KR100378409B1 - 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치 - Google Patents

반도체 프로세스가스의 대량 공급장치 Download PDF

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KR100378409B1
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시게타겐지
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호시도모아키
세키히데키
아이다도시유키
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닛폰산소 가부시키가이샤
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

대용량의 가스용기(21) 내부에 충전되어 있는 반도체 프로세스가스를 감압하여 사용할 장소로 공급하기 위한 장치이다. 가스용기(21)는 원통체 부분(22)과 그 양 끝단의 반구체 부분(23,24)으로 이루어져 있다. 상기 원통체 부분(22)의 축선 (25) 상에서, 한쪽의 반구체 부분에 가스충전구(26)를, 다른쪽의 반구체 부분에 가스추출구(27)를 가지고 있으며, 가스충전구에는 충전밸브(28)가 연결되고, 가스추출구에는 적어도 용기밸브(30)와 감압밸브(32)를 가진 가스추출유니트(29)가 연결되어 있다. 가스용기(21)는 충전밸브(28) 및 가스추출유니트(29)와 함께 컨테이너 (36)에 수납되어 있다.

Description

반도체 프로세스가스의 대량 공급장치{FEED DEVICE FOR LARGE AMOUNT OF SEMICONDUCTOR PROCESS GAS}
반도체 산업에 사용되는 반도체 프로세스가스의 처리량은, 한 공장당의 웨이퍼 처리매수의 증가에 따라 증대하며, 300mm(12inch) 웨이퍼처리에 있어서는, 더욱 증대가 예상되고 있다. 또한 반도체 프로세스가스의 대부분은, 일반적으로 가연성, 독성 및 부식성을 가지고 있으며, 특히 가연성이 높고, 독성이 강한 가스, 예컨대 모노게르만, 모노실란, 디실란, 디보란, 아루신, 포스핀, 셀렌화수소 등은, 특수고압가스로서 법규나 자체규제 등에 의해 보안법으로 기술적이고 또한 설비적으로 구비해야만 한다는 요건이 명확화되어 있어, 안전성의 확보는 필수적인 항목이 되고 있다. 이 때문에 웨이퍼의 대구경화(大口徑化)에 따라 반도체 프로세스가스의 대량공급의 실현에 임박하여 안전성에 대한 엄격함이 더욱 요구되고 있다.
반도체 프로세스가스는, 디바이스의 미세화에 따라 고품질화가 요구되고 있으며, 특히 디바이스 불량에 대하여 지배적인 수분, 산소 및 산소화합물 및 금속불순물이나 파티클의 저감이 엄격히 요구되고 있다.
통상, 반도체 프로세스가스는, 가스충전공장에서 고압용기에 충전된 후, 트럭에 적재되어 반도체 제조공장으로 운반되고, 이 공장 내부의 반도체 프로세스가스용의 고압가스 저장소에 일시 보관된다. 반도체 프로세스가스의 소비시에, 고압용기에 충전된 프로세스가스는, 안전성을 확보하기 위해서, 고압용기를 실린더 캐비넷에 격납하고 난 후에, 반도체 프로세스장치로 공급된다.
통상의 47리터 이하 용량의 봄베를 사용하여 반도체 프로세스가스를 공급하는 경우에는, 봄베에 구비된 용기밸브와 실린더 캐비넷 내부에 부설된 감압밸브를 접속하고, 가스압력을 감압하여, 반도체 프로세스장치로 공급하고 있다. 또한 실린더 케비넷에는, 퍼지가스용기나 퍼지가스라인, 또한 반도체 프로세스가스용의 제해설비(除害設備)가 구비되어 있으며, 가스용기의 교환시에 섞여 들어가는 대기성분이나 퍼지가스를 반도체 프로세스가스로 치환할 수 있도록 하는 구조를 갖고 있다. 그리고 실린더 케비넷에는, 안전성을 확보하기 위해서, 용기나 가스공급라인의 가스누설을 검지할 수 있는 경보기가 구비되며, 가스누설을 검지한 경우에는, 가스공급을 정지하기 위한 긴급차단기능이 가스용기밸브에 본래부터 구비되어 있거나, 용기밸브의 바로 뒤에, 용기밸브와는 별도로 긴급 차단밸브가 구비되어 있다. 통상 실린더 캐비넷은 항상 배기되고 있으며, 계속되는 스크러버나 제해장치에 의해 누설된 가스를 무해화할 수 있는 기구를 가지고 있다.
반도체 프로세스가스를 대량으로 공급하는 경우는, 통상의 47리터 봄베를 수십개 단위로 묶어, 소위 카들방식으로 하거나, 바깥지름 300mm(특히, 350∼400mm) 이상, 길이 1.5m∼12m의 용기를 5∼20개를 집합시켜 로더방식으로 하고 있다. 이 때문에 47리터 이상의 봄베를 상기한 바와 같이 실린더 캐비넷에 격납하는 것은 현실적으로 불가능하다. 그러므로 반도체 프로세스가스의 대량공급에는, 옥외에 대형용기를 설치하고, 그 근방에 감압밸브가 내장된 가스공급패널을 배치하여 이 패널을 통해 공급하도록 하고 있다.
도 1은, 카들방식의 가스공급장치를 설명하는 개략도이다. 이 가스공급장치는, 10개의 47리터 봄베(10)를, 이들에 장착되어 있는 용기밸브(11)를 통해 매니폴드(12)로서 연결하여 틀체(13)로 합쳐서 수용하고 있다. 그리고 이 매니폴드(12)를, 밸브(14), 관(15)을 통해 가스사용공장에 설치되어 있는 가스수용설비(16)의 감압밸브(17), 개폐밸브(18)를 가진 관(19)에 죠인트(20)로서 연결되어 있다. 그리고 이 가스공급장치를 2대 배치하고, 전환하여 사용하고 있다. 따라서 감압밸브 (17)의 상류측이 고압가스영역(H)이 되고, 하류측이 저압가스영역(L)이 된다.
