JP2009228887A - ガス供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 パージガス流路Lsと配管部Lの接続部Sを有し、該配管部Lの一部として、容器バルブ1aとの接合部Soと、接合部Soと容器バルブ1aの中間に設けられた第1バイパス流路B1と、接続部Sとプロセス装置2の中間に設けられた第2バイパス流路B2を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
(i)上記のような配管内の残留ガスのパージ方法では、シリンダ101の交換時において、シリンダ元バルブ123からエアオペレートバルブ110までの1次側配管114および配管120の配管内を全てパージし、新しいシリンダ101に収容されたガス122で置換する必要があり、充填容器や配管の設置場所などの条件について制約されることが多い製造プロセスにおいては配管内の置換すべき容量が大きくなることがあり、貴重な高純度ガスが製造プロセスに使用されずに排気されるという課題があった。
(ii)また、残留するガスを高い効率でパージするために真空発生器を用いることから、ガス供給システムが大掛かりとなるとともに、ガスの供給流路の圧力が大きく変動し、高純度ガスの供給においては、その供給精度を維持することが難しく、ガス分析システムにおいては、分析精度を維持することが難しい。
(iii)一方、出荷前の分析操作において、分析の対象となる高純度ガスの給送中に不純物が混入すると、結果的に充填ガスの純度自体に影響することとなることから、充填容器から分析装置への導入流路には、不純物の存在は許されない。特に、充填容器との接続部には、常に清浄ガスによるパージが不可欠であるとともに、分析時においては、かかるパージガスの混入も許されない。
(iv)さらに、上記のように半導体製造プロセスに用いられる高純度ガスは、毒性や腐食性あるいは反応性の高いガスが多く、排ガス処理が不可欠であり、特殊な排ガス処理を必要とする場合も多い。従って、次工程の排ガス処理装置の負荷低減のため、パージされた特殊材料ガス量の一層の低減が求められていた。
(v)また、半導体製造プロセスなどにおいては、複数種あるいは複数量の高純度ガスの充填容器からのガスの供給や分析を行うことから、現場でのガス供給システム全体としての各流路の操作状況を把握する必要があり、こうした管理システムが求められていた。
前記配管部の一部として、前記容器バルブとの接合部と、該接合部と容器バルブの中間に設けられた第1バイパス流路と、前記接続部とプロセス装置の中間に設けられた第2バイパス流路を有することを特徴とする。
(1)前記容器バルブへの配管部の取付け準備操作として、
前記パージガス供給装置から配管部にパージガスを供給し、前記第1バイパス流路にパージガスを給送するとともに、前記接合部から排出されるパージガス流量を設定する
(2)前記容器バルブへの配管部の取付け操作として、
前記操作(1)を維持し、前記接合部からパージガスが排出される状態で、前記接合部を容器バルブに取付け、所定時間容器バルブをパージした後に接合する
プロセス装置への高純度ガスの供給操作として、少なくとも、
(3)プロセス装置への高純度ガスの供給準備操作として、
前記容器バルブを開とし、前記第1バイパス流路のみに高純度ガスを給送した後、第1バイパス流路および前記第2バイパス流路に高純度ガスを給送する。その後、第1バイパス流路のみへの給送に切替えた後、再度第1バイパス流路および第2バイパス流路に給送する。これを、予め設定された回数繰り返し行う
(4)プロセス装置への高純度ガスの供給操作として、
前記操作(4)を維持した状態で、前記第2バイパス流路から切替えて前記プロセス装置に高純度ガスを給送する
ことを特徴とする。
図1は、本発明に係るガス供給システム(以下「本システム」という)の基本構成を例示する概略図である。以下、本システムが、高純度ガスが充填された充填容器1が設置され、充填容器1内の高純度ガスの純度を分析するシステムに適用された場合を想定する。充填容器1は、その上部に設けられた容器バルブ1aから内部の高純度ガスを供出する。容器バルブ1aには配管Loが接合部Soを介して接続され、さらに、配管La,配管Lb,配管Lc,配管Ld,配管Lpと連なる配管部Lを構成し、高純度ガスの供給を受ける分析装置2(「プロセス装置」に相当する)と接続される。配管Laには、流量調整弁Faが設けられる。配管LaとLbの間には第1バイパス流路B1が接続され、これに繋がる圧力調整弁R1(「圧力調整部」に相当)によって、配管LaとLbに流れるガスの一部を排出しながら所定の供給圧力に調整される。調整された圧力は、圧力計P1(「圧力検出部」に相当)によってモニタされる。配管LbとLcの間には分岐可能な接続部Sが設けられ、開閉弁Vsを介してパージガス流路Lsと接続される。配管Lcは開閉弁Vcを介して配管Ldと接続され、配管Ldは三方切替弁Vpを介して配管Lpと接続され、配管Lpは分析装置2と接続される。三方切替弁Vpの他の一方は、逆止弁F2が設けられた第2バイパス流路B2が接続される。逆止弁F2は、外部からのガスの混入を防止するとともに、絞り弁の機能を果たし、第2バイパス流路B2の圧力を安定化し、排出量を制限することができる。
