DE68916936T2

DE68916936T2 - Anordnung zum Abführen statischer Elektrizität von aufgeladenen Gegenständen in Reinräumen.

Info

Publication number: DE68916936T2
Application number: DE68916936T
Authority: DE
Inventors: Takao Okada; Soichiro Sakata; Takanori Yoshida
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2009-10-14
Also published as: DE68916936D1; EP0386317B1; US5047892A; EP0386317A1

Description

Bei der Produktion bzw. Herstellung von Halbleiterelementen in Reinräumen wurde auf verschiedene Schwierigkeiten aufmerksam gemacht, die durch statische Elektrifizierung bzw. Elektrizität oder Aufladung verursacht werden. Solche Schwierigkeiten schließen Zusammenbruch und Leistungsverschlechterung von Halbleitereinrichtungen, Oberflächenkontaminierung von Produkten auf Grund von Absorption von feinen Partikeln und Fehlfunktionen von elektronischen Instrumenten in den Räumen ein.
Wie Hochintegration, Hochgeschwindigkeitsberechnung und Energiesparen bei Halbleitereinrichtungen gefördert werden, wurden Oxidisolierungsfilme bzw. -schichten von Halbleiterelementen dünner und Schaltkreise und Metallelektroden der Elemente wurden miniaturisiert und folglich verursacht statische Endladung häufig Grubenbildung (pit formation) in den Elementen und/oder Fusion oder Verdampfung von Metallteilen der Elemente, was zu Zusammenbruch und Leistungsverschlechterung der erzeugten Halbleitereinrichtungen führt. Zum Beispiel können einige MOS-FET und GaAs nicht einer Spannung so niedrig wie 100 bis 200 Volt widerstehen und folglich ist es häufig erforderlich, die Oberflächenspannung von Elementen aus solchen Halbleitermaterialien bei ungefähr 20 Volt oder niedriger zu halten. Wenn Halbleiterelemente vollständig zusammengebrochen sind, können sie bei einer Lieferungsprüfung detektiert werden. Jedoch ist es sehr schwierig, Leistungsverschlechterung der Elemente herauszufinden. Um statische Schwierigkeiten zu reduzieren, ist es deshalb wesentlich, Zufälle bzw. Gelegenheiten weitmöglich zu reduzieren, und zwar daß Halbleiterelemente statische Elektrizität erfahren, d. h. geladene Gegenstände so weit möglich daran zu hindern, sich Halbleiterelementen zu nähern und Substraten, die Halbleiterelemente inkorporiert besitzen, und alles bei jedem geladenen Gegenständen zu entladen bzw. zu destatizieren. Jedoch war dies vollständig mit der Technologie des Standes der Technik unmöglich durchzuführen. Ein Beispiel von Oberflächenspannungsmessungen von verschiedenen Gegenständen, die bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen eine Rolle spielen, berichtete daß Oberflächenspannungen 5 kV für einen Wafer, 35 kV für einen Waferträger, 8 kV für eine Acrylabdeckung, 10 kV für die Tischoberfläche, 30 kv für ein Speicherkabinet, 10 kV für Arbeitskleidung und 1,5 kV für eine Quarzpalette waren.
Andererseits wurde es mit modernen Reinräumen möglich, eine solche Superreinheit zu realisieren, daß ein angelieferter Strom von sauberer Luft feine Partikel enthält, die eine Größe von 0,03 um oder mehr besitzen. Jedoch werden feine Partikel unvermeidbar von Operatoren bzw. Bedienungspersonal, Roboter und verschiedener Herstellungsvorrichtungen, die in den Reinräumen existieren, erzeugt. Solche intern erzeugten Partikel können eine Größe von 0,1 um bis einige 10 um besitzen und wenn sie auf Wafer von modernen LSI und VLSI, die einen minimalen Leitungsabstand so klein wie ein 1 um besitzen, abgelagert bzw. deponiert werden, sind Fehlprodukte die Folge, was die Ausbeute reduziert. Es wurde kürzlich festgestellt, daß die Ablagerung von feinen Partikeln auf Wafern primär der elektrostatischen Anziehung zuzuschreiben ist und sie ist im wesentlichen irrelevant bzw. unabhängig von besonderen Mustern des Luftstroms in der Nähe der Wafer. Demzufolge kann eine Verhinderung einer solchen Oberflächenkontaminierung von Produkten auf Grund von Deponierung von feinen Partikeln nur erreicht werden, durch das Entwickeln einer Technologie zum Entfernen statischer Elektrizität, die sich nicht direkt auf eine Technologie zum Vegrößern der Reinheit von Reinräumen bezieht, einschließlich einer Technologie zum Verbessern von Leistungen von Filtern.
Außerdem in Fällen, in denen elektronische Ausrüstungen in dem Reinraum existieren, können Entladungsströme, die durch die Entladung von geladenen Gegenständen, zum Beispiel aufgeladene menschliche Körper und Papierblätter eines Druckers, statisches Rauschen werden, was Fehl funktionen in den elektronischen Ausrüstungen verursacht.
Um solche Fehlfunktionen zu vermeiden, ist es ebenfalls wünschenswert, statische Elektrizität von geladenen Gegenständen, die in Reinräumen existieren, zu entfernen.
Um die oben diskutierten verschiedenen Schwierigkeiten auf Grund von statischer Elektrifizierung in dem Reinraum zu eliminieren, ist es wirkungsvoll zu destatizieren, d. h. die statische Elektrizität von geladenen Gegenständen, die in dem Reinraum existieren, zu entfernen. In Fällen, in denen die geladenen Gegenstände elektrisch leitend sind, kann das Destatizieren einfach ausgeführt werden durch Erden der Gegenstände, wobei statische Aufladungen schneller entfernt werden können. Jedoch ist es praktisch unmöglich, alle geladenen Gegenstände in dem Reinraum zu erden und in Fällen, in denen geladene Gegenstände Isolatoren sind, können sie nicht durch Erden destatiziert werden. Was Wafer betrifft, obwohl sie selbst leitend sind, werden sie transportiert und gehandhabt in dem Zustand, daß sie in Kassettengehäusen oder Paletten, die isolierend sind, enthalten sind. Demzufolge ist es schwierig, Wafers durch Erden zu destatizieren. Aus diesen Gründen wurden Destatizierungssysteme mittels Ionisiervorrichtungen bzw. Ionisierern vorgeschlagen.
