JP5047765B2

JP5047765B2 - 断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー

Info

Publication number: JP5047765B2
Application number: JP2007319703A
Authority: JP
Inventors: 彰水野; 政典鈴木; 喬松田; 秀明松橋
Original assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Techno Ryowa Ltd
Current assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Techno Ryowa Ltd
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: JP2009146595A

Description

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イオナイザーに係り、特に、断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーに関するものである。

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。

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。

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ナイザーが知られている。このイオナイザーは、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、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ものである。

しかしながら、このようなコロナ放電を利用したイオナイザーでは、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。

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、従来のイオナイザー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、イオナイザー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、イオナイザー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。

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ナイザー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、従来のイオナイザーを使用した場合、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。

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ナイザーが検討されている（特許文献１参照）。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。

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、製造装置内にイオナイザー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ナイザーに比べて、狭いスペースに対しても除電を行うことができる。

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ナイザーにおいては、発生したイオンの拡散速度が速いため、搬送中に正負イオンの再結合や単極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。その結果、搬送される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。

そこで、チューブ搬送によるイオン量低下を防止することを目的として、特許文献２に示すようなイオン拡散速度の遅い帯電ミストを生成するイオナイザーが提案されている。この特許文献２に示されたイオナイザーにおいては、イオンと微小ミストとが混合、付着して生成された帯電ミストが、イオン粒子よりも極めて大きな粗大荷電粒子となるため、この帯電ミストの電気的移動度はイオンの電気的移動度に比べて極めて遅くなり、両極帯電ミストの再結合やチューブを通過する単極帯電ミストのチューブ内壁への付着による減少が著しく少ない。

このように、帯電ミスト（粗大荷電粒子）の拡散速度を低下させることにより、正負帯電ミスト（正負イオン）の再結合だけではなく、チューブ内壁への単極帯電ミスト（単極イオン）の付着による電荷の消耗も低減させることができる。したがって、帯電ミスト（イオン）濃度が高い初期状態を維持しつつ、チューブにより長い距離を搬送することが可能となる。これにより、十分な帯電ミスト（イオン）量を確保して優れた除電性能を発揮し、高い信頼性を得ることができる。
特開２０００−１６７３８８号公報特開２０００−２０８２９３号公報

しかしながら、上記特許文献２に示されたイオナイザーでは、上述したような優れた性能を発揮できる反面、構成部材数が多く、コストが高いという問題点があった。すなわち、微小ミストを生成するための加湿手段や冷却手段など複数の付帯設備が不可欠であり、構成が複雑であった。また、これらの機器はいずれも高価であり、経済的な負担が大きかった。

また、本発明者等は、加湿されたエア自体を小口径のオリフィスからチャンバ内に噴出させて荷電粒子を生成する方法について鋭意検討を重ねたところ、加圧状態では加湿量が少なく、断熱膨張した際、急激に湿度が低下し、水蒸気の過飽和状態ができにくいため、断熱膨張の冷却効果による荷電粒子の生成効率は良くないことが分かった。

また、本発明者等は、加湿されたエアと冷却用の加圧エアとを荷電粒子発生チャンバ内で完全にミキシングする方法についても検討したところ、この場合も、ミキシングの際に急激に湿度が低下し、水蒸気の過飽和状態ができないため、断熱膨張の冷却効果による荷電粒子の生成効率は良くないことが分かった。

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、簡単な構成で、イオン化エアを除電対象へ搬送する際のイオン量の減少を防止すると共に、イオン化エアを長い距離にわたって安定的に搬送することができる断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、除電対象となる帯電体の近傍にイオン化されたイオン搬送ガスを搬送するチューブと、前記イオン搬送ガスの一部をチャンバ内で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ナイザーであって、前記チャンバの内部に荷電粒子発生ノズルが配設され、この荷電粒子発生ノズル内に前記正負イオンを導入すると共に、加湿されたイオン搬送ガスと加圧されたイオン搬送ガスとを供給し、該ノズル内において前記正負イオンを核として過飽和状態の水蒸気を凝縮させることにより正負の微小ミストを発生させ、前記正負イオンと正負微小ミストとの混合体を、前記チューブを介して、除電対象となる帯電体に吹き付けるように構成し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１に記載の発明によれば、チャンバ内に設置した荷電粒子発生ノズル内において、正負イオンに水分子を凝縮させることにより、粗大化した正負の微小ミスト（粗大荷電粒子）を生成して、それらの移動速度を低下させることにより、正負荷電粒子の再結合による両極荷電粒子の消耗を低減することができるので、チューブによる荷電粒子（イオン）の搬送距離を飛躍的に延ばすことができる。

