JP2021159900A - Mixed gas supply device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、混合ガス供給装置及び方法に関し、詳しくは、複数のガスを所定の流量比率で混合して供給する装置及び方法に関する。 The present invention relates to a mixed gas supply device and method, and more particularly to a device and method for mixing and supplying a plurality of gases at a predetermined flow rate ratio.
半導体製造の分野においては、様々な特殊材料ガスが使用されており、例えば、ウェハー上の結晶をエピタキシャル成長させるために、トリクロロシラン(TCS)と水素(H2)との混合ガスが用いられている。このような混合ガスは、使用量が変動しても混合比率が保たれた状態で製造・供給されることが望ましい。 In the field of semiconductor manufacturing, various special material gases are used. For example, a mixed gas of trichlorosilane (TCS) and hydrogen (H2) is used for epitaxially growing crystals on a wafer. It is desirable that such a mixed gas be manufactured and supplied in a state where the mixing ratio is maintained even if the amount used fluctuates.
そのような技術としては、例えば、圧力調整弁と流量調整弁と遮断弁とが設けられた複数のガス供給経路を合流させ、圧力計を備えたバッファータンクにつなぎ、バッファータンク内の圧力に応じて各ガス供給経路の遮断弁を開閉制御する混合ガス供給装置が提案されている(特許文献1参照。)。 As such a technique, for example, a plurality of gas supply paths provided with a pressure regulating valve, a flow rate regulating valve, and a shutoff valve are merged, connected to a buffer tank equipped with a pressure gauge, and depending on the pressure in the buffer tank. A mixed gas supply device that controls the opening and closing of the shutoff valve of each gas supply path has been proposed (see Patent Document 1).
また、流量検出手段と圧力調整部とが設けられたメインガス流通路と、流量調整手段が設けられた添加ガス流通路とを接続し、流量計が検出したメインガスの流量に基づいて、添加ガスの流量を流量調整手段が制御し、添加ガスの圧力に応じて圧力調整部がメインガスの圧力を調整する混合ガス供給装置が提案されている(特許文献2参照。)。 Further, the main gas flow path provided with the flow rate detecting means and the pressure adjusting unit is connected to the added gas flow path provided with the flow rate adjusting means, and the gas is added based on the flow rate of the main gas detected by the flow meter. A mixed gas supply device has been proposed in which the flow rate adjusting means controls the gas flow rate and the pressure adjusting unit adjusts the pressure of the main gas according to the pressure of the added gas (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載された発明では、ガスの流量や圧力を安定させるべく、バッファータンクを設けて蓄圧しており、高圧ガス用設備を用いることなくガス混合をしたいという需要に応えることができていなかった。 However, in the invention described in Patent Document 1, a buffer tank is provided to store pressure in order to stabilize the flow rate and pressure of the gas, and it is possible to meet the demand for gas mixing without using high-pressure gas equipment. It wasn't done.
また、特許文献2に記載された発明でも、圧力調整部が構成として必須となり、圧力調整部における圧力損失が大きいので、原料となるガスを低圧のまま取り扱うことができなかった。 Further, even in the invention described in Patent Document 2, the pressure adjusting unit is indispensable as a configuration, and the pressure loss in the pressure adjusting unit is large, so that the gas as a raw material cannot be handled at a low pressure.
そこで本発明は、高圧ガス用設備を用いることなく、複数の原料ガスを流量に依らず一定の混合比率を維持して混合でき、混合したガスを低圧のまま消費設備に供給可能な混合ガス供給装置及び方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a mixed gas supply in which a plurality of raw material gases can be mixed while maintaining a constant mixing ratio regardless of the flow rate without using high-pressure gas equipment, and the mixed gas can be supplied to the consumption equipment at low pressure. It is intended to provide equipment and methods.
上記目的を達成するため、本発明の第1の混合ガス供給装置は、複数の原料ガスを所定の割合で混合して供給する混合ガス供給装置であって、複数の原料ガス供給経路と、各原料ガス供給経路から供給される複数の原料ガスを合流させて混合ガスとするガス合流部と、混合ガスを使用先に供給するための混合ガス供給経路と、を備え、前記原料ガス供給経路の一つに流量計測器が設けられ、他の原料ガス供給経路には流量調整器が設けられ、前記流量調整器は、前記流量計測器からの信号を受信可能に構成され、前記流量計測器は、検出した流量に応じて、前記流量計測器の計測可能な流量の上限値で割って得られる流量比を示す信号を前記流量調整器に送信し、前記流量調整器は、前記信号を受信すると、原料ガスの流量を、前記流量調整器の調整可能な流量の上限値に前記流量比を掛けて得られる流量に調整することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the first mixed gas supply device of the present invention is a mixed gas supply device that mixes and supplies a plurality of raw material gases at a predetermined ratio, and has a plurality of raw material gas supply paths and each. The raw material gas supply path includes a gas confluence portion that merges a plurality of raw material gases supplied from the raw material gas supply path to form a mixed gas, and a mixed gas supply path for supplying the mixed gas to the destination. A flow rate measuring device is provided in one, a flow rate regulator is provided in the other raw material gas supply path, the flow rate regulator is configured to be able to receive a signal from the flow rate measuring device, and the flow rate measuring device is configured. When a signal indicating a flow rate ratio obtained by dividing by the upper limit value of the measurable flow rate of the flow rate measuring device is transmitted to the flow rate regulator according to the detected flow rate, the flow rate regulator receives the signal. It is characterized in that the flow rate of the raw material gas is adjusted to a flow rate obtained by multiplying the upper limit value of the adjustable flow rate of the flow rate regulator by the flow rate ratio.
