JP2004200402A - 空気清浄装置とその保守方法および半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーンルームの環境大気中に存在する塩基ガスや有機ガス等を除去するケミカルフィルタの除去寿命を予測して、同フィルタの適正な交換時期を知る。
【解決手段】ケミカルフィルタシートを多段に重ね合わせたケミカルフィルタで構成される空気清浄装置において、ケミカルフィルタシート間に塩基ガスや有機ガス等を検出するＱＣＭガスセンサを空気の流れる方向に複数個配置し、空気清浄装置の稼働時間の累積値と、ガスセンサの設置位置と、各ガスセンサが閾値に達するまでの時間から、ケミカルフィルタが漏洩を開始する時間を多項式近似で求める。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体製造装置の環境空気を清浄化し、半導体ウェハ表面の汚染を防ぐためのケミカルフィルタを用いた空気清浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程において、空気中に含まれる各種の微粒子が製造歩留りを左右する大きな問題となっている。微粒子としては、一般的な塵の他に、酸性あるいは塩基性ガスや、有機ガスである。例えば、クリンルーム内の酸性ガスとしては、NOx、HF、HCl、H2S、SO2、塩基性ガスとしては、NH3、アミン類、有機ガスとしては、NMP（N-メチルピロリドン）、シロキサン、炭化水素、HMDS（ヘキサメチルジシラン）などがある。これらの微粒子を除去する目的で、各種のフィルタが使用される。塵についてはＨＥＰＡフィルタ、酸性、塩基性、有機のガス状汚染物に対しては所謂ケミカルフィルタが使われる。
【０００３】
ケミカルフィルタは、例えば、＊＊＊具体例を列挙の事＊＊＊＊
現在の高集積化された半導体装置の製造工程では、アルミニウム配線に代わって銅配線が主流になってきている。銅配線を形成するためには電気メッキ法が広く用いられている。メッキを実施する前に基板が有機ガスによって汚染されてしまうとメッキ液の濡れ性が悪くなり、銅を均一にメッキできないという問題が生じている。
【０００４】
従来、このような有機ガスによる汚染を防ぐために、ケミカルフィルタを用いてクリーンルーム内の空気中に含まれる有機ガスを除いて、メッキ処理装置やウェハ搬送装置に送風していた。しかし、ケミカルフィルタは化学吸着タイプであっても物理吸着タイプであっても吸着可能な量には上限値があり、フィルタ機能が低下する前に新しいフィルタに交換しないと、ガス状汚染物が半導体製造装置内に漏洩して、フィルタとして機能しなくなる。
【０００５】
そこで、ケミカルフィルタを組み込んだ空気清浄装置の吹き出し口にセンサを設置して、有機ガスを感知していたが、感知した時にはすでに装置内に有機ガスが漏洩したということであり、ケミカルフィルタの寿命が判らなかったために汚染を防ぐことが出来なかった。そのため、高価なフィルタであるにもかかわらず、センサが有機ガスを検知する前に、早め早めにケミカルフィルタ交換を行なって汚染を防いでいた。
【０００６】
また、ケミカルフィルタの一部を薄くすることによって、部分的に早期に寿命に至らせ、漏洩ガスをセンサで検知することによってケミカルフィルタの交換時期を正確に予想しようとする方法がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では一部分ではあってもケミカルフィルタを薄くした部分から半導体装置内に漏洩することを意味しており、万全の策とは言い難い。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３０６５９９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ケミカルフィルタは高価であるため、出来るだけその機能が有る期間は使用し続けることが半導体製品の製造コストを下げることになる。有機ガスが半導体装置内に漏洩した時点ではケミカルフィルタ交換の時期を逸しており、仮にプロセス途中で有機ガスを検出した場合には、途中でプロセスを止めることもできず、ケミカルフィルタ交換を行なうことはできないので、早めの交換が必要となる。このようにフィルタ機能が劣化し始める直前に交換を実施するためには、フィルタ交換の時期を正確に求める必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明で用いるガスセンサはＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサである。図３はＱＣＭセンサの概観を示す図である。水晶振動子の表面に吸着物質（例えば、粒状活性炭）を付着し、汚染物質の吸着による微量な質量変化を周波数の変化として検出するものである。ＱＣＭセンサ本体は直接フィルタと触れないように、通風性の良い筒状カバーで覆われる。筒状カバーの材料としては、吸湿性とガス吸着性の少ない材料であるＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、ステンレスや樹脂のＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）などが適している。その取付けには接着剤などは用いず、筒状カバー内部に波状加工を施し、嵌め込み式に固定する。
