专利名称：含氮氟化物气体的净化剂及净化方法
技术领域：
本发明涉及含氮氟化物气体的净化剂及净化方法。更详细地说是涉及有效地净化从半导体制造工序排出的、含有氮氟化物气体的净化剂及净化方法，其净化剂在空气中比较稳定且容易保存、使用，在净化中或净化后的后处理中不伴有危险，另外不排出NOx。
背景技术：
在半导体制造工业中，作为硅、硅氧化物等的干腐蚀气体和CVD装置的室清净气体，使用着三氟化氮。已经被认识的三氟化氮，对于水的溶解度小，与酸或碱几乎都不反应，在室温下相当稳定，对于地球温室化效应的影响较大，除此之外有报告其容许浓度达到10ppm，当其毒性较高，直接排放到大气中时，对于人体及环境有害，因此在半导体制造工序使用后必需进行净化。
另外，虽然三氟化氮在常温、常压下稳定，但在干腐蚀和清净工序中，通过热、放电等生成四氟化二氮、二氟化二氮、六氟化二氮等的氮氟化物。由于这些气体比三氟化氮的毒性还强，所以与三氟化氮必须同样进行净化。
以往，作为氮氟化物的净化剂，开发了将钙和/或镁作为有效成份的净化剂(日本第99033/1994号发明专利申请公开公报)、将金属锌、金属铝或两者的混合物作为主成份的净化剂(日本第134256/1994号发明专利申请公开公报)、由锆或锆系合金构成的净化剂(日本第238128/1994号发明专利申请公开公报)、将氧化亚锡作为有效成份的净化剂(日本第5018/1999号发明专利申请公开公报)等。由于氮氟化物在常温下稳定，所以即使在使用任何净化剂时都要进行加热、净化处理。
另外，作为其他的净化方法，有将含有氮氟化物的气体导入到使用氢气、甲烷、丙烷的燃烧炉的火焰中燃烧的方法、在加热下与金属氧化物接触净化的方法等。
可是，将钙和/或镁作为有效成份的净化剂或者将金属锌、金属铝或两者的混合物作为主成份的净化剂，由于有效成份、主成份容易与氧或者水反应，所以除了保存、使用上困难之外，对于净化后的未反应净化剂的后处理时，有急剧放热、产生有害气体等的危险。另外，由锆或锆系合金构成的净化剂，虽然在常温的空气中稳定，但在净化温度附近的高温下与氧剧烈反应。进而，由于三氟化氮的浓度高等引起高温时，则与通常作为三氟化氮的稀释气体使用的氮也进行剧烈反应，有引起热击穿的危险。
另外，将氧化亚锡作为有效成份的净化剂，从常温到高温的空气中是比较稳定的，但由于含有三氟化氮的气体净化而生成的SnF2的密度比作为有效成份的SnO小，所以净化剂在净化反应结束的部分产生膨胀，引起净化筒内的压力损失的增加或者闭塞，尽管还残留有净化能力，但是也必需更换成新的净化剂继续净化。
进而，将含有氮氟化物的气体导入到燃烧炉的火焰中燃烧的方法、在加热下与金属氧化物接触净化的方法，都有排出NOx的不良现象。
因此，本发明要解决的课题在于提供净化剂及使用它的净化方法，其净化剂在含有三氟化氮等的氮氟化物的气体净化中，可在空气中比较稳定且容易保存、使用，在净化中不发生由于稀释气体的种类引起热击穿，或者在净化后的后处理中的急剧放热和产生有害气体等的危险，另外，在净化中不会引起净化筒内的压力损失增加或者闭塞，并且不排出NOx，可高效地净化含有氮氟化物的气体。
发明内容
本发明者们为了解决这些课题进行锐意地研究的结果，发现了含有氧化亚锡及由碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧的氧化物、氢氧化物、碳酸盐组成选出的1种以上的化合物作为有效成份的净化剂，在空气中比较稳定，容易保存、使用。另外，本发明者们发现通过将含有氮氟化物作为有害成份的气体在加热下与上述净化剂接触，在净化中不会发生由于稀释气体的种类引起热击穿，或者在净化后的后处理中引起急剧的放热和发生有害气体等，另外，在净化中不会引起净化筒内的压力损失增加或者引起闭塞，进而不排出NOx，可高效地净化含有氮氟化物的气体，从而完成了本发明的含有氮氟化物的气体的净化剂及净化方法。
即，本发明是含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是作为有效成份含有氧化亚锡，以及从碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐中选出的1种以上的化合物。
另外，本发明也是含有氮氟化物的气体的净化方法，其特征是将含有氮氟化物作为有害成份的气体，在加热下，与净化剂接触，进行净化，作为净化剂的有效成份含有氧化亚锡，以及碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐中选出的1种以上的化合物。
