JP4616475B2 - 高清浄乾燥空気の製造供給システム及び方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、高清浄乾燥空気の製造供給システム及び方法に関し、詳しくは、半導体集積回路製造工程，高密度磁気ディスク製造工程，液晶パネル製造工程，太陽電池パネル製造工程等の工業プロセスにおいて、基板の保管、搬送及び処理の諸工程における環境制御のために用いる高清浄乾燥空気を製造して供給するためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
半導体素子，アクティブマトリックス型液晶パネル，太陽電池パネル，磁気ディスク等の製品は、表面が高度に清浄化されたシリコンやガラス等の基板表面に所定の薄膜等を順次積層処理して製造される。これらの各製品の製造は、極めて高い精度が要求され、基板表面に僅かでも不純物が付着，吸着していると、高品質の製品を製造することが困難になる。また、前記基板は、搬送中や保管中、あるいは各種の処理を経ることによって帯電することがあり、その結果、雰囲気中の不純物を引き寄せて付着させやすい。
【０００３】
例えば、不純物となる水分が製造工程中の基板表面に吸着していると、製造工程に障害が起きてしまう。さらに、吸着した水分が多く、雰囲気中に酸素が存在すると、基板表面に自然酸化膜が形成され、その後の所定の薄膜形成等が行えなくなる。また、液晶パネルに使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程において、ＳｉＮｘ等からなる絶縁膜の表面に水分が存在していると、その上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を均一の厚さに精度よく形成することができなくなる。
【０００４】
また、集積回路（ＩＣ）の製造におけるゲート酸化膜形成工程では、ｎ部又はｐ部の表面に水分が存在すると、ＳｉＯ２とＳｉとの界面にＳｉＯｘ膜が形成されてしまい、ＭＯＳトランジスタがスイッチとして機能しなくなる。同時に、キャパシタの表面に水分が存在すると、その界面にＳｉＯｘ膜が形成されてしまい、キャパシタ電極へのチャージができず、記憶素子として機能しなくなる。
【０００５】
さらに、配線工程では、タングステン（Ｗ）膜を形成する前にタングステンシリサイドによるスパイク防止のためにＴｉＮ膜を形成するが、基板上に水分が存在すると、ＴｉＮ膜の密着性が低下するなどの不具合が生じる。さらに、水分以外の不純物、例えば、ＣＯ、ＣＯ２等の存在下で熱処理等を行うと、基板（Ｓｉ）表面で炭素とシリコンとが反応し、ＳｉＣ膜が形成されてしまい、デバイスの動作特性に不具合を生じる。
【０００６】
通常、半導体集積回路等の製品を製造するために用いられる各種処理設備は、微粒子を除去したクリーンルーム内に配置される。前記製品に用いられる基板は、多くの処理工程を経るため、ある処理工程から次の処理工程へと搬送設備によって搬送される。この搬送設備もクリーンルーム内に配置されているので、搬送時の基板は、クリーンルーム内の空気（クリーンルームエア）に晒されることになる。また、前記搬送設備は、基板を搬送する搬送装置と、基板を一時的に保管する保管庫とを有している。さらに、保管庫も、庫内で基板を移動させる移送装置を有している。
【０００７】
前記クリーンルーム内は、通常、温度２０〜２５℃、相対湿度５０％に保たれ、微粒子は除去されているものの、ガス状不純物は多量に存在する。このため、クリーンルームエア中に存在する不純物が、基板の表面に吸着することになる。例えば、水分は、基板の表面に瞬時に吸着する。この水分の吸着を防止するためにクリーンルーム全体の水分を除去することは、実際上困難である。
【０００８】
そこで、特開平１０−１６３２８８号公報には、基板を乾燥窒素又は合成空気の充填されたポケットに保持して処理工程から次の処理工程へ搬送する搬送ロボットが開示されている。この技術によれば、搬送設備と処理設備との間で基板を移送する際に、基板がクリーンルームエアに接触することを完全に防止できる。
【０００９】
また、特開平５−２１１２２５号公報には、各処理設備をトンネルで連結し、そのトンネル内に窒素ガス等の不活性ガスを通気させ、基板をその不活性ガストンネル内を搬送させるシステムが開示されている。このようなシステムであれば、基板を大気に晒すことなく搬送することが可能であり、不活性ガスの流動を利用して基板を搬送することも可能である。さらに、特開平８−１９１０９３号公報には、これを改善したものとして、不活性ガストンネル内を流動した窒素ガスを深冷分離型窒素製造装置に導入し、再利用する構想が開示されている。また、ＷＯ９７−２４７６０Ａ１には、安全対策のために、不活性ガスと酸素との混合ガスによる搬送方法が開示されている。
【００１０】
ところで、通常の方法によって製造される高清浄乾燥空気は、空気圧縮機によって原料となる大気を所定圧力まで加圧した後、触媒精製器，吸着精製器を通すため、その単価は、通常のクリーンルームエアの製造単価に比べて高価であった。一方、基板の搬送、あるいは保管の際に使用する清浄空気量は膨大なものになる。例えば、半導体集積回路の製造工場で８インチのＳｉ基板を１０００枚／日で処理する場合、使用する清浄空気量は、約２００万ｍ３／ｈとなる。
