CN1230954C - 离子发生装置及静电去除设备 - Google Patents

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Abstract

包括针状的放电极(12)与导电性的成对电极(13)，通过对该放电极(12)施加交流高电压，因电晕放电，使放电极(12)周边的空气形成离子。至少放电极(12)的前端(12”)由硅单晶形成，放电极(12)的前端(12”)与成对电极(13)之间的最短距离(L)在0.4～4cm的范围内，施加于放电极(12)上的交流高电压的有效值V小于8kV，并且按照下述方式设定，该方式为：1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＜2.8L(cm)+1.0。

Description

离子发生装置及静电去除设备
本技术领域
发明涉及通过电晕放电使空气变为离子的离子发生装置，本发明特别是涉及采用了该离子发生装置的静电去除设备。
背景技术
在用于比如，半导体制造等的净化室等的清洁空间，操作人员或机器人，各种制造装置等的周边的清洁度为等级100(相当于1ft3的空间中所包含的粒子粒径大于0.5μm的粒子数量小于100个的清洁度)，在净化室的整个气体介质中，即使在进行平均化处理的情况下，其界限仍在0.1～1的范围内。但是，如果在等级1(0.5μm基准)的气体介质中，估计对应于比如，1GbitDRAM的最小尺寸的1/3的0.06μm以上的粒子附着于8英寸的晶片上的数量，则在晶片不带电的状态，上述数量在1～2个/小时的范围内，而在晶片带有100V的电位的状态，上述数量在20～30个/小时的范围内。于是，在近年的千兆位的时代，特别是在制造半导体，LCD(液晶显示器)，HDD(硬盘驱动器)等的净化室等中，作为防止制品表面的微粒子附着的措施的一种是将制品或其周边的静电去除。
在过去，人们采用以这样的静电去除为目的，比如本发明人采用JP第2541857号专利中所公开的，通过电晕放电而使空气变成离子的离子发生装置，将通过这样的离子发生装置产生的正负离子供向半导体等的制品，将静电去除。按照JP第2541857号专利所公开的方式，在离子的发生方法中，人们知道有对放电极施加脉冲的直流电压的方法，对其施加直流电压的方法，对其施加交流电压的方法。
在采用电晕放电的离子发生装置中，由于电晕放电时的表面氧化与溅射现象，放电极产生金属粒子，造成金属污染。于是，在上述的JP第2541857号专利中，试图通过借助石英玻璃覆盖放电极的方式，防止这样的灰尘产生。另外，人们还知道下述的方法，在该方法中，通过采用与半导体材料相同成分的多晶硅，形成放电极本身，即使在放电极的性能变差，产生飞散的情况下，仍不会造成化学污染。
但是，在通过石英玻璃覆盖放电极的场合，必须使施加电压大于8kV，产生电磁辐射噪声。特别是经历近年的高度集成化的电子器件或电子系统产生下述缺陷，即外部产生的电磁辐射噪声较弱，由于所产生的电磁辐射噪声，电子器件的静电破坏或特性变差，电子系统的误动作等的电磁噪声。此外，如果对放电极的施加电压较高，则还具有产生臭氧的问题。由于臭氧容易发生反应，故在HDD或LCD等的半导体的制造中，最好没有该臭氧。
另外，在通过多晶硅形成放电极本身的场合，由于沿晶粒边界产生晶粒边界滑动或晶粒边界开裂等，放电极的性能急剧变差，造成产生灰尘。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种放电极的性能变差很小，另外还可抑制电磁辐射噪声或臭氧的发生的，离子发生装置与静电去除设备。
为了实现上述目的，本发明的一种离子发生装置，其包括针状的放电极与导电性的成对电极，通过对该放电极施加交流高电压，因电晕放电，使放电极周边的空气形成离子，其特征在于：至少放电极的前端由硅单晶形成，放电极的前端与成对电极之间的最短距离L在0.4～4厘米的范围内，施加于放电极上的交流高电压的有效值V小于8千伏，并且按照下述方式设定，该方式为：1.8L+0.5＜V＜2.8L+1.0，这里，L的单位为厘米，V的单位为千伏。
