JPH1085541A

JPH1085541A - ガス状不純物処理システム

Info

Publication number: JPH1085541A
Application number: JP8263704A
Authority: JP
Inventors: Hideto Takahashi; 秀人高橋; Soichiro Sakata; 総一郎阪田; Katsumi Sato; 克己佐藤
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】吸着濾材交換時でも連続運転できるガス状不
純物除去システム。【解決手段】吸着塔１１０内に多段に積層された多孔
板１２０上にガス状不純物を吸着する濾材による流動層
１２２を形成し、この流動層を各段ごとに流動移動させ
ながら順次下段に落下させて、各段を移動する流動層中
を未処理空気を通過させて清浄空気を生成し、吸着室底
部に到達した濾材を濾材搬送用気流により最上段にまで
戻すように構成されている。そして、吸着室内に未使用
吸着濾材を供給する濾材供給手段１４４と、吸着室底部
より使用済み吸着濾材を排出する濾材排出手段１４２
と、濾材供給手段および／または濾材排出手段を吸着室
の動作を停止せずに吸着室に接続する切り換え手段１４
０、１４６とを備えており、濾材交換時であっても、吸
着室の動作を停止せずに、ガス状不純物が除去されたク
リーンエアの連続供給が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス状不純物処理
システムに係り、特に、半導体素子（ＬＳＩ）や液晶デ
ィスプレイ（ＬＣＤ）などを製造するクリーンルームの
雰囲気中に含まれるガス状不純物を除去する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】デバイスの高集積化に伴いプロセスの高
度化が進み、最近ではクリーンルーム環境中に存在する
微量な気中不純物がプロセス特性へ悪影響を及ぼす問題
が顕在化している。今後のデバイスプロセスでは、プロ
セスの歩留まりや安定性、デバイスの信頼性を維持・確
保するために、プロセス清浄化の対象物として、従来の
金属不純物やパーティクルに加え、ガス状不純物の制御
することがますます重要なファクタとなることが予測さ
れる。

【０００３】なお、クリーンルーム環境中に有機物など
のガス状不純物が存在する場合に、以下に示すような問
題が生じることが知られている。（１）クリーンルーム雰囲気中に含まれる極微量有機不
純物が、シリコンウェハ表面に吸着し、ポリシリコン酸
化膜耐圧が劣化する。（２）クリーンルーム雰囲気中に含まれる極微量有機不
純物が、シリコンウェハ表面に吸着し、レジスト膜の密
着性が悪くなり、露光・エッチング不良を起こす。（３）クリーンルーム雰囲気中に含まれる極微量有機不
純物が、シリコンウェハ表面に吸着し、ウェハの表面抵
抗率が上昇してウェハの帯電が生じやすくなり、浮遊微
粒子の静電吸着や素子の絶縁破壊が起きやすくなる。（４）クリーンルーム雰囲気中に極微量有機不純物が含
まれていると、紫外線波長域で用いられる装置の光学系
レンズ、ミラー等の曇りによる光学効率の低下が生じ
る。これは気中有機不純物が紫外線により光化学反応を
起こし、その生成物がレンズやミラーの表面に付着する
いわゆる光ＣＶＤ反応である。

【０００４】かかるクリーンルーム雰囲気中に含まれる
ガス状不純物を除去するために、従来よりいくつかのガ
ス状不純物除去装置が知られている。以下、代表的なガ
ス状不純物除去装置について説明する。

【０００５】（１）ケミカルフィルタまず第１に、ガス状不純物を除去するための装置とし
て、いわゆるケミカルフィルタが知られている。大部分
のケミカルフィルタは、活性炭をベースとするもので、
ガス状不純物についてはそのまま物理吸着して除去する
ことができる。なお、活性炭をベースとしたケミカルフ
ィルタには、多様な形状がある。例えば、最も簡素な形
状としては粒状活性炭を詰め込んだだけの充填塔があ
る。かかる形状のケミカルフィルタは吸着効率が高いも
のの圧力損失（通気抵抗）も高いという欠点を有する。

【０００６】さらに他の形状として、繊維状活性炭を低
融点ポリエステルやポリエステル不織布のバインダと複
合してフェルト形状にしたもの、粒状活性炭をウレタン
フォームや不織布に接着剤で強固に付着させたシート形
状のものがある。これらの形状は優れた通気性がありし
かも吸着効率は充填塔とさほど劣らない。しかし、フェ
ルト形状やシート形状のケミカルフィルタでは、濾材
（例えば、不織布、バインダなど）そのものや、活性炭
をシートに付着させるための接着剤（例えば、ネオプレ
ン系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン
系樹脂など）や、濾材を周囲のフレームに固着するため
に用いるシール材（例えば、ネオプレンゴムやシリコン
ゴムなど）などから脱離するガス状有機不純物がケミカ
ルフィルタ通過後の空気中に残存し、デバイスに悪影響
を与える可能性がある。これらのケミカルフィルタで
は、クリーンルーム雰囲気中に含まれるｐｐｂオーダの
極微量有機不純物を除去することを目的としながら、フ
ィルタへの取り入れ空気中の有機不純物は活性炭で吸着
・除去できたとしても、逆にフィルタ自身から脱離する
ガス状不純物がフィルタからの取り出し空気中に混入し
て新たな障害を引き起こすこともありうる。一方、充填
塔では、ガス状不純物の脱離の心配のない金属製容器に
粒状活性炭を充填すればこのような心配はない。

【０００７】さらに、活性炭をベースとしたケミカルフ
ィルタに共通する欠点として、吸着性能が急激に低下す
る破過現象の問題がある。すなわち、活性炭層に連続的
に通気して吸着操作を行うと、入り口側に近い活性炭か
ら順次飽和して吸着性能を失っていく。つまり、吸着能
力を有する吸着帯は入り口側から出口側へ通気時間と共
に移動していく。そして、出口付近の活性炭が飽和して
吸着能力を失った途端、活性炭層全体の吸着能力も失わ
れて、取り出し空気中のガス状不純物濃度は取り入れ空
気中のガス状不純物濃度とほとんど変わらなくなる。こ
れは活性炭層の破過現象と呼ばれている。

