JP2003014199A

JP2003014199A - ＨＣｌガス供給設備

Info

Publication number: JP2003014199A
Application number: JP2001199696A
Authority: JP
Inventors: Masaru Toyoshima; 勝豊島
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】大流量のＨＣｌガスを安定して一括供給する
ことができるＨＣｌガス供給設備を提供する。【解決手段】複数のガス使用箇所１２に対して、同一
のガス供給源１３から一括してＨＣｌガスを供給する本
発明のＨＣｌガス供給設備１は、供給源１３とガス使用
箇所１２との間にＨＣｌガスを流通させるガス供給配管
２０，２１が形成され、該ガス供給配管２０，２１に第
１次減圧弁１０と第２次減圧弁１１とが設けられるとと
もに、供給源１３から供給されるＨＣｌガスは、第１減
圧弁１０にて減圧されたのち、第２次減圧弁１１にてさ
らに減圧されてガス使用箇所１２にそれぞれ導かれる。
ガス供給配管２０，２１は、複数のガス使用箇所１２の
各々にＨＣｌガスを供給するために、供給源１３につな
がる共用配管２０と、該共用配管２０からガス使用箇所
１２へ個別に分岐する分岐配管２１とを有して構成さ
れ、第２次減圧弁１１がそれら各分岐配管２１に個別に
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場等のプラント
において複数のガス使用箇所にＨＣｌガス（以下、単に
ガスともいう）を供給するための設備に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＨＣｌ（塩化水素）ガスは腐食性を有
し、取り扱いに注意が必要ではあるが、工業上必要とさ
れることがしばしばある。例えば、半導体製造工程にお
いては炉内堆積物あるいはウェーハのエッチング用ガス
として用いられる。

【０００３】ＨＣｌガスをガス使用箇所まで供給するた
めに、例えば図２（ａ）に示すようなＨＣｌガス供給設
備２が使用される。ガス容器等の供給源１３からガス供
給配管２０に導かれたガスは、減圧弁１０にてガス使用
箇所１２で必要とされる圧力に調整されて各ガス使用箇
所１２に導かれる。供給設備２では、通常、ガス使用箇
所１２に近接して配置されるシリンダキャビネット１０
１において減圧が行われる。この構成の供給設備２は、
ガス供給配管２０を短くできるのでコスト面において有
利であるし、ガスの使用状況に応じた圧力調整等の操作
も行いやすいので、例えば３５リットル／分程度の小流
量のＨＣｌガスを供給するには適している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、供給設備２を
用いてＨＣｌガスの供給流量が１０００リットル／分程
度の大流量供給を行うと、ＨＣｌガスの供給流量が増す
ほどに、減圧弁１０の上流側の圧力Ｐ_１と下流側の圧力
Ｐ_２との差が大きくなる。すると、減圧弁１０の下流側
で起きる断熱膨張が顕著になり、その冷却効果で凍結や
液化が発生する。液化したＨＣｌガスは、減圧弁１０お
よび配管の腐食を早めてしまうし、液化したＨＣｌガス
が再び蒸発すると、圧力を一定に保つことが難しくな
り、ひいてはガスを安定して供給することが困難にな
る。

【０００５】図４は、ＨＣｌガス供給設備２の減圧弁１
０の下流側におけるＨＣｌガス流量とＨＣｌガス圧力と
の関係を模式的に示したグラフである。ガス使用箇所１
２に供給されるＨＣｌガス流量が比較的少ないＱ’であ
るとき、減圧弁１０の下流側の圧力Ｐ_２は、減圧弁１０
によって定められた圧力Ｐ_０から大きく変化しない。と
ころが、ガス使用箇所１２でのＨＣｌガス使用量が多く
なり、該ガス使用箇所１２へのＨＣｌガス供給量が増加
してくると、減圧弁１０の下流側の圧力Ｐ_２はＰ_０から
ΔＰ_２だけ低下するため、断熱膨張により設備の凍結や
ＨＣｌガスの液化を増長する。また、圧力が低下するに
つれ、ＨＣｌガスの流量を確保することも難しくなる。

