게시판 > 질답게시판 > NF3반응 관련 질문입니다.

Stefano

09-12-18 21:25

(0)글쓴이 이름에 "본명"을 사용해 달라는 이야기는 아니었습니다. 본명을 사용하는 것은 불편할 때도 있고, 때로는 기밀유지가 필요한 경우도 있고... 경우에 따라서는 밝히고 싶지 않을 경우도 있고..

여기서는 "이곳에서 만큼은 결코 변하지 않는" "자신만의 고유한" 이름을 사용하면 됩니다.
그러나 "장난끼 서린" "너무 흔한" 이름은 질문 만 해 놓고는 휘리릭~ 달아나는 경우가 많아서 그리해오고 있습니다.

10여년 넘게 이곳에서 성심 껏 답해주려고 노력하고 있지만 이따금씩 "무력감", "자책감", 심지어는 "환멸감"을 느끼는 경우가 있어서 부탁드리는 것입니다. 불편하셨다면 이해해 주시기를 당부드립니다.

(1) NF3의 주철 재질과의 반응

NF3는 비교적 안정한 물질인 것으로 보이지만 자체로 혹은 화학적 자극에 의해 다음 반응이 일어날 수 있습니다. 맨 밑의 자료를 보면 Al2O3가 촉매작용을 하면 비교적 낮은 온도에서도 분해반응이 생성되는 것으로 보입니다.

2NF3 ------> N2 + F2 ............................(1) NF3 분해 반응
F2 + H2O ------------> HF + HOF................ (2) F2의 흡수반응 HF는 부식성이 아주 큼, 유리도 부식
HOF ----------------------> HF + [O]..................(3) HOF 분해 반응, HF와 [O]의 생성으로 부식성 큼

(2) 생성되는 N2는 불활성이지만 F2는 부식성이 강한 물질입니다. 물에 녹아 불산, 불소산이 생성 되면 금속이나 유리, 세라믹, 등 거의 대부분의 물질을 부식시킬 수 있을 것입니다. 아마 불소계 고분자(PTFE, PFA, ETFE, PVDF, 등)로 Lining 된 Pump 아니면 귀금속 재질이 사용되어야 할 것입니다.

<참고자료: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/cm9504955?cookieSet=1 >
The thermal decomposition of NF3 by various oxides was investigated using gas chromatography, BET surface areas, and X-ray powder diffraction. The decomposition of NF3 using alumina can occur at temperatures as low as 100 °C, with steady complete conversion for almost 4 h at 400 °C. The reaction is shown to be stoichiometric. Using Na-doped alumina, conversion of NF3 dropped off faster than conversion with the undoped alumina. Similarly, calcium oxide did not react with the NF3 as completely or last as long as the alumina did; even at 400 °C the conversion of NF3 was only briefly greater than 90%. HX zeolite was also reacted with NF3, with higher and more consistent conversion than occurred with calcium oxide and Na-doped alumina, but did not perform as well as the alumina. Over 98% conversion was maintained at 400 °C for more than 1 h. In all cases, nitrogen oxides and the corresponding metal fluorides were the only major products from the reactions. The XRD patterns confirm the presence of metal fluorides for all of the materials investigated. On the basis of these investigations, it has been concluded that of all the oxides studied, alumina is the best oxide getter for NF3.

(0)글쓴이 이름에 "본명"을 사용해 달라는 이야기는 아니었습니다.  본명을 사용하는 것은 불편할 때도 있고, 때로는 기밀유지가 필요한 경우도 있고... 경우에 따라서는 밝히고 싶지 않을 경우도 있고..

여기서는 "이곳에서 만큼은 결코 변하지 않는"  "자신만의 고유한" 이름을 사용하면 됩니다. 
그러나 "장난끼 서린" "너무 흔한" 이름은 질문 만 해 놓고는 휘리릭~ 달아나는 경우가 많아서 그리해오고 있습니다.

10여년 넘게 이곳에서 성심 껏 답해주려고 노력하고 있지만  이따금씩 "무력감", "자책감", 심지어는 "환멸감"을 느끼는 경우가 있어서 부탁드리는 것입니다.  불편하셨다면 이해해 주시기를 당부드립니다.

(1) NF3의 주철 재질과의 반응

NF3는 비교적 안정한 물질인 것으로 보이지만 자체로 혹은 화학적 자극에 의해 다음 반응이 일어날 수 있습니다.  맨 밑의 자료를 보면 Al2O3가 촉매작용을 하면 비교적 낮은 온도에서도 분해반응이 생성되는 것으로 보입니다.

2NF3 ------> N2  +  F2    ............................(1)  NF3 분해 반응 
F2  +  H2O ------------>  HF  + HOF................ (2)  F2의 흡수반응  HF는 부식성이 아주 큼, 유리도 부식 
HOF ---------------------->  HF  + [O]..................(3)  HOF 분해 반응, HF와 [O]의 생성으로 부식성 큼

(2) 생성되는 N2는 불활성이지만 F2는 부식성이 강한 물질입니다.  물에 녹아 불산, 불소산이 생성 되면 금속이나 유리, 세라믹, 등 거의 대부분의 물질을 부식시킬 수 있을 것입니다.  아마 불소계 고분자(PTFE, PFA, ETFE, PVDF, 등)로 Lining 된 Pump 아니면 귀금속 재질이 사용되어야 할 것입니다.

