JP2008281155A - シリンダーキャビネット - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダーキャビネットからのプロセスガスの排気量を制御して除害装置の負荷を低減させることができ、十分な安全性を保ちながらプロセスガス供給設備の装置コストや除害装置の保守コストの削減を図れるシリンダーキャビネットを提供する。
【解決手段】ガス供給経路２２から高圧側排気弁２６，低圧側排気弁３１を介して分岐し、排気弁を介して真空排気手段に接続する排気経路４１を備えたシリンダーキャビネット１１において、前記排気経路として、主排気弁４２を備えた主排気経路４３と、該主排気経路に並列に設けられ、ガス流量を前記主排気経路のガス流量より少なく制御される流量調整手段４４及び副排気弁４５を備えた副排気経路４６とを設けるとともに、前記主排気弁と副排気弁とを切替開閉する弁制御部を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダーキャビネットに関し、特に、半導体デバイスの生産工程で使用する特殊ガスを供給するためのシリンダーキャビネットに関する。

半導体デバイス製造用のプロセスガスとして用いられる特殊ガスは、そのほとんどが毒性，可燃性，腐食性といった反応性に富んだ物性を有しているため、このような有害なガス（有害ガス含有混合ガスも含む。）を充填したガス容器の保管やガスの使用にあたっては、第一に安全を十分に考慮する必要がある。半導体デバイス製造装置にプロセスガスを供給する設備としては、一般にシリンダーキャビネットが用いられている。

シリンダーキャビネットは、安全性を考慮したキャビネット内にプロセスガスを充填したガス容器を収納したものであって、ガス容器の交換前にガス供給経路内からプロセスガスを抜き出したり、ガス容器交換後にガス供給経路内から空気成分やパージガスを排除したりするためのパージ手段を備えている。

パージ手段としては、一般に、ガス供給経路内のガスを真空ポンプやエジェクター（バキュームジェネレータ）等の真空排気手段を介して真空排気する排気経路と、ガス供給経路内にパージガスを導入する経路と、ガス供給経路内のガスの排気とガス供給経路内へのパージガスの導入とを切り換えるための複数の弁とで構成され、排気経路の下流側には、排気されたガス中に含まれる有害成分を除害（除去）処理するための除害装置が設けられている。

従来のシリンダーキャビネットにおける排気経路は、上流側が排気弁を介してガス供給経路に接続し、下流側に真空排気手段を設けたものが一般的であり、また、複数のシリンダーキャビネットを連設する場合は、各シリンダーキャビネットに設けられる排気経路を１本にまとめて排気することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２９４６９７号公報

従来の排気経路では、ガス供給経路内からプロセスガスを抜き出す際に、排気弁を開くと同時に大量のプロセスガスが排気されて除害装置に流入するため、除害装置として十分な除害性能を有するものを設置する必要があり、プロセスガス供給設備の措置コストや保守コストを増大させる大きな要因となっていた。さらに、充填圧力の増加や混合ガスにおける特殊ガス濃度の増加等、近年は除害装置の負担が益々増大する傾向にある。

そこで本発明は、シリンダーキャビネットからのプロセスガスの排気量を制御して除害装置の負荷を低減させることができ、十分な安全性を保ちながらプロセスガス供給設備の装置コストや除害装置の保守コストの削減を図れるシリンダーキャビネットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のシリンダーキャビネットは、ガス供給経路から分岐し、排気弁を介して真空排気手段に接続する排気経路を備えたシリンダーキャビネットにおいて、前記排気経路として、主排気弁を備えた主排気経路と、該主排気経路に並列に設けられ、ガス流量を前記主排気経路のガス流量より少なく制御される流量調整手段及び副排気弁を備えた副排気経路とを設けるとともに、前記主排気弁と副排気弁とを切替開閉する弁制御部を設けたことを特徴としている。

さらに、本発明のシリンダーキャビネットは、上記構成において、前記主排気弁及び副排気弁の上流側の排気経路の圧力を測定する圧力計を設けるとともに、該圧力計で測定した圧力があらかじめ設定された圧力を超えているときには前記主排気弁を閉じて前記副排気弁を開き、あらかじめ設定された圧力より低いときには前記主排気弁を開く弁制御部を備えていることを特徴としている。

