(57)【要約】【課題】  半導体製造用液化ガス供給システムの評価を、高い信頼性で、短時間かつ低コストで行うことができる評価装置を提供する。【解決手段】  半導体製造用液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を入力するためのデータ入力部１１と、液化ガス供給システムの運転時間に対応する時間を、解析を行うための所定の時間間隔に分ける時間ステップ設定部１５と、データ入力部１１により入力された情報を基に、時間ステップ設定部１５により分割された時間ステップ毎に伝熱解析を行い、容器温度と容器内液相温度を算出する伝熱解析部１３と、伝熱解析部１３により算出された容器内液相温度から液化ガスの液相の熱物性を算出する液化ガス状態計算部１４とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置であって、
前記液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を入力するためのデータ入力手段と、
前記液化ガス供給システムの運転時間に対応する時間を、解析を行うための所定の時間間隔に分ける時間ステップ分割手段と、
前記データ入力手段により入力された情報を基に、前記時間ステップ分割手段により分割された時間ステップ毎に伝熱解析を行い、容器温度と容器内液相温度を算出する伝熱解析手段と、
前記伝熱解析手段により算出された容器内液相温度から液化ガスの液相の熱物性を算出する液化ガス熱物性計算手段と
を備えることを特徴とする半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置。
【請求項２】
前記液化ガス熱物性計算手段には、飽和蒸気圧を計算する手段が含まれること
を特徴とする請求項1に記載の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置。
【請求項３】
半導体製造用液化ガス供給システムの評価方法であって、
前記液化ガス供給システムの運転シミュレーションを行うために、
前記液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を入力するためのデータ入力ステップと、
前記液化ガス供給システムの運転時間に対応する時間を、解析を行うための所定の時間間隔に分ける時間ステップ分割ステップと、
前記データ入力ステップにより入力された情報を基に、前記時間ステップ分割ステップにより分割された時間ステップ毎に伝熱解析を行い、容器温度と容器内液相温度を算出する伝熱解析ステップと、
前記伝熱解析ステップにより算出された容器内液相温度から液化ガスの液相の熱物性を算出する液化ガス熱物性計算ステップと
を含むことを特徴とする半導体製造用液化ガス供給システムの評価方法。
【請求項４】
半導体製造用液化ガス供給システムの評価をコンピュータに実行させるための半導体製造用液化ガス供給システムの評価プログラムであって、
前記液化ガス供給システムの運転シミュレーションを行うために、
前記液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を入力するためのデータ入力ステップと、
前記液化ガス供給システムの運転時間に対応する時間を、解析を行うための所定の時間間隔に分ける時間ステップ分割ステップと、
前記データ入力ステップにより入力された情報を基に、前記時間ステップ分割ステップにより分割された時間ステップ毎に伝熱解析を行い、容器温度と容器内液相温度を算出する伝熱解析ステップと、
前記伝熱解析ステップにより算出された容器内液相温度から液化ガスの液相の熱物性を算出する液化ガス熱物性計算ステップと
をコンピュータに実行させるための半導体製造用液化ガス供給システムの評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造用液化ガス供給システムについて、その安定供給についての評価を行うための、半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置、及び評価方法、並びに評価プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造において、ドライエッチングやＣＶＤチャンバークリーニング等で、多くの種類の液化ガス（四塩化ケイ素、八フッ化シクロペンテン、フツ化水素、六フッ化タングステン、三塩化ホウ素、三フツ化塩素、ジクロロシラン、八フッ化シクロブタン、アンモニア、臭化水素、六フッ化エタン、塩化水素、亜酸化窒素等）が使用されている。これらの液化ガスは、通常、容器に充填され、蒸気相を取り出すことにより使用される。
【０００３】
これらの液化ガスが充填された容器から一定流量の蒸気の供給を始めると容器内の蒸気圧力が下がり、液相から蒸発が誘発される。蒸発が起こると液相は蒸発潜熱を奪われその温度は下がり、蒸気圧は低下し、やがて既定の流量での安定供給ができなくなってしまう。
【０００４】
この蒸気圧の低下を抑えるためには、外部から蒸発潜熱分のエネルギーを加える必要がある（例えば、特許文献１参照）。液相温度が下がると、液相と接する容器の温度も下がる。すると容器周囲の空気との間に温度差が生じて、自然対流伝熱により容器周囲空気から熱移動が起こる。しかし、自然対流伝熱による熱移動のみでは上記のエネルギーを全て賄うことができないことが多く、容器の底に温風を当てて容器底と容器側面に強制対流伝熱により熱を加えるなどの工夫が必要であった。
【０００５】
