JPH032558A - 液体中の微粒子の測定法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体中の微粒子の測定法に係り、特に、電子工
業、薬品工業、精密機械工業等に使用される高清浄な液
体、例えば超純水、高純度薬品類中の微粒子の濃度、粒
径分布、粒径等を測定する方法とその装置に関する。

〔従来の技術］ 従来の液体の高純度化の必要性を電子工業における超純
水を例に説明する。

電子工業は、技術進歩が著しく、高集積化が加速してい
る。こうした中で、電子工業においては製品の高品質化
、コストダウンにしのぎを削っており、歩留まりの向上
が極めて切実な問題である。

この歩留まりを左右する大きな因子は、クリーンルーム
内で使用する超純水や薬液中の微粒子（塵埃）であり、
超純水の水質や薬液の純度が今後のＩＣの発展のキーポ
イントとなっている。

薬液の例としては、有機溶剤としてトリクロロエチレン
、アセトン、メタノール、キシレンが、強酸として硝酸
、フッ酸、硫酸、リン酸があげられ、この外に現象液（
レジスト）などがある。

表１にＩＣメーカが純水製造メーカに出している超純水
の仕様の例を示す。又、表２にＩＣにおけるクリーンル
ーム内の各種発塵源での発塵量の例を示す。

表１及び表２から、今後の方向として、使用する液体（
洗浄水、薬液）中の微粒子や微生物を低濃度まで低減す
ることが重要であることが分かる。

これに伴って、これらの微粒子濃度や枝糸等を、迅速、
簡便に精度良く測定する方法が必要となる。

従来水中微粒子の測定方法としては、■、光ブロック法
、２．超音波法、３゜電気パルス法、４．フィルタ法（
顕微鏡法）、５．光散乱法、６．レーザ散乱法がある。

この内１〜５の方法は、０．１〜０．３μｍ以上の粒子
に限られ、電子工業の分野の超純水測定には限界があっ
た。

レーザ散乱法は、０．１〜０．３μｍ又はそれ以」二の
粒子の計測に利用されているが、測定精度に課題がある
。又、該測定方法では０．１μｍ以下の微粒子の測定は
出来ないという課題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したように、従来技術においては、将来その必要性
が増大する０、１μｍ以下の微粒子の測定はできなかっ
た。

そこで、本発明では、０．１μｍ以下の微粒子も測定で
きる簡便で高精度な液体中の微粒子の測定方法とその装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

」１記目的を達成するために、本発明では、微粒子を含
む液体を気化させ、気化させた気体中の微粒子を紫外線
照射及び／又は放射線照射により荷電させ、該荷電微粒
子を検出する液体中の微粒子の測定法及び微粒子を含む
液体を気化させる気化部と、気体中の微粒子を紫外線照
射及び／又は放射線照射により荷電させる荷電部と、該
荷電微粒子を検出する検出部とを有する測定装置とした
ものである。

そして、前記気化部は、微粒子を含む液体を霧状に噴霧
する部分と蒸発を行う部分からなり、また、荷電部は、
光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する手段
を有し、それにより放出した光電子によ気体中に含まれ
ている微粒子を荷電させ、そして、検出部は、荷電微粒
子の荷電量検出器又は、荷電微粒子の分級器と該分級微
粒子の検出部からなっている。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例よりより詳しく説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 半導体工業における超純水中の微粒子の測定法をその装
置の概略構成図で示した第１図で説明する。

島は、微粒子を含む超純水を気化する部分（気化部）、
ＢＩは、気化中機粒子に紫外線照射により荷電を付与す
る部分（荷電部）、Ｃ１は、荷電微粒子を検出する部分
（検出部）である。

夫々につき述べる。

気化部へ、は、主に噴霧器１と加熱蒸発器２より成る。

微粒子を含む超純水３は、試料溶液供給口（図示せず）
を介して噴霧器１に供給され、噴霧器１の側面より供給
される高清浄な圧縮空気４により数ミクロン以下の微小
な霧状の液滴に分散され、浮遊状態となり加熱蒸発器２
で水分が蒸発され、試料は気体状となる。次いで、希釈
ガス供給部（図示せず）からの高清浄空気５で希釈され
、拡散乾燥器６で水分が除去される。