また、前記流量調整手段は、前記ガス供給経路から前記排気経路に流入するガスにおける有害成分濃度、流量及び圧力の少なくともいずれか一つの条件に基づいて流量調整を行うことを特徴としている。さらに、前記流量調整手段が可変オリフィスであることを特徴としている。

本発明のシリンダーキャビネットによれば、主排気弁を有する排気経路（主排気経路）に並列に、副排気弁と、ガス流量を主排気経路のガス流量より少なく制御される流量調整手段とを備えた副排気経路を設け、排気時のガス供給経路内のガスの状態に応じて主排気経路と副排気経路とを切り換え使用することにより、排気経路下流に設けた除害装置に大量の特殊ガスが流入することを防止でき、除害装置に導入する排気ガスにおける特殊ガスの濃度や流量を適切に制御できるので、除害装置の負荷を低減して除害装置の小型化や長寿命化、希釈ガス消費量の低減等を図ることができる。

図１は本発明のシリンダーキャビネット内の配管系統の一形態例を示す系統図、図２はシリンダーキャビネットを用いたプロセスガス供給設備の一例を示す説明図、図３は配管系統の他の形態例を示す系統図である。

本形態例に示すプロセスガス供給設備は、４台のシリンダーキャビネット１１を併設したものであって、各シリンダーキャビネット１１には、プロセスガスを使用先に供給するための外部ガス供給経路１２、シリンダーキャビネット１１内からガスを排気するための外部側排気経路１３，パージガスやバキュームジェネレータ駆動ガス等を導入するための複数のガス導入経路１４がそれぞれ設けられており、各排気経路１３は１本にまとめられ、下流側には除害装置１５が設けられている。この除害装置１５には、除害処理を行う際の有害成分濃度の調整や、流量を確保するための希釈ガスを導入する希釈ガス導入経路１６が設けられている。

各シリンダーキャビネット１１内には、プロセスガスを充填したガス容器２１がそれぞれ収納されており、ガス容器２１の容器弁２１ａには、ガス容器２１内のプロセスガスを前記外部ガス供給経路１２を通して使用先に供給するためのガス供給経路２２が接続されている。ガス供給経路２２には、プロセスガスを所定圧力で供給するため、及び、ガス容器交換時にガス供給経路２２内のパージ操作やガス置換操作を行うための機器として、ガス供給経路２２の上流側から順に、パージガス導入弁２３，高圧側圧力計２４，高圧側フィルター２５，高圧側排気弁２６，高圧弁２７，圧力調整器２８，低圧側圧力計２９，低圧側フィルター３０，低圧側排気弁３１，低圧弁３２が設けられるとともに、低圧弁３２の下流側で、同じプロセスガスを供給する他のシリンダーキャビネットからのガス供給経路２２ａが合流している。

また、前記パージガス導入弁２３には、パージガス導入元弁３３及びパージガス圧力計３４を備えたパージガス導入経路３５がオリフィス３６を介して接続している。

ガス供給経路２２から分岐した排気経路４１は、主排気弁４２を備えた主排気経路４３と、流量調整手段４４及び副排気弁４５を備えた副排気経路４６とを並列に設けたものであって、その上流側は、前記高圧側排気弁２６にオリフィス３７を介して接続する第１排気経路４７と、前記低圧側排気弁３１に接続する第２排気経路４８とに分岐するとともに、他のシリンダーキャビネットの高圧側排気弁や低圧側排気弁に接続した排気経路４１ａが合流している。また、排気経路４１の主排気経路４３と副排気経路４６との分岐部の上流側には、主排気弁４２の上流側の圧力を測定する圧力計４９が設けられている。

主排気経路４３の二次側と副排気経路４６及び流量調整手段４４の二次側とが合流した排気経路４１の下流側には、排気経路４１内を真空排気するための真空排気手段であるエジェクター５１が設けられている。このエジェクター５１は、バキュームジェネレータ駆動ガス導入経路５２から駆動ガス導入弁５３及び逆止弁５４を介して導入される駆動ガスによって排気経路４１のガスを吸引するものであって、エジェクター５１の下流側は前記外部側排気経路１３を介して前記除害装置１５に接続されている。

