KR20220139095A - Method for manufacturing fluorinated cyclopropane gas and gas composition for etching comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법에 관한 것으로서, 자세하게는 에칭 가스로 사용되는 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a fluorinated cyclopropane gas, and more particularly, to a method for producing a fluorinated cyclopropane gas used as an etching gas.
반도체 제조에 있어서 극히 미세한 처리 기술이 요구되고 있고, 습식법 대신 드라이 에칭법이 널리 사용되고 있다. 드라이 에칭법은, 진공 공간에서 플라즈마를 발생시켜 물질 표면상에 미세한 패턴을 분자 단위로 형성시키는 방법으로, 에칭 가스로서, CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8 등의 CF계 가스들이 사용되고 있다. In semiconductor manufacturing, extremely fine processing technology is required, and a dry etching method is widely used instead of a wet method. The dry etching method is a method of generating a plasma in a vacuum space to form a fine pattern on the surface of a material in molecular units. As an etching gas, CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F CF-based gases such as 8 are used.
그 중, 플루오르화 시클로프로판 화합물을 에칭 가스로 사용한 몇몇 방법이 알려져 있다. 특허문헌 1에는 CaFbHc을 포함하는 드라이 에칭제가 개시되어 있다. 여기서, 이 CaFbHc의 a, b 및 c는 각각 양의 정수를 나타내고, 2≤a≤5, c<b≥1, 2a+2>b+c, b≤a+c의 관계를 만족한다. 단, a=3, b=4, c=2의 경우를 제외하고 있다. Among them, some methods using a fluorinated cyclopropane compound as an etching gas are known.
한편, 특허문헌 2에는 C3H2F4 가스를 포함하는 혼합 가스의 드라이 에칭 공정이 개시되고 있으나, 특히, 플루오르화 시클로프로판 가스를 제조하는 방법에 대하여는 개시하고 있지 않다.On the other hand,
일반적으로, 플루오르화 시클로프로판과 같은 환형 탄화수소는 종종 중간체 화합물로 존재하고, 이의 합성방법이 까다로워 상업적으로 활용되기에 충분히 높은 수율로 제작되지 못하는 문제점이 있다.In general, cyclic hydrocarbons such as fluorinated cyclopropane often exist as intermediate compounds, and their synthesis method is difficult, so there is a problem in that they cannot be produced in a sufficiently high yield for commercial use.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수율이 향상된 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for producing a fluorinated cyclopropane gas having an improved yield.
본 발명의 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 플루오르화 시클로프로판 가스를 포함하는 에칭용 가스 조성물을 제공하는 것이다.Another technical object of the present invention is to provide a gas composition for etching comprising a fluorinated cyclopropane gas.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법을 제공할 수 있다. In order to solve the above-described technical problem, the present invention may provide a method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
상기 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법은, 촉매의 존재 하에, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 플루오르화 올레핀이 혼합되어 화학 반응하여 제조되고, 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 상기 플루오르화 올레핀의 혼합 비율을 증가시킬수록 생성물의 수율이 향상될 수 있다.The method for producing the fluorinated cyclopropane gas is prepared by chemical reaction by mixing hexafluoropropylene oxide (HFPO) and fluorinated olefin in the presence of a catalyst, and the fluorination compared to the hexafluoropropylene oxide (HFPO) As the mixing ratio of the olefin is increased, the yield of the product can be improved.
상기 플루오르화 시클로프로판의 구조는 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다.The structure of the fluorinated cyclopropane may be represented by Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 메톡시기, 에톡시기, C1~C4의 직쇄 알킬 또는 C1~C4의 분지쇄 알킬일 수 있다. In Formula 1, R1 and R2 may be H, F, Cl, Br, methoxy group, ethoxy group, C1-C4 straight-chain alkyl or C1-C4 branched-chain alkyl regardless of each other.
상기 플루오르화 올레핀은 F2C=CH2, F2C=CF2, F2C=CFCl, F2C=CHF, F2C=CFBr, F2C=CCl2, F2C=CBr2, F2C=CFOCH3 및 F2C=CFOC2H5 중 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. The fluorinated olefin is F 2 C=CH 2 , F 2 C=CF 2 , F 2 C=CFCl, F2C=CHF, F 2 C=CFBr, F 2 C=CCl 2 , F 2 C=CBr 2 , F It may be at least one selected from 2 C=CFOCH 3 and F 2 C=CFOC 2 H 5 .
상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 상기 플루오르화 올레핀이 동량 또는 과량으로 혼합될 수 있다. The fluorinated olefin may be mixed in the same amount or in an excess of the hexafluoropropylene oxide (HFPO).
상기 촉매는 할로겐 또는 할로겐 화합물일 수 있고, 예를 들어, Br2, CBr4, FeBr3, FeCl3, AlCl3 및 I2 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로는, I2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The catalyst may be a halogen or a halogen compound, and for example, may include at least one selected from Br 2 , CBr 4 , FeBr 3 , FeCl 3 , AlCl 3 and I 2 , and specifically, I 2 may be, but is not limited thereto.
상기 촉매는 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)와 상기 플루오르화 올레핀 혼합량의 합계 대비 0.1 내지 10 mol%로 포함될 수 있다.The catalyst may be included in an amount of 0.1 to 10 mol% based on the total amount of the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin mixed.
상기 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법은, 제1실린더에 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)를 공급하고, 제2실린더에 플루오르화 올레핀을 공급하고, 제3실린더에 촉매를 공급하는 공급단계(S01); 상기 공급단계 이후, 상기 촉매의 존재 하에, 화학 반응기에 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀이 화학반응하여 생성물이 합성되는 합성단계(S02); 상기 합성단계 이후, 세정칼럼에서 산성 불순물이 제거되는 세정단계(S03); 상기 세정단계 이후, 흡착장치에서 흡착제를 이용하여 잔여 불순물이 흡착되는 흡착단계(S04); 상기 흡착단계 이후, 증류탑에서 증류하여 부산물 및 미반응물을 제거하여 정제하고, 잔여 미반응물을 상기 화학 반응기로 회수하는 증류단계(S05); 및 상기 증류단계 이후, 정제된 상기 생성물을 수취하는 수취단계(S06);를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the fluorinated cyclopropane gas is a supply step of supplying hexafluoropropylene oxide (HFPO) to the first cylinder, supplying fluorinated olefin to the second cylinder, and supplying a catalyst to the third cylinder (S01) ); After the supply step, in the presence of the catalyst, the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin in a chemical reactor to chemically react to synthesize a product (S02); After the synthesis step, a cleaning step of removing acidic impurities from the cleaning column (S03); After the washing step, an adsorption step (S04) of adsorbing residual impurities using an adsorbent in an adsorption device; After the adsorption step, a distillation step (S05) of distilling in a distillation column to remove by-products and unreacted materials for purification, and recovering the remaining unreacted materials to the chemical reactor; and a receiving step (S06) of receiving the purified product after the distillation step.
