JP7403592B1 - オゾンガス供給システム - Google Patents
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Abstract
【課題】オゾン利用プロセスに供されるオゾンガスの利用効率を高めてオゾン利用プロセスのランニングコスト及び環境負荷の低減を図る。【解決手段】オゾンガス供給システム１は、オゾンガス供給ユニット２のオゾンベッセル２０から供されたオゾン濃度８０％以上の高濃度オゾンガスを一時的に貯留してオゾンガス利用系３に供するバッファタンク４０と、オゾン濃度１００％とオゾン濃度１００％未満のオゾンガスの温度と圧力との関係に基づきバッファタンク４０と連通したオゾンベッセル２０の所定温度での圧力値からバッファタンク４０のオゾン濃度の低下を検知する制御部２４と、を有する。前記オゾン濃度の低下が検知されると、バッファタンク４０とオゾンベッセル２０とを連結するガス供給配管４１及びバッファタンク４０内のガスを系外に排出した後にオゾンベッセル２０から前記高濃度オゾンガスがバッファタンク４０に供給される。【選択図】図１
Description
本発明は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition:原子層堆積）等のオゾン利用プロセスに供されるオゾンガス供給システムに関する。
ＡＬＤを用いた酸化膜の成膜は、複雑な３Ｄ形状を有する基板表面へのつきまわり性の良さ、成膜温度の低温化が実現できる。このことから、近年、半導体メモリ、ロジック等のエレクトロニクスから発電、蓄電デバイス（ソーラー・燃料電池等）の耐環境表面コーティング膜、ＬＥＤ等の発光デバイスの光学反射防止膜（ＡＲ）への適用が広がっている。特に、金属酸化膜（Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２、ＨｆＯ２等）、半導体酸化膜（ＳｉＯ２）は上記の様々の分野において広く適用されている。
ＡＬＤ原料ガスを低温で酸化し良質な酸化膜を得るための酸化剤として、各種方法でのプラズマによる活性ラジカルの利用の他に、膜へのダメージの低減、膜質の改善、低温での成膜が実現できる方法としてオゾンガスが広く利用されている（非特許文献１）。
Chris Le Tiec, Fellow and CTO, MKS Instruments , Plasma and Reactive Gas Solutions ， " Ozone Applications for Atomic Layer Processing " OzoneALD-TechPap.pdf (mksinst.com), 2020.
ＡＬＤプロセスの場合、酸化剤（オゾンガス、プラズマ放電）の利用時間、ガスをプロセス装置へ導入する時間は全プロセス時間の１０％前後が代表的であり、大部分（９０％）の時間帯はＡＬＤプロセスには利用しないが、発生オゾン濃度の安定のためオゾンガスを一定流量で常時製造し、ＡＬＤ装置での利用時間以外は付帯設備である排気ポンプ、あるいはオゾン除害設備（オゾンを分解し酸素ガス状態にするシステム）へ流し込む必要があり、排気ポンプやオゾン除害システムへの負荷が大きいことが課題である（特許文献１）。
オゾン発生器は原料ガス（酸素ガス）の流量、セルの温度によってオゾンガスの発生濃度が変動する。また、前記発生器の大気圧近傍ではオゾンガスの寿命が短く容易に酸素ガスに分解するため、デッドスペース（ガス流がよどむ空間）を解消する必要がある。さらに、配管温度を室温（２５℃）以下にする、インラインのオゾン濃度計を設置して変動を吸収するためのフィードバック制御が必要となる。以上のように、ＡＬＤプロセスのパルス間の再現性、膜品質を再現するために装置構成上の様々な工夫が施されているのが現状である。
また、Ｎ２フリーの高純度酸素ガスを原料ガスとしてオゾンを製造すればＮＯｘフリーのオゾンガスが生成できる。半導体デバイスの性能上、パーティクル発生が問題になるＡＬＤプロセスでは高純度（９９．９９％、４Ｎ以上）の酸素ガスの使用が前提となるが、ガスコストが高くなる。
ＡＬＤ装置のランニングコストを下げるためには、オゾン放電管でのオゾンガス生成効率の向上、使う量のオゾンガスのみ製造する等の工夫が必要である。
しかしながら、オゾンガスの生成効率は２０％前後に留まること、また、オゾンガスの放電を一度停止すると放電が安定しないことから、オゾンガスの使用する時間帯にかかわらず常時一定条件（放電用電力、ガス圧力、ガス流量）で放電の継続が必要である。
