気体置換装置および気体置換方法
【課題】空間内の効率的な気体置換を簡易に行うことができる技術を提供する。
【解決手段】気体置換装置１は、空間１０Ｓを形成するグローブボックス１０内の気体を置換するためのものであり、前記気体置換装置１は、窒素ガスを供給する送風部４０と、前記グローブボックス１０に接続されて前記送風部４０から供給される窒素ガスを前記グローブボックス１０に導入する導入管２１を含む導入部２０と、前記グローブボックス１０内の窒素ガスを排出する排出部３０と、前記導入管２１の開口面積を変更する三方バルブを備え、前記三方バルブは、前記グローブボックス１０内について、気体が置換される前よりも置換された後において、前記導入管２１の開口面積が大きくなるように変更する。
【解決手段】気体置換装置１は、空間１０Ｓを形成するグローブボックス１０内の気体を置換するためのものであり、前記気体置換装置１は、窒素ガスを供給する送風部４０と、前記グローブボックス１０に接続されて前記送風部４０から供給される窒素ガスを前記グローブボックス１０に導入する導入管２１を含む導入部２０と、前記グローブボックス１０内の窒素ガスを排出する排出部３０と、前記導入管２１の開口面積を変更する三方バルブを備え、前記三方バルブは、前記グローブボックス１０内について、気体が置換される前よりも置換された後において、前記導入管２１の開口面積が大きくなるように変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー内の気体を置換する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チャンバー内の空間を高純度の不活性ガス等の気体で充填する場合、まず、チャンバー内の雰囲気が不活性ガスでパージされる。その後、循環精製装置などで不活性ガスを循環精製することによって、チャンバー内の不活性ガスが高純度に維持される。不活性ガスが高純度化された後には、チャンバー内において電子精密機器などのデバイスが製造される。
【０００３】
本願発明に関連する先行技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。具体的に特許文献１では、チャンバー内に空気よりも重い不活性ガスを供給する際に、空気と不活性ガスの境界面における不活性ガスの拡散速度よりも大きい速度で不活性ガスを供給するガス置換方法が開示されている。特許文献１では、このように不活性ガスを供給することによって、効率的にチャンバー内のガスを置換している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１６５２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の気体置換方法の場合、気体の流速を上昇させるためには、チャンバーに供給される単位時間あたりの気体供給量を増大させる必要あった。したがって、デバイスを処理する通常時よりも多くの気体供給が要求される。したがって、精製能力の高い循環精製装置を用いる必要があったり、また、供給能力の高い不活性ガス供給装置を用いる必要があり、装置コストが増大したりするという問題があった。このため、効率的な気体の置換をより簡易に行うことのできる技術が要求されている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、空間内の効率的な気体置換を簡易に行うことができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換装置において、気体を供給する気体供給部と、前記チャンバーに接続されて前記気体供給部から供給される気体を前記チャンバーに導入する導入管を含む導入部と、前記チャンバー内の気体を排出する排出部と前記導入管の開口面積を前記チャンバー内についての気体を置換する前よりも置換された後において、前記導入管の前記開口面積が大きくなるように変更する開口面積変更部と、前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する制御部とを備える。
【０００８】
また、第２の態様は、第１の態様に係る気体置換装置において、前記導入部は、開口面積が相互に異なる複数の前記導入管を有しており、前記開口面積変更部は、前記複数の導入管のうちから、前記チャンバーに接続する導入管を選択する選択部を含む。
【０００９】
また、第３の態様は、第１から第２の態様までのいずれか１態様に係る気体置換装置において、前記開口面積変更部は、前記導入管の開度を変更する開度変更部を備える。
【００１０】
また、第４の態様は、第１から第３の態様までのいずれか１態様に係る気体置換装置において、前記排出部から排出された気体を精製する気体精製部、をさらに備え、前記気体供給部は、前記気体精製部において精製された気体を前記導入管に供給する。
【００１１】
また、第５の態様は、空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換方法において、(a)チャンバーに接続されている導入管の開口面積を、第１開口面積にする工程と、(b)前記(a)工程の後、前記導入管を介してチャンバーに気体を供給する工程と、(c)前記(b)工程の後、前記導入管の開口面積を、前記第１開口面積よりも大きい第２開口面積とする工程と、(d)前記(b)工程と前記(c)工程とにおいて、前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１２】
第１から第４の態様に係る気体置換装置によると、チャンバー内の気体置換の前に導入管の開口面積を比較的小さくし、気体の単位時間あたりの供給量を保つことにより、チャンバーに対する気体の流入速度を容易に向上することができる。これにより、チャンバー内の気体の流動性を高めることができる。したがって、チャンバー内の気体置換を迅速に行うことができる。
【００１３】
また、第２の態様に係る気体置換装置によると、比較的迅速に開口面積を変更することができる。したがって、気体の流速の迅速な変更が容易になる。
【００１４】
また、第３の態様に係る気体置換装置によると、導入管の開度を調整することにより、開口面積を容易に変更することができる。したがって、気体の流速の細かい調整が容易になる。
【００１５】
また、第４の態様に係る気体置換装置によると、気体を循環させながら、チャンバー内についての気体置換を行うことができる。
【００１６】
第５の態様に係る気体置換方法によると、チャンバー内の気体導入前における導入管の開口面積を、気体導入後のものよりも小さくし、気体の単位時間あたりの供給量を保つことで、チャンバーに供給される気体の流速を容易に上昇させることができる。これにより、チャンバー内の気体の流動性を高めることができる。したがって、チャンバー内の効率的な気体置換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る気体置換装置の概略構成図である。
【図２】導入部の概略構成図である。
【図３】グローブボックス内の気体を置換するときの気体置換装置の動作の流れ図である。
【図４】第２実施形態に係る導入部の概略構成図である。
【図５】第２実施形態に係るグローブボックス内の気体を置換するときの気体置換装置の動作の流れ図である。
【図６】第３実施形態に係るグローブボックスの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
＜１． 第１実施形態＞
＜１．１．気体置換装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る気体置換装置１の概略構成図である。気体置換装置１は、密閉された空間を形成するグローブボックス１０（チャンバー）、グローブボックス１０内に気体（ここでは、窒素ガス）を導入する導入部２０、および、グローブボックス１０内から気体を排出する排出部３０を備えている。また、気体置換装置１は、ブロワーまたはファンなどで構成される送風部４０、気体を精製する気体精製部５０、および、制御部６０を備えている。