本发明的含有氮氟化物的气体的净化剂可容易地进行其保存、使用等。另外，本发明的含有氮氟化物的气体的净化方法，在净化中不发生由于稀释气体的种类引起热击穿、或者在净化后的后处理中不引起剧烈的放热和有害气体的发生等，另外，在净化中，在净化筒内不会发生压力损失的增加或者闭塞，进而，不排出NOx，可高效地净化含有氮氟化物的气体。
具体实施例方式
本发明的含有氮氟化物的气体的净化剂及净化方法，适用于净化含在氮、氩、氦等的气体中的三氟化氮、四氟化二氮、二氟化二氮、六氟化二氮等的氮氟化物的净化剂及净化方法。
本发明的含有氮氟化物的气体的净化剂是作为有效成份含有氧化亚锡及从碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐中选出的1种以上的化合物的净化剂。
另外，本发明的含有氮氟化物的气体的净化方法，是将含有氮氟化物的气体，在加热下，与上述净化剂接触、净化的净化方法。
以下，对于本发明的含有氮氟化物的气体的净化剂进行详细的说明。
在本发明的净化剂中，作为有效成份之一使用的氧化亚锡(SnO)，是市售的粉末等状态、纯度98％以上的，所以通常可使用这些的市售品。
另外，上述以外的作为有效成份的碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐，可举出铍、镁、钙、锶、钡、镧、铈、镨、钕、钐、铕等的氧化物、氢氧化物、碳酸盐，但从价廉且容易得到的点上看，优选的是使用镁、钙、锶或镧的氧化物、氢氧化物、碳酸盐。另外，这些的碱土类金属化合物、镧系元素化合物可单独使用也可2种以上并用。
本发明的净化剂，配制时将含在净化剂中的锡的原子数和、碱土类金属的原子数及镧系元素的原子数的合并原子数的比作成1∶0.1～2.0，优选的是1∶0.3～1.0。碱土类金属的原子数及镧系元素的合并原子数，不足锡的原子数10％时，在含有三氟化氮的气体的净化中，会引起将主成份的SnO变换成SnF2的反应。SnF2的密度是4.57g/cm3，与作为主成份的SnO(密度是6.95g/cm3)相比是小的，所以净化剂的净化反应终了的部分膨胀，引起净化筒内的压力损失增加或者闭塞的不良现象。另外，碱土类金属的原子数及镧系元素的原子数的合并原子数，在超过锡的原子数的2.0倍时，产生排出NOx的不良现象。
另外，本发明的净化剂，为了提高造粒时的成型性和成型强度，除了有效成份之外可添加成型助剂。作为这样的成型助剂，可使用氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化镁、氟化钙、氟化镧等的金属氟化物，但是其中，在提高成型强度的效果优良的点上，特别优选的是使用氟化钾。这些可以单独或者混合2种以上使用。这些成型助剂的加入，可在配制净化剂时添加、混炼到有效成份中。成型助剂的添加量，根据成型条件而不同，不能一概地特定，过少时，得不到作为成型助剂的效果，若过多时，净化能力降低，所以通常对于净化剂总重量是0.1～10wt％、优选的是0.5～5wt％。
另外，本发明的净化剂也可以含有对于氮氟化物的净化不给予坏影响的杂质、惰性物质等。进而，使用前的净化剂也可以含有水分，但优选的是不含水的，通常净化剂中的水分配制成2wt％以下。另外，即使含有这些成型助剂、杂质、惰性物质、水分等时，但是净化剂中的有效成份的含量，通常也需在70wt％以上、优选的是90wt％以上。
本发明的净化剂的成型方法没有特别限制，例如可在净化剂成份中加入水作成浆液或饼状后，挤出成型、切成适当的长度、干燥的方法或者用压片成型将净化剂成份造粒的方法。
另外，本发明的净化剂可以通过将氧化亚锡等和由上述的碱土类金属化合物及镧的化合物选出的1种以上的化合物等混合、成型进行配制，也可将氧化亚锡等成型的同时，将从碱土类金属化合物及镧系元素的化合物选出的1种以上的化合物等也成型后，混合这些而进行配制。
在本发明的净化剂中，在任何一种配制方法中，通常需要成型成直径1～10mm左右的球状或者直径0.5～5mm左右而长度2～20mm左右的圆柱状或者类似它的形状或相当它的大小及形状后，再配制。
以下，对于本发明的含有氮氟化物的气体的净化方法进行详细的说明。
本发明的净化方法，是在加热下将含有氮氟化物的气体与上述的净化剂接触来净化的方法。但是作为净化剂的有效成份的一部分，使用碱土类金属的氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氢氧化物、碳酸盐时，上述中的一些的化合物在加热时成为氧化物，发挥碱土类金属的氧化物、镧系元素的氧化物的效果。
