(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下で不活性ガスを雰囲気ガスとして用いる減圧設備における不活性ガスの循環供給方法であって、前記減圧設備から減圧下の不活性ガスを真空ポンプで吸引して導出する真空排気工程と、該真空排気工程を経た不活性ガスを貯溜する工程と、該貯溜する工程を経た不活性ガスを流量制御手段により一定量に制御して再び前記減圧設備に供給する工程とを含み、
前記真空排気工程は、前記減圧設備の設定圧力に基づき前記真空ポンプの吸入側に設けられた弁の開度を調節することにより、前記減圧設備の圧力を一定に維持しつつ行われ、
前記不活性ガスを貯溜する工程が、該工程の設定圧力に基づき圧力を制御しつつ行われるとともに、該工程の圧力が前記設定圧力より低下した場合には該工程に系外からの不活性ガスを補給し、一方該工程の圧力が前記設定圧力より上昇した場合には、該工程から不活性ガスを系外に放出することを特徴とする減圧設備における不活性ガスの循環供給方法。
【請求項２】
前記不活性ガスを貯溜する工程を経た不活性ガスの一部を圧縮する工程と、該工程で圧縮した不活性ガスをシールガスとして前記真空ポンプの軸受部に供給する工程と、該工程で供給されたシールガスを前記真空ポンプの軸受部から導出して前記真空排気工程の不活性ガスに合流させる工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給方法。
【請求項３】
前記減圧設備が、該減圧設備の雰囲気ガスの圧力以上の圧力の圧縮ガスを用いる内部設備を有しており、前記不活性ガスを貯溜する工程を経た不活性ガスの一部を圧縮する工程と、該工程で圧縮した不活性ガスを圧縮ガスとして流量制御手段により一定量に制御して前記内部設備に供給する工程と、該工程で供給された圧縮ガスを内部設備から導出し前記減圧設備の雰囲気ガスに合流させる工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給方法。
【請求項４】
前記不活性ガスを貯溜する工程の不活性ガスの一部を系外に放出し、該不活性ガスを貯溜する工程の圧力を低めることを特徴とする請求項１記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給方法。
【請求項５】
前記減圧設備を起動する際に、不純物を含む系内ガスを真空排気によりパージする工程と、該工程でパージされた系内に不活性ガスを導入して不活性ガスで置換する工程とを経た後に前記減圧設備を起動することを特徴とする請求項１記載の不活性ガスの循環供給方法。
【請求項６】
前記パージする工程と前記置換する工程とを複数回行うことを特徴とする請求項５記載の不活性ガスの循環供給方法。
【請求項７】
前記減圧設備を起動する際に、不純物を含む系内ガスを真空排気によりパージする工程と、系外からの不活性ガスを系内に導入する工程とを並行して行った後に前記減圧設備を起動することを特徴とする請求項１記載の不活性ガスの循環供給方法。
【請求項８】
減圧下で不活性ガスを雰囲気ガスとして用いる減圧設備における不活性ガスの循環供給装置であって、前記減圧設備から不活性ガスを導出する導出経路と、該導出経路を介して前記減圧設備の不活性ガスを吸引・昇圧して導出する真空ポンプと、該真空ポンプから導出された不活性ガスを貯溜するバッファータンクと、該バッファータンクの不活性ガスを前記減圧設備に導入する導入経路と、該導入経路に設けられ前記減圧設備に導入する不活性ガスの流量を制御する流量制御手段とを備えた循環経路と、
前記減圧設備の不活性ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記導出経路に設けられた調節弁と、前記圧力検出手段からの信号により前記調節弁の開度を調節する圧力調節手段とを備えてなり前記減圧設備の圧力を制御する減圧設備圧力制御手段と、
前記バッファータンクに通じる不活性ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、該バッファータンクに通じる不活性ガスを系外へ放出する調節弁を備えた放出経路と、系外からの不活性ガスを該バッファータンクに補給する調節弁を備えた補給経路と、前記圧力検出手段からの信号により前記放出経路の調節弁及び補給経路の調節弁の開度を調節する圧力調節手段とを備えてなり前記バッファータンクの圧力を制御するバッファータンク圧力制御手段と
を有することを特徴とする減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【請求項９】
前記真空ポンプが、オイルフリータイプであることを特徴とする請求項８記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【請求項１０】
