JP4158322B2

JP4158322B2 - 空気中不純物成分の除去装置

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Publication number: JP4158322B2
Application number: JP2000228548A
Authority: JP
Inventors: 秀利若松; 幹雄松木; 宣雄田中; 博緒形
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2002035524A; US6497757B2; US20020011150A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中のガス不純物成分に加えて固形化学不純物成分をも効果的に除去し得る不純物除去装置に関し、特に、半導体製造プロセスで使用するのに好適な不純物除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩのような半導体装置の製造雰囲気中に塵埃のような不純物が存在すると、半導体装置に電気特性の変動および劣化等が生じる。そのため、半導体装置の電気特性についての信頼性を高め、製造工程での歩留まりの低下を防止するために、浄化を受けた外気が半導体の製造雰囲気に用いられ、あるいは、半導体製造工程で用いられるクリーンルームから排出される空気は、これを外気として浄化した後、クリーンルームに返される。
【０００３】
このような空気の浄化のための不純物除去装置に、例えば特開平７−６００４４号公報および特開２０００−３３２２１号公報に記載された装置がある。
これら不純物除去装置によれば、ガス不純物を取り込むための液体を噴霧する湿式除去手段を用いることにより、空気中のガス不純物を比較的高い除去率で除去することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気中には、ガス不純物に加えて、化学成分以外の塵埃および化学成分からなる微粒子等が存在する。化学成分以外の塵埃については、乾式フィルタが有効であることから、前記したような従来の不純物除去装置に乾式フィルタを組み込むことにより、ガス不純物および化学成分以外の塵埃を効果的に除去することができる。
しかしながら、従来の前記不純物除去装置に例え乾式フィルタを組み込んでも、化学成分からなる例えばＮａ、Ｋ等の微粒子を効果的に除去することができず、そのため、このような化学成分からなる微粒子をも効果的に除去し得る不純物除去装置が望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
本発明に係る除去装置は、基本的に、処理すべき空気を案内する流路を規定するハウジングと、前記流路に配置され、前記空気中に含まれる固形成分を除去するための第１のフィルタと、該フィルタよりも前記流路の下流側に配置され、処理すべき前記空気を露点温度以下に冷却するための第１の冷却手段と、露点温度以下に冷却された空気中のガス成分を捕獲するための湿式除去機構と、該湿式除去機構よりも前記流路の下流側にある第２の冷却手段と、該第２の冷却手段よりも前記流路の下流側にあって前記第１のフィルタよりも密なフィルタ材料を備える第２のフィルタとを備える。
前記湿式除去機構は、空気中のガス成分を取り込むための捕獲液を噴霧する手段であって前記流路方向に互いに間隔を置いて対向する噴霧のための複数のノズル口を有する第１の液体噴霧手段と、前記ガス成分を含む噴霧液体を捕獲すべく前記第１の液体噴霧手段を挟んで該噴霧手段の上流側および下流側に互いに間隔をおいて配置される第１および第２の凝縮捕獲手段と、該捕獲手段の下流側にあって前記流路の上流側へ向けて前記空気中の残留ガス成分を取り込むための捕獲液を噴霧する第２の噴霧手段と、該第２の噴霧手段の下流側に設けられた第３の凝縮捕獲手段とで構成される。
【０００６】
本発明に係る前記除去装置によれば、前記した構成を満たすことにより、すなわち前記した湿式除去機構と、前記第１および第２のフィルタと、第１および第２の冷却手段とを組み合わせることにより、初めて、塵埃およびガス成分に加えて、化学成分からなる微粒子をも高い除去率で除去することができた。
