JP2001302566A - テトラフルオロメタンの精製方法及びその用途 - Google Patents
テトラフルオロメタンの精製方法及びその用途Info
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Abstract
着剤と接触させて不純物を吸着除去し、高純度テトラフ
ルオロメタンを経済的かつ工業的に有利に得ることがで
きる精製方法。 【解決手段】 エチレン化合物類、炭化水素化合物類、
一酸化炭素及び/または二酸化炭素を含有するテトラフ
ルオロメタンを、平均細孔径が3.4Å〜11Åである
ゼオライト及び/または平均細孔径が3.4Å〜11Å
である炭素質吸着剤と接触させる。
Description
ン(以下「FC−14」または「CF4」という。)の
精製方法及びその用途に関する。
造プロセスのエッチングガスまたはクリーニングガスと
して使用されるため、高純度品が要求されている。この
FC−14の製造方法に関しては、従来から様々な方法
が提案されている。具体的には、例えば、(1)ジクロ
ロジフルオロメタンを触媒の存在下でフッ化水素と反応
させる方法、(2)モノクロロトリフルオロメタンを触
媒の存在下でフッ化水素と反応させる方法、(3)トリ
フルオロメタンをフッ素ガスと反応させる方法、(4)
炭素をフッ素ガスと反応させる方法、(5)テトラフル
オロエチレンを熱分解する方法、等が知られている。
−14を製造する場合には、反応によって生成するFC
−14の中間体や副生成物、あるいは原料由来の不純物
等が目的物であるFC−14と共沸混合物や共沸様混合
物を形成するため、その分離が極めて困難であるという
問題がある。このため、例えば、不純物としてトリフル
オロメタン(CHF3)を含有するFC−14をゼオラ
イトや炭素質吸着剤で処理する精製方法(特許第292
4660号公報)が提案されている。
14中の不純物としてエチレン化合物類、炭化水素化合
物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素を含有するF
C−14を精製してこれらの不純物をほとんど含有しな
い高純度FC−14を得る簡便かつ経済的で工業的に有
利な方法はなかった。本発明は、このような背景の下に
なされたものであって、FC−14を吸着剤と接触させ
てこれらの不純物を吸着除去して、高純度FC−14を
経済的かつ工業的に有利に得ることができる精製方法を
提供することを課題とする。
題を解決すべく鋭意検討した結果、高純度のFC−14
を製造する方法において、不純物としてエチレン化合物
類、炭化水素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸化
炭素を含有するFC−14を、特定の平均細孔径及びS
i/Al比を有するゼオライト及び/または特定の平均
細孔径を有する炭素質吸着剤(モレキュラーシービング
カーボン)からなる吸着剤と接触させることにより、前
記の不純物類を選択的に吸着除去でき、不純物をほとん
ど含有しない高純度のFC−14を得ることができるこ
とを見出し本発明を完成するに至った。本発明は以下の
(1)〜(15)に示されるテトラフルオロメタンの精
製方法及びその用途である。
化水素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素を
含有するテトラフルオロメタンを、平均細孔径が3.4
Å〜11Åであるゼオライト及び/または平均細孔径が
3.4Å〜11Åである炭素質吸着剤と接触させること
により、前記不純物を低減させることを特徴とするテト
ラフルオロメタンの精製方法。 (2)前記不純物を含有するテトラフルオロメタンとゼ
オライト及び/または炭素質吸着剤とを液相で接触させ
る上記(1)に記載のテトラフルオロメタンの精製方
法。 (3)前記ゼオライトのSi/Al比が1.5以下であ
る上記(1)または(2)に記載のテトラフルオロメタ
ンの精製方法。 (4)前記ゼオライトがMS−4A、MS−5A、MS
−10X及びMS−13Xからなる群から選ばれる少な
くとも一種である上記(1)〜(3)のいずれかに記載