【００１１】
したがって、高価な高清浄乾燥空気を大量に使用するための経済的負担が大きかった。また、この量の高清浄乾燥空気を製造するためのプラントの価格は、１台あたり数百億円となるため、実際上、この規模のプラントを製作することは困難であった。プラントの規模を小さくするためには、使用した高清浄乾燥空気の再利用が考えられるが、再利用するためには膨大な使用済み高清浄乾燥空気を循環でき、かつ、空気を汚染しない循環ファンと循環経路から汚染物を発生させない材料が必要である。
【００１２】
しかし、循環ファンを使用した場合、循環ファンを駆動させるための動力が必要となり、空気循環のコストアップを招くことになる。また、循環ファンは、多くの場合、軸受に油を使用しているため、空気を汚染せずに循環させることが困難である。
【００１３】
さらに、使用済み高清浄乾燥空気の循環経路の配管を、ガルバニ鋼板製にすると、循環空気中の酸素がガルバニ鋼板の内部から拡散放出される水素と反応し、配管内面に水分を発生させることがあった。したがって、循環ファン又は循環経路の配管材料から発生する汚染物を除去するために、別途不純物除去装置を設ける必要があった。
【００１４】
さらに、清浄空気製造プラントの故障が発生した場合、製造工場そのものが停止してしまうため、そのバックアップ設備が必要となるが、バックアップ設備にも多くの投資が必要であった。また、高清浄乾燥空気使用設備においては、高清浄乾燥空気中の不純物濃度に関してはほとんど考慮せずに、単に大量に導入していたため、効果的な雰囲気制御が不可能で、かつ、無駄が生じていた。
【００１５】
【発明の開示】
本発明の目的は、半導体集積回路製造工程，高密度磁気ディスク製造工程，液晶パネル製造工程，太陽電池パネル製造工程等の工業プロセスにおいて、基板の保管、搬送及び処理における環境制御のために用いる高清浄乾燥空気を、より安価に、かつ、小さな製造プラントで製造して供給するとともに、前記基板の静電気を除去しつつ、該高清浄乾燥空気を効果的に循環使用することができる高清浄乾燥空気の製造供給システム及び方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の高清浄乾燥空気の製造供給システムは、空気圧縮機，触媒精製器，吸着精製器等を備えた高清浄乾燥空気製造装置で製造した高清浄乾燥空気を、半導体，高密度記録媒体，液晶製造工場等のクリーンルーム内に供給する。前記クリーンルーム内に、保管庫，搬送装置等を有する搬送設備と、処理設備とが配置され、前記高清浄乾燥空気を該搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に供給する供給経路と、前記搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方から排出された使用済み高清浄乾燥空気を再度搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に循環供給する使用済み高清浄乾燥空気循環装置と、該使用済み高清浄乾燥空気循環装置を有する循環経路とを備え、前記使用済み高清浄乾燥空気循環装置は、前記供給経路に設けた高清浄乾燥空気を膨張させる膨張タービンと、前記循環経路に設けられて前記膨張タービンの発生動力により駆動される循環用ファンとを有している。
【００１７】
前記供給経路は前記搬送装置に接続し、前記循環経路は、前記搬送装置及び保管庫での使用済み高清浄乾燥空気を保管庫に循環供給するように接続している。 前記空気圧縮機と触媒精製器との間には、前記吸着精製器から導出された高清浄乾燥空気を膨張させる膨張タービン及び該膨張タービンによる発生動力で原料空気の圧力をさらに昇圧させる昇圧機を含む昇圧装置が設置されている。前記循環経路の配管は、アルミニウム合金製である。
【００１８】
前記膨張タービン及び前記循環用ファンは、同一軸に連結されている。前記供給経路及び前記循環経路のいずれか一方又は双方に、軟Ｘ線照射静電気除去装置を設けている。
【００１９】
前記高清浄乾燥空気製造装置は、複数の前記搬送設備及び処理設備に対し１基設置することができる。また、高清浄乾燥空気製造装置は、１つのクリーンルームに対し複数設置することもできる。前記高清浄乾燥空気製造装置を複数設置したときは、各高清浄乾燥空気製造装置から高清浄乾燥空気を導出する経路を前記供給経路に接続できる。
【００２０】
前記搬送設備は、エアロック室及び基板導入室を備えている。該基板導入室には、使用済み高清浄乾燥空気を導入する経路と、該基板導入室で使用した高清浄乾燥空気を排出する経路とが接続されている。前記処理設備は、その全体をパーテーションで覆われており、該パーテーションは、前記高清浄乾燥空気をその内部に供給する経路を設けている。
【００２１】
