を行い、同様
にしてフッ化水素の濃度を測定した。
【0025】測定したフッ化水素の濃度(HF濃度)の
変化を図2に示す。この結果から、混合ガスを精製容器
に通して活性炭に接触させることにより、30ppmの
フッ化水素が分析器の検出下限である0.5ppm以下
まで除去されたことが分かる。また、圧力を10MPa
にして同様の操作を行ったが、同じ結果が得られた。
【0026】また、前記混合ガスの流量を調節して精製
容器内の流速を変化させ、空塔速度に対するフッ化水素
の除去能力を調べた。その結果、図3に示すように、空
塔速度が1m/secを超えると、精製容器出口ガス中
にフッ化水素が検出され、十分な除去能力を発揮できな
くなることがわかった。一方、空塔速度が小さい場合、
フッ化水素の除去に関しては問題はないが、実験に使用
した精製容器で空塔速度を0.001m/secにする
と、流速を毎分2.6ccにしなければならず、精製処
理に極めて長時間を要し、現実的ではなくなる。また、
精製処理量を同程度にするためには、精製容器の径を8
00mm程度にしなければならず、この場合は偏流等を
防止するための工夫が必要となり、装置コストが大幅に
上昇してしまう。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の三フッ化
窒素の精製方法によれば、三フッ化窒素中に不純物とし
て含まれているフッ化水素を容易にかつ確実に除去する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法を実施する装置構成例を示す系統
図である。
【図2】 実施例におけるHF濃度の変化を示す図であ
る。
【図3】 実施例における空塔速度とHF濃度との関係
を示す図である。
【符号の説明】
11…ガス容器、12…容器弁、13…送出配管、14
…遮断弁、15…精製容器入口配管、16…入口弁、1
7…精製容器、18…精製容器出口配管、19…出口
弁、20…減圧弁、21…分析器、22…流量設定器、
23…供給配管、24…バイパス弁、25…バイパス配
管、26…パージガス供給管、27…真空排気管、28
…パージガス排出管、29…ヒーター、30,31,3
2…弁

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物としてフッ化水素を含む三フッ化
    窒素を活性炭に接触させることにより、前記フッ化水素
    を活性炭に吸着させて該三フッ化窒素中から除去するこ
    とを特徴とする三フッ化窒素の精製方法。
  2. 【請求項2】 前記三フッ化窒素と活性炭との接触は、
    空塔速度を0.005〜1m/secの範囲にして行う
    ことを特徴とする請求項1記載の三フッ化窒素の精製方
    法。
  3. 【請求項3】 前記活性炭は、水分、酸素、二酸化炭
    素、メタン等の不純物の含有量が1体積ppm以下の不
    活性ガス気流中、100〜500℃の温度で不純物を放
    出させる活性化処理を行ったものであることを特徴とす
    る請求項1記載の三フッ化窒素の精製方法。
  4. 【請求項4】 前記活性炭は、平均粒径が約1mmであ
    ることを特徴とする請求項1記載の三フッ化窒素の精製
    方法。
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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006110270A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-19 Honeywell International Inc. Purification of nitrogen trifluoride
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