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JP7360045B2 - Method for producing molybdenum hexafluoride and method for removing oxide film on the surface of molybdenum - Google Patents
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JP7360045B2 - Method for producing molybdenum hexafluoride and method for removing oxide film on the surface of molybdenum - Google Patents

Method for producing molybdenum hexafluoride and method for removing oxide film on the surface of molybdenum Download PDF

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Description

本開示は、六フッ化モリブデンの製造方法に関する。六フッ化モリブデンは、半導体製造用ガスとして、半導体基板の金属配線(回路)の形成等に用いられている。 The present disclosure relates to a method for producing molybdenum hexafluoride. Molybdenum hexafluoride is used as a gas for semiconductor manufacturing, such as in the formation of metal wiring (circuits) on semiconductor substrates.

モリブデンは高融点で電気抵抗の小さい金属であり、各種電子材料用素材として金属単体あるいはそのシリサイドの形で広く使用されている。電子材料分野、特に半導体分野では、モリブデンによる回路が、六フッ化モリブデン(以下、MoFと呼ぶことがある)を原料ガスとし、化学気相蒸着法(chemical vapor deposition、以下、CVD法と呼ぶことがある)にて、回路上にモリブデンを蒸着することで形成されている。MoFは、通常、金属モリブデン単体(以下、単にモリブデンと呼ぶことがある)とフッ素ガス(以下、Fガスと呼ぶことがある)との反応により製造されている。 Molybdenum is a metal with a high melting point and low electrical resistance, and is widely used as a raw material for various electronic materials in the form of a single metal or its silicide. In the field of electronic materials, particularly in the field of semiconductors, circuits using molybdenum are produced using molybdenum hexafluoride (hereinafter sometimes referred to as MoF 6 ) as a raw material gas using chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD method). It is formed by vapor-depositing molybdenum on the circuit. MoF 6 is usually produced by a reaction between metal molybdenum alone (hereinafter sometimes simply referred to as molybdenum) and fluorine gas (hereinafter sometimes referred to as F 2 gas).

例えば、特許文献1には、金属モリブデンとフッ素ガスとを反応させて六フッ化モリブデンを製造する方法において、200℃~350℃の条件で、2~4時間反応させる六フッ化モリブデンの製造方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a method for producing molybdenum hexafluoride by reacting metal molybdenum with fluorine gas, in which the reaction is carried out for 2 to 4 hours at 200°C to 350°C. is listed.

また、特許文献2には、金属モリブデンとフッ素ガスとを反応させて六フッ化モリブデンを製造する方法において、反応器内部の金属モリブデンをのせる固定床を傾斜させることを特徴とする六フッ化モリブデンの製造方法が記載されている。 Further, Patent Document 2 describes a method for producing molybdenum hexafluoride by reacting molybdenum metal with fluorine gas, which is characterized in that a fixed bed on which molybdenum metal is placed inside the reactor is inclined. A method for producing molybdenum is described.

モリブデンとFガスからMoFを生成する際の以下の反応(1)において、標準生成熱ΔHは、-1558kJ/MoFmol(298K、1atm)であり、一方、モリブデンとNFガスからMoFを生成する、以下の反応式(2)の標準生成熱ΔHは、-1294kJ/MoFmol(298K、1atm)である。 In the following reaction (1) when producing MoF 6 from molybdenum and F 2 gas, the standard heat of formation ΔH is -1558 kJ/MoF 6 mol (298 K, 1 atm); The standard heat of formation ΔH of the following reaction formula (2) that produces 6 is -1294 kJ/MoF 6 mol (298 K, 1 atm).

Mo(s)+F(g)→MoF(g) 反応(1)
Mo(s)+2NF(g)→MoF(g)+N(g) 反応(2)
s=solid(固体) g=gas(気体)
Mo(s)+F 2 (g) → MoF 6 (g) Reaction (1)
Mo(s)+2NF 3 (g)→MoF 6 (g)+N 2 (g) Reaction (2)
s=solid g=gas

前記反応(1)および反応(2)の反応速度は極めて速く、MoFの生成熱量も大きいため、MoFの製造工程において、反応系の温度は急激に上昇する。反応系の温度が高温になると、金属製の反応器の内壁(以下、単に反応器壁と呼ばれることがある)がフッ素含有ガスにより侵される(腐食する)ことが知られている。 Since the reaction rates of the reactions (1) and (2) are extremely fast and the amount of heat generated for MoF 6 is large, the temperature of the reaction system rises rapidly in the process of producing MoF 6 . It is known that when the temperature of the reaction system becomes high, the inner wall of the metal reactor (hereinafter sometimes simply referred to as the reactor wall) is attacked (corroded) by the fluorine-containing gas.

本来、モリブデンは金属光沢を示す銀白色の金属であるが、大気中の酸素、又は水分により、表面が酸化(腐食)され、モリブデンの酸化物からなる酸化被膜が表面に生成し徐々に光沢を失うことが知られている。しかしながら、この酸化はごく薄いもので内部までは進行しないことも知られている。モリブデンの表面は、湿度の高い環境下では、ごく薄いモリブデンの酸化物からなる自然酸化被膜(以下、単に酸化被膜と呼ぶことがある)が生じやすく、光沢を失いやすい。このようなモリブデンの酸化物には、二酸化モリブデン(MoO)、三酸化モリブデン(MoO)が存在する。 Originally, molybdenum is a silvery-white metal with a metallic luster, but its surface becomes oxidized (corroded) by oxygen or moisture in the atmosphere, and an oxide film consisting of molybdenum oxides forms on the surface, gradually becoming shiny. Known to lose. However, it is also known that this oxidation is very thin and does not progress to the inside. In a humid environment, the surface of molybdenum tends to form a natural oxide film (hereinafter sometimes simply referred to as an oxide film) consisting of a very thin molybdenum oxide, and tends to lose its luster. Such molybdenum oxides include molybdenum dioxide (MoO 2 ) and molybdenum trioxide (MoO 3 ).

また、特許文献3には、モリブデン表面に形成されている自然酸化被膜は、溶存酸素、溶存過酸化水素を除去した水素水との接触で化学的に除去できることが記載されている。 Further, Patent Document 3 describes that the natural oxide film formed on the surface of molybdenum can be chemically removed by contact with hydrogen water from which dissolved oxygen and dissolved hydrogen peroxide have been removed.

中国特許出願公開第103449525号明細書China Patent Application Publication No. 103449525 国際公開第2019/189715号International Publication No. 2019/189715 特許第6415100号公報Patent No. 6415100

従来技術(特許文献1)において、モリブデンとFガスを接触させてMoFを製造する反応を開始する際、200℃を超える反応温度を採用することが、奨励されている。しかしながら、前述のようにモリブデンとFガスを反応させてMoFを得る際の反応速度は、極めて速く、生成熱量も大きいことから反応の熱暴走が懸念される。このような異常反応、金属製の反応器壁がフッ素含有ガスに侵食されること等を抑制するには、反応器のジャケットに冷媒を流通させるなどの冷却機構を設け、反応中の反応器壁の温度を400℃以下に抑える必要があり、更に反応器材質としてフッ素に対して耐食性が高く、高価なニッケルやニッケル合金などの材料を用いる必要があった。 In the prior art (Patent Document 1), when starting a reaction for producing MoF 6 by contacting molybdenum with F 2 gas, it is recommended to employ a reaction temperature of over 200° C. However, as described above, the reaction rate when reacting molybdenum and F 2 gas to obtain MoF 6 is extremely fast and the amount of heat generated is large, so there is concern about thermal runaway of the reaction. In order to suppress such abnormal reactions and corrosion of the metal reactor wall by fluorine-containing gas, a cooling mechanism such as circulating a refrigerant through the reactor jacket is installed to prevent the reactor wall from being eroded during the reaction. It was necessary to suppress the temperature of the reactor to 400° C. or less, and it was also necessary to use an expensive material such as nickel or nickel alloy, which has high corrosion resistance against fluorine, as the material for the reactor.

このため、MoFの製造においては、反応開始時は加熱を必要とし、反応中は反応熱の除去のために冷却を必要とする。よって、反応器に加熱器と冷却器をともに付設することが多い。加熱器と冷却器の両方を設けた場合において400℃付近の高温条件で加熱と冷却の切換のタイミングを間違えると、前述の通り、反応器壁の温度が上昇し過ぎてニッケルやニッケル合金などの材料を用いた場合においても反応器が損傷する虞があった。 Therefore, in the production of MoF 6 , heating is required at the start of the reaction, and cooling is required during the reaction to remove the reaction heat. Therefore, both a heater and a cooler are often attached to the reactor. When both a heater and a cooler are installed, if the timing of switching between heating and cooling is incorrect under high-temperature conditions around 400°C, the temperature of the reactor wall will rise too much, causing damage to nickel, nickel alloys, etc. There was also a risk that the reactor would be damaged even when the material was used.