在该离子发生装置中，针状的放电极由具有导电性的金属等的材料形成，作为一个实例，该放电极包括圆柱状的放电极的前端部分呈圆锥状的针的形状。放电极的前端为呈针状的放电极的顶点，在按照上述方式，放电极的前端部分呈锥状的场合，该放电极的前端为锥状的顶点。由于电晕放电产生于针状的放电极的前端，故至少放电极的前端由硅单晶形成。单晶硅具有硅共同结合，周期地以正规方式排列的金刚石结构，与非晶质硅或多晶硅等的场合相比较，前者的硬度非常大，韧性较高，机械强度较强。为此，单晶硅与非晶质硅或多晶硅等相比较，灰尘产生量极少。成对电极具有下述结构，在该结构中，在比如，具有导电性的金属板等中，形成圆形或方形等的形状的孔。另外，成对电极也可为由导电性材料形成的线，格子，环等的结构。
放电极的前端与成对电极之间的最短距离L在0.4～4cm的范围内。在对放电极施加交流电压，产生电晕放电的场合，如果对放电极的施加电压保持一定，则放电极前端与成对电极之间的最短距离L越小，电晕放电的强度越大。如果上述最短距离L超过4cm，则不产生足够强的电晕放电。如果最短距离L小于0.4cm，则放电极的前端中的，由电晕放电而产生的空气离子的大部分在形成于放电极的前端与成对电极之间的电场的作用下，为成对电极吸收，该空气离子不可能通过气流送出。如果上述最短距离L在0.4～4cm的范围内，则可通过气流送出的离子量也增加，可对带电体进行除电处理。
施加于放电极上的交流高电压的有效值V小于8kV，并且按照下述方式设定，该方式为：1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＜2.8L(cm)+1.0。当施加于放电极上的交流高电压的有效值V小于1.8L(cm)+0.5时，不产生电晕放电。当施加于放电极上的交流高电压的有效值V大于2.8L(cm)+1.0的值时，则电晕放电的强度过大，在电晕放电时所产生的微量臭氧造成的表面氧化与空气离子造成的溅射现象作用下，放电极的前端部分的性能变差，产生灰尘。如果上述交流高电压的有效值V在V＜2.8L+1.0的范围内，并且小于8kV，则还可将臭氧的发生量基本上控制在10volppb以下。
在该离子发生装置中，最好交流高电压的频率在20Hz～100kHz的范围内。在超过100kHz的频率，正负离子结合与中和，消除的程度显著，与小于100kHz的场合相比较，带电物的除电时间也大幅度增加。如果上述频率过小，则正负离子的较大块交替地到达带电表面上，而不发生正负离子的结合比例降低的情况。在小于20Hz的频率，即使在对带电表面进行除电处理后，其表面电位仍按照正负离子到达的程度，反复相互为正负的数十伏特。由于近年的LSI，LCD，HDD还具有由数十伏特的表面电位的变化而受到破坏的情况，故在小于20Hz的频率，制品合格率反而降低。
此外，最好放电极的前端的曲率半径在0.1～0.4mm的范围内。如果放电极前端的曲率半径小于0.1mm，则放电极前端的性能变差和产生的灰尘显著。如果放电极前端的曲率半径大于0.4mm，虽然放电极前端的性能变差受到抑制，但是由于难于产生电晕放电，故有离子发生装置的性能变差的担心。
另外，本发明的静电去除设备的特征在于具有将所述离子发生装置作为静电去除装置，设置于流速在0.2～1.0m/s的范围内的清洁空气流中，并且按照沿横切上述清洁空气流的方向，保持二维延伸的方式设置有多个放电极。
再有，本发明的静电去除设备的特征在于其按照下述方式构成，该方式为：将流速大于10m/s的清洁空气的气流供向作为静电去除装置的所述离子发生装置中的至少前端。
附图说明
图1为本发明的实施例的离子发生装置的透视图；
图2为离子发生部的平面图；
图3为图1中的A-A线的剖面放大图；
图4为放电极前端部分的形状的放大图；
图5为本发明的第1实施例的静电去除设备的示意性说明图；
图6为本发明的第2实施例的静电去除设备的示意性说明图；
图7为表示最短距离L与离子浓度的相关性的曲线图；
图8为表示开始电晕放电的交流电压的有效值与最短距离L之间的关系，开始产生灰尘的施加交流电压的有效值与最短距离L之间的关系，可将臭氧发生浓度基本上控制在10olppb的范围的曲线图；
图9为在放电极前端的清洁空气的流速与粒子数量浓度的相关性的曲线图；