【０００８】通常、ケミカルフィルタの交換時期は、吸
着性能の劣化を定期的にモニタリングしながらその寿命
を判定することで決定される。しかし、ケミカルフィル
タ入り口側の有機不純物濃度が予期せず突発的に上昇し
た場合、吸着性能の劣化は急激に進行し、当初の見積時
間よりも大幅に短い時間で活性炭層は破過に至る。つま
り、活性炭層が破過する前にケミカルフィルタを交換で
きず、デバイスの製品不良を起こしてしまうおそれがあ
る。

【０００９】（２）流動層吸着塔上記のようなケミカルフィルタがかかる問題（充填塔の
圧力損失、フェルト形状やシート形状からの脱ガス、吸
着性能が急激に低下する破過現象）を解決する方法とし
て、本件と同一発明者・同一出願人にかかる特願平７−
３０８１７９号「ガス状不純物除去システム及び粒子除
去フィルタ」に開示されているような、流動層吸着塔を
利用したガス状不純物除去システムが提案されている。
この流動層吸着塔は、多段に積層された多孔板上に粒状
活性炭などの吸着濾材による流動層を形成し、この流動
層を各段ごとに流動移動させながら順次下段に落下させ
るように構成されている。この間、処理空気を上向き流
として、各段において吸着濾材の流動層と均一に接触さ
せ、処理空気中のガス状不純物を吸着させる。浄化され
た空気は吸着塔の上部から放出される。また吸着塔底部
に到達した吸着濾材は、気流搬送器によって吸着塔の最
上段に戻され、再び落下するように構成されている。従
来、流動層に使用できる粒状活性炭として、木炭粉末、
石炭、石油ピッチなどを原料とした天然物系球状活性炭
があった。流動層中を空気が通過するため、充填塔に比
べて圧力損失は遥かに小さい。また、吸着塔内に使用さ
れる素材にはガス状不純物の発生が全くないステンレス
のような金属を採用することができるため、フェルト形
状やシート形状のケミカルフィルタのような脱ガスの心
配はない。さらには、ケミカルフィルタのように飽和帯
と吸着帯が偏在するということはなく、吸着塔内を循環
する吸着濾材の吸着性能が均一かつ徐々に低下するた
め、吸着性能が急激に劣化し破過に至るという不具合も
ない。

【００１０】また、かかる流動層吸着塔を利用したガス
状不純物の除去装置は、流動状態にある吸着濾材の層の
中を被処理空気が通過するため、通気抵抗が極めて低い
という利点がある。例えば、０．７ｍｍ直径の粒状活性
炭からなる静止層高１．５ｃｍの流動層を１ｍ／ｓの被
処理空気が通過する場合の通気抵抗はわずか１０ｍｍＨ
２Ｏである。また、被処理空気中に含まれるｐｐｍオー
ダのガス状有機不純物を１ｐｐｂ以下の濃度にするため
にはせいぜい７段の流動層、つまり７０ｍｍＨ₂Ｏの通
気抵抗を見込んでおけば十分である。なお、長期連続運
転中に、吸着塔内の吸着濾材は不純物を吸着して破過
（飽和して吸着性能を失う状態）に近づく。従って、破
過する前に安全を見込んで早目に吸着濾材の交換が必要
である。例えば、破過するまでの寿命が半年であれば、
３ヶ月置きに交換することができる。

【００１１】しかしながら、かかる流動層吸着塔におい
ても、吸着濾材はいずれは飽和して吸着能力を失い、使
用済み濾材を未使用濾材と交換しなければならないとい
う問題は解決されていない。かかる点は、上記のような
流動層吸着塔を利用したガス状不純物システムを、ＬＳ
ＩやＬＣＤを製造するクリーンルームの雰囲気中に含ま
れるガス状不純物を除去する場合、例えば、ＬＳＩやＬ
ＣＤの基板の保管雰囲気を作るために、ガス状不純物と
粒子状不純物のいずれも含まれないクリーンエアを供給
せねばならない場合などに特に問題となる。すなわち、
通常、ＬＳＩやＬＣＤの基板はクリーンルーム中で昼夜
を問わず２４時間体制で休みなく製造されるため、濾材
の交換作業中と言えどもガス状不純物処理システムの稼
動は停止しないことが望ましいのであるが、従来のシス
テムでは、濾材の交換作業中にシステムを停止せざるを
得なかった。

【００１２】さらにまた、上記のようなケミカルフィル
タや流動層吸着塔の後段（空気取り出し側）には、通
常、中性能エアフィルタ、および／または、ＨＥＰＡな
いしはＵＬＰＡと称される高性能フィルタを取り付ける
必要がある。この理由は、ケミカルフィルタの吸着濾材
に活性炭を使用しているためで、活性炭自身が破砕した
粒子状の汚染物を発生するためである。しかしながら、
従来の中性能フィルタや高性能フィルタは、濾材（例え
ば、不織布、バインダなど）そのものや、濾材を固着す
るために用いるシール材（例えば、ネオプレンゴムやシ
リコンゴムなど）や接着剤（例えば、ネオプレン系樹
脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂
など）などから脱離するガス状不純物がクリーンルーム
中に浮遊し、デバイスに悪影響を与える可能性がある。
なお、本明細書においては、中性能エアフィルタを単に
中性能フィルタ、ＨＥＰＡまたはＵＬＰＡフィルタのこ
とを高性能フィルタと称する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のガス状不純物除去システムは、次のような問題点
を抱えており、その解決が希求されている。（１）ケミカルフィルタでは、クリーンルーム雰囲気に
含まれるｐｐｂオーダの極微量有機不純物を除去するこ
とが可能であるが、充填塔形状では圧力損失が高く、フ
ェルト形状やシート形状では脱ガスの処理が問題とな
り、形状に依らない共通する欠点として活性炭層の破過
現象の問題がある。（２）吸着濾材を使用した流動層吸着塔では、ケミカル
フィルタと比較して、吸着性能の低下は極めて緩慢に起
こり、吸着塔内に金属素材を使用すればガス状不純物の
発生もないという利点があるが、吸着濾材はいずれは飽
和して吸着能力を失い、使用済み濾材と交換しなければ
ならなくなる。濾材の交換作業中はガス状不純物処理シ
ステムの稼動は停止することになる。（３）ケミカルフィルタや流動層吸着塔の後段（空気取
り出し側）に取り付けが不可欠の粒子除去フィルタの製
作にガス状不純物を脱離する素材が使用されており、そ
こから発生するガス状不純物が問題となる。