また、本発明の混合ガス供給装置は、前記流量計測器によって検出された流量が、計測上限値に達する、又は、計測下限値を下回ると、前記複数の原料ガス供給経路を遮断する遮断弁を備えていてもよく、前記流量計測器によって検出された流量が計測下限値を下回ると、前記混合ガス供給経路に設けられたベント経路に混合ガスを流してもよい。 Further, the mixed gas supply device of the present invention provides a shutoff valve that shuts off the plurality of raw material gas supply paths when the flow rate detected by the flow rate measuring device reaches the measurement upper limit value or falls below the measurement lower limit value. When the flow rate detected by the flow rate measuring device falls below the lower limit of measurement, the mixed gas may flow through the vent path provided in the mixed gas supply path.
また、上記目的を達成するため、本発明の第2の混合ガス供給装置は、複数の原料ガスを所定の割合で混合して供給する混合ガス供給装置であって、複数の原料ガス供給経路と、各原料ガス供給経路から供給される複数の原料ガスを合流させて混合ガスとするガス合流部と、混合ガスを使用先に供給するための混合ガス供給経路と、を備え、前記原料ガス供給経路の一つが複数に分岐され、各分岐経路にそれぞれ流量計測器が設けられ、他の原料ガス供給経路も同様に複数に分岐され、各分岐経路にそれぞれ流量調整器が設けられ、前記流量調整器は、対応する前記流量計測器からの信号を受信可能に構成され、前記流量計測器は、検出した流量に応じて、前記流量計測器の計測可能な流量の上限値で割って得られる流量比を示す信号を対応する前記流量調整器に送信し、前記流量調整器は、前記信号を受信すると、原料ガスの流量を、前記流量調整器の調整可能な流量の上限値に前記流量比を掛けて得られる流量に調整することを特徴としている。 Further, in order to achieve the above object, the second mixed gas supply device of the present invention is a mixed gas supply device that mixes and supplies a plurality of raw material gases at a predetermined ratio, and has a plurality of raw material gas supply paths. , The raw material gas supply is provided with a gas confluence portion that merges a plurality of raw material gases supplied from each raw material gas supply path to form a mixed gas, and a mixed gas supply path for supplying the mixed gas to the destination. One of the routes is branched into a plurality of routes, each branch route is provided with a flow measuring device, the other raw material gas supply routes are also branched into a plurality of routes, and each branch route is provided with a flow regulator. The instrument is configured to be able to receive signals from the corresponding flow meter, which is the flow rate obtained by dividing by the upper limit of the measurable flow rate of the flow meter according to the detected flow rate. A signal indicating the ratio is transmitted to the corresponding flow rate regulator, and when the flow rate regulator receives the signal, the flow rate of the raw material gas is set to the upper limit of the adjustable flow rate of the flow rate regulator. It is characterized by adjusting the flow rate obtained by multiplying.
さらに、前記原料ガス供給経路の一つの分岐経路に設けられた前記流量計測器の検出した流量が、所定の流量を上回ると、隣接する分岐経路の原料ガスを流し始め、所定の流量を下回ると、隣接する分岐経路の原料ガスの流れを遮断することを特徴としている。 Further, when the flow rate detected by the flow rate measuring instrument provided in one branch path of the raw material gas supply path exceeds a predetermined flow rate, the raw material gas of the adjacent branch path starts to flow, and when the flow rate falls below the predetermined flow rate. It is characterized by blocking the flow of raw material gas in the adjacent branch path.
また、上記目的を達成するため、本発明の混合ガス供給方法は、複数の原料ガスを所定の割合で混合して供給する混合ガス供給方法であって、複数の原料ガスを各原料ガス供給経路に供給し、流量計測器を介して一の原料ガスを供給し、前記流量計測器によって検出された流量に基づく出力信号を、入力信号として流量調整器で他の原料ガスの流量を調整し、複数の原料ガスを合流させて混合ガスとすることを特徴としている。 Further, in order to achieve the above object, the mixed gas supply method of the present invention is a mixed gas supply method in which a plurality of raw material gases are mixed and supplied at a predetermined ratio, and a plurality of raw material gases are supplied to each raw material gas supply route. , One raw material gas is supplied via the flow rate measuring instrument, and the output signal based on the flow rate detected by the flow rate measuring device is used as an input signal to adjust the flow rate of the other raw material gas with the flow rate regulator. It is characterized in that a plurality of raw material gases are merged into a mixed gas.
本発明の第1の混合ガス供給装置によれば、第1原料ガスの流量に対して、第2原料ガスの流量を、流量計測器の計測上限値と、流量調整器の調整上限値とによって決定して混合できるので、複数の原料ガスを流量に依らず一定の混合比率を維持して混合でき、混合したガスを低圧のまま消費設備に供給可能になる。 According to the first mixed gas supply device of the present invention, the flow rate of the second raw material gas is determined by the measurement upper limit value of the flow rate measuring instrument and the adjustment upper limit value of the flow rate regulator with respect to the flow rate of the first raw material gas. Since it can be determined and mixed, a plurality of raw material gases can be mixed while maintaining a constant mixing ratio regardless of the flow rate, and the mixed gas can be supplied to the consumption facility at a low pressure.
また、本発明の第2の混合ガス供給装置によれば、1台の流量計測器と流量調整器では供給できない大流量の混合ガスが必要とされる場合に、複数台を多段式に接続することにより、供給することができる。 Further, according to the second mixed gas supply device of the present invention, when a large flow rate of mixed gas that cannot be supplied by one flow rate measuring instrument and a flow rate regulator is required, a plurality of units are connected in a multi-stage system. Thereby, it can be supplied.
