JP2007021447A - Gas using equipment and exhaust gas classifying method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス反応装置から排出される排ガスを精度よく切り分けて処理する技術に関し、特に希少なガスの回収や有害なガスの除害等の処理を少ない台数の機器によって効率的に行うことのできるガス使用設備および排ガスの切り分け方法に関する。 The present invention relates to a technology for accurately separating and processing exhaust gas discharged from a gas reactor, and in particular, it is possible to efficiently perform processing such as recovery of rare gas and removal of harmful gas with a small number of devices. The present invention relates to a gas use facility and a method for separating exhaust gas.
様々なガスが供給され、内部で使用される装置（以下、「ガス反応装置」という。）では、排出されるガスに対し、その性状に応じ、適宜、回収循環、除害排出、または希釈排出等を選択して処理することが好ましい。特に昨今は、地球環境や生活環境の維持や改善の観点から様々な分野において排ガスの多様かつ効率的な処理が求められている。 In devices that are supplied with various gases and are used internally (hereinafter referred to as “gas reactors”), depending on the nature of the exhausted gas, appropriate recovery circulation, detoxification discharge, or dilution discharge It is preferable to select and process these. In particular, in recent years, various and efficient treatment of exhaust gas has been demanded in various fields from the viewpoint of maintaining and improving the global environment and living environment.
例えば半導体製造工程においては、様々なプロセス用材料ガスとして可燃性ガス、有毒性ガス、希ガスなど複数のガスが用いられるところ、可燃性ガスや有毒性ガスは排出安全基準に従って除害や希釈を行う必要があり、また希ガスもその希少性ゆえ効果的に回収して再利用することが求められている。 For example, in semiconductor manufacturing processes, multiple gases such as combustible gases, toxic gases, and rare gases are used as various process material gases. Combustible gases and toxic gases are detoxified and diluted according to emission safety standards. It is necessary to carry out, and since rare gas is scarce, it is required to be effectively recovered and reused.
排ガスの処理において最も一般的なものは、排出されるガスの全量をその処理装置に送り、処理すべき成分を分離除去するか、または除害や希釈を行ったうえで排気するものである。不純物の分離により純度を高められた排ガスは、回収してガス反応装置において再利用をすることができる。 In the treatment of exhaust gas, the most common is to send the entire amount of exhausted gas to the treatment apparatus and separate and remove the components to be treated, or to exhaust after detoxification and dilution. The exhaust gas whose purity has been increased by the separation of impurities can be recovered and reused in the gas reactor.
しかし排ガスを、その成分や濃度によらずに全量を混合し、一括して処理するこの方法では処理装置に過大な負担を招き、多くの処理時間や処理コストを要する原因となりうる。かかる負担は、ガスの分離や除害などを行う各処理装置の設計条件を困難にし、処理装置の大型化を招くとともに、予期せぬガス同士の反応による生成物が新たな汚染や腐食をもたらす虞をも生じる。またガス成分の分離または除害処理を行うに際しては、対象とするガスの種類ごとにその方法や処理環境は異なることが一般的であるため、排ガスは極力混合せずに、各成分の純度が高い状態を保ったまま個別にかつ速やかにガス処理系統に送ることが好ましいといえる。 However, this method of mixing exhaust gas all together regardless of its components and concentration and processing it in a batch can cause an excessive burden on the processing apparatus, and can cause a lot of processing time and processing costs. Such a burden makes the design conditions of each processing apparatus that performs gas separation and detoxification difficult, leading to an increase in the size of the processing apparatus, and products caused by unexpected reaction between gases cause new contamination and corrosion. There is also a fear. In addition, when performing separation or detoxification of gas components, the method and processing environment are generally different for each type of target gas, so the exhaust gas is not mixed as much as possible, and the purity of each component is reduced. It can be said that it is preferable to send the gas processing system individually and promptly while maintaining a high state.
特にガス反応装置が枚葉式処理を行う半導体製造装置の場合、一般に使用するガスが少なくとも４種類以上であり、また、ガスを連続して秒単位で切り換え、さらに各ガスは単独で使用される場合も多いため、前記ガス反応装置から排出されるガスを、そのガス成分、濃度、圧力または流量等のパラメータの高低に応じて的確に切り分けることで、回収循環、除害排出、希釈排出等のための各処理装置の最適設計を提案することも可能になる。 In particular, in the case of a semiconductor manufacturing apparatus in which the gas reaction apparatus performs single wafer processing, generally at least four kinds of gases are used, and the gases are continuously switched in seconds, and each gas is used alone. Since there are many cases, the gas discharged from the gas reactor is accurately separated according to the level of parameters such as gas component, concentration, pressure, flow rate, etc., so that recovery circulation, detoxification discharge, dilution discharge, etc. It is also possible to propose an optimum design for each processing device.
排ガスをそのガス成分や濃度等に応じて処理系と排気系とに切り分ける方法は公知である。例えば減圧下で運転するガス反応装置と、その排出ガスである希ガスを吸引して下流側に排出する真空ポンプとの間、すなわち該真空ポンプ上流の減圧下において、排ガスを切り分けてそれぞれ所定の経路に送る方法および装置が下記特許文献１に記載されている。 A method of separating exhaust gas into a processing system and an exhaust system according to the gas component, concentration, and the like is known. For example, between a gas reaction device operated under reduced pressure and a vacuum pump that sucks a rare gas that is an exhaust gas and discharges it to the downstream side, that is, under a reduced pressure upstream of the vacuum pump, the exhaust gas is divided into predetermined predetermined amounts. A method and apparatus for sending a route is described in Patent Document 1 below.
特許文献１記載の希ガス回収装置におけるガスの切り分け方法について、図１２に示す系統図を用いて以下に説明する。同図で１１０はチャンバー、１１１は回収されたガスをガス反応装置に取り入れるためのガス供給部、１２０は第一真空ポンプであり、これらをあわせてガス反応装置１８０とする。また、１３１は処理用真空ポンプ、１３２は第二真空ポンプ、１４０は処理用バルブ、１４２は排気用バルブ、１５０は精製器などから構成されるガス処理部、１６０は制御装置であり、これらをあわせて排ガス処理装置１９０とする。１５１は排ガスを大気等へ排気する排気装置である。また、配管およびこれにより互いに連通される上記機器類からなる排ガスの流路は、分岐する複数のガスラインである処理ライン１７０、排気ライン１７１、循環供給ライン１７２から構成されている。
A gas separation method in the rare gas recovery apparatus described in Patent Document 1 will be described below with reference to a system diagram shown in FIG. In the figure, 110 is a chamber, 111 is a gas supply unit for taking collected gas into the gas reactor, and 120 is a first vacuum pump, which are collectively referred to as a gas reactor 180. In addition, 131 is a processing vacuum pump, 132 is a second vacuum pump, 140 is a processing valve, 142 is an exhaust valve, 150 is a gas processing unit including a purifier, and 160 is a control device. In addition, an exhaust gas treatment device 190 is provided.
図１２のチャンバー１１０、ガス反応装置１８０、第一真空ポンプ１２０、第二真空ポンプ１３２、処理用真空ポンプ１３１、処理用バルブ１４０、排気用バルブ１４２は、それぞれ特許文献１におけるプロセスチャンバ１、スパッタリング装置２１、第１真空排気ポンプ１１ａ、第２真空排気ポンプ１１ｂ、回収用真空ポンプ３６、切換弁３４ａ、切換弁３４ｂに対応する。
The
図１２で、ガス反応装置１８０が大気圧下の減圧下で運転されると、低圧の排ガスの気体分子は平均自由工程が長くなるため配管等への流動性が向上する。このため、ガス反応装置１８０から排出される排ガスの成分や濃度が経時的に順次切り換わったとしても、これに追随して処理用バルブ１４０および排気用バルブ１４２を切り換えていくことで目的のガスを処理系または排気系に切り分けて送ることが可能である。
ところが、かかる減圧下におかれたバルブにて排ガスの切り換えを行う従来方式においては、処理ライン１７０と排気ライン１７１のそれぞれに真空ポンプを設けて排ガスを吸引していることから、第一真空ポンプ１２０を除いても少なくとも２台の真空ポンプを設ける必要がある。一方、クリーンルーム等にてガスの回収を行うに際しては、真空ポンプなどの設備を何台も設置するスペース上の余裕がなく、また真空ポンプに必要な電力などのユーティリティーも限られていることから、従来の回収装置を設置することが困難な場合が多いという問題点があった。 However, in the conventional system in which the exhaust gas is switched by such a valve under reduced pressure, the first vacuum pump is provided with a vacuum pump in each of the processing line 170 and the exhaust line 171 to suck the exhaust gas. Even if 120 is excluded, it is necessary to provide at least two vacuum pumps. On the other hand, when recovering gas in a clean room, etc., there is no room in the space to install a number of equipment such as vacuum pumps, and utilities such as power required for vacuum pumps are limited. There is a problem that it is often difficult to install a conventional recovery device.
本発明は、真空ポンプの設置台数を削減しながらも排ガスを的確に切り分け、排ガス処理装置の負担を減らすとともに、目的の排ガスを効率よく回収することを可能とするガス使用設備および排ガスの切り分け方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a gas use facility and an exhaust gas separation method capable of accurately separating exhaust gas while reducing the number of installed vacuum pumps, reducing the burden on the exhaust gas treatment device, and efficiently recovering the target exhaust gas. The purpose is to provide.
