專利名稱：氟氣發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場型氟氣發(fā)生裝置。
半導(dǎo)體制造等使用的氟氣及NF3氣體的要求是含雜質(zhì)少的高純度氣體。另外，在半導(dǎo)體等的制造現(xiàn)場是從充有氟氣的氣瓶中取出所需量的氣體來使用的。因此，氣瓶的保管場所、確保氣體的安全性及保持純度等管理是十分重要的。進(jìn)而，NF3氣體目前需求正在急速增加，供應(yīng)上出現(xiàn)問題，存在必須保證有一定程度的庫存的問題。考慮到這些情況，與其使用高壓的氟氣氣瓶，不如在使用場所設(shè)置隨時、現(xiàn)場型的氟氣發(fā)生裝置。
通常，氟氣利用圖3所示的電解槽產(chǎn)生。電解槽本體201的材質(zhì)通常采用鎳、蒙乃爾合金、碳素鋼等。進(jìn)而，為防止產(chǎn)生的氫氣和氟氣混合在電解槽本體201的底部設(shè)置由聚四氟乙烯等構(gòu)成的底板212。在電解槽本體201中，充滿了作為電解液202的氟化鉀—氟化氫系(以下稱KF-HF系)的混合熔融鹽。而且，利用蒙乃爾合金等制成的下緣210使陽極室210和陰極室211分離。在收容于該陽極室210中的碳或者鎳(以下稱Ni)陽極203與收容于陰極室211中的Ni陰極204之間施加電壓，進(jìn)行電解來產(chǎn)生氟氣。并且，產(chǎn)生的氟氣從發(fā)生口208排出，在陰極側(cè)產(chǎn)生的氫氣從排出口207排出。問題是，由于電解時產(chǎn)生的四氟化碳?xì)怏w(以下稱CF4)及從電解液蒸發(fā)的氟化氫氣體(以下稱HF氣體。)等的混入，很難得到高純度的氟氣。
另外，在隨時、現(xiàn)場狀態(tài)使用時，電解槽本體201內(nèi)的電解液的液面的自動調(diào)整在安全自動運行上是必不可少的。例如，作為控制電解液面變動的技術(shù)，特表平9-505853號公報中已提出所謂的啟動/停止控制(On/Of控制)。但是，存在的問題是，利用該方法進(jìn)行電解，每逢液面發(fā)生變動時，要停止電解、待電解液面恢復(fù)到原來的位置再重新開始電解是辦不到的。
發(fā)明要解決的問題因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠安全和穩(wěn)定地產(chǎn)生高純度的氟氣的氟氣發(fā)生裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)σ好娴奈⑿∽儎舆M(jìn)行檢測，同時可以利用壓力保持裝置使陽極室及陰極室內(nèi)經(jīng)常保持大氣壓，因此電解液的液面高度很穩(wěn)定。由此可減少電解時的電解條件的變動，能夠供給穩(wěn)定的氟氣。另外，因為陽極室和陰極室內(nèi)保持大氣壓，所以可防止從外部流入空氣等，并能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生高純度的氟氣。
權(quán)利要求2所述的氟氣發(fā)生裝置，是在權(quán)利要求1中，上述壓力保持裝置包括與上述陽極室和上述陰極室分別設(shè)置的壓力計聯(lián)動開閉的自動閥、及與上述陽極室和上述陰極室分別設(shè)置的液面檢測裝置聯(lián)動的自動閥。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠容易且可靠地進(jìn)行電解槽內(nèi)的壓力控制。另外，因為液面檢測裝置與自動閥聯(lián)動，所以可以自動調(diào)整電解液的液面高度。