Das unterliegende Prinzip ist wie folgt. In einem Reinraum strömt Luft, die durch Filter passiert ist, im wesentlichen in eine Richtung. Ein Ionisierer zum Ionisieren von Luft durch Koronaentladung (Ionengenerator) ist stromaufwärts von dem Strom sauberer Luft angeordnet (normalerweise in der Nähe von Luft abgebenden Oberflächen der Filter), um einen Strom von ionisierter Luft zur Verfügung zu stellen, der in Kontakt mit den geladenen Gegenständen kommt, zum Neutralisieren statischer Elektrizität auf den geladenen Gegenständen. So werden positiv und negativ geladene Gegenstände destatiziert durch negativ bzw. positiv ionisierte Luft.
Als Koronaentladungsionisierer sind Ionisierer vomn gepulsten DC(Gleichstrom)-Typ, DC(Gleichstrom)-Typ und AC(Wechselstrom)-Typ bekannt. In solch einem Luftionisierer sind Emitter in der Luft angeordnet und eine Hoch- DC- oder AC-Spannung wird angelegt in jedem Emitter, so daß ein elektrisches Feld von einer Intensität höher als das des Isolationversagens der Luft erzeugt werden kann in der Nähe des Emitters, wodurch eine Koronaentladung bewirkt wird. Die bekannten Typen von Luftionisierern werden nun im Detail beschrieben werden.
Gepulster DC-Typ: Wie er schematisch in Fig. 17 gezeigt ist, werden bei diesem Typ von Ionisierer, Gleichströme, die zum Beispiel Spannungen von +13 kV bis +20 kV bzw.von -13 kV bis -20 kV besitzen, alternierend mit einem Zeitintervall (Puls) von beispielsweise 1 bis 11 Sekunden angelegt an ein Paar von nadelähnlichen Emittern (Wolframelektroden) 100a und 100b, die gegenüberliegend voneinander angeordnet sind in einem vorbestimmten Abstand (zum Beispiel einige 10 cm) dazwischen, wodurch alternierend positive und negative Luftionen von jedem der Emitter 100a und 100b erzeugt werden. Die so erzeugten Luftionen werden durch den Luftstrom zu einem geladenen Gegenstand 101 getragen, und neutralisieren statische Ladungen von entgegengesetzter Polarität auf den Gegenständen. Ein Beispiel des Pulses ist in Fig. 18 gezeigt.
DC-Typ: Wie schematisch in Fig. 19 gezeigt ist, sind bei diesem Typ von Ionisierern, ein Paar von elektrisch leitenden Stangen bzw. Stäben 102a bzw. 102b mit isolierenden Beschichtungen, die eine Vielzahl von Emittern 103a und 103b darin begraben mit Zwischenräumen von 1 bis 2 cm besitzen, gegenüberliegend voneinander angeordnet mit ihren Stabachsen parallel und mit einem vorbestimmten Abstand (zum Beispiel einige 10 cm) dazwischen. Eine DC- Spannung von zum Beispiel von +12 bis +30 kV wird an die Emitter 103a, des Stabs 102a angelegt, während eine DC- Spannung von zum Beispiel -12 bis -30 kV an die Emitter 103b des Stabs 102b angelegt wird, wodurch die Luft ionisiert wird.
AC-Typ: Bei diesem Typ von Ionisierer wird eine AC-Hochspannung von einer kommerziellen Freguenz von 50/60 Hz angelegt an nadelförmige Emitter. Wie schematisch in Fig. 20 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von Emittern in einer zweidimensionalen Ausdehnung angeordnet und mit einer Hochspannungs-AC-Quelle 105 über ein Netzwerk (frame work) von leitenden Stäben 106, die isolierte Schichten besitzen, angeordnet. Für jeden Emitter ist ein geerdetes Gitter 107 als ein gegenüberliegender bzw. Gegenleiter so daß das Gitter 107 das Entladungsende des Emitters 104 mit einem Raum dazwischen umgibt. Wenn die AC (Wechselspannung) einer Hochspannung an dem Emitter 104 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld zwischen dem Emitter 104 und dem geerdeten Gitter 107 gebildet, wobei das Feld seine Polarität im Einklang mit einem Zyklus der angelegten AC invertiert, wobei positive und negative Luftionen von dem Emitter 104 erzeugt werden.
Alle derartigen Typen von Ionisierern werfen verschiedene Probleme, wie unten diskutiert wird, auf, wenn sie zur Destatizierung von geladenen Gegenständen in einem Reinraum verwendet werden.
Zuerst kontaminieren die Emitter selbst den Reinraum. Man sagt, daß Wolfram das bevorzugteste Material für den Emitter ist. Wenn eine Hochspannung angelegt wird an dem Wolframemitter, zum Bewirken einer Koronaentladung wird eine große Anzahl von feinen Partikeln (fast alle von diesen besitzen eine Größe von 0,1 um oder weniger) von dem Entladungsende des Emitters nach Erzeugung von positiven Luftionen gesputtert bzw. abgegeben, von dem sauberen Luftstrom getragen und von kontamieren den Reinraum. Außerdem, da das Entladungsende des Emitters durch das Sputtern beschädigt wird, sollte der Emitter häufig erneuert werden.
