Safetygram28安全程序28.docx

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Safetygram28安全程序28

Safetygram-28安全程序-28

NitrogenTrifluoride（NF3）SafeHandlingPractices

三氟化氮（NF3）安全操作实践

1.General概述

Nitrogentrifluoride（NF3）isatoxic,colorless,odorless,nonflammable,oxidizingcompressedgasNF3offerstheadvantagesofrelativeeaseofuseatambientconditionsandtheabilitytoactasafluorinatingagent.Becauseofthesefactors,ithasgainedcommercialacceptanceinanumberofapplications.Theelectronicsindustryusesitinplasmaandthermalcleaningapplicationsforitsadvantagessuchashighetchrates,highselectivity,carbon-freeetching,andminimalresidualcontamination.NF3isalsousedasafluorinesourceinhighenergychemicallasers,owingtoitseaseofuserelativetofluorinegas.NF3isalsousedasanintermediateintheproductionofspecializedchemicals.

三氟化氮（NF3）是有毒、无色、无嗅、不可燃的氧化性压缩气体。

NF3具有在室温条件下相对容易使用和可以用作氟化剂的优点。

由于这些因素，它在许多应用中获得了广泛的认可。

由于它的优点，如高蚀刻率、高选择性、无碳蚀刻和最小限度的残留污染，电子工业把它用在等离子和热清洁应用中。

由于它相对于氟气更容易使用，NF3在高能化学激光器中用作氟源。

在特殊化学品的生产中NF3还用作媒介。

NF3isavailableinavarietyofgradesandatpuritylevelsinexcessof99.999%duetoadvancedpurificationtechniquesdevelopedbyAirProducts.Table1liststhephysicalandchemicalpropertiesofNF3.

NF3有多种等级，由于AirProducts发展的先进的净化技术，还有纯度超过的99.999%的NF3。

表1列出了NF3的物理和化学性质。

2.KeyConsiderations关键的考虑

HealthEffects对健康的影响

NF3isnothazardousbyskincontactandisarelativelyminorirritanttotheeyesandmucousmembranes.

皮肤接触NF3是没有危险的。

对于眼睛和黏膜，它是一个相对程度较轻的刺激物。

Over-exposuretoNF3viainhalationinducestheconversionofhemoglobintomethemoglobin.Theformationofmethemoglobinreducestheamountofoxygenavailabletobodytissues.Thiscanleadtochemicalcyanosis,headache,dizziness,weakness,confusion,andothermanifestationsassociatedwithareducedoxygensupply.Hemolyticanemia,enlargementofthespleen,andpathologicchangesintheliver,kidneys,andheartmusclemayoccurassecondaryeffectsofmethemoglobinemia,whichisreversible.AtthecessationofNF3exposure,methemoglobinrevertsbacktohemoglobin.Whilemethemoglobinemiaclearsspontaneouslyoverseveralhours,hemolyticanemiamaytakeseveralweekstoresolve.

过量吸入NF3会导致血色素转化成高铁血红蛋白。

高铁血红蛋白的形成减少了身体组织可以得到的氧的数量。

这会导致化学黄萎病、头痛、眩晕、虚弱、昏聩和其它伴随着氧气供应减少的表现。

作为高铁血红蛋白症的次要影响，会发生溶血性贫血、脾扩大和肝、肾、心肌的病变，这些影响是不可逆转的。

在NF3暴露停止后，高铁血红蛋白转化回血红素。

高铁血红蛋白症会在几个小时后自动消失，而溶血性贫血需要几个星期才能解除。

ToxicologicalProperties毒物学性质

Inhalation吸入LC50=6,700ppm（1hour小时）rat鼠

Forallspeciestested,theimmediateeffectofacuteexposuretohighconcentrationsofNF3isextensivemethemoglobinformationwithsubsequenthypoxia.Thisisoftenfollowedbyhemolyticanemiathatcancauseliver,kidney,spleen,andsometimeshearteffects.VomitinghasalsobeenobservedindogsandmonkeysthathaveinhaledNF3.

对于测试的所有物种，急性暴露于高浓度NF3的直接影响是大范围高铁血红蛋白形成和并发的组织缺氧。

随后的通常是会导致肝、肾、脾和有时候的心脏病变的溶血性贫血。

在已经吸入了NF3的狗和猴子身上还观察到了呕吐。

Exposureofratsto100ppmNF3byinhalationfor7hoursperday,5daysperweekfor19weeksresultedinmildtomoderatepathologicalchangesintheliverandkidneys.Noothereffectswerenoted.Thesechronicexposuresfailedtoproduceanymeasurablechangesinthegeneralappearance,appearanceofteeth,activity,growth,mortality,blood,serumchemistry,orfluorinecontentoftheteethandbonesoftheratstested.

