JPH0218309A - 三弗化窒素ガスの精製方法 - Google Patents

三弗化窒素ガスの精製方法

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JPH0218309A
JPH0218309A JP16739688A JP16739688A JPH0218309A JP H0218309 A JPH0218309 A JP H0218309A JP 16739688 A JP16739688 A JP 16739688A JP 16739688 A JP16739688 A JP 16739688A JP H0218309 A JPH0218309 A JP H0218309A
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gas
fluoride
activated alumina
container
gaseous
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JP16739688A
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Toshihiko Nishitsuji
西辻 俊彦
Tokuyuki Iwanaga
岩永 徳幸
Nobuhiko Koto
信彦 古藤
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は三弗化窒素ガスの精製方法に関する。
更に詳しくは、三弗化窒素ガス中に含まれる二弗化二窒
素(N、Ft)、亜酸化窒素(Neo)及び二酸化炭素
(Cot)の除去方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕三弗化
窒素(NFりガスは、半導体のドライエツチング剤やC
vD装置のクリーニングガスとして近年注目されている
が、これらの用途に使用されるNF、ガスは、可及的高
純度のものが要求されている。
NF、ガスは、種々の方法で製造されるが何れの方法で
得られたガスも殆どの場合、NtFt、 NmQ、CO
lなどの不純物を比較的多量に含んでいるので、上記用
途としての高純度のNFsガスを得るためには精製が必
要である。
NFエガス中のこれらの不純物を除去する精製方法とし
ては、モレキュラシープなどの吸着剤を用いて不純物を
吸着除去する方法が、最も効率がよく簡便な方法の一つ
としてよく知られている〔ケミカル・エンジニアング(
Che−、Eat、) 84.116゜(197?)等
〕、シかしながら、この吸着による精製方法では、NF
、ガス中にNJzが存在するとNP。
も吸着剤に吸着され易くなり、従ってNFsガスの損失
を招くという極めて不都合な問題があり、NF3ガスの
精製に供するには実質的でない。
〔課題を解決する為の手段〕
本発明者等はかかる状況に鑑み、NF、ガス中に含まれ
ているNtFt、 NtO及びco!の除去方法につい
て種々の吸着剤を用いて鋭意検討を重ねた結果、予め特
定の温度に加熱して脱水処理した活性アルミナ層へ特定
の温度でNF3ガスを通気させれば、NF、が活性アル
ミナに吸着されることなく、効率よく経済的にNF、ガ
ス中のlhh、NzO及びCO。
を除去できることを見出し、特願昭63−89256号
として出願した。しかしこの方法は本発明者等のその後
の研究によれば、NF、ガス中にNtFzが存在すると
N、F、、N□o及びCO,の除去持続時間(破過時間
)が短いという欠点があることが判明した。
そこで本発明者等は引続き種々検討した結果、不純物と
してN、F、、N、O及びCOtを含有するNF。
ガスを、予め内壁を弗化ニッケルでコーティングされた
容器中で、または該容器に固体弗化物を充填した状態で
、NF、ガスを特定の温度に加熱して含有するNxhを
除去した後、該NF3ガスを特定の条件で加熱処理した
活性アルミナ層へ特定の温度で通気させれば、NF、が
