(57)【要約】【課題】  液化ガスをガス化させつつ供給しながら装置クリーニングを行う際、流量を大きく変動させる場合、特に急減させる場合において供給系配管内で再液化が発生しやすい問題があった。【解決手段】  容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第１の加熱手段もしくは第２の加熱手段もしくは第３の加熱手段のそれぞれの発生熱量を前記ガス流量検出手段の計測値に応じて制御する、または前記複数の分岐バルブのうち開いている数に応じて制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第１の加熱手段の発生熱量を前記混合ガス流量検出手段の計測値に応じて制御することを特徴とする液化ガス供給方法。
【請求項２】
容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第２の加熱手段の発生熱量を前記混合ガス流量検出手段の計測値に応じて制御することを特徴とする液化ガス供給方法。
【請求項３】
容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第３の加熱手段の発生熱量を前記混合ガス流量検出手段の計測値に応じて制御することを特徴とする液化ガス供給方法。
【請求項４】
容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第３の加熱手段の発生熱量を前記複数の分岐バルブのうち開いている数に応じて制御することを特徴とする液化ガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シランガス等を使った高周波プラズマＣＶＤ法等の薄膜形成工程において、放電空間周辺部材表面や排気ダクト、排気配管内壁等へ堆積残留してしまうポリシラン等の副生成物を除去する為のクリーニング工程において、クリーニングガスとして液化ガスを使用する液化ガス供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シランガスを含む混合ガスを使ったプラズマＣＶＤ装置の放電炉内において生成される副生成物、主にポリシラン等を除去する手段として、ドライエッチングによるクリーニング方法では、７Ｂ族元素を含んだガス、例えばＣＦ4やＮＦ3等のガスを処理装置内へ導入しプラズマを生起させることで前記ガスを励起、分解しクリーニングを行っていた。しかしながらこの方法ではプラズマ放電領域、すなわち電力印加電極から離れた個所にある部材のクリーニングは困難であった。
【０００３】
この問題を解決するためのプラズマ放電に依存しないクリーニング方法として、７Ｂ族元素を含む反応性が高いガスとしてＣｌＦ3等のガスを使いプラズマレスなクリーニング方法が行われている(例えば、特許文献１、２を参照)。この方法は、電極から離れた場所であってもガスに触れる場所であればクリーニングが進行し、前記ポリシランを除去できるという優れたクリーニング方法であった。さらに、プラズマレスなクリーニング方法においては、部材の温度上昇による問題は発生しにくい為これに起因した部材のダメージを抑えることが可能であり、部材保護の為に別途冷却手段等を設けることで構成が複雑になるといった問題も少なく運用面でも利点が大きいことから、プラズマを使ったクリーニング方法に比べて優れているといえる。
【０００４】
ところでＣｌＦ3は、沸点が１１．８℃程度で常温で液体を呈し容器に充填されたものも液体でかつ充填圧力は０．０５ＭＰａ程度（計器指示値）と低圧である。従って真空装置に流量制御しながら導入する為には一旦ガス化した方が取り扱い易く、そのガス化手段として電熱ヒーター、温風、温水等の熱源を用いて充填容器自体を加熱し液温を上昇させてガス化させることが一般的であった。前記熱源の発生熱量の制御手段は熱電対等の温度測定子の指示値を使ったＰＩＤ制御等の温調が一般的であった。また、別の例としては、ガス化した圧力を検知してその値に応じて熱源の発生熱量を調整する方法が行われている（例えば、特許文献３を参照）。
【０００５】
さらに別の加熱制御手法として、一旦ガス化させたＣｌＦ3が再液化することを防止する為に、ガス流の下流方向に沿って次第に温度が高くなるような温度勾配を持たせるように加熱手段を設けることが行われていた（例えば、特許文献４を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２３１９３６号公報
【特許文献２】特開平２−７７５７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２２８０９３号公報
