粒子状物質の分離・分級方法及び装置
【課題】 粒子状物質の荷電を長時間安定して行い、分離・分級を効果的に行うことができる粒子状物質の分離・分級方法とその装置を提供する。
【解決手段】 被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する装置において、光電子放出材３と、該光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する照射源１と、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にする除塵手段１２とを有する光電子を発生させる清浄空間Ａと、該清浄空間Ａで発生した光電子を分離・分級するする粒子状物質１９を含有する被処理空間２０に供給する供給手段９と、光電子により荷電された粒子状物質２１を分級する、不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極２３、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔２４、及び、一定の粒径に揃った微粒子の取出口２５からなる分級部Ｅとを有することとした。
【解決手段】 被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する装置において、光電子放出材３と、該光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する照射源１と、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にする除塵手段１２とを有する光電子を発生させる清浄空間Ａと、該清浄空間Ａで発生した光電子を分離・分級するする粒子状物質１９を含有する被処理空間２０に供給する供給手段９と、光電子により荷電された粒子状物質２１を分級する、不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極２３、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔２４、及び、一定の粒径に揃った微粒子の取出口２５からなる分級部Ｅとを有することとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質の荷電技術に係り、特に、光電子放出材より発生させた光電子（負イオン）により粒子状物質を荷電し、荷電した粒子状物質の分離・分級方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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発生する光電子や、該光電子による微粒子の荷電及びその利用については、本発明者の多数の提案であり、次の通りである。
１）本発明者らが気体清浄化関係において提案したものの内、本発明と特に関連性を有するものは、
特公平３−５８５９号、特公平６−３４９４１号、特公平６−７４９０９号、特公平６−７４９１０号、特公平７−１２１３６９号、特公平８−２１１号、特公平８−１０６１６号、特公平８−２２３９３号各公報
２）測定関係において提案したものは、
特公平６−２５７３１号、特開平２−４７５３６号各公報
３）分離・分級関係において提案したものは、
特開平３−４２０５７号公報
４）荷電条件や光電子放出材関係において提案したものは、
特願平２−３０３５５７号、特公平６−７４９０８号公報、特公平７−９３０９８号公報、特許第２５９８７３０号明細書等がある。
【０００３】
次に、従来の光電子放出材を用いる技術の改善点について、先ず空気清浄器を例に説明する。
図４は、空気清浄器を示している。空気清浄器は、紫外線ランプ１、紫外線透過窓２、光電子放出材３、電場設定のための電極４、帯電微粒子捕集材５により構成されている。微粒子を含有する空気６が空気清浄器に入ると空気６中の微粒子は、紫外線照射を受けた光電子放出材３から放出される光電子７により荷電され、帯電微粒子捕集材５にて捕集され、出口８では清浄空気となる。
９は、処理空気６を空気清浄器に導入するためのファンを示す。
ところで、上記のように、光電子放出材３を被処理空気の流路中に設置した場合、処理空気中の条件によっては、空気中の不純物（例、微粒子、有機物質）が光電子放出材に付着し、長時間運転により性能低下をもたらし、改善の余地があった。
【０００４】
次に、半導体工場において、処理物（ウェハ）をイオン注入等を行う減圧処理室に搬入、搬出するための予備室、すなわちロードロック室における空気清浄を、図５に示した基本構成図を用いて説明する。図５において、減圧処理室２６は、ゲートバルブ２７を介して、ロードロック室２８に接続されている。ロードロック室２８内の処理物であるウェハ２９は、ウェハ支持台３０にセットされ、ゲートバルブ２７を介して減圧処理室２６へ移送される。
ロードロック室２８では、（１）ウェハの搬入の際、（２）圧力変動、例えば真空ポンプ３１でロードロック室２８を大気圧から減圧にする際、（３）ウェハ２９を取リ出す（減圧をリークする）際にロードロック室２８への窒素ガスやアルゴンガス等の導入による該室２８からの微粒子（粒子状物質）の舞い上がりなどによって微粒子１９が発生する。該微粒子１９は、主に光電子放出材３、電場形成用電極４、紫外線ランプ１及びウェハ上方に設置された帯電微粒子捕集電極５より成る微粒子の荷電・捕集部で荷電・捕集（除去）される。
【０００５】
光電子放出材（Ａｕ）３は、紫外線ランプ１の上に薄膜状（５ｎｍ）で付加されている。
ここで、紫外線ランプ１からの放出紫外線が光電子放出材３に照射されると、光電効果により光電子７が発生し、微粒子１９は荷電され帯電微粒子２１となり、該帯電微粒子２１は帯電微粒子捕集電極５に捕集・除去され、ウェハ２９の近傍（上方）は微粒子（粒子状物質）が存在しない超清浄な空間が長時間維持され、ウェハへの粒子汚染が防止される。３２は空気や窒素ガスの導入口である。
【０００６】
上記のように、薄膜状の光電子放出材３を大気と減圧（真空）が繰り返し実施される系内に放置すると、使用条件によっては長時間運転ではランプ上の膜付着力の低下（剥離すると電場形成が不良となるので光電子放出性能が低くなる）や、膜質の変化をもたらし、性能低下するので、改善の余地があった。
一方、このような減圧（真空）装置では、空間内（図５の場合は、紫外線ランプ１の設置場所）にウェハを移動（ハンドリング）するためのロボットを設置する場合が多く、この様な場合には光電子を用いる（本発明者らがすでに提案した）微粒子の荷電・捕集法の適用が困難であった。すなわち、空間の中心部（あるいは、その近く）に、ロボットや反応器などの減圧（真空）装置個有の設備がある場合でも、効果的に微粒子除去できる方式が必要であり、光電子を用いる本方式に改善の余地があった。
【特許文献１】特開平３−４２０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の改善点を解決し、粒子状物質の荷電を長時間安定して行うことができ、荷電した粒子状物質の分離・分級を効果的に行うことができる粒子状物質の分離・分級方法と装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する方法において、該被処理空間とは別に、微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間で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発生させて、該光電子を前記被処理空間に供給して該被処理空間中の粒子状物質を荷電させ、該荷電された粒子状物質から、不要な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極と、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔とを用いて、不用な微粒子を除去し、一定の粒径の揃った微粒子を取り出すことを特徴とする粒子状物質の分離・分級方法としたものである。
【０００９】