그러나, 통상의 반도체 프로세스가스는, 1MPa 이상의 고압가스상태로 봄베에 충전되어 있는 경우가 많고, 이 가스공급장치에 의한 가스공급방법에서는, 봄베(10)와 가스수용설비(16)가 떨어져 있기 때문에, 고압가스가 감압되기까지의 배관이 길어지고, 그 만큼 안전성에 대하여 관리가 엄격해지고 또 어려워진다. 즉 매니폴드(12)와 감압밸브(17)를 접속하는 고압가스영역(H)의 배관거리가, 수 1Om에 걸쳐 감압되지 않은 상태로 반도체 공장에 둘러쳐져 있다.
또한, 각 봄베의 용기밸브(11)와 매니폴드(12)의 접속부분이 많기 때문에, 누설이 발생할 기회가 증가한다. 즉 반도체 프로세스가스의 취급상, 안전성을 지배하는 인자는, 반도체 프로세스가스 공급에 있어서의 고압가스영역(H)의 길이와 누설가능한 부분(예컨대 죠인트)의 많고 적음에 의해 결정된다.
또한, 반도체 프로세스가스는, 제품의 품질유지를 위해서, 고순도의 가스 공급이 요구된다. 반도체 프로세스가스의 품질은, 봄베 교환시의 대기성분의 퍼지의 좋고 나쁨으로 결정된다. 한편 반도체 프로세스가스는, 금속의 가스접촉면에서 흡착수분이나 산소와 반응하거나, 자기분해함으로써, 부식생성물이나 부생성물을 형성한다. 이 때문에 가스접촉면의 상태는 시간이 경과함에 따라 변화하며, 봄베 교환시에 배관 내부를 오염시키는 흡착수분량이나 혼입산소량, 파티클수도 변화하므로, 자연히 봄베 교환시의 대기성분을 퍼지하기 위한 조건도 크게 변화하지 않을 수 없었다. 따라서 대기성분의 퍼지에는 많은 시간을 요하며, 시간을 요한다고 해서, 완전히 대기성분을 제거가능한지의 여부를 판단할 수 없기 때문에, 때로는 대기성분인 수분이나 산소, 혹은 파티클이 반도체 프로세스장치 내부를 오염시키거나, 혹은 반도체 프로세스가스와 수분이나 산소가 반응하여, 산소화합물이나 파티클, 또는 부식생성물을 형성하고, 그 부생성물이 반도체 프로세스장치 내부를 오염시키거나 하여, 디바이스의 전기적 특성을 열화시키거나, 생산수율의 저하를 일으키는 원인이 되고 있었다.
본 발명은, 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 모노게르만, 모노실란, 디실란, 디보란, 아루신, 포스핀, 셀렌화수소, 염화수소, 브롬화수소, 사염화규소, 삼불화질소, 사불화메탄, 육불화에탄, 일산화이질소, 육불화유황, 암모니아 등의 반도체 제조용 프로세스가스를, 콤팩트한 설비에 의해 대량으로 더욱 안전하게 공급하는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치에 관한 것이다.
도 1은, 종래의 카들식 가스공급장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치의 제 1 형태예를 나타낸 개략도이다.
도 3은, 제 1 형태예에 있어서의 가스추출유니트와 가스공급유니트의 연결상태를 나타낸 계통도이다.
도 4는, 마찬가지로 제 2 형태예를 나타낸 개략도이다.
도 5는, 제 2 형태예에 있어서의 가스추출유니트와 가스공급유니트의 연결상태를 나타낸 계통도이다.
도 6은, 마찬가지로 제 3 형태예를 나타낸 개략도이다.
도 7은, 제 3 형태예에 있어서의 가스추출유니트와 가스공급유니트와의 연결상태를 나타낸 계통도이다. ·
도 8은, 2단 감압을 행하는 가스추출유니트의 한 형태예를 나타낸 계통도이다.
도 9는, 하나의 가스공급유니트에 대하여 2대의 컨테이너를 전환가능하도록 접속한 계통도이다.
본 발명의 제 1 목적은, 가스공급장치의 설치면적을 작게 하여 대량사용에 대응할 수 있는 가스공급장치를 제공하는 데에 있다.
제 2 목적은, 가스공급계의 퍼지성능도 대폭 높일 수 있으며, 불순물의 프로세스장치 내부로의 침입을 방지할 수 있기 때문에, 대량으로 사용되는 고순도의 반도체 프로세스가스를, 안전하고 또한 순도를 저하시키지 않고 공급하는 데에 있다.
제 3 목적은, 가스누설이 일어나기 쉬운 고압가스 봉입부분(고압가스영역)의 저감을 도모하는 것에 의해 누설기회의 저감을 도모하는 동시에, 가스공급라인의 배관면적의 저감과 접속부분의 저감을 도모함으로써, 안전관리가 용이하고, 안전성을 확보할 수 있는 가스공급 용기설비를 실현하는 데에 있다.
본 발명에 따른 대용량 가스용기 내부에 충전되어 있는 반도체 프로세스가스를 감압하여 사용할 장소로 공급하기 위한 장치는, 상기 가스용기가 원통체 부분과 그 양 끝단의 반구체 부분으로 이루어져 있다. 또한 이 가스용기는 상기 원통체 부분의 축선상에 있어서, 상기 반구체 부분의 한쪽에 가스충전구를, 다른쪽에 가스추출구를 가지고 있으며, 상기 가스충전구에 충전밸브가 연결되고, 상기 가스추출구에 적어도 용기밸브와 감압밸브를 갖는 가스추출유니트가 연결되어 있다. 이 가스용기는 상기 충전밸브 및 가스추출 유니트와 함께 컨테이너에 수납되어 있다.
가스의 누설이 생기기 쉬운 고압가스부분인 상기 가스추출구에, 용기밸브와 감암밸브를 가진 가스추출유니트를 연결함으로써, 고압부분이 단축되어 있는 것 및 상기 가스용기가, 상기 충전밸브 및 가스추출유니트와 함께 컨테이너에 수납되어 있기 때문에, 가스용기를 대용량 가스용기를 사용하여도, 가스누설 등에 대해 높은 안전성을 유지할 수 있다. 또한 상기 가스추출유니트의 감압밸브를, 복수개 직렬로 설치함으로써, 2단 감압을 행할 수 있다.
