JP3303125B2

JP3303125B2 - 空間清浄化材及びそれを用いた空間清浄化方法

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Publication number: JP3303125B2
Application number: JP13256396A
Authority: JP
Inventors: 敏昭藤井; 昭司山中
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-05-01
Filing date: 1996-05-01
Publication date: 2002-07-15
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Also published as: JPH09294919A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空間の清浄化に係り、
特に、紫外線照射により空間中の有害ガスと微粒子を除
去することができる空間清浄化材とそれを用いた空間の
清浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電子放出材に、紫外線照射することに
より発生する光電子による空間の清浄化については、本
発明者らの多数の提案や研究論文がある。例えば、（１）空間清浄化に関するものでは、特公平３
−５８５９号、特公平６−３４９４号、特公平６−７４
９０９号、特公平６−７４７１０号、特公平８−２１１
号各公報参照、（２）光電子放出材に関するものでは、特公平６−７４
９０８号、特公平７−９３０９８号、特開平３−１０８
６９８号各公報参照、（３）研究論文では、（ａ）Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆｔｈｅ８ｔｈ．ＷｏｒｌｄＣｌｅａｎＡｉ
ｒＣｏｎｇｒｅｓｓ．１９８９．Ｖｏｌ．３．Ｈａｇ
ｕｅ，ｐ７３５〜７４０（１９８９）、（ｂ）公害、Ｖ
ｏｌ．２４．Ｎｏ５．ｐ６３〜７１（１９８９）、
（ｃ）エアロゾル研究、第７巻、第３号、ｐ２４５〜２
４７（１９９２）、（ｄ）エアロゾル研究、第８巻、第
３号、ｐ２３９〜２４８（１９９３）、同第８巻、第４
号、ｐ３１５〜３２４（１９９３）、などがある。

【０００３】従来の光電子放出材は、一種類のバルク状
（塊まり状）の材料か、又はバルク状の材料に光電子放
出性物質を薄膜状に付加した材料、例えば、紫外線透過
性物質であるガラス板に光電子放出性物質を薄膜状に付
加した材料を用いていた。他の例として、板状Ｃｕ−Ｚ
ｎに、光電子放出性物質を薄膜状に付加した材料があ
る。この様な、光電子放出材の場合、利用分野、装置、
要求性能によっては改善の余地があった。従来の空間の
清浄化を、半導体工場における空間清浄を例に、図１２
を用いて説明する。図１２は、クラス１，０００のクリ
ーンルームの半導体工場における空気清浄装置を示して
いる。空気清浄装置は、クラス１，０００のクリーンル
ームの微粒子（粒子状物質）除去のために、ユースポイ
ントに設置されている。すなわち、クリーンルーム中に
は、汚染物質として、微粒子やガス状物質が存在する
が、該装置により微粒子を除去し、清浄空気として、該
清浄空気を半導体製造装置及びその周辺へ供給し、清浄
な環境を保っている。

【０００４】空気清浄装置は、主に、紫外線ランプ１、
紫外線照射用窓ガラス２、板状Ｃｕ−ＺｎにＡｕを薄膜
状に付加した光電子放出材３、電場設定のための電極
４、荷電微粒子捕集材５、により構成されている。クリ
ーンルーム中の微粒子を含有する空気６が空気清浄装置
に入ると、空気６中の微粒子は、紫外線照射を受けた光
電子放出材３から放出される光電子７により荷電され、
荷電微粒子となり、後流の荷電微粒子捕集材５にて捕集
され、出口では清浄空気８となる。ところで、上記の様
に、光電子放出材３を長時間にわたり用いた場合、該光
電子放出材３は、クリーンルーム空気中の汚染物質に汚
染され、性能劣化をもたらす（例えば、炭化水素のよう
な吸着され易い物質が表面に吸着してしまう）。特に、
半導体工場では、クリーンルーム空気中のガス状汚染物
質としての炭化水素（Ｈ．Ｃ）濃度は外気濃度よりも高
く汚染をもたらす。

【０００５】すなわち、最近、クリーンルーム構成材の
高分子樹脂類からの脱ガスやクリーンルームにおける作
業で使用する各種溶剤からのＨ．Ｃが、Ｈ．Ｃ発生源と
して問題になっている。Ｈ．Ｃの起因として、通常のク
リーンルームでは外気から導入されたＨ．Ｃ（クリーン
ルームでのフィルターはＨ．Ｃ除去ができないので、外
気のＨ．Ｃはクリーンルームに導入されてしまう）に、
上述のようにクリーンルーム内で発生するＨ．Ｃが加わ
るので、外気に比べてクリーンルーム中のＨ．Ｃは高濃
度となる。さらには、省エネの点でクリーンルーム空気
の循環使用を多くして用いているので、クリーンルーム
中のＨ．Ｃ濃度は濃縮され、クリーンルームによって
は、かなりの高濃度になっている。また、最近省エネク
リーンルームの観点で局所清浄化の要求が高まってお
り、この場合、空間容積に対して、高分子樹脂の使用比
率が高くなるので、Ｈ．Ｃ濃度が高まる（（ａ）空気清
浄、第３２巻、第３号、ｐ４３〜５２（１９９４）、
（ｂ）ウルトラクリーンテクノロジー、第７巻、第４
号、ｐ１５〜２０（１９９５）、（ｃ）クリーンテクノ
ロジー、１２．ｐ４５〜５０（１９９５）、（ｄ）日本
機械工業連合会、平成６年度、省エネ化と低コスト化志
向、最適クリーンルーム構造に関する調査研究、ｐ４１
〜４９（１９９５）参照）。