化学成分からなる微粒子の除去率の向上については、第１の液体噴霧手段が前記流路方向に互いに間隔を置いて対向する方向へ捕獲液を噴霧することが、有効に作用していると考えられる。
【０００７】
前記第１の噴霧手段および第２の噴霧手段からは、同一または相互に異なる捕獲液を噴霧することができる。
第１の噴霧手段からは、除去すべきガス不純物の水溶液が酸性を示すかアルカリ性を示すかに応じて、中和作用をなすアルカリ性または酸性を示す捕獲液を第１の噴霧手段から噴霧し、第２の噴霧手段からは純水のようなリンス液を噴霧することができる。
あるいは第１の噴霧手段からは、アルカリ性または酸性のいずれか一方を示す捕獲液を噴霧し、第２の噴霧手段からは、アルカリ性または酸性の他方を示す捕獲液を噴霧することができる。
さらに、第１の噴霧手段からは、比較的安価な工業用水、井戸水あるいは水道水を噴霧し、第２の噴霧手段からは、これらよりも高価な純水を噴霧することにより、前記除去装置の運転経費の節減を図ることができる。
【０００８】
前記凝縮捕獲手段として、圧力損失が比較的小さい、従来よく知られたエリミネータを用いることができる。
前記各噴霧手段から噴霧される捕獲液の平均粒径すなわち平均的な直径は、１０μｍ〜１００μｍとすることが望ましい。
また、前記各冷却手段として、従来よく知られた凝縮コイルを用いることができる。
前記噴霧手段から噴霧される前記捕獲液は、運転経費の節減の点から、前記噴霧手段と前記凝縮捕獲手段との間で循環して使用することが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態について詳細に説明する。
〈具体例〉
図１は、本発明に係る除去装置の実施の形態を示す。本発明に係る除去装置１０は、例えば、矩形横断面形状を有する両端開放の筒状のハウジング１１を備える。ハウジング１１は、該ハウジングの内壁１２により、その一方の開放端１１ａから他方の開放端１１ｂへ向けての空気流路１３を規定する。
【００１０】
ハウジング１１の空気流路１３内には、一方の開放端１１ａの側から他方の開放端１１ｂへ向けて、空気中の砂および塵等の異物を除去するためのプレフィルタ１４、空気流路１３を通過する空気流量を調整するためのチャッキダンパ１５、残留異物を除去するためのオートロールフィルタ１６、第１のフィルタ１７、第１の冷却手段１８、湿式除去機構１９、第２の冷却手段２０、再加熱手段４０、送風機２１および第２のフィルタ２２が、順次、相互に間隔をおいて配置されている。
【００１１】
送風機２１は、空気流路１３内でハウジング１１の前記他方の開放端１１ｂから空気流を放出させる。この送風機２１の送風作用により、前記一方の開放端１１ａから前記他方の開放端へ向けての流路に沿って新たな外気が空気流路１３内を案内される。この空気流路１３を流れる空気流量は、前記したチャッキダンパ１５により、適正に調整される。
【００１２】
外気取入口となる開放端１１ａからハウジング１１内に取り入れられた空気は、プレフィルタ１４およびオートロールフィルタ１６からなる乾式フィルタ群により、主として空気中に含まれる砂、塵等の固形異物を除去するための前処理を受ける。
オートロールフィルタ１６によれば、従来よく知られているように、必要に応じてあるいは定期的に新たなフィルタ面を空気流路１３を横切るように配置させることができ、これにより、フィルタの目づまりを防止し、好適な濾過機能を発揮させることができる。
【００１３】
これら乾式フィルタ群（１５および１６）により、前処理を受けた空気は、第１のフィルタ１７を経る。第１のフィルタ１７は、オートロールフィルタ１６のフィルタ目よりも細かなフィルタ目を有する、例えばガラス繊維を織り込んだフィルタ材料からなる。第１のフィルタ１７は、より具体的には、ＮＢＳ粒子を９０％除去し得る濾過性能を有し、この第１のフィルタ１７すなわち中性能フィルタ１７は、前記した乾式フィルタ群（１５および１６）を通過する残留異物を濾過する。
【００１４】
