WO2000003423A1 - Systeme et procede de production et de fourniture d'air tres pur - Google Patents

Systeme et procede de production et de fourniture d'air tres pur Download PDF

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WO2000003423A1
WO2000003423A1 PCT/JP1999/003681 JP9903681W WO0003423A1 WO 2000003423 A1 WO2000003423 A1 WO 2000003423A1 JP 9903681 W JP9903681 W JP 9903681W WO 0003423 A1 WO0003423 A1 WO 0003423A1
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Daiji Nakajima
Yoshio Ishihara
Tadahiro Ohmi
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Nippon Sanso Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a system and method for producing and supplying high-purity dry air, and more particularly, to an industrial process such as a semiconductor integrated circuit manufacturing process, a high-density magnetic disk manufacturing process, a liquid crystal panel manufacturing process, and a solar cell panel manufacturing process.
  • the present invention relates to a system and a method for producing and supplying high-purity dry air used for environmental control in various processes of substrate storage, transportation and processing. Background art
  • Products such as semiconductor devices, active matrix liquid crystal panels, solar cell panels, and magnetic disks are manufactured by sequentially laminating predetermined thin films on the surface of highly purified silicon or glass substrates. .
  • the production of each of these products requires extremely high precision, and it is difficult to produce high-quality products if even a small amount of impurities adheres or adheres to the substrate surface.
  • the substrate may be charged during transportation, storage, or through various processes, and as a result, impurities in the atmosphere are easily attracted and adhered.
  • TFT thin film transistor
  • a-Si amorphous silicon
  • the gate oxide film forming step in the manufacturing of an integrated circuit when moisture is present in the n portion or P portion surface, and S i O x film is formed at the interface between the S I_ ⁇ 2 and S i As a result, MOS transistors will no longer function as switches.
  • Kya If moisture exists on the surface of the capacitor, a SiO x film is formed on the interface, and the capacitor electrode cannot be charged, and cannot function as a storage element.
  • a TiN film is formed to prevent spikes due to tungsten silicide before the tungsten (W) film is formed.
  • moisture e.g., CO
  • reacts with carbon and silicon in the substrate (S i) surface will be S i C film is formed This causes a malfunction in the operation characteristics of the device.
  • various processing facilities used for manufacturing products such as semiconductor integrated circuits are arranged in a clean room from which fine particles are removed. Since the substrate used for the product goes through many processing steps, it is transferred by a transfer equipment from one processing step to the next processing step. Since the transfer equipment is also located in the clean room, the substrates during transfer are exposed to the air in the clean room (clean room air). Further, the transfer equipment includes a transfer device for transferring the substrate, and a storage for temporarily storing the substrate. Further, the storage has a transfer device for moving the substrate in the storage.
  • the temperature in the clean room is maintained at a temperature of 20 to 25 ° C. and a relative humidity of 50%.
  • a temperature of 20 to 25 ° C. and a relative humidity of 50% Although fine particles are removed, a large amount of gaseous impurities is present. Therefore, impurities existing in the clean room air are adsorbed on the surface of the substrate. For example, moisture adsorbs instantaneously on the surface of the substrate. It is practically difficult to remove the moisture in the entire clean room to prevent this moisture adsorption.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-163,288 discloses a transport robot that holds a substrate in a pocket filled with dry nitrogen or synthetic air and transports the substrate from one processing step to the next. It has been disclosed. According to this technique, it is possible to completely prevent the substrate from coming into contact with the clean room air when transferring the substrate between the transfer equipment and the processing equipment. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-212125 discloses that each processing facility is connected by a tunnel, an inert gas such as nitrogen gas is passed through the tunnel, and the substrate is placed in the inert gas tunnel. Is disclosed. With such a system, it is possible to transport substrates without exposing them to the atmosphere, and use the flow of inert gas.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-191103 discloses a concept that, as an improvement, introduces nitrogen gas flowing in an inert gas tunnel into a cryogenic separation type nitrogen production apparatus and reuses it. Is disclosed. Further, WO97-247600A1 discloses a transportation method using a mixed gas of an inert gas and oxygen for safety measures.
  • the high-purity dry air produced by a normal method passes through a catalyst purifier and an adsorption purifier after the air as a raw material is pressurized to a predetermined pressure by an air compressor. It was expensive compared to the unit cost of producing clean room air. On the other hand, the amount of clean air used when transporting or storing substrates becomes enormous. For example, when processing a S i substrates 1 0 0 0 sheets / day 8-inch in manufacturing plant of semiconductor integrated circuits, clean air volume used is about 2 0 00 000 m 3 / h.
  • circulation fans when a circulation fan is used, power for driving the circulation fan is required, which increases the cost of air circulation.
  • circulation fans often use oil for bearings, making it difficult to circulate air without contaminating the air.
  • An object of the present invention is to control the environment in the storage, transport, and processing of substrates in industrial processes such as a semiconductor integrated circuit manufacturing process, a high-density magnetic disk manufacturing process, a liquid crystal panel manufacturing process, and a solar cell panel manufacturing process.
