JPH0754772A - クライオポンプの運転方法 - Google Patents

クライオポンプの運転方法

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JPH0754772A
JPH0754772A JP19982993A JP19982993A JPH0754772A JP H0754772 A JPH0754772 A JP H0754772A JP 19982993 A JP19982993 A JP 19982993A JP 19982993 A JP19982993 A JP 19982993A JP H0754772 A JPH0754772 A JP H0754772A
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JP
Japan
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cryopump
gas
inert gas
hydrogen
exhaust duct
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Pending
Application number
JP19982993A
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English (en)
Inventor
Takeshi Kikuchi
菊池  健
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Fujitsu Ltd
Fujitsu Integrated Microtechnology Ltd
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Fujitsu Ltd
Fujitsu Integrated Microtechnology Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 本発明は、クライオポンプの温度が再生時、
或いは運転時に上昇しても水素が爆発しないような安全
対策を立てた運転方法を行うことを目的とする。 【構成】 クライオポンプ1内の吸着フィン2に吸着し
た可燃ガス3が離脱する場合、可燃ガス3と希釈用の不
活性ガス4との混合気体5を形成する割合が、混合気体
5と空気との爆発限界外になるように、クライオポンプ
1内に不活性ガス4を導入するようにクライオポンプ1
を運転する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、クリーンな高真空用ポ
ンプとして最近半導体工場で多く用いられるクライオポ
ンプとその安全対策に関する。
【0002】近年のクライオポンプは、ガスの吸着量の
増大が要求され、それに伴って半導体工場で用いられる
爆発性の高いガスの吸着量も比例して増大することとな
る。そのため、これらの爆発性ガスに対する安全対策を
早急に行う必要がある。
【0003】
【従来の技術】図7は従来例の説明図である。図におい
て、1はクライオポンプ、2は吸着フィン、3は可燃ガ
ス、4は不活性ガス、5は混合気体、9はリリーフ弁、
15は高真空処理装置である。
【0004】図7にクライオポンプ1の作用説明図を示
す。クライオポンプ1の内部には多数の吸着フィン2が
層状に積み重ねられている。吸着フィン2はステンレス
等の金属板上に微細な多孔質の活性炭を接着材を用いて
厚く塗布してある。そして、活性炭は多孔質のために、
水素等の可燃ガス3を大量に吸着する。
【0005】そして2週間から1ケ月程度使用して、水
素ガス等の吸着性が低下したら、再生処理として、吸着
板2の圧縮ヘリウムによる極低温での冷却を停止し、常
温にして、吸着していた可燃ガス3を離脱させる。場合
によっては常温以上に加熱した不活性ガス4を導入し
て、吸着していた可燃ガス3を全部追い出す。
【0006】そのため、再生時には大量の水素等の可燃
ガス3が発生して、排気ダクト13内の空気中に含まれる
酸素と混合すると、水素が空気中に4〜75%の割合に
なった時には水素と酸素が急激に反応して爆発を起こし
てしまう。
【0007】従来のクライオポンプ1においては、可燃
ガス3である水素の吸着能力が6リットル程度と低いた
め、再生等のためにクライオポンプ1内の吸着フィン2
の温度が上昇しても、離脱した水素が爆発するような事
