從三氟化氮中去除污染物的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】通過使用輻射引起雜質(zhì)中化學(xué)鍵的解離以形成解離產(chǎn)物并由此使得比從工藝流體中去除雜質(zhì)更容易地從工藝流體中去除解離產(chǎn)物，可有效地獲得具有10ppm或更低的雜質(zhì)含量的高純度三氟化氮工藝流體。
【專利說明】從三氟化氮中去除污染物的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)的在先申請
[0002]本申請是2012年6月21日提交的序列號為61/662，698的申請的非臨時申請，該在先申請全文并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及從包含三氟化氮和一種或多種不希望的組分(稱作雜質(zhì)或污染物)的流體流中去除污染物的有效方法，該污染物通過典型的商業(yè)上可行的已知分離方法不易從該流中分離，典型的污染物可以是少量的四氟化碳。
[0004]三氟化氮(NF3)在電子元件制造工業(yè)中清潔CVD(化學(xué)氣相沉積)裝置或蝕刻半導(dǎo)體的步驟中廣泛使用，它一般通過氟(F2)與氨(NH3)和/或銨鹽的反應(yīng)或通過氟化銨的直接電解來制備。因為在一些電解工藝中使用碳電極，通過電解這樣獲得的三氟化氮的產(chǎn)物流通常含有約百萬分之10-100 (ppm)的四氟化碳(CF4)雜質(zhì)。
[0005]近來對超高純度三氟化氮的需求要求四氟化碳的濃度為IOppm或更低。
[0006]三氟化氮和四氟化碳的沸點非常相似，分別是_129°C和_128°C，僅相差1°C，而且它們的分子大小和極性也相似，因此，通過常規(guī)工業(yè)蒸餾或吸附工藝非常難以將四氟化碳從三氟化氮中去 除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種純化包含三氟化氮和一種或多種污染物的工藝流體的方法，包括以下步驟:用光輻射工藝流體，其中所述光包含被所述一種或多種污染物吸收的頻率，以使得所述一種或多種污染物的一個或多個化學(xué)鍵解離而形成解離產(chǎn)物。在本發(fā)明方法的一個實施方式中，所述工藝流體中的一種或多種污染物包含cf4。
[0008]本發(fā)明提供了一種使得包含三氟化氮的工藝流體中存在的一種或多種污染物解離，并且在本文所述的任何方法中有用的設(shè)備，所述設(shè)備包含容器、所述工藝流體進入所述容器的入口和輻射處理后所述工藝流體離開所述容器的出口，所述容器還包含輻射入口或輻射源以及任選的一個或多個對齊以反射輻射的鏡子。輻射源和光源可交換使用，指的是相同的東西，并且輻射和光可交換使用，指的是相同的東西。容器可額外包括反應(yīng)物流體的入口。
[0009]通過使用輻射使雜質(zhì)中的化學(xué)鍵解離以形成解離產(chǎn)物并由此使得比通過通常已知的分離方法從工藝流體中去除雜質(zhì)更容易地通過這些相同方法從工藝流體中去除解離產(chǎn)物，可有效獲得具有IOppm或更低雜質(zhì)含量的高純度的含三氟化氮的工藝流體。
[0010]通過本發(fā)明的方法和設(shè)備，本發(fā)明的目標(biāo)是提供從流體中去除雜質(zhì)的有效方法。
[0011]本發(fā)明的進一步方面包括:
[0012]1.一種純化包含三氟化氮和一種或多種污染物的工藝流體的方法，包括以下步驟:
[0013]用光輻射所述流體，其中所述光包含被所述一種或多種污染物吸收的頻率，以使得所述一種或多種污染物的一個或多個化學(xué)鍵解離從而形成一種或多種解離產(chǎn)物。
[0014]2.如第I項所述的方法，其中所述工藝流體中的所述一種或多種污染物是CF4。
[0015]3.如第I項所述的方法，進一步包括使所述工藝流體流經(jīng)容器的步驟，所述輻射步驟在此期間發(fā)生。
[0016]4.如第I項所述的方法，進一步包括使測定量的所述工藝流體在所述輻射步驟前流入容器，進行所述輻射步驟，和然后使所述工藝流體流出所述容器室的步驟。
