产生氟和循环氟的方法和设备技术

一种制备处理室使用的原子氟气流的设备，该设备包括：　　　　箱体，有接受含氟气体的进口；　　　　用来从含氟气体分离出氟的电化学池，电化学池至少部分设置在箱体内，有出口通道；　　　　将所述出口通道连接到处理室的接管；　　　　所述电化学池包括：　　　　至少一个电极；　　　　靠近至少该一个电极的是固体电解质的氟离子导体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氟的产生和循环，更具体的，涉及在使用地点氟的产生和循环。
技术介绍
氟在其原子和分子态是高活性和高毒性的。大多数实验室不愿使用氟，由于其危险和使用时必要安全设备的费用。但是，某些工业发现氟能比其他已知化学品发挥更重要的作用。传统上，分子氟产生自HF的电解。NF3也一直用来生产氟，特别是在薄膜加工业，如半导体和平版显示器的制造。然而，HF和NF3都是有毒的，并且需要高费用的专门处理。如果氟能从无毒和惰性的含氟化合物生产，就能显著减少危险以及与使用氟相关的费用。例如，用于这样化合物的排管和分布系统不必按照与HF或NF3的排管和分布相关的严格要求。使用地点越靠近氟的生产地点，其使用的危险性越小。而且，如果可从其使用时产生的副产物回收氟，则能更有效地使用氟。氟的回收能使特定用途所需氟原料化合物的总量最小。氟的回收还使危险以及与氟输送相关的费用降至最小。因此，需要在尽可能靠近其使用地点安全地生产氟；需要由无毒性的惰性含氟化合物来产生氟；以及需要从其使用时的副产物回收氟。专利技术概述本申请人认识到，氟分离器单独使用或与等离子体发生器结合，能在用于薄膜加工的地点生产足够量的氟。氟分离器可以是冷凝器，膜分离装置，包含固体电解质的氟离子导体或前述的组合形式。氟分离器可用于各种含氟气体，如F2，HF，SF6，NF3，CF4，C2F6，C3F8和其他氟化合物。各种含氟气体中，认为例如CF4，C3F8，C2F6和SF6是氟的惰性传送介质。而且，单独使用或与等离子体发生器结合使用时的氟分离器使氟的循环成为可能。一方面，本专利技术通常是用来生产原子氟气流的设备，其特征为有箱体、电化学池和接管。箱体有进口，用来接受含氟气体。电化学池有至少一个电极和靠近该至少一个电极的是固体电解质的氟离子导体。电化学池从含氟气体分离氟。电化学池至少部分装在箱体内并有出口通道。接管则连接出口通道至处理室。一个实施方式中，该接管通过等离子体发生器连接出口通道至处理室。在前面的各个实施方式中，电化学池的形式是一根管或一块板。在前面的某些实施方式中，电极包括阴极，电化学池还包括靠近氟离子导体的阳极。这些实施方式中，阳极可是一薄膜。该薄膜的特征可是多孔性或图案的，能使阳极上形成分子氟最少。相对于薄膜设置厚的导电性格栅。在一些实施方式中，阳极包括多孔镍或不锈钢。另一方面，本专利技术通常是用来产生氟气的设备，其特征是有个等离子体发生器和氟分离器。等离子体发生器有用来接受含氟原料的进口和出口。等离子体发生器形成等离子体，能将原料分解为各种反应产物。氟分离器有连接到等离子体发生器出口的进口和氟出口，进口用来接受反应产物。氟分离器可以是膜分离装置，冷凝器，是固体电解质的氟离子导体，或前述的组合。氟分离器将氟与其他反应产物分离。前面设备的实施方式中，可有各种另外部件或连接，以达到不同目的。例如，设备可包括流量控制装置，直接或间接连接到氟分离器的氟出口。类似的，本专利技术设备的实施方式可包括第二等离子体发生器，可直接或间接连接到氟出口。氟分离器的入口，在一些实施方式中，通过处理室连接到等离子体发生器出口。一个实施方式中，氟出口间接连接到等离子体发生器出口，从而使氟气循环。例如，氟出口可通过一个缓冲器空间连接到等离子体发生器入口。又一方面，本专利技术通常是生产在处理室使用的氟气的设备。本专利技术特征是用来从含氟原料分离出氟的固体电解质，压力控制装置和接管。固体电解质是部分导电的，意味着能一定程度传导电子以及离子，并具有接受原料的进口面和出口面(在此使用的“导电”是指能传导电子的介质)。