【００１４】本発明は、上記のような従来の流動層吸着
塔を利用したガス状不純物処理システムが有する問題点
に鑑みてなされたものであり、使用済み濾材と未使用濾
材の交換作業中にもガス状不純物処理システムの稼動を
停止せずに済み、流動層吸着塔の下流側に取り付けた粒
子除去フィルタ自身がガス状不純物汚染の原因となるこ
とを防止できる、新規かつ改良されたクリーンルーム雰
囲気中のガス状不純物の除去装置を提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、吸着塔などの吸着室内に多段に積層
された多孔板上にガス状不純物を吸着する濾材による流
動層を形成し、この流動層を各段ごとに流動移動させな
がら順次下段に落下させて、各段を移動する流動層中を
未処理空気を通過させることにより清浄空気を生成する
とともに、吸着室底部に到達した濾材を濾材搬送用気流
により最上段にまで戻すように構成された流動層吸着室
を備えたガス状不純物処理システムが提供される。そし
て、このガス状不純物処理システムは、請求項１に記載
のように、吸着室内に未使用吸着濾材を供給する濾材供
給手段と、吸着室底部より使用済み吸着濾材を排出する
濾材排出手段と、濾材供給手段および／または濾材排出
手段を吸着室の動作を停止せずに吸着室に接続する切り
換え手段とを備えたことを特徴としている。

【００１６】かかる構成によると、濾材交換時であって
も、吸着室の動作を停止することなく、濾材供給手段を
吸着室に接続して未処理濾材を供給するとともに、濾材
排出手段を吸着室底部に接続して使用済み吸着濾材を排
出することができる。その結果、ガス状不純物が除去さ
れたクリーンエアの連続供給が可能となり、結果的に、
半導体製品のスループットおよび歩留まりを向上させる
ことができる。

【００１７】さらに、請求項２に記載のように、圧縮空
気供給手段を設け、この圧縮空気供給手段から供給され
る圧縮空気を、切り換え手段により適宜切り換えること
により、濾材を循環させる濾材搬送用気流を発生させる
とともに、濾材供給手段および／または濾材排出手段に
より未使用吸着濾材および／または使用済み吸着濾材を
供給および／また排出する濾材搬送用気流を発生させる
ように構成しても良い。

【００１８】なお、請求項３に記載のように、濾材供給
手段により吸着室内に供給される未使用吸着濾材の供給
量と、濾材排出手段により吸着室底部より排出される使
用済み吸着濾材の排出量を実質的に同一に制御すれば、
より安定した空気処理が可能となる。

【００１９】さらに、請求項４に記載のように、流動層
吸着室の下流側に、ガス状不純物を発生しない素材のみ
から構成されて、粒子状不純物を除去するフィルタ手段
を接続すれば、流動層吸着室から発生する粒子状不純物
を除去するとともに、そのフィルタ自身がガス状不純物
汚染の原因となることを回避することができる。

【００２０】さらに、請求項５に記載のように、流動層
吸着室の下流側に接続されるフィルタ手段に対して、ガ
ス状不純物を発生しない素材のみから構成されて、粒子
状不純物を除去する１または２以上のバックアップ用フ
ィルタ手段を、選択的に切り換え可能に並列に接続すれ
ば、目詰まりを起こしたフィルタ手段を交換する際に、
空気経路をバックアップ用フィルタ手段側に切り換える
ことで、システムの運転を中断することがない。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明に基づいて構成されたガス状不純物除去手段の好
適な実施の形態について詳細に説明する。

【００２２】図１には、本発明にかかるガス状不純物処
理システムの実施の一形態が示されている。このガス状
不純物処理システム１００Ａは、システムの上流側に設
置されるガス状不純物処理装置として流動層吸着塔１１
０を使用し、その下流側にガス状不純物を発生しないフ
ィルタ１５０を接続したものである。

【００２３】この流動層吸着塔１１０は、大きく分けて
流動層吸着部１１２、シール部１１４、それ以外の吸着
濾材搬送部から構成されている。流動層吸着部１１２
は、吸着塔１１８内に多段に積層された多孔板１２０を
備えている。本実施の形態においては、吸着濾材とし
て、例えば直径が０．７ｍｍの球状活性炭が使用され、
この球状活性炭は、流動層吸着部１１２において、多段
に積層された多孔板１２０上で、例えば静止層高１０ｍ
ｍ〜２０ｍｍ、流動層高２０ｍｍ〜４０ｍｍの流動層１
２２を形成し、各段毎に流動移動しながら各段の流下部
１２０ａから逐次下段に落下して行く。この間、吸着濾
材である球状活性炭は、空気取り入れ口１２３からダン
バ１２３ｂと渦巻送風機１２３ａを経由して取り入れら
れた上向流の処理空気１２４と均一に接触し、処理空気
中のガス状不純物を吸着する。他方、浄化された空気１
２６は吸着塔１１８の上部１１８ａから放出される。ま
たシール部１１４をなす吸着塔底部１１８ｂに達した吸
着濾材は、気流搬送管１３６によって吸着塔の最上段に
戻され、再び吸着工程に移っていく。