【００２０】
グローブボックス１０は、各種電子デバイス（有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、リチウム電池など）を製造したり、研究のための作業をしたりする作業スペースとして、不活性ガス（窒素ガス）で充填される空間１０Ｓを形成している。グローブボックス１０内の上方の壁部には、窒素ガスを導入するための導入口２１１が形成されている。なお、グローブボックス１０に導入される気体は、窒素ガスに限定されるものではなく、その他の不活性ガス（アルゴンなど）が供給されてもよい。導入口２１１は、導入部２０が備える導入管２１に接続されている。
【００２１】
グローブボックス１０内の底部には、排気口３１１が設けられている。排気口３１１は、排出部３０が備える排出管３１に接続されている。導入口２１１を介してグローブボックス１０内に高純度の窒素ガスが供給されると、グローブボックス１０内に存在する大気または窒素ガス（水分や酸素等を含むガス）が、排気口３１１を介してグローブボックス１０の外部に押し出されて排出される。排出された気体は、排出管３１を通って冷却部３３にて所要温度に冷却された後、気体精製部５０に送られる。
【００２２】
送風部４０は、排出管３１の途中に設けられている。送風部４０は管内の気体を一方へ送風する。本実施形態では、送風部４０は、排出口３１１から排出された排出ガスを冷却部３３に向けて移動させる。冷却部３３を通過したガスは、気体精製部５０を通過したあと、導入部２０を介して再びグローブボックス１０に導入される。したがって、送風部４０は、グローブボックス１０に窒素ガスを供給する気体供給部として構成されている。この送風部４０は、後述する制御部６０によって制御される。なお、冷却部３３は、送風部４０により排出ガスの温度が上昇する場合に、それを冷却するために設けられている。ただし、送風部４０により排出ガスの温度が上昇しないか、または上昇率が低い場合は冷却部３３を備えなくてもよい。
【００２３】
導入管２１の途中であって、導入部２０と精製筒５１ａ,５１ｂとの間の位置には、流量計４１が設けられている。流量計４１は、後述する制御部６０にデータ通信可能に接続されており、導入管２１を通る窒素ガスの流量の測定結果（流量データ）を制御部６０に送信する。
【００２４】
気体精製部５０は、複数（ここでは２個）の精製筒５１ａ，５１ｂを備えている。図示を省略するが、精製筒５１ａ，５１ｂは、その内部に、酸素を除去する還元銅が充填された酸素吸着部と、ゼオライトまたはシリカゲル等の吸水性粒子が充填された吸水部とを備えている。精製筒５１ａ，５１ｂでは、酸素吸着部および給水部によって、グローブボックス１０から排出された排出ガスから酸素および水分を効率的に除去し、高純度の窒素ガスが精製できるように、内部の温度が調整される。なお、精製筒５１ａ，５１ｂの内部に、酸素や水分以外の成分を排出ガスから除去する除去手段を適宜設けてもよい。
【００２５】
精製筒５１ａ，５１ｂと導入部２０との間には、それぞれバルブ５１１ａ，５１２ａが設けられている。また、排出部３０と精製筒５１ａ，５１ｂとの間には、それぞれバルブ５１２ａ，５１２ｂが設けられている。バルブ５１１ａ，５１２ａが開放されることによって、導入部２０および排出部３０と、精製筒５１ａとが連通接続される。また、バルブ５１１ｂ、５１２ｂが開放されることにより、導入部２０および排出部３０と、精製筒５１ｂとが連通接続される。
【００２６】
気体置換装置１においては、グローブボックス１０から排出された気体を気体精製部５０の精製筒５１ａまたは精製筒５１ｂに通すことで、酸素および水分が除去される。そして精製筒５１ａまたは精製筒５１ｂから精製された高純度の窒素ガスが送出されて、再びグローブボックス１０に供給される。つまり、気体置換装置１は、精製された窒素ガスを循環させることにより、グローブボックス１０内を高純度の窒素ガスで充填する窒素ガス循環システムを構成している。
【００２７】
精製筒５１ａ，５１ｂは、還元ガス供給部５５に接続されており、それぞれバルブ５１３ａ，５１３ｂを介して還元ガスが内部に導入されるように構成されている。上述したように、酸素吸着部の還元銅は、酸素を吸着することによって酸化される。このときに生成される酸化銅は、還元ガスに曝されることによって再び還元銅に戻される。また、精製筒５１ａ，５１ｂは、それぞれバルブ５１５ａ，５１５ｂを介して真空ポンプ５６に接続されている。精製筒５１ａ，５１ｂは、ゼオライトやシリカゲルの水分を真空ポンプ５６による真空加熱によって脱離させる。還元銅に戻しかつ水分を脱離させる再生処理において発生したガスまたは使用済みの還元ガスなどは、バルブ５１４ａ，５１４ｂを介して精製筒５１ａ，５１ｂの外部に排出される。また、再生処理において発生した水分は、バルブ５１５ａまたはバルブ５１５ｂを介して真空ポンプ５６により外部に放出される。
【００２８】
精製筒５１ａ，５１ｂにより窒素ガスを精製する場合、精製筒５１ａ，５１ｂのうちのいずれか一方が、導入管２１および排出管３１に接続される。そして、精製筒５１ａ，５１ｂのうち使用されていない方には、必要に応じて還元ガスが導入され、再生処理が行われる。このように、複数の精製筒５１ａ，５１ｂを切り換えて使用できるようにすることにより、精製された窒素ガスの循環を連続的に行うことができる。
【００２９】
なお、図示を省略するが、気体置換装置１に対して、外部から窒素ガスを供給できるようにしてもよい。例えば、排出管３１と気体精製部５０とを接続する配管、気体精製部５０と導入管２１とを接続する配管、または、気体精製部５０自体に窒素ガスを外部から導入するようにしてもよい。
【００３０】
図２は、導入部２０の概略構成図である。グローブボックス１０の壁部には、導入口２１１として、２つの導入口２１１ａ，２１１ｂが形成されている。これらの導入口２１１ａ，２１１ｂは、それぞれ開口面積（配管断面積）が相互に異なる導入管２１ａ，２１ｂに接続されている。
【００３１】
導入管２１ａ，２１ｂは、三方バルブ２３に接続されている。また、三方バルブ２３には、気体精製部５０に接続される配管２１ｃが接続されている。三方バルブ２３は、後述する制御部６０からの制御信号に基づいて、導入管２１ａ，２１ｂのうち一方と、配管２１ｃとを選択的に接続する。このように、本実施形態では、複数の導入管２１ａ，２１ｂのうちから、グローブボックス１０に接続する導入管を選択することによって、グローブボックス１０に接続されている導入管２１の開口面積が変更される。すなわち、本実施形態では、三方バルブ２３が開口面積変更部を構成すると共に、選択部を構成する。
【００３２】
なお、三方バルブ２３による導入管２１の切り換えは、制御部６０による制御ではなく、オペレーターによる手動操作によって実現されてもよい。
【００３３】
本実施形態では、開口面積の異なる２つの導入管２１ａ，２１ｂを備えているため、導入管２１の開口面積を２段階で切り換えることができる。導入管２１ａの開口面積は、第１開口面積となっており、導入管２１ｂの開口面積は、第１開口面積２１Ｓよりも大きい第２開口面積となっている。したがって、一定流量の窒素ガスが導入管２１に供給される場合、導入管２１ａを介してグローブボックス１０内に流入する窒素ガスの流入速度を、導入管２１ｂを介する場合よりも大きくすることができる。なお、本実施形態では、三方バルブ２３を制御することにより、導入管２１の開口面積を素早く変更することができる。したがって、グローボックス１０に供給される窒素ガスの流入速度を迅速に変更することができる。
【００３４】
制御部６０は、図示を省略するが、ＣＰＵとＲＡＭ等の一般的なコンピュータとしての構成を備えている。図１に示したバルブ制御部６１および送風制御部６３は、ＣＰＵがプログラムにしたがって動作することにより、ソフトウェア的に実現される機能ブロックである。