本発明は、以上の事情に鑑み、オゾン利用プロセスに供されるオゾンガスの利用効率を高めてオゾン利用プロセスのランニングコスト及び環境負荷の低減を図ることを課題とする。
そこで、本発明の一態様は、オゾンガス供給ユニットのオゾンベッセルから供されたオゾン濃度８０％以上の高濃度オゾンガスを一時的に貯留してオゾンガス利用系に供するバッファタンクと、オゾン濃度１００％とオゾン濃度１００％未満のオゾンガスの温度と圧力との関係に基づき前記バッファタンクと連通した前記オゾンベッセルの所定温度での圧力値から当該バッファタンクのオゾン濃度の低下を検知する制御部と、を有し、前記オゾン濃度の低下が検知されると、前記バッファタンクと前記オゾンベッセルとを連結するガス供給配管及び当該バッファタンク内のガスを系外に排出した後に当該オゾンベッセルから前記高濃度オゾンガスを当該バッファタンクに供給するオゾンガス供給システムである。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記オゾンベッセルから前記高濃度オゾンガスを前記バッファタンクに供給する供給バルブと、前記ガス供給配管及び前記バッファタンクのガスを系外に排出する排気バルブと、をさらに有し、前記制御部は、前記オゾンベッセルの所定温度での圧力値から推定される前記バッファタンクのオゾン濃度に基づき前記供給バルブ及び前記排気バルブを動作制御する。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記オゾン濃度の低下を検知すると、前記供給バルブを閉に設定する一方で前記排気バルブを開に設定する。
本発明の一態様は、オゾンガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記オゾン濃度の低下を検知すると、前記オゾンガス利用系にオゾン供給不可信号を出力する。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記バッファタンクは、２つ並列に備えられ、一方の前記バッファタンクを経由した前記高濃度オゾンガスの供給の際に当該バッファタンクのオゾン濃度の低下が検知されると、他方の前記バッファタンクを経由した前記高濃度オゾンガスの供給に切り替わる。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記オゾンベッセルから前記高濃度オゾンガスを一方または他方の前記バッファタンクに供給する供給バルブと、一方の前記バッファタンク内のガスを系外に排出する第一排気バルブと、一方の前記バッファタンクを介して前記高濃度オゾンガスを前記オゾンガス利用系に供給する第一切り替えバルブと、他方の前記バッファタンク内のガスを系外に排出する第二排気バルブと、他方の前記バッファタンクを介して前記高濃度オゾンガスを前記オゾンガス利用系に供給する第二切り替えバルブと、をさらに有し、前記制御部は、前記オゾンベッセルの所定温度での圧力値から推定される前記一方及び前記他方のバッファタンクのオゾン濃度に基づき、前記供給バルブ、前記第一排気バルブ、前記第一切り替えバルブ、前記第二排気バルブ及び前記第二切り替えバルブを動作制御する。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記一方のバッファタンクのオゾン濃度の低下を検知すると、前記他方のバッファタンクの下流側の前記第二切り替えバルブを閉に設定する一方で当該他方のバッファタンクの上流側の前記第二切り替えバルブを開に設定して前記高濃度オゾンガスを当該他方のバッファタンクに供する。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記他方のバッファタンクの高濃度オゾンガスの充填が完了すると、前記他方のバッファタンクの下流側の前記第二切り替えバルブを開に設定し、前記一方のバッファタンクの上流側及び下流側の前記第一切り替えバルブを閉に設定する一方で前記第一排気バルブを開に設定する。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記一方のバッファタンクの上流側の前記第一切り替えバルブ、及び、前記他方のバッファタンクの上流側の前記第二切り替えバルブは、開動作時に開度が段階的に調整可能である。
本発明の一態様は、前記オゾンガス供給システムにおいて、前記第一排気バルブ及び前記第二排気バルブに連動して前記一方及び他方のバッファタンク内のガスを系外に排出する排気ポンプを有し、前記制御部は、前記排気ポンプの圧力に基づき前記第一排気バルブ、前記第二排気バルブ及び当該排気ポンプを動作制御する。
