JPH10192630A - 半導体ガスの低温精製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユースポイントの近傍で半導体ガスを精製す
ることのできる半導体ガスの低温精製装置を提供する。 【解決手段】 極低温冷凍機(３)が発生する寒冷エネル
ギーを利用して導入半導体ガスを冷却し、この冷却した
導入半導体ガスを気−固液分離器(５)に供給し、導入半
導体ガス中に混入している不純物と半導体ガスとの沸点
差を利用して半導体ガス中から不純物を除去するように
して低温精製装置を構成し、この低温精製装置を半導体
製造装置の近傍部に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は半導体製造工程で半導体
製造装置に供給される半導体ガスの精製装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造工程で、基板の表面処
理と品質向上の為に水素ガスを流しながら処理すること
が行われている。この場合、半導体製造装置には不純物
混入のない純水素ガスを流すことが求められているが、
一般に市販の水素ガス中には酸素、二酸化炭素、メタ
ン、水等が微量混入している。半導体製造装置に水素ガ
スを流す場合、ユースポイントにインラインの触媒・吸
着剤型の小型少量精製器を配置することが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高純度、高性
能の精製器は吸着能が極めて少なく、供給ガスの一過性
汚染により、致命的飽和寿命に至り、取り替えが必要と
なる。一般的に半導体ガスの供給系は汚染防止管理をさ
れているが、人的ミスによるガス汚染、管内面汚染、精
製器の取替時汚染が発生し致命的になる。特に水分で汚
染された場合には、この問題が顕著に表れる。本発明
は、このような点に着目してなされたもので、長期連続
運転が可能で、再生をすることができ、かつランニング
コストが安く、ユースポイントの近傍で半導体ガスを精
製することの出来る半導体ガスの低温精製装置を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに請求項１に記載の発明は、半導体ガスの低温精製装
置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低温精製装置
に半導体ガス供給源から供給される半導体ガスを導入す
るとともに、低温精製装置から導出した精製半導体ガス
を半導体製造装置に供給するように構成し、低温精製装
置の内部に極低温冷凍機のコールドエンドを突入配置
し、コールドエンドに液体窒素貯蔵槽を熱的に接続し、
この液体窒素貯蔵槽内を貫通する状態で導入半導体ガス
流通管を配置し、液体窒素貯蔵槽を通過する間に液体窒
素と導入半導体ガスとを熱交換して導入半導体ガスを冷
却し、冷却された導入半導体ガスを気−固液分離器に導
入して、導入半導体ガス中の不純物を除去し、気−固液
分離器で不純物を分離精製された精製半導体ガスと導入
半導体ガスとを低温精製装置内で熱交換するように構成
したことを特徴としている。

【０００５】請求項２に記載の発明は、半導体ガスの低
温精製装置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低温
精製装置に半導体ガス供給源から供給される半導体ガス
を導入するとともに、低温精製装置から導出した精製半
導体ガスを半導体製造装置に供給するように構成し、低
温精製装置の内部に極低温冷凍機のコールドエンドを突
入配置し、このコールドエンドに気−固液分離器を熱的
に接続し、この気−固液分離器に導入半導体ガスを導入
して半導体ガスを冷却するとともに導入半導体ガス中の
不純物を除去し、気−固液分離器で不純物を分離精製さ
れた精製半導体ガスと導入半導体ガスとを低温精製装置
内で熱交換するように構成したことを特徴としている。

【０００６】請求項３に記載の発明では、半導体ガスの
低温精製装置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低
温精製装置に半導体ガス供給源から供給される半導体ガ
スを導入するとともに、低温精製装置から導出した精製
半導体ガスを半導体製造装置に供給するように構成し、
低温精製装置の内部に極低温冷凍機のコールドエンドを
突入配置し、このコールドエンドに低温吸着器を熱的に
接続し、低温精製装置の内部に配置した導入半導体ガス
流通管を気−固液分離器に接続するとともに、気−固液
分離器から導出した半導体ガス導出管を低温吸着器に接
続して導入半導体ガス中の不純物を除去し、気−固液分
離器及び低温吸着器で不純物を分離精製した精製半導体
ガスと導入半導体ガスとを低温精製装置内で熱交換する
ように構成したことを特徴としている。