[0017]5.如第I項所述的方法，其中在所述輻射步驟期間，所述工藝流體處于低于大氣壓的壓力下。
[0018]6.如第I項所述的方法，其中在所述輻射步驟期間，所述工藝流體處于低于13,000帕斯卡的壓力下。
[0019]7.如第2項所述的方法，其中所述光包含1250到1300CHT1之間的一個或多個波長。
[0020]8.如第7項所述的方法，其中所述波長大部分為1275CHT1。
[0021]9.如第I項所述的方法，其中所述輻射步驟中的所述光由選自光學(xué)參量振蕩器、量子級聯(lián)激光器、C O 2激光器、氣體激光器、受激準(zhǔn)分子激光器或其混合的一種或多種光源提供。
[0022]10.如第I項所述的方法，進一步包括在所述輻射步驟之前、期間或之后引入反應(yīng)物流體以與所述一種或多種解離產(chǎn)物反應(yīng)從而形成一種或多種反應(yīng)物產(chǎn)物的步驟。
·[0023]11.如第I項所述的方法，進一步包括從所述工藝流體流分離所述一種或多種解離產(chǎn)物的步驟。
[0024]12.如第10項所述的方法，進一步包括從所述工藝流體流分離所述一種或多種反應(yīng)物產(chǎn)物的步驟。
[0025]13.如第I項所述的方法，在所述輻射步驟后進一步包括選自蒸餾、吸附、膜分離或化學(xué)反應(yīng)的分離步驟。
[0026]14.如第10項所述的方法，其中所述反應(yīng)物流體選自H2 O、O 2、C O 2、CO、NO、N2O和N O 2、H2、甲醇、乙醇、醇、過氧化氫、臭氧、CO、NO、N2 O和N O 2及其混合物。
[0027]15.如第10項所述的方法，其中所述解離產(chǎn)物包含CF3和F自由基。
[0028]16.如第14項所述的方法，其中所述解離產(chǎn)物與H2 O反應(yīng)以形威HF。
[0029]17.如第I項所述的方法，其中所述解離產(chǎn)物和解離副產(chǎn)物吸附或凝聚在容器表面上，并且所述方法進一步包括清理該容器以去除解離產(chǎn)物或副產(chǎn)物的步驟。
[0030]18.如第15項所述的方法，其中所述解離產(chǎn)物CF3反應(yīng)以形成寡聚體。
[0031]19.如第12項所述的方法，其中所述光包含1250到1300CHT1之間的一個或多個波長。
[0032]20.一種使得包含三氟化氮的工藝流體中存在的一種或多種污染物解離的設(shè)備，所述設(shè)備包含容器、所述工藝流體進入所述容器的入口和所述工藝流體離開所述容器的出口，所述容器還包含光入口和一個或多個光源。
[0033]針對本發(fā)明的一個方面所描述的特征也可以用于的其它方面。
【專利附圖】

【附圖說明】[0034]圖1顯示了 SF6、C2F6, CF4和NF3的紅外吸收光譜。
[0035]圖2說明了隨距離變化的碳-氟鍵的振動能級。
[0036]圖3顯示了用于按照本發(fā)明的方法將目標(biāo)組合物暴露于光的本發(fā)明容器的一個實施方式。
【具體實施方式】
[0037]作為其制造工藝的結(jié)果，在半導(dǎo)體加工中使用的工藝流體(包括液體流和氣體流)可能含有雜質(zhì)或污染物。(將用本發(fā)明的方法處理的包含雜質(zhì)的含三氟化氮的流在本文中可被稱為“目標(biāo)流體”、“目標(biāo)液體”、“目標(biāo)氣體”或者“工藝流體”、“工藝液體”或“工藝氣體”或者“流體流”、“液體流”或“氣體流”。)雜質(zhì)是除所制造的所需成分NF3以外的任何原子或分子。對于半導(dǎo)體制造，這些雜質(zhì)的濃度必須保持在痕量(例如，百萬分之10 (ppm)或更低，或者8ppm或更低,或者5ppm或更低，或者Ippm或更低)。術(shù)語“所需工藝流體”、“所需工藝液體”或“所需工藝氣體”指僅包含NF3,而不含雜質(zhì)或者含有痕量或低于痕量的雜質(zhì)的流體流。)