本開示は、これらを解決し、酸化被膜を有するモリブデンを原料に用いても、反応器へのダメージの少ない低温でMoFを得る反応を開始することのできるMoFの製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure solves these problems and provides a method for producing MoF 6 that can start the reaction to obtain MoF 6 at a low temperature with less damage to the reactor even if molybdenum with an oxide film is used as a raw material. With the goal.

さらに、本開示は、反応器へのダメージの少ない低温で酸化被膜を除去することのできるモリブデンの表面の酸化被膜の除去方法を提供することを目的とする。 Furthermore, an object of the present disclosure is to provide a method for removing an oxide film on the surface of molybdenum, which can remove the oxide film at a low temperature with less damage to the reactor.

上記問題を解決するために、本発明者らが鋭意検討したところ、フッ化水素を含むフッ素ガス又は不活性ガスを、酸化被膜を有する原料モリブデンに予め接触させる前処理を行うことで、意外なことに、モリブデンの表面の酸化被膜が除去され、その後、100℃以下の低温でも、酸化被膜が除去されたモリブデンがFガスと速やかに反応しMoFが生成することがわかり、本開示を完成するに至った(実施例の[表1]参照)。 In order to solve the above problem, the present inventors conducted extensive studies and found that by performing a pretreatment in which fluorine gas containing hydrogen fluoride or an inert gas is brought into contact with the molybdenum raw material having an oxide film, an unexpected result can be achieved. In particular, it was found that after the oxide film on the surface of molybdenum is removed, the molybdenum from which the oxide film has been removed reacts quickly with F2 gas to generate MoF6 even at a low temperature of 100°C or less. It was completed (see [Table 1] in Examples).

前記MoFを合成する前の前処理において、Fガスに、低濃度であってもHFが含まれることで、HFは反応器壁を腐食させることなく、モリブデン最表面の酸化被膜を除去することが可能であり、モリブデン表面の酸化被膜を除去することで、モリブデンの表面がFガスと速やかに反応する様に活性化し、MoFがより低温で速やかに生成することを可能としたと推測される。 In the pretreatment before synthesizing MoF 6 , the F 2 gas contains HF even at a low concentration, so HF removes the oxide film on the outermost surface of molybdenum without corroding the reactor wall. By removing the oxide film on the surface of molybdenum, the surface of molybdenum is activated to quickly react with F2 gas, making it possible to quickly generate MoF6 at a lower temperature. Guessed.

本開示は、以下の発明1~10を含む。
[発明1]
酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素を50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、反応器内で接触させ、酸化被膜が除去されたモリブデンを得る、第1の工程と、
第1の工程で酸化被膜が除去されたモリブデンと、フッ素含有ガスと、を、反応器内で接触させて、六フッ化モリブデンを得る第2の工程と、
を含む、
六フッ化モリブデンの製造方法。
The present disclosure includes the following inventions 1 to 10.
[Invention 1]
Molybdenum having an oxide film is brought into contact with at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and an inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of hydrogen fluoride in a reactor to form an oxide film. a first step of obtaining molybdenum from which is removed;
a second step of contacting molybdenum from which the oxide film has been removed in the first step with a fluorine-containing gas in a reactor to obtain molybdenum hexafluoride;
including,
A method for producing molybdenum hexafluoride.

[発明2]
前記第1の工程において、酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素を50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、25℃以上180℃以下で接触させる、発明1に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。
[Invention 2]
In the first step, molybdenum having an oxide film and at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of hydrogen fluoride are heated at 25°C. The method for producing molybdenum hexafluoride according to Invention 1, wherein the contact is carried out at a temperature of 180° C. or lower.

[発明3]
前記第1の工程において、酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素を50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、25℃以上100℃以下で接触させる、発明2に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。
[Invention 3]
In the first step, molybdenum having an oxide film and at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of hydrogen fluoride are heated at 25°C. The method for producing molybdenum hexafluoride according to Invention 2, wherein the contact is carried out at a temperature of at least 100°C.

[発明4]
前記第2の工程に用いるフッ素含有ガスが、フッ素ガス及び三フッ化窒素ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスである、発明1乃至発明3のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。
[Invention 4]
The hexafluoride according to any one of Inventions 1 to 3, wherein the fluorine-containing gas used in the second step is at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and nitrogen trifluoride gas. Method for producing molybdenum.

[発明5]
前記第2の工程において、酸化被膜を除去したモリブデンと、フッ素含有ガスとを、25℃以上180℃以下で接触させる、発明1乃至発明4のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。
[Invention 5]
In the second step, the production of molybdenum hexafluoride according to any one of Inventions 1 to 4, wherein the molybdenum from which the oxide film has been removed is brought into contact with a fluorine-containing gas at a temperature of 25°C or higher and 180°C or lower. Method.

[発明6]
前記第2の工程において、酸化被膜を除去したモリブデンと、フッ素含有ガスとを、25℃以上100℃以下で接触させる、発明5に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。
[Invention 6]
The method for producing molybdenum hexafluoride according to invention 5, wherein in the second step, the molybdenum from which the oxide film has been removed is brought into contact with a fluorine-containing gas at a temperature of 25° C. or higher and 100° C. or lower.

[発明7]
前記第1の工程において、前記反応器の出口のガスを、前記反応器内に循環させる、発明1乃至発明6のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。
[Invention 7]
The method for producing molybdenum hexafluoride according to any one of Inventions 1 to 6, wherein in the first step, gas at the outlet of the reactor is circulated into the reactor.

[発明8]
前記第1の工程及び第2の工程を同じ反応器を用い連続的に行う、発明1乃至発明7のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。
[Invention 8]
The method for producing molybdenum hexafluoride according to any one of Inventions 1 to 7, wherein the first step and the second step are performed continuously using the same reactor.

[発明9]
酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素ガスを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを接触させる、モリブデンの表面の酸化被膜の除去方法。
[Invention 9]
An oxide film on the surface of molybdenum that is brought into contact with molybdenum having an oxide film and at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing hydrogen fluoride gas in an amount of 50 volume ppm or more and 50 volume % or less. How to remove.

[発明10]
酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素ガスを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、25℃以上180℃以下で接触させる、発明9に記載のモリブデンの表面の酸化被膜の除去方法。
[Invention 10]
Molybdenum having an oxide film is brought into contact with at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing hydrogen fluoride gas in an amount of 50 volume ppm or more and 50 volume % or less at a temperature of 25°C or more and 180°C or less. The method for removing an oxide film on the surface of molybdenum according to invention 9.

本開示のMoFの製造方法を用いれば、酸化被膜を有するモリブデンを原料に用いても、モリブデンとフッ素含有ガスを接触させて、反応器へのダメージの少ない低温でもMoFを得る反応を開始することができる If the method for producing MoF 6 of the present disclosure is used, even if molybdenum with an oxide film is used as a raw material, molybdenum and a fluorine-containing gas are brought into contact and the reaction to obtain MoF 6 can be started even at low temperatures with less damage to the reactor. can do

また、本開示のモリブデンの表面の酸化被膜の除去方法を用いれば、反応器へのダメージの少ない低温でもモリブデン表面の酸化被膜を除去することが可能となる。 Further, by using the method for removing an oxide film on the surface of molybdenum of the present disclosure, it becomes possible to remove the oxide film on the surface of molybdenum even at low temperatures with less damage to the reactor.

図1は、本開示に係るMoF合成装置100の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a MoF 6 synthesizer 100 according to the present disclosure. 図2は、本開示に係るMoF合成装置200の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a MoF 6 synthesizer 200 according to the present disclosure.

本開示のMoFの製造方法の実施形態を、詳細に説明する。しかしながら、本開示は、以下に示す実施の形態に限定されるものではない。 Embodiments of the MoF 6 manufacturing method of the present disclosure will be described in detail. However, the present disclosure is not limited to the embodiments described below.

本開示の第一の実施形態に係るMoFの製造方法は、酸化被膜を有するモリブデンと、HFを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、反応器内で接触させ、酸化被膜を除去したモリブデンを得る、第1の工程と、第1の工程で酸化被膜が除去されたモリブデンと、フッ素含有ガスと接触させて、MoFを得る第2の工程と、を含む。 The method for producing MoF 6 according to the first embodiment of the present disclosure includes molybdenum having an oxide film, and at least one gas selected from the group consisting of a fluorine gas and an inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of HF. A first step of contacting a seed gas in a reactor to obtain molybdenum from which an oxide film has been removed, and contacting molybdenum from which an oxide film has been removed in the first step with a fluorine-containing gas, a second step of obtaining MoF 6 .

