JPH05123575A - 水蒸気の精製方法 - Google Patents

水蒸気の精製方法

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JPH05123575A
JPH05123575A JP3310007A JP31000791A JPH05123575A JP H05123575 A JPH05123575 A JP H05123575A JP 3310007 A JP3310007 A JP 3310007A JP 31000791 A JP31000791 A JP 31000791A JP H05123575 A JPH05123575 A JP H05123575A
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孝 島田
Keiichi Iwata
恵一 岩田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】水蒸気または水蒸気を含有するガス中に不純物
として含まれる酸素を除去し、高純度の精製ガスをえ
る。 【構成】水蒸気単独、または、水素、窒素、アルゴンな
どのベースガスで希釈された水蒸気を銅を主成分とする
触媒と接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水蒸気の精製方法に関
し、さらに詳細には水蒸気中に不純物として含まれる酸
素を極低濃度まで除去しうる水蒸気の精製方法に関す
る。水蒸気はシリコンやアルミニウムの酸化膜形成など
半導体の製造時に使用されているが、成膜技術の進歩と
ともに不純物の極めて少ないものが要求されつつある。
【0002】
【従来の技術】通常、半導体製造時に使用される水蒸気
の供給法としては蒸留水や脱イオン水などの精製水を一
端の開いたボトルに入れ、これを恒温槽に浸して適当な
温度に制御することによって発生させた水蒸気をマスフ
ローコントローラーで制御してリアクターに供給する方
法、精製水をバブラーに入れてH2 、N2 、Heなどに
よりバブリングしてリアクターに供給する方法などが用
いられる。このように発生させた水蒸気中には、原料精
製水をボトルやバブラーに仕込む場合に混入する酸素な
どが存在している。これらの水蒸気中には通常10pp
m前後の酸素が含まれており、水蒸気の使用に先立って
おこなわれる減圧パージや原料液体中での不活性ガスな
どによるパージだけではこれらの酸素を0.1ppm以
下のような低濃度まで除去することは困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】最近、化合物半導体製
造時に水蒸気と同時に使用されるシランなどのガスは高
純度に精製することが可能となり、例えば不純物として
含有される酸素を0.01ppm以下まで除去すること
も可能となっている。このため水蒸気についても酸素含
有量が0.01ppm以下とすることが強く望まれてい
る。また、これら水蒸気はボトルの接続時や配管の切替
時など半導体装置への供給過程において空気など不純物
の混入による汚染もあるため、装置の直前で不純物を最
終的に除去することが望ましい。しかしながら、水蒸気
中に含有される酸素を効率よく除去して高純度の水蒸気
を半導体製造プロセスなどに供給する方法についての公
知技術はほとんど見あたらない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、水蒸気中
に含有される酸素を極低濃度まで効率よく除去するべく
鋭意研究を重ねた結果、水蒸気を銅を主成分とする触媒
と接触させることにより、酸素濃度を0.1ppm以
下、さらには0.01ppm以下まで除去しうることを
見いだし、本発明を完成した。すなわち本発明は、粗水
蒸気を銅を主成分とする触媒と接触させて、該粗水蒸気
中に含有される酸素を除去することを特徴とする水蒸気
の精製方法である。本発明は水蒸気単独、水素(水素ガ
スベース)および窒素、アルゴンなどの不活性ガス(不
活性ガスベース)で希釈された水蒸気(以下総称して粗
水蒸気と記す)中に含有される酸素の除去に適用され
る。
【0005】本発明において用いられる触媒は金属銅ま
たは銅の酸化物など還元され易い銅化合物を主成分とす
るものである。また、銅以外の金属成分としてクロム、
鉄、コバルトなどが少量含まれているものであってもよ
い。これらの銅触媒は単独で用いられてもよく、また、
触媒担体などに担持させた形で用いても良いが、銅の表
面とガスの接触効率を高める目的などから、触媒担体な
どに担持させた形態で使用することが好ましい。銅の酸
化物を得るには種々の方法があるが、例えば銅の硝酸
塩、硫酸塩、塩化物、有機酸塩などに苛性ソーダ、苛性
カリ、炭酸ナトリウム、アンモニアなどのアルカリを加
えて酸化物の中間体を沈澱させ、得られた沈澱物を焼成
するなどの方法がある。これらは、通常はアルミナ、シ
リカなどの触媒担体物質と混練し、押出成型、打錠成型
などで成型体とし、必要に応じてさらに適当な大きさに
破砕して使用される。成型方法としては乾式法あるいは
湿式法を用いることができ、その際、少量の水、滑剤な
どを使用してもよい。また、市販の酸化銅触媒など種々
なものがあるのでそれらから選択したものを使用しても
よい。要は、還元銅、酸化銅などが微細に分散されて、
その表面積が大きくガスとの接触効率の高い形態のもの