老鼠通过吸入暴露在100ppmNF3中连续19周，每周5天，每天7小时，导致了肝和肾的轻微到中度的病变。

没有注意到其它影响。

这些长时间的暴露没有在被测试老鼠的总体外观、牙齿外观、活动性、生长、死亡率、血液、血清化学性质或牙齿和骨骼的氟含量方面产生任何可测量的变化。

NF3hasbeenfoundtobeweaklymutagenicinbacterialcellsandnon-mutagenicinanimalcellsandwholeanimaltestsystems.

已经发现，在细菌细胞内NF3是轻微的诱导有机质突变的物质，而在动物细胞和整个动物测试系统内NF3不会诱导有机质突变。

ExposureLevels暴露水平

TheNationalAcademyofSciences—NationalResearchCouncil,CommitteeofToxicology,hasrecommendedanEmergencyExposureLimit（EEL）forNF3of22,500ppm.Thisisbaseduponactualmeasurementswhichindicatethatexposureofupto30,000ppmxmindidnotcauseanynegativehealtheffectsinlaboratoryanimals,whileanemiadidoccuratexposuresof120,000ppmxmin.

国家科学院—国家研究理事会毒物学委员会已经推荐的NF3紧急暴露极限（EEL）为22,500ppm。

这是基于实际测量的。

该测量显示，大到30,000ppmxmin的暴露不会在实验室动物身上导致对健康的负面影响，而当暴露达到120,000ppmxmin时确实发生了贫血。

TheEELisaconcentrationthatisbelievednottoresultinaperiodofdisabilityorinterferewiththeperformanceoftasks.Whileexposureattheselevelsmayproduceinjury,theinjurywouldbereversible.TheEELrepresentsacumulativeexposurelimittakingintoaccountboththetimeofexposureandtheconcentrationatwhichtheexposureoccurs.Anycombinationoftimeofexposureandconcentrationthatislessthantherecommendedlevelof22,500ppmxminisacceptable.Table2illustratesacceptableexposuretimesforvaryingconcentrationsofNF3inairattheEELof22,500ppmxmin.

EEL是这样一个浓度，在此浓度下不会导致一段时间的无力或妨碍完成任务。

虽然在这种水平的暴露可能导致伤害，但伤害是可逆的。

EEL代表了一个既考虑了暴露时间又考虑了暴露发生时的浓度的累积的暴露极限。

任何小于22,500ppmxmin的推荐水平的暴露时间和浓度的组合都是可以接受的。

表2说明了在22,500ppmxmin的EEL下，对于空气中不同的NF3浓度可以接受的暴露时间。

TheTLV-TWA（10ppmor29mg/m3[ACGIH,1997]）forNF3wassetbytheAmericanConferenceofGovernmentalIndustrialHygienistsatone-tenththetestlevelofthepreviouslycited19-weekstudyunderToxicologicalProperties.

美国政府工业卫生学者会议把NF3的TLV-TWA（10ppm或29mg/m3[ACGIH,1997]）设定为前面在“毒物学性质”下引用的19周研究的测试水平的十分之一。

Tables3,4and5providedetailedinformationontheTLV-TWA,ImmediatelyDangeroustoLifeandHealth（IDLH）concentrations,andAcuteToxicity,LC50levelsforcommongasesusedinwaferfabrication.

表3、4和5提供了用于晶片制造的常用气体的关于TLV-TWA水平、立即危及生命和健康的浓度水平、剧毒LC50水平的详细资料。

Table1PhysicalandChemicalProperties表1物理和化学性质

（NF3isacolorlessgas.Tracequantitiesofimpuritiescanimpartamustyorpungentodortothegas.）

NF3是无色气体。

痕量的杂质会使气体带有一种霉味或刺激性气味。

MeltingPoint熔点–340.2°F（–206.8°C）

BoilingPoint沸点–200.2°F（–129°C）

CriticalTemperature临界温度–38.5°F（–39.3°C）

CriticalPressure临界压力44.02atm（4.46MPa）

LiquidDensity液体密度（atmatBoilingPoint在沸点）97.13lb/ft3（1554kg/m3）

GasDensity气体密度（atm,70°F）0.184lb/ft3（2.95kg/m3）

HeatofVaporizationatNormalBoilingPoint正常沸点时的蒸发热2.77kcal/mol（11.60kj/mol）

HeatofFusion熔解热0.095kcal/mol（0.40kj/mol）

SpecificGravity比重（70°F,air空气=1）2.503

SpecificVolume比容（70°F,atm）5.43ft3/lb（0.339m3/kg）

StandardEnthalpyofFormationat0K0K时的生成标准焓–28.43kcal/mol（–119.03kj/mol）

StandardEnthalpyofFormationat298K298K时的生成标准焓–29.80kcal/mol（–124.77kj/mol）

StandardEntropyat298K298K时的标准熵62.2cal/mol-K（260.5j/mol-K）

GibbsFreeEnergyofFormationat298K298K时的吉布斯生成自由能–21.4kcal/mol（–89.6kj/mol）

HeatCapacityat298KatConstantPressure298K时的恒压热容12.79cal/mol-K（53.54j/mol-K）

MolecularWeight分子量71.002

Geometry几何形状Pyramidal金字塔形

N-FBondLengthN-F键长1.37Angstroms

N-FBondAngleN-F键角103Degrees

MeanBondEnergy平均键能66.4kcal/mol（278.0kj/mol）

DipoleMoment偶极矩.234D

Solubility（slightlysolubleinwater）溶解性（微溶于水）1.43x10-5molefractionat1atm/22°C

Table2.AcceptableExposureTimesforVaryingConcentrationsofNF3inAir（EEL=22,500ppmxmin）