本発明にかかるガス使用設備は、
大気圧以下の減圧下で運転されるガス反応装置と、前記ガス反応装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置と、前記ガス反応装置と前記排ガス処理装置とを連通する配管とからなるガス使用設備において、
前記排ガス処理装置が、
前記ガス反応装置から排出される排ガスを吸引して、これを下流側に排出する真空ポンプと、
排ガスに所定の処理を行うガス処理部と、
真空ポンプから排出される排ガスをガス処理部に導出する処理ラインと、
真空ポンプから排出される排ガスを排気する排気ラインと、
真空ポンプの下流側に設けられ、排ガスの流路を前記処理ラインと排気ラインとに切り換える切換弁と
を有することを特徴とする。
The gas use facility according to the present invention is:
A gas comprising a gas reaction device operated under a reduced pressure below atmospheric pressure, an exhaust gas treatment device for treating exhaust gas discharged from the gas reaction device, and a pipe communicating the gas reaction device and the exhaust gas treatment device In the equipment used,
The exhaust gas treatment device is
A vacuum pump for sucking the exhaust gas discharged from the gas reactor and discharging it to the downstream side;
A gas processing unit for performing predetermined processing on the exhaust gas;
A treatment line for leading exhaust gas discharged from the vacuum pump to the gas treatment unit;
An exhaust line for exhausting exhaust gas discharged from the vacuum pump;
A switching valve is provided on the downstream side of the vacuum pump and switches the exhaust gas flow path between the processing line and the exhaust line.
また本発明にかかるガス使用設備は、
前記真空ポンプと前記切換弁との間の空洞部における排ガスの流通が、後述する空間速度が３[ｍｉｎ-1]以上となる配管構造を備えることを特徴とする。
In addition, the gas use facility according to the present invention includes:
The circulation of the exhaust gas in the hollow portion between the vacuum pump and the switching valve has a piping structure in which a space velocity described later is 3 [min −1 ] or more.
また、該配管構造が、前記空洞部における排ガスの流通を、後述する線速度１０００[ｃｍ／ｍｉｎ]以上とするものであることが好ましく、さらに、前記空洞部における排ガスの流通を、後述する平均通過空洞数６以上とするものであることがさらに好ましい。 Moreover, it is preferable that the piping structure has a flow rate of exhaust gas in the hollow portion set to a linear velocity of 1000 [cm / min] or higher, which will be described later. More preferably, the number of passing cavities is 6 or more.
また本発明にかかるガス使用設備は、
排ガスのガス成分、濃度、圧力または流量のいずれかに基づく入力信号を取得する信号取得手段と、前記入力信号と予め設定された目標値とを比較演算する演算手段と、前記比較演算の結果に基づく出力信号を発信する発信手段とを備える制御装置と、前記出力信号に応じて排ガスの流路を処理ラインと排気ラインとに切り換える前記切換弁の開閉装置とを備えるとよい。
In addition, the gas use facility according to the present invention includes:
A signal acquisition means for acquiring an input signal based on any one of the gas component, concentration, pressure or flow rate of exhaust gas, an arithmetic means for comparing and calculating the input signal and a preset target value, and a result of the comparison calculation It is preferable to include a control device including a transmission unit that transmits an output signal based on the switching valve and a switching valve opening and closing device that switches a flow path of the exhaust gas between a processing line and an exhaust line in accordance with the output signal.
このとき、入力信号の取得を、ガス反応装置の内部、または排ガスの流路の内部で行ってもよい。また、制御装置においては、出力信号に対し、空間速度に応じた切換補正時間を設けることができる。 At this time, the input signal may be acquired inside the gas reaction apparatus or inside the exhaust gas flow path. In the control device, a switching correction time corresponding to the space velocity can be provided for the output signal.
また本発明にかかる排ガスの切り分け方法は、
大気圧以下の減圧下で運転されるガス反応装置から排出される排ガスを切り分けるものであって、
前記排ガスを真空ポンプで吸引して、これを下流側に排出し、該真空ポンプの下流側に設けた切換弁によって、所定の処理をされる処理ガスと、排気される排気ガスとに切り分けることを特徴とするものである。
Further, the method for separating exhaust gas according to the present invention is as follows.
Separating exhaust gas discharged from a gas reactor operated under reduced pressure below atmospheric pressure,
The exhaust gas is sucked by a vacuum pump, discharged to the downstream side, and separated into a processing gas to be processed and an exhaust gas to be exhausted by a switching valve provided on the downstream side of the vacuum pump. It is characterized by.
このとき、前記真空ポンプと前記切換弁との間の空洞部における排ガスの空間速度が３[ｍｉｎ-1]以上であるとよい。また、本発明にかかる排ガスの切り分け方法を実施するにあたっては、前記切換弁によって前記排ガスを処理ガスと排気ガスとに切り分けるタイミングが、前記空間速度に応じた切換補正時間を考慮して決定されることが好ましい。 At this time, the space velocity of the exhaust gas in the cavity between the vacuum pump and the switching valve is preferably 3 [min −1 ] or more. In carrying out the exhaust gas separation method according to the present invention, the timing for separating the exhaust gas into the processing gas and the exhaust gas by the switching valve is determined in consideration of the switching correction time according to the space velocity. It is preferable.
本発明のガス使用設備および排ガスの切り分け方法によれば、ガス反応装置から排出されるガスが経時的にそのガス成分や濃度等の条件を変化させる場合であっても、目的の排ガスを高い純度で切り分けて所定の流路（ガスライン）に送ることができる。したがって希少なガスの回収および再利用によるコストダウンや、可燃性ガスや有毒性ガスの分離または除害などの処理の効率化が図られ、地球環境や生活環境の維持改善に資することとなる。また予期せぬガス同士の反応生成物により、ガス処理部の精製器等の装置を汚染や腐食から未然に防ぐとともに、かかる装置の負担を軽減し、その安定かつ安全な運転も可能にする。 According to the gas use facility and the exhaust gas separation method of the present invention, even if the gas discharged from the gas reactor changes its conditions such as its gas composition and concentration over time, the target exhaust gas has high purity. And can be sent to a predetermined flow path (gas line). Therefore, costs can be reduced by collecting and reusing rare gas, and the efficiency of processing such as separation or detoxification of combustible gas and toxic gas can be achieved, which contributes to the maintenance and improvement of the global environment and living environment. In addition, unexpected reaction products between gases prevent devices such as purifiers in the gas processing section from being contaminated and corroded, reduce the burden on the devices, and enable stable and safe operation.
また本発明では、ガス反応装置から排出される排ガスを吸引して下流側に排出する真空ポンプの、該下流側に設けた切換弁によって排ガスを切り分ける方式を採ることにより、従来は分岐したガスラインごとに設ける必要のあった真空ポンプの台数を削減し、回収装置の簡略化、ならびに該装置の設置および運転コストの低減を図ることができる。 Further, in the present invention, a gas pump that has been conventionally branched by adopting a method of separating exhaust gas by a switching valve provided on the downstream side of a vacuum pump that sucks exhaust gas discharged from the gas reaction apparatus and discharges it to the downstream side. It is possible to reduce the number of vacuum pumps that need to be provided for each, simplify the recovery device, and reduce the installation and operation costs of the device.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて具体的に説明する。ただし本発明は、例えばガス反応装置を構成する具体的な機器、配管類の系統数、または真空ポンプの配設位置などにつき、本実施の形態に限られるものではない。図１は本発明の実施の形態にかかるガス使用設備１の系統図である。８０はガス反応装置であり、チャンバー１０、ガス供給部１１、第一真空ポンプ２０を備える。また、３０は第二真空ポンプ、４０は処理用バルブ、４１はその開閉装置、４２は排気用バルブ、４３はその開閉装置、４４は空洞部、４５は分岐部、５０はガス処理部、５１は排気装置である。これらは配管によって互いに連通され、排ガスの流路が形成されている。また、６０は制御装置でありバルブ４０および４２の切り換えタイミングの制御を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the present embodiment with respect to, for example, specific equipment constituting the gas reaction apparatus, the number of piping systems, or the position of the vacuum pump. FIG. 1 is a system diagram of a gas use facility 1 according to an embodiment of the present invention.