Zweitens wenn man einen lonisierer für einen längeren Zeitraum in einem Reinraum arbeiten läßt, wird weißer teilchenförmiger Staub, der hauptsächlich SiO&sub2; aufweist. auf dem Entladungsende des Emitters zu einem sichtbaren Ausmaß deponiert und akkumuliert. Während eine Ursache des derartigen weißen teilchenförmigen Staubs ein Material sein soll, daß die Filter zum Reinigen der Luft aufbaut, stellt die Deponierung und Akkumulation des teilchenförmigen Staubs auf dem Entladungsende des Emitters ein Problem der Reduktion in Ionenerzeugung und ein Problem der Kontaminierung auf Grund von Streuung des Staubs. Demzufolge muß der Emitter häufig gereinigt werden.
Drittens kann eine Vielzahl von Emittern, die auf der Decke des Reinraums angeordnet sind, die Konzentration von Ozon in dem Reinraum erhöhen. Obwohl die erhöhte Ozonkonzentration nicht sehr schädlich für menschliche Körper ist, ist Ozon reaktiv und nicht wünschenswert bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen.
Zusätzlich zu den oben diskutierten allgemeinen Problemen besitzen die individuellen Typen von bekannten Ionisierern die folgenden individuellen Probleme.
Bei DC-Typ-Ionisierern, bei denen einige Emitter (die Emitter 103a auf dem Stab 102a in dem in Fig. 19 gezeigten Beispiel) positive Luftionen bilden, während andere Emitter (die Emitter 103b auf dem Stab 102b in dem in Fig. 19 gezeigten Beispiel) negative Luftionen bilden, und diese Ionen von dem Luftstrom getragen werden, gibt es häufig einen Fall, in dem die Luftionen zu einer positiven oder negativen Seite geneigt sind, an einem geladenen Gegenstand ankommen. Der geladene Gegenstand empfängt oft nur Luftionen, die die gleiche Polarität als die der statischen Ladung darauf besitzen. In diesem Fall wird der geladene Gegenstand nicht destatiziert. Im Gegenteil es kann einen Fall geben, in dem ein ungeladener oder leicht geladener Gegenstand statiziert wird durch darauf getragene Luftionen. Während solche Phänomene wahrscheinlich in Fällen auftreten, in denen der Abstand zwischen den Elektroden (der Abstand zwischen den Stäben 102a und 102b in dem in Fig. 19 gezeigten Beispiel) ziemlich groß ist, wird, falls die der Abstand kurz gemacht wird, das Problem des Funkens aufgeworfen.
Bei gepulsten DC-Typ-Ionisierern, bei denen die Polarität von Luftionen mit einer vorbestimmten Periode invertiert wird, werden positive und negative Luftionen alternierend auf geladene Gegenstände geliefert, gemäß der periodischen Erzeugung der jeweiligen Ionen. Demzufolge wird die Bedingung, daß positive oder negative Ionen kontinuierlich bzw. ständig an die geladenen Gegenstände geliefert werden, wie es der Fall bei dem DC-Typ-Ionisierern ist, vermieden. Jedoch, falls die Periode kurz ist, werden die Gelegenheiten für die positiven und negativen Ionen erhöht, in dem Luftstrom vermischt zu werden und zu verschwinden, bevor sie den geladenen Gegenstand erreichen. Im Gegenteil, falls die Periode lang ist, obwohl die Chancen für die Ionen zu verschwinden, vermindert werden, werden große Massen von positiven und negativen Ionen alternierend bei dem geladenen Gegenstand ankommen. Es wird berichtet durch Blitshteyn et al. in "Assessing The Effectiveness of Cleanroom Ionization Systems", Microcontamination, März 1985, Seiten 46-52, 76, das bei gepulsen DC-Typ-Ionisierern, ein Potential einer geladenen Oberfläche zick-zack-förmig zerfällt, wie zum Beispiel in Fig. 21 gezeigt ist. Gemäß diesem Bericht verschwindet die statische Elektrizität auf einer geladenen Oberfläche nicht, sondern eher statische Aufladung von ungefähr +500 Volt und ungefähr -500 Volt erscheinen alternierend auf der geladenen Oberfläche. Solch ein Oberflächenpotential bis zu 500 Volt kann die Ausbeute von Produkten reduzieren, da moderne Super-LSI beschädigt werden können, sogar durch ein Oberflächenpotential von der Größenordnung von einigen zehn Volt.
AC-Typ-Ionisierer stellen das grundlegende Problem, daß der Betrag von erzeugten positiven Ionen und der Betrag von erzeugten negativen Ionen in großem Maße verschieden ist. Man stellt häufig fest, daß positive Ionen in einem Betrag von mehr als zehnmal den Betrag von erzeugten negativen Ionen erzeugt werden. M. Suzuki et al. berichteten ein Beispiel einer Messung von Dichten von positiven und negtiven Ionen, die von einem AC-Typ-Ionisierer, wie in Fig. 22 gezeigt, erzeugt wurden in der japanischsprachigen Literatur, "Proceedings of The 6th. Annual Meeting For Study of Air Cleaning and Contamination Control", (1987), Seiten 269-276 und in der entsprechenden englisch-sprachigen Literatur, M. Suzuki et al, "Effectiveness of Air Ionization Systems in Clean Rooms", 1988, Proceedings of The IES Annual Technical Meeting, Institute of Environmental Sciences. Mt. Prospect, Illinois, Seiten 405 bis 412. Wie man aus Fig. 22 erkennt, ist die Dichte von negativen Ionen beträchtlich geringer als die der positiven Ionen. Die in Fig. 22 gezeigte Messung wurde mit einem AC-Typ-Ionisierer durchgeführt, der in einem Raum installiert war, in dem saubere Luft veranlaßt wurde, vertikal nach unten von horizontal angeordneten HEPA-Filtern zu strömen. In Fig. 22 bezeichnet ein Bezugszeichen "d" einen vertikalen Abstand des Punkts, an dem die Messung durchgeführt wurde von den Emitterpunkten, ein Bezugzeichen "l" bezeichnet einen horizontalen Abstand des Punkts, an dem die Messung ausgeführt wurde von einer vertikalen Linie, die durch einen Zentralpunkt des Ionisierers verläuft und HINTERGRUND zeigt positive und negative Ionendichten des Luftstroms an, wenn der Ionisierer AUS ist. Bei den konventionellen AC-Typ-Ionisierern, die an positive Ionen reichhaltige Luft liefern, wird die geladene Oberfläche nicht destatiziert, sondern eher kann sie positiv geladen bei einem Potential in der Größenordnung von + einigen zehn Volt bis ungefähr +200 Volt bleiben.