活性アルミナに吸着されることなく、掻めて効率よく経
済的にNF、ガス中のN、O及びCO□を長時間にわた
って除去できることを見出し、本発明を完成するに至っ
たものである。
即ち、本発明の三弗化窒素ガスの精製方法の第1の方法
は、内壁を弗化ニッケルでコーティングされた容器中で
少なくとも不純物として二弗化二窒素、亜酸化窒素及び
二酸化炭素を含有する三弗化窒素ガスを150〜600
’Cの温度に加熱して含有する二弗化二窒素を除去した
後、引き続いて該三弗化窒素ガスを予め250〜900
 ’Cの範囲の温度に加熱して脱水処理した活性アルミ
ナ層へ0〜−125°Cの温度でかつ実質的に水分の混
入しない状態で通気して含有する亜酸化窒素及び二酸化
炭素を除去することを特徴とするものであり、第2の方
法は、上記内壁を弗化ニッケルでコーティングされた容
器に固体弗化物を充填する、上記記載の方法である。
〔発明の詳細な開示〕
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明では)1.F、の除去は内壁を弗化ニッケルでコ
ーティングされた容器中で、またはこの容器に固体弗化
物を充填し該固体弗化物の充填層中で、NF、ガスを加
熱し通気することで、含有するN、F。
を除去することが可能である。
NF3ガス中に含まれるNtFxは、NF、ガスを特定
の温度に加熱するのみで、NtFtが窒素(N2)ガス
と弗素(F2)ガスに効率よく分解する。また、上記加
熱を内壁が弗化ニッケルでコーティングされた容器内で
行なえば、200℃以上の温度に加熱しても主成分であ
るNF、が分解することがないので好都合であって、こ
れにより効率よ(安全にしかも経済的にNFsガス中の
NtFiを除去することができる。
従って、本発明の前段の工程であるNFxガス中のNx
Fzを除去する工程においては、NFSガスの入口管と
出口管を備えた、内壁を弗化ニッケルでコーティングさ
れた容器が必要である。このような容器はニッケル製の
容器あるいは例えば鉄製などの容器の内面にニッケル鍍
金したものを、30〜200℃程度の温度に加熱した状
態で、F2ガスあるいはN2ガス、ヘリウムガス(He
)等の不活性ガスで希釈されたFtガスを通気すること
により、ニッケルとF、ガスが反応し弗化ニッケルの皮
膜を形成するので簡単に得ることができる。この際のニ
ッケルとpgガスの反応は、最初に不活性ガスで希釈さ
れた低濃度のF2ガスで行い、ガスの濃度を次第に高く
して最終的には100%のF2ガスとするのが好ましい
、尚、上記容器の形状は特に限定はなく、箱形、円筒形
等信れの形状でもよい。
本発明においては、上記容器の内壁のコーティングは弗
化ニッケルでなければならない、ニッケル以外の金属で
は、容器の内壁に形成される金属弗化物の皮膜が加熱に
より剥離して金属面が露出し、この露出した金属面がN
F、lと反応して金属弗化物の皮膜を形成し、この金属
弗化物の皮膜はまた剥離するというようにNF、の損失
を繰返すと共に、上記剥離した金属弗化物が精製装置の
配管等を閉塞するという不都合も生ずる。
次に、上記容器に固体弗化物を充填する場合の固体弗化
物について説明する。
本発明に使用する上記固体弗化物は600°C以上の融
点であるものが望ましいが、融点が600’C未満のも
のであっても、NF3を加熱する温度において固体であ
れば本発明の実施には何ら差支えない、また、この固体
弗化物はNhと反応しない弗化物でもある。
この様な固体弗化物を例示すると、弗化リチウム(Li
d) 、弗化すI・リウム(NaF) 、弗化カリウム
(KF)、弗化ルビジウム(llbl’) 、弗化セシ
ウム(CsF)などのIA属の金属弗化物;弗化ベリリ
ウム(BeF2)、弗化マグネシウム(MgF工)、弗
化カルシウム(CaFz)、弗化ストロンチウム(Sr
Pz)、弗化バリウム(BaFz)などの■A属の金属
弗化物;弗化アルミニウム(八1F3) 、弗化ガリウ
ム(GaFs)、弗化インジウム(InFt)などのl
l1A属の金属弗化物;弗化アルミニウムナトリウム(
