JPH02179867A

JPH02179867A - プロセスガス供給システム

Info

Publication number: JPH02179867A
Application number: JP33535488A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Fumio Nakahara; 中原　文生; Kazuhiko Sugiyama; 和彦杉山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-07-12
Also published as: EP0452493A4; WO1990007587A1; EP0452493A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、たとえば、各種薄膜形成や微細パターンのド
ライエツチング工程に好適なプロセスガス供給システム
に係り、特に、高品質成膜および高品質エツチングを可
能にするプロセスガス供給システムに関するものである
。

［従来の技術］（技術背景）近年、高品質薄膜形成や微細パターンのドライエツチン
グ等のプロセスにおいて、プロセス雰囲気の超高清浄化
、すなわち、超高純度ガスをプロセス装置に供給する技
術が非常に重要となってきている。

たとえば半導体デバイスについて見ると、集積回路の集
積度を向上させるために単位素子の寸法は年々小さくな
っており、１μｍからサブミクロンの寸法や、さらには
０．５μｍ以下の寸法をもつ半導体デバイスが実用化の
ために盛んに研究開発されている。このような半導体デ
バイスの製造は、薄膜を形成したり、あるいはこれらの
薄膜を所定の回路パターンにエツチングする工程を繰り
返して行われる。そしてこのようなプロセスは、シリコ
ンウェハをプロセス用反応チャンバー内に入れ、所定の
ガスを導入した減圧７囲気で行われるのが通常となって
きている。減圧状態とする目的は、アスペクト比の高い
スルーホールやコンタクトホールのエツチングを行うこ
と、穴埋めのためにガス分子の平均自由行程を長くする
こと、及び表面反応を主にして気相反応を抑制すること
である。

これらの工程の反応霊囲気に不純物が混入すれば、薄膜
の膜質が劣化したり、微細加工の精度が得られなかった
り、薄膜間の密着性が不足するなどの問題を生じる。大
口径ウェハ上に、サブミクロン、ローワサブミクロンの
パターンの集積回路を高密度にかつ高歩留りで制作する
には、成膜、エツチング等に寄与する反応雰囲気が完全
に制御されていなければならない。これが超高純度ガス
を供給する技術力１重要となる理由である。

半導体製造装置に使用されるガスには、比較的安定な一
般ガス（Ｎ２．Ａ　ｒ、Ｈｅ、０２゜Ｈ２）と強毒性、
自燃性、腐食性等の性質を持った特殊材料ガス（ＡｓＨ
，、、ＰＨ３、Ｓ　ｔ　Ｈ４。

Ｓ　Ｌ２Ｈａ　、ＨＣｌ２．ＮＨ３，Ｃｆ１−ｚ　、Ｃ
Ｆ４　。

ＳＦ６　、ＮＦ３　、ＷＦａ等）がある。

一般ガスは、その取り扱いが比較的容易であるため、精
製装置から直接半導体製造装置へ圧送される場合がほと
んどであり、貯槽、精製装置、配管材料等が開発、改善
されたことによって、超高純度ガスを供給することが可
能となった（大見忠弘、　　ｐｐｔへの挑戦〜ｐｐｔの
不純物濃度に挑戦する半導体用ガス配管システム”、日
経マイクロデバイス、１９８７年７月号、ｐｐ、９Ｂ−
１１９）。

他方、特殊材料ガスは、取り扱いに十分な注意が必要で
あり、一般ガスに比べ使用量が少ないなどの点から、シ
リンダーに充填されたガスを、シリンダーキャビネット
配管装置を経由して、半導体製造装置へ圧送される場合
がほとんどである。

これまでシリンダーからシリンダーキャビネット配管装
置を経由して供給されるガスの高純度化において、最も
深刻な問題となっていたのは、シリンダー自身の内面の
汚さと、シリンダーバルブとシリンダー接続部における
大きな外部リークの存在と、シリンダーバルブ内部をク
リーニングできないため生じる多量の吸着ガスによる汚
染であった。

しかし、この問題も、内面を複合電解研磨することによ
り加工変質層のない鏡面に仕上げたことと、パージバル
ブを内蔵し、Ｍ　ＣＧ　（Ｍｅｔａｌ　ＣＲｉｎｇフィ
ティング）を用いた外ネジ方式のシリンダーバルブの開
発等によりほとんど克服された（大見忠弘、室田淳−“
クリーンボンベとガス充填技術”、第６回超ＬＳＩウル
トラクリーンテクノロジーシンボジクム予稿集ｒ高性能
化プロセス技術ＩＩＩＪ、１９８８年１月、ｐｐ、１０
９−１２８）。