排ガスの流路は、少なくとも処理ライン７０と排気ライン７１とを有する。処理ライン７０は、第二真空ポンプ３０の出口から処理用バルブ４０を経由してガス処理部５０に至る排ガスの流路であり、排気ライン７１は、第二真空ポンプ３０の出口から排気用バルブ４２を経由して排気装置５１に至る流路である。排ガス処理装置９０は、ガス反応装置８０から排出される排ガスに所定の切り分けおよび処理を行う装置であり、図１に示す第二真空ポンプ３０、処理ライン７０、排気ライン７１、これらのラインを切り換える処理用バルブ４０および排気用バルブ４２、ならびにガス処理部５０を有する。また、７２は循環供給ラインであり、排ガス処理装置９０とガス反応装置８０を連通する配管からなる。
The exhaust gas flow path has at least a
本実施の形態では、ガス反応装置８０の下流に連接した第一真空ポンプ２０および第二真空ポンプ３０にて、ガス反応装置８０から排出された排ガスを吸引し、さらに下流側に排出する。第二真空ポンプ３０の下流側に設けられた処理ライン７０では、ガス処理部５０にて排ガスに対し精製や分離などの所定の処理を施し、さらに例えば目的のガスを回収して、ガス反応装置８０のガス供給部１１に循環供給ライン７２を通じて送り、これを再使用することを可能とする。一方、排気ライン７１では、排気すべきガスを排気装置５１より排出する。これらのライン７０，７１上には、排ガスの流路を処理ライン７０と排気ライン７１とに切り換えるための切換弁として、処理用バルブ４０と排気用バルブ４２が配設されている。これらのバルブ４０，４２が、制御装置６０による制御に基づき、開閉装置４１，４３によって所定のタイミングで切り換えられることにより、目的の排ガスを切り分けて所定のガスラインに送ることが可能となる。また、図１において、排ガスの流れを矢印つきの実線で、制御装置６０の処理する制御信号の経路を二点鎖線で示す。
In the present embodiment, the
従来のガス使用設備の系統図である図１２と比較すると、処理用バルブ１４０および排気用バルブ１４２の下流側にてそれぞれ排ガスを吸引および排出していた回収用真空ポンプ１３１および第二真空ポンプ１３２をなくした点に本発明の特徴がある。図１および図１２では処理ラインと排気ラインはそれぞれ１本ずつのみを例示しているが、これらのラインを、例えばガス成分ごとに複数系統設けたガス使用設備の場合は、削減される真空ポンプの台数も当該系統数と同等の、多数にのぼる。なお、従来は処理用および排気用バルブの下流側にそれぞれ設ける必要のあった複数台の真空ポンプに替えて、本発明では該バルブの上流側に第二真空ポンプ３０を一台設置することで、真空ポンプの台数を削減しながらも排ガスの良好な切り分けを可能にしている。
Compared with FIG. 12, which is a system diagram of a conventional gas use facility, the
ガス反応装置８０は、大気圧以下の減圧下状態で種々のガスを使用して排ガスを排出する装置であれば具体的には特に限定されるものではない。排ガスの一部を切り分けて回収し、かかる排ガスを再利用することのできる装置であることが好ましく、希ガスを排ガスとする半導体製造装置のプロセスチャンバが特に好適なものとして例示される。この他、燃焼ガスを排ガスとする内燃機関、反応性ガスを排ガスとする化学反応装置、有機溶剤ガスを排ガスとする印刷・塗装または乾燥装置なども挙げられる。ガス反応装置８０から排出される排ガスの全圧は０．１気圧（＝１０4[Ｐａ]）以下、好ましくは０．０１気圧（＝１０3[Ｐａ]）以下であることが、排ガスの高い流動性が得られるという観点から好適である。特に、ガス反応装置８０が半導体製造装置のプロセスチャンバである場合、その内部圧力は１[Ｐａ]のオーダーとなり、排ガスの平均自由工程やクヌーセン数は大気圧状態に比べて２桁程度大きくなるため流動性は大変優れる。
The
本実施の形態にかかる図１ではガス反応装置８０を一台のみ図示しているが、これに限られるものではなく、同一または異なる複数台のガス反応装置８０から排ガス処理装置９０に対して排ガスを供給する場合も、本発明の目的を達成することができる。また、一台または複数台のガス反応装置８０から排ガス処理装置９０に排ガスを供給する配管も、図１のように一本である場合に限られず、例えば複数本の並列する配管より、同時にまたは交互に、排ガス処理装置９０の入口に相当する第二真空ポンプ３０に対して排ガスを供給することもできる。
Although only one
第一真空ポンプ２０および第二真空ポンプ３０は、ガス反応装置８０をそのプロセス用に減圧下雰囲気にするだけでなく、ガス反応装置８０より排出された排ガスを吸引し、その下流側に設けられた処理ライン７０または排気ライン７１に送るための動力も与える。入手性、コスト、排ガスの種類、流量、静圧または全圧などに応じて適宜選択でき、ロータリーポンプ、油拡散ポンプ、ターボ分子ポンプなどのかき出し方式ポンプが好適なものとして例示される。
The
図１では第一真空ポンプ２０と第二真空ポンプ３０を連続的に配設した二段構成の状態を図示しているが、本発明にかかるガス使用設備１においては、第二真空ポンプ３０のみを用いる単段構成とし、第一真空ポンプ２０を省略することもできる。また、逆に三段以上の真空ポンプによる多段構成とすることも可能である。例えばガス反応装置８０より排出される排ガスの静圧が極めて低く、これを大気圧程度またはそれ以上に加圧してからガス処理部５０や排気装置５１に導出する必要がある場合、複数台の真空ポンプを直列に配設し、各ポンプにおいて段階的に排ガスを圧縮することが、各真空ポンプの負荷を分散させる観点から好適である。
Although FIG. 1 shows a state of a two-stage configuration in which the
切換弁は、第二真空ポンプ３０の下流側に排出された排ガスの流路を、所定のタイミングで複数のガスラインのいずれかに切り換え、排ガスの成分や濃度などの特性に応じてこれを切り分けるための装置である。図１では、切換弁の例として、処理用バルブ４０および排気用バルブ４２を、それぞれ処理ライン７０および排気ライン７１上に設けた状態を示している。ただし、切換弁の具体的な構成はこれに限られるものではなく、三方弁をはじめとする多方弁を一つ設けるか、またはこれらを直列的にまたは並列的に組み合わせる方式としてもよい。処理ライン７０および／または排気ライン７１が２本以上設けられているガス使用設備１の場合、複数本のガスラインを適宜切り換えられるよう、所定の台数の弁を各ガスライン上に配設する。なお、多方弁を用いる場合、その複数の出口を処理ライン７０または排気ライン７１にそれぞれ連接し、機械的または電磁的な弁の切り換えにより流路を切り換える。用いる切換弁は圧力損失の少ないものを使用することが、排ガスの速やかな流動を得るために好適である。また切換弁のデッドボリュームが極力小さく、ガスの溜りが排ガスの切り分け精度に与える影響の少ないものを使用するとよい。
The switching valve switches the flow path of the exhaust gas discharged to the downstream side of the
本発明にかかるガス使用設備１においては、排ガスの流路のうち、第二真空ポンプの出口に設けられた配管接続部から、その下流側に設けられた流路の分岐部４５に至るまでの領域を、空洞部４４と定義する。したがって空洞部４４においては、処理ライン７０と排気ライン７１は配管を共有することとなる。
In the gas use facility 1 according to the present invention, the exhaust gas flow path from the pipe connection part provided at the outlet of the second vacuum pump to the flow
一方、空洞部４４のさらに下流側に存在する分岐部４５から、処理用バルブ４０または排気用バルブ４２に至る領域は切換弁のデッドボリュームとなるため、太線で示す空洞部４４に比してその内容積を極力小さいものとすることが好ましい。具体的には、配管の長さという観点からは、分岐部４５から処理用バルブ４０または排気用バルブ４２までの距離を極力短くすることが好ましい。
On the other hand, the region from the branching
また、処理用バルブ４０と排気用バルブ４２の機能を併せ持つ三方弁を切換弁として用いる場合は、分岐部４５が三方弁の内部に存在することになる。したがって、空洞部４４は、具体的には真空ポンプ３０の出口に設けられた配管接続部から、三方弁の入口の配管接続部までの領域がこれに該たる。よってこの場合、分岐部４５の下流に二つの独立したバルブを備える方式に比べ、デッドボリュームがほぼ無視できるレベルまで少なくなり、排ガスの切り分け精度が向上する。
Further, when a three-way valve having the functions of the
ここで、空間速度（Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：ＳＶ値）とは、単位時間あたりに排ガスが、ある流路空間をその内容積の何倍だけ通過するかを表す指標であり、単位は時間の逆数である。具体的には下式（１）で定義する。 Here, the space velocity (Space Velocity: SV value) is an index indicating how many times the internal volume of the exhaust gas passes through a certain flow path space per unit time, and the unit is the reciprocal of time. . Specifically, it is defined by the following formula (1).
（数１）
空間速度（ＳＶ値）[ｍｉｎ-1]＝単位時間あたりの排ガス流量[ｃｍ3／ｍｉｎ]／流路空間の内容積[ｃｍ3] ・・・（１）
(Equation 1)
Space velocity (SV value) [min −1 ] = exhaust gas flow rate per unit time [cm 3 / min] / inner volume of flow path space [cm 3 ] (1)
本発明において、空洞部４４の流路長をＬ[ｃｍ]、空洞部４４の内容積を流路長Ｌで除した平均断面積をＡ[ｃｍ2]とする。またポンプ３０から排出される排ガスの流量をＶ[ｃｍ3／ｍｉｎ]で表すとき、空洞部４４におけるＳＶ値は、
ＳＶ値[ｍｉｎ-1]＝Ｖ／ＡＬ
となる。
In the present invention, the flow path length of the
SV value [min -1 ] = V / AL
It becomes.
また、排ガスが単位時間に進行する流路上の長さを線速度（Ｌｉｎｅａｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：ＬＶ値）といい、下式（２）で定義する。 Moreover, the length on the flow path where exhaust gas advances per unit time is called linear velocity (Linear Velocity: LV value), and is defined by the following formula (2).
（数２）
線速度（ＬＶ値）[ｃｍ／ｍｉｎ]＝単位時間あたりの排ガス流量[ｃｍ3／ｍｉｎ]／流路空間の平均断面積[ｃｍ2] ・・・（２）
(Equation 2)
Linear velocity (LV value) [cm / min] = exhaust gas flow rate per unit time [cm 3 / min] / average cross-sectional area [cm 2 ] of channel space (2)
本発明において、空洞部４４におけるＬＶ値は、
ＬＶ値[ｃｍ／ｍｉｎ]＝Ｖ／Ａ
と定義される。
In the present invention, the LV value in the
LV value [cm / min] = V / A
Is defined.
