JP2013078287A - 環境提供装置及び環境評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】飛散する微粒子の量が正確に制御された環境を提供可能な環境提供装置を提供する。
【解決手段】複数の微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄがそれぞれ設置される複数の抗微粒子付着性配管１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄが設けられた試験室１と、試験室１内部に微粒子を注入する注入装置２と、を備える、環境提供装置。
【選択図】図１
【解決手段】複数の微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄがそれぞれ設置される複数の抗微粒子付着性配管１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄが設けられた試験室１と、試験室１内部に微粒子を注入する注入装置２と、を備える、環境提供装置。
【選択図】図１
Description
本発明は環境評価技術に関し、特に環境提供装置及び環境評価方法に関する。
例えば半導体製造工場のクリーンルームでは、室内の空気中に飛散する微粒子の量が、微粒子検出装置で監視されている。微粒子検出装置の微粒子捕捉性能を評価する際には、試験環境において飛散している微粒子の量と、微粒子検出装置の検出結果と、の相関が検査される。その際、試験環境において飛散している微粒子の量が正確に制御されていることが望ましい（例えば、特許文献１、２、３参照。）。
そこで、本発明は、飛散する微粒子の量が正確に制御された環境を提供可能な環境提供装置及び環境評価方法を提供することを目的の一つとする。
本発明の態様によれば、（ａ）微粒子検出装置が設置される抗微粒子付着性配管が設けられた試験室と、（ｂ）試験室内部に微粒子を注入する注入装置と、を備える、環境提供装置が提供される。
また、本発明の態様によれば、（ａ）抗微粒子付着性配管を介して試験室に微粒子検出装置を接続することと、（ｂ）試験室内部に微粒子を注入することと、（ｃ）微粒子検出装置で、試験室内部を飛散する微粒子を検出することと、を含む、環境評価方法が提供される。
本発明によれば、飛散する微粒子の量が正確に制御された環境を提供可能な環境提供装置及び環境評価方法を提供可能である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
図１及び図２に示す実施の形態に係る環境提供装置は、複数の微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄがそれぞれ設置される複数の抗微粒子付着性配管１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄが設けられた試験室１と、試験室１内部に微粒子を注入する注入装置２と、を備える。
試験室１は、骨格をなす例えばアルミニウム製のフレームと、フレームにはめ込まれた、側壁をなす帯電防止ポリカーボネート製の透明パネルと、を備えるチャンバである。ただし、試験室１の形状は、ダクト等であってもよい。試験室１内部の体積は、例えば３ｍ3であるが、これに限定されない。試験室１には、例えば給気装置１１Ａ、１１Ｂが設けられている。給気装置１１Ａ、１１Ｂは、ＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）及びＵＬＰＡ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）等の超高性能エアフィルタを通して、試験室１内部に清浄な空気を送り込む。試験室１の側壁には、扉が設けられていてもよい。
注入装置２は、例えばジェット式ネブライザ等の噴霧装置である。注入装置２は、例えば所定の濃度で微粒子を含む流体を内部に貯蔵しており、所定の流量で圧縮ガス等の気流の供給を受ける。注入装置２は、供給された気流を、微粒子を含む流体に吹きつけることによってエアロゾルを発生させ、試験室１内部に微粒子を含む流体をミスト状にして噴霧する。流体に含まれる微粒子とは、例えば、細菌、真菌、ウイルス、及びアレルゲン物質等の微生物である。あるいは、流体に含まれる微粒子とは、例えば、無害又は有害な化学物質である。また、あるいは、流体に含まれる微粒子とは、例えば、ごみ、ちり、及び埃等のダストである。なお、図１及び図２においては、注入装置２は試験室１内部に配置されているが、注入装置２を試験室１の外部に配置し、注入装置２が噴霧したエアロゾルを、配管等で試験室１内部に誘導してもよい。
図２に示すように、実施の形態に係る環境提供装置は、注入装置２に供給される気流の流量の計測値を計測する流量計３と、計測値に基づき、注入装置２に供給される気流の流量を制御する流量制御装置４と、圧縮ガスを貯蔵する貯蔵槽５と、をさらに備える。貯蔵槽５、流量計３、流量制御装置４、及び注入装置２は、例えばパイプ１２で接続されている。また、貯蔵槽５と、流量計３と、の間には、圧縮ガスに含まれ得る微粒子等を除去するための、例えばＨＥＰＡ等の超高性能エアフィルタが設けられている。なお貯蔵槽５は、コンプレッサーやポンプなどの圧縮ガス供給源でもよい。
流量計３は、マスフローメータ等が使用可能であり、貯蔵槽５から供給される圧縮ガスの流量の計測値を計測する。図３に示すように、流量計３は、パイプ１２と連通するパイプ状の流路３１が設けられた筐体３２と、流路３１を流れる圧縮ガスの流量を検出するための流れセンサ３８と、を備える。図４及び図５に示す流れセンサ３８は、キャビティ６６が設けられた基板６０、及び基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５を備える。基板６０の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。さらに流れセンサ３８は、絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた発熱素子６１と、発熱素子６１を挟むように絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３と、基板６０上に設けられた保温素子６４と、を備える。
