JP3635318B2

JP3635318B2 - 気体の清浄化ユニット装置

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Publication number: JP3635318B2
Application number: JP35238296A
Authority: JP
Inventors: 敏昭藤井
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: JPH09234345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体の清浄化に係り、特に、接触角の増加防止と除塵された気体を得ることができる気体の清浄化ユニット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術に関して、半導体工業のクリーンルームにおける空気清浄を例に説明する。従来のクリーンルームにおける空気清浄方法あるいはその装置を大別すると、
（１）機械的ろ過方法（例えばＨＥＰＡフィルター）
（２）静電的に微粒子の捕集を行う高電圧による荷電及び導電性フィルターによるろ過方式（例えばＨＥＳＡフィルター）
（３）光電子により微粒子を荷電させ、該微粒子を捕集・除去する方式（特公平３−５８５９号、特開平４−１７１０６１号、特開平５−６８９１０号、特開平６−２９３７３号各公報）がある。
【０００３】
これらの方式は、いずれも微粒子（粒子状物質）除去を目的としており、炭化水素（Ｈ．Ｃ．），ＳＯｘ，ＮＯｘ，ＨＣｌ，ＮＨ₃のような接触角を増加させる、ガス状の汚染物（有害ガス）の除去には効果がない欠点があった。
ガス状の汚染物（有害成分）であるＨ．Ｃ．の除去法としては、燃焼分解法、触媒分解法、Ｏ₃分解法などが知られている。しかし、これらの方法はクリーンルームへの導入空気に含有する極低濃度Ｈ．Ｃ．除去には効果がない。
また、Ｈ．Ｃ．以外の有害成分としては、ＳＯｘ，ＮＯｘ，ＨＣｌ，ＮＨ₃などがあり、これらの除去法としては適宜のアルカリ性物質や酸性物質を用いた中和反応や酸化反応に基づく方法などが知られている。しかし、これらの方法は、成分濃度がクリーンルームへの導入空気に含有するような極低濃度の場合には効果が少ない。
【０００４】
クリーンルームにおいては、外気中の民生品として広く使用されている高分子樹脂製品からの脱ガスや、自動車排ガスに起因するような導入空気中の低濃度のＨ．Ｃ．も汚染質として問題となる。最近では、クリーンルーム構成材やクリーンルームで使用の高分子樹脂類からの極微量の脱ガスＨ．Ｃ．も問題となっている。また、クリーンルームにおける作業で生じた各種の溶剤（例えば、アルコール、ケトン類等）も濃度が高くなると汚染質として問題となる。
また、微粒子とガス状汚染物（有害成分）の中間体であるミストやクラスターのような物質も従来のフィルタでは除去できなかった。
クリーンルームにおける汚染物（粒子状物質及び接触角を増加させるガス状有害成分）は、半導体製品の生産性（歩留り）を低下させる原因、すなわち、ウエハ、半製品、製品の基盤表面への汚染物の沈着による破損となるため、これらの除去あるいは汚染防止ができる空間が必要となってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
基板のウエハ、半製品、製品に接触角を増加させる有害成分が付着したり、微粒子が付着すると製品の生産性が低下する。
接触角とは、表面の汚染の程度を表わす指標であり、「表面のぬれ性を表わす角度」で表現され、接触角が高いと汚染されており、逆に低いと汚染されていない。例えば、通常のクリーンルームの空気にウエハが接触すると、該空気中のＨ．Ｃ．がウエハ上に付着して汚染する。この場合、ウエハの接触角は高くなる。製品の生産性向上のためには、接触角で表現される基板上への有害成分の付着及び基板への微粒子の付着の両方をなくする必要がある。
すなわち、半導体製品の生産性向上のためには、接触角の増加防止に効果があり、かつ除塵された気体が必要であり、そのための方法及び装置が必要である。そこで、本発明は、上記要望に応え、接触角の増加防止に効果がある超清浄な気体を得ることができる清浄化ユニット装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【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、有害ガス及び微粒子を含む気体を清浄にするユニット装置において、筒状のセラミック材と、該セラミック材の内部に長手方向中心部に沿って配備した棒状の紫外線源と、前記セラミック材の内面と紫外線源との間に、該紫外線源を囲んで設置された光触媒と光電子放出材と電極とを、一体化してユニット化すると共に、前記セラミック材の内部の空間を、長手方向に前記紫外線源に沿って前記気体が通る流路とし、前記光触媒と光電子放出材は、気体が通る流路に沿って光触媒を前に光電子放出材を後に設置することとしたものである。
