TW201219306A - Fluorine gas plant - Google Patents

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Ho-Jin Jeon
Oliviero Diana
Peter M Predikant
Philippe Morelle
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Solvay
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Description

201219306 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明要求於2010年9月16日提交的歐洲專利申請號 10177206.9的優先權，出於所有的目的將該申請的全部內 容藉由引用結合在此，並且本發明涉及一種氟氣體設備以 及一種用於供應氟氣體的方法。 【先前技術】 氟氣體如分子氟（F2 )以及其特別是與惰性氣體例如 N2或Ar的混合物是有用的，例如，在半導體製造過程中作 爲清潔氣體用於對室進行處理。 檔 WO 2006/067364-A1 (與 US 2006/0130929相對應） 在一種將高純度的氟遞送到一處理系統的方法中揭露了一 現場式氟發生器，它向一固定的儲存單元中供應高純度的 氟，從該固定的儲存單元中該高純度的氟被供應到處理系 統中。爲了提供向該氟發生器提供支援，還以一相對較低 的壓力（典型地小於35 psig)在一可運輸的氣體儲存容器 (例如，一個多筒組合件）中提供了高純度的氟。這種可 運輸的氣體儲存容器被選擇性地連接到該固定的儲存單元 上，該固定的儲存單元如要求的使該儲存單元內的氟的量 値能夠維持在一所希望的水平。 現已發現一氟氣體設備，該氟氣體設備允許穩定的並 且經濟的將要求量値的氟供應到一使用點，同時最小化了 與F2的存在相關的安全風險。 201219306 【發明內容】 本發明因此涉及一氟氣體設備，該氟氣體設備包括一 氟產生單元1’該氟產生單元被連接到一氟供應系統2上， 該氟供應系統具有一氟使用點3 :以及可連接到所述供應 系統上的一永久性儲存氟的單元4，其中所述儲存氟的單 元包括多個空心體5。 發明詳細說明 “氟氣體”被理解爲具體地是指分子氟（F2)以及其特 別是與惰性氣體的多種混合物。惰性氣體可以選自例如氬 氣和氮氣。一較佳的氟氣體由或者主要由F2組成。 “永久性氟儲存單元”應理解爲具體地是指被整合到該 氟設備中的一氟儲存單元。例如，該氟儲存單元可以是一 可運輸的單元，該單元係永久性地存在於該氟供應系統的 附近地區中、貫穿該氟設備的操作。較佳的是，該氟儲存 單元可以是一可運輸的單元，該單元係永久性地存在於該 氟供應系統的附近地區中、貫穿該氟設備的操作。因此’ 在氟設備的運行過程中，這種永久性氟儲存單元係永久性 地存在於氟供應系統的附近區域的；儘管如此’在氟設備 沒有運行的時間內，該永久性氟儲存單元可以是與氟設備 分開的，因爲它係可連接到該供應系統上的，並且因此’ 它在氟設備沒有運行的時是可拆開的°有可能在必須的情 況下（例如如果存在與對應的空心體的問題時）關閉該永
S -6 - 201219306 久性氟供應系統的一對應的閥門或者對應的多個閥門，並 且斷開連接該等空心體的一或多個而不中斷該氟設備的運 行。因此，這個永久性氟儲存單元允許一連續的設備運行 ，甚至在該等空心體的一或多個故障的情況下。 較佳的是，該永久性氟儲存單元被設計爲包含相對於 儲存在該設備中的氟氣體的總重量的多於90 wt%、更佳的 是多於95 wt% '最佳的是約100 wt%的氟氣體。因此，不 必需另外的儲罐。 “氟供應系統”被理解爲具體地是指一元件，該元件可 以包含氟並且它能夠將氟從該氟產生單元傳送至該使用點 。氟供應系統的可能的部件包括但不限於：供應管線、壓 縮機、混合器、以及緩衝罐。 “可連接的”應理解爲具體地是指該永久性氟儲存單元 被裝備爲能夠被連接到該氟供應系統的一部件上。