以上の本発明によれば、オゾン利用プロセスに供されるオゾンガスの利用効率が高まり、オゾン利用プロセスのランニングコスト及び環境負荷の低減を図ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
[実施形態１]
図１に示された本発明の一態様であるオゾンガス供給システム１は、オゾン濃度８０％以上の高濃度オゾンガスをオゾンガス利用系３に供する。前記高濃度オゾンガスは、例えば、無声放電等により生成された低濃度オゾンガスを低温分留若しくは低温吸着により濃縮して得られる。
図１に示された本発明の一態様であるオゾンガス供給システム１は、オゾン濃度８０％以上の高濃度オゾンガスをオゾンガス利用系３に供する。前記高濃度オゾンガスは、例えば、無声放電等により生成された低濃度オゾンガスを低温分留若しくは低温吸着により濃縮して得られる。
オゾンガス供給システム１は、オゾンガス供給ユニット（Pure Ozone generator unit）２とＡＬＤプロセスのオゾンガス利用系３との間にオゾンガス供給分配ユニット（Supply distribution unit）４を配置する。
（オゾンガス供給ユニット２）
オゾンガス供給ユニット２は、オゾンガス供給装置２１，２２，２３を備える。
オゾンガス供給ユニット２は、オゾンガス供給装置２１，２２，２３を備える。
オゾンガス供給装置２１，２２，２３は、一対のオゾンベッセル２０と、このオゾンベッセル２０内の濃縮オゾンガスをオゾンガス供給分配ユニット４に供給する供給バルブＶ１を有する。
オゾンベッセル２０は、例えば低温分留若しくは低温吸着により得られた前記高濃度オゾンガスを貯留する。オゾンベッセル２０内には、熱電対、測温抵抗体等に例示される温度センサＴが備えられる。
供給バルブＶ１は、オゾンベッセル２０とオゾンガス供給分配ユニット４のバッファタンク４０とを連結するガス供給配管４１に設けられる。さらに、ガス供給配管４１の供給バルブＶ１の上流近傍には圧力計ＰＧ１が配置される。
また、ガス供給配管４１には、バッファタンク４０及びガス供給配管４１内のガスを系外に排出する排気バルブＶ２及び排気ポンプＰ１を備えたガス排出配管４３が接続される。さらに、ガス排出配管４３には、排気バルブＶ２と排気ポンプＰ１との間に圧力計ＰＧ２が配置される。
そして、供給バルブＶ１、排気バルブＶ２及び排気ポンプＰ１は、温度センサＴ、圧力計ＰＧ１，ＰＧ２の検出値に基づき制御部（ＣＰＵ）２４により動作制御される。これにより、バッファタンク４０並びにガス供給配管４１が後述のように一定圧力（例えば６０００Ｐａ）に制御される。
（オゾンガス利用系３）
オゾンガス利用系３は、例えば、ＡＬＤプロセス用のＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４を備える。ＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４の上流側はガス供給配管４２を介してオゾンガス供給分配ユニット４のバッファタンク４０に接続される。ガス供給配管４２には、ＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４に対応したＡＬＤバルブＶが備えられる。また、ＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４の下流側にはＡＬＤポンプＰ２が接続される。そして、ＡＬＤバルブＶ及びＡＬＤポンプＰ２は制御部（ＣＰＵ）３５により動作制御される。
オゾンガス利用系３は、例えば、ＡＬＤプロセス用のＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４を備える。ＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４の上流側はガス供給配管４２を介してオゾンガス供給分配ユニット４のバッファタンク４０に接続される。ガス供給配管４２には、ＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４に対応したＡＬＤバルブＶが備えられる。また、ＡＬＤチャンバ３１,３２，３３，３４の下流側にはＡＬＤポンプＰ２が接続される。そして、ＡＬＤバルブＶ及びＡＬＤポンプＰ２は制御部（ＣＰＵ）３５により動作制御される。