(i)圧力計P3の圧力値が、圧力計P1の圧力値よりも大きい場合、配管Lcにパージガスが混入し分析装置2に給送される高純度ガスの純度を低下されるおそれがある。
(ii)圧力計P3の圧力値が、圧力計P1の圧力値よりも小さい場合、パージガス流路Lsに高純度ガスが混入するおそれがある。ただし、その差が所定の範囲内であれば、混合したガスは第3バイパス流路B3から排出されることによって、パージガス供給装置3まで影響を及ぼすことはない。所定の範囲を超えた場合には、混入した高純度ガスによってパージガス流路Lsが汚染されるおそれがある。
従って、接続部Sのパージガス流路側に開閉弁Vsを設け、圧力計P3と力計P1の圧力差が所定値を超えた場合には、開閉弁Vsを閉状態とすることによって、常に一定の条件で、パージガスと高純度ガスを絶縁しながら安定的に供給することができる。
本システムを用いたガス供給方法は、図2に例示するように、パージ操作を第1ステップとして高純度ガスを充填容器から供給することが可能な状態を形成し、高純度ガス供給操作を第2ステップによって実際にプロセス装置(分析装置)にガス供給する状態を形成する。また、本システムに対するパージ操作は、(1)配管部の取付け準備操作および(2)配管部の取付け操作から形成され、高純度ガス供給操作は、(3)供給準備操作および(4)供給操作から形成される。以下、充填容器1内の高純度ガスの純度を分析する場合を概括的に説明する。
本システムを用いたガス供給方法の第1ステップとして、容器操作等における配管部のパージ操作は、図3A(A)〜図3B(E)に例示するような流路にパージガスを給送することによって行うことができる。以下に、その具体的な手順を詳述する。
(1−1)容器バルブ1a、開閉弁Vc,VsおよびV3、三方切替弁Vpを閉とする。
(1−2)配管Loをパージガスモニタ部4に接続する。具体的には、図3A(A)に示すように、接合部Soをパーパージガスモニタ部4の取合部に接続する。
(1−3)パージガス供給装置の作動開始:パージガス供給装置3を作動し、パージガス供給部3aからのパージガスの給送を開始する。具体的には、開閉弁V3を開とし、圧力調整弁R3による圧力調整、流量調整弁F3による流量調整を行い、第3バイパス流路B3からパージガスを少量排出させることによって、パージガスの配管部Lへの供給準備を行うことができる。安定状態になったことは、圧力計P3および流量計M3によって確認することができる。例えば、高純度ガスの純度の分析用の本システムにおいては、供給圧力0.1〜0.2MPa,流量1〜2L/min程度に設定することによって、以下の操作に伴う条件変化に対応することが可能であり好適である。
(1−4)配管部へのパージガスの供給:接続部Sを介して配管部Lにパージガスを供給する。具体的には、開閉弁Vsを開とし流量調整弁Fsを調整することによって、第3バイパス流路B3からパージガスを少量排出させながら、配管Lb,La,Loを介してパージガスモニタ部4へパージガスを給送すると同時に、第1バイパス流路B1へのパージガスの給送を行うことができる。このときのパージガスの状態を、図3A(B)ドット部の流路に示す。容器バルブ1aの一端は、大気に晒された状態にあり、分析装置2(図示せず)に繋がる配管Lpは、パージガスの流路と、開閉弁Vc,配管Ldおよび三方切替弁Vpを介して完全に絶縁される。
(1−5)パージガスの圧力調整:配管部Lに給送されるパージガスの圧力調整を行う。具体的には、第1バイパス流路に設けられた圧力計P1をモニタとして、圧力調整弁R1によって調整する。例えば、本システムにおいては、0.02〜0.1MPa程度に設定することによって、以下の操作に伴う条件変化に対応することが可能であり好適である。
(1−6)パージガス流量の設定:配管Loに供給されるパージガス流量を設定する。具体的には、パージガスモニタ部4に設けられた流量計M4をモニタとして、流量調整弁Fsによって調整し配管Laに設けられた流量調整弁Faによって微調整を行う。例えば、本システムにおいては、0.5〜1L/min程度に設定することによって、以下の操作に伴う条件変化に対応することが可能であり好適である。