さらに、ガスシリンダーを収納し、プロセスガスを供給
するためにシリンダーキャビネット配管装置の全配管ラ
インを大気に対し二重切りとし、かつ、パージガス供給
ラインを常時パージできる構造として、配管系への大気
の混入や配管材内壁からの水分を中心とする放出ガスに
よる汚染を極力抑え込んだ装置を実現したことによって
、超高純度ガスが供給できるようになった。

さらに、各プロセス装置へのガス供給配管をそれぞれ独
立にパージでき、なおかつ配管系内に常時ガスを流すこ
とができる構造とし、配管材内壁からの放出ガスの影響
を極力抑え込んだガス供給配管システムを実現したこと
によって、精製装置から及び、シリンダーキャビネット
からのガスを超高純度を維持した状態でプロセス装置へ
供給することが可能となった（中原文夫、杉山和彦、佐
藤剛士、大見忠弘、“プロセス用ガス配管システムの設
計部”、第７回超ＬＳＩウルトラクリーンテクノロジー
シンポジウム予稿集「サブミクロンＵＬＳＩプロセス技
術Ｊ１９８８年７月、ｐｐ。

５ｌ−７７）。

（従来技術）上述した放出ガスの影ツを極力抑え込んだ配管系におい
て、ガス供給部品としてたとえばバルブを例にとると、
バルブとしては第７図（ｂ）に示すものが使用される。

このバルブにおいては、弁座（シート部）にはシール性
を良くするために樹脂等の有機材料が用し・られている
。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上述したガスの影響を極力抑え込んだ配管系に
おいても、ガス中には２００ｐｐｂ程度の水分が含有さ
れてしまい、このような水分含有量のガスをプロセス装
置に供給した場合には次のような課題が生じてしまう。

■たとえば、新たに開発されたＲＦ−ＤＣ結合バイアス
スパッタ装置では、４００℃で熱処理をしても全くヒロ
ックの現われない、表面が鏡面状の極めて優れたＡ１薄
膜が得られている（Ｔ、Ｏｈｍｉ、　Ｈ，Ｋｕｗａｂａ
ｒａ、　Ｔ、５ｈｉｂａｔａ　ａｎｄ　Ｔ、にＬｙｏ−
しａ、　　”ＲＦ−ＤＣｃｏｕｐｌｅｄ　ａｂｏｄｅ　
ｂｉａｓ　５ｐｕｔｔｅｒｉＢｆｏｒｔｌＬｓＩ　１ｅ
ｔａｌｉｘａｔｉｏｎ　　、　Ｓ、Ｂｒｏｙｄｏ　ａｎ
ｄ　Ｃ，Ｍ。

０ｓｂｕｒｎ、　Ｅｄ、、　”ｌｌＬＳＩ　５ｃｉｅｎ
ｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　／１９８７”　
Ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅ
ｔｙ　Ｉｎｃ、、　Ｐｈ１−１ａｄｅｌｐｈｉａ　１９
８７．　Ｐｒｏｃ、　Ｖｏｌ、８７−１１．　ｐｐ、５
７４−５９２及び、大見忠弘、“不純物を徹底除去、ヒ
ロックが発生しないＡ１の成膜条件を把握”、日経マイ
クロデバイス、１９８７自１０月号、ｐｐ。

１０９−１１１）、この装３を用いたＡｔ成膜において
は、Ａｒ中に含まれる水分量を１０ｐｐｂ以下に抑え込
んだうえで初めてＡ１膜を形成する最適な製造条件を求
めることができることがわかっている。Ａｒスパッタ７
囲気中に水分が１０ＰＰｂ以上含まれると、Ａｌ膜表面
のモフオロジが劣化する。これでは抵抗率がバルクのＡ
１に等しくかつ熱処理でヒロックの現われないＡ１の成
膜パラメータを最適化することは不可能である。

■さらにこの成膜技術は、Ｓｉ成膜にも適用され、３５
０℃という低温で完全なＳｉエピタキシャル成長が実現
されており、また、このＳｉエビ成長においては、成膜
時の不純物ドーピングも同時に行うことも可能である。

このＳｉ成膜においては、表面吸着分子汚染除去等のプ
ロセス雰囲気のクリーン化が高品質成膜の必要条件であ
ることが分かつている。たとえば、他の成膜条件を全く
同一に保っても、プロセス雰囲気がチャンバ内表面から
の放出ガスによって汚染されているとアモルファス膜し
か得られなイ（Ｔ、Ｏｈｍｉ、　Ｔ、Ｉｃｈｉ−ｋａｗ
ａ、　　Ｔ、５ｈｉｂａｔａ、　　Ｋ、Ｍａｔｓｕｄｏ
、　　ａｎｄ　　Ｈ，Ｉｗａｂｕｃｈｉ。

