(57)【要約】【課題】クリーンルームの天井面に配設することにより有機性ガス等のガス状汚染物質を維持管理が容易で経済的に除去することができる汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットを提供する。【解決手段】ユニット内部に、ファンのほかに、照明用光源と汚染性ガス除去フィルターとを設ける。汚染性ガス除去フィルターとしては、例えば、光触媒フィルターが用いられる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリーンルームの天井面に配設される空気調和ファンユニットであって、照明用光源とガス状汚染物質を除去するための汚染性ガス除去フィルターとを備えていることを特徴とする汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット。
【請求項２】
汚染性ガス除去フィルターが光触媒含有フィルターである請求項１記載の汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット。
【請求項３】
除塵フィルターを内蔵する請求項１または２記載の汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は天井面に配設される照明機能と空気清浄機能とを有する汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットに関するものであり、特に半導体製造等の高いクリーン度が必要とされるクリーンルームに用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を製造するクリーンルームの空気清浄は、従来はＨＥＰＡフィルター（高性能フィルター）により空気中の微細な粒子状汚染物質を除去することが主であったが、半導体製品の高集積化が進むに連れてガス状汚染物質を除去することが重要であることが判ってきた。
【０００３】
ガス状汚染物質には、（１）ＮＯｘ　、ＳＯｘ　、ＨＦなどの酸性ガス、（２）ＮＨ３　、アミンなどの塩基性ガス、（３）有機性ガス（炭化水素）があり、それらを除去するためにケミカルフィルターが使用されている。例えば人体からも発生するアンモニアは露光装置に影響が大きく、化学増幅型のレジストのパターン形成を阻害したり、レンズを曇らせたりするため線幅の微細化が進むに連れ更に高度に除去することが求められるようになっている。一般に酸性ガス用ケミカルフィルターはアルカリ性物質を添着した活性炭や陰イオン交換繊維が用いられ、塩基性ガス用ケミカルフィルターは酸性物質を添着した活性炭や陽イオン交換繊維が使用されている。酸性ガスや塩基性ガスは、このように化学的に除去されるため比較的処理が容易である。
【０００４】
一方、有機性ガスはクリーンルームの構成材料である高分子部品（可塑材、離型材、酸化防止剤等）から脱ガスするため、室内のガスを循環して使用するクリーンルームでは有機性ガス濃度は徐々に外気より高くなってしまう。これら有機性ガスもウェハ基材や基板を汚染して製品の生産性（歩留り）を低下させることが確認されている。有機性ガスは一般に活性炭の物理吸着により除去されているが、活性炭の有機性ガスに対する吸着容量は限られており、酸性ガスや塩基性ガス除去用のケミカルフィルターと比較すると使用量を大きくする必要があった。通常、フィルターは１年に１回程度の頻度で交換しなければならないが、フィルターは高価であり、維持管理費が非常に高くなる。したがって、有機性ガスを効率的に除去する方法を開発することが望まれている。
【０００５】
今後半導体の集積度をますます緻密化し集積回路の最小線幅をサブミクロンで形成するに際して、更にガス状汚染物質の高度清浄化が必要になると予測されている。そこで製品の製造コストのアップを避けるために局所清浄化（ミニエンバイロメント、マイクロエンバイロメント）の検討が進められている。ただし局所清浄化においては、高分子材料の使用が多くなるので、これらの材料からの有機性ガスの発生がますます問題になると予測されている。
【０００６】
一般にクリーンルームの天井面にはファンと除塵フィルターとを一体化したファンフィルターユニットが配置されている。例えば、天井から床面に向かって清浄空気を吹き出すファンフィルターユニットがある（特許文献１参照）。また、クリーンルームの照明器具として一般に密閉型構造のものが使用されており、例えば、照明器具内部に酸化チタン等を塗布して内部の雑菌による汚染を防止する密閉型照明器具がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開平９−２８７７９１号公報（特許請求の範囲、
【０００７】）
【特許文献２】
特開平９−３０６２１８号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
