JP4230583B2 - 荷電粒子搬送式イオン化装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にクリーンルーム内で発生する静電気を除去するための荷電粒子搬送式イオン化装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体や液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）等を製造するクリーンルームでは、静電気の発生が問題となっている。半導体製造のクリーンルームの場合は、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が静電気の発生の原因となっている。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。
【０００３】
また、ＬＣＤの場合は、処理工程で異なる材質等と接触し、摩擦帯電による静電気が発生する。特に、このＬＣＤに使用するガラス基板は、大面積で絶縁性が高く静電気が発生しやすいため、大量の静電気による静電破壊が製品の歩留りに影響を与えている。
【０００４】
そこで、従来より、このようなクリーンルーム等の生産環境における静電気を除去する装置として、イオンにより帯電体の電荷を中和するイオン化装置が知られている。このイオン化装置は、正または負の電極に正または負の高電圧をそれぞれ印加することにより、コロナ放電を発生させる。そして、上記電極先端の周囲の空気を正と負とにイオン化し、このイオンを気流によって搬送して帯電体上の電荷を逆極性のイオンで中和する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなコロナ放電を利用したイオン化装置では、イオンの発生を容易にし、且つ発生したイオンの消耗を防止するために、電極は露出した状態で除電対象物の近傍に配設されている。このため、空気中の酸素がオゾン化し、シリコンウエハの表面が酸化される場合や、放電時に放電極から発生する電磁波により、精密機器やコンピュータ等の誤動作を引き起こす場合があった。また、コロナ放電により摩耗した電極から電極材が飛散したり、空気中の微量ガス成分がコロナ放電により粒子化して電極上に析出し、再飛散したりする場合があった。
【０００６】
また、近年、半導体やＬＣＤ等の製造装置は年々小型化が進んでおり、従来のイオン化装置では製造装置内に最適な設置スペースを確保することが困難となってきている。すなわち、イオン化装置によって有効な除電を行うためには、イオンを発生させるための電極と除電対象物との間に適当なサイズの空間が必要であったが、近年の製造装置の小型化に伴い、イオン化装置のためにこのような設置スペースを取ることが困難になっている。
【０００７】
更に、例えばＬＣＤの製造工程においては、ガラス基板は接触・剥離により著しく帯電する。そのため、従来から、上述したようなイオン化装置により除電が行われている。しかし、生産装置の処理速度が速いために、ガラス基板は、完全には除電されずにカセットに収納されることが多い。このようなカセット内では、収納されたガラス基板とガラス基板との間が狭いため、従来のイオン化装置を使用した場合、イオン化した空気の流れが入っていかず、ガラス基板を除電することが困難であった。従って、そのような狭いスペースにおける静電気対策に対する要求も高まってきている。
【０００８】
以上のような問題を解決するために、帯電体から離れた場所に設置されたイオン発生ユニット内でイオンを発生させ、そのイオンをチューブ等の搬送手段で搬送し、帯電体を除電する方式のイオン化装置が検討されている。この場合、イオン発生ユニットとしては、例えば軟Ｘ線を用いたものが知られている。この軟Ｘ線を用いた場合、空気又は非反応性ガスのいずれをイオン化してもオゾンが発生することが無く、電極材の飛散や空気中の不純物の堆積及び再飛散のような発塵も無く、且つ、電磁ノイズの発生も起こらない。
【０００９】
また、イオン発生ユニットを帯電体から離れた場所に設置するため、製造装置内にイオン化装置のための設置スペースを取る必要が無く、また、イオンをチューブによって搬送することにより、帯電体近傍でイオンを発生させる従来のイオン化装置に比べて、狭いスペースに対しても除電を行うことができる。
【００１０】
しかしながら、このようなチューブによりイオンを搬送するイオン化装置においては、発生したイオンの拡散速度が速いため、搬送中にイオンの一部がチューブの内壁に付着する場合があった。すなわち、付着することによってイオンが減少するため、チューブを長くすることが困難であり、イオンの搬送距離に限界があるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の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、オゾンや電磁ノイズの発生及び発塵等を起こすことなく、狭いスペースに対しても除電を行うことのでき、且つ、イオンの搬送距離を長くすることできる荷電粒子搬送式イオン化装置及び方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電気を除去するために帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給するチューブと、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化して正負イオンとするイオン化手段とを備えた荷電粒子搬送式イオン化装置、又は、静電気を除去するために、チューブにより帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給すると共に、前記チューブに供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化手段によってイオン化する荷電粒子搬送式イオン化方法において、次のような構成を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項１記載の発明は、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスを加湿する加湿手段と、前記加湿されたイオン搬送ガスを冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させる冷却手段と、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴としている。
【００１４】
請求項１２記載の発明は、請求項１記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスを加湿し、前記加湿したイオン搬送ガスを冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させ、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴としている。
【００１５】
請求項１及び１２記載の発明によれば、以下のような作用が得られる。すなわち、イオン搬送ガスを正負イオンにイオン化すると共に、イオン搬送ガスを加湿及び冷却することによりイオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にし、微小ミストを発生させる。これら正負イオンと微小ミストを混合することにより、正負イオンが微小ミストに衝突等により付着して、正負の粗大荷電粒子が生成される。この粗大荷電粒子がチューブによって帯電体の近傍に向かって搬送され、帯電体を中和して静電気を除去する。
【００１６】
このように、正負イオンを粗大荷電粒子とすることにより、チューブ内において荷電粒子雲が自ら形成する電界によって、粗大荷電粒子のチューブの中央から内壁に移動する速度、すなわち拡散速度が著しく低下する。このため、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができ、最終的に帯電体に供給するイオンの量が減少するのを防止することができる。従って、チューブを十分に長くすることが可能となり、従来に比較してイオンの搬送距離を延ばすことができる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記イオン搬送ガスとして空気を使用し、前記チューブ内に供給する前記空気を冷却することにより、該空気中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させる冷却手段と、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴としている。
【００１８】
請求項１３記載の発明は、請求項２記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、前記イオン搬送ガスとして空気を使用し、前記チューブ内に供給する前記空気を冷却することにより、該空気中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させ、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴としている。
【００１９】
請求項２又は１３記載の発明によれば、イオン搬送ガスとして空気を使用するため、請求項１又は１２の加湿手段が不要である。すなわち、空気中の水蒸気が冷却されることによって過飽和状態となり、微小ミストが発生する。この微小ミストと正負イオンが混合することにより粗大荷電粒子が生成され、この粗大荷電粒子がチューブによって帯電体の近傍に搬送される。このため、請求項１又は１２記載の発明と同様に、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができ、イオンの搬送距離を長くすることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記水蒸気を含む前記イオン搬送ガスを零度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させる冷却手段と、前記正負イオンと前記氷の微粒子とを混合させて電荷を有する氷の微粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備し、前記チューブが、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００２１】
請求項１４記載の発明は、請求項３記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、請求項１２又は１３記載の発明において、前記水蒸気を含む前記イオン搬送ガスを零度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させ、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて電荷を有する氷の微粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給し、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００２２】