상기 공급단계(S01)에서, 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀이 1:1 내지 1:10의 몰비로 혼합되어 공급될 수 있다.In the supply step (S01), the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin may be mixed and supplied in a molar ratio of 1:1 to 1:10.
상기 합성단계(S02)에서, 반응 압력은 5 내지 40 bar이고, 반응 온도는 150 내지 200 ℃이고, 반응 시간은 5 내지 45 시간일 수 있다.In the synthesis step (S02), the reaction pressure may be 5 to 40 bar, the reaction temperature may be 150 to 200 °C, and the reaction time may be 5 to 45 hours.
상기 세정단계(S03)에서 상기 산성 불순물은 C2F4O 화합물을 포함할 수 있다.In the washing step (S03), the acidic impurities may include a C 2 F 4 O compound.
상기 흡착단계(S04)에서, 수분 함량은 10 ppm 이하, 산도는 1 ppm 이하로 제어될 수 있다.In the adsorption step (S04), the moisture content may be controlled to 10 ppm or less and the acidity to 1 ppm or less.
상기 흡착제는 실리카 겔, 제올라이트, Molecular sieve(MS-4A, MS-10X, MS-13X) 및 활성 탄소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The adsorbent may include at least one of silica gel, zeolite, molecular sieve (MS-4A, MS-10X, MS-13X), and activated carbon.
상기 증류단계(S05)에서, 순도는 99.99% 이상으로 제어될 수 있다.In the distillation step (S05), the purity may be controlled to 99.99% or more.
상기 증류단계(S05)에서 제거되는 상기 부산물은 c-C3F6을 포함하고, 상기 미반응물은 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)를 포함하고, 상기 잔여 미반응물은 플루오르화 올레핀을 포함할 수 있다.The by-product removed in the distillation step (S05) may include cC 3 F 6 , the unreacted product may include hexafluoropropylene oxide (HFPO), and the remaining unreacted product may include a fluorinated olefin.
상술한 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 상기 화학식 1의 플루오르화 시클로프로판을 포함하는 에칭 가스; 및 상기 에칭 가스와 혼합되는 첨가 가스;를 포함하고, 기판 위에 형성된 적어도 1층 이상의 비정질 탄소막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이의 다층 적층막을 에칭하는 에칭용 가스 조성물을 제공할 수 있다.The present invention for achieving the above-described other technical problem, the etching gas containing the fluorinated cyclopropane of
상기 에칭 가스는 촉매의 존재 하에, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 플루오르화 올레핀이 화학적으로 반응하여 제조된 것일 수 있다.The etching gas may be prepared by chemically reacting hexafluoropropylene oxide (HFPO) and fluorinated olefin in the presence of a catalyst.
상기 플루오르화 올레핀은 F2C=CH2, F2C=CF2, F2C=CFCl, F2C=CHF, F2C=CFBr, F2C=CCl2, F2C=CBr2, F2C=CFOCH3 및 F2C=CFOC2H5 중 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. The fluorinated olefin is F 2 C=CH 2 , F 2 C=CF 2 , F 2 C=CFCl, F2C=CHF, F 2 C=CFBr, F 2 C=CCl 2 , F 2 C=CBr 2 , F It may be at least one selected from 2 C=CFOCH 3 and F 2 C=CFOC 2 H 5 .
상기 에칭 가스의 순도는 99.99% 이상이고, 수분 함량은 10 ppm 이하이고, 산도는 1 ppm 이하일 수 있다.The etching gas may have a purity of 99.99% or more, a moisture content of 10 ppm or less, and an acidity of 1 ppm or less.
상기 첨가 가스는 H2, O2, O3, CO, CO2, COCl2, COF2, CF3OF, NO2, F2, NF3, Cl2, Br2, I2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H4, C3H6, C3H8, HF, HI, HBr, HCl, NO, NH3, YFn(상기 Y는 Cl, Br 또는 I이고, n은 1 내지 7의 정수), He, Ar, Ne, Kr 및 Xe 중 선택되는 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.The additive gas is H 2 , O 2 , O 3 , CO, CO 2 , COCl 2 , COF 2 , CF 3 OF, NO 2 , F 2 , NF 3 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 3 H 4 , C 3 H 6 , C 3 H 8 , HF, HI, HBr, HCl, NO, NH 3 , YF n (where Y is Cl, Br or I, and n is an integer of 1 to 7), He, Ar, Ne, Kr, and Xe may include at least one selected from the group consisting of.
상기 기판은 실리콘 웨이퍼일 수 있다.The substrate may be a silicon wafer.
상술한 본 발명에 따르면, 본 발명의 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법은 합성공정 시, 낮은 압력, 짧은 반응시간을 가지며, 종래의 제조방법보다 높은 수율을 가지는 효과가 있다.According to the present invention described above, the method for producing a fluorinated cyclopropane gas of the present invention has the effect of having a low pressure and a short reaction time during the synthesis process, and having a higher yield than the conventional production method.
도 1은 본 발명의 일 실시예로부터 반도체용 플루오르화 시클로프로판의 제조공정을 도시한 블록 플로우 다이아그램이다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플루오르화 시클로프로판의 제조공정의 공정 조건을 표기한 표이다.
표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플루오르화 시클로프로판의 제조공정에 따라 화학 반응기에서 수취한 가스 크로마토그래피 분석 결과이다.
표 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 유무를 포함한 플루오르화 시클로프로판의 제조공정의 공정 조건을 표기한 표이다.
표 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 유무를 포함한 플루오르화 시클로프로판의 제조공정에 따라 화학 반응기에서 수취한 가스 크로마토그래피 분석 결과이다.1 is a block flow diagram illustrating a manufacturing process of fluorinated cyclopropane for semiconductors from an embodiment of the present invention.
Table 1 is a table indicating the process conditions of the manufacturing process of fluorinated cyclopropane according to an embodiment of the present invention.
Table 2 shows the results of gas chromatography analysis received from the chemical reactor according to the manufacturing process of fluorinated cyclopropane according to an embodiment of the present invention.
Table 3 is a table indicating the process conditions of the manufacturing process of fluorinated cyclopropane including the presence or absence of a catalyst according to an embodiment of the present invention.
Table 4 shows the gas chromatography analysis results obtained from the chemical reactor according to the manufacturing process of fluorinated cyclopropane including the presence or absence of a catalyst according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as commonly used dictionary definitions should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they are not to be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. .