상기 공급장치에는, 상기 컨테이너 내부의 가스누설을 검출하는 경보기와, 상기 컨테이너 내부의 가스를 배기하는 배기팬과, 상기 가스추출유니트를 퍼지하는 퍼지가스를 충전한 퍼지가스용기의 적어도 하나가 설치되어 있다. 상기 가스추출 유니트에는, 상기 컨테이너 외부에서 가스공급유니트가 연결되고, 이 가스공급유니트는 2차측이 사용할 장소의 배관에 연결되는 공급밸브와, 이 공급밸브의 1차측에 연결되는 퍼지가스도입경로 및 분석가스 도출경로를 포함하고 있다. 상기 공급장치는 상기 가스추출유니트와 가스공급유니트를 연결하였을 때의 퍼지에 의해 배출되는 가스의 불순물을 분석하는 분석계와, 상기 가스추출유니트와 가스공급유니트를 분리하기 전의 퍼지에 의해 배출되는 가스를 제해하는 제해통의 적어도 하나가 설치되어 있다. 상기 공급장치는 복수개의 컨테이너를, 하나의 가스공급유니트로 전환 접속할 수 있다.
복수개의 컨테이너를, 하나의 가스공급유니트로 전환 접속함으로써, 사용할 장소의 반도체공장에서, 가스공급장치의 점유면적을 극력 억제하는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명에 따른 장치 및 유니트의 형태예를 도 2 내지 도 9에 의해 상세하게 설명한다. 또한 각 도면에서의 형태예에 있어서, 동일요소에 해당하는 것에는, 동일부호를 부여한다.
본 발명의 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치의 제 1 형태예를 도 2 및 도 3에 의해 설명한다. 가스용기(21)는 원통체 부분(22)과 그 양 끝단의 반구체 부분(23,24)으로 이루어져 있다. 이 가스용기(21)는 상기 원통체 부분(22)의 축선 (25) 상에 있어서, 상기 반구체 부분(23)에 가스충전구(26)가, 상기 반구체 부분 (24)에 가스추출구(27)가 각각 개구하고 있다. 상기 가스충전구(26)에는 충전밸브 (28)가 연결되어 있다. 상기 가스추출구(27)에는 가스추출유니트(29)가 연결되어 있다. 이 가스추출유니트(29)는 용기밸브(30), 압력계(31) 및 감압밸브(32)를 직렬로 접속하여 구성되어 있다.
상기 가스용기(21)는, SUS강, CrMo강, 탄소강, Mn강, Al합금, Al라이닝 강화플라스틱 등의 재료로 제조할 수 있다. 또한 이 가스용기(21)의 크기는, 본 형태예에서는 바깥지름 600mm, 길이 2200mm이며, 내부 용적은 약470리터인데, 반도체 제조규모에 따라, 예를 들면 바깥지름 300mm∼1200mm, 길이 1500mm∼l2000mm의 범위에서, 적절히 선택하여 설계할 수 있으며, 반도체 공장에 배치되는데 적합한 크기로 할 수 있다.
상기 가스용기(21)에 충전되는 가스는, SiH4, AsH3, PH3, SF6, NF3, CF4, C2F6, CH4, HF, HCl, HBr, ClF3, NH3, N2O, SiC14, He, H2, O2, CO2, CO 등의 반도체 프로세스가스이다.
상기 용기밸브(30)와 감압밸브(32)는 근접하여 배설하는 것이, 가스치환특성을 현격히 향상시킬 수 있는 것과, 배설되는 배관에서의 고압 압력에 노출되는 부분이 감소되기 때문에, 안전면에서도 바람직하다. 또한 용기밸브(30) 및 감압밸브 (32)는, 이들을 고집적 일체화한, 소위 블록밸브로서 부설할 수도 있다. 그리고 블록밸브는 3연결 3방향 밸브나 4연결 4방향 밸브를 사용할 수 있다. 이들 밸브는 놋쇠, 스텐레스강, 니켈합금 등으로 단조되고, 기계가공되어 제조하는 것이다. 감압밸브(32)로서는, 스프링식 혹은 다이어프램식이 바람직하다. 상기 가스용기(21)의 가스의 충전압력을 확인하기 위한 압력계(31)로서는, 보르돈(Bourdon)관식, 휘어짐 게이지식, 다이어프램식 반도체 게이지 등의 압력계를 적절하게 사용할 수 있으나, 다이어프램식반도체 게이지가 압력계로서 특히 바람직하다. 또한 가스추출유니트 (29)에, 공급가스온도를 측정하기 위한 시스형 열전대와 같은 온도계를 부설하여도 좋다.
상기 가스용기(21)는 가로로 놓여 있으며, 밴드(33,33)에 의해 고정대(34)의 윗면에 고정되어 있다. 이 고정대(34) 윗면의 네 모서리에는, 후크 걸림에 의해 반송이 가능하도록, 4개의 매달아 올리는 링(35)이 각각 설치되어 있다.
상기 가스용기(21)를 가로로 놓고 고정한 고정대(34)는, 컨테이너(36)의 바닥판(37) 상에 놓여지고, 가스용기(21), 충전밸브(28) 및 가스추출유니트(29)가 컨테이너(36) 내부에 수납되어 있다. 이 컨테이너(36)의 덮개(38)는, 슬라이드 등의 수단으로 개폐가 가능하도록 설치되어 있다. 또한 바닥판(37)은, 컨테이너(36)를 들어 올려 리프터로의 반송을 용이하게 하기 위해서, 포크삽입구(39,39)가 형성되어 있다. 또한 컨테이너(36)는, 상자형 또는 불룩한 반원형이 사용가능하고, 또한매니폴드 등의 접속배관 등을 가스추출유니트(29)에 접속하는 작업이 가능하도록, 외부조작용의 도어나 셔터를 필요에 따라 설치하여도 좋다.