【００３５】
バルブ制御部６１は、上述した三方バルブ２３を制御する。これにより、上述したように、流入速度を切り換えることができる。また、バルブ制御部６１は、バルブ５１１ａ，５１１ｂ，５１２ａ，５１２ｂ，５１３ａ，５１３ｂ，５１４ａ，５１４ｂ，５１５ａ，５１５ｂを制御する。これにより、精製筒５１ａまたは精製筒５１ｂのうち一方を導入部２０および排出部３０に接続するとともに、他方を還元ガスと真空加熱により再生処理することができる。
【００３６】
グローブボックス１０内の気体を高純度の窒素ガスに置換する際、送風制御部６３は、流量計４１から送信される単位時間あたりの流量が所要の値に維持されるように、送風部４０の出力を制御する。これにより、グローブボックス１０内に供給される窒素ガスの供給量が、略一定に維持される。
【００３７】
＜１．２．気体置換装置１の動作＞
図３は、グローブボックス１０内の気体を置換するときの気体置換装置１の動作の流れ図である。なお、以下の説明においては、特に断らない限り、気体置換装置１の動作は、制御部６０の制御に基づいて行われるものとする。
【００３８】
まず、グローブボックス１０内の気体の置換を開始すると、気体置換装置１は、導入管２１の開口面積を第１開口面積とする（ステップＳ１１）。具体的には、気体置換装置１は、三方バルブ２３を制御することにより、導入管２１ａとグローブボックス１０とを接続する。
【００３９】
次に、気体置換装置１は、送風部４０を駆動することによって、グローブボックス１０内に高純度の窒素ガスを供給する（ステップＳ１２）。グローブボックス１０内に窒素ガスが供給されることによって、グローブボックス１０内の雰囲気の置換が開始される。グローブボックス１０内に供給された窒素ガスは、排気口３１１から排出され、気体精製部５０にて酸素および水分が除去され、再びグローブボックス１０内に戻される。なお、気体置換装置１は、流量計４１で取得される流量データに基づいて、排出管３１を通過する窒素ガスの流量が略一定に維持されるように、送風部４０の出力を制御する。
【００４０】
次に、気体置換装置１は、グローブボックス１０の気体の置換が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１３）。このステップでは、グローブボックス１０内などに取り付けられた酸素センサーまたは湿度センサーによって、グローブボックス１０内の窒素ガスの純度が測定される。そして、窒素ガスの純度が所定の基準値を超えたかどうかによって、置換が完了したかどうかが判定される。なお、タイマーによって窒素ガスの供給開始時からの経過時間を測定することにより、グローブボックス１０内の気体置換が完了したかどうかが判定されてもよい。
【００４１】
ステップＳ１３において、置換が完了していないと判定された場合には、気体置換装置１は、ステップＳ１２に戻って、窒素ガスの供給が継続して行われる。また、ステップＳ１３において、置換が完了したと判定された場合には、気体置換装置１は、導入管２１の開口面積を第２開口面積に変更する（ステップＳ１４）。具体的には、気体置換装置１は、三方バルブ２３を制御することにより、グローブボックス１０に導入管２１ｂが接続されるように切り換える。なお、上述したように、三方バルブ２３をオペレーターが手動で操作して、グローブボックス１０に接続する導入管を切り換えるようにしてもよい。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、グローブボックス１０内の気体置換が完了するまでは、配管断面積が比較的小さい（第１開口面積）導入管２１ａを介してグローブボックス１０内に窒素ガスを導入し、置換後は、比較的開口面積の大きい導入管２１ｂを介してグローブボックス１０内に窒素ガスを導入する。したがって、置換時におけるグローブボックス１０への窒素ガスの流入速度を相対的に大きくすることができる。これにより、グローブボックス１０内の窒素ガスの流動性または拡散性を高めることができるため、気体置換を迅速に行うことができる。また、本実施形態では、グローブボックス１０内に供給する窒素ガスの流量が一定に保たれるように送風部４０が制御される。これにより、導入管２１の開口面積が小さくなった場合に、配管内の圧力上昇による単位時間あたりの流量低下が抑えられる。したがって、導入管２１を通過する窒素ガスの流速を上げやすくなる。よって、グローブボックス１０内への窒素ガスの流入速度を容易に大きくすることができる。
【００４３】
また、置換後においては、グローブボックス１０への窒素ガスの流入速度を相対的に小さくすることができる。これにより、グローブボックス１０内における微小な不純物などの飛散を抑制することができる。したがって、グローブボックス１０内での電子デバイスの製造などの作業を良好に行うことができる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、導入管２１の開口面積を２段階で変更できるように構成されている。しかしながら、３つ以上の開口面積の異なる複数の導入管のうちからグローブボックス１０に接続する導入管を選択するようにして、開口面積を３段階以上に変更できるようにしてもよい。
【００４５】
＜２． 第２実施形態＞
上記実施形態では、開口面積が異なる複数の導入管を用意して、グローブボックス１０に接続する導入管の開口面積を変更できるようにしている。しかしながら、他の態様によって、導入管の開口面積を変更するようにしてもよい。
【００４６】
図４は、第２実施形態に係る導入部２０Ａの概略構成図である。なお、以下の説明において、第１実施形態の場合と同様の機能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
本実施形態に係る気体置換装置１Ａは、導入部２０の代わりに導入部２０Ａを備えており、また、気体置換装置１Ａは、グローブボックス１０の代わりに導入口２１１Ａが上方の壁部に形成されているグローブボックス１０Ａを備えている。導入口２１１Ａは、導入部２０Ａが備える導入管２１Ａに接続されており、高純度の窒素ガスをグローブボックス１０に導入する。また導入管２１Ａには、管内の開度を調整する開度調整バルブ２３Ａが取り付けられている。
【００４８】
開度調整バルブ２３Ａは、電動モーター駆動される電動弁で構成されており、制御部６０のバルブ制御部６１によって制御される。本実施形態では、開度調整バルブ２３Ａが導入管２１Ａの開口面積を変更する開口面積変更部を構成している。なお、開度調整バルブ２３Ａは、オペレーターの手動操作により、導入管２１Ａの開度を調整できるように構成されていてもよい。
【００４９】
導入管２１Ａを通過する窒素ガスの流量が、送風制御部６３による送風部４０の制御により一定に保たれる場合、導入管２１Ａの開度を小さくする（つまり、開口面積を小さくする）と、導入管２１Ａを通過する窒素ガスの流速を上昇させることができる。したがって、グローブボックス１０内に供給される窒素ガスの流入速度を上昇させることができる。また、導入管２１Ａの開度を大きくする（つまり、開口面積を大きくする）と、導入管２１Ａを通過する窒素ガスの流速を下げることができる。これにより、グローブボックス１０Ａ内に供給される窒素ガスの流入速度を低下させることができる。
【００５０】
図５は、第２実施形態に係るグローブボックス１０Ａ内の気体を置換するときの気体置換装置１Ａの動作の流れ図である。まず、グローブボックス１０Ａ内の気体置換を開始すると、気体置換装置１Ａは、導入管２１Ａの開口面積を第１開口面積とする（ステップＳ２１）。具体的には、気体置換装置１は、開度調整バルブ２３Ａを制御することにより、導入管２１Ａの開度を第１開口面積とする。この開口面積は、後述する第２開口面積よりも小さくなっている。
【００５１】
次に、気体置換装置１Ａは、送風部４０を駆動することによって、グローブボックス１０内に窒素ガスを供給する（ステップＳ２２）。このステップは、第１実施形態において説明したステップＳ１２（図３参照）とほぼ同様である。