発熱素子６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５のダイアフラムの部分の中心に配置されている。発熱素子６１は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、発熱素子６１に接する圧縮ガスを加熱する。第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、例えば抵抗器等の受動素子等の電子素子であり、圧縮ガスの温度に依存した電気信号を出力する。第１の測温素子６２は発熱素子６１より流路３１の上流側の温度を検出するために用いられ、第２の測温素子６３は発熱素子６１より流路３１の下流側の温度を検出するために用いられる。
図３に示す流路３１中のガスが静止している場合、図４及び図５に示す発熱素子６１から圧縮ガスに加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に伝播する。したがって、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３の温度は等しくなり、白金等からなる第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図３に示す流路３１中の圧縮ガスが上流から下流に流れている場合、図４及び図５に示す発熱素子６１から圧縮ガスに加えられた熱は、圧縮ガスによって下流方向に運ばれる。したがって、上流側の第１の測温素子６２の温度よりも、下流側の第２の測温素子６３の温度が高くなる。そのため、第１の測温素子６２の電気抵抗と、第２の測温素子６３の電気抵抗と、に差が生じる。第２の測温素子６３の電気抵抗と、第１の測温素子６２の電気抵抗と、の差は、図３に示す流路３１中の圧縮ガスの速度と相関する。そのため、第２の測温素子６３の電気抵抗と、第１の測温素子６２の電気抵抗と、の差から、流路３１を流れる圧縮ガスの流量が求められる。
図４及び図５に示す保温素子６４は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、基板６０の温度を一定に保つ。基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。また発熱素子６１、第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び保温素子６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
流れセンサ３８は、流れセンサ３８の底面に配置されたガラス等からなる断熱部材６８を介して、図３に示す流路３１に固定される。断熱部材６８を介して流れセンサ３８を流路３１に固定することにより、流れセンサ３８の温度が、流路３１の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。
図２に示す流量制御装置４は、流量計３によって計測された流量の計測値に基づいて、パイプ１２を流れる圧縮ガスの流量を、所定の値に制御する。図６に示すように、流量制御装置４は、例えば、流路４３と、流路４４と、流路４３及び流路４４の間に設けられた弁室４５と、が設けられた弁座４２を備える。さらに流量制御装置４は、磁性体のプランジャ４７と、通電されてプランジャ４７を上下させるソレノイドコイル４８と、弁室４５に収納され、プランジャ４７に接続され、流路４４を開閉する弁体４６と、を備える。
例えば、流量計３によって計測された圧縮ガスの流量の計測値が所定の値よりも大きい場合、流量制御装置４は、ソレノイドコイル４８に通電して弁体４６と、弁座４２と、の間を狭め、圧縮ガスの流量を減少させる。また、流量計３によって計測された圧縮ガスの流量の計測値が所定の値よりも小さい場合、流量制御装置４は、ソレノイドコイル４８に通電して弁体４６と、弁座４２と、の間を広げ、圧縮ガスの流量を増加させる。これにより、パイプ１２を流れ、注入装置２に供給される圧縮ガスの流量が、所定の値の近傍に制御される。なお、図２においては、流量制御装置４は、流量計３の下流に配置されているが、流量制御装置４を、流量計３の上流に配置してもよい。
図１及び図２に示すように、試験室１内には、攪拌装置としての攪拌ファン１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが配置されている。攪拌ファン１０Ａ−１０Ｄは、試験室１内部の空気を攪拌し、試験室１内部に散布された微粒子の自重による自然沈降を防止する。
さらに、試験室１内には、清浄化装置としてのエアクリーナー６が配置されている。エアクリーナー６は、試験室１内部の空気等の気体に含まれる微粒子を除去して、気体を清浄化する。例えば、注入装置２から試験室１内に微粒子を含む流体を噴霧する前に、エアクリーナー６を運転することによって、噴霧装置２が噴霧する微粒子以外の微粒子をあらかじめ試験室１内部から除去することが可能である。なお、図１及び図２においては、エアクリーナー６は試験室１内部底面に配置されているが、エアクリーナー６を試験室１の壁面または天井部に配置してもよい。
微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄのそれぞれは、試験室１内部の空気を吸引して微粒子を捕捉し、試験室１内部を飛散する微粒子の数、密度、又は濃度等の量を計測する。