較佳的 是，該永久性氟儲存單元被裝備得能夠被連接到一氟供應 管線上。在一較佳的方面，貫穿該氟設備的運行中該氟儲 存單元被連接到該氟供應系統的一部件上，特別是一條氟 供應管線上。在另一較佳的方面，該氟儲存單元被直接連 接到該氟供應系統的一部件上。 用於連接該氟儲存單元的、連接到該氟供應系統的一 部件上的、適合的裝備包括一歧管6，該歧管通過一條管 線被連接到該氟儲存單元的各個空心體5上並且較佳的是 在各個管線中具有一切斷閥7，以便允許單獨地隔離各個 空心體，並且所述歧管進一步被連接到該氟供應系統的一 201219306 部件上。 在根據本發明的設備中，它的多個部件（假設該等部 件與氣體相接觸，例如像，如果適當的話，多個空心體、 多個閥門以及多根用於充氣和/或放氣的管線）係適合用 耐分子氟的材料製成的或者塗覆有這種材料。此類材料的 實例包括：蒙乃爾合金金屬、不銹鋼、銅，並且較佳的是 ，鎳。 在根據本發明的設備中，該氟儲存單元較佳的是包括 從4至25個空心體，更佳的是從5至8個空心體。該等空心 體較佳的是具有基本上相同的形狀以及尺寸。一單獨的空 心體較佳的是具有不多於該等空心體的每一者的平均體積 的±5%的偏差；較佳的是，各個空心體具有大致相同的內 部體積。圓柱形的形狀的空心體是較佳的。 氟儲存單兀的該等空心體可以藉由一適當的框架而適 合地固定在一起。具體的框架的幾何形狀包括：三角形的 、正方形的、以及矩形的幾何形狀。 較佳的是，該等空心體各自具有一單組合的入口 /出 口的開口 ’通過該開口 F2被送入到該空心體中並且被從該 空心體中抽出。 在根據本發明的氟氣體設備中，該氟儲存單元總體上 能夠包含或者包含處於至少25 psig的壓力下的氟氣體。經 吊地’這個壓力係等於或大於35 pSig，較佳的是等於或大 於40 psig。在根據本發明的氟氣體設備中，該氟儲存單元 總體上能夠包含或者包含處於最多400 psig、通常小於等
S -8 - 201219306 於75 psig的壓力下的氟氣體。經常，這個壓力係等於或小 於65 psig，並且較佳的是等於或小於60 psig。該氟儲存單 元較佳的是能夠包含或包含處於從25至75 psig下的氟氣體 ，並且更佳的是，該氟儲存單元能夠包含或者包含處於從 35至65 psig、尤其佳的是從40至60 psig下的氟氣體。 較佳的是，該等空心體中的至少一個具有等於或大於 5〇 1的內部體積。儘管該等空心體中的一或多個可以具有 小於50升的體積，但是對於實用的目的來說該儲存體積太 小了。更佳的是，該等空心體中的至少一個具有等於或大 於100升的內部體積。仍然更佳的是，該等空心體各自具 有等於或大於100升的內部體積。尤其佳的是，該等空心 體各自具有等於或大於5〇〇升的內部體積。最佳的是，該 等空心體各自具有等於或大於1000升（ 1000升= lm3)的內 部體積。 較佳的是，該等空心體各自具有等於或小於5000升的 內部體積，更佳的是等於或小於3000升的內部體積。 結果係，該等空心體各自的內部體積的較佳的範圍係 從100至5 000升，更佳的是從1〇〇至3 000升，最佳的是從 500至3000升，並且尤其佳的是從1〇〇〇至3000升。 較佳的是該氟儲存單元總體上能夠包含或包含處於至 少25 psig壓力下的氟氣體，並且該等空心體各自具有等於 或大於1〇〇升的內部體積。仍然更佳的是該氟儲存單元總 體上能夠包含或包含處於至少35 psig壓力下的氟氣體，並 且該等空心體各自具有等於或大於500升的內部體積》 201219306 較佳的是該氟儲存單元總體上能夠包含或包含處於至 多400 psig、通常等於或小於75 psig壓力下的氟氣體，並 且該等空心體各自的內部體積係等於或小於3 000升。 最佳的氟儲存單元能夠包含或包含處於從35至65 psig 壓力的氟氣體，並且該等空心體各自具有5 00至3 000升的 內部體積。 應理解，該氟儲存單元的該等空心體總體上能夠包含 或者包含處於上述壓力下的氟氣體。特別佳的是該等空心 體包含處於上述壓力下的氟。 