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Dokumentenidentifikation DE69927015T2 22.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001076633
Titel REAKTIVE MATRIX ZUR ENTFERNUNG VON FEUCHTIGKEIT AUS EINEM FLUOR ENTHALTENTEN GAS UND VERFAHREN
Anmelder Mykrolis Corp., Bedford, Mass., US
Erfinder SNOW, T., James, McKinney, US
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 80333 München
DE-Aktenzeichen 69927015
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.04.1999
EP-Aktenzeichen 999187610
WO-Anmeldetag 21.04.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/08775
WO-Veröffentlichungsnummer 0099055620
WO-Veröffentlichungsdatum 04.11.1999
EP-Offenlegungsdatum 21.02.2001
EP date of grant 31.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.06.2006
IPC-Hauptklasse C01B 21/083(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus einem Fluor enthaltenden Gas. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Entfernung von Feuchtigkeit aus Stickstofftrifluoridgas oder Fluorgas unter Vermeidung unerwünschter exothermer Reaktionen.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Derzeit wird eine breite Palette von Trägern für eine reaktive Matrix zur Entfernung von Verunreinigungen aus Stickstofftrifluoridgas verwendet. Ein Hauptproblem bei den derzeit verfügbaren reaktiven Matrizes besteht darin, dass einige der Verunreinigungen in dem Stickstofftrifluorid, wie N2F2 und N2F4, mit einigen der derzeit verwendeten Träger nicht kompatibel sind. Diese Verunreinigungen führen zu einer exothermen Zersetzung unter Katalyse der Zersetzung von NF3, die wiederum eine Kaskade von Reaktionen verursacht, die zu unerwünscht hohen Temperaturen führt, die sogar das für die reaktive Matrix verwendete Gehäuse zerstören. Es wurde von Broer et al., J. Mater. Res., 1988, 3(4), 755, beobachtet, dass bis 650 °C keine Reaktion von Komponenten eines NF3-Gases mit Aluminiumoxid erfolgte. Durch FTIR und anschließende Analyse wurde gezeigt, dass die Reaktion von Stickstofftrifluorid mit Aluminiumoxid bei Temperaturen größer als 650 °C Nitrosylfluorid (NOF), NO2, NO und AlF3 produziert.

Es wurde ferner in dem japanischen Patent 01261209 (1989) gezeigt, dass die Reinigung von NF3 mit zuvor dehydratisiertem Aluminiumoxid innerhalb eines Temperaturbereichs von 0 bis –125 °C die Verunreinigungen N2O, CO2 und N2F2 entfernt. Die kalte Temperatur minimierte die Adsorption von NF3 an dem Aluminiumoxidträger.

Das japanische Patent 0203450 A2 (1990) offenbart, dass die Reinigung von NF3 in Stufen etwaige Temperaturerhöhungen und anschließende Explosionen verhindert. N2F2 und N2F4 werden zunächst durch Durchleiten des NF3-Gases durch ein Metallrohr, beispielsweise nichtrostender Stahl oder Monel, bei 150–300 °C entfernt. Anschließend wird OF2 durch Durchperlen des Gases durch eine Na2SO3 und Na2S enthaltende wässrige Lösung entfernt. Das gereinigte NF3 strömt dann zur Entfernung von N2O und CO2 über eine zuvor aktivierte Aluminiumoxidschicht. Diese beiden Verunreinigungen sind in höheren Konzentrationen als Wasser vorhanden.

Die US-Patente 4 853 148 und 4 925 646 offenbaren die Verwendung von Aluminiumtrifluorid auf einem Aluminiumoxidträger zur Entfernung von Feuchtigkeit aus einem Halogenwasserstoffgas. Das Aluminiumtrifluorid wird durch Reaktion entsprechender partiell oder vollständig alkylierter Verbindungen und/oder anhängender funktioneller Gruppen mit dem entsprechenden gasförmigen Halogenwasserstoff gebildet. Die partiell oder vollständig alkylierten Verbindungen werden als Lösung in einem organischen Lösemittel verwendet. Die Bildung von Aluminiumtrifluorid oder Aluminium durch dieses Verfahren führt zu Spurenmengen organischer Einheiten oder Verbindungen, die an dem gebildeten Produkt vorhanden sind. Selbst Spurenmengen organischer Stoffe an einem zur Reinigung von NF3 verwendeten Material sind unerwünscht, da sie mit NF3 oder Verunreinigungen in NF3 in einer exothermen Reaktion reagieren, die ausreichend Wärme erzeugt, um eine weitere unerwünschte Reaktion des NF3 zu bewirken.