컨테이너(36)의 내부 공간은, 충전밸브(28)를 둘러싸는 간막이판(40) 및 가스추출유니트(29)를 둘러싸는 간막이판(41)에 의해, 가스용기 배치공간(42), 충전밸브 배치공간(43) 및 가스추출유니트 배치공간(44)으로 구획되어 있다. 이 충전밸브 배치공간(43) 및 가스추출유니트 배치공간(44)에는, 가스누설경보기(45)로부터 이어지는 가스샘플용 심플렉스튜브(46,47)가 삽입되어, 양 공간(43,44)의 가스누설의 유무를 항상 감시하고 있다. 상기 컨테이너(36)의 덮개(38)에는, 배기팬(48)이 설치되고, 또한 상기 간막이판(40,41)에는 통기구(도시하지 않음)가 형성되어 있어, 컨테이너(36) 내부의 공간으로 누설되고 있는 가스를 강제적으로 배기할 수 있도록 되어 있다. 배기팬(48)에 의해서 배기된 가스는, 제해장치에 의해서 제해된 후 대기로 방출된다. 또 배기수단으로서는, 상기 배기팬 대신에, 배기덕트를 사용할 수 있다. 또한 상기 칸막이 판(40,41)의 통기구에 제해통을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경보기(45)와 가스추출유니트(29)나 배기팬(48)을 연이어 동작시켜 조작함으로써, 가스의 공급을 정지하거나, 배기팬(48)을 구동시키거나 하는 등에 의해 안전성의 향상을 도모할 수 있다. 상기 가스용기 배치공간(42)에 가스가 누설하였을 때의 제해를 위해, 컨테이너(36) 내부에 제해제(除害劑)를 직접 매입하는 수단이나, 제해제를 충전한 제해수단을 배치할 수 있다. 제해제는 규조토에 염화제이철과 촉매성분을 함침시킨 것, 실리카 또는 알루미나계의 담체에 과망간산카리, 가성소다를 함침시킨 것, 혹은 활성탄에 알카리 또는 금속산화물 등의 촉매성분을 첨가시킨 것, 단순히 금속산화물을 입자상태로 성형한 것 등이 사용된다. 이 경우에 제해제는, 대기에 상시 노출되는 것을 피하는 쪽이 제해효과가 높고 또 장기간에 걸쳐 제해효과를 지속할 수 있기 때문에, 배기팬(48)은 경보기(45)와 연이어 동작시켜, 경보기(45)가 작용하였을 때만 구동하여, 제해수단을 통해 배기팬의 흡인력으로 컨테이너(36) 내부의 가스를 대기로 배기하도록 하는 시스템으로 하는 것이 바람직하다.
상기 가스용기(21) 내부를 퍼지할 때에는, 가스충전구(26)는 퍼지가스 도입구로서 사용되고, 가스추출구(27)는 퍼지가스 도출구로서 사용된다. 상기 가스용기 (21), 충전밸브(28), 가스추출유니트(29)나 배관류는, 가스가 흐르는 가스접촉면에 수분이나 가스분자 혹은 파티클이 흡착하는 양을 가급적으로 적게 하여, 금속표면의 내식성을 향상시킬 목적으로, 가스접촉면은 기계연마, 숫돌가루연마, 전해연마, 복합전해연마, 화학연마 및 복합화학연마 등의 표면연마를 실시하거나, 또한 Ni를 무전해 혹은 전해로 도금하거나 하고 있다. 또 Ni를 코팅한 표면에 불소에 의해 부동태막(不動態膜)을 형성하여도 좋다. 스텐레스강제의 경우는, 표면연마후에 열처리에 의해 철이나 크롬 등의 부동태 산화막을 형성하여도 좋다.
상기 가스용기(21)의 내벽표면 거칠기(R)는, 최대 Rmax로 25㎛ 이하가 적합하고, 바람직하게는 12㎛ 이하로 하는 것이 좋다. 가스추출유니트(29)의 구성부품이나 배관류의 내벽표면의 거칠기는 1㎛ 이하로 하면 좋고, 바람직하게는 0.5㎛ 이하로 하는 것이 좋다.
상기 가스추출유니트(29)는, 상기 컨테이너(36)의 외부에서 가스공급배관 (49)에 연결된다. 이 가스공급배관(49)은, 반도체 제조설비(도시하지 않음)의 가스공급유니트(50)에 연결되어 있다. 가스용기(21)에 충전된 반도체 프로세스가스는, 상기 가스추출유니트(29)를 통하여 감압되어, 가스공급배관(49)으로부터 가스공급유니트(50)를 통해 반도체 제조설비에 공급된다.
이 가스공급유니트(50)는, 입구밸브(51)와 공급밸브(52)을 직렬로 연결하며, 해당 공급밸브(52)의 1차측에, 퍼지가스도입밸브(53)를 가진 퍼지가스도입관(54), 배기밸브(55)를 가진 배기관(56) 및 샘플링밸브(57)를 가진 분석관(58)이 연결되어 있다. 배기관(56)은 퍼지중의 가스에 함유된 유해성분을 제거하는 제해통(59)에 연결되어 있다. 분석관(58)은 퍼지중의 가스에 함유된 수분, 산소나 파티클 등의 불순물을 분석하는 분석계(60)에 연결되어 있다. 상기 공급밸브(52)의 2차측은, 사용할 장소의 배관(61)에 연결되어 있다. 이 가스공급유니트(50)와 상기 가스추출유니트(29)는, 접속부(62)로 붙이고 떼기 가능하도록 연결된다.
이 대량 공급장치는, 가스공급유니트(50)에 가스추출유니트(29)를 접속할 때에, 퍼지가스도입관(54)으로부터 가스공급유니트(50)에 퍼지가스를 도입하여 공급밸브(52)의 1차측을 퍼지한다. 퍼지배기 가스중의 수분농도나 산소농도는, 차례로 측정되어 그들 농도가 1Oppb 이하에 도달하면 퍼지가스의 공급을 정지하고, 계속해서 반도체 프로세스가스를 가스용기(21)로부터 도출하여, 가스추출유니트(29)를 통해 가스공급유니트(50)를 마찬가지로 해당 프로세스가스로 퍼지한다. 또 이 프로세스가스의 퍼지에 앞서, 가스추출유니트(29) 및 이보다 하류측의 배관이나 가스공급유니트(50)나 죠인트부 등은, 사용할 장소의 받아들임 설비측에서 배관(49)을 통해 수 Torr 이하의 압력까지 진공배기하는 것이 바람직하다.