【０００６】また、近年の先端産業の発展において、半
導体製品の高精密化、高品質化に伴ない、従来問題とな
らなかったガス状汚染物質、特にＨ．Ｃがウエハへのガ
ス状汚染物質として問題となってきた。すなわち、Ｈ．
Ｃはウエハ基板に付着すると基板とレジストとの親和性
（なじみ）に影響を与える。そして、親和性が悪くなる
と、レジストと膜厚に悪影響を与えたり、基板とレジス
トとの密着性に影響を与える。すなわち、Ｈ．Ｃの付着
により歩留まりの低下をもたらす（（ａ）「空気清浄」
第３３巻、第１号、ｐ１６〜２１、（１９９５）、
（ｂ）第１３回空気清浄とコンタミネーションコントロ
ール研究大会、ｐ２１９〜２２３（１９９５））。

【０００７】このような汚染の程度は、基材や基板表面
の接触角で表わすことができ、汚染が激しいと、接触角
が大きい。接触角が大きい基材や基板は、その表面に成
膜しても、膜の付着強度が弱く（なじみが悪い）、歩留
まりの低下をまねく。ここで、接触角とは水によるぬれ
の接触角のことであり、基板表面の汚染の程度を示すも
のである。すなわち、基板表面に疎水性（油性）の物質
を付着すると、その表面は水をはじき返してぬれにくく
なる。すると基板表面と水滴との接触角は大きくなる。
従って接触角が大きいと汚染度が高く、逆に接触角が小
さいと汚染度が低い。すなわち、ウエハを取扱う製造工
程では、微粒子除去に加えて、ガス状汚染物質も同時に
除去する必要がでてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事実
に鑑み、光電子放出材の長時間の安定性、共存するガス
状汚染物質の除去とを同時に達成できる空間清浄化材と
それを用いた空間の清浄化方法を提供することを課題と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、母材上に、少なくとも紫外線照射によ
り光電子を放出する物質と、紫外線照射により光触媒作
用を発揮する物質とを、前記光電子放出物質を薄膜状に
付加し、その上に光触媒物質を帯状、くし状、粒子状又
は島状に付加するか、又は、前記光触媒物質を薄膜状に
付加し、その上に光電子放出物質を帯状、くし状、粒子
状又は島状に付加して、同一面上に配備させて構成した
ことを特徴とする空間清浄化材としたものである。前記
空間清浄化材において、母材は、ガラス、金属又は合金
から選はれ、光電子を放出する物質としてはＡｕを、光
触媒作用を発揮する物質としてはＴｉＯ₂を用いるのが
良い。また、本発明では、有害ガス及び微粒子を含む空
間を清浄化する方法において、前記の空間清浄化材に、
電場下で紫外線を照射し、空間中の有害ガス及び微粒子
を分解及び荷電して除去することとしたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、次の４つの知見に基づ
いてなされたものである。（１）光電子放出材は、長時間の使用によりその環境の
影響を受け、性能が低下する。これは、光電子放出材の
使用環境における有機物（Ｈ．Ｃ）が表面に付着するこ
とにより、引き起こされる原因による。（２）有機物は、紫外線照射された光触媒により分解、
除去される。（３）少なくとも、１部が有機物（高分子樹脂）で構成
されるクリーンルーム環境では、該有機物から極微量の
有機性ガス（Ｈ．Ｃ）が発生し、クリーンルーム空間中
の収容物（ウエハやガラス基板などの原料、半製品）を
汚染する。すなわち、クリーンルーム空間では、少なくともその一
部に有機物（例、プラスチック容器、パッキン材、シー
ル材、接着材、壁面の材料等）を使用しており、該有機
物から極微量の有機性ガスが発生する。

【００１１】例えば、シール材からはシロキサン、収納
容器の材料であるプラスチック材からはフタル酸エステ
ルなどが発生し、これらの有機性ガスは、発生濃度は極
く低濃度であるが、クリーンルームは閉鎖系であり、閉
じ込められ、さらに、最近クリーンルームは省エネの点
で空気の循環使用の比率が高いので、該濃度は徐々に高
くなり、クリーンルーム内の収容物の上に付着し悪い影
響を与えてしまう。このように、クリーンルーム中の
Ｈ．Ｃは外気からの導入Ｈ．Ｃにクリーンルーム内部か
らの発生ガスが加わるので、多成分、かつ高濃度となっ
ており、最近ではクリーンルームはＨ．Ｃに関しては、
ダーティルームと言われており、効果的なＨ．Ｃ処理法
が必要になっている。（４）本発明の対象分野である先端産業では、従来粒子
除去のみで十分であったものが、製品の高品質化、高精
密化により、今後、ガス状汚染物質、特にＨ．Ｃの影響
を受けるようになる。

【００１２】次に、本発明を詳細に説明する。先ず、本
発明の空間清浄化材について、紫外線照射により、光電
子を放出する物質と、光触媒作用を発揮する物質とを同
一面上に配備する方法について述べる。同一面上に配備
する方法としては、次の方法がある。（１）後記の母材上へ光電子を放出する物質を薄膜状に
付加し、その上に光触媒作用を発揮する物質を帯状、く
し状、粒子状又は島状に付加する方法。（２）後記の母材上へ光触媒作用を発揮する物質を薄膜
状に付加し、その上に光電子を放出する物質を帯状、く
し状、粒子状又は島状に付加する方法。このように、本
発明の空間清浄化材は、紫外線照射により、光電子を放
出する物質と光触媒作用を発揮する物質とが同一面上に
配備されて構成されているものであり、これにより、光
電子の放出及びガス状汚染物質の分解を同時に行うもの
である。

【００１３】次に、本発明の構成について説明するが、
先ず紫外線照射により光電子を放出する物質について説
明する。紫外線照射により光電子を放出する物質（光電
子放出性物質）は、後記する光触媒と同一面上に配備で
き、紫外線の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，Ｓｒ，Ｃａ，Ｙ，Ｇ
ｄ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｔｈ，Ｐｒ，Ｂｅ，Ｚｒ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ａ
ｌ，Ｃ，Ｍｇ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｔａ，
Ｔｉ，Ｕ，Ｂ，Ｅｕ，Ｓｎ，Ｐ，Ｗのいずれか又はこれ
らの化合物又は合金が好ましく、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。