請求項３又は１４記載の発明によれば、イオン搬送ガス中の水蒸気が零度以下に冷却されることにより、氷の微粒子が発生する。この氷の微粒子が正負イオンによって荷電されることにより粗大荷電粒子となり、チューブによって帯電体の近傍に搬送される。このとき、氷の微粒子の有する電荷によって帯電体が除電されると同時に、氷の微粒子によって帯電体上の微粒子が弾き飛ばされる。このため、帯電体の表面を洗浄することが可能となる。このように、質量の大きい固体の微粒子を物体表面に吹き付けて洗浄するため、水や空気等の流体を吹き付けて洗浄する場合に比べて、高い洗浄効果を得ることができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記イオン搬送ガスにオゾンを供給するオゾン発生装置を具備し、前記冷却手段が、前記水蒸気及び前記オゾンを含む前記搬送ガスを−８０度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させると共に該イオン搬送ガス中のオゾンからオゾンの微小ミストを生成し、前記チューブが、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子及び前記オゾンの微小ミストの有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすと共に、前記オゾンの微小ミストによって前記帯電体上の有機物を二酸化炭素と水とに分解して除去することにより、前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、イオン搬送ガス中にオゾンが供給され、そのイオン搬送ガスが−８０度以下に冷却されることにより、氷の微粒子及びオゾンの微小ミストが生成され、粗大荷電粒子となり、チューブによって帯電体の近傍に搬送される。このとき、氷の微粒子及びオゾンの微小ミストの有する電荷によって帯電体が除電されると同時に、氷の微粒子によって帯電体上の微粒子が弾き飛ばされると共に、オゾンの微小ミストによって帯電体上の有機物が二酸化炭素と水とに分解され、除去される。このため、帯電体の表面を効率よく洗浄することができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の発明において、前記冷却手段が、低温窒素ガスを発生するガス発生手段であることを特徴としている。
請求項５記載の発明によれば、イオン搬送ガスが低温窒素ガスによって冷却され、イオン搬送ガス中の水蒸気が過飽和状態になって微小ミストが発生するか、あるいは水蒸気が氷の微粒子となる。そのため、簡単な構成で粗大荷電粒子を生成することができる。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記チューブの出口近傍において該チューブ内の前記イオン搬送ガスを加熱して前記微小ミストを気化する再熱手段を具備することを特徴としている。
請求項６記載の発明によれば、例えば電気ヒータ等でチューブの出口近傍を加熱することにより、微小ミストが気化して正負イオンとなり、それらが帯電体に供給される。
【００２７】
請求項７記載の発明は、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生する二酸化炭素発生手段と、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴としている。
【００２８】
請求項１５記載の発明は、請求項６記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生し、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴としている。
【００２９】
請求項７又は１５記載の発明によれば、以下のような作用が得られる。すなわち、二酸化炭素の微小な粒子、すなわちドライアイスの粒子を発生し、それと正負イオンとを混合させることにより、正負の粗大荷電粒子が生成される。この粗大荷電粒子をチューブによって搬送することにより、上述した請求項１、２、１２又は１３記載の発明と同様に、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができ、イオンの搬送距離を長くすることができる。
【００３０】
請求項８記載の発明は、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生する二酸化炭素発生手段と、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて電荷を有するドライアイスの微小な粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備し、前記チューブが、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記ドライアイスの微小な粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記ドライアイスの微小な粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００３１】
請求項１６記載の発明は、請求項８記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生し、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて電荷を有するドライアイスの微小な粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給し、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記ドライアイスの微小な粒子を有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記ドライアイスの微小な粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００３２】
請求項８又は１６記載の発明によれば、ドライアイスの粒子を荷電した粗大荷電粒子を帯電体に供給するため、その電荷により帯電体が除電されると同時に、ドライアイスの粒子によって帯電体上の微粒子が弾き飛ばされ、帯電体の表面を洗浄することができる。このように、質量の大きい固体の微粒子を物体の表面に吹き付けて洗浄することにより、水や空気等の流体を吹き付けて洗浄する場合に比べて、高い洗浄効果を得ることができる。
【００３３】
請求項９記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記チューブの出口近傍において該チューブ内の前記イオン搬送ガスを加熱して前記ドライアイスの微小な粒子を昇華する再熱手段を具備することを特徴としている。
請求項９記載の発明によれば、例えば電気ヒータ等でチューブの出口近傍を加熱することにより、ドライアイスが昇華して正負イオンとなり、それらが帯電体に供給される。
【００３４】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項記載の発明において、前記イオン化手段が、軟Ｘ線発生装置又は密封放射性同位元素であることを特徴としている。
請求項１０記載の発明によれば、イオン化の際に、オゾン及び電磁ノイズの発生、及び発塵を無くすことができる。
【００３５】
請求項１１記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記イオン搬送ガスが、高純度の非反応性ガスであり、前記イオン化手段が、低エネルギー電子線発生手段、紫外線発生手段、あるいは、沿面放電又はコロナ放電発生手段であることを特徴としている。請求項１１記載の発明によれば、ガスとして高純度Ｎ2 ガス等のオゾンを発生しない程度に酸素を含む非反応性ガスを使用することにより、オゾン及び電磁ノイズの発生、及び発塵を無くすことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態によるイオン化装置の構成を示す模式図である。同図に示すように、イオン化装置は、粗大荷電粒子発生部１０と、搬送部２０と、再熱部３０と、ミキシング部４０とから構成されている。粗大荷電粒子発生部１０には、クリーンルーム内等の空気、又は高純度Ｎ2 ガス等の非反応性ガスを（以下、イオン搬送ガスという）供給するガス供給手段である供給管４が設けられており、分岐管により２方向に配設されている。それぞれの供給管４ａ，４ｂは、バルブ５ａ，５ｂ、流量計６ａ，６ｂ及びメンブレン・フィルタ７ａ，７ｂを介して、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの入口側に接続されている。
【００３８】
なお、ここで「高純度Ｎ2 ガス」とは、負イオンを形成する程度の酸素や水蒸気を含み、且つ、その酸素濃度はオゾンを発生しない程度（５％程度以下）であるＮ2 ガスであるものとする。
【００３９】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂには、上記入口側に対向する出口側が搬送部２０との接続部となっている。更に、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの側面（又は上面）には、イオン化手段としてそれぞれ軟Ｘ線発生装置９ａ，９ｂが設けられている。これら軟Ｘ線発生装置９ａ，９ｂは、上記供給管４ａ，４ｂから供給されるイオン搬送ガスを、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内でそれぞれイオン化するように構成されている。ここで、軟Ｘ線発生部９ａ，９ｂのイオン発生チャンバ８ａ，８ｂとの接続部分には、軟Ｘ線照射窓１１ａ，１１ｂが設けられており、ここから第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に軟Ｘ線が照射される。
【００４０】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの側面（又は上面）には、加湿手段である水蒸気供給部１２ａ，１２ｂと、冷却手段である液体Ｎ2 ガスボンベ等を利用した低温ガス供給部１３ａ，１３ｂとが設けられている。すなわち、図示しない水蒸気発生装置及び低温ガス発生装置から、それぞれフィルタ１４ａ，１４ｂ及び１５ａ，１５ｂを介して、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に水蒸気とＮ2 ガス等の低温ガスとが供給される。なお、イオン搬送ガスとして空気を使用する場合、上記水蒸気供給部１２ａ，１２ｂを省略してもよい。
【００４１】
この水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから供給する水蒸気が、低温ガス供給部１３ａ，１３ｂから供給される低温ガスで冷却されることによって過飽和状態となり、微小ミストが発生する。そして、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内において、供給されるイオン搬送ガスに軟Ｘ線を照射することによって発生した正負のイオン（すなわち、微小荷電粒子）が、上記微小ミストに付着することにより正又は負のイオンを核とする粗大荷電粒子が生成される。なお、上記第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂは、請求項１、２及び７記載の粗大荷電粒子発生手段に対応している。
【００４２】
更に、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内において、軟Ｘ線照射窓１１ａ，１１ｂより出口寄り、すなわち上記粗大荷電粒子の通る空間内に、ハニカム状のフィルタ電極１６ａ，１６ｂがそれぞれ設けられている。フィルタ電極１６ａには正極のＤＣ高電圧電源１７ａ、フィルタ電極１６ｂには負極の高電圧電源１７ｂがそれぞれ接続されている。すなわち、フィルタ電極１６ａ，１６ｂは、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂから取り出したい粗大荷電粒子と同極性の電圧が印加されることによって、反対極の粗大荷電粒子が吸収される。これにより、第１のイオン発生チャンバ８ａでは正極の粗大荷電粒子、第２のイオン発生チャンバ８ｂでは負極の粗大荷電粒子が単極分離され、フィルタ電極１６ａ，１６ｂを通って第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの出口側から搬送部２０に供給される。
【００４３】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの上記出口側には、搬送部２０の搬送チューブ１８ａ，１８ｂが接続されている。この搬送チューブ１８ａ，１８ｂの材質としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン又は塩化ビニル等が使用される。
【００４４】
また、再熱部３０は、搬送チューブ１８ａ，１８ｂの出口手前に位置しており、電気ヒータ１９ａ，１９ｂによって搬送チューブ１８ａ，１８ｂの内部を加熱する構成となっている。すなわち、搬送チューブ１８ａ，１８ｂ内の粗大荷電粒子を加熱することにより微小ミストが気化され、正又は負のイオンとなる。
