TWI247053B - Fluorine gas generator - Google Patents

Description

1247053 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於氟氣產生裝置，特別是關於用來生成使 用在半導體等的製造製成等之具有極少的雜質之高純度氟 氣的氟氣產生裝置。 【先前技術】 以往以來，氟氣是例如在半導體製作領域中不可或缺 的主要氣體。然而，也有直接使用氟氣本身的情況，不過 特別是採用氟氣爲基材來合成三氟化氮氣體（以下稱爲 NF3 )來作爲半導體製造裝置之淸潔空氣或乾式蝕刻用氣 體等的需求，正急速地增加。而氟化氖氣體（以下稱爲 NeF)、氟化氬氣體（以下稱爲ArF)及氟化氪氣體（以下稱爲 KrF)等是使用於在半導體積體電路的佈線過程中之激生分 子雷射的振動用氣體，其原料中大量採用稀有氣體與氟氣 的混合氣體。 半導體等製造過程所使用氟氣及NF3，必須是不純物 含量低的高純度氣體。而且，在半導體等的製造現場中， 是由充塡有氟氣的氣體鋼瓶取出適量的氣體來使用。因此 ’氣體鋼瓶的保管場所、確保氣體的安全性及維持氣體純 度等管理變得極爲重要。此外，由於近來NF3氣體的需求 急速增加，也衍生出供需上的問題，必須保持相當數量的 安全庫存量。基於前述的情形，相較於使用高壓氟氣的氣 體鋼瓶，直接將應需（ON DEMAND)、現場（0N SITE)的氟 1247053 (2) 氣產生裝置設置在使用現場爲佳。 通常，氟氣是利用第4圖所示的電解槽所產生。電解 槽本體20 1的材質一般是採用N!、莫乃耳合金及碳鋼等。 此外，爲了防止氫氣與氟氣在電解槽本體2 0 1底部產生混 合，附設有由聚四氟乙烯等所製成的底板2 1 2。在電解槽 本體201中塡滿氟化鉀-氟化氫（以下稱爲KF-HF系）的混合 熔鹽作爲電解浴202。接著，利用以莫乃耳合金所製成裙 狀的_板2 0 9來分隔陽極室2 1 0與陰極室2 1 1。藉由對收納 於該陽極室210內的碳或鎳（以下稱爲Ni)陽極2 0 3、及收納 於陰極室211的Ni陰極204施加電壓後加以電解來產生氟 氣。而由產生口 208將所產生的氟氣排出，並由氫氣排出 口 20 7將陰極側所產生的氫氣排出。在所產生的氟氣與氫 氣，混入有若干量的滯留於陽極室2 1 0及陰極是2 1 1的氟化 氫氣體，爲了將之除去，使其通過連接於各自的產生口的 下游側之未圖示的HF吸著管。當受到氟氣的產生而電解 浴的液面降低時，從由電解槽的外部延伸至陰極室的電解 浴中的HF供給口 21 3直接將HF供給至電解浴中。HF的 供給是與用來監視電解浴的液面高度之未圖示的感應器連 動。 【專利文獻1】 曰本特表平9 - 5 0 5 8 5 3號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 -6 - 1247053 (3) 但，由於應需（ON DEMAND)、現場（ON SITE)的氟氣 產生裝置未必如在生產工廠具有專用的安全設備，在氟氣 產生裝置使用或產生各種氣體，故當受到氟氣產生裝置的 缺失等造成氣體外漏之際，不易安全地處理氣體。又，不 論在何種現場，均須要可容易地進行維修或交換作業等， 但可得知，無法與其對應之問題。 本發明是有鑒於前述問題而開發完成的發明，其目的 是在於：提供一種，即使在氣體漏出的情況時，儘可能地 使使用或產生的氣體不會混合，且不會外漏至外部，而安 全地進行處理，並且也容易進行維修或交換作業等之氟氣 產生裝置。 [用以解決課題之手段] 爲了解決前述的課題，本發明申請專利範圍第1項所 記載的氟氣產生裝置，是具備有用來收容氟氣產生用電解 槽的框體之氟氣產生裝置，其特徵爲··前述框體區隔成包 含收容前述電解槽用的隔間之2個以上的隔間。 根據此結構，電解槽收容於預定隔間內，與收容連接 於電解槽的其他機器之其他隔間區隔，由電解槽所漏出之 氣體不會流出至收納其他機器的其他隔間。 本發明之申請專利範圍第2項的氟氣產生裝置，是具 備有：形成由包含氟化氫的混合熔融鹽所構成的電解浴， 分離成設有陽極的陽極室與設有陰極的陰極室之電解槽； 用來吸著由前述陽極室所排出的氟氣中之氟化氫的第]吸 1247053 (4) 著手段；用來吸著由前述陰極室所排出的 的第2吸著手段；及用來收容前述電解槽 第2吸著手段的框體之氟氣產生裝置，其 體是包括：用來收容前述電解槽的第]隔 述第1吸著手段的第2隔間、及用來收容言 的第3隔間。 根據此結構，作爲原料來供給至電解 氟化氫，以第1吸著氣體所處理之主要氣， 吸著手段所處理之主要氣體是氟氣，其各 用來收容這些機器的框體區隔成··收容獨 間、收容第1吸著手段用的第2隔間、收宅 的第2隔間。於是，在各自的隔間所漏出 混合。因此，能夠在各自的隔間進行對於 之處理，提昇了安全性。 本發明之申請專利範圍第3項的氟氣 申請專利範圍第2項中，其中分別在前述 有內部空氣的吸引口。 根據此結構，當由設在各自的隔間之 空氣時，已漏出的氣體不會流出到外部， 行適宜處理。 本發明之請專利範圍第4項的氟氣產 請專利範圍第2或3項中，其中用來存積I 著手段的氟氣之存積手段、與用來將來自 氟氣加壓的加壓手段收容於前述第2隔間^ 氟氣中之氟化氫 、第1吸著手段及 特徵爲：前述框 間 '用來收容前 ϋ述第2吸著手段 槽的氣體是無水 是氨氣，以第2 自不同。因此， I解槽用的第1隔 字第2吸著手段用 之氣體不會相互 單一成份的氣體 產生裝置，是就 第1至第3隔間設 吸引口吸引內部 排出至框體外進 生裝置，是就申 娶過了前述第1吸 於此存積手段的 1247053 (5) 根據此結構，存積手段與加壓手段均爲對於氟氣之手 段，與第2吸著手段一同收容於用來處理氟氣的隔間之第3 _間。藉此’可進fj kt於在桌2 _間之單一成份的氣體之 處理，提昇了安全性。 本發明之請專利範圍第5項的氟氣產生裝置，是就申 請專利範圍第2或3項中，其中將加熱用的溫水供給至前述 電解槽的溫水加熱裝置收容於前述第1隔間。 根據前述的結構，溫水加熱裝置是電解槽的附屬裝置 ，與電解槽一同收容於第1隔間。藉此，電解槽與溫水加 熱裝置之間的配管也變得簡單。 本發明之申請專利範圍第6項的氟氣產生裝置，是就 申請專利範圍第2項中，其中前述電解槽是搭載在對於前 述第1隔間內可出入之搬運物體上。 根據此結構，在電解槽的交換或維修時，能夠將整個 搬運物體由第1隔間搬出，在交換後再將之搬入至該第1隔 間。 本發明之申請專利範圍第7項的氟氣產生裝置，是就 申請專利範圍第6項中，其中前述第1吸著手段設有可相互 切換之2個以上的HF吸著手段，其分別設置於對於前述 第2隔間可出入之搬運物體上。 根據此結構，在進行第1吸著手段的交換或維修時， 能夠將整個搬運物體由第2隔間搬出，在交換後再將之搬 入至該第2隔間。 本發明之申請專利範圍第8項的氟氣產生裝置，是就 -9- (6) . 1247053 申請專利範圍第6項中，其中前述第2吸著手段設有可相互 . 切換之2個以上的H F吸著手段’其分別設置於對於前述 第3隔間可出入之搬運物體上。 