本発明にかかるガス使用設備１においては、真空ポンプと切換弁との間の空洞部４４における排ガスの流通が、ＳＶ値にして３[ｍｉｎ-1]以上、好ましくは５[ｍｉｎ-1]以上、更に好ましくは１５[ｍｉｎ-1]以上となる配管構造を有することが、排ガスの速やかな切り分けを可能とし、回収効率を高くする観点から好適である。ＳＶ値を大きくするためには排ガスの流量Ｖを大きくするか、または空洞部４４の流路長Ｌを短くすることが好適である。
In the gas use facility 1 according to the present invention, the flow of exhaust gas in the
なお、ここでいう配管構造とは、空洞部４４を構成する配管のほか、チャンバー１０と第一真空ポンプ２０との間の配管、第一真空ポンプ２０と第二真空ポンプ３０との間の配管、分岐部４５からガス処理部５０に至る配管、分岐部４５から排気装置５１に至る配管なども含む、本発明にかかるガス使用設備１を構成する配管の全体を意味する。
In addition, the piping structure referred to here is not only piping constituting the
なお、排ガスの流量Ｖが一定の場合、排ガス分子の平均自由工程が長く流動性に優れるため、排ガスの圧力（静圧）や密度および平均分子量が低く、流速（動圧）が高いことがより好ましい。排ガスの温度については、これが高いほど排ガス分子の流動性は向上するが、ポンプ３０にて一般的に断熱圧縮による発熱を伴いポンプ、コンプレッサー、または配管の負担となるため、必ずしも温度が高いことを要しない。
When the exhaust gas flow rate V is constant, the exhaust gas molecules have a long mean free path and excellent fluidity. Therefore, the exhaust gas pressure (static pressure), density and average molecular weight are low, and the flow velocity (dynamic pressure) is high. preferable. As for the temperature of the exhaust gas, the higher this is, the better the fluidity of the exhaust gas molecules is. However, the
線速度（ＬＶ値）については１０００[ｃｍ／ｍｉｎ]以上、好ましくは３０００[ｃｍ／ｍｉｎ]以上であることが、同じく排ガスの回収効率を高くする観点から好適である。 The linear velocity (LV value) is 1000 [cm / min] or more, preferably 3000 [cm / min] or more, from the viewpoint of increasing the exhaust gas recovery efficiency.
本発明のガス使用設備は、真空ポンプと切換弁との間の空洞部における排ガスの流通が、上記のＳＶ値とＬＶ値の好適な範囲を同時に満足する配管構造を備えることが好ましい。 The gas use facility of the present invention preferably has a piping structure in which the exhaust gas flow in the cavity between the vacuum pump and the switching valve satisfies the above-mentioned preferable ranges of the SV value and the LV value at the same time.
ＳＶ値およびＬＶ値は、排ガスの流量、真空ポンプの仕様、切換弁の仕様のほか、上記配管構造の寸法や切換弁の設置位置などの特性に応じて、適切な値を選択または調整することができる。 The SV and LV values should be selected or adjusted according to the exhaust gas flow rate, vacuum pump specifications, switching valve specifications, and other characteristics such as the dimensions of the piping structure and the installation position of the switching valve. Can do.
また、ガス反応装置８０が大気圧以下の減圧下で運転される場合については、低圧の排ガスは流動性に優れ、特にガス反応装置８０から第二真空ポンプ３０までの導入は短時間に行われ、また排ガスがガス反応装置８０から切換弁に至るまでの所要時間も全体に短縮することができるため、ガス成分や濃度等の排出条件の変化に速やかに追随して切り分けを行うことができる。よって特許文献１記載の従来発明と比較して、切換弁の下流側に流路ごとに設けられた複数台の真空ポンプを削減しても、切換弁の上流側に配設した一台の真空ポンプによって排ガスの切り分けを好適に行うことを可能とする本発明の目的を達成することができる。
Further, when the
ガス処理部５０は、排ガスより回収したいガス成分を精製処理し、または濃度や圧力などの特性を調整し、回収すべきガスを、循環供給ライン７２を通じてガス反応装置８０に移送し、排気すべきガスを排気装置５１に移送するための一台または複数台からなる装置である。具体的な精製処理の方法は、排ガスのガス成分、濃度、圧力または流量等のパラメータによって適宜選択できる。例えば、除塵、乾燥、不純ガスの分離除去、触媒反応または加熱／冷却などが挙げられるがこれらに限るものではない。ただし、回収すべき排ガスの成分が高純度で切り分けられ、特段の処理をせずにガス反応装置８０で再使用される場合は、ガス処理部５０における処理は不要となる。
The
排気装置５１は、大気中またはタンク等に排ガスを排気するものである。排出ガスは、排気用バルブ４２を通じて第二真空ポンプ３０から直接排出されるものと、ガス処理部５０にて排ガスから分離して得られる不純ガス成分等からなる排気ガスの両方が存在する。
The
すなわち図１に示す系統図において、ガス反応装置８０から第一真空ポンプ２０を通じて第二真空ポンプ３０に送られた排ガスのガスラインについて、処理ライン７０とは、第二真空ポンプ３０の出口から、空洞部４４、分岐部４５、処理用バルブ４０を経由してガス処理部５０へと至るルートであるのに対し、排気ライン７１は、
（１）第二真空ポンプ３０の出口から、排気用バルブ４２を通じて排気装置５１に至るルートと、
（２）第二真空ポンプ３０の出口から、処理用バルブ４０、ガス処理部５０を経由して排気装置５１に至るルート
の２ルートが存在する。
That is, in the system diagram shown in FIG. 1, regarding the gas line of the exhaust gas sent from the
(1) A route from the outlet of the
(2) There are two routes from the outlet of the
また排気装置５１においては、排出前のガスに種々の処理を施すこともできる。例えば排出ガスが有毒性ガスの場合に環境や人体に対して無害化する除害処理、可燃性ガス等の場合に所定レベル以下の濃度に希釈する希釈処理などが挙げられるが、これらに限るものではない。本発明にかかるガス使用設備１は、処理ライン７０、排気ライン７１、循環供給ライン７２、排ガス処理装置９０、排気装置５１またはこれ以外に図示しない複数系統のガスラインを備え、排ガスのガス成分等に応じてそれぞれ専用の系統を用いることとしてもよい。
Moreover, in the
制御装置６０では、目的の排ガスを切り分けて処理ライン７０または排気ライン７１に送るため、所定のタイミングで切換弁の切り換えを行うための制御を行う。具体的には、ガス反応装置８０の内部または排ガスの流路内部のいずれか１箇所以上の場所において、排ガスのガス成分、濃度、圧力または流量をモニタし、かかるモニタ結果に基づいて、流路の切り換え命令を切換弁の開閉装置４１，４３に発信することで切換弁の切り換え制御を行うことが、様々なパラメータに基づく排ガスの精度よい切り分けを可能とするため好適である。このうち、特にチャンバー１０の内部、空洞部４４の内部やガス処理部５０の入口部または出口部などの排ガスの流路内部、またはガス処理部５０の内部にて排ガスをモニタすることが、目的の排ガスを好適に処理し、回収することができるため好ましい。また、排ガスをモニタする箇所やパラメータを複数とすることにより、様々な運転状況に応じて、例えばガス処理部５０の処理能力にあわせて排ガスの送り先を排気装置５１に変更するなど、排ガスの切り分け処理の柔軟な実施を可能とする観点から好適である。また、単純に一定時間ごとに流路の切り換えを行うだけでなく、排ガス中における所定のガス成分や濃度等の変化に追随して切換弁の切り換えを行うことが可能であることから、任意のガス成分ごとに回収および再使用、分離精製、除害または希釈排出などの処理をそれぞれ効率化することができる。
In the
より具体的な排ガスの切り分けの制御方法について以下に説明する。制御装置６０は、ガス反応装置８０、排ガスの流路内部のいずれか１以上の場所に設けられた図示しない検知手段により排ガスの特性をモニタする信号取得手段を備える。排ガスのガス成分をモニタする場合は、検知手段として成分分析計、また濃度の場合は濃度分析計、圧力の場合は圧力計、流量の場合は流量計をそれぞれ用いるのがよい。例えばチャンバー１０の出口部分に設けた成分分析計と濃度分析計を用いて排ガスをモニタし、回収を目的とするガス（回収ガス）の濃度情報を入力信号としてまず制御装置６０は取得する。制御装置６０には予め目標値が記憶されており、入力された濃度情報はノイズを除去された上で該目標値と差分演算により大小を比較される。その結果、排ガスの濃度が所定レベル以上であって、かかる排ガスは処理ライン７０に送るべきものと制御装置６０が判断した場合、処理用バルブ４０を開き、排気用バルブ４２を閉じるよう、発信手段より出力信号を弁の開閉装置４１，４３にむけて発信する。
A more specific method for controlling separation of exhaust gas will be described below. The
上記の排ガスのモニタリングは以後も継続され、検知手段にて所定の時間間隔ごとにまたは連続的に検知された排ガスの特性は入力信号としてその都度制御装置６０に送られ、目標値との比較演算が行われる。この結果、例えば排ガスの濃度が所定レベル以下に下がるか、または不純物濃度が上昇したことが検出された場合、制御装置６０は目標値との差分演算の上で、かかる排ガスを、排気ライン７１に送るべき排気ガスであると判断する。すると制御装置６０の発信手段は、処理用バルブ４０を閉じ、排気用バルブ４２を開くよう、弁の開閉装置４１，４３に出力信号を発信し、かかる切り換え動作を実行させる。以上により、制御装置６０は切換弁による排ガスの流路の切り換えを行い、目的のガスを処理ライン７０と排気ライン７１のいずれかに切り分けて送ることが可能となる。
