高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置
【課題】高圧二酸化炭素を高圧状態のままで処理し、微粒子を除去して高い清浄度の高圧二酸化炭素とすることのできる濾過方法及び該濾過装置を目的とする。
【解決手段】高圧二酸化炭素をフィルタ１２により濾過して清浄化する方法であって、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温にする高圧二酸化炭素の濾過方法。また、高圧二酸化炭素を濾過するフィルタ１２と、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を供給時の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段４０とを備えた高圧二酸化炭素の濾過装置１。
【解決手段】高圧二酸化炭素をフィルタ１２により濾過して清浄化する方法であって、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温にする高圧二酸化炭素の濾過方法。また、高圧二酸化炭素を濾過するフィルタ１２と、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を供給時の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段４０とを備えた高圧二酸化炭素の濾過装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の製造においては、被処理体が微細構造を有していることから、製品の品質維持、歩留まり向上を達成するためには製造工程において被処理体を高度に清浄化する必要がある。被処理体の清浄方法としては、超純水や薬液等を用いたウェット洗浄方法が挙げられる。しかし、洗浄後に乾燥工程が必須であること等から、高度化した被処理体を用いた量産プロセス等への適用には限界がある。
【０００３】
そこで、低粘度、かつ高拡散性であり、浸透力に優れ、汚れ成分を拡散しやすい点から、超臨界流体の利用が注目されている。なかでも、超臨界二酸化炭素は、自然界に多量に存在し、かつ臨界点（温度３１℃、圧力７．４ＭＰａ）が比較的低いために取り扱いやすいという利点がある。
超臨界二酸化炭素のような高圧二酸化炭素を用いる洗浄方法では、高度に集積化、微細化された被処理体を扱うため、洗浄流体である高圧二酸化炭素の清浄度が極めて重要である。
【０００４】
そのため、高圧二酸化炭素中に含まれる極微量の微粒子を除去して高い清浄度で供給する方法が検討されている。例えば、流体を臨界圧力以上にする加圧手段と臨界温度以上にする加熱手段とを備えた常時循環系から、超臨界状態の高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して供給するシステムが示されている（特許文献１）。
また、超臨界状態にある洗浄流体を減圧気化して気体状態としてフィルタにより濾過し、その後に超臨界状態として使用する装置が示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００６−３２６４２９号公報
【特許文献２】特開平１０−５０６４８号公報
【非特許文献１】第６８回応用物理学会予稿集、No.2、6p-ZF-15、p.759
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような超臨界状態の高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過する方法は、高圧二酸化炭素の清浄化方法として知られている。しかし、被処理体の集積化、微細化がさらに高度になっていくにつれて、高圧二酸化炭素に求められる清浄度がさらに高くなる。従来では、高圧二酸化炭素中の微粒子計測に適した計測器がなかったため、高圧二酸化炭素中における微粒子挙動に関する検討が充分になされていなかった。近年、本発明者等により高圧二酸化炭素中の微粒子計測に好適な光散乱式パーティクルカウンタ（非特許文献１）が報告されており、このパーティクルカウンタによる測定から特許文献１のような清浄化方法では除粒子性能が充分でない場合があることがわかった。
また、特許文献２の装置では、減圧気化した気体状態の洗浄流体をフィルタ処理することで除粒子性能を高めている。しかし、この方法ではフィルタ処理後に再度昇圧して臨界状態としなければならないために工程が煩雑であり、エネルギー的に不利である。
そのため、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで高度に清浄化できる方法が望まれている。
【０００６】
そこで本発明は、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで処理し、微粒子を除去して高い清浄度とすることができる濾過方法、及び該濾過装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法は、高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して清浄化する方法において、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることを特徴とする方法である。
【０００８】
また、本発明の濾過方法は、前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にすることが好ましい。
また、前記フィルタにより濾過した高圧二酸化炭素をフィルタの二次側で冷却することが好ましい。
また、前記フィルタの二次側で高圧二酸化炭素中の微粒子測定を行うことが好ましい。
また、前記微粒子測定の結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させることが好ましい。
また、前記微粒子測定を光散乱式パーティクルカウンタにより行うことが好ましい。
【０００９】
本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、高圧二酸化炭素を濾過して清浄化する装置であって、前記高圧二酸化炭素を濾過するフィルタと、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の高圧二酸化炭素の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段とを備えていることを特徴とする装置である。
【００１０】
また、本発明の濾過装置は、前記温度調整手段が、前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にする手段であることが好ましい。
また、前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素を冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。
また、前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定する微粒子測定手段を備えていることが好ましい。
また、前記微粒子測定手段が光散乱式パーティクルカウンタであることが好ましい。
また、前記微粒子測定手段による微粒子数量の測定結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる手段を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の濾過方法及び濾過装置によれば、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで処理して微粒子を大幅に低減させ、高い清浄度の高圧二酸化炭素とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置について詳細に説明する。
本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法は、高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して清浄化する方法であって、フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることを特徴とする方法である。
また、本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、高圧二酸化炭素を濾過するフィルタと、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段とを備えていることを特徴とする装置である。
【００１３】
本発明における高圧二酸化炭素とは、圧力が１ＭＰａ以上の二酸化炭素である。また、高圧二酸化炭素の圧力は４ＭＰａ以上であることが好ましく、本発明は特に超臨界状態の高圧二酸化炭素を供給することが主な目的である点から、７．４ＭＰａ（臨界圧）以上であることがより好ましい。
高圧二酸化炭素中には、洗浄対象や用途に合わせて溶剤等を含有させていてもよい。通常、半導体デバイス等の製造工程では、ウエハや基盤等の被処理体表面の汚染物を除去するために、溶剤等を添加した高圧二酸化炭素を使用することがある。
溶剤としては、例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類が挙げられる。また、界面活性剤やエッチング剤、水素等のガスを含有させてもよい。
【００１４】
［第１実施形態］
本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置の一例である第１実施形態について、図１に基づいて詳細に説明する。
（濾過装置）