【００１４】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，ＣａＯ，Ｙ
₂Ｏ₅，Ｇｄ₂Ｏ₃，Ｎｄ₂Ｏ₃，ＴｈＯ₂，Ｚｒ
Ｏ₂，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ａｇ₂Ｏ，Ｌａ₂
Ｏ₃，ＰｔＯ，ＰｂＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，Ｉｎ₂Ｏ
₃，ＢｉＯ，ＮｂＯ，ＢｅＯなどがあり、またほう化物
にはＹＢ₆，ＣｄＢ₆，ＬａＢ₅，ＮｄＢ₆，Ｃｅ
Ｂ₆，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などがあり窒化物としてＴｉＮ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（Ｂ
ｅ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。

【００１５】これらの物質は、バルク状（固体状、板
状）で、また適宜の母材（支持体）へ付加して使用でき
る（特開平３−１０８６９８号公報）。例えば、紫外線
透過性物質の表面又は該表面近傍に付加する（特公平７
−９３０９８号公報）。付加の方法は、紫外線照射によ
り光電子が放出されれば何れでも良い。例えば、ガラス
板上へコーティングして使用する方法、他の例として板
状物質表面近傍へ埋込んで使用する方法や板状物質上に
付加し更にその上に別の材料をコーティングして使用す
る方法、紫外線透過性物質と光電子を放出する物質を混
合して用いる方法等がある。又、付加は、薄膜状に付加
する方法、網状、線状、粒状、島状、帯状に付加する方
法等適宜用いることが出来る。光電子放出性物質の付加
の方法は、適宜の材料の表面に周知の方法でコーティン
グ、あるいは付着させて作ることができる。例えば、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法、蒸着法、Ｃ
ＶＤ法、メッキによる方法、塗布による方法、スタンプ
印刷による方法、スクリーン印刷による方法を適宜用い
ることができる。

【００１６】薄膜の厚さは、紫外線照射により光電子が
放出される厚さであれば良く、５Å〜５，０００Å、通
常２０Å〜５００Åが一般的である。母材の使用形状
は、板状、プリーツ状、円筒状、棒状、線状、網状等、
があり表面の形状を適宜凹凸状とし使用することが出来
る。又、凸部の先端を先鋭状あるいは球面状とすること
も出来る（特公平６−７４９０８号公報）。母材への薄
膜の付加は、本発明者がすでに提案したように、１種類
又は２種類以上の材料を１層又は多層重ねて用いること
ができる。すなわち、薄膜を適宜複数（複合）で使用
し、２重構造あるいはそれ以上の多重構造とすることが
できる。これらの最適な形状や紫外線照射により光電子
を放出する物質の種類や付加法、薄膜厚は、装置、種
類、規模、形状、光電子放出性物質の種類、母材の種
類、光触媒の種類後述電場の強さ、かけ方、効果、経済
性等で適宜予備試験を行い決めることが出来る。

【００１７】光電子を放出する物質を付加する母材は、
前記した紫外線透過性物質（例、ガラス）、セラミッ
ク、粘土、周知の金属材、後記の光触媒例えばＴｉ
Ｏ_２、ＺｎＯがある。また、Ｔｉ、Ｚｎなどの金属は酸
化することにより、光触媒とすることができるので、該
材料も好適に使用できる。これらの母材は、用途、装置
の形状や規模、構造、要求性能などにより、適宜予備試
験を行い、選択して使用できる。また、光電子放出材へ
の紫外線の照射は電場において行うと、光電子放出材か
らの光電子発生が効果的に起こる。電場の形成方法とし
ては、荷電部の形状、構造、適用分野或いは期待する効
果（精度）等によって適宜選択することが出来る。電場
の強さは、光電子放出性物質の種類等で適宜決めること
が出来、このことについては本発明者の別の発明があ
る。電場の強さは、一般に０．１Ｖ／ｃｍ〜２ｋＶ／ｃ
ｍである。電極材料とその構造は通常の荷電装置におい
て使用されているもので良く、例えば電極材料としてタ
ングステン線あるいは棒が用いられる。このような電場
の形成は、後記の光触媒作用も加速されるので好まし
い。

【００１８】次に、紫外線照射により光触媒作用を発揮
する物質について説明する。光触媒は、紫外線照射によ
り光電子を放出する物質と同一面上に配備でき、光照射
により有機物を分解できるものであればいずれでもよ
い。通常、半導体材料が効果的であり、容易に入手出
来、加工性も良いことから好ましい。効果や経済性の面
から、Ｓｅ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｓ
ｎ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃ，Ｃｄ，Ｓ，Ｔ
ｅ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｓｒ，Ｗ，Ｃｒ，
Ｂａ，Ｐｂのいずれか、又はこれらの化合物、又は合
金、又は酸化物が好ましく、これらは単独で、また２種
類以上を複合して用いる。例えば、元素としてはＳｉ，
Ｇｅ，Ｓｅ、化合物としてはＡｌＰ，ＡｌＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＡｌＳｂ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡ
ｓ，ＩｎＳｂ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＭｏＳ₂，
ＷＴｅ₂，Ｃｒ₂Ｔｅ₃，ＭｏＴｅ，Ｃｕ₂Ｓ，Ｗ
Ｓ₂、酸化物としてはＴｉＯ₂，Ｂｉ₂Ｏ₃，ＣｕＯ，
Ｃｕ₂Ｏ，ＺｎＯ，ＭｏＯ₃，ＩｎＯ₃，Ａｇ₂Ｏ，Ｐ
ｂＯ，ＳｒＴｉＯ₃，ＢａＴｉＯ₃，Ｃｏ₃Ｏ₄，Ｆｅ
₂Ｏ₃，ＮｉＯなどがある。