【特許文献４】特許第２９０９３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＣｌＦ3は沸点が室温以下であること、液を加熱してもガス化された圧力が高々０．２ＭＰａ程度にしか上がらないことから、容器や供給配管の温度を一定に管理したとしても、供給配管内圧が少し変動した（上がる）場合や、さらにはＮ2等のガスで希釈して使うには、希釈ガスを大量に流す場合が多いため相対的に希釈ガスの圧力が高めの設定となりその圧力変動の影響を受け易く液化も起こり易い。例えばクリーニング工程中にＣｌＦ3の総流量を一定値にして流す場合には、特に圧力変動を起こすことなく流れているため、従来の手法を使えば比較的十分な効果が得られていた。しかし、実際の装置クリーニング工程の運用状況を鑑みると、ある一式の供給系から複数の箇所に複数の分岐配管を介してＣｌＦ3を供給しながらクリーニングを行う場合が多い。この複数の供給箇所として例えば１０箇所供給するとした場合、毎回のクリーニング工程において開始時から終了時にわたって終始１０箇所に供給を継続するとは限らない。というのはクリーニング工程の途中でクリーニングが終わったことを何かしらの手段で判断し、そういった箇所は工程途中であっても供給を順次停止させるといった運用もあった。なぜなら、ＣｌＦ3が分解して発生するＨＣｌやＨＦといったガスは強い腐食性を呈し、被クリーニング物が除去された状態を過ぎて流し続けることは、装置構成部品特に金属部品等に不要なダメージを与えてしまうからであり、比較的耐食性を有するステンレス材やアルミ材についても必要最小限の曝露時間で管理するに越したことはないという理由である。さらには、ＣｌＦ3は安価とはいえず、材料コスト削減の観点からも不要に垂れ流すことがないような運用が要求される面も理由である。こうした背景に基づいた運用では、上述の通り、複数の供給箇所の数をクリーニング工程の最中に適宜減らしていくような変更手順が日常的に行われていたが故に、必然的に配管内圧力が急減する等、大きく変動するような状況が頻発していたといえる。このように供給要求量が時間的に変化していく場合、特に段階的に減少していく場合どのようなことが起こっているのか考察してみると、ＣｌＦ3の供給側では供給要求量が急減することでガス化させる為に印加されている加熱熱量が相対的に過剰になる時間が発生していた。これは、従来の熱電対等を使った温度制御手段やガス化圧力を検知し熱量調整する制御手段では、制御系の応答性が乏しいことが起因していた。前者に関しては例えば容器壁面や液体自体の温度を計測したとしても、印加熱量に対する温度指示値の応答性低く、時間軸で数分乃至十数分以上の時間差が発生していた。後者に関しては前者に対して応答性は向上し優位性はあったものの、やはり印加熱量に対応して容器あるいは液温が上昇しそれに対応した液量がガス化された後圧力として反映されるステップを経ることを考えると時間軸で数分程度の時間差は発生せざるを得なかった。
【０００８】
時間差が大きい場合どういうことが起こっているかというと、投入された熱量とそれに見合ったガス化されるべき液量との間にアンバランスが生じており、本来ガス化に消費されるべき熱量が過剰となる結果、その過剰熱量の行き場所は容器温度や液温等の上昇に使われてしまっていた。このことは、従来例でもあるようなガスの流れ下流方向に沿って次第に温度を高くすべきといった望ましい状況を覆してしまう結果となり、すなわち上流側で温度が高くなってしまうような箇所が発生し再液化を余儀なくされることを意味する。
【０００９】
したがって、配管内で再液化させないように制御しながら安定して長時間流し続けるには、従来の手法すなわちガス化圧力や温度勾配等の加熱制御だけでは不十分であることが判明した。すなわち急激な圧力変動が生じても、特に供給要求量が急減する場合であっても、その圧力変化をより積極的に検知した上で、できるだけ迅速に加熱手段によって印加される加熱熱量の制御に反映させることが可能な供給手段の実現が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記に示す従来の問題点を解決するために、本発明者は以下に示す手段を見出した。
即ち本発明は、容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第１の加熱手段の発生熱量を前記混合ガス流量検出手段の計測値に応じて制御することを特徴とする。
また本発明は、容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第２の加熱手段の発生熱量を前記混合ガス流量検出手段の計測値に応じて制御することを特徴とする。
