JP3285068B2 - Standard particle generator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、標準粒子発生装置に係
り、特に、半導体や液晶ディスプレイの製造プロセスの
気相中に含まれるｎｍサイズの超微粒子を管理するため
に使用されるパーティクルカウンタの検定や、半導体や
液晶ディスプレイの製造プロセスの気相中に含まれるｎ
ｍサイズの超微粒子を除去するために使用されるフィル
タの捕集効率測定に、不可欠なｎｍサイズの標準粒子発
生技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a standard particle generator and, more particularly, to a particle counter used for controlling nm-sized ultrafine particles contained in a gas phase of a semiconductor or liquid crystal display manufacturing process. N included in the gas phase of the test and the manufacturing process of semiconductors and liquid crystal displays
The present invention relates to a technique for generating standard particles of nm size, which is indispensable for measuring the collection efficiency of a filter used for removing ultrafine particles of m size.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化が進み、ハーフ
ミクロンのパターンサイズをもつ１６Ｍビットの集積回
路が生産され始めている。そして、パターンサイズの微
細化が進展するにつれて、プロセスにおいて欠陥として
現れる汚れの残存量をより厳しく管理する必要が生じて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, high integration of LSIs has progressed, and 16-Mbit integrated circuits having a pattern size of half microns have begun to be produced. As the pattern size becomes finer, it becomes necessary to more strictly control the remaining amount of stains appearing as defects in the process.
【０００３】現在の半導体産業において管理されるべき
表面汚染の目標は、粒子の汚れに関しては、０．０５μ
ｍ以上のものを８インチウエハで数個レベルに抑えるこ
とであり、表面重金属不純物汚れに関しては、１０9ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ2レベルに抑えることである。なお「粒
子の汚れ」に関しては、ある「大きさ」以上の粒子自体
がデバイス回路の断線・短絡を引き起こす障害の原因と
なる。一方、「表面重金属不純物汚れ」に関しては、表
面に付着した粒子状または分子状の重金属不純物が、製
造プロセスに伴う加熱、酸化などにより、表面から内部
に染み込んで、デバイスの動作不良を引き起こす障害の
原因となる。したがって、たとえ０．０５μｍよりも小
さな「超」微粒子であっても、その化学成分がデバイス
の動作不良を起こす可能性がある場合には、その表面汚
染を見逃すわけにはいかない。The surface contamination goal to be controlled in the current semiconductor industry is 0.05 μm for particle contamination.
is to suppress m or more of the in several levels by 8-inch wafer, with respect to the surface heavy metal impurities dirt, 10 9 a
That is, it is to be suppressed to the level of toms / cm 2 . As for “particle contamination”, particles having a certain “size” or more cause a failure that causes disconnection or short circuit of a device circuit. On the other hand, with regard to “surface heavy metal impurity contamination”, there is a problem in which particulate or molecular heavy metal impurities adhering to the surface penetrate into the interior from the surface due to heating, oxidation, etc. during the manufacturing process, causing malfunction of the device. Cause. Therefore, even if the “ultra” particles smaller than 0.05 μm are used, if the chemical components may cause the device to malfunction, the surface contamination cannot be overlooked.
【０００４】ここで、「超」微粒子による表面汚染につ
いて具体的な例を上げてみる。いま、重金属を主成分と
する３ｎｍの大きさの超微粒子がシリコンウエハ（１０
15Ｓｉ ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）の表面に付着したとす
る。重金属原子の大きさを３オングストロームと仮定す
ると、この粒子中には１０3個のオーダで重金属原子が
含まれる。この付着粒子が製造プロセスに伴う加熱によ
って１μｍ平方の範囲のウエハ表面に拡散したとする。
この範囲には、重金属不純物によって１０11ａｔｏｍｓ
／ｃｍ2のオーダの汚染が生じることになり、現状のデ
バイスで問題となる上記１０9ａｔｏｍｓ／ｃｍ2レベル
を軽く越えてしまうことになる。したがって、今後の半
導体製造においては、重金属、炭素等を主成分とするｎ
ｍサイズの超微粒子も十分管理しなければならない。Here, a specific example of surface contamination by "ultra" fine particles will be described. Now, ultrafine particles having a size of 3 nm mainly composed of heavy metal are deposited on a silicon wafer (10 mm).
15 Si atoms / cm 2 ). Assuming that the size of the heavy metal atom is 3 angstroms, this particle contains heavy metal atoms on the order of 10 3 . It is assumed that the adhered particles are diffused on the wafer surface in a 1 μm square area by heating during the manufacturing process.
This range is set to 10 11 atoms by heavy metal impurities.
/ Cm 2 of contamination, which slightly exceeds the above-mentioned 10 9 atoms / cm 2 level which is a problem in current devices. Therefore, in the future semiconductor manufacturing, n mainly containing heavy metals, carbon, etc.
Ultrafine particles of m size must also be adequately controlled.
【０００５】本発明は、かかる技術的立脚点に連なるも
のであり、半導体製造プロセスの気相中に含まれるｎｍ
超微粒子を管理するために使用されるパーティクルカウ
ンタの検定や、半導体製造プロセスの気相中に含まれる
ｎｍサイズの超微粒子を除去するために使用されるフィ
ルタの捕集効率測定に、不可欠なｎｍサイズの標準粒子
発生技術に関するものである。[0005] The present invention is based on such a technical standpoint, and the nm contained in the gas phase of a semiconductor manufacturing process is disclosed.
Indispensable for measuring particle counters used to control ultrafine particles and measuring the collection efficiency of filters used to remove nanometer-sized ultrafine particles contained in the gas phase of semiconductor manufacturing processes. The present invention relates to a technology for generating standard particles of a size.
【０００６】一般に計測器の較正に使用される標準粒子
としては、粒子径の均一さ（単分散性）、発生濃度の安
定性、発生の容易性と経済性が特に重要と考えられてい
る。そして、標準粒子の発生方法としては、一般に粒子
の生成機構の点から、１．蒸発・凝縮法、２．化学反応
法、３．機械的分散法の３つの方法に分類することがで
きる。It is generally considered that standard particles used for calibration of a measuring instrument are particularly important in terms of particle size uniformity (monodispersity), stability of generated concentration, ease of generation, and economy. The method of generating the standard particles is generally as follows. 1. evaporation / condensation method; Chemical reaction method, 3. It can be classified into three methods of mechanical dispersion method.
【０００７】１．蒸発・凝縮法 過飽和状態にある雰囲気において、核となる微粒子やイ
オンが存在すると、それらが核となって有核凝縮が起こ
り、また核となる物質が存在しない場合であっても、蒸
気分子同士の空間的・時間的な濃度のゆらぎによって、
それらから安定な粒子が成長する、いわゆる無核凝縮が
生じる。本発生法はこれらの現象を利用したもので、低
融点粒子発生法と高融点粒子発生法の二つがある。[0007] 1. Evaporation / condensation method In a supersaturated atmosphere, when nucleated fine particles and ions are present, they become nuclei and nucleated condensation occurs. Due to the spatial and temporal concentration fluctuations of
From them, stable particles grow, the so-called nuclear-free condensation. This generation method utilizes these phenomena, and there are two methods, a low melting point particle generation method and a high melting point particle generation method.
【０００８】（１）低融点粒子発生法 ステアリン酸やＤＯＰ（ジオクチルフタレート）などの
ように、融点が１００℃前後までの物質から成る粒子の
発生法である。本発明法の代表例であるＳｉｎｃｌａｉ
ｒ−Ｌａｍｅｒ型粒子発生器（Sinclair, D., Lamer,
V.K.(1949):Light scattering as a measure of partic
le size in aerosols, Chem. Revs, Vol.44,p.245-26
7）を図１２に示す。(1) Low melting point particle generation method This is a method for generating particles composed of a substance having a melting point of up to about 100 ° C., such as stearic acid and DOP (dioctyl phthalate). Sinclai, a representative example of the method of the present invention
r-Lamer type particle generator (Sinclair, D., Lamer,
VK (1949): Light scattering as a measure of partic
le size in aerosols, Chem. Revs, Vol.44, p.245-26
7) is shown in FIG.