のテトラフルオロメタンの精製方法。 (5)前記炭素質吸着剤がモレキュラーシービングカー
ボン4A及び/またはモレキュラーシービングカーボン
5Aである上記(1)または(2)に記載のテトラフル
オロメタンの精製方法。
フルオロエチレン、ジフルオロエチレン及びテトラフル
オロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一つの
化合物である上記(1)〜(5)のいずれかに記載のテ
トラフルオロメタンの精製方法。 (7)前記エチレン化合物類がエチレン及び/またはテ
トラフルオロエチレンである上記(6)に記載のテトラ
フルオロメタンの精製方法。 (8)前記炭化水素化合物類がメタン、エタン及びプロ
パンからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物で
ある上記(1)〜(5)のいずれかに記載のテトラフル
オロメタンの精製方法。 (9)前記炭化水素化合物類がメタン及び/またはエタ
ンである上記(8)に記載のテトラフルオロメタンの精
製方法。 (10)テトラフルオロメタン中に含まれる、エチレン
化合物類、炭化水素化合物類、一酸化炭素及び二酸化炭
素の総含有量を3ppm以下に低減させる上記(1)〜
(9)のいずれかに記載のテトラフルオロメタンの精製
方法。
炭化水素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素
を含有するテトラフルオロメタンが、トリフルオロメタ
ンとフッ素ガスを反応させる直接フッ素化法により製造
されたテトラフルオロメタンである上記(1)〜(1
0)のいずれかに記載のテトラフルオロメタンの精製方
法。 (12)不純物としてエチレン化合物類、炭化水素化合
物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素を含有するテ
トラフルオロメタンが、炭素とフッ素ガスを反応させる
直接フッ素化法により製造されたテトラフルオロメタン
である上記(1)〜(10)のいずれかに記載のテトラ
フルオロメタンの精製方法。 (13)上記(1)〜(12)のいずれかに記載の方法
により精製することにより得られ、純度が99.999
7質量%以上であることを特徴とするテトラフルオロメ
タン製品。 (14)上記(13)に記載のテトラフルオロメタン製
品を含有するエッチングガス。 (15)上記(13)に記載のテトラフルオロメタン製
品を含有するクリーニングガス。
レン化合物類、炭化水素類、一酸化炭素及び/または二
酸化炭素を含有するFC−14を、平均細孔径が3.4
Å〜11Åであるゼオライト及び/または炭素質吸着剤
と接触させることにより、前記不純物を低減させること
を特徴とするテトラフルオロメタンの精製方法」、「前
記の方法により精製することにより得られ、純度が9
9.9997質量%以上であることを特徴とするテトラ
フルオロメタン製品」及び「前記テトラフルオロメタン
製品を含有するエッチングガス及びクリーニングガス」
である。
例えば、トリフルオロメタンをフッ素ガスと反応させる
方法、炭素をフッ素ガスと反応させる方法、あるいはテ
トラフルオロエチレンを熱分解する方法、等が知られて
いる。これらの方法を用いる場合、得られるFC−14
中には、原料中の不純物により、例えば有機微量不純
物、微量酸素や微量水分等によって、不純物としてエチ
レン化合物類、炭化水素化合物類、一酸化炭素及び/ま
たは二酸化炭素が含まれる。
H2=CH2)、モノフルオロエチレン(CH2=CH
F)、ジフルオルエチレン(CH2=CF2)、テロラフ
ルオロエチレン(CF2=CF2)から選ばれる少なくと
も1種の化合物を含有する。炭化水素化合物類として
は、メタン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン
(C3H8)から選ばれる少なくとも1種の化合物を含有
する。
の大気圧下における沸点を表1に示す。
は共沸様混合物を形成したり、あるいは表1から明らか
なように沸点が近い、等の理由により蒸留操作では極め