【０００７】請求項４に記載の発明は、半導体ガスの低
温精製装置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低温
精製装置に半導体ガス供給源から供給される半導体ガス
を導入するとともに、低温精製装置から導出した精製半
導体ガスを半導体製造装置に供給するように構成し、低
温精製装置の内部に極低温冷凍機の二段式コールドエン
ドを突入配置し、このコールドエンドの第２低温端に気
−固液分離フィルターを熱的に接続するとともに、コー
ルドエンドの第１低温端で導入半導体ガスを冷却可能に
構成し、コールドエンドの第１低温端で冷却された導入
半導体ガスを気−固液分離器に導入して不純物を除去
し、この気−固液分離器で不純物を除去した導入半導体
ガスを気−固液分離フィルターに導入し、気−固液分離
フィルターで精製した精製半導体ガスと導入半導体ガス
とを低温精製装置内で熱交換するように構成したことを
特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明では、半導体製造装置の近傍に配置した
低温精製装置内に極低温冷凍機のコールドエンドを突入
配置し、このコールドエンドからの寒冷熱エネルギーで
導入半導体ガスを冷却するとともに、冷却された導入半
導体ガスを気−固液分離器に導入するようにしているこ
とから、半導体ガスとその半導体ガス中に含まれている
不純ガスの沸点温度の差を利用して半導体ガス中の不純
物を液体乃至固体にして気−固液分離器内で、不純物を
除去することができる。

【０００９】しかも、導入半導体ガスと精製半導体ガス
とは低温精製装置内で熱交換するようにしているから、
精製半導体ガスの保有している寒冷エネルギーで導入半
導体ガスを冷却することになるから、極低温冷凍機で発
生させる寒冷エネルギーは少なくても、寒冷エネルギー
を有効に利用することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図面は本発明の実施態様を示し、
図１は低温精製装置の概略構成図である。この低温精製
装置は、半導体ガスとして水素を使用する半導体製造装
置での水素使用個所(ユースポイント)の近傍に配置され
るもので、気密断熱した容器(１)の内部にコールドエン
ド(２)を突入配置した極低温冷凍機(３)と、そのコール
ドエンド(２)に接続固定した液体窒素貯蔵槽(４)と、容
器(１)内に配置した気−固液分離器(５)とを有してい
る。

【００１１】液体窒素貯蔵槽（４)内には、導入水素ガ
ス流通管(６)と精製水素ガス流通管(７)がそれぞれコイ
ル状に配置してあり、液体窒素貯蔵槽(４)内に貯溜され
た液体窒素によって各流通管(６)(７)内を流れる水素ガ
スを冷却するようにしてある。そして、この液体窒素貯
蔵槽(４)から上方に連出されている導入水素ガス流通管
(６)と精製水素ガス流通管(７)は極低温冷凍機(３)のコ
ールドヘッド(８)でのシリンダ部(９)を取り囲む状態で
相互に接触させてコイル状に配置して熱交換器(10)とし
てある。

【００１２】気−固液分離器(５)は、グラスウールを高
密度に充填してなるコアレッシング形式に形成してあ
り、この気−固液分離器(５)の一端部に液体窒素貯蔵槽
(４)から導出した導入水素ガス連通管(６)が連通接続さ
れるとともに、他端部に精製水素ガス連通管(７)が連通
接続してある。

【００１３】図中符号(11)は温度の変動による液体窒素
貯蔵槽(４)内の窒素ガスの体積変化を吸収するためのバ
ッファタンクであり、(12)は気−固液分離器(５)からの
ドレン排出路、(13)はコールドエンド部で発生する寒冷
エネルギーを調整するための制御器、(14)は精製ガス導
出路(15)に配置したフィルターである。

【００１４】上述のように構成した低温精製装置では、
水素ガスボンベ等のガス貯蔵設備から供給される導入水
素ガスは、熱交換器(10)で精製水素ガスと熱交換して冷
却された後、液体窒素貯蔵槽(４)内で液体窒素の保有寒
冷熱エネルギーにより冷却されて気−固液分離器(５)に
流入する。液体窒素貯蔵槽(４)内での液体窒素との熱交
換により、水素ガス中に混入している不純成分は液化又
は固化されているので、気−固液分離器(５)内に充填し
てあるグラスウールに付着して水素ガスから分離除去さ
れる。

【００１５】気−固液分離器(５)で不純物を分離するこ
とにより精製された水素ガスは、液体窒素貯蔵槽(４)内
を通過することにより、液体窒素で冷却されたのち熱交
換器(10)で導入水素ガスと熱交換して加温され、低温精
製装置から精製ガス取出路(15)でユースポイントに供給
されることになる。

【００１６】そして、この実施態様の低温精製装置で
は、液体窒素貯蔵槽(４)を極低温冷凍機(３)で冷却する
ことにより、熱交換に必要な寒冷熱エネルギーを補給す
るようにしている。

【００１７】図２は別の実施態様を示す要部断面図であ
り、これは気密断熱容器(１)内に突入配置したコールド
エンド(２)にグラスウールを充填してなるコアレッシン
グ型の気−固液分離器(５)を接続固定し、この気−固液
分離器(５)を取り囲む状態で導入水素ガス流通管(６)と
精製水素ガス流通管(７)とで形成した第２の熱交換器(1
6)を配置し、この第２の熱交換器(16)とコールドヘッド
(８)でのシリンダ部(９)を取り囲む状態に形成した熱交
換器(10)とを接続し、第２熱交換器(16)の導入水素ガス
流通管(６)を気−固液分離器(５)の一端に連通させ、気
−固液分離器(５)の他端に精製水素ガス流通管(７)を連
通接続させたものである。