抗微粒子付着性配管１２０Ａは、例えば図７に示すように、試験室１の側壁の内側に設置されたフランジ付きのダクト１２１Ａ、試験室１の側壁の外側に設置され、ダクト１２１Ａと連通しているフランジ付き接続器具１２２Ａ、接続器具１２２Ａに接続されたボールバルブ１２３Ａ、及びボールバルブ１２３Ａに接続され、微粒子検出装置２０Ａに接続可能な接続器具１２４Ａを備える。抗微粒子付着性配管１２０Ａは、例えばこれらの構成要素の少なくとも一つが、表面研磨加工されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるサニタリ配管である。
図１及び図２に示す抗微粒子付着性配管１２０Ｂは、例えば図８に示すように、試験室１の側壁の内側に設置されたフランジ付きのダクト１２１Ｂ、試験室１の側壁の外側に設置され、ダクト１２１Ｂと連通しているフランジ付き接続器具１２２Ｂ、接続器具１２２Ｂに接続されたボールバルブ１２３Ｂ、ボールバルブ１２３Ｂに接続されたフェルールコネクタ１２５Ｂ、フェルールコネクタ１２５Ｂに接続されたスレッドコネクタ１２６Ｂ、及びスレッドコネクタ１２６Ｂに接続され、微粒子検出装置２０Ｂに接続可能な接続器具１２７Ｂを備える。抗微粒子付着性配管１２０Ｂは、例えばこれらの構成要素の少なくとも一つが、表面研磨加工されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるサニタリ配管である。
図１及び図２に示す抗微粒子付着性配管１２０Ｃは、例えば図９に示すように、試験室１の側壁の内側に設置されたフランジ付きのダクト１２１Ｃ、試験室１の側壁の外側に設置され、ダクト１２１Ｃと連通しているフランジ付き接続器具１２２Ｃ、接続器具１２２Ｃに接続されたボールバルブ１２３Ｃ、及びボールバルブ１２３Ｃに接続され、微粒子検出装置２０Ｃに接続可能なフェルールコネクタ１２５Ｃを備える。抗微粒子付着性配管１２０Ｃは、例えばこれらの構成要素の少なくとも一つが、表面研磨加工されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるサニタリ配管である。
図１及び図２に示す抗微粒子付着性配管１２０Ｄの詳細は、例えば抗微粒子付着性配管１２０Ａ−１２０Ｃのいずれかと同様である。
ここで、試験室１と、微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄのそれぞれと、を接続する配管に微粒子が付着すると、付着した微粒子が再び飛散することにより、試験室１内部を飛散する微粒子を計測する際のバックグラウンドノイズとなるために、試験室１内部の環境を正確に測定することが困難になることを、本発明者らは見出した。これに対し、実施の形態に係る環境提供装置によれば、試験室１と、微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄと、が、それぞれ抗微粒子付着性配管１２０Ａ−１２０Ｄで接続されているため、抗微粒子付着性配管１２０Ａ−１２０Ｄへの微粒子の付着が抑制される。そのため、配管に付着した微粒子が再飛散することによるバックグラウンドノイズを低減させることで、試験室１内部の環境を正確に測定することが可能となる。また、サニタリ配管である抗微粒子付着性配管１２０Ａ−１２０Ｄは、洗浄ならびに滅菌が容易であるため、万一微粒子が付着した際にも除染が可能である。そのため、実施の形態に係る環境提供装置は、バックグラウンドノイズが発生した際にも、これを洗浄により低減させることが可能となる。
（実施例）
＃４００研磨仕上げのステンレス（ＳＵＳ３０４）製のプレートと、鉄（ＳＳ４００）製のプレートと、帯電防止処理されたポリカーボネート製のプレートと、ポリエチレンテレフタレート製のプレートと、を用意した。次に、用意した４つのプレートを試験室内に、噴霧装置から等距離となるよう配置した。また、ＨＥＰＡユニットを用いて、試験室内部の空気を清浄化した。その後、噴霧装置から枯草菌の芽胞を含む流体を１分間噴霧し、４分間噴霧を停止することを３０分間繰り返した。その間、攪拌ファンによって、試験室内部の空気を攪拌し、試験室内に枯草菌を浮遊させた。３０分経過後、ＨＥＰＡユニットを用いて、試験室内部の空気を清浄化し、４つのプレートを回収した。
＃４００研磨仕上げのステンレス（ＳＵＳ３０４）製のプレートと、鉄（ＳＳ４００）製のプレートと、帯電防止処理されたポリカーボネート製のプレートと、ポリエチレンテレフタレート製のプレートと、を用意した。次に、用意した４つのプレートを試験室内に、噴霧装置から等距離となるよう配置した。また、ＨＥＰＡユニットを用いて、試験室内部の空気を清浄化した。その後、噴霧装置から枯草菌の芽胞を含む流体を１分間噴霧し、４分間噴霧を停止することを３０分間繰り返した。その間、攪拌ファンによって、試験室内部の空気を攪拌し、試験室内に枯草菌を浮遊させた。３０分経過後、ＨＥＰＡユニットを用いて、試験室内部の空気を清浄化し、４つのプレートを回収した。
栄研化学の拭き取り検査キットを用いて、回収した４つのプレートのそれぞれの１００ｃｍ2の領域から付着菌を拭き取り、メンブレンフィルタで菌を捕集した後、メンブレンフィルタを培地に載せ、菌を培養した。培養後、菌数を計測した。その結果、図１０及び図１１に示すように、研磨処理されたステンレス製のプレート上の付着菌の数が最も少なかった。よって、研磨処理されたステンレスを環境提供装置の配管の材料とすることにより、環境提供装置の配管に菌が付着することを防止可能であることが示された。