  • Highly clean dry air can be produced and supplied at a lower cost and at a smaller manufacturing plant, and the highly clean dry air can be effectively circulated and used while removing static electricity from the substrate.
  • the production and supply system of high-purity dry air of the present invention comprises a high-purity dry air produced by a high-purity dry air production apparatus equipped with an air compressor, a catalyst purifier, an adsorption purifier, and the like.
  • Supply in a clean room such as a recording medium and a liquid crystal manufacturing factory.
  • a transport facility having a storage, a transport device, and the like, and a processing facility are arranged, and a supply path for supplying the highly purified dry air to one or both of the transport facility and the processing facility.
  • the supply path is connected to the transfer device, and the circulation path is connected to circulate and supply the used high-purity dry air in the transfer device and the storage to a storage.
  • an expansion turbine for expanding the highly purified dry air derived from the adsorption purifier and a booster for further increasing the pressure of the raw material air by the power generated by the expansion turbine.
  • a booster for further increasing the pressure of the raw material air by the power generated by the expansion turbine.
  • the piping of the circulation path is made of an aluminum alloy.
  • the used high-purity dry air circulation device includes a fan drive expansion turbine provided in the supply path for expanding the high-purity dry air, and a circulation fan provided in the circulation path. It is driven by the power generated by the expansion turbine.
  • the expansion turbine and the circulation fan are connected to the same shaft.
  • the supply A soft X-ray irradiation static eliminator is provided in one or both of the path and the circulation path.
  • One high-purity dry air production apparatus can be installed for a plurality of the transport equipment and the processing equipment.
  • a plurality of high-purity dry air production apparatuses can be installed for one clean room.
  • a path for leading the high-purity dry air from each high-purity dry air production apparatus can be connected to the supply path.
  • the transfer facility includes an air lock chamber and a substrate introduction chamber.
  • a path for introducing used high-purity dry air and a path for discharging high-purity dry air used in the substrate introduction chamber are connected to the substrate introduction chamber.
  • the processing equipment is entirely covered with a partition, and the partition is provided with a path for supplying the high-purity dry air to the inside thereof.
  • the method for producing and supplying high-purity dry air of the present invention is a method for producing high-purity dry air produced through a raw material air compression step, a catalyst purification step, an adsorption purification step, and the like, into a clean room such as a semiconductor, a high-density recording medium, and a liquid crystal manufacturing plant.
  • the high-purity dry air is supplied to one or both of a transport facility and a processing facility having a storage, a transport device, and the like disposed in the clean room, and one or both of the transport facility and the processing facility. Circulates and re-uses the used high-purity dry air discharged from the plant to one or both of the transport equipment and the processing equipment.
  • a pressure higher than the pressure for supplying the raw material air after the raw material air compression step to the transport equipment and the processing equipment is used. And introduced into the catalyst purification step.
  • the used high-purity dry air is circulated and supplied by using the power generated by expanding the high-purity dry air supplied to the transport equipment and the processing equipment.
  • used high-purity dry air can be circulated and supplied without requiring external driving energy, and no new cost is generated and there is no contamination of the high-purity dry air. Moreover, even if the substrate is kept in a dry atmosphere, the static electricity can be efficiently removed by irradiating the soft X-rays, so that the substrate can be prevented from being damaged by static electricity. In addition, by supplying and circulating the used high-purity dry air having a somewhat high water concentration, it is possible to efficiently control the substrate environment. As a result, the amount of circulation can be increased, which can contribute to downsizing of the high-purity dry air production apparatus.
  • the start-up time can be shortened and the baking required at the start-up is unnecessary.
  • the pressure of the raw material air can be effectively increased by the pressurizing device provided in the high-purity dry air production system, so that the initial cost and installation area can be reduced by downsizing the high-purity dry air production system. . Furthermore, since the energy consumption of the air compressor is reduced, it is possible to supply cheaper and higher-purity dry air. In addition, even if the production capacity of one high-purity dry air production device is reduced or stopped, it is possible to suppress a decrease in the operating rate of the equipment used, that is, the processing equipment.
  • FIG. 1 is a system diagram showing one embodiment of the system for producing and supplying highly purified dry air of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the flow of air in the transport equipment and the processing equipment.
  • FIG. 3 is a schematic system diagram showing an example of an embodiment in which two or more high-purity dry air production apparatuses are provided. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • This high-purity dry air production and supply system includes a high-purity dry air production apparatus 1, a transport facility 2 and a treatment facility 3 disposed in a clean room 9, and the high-purity dry air production apparatus 1.
  • the high-purity dry air production apparatus 1 includes an air filter 10 for removing dust in the raw air, an air compressor 11 for compressing the raw air to a predetermined pressure, and heat recovery.
  • Heat exchanger 12 to perform the process, a heater 13 to heat the raw material air to the catalytic reaction temperature, and a hydrogen, carbon monoxide and hydrocarbon in the raw material air to water and carbon dioxide by the catalytic reaction.
