JP3264453B2 - Nf▲3▼ガスの前処理方法 - Google Patents

Nf▲3▼ガスの前処理方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、NF3 ガスと臭化水素
等を同時に扱うシステムにおいてNF3 ガスを安全に除
害するための前処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術および解決すべき問題点】NF3 は航空宇
宙分野ではロケットの燃料として、また近年半導体産業
分野ではCVD装置等のドライクリーニング剤あるいは
LSI製造工程でのドライエッチング剤として注目され
ている。特にドライエッチング剤としてはCF4 などの
パーフロロカーボン系のエッチング剤に比較してLSI
に対する汚染の度合がきわめて少ないという利点があり
次第に多用されるようになってきている。
【0003】しかしながらNF3 は大気中できわめて安
定であり、水にもわずかしか溶解しないTLV=10p
pmの毒性ガスであるため、これを使用する場合にはそ
の未利用ガスを排出するときにその除害が常に必要とな
ってくる。
【0004】一方CVD装置では同時に用いられること
の多い臭化水素、塩化水素、臭素、塩素のうち少なくと
も一種以上の成分(以下「臭化水素等」という)ととも
に安全に除害する方法が求められている。
【0005】NF3 は常温付近では非常に安定なガス
で、酸・アルカリ等の化学物質とは全く反応せず、水に
ほとんど吸収されずまた適当な吸着剤もないため通常の
化学的・物理的な方法では除害できない。しかしNF3
は180℃以上でN2 と活性なF原子に分解し始め(式
1)、400℃以上で十分大きな分解速度を持つように
なる。
【0006】 2NF3 → N2 + 6F (式1) つまり、NF3 を処理するための有効な方法は400℃
以上の高温でNF3 を分解し、発生したF原子を適当な
物質と反応させるというもので、これまで工業的用途に
開発されたNF3 の除害方法の大部分のものはこの原理
に基づいている。例えばFと反応する物質としてSi、
W、Mo等の揮発性フッ化物を生成するものを利用する
方法(特公昭63-48570号)、活性炭などCF4 ガスを生
成する炭素源を利用する方法(特公平2-30731 号)など
である。
【0007】ところでNF3 の主要用途である半導体製
造等におけるクリーニングおよびエッチング工程ではN
3 に臭化水素等を混合して用いることが多いが、臭化
水素等のガスはNF3 を分解除害する高温の反応器にお
いてはその金属材質を著しく腐食させてしまう。こうし
た危険を除くための、臭化水素等をNF3 の除害反応の
前段で予め除去する方法としてはこれまで適当なものが
提案されていなかった。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明は、上記の実状
に鑑みてなされたもので、高温部を有するNF3の除害
装置の前段に臭化水素等を除去する薬剤を配して安全に
NF3の除害を行うことができるという方法を提供する
ものである。
【0009】すなわち本発明は、NF3ガスを除害する
工程に先立ち、NF3ガスと共存している臭化水素、塩
化水素、臭素、塩素を除去薬剤を用いて反応除去するこ
とを特徴とするNF3ガスの前処理方法で、除去薬剤と
して酸化カルシウム、酸化マグネシウムの中から選ばれ
る少なくとも一種以上からなり、また除去薬剤として、
水酸化カルシウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム、水酸化マグネシウムの中から選ばれる一種以上およ
びゼオライト、シリカゲルから選ばれる一種以上との組
合せからなるNF3ガスの前処理方法である。
【0010】臭化水素等を除去する薬剤としては一般的
にはアルカリ薬剤として水酸化カルシウム、水酸化カリ
ウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム等が知ら
れているが、該薬剤と臭化水素等との反応生成物である
水分は後段のNF3 除害装置にとっては大変具合いが悪
い。なぜなら、この水分はNF3 が分解して生成したF
原子との作用で高温の反応器の材質の金属を著しく腐食
するからである。
【0011】本発明者らは臭化水素等の除去薬剤につい
て鋭意検討した結果、酸化カルシウム、酸化マグネシウ
ムの中から選ばれる少なくとも一種以上の薬剤が、かか
る目的に対して非常に有用であることを見いだし本発明
に至った。即ち酸化カルシウム、酸化マグネシウムの中
から選ばれた少なくとも一種以上の薬剤をNF3 除害装
置の前段に配置することにより臭化水素等がカルシウム
塩またはマグネシウム塩の形で反応固定され、かつ同時
に該反応で生成する水分は当該薬剤で吸収されるので、
後段のNF3 除害装置になんら悪影響を及ぼすことな
く、臭化水素等の予備処理を行うことができることを見
出した。
【0012】さらに反応によって水分が生じる水酸化カ
ルシウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化
マグネシウムにおいても、脱水剤であるゼオライトまた
はシリカゲルと組み合わせて用いることにより水分の影
響を排除でき臭化水素等の除去薬剤として充分用い得る
ということが分かった。即ち、前段に水酸化カルシウム
等、後段にゼオライト等という順序でガスを接触させる
ことでNF3 除害装置になんら悪影響を及ぼすことな
く、臭化水素等の予備処理を行うことができることを見
出した。
【0013】さらにNF3 除害ラインに臭化水素等の流
