JP4288367B2 - エアクリーナヘッドの噴出口の傾斜角度と吸込口の風量調整 - Google Patents

Description

本発明は、最近のデジタル電子機器及び半導体部品の小型化、微細化、高度化の開発・発展に伴い、益々空気中の微細ダストの存在やその付着が、製品の品質や保留り、更には、製造工程の安定化や寿命迄にも、大きな影響を与える事で、それらの付着微細ダスト１７を除去するエアクリーナ装置に関する。

特に、それらデジタル電子機器の中で、ウエハや基板そして電子部品及び液晶ガラス（以下、平面板１９と呼称）等の表面上の付着微細ダスト１７の剥離効率とその飛散微細ダスト１８の捕集効率を安定させ、向上させる方法として、エアクリーナ装置におけるクリーナヘッドの断面構造と平面板１９の走行方向に関するものである。

従来から利用されている半導体製造装置におけるプッシュ・プル式エアクリーナ装置は図１に表示する様な構成で成り立っている。その構成は、上段クリーナヘッド１、下段クリーナヘッド２、プレッシャ及び、バキュームのエア源であるブロワ３、クリーナヘッドの供給加圧エアを浄化するＨＥＰＡフィルタ４、各クリーナヘッドから吸引された微細ダストを捕集するプレフィルタ５、風量（圧力）を調整するダンパ６、及び、これらを接続するホース・パイプ７、等である。

この方式は、クローズループ（閉回路）方式であり、１台のブロワ３に加圧エアの供給・噴出と微細ダストを吸引するバキューム機能を有したエア循環方式である為、クリーンルーム等への設置においても、室内のエアバランスを崩すことなく、設備コストも安価な利点がある。

ブロワ３の昇圧時には、エアの圧縮熱でエア温度が上昇するので、温度影響を受け易い平面板１７や部品・材料等に対しては、留意する必要がある。

次に従来の上段及び下段のエアクリーナヘッド１、２、の断面形状を図２に表示する。その断面形状は、プレッシャ室８とその噴出口１２、両側にバキュウーム室（１）９とその吸込口（１）１３を、バキュウーム室（２）１０とその吸込口（２）１４を有して、平滑平面なダスト捕集面１１からなる。

エアの流れは、図３に表示する様に、搬送ローラ２３上を走行中の平面板１９の表面上に、クリーンな加圧エアをプレッシャ室８から噴出口１２を経由して、上部及び下部から噴き付け、付着微細ダスト１７に衝撃力を与えることで、飛散させて、噴出口１２の両端に設けた吸込口（１）１３及び吸込口（２）１４から飛散微細ダスト１８を吸引捕集するシステムになっている。

従来のエアクリーナ装置において、搬送ローラ２３上を走行して来る平面板１９が噴出口１２の真下に来ると、図３で表示する様に、噴出した加圧エアは、上部及び下部から付着微細ダスト１７に衝撃力を与えて、付着面から剥離させ、そして浮遊させて、吸引口（１）１３及び吸引口（２）１４迄移動して、飛散微細ダスト１８を吸引するシステムになっている。
しかし、上部及び下部からの加圧エアが、付着微細ダスト１７を押え付けて、付着面からの剥離が不充分な場合が在り、飛散微細ダスト１８の捕集効率の低下という問題が残る。

又、図４で表示する様に、平面板１９の先端が、噴出口１２の真下に来ると、加圧エアが平面板１９の下側及び上側に廻り込み、エアバランスの乱れに因り、チャタリング（異常振動）が起こり、平面板１９が吸込口（２）１４に貼り付いてしまう現象が発生して、生産ラインを一時的に停止させるトラブルを起こし、解消が必要になる。

更には、平面板１９の先端が、噴出口１２の真下及び真上の位置に来ると、加圧エアの噴出流が平面板１９の先端部の前進を遮る為に、この場合にも生産ラインを一時的に停止させるトラブルを起こし、解消が必要になる。

このチャタリング（異常現象）の発生は、図５に表示する様に、平面板１９の最後端が、噴出口１２の真下及び真上を通過する時にも存在して、同様の現象が発生し同様のトラブルの解消が必要になる。
この為に、微細ダストの捕集効率の低下と生産ラインの安定化に影響を及ぼし、ブロワの能力選定にも影響を及ぼすことが考えられる。

そこで、平面板１９のチャタリング（異動振動）を無くして、飛散微細ダスト１８の捕集効率を低下させない、安定した稼動が、要望されている。

課題を解決する為の手段

本発明は、図６に表示する様に、従来の上段及び下段のエアクリーナヘッド１、２の噴出口１２の噴出角度を水平に対して、３０〜８０度の範囲から適切に選定した角度で加工した、新しい上段及．び下段のエアクリーナヘッド２０、２１の傾斜噴出口２２を設ける事で、図１２に表示する様に、付着微細ダスト１７と平面板１９面の間に加圧エアを効率良く噴出する事が出来る為に、より剥離し易くなり、飛散微細ダスト１８の捕集効率が一段と向上する。