て分離困難な物質である。このため、通常の蒸留操作で
はこれらの不純物を極力少なくするために、蒸留塔の段
数を増やしたり、蒸留塔の本数を多くするなどの対策が
とられるが、不経済となる上、これらの不純物をほとん
ど含有しない高純度FC−14を製造することは極めて
困難であった。
の不純物類を選択的に吸着除去するため、平均細孔径が
3.4Å〜11Åであるゼオライト及び/または平均細
孔径が3.4Å〜11Åである炭素質吸着剤(モレキュ
ラーシービングカーボン)を吸着剤として使用する。平
均細孔径の測定方法としては、Arガスを用いるガス吸
着法が挙げられる。より好ましい吸着剤としては、
(1)平均細孔径が3.4Å〜11Åであり、Si/A
l比が1.5以下であるゼオライト、(2)平均細孔径
が3.4Å〜11Åである炭素質吸着剤(モレキュラー
シービングカーボン)、(3)平均細孔径が3.4Å〜
11ÅでSi/Al比が1.5以下であるゼオライトに
平均細孔径が3.4Å〜11Åの炭素質吸着剤を添加し
てなる吸着剤である。ここで、Si/Al比は原子比を
表している。
14中の不純物類として、具体的には、例えば不飽和化
合物類として、エチレン、モノフルオロエチレン、ジフ
ルオロエチレン、テトラフルオロエチレンが挙げられ、
炭化水素化合物類として、メタン、エタン、プロパンが
挙げられる。また含酸素化合物として一酸化炭素、二酸
化炭素が挙げられる。これらの不純物類は、好ましくは
エチレン、テトラフルオロエチレン、メタン、エタン、
一酸化炭素または二酸化炭素であり、さらに好ましくは
エチレンまたはエタンである。
との分子径の差は小さく、分子径の差のみによってFC
−14中の不純物類を選択的に吸着除去することは難し
い。そこで、本発明は吸着剤の極性や細孔径などを考慮
し、前記不純物類を選択的に吸着除去できる吸着剤とし
て次の3種類の吸着剤を用いる。
11Åのゼオライトで、好ましくはSi/Al比が1.
5以下のゼオライトである。具体的には、例えばMS−
4Aが挙げられ、MS−4Aは3.5Å程度の平均細孔
径を有し、Si/Al比が1.0である。このゼオライ
トを用いて吸着操作を行うことで、不純物のエチレン、
テトラフルオロエチレン、メタン、エタン、一酸化炭素
及び二酸化炭素等の含有量を低減できる。ゼオライトの
種類によっては、不純物の含有量を5ppm以下に低減
することができ、高純度FC−14を得ることができ
る。
細孔径が3.4Å未満、例えば3.2Å程度の細孔径を
有するゼオライトは、不純物含有量の低減は認められな
かった。Si/Al比が1.5以下であっても平均細孔
径が11Åを超えるゼオライトも不純物含有量の低減は
認められなかった。また、平均細孔径が3.4Å〜11
Åであっても、Si/Al比が1.5を超えるゼオライ
トも不純物含有量の低減は認められなかった。
11Åの炭素質吸着剤(モレキュラーシービングカーボ
ン)である。例えば4Å程度の平均細孔径を有する炭素
質吸着剤は、前記ゼオライトと同様、前記不純物の含有
量を5ppm以下に低減することができ、高純度FC−
14を得ることができる。しかし、平均細孔径が11Å
を超える炭素質吸着剤では不純物の低減は認められず、
例えば、一般に使用されている強い吸着能を有する35
Å程度の平均細孔径を有する活性炭は不純物の低減がほ
とんど認められなかった。
11ÅでSi/Al比が1.5以下のゼオライト(第1
の吸着剤)に平均細孔径が3.4Å〜11Åの炭素質吸
着剤(第2の吸着剤)を添加(混合)してなる吸着剤で
ある。この吸着剤の種類によっては、不純物の含有量を
3ppm以下に低減することができ、さらに高純度のF
C−14を得ることができる。これはゼオライトが特に
一酸化炭素、二酸化炭素等の吸着能力に優れ、一方、炭
素質吸着剤は特に不飽和化合物等の吸着能力に優れ、両
吸着剤を混合使用する効果が出るためと考えられる。
種類のみを単独で使用することができるが、2種類以上
を任意の割合で組み合わせて使用することもできる。ま
た第3の吸着剤の場合、ゼオライトと炭素質吸着剤の混
合比は、不純物類の濃度に応じて変化させることができ
る。
チレン化合物類、炭化水素化合物類、一酸化炭素及び/