【００１０】
第一の本発明は、複数枚のケミカルフィルタシートで構成される空気清浄装置のケミカルフィルタシート間に１つ以上のセンサを挿入する空気清浄装置である。
例えば、送風の上流側からｎ段目のケミカルフィルタシートの位置に設置したセンサが所定のガス濃度を検出し、それより１段下流のセンサが同じく所定のガス濃度を検出したとすると、両センサが所定のガス濃度を検出した時間差が、１枚のケミカルフィルタシートの寿命であるから、空気清浄装置に使用されているケミカルフィルタシートの段数と前記１枚のケミカルフィルタシートの寿命を掛ければ、フィルタ全体の寿命が判る。寿命を推定するデータの数が多い程、推定はより正確になるので、多くのセンサを用いるに越したことはないが、コスト等の兼ね合いで決めれば良い。
【００１１】
第二の本発明は、ケミカルフィルタシートの吸着材料と同じ素材の吸着材料をセンサ表面に付着したセンサを用いる空気清浄装置である。
ケミカルフィルタシートに使用する吸着材料は、特定のガス用に作られたものであっても、物理吸着や化学反応を総合した吸着現象においては特定のガス以外のガスも吸着してしまう。増してや物理吸着のみの吸着では吸着ガスを特定することはできない。そこで、ケミカルフィルタシートの吸着特性とセンサの吸着特性を同じにすることによってケミカルフィルタシートの寿命が推定可能となる。
【００１２】
第三の本発明は、寿命推定を行なうための少なくとも１つのセンサを最終段のケミカルフィルタシートの前面に配置する空気清浄装置である。
寿命予測する際、初期の劣化状況を示す（送風の上流側の複数のケミカルフィルタシートの寿命）データを用いて最終段のケミカルフィルタシートの寿命を予測しようとすると、クリーンルームの環境が一定していない場合、大きな誤差を生じる。最終段のケミカルフィルタシートの直前のデータを用いれば、その時点までのクリーンルームの環境が変動していても、その変動を含んで寿命予測するため、最終段の寿命を予測する精度が高くなる。
【００１３】
第四の本発明は、空気清浄装置に用いるケミカルフィルタの寿命を求める方法に関するものである。
ケミカルフィルタに設けた複数のセンサの段数位置と、そのセンサが所定のガス濃度を示すまでの経過時間と関係を複数の次数の関数で近似することにより、最終段のケミカルフィルタシートが寿命を迎える経過時間を推定できる。
【００１４】
第五の本発明は、ケミカルフィルタからガス状汚染物質の漏洩が起る直前にケミカルフィルタを効率的に交換可能な空気清浄装置を、例えば、露光装置、メッキ装置、搬送装置などの半導体製造装置に設ける。
ガス状汚染物質の漏洩が始まる前にケミカルフィルタを交換するので、半導体装置内部にガス状汚染物質が許容濃度以上で入ることは無いので、半導体装置内部のウェハが汚染されることは無い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示す空気清浄装置の断面図である。図中１は空気清浄装置のフード、２はファン、３は１９段のケミカルフィルタシート３−１からなるケミカルフィルタ、４−１〜４−３はそれぞれガスセンサである。例えば、センサ４−１は送風の上流方向から６段目のケミカルフィルタシートと７段目のケミカルフィルタシートの間に設け、同様にして、センサ４−２は１２段目のケミカルフィルタシートと１３段目のケミカルフィルタシート間、センサ４−３は１８段目と１９段目のケミカルフィルタシート間にそれぞれ設ける。さらには、センサは風量あるいは風速の最も大きい場所に設ける。センサの表面にはケミカルフィルタの吸着材料と同じ吸着材料を付着する。具体的には、例えば排除しようとするガスが有機ガスである場合、粒状活性炭を選択する。
【００１６】
図２はガスセンサが検出したガス量を時系列（装置稼働時間）で表している。縦軸が吸着ガス量、横軸が時間である。センサ４−１〜４−３が検出するガス量の増加傾向は類似しているが、所定の吸着ガス量を閾値として、閾値に達するまでの時間がそれぞれ異なっている。この閾値に達するまでの時間は、センサが設置されている位置に関係しており、４−１が風の上流側に位置しているので、最初に閾値に達し、続いて４−２、４−３となる。ここで、ガスセンサが閾値に達する時刻を漏洩開始時点と定義すると、センサ４−１は新しくケミカルフィルタを設置して空気清浄装置が稼働し始めてから１００日後、その後、センサ４−２は９０日、センサ４−３は８０日で漏洩開始点に達したとする。経過時間を日数（ｙ）とフィルタ枚数（ｘ）で近似した式は、