Ｉｎ５ｔｔｕ　　５ｕｂｓｔｒａｔｅ−Ｓｕｒｆａｃｅ
　　Ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｆｏｒ　　ＶｅｒｙＬｏｗ　　
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　５ｉｌｉｃｏｎ　　Ｅｐｉ
ｔａｘｙ　　ｂｙ　　Ｌｏｗ−Ｋｉｎｅ−ｔｉｃ−Ｅｎ
ｅｒｇｙ　　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　　Ｂｏｍｂａｒｄｍｅ
ｎｔ’、Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５３．４　Ｊｕｌｙ　（１９
８８）及び、（Ｔ。

Ｏｈｍｉ、Ｔ、Ｉｃｈｉｋａｗａ、Ｔ、５ｈｉｂａｔａ
、に、Ｍａｔｓｕｄｏ、ａｎｄＨ，Ｔｗａｂｕｃｈｉ、
　　”Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　５ｉｌｉｃ
ｏｎ　　Ｅｐｉ−ｔａｘｙ　　ｂｙ　　Ｌｏｗ−Ｅｎｅ
ｒｇｙ　　Ｂｉａｓ　　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　　、Ａ
ｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、　　Ｌｅｔｔ、　　Ｉ　Ａｕｇｕｓｔ　　（
１９８８））。

■また、減圧ＣＶＤにおいて超高純度ガスの水分含有量
が１０ｐｐｂ以下のＳｉＨ４，Ｎ２゜Ｎ２を用いてＳｔ
薄膜形成を行フた結果、クエへ表面の水分吸着を十分少
なく抑えれば、従来選択成長ならびにエピタキシャル成
長しないとされていた実用的薄膜形成条件下（温度６５
０℃、圧力数Ｔｏ　ｒ　ｒ）でも選択成長ならびにエピ
タキシャル成長することが見い出されている。すなわち
、クリーンなＳｉ表面にＳｌのエピタキシャル成長が得
られ、Ｓ　ｉ　Ｏ，のポリシリコン成膜は少なく抑えら
れる（Ｍ田淳−１中村直人、加藤学、御子柴宣夫、大見
忠弘、“高選択性を有するウルトラクリーンＣＶＤ技術
”、第６回超ＬＳＩウルトラクリーンテクノロジーシン
ポジウム予稿集「高性能化プロセス技術用」、１９８８
年１月、ｐｐ。

２１５−２２６）。しかるに１．　ｔ　ｏ　ｐ　ｐ　ｂ
以上の水分を含有するプロセスガスを供給した場合、か
かる成膜を行うことが困難となる。

本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、シリン
ダーキャビネットからプロセス装置へのガス供給系にお
いて、水分や有機材料といったプロセスに悪影響を及ぼ
す放出ガスのほとんど無いガス供給システムを提供する
ことを目的としている。

［ｉ！題を解決するための手段］本発明の要旨は、プロセス装置へプロセスガスを供給す
るガス供給システムにおいて、前記ガス供給システムを
構成する全てのガス供給部品の接ガス部を有機材料を含
まない材料により構成し、有機材料からの放出ガスによ
るガス供給配管系内の汚染を防止したことを特徴とする
プロセスガス供給システムに存在する。

ここで、ガス供給部品には、たとえば、シリンダー、配
管、バルブ、レギュレータ、フィルター等が含まれる。

有機材料以外の材料としては、たとえば金属および／ま
たはセラミックがあげられる。

また、金属および／またはセラミックとしては、ステン
レス鋼あるいはステンレス鋼の表面に不動態膜を形成し
たものが好ましい。

さらに、不動態膜としては、■ステンレス鋼と不動態膜
との界面近傍に形成されたクロムの酸化物を主成分とす
る層と、不動態膜の表面近傍に形成された鉄の酸化物を
主成分とする層との２つ以上の層から構成された不動態
膜、■クロムの酸化物と鉄の酸化物との混合酸化物を主
成分とする層からなる不動態膜、■クロムの酸化物を主
成分とする層からなる不動態膜がより好ましい。特に、
上記■の不動態膜は４００℃以上５５０℃未満の温度に
おいてステンレス鋼を加熱酸化せしめて形成した厚さ１
００Å以上の不動態膜、上記■の不動態膜は５５０℃以
上の温度で９時間未満ステンレス鋼を加熱酸化せしめて
形成された厚さが１００Å以上の不動態膜、上記■は５
５０℃以上の温度において９時間以上ステンレス鋼を加
熱酸化せしめて形成された厚さが１３０Å以上の不動態
膜、とすることが耐食性の向上、水分の放出防止（硝酸
により不動態膜を形成した場合に比べ水分放出量は１ケ
タ少ない）の上から特に好ましい。なお、これらの不動
態膜の形成は水分含有量が１０ｐｐｂ以下（より好まし
くはｔ　ＰＩ）ｂ以下）の酸素雰囲気中で形成すること
が好ましい。