または二酸化炭素の濃度は特に限定されないが、好まし
くは0.1質量%以下であり、さらに好ましくは0.0
5質量%以下である。また、目的とするFC−14中に
前記以外の不純物、例えばパーフルオロ化合物であるF
C−116(CF3CF3)やFC−218(C3F8)等
が混入する場合は、前記吸着剤を用いた処理工程の前後
のどちらかで蒸留操作を行えばパ−フルオロ化合物は分
離除去できる。
不純物を含有するFC−14を吸着剤に接触させる方法
は特に限定されず、例えば気相で接触させる方法、気液
で接触させる方法、あるいは液相で接触させる方法のい
ずれの方法も可能であるが、液相で接触させる方法が効
率がよく好ましい。液相で接触させる方法には、回分式
や連続式など公知の方法を用いることができるが、工業
的には、例えば固定床式吸着塔を2基設け、一方が飽和
吸着に達すればこれを切り換え再生する方法が一般的で
ある。
剤に接触させる際の処理温度、処理量及び処理圧力は特
に限定されないが、処理温度は低温が好ましく、−50
℃〜50℃の範囲の温度がよい。また処理圧力は、液相
の場合は液相に保持できればよく、気相の場合は特に限
定されない。
用いれば、FC−14中に含まれるエチレン化合物類、
炭化水素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素
を効果的に吸着除去することができ、高純度のFC−1
4を得ることができる。また得られるFC−14の純度
は99.9997質量%以上であり、純度が99.99
97質量%以上であるFC−14製品の分析方法として
は、(1)ガスクロマトグラフィ−(GC)のTCD
法、FID法(いずれもプレカット法を含む)、ECD
法、(2)ガスクロマトグラフィ−質量分析計(GC−
MS)等の分析機器を用いることができる。
イス製造工程の中のエッチング工程におけるエッチング
ガスとして用いることができる。また、半導体デバイス
製造工程の中のクリーニング工程におけるクリーニング
ガスとしても用いることができる。LSIやTFTなどの半導
体デバイスの製造プロセスでは、CVD法、スパッタリン
グ法あるいは蒸着法などを用いて薄膜や厚膜を形成し、
回路パターンを形成するためにエッチングを行う。ま
た、薄膜や厚膜を形成する装置においては、装置内壁、
冶具等に堆積した不要な堆積物を除去するためのクリー
ニングが行われる。これは不要な堆積物が生成するとパ
ーティクル発生の原因となるためであり、良質な膜を製
造するために随時除去する必要がある。
法は、プラズマエッチング、マイクロ波エッチング等の
各種ドライエッチング条件で行うことができ、FC−1
4とHe、N2、Arなどの不活性ガスあるいはHC
l、O2、H2などのガスと適切な割合で混合して使用し
てもよい。
詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。 [FC−14の原料例1]炭素とフッ素ガスを希釈ガス
の存在下で反応させ、未反応フッ素ガスを除去し、FC
−14に富む生成ガスを公知の方法で分別蒸留により精
製し、ガスクロマトグラフィ−で分析したところ、表2
に示す組成を有するFC−14を得た。
ン(CH2F2)とフッ素ガスを希釈ガスの存在下で反応
させ、反応ガスをアルカリ洗浄塔に導入し、生成したフ
ッ化水素および少量の未反応フッ素ガスを除去した。F
C−14に富む生成ガスを公知の方法で分別蒸留により
精製し、ガスクロマトグラフィ−で分析したところ、表
3に示す組成を有するFC−14を得た。
製シリンダーにゼオライト[モレキュラーシーブス4A
(ユニオン昭和株式会社製:平均細孔径3.5Å、Si
/Al比=1)]を20g充填し、真空乾燥後、シリン
ダーを冷却しながら原料例1のFC−14を約70g充
填し、温度を−20℃に保ちながら時々攪拌し、約8時
間後、液相部をガスクロマトグラフィ−で分析した。分
析結果は表4に示した。
径が3.5ÅでSi/Al比が1のゼオライトを吸着剤
として用いることにより、FC−14中の不純物類を低
減でき、その含有量を10ppm以下にすることができ
る。
製シリンダーにゼオライト[モレキュラーシーブス13