【００４５】
更に、再熱部３０に接続されたミキシング部４０では、上記搬送チューブ１８ａによって搬送され、再熱部３０で取り出された正イオンと、搬送チューブ１８ｂによって搬送され、再熱部３０で取り出された負イオンと混合される。すなわち、搬送チューブ１８ａ，１８ｂの出口付近で正負のイオンが混合され、その出口の近傍に配置された帯電体Ｓに向けて供給される。
【００４６】
［１−２．作用効果］
次に、上述した構成を有する本実施の形態の作用効果について説明する。すなわち、本実施の形態では、以下のようにして帯電体Ｓ上の電荷が除電される。まず、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂにおいて、供給管４ａ，４ｂから供給された空気もしくは非反応性ガスが、軟Ｘ線発生部９ａ，９ｂによって軟Ｘ線が照射されることにより、正負のイオンとなる。
【００４７】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に、それぞれ、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから水蒸気が供給され、低温ガス供給部１３ａ，１３ｂから低温Ｎ2 ガス等の低温ガスが供給される。これにより、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから供給される水蒸気が低温ガスによって冷却され、過飽和状態となり、微小ミストが発生する。このため、発生した正負のイオン、すなわち微小荷電粒子が、微小ミストに付着することによって正負の粗大荷電粒子が生成される。
【００４８】
そして、第１のイオン発生チャンバ８ａにおいては、フィルタ電極１６ａに正極の電圧が印加されているため、フィルタ電極１６ａに負イオンから生成された粗大荷電粒子が吸収される。これにより、正イオンから生成された粗大荷電粒子がフィルタ電極１６ａを通って搬送部２０に供給される。一方、第２のイオン発生チャンバ８ｂにおいては、フィルタ電極１６ｂに負極の電圧が印加されているため、フィルタ電極１６ｂに正イオンから生成された粗大荷電粒子が吸収される。これにより、負イオンから生成された粗大荷電粒子がフィルタ電極１６ｂを通って搬送部２０に供給される。
【００４９】
このようにして搬送部２０に供給される正負の粗大荷電粒子は、それぞれ搬送チューブ１８ａ，１８ｂによって再熱部３０まで搬送される。そして、再熱部３０において電気ヒータ１９ａ，１９ｂによって加熱されることにより、微小ミストが気化し、搬送チューブ１８ａでは正イオンとなり、搬送チューブ１８ｂでは負イオンとなる。これらはミキシング部４０において混合され、帯電体Ｓに供給されて帯電体Ｓの正負の電荷をそれぞれ中和する。
【００５０】
上述したようなイオン発生チャンバ８ａ，８ｂにおいて発生する空気イオン、すなわち微小荷電粒子の直径は、正イオンの場合は１ｎｍ程度であり、負イオンの場合は正イオンより２〜３割程度小さい。これら正負のイオンの電気移動度は、それぞれ１．２６×１０-4ｍ2 ／Ｖｓ、１．５６×１０-4ｍ2 ／Ｖｓである。
【００５１】
ここで、図２に、荷電粒子の大きさに対する電気移動度を示す。このグラフに示すように、イオンが微小ミストに付着して生成される粗大荷電粒子の直径が０．１μｍである場合、電気移動度は１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ（１０-8ｍ2 ／Ｖｓ）まで低下する。この結果、搬送チューブ１８ａ，１８ｂ内において荷電粒子雲が自ら形成する電界により、搬送チューブ１８ａ，１８ｂの中央から内壁に移動する荷電粒子の速度が著しく遅くなる。このため、搬送中に搬送チューブ１８ａ，１８ｂの内壁に付着するイオンの数を減少させることができ、最終的に帯電体Ｓに供給するイオンの数が減少するのを防止することができる。従って、搬送チューブ１８ａ，１８ｂを十分に長くすることが可能となり、イオンの搬送距離を従来に比べて延ばすことができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、イオン化源として軟Ｘ線を用いているため、空気もしくは非反応性ガスのいずれをイオン化してもオゾンが発生することが無い。また、電極材の飛散や空気中の不純物の堆積及び再飛散のような発塵が無く、且つ、電磁ノイズも発生しない。更に、別個に配置されたイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内で発生した正負の粗大荷電粒子を、搬送チューブ１８ａ，１８ｂで帯電体Ｓ近傍まで搬送する構成であるため、例えばカセット内に収納したガラス基板の隙間等、狭いスペースに対しても除電を行うことができる。
【００５３】
［２．第２の実施の形態］
［２−１．構成］
図３は、本発明の第２の実施の形態によるイオン化装置の構成を示す模式図である。同図において、上述した図１に示す第１の実施の形態と同様の部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
上述した第１の実施の形態では、粗大荷電粒子発生部１０として、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内で正負イオンの発生と粗大荷電粒子の発生とを行っていたが、本実施の形態では、イオン発生部１０１と粒子発生部１０２とが別個に設けられている。すなわち、粗大荷電粒子発生部１０は、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂから構成されるイオン発生部１０１と、イオンから粗大荷電粒子を生成する粒子発生部１０２とからなる。
【００５５】
従って、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂにおいて、軟Ｘ線発生部９ａ，９ｂにより、供給管４ａ，４ｂから供給される空気又は非反応性ガスがイオン化される。そして、第１のイオン発生チャンバ８ａでは、フィルタ電極１６ａに負イオンが吸収されることにより、正イオンが単極分離され、第２のイオン発生チャンバ８ｂでは、フィルタ電極１６ｂに正イオンが吸収されることにより、負イオンが単極分離されるようになっている。
【００５６】
また、粒子発生部１０２には、ケーシング２１ａ，２１ｂが設けられており、それぞれ第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂから発生する正負のイオンが供給されるようになっている。更に、ケーシング２１ａ，２１ｂの側面（又は上面）には、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂと低温ガス供給部１３ａ，１３ｂとが設けられており、それぞれケーシング２１ａ，２１ｂ内部に水蒸気とＮ2 ガス等の低温ガスとを供給するようになっている。すなわち、ケーシング２１ａ，２１ｂ内部において、第１の実施の形態と同様に、水蒸気を低温ガスで冷却することにより過飽和状態にし、微小ミストを発生させる構成となっている。そして、これらケーシング２１ａ，２１ｂ内部に供給される正負のイオンが、上記微小ミストに付着することによって、粗大荷電粒子が生成されるようになっている。
【００５７】
また、上記粒子発生部１０２は搬送部２０に接続されており、各ケーシング２１ａ，２１ｂから発生する正負の粗大荷電粒子が、搬送チューブ１８ａ，１８ｂに供給される。
【００５８】
［２−２．作用効果］
次に、上述した構成を有する本実施の形態の作用効果について説明する。すなわち、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様に帯電体Ｓ上の電荷が除電される。すなわち、イオン発生部１０１の第１のイオン発生チャンバ８ａで発生した正負のイオンのうち、負イオンがフィルタ電極１６ａに吸収され、正イオンがフィルタ電極１６ｂを通って粒子発生部１０２のケーシング２１ａに供給される。一方、第２のイオン発生チャンバ８ｂでは、正イオンがフィルタ電極１６ｂに吸収され、負イオンがフィルタ電極１６ｂを通ってケーシング２１ｂに供給される。
【００５９】
このとき、ケーシング２１ａ，２１ｂ内部に、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから水蒸気が供給されると共に、低温ガス供給部１３ａ，１３ｂからＮ2 ガス等の低温ガスが供給される。これにより、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから供給される水蒸気が低温ガスによって冷却され、過飽和状態となり、微小ミストが発生する。このため、発生した正負のイオン、すなわち微小荷電粒子が、微小ミストに付着することによってイオンを核とする粗大荷電粒子が生成される。
【００６０】
これら正負の粗大荷電粒子は、第１の実施の形態と同様に、それぞれ搬送チューブ１８ａ，１８ｂによって搬送され、再熱部３０において電気ヒータ１９ａ，１９ｂによって加熱することにより、微小ミストが気化して正負のイオンとなる。そして、ミキシング部４０において混合され、帯電体Ｓに供給されて帯電体Ｓの正負の電荷をそれぞれ中和する。
【００６１】
以上のように、本実施の形態により、第１の実施の形態と同様に、搬送チューブ１８ａ，１８ｂ内において荷電粒子雲が自ら形成する電界により、荷電粒子の搬送チューブ１８ａ，ｌ８ｂの中央から内壁に移動する速度が著しく遅くなる。このため、搬送中に搬送チューブ１８ａ，１８ｂに付着するイオンの量を減少させることができ、イオンの搬送距離を長くすることが可能となる。
【００６２】
［３．他の実施の形態］
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような各種態様も可能である。すなわち、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、上述した各実施の形態のように単極の粗大荷電粒子を別々に搬送する構成ではなく、両極の粗大荷電粒子を搬送する構成であってもよい。
【００６３】
また、水蒸気を含むイオン搬送ガスを冷却する手段としては、窒素に限らず、他の低温ガスであってもよい。更に、イオン発生チャンバの一部あるいは全体を液体窒素、水等の冷媒あるいは熱電冷凍素子等で冷却し、間接的にイオン搬送ガスを冷却する方法であってもよい。
【００６４】
また、水蒸気と低温窒素ガスとにより微小ミストを発生するのではなく、微小ミストの大きさ（サブミクロンオーダー）に対応するドライアイスの粒子を生成するようにしてもよい。そして、そのような粒子を含む二酸化炭素ガスをノズルによってイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ又はケーシング２１ａ，２１ｂ（図３）内に吹き込み、正負イオンで荷電する。この場合、二酸化炭素の発生手段として液化炭酸ガスを使用することができる。
【００６５】
そして、水蒸気を用いた場合と同様に、ドライアイスの粒子を正負イオンで荷電した粗大荷電粒子を搬送チューブ１８ａ，１８ｂで搬送し、再熱部３０で加熱してドライアイスの粒子を昇華し、残った正負イオンで帯電体Ｓを除電する。
【００６６】
また、このようにドライアイスの粒子を搬送する方式の場合、再熱部３０を設けずに、搬送チューブ１８ａ，１８ｂで搬送した粗大荷電粒子をそのまま帯電体Ｓに供給する構成としてもよい。これにより、帯電体Ｓを除電すると同時に、ドライアイスの粒子によって帯電体Ｓ上の微粒子を弾き飛ばし、帯電体Ｓの表面を洗浄することができる。
【００６７】
更に、水蒸気を用いる場合でも、水蒸気を冷却する際に零度以下まで冷却することにより、氷の微粒子を発生するようにしてもよい。これにより、上記ドライアイスの粒子と同様に、氷の微粒子によって帯電体Ｓ上の微粒子を弾き飛ばしてその表面を洗浄することができる。このように、質量の大きな固体の微粒子を物体の表面に吹き付けて洗浄する方法は、水や空気等の流体を吹き付けて洗浄する方法に比べて洗浄効果が高い。
【００６８】
また、イオン化手段としては、軟Ｘ線発生装置に限らず、低エネルギー電子線発生装置、密封放射性同位元素、紫外線発生装置、あるいは、沿面放電又はコロナ放電発生装置等でもよい。なお、低エネルギー電子線発生装置としては、例えばウシオ電機株式会社製の超小型電子ビーム照射管チューブを使用して、数１０ｋＶの低い動作電圧で電子ビーム（ソフトエレクトロン）を取り出すものを使用することができる。
