JP6504738B2 - ガス検知装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定のガスを透過するフィルタを備え、当該フィルタを透過したガスを検知するガス検知装置、及びその運転方法に関する。

例えば、半導体の製造プロセスにおいては、微細加工のための高性能材料として、不飽和フルオロカーボンや硫化カルボニル等のドライエッチングガスが用いられており、毒性の課題から不飽和フルオロカーボンについては管理濃度２ｐｐｍの規制、硫化カルボニルについては許容濃度５ｐｐｍの規制が敷かれている。
この種のガスを検知できる警報器としては、熱分解炉でフルオロカーボンを分解し、発生したフッ化水素を検知する定電位電解式センサ（例えば、特許文献１参照）を用いたものや、酸性ガスによる呈色反応を利用したテープ式センサ（例えば、特許文献２参照）を用いたものが知られている。

一方、半導体の製造工場では、ドライエッチングガス以外に、洗浄剤、溶剤、熱媒体等としてのノベック、フロリナート、ガルデン等も使用されており、これらは、検知対象外のガスであるにも関わらず、熱分解によってフッ化水素が発生する。このため、半導体の製造工場において定電位電解式センサは、フルオロカーボン系洗浄剤や熱媒体に対して感度を有してしまうという問題があった。また、テープ式センサを用いた場合にも、酸性ガスによる呈色反応を利用していることから、同様の問題が生じていた。

さらに、不飽和フルオロカーボンや硫化カルボニルを検知するための警報器では、半導体工場内に設置される場合があり、半導体工場内では、アルコール系、ケトン系、エーテル系、カルボン酸系、芳香族系等の様々な溶剤、若しくはそれらを成分として含む材料を使用しているため、それらのガス種が存在する。前処理として熱分解炉を利用する場合、このような環境下では、熱分解炉の負担が大きくなり、不完全燃焼によるガスの炭素化等によって、熱分解炉を劣化させるという問題があった。また、熱分解炉における分解効率を向上させるために触媒を用いる場合があるが、この場合には触媒反応活性点の消失によって分解効率が低下する恐れがあった。

このため、従来、上記のように、検知対象外のガスが、検知対象のガスの検知に影響を及ぼす場合には、ガス検知装置において、ガスを検知するセンサ部の前に、検知対象外のガスを吸着させ、検知対象のガスのみを透過させるフィルタを設けることが提案されている。

特開平７−５５７６４号公報 特開平２００１−３２４４９１号公報

しかし、フィルタを設けたガス検知装置では、使用している間にフィルタの性能が低下することで、検知対象外のガスが透過し、ガスの検知に影響を及ぼすという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、所定のガスを透過するフィルタを備えたガス検知装置において、フィルタの性能の低下を防ぎ、連続して検知対象ガスを検知できるガス検知装置、及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガス検知装置の特徴構成は、所定のガスを透過させるフィルタと、前記フィルタを透過したガスを検知するセンサ部と、それぞれに前記フィルタが配置され、前記ガスを前記センサ部に導入する少なくとも二つの導入ラインと、前記ガスを前記導入ラインを介して前記センサ部に導入する第１の導入手段と、前記ガスを前記導入ラインに導入すると共に前記センサ部を経由することなく前記導入ラインから排出する第２の導入手段と、前記フィルタに前記ガスの導入方向とは逆の方向にクリーニングガスを流すクリーニング手段とを備え、一方の導入ラインに前記第１の導入手段により前記ガスを導入するとき、他方の導入ラインに、前記クリーニング手段による前記クリーニングガスまたは前記第２の導入手段による前記ガスを導入するように構成し、前記第１の導入手段によって、前記ガスを前記センサ部に導入する導入ラインを切り替える第１の切替手段と、それぞれの導入ラインにおいて、前記クリーニング手段による前記クリーニングガスの導入と、前記第２の導入手段による前記ガスの導入とを切り替える第２の切替手段とを設けた点にある。

本構成によれば、第１の切替手段により、ガスをセンサ部に導入する導入ラインを切り替えることができるため、ガスを導入しない側の導入ラインにおけるフィルタをクリーニングすることができる。したがって、フィルタの性能の低下させることなく、連続してガスを検知することができる。
また、第２の切替手段により、１つの導入ラインにおいて、クリーニング手段によるクリーニングガスの導入と、第２の導入手段によるガスの導入とを切り替えることができ、第１の導入手段によってガスを導入ラインに導入する前に、その導入ラインに第２の導入手段によってガスを所定時間導入することで、予め、導入ラインをガスで満たすことができるため、その後に、その導入ラインを介してガスをセンサ部に導入する場合に、ガスがほぼタイムラグなく、センサ部に導入することができ、ほぼ連続してガスを検知することができる。

