JP7412184B2

JP7412184B2 - セパレータ、および処理装置

Info

Publication number: JP7412184B2
Application number: JP2020002716A
Authority: JP
Inventors: 優樹古谷; 昌伸小川; 真統永田; 一生矢部; 達広織田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2024-01-12
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: JP2021109148A

Description

本発明の実施形態は、セパレータ、および処理装置に関する。

処理装置から排出される排気には、再利用が可能な物質や有害物質などが含まれている。そのため、容器の内部において、排気の旋回流を形成し、旋回流を板材に衝突させることで気体と液体の分離を行う装置（気液分離装置）や、気体と固体の分離を行う装置（粉体分離装置）が提案されている。これらの装置においては、排気に含まれている物質の捕集効率（分離効率）の向上が望まれている。

特開２０１３－１６３１４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、排気に含まれている物質の捕集効率の向上を図ることができるセパレータ、および処理装置を提供することである。

実施形態に係るセパレータは、内部に空間を有し、第１の面と、前記第１の面に交差する第２の面と、を有する本体部と、前記本体部の前記第１の面に設けられ、気体と、液体の粒子および固体の粒子の少なくともいずれかと、を含む混合物を、前記本体部の内部に導入する導入部と、前記本体部に、前記導入部と離隔させて設けられた排出部と、板状を呈し、前記本体部の内部に設けられた制御部と、を備えている。前記本体部の、前記導入部が設けられた前記第１の面と、前記制御部の、前記導入部側の端部との間の距離は、前記導入部が設けられた前記第１の面と、前記制御部の、前記排出部側の端部との間の距離よりも大きい。前記制御部の、前記導入部側の端部は、前記導入部の中心軸に対して、前記排出部側とは反対側に設けられるとともに、前記本体部の前記第２の面と離隔している。前記導入部から前記本体部の内部に導入された前記混合物は、前記制御部に衝突し、前記制御部に衝突した前記混合物の一部は前記排出部から離れる方向に流れ、前記排出部から離れる方向に流れた前記混合物の一部は、前記本体部の前記第２の面と、前記第１の面とに、衝突して前記導入部側に流れ、前記導入部側に流れた前記混合物の一部は、前記導入部から導入された前記混合物とともに前記制御部に衝突することで、前記混合物の旋回流が形成される。

本実施の形態に係る処理装置を例示するための模式図である。ノズルの模式断面図である。本実施の形態に係るセパレータを例示するための模式断面図である。制御部の傾斜角度と、混合物の流れ方向との関係を例示するためのグラフ図である。距離と混合物の流速との関係を例示するためのグラフ図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本発明の実施形態に係るセパレータは、気体と液体の粒子の混合物から液体を分離するセパレータ、気体と固体の粒子との混合物から固体の粒子を分離するセパレータ、あるいは、気体と液体の粒子と固体の粒子との混合物から液体と固体の粒子を分離するセパレータに適用することができる。固体の粒子は、例えば、無機物や有機物を含む粉などとすることができる。この場合、液体の粒子と固体の粒子の粒子径は、例えば、１μｍ以上、１００μｍ以下とすることができる。液体の粒子の場合には、液体の粘度は、例えば、０．１０Ｐａ・ｓ以下とすることができる。
以下においては、一例として、本実施の形態に係るセパレータが、気体と液体の粒子の混合物から液体を分離するセパレータである場合を説明する。

また、本実施の形態に係るセパレータが設けられる処理装置は、液体の粒子および固体の粒子の少なくともいずれかが含まれている排気を排出するものとすることができる。例えば、処理装置は、半導体装置やフラットパネルディスプレイなどの微細構造体の製造に用いられる装置などとすることができる。ただし、処理装置の用途は例示をしたものに限定されるわけではない。

図１は、本実施の形態に係る処理装置１００を例示するための模式図である。
図２は、ノズル１２０の模式断面図である。
図１に示すように、処理装置１００には、処理部１１０、ノズル１２０、回収部１３０、排気部１４０、およびセパレータ１を設けることができる。

図１に例示をした処理装置１００には、２つのセパレータ１が設けられているが、セパレータ１の数は、処理部１１０から排出される排気の量、排気に含まれている液体の粒子の量、固体の粒子の量などに応じて適宜変更することができる。すなわち、セパレータ１は少なくとも１つ設けられていればよい。

また、図１に例示をした処理装置１００には、２つのセパレータ１が並列接続されているが、複数のセパレータ１を直列接続することもできる。複数のセパレータ１を直列接続する場合には、処理部１１０に接続されたセパレータ１の排気を他のセパレータ１に導入すればよい。この場合、複数のセパレータ１を並列接続すれば、処理が可能となる排気の量を増大させることができる。複数のセパレータ１を直列接続すれば、分離が可能となる物質の量を増大させることができる。