本発明の高清浄乾燥空気の製造供給方法は、原料空気圧縮工程，触媒精製工程，吸着精製工程等を経て製造された高清浄乾燥空気を、半導体，高密度記録媒体，液晶製造工場等のクリーンルーム内に供給する。前記高清浄乾燥空気を前記クリーンルーム内に配置した保管庫，搬送装置等を有する搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に膨張させて供給するとともに、前記高清浄乾燥空気を膨張させることにより発生する動力を利用して、前記搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方から排出された使用済み高清浄乾燥空気を再度搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に循環供給する。
【００２２】
また、前記吸着精製工程から導出した高清浄乾燥空気を膨張させることにより発生する動力を利用して、前記原料空気圧縮工程後の原料空気を、前記搬送設備や処理設備に供給する圧力より高い圧力に昇圧して前記触媒精製工程に導入する。
【００２３】
本発明によれば、外部からの駆動用エネルギーを必要とせずに使用済みの高清浄乾燥空気を循環供給することができ、新たな費用は発生せず、高清浄乾燥空気の汚染もない。しかも、乾燥雰囲気に基板を保持しておいても、軟Ｘ線の照射によって効率よく静電気を除去することができるので、基板の静電破壊を防止できる。
【００２４】
また、水分濃度がある程度高くなった使用済み高清浄乾燥空気を供給循環して使用することによって、効率的に基板環境を制御することが可能である。その結果、循環量を増加させることが可能で、高清浄乾燥空気製造装置の小型化に寄与できる。
【００２５】
さらに、使用済み高清浄乾燥空気の一部を処理設備のメンテナンス時に使用することにより、その立ち上げ時間の短縮が可能となるとともに、立ち上げ時に必要とされていたベーキングが不要となる。
【００２６】
また、高清浄乾燥空気製造装置に設けた昇圧装置によって効果的に原料空気を昇圧することができるので、高清浄乾燥空気製造装置の小型化によるイニシャルコストの低減及び設置面積の削減が可能となる。さらに、空気圧縮機でのエネルギー消費量が少なくなるので、より安価な高清浄乾燥空気を供給することが可能となる。また、１台の高清浄乾燥空気製造装置の製造能力が低下したり、停止したりしても、使用設備、すなわち、処理設備の稼働率の低下を抑えることができる。
【００２７】
【発明を実施するための最良の形態例】
図１及び図２に基づいて本発明の高清浄乾燥空気の製造供給システムの一形態例を説明する。
【００２８】
この高清浄乾燥空気の製造供給システムは、高清浄乾燥空気製造装置１と、クリーンルーム９内に配置されている搬送設備２及び処理設備３と、前記高清浄乾燥空気製造装置１で製造した高清浄乾燥空気を搬送設備２に供給する供給経路４と、搬送設備２から排出された使用済み高清浄乾燥空気を再度搬送設備２に循環供給する使用済み高清浄乾燥空気循環装置５と、該循環装置５を有する循環経路６を含んでいる。
【００２９】
前記高清浄乾燥空気製造装置１は、原料空気中の粉塵を除去するためのエアフィルター１０と、原料空気を所定圧力に圧縮するための空気圧縮機１１と、熱回収を行うための熱交換器１２と、原料空気を触媒反応温度に加熱するためのヒーター１３と、原料空気中の水素，一酸化炭素，炭化水素を触媒反応により水，二酸化炭素に転換するための触媒精製器１４と、原料空気を吸着精製温度に冷却するための予冷器１５と、原料空気中の二酸化炭素及び水を吸着剤によって吸着除去するための吸着精製器１６と、該吸着精製器１６に充填した吸着剤を再生するガスを加熱するための再生ヒーター１７とを含んでいる。なお、触媒精製器１４と吸着精製器１６は、触媒と吸着剤とを１つの容器に充填したものでもよい。
【００３０】
図１の形態例では、１基の高清浄乾燥空気製造装置１に対して、搬送設備２，処理設備３及び使用済み高清浄乾燥空気循環装置５を含むユニット７を２基設置した例を示しているが、このユニット７の設置台数は、供給される高清浄乾燥空気の供給量によって決定されるので、２基以上であってもよい。
【００３１】
また、図１の形態例では、高清浄乾燥空気を膨張させることにより発生する動力を利用した昇圧装置８で原料空気の昇圧を行い、前記空気圧縮機１１の負担を軽減するように構成している。
【００３２】
なお、図１の形態例では、高清浄乾燥空気製造装置１で製造した高清浄乾燥空気の一部を深冷分離型窒素製造装置９０に供給し、半導体製造工程で多用される窒素を製造するように構成している。深冷分離型窒素製造装置９０の前段の圧縮機９１は、吸着精製器１６の出口圧力が十分に高ければ設ける必要はない。また、深冷分離型窒素製造装置の設置は任意であり、設けなくてもよい。
【００３３】
次に、高清浄乾燥空気製造装置１で製造されてユニット７に供給された高清浄乾燥空気の流れ、及びユニット７で循環使用される使用済み高清浄乾燥空気の流れをさらに詳細に説明する。
【００３４】
エアフィルター１０で粉塵が除去された原料空気は、空気圧縮機１１によって所定の圧力、例えば、０．３０ＭＰａまで加圧され、昇圧装置８に導入される。空気圧縮機１１は、流量が１５００〜２００００Ｎｍ３／ｈ（Ｎｍ３は、０℃１気圧の標準状態に換算した体積）の範囲であれば、ターボ式あるいはスクリュー式を好適に用いることができる。
【００３５】