前記バッファータンクから不活性ガスの一部をシールガスとして取り出す経路と、該経路から取り出されたシールガスを圧縮するシールガス圧縮手段と、該シールガス圧縮手段で圧縮された圧縮シールガスを前記真空ポンプの軸受部に供給する経路とを備えてなるシールガス供給経路を有することを特徴とする請求項８記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【請求項１１】
前記シールガス供給経路に、シールガスの流量を制御するシールガス流量制御手段を設けたことを特徴とする請求項１０記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【請求項１２】
前記減圧設備が、該減圧設備の雰囲気ガスの圧力以上の圧力の圧縮ガスを用いる内部設備を有しており、前記バッファータンクから不活性ガスの一部を導出する経路と、該経路から取り出された不活性ガスを圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段で圧縮された不活性ガスを圧縮ガスとして前記内部設備に供給する経路と、該供給する経路に設けられ前記内部設備に供給される圧縮ガスの流量を制御する圧縮ガス流量制御手段とを備えてなる圧縮ガス供給経路を有することを特徴とする請求項８記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【請求項１３】
前記循環経路の少なくとも一個所に設けられたパージ経路と、該パージ経路に接続され前記循環経路の系内ガスを真空排気してパージする真空排気ポンプとを備えたことを特徴とする請求項８記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【請求項１４】
前記流量制御手段が、マスフローコントローラーであることを特徴とする請求項８，１１，１２のいずれか１項に記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【請求項１５】
前記流量制御手段が、流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段からの検出信号により制御信号を発する流量調節手段と、該流量調節手段からの制御信号により開度が調節される調節弁とから構成されていることを特徴とする請求項８，１１，１２のいずれか１項に記載の減圧設備における不活性ガスの循環供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置の真空炉等における減圧設備（容器）をクリーンな不活性ガス雰囲気に保つために必要な不活性ガスを循環使用する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３および４は、従来の減圧設備の一例を示す概略構成図であり、符号Ｖは減圧設備、符号１は真空ポンプ、２は不活性ガス源、３は流量検出器、４は流量制御器、５は圧力制御手段、６は調節弁、７は増速ギアー部、８は軸受部をそれぞれ示している。
図３は真空ポンプ１として油回転式のもの、図４はドライタイプのものをそれぞれ用いた場合を示している。即ち、図３において、不活性ガス雰囲気を必要とする減圧設備Ｖに必要な不活性ガスは、不活性ガス源２から導入され、導入された不活性ガスは減圧設備Ｖの内圧を一定に維持しながら、油回転式の真空ポンプ１により導出される。そして、真空ポンプ１出口の不活性ガスは循環使用されることなく系外に放出されていた。
【０００３】
特に、クリーンな環境を必要とする減圧設備Ｖの場合には、図４に示すように、一般的に、真空ポンプ１としてドライタイプのものが使用されるが、この場合においても、不活性ガスはドライタイプの真空ポンプ１の出口から同様に系外に放出されていた。また、ドライタイプの真空ポンプ１であっても、増速ギヤー部７には潤滑剤として潤滑油が使用されており、潤滑油が軸受部８の軸シール部を通してプロセス側（不活性ガス側）へ混入するのを防止するために、軸シール部にシールガスを供給してシールする必要があるが、クリーンな環境を必要とする減圧設備Ｖの場合には、このシールガスも同様に系外に放出されていた。
なお、ここに言うクリーンな環境とは、油分（炭化水素）や空気やダスト等、減圧設備を機能させるのに有害な作用を及ぼす物質が系内に無い状態のことを言う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の不活性ガスを使用する減圧設備においては、使用される不活性ガスは循環使用することなく使い捨てにされていた。この背景としては、従来の減圧設備は、比較的小型装置で実用化されていたので不活性ガスの使用量は少なく、使い捨てでも問題視されていなかったことによる。
しかしながら、今後は減圧設備の大型化が予想され、高価な不活性ガス、例えば、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスの使用量は飛躍的に増加することが考えられ、その消費量を最小限にすることが必要となる。また、減圧設備内の雰囲気ガスの品質（不活性ガスの純度や圧力や温度等）も、減圧設備で処理又は製造される製品の高精度化にともなってますます厳しくなることが予想され、雰囲気環境を一定に保つために供給する不活性ガスの純度や圧力や温度等の制御が、より一層高い精度で要求されることになる。
