JP4938516B2

JP4938516B2 - 衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム

Info

Publication number: JP4938516B2
Application number: JP2007071885A
Authority: JP
Inventors: 彰水野; 宏幸松為; 達夫小口; 秀明松橋; 政典鈴木; 喬松田
Original assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Techno Ryowa Ltd
Current assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Techno Ryowa Ltd
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP2008234956A

Description

本発明は、清浄環境で生産等する半導体や液晶ディスプレイ等の製品に発生する静電気の除電、およびこの静電気により製品に付着する塵埃を除去するための無発塵除電除塵システムに係り、特に、サブミクロンサイズの微粒子をも除去することができるように改良を施した衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムに関するものである。

従来より、半導体や液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）等を製造するクリーンルームでは、静電気の発生が問題となっている。半導体製造のクリーンルームの場合は、低湿度環境であることや、ウエハ及び半導体素子を運搬するプラスチック容器が帯電しやすいこと等が静電気の発生の原因となっている。この静電気は、ウエハ表面上に塵埃を付着させたり、ウエハ上のＩＣや半導体素子を破壊してしまい、製品の歩留りを低下させている。

また、ＬＣＤの場合は、処理工程で異なる材質等と接触し、摩擦帯電による静電気が発生する。特に、このＬＣＤに使用するガラス基板は、大面積で絶縁性が高く静電気が発生しやすいため、大量の静電気による塵埃付着や静電破壊が製品の歩留りに影響を与えている。

そこで、従来から、このようなクリーンルーム等の生産環境における静電気、あるいはその静電気によりガラス基板等の製品に付着した微粒子を、イオン化した高速気流で除電しながら除塵するシステムが種々考案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１７６６９１号公報