本発明に係るガス検知装置の運転方法の特徴構成は、所定のガスを透過させるフィルタと、前記フィルタを透過したガスを検知するセンサ部と、それぞれに前記フィルタが配置され、前記ガスを前記センサ部に導入する少なくとも二つの導入ラインと、前記ガスを前記導入ラインを介して前記センサ部に導入する第１の導入手段と、前記ガスを前記導入ラインに導入すると共に前記センサ部を経由することなく前記導入ラインから排出する第２の導入手段と、前記フィルタに前記ガスの導入方向とは逆の方向にクリーニングガスを流すクリーニング手段とを備えるガス検知装置の運転方法であって、一方の導入ラインに前記第１の導入手段により前記ガスを導入しながら、他方の導入ラインに、前記クリーニング手段による前記クリーニングガスまたは前記第２の導入手段による前記ガスを導入すると共に、前記ガスを前記センサ部に導入する導入ラインを所定時間毎に切り替え、前記導入ラインを切り替えるに際し、前記第１の導入手段によって前記ガスを前記導入ラインに導入する前に、当該導入ラインに前記第２の導入手段によって前記ガスを所定時間導入する点にある。

本構成によれば、一方の導入ラインに第１の導入手段によりガスを導入しながら、他方の導入ラインに、クリーニング手段によるクリーニングガスまたは第２の導入手段によるガスを導入し、ガスをセンサ部に導入する導入ラインを所定時間毎に切り替えることができるため、センサ部に導入する際に、ガスが流れない導入ラインのフィルタにクリーニングガスを流すことができ、フィルタの性能の低下させることなく、連続してガスを検知することができる。
また、導入ラインを切り替えるに際し、第１の導入手段によってガスを導入ラインに導入する前に、当該導入ラインに第２の導入手段によってガスを所定時間導入することができるため、予め、導入ラインをガスで満たすことができ、その後に、その導入ラインを介してガスをセンサ部に導入する場合に、ガスがほぼタイムラグなく、センサ部に導入することができ、ほぼ連続してガスを検知することができる。

本実施形態に係るガス検知装置の概略図である。 本実施形態に係るガス検知装置の運転方法を示す概略図である。 実施例１における不飽和フルオロカーボンの濃度測定結果を示すグラフである。 実施例１における硫化カルボニルの濃度測定結果を示すグラフである。 実施例１におけるガルデン（ＨＴ−１３５）の濃度測定結果を示すグラフである。 実施例１におけるフロリナート（ＦＣ−３２８３）の濃度測定結果を示すグラフである。 実施例１におけるエタノールの濃度測定結果を示すグラフである。 比較例で使用したガス検知装置の概略図である。 比較例における不飽和フルオロカーボン、ガルデン（ＨＴ−１３５）、フロリナート（ＦＣ−３２８３）、エタノールの濃度測定結果を示すグラフである。

以下、本発明に係るガス検知装置の一実施形態として、不飽和フルオロカーボンまたは硫化カルボニルを検知するガス検知装置について、図面を参照して説明する。但し、本発明はこれに限られるものではない。

本実施形態のガス検知装置１は、図１に示すように、ガスを検知するセンサ部２と、ガスをセンサ部２に導入する二つの導入ライン１０、２０と、ガス吸引口３からダストフィルタ４を介して吸引し、導入ライン１０、２０に導入する第１の導入手段の一例としての吸引ポンプ７と、それぞれの導入ライン１０、２０に配置したフィルタ１１、２１とを備える。吸引ポンプ７の先は、吸引したガスを排出するため、排気口や排気ダクト等に接続してある（図示しない）。それぞれのフィルタ１１、２１のガスの導入方向に対する上流側及び下流側には三方弁１２、２２、１３、２３が設けてあり、それぞれの下流側の三方弁１３、２３には、ガスの吸引と、クリーニングガスの一例としての清浄空気の供給とを兼ねる吸引・供給ライン３０が接続してある。吸引・供給ライン３０には三方弁３１が設けてあり、この三方弁３１の一方には活性炭フィルタ４１と清浄空気を供給する供給ポンプ４２とを備えた供給ライン４０が接続してあり、三方弁３１の他方にはガスを吸引する別の吸引ポンプ５１を備えた吸引ライン５０が接続してある。別の吸引ポンプ５１の先は、吸引ポンプ７の場合と同様に、排気口や排気ダクト等に接続してある（図示しない）。また、導入ライン１０、２０のそれぞれの上流側の三方弁１２、２２には、フィルタ１１、２１を通過した清浄空気を排出する排気ライン６０が接続してあり、排気ライン６０は、排気口や排気ダクト等に接続してある（図示しない）。尚、本実施形態においては、吸引・供給ライン３０、三方弁３１、供給ライン４０、活性炭フィルタ４１、供給ポンプ４２が、本発明におけるクリーニング手段に相当し、吸引・供給ライン３０、三方弁３１、吸引ライン５０、別の吸引ポンプ５１が、本発明における第２の導入手段に相当する。

