JP2021096005A

JP2021096005A - 排気配管及び排気設備

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Publication number: JP2021096005A
Application number: JP2019225238A
Authority: JP
Inventors: 建一今井; Kenichi Imai
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-06-24

Abstract

【課題】簡易な構成により、放熱の抑制および消費電力の削減が可能な排気配管を提供する。【解決手段】製造装置２０の排気装置２１と除害装置３０との間に位置し、排気装置２１から排出される排ガスの温度を除害装置３０に到達するまで所要の温度に維持する排気配管１であって、排気装置２１と除害装置３０との間に位置し、保温機構を有する主配管２と、所要の温度以上の気体を主配管２内に供給する、少なくとも１以上の気体供給口Ｐ１，Ｐ２と、を備え、気体供給口Ｐ１が排気装置２１の二次側に位置する、排気配管１を選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、排気配管及び排気設備に関する。

各種メモリー、ＣＭＯＳセンサー、液晶や太陽電池などの半導体産業では、ＣＶＤ装置などの成膜装置やエッチング装置等の製造装置が用いられる。また、これらの製造装置では、原料ガスやエッチングガスとして、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＳＦ_６、ＣＦ_４、ＨＦ、ＣＯＦ_２、ＣｌＦ_３、ＮＨ_３、ＰＯＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＧｅＣｌ_４、Ｆ_２などの化合物のガスが使用される。これらの化合物は有害であり、大気中にそのまま放出することができないため、製造装置の二次側には、製造装置から排気される排ガス中に含まれる有害な化合物を除害(処理)するための除害装置が設けられている。

一般的に、これらの製造装置は、排ガスを装置外に排気するために真空ポンプ等の排気装置を有する。また、製造装置の排気装置と除害装置との間には、排気配管が位置する。排気配管は、排気装置によって製造装置から排出された排ガスを除害装置まで供給する流路となる。

排気配管内には、排ガスとして反応性の高い化合物を含むガスが流れる。排気配管内の排ガスの温度が低下すると、排ガス中に含まれる化合物が凝縮したり、内壁に吸着したりして、排気配管内に化合物が残存する。また、排気配管内には、複数の種類の排ガスが交互に流れる。ここで、排気配管内に反応性の高い化合物が残存した状態で、この化合物と反応性を有する化合物を含む排ガスが流れた場合、排気配管内で固体成分が析出して配管を閉塞するおそれがある。

このため、製造装置の排気装置と除害装置との間に位置する排気配管は、所要の温度を維持するように保温される。排気配管の保温技術として、特許文献１には、内管と外管とからなる二重管を用い、熱交換によって排気ガスを保温して水分結露を抑制するための技術が開示されている。また、特許文献２には、形状が複雑な対象物を保温するための断熱部材の成形方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１及び２に開示された排気配管の保温技術では、実測値としてその効果を発揮することができず、排気配管を所要の温度に維持することが困難な場合があった。特に、製造装置の排気装置と除害装置とが離れており、長い配管長となる排気配管で顕著であった。

そこで、排気配管内の排ガス温度を所要の温度以上に保つために、排気配管の外側にヒータを設けて排気配管内の排ガスを加温する技術が知られている。例えば、図４及び図５に示すように、従来の排気設備１１０は、主配管１０２の外周面にトレースヒータ１０７を直接巻き付け、トレースヒータ１０７の外側にトレースヒータ１０７の全体を覆うように保温材１０４を巻きつける排気配管１０１を備える。排気設備１１０によれば、上述した構成の排気配管１０１を備えるため、主配管１０２内の排ガス温度を所要の温度以上に保ちつつ、主配管１０２から外部環境への放熱を抑制できる。

