(57)【要約】  気体再循環路を備える装置（１０）は、再循環チャネル（２０）によって接続されたミニエンバイロメントチャンバ（１４）、ガスポンプ（１６）、フィルタアセンブリ（２２）を有する。装置は更に、気体再循環路に空気を供給するために設けられ、周囲空気に開口する給気管入口（１８ａ）および気体再循環路に開口する給気管出口（１８ｂ）を有する給気管（１８）を備える。使用時には、ミニエンバイロメントチャンバ圧力（Ｐｍｅ）は、周囲圧力（Ｐam）よりも高く維持される。再循環チャネル（２０）は、スロート部（３０）として実装された実質的に摩擦のない再循環制限部を有する。スロート部の狭い部分を形成するスロート部の下流側端部では、使用時に静圧が周囲圧力より低くなっている。給気管出口は、スロート部の下流側端部（３０ａ）で開口している。
2021504658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体再循環路を備える装置（１０）であって、
チャンバ入口（２４）およびチャンバ出口（２６）を有するミニエンバイロメントチャンバ（１４）と、
前記チャンバ出口（２６）と前記チャンバ入口（２４）とを接続する再循環チャネル（２０）と、
ポンプ吐出口およびポンプ吸入口を有し、前記再循環チャネルに配置される気体ポンプ（１６）と、
前記ポンプ（１６）の下流と前記ミニエンバイロメントチャンバ入口（２４）の上流との間における前記再循環チャネルに配置されたフィルタアセンブリ（２２）と、を備え、
前記装置は更に、
前記ミニエンバイロメントチャンバ（１４）の圧力（Ｐme）を制限するように構成および配置された圧力解放手段（２８）と、
前記気体再循環路に空気を供給するために設けられ、周囲空気に開口する給気管入口（１８ａ）および前記気体再循環路に開口する給気管出口（１８ｂ）を有する給気管（１８）と、を備え、
使用時には、前記気体ポンプ（１６）は、前記ポンプ吐出口からの気体を、前記フィルタアセンブリ、前記チャンバ入口、前記ミニエンバイロメントチャンバおよび前記チャンバ出口を通り前記ポンプ吸入口に戻るように循環させて、前記ミニエンバイロメントチャンバ（１４）内の前記圧力（Ｐme）を周囲圧力（Ｐam）よりも高く保ち、
前記再循環チャネル（２０）は、前記再循環チャネル（２０）内のスロート部（３０）として実装される再循環制限部を有することを特徴とし、
前記スロート部（３０）は、前記再循環チャネル（２０）の前記スロート部（３０）の上流直ぐに位置する部分の断面積よりも小さい断面積を有する流路を画定しており、
前記スロート部（３０）の下流側端部（３０ａ）は、前記スロート部（３０）の最小断面積を画定しており、
前記スロート部（３０）は前記ポンプ吸入口を画定しており、
前記給気管出口は、前記スロート部の最小断面積を画定している前記スロート部の前記下流側端部（３０ａ）においてまたは前記下流側端部（３０ａ）のわずかに下流側において開口している、装置。
【請求項２】
前記スロート部（３０）は、中心軸に円対称である円錐台形状の内面を有してもよく、  前記給気管（１８）の下流部分は前記中心軸に沿って延在し前記スロート部（３０）の下流側端部（３０ａ）の中央部分に開口している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記給気管（１８）の断面積（ＡSC）は、前記スロート部（３０）の前記下流側端部（３０ａ）の断面積（Ａt）よりも小さい、請求項１または２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記給気管（１８）は、空気入口フィルタ（３２）を有する、請求項１から３の何れか一項に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記圧力解放手段は圧力解放弁（３４）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記圧力解放手段は、周囲環境に開口する前記ミニエンバイロメントチャンバ内の小さな隙間を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記装置は、外壁によって画定されるハウジングを備え、
前記外壁は少なくとも部分的に前記ミニエンバイロメントチャンバおよび前記再循環チャネルを画定し、
内壁は、前記ミニエンバイロメントチャンバと前記再循環チャネルとの間の境界を画定し、
前記チャンバ出口は、前記内壁の端部と前記外壁との間の隙間により形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーン・ミニエンバイロメントを備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーン・ミニエンバイロメント（Ｍ.Ｅ.）を備える装置を、例えば、半導体炉内に設けることが有用な場合がある。この装置の概略図が図１に示されている。