本実施形態の濾過装置１は、高圧二酸化炭素源１１（以下、高圧ＣＯ２源１１という）、フィルタ１２、冷却手段１３、微粒子測定手段１４、及び流量計１５を備えている。
高圧ＣＯ２源１１とフィルタ１２とが配管２１で連結されており、フィルタ１２と冷却手段１３とが配管２２で連結されており、冷却手段１３とユースポイント１７とが配管２３で連結されている。また、配管２３から配管２４が分岐しており、配管２４には弁３１が設置されており、配管２４は配管２３と逆側の端で微粒子測定手段１４に接続されている。また、微粒子測定手段１４と流量計１５とが配管２５で連結されており、流量計１５には配管２６が接続されている。
流量計１５には流量制御装置１６が設置されており、配管２６に設置された流量調整弁３２を制御して微粒子測定手段１４への流量を調整できるようになっている。また、配管２６には流量調整弁３２の二次側に保圧弁３３が設置されており、流量調整弁３２と保圧弁３３との間で配管２６が配管２７に分岐している。配管２７には弁３４が設置されており、配管２７は配管２６と逆側の端で高圧ＣＯ２源１１に連結されている。
【００１５】
また、本実施形態の濾過装置１は、フィルタ１２に、フィルタ１２の温度を調整する温度調整手段４０が設けられている。温度調整手段４０は、フィルタ１２を加熱する加熱手段４１、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を測定する温度測定器４２、及び温度測定器４２の測定温度から加熱手段４１による加熱を調整する調整装置４３を有する。
【００１６】
本実施形態の濾過装置１では、フィルタ１２を加熱して、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を調整するため、高圧二酸化炭素の温度を安定して温度Ｔ１に調整しやすい。これにより、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２（図１のａ地点（供給点）での温度）よりも高温に調整できる。
また、フィルタ１２の一次側で高圧二酸化炭素を加熱してもよいが、この場合はフィルタ１２の一次側の配管等に高圧二酸化炭素がフィルタ１２に到達するまで温度を維持するための保温設備が必要となったり、フィルタ１２の一次側の高圧二酸化炭素の温度を予め温度Ｔ１よりも高温としておく必要が生じたりする場合がある。しかし、濾過装置１ではフィルタ１２を直接加熱して高圧二酸化炭素の温度を調整するため、前記のような設備や操作を必要としない。
【００１７】
高圧ＣＯ２源１１は、特に限定されず、例えば、特許文献１（特開２００６−３２６４２９号公報）に記載された常時循環系を有する高圧二酸化炭素供給システムと、配管２１と連結させて用いることができる。また、高圧ガス用ボンベ、極低温容器、液化貯蔵槽等の従来公知の容器を用いることもできる。
【００１８】
フィルタ１２は、通常、高圧二酸化炭素の濾過に用いられるフィルタを用いることができ、例えば、ＧＦＴ０３Ｗ（商品名、日本精線（株）製、ガス中除粒子性能０．３μｍ）、ＧＦＤ１Ｎ（商品名、日本精線（株）製、ガス中除粒子性能１μｍ）等が挙げられる。フィルタ１２は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度調整を容易にする点、エネルギー消費を低減する点から、保温手段が設けられていてもよい。
【００１９】
冷却手段１３は、フィルタ１２を通過した高圧二酸化炭素の温度を供給時に温度Ｔ２となるように冷却できるものであれば特に限定されない。冷却手段１３としては、例えば、空冷式熱交換器、二重管型水冷式熱交換器等が挙げられる。
濾過装置１に冷却手段１３が備えられていれば、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、ユースポイント１７に供給する温度Ｔ２よりも大幅に高くできるため、高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。
【００２０】
微粒子測定手段１４は、高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定する手段である。微粒子測定手段１４は特に限定されないが、例えば、流路、フローセル等が高圧二酸化炭素の圧力に耐え得る構造を有する微粒子測定器が使用できる。具体的には、耐圧性が１ＭＰａ以上の微粒子測定器を用いることができ、耐圧性は５ＭＰａ以上であることが好ましく、７．４ＭＰａ以上であることが特に好ましい。
微粒子測定手段１４としては、非特許文献１（第６８回応用物理学会予稿集、No.2、6p-ZF-15、p.759）に記載の光散乱式パーティクルカウンタや、ＪＩＳ Ｋ０５５４に準じた直検法の適用が好ましく、オンラインで計測、管理が同時に行える光散乱式パーティクルカウンタの適用がより好ましい。
【００２１】
本実施形態の濾過装置１のように微粒子測定装置１４が備えられていれば、フィルタ１２で濾過した高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定しながら、その測定結果に基づいてフィルタ１２を加熱して、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させることができる。そのため、フィルタ１２の交換や洗浄を行うことなく、容易に高い清浄度を有する高圧二酸化炭素を継続的かつ安定的にユースポイント１７に供給できる。また、充分な清浄度が発揮されているときは、フィルタ１２の加熱を抑えてフィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を最適値まで下げることで消費エネルギーを低減できる。
また、微粒子測定装置１４が前記光散乱式パーティクルカウンタであれば、高圧二酸化炭素中の微粒子測定がオンラインで直ちに行えるため、その測定結果に基づいたフィルタ１２の温度調整が適切でより優れたものとなり、より高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。
濾過装置１は、前記のような理由から、微粒子測定装置１４の測定結果に基づいて温度調整手段４０による高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる手段が設けられていることが好ましい。
【００２２】
流量計１５は、高圧二酸化炭素の質量流量を測定できるものを用いる。このような流量計１５としては、例えば、コリオリ式マスフロメータ等が挙げられる。流量調整弁３２は特に限定されず、流量計１５の測定値にしたがって流量制御装置１６により流量調整ができるものであればよい。流量制御装置１６は、自動で制御するものであっても、手動で制御するものであってもよい。また、流量調整弁３２を手動で調整するものであってもよい。
これら流量計１５、流量制御装置１６、流量調整弁３２を設けることにより、微粒子測定装置１４に送られてくる高圧二酸化炭素を所定の流量にできる。
【００２３】
保圧弁３３は特に限定されず、バネで機械的に圧力保持を行う既存の保圧弁を使用することができる。
また、微粒子測定手段１４の二次側、特に配管２５上に圧力計を設置してもよく、その場合は既存の圧力計を使用することができる。圧力計を微粒子測定手段１４の二次側に配置すれば、圧力計から発塵が起こった場合であっても微粒子測定結果に影響がない点で好ましい。また、圧力計を設置する場合は、微粒子測定後の高圧二酸化炭素は配管２６から保圧弁３３により排出するか、又は、弁３４により配管２７から高圧ＣＯ２源１１に戻すことが好ましい。
【００２４】
また、ユースポイント１７は高圧二酸化炭素により被処理体の洗浄等を行うところであり、特に限定はない。ユースポイント１７としては、例えば、高圧容器等の洗浄槽等が挙げられる。
また、本実施形態の濾過装置１では、冷却手段１３とユースポイント１７とが配管２３で連結されている形態を例示したが、濾過装置１がユースポイント１７に直接連結されていなくてもよい。その場合であってもフィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が供給時の温度Ｔ２よりも高温であればよい。
【００２５】
温度調整手段４０における加熱手段４１は、フィルタ１２を加熱できるものであれば特に限定されず、例えば、二重管式熱交換器、電気炉、電気ヒータ等が挙げられる。加熱手段４１がフィルタ１２に直接設置されている場合は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度調整を容易にする点、エネルギー消費を低減する点等から、加熱手段４１とフィルタ１２とが共に保温手段により保温されていてもよい。
また、温度測定器４２は、特に限定されず、フィルタ１２の内温を測定するものであってもよく、外温を測定するものであってもよい。また、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を直接測定できるものであってもよい。また、フィルタ１２近傍の配管（配管２１もしくは配管２２）の内温又は外温を測定するものであってもよい。温度測定器４２は、周りの環境温度の影響を避けるため、断熱材により覆われていることが好ましい。
また、調整装置４３も特に限定されず、自動で調整するものであっても手動で調整するものであってもよい。
【００２６】
（濾過方法）
以下、本実施形態の濾過装置１を用いた高圧二酸化炭素の濾過方法について説明する。
高圧二酸化炭素を、高圧ＣＯ２源１１から配管２１を通じてフィルタ１２へと送る。フィルタ１２は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が、ユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温になるように、温度調整手段４０の加熱手段４１により加熱される。
【００２７】