【０００９】図中の１０１は核粒子を発生させる部分
で、約１リットルのパイレックスガラスでできており、
高電圧スパークによってイオンを発生させたり、食塩等
を含浸させたコイルの加熱によって核を発生させる。つ
ぎに１０２は蒸発部で２リットルのパイレックス容器で
できており、蒸発させる物質の沸点や発生させたい粒子
径によるが１００〜２００℃の間で加熱される。Reference numeral 101 in the figure denotes a portion for generating nuclear particles, which is made of about 1 liter of Pyrex glass.
Ions are generated by a high-voltage spark, and nuclei are generated by heating a coil impregnated with salt or the like. Next, reference numeral 102 denotes an evaporation unit made of a 2-liter Pyrex container, which is heated at a temperature of 100 to 200 ° C. depending on the boiling point of the substance to be evaporated and the particle diameter to be generated.
【００１０】１０２内の液中には、先端にノズルの付い
たパイプが挿入され、これによってバブリングを行う。
空気流量は、１０１を通過する流量とこのノズルに吹き
込む流量の合計となり、通常は１〜４リットル／分であ
る。[0010] A pipe with a nozzle at the tip is inserted into the liquid in 102 to perform bubbling.
The air flow rate is the sum of the flow rate passing through 101 and the flow rate blown into this nozzle, and is usually 1 to 4 liters / minute.
【００１１】核粒子とバブリングによるミストと蒸気と
はつぎの再熱部１０３に送り込まれる。再熱部１０３と
蒸発部１０２の接続パイプの再熱部側には２ｍｍ径の２
個のノズルがあり、これらがこのノズルを介して再熱部
に吹き込まれ、かつ再熱部を３００℃に加熱することに
より、混合と完全な蒸発が行われる。このようにして核
を含んだ蒸気は１０４の凝縮部に導入される。この凝縮
部１０４は内径２０ｍｍ、外径３０ｍｍ、長さ３０ｃｍ
の２重管で、この部分で徐冷されることで核粒子の周り
に蒸気が凝縮し、均一な粒子に成長する。The nucleus particles, the mist due to bubbling, and the vapor are sent to the next reheating unit 103. A 2 mm-diameter 2 mm is provided on the reheating section side of the connecting pipe between the reheating section 103 and the evaporating section 102.
There are a number of nozzles, which are blown into the reheat section via this nozzle, and by heating the reheat section to 300 ° C., mixing and complete evaporation take place. In this way, the nucleated vapor is introduced into the condensing section 104. This condensing part 104 has an inner diameter of 20 mm, an outer diameter of 30 mm, and a length of 30 cm.
In this double tube, the vapor is condensed around the core particles by being gradually cooled in this portion, and grows into uniform particles.
【００１２】この発生法によれば、０．１〜２０μｍ程
度の範囲の粒子の発生が可能であり、比較的均一な粒子
径が得られる。しかし、ｎｍサイズの粒子発生が難しい
こと、粒子の発生状態が安定するまでに数時間以上要す
ること、発生粒子の安定性と再現性に乏しいこと、蒸発
部１０２の液消費量が多いこと、製作費が高価であるこ
となどの欠点を有する。According to this generation method, particles in the range of about 0.1 to 20 μm can be generated, and a relatively uniform particle diameter can be obtained. However, it is difficult to generate particles of nm size, it takes several hours or more for the generation state of the particles to be stable, the stability and reproducibility of the generated particles are poor, the liquid consumption of the evaporator 102 is large, It has disadvantages such as high cost.
【００１３】（２）高融点粒子発生法 本発生法は前述した低融点粒子の発生法と基本的には同
じであるが、鉛、亜鉛、カドニウム、マンガン、テルル
などの金属粒子や、塩化ナトリウム、沃化鉛などの塩ヒ
ュームといった高融点粒子を発生するためのものであ
る。(2) Generation method of high melting point particles This generation method is basically the same as the above generation method of low melting point particles, except that metal particles such as lead, zinc, cadmium, manganese and tellurium, and sodium chloride And high melting point particles such as salt fume such as lead iodide.
【００１４】向阪ら（Kousaka, Y., Niida, T., Okuyam
a, K., Tanaka, H.(1982): Development of a mixing t
ype condensation nucleus counter, Journal of Aeros
olSci., Vol.13, p.231-240）は、ＣＮＣ（Condensaito
n Nuclei Counter；凝縮核計数装置、詳しくは後述）の
試験用として、図１３に示すように、電気炉１０５で発
生させたＮａＣｌ，ＤＯＰ，ＺｎＣｌ2等の蒸気をシー
スエアで囲み込むことで、蒸気および成長粒子の壁面へ
の沈着損失を防ぎ、急冷室１０６において液体窒素によ
って急冷することでエアロゾル粒子を得た。図示の例で
は、キャリアエア、シースエアともに窒素ガスを用い、
流量は１リットル／分と一定値に保つ。ＺｎＣｌ2粒子
で粒径０．０１μｍ、ＤＯＰ粒子で０．０２〜０．０５
μｍ、発生濃度は１０5〜１０6個／ｃｍ3である。(Kousaka, Y., Niida, T., Okuyam)
a, K., Tanaka, H. (1982): Development of a mixing t
ype condensation nucleus counter, Journal of Aeros
olSci., Vol.13, p.231-240) is, CNC (C ondensaito
n N uclei C ounter; condensation nucleus counter, as a test of details will be described later), as shown in FIG. 13, NaCl was generated in an electric furnace 105, DOP, the vapor of ZnCl 2, etc. in a way to push enclosed in Shisuea The aerosol particles were obtained by quenching with liquid nitrogen in the quenching chamber 106 while preventing loss of deposition of vapors and growing particles on the wall surface. In the illustrated example, both carrier air and sheath air use nitrogen gas,
The flow rate is kept constant at 1 liter / min. 0.01 μm particle diameter for ZnCl 2 particles, 0.02-0.05 for DOP particles
μm, the generated concentration is 10 5 to 10 6 / cm 3 .
【００１５】福嶋ら（福嶋信彦，杉本和義，田島奈保
子，早野富男（１９８５）：クリーンルームにおける微
粒子計測とモニタリング手法について、第３回エアロゾ
ル科学・技術研究討論会要旨集、ｐ．７５−７７）は、
向阪らのものと同じ装置を試作し、流量一定の下での電
気炉の温度と発生するＮａＣｌ粒子の粒度分布の関係を
調べている。その一例を図１４に示す。図１３の装置
は、（Differential Mobility Analyzer:微分型移動度
分析器、詳しくは後述）と組み合わせることで特に０．
０５μｍ以下の任意の単分散標準粒子の発生に使われて
いる。Fukushima et al. (Nobuhiko Fukushima, Kazuyoshi Sugimoto, Naoko Tajima, Tomio Hayano (1985): On the measurement and monitoring of fine particles in clean rooms, 3rd Aerosol Science and Technology Research Abstracts, pp. 75-77) ,
The same apparatus as that of Kosaka et al. Was prototyped, and the relationship between the temperature of the electric furnace at a constant flow rate and the particle size distribution of the generated NaCl particles was examined. One example is shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 13 can be combined with a differential mobility analyzer (Differential Mobility Analyzer, which will be described in detail later) to achieve a specific mobility of 0.1.
It is used to generate arbitrary monodispersed standard particles of less than or equal to 05 μm.
【００１６】高融点粒子発生法の欠点は、高温に加熱し
て冷却するための電気炉や冷却装置を必要すること、装
置全体が大型化すること、高価であること、加熱部にお
ける蒸発物質の酸化を防ぐために通常はＨｅやＮ2など
の不活性ガスを流し続ける必要があることなどである。Disadvantages of the high melting point particle generation method are that an electric furnace and a cooling device for heating and cooling to a high temperature are required, that the entire device is large-sized, that it is expensive, and that evaporative substances in the heating section are reduced. Normally, it is necessary to keep flowing an inert gas such as He or N 2 to prevent oxidation.
【００１７】２．化学反応法 光化学スモッグに代表される光化学反応によるガス−粒
子変換がその代表例である。粒子発生法として、ＮＨ3
とＨＣｌを気相で反応させてＮＨ4Ｃｌ粒子を生成する
ことは、よく知られている。手軽に発生できるが、発生
粒子のコントロールが難しいという欠点がある。2. Chemical reaction method Gas-particle conversion by a photochemical reaction represented by photochemical smog is a typical example. As a particle generation method, NH 3
That the HCl is reacted in the vapor phase to produce a NH 4 Cl particles is well known. Although it can be easily generated, it has a disadvantage that it is difficult to control the generated particles.