  • the catalyst purifier 14 and the adsorption purifier 16 may be ones in which the catalyst and the adsorbent are filled in one container.
  • the embodiment of FIG. 1 shows an example in which two units 7 including a transport facility 2, a processing facility 3, and a used high-purity dry air circulation device 5 are installed in one high-purity dry air production apparatus 1.
  • the number of units 7 to be installed is determined by the supply amount of the supplied high-purity dry air, and therefore may be two or more units.
  • the pressure of the raw material air is increased by the pressure increasing device 8 utilizing the power generated by expanding the high-purity dry air, so that the load on the air compressor 11 is reduced. are doing.
  • a part of the high-purity dry air produced by the high-purity dry air production apparatus 1 is supplied to a cryogenic separation type nitrogen production apparatus 90 to remove nitrogen frequently used in the semiconductor production process. It is configured to be manufactured.
  • the compressor 91 in the preceding stage of the cryogenic separation type nitrogen production apparatus 90 need not be provided if the outlet pressure of the adsorption purifier 16 is sufficiently high. Further, the cryogenic separation type nitrogen production apparatus may be installed arbitrarily and may not be provided.
  • the raw air from which dust has been removed by the air filter 110 is pressurized to a predetermined pressure, for example, 0.30 MPa by the air compressor 11, and is introduced into the pressure increasing device 8.
  • Air compressor 1 flow rate 1 5 0 0 ⁇ 2 0 0 0 0 Nm: i / h (Nm 3 is 0 ° C 1 gas (A volume converted to a standard pressure state), a turbo type or a screw type can be suitably used.
  • the pressurizing device 8 uses the pressure of the high-purity dry air supplied from the adsorption purifier 16 to increase the pressure of the raw material air, and expands the high-purity dry air.
  • a single shaft type in which 1 and a booster 82 for increasing the pressure of the raw material air are connected to a common shaft 83 can be used.
  • a part of the high-purity dry air is used for lubrication of the shaft 83, but either a dynamic pressure or a static pressure lubrication method may be used. In any of the lubrication systems, the air does not leak from the mechanism to the high-purity dry air side.
  • the pressure increasing device 8 the pressure of the raw material air is increased to, for example, 0.46 MPa.
  • the feed air pressurized by the pressurizer 8 is preheated by the heat exchanger 12, then heated by the air heater 13, and introduced into the catalyst refiner 14.
  • the temperature of the raw air heated by the heater 13 differs depending on the impurity component removed in the catalyst purifier 14. For example, when reacting hydrogen, carbon monoxide, or hydrocarbons, the temperature is raised from room temperature to 1 is 90 ° C, and when reacting methane, the temperature is raised to about 350 ° C.
  • Noble metals such as Ni, Pt, and Pd, heavy metals such as Fe and Cr, or alloys thereof are suitable for the catalyst used in the purifier 14.
  • Water and carbon dioxide generated in the catalyst purifier 14 are introduced into the adsorption purifier 16 via the heat exchanger 12 and the precooler 15 together with the raw material air.
  • the feed air is cooled in the 2 0 heat exchanger 1 2, is cooled to 5 ° Celsius to ambient temperature in still precooler 1 5.
  • the cooling temperature may be determined according to the capacity of the precooler 15, and if the temperature is within the above-mentioned temperature range, the cooling means is not specified.
  • the raw air cooled by the precooler 15 is introduced into an adsorption purifier 16 filled with an adsorbent such as silica gel, alumina, or zeolite, or a mixture thereof, and the water and carbon dioxide content is 10 ppb or less.
  • an adsorbent such as silica gel, alumina, or zeolite, or a mixture thereof
  • the water and carbon dioxide content is 10 ppb or less.
  • the adsorption purifier 16 is usually composed of two or more columns, Switching used. That is, while the adsorption operation of impurities is performed in one column, regeneration is performed in the other columns.
  • the above regeneration generally uses heated self-purified air, that is, a part of the high-purity dry air branched from the supply path 4 to the path 41, but the exhaust gas of another process that does not contain moisture or carbon dioxide.
  • heated self-purified air that is, a part of the high-purity dry air branched from the supply path 4 to the path 41
  • the exhaust gas of another process that does not contain moisture or carbon dioxide.
  • an exhaust gas or the like derived from a cryogenic separation type nitrogen production apparatus 90 to a path 92 may be used.
  • the regeneration temperature of the adsorbent is usually 100 to 300 ° C, but may be determined by the regeneration time and the regeneration gas amount, and is not limited to this.
  • the pipe through which the high-purity dry air flows from the adsorption purifier 16 to the used high-purity dry air circulation unit 5 via the pressure booster 8 is made of stainless steel or anodized aluminum with an inner surface mirror-finished by electrolytic polishing. It is preferable to use an aluminum alloy having an oxide film formed by a treatment, an electrolytic polishing treatment and a pure water washing treatment.