Ziel der Erfindung

Demzufolge ist ein Ziel der Erfindung eine Ausrüstung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen, die in einem Reinraum existieren, insbesondere einem Reinraum für die Herstellung von Halbleitereinrichtungen zu schaffen, wodurch die Schwierigkeiten durch statische Elektrifizierung überwunden werden. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, die oben diskutierten Prbbleme von Ionenungleichgewicht, die mit bekannten AC- Typ-Ionisierern verbunden sind, ebenso wie die oben diskutierten Probleme, die bekannten Ionisierern gemein sind, d. h. Kontaminierung vom Reinräumen aufgrund von Emittersputtern, Deponierung und Akkumulierung von teilchenförmigen Staub auf den Emittern und Erzeugung von Ozon, wodurch eine wirksame Prävention von statischer Elektrifizierung in einer Umgebung für die Herstellung von Haltbleitereinrichtungen erreicht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Ziel wird erreicht durch eine Ausrüstung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen, die in einem erfindungsgemäßen Reinraum existieren, wobei die Ausrüstung einen AC-Ionisierer aufweist, der eine Vielzahl von nadelähnlichen Emittern besitzt, die in einem Strom sauberer Luft angeordnet sind, der durch Filter passiert ist, wobei eine AC-Hochspannung an die Emitter angelegt wird, um eine Koronaentladung zu bewirken zum Ionisieren von Luft, wodurch ein Strom ionisierter Luft auf die geladenen Gegenstände geliefert wird zum Neutralisieren statischer Elektrizität darauf, und dadurch gekennzeichnet ist, daß:
ein Entladungsende von jedem der nadelähnlichen Emitter mit einem dielektrischen keramischen Material beschichtet ist;
jeder der Emitter angeordnet ist mit seinem Entladungsende beabstandet durch einen vorbestimmten Abstand von einem gitter- oder schleifenähnlichen gegenüberliegenden Leiter, um ein Entladungspaar zu bilden;
eine Vielzahl solcher Entladungspaare in einer zweidimensionalen Ausdehnung angeordnet sind in einer Richtung transversal zu der Strömung sauberer Luft;
jeder gegenüberliegende Leiter der Entladungspaare mit einer DC-Spannungsguelle verbunden ist; und
Mittel vorgesehen sind zur Einstellung eines DC-Spannungsausgangs aus der DC-Spannungsguelle.
Es wurde herausgefunden, daß das Beschichten eines Entladungsendes eines nadelähnlichen Emitters mit einem dünnen Film bzw. einer dünnen Schicht aus dielektrischem keramischen Material, Stauberzeugung von dem Entladungsende nach Koronaentladung durch Anlegung einer AC-Hochspannung minimiert werden kann, ohne im wesentlichen eine Ionisierungsfähigkeit des Emitters zu verringern und daß, wenn solch ein Emitter, der ein Entladungsende beschichtet mit einem Keramikmaterial besitzt, verwendet wird in einem Reinraum, nicht nur die Deponierung von teilchenförmigen Staub auf dem Entladungsende vermieden werden kann, sondern ebenfalls Ozonerzeugung in dem Reinraum minimiert werden kann. Geeignete dielektrische keramische Materialien, die hier verwendet werden können, schließen zum Beispiel Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Kieselerde bzw. -Quarz(glas) und hitzebeständiges Glas ein. Von diesen ist Quarz insbesondere durchsichtiger bzw. transparenter Quarz bevorzugt. Die Dicke der keramischen Beschichtung auf dem Entladungsende des Emitters ist geeigneterweise 2 mm oder geringer. In dem Fall von durchsichtigem Quarz ist die Dicke vorzugsweise zwischen 0,05 bis 0,5 mm. Nebenbei bemerkt, gilt, daß, falls eine DC- Hochspannung an solch einem Emitter angelegt wird, der das Entladungsende beschichtet mit einem keramischen Material besitzt, Luft ionisiert werden kann, durch ein elektrisches Feld, das an dem Entladungsende des Emitters für einen Moment der Anlegung der DC-Hochspannung erzeugt wird. Jedoch nach dem Vergehen einer besonderen Zeit (zum Beispiel 0,1 Sekunden in einem Luftstrom von 0,3 m/sec) umgeben Luftionen von einer Polarität entgegengesetzt zu der der angelegten Hochspannung den Emitter, um das elektrische Feld an dem Entladungsende des Emitters abzuschwächen, wodurch die Erzeugung von Ionen nicht länger fortgeführt wird. Demzufolge ist es nötig, eine AC-Hochspannung zu verwenden.