特開２００３−２６９７１５号公報特開２００６−１６２０３８号公報

しかしながら、従来の排気配管１０１では、主配管１０２内の排ガス温度を所要の温度以上に保つためにトレースヒータ１０７を用いるため、消費電力が大きいという課題があった。また、主配管１０２の外周面にトレースヒータ１０７を巻き付けるため、主配管１０２と保温材１０４との間の隙間１０８から設置環境への放熱を充分に抑制できず、設置環境の空調への負荷が高いという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、放熱の抑制および消費電力の削減が可能な排気配管及び排気設備を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
［１］製造装置の排気装置と除害装置との間に位置し、前記排気装置から排出される排ガスの温度を前記除害装置に到達するまで所要の温度に維持する排気配管であって、
前記排気装置と前記除害装置との間に位置し、保温機構を有する主配管と、
前記所要の温度以上の気体を前記主配管内に供給する、少なくとも１以上の気体供給口と、を備え、
前記気体供給口の１つが、前記排気装置の二次側に位置する、排気配管。
［２］前記気体供給口を２以上有し、
前記気体供給口同士が、所要の間隔を空けて前記主配管に配置される、前項［１］に記載の排気配管。
［３］前記気体を所要の温度以上に加熱する、１以上の気体加熱器を有する、前項［１］又は［２］に記載の排気配管。
［４］前記気体が、窒素ガスである、前項［１］乃至［３］のいずれかに記載の排気配管。
［５］前記保温機構が、前記主配管の外周面に直接接するように被覆する断熱材である、前項［１］乃至［４］のいずれかに記載の排気配管。
［６］前記主配管の長さが、５ｍ以上である、前項［１］乃至［５］のいずれかに記載の排気配管。
［７］製造装置の排気装置と、
前記排気装置の二次側に位置する除害装置と、
前記排気装置と前記除害装置との間に位置し、前記排気装置と前記除害装置とに連結される、前項［１］乃至［６］のいずれかに記載の排気配管と、を備える排気設備。

本発明の排気配管、及び排気設備は、簡易な構成により、放熱の抑制および消費電力の削減が可能である。

本発明の一実施形態である排気配管及び排気設備の構成を示す系統図である。本発明の他の実施形態の排気配管、及び排気設備の構成を示す系統図である。本発明の排気配管及び排気設備を用いた実施例を説明する模式図である。従来の排気設備の構成を示す系統図である。従来の排気配管の構成を示す断面模式図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である排気配管の構成について、その排気配管を用いる排気設備と併せて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１に示す排気配管１を備える排気設備１０について説明する。
なお、図１は、排気配管１及び排気設備１０の構成を示す系統図である。

本実施形態の排気設備１０は、図１に示すように、製造装置２０の排気装置２１と、排気装置２１の二次側に位置する除害装置３０と、排気配管１と、を備える。排気設備１０は、排気装置２１から排出される排ガスの温度を所要の温度に維持したまま、除害装置３０に供給するものである。

製造装置２０は、本実施形態の排気設備１０の処理対象となる排ガスを排出する装置であれば、特に限定されない。製造装置２０としては、ＣＶＤ装置などの成膜装置、エッチング装置、エピタキシャル成長装置等が挙げられる。

排ガス中に含まれる化合物は、特に限定されない。排ガス中に含まれる化合物としては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＳＦ_６、ＣＦ_４、ＨＦ、ＣＯＦ_２、ＣｌＦ_３、ＮＨ_３、ＰＯＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４、ＧｅＣｌ_４、Ｆ_２などが挙げられる。

排気装置２１は、製造装置２０の一部である。排気装置２１は、例えば、真空排気管２２等の排気管（配管）を介して排気装置２１と接続されている。排気装置２１は、製造装置２０から不要な成分を排ガスとして排出する装置であれば、特に限定されない。排気装置２１としては、油回転式やメカニカルブースター、ターボ分子など真空排気を目的とする真空ポンプや、排気ブロワ等が挙げられる。

除害装置３０は、有害物質の除去処理が可能な装置であれば、特に限定されない。除害装置３０としては、処理条件に応じて多種多様なものを用いることができる。例えば、除害装置３０としては、触媒や化学吸着を用いた乾式除害装置、ヒータや燃焼式等の加熱式除害装置、化学薬品等の溶液を用いた湿式除害装置等が挙げられる。なお、除害装置３０は、２種以上の装置が組み合わせて構成されていてもよい。

排気配管１は、製造装置２０の排気装置２１と除害装置３０との間に位置し、排気装置２１から排出される排ガスの温度を除害装置３０に到達するまで所要の温度に維持する配管である。排気配管１は、排気装置２１と除害装置３０との間に位置する主配管２と、主配管２内の排ガスの温度を上昇させる１以上の加温機構３とを備える。