また、荷電粒子発生ノズル内という局所的に水蒸気の飽和状態を作れば良いので、加湿のためのイオン搬送ガスが少なくて済む。さらに、加湿のためのイオン搬送ガスと冷却のための加圧されたイオン搬送ガスとが完全にミキシングされると低湿度状態（４０〜５０％ＲＨ）になるので、荷電粒子発生チャンバ内やチューブ内が結露する心配がない。

請求項２に記載の発明は、除電対象となる帯電体の近傍にイオン化されたイオン搬送ガスを搬送するチューブと、前記イオン搬送ガスの一部をチャンバ内で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ナイザーであって、前記チャンバとして、内部にフィルタ電極を備えた２つのチャンバが用いられ、前記両チャンバの内部に荷電粒子発生ノズルが配設され、一方のチャンバ内に配設されたフィルタ電極には正の電圧が印加され、他方のチャンバ内に配設されたフィルタ電極には負の電圧が印加されるように構成され、前記荷電粒子発生ノズルのそれぞれに前記正負イオンを導入すると共に、加湿されたイオン搬送ガスと加圧されたイオン搬送ガスとを供給し、該ノズル内において前記正負イオンを核として過飽和状態の水蒸気を凝縮させることにより正負の微小ミストを発生させ、各チャンバで発生した正負イオンと正負微小ミストとの混合体を、前記各フィルタ電極を通過させることによって、前記混合体から該フィルタ電極と同極性の単極イオン及び単極微小ミストのみを分離させ、前記単極イオン及び単極微小ミストの混合体を、前記各チャンバに接続されたチューブを介して、除電対象となる帯電体に吹き付けるように構成し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、２つのチャンバ内のそれぞれにおいて、正負イオンに水分子を凝縮させることにより、粗大化した正負の微小ミスト（粗大荷電粒子）を生成し、各チャンバに設けたフィルタ電極によって単極荷電粒子を分離し、取り出した単極荷電粒子を、それぞれ別個に除電対象物の近傍まで搬送し、ユースポイントで正と負の荷電粒子をミキシングして除電対象物に吹き付けることができる。

また、チューブ内における単極荷電粒子の移動速度を低下させることにより、チューブ内壁への単極荷電粒子の付着による単極荷電粒子の消耗を低減することができるので、チューブによる荷電粒子（イオン）の搬送距離を飛躍的に延ばすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーにおいて、前記荷電粒子発生ノズルは、その一端が開放されると共に、上面の一部が切り欠かれた筒状とされ、この切り欠き部分から前記正負イオンが該ノズル内に導入されるように構成され、前記開放端の反対側にはオリフィスを備えた加圧エア供給口が形成され、この加圧エア供給口から加圧されたイオン搬送ガスが該ノズル内に供給されるように構成され、該ノズルの側部には加湿エア供給口が形成され、この加湿エア供給口から飽和状態のイオン搬送ガスがノズル内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３に記載の発明は、チャンバ内に配設する荷電粒子発生ノズルの構成を具体的に規定したものであって、該ノズルをチャンバ内に設置することにより、局所的に水蒸気の飽和状態を作れば良いので、加湿のためのイオン搬送ガスが少なくて済む。また、加湿のためのイオン搬送ガスと冷却のための加圧されたイオン搬送ガスとが完全にミキシングされると低湿度状態（４０〜５０％ＲＨ）になるので、荷電粒子発生チャンバ内やチューブ内が結露する心配がない。

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断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーにおいて、前記イオン搬送ガスの加湿手段が、バブラー及びミストセパレータから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４に記載の発明によれば、荷電粒子発生ノズルに導入するイオン搬送ガスの加湿手段の構成を簡易な構成とすることができるので、従来のようにイオン搬送ガスを冷凍機や液体窒素で冷却して、イオン搬送ガスの水蒸気を過飽和状態にする必要がない。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーにおいて、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ものである。
上記のような構成を有する請求項５に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。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーにおいて、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装置あるいは紫外線発生装置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６に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。