Es wurde ebenfalls herausgefunden, daß das grundlegende Problem eine große Differenz zwischen den Dichten von positiven und negativen Ionen assoziiert mit AC-Typ- Ionisierern gelöst werden kann durch Anlegen einer vorbestimmten DC-Spannung oder Spannungen an die gegenüberliegenden Leiter. Das Entladungsende von jedem Emitter ist vorzugsweise stromaufwärts von dem entsprechenden gitter- oder schleifenähnlichen gegenüberliegenden Leiter angeordnet mit Bezug auf den Luftstrom in einem vorbestimmten Abstand. Während es bei der erfindungsgemäßen Ausrüstung wesentlich ist, in geeigneter Weise eine Intensität der DC-Spannung oder Intensitäten der Spannungen, die an die gegenüberliegenden Leiter angelegt werden, auszuwählen, gibt es grob klassifiziert zwei Systeme des Anlegens der DC-Spannung an jedem gegenüberliegenden Leiter zum Realisieren des Lieferns ionisierter Luft, die gut ausgewogen an positiven und negativen Ionendichten ist, an geladene Gegenstände. In dem ersten System wird eine DC-Spannung, die auf eine vorbestimmte Intensität eingestellt ist, an die gegenüberliegenden Leiter aller Entladungspaare angelegt, die im wesentlichen denselben Aufbau und Struktur einer gewöhnlichen DC-Quelle besitzt. Gemäß dem ersten System werden positive und negative Luftionen erzeugt von jedem Entladungspaar im wesentlichen in derselben Dichte alternierend an einem periodischen Intervall, das einer Frequenz der an die Emitter angelegten AC entspricht. Gemäß dem zweiten System, erzeugen einige Entladungspaare kontinuierlich bzw. ständig positive Ionen bei einer hohen Dichte, aber erzeugen im wesentlichen nicht negative Ionen, während andere Entladungspaare kontinuierlich negative Ionen mit einer hohen Dichte erzeugen, aber nicht wesentlich positive Ionen erzeugen. In dem zweiten System wird eine DC-Spannung einer bestimmten Intensität an die Entladungspaare die positive Ionen erzeugen, angelegt, während eine DC-Spannung einer verschiedenen Intensität an die Entladungspaare angelegt wird, die negative Ionen erzeugen und die positiv für Ionen erzeugenden Entladungspaare und die negative Ionen erzeugenden Entladungspaare sind in einer zweidimensionalen Ausdehnung in einer geeigneten Verteilung in einer Richtung transversal zu dem Strom sauberer Luft angeordnet, wodurch ionisierte Luft, die gut ausgewogen an positiven und negativen Ionendichten ist, an die geladenen Gegenstände geliefert werden kann, die stromabwärts des Luftstroms existieren.
Es wurde weiter herausgefunden, daß zusätzlich zu der Anlegung einer DC-Spannung oder Spannungen an die gegenüberliegenden Leiter, falls eine geeignete DC-Spannung, die zu einer positiven oder negativen Seite vorgespannt ist, zu der AC addiert wird, die an die Emitter angelegt werden soll, positive und negative Ionen erzeugt werden können in höheren Dichten.
Somit liefert die Erfindung eine Ausrüstung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen, die in einem Reinraum existieren, die einen AC-Ionisierer aufweist, der eine Vielzahl von nadelähnlichen Emittern besitzt, die in einem Strom sauberer Luft angeordnet sind, die durch Filter passiert ist, wobei eine AC- Hochspannung an die Emitter angelegt wird, zum Bewirken einer Koronaentladung zum Ionisieren von Luft, wodurch ein Strom ionisierter Luft auf die geladenen Gegenstände geliefert wird, zum Neutralisieren statischer Elektrizität darauf; wobei ein Entladungsende jedes der nadelähnlichen Emitter mit einem dielektrischen keramischen Material beschichtet ist; jeder der Emitter mit seinem Entladungende beabstandet in einem vorbestimmten Abstand von einem gitter- oder schleifenähnlichen gegenüberliegenden Leiter angeordnet ist zum Bilden eines Entladungspaars; eine Vielzahl solcher Entladungspaare angeordnet sind in einer zweidimensionalen Ausdehnung in einer Richtung transversal zu, vorzugsweise senkrecht zu dem Strom sauberer Luft;
(a) wobei gegenüberliegende Leiter der Entladungspaare mit einer gemeinsamen bzw. gewöhnlichen DC-Spannungs guelle verbunden sind; und
Mittel vorgesehen sind zum Einstellen einer DC-Spannung, die von der DC-Spannungsquelle ausgegeben wird, so daß jedes Entladungspaar Luft ionisieren kann zum Liefern einer positiven Ionendichte und einer negativen Ionendichte, die im wesentlichen ausgeglichen sind; oder
(b) wobei gegenüberliegende Leiter von einigen Entladungspaaren mit einer ersten DC-Spannungsguelle verbunden sind, während gegenuberliegende Leiter der anderen Entladungspaare mit einer zweiten DC-Spannungsguelle verbunden sind; und Mittel vorgesehen sind, zum unabhängigen Einstellen des DC-Spannungsausgangs von den ersten und zweiten DC-Spannungsquellen, so daß die Entladungspaare, die mit der ersten DC-Spannungsquelle verbunden sind, Ionen erzeugen können, die zu einer positiven oder negativen Polarität geneigt sind, während die Entladungspaare, die mit der zweiten DC- Spannungsquelle verbunden sind, Ionen erzeugen können, die zu einer entgegengesetzt Polarität geneigt sind; oder
(c) wobei jeder gegenüberliegende Leiter des Entladungspaars mit einer DC-Spannungsquelle verbunden ist;
Mittel vorgesehen sind, zum Einstellen eines DC-Spannungsausgangs von der DC-Spannungsquelle;
jeder Emitter der Entladungspaare mit einer AC-Quelle von einer Hochspannung verbunden ist, die eine dazuaddierte Spannung besitzt, die zu einer positiven oder negativen Seite vorgespannt ist; und