在根據本發明的氟氣體設備中，儲存在氟儲存單元中 的分子氟（F2)與該氟氣體設備每日分子氟（F2)生產量 之比總體上是從0.1至1，較佳的是從0.1至0.25。 在根據本發明的氟氣體設備中，該氟產生單元總體上 包括一用於藉由熔融電解質（較佳的是含KF和HF的熔融 電解質）的電解來生產分子氟的電解池。 在根據本發明的氟氣體設備中，該氟儲存單元較佳的 是安裝在一滑動器上。 在根據本發明的氟氣體設備中，使用點可以連接到一 另外的製造設備上，例如一化學設備，或者特別是使用了 氟用於表面處理的一設備。該使用點經常被連接到一設備 製造的微機電系統上，較佳的是連接到一半導'體製造設備 上，尤其佳的是光伏達裝置或者平板顯示器的製造。 在根據本發明的氟氣體設備的一較佳的實施方式中， 該氟儲存單元被包括在一封閉的空間8之內。尤其佳的是
S •10- 201219306 ，該氟儲存單元被包括在一封閉的空間8之內，並且該氟 儲存單元係安裝在一滑動器上的。該封閉的空間總體上包 括一氟感應器，該氟感應器能夠觸發該封閉的空間與一氟 銷毀系統9的連接。適合地，該封閉的空間通過連接到一 風扇11上的一條抽吸管線10而連接到該氟銷毀系統上，該 風扇係可操作的以便將氣體從該封閉的空間中輸送到該氟 銷毀系統。 該氟銷毀系統較佳的是一滌氣器。該滌氣器適合地包 含~水的鹼性溶液（例如一 KOH溶液）以及可隨意地，一 還原劑（例如像硫代硫酸鈉或者硫代硫酸鉀）。 總體上，該氟銷毀系統能夠銷毀包含在1或2個空心體 中的氟。較佳的是，該氟銷毀系統能夠銷毀包含在約1個 空七、體中的氣。 在一另外的實施方式中，根據本發明的氟氣體設備進 一步包括一混合器1 2，較佳的是一靜態混合器，所述混合 器較佳的是能夠接收來自氟產生單元1中的氟並且接收來 自一條惰性氣體供應管線1 3的惰性氣體，如較佳的是氬氣 和/或氮氣。 本發明還涉及一用於供應氟氣體的方法，該方法包括 使用根據本發明的氟氣體設備以便對一使用點供應氟氣體 〇 圖1示出了本發明的一說明性較佳的氟設備。 氟產生單元1被連接到氟供應系統2上，該氟供應系統 包括一根氟供應管線，該氟供應管線連接到使用點3上， -11 - 201219306 該使用點連接到一半導體製造設備上。在一可隨意的實施 方式中，一壓力控制回路14將供應到使用點的氟壓力調整 ，總體上減少，到一所希望的値。在一可隨意的實施方式 ，該氟供應管線連接到一混合器12上，該混合器進一步連 接到惰性氣體供應管線1 3上，並且一根另外的氟供應管線 將該混合器1 2連接到使用點3上。該氟供應系統2係通過歧 管6進一步連接到氟儲存單元4上的，該歧管通過一根管線 連接到該氟儲存單元的各個空心體5上並且較佳的是在各 個F2-儲存-容器處具有一切斷閥7。該氟儲存單元被包含在 封閉的空間8中，該封閉的空間包括一氟感應器，該氟感 應器能夠觸發該封閉的空間與該氟銷毀系統9的連接。該 封閉的空間通過連接到一風扇1 1上的一條抽吸管線1 〇而連 接到該氟銷毀系統上，該風扇係可操作的以便將氣體從該 封閉的空間中輸送到氟銷毀系統9。 若任何藉由引用結合在此的專利案、專利申請案，以 及公開物中的揭露內容與本申請案的說明相衝突的程度至 它可能使一術語不清楚，則本說明應該優先。 1J 式 方 施 實例 在根據圖1的基礎方案的一氣設備中（沒有混合器以 及惰性氣體的供應），在一氟產生單元1中藉由在熔融的 KFX2HF電解質中的HF電解來生產約415 kg/日的F2。通過 氟供應系統2將該F2傳送到使用點3，在該使用點處？2被供