【０００３】
装置は、気体再循環路を備えてもよい。
装置は、チャンバ入口（２４）およびチャンバ出口（２６）を有するミニエンバイロメントチャンバ（１４）と、
チャンバ出口とチャンバ入口とを接続する再循環チャネル（２０）と、
ポンプ吐出口およびポンプ吸入口を有し、再循環チャネルに配置される気体ポンプ（１６）と、
ポンプ（１６）の下流とミニエンバイロメントチャンバ入口（２４）の上流との間における再循環チャネルに配置されるフィルタアセンブリ（２２）と、を備える。
上記装置は更に、
ミニエンバイロメントチャンバ内の圧力を制限するように構成および配置された圧力解放手段（２８）と、
気体再循環路に空気を供給するために設けられ、周囲空気に開口する給気管入口および気体再循環路に開口する給気管出口を有する給気管（１８）と、を備える。
【０００４】
使用時には、気体ポンプは、ポンプ吐出口からの気体を、フィルタアセンブリ、チャンバ入口、ミニエンバイロメントチャンバおよびチャンバ出口を通りポンプ吸入口に戻るように循環させる。これにより、ミニエンバイロメントチャンバ内の圧力（Ｐme）を周囲圧力（Ｐam）よりも高く保つ。ミニエンバイロメントチャンバ（Ｐme）内の圧力は、通常、周囲圧力（Ｐam）より約１００Ｐａ高くなるように保たれる。実際には、入口フィルタによる圧力降下は非常に大きく、約１５０Ｐａである。したがって、ポンプ吐出口とフィルタアセンブリ（Ｐhigh）との間の圧力は、周囲圧力（Ｐam）よりも約２５０Ｐａ高くなければならない。チャンバ出口とポンプ吸入口との間の気体圧力は、通常、周囲圧力より約５０Ｐａ高くなっている。
【０００５】
ミニエンバイロメントチャンバ内および再循環路内の圧力は、通常は大気圧である周囲圧力よりも高いため、気体はミニエンバイロメントチャンバおよび気体再循環路から環境中に漏れ出す。漏れた分を補い、また必要な場合には再循環ガスまたは空気をリフレッシュするために、ガスまたは空気を給気管を介して再循環路に供給する必要がある。
【０００６】
再循環チャネル内の圧力よりも高い圧力を有するガスまたは空気の供給源を設けてもよい。供給源としては、気体再循環路において支配的な圧力よりも高い圧力の空気を供給する高圧ガスタンクまたは追加の空気ポンプであってもよい。しかしながらこの解決策では、追加の吸気ポンプが必要である、または、定期的な交換が必要な高圧ガスタンクを要することから、比較的高価になる可能性がある。これに代えて、チャンバ出口とポンプ吸入口との間に再循環チャネルの制限部を設けて、制限下流とポンプ吸入口上流との間に、圧力が大気圧すなわち周囲圧力よりも低い領域が形成されるようにして周囲空気を吸入するようにしてもよい。しかしながら、この制限部を設けることによるエネルギー損失を補償するには、このような制限部が存在しなかった場合に気体再循環路を通じて気体を単に再循環させる場合に必要な容量の２倍の容量を持つポンプが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、気体再循環路への空気供給が、最小限の運転コストおよび吸気ポンプ等の補助装置への最小限の投資で達成可能な上記のようなミニエンバイロメントチャンバを備える装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するべく、本発明は請求項１に記載の装置を提供する。
【０００９】
より詳細には、本発明に係る上記の装置は、再循環チャネルは、再循環チャネル内のスロート部として実装される再循環制限部を有することを特徴とする。スロート部は、再循環チャネルのスロート部の上流直ぐに位置する部分の断面積よりも小さい断面積を有する流路を画定している。スロート部の下流側端部は、スロート部の最小断面積を画定している。スロート部はポンプ入口を画定し、給気管出口は、最小断面積を画定しているスロート部の下流側端部においてまたは下流側端部のわずかに下流側において開口している。
【００１０】