  • the high-purity dry air from which impurities are removed by the adsorption purifier 16 is introduced into the expansion bin 81 of the pressure booster 8 and expanded to be used as power for pressurizing the raw material air. Then, it is branched to a branch route 42 and sent to the unit 7 via the used high-purity dry air circulation device 5, and is branched to a branch route 43 and sent to the clean room 9.
  • the inlet pressure of the pressure raising device 8 is, for example, 0.46 MPa
  • the outlet pressure of the expansion turbine 81 is, for example, 0.15 MPa.
  • 1 X 1 0- 9 T orr • L / s or less is desirable to make the following.
  • the used high-purity dry air circulation device 5 will be described. The circulation device 5 circulates and supplies the used high-purity dry air to the unit 7 using the pressure of the high-purity dry air.
  • the external re Ichiku amount in the circulation device 5 1 X 10- 9 To rr ⁇ LZs less, preferably 1 X 10- '' To rr • L / s
  • the expansion turbine 51 and the fan 52 need not necessarily be provided coaxially, and may have a structure in which a transmission is provided.
  • a motor for auxiliary drive is installed on the expansion unit 51 side. You may. However, when an electric motor for auxiliary drive is provided, it is desirable to purge the drive shaft with high-purity dry air or used high-purity dry air.
  • the circulating devices 5 may be arranged in series to reduce the pressure gradually to a predetermined pressure.
  • the transfer equipment 2 using high-purity dry air includes a substrate introduction chamber 20, an air lock chamber 21, a storage 22 having a transfer device, and a transfer device 23.
  • the processing equipment 3 is provided adjacent to the transfer device 23.
  • a gate valve with excellent airtightness is provided between the storage 22 and the substrate introduction chamber 20, the air lock chamber 21, and the transfer device 23 adjacent thereto, and between the transfer device 23 and the processing equipment 3. (Not shown), and the substrate moves between chambers and devices through these gate valves.
  • Aluminum alloy or stainless steel is used as a material for forming the substrate introduction chamber 20, the air lock chamber 21, the storage 22, the transfer device 23, the processing equipment 3, and the circulation path 6 as appropriate, and the external leakage amount is 1 ⁇ 10— 9 to rr ⁇ L / s or less, preferably is not more than 1 X 1 0 11 to rr ⁇ L / s.
  • aluminum alloys are effective in reducing weight, and those provided with an oxide film are desirable.
  • the substrates 24 are loaded into the substrate introduction chamber 20 in a state of being stored in the substrate storage box 25 for every 25 substrates, and the moisture or carbonized water adsorbed on the surface thereof is cleaned by high-purity dry air. After the hydrogen and the like are desorbed and removed, they are temporarily stored in the storage 22 by the transfer device. Note that the storage 22 may also serve as the substrate introduction chamber 20.
  • the substrate storage box 25 in the storage 22 is transferred to the transfer device 23 by the transfer device, and the transfer device 23 takes out the substrates 24 one by one from the substrate storage box 25 and transfers them to the processing equipment 3.
  • the substrate 24 is subjected to predetermined processing in the processing equipment 3.
  • a plurality of transfer devices 23 and processing facilities 3 may be installed in one storage 22.
  • the substrate 24 subjected to the predetermined processing is returned from the processing equipment 3 to the storage 22 via the transfer device 23, and is carried out to the airlock chamber 21 by the transfer device. Since the air lock chamber 21 is isolated from the storage 22 or the transfer device by a gate valve, it is unlikely that a large amount of high-purity dry air used in the storage 22 is discharged out of the system. Absent.
  • the high-purity dry air in the transport equipment 2 and the processing equipment 3 is circulated as follows.
  • the high-purity dry air produced by the high-purity dry air production device 1 is introduced into the expansion turbine 51 of the used high-purity dry air circulation device 5 via the branch path 42, and is subjected to a predetermined pressure, for example, 16 The pressure is reduced to O mmA Q.
  • the decompressed high-purity dry air is introduced into the transfer device 23 from the path 44, and
  • the discharged used high-purity dry air is merged with the used high-purity dry air led out from the storage 22 to the path 62, and is introduced into the fan 52 of the circulating device 5 through the circulation path 6.
  • a part of the used high-purity dry air in the passage 62 is supplied to the substrate introduction chamber 20 through the valve 64 and the passage 65, and is used for purging the newly introduced substrate 24. , Route 66 Released outside the system.
  • the circulation of the used 20 high-purity dry air is not limited to this example, and may be supplied to one or both of the transport equipment 2 and the processing equipment 3, and may be performed in one of the transport equipment 2 and the processing equipment 3 or
  • the used high-purity dry air discharged from both sides can be circulated and supplied again to one or both of the transport facility 2 and the processing facility 3, and there is no particular limitation.
  • a soft X-ray irradiation electrostatic dividing removed by device 6 7 is provided.
  • the principle of the soft X-ray irradiation static electricity removing device 67 will be briefly described.