根據此結構，在進彳了第2吸奢手段的交換或維修時， 能夠將整個搬運物體由第3隔間搬出，在交換後再將之搬 入至該第3隔間。 【實施方式】 · 以下，根據圖面說明本發明之氟氣產生裝置的實施开多 態之其中一個例子。 第1圖是本實施形態例之氟氣產生裝置的主要部分示 意圖。在第1圖中，以一點中心線區隔的部分1 〇 〇爲框體。 如第2及3圖所示，框體100是形成大致呈長方體之箱體。 此框體1 0 0的內部是區隔成第1隔間1 0 1、第2隔間1 〇 2、及 第3 _間1 0 3。此區隔是錯由上下的隔壁1 0 5、1 0 6來進行。 藉由此隔壁1 〇 5、1 0 6的區隔作用，使得隔間內的氣體不會 ® 相互混合。在於第1圖，以虛線所區隔的部分1 〇 1爲第1隔 間，部分102爲第2隔間，部分103爲第3隔間。 在第1圖的第1隔間1 0 1，收容有電解槽1。且，在該第 . 1隔間1 〇 1收容有溫水加熱裝置1 2。電解槽1是形成由KF-H F系混合熔融鹽2所構成的電解浴。電解槽1是分隔成陽 極室3、陰極室4。在陽極室3設有陽極5。在陰極室4設有 陰極6。在陽極室3設有由陽極室3所產生的猴热之產生口 22。在陰極室4設有由陰極室4所產生氫氣的產生口 23。又 -10 - 1247053 (7) ，在陰極室4，連接有將氟化氫（以下稱爲HF )供給至電 解槽的HF供給管線24。] 3是用來將電解槽1加熱的溫水 套。溫水加熱裝置1 2將溫水供給至溫水套1 3。 在第2隔間1 〇 2，收容有用來將混入到由陽極室3所排 出的氟氣之H F除去的H F吸著塔（第1吸著手段）1 5。且 在該第2隔間1 〇2，收容有緩衝槽（存積手段）2 〇、與壓縮 機（加壓手段）2 1。緩衝槽2 0是用來將已經產生的氟氣存 積之存積手段。壓縮機2 1是用來調整緩衝槽2 0的壓力之加 壓手段。HF吸著塔15是由陽極室3所排出的匕與η f的混 合氣體中吸著HF，僅將高純度的氟氣排出且塡充有NaF 等者。爲了交換塡充劑，並列地配置2個以上的 HF吸著 手段，能以閥切換成其中任一方。 在第3隔間1 〇3，收容有用來將受到由陰極室4所排出 的氫氣所混合的H F加以除去的H F吸著塔（第2吸著手段 )1 4。2 6是用來將連接於氫氣產生口 2 3的氫氣排出管線減 壓之真空產生器。HF吸著塔14是塡充有從由陰極室4所排 出的氫氣與HF的混合氣體中吸著HF的鹼石灰等者。爲 了交換塡充劑，並列地配置2個以上的HF吸著手段，能 以閥切換成其中任一方。 電解槽1是以Ni、莫乃耳合金、純鐵、不銹鋼等的金 屬或合金來形成的。電解槽1是藉由由Ni或莫乃耳合金所 構成的裙狀隔壁1 6，分離成位於電解槽1的中心部之陽極 室3、及圍繞陽極室3的外周之陰極室4。在陽極室3配置有 陽極5。然後，在陰極室4設有陰極6。再者，陽極5使用低 -11 - 1247053 (8) 可極化碳電極爲佳。又，使用N i等作爲陰極6爲佳。在電 解槽1的上蓋1 7，設有：由陽極室3所產生氟氣的產生口 2 2 、由陰極室4所產生的氫氣的產生口 2 3、來自於在電解浴2 的液面高度降低的情況時供給H F的H F供給管線2 4之H F 導入口 2 5、分別檢測陽極室3及陰極室4的液面高度之未圖 示的第1液面檢測手段及第2液面檢測手段、及分別檢測陽 極室3及陰極室4的內部壓力的壓力計7、8。氣體產生口 22 、23是具備以對於赫史特合金（Hastelloy)等的氟氣具有 耐蝕性的材料所形成之彎折的管，防止來自於陽極室3及 陰極室4的飛沬侵入至氣管內。