(2−1)上記(1−6)の状態を維持し、配管Loからパージガスが排出される状態で、接合部Soをパージガスモニタ部4から取外す。
(2−2)図3B(C)に示すように、容器バルブ1aに、接合部Soとの間からパージガスが排出される状態で、接合部Soを取り付ける。
(2−3)上記(2−2)の状態を所定時間(例えば1〜10sec)維持し、容器バルブ1aのパージを行う。このときのパージガスの状態を、図3B(D)ドット部の流路に示す。大気に晒された状態にあった容器バルブ1aの一端は、パージガスが流れた状態で接続されることによって清浄化される。
(2−4)所定時間(例えば1〜10sec)経過後、容器バルブ1aに接合部Soを接合し、配管Loが充填容器1に接続された状態を形成する。このときのパージガスの状態を、図3B(E)ドット部の流路に示す。「圧力計P1の測定値<圧力計P3(図示せず)の測定値」となるので、自動的に配管Lおよび第1バイパス流路B1のパージが開始される。第1バイパス流路B1の圧力は徐々に上昇するので、滞留部から不純物が持ち出されることなく、拡散により一部が排除される。
本システムを用いたガス供給方法の第2ステップとして、容器操作等における分析装置への高純度ガスの供給操作は、図4A(A)〜図4B(E)太線部に例示するような流路に高純度ガスを給送することによって行うことができる。以下に、その具体的な手順を詳述する。
(3−1)開閉弁Vsを閉とした後、図4A(A)に示すように、容器バルブ1aを開状態とする。
(3−2)上記(3−1)の状態を所定時間(例えば1〜10sec)維持し、配管LoおよびLaを介して、第1バイパス流路B1に高純度ガスを給送する。これによって、配管LoおよびLa内のパージガスは、第1バイパス流路B1から排出される。このときの配管部Lにおける圧力および第1バイパス流路B1への排出流量は、上記(1−5)および(1−6)と同様の条件となる。また、このときの高純度ガスの状態を、図4A(B)ドット部の流路に示す。配管Laおよび第1バイパス流路B1のパージガスが、高純度ガスに置換され、排出される。容器バルブ1a内の残留ガスも、同様に排出される。
(3−3)上記(3−2)の状態を所定時間(例えば1〜10sec)維持した後、開閉弁Vcを開状態とする。
(3−4)上記(3−3)の状態を所定時間(例えば1〜10sec)維持し、配管LbおよびLcを介して、第2バイパス流路B2に高純度ガスを給送する。つまり、第1バイパス流路B1および第2バイパス流路B2に高純度ガスが給送される。これによって、配管Lb内に残留していたパージガスは、第2バイパス流路B2から排出される。このときの配管部Lにおける圧力は、上記(1−5)と同様の条件となり、第2バイパス流路B2への排出流量は、容器バルブ1aおよび逆止弁F2の絞り機能によって調整される。例えば、本システムにおいては、上記(1−6)と同様0.5〜1L/min程度に設定することが好適である。このときの高純度ガスの状態を、図4A(C)ドット部の流路に示す。配管Lb〜Ldおよび第2バイパス流路B2に残留するガスが、高純度ガスに置換され、排出される。
(3−5)上記操作(3−2)〜(3−4)を、予め設定された回数(例えば、数〜10数回)繰返し行う。これによって、容器バルブ1aから配管Lo〜Lcまでの配管部Lおよび第1バイパス流路B1,B2の圧力上昇と下降が繰り返され、高純度ガスによるパージを行うことができる。
(4−1)前記操作(3−5)を維持した状態で、三方切替弁Vpを作動させる。
(4−2)第2バイパス流路B2に給送されていた高純度ガスが、配管Lpを介して分析装置2(図示せず)に給送されることによって、高純度ガス中の不純物の濃度を測定し、その純度を分析することができる。このときの高純度ガスの状態を、図4B(D)ドット部の流路に示す。三方切替弁Vpから高純度ガスが導入され、不純物をほとんど含まない高純度ガスが配管Lpから分析計2a及び2b(図示せず)に給送される。
上記操作の間、分析装置2に対して校正用ガス流路Ltを介して、校正用ガスとしてパージガスを供給することができる。具体的には、図4B(E)に示すように、三方切替弁VuをOFFとして第4バイパス流路B4に接続した状態で、開閉弁Vtを開/閉させることによって校正用ガス流路Ltをパージした後、開閉弁Vtを開とし、三方切替弁Vuを作動させることによって、配管Lpを介して分析装置2にパージガスを供給することができる。これによって、分析計2aおよび2bの校正を行い、精度の高い高純度ガスの分析に備えることができる。