第１のフィルタ１７を経た空気は、該フィルタよりも空気流路１３の下流側に配置された第１の冷却手段１８により、空気の露点温度以下に冷却を受ける。第１の冷却手段１８は、例えば従来よく知られた冷却コイルを用いることができる。冷却コイルからなる第１の冷却手段１８は、冷却により、空気を露点温度以下に冷却すると共に、冷却手段１８の冷却表面に、空気の液分を凝縮させる凝縮作用により、空気中に含まれる水溶性ガス成分を含む水分を捕獲すると共に、エアロゾル、イオン等の難溶性化学成分からなる微粒子を含む液体を捕獲する。
第１の冷却手段１８により捕獲された液体は、排液としてハウジングの外へ排出される。
【００１５】
第１の冷却手段１８により露点温度以下に冷却された空気は、湿式除去機構１９により、浄化を受ける。
湿式除去機構１９は、空気流路１３の流路方向に相互に間隔をおいて配置される第１、第２および第３の各凝縮捕獲手段２３、２４および２５と、第１の凝縮捕獲手段２３および第２の凝縮捕獲手段２４間に配置された第１の噴霧手段２６と、第２の凝縮捕獲手段２４および第３の凝縮捕獲手段２５間に配置された第２の噴霧手段２７とを備える。
【００１６】
第１の噴霧手段２６は、両凝縮捕獲手段２３および２４間で空気流路１３の流路方向に互いに間隔を置きかつ相互に対向して配置された複数のノズル口２８ａおよび２８ｂと、捕獲液供給源２９から捕獲液３０の供給を受ける第１の液だめ３１と、該液だめ内の捕獲液３０を管路３２を経て各ノズル口２８ａおよび２８ｂに送給するための加圧ポンプ３３とを備える。
【００１７】
加圧ポンプ３３の作動により、ノズル口２８ａおよび２８ｂに案内された第１の液だめ３１内の捕獲液３０は、下流側へ開口するノズル口２８ａから下流側へ向けて霧状に噴出され、この噴流に対向して、上流側へ開口するノズル口２８ｂから上流側へ向けて霧状に噴出される。
この捕獲液からなる霧状の微粒子は、露点温度以下に冷却された空気流と接触することにより、主として、空気中の水溶性ガス成分を取り込む。
【００１８】
両ノズル口２８ａおよび２８ｂから空気流路１３内に対向流として噴霧される霧状の捕獲液は、空気流内で相互に攪拌作用を受けることから、空気との接触機能が高められ、これにより、前記した霧状捕獲液による水溶性ガス成分の取り込み作用が高められると共に、前記した霧状捕獲液により、難溶性固形化学成分の一部が取り込まれる。
【００１９】
水溶性ガス成分あるいは難溶性固形化学成分を取り込んだ霧状の捕獲液は、第１の噴霧手段２６の両側に配置された前記第１および第２の凝縮捕獲手段２３および２４により、凝縮により、液滴として捕獲される。これら凝縮捕獲手段２３および２４は、従来よく知られたエリミネータで構成することができる。
また、液滴の捕獲率を向上させるために、高速仕様のエリミネータを使用することが望ましい。
【００２０】
エリミネータにより凝結された前記不純物を含む捕獲液は、液だめ３１に戻される。この液だめ３１内の捕獲液３０は、その不純物濃度が浄化作用を低下させる程に上昇しない限り、液だめ３１とノズル口２８ａおよび２８ｂとの間で循環して使用される。捕獲液３０の気化およびその他による消耗分は、供給源２９から適宜補充される。
また、液だめ３１に捕獲されたガス成分が空気中へ再飛散しないように、ある一定量の捕獲液３０を供給源２９から適宜補充することが望ましい。
【００２１】
第２の噴霧手段２７は、図示の例では、両凝縮捕獲手段２４および２５間で空気流路１３の上流側へ向けて配置された複数のノズル口３４ａおよび３４ｂと、捕獲液供給源３５から捕獲液３６の供給を受ける第２の液だめ３７と、該液だめ内の捕獲液３６を管路３８を経て各ノズル口３４ａおよび３４ｂに送給するための加圧ポンプ３９とを備える。
【００２２】
加圧ポンプ３９の作動により、ノズル口３４ａおよび３４ｂに案内された第２の液だめ３７内の捕獲液３６は、それぞれが上流側へ開口するノズル口３４ａおよび３４ｂから、上流側へ向けて２段で霧状に噴出される。
この捕獲液からなる霧状の微粒子は、第１の噴霧手段２６におけると同様に、露点温度以下に冷却された空気流と接触することにより、第１の噴霧手段２６からの霧状の捕獲液により捕獲しきれずに空気中に残留する水溶性ガス成分および難溶性固形化学成分を取り込む。