图10为表示硅片的带电电位衰减到1/10的时间与交流高电压的频率的关系的曲线图。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的优选实施例进行描述。如图1～3所示，在本发明的实施例的离子发生装置1中，在离子发生装置1的离子发生部10中，在杆状的电极支承部件11的两侧面上，按照规定间距，安装有多个针状的放电极12。在图示的实例中，在电极支承部件11的两侧面，按照分别沿垂直方向突出的方式设置有放电极12。此外，放电极12呈圆柱状，其前端部分12′呈圆锥状。放电极12由具有导电性的金属等的材料形成，至少放电极12的前端12″(呈圆锥状的前端部分12′的顶点)由硅单晶构成。还有，可由硅单晶仅仅形成放电极12的前端12″，但是为了能够容易制作放电极12，还可通过硅单晶形成放电极12的整个前端部分12′，或由硅单晶形成整个放电极12。
在这里，图4(a)～(c)为放电极12的前端部分12′的形状的放大图。图4(a)所示的放电极12的前端部分12′的形状指下述实例，在该实例中，呈圆锥状的锥状面120的前端12″由球面构成。图4(b)示的放电极12的前端部分12′的形状按照下述方式形成，该方式为：由靠近前端12″的一侧的较缓倾斜面122，以及离开前端12″的一侧的较陡斜面123，以双台阶式的倾斜面构成锥状面121，放电极12的前端12″由球面构成。图4(c)所示的放电极12的前端部分12′的形状按照下述方式构成，该方式为：由靠近前端12″的一侧的较缓倾斜面126，离开前端12″的一侧的较陡斜面127，以及其坡度位于上述两个斜面126和127之间的中间坡度斜面128以三台阶式的倾斜面构成锥状面125，放电极12的前端12″由球面构成。在任何一种场合，呈球面状的放电极12的前端12″的曲率半径R设定在0.1～0.4mm的范围内。此外，放电极12的前端12″还可由4台阶以上的倾斜面，或坡度连续变化的曲面构成。
此外，放电极12或放电极12的前端部分12′的制作方法是任意的，但是在整个放电极12或放电极12的整个前端部分12′由硅单晶形成的场合，在这里例举下述的方法，在该方法中，比如，采用硅单晶块或硅片等，切出适合的硅单晶片，借助转盘等，通过该硅单晶片，制作规定形状的放大极12，或按照相同方式制作放电极12的前端部分12′。另外，在放电极12的前端部分12′由硅单晶形成的场合，前端部分12′以外的部分(放电极12中的前端部分12′以外的部分)不必一定由硅单晶形成，个前端部分12′以外的部分也可由比如，钨等的导电性部件形成。在此场合，例举下述的结构，在该结构中，在由比如，陶瓷制或塑料制的管状的保持件内部，钨等的导电性部件与由按照规定形状加工的硅单晶形成的前端部分12′通过导电性螺旋弹簧等，实现导通。
此外，如图1所示，离开电极支承部件11的前后两侧面的位置，分别设置有板状的成对电极13。按照此方式，由于在电极支承部件11的前后两侧面设置板状成对电极13，离子发生部10的上下面处于开口状态。这些成对电极13由设置于电极支承部件11的两端的绝缘性支承部件14支承，由此，在电极支承部件11的两侧，这些成对电极13均与电极支承部件11保持平行，并且按照与电极支承部件11绝缘的方式设置。成对电极13由具有导电性的金属等的材料形成。此外，在成对电极13中，按照规定间距，开设有多个圆孔5。这些圆孔15的中心与各放电极12的中心轴保持一致，与各放电极12相对应的圆孔15分别形成于成对电极13上。
另外，放电极12的前端12″与成对电极13之间的最短距离L设定在0.4～4cm的范围内。在图示的实例中，由各放电极12的前端12″，与形成于成对电极13中的圆孔15的内圆面之间的距离表示的最短距离L设定在0.4～4cm的范围内。
规定的电压可从供电部20，供向离子发生部10。供电部20包括控制器23，该控制器23通过插座21和电缆22，调节由电源供给的交流电压的频率；直流变压器25，其分出从电缆22供给的交流电压的一部分，将其变压为所需的直流电压，通过直流侧电缆24分别向相应的成对电极13供电；交流变压器27，其将从电缆22供给的交流电压，变压为所需的交流电压，通过交流侧电缆26，分别向相应的放电极12供电。
上述控制器23按照可在20Hz～100kHz的范围内进行调整的方式设定由电源供给的交流电压的频率。此外，通过借助交流变压器27进行变压，其按照下述方式进行设定，该方式为：相对各放电极12，施加有效值V小于8kV，频率在20～100kHz的范围内的交流高电压。此外，上述的放电极12的前端12″与成对电极13之间的最短距离L(即，各放电极12的前端12″，与形成于成对电极13上的圆孔15的内周面之间的距离)的关系按照下述方式设定，该方式为：1.8L(cm)＋0.5＜V(kV)＜2.8L(cm)+1.0。
