专利名称：氟气发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种现场型氟气发生装置。
半导体制造等使用的氟气及NF3气体的要求是含杂质少的高纯度气体。另外，在半导体等的制造现场是从充有氟气的气瓶中取出所需量的气体来使用的。因此，气瓶的保管场所、确保气体的安全性及保持纯度等管理是十分重要的。进而，NF3气体目前需求正在急速增加，供应上出现问题，存在必须保证有一定程度的库存的问题。考虑到这些情况，与其使用高压的氟气气瓶，不如在使用场所设置随时、现场型的氟气发生装置。
通常，氟气利用图3所示的电解槽产生。电解槽本体201的材质通常采用镍、蒙乃尔合金、碳素钢等。进而，为防止产生的氢气和氟气混合在电解槽本体201的底部设置由聚四氟乙烯等构成的底板212。在电解槽本体201中，充满了作为电解液202的氟化钾—氟化氢系(以下称KF-HF系)的混合熔融盐。而且，利用蒙乃尔合金等制成的下缘210使阳极室210和阴极室211分离。在收容于该阳极室210中的碳或者镍(以下称Ni)阳极203与收容于阴极室211中的Ni阴极204之间施加电压，进行电解来产生氟气。并且，产生的氟气从发生口208排出，在阴极侧产生的氢气从排出口207排出。问题是，由于电解时产生的四氟化碳气体(以下称CF4)及从电解液蒸发的氟化氢气体(以下称HF气体。)等的混入，很难得到高纯度的氟气。
另外，在随时、现场状态使用时，电解槽本体201内的电解液的液面的自动调整在安全自动运行上是必不可少的。例如，作为控制电解液面变动的技术，特表平9-505853号公报中已提出所谓的启动/停止控制(On/Of控制)。但是，存在的问题是，利用该方法进行电解，每逢液面发生变动时，要停止电解、待电解液面恢复到原来的位置再重新开始电解是办不到的。
发明要解决的问题因此，本发明的目的是提供一种能够安全和稳定地产生高纯度的氟气的氟气发生装置。
根据这种结构，能够对液面的微小变动进行检测，同时可以利用压力保持装置使阳极室及阴极室内经常保持大气压，因此电解液的液面高度很稳定。由此可减少电解时的电解条件的变动，能够供给稳定的氟气。另外，因为阳极室和阴极室内保持大气压，所以可防止从外部流入空气等，并能够稳定地产生高纯度的氟气。
权利要求2所述的氟气发生装置，是在权利要求1中，上述压力保持装置包括与上述阳极室和上述阴极室分别设置的压力计联动开闭的自动阀、及与上述阳极室和上述阴极室分别设置的液面检测装置联动的自动阀。
根据这种结构，能够容易且可靠地进行电解槽内的压力控制。另外，因为液面检测装置与自动阀联动，所以可以自动调整电解液的液面高度。
权利要求3所述的氟气发生装置，是在权利要求2中，与使电解槽内的压力保持大气压的压力保持装置之一的压力计联动开闭的自动阀，在上述电解槽内的压力比大气压高时打开，将上述电解槽内的气体排出。
根据这种结构，能够使电解槽内特别是阴极室内经常保持大气压。因此，可以使电解槽内的电解液的液面高度经常处于稳定的状态。
权利要求4所述的氟气发生装置，是权利要求1至权利要求3的任何之一中，在与上述压力计联动开闭的自动阀的后面，至少设有压缩机、真空发生器之中任何之一的一个以上，使与上述压力计联动开闭的自动阀的下游的气体排出线路保持减压状态。
根据这种结构，与压力计联动开闭的自动阀的下游侧的气体排出线路处于减压状态。因此，从阴极室的气体更可靠地通过与压力计联动开闭的自动阀排出。
权利要求5所述的氟气发生装置，是在权利要求1中，上述液面检测装置包括能够对上述电解液的各液位进行检测的3个以上的液面传感器。
根据这种结构，可以对电解槽内的电解液的液面高度进行3个级别以上的检测，所以能够检测到微小的液面变动。而且，可配合来自各液面传感器的信号，开闭连接于电解槽上的各气体线路上的各阀门使气体流入，进行加压或减压后使液面上升。因此，即使不通过特表平9-505853号公布的电解槽的液面控制(On/Of控制)使电解一一停止，也能在使液面保持一定的水平的状态下进行自动运行。
