JP3674895B2 - ドライエアー供給システムおよび供給方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ドライエアー供給システムおよび供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、半導体製造工場では、高純度のドライエアーガスあるいは代用ドライエアーが大量に消費される。
【０００３】
従来、ドライエアー発生装置としては、図６に示すものが知られている。
【０００４】
この装置では、原料空気をフィルター５２を通して圧縮機５１に供給し、圧縮機５１で原料空気を圧縮後、吸着塔５４に供給し、ヒーター５３で加熱しつつ吸着塔５４において水分を吸着除去し、ドライエアーを得ようとするものである。
【０００５】
しかし、この装置によれば次のような問題点が生じる。
▲１▼ドライエアー中の水分濃度を１ｐｐｂ以下にすることが困難である。
▲２▼ハイドロカーボン（ＨＣ）及び化学汚染物質を除去することが困難である。
▲３▼ドライエアーしか製造できず、純窒素は別途製造することが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点をことごとく解決し、ドライエアー中の水分濃度を１ｐｐｂ以下にすることができ、ハイドロカーボン（ＨＣ）及び化学汚染物質を除去することができ、ドライエアーと同時に純窒素も製造することが可能なドライエアー供給システムを提供すること目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気および／または代用ドライエアー（以下「空気等」という）を導入する原料導入部と、
該空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイントへ供給するための代用ドライエアー供給ラインと、
を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインラインから分岐したドライエアー供給ラインと、
を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
該精留塔の下部に溜まった液体空気を気化させる手段と、
該気化した空気等をドライエアーユースポイントへ供給するためのラインと
を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインから分岐したドライエアー供給ラインと、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとして所望のポイントへ流すための代用ドライエアー供給ラインと、
前記代用ドライエアー供給ラインから分岐し、前記不純物除去装置に接続された分岐代用ドライエアー供給ラインと、
該分岐代用ドライエアー供給ラインと該メインラインとを接続する接続ラインと、
を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインラインから分岐したドライエアー供給ラインと、
該メインライン上に設けられたブースターと、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のドライエアー供給方法は、原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とする。
本発明のドライエアー供給方法は、原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明のドライエアー供給方法は、原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留塔にて精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに、該精留塔の下部に溜まった液体空気を気化させ、気化した空気等をドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とする。
【００１４】
なお、本明細書において、代用ドライエアーとは、窒素と酸素との割合が天然空気の割合からはずれている窒素と酸素を含む混合物を言う。また、ドライエアーとは窒素と酸素の割合が天然の空気とほぼ同じな窒素と酸素の混合物を言う。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
図１に実施例１を示す。
【００１６】
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入する原料導入部８０と原料の空気等１を圧縮するための空気圧縮機２と、圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、液化した空気を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、不純物除去装置６と精留塔９とをつなぐメインライン９０と、メインライン９０途中において空気等を冷却し液化するための手段（主熱交換器）１４と、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイント１５へ供給するための代用ドライエアー供給ライン７とを有している。
【００１７】
かかる構成とすることにより、水分濃度が１ｐｐｂ以下の高純度の純窒素及びドライエアーを容易に供給することができる。
【００１８】
以下に本実施例をより詳細に説明する。
【００１９】
原料となる空気１は空気圧縮機（例えば無給油圧縮機）２により約９ｋｇ／ｃｍ2Ｇまで昇圧する。
【００２０】
不純物除去手段は吸着除去装置６であり、原料空気中の水分（Ｈ2Ｏ）、炭酸ガス（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ2）、炭化水素（ＨＣ）等を吸着除去する。
【００２１】
純化された原料空気は主熱交換器１４において精留塔９のラインｂ，ｆから戻る純窒素ガス１２及び代用ドライエアー１９と熱交換させ低温に冷却する。
【００２２】
窒素を分離した残余部分は精留塔９のラインｆから凝縮器１１、液化器１１０を介して膨張タービン１８に送られ、寒冷を得て膨張する。膨張タービン１８と同軸のガス圧縮器により代用ドライエアーの一部を再圧縮し精留塔９に戻し、純窒素製造の収率を大幅に向上させることができる。
【００２３】
また、精留塔９に戻す量をコントロールして、純窒素製造の収率の向上と代用ドライエアーとして用いる比率を任意に変えることもできる。
【００２４】
冷却された空気は液化され、精留塔９の下部に入る。液体空気は沸点の差によって精留され、精留塔９の上部Ｂから超高純度窒素ガスが取り出される。
【００２５】
精留塔９の上部Ｂから取り出される超高純度窒素ガスは液化器１０、主熱交換器１４を通り、常温のガスとして取り出される。また、一部を製品液体窒素として取り出すことも可能である。
【００２６】
本例では、代用ドライエアー供給ライン７を分岐させたライン（分岐代用ドライエアー供給ライン）７ａを不純物除去装置６に接続し、代用ドライエアーの一部を不純物除去装置６に供給できるようにしてある。これにより分岐代用ドライエアー供給ライン７ａを介して不純物除去装置６に代用ドライエアーを供給して不純物除去装置６内の吸着剤の再生を代用ドライエアーにより行うことができる。再生に使用された代用ドライエアーは廃ガス４として外部に排気される。
【００２７】
なお、図１において５はアフタークーラーであり、不純物除去装置６に導入する温度を下げるために用いられる。これにより吸着塔の大きさを小さくすることができる。
【００２８】
本例では、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち４００ｍ3が純窒素１２となり、残り６００ｍ3／ｈｒが代用ドライエ アー１９としてドライエアーユースポイント１５へ供給した。
【００２９】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアー１９は酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００３０】