1.原料モリブデン
なお、六フッ化モリブデンの製造方法の原料であるモリブデン(以下、原料モリブデンと呼ぶことがある)は市販されており、インゴット又は粉体状に加工されたものを購入することができる。空気中でモリブデンの最表面はごく薄く酸化され、市販のモリブデンは、この自然酸化被膜の形成により、光沢を失い褐色を呈する。
本明細書において、「原料モリブデン」は、「酸化被膜を有するモリブデン」を意味する。
1. Raw material molybdenum Molybdenum (hereinafter sometimes referred to as raw material molybdenum), which is a raw material for the production method of molybdenum hexafluoride, is commercially available, and can be purchased in ingot or powder form. The outermost surface of molybdenum is very thinly oxidized in the air, and commercially available molybdenum loses its luster and takes on a brown color due to the formation of this natural oxide film.
In this specification, "raw material molybdenum" means "molybdenum having an oxide film".

六フッ化モリブデンの製造方法における、第1の工程は、原料モリブデンと、HFを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを接触させ、酸化被膜を除去する工程である。次いで、第2の工程は、第1の工程で酸化被膜を除去したモリブデンとFガスを接触させ、MoFを得る工程である。 The first step in the method for producing molybdenum hexafluoride is to combine raw material molybdenum with at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of HF. This is a step of bringing the material into contact with the other materials and removing the oxide film. Next, in the second step, molybdenum from which the oxide film was removed in the first step is brought into contact with F 2 gas to obtain MoF 6 .

本開示の六フッ化モリブデンの製造方法において、原料モリブデンには、粉体、塊、インゴット等の種々の形状の物を用いることが可能である。本開示の六フッ化モリブデンの製造方法に用いる、原料モリブデンは、粒度100nm以下の粉体、粒度10cm以上のインゴット等の様々な形状から選択することが可能であるが、反応容器へ原料モリブデンを充填する際の容易さ、および原料モリブデンの粉体および塊に対するガスの流通のし易さから、粒度1μm以上10cm以下の粉体又は塊を使用することが好ましい。また、粒度0.5μm以上1500μm以下の範囲で種々の粒度の粉状および粒状の原料モリブデンが市販され、これら市販品の中から任意に選択して用いることができる。なお、本開示において、原料モリブデン粉の粒度はFisher Sub-Sieve Sizer法による平均粒子径である。 In the method for producing molybdenum hexafluoride of the present disclosure, raw molybdenum can be in various shapes such as powder, lumps, and ingots. The raw molybdenum used in the method for producing molybdenum hexafluoride of the present disclosure can be selected from various shapes such as powder with a particle size of 100 nm or less and ingots with a particle size of 10 cm or more. It is preferable to use powder or lumps with a particle size of 1 μm or more and 10 cm or less, from the viewpoint of ease of filling and gas flow through the raw material molybdenum powder and lumps. In addition, powdery and granular molybdenum raw materials having various particle sizes in the range of 0.5 μm to 1500 μm are commercially available, and any one of these commercially available products can be used. In the present disclosure, the particle size of the raw material molybdenum powder is the average particle size determined by the Fisher Sub-Sieve Sizer method.

モリブデンの表面の酸化被膜の除去方法においても、上記の原料モリブデンを用いることができる。 The above raw material molybdenum can also be used in the method for removing an oxide film on the surface of molybdenum.

2.第1の工程(以下、前処理工程ということがある)
本実施形態のMoFの製造方法の第1の工程は、酸化被膜を有するモリブデン(原料モリブデン)と、HFを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスを(以下、「HF含有ガス」とも称する)とを、反応器内で接触させ酸化被膜を除去したモリブデンを得る工程である。不活性ガスとしては、窒素(N)、ヘリウム(He)、又はアルゴン(Ar)を挙げることができるが、入手の容易さおよび価格の低さにより、好ましくはNである。
2. First step (hereinafter sometimes referred to as pre-treatment step)
The first step of the method for producing MoF 6 of this embodiment is selected from the group consisting of molybdenum having an oxide film (raw material molybdenum) and a fluorine gas and an inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of HF. This is a step in which molybdenum from which an oxide film has been removed is obtained by contacting at least one type of gas (hereinafter also referred to as "HF-containing gas") in a reactor. The inert gas may include nitrogen ( N2 ), helium (He), or argon (Ar), with N2 being preferred due to its easy availability and low cost.

前述のように、モリブデンは、大気中では常温常湿においても表面が腐食され酸化被膜を生成し、最表面が酸化被膜で覆われることが知られている。 As mentioned above, it is known that the surface of molybdenum corrodes and forms an oxide film in the atmosphere even at room temperature and humidity, and the outermost surface is covered with an oxide film.

最表面が酸化被膜で覆われたモリブデンはFとの反応性に劣るため、特許文献1に記載の様に、200℃を超える高温下でFガスを接触させて反応させ、MoFを製造しなければならないこととなる。 Since molybdenum whose outermost surface is covered with an oxide film has poor reactivity with F 2 , as described in Patent Document 1, a reaction is caused by contacting F 2 gas at a high temperature exceeding 200°C to convert MoF 6 . It will have to be manufactured.

しかしながら、本発明者が鋭意検討した所、HF含有ガスを、予め原料モリブデンに接触させておく前処理工程(第1の工程)を加えることで、意外なことに、別途、特許文献3に記載の水素水処理等行うことなく、原料モリブデンの表面は酸化被膜が除去され活性化し、100℃以下の低温でもモリブデンがFガスと速やかに反応し、MoFが速やかに生成することが分かった([表1]の実施例1~5参照)。 However, after intensive study by the present inventor, surprisingly, by adding a pre-treatment step (first step) in which the HF-containing gas is brought into contact with the raw material molybdenum in advance, the method described in Patent Document 3 was discovered. It was found that the oxide film on the surface of the raw molybdenum was removed and activated without hydrogen water treatment, and molybdenum reacted quickly with F2 gas even at low temperatures below 100°C, and MoF6 was quickly generated. (See Examples 1 to 5 in [Table 1]).

本実施形態の六フッ化モリブデンの製造方法において、原料モリブデンと、HF含有ガスが接触した第1の工程後の反応系には、MoOF又はMoFが検出される。このことから、原料モリブデンと、HF含有ガスが接触することで、原料モリブデンから酸化被膜が除去される機構として、以下の反応を推測することができる。 In the method for producing molybdenum hexafluoride of the present embodiment, MoOF 4 or MoF 6 is detected in the reaction system after the first step in which the raw material molybdenum and the HF-containing gas are in contact with each other. From this, the following reaction can be inferred as the mechanism by which the oxide film is removed from the raw material molybdenum when the raw material molybdenum comes into contact with the HF-containing gas.

例えば、三酸化モリブデン(MoO)と、HFは、以下の反応(3)~(6)の様に反応し、MoOよりMoOFが生成されると推測される。 For example, it is assumed that molybdenum trioxide (MoO 3 ) and HF react as shown in reactions (3) to (6) below, and MoOF 4 is produced from MoO 3 .

HF + MoO → MoOF(OH) 反応(3)
HF + MoOF(OH) → MoOF(OH)反応(4)
HF + MoOF(OH) → MoF(OH) 反応(5)
HF + MoF(OH) → MoOF + 2HO 反応(6)
HF + MoO 3 → MoO 2 F(OH) reaction (3)
HF + MoO 2 F(OH) → MoOF 2 (OH) 2 reaction (4)
HF + MoOF 2 (OH) 2 → MoF 3 (OH) 3 reaction (5)
HF + MoF 3 (OH) 3 → MoOF 4 + 2H 2 O reaction (6)

第1の工程においてHFを含む不活性ガスを使用する場合は、反応(6)より得られたMoOFが気化することにより、モリブデンの表面の酸化被膜は気体となり、モリブデン表面から除去されるものと推測される。 When using an inert gas containing HF in the first step, the MoOF 4 obtained from reaction (6) is vaporized, and the oxide film on the molybdenum surface becomes a gas, which is removed from the molybdenum surface. It is assumed that.

第1の工程においてHFを含むFガスを使用する場合は、反応(5)で生成したMoF(OH)と、Fガスが、以下の式(7)のように反応し、結果として、MoOよりMoFが生成されると推測される。反応(6)より得られたMoOFと、反応(7)より得られたMoFが気化することにより、モリブデンの表面の酸化被膜は気体となり、モリブデン表面から除去されるものと推測される。 When using F2 gas containing HF in the first step, MoF3 (OH) 3 generated in reaction (5) and F2 gas react as shown in equation (7) below, resulting in It is assumed that MoF 6 is generated from MoO 3 as follows. It is presumed that the oxide film on the molybdenum surface becomes a gas and is removed from the molybdenum surface by vaporizing MoOF 4 obtained from reaction (6) and MoF 6 obtained from reaction (7).