本発明のユニット装置において、一体化した筒状のセラミック材の外側を、更に遮光材で囲んで一体化したユニット装置としてもよい。
また、本発明の清浄化ユニット装置は、有害ガス及び微粒子を含む気体を清浄にする際に、有害ガス及び微粒子が存在する空間中に設置して、内部に気体を通すことにより清浄化することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、次の２つの知見に基づいて発明されたものである。
即ち、１）通常の空気（外気）中には、ＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣｌのような酸性ガス、アンモニア、アミンのようなアルカリ性ガス及び炭化水素（Ｈ．Ｃ．）が存在し、クリーンルームにおけるフィルタでは、これらの有害ガスの捕集はできないので、これらの有害ガスはクリーンルームに導入されてしまう。この内通常の空気中濃度レベルではウエハなどの基板の接触角の増加への関与はＨ．Ｃ．が大きい（空気清浄、第３３巻、第１号、ｐ１６−２１、１９９５）。
２）少なくとも一部が有機物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。
【０００８】
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、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（詳細は後記）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、閉じ込められるので（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）、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、Ｈ．Ｃ．は外気からの導入、内部からの発生ガスがあり、ウエハなどの基板上に付着し、基板に悪影響を及ぼす。例えば、接触角が増加すると成膜してもその付着力は弱い。
そこで、本発明では、本発明者らが先に提案した光電子を用いる微粒子の荷電装置（特開平５−６８９１０号）において、光触媒を同時に設置し、これにより、クリーンルーム中の浮遊粒子状物質（微粒子）の除去を行うと同時に共存する有機性ガス（Ｈ．Ｃ．）をウエハなどの収容物に影響を与えない無害な形態（付着しても接触角に影響を与えないような安定な形）に変換（処理）するものである。
【０００９】
次に、本発明の気体の清浄化ユニット装置を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明のユニット装置の一例を示す概略構成図であり、図１において、１は紫外線源としての紫外線ランプ（棒状）であり、該ランプを囲む形状（筒状）のガラス母材２上の光触媒３及び光電子放出材４、該光触媒３と光電子放出材４とを囲む形状（筒状）の電極５よりなる。
光触媒３は、紫外線透過性物質である石英ガラス２の表面に薄膜状に付加されており、紫外線ランプ１からの紫外線照射により活性化され、光触媒として作用する。これにより、流入気体６_-1中の有害ガスの処理が実施される（有害ガス除去部）。
【００１０】
また、光電子放出材４は、紫外線透過性物質である石英ガラス２の表面に薄膜状に付加されており、紫外線ランプ１からの紫外線照射により、光電子（図示せず）を円周方向に放射状に放出する。該光電子の放出は、後述のごとく、電場での紫外線照射で効果的となるため、光電子放出材４（−極）と電極５（＋極）間に電場を形成している（光電子放出部）。
電場５は、上述のごとく電場形成のためと同時に、荷電微粒子の捕集材としての役目をする。すなわち、光電子放出部から放出された光電子により、流入気体６_-1中の浮遊微粒子は荷電され、荷電微粒子となり電極５に捕集される（微粒子除去部）。
光電子による微粒子の荷電・捕集については、本発明者らがすでに報告している（例、エアロゾル研究、第７巻、第３号、ｐ２４５−２４７、１９９２；同第８巻、第３号、ｐ２３９−２４８、１９９３）。
図１中、６_-1、６_-2は被処理気体の流れであり、６_-1は入口の流れ、６_-2は出口の流れを示す。
【００１１】