【００２４】次に、吸着濾材の搬送法について説明する
と、ターボ送風機１２８によりダンパ１３４と三方管１
３２と気流搬送管１３６を経由して圧縮空気１３８が吸
着塔の最上段に送られる。そして、三方管１３２におい
て、圧縮空気１３８と、取り出し口１３０から出た吸着
濾材とが混合される。取り出し口１３０から吸着濾材を
取り出す経路には、第１経路１３０ａと第２経路１３０
ｂの２系統があり、第１経路１３０ａから取り出された
吸着濾材が圧縮空気１３８によって吸着塔の最上段まで
気流搬送される。この際、第２経路１３０ｂはバルブ１
４０Ａを閉じることによって閉鎖されている。

【００２５】一方、吸着濾材を交換する場合には、渦巻
送風機１２３ａを停止することなく、ダンパ１３４を閉
じて第１経路１３０ａを閉じる。逆にバルブ１４０Ａを
開いて第２経路１３０ｂを開放し、取り出し口１３０か
ら出た吸着濾材は経路１３０ｂ内を重力落下して使用済
み濾材貯槽１４２Ａに入る。一方、未使用の吸着濾材
は、未使用濾材貯槽１４４Ａからバルブ１４６Ａを経由
して経路１４８Ａ内を重力落下して吸着塔１１８内に入
る。なお、１４３Ａと１４５Ａは各槽の濾材排出口と濾
材供給口をそれぞれ示す。使用済み濾材の排出量と未使
用濾材の供給量はほぼ同等になるように、バルブ１４０
Ａと１４６Ａは調整される。吸着塔１１８内に存在した
使用済み吸着濾材の全量が未使用濾材に入れ替わった
後、つまり吸着濾材の交換が完了した後、ダンパ１３４
を再度開いて第１経路１３０ａを開放し、逆にバルブ１
４０Ａを再度閉じて第２経路１３０ｂを閉鎖し、ターボ
送風機１２８からの圧縮空気１３８によって吸着濾材の
搬送が再開される。吸着濾材の交換中も渦巻送風機１２
３ａは停止せず、吸着塔１１８内には継続して未処理空
気が取り入れられ、流動層を透過してガス状不純物が除
去される。なお、１３５は逃がしダンパである。

【００２６】さらに、流動層吸着塔１１０の下流には、
ガス状不純物を発生しないフィルタ１５０が接続される
が、このフィルタ１５０としては、例えば、ＨＥＰＡフ
ィルタまたはＵＬＰＡフィルタと称される粒径が０．３
μｍの大きさの微粒子を９９．９７％以上捕集できる高
性能フィルタ１５２を使用することができる。また、図
１に示すように、その高性能フィルタ１５２の上流側
に、中性能エアフィルタとも称される粒径が０．３μｍ
または０．３μｍ以上の大きさの微粒子を９９．９７％
未満で捕集できる中性能フィルタ１５１を配しても良
い。

【００２７】また、通常の中性能フィルタ、ＨＥＰＡフ
ィルタまたはＵＬＰＡフィルタでは、濾材に揮発性有機
物を含むバインダを使用しているのでバインダからの脱
ガスがある。したがって、本実施の形態にかかるガス状
不純物除去システム１００Ａにおいて使用されるフィル
タ１５０（中性能フィルタ１５１および高性能フィルタ
１５２）としては、バインダを使用しない濾材を用い、
あるいはバインダを使用していても焼きだしなどの処理
により揮発性不純物を除去した濾材を用い、さらに濾材
をフレームに固定する手段であるシール材にも脱ガスの
発生のない種類を選択したり、焼き出しなどの処理によ
り揮発性不純物を除去したシール材を用いたり、あるい
は濾材を脱ガスのない素材で物理的に圧着してフレーム
に固定することにより構成されたものを使用することが
好ましい。さらに、中性能フィルタ１５１や高性能フィ
ルタ１５２をシステムに取り付ける際には、下流側への
有機物ガスによる汚染を防止するために、有機物ガスの
発生のないシール部材、例えば無機素材パッキンやテフ
ロンなどのフッ素樹脂パッキンを使用することが好まし
い。

【００２８】図２は、本発明にかかるガス状不純物処理
システムの別の実施の形態が示されている。なお、本明
細書において説明する各実施の形態において、実質的に
同一の構成および機能を有する構成要素については、同
一の参照番号を付することにより重複説明を省略するこ
とにする。

【００２９】図１に示す装置では、吸着濾材を交換する
場合に、まず、ダンパ１３４を閉じて第１経路１３０ａ
を閉じる。バルブ１４０Ａを開いて第２経路１３０ｂを
開放し、取り出しロ１３０から出た使用済みの吸着濾材
は、経路１３０ｂ内を重力落下して使用済み濾材貯槽１
４２Ａに入るように構成されている。そして、未使用の
吸着濾材は、未使用濾材貯槽１４４Ａからバルブ１４６
Ａを経由して経路１４８Ａ内を重力落下して吸着塔１１
８内に入って供給されるように構成されている。

【００３０】これに対して、図２に示す装置では、三方
管１３２と気流輸送管１３６の途中に三方管１３２ａが
設けられ、１３２ａに未使用濾材貯槽１４４Ｂがバルブ
１４６Ｂを介して接続されている。さらに、第１経路１
３０ａの途中にバルブ１４１Ｂが設けられている。吸着
濾材を交換する場合の使用済み濾材の排出法は図１に示
す場合とほぼ同様である。しかし、吸着濾材を交換する
場合の未使用濾材の供給法は、図１に示す装置とは異な
っている。すなわち、図２に示す装置では、吸着濾材交
換中もダンパ１３４は適度に開かれている。そして、未
使用の吸着濾材は、未使用濾材貯槽１４４Ｂからバルブ
１４６Ｂと経路１４８Ｂを経て三方管１３２ａに至り、
ここでターボ送風機１２８からの圧縮空気１３８によっ
て気流搬送され、気流搬送管１３６を経て、吸着塔の最
上段に供給されるように構成されている。