Ferner ist die Bildung von AlF3 über eine Reaktion des Ausgangsmaterials AlR3, worin R eine organische Einheit ist, mit gasförmigem HF nicht praktikabel, da gasförmiges HF einen niedrigen Dampfdruck aufweist und überschüssiges nichtumgesetztes HF von dem Träger schwer zu entfernen ist. Ferner kann die Bildung von AlF3 aus Aluminiumhydrid und HF-Gas mit HF in wässriger Lösung nicht durchgeführt werden, da Wasser mit Aluminiumhydrid reagiert.

Daher wäre die Bereitstellung eines Fängers für Feuchtigkeit in NF3 günstig, der mit NF3 oder normalerweise in NF3 gefundenen Verunreinigungen nicht reagiert. Ferner wäre die Bereitstellung eines Fängers günstig, der mit Verbindungen, die durch den Fänger adsorbiert werden, nicht reagiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Entfernung von Feuchtigkeit aus einem Fluorgas oder Stickstofftrifluoridgas enthaltenden Gas unter Vermeidung unerwünschter exothermer Reaktionen bereit. Die Vorrichtung zur Durchführung dieser Erfindung umfasst ein Gehäuse, das eine teilchenförmige Zusammensetzung enthält, die ein aktiver Fänger zur Entfernung von Feuchtigkeit aus NF3 ist. Das Gehäuse umfasst einen Einlass für zugeführtes NF3 und einen Auslass für behandeltes NF3. Die teilchenförmige Zusammensetzung umfasst Teilchen, die aus mit AlF3, das durch die Reaktion von Aluminiumoxidteilchen mit einer wässrigen Lösung von Fluorwasserstoff (HF) gebildet wurde, beschichtetem Aluminiumoxid gebildet sind. Auf diese Weise gebildete AlF3-Teilchen sind frei von Einheiten, wie organischen Einheiten, die mit entweder F2, NF3 oder normalerweise in F2 oder NF3 gefundenen Verunreinigungen reaktiv sind.

Die Feuchtigkeitsentfernung aus F2 oder NF3 wird durch Durchleiten des F2- oder NF3-Gases durch ein Bett der Teilchen unter zur Adsorption von Feuchtigkeit aus dem NF3 wirksamen Bedingungen bewirkt. Die adsorbierte Feuchtigkeit wird bei der Hydratbildung mit dem Aluminiumtrifluorid chemisch gebunden. Die Aluminiumoxidteilchen adsorbieren ferner Kohlenstoffoxide, d.h. Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, wenn diese Oxide in dem Gas vorhanden sind. Die Aluminiumoxidteilchen entfernen ferner Spurenmengen von HF-Gas in NF3 durch Chemisorption unter Bildung von zusätzlichem AlF3 und Feuchtigkeit. Der erzeugte Wasserdampf wird durch die reaktive Matrix abgefangen. Da die gemäß dieser Erfindung hergestellten Teilchen mit normalerweise in NF3-Gas gefundenen Verbindungen nicht exotherm reagieren, wird die Entfernung der Feuchtigkeit aus NF3 ohne signifikante Temperatur- oder Druckerhöhung bewirkt.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung dieser Erfindung.

2 zeigt die Temperatur- und Druckänderung über die Zeit bei der Behandlung von NF3 zur Entfernung von Feuchtigkeit in der Vorrichtung dieser Erfindung.

BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird ein Fluorgas oder ein NF3-Gas mit Teilchen eines mit Aluminiumtrifluorid beschichteten Aluminiumoxidträgers in Kontakt gebracht, wobei das Aluminiumtrifluorid durch Reaktion von Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Größe zwischen etwa 0,1 und etwa 10 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 5,0 mm mit einer wässrigen Fluorwasserstofflösung, bis im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Aluminiumteilchen mit AlF3 beschichtet ist, hergestellt wurde. Die Reaktion wird mit einer wässrigen Lösung, die zwischen etwa 1 % und etwa 10 %, vorzugsweise zwischen etwa 3 % und etwa 5 % Fluorwasserstoff enthält, bei einer Temperatur zwischen etwa 0 °C und etwa 40 °C, vorzugsweise zwischen etwa 20 °C und etwa 30 °C durchgeführt. Die Teilchen werden dann gewonnen und getrocknet, um etwaige Feuchtigkeit in diesen zu entfernen. Typische Trockungsbedingungen umfassen eine Temperatur von größer als 100 °C und vorzugsweise größer als 200 °C.

Das NF3 oder F2 kann allein oder in einem Gemisch mit einem Inertgas, wie Argon, Neon oder Xenon, behandelt werden.

Die Feuchtigkeitsentfernungskapazität oder -effizienz des aktiven Fängers zur Entfernung von Feuchtigkeit ist nicht durch das Vorhandensein anderer Verunreinigungen, wie Kohlenoxide, die vorzugsweise mit Feuchtigkeit um die Bindung an dem Träger konkurrieren könnten, beeinflußt. Ferner können die gemäß dieser Erfindung hergestellten, mit Aluminiumfluorid beschichteten Aluminiumoxidteilchen Feuchtigkeit aus F2- oder NF3-Gas ohne Reaktion mit normalerweise in NF3 oder F2 gefundenen Verunreinigungen adsorbieren.