Mittel vorgesehen sind zum Einstellen einer Intensität des Spannungsausgangs von der AC-Quelle und einer Intensität und Polarität der Vorspannung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nun im Detail beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Luftionisierers, der in der erfindungsgemäßen Ausrüstung verwendet werden kann;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines Emitters, der in dem Ionisierer von Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht, die ein Paar von Emittern und gegenüberliegenden Leiter zeigt, das in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels eines Emitters, der in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels eines Emitters, der in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die einen Teil der schleifenförmigen gegenüberliegenden Leiter zeigt, der in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 7 eine Seitenansicht, die ein Beispiel der relativen Position eines Emitters und des entsprechenden gegenüberliegenden Leiters zeigt, der in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 8 eine Seitenansicht, die ein anderes Beispiel der relativen Position eines Emitters und des entsprechenden gegenüberliegenden Leiters zeigt, die in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet werden;
Fig. 9 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltung für eine Spannungssteuereinrichtung und sein Spannungsbetriebsteil zeigt, die in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig.10 eine hier verwendete Testvorrichtung;
Fig.11 einen Graph, der die Dichten von positiven und negativen Ionen, gemessen von einem Ionendichtemesser, aufgetragen gegen die DC-Spannung, die an den gegenüberliegenden Leiter angelegt wird, die in dem Test der Fig. 10 unter den angezeigten Bedingungen erhalten wurde;
Fig.12 einen Graph, der Dichten von positiven und negativen Ionen gemessen von einem Ionendichtemesser zeigt, aufgetragen gegen die DC-Spannung, die an den gegenüberliegenden Leiter angelegt wird, zeigt, die in dem Test der Fig. 10 unter den angezeigten Bedingungen erhalten wurde, einschließlich einer Addition einer DC- Vorspannungsspannung bzw. Vorspannung zu der AC, die an den Emitter angelegt wurde;
Fig.13 eine, schematische perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels eines Luftionisierers, der in der erfindungsgemäßen Ausrüstung verwendet werden kann;
Fig.14 Wellendiagramme einer AC und DC, die an die erfindungsgemäße Ausrüstung angelegt werden;
Fig.15 ein erläuterndes Diagramm zum Zeigen des Zustands des elektrischen Felds zur der Zeit, wenn ein Emitter in einer Plus-Phase ist in einem Fall, in dem eine minus DC-Spannung an dem gegenüberliegenden Leiter angelegt wird;
Fig.16 ein erläuterndes Diagramm zum Zeigen des Zustands des elektrischen Feldes zu einer Zeit, in der ein Emitter in einer Minus-Phase in einem Fall, in dem eine Minus-DC-Spannung an dem gegenüberliegenden Leiter angelegt wird,
Fig. 17 eine schematische Darstellung eines konventionellen gepulsten DC-Typionisierers;
Fig.18 ein Wellendiagramm einer Spannung, die an den Ionisierer der Fig. 17 angelegt wird;
Fig.19 eine schematische Darstellung eines konventionellen DC-Typ-Ionisierers;
Fig.20 eine schematische Darstellung eines konventionellen AC-Typ-Iionisierers;
Fig.21 ein Beispiel einer Veränderung eines Oberflächenpotentials eines geladenen Gegenstandes mit der Zeit, wenn ein konventioneller gepulster DC-Typ- Ionisierer verwendet wird; und
Fig.22 ein Beispiel von Dichten von positiven und negativen Ionen, die durch einen konventionellen AC- Typ-Ionisierer erzeugt werden.
Fig.1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Luftionisierers, der in der erfindungsgemäßen Ausrüstung verwendet werden kann. Der Ionisierer weist eine Vielzahl von Entladungspaaren 4, auf, wobei jedes einen nadelähnlichen Emitter 2 und einen schleifenförmigen gegenüberliegenden Leiter 3 aufweist. Die Ladungspaare 4 sind in einer zweidimensionalen Ausdehnung in einer Richtung transversal zum Strom sauberer Luft, der durch einen Pfeil 1 gezeigt ist, angeordnet. HEPA oder ULPA-Filter (nicht gezeigt) sind stromaufwärts von der Position der Entladungspaare 4 angeordnet und Luft, die durch die Filter gereinigt wurde, passiert durch die Entladungspaare 4.
Ein in einer Richtung gerichteter Luftstrom, der durch die Entladungspaare 4 passiert ist, wird auf die geladenen Gegenstände gerichtet. In dem dargestellten Beispiel ist jeder nadelähnliche Emitter 2 mit seinem Ende gegen eine stromabwärtige Richtung des Luftstroms angeordnet und jeder ringförmige gegenüberliegende Leiter 3 ist transversal zum Luftstrom angeordnet. Das Ende des Emitters 2 ist auf ungefähr einer imaginären vertikalen Linie angeordnet, die durch das Zentrum des Rings des gegenüberliegenden Leiters 3 passiert. Alle Emitter 2 stehen in Verbindung durch eine gemeinsame isolierte leitende Leitung 6 mit einem Ausgangsanschluß 7 einer AC- Spannungssteuereinrichtung 5, die eine AC-Spannung steuert, die an die Emitter 2 angelegt wird. Alle gegenüberliegenden Leiter 3 stehen in Verbindung durch eine gemeinsame isolierte leitende Leitung 8 mit einem Ausgangsanschluß 10 einer DC-Spannungssteuereinrichtung 9, die eine DC-Spannung steuert, die an die gegenüberliegenden Leiter 3 angelegt wird. Ein Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Spannungsbetriebsteil zum Einstellen der Ausgangsspanung von der AC-Spannungssteuereinrichtung 5 und der DC-Spannungssteuereinrichtung 9.