であればよい。
【0006】触媒の比表面積としては通常は、BET法
で10〜300m2 /gの範囲のもの、好ましくは30
〜250m2 /g程度の範囲のものである。また、銅の
含有量は金属銅換算で通常は、1〜95wt%、好まし
くは20〜95wt%である。銅の含有量が1wt%よ
りも少なくなると脱酸素能力が低くなり、また、95w
t%よりも高くなると水素による還元の際にシンタリン
グが生じて活性が低下する恐れがある。触媒は水蒸気の
精製に使用するに先立って活性化処理をおこなうが、通
常は水素還元が用いられる。水素還元に際しては、例え
ば350℃以下程度で窒素などで希釈した水素の混合ガ
スを空筒線速度(LV)5cm/sec程度で精製筒に
通すことによっておこなうことができるが、発熱反応で
あるため温度が急上昇しないよう注意が必要である。
【0007】水蒸気の精製は、通常は、還元処理した銅
を主成分とする触媒が充填された精製筒に粗水蒸気を通
すことによっておこなわれ、粗水蒸気が銅触媒と接触す
ることによって粗水蒸気中に不純物として含有される酸
素が除去される。本発明に適用される粗水蒸気中の酸素
濃度は通常は100ppm以下である。酸素濃度がこれ
よりも高くなると発熱量が増加するため条件によっては
除熱手段が必要となる。精製筒に充填される銅触媒の充
填長は、粗水蒸気中の酸素濃度、使用触媒の特性および
酸素除去条件などによって決められるが、通常は50〜
1500mmである。充填長が50mmよりも短くなる
と酸素除去率が低下する恐れがあり、また1500mm
よりも長くなると圧力損失が大きくなり過ぎる恐れが生
ずる。精製時の粗水蒸気の空筒線速度(LV)は供給さ
れる水蒸気中の酸素濃度および操作条件などによって異
なり一概に特定はできないが、通常は100cm/se
c以下、好ましくは30cm/sec以下である。水蒸
気と銅触媒の接触温度は精製筒の入口に供給されるガス
の温度で、200℃以下、好ましくは100℃以下であ
り、水蒸気の分圧が低い場合には常温でよく特に加熱を
必要としないが、分圧が高く結露を生ずる虞のある場合
などには精製筒を適当な温度に加熱しながら接触させる
ことが好ましい。接触時のガスの圧力には特に制限はな
く常圧、減圧、加圧のいずれでも処理が可能であるが、
通常は20Kg/cm2 abs以下、好ましくは0.1
Kg〜10Kg/cm2 absである。
【0008】
【実施例】
実施例1 (酸化銅触媒の調製)硫酸銅の20wt%水溶液に炭酸
ソーダの20wt%水溶液をpH9〜10になるまで加
え、塩基性炭酸銅の結晶を析出させた。この結晶を繰り
返し濾過、洗浄し、空気気流中130℃で5時間乾燥さ
せた後、300℃で5時間焼成して酸化銅を生成させ
た。この酸化銅にアルミナゾル(触媒化成工業(株)製
Cataloid−AS−2)を混合し、ニーダーで混
練した。続いて空気中130℃で5時間乾燥させ、さら
に、350℃で5時間焼成し、焼成物を破砕して顆粒状
とした。このものを打錠成型にて6mmφ×4mmHの
円筒状のペレットに成型した。これを破砕してふるいに
かけ、6〜12meshのものを集めた。この触媒の比
表面積は39m2 /gであった。内径16.4mm、長
さ400mmのステンレス製の精製筒に63.3mL
(101.3g、充填密度1.6g/mL、充填長30
0mm)充填した。 (銅触媒の還元処理)この精製筒に10vol%水素
(窒素ベース)を常圧で温度180℃、流量0.633
L/min(LV=5cm/sec)で6時間流し還元
処理をおこなった後、常温に冷却した。 (水蒸気の精製)引き続いて、水蒸気の精製をおこなっ
た。約50mLの蒸留水の入った内径50mm、高さ1
75mmのステンレス製バブラーを40℃に設定した恒
温槽に浸して水蒸気圧をコントロールし、窒素で水蒸気
をバブリングすることによって窒素ベースで約7.3v
ol%水蒸気を含むガスを発生させた。次に、結露を防
止するため、配管を60℃に加熱しながら上記のガスで
30分間配管内のパージをおこなった後この水蒸気を含
むガス中の酸素濃度を黄燐発光式酸素分析計(測定下限
濃度0.01ppm)を用いて測定したところ0.23
ppmであった。このガスを40℃に加熱した精製筒に
0.633L/min(LV=5cm/sec)で流し
て出口ガス中の酸素濃度を測定した結果、0.01pp
m以下であった。精製を始めてから100分後において
も出口ガスの酸素濃度は0.01ppm以下であった。
【0008】実施例2 (水蒸気の精製)実施例1で用いたと同じ精製筒を用い
て水蒸気の精製をおこなった。約50mlの蒸留水の入
った内径50mm、高さ175mmのステンレス製バブ
ラーを40℃に設定した恒温槽に浸して水蒸気圧をコン
トロールし、水素で水蒸気をバブリングすることによっ
て水素ベースで約7.3vol%水蒸気を含むガスを発
生させた。実施例1と同様に配管を加熱しながら30分
間パージした後、この水蒸気を含むガス中の酸素濃度を
黄燐発光式酸素分析計を用いて測定したところ約0.2
0ppmであった。このガスを40℃に加熱した精製筒
に0.633L/min(LV=5cm/sec)で流
して出口ガス中の酸素濃度を測定した結果、0.01p
pm以下であった。精製を始めてから100分後におい
ても出口ガスの酸素濃度は0.01ppm以下であっ
た。
【0009】実施例3 (水蒸気の精製)実施例1で用いたと同じ精製筒を用い
