JP2009211889A - 低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】クリーンルーム内エアあるいは圧縮エアをシースエア供給源として利用することができ、高効率で微量不純物を除去できる低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムを提供する。
【解決手段】クリーンルームの天井にＵＬＰＡフィルタ１を介して複数個設置されたシースエア式イオナイザー２にはシースエアノズル５が設けられ、コロナ電極３が各ノズル内に配置されている。シースエアノズル５にはシースエア供給配管１０が接続され、その上流側にはメンブレンフィルタ２０及び粒子化装置３０が順次配設されている。この粒子化装置３０は、クリーンルーム内エアあるいは圧縮エア中のガス状不純物を、低エネルギー電子線を用いて粒子化する手段であり、メンブレンフィルタ２０は、粒子化装置３０によって粒子化された不純物を捕集する手段である。
【選択図】図１

Description

本発明は、低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムに関するものである。

従来から、半導体製造のクリーンルームでは、低湿度環境であることや、ウエハ及び半導体素子を運搬するプラスチック容器が帯電しやすいこと等により、静電気が発生している。この静電気は、ウエハ表面上に塵埃を付着させたり、ウエハ上のＩＣや半導体素子を破壊してしまい、製品の歩留りを低下させている。しかも、最近の半導体素子の高密度化に伴い、クリーンルームの超高清浄度化が望まれると共に、半導体素子の静電気耐性も低下し、このような静電気による生産障害が益々問題となっている。

また、クリーンルーム以外の生産環境においても、静電気の帯電による製品への塵埃付着、もしくは、静電気放電による静電破壊、及び電撃ショックにより、種々の生産障害が引き起こされ、問題となっている。

このような問題点を解決すべく、本出願人はすでに特許文献１に示したような無発塵イオナイザーシステムを提案した。すなわち、特許文献１に示した無発塵イオナイザーシステムは、イオン発生電極上にクリーンルーム内エア中の微量不純物（主に、Ｓｉ元素を含む物質）が析出する現象を応用した微粒子析出装置を用いてエア中の微量不純物を除去し、この微量不純物を除去したガス流（シースエアあるいはシースガス）によってイオナイザーのイオン発生電極を覆うことにより、クリーンルーム内エア中の微量不純物が電極上に析出・堆積・再飛散する現象を防止するものである。
特許第１８４３１１４号

しかしながら、特許文献１に示された微粒子析出装置は、微量不純物の除去効率が悪いため、処理できるエア量が少なく、大型で高価であった。そのため、半導体や液晶製造工場等では、イオナイザーのイオン発生電極の周囲に供給するエアあるいはガス（シースエアあるいはシースガス）として、工場内で多用されている高純度Ｎ₂ガスが利用されていた。

しかしながら、近年、高純度Ｎ₂ガスが高価であることと、高純度Ｎ₂ガスの無い工場や酸欠が心配される工程においても、無発塵イオナイザーシステムの需要が高まってきたことにより、クリーンルーム内エアをシースエア供給源として高効率で利用する技術の開発が切望されていた。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、クリーンルーム内エアあるいは圧縮エアをシースエア供給源として利用することができ、高効率で微量不純物を除去でき、多量のエアを処理できる低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明者等は、イオン発生電極上に析出する粒子について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至ったものである。すなわち、従来、イオン発生電極上に析出する粒子は、クリーンルーム内エア中の超微細粒子が静電気力で電極上に析出し粗大化したものと考えられていたが、近年の研究により、クリーンルーム内エア中の微量ガス成分が、コロナ放電の化学反応作用により粒子化し、それが静電気力により電極上に析出する現象であるということが分かってきた。そこで、本発明者等はこの点に着目し、本発明を完成させたものである。