直流变压器25按照下述方式设定，该方式为：相对各放电极12，施加比如，数百伏特的直流电压，可自由地改变在各放电极12附近，因电晕放电而产生的正与负离子发生比率。
如图10所示，按照上述方式构成的离子发生装置1中的离子发生部10设置于清洁空气流中。在此场合，清洁空气流的流速最好在0.2～1.0m/s的范围内。还有，如图1所示，形成下述结构，在该结构中，借助可通过开口的离子发生部10的上下面，清洁空气流实现流通的方式进行设置，由此清洁空气可沿设置于电极支承部件11的两侧面上的放电极12或成对电极13的表面流动。
图5为通过该离子发生装置1构成的本发明的第1实施例的静电去除设备2的示意性说明图。通过设置于上方的高性能过滤器40而实现除尘的清洁空气以在0.2～1.0m/s的范围内的流速，朝向图中的下方供给。在图示的实例中，在高性能的过滤器40的下方，在前面描述的离子发生装置1中的离子发生部10设置于2个部位(但是，图5是以省略供电部20的方式进行图示的)。作为高性能过滤器40，其采用可比如，按照对0.3μm的粒子，达到99.7％的去除性能，对亚微米粒子进行俘获的类型，作为这样的高性能过滤器40，在这里例举HEPA(高效率粒子空气)过滤器，ULPA(超低渗透空气)过滤器。
再有，两个离子发生部10按照相同的高度，相互保持平行的方式设置。与前面的通过图1进行描述的场合相同，按照通过离子发生部10的上下面，清洁空气流可实现流通的方式，设置两个离子发生部10，由此，处于下述状态，即设置于两个离子发生部10上的各放电极12均为相同的高度，沿横切通过高性能过滤器40供给的清洁空气流的方向，保持两维的延伸，设置各放电极12。
在高性能过滤器40和离子发生部10的下方，设置有作业台41。在该作业台41的顶面，设置有比如，半导体，HDD磁头等的制品。另外，图5为示意图，其为按照实际情况表示静电去除设备2或作业台41等的尺寸或它们之间的间距等。
在按照上述方式构成的静电去除设备2中，通过高性能过滤器40，以在0.2～1.0m/s的范围内的流速，朝向下方供给清洁空气，通过开口的离子发生部10的上下面，使清洁空气在离子发生部10的内部流通。此外，通过供电部20(在图5中未示出)，相对放电极12，施加有效值V小于8kV，频率在20～100kHz的范围内的交流高电压，相对各成对电极13，施加比如，数百伏特的直流电压。由此，在于离子发生部10的内部流通时，沿放电极12或成对电极13的表面流动的清洁空气在放电极12的前端12″附近，因电晕放电而变为离子。按照上述方式发生的正负的空气离子在清洁空气流的作用下进一步朝向下方流动，供向设置于下方的作业台41的顶面。
因此，如果采用按照上述方式构成的静电去除设备2，可通过以清洁空气流携带的方式供给的空气离子，去除设置于作业台41的顶面上的，比如半导体，HDD磁头等的制品42的静电。
图6为用于说明本发明的第2实施例的静电去除设备3的，静电去除设备3的剖视图。在该实施例中，在由硬质氯乙烯材料形成的外壳30的底面，按照规定间距，设置有多个圆筒状的导向壁31，各导向壁31的底端开口。另外，在外壳30的侧面，形成有清洁空气的导入孔32。除了上述的导向壁31的底端和导入孔32之外，外壳30是密封的，从导入孔32送入外壳30内部的清洁空气从导向壁31，朝向下方喷出。
在外壳30的内部顶面上，设置有支承部件33，在该支承部件33的底面，按照规定间距安装有多个针状的放电极34。在图示的实例中，放电极34按照从支承部件33的底面朝向垂直向下的方向突出的方式设置，呈圆筒状的各导向壁31的中心轴与各放电极34的中心轴分别保持一致。由此，按照前述方式，从导入孔32送入外壳30内部的，从导向壁31朝向下方喷出的清洁空气可沿各放电极34的表面流动。另外，按照下述方式设定，该方式为：通过调节从导入孔32送入外壳30内部的清洁空气的流量，便将流速大于10m/s的清洁空气的气流供向放电极34中的至少前端34″。与在前面通过图1描述的离子发生装置1相同，各放电极34呈圆柱形状，各放电极34的前端部分34′呈圆锥状，此外放电极34由具有导电性的金属等的材料形成，至少放电极34的前端34″(呈圆锥状的前端部分34′的顶点)由硅单晶形成。此外，与在前面通过图4描述的场合相同，放电极34的前端34″呈球面状，前端34″的曲率半径设定在0.1～0.4mm的范围内。
