JPH0750640Y2

JPH0750640Y2 - 低温液化ガス供給装置

Info

Publication number: JPH0750640Y2
Application number: JP2694591U
Authority: JP
Inventors: 伸二鈴木
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2005-11-15
Also published as: JPH04121598U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、低温液化ガス供給装置
に関し、詳しくは、低温液化ガスを一定の圧力で、かつ
迅速に低温液化ガス消費設備に供給する低温液化ガス供
給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、１０^-6Ｐａ以下という超高真空
を形成した空間の内部に配置した基板（ウェハ）に向け
て原料ガスを分子流の状態で照射して該基板上に薄膜を
形成する分子線エピタキシー（ＭＢＥ）では、これを行
うＭＢＥ装置に、高性能の排気装置を連設するととも
に、該装置内に低温液化ガスを流すシュラウドを設け
て、真空排気時に残留するガスを該シュラウドに低温吸
着させて超高真空を実現している。

【０００３】また、ＭＢＥ装置で良好な薄膜成長を行う
には、ＭＢＥ装置の内部を常時所定の超高真空に保持す
る必要があるが、一方、ＭＢＥ装置では、前記基板を加
熱するヒータや、該基板に照射するガスを加熱分解する
ためのヒータ等の加熱源が必要に応じ作動するので、こ
れらのヒータの発熱による圧力変動の要因に対して、前
記シュラウドでＭＢＥ装置内の真空度を一定に保持する
必要がある。

【０００４】このため、シュラウドに供給する低温液化
ガスは、必要に応じていつでも供給できること、迅速に
供給できること、一定の圧力で供給できること、の３条
件を満たす必要がある。特に一定圧力での供給は、液の
温度が圧力により変化することに配慮したもので、供給
する液の温度を一定にするため一定圧力で供給するもの
である。

【０００５】そこで、従来は、図５に示すようにして低
温液化ガスをＭＢＥ装置に供給していた。即ち、１は可
搬式の小型貯槽、２はＭＢＥ装置で、この小型貯槽１
は、真空断熱された貯槽本体の頂部に、低温液化ガスの
液導入弁３と液供給弁４及び貯槽１の内圧が所定の圧力
より上昇したときに内部の気化ガスを外部に放出して貯
槽１内の圧力を下げる放圧弁５が付設されているととも
に、内圧が低下したときに貯槽内の液を気化して貯槽１
内の気相部に導入する加圧自動弁６ａと蒸発器６ｂとか
らなる加圧手段６を備えており、さらに、小型貯槽１内
の液量を検知するための差圧式液面計７を備えている。

【０００６】上記小型貯槽１を用いてＭＢＥを行うに
は、まず、小型貯槽１に低温液化ガスを充填する。これ
は、小型貯槽１を図示しない大型貯槽のある場所に移動
し、大型貯槽に付設された液導出弁を開、小型貯槽１に
付設された液導入弁３を開として大型貯槽内の低温液化
ガスを小型貯槽１内に充填する。なお、大型貯槽は、低
温液化ガス輸送車からの液の受け入れ及び保安上の必要
性から屋外に設置され、一方前記小型貯槽１は、ＭＢＥ
装置２に迅速に液を供給できるよう、ＭＢＥ装置２に近
接して屋内に設置されて使用される。

【０００７】次いで、小型貯槽１をＭＢＥ装置２に近接
配置し、小型貯槽１の液供給弁４とＭＢＥ装置２に付設
された液導入弁２ａを接続した後、ＭＢＥ装置２に連設
する排気装置２ｂを作動してＭＢＥ装置２内の真空排気
を行うとともに、前記液供給弁４を開いて小型貯槽１内
の液、例えば液化窒素をＭＢＥ装置２内のシュラウド
８，８に供給し、該シュラウド８を冷却して排気装置２
ｂで排気しにくい水蒸気等を該シュラウド８の表面に低
温吸着させて装置内を高真空にする。

【０００８】ＭＢＥ装置２内が所定の真空度に達した
ら、前記基板上にガスの分子流を照射するが、このと
き、前記のように、ヒータ等が作動するので、シュラウ
ド８に供給する低温液化ガスを該シュラウド８に連設す
る調節弁８ａで制御して該シュラウド８の温度を一定に
保持する。