フィルタ１１、２１は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、硫酸シリカゲル層１１ａ、２１ａと多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂとを有する。硫酸シリカゲル層１１ａ、２１ａと多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂとの配置位置には、特に制限はないが、本実施形態では、ガスが導入される上流側にそれぞれ硫酸シリカゲル層１１ａ、２１ａを配置し、下流側にそれぞれ多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂを配置してある。また、フィルタ１１、２１には、例えば、硫酸シリカゲル層１１ａ、２１ａや多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂに対するガスの吸着力を制御する等のために、フィルタ１１、２１の温度を制御するヒーター等の温度制御部１１ｃ、２１ｃが設けてある。尚、ガス検知装置をクリーンルーム等の温度変動の小さい環境で使用する場合には、温度制御部１１ｃ、２１ｃを省略することもできる。

硫酸シリカゲル層１１ａ、２１ａは、不飽和フルオロカーボン及び硫化カルボニルを吸着させず、透過させるが、アルコール系や揮発性有機溶剤等のガスは吸着させることができる。

多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂは、不飽和フルオロカーボン及び硫化カルボニルを吸着させず、透過させることができるものを選択する。多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂとしては、分子長軸方向の長さが６Å以上のガス分子、及び双極子モーメントの大きさが１．４ｄｅｂｙｅ以上のガス分子を吸着または捕捉可能できるものが好ましい。このような多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂを用いることにより、雑ガス成分として含まれるアルコール系や揮発性有機溶剤のガスを、静電的な力（双極子間相互作用）で吸着させると共に、フロリナート、ガルデン、ノベック等を、多孔性ポリマービーズ層のサイズ排除効果及び静電的な力（双極子間相互作用）により、一旦吸着または捕捉し、不飽和フルオロカーボン及び硫化カルボニルに対して、多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂを透過する時間を大幅に遅延させることができる。多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂは、特に限定されないが、ビーズの大きさが５０〜１２０メッシュのものが好ましく、ポリマーが、カルボン酸，エステル，エーテル，アミド，ニトリル，アルデヒド，ケトン，アルコール，アミンのいずれかの官能基を有するものが好ましい。多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂの一例としては、市販されているポラパックＮ（商品名）シリーズ等を挙げることができる。尚、ポラパックＮ（商品名）は、ジビニルベンゼン、エチルビニルベンゼンとエチレングリコールジメタクリレートの共重合体である。

このように構成されたフィルタ１１、２１は、不飽和フルオロカーボン及び硫化カルボニルを吸着させず、透過させるが、分子長軸方向の長さが６Å以上のガス種、及び双極子モーメントが１．４ｄｅｂｙｅ以上のガス種を吸着または捕捉させることができる。例えば、半導体製造工場等で使用されるフロリナート、ガルデン、ノベック、アルコール系、芳香族系等の揮発性有機溶剤等のガスを吸着または捕捉し、誤検知を防止することができる。

センサ部２は、本実施形態においては、不飽和フルオロカーボン及び硫化カルボニルのうち、検知対象となるガスが検知できるものであれば、特に制限はなく、電気化学式、半導体式、接触燃焼式、紫外・可視・赤外線式等を使用することができるが、ここでは、センサと熱分解炉とを備えた定電位電解式一酸化炭素センサを使用している。定電位電解式一酸化炭素センサの場合、不飽和フルオロカーボンは熱分解炉で分解され、一酸化炭素が生成するため、生成した一酸化炭素を検知することで、不飽和フルオロカーボンを検知することができる。

上記の通り構成されたガス検知装置１の運転方法の一例は、以下の通りである（図２）。
二つの導入ライン１０，２０のうち、一方の導入ライン１０のみ、ガス吸引口３からセンサ部２までが連通するよう三方弁１２、１３を制御する。このとき他方の導入ライン２０においては、上流側の三方弁２２をフィルタ２１側と排気ライン６０とが連通し、下流側の三方弁２３をフィルタ２１側と吸引・供給ライン３０とが連通するように制御すると共に、吸引・供給ライン３０の三方弁３１を供給ライン４０と連通するように制御する（図２（ａ））。そして、吸引ポンプ７によってガス吸引口３からガスを吸引すると共に、供給ポンプ４２によって活性炭４１を通過した空気を清浄空気として導入ライン２０に供給する。