在导向壁31的外侧，分别设置有环状的成对电极35。各成对电极35的中心分别按照与各放电极34的中心轴保持一致的方式设置。还有，虽然在图中未示出，但是与在前面通过图1描述的离子发生装置1相同，本离子发生装置按照下述方式构成，该方式为：通过相对放电极34，施加有效值V小于8kV，频率在20～100kHz的范围内的交流高电压，相对各成对电极35，施加比如，数百伏特的直流电压，可自由地改变在各放电极34的附近，因电晕放电产生的正负离子发生比率。
另外，各放电极34的前端34″与各成对电极35之间的最短距离L设定在0.4～4cm的范围内，在图示的实例中，由各放电极34的前端34″，与环状的成对电极35之间的距离表示的最短距离L设定在0.4～4cm的范围内。此外，施加于各放电极34上的交流高电压的有效值V与上述最短距离L的关系按照下述方式设定，该方式为：1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＜2.8L(cm)+1.0。
还有，外壳30的下方，设置有作业台36。在该作业台6的顶面，设置有比如，半导体，HDD磁头等的制品37。另外，图6为示意图，其为按照实际情况表示静电去除设备3或作业台36等的尺寸或它们的间距等。
在按照上述方式构成的静电去除设备3中，通过按照前述方式，借助吹风机从导入孔32，向外壳30的内部，供给清洁空气，在放电极34中的至少前端34″，形成流速大于10m/s的清洁空气气流，使该气流从导向壁31朝向下方喷出。此外，通过图中未示出的供电部，相对各放电极34，有效值V小于8kV，频率在20～100kHz的范围内的交流高电压，相对各成对电极35，施加比如，数百伏特的直流电压。由此，沿放电极34的表面流动的清洁空气在放电极34的前端34″的附近，因电晕放电而变成离子。按照此方式形成的正负空气离子在清洁空气流的作用下，从导向壁31朝向下方流动，供向设置于下方的作业台36的顶面。
于是，同样通过按照上述方式构成的静电去除设备3，可借助以携带于清洁空气流中的方式供给的正负空气离子，将设置于作业台36的顶面上的制品37的静电去除。还有，如果采用本实施例的静电去除设备3，则具有下述特征，即可防止因气体粒子变换而发生的微粒子附着堆积于放电极34上，可消除附着堆积于放电极34上的粒子脱离而污染制品37的问题。再有，在本实施例的静电去除设备3的场合，最好供到外壳30的内部的清洁空气为不改变净化室湿度气体介质的空气。
另外，上述的实施例是以垂直流式的净化室为实例进行描述的，但是本发明还可适合用于相对除电的对象物，沿水平或倾斜方向吹送清洁空气的设备。另外，图5的静电去除设备2最好用于安装于净化室，净化台，净化座的HEPA/ULPA过滤器的清洁空气排出口(0.2～1.0m/s)，对包含制品的周边的整个环境进行除电处理的场合等。图6的静电去除设备3最好用于通过从喷嘴吹出的离子化的空气，在瞬间使设置于清洗槽顶部，从超纯水中上提的晶片或玻璃的表面电位衰减的场合，或从喷嘴吹出包含空气离子的气流，按照尽可能覆盖大型液晶主板的整个表面的方式，在短时间内均匀地对整个扩散主板进行除电处理的场合等。
实例
下面通过实例确认本发明的作用效果。首先，表1用于对分别由单晶硅，多晶硅，钨形成放电极前端的场合的，相对放电极前端的产生灰尘特性进行比较。在通过图1～3描述的离子发生装置1中，在离子发生部10的下方，设置有CNC(凝缩核式粒子检测仪)30，通过该CNC30，测定粒径大于0.05μm的粒子数量浓度。放电极前端与成对电极之间的最短距离L＝2.5cm。各放电极前端的曲率为0.2mm。通过相对放电极，施加有效值V小于6kV，频率在50Hz的范围内的交流高电压。此外，图1中的白箭头表示的清洁空气的气流速度为0.3m/s，从放电极到CNC30的取样管入口的距离为400mm。还有，图1同时表示有通过电子显微镜观察放电极的前端，氧化与溅射现象造成的表面粗糙度的范围。此外，表面粗糙度的范围是通过以放电极前端作为基点而测定的表面粗糙度所形成的区域的尺寸定义的。由单晶硅形成的放电极与由其它的两种材料形成的放电极相比较，产生的灰尘量，表面粗糙度极小。
表1
  使用时间(日)   粒子数浓度(个/ft3)与前端的表面粗糙度(μm)
  单晶硅   多晶硅   钨
  1   0(0)   10(15)   100(200)
  5   1(1)   20(40)   300(450)