（実施例２）
図２に実施例２を示す。
【００３１】
本例では、窒素供給ライン８から分岐した分岐窒素供給ライン２０により、窒素供給ライン８と代用ドライエアー供給ライン７とを接続し、代用ドライエアー中に純窒素を添加しえるようにしてある。
他の点は実施例１と同様である。
【００３２】
また、代用ドライエアー供給ライン７上及び／又は分岐窒素供給ライン２０上に流量計２１，２２を設けておけばドライエアーユースポイント１５へ供給するドライエアーの窒素と酸素との組成比を任意に代えることが可能なため好ましい。
【００３３】
特に、純窒素添加後のガス中の酸素と窒素の混合比が約１：４となるようにした場合には天然空気と同様の組成であるため、安全上極めて好ましい。かかる組成の場合、人間が出入りするウエハなどのストッカールームをドライエアーユースポイントとしてもよい。また、ワイヤボンディング雰囲気をドライエアーユースポイントとしてもよい。けだし、本発明に係るドライエアーは水分が１ｐｐｂ以下であり、水分が１ｐｐｂ以下ならば酸素が存在してもワイヤボンディング部の酸化を招くことがないからである。なお、このことは実施例１の場合も同じである。
【００３４】
なお、分岐窒素供給ライン２０上に代用ドライエアー中の不純物を除去するための精製装置２３を設け、代用ドライエアー中の不純物（特に水分、炭化水素、ＣＯ、ＣＯ2）を除去すればより一層純度を高くすることができるため好ましい。露点温度を−７０℃以下とすることにより例えばウエハのストッカールームの雰囲気ガスとして十分使用可能である。
【００３５】
本例により供給されるドライエアーないし代用ドライエアーは水分濃度が１ｐｐｂ以下である。
【００３６】
本例でも、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち４００ｍ3／ｈｒが純窒素１２となり、残り６００ｍ3／ｈｒを代用ドライエ アーとしてドライエアー供給ライン７へ流した。
【００３７】
本例では、純窒素４００ｍ3／ｈｒのうち、２５０ｍ3／ｈｒは純窒素ユースポイントへ供給し、４００ｍ3／ｈｒの残り１５０ｍ3／ｈｒは分岐ライン２０を介して代用ドライエアー供給ライン７に供給した。ユースポイント１５へ供給した。
【００３８】
従って、ドライエアーユースポイントへは、代用ドライエアー６００ｍ3／ｈｒと 純窒素１５０ｍ3／ｈｒとの混合ガスを供給した。
【００３９】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアー１９は実施例１の場合よりも酸素は少ないが酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００４０】
（実施例３）
図３に基づき実施例３に係るドライエアー供給システムを説明する。
【００４１】
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
不純物除去装置６と精留塔９とをつなぐメインライン９０と、
メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
不純物除去装置６において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイント１５へ供給するためのドライエアー供給ライン３０と、
を有する。
【００４２】
これにより、不純物濃度１ｐｐｂ以下であるドライエアー（天然空気と窒素と酸素との割合が同じ）を簡単なシステムでドライエアーユースポイントへ供給することができる。また、純窒素も得ることができる。
【００４３】
なお、主熱交換機１４、液化器１０、精留塔９、純窒素供給ライン８については実施例１あるいは実施例２で説明したものと同様であるので説明を省略する。なお、より不純物濃度の低いドライエアーが必要な場合はドライエアー供給ライン３０上にさらに不純物除去装置を設ければよい。
【００４４】
本例では、代用ドライエアー供給ライン７を流れるガスは廃ガス４として外部に排出されるが、代用ドライエアー供給ライン７を分岐させたライン（分岐代用ドライエアー供給ライン）７ａを不純物除去装置６に接続し、代用ドライエアーの一部を不純物除去装置６に供給できるようにしてある。これにより分岐代用ドライエアー供給ライン７ａを介して不純物除去装置６に代用ドライエアーを供給して不純物除去装置６内の吸着剤の再生を代用ドライエアーにより行うことができる。再生に使用された代用ドライエアーは廃ガス４として外部に排出される。
【００４５】
本例でも、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち１００ｍ3／ｈｒを精留塔９に供給した。残り９００ｍ3／ｈｒをドライエアーとしてドライエアー供給ライン３０へ流し、ドライエアーユースポイント１５へ供給した。
【００４６】
本例では、ユースポイントにおけるドライエアー中の水分を調べたところ１ｐｐｂ以下であった。窒素と酸素との組成比は天然空気と同じである。
【００４７】
なお、純窒素ユースポイント１６への純窒素供給量は６０ｍ3／ｈｒであり、残り ４０ｍ3／ｈｒは廃ガスとして系外へ廃棄した。
【００４８】
なお、本例では、精留塔９への供給量とドライエアー供給ラインへの供給量とを１：９としたが、１：３〜１：２０とすることが好ましい。１：３未満または１：２０を超えるとトータルコストに対する設備の割合が増加し、しいてはドライエアー、窒素のコストがアップするからである。
【００４９】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアー１９は実施例１の場合よりも酸素は少ないが酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００５０】
（実施例４）
図４に実施例４を示す。
【００５１】
本例のドライエアー供給システムでは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
不純物除去装置６と精留塔９とをつなぐメインライン９０と、
メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
精留塔９の下部に溜まった液体空気を気化させる手段（蒸発装置）４０と、
気化した空気等をドライエアーユースポイント１５へ供給するためのライン４８と、
を有している。
【００５２】
また、本例では、蒸発装置４０と精留塔９との間に液貯蔵タンク４５を設けてある。この貯蔵タンクは精留塔９内の液をバックアップするために用いることができる。精留塔９内の液は経時的に酸素濃度が高まるため、定期的に入れ替える必要がある。その際、液を連続的に抜くと熱交換が間に合わなくなり熱交換がなされなくなってしまう。また、窒素の製造量が減ってしまう。
【００５３】
そこで、かかることを防止するために連続的ではなく継続的に液を抜くことが好ましい。そのためには、次のようにすればよい。通常、窒素ガスの使用量は一定ではなく、それにともなって窒素の発生量をコントロールして生産量をコントロールしている。すなわち、窒素の発生量が少ない場合にのみ液体空気の生産量を増加させる制御を行い液体空気の貯蔵タンクに供給する。
【００５４】
また、貯蔵タンク４５の内部を分割し、分割した小さな部屋のみに１個づつバックアップを行えばよい。もし、貯蔵タンク４５の内部を分割せずに、かつ、使用量が極度に少ないと、液体空気の性質上、長時間のうちに高沸点成分である酸素のみが気化され、タンク外に放出される現象が起こり最終的には液体窒素となってしまうので全ての液を入れ替えなければならない。そこで分割した部屋のみに１個づつバックアップを行うと使用量に応じて入れ替える液を最小限にすることができる。
【００５５】
なお、図４では、図１に示す構造に蒸発装置４０あるいは貯蔵タンク４５を設けた例を示したが、図２あるいは図３に示す構造において、蒸発装置４０あるいは貯蔵タンク４５を設けてもよい。
【００５６】
なお、バックアップ用の液体空気を貯蔵する貯蔵タンクに対して、液体空気を定期的に入れ替えるあるいは継ぎ足すことができるようにしておくことが好ましい。