有機性ガスは高分子材料であるプラスチック等からも発生するためクリーンルーム内のあらゆるところから発生する。例えば塗料や塗床材、シート、パネル、電源ケーブル、シーリング剤、パッキンから有機性ガスのオフガスがあることが確認されている。特にクリーンルーム内では空調設備により厳しく温度や湿度をコントロールされた空気が循環して利用されているため、クリーンルーム内の高分子部品から脱ガスする有機性ガス濃度がどんどん高くなる可能性がある。そこで、これら有機性ガスを効果的に除去する方法が求められている。
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたものであり、クリーンルームの天井面に配設することにより有機性ガス等のガス状汚染物質を維持管理が容易で経済的に除去することができる汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は次の発明によって解決される。
（１）　クリーンルームの天井面に配設される空気調和ファンユニットであって、照明用光源とガス状汚染物質を除去するための汚染性ガス除去フィルターとを備えていることを特徴とする汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット。
（２）　汚染性ガス除去フィルターが光触媒含有フィルターである上記（１）記載の汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット。
（３）　除塵フィルターを内蔵する上記（１）または（２）記載の汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット。
【００１１】
本発明の「ガス状汚染物質」とは、前記の（１）ＮＯｘ　、ＳＯｘ　、ＨＦなどの酸性ガス、（２）ＮＨ３　、アミンなどの塩基性ガス、（３）塗料の溶剤やプラスチック等の高分子材料などから発生する有機性ガス（炭化水素）を意味する。
【００１２】
本発明の「汚染性ガス除去フィルター」は、単一のフィルターであっても、あるいは２種以上の、例えば、後述するような活性炭フィルターと光触媒フィルターとの組み合わせであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット（以下、単に「本ユニット」ということもある。）は半導体製造等のクリーンルームの天井面に配設するものであり、付設した光源によりクリーンルーム内を照明しながら、ファンにより送風される循環空気に含まれるガス状汚染物質を除去する機能を有していることを特徴としている。
【００１４】
空気調和ファンユニットに照明用光源を付設することによりクリーンルーム内のガスの流れを均一化することが可能となり、天井面から床面まで理想的なダウンフローを形成することが可能となる。照明用光源としては蛍光灯が好ましいが、蛍光灯以外にもキセノンランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、光学用・捕虫用ランプ、低圧・高圧水銀灯、ブラックライト、殺菌灯等を使用することができる。
【００１５】
汚染性ガス除去フィルターとしては、物理吸着法、化学吸着法、触媒分解法等を利用したものを用いることができる。物理吸着法を利用するものとしては、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、活性白土、活性アルミナやシリカアルミナ等の高比表面積を有するもので構成したものを挙げることができる。また、化学吸着法を利用するものとしては、酸性ガスや塩基性ガスをアルカリや酸を添着した活性炭やイオン交換樹脂等により中和反応で処理するケミカルフィルター等が使用可能である。化学吸着法には吸着材に過マンガン酸カリウム、ハロゲン化合物等の酸化剤を添着してガス状汚染物質を反応させて吸着除去する方法も含まれる。また、触媒分解法を利用するものとしては、酸素、オゾン、熱、光等の存在下にガス状汚染物質を分解し得る、酸化マンガン、酸化銅、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化チタン等の金属酸化物や白金、パラジウム、ロジウム等の金属で構成したフィルターを挙げることができる。特に、光触媒は常温で有機性ガスを二酸化炭素と水に完全酸化することができるので、光触媒を含有するフィルターが好適に用いられる。
【００１６】
上記のような汚染性ガス除去フィルターは、ペレット状、ハニカム状、コルゲート状、シート状、プリーツ状等の形態で使用することができる。上記形状に加工する方法としては成形、ウォッシュコート、含浸、吹き付け、梳き込み等の公知の方法により前記の吸着材や触媒を所望の形状に加工することができる。前記の吸着材や触媒は必要により適宜組み合わせてもよい。接触面積が大きく圧力損失が低いハニカム形状とすることが好ましい。
【００１７】
