JPH08250056A - イオン発生装置およびこのイオン発生装置を用いた洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 洗浄装置などに使用されるイオン発生装置の
電極の酸化ならびに劣化、およびスパッタリングによる
発塵を防止する。 【構成】 洗浄装置Ｂのクリーンベンチ１内にイオン発
生装置Ａが設けられる。このイオン発生装置Ａでは、陽
極電極４が９９．９％以上の高純度の黒鉛化処理された
炭素材料により形成され、陰極電極５は単結晶の白金で
あり軸方向が（１００）の結晶軸の方向とされたもので
ある。高純度炭素の陽極電極は高融点でスパッタリング
されにくく、また白金は酸化されにくくスパッタリング
による酸化物などの発塵が生じない。また単結晶白金の
結晶面の方向を規定することにより、イオン衝撃による
陰極電極の結晶粒界の割れが生じにくい。したがって各
電極からの発塵が防止でき、高いレベルでの洗浄度にて
洗浄が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流アーク放電を発生
し、周囲の絶縁気体をイオンに解離するイオン発生装
置、およびこのイオン発生装置にて発生したイオンを清
浄気体で搬送して被洗浄物に吹き付け、被洗浄物に静電
気で付着した異物を静電中和して取り除く洗浄装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】塗装の前処理、皮革の前処理、あるいは
半導体洗浄には、イオンを吹き付ける洗浄装置が用いら
れる。この種の洗浄装置は、クリーンベンチ内にイオン
発生装置が設けられ、このイオン発生装置にてアーク放
電で発生したイオンが清浄気体により搬送され、各種の
被洗浄物に吹き付けられる。この、イオンの吹き付けに
より、被搬送物に付着している異物が、イオン中和され
取り除かれる。

【０００３】前記イオン発生装置は、絶縁気体中にて間
隔を開けて配置された対を成す電極を有しており、両電
極間に電力が与えられ、電極間に発生するアーク放電に
より絶縁気体がイオンに解離されるものである。イオン
発生装置は、両電極に交流電源からの電力が供給される
ものと、両電極に直流電源からの電力が供給されるもの
とに分類される。

【０００４】交流電源からの電力によりイオンを発生す
るものでは、対を成す電極のそれぞれが、陽極と陰極と
に交互に変化するため、陽イオンと陰イオンの発生量を
制御することが困難である。これに対し、直流電源から
の電力によりイオンを発生する方式では、グランドベー
スを基準とした各電極の電位設定により、陰イオンと陽
イオンの発生量を制御することが可能である。この点に
おいて、直流電源にてイオンを発生させるイオン発生装
置の方が実用的である。

【０００５】従来の、直流電源を用いたイオン発生装置
では、陽極と陰極のそれぞれの電極が、多結晶タングス
テン、ステンレス、シリコン、炭素材料、各種セラミッ
ク材料により形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の材
料により形成された電極を用いた直流電源方式のイオン
発生装置では、短時間で電極が劣化し、また電極自体が
発塵源となって電極から発せられた異物が被洗浄物に付
着する欠点があった。したがって、半導体の洗浄などの
ような、非常に高いレベルの洗浄度を要求する洗浄装置
には使用できないのが現状である。

【０００７】さらに詳しく説明すると、直流電源からの
電力により陽極と陰極間にアーク放電が発生すると、前
記従来の材料により形成された電極では、高温による表
面酸化がおこり、さらには発生したイオンが電極を衝撃
するスパッタリングがおこる。その結果、短時間に電極
そのものが酸化して劣化し、さらにスパッタリングによ
り電極から酸化物や劣化破片が飛散し、これらが異物と
なりイオンと共に被洗浄物に吹き付けられる。そして電
極から発生した異物が非常に細かな不純物となって、被
洗浄物の表面を汚染することになる。

【０００８】したがって、非常に高レベルの洗浄度が要
求される半導体洗浄装置に上記のイオン発生装置を使用
できないものとなっている。イオン発生装置を用いた洗
浄装置は乾燥状態にて被洗浄物を洗浄するものであるた
め、従来の湿式の洗浄装置での洗浄に比べて優れている
のにもかかわらず、上記の電極の酸化および電極に対す
るスパッタリングの現象が生じるために、このイオン方
式の洗浄装置は、半導体洗浄装置などに使用されないも
のとなっていた。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、電極間に直流電力が与えられてイオンが発生する
ものにおいて、電極の酸化および電極に対するスパッタ
リングが生じにくいものとして、電極の劣化および電極
からの発塵を抑制できるようにしたイオン発生装置を提
供することを目的としている。