前記昇圧装置８は、吸着精製器１６から供給された高清浄乾燥空気の圧力を利用して原料空気の圧力を昇圧するものであり、高清浄乾燥空気を膨張させる膨張タービン８１と、原料空気を昇圧する昇圧機８２とを共通の軸８３に結合した一軸式のものを用いることができる。さらに、本形態例では、軸８３の潤滑に、高清浄乾燥空気の一部を用いているが、動圧，静圧のどちらの潤滑方式でもよい。なお、いずれの潤滑方式でも、その機構から、原料空気が高清浄乾燥空気側に漏洩することはない。この昇圧装置８において、原料空気の圧力は、例えば、０．４６ＭＰａに昇圧される。
【００３６】
昇圧装置８で昇圧した原料空気は、熱交換器１２で予熱された後、ヒーター１３で加温され、触媒精製器１４に導入される。ヒーター１３によって加温する原料空気の温度は、触媒精製器１４において除去する不純物成分によって異なる。例えば、水素，一酸化炭素あるいは炭化水素を反応させる場合には、常温から１９０℃に加温し、メタンを反応させる際には、３５０℃程度まで加温する。触媒精製器１４に用いる触媒には、Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属、Ｆｅ，Ｃｒ等の重 金属、あるいはこれらの合金が好適である。
【００３７】
触媒精製器１４において生成した水や二酸化炭素は、原料空気と共に熱交換器１２，予冷器１５を経て吸着精製器１６に導入される。このとき、原料空気は、熱交換器１２において冷却され、さらに予冷器１５において５℃〜常温に冷却される。これにより、原料空気中の水分をドレンとして除去することができ、吸着精製器１６への導入水分量を低減することが可能となる。なお、冷却温度は、予冷器１５の能力に応じて決定すればよく、前記温度範囲であれば、冷却手段を規定するものではない。
【００３８】
予冷器１５によって冷却された原料空気は、シリカゲル，アルミナ，ゼオライト等の吸着剤あるいはこれらの混合物が充填された吸着精製器１６に導入され、水分及び二酸化炭素が１０ｐｐｂ以下まで除去されて高清浄乾燥空気となる。このような吸着法によって不純物を除去する場合、吸着除去した不純物を脱離させる必要があるため、吸着精製器１６は、通常、２塔以上の塔によって構成され、切り替え使用される。すなわち、１塔で不純物の吸着操作を行っているとき、他の塔では再生が行われる。
【００３９】
上記再生は、一般的に加熱した自己精製空気、すなわち、前記供給経路４から経路４１に分岐した高清浄乾燥空気の一部を用いるが、水分や二酸化炭素を含まない他のプロセスの排出ガス、例えば、図に破線で示すように、深冷分離型窒素製造装置９０から経路９２に導出された排ガス等を用いてもよい。吸着剤の再生温度は、通常１００〜３００℃であるが、再生時間，再生ガス量によって決定すればよく、これにこだわるものではない。
【００４０】
また、吸着精製器１６から昇圧装置８を経て使用済み高清浄乾燥空気循環装置５までの高清浄乾燥空気が流れる配管は、電解研磨処理を施して内面を鏡面としたステンレス鋼製、あるいはアルマイト処理、電解研磨処理及び純水洗浄処理で酸化皮膜を形成したアルミニウム合金製が好適である。
吸着精製器１６で不純物が除去された高清浄乾燥空気は、昇圧装置８の膨張タービン８１に導入されて膨張し、原料空気を昇圧する動力として用いられた後、前記供給経路４から分岐経路４２に分岐し、使用済み高清浄乾燥空気循環装置５を経てユニット７に送られるとともに、分岐経路４３に分岐してクリーンルーム９に送られる。
【００４１】
このとき、前記昇圧装置８０入口圧力は、例えば、０．４６ＭＰａであり、膨張タービン８１出口圧力は、例えば０．１５ＭＰａとなる。大気からの不純物混入を防止するため、膨張タービン８１側の外部リーク量は、１×１０−９Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ以下、特に、１×１０−１１Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ以下にすることが望ましい。
【００４２】
次に、使用済み高清浄乾燥空気循環装置５について説明する。この循環装置５は、高清浄乾燥空気の圧力を利用して使用済み高清浄乾燥空気をユニット７に循環供給するもので、例えば、高清浄乾燥空気を膨張させる膨張タービン５１と循環供給用のファン５２とを共通の軸５３に結合した一軸式のものを用いることができる。軸５３の潤滑には、高清浄乾燥空気の一部を用いた動圧あるいは静圧潤滑方式のいずれかを用いればよい。なお、いずれの潤滑方式でも、使用済み高清浄乾燥空気中の不純物濃度が１００ｐｐｂ以下であれば、潤滑に用いた高清浄乾燥空気が、高清浄乾燥空気製造装置１から供給された高清浄乾燥空気と混合しても問題はない。
【００４３】
ここで、大気からの不純物混入を防止するため、前記循環装置５における外部リーク量は、１×１０−９Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ以下、望ましくは１×１０−１１Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ以下とする。なお、膨張タービン５１及びファン５２は、必ずしも同軸上に設ける必要はなく、内部に変速機を設けた構造としてもよいし、膨張タービン５１側に、補助駆動用の電動機を設置してもよい。ただし、補助駆動用の電動機を設ける場合には、駆動軸上を高清浄乾燥空気あるいは使用済み高清浄乾燥空気でパージしておくことが望ましい。なお、前記循環装置５は、直列に配置して段階的に所定の圧力まで減圧してもよい。