  10   3(2)   80(60)   600(700)
  20   4(2)   100(80)   900(1000)
  30   6(4)   200(120)   1500(1200)
( )内表示前端的表面粗糙度(μm)。
图7为表示单晶硅形成的放电极前端12″与成对电极13之间的最短距离L(即，各放电极前端12″，与形成于成对电极13中的圆孔15的内周面之间的距离)，与在离子发生部10的下方测定的正或负离子浓度之间的相关性的曲线图。离子浓度是以图1中的CNC30转换为离子浓度仪的方式测定的。各放电极前端的曲率为0.2mm。对应于放电极前端12″，与形成于成对电极13中的圆孔15的内周面之间的最短距离L(cm)，在放电极12上，施加电晕放电的开始电压的有效值V0(V0＝1.8L+0.5(kV))的1.1倍的有效值V＝1.1V0(kV)的50Hz的交流电压。在成对电极13上，施加在-10V～-250V的范围内的直流电压，按照正负离子浓度保持均衡的方式对该电压进行调整。如果上述最短距离L小于0.4cm，则因放电极前端12″的电晕放电而产生的空气离子的大部分在于放电极前端12″与成对电极13之间形成的电场的作用下，为成对电极13吸收，该空气离子不可能通过气流送出。如果上述最短距离L大于0.4cm，则可通过气流送出的离子量也增加，从而可对带电体进行除电处理。但是，如果上述最短距离L超过4cm，则由于产生足够强的电晕放电，或电晕放电增强，必须增加施加电压。但是，如果施加电压过大，则具有产生电磁噪声的担心。
但是，如果施加于放电极12上的交流电压的有效值V(kV)超过(2.8L+1.0)的值，则电晕放电的强度过大，测定下述产生灰尘量，该产生灰尘量指在于电晕放电时所产生的微量的臭氧造成的表面氧化与空气离子造成的溅射现象的作用下，放电极12的前端12″的性能变差而产生的灰尘量。还有，产生灰尘量是通过图1所示的CNC30测定的，在大于0.05μm的粒子数量浓度在1个月期间的使用后，超过10个/ft3的场合，判定具有放电极12产生的灰尘量。图8表示开始产生根据试验结果得出的产生灰尘量的施加交流电压的有效值(2.8L+1.0)和开始电晕放电的施加交流电压的有效值(1.8L+0.5)，与最短距离L(cm)之间的关系。
另外，以臭氧浓度仪代替图1中的CNC30，测定臭氧浓度。其结果也表示于图8中。如果交流电压的有效值V(kV)在V＜2.8L+1.0的范围内，并且小于8kV，则臭氧的发生量也控制在10volppb以下。
接着，针对下述场合，测定清洁空气的流速中的所需范围，该场合指通过图5所描述的静电去除设备2，对HDD(硬盘驱动器)磁头进行除电处理。在图5的静电去除设备2中，放电极前端与成对电极之间的最短距离L＝2.5cm。放电极前端的曲率半径为0.2mm。相对各放电极，施加有效值为6kV，频率为50Hz的交流高电压。设置有静电去除设备2的净化室的清洁度为等级1000(粒径为0.3μm的灰尘在1ft3中的空气内具有1000个)。表2表示清洁空气的流速与附着于磁头上的粒径大于0.3μm的灰尘的数量之间的关系。清洁空气的流速最好在0.2～1.0m/s的范围内。如果该流速过慢，则净化室内部的操作人员产生的灰尘粒子不能够相对磁头充分地朝向远方远离开。另外，如果上述流速过快，则气流将磁头周边的作业台上的灰尘上扬，从而合格率降低。
表2
  流速(m/s)   0.1   0.2   0.4   0.6
  灰尘的附着数量   10   1   0   0
  流速(m/s)   0.8   1.0   1.2   1.4
  灰尘的附着数量   1   1   3   5
通过CNC，测定导向壁31的底端开口部出口处的粒径大于0.05μm的粒子数量浓度，由此分析借助通过图6所描述的静电去除设备3连续3个月操作后的，放电极34的前端34″产生的灰尘量。相对放电极34，施加有效值V为6kV，频率为50Hz的交流高电压，放电极34的前端34″与成对电极35之间的最短距离L为2.0cm。放电极前端34″的曲率半径为0.2mm。此时，使放电极34的前端34″的周边处的清洁空气的流速(m/s)变化。图9表示其结果。