【００５７】
なお、本例でも、代用ドライエアー供給ライン７を流れるガスは廃ガス４として外部に排出されるが、代用ドライエアー供給ライン７を分岐させたライン（分岐代用ドライエアー供給ライン）７ａを不純物除去装置６に接続し、代用ドライエアーの一部を不純物除去装置６に供給できるようにしてある。これにより分岐代用ドライエアー供給ライン７ａを介して不純物除去装置６に代用ドライエアーを供給して不純物除去装置６内の吸着剤の再生を代用ドライエアーにより行うことができる。再生に使用された代用ドライエアーは廃ガス４として外部に排出される。
【００５８】
（実施例５）
図５に実施例５を示す。
【００５９】
基本構成は実施例と同様であるが、本例では、ドライエアーユースポイントであるストッカールーム１５と原料導入部８０とを回収ライン７０で接続してある。これによりドライエアーユースポイント１５において消費されなかった代用ドライエアーを回収し、再度ドライエア供給システムの原料として用いることができる。
【００６０】
なお、代用ドライエアーのドライエアーユースポイントへの供給は大気圧以下で供給することも可能である。その理由は、ストッカアールームでの作業を完全自動化することによって人間の出入りが無くなる。従って、減圧下でも汚染に関しては何ら問題ない。減圧にすることによる利点は消費されるドライエアーの量は少なくなりコストダウンになるからである。
【００６１】
なお、分岐窒素供給ライン２０上に代用ドライエアー中の不純物を除去するための精製装置２３を設け、代用ドライエアー中の不純物（特に水分、炭化水素、ＣＯ、ＣＯ2）を除去すればより一層純度を高くすることができるため好ましい。露点温度を−７０℃以下とすることにより例えばウエハのストッカールームの雰囲気ガスとして十分使用可能である。
【００６２】
本例により供給されるドライエアーないし代用ドライエアーは水分濃度が１ｐｐｂ以下である。
【００６３】
本例でも、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち４００ｍ3／ｈｒが純窒素１２となり、残り６００ｍ3／ｈｒのうち３００ｍ3／ｈｒが代用ドライエ アーとしてドライエアー供給ライン７へ流した。
【００６４】
本例では、純窒素４００ｍ3／ｈｒのうち、２５０ｍ3／ｈｒは純窒素ユースポイントへ供給し、４００ｍ3／ｈｒの残り１５０ｍ3／ｈｒは分岐ライン２０を介して代用ドライエアー供給ライン７に供給した。ユースポイントであるストッカールーム１５へ供給した。
【００６５】
従って、ドライエアーユースポイントであるストッカールームへは、代用ドライエアー６００ｍ3／ｈｒと 純窒素１５０ｍ3／ｈｒとの混合ガスを供給した。
【００６６】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアーは実施例１の場合よりも酸素は少ないが酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００６７】
（実施例６）
図６に実施例６を示す。
【００６８】
本例でもドライエアーユースポイントはストッカールーム１５ａ，１５ｂである。
【００６９】
クリーンルーム６４内に配置されたストッカールーム１５ａ，１５ｂはトンネル６０により接続されている。例えばストッカールーム１５ａから搬入された半導体ウエハ、液晶基板などの被処理物は、トンネル６０を介し、さらに搬入路６４ａ，６４ｂ，６４ｃを介して例えばＣＶＤ（化学気相堆積）室６１などのプロセスチャンバー、洗浄室６２、炉６３等の処理室に搬送される。
【００７０】
この装置は、ストッカールーム１５ａ，１５ｂ、処理室６１，６２，６３は外部から密閉されており、外部大気に晒すことなくウエハ等の被処理物の搬送を可能とし、被処理物表面への自然酸化物の形成、有害パーティクルの付着、水分の付着などの汚染を防止せんとするものである。
【００７１】
本例ではドライエアー（あるいは代用ドライエアー）のユースポイントを、ストッカールーム１５ａ，１５ｂ、トンネル６０、搬入路６４ａ，６４ｂ，６４ｃとしたたものであり、ドライエアーからの汚染をも防止するものである。
【００７２】
特に、トンネル６０内において、ウエハ等の下面からドライエアーを吹き付け、ウエハ等を浮上させつつ搬送を行う場合には、ドライエアーの使用量は大量のものとなるため本発明は好適に適用される。
【００７３】
（実施例７）
図７に実施例７を示す。
【００７４】
本例はドライエアーと純窒素を併産するシステムに係るものである。
本例の基本構成は実施例３と同様である。
【００７５】
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
該不純物除去装置６と該精留塔９とをつなぐメインライン９０と、
該メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
前記不純物除去装置６において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイント１５へ供給するための、該メインライン９０から分岐したドライエアー供給ライン３０と、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとして所望のポイントへ流すための代用ドライエアー供給ライン７と、
前記代用ドライエアー供給ライン７から分岐し、前記不純物除去装置６に接続された分岐代用ドライエアー供給ライン７ａと、
該分岐代用ドライエアー供給ライン７ａと該メインライン９０とを接続する接続ライン６５と、
を有する。
【００７６】
本例でも１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。
１０００ｍ3／ｈｒのうち３００ｍ3／ｈｒを精留塔９に供給した。その３００ｍ3／ｈｒのうち１２０ｍ3／ｈｒを分岐ライン７ａを通して不純物除去装置６内の吸着剤および触媒の再生に用いた。
【００７７】
しかし、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気のうち、３００ｍ3／ｈｒを精留塔９に供給した残りの７００ｍ3／ｈｒのうちの７０ｍ3／ｈｒと、窒素製造ときに放出される廃ガス１８０ｍ3／ｈｒとの２５０ｍ3／ｈｒを不純物除去装置６内の吸着剤および触媒の再生に用いた。７０ｍ3／ｈｒは接続ライン６５を介して供給する。原料空気１０００ｍ3／ｈｒを不純物除去装置６で精製した場合の再生ガスは１０００ｍ3／ｈｒの２５％、すなわち、２５０ｍ3／ｈｒが必要だからである。
【００７８】
このシステムによって、従来捨てられていた廃ガスを有効に活用できコストダウンが図れる。
【００７９】
実施例３に示したドライエアー供給システムのような超高純度ドライエアーと高純度窒素との併産システムの場合、不純物除去装置６において不純物の除去に用いられる吸着剤を再生するための再生ガスは窒素の製造過程で廃ガスとして放出されるガスが利用できる。すなわち分岐代用ドライエアー供給ラインを不純物除去装置６に接続することにより代用ドライエアーを再生ガスとして利用できる。
【００８０】
併産システムとしての収率は確実にアツプする。高純度Ｎ２ガスの製造時に排出される廃ガスは、窒素単独製造の場合、そのすべてが不純物除去装置の吸着剤の再生ガスとして装置に導入されている。しかし、実際に、剤の再生に必要なガスは、原料空気量（処理ガス）の２５％のみである。すなわち、余分な量のガスが不純物除去装置に再生ガスとして導入されているのである。
【００８１】
一方、ドライエアーと窒素との併産の場合、ドライエアー製造のために窒素単独の製造時よりも大型の吸着／触媒装置が必要となり、それに伴って再生ガスも多量に必要となる。
【００８２】
そこで、余剰の廃ガスを大型の不純物除去装置の吸着／触媒の再生に利用すれば併産としての収率は大幅にアツプする。また、超高純度ドライエアーと高純度窒素との併産によって各々単独で製造する場合に比ベて共有できる機器も多くトータルとしての設備コストとランニングコストも削減できる。さらに、運転管理も集中化することが可能であり運転管理コストも削減できる。