Na3八fp、)の如き複塩が挙げられる。また、これ
らの混合物でも差支えない。
固体弗化物の形状は粒状のものが好ましく、その大きさ
には特に限定はなく、反応器の大きさや取扱い易さなど
によって決められる。また、固体弗化物が粉状であって
も、打錠機などで錠剤化することにより好適に使用可能
である。
尚、上記固体弗化物は水分を含有していると、NF3ガ
スと接触した際にNFsと該水分が反応して一酸化窒素
(NO)を生成するので、従って固体弗化物は前もって
乾燥し水分を十分除去しておくことが望ましい。
本発明ではNF3の加熱は、上記の如き内壁を弗化ニッ
ケルでコーティングされた容器を加熱した状態でNzF
z、NtO及びCO,を含有するNF、ガスを該容器に
通気する方法が好ましい、尚、上記容器に予め固体弗化
物を充填しておくと、N、F2の除去率が更に向上する
ので一層好ましい方法である。
上記容器の加熱は、該容器の外部をヒーター等で加熱す
る方法で簡単に実施することができる。
本発明ではNzFz、11.0及びCO□を含むNF3
ガスの加熱温度は、150〜600°C2好ましくは2
50〜350°Cで実施される0通気温度が150°C
未満ではNzFtを殆ど分解除去できない。逆に600
°Cを越える温度ではNthはほぼ完全に除去できるも
のの、コーティング層が熱膨張率の差によってエリ離す
る惧れがあるので不都合である。また熱エネルギーの損
失にもつながる。尚、上記加熱温度において、N2Ft
の分解速度は非常に速いので、通気させるNF、ガスの
容器内での滞留時間は短くてかまわないが、通常5〜1
000秒程度の範囲で実施される。
本発明においては、上記容器に通気するNF、ガスは単
独で供給してもかまわないが、N2、)le等の不活性
ガス等で希釈したものでも差支えない、また、通気ガス
の圧力については特に制限はないが、通常、0〜5 k
g/cm”−Gの圧力が操作し易いので好ましい。
以上において述べた本発明の前段の工程であるNF、ガ
ス中のNJzを除去する方法は、本発明者等が先に出願
した特願昭63−87208号及び特願昭638721
0号にて詳述した方法をそのまま適用することができる
次に本発明の後段の工程である、NF3ガス中のN、0
及びCO□を除去する工程について述べる。
本発明で使用する活性アルミナは、特に限定はなく通常
市販のものが何れも使用可能であるが、粒状かつ高表面
積のものがより好ましい。
活性アルミナの脱水処理は250〜900°C1好まし
くは250〜600°Cの温度に加熱することで実施さ
れる。
加熱温度が250°C未満では活性アルミナ中に水分が
残存し、該活性アルミナ層へNF3ガスを通気した際に
N、0及びCO8の除去能力が低下する。逆に必要以上
の高温はエネルギーの損失のみならず、活性アルミナの
加熱処理容器、例えばカラムの腐食などの問題が生ずる
ので好ましくない。
活性アルミナの加熱による脱水処理は空気中で行なって
もよいが、該加熱は活性アルミナ中に含有する水分を気
化逸散させるために行なうので、例えばN2ガスのよう
に水分を含有しない不活性ガスの気流中で行なうのがよ
く、またガスを吸引しながら減圧下で行なうことも好ま
しい。
加熱時間は上記の加熱温度及び雰囲気において30分以
上であればよいが、念のために通常1〜2時間行なわれ
る。
かくして加熱による脱水処理された活性アルミナは、放
冷または強制冷却によって常温以下に冷却されるが、こ
の場合には水分の混入を回避しなければならない、従っ
て、その方法として上記活性アルミナの加熱による脱水
処理を、例えばカラム等に活性アルミナを充填した状態
で行ない、脱水処理後これを冷却し、しかるのち引続き
この活性アルミナ層へNhガスを通気する方法が好まし
い。
NF3ガスの精製は、上記の通りカラム等に充填された
活性アルミナ層に通気する方法で実施されるが、この際
の通気温度は重要で0°C以下の温度でなければならず
、低温はど好ましい、しかし、NFSの沸点は一129