权利要求6所述的发明，是一种氟气发生装置，在具有上述液面检测装置的同时具有能够检测电解槽内的压力的压力计。
根据这种结构，能够更正确地控制差压引起的电解液的上升和下降形成的液面变动，防止因电解液的飞散等造成附设在后段的配管及管线中的过滤器等发生堵塞。这种控制能确保安全和稳定的操作。
权利要求7所述的氟气发生装置，是在权利要求1或2中，利用与上述液面检测装置联动开闭的上述自动阀的开闭向电解槽内供给的气体为稀有气体。
根据这种结构，对产生的气体可用例如氖气(Ne气)、氩气(Ar气)、氪气(Kr气)等稀有气体进行稀释形成任意混合比的混合气体，作为半导体集成电路形成电路图形时使用的激元激发器的振荡用气体来应用。
附图的说明
图1是本发明的氟气发生装置的主要部分的模式原理图。
图2是有关本发明的氟气发生装置使用的液面检测装置的一例的模式简图。
图3是现有使用的氟气发生装置的模式图。
发明的实施例以下根据附图对有关本发明的氟气发生装置的实施例的一例进行说明。
电解槽1由镍、蒙乃尔合金、纯铁、不锈钢等金属形成。电解槽1利用镍或蒙乃尔合金组成的隔壁16把阳极室3和阴极室4分离。在阳极室3中配置未图示的阳极。在阴极室4中配置未图示的阴极。并且，阳极最好是使用把石墨成型体加工成一定的形状形成块状的电极。阴极最好是使用镍或铁。在电解槽1的上盖17上设有来自使阳极室3和阴极室4内保持大气压的压力保持装置之一气体线路18、19的清洁气出入口20、21、从阳极室3产生的氟气的发生口22、及从阴极室4产生氢气的发生口23。这些发生口22、23具有耐蚀镍基合金等对氟气有耐腐蚀性的材料制成的弯曲的管子，抑制来自阳极室3和阴极室4的飞沫侵入到气体线路内。另外在上盖17上设有电解液2的液面高度降低时供给HF的HF供给线24的HF引入口25、对阳极室3和阴极室4的液面高度分别进行检测的第1液面检测装置5和第2液面检测装置6、及压力计7、8。
另外，电解槽1设有对电解槽内进行加热的温度调整装置。温度调整装置包括紧密接触地设置在电解槽1本体的周围的加热器13；连接于该加热器13上、可实行一般性PID控制的温度控制装置12；及设置于阳极室5或阴极室7的任何之一方中的热电偶等的温度计11，以对电解槽1内的温度进行控制。而且，在加热器13的周围还可以设有绝热装置。加热器13例如为带状型加热器、镍铬电热线、或者温水等，其形态没有特定限制，但最好是覆盖电解槽1的全周的形状。
第1液面检测装置5及第2液面检测装置6如图2所示，具有5个液面传感器S1～S5。可以用这5个液面传感器S1～S5对电解液2的液面高度进行阶段性的检测。
使阳极室3和阴极室4内的压力保持大气压的压力保持装置包括与测定阳极室3和阴极室4内的压力的压力计7、8的测定结果联动、对加压用的气瓶的气体开闭的自动阀9、10；根据第1液面检测装置5及第2液面检测装置6的电解液的液面高度的检测结果开闭，向电解槽1内的阳极室3和阴极室4分别实行供给或排气的自动阀31～34；对该压力保持装置的气体线路18、19等开闭的手动阀35～38；及能够预先把通过气体线路的气体流量设定为所定的流量的流量计39～41。自动阀31～34最好是使用气动执行机构方式的阀门。由此操作时的发热小，能够减少对气体线路的影响。通过该压力保持装置使阳极室3和阴极室4内的压力保持为大气压。由此电解槽1内的压力保持为大气压，并能够使电解中的液面高度保持稳定的状态。因此，电解条件的变动少，能够实施稳定的电解。另外，电解产生的氟气和氢气从电解槽内被挤出，分别从发生口22、23排出。因此，压力保持装置通过把阳极室3和阴极室4内的压力保持为大气压，把电解产生的气体从电解槽1排出，同时防止外部气体侵入到电解槽1内。
另外，向连接于压力保持装置的电解槽1内供给的气体，只要是惰性气体即可，没有特别的限定。例如使用Ar气、Ne气、Kr气、Xe气等稀有气体中的一种以上的气体，则能够很容易得到氟气与这些稀有气体的任意混合比的混合气体。由此，例如可以使用作为半导体制造领域的集成电路的电路图形形成的激元激光器振荡的放射源，通过在半导体制造领域的生产线上配置有关本发明的氟气发生装置，能够在现场在需要时供给所需量的氟气。