【００８３】
（実施例８）
図８に実施例８に係るドライエアー供給システムを示す。
本例も基本構成は実施例３に示すドライエアー供給システムと同様である。
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインライン９０と、
該メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
前記不純物除去装置６において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイント１５へ供給するための、該メインライン９０から分岐したドライエアー供給ライン３０と、
該メインライン９０上に設けられたブースター（高圧圧縮機）９５と、
を有する。
【００８４】
実施例３で示したような超高純度ドライエアーと高純度窒素との併産を行うには、ドライエアーと窒素の製造および不純物除去装置において不純物の除去に用いられる吸着剤を再生するための再生ガスに必要な原料の量に見合った圧縮機と不純物除去装置を準備することで簡単に併産が可能である。
【００８５】
また、窒素は通常高圧が必要であるが、ドライエアーは低圧で十分であると考えられる。一方、圧縮機２は、その容量と昇圧圧力が大きくなるにつれてエキスポネンシヤル的に高価になる。高純度窒素とドライエアー併産システムによっって製造される超高純度ドライエアーの一部を容量の小さい高圧圧縮機（ブースター）でさらに加圧してＮ2製造のための原料に用いる方法が効率がよくコストダウンとなる。低圧圧縮機で昇圧されたエアーは不純物除去装置によって不純物を除去して超高純度ドライエアーとして使用する。その―部をＮ2製造の原料として高圧に圧縮される。ここではすでに水分、ＣＯ、Ｈ2は取り除かれているためにＮ2製造のために前処理装置は必要ない。
【００８６】
このように２段で圧縮することによって、コストダウンがはかれる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライエアー中の水分濃度を１ｐｐｂ以下にすることができ、ハイドロカーボン（ＨＣ）を除去することができ、ドライエアーと同時に純窒素も製造することが可能なドライエアー供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のシステムを示す図である。
【図２】実施例２のシステムを示す図である。
【図３】実施例３のシステムを示す図である。
【図４】実施例４のシステムを示す図である。
【図５】実施例５のシステムを示す図である。
【図６】実施例６のシステムを示す図である。
【図７】実施例７のシステムを示す図である。
【図８】実施例８のシステムを示す図である。
【図９】従来例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 原料空気、
２ 空気圧縮機、
４ 廃ガス、
５ アフタークーラー、
６ 不純物除去装置、
７ 代用ドライエアー供給ライン、
７ａ 分岐代用ドライエアー供給ライン、
８ 窒素供給ライン、
９ 精留塔、
１０ 液化器、
１２ 純窒素ガス、
１４ 主熱交換器、
１５ ドライエアーユースポイント、
１５ａ，１５ｂ ストッカールーム、
１６ 窒素ユースポイント、
１８ 膨張タービン、
１９ 代用ドライエアー、
２０ 分岐窒素供給ライン、
２１，２２ 流量計、
２３ 精製装置、
３０ ドライエアー供給ライン、
４０ 蒸発装置、
４２，４３ バルブ、
４５ 貯蔵タンク、
４８ ライン、
５１ 圧縮機、
５２ フィルター、
５３ ヒーター、
５４ 吸着塔、
６０ トンネル、
６１ プロセスチャンバー（ＣＶＤ室）、
６２ 洗浄室、
６３ 炉、
６４ クリーンルーム、
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ 搬入路、
６５ 接続ライン、
７０ 回収ライン、
７１ 回収原料空気、
８０ 原料導入部、
８１ ガス圧縮器、
９０ メインライン、
９５ブースター（高圧圧縮機）。
【産業上の利用分野】
本発明は、ドライエアー供給システムおよび供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、半導体製造工場では、高純度のドライエアーガスあるいは代用ドライエアーが大量に消費される。
【０００３】
従来、ドライエアー発生装置としては、図６に示すものが知られている。
【０００４】
この装置では、原料空気をフィルター５２を通して圧縮機５１に供給し、圧縮機５１で原料空気を圧縮後、吸着塔５４に供給し、ヒーター５３で加熱しつつ吸着塔５４において水分を吸着除去し、ドライエアーを得ようとするものである。
【０００５】
しかし、この装置によれば次のような問題点が生じる。
▲１▼ドライエアー中の水分濃度を１ｐｐｂ以下にすることが困難である。
▲２▼ハイドロカーボン（ＨＣ）及び化学汚染物質を除去することが困難である。
▲３▼ドライエアーしか製造できず、純窒素は別途製造することが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点をことごとく解決し、ドライエアー中の水分濃度を１ｐｐｂ以下にすることができ、ハイドロカーボン（ＨＣ）及び化学汚染物質を除去することができ、ドライエアーと同時に純窒素も製造することが可能なドライエアー供給システムを提供すること目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気および／または代用ドライエアー（以下「空気等」という）を導入する原料導入部と、
該空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイントへ供給するための代用ドライエアー供給ラインと、
を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインラインから分岐したドライエアー供給ラインと、
を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
該精留塔の下部に溜まった液体空気を気化させる手段と、
該気化した空気等をドライエアーユースポイントへ供給するためのラインと
を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインから分岐したドライエアー供給ラインと、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとして所望のポイントへ流すための代用ドライエアー供給ラインと、
前記代用ドライエアー供給ラインから分岐し、前記不純物除去装置に接続された分岐代用ドライエアー供給ラインと、
該分岐代用ドライエアー供給ラインと該メインラインとを接続する接続ラインと、
を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインラインから分岐したドライエアー供給ラインと、
該メインライン上に設けられたブースターと、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のドライエアー供給方法は、原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とする。
本発明のドライエアー供給方法は、原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明のドライエアー供給方法は、原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留塔にて精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに、該精留塔の下部に溜まった液体空気を気化させ、気化した空気等をドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とする。
【００１４】