フィルタ１２による濾過は、通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が高いほど除粒子性能が高い。そのため、高圧二酸化炭素がフィルタ１２を通過する際の温度Ｔ１は、周囲環境温度以上であることが好ましく、３０℃以上であることがより好ましく、５０℃以上であることが特に好ましい。また、前記温度Ｔ１は、温度が高すぎると配管やフィルタ等が耐熱性を向上させるために肉厚になりすぎ、濾過装置１が大型化しすぎる点や、気密シール性の点から、２００℃以下であることが好ましい。
また、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１は、濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも５℃以上高くなるように調整されることが好ましい。また、温度Ｔ１は温度Ｔ２よりも１０℃以上高くなるように調整されることがより好ましい。
【００２８】
本実施形態の方法では、フィルタ１２を直接加熱することにより、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を調整するため、温度調整を安定して行いやすい。また、フィルタ１２の一次側で加熱しないため、高圧二酸化炭素がフィルタ１２に到達するまで温度を維持するフィルタ１２の一次側の保温設備も必要なく、温度低下を考慮してフィルタ１２の一次側で高圧二酸化炭素の温度を予め温度Ｔ１よりも高温としておく必要もない。
【００２９】
本発明の方法では、フィルタ１２により濾過された高圧二酸化炭素を、フィルタ１２の二次側で冷却手段１３により冷却した後にユースポイント１７に温度Ｔ２で供給することが好ましい。冷却手段１３による冷却工程を設けることにより、ユースポイント１７に適切な温度の高圧二酸化炭素を供給できる。また、高圧二酸化炭素をより高い温度Ｔ１でフィルタ１２により濾過することができるため、高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。
【００３０】
また、弁３１を開いて、フィルタ１２で濾過された高圧二酸化炭素の一部を配管２４に導き、微粒子測定手段１４により微粒子数量を測定することが好ましい。微粒子測定手段１４による測定を行うことにより、その測定結果に基づいてフィルタ１２の温度調整を行うことができるため、高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。また、充分な清浄度が発揮されていれば、フィルタ１２の加熱を抑えて、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を最適値まで下げることで消費エネルギーを低減できる。
また、測定を行う微粒子測定手段１４を前述の光散乱式パーティクルカウンタとすれば、さらに温度調整が適切で優れたものとなるため、供給する高圧二酸化炭素の清浄度をより向上させやすくなる。
【００３１】
また、微粒子測定手段１４に送られる高圧二酸化炭素の流量は、流量計１５の測定値により流量制御装置１６から流量調整弁３２に電気信号を伝達して所定の流量に調整する。また、流量計１５の測定値を目視によりモニタリングしながら手動で流量調整弁３２を調整する方法であってもよい。このように流量を調整することにより、微粒子測定手段１４による測定点での高圧二酸化炭素の状態変化を最小限に抑えることができるため、微粒子測定の精度が向上する。
【００３２】
微粒子測定手段１４により測定を行った高圧二酸化炭素は、保圧弁３３により配管２６から濾過装置１外に排出される。微粒子測定手段１４の二次側の圧力は、流量調整弁３２と保圧弁３３により維持される。
また、測定後の高圧二酸化炭素は、弁３４により、配管２７から高圧ＣＯ２源１１に回収して再利用してもよい。
【００３３】
また、ユースポイント１７に供給する高圧二酸化炭素の温度Ｔ２と、該高圧二酸化炭素を実際に使用する際の温度Ｔ３との関係は特に限定はなく、同温であっても温度差（Ｔ２＞Ｔ３又はＴ３＞Ｔ２）があってもよい。
【００３４】
［第２実施形態］
以下、本発明の濾過装置及び濾過方法の他の実施形態例である第２実施形態について、図２に基づいて説明する。ただし、図２に例示する濾過装置２において濾過装置１と同じものについては、同符号を付して説明を省略する。
（濾過装置）
本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、図２に示すような濾過装置２であってもよい。
濾過装置２は、高圧ＣＯ２源１１、フィルタ１２、冷却手段１３、微粒子測定手段１４、及び流量計１５を備えている。また、濾過装置２は、フィルタ１２の一次側で高圧二酸化炭素を加熱する加熱手段５１、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を測定する温度測定器５２、及び温度測定器５２の測定温度から加熱手段５１による加熱を調整する調整装置５３を有する温度調整手段５０を備えている。
【００３５】
高圧ＣＯ２源１１と加熱手段５１とが配管２１ａで連結されており、加熱手段５１とフィルタ１２とが配管２１ｂで連結されており、フィルタ１２と冷却手段１３とが配管２２で連結されており、冷却手段１３とユースポイント１７とが配管２３で連結されている。また、配管２３から配管２４が分岐しており、配管２４には弁３１が設置されており、配管２４は配管２３と逆側の端で微粒子測定手段１４に接続されている。また、微粒子測定手段１４と流量計１５とが配管２５で連結されており、流量計１５には配管２６が接続されている。
流量計１５には流量制御装置１６が設置されており、配管２６に設置された流量調整弁３２を制御して微粒子測定手段１４への流量を調整できるようになっている。また、配管２６には流量調整弁３２の二次側に保圧弁３３が設置されており、流量調整弁３２と保圧弁３３との間で配管２６が配管２７に分岐している。配管２７には弁３４が設置されており、配管２７は配管２６と逆側の端で高圧ＣＯ２源１１に連結されている。
【００３６】
本実施形態の濾過装置２は、フィルタ１２の一次側において高圧二酸化炭素を加熱することで、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることができる。
フィルタ１２の一次側を加熱する場合は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度をＴ１に維持しておくために、フィルタ１２の一次側に充分な保温設備が必要となったり、ある程度の温度低下を考慮してフィルタ１２の一次側の高圧二酸化炭素の温度を予め温度Ｔ１よりも高温に加熱しておく必要が生じたりすることがある点から、加熱手段５１による加熱をフィルタ１２にできるだけ近い場所で行うことが好ましい。濾過装置２のようなフィルタ１２の一次側における高圧二酸化炭素の加熱は、装置構成・配置の自由度が高くなる点で好ましい。
【００３７】
温度調整手段５０における加熱手段５１は、高圧二酸化炭素を加熱できるものであればよく、濾過装置１における加熱手段４１と同じものが挙げられる。また、温度測定器５２も、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を測定できるものであればよく、濾過装置１における温度計測器４２と同じものが挙げられる。また、調整装置５３も特に限定されず、濾過装置１における調整装置４３と同じものが挙げられる。
【００３８】
（濾過方法）
高圧二酸化炭素を、高圧ＣＯ２源１１から配管２１ａを通じて加熱手段５１へと送って加熱する。加熱手段５１による加熱は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温となるように行う。加熱後、高圧二酸化炭素は配管２１ｂを通じてフィルタ１２へと送られて濾過される。
フィルタ１２による濾過は通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が高いほど除粒子性能が高く、第１実施形態における温度調整と同様に行えばよい。また、好ましい態様も同じである。
【００３９】
以下、第１実施形態と同様にして高圧二酸化炭素のユースポイント１７への供給を行うことができ、好ましい態様も同じである。
フィルタ１２により濾過された高圧二酸化炭素は、フィルタ１２の二次側で冷却手段１３により冷却された後にユースポイント１７に温度Ｔ２で供給されることが好ましい。また、濾過装置１の場合と同じ理由から、弁３１を開いて、フィルタ１２で濾過された高圧二酸化炭素の一部を配管２４に導き、微粒子測定手段１４により微粒子数量を測定することが好ましい。
また、微粒子測定手段１４に送られる高圧二酸化炭素の流量は、流量計１５、流量制御装置１６、及び流量調整弁３２により所定の流量に調整することにより、微粒子測定の精度が向上する。
【００４０】
微粒子測定手段１４により測定を行った高圧二酸化炭素は、保圧弁３３により配管２６から濾過装置２外に排出される。微粒子測定手段１４の二次側の圧力は、流量調整弁３２と保圧弁３３により維持される。
また、測定後の高圧二酸化炭素は、弁３４により、配管２７から高圧ＣＯ２源１１に回収して再利用してもよい。
【００４１】
以上説明した本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置は、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで処理し、微粒子を除去して高い清浄度とすることができる。
フィルタの除粒子性能は濾過する流体によって異なり、一般に液体よりも気体の方がフィルタによる除粒子性能が高い。液体では篩い分けが主な除粒子メカニズムであり、気体ではさえぎり効果と拡散吸着が主な除粒子メカニズムであると言われている。この差は、流体の密度差が影響していると考えられる。
気体二酸化炭素の除粒子性能は、液体二酸化炭素の除粒子性能よりも高いことは知られている（特開平１０−５０６４８号公報等）が、超臨界二酸化炭素中の除粒子性能と除粒子メカニズムは解明されておらず、実際の除粒子性能が液体に近いか気体に近いかも不明であった。