  • An electromagnetic wave in the X-ray region is obtained by irradiating a specific substance (for example, tungsten) with an electron beam having a predetermined energy.
  • the wavelength of the generated X-rays depends on the target to which the electrons are irradiated, but the wavelength is 0.1 to 10 nm. It is desirable to use a range of soft X-rays.
  • the electromagnetic waves in the X-ray region it is desirable to use an electromagnetic wave generated by setting the get voltage (acceleration voltage) to 4 kV or more, accelerating the electron beam to 4 kV or more, and colliding with the target. . Further, it is desirable to use electromagnetic waves generated by setting the target current to 60 A or more.
  • Gas molecules and atoms absorb electromagnetic waves in the X-ray range, leading to direct ionization. Since the ionization energy of gas molecules and atoms is at most about 20 eV, it is several hundredths of the photon energy in the X-ray region. Therefore, a single photon can easily ionize a plurality of atoms or molecules or generate ions of two or more valences, and can generate a large number of ion pairs. As a result, the time for removing static electricity can be reduced to several seconds or less. Further, the concentration of ion pair produced 1 0 5-1 0 '; With ion pair Z cm 3, the ion lifetime is 1 0-1 0 0 0 seconds.
  • the neutralization of static electricity can be sufficiently achieved by providing the soft X-ray irradiation static electricity removing device 67 on the upstream side of the substrate charged with static electricity, that is, in the path 63. It can be carried out.
  • the installation location of the soft X-ray irradiation static electricity removing device 67 may be determined based on the ion life, the distance of the circulation path, the flow rate of the used high-purity dry air, and the like. It may be downstream.
  • the used high-purity dry air was covered with the processing equipment 3 via a path 33 having a valve 32. It is introduced into the partition 34, and is sucked and exhausted by the pump 35. This makes it possible to reduce the amount of impurities such as moisture adsorbed inside the reactor 31 during maintenance of the reactor 31, and to shorten the start-up time of the processing equipment 3.
  • the path 33 may be connected to any part of the circulation system, and may be connected to the paths 42, 44 for supplying high-purity dry air.
  • the number of installations is also arbitrary.
  • FIG. 3 is a schematic system diagram showing an example of an embodiment in which a plurality of high-purity dry air production apparatuses 1 are provided.
  • the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • two high-purity dry air producing apparatuses 1 and 1 are connected to four units 7 provided in a clean room 9 via a supply path 4. That is, routes 45, 45 for leading high-purity dry air from the high-purity dry air production devices 1, 1 are connected to the loop-shaped supply route 4, respectively, and four branches are branched from the supply route 4.
  • the path 42 is connected to the circulation device 5 of each unit 7.
  • the supply path 4 for example, by interconnecting the plurality of high-purity dry air production apparatuses 1 and the plurality of circulation apparatuses 5 via the supply path 4, for example, the production capacity of one high-purity dry air production apparatus 1 In the event of a drop or outage, backup can be easily provided, and the operating rate of equipment that uses high-purity dry air will be slightly reduced.
  • FIG. 3 the case where two high-purity dry air production apparatuses are installed is described, but the number is only required to be plural, and the number of installations is not limited.
  • the supply system has been described as a loop-shaped supply system, but may be linear. Furthermore, the same configuration can be applied to a plurality of clean rooms.
  • high-purity dry air was produced, and its impurity concentration, equipment price, and original unit price were confirmed.
  • the production amount of the high-purity dry air was 40000 Nm 3 / h, and the pressurized pressure in the compressor was 0.30 MPa.
  • the pressure is increased to 0.46 MPa by the booster 82 of the booster 8, and after passing through the catalyst purifier 14 and the adsorption purifier 16.
  • the pressure was increased to 0.15 MPa by introducing it into the expansion bin 81 of the pressure increasing device 8.
  • the results of measuring the concentrations of water, carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen in the purified clean dry air, respectively, are shown below.
  • the measurement result is an average value when each impurity was measured every 700 minutes and every 15 minutes.
  • the apparatus price and the installation area were compared between the case where the booster 8 was used and the case where it was not used, and the ratio when the apparatus price and the installation area when the booster 8 was not used was set to 1. The results are shown below.
  • the moisture concentration in the high-purity dry air at each part in the transport equipment 2 was measured.
  • the amount of high-purity dry air introduced into the circulation device 5 was set to 1800 Nm 3 Zh, and the moisture concentration was measured without loading a substrate.
  • the moisture concentration was measured while carrying the substrate.
  • an 8-inch Si substrate was used as the substrate 24.
  • the number of Si substrates is 25 per lot, and the substrate enters the substrate introduction chamber 20 every 15 minutes. After being charged and stored in the storage 22 for 1 hour, it was carried out of the airlock room 21. In the transfer device 23, 100 sheets of Zh were transferred.
  • the water concentration of the high-purity dry air in the branch path 42 supplied from the high-purity dry air production apparatus 1 was 3 ppb.
  • pathway 44 was 3 ppb and pathway 61 was 3.5 ppb.