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안된다.In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the features, numbers, steps, components, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features, numbers, steps, configurations It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법Method for producing fluorinated cyclopropane gas
본 발명은, 촉매의 존재 하에, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 플루오르화 올레핀이 혼합되어 화학 반응하여 제조되고, 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 상기 플루오르화 올레핀의 혼합 비율을 증가시킬수록 생성물의 수율이 향상되는, 하기 화학식 1로 나타나는 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention is prepared by chemical reaction by mixing hexafluoropropylene oxide (HFPO) and fluorinated olefin in the presence of a catalyst, and increasing the mixing ratio of the fluorinated olefin compared to the hexafluoropropylene oxide (HFPO) It is possible to provide a method for producing a fluorinated cyclopropane gas represented by the following Chemical Formula 1, in which the yield of the product is improved.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 메톡시기, 에톡시기, C1~C4의 직쇄 알킬 또는 C1~C4의 분지쇄 알킬일 수 있다. 예를 들어, 상기 R1 및 R2는 독립적으로 H인, 다시 말하면, 상기 화학식 1의 화합물은 1,1,2,2-테트라플루오로시클로프로판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In Formula 1, R1 and R2 may be H, F, Cl, Br, methoxy group, ethoxy group, C1-C4 straight-chain alkyl or C1-C4 branched-chain alkyl regardless of each other. For example, R1 and R2 are independently H, that is, the compound of Formula 1 may be 1,1,2,2-tetrafluorocyclopropane, but is not limited thereto.
상기 플루오르화 올레핀은 F2C=CH2, F2C=CF2, F2C=CFCl, F2C=CHF, F2C=CFBr, F2C=CCl2, F2C=CBr2, F2C=CFOCH3 및 F2C=CFOC2H5 중 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 플루오르화 올레핀은 F2C=CH2(1,1-디플루오로에틸렌)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The fluorinated olefin is F 2 C=CH 2 , F 2 C=CF 2 , F 2 C=CFCl, F2C=CHF, F 2 C=CFBr, F 2 C=CCl 2 , F 2 C=CBr 2 , F It may be at least one selected from 2 C=CFOCH 3 and F 2 C=CFOC 2 H 5 . For example, the fluorinated olefin may be F 2 C=CH 2 (1,1-difluoroethylene), but is not limited thereto.
상기 촉매는 할로겐 또는 할로겐 화합물일 수 있고, 예를 들어, 상기 촉매는 Br2, CBr4, FeBr3, FeCl3, AlCl3 및 I2 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로, I2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The catalyst may be a halogen or a halogen compound, for example, the catalyst may include at least one selected from Br 2 , CBr 4 , FeBr 3 , FeCl 3 , AlCl 3 and I 2 , specifically, I 2 may be, but is not limited thereto.
상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 상기 플루오르화 올레핀의 혼합량을 동량 또는 과량으로 할 수 있다. 만일, 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 상기 플루오르화 올레핀의 혼합량을 소량으로 할 경우, 수율 및 생성물의 양이 감소하는 문제점이 있다..The mixing amount of the fluorinated olefin relative to the hexafluoropropylene oxide (HFPO) may be the same or in excess. If the mixing amount of the fluorinated olefin compared to the hexafluoropropylene oxide (HFPO) is small, there is a problem in that the yield and the amount of the product decrease.
상기 촉매는 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀 혼합량의 합계 대비 0.1 내지 10 mol%로 포함될 수 있고, 예를 들어, 1 내지 5 mol%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 촉매가 1 mol% 이하로 소량 포함되는 경우, 촉매 첨가의 효과가 발현되지 않고, 반면, 5 mol% 이상으로 과량 포함되는 경우, 반응에 참여하여 부산물의 증가를 초래하고, 수율 및 생산량의 감소의 문제를 초래할 수 있다. 더욱 자세하게는, 3 mol%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The catalyst may be included in 0.1 to 10 mol% of the total of the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin mixture, for example, may be included in 1 to 5 mol%, but is not limited thereto . When the catalyst is included in a small amount of 1 mol% or less, the effect of catalyst addition is not expressed, whereas when it is included in an excess of 5 mol% or more, it participates in the reaction and causes an increase in by-products, and a decrease in yield and production may cause problems with More specifically, it may be included in 3 mol%, but is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 일 실시예로부터 반도체용 플루오르화 시클로프로판의 제조공정을 도시한 블록 플로우 다이아그램이다.1 is a block flow diagram illustrating a manufacturing process of fluorinated cyclopropane for semiconductors from an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1실린더(10)에 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)(1)이 공급되고, 제2실린더(11)에 플루오르화 올레핀(2)이 공급되고, 제3실린더(12)에 촉매(3)가 공급되는 공급단계(S01)가 제공될 수 있다. Referring to FIG. 1 , hexafluoropropylene oxide (HFPO) (1) is supplied to a first cylinder (10), a fluorinated olefin (2) is supplied to a second cylinder (11), and a third cylinder (12) ) may be provided with a supply step (S01) in which the
상기 공급단계(S01) 이후, 화학 반응기(13)에 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)(1) 및 상기 플루오르화 올레핀(2)이 혼합되고, 상기 촉매(3)가 함께 혼합되어 생성물이 합성되는 합성단계(S02)가 제공될 수 있다. After the feeding step (S01), the hexafluoropropylene oxide (HFPO) (1) and the fluorinated olefin (2) are mixed in a chemical reactor (13), and the catalyst (3) is mixed together to synthesize a product A synthesis step S02 may be provided.
상기 화학 반응기의 크기는 1L 내지 1000L를 사용할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업자가 생산량을 고려하여 적절히 조정할 수 있다.The size of the chemical reactor may be 1L to 1000L, and is not limited thereto, and may be appropriately adjusted by those skilled in the art in consideration of the production amount.
상기 공급단계(S01)에서, 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀은 기체상으로 존재할 수 있고, 상기 촉매는 고체상, 액체상 또는 기체상으로 존재할 수 있다.In the supplying step (S01), the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin may exist in a gaseous phase, and the catalyst may exist in a solid, liquid or gaseous phase.
상기 공급단계(S01)에서, 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀는 1:1 내지 1:10의 몰비로 혼합될 수 있고, 1:1 내지 1:6의 몰비일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀이 1:6의 몰비 이하로 혼합되는 경우, 화학 반응이 고압에서 진행되어 생산량의 감소를 초래하는 문제를 방지할 수 있다. 더욱 자세하게는, 1:3의 몰비일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the supply step (S01), the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin may be mixed in a molar ratio of 1:1 to 1:10, and may be in a molar ratio of 1:1 to 1:6, However, the present invention is not limited thereto. When the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin are mixed in a molar ratio of 1:6 or less, it is possible to prevent a problem that the chemical reaction proceeds at a high pressure, resulting in a decrease in production. More specifically, it may be a molar ratio of 1:3, but is not limited thereto.