また本発明は、容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも１つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第３の加熱手段の発生熱量を前記混合ガス流量検出手段の計測値に応じて制御することを特徴とする。
さらに本発明は、容器に充填された液化ガスを、該容器を昇温する為の第１の加熱手段を使ってガス化し、該ガスを前記容器と第２の加熱手段を有する第１の配管により接続された希釈ガス混合器および混合ガス流量検出手段を経由させ、該混合ガス流量検出手段と第３の加熱手段を有する第２の配管により接続された複数の分岐バルブのうち少なくとも1つ以上を開けて通過させ、該複数の分岐バルブにそれぞれ接続された複数の第３の配管のうち少なくとも１つ以上を経由させて真空処理装置の複数の箇所へガスを導入する液化ガス供給方法において、前記第３の加熱手段の発生熱量を前記複数の分岐バルブのうち開いている数に応じて制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の手法を用いることで、液化ガスをガス化させつつ供給しながら装置クリーニングを行う際、流量を大きく変動させる場合、特に急減させる場合において供給系配管内で再液化を防止することが可能となる結果、クリーニングガスの有効利用、装置部材損傷の低減が達成され運用コスト面、装置ダウンタイム削減等の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に本発明の液化ガス供給方法の一例を示す。
液化ガス充填容器１００には第１の加熱手段１０１が設置され第１の制御電源１１１に接続されている。加熱手段としてはフレキシブルなシースヒーター式のバンドヒーターを容器導体部外周に巻いて使用したが、他の方法としては非接触で加熱可能なハロゲンランプ加熱や温風加熱、さらには容器周囲にパイプを巻き温水を送って加熱する等の手段が考えられるが、加熱手段と容器の密着性等も含め応答性を重視した構成であれば特にこれらに限定されない。液化ガスとしてはＣｌＦ3が適当であるが、ポリシラン等のシリコン系副生成物をクリーニング可能な化合物であれば良く特にこれに限られるものではない。
【００１３】
液化ガス充填容器１００には第２の加熱手段１０２を有する第１の配管１０５の一端が接続され、他端は流量検出手段１０４の入口に接続されている。流量検出手段としては、流量調整機能も併せ持つマスフローコントローラーを使用したが、他にはマスフローメーター等であっても良く、流量値をリアルタイムに計測可能で値を外部出力可能な手段であれば特にこれらに限定されない。
【００１４】
流量検出手段１０４の入口部分には、Ｎ2充填容器１２０から希釈ガス配管１２１が合流しており、不図示の混合制御手段を使って、Ｎ2ガス流量およびＣｌＦ3希釈比を適宜設定可能である。希釈ガスとしてはアルゴン、ヘリウム等でも良く水分を含まない不活性なガスであれば特に限定されない。
【００１５】
第３の加熱手段１０３を有する第２の配管１０６の一端は流量検出手段１０４の出口に接続され、他端は１０系統に分岐しており、分岐後の配管にはそれぞれ自動弁で構成された複数の分岐バルブ１３１〜１４０が設置され、その下流側において不図示であるが複数の供給箇所１４１〜１５０へ接続されガスを供給する。
【００１６】
配管の加熱手段としては、容器加熱手段と同様な手段を用いれば良いが、容器に比べ形状が凸凹しているためより密着性を確保すべく配管と加熱手段との間に熱伝導性が良好なアルミニウム性の金属ウールや合成シリコン樹脂系のペースト材等を充填しても良い。
【００１７】
複数の分岐バルブ１３１〜１４０の開閉状態を制御する為のバルブ制御系１１４が設置されている。統括制御系１１５に対して、流量検出手段１０４からは流量値を、バルブ制御系１１４からは開バルブ数を、それぞれ制御信号線１１６を介してリアルタイムに情報入力され、それらの情報を元に予め決められた制御ルーチンに則り、第１の制御電源１１１、第２の制御電源１１２、第３の制御電源１１３に対して指令を送り、第１の加熱手段１０１、第２の加熱手段１０２、第３の加熱手段１０３の制御に反映させることが可能である。制御ルーチンとしては、例えば、開バルブ率（＝〔開バルブ数〕／〔全分岐バルブ数〕）が一定で流量検出手段の流量値を１０％減少させたときには加熱手段発熱量を５％減少させるといった重み付けを行ったり、一方、流量検出手段の流量値を一定値とし開バルブ率が１５％減少したときには加熱手段発熱量を５％減少させるといった重み付けを行ったり、さらには流量値が５％、開バルブ率が５％同時に減少した場合には、加熱手段発熱量を１２％減少させるといったことを行えば良いが、各々の度合いとしては一意的には決まらず、設置された場所の環境（温度、湿度、空調運転状況、加熱配管の長さ、キャビネットの大きさ、ミキシングボックスの大きさ）等の個々の事例に応じた前提条件を元に確認実験を行い、最適な制御パラメータを個々に選定すれば良く特に上記の値に限定されるものではない。