【００３１】以上のように、吸着濾材を交換する場合の
未使用濾材の供給法において、図１に示す装置では、重
力落下法が採用されるのに対して、図２に示す装置では
圧縮空気による気流搬送法が採用されている点が異な
る。ただし、吸着濾材を交換する場合の使用済み濾材の
排出法においては、図１および図２に示す装置のいずれ
においても、重力落下法が採用される点は同様である。
また、図１および図２に示す装置のいずれにおいても、
吸着濾材の交換中であっても、吸着塔内には継続して未
処理空気が取り入れられ、流動層を透過してガス状不純
物が除去される点も同様である。

【００３２】図３に示す装置１００Ｃは、図１の吸着塔
１１８の内部に設けられた気流搬送管１３６を、吸着塔
１１８の外部に設けた気流搬送管１３６Ｃに代替した構
成を有しており、同様に、図４に示す装置１００Ｄは、
図２の吸着塔１１８の内部に設けられた気流搬送管１３
６を、吸着塔１１８の外部に設けた気流搬送管１３６Ｄ
に代替し、さらに三方管１３２ａの代わりに１３２ｄを
設けて、濾材循環路と未使用濾材供給路との切り替えが
可能なように構成している。かかる構成によれば、気流
搬送管１３６Ｃ、１３６Ｄが吸着塔１１８の外部に設置
されるので、吸着塔１１８の内部構成が簡略化されると
ともに、メンテナンスが容易となり、さらに、濾材循環
路と未使用濾材供給路とを部分的に共用する構成を採用
することが可能となり、装置構成がさらに簡略化される
とともに、イニシャルコストを軽減することができる。
なお、図３および図４に示す装置は、上記点を除き、図
１および図２に示す装置構成と同様なので、詳細な説明
は省略することにする。

【００３３】図５は、本発明にかかるガス状不純物処理
システムのさらに別の実施の態様が示されている。な
お、図５に示す装置１００Ｅは、図２に示す装置１００
Ｂを応用したものなので、以下では、図２に示す装置１
００Ｂとの相違点について順次説明することにする。

【００３４】まず、図２に示す装置１００Ｂでは、吸着
濾材を交換する場合に、未使用濾材の供給は圧縮空気に
よる気流搬送法が採用され、使用済み濾材の排出は重力
落下法が採用されている。これに対して、図５に示す装
置１００Ｅでは、吸着濾材を交換する場合に、未使用濾
材の供給と使用済み濾材の排出の両方とも圧縮空気によ
る気流搬送法が採用される。

【００３５】具体的には、図５に示す装置１００Ｅにお
いては、ターボ送風機１２８からの圧縮空気１３８（１
３８ａ、１３８ｂ）は、ダンパ１３４ａと１３４ｂへの
２系統に分岐される。流動層吸着塔の通常運転時には、
ダンパ１３４ｂとバルブ１４０Ｂおよび１４６Ｂはそれ
ぞれ閉止され、ダンパ１３４ａとバルブ１４１Ｂはそれ
ぞれ開放される。第１経路１３０ａから取り出された吸
着濾材は、圧縮空気１３８（１３８ａ）によって吸着塔
の最上段まで気流搬送される。この際、第２経路１３０
ｂはバルブ１４０Ｂを閉じることによって閉鎖されてい
る。一方、吸着濾材の交換時には、バルブ１４１Ｂのみ
が閉じられ、それ以外のダンパ１３４ａと１３４ｂ、バ
ルブ１４０Ｂと１４６Ｂは全て開かれる。第２経路１３
０ｂから取り出された吸着濾材は、圧縮空気１３８（１
３８ｂ）によって使用済み濾材貯糟１４２Ｂまで気流搬
送される。また、未使用濾材貯槽１４４Ｂから取り出さ
れた未使用の吸着濾材は、圧縮空気１３８（１３８ａ）
によって吸着塔の最上段まで気流搬送される。使用済み
濾材の排出量と未使用濾材の供給量はほぼ同等になるよ
うに、バルブ１４０Ｂと１４６Ｂ、ダンパ１３４ａと１
３４ｂは調整される。

【００３６】さらに、図６には、図５に示す装置１００
Ｅの変形例が示されている。すなわち、図６に示す装置
１００Ｆでは、吸着濾材交換用に追加のターボ送風機１
２８ａ、１２８ｂが設けられている。すなわち、図６に
示す装置１００Ｆでは、未使用濾材を気流搬送するため
のターボ送風機１２８ａが、ダンパ１３４ａ’および三
方弁１３２ａ’を介して未使用濾材供給経路１４８Ｂ’
に接続され、また同様に、使用済み濾材を気流搬送する
ためのターボ送風機１２８ｂが、ダンパ１３４ｂ’およ
び三方弁１３２ｂ’を介して使用済み濾材排出路１３０
ｂ’に接続されている。

【００３７】すなわち、図５に示す装置１００Ｅでは、
吸着濾材の交換時には、ターボ送風機１２８を１台だけ
運転して、圧縮空気による気流搬送法により、未使用濾
材の供給と使用済み濾材の排出の両方を行っている。こ
れに対して、図６に示す装置１００Ｆでは、流動層吸着
塔の通常運転時には、図５に示す装置１００Ｅと同様に
ターボ送風機１２８を使用するが、吸着濾材交換時の未
使用濾材の供給には、ターボ送風機１２８ａ、吸着濾材
交換時の使用済み濾材の排出にはターボ送風機１２８ｂ
をそれぞれ使用するように構成されている。つまり、通
常運転時の濾材循環用と、濾材交換時の未使用濾材の供
給用および使用済み濾材の排出用にそれぞれ使用するタ
ーボ送風機を別個に計３台設けた点において、図５に示
す装置１００Ｅと構成が異なっている。