処理部１１０は、例えば、ワークの表面に膜を形成したり、ワークの表面を除去したり、ワークの表面を洗浄したり、ワークの表面を改質したりするものとすることができる。処理部１１０は、例えば、気密構造を有するチャンバ１１０ａを有することができる。チャンバ１１０ａの内部には、ワークを載置するための載置台などを設けることができる。

また、チャンバ１１０ａには、処理の種類に応じて、各種の装置を設けることができる。チャンバ１１０ａに設けられる装置は、例えば、プロセスガスの供給装置、ヒータなどの加熱装置、チャンバ１１０ａの内部の雰囲気を減圧する減圧装置、チャンバ１１０ａの内部にプラズマを発生させる装置、チャンバ１１０ａの内部にミスト状の処理液、洗浄液、粉体などを供給する装置などとすることができる。ただし、チャンバ１１０ａに設けられる装置は、例示をしたものに限定されるわけではなく、処理の種類に応じて適宜変更することができる。

ノズル１２０は、筒状を呈し、処理部１１０（チャンバ１１０ａ）とセパレータ１との間に設けることができる。チャンバ１１０ａの内部にある気体と液体の粒子の混合物は、ノズル１２０を介して、セパレータ１に供給される。また、ノズル１２０は、混合物をセパレータ１に供給する際に、混合物の流速を増加させる。例えば、図２に示すように、ノズル１２０の、セパレータ１側の端部には、オリフィス板１２０ａを設けることができる。オリフィス板１２０ａが設けられていれば、混合物がオリフィスを通過する際に、混合物の流速を増加させることができる。

混合物の流速を増加させることができれば、セパレータ１の内部に形成される旋回流の速度を増加させることができるので、旋回流がセパレータ１の内壁や後述する制御部１ｅ（図３を参照）に衝突する回数を増加させることができる。そのため、気体に含まれている物質の捕集効率を向上させることができる。

また、混合物に含まれる複数の粒子が、液体の粒子の場合には、ノズル１２０の外面やその近傍などに冷却装置１２０ｂを設けることができる。混合物に含まれる液体の粒子の粒子径（質量）が小さすぎると、セパレータ１の内壁や制御部１ｅに衝突させた際に、液体の粒子が捕捉されにくくなる場合がある。冷却装置１２０ｂが設けられていれば、ノズル１２０を介して混合物を冷却することができるので、液体の粒子を凝縮させることができる。液体の粒子を凝縮させることができれば、粒子径（質量）を大きくすることができるので、セパレータ１における液体の粒子の捕捉、ひいては、気体に含まれている液体の捕集効率を向上させることができる。

回収部１３０は、セパレータ１により、気体と分離された物質を回収する。図１に例示をしたセパレータ１は、気体と液体の粒子の混合物から液体を分離するセパレータであるため、回収される物質は液体となる。なお、セパレータが、気体と固体の粒子の混合物から固体の粒子を分離するものである場合には、回収される物質は固体となる。
回収部１３０は、例えば、配管などを介してセパレータ１に接続することができる。回収部１３０は、例えば、気密構造を有するタンクなどとすることができる。

排気部１４０は、セパレータ１およびノズル１２０を介して、チャンバ１１０ａの内部のある混合物を吸引することができる。排気部１４０は、例えば、配管などを介してセパレータ１に接続することができる。排気部１４０は、例えば、真空ポンプやブロアなどとすることができる。排気部１４０からの排気は、例えば、工場のドレインなどに排出することができる。なお、処理部１１０における処理の種類によっては、チャンバ１１０ａの内部の雰囲気が大気圧よりも高い場合がある。その様な場合には、チャンバ１１０ａの内圧で、チャンバ１１０ａの内部のある混合物が押し出されるので、排気部１４０を省くことができる。

図３は、本実施の形態に係るセパレータ１を例示するための模式断面図である。
また、図３においては、粒子の停滞時間の分布をモノトーン色の濃淡で表している。この場合、色のトーンが濃いほど停滞時間が短い、すなわち、粒子の移動速度が速い（運動エネルギーが大きい）ことを表している。
図３に示すように、セパレータ１は、本体部１ａ、導入部１ｂ、排出部１ｃ、および排液部１ｄを有することができる。本体部１ａ、導入部１ｂ、排出部１ｃ、および排液部１ｄは、一体に設けることができる。
また、セパレータ１は、制御部１ｅをさらに有することができる。

図３に示すように、本体部１ａは、内部に空間を有することができる。本体部１ａは、箱状を呈するものとすることができる。本体部１ａの内部には空間が設けられ、空間の内部には気体と液体の粒子の混合物が導入される。