また、本発明では、被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する装置において、光電子放出材と、該光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する照射源と、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にする除塵手段とを有する光電子を発生させる清浄空間と、該清浄空間で発生した光電子を、分離・分級する粒子状物質を含有する被処理空間に供給する供給手段と、光電子により荷電された粒子状物質を分級する、不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔、及び、一定の粒径の揃った微粒子の取出口からなる分級部とを有することを特徴とする粒子状物質の分離・分級装置としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
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）光電子放出材に、紫外線及び／又は放射線照射することにより発生させた光電子を用いる粒子状物質の荷電において、被処理空間中の粒子状物質の荷電を、該空間とは別の微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間で発生させた光電子を用いて行うことにより、
（１）光電子放出材への汚染物質の付着等による汚染がなくなったので、光電子を用い
る荷電が長時間安定して行えるようになった。
（２）光電子による荷電を、汚染物質濃度が高い分野（用途）においても効率良く行え
るようになった。
即ち、光電子を利用する分野が広がった。
【００１１】
２）前記１）における清浄空間において、更に非メタン炭化水素濃度を０．１ｐｐｍ以下としたことにより、前記１）の効果が更に高まり、実用性が向上した。３）前記１）、２）の光電子放出部の構成材を一体化してユニット化することにより、
（１）任意の場所で粒子状物質の荷電が達成できるので、広用範囲が広がった。
（２）保守、点検が容易となった。
（３）即ち、実用性が向上した。
【００１２】
４）上記のような効果を有することにより、夫々の利用分野で特に次の効果が生じた。
（１）清浄気体あるいは清浄空間を得る分野では、
（ａ）性能が向上し、長時間安定した。
（ｂ）汚染物質濃度が高い分野でも効果的な汚染物質の除去が行えた。
（ｃ）特に、減圧（真空）空間等の密閉空間は、該空間内に光電子発生部の設置が不
要となったことから（また、光電子放出材は大気下の安定系で使用できるで）、
光電子発生が長時間安定して行えた。また、該空間（装置）内に、ロボットや反
応部があっても外部から光電子（負イオン）を導入するので、発生微粒子の荷
電・捕集が効果的に行えた。
【００１３】
（２）測定を行う分野では、
（ａ）測定精度が向上し、長時間安定した。
（ｂ）特に＜０．１μｍの様な超微粒子の測定精度向上に効果的となった。
（３）分離・分級、表面改質、荷電量の制御を行う分野では、
（ａ）性能が向上し、長時間安定した。
（ｂ）装置が小型化し、処理容量が増加した。
（ｃ）特に、＜０．１μｍの様な超微粒子の性能向上に効果的となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、次の３つの知見に基づいてなされたものである。
（１）光電子放出材からの光電子（負イオン）の発生は、光電子放出材の使用環境における微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下、好ましくは１０万個／ｆｔ3以下、より好ましくは１万個／ｆｔ3以下で行うと効果的である。
前記微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にすると負イオンの生成が長時間安定して、効果的にできる理由の詳細は不明であるが、次のように考えられる。
（ア） 微粒子濃度が多いと（例えば、外気や室内は１億〜１０億個／ｆｔ3（０．１μｍ以上）存在する）、微粒子（粒子状物質）に含まれる光電子放出材に対して有害な汚染物質が、光電子放出材表面に付着し、光電子放出性能を低下させる。
【００１５】
（イ） 前記の有害なガス状汚染物質はＨ．Ｃ（高分子量のＨ．Ｃ）と推定される。
光電子による微粒子の荷電は、光電子から負イオンが発生し、該負イオンにより荷電されると推定されている。
ここで、光電子から負イオンの生成は、光電子が電子親和性の大きい水分子や酸素分子との電子付着やクラスタリングにより、Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n、Ｏ-（Ｈ2Ｏ）n、ＯＨ-（Ｈ2Ｏ）n、などの負イオンクラスターを作るためと考えられる。これらの反応を次に示す。
Ｏ2 ＋ ｅ → Ｏ2-
Ｏ2-＋ Ｈ2Ｏ → Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）
・
・
・
Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n-1 ＋ Ｈ2Ｏ → Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n
【００１６】
（２）光電子放出材からの光電子の放出は、長時間の使用（あるいは被処理空気量が多い場合）では、使用の雰囲気（環境）の影響を受け、性能が低下する。これは光電子放出材の使用環境における粒子状物質や有機性ガス（非メタン炭化水素、Ｈ．Ｃ）が光電子放出材の表面に付着することによる。
（３）従って、被処理空気中に粒子やガス状汚染物が高濃度で存在する場合は、予めこれらの汚染物が除去された清浄空間で生成させた負イオンを被処理空間に供給すると効果的、かつ安定な微粒子の荷電が達成される。
（４）光電子を用いる微粒子の荷電・捕集では、光電子放出材、照射源、電極材が必要である。このため、被処理空間が密閉装置であって、該空間内にロボットのような物体を有する場合は、光電子放出材、照射源、電極材の設置は制限を受ける。この様な場合は、該空間（装置）に、外部で生成させた負イオンを導入し、該空間に適宜、電極材を設置することにより、該空間内の発生微粒子は、効果的に荷電され、捕集・除去される。
【００１７】
次に、本発明の構成を詳細に説明する。
先ず、粒子状物質（微粒子）の荷電について説明する。
粒子状物質の荷電は、光電子放出材への紫外線及び／又は放射線の照射により放出される光電子により実施される。
光電子放出材は、紫外線又は放射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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、この酸化薄膜は長期間にわたって安定なものである。
これらの物質は、バルク状（固体状、板状）で、また適宜の母材（支持体）へ付加して使用できる（特許第２８７７４４９号公報）。例えば、紫外線透過性物質の表面又は該表面近傍に付加する（特公平７−９３０９８号公報）。
付加の方法は、紫外線又は放射線の照射により光電子が放出されれば何れでも良い。
例えば、ガラス板上へコーティングして使用する方法、他の例として板状物質表面近傍へ埋込んで使用する方法や板状物質上に付加し更にその上に別の材料をコーティングして使用する方法、紫外線透過性物質と光電子を放出する物質を混合して用いる方法等がある。また、付加は、薄膜状に付加する方法、網状、線状、粒状、島状、帯状に付加する方法等適宜用いることが出来る。
【００２０】
光電子を放出する材料の付加の方法は、適宜の材料の表面に周知の方法でコーティング、あるいは付着させて作ることができる。例えば、イオンプレーティング法、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、メッキによる方法、塗布による方法、スタンプ印刷による方法、スクリーン印刷による方法を適宜用いることができる。
薄膜の厚さは、紫外線又は放射線照射により光電子が放出される厚さであれば良く、５Å〜５，０００Å、通常２０Å〜５００Åが一般的である。母材の使用形状は、板状、プリーツ状、円筒状、棒状、線状、網状等、があり表面の形状を適宜凹凸状とし使用することが出来る。また、凸部の先端を先鋭状あるいは球面状とすることも出来る（特公平６−７４９０８号公報）。
形状を網状のような気体通過性とし、光電子放出材の裏面から気体を導入して表面に負イオンを発生させる形態は、電極が弱くて良いことから、適用先、装置種類によっては好ましい（特開平７−５７６４３号）。
【００２１】
母材への薄膜の付加は、本発明者が既に提案したように、１種類又は２種類以上の材料を１層又は多層重ねて用いることができる。すなわち、薄膜を適宜複数（複合）で使用し、２重構造あるいはそれ以上の多重構造とすることができる（特許第２８７７４８７号公報）。