さらに、不動態膜の形成されるステンレス鋼の表面を、
半径５μｍの円周内における凸部と凹部との高さの差の
最大値が１μｍ以下（好ましくは０．１〜１μｍ）の平
坦度（鏡面仕上）とすることが、耐食性の向上、水分の
放出防止、リーク防止等の観点から特に好ましい。この
場合、リーク量をｌＸｌ０−”　とＴｏｒｒ−１／ｓｅ
ｃ以下に抑えることができる。なお、かかる表面粗度へ
の加工はたとえば電解研摩により行えばよい。

本発明のガス供給配管系において、バルブ、レギュレー
タ、フィルター等の各配管部品の接ガス部から樹脂など
の有機材料をいっさい排除し、すべてを金属および／ま
たはセラミックとすることを特徴とする。そして、前記
接ガス部の有機材料からの放出ガスの影響を無くすだけ
でなく、こうした有機材料の持つ水分を含有することに
起因する腐食等の悪影響を完全に解決することを特徴と
する。

［作用］以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得た知見と
ともに説明する。

本発明者は、ガスの影響を極力抑えた配管系においても
プロセスガス中に水分が含有される原因を鋭意探究した
。

その結果、プロセスガス中に水分が含有される原因は、
従来のプロセスガス供給システムにおいては、たとえば
バルブのシート部、レギュレータの圧力制御用コンダク
タンスコントロール部やフィルターのパツキンなど配管
部品内部の接ガス部が有機材料から構成されていること
に存在することを知見した。すなわち、バルブのシート
部、レギュレータの圧力制御用コンダクタンスコントロ
ール部やフィルターのパツキンなど配管部品内部の接ガ
ス部にはシール性を良くするために樹脂等の有機材料を
多く使用していた。そして、これらの樹脂は有機材料で
できているがために、水分を吸収したり、未反応の有機
物を含んでおり、そのために、これら接ガス部に樹脂を
使用している配管部品にガスを流すと樹脂に含まれる水
分や有機物が放出され、プロセス装置に供給するプロセ
スガスが汚染されることがわかった。

たとえば、バルブを例にとると、従来高純度ガスの供給
に優れた性能を有するとされていたメタルダイヤフラム
バルブでもそのシート部に樹脂等の有機材料を使用して
いたため、水分を中心とした樹脂からの放出ガスを完全
に抑えることができなかったのである。

このようにガス供給配管に流れるガスが水分や有機材料
によって汚染されると、プロセスに重大な影響を与える
ことは上述した通りである。

そこで、本発明者は、有機材料からの水分の放出を抑制
するための手段を探究すべく次の各種の実験を行った。

Ｎ３図は、シート部の種類の異なるメタルダイヤフラム
バルブを常温でパージしたときにパージガス中に含まれ
る水分量の変化を示している。実験は、メタルダイヤフ
ラムバルブにＡｒガスを１．２ｊ２／ｍｉｎの流量で流
し、出口のＡｒガス中に含まれる水分量をＡＰＩＭＳ（
大気圧イオン化質量分析装置）で測定した。第３図は、
ＡＰＩＭＳのＭＩＤモード測定（数種類のイオンの挙動
を同時に測定する方法）の結果を示しており、水分量が
増加するとＭ／Ｚ＝　１８　（Ｎ２０”　）、１９　（
Ｎ３０”　）のイオン強度が増加し、ホストガスである
アルゴン（Ｍ／Ｚ−４０；Ａｒ勺のイオン強度が減少す
る。そのイオン強度の増減の割合は、水分量に完全に依
存する。測定はいずれもサンプル設置２分後より開始し
た。

テストしたメタルダイヤフラムバルブの種類は次の通り
である。

Ａ：第７図（ｂ）に示す構造を有し、シート部にポリイ
ミド樹脂を用いたバルブＢ　：３４７図（ａ）に示す構造を有し、シート部にポ
リイミド樹脂を用いたバルブＢ：第Ｘ図（ａ）に示す構造を有し、シート部にポリイ
ミド樹脂を用い、シート部のポリイミド樹脂にスパッタ
によって金属をコーティングしたバルブＤ＝第７図（ａ）に示す構造を有し、シート部を鏡面仕
上したステンレス鋼を不動態化したバルブなお、第７図（ａ）に示す構造は、ガスが流れる領域か
らスプリングとステムを外に出し、同時にガス流路を工
夫してガスの滞留部を除去したものである。このバルブ
は第７図（ｂ）のバルブに比べ内容積は１／２となって
いる。

第３図ではそれぞれの符号に対応しＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄのグラフで示されている。各メタルダイヤフラム
バルブは相対湿度５０％、温度２０℃のクリーンルーム
に約１週間放置した後、本実験を行った。