【０００６】このように、図２（ａ）の構成は大流量供
給用の設備として不向きである。そこで本発明は、断熱
膨張による凍結や液化などの不具合が生じず、ＨＣｌガ
スを複数のガス使用箇所に対して安定して一括供給する
ことができるＨＣｌガス供給設備を提供することを課題
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
者らは、断熱膨張による液化や凍結といった不具合は、
断熱膨張が顕著にならないように複数段に分けて減圧す
ることで防止できると考え、シリンダキャビネット１０
１内における１段目の減圧弁１０の直後に第２の減圧弁
１１を設けて２段階減圧とし、ＨＣｌガスの大流量供給
を試みた（図２（ｂ）参照）。ところがこの構成のＨＣ
ｌガス供給設備３では、第２次減圧弁１１の下流側供給
配管２０内の圧力が低いので、ガス使用箇所１２へのＨ
Ｃｌガスの大流量供給を実現するにはやはり不十分であ
ることが判明した。そこでさらに検討を重ねた結果、以
下に示す構成の設備を発明するに至った。

【０００８】すなわち、複数のガス使用箇所に対して、
同一の供給源から一括してＨＣｌガスを供給する本発明
のＨＣｌガス供給設備は、供給源とガス使用箇所との間
にＨＣｌガスを流通させるガス供給配管が形成され、該
ガス供給配管に第１次減圧弁と第２次減圧弁とが設けら
れ、供給源から供給されるＨＣｌガスは、第１次減圧弁
にて減圧されたのち、第２次減圧弁にてさらに減圧され
てガス使用箇所にそれぞれ導かれる一方、ガス供給配管
は、複数のガス使用箇所の各々にＨＣｌガスを供給する
ために、供給源につながる共用配管と、該共用配管から
ガス使用箇所へ個別に分岐する分岐配管とを有して構成
され、各分岐配管に第２次減圧弁が個別に配置されたこ
とを特徴とする。

【０００９】上記本発明のように、各々のガス使用箇所
へ向かう各分岐配管に減圧弁が個別に配置されると、そ
の減圧弁（第２次減圧弁）において要求される減圧の程
度は、個々のガス使用箇所が必要とする流量を確保でき
ればよい程度となる。従って、設備全体で大流量供給を
実現することが容易となる。また、第２次減圧弁下流側
での圧力の変化量（ΔＰ_２に相当）は、１つのガス使用
箇所に供給されるガス流量にのみ左右されるので、第２
次減圧弁下流側での圧力変化も小さい。また、設備全体
としては２段階減圧であるため、第１次減圧弁および配
管の凍結、ＨＣｌガスの液化といった不具合も防止でき
る。

【００１０】また、第２次減圧弁を各ガス使用箇所の近
傍に設けるため、配管とＨＣｌガスとの摩擦による圧力
変化を減じた形となり、各ガス使用箇所へは、より安定
した圧力でＨＣｌガスを供給できるようになる。また、
第１次減圧弁から第２次減圧弁に至る間は、適度に圧力
の高いＨＣｌガスを流通させることが可能となり、この
部分のＨＣｌガス供給配管を細くすることができる。Ｈ
Ｃｌガス供給用には、高価な耐食管を使用することが推
奨されるので、ガス供給配管の径小化は、設備に費やさ
れるコストの低減に寄与する。また、第２次減圧弁によ
る減圧の程度を、ガス使用箇所に要求される圧力に合わ
せることが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の一実
施形態を説明する。まず、本発明のＨＣｌガス供給設備
１の構成を表す概略図を図１に示す。複数のガス使用箇
所１２に対して、同一の供給源１３から一括してＨＣｌ
ガスを供給する本発明のＨＣｌガス供給設備１は、供給
源１３とガス使用箇所１２との間にＨＣｌガスを流通さ
せるガス供給配管２０，２１が形成され、該ガス供給配
管２０，２１に第１次減圧弁１０と第２次減圧弁１１と
が設けられている。供給源１３から例えば圧力５ＭＰａ
で供給されるＨＣｌガスは、第１次減圧弁１０にて例え
ば圧力０．９ＭＰａ、流量１０００リットル／分に調整
されたのち、第２次減圧弁１１にてさらに例えば圧力
０．３ＭＰａ、流量５０リットル／分に調整されてガス
使用箇所１２にそれぞれ導かれる。ガス供給配管２０，
２１は、複数のガス使用箇所１２の各々にＨＣｌガスを
供給するために、供給源１３につながる共用配管２０
と、該共用配管２０からガス使用箇所１２へ個別に分岐
する分岐配管２１とを有して構成され、第２次減圧弁１
１がそれら各分岐配管２１に個別に配置されている。