【００１０】さらに、本発明は上記イオン発生装置を用
いて、非常に高いレベルの洗浄度が要求される半導体の
洗浄などに使用できる洗浄装置を提供することを目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、気体中に間隔
を開けて配置された陽極および陰極と、両極間に直流電
力を与える直流電源とを有するイオン発生装置におい
て、前記陰極を、白金族元素の単結晶材料により形成し
たものである。白金族元素、例えば白金（Ｒｔ）、ロジ
ウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）などは化学反応性に
乏しい材料であり常圧下で酸化しにくく電極材料に適し
ている。特に白金は酸素と反応しないため、酸化を防止
すべき電極の材料として好適である。白金族元素の材
料、特に白金材料を電極として使用すると、常圧下では
電極が酸化せずまた表面が劣化しないため、イオンの衝
撃によるスパッタリングにて、酸化物や劣化破片が飛散
することが少なくなり、電極が発塵源となる現象を抑制
できるものとなる。

【００１２】ここでの白金族元素の各種材料は、白金族
元素の１種のみで構成されるものである他、例えば白金
を主体としこれに微少の他の白金族元素などが含まれる
合金系のものが含まれることはもちろんである。

【００１３】また、アーク放電により発生するイオン
は、陰極に対して図２（Ｂ）にてＸで示す方向から軸方
向先端面にほぼ垂直に衝突する。したがって、白金材料
をＸ軸方向へ引き上げられたものとし、白金材料の前記
軸方向に延びる結晶方向を（１００）の結晶軸とするこ
とが好ましい。すなわち陽極と陰極との間でのアーク放
電により、イオンが陰極の軸方向先端面にほぼ直交方法
から衝突するが、多結晶の白金材料により電極を形成し
た場合、あるいは単結晶の白金材料により電極を形成し
た場合で結晶粒界がイオン衝撃により割れを生じやすい
方向に向けられていた場合には、イオン衝撃により電極
の先端面に結晶粒界の割れや分離が生じやすく、電極を
劣化させることになる。そこで、本発明の好ましい例で
は、電極材料として単結晶の白金材料を使用し、この単
結晶材料を軸方向へ引き上げて、（１００）の結晶軸の
軸方向を電極方向に向けることにより、軸方向先端面へ
のイオンの衝突により結晶粒界の割れを生じにくくし
た。

【００１４】また、本発明では、陽極が、炭素材料を主
体としたもので構成されることがさらに好ましい。さら
に陽極は、黒鉛化処理した高純度のもので、純度が９
９．９％以上の炭素材料により形成されることが好まし
い。さらに陽極の表面処理としては等方加圧装置により
等方性加圧成型されたものが好ましく使用される。この
高純度の炭素材料を陽極として用いると、陽極にスパッ
タリングが起りにくくなり、陽極においても発塵源とな
るのが抑制される。すなわち、陽極における発塵は、イ
オンが衝突することによる溶融現象であるため、高融点
材料である炭素材料を陽極として使用することにより、
陽極での発塵を防止できる。

【００１５】なお、本発明でのイオン発生装置では、陰
極を白金族元素の単結晶材料とすることにより構成で
き、この場合に陽極を炭素材料以外で構成しても、陰極
側での酸化と発塵を防止する点において所定の効果を発
揮できる。ただし、陽極を高純度で例えば等方性加圧さ
れた炭素材料とすることが、陽極側での発塵をも抑制で
きる点で最も好ましいものとなる。

【００１６】また、本発明の洗浄装置は、クリーンベン
チ内に上記のイオン発生装置が設けられ、クリーンベン
チ内に送り込まれる清浄気体が前記イオン発生装置にて
発生したイオンと共に被洗浄物に吹き付けられることを
特徴とするものである。

【００１７】この洗浄装置では、電極の酸化や劣化が生
じにくく、また電極がスパッタリングによる発塵源とな
りにくいものであるため、被洗浄物に不純物が付着にし
くくなる。よって、乾燥状態での洗浄を行なえるイオン
発生方式の洗浄装置としての特性を生かすことができる
ものとなり、例えば半導体の洗浄などに最適なものとな
る。

【００１８】次に、本発明を比較例と共に図面を用いて
詳しく説明する。図１は、イオン発生装置Ａ、およびこ
のイオン発生装置Ａを用いた洗浄装置Ｂの構造の一例を
示す正面図、図２（Ａ）は陽極電極を図２（Ｂ）は陰極
電極をそれぞれ示す正面図である。

【００１９】図１に示すイオン発生装置Ａでは、陽極電
極４が、黒鉛化処理された９９．９％以上の高純度の炭
素材料であり、陰極電極５は、単結晶の白金材料により
形成されたものである。図２（Ｂ）に示すように、陰極
電極５の基幹部はステンレススチール５ａにより保持さ
れている。基幹部にステンレススチール５ａを用いるこ
とにより、電極全体を低価格で製造でき経済効果を持た
せることができる。

