JP4589038B2 - 濾材 - Google Patents

Description

本発明は、気体を浄化する濾材に係り、特に半導体製造装置の内部空間やクリーンルームなどの高度の清浄度が必要とされる空間内の空気を浄化するのに好適に用いられる濾材に関する。

半導体製造装置の内部は高度の清浄度が必要とされる。このため、現在では、半導体製造装置内の空気を浄化するためにフィルタが広く用いられている（特許文献１及び２参照）。一般に、フィルタは半導体製造装置の内部に配置され、空気中を浮遊する粉塵を捕捉することによって空気を清浄に維持する。この種のフィルタには物理吸着作用を有する活性炭や、化学吸着作用を有するケミカルフィルタがある。ケミカルフィルタとしてはイオン交換不織布が知られており、このイオン交換不織布は湿度２０％以上の雰囲気下において酸性ガスやアルカリ性ガスの除去に有効である。

特開２００３−３３４４１０号公報 特開２００１−１９０９４９号公報

しかしながら、半導体製造プロセスにおけるデザインルール（配線幅）の縮小に伴って、空気中の水分が及ぼす影響が無視できなくなるプリプロセスがある。更に、このプロセスにおいては露点を例えば−６０℃〜−７０℃に制御する必要があるため、湿度が極めて低くなる。このため、酸性ガスやアルカリ性ガスの除去においてイオン交換不織布が利用できないという問題があった。

一方、濾材を布状にした濾布を複数用い、これらをプリーツ（ひだ折り）加工したフィルタが知られている。この種のフィルタをプリーツ加工するに際して、異なる種類の濾布を組み合わせて積層することが行われている。このように異なる種類の濾布を組み合わせることで種々の化学物質を除去することができる。しかしながら、プリーツ加工装置の性能上、３層または４層構造までが一般的な限界であった。また、複数の濾布を積層することにより、濾材の厚さが大きくなるとともに、プリーツ形状がいびつなものになり、更には圧力損失が大きくなるという問題があった。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、湿度が低い雰囲気中で用いることができ、かつ複数の除去機能を持ち、しかも圧力損失が少ない濾材を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、気体を浄化する濾材であって、粒状活性炭と、アルカリ性ガスまたは酸性ガスを吸着する物質を添着させた添着活性炭と、粒状ゼオライトと、２枚の不織布と、バインダ剤とを備え、前記２枚の不織布の間に、前記バインダ剤を混合した前記粒状活性炭と、前記バインダ剤を混合した前記添着活性炭と、前記バインダ剤を混合した前記粒状ゼオライトとを積層した状態で加熱することにより、前記２枚の不織布の間に活性炭層、添着活性炭層、及びゼオライト層を構成して、前記２枚の不織布を前記活性炭層及び前記ゼオライト層に固定し、前記添着活性炭層は、前記活性炭層と前記ゼオライト層との間に配置されており、前記活性炭層を、気体の流れ方向において前記ゼオライト層及び前記添着活性炭層の下流側に配置して、前記ゼオライト層及び前記添着活性炭層から離脱した物質を前記活性炭層が捕捉するようにしたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、放射線グラフト重合を利用してマンガン酸化物を前記２枚の不織布のうちの少なくとも１つに担持させたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記濾材はプリーツ形状であることを特徴とする。

本発明によれば、露光装置の内部などの、湿度が低くかつ高い清浄度が必要とされる空間内の空気を浄化することが可能となる。従って、本発明に係る濾材を用いることによって、デザインルール縮小（配線幅縮小）にも十分対応することが可能となる。

以下、本発明の参考例及び実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一参考例に係る濾材を示す概略断面図である。
図１に示すように、本参考例に係る濾材１０は、有機物を吸着する活性炭（活性炭層）１と、酸性ガスまたはアルカリ性ガスを吸着するゼオライト（ゼオライト層）３と、２枚の不織布２Ａ，２Ｂとを備えている。活性炭１及びゼオライト３は２枚の不織布２Ａ，２Ｂによって挟まれており、これにより活性炭１、ゼオライト３、及び不織布２Ａ，２Ｂからなる積層構造が構成されている。図１に示す矢印は浄化すべき空気などの気体の流れ方向を示し、空気の流れ方向に沿って上流側から不織布２Ａ、ゼオライト３、活性炭１、不織布２Ｂの順に配列されている。