MoF(OH) + F→ MoF + 3HF +3/2O 反応(7) MoF 3 (OH) 3 + F 2 → MoF 6 + 3HF +3/2O 2 reaction (7)

本実施形態のMoFの製造方法の第1の工程におけるFガス又は不活性ガス中のHFの濃度は、FガスとHFを合わせた体積、又は不活性ガスとHFを合わせた体積を基準とする体積百万分率又は百分率で表して、50体積ppm以上50体積%以下である。HFの濃度が50体積ppmより少ないと、原料モリブデン表面の酸化被膜を除去する効果が少なく、50体積ppmより多くなるにつれて反応速度は向上するが1体積%を超えてもそれほど向上せず、50体積%より多いと、HFにより反応器壁が腐食する懸念がある。好ましくは、100体積ppm以上1体積%(10,000体積ppm)以下である。 The concentration of HF in the F2 gas or inert gas in the first step of the MoF6 production method of this embodiment is determined by the combined volume of F2 gas and HF, or the combined volume of inert gas and HF. Expressed as parts per million or percentage, it is 50 volume ppm or more and 50 volume % or less. When the concentration of HF is less than 50 volume ppm, the effect of removing the oxide film on the surface of the raw molybdenum is small, and as the concentration exceeds 50 volume ppm, the reaction rate improves, but when it exceeds 1 volume %, it does not improve much. If it exceeds the volume %, there is a concern that the reactor wall will corrode due to HF. Preferably, it is 100 volume ppm or more and 1 volume % (10,000 volume ppm) or less.

[接触温度]
本開示のMoFの製造方法の第1の工程における原料モリブデンと、HF含有ガスとの接触温度は、25℃以上180℃以下であることが好ましい。
[Contact temperature]
The contact temperature between the raw material molybdenum and the HF-containing gas in the first step of the method for producing MoF 6 of the present disclosure is preferably 25° C. or higher and 180° C. or lower.

上記の接触の際の温度が室温(25℃)であっても、原料モリブデンの表面は酸化被膜が除去され充分に活性化する。好ましくは40℃以上である。 Even if the temperature during the above-mentioned contact is room temperature (25° C.), the oxide film on the surface of the raw molybdenum is removed and the surface is sufficiently activated. Preferably it is 40°C or higher.

原料モリブデンと、HF含有ガスとを接触させる際の温度は、好ましくは150℃以下であり、さらに、好ましくは、100℃以下である。 The temperature at which the raw material molybdenum and the HF-containing gas are brought into contact is preferably 150°C or lower, and more preferably 100°C or lower.

[接触時間]
本実施形態のMoFの製造方法の第1の工程における原料モリブデンと、HF含有ガスと、を接触させる際の接触時間は、例えば、原料モリブデン表面の酸化の進行の程度、第2の工程後のMoFの収率等により、任意に定めることができる。
[Contact time]
The contact time when the raw material molybdenum and the HF-containing gas are brought into contact in the first step of the method for producing MoF 6 of this embodiment is determined, for example, by the degree of progress of oxidation on the surface of the raw material molybdenum, and after the second step. It can be arbitrarily determined depending on the yield of MoF 6 and the like.

[接触圧力]
本実施形態のMoFの製造方法の第1の工程および第2の工程における反応器内の圧力が絶対圧で0.01kPa以上300kPa以下であることが好ましく、絶対圧で0.01kPa以上100kPa以下であることがより好ましい。絶対圧の値が0.01kPa未満では、圧力を保持するための設備の負荷が大きくなるため、好ましくない。300kPa以上では、MoFが液化する可能性がある上に、装置からMoFが漏えいする虞があるため好ましくない。
[Contact pressure]
The pressure inside the reactor in the first step and the second step of the method for producing MoF 6 of this embodiment is preferably 0.01 kPa or more and 300 kPa or less in absolute pressure, and 0.01 kPa or more and 100 kPa or less in absolute pressure. It is more preferable that If the absolute pressure value is less than 0.01 kPa, the load on the equipment for maintaining the pressure becomes large, which is not preferable. A pressure of 300 kPa or more is not preferable because there is a possibility that MoF 6 will liquefy and there is also a risk that MoF 6 will leak from the device.

3.第2の工程(以下、反応工程ということがある)
本実施形態のMoFの製造方法における第2の工程は、第1の工程で酸化被膜を除去したモリブデンとフッ素含有ガスを接触させ、MoFを得る工程である。
[フッ素含有ガス]
第2の工程において使用するフッ素含有ガスは、Fガス、NFガス、又はこれらの混合ガスを例示することができ、N、HeおよびArからなる群から選ばれる不活性ガスで希釈されていてもよい。好ましくは、Fガスである。
3. Second step (hereinafter sometimes referred to as reaction step)
The second step in the method for producing MoF 6 of this embodiment is a step in which molybdenum from which the oxide film has been removed in the first step is brought into contact with a fluorine-containing gas to obtain MoF 6 .
[Fluorine-containing gas]
The fluorine-containing gas used in the second step can be exemplified by F2 gas, NF3 gas, or a mixed gas thereof, and is diluted with an inert gas selected from the group consisting of N2 , He, and Ar. You can leave it there. Preferably it is F2 gas.

[反応]
第2の工程では、フッ素含有ガスがFガスである場合、前記反応式(1)のように、第1の工程後の(酸化被膜が除去された)モリブデンと、Fガスとが反応して、MoFが生成され、フッ素含有ガスがNFガスである場合、前記反応式(2)のように、第1の工程後の(酸化被膜が除去された)モリブデンと、NFガスとが反応して、MoFが生成される。
[reaction]
In the second step, when the fluorine-containing gas is F2 gas, the molybdenum (from which the oxide film has been removed) after the first step reacts with the F2 gas, as shown in reaction formula (1). When MoF 6 is generated and the fluorine-containing gas is NF 3 gas, as shown in reaction formula (2), the molybdenum (from which the oxide film has been removed) after the first step and the NF 3 gas MoF 6 is produced by the reaction.

[接触温度]
第2の工程において、第1の工程で酸化被膜が除去されたモリブデンとフッ素含有ガスとを接触させる際の温度は、好ましくは25℃以上180℃以下であることが好ましい。
[Contact temperature]
In the second step, the temperature at which the molybdenum from which the oxide film has been removed in the first step is brought into contact with the fluorine-containing gas is preferably 25° C. or higher and 180° C. or lower.

上記の接触の際の温度が室温(25℃)であっても、酸化被膜が除去されたモリブデンは、フッ素含有ガスと反応する。好ましくは40℃以上である。 Even if the temperature during the above-mentioned contact is room temperature (25° C.), the molybdenum from which the oxide film has been removed reacts with the fluorine-containing gas. Preferably it is 40°C or higher.

酸化被膜が除去されたモリブデンとフッ素含有ガスとの接触温度は、好ましくは150℃以下であり、特に好ましくは、100℃以下である。 The contact temperature between the molybdenum from which the oxide film has been removed and the fluorine-containing gas is preferably 150°C or lower, particularly preferably 100°C or lower.

[接触時間]
本開示のMoFの製造方法の第2の工程において、酸化被膜が除去されたモリブデンとフッ素含有ガスとを接触させる際の接触時間は、例えば、MoFの収率等により任意に定めることができる。
[Contact time]
In the second step of the method for producing MoF 6 of the present disclosure, the contact time when the molybdenum from which the oxide film has been removed is brought into contact with the fluorine-containing gas can be arbitrarily determined based on, for example, the yield of MoF 6 . can.

[接触圧力]
本実施形態のWFの製造方法の第2の工程における反応器内の好ましい圧力範囲は、上記の第1の工程における反応器内の圧力範囲と同じである。
[Contact pressure]
The preferred pressure range within the reactor in the second step of the method for producing WF 6 of this embodiment is the same as the pressure range within the reactor in the first step.

4.MoFの製造
[反応器]
本実施形態のMoFの製造方法に用いる反応器は原料モリブデン及び酸化被膜が除去されたモリブデンを充填することができればよく、バッチ式反応器でも連続式でもよい。反応器の材質はF、MoFおよびHFに耐性のあるものから選ぶことができ、ニッケル、ニッケル合金およびステンレス鋼を挙げることができる。ニッケル合金としては、主にニッケルと銅からなり、他に鉄、マンガン又は硫黄等を含むモネル(登録商標)を例示することができ、ステンレス鋼としては、SUS304、SUS316等のオーステナイト系ステンレス鋼を例示することができる。
4. Production of MoF 6 [reactor]
The reactor used in the method for producing MoF 6 of this embodiment only needs to be able to be filled with raw material molybdenum and molybdenum from which an oxide film has been removed, and may be a batch type reactor or a continuous type reactor. The reactor material can be selected from those resistant to F 2 , MoF 6 and HF, and may include nickel, nickel alloys and stainless steel. Examples of nickel alloys include Monel (registered trademark), which is mainly composed of nickel and copper, and also contains iron, manganese, or sulfur, and examples of stainless steels include austenitic stainless steels such as SUS304 and SUS316. I can give an example.