상기 합성단계(S02)에서 화학 반응기 압력은 5 내지 40 bar일 수 있고, 예를 들어, 9 내지 33 bar일 수 있다. 상기 반응기 압력이 9 내지 33 bar에서 진행하는 경우, 기상으로 제공되는 반응물들의 합성이 용이할 수 있다. 반면, 상기 반응기 압력이 34 bar 이상일 경우, 화학 반응이 고압에서 진행되므로 기체상으로 존재하는 생성물의 수율 및 생산량이 감소하는 문제를 초래할 수 있다. 더욱 자세하게는, 10 내지 19 bar일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The chemical reactor pressure in the synthesis step (S02) may be 5 to 40 bar, for example, 9 to 33 bar. When the reactor pressure is 9 to 33 bar, the synthesis of reactants provided in the gas phase may be easy. On the other hand, when the reactor pressure is 34 bar or more, since the chemical reaction proceeds at a high pressure, it may cause a problem in that the yield and production amount of the product existing in the gas phase decreases. More specifically, it may be 10 to 19 bar, but is not limited thereto.
상기 합성단계(S02)에서 반응 온도는 150 내지 200 ℃일 수 있고, 예를 들어, 160 내지 190 ℃일 수 있다. 상기 반응 온도가 160 ℃ 이하의 경우에는 반응물들의 합성 반응이 발현되지 않아 미반응물이 증가될 수 있고, 반면, 상기 반응 온도가 190 ℃ 이상의 경우에는 최종 생성물의 열분해 반응의 부반응이 초래되어 수율 및 생산량이 감소되는 문제를 초래할 수 있다. 일 구체예에서, 상기 반응 온도는 180 ℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the synthesis step (S02), the reaction temperature may be 150 to 200 °C, for example, 160 to 190 °C. If the reaction temperature is 160 ℃ or less, the synthesis reaction of the reactants may not be expressed and unreacted substances may increase, whereas if the reaction temperature is 190 ℃ or more, a side reaction of the thermal decomposition reaction of the final product is caused, resulting in yield and production This can lead to reduced problems. In one embodiment, the reaction temperature may be 180 ℃, but is not limited thereto.
상기 합성단계(S02)에서 반응 시간은 5 내지 45 시간일 수 있고, 예를 들어, 12 내지 30 시간일 수 있다. 상기 반응 시간이 12 시간 이하의 경우에는 반응물들의 합성 반응이 충분하지 않아 수율 및 생산량이 감소될 수 있다. 반면, 상기 반응 시간이 30시간 이상의 경우에는 반응하여 부산물의 증가를 초래하여 수율 및 생산량의 감소를 야기할 수 있다. 더욱 자세하게는, 16 내지 20 시간 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The reaction time in the synthesis step (S02) may be 5 to 45 hours, for example, 12 to 30 hours. When the reaction time is 12 hours or less, the synthesis reaction of the reactants may not be sufficient, and thus the yield and production may be reduced. On the other hand, if the reaction time is 30 hours or more, the reaction may cause an increase in by-products, which may cause a decrease in yield and production. More specifically, it may be 16 to 20 hours, but is not limited thereto.
상기 합성단계(S02)에서, 화학 반응기(13)는 배치식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제조공정은 배치식으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the synthesis step (S02), the
상기 화학 반응기(13)는 회분식 반응기(Batch reactor), 플러그 흐름 반응기(PFR; Plug flow reactor), 충전층 반응기(PBR; Packed bed reactor) 및 유동층 반응기(FBR; Fluidized-bed reactor) 중 선택될 수 있다. 이의 종류에 제한되는 것은 아니며, 기체상 반응이 가능한 형태의 화학 반응기가 사용될 수 있다. The
상기 화학 반응기(13)는 온도를 제어하기 위해 자켓형, 코일형, 판형 및 관형 중 선택되는 형태의 온도 조절장치(TCU; Temperature control unit)가 추가로 포함할 수 있다. 상기 화학 반응기(13)는 압력을 제어하기 위해 압력조절기(pressure regulator) 또는 역압력조절기(back pressure regulator) 중 선택되는 압력조절부를 추가로 포함할 수 있다.The
상기 합성단계(S02) 이후, 물과 알칼리 수용액을 사용하여 생성물을 세정하는 세정단계(S03)가 제공될 수 있다. 상기 세정단계(S03)에서, 세정 칼럼(washing column) 및 상기 세정 칼럼 하부에 설치된 순환 펌프를 포함할 수 있다. 상기 순환 펌프는 상기 세정 칼럼 내부에 물과 알칼리 수용액을 순환시킬 수 있고, 이를 통해 생성 가스 내에 포함된 산성의 불순물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리 수용액은 KOH 수용액 또는 NaOH 수용액일 수 있다. 상기 세정단계(S03)에서, 산성 불순물인 C2F4O 화합물이 제거될 수 있고, 이에 산도는 1ppm 이하의 조건으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 C2F4O 화합물은 트리플루오로아세틸 플루오라이드(Trifluoroacetyl fluoride) 또는 테트라플루오로옥시란(Tetrafluorooxirane)을 포함하는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.After the synthesis step (S02), a washing step (S03) of washing the product using water and an aqueous alkali solution may be provided. In the washing step ( S03 ), a washing column and a circulation pump installed under the washing column may be included. The circulation pump may circulate water and an aqueous alkali solution in the cleaning column, thereby removing acidic impurities contained in the product gas. For example, the aqueous alkali solution may be an aqueous KOH solution or an aqueous NaOH solution. In the washing step (S03), an acidic impurity C 2 F 4 O compound may be removed, and thus the acidity may be controlled to a condition of 1 ppm or less. For example, the C 2 F 4 O compound may be a compound including trifluoroacetyl fluoride or tetrafluorooxirane, but is not limited thereto.
상기 세정단계(S03) 이후, 흡착장치(15)에서 흡착제를 이용하여 상기 세정단계에서 제거하지 못한 불순물이 흡착되는 흡착단계(S04)가 제공될 수 있다. 상기 흡착단계(S04)에서 수분 함량은 10 ppm 이하의 조건으로 제어될 수 있다. 상기 흡착장치(15)는 생성된 가스에서 수분을 제거하는 응축기(condensor)를 추가로 포함할 수 있다. After the washing step (S03), an adsorption step (S04) in which impurities not removed in the washing step are adsorbed using an adsorbent in the
상기 흡착제는 실리카 겔, 제올라이트, Molecular sieve(MS-4A, MS-10X, MS-13X) 및 활성탄 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The adsorbent may include at least one of silica gel, zeolite, molecular sieve (MS-4A, MS-10X, MS-13X), and activated carbon.