本発明によれば、簡単な構成で、イオン化エアを除電対象へ搬送する際のイオン量の減少を防止すると共に、イオン化エアを長い距離にわたって安定的に搬送することができる断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーを提供することができる。

以下、本発明に係る断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー（以下、イオン核凝縮型イオナイザーという）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）第１実施形態
（１−１）構成
（チャンバ）
図１に示すように、本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーには、筒状の荷電粒子発生用チャンバ（以下、チャンバという）１０の上方の壁部に、軟Ｘ線等の放射線を透過する照射窓１１が設けられると共に、該壁部の外側に突出するように放射線遮蔽用カバー１２が設けられ、この放射線遮蔽用カバー１２内に軟Ｘ線ヘッド等のイオン化源２０が配設され、前記照射窓１１を介して、チャンバ１０内の空気をイオン化するように構成されている。

また、前記チャンバ１０の一端にはエア供給口１３が設けられると共に、チャンバ１０の他端には吹出口１４が設けられ、この吹出口１４には、荷電粒子搬送部となるチューブ１５が接続され、チャンバ内で発生したイオン化エアを除電対象となる帯電体Ｓに向けて吹き出すことができるように構成されている。

また、前記エア供給口１３の上流側には、フィルタ１６、流量計１７、流量調節バルブ１８が配設され、エアポンプ１９を介して供給されるエア（イオン搬送ガス）の流量調整を行えるように構成されている。さらに、前記流量調節バルブ１８とエアポンプ１９の間には分岐ライン４０が設けられ、加湿部側流量調節バルブ４８、加湿部側流量計４７及び加湿部側フィルタ４６を介して、後述する加湿部に接続されている。

（荷電粒子発生ノズル）
前記チャンバ１０の内部には、図２に示すような構成を有する荷電粒子発生ノズル３０が取り付けられている。すなわち、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、荷電粒子発生ノズル３０は、その一端が開放されると共に、上面の一部が切り欠かれた筒状とされている。

また、前記開放端３１の反対側には加圧エア供給口３２が形成され、この加圧エア供給口３２から加圧されたイオン搬送ガス（以下、加圧エアという）がノズル３０内に供給されるように構成されている。一方、荷電粒子発生ノズル３０の側部には、加湿エア供給口３３が形成され、この加湿エア供給口３３から飽和状態のイオン搬送ガス（以下、加湿エアという）がノズル３０内に供給されるように構成されている。また、前記加圧エア供給口３２と加湿エア供給口３３の間には、小口径（例えば、Φ＝約１ｍｍ）のオリフィス３４が設けられている。

なお、図２（Ｂ）に示すように、筒状のノズルの上面に形成された切り欠き部３５から、軟Ｘ線がノズル３０内に照射されるように構成されている。また、荷電粒子発生ノズル３０の加圧エア供給口３２は、前記チャンバ１０のエア供給口１３内に収納配置されるように構成されている。また、前記チャンバ１０と荷電粒子発生ノズル３０によって両極荷電粒子発生部が構成されている。

（加湿部）
図１に示すように、前記分岐ライン４０には、バブラー（気泡塔）５０及びミストセパレータ６０からなる加湿部が設けられている。すなわち、前記加湿部側フィルタ４６の下流側に配設されたバブラー５０には、その容器の上部に純水供給用配管５１が接続され、前記バブラー容器内に純水を供給するように構成されている。

また、前記バブラー容器の下部には純水排出用配管５２が接続され、前記バブラー容器内の純水を適宜排出できるように構成されている。また、前記純水供給用配管５１には純水供給用電磁弁５３が取り付けられ、純水排出用配管５２には純水ブロー用電磁弁５４が取り付けられ、純水の供給量及び排出量を調節できるように構成されている。

なお、前記純水供給用電磁弁５３は、バブラー容器内にフロースイッチを設け、それによりＯＮ／ＯＦＦを制御するように構成されている。また、純水ブロー用電磁弁５４は、所定の間隔でバブラー容器内の純水を排出するように構成されている。

また、前記バブラー５０の下流側に配設されたミストセパレータ６０には、その内部にセラミックス製多孔体や樹脂繊維等からなるミスト吸着材６１が充填され、前記バブラー５０から送られたイオン搬送ガス中のミストが分離されるように構成されている。また、前記ミストセパレータ６０の下部には、ドレンバルブ６２を備えた排水管６３が設けられている。