更に、噴出口部分のみを傾斜加工しても、図１０で表示する様に、噴出流は傾斜方向に流れない事が、色々な実験や計算から判明してきた。

そして、図１０で表示する様に、傾斜噴出口２２の傾斜方向の噴出流は、両側に位置する吸込口（１）１３と吸込口（２）１４での吸込風量のバランスにより変形する事が判明した。
それは、傾斜噴出口２２からの傾斜方向の噴出流を、図１１で表示する様に、傾斜方向にスムーズに流す為には、吸込口（２）１４での吸込風量を吸込口（１）１３での吸込風量より２０％以下の少量にする事で、噴出流の流れが曲がらない適切なバランス比率が存在する事を見出した。

これは、噴出口１２、傾斜噴出口２２からの噴出流は、ダスト捕集面１１と平面板１９の間隔が１〜２ｍｍと極めて狭い為に、前後に位置する吸込口（１）１３、吸込口（２）１４の吸込風量の影響を敏感に受け易い。 特に、傾斜噴出口２２からの噴出流でも、上流側に位置する吸込口（２）１４の風量の影響は大きく、噴出流を変形させてしまう。

そこで、図１１で表示する様に、噴出流がストレートに平面板１９に当たる為には、吸込口（２）１４の風量を吸込口（１）１３の風量の２０％以下の適切な量に調整出来る構造が必要になってくる。
その為には、バキューム室（２）１０の適切な位置に風量調整弁２４の必要数量を設置する事で、解決出来る。

噴出流が傾斜方向にスムーズに流れる様になれば、平面板１９上の付着微細ダスト１７が、より剥離し易くなり、飛散微細ダスト１８の捕集効率が一段と向上する。

亦、平面板１９をこの噴出流部に走行させる場合は、前述の様に、チャタリング（異常振動）の発生や噴出流で停止等の問題があるが、図７で表示する様に、噴出流の流れ方向に走行する様にすれば、問題は解決出来る。

発明の効果

本発明に拠る効果の一つ目は、平面板１９上の付着微細ダスト１７の剥離効率と飛散微細ダスト１８の捕集効率が従来より２０％以上も向上することで、保留まりの改善と平面板１９の品質向上、更に、無駄な加圧エアを減少させる事で、コストダウンにも寄与出来きる。

又、効果の二つ目は、噴出流エアの流れ１５がスムーズになり、平面板１９の上下へのエアバランスが改善することで、チャタリング（異常振動）の発生が皆無になり、平面板１９が吸込口（１）１３、吸込口（２）１４に貼り付くトラブルも解消出来て、生産ラインの一時停止等が無くなり、安定した生産工程の維持に貢献出来る。

更に、効果の三つ目は、従来の様に噴出流が平面板１９の先端部を遮断する事も無くて、むしろ平面板１９の走行を助ける、流れ方向への押す作用効果が発生する為に、付着微細ダスト１７の剥離効率の向上と生産ラインの安定稼動に貢献出来る。

発明を実施するための最良の形態は、図６に示す様に、上段及び下段エアクリーナヘッド２０、２１の夫々に、水平面に対して、θ＝６０±５度の傾斜噴出口２２を、プレッシャ室８側のダスト捕集面１１に設け、この噴出口位置から下流側の適切な距離Ｌ_１に吸込口（１）１３を、上流側の適切な距離Ｌ_２に吸込口（２）１４を設ける。

更に、この吸込口（２）１４の適切な位置に風量調整弁２４の必要数量を設置する事で、噴出流の流れが変形しないで、直接平面板１９に当たり、付着微細ダスト１７の剥離効率を上げて、飛散微細ダスト１８の捕集効率を向上させる。

亦、平面板１９の走行方向については、図７に表示する様に、上段及び下段クリーナヘッド２０、２１の加圧エアの噴出流の流れ方向に合わせる事で、平面板１９がスムーズに噴出流に接触し、エアバランスの乱れが少なくなる為に、チャタリング（異常振動）の発生を無くして、更に、噴出流が平面板１９の走行方向に押す様に作用する為に、従来の様に停止する事も無く、付着微細ダスト１７の剥離効率の向上と生産ラインの安定稼動に貢献出来る。

そこで、適切な諸寸法を決定すべく、実験装置を作成して、実験を行なって、その実験結果を検証する。
実験用新エアクリーナ装置のクリーナヘッドは、図６に表示する様に、傾斜噴出口２２の傾斜角度θを変えた実験装置（Ａ）、（Ｂ）と図２に表示する様な従来装置の３種類に、ライン速度νを変えて、下記２項目の評価実験を実行した。