이 퍼지에 사용된 퍼지가스 및 반도체 프로세스가스는, 제해통(59)으로써 유해성분이 제거되어 배출된다. 또한 반도체 제조장치에 반도체 프로세스가스를 공급하기 위해서는, 이 반도체 프로세스가스에 의한 퍼지와 진공빼기를 5회 이상 반복한 후가 바람직하다. 퍼지종료시점을 판단하기 위한 분석계(60)는, 가스중에 함유된 수분을 분석하는 수분계(예를 들면, 수정발진식 Ba코트형 수분계)나 산소 등의 불순물의 존재를 분석하는 산소계(예를 들면, 갈바닉셀식 산소계) 혹은 파티클 카운터와 같은 것을 적절하게 필요에 따라 사용한다.
이러한 구성의 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치에 의하면, 종래에 사용하고 있는 실린더 캐비넷이 필요 없어지고, 또 카들방식에 비해서 단순한 구조를 이루고 있기 때문에, 가스용기의 투자비용을 거의 반으로 절약할 수 있다.
다음에, 본 발명의 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치의 제 2 형태예를 도 4 및 도 5에 의해 설명한다. 이 형태예는 컨테이너(36) 내부에 설치한 퍼지가스용기(63)와, 가스추출유니트(29) 및 가스공급유니트(50)를 연결하여, 보다 고순도의 가스공급을 보증한 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치를 제공하는 데에 있다.
상기 퍼지가스용기(63)는, 한쪽 끝단에 가스충전밸브(64)가, 다른 끝단에 용기밸브(65)가 부착되어 있으며, 이 용기밸브(65)에 퍼지가스공급관(66)이 접속되어 있다. 이 퍼지가스용기(63)는 일반적인 가스용기로도 가능하며, 예를 들면 용량 10리터의 Mn강제의 봄베 등을 사용할 수 있고, 퍼지용의 불활성가스, 예를 들면 수분이 5ppb 이하인 고순도 질소가스가 압력 14.7Mpa로 충전되어 있다.
상기 퍼지가스공급관(66)은, 가스추출유니트(29)의 퍼지가스밸브(67)에 연결되어 있다. 이 퍼지가스밸브(67)는 용기밸브(30)와 감압밸브(32)의 사이에 배설되어 있다. 이 유니트(29)는 이들 3개의 밸브(30,32,67)를 일체화한 3연결 3방향 블록밸브를 사용하면, 누설이나 불순물의 침입 등의 기회가 저감되어 바람직하다. 상기 가스추출유니트(29)는 출구밸브(68)를 가진 도출관(69)을 통해, 가스공급배관 (49)에 연결된다.
또한, 제해통(59)이 컨테이너(36) 내부에 설치되어 있다. 이 제해통(59)에는 배기가스입구관(70)이 연결되고, 이 배기가스입구관(70)은 입구밸브(71)를 통해 배기관(56)에 연결되어 있다. 이 배기가스입구관(70)과 배기관(56)은 접속부(72)에서 붙이고 뗄 수 있도록 연결된다.
이 대량 공급장치는, 가스공급유니트(50)에 가스추출유니트(29)를 접속할 때에, 퍼지가스공급관(66)으로부터 가스추출유니트(29)에 퍼지가스를 도입하여 용기밸브(30)의 2차측을 퍼지한다. 또한 퍼지가스도입관(54)으로부터 가스공급유니트 (50)에 퍼지가스를 도입하여 공급밸브(52)의 1차측을 퍼지한다.
제 2 형태예의 대량 공급장치는, 컨테이너(36) 내부에, 반도체 프로세스용의 가스용기(21)와 함께, 퍼지가스용기(63)를 배설함으로써, 대기에 노출되는 배관의 수가 감소하기 때문에, 퍼지효율이 향상하고, 수분농도나 산소농도를 1Oppb 이하로 하기 위해서, 종래에는 3시간을 필요로 하고 있었던 것에 대하여, 이 장치에서는약 절반인 1.5시간에 10ppb 이하로 되었다. 또한 컨테이너(36) 내부에 제해통(59)을 설치하였기 때문에, 대량 공급장치 자체로서, 프로세스가스의 제해처리가 가능해지고, 사용할 장소의 각각의 받아들임 설비에 제해설비를 설치할 필요가 없어져서, 받아들임 설비의 설비비를 절감할 수 있다.
다음에, 본 발명의 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치의 제 3 형태예를 도 6 및 도 7에 의해 설명한다. 이 형태예는 제 2 형태예의 대량 공급장치에 있어서, 퍼지의 적절한 종료시점을 판단하기 위해, 컨테이너(36)내부에 분석계(60)를 배설한 것이다. 이 분석계(60)에는 샘플링 가스배기관(73)이 연결되며, 이 배기관 (73)은 입구밸브(74)를 통해 분석관(58)에 연결된다. 이 샘플링 가스배기관(73)과 분석관(58)은, 접속부(75)에서 붙이고 뗄 수 있도록 연결된다.
예를 들어, 반도체 프로세스가스로서 SiH4를 사용하는 경우, 배관류 등의 기기에 수분이 잔류하고 있으면, 이 잔류하고 있는 수분이나 산소와 SiH4가 반응해서 SiO2의 분말을 생성하여, 기기의 막힘이나, 유출현상이 생긴다. 그러나 제 3 형태예의 대량 공급장치는, 장치 자체에 수분계나 산소계 등의 분석계를 설치함으로써, 장치 자체로, 거의 충분히 만족할 수 있을만큼 완성된 형태로, 고순도의 반도체 프로세스가스를 사용할 장소로 공급하는 것이 가능해졌다.
다음에, 제 3 형태예의 대량 공급장치를 이하의 사양으로 제작하여, 종래 예와 비교하였다.