一般に、活性炭は大きな比表面積を有しており、気体や液体に対して高い吸着性能を有している。従って、活性炭１によって、トルエン、トリクロルエタン、シクロヘキサン及びメタノール等の有機物を高い効率で除去することができる。本参考例では、活性炭１として粒状活性炭（造粒活性炭）が用いられているが、繊維状、シート状に加工された活性炭を用いてもよい。

ゼオライト３は、Ｓｉ（ケイ素）及びＡｌ（アルミニウム）の酸化物を主成分とし、三次元的網目構造を有している。このゼオライト３は粒状であり、バインダ剤により不織布に固定されている。このバインダ剤としては、オレフィン系のもの例えばポリエチレンまたはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が用いられる。一般に、ゼオライトの機能としては、自身のもつ細孔に化学物質を吸着する物理吸着と、ゼオライトの表面にイオン交換基を保持させ、イオン化しやすい化学物質をイオン交換作用により吸着する化学吸着がある。このような吸着作用を有するゼオライト３によれば、二酸化硫黄、塩酸などの酸性ガスや、アンモニア、アミンなどのアルカリ性ガスを空気中から除去することができる。

上述したように、ゼオライト３の下流側に活性炭１が配置されているが、その理由は、ゼオライト３に吸着された物質が風圧や温度によりゼオライト３から離脱した場合に、下流側に配置されている活性炭１によって離脱した物質を捕捉させるためである。通常、半導体製造装置やクリーンルームの内部空間の温度は２５℃〜３０℃に保たれている。温度が５０℃以上になると、物理吸着により吸着された化学物質はゼオライト３から離脱しやすくなる。従って、ゼオライト３の下流側に活性炭１を配置することにより、ゼオライト３から離脱した物質を活性炭１によって捕捉することができる。

不織布２Ａ，２Ｂの少なくとも一方は、放射線グラフト重合法によりＭｎ（マンガン）酸化物が導入されたものであることが好ましい。放射線グラフト重合法は次のように行われる。すなわち、基材となる不織布に、まず電子線やガンマ線等の放射線を照射して多くの活性点を発生させる。この活性点は、非常に反応性が高くラジカルといわれるが、このラジカルに単量体を化学結合させることによって、基材の性質とは別の単量体の持つ性質を付与することができる。この技術は、基材に単量体を接ぎ足すようになるため、グラフト（接ぎ木）重合と呼ばれる。放射線グラフト重合によって、不織布にＭｎ酸化物を導入することができ、これによって空気中に含まれるアンモニアを除去することができる。

図２は本発明の一実施形態に係る濾材を示す概略断面図である。図２に示す濾材１０は、活性炭１の上流側に層状の添着活性炭４を設けた点で、図１に示す濾材と異なっている。この添着活性炭４には、化学吸着性能を有する所定の物質が添着されている。例えばアンモニア等のアルカリ性ガスを吸着するためには、活性炭にリン酸、またはクエン酸を添着させ、添着された物質とアルカリ性ガスとが中和反応を起こすことでアルカリ性ガスを化学吸着させる。また、酸性ガスを吸着するためには、炭酸カルシウム等の物質を添着させ、添着された物質と酸性ガスとの中和反応により酸性ガスを化学吸着させる。

一般に、添着物質により化学吸着された物質は、風圧や温度により離脱する可能性がある。本実施形態では、添着活性炭４の下流側に活性炭（粒状活性炭）１が配置されているので、添着活性炭４から離脱した物質を活性炭１によって捕捉することができる。

図３（ａ）は図１又は図２に示す濾材を備えたフィルタユニットを示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のIII−III線断面図である。図４（ａ）は図３（ａ）に示すフィルタユニットの正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のIV矢視図である。

図３（ａ）乃至図４（ｂ）に示すように、フィルタユニットは、外周壁８Ａ及び内周壁８Ｂを有する円筒状の容器８を備えている。この容器８の外周壁８Ａと内周壁８Ｂとの間には、図１又は図２に示す濾材１０が複数重ね合わされた状態で収容されている。容器８の上部には空気を導入する空気導入孔１１が設けられており、この空気導入孔１１は内周壁８Ｂの内側の空間１２に連通している。外周壁８Ａ及び内周壁８Ｂには多数の通孔１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ形成されている。空気導入孔１１から導入された空気は、空間１２に導入された後、内周壁８Ｂの通孔１３Ｂから濾材１０に流れ込み、濾材１０を通過することによって浄化される。そして、浄化された空気は外周壁８Ａの通孔１３Ａから外部に放射状に排出される。