本ユニットは天井面に設置されるが、そのユニット本体の下部に光源が装着されており室内を照明する。一方、ユニット本体の上部にファンがあり循環空気をユニットに導入し、前述のような汚染性ガス除去フィルターによりガス状汚染物質が除去され、室内にクリーンな空気が送風される構成となっている。汚染性ガス除去フィルターは、通常、ファンと光源との間に設けられる。
【００１８】
従来、クリーンルーム用の照明は天井埋め込み式となっており、凹凸を少なくしてできるだけ埃が付着しにくい密閉型構造が適用されていた。本発明では照明自体がファンを有しておりユニット内を通気するため埃が溜まりにくい構造となっている。また天井面には通常、ファンと除塵フィルターが一体化したファンフィルターユニット（ＦＦＵ）が格子状に全面に設置されているが、本ユニットは室内の照度を確保するためにＦＦＵの適当な間隔毎に設置されることが好ましい。ＦＦＵと形状を同じにすることで室内への付設が容易であり空気の流れも均一化することができる。ＦＦＵのユニットサイズと共通化することにより同じレール上に交互に設置することもできる。
【００１９】
本ユニットは照明用光源を有しており、これら照明用光源の光を利用して光触媒反応によりガス状汚染物質を除去することが特に好ましい。すなわち汚染性ガス除去フィルターとして、光触媒含有フィルターを適用する。これにより光を有効に利用することが可能となり、下方を照明しながら上方部に設置した光触媒含有フィルターに光が照射されてガス状汚染物質を除去するものである。ガス状汚染物質で今後特に問題になると考えれている有機性ガスは光触媒によって完全酸化され無害な二酸化炭素と水になるため、活性炭のように頻繁に交換しなくても半永久的に有機性ガスを除去することができる。
【００２０】
クリーンルーム内から発生することが予測される有機性ガスとしてはトルエン、キシレン、アセトン、トリメチルベンゼン、酢酸エチル、酢酸エトキシエチル、シクロベンゼン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の溶剤、フタル酸ジオクチル、リン酸トリブチル、アジピン酸ジオクチル等の可塑剤、ブチルヒドロキシトルエン等の酸化防止剤、環状シロキサン等のシーリング剤等がクリーンルームの構成材料から発生する。またレジストの溶剤、表面改質剤、現像液、剥離液のプロセス薬品から酢酸ブチル、メトキシプロパノール、乳酸エチル、ヘキサメチルジシラザン、酢酸メトキシプロピル、酢酸エトキシエチル、トリメチルアンモニウムハイドライド、モノエタノールアミン、Ｎ−メチルピロリドン等が半導体生産装置から発生すると考えられる。
【００２１】
光触媒としては酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステン、酸化鉄やチタン酸ストロンチウム等の光半導性物質を使用することができる。特にアナターゼ型酸化チタンは光触媒性能が高く安価で化学的に安定であるため好ましい。また、チタンおよびケイ素の二元系複合酸化物、チタンおよびジルコニウムの二元系複合酸化物、ならびにチタン、ケイ素およびジルコニウムの三元系複合酸化物（これらチタン系複合酸化物については特許第２０８９５８１号明細書参照）は高比表面積を有し、また優れた光半導性を有しているので好適に使用することができる。なお、上記の光半導性物質やチタン系複合酸化物は単独でも、あるいは２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２２】
高い光触媒作用を得るためには光照射面積とガス接触面積のどちらも大きくする必要があり、光触媒フィルターの形状はシートを複数重ねた層状形状とするかハニカム形状とすることが好ましい。
【００２３】
酸化チタンや上記チタン系複合酸化物は４００ｎｍ以下の光を照射することにより光半導性を発現し、照明用光源として蛍光灯を用いても光触媒反応は進行する。好ましくは光学用・捕虫用ランプ、ブラックライトや低圧・高圧水銀灯を使用することにより利用できる波長の光量が多くなり光触媒反応はより促進される。
【００２４】
光触媒反応は反応速度が遅いことが問題となるが、本用途においてはクリーンルームの密閉空間でガスを循環しながら本ユニットでガス状汚染物質を除去していくため確実に室内のガス状汚染物質濃度を低下していくことができる。ガス状汚染物質の処理速度を高めるために活性炭やゼオライト等の吸着材と光触媒を併用して使用してもよい。なお、この場合、吸着剤と光触媒とを混合し、これを所定の形状に加工して汚染性ガス除去フィルターとしてもよいし、あるいは吸着剤と光触媒とをそれぞれ単独で所定の形状に加工して２つの汚染性ガス除去フィルターを製造し、これらを組み合わせて（ただし、光触媒を含む汚染性ガス除去フィルターは照明用光源からの光を照射し得る位置に配置する）使用してもよい。
【００２５】
また処理効率を高めるために光触媒の接触時間を長くすることが好ましい。光触媒フィルターの層長としては１０〜１００ｍｍ好ましくは３０〜５０ｍｍである。１０ｍｍ以下では接触時間が短くなり十分な処理効果が得られなくなる。また１００ｍｍを超える場合は光触媒フィルター自身の影等により光が内部まで届かなくなり更に長くしても性能向上望めない。
