JP3874437B2

JP3874437B2 - ヨウ化水素の純度保持法

Info

Publication number: JP3874437B2
Application number: JP32690995A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　　賢樹; 朝重　　直樹; 栄一佐川; 光雄中村; 正弘大村
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: JPH09165204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヨウ化水素に不純物の混入することを防止し、ヨウ化水素を高純度の状態に保持する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に半導体産業の分野において、ヨウ化水素はエッチング剤として極めて有用であるということが認められているが、このような分野に使用されるヨウ化水素においては通常の反応試剤などに用いられるものとは異なり、いわゆる４ナイン若しくは５ナイン、又はそれ以上のものといった、極めて高純度なものが要求される。
【０００３】
このようなヨウ化水素は、通常は液化ガスとしてボンベに充填され、必要時に導管に導出されて使用に供される。しかしながら、一般に液化ガスを充填するボンベにおいては通常、材質が鋼製でマンガン 1.5重量％程度を含み（以下、マンガン鋼という）、この継目なしのものが耐食性に優れるものとして多用されるが、このような一般的なボンベにヨウ化水素を充填し、保存又は輸送等を行った場合は、封入されているヨウ化水素の純度が顕著に悪化していくという問題がある。
【０００４】
すなわち、純度の悪化をもたらす原因は、マンガン鋼の表面若しくは内部に残る微量の水分又は酸素などが作用するためと考えられ、これらがヨウ化水素中に溶出、加えてこのような不純物を含んだヨウ化水素は更なるボンベ内面の腐食を助長するようになるため、封入されているヨウ化水素の純度が次第に悪化していくと考えられている。しかし、マンガン鋼の表面又は内部に残存する水分、酸素など、ヨウ化水素の純度を悪化させる原因となる成分を、このようなボンベから完全に除くことは極めて困難なことである。
【０００５】
このような状況下において、現在、半導体の高集積化などに伴い、使用されるヨウ化水素は不純物のない極めて高純度なものが要求され、特に金属分混入の許容量については重量ppb （以下、wtppb と記す）オーダーという非常に厳しい制限がつけられる。そのため、上記したようなボンベでは半導体製造用などのヨウ化水素を取り扱う上において不適当である。更には、このようなボンベにヨウ化水素を長期間保存したり、又はボンベに封入したヨウ化水素を断続的に導出し使用するなどの場合は、ヨウ化水素ガス中の金属分混入量がより顕著に増加する傾向があり、通常、ヨウ化水素ガス中の金属分を数十wtppb 以下におさえておくということは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ヨウ化水素をボンベに貯蔵又はボンベより導出して使用するに際し、ヨウ化水素又はそのガス中に不純物の混入してしまうことを防止し、高純度なヨウ化水素の状態に維持することを可能とする方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明者らはまず、マンガン鋼からなるボンベの内面に注目し、様々な処理を試みる研究を行った。その結果、内面が研磨処理されたマンガン鋼製のボンベに高純度ヨウ化水素を封入した場合は、ボンベ内面の腐食の程度は減少するものの、高純度のヨウ化水素の状態に長期間維持するという前記した目的を達成する上では遠く及ばないものであった。
【０００８】
更に本発明者らは上記ヨウ化水素の封入に用いたボンベを調べたところ、その内面は全面にわたってほぼ紫色を呈しており、ヨウ素の固着のあることを認めた。
このような、ヨウ素が遊離する現象は現在のところ定かではないが、マンガン鋼の表面ではヨウ化水素の分解が促進されてしまい、その結果、ボンベ内面にヨウ素が固着するのではないかと考えられる。加えてヨウ素は一般の金属類に対し強力な腐食性を示す物質であり、このようなヨウ素の遊離現象がある場合は、封入されたヨウ化水素の更なる純度低下のあることは明白である。
【０００９】
そこで本発明者らは、種々の材質からなる試験片を様々に処理し、ヨウ化水素に対する耐腐食性試験を長期に渡り行い、各々腐食の程度及びそれらの表面状態を観察するとともに、試験に供したヨウ化水素中の不純物増加を調査し、鋭意研究を行ってきた。
【００１０】
その結果、ボンベはクロムを12％程度以上含む鋼（以下、ステンレス鋼と呼ぶ）の材質からなるものであって、しかも内面が鏡面のように研磨されたものを用い、これに高純度ヨウ化水素を封入した場合は、内表面に何らの色変化及びヨウ素の固着現象を起こすことがなく、また封入されたヨウ化水素の純度は悪化することが極めて少なく、高純度ヨウ化水素の長期に渡る保存又は断続的に導出して使用する場合においても、常に高純度の状態に維持できるものであることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、内面が研磨処理されたステンレス鋼製のボンベにヨウ化水素を封入することを特徴とするヨウ化水素の純度保持法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を実施するに際し、上記したようなボンベを得るには、種々の公知技術又はそれらの応用技術を採用することにより達成される。すなわち、ステンレス鋼製のボンベ内面を研磨処理するには、空気などの気流と共に砂を吹き付けるサンドブラスト法、液体ホーニング法、電解研磨法、又は粒子の転動による研磨方法などがある。本発明ではこれらのうちでも、ボンベ中に多数の球状粒子、例えばセラミック粒子を入れた後、該ボンベを軸心方向に回転させてその内面を研磨加工する、いわゆるバレル研磨法により処理されたステンレス鋼製のボンベを用いるのがより好ましい。このようなボンベの材質としては、通常、オーステナイト系ステンレス鋼として広い範囲で用いられているＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６、又はＳＵＳ−３１６Ｌからなるものを十分に使用することができる。