【００４４】
高清浄乾燥空気を使用する搬送設備２は、基板導入室２０，エアロック室２１，移送装置を有する保管庫２２，搬送装置２３を含んでいる。前記処理設備３は、該搬送装置２３に隣接して設けられている。前記保管庫２２と、これに隣接する基板導入室２０，エアロック室２１及び搬送装置２３との間、並びに搬送装置２３と処理設備３との間には、気密性に優れたゲート弁（図示せず）が設けられており、基板は、これらのゲート弁を介して各室や装置間を移動する。
【００４５】
基板導入室２０，エアロック室２１，保管庫２２，搬送装置２３、処理設備３及び循環経路６を形成する材料は、アルミニウム合金やステンレス鋼が適宜用いられ、その外部リーク量は１×１０−９Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ以下、望ましくは１×１０−１１Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ以下としている。特に、アルミニウム合金は、軽量化に有効であり、酸化皮膜を設けたものが望ましい。
【００４６】
基板２４は、図２に示すように、例えば、２５枚毎に基板収納箱２５に収納された状態で基板導入室２０に搬入され、高清浄乾燥空気により、その表面に吸着した水分や炭化水素等が脱離除去された後、移送装置によって保管庫２２に一時的に収納される。なお、保管庫２２は、基板導入室２０を兼ねていてもよい。
【００４７】
保管庫２２内の基板収納箱２５は、移送装置によって搬送装置２３に移送され、該搬送装置２３により基板２４が基板収納箱２５から１枚ずつ取り出されて処理設備３に搬入される。基板２４は、処理設備３で所定の処理を施される。搬送装置２３及び処理設備３は、１台の保管庫２２に対して、それぞれ複数台設置してもよい。
【００４８】
所定の処理が施された基板２４は、処理設備３から搬送装置２３を介して保管庫２２に戻され、移送装置によってエアロック室２１に搬出される。エアロック室２１は、保管庫２２又は移送装置とゲート弁で隔離されているため、保管庫２２で使用されている高清浄乾燥空気が系外に大量に排出されることはない。
搬送設備２及び処理設備３における高清浄乾燥空気は、次のようにして循環される。高清浄乾燥空気製造装置１で製造された高清浄乾燥空気は、分岐経路４２を介して使用済み高清浄乾燥空気循環装置５の膨張タービン５１に導入され、所定の圧力、例えば１６０ｍｍＡｑまで減圧される。
【００４９】
減圧された高清浄乾燥空気は、経路４４から搬送装置２３に導入され、該搬送装置２３の雰囲気制御に使用された後、経路６１に排出される。排出された使用済み高清浄乾燥空気は、保管庫２２から経路６２に導出された使用済み高清浄乾燥空気と合流し、循環経路６を通って前記循環装置５のファン５２に導入される。
【００５０】
前記ファン５２で所定の圧力、例えば、１６０ｍｍＡｑに昇圧された使用済み高清浄乾燥空気は、高清浄乾燥空気とは別の経路６３を通って、例えば、保管庫２２に導入されて雰囲気制御に用いられ、その大部分は、経路６２から再度循環系統を通って前記循環装置５に戻される。経路６２の使用済み高清浄乾燥空気の一部は、弁６４，経路６５を介して基板導入室２０に送気され、新たに搬入された基板２４のパージに用いられた後、経路６６から系外に放出される。使用済み高清浄乾燥空気の循環は、本例に限らず、搬送設備２及び処理設備３のいずれか一方又は双方に供給するとともに、前記搬送設備２及び処理設備３のいずれか一方又は双方から排出された使用済み高清浄乾燥空気を再度搬送設備２及び処理設備３のいずれか一方又は双方に循環供給することができ、特に限定されるものではない。
【００５１】
さらに、前記供給経路４及び循環経路６の適宜位置には、軟Ｘ線照射静電気除去装置６７が設けられている。この軟Ｘ線照射静電気除去装置６７の原理を簡単に説明すると、Ｘ線領域の電磁波は、ある特定の物質（例えばタングステン）に所定のエネルギーの電子線を照射することによって得られる。発生するＸ線の波長は、電子が照射されるターゲットによって異なるが、０．１〜１０ｎｍの波長範囲の軟Ｘ線を用いることが望ましい。また、Ｘ線領域の電磁波としては、ターゲット電圧（加速電圧）を４ｋＶ以上とし、電子ビームを４ｋＶ以上に加速してターゲットに衝突させることにより発生した電磁波を用いることが望ましい。さらに、ターゲット電流を６０μＡ以上とすることによって発生させた電磁波を用いることが望ましい。
【００５２】
ガス分子及び原子は、Ｘ線領域の電磁波を吸収して直接イオン化に至る。ガス分子及び原子のイオン化エネルギーは、せいぜい２０ｅＶ程度であるので、Ｘ線領域の光子エネルギーの数百分の一である。したがって、１光子により、複数の原子，分子のイオン化又は２価以上のイオン生成が容易で、かつ、大量のイオン対が生成できる。これにより、静電気除去のための時間を数秒以下とすることが可能である。また、生成されるイオン対の濃度を１０５〜１０６イオン対／ｃｍ３とすることにより、イオン寿命が１０〜１０００秒となる。このように、イオン寿命が比較的長いため、静電気を帯びた基板の上流側、すなわち、前記経路６３に軟Ｘ線照射静電気除去装置６７を設けることによって、静電気の中和を十分に行うことができる。