は無かった。
【0008】ところが、近年のクライオポンプ1では、
半導体処理雰囲気の高真空化の要求に対処して、水素等
可燃ガス3の爆発性気体の吸着能力を大きくするため
に、吸着フィン2の吸着面積を大きくしたり、吸着剤と
して用いる活性炭の付着量を多くしたり、活性炭を微粉
化して吸着炭そのものの吸着能力を向上する等の改善策
を講じてきた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、水素等
の爆発性気体の吸着能力が12リットル以上、場合によ
っては30リットルというのもあり、従来に比べて、2
〜5倍にも活性炭の水素吸着能力が向上したため、クラ
イオポンプの温度が上昇した場合、離脱した爆発性気体
と空気中の酸素の割合が爆発限界に入ると、急激に反応
して爆発を起こ可能性が非常に高い状況となってきた。
【0010】すなわち、従来のクライオポンプでは水素
の吸着量は6〜12リットルであったが、最近のクライ
オポンプでは12〜30リットルに達しており、水素は
空気に対して4〜75%と広い割合の範囲で爆発するの
で、離脱した水素が酸素と反応して爆発する可能性が非
常に高くなってきた。
【0011】従って、クライオポンプの温度上昇が生じ
た場合には、水素が爆発するという問題が生じてきた。
本発明は、以上の点を鑑み、クライオポンプの温度が上
昇しても水素が爆発しないような安全対策を立てた運転
方法を行うことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】図1〜図2は本発明の原
理説明図であり、図1に可燃ガス+不活性ガスの空気中
の爆発限界を示し、図2に凝縮気体の蒸気圧を示す。ま
た、図3〜図6は本発明の実施例の説明図である。
【0013】図において、1はクライオポンプ、2は吸
着フィン、3は可燃ガス、4は不活性ガス、5は混合気
体、6は空気、7は水素濃度検出器(水素センサ)、8
は温度計、9はリリーフ弁、10はコントローラ、11はバ
ルブ、12はメイン排気ダクト、13は排気ダクト,14は排
気チャンバ、15は真空処理装置、16は警報器、17は天
井、18は床面である。
【0014】前述の図7に示すようなクライオポンプ1
の冷却フィン2に吸着された水素は、液体窒素で10〜
20K(絶対温度)に冷却されており、蒸気圧は図2に
示すように1Torr以下である。また、酸素は25K以上
で離脱を始める。
【0015】また、可燃ガスの水素と希釈した不活性ガ
スの窒素の混合気体は、例えば、水素の10倍の窒素ガ
スで吸着した場合、空気と混合した時の爆発限界は図1
に示すように、40から75%の間で、それより混合ガ
スの割合が多いと酸素欠乏の状態で、またそれより混合
ガスの割合が少ないと水素欠乏の状態で、混合ガスの爆
発の危険性はなくなる。
【0016】そのため, 本発明では、図1に示すよう
に、空気に対する可燃ガス3+不活性ガス4の混合気体
5の割合を、可燃ガス3を不活性ガス4で希釈すること
によって、空気に対する混合気体5の爆発限界の範囲を
狭め、水素欠乏状態にして、混合気体5の爆発を防いで
いる。
【0017】上記のような、水素ガスの爆発防止のため
に不活性ガス4である例えば窒素を可燃ガス3である水
素の希釈用に用いるクライオポンプ1の安全対策の運転
方法として、本発明では、クライオポンプ1の温度をモ
ニタリングして、温度が上昇した場合には、窒素等の不
活性ガス4を自動的に導入して水素等の爆発性気体の濃
度を薄める方法、また、排気ダクト13のラインにも不活
性ガス4を導入して排気ライン内の爆発を防ぐ方法、或
いは、クライオポンプ1内で高濃度の水素を吸着する前
に、装置の稼働を低下させないようなサイクル運転を行
う方法、更に、水素濃度をモニター測定して、濃度が上
昇した場合には不活性ガス4を導入する方法等を実施す
る。
【0018】即ち、本発明の目的は、図1に示すよう
に、クライオポンプ1内の吸着フィン2に吸着した可燃
ガス3が離脱する場合、クライオポンプ1内の可燃ガス
3と希釈用の不活性ガス4との混合気体5を形成する割
合が、混合気体5とメイン排気ダクト12内の空気6との
爆発限界外になるように、クライオポンプ1内に不活性
ガス4を導入することにより、図3に示すように、クラ
イオポンプ1内の吸着フィン2の温度を常時モニタリン
グして、吸着フィン2の温度が設定範囲限界を超えた場
合には、クライオポンプ1内に不活性ガス4を導入する
ことにより、図4に示すように、クライオポンプ1の吸