ｙ＝０．０００７２３ｘ＾３−０．１５６２５ｘ＾２＋１７．５７８ｘ
となる。最終段の第１９番目のフィルタが漏洩開始点に達するまでの時間は、上の近似多項式を用いて、約１２．５日後と予想される。従って、センサ４−３が漏洩開始点を検出してから１２日以内に新規のフィルタに交換すれば、漏洩を回避できる。
【００１７】
このような、空気清浄装置の稼働時間とフィルタシート枚数との関係を何度か実測して傾向を掴めば、以降はセンサ４−３のみ最終段のフィルタシートの前面に設置し、フィルタ交換の時期を予測することが可能となる。
本発明の空気清浄装置を半導体製造装置、例えば、銅配線用のメッキ装置やメッキ装置のへの搬送装置に適用すれば、有機ガスによる汚染を防げて、メッキ液の濡れ性が悪くなって、均一なメッキができないという従来の問題が解決できる。
【００１８】
本実施例においては、有機ガスを対象として説明したが、酸、アルカリの塩基ガスにおいても本発明は有効であり、その場合には、各ガスに対応したフィルタおよびＱＣＭセンサを用いれば、同様にしてフィルタの寿命を推定できることは言うまでもない。
以上、本発明をまとめると以下の通りである。
【００１９】
（付記１）所定のガスを吸着する材料を繊維で保持したケミカルフィルタシートを複数積層したケミカルフィルタを用いる空気清浄装置において、所定のガスを検出する一つ以上のセンサを前記ケミカルフィルタ中に配置することを特徴とする空気清浄装置。
（付記２）前記ケミカルフィルタと同一のガス吸着材料を前記センサ表面に付着してなることを特徴とする付記１記載の空気清浄装置。
【００２０】
（付記３）少なくとも１つの前記センサは最も風下の前記ケミカルフィルタシートの前面に配置することを特徴とする付記１および２記載の空気清浄装置。
（付記４）前記センサがＱＭＣセンサである付記１乃至３のいずれかに記載の空気清浄装置。
（付記５）前記ケミカルフィルタが、多孔質セラミックあるいは活性炭素に酸性あるいは塩基性の特定ガスと中和反応を起こす化学物質を添着し、あるいは有機系の特定ガスを選択的に捕捉しやすい多孔質セラミックあるいは活性炭素のポア径を選び、不織布のような毛足の長い繊維でセラミックあるいは活性炭素を保持してシート状に形成されたものを複数積層してなる付記１乃至４のいずれかに記載の空気清浄装置。
【００２１】
（付記６）付記１乃至５のいずれかに記載の空気清浄装置において、前記センサの置かれたケミカルフィルタシート段数の位置と、前記センサが所定のガスを所定の量検出するまでに前記ケミカルフィルタに通風した累積時間から、前記ケミカルフィルタの交換時期を予測することを特徴とする前記空気清浄装置の保守方法。
【００２２】
（付記７）付記１乃至５のいずれかに記載の空気清浄装置を設けたことを特徴とする半導体製造装置。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の空気清浄装置の構成、およびメンテナンス方法を採ることによって、高価なケミカルフィルタをその寿命一杯使用可能となり、半導体製品のコスト低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気清浄装置の断面を示す図
【図２】ケミカルフィルタに埋め込んだＱＣＭセンサが有機ガスを検出する様子を示す図
【図３】ＱＣＭセンサの概観を示す図
【符号の説明】
１ フード
２ ファン
３ ケミカルフィルタ
３−１ ケミカルフィルタシート
４−１〜４−３ ガスセンサ

Claims (5)

1. 所定のガスを吸着する材料を繊維で保持したケミカルフィルタシートを複数積層したケミカルフィルタを用いる空気清浄装置において、所定のガスを検出する一つ以上のセンサを前記ケミカルフィルタ中に配置することを特徴とする空気清浄装置。
2. 前記ケミカルフィルタと同一のガス吸着材料を前記センサ表面に付着してなることを特徴とする請求項１記載の空気清浄装置。
3. 少なくとも１つの前記センサは最も風下の前記ケミカルフィルタシートの前面に配置することを特徴とする請求項１および２記載の空気清浄装置。
4. 請求項１乃至３記載の空気清浄装置において、前記センサの置かれたケミカルフィルタシート段数の位置と、前記センサが所定のガスを所定の量検出するまでに前記ケミカルフィルタに通風した累積時間から、前記ケミカルフィルタの交換時期を予測することを特徴とする前記空気清浄装置の保守方法。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の空気清浄装置を設けたことを特徴とする半導体製造装置。

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