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Emitters 2. Der hier verwendete Emitter ist dadurch gekennzeichnet, daß sein Entladungsende mit einem dielekrischen keramischen Material beschichtet ist. Der in Fig. 2 dargestellte Emitter weist einen Wolframstab 12 auf, der ein sich verjüngendes Nadelteil 13 an einem Ende und einem Rohr 14 aus keramischem Material aufweist, das konzentrisch den Wolframstab 12 enthält. Die Keramikröhre 14 besitzt ebenfalls ein abgedichtetes sich verjüngendes Endteil 15 und der Wolframstab 12 ist so plaziert, daß das Ende seines verjüngenden Nadelteils 13 in Kontakt kommen kann mit einer Innenoberfläche des sich verjüngenden Endteils 15 der Keramikröhre 14, wodurch das sich verjüngende Nadelteil 13 des Wolframstabes 12 beschichtet werden kann mit der keramischen Röhre 14. In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist der äußere Durchmesser des Wolframstabes 12 leicht größer als der Innendurchmesser der Keramikröhre 14 und das sich verjüngende oder zugespitzte Nadelteil 13 des Wolframstabes 12 besitzt einen spitzeren Winkel als der des sich verjüngenden Endteils 15 der Keramikröhre 14. Somit durch das Beschichten des Wolframstabes 12 mit der Keramikröhre 14, so daß das sich verjüngende Nadelteil 13 vom ersteren das verjüngende Endteil 15 vom letzteren kontaktieren kann, kann das Zentrum des Endes des verjüngenden Nadelteils 13 des Wolframstabes 12 natürlich auf das Zentrum der Innenoberfläche des sich verjüngenden Endteils 15 der Keramikröhre l4 gepaßt werden. Das andere Ende 16 des Wolframstabes 12 ist mit einem metallischen Leiter 17 verbunden. Diese Verbindung wird hergestellt durch enges und konzentrisches Einsetzen einer vorbestimmten Tiefe des Wolframstabes 12 an seinem Ende 16 in ein Ende des Metallstabes 17, der einen Durchmesser größer als den des Wolframstabes 12 besitzt. Der Metallstab 17 wird in einer Röhre 18 aus isolierendem Material, wie zum Beispiel Glas, aufgenommen an das das andere Ende 19 der Keramikröhre 14 ebenfalls über ein Dichtungsglied 20 verbunden ist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Emitter 2 mit seinem Entladungsende 21, das eine Keramikabdeckung besitzt, die beabstandet von dem entsprechenden ringförmigen gegenüberliegenden Leiter 3 in einen vorbestimmten Abstand ist, und im wesentlichen auf einer imaginären vertikalen zentralen Linie des gegenüberliegenden Leiters 3 angeordnet ist. Diese Anordnung wird hergestellt durch hängendes Tragen des Emitters 2 auf einem isolierten Leiter 6. Stark genug, um die Emitter 2 zu tragen bzw. zu unterstützen, und so selbst als ein Rahmenglied zum Tragen der Emitter zu dienen. Der isolierte Leiter 6 kann einen relativ dicken metallischen Leiter 17 aufweisen, der mit einem isolierenden Harz 22 (zum Beispiel Fluorharze, wie zum Beispiel "Teflon") beschichet ist und dient ebenfalls als ein Rahmenglied zum Tragen der gegenüberliegenden Leiter 3 über die isolierenden Tragglieder. Durch Verbinden des Emitters 2 mit dem isolierten Leiter 6 über jeweilige Verbindungsglieder 23 an beabsichtigten Positionen, können die Emitter 2 in dem Luftstrom angeordnet werden, ohne signifikant den Luftstrom zu stören.
Der hier verwendete Emitter 2 sollte sein Entladungsende 21 mit einem dielektrischen keramischen Material beschichtet haben. Beispiele solcher dielektrischer keramischer Materelien schließen um Beispiel Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Kieselerde bzw. -Quarz(glas) und hitzebeständiges Glas ein. Von diesen ist Quarz, insbesondere durchsichtiger bzw. transparenter Quarz bevorzugt. Die Dicke der Keramikbeschichtung auf dem Nadelteil 13 des Wolframstabs 12 ist geeigneterweise 2 mm oder weniger, bevorzugterweise zwischen 0,05 mm bis 0,5 mm. Die Keramikbeschichtung sollte ebenfalls eine sich verjüngendes bzw. zugespitztes Endteil (ein spitzes Ende 15, wie in Fig. 2 gezeigt) besitzen. Teile des Wolframstabes 12 verschieden von seinem Nadelteil, die normalerweise nicht als das Entladungsende wirken, wie zum Beispiel ein Körperteil des Wolframstabs 12 ist nicht notwendigerweise mit einem Keramikmaterial beschichtet. Solche Beispiele sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Fig. 4 zeigt einen Wolframstab 12 mit seinem zugespitzten Endteil beschichtet mit einer Keramikröhre 14. Nämlich das Nadelteil 13 des Wolframstabes 12 ist dicht mit dem sich verjüngenden Endteil 15 der Keramikröhre 14 beschichtet und das Körperteil des Wolframstabes 12 ist beschichtet mit einem anderen isolierenden Material (zum Beispiel ein isolierendes Harz) 25. Die Keramikröhre 14 ist mit dem Wolframstab 12 verbunden mittels eines Haftstoffs (zum Beispiel eines auf Epoxiharz basierenden Haftstoffs) 26 und das Verbindungsteil ist mit einem Dichtungsmittel (zum Beispiel einem Silikondichtungsmittel) 27 bedeckt, so daß das Wolfram nicht exponiert sein kann. In diesem Beispiel gibt es keine Öffnung zwischen der Außenoberfläche des verjüngenden Nadelteils 13 des Wolframstabes 12 und die Innenoberfläche des verjüngenden Endteils 15 der Keramikröhre 14. Fig. 5 zeigt ein Beispiel, in dem ein leitender Haftstoff 29 zwischen einem Ende 28 des Wolframstabes 12 und dem sich verjüngenden Endteil 15 der Keramikröhre 14 eingefüllt ist. Das Ende 28 des Wolframstabes 12, das sich über die isolierende Abdeckung 25 erstreckt, wird durch die Keramikröhre 14, die das verjüngende Endteil 15 mit einer Öffnung dazwischen besitzt, abgedeckt und die Öffnung wird gefüllt mit dem leitenden Haftstoff 29. Ein Bezugszeichen 27 bezeichnet ein Dichtungsmittel, wie in dem Fall der Fig. 4. Beispiele des leitenden Haftstoffs, die verwendet werden können, schließen zum Beispiel eine Dispersion aus teilchenförmigen Silber in einem Epoxyhaftstoff und eine kolloidale Dispersion von Graphit in einem Haftstoff ein. In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel kann das Ende 28 des Wolframstabes zugespitzt oder nicht zugespitzt sein.