【００１８】３．機械的分散法 （１）液体の噴霧・分散 ネブライザ、アトマイザなどにより霧吹きの原理を利用
して可溶性物質を含んだ溶液のミストを発生して比較的
多分散な粒子を発生させる方法と、特殊な機械的分散に
よって単分散ミストを発生させる方法に大別できる。発
生したミストを蒸発・凝縮器に通すことで、溶媒成分蒸
発後に可溶性物質が微粒子として気中に取り残されるこ
とになる。3. Mechanical dispersing method (1) Spraying and dispersing liquids Nebulizers, atomizers, etc. use the principle of atomization to generate a mist of a solution containing a soluble substance to generate relatively polydisperse particles, and a special method. The method can be roughly classified into a method of generating a monodispersed mist by mechanical dispersion. By passing the generated mist through the evaporator / condenser, the soluble substance is left in the air as fine particles after the evaporation of the solvent component.
【００１９】図１５は、リュー（Liu）ら、（Liu, B.Y.
H., Lee, K.W.(1975):An aerosol generator for high
stability, Amer. lnd. Hyg. Assoc. J., Vol.36, p.86
1-865）により開発されたシリンジポンプ式アトマイザ
である。アトマイザ部には定量シリンジポンプによって
液が供給される。通常のネブライザではドレインとして
液溜めに戻った溶液濃度が動作時間とともに濃くなり発
生粒径が大きくなる欠点があるが、この手法によればシ
リンジ容量と液供給速度を適切に選ぶことにより数時間
にわたって安定な発生が行える。この装置の下流に簡単
な蒸発・凝縮器を取り付けて発生ミストの単分散性を高
めることができる。例えば、アルコールに溶かすＤＯＰ
原液の割合を変えることで粒径０．０３２μｍから１．
３μｍの範囲でＤＯＰ粒子を得ている。FIG. 15 shows Liu et al. (Liu, BY
H., Lee, KW (1975): An aerosol generator for high
stability, Amer. lnd. Hyg. Assoc. J., Vol. 36, p. 86
This is a syringe pump type atomizer developed by 1-865). Liquid is supplied to the atomizer section by a fixed amount syringe pump. The usual nebulizer has the drawback that the concentration of the solution returned to the reservoir as a drain increases with the operation time and the generated particle size increases.However, according to this method, the syringe volume and the liquid supply speed are properly selected for several hours. Stable generation can be performed. By attaching a simple evaporator / condenser downstream of this device, the monodispersity of the generated mist can be increased. For example, DOP dissolved in alcohol
By changing the ratio of the stock solution, the particle size can be changed from 0.032 μm to 1.
DOP particles are obtained in the range of 3 μm.
【００２０】（２）単分散粒子懸濁液の噴霧 圧縮空気を利用したネブライザによって単分散な粒子懸
濁液を噴霧することで標準粒子を得る方法である。単分
散粒子懸濁液としてはポリスチレンラテックスが有名
で、エアロゾルにかかわる多くの分野で広く用いられて
いる。発生可能な粒子径の下限は０．０５μｍ程度であ
る。(2) Spraying of Monodisperse Particle Suspension This is a method of obtaining standard particles by spraying a monodisperse particle suspension with a nebulizer using compressed air. As a monodisperse particle suspension, polystyrene latex is famous and widely used in many fields related to aerosols. The lower limit of the particle size that can be generated is about 0.05 μm.
【００２１】（３）ダストの分散 粉体を気中に分散して標準粒子とする方法である。発生
可能な粒子径の下限はサブミクロンサイズである。(3) Dispersion of dust This is a method in which powder is dispersed in the air to form standard particles. The lower limit of the particle size that can be generated is a submicron size.
【００２２】[0022]
【発明が解決しようとする課題】以上の説明より明らか
なように、従来の標準粒子発生法のうち、ｎｍサイズの
粒子が得られるのは、「蒸発・凝縮法に基づく高融点粒
子の発生」のみである。しかしながら、この方法には、
高温に加熱して冷却するための電気炉や冷却装置を必要
とすること、装置全体が大型化すること、高価であるこ
と、加熱部における蒸発物質の酸化を防ぐために通常は
ＨｅやＮ２などの不活性ガスを流し続ける必要があるこ
となどの問題点がありその解決が希求されていた。As is apparent from the above description, among the conventional standard particle generation methods, particles of nm size can be obtained by "generation of high melting point particles based on evaporation / condensation method". Only. However, this method includes
Requires electric furnace and cooling device to heat and cool to high temperature
To it, the whole apparatus is increased in size, it is expensive, usually in order to prevent oxidation of the evaporated substance in the heating unit has a problem such that it is necessary to continuously flow the inert gas such as He or N2 and The solution was sought.
【００２３】本発明は、かかる技術的立脚点に鑑みなさ
れたものであり、その目的は、半導体製造プロセスの気
相中に含まれるｎｍ超微粒子を管理するために使用され
るパーティクルカウンタの検定や、半導体製造プロセス
の気相中に含まれるｎｍサイズの超微粒子を除去するた
めに使用されるフィルタの捕集効率測定に、不可欠なｎ
ｍサイズの標準粒子を発生するための新規かつ改良され
た装置を提供することであり、さらに詳細には、従来の
標準粒子方法または装置のように、高価で複雑な構造の
電気炉や冷却装置を必要としないため装置全体の小型
化、低価格化を図ることが可能であり、短時間で粒子の
発生状態を安定させることが可能であり、さらに発生粒
子の安定性と再現性に優れたｎｍサイズの標準粒子発生
装置を提供することである。The present invention has been made in view of such technical standpoints, and has as its object to verify a particle counter used to manage ultra-fine particles contained in a gas phase of a semiconductor manufacturing process, N is indispensable for measuring the collection efficiency of a filter used to remove nm-sized ultrafine particles contained in the gas phase of a semiconductor manufacturing process.
An object of the present invention is to provide a new and improved apparatus for generating m-size standard particles, and more specifically, an electric furnace or a cooling apparatus having an expensive and complicated structure like a conventional standard particle method or apparatus. It is possible to reduce the size and cost of the entire device because it does not require a device, stabilize the particle generation state in a short time, and have excellent stability and reproducibility of the generated particles. An object of the present invention is to provide an nm-size standard particle generator.
【００２４】[0024]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の気相中に粒子径が略均一な核粒子
を分散させるための標準粒子発生装置は、原料ガス供給
手段と、その原料ガス供給手段により供給された原料ガ
スに水分および疎水性有機物ガスを所定の濃度に達する
まで加える混合ガス形成手段と、その混合ガス形成手段
により形成された混合ガス中に交流コロナ放電を励起す
る放電手段とを備えたことを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a standard particle generator for dispersing nuclear particles having a substantially uniform particle diameter in a gaseous phase. And a mixed gas forming means for adding moisture and a hydrophobic organic gas to the raw material gas supplied by the raw gas supply means until a predetermined concentration is reached, and an alternating current corona discharge in the mixed gas formed by the mixed gas forming means. And discharge means for exciting the electric current.
【００２５】また請求項２に記載の装置は、請求項１に
記載の標準粒子発生装置に、さらに前記混合ガス形成手
段に供給される原料ガス中に含まれる水分および有機物
ガスを実質的に除去するためのガス精製手段を設けたこ
とを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, there is provided the standard particle generator according to the first aspect, wherein water and organic gas contained in the raw material gas supplied to the mixed gas forming means are substantially removed. A gas purifying means for purifying the gas.
【００２６】さらに請求項３に記載の装置は、請求項１
または２に記載の標準粒子発生装置の放電手段の下流
に、所定の粒径範囲の微粒子のみを分級するための分級
手段を設けたことを特徴としている。The device according to claim 3 is the device according to claim 1.
Alternatively, a classification means for classifying only fine particles having a predetermined particle size range is provided downstream of the discharge means of the standard particle generation device described in 2.