【００１２】図１に示すように、共用配管２０は、一旦
分岐したのち再度統合される並列形態をなすとともに、
その並列配管の各々に第１次減圧弁１０が配置されてい
る。大流量のＨＣｌガスを減圧するための減圧弁が入手
し難い場合、このようにガス流を一旦分岐させて複数の
減圧弁で減圧を行えばよい。また、複数のガス容器を供
給源１３として配置する場合には、個々のガス容器ごと
に配管を接続し、それを統合させて共用配管２０を形成
できる。この場合、ガス容器ごとに接続された配管に第
１次減圧弁１０を配置して１次減圧を行えば、上記並列
形態と同じ効果が得られる。

【００１３】また、ガス供給配管２０，２１のそれぞれ
は、ステンレス鋼やＮｉ基合金（例えばハステロイ）を
用いた耐食管を使用するとよい。配管径に関して言え
ば、小さくなりすぎるとＨＣｌガスとの摩擦が増大し
て、大流量供給に不利となる。他方、径が大きくなりす
ぎると、コストの増大を招くので望ましくない。従っ
て、これらのバランスを考慮した最適な径を適用する。

【００１４】また、第２次減圧弁１１の下流側であっ
て、ガス使用箇所１２の直前にマスフローコントローラ
１４を設けることができる。これにより、各ガス使用箇
所１２に導入されるガス流量を正確に調整することがで
きる。マスフローコントローラ１４で強制的にガス使用
箇所１２へガスを供給することを試みると、ＨＣｌガス
流量の増大とともに各々の第２次減圧弁１１の下流側に
おける圧力が次第に低下する。そして、第２次減圧弁１
１の上流側と下流側との間の差圧が次第に大きくなる。
しかし、個々のガス使用箇所１２へのガス供給量は、共
用配管２０内のＨＣｌガス流量と比較すると十分小さい
ので、設備が凍結してしまうほど圧力が低下する恐れは
ない。すなわち、マスフローコントローラ１４で強制的
に流量を調整する場合の影響は、第２次減圧弁１１の各
々に分散緩和されたかたちとなる。

【００１５】図１に示す１点鎖線領域１０１は、シリン
ダキャビネットあるいはＨＣｌガス集中供給設備である
ことを表している。ガス使用箇所１２へのＨＣｌガス供
給量が比較的少ない場合には、ガス使用箇所１２に近接
してシリンダキャビネットを設け、その内部にガス容器
等の供給源１３を配置することが、設備を簡便にする上
で有利である。他方、大型のガス容器等を複数設置可能
なＨＣｌガス集中供給設備から、各ガス使用箇所１２に
対して一括してＨＣｌガスを供給できる設備にすれば、
互いに使用目的や使用量が異なる複数のガス使用箇所１
２に対してもＨＣｌガスを一括して供給できるし、従来
必要であった複数箇所での管理が一箇所に集約できるの
で、設備投資及び管理にかかるコストをより一層低減す
ることができる。

【００１６】また、第１次減圧弁１０、ガス供給管２０
および供給源１３をヒータ、温風等で加温することによ
り、第１次減圧弁１０での断熱膨張による冷却効果をよ
り緩和することができる。供給源１３としてのガス容器
を加温すれば、ガス容器中の残量の減少に伴う供給圧力
の低下を緩和することにもつながる。

【００１７】ＨＣｌガスが供給されるガス使用箇所１２
には、例えば半導体ウェーハを製造するための装置を配
置できる。例えば、シリコンエピタキシャル層を基板上
に気相成長させる装置においてＨＣｌガスは、基板また
は炉内堆積物のエッチング用ガスとして大量に使用され
る。複数の装置が一斉に稼働すると相当量のＨＣｌガス
が要求される。しかも、各装置における製造の進行状況
はまちまちであり、各々ＨＣｌガスの導入を頻繁に停止
したり再開したりする。従って、このようなガス使用箇
所１２を有する半導体ウェーハの製造設備には、本発明
のＨＣｌガス供給設備１を好適に採用できる。