主配管２の材質は、一般的にガス配管設備に利用されるものであれば、特に限定されない。このような主配管２としては、例えば、ステンレス鋼、銅、銅合金、ニッケル合金、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属管；ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）等の非金属管が挙げられる。これらの中でも、耐食性や耐熱性、経済性等の観点から、ステンレス鋼を用いることが好ましい。

主配管２の長さ及び管径は、一般的にガス配管設備に利用されるものであれば、特に限定されない。主配管２としては、一般的にガス配管設備に利用される規格の長さ及び管径から適宜選択することができる。

主配管２の長さは、特に限定されず、排気装置２１と除害装置３０との距離に応じて適宜選択できる。主配管２の直線長さが、一般的なガス管一本分の長さの規格値（４０００ｍｍ、５５００ｍｍ）を超える場合や、エルボ継手を必要とする場合は、二本以上のガス管を溶接あるいは継手により接合して用いてもよい。

主配管２は、保温機構４を有する。保温機構４は、主配管２からの放熱を抑制できるものであれば、特に限定されない。保温機構４としては、ガス配管設備に利用される一般的な真空二重配管、グラスウール、真空断熱材、シリコンスポンジなど発泡樹脂の断熱材等が挙げられる。これらの中でも、放熱抑制及び経済性の観点から、主配管２の外周面に直接接するように被覆するグラスウール等の断熱材を用いることが好ましい。

加温機構３は、主配管２に合流する副配管５と、副配管５に位置する気体加熱器６とを有する。

副配管５は、主配管２内に所要温度に加熱された気体を供給するための配管である。副配管５としては、主配管２と同様の材質、長さ、管径を用いることができる。

副配管５の一端は、主配管２と連通するように接続されている。なお、副配管５と主配管２との合流点が気体供給口Ｐ（Ｐ１，Ｐ２・・・）となる。副配管５の他端は、図示略の気体供給源と接続されている。

気体供給源から供給される気体は、主配管２内の排ガス中に含まれる成分と反応しないガスであれば、特に限定されない。このような気体としては、窒素ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎｅガス等の不活性ガスが挙げられる。これらの不活性ガスの中でも、経済性の観点から、窒素ガスを用いることが好ましい。

気体加熱器６は、副配管５に位置し、副配管５内の気体を所要の温度となるように加熱する。気体加熱器６は、配管内の気体を加熱できるものであれば、特に限定されない。気体加熱器６としては、シーズヒータ、シェル＆チューブ式ヒータ、ハロゲンランプ式ヒータ等が挙げられる。

本実施形態の排気配管１は、図１に示すように、主配管２に対して２つの加温機構３を有する。すなわち、主配管２に対して２本の副配管５が接続されており、２つの気体供給口Ｐ１，Ｐ２を有する。

２つの気体供給口Ｐ１，Ｐ２のうち、主配管２の流れ方向に対して最も上流側（一次側）の気体供給口Ｐ１は、排気装置２１の二次側に位置する。具体的には、気体供給口Ｐ１は、排気装置２１と主配管２との接続部付近に設けることが好ましい。これにより、排気装置２１から排出される排ガスの温度が目標温度に満たない場合でも、加温機構３によって所要の温度に加熱された気体と混合して加温できるため、主配管２内に目標温度以上に加温された排ガスを流すことができる。

気体供給口Ｐ１，Ｐ２は、主配管２の長さ方向に対して所要の間隔を空けて配置される。気体供給口Ｐ１，Ｐ２の間隔は、特に限定されるものではなく、主配管２の放熱抑制能力に応じて主配管２内の排ガスを加温する位置を算出して設定することができる。気体供給口Ｐ１の二次側に位置する気体供給口Ｐ２は、主配管２を構成する排気管が規格されたものである場合、施工しやすさの観点から、排気管同士の継ぎ目に位置することが好ましい。

本実施形態の排気配管１によれば、一般的な保温機構４を有する主配管２と、主配管２内の排ガスに入熱する１以上の加温機構３とを有し、主配管２内に所要の温度以上の気体を供給して主配管２内の排ガスを加温するため、簡易な構成により、排気装置２１から排出される排ガスの温度を除害装置３０に到達するまで所要の温度以上に維持できる。