【００２７】さらにまた請求項４に記載の装置は、請求
項１、２または３のいずれかに記載の標準粒子発生装置
に使用する放電手段として、導電性の針状電極を絶縁材
で被覆した放電極を備えているものを使用することを特
徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, a conductive needle electrode is coated with an insulating material as a discharging means used in the standard particle generator according to the first aspect of the present invention. It is characterized by using a device provided with a discharge electrode.
【００２８】[0028]
【作用】請求項１に記載の発明によれば、原料ガス供給
手段により精製空気や不活性ガスなどの原料ガスを供給
し、その原料ガスに対して混合ガス形成手段により水分
（水蒸気）およびベンゼンなどの疎水性有機物ガスを所
定の濃度に達するまで加え、その混合ガスに対して放電
手段により、交流のコロナ放電を励起することにより、
混合ガス中に疎水性有機物と水分の両者で構成された正
と負の分子クラスタイオンが発生する。そしてこの正と
負の分子クラスタイオンは、直ちにクーロン力の作用で
結合・中和するので、ｎｍサイズの水および疎水性有機
物微粒子を短時間で安定的に生成することが可能であ
る。According to the first aspect of the present invention, a raw material gas such as purified air or an inert gas is supplied by the raw gas supply means, and water (steam) and benzene are supplied to the raw material gas by the mixed gas forming means. By adding a hydrophobic organic gas such as a gas until a predetermined concentration is reached, and exciting the alternating gas corona discharge by a discharge means to the mixed gas,
Positive and negative molecular cluster ions composed of both hydrophobic organic matter and moisture are generated in the mixed gas. Since the positive and negative molecular cluster ions are immediately bound and neutralized by the action of Coulomb force, it is possible to stably generate nanometer-sized water and hydrophobic organic fine particles in a short time.
【００２９】また請求項２に記載の発明によれば、ガス
精製手段により原料ガス中に含まれる水分および有機ガ
スが、図１６に示すように、たとえば１０ｐｐｂ未満に
実質的に除去されるので、この水分および有機物ガスが
実質的に除去された原料ガスをバックグラウンドとし
て、混合ガス形成手段による水分および疎水性有機物ガ
スの濃度調整を高い精度で正確かつ容易に行うことが可
能となる。According to the second aspect of the present invention, the water and organic gas contained in the raw material gas are substantially removed by the gas purifying means, for example, to less than 10 ppb as shown in FIG. Using the raw material gas from which the moisture and the organic substance gas have been substantially removed as background, the concentration adjustment of the moisture and the hydrophobic organic substance gas by the mixed gas forming means can be performed accurately and easily with high precision.
【００３０】さらに請求項３に記載の発明によれば、た
とえば静電式粒度分布測定器のような分級手段によりあ
る粒径範囲の超微粒子のみを分級して希釈することによ
り、既知粒径、既知濃度の超微粒子を標準粒子として供
給することが可能となるので、均一性に優れたｎｍサイ
ズの微粒子を安定的にかつ再現性よく発生させることが
できる。Further, according to the third aspect of the present invention, only ultrafine particles in a certain particle size range are classified and diluted by a classification means such as an electrostatic particle size distribution measuring device, so that a known particle size can be obtained. Since ultra-fine particles having a known concentration can be supplied as standard particles, it is possible to stably generate reproducibly fine particles of nm size having excellent uniformity.
【００３１】さらにまた請求項４に記載の発明のよう
に、本願出願人に係る特開平３−２３０４９９号や特開
平３−２３０５００号に開示されているようなセラミッ
クスなどの絶縁材で被覆された導電性の針状放電極を用
いることにより、金属性の電極を用いた場合に生じるよ
うな放電時の酸化・スパッタ作用による電極の劣化と発
塵を抑えることが可能なので、ｎｍサイズの微粒子を安
定的にかつ再現性よく発生させることができる。Further, as in the invention described in claim 4, it is coated with an insulating material such as ceramics disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-230499 and 3-230500 of the present applicant. By using a conductive needle-shaped discharge electrode, it is possible to suppress the deterioration and dust generation of the electrode due to the oxidation / sputtering action at the time of discharge, which may occur when using a metal electrode. It can be generated stably and with good reproducibility.
【００３２】[0032]
【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明に基
づいて構成された標準粒子発生装置の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a standard particle generator constructed according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００３３】図１には本発明を適用可能な標準粒子発生
装置の典型的な装置構成が示されている。図中、１は空
気精製装置、２は疎水性有機物ガス発生部、３は水分発
生部、４は交流コロナ放電発生装置、５は分級装置であ
る。空気精製装置１（たとえば、Air Purifier, Model
N-9, （株）リキッドガス製）に導入された精製空気、
あるいはアルゴンや窒素などの不活性ガスなどの原料ガ
スは、そこで水分および疎水性有機物ガスを実質的に除
去される。なお、ここに云う「実質的に除去」とは、た
とえば図１６に示すように、１０ｐｐｂ程度以下に水分
（Ｈ2Ｏ）やＳＯXやＮＯXを除去した状態を指すものと
する。また、本実施例における気中ガス成分濃度は全て
容量分率で表示する。FIG. 1 shows a typical apparatus configuration of a standard particle generator to which the present invention can be applied. In the figure, 1 is an air purification device, 2 is a hydrophobic organic gas generation unit, 3 is a moisture generation unit, 4 is an AC corona discharge generation device, and 5 is a classification device. Air purification device 1 (for example, Air Purifier, Model
N-9, manufactured by Liquid Gas Co., Ltd.)
Alternatively, a raw material gas such as an inert gas such as argon or nitrogen is substantially removed therefrom with moisture and a hydrophobic organic gas. Here, the term “substantially removed” refers to a state in which water (H 2 O), SO X, and NO X have been removed to about 10 ppb or less, for example, as shown in FIG. Further, all the concentrations of the gas components in the air in the present embodiment are indicated by volume fraction.
【００３４】そして、本発明によれば空気精製装置１に
より発生されたクリーンエアは、バックグラウンドガス
として、それぞれ別個に構成された２系統の管路を介し
て、それぞれ別個に構成された疎水性有機物ガス発生部
２と水分発生部３に送られる。ベンゼンガスなどの疎水
性有機物ガスを発生させるための疎水性有機物ガス発生
部２には、たとえば、標準水分発生装置（ＭＧ−１０，
日立東京エレクトロニクス（株）製）を使用することが
可能である。この装置は、ベンゼンをクリーンエア１リ
ットル／分に対して０〜２０ｐｐｍまで制御して発生で
きるものである。一方、水分発生部３には超純水が充填
されたボトルを介挿されており、そのボトルの開口度を
変化させて、クリーンエアと水面との接触面積を変化さ
せることにより、水分濃度の調整を行うことができる。
また、水分発生部３において発生する水のミストを除去
するため下流側にエリミネータを取り付けることが好ま
しい。なお、このときの水分濃度は露点計（ＭＢＷ電子
冷却式露点計，ＤＰ３−ＤＫ１８０６，日本冶金化学工
業（株）製）により測定することが可能である。According to the present invention, the clean air generated by the air refining device 1 is used as a background gas through two separately constructed pipelines, each of which has a separately constructed hydrophobic line. It is sent to the organic matter gas generator 2 and the water generator 3. The hydrophobic organic gas generation unit 2 for generating a hydrophobic organic gas such as benzene gas includes, for example, a standard moisture generator (MG-10,
Hitachi Tokyo Electronics Co., Ltd.) can be used. This apparatus can generate benzene by controlling 0 to 20 ppm of benzene per 1 liter / minute of clean air. On the other hand, a bottle filled with ultrapure water is interposed in the water generating section 3, and by changing the opening degree of the bottle to change the contact area between the clean air and the water surface, the water concentration is reduced. Adjustments can be made.
Further, it is preferable to attach an eliminator on the downstream side in order to remove water mist generated in the water generating section 3. The water concentration at this time can be measured by a dew point meter (MBW electronically cooled dew point meter, DP3-DK1806, manufactured by Nippon Yakin Chemical Industry Co., Ltd.).