權(quán)利要求3所述的氟氣發(fā)生裝置，是在權(quán)利要求2中，與使電解槽內(nèi)的壓力保持大氣壓的壓力保持裝置之一的壓力計聯(lián)動開閉的自動閥，在上述電解槽內(nèi)的壓力比大氣壓高時打開，將上述電解槽內(nèi)的氣體排出。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠使電解槽內(nèi)特別是陰極室內(nèi)經(jīng)常保持大氣壓。因此，可以使電解槽內(nèi)的電解液的液面高度經(jīng)常處于穩(wěn)定的狀態(tài)。
權(quán)利要求4所述的氟氣發(fā)生裝置，是權(quán)利要求1至權(quán)利要求3的任何之一中，在與上述壓力計聯(lián)動開閉的自動閥的后面，至少設(shè)有壓縮機(jī)、真空發(fā)生器之中任何之一的一個以上，使與上述壓力計聯(lián)動開閉的自動閥的下游的氣體排出線路保持減壓狀態(tài)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，與壓力計聯(lián)動開閉的自動閥的下游側(cè)的氣體排出線路處于減壓狀態(tài)。因此，從陰極室的氣體更可靠地通過與壓力計聯(lián)動開閉的自動閥排出。
權(quán)利要求5所述的氟氣發(fā)生裝置，是在權(quán)利要求1中，上述液面檢測裝置包括能夠?qū)ι鲜鲭娊庖旱母饕何贿M(jìn)行檢測的3個以上的液面?zhèn)鞲衅鳌?br> 根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以對電解槽內(nèi)的電解液的液面高度進(jìn)行3個級別以上的檢測，所以能夠檢測到微小的液面變動。而且，可配合來自各液面?zhèn)鞲衅鞯男盘?，開閉連接于電解槽上的各氣體線路上的各閥門使氣體流入，進(jìn)行加壓或減壓后使液面上升。因此，即使不通過特表平9-505853號公布的電解槽的液面控制(On/Of控制)使電解一一停止，也能在使液面保持一定的水平的狀態(tài)下進(jìn)行自動運行。
權(quán)利要求6所述的發(fā)明，是一種氟氣發(fā)生裝置，在具有上述液面檢測裝置的同時具有能夠檢測電解槽內(nèi)的壓力的壓力計。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠更正確地控制差壓引起的電解液的上升和下降形成的液面變動，防止因電解液的飛散等造成附設(shè)在后段的配管及管線中的過濾器等發(fā)生堵塞。這種控制能確保安全和穩(wěn)定的操作。
權(quán)利要求7所述的氟氣發(fā)生裝置，是在權(quán)利要求1或2中，利用與上述液面檢測裝置聯(lián)動開閉的上述自動閥的開閉向電解槽內(nèi)供給的氣體為稀有氣體。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)生的氣體可用例如氖氣(Ne氣)、氬氣(Ar氣)、氪氣(Kr氣)等稀有氣體進(jìn)行稀釋形成任意混合比的混合氣體，作為半導(dǎo)體集成電路形成電路圖形時使用的激元激發(fā)器的振蕩用氣體來應(yīng)用。
附圖的說明

圖1是本發(fā)明的氟氣發(fā)生裝置的主要部分的模式原理圖。
圖2是有關(guān)本發(fā)明的氟氣發(fā)生裝置使用的液面檢測裝置的一例的模式簡圖。
圖3是現(xiàn)有使用的氟氣發(fā)生裝置的模式圖。