制御部３５は、例えば、ＡＬＤバルブＶの開閉パターン及び開閉時間を予め転送、または、リアルタイムでＡＬＤバルブＶの開閉情報をオゾンガス供給ユニット２の制御部２４に転送する。これにより、オゾンガス供給ユニット２側のオゾンガスの圧力、オゾンガス圧力に影響するオゾンベッセル２０の温度、濃縮されたオゾンガスの予備残量が任意の適切な条件に制御される。一方、制御部２４は、オゾンガス供給装置２１，２２，２３の動作状態、例えば所定圧力のオゾンガスの有無を示す信号を制御部３５にリアルタイムに出力してオゾンガス利用系３のＡＬＤバルブＶの動作制御に供する。
（オゾンガス供給分配ユニット４）
オゾンガス供給分配ユニット４は、オゾンガス供給ユニット２の任意のオゾンガス供給装置２１，２２，２３から供給された高濃度オゾンガスを一時的に貯留するバッファタンク４０を備える。
オゾンガス供給分配ユニット４は、オゾンガス供給ユニット２の任意のオゾンガス供給装置２１，２２，２３から供給された高濃度オゾンガスを一時的に貯留するバッファタンク４０を備える。
バッファタンク４０の内容積は、ＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４で必要とされる単位時間（１分）当たりのオゾンガス使用合計量（ｃｃ）から、その５～４０倍、望ましくは１０～２０倍の体積とする。一例としてＡＬＤチャンバ３１，３２，３３でのオゾンガス使用量が１分あたり２０ｃｍ３、ＡＬＤチャンバ３４が４０ｃｍ３の場合、合計で１分あたり１００ｃｍ３となるので、内容積は１，０００ｃｍ３～２，０００ｃｍ３とするのが理想である。これによりバッファタンク４０内のオゾンガスの濃度を下げることなく、かつ複数装置からのガスの引き抜きに対して供給バルブＶ１を通してのオゾンガスの補充が複数のＡＬＤプロセスからのガス要求に対し十分高速な速度で応答できる。
バッファタンク４０内の高濃度オゾンガスは、オゾンガス利用系３の任意のタイミングで任意の時間幅で「開」となるＡＬＤバルブＶを経由してＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４に同時に分配供給される。これにより、ＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４に同時に繰り返し再現性のある安定した量の酸化剤の供給、ＡＬＤ膜の成膜が可能となる。供給バルブＶ１は、オゾンガス供給時は常時「開」となる。ここで、バッファタンク４０のオゾン濃度が所定の設定値（例えば濃度８０％）よりも低下した場合、供給バルブＶ１が「閉」、排気バルブＶ２が「開」となり、バッファタンク４０内のガスが排気ポンプＰ１により真空排気される。そして、排気ポンプＰ１の上流側の圧力計ＰＧ２の圧力値が所定圧力値（例えば５０Ｐａ）以下になると、排気バルブＶ２が「閉」、供給バルブＶ１が「開」となり、当該所定圧力値となるように前記高濃度オゾンガスがバッファタンク４０に充填される。
（動作例）
オゾンガス供給分配ユニット４は、ガス供給配管４１及びバッファタンク４０内のオゾン濃度が経時的に低下する。オゾン濃度８０％以上のオゾンガスの半減期は、例えば、バッファタンク４０とその周辺配管の材質がステンレス鋼３１６Ｌ、配管温度が２５℃、封入圧力が６，０００Ｐａ、配管長が２０ｍ以下の場合、１００分のオーダーとなる。
オゾンガス供給分配ユニット４は、ガス供給配管４１及びバッファタンク４０内のオゾン濃度が経時的に低下する。オゾン濃度８０％以上のオゾンガスの半減期は、例えば、バッファタンク４０とその周辺配管の材質がステンレス鋼３１６Ｌ、配管温度が２５℃、封入圧力が６，０００Ｐａ、配管長が２０ｍ以下の場合、１００分のオーダーとなる。
ＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４の連続動作期間は２４時間（１４４０分）、１か月（４３０００分）以上と長く、ＡＬＤプロセスの経年的な性能維持のためにはオゾン濃度の低下の有効な検出方法や濃度回復方法が必要となる。
バッファタンク４０及びガス供給配管４１内のオゾン濃度が低下するとＡＬＤプロセスの再現性を担保できないので、オゾン濃度が一定の濃度範囲であることが常時監視される。そして、オゾン濃度の低下が認められると、ガス供給配管４１及びバッファタンク４０内のガスの入れ替えが必要となる。オゾン濃度の監視方法としてはＵＶ吸光度法や超音波法が例示されるが、これらの方法は、オゾンの分解が避けられないばかりでなく、高コストとなる。
