JP3285068B2

JP3285068B2 - 標準粒子発生装置

Info

Publication number: JP3285068B2
Application number: JP08913394A
Authority: JP
Inventors: 保雄向阪; 孝夫岡田; 総一郎阪田
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1994-04-04
Publication date: 2002-05-27
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JPH07283098A

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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
¹⁵Ｓｉａｔｏｍｓ／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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ＳＯ_XやＮＯ_X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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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６．７×１０^３ｐｐ
ｍ、ベンゼン濃度変化）を示す説明図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１３】従来のＮａＣｌ微粒子発生器の概略的な説明
図である。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】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する、請
求項１に記載の標準粒子発生装置。
【請求項３】前記放電手段の下流に、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
特徴とする、請求項１または２に記載の標準粒子発生装
置。
【請求項４】前記放電手段が、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。