The above exhaust gas monitoring is continued thereafter, and the characteristics of the exhaust gas detected at predetermined time intervals or continuously by the detection means are sent to the
また、排ガスの流路内部のいずれかの場所における排ガスの特性に基づく入力信号が制御装置６０に入力された場合も、同様に目標値との比較演算により弁の開閉が決定される。複数のモニタ箇所から送られる入力信号が相反した場合は、制御装置６０にて優先順位を決定して、切換弁の開閉を決定することができる。
Also, when an input signal based on the characteristics of the exhaust gas at any location inside the exhaust gas flow path is input to the
切換弁の開閉動作は、開閉装置４１，４３によって行う。具体的な開閉方式は弁のタイプや仕様に応じて決定される。制御装置６０からの出力信号に応じて弁の開閉が行われるものであれば電気による作動であっても、空気その他の機械的な作動であってもよい。なお、弁の開動作時間と閉動作時間が同等であることが、排ガスをより精度よく切り分けられるため望ましく、弁の種類や動作原理は特に限定されない。
The opening / closing operation of the switching valve is performed by the opening /
第二真空ポンプ３０と切換弁との間には、ポンプ３０の背圧を監視する設備を設けるとよい。ポンプ３０の背圧を測定し、バルブの開閉動作の異常を早期検出することが装置の安全の観点から好適である。ポンプ３０に背圧モニタがついたものも同様の機能を果たし好適である。また、ポンプ３０と切換弁との間には、例えば該ポンプの背圧の異常に対する安全ラインとして、圧力開放を行う安全弁を設けてもよい。かかる背圧監視設備や安全弁をともに制御装置６０に連結し、動作異常などを検知した場合に自動的にガスの経路を安全ラインに切り換えるなどの安定稼動を図ることもできる。
A facility for monitoring the back pressure of the
切換弁の開閉タイミングは、ガス反応装置８０のガス使用状況と、空洞部４４におけるＳＶ値、またはこれとＬＶ値によって適宜制御できるが、弁の切り換えに際しては、真空ポンプ３０およびその上段の真空系に影響がない範囲において同時閉止状態を作り、完全に排ガスを切り分けるとよい。切換弁の開閉タイミングを同時切り換え、または同時開状態にする場合は、各ラインに導入したガスが逆流しないように、例えば逆止弁をつけるなどの措置を採ることが好適である。
The opening / closing timing of the switching valve can be appropriately controlled according to the gas usage status of the
また、切換弁においては、ガス反応装置８０の内部、排ガスの流路内部、またはガス処理部５０の内部におけるガスの特性に応じて、適宜、切換弁の切換補正時間を用いて排ガスを切り分ける制御を行うこともできる。切換補正時間とは、排ガスの成分、濃度、圧力、流量等のパラメータに基づいて決定された排ガス流路の切換タイミングに対し、排ガスが実際に切換弁を通過して切り分けられるまでの時間遅れや、処理装置や排気装置の有限の処理能力を考慮して、より好適なタイミングにて弁の切り換えを行うための調整時間である。これらのパラメータの種類や排ガスのモニタ場所、または空洞部４４の形状等の諸条件に応じて、好適な切換補正時間は正または負のいずれかの値をとる。切換弁の操作タイミングに切換補正時間を設けることにより、各種パラメータをモニタするタイミングと、排ガスが切換弁を実際に通過するタイミングとの間のタイムラグを適切に埋め、排ガスの切り分け効率を高めることができる。かかる好適な切換補正時間は、ＳＶ値、またはこれとＬＶ値に基づいて決定することができる。
Further, in the switching valve, control for separating the exhaust gas appropriately using the switching correction time of the switching valve according to the gas characteristics inside the
本発明にかかる排ガス処理装置によって得られる効果を検証し、また本発明の排ガス切り分け方法をより具体的に実現する実施の形態として、真空ポンプの出口に切換弁を設置し、排ガスを切り分ける制御を行うための実験ラインを図２に示す。１２はダミーチャンバ、３０は真空ポンプ、４４は空洞部、６１は濃度分析計である。排ガスはＡｒベース中にトレーサとなるＸｅガス７０％を添加した２０００[ｓｃｃｍ]のＸｅ混合ガスと、１５００[ｓｃｃｍ]の真空ポンプパージ用Ａｒガスを加えた、総流量３５００[ｓｃｃｍ]を使用した。前者のＸｅ混合ガスをダミーチャンバ１２に、Ａｒパージガスを真空ポンプ３０に、それぞれ全圧１００[Ｐａ]オーダーの減圧下で供給した。なお、真空ポンプパージ用Ａｒガスは、Ｘｅ混合ガスの供給に関わらず常時流した。実験はダミーチャンバ１２の上流からＸｅ混合ガスを導入し、配管出口における排ガス中のＸｅ濃度の経時変化を測定して行った。なお、Ｘｅ濃度の測定には市販のＸｅ濃度分析計６１を使用した。
As an embodiment for verifying the effect obtained by the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention and more specifically realizing the exhaust gas separation method of the present invention, a control valve is installed at the outlet of the vacuum pump to separate the exhaust gas. An experimental line for performing is shown in FIG. 12 is a dummy chamber, 30 is a vacuum pump, 44 is a cavity, and 61 is a concentration analyzer. The exhaust gas used was a 2000 [sccm] Xe mixed gas in which 70% Xe gas serving as a tracer was added to an Ar base, and a 1500 [sccm] vacuum pump purge Ar gas, and a total flow rate of 3500 [sccm]. . The former Xe mixed gas was supplied to the
空洞部４４を構成する配管の長さＬおよび平均断面積Ａを変化させた２つの系において、チャンバー１２の上流より排ガスを２分間供給した時の配管出口でのＸｅガス流量の経時変化を図３に示す。配管出口でのＸｅガス流量は、排ガスの全流量とＸｅ濃度分析計６１の濃度出力を乗算することで求めた。上段に、単位時間当たりのガス供給量[ｓｃｃｍ]をグラフＡにて表す。また下段に、配管出口におけるＸｅガスの流量をグラフＢおよびＣにて表す。グラフＢは２０Ａ’２０．５ｍ（断面：外形２７．２ｍｍ，肉厚１．６５ｍｍ、長さ：２０．５ｍ）の配管を用いた場合、グラフＣは１／２ｉｎｃｈ’２．２ｍ（断面：外形１２．７ｍｍ，肉厚１．０ｍｍ、長さ：２．２ｍ）の配管を用いた場合の結果である。
Fig. 2 shows changes with time in the Xe gas flow rate at the pipe outlet when exhaust gas is supplied for 2 minutes from the upstream of the
グラフＢでは、Ｘｅ混合ガスの供給を開始してから配管出口にＸｅ混合ガスが到達するまでに約１７０秒、Ｘｅ混合ガスの供給を停止してから配管出口からＸｅ混合ガスが抜け出るまでに約４４０秒を要した。このときのＳＶ値は０．４[ｍｉｎ-1]、ＬＶ値は７８０[ｃｍ／ｍｉｎ]であった。 In graph B, approximately 170 seconds from when the Xe mixed gas starts to be supplied until the Xe mixed gas reaches the piping outlet, and approximately when the Xe mixed gas exits from the piping outlet after the Xe mixed gas stops supplying. It took 440 seconds. At this time, the SV value was 0.4 [min −1 ], and the LV value was 780 [cm / min].
一方、グラフＣでは、配管出口にＸｅ混合ガスが到達するまでに約２秒、Ｘｅ混合ガスが抜け出るまでの時間は約３０秒であった。このときのＳＶ値は１６[ｍｉｎ-1]、ＬＶ値は３９００[ｃｍ／ｍｉｎ]であった。 On the other hand, in graph C, it took about 2 seconds for the Xe mixed gas to reach the piping outlet, and about 30 seconds for the Xe mixed gas to escape. At this time, the SV value was 16 [min −1 ], and the LV value was 3900 [cm / min].
ＳＶ値０．４[ｍｉｎ-1]の前者の場合、ＳＶ値１６[ｍｉｎ-1]の後者に比べ、Ｘｅガスの単位時間当たりの排出量、すなわち配管出口でのＸｅガスの濃度のピークが低く、逆に検出時間が長くなっている。したがってＸｅガスの検出濃度が最も高い２５０〜５００秒前後の領域を切り分けて回収したとしても、なお相当量のＡｒガスが不純ガスとして混合していることになる。 In the former case with an SV value of 0.4 [min −1 ], compared to the latter with an SV value of 16 [min −1 ], the discharge amount of Xe gas per unit time, that is, the concentration peak of Xe gas at the pipe outlet is higher. On the contrary, the detection time is longer. Therefore, even if the region of about 250 to 500 seconds where the detected concentration of Xe gas is the highest is cut and collected, a considerable amount of Ar gas is still mixed as an impure gas.