發(fā)明的實施例以下根據(jù)附圖對有關(guān)本發(fā)明的氟氣發(fā)生裝置的實施例的一例進(jìn)行說明。
電解槽1由鎳、蒙乃爾合金、純鐵、不銹鋼等金屬形成。電解槽1利用鎳或蒙乃爾合金組成的隔壁16把陽極室3和陰極室4分離。在陽極室3中配置未圖示的陽極。在陰極室4中配置未圖示的陰極。并且，陽極最好是使用把石墨成型體加工成一定的形狀形成塊狀的電極。陰極最好是使用鎳或鐵。在電解槽1的上蓋17上設(shè)有來自使陽極室3和陰極室4內(nèi)保持大氣壓的壓力保持裝置之一氣體線路18、19的清潔氣出入口20、21、從陽極室3產(chǎn)生的氟氣的發(fā)生口22、及從陰極室4產(chǎn)生氫氣的發(fā)生口23。這些發(fā)生口22、23具有耐蝕鎳基合金等對氟氣有耐腐蝕性的材料制成的彎曲的管子，抑制來自陽極室3和陰極室4的飛沫侵入到氣體線路內(nèi)。另外在上蓋17上設(shè)有電解液2的液面高度降低時供給HF的HF供給線24的HF引入口25、對陽極室3和陰極室4的液面高度分別進(jìn)行檢測的第1液面檢測裝置5和第2液面檢測裝置6、及壓力計7、8。
另外，電解槽1設(shè)有對電解槽內(nèi)進(jìn)行加熱的溫度調(diào)整裝置。溫度調(diào)整裝置包括緊密接觸地設(shè)置在電解槽1本體的周圍的加熱器13；連接于該加熱器13上、可實行一般性PID控制的溫度控制裝置12；及設(shè)置于陽極室5或陰極室7的任何之一方中的熱電偶等的溫度計11，以對電解槽1內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。而且，在加熱器13的周圍還可以設(shè)有絕熱裝置。加熱器13例如為帶狀型加熱器、鎳鉻電熱線、或者溫水等，其形態(tài)沒有特定限制，但最好是覆蓋電解槽1的全周的形狀。
第1液面檢測裝置5及第2液面檢測裝置6如圖2所示，具有5個液面?zhèn)鞲衅鱏1～S5。可以用這5個液面?zhèn)鞲衅鱏1～S5對電解液2的液面高度進(jìn)行階段性的檢測。
使陽極室3和陰極室4內(nèi)的壓力保持大氣壓的壓力保持裝置包括與測定陽極室3和陰極室4內(nèi)的壓力的壓力計7、8的測定結(jié)果聯(lián)動、對加壓用的氣瓶的氣體開閉的自動閥9、10；根據(jù)第1液面檢測裝置5及第2液面檢測裝置6的電解液的液面高度的檢測結(jié)果開閉，向電解槽1內(nèi)的陽極室3和陰極室4分別實行供給或排氣的自動閥31～34；對該壓力保持裝置的氣體線路18、19等開閉的手動閥35～38；及能夠預(yù)先把通過氣體線路的氣體流量設(shè)定為所定的流量的流量計39～41。自動閥31～34最好是使用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)方式的閥門。由此操作時的發(fā)熱小，能夠減少對氣體線路的影響。通過該壓力保持裝置使陽極室3和陰極室4內(nèi)的壓力保持為大氣壓。由此電解槽1內(nèi)的壓力保持為大氣壓，并能夠使電解中的液面高度保持穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，電解條件的變動少，能夠?qū)嵤┓€(wěn)定的電解。另外，電解產(chǎn)生的氟氣和氫氣從電解槽內(nèi)被擠出，分別從發(fā)生口22、23排出。因此，壓力保持裝置通過把陽極室3和陰極室4內(nèi)的壓力保持為大氣壓，把電解產(chǎn)生的氣體從電解槽1排出，同時防止外部氣體侵入到電解槽1內(nèi)。