°Cであるので、この温度以下では操作が事実上困難で
ある。従ってNF3ガスの通気温度は本発明では、0〜
−125℃の範囲で実施される。
通気時のNF3ガスの圧力はこれまた特に限定はないが
、例えば0〜5 kg/d−G程度の圧力が操作しやす
いので好ましい。
上記のNFsガス中のNeo及びCOIを除去する工程
は、本発明者等が先に出願した特願昭62−89256
号にて詳述した方法をそのまま適用することができる。
本発明の方法において、Nオド2を除去する前段の工程
を省略すると、前述の通りNFsガスを活性アルミナ層
に通気する後段の工程において、NJx、!110及び
C08の除去持続時間即ち破過時間が短くなる。これを
具体的に説明すると、NtPR1N20及びCOgを含
有するガスを活性アルミナ層に通気して得たガスは、当
初はNJz、Neo及びC1)tの含有量は極めて少量
で検出限界以下であるが、ある時間を経過すると短時間
の間に急激に増加する。この急激に増加するまでの時間
を破過時間という。
尚、上記NtPt、 NRO及びCO3の分析はガスク
ロマトグラフィーで行なうが、その検出限界はそれぞれ
10ppmである0本発明では、前段の工程で予めNJ
xが除去しであるので、NIO、COIの含有量のいず
れかがこの検出限界を越えた時の時間を破過時間とした
更に、本発明の実施により精製されたNFsガスは、本
発明者等が先に提案した特願昭62−138972号の
方法、即ち、NF3より低沸点でかつNF3と相互溶解
性のない第三成分、例えばヘリウム(He)ガスの共存
下でNF、を深冷蒸留することにより、含有するNIO
、Cot 、N*h以外のN2.08等の不純物を除去
することができ、半導体のドライエツチング剤やCvD
装置のクリーニングガスとして好適な高純度のNF2ガ
スを容易に得ることが可能となるのである。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。尚
、以下において%及びpp−は特記しない限り容量基準
を表わす。
実施例1〜4 内径6 am、長さ300−  のニッケル製容器(カ
ラム)を予め100℃に加熱しながら、これにN8ガス
で希釈された濃度25%のhガスを1時間通気し、次い
でFzガスの濃度を50%に上昇して1時間通気し、更
に100%のF3ガスを1時間通気して、カラムの内壁
を弗素化処理し弗化ニッケルの皮膜を形成させた。
しかる後このカラムに、はぼ同容積のHeガスで希釈さ
れた各成分の含有量がHe 48.5%、NF248.
2%、NtFt 2.0%、Hz 0.4%、NiQ 
0.3%、cot O,6%の組成のガス(INFコ純
分量80.4g)を、通気温度300℃、ガスの流16
0 Nd/win、 、通気圧カフ60 Torrの条
件で通気した0通気後のガスは濃度1重量%のヨウ化カ
リウム(II)水溶液中にバブリングさせた後、液体窒
素で冷却された捕集ボンベに導き NF、を液化させ捕
集した。  NF、ガスの通気停止後は上記のNFSの
捕集ボンベ内を真空排気しHeガスを除去した。
通気後の捕集ボンベ内のNF、の組成を、ガスクロマト
グラフィーにより分析した。その結果は、NtFt含有
量は1099−以下で非常に高い除去率であった。また
NF3の損失量も1.1%であり非常に少なかった。
尚、NF3ガス中のN、の含有量は通気後の方が多かっ
たが、これは加熱によりHzFxがN、とF2に分解し
たものと考えられる。
次に、内径15mmのステンレス製カラムに粒度が24
〜48メツシユの粒状活性アルミナを充填(充填高さ3
00snルた後、該活性アル壕′すの加熱による脱水処
理を第1表に示す条件で行ない、しかる後、該活性アル
ミナ層へ上記によりN!Fgを除去したNFSガスを第
1表に示す条件で各々通気した。
NF3ガスの活性アルミナ層への通気後のNF3ガス中
のN、O及びC08の含有量をガスクロマトグラフィー
にて分析し、破過時間を測定した。尚、破過時間は、活
性アルミナ層への通気後のガス中のNzO、Cotのい