すなわち、請求項１に記載の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムは、１又は２以上のコロナ電極を有し、前記コロナ電極のそれぞれが、シースエアが供給されるシースエアノズル内に配置され、該コロナ電極に高電圧を印加することによりイオンを生成し、このイオンを除電対象物に供給して除電する１又は２以上のシースエア式イオナイザーを備えると共に、前記シースエア式イオナイザーに供給されるエア中のガス状不純物を、低エネルギー電子線を用いて粒子化する粒子化装置と、該粒子化装置によって粒子化された不純物を捕集するフィルタを備え、前記粒子化装置とフィルタによって処理されたエアが、前記シースエア式イオナイザーのそれぞれに供給されるように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、シースエア式イオナイザーに供給されるエア中に含まれる例えばシロキサン等のガス状不純物を、低エネルギー電子線を用いて粒子化する粒子化装置とフィルタを用いて効率良く除去することができる。また、低エネルギー電子線を用いた粒子化装置は、従来の微粒子析出装置に比べて微量ガス状不純物の除去効率が良いため、処理できるエア量が多く、小型で構造が簡単で保守が容易である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムにおいて、前記粒子化装置が、低エネルギー電子線発生装置の発生部と紫外線発生装置の発生部を備えると共に、それらの下流側に活性炭フィルタを備えたことを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、粒子化装置内に照射された低エネルギー電子線によって、該装置内を流れるエア中の微量ガス状不純物が粒子化される。また、低エネルギー電子線の発生時にはオゾンが発生するが、このオゾンは、紫外線発生装置の発生部によって波長２５４ｎｍの紫外線を照射することにより分解することができる。さらに、残った微量オゾンは活性炭フィルタで分解されるため、オゾンを完全に除去することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムにおいて、前記シースエア式イオナイザーに供給されるエアが、該システムが設置される室内のエアあるいは圧縮エアであることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、クリーンルーム内のエアあるいは圧縮エアを無発塵イオナイザーのシースエアとして使用することができるので、高価な高純度Ｎ₂ガスを使用しなくても良くなる。また、クリーンルーム内のエアあるいは圧縮エアをシースエアとして利用できることで、高純度Ｎ₂ガスの無い工場や酸欠が心配される工程でも、無発塵イオナイザーシステムを使用することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムにおいて、前記コロナ電極に高電圧を印加する手段が、交流高電圧発生器であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明によれば、各コロナ電極から正と負のイオンを交互に発生させることができるので、帯電体を中和する際に、正負イオンによる逆帯電電位を低く抑えることができる。

本発明によれば、クリーンルーム内エアあるいは圧縮エアをシースエア供給源として利用することができ、高効率で微量不純物を除去でき、多量のエアを処理できる低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムを提供することができる。

以下、本発明に係る低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムの具体的な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面を参照して説明する。

（１）構成
（１−１）全体構成
本実施形態の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムにおいては、図１に示すように、クリーンルームの天井には、清浄な空気を送り込む高性能フィルタであるＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air filter）フィルタ１と、シースエア式イオナイザー（コロナ放電式イオナイザー）２とが設置されている。このシースエア式イオナイザー２には２個のコロナ電極３ａ、３ｂが設けられ、一方のコロナ電極３ａには正の高電圧発生器４ａが接続され、他方のコロナ電極３ｂには、負の高電圧発生器４ｂが接続されている。

また、このシースエア式イオナイザー２には、下方に向かってシースエアノズル５ａ、５ｂが設けられており、前記コロナ電極３ａ、３ｂが各シースエアノズル５ａ、５ｂ内に配置されている。そして、このような構成を有するシースエア式イオナイザー２が、前記クリーンルームの天井に、ＵＬＰＡフィルタ１を介して複数個設置されている。

また、前記シースエアノズル５ａ、５ｂには、各ノズル５ａ、５ｂにシースエアを供給するためのシースエア供給配管１０が接続され、このシースエア供給配管１０には第１のバルブ１１が設置され、この第１のバルブ１１の上流側には、分岐配管１２が接続されている。なお、前記分岐配管１２には第２のバルブ１３が設置され、分岐配管１２に供給されたシースエアを隣接するイオナイザー（図示せず）に供給するように構成されている。

また、前記シースエア供給配管１０には、その上流側に、メンブレンフィルタ２０、流量計２１、第３のバルブ２２及び後述する粒子化装置３０が順次配設されている。なお、前記粒子化装置３０は、クリーンルーム内エアあるいは圧縮エア中のガス状不純物を粒子化する手段であり、前記メンブレンフィルタ２０は、前記粒子化装置３０によって粒子化された不純物を捕集する手段である。

また、前記粒子化装置３０には、エアポンプ２３を介してクリーンルーム内のエアが供給される第１のエア供給配管２４と、減圧弁２５を介して圧縮エアが供給される第２のエア供給配管２６とが接続されている。なお、圧縮エアとは、工場内の圧縮空気配管から供給されるエアであり、この圧縮エアを用いる場合には、中央で集中して圧縮エアを作り、配管で分配し、減圧弁２５によって所定の圧力に減圧して粒子化装置３０に導入するように構成されている。

なお、前記第１のバルブ１１は、前記クリーンルームの天井に複数個設置されているシースエア式イオナイザー２のうちの１台に供給するシースエア量を調節するためのバルブであり、前記第２のバルブ１３は、隣接するシースエア式イオナイザー（図示せず）に供給するシースエア量を調節するためのバルブである。また、前記第３のバルブ２２は、エア中ガス状不純物の粒子化部である粒子化装置３０と粒子化した不純物の捕集部であるメンブレンフィルタ２０とで処理されたエアを各イオナイザーへ送るためのバルブで、この処理装置に繋がっている複数個のイオナイザーで必要なシースエア量を調節するためのバルブである。