そこで、オゾンガス利用系３の制御部３５は、オゾンガス供給ユニット２のオゾンベッセル２０内の温度と圧力の関係を示すテーブルを予め格納する。例えば、低温分留で得られるオゾンガスの場合、文献物性値（オゾンと酸素の混合ガスの蒸気圧特性）に基づき図２に示されたオゾン濃度１００％とオゾン濃度９９．９％の温度と圧力との関係を示す曲線が得られる。
供給バルブＶ１が「開」となりバッファタンク４０がオゾンベッセル２０及びガス供給配管４１を含むオゾン貯蔵部と一体化した際のオゾン濃度低下は、以下の温度一定制御モードまたは圧力一定制御モードにおいて検出できる。
（温度一定制御モード）
図２及び図３（ａ）を参照してオゾンベッセル２０の温度一定制御モードでのオゾン濃度低下の検出手法を説明する。
図２及び図３（ａ）を参照してオゾンベッセル２０の温度一定制御モードでのオゾン濃度低下の検出手法を説明する。
図２は前記オゾン貯蔵部の温度と圧力の許容動作範囲における温度と圧力の関係を示す物性曲線である。同図の符号Ｐ０は「供給初期の圧力」、符号ＰＡは「濃度低下検出の圧力」を示す。
図３（ａ）は、オゾンベッセル２０の温度一定制御モードでのバッファタンク４０のオゾン濃度低下の検出手法を説明したオゾンベッセル２０の圧力の経時的変化を示す。同図（ａ）の符号Ｐ０は「初期圧力（例えば、６０００Ｐａ）」、符号Ｐ１は「ＡＬＤチャンバ（複数）からのオゾンガス引き抜き中の微小な圧力低下」、符号ＰＡは「濃度低下検出圧力（例えば、６５００Ｐａ）」、符号ＴＰは「圧力超過継続時間」、符号ＣＡは「オゾン濃度低下の検出」を示す。
例えば、バッファタンク４０の温度が１２８Ｋ前後に一定に制御され、バッファタンク４０の圧力を６，０００Ｐａに保持する場合の動作例について説明する。供給バルブＶ１が「開」に設定されてバッファタンク４０が前記オゾン貯蔵部と一体化すると、バッファタンク４０内のオゾンガスが経時的に酸素ガスに分解し、圧力計ＰＧ１の圧力検出値は制御温度１２８Ｋのもとで少しずつ上昇する（図３（ａ））。バッファタンク４０からＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４へのオゾンガスの供給は不定期に行われるが、バッファタンク４０の体積はオゾンガスが全てのＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４に同時に供給された場合の１０倍以上２０倍以下が最適な体積として設定されるので、瞬間的な圧力低下は最大でも供給前の圧力から５～１０％以下の低下に留まる。すなわち、前記オゾンガスの供給動作時の圧力の脈動（変動）はある一定時間の平均をとると無視できる。したがって、ある一定時間のモニタリングにより有意に圧力上昇（図示の事例では６，０００Ｐａから６，６００Ｐａへの圧力上昇）が確認された時点で、バッファタンク４０でのオゾン濃度が低下したと判断できる。
（圧力一定制御モード）
図２及び図３（ｂ）を参照してオゾンベッセル２０の圧力一定制御モードでのオゾン濃度低下の検出手法を説明する。
図２及び図３（ｂ）を参照してオゾンベッセル２０の圧力一定制御モードでのオゾン濃度低下の検出手法を説明する。
同図（ｂ）はオゾンベッセル２０の圧力一定制御モードでのバッファタンク４０のオゾン濃度低下の検出手法を説明したオゾンベッセル２０の温度の経時的変化を示す。符号Ｔ０は「初期制御温度（例えば、１２８Ｋ）」、符号Ｔ１は「ＡＬＤチャンバ（複数）からのオゾンガス引き抜き時の微小な制御温度変動」、符号ＴＡは「濃度低下検出温度（例えば、１２６Ｋ）」、符号ＴＴは「制御温度低下継続時間」、符号ＣＡは「オゾン濃度低下の検出」を示す。
例えば、オゾンベッセル２０の圧力が６，０００Ｐａに一定に制御され、初期温度が１２８Ｋ前後である場合の動作例について説明する。バッファタンク４０においては時間の経過と共にオゾンガスの分解が発生する。そして、酸素ガス分圧が増大し、全圧一定の条件ではオゾンガス分圧を下げる制御が働き、オゾンベッセル２０での制御目標温度が低下する。
制御部３５は図２の特性曲線を予め格納し、制御温度の許容下限を検出できるようにする。例えば、図３（ｂ）に示すように、６，０００Ｐａに制御される場合、制御温度が１２６Ｋよりも低温側に移行した際にオゾン濃度が低下したことを検出できる。