ずれかの含有量が10pp−を越えた時の時間とした。
その結果は第1表に示す通りであり、本発明の方法で精
製すればNFsガス中のNeo 、、Cot 、NtF
震は極めて良好に除去され、しかも破過時間も長いこと
が分かる。
第1表 実施例5〜8 実施例1〜4で使用したものと同一の弗化ニッケルで内
壁をコーティングしたカラムを用い、これに固体弗化物
として粒径が24〜32メツシエの弗化カルシウム(C
aFx) (実施例5)、弗化アルミニウム(A ff
i F、) (実施例6)、弗化カリウム(KF) (
実施例7)、弗化ナトリウム(Nap) (実施例8)
をそれぞれ充填(充填高さ250111+) L、20
0°Cの温度に加熱した状態でN!ガスを100 d/
a+in、の流量で1時間通気して固体弗化物中の水分
を除去した。
次いでこの固体弗化物を充填したカラムに、はぼ同容積
のHeガスで希釈された実施例1〜4で使用したものと
同一の組成のNF、ガスを、通気温度300℃、ガスの
流量60 lid/sin、 、通電圧カフ60Tor
rの条件で通気した9通気後のガスは実施例1〜4と同
様にしてヨウ化カリウム(K1)水溶液中にバブリング
させた後、NFsを液化させ捕集した後Heガスを除去
した。
このNFsの組成をガスクロマトグラフィーにより分析
したところ、その結果はNzhの含有量は10pp−以
下と非常に高い除去率であった。またNF3の撰失量も
1.0と非常に少なかった。
尚、NF、ガス中のN、の含有量が通気後の方が多かっ
たが、これは実施例1〜4と同様に加熱によりNJzが
N2とF2に分解したものと考えられる。
次に、実施例1〜4と全く同様にしてステンレス製カラ
ムに充填された粒状活性アルミナの加熱による脱水処理
を第2表に示す条件で行なった後、該活性アルミナ層へ
上記によりNxPwを除去したNF、ガスを第2表に示
す条件で通気した。
NF、ガスの活性アルミナ層への通気後のNF、ガス中
のN、O及びCo□の含有量を実施例1〜4と同様にし
てガスクロマトグラフィーにて分析し、破過時間を測定
した。
その結果は第2表に示す通りであり、本発明の方法で精
製すればNF、ガス中のN、O、Co□、Nff1F。
は極めて良好に除去され、しかも破過時間も長いことが
分かる。
第2表 比較例1 実施例1と全く同様にステンレス製カラムに粒状活性ア
ルミナを充填した後、該粒状活性アルミナの加熱による
脱水処理を行なった。
しかるのち実施例1〜4で使用したHeガスで稀釈され
る前の、Nhガス(各成分の含有量はNP393.6%
、Nzh 3.9%、Nt O,8%、N、o O,6
%、co、 1.2%)を前取ってNthを除去するこ
となく、上記の脱水処理した粒状活性アルミナ層へ実施
例1と同一時条件で通気して破過時間を測定した、その
結果は破過時間は4.0時間であり、実施例1〜4に比
べて大幅に短時間であった。
参考例1(特願昭62−138972号の方法)実施例
1で得たNxF2、NiO、co2を除去されたNF、
ガスを、第1図に示す装置を用いて深冷蒸留により更に
精製した。
即ち液体窒素6を満たした保冷容器5中に容器l(内容
積1N)を浸漬して容器1を冷却した後、該容器Iに実
施例1で得られたNF3ガスと第三成分としてHeガス
を、ライン2及び3を通して各50ace/sin、 
、3 d/sin、の流量で3時間フィードした。
NF、ガスは容器1内で液化し、共存させたlieガス
及び分留したN、ガス等の不純物は水シール槽7を通し
て排気させた。
NF2ガス及びHeガスのフィード停止後、フィード弁
12及び水シール槽7に至る弁16を閉じ弁17を開い
て、真空ポンプ8にて容器1内のガスを排気しながら、
この液化させたNF、l中にlieガスを100d /
 m i n、の流量で30分間フィードしバブリング
させた。この時の容器1内の圧力は10Torrにした
排気完了後、弁13及び弁15を閉じた後、容器1を常
温に戻して容器1内の液化NF、をガス化して、ガスク
ロマトグラフィーにて分析した。