しかしながら、上述したような従来の技術では、高速気流をガラス基板等に吹き付けた際に、すぐにガラス基板等の表面に密着して動かない薄い空気層（気流の境界層）が形成されてしまうため、高速気流の大半はその境界層に阻まれてガラス基板等の表面へ到達できず、境界層内のサブミクロン粒子を除去することができないといった問題点があった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、サブミクロン粒子をも除去することができる衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムは、チャンバ内に供給されたイオン搬送ガスの一部を所定のイオン化源によってイオン化し、該チャンバ内で発生したイオンを除電対象となる帯電体に供給して除電する除電部と、電磁弁の開閉動作により間欠的に連続して衝撃波を発生させると共に、該衝撃波を除電処理後の前記帯電体に当てる衝撃波発生手段と、該衝撃波を発生させるために前記帯電体に吹き付けられたエアを吸い込み、排気する排気手段とからなる除塵部とを備え、前記衝撃波発生手段は、円筒状のシリンダと、その内壁に沿って摺動可能に配設されたピストンから構成され、前記シリンダの上面には第１の圧縮エア供給口とエア排出口とが設けられ、下面には衝撃波を発生させる噴流を吹き出すエア噴出口が設けられると共に、前記シリンダの側面には、第２の圧縮エア供給口が設けられ、前記エア排出口には、所定の間隔で開閉動作可能に構成された電磁弁が接続され、前記ピストンが、前記第１の圧縮エア供給口と前記第２の圧縮エア供給口のそれぞれからシリンダ内に供給されるエアの圧力差及び前記電磁弁の開閉動作によってシリンダ内を摺動するように構成され、このピストンの移動により、前記エア噴出口から間欠的に連続して衝撃波が発生するように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、除電部によって、除電対象となる帯電体の表面に発生した静電気及びその表面に静電気力により付着したサブミクロン粒子が除電されると共に、衝撃波発生手段によって間欠的に連続して発生させた衝撃波を帯電体に当てることにより、気流境界層を形成することなくサブミクロン粒子を剥離し、排気手段で捕集することができるので、製品を汚染及び再汚染することなく、サブミクロン粒子の除去が可能になる。また、除電部によって、除電対象となる帯電体の表面に発生した静電気及びその表面に静電気力により付着したサブミクロン粒子が除電されると共に、シリンダ内を摺動するように構成されたピストンの移動により、エア噴出口から間欠的に連続して衝撃波が発生するように構成された衝撃波発生手段によって、衝撃波を帯電体に当てることにより、気流境界層を形成することなくサブミクロン粒子を剥離し、排気手段で捕集することができるので、製品を汚染及び再汚染することなく、サブミクロン粒子の除去が可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムにおいて、前記シリンダの上部側壁内部にリング状の塵埃捕集管が設けられると共に、その塵埃捕集管と連通する塵埃捕集用スリットがシリンダの上部内側面に形成され、前記塵埃捕集管には塵埃排気口が連接され、この塵埃排気口により、前記塵埃捕集管によって捕集された塵埃をシリンダの外部に排出することができるように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、ピストンがシリンダ内を摺動する際に発生する塵埃を塵埃捕集用スリット及び塵埃捕集管によって収集し、塵埃排気口からシリンダの外部に排出することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムにおいて、前記塵埃捕集用スリットが、シリンダの上部内側面にリング状に形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムにおいて、前記塵埃捕集用スリットが、シリンダの上部内側面に窓状となるように所定間隔をあけて所定の個数形成されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項３又は請求項４に記載の発明は、塵埃捕集用スリットの形状を具体的に規定したものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムにおいて、前記エア噴出口に、所定の長さを有するパイプが接続されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項５に記載の発明によれば、帯電体がエア噴出口から離れている場合であっても、噴流の広がりによる噴流の速度低下を防止することができるので、衝撃波を弱めることなく帯電体に当てることが可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムにおいて、前記除電対象となる帯電体が移動可能に設置されている場合に、前記帯電体は、前記除電部における除電処理の後、前記除塵部に移動して衝撃波を当てられるように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項６に記載の発明によれば、除電対象となる帯電体が移動可能に設置されている場合には、まず、除電部によって、除電対象となる帯電体の表面に発生した静電気及びその表面に静電気力により付着したサブミクロン粒子が除電され、その後に、除塵部に移動して、衝撃波発生手段によって間欠的に連続して発生させた衝撃波を帯電体に当てることにより、気流境界層を形成することなくサブミクロン粒子を剥離し、排気手段で捕集することができるので、製品を汚染及び再汚染することなく、サブミクロン粒子の除去が可能になる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムにおいて、前記除電対象となる帯電体が固定されている場合に、前記除電部における除電処理の後、前記除塵部が作動して前記帯電体に衝撃波を当てるように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項７に記載の発明によれば、除電対象となる帯電体が固定されている場合には、まず、除電部によって、除電対象となる帯電体の表面に発生した静電気及びその表面に静電気力により付着したサブミクロン粒子が除電された後、除塵部が作動して、衝撃波発生手段によって間欠的に連続して発生させた衝撃波を帯電体に当てることにより、気流境界層を形成することなくサブミクロン粒子を剥離し、排気手段で捕集することができるので、製品を汚染及び再汚染することなく、サブミクロン粒子の除去が可能になる。

本発明によれば、サブミクロン粒子をも除去することができる衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムを提供することができる。

以下、本発明に係る衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム（以下、無発塵除電除塵システムという）の具体的な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面を参照して説明する。

（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態の無発塵除電除塵システムは、図１に示したように、大別して、除電部と除塵部とから構成されている。

（１−１−１）除電部
除電部は、イオン化チャンバ１と、そのイオン化チャンバ１の一側部に設置された軟Ｘ線ヘッド２と、イオン化チャンバ１の出口側に設置された軟Ｘ線遮蔽部３とから構成されている。そして、前記軟Ｘ線ヘッド２により発生した軟Ｘ線が、軟Ｘ線照射窓４を介してイオン化チャンバ１内に照射されることにより、イオン化チャンバ１内に供給されたイオン搬送ガスをイオン化し、これらのイオンが軟Ｘ線遮蔽部３を介してガラス基板５に吹き付けられるように構成されている。なお、ガラス基板５は、図中、右方向に移動するように設置されている。

（１−１−２）除塵部
除塵部は、大別して衝撃波発生ヘッド１０と、排気チャンバ３０とから構成されている。また、衝撃波発生ヘッド１０は、衝撃波を当てる対象となるガラス基板５等に対して所定の角度α（例えば、４５°）だけ傾斜して配設され、排気チャンバ３０もガラス基板５に対して所定の角度β（例えば、４５°）だけ傾斜して配設されている。