【００５２】
窒素ガスの供給を開始すると、気体置換装置１Ａは、導入管２１Ａの開度調整バルブ２３Ａを開けることで開度を連続的または段階的に大きくする。これにより、気体置換装置１Ａは、導入管２１Ａの開口面積を増大させる（ステップＳ２３）。このとき、制御部６０の送風制御部６３は、流量計４１から送信される流量データに基づいて、送風部４０の出力を制御する。これにより、グローブボックス１０内に供給される窒素ガスの単位時間あたりの流量が略一定となるように調整される。このため、導入管２１Ａの開口面積が第１開口面積にあるときに、グローブボックス１０Ａに導入される窒素ガスの流入速度が略最大となり、開度が連続的または段階的に大きくなるにつれて、流入速度が連続的または段階的に下降することとなる。なお、開度調整バルブ２３Ａを手動で操作するようにして、導入管２１Ａの開度（開口面積）を変更してもよい。
【００５３】
次に、気体置換装置１Ａは、導入管の開口面積が第２開口面積になったかどうかを確認する（ステップＳ２３）。窒素ガスの流入速度がグローブボックス１０内でデバイスの製造などの作業に適したものとなるように、第２開口面積の大きさが設定される。
【００５４】
なお、導入管２１Ａの開口面積を第１開口面積から第２開口面積に変更するまでの時間は、グローブボックス１０Ａ内の気体が、適当な純度の窒素ガスに置換されるまでの時間に合わせて設定さることが望ましい。これにより、置換時における窒素ガスの流入速度を比較的高速に維持することが可能となる。
【００５５】
本実施形態においては、開度調整バルブ２３Ａによって、導入管２１Ａの開口面積を調整できる。これにより、第１実施形態と同様に、気体置換時における窒素ガスの流入速度を容易に上昇させることができる。よって、グローブボックス１０Ａ内の効率的な気体置換を容易に行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態では、開度調整バルブ２３Ａにより、導入管２１Ａの開度を細かく調整することができる。したがって、グローブボックス１０Ａ内に供給する流入速度を細かく調整することが可能となる。
【００５７】
なお、本実施形態では、開度調整バルブ２３Ａで導入管２１Ａの開度を調整する際に、連続的または段階的に開口面積を大きくしている。しかしながら、第１実施形態のように、開口面積を第１開口面積から第２開口面積に2段階で変更するようにしてもよい。この場合、開度調整バルブ２３Ａとして電磁バルブを採用することもできる。
【００５８】
＜３． 第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係るグローブボックス１０Ｂの概略構成図である。本実施形態に係る気体置換装置１Ｂは、第１実施形態に係るグローブボックス１０の代わりにグローブボックス１０Ｂが取り付けられている。
【００５９】
グローブボックス１０Ｂは、窒素ガスを導入する導入口２１１の他に、導入口２１５が形成されている。導入口２１５は、気体精製部５０と導入口２１１との間を接続する配管（導入管２１を含む。）の途中から分岐する分岐管２５に接続されている。このため、送風部４０を駆動したときに、精製された窒素ガスが導入口２１５からグローブボックス１０Ｂ内に導入される。
【００６０】
導入口２１１から流入する窒素ガスの流入方向に対して交差する方向に窒素ガスを流入させる。本実施形態では、導入口２１１からの窒素ガスの流入方向は略水平方向になっており、導入口２１５からの窒素ガスの流入方向は略鉛直方向となっている。なお、窒素ガスの流入方向は、これらに限定されるものではなく、任意に設定することができる。例えば、導入口２１１をグローブボックス１０の天井側に設けてもよい。
【００６１】
また、分岐管２５には、バルブ２７が取り付けられている。バルブ２７は、制御部６０のバルブ制御部６１によって制御される。このバルブ２７は、例えば、グローブボックス１０Ｂ内の気体置換を行うときに開放される。すなわち、バルブ２７が開放されることによって、導入口２１５からも窒素ガスが供給されると、導入口２１１から流入する窒素ガスの流れをかき乱すことができる。したがって、拡散効率を高めることができるため、グローブボックス１０Ｂ内の気体置換を効率的に短時間で行うことができる。
【００６２】
なお、導入口２１５に接続される配管は、分岐管２５に限定されるものではない。例えば、図示しない外部の窒素ガス供給部（ボンベなど）から窒素ガスを供給するようにしてもよい。
【００６３】
＜４． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００６４】
例えば上記実施形態では、窒素ガスを精製しながら循環させることで、グローブボックス内を高純度の窒素ガスに置換するようにしている。しかしながら、本発明は、グローブボックス内の雰囲気を、他の態様で供給される気体（成分の異なる気体）に置換する場合にも有効である。
【００６５】
また、上記実施形態では、チャンバーとして、グローブボックス内の気体置換を行う気体置換装置について説明した。しかしながら、本発明は、ドラフトチャンバーなどのその他のチャンバーの気体を置換する場合にも有効である。
【００６６】
さらに、上記実施形態および変形例で説明した各構成は、相互に組み合わせたり、または省略したりすることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ，１Ｂ 気体置換装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ グローブボックス
１０Ｓ 空間
２０ 導入部
２１，２１ａ，２１ｂ，２１Ａ 導入管
２１１，２１１ａ，２１１ｂ，２１１Ａ，２１５ 導入口
２１Ａ 導入管
２１Ｓ 開口面積
２３ 三方バルブ
２３Ａ 開度調整バルブ
３０ 排出部
３１１ 排出口
４０ 送風部
４１ 流量計
５０ 気体精製部
５１ａ，５１ｂ 精製筒
５２ｂ 精製筒
６０ 制御部
６１ バルブ制御部
６３ 送風制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー内の気体を置換する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チャンバー内の空間を高純度の不活性ガス等の気体で充填する場合、まず、チャンバー内の雰囲気が不活性ガスでパージされる。その後、循環精製装置などで不活性ガスを循環精製することによって、チャンバー内の不活性ガスが高純度に維持される。不活性ガスが高純度化された後には、チャンバー内において電子精密機器などのデバイスが製造される。
【０００３】
本願発明に関連する先行技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。具体的に特許文献１では、チャンバー内に空気よりも重い不活性ガスを供給する際に、空気と不活性ガスの境界面における不活性ガスの拡散速度よりも大きい速度で不活性ガスを供給するガス置換方法が開示されている。特許文献１では、このように不活性ガスを供給することによって、効率的にチャンバー内のガスを置換している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１６５２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の気体置換方法の場合、気体の流速を上昇させるためには、チャンバーに供給される単位時間あたりの気体供給量を増大させる必要あった。したがって、デバイスを処理する通常時よりも多くの気体供給が要求される。したがって、精製能力の高い循環精製装置を用いる必要があったり、また、供給能力の高い不活性ガス供給装置を用いる必要があり、装置コストが増大したりするという問題があった。このため、効率的な気体の置換をより簡易に行うことのできる技術が要求されている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、空間内の効率的な気体置換を簡易に行うことができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換装置において、気体を供給する気体供給部と、前記チャンバーに接続されて前記気体供給部から供給される気体を前記チャンバーに導入する導入管を含む導入部と、前記チャンバー内の気体を排出する排出部と前記導入管の開口面積を前記チャンバー内についての気体を置換する前よりも置換された後において、前記導入管の前記開口面積が大きくなるように変更する開口面積変更部と、前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する制御部とを備える。