상기 흡착단계(S04) 이후, 증류탑(16)에서 증류하여 부산물 및 미반응물을 제거하여 정제하는 증류단계(S05)가 제공될 수 있다. 상기 증류단계(S05)에서 순도가 99.99% 이상으로 제어될 수 있다. 상기 증류단계(S05)에서 제거되는 상기 부산물은 c-C3F6을 포함할 수 있고, 상기 미반응물은 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)를 포함할 수 있다.After the adsorption step (S04), a distillation step (S05) of purification by distilling in the
상기 증류단계(S05)에서 잔여 미반응물(4)은 화학 반응기(13)으로 회수될 수 있다. 상기 잔여 미반응물(4)은 플루오르화 올레핀을 포함할 수 있다. The residual unreacted material (4) in the distillation step (S05) may be recovered to the chemical reactor (13). The residual
상기 증류단계(S05) 이후, 정제된 생성물(5)을 수취하는 수취단계(S06)을 포함할 수 있다.After the distillation step (S05), it may include a receiving step (S06) of receiving the purified product (5).
상기 정제된 최종 생성물(5)은 기체상으로 존재할 수 있다.The purified
에칭용 가스 조성물Etching gas composition
본 발명에 있어서는, 상기 화학식 1로 표시되는 플루오르화 시클로프로판을 포함하는 에칭 가스; 및 상기 에칭 가스와 혼합되는 첨가 가스;를 포함하는 에칭용 가스 조성물을 제공할 수 있다.In the present invention, the etching gas containing the fluorinated cyclopropane represented by the formula (1); and an additive gas mixed with the etching gas.
상기 에칭용 가스 조성물은 기판 위에 형성된 적어도 1층 이상의 비정질 탄소막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이의 다층 적층막을 에칭할 수 있다.The etching gas composition may etch at least one amorphous carbon film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a multilayer stacked film thereof formed on the substrate.
상기 에칭 가스는 1,1,2,2-테트라플루오로시클로프로판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The etching gas may be 1,1,2,2-tetrafluorocyclopropane, but is not limited thereto.
상기 에칭 가스는 본 발명에 개시된 제조방법에 의해 제조하거나, 공지된 제조방법에 의해 제조하거나, 혹은 시판되는 것을 그대로 또는 원하는 바에 따라 정제하여 사용할 수 있다.The etching gas may be prepared by the manufacturing method disclosed in the present invention, manufactured by a known manufacturing method, or commercially available as it is or purified according to needs.
상기 에칭 가스는 촉매의 존재 하에, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 플루오르화 올레핀이 화학적으로 반응하여 제조될 수 있다.The etching gas may be prepared by chemically reacting hexafluoropropylene oxide (HFPO) and fluorinated olefin in the presence of a catalyst.
상기 플루오르화 올레핀은 F2C=CH2, F2C=CF2, F2C=CFCl, F2C=CHF, F2C=CFBr, F2C=CCl2, F2C=CBr2, F2C=CFOCH3 및 F2C=CFOC2H5 중 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있고, 자세하게는, F2C=CH2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The fluorinated olefin is F 2 C=CH 2 , F 2 C=CF 2 , F 2 C=CFCl, F2C=CHF, F 2 C=CFBr, F 2 C=CCl 2 , F 2 C=CBr 2 , F 2 C=CFOCH 3 and F 2 C=CFOC 2 H 5 may be at least one selected from, and specifically, F 2 C=CH 2 may be, but is not limited thereto.
상기 에칭 가스의 수분 함량은 10 ppm 이하이고, 산도는 1 ppm 이하이고, 순도는 99.99% 이상일 수 있다.The etching gas may have a moisture content of 10 ppm or less, an acidity of 1 ppm or less, and a purity of 99.99% or more.
상기 에칭 가스는 고순도인 것을 사용할 수 있는데, 고순도인 것을 사용함으로써, 반도체 에칭 공정에 이용될 시, 실리콘 산화물막, 실리콘 질화물막 또는 실리콘 산화물막 및 실리콘 질화물막을 동시에 에칭하는데 사용될 수 있다.The etching gas may be of high purity, and by using the high purity, when used in a semiconductor etching process, it may be used to simultaneously etch a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxide film and a silicon nitride film.
상기 에칭 가스는 상기 에칭용 조성물로 사용될 시, 첨가 가스를 추가로 포함할 수 있다.The etching gas may further include an additive gas when used as the etching composition.
상기 첨가 가스는 H2, O2, O3, CO, CO2, COCl2, COF2, CF3OF, NO2, F2, NF3, Cl2, Br2, I2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H4, C3H6, C3H8, HF, HI, HBr, HCl, NO, NH3, YFn(상기 Y는 Cl, Br 또는 I이고, n은 1 내지 7의 정수), He, Ar, Ne, Kr 및 Xe 중 선택되는 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다. 이 중에서도, 금속의 에칭 속도를 더욱 가속할 수 있는 점에서, 상기 첨가 가스는 O2, COF2, F2, NF3, Cl2를 포함할 수 있고, 예컨대, O2를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 첨가 가스는 플라즈마 밀도를 높여 에칭 속도를 상승시킬 수 있고, 입수의 용이성을 고려할 때, He 또는 Ar을 더 포함할 수 있다.The additive gas is H 2 , O 2 , O 3 , CO, CO 2 , COCl 2 , COF 2 , CF 3 OF, NO 2 , F 2 , NF 3 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 3 H 4 , C 3 H 6 , C 3 H 8 , HF, HI, HBr, HCl, NO, NH 3 , YF n (where Y is Cl, Br or I, and n is an integer of 1 to 7), He, Ar, Ne, Kr, and Xe may include at least one selected from the group consisting of. Among them, in terms of further accelerating the etching rate of the metal, the additive gas may include O 2 , COF 2 , F 2 , NF 3 , Cl 2 , for example, O 2 may be used, but this It is not limited. In addition, the additive gas may increase the plasma density to increase the etching rate, and in consideration of ease of availability, He or Ar may be further included.
상기 첨가 가스에 대해서는, 1종류, 혹은 2종류 이상을 혼합하여 첨가할 수도 있고, 당업자가 적절히 조정할 수 있다.About the said addition gas, 1 type, or 2 or more types can also be mixed and added, and a person skilled in the art can adjust suitably.
사용하는 기판으로서는 특별히 한정되지 않지만, 일례로서 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다. Although it does not specifically limit as a board|substrate to be used, A silicon wafer can be used as an example.