如果放电极34的前端34″的周边处的清洁空气的流速小于10m/s，则粒径大于0.05μm的离子数量浓度超过10个/ft3。该情况是气体—粒子转换造成的微粒子附着堆积于放电极34上之后，再脱离而形成的。在通过显微镜观察流速为2m/s的放电极34的前端部分时，便看到视为气体—粒子转换造成的微粒子的集合体的尺寸为0.5mm的白的树状突部。但是，如果放电极34的前端34″的周边处的清洁空气的流速大于10m/s，粒径大于0.05μm的离子数量浓度小于10个/ft3。在通过显微镜观察流速为2m/s的放电极34的前端34″时，几乎看不到附着物。可认为，由于高速气流，通过气体—粒子转换而产生的微粒子飞散开，它们不附着堆积于放电极34上。另外，虽然该微粒子大于0.05μm，但是如果其小于0.1微米，仍不对制造步骤造成影响。可防止附着生长于放电极上而实现脱离的情况的效果较大。
还有，在通过图6描述的静电去除设备3中，通过按照相对放电极34保持10cm的距离，设置带有+10kV的电位的，直径为300mm的硅片，供给从导向壁31喷出的清洁空气，进行除电处理。在相对放电极34，施加有效值V为6kV的交流高电压，放电极34的前端34″与成对电极35之间的最短距离L为2.5cm，放电极34的前端34″的周边处的清洁空气的流速为20m/s的场合，交流高电压的频率在20Hz～500kHz的范围内变化。图10表示硅片的带电电位从10kV衰减到1kV的1/10的时间与频率之间的关系。
在采用本发明那样的交流电压的静电去除设备中，通过清洁空气传送正负离子，使带电物中和，但是，由于离子在传送过程中，混合于气流中的同时，到达带电物，故正负离子容易在到达之前，按照一定比例再结合。在大于100kHz的频率，正负离子的结合与中和，从而消除的情况显著，与小于100kHz的场合相比较，带电物的除电时间也大幅度增加。在小于20Hz的频率，即使在对带电表面进行除电处理之后，其表面电位按照正负离子到达的方式，相互反复形成正负的数十伏特，制品合格率可能还反而降低。于是，最好施加于放电极34的交流高电压的频率在20Hz～100kHz的范围内。
还有，在应接近放电极34的位置，设置硅片等的带电体，也可使在离子的到达时间缩短，缩短带电体的除电时间。但是，在带电体对半导体，LCD，HDD等的电磁辐射噪声敏感的场合，必须注意不受到由放电极34的前端34″产生的电磁辐射噪声的影响。长度25mm的单级天线按照相对放电极前端部分15cm的距离设置，将高速示波器与天线连接，测定分布于1MHz～120MHz的频带范围内的电磁辐射噪声。如果施加于放电极34上的交流高电压的有效值V小于8kV，并且有效值V与最短距离L在1.8V+0.5＜2.8L+1.0的范围内，则电磁辐射噪声的大小在5～10mV的范围内，稍稍超过本底噪声(另外称为“白噪声”)电平2～5mV的范围，制品可不受到电磁辐射噪声的影响。
下面对放电极的前端的曲率半径的值进行各种改变，对产生灰尘特性进行分析。在通过图1～3所描述的离子发生装置1中，在离子发生部10的下方设置CNC(凝缩核式检测器)30，通过该CNC30，测定粒径大于0.05μm的粒子数量浓度。放电极前端与成对电极之间的最短距离L＝2.5cm。采用均由单晶硅形成的，前端的曲率半径为0.05mm，0.08mm，0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm的各放电极，按照时间顺序对连续使用1年的图1～3所示的离子发生装置1的场合的，放电极前端传送的产生灰尘特性进行调查。所测定的粒子数量浓度表示于表3中。相对各放电极，施加有效值为6kV，频率为50Hz的交流高电压。此外，由图1中的白箭头表示的清洁空气的气流湿度为0.3m/s，放电极到CNC30的取样管入口的距离为400mm。此外，该表3同时表示通过电子显微镜对电极的前端进行观察，氧化与溅射现象造成的表面粗糙度的范围。还有，该表面粗糙度的范围是通过以放电极前端为基点而测定的表面粗糙度所形成的区域的值来定义的。
表3
  使用时间(月)                 粒子数浓度(个/ft3)与前端的表面粗糙度(μm)
  曲率半径0.05mm   曲率半径0.08mm   曲率半径0.1mm   曲率半径0.2mm   曲率半径0.3mm   曲率半径0.4mm   曲率半径0.5mm   曲率半径0.6mm
  1   8(2)   8(2)   7(3)   6(4)   3(5)   3(6)   2(2)   1(1)