【０００８】
また、第２の態様は、第１の態様に係る気体置換装置において、前記導入部は、開口面積が相互に異なる複数の前記導入管を有しており、前記開口面積変更部は、前記複数の導入管のうちから、前記チャンバーに接続する導入管を選択する選択部を含む。
【０００９】
また、第３の態様は、第１から第２の態様までのいずれか１態様に係る気体置換装置において、前記開口面積変更部は、前記導入管の開度を変更する開度変更部を備える。
【００１０】
また、第４の態様は、第１から第３の態様までのいずれか１態様に係る気体置換装置において、前記排出部から排出された気体を精製する気体精製部、をさらに備え、前記気体供給部は、前記気体精製部において精製された気体を前記導入管に供給する。
【００１１】
また、第５の態様は、空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換方法において、(a)チャンバーに接続されている導入管の開口面積を、第１開口面積にする工程と、(b)前記(a)工程の後、前記導入管を介してチャンバーに気体を供給する工程と、(c)前記(b)工程の後、前記導入管の開口面積を、前記第１開口面積よりも大きい第２開口面積とする工程と、(d)前記(b)工程と前記(c)工程とにおいて、前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１２】
第１から第４の態様に係る気体置換装置によると、チャンバー内の気体置換の前に導入管の開口面積を比較的小さくし、気体の単位時間あたりの供給量を保つことにより、チャンバーに対する気体の流入速度を容易に向上することができる。これにより、チャンバー内の気体の流動性を高めることができる。したがって、チャンバー内の気体置換を迅速に行うことができる。
【００１３】
また、第２の態様に係る気体置換装置によると、比較的迅速に開口面積を変更することができる。したがって、気体の流速の迅速な変更が容易になる。
【００１４】
また、第３の態様に係る気体置換装置によると、導入管の開度を調整することにより、開口面積を容易に変更することができる。したがって、気体の流速の細かい調整が容易になる。
【００１５】
また、第４の態様に係る気体置換装置によると、気体を循環させながら、チャンバー内についての気体置換を行うことができる。
【００１６】
第５の態様に係る気体置換方法によると、チャンバー内の気体導入前における導入管の開口面積を、気体導入後のものよりも小さくし、気体の単位時間あたりの供給量を保つことで、チャンバーに供給される気体の流速を容易に上昇させることができる。これにより、チャンバー内の気体の流動性を高めることができる。したがって、チャンバー内の効率的な気体置換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る気体置換装置の概略構成図である。
【図２】導入部の概略構成図である。
【図３】グローブボックス内の気体を置換するときの気体置換装置の動作の流れ図である。
【図４】第２実施形態に係る導入部の概略構成図である。
【図５】第２実施形態に係るグローブボックス内の気体を置換するときの気体置換装置の動作の流れ図である。
【図６】第３実施形態に係るグローブボックスの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
＜１． 第１実施形態＞
＜１．１．気体置換装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る気体置換装置１の概略構成図である。気体置換装置１は、密閉された空間を形成するグローブボックス１０（チャンバー）、グローブボックス１０内に気体（ここでは、窒素ガス）を導入する導入部２０、および、グローブボックス１０内から気体を排出する排出部３０を備えている。また、気体置換装置１は、ブロワーまたはファンなどで構成される送風部４０、気体を精製する気体精製部５０、および、制御部６０を備えている。
【００２０】
グローブボックス１０は、各種電子デバイス（有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、リチウム電池など）を製造したり、研究のための作業をしたりする作業スペースとして、不活性ガス（窒素ガス）で充填される空間１０Ｓを形成している。グローブボックス１０内の上方の壁部には、窒素ガスを導入するための導入口２１１が形成されている。なお、グローブボックス１０に導入される気体は、窒素ガスに限定されるものではなく、その他の不活性ガス（アルゴンなど）が供給されてもよい。導入口２１１は、導入部２０が備える導入管２１に接続されている。
【００２１】
グローブボックス１０内の底部には、排気口３１１が設けられている。排気口３１１は、排出部３０が備える排出管３１に接続されている。導入口２１１を介してグローブボックス１０内に高純度の窒素ガスが供給されると、グローブボックス１０内に存在する大気または窒素ガス（水分や酸素等を含むガス）が、排気口３１１を介してグローブボックス１０の外部に押し出されて排出される。排出された気体は、排出管３１を通って冷却部３３にて所要温度に冷却された後、気体精製部５０に送られる。
【００２２】
送風部４０は、排出管３１の途中に設けられている。送風部４０は管内の気体を一方へ送風する。本実施形態では、送風部４０は、排出口３１１から排出された排出ガスを冷却部３３に向けて移動させる。冷却部３３を通過したガスは、気体精製部５０を通過したあと、導入部２０を介して再びグローブボックス１０に導入される。したがって、送風部４０は、グローブボックス１０に窒素ガスを供給する気体供給部として構成されている。この送風部４０は、後述する制御部６０によって制御される。なお、冷却部３３は、送風部４０により排出ガスの温度が上昇する場合に、それを冷却するために設けられている。ただし、送風部４０により排出ガスの温度が上昇しないか、または上昇率が低い場合は冷却部３３を備えなくてもよい。
【００２３】
導入管２１の途中であって、導入部２０と精製筒５１ａ,５１ｂとの間の位置には、流量計４１が設けられている。流量計４１は、後述する制御部６０にデータ通信可能に接続されており、導入管２１を通る窒素ガスの流量の測定結果（流量データ）を制御部６０に送信する。
【００２４】
気体精製部５０は、複数（ここでは２個）の精製筒５１ａ，５１ｂを備えている。図示を省略するが、精製筒５１ａ，５１ｂは、その内部に、酸素を除去する還元銅が充填された酸素吸着部と、ゼオライトまたはシリカゲル等の吸水性粒子が充填された吸水部とを備えている。精製筒５１ａ，５１ｂでは、酸素吸着部および給水部によって、グローブボックス１０から排出された排出ガスから酸素および水分を効率的に除去し、高純度の窒素ガスが精製できるように、内部の温度が調整される。なお、精製筒５１ａ，５１ｂの内部に、酸素や水分以外の成分を排出ガスから除去する除去手段を適宜設けてもよい。
【００２５】