なお、本明細書において、代用ドライエアーとは、窒素と酸素との割合が天然空気の割合からはずれている窒素と酸素を含む混合物を言う。また、ドライエアーとは窒素と酸素の割合が天然の空気とほぼ同じな窒素と酸素の混合物を言う。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
図１に実施例１を示す。
【００１６】
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入する原料導入部８０と原料の空気等１を圧縮するための空気圧縮機２と、圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、液化した空気を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、不純物除去装置６と精留塔９とをつなぐメインライン９０と、メインライン９０途中において空気等を冷却し液化するための手段（主熱交換器）１４と、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイント１５へ供給するための代用ドライエアー供給ライン７とを有している。
【００１７】
かかる構成とすることにより、水分濃度が１ｐｐｂ以下の高純度の純窒素及びドライエアーを容易に供給することができる。
【００１８】
以下に本実施例をより詳細に説明する。
【００１９】
原料となる空気１は空気圧縮機（例えば無給油圧縮機）２により約９ｋｇ／ｃｍ2Ｇまで昇圧する。
【００２０】
不純物除去手段は吸着除去装置６であり、原料空気中の水分（Ｈ2Ｏ）、炭酸ガス（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ2）、炭化水素（ＨＣ）等を吸着除去する。
【００２１】
純化された原料空気は主熱交換器１４において精留塔９のラインｂ，ｆから戻る純窒素ガス１２及び代用ドライエアー１９と熱交換させ低温に冷却する。
【００２２】
窒素を分離した残余部分は精留塔９のラインｆから凝縮器１１、液化器１１０を介して膨張タービン１８に送られ、寒冷を得て膨張する。膨張タービン１８と同軸のガス圧縮器により代用ドライエアーの一部を再圧縮し精留塔９に戻し、純窒素製造の収率を大幅に向上させることができる。
【００２３】
また、精留塔９に戻す量をコントロールして、純窒素製造の収率の向上と代用ドライエアーとして用いる比率を任意に変えることもできる。
【００２４】
冷却された空気は液化され、精留塔９の下部に入る。液体空気は沸点の差によって精留され、精留塔９の上部Ｂから超高純度窒素ガスが取り出される。
【００２５】
精留塔９の上部Ｂから取り出される超高純度窒素ガスは液化器１０、主熱交換器１４を通り、常温のガスとして取り出される。また、一部を製品液体窒素として取り出すことも可能である。
【００２６】
本例では、代用ドライエアー供給ライン７を分岐させたライン（分岐代用ドライエアー供給ライン）７ａを不純物除去装置６に接続し、代用ドライエアーの一部を不純物除去装置６に供給できるようにしてある。これにより分岐代用ドライエアー供給ライン７ａを介して不純物除去装置６に代用ドライエアーを供給して不純物除去装置６内の吸着剤の再生を代用ドライエアーにより行うことができる。再生に使用された代用ドライエアーは廃ガス４として外部に排気される。
【００２７】
なお、図１において５はアフタークーラーであり、不純物除去装置６に導入する温度を下げるために用いられる。これにより吸着塔の大きさを小さくすることができる。
【００２８】
本例では、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち４００ｍ3が純窒素１２となり、残り６００ｍ3／ｈｒが代用ドライエ アー１９としてドライエアーユースポイント１５へ供給した。
【００２９】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアー１９は酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００３０】
（実施例２）
図２に実施例２を示す。
【００３１】
本例では、窒素供給ライン８から分岐した分岐窒素供給ライン２０により、窒素供給ライン８と代用ドライエアー供給ライン７とを接続し、代用ドライエアー中に純窒素を添加しえるようにしてある。
他の点は実施例１と同様である。
【００３２】
また、代用ドライエアー供給ライン７上及び／又は分岐窒素供給ライン２０上に流量計２１，２２を設けておけばドライエアーユースポイント１５へ供給するドライエアーの窒素と酸素との組成比を任意に代えることが可能なため好ましい。
【００３３】
特に、純窒素添加後のガス中の酸素と窒素の混合比が約１：４となるようにした場合には天然空気と同様の組成であるため、安全上極めて好ましい。かかる組成の場合、人間が出入りするウエハなどのストッカールームをドライエアーユースポイントとしてもよい。また、ワイヤボンディング雰囲気をドライエアーユースポイントとしてもよい。けだし、本発明に係るドライエアーは水分が１ｐｐｂ以下であり、水分が１ｐｐｂ以下ならば酸素が存在してもワイヤボンディング部の酸化を招くことがないからである。なお、このことは実施例１の場合も同じである。
【００３４】
なお、分岐窒素供給ライン２０上に代用ドライエアー中の不純物を除去するための精製装置２３を設け、代用ドライエアー中の不純物（特に水分、炭化水素、ＣＯ、ＣＯ2）を除去すればより一層純度を高くすることができるため好ましい。露点温度を−７０℃以下とすることにより例えばウエハのストッカールームの雰囲気ガスとして十分使用可能である。
【００３５】
本例により供給されるドライエアーないし代用ドライエアーは水分濃度が１ｐｐｂ以下である。
【００３６】
本例でも、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち４００ｍ3／ｈｒが純窒素１２となり、残り６００ｍ3／ｈｒを代用ドライエ アーとしてドライエアー供給ライン７へ流した。
【００３７】
本例では、純窒素４００ｍ3／ｈｒのうち、２５０ｍ3／ｈｒは純窒素ユースポイントへ供給し、４００ｍ3／ｈｒの残り１５０ｍ3／ｈｒは分岐ライン２０を介して代用ドライエアー供給ライン７に供給した。ユースポイント１５へ供給した。
【００３８】
従って、ドライエアーユースポイントへは、代用ドライエアー６００ｍ3／ｈｒと 純窒素１５０ｍ3／ｈｒとの混合ガスを供給した。
【００３９】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアー１９は実施例１の場合よりも酸素は少ないが酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００４０】
（実施例３）
図３に基づき実施例３に係るドライエアー供給システムを説明する。
【００４１】
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
不純物除去装置６と精留塔９とをつなぐメインライン９０と、
メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
不純物除去装置６において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイント１５へ供給するためのドライエアー供給ライン３０と、
を有する。
【００４２】
これにより、不純物濃度１ｐｐｂ以下であるドライエアー（天然空気と窒素と酸素との割合が同じ）を簡単なシステムでドライエアーユースポイントへ供給することができる。また、純窒素も得ることができる。
【００４３】
なお、主熱交換機１４、液化器１０、精留塔９、純窒素供給ライン８については実施例１あるいは実施例２で説明したものと同様であるので説明を省略する。なお、より不純物濃度の低いドライエアーが必要な場合はドライエアー供給ライン３０上にさらに不純物除去装置を設ければよい。
【００４４】