本実施形態のMoFの製造方法においては、第1の工程において、原料モリブデンは表面の酸化被膜を除去されて第2の工程においてフッ素含有Fガスと速やかに反応することができる様に活性化し、第1の工程及び第2の工程の反応器の温度を100℃以下でも操業できることから、反応器の負荷が低い条件で安定的に操業可能となる。更には反応器材質をニッケルやニッケル合金などの高価な材料から汎用的なステンレス鋼に変更することも可能となる In the method for producing MoF 6 of this embodiment, in the first step, the oxide film on the surface of the raw material molybdenum is removed, and in the second step, the molybdenum is activated so that it can quickly react with the fluorine-containing F 2 gas. Since the reactor temperature in the first step and the second step can be operated at 100° C. or lower, stable operation is possible under conditions where the load on the reactor is low. Furthermore, it will also be possible to change the reactor material from expensive materials such as nickel and nickel alloys to general-purpose stainless steel.

本実施形態のMoFの製造方法において、第1の工程におけるHF含有ガスと原料モリブデン、第2の工程におけるフッ素含有ガスとモリブデンの接触効率を向上させるためには、原料モリブデン及び酸化被膜が除去されたモリブデン内にガスを流通させるための循環機構を設けてもよい。例えば、図2に示すように、反応容器16の後段にガス循環ライン19を設け、反応容器16から出るガスを、反応容器16に戻してもよい。しかしながら、第1の工程においては、循環機構を設けずともモリブデンの表面の酸化被膜の除去は可能である。 In the method for producing MoF 6 of the present embodiment, in order to improve the contact efficiency between the HF-containing gas and the raw material molybdenum in the first step and the fluorine-containing gas and molybdenum in the second step, the raw material molybdenum and the oxide film must be removed. A circulation mechanism may be provided to circulate gas through the molybdenum. For example, as shown in FIG. 2, a gas circulation line 19 may be provided downstream of the reaction vessel 16, and the gas exiting from the reaction vessel 16 may be returned to the reaction vessel 16. However, in the first step, it is possible to remove the oxide film on the surface of molybdenum without providing a circulation mechanism.

[第1の工程から第2の工程への移行]
本実施形態のMoFの製造方法における、第1の工程(前処理工程)から第2の工程(反応工程)の移行について説明する。
[Transition from the first process to the second process]
The transition from the first step (pretreatment step) to the second step (reaction step) in the MoF 6 manufacturing method of this embodiment will be described.

上記第1の工程および第2の工程は別の反応器で行ってもよいが、同じ反応器を用い連続的に行う方が簡便であり、経済的である。第1の工程から第2の工程への移行において、第1の工程後のガス中のHFの濃度が高い場合は、第1の工程後のガスを反応器から除去することが好ましい。第1の工程後のガス中のHFの濃度が低い、又は第1の工程でHFが完全に消費され存在しない場合は、第1の工程後のガスを除去することなく反応器にフッ素含有ガスを供給し、第2の工程を開始してもよい。 Although the first step and the second step may be performed in separate reactors, it is easier and more economical to perform them continuously in the same reactor. In the transition from the first step to the second step, if the concentration of HF in the gas after the first step is high, it is preferable to remove the gas after the first step from the reactor. If the concentration of HF in the gas after the first step is low or the HF is completely consumed in the first step and is not present, the fluorine-containing gas may be added to the reactor without removing the gas after the first step. may be supplied to start the second step.

第1の工程は、反応器に原料モリブデンと、HF含有ガスを充填後、密閉して行うことが好ましく、その方が簡便である。原料モリブデン表面の酸化被膜を除去し活性化させるためには、反応器内部のガスを循環させ流動させておくことが好ましい。 The first step is preferably carried out by filling the reactor with the raw material molybdenum and the HF-containing gas and then sealing the reactor, which is easier. In order to remove the oxide film on the surface of the raw material molybdenum and activate it, it is preferable to circulate and flow the gas inside the reactor.

第2の工程は、フッ素含有ガスを供給しつつ、反応器内に充填した酸化被膜が除去されたモリブデンを通過させるように流通させ該モリブデンに接触させ、接触後のガスを採取することが簡便である。 In the second step, while supplying a fluorine-containing gas, it is convenient to flow it through the molybdenum from which the oxide film has been removed, which is filled in the reactor, to contact the molybdenum, and to collect the gas after contact. It is.

採取したガスをフーリエ変換赤外光分光光度計で分析することにより、接触後のガス中の生成したMoFの濃度を測定することができる。 By analyzing the sampled gas with a Fourier transform infrared spectrophotometer, the concentration of MoF 6 produced in the gas after contact can be measured.

[MoFの合成装置]
本実施形態のMoFの製造方法に用いる、MoFの合成装置を図1に例示する。本実施形態のMoFの製造方法に用いる、MoFの合成装置は図1に示す装置に限定されるものではない。
[MoF 6 synthesis device]
FIG. 1 illustrates an example of a MoF 6 synthesis apparatus used in the MoF 6 manufacturing method of this embodiment. The MoF 6 synthesis apparatus used in the MoF 6 manufacturing method of this embodiment is not limited to the apparatus shown in FIG.

図1に示す様に、MoF合成装置100は、原料モリブデン18を充填した反応容器(反応器)16、フッ化水素ガス(HF)供給器13、およびフッ素含有ガス供給器14、および図示しない不活性ガス(N)供給器により構成される。 As shown in FIG. 1, the MoF 6 synthesis apparatus 100 includes a reaction vessel (reactor) 16 filled with raw material molybdenum 18, a hydrogen fluoride gas (HF) supply device 13, a fluorine-containing gas supply device 14, and a gas supply device (not shown). Consists of an inert gas (N 2 ) supply device.

反応容器16は、図示しないジャケット又は電気ヒーターを備え、ジャケット内には温調した水を流通させ、反応容器16内の温度を調整することができる。電気ヒーターは、反応容器16内を加熱することができる。 The reaction vessel 16 is equipped with a jacket or an electric heater (not shown), and the temperature inside the reaction vessel 16 can be adjusted by circulating temperature-controlled water within the jacket. An electric heater can heat the interior of the reaction vessel 16.

HFガス供給器13およびフッ素含有ガス供給器14は、図示しないマスフローコントローラーを備える。HFガス供給器13およびフッ素含有ガス供給器14は、これらのガスの流量をマスフローコントローラーにより調整しつつ、反応容器16内に供給することができる。反応後のガスは、反応容器16の後段に設置された生成物取出口17より取り出すことができる。 The HF gas supply device 13 and the fluorine-containing gas supply device 14 are equipped with a mass flow controller (not shown). The HF gas supplier 13 and the fluorine-containing gas supplier 14 can be supplied into the reaction vessel 16 while the flow rates of these gases are adjusted by a mass flow controller. The gas after the reaction can be taken out from a product outlet 17 installed at the latter stage of the reaction vessel 16.

また、反応容器16は、原料モリブデン18を通して流通させるように、HF含有ガス、又はフッ素含有ガスを循環させる循環機構を設けてもよい。 Further, the reaction vessel 16 may be provided with a circulation mechanism that circulates the HF-containing gas or the fluorine-containing gas so as to circulate it through the raw material molybdenum 18 .

5.モリブデンの表面の酸化被膜の除去方法
本開示の第二の実施形態に係るモリブデンの表面の酸化被膜の除去方法は、酸化被膜を有するモリブデンと、HFを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを接触させる方法である。
5. Method for removing an oxide film on the surface of molybdenum A method for removing an oxide film on the surface of molybdenum according to the second embodiment of the present disclosure is a method for removing an oxide film on the surface of molybdenum according to the second embodiment of the present disclosure. This is a method of contacting at least one type of gas selected from the group consisting of gas and inert gas.

前述のように、モリブデンは、大気中では常温常湿においても表面が酸化(腐食)され酸化被膜を生成し、最表面が酸化被膜で覆われることが知られている。 As mentioned above, it is known that the surface of molybdenum is oxidized (corroded) and forms an oxide film in the atmosphere even at room temperature and humidity, and the outermost surface is covered with the oxide film.

しかしながら、本発明者が鋭意検討した所、HF含有ガスを、予め酸化膜を有するモリブデンに150℃以下の低温で接触させておく前処理工程(第1の工程)を加えることで、モリブデン表面の酸化被膜が除去され、フッ素含有ガスに対して活性になり、150℃以下の低温でも酸化被膜が除去されたモリブデンがフッ素含有ガスと速やかに反応し、MoFが速やかに生成することが分かった([表1]の実施例1~4参照)。すなわち、接触温度150℃以下の温和な条件で、モリブデンの最表面に生成した酸化被膜を除去することができた。 However, after extensive study by the present inventor, the molybdenum surface can be improved by adding a pretreatment step (first step) in which HF-containing gas is brought into contact with molybdenum, which has an oxide film, at a low temperature of 150°C or lower. It was found that the oxide film was removed and molybdenum became active against fluorine-containing gases, and even at low temperatures below 150°C, molybdenum from which the oxide film was removed reacts quickly with fluorine-containing gases, quickly producing MoF 6 . (See Examples 1 to 4 in [Table 1]). That is, the oxide film formed on the outermost surface of molybdenum could be removed under mild conditions with a contact temperature of 150° C. or lower.