これらの最適な形状や紫外線又は放射線の照射により光電子を放出する材料の種類や付加法、薄膜厚は、装置の種類、規模、形状、光電子放出材の種類、母材の種類、後述電場の強さ、かけ方、効果、経済性等で適宜予備試験を行い決めることが出来る。
前記光電子放出材を母材に付加して使用する場合の母材は、前記した紫外線透過性物質の他にセラミック、粘土、周知の金属材がある。また、後述の光源の表面に上記光電子放出材を被覆（光源と光電子放出材を一体化）して行うこともできる（特開平４−２４３５４０号公報）。
【００２２】
前記光電子放出材は、後述光触媒と一体化して用いると光電子放出材がセルフクリーニング、即ち、汚染物質が付着しても除去されるので好ましい（特開平９−２９４９１９号公報）。
光電子放出材への紫外線又は放射線照射による光電子の発生は、光電子放出材（負極）と、後述の電極（正極）間に電場（電界）を形成して行うと、光電子放出材からの光電子発生が効果的に起こる。
また、気体の流し方の適正化、例えば光電子放出材を網状とし、光電子放出材に直交して気体を流す方式を用いると、光電子発生が効果的に起こる。
【００２３】
電場の形成方法（構造）としては、荷電部の形状、構造、適用分野、装置の種類或いは期待する効果（精度）等によって適宜選択することが出来る。電場の強さは、光電子放出材や母材への付加の種類等で適宜決めることが出来、このことについては本発明者の別の発明がある。電場の強さは、一般に０．１Ｖ／ｃｍ〜２ｋＶ／ｃｍである。
電場形成用の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るものが使用できる。例えば電極材料としてタングステン、Ｃｕ−Ｚｎ、ＳＵＳの板状、線状、網状、棒線の形状がある。
また、本発明者がすでに提案したように、電極材が後述光触媒を含有することができる（特願平８−２３１２９０号）。このような構成は、光電子放出材に付着し悪影響を及ぼすガス状汚染物質、特にＨ．Ｃを前記光触媒により分解・処理することから好ましい。
【００２４】
次に、紫外線又は放射線の照射について述べれば、その照射源は照射により、上記光電子放出材からの光電子の放出作用を発揮するものであれば何れでも良い。
紫外線源は、通常、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使用出来る。光源の例としては、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、キセノンランプがある。
放射線としては、α線、β線、γ線などが用いられ、照射手段としてコバルト６０、セシウム１３７、ストロンチウム９０などの放射性同位元素、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を線源として用いることができる。
【００２５】
次に、前記した光電子放出材から光電子の発生を行う、微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間について説明する。
該清浄空間は、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下、より好ましくは該微粒子濃度の低減化とともにＨ．Ｃ濃度を０．１ｐｐｍ以下とすること（微粒子濃度と、Ｈ．Ｃ濃度の低減下）である。
本発明における微粒子除去は、光電子放出材の使用環境（雰囲気）を、微粒子濃度：１００万個／ｆｔ3以下にできるものであれば何れでも良い。このような除塵方式としては、周知のフィルタ方式や本発明者がすでに提案した光電子を用いる方式がある。
例えば、フィルタとしては中性能除塵フィルタ、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、静電フィルタがある。
光電子を用いる方式は、前記の光電子放出材を用いる方式である（例、特公平３−５８５９号、特公平６−３４９４１号、特公平６−７４９０９号、特公平６−７４９１０号各公報）。
【００２６】
本発明のＨ．Ｃ除去は、光電子放出材に付着し、悪影響を及ぼすＨ．Ｃを除去できるものであれば何れでも良い。
本発明で用いることができるＨ．Ｃ除去方式には、吸着材、吸収材、光触媒を用いる方式がある。好適な除去方式は、本発明の利用先によって存在するＨ．Ｃの種類や濃度が異なることや、例えば空気中のＨ．Ｃが数１００種以上の成分の混合物であること、光電子放出材の種類、使用条件等によって影響を受けるＨ．Ｃが異なることなど、不明な点が多いが、本発明者はこれを鋭意検討した結果、非メタン炭化水素濃度を指標として０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０１ｐｐｍ以下まで、前述捕集・除去方式により、除去すれば効果的であることを発見し、本発明に至ったものである。即ち、通常の外気、室内、クリーンルーム内の非メタン炭化水素の濃度は、１〜１．５ｐｐｍであり、これを０．１ｐｐｍ、好ましくは０．０１ｐｐｍまで除去を行う。
【００２７】
Ｈ．Ｃ除去方式は、本発明者らがすでに提案した吸着材、吸収材、あるいは光触媒（例、特公平７−９６９３９号、特許番号：第２５８２７０６号、特開平８−２６１５３６号、特開平８−３０３８２７号、特開平１０−１５３３０号、特開平７−２５６０８９号、特開平９−２０５０４６号各公報）があり、適宜単独、あるいは複数組み合せて用いることができる。
次に、前記のそれぞれについて説明する。
吸着材、吸収材は、Ｈ．Ｃを吸着又は吸収するものであり、吸着材としては、活性炭、シリカゲル、合成ゼオライト、モレキュラシーブ、高分子化合物（例えば、スチレン系重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体）、ガラス、フッ素化合物、イオン交換体などを用いる。
【００２８】
ガラス材としては、酸化物ガラス系、例えばケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラスが一般的である。ケイ酸塩ガラスとしては特にホウケイ酸ガラス（主要成分：Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2）が、成形が容易で吸着効果が高く、かつ安価であることから好ましい。
フッ素化合物としては、四フッ化樹脂、四−六フッ化樹脂、ＰＦＡ樹脂、三フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化黒鉛、テフロン（登録商標）などがある。
ガラス及びフッ素化合物の使用形状は、フィルタ状、繊維状、網状、球状、ペレット状、格子状、棒状、プリーツ状などがある。一般にフィルタ状が吸着効果が大きいので好ましい。フィルタ状で用いる場合の成形法の例として、フッ素化合物樹脂をバインダとして用い、繊維状のガラス材をフィルタ状に固めて用いる方法がある。このようなフィルタ状で用いると、Ｈ．Ｃの除去性能に除塵性能が加わるので、構成が簡素になり好ましい。
【００２９】
イオン交換体は、適宜の手段で製造した粒状、ビーズ状、繊維状、フィルタ状などの種々の形状のものを使用できる。通常、圧力損失が少ないこと、捕集速度が早いことなどから、繊維状（フィルタ状）のイオン交換繊維が好ましい。
これは天然繊維もしくは合成繊維又は、これらの混合体等の支持体表面に陽イオン交換体もしくは陰イオン交換体、又は陽イオン交換基と陰イオン交換基を併有するイオン交換体を支持させたものであり、その方法としては繊維状の支持体に直接支持させてもよく、織物状、編物状又は植毛状の形態にしたのち、これに支持させることもできる。いずれにしても最終的にイオン交換体を支持した繊維となっていればよい。
次に、Ｈ．Ｃ吸収材（Ｈ．Ｃとの反応剤）について説明する。Ｈ．Ｃ吸収材は、Ｈ．Ｃと反応し、固定化できるものであれば、何でも使用できる。一般には、Ｈ2ＳＯ4共存でＣｒ６−との反応、Ｈ2Ｓ2Ｏ7共存でのＩ2Ｏ5との反応を用いることができ、前者は低分子量のＨ．Ｃ、後者は高分子量Ｈ．Ｃに有効で適宜に用いることができる。用いる方法としては、ガラスビーズやアルミナ表面にこれらの試薬剤を含浸させて反応させることができる。
【００３０】
光触媒としては、紫外線照射によってその表面が光触媒作用を発揮し、Ｈ．Ｃを無害化成分に分解・除去するものが使用できる。
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。
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，Ｃｕ２ Ｏ，ＺｎＯ，ＭｏＯ3，ＩｎＯ3，Ａｇ2Ｏ，ＰｂＯ，ＳｒＴｉＯ3，ＢａＴｉＯ3，Ｃｏ3Ｏ4，Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯなどがある。