図1は、本発明の第1形態例を示す混合ガス供給装置11の系統図である。本形態例では、トリクロロシラン(TCS)を水素(H2)で20%に希釈した混合ガスを供給する場合に適用される場合について説明する。
FIG. 1 is a system diagram of a mixed
混合ガス供給装置11は、第1原料ガスであるトリクロロシラン(TCS)を供給するTCS供給部12から延びた第1ガス供給経路13と、第2原料ガスである水素(H2)を供給するH2供給部14から延びた第2ガス供給経路15と、TCSとH2とを混合した混合ガスを、混合ガスを使用する消費設備16に供給する混合ガス供給経路18とを備えており、第1ガス供給経路13と第2ガス供給経路15とは、合流部17で合流して混合ガス供給経路18に繋げられている。
The mixed
TCS供給部12には、供給するTCSを所定の温度に保つ温度調整装置12aが取り付けられている。蒸気圧が0.2MPa以上となると高圧ガス用設備としての取り扱いとなるため、温度調整装置12aにより、蒸気圧が0.2MPa以上となることを防ぐため53℃を超えないよう、蒸気圧0.183MPaとなる50℃にて温度調整している。
A
第1ガス供給経路13には、流量計測器であるマスフローメータ19(MFM)と、ガス流を遮断可能な第1遮断弁20とが設けられており、第2ガス供給経路15には、流量調整器であるマスフローコントローラ21(MFC)と、ガス流を遮断可能な第2遮断弁22とが設けられている。
The first
合流部17と、マスフローメータ19と、第1遮断弁20と、マスフローコントローラ21と、第2遮断弁22とは、それぞれ、恒温槽23の内部に配置されて、内部のガス温度を一定に保つように構成されている。
The merging
マスフローメータ19は、フルスケールと称される計測可能な流量の上限値(計測上限値)Hmと、計測精度が保証される流量の下限値(計測下限値)Lmとが、あらかじめ定まっている。本形態例では、50L/minが計測上限値Hmとなるマスフローメータ19を採用しており、計測下限値Lmは、一般的な機種であれば、計測上限値Hmの2%程度、高精度な機種であっても0.5%程度である。
In the
同様に、マスフローコントローラ21についても、フルスケールと称される調整可能な流量の上限値(調整上限値)Hcと、調整精度が保証される流量の下限値(調整下限値)Lcとが、あらかじめ定まっている。本形態例では、TCSを20%に希釈することから、200L/minが調整上限値Hcとなるマスフローコントローラ21を採用している。調整下限値Lcもマスフローメータ19と同様に、一般的な機種であれば、調整上限値Hcの2%程度、高精度な機種であっても0.5%程度となる。
Similarly, for the
マスフローメータ19は、マスフローコントローラ21、第1遮断弁20及び第2遮断弁22のそれぞれに対して、電気的に接続されて情報伝達可能に形成されており、計測した第1ガス供給経路13のガス流量L1を、計測上限値Hmで割って得られる流量比に応じた0〜5Vの範囲の電圧信号S(出力信号)に変換して送るように設定されている。
The
すなわち、S=5・L1/Hmである。例えば、マスフローメータ19によって、計測されたTCSの流量が40L/minの場合、電圧信号Sは4Vとなる。このとき、第1ガス供給経路13におけるTCSの圧力は、マスフローメータ19の上流側では0.183MPaであったのが、マスフローメータ19の下流側では、配管等の圧力損失により、0.18MPaとなる。
That is, S = 5 · L1 / Hm. For example, when the flow rate of TCS measured by the
マスフローコントローラ21は、マスフローメータ19から受け取った電圧信号S(入力信号)に応じて第2ガス供給経路15の流量を調整するように形成されており、これにより調整される流量L2は、調整上限値Hcに電圧信号Sの最大値5Vに応じた流量比を掛けて得られる値になるように設定されている。
The
すなわち、L2=Hc・S/5である。したがって、電圧信号Sが4Vの場合、H2の流量が160L/minとなるように調整される。このとき、H2の圧力は、第2ガス供給経路15において、マスフローコントローラ21の上流側では0.25MPaであったのが、マスフローコントローラ21の下流側では、混合されるTCS供給圧力となる(本形態例では、0.18MPa)。
That is, L2 = Hc · S / 5. Therefore, when the voltage signal S is 4V, the flow rate of H 2 is adjusted to 160 L / min. At this time, the pressure of H 2 was 0.25 MPa on the upstream side of the
このように、合流部17に送り込まれるTCSとH2との割合は、L1/L2=Hm/Hcとなり、TCSの流量が変動しても、常に一定のガス混合比になるように、H2の流量が調整可能となる。
Thus, the ratio between the TCS and H 2 fed to the merging
また、第1遮断弁20及び第2遮断弁22は、それぞれ、マスフローメータ19が計測した流量L1が計測上限値Hmに達した、又は、計測下限値Lmを下回った場合の電圧信号Sを受け取ると、各弁を閉じて第1ガス供給経路13及び第2ガス供給経路15のガス流をそれぞれ遮断するように形成されている。
Further, the
図2は、第1形態例における混合ガス供給装置11による各原料ガスの流量と混合比率との関係を示すグラフで、TCSの流量を0〜50L/minの範囲で10L/minずつ断続的に変化させた場合の各経路におけるガス流量を計測した結果を示している。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the flow rate of each raw material gas and the mixing ratio by the mixed
図2に示されるように、時刻tにおける第1ガス供給経路13の流量L1(t)と、第2ガス供給経路15の流量L2(t)と、混合ガス供給経路18の流量L3(t)との関係を見ると、流量が一定の範囲では、L3(t)=L1(t)+L2(t)が成り立っており、かつ、L2(t)=4・L1(t)であることがわかる。
As shown in FIG. 2, the flow rate L1 (t) of the first
したがって、TCSとH2の混合比率は、L1(t):L2(t)=20%:80%=Hm:Hcとなって、実際に、マスフローメータ19の計測上限値Hmとマスフローコントローラ21の調整上限値Hcとの関係で決まっていることがわかる。
Therefore, the mixing ratio of TCS and H 2 are, L1 (t): L2 ( t) = 20%: 80% = Hm: becomes Hc, in fact, measured upper limit of the