従来、液化ガス供給システムによる半導体製造用液化ガスの安定供給については、実際の液化ガスを用いた供給試験により評価が行われてきた。けれども、半導体製造用液化ガスの種類が上記のように数多くあること、半導体製造用液化ガスの価格が高価であること、複数の運転方法（自然気化、温風加温、連続供給、間欠供給）があることにより、全ての条件について供給試験を行うことは、多くの費用と時間を必要とする。これらの供給試験を伝熱モデルに基づく短時間のシミュレーションにより代替できれば、大幅なコスト削減が可能となる。
【０００６】
従来技術としては、液化ガス容器から蒸気を気化する際の伝熱シミュレーションについて、解説した文献がある（例えば、非特許文献１参照）。
上記文献には、ＬＰガスの、容器からの供給量の変化を、ＬＰガス液相部の温度と圧力調整器の変化と流量特性から求める方法が記載されている。同文献では、熱収支式から液相の温度変化を計算する際に、最も重要な伝熱パラメータである総括熱伝達率について、実験から経験的に求めた一定値を用いている。
【０００７】
この場合の総括熱伝達率は、容器内液相と容器内壁間の自然対流熱伝達率、容器壁固体の熱伝導、容器外壁と容器周囲環境との間の自然対流熱伝達率、または容器外壁と温風間の強制対流熱伝達率を一まとめにした熱伝達率である。この内、容器内液相と容器内壁間の自然対流熱伝達率は、容器内液化ガスの物性、液深、容器壁と液相の温度差により大きく変化する。また、容器外についても温風加温を行う場合は、熱伝達率は大きく変化する。総括熱伝達率は、温度、圧力、ガス種など、様々な条件によって変化するものであるから、一定値を用いて計算する方法は、多様なガスに一般化して適用できる方法とは言えない面がある。よって、半導体製造用液化ガス供給システムの評価においては、上記文献の計算方法は実用的に十分ではなく、そのまま採用することが困難な場合がある。
【０００８】
以上説明したように、液化ガス供給ステムによる半導体製造用液化ガスの安定供給の評価に関しては、大きな課題が有り、新たなる技術の開発が期待されていた。
【特許文献１】特開平１１−１６６６９７号公報
【非特許文献１】森立美、土方忠道、「自然気化によるＬＰガス発生量の算出法」、高圧ガス、第２２巻、第９号（１９８５）、ｐ．４３８−４４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来は、半導体製造用液化ガス供給システムの評価を短時間かつ低コストで行うことが困難であった。また、従来の計算方法には一般性がなく、信頼性の高い方法とは言えない面があった。本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、半導体製造用液化ガス供給システムの評価を、高い信頼性で、短時間かつ低コストで行うことができる、半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置、及び評価方法、並びに評価プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置は、半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置であって、前記液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を入力するためのデータ入力手段と、前記液化ガス供給システムの運転時間に対応する時間を、解析を行うための所定の時間間隔に分ける時間ステップ分割手段と、前記データ入力手段により入力された情報を基に、前記時間ステップ分割手段により分割された時間ステップ毎に伝熱解析を行い、容器温度と容器内液相温度を算出する伝熱解析手段と、前記伝熱解析手段により算出された容器内液相温度から液化ガスの液相の熱物性を算出する液化ガス熱物性計算手段とを備えることを特徴とする。
このような構成により、半導体製造用液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を基に、液化ガス供給システムの仮想運転時間を細かく時間ステップに分け（例えば、１秒ごとなど）、各時間ごとに容器温度と液相温度を計算する。そして、液相温度から蒸気相圧力を計算し、蒸気相圧力の時間変化を評価して安定供給の可否を検討する。
これにより、信頼性の高い半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置を得ることができ、半導体製造用液化ガス供給システムの評価を短時間・低コストで行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置は、前記液化ガス熱物性計算手段には、飽和蒸気圧を計算する手段が含まれることを特徴とする。
これにより、液化ガスの容器内における飽和蒸気圧の要素を考慮し、より実際に近い評価を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価方法は、半導体製造用液化ガス供給システムの評価方法であって、前記液化ガス供給システムの運転シミュレーションを行うために、前記液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を入力するためのデータ入力ステップと、前記液化ガス供給システムの運転時間に対応する時間を、解析を行うための所定の時間間隔に分ける時間ステップ分割ステップと、前記データ入力ステップにより入力された情報を基に、前記時間ステップ分割ステップにより分割された時間ステップ毎に伝熱解析を行い、容器温度と容器内液相温度を算出する伝熱解析ステップと、前記伝熱解析ステップにより算出された容器内液相温度から液化ガスの液相の熱物性を算出する液化ガス熱物性計算ステップとを含むことを特徴とする。