そこで本発明は、雰囲気ガスとしての不活性ガスの消費量を低減させるとともに、精度の高い雰囲気環境を提供することのできる減圧設備における不活性ガスの供給方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の方法は、減圧下で不活性ガスを雰囲気ガスとして用いる減圧設備における不活性ガスの循環供給方法であって、前記減圧設備から減圧下の不活性ガスを真空ポンプで吸引して導出する真空排気工程と、該真空排気工程を経た不活性ガスを貯溜する工程と、該貯溜する工程を経た不活性ガスを流量制御手段により一定量に制御して再び前記減圧設備に供給する工程とを含み、
前記真空排気工程は、前記減圧設備の設定圧力に基づき前記真空ポンプの吸入側に設けられた弁の開度を調節することにより、前記減圧設備の圧力を一定に維持しつつ行われ、
前記不活性ガスを貯溜する工程が、該工程の設定圧力に基づき圧力を制御しつつ行われるとともに、該工程の圧力が前記設定圧力より低下した場合には該工程に系外からの不活性ガスを補給し、一方該工程の圧力が前記設定圧力より上昇した場合には、該工程から不活性ガスを系外に放出することを特徴とする。
また前記不活性ガスを貯溜する工程を経た不活性ガスの一部を圧縮する工程と、該工程で圧縮した不活性ガスをシールガスとして前記真空ポンプの軸受部に供給する工程と、該工程で供給されたシールガスを前記真空ポンプの軸受部から導出して前記真空排気工程の不活性ガスに合流させる工程とを含むことが好ましい。
【０００６】
前記減圧設備が、該減圧設備の雰囲気ガスの圧力以上の圧力の圧縮ガスを用いる内部設備を有する場合には、前記不活性ガスを貯溜する工程を経た不活性ガスの一部を圧縮する工程と、該工程で圧縮した不活性ガスを圧縮ガスとして流量制御手段により一定量に制御して前記内部設備に供給する工程と、該工程で供給された圧縮ガスを内部設備から導出し前記減圧設備の雰囲気ガスに合流させる工程とを含むことが好ましい。
前記不活性ガスを貯溜する工程の不活性ガスの一部を系外に放出し、該不活性ガスを貯溜する工程の圧力を低めることが好ましい。
【０００７】
前記減圧設備を起動する際には、不純物を含む系内ガスを真空排気によりパージする工程と、該工程でパージされた系内に不活性ガスを導入して不活性ガスで置換する工程とを経た後に前記減圧設備を起動することが好ましい。
前記パージする工程と前記置換する工程とを複数回行うことが好ましい。
あるいは前記減圧設備を起動する際に、不純物を含む系内ガスを真空排気によりパージする工程と、系外からの不活性ガスを系内に導入する工程とを並行して行った後に前記減圧設備を起動することが好ましい。
【０００８】
また本発明の装置は、減圧下で不活性ガスを雰囲気ガスとして用いる減圧設備における不活性ガスの循環供給装置であって、前記減圧設備から不活性ガスを導出する導出経路と、該導出経路を介して前記減圧設備の不活性ガスを吸引・昇圧して導出する真空ポンプと、該真空ポンプから導出された不活性ガスを貯溜するバッファータンクと、該バッファータンクの不活性ガスを前記減圧設備に導入する導入経路と、該導入経路に設けられ前記減圧設備に導入する不活性ガスの流量を制御する流量制御手段とを備えた循環経路と、
前記減圧設備の不活性ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記導出経路に設けられた調節弁と、前記圧力検出手段からの信号により前記調節弁の開度を調節する圧力調節手段とを備えてなり前記減圧設備の圧力を制御する減圧設備圧力制御手段と、
前記バッファータンクに通じる不活性ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、該バッファータンクに通じる不活性ガスを系外へ放出する調節弁を備えた放出経路と、系外からの不活性ガスを該バッファータンクに補給する調節弁を備えた補給経路と、前記圧力検出手段からの信号により前記放出経路の調節弁及び補給経路の調節弁の開度を調節する圧力調節手段とを備えてなり前記バッファータンクの圧力を制御するバッファータンク圧力制御手段と
を有することを特徴とするものである。
前記真空ポンプが、オイルフリータイプであることが好ましい。
【０００９】
前記バッファータンクから不活性ガスの一部をシールガスとして取り出す経路と、該経路から取り出されたシールガスを圧縮するシールガス圧縮手段と、該シールガス圧縮手段で圧縮された圧縮シールガスを前記真空ポンプの軸受部に供給する経路とを備えてなるシールガス供給経路を有することが好ましい。
また前記シールガス供給経路に、シールガスの流量を制御するシールガス流量制御手段を設けることが好ましい。