[0038]雜質(zhì)可能經(jīng)由制造工藝中用來制備工藝流體的原料材料之一而引入工藝流體中。或者，雜質(zhì)可能通過用來制備工藝流體(三氟化氮的制造工藝經(jīng)由原料材料之間的副反應(yīng)或通過與用于NF3制造中的器材的建造材料的反應(yīng)而生成。進一步地，雖然不常見，雜質(zhì)可能由于在制造、保存或運送容器或器皿中的泄漏，或者在轉(zhuǎn)移到或轉(zhuǎn)移出制造反應(yīng)器、容器或器皿期間，或者在轉(zhuǎn)移到或轉(zhuǎn)移出保存容器或器皿期間，或者在轉(zhuǎn)移到或轉(zhuǎn)移出運送容器或器皿期間而引入。
[0039]不管雜質(zhì)的來源如何，當(dāng)工藝流體用來制造電子器件如半導(dǎo)體、薄膜晶體管(TFT)、光伏器件(PV)、電路等時，雜質(zhì)在工藝流體中是不受歡迎的。電子器件的性能或制造產(chǎn)率因工藝流體中雜質(zhì)的存在而降低。電子器件的制造商因此規(guī)定了工藝流體中雜質(zhì)非常低的容許濃度，例如低于IOppm或如上所述的其它量。
[0040]可使用包括低溫蒸餾、物理吸附、膜轉(zhuǎn)運、化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附等多種分離技術(shù)從工藝流體例如氣體中去除雜質(zhì)。這些純化工藝是熟知的。分離或純化工藝通常要求工藝流體的雜質(zhì)和所需組分具有不同的物理或化學(xué)性質(zhì)。物理性質(zhì)的示例包括沸點和分子量?；瘜W(xué)性質(zhì)的示例是與另一種材料的反應(yīng)性，例如可燃性或水解作用。
[0041]當(dāng)工藝氣體的雜質(zhì)和所需組分具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)時，通過低溫蒸餾、物理吸附、膜轉(zhuǎn)運和化學(xué)吸附來分離或純化變得非常困難和低效。本發(fā)明提供了基于工藝流體中NF3和一種或多種雜質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的差異來從三氟化氮工藝流體中分離雜質(zhì)的方法。可用于從所需流體流中去除污染物的目的的光學(xué)性質(zhì)的示例是工藝流體中所需組分和一種或多種雜質(zhì)所吸收的光的波長差異。例如，對于其中含有CF4作為雜質(zhì)的NF3工藝流體流，CF4和NF3的紅外(IR)吸收的差異可用來從工藝流體的NF3中去除CF4。
[0042]以下對紅外輻射使用的描述并非意在限制。應(yīng)當(dāng)理解，可能位于光譜不同區(qū)域的不同光波長可用來引起包含一種或多種所需組分的工藝流體中一種或多種雜質(zhì)的鍵的解離。光的波長(或頻率)的選擇取決于引起工藝流體中存在的污染物解離所需的波長(或頻率)。在其中工藝流體包含NF3且雜質(zhì)是CF4的本發(fā)明實例中，紅外輻射在下面描述為可用于該工藝中。[0043]分子對輻射例如紅外輻射的吸收激發(fā)了其一個或多個振動模式。通常，分子僅從基振動態(tài)(V = O)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)(V = I)，然后與其它分子的碰撞引起分子弛豫(返回)至其基振動態(tài)。但是，如果在分子可弛豫之前，分子被激發(fā)越過了吸收能量的化學(xué)鍵的解離極限，那么該鍵斷裂且分子破碎。這一技術(shù)叫做紅外多光子解離(IRMPD)，因為必須吸收多個光子來激發(fā)分子以超越其解離水平。強光，例如來自一個或多個激光器或者來自一種或多種其它大功率光源的強光，對于在分子弛豫至基振動態(tài)之前激發(fā)該分子是必要的。(如上所述，分子間碰撞引起分子弛豫，所以存在遞送足夠的能量以引起解離的時間要素，并且因此優(yōu)選在短的時間段內(nèi)遞送高能量的光)。
[0044]如果工藝流體中存在的雜質(zhì)吸收與工藝氣體中的一種或多種所需組分具有不同頻率的輻射(例如紅外輻射)，那么可以通過提供具有與雜質(zhì)的振動模式相同的頻率的光來選擇性地激發(fā)雜質(zhì)。