図２は、本発明のユニット装置の他の例を示す概略構成図であり、図２においては、紫外線ランプ１の表面に、光触媒３及び光電子放出材４を付加したもので、該ランプを囲む形状（筒状）の電極５が設置されている。
図２において、図１と同じ符号は同じ意味を有する。
図３は本発明のユニット装置の別の例を示す概略構成図であり、図３においては、紫外線ランプ１の円周方向に網状電極５、紫外線ランプ１を囲む形状のセラミック材７上に付加された光触媒３及び光電子放出材４より成る。図３では、紫外線ランプ１を囲み、対向する円周方向の面上に光触媒３と光電子放出材４を設置したものである。
【００１２】
図４〜６には、図１〜３に示すユニット装置の出口に、荷電微粒子の捕集を確実に行うための個別の電極８を設置したユニット装置の概略構成図を示す。
図４〜６において図１〜３と同じ符号は同じ意味を示す。
図７〜９には、図１〜３に示すユニット装置において、光電子放出材の対向面のみに電極を設置したユニット装置の概略構成図を示す。
図７〜９において図１〜３と同じ符号は同じ意味を示す。なお、図７，８における符号７は外筒（電極ではない）を示す。
図１〜９において、更に外側を遮光材で囲んだユニット装置とすることができ、図１０に図９の外側を遮光材１３で囲んで一体化したユニット装置の概略構成図を示す。
図１〜１０では、光触媒３と光電子放出材４の設置位置は、上流側に光触媒３、下流側に光電子放出材４となっているが、この位置は限定されるものではなく、適宜に上流、下流あるいは交互に設置して用いることができる。
図１１、図１２に本発明のユニット装置の別の概略構成図を示し、図１１は外側に遮光材１３を設け、光触媒３が電極５を兼用している例であり、図１２は図１１において更に荷電微粒子捕集材８を設置した例である。
【００１３】
次に、本発明の夫々の構成を詳細に説明する。
本発明の有害ガス及び微粒子を含む気体を清浄化（処理）する気体清浄ユニット装置は、主に、光触媒による有害ガス除去部と、光電子による微粒子除去部から構成されているので、次に、それぞれの構成部について説明する。
先ず、有害ガス除去部における光触媒について説明する。
光触媒は、紫外線源を囲む気体清浄ユニット装置の一部として構成され、該紫外線源からの光照射により励起され、接触角増加に関与する有機性ガス（非メタン炭化水素）を接触角の増加に関与しない形態に分解あるいは、付着しても影響を及ぼさない安定な形態に変換するものであればいずれでもよい。
【００１４】
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，Ｓｎ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃ，Ｃｄ，Ｓ，Ｔｅ，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，ＧａＰ，ＡｌＳｂ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＭｏＳ₂，ＷＴｅ₂，Ｃｒ₂Ｔｅ₃，ＭｏＴｅ，Ｃｕ₂Ｓ，ＷＳ₂、酸化物としてはＴｉＯ₂，Ｂｉ₂Ｏ₃，ＣｕＯ，Ｃｕ₂Ｏ，ＺｎＯ，ＭｏＯ₃，ＩｎＯ₃，Ａｇ₂Ｏ，ＰｂＯ，ＳｒＴｉＯ₃，ＢａＴｉＯ₃，Ｃｏ₃Ｏ₄，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＮｉＯなどがある。
【００１５】
光触媒の気体清浄ユニット装置における設置位置は、光電子放出材と一体化して設置する方法、光電子放出材と個別に設置する方法がある。例えば、図２のごとく、紫外線ランプへの直接の付加、図１のごとく紫外線源をガラス状物質あるいはガラス材で囲み、該ガラス状物質の表面への付加、図３のごとく、紫外線源に対向する円周方向の壁面への付加、あるいは光触媒を板状、綿状、網状、ハニカム状、膜あるいは繊維状などの適宜の材料にコーティングしたり、あるいは包み、又は挟み込んでユニット内に固定して用いてもよい。例として、ゾルゲル法によるガラス板への二酸化チタンのコーティングがある。光触媒は、粉体状のままでも用いることが出来るが、焼結、蒸着、スパッタリングなどの周知の方法で適宜の形状にして用いることが出来る。
【００１６】
これらは、用途、被清浄空間の大きさ、清浄ユニット装置の規模や形状、種類、光源の種類や形状、光触媒の種類、希望する効果、経済性などにより適宜選択することが出来る。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。
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。