また、図３で点線にて表される矩形のウィンドウは、Ｘｅ混合ガスの供給されている１２０秒間に、配管出口から排出されるＸｅガスの量を示すものである。かかるウィンドウと、排ガス中Ｘｅ流量のグラフとの重複部分がこの時間におけるＸｅガスの回収量を意味する。グラフＣのＳＶ値＝１６[ｍｉｎ-1]のケースではこの回収量がＸｅガスの全排出量とほぼ一致し、供給されたＸｅガスのほぼ全量が回収されていることが分かるが、グラフＢのＳＶ値＝０．４[ｍｉｎ-1]のケースではＸｅガスがまったく回収がされないことがわかる。ガスの供給と回収のタイミングを一致させることの意義は、複数種類の排ガスが経時的に交互に切り換わって排出されるガス反応装置について、これを個々のガス種別ごとに切り分ける際に特に顕著となる。 In addition, a rectangular window represented by a dotted line in FIG. 3 indicates the amount of Xe gas discharged from the pipe outlet during 120 seconds during which the Xe mixed gas is supplied. The overlapping portion of the window and the graph of the Xe flow rate in the exhaust gas means the recovered amount of Xe gas at this time. In the case of SV value = 16 [min −1 ] in the graph C, it can be seen that this recovered amount substantially coincides with the total discharge amount of the Xe gas, and almost all the supplied Xe gas is recovered. It can be seen that Xe gas is not recovered at all in the case of the SV value of 0.4 [min −1 ]. The significance of matching the timing of gas supply and recovery is particularly noticeable when the gas reactors in which multiple types of exhaust gas are alternately switched over time and discharged are divided into individual gas types. Become.
本発明にかかるガス使用設備および排ガスの切り分け方法につき、実施例を用いてさらに具体的に説明する。上記実施の形態で用いた実験ラインにおいて、空洞部４４として１／２ｉｎｃｈ’９．２ｍ（断面：外形１２．７ｍｍ，肉厚１．０ｍｍ、長さ：９．２ｍ）の配管を用い、その出口でのＸｅガス流量の経時変化を測定した。ガスの供給は、Ｘｅガス７０％を添加した２０００[ｓｃｃｍ]のＸｅ混合ガスを、１２０秒間の供給後、２６秒間待機し、再び１２０秒間の供給後、２６秒間待機し、最後に１２０秒間供給することで行った。すなわち、２６秒間のインターバルをおいて、１２０秒間のＸｅガス供給を３回行った。この間、真空ポンプパージ用ＡｒガスはＸｅ混合ガスの供給に関わらず、常時１５００[ｓｃｃｍ]の一定量を流した。それぞれのガスは全圧１００[Ｐａ]オーダーの減圧下で供給した。供給ガスの流量を図４のグラフＤに、空洞部４４出口における排ガス中のＸｅ流量を同図のグラフＥに示す。一方、比較例として、前出の２０Ａ’２０．５ｍの配管を用いた実験ラインにおいて、同一のガス供給を行った場合の結果を図５のグラフＦに示す。空洞部４４の体積として各配管の内容積を、またＳＶ値はそれぞれ４．２[ｍｉｎ-1]（実施例１）および０．４[ｍｉｎ-1]（比較例１）、ＬＶ値はそれぞれ３９００[ｃｍ／ｍｉｎ]（実施例１）および７８０[ｃｍ／ｍｉｎ]（比較例１）であった。
The gas use facility and the method for separating exhaust gas according to the present invention will be described more specifically with reference to examples. In the experimental line used in the above embodiment, a 1/2 inch '9.2 m pipe (cross section: outer shape 12.7 mm, wall thickness 1.0 mm, length: 9.2 m) is used as the
実施例１および比較例１にかかるＸｅガスの測定結果（図４，５）によれば、グラフＥで示されるＳＶ値＝４．２[ｍｉｎ-1]の場合、第１回目から第３回目まで矩形波状に供給されたＸｅガスは、それぞれに明確なピークをもつ３つの周期的な出力波形としてＸｅ濃度分析計により検出されている。よって供給されたＸｅガスの大部分が配管出口でも互いに混じり合うことなく排出されていることが分かる。
一方、グラフＦで示されるＳＶ値＝０．４[ｍｉｎ-1]の場合は、グラフＥと同一のガス供給をうけたにもかかわらず配管出口では互いに混じり合っており、特に第２回目の供給ガスについては前後の供給ガスからこれを切り分けることができない状態で排出されている。
According to the measurement results of Xe gas according to Example 1 and Comparative Example 1 (FIGS. 4 and 5), when the SV value shown in the graph E = 4.2 [min −1 ], the first to third times The Xe gas supplied in the form of a rectangular wave is detected by the Xe concentration analyzer as three periodic output waveforms each having a distinct peak. Therefore, it can be seen that most of the supplied Xe gas is discharged without being mixed with each other even at the pipe outlet.
On the other hand, in the case of the SV value = 0.4 [min −1 ] shown in the graph F, they are mixed with each other at the pipe outlet even though the same gas supply as that in the graph E is received. The supply gas is discharged in a state where it cannot be separated from the supply gas before and after.
これは両ケースにおいては、特に配管の長さが大きく相違し、ＳＶ値が小さい比較例１（グラフＦ）の場合は、真空ポンプを通過してから濃度分析計に至るまでの時間が長くなるためと考えられる。このため、配管内の排ガス分子のもつ速度ゆらぎが蓄積し、Ｘｅガス全体が空洞部４４を通過するための時間が長くなるため、間欠的に供給される第２回目以降のＸｅ混合ガスが、前後して供給されたＸｅガスと混じり合いやすくなる。排ガスのかかる切り分け可能性の良否、すなわち切り分け効率は、ガス成分、濃度、圧力、流量等のパラメータに応じて排ガスを切り分ける場合に重要な条件となり、本発明にかかるガス使用設備および排ガスの切り分け方法においては、この切り分け効率を空洞部におけるＳＶ値、またはこれとＬＶ値によって制御できる。
In both cases, the lengths of the pipes are particularly different in both cases, and in the case of Comparative Example 1 (graph F) where the SV value is small, the time from passing through the vacuum pump until reaching the concentration analyzer increases. This is probably because of this. For this reason, since the speed fluctuation of the exhaust gas molecules in the pipe accumulates and the time for the entire Xe gas to pass through the
実施例１の実験ラインおよび供給ガスを用いて、１２０秒間のＸｅ混合ガスの供給開始と同時にその回収を開始し、供給停止と同時に回収を停止した場合のＸｅガスの損失量[ｓｃｃ]を測定した。なお、空洞部４４として真空ポンプ出口に接続する配管としては、（１）２０Ａ’２０．５ｍ、（２）２０Ａ’２．５ｍ（断面：外形２７．２ｍｍ，肉厚１．６５ｍｍ、長さ：２．５ｍ）、（３）１／２ｉｎｃｈ’９．２ｍ、（４）１／２ｉｎｃｈ’７．２ｍ（断面：外形１２．７ｍｍ，肉厚１．０ｍｍ、長さ：７．２ｍ）、（５）１／２ｉｎｃｈ’２．２ｍをそれぞれ使用した。Ｘｅガスの損失量は、市販のガス流量計で測定した配管出口での排ガス流量と、Ｘｅ濃度分析計６１で測定したＸｅ濃度との積を求め、Ｘｅガスの全供給量からこれを差し引いて求めた。上記の各配管を用いた場合のＳＶ値およびＬＶ値を表１に示す。
Using the experimental line of Example 1 and the supply gas, the Xe gas loss amount [scc] is measured when the Xe mixed gas starts to be recovered for 120 seconds and the recovery starts simultaneously with the supply stop. did. In addition, as piping connected to a vacuum pump exit as the
（表１）
図６は、上記各配管を使用した場合のＳＶ値に対するＸｅガスの損失量を表す。２８００[ｓｃｃ]のＸｅガス供給に対し、ＳＶ値が０．４[ｍｉｎ-1]の（１）の比較例２の場合はそのほぼ全量を損失していることがわかる。これに対し、（２）〜（５）の実施例２の場合は、ＳＶ値が大きくなるほどＸｅガスの損失量を抑えられることが分かる。ＳＶ値が３[ｍｉｎ-1]以下ではＸｅガスの損失量が飛躍的に増大し、逆にこの値を超えると損失量が極めて少なく抑えられることが分かる。 FIG. 6 shows the loss amount of Xe gas with respect to the SV value when each of the above pipes is used. It can be seen that almost the entire amount is lost in the comparative example 2 of (1) with an SV value of 0.4 [min −1 ] with respect to the Xe gas supply of 2800 [scc]. On the other hand, in Example 2 of (2)-(5), it turns out that the loss amount of Xe gas is suppressed, so that SV value becomes large. It can be seen that when the SV value is 3 [min −1 ] or less, the loss amount of the Xe gas increases remarkably, and conversely, when this value is exceeded, the loss amount can be suppressed to be extremely small.
また同図より、ＳＶ値が５[ｍｉｎ-1]を超えるとＸｅガスの損失量はさらに減少し、１５[ｍｉｎ-1]を超えるとＸｅガスの損失量はほぼ無視できるレベルとなる。
ＬＶ値についても、これが１０００[ｃｍ／ｍｉｎ]を超えるとＸｅガスの損失量は大きく抑制される。またＬＶ値が３０００ [ｃｍ／ｍｉｎ]を超えるとＸｅガスの損失量はさらに減少し、目的のガスが極めて効率よく回収されることとなる。また上記の好適なＳＶ値とＬＶ値とを同時に満足する配管構造を空洞部４４として備えることにより、供給されたガスの切り分けが極めて効率よく行われる。
Further, from the figure, when the SV value exceeds 5 [min −1 ], the loss amount of the Xe gas further decreases, and when it exceeds 15 [min −1 ], the loss amount of the Xe gas becomes almost negligible.