入を継続させた場合、本発明が提供する臭化水素等の除
去薬剤によって処理できるとはいうものの、薬剤の能力
が有限であるからにはいずれ臭化水素等の除去能力は失
われるため、該薬剤寿命を未然に検知して操作員に知ら
しめる機構が必要である。
【0014】当該検知機構についての一つの方法とし
て、臭化水素等の除去薬剤の能力が失われてしまった場
合にはその下流側に臭化水素等が流出してくるのでこの
臭化水素等を分析することによって対策を構じることが
できる。ただしこの場合、臭化水素等の除去部の出口ガ
スを分析したのでは臭化水素等を検出するのとその臭化
水素等がNF3除害反応部へ流入するのが同時であるの
で未然に対処することができない。臭化水素等の除去部
の上流側の薬剤が能力を失っても残りの下流側の薬剤が
依然能力を保持しているように臭化水素等の除去部の適
切な位置に臭化水素等との反応により変色する試薬を臭
化水素等の除去部に外部から観察できるようにして配す
方法がある。変色薬剤としては対象となる被除去成分
に応じて選択すればよく、例としてメチルオレンジ、ク
レゾールレッド、ベンゼンアゾジフェニルアミン、オル
トトリジン等が利用できる。変色試薬はシリカゲル、多
孔質アルミナ、ろ紙などの担体に付着させた形で利用す
ることができる。
【0015】また、工程の無人化・自動化のため電気的
な信号により検知する方法も必要になる。即ち、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸
化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウムは
いずれも臭化水素等との反応により発熱するため温度上
昇をセンサーで捕らえることにより除去薬剤としての寿
命を検知することができる。例えば下部に温度センサー
を配した容器にこれら除去薬剤を充填し上方から臭化水
素等を含むガスを導入した場合、温度上昇によってセン
サーよりも上流側の除去薬剤が破過したということを知
ることができる。この温度センサーによって捉えられた
信号でランプ、ブザーなどの警報器を作動して操作員に
危険状態を迅速に知らしめることもできるし、また臭化
水素等の元バルブを自動的に閉止して危険状態の原因を
絶つことも可能である。上記のNF3除害ラインへの臭
化水素等の流入検知機構においては、警報を出力する温
度レベルとしては正常状態での温度の変動幅に誤差の幅
を加えた値に設定するのが実用的である。
【0016】これら除去薬剤寿命を検知する変色指示装
置、温度上昇検出装置を設置する位置については、それ
らの信号を検出した後バックアップとして薬剤の余裕を
どれだけ確保しておけばよいかによって決まるため、シ
ステムの都合によって適宜設計すればよい。
【0017】
【実施例】以下本発明を具体例によって説明する。 実施例1 両端にガスの出入口と、長手方向に100mm置きに4
本の熱電対を内部に備えた内径70mm、長さ500m
mのステンレス容器を臭化水素等の除去カラムとし、出
口部にガスサンプリングスタンドを設けた。該除去カラ
ムにCaO(径3〜5mm)を2Kg充填し垂直に固定
し室温状態で上方の口からNF3 =10%、残部N2
混合ガスを1000cc/minの流量で流し除去カラ
ム出口のガスを分析したところ、NF3 =10%であり
変化はなかった。またカラム内の温度にも変化はなかっ
た。
【0018】ついでNF3 =10%、HBr=10%、
残部N2 の混合ガスを1000cc/minの流量で流
し出口ガスを分析したところ、NF3 =11%、HBr
<1ppm(検出下限以下)、H2 O<3μg/lであ
った。内部の温度はガス入口付近が最も高く54℃に達
した(実験開始前 20℃)。
【0019】供給したHBrの積算値が200gになっ
た時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、HBr<1
ppm(検出下限以下)、H2 O<3μg/lであっ
た。また内部の温度はガス出口付近が最も高く50℃に
達した。
【0020】供給したHBrの積算値が220gになっ
た時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、HBr<1
ppm(検出下限以下)、H2 O=20μg/lであっ
た。供給したHBrの積算値が260gになった時点で
出口ガスの組成はNF3 =11%、HBr=10pp
m、H2 O=150μg/lであった。
【0021】実施例2 NF3 =10%、HCl=10%、残部N2 の混合ガス
である以外は実施例1と同様な実験を行い出口ガスを分
析したところ、NF3 =11%、HCl<1ppm(検
出下限以下)、H2 O<3μg/lであった。内部の温
度はガス入口付近が最も高く58℃に達した(実験開始
前 20℃)。
【0022】供給したHClの積算値が70gになった
時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、HCl<1p
pm(検出下限以下)、H2 O<3μg/lであった。
また内部の温度はガス出口付近が最も高く53℃に達し
た。
【0023】供給したHClの積算値が80gになった
時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、HCl<1p
pm(検出下限以下)、H2 O=30μg/lであっ
た。供給したHClの積算値が100gになった時点で
出口ガスの組成はNF3 =11%、HCl=20pp
m、H2 O=200μg/lであった。
【0024】実施例3 NF3 =10%、Br2 =10%、残部N2 の混合ガス