光照射のための光源としては、後記する光電子放出材への照射で光電子を放出させ、かつ光触媒材が吸収する波長を発するものであれば何れでも良く、可視及び／又は紫外領域の光が効果的であり、周知の光源を適宜用いることが出来る。例として、水銀灯がある。
また、光源は複数設置して光電子放出材への照射と、光触媒への照射を夫々別々に行うこともできる。
【００１７】
光触媒の付加は、光の照射方式、ユニット装置への設置の形式により、適宜周知の方法により、適宜予備試験を行い実施できる。
例えば、図１及び２のようなガラス材料表面への付加では、光触媒作用をもたせるために光触媒材料の表面（近傍）まで光を到達させる必要があるので、薄膜状に、また図３のように光に対して対向面の場合には、その表面に直接照射されるので薄膜状でなくてもよい。
光触媒の設置については、光電子放出材の使用を通常電界下で行うので、図１〜６のように、電界下で行うことができる。電界下での光触媒の使用はその光触媒としての作用が高まるので、適用光、装置形状、規模、要求性能によっては好ましい。
接触角を増加させる有機性ガスは、収容物（ウエハ、ガラス材など）や収容物上の薄膜の種類、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。
【００１８】
すなわち、通常クリーンルーム装置における収容物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、−ＣＯＯ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収容物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（空気清浄、第３３巻、第１号、ｐ１６〜２１、１９９５）ことである。
【００１９】
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３３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、光触媒への光の照射で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と考えられる。
【００２０】
次に、光電子による微粒子の除去部について説明する。
紫外線を光電子放出材と電極で囲み一体化したユニットについては、本発明者らが既に提案している（特開平５−６８９１０号、特開平６−２９３７３号各公報）。
夫々の構成を詳細に説明する。
光電子放出材は、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，Ｇｄ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｔｈ，Ｐｒ，Ｂｅ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ａｌ，Ｃ，Ｍｇ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｕ，Ｂ，Ｅｕ，Ｓｎ，Ｐ，Ｗ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。
【００２１】
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，ＣａＯ，Ｙ₂Ｏ₅，Ｇｄ₂Ｏ₃，Ｎｄ₂Ｏ₃，ＴｈＯ₂，ＺｒＯ₂，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ａｇ₂Ｏ，Ｌａ₂Ｏ₃，ＰｔＯ，ＰｂＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＢｉＯ，ＮｂＯ，ＢｅＯなどがあり、またほう化物にはＹＢ₆，ＧｄＢ₆，ＬａＢ₅，ＮｄＢ₆，ＣｅＢ₆，ＥｕＢ₆，ＰｒＢ₆，ＺｒＢ₂などがあり、さらに炭化物としてはＵＣ，ＺｒＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，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。
【００２２】
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、光電子を放出する物質を別の物質に付加して使用することができる。この例として、紫外線透過性物質に光電子を放出し得る物質を付加したものがある。図１の例では紫外線透過性物質（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である（特願平２−２９５４２３号）。図２の例では、紫外線ランプの表面にＡｕを薄膜状に付加したものである。光電子放出材の形状や構造は後述のごとく、装置（ユニット）の形状、構造あるいは希望する効果等により異なり、適宜決めることができる。
