液化气供给设备和供给方法技术

提供液化气供给机构和供给方法，其中，由于优越的操作性和紧凑的结构，可以防止低蒸气压液化气在供给管道中液化并且供给稳定的量。在液化气供给机构中，通过管道将液化气以气态从填充容器供给到与机构分离的加工设备５，其特征在于，填充容器１ａ中液化气的液相温度Ｔｏ保持低于第一管道系统２的环境温度Ｔａ的最低值，再次液化装置３ａ中的液化温度Ｔｃ或Ｔｃ和储存装置３ｂ中的储存温度Ｔｓ保持低于填充容器１ａ中的液化气的液相温度Ｔｏ，以及第二蒸发装置３ｃ中的液相的液化气温度Ｔｇ保持低于第二管道系统４的环境温度Ｔｇ的最低值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具体地，涉及用于供给 半导体制造用的低蒸气压特殊材料气体和各种加工气体一一其代表性地为诸如HF、 C1F3、 BC13、 SiH2Ch和WF6的气体——的液化气供给设备和供 给方法。
技术介绍
由诸如气体HF、 C1F3、 BC13、 SiH2Ch和WF6所代表的低蒸气压液化气体。这些低蒸气压液化气一般以液态填充在高压气体容器中(此后称为 "容器")，并传送给消耗所述液化气的机构一一如半导体制造设备和各 种其它加工机构。在此情况下，半导体制造设备和其它各种加工设备(此 后称为"加工设备")是液化气的消耗机构，不是以液态而是以气态来接 受这些液化气，并以气态来使用它们。此时，填充有液化气的容器安装在 称为气柜的气体供给机构中，在容器中蒸发气体使其成为气态，并通过连 接到加工设备的管道来供给气体。在此机构中，用于使容器中气化的液化气供给加工设备的唯一能量是 压能一一液化气的蒸气压，并且一般不使用诸如泵的外部能源。因此，在 低蒸气压液化气供给系统中，由于液化气本身的蒸气压极低，气体以接近 饱和蒸气的状态供给管道而几乎没有压降。因此，由于供给管道中局域低 温部分的存在，以及诸如季节变化和空调条件变化的影响，存在液化气在 管道中变成液体的技术问题。在传统的液化气供给系统中，惯于将液化气 供给气柜301放置在和加工设备302相同的空调区域，如图6和7所示， 以便防止这种管道中的局域低温部分和空调条件变化的影响。图6示出的示例中，气拒301放置在与加工设备302严格意义上相同的室(洁净室300 ) 中，图7示出的示例中，气拒301几乎紧邻加工设备302下方地放置、位 于称为高压室的层304上，高压室是洁净室层303的下层区域，加工设备 302放置在洁净室层303上。在洁净室层303和高压室层304之间布置格 栅地面，从而使得空调空气从地面上方往下流动，因此气拒301和加工设 备302实际上放置在相同的空调区域中此外，作为防止液化气在供给管道系统中再次液化的方法，已经提出 了如图8 (A)和(B)所示的液化气供给i殳备。也就是，在图8 (A)中， 使用将材料气体供给管道105加热到气体气化温度之上的加热设备。由于 管道路径加热到高于液化气本身的气化温度之上，因此防止了供给到液化 材料气体供给管道105中的液化气再次液化。在此结构中，IOI是质量流 控制器。102是检测液化材料气体温度的温度传感器。103是温度控制电路， 104是加热材料气体供给系统管道的加热器，105是液化材料气体供给管 道。106是加工腔，107是液化材料气体储缸。在图8 (B)中，通过使用 绝热覆盖材料108覆盖液化材料气体供给管道105表面的从液化材料气体 储缸107到质量流控制器101、以及从质量流控制器101到加工腔106的 整个范围以防止周围环境的影响，来抑制液化材料气体的再次液化。如上 所述，通过将绝热覆盖材料108应用于液化材料气体供给系统管道并实现 液化材料气体的稳定供给，能够实现稳定的薄膜成型以及图案蚀刻(例如 参见专利文献l)。此外，由于许多具有如毒性、可燃性和腐蚀性特性的危险气体用作诸 如半导体制造工艺的机构中的液化气，因此替换其容器的工作一直含有风险。因此，希望将涉及容器更换的气柜集中在一室中，该室专用于气根， 并与普通工人工作的室隔离，且出于安全的考虑限制为只有经批准的工作 人员才能进入该室。实际上，如图9所示，供给大部分气体的气拒301集 中在室306中，通常采用通过管道307从该室给加工设备302供给材料的 方法。此外，对于如硅烷气体的爆炸性气体，它们通过管道从专用于供给 液化气的独立建筑物供给到制造加工建筑物中的制造加工设备，具有进一步加强的安全性。专利文献1日本公开未审申请1998-1255
技术实现思路