【００６９】
また、上記低エネルギー電子線発生装置、紫外線発生装置、あるいは、沿面放電又はコロナ放電発生装置によってイオン化する場合は、オゾンの発生を防止するために、高純度Ｎ2 ガス等のような非反応性ガスをイオン化する。更に、低エネルギー電子線発生装置、紫外線発生装置等を使用する場合は、軟Ｘ線発生装置の場合と同様に、イオン発生チャンバ８ａ，８ｂに設けられた照射窓を介して各線を照射させるが、密封放射性同位元素を使用する場合は、それ自体をイオン発生チャンバ内に設置する。また、沿面放電又はコロナ放電発生装置を使用する場合は、イオン発生部をイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に設置する。
【００７０】
更に、上述した各実施の形態におけるイオン化装置において、オゾン発生装置を設けてイオン搬送ガスにオゾンを供給するようにしてもよい。この場合、オゾンは−８０℃以下で液化するため、イオン搬送ガスを低温Ｎ2 ガス等で−８０℃以下に冷却することによってオゾンの微小ミストと氷の微粒子とを生成し、再熱することなしに帯電体Ｓに供給する。これにより、氷の微粒子とオゾンの微小ミストの有する電荷によって帯電体Ｓが除電されると共に、帯電体Ｓ上の微粒子が氷の微粒子によって除去される。また、オゾンは強力な酸化作用で有機物を分解する性質を有するため、このオゾンの微小ミストにより、帯電体Ｓ上の有機物が二酸化炭素と水とに分解され、除去される。このように、氷の微粒子とオゾンの微小ミストにより、帯電体Ｓ表面を洗浄することが可能となる。
【００７１】
［４．実験結果］
ここで、図４に、微小荷電粒子（イオン）を粗大化して搬送し、帯電体を除電する実験装置の概略図を示す。この実験装置では、正に帯電した金属プレートを負の粗大荷電粒子によって除電するようになっている。同図において、エアポンプ５１、バルブ５２及び流量計５３を介して、空気を１１０Ｌ／ｍｉｎで取り込むようになっている。また、この空気を、Ｔ字継手５４を介して、低温窒素ガス発生装置５５から発生する低温窒素ガスと混合させる。
【００７２】
低温窒素ガス発生装置５５は、液体窒素（沸点：―１９６℃）を入れたポリエチレン製の容器５６を、常温の水が入った水槽５７内に配置した構成となっている。すなわち、容器５６内の液体窒素を水槽５７内の水によって気化することにより、低温窒素ガスを発生するようになっている。
このような低温窒素ガスと混合することにより、空気中の水蒸気が過飽和状態となる。そして、このような空気を、イオン発生チャンバ５８内に吹き込む。
【００７３】
イオン発生チャンバ５８は、幅が約５ｃｍ、高さが約５ｃｍ、及び長さが約２５ｃｍとなっており、上面もしくは側面に照射窓５９を介して軟Ｘ線発生装置６０が設けられている。すなわち、この軟Ｘ線発生装置６０から発生する軟Ｘ線が、照射窓５９を通してイオン発生チャンバ５８内に照射され、イオン発生チャンバ５８内に正負のイオンが発生するようになっている。
【００７４】
上述したように、イオン発生チャンバ５８内に吹き込まれる空気は、水蒸気が過飽和状態となっているため、微小ミストを含んでいる。従って、イオン発生チャンバ５８内では、軟Ｘ線によって発生した正負のイオンが上記微小ミストに付着することにより正負の粗大荷電粒子が発生する。
【００７５】
また、イオン発生チャンバ５８内において、出口近傍にはハニカム状のフィルタ電極６１が設けられており、このフィルタ電極６１より入口側の内壁面には背面電極６２が形成されている。これらフィルタ電極６１及び背面電極６２には、負の高圧電源６３により負の高電圧が印加されている。これにより、上述したように発生した正負の粗大荷電粒子のうち正の粗大荷電粒子が、フィルタ電極６１及び背面電極６２に吸収され、負の粗大荷電粒子のみが搬送チューブ６４に流れ込む。この搬送チューブ６４は、テフロン製であって、内径が約１５ｍｍ、長さが約２ｍとなっている。
【００７６】
また、上記搬送チューブ６４の出口近傍に、例えば米国イオンシステムズ社製ＣＰＭ２１０のような帯電プレートモニタ６５の１５ｃｍ×１５ｃｍの金属プレート６６を配置する。そして、搬送チューブ６４から、負の粗大荷電粒子雲を含む空気を金属プレート６６に吹き付ける。ここで、金属プレート６６は予め＋１ｋＶに帯電しており、帯電プレートモニタ６５により、この金属プレート６６が負の粗大荷電粒子によって中和され＋０．１ｋＶに電位が減衰するまでの時間を測定する。すなわち、この電位減衰時間が短い程、搬送チューブ６４によって搬送されてくる負の粗大荷電粒子の数が多いことが分かる。
【００７７】
また、予め、イオン発生チャンバ５８内でイオンを粗大化させずに負のイオンをそのまま搬送チューブ６４にて搬送し、金属プレート６６に吹き付けた場合の時間を測定しておく。この結果、イオンを粗大化させない場合、電位減衰時間は約３０秒であったのに対し、イオンを粗大化した場合、すなわち粗大荷電粒子を生成して搬送した場合は、電位減衰時間は１秒以下であった。
【００７８】
以上のことから、微小荷電粒子であるイオンを粗大化して粗大荷電粒子とすることにより、チューブ内壁に付着するイオンの量を低減することができ、多くのイオンを搬送することが可能となる。
なお、上記実験装置では負の粗大荷電粒子を搬送する場合について示したが、正の粗大荷電粒子の場合も同様である。また、両極イオンを粗大化し搬送する場合も同様である。
【００７９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、微小荷電粒子である正負イオンを微小ミスト等と混合することによって粗大荷電粒子とし、この粗大荷電粒子をチューブによって搬送するため、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができる。そのため、イオンの搬送距離を長くすることができる。また、そのため、狭いスペースに対しても十分に除電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による荷電粒子搬送式イオン化装置の構成を示す模式図である。
【図２】荷電粒子の大きさに対する電気移動度を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態による荷電粒子搬送式イオン化装置の構成を示す模式図である。
【図４】微小荷電粒子を粗大化して搬送する実験装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…粗大荷電粒子発生部
２０…搬送部
３０…再熱部
４０…ミキシング部
４，４ａ，４ｂ…供給管
５ａ，５ｂ…バルブ
６ａ，６ｂ…流量計
７ａ，７ｂ…メンブレン・フィルタ
８ａ…第１のイオン発生チャンバ
８ｂ…第２のイオン発生チャンバ
９ａ，９ｂ…軟Ｘ線発生装置
１１ａ，１１ｂ…軟Ｘ線照射窓
１２ａ，１２ｂ…水蒸気供給部
１３ａ，１３ｂ…低温ガス供給部
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ…フィルタ
１６ａ，１６ｂ…フィルタ電極
１７ａ，１７ｂ…ＤＣ高電圧電源
１８ａ，１８ｂ…搬送チューブ
１９ａ，１９ｂ…電気ヒータ
１０１…イオン発生部
１０２…粒子発生部
２１ａ，２１ｂ…ケーシング
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にクリーンルーム内で発生する静電気を除去するための荷電粒子搬送式イオン化装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体や液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）等を製造するクリーンルームでは、静電気の発生が問題となっている。半導体製造のクリーンルームの場合は、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が静電気の発生の原因となっている。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。
【０００３】
また、ＬＣＤの場合は、処理工程で異なる材質等と接触し、摩擦帯電による静電気が発生する。特に、このＬＣＤに使用するガラス基板は、大面積で絶縁性が高く静電気が発生しやすいため、大量の静電気による静電破壊が製品の歩留りに影響を与えている。
【０００４】
そこで、従来より、このようなクリーンルーム等の生産環境における静電気を除去する装置として、イオンにより帯電体の電荷を中和するイオン化装置が知られている。このイオン化装置は、正または負の電極に正または負の高電圧をそれぞれ印加することにより、コロナ放電を発生させる。そして、上記電極先端の周囲の空気を正と負とにイオン化し、このイオンを気流によって搬送して帯電体上の電荷を逆極性のイオンで中和する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなコロナ放電を利用したイオン化装置では、イオンの発生を容易にし、且つ発生したイオンの消耗を防止するために、電極は露出した状態で除電対象物の近傍に配設されている。このため、空気中の酸素がオゾン化し、シリコンウエハの表面が酸化される場合や、放電時に放電極から発生する電磁波により、精密機器やコンピュータ等の誤動作を引き起こす場合があった。また、コロナ放電により摩耗した電極から電極材が飛散したり、空気中の微量ガス成分がコロナ放電により粒子化して電極上に析出し、再飛散したりする場合があった。
【０００６】
また、近年、半導体やＬＣＤ等の製造装置は年々小型化が進んでおり、従来のイオン化装置では製造装置内に最適な設置スペースを確保することが困難となってきている。すなわち、イオン化装置によって有効な除電を行うためには、イオンを発生させるための電極と除電対象物との間に適当なサイズの空間が必要であったが、近年の製造装置の小型化に伴い、イオン化装置のためにこのような設置スペースを取ることが困難になっている。
【０００７】
更に、例えばＬＣＤの製造工程においては、ガラス基板は接触・剥離により著しく帯電する。そのため、従来から、上述したようなイオン化装置により除電が行われている。しかし、生産装置の処理速度が速いために、ガラス基板は、完全には除電されずにカセットに収納されることが多い。このようなカセット内では、収納されたガラス基板とガラス基板との間が狭いため、従来のイオン化装置を使用した場合、イオン化した空気の流れが入っていかず、ガラス基板を除電することが困難であった。従って、そのような狭いスペースにおける静電気対策に対する要求も高まってきている。
【０００８】
以上のような問題を解決するために、帯電体から離れた場所に設置されたイオン発生ユニット内でイオンを発生させ、そのイオンをチューブ等の搬送手段で搬送し、帯電体を除電する方式のイオン化装置が検討されている。この場合、イオン発生ユニットとしては、例えば軟Ｘ線を用いたものが知られている。この軟Ｘ線を用いた場合、空気又は非反応性ガスのいずれをイオン化してもオゾンが発生することが無く、電極材の飛散や空気中の不純物の堆積及び再飛散のような発塵も無く、且つ、電磁ノイズの発生も起こらない。
【０００９】
また、イオン発生ユニットを帯電体から離れた場所に設置するため、製造装置内にイオン化装置のための設置スペースを取る必要が無く、また、イオンをチューブによって搬送することにより、帯電体近傍でイオンを発生させる従来のイオン化装置に比べて、狭いスペースに対しても除電を行うことができる。
【００１０】