再者，H F供給管線2 4是覆 蓋於用來防止HF的液化之溫度調整用加熱器24a。 用來吸著由陰極室4所排出的氫氣中之H F的吸著手 段之HF吸著塔14是HF吸著塔14a與HF吸著塔14b並排 設置。這些HF吸著塔14a及HF吸著塔14b可同時使用， 亦可使用其中之一。在此H F吸著塔1 4設有壓力計3 0 a、 3 〇b，能夠檢測內部的堵塞。此HF吸著塔1 4是以對於氟 氣及HF具有耐蝕性的材料來形成爲佳，例如以不銹鋼、 莫乃耳合金、Ni、氟系樹脂等來形成，在內部裝塡有鹼石 灰，藉由吸著通過的HF來除去氫氣中的HF。 此HF吸著塔1 4是配置於構成壓力維持手段之一的壓 力閥（p i e ζ 〇 v a 1 v e )(以下有圖示爲P V ) 1 0的下游側。 又，在此壓力閥10與HF吸著塔14之間設有真空產生器26 。此真空產生器26是藉由通過氣管27的氣體所引起之噴射 效果，來將氣管2 8內的壓力作成減壓狀態者’不需使用油 -12 - 1247053 (9) 分，可將氣管2 8作成減壓狀態，能夠防止油分侵入至氣管 及電解槽1。再者，此氣體使用不活性氣體之氣熟等。_昔 由此真空產生器2 6，不會對於電解槽1造成減壓的影響地 設置壓力閥1 0。此壓力閥1 0是構成對於電解槽1之壓力維 持手段。 用來除去由陽極室3所排出的氟氣中之HF的第1吸著 手段之HF吸著塔15是與前述的HF吸著塔14同樣地，HF 吸著塔15a、15b並列設置。在HF吸著塔15，設有壓力計 2 9a、2 9b，能夠檢測內部的堵塞。又，在其內部收容有 NaF，除去含於釋放出來之氟氣中的HF。此HF吸著塔15 也與HF吸著塔14同樣地，以對於氟氣及HF具有耐蝕性 的材料來形成爲佳，例如不銹鋼、莫乃耳合金、Ni等。 在此HF吸著塔1 5的上游及下游側設置有構成壓力維 持手段之一的壓力閥9a、9b。電解槽1及塡充有NaF的HF 吸著塔1 5是與壓縮機相連。因此，電解槽1及H F吸著塔 1 5是由於始終形成減壓，故將壓力閥9 a、9 b配置於上述 處所，使得該減壓不會影響電解槽內。此壓力閥9a、9b 是構成對於電解槽之壓力維持手段。 第2圖是顯示本實施形態的氟氣產生裝置的配置之正 面圖，3圖是其上面圖。本實施形態的氟氣產生裝置全體 收容於一個框體1 〇 〇而加以單元化，該框體內部各自受到 隔壁1 0 5、1 0 6所區隔成3隔間。由正面觀看，位於中心者 爲第1隔間]〇 1，第1隔間的右側者爲第2隔間1 〇 2，第1隔間 的左側者爲第3隔間]03。第]隔間1 0 ]是進一步擴展至第3 1247053 (10) 隔間1 0 3的內側。 第1隔間1 〇 ]是框體1 00的中心隔間，在頂部設有吸引 口 4 1。在第]隔間]0 1內也就是框體} 〇 〇的中心部配置電解 槽]。電解槽1是在具備溫水套]3、氟氣產生口 2 2、氫氣產 生口 23的狀態下搭載於搬運物體例如台車45，可移動。由 正面觀看，電解槽1的左側深部也就是第3隔間的內側，配 置有連接於溫水套1 3的溫水加熱裝置〗2。溫水加熱裝置1 2 也搭載於搬運物體例如台車4 6上，可移動。此第1隔間1 0 1 是其正面藉由雙門等可進行開關。又，藉由由吸引口 41間 歇或連續地進行吸引，使內部氣體不會漏出至外部。再者 ，在鄰接於第1隔間1 0 1且受到隔壁1 〇 7所區隔的朝外部分 1 0 8，收納有電連接裝置。當取下朝外部分1 〇 8的外壁時， 則可進行內部的連接裝置之維修作業。 第2隔間1 0 2是由正面觀看，位於第^隔間的右側。