【００１８】

【実験例】本発明の効果を確かめるために、以下の実験
を行う。まず、図１に示すように、ＨＣｌガス供給配管
２０，２１、ＨＣｌ供給源１３、第１次減圧弁１０、第
２次減圧弁１１の各々を組み付け、本発明のＨＣｌガス
供給設備１（実施例）を構築する。そして、ガス使用箇
所１２へのガス供給量Ｑに対する第２次減圧弁１１の下
流側での圧力（Ｐ_２：２次側圧力）を測定する。その
際、第１次減圧弁１０の上流側での圧力（Ｐ_１：１次側
圧力）は３ＭＰａとなるように調整し、第１次減圧弁１
０と第２次減圧弁１１との間の中間圧力は約０．６ＭＰ
ａ〜約０．８ＭＰａとなるように、第１次減圧弁１０で
の減圧を行う。また、第２次減圧弁１１においては、ガ
ス使用箇所１２へのガス供給量Ｑがゼロのときにその下
流側の圧力Ｐ_２が０．３ＭＰａとなるように調整する。
なお、ガス供給量Ｑは複数のガス使用箇所１２の合計で
ある。

【００１９】次に、図２（ａ）に示す第１次減圧弁１０
のみで減圧を行う形態の設備（比較例１）、および図２
（ｂ）に示す第１次減圧弁１０の直後に第２次減圧弁１
１を設けた形態を有する設備（比較例２）をそれぞれ構
築し、前述した本発明と同様の測定を行う。以上の測定
結果を、図３のグラフに示す。

【００２０】図３のグラフからも明らかなように、本発
明のＨＣｌガス供給設備１においては、ガス使用箇所１
２に導入されるＨＣｌガス流量の変化に対する圧力Ｐ_２
の変化が最も小さい。圧力変化ΔＰ_２が小さいというこ
とは、ガスを安定して供給することが容易なことを意味
する。

【００２１】なお、本発明は実施の形態に限定されるも
のではなく、要旨を逸脱しない範囲にて種々の態様で実
施できることはいうまでもない。また、図面は、理解の
ための模式的な図であることを断っておく。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＣｌガス供給設備の構成を表す概略
図。

【図２】従来のＨＣｌガス供給設備の構成を表す概略
図。

【図３】ＨＣｌガス供給量に対する減圧弁下流側の圧力
の測定結果を示すグラフ。

【図４】減圧弁下流側におけるガス流量Ｑに対するガス
圧力Ｐの変化を模式的に表すＱ−Ｐ曲線。

【符号の説明】

１ＨＣｌガス供給設備１０第１次減圧弁１１第２次減圧弁１２ガス使用箇所１３供給源２０共用配管（ガス供給配管）２１分岐配管（ガス供給配管）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のガス使用箇所に対して、同一の供
給源から一括してＨＣｌガスを供給するＨＣｌガス供給
設備において、前記供給源と前記ガス使用箇所との間にＨＣｌガスを流
通させるガス供給配管が形成され、該ガス供給配管に第
１次減圧弁と第２次減圧弁とが設けられ、前記供給源か
ら供給されるＨＣｌガスは、前記第１次減圧弁にて減圧
されたのち、前記第２次減圧弁にてさらに減圧されて前
記ガス使用箇所にそれぞれ導かれる一方、前記ガス供給配管は、前記複数のガス使用箇所の各々に
ＨＣｌガスを供給するために、前記供給源につながる共
用配管と、該共用配管から前記ガス使用箇所へ個別に分
岐する分岐配管とを有して構成され、各分岐配管に前記
第２次減圧弁が個別に配置されたことを特徴とするＨＣ
ｌガス供給設備。
【請求項２】前記共用配管は、一旦分岐したのち再度
統合される並列形態をなすとともに、その並列配管の各
々に前記第１次減圧弁が配置されたことを特徴とする請
求項１記載のＨＣｌガス供給設備。