真・ＭＦＣ千夜一夜物語　第283話　マスフローでこのガスを使う時は注意しよう！　その15

液化ガス

前回に引き続いて、バルブオリフィス部で断熱膨張を起こしやすい液化ガスを使用する際の注意事項に関する解説です。

パージ、真空引きから始まって、禁断のドライヤーまで持ち出しても、一度液化した流体はMFCの内部から簡単には抜けてくれません。
下手するとセンサー部へ逆流して、センサー管やバイパス（層流素子）のチューブを閉塞させてしまう可能性もあります。（下図　青く着色部）

こうなると装置を停止させて、MFCを交換するしかありません。しかし、反応性の強い、半導体製造プロセス用材料ですとMFCを交換しよう配管を開放した際に、空気と反応して生成物を作ってしまう事もあります。

良い例（悪い例？）がジクロロシラン（SiH2ｃｌ2）です。
Decoの現役時代、内部でジクロロシランが液化したMFCが修理で戻ってくると、中は真っ白になっている事が多かったです。
これはSiと空気中のO2が反応して、SiO2を作ってしまったからです。
こうなると部品（センサー、バイパス、オリフィス等接ガス部品）は全交換、ボディは洗浄で何とかなればいいですが、ダメな場合はこちらも新品交換で、下手したら新品が買えるくらいの、目が飛び出るような高額修理見積がメーカーから出てくることになります。

しかも、影響はMFCだけではなく、前後の配管にも異物の汚染が確実に発生してしまい、下手すると1ライン丸ごと配管系を総取り換えになってしまうのです！そうなるとMFCを交換するよりはるかに長い時間の装置停止となってしまいます・・・

このように液化ガスをMFC内部で液化させてしまうと、流量制御異常でプロセスに問題は生じるわ、交換作業で装置を止めなくてはならないわ、挙句に配管が汚染されるわ、挙句に高額の修理費用と長期の装置ダウン・・・と大変な事ばかりです。
要は液化してからの対策ではなく、できるだけ液化させないようにする対策が重要なのですね？

MFCでの液化ガス対策は、以前はヒーターによる昇温が行われていました。
MFCにヒーターを巻くのですが、まずこの時点でアウト！な事例を下図左に示します。

MFCのバルブオリフィスで断熱膨張が起きるのに、上部の基板が収まっている場所を昇温しても意味がありませんね？
むしろセンサーの温度補償回路に悪影響を及ぼすだけです。
正解は右の底面部分のSUSブロック部です。

昇温は断熱膨張による液化にはそれなりの効果があります。
しかし、これには落とし穴もありまして、ヒーティングした部分と、していない部分の境界や、配管機器の熱容量差によって生じる昇温ムラによるコールドスポットの発生で新たな液化を起こしてしまった事例があるのです。
特にMFCは配管、そして他の機器（バルブやラインレギュレーター）と比較すると大型になり、特に底面SUSブロック部分はかなりのボリュームがありまので、熱容量が大きい傾向があります。

上図のように昇温する際は、MFCだけは独立したヒーター＆温調器をあてがって頂いて、温度勾配を付けた厳密な温度管理をして頂く必要があるのです。

次回はMFCのバルブ部の工夫で液化を逃れる方法に関してお話ししましょう。

【あなたにＭＦＣの夜が来る～真・ＭＦＣ千夜一夜物語】by Deco　EZ-Japan