1 erläutert die Verwendung der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 1 umfasst eine Vorrichtung dieser Erfindung 10 einen Einlass 12, einen Auslass 14 und ein Gehäuse 16. Die Teilchen 18 umfassen mit AlF3 beschichtete Aluminiumoxidteilchen, die durch Reaktion von Aluminiumoxidteilchen mit einer wässrigen Fluorwasserstofflösung hergestellt wurden.

Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung und sollen diese nicht beschränken.

Beispiel 1

Eine 50-cm3-Probe von Aluminiumtrifluorid auf Aluminiumoxid wird gemäß dem im folgenden angegebenen Verfahren hergestellt. Zu Aluminiumoxid (32,5 g) in einer PFA-Flasche wird eine verdünnte Lösung von 49%igem wässrigem HF (4,1 ml) in entionisiertem Wasser (50 m 1) gegeben. Nach 3 h wird die Flüssigkeit abdekantiert und das verbleibende Aluminiumtrifluorid auf Aluminiumoxid über Nacht in dem Abzug luftgetrocknet. Das Material wird in einem Probenzylinder überführt, wo weitere Trocknung und Dehydratation des Aluminiumtrifluorids bei 400 °C während 3 h unter einem Stickstoffstrom von 3,0 slpm durchgeführt wird.

Beispiel 2

Die Kapazität des Aluminiumtrifluorids auf einem Aluminiumoxidfänger zur Entfernung von Wasserdampf wird nach dem folgenden Verfahren ermittelt. Ein 50-cm3-Probenzylinder wird mit dem in Beispiel 1 hergestelltem AlF3/Aluminiumoxid-Fänger gefüllt. Ein Testgasgemisch aus 480 ppm H2O in Stickstoff wird mit einer Durchflussrate von 1,0 slpm durch das Probenrohr geleitet. Die stromabwärtige H2O-Konzentration wird unter Verwendung eines Ametek 5700 Moisture Analyzer ermittelt. Nach 2760 min wird der H2O-Durchbruch detektiert, wobei sich eine H2O-Kapazität für den anorganischen Fänger von 26 1 H2O/l Bett ergibt.

Beispiel 3

Die Kompatibilität des Aluminiumtrifluorids auf einem Aluminiumoxidfänger mit NF3-Gas wird nach dem folgenden Beispiel bestimmt. Ein 50-cm3-Probenzylinder wird mit dem in Beispiel 1 hergestellten AlF3 Aluminiumoxid-Fänger gefüllt. Der Probenzylinder wird mit einem über die Seite durch einen Druckbeschlag eingeführtes Thermoelement zur Messung der Innentemperatur des Fängers ausgestattet. Der Probenzylinder wird an einem Verteiler mit einer optionalen Nebenschlussschleife um die Probe installiert. Ein 200-sccm-Strom von NF3 (CP-Qualität) wird entweder durch den Probenzylinder geleitet oder optional durch den Nebenschluss geleitet (zur Bereitstellung des Hintergrundniveaus). Der NF3-Strom wird initiiert, dann durch die Probe geleitet und es besteht, wie in 2 angegeben ist, keine merkliche Temperaturerhöhung. Die Spektren von stromabwärtigem, durch den Nebenschluss geleitetem und gereinigtem NF3-Gas wird unter Verwendung von FTIR ermittelt und als identisch betrachtet. Die Probe wird unter einem Druck von 43,30 psia gesetzt, per Ventil abgeschlossen und über Nacht statisch stehengelassen. Der Druck bleibt über Nacht konstant und eine FTIR-Analyse des Probenkopfraums zeigt keine Erzeugung von Verunreinigungen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Entfernung von Feuchtigkeit aus einem Gas, das aus der aus Stickstofftrifluoridgas und Fluorgas bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wobei das Verfahren das innige Inkontaktbringen des Gases mit einer Zusammensetzung, die Aluminiumoxidteilchen mit einer Aluminiumtrifluoridbeschichtung umfasst, wobei die Beschichtung durch Umsetzung von Aluminiumoxidteilchen mit einer wässrigen Fluorwasserstofflösung und anschließendes Trocknen der mit Aluminiumtrifluorid beschichteten Aluminiumoxidteilchen gebildet wurde, und die Rückgewinnung des Gases nach dem Inkontaktbringen mit der Zusammensetzung umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gas Stickstofftrifluorid ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gas Fluorgas ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Gas ein Inertgas enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Gas ein Inertgas enthält.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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