本発明における検討によれば、フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度を上げることで除粒子性能の向上が見られたのは、高圧二酸化炭素の密度が低下したためであると考えられる。特に、超臨界二酸化炭素は温度を上げても気体状態にはならないものの、密度が低下し、その物性が気体に近づく方向へ変化したため除粒子性能が向上したと考えられる。
【００４２】
尚、本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、図１及び図２に例示したものには限定されない。
例えば、冷却手段１３を備えていない装置であってもよい。高圧二酸化炭素のフィルタ通過時の温度Ｔ１と供給時の温度Ｔ２と温度差が小さければ、自然冷却を利用して冷却してもよい。
また、微粒子測定手段１４を備えていない濾過装置であってもよく、配管２７を備えていない濾過装置であってもよい。
【００４３】
また、本発明の濾過方法は、図１及び図２に例示した濾過装置を用いる方法には限定されない。
本発明の濾過方法は、フィルタで濾過した高圧二酸化炭素を冷却しない方法であってもよく、フィルタで濾過した高圧二酸化炭素の微粒子測定を行わない方法であってもよい。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
本実施例では、図３に示す濾過装置３を用いてフィルタの除粒子性能を評価した。
濾過装置３は、高圧ＣＯ２源１１とフィルタ１２と微粒子測定手段１４と温度調整手段４０を有しており、高圧ＣＯ２源１１とフィルタ１２とが配管６１で連結されており、フィルタ１２と微粒子測定手段１４とが配管６２で連結されている。また、配管６１と配管６２との間にバイパス管６３が設けられている。配管６１には弁７１、配管６２には弁７２、バイパス管６３には弁７３が設置されている。
【００４５】
［実施例１］
高圧ＣＯ２源１１から、平均粒子径１μｍのシリカ粒子（ＳｉＯ２粉末、商品名：ＳＳ−０１０、（株）トクヤマ製）を含む、室温、１５ＭＰａの高圧二酸化炭素をフィルタ１２へと供給した。また、フィルタ１２を加熱して、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を６０℃に調整して濾過を行った。高圧二酸化炭素の流量は２ｇ−ＣＯ２／分とした。
フィルタ１２は、日本精線（株）製のＧＦＴ０３Ｗ（ガス中除粒子性能０．３μｍ）を用いた。加熱手段４１によるフィルタ１２の加熱は、フィルタ１２を設置した配管継ぎ手周辺のフィルタ１２本体外周部に電気ヒータを巻いて行った。温度測定器４２による温度測定は、熱伝対によりフィルタ１２を設置した配管継ぎ手周辺のフィルタ１２本体の外温を測定し、その測定温度を、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１とした。また、パーティクルカウンタは、非特許文献１（第６８回応用物理学会予稿集、No.2、6p-ZF-15、p.759）に記載の光散乱式パーティクルカウンタを用いた。
【００４６】
除粒子性能の評価は、光散乱式パーティクルカウンタの測定結果（純水中ＰＳＬ（単一粒径ポリスチレンラテックス）粒子相当径０．５μｍ以上）を用いて下式により除去率（単位：％）を算出することにより行った。
（除去率）＝（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００
式中、Ｘはフィルタ１２で濾過した高圧二酸化炭素中の微粒子数量、Ｙはバイパス管６３を通過させた高圧二酸化炭素中の微粒子数量である。尚、評価期間中、バイパス管６３を通過させたときの微粒子数量は４０００〜５０００個／分であった。
【００４７】
［実施例２］
フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を１００℃とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００４８】
［実施例３］
用いたフィルタ１２を日本精線（株）製のＧＦＤ１Ｎ（ガス中除粒子性能１μｍ）とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００４９】
［実施例４］
用いたフィルタ１２を日本精線（株）製のＧＦＤ１Ｎ（ガス中除粒子性能１μｍ）とし、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を１００℃とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００５０】
［参考例１］
フィルタ１２の温度を調整せずに室温（２４．５〜２７．２℃）とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００５１】
［参考例２］
用いたフィルタ１２を日本精線（株）製のＧＦＤ１Ｎ（ガス中除粒子性能１μｍ）とし、フィルタ１２の温度を調整せずに室温（２４．５〜２７．２℃）とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
実施例１〜４及び参考例１〜２における除粒子性能の評価結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１に示すように、本発明の方法である実施例１〜４では、高圧二酸化炭素に対する除粒子性能が高く、高度に清浄化された高圧二酸化炭素が得られた。また、同じフィルタを用いた場合には、フィルタの温度が高温に調整されている方が優れた除粒子性能を示した。
また、実施例１及び２では、同じフィルタを用いた参考例１に比べて除粒子性能が優れていた。また、実施例３及び４も同様に、同じフィルタを用いた参考例２に比べて除粒子性能が優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の方法及び装置は、高度に清浄化した高圧二酸化炭素を供給することができる。そのため、気体、液体、又は超臨界状態の高圧二酸化炭素を用いる様々な分野に好適に使用できる。例えば、半導体、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を始めとする電子部品製造工程の他、超臨界二酸化炭素又はその元となる液体二酸化炭素中の微粒子除去が求められるすべての分野（例えば、ＲＥＳＳ法（Rapid Expansion of Supercritical Solutions）等）等に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の濾過装置の一実施形態例を示した模式図である。
【図２】本発明の濾過装置の他の実施形態例を示した模式図である。
【図３】本実施例おいて除粒子性能の評価に使用した装置の模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 濾過装置 ２ 濾過装置 １２ フィルタ １３ 冷却手段 １４ 微粒子測定手段 １７ ユースポイント ４０ 温度調整手段 ５０ 温度調整手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の製造においては、被処理体が微細構造を有していることから、製品の品質維持、歩留まり向上を達成するためには製造工程において被処理体を高度に清浄化する必要がある。被処理体の清浄方法としては、超純水や薬液等を用いたウェット洗浄方法が挙げられる。しかし、洗浄後に乾燥工程が必須であること等から、高度化した被処理体を用いた量産プロセス等への適用には限界がある。
【０００３】
そこで、低粘度、かつ高拡散性であり、浸透力に優れ、汚れ成分を拡散しやすい点から、超臨界流体の利用が注目されている。なかでも、超臨界二酸化炭素は、自然界に多量に存在し、かつ臨界点（温度３１℃、圧力７．４ＭＰａ）が比較的低いために取り扱いやすいという利点がある。
超臨界二酸化炭素のような高圧二酸化炭素を用いる洗浄方法では、高度に集積化、微細化された被処理体を扱うため、洗浄流体である高圧二酸化炭素の清浄度が極めて重要である。
【０００４】
そのため、高圧二酸化炭素中に含まれる極微量の微粒子を除去して高い清浄度で供給する方法が検討されている。例えば、流体を臨界圧力以上にする加圧手段と臨界温度以上にする加熱手段とを備えた常時循環系から、超臨界状態の高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して供給するシステムが示されている（特許文献１）。
また、超臨界状態にある洗浄流体を減圧気化して気体状態としてフィルタにより濾過し、その後に超臨界状態として使用する装置が示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００６−３２６４２９号公報
【特許文献２】特開平１０−５０６４８号公報
【非特許文献１】第６８回応用物理学会予稿集、No.2、6p-ZF-15、p.759
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような超臨界状態の高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過する方法は、高圧二酸化炭素の清浄化方法として知られている。しかし、被処理体の集積化、微細化がさらに高度になっていくにつれて、高圧二酸化炭素に求められる清浄度がさらに高くなる。従来では、高圧二酸化炭素中の微粒子計測に適した計測器がなかったため、高圧二酸化炭素中における微粒子挙動に関する検討が充分になされていなかった。近年、本発明者等により高圧二酸化炭素中の微粒子計測に好適な光散乱式パーティクルカウンタ（非特許文献１）が報告されており、このパーティクルカウンタによる測定から特許文献１のような清浄化方法では除粒子性能が充分でない場合があることがわかった。