気化部へ、の構成は、微粒子を含む液体を気化状態に出
来る方法であれば何れでも良い。通常は、上述のごとく
、噴霧器と加熱蒸発器を用いると簡便に気体状態となる
ことから少なくとも噴霧器と加熱蒸発器の利用が好まし
い。

又、本例のように気化部後方へ乾燥器（乾燥部）を設置
すると、気体が乾燥され後述の荷電部Ｂ、での荷電作用
が安定に起こるので好ましい。

乾燥器は、気体中水分が除去されるものであれば何れで
も良い。通常、上述の拡散式乾燥器が簡便で効果が高い
ことから好適に使用される。

気体状となった微粒子を含む空気は、適宜冷却器（図示
せず）にて冷却された後、荷電部８１次いで検出部Ｃ３
と導かれる。

荷電部Ｂ１は、主に、紫外線ランプ７と光電子放出材８
及び電極９より構成されている。荷電部Ｂ１では、光電
子放出部８と電極９の間に電場が形成されており、紫外
線ランプ７の照射を受けた電子放出材８から、光電子が
効果的に発生している。空気導入口から導入された空気
１０中の微粒子は、該光電子の作用で荷電される。

荷電部Ｂ、で荷電された微粒子は荷電微粒子の検出部Ｃ
１で検出、測定される。

次に、光電子放出材について説明する。

光電子放出面８の材質は、紫外線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、光電的な仕事関数の
小さいもの程好ましい。効果や経済性の面から、Ｂａ、
　Ｓｒ、　Ｃａ、　Ｙ、　Ｇｄ、ＬａＣｅ、　　　Ｎｄ
、　　Ｔｈ、　　　Ｐｒ、　　１３ｅ、　　Ｚｒ、　　
Ｐｅ、　　Ｎｉ、　　　Ｚｎ、　　Ｃｕ、　　ＡｇＰｔ
、　　Ｃｄ、　　Ｐｂ、　　ＡＩ、　　Ｃ，Ｍｇ、　　
八ｕ、　　Ｉｎ、　　　Ｂｉ、　　Ｎｂ、　　５ｉＴｉ
、　Ｔａ、　Ｓｎ、　Ｐ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。

化合物としては酸化物、はう化物、炭化物があり、酸化
物にはＢａｎ、　ＳｒＯ，Ｃａｂ、　Ｙ２Ｏ６，Ｇｄ２
０ｓ。

ＮｄｘＣＪｓ、　　Ｔｈ［］ｚ、　　　ＺｒＯ２，Ｐｅ
ｚＱｚ、　　ＺｎＱ、　　Ｃｕｂ、　　八５２０゜Ｐｔ
Ｏ，ＰｂＯ，八］２Ｌ、　　Ｍｇ［］、　　１ｎｚｏ３
．　　Ｂ＋０．　　ＮｂＯ，Ｂａｎなどがあり、またほ
う化物にはＹＢａ、　Ｇ［ｊＢ６．　ＬａＢ６゜ＰｒＢ
６．　ＺｒＬなどがあり、さらに炭化物としてはＺｒＣ
，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ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１〜１．０ｗｔ％）及びＢａと屓との
合金を用いることができ、上記ＡｇとＭｇとの合金、Ｃ
ｕとＢｅとの合金及びＢａとＡ１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。

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薄膜
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。

これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ状、格子状
、網状等、があり表面を適宜凹凸状とし使用することが
出来る。又、適宜の形状の材料にメツキや他材料の付着
を施して使用することが出来る。この例として、Ｃｕ−
Ｚｎ材料にＡｕメツキあるいは粒子状の触を固定し使用
することができる。

本例では、紫外線照射の場合であるが、放射線照射によ
っても同様に実施し得る。

次に、紫外線及び／又は放射線の照射について述べれば
、紫外線の光源は、光電子放出材料が紫外線照射により
光電子を放出するものであれば良く、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利用出
来る。

放射線を用いる場合の線源も同様に、照射により光電子
を放出するものであれば良く、α線、β線、Ｔ線などを
用いられ、照射手段としてコバルト６０、セシウム１３
７、ストロンチウム９０などの放射線同位元素、又は原
子炉内で生成する放射性廃棄物及びこれに適当な処理加
工した放射性物質など適宜利用出来る。