前記減圧設備が、該減圧設備の雰囲気ガスの圧力以上の圧力の圧縮ガスを用いる内部設備を有する場合には、前記バッファータンクから不活性ガスの一部を導出する経路と、該経路から取り出された不活性ガスを圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段で圧縮された不活性ガスを圧縮ガスとして前記内部設備に供給する経路と、該供給する経路に設けられ前記内部設備に供給される圧縮ガスの流量を制御する圧縮ガス流量制御手段とを備えてなる圧縮ガス供給経路を有することが好ましい。
【００１０】
前記循環経路の少なくとも一個所に設けられたパージ経路と、該パージ経路に接続され前記循環経路の系内ガスを真空排気してパージする真空排気ポンプとを有することが好ましい。
前記流量制御手段として、マスフローコントローラーを用いることができる。
あるいは前記流量制御手段を、流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段からの検出信号により制御信号を発する流量調節手段と、該流量調節手段からの制御信号により開度が調節される調節弁とで構成することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明による減圧設備における不活性ガスの循環供給装置（以下、単に、循環供給装置という）の一実施形態例を示す系統図である。循環供給装置１０は、減圧設備Ｖから不活性ガスを吸引して減圧設備Ｖ内の減圧環境を創生する真空ポンプ１１と、真空ポンプ１１から導出された不活性ガスを貯溜するバッファータンク１２と、不活性ガスをバッファータンク１２から減圧設備Ｖに供給して、再び真空ポンプ１１を経由してバッファータンク１２に還す循環経路１３と、系外からの不活性ガスを循環経路１３に補給する補給経路１４と、循環経路１３の系内ガスを系外に放出する放出経路１５と、真空ポンプ１１の軸受の軸シール部にシールガスを供給する圧縮手段１６を含むシールガス供給経路１７と、減圧設備Ｖに付設された内部設備Ｗに圧縮ガスを供給する圧縮手段１８を含む圧縮ガス供給経路１９と、循環経路１３の系内ガスを真空排気して系外に排出するためのパージ経路２１及び真空排気ポンプ２２を備えている。
尚、パージ経路２１及び真空排気ポンプ２２は循環経路１３の系内ガスを真空排気して系外に排出することができればよく、循環経路１３の任意の位置に設けることができ、また複数箇所に設けてもよい。
また図１の例は補給経路１４および放出経路１５はバッファータンク１２に好ましく設けられているが、循環経路１３に不活性ガスを補給、あるいは放出できる位置であれば他の位置に設けることもできる。
【００１２】
図１において、減圧設備Ｖに雰囲気ガスとして０．０１〜０．０３ＭＰａ程度の減圧状態（大気圧より低い状態）で使用された不活性ガスは、減圧設備Ｖから循環経路１３を構成する導出経路１３ａに設けられた調節弁２３ｃを経て真空ポンプ１１により吸引・昇圧されて経路１３ｂに導出される。
減圧設備Ｖ内の雰囲気ガスとしての不活性ガスの圧力は、減圧設備Ｖに設けられ減圧設備Ｖの雰囲気ガス圧力を検出する圧力検出手段２３ａと，該圧力検出手段２３ａからの検出圧力に従って制御信号を発する圧力調節手段２３ｂと、該圧力調節手段２３ｂからの制御信号によって開度が調節される前記調節弁２３ｃとから構成される減圧設備圧力制御手段２３によって一定に維持される。
【００１３】
減圧設備Ｖの雰囲気圧力を一定に維持しつつ減圧設備Ｖから導出された不活性ガスは、真空ポンプ１１により大気圧付近まで圧縮されて導出し、経路１３ｂからバッファータンク１２に導入されて貯溜される。バッファータンク１２の圧力は、該バッファータンク１２に設けられた圧力検出手段２４ａと、放出経路１５に設けられた調節弁２４ｄと補給経路１４に設けられた調節弁２４ｃとからなるバッファータンク圧力制御手段２４によって一定に維持されるようになっている。調節弁２４ｃおよび２４ｄは、圧力検出手段２４ａの検出圧力に従って圧力調節手段２４ｂから発せられる制御信号により開度が調節されるようになっており、圧力低下時には系外（不活性ガス源１４ａ）からの不活性ガスが補給され、圧力上昇時には系内の不活性ガスを系外に放出するように構成されている。
なお圧力検出手段２４ａはバッファータンク１２に通じる不活性ガスの圧力を検出できる位置であれば任意の位置に設けることができる。
【００１４】
バッファータンク１２内に貯溜され圧力が一定に維持された不活性ガスは、循環経路１３を構成する導入経路１３ｃを通り、流量制御手段２５を構成する流量検出手段であるマスフローメーター２５ａと、該マスフローメーター２５ａからの検出信号により制御信号を発する流量調節手段２５ｂと、該流量調節手段２５ｂからの制御信号により開度が調節される調節弁２５ｃによってその流量が一定量に制御され、再び減圧設備Ｖに戻り循環使用される。
【００１５】
このように、不活性ガスを、減圧設備Ｖ内の圧力を制御しつつ抜き出しバッファータンク１２に貯溜し、バッファータンク１２の圧力を制御しつつ、且つ流量を制御しつつ減圧設備Ｖに循環導入することによって、減圧設備Ｖに精度の高い雰囲気環境を提供することができるとともに、高価な不活性ガスを大気放出することなく有効に利用することが出来る。