X(ユニオン昭和株式会社製:平均細孔径10Å、Si
/Al比=1.23)]を20g充填し、真空乾燥後、
シリンダーを冷却しながら原料例1のFC−14を約7
0g充填し、室温(約18℃)で時々攪拌しながら約8
時間後、液相部をガスクロマトグラフィ−で分析した。
分析結果は表5に示した。
径が10ÅでSi/Al比が1.23のゼオライトを吸
着剤として用いることにより、FC−14中の不純物類
を低減でき、その含有量を10ppm以下にすることが
できる。
製シリンダーに炭素質吸着剤[モレキュラーシービング
カーボン、武田薬品工業株式会社製:平均細孔径4Å]
を20g充填し、真空乾燥後、シリンダーを冷却しなが
ら原料例2のFC−14を約70g充填し、室温(約1
8℃)で時々攪拌し、約8時間後、液相部をガスクロマ
トグラフィ−で分析した。分析結果は表6に示した。
素質吸着剤[モレキュラーシービングカーボン]を吸着
剤として用いることにより、FC−14中の不純物類を
低減でき、その含有量を10ppm以下にすることがで
きる。
製シリンダーにゼオライト[モレキュラーシーブス4A
(ユニオン昭和株式会社製:平均細孔径3.5Å、Si
/Al比=1)]を15gと炭素質吸着剤[モレキュラ
ーシービングカーボン、武田薬品工業株式会社製:平均
細孔径4Å]を15g混合充填し、真空乾燥後、シリン
ダーを冷却しながら原料例1のFCー14を約70g充
填し、室温(約18℃)で時々攪拌し、約8時間後、液
相部をガスクロマトグラフィ−で分析した。分析結果は
表7に示した。
量分析方法としてガスクロマトグラフィ−のTCD法、
FID法(プレカット法を含む)、ECD法、ガスクロ
マトグラフィ−質量分析計(GC/MS)等の分析機器
を用いて、純度の算出を行った結果を表8に示す。
純度は99.9997質量%以上である。
製シリンダーに、ゼオライト[モレキュラーシーブスX
H−9(ユニオン昭和株式会社製:平均細孔径3.2
Å、Si/Al比=1)]を20g充填し、真空乾燥
後、シリンダーを冷却しながら原料例1のFC−14を
約70g充填し、室温(約18℃)で時々攪拌し、約8
時間後、液相部をガスクロマトグラフィ−で分析した。
分析結果は表9に示した。
っても、平均細孔径が3.4Å未満のゼオライトでは不
純物類の低減はほとんど認められなかった。
製シリンダーに、ゼオライト[H−ZSM−5(エヌ・
イ−ケムキャット株式会社製:平均細孔径6Å、Si/
Al比=75)]を20g充填し、真空乾燥後、シリン
ダーを冷却しながら原料例1のFC−14を約70g充
填し、室温(約18℃)で時々攪拌し、約8時間後、液
相部をガスクロマトグラフィ−で分析した。分析結果は
表10に示した。
あっても、Si/Al比が1.5を超えるゼオライトで
は不純物類の低減はほとんど認められなかった。
製シリンダーに、炭素質吸着剤[活性炭:粒状白サギK
L、武田薬品工業株式会社製、平均細孔径35Å]を2
0g充填し、真空乾燥後、シリンダーを冷却しながら原
料例2のFC−14を約70g充填し、室温(約18
℃)で時々攪拌し、約8時間後、液相部をガスクロマト
グラフィ−で分析した。分析結果は表11に示した。
を超える炭素質吸着剤では不純物類の低減は認められな
かった。
たテトラフルオロメタン中の不純物、特にエチレン化合
物類、炭化水素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸
化炭素を含有するテトラフルオロメタンを、平均細孔径
が3.4Å〜11Åであるゼオライト及び/または平均
細孔径が3.4Å〜11Åである炭素質吸着剤と接触さ
せることにより、前記不純物を低減させることができ
る。また、精製された高純度のテトラフルオロメタンは
エッチングガスあるいはクリーニングガスとして用いる
ことができる。
Claims (15)
- 【請求項1】 不純物としてエチレン化合物類、炭化水
素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素を含有
するテトラフルオロメタンを、平均細孔径が3.4Å〜
11Åであるゼオライト及び/または平均細孔径が3.