【０００９】そして、この場合、前記のように、低温液
化ガスは、圧力によって液温が変化するので、一定の圧
力で供給するため、基板上の薄膜の検査等により低温液
化ガスの供給が中断し、自然蒸発により小型貯槽１内の
圧力が所定の圧力より上昇したときは、前記放圧弁５が
開いて内圧を下げる。また、小型貯槽１内の圧力が低下
したときは、加圧自動弁６ａが開き、小型貯槽１の液が
蒸発器６ｂで気化して該貯槽１の気相部に導入され、小
型貯槽１内の圧力を、常時所定の範囲内に保持してい
る。

【００１０】なお、薄膜形成中は、いつでも低温液化ガ
スをシュラウド８に供給できるように前記液面計７によ
り貯蔵量を把握し、少なくなったときは、前記のように
小型貯槽１を大型貯槽の近くに移動して低温液化ガスを
充填する。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】しかし、前記小型貯槽
１による液供給では、ＭＢＥを行う毎に大型貯槽から液
を充填する必要があり、しかも、小型貯槽といえども１
００Ｋｇ程度の重量があってトラクターを利用するなど
して小型貯槽を大型貯槽のある場所まで運搬してから充
填することが必要なので面倒であった。また、ＭＢＥが
長時間に及ぶ場合や連続的に行う場合は、小型貯槽内の
液量では不十分となり、この場合は、小型貯槽を複数設
置することが考えられるが、設置面積が大きくなるとと
もに、このようにしても小型貯槽への液充填を行わなけ
ればならないという不都合は避けられないのが実情であ
る。

【００１２】一方、ＭＢＥ装置２の近傍に前記小型貯槽
１を固定して設けるとともに、大型貯槽と小型貯槽１と
を低温液化ガス導入管で連通させ、液面計７により検出
した小型貯槽１内の液量に応じて大型貯槽内の低温液化
ガスを小型貯槽１に導入するように構成すれば、上記問
題が解決できると考えられる。

【００１３】しかしながら、この場合、小型貯槽１は容
量が小さいために、液導入に伴い液面が大きく変動して
液面計７の検出値が変化し、液導入弁３が頻繁に開閉作
動してしまうため、円滑な液導入を行うことができな
い。また、低温液化ガスが小型貯槽１内に導入されたと
きに、圧力変動を生じ、この圧力変動が前記液導入弁３
の頻繁な開閉に連動して発生するため、円滑な液導入が
できないだけでなく、放圧弁５が頻繁に作動して低温液
化ガスのロスを生じる。さらに、急激な圧力上昇によっ
て放圧弁５が開くと、気相部の容量が少ないために急減
圧し、これによって加圧手段６が作動してしまう不都合
もある。即ち、一般的な水や油等の液体導入と本質的に
異なり、単純な液面制御では円滑な液補充が行えなかっ
た。

【００１４】そこで本考案は、大型貯槽から小型貯槽へ
の円滑な低温液化ガス導入を可能とし、従来より低温液
化ガスのロスを低減できる低温液化ガス供給装置を提供
することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本考案は、第１の構成として、低温液化ガスの消
費設備に近接して設けた小型の液溜容器と、該液溜容器
に低温液化ガスを補給する大型の液化ガス貯槽と、前記
液溜容器の重量を測定する重量計と、該重量計の測定値
に基づいて前記液化ガス貯槽から液溜容器への低温液化
ガスの補給量を制御する制御器とを備えていることを特
徴とする低温液化ガス供給装置を提供するものである。

【００１６】また、本考案の第２の構成は、上記第１の
構成の低温液化ガス供給装置において、前記液化ガス貯
槽と液溜容器との間に、液化ガス貯槽側から液溜容器側
に気化ガスを導入するガス導入管を設けるとともに、該
ガス導入管に、液溜容器内の圧力が低下したときに開方
向に作動するガス導入弁を設けたことを特徴とし、さら
に、第３の構成は、第２の構成の低温液化ガス供給装置
において、前記液溜容器に液溜容器内の圧力が上昇した
ときに開方向に作動する放圧弁を設けるとともに、該放
圧弁と前記ガス導入弁とをスプリット制御する制御器を
設けたことを特徴としている。