【００１９】光触媒の付加は、蒸着法、スパッタリング
法、焼結法、ゾル−ゲル法、塗布による方法、焼付け塗
装による方法など、周知の付加方法を適宜用いることが
できる。また、光触媒作用の向上のために、上記光触媒
にＰｔ，Ａｇ，Ｐｄ，ＲｕＯ₂，Ｃｏ₃Ｏ₄の様な物質
を加えて使用することも出来る。該物質の添加は、光触
媒による有機物の分解作用が加速されるので好ましい。
これらは、一種類又は複数組合せて用いることができ
る。通常、添加量は、光触媒に対して、０．０１〜１０
重量％であり、適宜添加物質の種類や要求性能などによ
り、予備試験行い適正濃度を選択することができる。添
加の方法は、含浸法、光還元法、スパッタ蒸着法、混練
法など周知手段を適宜用いることができる。

【００２０】次に、紫外線の照射について述べれば、紫
外線の光源は、前記光電子放出性物質と光触媒作用を発
揮し得る物質からなる空間清浄化材が紫外線照射により
光電子と、光触媒作用を発揮するものであれば何れでも
良い。通常、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出来る。光源の例として
は、殺菌ランプ、ブラックライト、蛍光ケミカルラン
プ、ＵＶ−Ｂ紫外線ランプ、キセノンランプがある。上
記光電子放出性物質と光触媒の同一面上への付加は、夫
々の材料を上記の適宜の付加手段により、薄膜状、線
状、網状、帯状、くし状、粒子状、島状の適宜の形状を
組合せることができる。このための付加の方法は、適用
装置の形状、規模、構造、紫外線の照射方法、要求性能
などにより適宜に選択することができる。本発明の空間
清浄化材の設置方法は、適用装置の壁面や流路中などの
適宜の位置に、適用装置、装置形状、規模、母材の種
類、要求性能などにより適宜選択することが出来る。

【００２１】本発明の特徴は、光電子放出性物質へ付着
し、性能劣化をもたらすガス状汚染物質、特に有機性ガ
スを、光電子放出性物質と一体化して付加した光触媒に
より分解するものである。ガス状汚染物質の分解の反応
メカニズムの詳細は不明だが次のように考えられる。光
電子放出性物質の表面に付着したガス状汚染物質は、該
表面に吸着後、拡散して光電子放出性物質と同一面上に
配備して付加した光触媒の有する光触媒作用を受け分解
処理される。このように、本発明はセルフクリーニング
機能を有する光電子放出材で、本発明では、空間清浄化
材と呼んでいる。すなわち、この機能により、付着性の
有機性ガスを分離し、光電子放出性物質のクリーニング
作用（表面の清浄化）に加え、気体の清浄化をも行うも
のである。例えば、ウエハやガラスなどの基板に付着
し、歩留りを低下させる有機性ガスは、気体中の多成分
の有機性ガスの内の一部の該基板に付着しやすい構造を
有する有機性ガスのみである。光触媒は吸着作用を有す
るので、この基板に付着しやすい構造を有する有機性ガ
スが光触媒の表面に吸着し、光触媒作用により分解され
る。

【００２２】この作用について、次に詳しく説明する。
有機性ガスによる汚染は、前記した接触角で表現され
る。接触角を増加させる有機性ガスは、基板（ウエハ、
ガラス材など）の種類や基板上の薄膜の種類、性状によ
って異なるが、本発明者らの研究によると次のように考
えられる。すなわち、通常クリーンルームにおける基板
表面の接触角を増加させる有機性ガス（Ｈ．Ｃ）で共通
して言えることは、高分子量のＨ．Ｃが主であり、その
構造として−ＣＯ、−ＣＯＯ結合（親水性を有する）を
持つことである。このＨ．Ｃは親水部（−ＣＯ、−ＣＯ
Ｏ結合部）を有する疎水性物質（Ｈ．Ｃの基本構造の−
Ｃ−Ｃ−の部分）と考えることができる。具体例で説明
すると、通常のクリーンルームにおけるガラス基板など
の基板表面の接触角を増加させる有機性ガスは、Ｃ₁₆〜
Ｃ₂₀の高分子量Ｈ．Ｃ、例えばフタル酸エステル、高級
脂肪酸フェノール誘導体であり、これらの成分に共通す
ることは化学的構造として、−ＣＯ、−ＣＯＯ結合（親
水性を有する）を持つことである。

【００２３】これらの汚染有機性ガスの起因は、高分子
製品の可塑剤、離型剤、酸化防止剤などであり、高分子
製品の存在する個所が発生源である（「空気清浄」第３
３巻、第１号、ｐ１６〜２１、１９９５）。光触媒によ
るこれらの有機性ガスの処理メカニズムの詳細は不明で
あるが、次のように推定できる。すなわち、これらの有
機性ガスは−ＣＯ、−ＣＯＯ結合の部分がウエハやガラ
ス表面のＯＨ基と水素結合し、その上部は疎水面とな
り、結果としてウエハやガラス表面は疎水性になり、接
触角が大きくなり、その表面に成膜すると膜の付着力は
弱い。有機性ガスが存在する雰囲気に光触媒を設置する
と、その活性部である−ＣＯ、−ＣＯＯ結合部が、光触
媒に吸着し、次いで光触媒作用により分解作用を受けて
別の安定な形態に変換される。その結果として、有機性
ガスは安定な形態となり、ウエハやガラス基板上には付
着しないか、又は付着しても疎水性を示さない。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。実施例１半導体工場のクリーンルームにおける空気清浄を、図１
に示した本発明の空間清浄化材９を用いた空気清浄部Ｂ
の基本構成図を用いて説明する。図１において、１０は
クラス１，０００のクリーンルームであり、ガス状汚染
物質としてのＨ．Ｃ１１、及び粒子状物質（微粒子）１
２を含むクリーンルーム空気６は、紫外線ランプ１、紫
外線照射用窓ガラス２、板状Ｃｕ−Ｚｎに薄膜状Ａｕ
（紫外線照射により光電子を放出する物質）及びＴｉＯ
₂（紫外線照射により光触媒作用を発揮する物質）を付
加した空間清浄化材９、電場設定のための電極４、荷電
微粒子捕集材５により構成される空気清浄装置Ｂに導入
されることにより処理され、Ｈ．Ｃ及び微粒子が除去さ
れた清浄空気８となり、ウエハの製造装置（ウエハの加
工、成膜プロセス）１３へ供給される。

