JPH11159633A - 容器弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で、混入不純物を効率的に除去す
ることができ、残留不純物を低減させることができる高
純度ガス用に適した容器弁を提供する。 【解決手段】 容器弁１０の弁室１２と、該容器弁の一
側方に開口した口金部１４とを接続する外部側ガス流路
１５を、前記口金部から前記弁室方向に向かって口金部
の軸線に対して傾斜させて仰角を付して設けた第１流路
部１５ａと、前記弁室から前記第１流路部の内端に向か
って設けた第２流路部１５ｂとにより形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器弁に関し、詳
しくは、半導体産業において、電子デバイスの製造プロ
セスに使用される半導体材料ガスやパージガス，キャリ
アガス等の高純度ガスを供給するガス充填容器に装着す
る容器弁として適した構造の容器弁に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
プロセスに使われるガスは、高純度かつ高清浄度が求め
られ、ガス中にパーティクルや酸素、水分等の不純物が
存在すると、酸化や金属汚染に起因したデバイス特性不
良や、製品の歩留まり低下といった問題を引き起こす。

【０００３】一般に、ガス容器を半導体プロセスガスの
供給設備や製造設備に取り付ける際には、ガス容器弁の
口金部が大気に暴露されているため、口金部とガス設備
の取り付け用配管との間に大気が混入してしまう。この
とき混入した大気は、窒素やアルゴンガスといった不活
性ガスによるパージや、真空排気により除去されるが、
混入した不純物の除去が不十分であると、ガス製造時に
は、残留不純物が容器内に混入する。

【０００４】例えば、反応性を持つガスに、酸素や水分
等の大気成分ガスが混入すると、ガス濃度の経時変化を
引き起こし、酸化反応による不純物生成や、容器と容器
弁との接ガス部の金属表面に腐食を生じさせる原因とな
る。また、ガス供給時には、ガス供給設備から消費設備
にかけて、残留不純物による汚染が発生する。ガス供給
時における汚染の影響は、ガスシステムに対してだけで
なく、歩留りの低下や電気的特性の不良としても現れ
る。

【０００５】従来から最も多く使用されている容器弁
は、図８に示すように、一つの口金部１がガスの取り出
し口と充填口とを兼用する一口構造であり、口金部１と
弁室２とを接続するガス流路３は、途中で直角に屈曲し
ていた。この構造では、ガス流路３の立ち上がり部分３
ａがパージを行う際のデッドスペースとなり、所定の不
純物濃度に達するまでに長時間を要し、パージガス量も
多量に必要となっていた。

【０００６】一方、特開平５−１０６７４９号公報や特
開平６−２８１０２６号公報に記載された容器弁は、こ
の問題を解決するために提案されたもので、容器弁内の
不純物を速やかに除去することはできるが、二個の容器
弁が一体化したブロック弁構造になっているため、弁自
体が非常に大きくなり、容器の輸送時に転倒しやすいと
いう保安上の問題点を有していた。さらに、通常の容器
弁に比較して複雑な構造を有しており、また、この容器
弁を使用するためには、ガス設備側にパージガス用配管
の増設が必要になるなど、コストが大幅に増加するとい
う問題を有していた。

【０００７】そこで本発明は、簡単な構造で、混入不純
物を効率的に除去することができ、残留不純物を低減さ
せることができる高純度ガス用に適した容器弁を提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高純度ガス用容器弁は、ガス充填容器に装
着される容器弁であって、容器弁内の弁室と該容器弁の
一側方に開口した口金部とを接続するガス流路を、前記
口金部から前記弁室方向に向かって口金部の軸線に対し
て傾斜させて設けた第１流路部と、前記弁室から前記第
１流路部の内端に向かって垂直方向に設けた第２流路部
とにより形成したを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の容器弁の一形態
例を示す断面図である。この容器弁１０は、ガス容器装
着部１１の中心に形成されて容器内と弁室１２とに連通
する内部側ガス流路１３と、容器弁１０の一側方に開口
した口金部１４と弁室１２とに連通する外部側ガス流路
１５とを有しており、前記弁室１２内には、内部側ガス
流路１３の端部外周に設けられたリング状の弁シート１
６と、この弁シート１６に密着することにより流路を閉
塞するダイヤフラム１７とが設けれている。