これにより、ガスはフィルタ１１を経由することで、ガス中の、分子長軸方向の長さが６Å以上の分子、及び双極子モーメントが１.４ｄｅｂｙｅ以上の分子がフィルタに吸着または捕捉されるため、不飽和フルオロカーボンまたは硫化カルボニルを選択的に検知することができる。一方、清浄空気はフィルタ２１を逆流し、排気ライン６０に流れるため、フィルタ２１に吸着または捕捉したガスを除去してフィルタ２１をクリーニングすることができる。

そして、所定時間、例えば２分３０秒経過後、吸引・供給ライン３０の三方弁３１を吸引ライン５０と連通すると共に、他方の導入ライン２０の上流側の三方弁２２をガス吸引口３とフィルタ２１とが連通するように制御し（図２（ｂ））、別の吸引ポンプ５１によって他方の導入ライン２０にもガスが流れるようにする。次に、例えば、３０秒後に、他方の導入ライン２０の下流側の三方弁２３をフィルタ２１とセンサ部７とが連通するように制御し、一方の導入ライン１０の上流側の三方弁１２をフィルタ１１側と排気ライン６０とが連通し、下流側の三方弁１３をフィルタ１１側と吸引・供給ライン３０とが連通するように制御すると共に、吸引・供給ライン３０の三方弁３１を供給ライン４０と連通するように制御する（図２（ｃ））。これにより、ガスが通過するラインが他方の導入ライン２０に切り替わり、一方の導入ライン１０のフィルタ１１は清浄空気によってクリーニングされる。その後、図２（ａ）から（ｂ）への切替と同様に、例えば、２分３０秒経過後に、吸引・供給ライン３０の三方弁３１を吸引ライン５０と連通すると共に、一方の導入ライン１０の上流側の三方弁１２をガス吸引口３とフィルタ１１とが連通するように制御し（図２（ｄ））、別の吸引ポンプ５１によって他方の導入ライン２０にもガスが流れるようにした後、例えば３０秒経過後に、図２（ａ）に戻す。ガスをセンサ部２に導入するラインを切り替える前に、別の吸引ポンプ５１によって、ガスをプレ吸引することにより、センサ部に導入する前の導入ラインにガスが満たされるため、その後にガスをセンサ部２に導入するラインを切り替えたときに、ガスをほぼ切れ間なくセンサ部２に導入することができ、ほぼ連続してガスを検知することができる。

上記のように、三方弁を制御して、図２（ａ）から（ｄ）を繰り返し、一定時間毎（例えば３分間毎）に、ガスをセンサ部２に導入するラインを切り替えることにより、フィルタ１１、２１をクリーニングしながら、継続してガスを検知することができる。
尚、本実施形態においては、三方弁１２、２２、１３、２３が、本発明における第１の切替手段に相当し、三方弁３１が、本発明における第２の切替手段に相当する。

〔その他の実施形態〕
上記の実施形態においては、不飽和フルオロカーボンまたは硫化カルボニルを検知対象としたガス検知装置を例として説明したが、検知対象とするガスは特に限定されない。したがって、検知したいガス種に応じてセンサ部のセンサを選択すればよい。
また、上記の実施形態においては、フィルタとして、硫酸シリカゲル層と多孔性ポリマービーズ層とを有する場合を例として説明したが、これに限定されない。フィルタは、ガス検知に影響を及ぼし得るガスを除去するために、任意に選択できる。