【００３５】疎水性有機物ガス発生部２と水分発生部３
に、それぞれ１リットル／分のクリーンエアを流し、そ
の結果得られた、所望の濃度の疎水性有機物を含有する
ガスと、所望の濃度の水分を含有するガスとを、それぞ
れ流量計６、７により流量制御しながら混合し、合計２
リットル／分の混合ガスを形成する。この混合ガスを図
２および図３に示す交流コロナ放電装置４に導き、交流
のコロナ放電を励起することにより、混合ガス中に疎水
性有機物と水分の両者で構成された正と負の分子クラス
タイオンを発生させる。そしてこの正と負の分子クラス
タイオンは、直ちにクーロン力の作用で結合・中和する
ので、ｎｍサイズの水および疎水性有機物微粒子を短時
間で安定的に生成することが可能である。Hydrophobic organic gas generator 2 and water generator 3
Are supplied with clean air at a rate of 1 liter / minute, respectively, and the resulting gas containing a desired concentration of a hydrophobic organic substance and the gas containing a desired concentration of a water are flow metered with a flow meter 6, 7 respectively. Mixing while controlling the flow rate by a total of 2
A mixed gas of liter / min is formed. This mixed gas is led to an AC corona discharge device 4 shown in FIGS. 2 and 3 to excite an AC corona discharge, whereby positive and negative molecular clusters composed of both a hydrophobic organic substance and moisture are included in the mixed gas. Generate ions. Since the positive and negative molecular cluster ions are immediately bound and neutralized by the action of Coulomb force, it is possible to stably generate nanometer-sized water and hydrophobic organic fine particles in a short time.
【００３６】この交流コロナ放電装置４は、たとえば特
開平４−３７０６９７号に記載のようなノズル型イオナ
イザを使用することが可能である。このノズル型イオナ
イザは、混合ガスが流入する管路１０に対して略直角方
向に分岐するノズル１１の内側ほぼ中央に配置された針
状の放電極１２と、そのノズル１１の外周を囲むように
配置されたリング状の放電対極１３とから構成されてい
る。針状の放電極はタングステンなどの導電性金属から
なる電極を石英ガラスなどの絶縁材により被覆して構成
される。針状の放電極１２は、より具体的には、図３に
示すように、ネジ１４を備えたホルダ１５に一端が固定
された石英ガラス管１６内に同心円的に針状電極１７が
取り付けられている。石英ガラス管１６の封止された先
端は先尖りに形成され、この先端部内側に針状電極１７
の先端が当接している。As the AC corona discharge device 4, for example, a nozzle type ionizer as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-37097 can be used. This nozzle-type ionizer has a needle-shaped discharge electrode 12 disposed at substantially the center of a nozzle 11 branched in a direction substantially perpendicular to a pipe 10 into which a mixed gas flows, and is provided so as to surround the outer periphery of the nozzle 11. And a ring-shaped discharge counter electrode 13 arranged. The needle-shaped discharge electrode is configured by covering an electrode made of a conductive metal such as tungsten with an insulating material such as quartz glass. More specifically, as shown in FIG. 3, the needle-shaped discharge electrode 12 is concentrically mounted with the needle-shaped electrode 17 in a quartz glass tube 16 having one end fixed to a holder 15 having a screw 14. ing. The sealed end of the quartz glass tube 16 is formed to be pointed, and a needle-shaped electrode 17 is provided inside the end.
Is in contact.
【００３７】さらにホルダ１５はリード線１８のテフロ
ンチューブ１９に対してネジ１４を介して脱着可能に取
り付けられ、このテフロンチューブ１９を貫通して放電
極内部の金属電極１７がリード線内部の金属導体２０に
連通している。この金属導体２０は、図２に示すよう
に、交流電源２１に接続されており、たとえば１１．５
ｋＶ、６０Ｈｚの交流電圧を印加することにより、交流
コロナ放電をノズル内に発生させ、混合ガス中に疎水性
有機物と水分の両者で構成された正と負の分子クラスタ
イオンを発生させることが可能である。Further, the holder 15 is detachably attached to the Teflon tube 19 of the lead wire 18 via the screw 14. The metal electrode 17 inside the discharge electrode penetrates through the Teflon tube 19 and the metal conductor inside the lead wire. 20. The metal conductor 20 is connected to an AC power supply 21 as shown in FIG.
By applying an AC voltage of kV, 60 Hz, an AC corona discharge can be generated in the nozzle, and positive and negative molecular cluster ions composed of both hydrophobic organic matter and moisture can be generated in the mixed gas. It is.
【００３８】そしてノズル型イオナイザによりイオン化
された流量２リットル／分の混合ガスは、さらに下流の
分級装置５に送られ、ある粒径範囲の超微粒子のみを分
級して希釈し、既知粒径、既知濃度の超微粒子を標準粒
子として、検定対象であるパーティクルカウンタやフィ
ルタに供給することが可能である。Then, the mixed gas ionized by the nozzle type ionizer at a flow rate of 2 liter / min is sent to a classifier 5 further downstream to classify and dilute only ultrafine particles in a certain particle size range, Ultrafine particles of a known concentration can be supplied as standard particles to a particle counter or a filter to be tested.
【００３９】この分級装置５としては、たとえば図４に
示すＤＭＡ（Differential Mobility Analyzer：微分型
移動度分析器）を使用することが可能である。図４に示
す移動度分析器（ＤＭＡ）２０は、粒子を荷電させ、一
定の電界中に導き、粒子の電気移動度（モビリティ）を
利用して粒子の分級を行うものであり、図示のように、
分析部の中心ロッド２１の下部に細いスリット２２が設
けられており、このスリットを通して一定の移動度を有
する粒子のみが取り出される分級手法である。分級精度
を上げるために放射線源２３、例えばアメリシウムやク
リプトンを用いて両イオンの拡散場をつくり、図５に示
すフックス−ボルツマン（Fuchs-Boltzmann）の平衡荷
電分布（高橋幹二編（１９８４）：応用エアロゾル学、
（株）養賢堂、ｐ．２７０）を生じさせる構造となって
おり、粒径スペクトル計測が可能な程度の分解能を有し
ている。フックス−ボルツマン分布（影像力あり）で
は、３ｎｍ（０．００３μｍ）の粒子は１００個のうち
およそ１個ずつが正と負に帯電していることになる。つ
まり、３ｎｍ（０．００３μｍ）の粒子のみからなるエ
アロゾルを図４に示すＤＭＡに通過させると、もとのエ
アロゾル総個数の約１％が、直流電圧Ｖの極性に応じ
て、正または負の帯電粒子としてＤＭＡ出口側で得られ
ることになる。このようにして篩い分けた帯電粒子個数
は、エレクトロメータＥＭ（微小電流計の一種）で計測
される。なお図４において、Ｆはメンブレンフィルタ、
Ｐはポンプ、Ｍは流量計である。As the classifying device 5, for example, a DMA (Differential Mobility Analyzer) shown in FIG. 4 can be used. The mobility analyzer (DMA) 20 shown in FIG. 4 charges particles, guides them into a constant electric field, and classifies the particles using the electric mobility (mobility) of the particles. To
This is a classification method in which a thin slit 22 is provided below the center rod 21 of the analysis unit, and only particles having a certain mobility are extracted through this slit. In order to increase the classification accuracy, a diffusion field of both ions is created using a radiation source 23, for example, americium or krypton, and the equilibrium charge distribution of Fuchs-Boltzmann shown in FIG. 5 (Mikiji Takahashi (1984): Application) Aerosolology,
Yokendo Co., p. 270), and has a resolution capable of measuring the particle size spectrum. In the Fuchs-Boltzmann distribution (with image power), approximately 1 out of 100 particles of 3 nm (0.003 μm) is positively and negatively charged. That is, when an aerosol consisting of only 3 nm (0.003 μm) particles is passed through the DMA shown in FIG. 4, about 1% of the original total number of aerosols becomes positive or negative depending on the polarity of the DC voltage V. Charged particles are obtained at the DMA exit side. The number of charged particles sieved in this way is measured with an electrometer EM (a type of microammeter). In addition, in FIG. 4, F is a membrane filter,
P is a pump and M is a flow meter.