このような方法により、半導体製造用液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を基に、液化ガス供給システムの仮想運転時間を細かく時間ステップに分け（例えば、１秒ごとなど）、各時間ごとに容器温度と液相温度を計算する。そして、液相温度から蒸気相圧力を計算し、蒸気相圧力の時間変化を評価して安定供給の可否を検討する。
これにより、信頼性の高い半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置を得ることができ、半導体製造用液化ガス供給システムの評価を短時間・低コストで行うことが可能となる。
【００１３】
また、本発明のコンピュータプログラムは、半導体製造用液化ガス供給システムの評価をコンピュータに実行させるための半導体製造用液化ガス供給システムの評価プログラムであって、前記液化ガス供給システムの運転シミュレーションを行うために、前記液化ガス供給システムにおける液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報、および解析条件の情報を入力するためのデータ入力ステップと、前記液化ガス供給システムの運転時間に対応する時間を、解析を行うための所定の時間間隔に分ける時間ステップ分割ステップと、前記データ入力ステップにより入力された情報を基に、前記時間ステップ分割ステップにより分割された時間ステップ毎に伝熱解析を行い、容器温度と容器内液相温度を算出する伝熱解析ステップと、前記伝熱解析ステップにより算出された容器内液相温度から液化ガスの液相の熱物性を算出する液化ガス熱物性計算ステップとをコンピュータに実行させるための半導体製造用液化ガス供給システムの評価プログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、信頼性の高い半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置、及び評価方法、並びに評価プログラムを得ることができ、半導体製造用液化ガス供給システムの評価を短時間・低コストで行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置により評価される液化ガス供給システムの例を示す図である。この半導体製造用液化ガス供給システムは、半導体製造用液化ガスを充填し評価の対象となる液化ガス容器１と、空気フアン２と、空気を加温するための熱交換器３と、加温空気を容器の底に噴流として衝突させるためのノズル４と、温風を容器の側壁に沿って流れるようにするための円筒ガイド５と、液化ガス蒸気の圧力を計測するための圧力計６と、適切な圧力に減圧するための減圧弁７と供給を開始するための手動弁８を備えている。
【００１６】
本発明は、この半導体製造用液化ガス供給システムによるガスの安定供給について評価するためにシミュレーションを行うものであり、液化ガス供給システムの仮想運転時間を細かく時間ステップに分け（例えば、１秒など）、各時間で容器温度と液相温度を計算する。液相温度から蒸気相圧力を計算し、蒸気相圧力の時間変化を評価して安定供給の可否を検討するものである。
【００１７】
図２は、本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置の構成例を示すブロック図である。
【００１８】
図２に示す半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置は、データ入力部１１と、初期状態計算部１２と、伝熱解析部１３と、液化ガス状態計算部１４と、時間ステップ設定部１５と、記憶部１６とを備えている。
【００１９】
データ入力部（データ入力手段）１１は、液化ガスに関する情報（物質の種類、充填質量、温度、供給流量など）、容器に関する情報（容器種類、内容積、外径、肉厚、密度、比熱、熱伝導率）、加温空気に関する情報（流量、温度）を入力するための処理部である。
【００２０】
初期状態計算部１２は、データ入力部１１に入力された情報に基づいて、気相および液相の初期状態（質量、飽和蒸気圧、密度、エンタルピー、比熱、熱膨張率、粘性係数、熱伝導率）、液深、容器と液相間の濡れ面積を算出する処理を行う。
【００２１】
伝熱解析部（伝熱解析手段）１３は、容器内自然対流熱伝達率と容器外熱伝達率を算出し容器温度および液相温度を算出する処理を行う。
【００２２】
液化ガス状態計算部（液化ガス物性計算手段）１４は、伝熱解析部１３で算出された液相温度から液相の質量、飽和蒸気圧、密度、エンタルピー、比熱、熱膨張率、粘性係数、熱伝導率、液深、容器と液相間の濡れ面積を算出する処理を行う。
【００２３】
時間ステップ設定部（時間ステップ分割手段）１５は、伝熱解析部１３および液化ガス状態計算部１４の動作時間ステップを設定するための処理部である。
【００２４】
記憶部１６は、データ入力部１１により入力された、液化ガスに関する情報、容器に関する情報、加温空気に関する情報を記憶する他に、初期状態計算部１２、伝熱解析部１３、液化ガス状態計算部１４により計算された計算結果の情報を記憶する。
【００２５】
図２に示すシステム構成により、伝熱解析部１３と液化ガス状態計算部１４の計算は、時間ステップ設定部１５により、半導体製造用液化ガス供給システムの運転時間を微小時間に分割した各時間ステップ毎（例えば、１秒ごと）に行われ、その解析結果が評価値として出力される。
【００２６】