以下に、本発明に係るガス検知装置を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
上記の実施形態で示したガス検知装置１において、６０ｗｔ％の硫酸シリカゲル１．５ｇの硫酸シリカゲル層１１ａ、２１ａと、多孔性ポリマービーズ層１１ｂ、２１ｂとして０．２ｇのポラパックＮ（商品名）とを用い、センサ部２として定電位電解式一酸化炭素センサを用い、３．２ｐｐｍの不飽和フルオロカーボン（Ｃ₄Ｆ₆）、１０ｐｐｍのガルデン（ＨＴ−１３５）、１０ｐｐｍのフロリナート（ＦＣ−３２８３）、及び１００ｐｐｍエタノールのそれぞれのガスを１時間吸引し、それぞれの濃度を測定した。尚、ガスの吸引は３分間毎に導入ラインを切り替えて行い、ガスを吸引しない側の導入ラインは、切り替え後、２分３０秒間は清浄空気によってフィルタのクリーニングを行い、その後の３０秒間はガスを吸引して導入ライン内をガスで置換した。
また、６ｐｐｍの硫化カルボニルについても、同様に、１６分間ガスを吸引し、その濃度を測定した。
その結果、図３、４に示すように、不飽和フルオロカーボン、及び硫化カルボニルはフィルタを透過しているのに対し、その他のガスでは、図５〜７に示すように、フィルタに吸着または捕捉され、ほとんど検知されていないことが分かった。
また、ガルデン（ＨＴ−１３５）、フロリナート（ＦＣ−３２８３）、及びエタノールのそれぞれのガスは、１時間吸引させても、その間、検知されることがなかったことから、フィルタの性能が低下していないことも確認できた。

（比較例）
図８に示すように、フィルタを設けずに、ガスを吸引して、直接、定電位電解式一酸化炭素センサに導入するガス検知装置において、３．２ｐｐｍの不飽和フルオロカーボン（Ｃ₄Ｆ₆）、２ｐｐｍのガルデン（ＨＴ−１３５）、２ｐｐｍのフロリナート（ＦＣ−３２８３）、及び２ｐｐｍのエタノールを３時間吸引し、それぞれの濃度を測定した。
その結果、図９に示すように、ガルデン、フロリナート、及びエタノールの存在が、不飽和フルオロカーボンの検知に影響を及ぼすことがわかった。

以上の通り、本発明に係るガス検知装置では、フィルタの性能を低下させることなく、検知対象のガスを選択的に連続して検知できることが確認できた。

本発明に係るガス検知装置は、不飽和フルオロカーボン及び硫化カルボニル等の検知対象ガスを選択的に連続して検知することができるため、例えば、半導体の製造工場、クリーンルーム等に設置する警報器等に適用することができる。

１ ガス検知装置
２ センサ部
１０、２０ 導入ライン
１１、２１ フィルタ
１１ａ、２１ａ 硫酸シリカゲル層
１１ｂ、２１ｂ 多孔性ポリマービーズ層
３０ 吸引・供給ライン
３１ 三方弁
４０ 供給ライン
４１ 活性炭フィルタ
４２ 供給ポンプ

Claims (2)

1. 所定のガスを透過させるフィルタと、前記フィルタを透過したガスを検知するセンサ部と、それぞれに前記フィルタが配置され、前記ガスを前記センサ部に導入する少なくとも二つの導入ラインと、前記ガスを前記導入ラインを介して前記センサ部に導入する第１の導入手段と、前記ガスを前記導入ラインに導入すると共に前記センサ部を経由することなく前記導入ラインから排出する第２の導入手段と、前記フィルタに前記ガスの導入方向とは逆の方向にクリーニングガスを流すクリーニング手段とを備え、
   一方の導入ラインに前記第１の導入手段により前記ガスを導入するとき、他方の導入ラインに、前記クリーニング手段による前記クリーニングガスまたは前記第２の導入手段による前記ガスを導入するように構成し、
   前記第１の導入手段によって、前記ガスを前記センサ部に導入する導入ラインを切り替える第１の切替手段と、
   それぞれの導入ラインにおいて、前記クリーニング手段による前記クリーニングガスの導入と、前記第２の導入手段による前記ガスの導入とを切り替える第２の切替手段とを設けたガス検知装置。
2. 所定のガスを透過させるフィルタと、前記フィルタを透過したガスを検知するセンサ部と、それぞれに前記フィルタが配置され、前記ガスを前記センサ部に導入する少なくとも二つの導入ラインと、前記ガスを前記導入ラインを介して前記センサ部に導入する第１の導入手段と、前記ガスを前記導入ラインに導入すると共に前記センサ部を経由することなく前記導入ラインから排出する第２の導入手段と、前記フィルタに前記ガスの導入方向とは逆の方向にクリーニングガスを流すクリーニング手段とを備えるガス検知装置の運転方法であって、
   一方の導入ラインに前記第１の導入手段により前記ガスを導入しながら、他方の導入ラインに、前記クリーニング手段による前記クリーニングガスまたは前記第２の導入手段による前記ガスを導入すると共に、前記ガスを前記センサ部に導入する導入ラインを所定時間毎に切り替え、
   前記導入ラインを切り替えるに際し、前記第１の導入手段によって前記ガスを前記導入ラインに導入する前に、当該導入ラインに前記第２の導入手段によって前記ガスを所定時間導入するガス検知装置の運転方法。

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