[0045]本發(fā)明提供了用于選擇性激發(fā)目標(biāo)工藝流體中雜質(zhì)的振動模式的方法和設(shè)備。通過選擇并使用單色光源(即，發(fā)射窄波長譜的光的光源)可激發(fā)雜質(zhì)以越過鍵解離極限，該光源具有在雜質(zhì)所吸收的光譜例如IR光譜區(qū)域中的頻率。另一方面，工藝氣體中的一種或多種所需組分(包括NF3)優(yōu)選地對于具有該頻率的光源是可透射的，因此不會被該光源所振動激發(fā)。
[0046]通過本發(fā)明的方法最可能去除的污染物類型是具有不與工藝流體中所需組分的任何吸收重疊的極強紅外光吸收的類型。
[0047]在一個實施方式 中，本發(fā)明的方法用來通過去除四氟化碳而純化被痕量四氟化碳污染的氣體三氟化氮。本發(fā)明提供能夠由其中存在初始濃度大于IOppm的四氟化碳的三氟化氮流制備四氟化碳含量低于IOppm的超高純度三氟化氮的有效方法。
[0048]在一個實施方式中，使用紅外多光子解離(IRMPD)選擇性分解CF4。如圖1所示，由于C-F鍵伸縮模式(bond stretching mode)，CF4對1250到1300cm-1之間的IR福射具有強吸收，最高吸收位于約1275CHT1 (7.8 μ m波長)。通過吸收多個光子，C-F振動可被激發(fā)超越該鍵的解離極限。為了使一摩爾CF4的C-F鍵解離，CF4分子需要吸收至少130kcal/摩爾(540kJ/摩爾)能量。圖2顯示了解離前C-F鍵的不同振動態(tài)。由于非諧性，振動能級可能不是等距間隔的，因而可能需要或優(yōu)選兩種或多種光源來使C-F鍵解離，這取決于光源的相干性和CF4振動態(tài)的密度。例如，可用于本發(fā)明的方法中的激光器可具有1250到1300cm-1之間的一個或多個波數(shù)，優(yōu)選地大部分能量處于或接近1275cm—1。
[0049]可使用多程池(mult1-pass cell)來實現(xiàn)高效率,多程池即光在其中或穿過它反射超過一次的容器，如圖3所示，其在下面將更詳細地進行描述。NF3具有強紅外吸收(圖1)，但其吸收波長(900CHT1的波數(shù)，相當(dāng)于ll.lym的波長)比CF4長。通過選擇一個或多個1275(311^(7.811111)的光源或者一個或多個其功率的大部分集中于1275CHT1的光源，C-F鍵被選擇性激發(fā)，而能量不會損失在NF3吸收上。
[0050]所述量的功率可由單個非常強大的光源或由多個光源提供。光可由多個光源以連續(xù)或脈沖模式或以連續(xù)和脈沖光源的組合的方式同時提供。在本實施方式中，IRMro要求分子在通過分子間碰撞弛豫至基振動態(tài)之前C-F鍵被激發(fā)超越其解離水平。與連續(xù)光源不同，激光器可以以高峰值功率進行脈沖，例如通過使用Q開關(guān)。生成> IOw的7.8μπι光的優(yōu)選方法是使用非線性方案(例如光學(xué)參量振蕩器，0Ρ0)?？墒褂玫钠渌す庠窗孔蛹壜?lián)激光器。可使用的其它激光器為C O 2激光器和其它氣體激光器。其它光源包括受激準(zhǔn)分子激光器。可以使用和/或通過反射鏡、透鏡和聚光器聚集來自數(shù)個激光器和/或數(shù)種類型的激光器的光。
[0051]減壓下的操作，即在低于大氣壓的壓強(例如，低于13，000帕斯卡，或低于5000帕斯卡，或低于1，300帕斯卡(< 10托)，或低于500帕斯卡，或5，000到500帕斯卡之間)下操作，降低了分子碰撞頻率，并因此延長了振動激發(fā)的分子弛豫至基態(tài)所需的時間。因此通過在減壓下使用IRMI3D改善了從工藝氣體分離雜質(zhì)時吸收的光的效率。在超高真空(UHV)條件下，例如在低于約500X 10_6帕斯卡或低于約500X 10_7帕斯卡的壓強下，CF4不發(fā)生引起至基態(tài)的振動弛豫的碰撞。通過電離包含CF4的NF3流體，然后將電離的包含CF4的NF3流體限制在例如離子回旋共振(ICR)池中，激發(fā)的CF4分子弛豫至其基態(tài)的時間延長，例如(從在5000帕斯卡時的低于約10_7秒)延長到約I秒。因此，在UHV下和在ICR池中，可以使用較低功率的激光器來解離CF4。