（衝撃波発生ヘッド）
衝撃波発生ヘッド１０は、円筒状のシリンダ１１と、その内壁に沿って摺動可能に配設されたピストン１２から構成されている。また、前記シリンダ１１の上面には第１の圧縮エア供給口１３とエア排出口１４とが設けられ、下面にはエア噴出口１５が設けられると共に、後述するピストン１２の背面板１２ｂと当接するシール部材としてＯ−リング１６が配設されている。また、前記シリンダ１１の側面には、第２の圧縮エア供給口１７が設けられている。なお、前記エア噴出口１５の直径は、約１〜１０ｍｍとされ、エア噴出口１５から吹き出す噴流は、約３００ｍ／ｓを超えると、圧縮された圧力波（衝撃波）を発生する。

また、前記ピストン１２は、断面形状が略Ｈ字形となるように、前面板１２ａと背面板１２ｂとが軸部１２ｃによって一体化された構成とされている。なお、前面板１２ａは、その側部に配設されたＯ−リング１８を介してシリンダ１１の内側面と当接しながら上下に摺動可能に構成されている。そして、前面板１２ａによって、シリンダ１１の内部が上部空間Ａと下部空間Ｂとに区分されている。

一方、下部空間Ｂに位置する背面板１２ｂの径は前面板１２ａの径より小さく構成され、背面板１２ｂとシリンダ１１の内側面との間を、前記第２の圧縮エア供給口１７からシリンダ１１内に供給された圧縮エアが流通できるように構成されている。

また、前記第１の圧縮エア供給口１３は、第１の減圧弁１９を備えた第１の圧縮エア供給配管２０を介してエアコンプレッサ（図示せず）に接続されている。また、前記第２の圧縮エア供給口１７は、エアチャンバ２１及び第２の減圧弁２２を備えた第２の圧縮エア供給配管２３を介して、エアコンプレッサ（図示せず）に接続されている。

一方、前記エア排出口１４は、電磁弁２４及びフィルタ２５を備えたエア排出配管２６に接続され、シリンダ１１から排出されたエアを大気中に排出するように構成されている。なお、前記エアチャンバ２１は、約１０リットルのエアを蓄えられるように構成されている。また、前記電磁弁２４は、図示しない制御部によって、所定の間隔で開閉されるように構成されている。

（排気チャンバ）
排気チャンバ３０には、その下面に吸気口３１が設けられると共に、その上面に排気口３２が設けられ、この排気口３２には、排気ファン３３及びフィルタ３４を備えた排気用配管３５が接続されている。そして、前記衝撃波発生ヘッド１０のエア噴出口１５からガラス基板５に吹き付けられた噴流が、ガラス基板５で跳ね返された後、前記吸気口３１から排気チャンバ３０内に吸い込まれ、前記排気口３２から排出されるように構成されている。

（１−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態の無発塵除電除塵システムは、以下のように作用する。

まず、除電部によって、ガラス基板５等の製品表面に発生した静電気、及びその表面に静電気力により付着したサブミクロン粒子が除電される。その後、ガラス基板５等が図の右方向に移動して、除塵部に到達すると、以下のようにして、衝撃波が連続的にガラス基板５等に当てられる。

すなわち、電磁弁２４が閉じている時は、衝撃波発生ヘッド１０の上部空間Ａには、第１の圧縮エア供給配管２０を介して、第１の減圧弁１９により例えば４ｋｇ／ｃｍ²に減圧されたエアが供給されると共に、下部空間Ｂには、第２の減圧弁２２により例えば３ｋｇ／ｃｍ²に減圧されたエアがエアチャンバ２１を介して供給されている。

このようにして上部空間Ａと下部空間Ｂに生じた圧力差により、ピストン１２はシリンダ１１の下方に押圧され、ピストン１２の背面板１２ｂがシリンダ１１の下面に配設されたＯ−リング１６に押し付けられるため、エア噴出口１５は閉じた状態にある。

次に、電磁弁２４が開くと、上部空間Ａのエアがエア排出配管２６を介して放出されるため、上部空間Ａの圧力が一気に低下し、ピストン１２は瞬時にシリンダ１１内を上昇する。その際、シリンダ１１下部のエア噴出口１５から、エアチャンバ２１内のエアが音速を超える速度で噴出し、衝撃波が発生する。この衝撃波がガラス基板５に当てられる。

そして、この衝撃波によって、気流境界層を形成することなく、ガラス基板５等の製品表面に付着したサブミクロン粒子を剥離することができ、さらに、剥離されたサブミクロン粒子は、排気チャンバ３０で捕集される。