このように、本発明の混合ガス供給装置11によれば、第1原料ガスであるTCSの流量L1に対して、第2原料ガスであるH2の流量L2を、マスフローメータ19の計測上限値Hmと、マスフローコントローラ21の調整上限値Hcとによって決定して混合できるので、複数の原料ガスを流量に依らず一定の混合比率を維持して混合でき、混合したガスを低圧のまま消費設備に供給可能になる。
As described above, according to the mixed
また、第1ガス供給経路13にマスフローメータ19の計測上限値Hmから計測下限値Lmの範囲を外れた流量の第1原料ガスが流されても、第1ガス供給経路13を第1遮断弁20が、第2ガス供給経路15を第2遮断弁22が、それぞれ遮断するので、マスフローメータ19が精度よく計測可能な場合のみガスの混合を行うことができ、一定の混合比率を保つことができる。
Further, even if the first raw material gas having a flow rate outside the range of the measurement upper limit value Hm to the measurement lower limit value Lm of the
図3は、本発明の第2形態例を示す混合ガス供給装置30の系統図である。本形態例は、消費設備において、1台のマスフローメータとマスフローコントローラでは供給できない大流量の混合ガスが必要とされる場合に、複数台のマスフローメータとマスフローコントローラを多段式に接続するものである。
FIG. 3 is a system diagram of the mixed
図3に示されるように、本形態例における多段式の混合ガス供給装置30は、第1形態例とは恒温槽23内の構成が異なっており、TCSとH2とを混合させる経路が3段、並列に配設されたものである。
As shown in FIG. 3, the multi-stage mixed
第1ガス供給経路13からは第1ガス分岐経路13a,13b,13cがそれぞれ延びており、第2ガス供給経路15からは第2ガス分岐経路15a,15b,15cがそれぞれ延びている。
The first
第1ガス分岐経路13aと第2ガス分岐経路15aとは、合流部17aで混合ガス供給経路18と接続しており、第1ガス分岐経路13bと第2ガス分岐経路15bとは、合流部17bで混合ガス供給経路18と接続しており、第1ガス分岐経路13cと第2ガス分岐経路15cとは、合流部17cで混合ガス供給経路18と接続している。
The first
また、混合ガス供給経路18において、合流部17bは、合流部17aよりも上流に配置されており、合流部17cは、合流部17bよりも上流に配置されている。
Further, in the mixed
第1ガス分岐経路13a,13b,13cには、それぞれ、マスフローメータ19a,19b,19cが取り付けられており、第2ガス分岐経路15a,15b,15cには、それぞれ、マスフローコントローラ21a,21b,21cが取り付けられている。また、第1ガス分岐経路13aには、マスフローメータ19aの上流に第1開閉弁31が、第1ガス分岐経路13bには、マスフローメータ19bの上流に第2開閉弁32が、第1ガス分岐経路13cには、マスフローメータ19cの上流に第3開閉弁33が取り付けられている。
なお、マスフローメータ19a,19b,19cは、それぞれ同一のフルスケールである計測上限値Hmを有し、マスフローコントローラ21a,21b,21cは、それぞれ同一のフルスケールである調整上限値Hcを有している。
The
マスフローメータ19aは、マスフローコントローラ21aと第2開閉弁32とのそれぞれに対して、電気的に接続されて情報伝達可能に形成されており、第1ガス分岐経路13aで計測したガス流量L1aの情報を、計測上限値Hmとの比に応じた0〜5Vの範囲の電圧信号Saに変換して送るように設定されている。
The mass flow meter 19a is formed so as to be electrically connected to each of the
マスフローメータ19bは、マスフローコントローラ21bと第3開閉弁33とのそれぞれに対して、電気的に接続されて情報伝達可能に形成されており、第1ガス分岐経路13bで計測したガス流量L1bの情報を、計測上限値Hmとの比に応じた0〜5Vの範囲の電圧信号Sbに変換して送るように設定されている。
The mass flow meter 19b is formed so as to be electrically connected to each of the
マスフローメータ19cは、マスフローコントローラ21cに対して、電気的に接続されて情報伝達可能に形成されており、第1ガス分岐経路13cで計測したガス流量L1cの情報を、計測上限値Hmとの比に応じた0〜5Vの範囲の電圧信号Scに変換して送るように設定されている。
The
マスフローコントローラ21aは、マスフローメータ19aから受け取った電圧信号Saに応じて第2ガス分岐経路15aの流量を調整するように形成されており、これにより調整される流量L2aは、調整上限値Hcに電圧信号Sの最大値5Vに対する割合を掛けて得られる量に設定されている。
The
マスフローコントローラ21bは、マスフローメータ19bから受け取った電圧信号Sbに応じて第2ガス分岐経路15bの流量を調整するように形成されており、これにより調整される流量L2bは、調整上限値Hcに電圧信号Sの最大値5Vに対する割合を掛けて得られる量に設定されている。
The
マスフローコントローラ21cは、マスフローメータ19cから受け取った電圧信号Scに応じて第2ガス分岐経路15cの流量を調整するように形成されており、これにより調整される流量L2cは、調整上限値Hcに電圧信号Scの最大値5Vに対する割合を掛けて得られる量に設定されている。
The mass flow controller 21c is formed so as to adjust the flow rate of the second
多段式の混合ガス供給装置における開閉弁の開閉動作について、次段の開閉弁の開閉設定を1つの閾値で制御すると、開閉時に流量変動が大きくなり濃度変動がおきてしまうため、開時、閉時の閾値をそれぞれ別に設定することで、流量変動を小さくすることができる。 Regarding the opening / closing operation of the on-off valve in the multi-stage mixed gas supply device, if the opening / closing setting of the on-off valve of the next stage is controlled by one threshold value, the flow rate fluctuates greatly at the time of opening / closing and the concentration fluctuates. By setting the hour thresholds separately, the flow rate fluctuation can be reduced.