【００２３】
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。本発明の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、操作面の面で、紫外線が通常好ましい。
紫外線の種類は、その照射により装置の形状や構造によっては、前記したように光触媒に効果的で、かつ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。
【００２４】
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２５４ｎｍ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。
次に、本発明の特徴である紫外線源、光電子放出材、電極の位置や形状について述べる。これらは、前記の光触媒と共に、紫外線源を囲み設置され、有害ガス及び微粒子を含む気体の清浄化装置（ユニット）として一体化していることに特徴がある。
光電子放出材の位置や形状は、紫外線源から放出される紫外線を囲むように（照射面積が広くできるように）設置できるものであればいずれでも良い。通常、紫外線源からの紫外線は円周方向に放射状に放出されるため、この紫外線を囲むように円周方向に設置できるものであれば良い。
【００２５】
次に、電極の位置や形状は、光電子放出材との間に電場（電界）が形成できるものであれば何れも使用できる。電極材料とその構造は、周知の荷電装置において使用されているもので良い。電極材料は導体であれば何れも使用でき、この例としてタングステンの線、棒状、網状、板状がある。これらを１種類又は２種類以上組合わせて光電子放出材の近傍に電場が形成できるように設置する。
電極の位置に対する光電子放出材の位置は、図１及び図２のように紫外線ランプの対向側、あるいは図３のように紫外線ランプの近傍側にと、適宜の位置に光電子放出材の種類や形状、利用分野、装置形状、規模、効果、経済性などにより決めることができる。
【００２６】
光電子放出材の種類は、本発明者がすでに提案したように板状のもの、プリーツ状のもの、金網状のもの（特開昭６１−１７８０５０号公報）、母材上に保護膜を付加したもの（特願平１−１５５８５７号）、薄膜の形状のもの（特願平２−２７８１２３号）、紫外線透過性物質に付加したもの（特願平２−２９５４２３号）を上述電場用電極材と適宜に組合わせて使用できる。この内本発明に好適な光電子放出材の種類は、一般に少なくとも１部分が金網状のもの（特開昭６１−１７８０５０号公報）、紫外線透過性物質例えばガラス材上に光電子を放出し得る物質を薄膜状に付加したもの（特願平２−２９５４２３号）、板あるいは曲面状のものを１種又は２種類以上適宜組合わせて、光電子放出部に設置したものである。
【００２７】
光電子放出材と電極材の組合わせは、利用分野、装置規模、形状、構造などにより適宜決めることができ、空間部に設置した場合に、後述の清浄化空間部に存在する有害ガス及び微粒子が光電子放出部に迅速に移動できるものであれば何れでも良い。
光電子放出材と電極の位置と形状は、紫外線源を囲み、紫外線源、前述の光触媒材、光電子放出材、電極が一体化でき、紫外線源から放出された紫外線が有効利用され、かつ光電子の放出と該光電子による微粒子の荷電が効果的に行えるように利用分野、装置規模、形状、効果、経済性等を考慮して予備試験等により、決めることができる。例えば、棒（円筒）状の紫外線ランプを用いる場合は、紫外線が円周方向に放射状に放出されるため、この円周方向の放射状の紫外線を光電子放出材に出来るだけ多く照射するほど光電子放出量が多くなる。
【００２８】
電場の形成方法としては、ユニット装置の形状、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、共存水分濃度や光電子放出材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／ｃｍである。
光電子放出材と電極の間の距離は、これらの間に電場が形成でき、光電子放出材への紫外線照射により光電子放出材からの光電子が微粒子に荷電を与えることができれば良く、近いほど印加電圧が低くて良いので好ましい。一般に２０ｃｍ以内、好ましくは５ｃｍ以内であるが装置規模、形状、利用分野などにより適宜に決めることができる。
【００２９】
遮光材は、紫外線源からの紫外線が被処理空間部に直接照射されないものであれば何れでも良い。光触媒及び光電子放出材で兼用してもよい。