【００５３】
また、循環経路６に取付ける場合、ターゲット金属を経路内に挿入することは好ましくないので、ポリイミド製ウィンドウを介して軟Ｘ線を照射することにより、軟Ｘ線の吸収もなく、かつ、高清浄乾燥空気を汚染しないシステムとすることができる。
【００５４】
なお、軟Ｘ線照射静電気除去装置６７の設置箇所は、イオン寿命と循環経路の距離、使用済み高清浄乾燥空気の流速等とから決定すればよく、前記循環装置５の上流であっても、下流であってもよい。
【００５５】
また、処理設備３のメンテナンスによって、該処理設備３の反応炉３１を開放する際には、使用済み高清浄乾燥空気を弁３２を有する経路３３を介して処理設備３を覆ったパーテーション３４内に導入し、ポンプ３５により吸引排気する。これにより、反応炉３１のメンテナンスの際に炉内部に吸着する水分等の不純物量を低減でき、処理設備３の立ち上げ時間を早めることが可能となる。なお、経路３３は、循環系統のどの部分に接続してもよく、高清浄乾燥空気供給用の経路４２，４４に接続してもよい。また、その設置数も任意である。
【００５６】
また、本形態例においては、高清浄乾燥空気製造装置１から前記循環装置５へ送られる高清浄乾燥空気は、昇圧装置８を経た降圧後の低圧高清浄乾燥空気であるが、該昇圧装置８を経ずに吸着精製器１６から導出した高圧の高清浄乾燥空気を直接導入してもよい。
【００５７】
次に、図３は、高清浄乾燥空気製造装置１を複数設けた場合の一形態例を示す概略系統図である。なお、前記形態例と同等の構成要素には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
本形態例は、２基の高清浄乾燥空気製造装置１，１と、クリーンルーム９内に設けられた４基のユニット７とを、供給経路４を介して接続している。すなわち、高清浄乾燥空気製造装置１，１から高清浄乾燥空気を導出する経路４５，４５を、ループ状の供給経路４にそれぞれ接続するとともに、該供給経路４から分岐する４本の分岐経路４２を各ユニット７の循環装置５に接続している。
【００５９】
このように、複数の高清浄乾燥空気製造装置１と複数の循環装置５とを供給経路４を介して相互に接続することにより、例えば、一つの高清浄乾燥空気製造装置１の製造能力が低下したり、停止したりしたときにも、そのバックアップを容易に受けることができ、高清浄乾燥空気を使用する装置の稼働率は、僅かな低下で済むことになる。なお、図３では、高清浄乾燥空気製造装置を２基設置した場合について説明したが、複数であればよく、その設置数にこだわるものではない。また、供給系統もループ状のものを例としたが、直線状にしてもよい。さらに、クリーンルームが複数でも、同様に構成できる。
【００６０】
実施例
図１に示した形態例を用いて高清浄乾燥空気を製造し、その不純物濃度，装置価格及び原単価を確認した。高清浄乾燥空気の製造量を４０００Ｎｍ３／ｈとし、圧縮機での昇圧圧力を０．３０ＭＰａとした。また、昇圧装置８の昇圧機８２によって０．４６ＭＰａまで昇圧し、触媒精製器１４，吸着精製器１６を通した後、昇圧装置８の膨張タービン８１に導入して０．１５ＭＰａまで減圧した。製造した高清浄乾燥空気中の水分，一酸化炭素，二酸化炭素，水素の濃度をそれぞれ計測した結果を次に示す。なお、測定結果は、それぞれの不純物を７０００分間，１５分毎に計測したときの平均値である。
【００６１】
不純物 濃度［ｐｐｂ］
水 分 ２．６
一酸化炭素 ５．１
二酸化炭素 ２．９
水 素 １．３
【００６２】
また、昇圧装置８を用いた場合と、用いない場合とにおける装置価格及び設置面積について比較し、昇圧装置８を用いない場合の装置価格及び設置面積を１とした時の比率を求めた。結果を次に示す。
【００６３】
昇圧装置 装置価格 設置面積
有り ０．６５ ０．５０
無し １ １
【００６４】
さらに、高清浄乾燥空気１Ｎｍ３を製造するのに必要なエネルギーから、製造コストを求めて比較した。なお、このとき、高清浄乾燥空気製造装置本体の償却費用は除いた。その結果、昇圧装置８を用いることにより、製造コストは、用いない場合の約５０％となった。
【００６５】
次に、使用済み高清浄乾燥空気循環装置５の効果について確認した。１８００Ｎｍ３／ｈ，０．１５ＭＰａの高清浄乾燥空気の供給が可能な膨張タービン５１と循環供給用のファン５２とからなる一軸式の循環装置５において、圧力１２０ｍｍＡｑの使用済み高清浄乾燥空気を１６０ｍｍＡｑに昇圧して循環供給するときの循環風量を計測した。計測の結果、循環風量は２０００Ｎｍ３／ｈとなった。すなわち、２０００Ｎｍ３／ｈの使用済み高清浄乾燥空気を、エネルギーを全く使用せずに循環することが可能であることがわかった。また、変速ギアを組み入れ循環装置５を使用したところ、前記条件において約８６５００Ｎｍ３／ｈの循環風量を得ることができた。
【００６６】
また、搬送設備２における各部分での高清浄乾燥空気中の水分濃度を計測した。まず、搬送設備２全体の性能を調べるために、前記循環装置５への高清浄乾燥空気導入量を１８００Ｎｍ３／ｈとし、基板を搬入せずに水分濃度を計測した。次に、基板を搬入しながら水分濃度を計測した。基板２４として８インチのＳｉ基板を用いた。Ｓｉ基板は１ロット２５枚とし、１５分おきに基板導入室２０に投入し、１時間保管庫２２に収納した後、エアロック室２１より搬出した。なお、搬送装置２３では、１００枚／ｈの搬送を行った。