その後、再び電磁弁２４が閉まると、上部空間Ａへ４ｋｇ／ｃｍ²のエアが供給され、再びピストン１２はシリンダ１１下部のシール部材（Ｏ−リング１６）に押しつけられ、エアの噴出が止まる。

このように、本実施形態によれば、電磁弁２４を連続的に開閉することにより、間欠的に連続して衝撃波を発生することができるので、ガラス基板等の製品表面に付着したサブミクロン粒子を確実に除去することができる。

（１−３）効果
上述したように、本実施形態の無発塵除電除塵システムによれば、まず、ガラス基板等の製品表面に静電気力により付着したサブミクロン粒子を、無発塵あるいは低発塵のイオナイザーにより除電した後、衝撃波発生ヘッドにより間欠的に連続して衝撃波を発生させ、その衝撃波をガラス基板等に当てることにより、気流境界層を形成することなく、サブミクロン粒子を剥離し、排気チャンバで捕集することができるので、ガラス基板等の製品を汚染及び再汚染することなく、サブミクロン粒子の除去が可能になる。

（２）第２実施形態
（２−１）構成
本実施形態は、上記第１実施形態の変形例であって、エア噴出口１５から吹き出す噴流の速度が低下することを防止したものである。すなわち、本実施形態においては、図２に示すように、エア噴出口１５に、このエア噴出口と同内径で、適当な長さを有するパイプ４０を取り付けたものである。なお、この場合も、排気チャンバは、第１実施形態と同様に、ガラス基板５に対して所定の角度β（例えば、４５°）だけ傾斜して配設されている。

（２−２）作用・効果
上記第１実施形態に示したように、エア噴出口１５からの噴流により衝撃波が発生するが、この噴流はエア噴出口１５から離れるにつれてコーン状に広がるため、噴流の速度が低下し、衝撃波はすぐに弱まってしまう。

これに対して、図２に示したように、エア噴出口１５に、このエア噴出口と同内径で、適当な長さを有するパイプ４０を取り付けることにより、噴流の広がりによる噴流の速度低下を防止することができるので、衝撃波発生ヘッドからガラス基板等が多少離れていても、衝撃波を弱めることなくガラス基板等に当てることが可能になる。

（３）第３実施形態
本実施形態は、上記第１実施形態の変形例であって、ピストン１２とシリンダ１１の内側面との摩擦により発生するシール部材（Ｏ−リング）の飛散による塵埃を捕集・排気する機構を備えたものである。

（３−１）構成
本実施形態においては、図３〜図５に示すように、シリンダ１１の上部側面に、ピストン１２とシリンダ１１内側面との摩擦により発生するシール部材（Ｏ−リング）の飛散による塵埃を捕集・排気する手段が設けられている。

すなわち、シリンダ１１の上部側壁内部に、リング状の塵埃捕集管５１が設けられると共に、その塵埃捕集管５１と連通する塵埃捕集用スリット５２がシリンダ１１の上部側面にリング状に形成されている。また、前記塵埃捕集管５１には、塵埃排気口５３が連接され、塵埃捕集管５１によって捕集された塵埃をシリンダ１１の外部に排出することができるように構成されている。また、前記塵埃排気口５３には塵埃排気用配管５４が接続され、この塵埃排気用配管５４は、前記エア排出配管２６に合流するように構成されている。なお、前記塵埃捕集用スリット５２のスリット幅は約１ｍｍとされている。

（３−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態の無発塵除電除塵システムにおいては、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られるだけでなく、以下のような作用・効果を有する。

すなわち、ピストン１２がシリンダ１１内を上下に摺動する際に、ピストン１２のシール部材１８から発生した塵埃は、塵埃捕集用スリット５２によって掻き取られて塵埃捕集管５１に集められる。そして、電磁弁２４が開いた際に、上部空間Ａのエアが、塵埃捕集用スリット５２で掻き取った塵埃と共に一気に排気される。すなわち、衝撃波を発生させるたびにシール材からの塵埃を排気することができるので、衝撃波発生ヘッド１０からの発塵をも防止することができる。

（４）他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付け位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、塵埃捕集管５１と連通する塵埃捕集用スリット５２の形状はリング状だけでなく、シリンダ１１の上部側面に、窓状となるように所定間隔をあけて所定の個数、形成しても良い。