本例では、代用ドライエアー供給ライン７を流れるガスは廃ガス４として外部に排出されるが、代用ドライエアー供給ライン７を分岐させたライン（分岐代用ドライエアー供給ライン）７ａを不純物除去装置６に接続し、代用ドライエアーの一部を不純物除去装置６に供給できるようにしてある。これにより分岐代用ドライエアー供給ライン７ａを介して不純物除去装置６に代用ドライエアーを供給して不純物除去装置６内の吸着剤の再生を代用ドライエアーにより行うことができる。再生に使用された代用ドライエアーは廃ガス４として外部に排出される。
【００４５】
本例でも、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち１００ｍ3／ｈｒを精留塔９に供給した。残り９００ｍ3／ｈｒをドライエアーとしてドライエアー供給ライン３０へ流し、ドライエアーユースポイント１５へ供給した。
【００４６】
本例では、ユースポイントにおけるドライエアー中の水分を調べたところ１ｐｐｂ以下であった。窒素と酸素との組成比は天然空気と同じである。
【００４７】
なお、純窒素ユースポイント１６への純窒素供給量は６０ｍ3／ｈｒであり、残り ４０ｍ3／ｈｒは廃ガスとして系外へ廃棄した。
【００４８】
なお、本例では、精留塔９への供給量とドライエアー供給ラインへの供給量とを１：９としたが、１：３〜１：２０とすることが好ましい。１：３未満または１：２０を超えるとトータルコストに対する設備の割合が増加し、しいてはドライエアー、窒素のコストがアップするからである。
【００４９】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアー１９は実施例１の場合よりも酸素は少ないが酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００５０】
（実施例４）
図４に実施例４を示す。
【００５１】
本例のドライエアー供給システムでは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
不純物除去装置６と精留塔９とをつなぐメインライン９０と、
メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
精留塔９の下部に溜まった液体空気を気化させる手段（蒸発装置）４０と、
気化した空気等をドライエアーユースポイント１５へ供給するためのライン４８と、
を有している。
【００５２】
また、本例では、蒸発装置４０と精留塔９との間に液貯蔵タンク４５を設けてある。この貯蔵タンクは精留塔９内の液をバックアップするために用いることができる。精留塔９内の液は経時的に酸素濃度が高まるため、定期的に入れ替える必要がある。その際、液を連続的に抜くと熱交換が間に合わなくなり熱交換がなされなくなってしまう。また、窒素の製造量が減ってしまう。
【００５３】
そこで、かかることを防止するために連続的ではなく継続的に液を抜くことが好ましい。そのためには、次のようにすればよい。通常、窒素ガスの使用量は一定ではなく、それにともなって窒素の発生量をコントロールして生産量をコントロールしている。すなわち、窒素の発生量が少ない場合にのみ液体空気の生産量を増加させる制御を行い液体空気の貯蔵タンクに供給する。
【００５４】
また、貯蔵タンク４５の内部を分割し、分割した小さな部屋のみに１個づつバックアップを行えばよい。もし、貯蔵タンク４５の内部を分割せずに、かつ、使用量が極度に少ないと、液体空気の性質上、長時間のうちに高沸点成分である酸素のみが気化され、タンク外に放出される現象が起こり最終的には液体窒素となってしまうので全ての液を入れ替えなければならない。そこで分割した部屋のみに１個づつバックアップを行うと使用量に応じて入れ替える液を最小限にすることができる。
【００５５】
なお、図４では、図１に示す構造に蒸発装置４０あるいは貯蔵タンク４５を設けた例を示したが、図２あるいは図３に示す構造において、蒸発装置４０あるいは貯蔵タンク４５を設けてもよい。
【００５６】
なお、バックアップ用の液体空気を貯蔵する貯蔵タンクに対して、液体空気を定期的に入れ替えるあるいは継ぎ足すことができるようにしておくことが好ましい。
【００５７】
なお、本例でも、代用ドライエアー供給ライン７を流れるガスは廃ガス４として外部に排出されるが、代用ドライエアー供給ライン７を分岐させたライン（分岐代用ドライエアー供給ライン）７ａを不純物除去装置６に接続し、代用ドライエアーの一部を不純物除去装置６に供給できるようにしてある。これにより分岐代用ドライエアー供給ライン７ａを介して不純物除去装置６に代用ドライエアーを供給して不純物除去装置６内の吸着剤の再生を代用ドライエアーにより行うことができる。再生に使用された代用ドライエアーは廃ガス４として外部に排出される。
【００５８】
（実施例５）
図５に実施例５を示す。
【００５９】
基本構成は実施例と同様であるが、本例では、ドライエアーユースポイントであるストッカールーム１５と原料導入部８０とを回収ライン７０で接続してある。これによりドライエアーユースポイント１５において消費されなかった代用ドライエアーを回収し、再度ドライエア供給システムの原料として用いることができる。
【００６０】
なお、代用ドライエアーのドライエアーユースポイントへの供給は大気圧以下で供給することも可能である。その理由は、ストッカアールームでの作業を完全自動化することによって人間の出入りが無くなる。従って、減圧下でも汚染に関しては何ら問題ない。減圧にすることによる利点は消費されるドライエアーの量は少なくなりコストダウンになるからである。
【００６１】
なお、分岐窒素供給ライン２０上に代用ドライエアー中の不純物を除去するための精製装置２３を設け、代用ドライエアー中の不純物（特に水分、炭化水素、ＣＯ、ＣＯ2）を除去すればより一層純度を高くすることができるため好ましい。露点温度を−７０℃以下とすることにより例えばウエハのストッカールームの雰囲気ガスとして十分使用可能である。
【００６２】
本例により供給されるドライエアーないし代用ドライエアーは水分濃度が１ｐｐｂ以下である。
【００６３】
本例でも、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。１０００ｍ3／ｈｒのうち４００ｍ3／ｈｒが純窒素１２となり、残り６００ｍ3／ｈｒのうち３００ｍ3／ｈｒが代用ドライエ アーとしてドライエアー供給ライン７へ流した。
【００６４】
本例では、純窒素４００ｍ3／ｈｒのうち、２５０ｍ3／ｈｒは純窒素ユースポイントへ供給し、４００ｍ3／ｈｒの残り１５０ｍ3／ｈｒは分岐ライン２０を介して代用ドライエアー供給ライン７に供給した。ユースポイントであるストッカールーム１５へ供給した。
【００６５】
従って、ドライエアーユースポイントであるストッカールームへは、代用ドライエアー６００ｍ3／ｈｒと 純窒素１５０ｍ3／ｈｒとの混合ガスを供給した。
【００６６】
純窒素中の水分濃度は１ｐｐｂ以下すなわち、露点は−１１０℃以下であった。また、代用ドライエアーは実施例１の場合よりも酸素は少ないが酸素リッチであり、水分濃度は１ｐｐｂ以下、露点は−１１０℃以下であった。
【００６７】
（実施例６）
図６に実施例６を示す。
【００６８】
本例でもドライエアーユースポイントはストッカールーム１５ａ，１５ｂである。
【００６９】
クリーンルーム６４内に配置されたストッカールーム１５ａ，１５ｂはトンネル６０により接続されている。例えばストッカールーム１５ａから搬入された半導体ウエハ、液晶基板などの被処理物は、トンネル６０を介し、さらに搬入路６４ａ，６４ｂ，６４ｃを介して例えばＣＶＤ（化学気相堆積）室６１などのプロセスチャンバー、洗浄室６２、炉６３等の処理室に搬送される。
【００７０】
この装置は、ストッカールーム１５ａ，１５ｂ、処理室６１，６２，６３は外部から密閉されており、外部大気に晒すことなくウエハ等の被処理物の搬送を可能とし、被処理物表面への自然酸化物の形成、有害パーティクルの付着、水分の付着などの汚染を防止せんとするものである。
【００７１】
本例ではドライエアー（あるいは代用ドライエアー）のユースポイントを、ストッカールーム１５ａ，１５ｂ、トンネル６０、搬入路６４ａ，６４ｂ，６４ｃとしたたものであり、ドライエアーからの汚染をも防止するものである。
【００７２】
