JPH06296897A - 密閉空間の清浄方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転費が安価で、迅速で容易に浄化できる密
閉空間の清浄方法及び装置を提供する。 【構成】 密閉空間１０内に、紫外線１１及び／又は放
射線源と、該線源により光電子を放出する光電子放出材
１３と、電場形成用の電極材１４と、光電子により荷電
された荷電微粒子を捕集する荷電微粒子捕集材１４と、
該空間内に温度差を形成するための加温部１５−１とを
有する密閉空間の清浄装置としたものであり、該加温部
により空間内に温度差を設けて気体の循環を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、密閉空間の清浄方法及
び装置に係り、密閉空間中に存在する微粒子（粒子）を
荷電により捕集、除去する清浄方法及び装置に関する。
本発明の清浄方法及び装置は、家庭、事務所、病院、あ
るいは半導体工業、薬品工業、食品工業、農林産業、医
薬、精密機械工業等各種産業におけるクリーンルーム、
無菌室等における密閉空間、例えば安全キャビネット、
クリーンボックス、貴重品の保管庫、ウェハ保管庫、貴
重品の密閉搬送空間、クリーンな密閉空間（各種気体の
存在下）の清浄に用いることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を、半導体分野におけるウェ
ハ保管庫中の気体の清浄を例に、図３を用いて説明す
る。図３において、密閉空間であるウェハ保管庫１中の
気体２の清浄は、ファン３と高性能フィルタ４で実施さ
れる。すなわち、ウェハ保管庫１中の気体２は、ファン
３の吸引により高性能フィルタ４に通され、気体２中の
微粒子は捕集除去され、気体の浄化が行われる（清浄化
したい空間（場所）１と清浄のための集じんの場所４が
離れている）。このように構成されているため、気体の
浄化のために気体をファンで強制的に流動化する必要が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような方法で
は、気体の清浄能力に限界があり、高清浄のためには気
体２の高性能フィルタ４への循環回数を多くする必要が
あるための動力費が高く課題があった。また、清浄化し
たい空間（場所）１と清浄のための集じんの場所４が離
れているため気体の流動化が必要であり、流動化に伴う
粒子の発生等の課題があった。また、真空状態の密閉空
間では、発生した微粒子は系内が真空状態であるため、
迅速なる微粒子の捕集・除去が出来ない課題があった。
そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、運転費
が安価で、迅速で容易に浄化できる密閉空間の清浄方法
及び装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、電場下で光電子放出材に紫外線及び／
又は放射線を照射することにより密閉空間中に光電子を
放出せしめ、該光電子により密閉空間中に含まれている
微粒子を荷電させた後、荷電した微粒子を荷電を行って
いる空間内で除去するに際し、該空間内に温度差を設け
て空間内の気体の循環を行うこととしたものである。

【０００５】また、本発明では、密閉空間内に、紫外線
及び／又は放射線源と、該線源により光電子を放出する
光電子放出材と、電場形成用の電極材と、光電子により
荷電された荷電微粒子を捕集する荷電微粒子捕集材と、
該空間内に温度差を形成するための加温部とを有するこ
とを特徴とする密閉空間の清浄装置としたものである。
すなわち、密閉空間における微粒子の除去において、光
電子による該微粒子の荷電と、荷電微粒子の捕集、除去
を空間内に温度差を設けて空間内の気体を循環させなが
ら同じ空間（場所）で行う方法及び装置である。

【０００６】次に、本発明の夫々の構成を詳細に説明す
る。光電子放出材は、紫外線照射により光電子を放出す
るものであれば何れでも良く、光電的な仕事関数が小さ
なもの程好ましい、効果や経済性の面から、Ｂａ，Ｓ
ｒ，Ｃａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｔｈ，Ｐｒ，
Ｂｅ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃ
ｄ，Ｐｂ，Ａｌ，Ｃ，Ｍｇ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｎｂ，
Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｕ，Ｂ，Ｅｕ，Ｓｎ，Ｐのいずれか
又はこれらの化合物又は合金又は混合物が好ましく、こ
れらは単独で又は二種以上を複合して用いられる。複合
材としては、アマルガムの如く物理的な複合材も用いう
る。