본 발명품
반도체 프로세스가스용의 가스용기(2l)
용적: 470리터
치수: 바깥지름 600mm, 길이 2200mm
컨테이너(36)의 치수
2500mm(길이)×800mm(폭)×800mm(높이)
종래품
종래에 사용되고 있는 카들방식에 사용한 가스용기
용적: 47리터/개
집적개수: 10개
총 용량: 470리터(L)
10개의 상기 가스용기를 집적화하는 데에 필요한 공간
2000mm(길이)×1200mm(폭)×1800mm(높이)
카들로서 집적화하는 데에 필요한 틀체의 치수
2500mm(길이)×2000mm(폭)×1800mm(높이)
비교검토
설치면적
[2500mm(길이)×800mm(폭)]/[2500mm(길이)×2000mm(폭)]=0.4
본 발명품은, 종래품의 약 40%였다.
점유부피
[2500mm(길이)×800mm(폭)×800mm(높이)]/(2500mm(길이)×2000mm(폭)×
1800mm(높이)]= 0.17
본 발명품은, 종래품의 17%였다.
다음에, 2단 감압을 행하는 가스추출유니트(29)의 한 형태예를 도 8에 의해 설명한다. 2단 감압을 행하는 가스추출유니트(29)는 용기밸브(30), 제 1 압력계 (31a), 온도센서(76), 제 1 감압밸브(32a), 제 2 압력계(31b), 제 2 감압밸브(32b)를 직렬로 접속하는 동시에, 용기밸브(30)의 2차측에 퍼지가스밸브(67)를 가진 퍼지가스공급관(66)을 접속하여 하나의 밸브블록으로 한 구조이다.
이 가스추출유니트(29)의 밸브블록의 몸체는, 놋쇠, 스텐레스강, 니켈합금 등을 기계가공함으로써 제작할 수 있다. 용기밸브(30)는 키 플레이트식 혹은 다이어프램식이 일반적이며, 다이어프램식이 밸브 내부의 데드스페이스가 적고, 효율적으로 퍼지할 수 있기 때문에 보다 바람직하다. 또한 용기밸브(30)의 케렙프시트는, PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), PFA(테트라플루오로에틸렌·펜플루오로비닐에테르공중합체), 폴리이미드 등이 사용된다. 또한 용기밸브(30)의 개폐구동은, 종래와 같이 수동에 의한 매뉴얼밸브를 사용할 수도 있지만, 긴급차단밸브를 겸하기 위해서, 에어구동밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 용기밸브(30)의 후단에, 파티클 제거용 필터를 설치하여 둘 수도 있다. 한편 양 감압밸브(32a,32b)는, 스프링식의 감압밸브가 일반적이기는 하지만, 데드스페이스가 적고, 파티클의 발생이 적은 다이어프램식의 감압밸브구조를 채용하는 것이 바람직하다.
가스추출유니트(29)의 가스접촉면은, 기계연마, 숫돌연마, 전해연마, 복합전해연마, 화학연마, 복합화학연마 등을 실시하여 두는 것이 바람직하고, Ni를 전해또는 무전해로 도금할 수도 있고, 불화에 의해 Ni불화물의 표면형성도 가능하다. 또한 해당 유니트(29)의 몸체가 스텐레스강제인 경우에는, 연마후에 열처리에 의해 Fe나 Cr의 산화막으로 부동태막을 형성할 수도 있다. 이들 내표면 거칠기는 Rmax로서 1㎛ 이하가 적합하고, 0.5㎛ 이하가 바람직하다. 안전밸브는 가스충전구(26) 또는 가스추출구(27) 중의 어느 한쪽에 설치해 두면, 법적인 의무조치를 만족할 수 있다.
또한, 양 압력계(31a,31b), 온도센서(76)는, 가스추출유니트(29)의 적당한 위치에 설치할 수 있다. 예를 들면 제 1 감압밸브(32a)의 1차측에 제 1 압력계 (31a)를 설치함으로써, 용기밸브(30)를 열면 용기 내부의 압력을 알 수 있고, 제 2 감압밸브(32b)의 2차측에 제 2 압력계(31b)를 설치함으로써 공급압력을 알 수 있다.
이들 압력계나 온도센서는, 필요에 따라 설치하면 되고, 압력계, 온도센서의 한쪽만이라도 좋고, 고압측, 저압측 중의 어느 한쪽에도 좋으며, 중압부분에도 설치할 수 있다. 또한 압력계로서는, 보르돈관식, 휘어짐 게이지식, 반도체 센서식이 바람직하게 사용되고, 데드 스페이스의 최소화의 관점에서, 다이어프램식의 반도체 센서식이 보다 바람직하며, 온도센서는 시스형 열전대가 적합하다.
이와 같이, 각 밸브를 밸브블록으로서 일체화한 상태에서 가스추출유니트를 형성함으로써, 고압가스 봉입부분의 저감을 도모할 수 있는 동시에, 종래에는 가스공급패널 내부에 설치되어 있던 감압밸브를 용기밸브로 일체화할 수 있기 때문에, 가스공급패널의 배관면적의 저감도 도모할 수 있다. 더구나 용기 내부의 고압가스를 제 1 감압밸브(32a)와 제 2 감압밸브(32b)의 2단계로 감압하여 공급하도록 함으로써, 감압밸브로 감압된 가스의 쥴-톰슨(Joule-Thomson) 팽창에 의한 가스온도의 저하를 억제할 수 있다. 예컨대 충전압력 14.7MPa의 N2가스를 감압하는 경우, 사용압력의 0.7MPa까지 1단으로 감압하면 가스온도가 약 28℃ 저하하는데 대하여, l단째에서 5.0MPa로, 2단째에서 0.7MPa로 감압한 경우에는, 가스온도의 저하를 1단째에서 17℃, 2단째에서 11℃ 정도로 온도저하를 분산할 수 있기 때문에, 몸체로부터의 열침입에 의해, 가스온도의 저하를 약 1O℃정도 개선할 수 있다.