【００４０】つぎに上記のように構成された標準粒子発
生装置により発生された粒子をＣＮＣ（Condensation N
uclei Counter；凝縮核計数装置）により計測した結果
を図６〜図８を参照しながら説明する。なおここで使用
するＣＮＣ（凝縮核計数装置は、清浄度の高い空気中の
微粒子（サブミクロン以下の大きさ）の計数を行うもの
であり、その概要を図９に示す。図示のように、エアロ
ゾル（微粒子を含む清浄空気）が、ｎ−ブチルアルコー
ル（ブタノール）で飽和された円筒状の飽和チューブ３
０を通過し、さらに凝縮チューブ（冷却管）で１０℃ま
で冷却されることにより、ブタノールの過飽和状態が形
成される。そしてチャンバ３２において、アルコール蒸
気は微粒子を凝縮核として凝縮し粒子として成長してい
く。そして巨大化した粒子をランプ３３、レンズ３４、
集光レンズ３５および光検出器３６から構成される光学
的装置で計数するものである。Next, the particles generated by the standard particle generator configured as described above are converted to CNC (Condensation N).
The results measured by a uclei counter (condensation nucleus counting device) will be described with reference to FIGS. Note that the CNC (condensation nucleus counting device) used here counts fine particles (having a size of sub-micron or less) in air having a high degree of cleanliness, and an outline thereof is shown in Fig. 9. A cylindrical saturated tube 3 in which aerosol (clean air containing fine particles) is saturated with n-butyl alcohol (butanol)
0, and further cooled to 10 ° C. in a condensation tube (cooling tube), thereby forming a supersaturated state of butanol. In the chamber 32, the alcohol vapor condenses the fine particles as condensation nuclei and grows as particles. Then, the enlarged particles are converted into lamps 33, lenses 34,
The counting is performed by an optical device including a condenser lens 35 and a photodetector 36.
【００４１】 まず図６〜図８に示すＤＭＡで測定し
た粒径分布の縦軸表示ｄＮ／ｄ（ｌｎＤｐ）［個／ｃｍ
３］の意味について簡単に説明する。すでに説明したよ
うに、ＤＭＡは帯電した粒子をある粒径範囲区分ごとに
測定するものである。図１０は、図４のＤＭＡ２０で測
定される帯電粒子の粒径範囲区分中心点Ｄｐと、区分幅
ΔＤｐの関係を示したものである。例えば、Ｄｐ＝４．
８４ｎｍではΔＤｐ＝０．６６ｎｍであるから、（４．
８４−０．６６／２）ｎｍから（４．８４＋０．６６／
２）ｎｍまでの範囲、つまり４．５１ｎｍから５．１７
ｎｍまでの範囲の帯電粒子個数がカウントされ、これを
ΔＮで表示する。Ｄｐ＝４．８４ｎｍの前後の粒径範囲
区分中心点は４．２３ｎｍと５．５４ｎｍ、それぞれの
自然対数は、ｌｎ４．２３＝１．４４２、ｌｎ４．８４
＝１．５７７、ｌｎ５．５４＝１．７１２となるから、
ｌｎＤｐの刻み幅ΔｌｎＤｐは１．７１２−１．５７７
＝１．５７７−１．４４２＝０．１３５となる。つま
り、 図４のＤＭＡ２０では、Ｄｐ＝４．８４ｎｍ付近
においてｄＮ／ｄ（ｌｎＤｐ）＝ΔＮ／Δ（ｌｎＤｐ）
＝ΔＮ／０．１３５となる。各粒径範囲区分中心点Ｄｐ
ごとに測定した帯電粒子カウント数ΔＮ〜求めたｄＮ／
ｄ（ｌｎＤｐ）をプロットしてやれば、図６、７、８が
得られる。First, the vertical axis of the particle size distribution measured by DMA shown in FIGS. 6 to 8 is expressed as dN / d (lnDp) [number / cm
The meaning of [ 3 ] will be briefly described. As described above, the DMA measures the charged particles in a certain size range section. FIG. 10 shows the relationship between the center point Dp of the section of the particle size range of the charged particles measured by the DMA 20 of FIG. 4 and the section width ΔDp. For example, Dp = 4.
Since ΔDp = 0.66 nm at 84 nm, (4.
84-0.66 / 2) nm to (4.84 + 0.66 /
2) Range up to nm, ie 4.51 nm to 5.17.
The number of charged particles in the range up to nm is counted, and this is indicated by ΔN. The center points of the particle size ranges before and after Dp = 4.84 nm are 4.23 nm and 5.54 nm, and their natural logarithms are In4.23 = 1.442 and In4.84.
= 1.577, ln5.54 = 1.712,
The step width ΔlnDp of lnDp is 1.712 to 1.577.
= 1.577-1.4442 = 0.135. That is, in the DMA 20 of FIG. 4, dN / d (lnDp) = ΔN / Δ (lnDp) around Dp = 4.84 nm.
= ΔN / 0.135. Each particle size range division center point Dp
Count of charged particles ΔN measured every
6 , 7 and 8 are obtained by plotting d (lnDp).
【００４２】以上よりまず図６は、ベンゼン濃度を６．
１ｐｐｍの一定値に保ちながら、水分濃度を３．２×１
０ｐｐｍ、４．８×１０2ｐｐｍ、６．７×１０3ｐｐｍ
に変えて、ＤＭＡで篩い分けた正荷電粒子の粒径分布の
測定結果である。水分濃度の増加とともに、発生粒子は
大きくなることがわかる。ＣＮＣで測定した無帯電粒子
も含めた粒子発生総個数は、水分濃度の小さい順に１．
９×１０3個／ｃｃ、２．４×１０3個／ｃｃ、１．０×
１０4個／ｃｃとなり、水分濃度の増加とともに、発生
粒子は大きくなりながら、発生個数も増えていくことが
明らかになった。As described above, FIG.
While maintaining a constant value of 1 ppm, the water concentration was 3.2 × 1
0 ppm, 4.8 × 10 2 ppm, 6.7 × 10 3 ppm
5 shows the measurement results of the particle size distribution of positively charged particles sieved by DMA in place of FIG. It can be seen that the generated particles become larger as the water concentration increases. The total number of generated particles including uncharged particles measured by CNC is 1.
9 × 10 3 cells /cc,2.4×10 3 pieces /cc,1.0×
It was 10 4 / cc, and it became clear that the number of generated particles increased as the generated particles increased as the water concentration increased.
【００４３】つぎに図７は、ベンゼン濃度を１４．１ｐ
ｐｍの一定値に保ちながら、水分濃度を３．２×１０ｐ
ｐｍ、４．８×１０2ｐｐｍ、６．７×１０3ｐｐｍに変
えて、ＤＭＡで篩い分けた正荷電粒子の粒径分布の測定
結果である。水分濃度の増加とともに、発生粒子は大き
くなることがわかる。ＣＮＣで測定した無帯電粒子も含
めた粒子発生総個数は、水分濃度の小さい順に５．４×
１０2個／ｃｃ、６．７×１０3個／ｃｃ、３．０×１０
4個／ｃｃとなり、水分濃度の増加とともに、発生粒子
は大きくなりながら、発生個数も増えていくことが明ら
かになった。FIG. 7 shows that the benzene concentration was 14.1 p.
pm while keeping the water concentration at 3.2 × 10p
It is the measurement result of the particle size distribution of the positively charged particles sieved by DMA while changing to pm, 4.8 × 10 2 ppm, and 6.7 × 10 3 ppm. It can be seen that the generated particles become larger as the water concentration increases. The total number of generated particles including uncharged particles measured by CNC was 5.4 × in order of decreasing water concentration.
10 2 / cc, 6.7 × 10 3 / cc, 3.0 × 10
It became 4 particles / cc, and it became clear that the number of generated particles increased as the water concentration increased, while the generated particles increased.
【００４４】さらに図８は、水分濃度を６．７×１０3
ｐｐｍの一定値に保ちながら、ベンゼン濃度を６．１ｐ
ｐｍ、１４．１ｐｐｍに変えて、ＤＭＡで篩い分けた負
荷電粒子の粒径分布の測定結果である。ベンゼン濃度の
増加とともに、発生粒子は大きくなることがわかる。Ｃ
ＮＣで測定した無帯電粒子も含めた粒子発生総個数は、
ベンゼン濃度の小さい順に１．０×１０4個／ｃｃ、
３．０×１０4個／ｃｃとなり、ベンゼン濃度の増加と
ともに、発生粒子は大きくなりながら、発生個数も増え
ていくことが明らかになった。FIG. 8 shows that the water concentration was 6.7 × 10 3.
while maintaining the benzene concentration at 6.1 p
10 shows the measurement results of the particle size distribution of negatively-charged particles sieved with DMA at pm and 14.1 ppm. It can be seen that the size of the generated particles increases as the benzene concentration increases. C
The total number of generated particles including uncharged particles measured by NC is
1.0 × 10 4 particles / cc in ascending order of benzene concentration,
3.0 × 10 4 particles / cc, and it became clear that as the benzene concentration increased, the number of generated particles increased while the generated particles increased.
