JP3661840B2 - 気体の清浄化ユニット装置及び清浄化方法 - Google Patents

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、局所空間の粒子状物質及び／又はガス状有害成分を除去する気体の清浄化におけるユニット装置とそれを用いる気体の清浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術であるクリーンルームにおける空気清浄を、半導体製造工場における空気清浄を例に、図８を用いて説明する。
図８において、外気１は先ずプレフィルタ２で粗粒子が除去され、次いで空調機３で空調され、中性能フィルタ４で除塵される。次に、クリーンルーム５の天井部に設置されているＨＥＰＡフィルタ（高性能フィルタ）６で微細な粒子が除去され、クリーンルーム５はクラス１００〜１，０００が維持される（「洗浄設計」ｐ．１１〜２４、Summer１９８８）。７-1、７-2はファン、矢印は空気の流れを示す。
従来のクリーンルームにおける空気清浄は、微粒子除去を目的としているので、図８のように構成されていた。このような構成では、微粒子除去には効果的であるが、ガス状有害成分の除去には効果がない。
【０００３】
一方、図８のような大部屋方式のクリーンルームでは、超クリーン化に対してコストがかかり過ぎるという課題がある（ＢＲＥＡＫ ＴＨＲＯＵＧＨ、５号、ｐ．３８〜４１、１９９３）。
ところで、今後半導体産業では製品の高品質化、精密化が増々進み、これに伴い、微粒子（粒子状物質）は当然のこと、微粒子に加えてガス状物質が汚染物として関与する。即ち、従来は微粒子除去のみで十分であったのが、今後は、ガス状物質（ガス状有害成分）の制御も重要となってくる。これは、前記図８に示した、従来のクリーンルームのフィルタでは、微粒子のみしか除去されず、外気からのガス状有害成分は、除去されずにクリーンルームに導入されてしまうので問題になるためである。
【０００４】
即ち、クリーンルームにおいては、微粒子（粒子状物質）や、今までの除塵フィルタ（例、ＨＥＰＡ、ＵＬＰＡフィルタ）では捕集、除去されず、クリーンルーム内に導入されてしまう自動車の排気ガス、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などに起因する炭化水素（Ｈ．Ｃ）と呼ばれる有機性ガスや、アンモニア、アミンのような塩基性（アルカリ性）ガスなどのガス状物質が、ガス状有害成分として問題となる。
この内、Ｈ．Ｃはガス状有害成分として通常の空気（室内空気及び外気）中の極低濃度のものが汚染をもたらすので、除去する必要がある。
また、最近では、クリーンルームの構成材や使用器具（例、ウエハ収納ボックス）の高分子樹脂類からの脱ガスが、Ｈ．Ｃ.発生源として問題となっている〔（社）日本機械工業連合会、平成６年度報告書、平成７年３月、ｐ．４１〜４９、１９９５〕。
【０００５】
これらのガス状物質は、クリーンルーム内における作業で発生したものも問題となる。即ち、該ガス状物質の起因として、通常のクリーンルームでは、外気から導入されたガス状物質（クリーンルームでのフィルタではガス状物質は除去できないので、外気中のガス状物質は導入されてしまう）に、前記のクリーンルーム内で発生したガス状物質が加わるので、外気に比べてクリーンルーム中のガス状物質は高濃度となり、ウエハ基材や基板を汚染する。
即ち、上記の汚染物質（微粒子、ガス状有害成分）が、ウエハ、半製品、製品の基板表面に付着すれば、微粒子は、基板表面の回路（パターン）の断線や短絡を引き起こし欠陥を生じさせる。また、ガス状物質として、▲１▼ Ｈ．Ｃは、ウエハ（基板）表面に付着すると、接触角の増加をもたらし、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の膜厚に悪影響を与えたり、基板とレジストとの密着性に悪影響を与える（空気清浄、第３３巻、第１号、ｐ．１６〜２１、１９９５）。また、Ｈ．Ｃは、ウエハの酸化膜の耐圧劣化（信頼性の低下）を引き起こす（第３９回応用物理学関係連合講演会予稿集、ｐ．６８６、１９９２）。また、成長初期に膜成長が起らない。即ち、インキュベーションタイムが長くなり、膜制御性に悪影響を及ぼす。
【０００６】
▲２▼ ＮＨ_３は、化学増幅型レジストのパターン変化やアンモニウム塩の生成などをもたらし、ウエハに曇り（解像不良）を引き起こす（リアライス社、最新技術講座、資料集、半導体プロセスセミナー、１９９６年１０月２９日、ｐ．１５〜２５、１９９６）。
このような原因により、微粒子はもとよりこれらのガス状汚染物質は、半導体製品の生産性（歩留り）を低下させる。