【００６７】
高清浄乾燥空気製造装置１から供給された分岐経路４２における高清浄乾燥空気の水分濃度は、３ｐｐｂであった。以下、経路４４は３ｐｐｂ、経路６１は３．５ｐｐｂであった。一方、循環経路６における循環装置入口部の水分濃度は、２００ｐｐｂに増加した。経路６２でも２００ｐｐｂであった。
【００６８】
この結果は、循環経路６の配管をガルバニア鋼板製及び合成樹脂製としたためと、考えられる。そこで、循環経路６の配管をアルミニウム合金製とし、再度水分濃度を計測したところ、経路４３は３ｐｐｂ、経路６１は３．５ｐｐｂであり、変更前と同等の水分量であった。循環経路６における循環装置入口部の水分濃度は４ｐｐｂ、経路６２でも４ｐｐｂであった。このように、循環経路６の材質をアルミニウム合金に変更することによって配管内面からの拡散放出ガスを低減でき、高清浄乾燥空気を汚染することなく循環使用することが可能となった。
【００６９】
次に、基板を搬入した際の搬送設備２の各部の水分濃度を計測した。その結果、経路４２，４３，６１の水分濃度は前記と同様であった。循環経路６における循環装置入口部の水分濃度は、４８ｐｐｂ、経路６２は５３ｐｐｂ、経路６６は４００ｐｐｂであった。このように、処理設備３に対して最も高清浄性が要求される搬送装置２３，保管庫２２，基板導入室２０の順で水分濃度が高くなっていることがわかった。
【００７０】
別の実験によれば、基板表面に吸着して基板導入室２０内に混入する水分量は、１時間あたり約０．０１ｍｏｌであり、気相中の水分濃度を１００ｐｐｂとしたときの水素終端処理したＳｉ表面、ＳｉＯ２表面及びフッ素終端処理したＳｉ表面に平衡吸着した水分量はそれぞれ、１×１０１３分子／ｃｍ２、２．６×１０１４分子／ｃｍ２及び３．６×１０１４分子／ｃｍ２であった。基板導入室２０の出口における水分濃度が高いのは、基板からの水分の脱離除去のためである。したがって、水分濃度がある程度高くなった使用済み高清浄乾燥空気を供給循環して使用することにより、効率的に基板環境を制御することが可能である。
【００７１】
また、ポリイミド製ウィンドウを用いた軟Ｘ線照射静電気除去装置６７を経路６３に設け、基板の静電気除去効果について確認した。実験に使用した軟Ｘ線照射静電気除去装置６７の仕様は以下の通りである。なお、軟Ｘ線照射静電気除去装置６７の大きさは、直径１０ｃｍ，長さ３０ｃｍ程度の円筒状のものであり、経路６３の配管径は約６０ｃｍである。したがって、配管の一部に孔を開け、その部分に直径１０ｃｍのポリイミド製ウィンドウを取付け、これを介して経路内に軟Ｘ線を照射した。
【００７２】
ターゲット ：タングステン
ターゲット電圧：４ｋＶ
ターゲット電流：６０μＡ
【００７３】
実験に用いた基板の静電容量は１０ｐＦであり、初期の基板電位は、±３ｋＶとした。軟Ｘ線照射静電気除去装置６７は、保管庫２２の上流５ｍの経路６３に設置し、高純度乾燥空気の平均流速は、５ｍとした。その結果、軟Ｘ線照射後から基板の電位は徐々に低下し、１分後には電位計の測定限界（±３０Ｖ）以下となった。
【００７４】
さらに、処理設備３を覆ったパーテーション３４の上部から経路３３を介して使用済み高清浄乾燥空気を１８０ｍ３／分の流量で導入した状態で反応炉３１を開放し、１時間の補修を行った後の立ち上がり時間を計測した。高清浄乾燥空気を導入した場合、反応炉３１の真空引き開始後、約１００分でその到達圧力は１０−８Ｐａとなった。また、分圧真空計によって反応炉内部に残留したガス成分を計測したところ、水分は約１０−３Ｐａであり、大部分は窒素ガスであった。
【００７５】
一方、高清浄乾燥空気を導入しない状態で補修を実施したところ、真空引き開始後、約１０００分でその圧力が１０−８Ｐａに到達した。そのときの残留水分は５×１０−９Ｐａであり、残留ガスの大部分が水分であることがわかった。このように、処理設備３のメンテナンス時に高清浄乾燥空気を導入することにより、反応炉内部への水分の吸着を防止することができ、立ち上がり時間が従来の１／１０になるとともに、処理設備３のベーキングが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高清浄乾燥空気の製造供給システムの一形態例を示す系統図
【図２】 搬送設備及び処理設備の空気の流れを説明するための説明図
【図３】 高清浄乾燥空気製造装置を２台以上設けた場合の一形態例を示す概略系統図
【符号の説明】
１…高清浄乾燥空気製造装置、２…搬送設備、２０…基板導入室、２１…エアロック室、２２…保管庫、２３…搬送装置、３…処理設備、３３…経路、３４…パーテーション、４…供給経路、５…使用済み高清浄乾燥空気循環装置、５１…膨張タービン、５２…ファン、５３…軸、６…循環経路、６５…使用済み高清浄乾燥空気を導入する経路、６６…高清浄乾燥空気を排出する経路、６７…軟Ｘ線照射静電気除去装置、７…ユニット、８…昇圧装置、８１…膨張タービン、８２…昇圧機、８３…軸、９…クリーンルーム、１１…空気圧縮機、１４…触媒精製器、１６…吸着精製器

Claims (14)