これらの材料、紫外線あるいは放射線の種類の使用は、
測定器形状、適用分野、精度、経済性等で適宜法めるこ
とが出来る。

また、光電子放出材への紫外線及び／又は放射線の照射
は電場において行うと効果的である。

電場の形成方法としては、測定器の形状、構造成いは期
待する効果（精度）等により適宜選択することが出来る
。

電場の電圧は０．０２〜１５ｋＶ、好ましくは０．０２
〜５にνであって、該電圧は装置の形状、使用する電極
或いは光電子放出材の材質・構造成いは期待する効果に
より異なる。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。

本例では、電場において紫外線照射を行う場合であるが
、電場がない場合においても実施し得る。微粒子への荷
電効果は、電場における紫外線及び／又は放射線照射で
効果が高いので、電場における実施が好ましい。

荷電部ＩＬで荷電された微粒子は、荷電微粒子の検出部
Ｃ１より、荷電量が測定される。

荷電微粒子の検出部Ｃ３は、微粒子の荷電量を計測しつ
る複数のセグメント（分割された部分）１１、−、、１
１−２及び１１−３で構成されており、夫々微粒子の荷
電量を計測できる構造となっている。

各セグメントにおける荷電量の計測は、荷電粒子の荷電
量を計測できるものであればどのような方式のものでも
良く、周知の方式のものを適用できる。

集塵板（集塵電極）や集塵フィルターを用い発生電流を
計測する方式のものが構造が簡単であり、従って保守が
容易であり、かつ、作業性が良好であるので実用」二好
ましい。

各セグメント１１　、、１１＝２及び１１−３には電場
が形成されている。これらの各セグメント部分の電場の
強さは、夫々印加電圧が同一でもよく、又適当な勾配の
強さとしてもよい。微粒子は粒径の大きさや荷電量に従
って順次セグメントに捕捉される。

電場の印加電圧は５Ｖ〜１．５　ｋ　Ｖ　、好ましくは
５０Ｖ〜５　ｋＶ、更に好ましくは５０Ｖ〜２ｋＶで、
電場の強さや電場の強さの勾配の程度は装置の形状、構
造、期待する効果、使用目的などにより適宜法めること
ができる。

荷電された微粒子は、その大きさ（の分布）により対応
する電場のセグメン）１１　、、１１−２及び１１−３
に捕捉（沈降）される。

各セグメント１１．−３．１１−２及び１１−３におい
ては微粒子の荷電量がエレクトロメーターで計測され、
荷電量から夫々の微粒子（の分布）の濃度が測定される
。すなわち、微粒子の粒径（の分布）とそれに対応する
濃度が測定できる。

セグメントの数は微粒子の測定目的により任意に選ぶこ
とが出来、微粒子の測定区分を多くとりたい場合には、
多くのセグメントを設けることによりその目的を達成す
ることができる。

通常は３〜５区分程度のセグメントを設けるのが保守、
操作性等の面から好ましい。

第１図に示す例においては、集塵板（集塵電極）方式の
セグメントを用いているが、電場を形成した複数の集塵
フィルタを同様に設け、フィルタの電荷量をエレクトロ
メーターで計測することにより微粒子の濃度或いは濃度
分布を同様に測定することが出来る。

第１図において１２は空気の排出口を示し、通常排出口
１２の後方に設けた流量計による計測（図示してない）
により一定流速で空気を吸弓することにより、荷電部Ｂ
及び検出部Ｃに微粒子を含んだ空気が導入される。

第１図に示す例においては、気流の流れ方向は」二から
下方向であるが、装置の形状、構造成いは使用目的等に
応じ、下から」二方向へ、或いは横方向の流れとするこ
とも出来る。

本例の荷電微粒子の検出は、荷電量検出器を用いている
が、別の方法として荷電微粒子を予め・分級し、次いで
該分級微粒子を検出し測定する方法がある。第２図にこ
の様な例を示す。

実施例２ 第２図は本発明の他の実施例を示す概略構成図である。

第２図において、八、：微粒子を含む超純水を気化する
部分（気化部）、Ｂ２：気体中微粒子に紫外線照射によ
り荷電を付与する部分（荷電部）、Ｃ２：荷電微粒子を
検出する部分（検出部）である。