着フィン2に吸着した可燃ガス3を再生処理により離脱
する場合には、クライオポンプ1からの排気ダクト13内
へも、不活性ガス4を導入することにより、図5に示す
ように、クライオポンプ1を用いた高真空処理装置15の
排気ダクト13内に水素濃度検出器7を設け、排気ダクト
13内の可燃ガス3の濃度が許容限界値を越した場合に
は、排気ダクト13内に不活性ガス4を導入することによ
り、図6に示すように、複数のクライオポンプ1を用い
る高真空処理装置15において、予備のクライオポンプ1
を併用し、順次再生処理を行うサイクル運転を行うこと
により達成される。
【0019】
【作用】本発明では、前述のように、自動的に不活性ガ
スを排気系統に導入する等の種々の方法で水素ガスを希
釈して混合気体の爆発限界内に達する濃度から遠ざける
ため、水素が空気と反応して爆発する可能性を著しく低
減出来る。
【0020】また、吸着板への水素吸着を低減するよう
なサイクル運転を常時行って、水素の爆発の可能性を低
くしている。
【0021】
【実施例】図3〜6は本発明の原理説明図兼第一から第
四の実施例の説明図である。図において、図において、
1はクライオポンプ、2は吸着フィン、3は可燃ガス、
4は不活性ガス、5は混合気体、6は空気、7は水素濃
度検出器、8は温度計、9はリリーフ弁、10はコントロ
ーラ、11はバルブ、12はメイン排気ダクト、13は排気ダ
クト、14は排気チャンバ、15は高真空処理装置、16は警
報器、17は天井、18は床面である。
【0022】図3に本発明の第一の実施例を示す。第一
の実施例では、温度計8を用いて、クライオポンプ1内
の吸着フィン2の温度を常時モニタリングして、運転
中、吸着フィン2の温度が設定範囲限界を超えた異常時
の場合、或いは、再生時の吸着フィン2の冷却を停止し
ている場合には、温度計8で感知して、連動するコント
ローラ10で判断し、バルブ駆動信号を発信してバルブ11
を開き、窒素等の不活性ガス4をクライオポンプ1内に
送って、可燃ガス3を不活性ガス4で希釈してより水素
欠乏領域に移行させる。
【0023】図4に本発明の第二の実施例を示す。図4
に示すように、クライオポンプ1の吸着フィン2に吸着
した水素等の可燃ガス3を再生処理により離脱させる場
合には、吸着した可燃ガス3の量が多くなり、排気ダク
ト13内にも大量の可燃ガス3が流出して、メイン排気ダ
クト12からの空気6中の酸素と爆発限界の濃度割合にな
る恐れがあるため、排気ダクト13内の数箇所から窒素等
の不活性ガス4を直接に導入して窒素と水素の混合気体
5が空気6中の酸素と爆発を起こさないようにする。
【0024】図5に本発明の第三の実施例を示す。図5
に示すように、クライオポンプ1を用いた高真空処理装
置15の排気ダクト13内に水素濃度検出器7を設け、排気
ダクト13内の可燃ガス3の濃度が許容限界値を越した場
合には、警報器16により警報を発し、自動、或いは手動
でバルブ11を開き、排気ダクト13内に窒素等の不活性ガ
ス4を導入して、可燃ガス3を不活性ガス4で希釈す
る。
【0025】図6に本発明の第四の実施例を示す。クラ
イオポンプ1を用いた高真空処理装置15としてのII装
置のメインチャンバに従来は3台の既存のクライオホン
プ1aを使用していた場合、本発明では、図6(a)に示
すように、更に予備の4台目のクライオポンプ1bを追加
して取り付け、II装置のメインチャンバ7の運転時に
は、常時、何れかの3台のクライオポンプ1を運転して
高真空排気を行い、その間に残りの1台のクライオポン
プ1の吸着フィンの再生を、例えば8時間かけて行う。
【0026】そして、例えば、図6(b)に示すよう
に、一週間おきに次々と再生する場合には、次の1台が
再生する必要が生じる1週間後まで待機(スタンバイ)
させておく。
【0027】このようにして、4台のクライオポンプ1
の内、1台は常にスタンバイさせてその間に、再生処理
を行い、クライオポンプ1内の吸着フィン2の液体ヘリ
ウムによる冷却を停止し、吸着フィン2から水素ガスを
全て離脱させるが、常時、クライオポンプを交代で再生
しているため、これにより離脱した水素の濃度は許容限
界以下の濃度にしかならない。
【0028】実施例では可燃ガス3として水素を、また
不活性ガス4として窒素を用いた例を示したが、可燃ガ
ス3を希釈する不活性ガス4としては勿論炭酸ガスやア
ルゴンガス等を用いることも出来る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各種の方法でクライオポンプから離脱した水素と空気中