精製筒５１ａ，５１ｂと導入部２０との間には、それぞれバルブ５１１ａ，５１２ａが設けられている。また、排出部３０と精製筒５１ａ，５１ｂとの間には、それぞれバルブ５１２ａ，５１２ｂが設けられている。バルブ５１１ａ，５１２ａが開放されることによって、導入部２０および排出部３０と、精製筒５１ａとが連通接続される。また、バルブ５１１ｂ、５１２ｂが開放されることにより、導入部２０および排出部３０と、精製筒５１ｂとが連通接続される。
【００２６】
気体置換装置１においては、グローブボックス１０から排出された気体を気体精製部５０の精製筒５１ａまたは精製筒５１ｂに通すことで、酸素および水分が除去される。そして精製筒５１ａまたは精製筒５１ｂから精製された高純度の窒素ガスが送出されて、再びグローブボックス１０に供給される。つまり、気体置換装置１は、精製された窒素ガスを循環させることにより、グローブボックス１０内を高純度の窒素ガスで充填する窒素ガス循環システムを構成している。
【００２７】
精製筒５１ａ，５１ｂは、還元ガス供給部５５に接続されており、それぞれバルブ５１３ａ，５１３ｂを介して還元ガスが内部に導入されるように構成されている。上述したように、酸素吸着部の還元銅は、酸素を吸着することによって酸化される。このときに生成される酸化銅は、還元ガスに曝されることによって再び還元銅に戻される。また、精製筒５１ａ，５１ｂは、それぞれバルブ５１５ａ，５１５ｂを介して真空ポンプ５６に接続されている。精製筒５１ａ，５１ｂは、ゼオライトやシリカゲルの水分を真空ポンプ５６による真空加熱によって脱離させる。還元銅に戻しかつ水分を脱離させる再生処理において発生したガスまたは使用済みの還元ガスなどは、バルブ５１４ａ，５１４ｂを介して精製筒５１ａ，５１ｂの外部に排出される。また、再生処理において発生した水分は、バルブ５１５ａまたはバルブ５１５ｂを介して真空ポンプ５６により外部に放出される。
【００２８】
精製筒５１ａ，５１ｂにより窒素ガスを精製する場合、精製筒５１ａ，５１ｂのうちのいずれか一方が、導入管２１および排出管３１に接続される。そして、精製筒５１ａ，５１ｂのうち使用されていない方には、必要に応じて還元ガスが導入され、再生処理が行われる。このように、複数の精製筒５１ａ，５１ｂを切り換えて使用できるようにすることにより、精製された窒素ガスの循環を連続的に行うことができる。
【００２９】
なお、図示を省略するが、気体置換装置１に対して、外部から窒素ガスを供給できるようにしてもよい。例えば、排出管３１と気体精製部５０とを接続する配管、気体精製部５０と導入管２１とを接続する配管、または、気体精製部５０自体に窒素ガスを外部から導入するようにしてもよい。
【００３０】
図２は、導入部２０の概略構成図である。グローブボックス１０の壁部には、導入口２１１として、２つの導入口２１１ａ，２１１ｂが形成されている。これらの導入口２１１ａ，２１１ｂは、それぞれ開口面積（配管断面積）が相互に異なる導入管２１ａ，２１ｂに接続されている。
【００３１】
導入管２１ａ，２１ｂは、三方バルブ２３に接続されている。また、三方バルブ２３には、気体精製部５０に接続される配管２１ｃが接続されている。三方バルブ２３は、後述する制御部６０からの制御信号に基づいて、導入管２１ａ，２１ｂのうち一方と、配管２１ｃとを選択的に接続する。このように、本実施形態では、複数の導入管２１ａ，２１ｂのうちから、グローブボックス１０に接続する導入管を選択することによって、グローブボックス１０に接続されている導入管２１の開口面積が変更される。すなわち、本実施形態では、三方バルブ２３が開口面積変更部を構成すると共に、選択部を構成する。
【００３２】
なお、三方バルブ２３による導入管２１の切り換えは、制御部６０による制御ではなく、オペレーターによる手動操作によって実現されてもよい。
【００３３】
本実施形態では、開口面積の異なる２つの導入管２１ａ，２１ｂを備えているため、導入管２１の開口面積を２段階で切り換えることができる。導入管２１ａの開口面積は、第１開口面積となっており、導入管２１ｂの開口面積は、第１開口面積２１Ｓよりも大きい第２開口面積となっている。したがって、一定流量の窒素ガスが導入管２１に供給される場合、導入管２１ａを介してグローブボックス１０内に流入する窒素ガスの流入速度を、導入管２１ｂを介する場合よりも大きくすることができる。なお、本実施形態では、三方バルブ２３を制御することにより、導入管２１の開口面積を素早く変更することができる。したがって、グローボックス１０に供給される窒素ガスの流入速度を迅速に変更することができる。
【００３４】
制御部６０は、図示を省略するが、ＣＰＵとＲＡＭ等の一般的なコンピュータとしての構成を備えている。図１に示したバルブ制御部６１および送風制御部６３は、ＣＰＵがプログラムにしたがって動作することにより、ソフトウェア的に実現される機能ブロックである。
【００３５】
バルブ制御部６１は、上述した三方バルブ２３を制御する。これにより、上述したように、流入速度を切り換えることができる。また、バルブ制御部６１は、バルブ５１１ａ，５１１ｂ，５１２ａ，５１２ｂ，５１３ａ，５１３ｂ，５１４ａ，５１４ｂ，５１５ａ，５１５ｂを制御する。これにより、精製筒５１ａまたは精製筒５１ｂのうち一方を導入部２０および排出部３０に接続するとともに、他方を還元ガスと真空加熱により再生処理することができる。
【００３６】
グローブボックス１０内の気体を高純度の窒素ガスに置換する際、送風制御部６３は、流量計４１から送信される単位時間あたりの流量が所要の値に維持されるように、送風部４０の出力を制御する。これにより、グローブボックス１０内に供給される窒素ガスの供給量が、略一定に維持される。
【００３７】
＜１．２．気体置換装置１の動作＞
図３は、グローブボックス１０内の気体を置換するときの気体置換装置１の動作の流れ図である。なお、以下の説明においては、特に断らない限り、気体置換装置１の動作は、制御部６０の制御に基づいて行われるものとする。
【００３８】
まず、グローブボックス１０内の気体の置換を開始すると、気体置換装置１は、導入管２１の開口面積を第１開口面積とする（ステップＳ１１）。具体的には、気体置換装置１は、三方バルブ２３を制御することにより、導入管２１ａとグローブボックス１０とを接続する。
【００３９】
次に、気体置換装置１は、送風部４０を駆動することによって、グローブボックス１０内に高純度の窒素ガスを供給する（ステップＳ１２）。グローブボックス１０内に窒素ガスが供給されることによって、グローブボックス１０内の雰囲気の置換が開始される。グローブボックス１０内に供給された窒素ガスは、排気口３１１から排出され、気体精製部５０にて酸素および水分が除去され、再びグローブボックス１０内に戻される。なお、気体置換装置１は、流量計４１で取得される流量データに基づいて、排出管３１を通過する窒素ガスの流量が略一定に維持されるように、送風部４０の出力を制御する。
【００４０】
次に、気体置換装置１は、グローブボックス１０の気体の置換が完了したかどうかを判定する（ステップＳ１３）。このステップでは、グローブボックス１０内などに取り付けられた酸素センサーまたは湿度センサーによって、グローブボックス１０内の窒素ガスの純度が測定される。そして、窒素ガスの純度が所定の基準値を超えたかどうかによって、置換が完了したかどうかが判定される。なお、タイマーによって窒素ガスの供給開始時からの経過時間を測定することにより、グローブボックス１０内の気体置換が完了したかどうかが判定されてもよい。
【００４１】