第３図のＡ、Ｂ、Ｃから明らかなように、バルブＡ１デ
ッドスペースを極小化したバルブＢ１樹脂部を金属によ
ってコーティングしたバルブＣのいずれも多量の水分が
検出されているのが分かる。約１時間通ガスした後もＡ
、Ｂでは約２００ｐｐｂ、Ｃでは１５０ｐｐｂもの水分
が検出されており、なかなか水分量が減少しないのが分
かる。これに対し接ガス部の樹脂を取り除いたＤでは、
通ガス後１時間後には１５ｐｐｂまで水分量が低下した
。このようにＤは他のＡ、Ｂ、Ｃのバルブに比べ１桁以
上も水分除去性能に優れ、極めて優れた吸着ガスの脱ガ
ス特性を持っていることが分かる。第４図は、これらの
バルブをヒーターで１３０℃まで加熱したときの水分量
の変化を相対イオン強度で示しており、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
はそれぞれ第３図のそれに対応している。また第６図は
、ＡＰＩＭＳでの水分の挙動をわかりやすく説明するた
めの簡単なグラフである。ＡＰＩＭＳでは、系内に水分
が増加するとホストガス（この場合アルゴン）のイオン
強度が減少し、水のイオン）１２０”　　（Ｍ／Ｚ−１
８）が増加する。さらに水分が増加すると水のイオンＨ
，Ｏゝ　（Ｍ／Ｚ＝１８）が減少しはじめ、水のクラス
ターイオンＨ２０−Ｈ”　　（Ｍ／Ｚ−１９）が増加す
る。さらに水分が増加すると、水のクラスターイオンＨ
２Ｏ−Ｈ”　　（Ｍ／Ｚ＝１９）が減少し、水の二量体
のクラスターイオン（Ｈ２Ｏ）２　　・Ｈｏ（Ｍ／Ｚ−
３７）が増加するといった挙動を示す。

第４図のＡ、Ｂ、Ｃから明らかなように、バルブＡ１デ
ッドスペースを極小化したバルブＢ１樹脂部を金属によ
ってコーティングしたバルブＣのいずれも多量の水分が
検出されているのが分かる。これらのバルブは、加熱開
始後約１５分後には数千ＰＰｂ〜％オーダーの水分が放
出され、１時間加熱を続けてもこの状態が維持されたま
まであり、永遠と水分を放出し続けた。これに対し、バ
ルブＤは、加熱を行っても放出水分量は１００ＰＰｂ以
下と１桁〜２桁も水分量が少ない。

第５図は、この加熱時の代表的なスペクトルを示したも
のであり、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄはそれぞれ第４図のそれに一
致する。第５図において、Ａ。

Ｂ、Ｃは多量の放出水分の影響によフて、ホストガス（
アルゴン）のピークが見えなくなったばかりではなく、
質量数（Ｍ／Ｚ）−４３，４５゜５９．６１．７１とい
った有機材料と考えられる物質も検出されている。これ
に対し、Ｄは、ホストガス（アルゴン）のピーク（Ｍ／
Ｚコ４０．８０）が検出され、水分以外には、微量の大
気成分（たとえばＭ／Ｚ＝４４の００２）が検出された
だけである。このように、接ガス部に一切有機材料を持
たないバルブＤは水分の放出が少ないだけでなく、半導
体プロセスに悪影響を及ぼす有機材料の放出も全く無い
ことも分かる。

また、フィルターについては、エレメントに無機物質で
あるセラミックを用いたセラミックフィルターが開発さ
れており、そのガスケットもニツケルパツキンを使用す
ることが可能となり、従来使用していた有機材料である
樹脂を接ガス部から取り除くことが出来るようになった
。さらに、エレメントをステンレスで製造し、ハウジン
グとの接続を溶接で行うことによフで、すべてがステン
レスでできたオールメタルフィルターとしてもよい。

ガス供給システムにおける接ガス部からいっさいの有機
材料を取り除き、金属および／またはセラミックにする
ことによフて、シート部等からの放出ガスを抑制するこ
とができた。また、接ガス部を、金属、特にステンレス
鋼とすることにより脱ガス特性、耐腐食性に優れる金属
不動態化処理を施すことが可能となり、不純物の極めて
少ない超高純度ガスを供給することができる。

本発明によれば、ガス供給系からいっさいの有機材料を
取り除いたことにより、接ガス部表面からの放出ガスに
よる不純物を減少させ、反応性、腐食性を有するガスに
対しても優れた腐食性を有する超高真空、超高清浄な減
圧装置及びガス供給系システムを得ることができる。