【００３１】
光触媒の固定化は、適宜の材料（母材）に蒸着法、スパッタリング法、焼結法、ゾル−ゲル法、塗布による方法、焼付け塗装による方法など、周知の付加方法を適宜用いることができる。付加の形状は、薄膜状、線状、網状、帯状、くし状、島状などを後述母材などにより適宜に選択し、用いることができる。
上記ＴｉやＺｎは、例えば板状Ｔｉを酸化することにより、光触媒とすることができるので、装置の種類によっては好適に使用できる。
光触媒の固定化の例として、光触媒を母材として、周知の導電性材料、例えばＳＵＳ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ａｌ、又はセラミック、フッ素樹脂、ガラスあるいはガラス状物質の表面へコーティングしたり、光触媒を板状、線状、網状、膜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、スパッタリングなどの周知の方法で適宜の形状にして用いることができる。
【００３２】
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、光触媒作用が促進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。通常、添加量は、光触媒に対して、０．０１〜１０重量％であり、適宜添加物質の種類や要求性能などにより、予備試験行い適正濃度を選択することができる。
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。
光触媒は、前記のように光電子放出用の電極材の少なくとも一部に付加、あるいは導電性材料と一体化して用いることができる。次に例を挙げると、ＳＵＳ材へ網状あるいは島状に光触媒を付加（ＳＵＳが正極）するか、セラミックへ膜状に光触媒を付加し、目のあらい網状のＳＵＳ材で挟み込む（ＳＵＳが正極）ことによる。
【００３３】
前記のようにして発生した光電子（負イオン）を、被処理空間に供給する供給手段としては、ファンを用いた強制対流、あるいは熱を用いる自然対流があるが、好ましくは、前記の光電子を発生する清浄空間への入口側、又は出口側にファンを配備して強制的に送気するのが良い。
前記の光電子を放出させるための各構成材は、後述の実施例のごとく一体化（ユニット化）し用いると好都合である。
即ち、ユニットは、荷電させたい任意の場所に該ユニットを設置することにより、簡便に帯電した粒子状物質が得られる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、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。
【００３５】
実施例１
図１は、微粒子の分級装置を示す。
図１は、微粒子分級器１０における微粒子の分級を示す説明図である。図１において、Ｂは、本発明の清浄空間Ａで光電子７を発生する荷電装置（ユニット）、Ｅは該荷電装置Ｂで荷電された帯電（荷電）微粒子の分級を行う帯電微粒子分級部を示す。
微粒子は、予め混合・調整器１８にて攪拌混合されている。微粒子は、混合・調整器１８に空気１７を導入することにより、導入空気に同伴され、予めインパクタ（図示されていない）等により１μｍ以上の大きい粒子が除去され、本発明の荷電装置Ｂを有する微粒子分級器２０に導入される。
該導入空気中に含まれる微粒子（粒子状物質）１９は、分級器２０の側面に設置された微粒子濃度が１０万個／ｆｔ3以下の清浄空間Ａで発生させた光電子７により荷電される。
即ち、該清浄空間Ａは、空気導入用のファン９、微粒子濃度を１０万個／ｆｔ3以下とするための除塵フィルタ１２より得られる。ここでは、光電子放出材３への紫外線ランプ１からの紫外線の照射により、光電子７が放出される。次いで、該光電子７は、分級器２０内へ導入され、これにより分級器２０中の微粒子１９は荷電され、帯電微粒子（荷電を有する微粒子）２１となる。
該帯電微粒子２１は、帯電微粒子分級部Ｅにおいて分級され、一定の粒径に揃った微粒子がガス排出口２２より得られる。
該分級部Ｅでは、上流の微粒子の荷電装置Ｂで、発生させた光電子により微粒子が効率良く荷電されるので、電極や電場等を適宜設けることにより粒径の揃った微粒子が効果的に得られる。
【００３６】
本例の帯電微粒子分級部Ｅは、主に不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極２３、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔（弱い電場がかかっており、一定の流速でガス吸引を行うことで不用な微粒子が除去される）２４、一定の粒径に揃った微粒子の取出口２５により構成されている。
上流の荷電装置Ｂで発生した光電子により荷電された幅広い粒径分布を有する帯電粒子群２１は、先ず不用な微細な微粒子が捕集電極２３で除去され、次いで不用な比較的大きな微粒子は一定流速でガス吸引されている細孔２４で除去され、一定の粒径に揃った微粒子が取出口２５に集まり、ガス排出口２２より取り出される。
前記において、除塵フィルタ１２は静電フィルタ、光電子放出材３はＣｕ−Ｚｎ母材上にＡｕメッキ、紫外線ランプ１は殺菌ランプ（波長：２５４ｎｍ）、電場形成用電極材４は、網状ＳＵＳで電場は５０Ｖ／ｃｍである。
【００３７】
実施例２
実施例１の図１において、光電子放出材３が網状の本発明の清浄空間Ａで光電子７を発生する荷電装置Ｂを図２に示す。
光電子放出材３の形状を網状とし、図２の構成のごとくして空気を通すことにより、光電子放出用の電場の強さを弱くすることができる特徴がある。本例の電場は５Ｖ／ｃｍである。
図２において、図１と同一符号は同じ意味を示す。
【００３８】
実施例３
実施例１の図１において、本発明の清浄空間Ａが微粒子濃度１０万個／ｆｔ3以下、Ｈ．Ｃ濃度０．１ｐｐｍ以下で光電子７を発生させる荷電装置Ｂを図３に示す。
図３のＢにおける１５は、繊維状のガラス材をフッ素化合物樹脂をバインダとして用い、フィルタ状に固めたものと、繊維状活性炭の組合せのフィルタである。これは、Ｈ．Ｃの除去と除塵機能を有するフィルタである。
これにより、微粒子濃度１万個／ｆｔ3以下、Ｈ．Ｃ濃度０．１ｐｐｍ以下が得られる。
図３において、図１、２と同一符号は同じ意味を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の荷電装置を用いる微粒子分級装置の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明の荷電装置の光電子発生部の一例を示す概略構成図。
【図３】本発明の荷電装置の光電子発生部の他の例を示す概略構成図。
【図４】従来の空気清浄器の概略構成図。
【図５】従来の半導体工場のロードロック室の清浄化装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１：紫外線ランプ、３：光電子放出材、４：電場形成用電極、５：微粒子捕集材（電極）、７：光電子、９：ファン、１２：除塵フィルタ、１５：Ｈ．Ｃ除去と除塵機能を有するフィルタ、１７：空気、１８：混合・調整器、１９：微粒子、２０：微粒子分級器、２１：帯電微粒子、２２：ガス排出口、２３：捕集電極、２４：細孔、２５：取出口、２６：減圧処理室、２７：ゲートバルブ、２８：ロードロック室、２９：ウェハ、３０：ウェハ支持台、３１：真空ポンプ、３２、：ガス導入口、Ａ：清浄空間（光電子発生部）、Ｂ：荷電装置、Ｅ：分級部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質の荷電技術に係り、特に、光電子放出材より発生させた光電子（負イオン）により粒子状物質を荷電し、荷電した粒子状物質の分離・分級方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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発生する光電子や、該光電子による微粒子の荷電及びその利用については、本発明者の多数の提案であり、次の通りである。
１）本発明者らが気体清浄化関係において提案したものの内、本発明と特に関連性を有するものは、
特公平３−５８５９号、特公平６−３４９４１号、特公平６−７４９０９号、特公平６−７４９１０号、特公平７−１２１３６９号、特公平８−２１１号、特公平８−１０６１６号、特公平８−２２３９３号各公報
２）測定関係において提案したものは、
特公平６−２５７３１号、特開平２−４７５３６号各公報