また、特許文献２の装置では、減圧気化した気体状態の洗浄流体をフィルタ処理することで除粒子性能を高めている。しかし、この方法ではフィルタ処理後に再度昇圧して臨界状態としなければならないために工程が煩雑であり、エネルギー的に不利である。
そのため、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで高度に清浄化できる方法が望まれている。
【０００６】
そこで本発明は、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで処理し、微粒子を除去して高い清浄度とすることができる濾過方法、及び該濾過装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法は、高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して清浄化する方法において、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることを特徴とする方法である。
【０００８】
また、本発明の濾過方法は、前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にすることが好ましい。
また、前記フィルタにより濾過した高圧二酸化炭素をフィルタの二次側で冷却することが好ましい。
また、前記フィルタの二次側で高圧二酸化炭素中の微粒子測定を行うことが好ましい。
また、前記微粒子測定の結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させることが好ましい。
また、前記微粒子測定を光散乱式パーティクルカウンタにより行うことが好ましい。
【０００９】
本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、高圧二酸化炭素を濾過して清浄化する装置であって、前記高圧二酸化炭素を濾過するフィルタと、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の高圧二酸化炭素の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段とを備えていることを特徴とする装置である。
【００１０】
また、本発明の濾過装置は、前記温度調整手段が、前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にする手段であることが好ましい。
また、前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素を冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。
また、前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定する微粒子測定手段を備えていることが好ましい。
また、前記微粒子測定手段が光散乱式パーティクルカウンタであることが好ましい。
また、前記微粒子測定手段による微粒子数量の測定結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる手段を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の濾過方法及び濾過装置によれば、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで処理して微粒子を大幅に低減させ、高い清浄度の高圧二酸化炭素とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置について詳細に説明する。
本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法は、高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して清浄化する方法であって、フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることを特徴とする方法である。
また、本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、高圧二酸化炭素を濾過するフィルタと、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段とを備えていることを特徴とする装置である。
【００１３】
本発明における高圧二酸化炭素とは、圧力が１ＭＰａ以上の二酸化炭素である。また、高圧二酸化炭素の圧力は４ＭＰａ以上であることが好ましく、本発明は特に超臨界状態の高圧二酸化炭素を供給することが主な目的である点から、７．４ＭＰａ（臨界圧）以上であることがより好ましい。
高圧二酸化炭素中には、洗浄対象や用途に合わせて溶剤等を含有させていてもよい。通常、半導体デバイス等の製造工程では、ウエハや基盤等の被処理体表面の汚染物を除去するために、溶剤等を添加した高圧二酸化炭素を使用することがある。
溶剤としては、例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類が挙げられる。また、界面活性剤やエッチング剤、水素等のガスを含有させてもよい。
【００１４】
［第１実施形態］
本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置の一例である第１実施形態について、図１に基づいて詳細に説明する。
（濾過装置）
本実施形態の濾過装置１は、高圧二酸化炭素源１１（以下、高圧ＣＯ２源１１という）、フィルタ１２、冷却手段１３、微粒子測定手段１４、及び流量計１５を備えている。
高圧ＣＯ２源１１とフィルタ１２とが配管２１で連結されており、フィルタ１２と冷却手段１３とが配管２２で連結されており、冷却手段１３とユースポイント１７とが配管２３で連結されている。また、配管２３から配管２４が分岐しており、配管２４には弁３１が設置されており、配管２４は配管２３と逆側の端で微粒子測定手段１４に接続されている。また、微粒子測定手段１４と流量計１５とが配管２５で連結されており、流量計１５には配管２６が接続されている。
流量計１５には流量制御装置１６が設置されており、配管２６に設置された流量調整弁３２を制御して微粒子測定手段１４への流量を調整できるようになっている。また、配管２６には流量調整弁３２の二次側に保圧弁３３が設置されており、流量調整弁３２と保圧弁３３との間で配管２６が配管２７に分岐している。配管２７には弁３４が設置されており、配管２７は配管２６と逆側の端で高圧ＣＯ２源１１に連結されている。
【００１５】
また、本実施形態の濾過装置１は、フィルタ１２に、フィルタ１２の温度を調整する温度調整手段４０が設けられている。温度調整手段４０は、フィルタ１２を加熱する加熱手段４１、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を測定する温度測定器４２、及び温度測定器４２の測定温度から加熱手段４１による加熱を調整する調整装置４３を有する。
【００１６】
本実施形態の濾過装置１では、フィルタ１２を加熱して、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を調整するため、高圧二酸化炭素の温度を安定して温度Ｔ１に調整しやすい。これにより、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２（図１のａ地点（供給点）での温度）よりも高温に調整できる。
また、フィルタ１２の一次側で高圧二酸化炭素を加熱してもよいが、この場合はフィルタ１２の一次側の配管等に高圧二酸化炭素がフィルタ１２に到達するまで温度を維持するための保温設備が必要となったり、フィルタ１２の一次側の高圧二酸化炭素の温度を予め温度Ｔ１よりも高温としておく必要が生じたりする場合がある。しかし、濾過装置１ではフィルタ１２を直接加熱して高圧二酸化炭素の温度を調整するため、前記のような設備や操作を必要としない。
【００１７】
高圧ＣＯ２源１１は、特に限定されず、例えば、特許文献１（特開２００６−３２６４２９号公報）に記載された常時循環系を有する高圧二酸化炭素供給システムと、配管２１と連結させて用いることができる。また、高圧ガス用ボンベ、極低温容器、液化貯蔵槽等の従来公知の容器を用いることもできる。
【００１８】
フィルタ１２は、通常、高圧二酸化炭素の濾過に用いられるフィルタを用いることができ、例えば、ＧＦＴ０３Ｗ（商品名、日本精線（株）製、ガス中除粒子性能０．３μｍ）、ＧＦＤ１Ｎ（商品名、日本精線（株）製、ガス中除粒子性能１μｍ）等が挙げられる。フィルタ１２は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度調整を容易にする点、エネルギー消費を低減する点から、保温手段が設けられていてもよい。
【００１９】
冷却手段１３は、フィルタ１２を通過した高圧二酸化炭素の温度を供給時に温度Ｔ２となるように冷却できるものであれば特に限定されない。冷却手段１３としては、例えば、空冷式熱交換器、二重管型水冷式熱交換器等が挙げられる。
濾過装置１に冷却手段１３が備えられていれば、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、ユースポイント１７に供給する温度Ｔ２よりも大幅に高くできるため、高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。
【００２０】
微粒子測定手段１４は、高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定する手段である。微粒子測定手段１４は特に限定されないが、例えば、流路、フローセル等が高圧二酸化炭素の圧力に耐え得る構造を有する微粒子測定器が使用できる。具体的には、耐圧性が１ＭＰａ以上の微粒子測定器を用いることができ、耐圧性は５ＭＰａ以上であることが好ましく、７．４ＭＰａ以上であることが特に好ましい。
