JP2741622B2

JP2741622B2 - 不活性ガスから不純物ガスを除去しそして水素が極低水準にあることを保証するための装置及び方法

Info

Publication number: JP2741622B2
Application number: JP1245370A
Authority: JP
Inventors: マルコ・スッチ; フルランバレリオ
Original assignee: サエス・ゲテルス・ソチエタ・ペル・アチオニ
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: DE68910638D1; IT1227219B; DE68910638T2; CA1339702C; JPH02116607A; KR900004386A; US5968468A; EP0365490B1; EP0365490A1; KR970009567B1; IT8822073A0

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、不活性ガスから不純物ガスを除去しそして
同時に水素が極低水準にあることを保証するための装置
及び方法に関するものであり、特には２種類の特定され
たゲッタ合金の使用と関連するそうした方法及び装置に
関係する。

従来技術多くの製造プロセスが、貴ガス或いは稀ガスヘリウ
ム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等或いは
窒素のような不活性ガスを高純度の状態で使用すること
を必要としている。そうした使用の特定例は、半導体デ
バイスの製造においてである。使用に先立って、不純な
不活性ガスは、含まれるCO、CO₂、CH₄、O₂、及びH₂のよ
うな汚染物ガスを除去することにより精製即ち高純度化
されねばならない。

英国特許出願公開第2,177,079A号及び第2,177,080A号
は、これら不純物ガスを除去するため不活性ガスの精製
方法を記載する。

発明が解決しようとする課題しかしながら、これら文献の方法は不純物ガスの高純
度化の点でいまだ改善の余地を残しておりしかも極低水
準の水素の維持の問題に対する情報を何ら提供しない。

半導体デバイスの製造中見出される欠陥の割合が製造
プロセス中に存在する水素の分圧と関係することの定量
的裏付けは未だ得られていないけれども、水素分圧が低
い方が見出される欠陥も少なくなるものとと信ぜられ
る。

本発明の課題は、不純な稀ガス及び窒素のような不活
性ガスから不純物ガスの除去のための改善された装置を
開発することである。

本発明のまた別の課題は、高純化された不活性ガスが
極めて低水準の水素しか含有しないことを保証する不活
性ガス高純度化のための装置を開発することである。

本発明の更に別の目的は、高純度化された生成物ガス
において極低水準の水素しか含まれないことをを保証し
つつ不純な不活性ガスから不純物ガスの除去をもたらす
方法を開発することである。

課題を解決するための手段本発明者等は、上記課題に対しては、第１ガス収着用
物質及び第２ガス収着用物質を収納するハウジングを通
して不純な不活性ガスを流し、その場合 A.第１ガス収着用物質は、（ａ）Zr−Ｖ−Feの合金、及び（ｂ）Zr−Feの合金から成る群から選択される非蒸発型ゲッタ合金であり、
そして B.第２ガス収着用物質は、５〜30重量％Al−残部Zrの組
成を有する非蒸発型ゲッタ合金であるとするのが有効で
あることを見出した。

こうした２種の異なった特定のゲッタ合金が本課題目
的に使用されたことはない。

実施例の説明図面、特に第１図を参照すると、不活性ガスから不純
物ガスを除去するためのガス高純度化装置100が示され
ている。不活性ガスとは、ここでは、貴ガス或いは稀ガ
スとしてのヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及
びキセノン等並びに窒素を意味する。ガス高純度化装置
100は、筒状（一般に円筒）外皮体104の形態のハウジン
グ102を備え、これは好ましくはステンレス鋼のような
金属製である。筒状外皮体104は、気密状態でそこに付
設される端蓋106、106′を備える。端蓋106、106′もま
た好ましくはステンレス鋼製である。端蓋106には、や
はり好ましくはステンレス鋼製である中空筒形態の不活
性ガス入口108が取り付けられる。端蓋106′には、精製
ガス出口110が設けられる。精製ガス出口110もやはり筒
状で、好ましくはステンレス鋼製である。筒状外皮体10
4並びに端蓋106、106′が、第１ガス収着用物質114と第
２ガス収着用物質116とを収納する中空空間112を構成す
る。