特に、ガス状有害成分としての上記のガス状物質は上述の発生起因により、また最近では、省エネの観点でクリーンルーム空気の循環を多くして用いるので、クリーンルーム中のガス状物質の濃度は濃縮され、外気に比べかなりの高濃度となっており、基材や基板に付着し、該表面を汚染する。この汚染の程度は、基材や基板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）、歩留りの低下をまねく。
【０００７】
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。即ち、基板表面に疎水性（油性）の汚染物質が付着すると、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。
特に、最近省エネの点でクリーンルームの空気を循環使用するため、クリーンルーム内のガス状有害成分は徐々に高まってしまい、基材や基板を汚染することになる。
このような汚染物質から、基板を汚染防止する対策として、今後の空間のクリーン化は、清浄空間を限定（局所化）する局所クリーン化（ミニエンバイロメント）が効果的であると提案されている（▲１▼ NIKKEI MICRODEVICES、７月号、ｐ．１３６〜１４１、１９９５、▲２▼ Proceedings of IES,ｐ．３７３〜３７８、１９９４）。
【０００８】
このような中にあって、本発明者らは、局所クリーン化技術として光電子や光触媒を用いる空間のクリーン化方式を提案してきた。
例えば 1) 光電子による清浄方式（粒子状物質の除去）：特公平３−５８５９号、特公平６−７４９０９号、特公平８−２１１号、特公平７−１２１３６７号各公報、 2) 光触媒による清浄方式（ガス状有害成分の除去）：特開平９−１６８７２２号、特開平９−２０５０４６号各公報、 3) 光電子と光触媒の併用方式（粒子とガスの同時除去）：特開平１−２６６８６４号公報がある。
これらの清浄方式は、適用先（装置の種類）や要求性能によっては、前記の清浄方式で効果的であるが、適用先や要求性能によっては、使用法を適宜改善する必要があった。
この改善においては、実用上一層効果的になるように改善するという問題があった。
その問題の１つとして、前記の本発明者らが提案した空間のクリーン方式を簡易に空間に適用（実施）できる方式に改善すべき問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、微粒子及び／又はガス状有害成分の除去による局所空間の光電子及び／又は光触媒を用いる清浄化において、局所空間を簡易に清浄化できる気体の清浄化ユニット装置及びそれを用いた清浄化方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【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、紫外線源と光電子及び／又は光触媒を用いた清浄化すべき空間の側面に設置する気体の清浄化ユニット装置において、該ユニット装置の１側面の下部に処理気体の入口部、上部に出口部を有し、該入口部の大きさが、前記ユニット装置の該側面面積１に対して、０．１０〜０．３５であることを特徴とする清浄化ユニット装置としたものである。
前記清浄化ユニット装置は、光電子放出材及び／又は光触媒と、紫外線を照射する照射源とを有し、気体中の粒子状物質及び／又はガス有害成分を除去することができる。
また、本発明では、前記の気体の清浄化ユニット装置を、被清浄化空間に設置し、該空間を清浄化することを特徴とする気体の清浄化方法としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を、半導体製造工場におけるクリーンルームを例に説明する。本発明は、次の５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、ガス状汚染物質として、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）と呼ばれるような有機性ガスが存在し、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、ウェハなどの基板表面に付着し接触角の増加への関与は、非メタンＨ．Ｃが大きい（空気清浄、第３３巻、第１号、ｐ１６−２１、１９９５）。
（２）Ｈ．Ｃは、紫外線照射された光触媒によリ分解、除去される。
【００１２】
（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。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。
例えば、収納物のウエハ表面上の接触角が増加すると、該基板上に成膜してもその付着力は弱い。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。
【００１３】