これら濃度低下を検出した場合、制御部５は、オゾン供給不可信号をオゾンガス利用系３の制御部３５に出力すると同時に、速やかに前述したオゾンガスの入れ替え動作を実施する。すなわち、排気バルブＶ２が「開」に設定される一方で供給バルブＶ１及びＡＬＤバルブＶが「閉」に設定されてガス供給配管４１及びバッファタンク４０内のガスが系外に排出される。一定圧力まで真空排気後、排気バルブＶ２が「閉」に設定される一方で供給バルブＶ１及びＡＬＤバルブＶが「開」に設定されて、オゾンガス供給ユニット２のオゾンガス供給装置２１，２２，２３のいずれから高濃度オゾンガスが供給されてバッファタンク４０内に充填される。そして、この充填が完了した時点でオゾンガス利用系３の制御部３５に「ガススタンバイ完了」の信号が出力される。
その後、再度、上述の図２の方式でオゾン濃度の低下が検出されるまでオゾンベッセル２０の高濃度オゾンガスが供給バルブＶ１を介して連続的にバッファタンク４０に充填された後にＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４に供される。
（効果）
以上のように図２のピュアオゾンガス（１００％濃度および９９．９％濃度）の物性曲線をテーブルとして制御部３５内に格納することで所望の高濃度オゾンガスの供給制御を行うことができる。尚、制御部３５には、初期圧力からの許容上昇圧力範囲（例えば１０％）を設定しておいてもよい。
以上のように図２のピュアオゾンガス（１００％濃度および９９．９％濃度）の物性曲線をテーブルとして制御部３５内に格納することで所望の高濃度オゾンガスの供給制御を行うことができる。尚、制御部３５には、初期圧力からの許容上昇圧力範囲（例えば１０％）を設定しておいてもよい。
したがって、本実施形態のオゾンガス供給システム１によれば、オゾン濃度計等の追加の付帯設備を要することなく、温度センサ等の既存の計装機器で安価にバッファタンクのオゾンガスの濃度を常時検出できる。よって、オゾンガス利用系３に供される高濃度オゾンガスの利用効率が高まり、オゾン利用プロセスのランニングコスト及び環境負荷の低減を図ることができる。
また、本濃縮タイプのオゾンベッセル２０とバッファタンク４０と制御方式（ソフト的なオゾン濃度検出と切り替え動作）により、高濃度オゾンガスをランダムで間欠的に必要とする複数のＡＬＤチャンバに対して同時に一定圧力の一定濃度のオゾンガスを無駄なく供給できる。すなわち従来のオゾン装置では、ＡＬＤ装置が必要とする時間帯以外ほとんどの時間廃棄していたオゾンガスを有効に活用でき、システムの省ガス、オゾンの除害設備の簡略化に大きく貢献するものである。
［実施形態２］
実施形態１は、オゾン濃度が低下した時点でオゾンガスの入れ替えが完了するまで短時間（例えば１分以内）であってもオゾンガスの連続供給動作中でオゾンガスの供給不可のタイミングが発生することがある。
実施形態１は、オゾン濃度が低下した時点でオゾンガスの入れ替えが完了するまで短時間（例えば１分以内）であってもオゾンガスの連続供給動作中でオゾンガスの供給不可のタイミングが発生することがある。
そこで、実施形態２は、バッファタンク４０を２つ備えることで、ＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４の連続的なオゾン供給要求に常時対応可能とする。
図４に示された実施形態２のオゾンガス供給システム１はバッファタンク４０ａ，４０ｂを並列に備える。一方のバッファタンク４０ａの上流側のガス供給配管４１，下流側のガス供給配管４２には第一切り替えバルブＶ３，Ｖ４が各々配置される。他方のバッファタンク４０ｂの上流側のガス供給配管４１、下流側のガス供給配管４２には第二切り替えバルブＶ６，Ｖ７が各々配置される。
ガス供給配管４１にはガス排出配管４３が接続される。そして、このガス排出配管４３には、排気バルブＶ２，Ｖ５及び排気ポンプＰ１が備えられる。排気バルブＶ２はバッファタンク４０ａ及びガス供給配管４１内のガスを排出する。排気バルブＶ５はバッファタンク４０ｂ及びガス供給配管４１内のガスを排出する。排気ポンプＰ１は排気バルブＶ２，Ｖ５に連動して前記ガスを系外に排出する。
図５を参照して実施形態２の動作例について説明する。同図の符号Ｓ１は「プロセススタート」、符号Ｓ２は「バッファタンク４０ａでオゾン濃度低下検出」、符号Ｓ３は「バッファタンク４０ｂ経由に切り替え」、符号Ｓ４は「バッファタンク４０ｂでオゾン濃度低下検出」、符号Ｓ５は「バッファタンク４０ａ経由に切り替え」を示す。
プロセス開始時に、実施形態１の場合と同様、供給バルブＶ１及び第一切り替えバルブＶ３，Ｖ４が「開」に設定されて、ガス供給配管４１、バッファタンク４０ａ、ガス供給配管４２及びＡＬＤバルブＶまでの空間が所定圧力のオゾンガスで充填する。この際、排気バルブＶ２，Ｖ５及び第二切り替えバルブＶ６，Ｖ７は「閉」に設定され、バッファタンク４０ｂは真空状態で待機となる。