【００２３】
第２の噴霧手段２７からの霧状の捕獲液は、主として、第２の噴霧手段２７の下流側に配置された例えば前記したと同様なエリミネータにより構成される第３の凝縮捕獲手段２５の凝縮捕獲作用により、第２の液だめ３７に戻される。
この液だめ３７内の捕獲液３６は、第１の液だめ３１内の捕獲液３０におけると同様に、液だめ３７とノズル口３４ａおよび３４ｂとの間で循環して使用することができ、捕獲液３６の気化およびその他による消耗分は、供給源３５から適宜補充される。
【００２４】
各ノズル口２８ａ、２８ｂ、３４ａおよび３４ｂから噴霧される霧状の捕獲液による前記した取り込み効果を高める上で、捕獲液の霧を構成する液滴の直径は、ほぼ１０μｍ〜１００μｍとすることが望ましい。
【００２５】
両液だめ３１および３７を連通させて、捕獲液３０および３６に、例えば工業用水、純水、水道水あるいは井戸水等のいずれか１つを使用することができる。しかしながら、図示のとおり、液だめを第１の液だめ３１および第２の液だめ３７に分割し、例えば第１の液だめ３１の捕獲液３０に安価な工業用水を使用し、第２の液だめ３７の捕獲液３６に純度に優れた純水を使用し、それぞれを個別に循環させることにより、比較的安価な運転経費で良好な浄化作用を得ることが可能となる。
【００２６】
また、除去の対象となるガス不純物の水溶液が酸性を示す場合、このガス成分を取り込むための捕獲液として、中和作用をなすアルカリ性溶液を用いることが望ましい。この場合、第１の捕獲液３０としてアルカリ性溶液を用い、第２の捕獲液３６としてリンス作用をなす純水を用いることが望ましい。
また、除去の対象となるガス不純物の水溶液がアルカリ性を示す場合、第１の捕獲液３０として、中和作用なす酸性溶液を用いることが望ましい。
さらに、必要に応じて、例えば第１の捕獲液３０としてアルカリ性溶液を用い、第２の捕獲液３６として酸性溶液を用いることができる。
【００２７】
前記した湿式除去機構１９により浄化を受けた空気は、この湿式除去機構１９を経る間に温度が凝結温度を超えて上昇しても、第２の冷却手段２０により、再度、凝結温度以下に冷却される。
第２の冷却手段２０は、例えば第１の冷却手段１８におけると同様な冷却コイルからなり、空気を露点温度以下に冷却することにより、その冷却表面への凝縮作用により、空気中に残留する水溶性ガス成分を含む水分を捕獲すると共に、エアロゾル、イオン等の難溶性化学成分からなる残留微粒子を含む液体を捕獲する。
【００２８】
第２の冷却手段２０を経た空気は、最終的に、第２のフィルタ２２の濾過作用を受けて例えばクリーンルームのような所望の箇所に供給される。
第２のフィルタ２２は、中性能フィルタ１７のフィルタ目よりもさらに微細なフィルタ目を有する例えばガラス繊維を織り込んだフィルタ材料からなる高性能フィルタであり、例えばＤＯＰ粒子を９９．９７％除去し得る濾過性能を有する。
【００２９】
本発明に係る前記除去装置１０では、第１の噴霧手段２６による対向噴霧流を含む格別な構成を有する湿式除去機構１９と、第１のフィルタ１７および第２のフィルタ２２を含む湿式フィルタ機構との組み合わせにより、塵埃およびガス成分に加えて、化学成分からなる微粒子をも高い除去率で除去することができる。
【００３０】
図２は、図１に示した本発明に係る除去装置１０の浄化性能の一例を示す説明図である。
図２に示す表部分の最左欄には、除去対象となる化学不純物の成分が示され、続いて、表部分の右方向へ順次、外気中に含まれるそれぞれの化学不純物成分の濃度（ｎｇ／ｍ^３）、空気流路１３内での各測定位置（Ａ〜Ｄ）でのそれぞれの化学不純物成分の濃度（ｎｇ／ｍ^３）および最終的なそれぞれの化学不純物成分の除去率が、それぞれ示されている。
【００３１】
図２の表に示されるＮａ⁺、Ｋ⁺、Ｃａ²⁺、Ｍｇ²⁺およびＢ⁺は、それぞれイオンあるいは固形微粒子として存在する固形化学成分であり、ＮＨ₄ ⁺、Ｃｌ^-、ＮＯ₂ ^-、ＮＯ₃ ^-、ＳＯ₄ ^2-は、ガスとして存在する気体化学成分である。