<실시예><Example>
(molar ratio)HFPO:VDF
(molar ratio)
상기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플루오르화 시클로프로판의 제조공정의 공정 조건을 표기한 표이다.표 1을 참조하면, 제1반응물, 제2반응물의 피드 양 및 공정조건들이 제시된다. 상기 제1반응물인 HFPO 및 상기 제2반응물인 VDF는 모두 기체상으로 공급되었다. 실시 예 1 내지 4의 공정 조건들에서는 촉매로서 I2가 첨가되며, 촉매 첨가량은 전 실시 예들에 대해 HFPO 및 VDF 피드 혼합량의 3 mol%의 비율로 동일하게 첨가되었다. HFPO 및 VDF의 혼합 비율에 따라 공정 압력 및 시간이 조절될 수 있는데, 실시 예 1은 18 bar, 실시 예 2는 19 bar, 그리고 실시 예 3의 경우는 10 bar로 수행되었다. 특히, 실시 예 4에서, 같은 공정 시간으로 반응을 수행했을 시, 반응기 압력은 34 bar로, 상당한 고압으로 공정이 수행된 것을 알 수 있다. 따라서, HFPO 대비 VDF의 공급량이 1:7의 비율로 공급된 실시 예 4에서, HFPO의 피드 양은 타 실시예들에 대해 현저히 낮은 수준으로 공급되었고, 이에 반응 압력 또한 상당히 높게 형성된 것을 알 수 있다.Table 1 is a table indicating the process conditions of the manufacturing process of fluorinated cyclopropane according to an embodiment of the present invention. Referring to Table 1, the feed amounts and process conditions of the first reactant and the second reactant are presented. . Both HFPO as the first reactant and VDF as the second reactant were supplied in a gas phase. In the process conditions of Examples 1 to 4, I 2 was added as a catalyst, and the amount of catalyst was added in the same proportion of 3 mol% of the mixed amount of HFPO and VDF feed for all examples. The process pressure and time may be adjusted according to the mixing ratio of HFPO and VDF. Example 1 was carried out at 18 bar, Example 2 at 19 bar, and Example 3 at 10 bar. In particular, in Example 4, when the reaction was performed for the same process time, the reactor pressure was 34 bar, it can be seen that the process was performed at a considerable high pressure. Therefore, in Example 4 in which the supply amount of VDF compared to HFPO was supplied at a ratio of 1:7, the feed amount of HFPO was supplied at a significantly lower level than in the other examples, and it can be seen that the reaction pressure was also significantly high.
상기 표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플루오르화 시클로프로판의 제조공정에 따라 화학 반응기에서 수취한 가스의 가스 크로마토그래피(GC; Gas chromatography) 분석결과이다.Table 2 is a gas chromatography (GC) analysis result of the gas received from the chemical reactor according to the manufacturing process of fluorinated cyclopropane according to an embodiment of the present invention.
표 2에 기재된 결과의 수치는, 화학 반응기에서 수취한 가스의 가스 크로마토그래피로 얻어진 각 피크의 면적비율로, 각각의 가스의 감도를 보정하는 계수를 곱하여 얻어진 성분 비율(mol%)일 수 있다. 또한, 상기 표 2에서 표기한 ‘알려지지 않은 화합물’은 비점이 높은 고 비점 물질들로 추측될 수 있다. The numerical value of the result shown in Table 2 may be a component ratio (mol%) obtained by multiplying the area ratio of each peak obtained by gas chromatography of the gas received from the chemical reactor by a coefficient correcting the sensitivity of each gas. In addition, the 'unknown compound' indicated in Table 2 can be inferred as high boiling point substances.
표 2를 참조하면, 상기 전환율 및 상기 선택도는 하기 식 1 및 2에 따라 계산될 수 있다. 상기 전환율은 반응물(HFPO)을 기준으로 반응물이 생성물로 전환되는 비율로 계산될 수 있다. 또한, 상기 선택도는 반응을 일으켜 변화(소모)된 기준물질(HFPO) 양 대비 사용(소모)된 기준물질량의 비율로 계산될 수 있다. 하기 식 중에서, HFPO 함량 및 c-C3H2F4 함량은 가스 크로마토그래피 방법으로 측정된 순도 중의 함량이다.Referring to Table 2, the conversion rate and the selectivity may be calculated according to
[식 1][Equation 1]
HFPO 기준 전환율(%)=[{HFPO 피드 몰 - (HFPO 피드몰 x 생성물의 HFPO 함량)} / HFPO 피드 몰] x 100% conversion based on HFPO=[{ HFPO feed mole - (HFPO feed mole x HFPO content of product)} / HFPO feed mole] x 100
[식 2][Equation 2]
HFPO 기준 선택도(%)=[{(HFPO 피드 몰 + VDF 피드 몰) x 생성물의 c-C3H2F4 함량} / {HFPO 피드 몰 - (HFPO 피드 몰 x HFPO 함량)}] x 100Selectivity based on HFPO (%)=[{(moles of HFPO feed + moles of VDF feed) x cC 3 H 2 F 4 content of product} / {moles of HFPO feed - (moles of HFPO feed x HFPO content)}] x 100
또한, 하기 식 3으로부터 수율을 도출할 수 있다.In addition, the yield can be derived from
[식 3][Equation 3]
수율(%)=(전환율 x 선택도) / 100Yield (%) = (conversion x selectivity) / 100
따라서, 표 2를 참조하면, VDF의 비율이 높아질수록 부산물인 C2F4O 화합물 및 c-C3F6의 생성이 억제되면서, 수율이 높아지는 효과를 확인할 수 있다. 한편, 상기 실시 예 4에서, 반응기 압력이 34 bar의 고압 공정에서 진행됨으로써 HFPO의 피드 양이 감소함을 알 수 있다. 이로써, 목적물인 플루오르화 시클로프로판(c-C3H2F4)의 생성량이 작아, 배치 당 생산량이 감소하는 문제점이 발생될 수 있다.Therefore, referring to Table 2, as the ratio of VDF increases, the production of by-products, C 2 F 4 O compound and cC 3 F 6 , is suppressed, and the effect of increasing the yield can be confirmed. On the other hand, in Example 4, it can be seen that the feed amount of HFPO is reduced by proceeding in the high-pressure process of the reactor pressure of 34 bar. As a result, the amount of fluorinated cyclopropane (cC 3 H 2 F 4 ), which is the target, is small, and thus a problem in that the production amount per batch is reduced may occur.
(molar ratio)HFPO:VDF
(molar ratio)
상기 표 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 유무를 포함한 플루오르화 시클로프로판의 제조공정의 공정 조건을 표기한 표이다.Table 3 is a table indicating the process conditions of the manufacturing process of fluorinated cyclopropane including the presence or absence of a catalyst according to an embodiment of the present invention.