（１−２）粒子化装置３０の構成
本発明のイオナイザーシステムに用いられる粒子化装置３０においては、図２に示すように、粒子化チャンバ３１の側壁に、低エネルギー電子線発生装置の発生部３２が設置され、その周囲を覆うように軟Ｘ線遮蔽カバー３３が取り付けられている。そして、低エネルギー電子線発生装置の発生部３２によって発生した低エネルギー電子線が、粒子化チャンバ３１の側壁に形成された低エネルギー電子線照射窓３４を介して、粒子化チャンバ３１内に照射され、該チャンバ３１内を流れるクリーンルーム内エアあるいは圧縮エア中の微量ガスを粒子化するように構成されている。

また、前記粒子化チャンバ３１の側壁には、前記低エネルギー電子線発生装置の発生部３２の下流側に紫外線発生装置の発生部３５が設置され、波長２５４ｍｍの紫外線が紫外線照射窓３６を介して、粒子化チャンバ３１内に照射されるように構成されている。さらに、前記粒子化チャンバ３１には、前記紫外線発生装置の発生部３５の設置位置より下流側に、活性炭フィルタ３７が配設されている。

（低エネルギー電子線）
ここで、低エネルギー電子線について説明する。
低エネルギー電子線は、数十ｋＶの低い動作電圧で取り出された電子ビーム（ソフトエレクトロン）で、空気中では、５ｃｍ程度の到達距離しかない。コロナ放電と同様に化学反応を促進する作用があり、酸素を含む場合はオゾンも発生する。また、同時に、軟Ｘ線も発生するため遮蔽が必要である。

このように低エネルギー電子線は、コロナ放電に比べてエネルギーが大きく、広いエリアに高速で電子を供給できるため、エアを多量に処理できる。また、低エネルギー電子線の発生時にはオゾンが発生するので、本実施形態の粒子化装置３０においては、波長２５４ｎｍの紫外線を照射してオゾンを分解し、その後さらに残った微量オゾンを活性炭フィルタ３７で分解し、オゾンを完全に除去するように構成されている。なお、オゾンは、分解する際に強い酸化力を発揮するので、ガス状不純物の粒子化をさらに促進することができる。

（２）作用
上記のような構成を有する本実施形態のイオナイザーは、以下に述べるように作用する。すなわち、エアポンプ２３を介してクリーンルーム内のエアが粒子化装置３０の粒子化チャンバ３１に供給される、あるいは、減圧弁２５を介して圧縮エアが粒子化装置３０の粒子化チャンバ３１に供給されると、粒子化チャンバ３１内において、まず、低エネルギー電子線照射窓３４を介して粒子化チャンバ３１内に照射された低エネルギー電子線によって、該チャンバ３１内を流れるクリーンルーム内エアあるいは圧縮エア中の微量ガスが粒子化される。

なお、上記クリーンルーム内エアあるいは圧縮エア中の微量ガス成分とは、主に、Ｓｉ元素を含むガス、例えば、シリコーンシーラントから脱ガスしたシロキサン（環状低分子シロキサン）と考えられているが、クリーンルーム内のエアあるいは圧縮エアに含まれるシロキサンは、低エネルギー電子線の化学反応促進作用と、その発生時に発生するオゾンの酸化作用により粒子化してＳｉＯ₂（固体）になる。

また、上述したように低エネルギー電子線の発生時にはオゾンが発生するが、本実施形態の粒子化装置３０においては、紫外線発生装置の発生部３５によって波長２５４ｎｍの紫外線を照射することによりオゾンを分解することができる。さらに、残った微量オゾンは活性炭フィルタ３７で分解されるため、オゾンを完全に除去することができる。なお、オゾンは、分解する際に強い酸化力を発揮するので、ガス状不純物の粒子化をさらに促進することができる。

このようにしてクリーンルーム内のエアあるいは圧縮エアに含まれる微量ガス（主として、シロキサン）が粒子化された後、これらのエアは、第３のバルブ２２、流量計２１を介してメンブレンフィルタ２０に送られ、このメンブレンフィルタ２０によって粒子化された不純物が捕集される。

以上のようにして不純物が除去されたエアが、第１のバルブ１１を介して各シースエア式イオナイザー２に供給され、各コロナ電極３ａ、３ｂの近傍に供給される。また、正・負の高電圧発生器４ａ、４ｂによって、各コロナ電極３ａ、３ｂに高電圧が印加されることにより、コロナ放電が発生する。これによって、シースエアノズル５においては、コロナ電極３ａ、３ｂの周囲のシースエアがイオン化し、このイオンが上記シースエアにより、シースエアノズル５の外部へ運び出される。