另外，向連接于壓力保持裝置的電解槽1內(nèi)供給的氣體，只要是惰性氣體即可，沒有特別的限定。例如使用Ar氣、Ne氣、Kr氣、Xe氣等稀有氣體中的一種以上的氣體，則能夠很容易得到氟氣與這些稀有氣體的任意混合比的混合氣體。由此，例如可以使用作為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的集成電路的電路圖形形成的激元激光器振蕩的放射源，通過在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的生產(chǎn)線上配置有關(guān)本發(fā)明的氟氣發(fā)生裝置，能夠在現(xiàn)場在需要時供給所需量的氟氣。
對從陰極室4排出的氫氣中的HF氣體進(jìn)行吸附的HF吸附塔14并行地設(shè)置有第1吸附塔14a和第2吸附塔14b。該第1吸附塔14a和第2吸附塔14b可以同時使用，也可以使用其中任何一方。該吸附塔14最好是由對氟氣及HF有耐腐蝕性的材料制成，例如由不銹鋼、蒙乃爾合金、Ni、氟系樹脂等制成，在內(nèi)部充填氟化鈉、蘇打石灰，利用吸附透過的HF，去除氫氣中的HF。
該HF吸附塔14配置在構(gòu)成壓力保持裝置之一的自動閥10的下游側(cè)。而且，該自動閥10和HF吸附塔之間設(shè)有真空發(fā)生器26。該真空發(fā)生器26利用通過氣體線路27的氣體的噴射效應(yīng)使氣體線路28內(nèi)的壓力成為減壓狀態(tài)，可不使用油分而使氣體線路28內(nèi)的壓力變?yōu)闇p壓狀態(tài)，并防止油分侵入到氣體線路及電解槽1中。
對從陽極室3排出的氟氣中的HF進(jìn)行去除的HF吸收塔15與上述的HF吸附塔14一樣，并行設(shè)有第1吸收塔15a、15b。而且，在塔內(nèi)部充填有NaF，對放出的氟氣中包含的HF進(jìn)行去除。該HF吸收塔15與HF吸附塔14一樣，最好是由對氟氣及HF有耐腐蝕性的材料制成，例如可以舉出的有不銹鋼、蒙乃爾合金、Ni等。
在該HF吸收塔15的下游側(cè)設(shè)有構(gòu)成壓力保持裝置之一的自動閥9。從陽極室3發(fā)生的氣體，在形成產(chǎn)生氟氣和HF氣體的同時產(chǎn)生電解液飛沫的惡劣的環(huán)境。特別是在氟和HF混合的環(huán)境下，形成強(qiáng)酸化性氛圍氣體。因此，通過在HF吸收塔15的下游側(cè)設(shè)置自動閥9，能夠形成HF被去除而只有氟氣的狀態(tài)，且可以不受HF氣體的影響地實施開閉動作。而且，在該HF吸附塔14及HF吸收塔15上設(shè)有壓力計30、29，能夠檢測內(nèi)部的堵塞。
而且，包括電解槽1的氟氣發(fā)生裝置最好是設(shè)在未圖示的構(gòu)成1個筐體的殼體內(nèi)，以容易實現(xiàn)隨時、現(xiàn)場使用。另外，該殼體最好是以與氟氣不起反應(yīng)的材料制成。例如可以采用不銹鋼等金屬或氯乙烯等樹脂。
另外，雖然未圖示，但最好是在排出高純度的氟氣的下游側(cè)設(shè)置緩沖罐等儲藏裝置。由此能夠在需要時提供所需量的氟氣，成為可以配置在半導(dǎo)體制造設(shè)備的生產(chǎn)線上的在線的氟氣發(fā)生裝置。
下面，對本實施例的氟氣發(fā)生裝置的動作進(jìn)行說明。
通常，在正常進(jìn)行電解的狀態(tài)下，電解槽1內(nèi)保持大氣壓，陽極室3和陰極室4內(nèi)的電解液2的液面的高度形成相同的液面高度。但是，在電解中，例如由于電解液2的飛沫等的蓄積造成氟氣線路(氟氣發(fā)生口22以后的氣體線路)的堵塞或氫氣線路(氫氣發(fā)生口23以后的氣體線路)的堵塞等，會使電解槽1內(nèi)的壓力發(fā)生變動。此時，利用設(shè)在陽極室3和陰極室4的壓力計7、8測定壓力，根據(jù)其壓力的變動對與各壓力計7、8聯(lián)動的自動閥9、10開閉，調(diào)整電解槽1內(nèi)的壓力，使其保持大氣壓。