３）分離・分級関係において提案したものは、
特開平３−４２０５７号公報
４）荷電条件や光電子放出材関係において提案したものは、
特願平２−３０３５５７号、特公平６−７４９０８号公報、特公平７−９３０９８号公報、特許第２５９８７３０号明細書等がある。
【０００３】
次に、従来の光電子放出材を用いる技術の改善点について、先ず空気清浄器を例に説明する。
図４は、空気清浄器を示している。空気清浄器は、紫外線ランプ１、紫外線透過窓２、光電子放出材３、電場設定のための電極４、帯電微粒子捕集材５により構成されている。微粒子を含有する空気６が空気清浄器に入ると空気６中の微粒子は、紫外線照射を受けた光電子放出材３から放出される光電子７により荷電され、帯電微粒子捕集材５にて捕集され、出口８では清浄空気となる。
９は、処理空気６を空気清浄器に導入するためのファンを示す。
ところで、上記のように、光電子放出材３を被処理空気の流路中に設置した場合、処理空気中の条件によっては、空気中の不純物（例、微粒子、有機物質）が光電子放出材に付着し、長時間運転により性能低下をもたらし、改善の余地があった。
【０００４】
次に、半導体工場において、処理物（ウェハ）をイオン注入等を行う減圧処理室に搬入、搬出するための予備室、すなわちロードロック室における空気清浄を、図５に示した基本構成図を用いて説明する。図５において、減圧処理室２６は、ゲートバルブ２７を介して、ロードロック室２８に接続されている。ロードロック室２８内の処理物であるウェハ２９は、ウェハ支持台３０にセットされ、ゲートバルブ２７を介して減圧処理室２６へ移送される。
ロードロック室２８では、（１）ウェハの搬入の際、（２）圧力変動、例えば真空ポンプ３１でロードロック室２８を大気圧から減圧にする際、（３）ウェハ２９を取リ出す（減圧をリークする）際にロードロック室２８への窒素ガスやアルゴンガス等の導入による該室２８からの微粒子（粒子状物質）の舞い上がりなどによって微粒子１９が発生する。該微粒子１９は、主に光電子放出材３、電場形成用電極４、紫外線ランプ１及びウェハ上方に設置された帯電微粒子捕集電極５より成る微粒子の荷電・捕集部で荷電・捕集（除去）される。
【０００５】
光電子放出材（Ａｕ）３は、紫外線ランプ１の上に薄膜状（５ｎｍ）で付加されている。
ここで、紫外線ランプ１からの放出紫外線が光電子放出材３に照射されると、光電効果により光電子７が発生し、微粒子１９は荷電され帯電微粒子２１となり、該帯電微粒子２１は帯電微粒子捕集電極５に捕集・除去され、ウェハ２９の近傍（上方）は微粒子（粒子状物質）が存在しない超清浄な空間が長時間維持され、ウェハへの粒子汚染が防止される。３２は空気や窒素ガスの導入口である。
【０００６】
上記のように、薄膜状の光電子放出材３を大気と減圧（真空）が繰り返し実施される系内に放置すると、使用条件によっては長時間運転ではランプ上の膜付着力の低下（剥離すると電場形成が不良となるので光電子放出性能が低くなる）や、膜質の変化をもたらし、性能低下するので、改善の余地があった。
一方、このような減圧（真空）装置では、空間内（図５の場合は、紫外線ランプ１の設置場所）にウェハを移動（ハンドリング）するためのロボットを設置する場合が多く、この様な場合には光電子を用いる（本発明者らがすでに提案した）微粒子の荷電・捕集法の適用が困難であった。すなわち、空間の中心部（あるいは、その近く）に、ロボットや反応器などの減圧（真空）装置個有の設備がある場合でも、効果的に微粒子除去できる方式が必要であり、光電子を用いる本方式に改善の余地があった。
【特許文献１】特開平３−４２０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の改善点を解決し、粒子状物質の荷電を長時間安定して行うことができ、荷電した粒子状物質の分離・分級を効果的に行うことができる粒子状物質の分離・分級方法と装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する方法において、該被処理空間とは別に、微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間で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発生させて、該光電子を前記被処理空間に供給して該被処理空間中の粒子状物質を荷電させ、該荷電された粒子状物質から、不要な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極と、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔とを用いて、不用な微粒子を除去し、一定の粒径の揃った微粒子を取り出すことを特徴とする粒子状物質の分離・分級方法としたものである。
【０００９】
また、本発明では、被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する装置において、光電子放出材と、該光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する照射源と、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にする除塵手段とを有する光電子を発生させる清浄空間と、該清浄空間で発生した光電子を、分離・分級する粒子状物質を含有する被処理空間に供給する供給手段と、光電子により荷電された粒子状物質を分級する、不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔、及び、一定の粒径の揃った微粒子の取出口からなる分級部とを有することを特徴とする粒子状物質の分離・分級装置としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
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）光電子放出材に、紫外線及び／又は放射線照射することにより発生させた光電子を用いる粒子状物質の荷電において、被処理空間中の粒子状物質の荷電を、該空間とは別の微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間で発生させた光電子を用いて行うことにより、
（１）光電子放出材への汚染物質の付着等による汚染がなくなったので、光電子を用い
る荷電が長時間安定して行えるようになった。
（２）光電子による荷電を、汚染物質濃度が高い分野（用途）においても効率良く行え
るようになった。
即ち、光電子を利用する分野が広がった。
【００１１】
２）前記１）における清浄空間において、更に非メタン炭化水素濃度を０．１ｐｐｍ以下としたことにより、前記１）の効果が更に高まり、実用性が向上した。３）前記１）、２）の光電子放出部の構成材を一体化してユニット化することにより、
（１）任意の場所で粒子状物質の荷電が達成できるので、広用範囲が広がった。
（２）保守、点検が容易となった。
（３）即ち、実用性が向上した。
【００１２】
４）上記のような効果を有することにより、夫々の利用分野で特に次の効果が生じた。
（１）清浄気体あるいは清浄空間を得る分野では、
（ａ）性能が向上し、長時間安定した。
（ｂ）汚染物質濃度が高い分野でも効果的な汚染物質の除去が行えた。
（ｃ）特に、減圧（真空）空間等の密閉空間は、該空間内に光電子発生部の設置が不
要となったことから（また、光電子放出材は大気下の安定系で使用できるで）、
光電子発生が長時間安定して行えた。また、該空間（装置）内に、ロボットや反
応部があっても外部から光電子（負イオン）を導入するので、発生微粒子の荷
電・捕集が効果的に行えた。
【００１３】
（２）測定を行う分野では、
（ａ）測定精度が向上し、長時間安定した。
（ｂ）特に＜０．１μｍの様な超微粒子の測定精度向上に効果的となった。
（３）分離・分級、表面改質、荷電量の制御を行う分野では、
（ａ）性能が向上し、長時間安定した。
（ｂ）装置が小型化し、処理容量が増加した。
（ｃ）特に、＜０．１μｍの様な超微粒子の性能向上に効果的となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、次の３つの知見に基づいてなされたものである。
（１）光電子放出材からの光電子（負イオン）の発生は、光電子放出材の使用環境における微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下、好ましくは１０万個／ｆｔ3以下、より好ましくは１万個／ｆｔ3以下で行うと効果的である。