気化部及び荷電部は第１図のとおりである。

荷電部Ｂ２で荷電された微粒子は、荷電微粒子の分級部
１１０と検出部１２０を備えた検出部Ｃ２で、適宜の粒
径範囲に分級され、検出測定される。

検出部Ｃ２を説明する。

検出部Ｃ２は、主に荷電微粒子の分級を行う分級器１１
０と、該分級微粒子の検出器としての凝縮核検出器１２
０より成る。分級器１１０は、コンパクトかつ簡易な構
造で荷電微粒子が分級される部分であり、後述の分級材
の印加電圧を変化させることにより荷電微粒子を分級す
る機能を有する。

以下に、細孔を備えた分級板１１（Ｌ、、　１１０２を
用いた本例の作用を述べる。

分級板１１０１＋　１１０−２間には、電源により電場
が形成されている。分級板入口における全荷電微粒子を
す、とする。分級板１１（Ｌ、、　１１０−２間に先ず
ａｌなる弱い電場を形成すると、該電場で影響を受ける
微細な荷電微粒子ｂ２は該分級板に捕集される。その結
果、残りの粒径の大きい荷電微粒子（ｂ＋　Ｂ２）は、
後流の凝縮核検出器１２０により計測され微粒子濃度を
測定される。

次に、分級板１１．ＣＬ、、　１１０−２間に８１より
も強い電場ａ２を形成すると、該電場で影響を受ける（
ｂ２よりも粒径の大きい）荷電微粒子ｂ３は、該分級板
に捕集される。その結果、残りの粒径の大きい荷電微粒
子（ｂ、ｂａ）は、同様に後流の凝縮核検出器１２０で
計測される。以下、順次適宜分級板の電場を変化させ、
同様に行う。

この様に、分級と微粒子濃度の測定を行うことで空気導
入口の空気１０中微粒子の粒径（分布）とその濃度が分
かるものである。

分級器１１０の構成（構造）は、コンパクトかつ簡単な
構造で荷電微粒子が分級されれば良く、板状、棒状、格
子状あるいは網状の印加電圧可変の分級材により成る。

分級材の形状は、通常細孔を備えた分級板、複数の棒（
あるいは線）でなる分級器、網状あるいは格子状の分級
板が適宜用いられる。この内、細孔を備え印加電圧可変
の分級板が簡単な構造で効果的であるので実用上好まし
い。

分級器１１０の形状、構造、電場の強さ、細孔の大きさ
は、測定分野、測定器形状、濃度範囲、分級された微粒
子の検出方法、精度、経済性等により決めることができ
る。

凝縮核検出器１２０は、微粒子に通常アルコールを凝縮
させ（粒径を成長させ）、光学的方法により測定するも
のである。

第３図に、凝縮核検出器の一例のフロー概略図を示し、
以下に説明する。

分級された荷電微粒子含有空気１０２は、アルコールの
入った容器１０３に導入され、微粒子」二にアルコール
が凝縮する（微粒子は、みかけの粒径が大きい粒子とな
る）。次いで、該粒子の濃度は、測定部１０４で光散乱
法により計測される。

荷電微粒子の検出器は、該微粒子を検出、測定できるの
であれば何れでも良く、測定対象、濃度レベル等により
適宜選択できる。

通常、該検出器はエレクトロメータ及び／又は凝縮核検
出器が好適に使用できる。エレクトロメータは、気体中
微粒子濃度が０．００２　ｍｇ／　ｍ３以」二の場合に
特に精度が良く、好適に用いることが出来る。一方、微
粒子濃度が０．０１ｍｇ／ｍ’以下の場合には、検出器
として凝縮核検出器が特に精度が良く、好適に用いられ
る。又、０．００２〜Ｏ，０１ｍｇ／　ｍ３の濃度は、
両方の検出器を適宜力又は両方同時に用いることが出来
る。