本実施形態のモリブデンの表面の酸化被膜の除去方法におけるHF含有ガス中のHFの濃度は、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスと、HFを合わせた体積を基準とする体積百万分率又は百分率で表して、50体積ppm以上50体積%以下である。HFの濃度が50体積ppmより少ないと、モリブデン表面の酸化被膜を除去する効果が少なく、50体積%より多いと、HFの強い酸化力により反応器が腐食する懸念がある。好ましくは、100体積ppm以上1体積%以下である。 The concentration of HF in the HF-containing gas in the method for removing an oxide film on the surface of molybdenum of this embodiment is based on the combined volume of HF and at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas. Expressed in parts per million or percentage, it is 50 volume ppm or more and 50 volume % or less. When the concentration of HF is less than 50 volume ppm, the effect of removing the oxide film on the molybdenum surface is small, and when it is more than 50 volume %, there is a fear that the reactor may be corroded due to the strong oxidizing power of HF. Preferably, it is 100 volume ppm or more and 1 volume % or less.

本実施形態のモリブデンの表面の酸化被膜の除去方法における接触温度、接触時間、圧力、反応器などは、本実施形態のMoFの製造方法の第1の工程におけるそれらと同じ条件を採用することができる。 The contact temperature, contact time, pressure, reactor, etc. in the method for removing an oxide film on the surface of molybdenum of this embodiment are the same as those in the first step of the method for producing MoF 6 of this embodiment. I can do it.

具体的な実施例により、本実施形態のMoFの製造方法を説明する。しかしながら、本開示のMoFの製造方法は、以下の実施例により限定されるものではない。尚、本実施例において、酸化被膜を除去するための水素水処理等は、原料モリブデンに対し何ら行っていない。 The method for manufacturing MoF 6 of this embodiment will be explained using a specific example. However, the method for producing MoF 6 of the present disclosure is not limited to the following examples. In this example, the raw material molybdenum was not subjected to any hydrogen water treatment or the like to remove the oxide film.

[MoF合成装置]
以下の実施例に用いた、酸化被膜が除去されたモリブデンとFガスからMoFを合成するためのMoF合成装置100について、図1を用いて説明する。
[MoF 6 synthesis device]
A MoF 6 synthesis apparatus 100 for synthesizing MoF 6 from molybdenum from which an oxide film has been removed and F 2 gas used in the following examples will be described with reference to FIG. 1.

図1に示す様に、MoF合成装置100は、原料モリブデン18を充填した反応容器(反応器)16、HFガス供給器13、フッ素含有ガス供給器14、および図示しないNガス供給器により構成される。 As shown in FIG. 1, the MoF 6 synthesis apparatus 100 includes a reaction vessel (reactor) 16 filled with raw material molybdenum 18, an HF gas supply device 13, a fluorine-containing gas supply device 14, and an N 2 gas supply device (not shown). configured.

反応容器16は、Ni製の大きさ、内径55mm、外径60mm、長さ300mmのバッチ式反応容器16であり、図示しないジャケット又は電気ヒーターを備える。ジャケット内には温調した水を流量0.5L/minでジャケット内に流通させ、反応容器16内壁の温度を調整することができる。電気ヒーターは、反応容器16内を加熱することができる。 The reaction vessel 16 is a batch type reaction vessel 16 made of Ni and having an inner diameter of 55 mm, an outer diameter of 60 mm, and a length of 300 mm, and is equipped with a jacket or an electric heater (not shown). The temperature of the inner wall of the reaction vessel 16 can be adjusted by flowing temperature-controlled water into the jacket at a flow rate of 0.5 L/min. An electric heater can heat the interior of the reaction vessel 16.

HFガス供給器13およびフッ素含有ガス供給器14は、図示しないマスフローコントローラーを備える。HFガス供給器13およびフッ素含有ガス供給器14は、これらのガスの流量をマスフローコントローラーにより調整しつつ、反応容器16内に供給することができる。 The HF gas supply device 13 and the fluorine-containing gas supply device 14 are equipped with a mass flow controller (not shown). The HF gas supplier 13 and the fluorine-containing gas supplier 14 can be supplied into the reaction vessel 16 while the flow rates of these gases are adjusted by a mass flow controller.

反応後のガスは、反応容器16の後段に設置された生成物取出口17より取り出すことができる。 The gas after the reaction can be taken out from a product outlet 17 installed at the latter stage of the reaction vessel 16.

[MoFの濃度測定]
生成物取出口17より取り出したガス中のMoFの濃度は、フーリエ変換赤外光分光光度計(株式会社島津製作所製、型式IRPrestage21)により、測定した。
[Measurement of MoF 6 concentration]
The concentration of MoF 6 in the gas taken out from the product outlet 17 was measured using a Fourier transform infrared spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, Model IRPrestage 21).

実施例1
[第1の工程](前処理工程)
反応容器16内に、表面に酸化被膜を有することをXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy:X線電子分光法)分析で確認した市販の原料モリブデン18(約600g、粒度3μm)を充填し、反応容器16内を脱気し、次いで、温水を図示しないジャケットに流通させて、反応容器16の内壁を70℃に加温した。反応容器16の内壁を70℃に保った状態で、Fガスに対し、HFガスの濃度が、100体積ppm(0.01体積%)、且つ、反応容器16の内圧が80kPaになるように、HFガス供給器13およびフッ素含有ガス供給器14からHFガスとFガスを供給した。供給後、反応容器16の内壁を140℃に保った状態で、原料モリブデン18を通過するように、循環機構を用いて、反応器内16のガスを循環させつつ、24時間経過させた。反応容器16内のガスを抜き出し、不活性ガス(N)で置換した後、反応容器16内の反応後のモリブデンの一部を抜出しXPS分析を行った。Mo-O結合由来のピーク(232eV)を有する原料モリブデンに対し、第1の工程後のモリブデンはMo-O結合を示すピークが消失、Mo金属由来のピーク(230eV)のみとなっていることから、酸化被膜が除去されていることを確認した。
Example 1
[First step] (Pre-treatment step)
The reaction vessel 16 is filled with commercially available raw material molybdenum 18 (approximately 600 g, particle size 3 μm), which has been confirmed to have an oxide film on its surface by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis. The inside of reaction vessel 16 was degassed, and then hot water was passed through a jacket (not shown) to heat the inner wall of reaction vessel 16 to 70°C. With the inner wall of the reaction container 16 maintained at 70° C., the concentration of HF gas was 100 volume ppm (0.01 volume %) with respect to F 2 gas, and the internal pressure of the reaction container 16 was 80 kPa. , HF gas and F2 gas were supplied from the HF gas supply device 13 and the fluorine-containing gas supply device 14. After the supply, 24 hours passed while the gas in the reactor 16 was circulated using a circulation mechanism so as to pass through the raw material molybdenum 18 while keeping the inner wall of the reactor 16 at 140°C. After the gas in the reaction vessel 16 was extracted and replaced with an inert gas (N 2 ), a portion of the reacted molybdenum in the reaction vessel 16 was extracted and subjected to XPS analysis. For the raw material molybdenum which has a peak (232 eV) derived from Mo-O bond, the peak indicating Mo-O bond disappears in the molybdenum after the first step, and only the peak (230 eV) derived from Mo metal remains. It was confirmed that the oxide film was removed.

[第2の工程](反応工程)
続いて、反応容器16の内壁を140℃に保った状態で、反応容器16内にFガスを、フッ素含有ガス供給器14より、図示しないマスフローコントローラーを用いて流量、0.5slm(0℃、1atmにおける1分間辺りのリットルで表される流量)で供給しつつ、反応容器16の内圧80kPaにて、Fガスのみを、反応容器16に充填した酸化被膜を除去したモリブデン18を通過するように、反応容器16に流通させた。流通開始後、20分経過した後、生成物取出口17から反応ガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFガスが濃度99%以上含まれていた。
[Second step] (reaction step)
Next, with the inner wall of the reaction vessel 16 maintained at 140°C, F2 gas was supplied into the reaction vessel 16 from the fluorine-containing gas supply device 14 at a flow rate of 0.5 slm (0°C) using a mass flow controller (not shown). , a flow rate expressed in liters per minute at 1 atm), and at an internal pressure of 80 kPa in the reaction vessel 16, only F 2 gas is passed through the molybdenum 18 from which the oxide film has been removed, which is filled in the reaction vessel 16. The mixture was circulated through the reaction vessel 16 in the same manner. After 20 minutes had passed from the start of the flow, a portion of the reaction gas was taken out from the product outlet 17 and measured using the Fourier transform infrared spectrophotometer, and as a result it was found to contain MoF 6 gas at a concentration of 99% or more.