（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。
即ち、今後は用途によっては、ガスと粒子の同時制御が重要になる。
（５）前記に対して、光電子及び／又は光触媒を用いる気体の清浄化ユニット装置（紫外線ランプ照射によって気体を流動化させる清浄化ユニット）において、処理気体が導入される入口部の大きさを、ユニットの面積１に対して、０．１０〜０．３５の大きさにすると、被処理気体が効率良く、該ユニット装置内に導入され、その結果、処理気体が効果的に処理される。また、出口部の大きさは、入口部と同様にすることで、効果的な処理ができる。
【００１４】
次に、本発明の清浄化ユニット装置の構成について説明する。
先ず、光電子を用いる清浄化について、その構成を説明する。
光電子を用いる清浄化は、光電子放出材、紫外線ランプ、光電子放出のための電場用電極材、荷電微粒子捕集材より構成され、微粒子（粒子状物質）の除去を行うものである。
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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（特公平７−９３０９８号、特開平４−２４３５４０号）。
後述の紫外線源との一体化、例えば紫外線ランプ表面への光電子放出材の付加がある（特開平４−２４３５４０号）。一体化によりコンパクトになるので、適用ボックスの種類によっては好ましい。
【００１７】
また、光触媒（例、後述ＴｉＯ₂）との一体化を行うこともできる（特開平９−２９４９１９号公報）。この形態は、光触媒により光電子放出材の長時間安定化（光電子放出材への影響物質があっても除去できる）や、共存するガス状汚染物質の除去ができるので、利用先（装置の種類、要求性能）によっては好ましい。
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。
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何れでも良く、紫外線が通常好ましい。
紫外線の種類は、光電子放出材がその照射により、光電子を放出するものであれば何れでも良い。
該紫外線源は、紫外線を発するものであれば何れでも使用できるが、コンパクト化の点で水銀灯、例えば殺菌ランプが好ましい。
次に、本発明の特徴である紫外線源、光電子放出材、電極、荷電微粒子捕集材の位置や形状について述べる。これらは、要求性能により適宜後述の光触媒と共に、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ユニット装置（合成樹脂製のユニット）として一体化していることに特徴がある。
【００１８】
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。
光電子放出材からの光電子の放出は、電場下での紫外線照射で効果的である。そのための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、ＳＵＳあるいはＣｕ−Ｚｎ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（特開平２−３０３５５７号）。
【００１９】
荷電微粒子の捕集材（集塵材）は、通常の荷電装置における集塵板、集塵電極等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ウール状構造のものも有効である。エレクトレック材も好適に使用できる。
光電子放出材、電極材、荷電微粒子の捕集材の好適な組合わせ方は、局所空間（被清浄空間）の形状、構造、要求性能、経済性などにより適宜決めることができ、該空間へのユニット装置の設置により後述の被清浄化空間部に存在する微粒子などの汚染物質が、本ユニット内に迅速に移動できるものであれば良い。
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、光電子放出材、電極、荷電微粒子捕集材が一体化でき、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・捕集が、効果的に行えるようにボックスの形状、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。
【００２０】
次に、光触媒を用いる清浄化を説明する。
光触媒は、ガス状有害成分の除去を行うものであり、光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、Ｈ．Ｃ）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。
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。