【００２６】
光触媒フィルターを通過するガスの面速度は０．０２〜２ｍ／ｓであり、より好ましくは０．２〜０．０５ｍ／ｓである。面速度が２ｍ／ｓ以上では接触時間が短くなり処理効果が得られなくなる。面速度が０．０２ｍ／ｓ未満ではユニットを通過するガス量の割合が室内容積に対して小さくなり過ぎて浄化が十分できない。
【００２７】
現在はＦＦＵにケミカルフィルターを付加してガス状汚染物質を同時に除去するタイプも販売されているが、これらケミカルフィルター付ＦＦＵと併用することにより本発明の効果が更に有効的となる。例えば、ケミカルフィルターで処理が容易である塩基性ガスや酸性ガスは前記ＦＦＵで処理し、光触媒フィルターを付設した本ユニットで有機性ガスを処理する方法が考えられる。これにより維持管理費が低減されメンテナンスも容易となるため維持管理性が著しく向上する。
【００２８】
更に、本ユニットに、除塵フィルターを内蔵させることによりＦＦＵの機能を併せ持たせることが可能となる。除塵フィルターとしては、中性能除塵フィルター、ＨＥＰＡ　フィルター、ＵＬＰＡフィルター、静電フィルター等を使用することができる。除塵フィルターの設置場所としてはランプより上方であればどこでも可能である。ただし、汚染性ガス除去フィルターとして前述の光触媒フィルターを使用する場合は照明用光源及び光触媒フィルターより上方に設置する。
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図１〜図２に基づいて説明する。図１はクリーンルームの概略断面図であり、クリーンルーム１内に半導体製造装置７が設置されている例である。図の矢印は空気の流れを示しており、ダウンフロー方式の例を示した。ケミカルフィルター３によりガス状汚染物質が除去された外気が外気導入口２より導入され、クリーンルーム天井面に設置されたファンフィルターユニット（ＦＦＵ）４により天井から床に向けてガスが流れる。ファンフィルターユニット４は送風ファン５と除塵フィルター６が一体化しており、ＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ａｉｒ−ｆｉｌｔｅｒ　）またはＵＬＰＡ（Ｕｌｔｒａ　Ｌｏｗ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　Ａｉｒ　）フィルタ−により粒子状汚染物質が除去される。クリーンルームの床面はグレーティング８になっており、グレーティング８を通過した空気は循環して室内に戻る構造となっている。図示されていないが空調手段によりクリーンルーム室内の温度湿度が制御されており、循環して使用することにより空調コストの低減ができる。ただし、室内の空気を循環して使用する場合は、各種高分子部品から脱ガスする有機性ガス等のガス状汚染物質の濃度の増加を抑制する必要がある。そこで従来のクリーンルームではファンフィルターユニットに除塵フィルターに加えてケミカルフィルターを併用したものが一部使用されている。
【００３０】
本発明の汚染性ガス除去機能付きファン光源ユニット９は、例えば、このようなクリーンルーム１に適用するものであり、図１に示すようにファンフィルターユニット４と同様に天井面に設置する構造となっている。送風ファン５、汚染性ガス除去フィルター１０及び照明用光源１１より構成されている。従来のクリーンルーム光源は下面がガラスやプラスチックでカバーされる構造であり、図に示すようにファンフィルターユニットの合間に設置すると図のような均質なガスの流れを形成することができなくなる。また図のようにファンフィルターユニットと同じ形状とすることにより天井面への設置が容易となる。室内の照度が最適となるようにファンフィルタ−ユニット４と汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット９の配置が決められる。
【００３１】
図２は汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットの概略断面図を示している。汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット９はユニットケーシング１５内に設置されたモーター１３により送風ファン５が駆動し、エア吸い込み口１４より空気をユニット内に吸引する。吸引された空気は汚染性ガス除去フィルター１０により清浄化されてクリーンルーム内に排出される。汚染性ガス除去フィルターとしては酸性ガスや塩基性ガスを除去するケミカルフィルターや有機性ガスを除去する活性炭フィルター等を使用することができる。また蛍光灯等の光源１１により室内は照明される。
【００３２】