実施例2
第1の工程において、反応容器16に充填するFガス中のHFの濃度を、1,000体積ppm(0.1体積%)に変えた以外は、実施例1と同じ、原料モリブデン18を用い、同様の条件および手順で、第1の工程、次いで第2の工程を行った。第2工程において、流通開始後、20分経過した後、生成物取出口17から反応ガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFガスが濃度99%以上含まれていた。
Example 2
In the first step, the raw material molybdenum 18 was used in the same manner as in Example 1, except that the concentration of HF in the F 2 gas filled in the reaction vessel 16 was changed to 1,000 volume ppm (0.1 volume %). The first step and then the second step were carried out using the same conditions and procedures. In the second step, after 20 minutes had passed after the start of the flow, a part of the reaction gas was taken out from the product outlet 17 and measured with the Fourier transform infrared spectrophotometer, and it was found that the concentration of MoF 6 gas was 99% or more. It was included.

実施例3
第1の工程において、反応容器16に充填するFガス中のHFの濃度を、10,00
0体積ppm(1体積%)に変えた以外は、実施例1と同じ、原料モリブデン18を用い、同様の条件および手順で、第1の工程、次いで第2の工程を行った。第2工程において、流通開始後、20分経過した後、生成物取出口17から反応ガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFガスが濃度99%以上含まれていた。
Example 3
In the first step, the concentration of HF in the F2 gas filled in the reaction vessel 16 is set to 10,00
The first step and then the second step were performed using the same raw material Molybdenum 18 as in Example 1 under the same conditions and procedures, except that it was changed to 0 volume ppm (1 volume %). In the second step, after 20 minutes had passed after the start of the flow, a part of the reaction gas was taken out from the product outlet 17 and measured with the Fourier transform infrared spectrophotometer, and it was found that the concentration of MoF 6 gas was 99% or more. It was included.

実施例4
[第1の工程](前処理工程)
反応容器16内に、実施例1で用いたのと同じ原料モリブデン18を充填し、反応容器16内を脱気し、次いで、温水を図示しないジャケットに流通させて、反応容器16の内壁を80℃に加温した。反応容器16の内壁を80℃に保った状態で、Fガスに対するHFの濃度が、体積百分率で表して100体積ppm(0.01体積%)、且つ、反応容器16の内圧が80kPaになるように、HFガス供給器13およびフッ素含有ガス供給器14からHFガスとFガスを供給した。供給後、原料モリブデン18を通過するように、反応容器内16のガスを循環させつつ、反応容器16の内壁を80℃に保った状態で24時間経過させた。
Example 4
[First step] (Pre-treatment step)
The reaction container 16 is filled with the same raw material molybdenum 18 used in Example 1, the inside of the reaction container 16 is degassed, and then hot water is passed through a jacket (not shown) to make the inner wall of the reaction container 16 80% Warmed to ℃. With the inner wall of the reaction vessel 16 maintained at 80°C, the concentration of HF relative to the F2 gas is 100 volume ppm (0.01 volume %) expressed as a volume percentage, and the internal pressure of the reaction vessel 16 is 80 kPa. HF gas and F2 gas were supplied from the HF gas supply device 13 and the fluorine-containing gas supply device 14. After the supply, the gas in the reaction container 16 was circulated so as to pass through the raw material molybdenum 18, and the inner wall of the reaction container 16 was maintained at 80° C. for 24 hours.

[第2の工程](反応工程)
続いて、反応容器16の内壁を80℃に保った状態で、反応容器16内にFガスを、フッ素含有ガス供給器14より、図示しないマスフローコントローラーを用いて流量、0.5slmで供給しつつ、反応容器16の内圧80kPaにて、Fガスのみを、反応容器16に充填した酸化被膜を除去したモリブデン18を通過するように、反応容器16に流通させた。流通開始後、20分経過した後、生成物取出口17から反応ガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFガスが濃度99%以上含まれていた。
[Second step] (reaction step)
Subsequently, with the inner wall of the reaction vessel 16 maintained at 80° C., F 2 gas was supplied into the reaction vessel 16 from the fluorine-containing gas supply device 14 at a flow rate of 0.5 slm using a mass flow controller (not shown). At the same time, at an internal pressure of 80 kPa in the reaction container 16, only F 2 gas was allowed to flow into the reaction container 16 so as to pass through the molybdenum 18 from which the oxide film had been removed and which had been filled in the reaction container 16. After 20 minutes had passed from the start of the flow, a portion of the reaction gas was taken out from the product outlet 17 and measured using the Fourier transform infrared spectrophotometer, and as a result it was found to contain MoF 6 gas at a concentration of 99% or more.

実施例5
[第1の工程](前処理工程)
反応容器16内に、実施例1で用いたのと同じ原料モリブデン18を充填し、反応容器16内を脱気し、次いで、温水を図示しないジャケットに流通させて、反応容器16の内壁を80℃に加温した。反応容器16の内壁を80℃に保った状態で、Nガスに対するHFの濃度が、体積百分率で表して100体積ppm(0.01体積%)、且つ、反応容器16の内圧が80kPaになるように、HFガス供給器13および図示しないNガス供給器からHFガスとNガスを供給した。供給後、原料モリブデン18を通過するように、反応容器内16のガスを循環させつつ、反応容器16の内壁を80℃に保った状態で24時間経過させた。
Example 5
[First step] (Pre-treatment step)
The reaction container 16 is filled with the same raw material molybdenum 18 used in Example 1, the inside of the reaction container 16 is degassed, and then hot water is passed through a jacket (not shown) to make the inner wall of the reaction container 16 80% Warmed to ℃. With the inner wall of the reaction container 16 maintained at 80° C., the concentration of HF relative to N 2 gas is 100 volume ppm (0.01 volume %) expressed as a volume percentage, and the internal pressure of the reaction container 16 is 80 kPa. HF gas and N 2 gas were supplied from the HF gas supply device 13 and the N 2 gas supply device (not shown). After the supply, the gas in the reaction container 16 was circulated so as to pass through the raw material molybdenum 18, and the inner wall of the reaction container 16 was maintained at 80° C. for 24 hours.

[第2の工程](反応工程)
続いて、反応容器16の内壁を80℃に保った状態で、反応容器16内にFガスを、フッ素含有ガス供給器14より、図示しないマスフローコントローラーを用いて流量、0.5slmで供給しつつ、反応容器16の内圧80kPaにて、Fガスのみを、反応容器16に充填した酸化被膜を除去したモリブデン18を通過するように、反応容器16に流通させた。流通開始後、20分経過した後、生成物取出口17から反応ガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFガスが濃度99%以上含まれていた。
[Second step] (reaction step)
Subsequently, with the inner wall of the reaction vessel 16 maintained at 80° C., F 2 gas was supplied into the reaction vessel 16 from the fluorine-containing gas supply device 14 at a flow rate of 0.5 slm using a mass flow controller (not shown). At the same time, at an internal pressure of 80 kPa in the reaction container 16, only F 2 gas was allowed to flow into the reaction container 16 so as to pass through the molybdenum 18 from which the oxide film had been removed and which had been filled in the reaction container 16. After 20 minutes had passed from the start of the flow, a portion of the reaction gas was taken out from the product outlet 17 and measured using the Fourier transform infrared spectrophotometer, and as a result it was found to contain MoF 6 gas at a concentration of 99% or more.

比較例1
第1の工程において、反応容器16に充填するFガス中のHFの濃度を、10体積ppm(0.001体積%)に変えた以外は、実施例1と同じ、原料モリブデン18を用い、実施例1と同様の条件および手順で、第1の工程、次いで第2の工程を行った。生成物取出口17からガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFの濃度は18%であった。
Comparative example 1
In the first step, the same raw material molybdenum 18 as in Example 1 was used, except that the concentration of HF in the F 2 gas filled in the reaction vessel 16 was changed to 10 volume ppm (0.001 volume %), The first step and then the second step were performed under the same conditions and procedures as in Example 1. A portion of the gas was taken out from the product outlet 17 and measured using the Fourier transform infrared spectrophotometer, and the concentration of MoF 6 was found to be 18%.

比較例2
第1の工程を行うことなしに、実施例1と同じ、原料モリブデン18を用い、実施例1と同様の手順で第2の工程を行った。
Comparative example 2
The second step was performed in the same manner as in Example 1 using the same raw material Molybdenum 18 as in Example 1 without performing the first step.