压力控制装置靠近固体电解质的进口面。压力控制装置使原料在固体电解质的进口面的分压保持高于在出口面的氟分压。接管直接或通过等离子体发生器将固体电解质的出口面连接到处理室。在类似一方面，本专利技术提供制备用于处理室的原子氟气流的方法。该方法中，提供具有进口面和出口面的是固体电解质的氟离子导体。在氟离子导体进口面接受含氟原料。用氟离子导体，氟从包含氟的原料分离出来。氟从氟离子导体出口面供给处理室。另一方面，本专利技术通常提供一种产生氟气的方法。用等离子体将含氟原料分解为反应产物，并用氟分离器将氟与其他反应产物分离。氟分离器可以是膜分离装置，是固体电解质的氟离子导体，或冷凝器。又一方面，本专利技术通常提供一种循环氟气的方法。从处理室接受废气。用是固体电解质的氟离子导体将氟从含氟气体分离出来。分子或原子氟被压缩，使之循环。前面方法的各实施方式还包括一个或多个下面的步骤用等离子体将分子氟分解为原子氟；提供原子氟至处理室；或排出分离步骤中不希望的产物与氟分离。一个实施方式中，排气是处理室的清洁排气。在另一个实施方式中，可以用氟离子导体和/或泵进行压缩。在前面的某些实施方式中，压力控制用来抑制在氟分离器出口处的氟再结合。例如，在这样的一种设备中，压力控制装置抑制氟在出口面的再结合。压力控制装置可包括泵。氟分离器出口面的压力可保持或低于100乇，或保持或或低于20乇。类似的，在前面的某些实施方式中，温度控制用于抑制氟在氟分离器出口面的再结合。例如，在这样的一种设备中，温度控制装置控制至少一个表面的温度。该表面可以是电解质的表面或氟出口通道的表面。由下面的说明和权利要求书，本专利技术的前述方面和其他方面，特征和优点将是显而易见的。附图简述附图中，类似的数字一般指在所有图中的相同部件。附图中的部件也不一定成比例，重点一般只是说明本专利技术的原理。在下面说明中，将参见下面附图描述本专利技术的各种实施方式，附图中附图说明图1所示是按照本专利技术一个实施方式的产生氟气的设备；图2所示是按照本专利技术另一个实施方式的产生氟气的设备；图3所示是按照本专利技术一个实施方式的电化学池示意图；图4A，4B，4C，4D和4E是根据图3的电化学池的氟分离器的不同图； 图5所示是具有本专利技术氟分离器的产生氟气的设备；图6所示是按照本专利技术产生并循环氟气的设备。说明参见图1，按照本专利技术一个实施方式的产生氟气的设备100，其特征是等离子体发生器130和氟分离器160。等离子体发生器130，在不同的实施方式中，是个微波等离子体发生器，RF电感耦合等离子体发生器，RF环形电感耦合等离子体发生器，或RF电容耦合等离子体发生器。等离子体发生器130可以是，例如，ASTRONTM或RapidTm反应性气体发生器。等离子体发生器130包括进口132和出口134。在等离子体发生器130的进口132接受含氟原料。等离子体发生器130形成等离子体，等离子体将原料分解成各反应产物。反应产物通过出口134从等离子体发生器130排出。在不同实施方式中，等离子体发生器130在大气压或低于大气压下操作。图1中，氟分离器160是一冷凝器，冷却并凝结至少部分反应产物。冷凝器160包括进口162和氟出口164。冷凝器160的进口162连接到等离子体发生器的出口134。冷凝器160通过进口162接受反应产物。一个实施方式中，冷凝器160还包括不需要的产物的出口(未示出)，不需要的产物通过该出口排出冷凝器。另一个实施方式中，不需要的产物通过等离子体发生器和废料出口136从氟排出。在不同应用中，原料是一种或多种含氟气体，如F2，HF，SF6，NF3，CF4，C2F6，C3F8和其他氟化合物。不一定循环，而以新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：D·K·史密斯，M·M·贝森，W·M·霍尔比，S·F·霍尼，
申请(专利权)人：MKS仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：