(57)【要約】【課題】常時の空間空気イオン量をモニタリング簡便に実現する方法を提供する。【解決手段】空気イオン吸着用の吸着電極６１，６２に太陽電池６３，６４を利用してバイアス電位を与えることを特徴として、このイオン電流を６５にて一定時間内積分し、このデータを６６のＣＰＵで処理するとともに６７で表示、６９にて時系列データを保存する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中のイオン量を測定する装置であって、そのプラス、マイナスイオンを各々吸着する吸着電極に印加するバイアス電源として太陽電池を使用することを特徴とする空気イオンモニター。
【請求項２】
前記太陽電池は、その装置自身に実装されるＬＥＤ照明光をもって、起電力を獲得することを特徴とする請求項１記載の空気イオンモニター。
【請求項３】
吸着電極のバイアス電源用の太陽電池とともに、吸着電極を同一のプリント基板上に配置し、複数個の間隙を用意し、プラスマイナスの吸着電極をその間隙に対向させ、配置することを特徴とする請求項１または２に記載の空気イオンモニター。
【請求項４】
前記プラス、マイナスイオン量を対数スケールにて常時表示することを特徴とする請求項１ないし３に記載の空気イオンモニター。
【請求項５】
時間ごとの空気イオンデータを補助媒体等にエンドレスに記録する機能を有することを特徴とする請求項１ないし４に記載の空気イオンモニター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体等電子部品を扱う場面で大きな問題となる、静電気環境対応の測定装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
半導体電子部品等の取扱いでは静電気問題（電気による絶縁破壊、静電気による埃吸着）に対応するため、図３に示すようにクリーンブース、クリーンベンチと称される作業環境が準備される。  
【０００３】
この作業環境装置は外気導入のための３１のフィルターを介して３２のファンを用いて空気の導入を行うとともに、３３の形態で設置されたイオン発生器（除電器）を備える。
このイオン発生器は３４の作業対象物及びその場の付帯機器の帯電防止のための機能であり、プラス、マイナスの空気イオンを発生させる。この発生方法、制御方法は幾多の方法が提案されている。ここでは特許文献として特開2012-221761を例として紹介するにとどめる。
【０００４】
一方、この種の空気中のイオン量を測定する装置についてはたとえば図１に示す特許3503619のような構成をもったものが提案されている。
ここで１２は測定対象とする極性（プラス、マイナス）の空気イオンを吸着するために用意された集電電極であり、１１はこれとは反対側の極性を持つ逆帯電電極である。この各々の電極には１５，１６の電源にてバイアス電圧が印加されている。
【０００５】
測定器は、１３に示すファンを空洞の後段に擁し、空気を吸引する。気中に含まれる１４の空気イオンはその極性を異にしている電極に吸着される。この量を測定すれば空気イオン量が測定できる。より具体的には、ファンの吸引力から単位時間当たりの風量が決定され、その時の電極で吸着された電流量を測定できれば、単位空間あたりの空気イオン量が測定できるというわけである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許3503619
【特許文献２】特開2012-221761
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の空気イオン測定器は当該作業空間中のイオン量を求めることを主題として考えられたもので、実フィールドでの利用には次のような課題がある。
【０００８】
例えば半導体等電子部品を扱うようなクリーンブース、クリーンベンチ等と呼ばれる作業空間では、通常除電装置が導入され異常な帯電を防止すべき環境を整備している。
【０００９】
しかしながら、これら除電装置のトラブルの発生及び作業空間の設定によっては、除電装置自体が逆に作用するケースも考えられるし、特定の部分空間において除電機能が不十分な状況になっているかもしれない。
【００１０】
これに対して、空間の空気イオン量を測定する装置も開発されている。これらを使って作業環境を測定することも考えうるが、先に記載したように一般的には内部の気流を乱した形となるのでその場の状況が必ずしも測定できているわけではない。
【００１１】
これは空気を強制的に吸引させることで周辺の環境を乱す恐れが大きい。これは実際のクリーンベンチとかクリーンブースとかの作業環境中に設置されると、よからぬ副作用を生む恐れがある。すなわち当該装置が作業空間のイオン状態を強制的に見出し、当初から設計されたクリーンベンチ、ブースの除電機能に弊害を及ぼす恐れがあることである。
【００１２】
したがって、できるだけ場に外乱を加えないで、その環境を常時モニタリングできる機能が求められる。
【００１３】
ここで、特に問題となるのはその信号量の小ささである、たとえば単位時間（1秒間）当たり１０００万個のイオン量（電子換算）を検出しようとすると電子1個当たりの電荷は1.6×10-19であるのでその間のトータルは1.6×10-12（クーロン）の電荷となり、測定電流は1.6ｐAのオーダであり、きわめて小さい。このため積分器を利用して一定期間積分した値をもって評価するのが一般的である。さらには信号ゼロの状況を構成させ、この時の値との関係で補正するような方法がとられる。