【００１７】

【作用】上記第１の構成によれば、液溜容器を低温液
化ガス消費設備の近傍に常時配設しておくので、液溜容
器を搬送して大型の液化ガス貯槽から低温液化ガスを充
填する手間がなくなる。また、いつでも充填できるの
で、効果的な液導入を行うことができる。特に、液溜容
器内に液化ガス貯槽から低温液化ガスを導入した際に液
面が変動したり、圧力変動が生じたりしても、液溜容器
内の低温液化ガス量は、重量計により確実に計量される
ので、１回で所定量の低温液化ガスを液溜容器内に充填
することができる。

【００１８】また、第２の構成によれば、液溜容器内の
圧力が低下したときは、前記ガス導入弁が開いて大型の
液化ガス貯槽から気化ガスを液溜容器に導入し、液溜容
器内を所望の圧力に保持できる。このように、液溜容器
内の圧力が低下したときは、液化ガス貯槽の圧力を介し
て液溜容器内の圧力を所望の圧力に制御でき、低温液化
ガス消費設備に一定の圧力の低温液化ガスを供給するこ
とができるとともに、液溜容器を単なる断熱容器、即ち
魔法瓶とすることができる。

【００１９】さらに、第３の構成によれば、放圧弁とガ
ス導入弁の作動がハンチングを起こさないように制御で
きるので、低温液化ガスのロスを低減することができ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２１】まず、図１は、本考案の第１の構成を適用
した一実施例を示すもので、前記同様に、ＭＢＥ装置２
のシュラウド８に液化窒素等の低温液化ガスを供給する
低温液化ガス供給装置である。なお、ＭＢＥ装置２に
は、前記図５と同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００２２】図中、１０は、ロードセル（重量計）１１
に載置された小型の液溜容器であり、断熱構造を有する
貯槽本体の頂部には、フレキシブル部１０ａ及びフレキ
シブルチューブ１０ｂを介して、放圧弁１２，液導入弁
１３及び液供給弁１４がそれぞれ接続されている。ま
た、液溜容器１０には、加圧自動弁１５ａと蒸発器１５
ｂとからなる加圧手段１５が設けられている。

【００２３】上記液導入弁１３は、低温液化ガス導入管
１６を介して大型液化ガス貯槽（大型貯槽）１７の液導
出弁１７ａに接続している。さらに、液導入弁１３の直
前には、ブロー弁１８が設けられている。

【００２４】前記ロードセル１１の測定値は制御器１９
に入力され、制御器１９は、ロードセル１１の測定値
が、あらかじめ設定された下限値になったときに、液溜
容器１０への低温液化ガスの導入を開始し、上限値にな
ったときに導入を終了するように制御を行う。即ち、低
温液化ガスがＭＢＥ装置２で消費され、容器内の液量が
減少すると、ロードセル１１からの測定値に基づいて制
御器１９が作動し、まずブロー弁１８を開いて低温液化
ガス導入管１６の予冷を行う。ブロー弁１８の２次側に
設けた温度計Ｔが液温になり、予冷が完了するとブロー
弁１８を閉じ、液導入弁１３を開いて液溜容器１０内へ
の液導入が開始される。

【００２５】液溜容器１０内に液が導入されると、容器
内の液面は大きく変動するが、ロードセル１１の測定値
（重量）は、液の導入量に伴い僅かずつ増加するだけな
ので、容器内の液量を確実に把握できる。従って、前述
のように液導入弁１３が頻繁に開閉することがないの
で、所定量まで円滑に液導入を行うことができる。

【００２６】このとき、ロードセル１１による液溜容器
１０の計量は、各配管（弁）と容器との間に、容器の重
量変化に伴う上下動を許容するフレキシブル構造を介在
させたことにより正確に行うことができる。