第１ガス収着用物質114は好ましくは、（ａ）Zr−Ｖ−Feの合金、及び（ｂ）Zr−Feの合金から成る群から選択される非蒸発型ゲッタ合金である。

ここでは、合金は金属間化合物をも包含するものとす
る。

第１ガス収着用物質114は、約125μｍ未満の平均粒寸
を有する粉末からなり、該粉末を圧縮しそして／或いは
熱的に焼結することにより形成される多数のペレットの
形態にある。第１ガス収着用物質114のこれらペレット
は不活性ガス入口108に隣り合う第１帯域118内に位置づ
けられる。

精製されるべきガスがアルゴンのような稀ガス或いは
貴ガスである場合には、第１ガス収着用物質114は、Zr
−Ｖ−Fe合金とすべきである。この場合、第１ガス収着
用物質は、３元素の重量％が、３元組成図において示す
とき、（ａ）75％Zr−20％Ｖ− 5％Fe （ｂ）45％Zr−20％Ｖ−35％Fe （ｃ）45％Zr−50％Ｖ− 5％Fe により定義される点を隅角として有する三角形内にある
ような重量組成の非蒸発型Zr−Ｖ−Feゲッタ合金であ
る。

精製されるべき不活性ガスが窒素である場合には、第
１ガス収着用物質114は、Zr−Feの非蒸発型ゲッタ合金
でありそして好ましくは15〜30重量％Fe−残部Zrから成
る。

第２ガス収着用物質116は、５〜30重量％Al−残部Zr
の組成を有する非蒸発型ゲッタ合金である。好ましい例
は、16％Al−残部Zrである。第２ガス収着用物質116
は、圧縮された粉末ペレットの形態にあり、その場合粉
末は125μｍ未満である。これらペレットは、ハウジン
グ内で精製不活性ガス出口110に隣り合う第２帯域120に
配置される。

不純な不活性ガスから不純物ガスを除去しそして精製
された生成物ガスが極低水準の水素しか含有しないこと
を保証するための本発明の方法は、不純な不活性ガスを
入口を通してハウジングに通す段階と、そして不純な不
活性ガスを（ａ）Zr−Ｖ−Feの非蒸発型ゲッタ合金、及び（ｂ）Zr−Feの非蒸発型ゲッタ合金から成る群から選択される第１ガス収着用物質と接触し
て精製された不活性ガスを生成する段階とを含む。この
精製された不活性ガスを第２ガス収着用物質を通して流
しそしてそれと接触して極めて低い水準の水素しか含ま
ない高純度化された不活性ガスを生成する。第２ガス収
着用物物116は、５〜30重量％Al−残部Zrの組成を有す
る非蒸発型ゲッタ合金である。極めて低い水準の水素し
か含まない高純度化された不活性ガスは精製不活性ガス
出口を通って流出する。第１ガス収着用物質と第２ガス
収着用物質とは、例えば350〜450℃の温度に維持され
る。

以下、参考例及び実施例を示す。

例１（参考例）不活性ガス入口及び出口を備える、7cm長さ及び1cm直
径のステンレス鋼製ハウジングに125μｍより小さな粒
寸を有するZr₂Fe粉末の圧縮ペレットを充填した。ペレ
ットは4mmの直径と3mmの高さを有するシリンダ状であっ
た。使用したペレットの合計重量は14gであった。

装置を330℃に加熱しそして不純な窒素を装置を通し
て流した。

窒素の不純物水準は次の通りであった：Ａ、ＢおよびＣは、本例で使用した不純なN₂ガスの幾
つかのボンベに対する任意的な表示である。合計約350
時間不純なN₂ガスを装置を通して流した後、Zr₂Feのサ
ンプルを装置の長さに沿う様々の位置で採取し、そして
Ｃ、O₂、N₂及びH₂の含有量について分析した。

第２図は、Ｃ含有量測定の結果であり、不活性ガス入
口108からサンプルの1cmにおける位置の関数としてｙ軸
にＣ含有量をcm³ mbar mg^-1の単位でプロットしたもの
である。

第３図は、H₂に対する同様の曲線である。

第４図は、装置内での水素分圧の予想されるプロフィ
ルである。

この例は、不純物の収着が装置を通して漸次的な態様
で起こることを示す。

例２（参考例）第１図と同様の装置に、125μｍ未満の粒寸を有する7
0％Zr−24.6％Ｖ−5.4Feの粉末の圧縮ペレット720gを充
填した。ペレットは6mmの直径と4mmの高さを有するシリ
ンダ状のものであった。