제 1 감압밸브(32a) 및 제 2 감압밸브(32b)에 있어서의 감압의 정도(감압비)는, 충전압력과 사용압력에 의해 적절히 설정할 수가 있지만, 일반적으로는 1단째의 제 1 감압밸브(32a)로써 5.0MPa∼1.0MPa로 감압하고, 2단째의 제 2 감압밸브 (32b)에 의해 통상의 공급압력인 1.0MPa∼0.lMPa로 감압하면 좋다. 또한 압력차가 큰 경우는, 3개 이상의 감압밸브를 직렬로 배치하여 차례로 감압하도록 형성할 수도 있고, 압력차가 작은 경우는 l개로도 충분하다.
또한, 가스공급유니트(50)에 있어서의 가스접촉면도, 가스추출유니트(29)와 같이 불순물이 부착하기 어렵게 형성하고, 또한 밸브 등에도, 데드 스페이스가 적어, 효율적으로 퍼지할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
다음에, 2단 감압식 가스추출유니트(29)를 사용하여 SiH4를 충전압력 7.6MPa로 충전한 가스용기(21)에서 0.7MPa로 감압하여 공급하는 경우를 예로 들어 설명한다.
상기 가스용기(21)에 충전된 SiH4는, 용기밸브(30)를 여는 것에 의해, 2단 감압식 가스추출유니트(29) 내부로 도입되어, 제 1 압력계(31a)로 압력이 측정되고, 온도센서(76)로 온도가 측정된 후, 제 l 감압밸브(32a)로 유도된다. 제 1 감압밸브(32a)에서는 가스의 압력을 7.6MPa에서 1.5MPa까지 감압한다. 이 때 제 2 압력계(31b)에서 중간압력을 측정함으로써, 제 1 감압밸브(31a)의 압력제어불량을 검지할 수 있다. 중간압력의 가스는 제 2 감압밸브(31b)에서 소비압력인 0.7MPa로 압력제어되어, 반도체 프로세스가스를 사용할 장소로 공급된다.
이 방법으로 공급한 SiH4의 품질을 평가한 결과, 공급한 SiH4중의 O.1㎛ 이상의 파티클수는 100개/L, 수분은 100ppb 이하, 수분에 기인한다고 생각되는 실록산은 200ppb 이하였다.
한편, 종래의 용기밸브 및 가스공급패널을 사용하여, 용기 교환후에 2시간에 걸쳐 가스패널측에서 진공빼기한 후, 가스공급패널 내부의 감압밸브를 경유하여 공급한 SiH4가스의 품질은, 0.l㎛ 이상의 파티클수가 10000개/L, 수분이 1OOppb 이하, 실록산 농도가 1ppm이었다.
이 2단 감압식 가스추출유니트(29)에 의하면, 상술한 바와 같이 계통 내부의 대기성분을 효율적으로 퍼지할 수 있는 동시에, 제 1 및 제 2 감압밸브(32a,32b)를 경유한 저압의 프로세스가스가 가스공급유니트(50)로 공급되기 때문에, 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다.
다음에, 도 9에 의해, 하나의 가스공급유니트에 2계통의 용기유니트를 접속한 형태예를 설명한다. 또 상기 형태예와 동일한 요소에는, 동일한 부호와 a, b의 기호를 부기하고 그 설명을 생략한다.
용기유니트(80a,80b)는 각각 컨테이너(36) 내부에 가스용기(21a,21b) 및 그에 부속되는 유니트, 밸브, 관 등을 수납한 것이다. 접속부(62a)에 접속된 가스용기(21a)로부터 가스를 공급하고 있는 경우는, 공급밸브(52a)가 열림, 공급밸브 (52b)가 닫힘이며, 가스추출유니트(29a)에서 소정압력으로 감압된 가스는, 출구밸브(68a)에서 가스공급유니트(50) 내부로 유입하여, 공급밸브(52a)로부터 공급메인밸브(81)를 경유하여 사용할 장소로 공급된다.
가스용기(21a)의 가스량이 소정량 이하가 되면, 가스의 공급을 용기유니트 (80b) 측으로 전환한다. 이 전환조작은 공급밸브(52a)를 닫고 공급밸브(52b)를 여는 것에 의해, 대기상태에 있던 가스용기(21b)로부터 즉시 가스의 공급을 개시할 수 있다.
공급전환후의 용기유니트(80a)의 교환은, 다음과 같이 하여 행한다. 먼저 배기관(82)에 가스를 공급하여 진공 제너레이터(83)를 기동(起動)하고, 배기밸브 (84a)를 열어 계통 내부로부터 반도체 프로세스가스(예를 들면 SiH4가스)를 배출한다. 다음에 퍼지가스 도입밸브(53) 및 전환밸브(85a)를 열어 계통 내부로 퍼지가스 (예컨대 고순도 질소가스)를 도입하여, 계통 내부에 잔류한 반도체 프로세스가스를 희석한다.
또한, 전환밸브(85a)를 닫고 배기밸브(84a)를 여는 것에 의해, 희석된 반도체 프로세스가스를 배출하는 조작과, 배기밸브(84a)를 닫고 전환밸브(85a)를 여는 것에 의해 퍼지가스를 도입하는 조작을 복수회 반복하여 계통 내부에서 반도체 프로세스가스를 퍼지한다.
상기 퍼지를 종료하면, 배기밸브(84a)를 닫고 전환밸브(85a)를 열어 접속부 (62a)에서 퍼지가스가 유출하는 상태로 하고, 용기유니트(80a)에 있어서도, 상술한 바와 같이 퍼지가스를 도입하여 출구밸브(68a)로부터 유출하는 상태로 하여 접속부(62a)를 분리한다. 이렇게 하여 접속부(62a)를 분리함으로써, 계통 내부에 대기가 침입하여 계통 내부가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 접속부(62a)의 양쪽에서 퍼지가스를 유출시킨 상태에서 새로운 용기유니트(80a)를 접속한다. 그 후 상기와 마찬가지로 배기밸브(84a)와 전환밸브(85a)를 교대로 개폐하여 계통 내부를 퍼지한 후, 퍼지가스 도입밸브 (53) 및 배기밸브(84a)를 닫고, 용기유니트(80a) 측으로부터 퍼지가스를 도입하여, 상기 형태예에서와 같이 가스추출유니트(29)로부터 가스공급유니트(50)로의 유통 퍼지를 행한다. 이 때 퍼지후의 가스는, 전환밸브(85a)로부터 분석계(60)를 통하여 배기관(82)으로 배출된다.