導入部１ｂおよび排出部１ｃは、本体部１ａの面１ａ２（例えば、天井面）に設けることができる。排出部１ｃは、導入部１ｂと離隔させて設けることができる。排液部１ｄは、本体部１ａの面１ａ１（例えば、底面）に設けることができる。

導入部１ｂは、筒状を呈し、一方の端部が本体部１ａの面１ａ２（例えば、天井面）に設けられている。導入部１ｂの他方の端部には、ノズル１２０の、オリフィス板１２０ａが設けられている側を接続することができる。本体部１ａの内部の空間には、オリフィス板１２０ａを通過することで流速が速くなった混合物を導入することができる。

排出部１ｃは、筒状を呈し、一方の端部が本体部１ａに設けられている。排出部１ｃは、導入部１ｂと離隔させて設けることができる。この場合、図３に示すように、排出部１ｃの一方の端部を本体部１ａの面１ａ２に設けることもできる。図１に示すように、排出部１ｃの他方の端部は、配管などを介して排気部１４０と接続することができる。

排液部１ｄは、筒状を呈し、一方の端部が本体部１ａの面１ａ１（例えば、底面）に設けられている。図１に示すように、排液部１ｄの他方の端部は、配管などを介して回収部１３０と接続することができる。

制御部１ｅは、本体部１ａの内部に設けることができる。制御部１ｅは、板状を呈するものとすることができる。制御部１ｅは、傾斜させることができる。この場合、面１ａ２と、制御部１ｅの、導入部１ｂ側の端部１ｅ１との間の距離Ｌ１は、面１ａ２と、制御部１ｅの、排出部１ｃ側の端部１ｅ２との間の距離Ｌ２よりも大きくすることができる。すなわち、制御部１ｅは、排出部１ｃ側から導入部１ｂ側に近づくに従い、導入部１ｂから離れる方向に傾斜させることができる。

図３に示すように、導入部１ｂから本体部１ａの内部に導入された混合物は、制御部１ｅに衝突する。制御部１ｅは傾斜しているので、制御部１ｅに衝突した混合物の一部は排出部１ｃから離れる方向に流れる。

排出部１ｃから離れる方向に流れた混合物は、本体部１ａの内側面に衝突して導入部１ｂ側に流れる。導入部１ｂ側に流れた混合物の一部は、導入部１ｂから導入された混合物とともに制御部１ｅに衝突する。すなわち、排出部１ｃから離れた位置において混合物の旋回流を形成することができる。この場合、図３に示すように、旋回流における液体の粒子の移動速度を速くすることができる。

混合物の旋回流を形成することができれば、混合物に含まれている液体の粒子が、本体部１ａの内壁や制御部１ｅに衝突する機会を増加させることができる。例えば、液体の粒子が本体部１ａの内壁などに衝突する機会を２回～３回程度とすることができる。この場合、液体の粒子の移動速度が速くなれば、液体の粒子が本体部１ａの内壁などに衝突する機会をさらに増加させることができる。また、混合物の旋回流は、排出部１ｃから離れた位置に形成されるので、液体の粒子が本体部１ａの内部に滞留する時間を長くすることができる。以上のことより、混合物に含まれている液体の捕集効率の向上を図ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、処理部１１０からの排気に含まれている物質の捕集効率の向上を図ることができる。

この場合、制御部１ｅの、導入部１ｂ側の端部１ｅ１は、導入部１ｂの中心軸１ｂ１に対して、排出部１ｃ側とは反対側に設けることができる。この様にすれば、導入部１ｂから供給された混合物を制御部１ｅに衝突させるのが容易となる。そのため、混合物の旋回流が形成されやすくなるので、混合物に含まれていた液体の捕集効率を５０％程度にすることができる。

図４は、制御部１ｅの傾斜角度θと、混合物の流れ方向との関係を例示するためのグラフ図である。
制御部１ｅの傾斜角度θは、導入部１ｂの中心軸１ｂ１と制御部１ｅの上面との間の角度とすることができる。排出部１ｃ側とは反対側に流れる混合物の割合が多くなれば、混合物の旋回流を形成するのが容易となり、また排出部１ｃから直ちに排出される混合物を少なくすることができる。

図４から分かるように、制御部１ｅの傾斜角度θを７０°以下にすれば、ほぼ全ての混合物を排出部１ｃ側とは反対側に流すことができる。すなわち、制御部１ｅの傾斜角度θを７０°以下にすれば、処理部１１０からの排気に含まれている物質の捕集効率のさらなる向上を図ることができる。

本体部１ａの内部に設けられた制御部１ｅにより混合物の流れを制御すれば、本体部１ａの形状や、排液部１ｄの配置などに関する自由度を大きくすることができる。例えば、処理装置１００に設けられる回収部１３０や排気部１４０の大きさや配置などに応じて、本体部１ａの形状や、排液部１ｄの配置などを適宜変更するのが容易となる。