オゾンガス利用系３のＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４への高濃度オゾンガスの供給が開始後、前述の実施形態１の手法によりバッファタンク４０ａの空間にてオゾン濃度の低下が検出された場合、第二切り替えバルブＶ６が「開」に設定され、高濃度オゾンガスが、バッファタンク４０ａを介してオゾンガス利用系３に供給されつつ、バッファタンク４０ｂへの充填が実施される。バッファタンク４０ａを介しての供給に影響を及ぼさず、バッファタンク４０ｂを所望の圧力での充填に要する時間は代表的には１０分以内である。尚、第二切り替えバルブＶ６として開度（ＣＶ値）が段階的に調整可能なバルブを適用すると、バッファタンク４０ａを経由する供給動作に及ぼす影響を低減しつつ、バッファタンク４０ｂへの高濃度オゾンガスの充填が可能となる。
バッファタンク４０ｂへの高濃度オゾン充填の完了後、第二切り替えバルブＶ７が「開」、第一切り替えバルブＶ３，Ｖ４が「閉」に設定されることで、バッファタンク４０ｂを経由した高濃度オゾンガスの供給に完全に切り替えることができる。
一方、オゾン濃度低下が認められたバッファタンク４０ａ及びガス供給配管４１内のガスは排気ポンプＰ１により系外に排出される。その後、排気バルブＶ２が「閉」に設定され、第一切り替えバルブＶ３、Ｖ４は「閉」に保持され、バッファタンク４０ａは真空状態に保持される。
その後、バッファタンク４０ｂを介したオゾンガス利用系３への高濃度オゾンガスの供給中に、バッファタンク４０ｂ内のオゾン濃度の低下が図２のように検出されると、図５のように第一切り替えバルブＶ３が「開」に設定されて、バッファタンク４０ｂを介した前記高濃度オゾンガスの供給中、バッファタンク４０ａの高濃度オゾンガスの充填が実施される。バッファタンク４０ｂを介しての供給に影響を及ぼすことなく、バッファタンク４０ａを所望の圧力での充填に要する時間は代表的には１０分以内となる。尚、第一切り替えバルブＶ３として開度（ＣＶ値）が段階的に調整可能なバルブを適用するとバッファタンク４０ｂを経由する供給動作に及ぼす影響を低減できる。
このようにバッファタンク４０ａの高濃度オゾンガスの充填が完了した段階で、第一切り替えバルブＶ４が「開」、第二切り替えバルブＶ６，Ｖ７が「閉」に設定されることで、バッファタンク４０ａを経由した供給に完全に切り替えることができる。
以上の動作を繰り返すことで、オゾンガス利用系３（ＡＬＤチャンバ３１，３２，３３，３４）の観点から高濃度オゾン供給不可とならない２４時間完全連続式の高濃度オゾンガスの供給が可能となる。
本実施形態のオゾンガス供給システム１によれば、実施形態１と同様の効果が得られることは明らかである。特に、複数のバッファタンク４０がある場合に適切なタイミングで高濃度オゾンガスが溜まっているバッファタンク４０を経由した供給に切り替えることができる。
１…オゾンガス供給システム
２…オゾンガス供給ユニット、２１，２２，２３…オゾンガス供給装置、２０…オゾンベッセル、Ｖ１…供給バルブ、ＰＧ１…圧力計、２４…制御部、
３…オゾンガス利用系、３１,３２，３３，３４…ＡＬＤチャンバ、Ｖ…ＡＬＤバルブ、Ｐ２…ＡＬＤポンプ、３５…制御部
４…オゾンガス供給分配ユニット、４０，４０ａ，４０ｂ…バッファタンク、４１，４２…ガス供給配管、Ｖ２，Ｖ５… 排気バルブ、Ｐ１…排気ポンプ、４３…ガス排出配管、ＰＧ２…圧力計、Ｖ３，Ｖ４…第一切り替えバルブ、Ｖ６，Ｖ７…第二切り替えバルブ
２…オゾンガス供給ユニット、２１，２２，２３…オゾンガス供給装置、２０…オゾンベッセル、Ｖ１…供給バルブ、ＰＧ１…圧力計、２４…制御部、
３…オゾンガス利用系、３１,３２，３３，３４…ＡＬＤチャンバ、Ｖ…ＡＬＤバルブ、Ｐ２…ＡＬＤポンプ、３５…制御部
４…オゾンガス供給分配ユニット、４０，４０ａ，４０ｂ…バッファタンク、４１，４２…ガス供給配管、Ｖ２，Ｖ５… 排気バルブ、Ｐ１…排気ポンプ、４３…ガス排出配管、ＰＧ２…圧力計、Ｖ３，Ｖ４…第一切り替えバルブ、Ｖ６，Ｖ７…第二切り替えバルブ
Claims (10)
- オゾンガス供給ユニットのオゾンベッセルから供されたオゾン濃度８０体積％以上の高濃度オゾンガスを一時的に貯留してオゾンガス利用系に供するバッファタンクと、
オゾン濃度１００体積％とオゾン濃度１００体積％未満のオゾンガスの温度と圧力との関係に基づき前記バッファタンクと連通した前記オゾンベッセルの所定温度での圧力値から当該バッファタンクのオゾン濃度の低下を検知する制御部と、