図6は、本発明に係るガス供給システムの他の構成例(第2構成例)を示す概略図である。第2構成例は、基本は本システムと同様の構成であるが、配管部が複数配設され(L1,L2,・・)、1つの分析装置2に接続される構成によって、複数の充填容器(11,12,・・、図6では1つの充填容器11)を接続して分析することができるとともに、パージ操作と高純度ガスの供給操作を並行して行うことができることから、操作効率の高いガス供給システムを構成することができる点において優れている。
図7(A)および(B)は、本システムを構成するプロセス制御部(以下「本制御部」という)の機能を例示する。本制御部は、1つに、配管部およびパージガス配管部の各流路に存在するガス種・圧力・流量を表示・操作する機能を有する。図7(A)に示すように、複数(6つ)のガス供給系を有するガス供給システムにおいて、複数の配管部に供給されるパージガスと高純度ガスの条件は時々刻々変化するため、これらを正確に把握することが要求される。本制御部は、こうした輻輳する配管部およびパージガス配管部の各流路に存在するガス種等を表示・操作することによって、可視的に把握することができ、確実に操作を行い、ミスを低減することができる。具体的には、本システムを全自動で動作させ、特定の充填容器の高純度ガスの分析に際しては、配管Loの接続、容器バルブ1aの開動作および分析操作のための情報を入力すれば、上記操作(1)〜(4)および分析結果の記録や保存まで完全に自動で行われる。
1a 容器バルブ
2 分析装置(プロセス装置)
2a,2b 分析計
3 パージガス供給装置
3a パージガス供給部
4 パージガスモニタ部
B1〜B4 バイパス流路
Fa、Fu,F3 流量調整弁(流量調整部)
L,L1,L2 配管部
La〜Ld,Lo,Lp 配管
Ls パージガス流路
Lt 校正用ガス流路
M3 流量計
P1,P3 圧力計(圧力検出部)
R1,R3 圧力調整弁(圧力調整部)
S 接続部
So 接合部
Va,Vc,Vs,Vt,V3 開閉弁
Vp,Vu 三方切替弁
Claims (5)
- 容器バルブが配設された高純度ガスの充填容器と、該充填容器から高純度ガスの供給を受けるプロセス装置と、該プロセス装置と容器バルブを接続する配管部と、該配管部に設けられた圧力調整部および圧力検出部と、前記配管部にパージガスを供給するパージガス供給装置と、該パージガス供給装置からのパージガス流路および配管部との接続部を有するパージガス配管部と、前記各部の動作を制御管理するプロセス制御部と、を有するとともに、
前記配管部の一部として、前記容器バルブとの接合部と、該接合部と容器バルブの中間に設けられた第1バイパス流路と、前記接続部とプロセス装置の中間に設けられた第2バイパス流路を有することを特徴とするガス供給システム。 - 前記プロセス装置が分析装置を含む装置であり、前記パージガスおよび高純度ガスについて、その純度およびその経時変化を分析することを特徴とする請求項1記載のガス供給システム。
- 前記配管部のパージ操作において、少なくとも、
(1)前記容器バルブへの配管部の取付け準備操作として、
前記パージガス供給装置から配管部にパージガスを供給し、前記第1バイパス流路にパージガスを給送するとともに、前記接合部から排出されるパージガス流量を設定する
(2)前記容器バルブへの配管部の取付け操作として、
前記操作(1)を維持し、前記接合部からパージガスが排出される状態で、前記接合部を容器バルブに取付け、所定時間容器バルブをパージした後に接合する
とともに、プロセス装置への高純度ガスの供給操作として、少なくとも、
(3)プロセス装置への高純度ガスの供給準備操作として、
前記容器バルブを開とし、前記第1バイパス流路のみに高純度ガスを給送した後、第1バイパス流路および前記第2バイパス流路に高純度ガスを給送する。その後、第1バイパス流路のみへの給送に切替えた後、再度第1バイパス流路および第2バイパス流路に給送する。これを、予め設定された回数繰り返し行う
(4)プロセス装置への高純度ガスの供給操作として、
前記操作(4)を維持した状態で、前記第2バイパス流路から切替えて前記プロセス装置に高純度ガスを給送する
ことを特徴とする請求項1または2記載のガス供給システム。 - 前記接続部のパージガス流路側に開閉弁を設けるとともに、該開閉弁の開閉を前記圧力検出部の出力あるいは前記配管部とパージガス流路の圧力差によって設定し、設定圧力に対する所定範囲を超える変化が生じた場合に自動的に閉状態とすることを特徴とする請求項3記載のガス供給システム。
- 前記プロセス制御部が、前記配管部およびパージガス配管部の各流路に存在するガス種・圧力・流量を表示・操作する機能を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のガス供給システム。
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