前記副排気経路４６は、前記主排気経路４３より少ない流量でガスを排気するように制御されるものであって、前記流量調整手段４４には、流量調整が行えるもの、例えば可変オリフィスを用いることが好ましいが、固定オリフィスを用いることも可能である。主排気弁４２と副排気弁４５とは、基本的に、前記圧力計４９で測定した圧力に応じて作動する弁制御部（図示省略）によって切替開閉するもので、圧力計４９で測定した排気経路上流部の圧力があらかじめ設定された圧力を超えているときには前記主排気弁４２を閉じて前記副排気弁４５を開き、副排気経路４６を通して前記流量調整手段４４に設定された流量でガスを排気し、圧力計４９で測定した圧力があらかじめ設定された圧力より低くなったときには前記主排気弁４２を開いて主排気経路４３を通してガスを排気する。

なお、主排気経路４３及び副排気経路４６を流れるガス流量の大小は相対的なものであって、ガス供給経路２２の圧力計２９の指示値が一定の場合、排気経路４１を流れるガス流量は、主排気経路４３のガス流量に比べて副排気経路４６のガス流量が少なくなるように形成されている。

次に、このように形成したシリンダーキャビネット１１によるプロセスガスの供給及びガス容器２１の交換手順を説明する。まず、ガス容器２１からプロセスガスを使用先に供給している場合、容器弁２１ａ，高圧弁２７，低圧弁３２がそれぞれ開状態、パージガス導入弁２３，高圧側排気弁２６，低圧側排気弁３１はそれぞれプロセスガス供給側に切り換えられ、圧力調整器２８は二次側圧力がプロセスガス供給圧力になるように調整されている。また、主排気弁４２、副排気弁４５、バキュームジェネレータ駆動ガス導入経路５２の駆動ガス導入弁５３及びパージガス導入経路３５のパージガス導入元弁３３はそれぞれ閉じ状態となっている。

したがって、ガス容器２１内のプロセスガスは、容器弁２１ａ，パージガス導入弁２３，高圧側圧力計２４，高圧側フィルター２５，高圧側排気弁２６，高圧弁２７，圧力調整器２８，低圧側圧力計２９，低圧側フィルター３０，低圧側排気弁３１，低圧弁３２を通ってガス供給経路２２から外部ガス供給経路１２を通って使用先に供給される。

シリンダーキャビネット１１内のガス容器２１の交換は、他のシリンダーキャビネットからプロセスガスの供給を行っている状態で、パージ操作を行ってからガス容器２１の交換操作を行う。パージ操作は、容器弁２１ａ及び低圧弁３２を閉じ、このシリンダーキャビネット１１からのプロセスガスの供給を停止した後、駆動ガス導入弁５３を開いてバキュームジェネレータ駆動ガス導入経路５２からエジェクター５１への駆動ガスの導入を開始するとともに、プロセスガスを排気するために低圧側排気弁３１を開とする。

このとき、前記弁制御部の設定圧力をプロセスガスの供給圧力よりも低い圧力、例えば大気圧に設定した場合は、排気操作開始時に第１排気経路４７や第２排気経路４８から排気経路４１に流入するガス（プロセスガス）の圧力がプロセスガスの供給圧力と同等の大気圧以上の圧力であるから、前記圧力計４９で測定した圧力が大気圧より高くなるので、弁制御部が主排気弁４２を閉じ状態に保持したまま副排気弁４５を開く。

これにより、ガス供給経路２２から排気経路４１に流入したガスは、副排気経路４６の流量調整手段４４で流量制御され、主排気経路４３を通る場合に比べて少ない流量でエジェクター５１に吸引され、外部側排気経路１３から除害装置１５に導入されて除害処理される。このようにして排気ガス流量を制御することにより、ガス容器２１内のガスが高濃度の特殊ガスの場合であっても、排気経路４１から除害装置１５に高濃度の特殊ガスが大量に導入されることがなくなり、除害装置１５の負荷を大幅に軽減することができる。その後、圧力計４９で測定した圧力が大気圧以下になると主排気弁４２が開き、ガス供給経路２２内に残るガスを主排気経路４３から速やかに排気する。

流量調整手段４４による流量制御は、ガス供給経路２２から排気するガス中の特殊ガス濃度に応じて流量調整手段４４の流量設定を行うようにすることにより、前記同様に大量の特殊ガスが除害装置１５に流入することを防止できる。