마지막으로, 상기와 마찬가지로 하여 계통 내부의 진공배기와 계통 내부로의 반도체 프로세스가스의 도입 및 가압을 반복하여, 계통 내부를 반도체 프로세스가스로 치환시킨 상태에서 각 밸브를 닫아, 용기유니트(80a)를 대기상태로 한다.
접속부(62b) 측도, 출구밸브(68b), 배기밸브(84b), 전환밸브(85b)를 상기와 마찬가지로 조작함으로써, 용기유니트(80b)의 교환을 행할 수 있다. 이에 따라 깨끗한 반도체 프로세스가스를 반도체 프로세스장치에 연속하여 안정적으로 공급할 수 있다.
또한, 용기유니트 접속부를 3계통 이상 설치하여 2계통 이상에서 반도체 프로세스가스를 동시에 공급하는 것도 가능하고, 반도체 프로세스가스의 대량 공급에도 용이하게 대응할 수 있다.
또, 접속부에 있어서의 용기유니트의 분해시간이 긴 경우에는, 가스공급유니트(50) 측에 입구밸브를 설치하여 두는 것이 바람직하지만, 용기유니트의 교환을, 퍼지가스를 유출시킨 상태에서 단시간에 행할 수 있는 경우는, 도 9에 나타낸 바와 같이 입구밸브를 생략할 수 있다. 또한 용기유니트 측으로부터의 유통 퍼지로 충분한 퍼지를 행할 수 있는 경우에는, 공급유니트 측의 퍼지가스 도입로를 생략할 수 있다. 또 상기 가스용기(21a,21b)에 예를 들어 SiH4(모노실란)을 100kg씩 충전한 용기유니트(80a,80b)를 2대 중복하여 설치함으로써, 종래 카들방식의 가스공급장치의 설치면적 5m2의 대략 절반의 설치면적으로 되었다.

Claims (12)

  1. 대용량의 가스용기 내부에 충전되어 있는 반도체 프로세스가스를 감압하여 사용할 장소로 공급하기 위한 장치로서, 상기 가스용기는, 원통체 부분과 그 양 끝단의 반구체 부분으로 이루어지며, 또한 상기 원통체 부분의 축선상에서, 상기 반구체 부분의 한쪽에 가스충전구를, 다른쪽에 가스추출구를 가지고 있으며, 상기 가스충전구에는 충전밸브가 연결되고, 상기 가스추출구에는 용기밸브와 압력계 및 감압밸브가 직렬로 근접하여 접속한 가스추출유니트가 연결되며, 상기 가스용기를 상기 충전밸브 및 가스추출유니트와 함께 컨테이너에 수납한 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스추출유니트는, 감압밸브가 복수개가 직렬로 설치되어 집적 일체화한 블록밸브를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  3. 대용량의 가스용기 내부에 충전되어 있는 반도체 프로세스가스를 감압하여 사용할 장소로 공급하기 위한 장치로서, 상기 가스용기는, 원통체 부분과 그 양 끝단의 반구체 부분으로 이루어지며, 또한 상기 원통체 부분의 축선상에서, 상기 반구체 부분의 한쪽에 가스충전구를, 다른쪽에 가스추출구를 가지고 있으며, 상기 가스충전구에는 충전밸브가 연결되고, 상기 가스추출구에는 적어도 용기밸브와 감압밸브가 집적 일체화한 블록밸브를 구비한 가스추출유니트가 연결되며, 상기 가스용기를 상기 충전밸브 및 가스추출유니트와 함께 컨테이너에 수납한 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 컨테이너 내부의 가스누설을 검출하는 경보기와, 상기 컨테이너 내부의 가스를 배기하는 배기수단과, 상기 가스추출유니트를 퍼지하는 퍼지가스를 충전한 퍼지가스용기의 적어도 하나가 설치되어 있는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가스추출유니트에는, 상기 컨테이너 외부로부터 가스공급유니트가 연결되고, 이 가스공급유니트는, 2차측이 사용할 장소의 배관에 연결되는 공급밸브와, 이 공급밸브의 1차측에 연결되는 퍼지가스 도입경로 및 분석가스 도출경로를 포함하는 반도체 프로세스의 대량 공급장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 가스추출유니트에는, 상기 컨테이너 외부로부터 가스공급유니트가 연결되고, 이 가스공급유니트는, 2차측이 사용할 장소의 배관에 연결되는 공급밸브와, 이 공급밸브의 1차측에 연결되는 퍼지가스 도입경로 및 분석가스 도출경로를 포함하는 반도체 프로세스의 대량 공급장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 가스추출유니트와 가스공급유니트를 연결하였을 때의 퍼지에 의해 배출되는 가스의 불순물을 분석하는 분석계와, 상기 가스추출유니트와 가스공급유니트를 분리하기 전의 퍼지에 의해 배출되는 가스를 제해하는 제해통의 적어도 하나가 설치되어 있는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 가스추출유니트와 가스공급유니트를 연결하였을 때의 퍼지에 의해 배출되는 가스의 불순물을 분석하는 분석계와, 상기 가스추출유니트와 가스공급유니트를 분리하기 전의 퍼지에 의해 배출되는 가스를 제해하는 제해통의 적어도 하나가 설치되어 있는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 복수개의 컨테이너가, 하나의 가스공급유니트로 전환 접속되어 있는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  10. 제 4 항에 있어서, 복수개의 컨테이너가, 하나의 가스공급유니트로 전환 접속되어 있는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  11. 제 5 항에 있어서, 복수개의 컨테이너가, 하나의 가스공급유니트로 전환 접속되어 있는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 복수개의 컨테이너가, 하나의 가스공급유니트로 전환 접속되어 있는 반도체 프로세스가스의 대량 공급장치.
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