具体的には、第2開閉弁32は、電圧信号Saの80%までは機器の自己制御とし、マスフローメータ19aから受け取った電圧信号Saが最大値5Vの80%(4V)を超えると第2開閉弁32を開き、電圧信号Sbの最大値の20%(1V)を下回ると弁を閉じるように設定されている。
Specifically, the second on-off
第3開閉弁33は、電圧信号Sbの75%までは機器の自己制御とし、マスフローメータ19bから受け取った電圧信号Sbが最大値5Vの75%(3.75V)を超えると弁を開き、電圧信号Scの最大値の25%(1.25V)を下回ると弁を閉じるように設定されている。 The third on-off valve 33 controls the equipment up to 75% of the voltage signal Sb, and when the voltage signal Sb received from the mass flow meter 19b exceeds 75% (3.75V) of the maximum value of 5V, the valve is opened and the voltage is increased. The valve is set to close below 25% (1.25V) of the maximum value of the signal Sc.
多段式の混合ガス供給装置30による混合ガスの供給は、次のように行われる。
The mixed gas is supplied by the multi-stage mixed
第1開閉弁31を開き、TCS供給部12からTCSが第1ガス供給経路13に供給されると、まず、TCSが第1段目の第1ガス分岐経路13aに流れ込み、マスフローメータ19aがTCSの流量を計測して電圧信号Saを送る。
When the first on-off
マスフローコントローラ21aが電圧信号Saを受け取ると、マスフローコントローラ21aによって電圧信号Saに応じた流量のH2が、H2供給部14から第2ガス分岐経路15aに流されるので、TCSとH2とが合流部17aで混合されて混合ガス供給経路18に流され、混合ガス供給経路18を介して消費設備16に供給される。
When the
また、第1ガス分岐経路13aに流れ込むTCSの流量がマスフローメータ19aの計測上限値Hmの80%に達すると、第2開閉弁32がその電圧信号Saに反応して開放されるので、TCSが2段目の第1ガス分岐経路13bにも流れ込む。
Further, when the flow rate of the TCS flowing into the first
第1ガス分岐経路13bにTCSが流れると、マスフローコントローラ21bがTCSの流量を計測して電圧信号Sbを送る。マスフローメータ19bが電圧信号Sbを受け取ると、マスフローメータ19bによって電圧信号Sbに応じた流量のH2が、H2供給部14から第2ガス分岐経路15bに流されるので、TCSとH2とが合流部17bでも混合されて混合ガス供給経路18に流される。
When the TCS flows through the first gas branch path 13b, the
さらに、第1ガス分岐経路13bに流れ込むTCSの流量がマスフローメータ19bの計測上限値Hmの75%に達すると、第3開閉弁33がその電圧信号Sbに反応して開放されるので、TCSが3段目の第1ガス分岐経路13cにも流れ込む。
Further, when the flow rate of the TCS flowing into the first gas branch path 13b reaches 75% of the measurement upper limit value Hm of the mass flow meter 19b, the third on-off valve 33 is opened in response to the voltage signal Sb, so that the TCS is opened. It also flows into the first
第1ガス分岐経路13cにTCSが流れると、マスフローコントローラ21cがTCSの流量を計測して電圧信号Scを送る。マスフローメータ19cが電圧信号Scを受け取ると、マスフローメータ19cによって電圧信号Scに応じた流量のH2が、H2供給部14から第2ガス分岐経路15cに流されるので、TCSとH2とが合流部17cでも混合されて混合ガス供給経路18に流される。
When the TCS flows through the first
また、TCSの供給によって第2開閉弁32及び第3開閉弁33が開放されている状態で、第1ガス分岐経路13cに分配されて流れ込むTCSの流量がマスフローメータ19cの計測上限値Hmの25%にまで下がると、第3開閉弁33がその電圧信号Scに反応して閉鎖されるので、TCSが第1ガス分岐経路13cに流れなくなる。
Further, in a state where the second on-off
さらに、第1ガス分岐経路13bに分配されて流れ込むTCSの流量がマスフローメータ19bの計測上限値Hmの20%にまで下がると、第2開閉弁32がその電圧信号Sbに反応して閉鎖されるので、TCSが第1ガス分岐経路13bに流れなくなる。
Further, when the flow rate of the TCS distributed and flowing into the first gas branch path 13b drops to 20% of the measurement upper limit value Hm of the mass flow meter 19b, the second on-off
図4は、図3の多段式の混合ガス供給装置30において、TCSの流量増加に伴って各第1ガス分岐経路13a,13b,13cに流入するガス流量の遷移を示すグラフであり、図5は、図3の多段式の混合ガス供給装置30において、TCSの流量減少に伴って各第1ガス分岐経路13a,13b,13cに流入するガス流量の遷移を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the transition of the gas flow rate flowing into each of the first
図4及び図5において、各第1ガス分岐経路13a,13b,13cの流量を計測する各マスフローメータ19a,19b,19cの計測上限値Hmは、それぞれ50L/minに設定されている。
In FIGS. 4 and 5, the measurement upper limit value Hm of each of the
図4に示されるように、TCSの流量を0/minから増加させると、0〜40L/minの範囲では、第1ガス分岐経路13aのみ流入可能であるが、40L/min(Hmの80%)を超えたところで第2開閉弁32が開くので、第1ガス分岐経路13bにもTCSが流入可能になり、TCSの流量を2つの経路で分け合って第1ガス分岐経路13a及び第1ガス分岐経路13bの流量が20L/minまで下がる。
As shown in FIG. 4, when the flow rate of TCS is increased from 0 / min, only the first
さらにTCSの流量を増加させ、第1ガス分岐経路13a及び第1ガス分岐経路13bにおけるTCSの流量が37.5L/min(Hmの75%)を超えると、第3開閉弁33が開くので、第1ガス分岐経路13cにもTCSが流入可能になり、TCSの流量を3つの経路で分け合って第1ガス分岐経路13a,第1ガス分岐経路13b及び第1ガス分岐経路13cの流量は25L/minまで下がる。