這樣，在利用自動閥9、10的開閉使電解槽1內(nèi)的壓力保持大氣壓的情況下，電解槽1內(nèi)的陽極室3和陰極室4內(nèi)的電解液2的液面的高度形成相同的液面高度。但是，在電解中，有時會出現(xiàn)例如電解液2的飛沫等進(jìn)一步蓄積，利用自動閥9、10的開閉不能使電解槽1內(nèi)的壓力保持大氣壓，例如由于氟氣線路(氟氣發(fā)生口22以后的氣體線路)的堵塞等使陽極室3內(nèi)的壓力升高，或使陰極室4的壓力降低，形成陽極室3的電解液2的液面高度變得比陰極室4的電解液2的液面高度低的情況。此時，利用設(shè)在陽極室3和陰極室4內(nèi)的第1液面檢測裝置5和第2液面檢測裝置6檢測液面高度的異常。
通常，電解槽1內(nèi)的壓力通過自動閥9、10的開閉保持為大氣壓，進(jìn)行正常電解時的電解液2的液面高度位于第1液面檢測裝置5及第2液面檢測裝置6的5個液面?zhèn)鞲衅鱏1～S5之中的液面?zhèn)鞲衅鱏2和S4之間的位置。但是如前所述，在陰極室4的電解液2的液面高度變得比陽極室3的電解液2的液面高度還高時，即陰極室4的液面高度變得比第2液面檢測裝置的液面?zhèn)鞲衅鱏2還高時，關(guān)閉自動閥31及自動閥34。由此，陰極室4的電解液2的液面高度恢復(fù)到正常的高度時，打開自動閥31及自動閥34，繼續(xù)進(jìn)行電解。另一方面，即使在自動閥31及自動閥34關(guān)閉的場合下，陰極室4的電解液2的液面高度仍上升且比液面?zhèn)鞲衅鱏1還高的情況下，把自動閥33及自動閥34也關(guān)閉，中斷電解。
電解中斷時自動閥32短時間打開，陽極室3內(nèi)的氟氣從設(shè)在電解槽1的上蓋17上的氟氣的發(fā)生口23放出。與此同時，自動閥33也短時間打開，把清潔氣體引入陰極室4內(nèi)。由此，電解液2的陽極室3及陰極室4的液面高度恢復(fù)到相同高度，再重新開始電解。
如上所述，本實施例的氟氣發(fā)生裝置通過測定電解槽1內(nèi)的壓力的壓力計7、8和與其聯(lián)動的自動閥9、10調(diào)整電解槽1內(nèi)的壓力，使電解槽1內(nèi)保持大氣壓，并控制電解液2的液面高度。另外，在通過自動閥9、10的開閉控制液面高度不能使電解槽1內(nèi)的電解液2的液面高度保持相同液位時，利用設(shè)在陽極室3和陰極室4的第1液面檢測裝置5和第2液面檢測裝置6以及與其聯(lián)動進(jìn)行開閉的自動閥31～34，使電解槽1內(nèi)保持大氣壓。這樣，能夠以2級控制方式使電解槽1內(nèi)保持大氣壓，并使電解槽2的液面高度保持穩(wěn)定的高度。由此，可以不必變更電解中的電解條件，以產(chǎn)生穩(wěn)定的氟氣。