【００２０】陰極電極５の軸方向（Ｘ方向）は、両電極
４と５の間隔が離れている方向に対して直交方向とな
る。このイオン発生装置Ａでは、陰極電極５の軸方向先
端に対し、イオンが軸方向（Ｘ方向）からほぼ垂直に衝
突する。よって陰極電極５の軸方向先端面でのイオン衝
突による結晶粒界での割れを防止するため、単結晶の白
金材料は、（１００）で表わされる結晶軸が軸方向（Ｘ
方向）に向けられたものとした。

【００２１】またイオン発生装置Ａには、陽イオンと陰
イオンの発生量を抑制するグランドベース６が設けられ
ている。また符号９は、両電極４と５に直流電力を供給
する直流電源である。

【００２２】上記イオン発生装置Ａは、内部が常圧に設
定されたクリーンベンチ１の内部に設置される。イオン
発生装置Ａの上方にはフィルター３が設けられ、清浄気
体（清浄空気）２は上方からフィルター３を透過して送
り込まれる。清浄空気２はフィルター３を通過し、イオ
ン発生装置Ａにてアーク放電により発生するイオン７と
一緒になり、被洗浄物の設置台８に向けて吹き付けられ
る。通常の洗浄装置では、半導体ウエハーなど被洗浄物
がこの設置台８に設置されるが、ここでは、設置台８
に、パーチクルカウンターが設けられ、パーチクルカウ
ンター８により、イオン化された空気の中にある不純物
を計測できるものとした。

【００２３】次に、図１に示した、高純度炭素材料の陽
極電極４と、単結晶白金の陰極電極５を用いたイオン発
生装置Ａおよび洗浄装置Ｂと、図１に示した構造のイオ
ン発生装置および洗浄装置において、陽極電極と陰極電
極として、他の材料を用いたものとで、電極の劣化や発
塵についての比較を行なった。

【００２４】まず、陽極電極と陰極電極を、共に市販の
タングステン線により形成し、４８時間の荷電を行い、
その後に電極の頭部（軸方向先端部）を走査型電子顕微
鏡により観察したところ、電極の先端に酸化−劣化によ
る発塵が観測された。この発塵による異物は、酸化タン
グステンであることが判明した。

【００２５】次に、陽極電極を黒鉛化処理された高純度
の炭素材料により形成し、陰極電極として市販の多結晶
の白金線を加工したものを用いた。両電極間に直流電力
を４８時間荷電した。その後に陰極電極を超音波洗浄し
観察した結果、酸化による陰極電極５からの発塵は見ら
れなかった。しかし、電極の軸方向先端面に、イオン衝
突による割れが観測された。図６はその観察結果を示す
ものであり、陰極電極の軸方向先端面の金属組織を走査
型電子顕微鏡により観察した写真である。この写真から
イオン衝突による結晶粒界の割れが生じていることが解
る。

【００２６】さらに、図１と図２において説明したよう
に、陽極電極４を黒鉛化処理された高純度の炭素材料に
より形成し、陰極電極５を単結晶の白金とした。単結晶
白金は軸方向に引き上げて形成したものであり、（１０
０）の軸方向を電極の軸方向（Ｘ方向）とした。これに
直流電力を４８時間荷電し、陰極電極５を超音波洗浄し
た後に走査型電子顕微鏡により観察した。図５は単結晶
白金の陰極電極５の軸方向先端面をＸ方向から見たもの
であり、電子顕微鏡による金属組織の写真である。この
写真からわかるように、陰極電極５に粒界割れは観察さ
れなかった。

【００２７】次に、陽極における発塵はイオンが衝突す
ることによる溶融現象と判断されたため、陰極電極の材
料として融点の高い炭素材が選定された。しかし、炭素
材料に不純物が混入した場合、イオンが不純物領域を破
壊し、炭素材料を破断する。陽極電極として一般の炭素
材料を用い、これに４８時間荷電し、陽極電極の軸方向
先端面を走査型電子顕微鏡により観察した結果の金属組
織を示す写真が図７である。炭素材料の陽極電極の先端
面に割れが生じているのが解る。この電極は超音波洗浄
を実効できず、超音波洗浄時に頭部が破断した。

【００２８】次に、図１に示す設置台８にパーチクルカ
ウンターを設置して、電極間に荷電するとともに、洗浄
空気内の発塵量を測定した。その結果を図３と図４に示
す。各図において、横軸は測定日時と、時刻を示してい
る。また縦軸はパーチクルカウンター（ＰＣ）にて計測
されたもので、０．１ＣＦ中での０．３μｍ以上の大き
さの個体数を示している。またパーチクルカウンター
は、リオン社製の「ＫＣ−０１Ｂ」を用いた。