特に、トンネル６０内において、ウエハ等の下面からドライエアーを吹き付け、ウエハ等を浮上させつつ搬送を行う場合には、ドライエアーの使用量は大量のものとなるため本発明は好適に適用される。
【００７３】
（実施例７）
図７に実施例７を示す。
【００７４】
本例はドライエアーと純窒素を併産するシステムに係るものである。
本例の基本構成は実施例３と同様である。
【００７５】
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
該不純物除去装置６と該精留塔９とをつなぐメインライン９０と、
該メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
前記不純物除去装置６において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイント１５へ供給するための、該メインライン９０から分岐したドライエアー供給ライン３０と、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとして所望のポイントへ流すための代用ドライエアー供給ライン７と、
前記代用ドライエアー供給ライン７から分岐し、前記不純物除去装置６に接続された分岐代用ドライエアー供給ライン７ａと、
該分岐代用ドライエアー供給ライン７ａと該メインライン９０とを接続する接続ライン６５と、
を有する。
【００７６】
本例でも１０００ｍ3／ｈｒの原料空気１を用いた。
１０００ｍ3／ｈｒのうち３００ｍ3／ｈｒを精留塔９に供給した。その３００ｍ3／ｈｒのうち１２０ｍ3／ｈｒを分岐ライン７ａを通して不純物除去装置６内の吸着剤および触媒の再生に用いた。
【００７７】
しかし、１０００ｍ3／ｈｒの原料空気のうち、３００ｍ3／ｈｒを精留塔９に供給した残りの７００ｍ3／ｈｒのうちの７０ｍ3／ｈｒと、窒素製造ときに放出される廃ガス１８０ｍ3／ｈｒとの２５０ｍ3／ｈｒを不純物除去装置６内の吸着剤および触媒の再生に用いた。７０ｍ3／ｈｒは接続ライン６５を介して供給する。原料空気１０００ｍ3／ｈｒを不純物除去装置６で精製した場合の再生ガスは１０００ｍ3／ｈｒの２５％、すなわち、２５０ｍ3／ｈｒが必要だからである。
【００７８】
このシステムによって、従来捨てられていた廃ガスを有効に活用できコストダウンが図れる。
【００７９】
実施例３に示したドライエアー供給システムのような超高純度ドライエアーと高純度窒素との併産システムの場合、不純物除去装置６において不純物の除去に用いられる吸着剤を再生するための再生ガスは窒素の製造過程で廃ガスとして放出されるガスが利用できる。すなわち分岐代用ドライエアー供給ラインを不純物除去装置６に接続することにより代用ドライエアーを再生ガスとして利用できる。
【００８０】
併産システムとしての収率は確実にアツプする。高純度Ｎ２ガスの製造時に排出される廃ガスは、窒素単独製造の場合、そのすべてが不純物除去装置の吸着剤の再生ガスとして装置に導入されている。しかし、実際に、剤の再生に必要なガスは、原料空気量（処理ガス）の２５％のみである。すなわち、余分な量のガスが不純物除去装置に再生ガスとして導入されているのである。
【００８１】
一方、ドライエアーと窒素との併産の場合、ドライエアー製造のために窒素単独の製造時よりも大型の吸着／触媒装置が必要となり、それに伴って再生ガスも多量に必要となる。
【００８２】
そこで、余剰の廃ガスを大型の不純物除去装置の吸着／触媒の再生に利用すれば併産としての収率は大幅にアツプする。また、超高純度ドライエアーと高純度窒素との併産によって各々単独で製造する場合に比ベて共有できる機器も多くトータルとしての設備コストとランニングコストも削減できる。さらに、運転管理も集中化することが可能であり運転管理コストも削減できる。
【００８３】
（実施例８）
図８に実施例８に係るドライエアー供給システムを示す。
本例も基本構成は実施例３に示すドライエアー供給システムと同様である。
本例のドライエアー供給システムは、原料となる空気等を導入するための原料導入部８０と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機２と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置６と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔９と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインライン９０と、
該メインライン９０途中において該空気等を冷却し液化するための手段１４と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイント１６へ供給するための窒素供給ライン８と、
前記不純物除去装置６において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイント１５へ供給するための、該メインライン９０から分岐したドライエアー供給ライン３０と、
該メインライン９０上に設けられたブースター（高圧圧縮機）９５と、
を有する。
【００８４】
実施例３で示したような超高純度ドライエアーと高純度窒素との併産を行うには、ドライエアーと窒素の製造および不純物除去装置において不純物の除去に用いられる吸着剤を再生するための再生ガスに必要な原料の量に見合った圧縮機と不純物除去装置を準備することで簡単に併産が可能である。
【００８５】
また、窒素は通常高圧が必要であるが、ドライエアーは低圧で十分であると考えられる。一方、圧縮機２は、その容量と昇圧圧力が大きくなるにつれてエキスポネンシヤル的に高価になる。高純度窒素とドライエアー併産システムによっって製造される超高純度ドライエアーの一部を容量の小さい高圧圧縮機（ブースター）でさらに加圧してＮ2製造のための原料に用いる方法が効率がよくコストダウンとなる。低圧圧縮機で昇圧されたエアーは不純物除去装置によって不純物を除去して超高純度ドライエアーとして使用する。その―部をＮ2製造の原料として高圧に圧縮される。ここではすでに水分、ＣＯ、Ｈ2は取り除かれているためにＮ2製造のために前処理装置は必要ない。
【００８６】
このように２段で圧縮することによって、コストダウンがはかれる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライエアー中の水分濃度を１ｐｐｂ以下にすることができ、ハイドロカーボン（ＨＣ）を除去することができ、ドライエアーと同時に純窒素も製造することが可能なドライエアー供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のシステムを示す図である。
【図２】実施例２のシステムを示す図である。
【図３】実施例３のシステムを示す図である。
【図４】実施例４のシステムを示す図である。
【図５】実施例５のシステムを示す図である。
【図６】実施例６のシステムを示す図である。
【図７】実施例７のシステムを示す図である。
【図８】実施例８のシステムを示す図である。
【図９】従来例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 原料空気、
２ 空気圧縮機、
４ 廃ガス、
５ アフタークーラー、
６ 不純物除去装置、
７ 代用ドライエアー供給ライン、
７ａ 分岐代用ドライエアー供給ライン、
８ 窒素供給ライン、
９ 精留塔、
１０ 液化器、
１２ 純窒素ガス、
１４ 主熱交換器、
１５ ドライエアーユースポイント、
１５ａ，１５ｂ ストッカールーム、
１６ 窒素ユースポイント、
１８ 膨張タービン、
１９ 代用ドライエアー、
２０ 分岐窒素供給ライン、
２１，２２ 流量計、
２３ 精製装置、
３０ ドライエアー供給ライン、
４０ 蒸発装置、
４２，４３ バルブ、
４５ 貯蔵タンク、
４８ ライン、
５１ 圧縮機、
５２ フィルター、
５３ ヒーター、
５４ 吸着塔、
６０ トンネル、
６１ プロセスチャンバー（ＣＶＤ室）、
６２ 洗浄室、
６３ 炉、
６４ クリーンルーム、
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ 搬入路、