を有し、
前記オゾン濃度の低下が検知されると、前記バッファタンクと前記オゾンベッセルとを連結するガス供給配管及び当該バッファタンク内のガスを系外に排出した後に当該オゾンベッセルから前記高濃度オゾンガスを当該バッファタンクに供給すること
を特徴とするオゾンガス供給システム。 - 前記オゾンベッセルから前記高濃度オゾンガスを前記バッファタンクに供給する供給バルブと、
前記ガス供給配管及び前記バッファタンクのガスを系外に排出する排気バルブと、
をさらに有し、
前記制御部は、前記オゾンベッセルの所定温度での圧力値から推定される前記バッファタンクのオゾン濃度に基づき前記供給バルブ及び前記排気バルブを動作制御すること
を特徴とする請求項１に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記制御部は、前記オゾン濃度の低下を検知すると、前記供給バルブを閉に設定する一方で前記排気バルブを開に設定すること
を特徴とする請求項２に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記制御部は、前記オゾン濃度の低下を検知すると、前記オゾンガス利用系にオゾン供給不可信号を出力すること
を特徴とする請求項３に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記バッファタンクは、２つ並列に備えられ、
一方の前記バッファタンクを経由した前記高濃度オゾンガスの供給の際に当該バッファタンクのオゾン濃度の低下が検知されると、他方の前記バッファタンクを経由した前記高濃度オゾンガスの供給に切り替わること
を特徴とする請求項１に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記オゾンベッセルから前記高濃度オゾンガスを一方または他方の前記バッファタンクに供給する供給バルブと、
一方の前記バッファタンク内のガスを系外に排出する第一排気バルブと、
一方の前記バッファタンクを介して前記高濃度オゾンガスを前記オゾンガス利用系に供給する第一切り替えバルブと、
他方の前記バッファタンク内のガスを系外に排出する第二排気バルブと、
他方の前記バッファタンクを介して前記高濃度オゾンガスを前記オゾンガス利用系に供給する第二切り替えバルブと、
をさらに有し、
前記制御部は、前記オゾンベッセルの所定温度での圧力値から推定される前記一方及び前記他方のバッファタンクのオゾン濃度に基づき、前記供給バルブ、前記第一排気バルブ、前記第一切り替えバルブ、前記第二排気バルブ及び前記第二切り替えバルブを動作制御すること
を特徴とする請求項５に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記制御部は、
前記一方のバッファタンクのオゾン濃度の低下を検知すると、
前記他方のバッファタンクの下流側の前記第二切り替えバルブを閉に設定する一方で当該他方のバッファタンクの上流側の前記第二切り替えバルブを開に設定して前記高濃度オゾンガスを当該他方のバッファタンクに供すること
を特徴する請求項６に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記制御部は、
前記他方のバッファタンクの高濃度オゾンガスの充填が完了すると、
前記他方のバッファタンクの前記下流側の前記第二切り替えバルブを開に設定し、
前記一方のバッファタンクの上流側及び下流側の第一切り替えバルブを閉に設定する一方で前記第一排気バルブを開に設定すること
を特徴する請求項７に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記一方のバッファタンクの上流側の前記第一切り替えバルブ、及び、前記他方の方のバッファタンクの上流側の前記第二切り替えバルブは、開動作時に開度が段階的に調整可能であること
を特徴する請求項７または８に記載のオゾンガス供給システム。 - 前記第一排気バルブ及び前記第二排気バルブに連動して前記一方及び他方のバッファタンク内のガスを系外に排出する排気ポンプを有し、
前記制御部は、前記排気ポンプの圧力に基づき前記第一排気バルブ、前記第二排気バルブ及び当該排気ポンプを動作制御すること
を特徴する請求項７または８に記載のオゾンガス供給システム。
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