<참고자료:  http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/cm9504955?cookieSet=1 > 
The thermal decomposition of NF3 by various oxides was investigated using gas chromatography, BET surface areas, and X-ray powder diffraction. The decomposition of NF3 using alumina can occur at temperatures as low as 100 °C, with steady complete conversion for almost 4 h at 400 °C. The reaction is shown to be stoichiometric. Using Na-doped alumina, conversion of NF3 dropped off faster than conversion with the undoped alumina. Similarly, calcium oxide did not react with the NF3 as completely or last as long as the alumina did; even at 400 °C the conversion of NF3 was only briefly greater than 90%. HX zeolite was also reacted with NF3, with higher and more consistent conversion than occurred with calcium oxide and Na-doped alumina, but did not perform as well as the alumina. Over 98% conversion was maintained at 400 °C for more than 1 h. In all cases, nitrogen oxides and the corresponding metal fluorides were the only major products from the reactions. The XRD patterns confirm the presence of metal fluorides for all of the materials investigated. On the basis of these investigations, it has been concluded that of all the oxides studied, alumina is the best oxide getter for NF3.

김병연 jhkaim82

09-12-21 09:28

자세한 답변에 너무 감사의 말씀을 드립니다.

근데 한가지 의문점이 있어서 질문 드립니다.

1.NF3 자체적으로 분해 반응이 일어날수 있나요? --> 제가 화학에 대해 잘 모르네요.ㅜㅜ
자체적으로 분해 반응이 일어나서 F2와 주철과의 반응이 일어나서 주철을 부식시킬수도 있는거죠?

--> 챔버안의 모든 가스들을 저희 진공 펌프가 흡수시켜야 하기 때문에.. 사실상 펌프 내부에는
NF3라던지. 기타 모든 불순물 가스들이 존재할것 입니다.
하지만 유독 NF3 가스 공정(여러가지 공정이 있음)의 펌프 내부 파트들이 표면부에 부식(부식증상이 확실치 않지만노 란색 파우더가 많이 증착) 하여 마찰이 일어나 피스톤들이 내부에서 돌지 못하는 경우가 발생하기 때문에요 ^^;)

--> 저회 회사에서 알고자 하는것이 이러한 피스톤 표면부에 이러한 불순물들이 증착하여 펌프가 돌지 않기 떄문에
이러한 피스톤을 재수리 하여 사용하는데. (재수리 청구 비용이 큼-->고객측에서 항의하는 부분)
NF3 가스에 대응할수 있는 재질의 피스톤을 사용하라..라는식의 압력을 가해옵니다. ㅠㅠ

--> 또한 이러한 재수리해서 사용하는 피스톤이 사용전 피스톤과 비교하여 수명은 얼마나 될것인지..
--> 이러한 부분의 화학 시험 연구원같은 연구소에 의뢰 해야 하나요?

바쁘실텐데..정말 죄송합니다.

Stefano

09-12-22 18:07

(1) 이전 답글에서는 쉽게 분해될 것이라고 했지만 아마도 NF3는 다른 Trihalogenated Nitrogen에 비해 상온에서는 비교적 안전한 것으로 보입니다. 오히려 잘 분해되지 않아서 인용했던 부분처럼 촉매를 사용하고 온도를 높여서 반응해야 분해되는 것 같습니다.

NF3가 쉽게 잘 분해되지 않기 때문에 반도체 제조공정에서는 고온으로 가열하여 F2를 발생시켜 Silica를 부식시키는 것으로 봅니다. 그런데 반도체 제조공정중 F2가 생성되어 있다면 반드시 물과 접하여 HF를 생성시키고 이 HF가 물에 남아 있다면 배출되는 공정 폐수중에 HF 성분이 포함될 수도 있으며 만일 HF가 들어있으면 모든 철은 부식되어 버릴 것입니다.

따라서 폐액중의 성분이 아주 중요합니다. 폐액중에 불산(HF)가 포함되어 있는지 폐액을 분석해 봐야 하겠지요.

(2) 노란색 파우더? 불산화합물중 노란색상을 띄는 성분으로는 FeF3 4.5H2O가 있습니다. 성분분석을 해야 확신이 설 것 같습니다. 다른 불소 화합물은 Green, Red, Brown Color들이 많습니다.

진공펌프가 가동되지 못할 정도라고 한다면 꽤 많은 량이 생성되는 것으로 보이므로 고체물질의 성분분석을 해보도록 하세요. 이런 정도의 분석은 화학시험연구원에서 원소분석만 해봐도 알 수 있을 것입니다.

(3) "NF3가스에 대응할 수 있는 재질"이라고 했다면 분명 NF3가 맞다는 이야기인지? 만일 그렇다고면 하면 PTFE-Lined Pump가 어떨지요? 기존사용하는 재질이 문제가 된다면 피스톤만 교체해서는 안되기 때문에 신중히 검토해볼 필요가 있습니다.

해당업체에서는 나몰라라 하고는 처리업체만 골탕먹이는 회사라면 문제있는 회사이거나 담당자가 직무유기를 하고 있는 회사임에 틀림없습니다. 문제는 함께 풀어야 하지 누구에게 책임을 떠 맡겨서는 안됩니다.