微粒子測定手段１４としては、非特許文献１（第６８回応用物理学会予稿集、No.2、6p-ZF-15、p.759）に記載の光散乱式パーティクルカウンタや、ＪＩＳ Ｋ０５５４に準じた直検法の適用が好ましく、オンラインで計測、管理が同時に行える光散乱式パーティクルカウンタの適用がより好ましい。
【００２１】
本実施形態の濾過装置１のように微粒子測定装置１４が備えられていれば、フィルタ１２で濾過した高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定しながら、その測定結果に基づいてフィルタ１２を加熱して、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させることができる。そのため、フィルタ１２の交換や洗浄を行うことなく、容易に高い清浄度を有する高圧二酸化炭素を継続的かつ安定的にユースポイント１７に供給できる。また、充分な清浄度が発揮されているときは、フィルタ１２の加熱を抑えてフィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を最適値まで下げることで消費エネルギーを低減できる。
また、微粒子測定装置１４が前記光散乱式パーティクルカウンタであれば、高圧二酸化炭素中の微粒子測定がオンラインで直ちに行えるため、その測定結果に基づいたフィルタ１２の温度調整が適切でより優れたものとなり、より高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。
濾過装置１は、前記のような理由から、微粒子測定装置１４の測定結果に基づいて温度調整手段４０による高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる手段が設けられていることが好ましい。
【００２２】
流量計１５は、高圧二酸化炭素の質量流量を測定できるものを用いる。このような流量計１５としては、例えば、コリオリ式マスフロメータ等が挙げられる。流量調整弁３２は特に限定されず、流量計１５の測定値にしたがって流量制御装置１６により流量調整ができるものであればよい。流量制御装置１６は、自動で制御するものであっても、手動で制御するものであってもよい。また、流量調整弁３２を手動で調整するものであってもよい。
これら流量計１５、流量制御装置１６、流量調整弁３２を設けることにより、微粒子測定装置１４に送られてくる高圧二酸化炭素を所定の流量にできる。
【００２３】
保圧弁３３は特に限定されず、バネで機械的に圧力保持を行う既存の保圧弁を使用することができる。
また、微粒子測定手段１４の二次側、特に配管２５上に圧力計を設置してもよく、その場合は既存の圧力計を使用することができる。圧力計を微粒子測定手段１４の二次側に配置すれば、圧力計から発塵が起こった場合であっても微粒子測定結果に影響がない点で好ましい。また、圧力計を設置する場合は、微粒子測定後の高圧二酸化炭素は配管２６から保圧弁３３により排出するか、又は、弁３４により配管２７から高圧ＣＯ２源１１に戻すことが好ましい。
【００２４】
また、ユースポイント１７は高圧二酸化炭素により被処理体の洗浄等を行うところであり、特に限定はない。ユースポイント１７としては、例えば、高圧容器等の洗浄槽等が挙げられる。
また、本実施形態の濾過装置１では、冷却手段１３とユースポイント１７とが配管２３で連結されている形態を例示したが、濾過装置１がユースポイント１７に直接連結されていなくてもよい。その場合であってもフィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が供給時の温度Ｔ２よりも高温であればよい。
【００２５】
温度調整手段４０における加熱手段４１は、フィルタ１２を加熱できるものであれば特に限定されず、例えば、二重管式熱交換器、電気炉、電気ヒータ等が挙げられる。加熱手段４１がフィルタ１２に直接設置されている場合は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度調整を容易にする点、エネルギー消費を低減する点等から、加熱手段４１とフィルタ１２とが共に保温手段により保温されていてもよい。
また、温度測定器４２は、特に限定されず、フィルタ１２の内温を測定するものであってもよく、外温を測定するものであってもよい。また、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を直接測定できるものであってもよい。また、フィルタ１２近傍の配管（配管２１もしくは配管２２）の内温又は外温を測定するものであってもよい。温度測定器４２は、周りの環境温度の影響を避けるため、断熱材により覆われていることが好ましい。
また、調整装置４３も特に限定されず、自動で調整するものであっても手動で調整するものであってもよい。
【００２６】
（濾過方法）
以下、本実施形態の濾過装置１を用いた高圧二酸化炭素の濾過方法について説明する。
高圧二酸化炭素を、高圧ＣＯ２源１１から配管２１を通じてフィルタ１２へと送る。フィルタ１２は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が、ユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温になるように、温度調整手段４０の加熱手段４１により加熱される。
【００２７】
フィルタ１２による濾過は、通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が高いほど除粒子性能が高い。そのため、高圧二酸化炭素がフィルタ１２を通過する際の温度Ｔ１は、周囲環境温度以上であることが好ましく、３０℃以上であることがより好ましく、５０℃以上であることが特に好ましい。また、前記温度Ｔ１は、温度が高すぎると配管やフィルタ等が耐熱性を向上させるために肉厚になりすぎ、濾過装置１が大型化しすぎる点や、気密シール性の点から、２００℃以下であることが好ましい。
また、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１は、濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも５℃以上高くなるように調整されることが好ましい。また、温度Ｔ１は温度Ｔ２よりも１０℃以上高くなるように調整されることがより好ましい。
【００２８】
本実施形態の方法では、フィルタ１２を直接加熱することにより、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を調整するため、温度調整を安定して行いやすい。また、フィルタ１２の一次側で加熱しないため、高圧二酸化炭素がフィルタ１２に到達するまで温度を維持するフィルタ１２の一次側の保温設備も必要なく、温度低下を考慮してフィルタ１２の一次側で高圧二酸化炭素の温度を予め温度Ｔ１よりも高温としておく必要もない。
【００２９】
本発明の方法では、フィルタ１２により濾過された高圧二酸化炭素を、フィルタ１２の二次側で冷却手段１３により冷却した後にユースポイント１７に温度Ｔ２で供給することが好ましい。冷却手段１３による冷却工程を設けることにより、ユースポイント１７に適切な温度の高圧二酸化炭素を供給できる。また、高圧二酸化炭素をより高い温度Ｔ１でフィルタ１２により濾過することができるため、高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。
【００３０】
また、弁３１を開いて、フィルタ１２で濾過された高圧二酸化炭素の一部を配管２４に導き、微粒子測定手段１４により微粒子数量を測定することが好ましい。微粒子測定手段１４による測定を行うことにより、その測定結果に基づいてフィルタ１２の温度調整を行うことができるため、高い清浄度の高圧二酸化炭素を供給しやすくなる。また、充分な清浄度が発揮されていれば、フィルタ１２の加熱を抑えて、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を最適値まで下げることで消費エネルギーを低減できる。
また、測定を行う微粒子測定手段１４を前述の光散乱式パーティクルカウンタとすれば、さらに温度調整が適切で優れたものとなるため、供給する高圧二酸化炭素の清浄度をより向上させやすくなる。
【００３１】
また、微粒子測定手段１４に送られる高圧二酸化炭素の流量は、流量計１５の測定値により流量制御装置１６から流量調整弁３２に電気信号を伝達して所定の流量に調整する。また、流量計１５の測定値を目視によりモニタリングしながら手動で流量調整弁３２を調整する方法であってもよい。このように流量を調整することにより、微粒子測定手段１４による測定点での高圧二酸化炭素の状態変化を最小限に抑えることができるため、微粒子測定の精度が向上する。
【００３２】
微粒子測定手段１４により測定を行った高圧二酸化炭素は、保圧弁３３により配管２６から濾過装置１外に排出される。微粒子測定手段１４の二次側の圧力は、流量調整弁３２と保圧弁３３により維持される。
また、測定後の高圧二酸化炭素は、弁３４により、配管２７から高圧ＣＯ２源１１に回収して再利用してもよい。
【００３３】
また、ユースポイント１７に供給する高圧二酸化炭素の温度Ｔ２と、該高圧二酸化炭素を実際に使用する際の温度Ｔ３との関係は特に限定はなく、同温であっても温度差（Ｔ２＞Ｔ３又はＴ３＞Ｔ２）があってもよい。
【００３４】
［第２実施形態］
以下、本発明の濾過装置及び濾過方法の他の実施形態例である第２実施形態について、図２に基づいて説明する。ただし、図２に例示する濾過装置２において濾過装置１と同じものについては、同符号を付して説明を省略する。
（濾過装置）