［実施例］以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

（実施例１）第１図は本発明におけるガス供給システムの一実施例を
示す配管例の概略図である。

１０１は液化ガス貯槽タンク及び気化器で構成された装
置であり、液化ガス製造装置によって製造された窒素ガ
ス、酸素ガス、及びアルゴンガス等の液化ガスを貯蔵し
、プロセス装置等へ供給するための装置である。液化ガ
ス貯槽タンクは、パーティクルの発生を無くシ、放出ガ
スを極小にするべく、内面複合電解研磨処理を施したも
のを使用した。もちろん１０１は、液化ガス製造装置（
オンサイトプラント）であってもかまわない１０２はガス精製装置であり、１０１より供給されるガ
スを精製し、プロセス装置へ高純度なガスを供給するた
めの装置である。もちろん供給するガスの種類によって
構成機器は異なるが、通常精製装置の出口付近は、多く
のバルブ、フィルターが設置されている。これらの部品
が接ガス部に有機材料を含まないものとしてはいうまで
もないことであるが、精製装置入り口付近及び、その手
前の配管部品にも接ガス部に有機材料を含まないものを
用いた。

１０３はバルブボートであり、精製装置１０２から供給
される超高純度ガスを分岐し数台のプロセス装置へ供給
するための装置である。第１図では簡単のために１本の
ガス供給ラインを３本に分岐した場合を示しているが、
通常供給ラインは３〜Ｓ木程度、分岐ラインは２〜４木
程度で構成され、プロセス装置に数種類のガスが供給で
きるようになっている。

１０４はコントロールユニットであり、プロセス装置へ
供給するガスの圧力、流量などを調節する装置であり、
通常マスフローコントローラーフィルター、バルブ、及
びレギエレータで構成されている。

１０７、　１０８．　１０９．　１１０．　１１１．　
１１２はストップバルブであり、１０７と１１０゜１０
８と１１１、および１０９と１１２はそれぞれ２つのバ
ルブを一体化した二連三方バルブで、それぞれの二連三
方バルブは、ガス供給配管を分岐する役割をはたしてい
る。これらの部品材料は、パーティクル無し、外部リー
ク無し、放出ガス極小の立場から、内面電解研磨品で、
接ガス部にいっさい有機材料を含まないものとした。

１１３．１１４，１１５，１１６，１１７゜１１８は各
装置を結ぶ配管であり、通常１／４″から１／２″程度
のステンレス鋼管が用いられており、パーティクル無く
し、放出ガスを極小とすべく、内面電解研磨５ＵＳ３１
６Ｌ管を使用した。

１０５はプロセスチャンバー　１０６はストップバルブ
である。１１９，１２０はバルブボート１０３からの分
岐ライン、１２１，１２２はそれぞれ配管１１５，１１
６か１５の分岐ラインであり、各々のプロセス装置へガ
スを供給するラインである。

１２３はチャンバー１０５へ供給するガスの排気ライン
であり、ガスの種類によっては排気処理装置へ送り込む
などの適切な処理をして屋外に放出するためのラインで
ある。

なお、以上述べたプロセスガス供給ラインは、すべて金
属で構成しため、金属不動態化処理を施すことによって
、さらに純度の高いプロセスガスを供給することができ
た。たとえば、超高純度酸素（水分量１０ｐｐｂ程度以
下）中、５００℃程度の温度で、５〜１０時間の処理で
得られたステンレスの不動態膜は、殆ど水分を吸蔵しな
いばかりでなく、吸着水分量も少なく、しかもすぐに除
去できた。第３図と同一条件で水分量変化を測定した場
合、測定開始後１５分で水分量は観測されなった。なお
、前述したように不動態膜は、４００℃以上５５０℃未
満の温度での加熱による形成あるいは５５０℃以上の温
度で９時間未満の加熱が好ましく、５５０℃以上の温度
で９時間未満の加熱がより好ましいが、超高純度酸素中
（不純物ＰＰｂ以下中）で、２００〜２５０℃の温度で
不動態膜を形成した場合も上記と良好な結果が得られた
。

このような不動態処理で得られる不動態膜はＦｅ２　ｏ
、、Ｃｒ２０３　％　ＦｅＦ２等のアモルファス膜であ
り、本発明では広義のセラミック材料と定義する。

（実施例２）第２図は、本発明の他の実施例を示すガス供給システム
の配管図であり、シリンダーガスをシリンダーキャビネ
ットからプロセス装置へ供給する場合の配管の一例を示
している。

本例は３台のプロセス装置を用いる例で、簡単のために
１本のプロセスガス供給ラインが描かれている。２０１
，２０２，２０３はプロセス装置である。２０４，２０
５，２０６はガス供給圧力、流量等を調節するコントロ
ールユニットであり、第１図１０４に相当する。２０７
はプロセスガスシリンダーを収納し、プロセスガスを供
給するシリンダーキャビネット配管装置である。