前記微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にすると負イオンの生成が長時間安定して、効果的にできる理由の詳細は不明であるが、次のように考えられる。
（ア） 微粒子濃度が多いと（例えば、外気や室内は１億〜１０億個／ｆｔ3（０．１μｍ以上）存在する）、微粒子（粒子状物質）に含まれる光電子放出材に対して有害な汚染物質が、光電子放出材表面に付着し、光電子放出性能を低下させる。
【００１５】
（イ） 前記の有害なガス状汚染物質はＨ．Ｃ（高分子量のＨ．Ｃ）と推定される。
光電子による微粒子の荷電は、光電子から負イオンが発生し、該負イオンにより荷電されると推定されている。
ここで、光電子から負イオンの生成は、光電子が電子親和性の大きい水分子や酸素分子との電子付着やクラスタリングにより、Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n、Ｏ-（Ｈ2Ｏ）n、ＯＨ-（Ｈ2Ｏ）n、などの負イオンクラスターを作るためと考えられる。これらの反応を次に示す。
Ｏ2 ＋ ｅ → Ｏ2-
Ｏ2-＋ Ｈ2Ｏ → Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）
・
・
・
Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n-1 ＋ Ｈ2Ｏ → Ｏ2-（Ｈ2Ｏ）n
【００１６】
（２）光電子放出材からの光電子の放出は、長時間の使用（あるいは被処理空気量が多い場合）では、使用の雰囲気（環境）の影響を受け、性能が低下する。これは光電子放出材の使用環境における粒子状物質や有機性ガス（非メタン炭化水素、Ｈ．Ｃ）が光電子放出材の表面に付着することによる。
（３）従って、被処理空気中に粒子やガス状汚染物が高濃度で存在する場合は、予めこれらの汚染物が除去された清浄空間で生成させた負イオンを被処理空間に供給すると効果的、かつ安定な微粒子の荷電が達成される。
（４）光電子を用いる微粒子の荷電・捕集では、光電子放出材、照射源、電極材が必要である。このため、被処理空間が密閉装置であって、該空間内にロボットのような物体を有する場合は、光電子放出材、照射源、電極材の設置は制限を受ける。この様な場合は、該空間（装置）に、外部で生成させた負イオンを導入し、該空間に適宜、電極材を設置することにより、該空間内の発生微粒子は、効果的に荷電され、捕集・除去される。
【００１７】
次に、本発明の構成を詳細に説明する。
先ず、粒子状物質（微粒子）の荷電について説明する。
粒子状物質の荷電は、光電子放出材への紫外線及び／又は放射線の照射により放出される光電子により実施される。
光電子放出材は、紫外線又は放射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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、この酸化薄膜は長期間にわたって安定なものである。
これらの物質は、バルク状（固体状、板状）で、また適宜の母材（支持体）へ付加して使用できる（特許第２８７７４４９号公報）。例えば、紫外線透過性物質の表面又は該表面近傍に付加する（特公平７−９３０９８号公報）。
付加の方法は、紫外線又は放射線の照射により光電子が放出されれば何れでも良い。
例えば、ガラス板上へコーティングして使用する方法、他の例として板状物質表面近傍へ埋込んで使用する方法や板状物質上に付加し更にその上に別の材料をコーティングして使用する方法、紫外線透過性物質と光電子を放出する物質を混合して用いる方法等がある。また、付加は、薄膜状に付加する方法、網状、線状、粒状、島状、帯状に付加する方法等適宜用いることが出来る。
【００２０】
光電子を放出する材料の付加の方法は、適宜の材料の表面に周知の方法でコーティング、あるいは付着させて作ることができる。例えば、イオンプレーティング法、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、メッキによる方法、塗布による方法、スタンプ印刷による方法、スクリーン印刷による方法を適宜用いることができる。
薄膜の厚さは、紫外線又は放射線照射により光電子が放出される厚さであれば良く、５Å〜５，０００Å、通常２０Å〜５００Åが一般的である。母材の使用形状は、板状、プリーツ状、円筒状、棒状、線状、網状等、があり表面の形状を適宜凹凸状とし使用することが出来る。また、凸部の先端を先鋭状あるいは球面状とすることも出来る（特公平６−７４９０８号公報）。
形状を網状のような気体通過性とし、光電子放出材の裏面から気体を導入して表面に負イオンを発生させる形態は、電極が弱くて良いことから、適用先、装置種類によっては好ましい（特開平７−５７６４３号）。
【００２１】
母材への薄膜の付加は、本発明者が既に提案したように、１種類又は２種類以上の材料を１層又は多層重ねて用いることができる。すなわち、薄膜を適宜複数（複合）で使用し、２重構造あるいはそれ以上の多重構造とすることができる（特許第２８７７４８７号公報）。
これらの最適な形状や紫外線又は放射線の照射により光電子を放出する材料の種類や付加法、薄膜厚は、装置の種類、規模、形状、光電子放出材の種類、母材の種類、後述電場の強さ、かけ方、効果、経済性等で適宜予備試験を行い決めることが出来る。
前記光電子放出材を母材に付加して使用する場合の母材は、前記した紫外線透過性物質の他にセラミック、粘土、周知の金属材がある。また、後述の光源の表面に上記光電子放出材を被覆（光源と光電子放出材を一体化）して行うこともできる（特開平４−２４３５４０号公報）。
【００２２】
前記光電子放出材は、後述光触媒と一体化して用いると光電子放出材がセルフクリーニング、即ち、汚染物質が付着しても除去されるので好ましい（特開平９−２９４９１９号公報）。
光電子放出材への紫外線又は放射線照射による光電子の発生は、光電子放出材（負極）と、後述の電極（正極）間に電場（電界）を形成して行うと、光電子放出材からの光電子発生が効果的に起こる。
また、気体の流し方の適正化、例えば光電子放出材を網状とし、光電子放出材に直交して気体を流す方式を用いると、光電子発生が効果的に起こる。
【００２３】
電場の形成方法（構造）としては、荷電部の形状、構造、適用分野、装置の種類或いは期待する効果（精度）等によって適宜選択することが出来る。電場の強さは、光電子放出材や母材への付加の種類等で適宜決めることが出来、このことについては本発明者の別の発明がある。電場の強さは、一般に０．１Ｖ／ｃｍ〜２ｋＶ／ｃｍである。
電場形成用の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るものが使用できる。例えば電極材料としてタングステン、Ｃｕ−Ｚｎ、ＳＵＳの板状、線状、網状、棒線の形状がある。
また、本発明者がすでに提案したように、電極材が後述光触媒を含有することができる（特願平８−２３１２９０号）。このような構成は、光電子放出材に付着し悪影響を及ぼすガス状汚染物質、特にＨ．Ｃを前記光触媒により分解・処理することから好ましい。
【００２４】
次に、紫外線又は放射線の照射について述べれば、その照射源は照射により、上記光電子放出材からの光電子の放出作用を発揮するものであれば何れでも良い。
紫外線源は、通常、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使用出来る。光源の例としては、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、キセノンランプがある。
放射線としては、α線、β線、γ線などが用いられ、照射手段としてコバルト６０、セシウム１３７、ストロンチウム９０などの放射性同位元素、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を線源として用いることができる。
【００２５】
次に、前記した光電子放出材から光電子の発生を行う、微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間について説明する。
該清浄空間は、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下、より好ましくは該微粒子濃度の低減化とともにＨ．Ｃ濃度を０．１ｐｐｍ以下とすること（微粒子濃度と、Ｈ．Ｃ濃度の低減下）である。
本発明における微粒子除去は、光電子放出材の使用環境（雰囲気）を、微粒子濃度：１００万個／ｆｔ3以下にできるものであれば何れでも良い。このような除塵方式としては、周知のフィルタ方式や本発明者がすでに提案した光電子を用いる方式がある。