【０００７】例えば、化合物としては酸化物、ほう化
物、炭化物があり、酸化物にはＢａＯ，ＳｒＯ，Ｃａ
Ｏ，Ｙ₂ Ｏ₅ ，Ｇｄ₂ Ｏ₃ ，Ｎｄ₂ Ｏ₃ ，ＴｈＯ₂ ，Ｚ
ｒＯ₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ａｇ₂ Ｏ，Ｌａ
₂ Ｏ₃ ，ＰｔＯ，ＰｂＯ，Ａｌ₂Ｏ₃ ，ＭｇＯ，Ｉｎ₂
Ｏ₃ ，ＢｉＯ，ＮｂＯ，ＢｅＯなどがあり、またほう化
物にはＹＢ₆ ，ＧｄＢ₆ ，ＬａＢ₅ ，ＮｄＢ₆ ，ＣｅＢ
₆ ，ＥｕＢ₆ ，ＰｒＢ₆ ，ＺｒＢ₂ などがあり、さらに
炭化物としてはＵＣ，ＺｒＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，Ｎｂ
Ｃ，ＷＣなどがある。また、合金としては黄銅、青銅、
リン青銅、ＡｇとＭｇとの合金（Ｍｇが２〜２０ｗｔ
％）、ＣｕとＢｅとの合金（Ｂｅが１〜１０ｗｔ％）及
びＢａとＡｌとの合金を用いることができ、上記Ａｇと
Ｍｇとの合金、ＣｕとＢｅとの合金及びＢａとＡｌとの
合金が好ましい。酸化物は金属表面のみを空気中で加熱
したり、或いは薬品で酸化することによっても得ること
ができる。

【０００８】さらに他の方法としては使用前に加熱し、
表面に酸化層を形成して長期にわたって安定な酸化層を
得ることもできる。この例としてはＭｇとＡｇとの合金
を水蒸気中で３００〜４００℃の温度の条件下でその表
面に酸化膜を形成させることができ、この酸化薄膜は長
期間にわたって安定なものである。また、本発明者が、
すでに提案したように光電子放出材を多重構造としたも
のも好適に使用できる（特開平１−１５５８５７号）。
また、適宜の母材上に薄膜状に光電子放出し得る物質を
付加し、使用することもできる。この例として、紫外線
透過性物質（母材）としての石英ガラス上に光電子を放
出し得る物質としてＡｕを薄膜状に付加したものがあ
る。

【０００９】これらの材料の使用形状は、板状、プリー
ツ状、曲面状、網状等何れの形状でもよいが、紫外線の
照射面積及び処理空間との接触面積の大きな形状のもの
が好ましい。光電子放出材からの光電子の放出は、本発
明者がすでに提案したように、反射面、曲面状の反射面
等を適宜用いることで効果的に実施することが出来る
（特開昭６３−１００９５５号公報）。光電子放出材や
反射面の形状は、装置の形状、構造あるいは希望する効
率等により異なり、適宜決めることができる。

【００１０】紫外線の種類は、その照射により光電子放
出材が光電子を放出しうるものであれば何れでも良く、
適用分野によっては、殺菌（滅菌）作用を併せてもつも
のが好ましい。紫外線の種類は、適用分野、作業内容、
用途、経済性などにより適宜決めることができる。例え
ば、バイオロジカル分野においては、殺菌作用、効率の
面から遠紫外線を併用するのが好ましい。該紫外線源と
しては、紫外線を発するものであれば何れも使用でき、
適用分野、装置の形状、構造、効果、経済性等により適
宜選択し用いることができる。例えば、水銀灯、水素放
電管、キセノン放電管、ライマン放電管などを適宜使用
できる。バイオロジカル分野では、殺菌（滅菌）波長２
５４ｎｍを有する紫外線を用いると、殺菌（滅菌）効果
が併用でき好ましい。

【００１１】密閉空間中微粒子は、電場で光電子放出材
に紫外線照射することで、効率良く荷電される。電場に
おける荷電については、本発明者等がすでに提案してい
る（例、特開昭６１−１７８０５０号、特開昭６２−２
４４４５９号各公報、特願平１−１２０６５３号）。本
発明に用いる電場電圧は、本発明においては気体が流動
していないので、弱い電場でも効果があり、該電場電圧
は０．１Ｖ／ｃｍ〜２ＫＶ／ｃｍである。好適な電場の
強さは、利用分野、条件、装置形状、規模、効果、経済
性等で適宜予備試験や検討を行い決めることが出来る。