（３）効果
上述したように、本実施形態の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムにおいては、従来のように、高価な高純度Ｎ₂ガスを使用しなくても、クリーンルーム内のエアあるいは圧縮エアを無発塵イオナイザーのシースエアとして使用することができる。また、クリーンルーム内のエアあるいは圧縮エアをシースエアとして利用できることで、高純度Ｎ₂ガスの無い工場や酸欠が心配される工程でも、無発塵イオナイザーシステムを使用することができる。

特に、本発明においては、工場内の圧縮空気配管からの圧縮エアを使用することができるので、高圧・大流量の場合も使用することができる。また、圧縮エアを用いる場合には、中央で集中して圧縮エアを作り配管で分配するため、安価で経済性にも優れている。

さらに、上述したような低エネルギー電子線を用いた微量不純物の除去方法は、従来の微粒子析出装置に比べて微量不純物の除去効率が良いため、処理できるエア量が多く、小型で構造が簡単で保守が容易である。

（４）他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、図１に示した無発塵イオナイザーシステムのイオナイザー（パルスＤＣ方式）においては、正イオンと負イオンは別々の電極から発生するように構成されているが、図３に示すように、同じ電極から正と負のイオンを交互に発生するイオナイザー（交流方式）を用いても良い。

すなわち、図３に示した交流方式のシースエア式イオナイザー４０においては、イオナイザー本体の内部にエアチャンバ４１が設けられ、そのエアチャンバ４１内には複数個のシースエアノズル５が設置されている。また、このエアチャンバ４１にはシースエア供給配管１０が接続され、上述したようにしてクリーンルーム内エアや圧縮エア中の微量ガス成分（微量不純物）が除去された処理後エアがエアチャンバ４１内に供給されるように構成されている。また、各シースエアノズル５内に配設されたコロナ電極３には交流高電圧発生器４２が接続され、各コロナ電極３から正と負のイオンを交互に発生させることができるように構成されている。

このような構成を有する交流方式のシースエア式イオナイザーを用いた場合には、帯電体を中和する際に、正負イオンによる逆帯電電位を低く抑えることができる。また、エアチャンバ４１により各シースエアノズル５にシースエアを一括して供給するように構成することにより、ノズルの数が多い場合であっても、各ノズルにシースエア供給配管１０を配管するための広いスペースが不要となる。

本発明に係る低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムの構成を示す図。 本発明に係る無発塵イオナイザーシステムに用いられる粒子化装置の構成を示す図。 本発明に係る低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステムの他の実施形態の構成を示す図。

符号の説明

１…ＵＬＰＡフィルタ
２、４０…シースエア式イオナイザー
３ａ、３ｂ…コロナ電極
４ａ…正の高電圧発生器
４ｂ…負の高電圧発生器
５ａ、５ｂ…シースエアノズル
１０…シースエア供給配管
１１…第１のバルブ
１２…分岐配管
１３…第２のバルブ
２０…メンブレンフィルタ
２１…流量計
２２…第３のバルブ
２３…エアポンプ
２４…第１のエア供給配管
２５…減圧弁
２６…第２のエア供給配管
３０…粒子化装置
３１…粒子化チャンバ
３２…低エネルギー電子線発生装置の発生部
３３…軟Ｘ線遮蔽カバー
３４…低エネルギー電子線照射窓
３５…紫外線発生装置の発生部
３６…紫外線照射窓
３７…活性炭フィルタ
４１…エアチャンバ
４２…交流高電圧発生器

Claims (4)

1. １又は２以上のコロナ電極を有し、前記コロナ電極のそれぞれが、シースエアが供給されるシースエアノズル内に配置され、該コロナ電極に高電圧を印加することによりイオンを生成し、このイオンを除電対象物に供給して除電する１又は２以上のシースエア式イオナイザーを備えると共に、
   前記シースエア式イオナイザーに供給されるエア中のガス状不純物を、低エネルギー電子線を用いて粒子化する粒子化装置と、該粒子化装置によって粒子化された不純物を捕集するフィルタを備え、
   前記粒子化装置とフィルタによって処理されたエアが、前記シースエア式イオナイザーのそれぞれに供給されるように構成されていることを特徴とする低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステム。
2. 前記粒子化装置が、低エネルギー電子線発生装置の発生部と紫外線発生装置の発生部を備えると共に、それらの下流側に活性炭フィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステム。
3. 前記シースエア式イオナイザーに供給されるエアが、該システムが設置される室内のエアあるいは圧縮エアであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステム。
4. 前記コロナ電極に高電圧を印加する手段が、交流高電圧発生器であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の低エネルギー電子線を用いた無発塵イオナイザーシステム。

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