そして、前記バブラー５０によって加湿されたイオン搬送ガスが、前記ミストセパレータ６０に導入され、このミストセパレータ６０によってミストが分離除去された後、前記荷電粒子発生ノズル３０に設けられた加湿エア供給口３３を介して荷電粒子発生ノズル３０内へ導入されるように構成されている。

なお、荷電粒子発生ノズル３０に導入する加圧エア量と加湿エア量の比率は、除電性能を評価するセンサーにイオン化気流を吹き付けながら適宜調節する。

（イオン化源）
前記イオン化源２０としては、例えば、軟Ｘ線発生装置の発生部、低エネルギーの電子線（ソフトエレクトロン）発生装置の発生部、密封放射線同位元素、紫外線発生装置の発生部を用いることができる。

イオン化源２０として、軟Ｘ線発生装置の発生部、密封放射線同位元素を用いる場合は、イオン搬送ガスとして、空気もしくは負イオンを形成できる程度に負性ガスを含む非反応性ガス（Ｎ₂ガス等）のいずれを用いても、オゾンが発生することがなく、電磁ノイズや発塵もない。

また、イオン化源２０として、低エネルギーの電子線発生装置の発生部や紫外線発生装置の発生部を用いる場合には、イオン搬送ガスとして、オゾンが発生しない程度に酸素を含む非反応性ガス（高純度Ｎ₂ガス等）を用いることが望ましい。これによりオゾンの発生を防止でき、また、電磁ノイズや発塵も防止できる。なお、前記「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ガスをいう。

なお、イオン化源２０として、軟Ｘ線発生装置、低エネルギー電子線（ソフトエレクトロン）発生装置、紫外線発生装置等を使用する場合には、各線を前記チャンバ１０の照射窓１１より照射するが、密封放射線同位元素を使用する場合には、チャンバ１０内に設置する。

ここで、各イオン化源について説明する。
軟Ｘ線は、３〜９．５ｋｅＶ程度のエネルギーを有する微弱Ｘ線であり、２ｍｍ厚さ程度の塩化ビニル板で容易に遮蔽することができるものである。また、紫外線発生装置から発生する紫外線は４００ｎｍ以下の短波長であり、３０Ｗ程度の出力である。

また、低エネルギー電子線は、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等により数１０ｋＶ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）であり、空気中では５ｃｍ程度の到達距離しかなく、その領域の空気あるいはガスをイオン化するものである。

また、密封放射性同位元素は、放射性同位元素をカプセル等に封入したものであり、放射性同位元素としては、α線を発生するアメリシウム２４１又はβ線を発生するニッケル６３等がある。アメリシウム２４１から発生するα線のエネルギーは５．４ＭｅＶ程度であり、電離作用は大きいが空気中での到達距離は数ｃｍ程度であって、紙１枚で容易に遮蔽することができる。また、ニッケル６３から発生するβ線のエネルギーは５７ｋｅＶ程度であり、樹脂板で容易に遮蔽することができる。

（１−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーは、以下のように作用する。

すなわち、本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーにおいては、軟Ｘ線等のイオン化源２０により高密度の正負イオン（微小荷電粒子）が発生している荷電粒子発生ノズル３０部分に、加湿エア供給口３３を介して飽和状態の加湿エアが導入されると共に、加圧エア供給口３２を介して加圧エアが導入される。

すると、荷電粒子発生ノズル３０内で、飽和状態の加湿エアと断熱膨張により冷却された加圧エアとが衝突することにより、水蒸気が過飽和状態の搬送エアを作り出し、正負イオン（微小荷電粒子）を核として過飽和状態の水蒸気が凝縮されることにより、正負の微小ミスト（粗大荷電粒子）が生成される。そして、この正負の微小ミスト（粗大荷電粒子）と正負イオン（微小荷電粒子）との混合体がチャンバ１０の吹出口１４からチューブ１５へ送られ、このチューブ１５によって、これらの混合体を除電対象となる帯電体Ｓに吹き付けることにより、帯電体Ｓを除電することができる。