図１及び図２の構成では汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット９は除塵フィルターが設置されていない例を示したが、例えば図１に示すように除塵フィルター６を内蔵しているミニエンバイロメント１２に半導体製造装置７を設置することにより必要な場所に高度な清浄度を得ることが可能である。また最近では半導体製造装置自体が除塵フィルターやケミカルフィルターを内設している場合がほとんどである。そこで例えば図１に示すような本発明の汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットがガス状汚染物質を除去してファンフィルターユニットは除塵フィルターのみを装着するような対応で局所的な空間の清浄化が可能となりクリーンルーム全体の維持管理費の低減ができる。
【００３３】
次に本発明の第２の実施形態においては図２の汚染性ガス除去フィルター１０に光触媒が適用される。これにより光触媒よりなる汚染性ガス除去フィルター１０に下部の照明用光源１１の光が照射され、有機性ガス等を光触媒により酸化分解処理することができる。室内空気中の有機性ガスは各種部品から脱ガスし、例えば送風ファン５のモーター１３からも発生するが上記構成とすることでクリーン度を高めることができる。
【００３４】
図３は本発明の第３の実施形態を示す汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットの概略断面図である。基本的な構成は図２と同じであり、汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット９はユニットケーシング１５内に設置されたモーター１３により送風ファン５が駆動し、エア吸い込み口１４より空気をユニット内に吸引する。図３では吸引された空気は汚染性ガス除去フィルター１０で処理された後に除塵フィルター６を通って室外に排出される。汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット９に除塵フィルター６を設けることにより例えば天井面全体に除塵機能を付与することも可能となり、例えばクラス０．１〜１という非常に高度な清浄度を達成することができる。
【００３５】
図４は従来の照明用光源ユニット１６をクリーンルーム１に適用した例を示したものであり、ファンフィルターユニット４の合間に設置されており、図１と比較すると均質なダウンフローが形成されにくくなっている。ガスの流れが乱れると室内に微粒子等が拡散しやすくなり製品のトラブル発生の原因になる。
【００３６】
また図４のファンフィルターユニットでは除塵フィルタ６以外に送風ファン５の上部にケミカルフィルター３を設置してガス状汚染物質を除去する構成となっている。ＨＥＰＡフィルター等の除塵フィルターは圧力損失が高く、更にケミカルフィルターを使用するためには送風ファンの電力費が高くなったり騒音の原因となるため好ましくない。
【００３７】
このように本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によればクリーンルームの照明用光源に有機性ガス等のガス状汚染物質を除去する汚染性ガス除去フィルターを加え、且つ室内の空気の流れを均質化することによりクリーンルーム全体の空調や清浄度を高度に管理することができる。特に汚染性ガス除去フィルターに光触媒を適用することにより光源を利用して有機性ガスを酸化分解処理することが可能であり、半永久的に処理することが可能となり維持管理費が低減されメンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットのクリーンルームの天井面への設置例を示したものでありクリーンルーム概略断面図である。
【図２】本発明の第１及び第２の実地形態に係わる汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットの概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実地形態に係わる汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニットの概略断面図である。
【図４】従来のクリーンルーム用光源をクリーンルームに使用した設置例を示したクリーンルームの概略断面図である。
【符号の説明】
１　クリーンルーム
２　外気導入口
３　ケミカルフィルター
４　ファンフィルターユニット
５　送風ファン
６　除塵フィルター
７　半導体製造装置
８　グレーティング
９　汚染性ガス除去機能付ファン光源ユニット
１０　汚染性ガス除去フィルター
１１　照明用光源
１２　ミニエンバイロメント
１３　モーター
１４　エア吸い込み口
１５　ユニットケーシング
１６　照明用光源ユニット
【図１】
2004108730.tif 000003
【図２】
2004108730.tif 000004
【図３】
2004108730.tif 000005
【図４】
2004108730.tif 000006