ステップＳ１３において、置換が完了していないと判定された場合には、気体置換装置１は、ステップＳ１２に戻って、窒素ガスの供給が継続して行われる。また、ステップＳ１３において、置換が完了したと判定された場合には、気体置換装置１は、導入管２１の開口面積を第２開口面積に変更する（ステップＳ１４）。具体的には、気体置換装置１は、三方バルブ２３を制御することにより、グローブボックス１０に導入管２１ｂが接続されるように切り換える。なお、上述したように、三方バルブ２３をオペレーターが手動で操作して、グローブボックス１０に接続する導入管を切り換えるようにしてもよい。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、グローブボックス１０内の気体置換が完了するまでは、配管断面積が比較的小さい（第１開口面積）導入管２１ａを介してグローブボックス１０内に窒素ガスを導入し、置換後は、比較的開口面積の大きい導入管２１ｂを介してグローブボックス１０内に窒素ガスを導入する。したがって、置換時におけるグローブボックス１０への窒素ガスの流入速度を相対的に大きくすることができる。これにより、グローブボックス１０内の窒素ガスの流動性または拡散性を高めることができるため、気体置換を迅速に行うことができる。また、本実施形態では、グローブボックス１０内に供給する窒素ガスの流量が一定に保たれるように送風部４０が制御される。これにより、導入管２１の開口面積が小さくなった場合に、配管内の圧力上昇による単位時間あたりの流量低下が抑えられる。したがって、導入管２１を通過する窒素ガスの流速を上げやすくなる。よって、グローブボックス１０内への窒素ガスの流入速度を容易に大きくすることができる。
【００４３】
また、置換後においては、グローブボックス１０への窒素ガスの流入速度を相対的に小さくすることができる。これにより、グローブボックス１０内における微小な不純物などの飛散を抑制することができる。したがって、グローブボックス１０内での電子デバイスの製造などの作業を良好に行うことができる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、導入管２１の開口面積を２段階で変更できるように構成されている。しかしながら、３つ以上の開口面積の異なる複数の導入管のうちからグローブボックス１０に接続する導入管を選択するようにして、開口面積を３段階以上に変更できるようにしてもよい。
【００４５】
＜２． 第２実施形態＞
上記実施形態では、開口面積が異なる複数の導入管を用意して、グローブボックス１０に接続する導入管の開口面積を変更できるようにしている。しかしながら、他の態様によって、導入管の開口面積を変更するようにしてもよい。
【００４６】
図４は、第２実施形態に係る導入部２０Ａの概略構成図である。なお、以下の説明において、第１実施形態の場合と同様の機能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
本実施形態に係る気体置換装置１Ａは、導入部２０の代わりに導入部２０Ａを備えており、また、気体置換装置１Ａは、グローブボックス１０の代わりに導入口２１１Ａが上方の壁部に形成されているグローブボックス１０Ａを備えている。導入口２１１Ａは、導入部２０Ａが備える導入管２１Ａに接続されており、高純度の窒素ガスをグローブボックス１０に導入する。また導入管２１Ａには、管内の開度を調整する開度調整バルブ２３Ａが取り付けられている。
【００４８】
開度調整バルブ２３Ａは、電動モーター駆動される電動弁で構成されており、制御部６０のバルブ制御部６１によって制御される。本実施形態では、開度調整バルブ２３Ａが導入管２１Ａの開口面積を変更する開口面積変更部を構成している。なお、開度調整バルブ２３Ａは、オペレーターの手動操作により、導入管２１Ａの開度を調整できるように構成されていてもよい。
【００４９】
導入管２１Ａを通過する窒素ガスの流量が、送風制御部６３による送風部４０の制御により一定に保たれる場合、導入管２１Ａの開度を小さくする（つまり、開口面積を小さくする）と、導入管２１Ａを通過する窒素ガスの流速を上昇させることができる。したがって、グローブボックス１０内に供給される窒素ガスの流入速度を上昇させることができる。また、導入管２１Ａの開度を大きくする（つまり、開口面積を大きくする）と、導入管２１Ａを通過する窒素ガスの流速を下げることができる。これにより、グローブボックス１０Ａ内に供給される窒素ガスの流入速度を低下させることができる。
【００５０】
図５は、第２実施形態に係るグローブボックス１０Ａ内の気体を置換するときの気体置換装置１Ａの動作の流れ図である。まず、グローブボックス１０Ａ内の気体置換を開始すると、気体置換装置１Ａは、導入管２１Ａの開口面積を第１開口面積とする（ステップＳ２１）。具体的には、気体置換装置１は、開度調整バルブ２３Ａを制御することにより、導入管２１Ａの開度を第１開口面積とする。この開口面積は、後述する第２開口面積よりも小さくなっている。
【００５１】
次に、気体置換装置１Ａは、送風部４０を駆動することによって、グローブボックス１０内に窒素ガスを供給する（ステップＳ２２）。このステップは、第１実施形態において説明したステップＳ１２（図３参照）とほぼ同様である。
【００５２】
窒素ガスの供給を開始すると、気体置換装置１Ａは、導入管２１Ａの開度調整バルブ２３Ａを開けることで開度を連続的または段階的に大きくする。これにより、気体置換装置１Ａは、導入管２１Ａの開口面積を増大させる（ステップＳ２３）。このとき、制御部６０の送風制御部６３は、流量計４１から送信される流量データに基づいて、送風部４０の出力を制御する。これにより、グローブボックス１０内に供給される窒素ガスの単位時間あたりの流量が略一定となるように調整される。このため、導入管２１Ａの開口面積が第１開口面積にあるときに、グローブボックス１０Ａに導入される窒素ガスの流入速度が略最大となり、開度が連続的または段階的に大きくなるにつれて、流入速度が連続的または段階的に下降することとなる。なお、開度調整バルブ２３Ａを手動で操作するようにして、導入管２１Ａの開度（開口面積）を変更してもよい。
【００５３】
次に、気体置換装置１Ａは、導入管の開口面積が第２開口面積になったかどうかを確認する（ステップＳ２３）。窒素ガスの流入速度がグローブボックス１０内でデバイスの製造などの作業に適したものとなるように、第２開口面積の大きさが設定される。
【００５４】
なお、導入管２１Ａの開口面積を第１開口面積から第２開口面積に変更するまでの時間は、グローブボックス１０Ａ内の気体が、適当な純度の窒素ガスに置換されるまでの時間に合わせて設定さることが望ましい。これにより、置換時における窒素ガスの流入速度を比較的高速に維持することが可能となる。
【００５５】
本実施形態においては、開度調整バルブ２３Ａによって、導入管２１Ａの開口面積を調整できる。これにより、第１実施形態と同様に、気体置換時における窒素ガスの流入速度を容易に上昇させることができる。よって、グローブボックス１０Ａ内の効率的な気体置換を容易に行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態では、開度調整バルブ２３Ａにより、導入管２１Ａの開度を細かく調整することができる。したがって、グローブボックス１０Ａ内に供給する流入速度を細かく調整することが可能となる。
【００５７】
なお、本実施形態では、開度調整バルブ２３Ａで導入管２１Ａの開度を調整する際に、連続的または段階的に開口面積を大きくしている。しかしながら、第１実施形態のように、開口面積を第１開口面積から第２開口面積に2段階で変更するようにしてもよい。この場合、開度調整バルブ２３Ａとして電磁バルブを採用することもできる。
【００５８】
＜３． 第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係るグローブボックス１０Ｂの概略構成図である。本実施形態に係る気体置換装置１Ｂは、第１実施形態に係るグローブボックス１０の代わりにグローブボックス１０Ｂが取り付けられている。
【００５９】
グローブボックス１０Ｂは、窒素ガスを導入する導入口２１１の他に、導入口２１５が形成されている。導入口２１５は、気体精製部５０と導入口２１１との間を接続する配管（導入管２１を含む。）の途中から分岐する分岐管２５に接続されている。このため、送風部４０を駆動したときに、精製された窒素ガスが導入口２１５からグローブボックス１０Ｂ内に導入される。
【００６０】