その結果は、N2、N、0 、Co□、NzFtの含有
量は何れも1opp−以下と極めて微量で、得られたN
F。
ガスは極めて高純度であった。
〔発明の効果〕
本発明は以上詳細に説明した如く、内壁を弗化ニッケル
でコーティングされた容器中で、または該容器に固体弗
化物を充填した状態で、NF、ガスを特定の温度に加熱
してNF、ガス中に含まれるN、F、を予め除去した後
、このNF3ガスを、予め特定の温度に加熱して脱水処
理した粒状活性アルミナ層へ特定の温度でかつ実質的に
水分の混入しない状態で、通気するという極めて簡単な
方法であり、本発明の実施により、NF、lガス中のN
2F!、NJ及びCO□が効率よく除去できるのである
また、本発明では前段の工程で予めNF、ガス中のN2
hが除去しであるので、後段の工程である粒状活性アル
ミナでNzO及びCO□の除去を、実施例及び比較例が
示す如く長時間行なうことができるのである。
更に本発明では、前段の工程では内壁を弗化ニッケルで
コーティングされた容器または/及び固体弗化物を使用
し、後段の工程では粒状活性アルミナを使用するという
ものであり、いずれも廉価であるので、経済的な方法で
もある。更にまた、本発明の方法は吸着剤である活性ア
ルミナへの〜F、の吸着もない。
更に、本発明の方法で精製したNF3ガスを、本発明者
が先に擾案した特願昭和62−13’8972号の方法
で更に精製すれば、参考例1が示す如く極めて高純度の
NF、ガスを得ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は参考例1で使用した深冷蒸留装置を示すフロー
シートである。 図において、 1−−−−−−−一容器、 2−−−−−−−−NF、ガスフィードライン、3−−
−−−Heガスフィードライン、4−−−一−−−−排
気ライン、 5−−−−−−−一一一保冷容器、 6−−−−−−一液体窒素、 7〜−−−〜−−−−−水シール槽、 8−−−−−−−−一真空ポンプ、 9−−−一〜−−−−−−常圧排気ライン、1o−−−
−真空排気ライン、 11−−−−−一挿入管、 12.13.14.15.16.17−   弁、を示
す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内壁を弗化ニッケルでコーティングされた容器中
    で少なくとも不純物として二弗化二窒素、亜酸化窒素及
    び二酸化炭素を含有する三弗化窒素ガスを150〜60
    0℃の温度に加熱して含有する二弗化二窒素を除去した
    後、引き続いて該三弗化窒素ガスを予め250〜900
    ℃の範囲の温度に加熱して脱水処理した活性アルミナ層
    へ0〜−125℃の温度でかつ実質的に水分の混入しな
    い状態で通気して含有する亜酸化窒素及び二酸化炭素を
    除去することを特徴とする三弗化窒素ガスの精製方法。
  2. (2)内壁を弗化ニッケルでコーティングされた容器に
    固体弗化物を充填する請求項1項記載の三弗化窒素ガス
    の精製方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006521279A (ja) * 2003-03-25 2006-09-21 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 三フッ化窒素中の二フッ化二窒素および四フッ化二窒素濃度を低減する熱的方法

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JP2006521279A (ja) * 2003-03-25 2006-09-21 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 三フッ化窒素中の二フッ化二窒素および四フッ化二窒素濃度を低減する熱的方法

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