なお、前記加圧エアは保持できる水蒸気量が少ないので、断熱膨張した後は低湿度状態となるため、飽和状態の加湿エアと断熱膨張により冷却された加圧エアとがミキシングされる結果、チャンバ１０内は４０〜５０％ＲＨの低湿度となる。一度生成された粗大荷電粒子は、このような低湿度（４０〜５０％ＲＨ）のエア中でも急速に気化することがないので、チャンバ１０内やチューブ１５内を結露させることなく、また、粗大荷電粒子を再結合により減衰させることなく、除電対象まで搬送することができる。

（電気的移動度）
ここで、前記微小ミスト（粗大荷電粒子）と空気イオン（小イオン）の電気的移動度について説明する。

すなわち、空気イオン（小イオン）の直径は、正イオンが１ｎｍ程度で、負イオンはそれより２〜３割程度小さい。これらのイオンの電気的移動度は、それぞれ１．２６×１０^-4ｍ²／Ｖｓ、１．５６×１０^-4ｍ²／Ｖｓである。

一方、これらのイオン（微小荷電粒子）が付着した微小ミスト（粗大荷電粒子）の直径が０．１μｍであるとすると、図３より、電気的移動度は１０^-4ｃｍ²／Ｖｓ（１０^-8ｍ²／Ｖｓ）と飛躍的に低下する。

その結果、チューブ１５内の正負イオン（正負荷電粒子）の移動速度が著しく低下するため、正負イオンの再結合によるイオン（荷電粒子）量の減少を大幅に低減することができるので、チューブ１５による搬送距離を飛躍的に延ばすことができるようになる。

（１−３）効果
上述したように、本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーによれば、正負イオンに水分子を凝縮させることにより、粗大化した正負の微小ミスト（粗大荷電粒子）を生成して、それらの移動速度を低下させることにより、正負荷電粒子の再結合による両極荷電粒子の消耗を低減することができる。その結果、チューブによるイオン（荷電粒子）の搬送距離を飛躍的に延ばすことができる。

さらに、本実施形態によれば、局所的（荷電粒子発生ノズル内）に水蒸気の飽和状態を作れば良いので、加湿のための搬送エアが少なくて済む。また、加湿のための搬送エアと冷却のための加圧された搬送エアとが完全にミキシングされると低湿度状態（４０〜５０％ＲＨ）になるので、荷電粒子発生チャンバ内やチューブ内が結露する心配がない。

また、半導体や液晶製造の各工程での静電気問題を、電極からの発塵やオゾンの発生といった問題を生じさせることなく解決することができる。特に、近年要求が高まっている、カセット内のガラス基板の隙間等の狭いスペースでの静電気対策が可能になる。

さらに、本実施形態においては、加圧されたイオン搬送ガスを小口径のオリフィスからノズル内へ噴出させると共に、該ノズル内にバブラー等で加湿したイオン搬送ガスを供給して、両者を衝突させることにより、水蒸気が過飽和状態の搬送エアを作り出し、イオンを核にしてその水蒸気を凝縮させ、粗大荷電粒子（電荷を持った微小ミスト）を生成することができるので、加熱や冷却のための設備が不要となる。

（２）第２実施形態
本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーは、上記第１実施形態の変形例であって、同様の構成を有する２つのチャンバを用い、各チャンバ内にフィルタ電極を配設し、各チャンバ内で生成された両極荷電粒子のうち、そのチャンバで取り出したい単極荷電粒子と同極性の直流高電圧を各フィルタ電極に印加して、それと逆極性の荷電粒子を吸収することにより単極荷電粒子を取り出し、取り出した単極荷電粒子をそれぞれ別個に除電対象物の近傍まで搬送し、ユースポイントで正と負の荷電粒子をミキシングして除電対象物に吹き付けるように構成したものである。

（２−１）構成
図４に示したように、本実施形態においては、図１に示したと同様の構成を有する２つのチャンバ１０ａ、１０ｂ内のそれぞれに、フィルタ電極７０ａ、７０ｂが配設され、これらのフィルタ電極７０ａ、７０ｂには、直流高圧電源７１ａ、７１ｂが接続されている。