用本发明的净化方法，将含有三氟化氮的气体，与作为有效成份含有氧化亚锡及氧化钙物的净化剂接触而净化时，可推测发生以下的(式1)(式2)或(式3)的反应。在本发明的净化方法中，从这些的反应式中明显知道生成CaSnF6、SnO2、CaF2，但由于这些反应生成物的合并体积和反应前的净化剂的有效成份的体积的差很小，所以不用担心引起净化筒的填充材料(净化剂及反应生成物)膨胀后，在净化筒内压力损失的增加或者闭塞。例如，在(式3)的反应时，作为净化剂的有效成份的SnO、CaO的密度分别是6.95g/cm3、3.37g/cm3，作为反应生成物的SnO2、CaF2的密度分别是7.0g/cm3、3.08g/cm3，由于这些是等摩尔比的，两者的平均密度的差小，体积的差也小。
(式1)(式2)(式3)另外，在上述反应中，在使用La2O3等的镧系元素化合物代替CaO等的碱土类金属化合物时，按照上述反应式，可净化含有氮氟化物的气体。
在本发明的净化方法中，使含有氮氟化物的气体与净化剂接触的温度，通常是200～800℃、优选的是250～600℃。在温度比200℃低时，氮氟化物的净化能力下降。另外温度高于800℃时，不能使用不锈钢作净化筒，而必须使用耐热性更高的材质。
另外，进行净化时的净化筒内的压力，通常是常压，但例如也可从1KPa的减压到0.2MPa(绝对压力)的加压下进行。
在本发明的净化方法中，用于填充净化剂的净化筒，通常是圆筒状，大小通常是内径10～500mm、长度20～2000mm左右。填充于净化筒的净化剂的填充长度，通常是10～1000mm左右、优选的是50～500mm左右。净化剂的填充长度是10mm以下时，含有氮氟化物的气体的净化不充分，在1000mm以上时，压力损失变大。另外，作为用于加热净化筒的手段，通常是在净化筒的外侧设置加热器，通过外部的控制装置控制温度。另外，在本发明的净化方法中，除了将净化剂作为固定床使用外，也可作为移动床、流动床使用。
对于使用本发明的净化方法时的含有氮氟化物的气体流速没有特别限制，但一般优选的是含在气体中的氮氟化物的浓度越高将流速变得越小。氮氟化物的浓度通常在1％以下，但流量小时，可以进行含有更高浓度的氮氟化物的气体的净化处理。
净化筒是根据氮氟化物的浓度、流量等进行设计的，但优选的是在氮氟化物的浓度是0.1％以下的比较低浓度时，空筒线速度(LV)是0.5～50cm/sec、氮氟化物的浓度是0.1％～1％左右时，LV是0.05～20cm/sec、氮氟化物的浓度是1％以上的高浓度时，是10cm/sec以下的范围内设计的。
实施例以下，用实施例对于本发明的含有氮氟化物气体的净化剂及净化方法进行具体地说明。
实施例1(净化剂的配制)将市售的氧化亚锡(纯度99％)及氧化钙(纯度99％)粉碎到100μm以下，使原子数的比(Sn∶Ca)达到1∶0.5地进行混合。将混合物装入内径20mm、高度5mm的模具内后，使用油压顶用150～160kg/cm2的压力加压10秒钟成型后，破碎得到的剂，进而用筛将通过3.36mm的筛孔、通不过2.00mm的筛孔的剂作为净化剂。
(净化试验)将上述的净化剂填充到内径23.9mm、长度200mm的SUS316L制的净化筒的内部，使填充长度成为100mm。将净化筒的净化剂的温度加热到400℃后，将含有NF3(流量13.46ml/min)的氮(合计流量1346ml/min)导入到净化筒中净化含有NF3的气体。
此时，每10分钟采取从净化筒的排出口排出的净化气体的一部分，用气相色谱法(检测下限10ppm)进行分析，测定直到检测NF3的时间，求出对于每1L(升)净化剂的NF3的净化处理量(L)(净化处理能力)的同时，用检测管((株)瓦斯特科(ガステツク)制)检查有无NOx的排出。其结果如表1所示。
实施例2、3除了将实施例1的净化剂的氧化亚锡和氧化钙的混合比按原子数的比(Sn∶Ca)分别达到1∶0.3、1∶0.75进行混合外，其他与实施例1相同地配制净化剂。使用这些净化剂，与实施例1相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
实施例4、5除了将实施例1的净化试验的NF3的浓度分别变成0.2％、2.0％之外，其他与实施例1相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