【００２１】
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。
適用先によっては、金属材を焼成し、金属表面に光触媒の形成を行うことができる。この例として、Ｔｉ材を焼成し、その表面にＴｉＯ２の形成を行う光触媒がある。
光触媒は、前記光電子放出材と同様に光源を囲み、あるいは、その近傍に設置され、気体の清浄化ユニット装置（ユニット）として一体化していることに特徴がある。また、要求性能によっては、前記の光電子を用いる清浄化装置に一体化して用いることができ、本発明の特徴である。
【００２２】
即ち、光触媒のユニットにおける設置位置は、例えば、（１）紫外線ランプへの直接の付加、（２）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、（３）紫外線源に対向する円周方向の壁面への付加、（４）あるいは光触媒を板状、綿状、網状、ハニカム状、膜、円筒状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、又は挟み込んで装置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、塗布、焼付け塗装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。
【００２３】
これらは、局所空間（被清浄空間）の種類、用途、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、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／又は紫外線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。例えば、紫外線ランプとして、水銀灯、殺菌ランプ、ブラックライト、蛍光ケミカルランプ、ＵＶ−Ｂ紫外線ランプがある。
【００２４】
汚染物質の除去として、ガス状有害成分のみを除去する場合は、可視光の光源が使用でき、また、前記紫外線ランプ、例えば殺菌ランプが効果的である。
殺菌ランプは、光触媒への有効照射光量（光触媒が吸収して光触媒作用を発揮する照射）を強くでき、光触媒作用が加速されるので好ましい。
光触媒によるガス状有害成分の除去機構に関して、接触角を増加させる有機性ガスの除去について説明すると、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。
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。
【００２５】
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。
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。
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。
【００２６】
そこで、有機性ガスが存在する雰囲気に光触媒を設置すると、光触媒は吸着作用を有するので、Ｈ．Ｃはその活性部である−ＣＯ、−ＣＯＯ結合部が、光触媒表面へ吸着し、光触媒作用を受け、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（低分子の物質まで変換され）、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。光触媒は、前記Ｈ．Ｃの分解・除去の他に、アンモニアやアミンのような塩基性ガス（ガス状有害成分）の除去にも効果的である。
本ボックスにおける気体の清浄化は、光電子によるもの、光触媒によるものを要求性能、経済性等により夫々単独で用いることができ、本発明の特徴である。即ち、微粒子（粒子状物質）のみが問題となる場合は、光電子によるユニットを、Ｈ．ＣやＮＨ₃、アミンのようなガス状有害成分のみが問題となる場合は光触媒によるユニットを用いることができる。
【００２７】
次に、本発明の特徴である装置の側面に設けた処理気体の入口部の大きさが、ユニット側面面積１に対して０．１０〜０．３５の大きさ（面積比）である清浄化ユニット装置について説明する。
これは、前記の光電子及び／又は光触媒による清浄化のための構成材を、前記入口部（開口部）を有する容器（ユニット）内に設置したものである。
図１は、本発明の入口部を有する清浄化ユニット装置Ａの断面図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
本装置Ａの気体の清浄化は、その構成材として、紫外線ランプ１１、光触媒１２、光電子放出材１３、光電子放出用電極１４、荷電微粒子捕集材１５より成る光電子及び光触媒を用いる清浄化ユニット装置である。