As for the LV value, if it exceeds 1000 [cm / min], the loss of Xe gas is greatly suppressed. When the LV value exceeds 3000 [cm / min], the loss amount of the Xe gas is further reduced, and the target gas is recovered extremely efficiently. In addition, by providing the
実施例２（５）と空洞部４４と同一の配管を用い、さらに該配管の出口に排ガスの切り分けを行う切換弁を設置して排ガスの切り分け評価を行った。Ｘｅガスの供給は実施例２と同様とした。切換弁には二連三方弁４６を用いた。具体的な実験ラインを図７に示す。本実施例では、ガス反応装置に相当するダミーチャンバ１２よりＸｅ混合ガスを導入し、その間は二連三方弁４６のうち、処理ライン７０側の出口を開放しておく。また、排気ライン７１の出口にはＸｅ濃度分析計６１を接続しておく。この状態で、Ｘｅ混合ガスの供給を停止すると同時に、または停止から所定の切換補正時間が経過した瞬間に、二連三方弁４６の出口を処理ライン７０から排気ライン７１に切り換えた場合の、排気ライン７１の出口で検出されるＸｅガスの量の測定した。
The same piping as that of Example 2 (5) and the
図８は、ＳＶ値１５．９[ｍｉｎ-1] の実験ラインにおいて、切換補正時間を０秒、１０秒、２６秒とした場合のＸｅガスの損失量[ｓｃｃ]を表している。ただし、Ｘｅ混合ガスは１分間（実線）または２分間（点線）にわたって供給した。この結果、切換補正時間を設けない場合は１２０[ｓｃｃ]程度のガス損失が生じていたところ、切換補正時間を１０秒設けることでＸｅガスの損失量を１／３乃至１／４まで少なくすることができ、同じく２６秒とすることでガス損失量をほぼゼロとすることができた。以上より、所定以上のＳＶ値をとることで良好なガス回収を可能とする実施例２の配管構成において、切換補正時間の概念を導入することで目的のガスをタイムリーに切り分け、さらに効率よくこれを回収することができる。
なお、ＳＶ値の高低によらず、切換補正時間を設けることで目的ガスの回収効率を高めることが可能であるが、高いＳＶ値の配管構成である場合ほど、短い切換補正時間で効率よく回収することができる。
FIG. 8 shows the loss amount [scc] of the Xe gas when the switching correction time is set to 0 seconds, 10 seconds, and 26 seconds in the experimental line having the SV value of 15.9 [min −1 ]. However, the Xe mixed gas was supplied for 1 minute (solid line) or 2 minutes (dotted line). As a result, when the switching correction time is not provided, a gas loss of about 120 [scc] has occurred, but by providing the switching correction time for 10 seconds, the Xe gas loss amount is reduced to 1/3 to 1/4. The amount of gas loss could be reduced to almost zero by setting the time to 26 seconds. From the above, in the piping configuration of Example 2 that enables good gas recovery by taking an SV value greater than or equal to the predetermined value, the target gas is timely separated by introducing the concept of switching correction time, and more efficiently. This can be recovered.
It should be noted that the recovery efficiency of the target gas can be increased by providing the switching correction time regardless of the SV value, but the higher the SV value, the more efficient the recovery with a shorter switching correction time. can do.
ここで、本発明のガス使用設備および排ガスの切り分け方法をさらに効率化するためのパラメータとして、平均通過空洞数を、下式（３）で定義する。 Here, the average number of passing cavities is defined by the following equation (3) as a parameter for further improving the efficiency of the gas use facility and the exhaust gas separation method of the present invention.
（数３）
平均通過空洞数[無次元数]＝ＳＶ値[ｍｉｎ-1]×排ガスの平均切換時間[ｍｉｎ] ・・・（３）
(Equation 3)
Average number of passing cavities [dimensionless number] = SV value [min −1 ] × average exhaust gas switching time [min] (3)
上式（３）において、排ガスの平均切換時間とは、排ガスの流路を処理ライン７０と排気ライン７１に交互に切り換える時間間隔の平均をいうものとする。本発明にかかるガス使用設備では、切換弁を操作することにより、ガス反応装置から排出される排ガスを、そのガス成分、濃度、圧力または流量等のパラメータに応じて、処理ラインに送るガスと排気ラインに送るガスとに所定のタイミングで切り分けるものであるところ、かかる流路の切換操作をいかに高い頻度で行うかを、排ガスの平均通過空洞数によって表現する。
In the above equation (3), the average exhaust gas switching time refers to the average of time intervals at which the exhaust gas flow path is alternately switched between the
したがって空洞部の内容積と、単位時間当たりの排ガス流量が一定の場合、ＳＶ値は一定であるが、ガス成分等のパラメータが短時間で切り換わり、切換弁の開閉を頻繁に行って排ガスを細かく切り分ける場合、平均通過空洞数は小さくなる。本発明において、ＳＶ値は排ガスが単位時間あたりに空洞部内容積の何倍だけ供給されるかを表すパラメータであるのに対し、平均通過空洞数は、成分等が周期的に変動する排ガスが、その１サイクルあたりに空洞部内容積の何倍だけ供給されるかを表すパラメータといえる。 Therefore, when the internal volume of the cavity and the exhaust gas flow rate per unit time are constant, the SV value is constant, but the parameters such as gas components are switched in a short time, and the switching valve is frequently opened and closed to exhaust the exhaust gas. When finely dividing, the average number of passing cavities becomes small. In the present invention, the SV value is a parameter indicating how many times the volume of the cavity is supplied per unit time, whereas the average number of passing cavities is the number of exhaust gases whose components etc. periodically change. It can be said that this parameter represents how many times the volume of the cavity is supplied per cycle.
本発明にかかるガス使用設備においては、平均通過空洞数が６以上、好ましくは１０以上、さらに好ましくは３０以上であることが、間欠的に供給される排ガスの切り分け精度を高め、回収効率を高くする観点から好適である。平均通過空洞数を大きくするためには、ＳＶ値または排ガスの平均切換時間を大きくすることが必要である。なお、排ガスの供給サイクルが長く、ガス成分や濃度等のパラメータの変動間隔が長く、切換弁による流路の切り換え頻度が低い場合、排ガスの平均切換時間が大きくなる。 In the gas use facility according to the present invention, the average number of passing cavities is 6 or more, preferably 10 or more, more preferably 30 or more, which improves the separation accuracy of the intermittently supplied exhaust gas and increases the recovery efficiency. It is suitable from a viewpoint to do. In order to increase the average number of passing cavities, it is necessary to increase the SV value or the average switching time of the exhaust gas. When the exhaust gas supply cycle is long, the fluctuation interval of parameters such as gas components and concentration is long, and the frequency of switching the flow path by the switching valve is low, the average exhaust gas switching time becomes long.
平均通過空洞数は、排ガスの平均切換時間のほか、排ガスの流量、真空ポンプの仕様、切換弁の仕様、あるいは真空ポンプと切換弁とを接続する配管の仕様や切換弁の設置位置などの配管構造の特性に応じて、適切な値を選択または調整することができる。 The average number of passage cavities is the average exhaust gas switching time, as well as the exhaust gas flow rate, vacuum pump specifications, switching valve specifications, piping specifications connecting the vacuum pump and switching valve, and switching valve installation positions, etc. Appropriate values can be selected or adjusted depending on the characteristics of the structure.
実施例１で用いた実験ラインにおいて、空洞部４４として１／２ｉｎｃｈ’１２．５ｃｍ（断面：外形１２．７ｍｍ，肉厚１．０ｍｍ、長さ：１２．５ｃｍ）の配管を用いて同様のガス供給実験を行った。ガス供給は実施例１と同様に、Ｘｅガス７０％を添加した２０００[ｓｃｃｍ]のＸｅ混合ガスを、２６秒間の待機時間をおいて、１２０秒間にわたり３回供給することで行った。この間、真空ポンプパージ用ＡｒガスはＸｅ混合ガスの供給に関わらず、常時１５００[ｓｃｃｍ]の一定量を流し、それぞれのガスの全圧は１００[Ｐａ]オーダーとした。配管出口におけるＸｅガス流量の経時変化を図９のグラフＧに示す。本実施例におけるＳＶ値は３１０[ｍｉｎ-1]、ＬＶ値は３９００[ｃｍ／ｍｉｎ]であった。また排ガスの平均切換時間に相当する代表時間として、Ｘｅガスの供給間隔である１４６秒を用いて求めた平均通過空洞数は７６０であった。
In the experimental line used in Example 1, the same gas was used using a pipe of 1/2 inch'12.5 cm (cross section: outer shape 12.7 mm, wall thickness 1.0 mm, length: 12.5 cm) as the
また実施例４と同一の実験ライン、配管および供給ガスを用い、Ｘｅ混合ガスの供給時間を各１６秒、待機時間を各６秒として間欠的に３回供給した。配管出口におけるＸｅガス流量の経時変化を図１０のグラフＨに示す。本実施例におけるＳＶ値およびＬＶ値は実施例２と同一である。また排ガスの平均切換時間に相当する代表時間としてＸｅガスの供給間隔である２２秒を用いると平均通過空洞数は１２０であった。 Further, using the same experimental line, piping and supply gas as in Example 4, the Xe mixed gas was supplied three times intermittently with a supply time of 16 seconds each and a standby time of 6 seconds each. A change with time of the Xe gas flow rate at the pipe outlet is shown in graph H of FIG. The SV value and the LV value in this embodiment are the same as those in the second embodiment. Further, when the Xe gas supply interval of 22 seconds was used as a representative time corresponding to the average exhaust gas switching time, the average number of passing cavities was 120.