【００１３】
本発明において、ステンレス鋼製のボンベにおける内面処理の程度は、通常、内部が全面に渡り、ザラつきがなく、鏡面のような状態であるなら高純度ヨウ化水素の純度保持には顕著に差が現れるが、ヨウ化水素を長期に渡り保存する、又は封入されているヨウ化水素を断続的に使用する、などを考慮した場合、内面は、あらさ（日本工業規格 JIS-B-0601(1955) に規定された表面あらさの定義をいう。以下同じ）３μｍ以下にまで研磨処理されていることが非常に好ましい。すなわち、このように内面が処理されたステンレス鋼製のボンベを用いた場合は、ヨウ化水素を長期に渡り保存したり、又は封入されたヨウ化水素を断続的に使用する場合であっても、その純度の低下は全くないか、若しくは純度の低下があっても格段にその割合を小さなものとすることができるからである。
【００１４】
また、本発明を実施するに際し、当該ボンベに付設される弁においても防食処理を施されたものを用いることが好ましく、例えば、少なくともヨウ化水素との接ガス部が研磨処理されたステンレス鋼製の弁、又は接ガス部が金、ニッケル若しくはポリフッ化エチレン系の樹脂で被覆されている弁を用いるのがよい。ステンレス鋼製の弁を用いる場合は、ＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６、又はＳＵＳ−３１６Ｌなどからなる材質のものが使用でき、少なくとも接ガス部はあらさ３μｍ以下にまで研磨処理されているものを用いるのが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、長期に渡るヨウ化水素の保存をした場合でも、又はボンベ内のヨウ化水素を断続的に使用する場合であってもその純度は低下してしまうようなことはなく、高純度のヨウ化水素をほぼそのままの状態で維持することを可能とするものであるが、ヨウ化水素をこれより導出し使用するに際して、付帯する他の機器、配管などに関しても、少なくともその接ガス部分は防食処理されたものを用いることが重要である。すなわち、ボンベに充填されたヨウ化水素を実際に使用する場合は、通常、ガスの調圧器、圧力計、又は流量計などの機器類の設けられることが多いが、それらのヨウ化水素と接触する可能性のある部分の全て、及び配管の内面を防食処理しておくのが好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明の有用性をより詳細に説明する。本実施例における実験を行った際の装置の接続及びガスの流れについては図１に示すとおりである。
【００１７】
使用したボンベについては、材質がＳＵＳ−３０４からなるものでその内面をバレル研磨法によりあらさ12μｍまで処理したもの（以下、12Ｓと表示）、同６μｍまで処理したもの（以下、６Ｓと表示）、同３μｍまで処理したもの（以下、３Ｓと表示）、及び同１μｍまで処理したもの（以下、１Ｓと表示）の各々について試験し、その結果を表１及び表２中に実験No１〜５として示した。
【００１８】
また、マンガン鋼の材質からなるボンベのもので、その内面をバレル研磨法によりあらさ１μｍまで処理されたもの（以下、Ｍ(1S)と表示）、及び同12μｍまで処理されたもの（以下、Ｍ(12S) と表示）を使用した例を比較例とし、表１及び表２中に実験No６，７，８として示した。
【００１９】
図１に示す装置の接続及びガスの流れにおいて、弁２については材質がＳＵＳ−３１６Ｌからなるものでその接ガス部が、あらさ１μｍまで処理されているもの（以下、Ｋと表示）、又は全く処理されていないもの（以下、Ｎと表示）のいずれかのものを用いて試験を行い、表１及び表２中では「弁内」として示した。また、配管５の内面、ニードル弁４、及び流量計６内などのヨウ化水素と接触する部分については、ニッケル又はニッケルメッキ施工された材料のものを用い、接続部のガスケット類はテフロン製のものを用いた。
【００２０】
操作及びガスの分析の条件は以下のとおりである。
まず、高純度ヨウ化水素の充填されたボンベ１の弁２を開き、ヨウ化水素ガスを調圧器３に導いた後、該ガスをニードル弁４で一定流量下10分間流した後のガス中の分析値を「ガス通気直後」として表１中に記してある。
【００２１】
また、ヨウ化水素の断続使用試験については、ニードル弁４で一定流量下に30分間流した後、ニードル弁４を閉めて一晩放置するという操作を少なくとも10回は繰り返し、その後、10分間ガスを流した後のガス中の分析値を「断続使用操作」として表１中に記した。
【００２２】
ヨウ化水素の長期保存試験については、上記の断続使用試験を行った後、そのまま放置させ、一ヶ月経過後に10分間ガスを流した後にそのガスを分析し、「一ヶ月経過後」として表２中に記した。これを更に二ヶ月間放置した後、同様に操作しガスを分析した結果を「三ヶ月経過後」として表２中に記した。
【００２３】
なお、ガスの分析はイオンプラズマ発光分析装置を用いた。また、表１及び表２中における「ボ内」とはボンベ内部を意味するものである。
【００２４】
【表１】