６５ 接続ライン、
７０ 回収ライン、
７１ 回収原料空気、
８０ 原料導入部、
８１ ガス圧縮器、
９０ メインライン、
９５ブースター（高圧圧縮機）。
Claims (29)
- 原料となる空気および／または代用ドライエアー（以下「空気等」という）を導入する原料導入部と、
該空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイントへ供給するための代用ドライエアー供給ラインと、
を有していることを特徴とするドライエアー供給システム。 - 該代用ドライエアー供給ラインから分岐した分岐代用ドライエアーラインを該不純物除去装置に接続したことを特徴とする請求項１記載のドライエアー供給システム。
- 窒素供給ラインから分岐した分岐窒素供給ラインを代用ドライエアー供給ラインに接続し、前記代用ドライエアー中に前記純窒素を添加しえるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のドライエアー供給システム。
- 純窒素添加後のガス中の酸素と窒素の混合比が約１：４となるようにしたことを特徴とする請求項３記載のドライエアー供給システム。
- 前記代用ドライエアー供給ライン上に代用ドライエアー中の不純物を除去するための精製装置を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 前記不純物が、水分、炭化水素、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2の全て又は一 部である事を特徴とする請求項５記載のドライエアー供給システム。
- 前記ドライエアーの露点が、−７０℃以下であることを特徴とする請求項６記載のドライエアー供給システム。
- 前記ドライエアーユースポイントは半導体基板のストッカールーム及び／又はウエハ等半導体に用いられる基体の移動トンネルであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 前記ドライエアーユースポイントと前記導入部とを回収ラインで接続したことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインから分岐したドライエアー供給ラインと、
を有することを特徴とするドライエアー供給システム。 - 前記ドライエアーユースポイントと前記導入部とを回収ラインで接続したことを特徴とする請求項１０記載のドライエアー供給システム。
- 窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとして所望のポイントへ流すための代用ドライエアー供給ラインを設けたことを特徴とする請求項１０ないし１１のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 前記代用ドライエアー供給ラインから分岐した分岐代用ドライエアー供給ラインを不純物除去装置に接続したことを特徴とする請求項１２記載のドライエアー供給システム。
- 原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
該精留塔の下部に溜まった液体空気を気化させる手段と、
該気化した空気等をドライエアーユースポイントへ供給するためのラインと
を有することを特徴とするドライエアー供給システム。 - 液体空気を気化させる手段と精留塔との間にバックアップを目的とした液の貯蔵タンクを設けたことを特徴とする請求項１４記載のドライエアー供給システム。
- 前記貯蔵タンクは内部が分割されていることを特徴とする請求項１５記載のドライエアー供給システム。
- 窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイントへ供給するための代用ドライエアー供給ラインを設けたことを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 得られた液体空気をガス化させる際に、冷却前の空気と該液化空気を熱交換させた後に高純度ドライエアーとして利用できるようにしたことを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 精留塔から貯蔵タンクへのバックアップが連続操業ではなく、断続的に操業するように構成されたことを特徴とする請求項１４ないし１８のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 前記ドライエアーユースポイントと前記導入部とを回収ラインで接続したことを特徴とする請求項１４ないし１９のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとして所望のポイントへ流すための代用ドライエアー供給ラインを設けたことを特徴とする請求項１４ないし２０のいずれか１項記載のドライエアー供給システム。
- 前記代用ドライエアー供給ラインから分岐した分岐代用ドライエアー供給ラインを不純物除去装置に接続したことを特徴とする請求項２１記載のドライエアー供給システム。
- 原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインから分岐したドライエアー供給ラインと、
窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとして所望のポイントへ流すための代用ドライエアー供給ラインと、
前記代用ドライエアー供給ラインから分岐し、前記不純物除去装置に接続された分岐代用ドライエアー供給ラインと、
該分岐代用ドライエアー供給ラインと該メインラインとを接続する接続ラインと、
を有することを特徴とするドライエアー供給システム。 - 原料となる空気等を導入するための原料導入部と、
空気等を圧縮するための空気圧縮機と、
圧縮された空気等から不純物を除去するための不純物除去装置と、
液化した空気等を精留して純窒素を分離するための精留塔と、
該不純物除去装置と該精留塔とをつなぐメインラインと、
該メインライン途中において該空気等を冷却し液化するための手段と、
分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するための窒素供給ラインと、
前記不純物除去装置において不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給するための、該メインラインから分岐したドライエアー供給ラインと、
該メインライン上に設けられたブースターと、
を有することを特徴とするドライエアー供給システム。 - 原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに窒素を分離した後の残余部分をガス化して代用ドライエアーとしてドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とするドライエアー供給方法。
- ドライエアーユースポイントに供給した代用ドライエアーを回収し、再度原料導入部に導入することを特徴とする請求項２５記載のドライエアー供給方法。
- 代用ドライエアーをドライエアーユースポイントへ大気圧で供給することを特徴とする請求項２５記載のドライエアー供給方法。
- 原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに不純物を除去した後のドライエアーの一部をドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とするドライエアー供給方法。
- 原料空気等を圧縮し、圧縮された空気等から不純物を除去し、該空気等を冷却し液化し、液化した空気等を精留塔にて精留して純窒素を分離し、分離した純窒素をガス化して窒素ユースポイントへ供給するとともに、該精留塔の下部に溜まった液体空気を気化させ、気化した空気等をドライエアーユースポイントへ供給することを特徴とするドライエアー供給方法。
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