また、本実施形態の排気配管１によれば、主配管２内の排ガスに入熱する加温機構３を２以上有し、主配管２の長さ方向において所要の間隔を空けて配置されるため、主配管２の耐熱温度に制限がある場合や主配管２の長さが５ｍ以上の場合に、保温抑制効果および経済性の点で大きな効果を奏する。

本実施形態の排気設備１０によれば、排気配管１の構成において、主配管２の外側にトレースヒータを巻くことなく、簡易な構成により、放熱の抑制および消費電力の削減が可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態の排気設備１０及び排気配管１では、加温機構３として、主配管２に合流する副配管５と副配管５に位置する気体加熱器６とを有する構成を一例として説明したが、これに限定されない。

図２に示すように、加熱された窒素ガス等の気体を供給する加温機構３にかえて、主配管２に直接取り付けられたガス加熱器４６を有する加温機構４３を用いる構成であってもよい。加温機構４３を有する排気配管４１、及びこの排気配管４１を備える排気設備４０によれば、上記実施形態の排気配管１及び排気設備１０と同様の効果が得られる。なお、この場合でも、主配管２が長くなる場合、２つ以上のガス加熱器４６を主配管２の長さ方向に所要の間隔を空けて設置してもよい。

また、上述した実施形態の排気配管１及び排気設備１０では、加温機構３を２つ有する構成を一例として説明したが、加温機構３の数は、１つであってもよいし、２以上であってもよい。

また、上述した実施形態の排気配管１及び排気設備１０では、１つの加温機構３において１つの副配管５に気体加熱器６を１つずつ有する構成を一例として説明したが、２つの副配管５に共用されるように気体加熱器６を１つ有する構成であってもよい。

以下、実施例と比較例とにより、本発明の効果を具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

実施例及び比較例では、真空ポンプ（排気装置）から排出される排気ガス（主成分Ｎ_２；流量１２０ＮＬ／ｍｉｎ）が断熱圧縮により１５０℃で排気された場合を想定し、１２０℃以上の温度に維持して除害装置３０に供給する場合について比較検討する。
なお、真空ポンプからの排ガス中にアンモニアが含まれる場合、排ガスの温度が低下すると配管の内壁面にアンモニアが吸着し、珪フッ化アンモニウム等が析出するおそれあるため、管理温度の閾値は１２０℃とされることがある。

＜実施例＞
図１に示す構成の排気設備１０及び排気配管１を用いた。
主配管２は、２本の排気管（ＳＵＳ３０４，Ｓｃｈ１０，５０Ａ，Ｌ＝４０００）を接続し、長さ８ｍとした。
保温機構４は、グラスウール（旭ファイバーグラス株式会社製、「ＧＷＰ−ＡＬＫ」）を用い、主配管２を構成する排気管の外周面を直接接するように被覆し、それぞれ厚さ４０ｍｍとした。
加温機構３を構成する気体加熱器６は、ハロゲンランプ式ヒータ（株式会社アクセス社製、「ＨＮＧ−ＣＯＭＰＡＣＴＩＩ」）を用いた。

図３に示すように、本発明の排気設備１０及び排気配管１では、先ず、主配管２の一端側に位置する気体供給口Ｐ１において、真空ポンプ２１から排出される排気（流量１２０ＮＬ／ｍｉｎ；温度１５０℃）と、加温機構３から供給される高温窒素ガス（流量４５ＮＬ／ｍｉｎ；温度２５０℃）とを混合し、混合ガス（流量１６５ＮＬ／ｍｉｎ；温度１７０℃）として主配管２に供給した。

なお、気体供給口Ｐ１と気体供給口Ｐ２とは、主配管２の長さ方向において４ｍ離れている。主配管２を流れる混合ガスの温度は、気体供給口Ｐ１における１７０℃から、気体供給口Ｐ２において１３５℃まで低下した。

次に、主配管２を構成する長さ４ｍの排気管同士の接続部に位置する気体供給口Ｐ２において、気体供給口Ｐ２の一次側を流れる混合ガス（流量１６５ＮＬ／ｍｉｎ；温度１３５℃）と、加温機構３から供給される高温窒素ガス（流量４５ＮＬ／ｍｉｎ；温度２５０℃）とを混合し、混合ガス（流量２１０ＮＬ／ｍｉｎ；温度１５５℃）として気体供給口Ｐ２の二次側（主配管２）に供給した。