図５は図３（ａ）乃至図４（ｂ）に示すフィルタユニットを備えた空気浄化装置（空気清浄器）を示す正面図である。なお、図５において、点線で表された矢印は浄化前の空気の流れを示し、実線で表された矢印は浄化された空気の流れを示している。
図５に示すように、空気浄化装置は、図３（ａ）乃至図４（ｂ）に示すフィルタユニット２０と、このフィルタユニット２０を収容する円筒状のケーシング２１とを備えている。このケーシング２１は、ケーシング本体２２と、このケーシング本体２２の上部に着脱可能に取り付けられる上部ケーシング２３とを備えている。ケーシング２１の内部には密閉空間２５が形成されており、この密閉空間２５内にフィルタユニット２０が配置される。上部ケーシング２３には浄化すべき空気を導くための空気取込流路２６が設けられている。この空気取込流路２６はフィルタユニット２０の空気導入孔１１（図３（ａ）参照）に連通している。また、上部ケーシング２３には、密閉空間２５に連通する空気排出流路２７が形成されている。

空気取込流路２６から流入した空気は空気導入孔１１を介してフィルタユニット２０内に導入され、フィルタユニット２０内に配置された濾材１０（図３（ａ）参照）によって浄化される。浄化された空気は、フィルタユニット２０の外周壁８Ａに形成された複数の通孔１３Ａ（図３（ａ）参照）から密閉空間２５内に放射状に排出され、空気排出流路２７から外部に排出される。

なお、フィルタユニット２０を交換するときは、上部ケーシング２３をケーシング本体２２から取り外し、フィルタユニット２０をケーシング本体２２から取り出す。そして、新たなフィルタユニットをケーシング本体２２に装着した後、上部ケーシング２３をケーシング本体２２に取り付ける。

次に、本発明の参考例に係る濾材の製造方法について図６を参照して説明する。図６は本発明の参考例に係る濾材を製造するための濾材製造装置を示す模式図である。
図６に示すように、濾材製造装置は、不織布２Ｂを繰り出す第１の繰り出しローラ３０と、不織布２Ａを繰り出す第２の繰り出しローラ３１と、活性炭１を収容する第１のふるい３２と、ゼオライト３を収容する第２のふるい３３と、バインダ剤３６を収容する第３のふるい３４と、バインダ剤３６が添加された活性炭１及びゼオライト３を加熱して不織布２Ａ，２Ｂに固定するためのヒーター３７Ａ，３７Ｂと、第１及び第２の繰り出しローラ３０，３１からそれぞれ繰り出された不織布２Ａ，２Ｂを巻き取るための巻き取りローラ３８とを備えている。

不織布２Ｂは第１の繰り出しローラ３０から巻き取りローラ３８に向かって水平に繰り出される。第１のふるい３２、第２のふるい３３、及び第３のふるい３４は、不織布２Ｂの上方に位置しており、不織布２Ｂが繰り出される方向に沿ってこの順に配列されている。第３のふるい３４の下流側には第２の繰り出しローラ３１とヒーター３７Ａ，３７Ｂとがこの順に配置されている。第２の繰り出しローラ３１の下方にはガイドローラ３９が配置されており、不織布２Ａは第２の繰り出しローラ３１からガイドローラ３９に向かって垂直方向に繰り出された後、ガイドローラ３９によって移送方向が変えられ、巻き取りローラ３８に向かって略水平方向に繰り出される。ヒーター３７Ａ，３７Ｂは不織布２Ａ，２Ｂの上下にそれぞれ配置されている。２つのヒーター３７Ａ，３７Ｂのうち少なくとも一方は上下動可能に構成されており、ヒーター３７Ａ，３７Ｂの間を通過する不織布２Ａ，２Ｂを挟み込みつつこれらを加熱するようになっている。

上述のように構成された濾材製造装置の動作は次のようになる。まず、不織布２Ａ，２Ｂを繰り出しながら活性炭１、ゼオライト３、及びバインダ剤３６を不織布２Ｂ上に供給する。これにより、２枚の不織布２Ａ，２Ｂの間に活性炭１及びゼオライト３がバインダ剤３６とともに充填される。そして、ヒーター３７Ａ，３７Ｂによって不織布２Ａ，２Ｂを挟み込みつつ加熱することによって、活性炭１及びゼオライト３が不織布２Ａ，２Ｂに固定される。このようにして、２枚の不織布２Ａ，２Ｂの間に活性炭１及びゼオライト３が積層された濾材が製造される。なお、第１のふるい３２と第２のふるい３３の間に添着活性炭を収容するふるいを配置すれば、上述した実施形態に係る濾材を製造することが可能である。