本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、図２に示すような濾過装置２であってもよい。
濾過装置２は、高圧ＣＯ２源１１、フィルタ１２、冷却手段１３、微粒子測定手段１４、及び流量計１５を備えている。また、濾過装置２は、フィルタ１２の一次側で高圧二酸化炭素を加熱する加熱手段５１、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を測定する温度測定器５２、及び温度測定器５２の測定温度から加熱手段５１による加熱を調整する調整装置５３を有する温度調整手段５０を備えている。
【００３５】
高圧ＣＯ２源１１と加熱手段５１とが配管２１ａで連結されており、加熱手段５１とフィルタ１２とが配管２１ｂで連結されており、フィルタ１２と冷却手段１３とが配管２２で連結されており、冷却手段１３とユースポイント１７とが配管２３で連結されている。また、配管２３から配管２４が分岐しており、配管２４には弁３１が設置されており、配管２４は配管２３と逆側の端で微粒子測定手段１４に接続されている。また、微粒子測定手段１４と流量計１５とが配管２５で連結されており、流量計１５には配管２６が接続されている。
流量計１５には流量制御装置１６が設置されており、配管２６に設置された流量調整弁３２を制御して微粒子測定手段１４への流量を調整できるようになっている。また、配管２６には流量調整弁３２の二次側に保圧弁３３が設置されており、流量調整弁３２と保圧弁３３との間で配管２６が配管２７に分岐している。配管２７には弁３４が設置されており、配管２７は配管２６と逆側の端で高圧ＣＯ２源１１に連結されている。
【００３６】
本実施形態の濾過装置２は、フィルタ１２の一次側において高圧二酸化炭素を加熱することで、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることができる。
フィルタ１２の一次側を加熱する場合は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度をＴ１に維持しておくために、フィルタ１２の一次側に充分な保温設備が必要となったり、ある程度の温度低下を考慮してフィルタ１２の一次側の高圧二酸化炭素の温度を予め温度Ｔ１よりも高温に加熱しておく必要が生じたりすることがある点から、加熱手段５１による加熱をフィルタ１２にできるだけ近い場所で行うことが好ましい。濾過装置２のようなフィルタ１２の一次側における高圧二酸化炭素の加熱は、装置構成・配置の自由度が高くなる点で好ましい。
【００３７】
温度調整手段５０における加熱手段５１は、高圧二酸化炭素を加熱できるものであればよく、濾過装置１における加熱手段４１と同じものが挙げられる。また、温度測定器５２も、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を測定できるものであればよく、濾過装置１における温度計測器４２と同じものが挙げられる。また、調整装置５３も特に限定されず、濾過装置１における調整装置４３と同じものが挙げられる。
【００３８】
（濾過方法）
高圧二酸化炭素を、高圧ＣＯ２源１１から配管２１ａを通じて加熱手段５１へと送って加熱する。加熱手段５１による加熱は、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が濾過後にユースポイント１７に供給する時の温度Ｔ２よりも高温となるように行う。加熱後、高圧二酸化炭素は配管２１ｂを通じてフィルタ１２へと送られて濾過される。
フィルタ１２による濾過は通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１が高いほど除粒子性能が高く、第１実施形態における温度調整と同様に行えばよい。また、好ましい態様も同じである。
【００３９】
以下、第１実施形態と同様にして高圧二酸化炭素のユースポイント１７への供給を行うことができ、好ましい態様も同じである。
フィルタ１２により濾過された高圧二酸化炭素は、フィルタ１２の二次側で冷却手段１３により冷却された後にユースポイント１７に温度Ｔ２で供給されることが好ましい。また、濾過装置１の場合と同じ理由から、弁３１を開いて、フィルタ１２で濾過された高圧二酸化炭素の一部を配管２４に導き、微粒子測定手段１４により微粒子数量を測定することが好ましい。
また、微粒子測定手段１４に送られる高圧二酸化炭素の流量は、流量計１５、流量制御装置１６、及び流量調整弁３２により所定の流量に調整することにより、微粒子測定の精度が向上する。
【００４０】
微粒子測定手段１４により測定を行った高圧二酸化炭素は、保圧弁３３により配管２６から濾過装置２外に排出される。微粒子測定手段１４の二次側の圧力は、流量調整弁３２と保圧弁３３により維持される。
また、測定後の高圧二酸化炭素は、弁３４により、配管２７から高圧ＣＯ２源１１に回収して再利用してもよい。
【００４１】
以上説明した本発明の高圧二酸化炭素の濾過方法及び濾過装置は、高圧二酸化炭素を高圧状態のままで処理し、微粒子を除去して高い清浄度とすることができる。
フィルタの除粒子性能は濾過する流体によって異なり、一般に液体よりも気体の方がフィルタによる除粒子性能が高い。液体では篩い分けが主な除粒子メカニズムであり、気体ではさえぎり効果と拡散吸着が主な除粒子メカニズムであると言われている。この差は、流体の密度差が影響していると考えられる。
気体二酸化炭素の除粒子性能は、液体二酸化炭素の除粒子性能よりも高いことは知られている（特開平１０−５０６４８号公報等）が、超臨界二酸化炭素中の除粒子性能と除粒子メカニズムは解明されておらず、実際の除粒子性能が液体に近いか気体に近いかも不明であった。
本発明における検討によれば、フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度を上げることで除粒子性能の向上が見られたのは、高圧二酸化炭素の密度が低下したためであると考えられる。特に、超臨界二酸化炭素は温度を上げても気体状態にはならないものの、密度が低下し、その物性が気体に近づく方向へ変化したため除粒子性能が向上したと考えられる。
【００４２】
尚、本発明の高圧二酸化炭素の濾過装置は、図１及び図２に例示したものには限定されない。
例えば、冷却手段１３を備えていない装置であってもよい。高圧二酸化炭素のフィルタ通過時の温度Ｔ１と供給時の温度Ｔ２と温度差が小さければ、自然冷却を利用して冷却してもよい。
また、微粒子測定手段１４を備えていない濾過装置であってもよく、配管２７を備えていない濾過装置であってもよい。
【００４３】
また、本発明の濾過方法は、図１及び図２に例示した濾過装置を用いる方法には限定されない。
本発明の濾過方法は、フィルタで濾過した高圧二酸化炭素を冷却しない方法であってもよく、フィルタで濾過した高圧二酸化炭素の微粒子測定を行わない方法であってもよい。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
本実施例では、図３に示す濾過装置３を用いてフィルタの除粒子性能を評価した。
濾過装置３は、高圧ＣＯ２源１１とフィルタ１２と微粒子測定手段１４と温度調整手段４０を有しており、高圧ＣＯ２源１１とフィルタ１２とが配管６１で連結されており、フィルタ１２と微粒子測定手段１４とが配管６２で連結されている。また、配管６１と配管６２との間にバイパス管６３が設けられている。配管６１には弁７１、配管６２には弁７２、バイパス管６３には弁７３が設置されている。
【００４５】
［実施例１］
高圧ＣＯ２源１１から、平均粒子径１μｍのシリカ粒子（ＳｉＯ２粉末、商品名：ＳＳ−０１０、（株）トクヤマ製）を含む、室温、１５ＭＰａの高圧二酸化炭素をフィルタ１２へと供給した。また、フィルタ１２を加熱して、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を６０℃に調整して濾過を行った。高圧二酸化炭素の流量は２ｇ−ＣＯ２／分とした。
フィルタ１２は、日本精線（株）製のＧＦＴ０３Ｗ（ガス中除粒子性能０．３μｍ）を用いた。加熱手段４１によるフィルタ１２の加熱は、フィルタ１２を設置した配管継ぎ手周辺のフィルタ１２本体外周部に電気ヒータを巻いて行った。温度測定器４２による温度測定は、熱伝対によりフィルタ１２を設置した配管継ぎ手周辺のフィルタ１２本体の外温を測定し、その測定温度を、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１とした。また、パーティクルカウンタは、非特許文献１（第６８回応用物理学会予稿集、No.2、6p-ZF-15、p.759）に記載の光散乱式パーティクルカウンタを用いた。
【００４６】
除粒子性能の評価は、光散乱式パーティクルカウンタの測定結果（純水中ＰＳＬ（単一粒径ポリスチレンラテックス）粒子相当径０．５μｍ以上）を用いて下式により除去率（単位：％）を算出することにより行った。
（除去率）＝（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００
式中、Ｘはフィルタ１２で濾過した高圧二酸化炭素中の微粒子数量、Ｙはバイパス管６３を通過させた高圧二酸化炭素中の微粒子数量である。尚、評価期間中、バイパス管６３を通過させたときの微粒子数量は４０００〜５０００個／分であった。
【００４７】
［実施例２］
フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を１００℃とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００４８】
［実施例３］
用いたフィルタ１２を日本精線（株）製のＧＦＤ１Ｎ（ガス中除粒子性能１μｍ）とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００４９】
［実施例４］
用いたフィルタ１２を日本精線（株）製のＧＦＤ１Ｎ（ガス中除粒子性能１μｍ）とし、フィルタ１２を通過する高圧二酸化炭素の温度を１００℃とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００５０】