【００１４】
しかしながら、基本的にはその電流値と外乱のＳ／Ｎ比が問題となる。特に問題になるのはバイアス用で電源装置からのリーク電流である。この例を図２を用い説明する。２０はこのバイアス電源生成用の電源装置であるが、入力の２１のＡＣ信号を２２の絶縁トランスを介し絶縁するとともに2次側では一定の電圧に調整される。
【００１５】
ここで、問題となるのはこの絶縁能力である、図２に示すように２３の信号イオン電流に２４の電源からのリーク電流が介在することになる。
【００１６】
例えば、これらの絶縁された電源を獲得するにはバイアス電圧をたとえば一次側電圧10Vから得ようとすると、1.6ｐA以下に抑えるには
１０／ 1.6×10-12＝6.3×1012Ω以上の絶縁を維持する必要がある。
【００１７】
この実現は簡単ではなく、相当な絶縁設計を施したバイアス電源用電源を導入する必要がある。これは非常に高価になる。
【００１８】
そこでこの発明は、高価なバイアス電源を用意することなく、常時作業環境の除電機能の健全性を確認できることを主眼に提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に係る空気イオンモニターはイオンを吸着する吸着電極に印加するバイアス電源として太陽電池を使用するところに１つの特徴がある。当該作業環境は必ず人が作業するもので、照明が存在する。この光を使ってバイアス電圧を獲得しようとするものである。この太陽電池の絶縁は完全である。
【００２０】
幸いにも、このバイアス電源の負荷はきわめて軽い。基本的には空気イオン量が負荷と近似できるのでｐＡ〜ｎＡオーダとなる。このため多少照度が小さい（暗い）エリアでも問題なくその太陽電池の解放電圧近傍の電圧を獲得できる。
【００２１】
作業環境上、暗くして作業が必要な場合は、独立の照明をもってこの起電力を確保すればよい。照明はＬＥＤを用いるのが実用的でさらに赤系統のＬＥＤが効率的にも妥当である。
【００２２】
この、プラスマイナスのバイアス電源は多少のアンバランスが生じても機能的に問題ない。
というのは、空気イオンをプラスとマイナス分配して吸着するのがその使命であるからである。したがってプラスとマイナスの電圧値が異なったとしてもその機能がそがれることはない。
【００２３】
さらに今回の提案では、当該装置がその場に影響を及ぼすのを極力排除した。みずからは空気を吸引せず、吸着の電極は大きな比率で間隙を開け、風量の通過率を高め、全体の気流の流れを大きく影響させない構成である、当該電極はプリント板のパターンで実施し、複数部分の電極―間隙を構成することで、確実に空気イオンをキャッチできるようにしている。
【００２４】
さらに、当該プリント基板上に当該イオンの検出処理回路の実装、および表示モニターの実装をすることで、一体化対応が実現できコスト削減に大きな寄与をする。
【００２５】
この種のモニター表示については、状況を大雑把につかむことを主題とするのでLogスケールでの、管理表示が望ましい。一方あとからの追跡管理のため実データを時間軸とともにＩＣメモリー等にエンドレスで常時記録しておく機能を具備させるのは、問題発生時のトレーサビリティ対応としても重要である。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、当該空気イオン吸着用の吸着電極に印加するバイアス電源として太陽電池を採用した。太陽電池はアースからの絶縁については十分な強度が可能である。このため微小信号測定のために電源系からセンサー（吸着電極）への外乱を全く考慮する必要がなくなる。
【００２７】
その結果、高価な電源は不要になり、さらに各種の補正手法をとる必要もなくなる。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、一般的にはこの種の場（作業環境）は照明の存在する場所ではあるが、特殊な環境では低照度の環境が必要な場合もありうる。このような用途として当該太陽電池ＬＥＤ照明を使って電源を獲得する提案である。もちろん1項と同様な効果が期待される。
【００２９】
請求項３に記載の発明については、１，２項の技術を使った実際的な装置の実現法を記載している。この方法によれば場の気流環境を極力乱すことなく、当該作業場所のイオン環境をモニターできることを提供する。複数の大きな間隙と対向する電極により、当該の場のイオン量はほとんど捕捉でき、場の気流環境を極力乱すことなく実現できる。さらに、周辺回路を含めた同一のプリント基板上への実装により小型化、低コスト化が実現できる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、この種の作業環境の表示については、イオンバランスが重要なポイントであり、低濃度バランス、高濃度バランス時も表示できることをターゲットに対数表示することを特徴とした。作業者にとっては一目で健全性が確認できるであろう。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。この機能は場のイオン環境のトレンドデータを保存することになる。即ち、事後ある種のトラブルが発生した場合、場の環境トレースができる優位性がある。一般に言われるトレーサビリティ機能である。この機能によりたとえば、不良が発生した場合においてもその範囲を特定する手段ともなりうる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の空気イオン測定装置の原理図である。