【００４５】以上説明したように、本発明に基づいて構
成された標準粒子発生装置によれば、所定の濃度に調整
された水分および疎水性有機物ガスを含有する混合ガス
に対してイオナイザにより、交流のコロナ放電を励起す
ることにより、混合ガス中に疎水性有機物と水分の両者
で構成された正と負の分子クラスタイオンを発生が発生
する。そしてこの正と負の分子クラスタイオンは、直ち
にクーロン力の作用で結合・中和するので、ｎｍサイズ
の水および疎水性有機物微粒子を短時間で安定的に生成
することが可能である。さらにＤＭＡのような分級手段
によりある粒径範囲の超微粒子のみを分級して希釈する
ことにより、既知粒径、既知濃度の超微粒子を標準粒子
として供給することが可能となるので、均一性に優れた
ｎｍサイズの微粒子を安定的にかつ再現性よく発生させ
ることができる。As described above, according to the standard particle generator constructed in accordance with the present invention, the mixed gas containing water and the hydrophobic organic gas adjusted to a predetermined concentration is subjected to the alternating current by the ionizer. When the corona discharge is excited, positive and negative molecular cluster ions composed of both a hydrophobic organic substance and moisture are generated in the mixed gas. Since the positive and negative molecular cluster ions are immediately bound and neutralized by the action of Coulomb force, it is possible to stably generate nanometer-sized water and hydrophobic organic fine particles in a short time. Furthermore, by classifying and diluting only ultrafine particles of a certain particle size range by a classification means such as DMA, it becomes possible to supply ultrafine particles of a known particle size and a known concentration as standard particles. Fine particles of excellent nm size can be generated stably and with good reproducibility.
【００４６】なお上記実施例では、有機物ガスと水分
（水蒸気）を実質的に除去した精製空気が流れる管路中
に、水分（水蒸気）と疎水性有機物ガスを所定の濃度に
なるように注入・混合したが、本発明はかかる例に限定
されず、有機物ガスと水分（水蒸気）を除去したアルゴ
ンや窒素などの不活性ガスが流れる管路中に、水分（水
蒸気）と疎水性有機物ガスを所定の濃度になるように注
入・混合することによっても、均一性に優れたｎｍサイ
ズの微粒子を安定的にかつ再現性よく発生することが可
能である。In the above embodiment, the moisture (steam) and the hydrophobic organic gas are injected into the pipe through which purified air from which the organic gas and the moisture (steam) have been substantially removed so as to have a predetermined concentration. Although the present invention is not limited to this example, the present invention is not limited to this. Water (water vapor) and a hydrophobic organic gas are supplied to a pipe in which an inert gas such as argon or nitrogen from which the organic gas and water (water vapor) have been removed flows. Can be stably and reproducibly generated by injecting and mixing so as to have a concentration of 0.1 nm.
【００４７】さらに、上記実施例では、図２および図３
に示すように、ノズル１１中に針状セラミックス被覆電
極１２を一本設けただけであったが、管路１０および／
またはノズル１１の管路断面積を大きくして複数本の電
極を設置する構成を採用することにより、粒子発生個数
を増加させることが可能である。Further, in the above embodiment, FIGS.
Although only one needle-like ceramic-coated electrode 12 was provided in the nozzle 11 as shown in FIG.
Alternatively, it is possible to increase the number of generated particles by adopting a configuration in which a plurality of electrodes are provided by increasing the cross-sectional area of the pipeline of the nozzle 11.
【００４８】さらに、上記実施例では、疎水性有機物ガ
スとしてベンゼンを使用したが、本発明はかかるガスに
限定されず、オクタン、トルエンなどの他の疎水性有機
物ガスでも、ベンゼンと同様の効果を得ることが可能で
ある。Further, in the above embodiment, benzene was used as the hydrophobic organic substance gas. However, the present invention is not limited to such a gas, and other hydrophobic organic substance gases such as octane and toluene have the same effect as benzene. It is possible to get.
【００４９】なお、コロナ放電が直流の場合や、原料ガ
ス中に水分（水蒸気）または疎水性有機物ガスのいずれ
か一方のみしか含まれていない場合や、水分（水蒸気）
と疎水性有機物ガスの両方が含まれていない場合には、
いずれの場合も、本発明装置のように、ｎｍサイズの粒
子を発生することはできなかった。The corona discharge is a direct current, the raw material gas contains only one of moisture (water vapor) and a hydrophobic organic gas, or the water (water vapor)
And both hydrophobic organic gases are not included.
In any case, unlike the device of the present invention, it was not possible to generate nm-sized particles.
【００５０】また水分発生装置や疎水性有機物発生装置
に関しては、図１に示す装置に限定されず、図１１に示
すように、水や疎水性有機物（液体）の液溜４１を有す
る容器４２に、精製空気や不活性ガスを吹き込み、その
吹き込み流量を制御して水分や疎水性有機物の濃度を制
御することができる。さらに、液溜を有する容器の一部
ないしは全体を、例えば巻き線電気ヒータなどの加熱手
段４３で加熱して、熱電対４４と組み合わせて加熱温度
を制御して、水または疎水性有機物（液体）の蒸発量、
および精製空気や不活性ガスに含まれるそれらの濃度を
制御することもできる。要は、精製空気や不活性ガスの
流量やその中に含まれる水と疎水性有機物の濃度を自在
に制御して、粒子径の均一さ（単分散性）と発生濃度の
安定性に優れたｎｍサイズの超微粒子発生が実現できれ
ばよい。Further, the water generator and the hydrophobic organic substance generator are not limited to the apparatus shown in FIG. 1, and as shown in FIG. 11, a container 42 having a liquid reservoir 41 of water or a hydrophobic organic substance (liquid) is provided. Purified air or an inert gas is blown, and the flow rate of the blown air can be controlled to control the concentrations of moisture and hydrophobic organic substances. Further, a part or the whole of the container having the liquid reservoir is heated by a heating means 43 such as a winding electric heater, and the heating temperature is controlled in combination with a thermocouple 44 so that water or a hydrophobic organic substance (liquid) is formed. Evaporation amount of
Also, the concentration of those contained in purified air or inert gas can be controlled. In short, the flow rate of purified air and inert gas and the concentration of water and hydrophobic organic matter contained therein are freely controlled to achieve excellent particle diameter uniformity (monodispersity) and stable generation concentration. It suffices if ultra-fine particles of nm size can be generated.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づいて
構成された標準粒子発生装置によれば、粒子径が均一
で、発生濃度の安定性に優れたｎｍサイズの超微粒子を
発生させることが可能である。すなわち請求項１に記載
の発明によれば、原料ガス供給手段により精製空気や不
活性ガスなどの原料ガスを供給し、その原料ガスに対し
て混合ガス形成手段により水分（水蒸気）およびベンゼ
ンなどの疎水性有機物ガスを所定の濃度に達するまで加
え、その混合ガスに対して放電手段により、交流のコロ
ナ放電を励起することにより、混合ガス中に疎水性有機
物と水分の両者で構成された正と負の分子クラスタイオ
ンが発生する。そしてこの正と負の分子クラスタイオン
は、直ちにクーロン力の作用で結合・中和するので、ｎ
ｍサイズの水および疎水性有機物微粒子を短時間で安定
的に生成することが可能である。As described above, according to the standard particle generator constructed on the basis of the present invention, it is possible to generate ultra-fine particles of nm size having a uniform particle diameter and excellent stability of generated concentration. Is possible. That is, according to the first aspect of the present invention, a raw material gas such as purified air or an inert gas is supplied by the raw material gas supply means, and water (steam) or benzene or the like is supplied to the raw material gas by the mixed gas forming means. A hydrophobic organic substance gas is added until a predetermined concentration is reached, and the mixed gas is excited by an alternating current corona discharge by a discharge means, so that the positive and negative constituents composed of both the hydrophobic organic substance and moisture are included in the mixed gas. Negative molecular cluster ions are generated. The positive and negative molecular cluster ions are immediately bound and neutralized by the action of Coulomb force.