例えば、フィルタとしては中性能除塵フィルタ、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、静電フィルタがある。
光電子を用いる方式は、前記の光電子放出材を用いる方式である（例、特公平３−５８５９号、特公平６−３４９４１号、特公平６−７４９０９号、特公平６−７４９１０号各公報）。
【００２６】
本発明のＨ．Ｃ除去は、光電子放出材に付着し、悪影響を及ぼすＨ．Ｃを除去できるものであれば何れでも良い。
本発明で用いることができるＨ．Ｃ除去方式には、吸着材、吸収材、光触媒を用いる方式がある。好適な除去方式は、本発明の利用先によって存在するＨ．Ｃの種類や濃度が異なることや、例えば空気中のＨ．Ｃが数１００種以上の成分の混合物であること、光電子放出材の種類、使用条件等によって影響を受けるＨ．Ｃが異なることなど、不明な点が多いが、本発明者はこれを鋭意検討した結果、非メタン炭化水素濃度を指標として０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０１ｐｐｍ以下まで、前述捕集・除去方式により、除去すれば効果的であることを発見し、本発明に至ったものである。即ち、通常の外気、室内、クリーンルーム内の非メタン炭化水素の濃度は、１〜１．５ｐｐｍであり、これを０．１ｐｐｍ、好ましくは０．０１ｐｐｍまで除去を行う。
【００２７】
Ｈ．Ｃ除去方式は、本発明者らがすでに提案した吸着材、吸収材、あるいは光触媒（例、特公平７−９６９３９号、特許番号：第２５８２７０６号、特開平８−２６１５３６号、特開平８−３０３８２７号、特開平１０−１５３３０号、特開平７−２５６０８９号、特開平９−２０５０４６号各公報）があり、適宜単独、あるいは複数組み合せて用いることができる。
次に、前記のそれぞれについて説明する。
吸着材、吸収材は、Ｈ．Ｃを吸着又は吸収するものであり、吸着材としては、活性炭、シリカゲル、合成ゼオライト、モレキュラシーブ、高分子化合物（例えば、スチレン系重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体）、ガラス、フッ素化合物、イオン交換体などを用いる。
【００２８】
ガラス材としては、酸化物ガラス系、例えばケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラスが一般的である。ケイ酸塩ガラスとしては特にホウケイ酸ガラス（主要成分：Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2）が、成形が容易で吸着効果が高く、かつ安価であることから好ましい。
フッ素化合物としては、四フッ化樹脂、四−六フッ化樹脂、ＰＦＡ樹脂、三フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化黒鉛、テフロン（登録商標）などがある。
ガラス及びフッ素化合物の使用形状は、フィルタ状、繊維状、網状、球状、ペレット状、格子状、棒状、プリーツ状などがある。一般にフィルタ状が吸着効果が大きいので好ましい。フィルタ状で用いる場合の成形法の例として、フッ素化合物樹脂をバインダとして用い、繊維状のガラス材をフィルタ状に固めて用いる方法がある。このようなフィルタ状で用いると、Ｈ．Ｃの除去性能に除塵性能が加わるので、構成が簡素になり好ましい。
【００２９】
イオン交換体は、適宜の手段で製造した粒状、ビーズ状、繊維状、フィルタ状などの種々の形状のものを使用できる。通常、圧力損失が少ないこと、捕集速度が早いことなどから、繊維状（フィルタ状）のイオン交換繊維が好ましい。
これは天然繊維もしくは合成繊維又は、これらの混合体等の支持体表面に陽イオン交換体もしくは陰イオン交換体、又は陽イオン交換基と陰イオン交換基を併有するイオン交換体を支持させたものであり、その方法としては繊維状の支持体に直接支持させてもよく、織物状、編物状又は植毛状の形態にしたのち、これに支持させることもできる。いずれにしても最終的にイオン交換体を支持した繊維となっていればよい。
次に、Ｈ．Ｃ吸収材（Ｈ．Ｃとの反応剤）について説明する。Ｈ．Ｃ吸収材は、Ｈ．Ｃと反応し、固定化できるものであれば、何でも使用できる。一般には、Ｈ2ＳＯ4共存でＣｒ６−との反応、Ｈ2Ｓ2Ｏ7共存でのＩ2Ｏ5との反応を用いることができ、前者は低分子量のＨ．Ｃ、後者は高分子量Ｈ．Ｃに有効で適宜に用いることができる。用いる方法としては、ガラスビーズやアルミナ表面にこれらの試薬剤を含浸させて反応させることができる。
【００３０】
光触媒としては、紫外線照射によってその表面が光触媒作用を発揮し、Ｈ．Ｃを無害化成分に分解・除去するものが使用できる。
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。
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，Ｃｕ２ Ｏ，ＺｎＯ，ＭｏＯ3，ＩｎＯ3，Ａｇ2Ｏ，ＰｂＯ，ＳｒＴｉＯ3，ＢａＴｉＯ3，Ｃｏ3Ｏ4，Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯなどがある。
【００３１】
光触媒の固定化は、適宜の材料（母材）に蒸着法、スパッタリング法、焼結法、ゾル−ゲル法、塗布による方法、焼付け塗装による方法など、周知の付加方法を適宜用いることができる。付加の形状は、薄膜状、線状、網状、帯状、くし状、島状などを後述母材などにより適宜に選択し、用いることができる。
上記ＴｉやＺｎは、例えば板状Ｔｉを酸化することにより、光触媒とすることができるので、装置の種類によっては好適に使用できる。
光触媒の固定化の例として、光触媒を母材として、周知の導電性材料、例えばＳＵＳ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ａｌ、又はセラミック、フッ素樹脂、ガラスあるいはガラス状物質の表面へコーティングしたり、光触媒を板状、線状、網状、膜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、スパッタリングなどの周知の方法で適宜の形状にして用いることができる。
【００３２】
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、光触媒作用が促進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。通常、添加量は、光触媒に対して、０．０１〜１０重量％であり、適宜添加物質の種類や要求性能などにより、予備試験行い適正濃度を選択することができる。
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。
光触媒は、前記のように光電子放出用の電極材の少なくとも一部に付加、あるいは導電性材料と一体化して用いることができる。次に例を挙げると、ＳＵＳ材へ網状あるいは島状に光触媒を付加（ＳＵＳが正極）するか、セラミックへ膜状に光触媒を付加し、目のあらい網状のＳＵＳ材で挟み込む（ＳＵＳが正極）ことによる。
【００３３】
前記のようにして発生した光電子（負イオン）を、被処理空間に供給する供給手段としては、ファンを用いた強制対流、あるいは熱を用いる自然対流があるが、好ましくは、前記の光電子を発生する清浄空間への入口側、又は出口側にファンを配備して強制的に送気するのが良い。
前記の光電子を放出させるための各構成材は、後述の実施例のごとく一体化（ユニット化）し用いると好都合である。
即ち、ユニットは、荷電させたい任意の場所に該ユニットを設置することにより、簡便に帯電した粒子状物質が得られる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、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。
【００３５】
実施例１
図１は、微粒子の分級装置を示す。
図１は、微粒子分級器１０における微粒子の分級を示す説明図である。図１において、Ｂは、本発明の清浄空間Ａで光電子７を発生する荷電装置（ユニット）、Ｅは該荷電装置Ｂで荷電された帯電（荷電）微粒子の分級を行う帯電微粒子分級部を示す。
微粒子は、予め混合・調整器１８にて攪拌混合されている。微粒子は、混合・調整器１８に空気１７を導入することにより、導入空気に同伴され、予めインパクタ（図示されていない）等により１μｍ以上の大きい粒子が除去され、本発明の荷電装置Ｂを有する微粒子分級器２０に導入される。