【００１６】
また、減圧設備Ｖに循環使用される不活性ガスの流量や圧力や純度等は、減圧設備Ｖ内の製品の発熱量や精度等種々の条件により決定され、これら圧力や流量等の変更は、圧力制御手段２３，２４や流量制御手段２５の設定値の変更によって容易に行うことができる。また、減圧設備Ｖの要求から循環流量が一定で良い場合においては、流量制御手段２５は、流量調節手段２５ｂを設けず、マスフローメーター２５ａと、調節弁２５ｃに代えて手動のニードル弁との構成にすることができる。
【００１７】
不活性ガスを循環使用する真空ポンプ１１の型式としては、減圧設備Ｖをクリーンな状態に保つ必要性からオイルフリータイプを採用することが望ましい。また、ドライタイプの真空ポンプであっても、増速ギヤー部には潤滑剤として潤滑油が使用されており、潤滑油が軸シール部を通してプロセス側（不活性ガス側）へ混入するのを防止するため、軸シール部に圧力の高いシールガスを供給してシールする必要がある。このシールガスの消費を最少にするオイルシール形式としてはメカニカルシールタイプ等がある。
【００１８】
本発明による循環供給装置１０における真空ポンプ１１の軸受シール用ガスは、前記循環経路１３を循環する不活性ガスの一部を圧縮して供給するとともに、シールガスとして使用した後、再び循環ガスに合流させ回収して循環使用することを特徴としている。
本実施形態では、循環経路１３の一部を構成するバッファータンク１２から、不活性ガスの一部をシールガスとしてシールガス供給経路１７を構成する経路１７ａに導出し、導出したシールガスをシールガス圧縮手段であるシールガス圧縮機１６に導入し、シールガス源として必要な圧力の０．３ＭＰａ以上に圧縮して経路１７ｂに導出し、前記流量制御手段２５と同様に、該経路１７ｂに設けられた流量検出手段であるマスフローメーター２６ａ，流量調節手段２６ｂ，調節弁２６ｃから構成されるシールガス流量制御手段２６で流量を制御して真空ポンプ１１の軸受部の軸シール部に供給される。
【００１９】
真空ポンプ１１の軸受の軸シール部で機能を果たしたシールガスは、軸シール部からプロセス流体側（不活性ガス側）に逃がして、再び真空ポンプ１１を循環する不活性ガスに合流させ回収し、該循環不活性ガスと共にバッファータンク１２に戻り再循環使用される。このようにシールガスを外部に放出することなく循環使用することにより、不活性ガスの消費量を低減することができる。
【００２０】
また、減圧設備Ｖが、その内部に、雰囲気ガスの圧力以上の圧力の圧縮ガスを必要とする内部設備Ｗを有する場合がある。このように別途に圧縮ガスを必要とする場合、本発明による循環供給装置１０における該圧縮ガスは、循環経路１３を構成するバッファータンク１２から、不活性ガスの一部を圧縮ガスとして圧縮ガス供給経路１９を構成する経路１９ａに導出し、圧縮手段である圧縮ガス圧縮機１８に導入し所要圧力まで圧縮して経路１９ｂに導出し、前記流量制御手段２５と同様に、該経路１９ｂに設けられたマスフローメーター２７ａと、流量調節手段２７ｂと、調節弁２７ｃから構成される圧縮ガス流量制御手段２７で一定量に制御されて内部設備Ｗに供給される。内部設備Ｗで役目を終えた圧縮ガスは、内部設備Ｗから減圧設備Ｖ内に放出されて循環する不活性ガスに合流させ回収される。そして再び真空ポンプ１１を経てバッファータンク１２に戻り循環使用される。  また、このような内部設備Ｗが複数ある場合、例えば所要圧力が異なる内部設備Ｗが複数ある場合は、所要圧力に合わせた複数の圧縮ガス循環供給経路を設けても良いし、最高の所要圧力の圧縮ガス圧縮機を１台設けその後に分岐し、所要圧力の低い内部設備には減圧弁で低い圧力まで減圧して供給するように構成することもできる。
【００２１】
バッファータンク１２は、真空ポンプ１１の出口圧力と、シールガス圧縮機１６及び圧縮ガス圧縮機１８の吸入圧力とを一定に保つために用いられ、バッファータンク１２の圧力は、真空ポンプ１１の特性から予め決定される設定圧力になるようにバッファータンク圧力制御手段２４で制御され、通常、大気圧付近に調節・設定される。即ち、バッファータンク１２に設けられた圧力検出手段２４ａの検出圧力が、圧力調節手段２４ｂの設定圧力より低下した場合には、不活性ガスが系外の不活性ガス源１４ａから補給経路１４の調節弁２４ｃを経て補給され、一方バッファータンク１２の圧力が設定圧力より上昇した場合には、系内の不活性ガスが放出経路１５の調節弁２４ｄから系外に放出される。バッファータンク１２の圧力は圧力調節手段２４ｂからの制御信号により補給経路１４の調節弁２４ｃと放出経路１５の調節弁２４ｄの開度をカスケード制御することより維持される。
【００２２】