实施例6、7除了将实施例1的配制净化剂的氧化钙分别替换成氢氧化钙、碳酸钙之外，其他与实施例1相同地配制净化剂。使用这些净化剂，与实施例1相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
实施例8、9除了将实施例1的配制净化剂的氧化钙分别替换成氧化镁、氧化锶之外，其他与实施例1相同地配制净化剂。使用这些净化剂，与实施例1相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
实施例10(净化剂的配制)将市售的氧化亚锡(纯度99％)及氧化镧(纯度99％)粉碎到100μm以下，使原子数的比(Sn∶La)达到1∶0.5地进行混合。通过将混合物装入内径20mm、高度5mm的模具后，使用油压顶用150～160kg/cm2的压力加压10秒钟成型后，粉碎得到的剂，进而用筛将通过3.36mm的筛孔、通不过2.00mm的筛孔的剂作为净化剂。
(净化试验)将上述的净化剂填充到内径23.9mm、长度200mm的SUS316L制的净化筒的内部使填充长度成为100mm。将净化筒的净化剂的温度加热到400℃后，将含有NF3(流量13.46ml/min)的氮(合计流量1346ml/min)导入到净化筒中净化含有NF3的气体。
此时，每10分钟采取从净化筒的排出口排出的净化气体的一部分，用气相色谱法(检测下限10ppm)进行分析，测定直到检测NF3的时间，求出对于每1L(升)净化剂的NF3的净化处理量(L)(净化处理能力)的同时，用检测管((株)瓦斯特科制)检查有无NOx的排出。其结果如表1所示。
实施例11、12除了将配制实施例10的净化剂的氧化亚锡和氧化镧的混合比按原子数的比(Sn∶La)分别达到1∶0.3、1∶0.75进行混合外，其他与实施例10相同地配制净化剂。使用这些净化剂，与实施例10相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
实施例13、14除了将实施例10的净化试验的NF3的浓度分别变成0.2％、2.0％之外，其他与实施例10相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
实施例15、16除了将实施例10的配制净化剂的氧化镧分别替换成氢氧化镧、碳酸镧之外，其他与实施例10相同地配制净化剂。使用这些净化剂，与实施例10相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
实施例17(净化剂的配制)
将市售的氧化亚锡(纯度99％)及氧化钙(纯度99％)及氧化镧(纯度99％)粉碎到100μm以下，使原子数的比(Sn∶Ca∶La)达到1∶0.3∶0.2地进行混合。通过将混合物装入到内径20mm、高度5mm的模具后，使用油压顶用150～160kg/cm2的压力加压10秒钟成型后，粉碎得到的剂，进而用筛将通过3.36mm的筛孔、通不过2.00mm的筛孔的剂作为净化剂。
(净化试验)将上述的净化剂填充到内径23.9mm、长度200mm的SUS316L制的净化筒的内部，使填充长度成为100mm。将净化筒的净化剂的温度加热到400℃后，将含有NF3(流量13.46ml/min)的氮(合计流量1346ml/min)导入到净化筒中净化含有NF3的气体。
此时，每10分钟采取从净化筒的排出口排出的净化气体的一部分，用气相色谱法(检测下限10ppm)进行分析，测定直到检测NF3的时间，求出对于每1L(升)净化剂的NF3的净化处理量(L)(净化处理能力)的同时，用检测管((株)瓦斯特科制)检查有无NOx的排出。其结果如表1所示。
实施例18除了将实施例17配制的净化剂的氧化亚锡、氧化钙、氧化镧的混合比达到原子数的比(Sn∶Ca∶La)为1∶0.2∶0.3进行混合之外，其他与实施例17相同地配制净化剂，使用这些净化剂，与实施例17相同地进行NF3的净化试验。其结果如表1所示。
比较例1(净化剂的配制)在市售的氧化亚锡(纯度99％)1000g中，加入将氟化钾(KF、关东化学(株)制、试药特级)50g溶解到65g水中的水溶液进行混合。用挤出成型机将得到的饼状物从直径1.6mm的喷嘴板挤出，切断得到的成型物，作成长度3～5mm左右的颗粒，在氮气氛围下边加热到120℃边干燥约12小时配制净化剂。