표 3을 참조하면, 실시 예 3의 촉매 첨가량은 HFPO 및 VDF 피드 혼합량에 대해 3 mol%의 비율로 첨가되었으나, 이와 달리, 비교 예 1 및 2에는 할로겐 촉매가 첨가되지 않은 것을 확인할 수 있다. 반응물의 피드량, 온도, 압력은 동일하게 제어되었으나, 비교 예 2의 경우, 반응시간을 기존보다 늘려 24시간 동안 수행하였다.Referring to Table 3, the catalyst addition amount of Example 3 was added in a ratio of 3 mol% with respect to the mixed amount of HFPO and VDF feed, but, unlike in Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the halogen catalyst was not added. The feed amount, temperature, and pressure of the reactants were controlled in the same way, but in Comparative Example 2, the reaction time was increased and carried out for 24 hours.
상기 표 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 유무를 포함한 플루오르화 시클로프로판의 제조공정에 따라 화학 반응기에서 수취한 가스 크로마토그래피 분석 결과이다.표 4를 참조하면, 동일한 공정 조건에서 촉매를 포함한 실시 예 3는 촉매를 포함하지 않은 비교 예 1에 비하여, 높은 수율을 달성한 것을 확인할 수 있다. 다만, 비교 예 2의 공정 조건과 같이 촉매를 포함하지 않은 경우, 촉매를 포함한 경우와 유사한 수율이 도출되게 하도록 하려면, 기존보다 7시간 이상 증가된 반응시간이 필요하다. 따라서, 생성물인 플루오르화 시클로프로판(c-C3H2F4)가 높은 수율로 제조되기 위한 할로겐 촉매의 존재는 효과적이라 할 수 있다.Table 4 shows the results of gas chromatography analysis received from the chemical reactor according to the manufacturing process of fluorinated cyclopropane including the presence or absence of a catalyst according to an embodiment of the present invention. Referring to Table 4, under the same process conditions, It can be seen that Example 3 achieved a higher yield than Comparative Example 1 that did not include a catalyst. However, when the catalyst is not included as in the process conditions of Comparative Example 2, in order to obtain a yield similar to that in the case where the catalyst is included, a reaction time increased by 7 hours or more is required compared to the conventional one. Therefore, it can be said that the presence of a halogen catalyst for producing the product, fluorinated cyclopropane (cC 3 H 2 F 4 ) in high yield, is effective.
상술한 본 발명에 따르면, 본 발명의 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법은 할로겐 촉매의 존재 하에, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 플루오르화 올레핀의 공급 비율을 증가시킬수록 수율이 향상되고, 합성공정 시, 낮은 압력, 짧은 반응시간을 가지며, 종래의 제조방법보다 높은 수율을 가지는 효과가 있다.According to the present invention described above, in the method for producing a fluorinated cyclopropane gas of the present invention, in the presence of a halogen catalyst, as the supply ratio of fluorinated olefin to hexafluoropropylene oxide (HFPO) increases, the yield is improved, and the synthesis During the process, it has a low pressure, a short reaction time, and has the effect of having a higher yield than the conventional manufacturing method.
1: 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO), 2: 플루오르화 올레핀, 3: 촉매, 4: 잔여 미반응물, 5: 생성물, 10: 제1실린더, 11: 제2실린더, 12: 제3실린더, 13: 반응기, 14: 세척장치, 15: 흡착장치, 16: 증류탑1: hexafluoropropylene oxide (HFPO), 2: fluorinated olefin, 3: catalyst, 4: residual unreacted material, 5: product, 10: first cylinder, 11: second cylinder, 12: third cylinder, 13 : reactor, 14: washing device, 15: adsorption device, 16: distillation column
Claims (19)
상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 상기 플루오르화 올레핀의 혼합 비율을 증가시킬수록 생성물의 수율이 향상되는, 하기 화학식 1로 나타나는 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 메톡시기, 에톡시기, C1~C4의 직쇄 알킬 또는 C1~C4의 분지쇄 알킬이다. hexafluoropropylene oxide (HFPO) and fluorinated olefin are mixed and chemically reacted in the presence of a catalyst,
A method for producing a fluorinated cyclopropane gas represented by the following Chemical Formula 1, in which the yield of the product is improved as the mixing ratio of the fluorinated olefin to the hexafluoropropylene oxide (HFPO) is increased:
[Formula 1]
In Formula 1, R1 and R2 independently represent H, F, Cl, Br, a methoxy group, an ethoxy group, a C1-C4 straight-chain alkyl or a C1-C4 branched-chain alkyl.
상기 플루오르화 올레핀은 F2C=CH2, F2C=CF2, F2C=CFCl, F2C=CHF, F2C=CFBr, F2C=CCl2, F2C=CBr2, F2C=CFOCH3 및 F2C=CFOC2H5 중 선택되는 적어도 어느 하나인, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.According to claim 1,
The fluorinated olefin is F 2 C=CH 2 , F 2 C=CF 2 , F 2 C=CFCl, F2C=CHF, F 2 C=CFBr, F 2 C=CCl 2 , F 2 C=CBr 2 , F 2 C=CFOCH 3 and F 2 C=CFOC 2 H 5 At least one selected from the group consisting of, a method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 대비 상기 플루오르화 올레핀의 동량 또는 과량으로 혼합되는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.According to claim 1,
A method for producing a fluorinated cyclopropane gas, wherein the hexafluoropropylene oxide (HFPO) is mixed in the same amount or in excess of the fluorinated olefin.
상기 촉매는 할로겐 또는 할로겐 화합물인, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.According to claim 1,
The catalyst is a halogen or a halogen compound, a method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
상기 촉매는 Br2, CBr4, FeBr3, FeCl3, AlCl3 및 I2 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.4. The method of claim 3,
The catalyst is Br 2 , CBr 4 , FeBr 3 , FeCl 3 , AlCl 3 and I 2 A method for producing a fluorinated cyclopropane gas comprising at least one selected from the group consisting of.