次に、図５に示す空気浄化装置を半導体製造装置に用いた例について図７を参照して説明する。図７は図５に示す空気浄化装置を半導体製造装置に接続した例を示す模式図である。
一般に、半導体製造装置では、駆動源として圧縮空気を用いる場合がある。このような場合において、圧縮空気に粉塵や化学物質が含まれていると、半導体製造工程に悪影響を与えてしまい、欠陥や歩留まりの低下をもたらしてしまう。図７に示す半導体製造装置４１には、図５に示す空気浄化装置４２が接続されており、この空気浄化装置４２によって半導体製造装置４１に供給される圧縮空気を十分に浄化することができる。

上記半導体製造装置の例としては、要求される内部雰囲気の清浄度が高い露光装置が挙げられる。ここで、半導体製造装置（例えば露光装置）の内部雰囲気を常に清浄に保つための浄化システムについて説明する。本浄化システムは、半導体製造装置内部の気体を循環させる循環手段と、該循環手段により循環する気体を浄化する浄化手段とを備えている。循環手段としては気体を圧縮して排気する軸流ファンなどが用いられ、浄化手段としては図１に記載のゼオライト３及び活性炭１を挟み込んだ不織布２Ａ，２Ｂを備えた濾材が用いられる。なお、添着活性炭４をゼオライト３と活性炭１との間に設けてもよい。この濾材は循環する気体の流れ方向に対して垂直又は平行に配置される。濾材の形状は垂直の場合プリーツ形状、平行の場合ハニカム形状になる。浄化手段の具体構造としては図５に示す空気浄化装置が好適に用いられる。

本発明の一参考例に係る濾材を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る濾材を示す概略断面図である。 図３（ａ）は図１又は図２に示す濾材を備えたフィルタユニットを示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のIII−III線断面図である。 図４（ａ）は図３（ａ）に示すフィルタユニットの正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のIV矢視図である。 図５は図３（ａ）乃至図４（ｂ）に示すフィルタユニットを備えた空気浄化装置を示す正面図である。 本発明の参考例に係る濾材を製造するための濾材製造装置を示す模式図である。 図５に示す空気浄化装置を半導体製造装置に接続した例を示す模式図である。

符号の説明

１ 活性炭（粒状活性炭）
２Ａ，２Ｂ 不織布
３ ゼオライト
４ 添着活性炭
８ 容器
８Ａ 外周壁
８Ｂ 内周壁
１０ 濾材
１１ 空気導入孔
１２ 空間
１３Ａ，１３Ｂ 通孔
２０ フィルタユニット
２１ ケーシング
２２ ケーシング本体
２３ 上部ケーシング
２５ 密閉空間
２６ 空気取込流路
２７ 空気排出流路
３０ 第１の繰り出しローラ
３１ 第２の繰り出しローラ
３２ 第１のふるい
３３ 第２のふるい
３４ 第３のふるい
３６ バインダ剤
３７Ａ，３７Ｂ ヒーター
３８ 巻き取りローラ
３９ ガイドローラ
４１ 半導体製造装置
４２ 空気浄化装置

Claims (3)

1. 気体を浄化する濾材であって、
   粒状活性炭と、
   アルカリ性ガスまたは酸性ガスを吸着する物質を添着させた添着活性炭と、
   粒状ゼオライトと、
   ２枚の不織布と、
   バインダ剤とを備え、
   前記２枚の不織布の間に、前記バインダ剤を混合した前記粒状活性炭と、前記バインダ剤を混合した前記添着活性炭と、前記バインダ剤を混合した前記粒状ゼオライトとを積層した状態で加熱することにより、前記２枚の不織布の間に活性炭層、添着活性炭層、及びゼオライト層を構成して、前記２枚の不織布を前記活性炭層及び前記ゼオライト層に固定し、
   前記添着活性炭層は、前記活性炭層と前記ゼオライト層との間に配置されており、
   前記活性炭層を、気体の流れ方向において前記ゼオライト層及び前記添着活性炭層の下流側に配置して、前記ゼオライト層及び前記添着活性炭層から離脱した物質を前記活性炭層が捕捉するようにしたことを特徴とする濾材。
2. 放射線グラフト重合を利用してマンガン酸化物を前記２枚の不織布のうちの少なくとも１つに担持させたことを特徴とする請求項１に記載の濾材。
3. 前記濾材はプリーツ形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の濾材。

Images