【００１２】荷電微粒子の捕集材（集じん材）は、荷電
微粒子が捕集できるものであればいずれでも使用でき
る。通常の荷電装置における集じん板、集じん電極各種
電極材や静電フィルター方式が一般的であるが、スチー
ルウール電極、タングステンウール電極のような捕集部
自体が電極を構成するウール状構造のものも有効であ
る。エレクトレット材も好適に使用できる。また、本発
明者がすでに提案したイオン交換フィルター（又は繊
維）を用いて捕集する方法も有効である（特開昭６３−
５４９５９号、同６３−７７５５７号、同６３−８４６
５６号各公報）。

【００１３】イオン交換フィルターは、荷電微粒子の捕
集に加えて、共存する酸性ガス、アルカリ性ガス、臭気
性ガス等も同時に捕集できるので実用上好ましい。使用
するアニオン交換フィルター及びカチオン交換フィルタ
ーの種類、使用量及びその比率は、気体中の荷電微粒子
の荷電状態やその濃度、或いは同伴する酸性ガス、アル
カリ性ガス、臭気性ガスの種類、濃度等に応じて適宜決
めることができる。例えば、アニオン交換フィルターは
負荷電微粒子や酸性ガスの捕集に、またカチオン交換フ
ィルターは正荷電の微粒子やアルカリ性ガスの捕集に効
果的である。フィルターの使用量やその比率は、上述の
捕集すべき物質の濃度や濃度比率に対応して、これらに
見合う量を、装置の適用分野、形状、構造、効果、経済
性等を考慮して適宜決めれば良い。

【００１４】捕集は、これらの捕集方法を単独で、又は
これらの方法を２種類以上組合せて適宜用いることが出
来る。電場用電極材は、通常の荷電装置に使用されてい
るものが好適に使用できる。すなわち、周知のものが使
用できる。電場用電極材は、荷電微粒子捕集材（集じん
材）と兼ねてあるいは一体化し、用いることができる。
例えば、上述荷電微粒子捕集材の内、集じん板や集じん
電極あるいはスチールウール電極、タングステンウール
電極のようなウール状電極材等の各種電極材は、電場用
電極と、荷電微粒子の捕集を兼ねてできるので好まし
い。

【００１５】また、上述適宜の電場用電極材にエレクト
レット材あるいはイオン交換フィルタなど電極材以外の
材料（微粒子の捕集に特徴がある材料）を一体化し用い
ることができる。光電子放出材からの光電子放出のため
の照射源は、照射により光電子を放出するものであれば
いずれでも良い。本例で述べた紫外線の他に電磁波、レ
ーザ、放射線が適宜に適用分野、装置規模、形状、効果
等で選択し、使用できる。この内、効果、操作性の面
で、紫外線及び／又は放射線が通常好ましい。

【００１６】紫外線を照射する代りに放射線の照射によ
っても、同様に微粒子に荷電せしめ、同様の効果を得る
ことができる。放射線の照射については、本発明者がす
でに提案している（特開昭６２−２４４５９号公報）。
荷電及び荷電微粒子の捕集における各構成材、器具等
（照射源、光電子放出材、電極、荷電微粒子捕集材）
は、適用分野、装置規模等により適宜の位置に設置でき
る。また、密閉空間内の一部に加温部（温度差による対
流の利用）の設置を行い、空間内の気体を循環する。

【００１７】次に温度差を設けるための加温部について
説明する。該加温部は、密閉空間内の下方適宜の位置に
加熱源を設置することにより行う。加熱源は通常微粒子
の荷電捕集部に設置すると空間内の気体の循環が効果的
となることから好ましい。加熱源は周知の手段を用いる
ことができ、例えば、ヒータ（伝熱コイル、温水）や赤
外線ランプがある。勿論、本発明においては熱対流が生
じればよいのであるから密閉空間上方の適宜の位置を冷
却することを妨げるのではない。