の酸素の比率を爆発限界濃度以下に抑えることが可能と
なり、クライオポンプ運転時、或いは再生時の装置内、
或いは排気ダクト内の混合気体の爆発を予防出来るた
め、高真空処理装置を用いた半導体プロセスの安全確保
に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 可燃ガス+不活性ガスの空気中の爆発限界
【図2】 凝縮気体の蒸気圧
【図3】 本発明の第一の実施例の説明図
【図4】 本発明の第二の実施例の説明図
【図5】 本発明の第三の実施例の説明図
【図6】 本発明の第四の実施例の説明図
【図7】 従来例の説明図
【符号の説明】
1 クライオポンプ 2 吸着フィン 3 可燃ガス 4 不活性ガス 5 混合気体 6 空気 7 水素濃度検出器 8 温度計 9 リリーフ弁 10 コントローラ 11 バルブ 12 メイン排気ダクト 13 排気ダクト 14 排気チャンバ 15 高真空処理装置 16 警報器 17 天井 18 床面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クライオポンプ(1) 内の吸着フィン(2)
    に吸着した可燃ガス(3) が離脱する場合、該クライオポ
    ンプ(1) 内の該可燃ガス(3) と希釈用の不活性ガス(4)
    との混合気体(5) を形成する割合が、該混合気体(5) と
    メイン排気ダクト(12)中の空気(6) との爆発限界外にな
    るように、該クライオポンプ(1) 内に該不活性ガス(4)
    を導入することを特徴とするクライオポンプの運転方
    法。
  2. 【請求項2】 前記クライオポンプ(1) 内の前記吸着フ
    ィン(2) の温度を常時モニタリングして、該吸着フィン
    (2) の温度が設定範囲の限度を超えた場合には、該クラ
    イオポンプ(1) 内に前記不活性ガス(4) を導入すること
    を特徴とする請求項1記載のクライオポンプの運転方
    法。
  3. 【請求項3】 前記クライオポンプ(1) の前記吸着フィ
    ン(2) に吸着した前記可燃ガス(3) を再生処理により脱
    着する場合には、該クライオポンプ(1) に接続された排
    気ダクト(6) 内にも、前記不活性ガス(4) を導入するこ
    とを特徴とする請求項1、又は、2記載のクライオポン
    プの運転方法。
  4. 【請求項4】 前記クライオポンプ(1) を用いた高真空
    処理装置(15)の前記排気ダクト(6) 内に水素濃度検出器
    (7) を設けて、該排気ダクト(6) 内の前記可燃ガス(3)
    の濃度が許容限界値を越した場合には、該排気ダクト内
    (6) 内に前記不活性ガス(4) を導入することを特徴とす
    る請求項1、又は、2、又は3記載のクライオポンプの
    運転方法。
  5. 【請求項5】 複数のクライオポンプ(1) を用いる高真
    空処理装置(15)において、予備のクライオポンプ(1) を
    併用し、順次再生処理を行うサイクル運転を行うことを
    特徴とする請求項1記載のクライオポンプの運転方法。
JP19982993A 1993-08-12 1993-08-12 クライオポンプの運転方法 Pending JPH0754772A (ja)

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JP (1) JPH0754772A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103291585A (zh) * 2012-03-01 2013-09-11 住友重机械工业株式会社 低温泵及其再生方法
JP2019137597A (ja) * 2018-02-14 2019-08-22 大陽日酸株式会社 水素濃縮方法及び装置

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CN103291585A (zh) * 2012-03-01 2013-09-11 住友重机械工业株式会社 低温泵及其再生方法
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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020813