しかしながら、このようなチューブによりイオンを搬送するイオン化装置においては、発生したイオンの拡散速度が速いため、搬送中にイオンの一部がチューブの内壁に付着する場合があった。すなわち、付着することによってイオンが減少するため、チューブを長くすることが困難であり、イオンの搬送距離に限界があるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の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、オゾンや電磁ノイズの発生及び発塵等を起こすことなく、狭いスペースに対しても除電を行うことのでき、且つ、イオンの搬送距離を長くすることできる荷電粒子搬送式イオン化装置及び方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電気を除去するために帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給するチューブと、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化して正負イオンとするイオン化手段とを備えた荷電粒子搬送式イオン化装置、又は、静電気を除去するために、チューブにより帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給すると共に、前記チューブに供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化手段によってイオン化する荷電粒子搬送式イオン化方法において、次のような構成を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項１記載の発明は、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスを加湿する加湿手段と、前記加湿されたイオン搬送ガスを冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させる冷却手段と、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴としている。
【００１４】
請求項１２記載の発明は、請求項１記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスを加湿し、前記加湿したイオン搬送ガスを冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させ、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴としている。
【００１５】
請求項１及び１２記載の発明によれば、以下のような作用が得られる。すなわち、イオン搬送ガスを正負イオンにイオン化すると共に、イオン搬送ガスを加湿及び冷却することによりイオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にし、微小ミストを発生させる。これら正負イオンと微小ミストを混合することにより、正負イオンが微小ミストに衝突等により付着して、正負の粗大荷電粒子が生成される。この粗大荷電粒子がチューブによって帯電体の近傍に向かって搬送され、帯電体を中和して静電気を除去する。
【００１６】
このように、正負イオンを粗大荷電粒子とすることにより、チューブ内において荷電粒子雲が自ら形成する電界によって、粗大荷電粒子のチューブの中央から内壁に移動する速度、すなわち拡散速度が著しく低下する。このため、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができ、最終的に帯電体に供給するイオンの量が減少するのを防止することができる。従って、チューブを十分に長くすることが可能となり、従来に比較してイオンの搬送距離を延ばすことができる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記イオン搬送ガスとして空気を使用し、前記チューブ内に供給する前記空気を冷却することにより、該空気中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させる冷却手段と、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴としている。
【００１８】
請求項１３記載の発明は、請求項２記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、前記イオン搬送ガスとして空気を使用し、前記チューブ内に供給する前記空気を冷却することにより、該空気中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させ、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴としている。
【００１９】
請求項２又は１３記載の発明によれば、イオン搬送ガスとして空気を使用するため、請求項１又は１２の加湿手段が不要である。すなわち、空気中の水蒸気が冷却されることによって過飽和状態となり、微小ミストが発生する。この微小ミストと正負イオンが混合することにより粗大荷電粒子が生成され、この粗大荷電粒子がチューブによって帯電体の近傍に搬送される。このため、請求項１又は１２記載の発明と同様に、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができ、イオンの搬送距離を長くすることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記水蒸気を含む前記イオン搬送ガスを零度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させる冷却手段と、前記正負イオンと前記氷の微粒子とを混合させて電荷を有する氷の微粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備し、前記チューブが、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００２１】
請求項１４記載の発明は、請求項３記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、請求項１２又は１３記載の発明において、前記水蒸気を含む前記イオン搬送ガスを零度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させ、前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて電荷を有する氷の微粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給し、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００２２】
請求項３又は１４記載の発明によれば、イオン搬送ガス中の水蒸気が零度以下に冷却されることにより、氷の微粒子が発生する。この氷の微粒子が正負イオンによって荷電されることにより粗大荷電粒子となり、チューブによって帯電体の近傍に搬送される。このとき、氷の微粒子の有する電荷によって帯電体が除電されると同時に、氷の微粒子によって帯電体上の微粒子が弾き飛ばされる。このため、帯電体の表面を洗浄することが可能となる。このように、質量の大きい固体の微粒子を物体表面に吹き付けて洗浄するため、水や空気等の流体を吹き付けて洗浄する場合に比べて、高い洗浄効果を得ることができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記イオン搬送ガスにオゾンを供給するオゾン発生装置を具備し、前記冷却手段が、前記水蒸気及び前記オゾンを含む前記搬送ガスを−８０度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させると共に該イオン搬送ガス中のオゾンからオゾンの微小ミストを生成し、前記チューブが、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子及び前記オゾンの微小ミストの有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすと共に、前記オゾンの微小ミストによって前記帯電体上の有機物を二酸化炭素と水とに分解して除去することにより、前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、イオン搬送ガス中にオゾンが供給され、そのイオン搬送ガスが−８０度以下に冷却されることにより、氷の微粒子及びオゾンの微小ミストが生成され、粗大荷電粒子となり、チューブによって帯電体の近傍に搬送される。このとき、氷の微粒子及びオゾンの微小ミストの有する電荷によって帯電体が除電されると同時に、氷の微粒子によって帯電体上の微粒子が弾き飛ばされると共に、オゾンの微小ミストによって帯電体上の有機物が二酸化炭素と水とに分解され、除去される。このため、帯電体の表面を効率よく洗浄することができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の発明において、前記冷却手段が、低温窒素ガスを発生するガス発生手段であることを特徴としている。
請求項５記載の発明によれば、イオン搬送ガスが低温窒素ガスによって冷却され、イオン搬送ガス中の水蒸気が過飽和状態になって微小ミストが発生するか、あるいは水蒸気が氷の微粒子となる。そのため、簡単な構成で粗大荷電粒子を生成することができる。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記チューブの出口近傍において該チューブ内の前記イオン搬送ガスを加熱して前記微小ミストを気化する再熱手段を具備することを特徴としている。
請求項６記載の発明によれば、例えば電気ヒータ等でチューブの出口近傍を加熱することにより、微小ミストが気化して正負イオンとなり、それらが帯電体に供給される。
【００２７】
請求項７記載の発明は、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生する二酸化炭素発生手段と、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴としている。
【００２８】
請求項１５記載の発明は、請求項６記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生し、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴としている。
【００２９】
請求項７又は１５記載の発明によれば、以下のような作用が得られる。すなわち、二酸化炭素の微小な粒子、すなわちドライアイスの粒子を発生し、それと正負イオンとを混合させることにより、正負の粗大荷電粒子が生成される。この粗大荷電粒子をチューブによって搬送することにより、上述した請求項１、２、１２又は１３記載の発明と同様に、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができ、イオンの搬送距離を長くすることができる。
【００３０】
請求項８記載の発明は、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生する二酸化炭素発生手段と、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて電荷を有するドライアイスの微小な粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備し、前記チューブが、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記ドライアイスの微小な粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記ドライアイスの微小な粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００３１】
請求項１６記載の発明は、請求項８記載の発明を方法の観点から捉えたものであり、ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生し、前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて電荷を有するドライアイスの微小な粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給し、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記ドライアイスの微小な粒子を有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記ドライアイスの微小な粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴としている。
【００３２】
請求項８又は１６記載の発明によれば、ドライアイスの粒子を荷電した粗大荷電粒子を帯電体に供給するため、その電荷により帯電体が除電されると同時に、ドライアイスの粒子によって帯電体上の微粒子が弾き飛ばされ、帯電体の表面を洗浄することができる。このように、質量の大きい固体の微粒子を物体の表面に吹き付けて洗浄することにより、水や空気等の流体を吹き付けて洗浄する場合に比べて、高い洗浄効果を得ることができる。
【００３３】
請求項９記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記チューブの出口近傍において該チューブ内の前記イオン搬送ガスを加熱して前記ドライアイスの微小な粒子を昇華する再熱手段を具備することを特徴としている。
請求項９記載の発明によれば、例えば電気ヒータ等でチューブの出口近傍を加熱することにより、ドライアイスが昇華して正負イオンとなり、それらが帯電体に供給される。
【００３４】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項記載の発明において、前記イオン化手段が、軟Ｘ線発生装置又は密封放射性同位元素であることを特徴としている。
請求項１０記載の発明によれば、イオン化の際に、オゾン及び電磁ノイズの発生、及び発塵を無くすことができる。
【００３５】
請求項１１記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記イオン搬送ガスが、高純度の非反応性ガスであり、前記イオン化手段が、低エネルギー電子線発生手段、紫外線発生手段、あるいは、沿面放電又はコロナ放電発生手段であることを特徴としている。請求項１１記載の発明によれば、ガスとして高純度Ｎ2 ガス等のオゾンを発生しない程度に酸素を含む非反応性ガスを使用することにより、オゾン及び電磁ノイズの発生、及び発塵を無くすことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態によるイオン化装置の構成を示す模式図である。同図に示すように、イオン化装置は、粗大荷電粒子発生部１０と、搬送部２０と、再熱部３０と、ミキシング部４０とから構成されている。粗大荷電粒子発生部１０には、クリーンルーム内等の空気、又は高純度Ｎ2 ガス等の非反応性ガスを（以下、イオン搬送ガスという）供給するガス供給手段である供給管４が設けられており、分岐管により２方向に配設されている。それぞれの供給管４ａ，４ｂは、バルブ５ａ，５ｂ、流量計６ａ，６ｂ及びメンブレン・フィルタ７ａ，７ｂを介して、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの入口側に接続されている。
【００３８】
なお、ここで「高純度Ｎ2 ガス」とは、負イオンを形成する程度の酸素や水蒸気を含み、且つ、その酸素濃度はオゾンを発生しない程度（５％程度以下）であるＮ2 ガスであるものとする。
【００３９】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂには、上記入口側に対向する出口側が搬送部２０との接続部となっている。更に、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの側面（又は上面）には、イオン化手段としてそれぞれ軟Ｘ線発生装置９ａ，９ｂが設けられている。これら軟Ｘ線発生装置９ａ，９ｂは、上記供給管４ａ，４ｂから供給されるイオン搬送ガスを、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内でそれぞれイオン化するように構成されている。ここで、軟Ｘ線発生部９ａ，９ｂのイオン発生チャンバ８ａ，８ｂとの接続部分には、軟Ｘ線照射窓１１ａ，１１ｂが設けられており、ここから第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に軟Ｘ線が照射される。
【００４０】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの側面（又は上面）には、加湿手段である水蒸気供給部１２ａ，１２ｂと、冷却手段である液体Ｎ2 ガスボンベ等を利用した低温ガス供給部１３ａ，１３ｂとが設けられている。すなわち、図示しない水蒸気発生装置及び低温ガス発生装置から、それぞれフィルタ１４ａ，１４ｂ及び１５ａ，１５ｂを介して、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に水蒸気とＮ2 ガス等の低温ガスとが供給される。なお、イオン搬送ガスとして空気を使用する場合、上記水蒸気供給部１２ａ，１２ｂを省略してもよい。
【００４１】
この水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから供給する水蒸気が、低温ガス供給部１３ａ，１３ｂから供給される低温ガスで冷却されることによって過飽和状態となり、微小ミストが発生する。そして、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内において、供給されるイオン搬送ガスに軟Ｘ線を照射することによって発生した正負のイオン（すなわち、微小荷電粒子）が、上記微小ミストに付着することにより正又は負のイオンを核とする粗大荷電粒子が生成される。なお、上記第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂは、請求項１、２及び７記載の粗大荷電粒子発生手段に対応している。
【００４２】
更に、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内において、軟Ｘ線照射窓１１ａ，１１ｂより出口寄り、すなわち上記粗大荷電粒子の通る空間内に、ハニカム状のフィルタ電極１６ａ，１６ｂがそれぞれ設けられている。フィルタ電極１６ａには正極のＤＣ高電圧電源１７ａ、フィルタ電極１６ｂには負極の高電圧電源１７ｂがそれぞれ接続されている。すなわち、フィルタ電極１６ａ，１６ｂは、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂから取り出したい粗大荷電粒子と同極性の電圧が印加されることによって、反対極の粗大荷電粒子が吸収される。これにより、第１のイオン発生チャンバ８ａでは正極の粗大荷電粒子、第２のイオン発生チャンバ８ｂでは負極の粗大荷電粒子が単極分離され、フィルタ電極１６ａ，１６ｂを通って第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの出口側から搬送部２０に供給される。
【００４３】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂの上記出口側には、搬送部２０の搬送チューブ１８ａ，１８ｂが接続されている。この搬送チューブ１８ａ，１８ｂの材質としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン又は塩化ビニル等が使用される。
【００４４】
また、再熱部３０は、搬送チューブ１８ａ，１８ｂの出口手前に位置しており、電気ヒータ１９ａ，１９ｂによって搬送チューブ１８ａ，１８ｂの内部を加熱する構成となっている。すなわち、搬送チューブ１８ａ，１８ｂ内の粗大荷電粒子を加熱することにより微小ミストが気化され、正又は負のイオンとなる。
【００４５】
更に、再熱部３０に接続されたミキシング部４０では、上記搬送チューブ１８ａによって搬送され、再熱部３０で取り出された正イオンと、搬送チューブ１８ｂによって搬送され、再熱部３０で取り出された負イオンと混合される。すなわち、搬送チューブ１８ａ，１８ｂの出口付近で正負のイオンが混合され、その出口の近傍に配置された帯電体Ｓに向けて供給される。
【００４６】
［１−２．作用効果］
次に、上述した構成を有する本実施の形態の作用効果について説明する。すなわち、本実施の形態では、以下のようにして帯電体Ｓ上の電荷が除電される。まず、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂにおいて、供給管４ａ，４ｂから供給された空気もしくは非反応性ガスが、軟Ｘ線発生部９ａ，９ｂによって軟Ｘ線が照射されることにより、正負のイオンとなる。
【００４７】
また、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に、それぞれ、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから水蒸気が供給され、低温ガス供給部１３ａ，１３ｂから低温Ｎ2 ガス等の低温ガスが供給される。これにより、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから供給される水蒸気が低温ガスによって冷却され、過飽和状態となり、微小ミストが発生する。このため、発生した正負のイオン、すなわち微小荷電粒子が、微小ミストに付着することによって正負の粗大荷電粒子が生成される。
【００４８】
そして、第１のイオン発生チャンバ８ａにおいては、フィルタ電極１６ａに正極の電圧が印加されているため、フィルタ電極１６ａに負イオンから生成された粗大荷電粒子が吸収される。これにより、正イオンから生成された粗大荷電粒子がフィルタ電極１６ａを通って搬送部２０に供給される。一方、第２のイオン発生チャンバ８ｂにおいては、フィルタ電極１６ｂに負極の電圧が印加されているため、フィルタ電極１６ｂに正イオンから生成された粗大荷電粒子が吸収される。これにより、負イオンから生成された粗大荷電粒子がフィルタ電極１６ｂを通って搬送部２０に供給される。
【００４９】
このようにして搬送部２０に供給される正負の粗大荷電粒子は、それぞれ搬送チューブ１８ａ，１８ｂによって再熱部３０まで搬送される。そして、再熱部３０において電気ヒータ１９ａ，１９ｂによって加熱されることにより、微小ミストが気化し、搬送チューブ１８ａでは正イオンとなり、搬送チューブ１８ｂでは負イオンとなる。これらはミキシング部４０において混合され、帯電体Ｓに供給されて帯電体Ｓの正負の電荷をそれぞれ中和する。
【００５０】
上述したようなイオン発生チャンバ８ａ，８ｂにおいて発生する空気イオン、すなわち微小荷電粒子の直径は、正イオンの場合は１ｎｍ程度であり、負イオンの場合は正イオンより２〜３割程度小さい。これら正負のイオンの電気移動度は、それぞれ１．２６×１０-4ｍ2 ／Ｖｓ、１．５６×１０-4ｍ2 ／Ｖｓである。
【００５１】
ここで、図２に、荷電粒子の大きさに対する電気移動度を示す。このグラフに示すように、イオンが微小ミストに付着して生成される粗大荷電粒子の直径が０．１μｍである場合、電気移動度は１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ（１０-8ｍ2 ／Ｖｓ）まで低下する。この結果、搬送チューブ１８ａ，１８ｂ内において荷電粒子雲が自ら形成する電界により、搬送チューブ１８ａ，１８ｂの中央から内壁に移動する荷電粒子の速度が著しく遅くなる。このため、搬送中に搬送チューブ１８ａ，１８ｂの内壁に付着するイオンの数を減少させることができ、最終的に帯電体Ｓに供給するイオンの数が減少するのを防止することができる。従って、搬送チューブ１８ａ，１８ｂを十分に長くすることが可能となり、イオンの搬送距離を従来に比べて延ばすことができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、イオン化源として軟Ｘ線を用いているため、空気もしくは非反応性ガスのいずれをイオン化してもオゾンが発生することが無い。また、電極材の飛散や空気中の不純物の堆積及び再飛散のような発塵が無く、且つ、電磁ノイズも発生しない。更に、別個に配置されたイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内で発生した正負の粗大荷電粒子を、搬送チューブ１８ａ，１８ｂで帯電体Ｓ近傍まで搬送する構成であるため、例えばカセット内に収納したガラス基板の隙間等、狭いスペースに対しても除電を行うことができる。
【００５３】
［２．第２の実施の形態］
［２−１．構成］