  • the water concentration at the inlet of the circulation device in the circulation route 6 increased to 200 ppb.
  • Route 62 was also 200 pp b.
  • the piping of the circulation route 6 was made of a galvanic steel plate and a synthetic resin. Then, when the piping of the circulation route 6 was made of an aluminum alloy and the water concentration was measured again, the route 43 was 3 ppb and the route 61 was 3.5 ppb, which was the same as the water content before the change. The water concentration at the inlet of the circulation device in circulation route 6 was 4 ppb, and that in route 62 was 4 ppb. In this way, by changing the material of the circulation path 6 to an aluminum alloy, the amount of diffused gas emitted from the inner surface of the pipe can be reduced, and high-purity dry air can be circulated without being contaminated.
  • the amount of water adsorbed on the substrate surface and mixed into the substrate introduction chamber 20 is about 0.0 lmo 1 per hour, and when the water concentration in the gas phase is 100 ppb, hydrogen terminated the S i surface, S i 0 2 surface and fluorine termination treatment was S i table surfaces each equilibrium adsorbed water amount, 1 X 10 13 molecules / cm 2, 2. 6X 10 14 minutes child ZCM 2 and 3.6 ⁇ 10 14 molecules / cm 2 .
  • the high water concentration at the outlet of the substrate introduction chamber 20 is due to the desorption of water from the substrate. Therefore, the substrate environment can be efficiently controlled by supplying and circulating the used high-purity dry air having a somewhat high water concentration.
  • a soft X-ray irradiation static eliminator 67 using a polyimide window was installed in the path 63, and the static elimination effect of the substrate was confirmed.
  • Soft X-ray illumination used in the experiment The specifications of the static electricity removing device 67 are as follows.
  • the size of the soft X-ray irradiation static electricity eliminator 67 is cylindrical with a diameter of about 10 cm and a length of about 30 cm, and the pipe diameter of the passage 63 is about 60 cm. Therefore, a hole was made in a part of the pipe, a polyimide window with a diameter of 10 cm was installed in that part, and soft X-rays were irradiated into the path through this.
  • the capacitance of the substrate used in the experiment was 10 pF, and the initial substrate potential was ⁇ 3 kV.
  • the soft X-ray irradiation static electricity eliminator 67 was installed on the route 63 5 m upstream of the storage 22, and the average flow velocity of the high-purity dry air was 5 m. As a result, the potential of the substrate gradually decreased after soft X-ray irradiation, and fell below the measurement limit ( ⁇ 30 V) of the electrometer after 1 minute.

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Description

明細書 高清浄乾燥空気の製造供給システム及び方法 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。 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 イスク等の製品は、 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。
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、 製造ェ 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 （T F T) の製造工程 において、 S i N x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— S i ) 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。
また、 集積回路 （ I C ) 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、 S i〇2と S iとの界面に S i O x膜が形成され てしまい、 M O S 卜ランジス夕がスィッチとして機能しなくなる。 同時に、 キヤ パシ夕の表面に水分が存在すると、 その界面に S i O x膜が形成されてしまい、 キャパシ夕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。
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 T i N膜を形成するが、 基板上に水分が存 在すると、 T i N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、 C O、 C〇2等の存在下で熱処理等を行うと、 基板 （S i ) 表面で炭素とシリコンとが反応し、 S i C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。
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 つて搬送される。 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。
前記クリーンルーム内は、 通常、 温度 2 0〜 2 5 °C、 相対湿度 5 0 %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。
そこで、 特開平 1 0— 1 6 3 2 8 8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卜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。 また、 特開平 5— 2 1 1 2 2 5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— 1 9 1 0 9 3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、 W O 9 7 - 2 4 7 6 0 A 1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。
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 つ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 S i基板を 1 0 0 0枚/日 で処理する場合、 使用する清浄空気量は、 約 2 0 0万 m3/ hとなる。
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。
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。
さらに、 使用済み高清浄乾燥空気の循環経路の配管を、 ガルバ二鋼板製にす と、 循環空気中の酸素がガルバ二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。
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。 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。
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循環経路とを備えている。
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。
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 膨張させるファン駆動用の膨張タービンと、 前記循環経路に設けた循環用ファン とを有し、 該循環用ファンは、 前記膨張タービンの発生動力により駆動される。 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。
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。
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、 その全体をパ一 テ一シヨンで覆われており、 該パーテーシヨンは、 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。
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供給するとともに、 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。