  1. 空気圧縮機，触媒精製器，吸着精製器を備えた高清浄乾燥空気製造装置で製造した高清浄乾燥空気を、半導体又は高密度記録媒体又は液晶製造工場のクリーンルーム内に供給するシステムであって、前記クリーンルーム内に、保管庫及び搬送装置を有する搬送設備と、処理設備とを配置し、前記高清浄乾燥空気を該搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に供給する供給経路と、前記搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方から排出された使用済み高清浄乾燥空気を再度搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に循環供給する使用済み高清浄乾燥空気循環装置と、該使用済み高清浄乾燥空気循環装置を有する循環経路とを備え、前記使用済み高清浄乾燥空気循環装置は、前記供給経路に設けた高清浄乾燥空気を膨張させる膨張タービンと、前記循環経路に設けられて前記膨張タービンの発生動力により駆動される循環用ファンとを有している高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  2. 前記供給経路は前記搬送装置に接続し、前記循環経路は、前記搬送装置及び保管庫での使用済み高清浄乾燥空気を保管庫に循環供給するように接続している請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  3. 前記空気圧縮機と触媒精製器との間には、前記吸着精製器から導出された高清浄乾燥空気を膨張させる膨張タービン及び該膨張タービンによる発生動力で原料空気の圧力をさらに昇圧させる昇圧機を含む昇圧装置が設置されている請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  4. 前記循環経路の配管は、アルミニウム合金製である請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  5. 前記膨張タービン及び前記循環用ファンは、同一軸に連結されている請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  6. 前記供給経路及び前記循環経路のいずれか一方又は双方に、軟Ｘ線照射静電気除去装置を設けた請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  7. 前記高清浄乾燥空気製造装置は、複数の前記搬送設備及び処理設備に対し１基設置した請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  8. 前記高清浄乾燥空気製造装置は、１つのクリーンルームに対し複数設置した請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  9. 前記高清浄乾燥空気製造装置を複数設置し、各高清浄乾燥空気製造装置から高清浄乾燥空気を導出する経路を前記供給経路に接続した請求項１記載の高清浄乾燥空気の供給システム。
  10. 前記搬送設備は、エアロック室を備えている請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  11. 前記搬送設備は基板導入室を備え、該基板導入室には、使用済み高清浄乾燥空気を導入する経路と、該基板導入室で使用した高清浄乾燥空気を排出する経路とが接続されている請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  12. 前記処理設備は、その全体をパーテーションで覆われており、該パーテーションは、前記高清浄乾燥空気をその内部に供給する経路を設けている請求項１記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
  13. 原料空気圧縮工程，触媒精製工程，吸着精製工程を経て製造された高清浄乾燥空気を、半導体又は高密度記録媒体又は液晶製造工場のクリーンルーム内に供給する方法であって、前記高清浄乾燥空気を前記クリーンルーム内に配置した保管庫及び搬送装置を有する搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に膨張させて供給するとともに、前記高清浄乾燥空気を膨張させることにより発生する動力を利用して、前記搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方から排出された使用済み高清浄乾燥空気を再度搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に循環供給する高清浄乾燥空気の製造供給方法。
  14. 前記吸着精製工程から導出した高清浄乾燥空気を膨張させることにより発生する動力を利用して、前記原料空気圧縮工程後の原料空気を、前記搬送設備や処理設備に供給する圧力より高い圧力に昇圧して前記触媒精製工程に導入する請求項１３記載の高清浄乾燥空気の製造供給方法。
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