２０８、　２０９．　２１０．　２１１．　２１２゜２
１３、　２１４．　２１５．　２１６．　２１７゜２１
８．２１９，２２０，２２１、はストップバルブである
。このうち２０８と２１０と２１２と２１４、及び、２
０９と２１１と２１３と２１５は、それぞれ４個のバル
ブを一体化し、ガス滞留部を極力少なくした構造とした
モノブロックバルブである。また、２１６と２１９，２
１７と２２０、及び２１８と２２１はそれぞれ２個のバ
ルブを一体化した二連三方バルブである。これら２０４
．２０５，２０６，２０７，２０８゜２０９．２１０，
２１１，２１２，２１３゜２１４．２１５，２１６，２
１８，２１９゜２２０．２２１で用いられた各配管部品
は、すべて接ガス部にいっさい有機材料を含まない材料
で構成されている。２２２，２２２’　、２２２’はプ
ロセスガス供給配管ライン、２２３はアルゴンなどのパ
ージガス供給ライン、２２４．２２５はパージガス排気
ラインであり、これらの各ラインは、もちろんガスの使
用量にもよるが、通常１／４＃または３／８１内面電解
研磨５ＵＳ３１６Ｌ管で構成される。なお、第１図と同
様に以上述べたプロセスガス供給ラインは、すべて金属
で作ることが可能であるため、金属不動態化処理を施す
ことによって、さらに純度の高いプロセスガスを供給す
ることができる。

以上、本発明の実施例として第１図（液化ガス貯槽タン
ク〜ガスｙｉ製装置〜プロセス装置）、第２図（シリン
ダーキャビネット配管装置〜プロセス装置）のガス供給
システムを説明した。もちろんプロセス装置へ供給する
ガスの種類、プロセスガスの数、プロセスガスの供給方
法等が異なるシステムに対しても、プロセスガス供給ラ
インに本発明を用いることが可能である。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、ガス供給配管系に
おいて接ガス部に一切の有機材料を持たないガス供給配
管系を組むことが可能となり、有機材料からの水分を中
心とした放出ガスの影響が無くなることによって、超高
純度ガスの純度を維持したままプロセス装置へプロセス
ガスを供給することができる。さらに、ガス供給系をす
べて金属で作ることによって、水分の切れ、放出ガス特
性、耐腐食性に優れる金属不動態化処理を施すことが可
能となり、施工後の配管のパージ時間が短縮され、純度
の高いプロセスガスを短時間でプロセス装置に供給する
ことができるようになった。

たとえば、ガス供給配管内面を酸化不動態処理して不動
態膜を設けた系では、施工完了後１日以内のＮ２ガスパ
ージで、ユースポイントの水分量１０ｐｐｂ以下が実現
されている。