この減圧設備Ｖは、稼動時と停止時があり、稼動時は密閉下で不活性ガス雰囲気となるが、減圧設備Ｖや内部設備Ｗの保守点検時等の停止時には、減圧設備Ｖは、減圧設備圧力制御手段２３を構成する調節弁２３ｃ，流量制御手段２５を構成する調節弁２５ｃ，圧縮ガス流量制御手段２７を構成する調節弁２７ｃ又はこれらの弁と直列に設けられた弁（図示省略）を閉として全ての不活性ガス経路を遮断した状態で開放されるから、大気空気に曝露される。従って、減圧設備Ｖを再び稼動するには、循環供給装置１０の起動に先立って、減圧設備Ｖ内の空気を含む系内ガスをパージしてその後に不活性ガスで置換する必要がある。このパージ操作のために、パージ経路２１と真空排気ポンプ２２が設けられている。
【００２３】
このパージ操作は、まず、真空排気ポンプ２２を起動し、パージ経路２１に設けられた排気弁２１ｃを開とし減圧設備Ｖを所要の真空度まで排気した後排気弁２１ｃを閉とし、次いで、不活性ガス源１４ａからの不活性ガスを補給経路１４の調節弁２４ｃ、バッファータンク１２、導入経路１３ｃを経て調節弁２５ｃから減圧設備Ｖに導入して減圧設備Ｖ内の空気を含むガスを希釈し、希釈したガスを、再び排気弁２１ｃを開として真空排気ポンプ２２により吸引して系外に放出する。なお、不活性ガスは、上記経路に代えて、図示しない不活性ガス導入経路から減圧設備Ｖに直接導入することもできる。このような操作による系内空気のパージを１回又は複数回行い、減圧設備Ｖ内の不活性ガス濃度が既定値になったら排気弁２１ｃを閉とし、前述の循環系を機能させる。このようにして不活性ガスの消費量を最少に抑えて系内のパージ及び置換操作が可能となる。
【００２４】
なお、循環経路１３やシールガス供給経路１７や圧縮ガス供給経路１９が大気空気に曝露された場合、例えば装置の据え付け後の状態や装置修理後の状態等から循環供給装置１０を起動する場合も、前記減圧設備Ｖに設けたパージ経路２１及び／又は必要個所に設けたパージ経路（図示省略）を用いて、上記と同様な操作による空気のパージを行うことができる。
なお、本実施形態例においては、流量制御手段は、流量検出手段であるマスフローメーターと流量調節手段とからなる構成を示したが、これに代えて、一体で流量制御機能を有するマスフローコントローラーを用いることができる。
【００２５】
【実施例】
図２は、本発明による、半導体等の製品を処理又は製造するために供されるクリーンな雰囲気を要する減圧設備Ｖにおける不活性ガスの循環供給装置３０の一実施例を示す系統図である。なお、前記実施形態例に示した循環供給装置１０における構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この不活性ガスの循環供給装置３０は、減圧設備Ｖに、減圧設備Ｖの真空度を０．０２ＭＰａに維持しながら、２０００Ｌ／ｍｉｎ（約４００Ｎ Ｌ／ｍｉｎ）の不活性ガスを循環供給するものであり、前記実施形態例の循環供給装置１０におけるシールガス圧縮機１６と圧縮ガス圧縮機１８に代えて、これらの機能を兼ね備えた共用の圧縮機３１を設けた点、真空排気ポンプ２２に代えて、放出経路１５とパージ経路２１とを接続し両方の経路からの系内ガスを真空排気する真空排気ポンプ３２を設けた点、循環経路１３及び圧縮ガス供給経路１９にフィルター３３を設けた点のみが異なるだけで、その他の構成は前記実施形態例で示した循環供給装置１０と同じ構成である。
【００２６】
減圧設備Ｖの圧力は、減圧設備Ｖに設けられ減圧設備Ｖの圧力を検出する真空計２３ａと、設定圧力が０．０２ＭＰａに設定され真空計２３ａの検出圧力を受け該検出圧力と設定圧力とを比較しその圧力差から導出経路１３ａに設けた調節弁２３ｃの開度を調節する制御信号を発する圧力調節計２３ｂとからなる減圧設備圧力制御手段２３で、調節弁２３ｃの開度をＰＩＤ制御により調節し、ドライタイプの真空ポンプ１１の排気量を制御することにより一定に維持される。
【００２７】
減圧設備Ｖから調節弁２３ｃを経て導出された不活性ガスは、真空ポンプ１１により大気圧付近まで圧縮された後、バッファータンク１２に貯溜される。バッファータンク１２から導入経路１３ｃに導出した不活性ガスは、前記実施形態例と同様な構成及び制御方法を有する流量制御手段２５により流量を一定に制御され調節弁２５ｃを経て減圧設備Ｖに供給される。
【００２８】
本実施例では、減圧設備圧力制御手段２３の制御グレードはハイグレード、また、バッファータンク圧力制御手段２４の制御グレードは一般グレードが採用されて、それぞれ満足できる結果を得た。ここでの一般グレードとは、設定値の０．０２ＭＰａに対し０．０２±０．０００１３ＭＰａ、また、ハイグレードとは、設定値の０．０２ＭＰａに対し０．０２±０．００００１３ＭＰａの範囲で制御することである。そして、この制御のグレードは、減圧設備Ｖで行われる製造工程上の要求から、減圧設備やバッファータンクの内容積、調節弁の制御分解能等が考慮して選択されたものである。
【００２９】
この実施例において、減圧設備圧力制御手段２３におけるハイグレードの制御を達成するには、使用される計器の精度は高精度のものが必要であり、真空計２３ａは読値の±０．００１％±１カウントのもの、圧力調節計２３ｂは入力分解能１／３００００のもの、そして圧力伝送器は分解能１×１０-5のものがそれぞれ選定されて用いられた。