【００２５】電極４は、空間清浄化材９からの光電子の
放出を電場で行うために設置している。すなわち、空間
清浄化材９と電極４の間に電場を形成している。微粒子
の荷電は、電場において空間清浄化材９に紫外線照射す
ることにより効率良く発生する光電子７により実施され
る。ここでの電場の電圧は、５０Ｖ／ｃｍである。次
に、本例を詳細に説明する。クリーンルーム１０に入る
前の外気１４は、先ず粗フィルター１５と空気調和器１
６で処理される。次いで、空気はクリーンルーム１０に
入る際にＨＥＰＡフィルター１７によって除塵される
が、Ｈ．Ｃが共存するクラス１，０００の濃度の空気１
８となる。すなわち、外気１４に共存する自動車起因の
Ｈ．Ｃや、プラスチック類など高分子樹脂起因のＨ．Ｃ
は、粗フィルター１５、空気調和器１６、及びＨＥＰＡ
フィルター１７では除去されないため、クリーンルーム
１０内に導入されてしまう。更に、クリーンルーム１０
内では、クリーンルーム１０の構成材やウエハの製造装
置１３の高分子樹脂類からＨ．Ｃ、例えばフタル酸エス
テル、高級脂肪酸１１が発生する。また、クリーンルー
ム１０では、省エネ・省コストのため、クリーンルーム
１０内の空気が循環系１９により循環使用されている。

【００２６】このため、外気１４中のＨ．Ｃ濃度１．１
ｐｐｍ（非メタンＨ．Ｃ）に対し、クリーンルーム１０
中のＨ．Ｃ濃度１．２〜１．５ｐｐｍ（非メタンＨ．
Ｃ）となっている。前記クリーンルーム１０内の構成材
やウエハの製造装置１３から発生したＨ．Ｃは、外気１
４中Ｈ．Ｃに比較してウエハ汚染への関与が大きい。本
例の空間清浄化材９は、図２にその構成図を示してい
る。図２の空間清浄化材９において、ａは断面図、ｂは
平面図である。すなわち、空間清浄化材９は、母材３１
としてのＳＵＳ上に光触媒材としてＴｉＯ₂３２を付加
し、その上に光電子放出性物質としてＡｕ３３をくし状
に蒸着により付加している。空気清浄部Ｂに導入された
空気６中の微粒子は、紫外線ランプ１からの照射を受け
た本発明の空間清浄化材９におけるＡｕから放出される
光電子７により、荷電微粒子となり、後方の荷電微粒子
捕集材５により捕集・除去される。一方、空気６中のガ
ス状汚染物質としてのＨ．Ｃは紫外線ランプ１からの照
射を受けた本発明の空間清浄化材９におけるＴｉＯ₂に
より分解される。

【００２７】すなわち、該Ｈ．Ｃの内、ウエハなどの製
品、半製品、原料に付着し歩留まりの低下をもたらす原
因となる種類のＨ．Ｃは付着性が高いので、ＴｉＯ₂に
も容易に付着し、ＴｉＯ₂の光触媒作用を受けて分解さ
れる。付着性の高いＨ．Ｃは、この様にして分離される
ので、空気は清浄化されると同時に、光電子放出性物質
としてのＡｕ及びその周辺は、不純物が付着しないで、
絶えずクリーニングされている。このようにして、空気
６中のガス状汚染物質と微粒子が捕集・除去され、清浄
化空気８が得られる。ここでの空間清浄化材９の製造法
を次に示す。母材としてのＳＵＳ表面に、先ず光触媒材
としてのＴｉＯ₂をゾル−ゲル法により付加し、次いで
３５０℃で加熱処理を行い、次にその表面をくし型のス
クリーンでおおい、光電子放出性物質としてのＡｕを蒸
着法によりくし状に付加した。

【００２８】実施例２実施例１の図１の空気清浄部Ｂにおいて、空気清浄化材
９の別のタイプのものを図３に示す。図３中ａは断面
図、ｂは平面図であり、母材３１としてのＳＵＳ上に、
光電子放出性物質としてのＡｕ３３を薄膜状に付加し、
その上に光触媒材としてＴｉＯ₂をくし状に付加してい
る。ここでの空間清浄化材９の製造法を次に示す。母材
としてのＳＵＳ表面に、先ずＡｕを蒸着法により付加
し、次にくし型のスクリーンを用いてその形に、ＴｉＯ
₂の微粒子粉末のスラリーの塗布を行い、１００℃で乾
燥した。