【００３８】さらに、当業者であれば、図６に示す装置
１００Ｆの変形例として、濾材循環用と未使用濾材の供
給用に共通のターボ送風機を使用し使用済み濾材の排出
用には別のターボ送風機を使用する構成や、濾材循環用
と使用済み濾材の排出用に共通のターボ送風機を使用し
未使用濾材の供給用には別のターボ送風機を使用する構
成や、未使用濾材の供給用と使用済み濾材の排出用に共
通のターボ送風機を使用し濾材循環用には別のターボ送
風機を使用する構成のように、ターボ送風機を計２台設
ける構成も考えられるが、もちろん、これらの構成につ
いても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【００３９】ところで、かかる流動層吸着塔１１０で
は、流動状態にある吸着濾材自体が微粒子の発生源とな
る。しかし、本実施の形態によれば、流動層吸着塔１１
０の下流側にガス状不純物を発生しないフィルタ群１５
０、すなわち中性能フィルタ１５１および高性能フィル
タ１５２が設置されるので、ガス状不純物と粒子状不純
物の両方とも含まないクリーンエアを供給することがで
きる。なお、中性能フィルタ１５１および高性能フィル
タ１５２の詳細な内容については、本件出願人と同一出
願人にかかる平成７年１０月３１日付提出の特願平７−
３０８１７９号「ガス状不純物処理システム及び粒子除
去フィルタ」に記載されているので、本明細書において
は、上記特許出願に言及することにより、その詳細説明
に代えることにする。

【００４０】また、図示の例では、中性能フィルタ１５
１と高性能フィルタ１５２を直列に配列しているが、中
性能フィルタ１５１を省略して、高性能フィルタ１５２
のみを設置する構成にしても良い。ただし、かかる流動
層吸着塔１１０では、流動状態にある吸着濾材は、互い
に擦れ合うことで夥しいミクロンサイズの微粒子を発生
するため、このような微粒子をＨＥＰＡやＵＬＰＡと称
される高性能フィルタで除去しようとすれば、例えば、
粉塵濃度０．１ｍｇ／ｍ³、通気風速０．３ｍ／ｓｅｃ
の場合、数ヶ月で完全に目詰まりを起こしてしまう。従
って、本実施の形態に示すように、まず中性能フィルタ
１５１でミクロンサイズの濾材摩耗粒子を除去し、中性
能フィルタ１５１で除去できなかった僅かのサブミクロ
ンサイズの微粒子をさらに下流側に設けた高性能フィル
タ１５２で除去する構成を採用することが好ましい。な
お中性能フィルタ１５１や高性能フィルタ１５２をシス
テムに取り付ける際には、有機物ガスの発生のないシー
ル部材、例えば無機素材パッキンやテフロンなどのフッ
素樹脂パッキンを使用することが好ましい。

【００４１】かかる流動層吸着塔１１０の下流側にガス
状不純物を発生しないフィルタ群１５０、すなわち中性
能フィルタ１５１および高性能フィルタ１５２を設置し
た場合には、吸着濾材から発生する微粒子で中性能フィ
ルタ１５１が目詰まりを起こすことは既に述べた。この
ような目詰まりを起こしたフィルタは、新しいフィルタ
と交換しなければならないが、その交換作業中には、図
１〜図６に関連して説明した本実施の形態によるガス状
不純物除去システムの稼働を停止しなければならない。

【００４２】すなわち、図１〜図６に関連して説明した
ような構成を採用することにより、ガス状不純物除去シ
ステムを停止せずに、吸着濾材の交換を可能にしても、
中性能フィルタ１５１の交換毎にシステムを停止するの
ではあれば、システムの連続運転を行うことができな
い。特に、本実施例の形態にかかるガス状不純物除去シ
ステムは、ＬＳＩやＬＣＤを製造するクリーンルームの
雰囲気中に含まれるガス不純物を除去する技術に適用す
ることができるものであり、例えば、ＬＳＩやＬＣＤの
基板の保管庫雰囲気内にガス状不純物と粒子状不純物の
いずれも含まないクリーンエアを供給するために使用さ
れる。通常、ＬＳＩやＬＣＤの基板はクリーンルーム中
で昼夜を問わず２４時間体制で休みなく製造されるた
め、フィルタの交換作業中といえども本システムの稼働
は停止しないことが望ましい。

【００４３】そこで、図７および図８に示すようなバッ
クアップとなる別系統のフィルタを流動層吸着塔１１０
の下流側に最初から設けておくことが望ましい。バック
アップとなる別系統のフィルタとしては、主フィルタと
同等の性能を有するものが使用されるが、通常運転時は
使用されない。しかし、使用中のフィルタが目詰まりを
起こした場合には、空気経路をバックアップ用フィルタ
側に切り換えて、システムを中断することなくフィルタ
の交換を行うことができる。フィルタ交換後には、空気
経路を更新された元の系統に切り換えて、バックアップ
用フィルタの使用を再度停止する。このように、バック
アップ用フィルタは交換作業の間、一時待避的に使用す
ることができる。

【００４４】また、バックアップとなる別系統のフィル
タを、目詰まりを起こしたフィルタの交換後も、引き続
き使用し、この別系統のフィルタが目詰まりを起こして
使用出来なくなった場合には、元の系統のフィルタに切
り替えるというふうに、２系統のフィルタを交互連転す
ることもできる。