[0052]作為IRMPD的結(jié)果，雜質(zhì)解離成解離產(chǎn)物，該解離產(chǎn)物可以是氣體自由基而非穩(wěn)定的副產(chǎn)物。在CF4的情況下，它解離成CF3和F(解離產(chǎn)物)?？商峁┓磻?yīng)物(優(yōu)選反應(yīng)物流體，即液體或氣體)，其將IRMPD生成的自由基轉(zhuǎn)化成一種或多種可更容易地通過常用分離技術(shù)從所需工藝流體中分離的穩(wěn)定分子；但是，選擇反應(yīng)物流體時必須小心以免由反應(yīng)物流體(例如氣體)向工藝流體中引入額外的污染物。如果使用的話，可以將反應(yīng)物流體在輻射CF4之前被添加到容器中，以使得它在自由基形成時存在而與其反應(yīng)。
[0053]CF4(在NF3工藝流體中)的紅外多光子解離的解離產(chǎn)物CF3和F自由基可以與水(超純水)(H2 O )(反應(yīng)物流體)反應(yīng)以形成HF(反應(yīng)物產(chǎn)物)，其隨后可以通過例如蒸餾或吸附方法從NF3中去除。 碳原子也與水汽或氧(反應(yīng)物流體)反應(yīng)以形成C O 2(反應(yīng)產(chǎn)物)。H2 O和O 2和C O 2可通過例如蒸餾或吸附從NF3中分離?；蛘?，CF3自由基可聚合成寡聚體并保留在氣體中(解離副產(chǎn)物，例如C2F6X2F4),或者CFjP F自由基可吸附或凝聚在容器Vl的表面上?？赡苄枰ㄆ谇鍧嵢萜鱽砣コ怆x產(chǎn)物或解離副產(chǎn)物殘留物；但是，已經(jīng)完成污染物從工藝流體的去除。(解離副產(chǎn)物在解離產(chǎn)物反應(yīng)時形成。)可在本發(fā)明的方法中使用的其它反應(yīng)物流體(除水以外)包括甲醇、乙醇和醇、過氧化氫、氧、臭氧、氫、CO 2、CO、NO、N2 O和NO2及其混合物。為了避免向NF3工藝流體中引入其它污染物，優(yōu)選的是超純的反應(yīng)物流體。
[0054]圖3顯示了可用于實施本發(fā)明的設(shè)備的實施方式。設(shè)備10包括光源LS和容器VI，該容器具有至少一個用于來自NF3流體源(未示出)的其中含有CF4的NF3目標(biāo)流體(工藝流體)的輸入入口、導(dǎo)管或管道(P1)，以及至少一個用于排出流體(即離開容器Vl的已經(jīng)過光處理的氣體)的輸出出口、導(dǎo)管或管道(P2)。三氟化氮目標(biāo)流體以箭頭12所示的方向經(jīng)由輸入導(dǎo)管Pl引入容器Vl中。目標(biāo)流體的流速和壓力使用閥、流量控制器、壓力傳感器、真空泵、調(diào)節(jié)器以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的(因此未示出的)其它壓力或流量控制裝置中的一個或多個來控制。選擇雜質(zhì)CF4進入和離開容器Vl的最佳流速(它為工藝流的流速的分數(shù)濃度)以及目標(biāo)流體在容器Vl中的停留時間，以使得光源的功率(瓦特)足以去除雜質(zhì)至低于目標(biāo)濃度(例如IOppm)。來自光源LS的紅外光18通過窗Wl引入反應(yīng)容器Vl中，并在通過窗W2離開容器Vl之前由鏡子Ml然后由M2然后再次由Ml反射。鏡子Ml和M2位于容器Vl的相反端。鏡子Ml位于光入口端。選擇鏡子Ml和M2的幾何形狀，以使得容器內(nèi)部存在光的至少一次或至少兩次或更多次反射，從而光反射跨越容器的長度或?qū)挾戎辽賰纱位蛑辽偃位蛑辽偎拇位蚋啻?。雖然容器Vl內(nèi)僅示出了 2塊鏡子，但是可以提供處于各種角度的多塊鏡子來使光在容器內(nèi)反射穿過工藝流體。通過使光多次反射穿過容器，容器內(nèi)部光的有效光程長度足夠長，從而允許工藝流體中存在的雜質(zhì)分子充分吸收光。(在進入容器Vl之前和離開容器Vl之后，光的方向可由任選的鏡子17和19改變。)