［参考例１］
フィルタ１２の温度を調整せずに室温（２４．５〜２７．２℃）とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
【００５１】
［参考例２］
用いたフィルタ１２を日本精線（株）製のＧＦＤ１Ｎ（ガス中除粒子性能１μｍ）とし、フィルタ１２の温度を調整せずに室温（２４．５〜２７．２℃）とした以外は実施例１と同様にして除粒子性能を評価した。
実施例１〜４及び参考例１〜２における除粒子性能の評価結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１に示すように、本発明の方法である実施例１〜４では、高圧二酸化炭素に対する除粒子性能が高く、高度に清浄化された高圧二酸化炭素が得られた。また、同じフィルタを用いた場合には、フィルタの温度が高温に調整されている方が優れた除粒子性能を示した。
また、実施例１及び２では、同じフィルタを用いた参考例１に比べて除粒子性能が優れていた。また、実施例３及び４も同様に、同じフィルタを用いた参考例２に比べて除粒子性能が優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の方法及び装置は、高度に清浄化した高圧二酸化炭素を供給することができる。そのため、気体、液体、又は超臨界状態の高圧二酸化炭素を用いる様々な分野に好適に使用できる。例えば、半導体、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を始めとする電子部品製造工程の他、超臨界二酸化炭素又はその元となる液体二酸化炭素中の微粒子除去が求められるすべての分野（例えば、ＲＥＳＳ法（Rapid Expansion of Supercritical Solutions）等）等に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の濾過装置の一実施形態例を示した模式図である。
【図２】本発明の濾過装置の他の実施形態例を示した模式図である。
【図３】本実施例おいて除粒子性能の評価に使用した装置の模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 濾過装置 ２ 濾過装置 １２ フィルタ １３ 冷却手段 １４ 微粒子測定手段 １７ ユースポイント ４０ 温度調整手段 ５０ 温度調整手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して清浄化する方法において、
前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることを特徴とする高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項２】
前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にする、請求項１に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項３】
前記フィルタにより濾過した高圧二酸化炭素をフィルタの二次側で冷却する、請求項１又は２に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項４】
前記フィルタの二次側で高圧二酸化炭素中の微粒子測定を行う、請求項１〜３のいずれかに記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項５】
前記微粒子測定の結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる、請求項４に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項６】
前記微粒子測定を光散乱式パーティクルカウンタにより行う、請求項４又は５に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項７】
高圧二酸化炭素を濾過して清浄化する装置であって、前記高圧二酸化炭素を濾過するフィルタと、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段とを備えていることを特徴とする高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項８】
前記温度調整手段が、前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にする手段である、請求項７に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項９】
前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素を冷却する冷却手段を備えた、請求項７又は８に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項１０】
前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定する微粒子測定手段を備えた、請求項７〜９のいずれかに記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項１１】
前記微粒子測定手段が光散乱式パーティクルカウンタである、請求項１０に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項１２】
前記微粒子測定手段による微粒子数量の測定結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる手段を備えた、請求項１０又は１１に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項１】
高圧二酸化炭素をフィルタにより濾過して清浄化する方法において、
前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にすることを特徴とする高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項２】
前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にする、請求項１に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項３】
前記フィルタにより濾過した高圧二酸化炭素をフィルタの二次側で冷却する、請求項１又は２に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項４】
前記フィルタの二次側で高圧二酸化炭素中の微粒子測定を行う、請求項１〜３のいずれかに記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項５】
前記微粒子測定の結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる、請求項４に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項６】
前記微粒子測定を光散乱式パーティクルカウンタにより行う、請求項４又は５に記載の高圧二酸化炭素の濾過方法。
【請求項７】
高圧二酸化炭素を濾過して清浄化する装置であって、前記高圧二酸化炭素を濾過するフィルタと、前記フィルタを通過する高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を、濾過後にユースポイントに供給する時の温度Ｔ２よりも高温にする温度調整手段とを備えていることを特徴とする高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項８】
前記温度調整手段が、前記フィルタを加熱して高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を温度Ｔ２よりも高温にする手段である、請求項７に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項９】
前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素を冷却する冷却手段を備えた、請求項７又は８に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項１０】
前記フィルタの二次側に高圧二酸化炭素中の微粒子数量を測定する微粒子測定手段を備えた、請求項７〜９のいずれかに記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項１１】
前記微粒子測定手段が光散乱式パーティクルカウンタである、請求項１０に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【請求項１２】
前記微粒子測定手段による微粒子数量の測定結果に基づいて高圧二酸化炭素の温度Ｔ１を変化させる手段を備えた、請求項１０又は１１に記載の高圧二酸化炭素の濾過装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１９０９２１（Ｐ２００９−１９０９２１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２０８２（Ｐ２００８−３２０８２）
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【Ｆターム（参考）】
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