【００４５】図７は、中性能フィルタ１５１に対してバ
ックアップ用の中性能フィルタ１５１’をダンパ１５１
ａ〜１５１ｄにより選択的に切り換え可能に並列に接続
したものである。中性能フィルタ１５１の運転時には、
ダンパ１５１ａ、１５１ｂが開けられ、ダンパ１５１
ｃ、１５１ｄは閉じられている。一方、中性能フィルタ
１５１の交換時には、ダンパ１５１ａ、１５１ｂは閉じ
られ、ダンパ１５１ｃと１５１ｄが開けられる。このよ
うに、本実施の形態によれば、目詰まりを起こしていな
い中性能フィルタ１５１’が交換作業中に使用されるた
め、システムの稼働が停止することはない。なお、図７
中のダンバ開閉状態は中性能フィルタ１５１の運転時に
相当する。

【００４６】図８は中性能フィルタ１５１または高性能
フィルタ１５２のどちらか一方、または中性能フィルタ
１５１と高性能フィルタ１５２の両方の交換を想定した
ものである。中性能フィルタ１５１および高性能フィル
タ１５２の運転時には、ダンパ１５１ａ、１５１ｂ、１
５２ａは開けられ、ダンパ１５１ｃ、１５１ｄ、１５２
ｂは閉じられている。一方、中性能フィルタ１５０のみ
の交換時には、ダンパ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ｂは
閉じ、ダンパ１５１ｃ、１５１ｄ、１５２ａを開ける。
このように目詰まりを起こしていない中性能フィルタ１
５１’ を交換作業中に使用することができるので、本
実施の形態によれば、システムの駆動がフィルタ交換作
業中でも停止することはない。さらに、高性能フィルタ
１５２のみの交換時には、ダンパ１５１ｃ、１５１ｄ、
１５２ａは閉じ、ダンパ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ｂ
を開ける。このように目詰まりを起こしていない高性能
フィルタ１５２’を交換作業中に使用することができる
ので、本実施の形態によれば、システムの稼働が交換作
業中でも停止することはない。さらに、中性能フィル
タ１５１と高性能フィルタ１５２の両方の交換時には、
ダンパ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａを閉じ、１５１
ｃ、１５１ｄ、１５２ｂを開ける。このように目詰まり
を起こしていない中性能フィルタ１５１’と高性能フィ
ルタ１５２’が交換作業中に使用されるため、本実施の
形態によれば、システムの稼働が交換作業中でも停止す
ることはない。なお、図８中のダンパ開閉状態は高性能
フィルタ１５２の交換時に相当する。

【００４７】

【実施例】以下に、図１に示すような、本発明に基づい
て構成されるガス状不純物処理システム１００Ａと従来
のガス状不純物処理システム（すなわち、使用済み濾材
と未使用濾材の交換作業中はガス状不純物処理システム
の稼働を停止しなければならない流動層吸着塔と、流動
層吸着塔の下流側に配され、従来の中性能フィルタおよ
び高性能フィルタを備えたシステム）とを、それぞれ、
クリーンルーム雰囲気中に含まれるガス状不純物の除去
に適用した場合の実施例について説明する。その結果、
従来の装置では、流動層濾材は約半年間で吸着能力を失
い、濾材の交換が必要となり、その交換作業のために２
時間あまり、流動層吸着塔の稼働を停止せざるを得なか
った。一方、本発明にかかる装置によれば、流動層吸着
塔の稼働を一切停止せずに濾材の交換を行うことができ
た。

【００４８】さらに、図１に示すような、本発明に基づ
いて構成されるガス状不純物処理システム（すなわち、
流動層吸着塔の下流側に、それ自体がガス状不純物を発
生しないものを取り付けた場合）と、従来のガス状不純
物処理システム（すなわち、流動層吸着塔の下流側に従
来の中性能フィルタおよび高性能フィルタ（それ自体が
ガス状不純物を発生するもの）を取り付けた場合）につ
いて、フィルタ下流側に置いたガラス基板表面の有機物
による汚れ方を比較した。ガラス基板としては、ＣＯＲ
ＮＩＮＧ＃７０５９、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１
ｍｍ^tを使用した。ガラス基板表面に付着している有機
物は、紫外線オゾン洗浄によって全て除去した後、試験
に供し、接触角評価法により評価した。

【００４９】その結果を図１０に示す。なお、図１０に
示すグラフは、縦軸に接触角、横軸に暴露時間を示すも
のである。なお、本実施例においては、ガラス基板表面
の汚染状態を評価するために、接触角評価法を用いた。
接触角評価法で測定する接触角はガラス基板表面に滴下
された超純水の液滴の接触角であり、ＸＰＳ（Ｘ線光電
子分光法）により測定したガラス表面の有機物による汚
染状態（炭素／ケイ素比）と接触角との間には、図９に
示すような関係がある。炭素／ケイ素比は表面に付着し
ている有機物量に比例する指標であり、接触角は表面の
疎水性有機物による汚染の程度を表す指標である。した
がって、接触角を観察することにより、ガラス基板表面
の有機物汚染状態を簡便かつ短時間に測定できる。な
お、ＸＰＳと接触角測定法については、本発明とは直接
的に関係するものではないので、その詳細な説明は省略
する。なお、その詳細については、本件出願人と同一出
願人にかかる特願平７−１７１３７３号を参照された
い。

【００５０】ガラス表面の接触角の経時変化を、洗浄直
後のガラス基板が、本実施の形態による不純物ガスの発
生のない中性能フィルタおよび高性能フィルタの下流側
に置かれた場合と、比較例として、同ガラス基板が従来
の中性能フィルタおよび高性能フィルタ下流側に置かれ
た場合について比較した。図１０に示すように、本発明
の場合には、３日間経過後も接触角の増加はわずか３度
であったが、従来のフィルタを使用した場合には、従来
のフィルタの構成素材からの脱ガスの影響により、接触
角は２０度も増えた。なお、図１０中には、ガス状不純
物処理システムを設けないクリーンルーム雰囲気に直接
ガラス基板が曝された場合のデータも参考までに示し
た。