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 。 前記搬送設備や処理設備に供給される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、 前記使用済み高清浄乾燥空気を循環供給する。
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。 また、 水分濃度がある程度高くなつ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。
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 要とされていたべ一キングが不要となる。
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、 空気圧縮機でのェネル 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。 図面の簡単な説明
図 1は、 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 である。
図 2は、 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である。 図 3は、 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 系統図である。 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。
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 リ一ンルーム 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。
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 ィル夕一 1 0と、 原料空気を所定圧力に圧縮するための空気圧縮機 1 1と、 熱回 収を行うための熱交換器 1 2と、 原料空気を触媒反応温度に加熱するためのヒ一 ター 1 3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 1 4と、 原料空気を吸着精製温度に冷却す るための予冷器 1 5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 1 6と、 該吸着精製器 1 6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一夕一 1 7とを含んでいる。 なお、 触媒精製器 1 4 と吸着精製器 1 6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。 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を含むュニット 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。
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 1 1の負担を 軽減するように構成している。
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 9 0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 9 0の前段の圧縮 機 9 1は、 吸着精製器 1 6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。
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、 及びュニット 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。
エアフィル夕一 1 0で粉塵が除去された原料空気は、 空気圧縮機 1 1によって 所定の圧力、 例えば、 0 . 3 0 M P aまで加圧され、 昇圧装置 8に導入される。 空気圧縮機 1 1は、 流量が 1 5 0 0〜2 0 0 0 0 Nm:i/ h (Nm3は、 0 °C 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。
前記昇圧装置 8は、 吸着精製器 1 6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 5 夕一ビン 8 1と、 原料空気を昇圧する昇圧機 8 2とを共通の軸 8 3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 8 3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 . 4 6 M P aに昇圧される。
昇圧装置 8で昇圧した原料空気は、 熱交換器 1 2で予熱された後、 ヒ一夕一 1 3で加温され、 触媒精製器 1 4に導入される。 ヒーター 1 3によって加温する原 料空気の温度は、 触媒精製器 1 4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 1 i s 9 0 °Cに加温し、 メタンを反応させる際には、 3 5 0 °C程度まで加温する。 触媒 精製器 1 4に用いる触媒には、 N i， P t， P d等の貴金属、 F e , C r等の重 金属、 あるいはこれらの合金が好適である。
触媒精製器 1 4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 1 2 , 予冷器 1 5を経て吸着精製器 1 6に導入される。 このとき、 原料空気は、 2 0 熱交換器 1 2において冷却され、 さらに予冷器 1 5において 5 °C〜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 1 6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 1 5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 定するものではない。
2 5 予冷器 1 5によって冷却された原料空気は、 シリカゲル， アルミナ， ゼォライ 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 1 6に導入され、 水分及び二酸化炭素が 1 0 p p b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 1 6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。
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 4 1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 9 0から経路 9 2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 1 0 0〜3 0 0 °C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。
また、 吸着精製器 1 6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 1 6で不純物が除去された高清浄乾燥空気は、 昇圧装置 8の膨張夕 —ビン 8 1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 4 2に分岐し、 使用済み高清浄乾燥空気循環装置 5 を経てュニット 7に送られるとともに、 分岐経路 4 3に分岐してクリーンルーム 9に送られる。
このとき、 前記昇圧装置 8の入口圧力は、 例えば、 0 . 4 6 M P aであり、 膨 張タービン 8 1出口圧力は、 例えば 0 . 1 5 M P a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 8 1側の外部リーク量は、 1 X 1 0— 9 T o r r • L / s以下、 特に、 1 X 1 0— ' ' T o r r · L Z s以下にすることが望ましい。 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ュニット 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夕一ビン 5 1と循 環供給用のファン 5 2とを共通の軸 5 3に結合した一軸式のものを用いることが できる。 軸 5 3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 1 0 0 p p b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。
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 リ一ク量は、 1 X 10— 9To r r · LZs以下、 望ましくは 1 X 10— ''To r r • 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、 膨張夕一ビ ン 5 1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。
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 2 1 ， 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。
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 X 10— 9To r r · L/ s以下、 望ましくは 1 X 1 0 11 To r r · 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。
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。 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。 所定の処理が施された基板 2 4は、 処理設備 3から搬送装置 2 3を介して保管 庫 2 2に戻され、 移送装置によってエアロック室 2 1に搬出される。 エアロック 室 2 1は、 保管庫 2 2又は移送装置とゲ一卜弁で隔離されているため、 保管庫 2 2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 4 2 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 5 1に導入され、 所 定の圧力、 例えば 1 6 O mmA Qまで減圧される。
減圧された高清浄乾燥空気は、 経路 4 4から搬送装置 2 3に導入され、 該搬送
1 0
装置 2 3の雰囲気制御に使用された後、 経路 6 1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 2 2から経路 6 2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 5 2に導入される 前記ファン 5 2で所定の圧力、 例えば、 1 6 O mmA Qに昇圧された使用済み i s 高清浄乾燥空気は、 高清浄乾燥空気とは別の経路 6 3を通って、 例えば、 保管庫 2 2に導入されて雰囲気制御に用いられ、 その大部分は、 経路 6 2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 6 2の使用済み高清浄乾燥空気の 一部は、 弁 6 4 , 経路 6 5を介して基板導入室 2 0に送気され、 新たに搬入され た基板 2 4のパージに用いられた後、 経路 6 6から系外に放出される。 使用済み 2 0 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。
