JP5158642B2

JP5158642B2 - 汚染濃度計測装置

Info

Publication number: JP5158642B2
Application number: JP2008151612A
Authority: JP
Inventors: 勲田中; 康一伊澤; 智明梶間
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP2009300095A

Description

本発明は、水晶振動子を用いた汚染濃度計測装置に関するものである。

近年、半導体や液晶デバイスの生産・開発用クリーンルームでは、各種の分子状又はガス状の汚染物質（以下、「ケミカル汚染物質」という）の室内空気中濃度の低減が要求されている。

特に、シリコンウエハ、液晶パネル用基板や光学系レンズ等に吸着して悪影響を及ぼすことが知られている樹脂用可塑剤（ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ））、酸化防止剤（ジブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ））、難燃剤（リン酸エステル類）や低分子環状シロキサン類の除去が課題となっている。

ところで、これらケミカル汚染物質の濃度測定は、シリコンウエハ等の基板をクリーンルーム内の適宜の場所に設置し、基板表面にケミカル汚染物質を吸着させ、あるいはクリーンルームの内部空気を直接サンプリングし、これをガスクロマトグラフ（ＧＣ）やガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ−ＭＳ）等を使用して定性・定量分析することにより行っていた。

しかしながら、これらの濃度測定は、ケミカル汚染物質をサンプリングした後にクリーンルーム外に取り出して測定するために測定時間がかかるという問題と、ケミカル汚染物質を連続的に測定することができないという問題を有している。

このような問題を解決すべく、分子状又はガス状の汚染物質を吸着するシリコンウエハを電極に積層した水晶振動子をクリーンルームの内部に配置し、そのシリコンウエハがケミカル汚染物質を吸着したことにより生じる重量変化を水晶振動子の共振周波数の変化として出力することにより、ケミカル汚染物質の濃度を測定する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０００−１８０３３２号公報

しかしながら、シリコンウエハにはケミカル汚染物質のほか、塵芥のような微粒子も吸着される。このように吸着された微粒子も水晶振動子の共振周波数の変化に影響を与えるので、ケミカル汚染物質の汚染濃度を正確に測定することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリコンウエハへの微粒子の吸着を低減させ、ケミカル汚染物質の汚染濃度をより正確に測定できる汚染濃度計測装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、一端部に計測対象となる空気を導入する空気導入部を設け、他端部に導入した空気を排出する空気排出部を設けたケーシングと、該ケーシングの内部に装填された水晶振動子とを備えた汚染濃度計測装置であって、前記空気導入部に設けられ、導入する空気から微粒子を除去するフィルタと、前記ケーシングの周りに配設され、導入した空気を冷却する冷却手段と、前記ケーシングの内部を通過する空気の温度と湿度を計測する温湿度センサと、前記温湿度センサが計測した温度と湿度に基づいて、前記水晶振動子の表面に結露が生じないように、前記冷却手段を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。

本発明は、上記発明において、前記空気排出部に接続され、前記空気排出部から空気を強制的に排出させる空気排出手段を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる汚染濃度計測装置は、導入する空気から微粒子を除去するフィルタを計測対象となる空気を導入する導入部に備えたので、導入する空気から塵芥のような微粒子が除去される。したがって、シリコンウエハへの微粒子の吸着が低減され、ケミカル汚染物質の汚染濃度をより正確に測定できる。

まず、図１及び図２に基づいて、本発明の実施の形態である汚染濃度計測装置を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態である汚染濃度計測装置を示す概念図であり、図２は、図１に示した汚染濃度計測装置を用いて計測した計測結果を示す図である。

図１に示す汚染濃度計測装置１は、半導体や液晶デバイスの生産・開発用のクリーンルームの内部に設置され、ケミカル汚染物質をリアルタイムで計測できるようにしたものである。

図１に示すように、汚染濃度計測装置１は、ケーシング２の内部に水晶振動子（ＱＣＭ）３を装填したものである。

ケーシング２は、筒状をした箱体であって、一端部にクリーンルームの室内空気を導入する空気導入部２１を設け、他端部に導入した空気を排出する空気排出部２２を設けてある。空気導入部２１は、クリーンルームに臨む開口であって、ＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air Filter）またはＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air Filter）等のフィルタ２１ａが装着してある。フィルタ２１ａは、クリーンルームから導入した空気から塵芥等の微粒子を取り除くものであって、微粒子を除去する一方、計測対象となるケミカル汚染物質を通過させるようになっている。空気排出部２２は、吸引ポンプ（空気排出手段）に接続される開口であって、吸引ポンプを稼働すると、空気導入部２１を介してケーシング２の内部にクリーンルームの室内空気が一定速度で強制的に導入され、その後、空気排出部２２を介してケーシング２の外部に空気が排出されるようになっている。

水晶振動子３は、水晶片３１と、水晶片３１の両側の表面に設けられた一対の電極３２と、電極の少なくとも一方に積層されたシリコンウエハとを有しており、ケミカル汚染物質はシリコンウエハに吸着されるようになっている。