【００３０】
また、バッファータンク１２は、バッファータンク圧力制御手段２４によって、真空ポンプ１１の吐出圧力と圧縮機３１の吸入圧力とを大気圧付近に維持するように圧力制御されている。即ち、前記実施形態例と同様な構成及び制御方法を有するバッファータンク圧力制御手段２４によって、系内ガス量が不足して圧力が低下した場合は、系外の不活性ガス源１４ａからの不活性ガスを補給経路１４，調節弁２４ｃを経由して補給し、一方、系内ガス量が余剰となり圧力が上昇した場合は、系内の不活性ガスを調節弁２４ｄ，放出経路１５及び真空排気ポンプ３２を経由して系外に放出して、一定圧力に維持される。
【００３１】
バッファータンク１２内の不活性ガスの一部は、経路１７ａから圧縮機３１に導入され０．６〜０．７ＭＰａ程度まで昇圧される。圧縮機３１で圧縮され経路１７ｂに導出した不活性ガスの一部はシールガスとして、該経路１７ｂに設けられ、前記実施形態例と同様な構成及び制御方法を有するシールガス流量制御手段２６によって流量制御された後、真空排気ポンプ１の軸受の軸シール部にシールガスとし調節弁２６ｃを通り供給される。
【００３２】
真空ポンプ１１の軸受の軸シール部に供給されて軸封シールガスとして使用された不活性ガスは、前記実施形態例と同様に、真空ポンプ１１の軸シール部から循環する不活性ガスに合流され回収循環される。なお、真空ポンプ１１にシールガスの流量制御手段が付加されている場合は、流量制御手段２６に代えて、一定圧力で供給する手段を採用しても良い。
また、圧縮機３１で圧縮された不活性ガスの残部は圧縮ガスとして、前記経路１７ｂから経路１９ｂに分岐し、該経路１９ｂに設けられ、前記実施形態例と同様な構成及び制御方法を有する圧縮ガス流量制御手段２７によって３０Ｌ／ｍｉｎに流量制御され調節弁２７ｃを経て、減圧設備Ｖ内部において供給圧力０．６ＭＰａが必要な内部設備Ｗに供給される。内部設備Ｗに供給された不活性ガスは、前記実施形態例と同様に、減圧設備Ｖの内部に放出されて雰囲気ガスに合流し回収され、循環再使用される。なお、内部設備Ｗに流量制御手段が付加されている場合は、圧縮ガス流量制御手段２７に代えて、流量計測手段のみを設けても良い。
【００３３】
減圧設備Ｖは減圧下で用いる真空設備であり、外部から大気空気等の不純物が系内に侵入することは避けられず減圧設備Ｖの雰囲気ガスとしての不活性ガスの品質（濃度等）が次第に低下することになる。不活性ガスの品質が低下すると、減圧設備Ｖで処理又は製造される製品の品質が確保できなくなってしまうので、減圧設備Ｖに循環供給する不活性ガスの濃度を定期的に又は常時監視する設備（分析設備）を設け規定値に保持するように操作する必要がある。
【００３４】
この雰囲気ガス濃度を許容値以上に保つ操作方法として、例えば、系外からの不活性ガスの補給と系内の真空排気とを並行して行い雰囲気ガスを入れ替える方法や、装置を構成する各機器におけるガスリーク（真空の場合は漏れ込み）量を確定し、該ガスリーク量に見合った量以上の純枠な不活性ガスを系外から系内に導入する方法等、循環供給装置の仕様にしたがって適宜選択して採用することができる。また、雰囲気ガスの濃度が許容濃度以下になった場合は、循環供給装置を、単に停止させる方法を採用することもできる。そして、これらの操作は、必要な計器や回路等を構成することによって自動化することができる。
【００３５】
また、循環する不活性ガスに混入した不純物を除去するために、循環経路１３及び圧縮ガス供給経路１９のそれぞれの流量検出手段２５ａ及び２７ａの二次側に、フィルター３３が設けられている。該フィルター３３は、循環する不活性ガス中のダストを補足する機能を有するラインフィルターと、有害物質を除去する機能、例えば活性炭や吸着剤を充填して吸着除去する機能を有するケミカルフィルターとを直列に配置した構成にして使用される。なお、フィルター３３の設置位置は上記位置に限定されず、例えば、バッファータンク１２の直後の循環経路１３ｃや圧縮機３１の前後の経路等任意の位置に配置することができる。但し、圧力損失の問題から減圧下の位置より圧力の高い位置の方が望ましい。
【００３６】
本実施例における循環供給装置３０の真空排気ポンプ３２は、スクロール型ドライポンプが用いられ、循環供給装置３０の起動時の系内空気のパージ及び不活性ガスによる置換作業は次のようにして行わる。即ち、まず、真空排気ポンプ３２を用い、減圧設備Ｖを含む循環供給装置３０全体を０．００００１３３ＭＰａ迄真空排気した後真空排気ポンプ３２を系と絶縁し、その後系外からの高純度の不活性ガスを、不活性ガス源１４ａから補給経路１４，調節弁２４ｃ，バッファータンク１２，導入経路１３ｃ，調節弁２５ｃを通して減圧設備Ｖに導き、減圧設備Ｖの内圧がほぼ大気圧になるまで導入する。その後、真空排気ポンプ３２を再度用いて排気し、減圧設備Ｖが所定の運転圧力０．０２ＭＰａになるまで真空排気した後真空排気ポンプ３２を停止しパージ・置換作業を終了する。その後、真空ポンプ１１を起動し循環供給装置３０の起動を行って循環供給系を機能させる。