図３は、本発明の第２の実施の形態によるイオン化装置の構成を示す模式図である。同図において、上述した図１に示す第１の実施の形態と同様の部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
上述した第１の実施の形態では、粗大荷電粒子発生部１０として、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内で正負イオンの発生と粗大荷電粒子の発生とを行っていたが、本実施の形態では、イオン発生部１０１と粒子発生部１０２とが別個に設けられている。すなわち、粗大荷電粒子発生部１０は、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂから構成されるイオン発生部１０１と、イオンから粗大荷電粒子を生成する粒子発生部１０２とからなる。
【００５５】
従って、第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂにおいて、軟Ｘ線発生部９ａ，９ｂにより、供給管４ａ，４ｂから供給される空気又は非反応性ガスがイオン化される。そして、第１のイオン発生チャンバ８ａでは、フィルタ電極１６ａに負イオンが吸収されることにより、正イオンが単極分離され、第２のイオン発生チャンバ８ｂでは、フィルタ電極１６ｂに正イオンが吸収されることにより、負イオンが単極分離されるようになっている。
【００５６】
また、粒子発生部１０２には、ケーシング２１ａ，２１ｂが設けられており、それぞれ第１及び第２のイオン発生チャンバ８ａ，８ｂから発生する正負のイオンが供給されるようになっている。更に、ケーシング２１ａ，２１ｂの側面（又は上面）には、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂと低温ガス供給部１３ａ，１３ｂとが設けられており、それぞれケーシング２１ａ，２１ｂ内部に水蒸気とＮ2 ガス等の低温ガスとを供給するようになっている。すなわち、ケーシング２１ａ，２１ｂ内部において、第１の実施の形態と同様に、水蒸気を低温ガスで冷却することにより過飽和状態にし、微小ミストを発生させる構成となっている。そして、これらケーシング２１ａ，２１ｂ内部に供給される正負のイオンが、上記微小ミストに付着することによって、粗大荷電粒子が生成されるようになっている。
【００５７】
また、上記粒子発生部１０２は搬送部２０に接続されており、各ケーシング２１ａ，２１ｂから発生する正負の粗大荷電粒子が、搬送チューブ１８ａ，１８ｂに供給される。
【００５８】
［２−２．作用効果］
次に、上述した構成を有する本実施の形態の作用効果について説明する。すなわち、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様に帯電体Ｓ上の電荷が除電される。すなわち、イオン発生部１０１の第１のイオン発生チャンバ８ａで発生した正負のイオンのうち、負イオンがフィルタ電極１６ａに吸収され、正イオンがフィルタ電極１６ｂを通って粒子発生部１０２のケーシング２１ａに供給される。一方、第２のイオン発生チャンバ８ｂでは、正イオンがフィルタ電極１６ｂに吸収され、負イオンがフィルタ電極１６ｂを通ってケーシング２１ｂに供給される。
【００５９】
このとき、ケーシング２１ａ，２１ｂ内部に、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから水蒸気が供給されると共に、低温ガス供給部１３ａ，１３ｂからＮ2 ガス等の低温ガスが供給される。これにより、水蒸気供給部１２ａ，１２ｂから供給される水蒸気が低温ガスによって冷却され、過飽和状態となり、微小ミストが発生する。このため、発生した正負のイオン、すなわち微小荷電粒子が、微小ミストに付着することによってイオンを核とする粗大荷電粒子が生成される。
【００６０】
これら正負の粗大荷電粒子は、第１の実施の形態と同様に、それぞれ搬送チューブ１８ａ，１８ｂによって搬送され、再熱部３０において電気ヒータ１９ａ，１９ｂによって加熱することにより、微小ミストが気化して正負のイオンとなる。そして、ミキシング部４０において混合され、帯電体Ｓに供給されて帯電体Ｓの正負の電荷をそれぞれ中和する。
【００６１】
以上のように、本実施の形態により、第１の実施の形態と同様に、搬送チューブ１８ａ，１８ｂ内において荷電粒子雲が自ら形成する電界により、荷電粒子の搬送チューブ１８ａ，ｌ８ｂの中央から内壁に移動する速度が著しく遅くなる。このため、搬送中に搬送チューブ１８ａ，１８ｂに付着するイオンの量を減少させることができ、イオンの搬送距離を長くすることが可能となる。
【００６２】
［３．他の実施の形態］
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような各種態様も可能である。すなわち、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、上述した各実施の形態のように単極の粗大荷電粒子を別々に搬送する構成ではなく、両極の粗大荷電粒子を搬送する構成であってもよい。
【００６３】
また、水蒸気を含むイオン搬送ガスを冷却する手段としては、窒素に限らず、他の低温ガスであってもよい。更に、イオン発生チャンバの一部あるいは全体を液体窒素、水等の冷媒あるいは熱電冷凍素子等で冷却し、間接的にイオン搬送ガスを冷却する方法であってもよい。
【００６４】
また、水蒸気と低温窒素ガスとにより微小ミストを発生するのではなく、微小ミストの大きさ（サブミクロンオーダー）に対応するドライアイスの粒子を生成するようにしてもよい。そして、そのような粒子を含む二酸化炭素ガスをノズルによってイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ又はケーシング２１ａ，２１ｂ（図３）内に吹き込み、正負イオンで荷電する。この場合、二酸化炭素の発生手段として液化炭酸ガスを使用することができる。
【００６５】
そして、水蒸気を用いた場合と同様に、ドライアイスの粒子を正負イオンで荷電した粗大荷電粒子を搬送チューブ１８ａ，１８ｂで搬送し、再熱部３０で加熱してドライアイスの粒子を昇華し、残った正負イオンで帯電体Ｓを除電する。
【００６６】
また、このようにドライアイスの粒子を搬送する方式の場合、再熱部３０を設けずに、搬送チューブ１８ａ，１８ｂで搬送した粗大荷電粒子をそのまま帯電体Ｓに供給する構成としてもよい。これにより、帯電体Ｓを除電すると同時に、ドライアイスの粒子によって帯電体Ｓ上の微粒子を弾き飛ばし、帯電体Ｓの表面を洗浄することができる。
【００６７】
更に、水蒸気を用いる場合でも、水蒸気を冷却する際に零度以下まで冷却することにより、氷の微粒子を発生するようにしてもよい。これにより、上記ドライアイスの粒子と同様に、氷の微粒子によって帯電体Ｓ上の微粒子を弾き飛ばしてその表面を洗浄することができる。このように、質量の大きな固体の微粒子を物体の表面に吹き付けて洗浄する方法は、水や空気等の流体を吹き付けて洗浄する方法に比べて洗浄効果が高い。
【００６８】
また、イオン化手段としては、軟Ｘ線発生装置に限らず、低エネルギー電子線発生装置、密封放射性同位元素、紫外線発生装置、あるいは、沿面放電又はコロナ放電発生装置等でもよい。なお、低エネルギー電子線発生装置としては、例えばウシオ電機株式会社製の超小型電子ビーム照射管チューブを使用して、数１０ｋＶの低い動作電圧で電子ビーム（ソフトエレクトロン）を取り出すものを使用することができる。
【００６９】
また、上記低エネルギー電子線発生装置、紫外線発生装置、あるいは、沿面放電又はコロナ放電発生装置によってイオン化する場合は、オゾンの発生を防止するために、高純度Ｎ2 ガス等のような非反応性ガスをイオン化する。更に、低エネルギー電子線発生装置、紫外線発生装置等を使用する場合は、軟Ｘ線発生装置の場合と同様に、イオン発生チャンバ８ａ，８ｂに設けられた照射窓を介して各線を照射させるが、密封放射性同位元素を使用する場合は、それ自体をイオン発生チャンバ内に設置する。また、沿面放電又はコロナ放電発生装置を使用する場合は、イオン発生部をイオン発生チャンバ８ａ，８ｂ内に設置する。
【００７０】
更に、上述した各実施の形態におけるイオン化装置において、オゾン発生装置を設けてイオン搬送ガスにオゾンを供給するようにしてもよい。この場合、オゾンは−８０℃以下で液化するため、イオン搬送ガスを低温Ｎ2 ガス等で−８０℃以下に冷却することによってオゾンの微小ミストと氷の微粒子とを生成し、再熱することなしに帯電体Ｓに供給する。これにより、氷の微粒子とオゾンの微小ミストの有する電荷によって帯電体Ｓが除電されると共に、帯電体Ｓ上の微粒子が氷の微粒子によって除去される。また、オゾンは強力な酸化作用で有機物を分解する性質を有するため、このオゾンの微小ミストにより、帯電体Ｓ上の有機物が二酸化炭素と水とに分解され、除去される。このように、氷の微粒子とオゾンの微小ミストにより、帯電体Ｓ表面を洗浄することが可能となる。
【００７１】
［４．実験結果］
ここで、図４に、微小荷電粒子（イオン）を粗大化して搬送し、帯電体を除電する実験装置の概略図を示す。この実験装置では、正に帯電した金属プレートを負の粗大荷電粒子によって除電するようになっている。同図において、エアポンプ５１、バルブ５２及び流量計５３を介して、空気を１１０Ｌ／ｍｉｎで取り込むようになっている。また、この空気を、Ｔ字継手５４を介して、低温窒素ガス発生装置５５から発生する低温窒素ガスと混合させる。
【００７２】
低温窒素ガス発生装置５５は、液体窒素（沸点：―１９６℃）を入れたポリエチレン製の容器５６を、常温の水が入った水槽５７内に配置した構成となっている。すなわち、容器５６内の液体窒素を水槽５７内の水によって気化することにより、低温窒素ガスを発生するようになっている。
このような低温窒素ガスと混合することにより、空気中の水蒸気が過飽和状態となる。そして、このような空気を、イオン発生チャンバ５８内に吹き込む。
【００７３】
イオン発生チャンバ５８は、幅が約５ｃｍ、高さが約５ｃｍ、及び長さが約２５ｃｍとなっており、上面もしくは側面に照射窓５９を介して軟Ｘ線発生装置６０が設けられている。すなわち、この軟Ｘ線発生装置６０から発生する軟Ｘ線が、照射窓５９を通してイオン発生チャンバ５８内に照射され、イオン発生チャンバ５８内に正負のイオンが発生するようになっている。
【００７４】
上述したように、イオン発生チャンバ５８内に吹き込まれる空気は、水蒸気が過飽和状態となっているため、微小ミストを含んでいる。従って、イオン発生チャンバ５８内では、軟Ｘ線によって発生した正負のイオンが上記微小ミストに付着することにより正負の粗大荷電粒子が発生する。
【００７５】
また、イオン発生チャンバ５８内において、出口近傍にはハニカム状のフィルタ電極６１が設けられており、このフィルタ電極６１より入口側の内壁面には背面電極６２が形成されている。これらフィルタ電極６１及び背面電極６２には、負の高圧電源６３により負の高電圧が印加されている。これにより、上述したように発生した正負の粗大荷電粒子のうち正の粗大荷電粒子が、フィルタ電極６１及び背面電極６２に吸収され、負の粗大荷電粒子のみが搬送チューブ６４に流れ込む。この搬送チューブ６４は、テフロン製であって、内径が約１５ｍｍ、長さが約２ｍとなっている。
【００７６】
また、上記搬送チューブ６４の出口近傍に、例えば米国イオンシステムズ社製ＣＰＭ２１０のような帯電プレートモニタ６５の１５ｃｍ×１５ｃｍの金属プレート６６を配置する。そして、搬送チューブ６４から、負の粗大荷電粒子雲を含む空気を金属プレート６６に吹き付ける。ここで、金属プレート６６は予め＋１ｋＶに帯電しており、帯電プレートモニタ６５により、この金属プレート６６が負の粗大荷電粒子によって中和され＋０．１ｋＶに電位が減衰するまでの時間を測定する。すなわち、この電位減衰時間が短い程、搬送チューブ６４によって搬送されてくる負の粗大荷電粒子の数が多いことが分かる。
【００７７】
また、予め、イオン発生チャンバ５８内でイオンを粗大化させずに負のイオンをそのまま搬送チューブ６４にて搬送し、金属プレート６６に吹き付けた場合の時間を測定しておく。この結果、イオンを粗大化させない場合、電位減衰時間は約３０秒であったのに対し、イオンを粗大化した場合、すなわち粗大荷電粒子を生成して搬送した場合は、電位減衰時間は１秒以下であった。
【００７８】