（実験No６，７，８は比較例である。）
【００２５】
【表２】

（実験No６，７，８は比較例である。）
【００２６】
次いで、上記三ヶ月の長期保存試験を行った後の各々のボンベ封入ガスをパージし、それらの内部を内視鏡を用いて観察したところ、実験No６，７及び８に用いられたマンガン鋼製のボンベにおいては、その内表面が全面にわたり紫色を呈しており、単体ヨウ素の付着しているのが観察された。
これに対し、実験No１〜５に用いられたステンレス鋼製のボンベにおいてはこのような色変化が何ら認められず、使用開始前の金属肌の状態と同様であった。
【００２７】
【発明の効果】
以上、実施例の結果からも明らかなように、本発明に記載の構成とすることにより、ヨウ化水素を断続的に使用した場合であっても、あるいは長期に渡る貯蔵を行う場合においても、その純度は低下するようなことがなく、常に高度に保持させておくことが可能である。また、特に、ボンベ内面があらさ３μｍ以下にまで研磨処理されたステンレス鋼製のボンベを用いるとすることにより、ヨウ化水素中に含まれる金属分は、常に10wtppb 未満におさえることが可能になるという、更なる格段に優れた効果が奏されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に記載の実施例で行った装置の概略図、及びヨウ化水素の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・ボンベ
２・・・弁
３・・・調圧器
４・・・流量調節用ニードル弁
５・・・配管
６・・・流量計
７・・・イオンプラズマ発光分析装置

Claims

内面の表面あらさが３μｍ以下まで研磨処理されたステンレス鋼製のボンベにヨウ化水素を封入することを特徴とするヨウ化水素の純度保持法。
材質がＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６、又はＳＵＳ−３１６Lのステンレス鋼からなるボンベを用いる請求項１記載のヨウ化水素の純度保持法。
ボンベに付設する弁として、接ガス部の材質はステンレス鋼であるものを用い、かつその接ガス部表面が、あらさ３μｍ以下まで研磨処理されたものを用いる請求項１又は２記載のヨウ化水素の純度保持法。