１．評価項目
（１）チャタリングの有無（目視）
（２）微細ダスト捕集能力（パーティクルカウンター）

２．テスト条件
（１）基 材：ＰＥＴフィルム
（２）微 細 ダスト：環境粉塵（ＰＳＬ）
（３）噴出エア 圧力：１５ｋｐａ
（４）基材とギャップ：Ｈ_１＝約１〜２．５ｍｍ
（５）ライン 速 度：２０ｍ／ｍｉｎと３０ｍ／ｍｉｎ

３．実験装置の種類
（１）実験装置（Ａ）：噴出口溝幅：Ｗ_１＝１．０ｍｍ，噴出口角度：θ＝６０°
：プレッシャ室角度：θ＝６０°
：吸込口溝幅：Ｗ_２＝２．０ｍｍ，吸込口溝幅：Ｗ_３＝１．５ｍｍ
（２）実験装置（Ｂ）：噴出口溝幅：Ｗ_１＝１．０ｍｍ，噴出口角度：θ＝６０°
：プレッシャ室角度：θ＝６０°
：吸込口溝幅：Ｗ_２＝２．０ｍｍ，吸込口溝幅：Ｗ_３＝２．５ｍｍ
（３）実験装置（Ｃ）：噴出口幅：Ｗ_１＝１．０ｍｍ，噴出口角度：θ＝９０°
：プレッシャ室角度：θ＝９０°
：吸込口溝幅：Ｗ_２＝Ｗ_３＝２．５ｍｍ，
※ 実験装置（Ｃ）は、従来装置を示す。

実験結果

実験結果から本発明装置は、従来装置に比べて、付着微細ダスト１７の剥離効率も飛散微細ダスト１８の捕集効率も一段と向上し、更に、チャタリング（異常振動）が皆無となり、当所の目的を達成出来るものと判断する。
この効果により、製造工程の安定化と稼動効率の向上に、更には、コストダウンにも貢献出来る。

産業上の利用可能性は、まず第一に、半導体の基板や付加価値の高いフィルムやガラス板や薄い板状物等の表面上に付着した微細ダストのクリーニング装置に最適と考えられる。
中でも、液晶テレビやプラズマテレビ等の益々の大型化に伴う設備投資の拡大化により、これらの平面板１９としての薄いガラス板への需要の拡大が予想される。

本発明の新エアクリーナ装置は、平面板１９としてのガラス板の幅が、２〜３ｍになっても、加圧エアが均一に噴出する方法を考慮すれば、容易に対応が可能になる。
現在では、ガラス板の幅が、１．５ｍ位までは、稼動中であり、今後の大型化に利用される可能性は、益々拡大していくと予測出来る。

その他の分野としては、印画紙や高級画紙、或いは、医薬品やナノテク製品・部材等への適用も視野にはいる。

プッシュプル式エアクリーナ装置の構成説明図 従来のエアクリーナヘッドの断面図 従来のエアクリーナヘッドのダスト捕集面のエアの流れ説明図 従来のエアクリーナヘッドの初期対象製品へのエアの流れ説明図 従来のエアクリーナヘッドの終期対象製品へのエアの流れ説明図 本発明のエアクリーナヘッド（傾斜噴出口）の断面図 本発明のエアクリーナヘッドのダスト捕集面のエアの流れ説明図 本発明のエアクリーナヘッドの初期対象製品へのエアの流れ説明図 従来のエアクリーナヘッドの噴出口からのエアの流れ説明図 本発明のエアクリーナヘッドの噴出口からのエアの流れ説明図（１） 本発明のエアクリーナヘッドの噴出口からのエアの流れ説明図（２） 付着微細ダストの剥離状態図

符号の説明

１ 上段エアクリーナヘッド
２ 下段エアクリーナヘッド
３ ブロワ
４ ＨＥＰＡ フィルタ
５ プレフィルタ
６ 風量調整バルブ
７ ホース・パイプ
８ プレッシャ室
９ バキューム室（１）
１０ バキューム室（２）
１１ ダスト捕集面
１２ 噴出口
１３ 吸込口（１）
１４ 吸込口（２）
１５ エアの流れ
１６ 渦流
１７ 付着微細ダスト
１８ 飛散微細ダスト
１９ 平面板
２０ 新上段エアクリーナヘッド
２１ 新下段エアクリーナヘッド
２２ 傾斜噴出口
２３ 搬送ローラ
２４ 風量調整弁

Claims (2)

1. プレッシャ室の噴出口から加圧エアを平面板の表面上の上部及び下部から噴き付け、噴出口の両端に設けた吸込口から前記平面板から飛散した飛散微細ダストを吸引捕集するエアクリーナー装置において、
   前記噴出口の噴出角度を水平面に対して３０〜８０度に傾斜させ、前記噴出口の上流側の前記吸込口の吸込風量を前記噴出口の下流側の前記吸込口の吸込風量の２０％以下にしたことを特徴とするエアクリーナー装置。
2. 前記噴出口から上流側の前記吸込口までの距離は、前記噴出口から下流側の前記吸込口までの距離より長いことを特徴とする請求項１に記載のエアクリーナー装置。

Images