である以外は実施例1と同様な実験を行い出口ガスを分
析したところ、NF3 =11%、Br2 <1ppm(検
出下限以下)、H2 O<3μg/lであった。内部の温
度はガス入口付近が最も高く47℃に達した(実験開始
前 20℃)。
【0025】供給したBr2 の積算値が70gになった
時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、Br2 <1p
pm(検出下限以下)、H2 O<3μg/lであった。
また内部の温度はガス出口付近が最も高く45℃に達し
た。
【0026】供給したBr2 の積算値が80gになった
時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、Br2 =50
ppm、H2 O<3μg/lであった。 実施例4 NF3 =10%、Cl2 =10%、残部N2 の混合ガス
である以外は実施例1と同様な実験を行い出口ガスを分
析したところ、NF3 =11%、Cl2 <1ppm(検
出下限以下)、H2 O<3μg/lであった。内部の温
度はガス入口付近が最も高く58℃に達した(実験開始
前 20℃)。
【0027】供給したCl2 の積算値が30gになった
時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、Cl2 <1p
pm(検出下限以下)、H2 O<3μg/lであった。
また内部の温度はガス出口付近が最も高く53℃に達し
た。
【0028】供給したCl2 の積算値が40gになった
時点で出口ガスの組成はNF3 =11%、Cl2 =40
ppm、H2 O<3μg/lであった。 実施例5 実施例1の該カラムのガス出口付近に石英製の窓を設け
窓の内側にベンゼンアゾジフェニルアミンをシリカゲル
に担持した粒子(黄色)を配した。そのほかの条件は実
施例1と同様に実験を行ったところ、供給したHBrの
積算値が200gになった時点で該粒子の色が黄色から
赤色に変化し、薬剤が破過しHBrが検出されたことを
示した。
【0029】実施例6 供給ガスNF3 =10%、HBr=5%、残部N2 の混
合ガスである以外は実施例1と同様な実験を行ったとこ
ろ、供給したHBrの積算値が200gになった時点で
カラム内温度がガス出口付近で最高41℃(初期20
℃)となり除去薬剤全量が破過したことが分かった。
【0030】実施例7 CaOの代わりにMgO(径3〜5mm)を2Kg充填
する以外は実施例1と同様な実験を行った。出口ガスを
分析したところ、NF3 =11%、HBr<1ppm
(検出下限以下)、H2 O<3μg/lであった。
【0031】実施例8 CaOの代わりにCa(OH)2 (径3〜5mm)を1
Kg、ゼオライト(3A)を1Kg充填する以外は実施
例1と同様な実験を行った。出口ガスを分析したとこ
ろ、NF3 =11%、HBr<1ppm(検出下限以
下)、H2 O<3μg/lであった。
【0032】実施例9 CaOの代わりにMg(OH)2 (径3〜5mm)を1
Kg、ゼオライト(3A)を1Kg充填する以外は実施
例1と同様な実験を行った。出口ガスを分析したとこ
ろ、NF3 =11%、HBr<1ppm(検出下限以
下)、H2 O<3μg/lであった。
【0033】実施例10 内径400mm長さ960mmの除去カラムにCaOを
75kg充填し、さらに出口配管の下流側に金属シリコ
ンを充填したNi製反応器(ヒーターで600℃に加
熱)からなるNF3 除害装置を結合した。
【0034】除去カラム入口からNF3 =1%、HBr
=1%、残部N2 の混合ガスを10l/minの流量で
流しNF3 除害装置の出口ガスを分析したところ、NF
3 <10ppm、SiF4 =0.75%、HBr<1p
pm(検出下限以下)、H2O<3μg/lであった。
120時間連続処理した後NF3 除害装置を解体し反応
器内部を観察したところ腐食は全く生じていなかった。
【0035】比較例 CaOの代わりにCa(OH)2 (径3〜5mm)を2
Kg充填する以外は実施例1と同様な実験を行った。出
口ガスを分析したところ、NF3 =11%、HBr<1
ppm(検出下限以下)、H2 O=40mg/lであ
り、HBrの除去は認められたが、H2 Oが検出され
た。
【0036】
【発明の効果】本発明により、NF3 ガスと共存する臭
化水素等を予め前処理除去することが可能となりNF3
ガス除害装置の安全な保守管理を行うことができ、NF
3 ガスをより安全に除害できる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NF3ガスを高温の反応器において分解
    させて除害する工程に先立ち、NF3ガスと共存してい
    る臭化水素、塩化水素、臭素、塩素を除去薬剤が酸化カ
    ルシウム、酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくと
    も一種以上からなる除去薬剤を用いて反応除去し、高温
    の反応器の材質の金属の腐食を防止することを特徴とす
    るNF3ガスの前処理方法。
  2. 【請求項2】 除去薬剤が、水酸化カルシウム、水酸化
    カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウムの中
    から選ばれる一種以上およびゼオライト、シリカゲルか
    ら選ばれる一種以上との組合せからなる請求項1記載の
    NF3ガスの前処理方法。
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