本発明に係る装置の利点は、周囲空気の供給のために更なるガスポンプまたは高圧空気源を必要としないことである。スロート部の下流側端部において断面積が小さくなっていることにより、スロート部下流側端部ではガス速度が大きくなっており、そこでは静圧は周囲圧力よりも低く、周囲空気が給気管から吸い込まれる。したがって、再循環路を通る気体の再循環および再循環路に空気を供給するための電力消費は、上述の従来の構成の場合よりも少ない。チャンバ出口とスロート部の上流側端部との間の静圧（Ｐlow）は、周囲圧力（Ｐam）を上回り、およそ５０Ｐａになる。しかし、スロート部の下流側端部では気体の流速が増加し、静圧が低下する。この局所的に低い静圧は、給気管を介して循環路に受動的に空気を供給するのに利用される。望ましくは断面積が徐々に減少するスロート部によって引き起こされる大きなエネルギ損失はないため、再循環路を通じて気体を再循環させ空気を再循環路に供給するのに必要な電力は最小限であり、周囲空気を再循環回路に供給することなく再循環路を通じて気体を再循環させるのに必要な電力と同程度である。再循環路を通じて気体を再循環させるのに実際に使用される気体ポンプはスロート部を有し、このスロート部はポンプ入口を画定している。言い換えれば、スロート部は気体ポンプの不可欠な部分である。この点において、従来技術の装置と比較して、スロート部はポンプの一体部分であるため、スロート部は追加の気体抵抗を生じさせない。本明細書中において、「スロート部の下流側端部のわずかに下流」という表現は、スロート部の下流側端部から２０ｍｍ以内の下流、そして、例えばポンプの遠心羽根であるポンプの可動部分から２０ｍｍ以内の上流を意味する。
【００１１】
従属請求項では、図２に示す例を参照して更に説明される様々な実施形態が請求されている。実施形態を組み合わせてもよいし、互いに別々に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】周知のミニエンバイロメントチャンバを備える装置の例を概略的に示す。
【図２】本発明に係るミニエンバイロメントチャンバを備える装置の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本出願では、同様のまたは対応する特徴は、類似のまたは同一の参照番号で示されている。様々な実施形態の説明は図２に示される例に限定されない。詳細な説明および特許請求の範囲において使用される参照番号は、実施形態の説明を限定するものではなく、図２に示される例を参照して実施形態を明瞭に説明するために使用されている。
【００１４】
本発明は概して、気体再循環路を備える装置１０に関する。
装置は、チャンバ入口２４およびチャンバ出口２６を有するミニエンバイロメントチャンバ１４と、
チャンバ出口２６とチャンバ入口２４とを接続する再循環チャネル２０と、
ポンプ吐出口およびポンプ吸入口を有し、再循環チャネル２０に配置される気体ポンプ１６と、
ポンプ１６の下流とミニエンバイロメントチャンバ入口２４の上流との間における再循環チャネルに配置されるフィルタアセンブリ２２と、を備える。
【００１５】
装置は更に、
ミニエンバイロメントチャンバ１４の圧力Ｐmeを制限するように構成および配置された圧力解放手段２８と、
気体再循環路に空気を供給するために設けられ、周囲空気に開口する給気管入口１８ａおよび気体再循環路に開口する給気管出口１８ｂを有する給気管１８と、を備える。
【００１６】
使用時には、気体ポンプ１６は、ポンプ吐出口からの気体を、フィルタアセンブリ２２、チャンバ入口２４、ミニエンバイロメントチャンバ１４およびチャンバ出口２６を通りポンプ吸入口に戻すように再循環させる。これにより、ミニエンバイロメントチャンバ１４内の圧力Ｐmeを周囲圧力Ｐamよりも高く保つ。
【００１７】
本発明の一例が図２に示されており、装置１０は、気体再循環チャネル２０が再循環制限部を有することを特徴としており、再循環制限部は気体再循環チャネル２０のスロート部３０として実装されている。スロート部３０は、スロート部３０の上流直ぐの気体再循環チャネル２０部分の断面積と比較して、その断面積が減少している流路を画定している。スロート部３０の下流側端部３０ａは、スロート部３０の最小断面積を画定している。また、スロート部３０はポンプ吸入口を画定している。給気管出口は、スロート部の最小断面積を画定しているスロート部３０の下流側端部３０ａにおいてまたは下流側端部３０ａのわずかに下流側において開口している。
【００１８】
スロート部３０の断面積は、気体再循環チャネル２０の断面積よりも小さい。その結果、循環している気体のガス速度は、スロート部３０を通って流れる時に増加し、スロート部の断面積が最も小さいスロート部３０の下流側端部３０ａで最大速度になる。ガス速度が増加すると、動圧（１／２ρｖ２）が増加し静圧が減少する。給気管出口１８ｂにおける静圧と周囲圧力Ｐamとの圧力差が、給気管１８内の空気の流れを決定する。ガス流の静圧が周囲圧力Ｐamよりも低い領域に給気管出口１８ｂを配置することにより、圧力勾配が給気管内に生成され、それにより周囲空気が気体再循環路内へと吸い込まれる。スロート部３０として実装される実質的に摩擦が生じない再循環制限部を使用することにより、エネルギー損失を最小にすることができる。このように、追加の給気ポンプまたは高圧ガス源に投資する必要がなく、実質的にエネルギー損失なしに空気を再循環路に供給することができる。したがって、ガスポンプ１６の容量および／または電力消費は、気体再循環システムに空気が供給されておらずポンプがガスを気体再循環路へと送るためにのみ使用されている場合と、ほぼ同じである。