１８は、光電子放出材１３から発生された処理気体中の微粒子を荷電するための光電子（負イオン）を示す。
【００２８】
ここで、ユニット装置Ａは、図１（ｂ）に示しているように、その側面に処理気体の入口部１９と出口部２０が設けられており、ユニット装置Ａ内の紫外線ランプ１１により生じる温度差（紫外線ランプ１１の照射により、ユニット装置Ａの上下間には温度差を生じる）により、該ユニット装置Ａに処理気体２１_-1が入口部１９より導入され、処理後の清浄化気体が出口部２０より排出される。
ここで、入口部１９の大きさは、ユニット装置Ａの側面の全体面積１に対して、その面積比が０．１０〜０．３５であり、本発明の特徴である。
即ち、０．１０〜０．３５の面積比とすることで、被清浄化空間Ｂからの処理気体の気流２１_-1が入口部１９から効果的に導入され、ユニット装置Ａにおける汚染物質の処理が効率良く実施される。
【００２９】
開口部の面積が広すぎると、清浄化の構成材（光電子放出材、ランプ、光触媒など）の設置面積が減少する（限定される）ので、上限は０．３５、好ましくは０．３０である。また、面積比０．１０以下となると、気体の流動化（ユニットへの処理気体の流入）が不十分となる。
前記のように、本ユニットＡにおける処理気体の流動化は、紫外線ランプ１１の照射により、生じる該ユニットにおける上下間のわずかな温度差により生じるため、前記入口部の大きさを０．１０〜０．３５の面積比とすることで、該温度差による流動化が効果的となる。
該面積比０．１０〜０．３５のより好ましい好適な面積比は、用いる紫外線ランプのサイズ、配置、出力、ユニット内における紫外線ランプ、電極、光触媒の配置（圧力損失）などにより、適宜予備試験を行い決めることができる。
【００３０】
なお、ここで、出口部２０の大きさは、入口部１９と同様の大きさとすることで、汚染物質の処理が効率良く、実施される。
２１_-1〜２１_-3は、前記のように紫外線ランプ１１によって引き起こされる被清浄化空間部Ｂにおける気体の流れを示す。
本発明では、局所空間（被清浄空間）に前記の清浄化ユニット装置を設置することにより、局所空間で発塵や発ガスがあっても除去される。即ち、本局所空間は、セルフクリーニング機能を有する局所空間となる。
本発明のユニット装置は、任意に取り付け、あるいは取り外しが容易な光電子又は光触媒を用いる気体清浄化装置であり、これを局所空間に気体清浄化ユニット装置として取り付けることで、該空間は清浄化され、本発明の特徴である。
【００３１】
【実施例】
次に、実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
実施例１
半導体工場におけるクリーンボックス（ウエハの汚染防止用ボックス）を、図２に示す断面構成図を用いて説明する。
半導体工場では、クラス１，０００のクリーンルームで高品質な製品が製造されている。ここで、ウエハは、高品質（微細化、精密化）な製品に加工（成膜等）されるので、クリーンルーム空気への暴露により、ガス状物質や微細な粒子状物質（微粒子）の影響を受ける。
即ち、クラス１，０００のクリーンルームにはガス状有害成分として、外気からの導入Ｈ．Ｃに加えて、クリーンルーム構成材、器具類からの脱ガス起因の非メタン炭化水素が１．１〜１．５ｐｐｍ存在する。一方、作業者からも汚染物質（ガス状物質、微粒子）の発生があるため、人の近傍は、ウエハにとってダーティな環境である。
【００３２】
このため、例えば、ウエハは工程（例、洗浄後、成膜前）で待ち時間が生じる場合は、図２のクリーンボックス（局所空間）１０へ収納・保管され、前記汚染物質からの汚染を防止し、順次各工程に搬送し、高品質製品へと加工される。
クリーンボックス１０には、紫外線ランプ１１、光触媒１２、光電子放出材１３、該光電子放出材１３からの光電子放出用電極１４、荷電微粒子捕集材１５が配置された本発明の空気清浄化ユニット装置（ユニット）Ａが設置されている。図２において、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、（ｃ）は該ユニットＡにおける処理空気の入口部１９、処理後空気の出口部２０を表わしている。
図２のボックス１０には、キャリア１６に収納されたウエハ１７が、クリーンルーム空気中の汚染物質からの汚染を防止するために収納されている。
【００３３】
次に、ボックス１０内の汚染物質の本ユニットＡによる除去について説明する。
ボックス１０には、ウエハ１７に付着するとウエハの接触角を増加させるガス状有害成分（有害ガス）の炭化水素（Ｈ．Ｃ）、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が存在する。これらの汚染物質は、ウエハ１７のボックス１０への収納や取り出しのためのボックス１０の開閉毎に、クリーンルームからボックス１０内に侵入する。