図９と図１０を比較すると、いずれの実施例においても、矩形波状のＸｅガス供給に追随して、周期的に３つの明確なピークをもつＸｅガスの出力流量が得られていることから、間欠的に３回供給されたガスが互いに混じり合うことなく、または混じり合う比率を抑えて、排ガスの回収が極めて効率的に行われたことが分かる。ただし実施例４では、実施例５と比較して平均通過空洞数が約６倍と高いことから、これらのＳＶ値は同等であるものの、実施例４ではＸｅガスの回収率がさらに高められている。これは、実施例４ではＸｅ混合ガスの供給サイクル時間が長く、平均切換時間が大きいため、実施例５に比べ、供給されたＸｅガスが配管出口に至るまでの時間遅れの影響がより小さくなるからである。以上より、平均通過空洞数が大きくなるような配管構成やガス供給を行うことにより、本発明のガス使用設備および排ガスの切り分け方法では、排ガスの切り分けおよび回収の効率を高めることができるものといえる。 Comparing FIG. 9 and FIG. 10, in any of the examples, the output flow rate of the Xe gas having three distinct peaks periodically is obtained following the supply of the rectangular wave Xe gas. It can be seen that the exhaust gas was recovered very efficiently without the gases supplied intermittently three times being mixed with each other or with the mixing ratio being suppressed. However, in Example 4, since the average number of passing cavities is about 6 times higher than in Example 5, these SV values are equivalent, but in Example 4, the recovery rate of Xe gas is further increased. Yes. This is because, in Example 4, the supply cycle time of the Xe mixed gas is long and the average switching time is long, so that the influence of the time delay until the supplied Xe gas reaches the pipe outlet is smaller than in Example 5. Because. From the above, it can be said that the efficiency of the exhaust gas separation and recovery can be improved in the gas use facility and the exhaust gas separation method of the present invention by performing the piping configuration and the gas supply so as to increase the average number of passage cavities. .
図１１は、実施例２の結果について、縦軸にＸｅガスの損失量[ｓｃｃ]を、横軸に平均通過空洞数をとったものである。同図より、平均通過空洞数が大きくなるほどＸｅガスの損失量を抑えられることがわかる。特に、切換補正時間を設けることなく、Ｘｅガスの供給と回収のタイミングを一致させた場合であっても、平均通過空洞数が６を超えると供給ガス量の６５％以上を回収し、同じく１０を超えると７０％以上を回収することができる。さらに、平均通過空洞数が３０を超えると供給ガス量の９０％以上を回収することが可能であり特に好適である。また平均通過空洞数のかかる好適条件と、ＳＶ値やＬＶ値の好適条件とが同時に満足される配管構造を備えることで、本発明にかかるガス使用設備および排ガスの切り分け方法による排ガスの処理効果をさらに高めることができる。 FIG. 11 shows the results of Example 2 with the Xe gas loss amount [scc] on the vertical axis and the average number of passing cavities on the horizontal axis. It can be seen from the figure that the amount of loss of Xe gas can be suppressed as the average number of passing cavities increases. In particular, even when the Xe gas supply and recovery timings are matched without providing a switching correction time, when the average number of passing cavities exceeds 6, 65% or more of the supply gas amount is recovered, If it exceeds, 70% or more can be recovered. Furthermore, when the average number of passing cavities exceeds 30, it is particularly preferable that 90% or more of the supply gas amount can be recovered. In addition, by providing a piping structure that satisfies the preferable conditions for the average number of passing cavities and the preferable conditions for the SV value and the LV value at the same time, the exhaust gas treatment effect by the gas use facility and the exhaust gas separation method according to the present invention is achieved. It can be further increased.
本発明にかかるガス使用設備および排ガスの切り分け方法によれば、ガス反応装置、排ガスの種類、または運転環境などの条件によらず、少ない台数の真空ポンプによって排ガス流路の切り換えを可能とするため、半導体製造装置のプロセスチャンバ、内燃機関、化学反応装置、印刷・塗装または乾燥装置などに限らず様々な分野において省コスト、省スペースかつ効率的な排ガス処理システムを構築することができる。 According to the gas use facility and the exhaust gas separation method according to the present invention, the exhaust gas flow path can be switched by a small number of vacuum pumps regardless of conditions such as the gas reactor, the type of exhaust gas, or the operating environment. Further, it is possible to construct a cost-saving, space-saving and efficient exhaust gas treatment system in various fields, not limited to a process chamber of a semiconductor manufacturing apparatus, an internal combustion engine, a chemical reaction device, a printing / painting or drying device.
特に、半導体製造装置では、ガスの供給や排気のほか、様々な工程を実現する製造ラインを一切止めることなく連続稼動させることが求められる。また半導体製造装置では、不安定で反応性に富み、人体にも有害な特殊ガスを、１５０種類を超えて使用する場合があるほか、プロセスガスとしてクリプトン（Ｋｒ）やキセノン（Ｘｅ）など、大気中に１ｐｐｍまたはそれ以下のオーダーでしか存在しない希少な希ガス類を大量に使用することが特徴である。またプロセスや装置ごとに使用されるガスの種類や量、ガス供給のサイクル時間や回数は異なることから、排出されるガスを効率的に除害または回収するためには、流路をタイムリーに切り換えてガスの送り先を換える必要がある。以上より、本発明のガス使用設備を用いて、半導体製造装置からの排ガスを確実に切り分けて除害または回収することは、安全やコストの観点から極めて有効といえる。 In particular, a semiconductor manufacturing apparatus is required to operate continuously without stopping a production line that realizes various processes in addition to gas supply and exhaust. In semiconductor manufacturing equipment, there are cases where more than 150 types of special gases that are unstable, reactive, and harmful to the human body are used, and atmospheric gases such as krypton (Kr) and xenon (Xe) are used as process gases. It is characterized by the use of a large amount of rare noble gases present only in the order of 1 ppm or less. In addition, since the type and amount of gas used for each process and equipment, and the cycle time and number of gas supply are different, the flow path must be timely in order to efficiently remove or recover the exhausted gas. It is necessary to switch and change the gas destination. From the above, it can be said that it is extremely effective from the viewpoint of safety and cost to reliably cut and remove or recover the exhaust gas from the semiconductor manufacturing apparatus using the gas using facility of the present invention.
１ ガス使用設備
１０、１１０ チャンバー
１１、１１１ ガス供給部
１２ ダミーチャンバ
２０、１２０ 第一真空ポンプ
３０、１３２ 第二真空ポンプ
１３１ 処理用真空ポンプ
４０、１４０ 処理用バルブ
４２、１４２ 排気用バルブ
４１、４３ 開閉装置
４４ 空洞部
４５ 分岐部
４６ 二連三方弁
５０、１５０ ガス処理部
５１、１５１ 排気装置
６０、１６０ 制御装置
６１ 濃度分析計
７０、１７０ 処理ライン
７１、１７１ 排気ライン
７２、１７２ 循環供給ライン
８０、１８０ ガス反応装置
９０、１９０ 排ガス処理装置
1
Claims (10)
前記排ガス処理装置が、
前記ガス反応装置から排出される排ガスを吸引して、これを下流側に排出する真空ポンプと、
排ガスに所定の処理を行うガス処理部と、
真空ポンプから排出される排ガスをガス処理部に導出する処理ラインと、
真空ポンプから排出される排ガスを排気する排気ラインと、
真空ポンプの下流側に設けられ、排ガスの流路を前記処理ラインと排気ラインとに切り換える切換弁と
を有することを特徴とするガス使用設備。 A gas comprising a gas reaction device operated under a reduced pressure below atmospheric pressure, an exhaust gas treatment device for treating exhaust gas discharged from the gas reaction device, and a pipe communicating the gas reaction device and the exhaust gas treatment device In the equipment used,
The exhaust gas treatment device is
A vacuum pump that sucks the exhaust gas discharged from the gas reactor and discharges it to the downstream side;
A gas processing unit for performing predetermined processing on the exhaust gas;
A treatment line for leading exhaust gas discharged from the vacuum pump to the gas treatment unit;
An exhaust line for exhausting exhaust gas discharged from the vacuum pump;
A gas use facility comprising a switching valve provided on a downstream side of a vacuum pump and switching a flow path of exhaust gas between the processing line and the exhaust line.
前記排ガスを真空ポンプで吸引して、これを下流側に排出し、該真空ポンプの下流側に設けた切換弁によって、所定の処理をされる処理ガスと、排気される排気ガスとに切り分けることを特徴とする排ガスの切り分け方法。 An exhaust gas separation method for separating exhaust gas discharged from a gas reactor operated under reduced pressure below atmospheric pressure,
The exhaust gas is sucked with a vacuum pump, discharged to the downstream side, and separated into a processing gas to be subjected to a predetermined treatment and an exhaust gas to be exhausted by a switching valve provided on the downstream side of the vacuum pump. An exhaust gas separation method characterized by the above.
The exhaust gas separation method according to claim 9, wherein the timing for separating the exhaust gas into the processing gas and the exhaust gas by the switching valve is determined in consideration of a switching correction time according to the space velocity.
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