また、上記の実施形態においては、イオン化源として軟Ｘ線の発生装置を用いたが、密封放射性同位元素、低エネルギー電子線の発生部又は紫外線の発生部等を用いることもできる。さらに、上記の実施形態の除電部は、無発塵又は低発塵であれば、他のイオナイザーでも良い。

さらに、上記の実施形態においては、ガラス基板等が移動可能に設置されている場合について説明したが、ガラス基板等が固定されている場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。この場合、除電部における除電処理の後、除塵部が作動してガラス基板等に衝撃波を当てるように構成する。

本発明に係る衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムの第１実施形態の全体構成を示す図である。本発明に係る衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムの第２実施形態における要部の構成を示す図である。本発明に係る衝撃波を用いた無発塵除電除塵システムの第３実施形態における要部の構成を示す図である。図３のＡ部の拡大断面図である。図４のＡ−Ａ´断面図である。

符号の説明

１…イオン化チャンバ
２…軟Ｘ線ヘッド
３…軟Ｘ線遮蔽部
４…軟Ｘ線照射窓
１０…衝撃波発生ヘッド
１１…シリンダ
１２…ピストン
１２ａ…前面板
１２ｂ…背面板
１２ｃ…軸部
１３…第１の圧縮エア供給口
１４…エア排出口
１５…エア噴出口
１６…Ｏ−リング
１７…第２の圧縮エア供給口
１８…Ｏ−リング１８
１９…第１の減圧弁
２０…第１の圧縮エア供給配管
２１…エアチャンバ
２２…第２の減圧弁
２３…第２の圧縮エア供給配管
２４…電磁弁
２５…フィルタ
２６…エア排出配管
３０…排気チャンバ
３１…吸気口
３２…排気口
３３…排気ファン
３４…フィルタ
３５…排気用配管
４０…パイプ
５１…塵埃捕集管
５２…塵埃捕集用スリット
５３…塵埃排気口
５４…塵埃排気用配管

Claims

チャンバ内に供給されたイオン搬送ガスの一部を所定のイオン化源によってイオン化し、該チャンバ内で発生したイオンを除電対象となる帯電体に供給して除電する除電部と、
電磁弁の開閉動作により間欠的に連続して衝撃波を発生させると共に、該衝撃波を除電処理後の前記帯電体に当てる衝撃波発生手段と、該衝撃波を発生させるために前記帯電体に吹き付けられたエアを吸い込み、排気する排気手段とからなる除塵部とを備え、
前記衝撃波発生手段は、円筒状のシリンダと、その内壁に沿って摺動可能に配設されたピストンから構成され、
前記シリンダの上面には第１の圧縮エア供給口とエア排出口とが設けられ、下面には衝撃波を発生させる噴流を吹き出すエア噴出口が設けられると共に、前記シリンダの側面には、第２の圧縮エア供給口が設けられ、
前記エア排出口には、所定の間隔で開閉動作可能に構成された電磁弁が接続され、
前記ピストンが、前記第１の圧縮エア供給口と前記第２の圧縮エア供給口のそれぞれからシリンダ内に供給されるエアの圧力差及び前記電磁弁の開閉動作によってシリンダ内を摺動するように構成され、
このピストンの移動により、前記エア噴出口から間欠的に連続して衝撃波が発生するように構成されていることを特徴とする衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム。
前記シリンダの上部側壁内部にリング状の塵埃捕集管が設けられると共に、その塵埃捕集管と連通する塵埃捕集用スリットがシリンダの上部内側面に形成され、
前記塵埃捕集管には塵埃排気口が連接され、この塵埃排気口により、前記塵埃捕集管によって捕集された塵埃をシリンダの外部に排出することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム。
前記塵埃捕集用スリットが、シリンダの上部内側面にリング状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム。
前記塵埃捕集用スリットが、シリンダの上部内側面に窓状となるように所定間隔をあけて所定の個数形成されていることを特徴とする請求項２に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム。
前記エア噴出口に、所定の長さを有するパイプが接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム。
前記除電対象となる帯電体が移動可能に設置されている場合に、前記帯電体は、前記除電部における除電処理の後、前記除塵部に移動して衝撃波を当てられるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム。
前記除電対象となる帯電体が固定されている場合に、前記除電部における除電処理の後、前記除塵部が作動して前記帯電体に衝撃波を当てるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の衝撃波を用いた無発塵除電除塵システム。