両方の検出器を同時に用いる場合は、２種類の検出法に
よる測定値の相関を調べながら行えるので、測定対象に
よっては意義のある測定となる。

尚、気体中微粒子の荷電にあたり、予め微粒子の粒径を
大きく成長させ行うことが出来る。

この方法は微細な微粒子に効果的であり、測定対象によ
り適宜利用できる。

本例では、試料溶液を気化後、希釈ガスで希釈し乾燥を
行い、荷電部へ導いているが、荷電部に至る適宜の位置
に混合希釈部を設置すると試料ガスの混合が行われるの
で（好都合となるので）適宜設置することができる。

気体中微粒子を荷電し、検出測定する方法は、本発明者
の別の発明であり、適宜利用できる（特願昭６１−８５
９７７　、特願昭６３−１９７１８１）。

〔発明の効果〕

本発明によれば次のような効果を奏する。

１、　液体中の微粒子の測定にあたり、微粒子を含む液
体を予め気体状とすることにより■　光電子による微粒
子への荷電の付与が容易にできるので、後方で荷電微粒
子の検出を行うことで簡便に液体中の微粒子の測定が出
来る。

■　光電子による微粒子への荷電は、０．１μｍ以下の
ような微細な超微粒子に効果的であるので、該超微粒子
が精度良く測定出来る効果が生じる。

２、　液体の気化を、霧状に噴霧する部分（噴霧器）と
加熱蒸発する部分（加熱蒸発器）により行うことにより
、 ■　微粒子を含む液体が簡便に気体状態となる効果が生
じた。

■　■によりｌ！！！粒子への荷電の付与が効果的に行
える効果が生じた。

３、　液体中微生物は、微粒子と同様に荷電されるので
、本方法により、微生物も同様に測定できる効果が生じ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の実施例を示す概略構成図
、第３図は凝縮核検出器の一例の概略工程図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微粒子を含む液体を気化させ、気化させた気体中の
   微粒子を紫外線照射及び／又は放射線照射により荷電さ
   せ、該荷電微粒子を検出することを特徴とする液体中の
   微粒子の測定法。 ２、前記荷電を電場において行う請求項１記載の液体中
   の微粒子の測定法。 ３、前記電場の電圧が、０．０２〜１５ｋＶ好ましくは
   ０．０２〜５ｋＶである請求項２記載の液体中の微粒子
   の測定法。 ４、微粒子を含む液体を気化させる気化部と、気体中の
   微粒子を紫外線照射及び／又は放射線照射により荷電さ
   せる荷電部と、該荷電微粒子を検出する検出部とを有す
   ることを特徴とする液体中微粒子の測定装置。 ５、前記気化部が、少なくとも微粒子を含む液体を霧状
   に噴霧する部分と、蒸発を行う部分よりなる請求項４記
   載の液体中の微粒子の測定装置。 ６、前記荷電部が、光電子放出材に紫外線及び／又は放
   射線を照射することにより光電子を放出せしめ、該光電
   子により気体中に含まれている微粒子を荷電させる手段
   を有する荷電部からなる請求項４記載の液体中の微粒子
   の測定装置。 ７、前記光電子放出材が、光電的な仕事関数の小さい物
   質より成る請求項６記載の液体中の微粒子の測定装置。 ８、前記光電子放出材が、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，Ｔａ，Ｔｉ，
   Ｓｎ，Ｐ及びその化合物から選ばれた一種の材料より成
   る請求項７記載の液体中の微粒子の測定装置。 ９、前記光電子放出材が、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，Ｔａ，Ｔｉ，
   Ｓｎ，Ｐ及びその化合物から選ばれた二種以上の合金又
   は混合物又は複合材より成る請求項７記載の液体中の微
   粒子の測定装置。 １０、前記光電子放出材が、ＡｇとＭｇ、ＢａとＡｌ又
   はＣｕとＢｅの一種から選ばれた合金である請求項７記
   載の液体中の微粒子の測定装置。 １１、前記光電子放出材が、黄銅、青銅、リン青銅の一
   種から選ばれた材料より成る請求項７記載の液体中の微
   粒子の測定装置。 １２、前記検出部が、荷電微粒子の荷電量検出器よりな
   る請求項４記載の液体中の微粒子の測定装置。 １３、前記検出部が、荷電微粒子の分級器と該分級微粒
   子の検出部よりなる請求項４記載の液体中の微粒子の測
   定装置。