測定点Ａは、第１のフィルタ１７の出口点での測定値を示し、測定点Ｂは第１の冷却手段１８の出口点での測定値を示す。また、測定点Ｃは、第２の冷却手段２０の出口点での測定値を示し、測定点Ｄは、第２のフィルタ２２の出口点での測定値を示す。前記表部分でＮ．Ｄ．は、対象成分が検出されなかったことを表し、−は、未測定を意味する。
【００３２】
各不純物成分についての除去率は、図２の式（１）で求められた。なお、空気流路１３内での処理空気の流速は、４ｍ／秒である。また、第１の捕獲液３０および第２の捕獲液３６として、純水が用いられた。
【００３３】
図２の前記表から明らかなように、ＮＨ₄ ⁺、Ｃｌ^-、ＮＯ₂ ^-、ＮＯ₃ ^-、ＳＯ₄ ^2-の各ガス成分は、９６％を越える高い除去率で除去することができた。
また、固形化学成分のうち、最も低い除去率のＣａ²⁺については、８４％を越える除去率を得ることができ、その他の固形化学成分については、９０％を越える高い除去率を得ることができ、特に、Ｎａ⁺およびＫ⁺に至っては、完全に除去し得ることを意味する１００％の除去率を達成できた。
【００３４】
比較的低い除去率を示すＣａ²⁺については、前記した捕獲液の適正な選択により、その除去率のさらなる向上が期待できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記したように、空気の流路方向に互いに間隔を置いて対向する方向へ捕獲液を噴霧する第１の噴霧手段を含む前記した湿式除去機構と、前記第１および第２のフィルタと、第１および第２の冷却手段とを組み合わせることにより、塵埃およびガス成分に加えて、化学成分からなる微粒子をも高い除去率で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除去装置を概略的に示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る前記除去装置の不純物除去効果を示す説明図である。
【符号の説明】
１０除去装置
１１ハウジング
１３空気流路
１７第１のフィルタ
１８第１の冷却手段
２０第２の冷却手段
２２第２のフィルタ
２３第１の凝縮捕獲手段
２４第２の凝縮捕獲手段
２５第３の凝縮捕獲手段
２６第１の噴霧手段
２７第２の噴霧手段
２８（２８ａ、２８ｂ）ノズル口
３４（３４ａ、３４ｂ）ノズル口

Claims

処理すべき空気を案内する流路を規定するハウジングと、前記流路に配置され、前記空気中に含まれる固形成分を除去するための第１のフィルタと、該フィルタよりも前記流路の下流側に配置され、処理すべき前記空気を露点温度以下に冷却するための第１の冷却手段と、露点温度以下に冷却された空気中のガス成分を取り込むための捕獲液を噴霧する手段であって前記流路方向に互いに間隔を置いて対向する噴霧のための複数のノズル口を有する第１の液体噴霧手段と、前記ガス成分を含む噴霧液体を捕獲すべく前記第１の液体噴霧手段を挟んで該噴霧手段の上流側および下流側に互いに間隔をおいて配置される第１および第２の凝縮捕獲手段と、該捕獲手段の下流側にあって前記流路の上流側へ向けて前記空気中の残留ガス成分を取り込むための捕獲液を噴霧する第２の噴霧手段と、該第２の噴霧手段の下流側に設けられた第３の凝縮捕獲手段と、該凝縮捕獲手段よりも前記流路の下流側にあって前記空気中に残留する前記ガス成分を含む噴霧液体を凝結すべく露点温度以下に冷却するための第２の冷却手段と、該第２の冷却手段よりも前記流路の下流側にあって前記第１のフィルタよりも密なフィルタ材料を備える第２のフィルタとを備えることを特徴とする、空気中不純物成分の除去装置。
前記第１の噴霧手段および第２の噴霧手段からは、相互に異なる捕獲液が噴霧されることを特徴とする請求項１記載の除去装置。
前記凝縮捕獲手段は、エリミネータである請求項１記載の除去装置。
前記各噴霧手段から噴霧される捕獲液の粒径はほぼ１０μｍ〜１００μｍである請求項１記載の除去装置。
前記各冷却手段は、凝縮コイルである請求項１記載の除去装置。
前記噴霧手段から噴霧される前記捕獲液は、前記噴霧手段と前記凝縮捕獲手段との間で循環して使用される請求項１記載の除去装置。