【００１８】低温精製装置をこのように構成すると、気
−固液分離器(５)でフィルターエレメントとなるグラス
ウールが強力に冷却されることになるから、導入水素ガ
スに混入して来た不純物がこのグラスウールに接触する
と、瞬時に液化又は固化することになるから、簡単な構
成で効率のよい精製を行うことができる。

【００１９】図３は、さらに別の実施態様を示す要部断
面図であり、これは気密断熱容器(１)内に突入配置した
コールドエンド(２)に吸着剤(17)を充填してなる低温吸
着器(18)を接続固定し、この低温吸着器(18)を取り囲む
状態で導入水素ガス流通管(６)と精製水素ガス流通管
(７)とで形成した第２の熱交換器(16)を配置し、低温吸
着器(18)の下側にグラスウールを充填してなるコアレッ
シング型の気−固液分離器(５)を配置し、第２熱交換器
(16)とコールドヘッド(８)でのシリンダ部(９)を取り囲
む状態に形成した熱交換器(10)とを接続し、第２熱交換
器(16)の導入水素ガス流通管(６)を気−固液分離器(５)
の一端に連通させ、気−固液分離器(５）の他端を低温
吸着器（１８）の下端に連通接続し、低温吸着器(18)の
上部から導出した精製水素ガス流通管(７)を第２熱交換
器(16)に連通接続させたものである。

【００２０】低温精製装置をこのように熱交換で冷却さ
れることにより液化したり固化した不純物は気−固液分
離器(５)のグラスウールで除去され、熱交換での冷却で
相変化を伴わない不純物は低温吸着器(18)で吸着除去さ
れることになるから、より高純度に水素を精製すること
ができる。

【００２１】図４は異なる実施態様を示す要部断面図で
あり、これは気密断熱容器(１)内に突入配置する極低温
冷凍機(３)のコールドヘッド(８)を２段冷却形式のもの
を使用し、第２低温端(２ａ)にグラスウールを充填して
なるコアレッシング型の気−固液フィルター(５ａ)を接
続固定し、コールドヘッド(８)の第１段シリンダ部(９
ｂ)と第２段シリンダ部(９ａ)とをそれぞれ取り囲む状
態で熱交換器(10)と第２熱交換器(16)とを配置し、各熱
交換器(10)(16)を導入水素ガス流通管(６)と精製水素ガ
ス流通管(７)とを重ね合わせた状態でコイル状に形成し
たもので構成し、第２熱交換器(16)の導入水素ガス流通
管(６)を第２の気−固液分離器(５)の下端部に連通接続
するとともに、第２熱交換器(16)の精製水素ガス流通管
(７)を気−固液分離フィルター(５ａ)の他端部に連通接
続してある。

【００２２】第１シリンダ部(９ｂ)の周囲に配置した第
１熱交換器(10)の導入水素ガス流通管(６)は第１低温端
(２ｂ)の周囲を巻回したのち気−固液分離器(５)の一端
部に連通接続してあり、気−固液分離器(５)の他端部か
ら導出したガス配管が第２熱交換器(９ａ)の導入水素ガ
ス導入管(６)に連通接続してある。

【００２３】このように構成した低温精製装置では、第
１段コールドエンドで発生する寒冷熱エネルギーと第２
段コールドエンドで発生する寒冷熱エネルギーとの差に
より、異なる冷却温度で導入水素ガスを冷却することが
できるから、導入水素ガス中から広範囲の不純物を効率
よく除去することができる。

【００２４】上記実施例では、半導体ガスとして水素を
使用する場合に津して説明したが、本発明は、水素ガス
に限らず、アルゴンガスや窒素ガスの精製に使用するこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明では、低温精製装置を極低温冷凍
機が発生する寒冷エネルギーを利用して導入半導体ガス
を冷却し、導入水素ガス中に混入している不純物と半導
体ガスとの沸点差を利用して半導体ガス中から不純物を
除去するように構成し、この低温精製装置を半導体製造
装置の近傍部に配置していることから、半導体製造装置
に導入する半導体ガスを不純物混入のない高純度のもの
にすることができるうえ、ユースポイントの近傍で精製
するものであるから、精製後の再汚染がなく、半導体製
造装置に高純度の半導体ガスを確実に供給することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】低温精製装置の概略構成図である。

【図２】別の実施態様での要部断面図である。

【図３】さらに別の実施態様での要部断面図である。

【図４】異なる実施態様の要部断面図である。

【符号の説明】

２…コールドエンド(２ａ…第２低温端、２ｂ…第１低
温端)、３…極低温冷凍機、４…液体窒素貯蔵槽、５…
気−固液分離器(５ａ…気−固液分離フィルター)、６…
導入半導体ガス流通管、18…低温吸収器。