在 第2隔間102的頂部設有吸引口 42。在第2隔間1〇2，前後排 列配置有用來除去由陽極室3所排出的氟氣中之HF的第1 吸著手段之HF吸著塔15a、15b兩者。HF吸著塔15a、 1 5 b分別搭載於搬運物體例如台車4 7，可移動。在η F吸 著塔1 5的更深部設有區隔成上下2段之棚4 9。在上段配置 壓縮機2 1，在下段配置緩衝槽2 〇。此第2隔間1 〇 2是其正面 藉由單門等可進行開關。又，藉由由吸引口 4 2間歇或連續 地進行吸引，使得內部空氣不會漏出至外部。再考，在受 到第2隔間】02內的內部隔壁]〇9所區隔之朝外部分u 〇，收 容有未圖示之不活性氣體沖洗管用的閥座。當取下朝外部 1247053 (11) 分1 1 0的外壁時，可操作內部的閥。 第3隔間1 0 3是由正面觀看，位於第1.隔間的左側。在 第3隔間103的頂部設有吸引口 43。在第3隔間1〇3，前後並 列配置有用來除去由陰極室4所排出的氫氣中之HF的第2 吸著手段之 HF吸著塔14a、14b兩者。HF吸著塔14a、 1 4b分別搭載於搬運物體例如台車4 8，可移動。此第3隔 間103是其正面及/或背面藉由單門等可進行開關。又，藉 由由吸引口 4 3間歇或連續地進行吸引，使得內部空氣不會 漏出至外部。 其次，說明關於本實施形態的氟氣產生裝置之動作。 通常，在正常進行電解的狀態下，由陽極5產生氟氣，由 陰極6產生氫氣。爲了有效率地進行電氣分解，電解槽1是 以溫水套1 3加溫。溫水套1 3是藉由用來監視電解浴的溫度 之温度1 1、用來將供給至溫水套1 3的、溫水加熱之溫水加 熱裝置12，來調整溫度。所產生的氟氣是由氟氣產生口 22 供給至管線。當受到一連串的電氣分解，使電解浴2減少 時，則未圖示的液面檢測手段作動，與此連動，H F由H F 供給管線2 4經過H F導入口 2 5，供給至電解浴2。 由氟氣產生口 2 2所供給的氟氣是處於與原本存在於電 解槽內的HF混入的狀態。因此，將所產生的氟氣通過 H F吸著塔1 5，將混入的H F除去，來生成高純度的氟氣 。H F吸著塔]5是並列連接2個以上，能藉由配置於η F吸 著塔的上游側及下游側的閥，選擇HF吸著塔〗5雙方或其 中一方來加以使用。除去了 HF之高純度的氟氣是藉由在 -15 - 1247053 (12) H F吸著塔]5的上游側使管線分歧而配置的緩衝槽2 0，在 須要時僅須要的程度加以穩定地供給氟氣。緩衝槽20的壓 力是利用壓縮機2 1來調整。 由氫氣產生口 2 3所供給的氫氣是處於混入有原本存在 於電解槽內的H F之狀態。因此，使所產生的氫氣通過 HF吸著塔14來除去具有腐蝕性的HF。HF吸著塔14也2支 (2個）並列連接，能藉由配置於HF吸著塔的上游側及 下游側的閥，選擇HF吸著塔1 4雙方或其中一方來加以使 用。 其次’再由氟氣產生裝置發生氣體外漏的情況時，設 在各隔間之未圖示的氣體檢測器來檢測氣體外漏，構成根 據該檢測訊號，使裝置緊急停止。吸引由分別設置在第！ 隔間、第2隔間、第3隔間的頂部之吸引口 4 1、4 2、4 3所漏 出的氣體，且加以處理。又，因第i隔間之氣體爲HF，在 第2隔間主要處理之氣體爲氟氣，在第3隔間主要處理之氣 體爲氫氣，所以根據隔間，氣體的種類受到限制，複數種 氣體混合的情事變少。 其次’對於將電解槽1進行維修或交換，以整個搬運 物體將電解槽1拉出來進行。再將溫水加熱裝置〗2進行維 修或父換之際，在以搬運物體整個將電解槽〗搬出後，進 行溫水加熱裝置1 2的維修。