そして、正極荷電粒子を発生させるチャンバ１０ａのフィルタ電極７０ａには正の電圧が印加され、負極荷電粒子を発生させるチャンバ１０ｂのフィルタ電極７０ｂには負の電圧が印加されるように構成されている。すなわち、フィルタ電極７０ａ、７０ｂに、分離したい粗大荷電粒子の極性と同じ極性の電圧を印加することにより、反対極性の粗大荷電粒子を吸収し、同極性のフィルタ電極７０ａ、７０ｂから同極性の単極荷電粒子を分離することができるように構成されている。

また、２つのチャンバ１０ａ、１０ｂの吹出口１４ａ、１４ｂには、それぞれ単極荷電粒子の搬送部となるチューブ１５ａ、１５ｂが接続され、除電対象となる帯電体Ｓの近傍で、それぞれ別個に搬送された正と負の荷電粒子をミキシングして、吹き付けるように構成されている。その他の構成は、上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

（２−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーは、以下のように作用する。

すなわち、本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーにおいては、２つのチャンバ１０ａ、１０ｂのそれぞれに設けられた軟Ｘ線等のイオン化源２０ａ、２０ｂにより高密度の正負イオン（微小荷電粒子）が発生している荷電粒子発生ノズル３０ａ、３０ｂ部分に、加湿エア供給口３３ａ、３３ｂを介して飽和状態の加湿エアが導入されると共に、加圧エア供給口３２ａ、３２ｂを介して加圧エアが導入される。

すると、正極荷電粒子を発生させるチャンバ１０ａにおいては、これらの正負の微小ミスト（粗大荷電粒子）と正負イオン（微小荷電粒子）との混合体が、正の電圧が印加されたフィルタ電極７０ａを通過する際に、これと反対極性である負の粗大荷電粒子がフィルタ電極７０ａに吸収されるため、同極性である正の単極荷電粒子のみが分離される。一方、負極荷電粒子を発生させるチャンバ１０ｂにおいては、同様にして、負の単極荷電粒子のみが分離される。

そして、２つのチャンバ１０ａ、１０ｂに接続されたチューブ１５ａ、１５ｂを介して、除電対象となる帯電体Ｓの近傍で、それぞれ別個に搬送された正と負の荷電粒子をミキシングして、帯電体Ｓに吹き付けることにより、帯電体Ｓを除電することができる。

この場合、上記第１実施形態で説明したように、微小ミスト（粗大荷電粒子）の電気的移動度は、空気イオン（小イオン）と比べて飛躍的に低下するため、チューブ１５ａ、１５ｂ内の荷電粒子雲（単極荷電粒子の集まり）が自ら形成する電界によって、微小ミスト（粗大荷電粒子）がチューブ１５ａ、１５ｂの中央から内壁に移動する速度は著しく遅くなる。その結果、搬送中にチューブ内壁に付着して減少する単極荷電粒子量を大幅に低減することができるので、チューブ１５ａ、１５ｂによる搬送距離を飛躍的に延ばすことができるようになる。

なお、本実施形態においても、前記加圧エアは保持できる水蒸気量が少ないので、断熱膨張した後は低湿度状態となるため、飽和状態の加湿エアと断熱膨張により冷却された加圧エアとがミキシングされる結果、チャンバ１０ａ、１０ｂ内は４０〜５０％ＲＨの低湿度となる。一度生成された粗大荷電粒子は、このような低湿度（４０〜５０％ＲＨ）のエア中でも急速に気化することがないので、チャンバ１０ａ、１０ｂ内やチューブ１５ａ、１５ｂ内を結露させることなく、また、粗大荷電粒子を再結合やチューブ内壁への付着により減衰させることなく、除電対象まで搬送することができる。

（２−３）効果
上述したように、本実施形態のイオン核凝縮型イオナイザーによれば、２つのチャンバ１０ａ、１０ｂ内のそれぞれにおいて、正負イオンに水分子を凝縮させることにより、粗大化した正負の微小ミスト（粗大荷電粒子）を生成し、各チャンバに設けたフィルタ電極７０ａ、７０ｂによって単極荷電粒子を分離し、取り出した単極荷電粒子を、それぞれ別個に除電対象物の近傍まで搬送し、ユースポイントで正と負の荷電粒子をミキシングして除電対象物に吹き付けることができる。

また、チューブ内における単極荷電粒子の移動速度を低下させることにより、チューブ内壁への単極荷電粒子の付着による単極荷電粒子の消耗を低減することができるので、チューブによるイオン（荷電粒子）の搬送距離を飛躍的に延ばすことができる。