フロントページの続き (72)発明者 研谷 昌一郎 滋賀県守山市勝部町1095番地 岩谷瓦斯株 式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製造装置に半導体ガスを供給して
   半導体基板を処理する半導体製造装置に使用する半導体
   ガスの低温精製装置であって、半導体ガスの低温精製装
   置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低温精製装置
   に半導体ガス供給源から供給される半導体ガスを導入す
   るとともに、低温精製装置から導出した精製半導体ガス
   を半導体製造装置に供給するように構成し、低温精製装
   置の内部に極低温冷凍機(３)のコールドエンド(２)を突
   入配置し、コールドエンド(２)に液体窒素貯蔵槽(４)を
   熱的に接続し、この液体窒素貯蔵槽(４)内を貫通する状
   態で導入半導体ガス流通管(６)を配置し、液体窒素貯蔵
   槽(４)を通過する間に液体窒素と導入半導体ガスとを熱
   交換して導入半導体ガスを冷却し、冷却された導入半導
   体ガスを気−固液分離器(５)に導入して、導入半導体ガ
   ス中の不純物を除去し、気−固液分離器(５)で不純物を
   分離精製した精製半導体ガスと導入半導体ガスとを低温
   精製装置内で熱交換するように構成した半導体ガスの低
   温精製装置。
2. 【請求項２】 半導体製造装置に半導体ガスを供給して
   半導体基板を処理する半導体製造装置に使用する半導体
   ガスの低温精製装置であって、半導体ガスの低温精製装
   置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低温精製装置
   に半導体ガス供給源から供給される半導体ガスを導入す
   るとともに、低温精製装置から導出した精製半導体ガス
   を半導体製造装置に供給するように構成し、低温精製装
   置の内部に極低温冷凍機(３)のコールドエンド(２)を突
   入配置し、このコールドエンド(２)に気−固液分離器
   (５)を熱的に接続し、この気−固液分離器(５)に導入半
   導体ガスを導入して半導体ガスを冷却するとともに導入
   半導体ガス中の不純物を除去し、気−固液分離器(５)で
   不純物を分離精製された精製半導体ガスと導入半導体ガ
   スとを低温精製装置内で熱交換するように構成した半導
   体ガスの低温精製装置。
3. 【請求項３】 半導体製造装置に半導体ガスを供給して
   半導体基板を処理する半導体製造装置に使用する半導体
   ガスの低温精製装置であって、半導体ガスの低温精製装
   置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低温精製装置
   に半導体ガス供給源から供給される半導体ガスを導入す
   るとともに、低温精製装置から導出した精製半導体ガス
   を半導体製造装置に供給するように構成し、低温精製装
   置の内部に極低温冷凍機(３)のコールドエンド(２)を突
   入配置し、このコールドエンド(２)に低温吸収器(18)を
   熱的に接続し、低温精製装置の内部に配置した導入半導
   体ガス流通管(６)を気−固液分離器(５)に接続するとと
   もに、気−固液分離器(５)から導出した半導体ガス導出
   管を低温吸着器(18)に接続して導入半導体ガス中の不純
   物を除去し、気−固液分離器(５)及び低温吸着器(18)で
   不純物を分離精製した精製半導体ガスと導入半導体ガス
   とを低温精製装置内で熱交換するように構成した半導体
   ガスの低温精製装置。
4. 【請求項４】 半導体製造装置に半導体ガスを供給して
   半導体基板を処理する半導体製造装置に使用する半導体
   ガスの低温精製装置であって、半導体ガスの低温精製装
   置を半導体製造装置の近傍に配置し、この低温精製装置
   に半導体ガス供給源から供給される半導体ガスを導入す
   るとともに、低温精製装置から導出した精製半導体ガス
   を半導体製造装置に供給するように構成し、低温精製装
   置の内部に極低温冷凍機(３)の二段式コールドエンド
   (２)を突入配置し、このコールドエンド(２)の第２低温
   端(２ａ)に気−固液分離フィルター(５ａ)を熱的に接続
   するとともに、コールドエンド(２)の第１低温端(２ｂ)
   で導入半導体ガスを冷却可能に構成し、コールドエンド
   (２)の第１低温端(２ｂ)で冷却された導入半導体ガスを
   気−固液分離器(５ｂ)に導入して不純物を除去し、この
   気−固液分離器(５ｂ)で不純物を除去した導入水素ガス
   を気−固液分離フィルター(５ａ)に導入し、気−固液分
   離フィルター(５ａ)で精製した精製半導体ガスと導入半
   導体ガスとを低温精製装置内で熱交換するように構成し
   た半導体ガスの低温精製装置。