【００１０】前記外部側ガス流路１５は、口金部１４側
から穿孔加工される第１流路部１５ａと、弁室１２側か
ら穿孔加工される第２流路部１５ｂとからなるもので、
第１流路部１５ａは、口金部１４から前記弁室１２方向
に向かって口金部１４の軸線に対して傾斜させた状態で
設けられており、第２流路部１５ｂは、内部側ガス流路
１３と平行な方向で、弁室底面に対して垂直な方向で第
１流路部１５ａの内端に向かって設けられている。

【００１１】すなわち、容器弁１０を装着した容器を立
てた状態で第１流路部１５ａは、口金部１４から仰角を
有するように穿孔加工され、第２流路部１５ｂは、弁室
１２から鉛直方向に穿孔加工されることにより、それぞ
れ形成されている。

【００１２】前記第１流路部１５ａの仰角は、口金部１
４の形状や第１流路部１５ａの径等により適当な角度、
例えば１０〜４５度の範囲で適宜な角度に設定すること
ができ、穿孔加工が行える範囲でできるだけ大きくする
ことが好ましいが、通常の口金部１４においては、約２
０度が適当であり、十分な効果が得られる。

【００１３】このように、口金部１４の第１流路部１５
ａに適当な仰角（口金部１４から弁室１２方向に向かう
傾斜）を設けることにより、第１流路部１５ａと第２流
路部１５ｂとが接続する外部側ガス流路１５の屈曲角度
を鈍角にすることができ、口金部１４から導入されるパ
ージガスが弁室１２方向に流れ易くなり、従来のような
デッドスペースを生じ難くなるので、パージに要する時
間やガス量を大幅に低減することができる。

【００１４】したがって、簡単な構造で、混入不純物を
効率的に除去することができ、残留不純物を低減させる
ことができるので、半導体産業で使用される各種高純度
ガスを充填する容器に装着する容器弁として最適であ
る。

【００１５】なお、容器弁１０は、従来のものと同様
に、真鍮，ステンレス鋼，ニッケル合金等から鍛造さ
れ、機械加工されることによって製作されるもので、水
分等のガス分子やパーティクルが接ガス部表面に吸着す
る影響を少なくし、金属表面の耐食性を向上させる目的
から、接ガス部表面には、機械研磨，砥粒研磨，電解研
磨，複合電解研磨，化学研磨，複合化学研磨等が施され
ている。

【００１６】また、前記ダイヤフラム１７は、通常、ス
テンレス鋼やニッケル基合金で形成されるものであっ
て、容器弁１０に設けられた開閉機構１８によって開閉
作動する。開閉機構１８としては、従来からこの種の容
器弁に用いられている各種機構、例えば、圧縮空気によ
る空気作動方式、モーターでネジ棒を回転させる電動
式、ハンドルを手動で操作する手動式等、任意の形式の
開閉機構を適宜に採用することができる。一方、弁シー
ト１６は、テフロン，ダイフロン，ポリイミド等の各種
高分子材料が一般に使用される。さらに、水分の除去効
率を考慮した容器弁ボディーとシートとが一体型のオー
ルメタルバルブ構造を採用することもできる。

【００１７】また、容器弁１０内の各流路は、真空排気
時におけるコンダクタンスの低下を抑えるため、内径を
大きくすることが望ましいが、通常は、３〜６ｍｍが適
当である。同様の理由から、各流路の長さはできる限り
短くすることが望ましく、弁室１２の高さ（弁室底面と
ダイヤフラムとの距離）も、３ｍｍ以下にすることが望
ましい。

【００１８】ガス容器への容器弁１０の装着や、容器弁
１０の口金部１４への配管の接続は、従来と同様に行う
ことができるので、図示及び説明は省略する。また、パ
ージ操作やパージガスの種類も従来と同様であり、特に
限定されるものではないから、これらの説明も省略す
る。