상기 촉매는 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)와 상기 플루오르화 올레핀 혼합량의 합계 대비 0.1 내지 10 mol%로 포함되는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.4. The method of claim 3,
The catalyst is included in 0.1 to 10 mol% of the total amount of the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin mixture, the method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
제1실린더에 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)를 공급하고, 제2실린더에 플루오르화 올레핀을 공급하고, 제3실린더에 촉매를 공급하는 공급단계(S01);
상기 공급단계 이후, 상기 촉매의 존재 하에, 화학 반응기에 상기 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀이 화학반응하여 생성물이 합성되는 합성단계(S02);
상기 합성단계 이후, 세정칼럼에서 산성 불순물이 제거되는 세정단계(S03);
상기 세정단계 이후, 흡착장치에서 흡착제를 이용하여 잔여 불순물이 흡착되는 흡착단계(S04);
상기 흡착단계 이후, 증류탑에서 증류하여 부산물 및 미반응물을 제거하여 정제하고, 잔여 미반응물을 상기 화학 반응기로 회수하는 증류단계(S05); 및
상기 증류단계 이후, 정제된 상기 생성물을 수취하는 수취단계(S06);를 포함하는 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.According to claim 1,
A supply step of supplying hexafluoropropylene oxide (HFPO) to the first cylinder, supplying a fluorinated olefin to the second cylinder, and supplying a catalyst to the third cylinder (S01);
After the supply step, in the presence of the catalyst, the hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin in a chemical reactor to chemically react to synthesize a product (S02);
After the synthesis step, a cleaning step of removing acidic impurities from the cleaning column (S03);
After the washing step, an adsorption step (S04) of adsorbing residual impurities using an adsorbent in an adsorption device;
After the adsorption step, a distillation step (S05) of distilling in a distillation column to remove by-products and unreacted materials for purification, and recovering the remaining unreacted materials to the chemical reactor; and
After the distillation step, receiving step (S06) of receiving the purified product; Method for producing a fluorinated cyclopropane gas comprising a.
상기 공급단계에서, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 상기 플루오르화 올레핀이 1:1 내지 1:10의 몰비로 혼합되어 공급되는, 플루오르화 시클로프로판의 제조방법.8. The method of claim 7,
In the supply step, hexafluoropropylene oxide (HFPO) and the fluorinated olefin are mixed and supplied in a molar ratio of 1:1 to 1:10, a method for producing fluorinated cyclopropane.
상기 합성단계에서, 반응 압력은 5 내지 40 bar이고, 반응 온도는 150 내지 200 ℃이고, 반응 시간은 5 내지 45 시간인, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.8. The method of claim 7,
In the synthesis step, the reaction pressure is 5 to 40 bar, the reaction temperature is 150 to 200 ℃, the reaction time is 5 to 45 hours, a method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
상기 세정단계에서, 상기 산성 불순물은 C2F4O 화합물을 포함하는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.8. The method of claim 7,
In the washing step, the acidic impurities include a C 2 F 4 O compound, a method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
상기 흡착단계에서, 수분 함량은 10 ppm 이하, 산도는 1 ppm 이하로 제어되는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.8. The method of claim 7,
In the adsorption step, the moisture content is 10 ppm or less, the acidity is controlled to 1 ppm or less, a method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
상기 흡착제는 실리카 겔, 제올라이트, Molecular sieve(MS-4A, MS-10X, MS-13X) 및 활성 탄소 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.8. The method of claim 7,
The adsorbent comprises at least one of silica gel, zeolite, Molecular sieve (MS-4A, MS-10X, MS-13X) and activated carbon.
상기 증류단계에서, 순도는 99.99% 이상으로 제어되는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.8. The method of claim 7,
In the distillation step, the purity is controlled to 99.99% or more, a method for producing a fluorinated cyclopropane gas.
상기 증류단계에서 제거되는 상기 부산물은 c-C3F6을 포함하고, 상기 미반응물은 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO)를 포함하고, 상기 잔여 미반응물은 플루오르화 올레핀을 포함하는, 플루오르화 시클로프로판 가스의 제조방법.8. The method of claim 7,
The by-product removed in the distillation step includes cC 3 F 6 , the unreacted product includes hexafluoropropylene oxide (HFPO), and the remaining unreacted product includes fluorinated olefin, fluorinated cyclopropane gas manufacturing method.
상기 에칭 가스와 혼합되는 첨가 가스;를 포함하고,
기판 위에 형성된 적어도 1층 이상의 비정질 탄소막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이의 다층 적층막을 에칭하는 에칭용 가스 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 메톡시기, 에톡시기, C1~C4의 직쇄 알킬 또는 C1~C4의 분지쇄 알킬이다. Etching gas containing fluorinated cyclopropane represented by Formula 1; and
Including; an additive gas mixed with the etching gas;
An etching gas composition for etching at least one or more amorphous carbon film, silicon oxide film, silicon nitride film, or multilayer laminated film thereof formed on a substrate:
[Formula 1]
In Formula 1, R1 and R2 independently represent H, F, Cl, Br, methoxy group, ethoxy group, C1-C4 straight-chain alkyl or C1-C4 branched-chain alkyl.
상기 에칭 가스는 촉매의 존재 하에, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드(HFPO) 및 플루오르화 올레핀이 화학적으로 반응하여 제조된, 에칭용 가스 조성물.16. The method of claim 15,
The etching gas is prepared by chemical reaction of hexafluoropropylene oxide (HFPO) and fluorinated olefin in the presence of a catalyst, an etching gas composition.
상기 플루오르화 올레핀은 F2C=CH2, F2C=CF2, F2C=CFCl, F2C=CHF, F2C=CFBr, F2C=CCl2, F2C=CBr2, F2C=CFOCH3 및 F2C=CFOC2H5 중 선택되는 적어도 어느 하나인, 에칭용 가스 조성물.16. The method of claim 15,
The fluorinated olefin is F 2 C=CH 2 , F 2 C=CF 2 , F 2 C=CFCl, F2C=CHF, F 2 C=CFBr, F 2 C=CCl 2 , F 2 C=CBr 2 , F 2 C=CFOCH 3 and F 2 C=CFOC 2 H 5 At least one selected from among, the etching gas composition.
상기 에칭 가스의 수분 함량은 10 ppm 이하이고, 산도는 1 ppm 이하이고, 순도는 99.99% 이상인, 에칭용 가스 조성물.16. The method of claim 15,
The etching gas has a moisture content of 10 ppm or less, an acidity of 1 ppm or less, and a purity of 99.99% or more, an etching gas composition.
상기 첨가 가스는 H2, O2, O3, CO, CO2, COCl2, COF2, CF3OF, NO2, F2, NF3, Cl2, Br2, I2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H4, C3H6, C3H8, HF, HI, HBr, HCl, NO, NH3, YFn(상기 Y는 Cl, Br 또는 I이고, n은 1 내지 7의 정수), He, Ar, Ne, Kr 및 Xe 중 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는, 에칭용 가스 조성물.16. The method of claim 15,
The additive gas is H 2 , O 2 , O 3 , CO, CO 2 , COCl 2 , COF 2 , CF 3 OF, NO 2 , F 2 , NF 3 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 3 H 4 , C 3 H 6 , C 3 H 8 , HF, HI, HBr, HCl, NO, NH 3 , YF n (where Y is Cl, Br or I, and n is an integer of 1 to 7), He, Ar, Ne, Kr, and at least one selected from Xe, the etching gas composition comprising.
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