反応容器16内に原料モリブデン18を封入し、脱気した後、ジャケットに140℃の水を流通させて、反応容器16の内壁を140℃に保った状態で、反応容器16内にFガスを、フッ素含有ガス供給器14より、図示しないマスフローコントローラーを用いて流量、0.5slmで供給しつつ、反応容器16の内圧80kPaにて、Fガスのみを、反応容器16に充填した原料モリブデン18を通過するように、反応容器16に流通させた。流通開始後、20分経過した後、生成物取出口17から生成ガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFガスの濃度は14%であった。 After sealing the raw material molybdenum 18 in the reaction vessel 16 and degassing it, water at 140°C is passed through the jacket to maintain the inner wall of the reaction vessel 16 at 140°C, and F2 gas is introduced into the reaction vessel 16. The reaction vessel 16 was filled with only F 2 gas at a flow rate of 0.5 slm from the fluorine-containing gas supplier 14 using a mass flow controller (not shown), and the reaction vessel 16 was filled with F 2 gas. It was made to flow into the reaction vessel 16 so as to pass through 18. After 20 minutes had passed after the start of the flow, a part of the generated gas was taken out from the product outlet 17 and measured using the Fourier transform infrared spectrophotometer, and the concentration of MoF 6 gas was 14%.

参考例1
第1の工程を行うことなしに、実施例1と同じ、原料モリブデン18を用い、MoFを製造した。
Reference example 1
MoF 6 was produced using the same raw material molybdenum 18 as in Example 1 without performing the first step.

電気ヒーターを用い反応容器16の内壁を250℃に加温した状態で、反応容器16内にFガスを、フッ素含有ガス供給器14より、図示しないマスフローコントローラーを用いて流量、0.5slm(0℃、1atmにおける1分間辺りのリットルで表される流量)で供給しつつ、反応容器16の内圧80kPaにて、Fガスのみを反応容器16に流通させた。流通開始後、20分経過した後、生成物取出口17から生成ガスの一部を取り出し、前記フーリエ変換赤外分光光度計で測定したところ、MoFガスが濃度99%以上で含まれていた。 With the inner wall of the reaction vessel 16 heated to 250°C using an electric heater, F 2 gas was supplied into the reaction vessel 16 from the fluorine-containing gas supply device 14 at a flow rate of 0.5 slm using a mass flow controller (not shown). Only F 2 gas was allowed to flow into the reaction vessel 16 at an internal pressure of 80 kPa while being supplied at a flow rate expressed in liters per minute at 0° C. and 1 atm. After 20 minutes had passed after the start of the distribution, a part of the produced gas was taken out from the product outlet 17 and measured with the Fourier transform infrared spectrophotometer, and it was found that MoF 6 gas was contained at a concentration of 99% or more. .

表1に、実施例1~4、比較例1~2について、第1の工程における、原料モリブデン18とHFを含むFガスとの接触温度、F中のHF濃度、第2の工程における、酸化被膜が除去されたモリブデンとFガスの接触温度、生成物取出口17における生成ガス中のMoFの濃度を示す。 Table 1 shows, for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2, the contact temperature between raw material molybdenum 18 and F 2 gas containing HF in the first step, the HF concentration in F 2 , and the temperature in the second step. , the contact temperature between molybdenum from which the oxide film has been removed and F 2 gas, and the concentration of MoF 6 in the product gas at the product outlet 17.

Figure 0007360045000001
Figure 0007360045000001

本開示のMoFの製造方法に属する実施例1~4は、第2の工程において、従来よりも低い接触温度である80℃又は140℃であるにもかかわらず反応を開始でき、最終的に99%以上の高い濃度でMoFが得られた。 In Examples 1 to 4 belonging to the method for producing MoF 6 of the present disclosure, the reaction could be started in the second step even though the contact temperature was 80° C. or 140° C., which was lower than the conventional one, and finally MoF 6 was obtained at a high concentration of over 99%.

ガス中のHF濃度が薄く、本開示のMoFの製造方法の範疇にない、比較例1は、MoF濃度は18%であり、低い濃度であった。 In Comparative Example 1, in which the HF concentration in the F 2 gas was low and was not within the scope of the MoF 6 production method of the present disclosure, the MoF 6 concentration was 18%, which was a low concentration.

本開示のMoFの製造方法における第1工程を行わなかった、比較例2は、最終的にMoF濃度は最終的に14%であり、低い濃度であった。 In Comparative Example 2, in which the first step in the MoF 6 manufacturing method of the present disclosure was not performed, the final MoF 6 concentration was 14%, which was a low concentration.

従来法による参考例1は、最終的に99%以上の高い濃度でMoFが得られた。しかしながら、原料モリブデンとFガスの接触温度は250℃である。 In Reference Example 1 using the conventional method, MoF 6 was finally obtained at a high concentration of 99% or more. However, the contact temperature between the raw material molybdenum and the F2 gas is 250°C.

100 MoF合成装置
13 フッ化水素ガス供給器(HFガス供給器)
14 フッ素含有ガス供給器
16 反応容器(反応器)
17 生成物取出口
18 原料モリブデン
19 ガス循環ライン
20 ガス循環ポンプ
100 MoF 6 synthesis device 13 Hydrogen fluoride gas supply device (HF gas supply device)
14 Fluorine-containing gas supply device 16 Reaction vessel (reactor)
17 Product outlet 18 Raw material molybdenum 19 Gas circulation line 20 Gas circulation pump

Claims (10)

酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素を50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、反応器内で接触させ、酸化被膜が除去されたモリブデンを得る、第1の工程と、
第1の工程で酸化被膜が除去されたモリブデンと、フッ素含有ガスと、を、反応器内で接触させて、六フッ化モリブデンを得る第2の工程と、
を含む、
六フッ化モリブデンの製造方法。
Molybdenum having an oxide film is brought into contact with at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and an inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of hydrogen fluoride in a reactor to form an oxide film. a first step of obtaining molybdenum from which is removed;
a second step of contacting molybdenum from which the oxide film has been removed in the first step with a fluorine-containing gas in a reactor to obtain molybdenum hexafluoride;
including,
A method for producing molybdenum hexafluoride.
前記第1の工程において、酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素を50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、25℃以上180℃以下で接触させる、請求項1に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。 In the first step, molybdenum having an oxide film and at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of hydrogen fluoride are heated at 25°C. The method for producing molybdenum hexafluoride according to claim 1, wherein the contact is carried out at a temperature of at least 180°C. 前記第1の工程において、酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素を50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、25℃以上100℃以下で接触させる、請求項2に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。 In the first step, molybdenum having an oxide film and at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing 50 volume ppm or more and 50 volume % or less of hydrogen fluoride are heated at 25°C. The method for producing molybdenum hexafluoride according to claim 2, wherein the contact is carried out at a temperature of at least 100°C. 前記第2の工程に用いるフッ素含有ガスが、フッ素ガス及び三フッ化窒素ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスである、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。 The fluorine-containing gas according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluorine-containing gas used in the second step is at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and nitrogen trifluoride gas. Method for producing molybdenum fluoride. 前記第2の工程において、酸化被膜を除去したモリブデンと、フッ素含有ガスとを、25℃以上180℃以下で接触させる、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。 The molybdenum hexafluoride according to any one of claims 1 to 4, wherein in the second step, the molybdenum from which the oxide film has been removed is brought into contact with a fluorine-containing gas at a temperature of 25°C or higher and 180°C or lower. manufacturing method. 前記第2の工程において、酸化被膜を除去したモリブデンと、フッ素含有ガスとを、25℃以上100℃以下で接触させる、請求項5に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。 The method for producing molybdenum hexafluoride according to claim 5, wherein in the second step, the molybdenum from which the oxide film has been removed is brought into contact with a fluorine-containing gas at a temperature of 25°C or higher and 100°C or lower. 前記第1の工程において、前記反応器の出口のガスを、前記反応器内に循環させる、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。 The method for producing molybdenum hexafluoride according to any one of claims 1 to 6, wherein in the first step, gas at the outlet of the reactor is circulated into the reactor. 前記第1の工程及び第2の工程を同じ反応器を用い連続的に行う、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の六フッ化モリブデンの製造方法。 The method for producing molybdenum hexafluoride according to any one of claims 1 to 7, wherein the first step and the second step are performed continuously using the same reactor. 酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素ガスを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを接触させる、モリブデンの表面の酸化被膜の除去方法。 An oxide film on the surface of molybdenum that is brought into contact with molybdenum having an oxide film and at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing hydrogen fluoride gas in an amount of 50 volume ppm or more and 50 volume % or less. How to remove. 酸化被膜を有するモリブデンと、フッ化水素ガスを50体積ppm以上50体積%以下含む、フッ素ガス及び不活性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種のガスとを、25℃以上180℃以下で接触させる、請求項9に記載のモリブデンの表面の酸化被膜の除去方法。 Molybdenum having an oxide film is brought into contact with at least one gas selected from the group consisting of fluorine gas and inert gas containing hydrogen fluoride gas in an amount of 50 volume ppm or more and 50 volume % or less at a temperature of 25°C or more and 180°C or less. The method for removing an oxide film on the surface of molybdenum according to claim 9.
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