(净化试验)除了使用上述的净化剂之外，与实施例1相同地进行NF3的净化试验。可是，由于在检测NF3之前净化筒的压力损失变大，所以终止了净化试验。将有无NOx的排出情况，和从终止了净化试验的时间求出对于每1L(升)净化剂的NF3的净化处理量(L)(净化处理能力)的结果如表1所示。
比较例2将市售的氧化钙(纯度99％)粉碎到100μm以下，装入到内径20mm、高度5mm的模具后，使用油压顶用150～160kg/cm2的压力加压10秒钟成型后，粉碎得到的剂，进而用筛将通过3.36mm的筛孔、通不过2.00mm的筛孔的剂作为净化剂。
除了使用上述的净化剂之外，与实施例1相同地进行NF3的净化试验。可是，由于在净化试验开始后立即确认排出数千ppm的NO，所以终止了净化试验。
比较例3将市售的氧化镧(纯度99％)粉碎到100μm以下，装入到内径20mm、高度5mm的模具后，使用油压顶用150～160kg/cm2的压力加压10秒钟成型后，粉碎得到的剂，进而用筛将通过3.36mm的筛孔、通不过2.00mm的筛孔的剂作为净化剂。
除了使用上述的净化剂之外，与实施例1相同地进行NF3的净化试验。可是，由于在净化试验开始后立即确认排出数千ppm的NO，所以终止了净化试验。
表1
权利要求
1.含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是作为有效成份，含有氧化亚锡，以及从碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐中选出的1种以上的化合物。
2.根据权利要求1所述的含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是碱土类金属是镁、钙或者锶。
3.根据权利要求1所述的含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是镧系元素是镧。
4.根据权利要求1所述的含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是有效成份在净化剂中的重量比是70％以上。
5.根据权利要求1所述的含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是含有在净化剂中锡的原子数和、碱土类金属的原子数及镧系元素的原子数的合并原子数的比是1∶0.1～2.0。
6.根据权利要求1所述的含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是含有有效成份的同时还含有作为成型助剂的金属氟化物。
7.根据权利要求6所述的含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是金属氟化物为氟化钾。
8.根据权利要求1所述的含有氮氟化物的气体的净化剂，其特征是氮氟化物为从三氟化氮、四氟化二氮、二氟化二氮、六氟化二氮中选择出的1种以上。
9.含有氮氟化物的气体的净化方法，其特征是将含有作为有害成份的氮氟化物的气体，在加热下，与将含有氧化亚锡及从碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐中选出的1种以上的化合物作为有效成份的净化剂接触，进行净化。
10.根据权利要求9所述的含有氮氟化物的气体的净化方法，其特征是含有氮氟化物的气体和净化剂的接触温度是200～800℃。
全文摘要
本发明提供含有氮氟化物的气体的净化剂及净化方法，在净化剂中，作为有效成份含有氧化亚锡，以及从碱土类金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、镧系元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐中选出的1种以上的化合物，在净化方法中，使含有氮氟化物的气体在加热下与上述净化剂接触而进行净化。该净化剂可容易地进行其保存、使用，在净化中不发生由于稀释气体的种类引起热击穿、或者在净化后的后处理中的剧烈的放热和有害气体的生成等，另外，在净化中，在净化筒内不会发生压力损失的增加或者闭塞，进而，不排出NO
文档编号B01D53/34GK1468646SQ0313736
公开日2004年1月21日 申请日期2003年6月19日 优先权日2002年6月25日
发明者大塚健二, 名和洋二, 二, 大 健二 申请人:日本派欧尼株式会社