而且，有關(guān)本發(fā)明的氟氣發(fā)生裝置，不限定于前面所述的實施例，也可以是下列的設(shè)備。例如以電解槽本體為陰極對電解液實行電解，此時，可以僅用1個對電解液的液面高度進(jìn)行檢測的液面檢測裝置來控制電解液的液面高度。另外，關(guān)于自動閥的位置、數(shù)量等也不特別限定于本發(fā)明的發(fā)明的效果本發(fā)明按上述結(jié)構(gòu)，使電解槽內(nèi)保持大氣壓，以壓力計及液面檢測裝置的2個系統(tǒng)對電解液的液面高度進(jìn)行檢測和控制。因此，電解液的液面高度可以經(jīng)常保持一定的高度，使電解條件穩(wěn)定，可以實現(xiàn)氟氣的穩(wěn)定產(chǎn)生和供給。另外，因為設(shè)有在氟氣中混合其他氣體例如稀有氣體的裝置，所以能夠得到所需的混合比的稀有氣體與氟氣的混合氣體，能夠用于激元激光器振蕩用放射源等半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種對包含氟化氫的混合熔融鹽組成的電解液進(jìn)行電解以產(chǎn)生高純度的氟氣的氟氣發(fā)生裝置，其特征為包括利用隔壁分離為用于設(shè)置陽極的陽極室和用于設(shè)置陰極的陰極室的電解槽；使上述陽極室和上述陰極室內(nèi)保持大氣壓的壓力保持裝置；及能夠?qū)ι鲜鲫枠O室和上述陰極室的各自的上述電解液的液位進(jìn)行3個級別以上的檢測的液面檢測裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的氟氣發(fā)生裝置，其特征為，上述壓力保持裝置包括在上述陽極室和上述陰極室分別設(shè)置的壓力計聯(lián)動開閉的自動閥、及與在上述陽極室和上述陰極室分別設(shè)置的液面檢測裝置聯(lián)動的自動閥。
3.如權(quán)利要求2所述的氟氣發(fā)生裝置，其特征為，該與使電解槽內(nèi)的壓力保持大氣壓的壓力保持裝置之一的壓力計聯(lián)動開閉的自動閥，在上述電解槽內(nèi)的壓力比大氣壓高時打開，將上述電解槽內(nèi)的氣體排出。
4.如權(quán)利要求1至3的任一所述的氟氣發(fā)生裝置，其特征為，在與上述壓力計聯(lián)動開閉的自動閥的后面，至少設(shè)有壓縮機(jī)、真空發(fā)生器之中任何之一的一個以上，使與上述壓力計聯(lián)動開閉的自動閥的下游的氣體排出線路保持減壓狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的氟氣發(fā)生裝置，其特征為，上述液面檢測裝置包括能夠?qū)ι鲜鲭娊庖旱母饕何贿M(jìn)行檢測的3個以上的液面?zhèn)鞲衅鳌?br> 6.如權(quán)利要求1至5任一所述的氟氣發(fā)生裝置，其特征為，在具有上述液面檢測裝置的同時，具有能夠檢測電解槽內(nèi)的壓力的壓力計。
7.如權(quán)利要求1或2所述的氟氣發(fā)生裝置，其特征為，通過與上述液面檢測裝置聯(lián)動開閉的上述自動閥的開閉向電解槽內(nèi)供給的氣體為稀有氣體。
全文摘要
提供一種氟氣發(fā)生裝置，它能夠穩(wěn)定地、安全地產(chǎn)生高純度的氟氣。該氟氣發(fā)生裝置，是對包含氟化氫的混合熔融鹽組成的電解液2進(jìn)行電解以產(chǎn)生高純度的氟氣的氟氣發(fā)生裝置，包括利用隔壁16分離為用于設(shè)置陽極的陽極室3和用于設(shè)置陰極的陰極室4的電解槽1；使上述陽極室3和上述陰極室4內(nèi)保持大氣壓的壓力保持裝置；及能夠?qū)ι鲜鲫枠O室3和上述陰極室4的各自的上述電解液2的液位進(jìn)行3個級別以上的檢測的液面檢測裝置5、6。
文檔編號C25B15/00GK1478924SQ03133020
公開日2004年3月3日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月29日
發(fā)明者東城哲朗, 平巖次郎, 吉本修, 竹林仁, 多田良辰, 田中宇大, 大, 辰, 郎 申請人:東洋炭素株式會社