導入口２１１から流入する窒素ガスの流入方向に対して交差する方向に窒素ガスを流入させる。本実施形態では、導入口２１１からの窒素ガスの流入方向は略水平方向になっており、導入口２１５からの窒素ガスの流入方向は略鉛直方向となっている。なお、窒素ガスの流入方向は、これらに限定されるものではなく、任意に設定することができる。例えば、導入口２１１をグローブボックス１０の天井側に設けてもよい。
【００６１】
また、分岐管２５には、バルブ２７が取り付けられている。バルブ２７は、制御部６０のバルブ制御部６１によって制御される。このバルブ２７は、例えば、グローブボックス１０Ｂ内の気体置換を行うときに開放される。すなわち、バルブ２７が開放されることによって、導入口２１５からも窒素ガスが供給されると、導入口２１１から流入する窒素ガスの流れをかき乱すことができる。したがって、拡散効率を高めることができるため、グローブボックス１０Ｂ内の気体置換を効率的に短時間で行うことができる。
【００６２】
なお、導入口２１５に接続される配管は、分岐管２５に限定されるものではない。例えば、図示しない外部の窒素ガス供給部（ボンベなど）から窒素ガスを供給するようにしてもよい。
【００６３】
＜４． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００６４】
例えば上記実施形態では、窒素ガスを精製しながら循環させることで、グローブボックス内を高純度の窒素ガスに置換するようにしている。しかしながら、本発明は、グローブボックス内の雰囲気を、他の態様で供給される気体（成分の異なる気体）に置換する場合にも有効である。
【００６５】
また、上記実施形態では、チャンバーとして、グローブボックス内の気体置換を行う気体置換装置について説明した。しかしながら、本発明は、ドラフトチャンバーなどのその他のチャンバーの気体を置換する場合にも有効である。
【００６６】
さらに、上記実施形態および変形例で説明した各構成は、相互に組み合わせたり、または省略したりすることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ，１Ｂ 気体置換装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ グローブボックス
１０Ｓ 空間
２０ 導入部
２１，２１ａ，２１ｂ，２１Ａ 導入管
２１１，２１１ａ，２１１ｂ，２１１Ａ，２１５ 導入口
２１Ａ 導入管
２１Ｓ 開口面積
２３ 三方バルブ
２３Ａ 開度調整バルブ
３０ 排出部
３１１ 排出口
４０ 送風部
４１ 流量計
５０ 気体精製部
５１ａ，５１ｂ 精製筒
５２ｂ 精製筒
６０ 制御部
６１ バルブ制御部
６３ 送風制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換装置において、
気体を供給する気体供給部と、
前記チャンバーに接続されて前記気体供給部から供給される気体を前記チャンバーに導入する導入管を含む導入部と、
前記チャンバー内の気体を排出する排出部と
前記導入管の開口面積を前記チャンバー内についての気体を置換する前よりも置換された後において、前記導入管の前記開口面積が大きくなるように変更する開口面積変更部と、
前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する制御部と、
を備える気体置換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気体置換装置において、
前記導入部は、開口面積が相互に異なる複数の前記導入管を有しており、
前記開口面積変更部は、前記複数の導入管のうちから、前記チャンバーに接続する導入管を選択する選択部を含む気体置換装置。
【請求項３】
請求項１から２までのいずれか１項に記載の気体置換装置において、
前記開口面積変更部は、前記導入管の開度を変更する開度変更部を備える気体置換装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の気体置換装置において、
前記排出部から排出された気体を精製する気体精製部、をさらに備え、
前記気体供給部は、前記気体精製部において精製された気体を前記導入管に供給する気体置換装置。
【請求項５】
空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換方法において、
(a) チャンバーに接続されている導入管の開口面積を、第１開口面積にする工程と、
(b) 前記(a)工程の後、前記導入管を介してチャンバーに気体を供給する工程と、
(c) 前記(b)工程の後、前記導入管の開口面積を、前記第１開口面積よりも大きい第２開口面積とする工程と、
(d) 前記(b)工程と前記(c)工程とにおいて、前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する工程と、
を含む気体置換方法。
【請求項１】
空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換装置において、
気体を供給する気体供給部と、
前記チャンバーに接続されて前記気体供給部から供給される気体を前記チャンバーに導入する導入管を含む導入部と、
前記チャンバー内の気体を排出する排出部と
前記導入管の開口面積を前記チャンバー内についての気体を置換する前よりも置換された後において、前記導入管の前記開口面積が大きくなるように変更する開口面積変更部と、
前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する制御部と、
を備える気体置換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気体置換装置において、
前記導入部は、開口面積が相互に異なる複数の前記導入管を有しており、
前記開口面積変更部は、前記複数の導入管のうちから、前記チャンバーに接続する導入管を選択する選択部を含む気体置換装置。
【請求項３】
請求項１から２までのいずれか１項に記載の気体置換装置において、
前記開口面積変更部は、前記導入管の開度を変更する開度変更部を備える気体置換装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の気体置換装置において、
前記排出部から排出された気体を精製する気体精製部、をさらに備え、
前記気体供給部は、前記気体精製部において精製された気体を前記導入管に供給する気体置換装置。
【請求項５】
空間を形成するチャンバー内の気体を置換する気体置換方法において、
(a) チャンバーに接続されている導入管の開口面積を、第１開口面積にする工程と、
(b) 前記(a)工程の後、前記導入管を介してチャンバーに気体を供給する工程と、
(c) 前記(b)工程の後、前記導入管の開口面積を、前記第１開口面積よりも大きい第２開口面積とする工程と、
(d) 前記(b)工程と前記(c)工程とにおいて、前記気体供給部により前記導入管に供給される前記気体の単位時間あたりの流量を略一定に保つように制御する工程と、
を含む気体置換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７４９９（Ｐ２０１３−７４９９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８５９３（Ｐ２０１１−１３８５９３）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（５０４３３９７９０）株式会社ＦＥＢＡＣＳ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（５０４３３９７９０）株式会社ＦＥＢＡＣＳ (4)
【Ｆターム（参考）】
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