本発明は、通常のクリーンルームにおける空気中をはじめ各種気体中例えばＮ₂，Ａｒ中でも同様に使用できる。
ガス状の汚染物（有害ガス）として、通常のクリーンルームではＨ．Ｃ．が汚染物として、特に関与が大きいので、主にＨ．Ｃ．の処理について説明した。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で用いる洗浄工程における発生ＮＯｘやＮＨ₃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処理される。例えば、ＮＯｘは、酸化され硝酸の形で捕集・除去され、接触角が増加しない清浄気体となる。
【００３０】
【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
半導体工場のウエハ保管庫に、本発明の図１に示すユニット装置を設置した概略構成図を図１３に示す。
図１３の密閉空間であるウエハ保管庫の空気清浄は、図１に示されるウエハ保管庫の内側に設置された紫外線ランプ１、該ランプを囲む形状（円筒状）のガラス母材２上の光触媒３、光電子放出材４、該光触媒３及び光電子放出材４を囲む形状（円筒状）の電極５よりなるユニット装置Ａで実施される。
【００３１】
すなわち、ウエハ保管庫中には、ウエハに付着するウエハの接触角を増加させる有害ガスとしての炭化水素（Ｈ．Ｃ．）９及びウエハに付着すると断線や短絡を起こすことから欠陥を生じ、歩留まりの低下をもたらす微粒子１０が存在する。該Ｈ．Ｃ．９は、紫外線ランプ１からの紫外線が照射された光触媒４による光触媒作用により分解され、接触角を増加させない形態に変換される。また、微粒子（粒子状物質）１０は、図１の紫外線ランプ１が照射された光電子放出材４から放出される光電子により荷電され、荷電微粒子となり、該荷電微粒子は荷電微粒子の捕集材として電極５に捕集され、ウエハの存在する清浄化空間部Ｂは超清浄化される。保管庫中のＨ．Ｃ．９及び微粒子１０の気体清浄化ユニット装置Ａへの移動は、該ユニット中の紫外線ランプ１の照射により生ずる該ユニット装置の上下のわずかな温度差で引き起こされる気体の流れ（図１中６_-1、６_-2）による。
【００３２】
このようにして、ウエハ保管庫内の空気中の有害ガス及び微粒子は処理され、保管庫内空気は、ウエハなど基板を収納しておくと、接触角が増加しない、かつ、クラス１よりも超清浄な空間が保持される。ウエハなどの基板は、接触角が増加しないので、該基板表面に成膜した場合、付着力が強く成膜できる効果がある。
１１，１２は、夫々ウエハキャリヤ−、ウエハを示す。本例において、ウエハ保管庫内の１部に気流の攪拌を行うと微粒子除去速度が早くなることから好ましい。その方法として、加温して温度差をつける、機械的な攪拌等があり、適宜に使用できる。
実施例１では、有害ガス及び微粒子の処理のための気体清浄のユニット装置を被清浄空間に一台設置した場合であるが、適用光、被清浄空間の大きさ、形状、要求性能などによっては、複数台設置して実施できることは言うまでもない。
ユニット装置を２台設置した概略構成図を図１４に示す。このように２台設置すれば、中規模のウエハ保管庫の空気清浄に好適に用いることができる。
【００３３】
実施例２
図１３に示したウエハ保管庫（清浄装置）をクラス１，０００の半導体工場に設置し、内部に、図１に示した有害ガス及び微粒子の除去のための清浄化ユニット装置を設置し、下記試料ガスを入れ、紫外線照射を行い、ウエハ保管庫内に収納したウエハ上の接触角及び該保管庫内の微粒子濃度、非メタン炭化水素濃度を測定した。
保管庫の大きさ；２０リットル
紫外線源；殺菌ランプ、６Ｗ
光触媒材：円筒状石英ガラス表面に、薄膜状にＴｉＯ₂をゾルゲル法で付加したもの
【００３４】
光電子放出材；円筒状石英ガラス表面に、薄膜状Ａｕ（５０Å）を付加したもの
電極材；光触媒及び光電子放出材表面よりも２ｃｍ直径の長い円筒状
荷電微粒子の捕集材：電極材で兼用
電場電圧；８０Ｖ／ｃｍ
有害ガス及び微粒子処理のための清浄ユニット装置；
図１のごとく、紫外線ランプ１を円筒状のガラス母材２で囲み、その上に光触媒材３及び光電子放出材４を付加し、その円周方向に該光触媒材３及び光電子放出材４を囲む形状（筒状）の電極５を配置したもの
【００３５】
試料ガス（入口ガス）：表１のとおり
【表１】

尚、微粒子濃度（クラス）は、１ｆｔ³中に含まれる０．１μｍ以上の微粒子の総個数を示す。
【００３６】
結果
（１）保管庫に収納したウエハ上の接触角についての保管時間との関係を図１５に示す。図１５において、本発明のものを媒体ガスが空気の場合−〇−印で、窒素の場合−△−印で、またブランク（比較）の紫外線照射なしのものを夫々−●−印、−▲−印で示す。