【００５１】以上、本発明に基づいて構成されたガス状
不純物処理システムの好適な実施の形態について添付図
面を参照しながら説明したが、本発明はかかる例に限定
されないことは言うまでもない。当業者であれば、さま
ざまな変形例および修正例に想到することは明らかであ
り、それらについても、本発明の技術的範囲に属するも
のと了解される。

【００５２】例えば、図１〜図６においては、吸着室と
して塔形状の吸着塔を使用したが、本発明はかかる例に
限定されず、さまざまな形状の吸着室内に多段に積層さ
れた多孔板上にガス状不純物を吸着する濾材による流動
層を形成し、この流動層を各段ごとに流動移動させなが
ら順次下段に落下させて、各段を移動する流動層中を未
処理空気を通過させることにより清浄空気を生成すると
ともに、吸着室底部に到達した濾材を濾材搬送用気流に
より最上段にまで戻すように構成されたものであれば、
各種構成のガス状不純物除去システムに対して本発明を
適用することが可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
濾材交換時であっても、吸着室の動作を停止することな
く、濾材供給手段を吸着室に接続して未処理濾材を供給
するとともに、濾材排出手段を吸着室底部に接続して使
用済み吸着濾材を排出することができる。その結果、ガ
ス状不純物が除去されたクリーンエアの連続供給が可能
となり、結果的に、半導体製品のスループットおよび歩
留まりを向上させることができる。

【００５４】また、流動層吸着室の下流側に、ガス状不
純物を発生しない素材のみから構成されて、粒子状不純
物を除去するフィルタ手段を接続すれば、流動層吸着室
から発生する粒子状不純物を除去するとともに、そのフ
ィルタ自身がガス状不純物汚染の原因となることを回避
することができる。その場合に、上記フィルタ手段に対
してバックアップ用フィルタ手段を、選択的に切り換え
可能に並列に接続すれば、目詰まりを起こしたフィルタ
手段を交換する場合であっても、システムの運転を中断
する必要が無くなり、クリーンエアの連続供給が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムの第１の実施の形態の概略構成を示す構成図で
ある。

【図２】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムの第２の実施の形態の概略構成を示す構成図で
ある。

【図３】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムの第３の実施の形態の概略構成を示す構成図で
ある。

【図４】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムの第４の実施の形態の概略構成を示す構成図で
ある。

【図５】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムの第５の実施の形態の概略構成を示す構成図で
ある。

【図６】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムの第６の実施の形態の概略構成を示す構成図で
ある。

【図７】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムにバックアップ用フィルタを設けた実施の態様
を示す概略的な構成図である。

【図８】本発明に基づいて構成されるガス状不純物除去
システムにバックアップ用フィルタを設けた実施の別の
態様を示す概略的な構成図である。

【図９】接触角判定法における接触角とガラス基板の有
機物汚染状態との関係を示すグラフである。

【図１０】ガラス基板に滴下された超純水の液滴の接触
角と暴露時間の関係を示すグラフであり、本発明にかか
るガス状不純物を発生しない素材のみで構成した粒子除
去フィルタを有するガス状不純物除去システムを使用し
た場合（本発明）と、単に従来型のＵＬＰＡフィルタを
取り付けたガス状不純物除去システムを使用した場合
（比較例）と、ガス状不純物の除去されていないクリー
ンルーム雰囲気を直接使用した場合（クリーンルーム雰
囲気中）を、それぞれ示している。

【符号の説明】

１００Ａガス状不純物処理システム１１０流動層吸着塔１１２流動層吸着部１１４シール部１２０多孔板１２２流動層１３２三方管１３６気流搬送管１３８圧縮空気１４２使用済み濾材貯槽１４４未使用濾材貯槽１５０フィルタ群１５１中性能フィルタ１５２高性能フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸着室内に多段に積層された多孔板上に
ガス状不純物を吸着する濾材による流動層を形成し、こ
の流動層を各段ごとに流動移動させながら順次下段に落
下させて、各段を移動する流動層中を未処理空気を通過
させることにより清浄空気を生成するとともに、吸着室
底部に到達した濾材を濾材搬送用気流により最上段にま
で戻すように構成された流動層吸着室を備えた、ガス状
不純物処理システムにおいて、前記吸着室内に未使用吸着濾材を供給する濾材供給手段
と、前記吸着室底部より使用済み吸着濾材を排出する濾
材排出手段と、前記濾材供給手段および／または前記濾
材排出手段を前記吸着室の動作を停止せずに前記吸着室
に接続する切り換え手段とを備えたことを特徴とする、
ガス状不純物処理システム。
【請求項２】さらに圧縮空気供給手段を備え、この圧
縮空気供給手段から供給される圧縮空気を、前記切り換
え手段により適宜切り換えることにより、前記濾材を循
環させる濾材搬送用気流を発生させるとともに、前記濾
材供給手段および／または前記濾材排出手段により未使
用吸着濾材および／または使用済み吸着濾材を供給およ
び／また排出する濾材搬送用気流を発生させることを特
徴とする、請求項１に記載のガス状不純物処理システ
ム。
【請求項３】前記濾材供給手段により前記吸着室内に
供給される未使用吸着濾材の供給量と、前記濾材排出手
段により前記吸着室底部より排出される吸着濾材の排出
量は実質的に同一に制御されることを特徴とする、請求
項１または２に記載のガス状不純物処理システム。
【請求項４】前記流動層吸着室の下流側に、ガス状不
純物を発生しない素材のみから構成されて、粒子状不純
物を除去するフィルタ手段が接続されていることを特徴
とする、請求項１〜３のいずれかに記載のガス状不純物
処理システム。
【請求項５】前記フィルタ手段には、ガス状不純物を
発生しない素材のみから構成されて、粒子状不純物を除
去する１または２以上のバックアップ用フィルタ手段が
選択的に切り換え可能に並列に接続されていることを特
徴とする、請求項４に記載のガス状不純物処理システ
ム。