5N（99.999％）の表示純度のアルゴンガスを幾つかの
一定温度、1.3barの入口圧力及び1bar（１気圧）の出口
圧力に保持した装置を通して流した。Arガス流量は１
／分であった。約１時間後に、H₂分圧を測定しそして第
５図のグラフににプロットした。温度を変更しそして試
験を繰り返した。

温度300℃、350℃、400℃及び450℃に対してプロット
した点を繋いだのが第５図の曲線Ａである。

例３（実施例）次の点を除いて例２を繰り返した。ガス入口に隣り合
うハウジング部分に例２で使用したのと同等のZr−Ｖ−
Feペレット650gを充填した。ガス出口に隣り合う残りの
空間には125μｍ未満の粒寸の84％Zr−16％Al合金95重
量％とAl粉末５重量％とを緊密に混合しそして圧縮して
成る同等寸法のペレット70gを充填した。例２に対する
のと同様の試験を400℃及び450℃で繰り返した。この各
試験中、Zr−Ｖ−Fe合金とZr−Al合金とは同じ温度であ
った。結果を第５図に曲線Ｂとして示す。

第５図から明らかなように、出口ガスの生成水素不純
物水準は、２桁、即ち100分の１のオーダで減少したこ
とがわかる。

例４（実施例） Zr−Ｖ−FeペレットをZr₂Feのペレットに置き換えそ
して精製すべきガスを窒素としたことを除いて、例２と
３とを繰り返した。H₂の出口分圧はZr−Alペレットがガ
ス出口に隣り合って存在するときかなり減少した。

発明の効果本発明は、極めて低水準の水素しか含有しないことを
保証する不活性ガス高純度化技術の開発を通して、高純
度不活性ガスを必要とする例えば半導体デバイスの製造
において高品質の製品の製造に寄与する。

以上、本発明の好ましい具体例について説明したが、
本発明に範囲内で多くの変更を為し得ることを銘記され
たい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高純度化されたガスが極低水準の水素しか含
有しないことを保証する、不活性ガスから不純物ガス除
去のための本発明装置の部分断面図である。第２図は、第１図の装置がある期間不活性ガスを精製し
た後装置全体を通して分布されるものとしての不純物CO
の濃度を示すグラフである。第３図は、水素濃度を示す、第２図と同様のグラフであ
る。第４図は、第１図の装置全体を通しての水素の分圧を示
す。第５図は、先行技術の精製装置と本発明精製装置との、
高純度化された不活性ガス中のH₂分圧を示すグラフであ
る。 100:ガス精製（高純度化）装置 102:ハウジング 104:外皮体 106、106′：端蓋 108:不活性ガス入口 110:精製ガス出口 112:中空空間 114:第１ガス収着用物質 116:第２ガス収着用物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭55−124538（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−212208（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−3008（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−3006（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１ガス収着用物質及び第２ガス収着用物
質を収納するハウジングと、該ハウジングと流通する不
純不活性ガス入口と精製不活性ガス出口とを備える不純
な不活性ガスから不純物ガスを除去するための装置にお
いて、 A.第１ガス収着用物質は、（ａ）Zr−Ｖ−Feの非蒸発型ゲッタ合金、及び（ｂ）Zr−Fe から成る群から選択され、 B.第２ガス収着用物質は、５〜30重量％Al−残部Zrの組
成を有する非蒸発型ゲッタ合金であることを特徴とする
不活性ガスから不純物ガスを除去するための装置。
【請求項２】不純な不活性ガスがアルゴンでありそして A.第１ガス収着用物質が、３元素の重量％が、３元組成
図において示すとき、（ａ）75％Zr−20％Ｖ− 5％Fe （ｂ）45％Zr−20％Ｖ−35％Fe （ｃ）45％Zr−50％Ｖ− 5％Fe により定義される点を隅角として有する三角形内にある
ような重量組成の非蒸発型Zr−Ｖ−Feゲッタ合金であ
り、そして B.第２ガス収着用物質が、16重量％Al−残部Zrの組成を
有する非蒸発型ゲッタ合金であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項３】不純な不活性ガスが窒素でありそして A.第１ガス収着用物質が、15〜30重量％Fe−Zrから成る
非蒸発型ゲッタ合金であり、そして B.第２ガス収着用物質が、16重量％Al−残部Zrの組成を
有する非蒸発型ゲッタ合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。