以上のことから、微小荷電粒子であるイオンを粗大化して粗大荷電粒子とすることにより、チューブ内壁に付着するイオンの量を低減することができ、多くのイオンを搬送することが可能となる。
なお、上記実験装置では負の粗大荷電粒子を搬送する場合について示したが、正の粗大荷電粒子の場合も同様である。また、両極イオンを粗大化し搬送する場合も同様である。
【００７９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、微小荷電粒子である正負イオンを微小ミスト等と混合することによって粗大荷電粒子とし、この粗大荷電粒子をチューブによって搬送するため、搬送中にチューブの内壁に付着するイオンの量を減少させることができる。そのため、イオンの搬送距離を長くすることができる。また、そのため、狭いスペースに対しても十分に除電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による荷電粒子搬送式イオン化装置の構成を示す模式図である。
【図２】荷電粒子の大きさに対する電気移動度を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態による荷電粒子搬送式イオン化装置の構成を示す模式図である。
【図４】微小荷電粒子を粗大化して搬送する実験装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…粗大荷電粒子発生部
２０…搬送部
３０…再熱部
４０…ミキシング部
４，４ａ，４ｂ…供給管
５ａ，５ｂ…バルブ
６ａ，６ｂ…流量計
７ａ，７ｂ…メンブレン・フィルタ
８ａ…第１のイオン発生チャンバ
８ｂ…第２のイオン発生チャンバ
９ａ，９ｂ…軟Ｘ線発生装置
１１ａ，１１ｂ…軟Ｘ線照射窓
１２ａ，１２ｂ…水蒸気供給部
１３ａ，１３ｂ…低温ガス供給部
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ…フィルタ
１６ａ，１６ｂ…フィルタ電極
１７ａ，１７ｂ…ＤＣ高電圧電源
１８ａ，１８ｂ…搬送チューブ
１９ａ，１９ｂ…電気ヒータ
１０１…イオン発生部
１０２…粒子発生部
２１ａ，２１ｂ…ケーシング
Claims (16)
- 静電気を除去するために帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給するチューブと、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化して正負イオンとするイオン化手段とを備えた荷電粒子搬送式イオン化装置において、
前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスを加湿する加湿手段と、
前記加湿されたイオン搬送ガスを冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させる冷却手段と、
前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化装置。 - 静電気を除去するために帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給するチューブと、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化して正負イオンとするイオン化手段とを備えた荷電粒子搬送式イオン化装置において、
前記イオン搬送ガスとして空気を使用し、前記チューブ内に供給する前記空気を冷却することにより、該空気中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させる冷却手段と、
前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化装置。 - 前記水蒸気を含む前記イオン搬送ガスを零度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させる冷却手段と、
前記正負イオンと前記氷の微粒子とを混合させて電荷を有する氷の微粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備し、
前記チューブは、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子搬送式イオン化装置。 - 前記イオン搬送ガスにオゾンを供給するオゾン発生装置を具備し、
前記冷却手段は、前記水蒸気及び前記オゾンを含む前記搬送ガスを−８０度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させると共に該イオン搬送ガス中のオゾンからオゾンの微小ミストを生成し、前記チューブは、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子及び前記オゾンの微小ミストの有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすと共に、前記オゾンの微小ミストによって前記帯電体上の有機物を二酸化炭素と水とに分解して除去することにより、前記帯電体の表面を洗浄することを特徴とする請求項３記載の荷電粒子搬送式イオン化装置。 - 前記冷却手段は、低温窒素ガスを発生するガス発生手段であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の荷電粒子搬送式イオン化装置。
- 前記チューブの出口近傍において該チューブ内の前記イオン搬送ガスを加熱して前記微小ミストを気化する再熱手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子搬送式イオン化装置。
- 静電気を除去するために帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給するチューブと、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化して正負イオンとするイオン化手段とを備えた荷電粒子搬送式イオン化装置において、
ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生する二酸化炭素発生手段と、
前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化装置。 - 静電気を除去するために帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給するチューブと、前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化して正負イオンとするイオン化手段とを備えた荷電粒子搬送式イオン化装置において、
ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生する二酸化炭素発生手段と、
前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて電荷を有するドライアイスの微小な粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給する粗大荷電粒子発生手段とを具備し、
前記チューブは、前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記ドライアイスの微小な粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記ドライアイスの微小な粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化装置。 - 前記チューブの出口近傍において該チューブ内の前記イオン搬送ガスを加熱して前記ドライアイスの微小な粒子を昇華する再熱手段を具備することを特徴とする請求項７記載の荷電粒子搬送式イオン化装置。
- 前記イオン化手段は、軟Ｘ線発生装置又は密封放射性同位元素であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の荷電粒子搬送式イオン化装置。
- 前記イオン搬送ガスは、高純度の非反応性ガスであり、前記イオン化手段は、低エネルギー電子線発生手段、紫外線発生手段、あるいは、沿面放電又はコロナ放電発生手段であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子搬送式イオン化装置。
- 静電気を除去するために、チューブにより帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給すると共に、前記チューブに供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化手段によってイオン化する荷電粒子搬送式イオン化方法において、
前記チューブ内に供給するイオン搬送ガスを加湿し、
前記加湿したイオン搬送ガスを冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させ、
前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化方法。 - 静電気を除去するために、チューブにより帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給すると共に、前記チューブに供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化手段によってイオン化する荷電粒子搬送式イオン化方法において、
前記イオン搬送ガスとして空気を使用し、
前記チューブ内に供給する前記空気を冷却することにより、該空気中の水蒸気を過飽和状態にして微小ミストを発生させ、
前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化方法。 - 前記水蒸気を含む前記イオン搬送ガスを零度以下に冷却することにより、該イオン搬送ガス中の水蒸気から氷の微粒子を発生させ、
前記正負イオンと前記微小ミストとを混合させて電荷を有する氷の微粒子である粗大荷電粒子とし、
該粗大荷電粒子を前記チューブに供給し、
前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記氷の微粒子の有する電荷によって前記帯電体を除電し、同時に前記氷の微粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴とする請求項１２又は１３記載の荷電粒子搬送式イオン化方法。 - 静電気を除去するために、チューブにより帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給すると共に、前記チューブに供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化手段によってイオン化する荷電粒子搬送式イオン化方法において、
ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生し、
前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて粗大荷電粒子とし、
該粗大荷電粒子を前記チューブに供給することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化方法。 - 静電気を除去するために、チューブにより帯電体の近傍に向かってイオン搬送ガスを供給すると共に、前記チューブに供給するイオン搬送ガスの一部をイオン化手段によってイオン化する荷電粒子搬送式イオン化方法において、
ドライアイスの微小な粒子を含む低温の二酸化炭素ガスを発生し、
前記正負イオンと前記ドライアイスの微小な粒子とを混合させて電荷を有するドライアイスの微小な粒子である粗大荷電粒子とし、該粗大荷電粒子を前記チューブに供給し、
前記粗大荷電粒子を前記帯電体の近傍に供給することにより、前記ドライアイスの微小な粒子を有する電荷によって前記帯電体を除電し、
同時に前記ドライアイスの微小な粒子によって前記帯電体の表面の微粒子を弾き飛ばすことにより前記帯電体の表面を洗浄することを特徴とする荷電粒子搬送式イオン化方法。
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