S -12- 201219306 應到使用F2用於室的清潔的一平板顯示器製造設備上。一 經使用點的要求就供應F2。 藉由適配？2產生單元中F2的生產來而將氟供應系統2 中的和？2儲存單元4中的氟壓力維持在3.5巴表壓。F2儲 存單元4包括6個相同的圓柱形的形狀的容器，該等容器各 自具有的內體積爲1.3 m3。藉由壓力控制回路14來將使用 點3處的氟壓力進一步減少到1.5巴表壓。 在正常操作中，該等切斷閥7係開放的，並且在F2儲 存單元4與使用點3之間的壓力差提供了 一緩衝，這種緩衝 允許對所遞送的氟流的一平穩的控制，甚至用於使用點處 或者在氟產生單元的生產中斷過程中的可變消耗模式。 在該等空心體之一中的漏泄發生時，藉由該封閉的空 間中的一氟檢測器來對氟進行檢測，並且啓動風扇1 1以便 將該包含氟的氣體從該封閉的空間通過抽吸管線10輸送到 氟銷毀系統9，這個氟銷毀系統係包含一水性KOH溶液的 滌氣器。該滌氣器能夠處理15 kg的F2。 根據本發明氟設備以及根據本發明的方法允許穩定的 、安全的以及經濟的氟氣體供應，特別是用於半導體應用 ，如室清潔以及蝕刻。具體地，這種氟儲存系統以及可隨 意的氟銷毀系統是高效的，從而允許了設備供應的穩定性 以及高的安全性。 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明的一氟氣體設備的示意圖，該氟氣 -13- 201219306 體設備被連接到一氟供應系統上以及一氟氣體儲存單元上 ，該氟氣體儲存單元具有（給出一實例）6個空心體。 【主要元件符號說明】 1 :氟產生單元 2 =氟供應系統 3 :使用點 4 :氟儲存單元 5 :空心體 6 :歧管 7 :玛斷閥 8 :封閉的空間 9 :氟銷毀系統 1 〇 :抽吸管線 1 1 :風扇 1 2 :混合器 1 3 :惰性氣體供應管線 1 4 :壓力控制回路 δ -14 -

Claims (1)

  1. 201219306 七、申請專利範圍： 1. 一種氟氣體設備，包括一氟產生單元（1 ) ’該氟1 產生單元被連接到一氟供應系統（2 )上，該氟供應系'铳 具有一氟使用點（3 ):以及一可連接到所述供應系統上 的永久性氟儲存單元（4) ’其中所述氟儲存單元包括多 個空心體（5)並且其中該等空心體中的至少一個具有等 於或大於50升的內部體積。 2. 根據申請專利範圍第1項之氟氣體設備，其中該氟 儲存單元包括從4至2 5個空心體。 3. 如申請專利範圍第1項之氟氣體設備，其中該氟儲 存單元能夠包含或者包含處於從25至75 psig的壓力下的氟 氣體。 4. 如申請專利範圍第3項之氟氣體設備，其中該氟儲 存單元能夠包含或者包含處於從35至65 psig的壓力下的氟 氣體。 5. 如申請專利範圍第1項之氟氣體設備，其中該氟儲 存單元係直接連接到一氟供應管線上。 6. 如申請專利範圍第1項之氟氣體設備，該氟氣體設 備能夠在使用點處對主要由分子氟組成的氟氣體進行遞送 〇 7. 如申請專利範圍第1項之氟氣體設備，該氟氣體設 備能夠在使用點處對主要由分子氟與一惰性氣體的一混合 物所組成的氟氣體進行遞送。 8. 如申請專利範圍第7項之氟氣體設備，該氟氣體設 -15- 201219306 該線 自 管 來應 收供 接體 夠氣 能 性 器隋 合 一 混自 該來 ’ 收 } 接 2 ί 1 且 C並 器氟 合的。 混} 體 一 1氣 括C 性 包元惰 步單的 1 生} 進產13 備氟 < 9. 如申請專利範圍第1項之氟氣體設備，其中該氟產 生單元包括一電解池，該電解池用於藉由一熔融的電解質 的電解來生產分子氟。 10. 如申請專利範圍第1項之氟氣體設備，其中該氟 儲存單元係包括在一封閉的空間（8)之內的，並且該氟 儲存單元較佳的是安裝在一滑動器上的。 11. 如申請專利範圍第10項之氟氣體設備，其中該封 閉的空間（8)包括一氟感應器，該氟感應器能夠觸發該 封閉的空間與一氟銷毀系統（9 )的連接。 12. 如申請專利範圍第11項之氟氣體設備，其中該氟 銷毀系統能夠銷毀包含在1或2個空心體內的氟。 13·如申請專利範圍第12項之氟氣體設備，該儲存在 該氟儲存單元內的分子氟（F2)與該氟氣體設備每日分子 氟（F2)生產量之比是從0.1至1。 14.如申請專利範圍第1項之氟氣體設備，其中該使 用點係連接到一半導體製造設備上。 15· —種用於供應氟氣體之方法，該方法包括使用如 申請專利範圍第1至14項中的任一項之氟氣體設備來對 一使用點供應氟氣體。 -16-
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