【００２９】実施例３実施例１の半導体工場のクラス１，０００のクリーンル
ームに設置された小型のウエハ保管庫（ウエハ収納スト
ッカＡ）における空気清浄を図４に示した本発明の空間
清浄化材９を用いたウエハ保管庫の基本構成図を用いて
説明する。ウエハ保管庫Ａの空気清浄は、ウエハ保管庫
Ａの片側に設置された紫外線ランプ１、紫外線の反射面
２０、空間清浄化材９、電場設置のための電極４及び荷
電微粒子の捕集材２１にて実施される。すなわち、ウエ
ハ保管庫Ａ中の微粒子（微粒子状物質）１２は、紫外線
ランプ１からの紫外線が照射された空間清浄化材９から
放出される光電子７により荷電され、荷電微粒子とな
り、該荷電微粒子は荷電微粒子の捕集材２１に捕集され
る（空気清浄化部Ｂ）、ウエハの存在する被処理空間部
（清浄化空間部、Ｃ）は高清浄化される。ここで、遮光
材２２は被処理空間部と空気清浄化部の間に設置され、
本例では電極（平板状）４に隣接されている。遮光材２
２は、紫外線ランプ１からの紫外線のウエハキャリア２
３及びウエハ２４への照射を防ぐために設置されてい
る。

【００３０】ここでの空間清浄化材９は、前記図３に示
すように、母材３１としてのガラス板上に、光電子放出
性物質としてＡｕ３３を薄膜状に付加し、その上に、光
触媒材としてＴｉＯ₂３２をくし状に付加したものであ
る。図３の断面図ａにおける矢印は、紫外線の照射方向
を示している。ウエハ保管庫Ａ中のＨ．Ｃ１１は、空間
清浄化材９表面に吸着し、紫外線照射を受けたＴｉＯ₂
により分解、無害化処理される。ウエハ保管庫Ａでは、
ウエハ２４の保管庫Ａへの出し入れ（該保管庫の開閉）
毎にクリーンルーム１０中の有害物質としての微粒子１
２（濃度：クラス１，０００）や、ウエハ基板に付着す
ると接触角の増加をもたらす有機性ガス１１（非メタン
Ｈ．Ｃ濃度：１．０〜１．５ｐｐｍ）が侵入するが、上
記のごとくして、これらの有害物質（微粒子及び有機性
ガス）は捕集・除去され、保管庫Ａの清浄化空間部Ｃ）
では接触角の増加をもたらさない（非メタンＨ．Ｃ濃度
として０．２ｐｐｍ以下）クラス１よりも清浄な超清浄
空間が創出される。

【００３１】２５_-1，２５_-2，２５_-3は、保管庫内の空
気の流れを示す。すなわち、有害物質処理部（Ｂ）に移
動した空気は、紫外線ランプの照射により加温されるた
め、上昇気流が生じ保管庫Ａ内を矢印、２５_-1，２
５_-2，２５_-3の様に動く。この空気の自然循環による動
きにより、保管庫Ａ内の微粒子１２やウエハ基板に付着
すると接触角の増加をもたらす有機性ガス１１は、空気
清浄化部（Ｂ）に順次効果的に移動する。このようにし
て、保管庫Ａ内は、迅速かつ簡便に清浄化され、ウエハ
保管庫は超清浄空気となり、ウエハへの汚染防止が顕著
になる。

【００３２】上記において、空間清浄化材への紫外線の
照射は、曲面状の反射面２０を用い、紫外線ランプ１か
ら紫外線を板状の空間清浄化材９に効率よく照射してい
る。電極４は、空間清浄化材９からの光電子放出を電場
で行うために設置している。すなわち、空間清浄化材９
と電極４の間に電場を形成している。微粒子の荷電は、
電場において空間清浄化材９に紫外線照射することによ
り発生する光電子７により効率よく実施される。ここで
の電場の電圧は、５０Ｖ／ｃｍである。ここでの空間清
浄化材９の製造法を次に示す。母材としての石英ガラス
表面に、先ずＡｕを蒸着法により付加し、次にくし型の
スクリーンを用いてその形に、ＴｉＯ₂の微粒子粉末の
スラリーの塗布を行い、１００℃で乾燥した。

【００３３】実施例４実施例３の図４のウエハ保管庫Ａにおいて、空間清浄化
材９を図２のタイプのものを用いた。図２中、母材３１
としてのガラス板上に、光触媒材としてＴｉＯ₂３２を
薄膜状に被覆し、その上に光電子放出性物質としてＡｕ
３３をくし状に被覆したものである。ここでの空間清浄
化材９の製造法を次に示す。母材としての石英ガラス表
面に、先ずＴｉＯ₂をゾル−ゲル法により付加し、次い
で３５０℃で加熱処理を行い、その表面をくし型のスク
リーンでおおい、Ａｕを蒸着法によりくし状に付加し
た。

【００３４】実施例５実施例１の半導体工場のクラス１，０００のクリーンル
ームに設置された中型のウエハ保管庫（ウエハ収納スト
ッカ）における空気清浄を図５に示した本発明の空間清
浄化材を用いたウエハ保管庫Ａの基本構成図を用いて説
明する。ウエハ保管庫Ａの空気清浄は、紫外線源として
の紫外線ランプを空間清浄化材及び電極で囲み一体化し
たユニット（微粒子とガスの同時除去装置、空気清浄化
部Ｂ）を、ウエハ保管庫Ａ内に設置することにより実施
される。該ユニットは、図６に基本構成図を示したよう
に紫外線ランプ１、該ランプを囲む形状（円筒になった
網状）の電場設定用電極４、該電極を囲む形状の空間清
浄化材９及び荷電微粒子の捕集材２１より構成される。

【００３５】すなわち、ウエハ保管庫Ａ中の微粒子（微
粒子状物質）１２は、紫外線ランプ１からの紫外線が照
射された空間清浄化材９から放出される光電子７により
荷電され、荷電微粒子となり、該荷電微粒子は荷電微粒
子の捕集材２１に捕集され（清浄化部Ｂ）、ウエハの存
在する被処理空間部（清浄化空間部、Ｃ）は高清浄化さ
れる。また、ウエハ保管庫Ａ中のＨ．Ｃ１１は、空間清
浄化材９表面に吸着し、紫外線照射を受けたＴｉＯ₂に
より分解、無害化処理される。ここでの空間清浄化材９
は、図７（ａ：断面図、ｂ：平面図）に示すように、母
材３１としてのＳＵＳ板（円筒状）に、光電子放出性物
質としてＡｕ３３を薄膜状に付加し、その上に、光触媒
材としてＴｉＯ₂３２を粒状に付加したものである。図
７の断面図ａの矢印は、紫外線の照射方向を示してい
る。