【００２９】図３は従来の電極の組み合せであり、Ｐｔ
−Ｗは白金（陰極）とタングステン（陽極）の組み合せ
の場合、Ｃ−Ｃは両極に炭素材料を用いた場合をそれぞ
れ示している。図４は、前述のように陽極電極４が９
９．９％以上の高純度の炭素材料であり、陰極電極５が
多結晶白金である。図３と図４の比較２から明らかなよ
うに、本発明の電極の組み合せでは、電極からの発塵量
がきわめて抑制されていることが解る。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げ
る。 ［比較例１］タングステンで作られた陽極電極のグラン
ドベース（図１の符号６）に対する電位差を＋７ｋＶと
し、同一材料の陰極電極のグランドベースに対する電位
差を−７ｋＶとし、両電極間に直流電圧１４ｋＶを与え
た。フィルター３を通過する洗浄空気の元圧は５（ｋｇ
／ｃｍ²・Ｇ）、流量は１５０（Ｎｌ／ｍｉｎ）として
クリーンベンチ１内を流した。このとき、計測された電
流値は１００μＡであった。４８時間荷電後に、陰極電
極と、陽極電極を走査型電子顕微鏡で観察したが、酸化
物が発生付着していた。またパーチクルカウンターでの
不純物の計測数は１５０であった。

【００３１】［比較例２］電極での電圧設定、清浄空気
の元圧、流量を比較例１と同じにし、陰極電極を市販の
白金線で製作した。陽極電極は、シャープペンシルの芯
をそれぞれ洗浄後利用した。４８時間荷電の後に、白金
電極の表面を走査型電子顕微鏡で観察すると、イオンの
衝突による粒界割れが検出された。陽極電極は不純物境
界がイオンで破断されていた。不純物の数は８０から９
５を示した。

【００３２】［実施例］電極での電圧設定、清浄空気の
元圧、流量を比較例１と同じにし、陰極電極の材料を単
結晶白金で製作した。結晶方向はイオンが衝突する方向
（Ｘ方向）を（１００）の結晶軸方向とし、イオン衝突
に粒界がないようにした。陽極電極は、黒鉛化処理した
純度が９９．９％の炭素材料で製造し、表面のむらを低
減するために等方性加圧処理を行った。４８時間荷電
後、白金電極の表面には粒界割れが見られなかった。炭
素による陽極電極の表面にも変化がみられず、パーチク
ルカウンターで計測された不純物の数は２以下であっ
た。

【００３３】なお上記において、不純物の数は、０．３
μｍ以上の大きさの個体の０．１ＣＦ中の数をカウント
したものである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明のイオン発生装置で
は、電極の酸化または劣化、さらにはスパッタリングに
よる発塵を抑制できる。

【００３５】また本発明での洗浄装置は、発塵が抑制さ
れるため、半導体洗浄などのように高レベルの洗浄度が
要求される分野に使用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン発生装置および洗浄装置の正面
図、

【図２】（Ａ）は陽極電極、（Ｂ）は陰極電極をそれぞ
れ示す正面図、

【図３】従来の電極を使用した洗浄装置での発塵量の測
定結果を示す線図、

【図４】本発明の電極を使用した洗浄装置での発塵量の
測定結果を示す線図、

【図５】本発明のイオン発生装置での陰極電極の先端面
の金属組織の劣化状態を示す走査型電子顕微鏡での観察
結果を示す図面代用写真、

【図６】比較例での陰極電極の先端面の金属組織の劣化
状態を示す走査型電子顕微鏡での観察結果を示す図面代
用写真、

【図７】比較例での陽極電極の先端での金属組織の劣化
状態を示す走査型電子顕微鏡での観察結果を示す図面代
用写真、

【符号の説明】

１ クリーンベンチ ２ 清浄空気 ３ フィルター ４ 陽極電極 ５ 陰極電極 ６ グランドベース ７ イオン化された空気

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体中に間隔を開けて配置された陽極お
   よび陰極と、両極間に直流電力を与える直流電源とを有
   するイオン発生装置において、前記陰極が、白金族元素
   の単結晶材料により形成されていることを特徴とするイ
   オン発生装置。
2. 【請求項２】 陰極は、単結晶の白金により形成されて
   おり、陰極の軸方向に延びる結晶方向が（１００）の結
   晶軸とされた請求項１記載のイオン発生装置。
3. 【請求項３】 陽極は高純度の炭素材料を主体としたも
   のである請求項１または２記載のイオン発生装置。
4. 【請求項４】 クリーンベンチ内に請求項１ないし３の
   いずれかに記載のイオン発生装置が設けられ、クリーン
   ベンチ内に送り込まれる清浄気体が前記イオン発生装置
   にて発生したイオンと共に被洗浄物に吹き付けられるこ
   とを特徴とする洗浄装置。