对从阴极室4排出的氢气中的HF气体进行吸附的HF吸附塔14并行地设置有第1吸附塔14a和第2吸附塔14b。该第1吸附塔14a和第2吸附塔14b可以同时使用，也可以使用其中任何一方。该吸附塔14最好是由对氟气及HF有耐腐蚀性的材料制成，例如由不锈钢、蒙乃尔合金、Ni、氟系树脂等制成，在内部充填氟化钠、苏打石灰，利用吸附透过的HF，去除氢气中的HF。
该HF吸附塔14配置在构成压力保持装置之一的自动阀10的下游侧。而且，该自动阀10和HF吸附塔之间设有真空发生器26。该真空发生器26利用通过气体线路27的气体的喷射效应使气体线路28内的压力成为减压状态，可不使用油分而使气体线路28内的压力变为减压状态，并防止油分侵入到气体线路及电解槽1中。
对从阳极室3排出的氟气中的HF进行去除的HF吸收塔15与上述的HF吸附塔14一样，并行设有第1吸收塔15a、15b。而且，在塔内部充填有NaF，对放出的氟气中包含的HF进行去除。该HF吸收塔15与HF吸附塔14一样，最好是由对氟气及HF有耐腐蚀性的材料制成，例如可以举出的有不锈钢、蒙乃尔合金、Ni等。
在该HF吸收塔15的下游侧设有构成压力保持装置之一的自动阀9。从阳极室3发生的气体，在形成产生氟气和HF气体的同时产生电解液飞沫的恶劣的环境。特别是在氟和HF混合的环境下，形成强酸化性氛围气体。因此，通过在HF吸收塔15的下游侧设置自动阀9，能够形成HF被去除而只有氟气的状态，且可以不受HF气体的影响地实施开闭动作。而且，在该HF吸附塔14及HF吸收塔15上设有压力计30、29，能够检测内部的堵塞。
而且，包括电解槽1的氟气发生装置最好是设在未图示的构成1个筐体的壳体内，以容易实现随时、现场使用。另外，该壳体最好是以与氟气不起反应的材料制成。例如可以采用不锈钢等金属或氯乙烯等树脂。
另外，虽然未图示，但最好是在排出高纯度的氟气的下游侧设置缓冲罐等储藏装置。由此能够在需要时提供所需量的氟气，成为可以配置在半导体制造设备的生产线上的在线的氟气发生装置。
下面，对本实施例的氟气发生装置的动作进行说明。
通常，在正常进行电解的状态下，电解槽1内保持大气压，阳极室3和阴极室4内的电解液2的液面的高度形成相同的液面高度。但是，在电解中，例如由于电解液2的飞沫等的蓄积造成氟气线路(氟气发生口22以后的气体线路)的堵塞或氢气线路(氢气发生口23以后的气体线路)的堵塞等，会使电解槽1内的压力发生变动。此时，利用设在阳极室3和阴极室4的压力计7、8测定压力，根据其压力的变动对与各压力计7、8联动的自动阀9、10开闭，调整电解槽1内的压力，使其保持大气压。
这样，在利用自动阀9、10的开闭使电解槽1内的压力保持大气压的情况下，电解槽1内的阳极室3和阴极室4内的电解液2的液面的高度形成相同的液面高度。但是，在电解中，有时会出现例如电解液2的飞沫等进一步蓄积，利用自动阀9、10的开闭不能使电解槽1内的压力保持大气压，例如由于氟气线路(氟气发生口22以后的气体线路)的堵塞等使阳极室3内的压力升高，或使阴极室4的压力降低，形成阳极室3的电解液2的液面高度变得比阴极室4的电解液2的液面高度低的情况。此时，利用设在阳极室3和阴极室4内的第1液面检测装置5和第2液面检测装置6检测液面高度的异常。
通常，电解槽1内的压力通过自动阀9、10的开闭保持为大气压，进行正常电解时的电解液2的液面高度位于第1液面检测装置5及第2液面检测装置6的5个液面传感器S1～S5之中的液面传感器S2和S4之间的位置。但是如前所述，在阴极室4的电解液2的液面高度变得比阳极室3的电解液2的液面高度还高时，即阴极室4的液面高度变得比第2液面检测装置的液面传感器S2还高时，关闭自动阀31及自动阀34。由此，阴极室4的电解液2的液面高度恢复到正常的高度时，打开自动阀31及自动阀34，继续进行电解。另一方面，即使在自动阀31及自动阀34关闭的场合下，阴极室4的电解液2的液面高度仍上升且比液面传感器S1还高的情况下，把自动阀33及自动阀34也关闭，中断电解。