【００２７】また、液導入に伴い容器内の圧力が上昇す
るが、液導入中は、液導入弁１３の開度が一定に保たれ
ているので、液導入量に応じた緩やかな上昇率となり、
前述のような放圧弁１２の頻繁な開閉を生じることもな
く、加圧手段１５が作動することもない。

【００２８】即ち、低温液化ガス供給装置をこのように
構成し、容器内の液量を従来の液面高さに代えて重量で
測定することにより、大型貯槽１７から小型の液溜容器
１０への円滑な低温液化ガス導入を可能とし、放圧弁１
２や加圧自動弁１５ａの無駄な開閉を防止できるので、
低温液化ガスのロスを低減することができる。

【００２９】なお、容器内の圧力を調節する上記加圧手
段１５の加圧自動弁１５ａや放圧弁１２は、周知のよう
に、それ自身が２次側あるいは１次側の圧力に応じて自
動的に開閉する自動制御弁を用いたり、図示しない圧力
検知器の検出値に基づいて開閉作動させるようにすれば
よい。

【００３０】さらに、大型貯槽１７は、広く一般に用い
られている周知の大型低温液化ガス貯槽であって、上記
同様の自己加圧手段やタンクローリー等からの液導入系
統等を備えたものを使用することができる。

【００３１】次に、図２は、上記図１と同様に構成した
低温液化ガス供給装置に、前述の第２の構成を適用した
一実施例を示すものである。尚、前記図１の装置と同一
要素のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省
略する。

【００３２】本実施例装置は、液溜容器１０内を所定圧
力に加圧する手段として、前述の加圧自動弁と蒸発器と
からなる加圧手段に代えて、前記大型貯槽１７と液溜容
器１０との間に、大型貯槽１７側から液溜容器１０側に
気化ガスを導入するガス導入管２０を設けるとともに、
該ガス導入管２０に、液溜容器１０内の圧力が低下した
ときに開方向に作動するガス導入弁２１を設けたもので
ある。

【００３３】上記ガス導入管２０は、前記低温液化ガス
導入管１６から分岐して前記放圧弁１２の一次側に連通
するように設けられており、その途中には、前記ガス導
入弁２１と、液化ガスを気化させるための蒸発器２２と
が設けられている。

【００３４】上記ガス導入弁２１は、液溜容器１０内の
圧力が設定圧力より低下したときに開弁し、液導出弁１
７ａを介して蒸発器２２に導入され、該蒸発器２２で気
化した気化ガスを液溜容器１０に導入する。なお、ガス
導入弁２１の開閉は、前記同様に行うことができる。

【００３５】このように、液溜容器１０内の圧力を、大
型貯槽１７からのガス導入で調節することにより、液溜
容器１０に加圧手段を設ける必要がなくなり、液溜容器
１０は、保冷と液やガスの導出導入が可能で、かつロー
ドセル１１での計量が可能な構造であればよくなる。従
って、液溜容器１０として簡単な構造の断熱容器、即ち
単なる魔法瓶を用いることができ、液溜容器１０のコス
トダウンを図れる。

【００３６】さらに、図２に想像線で示すように、大型
貯槽１７の気相部に連通するガス導出管２３を設けて大
型貯槽１７から直接気化ガスを導出し、ガス導入弁２１
を介して液溜容器１０へのガス導入を行うこともでき
る。

【００３７】図３は、上記図２に示した構成の低温液化
ガス供給装置に、前述の第３の構成を適用した一実施例
を示すものであり、前記放圧弁１２とガス導入弁２１の
開閉制御を制御器３０でスプリット制御するようにした
ものである。

【００３８】上記制御器３０は、液溜容器１０側の圧
力、即ち、ガス導入弁２１の２次側あるいは放圧弁１２
の１次側の圧力を検出し、該圧力に基づいて両弁を開閉
するもので、両弁の開度は、図４に示すように制御され
る。

【００３９】即ち、液溜容器１０内の圧力が低下してガ
ス導入弁２１が開き、大型貯槽側から液溜容器１０内に
気化ガスが導入される圧力範囲と、液溜容器１０内の圧
力が上昇し、放圧弁１２が開いて放圧が行われる圧力範
囲との間に、所定幅の不感帯が設定されている。