又，在進行HF吸著塔1 4、；ι 5的維修或交換之際以搬 運物體整個將H F吸著塔1 4、I 5拉出後進行。此時，H F 吸著塔1 4、] 5是分別並列2個以上，所以能夠藉由閥的開 -16 - 1247053 (13) 關，僅將1個分離後拉出。 再者，框體1 〇 〇的區隔亦可爲用來收容電解槽1之第1 隔間1 0 1、與其他的隔間之2分割。 【發明效果】 本發明是如上所述之結構，在於氟氣產生裝置，即使 在氣體漏出的情況時，儘可能地使所使用或產生的氣體不 會混合，且萬一即使氣體外漏至外部，也能夠安全地進行 處理。又，能夠提供裝置零件等的部分之維修或交換作業 等變得容易之氟氣產生裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖是本發明的氟氣產生裝置之主要部分的示意槪 略圖。 第2圖是本發明的氟氣產生裝置之正面圖。 第3圖是本發明的氟氣產生裝置之上面圖。 第4圖是以往所使用的氟氣產生裝置之示意圖。 【圖號說明】 9 :電解槽 1 〇 :電解浴 1 1 :陽極室 ]2 :陰極室 ]3 :陽極 1247053 (14) Μ :陰極 1 8 :溫水加熱裝置 1 9 :溫水套 2 0 : H F吸著塔（第2吸著手段） Ma、14b :各自的HF吸著塔 21 : HF吸著塔（第1吸著手段） 1 5a、1 5b :各自的HF吸著塔

2 9 :緩衝槽（存積手段） 3 0 :壓縮機（加壓手段） 3 1 :氟氣產生口 3 2 :氫氣產生口 33 : HF供給管線 34 : HF導入口 4 5 :搬運物體 4 6 :搬運物體 4 7 :搬運物體 1 〇 4 :框體 1 0 0 1 0 5 :第1隔間 1 0 6 :第2隔間 107 :第3隔間 -i 8 -

Claims (1)

1247053 & (1) …… 拾、申請專利範圍 第92 1 26008號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國94年8月11日修正 1. 一種氟氣產生裝置，是具備有：形成由包含氟化氫 的混合熔融鹽所構成的電解浴，分離成設有陽極的陽極室 與設有陰極的陰極室之電解槽； 用來吸著由前述陽極室所排出的氟氣中之氟化氫的第 1吸著手段； 用來吸著由前述陰極室所排出的氟氣中之氟化氫的第 2吸著手段；及 用來收容前述電解槽、第1吸著手段及第2吸著手段的 框體之氟氣產生裝置，其特徵爲： 前述框體是包括：用來收容前述電解槽的第1隔間、 用來收容前述第1吸著手段的第2隔間、及用來收容前述第 2吸者手段的第3隔間。 2 ·如申請專利範圍第1項之氟氣產生裝置，其中分別 在前述第1至第3隔間設有內部空氣的吸引口。 3·如申請專利範圍第丨或2項之氟氣產生裝置，其中用 來存積經過了前述第1吸著手段的氟氣之存積手段、與用 來將來自於此存積手段的氟氣加壓的加壓手段收容於前述 弟2隔間。 4 ·如申請專利範圍第丨項之氟氣產生裝置，其中將加 熱用的溫水供給至前述電解槽的溫水加熱裝置收容於前述 1247053 (2) 第1隔間。 5 ·如申請專利範圍第1項之氟氣產生裝置，其中前述 電解槽是搭載在對於前述第1隔間內可出入之搬運物體上 〇 6·如申請專利範圍第5項之氟氣產生裝置，其 第1吸著手段設有可相互切換之2個以上者，其分別設置方々 對於前述第2隔間可出入之搬運物體上。 7·如申請專利範圍第5項之氟氣產生裝置，其中前述 第2吸著手段設有可相互切換之2個以上者’其分別設置於 對於前述第3隔間可出入之搬運物體上。