【００１９】

【実施例】図２及び図３に示すように、容器弁１０の口
金部１４に高純度窒素導入管２１と導出管２２と接続
し、導出管２２を大気圧質量分析計（ＡＰＩ−ＭＳ）２
３に接続してパージ特性を調べた。導出管２２には、切
換弁２４ａ，２４ｂを介して分析計用パージガス導入管
２５を設け、ＡＰＩ−ＭＳ２３の前後には、ＡＰＩ−Ｍ
Ｓ２３を流れるガス量を一定（毎分１．２リットル）に
保つための流量制御器２６ａ，２６ｂ及びバイパス管２
７を設けた。

【００２０】使用した容器弁１０は、前記図１に示す構
造のダイヤフラム容器弁（第１流路部１５ａの仰角は２
０度）であって、ステンレス３１６Ｌ鋼の鍛造品を機械
加工したものである。ダイヤフラム１７には、Ｎｉ基合
金で、接ガス面に複合化学研磨を施したものを使用し、
弁シート１６にはダイフロンを使用した。また、比較例
として、外部側ガス流路１５における第１流路部１５ａ
を、第２流路部１５ｂに対して直角（図８参照）に形成
した以外は、同一仕様の容器弁を用意した。

【００２１】そして、高純度窒素導入管２１から毎分２
リットルで高純度窒素（水分０．０１ｐｐｍ以下，酸素
０．１ｐｐｍ以下，パーティクル１０個／ｃｆ以下）を
導入し、導出管２２から導出された窒素ガス中の不純物
成分の濃度を測定した。図４及び図５は、不純物の代表
として酸素の濃度を測定した結果を示すものである。本
実施例の容器弁では、図４に示すように、短時間（約４
分）でイオン強度が１．０に到達したのに対し、比較例
の容器弁では、イオン強度が１．０に到達するのに約１
０分を要した。同様に、水分の場合、比較例の容器弁で
は、イオン強度が１．０に到達するのに３８分を要した
が、本実施例の容器弁では２９分に短縮された。

【００２２】すなわち、図６に示すように、本実施例の
容器弁では、第１流路部１５ａに仰角（２０度）を形成
したので、高純度窒素導入管２１から口金部１４を経て
第１流路部１５ａに流入したガスが、第２流路部１５ｂ
を経て弁室にまでスムーズに流れ、弁室を含む外部側ガ
ス流路１５のパージを効率よく行うことができる。これ
に対し、図７に示すように、従来の容器弁では、外部側
のガス流路３が直角に屈曲しているため、高純度窒素導
入管２１から流入したガスが、この屈曲によって立ち上
がり部分３ａにスムーズに流れず、この部分にガスの滞
留Ｇを生じるため、パージに長時間を要することにな
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高純度ガ
ス用容器弁によれば、簡単な構造でパージ特性（ガス置
換特性）を大幅に向上させることができ、しかも、外形
的には、従来の一口構造容器弁と同一に形成できるの
で、ガス設備側に新規のコストが発生することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の容器弁の一形態例を示す断面図であ
る。

【図２】 パージ特性測定時の口金部への配管接続状態
を示す要部の断面図である。

【図３】 パージ特性測定時の機器配置状態を示す系統
図である。

【図４】 実施例の容器弁における酸素濃度の変化を示
す図である。

【図５】 比較例の容器弁における酸素濃度の変化を示
す図である。

【図６】 実施例の容器弁におけるパージ操作時の容器
弁内のガスの流れを説明するための要部の断面図であ
る。

【図７】 比較例の容器弁におけるパージ操作時の容器
弁内のガスの流れを説明するための要部の断面図であ
る。

【図８】 従来の容器弁の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…容器弁、１１…ガス容器装着部、１２…弁室、１
３…内部側ガス流路、１４…口金部、１５…外部側ガス
流路、１５ａ…第１流路部、１５ｂ…第２流路部、１６
…弁シート，１７…ダイヤフラム、１８…開閉機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 拓也 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 羽坂 智 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 長谷川 英晴 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 千葉 拓 東京都府中市西原町１−３ 株式会社ハマ イ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス充填容器に装着される容器弁であっ
   て、容器弁内の弁室と該容器弁の一側方に開口した口金
   部とを接続するガス流路を、前記口金部から前記弁室方
   向に向かって口金部の軸線に対して傾斜させて設けた第
   １流路部と、前記弁室から前記第１流路部の内端に向か
   って垂直方向に設けた第２流路部とにより形成したこと
   を特徴とする容器弁。