【００１９】
ミニエンバイロメントチャンバ１４にクリーンな気体を供給するために、ミニエンバイロメントチャンバ１４に入る前に気体ポンプ１６によって供給された気体をフィルタアセンブリ２２によってろ過するようにしてもよい。これは、気体がミニエンバイロメントチャンバ１４に入るチャンバ入口２４で行ってもよい。
【００２０】
一実施形態では、スロート部３０は、中心軸に円対称である円錐台形状の内面を有してもよく、給気管１８の下流部分は中心軸に沿って延在し、スロート部３０の下流側端部３０ａの中央部分に開口している。
【００２１】
スロート部３０の中央の下流側端部３０ａにおいて断面積は最小となっており、ガス速度が最も大きくなり、したがって、静圧は最低値となっている。したがって、空気が最も効果的に吸引されるので、この位置に給気管出口１８ｂを配置するのが最適であると考えられる。
【００２２】
本発明の一実施形態では、給気管１８の断面積ＡSCは、スロート部３０の下流側端部３０ａの断面積Ａtと比べて小さくてもよい。
【００２３】
スロート部３０の下流側端部３０ａの断面積Ａtと比較して小さな断面積ＡSCを有する給気管１８は、再循環チャネル２０およびスロート部３０内の再循環ガスの流れを妨げないまたは実質的に妨げないので、効率の点で有益である。
【００２４】
本発明の一実施形態では、給気管１８は空気入口フィルタ３２を更に有する。
【００２５】
気体再循環路内の気体をできるだけきれいに保つには、気体再循環路に供給する前に周囲空気をろ過した方がよい。装置はこのようなフィルタなしで動作可能であるが、空気入口フィルタ３２を設置することにより、ミニエンバイロメントチャンバ入口２４におけるフィルタアセンブリ２２の負荷を軽減することができる。
【００２６】
一実施形態では、圧力解放手段は圧力解放弁３４を含んでもよい。
【００２７】
圧力解放弁３４を使用して、周囲環境に対してミニエンバイロメントチャンバ１４内に一定の過圧を維持することにより、ミニエンバイロメントチャンバ１４から気体が漏れるのを抑制することが可能である。圧力解放弁３４は、ミニエンバイロメントチャンバ１４内の一定の過圧を実現するための単純であるが効果的な方法であり得る。
【００２８】
別の実施形態では、圧力解放手段は、周囲環境に開口するミニエンバイロメントチャンバ内の小さな隙間を含んでもよい。小さな隙間は非常に単純な構造であるが、ミニエンバイロメントチャンバ１４内の圧力上昇を制限する手段を提供する。
【００２９】
一実施形態では、装置は、外壁３８によって画定されるハウジングを備えてもよく、外壁は少なくとも部分的にミニエンバイロメントチャンバ１４および再循環チャネル２０を画定する。内壁３６は、ミニエンバイロメントチャンバ１４と再循環チャネル２０との間の境界を画定する。チャンバ出口２６は、内壁３６の端部と外壁３８との間の隙間によって形成されている。
【００３０】
このような実施形態は、製造が比較的簡単である。
【００３１】
上述の様々な実施形態は、互いに独立して実装および使用することができ、様々な態様で互いに組み合わせることができる。詳細な説明および特許請求の範囲で使用される参照番号は、実施形態の説明を限定するものでも、特許請求の範囲を限定するものでもない。参照番号は説明を明確にするためにのみ使用されている。
【符号の説明】
【００３２】
１０      装置
１２      ハウジング
１４      ミニエンバイロメントチャンバ
１６      気体ポンプ
１８      給気管
１８ａ    給気管入口
１８ｂ    給気管出口
２０      再循環チャネル
２２      フィルタアセンブリ
２４      チャンバ入口
２６      チャンバ出口
２８      圧力解放手段
３０      スロート部
３０ａ    スロート部の下流側端部
３２      空気入口フィルタ
３４      圧力解放弁
３６      内壁
３８      外壁
Ｐme      ミニエンバイロメントチャンバ圧力
Ｐam        周囲圧力
ＡSC      給気管の断面積
Ａt      下流側端部におけるスロート部の断面積
Ａr      スロート部上流における再循環チャネルの断面積
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2021504658.tif 000005
2021504658.tif 000006
2021504658.tif 000007