なお、気体供給口Ｐ２と除害装置３０とは、主配管２の長さ方向において４ｍ離れている。主配管２を流れる混合ガスの温度は、気体供給口Ｐ２における１５５℃から、除害装置３０において１３５℃まで低下した。

以上のように、本発明の排気設備１０及び排気配管１によれば、真空ポンプ（排気装置）２１から排出される排ガスの温度を１２０℃以上に維持して除害装置３０に供給できることを確認した。
なお、排気配管１における放熱量は、７０２Ｗであった。また、排気設備１０における消費電力は、６３６Ｗであった。

＜比較例＞
図４及び図５に示す構成の排気設備１１０及び排気配管１０１を用いた。
主配管１０２は、実施例と同様に、２本の排気管（ＳＵＳ３０４，Ｓｃｈ１０，５０Ａ，Ｌ＝４０００）を接続し、長さ８ｍとした。
主配管１０２において、真空ポンプ２１側から全長８ｍをトレースヒータ（株式会社ヤガミ社製、「ＹＳＨ２８−１」）１０７を巻き付けた。なお、トレースヒータ１０７を巻き付ける間隔は、およそ４０ｍｍとした。
保温機構１０４は、グラスウール（旭ファイバーグラス株式会社製、「ＧＷＰ−ＡＬＫ」）を用い、主配管１０２の外周に巻き付けたトレースヒータ１０７を覆うように、厚さ４０ｍｍとなるように被覆した。

排気設備１１０及び排気配管１０１では、先ず、主配管１０２の一端側から、真空ポンプ２１から排出される排気（流量１２０ＮＬ／ｍｉｎ；温度１５０℃）を供給した。
次いで、トレースヒータ１０７によって主配管１０２の外側から排ガスを加熱した。
次に、主配管１０２の他端側から排出される排気（流量１２０ＮＬ／ｍｉｎ；温度１２５℃）を除害装置３０に供給した。

以上のように、排気設備１１０及び排気配管１０１によれば、真空ポンプ（排気装置）２１から排出される排ガスの温度を１２０℃以上に維持して除害装置３０に供給できることを確認した。
なお、排気配管１０１における放熱量は、６６０Ｗであった。また、排気設備１１０における消費電力は、４４２Ｗであった。

＜比較検証＞
比較例の排気配管１０１と比較して、実施例の排気配管１は、放熱量を６％程度削減することができた。また、消費電力について、３１％程度削減することができた。

１，４１・・・排気配管
２・・・主配管
３，４３・・・加温機構
４・・・保温機構
５・・・副配管
６・・・気体加熱器
１０，４０・・・排気設備
２０・・・製造装置
２１・・・排気装置
２２・・・真空排気管
３０・・・除害装置
Ｐ，Ｐ２，Ｐ２・・・気体供給口

Claims

製造装置の排気装置と除害装置との間に位置し、前記排気装置から排出される排ガスの温度を前記除害装置に到達するまで所要の温度に維持する排気配管であって、
前記排気装置と前記除害装置との間に位置し、保温機構を有する主配管と、
前記所要の温度以上の気体を前記主配管内に供給する、少なくとも１以上の気体供給口と、を備え、
前記気体供給口の１つが、前記排気装置の二次側に位置する、排気配管。
前記気体供給口を２以上有し、
前記気体供給口同士が、所要の間隔を空けて前記主配管に配置される、請求項１に記載の排気配管。
前記気体を所要の温度以上に加熱する、１以上の気体加熱器を有する、請求項１又は２に記載の排気配管。
前記気体が、窒素ガスである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排気配管。
前記保温機構が、前記主配管の外周面に直接接するように被覆する断熱材である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の排気配管。
前記主配管の長さが、５ｍ以上である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排気配管。
製造装置の排気装置と、
前記排気装置の二次側に位置する除害装置と、
前記排気装置と前記除害装置との間に位置し、前記排気装置と前記除害装置とに連結される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の排気配管と、を備える排気設備。