It is possible to stably generate m-size water and hydrophobic organic fine particles in a short time.
【００５２】また請求項２に記載の発明によれば、ガス
精製手段により原料ガス中に含まれる水分および有機ガ
スが実質的に除去されるので、この水分および有機物ガ
スが実質的に除去された原料ガスをバックグラウンドと
して、混合ガス形成手段による水分および疎水性有機物
ガスの濃度調整を高い精度で正確かつ容易に行うことが
可能となる。According to the second aspect of the present invention, since the water and the organic gas contained in the raw material gas are substantially removed by the gas purifying means, the water and the organic gas are substantially removed. With the source gas as the background, the concentration adjustment of the water and the hydrophobic organic gas by the mixed gas forming means can be performed accurately and easily with high precision.
【００５３】さらに請求項３に記載の発明によれば、た
とえば静電式粒度分布測定器のような分級手段によりあ
る粒径範囲の超微粒子のみを分級して希釈することによ
り、既知粒径、既知濃度の超微粒子を標準粒子として供
給することが可能となるので、均一性に優れたｎｍサイ
ズの微粒子を安定的にかつ再現性よく発生させることが
できる。Further, according to the third aspect of the present invention, only ultrafine particles in a certain particle size range are classified and diluted by a classification means such as an electrostatic particle size distribution measuring device, thereby obtaining a known particle size. Since ultra-fine particles having a known concentration can be supplied as standard particles, it is possible to stably generate reproducibly fine particles of nm size having excellent uniformity.
【００５４】さらにまた請求項４に記載の発明のよう
に、セラミックスなどの絶縁材で被覆された導電性の針
状放電極を用いることにより、金属性の電極を用いた場
合に生じるような放電時の酸化・スパッタ作用による電
極の劣化と発塵を抑えることが可能なので、ｎｍサイズ
の微粒子を安定的にかつ再現性よく発生させることがで
きる。Furthermore, by using a conductive needle-shaped discharge electrode covered with an insulating material such as ceramics as in the invention according to the fourth aspect, a discharge which occurs when a metal electrode is used. Since deterioration and dust generation of the electrode due to the oxidation / sputtering action at the time can be suppressed, fine particles of nm size can be generated stably and with good reproducibility.
【図１】本発明に基づいて構成された標準粒子発生装置
の一実施例の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a standard particle generator configured based on the present invention.
【図２】本発明に基づいて構成された標準粒子発生装置
の交流コロナ放電装置の概略を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an AC corona discharge device of a standard particle generator configured according to the present invention.
【図３】図２に示す交流コロナ放電装置の電極部分を示
す概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing an electrode portion of the AC corona discharge device shown in FIG.
【図４】本発明に基づいて構成された標準粒子発生装置
に適用可能なＤＭＡ（微分型移動度分析器）を示す説明
図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a DMA (differential mobility analyzer) applicable to a standard particle generator configured based on the present invention.
【図５】正負両イオンの拡散による平衡荷電状態におけ
る平均荷電量の分布を示す図表である。FIG. 5 is a table showing a distribution of an average charge amount in an equilibrium charge state due to diffusion of both positive and negative ions.
【図６】本発明に基づいてＤＭＡで篩い分けた正荷電粒
子の粒径分布（ベンゼン濃度６．１ｐｐｍ、水分濃度変
化）を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a particle size distribution (benzene concentration: 6.1 ppm, moisture concentration change) of positively charged particles sieved by DMA based on the present invention.
【図７】本発明に基づいてＤＭＡで篩い分けた正荷電粒
子の粒径分布（ベンゼン濃度変化１４．１ｐｐｍ、水分
濃度変化）を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a particle size distribution (benzene concentration change: 14.1 ppm, water concentration change) of positively charged particles sieved by DMA based on the present invention.
【図８】 本発明に基づいてＤＭＡでふるい分け
た負荷電粒子の粒径分布（水分濃度６．７×１０３ｐｐ
ｍ、ベンゼン濃度変化）を示す説明図である。Particle size distribution of negatively charged particles sieved through a DMA based on the present invention; FIG (water concentration 6.7 × 10 3 pp
m, benzene concentration change ).
【図９】本発明に基づいて構成された標準粒子発生装置
に適用可能なＣＮＣ（凝縮核計数装置）を示す説明図で
ある。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a CNC (condensation nucleus counting device) applicable to a standard particle generator configured according to the present invention.
【図１０】ＤＭＡで測定される帯電粒子の粒径範囲区分
中心点Ｄｐと、区分幅△Ｄｐの関係を示した図表であ
る。FIG. 10 is a table showing the relationship between the division center point Dp of the particle size range of the charged particles measured by DMA and the division width ΔDp.
【図１１】本発明に基づいて構成された標準粒子発生装
置に適用可能な水分または疎水性有機物発生装置の他の
実施例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory view showing another embodiment of the water or hydrophobic organic matter generator applicable to the standard particle generator constructed according to the present invention.
【図１２】従来のシンクレア−ラメール型粒子発生器の
説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of a conventional Sinclair-Lamer particle generator.
【図１３】従来のＮａＣｌ微粒子発生器の概略的な説明
図である。FIG. 13 is a schematic explanatory view of a conventional NaCl fine particle generator.
【図１４】加熱急冷法によるＮａＣｌ粒子の粒度分布を
示す図表である。FIG. 14 is a table showing a particle size distribution of NaCl particles by a heating and quenching method.
【図１５】リューらによる定出力アトマイザの構造を示
す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing a structure of a constant output atomizer by Liu et al.
【図１６】クリーンエア中の不純物ガス濃度を示す図表
である。FIG. 16 is a table showing impurity gas concentrations in clean air.
１ 空気精製装置 ２ 疎水性有機物ガス発生部 ３ 水分発生部 ４ 交流コロナ放電装置 ５ 分級装置 ６ 流量計 ７ 流量計 １１ ノズル １２ 放電極 １３ 放電対極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air purification apparatus 2 Hydrophobic organic gas generation part 3 Water generation part 4 AC corona discharge device 5 Classification device 6 Flow meter 7 Flow meter 11 Nozzle 12 Discharge electrode 13 Discharge counter electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/02 B01J 19/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/02 B01J 19/00
Claims (4)
させるための標準粒子発生装置において、 原料ガス供給手段と、その原料ガス供給手段により供給
された原料ガスに水分および疎水性有機物ガスを所定の
濃度に達するまで加える混合ガス形成手段と、その混合
ガス形成手段により形成された混合ガス中に交流コロナ
放電を励起する放電手段とを備えたことを特徴とする、
標準粒子発生装置。1. A standard particle generator for dispersing nuclear particles having a substantially uniform particle diameter in a gaseous phase, comprising: a raw material gas supply means; and a raw material gas supplied by the raw material gas supply means; A mixed gas forming means for adding an organic gas until a predetermined concentration is reached, and discharge means for exciting an AC corona discharge in the mixed gas formed by the mixed gas forming means,
Standard particle generator.
ガス中に含まれる水分および有機物ガスを実質的に除去
するためのガス精製手段を設けたことを特徴とする、請
求項１に記載の標準粒子発生装置。2. A gas purifying means according to claim 1, further comprising a gas purifying means for substantially removing moisture and organic gas contained in the raw material gas supplied to said mixed gas forming means. Standard particle generator.
の微粒子のみを分級するための分級手段を設けたことを
特徴とする、請求項１または２に記載の標準粒子発生装
置。3. The standard particle generator according to claim 1, further comprising a classification unit provided downstream of the discharge unit for classifying only particles having a predetermined particle size range.
縁材で被覆した放電極を備えていることを特徴とする、
請求項１、２または３のいずれかに記載の標準粒子発生
装置。4. The discharge means includes a discharge electrode in which a conductive needle-like electrode is covered with an insulating material.
The standard particle generator according to claim 1, 2 or 3.
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| JP08913394A JP3285068B2 (en) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | Standard particle generator |
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| JPH07283098A JPH07283098A (en) | 1995-10-27 |
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1994
- 1994-04-04 JP JP08913394A patent/JP3285068B2/en not_active Expired - Fee Related
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