【００３６】ウエハ保管庫Ａでは、ウエハ２４の保管庫
Ａへの出し入れ（該保管庫の開閉）毎にクリーンルーム
１０中の有害物質としての微粒子１２（濃度：クラス
１，０００）や、ウエハ基板に付着すると接触角の増加
をもたらす有機性ガス１１（非メタンＨ．Ｃ濃度：１．
０〜１．５ｐｐｍ）が侵入するが、上記のごとくして、
これらの有害物質（微粒子、有機性ガス）は捕集・除去
され、保管庫Ａの清浄化空間部Ｃ）では接触角の増加を
もたらさない（非メタンＨ．Ｃ濃度として０．２ｐｐｍ
以下）クラス１よりも清浄な超清浄空間が創出される。
２５_-1，２５_-2，２５_-3は、保管庫内の空気の流れを示
す。図８において、実施例１、３と同一符号は同じ意味
を示す。ここでの空間清浄化材９の製造法を次に示す。
母材としての半円筒状のＳＵＳ材料に、先ずその内面に
Ａｕを蒸着法により付加し、次いでＴｉＯ₂懸だく液を
スプレイによってその表面に粒状に付加し、１００℃で
乾燥した。空間清浄化材９は、この半円筒状の材料を組
合せたものである。

【００３７】実施例６実施例５の図５のウエハ保管庫Ａにおいて、空間清浄化
材９の別のタイプのものを図８に示す。図８中ａは断面
図、ｂは平面図であり、母材３１としてのＴｉ板上に光
触媒材として、ＴｉＯ₂３２を薄膜状に付加し、その上
に光電子放出性物質としてＡｕ３３を島状に付加したも
のである。ここでの空間清浄化材９の製造法を次に示
す。母材としての半円筒状Ｔｉ材料を、１，０００℃の
強制加熱により、薄膜状ＴｉＯ₂の形成を行い、次いで
Ａｕを蒸着法により島状に付加した。空間清浄化材９
は、この半円筒状の材料を組合せたもの。

【００３８】実施例７図９に示した構成の保管庫に半導体工場の下記試料空気
を入れ、本発明の空間清浄化材に紫外線照射を行い、保
管庫に収納したウエハ上の接触角及び該ウエハにＣｒ膜
を成膜し、該膜のウエハとのなじみ（付着力）を測定し
た。また、保管庫内のウエハに吸着した炭化水素の同
定、及び保管庫中の非メタン炭化水素の濃度並びに保管
庫内の微粒子濃度を調べた。また、比較として、光触媒
材がない場合光電子放出材（Ａｕのみ付加の場合、ブラ
ンク）も同様に調べた。保管庫の大きさ；８０リットル光源；殺菌灯（主波長：２５４ｎｍ）空間清浄化材；Ｔｉ板上にＴｉＯ₂を薄膜状に付加し、その上にＡｕを粒状に付加したもの。空間清浄化材の製造；Ｔｉ板を１，０００℃の強制加熱を行い、該表面に薄膜状ＴｉＯ₂の形成を行い、次いでＡｕを蒸着法により粒状に付加した。

【００３９】接触角の測定；水滴接触角法〔（株）協和界面科学製、ＣＡ−ＤＴ型〕保管庫内の微粒子濃度の測定；パーティクルカウンター〔光散乱、リオン（株）製、ＫＣ−２１〕ウエハ上の成膜；Ｃｒ３００ｎｍ厚さ、スパッタリング法成膜したＣｒの付着力；スクラッチ試験（ＲＨＥＳＣＡ製ＣＳＲ０２型）保管庫中非メタン炭化水素の測定；ガスクロマトグラフ（ＧＣ）ウエハ上に吸着した炭化水素の同定；ＧＣ／ＭＳ法試料ガス；微粒子濃度：クラス１００（１ｆｔ³中の０．１ μｍ以上の微粒子の個数）非メタン炭化水素濃度：１．１ｐｐｍ保管庫内のウエハ；５インチウエハを１ｃｍ×８ｃｍに切断し、下記前処理後、保管庫に設置。ウエハの前処理；洗剤とアルコールで洗浄後、Ｏ₃発生下で紫外線照射（ＵＶ／Ｏ₃洗浄）。なお、図９の符号で図４と同一符号は同じ意味を有す
る。

【００４０】結果図１０は、経過時間による接触角（角度）と付着力（ｍ
Ｎ）の変化を示すグラフである。図１０において、接触
角は光触媒が有る場合−〇−、無い場合−●−で示し、
また付着力は光触媒が有る場合−△−、無い場合−▲−
で示す。このように、光触媒を付加した場合は、時間の
経過によっても変化がなかった。また、光触媒なしのと
き、５０時間後にウエハを取り出し、加熱によりウエハ
上に付着した炭化水素を脱離させ、ＧＣ／ＭＳ法で測定
したところ、フタル酸エステルを検出した。光触媒を設
置した場合は検出しなかった。また、保管庫内の非メタ
ン炭化水素の濃度は、光触媒付加有りの場合、２時間、
３５時間、１００時間、２００時間の経過後、いずれも
０．１ｐｐｍ以下であった。光触媒無しの場合、２時
間、３５時間、１００時間、２００時間の経過後、いず
れも０．９ｐｐｍであった。