[0055]如圖3所示，在輻射步驟之前、期間或之后，任選的反應(yīng)物流體可通過導(dǎo)管或管道RGl被引入容器Vl中。反應(yīng)物流體的流動由箭頭16示出。選擇反應(yīng)物流體以與雜質(zhì)的解離產(chǎn)物(即已被光源解離后的雜質(zhì)分子)反應(yīng)。如上所述，有用的反應(yīng)物氣體的實例包括H2 O、O 2、C O 2、CO、NO、N2 O,N O 2、H2、甲醇、乙醇、醇、過氧化氫、臭氧及其混合物。
[0056]圖3中顯示的設(shè)備可用于分批工藝，其中管線(導(dǎo)管)P1上的閥(未示出)在將目標(biāo)流體泵送至或以其它方式使其流入容器而在容器Vl中達到所需壓力后關(guān)閉，該壓力通過壓力傳感器(未示出)檢測或通過質(zhì)量或體積流量控制器檢測?；蛘?，圖3的設(shè)備可以以連續(xù)流模式使用，其中存在經(jīng)由管線Pl進入容器的工藝流體的連續(xù)流和經(jīng)由管線P2離開容器Vl的經(jīng)處理工藝流體的連續(xù)流。
[0057]容器可用鋁和不銹鋼或其它不與工藝流體反應(yīng)的金屬建造。窗可用鹽例如KBr、NaCl、ZnSe或已知透射紅外光的其它材料例如用于建造激光器中的窗口的其它材料建造。鏡子由具有高IR反射性的材料如銀、鋁、金和鎳制造。
[0058]在該設(shè)備的替代實施方式(未示出)中，連續(xù)流反應(yīng)器的形狀可以是管狀的，而且該管對于聚焦穿過管狀流動反應(yīng)器壁并進入于其中流動的目標(biāo)工藝流體中的一個或多個外部光源的波長是透明的。管可以是圍繞該管全部透明的，或者它可以帶有窗口部分，該窗口部分可以在流動方向上沿著管的長度。目標(biāo)工藝流體將流經(jīng)管狀反應(yīng)器的入口端并在光處理后流出目標(biāo)工藝流體的出口端，所述入口和出口端通常位于反應(yīng)器的相反端。在這一實施方式中，光將進入反應(yīng)器并沿著基本與目標(biāo)氣體的流動垂直的方向來回反射穿過該管?？扇缟纤鍪褂靡粋€或多個鏡子以`使光多次反射穿過目標(biāo)流體。鏡子可以是圓筒形的，并且位于管的內(nèi)部或外部，這取決于管可透光的區(qū)域有多大。任選地提供光的出口。
[0059]預(yù)先清理步驟可發(fā)生在將工藝氣體引入處理容器進行光處理之前。在一些實施方式中，清理可濃縮雜質(zhì)以改善去除或降低流體流速。清理步驟可將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成由本發(fā)明的方法和設(shè)備更有效地去除的另一種分子。該預(yù)先步驟還可在工藝流體用光解反應(yīng)處理或本發(fā)明的輻射步驟之前通過其它去除方法例如熱處理、蒸餾、吸附或膜分離來去除一種或多種其它雜質(zhì)。預(yù)清理步驟可以在進入光處理容器之前添加反應(yīng)物并與目標(biāo)流體混合時進行。本發(fā)明還設(shè)想處理后的清理步驟，以去除由該過程生成的副產(chǎn)物。處理后清理步驟可包括使經(jīng)處理的工藝流體與反應(yīng)物流體混合。其也可包括或替代地包括熱處理、蒸餾、吸附或膜分離，以去除解離產(chǎn)物和/或添加的與解離產(chǎn)物反應(yīng)的過量反應(yīng)物流體和/或反應(yīng)物流體與解離產(chǎn)物的產(chǎn)物。
[0060]在設(shè)定設(shè)備和方法之前的附加工藝步驟包括:確定一種或多種污染物和需要去除的量，和光譜上一種或多種污染物吸收輻射的一個或多個頻率，及工藝流體中的一種或多種預(yù)期污染物所吸收的輻射波長；確定哪種或哪些光源(例如激光器)與鏡子或其它能量集中器組合將以最低的所需功率或期望功率(注量)提供必需的波長，以及以何種模式(是連續(xù)還是脈沖)向工藝流體提供輻射；確定容器室大小和/或暴露時間以確保足夠的輻射吸收來解離雜質(zhì)；確定工藝流穿過室的流動類型(分批、半連續(xù)或連續(xù)流動)和/或確定解離產(chǎn)物以及從工藝流體中分離解離產(chǎn)物可能需要哪些額外步驟。根據(jù)工藝流體及其污染物的不同，可能需要進行如上所述的在用輻射處理工藝流體之前或之后的額外步驟。當(dāng)使本發(fā)明適應(yīng)于特定三氟化氮工藝流時，反應(yīng)容器和方法的操作條件可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來確定。