て水蒸気の精製をおこなった。約50mlの蒸留水の入
った内径50mm、高さ175mmのステンレス製バブ
ラーを60℃に設定した恒温槽に浸して水蒸気圧をコン
トロールし、マスフローコントローラーにより水蒸気流
量を0.1L/minに制御した。その際、マスフロー
コントローラーの下流に真空ポンプを設置することによ
り流量制御のための差圧を得た。実施例1と同様に配管
を加熱しながら30分間パージした後、この水蒸気流に
酸素濃度が0.01ppm以下であることを確認した窒
素0.4L/minで添加しながら、この水蒸気を含む
ガス中の酸素濃度を黄燐発光式酸素分析計を用いて測定
したところ、約0.06ppmであった。前述の窒素希
釈前の水蒸気0.1L/minを60℃に加熱した精製
筒に通し出口ガスに酸素濃度0.01ppm以下の窒素
0.4L/minを加えたガス中の酸素濃度を測定した
結果、0.01ppm以下であった。精製を始めてから
100分後においても出口ガスの酸素濃度は0.01p
pm以下であった。
【0010】実施例4 (酸化銅触媒の調製)市販の酸化銅触媒(日産ガードラ
ー┻製、G108)を用いた。このものは担体としてS
iO2 を使用しCuとして30wt%、比表面積が12
0m2 /gであり、直径5mm、高さ4.5mmの成型
体である。この酸化触媒を8〜10meshに破砕した
もの63.3m を内径16.4mm、長さ400mm
のステンレス製の精製筒に充填長300mm(充填密度
1.0g/ml)に充填した。 (触媒の還元処理)この精製筒に10vol%の水素
(窒素ベース)を常圧で温度180℃、流量0.633
L/min(LV=5cm/sec)で6時間流し還元
処理をおこなった後、常温に冷却した。 (水蒸気の精製)引き続いて、水蒸気の精製をおこなっ
た。実施例1で使用した約0.23ppmの酸素を含む
7.4vol%水蒸気(窒素ベース)を40℃に加熱し
た精製筒に0.633L/min(LV=5cm/se
c)で流して出口ガス中の酸素濃度を測定したところ、
0.01ppm以下であった。精製を始めてから100
分後においても出口ガスの酸素濃度は0.01ppm以
下であった。
【0011】比較例 活性炭(椰子殻炭)を8〜24meshに破砕したもの
48gを実施例1に置けると同じ精製筒に300mm
(充填密度0.57g/ml)充填し、ヘリウム気流中
270〜290℃で時間加熱処理した後、室温に冷却し
た。この精製筒に実施例1で用いたと同じ約0.23p
pmの酸素を含む7.3vol%の水蒸気(窒素ベー
ス)を40℃に加熱した精製筒に0.633L/min
(LV=5cm/sec)で流して出口ガス中の酸素濃
度を測定した結果、0.23ppmであり、この状態で
2時間流し続けたが酸素濃度の変化はみられなかった。
【0012】
【発明の効果】本発明によって、従来除去が困難であっ
た水蒸気中の酸素を0.1ppm以下、さらには0.0
1ppm以下のような極低濃度まで除去することがで
き、超高純度の水蒸気を得ることが可能となった。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粗水蒸気を銅を主成分とする触媒と接触さ
    せて、該粗水蒸気に含有される酸素を除去することを特
    徴とする水蒸気の精製方法。
  2. 【請求項2】触媒が、金属換算で5〜95wt%の銅を
    含有し、かつ、比表面積がBET法で10〜300m2
    /gである請求項1に記載の水蒸気の精製方法。
  3. 【請求項3】水蒸気と触媒との接触温度が200℃以下
    である請求項1に記載の水蒸気の精製方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5391978A (en) * 1977-01-21 1978-08-12 Hitachi Shipbuilding Eng Co Centrifugal molding method
EP1205564A3 (en) * 2000-11-14 2003-03-19 Japan Pionics Co., Ltd. Method of recovering a copper and/or a manganese component from a particulate gas cleaning agent
JP2009035480A (ja) * 2008-09-22 2009-02-19 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システムの運転停止方法

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JPS5391978A (en) * 1977-01-21 1978-08-12 Hitachi Shipbuilding Eng Co Centrifugal molding method
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JP2009035480A (ja) * 2008-09-22 2009-02-19 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システムの運転停止方法

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