【００４１】図１１は、経過時間による保管庫内のクリ
ーン度（クラス：１ｆｔ³中の０．１μｍ以上の微粒子
の総個数）である。図１１において、クリーン度は光触
媒が有る場合−〇−、無い場合−●−で示す。図中矢印
は検出限界（クラス１）以下を示す。このように、光触
媒を付加した場合は、長時間性能が安定していた。３０
０時間後、４２０時間及び５００時間後の空間清浄化材
と光電子放出材をＥＳＣＡ分析したところ、光触媒付加
無しのものは表面での炭素量の増加が観測され、空気中
の有機物の吸着が認められた。これに対して本発明の光
触媒付加有りのものは有機物は検出限界以下であった。
光触媒は、前述有機性ガスに共存する他のガス状汚染物
質の内、ウエハやガラス基板に吸着性の高いガスも同時
に処理される。例えば、クリーンルームにおいて酸やア
ルカリ性物質が高濃度で存在する場合、例えば酸やアル
カリ性物質を用いる洗浄工程における発生ＮＯｘやＮＨ
₃がクリーンルームに流出している場合、該ガス状の汚
染物質の濃度によっては、上述の接触角増加に関与す
る。この場合は、該ガス状の汚染物も光触媒による作用
により同時に処理される。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、空間清浄化材の構成を
少なくとも紫外線照射により光電子を放出する物質と光
触媒作用を発揮する物質からなり、同一面上に配備した
構成としたことにより、（１）光電子放出性物質に付着し、性能低下をもたらす
有機物は、共存する光触媒の作用により、分解処理され
る。それによりセルフクリーニングができる空間清浄化
材となった。（２）光電子放出の効果が向上し、かつ安定したので、
微粒子の荷電が効果的（荷電が高性能かつ、長時間安
定）になり、実用性が向上した空間清浄化方法となっ
た。（３）光触媒により、通常の空気中や気体中等の空間中
に存在する極低濃度レベルのＨ．Ｃが分子量の小さい
Ｈ．Ｃ及び／又は二酸化炭素、水に変換された。（ａ）これにより、基材又は基板表面の接触角の増加を
防止する気体あるいは雰囲気が得られた。（ｂ）（ａ）で得られた気体（あるいは雰囲気）を半導
体ウエハや液晶ガラスに暴露しておくと、該基材や基板
表面の汚染が防止される。

【００４３】（４）光電子による粒子状物質の処理（除
去）に、光触媒によるガス状汚染物質の処理が加わるの
で、ガスと粒子を同時除去（制御）した超清浄空間を創
出できた。ガスと粒子の同時除去により、適用分野が広
がり、実用性が向上した。（５）上記より、本発明では、ガス状有害成分を、効果
的に処理できるので（ａ）今後のクリーン化技術の方向として期待される局
所空間（ミニエンバイロメント）の清浄化に好適に使用
できた。（ｂ）（ａ）より、本発明により清浄化された局所空間
では、製品が低コストで製造できるので、適用分野が広
がり、実用性が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空間清浄化材を用いた半導体工場のク
リーンルームの概略構成図。

【図２】本発明の空間清浄化材を示す構成図。

【図３】本発明の空間清浄化材を示す他の構成図。

【図４】本発明の空間清浄化材を用いたウエハ保管庫を
設定したクリーンルームの概略構成図。

【図５】他のウエハ保管庫を設定したクリーンルームの
概略構成図。

【図６】空間清浄化材を用いたユニットを示す断面図。

【図７】本発明の空間清浄化材を示すもう一つの構成
図。

【図８】本発明の空間清浄化材を示すもう一つの構成
図。

【図９】実施例７の実験に用いた清浄化装置の概略構成
図。

【図１０】経過時間による接触角（角度）と付着力（ｍ
Ｎ）の変化を示すグラフ。

【図１１】経過時間による保管庫内のクリーン度（クラ
ス）の変化を示すグラフ。

【図１２】従来の空気清浄装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

１：紫外線ランプ、２：紫外線照射用窓ガラス、３：光
電子放出材、４：電場設定用電極、５：荷電微粒子捕集
材、６：クリーンルーム内空気、７：光電子、８：清浄
空気、９：空間清浄化材、１０：クリーンルーム、１
１：ガス状汚染物質（Ｈ．Ｃ）、１２：粒子状物質、１
３：ウエハ製造装置、１４：外気、１５：粗フィルタ、
１６：空気調和器、１７：ＨＥＰＡフィルター、１８：
クラス１０００の空気、１９：空気循環系、２０：反射
面、２１：荷電微粒子捕集材、２２：遮光材、２３：ウ
エハキャリア、２４：ウエハ、２５：空気の流れ、３
１：母材、３２：光触媒材、３３：光電子放出物質、
Ａ：ウエハ保管庫、Ｂ：空気清浄化部、Ｃ：清浄化空間
部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/86 B01J 21/00 - 38/74 B03C 3/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】母材上に、少なくとも紫外線照射により
光電子を放出する物質と、紫外線照射により光触媒作用
を発揮する物質とを、前記光電子放出物質を薄膜状に付
加し、その上に光触媒物質を帯状、くし状、粒子状又は
島状に付加するか、又は、前記光触媒物質を薄膜状に付
加し、その上に光電子放出物質を帯状、くし状、粒子状
又は島状に付加して、同一面上に配備させて構成したこ
とを特徴とする空間清浄化材。
【請求項２】前記母材が、ガラス、金属又は合金から
なる請求項１記載の空間清浄化材。
【請求項３】前記紫外線照射により光電子を放出する
物質が、Ａｕであり、光触媒作用を発揮する物質が、Ｔ
ｉＯ₂であることを特徴とする請求項１又は２記載の空
間清浄化材。
【請求項４】有害ガス及び微粒子を含む空間を清浄化
する方法において、請求項１、２又は３記載の空間清浄
化材に、電場下で紫外線を照射し、空間中の有害ガス及
び微粒子を分解及び荷電して除去することを特徴とする
空間清浄化方法。