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１に示す微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが試験室１の側面に設置されている例を示したが、微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、試験室１の底面に設置されていてもよい。さらに、実施の形態では、図１に示す流量計３として、マスフローセンサを用いる例を示したが、他の種類の流量計も使用可能である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１に示す微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが試験室１の側面に設置されている例を示したが、微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、試験室１の底面に設置されていてもよい。さらに、実施の形態では、図１に示す流量計３として、マスフローセンサを用いる例を示したが、他の種類の流量計も使用可能である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
１ 試験室
２ 注入装置
３ 流量計
４ 流量制御装置
５ 貯蔵槽
６ エアクリーナー
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 攪拌ファン
１１Ａ、１１Ｂ 給気装置
１２ パイプ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ 微粒子検出装置
３１ 流路
３２ 筐体
３８ センサ
４２ 弁座
４３、４４ 流路
４５ 弁室
４６ 弁体
４７ プランジャ
４８ ソレノイドコイル
６０ 基板
６１ 発熱素子
６２ 第１の測温素子
６３ 第２の測温素子
６４ 保温素子
６５ 絶縁膜
６６ キャビティ
６８ 断熱部材
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ 抗微粒子付着性配管
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ ダクト
１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ、１２４Ａ、１２７Ｂ 接続器具
１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ ボールバルブ
１２５Ｂ、１２５Ｃ フェルールコネクタ
１２６Ｂ スレッドコネクタ
２ 注入装置
３ 流量計
４ 流量制御装置
５ 貯蔵槽
６ エアクリーナー
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 攪拌ファン
１１Ａ、１１Ｂ 給気装置
１２ パイプ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ 微粒子検出装置
３１ 流路
３２ 筐体
３８ センサ
４２ 弁座
４３、４４ 流路
４５ 弁室
４６ 弁体
４７ プランジャ
４８ ソレノイドコイル
６０ 基板
６１ 発熱素子
６２ 第１の測温素子
６３ 第２の測温素子
６４ 保温素子
６５ 絶縁膜
６６ キャビティ
６８ 断熱部材
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ 抗微粒子付着性配管
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ ダクト
１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ、１２４Ａ、１２７Ｂ 接続器具
１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ ボールバルブ
１２５Ｂ、１２５Ｃ フェルールコネクタ
１２６Ｂ スレッドコネクタ
Claims (12)
- 微粒子検出装置が設置される抗微粒子付着性配管が設けられた試験室と、
前記試験室内部に微粒子を注入する注入装置と、
を備える、環境提供装置。 - 前記抗微粒子付着性配管がステンレス鋼からなる、請求項１に記載の環境提供装置。
- 前記抗微粒子付着性配管の表面が研磨加工されている、請求項１又は２に記載の環境提供装置。
- 前記抗微粒子付着性配管がサニタリ配管である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の環境提供装置。
- 前記試験室内部の気体を攪拌する攪拌装置を更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の環境提供装置。
- 前記試験室内部の気体を清浄化する清浄化装置を更に備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の環境提供装置。
- 抗微粒子付着性配管を介して試験室に微粒子検出装置を接続することと、
前記試験室内部に微粒子を注入することと、
前記微粒子検出装置で、前記試験室内部を飛散する微粒子を検出することと、
を含む、環境評価方法。 - 前記抗微粒子付着性配管がステンレス鋼からなる、請求項７に記載の環境評価方法。
- 前記抗微粒子付着性配管の表面が研磨加工されている、請求項７又は８に記載の環境評価方法。
- 前記抗微粒子付着性配管がサニタリ配管である、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の環境評価方法。
- 前記試験室内部の気体を攪拌することを更に含む、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の環境評価方法。
- 前記試験室内部に前記微粒子を注入することの前に、前記試験室内部の気体を清浄化することを更に含む、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の環境評価方法。
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