Further, when the flow rate of TCS is further increased and the flow rate of TCS in the first
そして、さらに流量を増加させることで第1ガス分岐経路13a,13b,13cの流量がそれぞれ50L/minに達するので、TCSの流量を全体で150L/minまで精度よく増やすことが可能である。
Then, by further increasing the flow rate, the flow rates of the first
図5に示されるように、TCSの流量を150L/minから減少させると、150〜40L/minの範囲では、第1ガス分岐経路13a,13b,13c全てで流入可能であるが、総流量が37.5L/min、つまり、各経路で12.5L/min(Hmの25%)を下回ると、第1ガス分岐経路13cで第3開閉弁33が閉じるので、第1ガス分岐経路13cにTCSが流入できなくなり、TCSの流量を2つの経路で分け合って第1ガス分岐経路13aの流量及び第1ガス分岐経路13bの流量は18.75L/minまで上がる。
As shown in FIG. 5, when the flow rate of TCS is reduced from 150 L / min, it is possible to flow in all of the first
さらにTCSの流量を減少させ、第1ガス分岐経路13a及び第1ガス分岐経路13bにおけるTCSの総流量が20L/min、つまり、各経路で10L/min((Hmの20%)を下回ると、第1ガス分岐経路13bで第2開閉弁32が閉じるので、第1ガス分岐経路13aのみ流入可能になり、第1ガス分岐経路13aの流量は20L/minまで上がる。
Further reducing the flow rate of TCS, when the total flow rate of TCS in the first
そして、さらに流量を減少させることで第1ガス分岐経路13aの流量が5L/minに達するので、TCSの流量を計測下限値Lmまで精度よく減らすことが可能である。
Then, by further reducing the flow rate, the flow rate of the first
このように、本発明の多段式の混合ガス供給装置30によれば、TCSとH2とを混合する経路を分岐させて複数段設け、TCSの流量増加に応じてTCSが流れる経路を順次開放することで、最大でマスフローメータ19a,19b,19cの各計測上限値Hmを合算した流量のTCSを流すことができるので、単一の経路では対応できない大流量の混合ガスを供給可能になる。
As described above, according to the multi-stage mixed
また、二段目以降の第1ガス分岐経路13b,13cのそれぞれを前段のTCSの流量が所定の範囲を上回ったら開き、下回ったら閉じるように構成したことで、TCSが第1ガス分岐経路13a,13b,13cのいずれかに偏って流入するいわゆる片流れを防止できるので、TCSの流量を、計測上限値Hmを段数倍した値から計測下限値Lmの範囲で、H2と精度よく混合することができる。
Further, the TCS is configured to open each of the first
さらに、各段で混合が正しくされているかの濃度検定を行うことで、故障・異常箇所の検知も容易となる。 Furthermore, by performing a concentration test to see if the mixing is correct at each stage, it becomes easy to detect a failure / abnormality part.
なお、本形態例の多段式の混合ガス供給装置では、第1分岐経路及び第2分岐経路をそれぞれ3段ずつ設けているが、必ずしも3段である必要はなく、2段でもよいし、消費設備先の混合ガスの必要量に応じて4段以上設けてもよい。 In the multi-stage mixed gas supply device of this embodiment, the first branch path and the second branch path are provided in three stages each, but the number of stages is not necessarily three, and two stages may be used for consumption. Four or more stages may be provided depending on the required amount of mixed gas at the facility destination.
例えば、第1分岐経路及び第2分岐経路を8段設けた場合、TCSの流量増加又は減少に伴う各第1ガス分岐経路に流入するガス流量は、図6及び図7に示されるように遷移するので、第1原料ガスの流量を、マスフローメータの計測上限値を段数倍した値から計測下限値の範囲で、第2原料ガスと精度よく混合することができる。 For example, when eight stages of the first branch path and the second branch path are provided, the gas flow rate flowing into each first gas branch path due to the increase or decrease of the TCS flow rate changes as shown in FIGS. 6 and 7. Therefore, the flow rate of the first raw material gas can be accurately mixed with the second raw material gas within the range from the value obtained by multiplying the measurement upper limit value of the mass flow meter by the number of steps to the measurement lower limit value.
ここで、第2形態例では、開時の閾値を80%から75%、閉時の閾値を25%から20%へと段々と幅を絞っていくようにしているが、図6及び図7の場合は、各第1分岐経路に設けられた機器の自己制御幅はいずれも80%〜40%の範囲に設定されている Here, in the second embodiment, the threshold value at the time of opening is gradually narrowed from 80% to 75%, and the threshold value at the time of closing is gradually narrowed down from 25% to 20%. In the case of, the self-control width of the equipment provided in each first branch path is set in the range of 80% to 40%.