【実施例】
【００１８】
本発明の液化ガス供給方法に関し、以下に具体的に例を挙げて記述をするが、本発明の主旨はなんらこれらの記述に限定されるものではない。
【００１９】
［実施例１］
図１に示す供給方法を使い、第１、第２、第３の加熱手段のそれぞれの発生熱量の制御方法を以下に示す実験１及び実験２の手法に変えた場合において、ＣｌＦ3（Ｎ2で２０％に希釈したもの）混合ガス流量を５０，０００ｃｍ3／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）設定して、分岐バルブ１３１〜１４０を全て開けた状態にし複数の供給箇所１４１〜１５０全てにガスを流して定常状態を維持しながらクリーニングを１０分続けた後、流量検出手段１０４の流量設定機能を使って流量設定値を半分の値に操作することで流量を急減させて１０分クリーニングを続けた場合に供給配管内部に再液化が発生するかどうかを比較した。液化確認方法は、ガスを流すことを一旦停止させた後、第１の配管および第２の配管の内部を真空引きし、１Ｐａに到達するまでの時間が５分以上かかった場合には液化が発生したと判断した。
【００２０】
（実験１）
第１の加熱手段、第２の加熱手段、第３の加熱手段のそれぞれの発生熱量制御に流量検知手段１０４の値が半減した時点で、予め実験により確認されている発生熱量変更（１００％出力→６０％出力へ変更）を行い熱量制御に反映させた。
（実験２）
第１の加熱手段、第２の加熱手段、第３の加熱手段のそれぞれの発生熱量制御に熱電対を使ったＰＩＤ温度制御を行った。
実験１及び実験２における再液化の判定結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
以上の結果から、本発明を用いた実験１の手法によればガス流量が急減した場合においても再液化を防止できるという効果が実証された。
【００２３】
［実施例２］
図１に示す供給方法を使い、第１、第２、第３の加熱手段のそれぞれの発生熱量の制御方法を以下に示す実験３及び実験４の手法に変えた場合において、ＣｌＦ3（Ｎ2で２０％に希釈したもの）混合ガス流量を５０，０００ｃｍ3／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）設定して、分岐バルブ１３１〜１４０を全て開けた状態にし複数の供給箇所１４１〜１５０全てにガスを流して定常状態を維持しながらクリーニングを１０分続けた後、分岐バルブ１３１〜１４０のうち１３２、１３４、１３６、１３８、１４０の５個のバルブを閉めることで流量を急減させて１０分クリーニングを続けた場合に配管内部に再液化が発生するかどうかを比較した。液化確認方法は、ガスを流すことを一旦停止させた後、第１の配管および第２の配管の内部を真空引きし、１Ｐａに到達するまでの時間が５分以上かかった場合には液化が発生したと判断した。
【００２４】
（実験３）
第１の加熱手段、第２の加熱手段、第３の加熱手段のそれぞれの発生熱量制御に分岐バルブの開バルブ数が半減した時点で、予め実験により確認されている発生熱量変更（１００％出力→６５％出力へ変更）を行い熱量制御に反映させた。
（実験４）
第１の加熱手段、第２の加熱手段、第３の加熱手段のそれぞれの発生熱量制御に熱電対を使ったＰＩＤ温度制御を行った。
実験３及び実験４における再液化の判定結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
以上の結果から、本発明を用いた実験３の手法によればガス流量が急減した場合においても再液化を防止できるという効果が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を説明する為の液化ガス供給配管図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００  液化ガス充填容器
１０１  第１の加熱手段
１０２  第２の加熱手段
１０３  第３の加熱手段
１０４  混合ガス流量検出手段
１０５  第１の配管
１０６  第２の配管
１１１  第１の制御電源
１１２  第２の制御電源
１１３  第３の制御電源
１１４  バルブ制御系
１１５  統括制御系
１１６  制御信号線
１２０  Ｎ2充填容器
１２１  希釈ガス配管
１３１〜１４０  複数の分岐バルブ
１４１〜１５０  複数の供給箇所
【図１】
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