电解中断时自动阀32短时间打开，阳极室3内的氟气从设在电解槽1的上盖17上的氟气的发生口23放出。与此同时，自动阀33也短时间打开，把清洁气体引入阴极室4内。由此，电解液2的阳极室3及阴极室4的液面高度恢复到相同高度，再重新开始电解。
如上所述，本实施例的氟气发生装置通过测定电解槽1内的压力的压力计7、8和与其联动的自动阀9、10调整电解槽1内的压力，使电解槽1内保持大气压，并控制电解液2的液面高度。另外，在通过自动阀9、10的开闭控制液面高度不能使电解槽1内的电解液2的液面高度保持相同液位时，利用设在阳极室3和阴极室4的第1液面检测装置5和第2液面检测装置6以及与其联动进行开闭的自动阀31～34，使电解槽1内保持大气压。这样，能够以2级控制方式使电解槽1内保持大气压，并使电解槽2的液面高度保持稳定的高度。由此，可以不必变更电解中的电解条件，以产生稳定的氟气。
而且，有关本发明的氟气发生装置，不限定于前面所述的实施例，也可以是下列的设备。例如以电解槽本体为阴极对电解液实行电解，此时，可以仅用1个对电解液的液面高度进行检测的液面检测装置来控制电解液的液面高度。另外，关于自动阀的位置、数量等也不特别限定于本发明的发明的效果本发明按上述结构，使电解槽内保持大气压，以压力计及液面检测装置的2个系统对电解液的液面高度进行检测和控制。因此，电解液的液面高度可以经常保持一定的高度，使电解条件稳定，可以实现氟气的稳定产生和供给。另外，因为设有在氟气中混合其他气体例如稀有气体的装置，所以能够得到所需的混合比的稀有气体与氟气的混合气体，能够用于激元激光器振荡用放射源等半导体制造领域。
权利要求
1.一种对包含氟化氢的混合熔融盐组成的电解液进行电解以产生高纯度的氟气的氟气发生装置，其特征为包括利用隔壁分离为用于设置阳极的阳极室和用于设置阴极的阴极室的电解槽；使上述阳极室和上述阴极室内保持大气压的压力保持装置；及能够对上述阳极室和上述阴极室的各自的上述电解液的液位进行3个级别以上的检测的液面检测装置。
2.如权利要求1所述的氟气发生装置，其特征为，上述压力保持装置包括在上述阳极室和上述阴极室分别设置的压力计联动开闭的自动阀、及与在上述阳极室和上述阴极室分别设置的液面检测装置联动的自动阀。
3.如权利要求2所述的氟气发生装置，其特征为，该与使电解槽内的压力保持大气压的压力保持装置之一的压力计联动开闭的自动阀，在上述电解槽内的压力比大气压高时打开，将上述电解槽内的气体排出。
4.如权利要求1至3的任一所述的氟气发生装置，其特征为，在与上述压力计联动开闭的自动阀的后面，至少设有压缩机、真空发生器之中任何之一的一个以上，使与上述压力计联动开闭的自动阀的下游的气体排出线路保持减压状态。
5.如权利要求1所述的氟气发生装置，其特征为，上述液面检测装置包括能够对上述电解液的各液位进行检测的3个以上的液面传感器。
6.如权利要求1至5任一所述的氟气发生装置，其特征为，在具有上述液面检测装置的同时，具有能够检测电解槽内的压力的压力计。
7.如权利要求1或2所述的氟气发生装置，其特征为，通过与上述液面检测装置联动开闭的上述自动阀的开闭向电解槽内供给的气体为稀有气体。
全文摘要
提供一种氟气发生装置，它能够稳定地、安全地产生高纯度的氟气。该氟气发生装置，是对包含氟化氢的混合熔融盐组成的电解液2进行电解以产生高纯度的氟气的氟气发生装置，包括利用隔壁16分离为用于设置阳极的阳极室3和用于设置阴极的阴极室4的电解槽1；使上述阳极室3和上述阴极室4内保持大气压的压力保持装置；及能够对上述阳极室3和上述阴极室4的各自的上述电解液2的液位进行3个级别以上的检测的液面检测装置5、6。
文档编号C25B15/00GK1478924SQ03133020
公开日2004年3月3日 申请日期2003年5月29日 优先权日2002年5月29日
发明者东城哲朗, 平岩次郎, 吉本修, 竹林仁, 多田良辰, 田中宇大, 大, 辰, 郎 申请人:东洋炭素株式会社