さらに、流量調整手段４４が固定オリフィスの場合には、ガス供給経路２２内の圧力が高い場合にも、流量調整手段４４の前後の圧力差によって大量のガスが排気されるので、このようなときにも流量調整手段４４の流量を少なく設定することにより、すなわち小口径のオリフィスを用いることにより、除害装置１５への大量の特殊ガスの流入を防止できる。また、ガス供給経路２２の容積が大きい場合には、長時間にわたって特殊ガスが排気されることになり、ガス供給経路２２の圧力がある程度下がって主排気経路４３からの排気に切り換えたときに大量の特殊ガスが排気されるおそれがあるので、このような場合には主排気弁４２と副排気弁４５との開閉を切り換える設定圧力を低く設定しておくことが好ましい。

上述のような流量調整手段４４の流量制御は、シリンダーキャビネット１１に設けられている制御部に流量制御機能を組み込んでおき、排気経路４１に流入するガスの有害成分濃度（特殊ガス濃度）、ガス供給経路２２の容積等によって変化する流量及びプロセスガスの供給圧力といった様々な条件をあらかじめ制御部に入力しておき、これらのデータに基づいて流量制御部や弁制御部を作動すさせることによって容易に行うことができる。

ガス供給経路２２内が所定の真空度に達した後、低圧側排気弁３１をガス供給側とし、高圧弁２７を閉じた状態で所定時間放置することにより、容器弁２１ａからのリークの有無、すなわち、容器弁２１ａが確実に閉じられていることを確認する。次に高圧弁２７を開き、容器弁２１ａ及び低圧弁３２を閉じ状態としたまま、パージガス導入弁２３からガス供給経路２２内にパージガス、例えば高純度窒素ガスを容器弁２１ａから低圧弁３２までの間に所定圧力で導入するパージガス導入操作と、パージガスの導入を止めるとともに、高圧側排気弁２６又は低圧側排気弁３１からガス供給経路２２内を排気する排気操作とを所定回数繰り返し、ガス供給経路２２内、特に、容器弁２１ａ部分から特殊ガスを確実に排除してガス容器２１を安全に取り外せる状態にする。

上述のパージガス導入操作に続く２回目以降の排気操作では、ガス供給経路２２内の特殊ガス量が少ないので、排気操作開始時から主排気弁４２を開いて主排気経路４３から排気することにより、排気に要する時間を短縮することができる。このような制御は、シリンダーキャビネット１１の制御部に組み込まれているパージ制御機能によって行うことができる。なお、ガス供給経路２２の容積が大きい場合などは、前記同様に副排気経路４６からの排気をある程度行った後、主排気経路４３からの排気に切り換えればよい。

ガス容器２１を交換する際には、ガス供給経路２２と容器弁２１ａとの接続部からガス供給経路２２内に大気成分が入り込むことを防止するため、十分に系内をパージした後、高圧弁２７を閉じ、高圧側排気弁２６をプロセスガス供給側に切り換えた状態でパージガス導入弁２３をパージガス導入側とし、ガス供給経路２２の容器弁接続側からパージガスが外部に吹き出す状態にしてガス供給経路２２と容器弁２１ａとを切り離し、ガス容器交換後に両者を接続する。

ガス容器２１の交換を終えたら、ガス供給経路２２と容器弁２１ａとの間のリーク試験を行った後、容器弁２１ａから低圧弁３２までの間のガス供給経路２２内をプロセスガスに置換する操作を行う。このリーク試験やガス置換操作は、従来と同様に行えるので詳細な説明は省略するが、基本的には、前述のように排気経路４１からガス供給経路２２内のガスの排気と、ガス容器２１からのガス供給経路２２内へのプロセスガスの導入とを繰り返すことにより行われる。パージガスによるガス置換操作では、ガス供給経路２２内から排気経路４１を経て排気されるガスは、前記パージ操作でガス供給経路２２内に導入されたパージガスであるから、排気開始時から主排気経路４３を使用して排気することにより、ガス供給経路２２内のパージガスを速やかに排気することができる。プロセスガス置換操作では、ガス供給経路２２内にプロセスガスが導入されているので、前述のように主排気弁４２と副排気弁４５とを切り替え開閉して除害装置１５に高濃度の特殊ガスが流入しないようにする。