水晶振動子３の電極３２には、共振回路４１が接続されている。共振回路４１は、水晶振動子３を共振させるもので、電源４２が接続され、電源４２から電力が供給されるようになっている。また、共振回路４１には、周波数カウンタ４３が接続され、水晶振動子３が共振した周波数をカウントするようになっている。

周波数カウンタ４３には、データ処理装置（ＰＣ）４４が接続されている。データ処理装置４４は、シリコンウエハがケミカル汚染物質を吸着することにより生じる重量変化を算出するようになっている。すなわち、周波数カウンタ４３は、シリコンウエハが汚染物質を吸着することにより生じる重量変化に基づいた水晶振動子３の共振周波数変化を計測し、これを元にデータ処理装置４４は、ケミカル汚染物質吸着量を算出する。

また、図１に示すように、汚染濃度計測装置１は、温湿度センサ５０と冷却装置（冷却手段）５１とを備えている。温湿度センサ５０は、ケーシング２の内部を通過する空気の温度と湿度を計測するものであり、コントローラ５２に接続されている。冷却装置５１は、ケーシング２の内部の空気を冷却するものであり、たとえば、ケーシング２の周りに配設したペルチェ素子で構成されている。

冷却装置５１は、電源５３を介して、コントローラ５２に接続されており、温湿度センサ５０から取得した温度及び湿度に基づいて電源５３をオン・オフ制御することにより、ケーシング２の内部を通過する空気を適温に維持するようになっている。

上述した汚染濃度計測装置１は、図２に示すように、時間の経過とともに汚染物質の吸着量（重量）が増加する。そして、単位時間あたりの変化量（吸着速度）と空気量との関係からケミカル汚染物質の空気中濃度が推定できる。たとえば、平均的な吸着量変化のデータを用意しておき、これと日々のデータを比較することによって、異常事態の発生や室内汚染物質濃度の変動を感知する。

上述した汚染濃度計測装置１は、空気導入部２１にフィルタ２１ａを装着しているので、水晶振動子３に付着する微粒子の影響を排除し、ケミカル汚染物質の濃度をより正確に計測できる。また、吸引ポンプを稼働すると、ケーシング２の内部にクリーンルームの室内空気が一定速度で強制的に導入されるので、短時間で多くのケミカル汚染物質をシリコンウエハに吸着させることができ、クリーンルーム中の汚染物質濃度を短時間に精度よく評価できる。

また、汚染濃度計測装置１は、冷却装置５１を備えているので、ケーシング２の内部の空気を冷却することにより、ケミカル汚染物質の吸着を促進することができる。これは、ケーシング２の内部の空気が冷却されると、分子状又はガス状のケミカル汚染物質の運動エネルギーが小さくなることにより、吸着されやすくなることによるものである。なお、露点以下まで冷却すると水晶振動子３の表面に結露が生じ、ケミカル汚染物質を測定できなくなるので、温湿度センサ５０によって監視し、結露が生じないように冷却装置５１を制御することが要求される。

上述した汚染濃度計測装置１を設置したクリーンルームによれば、突発的なケミカル汚染物質濃度の増大が生じた場合に、適切な対応（製造ラインの停止、濃度低減対策の実施等）をとることができる。

また、ケミカルフィルタ等の空気清浄化装置の連続的な性能評価が可能となり、メンテナンス時期の予測等、計画的な製造スケジュールが立案、実行できるようになる。

さらに、予め設定された管理濃度との比較により、空調設備運転の最適化が実行できるようになり、ランニングコストの低減を図ることができる。

本発明の実施の形態である汚染濃度計測装置を示す概念図である。図１に示した汚染濃度計測装置を用いて計測した計測結果を示す図である。

符号の説明

１汚染濃度計測装置
２ケーシング
２１空気導入部
２１ａフィルタ
２２空気排出部
３水晶振動子
３１水晶片
３２電極
４１共振回路
４２電源
４３周波数カウンタ
４４データ処理装置
５０温湿度センサ
５１冷却装置
５２コントローラ
５３電源

Claims

一端部に計測対象となる空気を導入する空気導入部を設け、他端部に導入した空気を排出する空気排出部を設けたケーシングと、該ケーシングの内部に装填された水晶振動子とを備えた汚染濃度計測装置であって、
前記空気導入部に設けられ、導入する空気から微粒子を除去するフィルタと、
前記ケーシングの周りに配設され、導入した空気を冷却する冷却手段と、
前記ケーシングの内部を通過する空気の温度と湿度を計測する温湿度センサと、
前記温湿度センサが計測した温度と湿度に基づいて、前記水晶振動子の表面に結露が生じないように、前記冷却手段を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする汚染濃度計測装置。
前記空気排出部に接続され、前記空気排出部から空気を強制的に排出させる空気排出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の汚染濃度計測装置。