このように不感帯の設定については、マスフローメータ、マスフローコントローラのフルスケールや段数、供給する混合ガスの成分・比率によって適宜設けることができる。 As described above, the dead zone can be appropriately set depending on the full scale and the number of stages of the mass flow meter and the mass flow controller, and the components and ratios of the mixed gas to be supplied.
なお、本発明は、以上の形態例に限定されることなく、発明の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、本形態例では、原料ガスを、第1ガス供給経路と第2ガス供給経路との2つから供給しているが、原料ガスの供給経路は必ずしも2つである必要はなく、3つ以上の供給経路から原料ガスを供給するようにしてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the invention. For example, in this embodiment, the raw material gas is supplied from the first gas supply path and the second gas supply path, but the raw material gas supply path does not necessarily have to be two, and three. The raw material gas may be supplied from the above supply route.
例えば、二酸化炭素(CO2)89%、ヘリウム(He)10%、窒素(N2)1%のレーザーガスを20L/minで供給する場合には、二酸化炭素を17.8L/minを計測上限値(フルスケール)とするマスフローメータを介して供給し、その信号に基づいて、ヘリウムを2L/minを調整上限値(フルスケール)とするマスフローメータを介して、窒素を0.2L/minを調整上限値(フルスケール)とするマスフローメータを介して供給することで、連続供給が可能となる。 For example, when a laser gas containing 89% carbon dioxide (CO 2 ), 10% helium (He), and 1% nitrogen (N 2 ) is supplied at 20 L / min, the upper limit of measurement is 17.8 L / min for carbon dioxide. Supply via a mass flow meter with a value (full scale), and based on the signal, adjust nitrogen to 0.2 L / min via a mass flow meter with an adjustment upper limit (full scale) of 2 L / min. Continuous supply is possible by supplying via a mass flow meter with the adjustment upper limit (full scale).
また、フッ素(F2)、クリプトン(Kr)、ネオン(Ne)等を混合するレーザーガスでも同様に適用でき、本発明は、高圧ガス用設備や圧力調整部を用いることなく、低蒸気圧ガスを混合して供給する場合に好適である。 Further, the same can be applied to a laser gas in which fluorine (F2), krypton (Kr), neon (Ne) and the like are mixed, and the present invention can use a low vapor pressure gas without using a high-pressure gas facility or a pressure adjusting unit. It is suitable for mixing and supplying.
さらに、3つ以上の供給経路から原料ガスを供給する場合、同種の原料ガスを2つ以上の経路から供給してもよい。このようにマスフローメータとマスフローコントローラの連携台数を増やすことで、機器による流量誤差を小さくすることができる。 Further, when the raw material gas is supplied from three or more supply routes, the same kind of raw material gas may be supplied from two or more routes. By increasing the number of linked mass flow meters and mass flow controllers in this way, it is possible to reduce the flow rate error due to the equipment.
また、第1形態例では、遮断弁を設けてマスフローメータの計測上限値Hmと計測下限値Lmとから外れた流量の場合にガス供給を遮断できるようにしているが、マスフローメータの計測下限値Lmから外れる場合には、図8に示すように、混合ガス供給経路18に設けられたベント経路41に混合ガスを流すようにしてもよい。原料ガスの混合比率が保証されない場合に、消費設備16へ供給されることを避けることができる。ベント経路に開閉弁を設け、マスフローメータ19の計測下限値を下回る場合には、開閉弁を開けて、混合ガスをすべてベント経路41に流すようにしてもよいが、図8に示すようにベント経路41にマスフローコントローラ42を設けてもよい。これにより、計測下限値Lmを下回っている電圧信号Sをマスフローコントローラ42が受信して、ベント経路に流れる流量を制御することができる。ただし、配管長が長い場合には変動差が生じるため制御が難しいので、マスフローメータ19が高精度な機種であり、計測下限値Lmが計測上限値Hmの0.5%のときには、マスフローコントローラ42のベントへの制御流量は、マスフローメータ19の計測下限値Lmよりも少し高めの流量を維持できる値を採用するのが好ましい。なお、第1形態例の遮断弁の機構と、本形態例のベント経路の機構を併用することも可能である。
Further, in the first embodiment, a shutoff valve is provided so that the gas supply can be shut off when the flow rate deviates from the measurement upper limit value Hm and the measurement lower limit value Lm of the mass flow meter. When the gas deviates from Lm, as shown in FIG. 8, the mixed gas may flow through the
なお、原料ガスの混合比率を変更した場合には、所定の比率となるようなフルスケールを有するマスフローメータ、マスフローコントローラに適宜組合せを変更すればよい。 When the mixing ratio of the raw material gas is changed, the combination may be appropriately changed to a mass flow meter and a mass flow controller having a full scale so as to have a predetermined ratio.