このように、ガス供給経路２２内に特殊ガスが存在しているときには副排気経路４６から流量制御した状態で少量の排気を行い、ガス供給経路２２内に特殊ガスが存在していないときには主排気経路４３から大量の排気を行うことにより、除害装置１５に大量の特殊ガスが流入することがなくなり、除害装置１５の負荷を低減して除害装置１５の小型化や希釈ガス消費量の低減等を図ることができる。

また、基本的には、流量制御手段４４を固定オリフィスとし、圧力計４９の測定値で両排気経路４３，４６を切り換えるのみでも特殊ガスが大量に排気されることを防止でき、ガス種やガス供給経路２２等の条件が一定ならば経過時間で両排気経路４３，４６を切り換えることもできるが、流量制御手段４４に可変オリフィスを使用し、圧力計４９の測定値に応じて可変オリフィスの開度を調整することにより、特殊ガスの大量排気を防止することができる。

さらに、シリンダーキャビネット１１に設置するガス容器２１のガス種や供給圧力は、シリンダーキャビネット１１の制御部に入力され、パージ操作やガス置換操作の手順も制御部に組み込まれていることから、制御部からの各種データを参照して両排気経路４３，４６を切り換えたり、流量制御手段４４の調整を行うことにより、排気ガス中の特殊ガス濃度をより確実に制御できる。

なお、シリンダーキャビネット１１内の配管系統は任意であり、収納するガス容器の大きさや供給するプロセスガスの圧力、その他の条件に応じて適宜に設定することができる。例えば、図３に示すように、ガス供給経路２２の容器弁接続側を、前記パージガス導入弁２３に代えて、高圧弁６１とパージガス導入元弁６２とを設けるようにしてもよい。

本発明のシリンダーキャビネット内の配管系統の一形態例を示す系統図である。 シリンダーキャビネットを用いたプロセスガス供給設備の一例を示す説明図である。 配管系統の他の形態例を示す系統図である。

符号の説明

１１…シリンダーキャビネット、１２…外部ガス供給経路、１３…外部側排気経路、１４…ガス導入経路、１５…除害装置、１６…希釈ガス導入経路、２１…ガス容器、２１ａ…容器弁、２２，２２ａ…ガス供給経路、２３…パージガス導入弁、２４…高圧側圧力計、２５…高圧側フィルター、２６…高圧側排気弁、２７…高圧弁、２８…圧力調整器、２９…低圧側圧力計、３０…低圧側フィルター、３１…低圧側排気弁、３２…低圧弁、３３…パージガス導入元弁、３４…パージガス圧力計、３５…パージガス導入経路、３６…オリフィス、３７…オリフィス、４１，４１ａ…排気経路、４２…主排気弁、４３…主排気経路、４４…流量調整手段、４５…副排気弁、４６…副排気経路、４７…第１排気経路、４８…第２排気経路、４９…圧力計、５１…エジェクター、５２…バキュームジェネレータ駆動ガス導入経路、５３…駆動ガス導入弁、５４…逆止弁、６１…高圧弁、６２…パージガス導入元弁

Claims (4)

1. ガス供給経路から分岐し、排気弁を介して真空排気手段に接続する排気経路を備えたシリンダーキャビネットにおいて、前記排気経路として、主排気弁を備えた主排気経路と、該主排気経路に並列に設けられ、ガス流量を前記主排気経路のガス流量より少なく制御される流量調整手段及び副排気弁を備えた副排気経路とを設けるとともに、前記主排気弁と副排気弁とを切替開閉する弁制御部を設けたことを特徴とするシリンダーキャビネット。
2. 前記主排気弁の上流側の排気経路の圧力を測定する圧力計を設けるとともに、該圧力計で測定した圧力があらかじめ設定された圧力を超えているときには前記主排気弁を閉じて前記副排気弁を開き、あらかじめ設定された圧力より低いときには前記主排気弁を開く弁制御部を備えていることを特徴とする請求項１記載のシリンダーキャビネット。
3. 前記流量調整手段は、前記ガス供給経路から前記排気経路に流入するガスにおける有害成分濃度、流量及び圧力の少なくともいずれか一つの条件に基づいて流量調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のシリンダーキャビネット。
4. 前記流量調整手段は、可変オリフィスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のシリンダーキャビネット。

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