また、捕集された液体は、本体部１ａの内壁を伝わって、本体部１ａの面１ａ１側に集まる。そのため、面１ａ１が傾斜していれば、内面の上にある液体を集めることが容易となる。内面の上にある液体を集めることができれば、排液部１ｄを介した液体の排出を容易とすることができる。この場合、排液部１ｄは、傾斜面の下端側に設ければよい。

この場合、制御部１ｅの、導入部１ｂ側の端部１ｅ１と、本体部１ａの面１ａ１側の内面との間の距離Ｌ３を大きくし過ぎると、制御部１ｅと本体部１ａの面１ａ１との間を排出部１ｃ側に流れる混合物の量が多くなる。排出部１ｃ側に流れる混合物の量があまり多くなると、捕集効率が低下するおそれがある。

図５は、距離Ｌ３と混合物の流速との関係を例示するためのグラフ図である。
距離Ｌ３が大きくなれば、制御部１ｅと本体部１ａの面１ａ１との間を排出部１ｃ側に流れる混合物の量が多くなるので、混合物の流速が低下する。
例えば、図５から分かるように。距離Ｌ３が９ｍｍになるまでは混合物の速度が低下する。この場合、距離Ｌ３が９ｍｍ以上になると混合物の速度が再び増加するが、これは、排出部１ｃ側に流れる混合物の流速である。

そのため、図５から分かるように、距離Ｌ３を２ｍｍ以上、９ｍｍ以下とすれば、排出部１ｃ側に流れる混合物を少なくすることができる。その結果、捕集効率が低下するのを抑制することができる。また、距離Ｌ３を２ｍｍ以上、６ｍｍ以下とすれば、混合物の速度を適切なものとすることができ、且つ、混合物が排出部１ｃ側に流れるのを抑制することができる。

ここで、捕集された液体は、本体部１ａの内壁を伝わって、本体部１ａの面１ａ１側に集まる。そのため、水平面に対して面１ａ１が傾斜していれば、内面にある液体を集めることが容易となる。内面の上にある液体を集めることができれば、排液部１ｄを介した液体の排出を容易とすることができる。本発明者らの得た知見によれば、水平面と面１ａ１との間の角度θａを５°以上とすれば、液体を集めることが容易となる。この場合、排液部１ｄは、傾斜面の下端側に設ければよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１セパレータ、１ａ本体部、１ａ１面、１ａ２面、１ｂ導入部、１ｃ排出部、１ｄ排液部、１１セパレータ、１ａ本体部、１ｅ制御部、１ａ１面、１ａ２面、１ｅ１端部、１ｅ２端部、１１０処理部、１２０ノズル、１３０回収部、１４０排気部、θ 傾斜角度、θａ角度

Claims

内部に空間を有し、第１の面と、前記第１の面に交差する第２の面と、を有する本体部と、
前記本体部の前記第１の面に設けられ、気体と、液体の粒子および固体の粒子の少なくともいずれかと、を含む混合物を、前記本体部の内部に導入する導入部と、
前記本体部に、前記導入部と離隔させて設けられた排出部と、
板状を呈し、前記本体部の内部に設けられた制御部と、
を備え、
前記本体部の、前記導入部が設けられた前記第１の面と、前記制御部の、前記導入部側の端部との間の距離は、前記導入部が設けられた前記第１の面と、前記制御部の、前記排出部側の端部との間の距離よりも大きく、
前記制御部の、前記導入部側の端部は、前記導入部の中心軸に対して、前記排出部側とは反対側に設けられるとともに、前記本体部の前記第２の面と離隔し、
前記導入部から前記本体部の内部に導入された前記混合物は、前記制御部に衝突し、前記制御部に衝突した前記混合物の一部は前記排出部から離れる方向に流れ、前記排出部から離れる方向に流れた前記混合物の一部は、前記本体部の前記第２の面と、前記第１の面とに、衝突して前記導入部側に流れ、前記導入部側に流れた前記混合物の一部は、前記導入部から導入された前記混合物とともに前記制御部に衝突することで、前記混合物の旋回流が形成されるセパレータ。
前記導入部の中心軸と、前記制御部との間の角度は、７０°以下である請求項１記載のセパレータ。
前記本体部の、前記導入部が設けられる側とは反対側の面と、水平面との間の角度は５°以上である請求項１または２に記載のセパレータ。
前記制御部の、前記導入部側の端部と、前記本体部の、前記導入部が設けられる側とは反対側の内面との間の距離は２ｍｍ以上、９ｍｍ以下である請求項１～３のいずれか１つに記載のセパレータ。
ワークを処理可能な処理部と、
前記処理部に接続された、請求項１～４のいずれか１つに記載のセパレータと、
を備えた処理装置。