技术问题然而，已发现在前述的液化气供给设备中会发生下述问题。(i) 低蒸气压液化气供给设备的安装位置的条件限制在如图6和7所示的液化气供给设备中，由于液化气的蒸气压太低， 将液化气以气态通过管道输送时的压力损失造成液化气不能以足够的压力 供给到加工设备302,并且存在导致流速不稳定的问题。因此，除了将气 柜301放置在接近加工设备302处之外，没有其它选择，并且难于跟其它 气体一样，通过独立于制造工艺302的长距离管道从专门的气体供给区域 供给液化气。目前，没有可替换的选择，只能将其放置在放置加工设备302 的区域中，并且从加工工人的安全性以及还有实施机构的管理性的角度来 看，有待改进的需求。(ii) 在液化气供给管道中液化气的再次液化引起的供给的不稳定性 在诸如制造工艺的机构中使用的液化气供给设备中，希望将气柜放置在与加工设备不同的室中，但是由于液化气供给管道需要跨越于不同的室 之间，因而管道经过不同环境温度的区域，并且难于将整个管道的温度维 持在合适的水平从而可防止液化气的再次液化。当液化气在液化气供给管 道中再次液化时，再次液化的液化气完全或部分地阻塞管道，使得液化气 供给压力变得不稳定，从而由于制造工艺条件的不稳定而导致产率降低(半 导体工艺产量降^f氐)。特别是对于低蒸气压液化气，很难保证起始的供给 压力，并且更难于防止在供给管道中的再次液化，并且，在如图8(A)中 所示的使用绝热管道的液化气供给设备中，安装绝热管道和消除绝热不相 容的工作量是成问题的，并且在图8(B)所示的使用加热管道的液化气供 给设备中，安装加热到高温的管道所伴随的能量负荷增加以及其对周围操 作环境的影响成为问题。(iii) 供给管道中材料的再次液化引起的管道腐蚀 诸如半导体制造工艺的机构中所使用的液化气许多是腐蚀性物质，当在供给管道中发生液化气的再次液化时，可能发生以下问题。 (iii-l)管道腐蚀引起的产量降低 在管道中由腐蚀产生的腐蚀产物夹带于气态的液化气中，引起例如半 导体制造工艺中在加工腔和晶片中作为金属污染杂质的污染，并导致有瑕疵的半导体产品以及因此降低产量。(iii-2)由于腐蚀性产物引起管道设备故障夹带的腐蚀性产物引起诸如液化气供给管道中的阀和质量流控制器的 元件的故障，并且在每次故障发生时，更换管道元件的工作引起的设备运 转时间的减少导致加工工艺的产量降低。(iii-3)腐蚀引起的管道的严重劣化使管道寿命缩短如果管道被腐蚀，管道壁的厚度减小。此外，腐蚀不仅均匀地进行， 也会如点蚀一样局部地进行。考虑到这些各种不同类型的腐蚀，可能会急 剧缩短管道寿命，并且具体的如在半导体工艺中，这种经过内部处理的昂贵管道的寿命周期缩短成为在产品成本方面可观的负担。(iv) 不足的供给压力引起的液化气供给流速的限制在气化液化气和以气相供给液化气以进行加工的液化气供给系统中， 由于管道阻力引起的能量损失，当供给管道变长时，不能供给具有足够压 力的液化气以进行制造工艺。因此，存在不能以工艺所需要的流速进给液 化气的问题。当将来自一个气根的气体供给分流到多个加工设备时，此问 题成为更大的障碍因素。因此，在液化气流速成为关键因素的加工设备中， 需要为每个加工设备准备一个气拒，因而会增加那部^i殳备的成本负担。(v) 安全问题在如图9所示的制造加工设备中，尽管能确保一定的安全水平，但是 使用低蒸气压液化气气根的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液化气供给设备，其特征在于，包括：　第一液化气供给机构，所述第一液化气供给机构具有填充有液化气的容器、使填充的液化气气化的第一蒸发装置、测量所述容器中液化气液相温度Ｔｏ的装置、以及控制所述容器中液化气液相温度Ｔｏ的装置，　第 一管道系统，所述第一管道系统具有以气态供给所述液化气的第一管道和测量所述包括第一管道的管道系统内部的环境温度的装置，　第二液化气供给机构，所述第二液化气供给机构具有使以气态供给的液化气再次液化的再次液化装置、以液态储存所述液化气的储存 装置、使以液相储存的液化气再次气化的第二蒸发装置、测量所述再次液化装置中的液化温度Ｔｃ的装置、测量所述储存装置中的储存温度Ｔｓ的装置、测量所述第二蒸发装置中的液相液化气温度Ｔｇ的装置、以及控制所述液化温度Ｔｃ、所述储存温度Ｔｓ和所述液相液化气温度Ｔｇ的装置，　以及第二管道系统，所述第二管道系统具有以气态将所述液化气供给气体消耗机构的第二管道和测量包括所述第二管道的管道系统内部的环境温度Ｔｂ的装置，　在所述液化气供给设备中，通过管道以气态将液化气从所述容器供给与所述 设备分离的气体消耗机构，所述液化气供给设备的特征还在于，将所述液相液化气温度Ｔｏ控制在环境温度Ｔａ的最低温度之下，将所述液化温度Ｔｃ或液化温度Ｔｃ及所述储存温度Ｔｓ控制在液相液化气温度Ｔｏ之下，以及将所述液相液化气温度Ｔｇ控制在环境温度Ｔｂ的最低温度之下。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：横木和夫，木本雅裕，小浦辉政，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]