[0061]實施例1.[0062]用波數(shù)為1275CHT1的光輻射包含CF4雜質(zhì)的NF3氣體。光源是多個量子級聯(lián)激光器(QCL),例如聚焦以提供大于10J/cm2的注量的來自Alpes Lasers(NeuchatelJi^i)的QCL0包含CF4雜質(zhì)的NF3氣體將包含在氣體容器如CIC Photonics (Albuquerque, NM)制造的容積約為2L的懷特池(長程氣體池)中。容器的窗對于紅外光是透明的，例如用溴化鉀(KBr)制造的窗。使用質(zhì)量流量控制器將包含CF4雜質(zhì)的NF3I藝氣體提供到容器中，并且使用真空泵(例如由Edwards制造的)和壓力控制閥(例如由MKS, Andover, MA制造的)將容器中的壓力保持在500Pa。工序是排空氣體容器到低于5Pa的壓力，然后將氣體容器與真空泵隔離。將水氣引入氣體容器中至IOPa的分壓。然后用包含CFJ^NF3氣體充填氣體容器到總壓力為500Pa，并用多個QCL裝置輻射直到測得的CF4濃度低于lOppm。使用真空泵從氣體容器中移除NF3氣體，并將其轉(zhuǎn)移到儲存容器。連續(xù)地重復(fù)該工序以處理包含CF4雜質(zhì)的NF3氣體。然后通過低溫蒸餾純化儲存容器中的NF3氣體以去除副產(chǎn)物如HF。
[0063]實施例2.[0064]使用包括捕獲離子回旋共振(ICR)能譜的技術(shù)，通過在幾乎無碰撞的條件下輻射工藝氣體使NF3工藝氣體中包含的CF4雜質(zhì)解離。量子級聯(lián)激光器(QCL)，例如來自AlpesLasers (NeuchatelJi^i)的那些,可用于福射。光源具有127501^1的波數(shù)和IOw cm_2的強度。量子級聯(lián)激光器(QCL)的輸出將穿過92%透明網(wǎng)橫向于磁場聚焦，以輻射ICR池的源區(qū)域中的離子。準(zhǔn)直的6_直徑紅外光束由底板上的拋光鏡子反射回來穿過源區(qū)域。電子束脈沖施加(IOms持續(xù)時間)以生成離子物質(zhì)，該離子物質(zhì)之后存在數(shù)秒，在此期間CF4雜質(zhì)發(fā)生解離。含CF4的中性NF3工藝氣體的壓力是133X 10_7到133X 10_6Pa，中性粒子密度為3X IO9到3X 101°分子cnT3，離子密度為IO5離子cm—3。工序為將含CF4雜質(zhì)的NF3引入到ICR池中，并脈沖施加電子束以·生成CF4離子，同時用QCL光源輻射以將CF4解離成CF3和F自由基，其與ICR池的表面反應(yīng)。ICR池必須定期地清理以去除池表面上的殘留物。
[0065]雖然已結(jié)合以上特定實施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)認識到，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對本發(fā)明作出多種修改和改變，這些修改和改變也落在由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種純化包含三氟化氮和一種或多種污染物的工藝流體的方法，包括以下步驟: 用光輻射所述流體，其中所述光包含被所述一種或多種污染物吸收的頻率，以使得所述一種或多種污染物的一個或多個化學(xué)鍵解離從而形成一種或多種解離產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工藝流體中的所述一種或多種污染物是CF4或包括CF4。