該導入空気中に含まれる微粒子（粒子状物質）１９は、分級器２０の側面に設置された微粒子濃度が１０万個／ｆｔ3以下の清浄空間Ａで発生させた光電子７により荷電される。
即ち、該清浄空間Ａは、空気導入用のファン９、微粒子濃度を１０万個／ｆｔ3以下とするための除塵フィルタ１２より得られる。ここでは、光電子放出材３への紫外線ランプ１からの紫外線の照射により、光電子７が放出される。次いで、該光電子７は、分級器２０内へ導入され、これにより分級器２０中の微粒子１９は荷電され、帯電微粒子（荷電を有する微粒子）２１となる。
該帯電微粒子２１は、帯電微粒子分級部Ｅにおいて分級され、一定の粒径に揃った微粒子がガス排出口２２より得られる。
該分級部Ｅでは、上流の微粒子の荷電装置Ｂで、発生させた光電子により微粒子が効率良く荷電されるので、電極や電場等を適宜設けることにより粒径の揃った微粒子が効果的に得られる。
【００３６】
本例の帯電微粒子分級部Ｅは、主に不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極２３、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔（弱い電場がかかっており、一定の流速でガス吸引を行うことで不用な微粒子が除去される）２４、一定の粒径に揃った微粒子の取出口２５により構成されている。
上流の荷電装置Ｂで発生した光電子により荷電された幅広い粒径分布を有する帯電粒子群２１は、先ず不用な微細な微粒子が捕集電極２３で除去され、次いで不用な比較的大きな微粒子は一定流速でガス吸引されている細孔２４で除去され、一定の粒径に揃った微粒子が取出口２５に集まり、ガス排出口２２より取り出される。
前記において、除塵フィルタ１２は静電フィルタ、光電子放出材３はＣｕ−Ｚｎ母材上にＡｕメッキ、紫外線ランプ１は殺菌ランプ（波長：２５４ｎｍ）、電場形成用電極材４は、網状ＳＵＳで電場は５０Ｖ／ｃｍである。
【００３７】
実施例２
実施例１の図１において、光電子放出材３が網状の本発明の清浄空間Ａで光電子７を発生する荷電装置Ｂを図２に示す。
光電子放出材３の形状を網状とし、図２の構成のごとくして空気を通すことにより、光電子放出用の電場の強さを弱くすることができる特徴がある。本例の電場は５Ｖ／ｃｍである。
図２において、図１と同一符号は同じ意味を示す。
【００３８】
実施例３
実施例１の図１において、本発明の清浄空間Ａが微粒子濃度１０万個／ｆｔ3以下、Ｈ．Ｃ濃度０．１ｐｐｍ以下で光電子７を発生させる荷電装置Ｂを図３に示す。
図３のＢにおける１５は、繊維状のガラス材をフッ素化合物樹脂をバインダとして用い、フィルタ状に固めたものと、繊維状活性炭の組合せのフィルタである。これは、Ｈ．Ｃの除去と除塵機能を有するフィルタである。
これにより、微粒子濃度１万個／ｆｔ3以下、Ｈ．Ｃ濃度０．１ｐｐｍ以下が得られる。
図３において、図１、２と同一符号は同じ意味を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の荷電装置を用いる微粒子分級装置の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明の荷電装置の光電子発生部の一例を示す概略構成図。
【図３】本発明の荷電装置の光電子発生部の他の例を示す概略構成図。
【図４】従来の空気清浄器の概略構成図。
【図５】従来の半導体工場のロードロック室の清浄化装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１：紫外線ランプ、３：光電子放出材、４：電場形成用電極、５：微粒子捕集材（電極）、７：光電子、９：ファン、１２：除塵フィルタ、１５：Ｈ．Ｃ除去と除塵機能を有するフィルタ、１７：空気、１８：混合・調整器、１９：微粒子、２０：微粒子分級器、２１：帯電微粒子、２２：ガス排出口、２３：捕集電極、２４：細孔、２５：取出口、２６：減圧処理室、２７：ゲートバルブ、２８：ロードロック室、２９：ウェハ、３０：ウェハ支持台、３１：真空ポンプ、３２、：ガス導入口、Ａ：清浄空間（光電子発生部）、Ｂ：荷電装置、Ｅ：分級部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する方法において、該被処理空間とは別に、微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間で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発生させて、該光電子を前記被処理空間に供給して該被処理空間中の粒子状物質を荷電させ、該荷電された粒子状物質から、不要な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極と、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔とを用いて、不用な微粒子を除去し、一定の粒径の揃った微粒子を取り出すことを特徴とする粒子状物質の分離・分級方法。
【請求項２】
被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する装置において、光電子放出材と、該光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する照射源と、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にする除塵手段とを有する光電子を発生させる清浄空間と、該清浄空間で発生した光電子を、分離・分級する粒子状物質を含有する被処理空間に供給する供給手段と、光電子により荷電された粒子状物質を分級する、不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔、及び、一定の粒径の揃った微粒子の取出口からなる分級部とを有することを特徴とする粒子状物質の分離・分級装置。
【請求項１】
被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する方法において、該被処理空間とは別に、微粒子濃度が１００万個／ｆｔ3以下の清浄空間で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発生させて、該光電子を前記被処理空間に供給して該被処理空間中の粒子状物質を荷電させ、該荷電された粒子状物質から、不要な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極と、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔とを用いて、不用な微粒子を除去し、一定の粒径の揃った微粒子を取り出すことを特徴とする粒子状物質の分離・分級方法。
【請求項２】
被処理空間中の粒子状物質を分離・分級する装置において、光電子放出材と、該光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する照射源と、微粒子濃度を１００万個／ｆｔ3以下にする除塵手段とを有する光電子を発生させる清浄空間と、該清浄空間で発生した光電子を、分離・分級する粒子状物質を含有する被処理空間に供給する供給手段と、光電子により荷電された粒子状物質を分級する、不用な微細な微粒子の捕捉除去を行う捕集電極、不用な比較的大きな微粒子の除去を行う細孔、及び、一定の粒径の揃った微粒子の取出口からなる分級部とを有することを特徴とする粒子状物質の分離・分級装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３１４９９９（Ｐ２００６−３１４９９９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７３２７３（Ｐ２００６−１７３２７３）
【出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【分割の表示】特願平１１−２０８８９８の分割
【原出願日】平成１１年７月２３日（１９９９．７．２３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【分割の表示】特願平１１−２０８８９８の分割
【原出願日】平成１１年７月２３日（１９９９．７．２３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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