なお、図３は、本発明による半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置のハードウェア構成例を示す回路図である。図３に示す回路は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、インタフェイス（Ｉ／Ｆ）、記憶装置が含まれており、これらをバスを介して接続することにより構成されている。ＣＰＵは中央処理部であり、図２における初期状態計算部１２、伝熱解析部１３、液化ガス状態計算部１４、時間ステップ設定部１５の機能を実行する。ＲＯＭは、読み込みのみ可能な記憶媒体であり、ＲＡＭは、データを読み書きすることができるランダムアクセスメモリであり、ＣＰＵがプログラムを実行する際のワーキングエリアなどを提供する。インタフェースは、キーボードやディスプレイに接続され、各部間のデータの入出力を行い、図２におけるデータ入力部１１が該当する。記憶装置は、ハードディスク等であり、図２の記憶部１６に該当する。
【００２７】
次に、図４のフローチャートを参照して、図２に示す本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置における処理の流れについて説明する。
【００２８】
最初に、データ入力部１１により、液化ガス、容器、加温空気について解析条件の読み込みを行い（ステップＳ１）、定数の設定（ステップＳ２）、容器特性値の設定（ステップＳ３）を行う。
【００２９】
次に、液化ガスの気相および液相の初期状態（質量、飽和蒸気圧、密度、エンタルピー、比熱、熱膨張率、粘性係数、熱伝導率）、液深、容器と液相間の濡れ面積等の計算を行い（ステップＳ４）、それらの状態変数の初期値を出力する（ステップＳ５）。
【００３０】
次に、ステップＳ６により時間ステップが設定され、ステップＳ７〜Ｓ１３までが、所定の微小時間間隔毎に処理され、容器温度、液相温度、蒸気圧力が求められる。
【００３１】
まず、ステップＳ７において、液化ガスの液相と容器内壁間の自然対流熱伝達率（液相熱伝達率）の計算を行い、次に容器底面と温風流れとの間の衝突噴流熱伝達率と容器側面と温風流れとの間の強制対流熱伝達率（容器外熱伝達率）の計算を行う（ステップＳ８）。
【００３２】
次に、前記ステップＳ７とステップＳ８で算出された熱伝達率を用いて液相温度（ステップＳ９）と容器温度（ステップＳ１０）を算出する。そして、前記ステップＳ７で算出された液相温度を用いて液相の熱物性（飽和蒸気圧、密度、エンタルピー、比熱、熱膨張率、粘性係数、熱伝導率）を算出し（ステップＳ１１）、液深と容器と液相間の濡れ面積を更新する（ステップＳ１２）。
【００３３】
以上のステップ（ステップＳ１〜ステップＳ１３）の動作をコンピュータに実行させるようにすることで、本発明に係る半導体製造用液化ガス供給システムの評価プログラムを提供することができる。
【実施例１】
【００３４】
容器内容積４６．７Ｌのマンガン鋼製高圧ガス容器に液化アンモニアを２２ｋｇ充填し、流量を０．４５モル／分でアンモニアガスを供給する時の容器内圧力変化のシミュレーションを行った例を示す。温風による容器の加温は供給開始から２５分後に行うことを想定した。図５にシミュレーション結果を実測値とともに示す。図５からシミュレーション結果は実測値と良く一致していることがわかる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、図３に示したように、本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置は内部にコンピュータシステムを有している。
【００３６】
そして、上述した処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
【００３７】
すなわち、初期状態計算部１２、伝熱解析部１３、液化ガス状態計算部１４、時間ステップ設定部１５における、各処理は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工、演算処理を実行することにより、実現されるものである。
【００３８】
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、半導体製造用液化ガス供給システムの評価を、高い信頼性で、短時間かつ低コストで行うことができるので、本発明は、半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置、及び評価方法、並びに評価プログラム等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】評価対象となる液化ガス供給システムの例を示す図である。
【図２】本発明による半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明による半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置のハードウェア構成例を示す回路図である。
【図４】本発明による半導体製造用液化ガス供給システムの評価装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  液化ガス容器
２  空気フアン
３  熱交換器
４  ノズル
５  円筒ガイド
６  圧力計
７  減圧弁
８  手動弁
１１  データ入力部
１２  初期状態計算部
１３  伝熱解析部
１４  液化ガス状態計算部
１５  時間ステップ設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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