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，進一步包括使所述工藝流體流經(jīng)容器的步驟，所述輻射步驟在此期間發(fā)生；或者進一步包括使測定量的所述工藝流體在所述輻射步驟前流入容器，進行所述輻射步驟，和然后使所述工藝流體流出所述容器室的步驟。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中在所述輻射步驟期間，所述工藝流體處于低于大氣壓的壓力下，且任選地所述工藝流體處于低于13，OOO帕斯卡的壓力下。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述光包含1250到1300CHT1之間的一個或多個波數(shù)，且任選地所述光的大部分能量處于1275CHT1。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述輻射步驟中的所述光由選自光學(xué)參量振蕩器、量子級聯(lián)激光器、CO2激光器、氣體激光器和受激準(zhǔn)分子激光器的一種或多種光源提供。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其中所述解離產(chǎn)物包含CF3和/或F自由基。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，進一步包括在所述輻射步驟之前、期間或之后引入反應(yīng)物流體以與所述一種或多種解離產(chǎn)物反應(yīng)從而形成一種或多種反應(yīng)物產(chǎn)物的步驟，優(yōu)選地所述反應(yīng)物流 體選自H2O、O2、CO2、CO、NO、N2O、NO2、H2、甲醇、乙醇、醇、過氧化氫、臭氧及其混合物。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述解離產(chǎn)物CF3反應(yīng)以形成寡聚體和/或所述解離產(chǎn)物與H2O反應(yīng)以形成HF。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，進一步包括從所述工藝流體流分離所述一種或多種解離產(chǎn)物、解離副產(chǎn)物、過量反應(yīng)物流體和/或反應(yīng)物產(chǎn)物的步驟。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法，在所述輻射步驟后包括選自蒸餾、吸附、膜分離或化學(xué)反應(yīng)的分離步驟。
12.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，其中所述解離產(chǎn)物、反應(yīng)物產(chǎn)物和/或解離副產(chǎn)物吸附或凝聚在容器表面上，并且所述方法進一步包括清理該容器以去除解離產(chǎn)物、反應(yīng)物產(chǎn)物和/或解離副產(chǎn)物的步驟。
13.一種使得包含三氟化氮的工藝流體中存在的一種或多種污染物解離的設(shè)備(10)，任選地按照權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，所述設(shè)備包含容器(VI)、所述工藝流體進入所述容器(Vl)的入口(Pl)和所述工藝流體離開所述容器(Vl)的出口(P2)，所述容器(Vl)還包含光入口(Wl)和一個或多個光源(LS)。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述一個或多個光源提供具有1250到UOOcnT1之間的一個或多個波數(shù)的光。
【文檔編號】C01B21/083GK103588183SQ201310257739
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月21日
【發(fā)明者】A·D·約翰遜, J·G·蘭甘 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司