【００１８】温度差は、３℃以上で効果があり、温度差
が高くなる程効果的であるが、利用分野、装置形状、大
きさ、構造、材質、媒体ガス種類、要求性能等により決
めることができる。通常温度差は３〜３０℃である。用
いる加熱源の種類、加熱源設置の位置は、利用分野、装
置形状、構造、材質、要求性能、媒体ガスの種類等によ
り適宜予備試験を行い決めることができる。本発明にお
いて、密閉空間中に存在する気体は、空気以外に窒素や
アルゴン等他の気体中でも同様に実施できる。本発明
は、密閉空間（静止空間）の清浄についてであるが、僅
少量の気体の流動がある場合も同様に実施できることは
言うまでもない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 半導体工場のウェハ保管庫における空気清浄を、図１に
示した本発明の基本構成図を用いて説明する。

【００２０】密閉空間であるウェハ保管庫１０の空気清
浄は、ウェハ保管庫１０の外側に設置された紫外線ラン
プ１１、紫外線の反射面１２、光電子放出材１３、電場
設置のための電極１４及び荷電微粒子の捕集材１４（本
構成では、電極が捕集材を兼用）、加熱ヒータ１５−１
にて実施される。すなわち、ウェハ保管庫１０中の微粒
子（粒子）１６は、紫外線ランプ１１が照射された光電
子放出材１３から放出される光電子１７により荷電さ
れ、荷電微粒子１８となり（荷電部）、該荷電微粒子１
８は荷電微粒子の捕集材１４に捕集（捕集部）される。
すなわち、微粒子を荷電している空間で、同時に荷電微
粒子の捕集・除去を行っている。

【００２１】ここで、微粒子１６を含む処理空気１９
は、微粒子の荷電・捕集部Ａにおける加熱ヒータ１５−
１による加熱により生ずる上下の温度差により荷電・捕
集部を循環し、効率よく微粒子除去が行われる。２０
は、処理後の空気である。該ストッカの場合、いかに短
時間に超クリーン化（例えば、クラス１０００の空気を
クラス１以下清浄にできるか）できるかが実用上重要で
あり、例えば、荷電、捕集部Ａでの１回の循環での微粒
子除去効率は通常７５〜９５％であることから（装置の
形状や運転条件で決まる）、循環を効果的に行うことに
より超クリーン化が短時間に達成できる。

【００２２】このようにして、ウェハ保管庫１０中の微
粒子（粒子状物質）は捕集・除去され、被清浄空間部Ｂ
は清浄化され、ウェハ保管庫は清浄空気となる。上記に
おいて、光電子放出材への紫外線の照射は、曲面状の反
射面１２を用い、紫外線ランプ１１から紫外線を板状の
光電子放出材に効率よく照射している。電極１４は、微
粒子１６の荷電を電場で行うために設置している。すな
わち、光電子放出材１３と電極１４の間に電場を形成し
ている。

【００２３】微粒子の荷電は、電場において光電子放出
材１３に紫外線照射することにより効率よく実施され
る。ここでの電場の電圧は、２０Ｖ／ｃｍである。ま
た、荷電粒子の捕集は、集じん板１４を用いて行ってい
る。本例における紫外線ランプ１１は殺菌ランプ（主波
長：２５４ｎｍ）、光電子放出材１３は、紫外線照射用
石英ガラスに、Ａｕ５０Åを被覆したものである。２１
はウェハ、２２はウェハケースである。

【００２４】実施例２ 実施例１において、加熱源が赤外線ランプの場合を図２
に示す。加熱源には赤外線ランプ１５−２が用いられ、
赤外線ランプ１５−２からの赤外線を石英窓及び荷電・
捕集部Ａ内の空気に照射することにより加熱し、温度差
を生じさせて微粒子１６を含む処理気体１９の循環を効
果的に行っている。これにより被清浄空間Ｂの超クリー
ン化が短時間に達成できる。なお、図２の記号は、図１
と同じ意味を示す。

【００２５】実施例３ 図１に示した構成の清浄器に下記試料ガスを入れ、紫外
線照射と電場用電圧の印加を行い、加熱による荷電・捕
集部Ａの上下の温度差を設けた場合の清浄器内の微粒子
濃度の経時変化を粒子測定器（パーティクルカウンタ
ー）を用いて調べた。 清浄器大きさ ： ７０リットル、 光電子放出材 ： 石英ガラスに薄膜状にＡｕを付加し
たもの 電極材 ： Ｃｕ−Ｚｎ板 荷電微粒子捕集材 ： 電極材で兼用