【図２】バイアス電源からのリーク電流の模式図である。
【図３】クリーンブース、クリーンベンチの構成概念図である。
【図４】プリント板で製作された吸着電極の模式図である。
【図５】ＬＥＤ照明からバイアス電源を作る模式図である。
【図６】回路ブロック図である。
【図７】完成した製品のイメージ図である。
【図８】Si系太陽電池の波長感度特性である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図６に、この発明に係る空気イオンモニターのブロック図を示す。
【００３４】
この空気イオンモニターは６１，６２のイオン吸着電極にて各々空気イオン中のプラスマイナスイオンを吸着し、その値を測定表示しようとするものである。６３、６４はそれぞれの吸着電極と接続された太陽電池を示す。この時プラスイオン吸着用の太陽電池はマイナス電位となるように接続し、マイナスイオン吸着用の太陽電池はプラス電位となるように接続される。
【００３５】
この太陽電池の負荷は基本的に吸着されたイオン電流のみとなり非常に小さい。このため、高照度の光は必ずしも必要でなく、容易にその解放電圧が得られる。もし、当該作業環境が暗室に近いレベルの環境が要求される場合は、当該太陽電池に図３に示すがごとく５１のＬＥＤ照明にて、その光を５２の太陽電池に供給すればよい。図８にSi系の波長特性を示すが、太陽電池の波長特性及びＬＥＤの光変換効率から考えて赤のＬＥＤの効率が有利である。この場合は、光が漏れるのを回避するために、５３のような暗幕の必要があるかもしれない。
【００３６】
さて、先に得られた信号は６５に示す積分器である一定時間の電流を積分される。たとえば１ｎＡの電流を１秒間Ｃ＝１００ｐＦのコンデンサで積分すれば、
Ｑ＝∫ｉｄｔ＝ＣＶ
からＶ＝１×１０−９／１００×１０−１２＝０．１（Ｖ）
を得る。
この信号をＡ／Ｄ変換しデジタルデータとして６６のＣＰＵに取り込まれる。ここではＡ／Ｄ変換器内蔵型のＣＰＵで代表した。
【００３７】
この積分器の上段にあるスイッチのシンボルは一定時間ごと、積分コンデンサに蓄積された電荷を放電するためのものである。
【００３８】
この収集された信号は６７の表示器により表示されるが、これは相対的な表示で、たとえばその大きさは、たとえば風速１０ｃｍ／Ｓ換算で表示される。1秒間、電極の面積通過した面積（たとえば10cm×10cm）を1秒間通過すれば１０００ｃｍ３の体積中のイオン量となるが、じっさいの風速が大きければ大きな値になるし、小さければ小さな値になる。しかしながらここで重要なのはプラスマイナスイオンの空間のバランスと適切に放射されているかの確認である。絶対値が大きな評価ポイントではない。
【００３９】
このため表示方式は１−２−５スケールのLogスケール表示が望ましい。
【００４０】
６９はリムーバブルな補助メモリー装置を示し、周辺装置６８などに搭載された刻時装置からのタイムスタンプとともにトレンドデータを記録させる機能を有す。
【００４１】
この機能を利用することによって、製品トラブル時にさかのぼっての静電気環境情報をトレースできる機能を具備させることができる。
【００４２】
当該装置の構造的な面について次に記載する。図４はプリント基板上に構成された吸着電極の配置例を示す。空気の流通を考え、開口率は７０％以上にするのが望ましい。その両側に吸着電極をパターン化する。確実にイオンを吸着するために当該面積を複数区分に分割して、その両側に吸着電極を準備する。４３はプリント基板で４１，４２はそれぞれプラス、マイナスの吸着電極のパターンを示す。
【００４３】
これらを使った全体の構造イメージ図を図７に示す。ここで７２はバイアス用の太陽電池を示し、７１のプリント基板上に７３の表示器が実装されている。同様に７４の部分のプリント基板に演算用の電子回路が実装されるのであるが、この部位は何らかのカバーがされるのが望ましい。７５は当該モニターに供給する電源入力である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明は、半導体等電子部品を扱う場面で大きな問題となる、静電気環境対応のクリーンブース、クリーンベンチ等の環境装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１１  逆帯電電極
１２  集電電極
１３  ファン
１４  空気イオン
１５、１６  バイアス電源
２０  バイアス電源生成のための絶縁電源
２１  ＡＣ電源
２２  リーク電流の通路 
２３  信号電流の通路
３１  フィルター
３２  ファン
３３  イオン発生器（除電器）
３４  作業対象物
４１  プラス電極
４２  マイナス電極
４３  プリント基板
５１  ＬＥＤ照明
５２  太陽電池
５３  暗幕
６１、６２吸着電極
６３、６４太陽電池
６５  積分器
６６  ＣＰＵ
６７  表示器
６８  周辺回路
６９  リムーバブルメモリ
７１  プリント板
７２  太陽電池
７３  表示器
７４  演算部
７５  電源供給
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図５】
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【図７】
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