【００４０】従って、ガス導入弁２１は、液溜容器１０
内の圧力が設定圧力より僅かに低い圧力から下が開弁状
態に設定され、一方の放圧弁１２は、液溜容器１０内の
圧力が設定圧力より僅かに高い圧力から上が開弁状態に
設定されている。両弁の開度は、液溜容器１０内の圧力
が設定圧力に近付くに従い絞られていく。

【００４１】このように、ガス導入弁２１と放圧弁１２
とを、間に不感帯を設けて開閉制御することにより、ハ
ンチングを防止でき、無駄な気化ガスの導入，排出を無
くして安定した圧力で低温液化ガスを供給することがで
きるとともに、放圧による低温液化ガスのロスを低減す
ることができる。

【００４２】なお、以上の説明は、低温液化ガス消費設
備としてＭＢＥ装置を例示したが、本考案は、略一定圧
力の低温液化ガスを必要とする任意の低温液化ガス消費
設備に適用することができる。

【００４３】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の低温液化
ガス供給装置は、液溜容器への液化ガスの導入を、液溜
容器の重量に基づいて行うから、低温液化ガスを導入し
た際に液溜容器内の液面が変動したり、圧力が変動した
りしても、液溜容器内の低温液化ガス量を重量計により
確実に計量でき、１回で所定量の低温液化ガスを液溜容
器内に円滑に充填することができる。これにより、液溜
容器への低温液化ガスの充填を随時に行うことができる
ので、液溜容器を消費設備の近傍に常時配設しておくこ
とができ、液溜容器を搬送して大型の液化ガス貯槽から
低温液化ガスを充填する手間がなくなり、長時間に亙る
液供給も安定して行うことができる。

【００４４】また、液溜容器内の圧力が低下したとき
に、大型貯槽側から気化ガスを液溜内に導入するように
構成することにより、液溜に自己加圧手段を設ける必要
がなくなり、液溜容器を単なる断熱容器とすることがで
き、コストダウンを図れる。

【００４５】さらに、上記大型貯槽側から気化ガスを液
溜容器内に導入するガス導入弁と、液溜容器の放圧弁と
をスプリット制御することにより、ハンチングを防止し
て安定した液供給を可能にするとともに、低温液化ガス
のロスも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の構成を適用した一実施例を示
す系統図である。

【図２】本考案の第２の構成を適用した一実施例を示
す系統図である。

【図３】本考案の第３の構成を適用した一実施例を示
す要部の系統図である。

【図４】圧力と弁開度の関係を示す図である。

【図５】従来の低温液化ガス供給手段の一例を示す系
統図である。

【符号の説明】

２…ＭＢＥ装置８…シュラウド１０…液溜容器
１１…ロードセル１２…放圧弁１３…液導入弁１４…液供給弁
１５…加圧手段１６…低温液化ガス導入管１７…大型貯槽１９
…制御器２０…ガス導入管２１…ガス導入弁
２２…蒸発器３０…制御器

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】低温液化ガスを消費設備に供給する低温
液化ガス供給装置において、前記低温液化ガスの消費設
備に近接して設けた液溜容器と、該液溜容器に低温液化
ガスを補給する液化ガス貯槽と、前記液溜容器の重量を
測定する重量計と、該重量計の測定値に基づいて前記液
化ガス貯槽から液溜容器への低温液化ガスの導入量を制
御する制御器とを備えていることを特徴とする低温液化
ガス供給装置。
【請求項２】請求項１記載の低温液化ガス供給装置に
おいて、前記液化ガス貯槽と液溜容器との間に、液化ガ
ス貯槽側から液溜容器側に気化ガスを導入するガス導入
管を設けるとともに、該ガス導入管に、液溜容器内の圧
力が低下したときに開方向に作動するガス導入弁を設け
たことを特徴とする低温液化ガス供給装置。
【請求項３】請求項２記載の低温液化ガス供給装置に
おいて、前記液溜容器に液溜容器内の圧力が上昇したと
きに開方向に作動する放圧弁を設けるとともに、該放圧
弁と前記ガス導入弁とをスプリット制御する制御器を設
けたことを特徴とする低温液化ガス供給装置。