【００２６】紫外線ランプ ： 殺菌灯 電場電圧 ： ５０Ｖ／ｃｍ 試料ガス（入口ガス） ： 空気（濃度（クラス）：１
０，０００） 加熱源 ： ニクロム線ヒータ内蔵テープヒータ
を荷電・捕集部Ａの入口部に設置。 荷電・捕集部Ａにおける温度差（該Ａ部の入口と出口の
温度差）：３℃、５℃、１０℃、２０℃ 各温度差の実験においてクラス１の到達クリーン度を得
るために必要な運転時間を調べた。比較として加熱源を
用いない場合についても同様に調べた。（上記クラスは
１ｆｔ³ 中に存在する０．１μｍ以上の粒径の微粒子の
総個数。）

【００２７】結果を図４に示す。加熱源を用いない場合
の荷電・捕集部Ａの上、下の温度差は約２℃であった。
なお、荷電・捕集部Ａと、被清浄空間部Ｂの循環量を測
定したところ、加熱源を用いない場合、８リットル／ｍ
ｉｎ、５℃の温度差の場合、１５リットル／ｍｉｎであ
った。実施例では、媒体気体が空気の場合について説明
したが、媒体気体に何ら限定されるものではなく、他の
媒体ガス、例えば、Ｎ₂ 、Ａｒでも同様に実施できるこ
とは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】密閉空間（静止空間）の清浄に対し、紫
外線及び／又は放射線照射による荷電と、該荷電微粒子
の該空間からの捕集除去を温度差を設けて空間内に気体
の循環を行うことにより、 被処理気体が、光電子による微粒子の荷電・捕集部
に効果的に循環するので、密閉空間中の微粒子が迅速、
簡便に除去できた。すなわち、超清浄空間が迅速で効果
的にできた。 密閉空間そのままの取扱い（処理）で良いので、取
扱い（操作）が容易となり、コンパクトでコストが安価
な清浄法及び装置となった。

【００２９】 密閉空間で発生する微粒子も迅速で効
果的に捕集できるので、実用性が一層向上した。 窒素やアルゴン等の各種気体中でも同様に実施でき
るので、実用上有効である。 、により各種分野の密閉空間の清浄化に幅広く
適用できた。 荷電部で同時に荷電微粒子の捕集ができる（荷電の
空間で同時に荷電微粒子の捕集ができる）ので、装置が
コンパクトで安価な清浄法及び装置となった。 電場用電極材が荷電微粒子捕集材を兼ねること又は
一体化することができるので、装置がコンパクトになっ
た。 〜より、光電子を用いる密閉空間の清浄化の実
用化が一層向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密閉空間の清浄装置を示す断面構成
図。

【図２】本発明の他の密閉空間の清浄装置を示す断面構
成図。

【図３】従来の清浄装置を示す概略構成図。

【図４】クラス１に到達するまでの運転時間と温度差と
の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１０：ウェハ保管庫、１１：紫外線ランプ、１２：反射
面、１３：光電子放出材、１４：捕集材（電極と兼用）
１５−１：加熱ヒーター、１５−２：赤外線ランプ、１
６：微粒子、１７：光電子、１８：荷電微粒子、１９、
２０：空気の流れ、２１：ウェハ、２２：ウェハケース

フロントページの続き (72)発明者 坂本 和彦 埼玉県浦和市南元宿２−４−１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電場下で光電子放出材に紫外線及び／又
   は放射線を照射することにより密閉空間中に光電子を放
   出せしめ、該光電子により密閉空間中に含まれている微
   粒子を荷電させた後、荷電した微粒子を荷電を行ってい
   る空間内で除去するに際し、該空間内に温度差を設けて
   空間内の気体の循環を行うことを特徴とする密閉空間の
   清浄方法。
2. 【請求項２】 密閉空間内に、紫外線及び／又は放射線
   源と、該線源により光電子を放出する光電子放出材と、
   電場形成用の電極材と、光電子により荷電された荷電微
   粒子を捕集する荷電微粒子捕集材と、該空間内に温度差
   を形成するための加温部とを有することを特徴とする密
   閉空間の清浄装置。