ここで、該Ｈ．Ｃは、紫外線ランプ１１からの紫外線が照射された光触媒１２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）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１８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の電極１５に捕集され、ウエハ１７の存在する被清浄化空間部Ｂは超清浄化される。ボックス中のＨ．Ｃ及び微粒子のユニットＡへの移動は、該ユニット１中の紫外線ランプ１１の照射により生ずるユニット内の上下のわずかな温度差で引き起こされる空気の流れ２１_-1〜２１_-3によっている。
【００３４】
本例の紫外線ランプ１１は、殺菌ランプ（２５４ｎｍ、８Ｗ×２本）、光触媒１２は、Ａｌ材にＴｉＯ₂を付加、光電子放出材１３は、ＴｉＯ₂にＡｕを付加、光電子放出用の電極１４は網状ＳＵＳ（１０Ｖ／ｃｍ）、荷電微粒子捕集材１５はＳＵＳ材（８００Ｖ／ｃｍ）、ユニットＡの側面面積１に対して、ユニットＡの入口部１９の大きさは０．２５、出口部２０の大きさは０．１５である。
このようにして、ボックス１０内の空気中の有害ガス及び微粒子は処理され、ボックス１０内の空気は、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（Ｈ．Ｃ濃度：０．１ｐｐｍ以下、ＮＨ_３濃度：１ｐｐｂ以下）。
ユニットＡは、ウエハが収納されたボックスの被清浄化空間部Ｂと、切り離しが可能であり、それらはパッキン材を介して接合されている。
【００３５】
実施例２
図３と図４は、図２の変形である。
図３と図４において、図２と同一符号は同じ意味を示す。
図３は、図２のユニットＡ中の光触媒１２を外したものである。
この形態は、ガス状有害成分の影響が少ない場合に好適に使用できる。
図４は、図２のユニット中の光電子放出材１３、電極１４、荷電微粒子捕集材１５を外したものである。
この形態は、微粒子の影響が無視でき、ガス状有害成分の影響が大きい場合に好適に使用できる。
【００３６】
実施例３
図２に示した有害ガス及び微粒子除去のための清浄化ユニット装置（ユニット）を一体化した構成のクリーンボックスを、クラス１，０００の半導体工場に設置し、下記試料ガスを入れ、紫外線照射を行い、クリーンボックス内の微粒子濃度、非メタン炭化水素（Ｈ．Ｃ）濃度、及びボックス内に収納したウエハ上の接触角を測定した。
１）クリーンボックスの大きさ（内容積）
▲１▼被清浄化空間部；３５リットル、
▲２▼空気清浄化ユニット装置；４リットル、
２）空気清浄化ユニット装置
▲１▼紫外線ランプ；４Ｗ（２本）、
▲２▼光触媒材；Ａｌ板上に、ＴｉＯ₂をゾルゲル法で付加、
▲３▼光電子放出材；ＴｉＯ₂上にＡｕを付加、
▲４▼光電子放出用の電極；格子状ＳＵＳ材、２０Ｖ／ｃｍ、
▲５▼荷電微粒子の捕集材（電極板）；ＳＵＳ板、８００Ｖ／ｃｍ、
【００３７】
３）試料ガス（入口）
▲１▼媒体ガス；空気、
▲２▼微粒子濃度；クラス１，０００、
▲３▼非メタン炭化水素濃度；１．２ｐｐｍ
４）ウエハ；８インチ
５）測定器
▲１▼接触角の測定；水滴式接触角計
▲２▼微粒子濃度の測定；光散乱式パーティクルカウンター（＞０．１μｍ）
▲３▼非メタン炭化水素濃度の測定；ガスクロマトグラフ
尚、微粒子濃度（クラス）は、１ｆｔ^３中に含まれる０．１μｍ以上の微粒子の総個数を示す。
【００３８】
結果
（１）ボックス中の微粒子濃度
空気清浄化ユニット装置の入口部〔図２、（ｃ）中符号１９〕の面積を変化させたユニットについて、運転２０分後のボックス中（被清浄化空間部）の微粒子濃度を図５に示す。
図５中矢印は、検出限界（クラス１）以下を示す。
図５から、入口部の側面面積比を０．１〜０．３５とすることにより、高効率な除塵が実施されることが分かる。これは、面積比０．１以下では、気体の流動比（ユニットへの処理気体の導入）が不十分であるが、０．１〜０．３５とすることにより、気体の流動化が効果的となるためと考えられる。
なお、本図で、面積比０．４の値は、面積比０．４のために、光電子放出材（光触媒）の設置面積を削減させたためと考えられる。
【００３９】
（２）ボックス中のＨ．Ｃ濃度
前記（１）と同様のユニットについて、１０分後のボックス中のＨ．Ｃ濃度を図６に示す。
図６中矢印は、検出限界（０．１ｐｐｍ）以下を示す。
図６において、ユニット入口部の大きさ（面積比）と、気体流動化による清浄化については、（１）と同様に考えられる。
（３）ウエハ上の接触角
ボックスに収納したウエハ上の接触角について、保持時間との関係を図７に示す。図７において、清浄化を、光触媒と光電子の両方で行ったものを−〇−印、本発明のユニットで光触媒のみで行ったものを−△−印、光電子のみで行ったものを−□−印、清浄化なしのもの（紫外線を点灯しないもの）を−●−印で示す。