このように、プロセスガス供給系をクリーン化されたシ
ステムとすることによって、高品質成膜及び、高品質エ
ツチングが可能となった。

【図面の簡単な説明】

箪１図は本発明によるプロセスガス供給システムにおい
て接ガス部に一切有機材料を含まない配管系の実施例１
　（液化ガス貯槽タンフル精製装置〜プロセス装置）を
示す系統図である。第２図は本発明によるプロセスガス
供給システムにおいて接ガス部に一切有機材料を含まな
い配管系の実施例２（シリンダーキャビネット〜プロセ
ス装置）を示す系統図である。第３図は接ガス部に有機
材料を持つバルブと有機材料を持たないバルブとの常温
での放出ガス特性の差を示すグラフである。第４図は接ガス部に有機材料を持つバルブと有機材料を
持たないバルブとの昇温時（１３０℃）での放出ガス特
性の差を示すグラフである。第５図はこの昇温時でのス
ペクトルの代表例を示すグラフである。第６図は、ＡＰ
ＩＭＳ（大気圧イオン質量分析装置）のデータの見方を
説明する図であり、水分量の変化に対するホストガス（
アルゴン）イオンと水のイオンの挙動を簡単に示したグ
ラフである。第７図はバルブの一例を示す断面図である
。（符号の説明）１０１・・・液化ガス貯槽タンク、１０２・・・ガス精
製装置、１０３・・・バルブボート、１０４・・・コン
トロールユニット、１０５・・・プロセス装置、１０６
、　１０７．　１０８．　１０９．　１１０゜１１１．
１１２・・・ストップバルブ、１１３゜１１４、　１１
５．　１１６．　１１７．　１１８゜１１９．１２０，
１２１，１２２・・・プロセスガス供給配管、１２３・
・・ガス排気ライン、２ｏ１゜２０２．２０３・・・プ
ロセス装置、２ｏ４゜２０５．２０６・・・コントロー
ルユニット、２０７・・・シリンダーキャビネット配管
装置、２０８゜２０９．２１０，２１１，２１２，２１
３゜２１４．２１５，２１６，２１７，２１８゜２１９
．２２０，２２１・・・ストップバルブ、２２２．２２
２’　、２２２″・・・プロセスガス供給ライン、２２
３・・・パージガス供給ライン、２２４．２２５・・・
パージガス排気ライン。第３図（Ａ）第３　図ＣＢ）時間（時間）第図（Ｃ）第図（Ｄ）第図（Ｃ）第図　（Ｄン時間（分）第図（Ａ）第図（Ｂ）第図（Ａ）第図（８）質量数（Ｍ／Ｚ）第図（Ｃ）質量数（Ｍ／Ｚ）第図（Ｄ）質量数（Ｍ／Ｚ）手糸売ネ甫正書平成　元年　８月１、事件の表示昭和６３年特許願第３３５３５４号２、発明の名称プロセスガス供給システム３、補正をする者事件との関係　特許出頭人住　　所　宮城県仙台市来ケ袋氏　名　大見忠弘４、代　理　人　〒１６０電話０３　（３５８）　８８
４０平成１年８月１日６、補正の対象明細書の「１、発明の名称」　「２、特許請求の範囲」
の項目の欄７、補正の内容明細書の第１頁を別紙の通り補正する４日明細書１、発明の名称　プロセスガス供給システム２、特許請
求の範囲（１）プロセス装置へプロセスガスを供給するガス供給
システムにおいて、前記ガス供給システムを構成する全
てのガス供給部品の接ガス部を有機材料を含まない材料
により構成し、有機材料からの放出ガスによるガス供給
配管系内の汚染を防止したことを特徴とするプロセスガ
ス供給システム。（２）前記有機材料を含まない材料は、金属および／ま
たはセラミックである請求項１に記載のプロセスガス供
給システム。（３）前記金属および／またはセラミックは、ステンレ
ス鋼の表面に不動態膜を形成したものである請求項２に
記載のプロセスガス供給システム。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プロセス装置へプロセスガスを供給するガス供給
システムにおいて、前記ガス供給システムを構成する全
てのガス供給部品の接ガス部を有機材料を含まない材料
により構成し、有機材料からの放出ガスによるガス供給
配管系内の汚染を防止したことを特徴とするプロセスガ
ス供給システム。
（２）前記有機材料を含まない材料は、金属および／ま
たはセラミックである請求項１に記載のプロセスガス供
給システム。
（３）前記金属および／またはセラミックは、ステンレ
ス鋼の表面に不動態膜を形成したものである請求項２に
記載のプロセスガス供給システム。
（４）前記不動態膜は、ステンレス鋼と不動態膜との界
面近傍に形成されたクロムの酸化物を主成分とする層と
、不動態膜の表面近傍に形成された鉄の酸化物を主成分
とする層との２つ以上の層から構成された不動態膜であ
る請求項３に記載のプロセスガス供給システム。
（５）前記不動態膜は、４００℃以上５５０℃未満の温
度においてステンレス鋼を加熱酸化せしめて形成された
厚さが１１０Å以上の不動態膜である請求項４に記載の
プロセスガス供給システム。
（６）前記不動態膜は、クロムの酸化物と鉄の酸化物と
の混合酸化物を主成分とする層からなる不動態膜である
請求項３に記載のプロセスガス供給システム。
（７）前記不動態膜は、５５０℃以上の温度において９
時間未満ステンレス鋼を加熱酸化せしめて形成された厚
さが１００Å以上の膜である請求項６に記載のプロセス
ガス供給システム。
（８）前記不動態膜はクロムの酸化物を主成分とする層
からなる不動態膜である請求項３に記載のプロセスガス
供給システム。
（９）前記不動態膜は、５５０℃以上の温度において９
時間以上ステンレス鋼を加熱酸化せしめて形成された厚
さが１３０Å以上の膜である請求項８に記載のプロセス
ガス供給システム。
（１０）前記不動態膜の形成されるステンレス鋼の表面
が、半径５μｍの円周内における凸部と凹部との高さの
差の最大値が１μｍ以下の平坦度を有していることを特
徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の
プロセスガス供給システム。
（１１）前記不動態膜は、水分含有量が１０ｐｐｂ以下
の酸素雰囲気中で形成されたことを特徴とする請求項４
乃至請求項１０のいずれか１項に記載のプロセスガス供
給システム。
（１２）酸素雰囲気中の水分含有量が１ｐｐｂ以下であ
ることを特徴とする請求項１１記載のプロセスガス供給
システム。
（１３）前記プロセスガス供給システムにおいて、液化
ガス貯槽タンク、又は、ガス製造装置からプロセス装置
へプロセスガスを供給することを特徴とする請求項１乃
至請求項１２のいずれか１項に記載のプロセスガス供給
システム。
（１４）前記プロセスガス供給システムにおいて、ガス
精製装置を設置し、前記ガス精製装置を介し、前記プロ
セス装置にプロセスガスを供給することを特徴とする特
許請求の範囲第１乃至請求項１３のいずれか１項に記載
のプロセスガス供給システム
（１５）前記プロセスガス供給システムにおいて、ガス
シリンダーを用い、シリンダーキャビネット配管装置を
介して、前記プロセス装置にプロセスガスを供給するこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項
に記載のプロセスガス供給システム。