4Å〜11Åである炭素質吸着剤と接触させることによ
り、前記不純物を低減させることを特徴とするテトラフ
ルオロメタンの精製方法。 - 【請求項2】 前記不純物を含有するテトラフルオロメ
タンとゼオライト及び/または炭素質吸着剤とを液相で
接触させる請求項1に記載のテトラフルオロメタンの精
製方法。 - 【請求項3】 前記ゼオライトのSi/Al比が1.5
以下である請求項1または2に記載のテトラフルオロメ
タンの精製方法。 - 【請求項4】 前記ゼオライトがMS−4A、MS−5
A、MS−10X及びMS−13Xからなる群から選ば
れる少なくとも一種である請求項1〜3のいずれかに記
載のテトラフルオロメタンの精製方法。 - 【請求項5】 前記炭素質吸着剤がモレキュラーシービ
ングカーボン4A及び/またはモレキュラーシービング
カーボン5Aである請求項1または2に記載のテトラフ
ルオロメタンの精製方法。 - 【請求項6】 前記エチレン化合物類がエチレン、フル
オロエチレン、ジフルオロエチレン及びテトラフルオロ
エチレンからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合
物である請求項1〜5のいずれかに記載のテトラフルオ
ロメタンの精製方法。 - 【請求項7】 前記エチレン化合物類がエチレン及び/
またはテトラフルオロエチレンである請求項6に記載の
テトラフルオロメタンの精製方法。 - 【請求項8】 前記炭化水素化合物類がメタン、エタン
及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも一つの
化合物である請求項1〜5のいずれかに記載のテトラフ
ルオロメタンの精製方法。 - 【請求項9】 前記炭化水素化合物類がメタン及び/ま
たはエタンである請求項8に記載のテトラフルオロメタ
ンの精製方法。 - 【請求項10】 テトラフルオロメタン中に含まれる、
エチレン化合物類、炭化水素化合物類、一酸化炭素及び
二酸化炭素の総含有量を3ppm以下に低減させる請求
項1〜9のいずれかに記載のテトラフルオロメタンの精
製方法。 - 【請求項11】 不純物としてエチレン化合物類、炭化
水素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素を含
有するテトラフルオロメタンが、トリフルオロメタンと
フッ素ガスを反応させる直接フッ素化法により製造され
たテトラフルオロメタンである請求項1〜10のいずれ
かに記載のテトラフルオロメタンの精製方法。 - 【請求項12】 不純物としてエチレン化合物類、炭化
水素化合物類、一酸化炭素及び/または二酸化炭素を含
有するテトラフルオロメタンが、炭素とフッ素ガスを反
応させる直接フッ素化法により製造されたテトラフルオ
ロメタンである請求項1〜10のいずれかに記載のテト
ラフルオロメタンの精製方法。 - 【請求項13】 請求項1〜12のいずれかに記載の方
法により精製することにより得られ、純度が99.99
97質量%以上であることを特徴とするテトラフルオロ
メタン製品。 - 【請求項14】 請求項13に記載のテトラフルオロメ
タン製品を含有するエッチングガス。 - 【請求項15】 請求項13に記載のテトラフルオロメ
タン製品を含有するクリーニングガス。
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