11…混合ガス供給装置、12…TCS供給部、13…第1ガス供給経路、13a,13b,13c…第1ガス分岐経路、14…H2供給部、15…第2ガス供給経路、15a,15b,15c…第2ガス分岐経路、16…消費設備、17(17a,17b,17c)…合流部、18…混合ガス供給経路、19(19a,19b,19c)…マスフローメータ、20…第1遮断弁、21(21a,21b,21c)…マスフローコントローラ、22…第2遮断弁、23…恒温槽、30…混合ガス供給装置、31…第1開閉弁、32…第2開閉弁、33…第3開閉弁、41…ベント経路、42…マスフローコントローラ 11 ... mixed gas supply device, 12 ... TCS supply section, 13 ... first gas supply path, 13a, 13b, 13c ... first gas branch path, 14 ... H2 supply section, 15 ... second gas supply path, 15a, 15b , 15c ... 2nd gas branch path, 16 ... Consuming equipment, 17 (17a, 17b, 17c) ... Confluence, 18 ... Mixed gas supply path, 19 (19a, 19b, 19c) ... Mass flow meter, 20 ... First cutoff Valves, 21 (21a, 21b, 21c) ... Mass flow controller, 22 ... Second shutoff valve, 23 ... Constant temperature bath, 30 ... Mixed gas supply device, 31 ... First on-off valve, 32 ... Second on-off valve, 33 ... No. 3 on-off valve, 41 ... vent path, 42 ... mass flow controller
Claims (6)
複数の原料ガス供給経路と、
各原料ガス供給経路から供給される複数の原料ガスを合流させて混合ガスとするガス合流部と、
混合ガスを使用先に供給するための混合ガス供給経路と、を備え、
前記原料ガス供給経路の一つに流量計測器が設けられ、
他の原料ガス供給経路には流量調整器が設けられ、
前記流量調整器は、前記流量計測器からの信号を受信可能に構成され、
前記流量計測器は、検出した流量に応じて、前記流量計測器の計測可能な流量の上限値で割って得られる流量比を示す信号を前記流量調整器に送信し、
前記流量調整器は、前記信号を受信すると、原料ガスの流量を、前記流量調整器の調整可能な流量の上限値に前記流量比を掛けて得られる流量に調整することを特徴とする混合ガス供給装置。 A mixed gas supply device that mixes and supplies a plurality of raw material gases at a predetermined ratio.
Multiple raw material gas supply channels and
A gas merging section that merges a plurality of raw material gases supplied from each raw material gas supply path into a mixed gas,
It is equipped with a mixed gas supply path for supplying the mixed gas to the destination.
A flow measuring instrument is provided in one of the raw material gas supply paths.
Flow regulators are installed in other raw material gas supply paths,
The flow rate regulator is configured to be able to receive a signal from the flow rate measuring instrument.
The flow rate measuring instrument transmits a signal indicating a flow rate ratio obtained by dividing by the upper limit value of the measurable flow rate of the flow rate measuring device to the flow rate regulator according to the detected flow rate.
Upon receiving the signal, the flow rate regulator adjusts the flow rate of the raw material gas to a flow rate obtained by multiplying the upper limit of the adjustable flow rate of the flow rate regulator by the flow rate ratio. Feeding device.
複数の原料ガス供給経路と、
各原料ガス供給経路から供給される複数の原料ガスを合流させて混合ガスとするガス合流部と、
混合ガスを使用先に供給するための混合ガス供給経路と、を備え、
前記原料ガス供給経路の一つが複数に分岐され、各分岐経路にそれぞれ流量計測器が設けられ、
他の原料ガス供給経路も同様に複数に分岐され、各分岐経路にそれぞれ流量調整器が設けられ、
前記流量調整器は、対応する前記流量計測器からの信号を受信可能に構成され、
前記流量計測器は、検出した流量に応じて、前記流量計測器の計測可能な流量の上限値で割って得られる流量比を示す信号を対応する前記流量調整器に送信し、
前記流量調整器は、前記信号を受信すると、原料ガスの流量を、前記流量調整器の調整可能な流量の上限値に前記流量比を掛けて得られる流量に調整することを特徴とする混合ガス供給装置。 A mixed gas supply device that mixes and supplies a plurality of raw material gases at a predetermined ratio.
Multiple raw material gas supply channels and
A gas merging section that merges a plurality of raw material gases supplied from each raw material gas supply path into a mixed gas,
It is equipped with a mixed gas supply path for supplying the mixed gas to the destination.
One of the raw material gas supply paths is branched into a plurality of branches, and a flow measuring instrument is provided in each branch path.
The other raw material gas supply paths are also branched into a plurality of branches in the same manner, and each branch path is provided with a flow rate regulator.
The flow rate regulator is configured to be able to receive signals from the corresponding flow rate measuring instrument.
The flow rate measuring instrument transmits a signal indicating a flow rate ratio obtained by dividing by the upper limit value of the measurable flow rate of the flow rate measuring device to the corresponding flow rate regulator according to the detected flow rate.
Upon receiving the signal, the flow rate regulator adjusts the flow rate of the raw material gas to a flow rate obtained by multiplying the upper limit of the adjustable flow rate of the flow rate regulator by the flow rate ratio. Supply device.
所定の流量を下回ると、隣接する分岐経路の原料ガスの流れを遮断することを特徴とする請求項4記載の混合ガス供給装置。 When the flow rate detected by the flow rate measuring instrument provided in one branch path of the raw material gas supply path exceeds a predetermined flow rate, the raw material gas in the adjacent branch path starts to flow.
The mixed gas supply device according to claim 4, wherein when the flow rate falls below a predetermined flow rate, the flow of the raw material gas in the adjacent branch path is blocked.
複数の原料ガスを各原料ガス供給経路に供給し、
流量計測器を介して一の原料ガスを供給し、前記流量計測器によって検出された流量に基づく出力信号を、入力信号として流量調整器で他の原料ガスの流量を調整し、
複数の原料ガスを合流させて混合ガスとする混合ガス供給方法。 A mixed gas supply method in which a plurality of raw material gases are mixed and supplied at a predetermined ratio.
Supplying multiple raw material gases to each raw material gas supply path,
One raw material gas is supplied via the flow rate measuring instrument, and the output signal based on the flow rate detected by the flow rate measuring instrument is used as an input signal to adjust the flow rate of the other raw material gas with the flow rate regulator.
A mixed gas supply method in which a plurality of raw material gases are merged into a mixed gas.
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