（２）保管庫中の非メタン炭化水素の濃度は、運転３０分後及び３０時間後で、媒体ガス空気、窒素の場合いずれも０．１ｐｐｍ以下であった。
（３）３０分後、３０時間後及び１８０時間後の保管庫内の微粒子濃度（クラス）を表２に示す。
【表２】

【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、紫外線源を光触媒、光電子放出材及び電極で囲み一体化したことにより、
１）コンパクトな有害ガス及び微粒子が同時に処理できる清浄化ユニット装置となった。
２）一体化において、紫外線源を光触媒と光電子放出材で囲み設置したことにより、紫外線源からの放出紫外線がロスすることなく有効利用できるようになった。例えば、円周方向に放射状に放出される紫外線に対し、該放出紫外線を囲むように、光触媒と光電子放出材を設置することで全ての方向に放出される紫外線を光触媒及び光電子放出材に照射できた。
３）被清浄空間中、有害ガス及び微粒子が同時に効果的に処理され、処理気体は接触角が増加しないクラス１よりも清浄となった。すなわち、超清浄な空間が簡便に創出できた。
【００３８】
４）本ユニット装置は被清浄空間中の任意の場所に設置できるので、清浄化能力が向上した。
５）従来式では、清浄化装置としての装置構造を制限するが、本ユニットを用いれば４）によりその制限はない。すなわち、清浄化装置の設計の自由度が大となった。
６）清浄化装置において、初期設計値よりも清浄能力（清浄速度）を改善したい場合、従来式では困難であるが、本法では本清浄ユニットを任意の場所に増設できるので（任意の場所で複数用いることができるので）、清浄能力の改善が簡易にできる。また、大容量の空間であっても容易に清浄化できた。
７）クリーンルームでＨ．Ｃ．以外の有害ガスの発生がある場合、Ｈ．Ｃ．と共存する有害ガスも同時に処理される（接触角が増加しない清浄気体になる）。
８）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】本発明の清浄化ユニット装置の一例を示す構成図。
【図２】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図３】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図４】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図５】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図６】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図７】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図８】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図９】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図１０】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図１１】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図１２】本発明の清浄化ユニット装置の別の例を示す構成図。
【図１３】本発明の清浄化ユニット装置を設置したウエハ保管庫の構成図。
【図１４】本発明の清浄化ユニット装置を２台設置したウエハ保管庫の構成図。
【図１５】保管時間と接触角の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１：紫外線ランプ、２：ガラス母材、３：光触媒、４：光電子放出材、５：電極、６：気流の流れ、７：セラミック材、８：個別の電極、９：炭化水素（Ｈ．Ｃ）、１０：微粒子、１１：ウエハキャリヤ、１２：ウエハ、１３：遮光材、Ａ：ユニット装置、Ｂ：清浄化空間部

Claims

有害ガス及び微粒子を含む気体を清浄にするユニット装置において、筒状のセラミック材と、該セラミック材の内部に長手方向中心部に沿って配備した棒状の紫外線源と、前記セラミック材の内面と紫外線源との間に、該紫外線源を囲んで設置された光触媒と光電子放出材と電極とを、一体化してユニット化すると共に、前記セラミック材の内部の空間を、長手方向に前記紫外線源に沿って前記気体が通る流路とし、前記光触媒と光電子放出材は、気体が通る流路に沿って光触媒を前に光電子放出材を後に設置する
ことを特徴とする気体の清浄化ユニット装置。