（３）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、チューブ１５の先端部近傍に、再熱用ヒータ４１を配設しても良い。本発明では、チャンバ内の湿度を低く維持することができるため、除電対象となる帯電体Ｓが微小ミスト（粗大荷電粒子）により濡れることを防止することができるが、再熱用ヒータ４１を設置することにより、さらに確実に帯電体Ｓの濡れを防止できる。

また、上記の実施形態においては、分岐ライン４０を設けて共通のエア供給源から加圧エアと加湿エアを供給する構成としたが、加圧エアと加湿エアの供給源はそれぞれ別個に設ける構成としても良い。

本発明に係る断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーの第１実施形態の構成を示す図。荷電粒子発生ノズルの構成を示す図であって、（Ａ）は水平断面図、（Ｂ）は垂直断面図。粒子径と電気的移動度の関係を示す図。本発明に係る断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザーの第２実施形態の構成を示す図。

符号の説明

１０…チャンバ
１１…照射窓
１２…放射線遮蔽用カバー
１３…エア供給口
１４…吹出口
１５…チューブ
１６…フィルタ
１７…流量計
１８…流量調整バルブ
１９…エアポンプ
２０…イオン化源
３０…荷電粒子発生ノズル
３２…加圧エア供給口
３３…加湿エア供給口
３４…オリフィス
４０…分岐ライン
５０…バブラー
６０…ミストセパレータ
７０…フィルタ電極
７１…直流高圧電源

Claims

除電対象となる帯電体の近傍にイオン化されたイオン搬送ガスを搬送するチューブと、前記イオン搬送ガスの一部をチャンバ内で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ナイザーであって、
前記チャンバの内部に荷電粒子発生ノズルが配設され、
この荷電粒子発生ノズル内に前記正負イオンを導入すると共に、加湿されたイオン搬送ガスと加圧されたイオン搬送ガスとを供給し、該ノズル内において前記正負イオンを核として過飽和状態の水蒸気を凝縮させることにより正負の微小ミストを発生させ、
前記正負イオンと正負微小ミストとの混合体を、前記チューブを介して、除電対象となる帯電体に吹き付けるように構成したことを特徴とする断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー。
除電対象となる帯電体の近傍にイオン化されたイオン搬送ガスを搬送するチューブと、前記イオン搬送ガスの一部をチャンバ内で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ナイザーであって、
前記チャンバとして、内部にフィルタ電極を備えた２つのチャンバが用いられ、
前記両チャンバの内部に荷電粒子発生ノズルが配設され、
一方のチャンバ内に配設されたフィルタ電極には正の電圧が印加され、他方のチャンバ内に配設されたフィルタ電極には負の電圧が印加されるように構成され、
前記荷電粒子発生ノズルのそれぞれに前記正負イオンを導入すると共に、加湿されたイオン搬送ガスと加圧されたイオン搬送ガスとを供給し、該ノズル内において前記正負イオンを核として過飽和状態の水蒸気を凝縮させることにより正負の微小ミストを発生させ、
各チャンバで発生した正負イオンと正負微小ミストとの混合体を、前記各フィルタ電極を通過させることによって、前記混合体から該フィルタ電極と同極性の単極イオン及び単極微小ミストのみを分離させ、
前記単極イオン及び単極微小ミストの混合体を、前記各チャンバに接続されたチューブを介して、除電対象となる帯電体に吹き付けるように構成したことを特徴とする断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー。
前記荷電粒子発生ノズルは、その一端が開放されると共に、上面の一部が切り欠かれた筒状とされ、この切り欠き部分から前記正負イオンが該ノズル内に導入されるように構成され、
前記開放端の反対側にはオリフィスを備えた加圧エア供給口が形成され、この加圧エア供給口から加圧されたイオン搬送ガスが該ノズル内に供給されるように構成され、
該ノズルの側部には加湿エア供給口が形成され、この加湿エア供給口から飽和状態のイオン搬送ガスがノズル内に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー。
前記イオン搬送ガスの加湿手段が、バブラー及びミストセパレータから構成されてい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断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー。
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乃至請求項４のいずれか一に記載の断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー。
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装置、あるいは紫外線発生装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の断熱膨張によるイオン核凝縮を用いた荷電粒子搬送式イオナイザー。