表2对于空气中不同的NF3浓度，可以接受的暴露时间（EEL=22,500ppmxmin）

TimeofExposure（min）暴露时间（分钟）

Concentration（ppm）浓度

122,500

102,250

30750

60375

Source:

“RecommendationforRevisedEmergencyExposureLimitsforSpillsofNF3,”NAS/NRCCommittee

onToxicology,1974.

来源：

“关于修改的NF3逸出紧急暴露极限的建议”，NAS/NRC毒物学委员会，1974年。

Reactivity反应活性

Reactivityissimilartothatofoxygenatroomtemperature.NF3isrelativelyinertatambienttemperatureandpressureconditionsandexhibitslittle,ifany,reactivity.However,athighertemperatures（>300°C）,NF3willdissociateintoreactivefluorinespeciesthatreactwithmostmaterials.Thesereactivespeciescanleadtouncontrolledreactionswithpolymersandcertainmetals,liberatingheatandcausingfurtherdissociationofNF3.Astemperaturesincreaseabove400°C,thereactivityofNF3becomesmorelikethatoffluorine.Therefore,avoidconditionsand/ormechanismsthatcouldleadtotheinadvertentheatingofNF3.

反应活性与室温下的氧相似。

在常温常压下NF3是相对不活泼的，显示出很低，如果说有的话，的反应活性。

但是，在更高的温度（>300°C）时，NF3将分解成活泼的能同大多数物质反应的氟。

这些活泼的氟会导致无法的控制的同聚合体和特定金属的反应，释放出热量，导致NF3的进一步分解。

当温度上升到400°C以上时，NF3的反应活性变得更象氟。

因此，要避免可能导致无意中对NF3加热的条件和/或机制。

Forexample,onesuchmechanism—adiabaticcompression—occurswhenhigh-pressureNF3isintroducedrapidlyintoalow-pressuredead-endspace.TheresultingriseingastemperaturemaybesufficienttocausethedissociationofNF3.

例如，当把高压引入一个低压的密闭空间时，一种这样的机制—绝热压缩就会发生。

所导致的气体温度的上升可能足以导致NF3的分解。

NF3isoftenusedinconcertwithothergasessuchassilaneintheprocessingofsemiconductors.RelatedinformationregardingreactivityinvolvesAirProducts’flammabilitytestingofNF3/Silane（SiH4）mixtures,whichyieldedconsistentresultswiththosereportedattheChemicalTechnologyResearchLabinTokyo,Japanin1990.Thelowerandupperflammabilitylimits（LFLandUFL）forSiH4inNF3are0.66%and95.3%,respectively.Inotherwords,inabinaryblendofSiH4andNF3,concentrationsofsilanegreaterthanorequalto0.66%andlessthanorequalto95.3%,formanexplosivemixture.Dilutionwithnitrogen（N2）providesathree-componentflammabilitylimitof2.0%SiH4/2.5%NF3/95.5%N2.AlthoughtheLFLforSiH4increasesto2.0%withtheadditionofN2,thelargerangeofflammabilitystillexists.ToachievesafeoperatingconditionsinasystemusingSiH4andNF3,dilutionwithN2isrequiredtoremainoutsidetheflammabilitylimits.Table6indicatesthemagnitudeoftheflammabilityrangeofSiH4andH2blendsofNF3,O2andair,respectively.

NF3经常同其它气体，如硅烷一起用于半导体的处理。

关于反应活性的相关资料包括AirProducts的NF3/硅烷（SiH4）混合物的可燃性测试。

该测试得到的结果同1990年日本东京的化学技术研究实验室报道的结果相一致。

在NF3中的硅烷的可燃下限和上限分别是0.66%和95.3%。

换句话说，在硅烷和NF3的二元混合物中，硅烷的浓度大于或等于0.66%和小于或等于95.3%，都会形成爆炸性混合物。

用氮（N2）稀释后的三组分的可燃极限为2.0%SiH4/2.5%NF3/95.5%N2。

尽管随着氮的加入，硅烷的LFL增加到2.0%，可燃范围仍然很大。

为了在使用SiH4和NF3的系统里得到安全的操作条件，要求用氮稀释，使之保持在可燃极限以外。

表6说明了SiH4和H2分别在NF3、O2和空气中