【００３７】
また、本実施例の循環供給装置３０における仕様運転において、バッファータンク圧力制御手段２４の設定値を若干の負圧である０．０９９３６ＭＰａに設定するとともに、真空排気ポンプ３２を用い、バッファータンク１２に接続された放出経路１５を通じてバッファータンク１２の圧力が上記設定値になるように連続して真空排気運転をした結果、真空ポンプ１１を安定して長期連続運転することができること、さらに、バッファータンク１２の圧力制御性も向上することが解った。即ち、このような減圧設備Ｖに用いられる真空ポンプ１１における吐出側の圧力を低めて、吸入・吐出の圧力差を小さくすることによって、真空ポンプ１１を長期間安定して運転することができる。
【００３８】
なお、本実施例では、真空ポンプ１１にルーツ型の真空ポンプ、真空排気ポンプ３２にスクロール型ドライポンプを用いた例について説明したが、本発明の循環供給装置３０における真空ポンプ１１及び真空排気ポンプ３２は、これに限定されるものではなく、他の形式、例えば、往復動型等の公知のオイルフリータイプのものを使用しても同様な効果を奏することができる。
【００３９】
本実施例によれば、
・ドライポンプの採用によりクリーンな不活性ガス減圧（負圧）環境を作り出すことができ、減圧設備の圧力レベルを安定な状態に保つことが出来る。
・上記のクリーンな設備の使用により、クリーンな雰囲気ガスが創生され、かつ循環使用することが可能となる。従って、従来の使い捨てシステムと比較して不活性ガスの使用量が大幅に低減される。
・また、真空ポンプの軸シールガスを循環使用することが可能となったので必要な不活性ガスの消費が無くなる。
・更に、減圧設備内で高圧の不活性ガスを必要とする設備を包含する場合において、圧縮機を布設することにより循環利用することが可能となり、これに必要な不活性ガスのロスが無くなる。
・バッファータンクの設置により循環系を安定化出来る。
・循環系とは独立してパージ用の真空ポンプを設けたことにより設備内のガスパージ用不活性ガスを最少にすることが出来る。
等の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の方法によれば、減圧下で不活性ガスを雰囲気ガスとして用いる減圧設備において、不活性ガスを循環使用することが可能となるので不活性ガスを大気放出することなく有効に利用することができ、従来の使い捨てシステムと比較して不活性ガスの使用量が大幅に低減される。
また減圧設備の圧力が一定に維持されつつ雰囲気ガスの導出が行われるので、減圧設備内の雰囲気環境を高精度に維持することができる。
真空ポンプとしてオイルフリータイプを採用すれば、減圧設備内の雰囲気環境をクリーンな状態とするのに好ましい。
また、減圧設備から導出した不活性ガスの一部を真空ポンプの軸シールガスとして使用し、使用後の軸シールガスを減圧設備から導出した不活性ガスに合流させることにより、軸シールガスを循環使用することができるので、無駄な不活性ガスの消費を無くすことができる。
【００４１】
さらに、減圧設備内で高圧の不活性ガスを必要とする内部設備を包含する場合には、減圧設備から導出され循環される不活性ガスを圧縮して内部設備に供給し、使用後は減圧設備の雰囲気ガスに合流させることにより、内部設備用の不活性ガスを別に供給する必要がなくなり、また内部設備で使用された不活性ガスも循環利用されるので、不活性ガスのロスを無くすことができる。
また減圧設備から導出した不活性ガスを貯溜するバッファータンクを設け、このバッファータンク内の圧力を制御することにより、不活性ガスの循環系を好ましく安定化することができる。
また系内ガスを真空排気してパージし、また必要に応じて系内に不活性ガスを導入できるように構成することにより、減圧設備の起動時の雰囲気環境作りにも対応することができ、パージ用不活性ガスの使用量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態例を示す系統図である。
【図２】  本発明の一実施例を説明する系統図である。
【図３】  従来技術を説明する系統図である。
【図４】  従来技術を説明する系統図である。
【符号の説明】
Ｖ…減圧設備
Ｗ…内部設備
１０…循環供給装置
１１…真空ポンプ
１２…バッファータンク
１３…循環経路
１４…補給経路
１５…放出経路
１６…シールガス圧縮機（シールガス圧縮手段）
１７…シールガス供給経路
１８…圧縮ガス圧縮機（圧縮ガス圧縮手段）
１９…圧縮ガス供給経路
２１…パージ経路
２２…真空排気ポンプ
２３…減圧設備圧力制御手段
２４…バッファータンク圧力制御手段
２５…流量制御手段
２６…シールガス流量制御手段
２７…圧縮ガス流量制御手段
３０…循環供給装置
３１…圧縮機
３２…真空排気ポンプ
３３…フイルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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