  2   30(3)   25(4)   14(5)   13(6)   6(8)   6(6)   2(2)   1(1)
  4   100(4)   40(5)   16(6)   15(7)   8(9)   7(8)   2(2)   1(1)
  6   200(4)   100(5)   16(6)   16(7)   8(9)   8(8)   3(2)   1(1)
  8   400(5)   180(6)   18(7)   17(9)   9(10)   8(9)   4(3)   1(1)
  10   600(5)   300(6)   20(7)   19(9)   10(10)   9(9)   4(3)   1(1)
  12   750(6)   380(6)   22(8)   20(9)   12(10)   10(9)   4(3)   1(1)
表中的各栏数值表示粒子数量浓度(个/ft3)，( )内的数值表示前端的表面粗糙度(μm)。
此外，在图1所示的离子发生装置1中，在设于放电极下方400mm处的CNC30的取样管入口的位置，设置离子浓度仪，测定空气离子浓度。其结果表示于表4中。空气离子浓度是以通过离子浓度仪测定的正离子浓度与负离子浓度的平均值来定义的。比如，在正离子浓度为1.8×105/cm3，负离子浓度为2.2×105/cm3的场合，表4所示的离子浓度为两者的平均值2.0×105/cm3。
表4
  使用时间(月)                     正离子与负离子的数量浓度的平均值(个/cm5)
  曲率半径0.05mm   曲率半径0.1mm   曲率半径0.2mm   曲率半径0.3mm   曲率半径0.4mm   曲率半径0.5mm   曲率半径0.6mm
  1   3.2×105   3.0×105   2.9×105   2.9×105   2.7×105   0.3×105   0.0
  12   3.1×105   2.9×105   2.8×105   2.7×105   2.5×105   0.2×105   0.0
如果放电极的曲率半径小于0.1mm，则产生显著的灰尘。比如，在曲率半径为0.05mm的曲率较小的前端，电场集中，在前端的硅单晶表面上，空气离子很少产生。由于其溅射作用，硅单晶表面沿高度方向的氧化发生性能变差。曲率半径为0.05mm前端的表面粗糙度的范围最高限不超过6μm，其性能变差的高度与前端本身的电场集中度较小的曲率半径大于0.1mm的场合相比较，显著。
如果放电极的曲率半径为0.5mm，则放电极前端的性能变差与曲率半径小于0.4mm的场合相比较，得以很大的控制。其原因在于难于产生电晕放电，空气离子很少发生，但是如果难于产生电晕放电，实质上有离子发生装置的性能变差的担心。
按照本发明，提供一种放电极的性能变差很小、另外还可抑制电磁辐射噪声与臭氧的发生的离子发生装置与静电去除设备。特别是本发明所述的静电去除设备，可防止附着物堆积于放电极的前端部分。

Claims (5)

1.一种离子发生装置，其包括针状的放电极与导电性的成对电极，通过对该放电极施加交流高电压，因电晕放电，使放电极周边的空气形成离子，其特征在于：
至少放电极的前端由硅单晶形成，放电极的前端与成对电极之间的最短距离L在0.4～4厘米的范围内，施加于放电极上的交流高电压的有效值V小于8千伏，并且按照下述方式设定，该方式为：1.8L+0.5＜V＜2.8L+1.0，这里，L的单位为厘米，V的单位为千伏。
2.根据权利要求1所述的离子发生装置，其特征在于，上述交流高电压的频率在20Hz～100kHz的范围内。
3.根据权利要求1所述的离子发生装置，其特征在于，上述放电极的前端的曲率半径在0.1～0.4毫米的范围内。
4.一种静电去除设备，其特征在于，具有将权利要求1～3中的任何一项所述的离子发生装置作为微粒子去除装置，设置于流速在0.2～1.0m/s的范围内的清洁空气流中，并且按照沿横切上述清洁空气流的方向，保持二维延伸的方式设置有多个放电极。
5.一种静电去除设备，其特征在于其按照下述方式构成，该方式为：将流速大于10m/s的清洁空气的气流供向作为微粒子去除装置的权利要求1～3中的任何一项所述的离子发生装置中的至少前端。
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