2 5 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 6 7が設けられている。 この軟 X線照射静電気除去装置 6 7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 . l〜 1 0 n m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、 夕一 ゲット電圧 （加速電圧） を 4 k V以上とし、 電子ビームを 4 k V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 6 0 A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。
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 2 0 e V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 1 0 5〜1 0 ';イオン対 Z c m3と することにより、 イオン寿命が 1 0〜 1 0 0 0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 6 3に 軟 X線照射静電気除去装置 6 7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。
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。
なお、 軟 X線照射静電気除去装置 6 7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。
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 3 1を開放 する際には、 使用済み高清浄乾燥空気を弁 3 2を有する経路 3 3を介して処理設 備 3を覆ったパーテ一シヨン 3 4内に導入し、 ポンプ 3 5により吸引排気する。 これにより、 反応炉 3 1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 3 3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 4 2， 4 4に接続してもよい。 また、 その設置数も任意である。 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 1 6から導出した高圧の高清浄乾燥空気 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。
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 4 5， 4 5 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 4 2を各ュニッ卜 7の循環装置 5に接続している。
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。
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 4 0 0 0 Nm3/ hとし、 圧縮機での昇圧圧力を 0 . 3 0 M P aとした。 また、 昇圧装置 8の昇圧機 8 2に よって 0 . 4 6 M P aまで昇圧し、 触媒精製器 1 4， 吸着精製器 1 6を通した後
、 昇圧装置 8の膨張夕一ビン 8 1に導入して 0 . 1 5 M P aまで減圧した。 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 7 0 0 0分間 ， 1 5分毎に計測したときの平均値である。 不純物 濃度 [p p b]
水 分 2. 6
一酸化炭素 5. 1
二酸化炭素 2. 9
水 素 1. 3
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。
昇圧装置 装置価格 設置面積
有り 0. 65 0. 50
無し 1 1
さらに、 高清浄乾燥空気 1 Nm3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。
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。 1800 NmVh, 0. 15MP aの高清浄乾燥空気の供給が可能な膨張夕一ビン 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 120m m A Qの使用済み高清浄乾燥空気を 16 Omm A q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 86500 Nm:iZhの循環風量 を得ることができた。
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 1800 Nm3Zh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 S i 基板を用いた。 S i基板は 1ロット 25枚とし、 1 5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 Zhの搬送を行った。
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、 3 p pbであった。 以下、 経路 44は 3 p p b、 経路 6 1は 3 . 5 p pb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、 200 p p bに増加した。 経路 62でも 200 p p bであった。
この結果は、 循環経路 6の配管をガルバニァ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 3 p pb、 経路 61は 3. 5 p p b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 4 p p b、 経路 62でも 4 p p b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。 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、 48 p pb、 経路 62は 53 p p b、 経路 66は 400 p p b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つてい ることがわかった。
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. 0 lmo 1であり、 気相中の水分濃度を 100 p p bとし たときの水素終端処理した S i表面、 S i 02表面及びフッ素終端処理した S i表 面に平衡吸着した水分量はそれぞれ、 1 X 1013分子/ cm2、 2. 6X 1014分 子 Zcm2及び 3. 6 X 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つ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。
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 10 cm, 長さ 30 cm程度の円筒状のものであり、 経路 63の配管径は約 60 cm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 10 cm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。
ターゲット ：タングステン
夕一ゲッ卜電圧： 4 k V
夕一ゲッ卜電流： 60 A
実験に用いた基板の静電容量は 10 pFであり、 初期の基板電位は、 ± 3 kV とした。 軟 X線照射静電気除去装置 67は、 保管庫 22の上流 5 m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。
さらに、 処理設備 3を覆ったパーテ一シヨン 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 180m3Z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 8P a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— 9P aであり、 大部分は窒素ガスであった。
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— 8P aに到達した。 そのときの残留水分は 5X 10— 9P a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ノ1 0になるとともに、 処理設備 3のべ一キングが不要となる。

Claims

ia
1 . 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システムであって、 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循環経路 とを備えた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夕一ビン及び該膨張夕一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 . 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 気を膨張させるファン駆動用の膨張夕一ビンと、 前記循環経路に設けた循環用フ アンとを有し、 該循環用ファンは、 前記膨張タ一ビンの発生動力により駆動され 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 . 前記膨張夕一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 5記載の高清浄乾燥空気の製造供給システム。
7 . 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。
8 . 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。
9 . 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：
1 0 . 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。
1 1 . 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。
1 2 . 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。 o
1 3 . 前記処理設備は、 その全体をパ一テーシヨンで覆われており、 該パーテ —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。
1 4 . 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 5 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， 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 供給するとともに、 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。
0 1 5 . 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 1 4記載の高清浄乾燥空気の製造供給方法。
1 6 . 前記搬送設備や処理設備に供給される高清浄乾燥空気を膨張させること 5
により発生する動力を利用して、 前記使用済み高清浄乾燥空気を循環供給する請 求項 1 4記載の高清浄乾燥空気の製造供給方法。
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