用いた空気清浄化ユニットにおける入口部の面積は、ユニットの面積１に対して０．２５の大きさのものである。
【００４０】
非メタン炭化水素の空間中における除去を、ウエハ上でも確認するために、前記の条件におけるボックスにウエハを収納し、ウエハ上のフタル酸エステル（ＤＯＰ、ＤＢＰ）を調べた。測定法：前記の条件の空気に１６時間暴露したウエハ上の付着物を脱離させ、ＧＣ／ＭＳ法によりフタル酸エステルを測定。
その結果、紫外線ランプの照射をしないものは、フタル酸エステルを検出した。これに対し、本発明のユニットに光触媒を設定したものは、フタル酸エステルは不検出であった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができた。
１）処理気体の入口と出口を有する光電子及び／又は光触媒を用いる気体の清浄化ユニット装置において、装置側面に設けた処理気体の入口部の大きさを、ユニット装置の側面面積１に対して０．１０〜０．３５としたユニット装置を局所空間に設置したことによって、
（１）局所空間中の微粒子、ガス状有害成分（例えば、炭化水素）が、効率良く順次ユニット装置に導入されるようになったので、これらの汚染物質が効果的に除去された。
即ち、微粒子除去では、クラス１よりも清浄な空間、ガス状有害成分除去では、接触角が増加しない清浄な空間が簡便に創出できた。
２）前記ユニットの設置においては、適用局所空間の種類、要求性能、経済性等により、光電子による清浄方式（微粒子の除去のみ）、光触媒による清浄方式（ガス状有害成分の除去のみ）を適宜に選択できた。
即ち、実用上効果的な清浄方式となり、適用範囲が広がった。
【００４２】
３）前記により、半導体や液晶などの先端産業では、
（１）基板の収納や搬出に伴う局所空間内への侵入汚染物質は当然のこと、基板表面からの発ガスや発塵、局所空間材料からの発ガスや発塵も除去され、局所空間内はセルフクリーニング的に超清浄化された。
４）前記より、
（１）実用上効果的なユニット装置となったので、広い分野における局所空間の清浄化に使用できるようになった。
（２）適用範囲が広がり、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断面構成図で、（ａ）縦断面図、（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図２】本発明の清浄化ユニット装置を用いたクリーンボックスの断面構成図で、（ａ）縦断面図、（ｂ）平面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図３】本発明の他の清浄化ユニット装置を用いたクリーンボックスの断面構成図で、（ａ）縦断面図、（ｂ）平面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図４】本発明の別の清浄化ユニット装置を用いたクリーンボックスの断面構成図で、（ａ）縦断面図、（ｂ）平面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図５】入口部の面積比率に対する清浄度（クラス）の変化を示すグラフ。
【図６】入口部の面積比率に対するＨ．Ｃ濃度（ｐｐｍ）の変化を示すグラフ。
【図７】収納時間（日）と接触角（度）との関係を示すグラフ。
【図８】公知のクリーンルームの空気清浄装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０：クリーンボックス（局所空間）、１１：紫外線ランプ、１２：光触媒、１３：光電子放出材、１４：光電子放出用電極、１５：荷電微粒子捕集材、１６：キャリア、１７：ウエハ、１８：光電子、１９：入口部、２０：出口部、２１_-1〜２１_-3：空気の流れ、Ａ：清浄化ユニット装置、Ｂ：被清浄化空間部

Claims (3)

1. 紫外線源と光電子及び／又は光触媒を用いた清浄化すべき空間の側面に設置する気体の清浄化ユニット装置において、該ユニット装置の１側面の下部に処理気体の入口部、上部に出口部を有し、該入口部の大きさが、前記ユニット装置の該側面面積１に対して、０．１０〜０．３５であることを特徴とする清浄化ユニット装置。
2. 前記清浄化ユニット装置は、光電子放出材及び／又は光触媒と、紫外線を照射する照射源とを有し、気体中の粒子状物質及び／又はガス有害成分を除去することを特徴とする請求項１記載の気体の清浄化ユニット装置。
3. 請求項１又は２記載の気体の清浄化ユニット装置を、被清浄化空間に設置し、該空間を清浄化することを特徴とする気体の清浄化方法。

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