Fig. 6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen Teil des schleifenförmigen gegenüberliegenden Leiters 3 der Fig. 1 zeigt. In diesem Beispiel weist jeder gegenüberliegende Leiter 3 einen Metallring auf und die erforderliche Anzahl solcher Ringe sind miteinander verbunden in einem vorbestimmten Zwischenraum durch einen Leiter 8, der eine isolierende Beschichtung besitzt, so daß sie im wesentlichen innerhalb einer Ebene in einer zweidimensionalen Ausdehnung installiert werden können. Der verwendete Leiter 8 ist stark genug, die ringförmigen gegenüberliegenden Leiter 3 in ihrer Position zu halten und dient so als ein Rahmen zum Tragen bzw. Unterstützen der gegenüberliegenden Leiter in ihrer Position. Alle ringförmigen gegenüberliegenden Leiter 3 stehen in Verbindung durch den Leiter 8 mit dem AUSGANG 10 der DC- Spannungssteuereinrichtung 9. Die gegenüberliegenden Leiter 3 sind vorzugweise von einer Form eines vollkommenen Kreises, wie hier dargestellt. Aber sie können auch eine Form einer Ellipse oder eines Polygons besitzen. Alternativ können sie Gitter, wie bei konventionellen AC-Typ-Ionisierern sein, die durch senkrechtes Schneiden einer Vielzahl von geraden Linien innerhalb einer Ebene gebildet werden. In jedem Fall ist der gegenüberliegende Leiter 3 nicht mit einem keramischen Material beschichtet und wird mit der Metalloberfläche exponiert verwendet.
Die Fig. 7 und 8 zeigen Beispiele der relativen Position des Emitters 2 und des entsprechenden gegenüberliegenden Leiters 3, die das Entladungspaar 4 aufbauen. In den beiden Beispielen sind der Emitter 2 und der gegenüberliegende Leiter 3 eingerichtet entlang der Richtung bzw. transversal zum durch den Pfeil gezeigten Luftstrom, so daß der Emitter ungefähr auf einer imaginären vertikalen Linie positioniert ist, die durch das Zentrum des gegenüberliegenden Leiters 3 passiert. In dem Beispiel der Fig. 7 ist der Emitter 2 eingerichtet mit seinem Entladungsende 21 beschichtet mit einem keramischen Material stromaufwärts von dem gegenüberliegenden Leiter 3 in Bezug auf den Luftstrom in einem Abstand G angeordnet. Wogegen in dem Beispiel der Fig. 8 der Emitter 2 mit seinem Entladungsende 21 beschichtet mit einem keramischen Material stromabwärts von dem gegenüberliegenden Leiter 3 angeordnet ist in Bezug auf den Luftstrom mit einem Abstand G. Der Emitter 2 läuft durch den Ring des gegenüberliegenden Leiters 3 in dem Beispiel der Fig. 8, wogegen er nicht so in dem Beispiel der Fig. 7 verläuft. Welches Ausführungsbeispiel angpaßt werden sollte, hängt von den Bedingungen der Anlegungsspannung ab, wie weiter unten beschrieben wird.
Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm für die AC-Spannungs steuereinrichtung 5, und zwar ein Spannungsbetriebsteil 11, die in dem Ionisierer der Fig. 1 verwendet werden können. Die dargestellte Schaltungsanordnung weist einen Eingangsanschluß 31 für eine kommerzielle AC (AC von 100 V) und einen Transformator 32 angebracht an dem Eingangsanschluß 31, eine Gleichrichterschaltung 33, eine Konstantspannungsschaltung 34, eine Invertierschaltung 35 und einen Hochspannungstransformator 36 in Serie geschaltet mit der Sekundärseite des Transformators 32 auf. Die AC von dem Transformator 32 wird einer Gesamtwellen gleichrichtung in der Gleichrichtungsschaltung 33 unterzogen, und wird eine DC-Spannung. Die Konstantspannungs Schaltung 34 dient zum Liefern eines Ausgangs einer konstanten Spannung. Wenn die Spannung der verwendeten kommerziellen AC aus bestimmten Gründen variiert, variiert die Spannung der DC von der Gleichrichtungs Schaltung 33 demzufolge und ihrerseits variiert die Eingangsspannung an dem folgenden Hochspannungstransformator 36 und die mögliche Ausgangsspannung kann nicht konstant gehalten werden. Demzufolge wird die Konstante spannungsschaltung 34 verwendet. Die Invertierschaltung 35 ist in einer Oszillationsschaltung inkorporiert, und unterbricht (chopper) die Konstantspannung DC aus der Konstantspannungsschaltung 34 in eine Rechteckwelle (square wave), die dann durch den Hochspannungstransformator 36 transformiert wird, zu einer Hochspannungs AC einer Rechtseckswelle und ausgegeben wird an die Emitter 2 von dem Ausgangsanschluß 7, siehe Fig. 1. Der HochSpannungstransformator 36 weist einen isolierten Transformator auf, der einen Gleitrheostaten inkorporiert besitzt und kann die Intensität der AC-Spannung, die an die Emitter 2 ausgegeben wird, nach Belieben gesteuert werden durch Bedienen des Gleitrheostatteils des Hochspannungstransformators 36. Demzufolge entspricht der Hochspannungstransformator 36 den Spannungsbetriebsteil 11 der Fig. 1. In Fig. 9 bezeichnet ein Bezugszeichen F eine Sicherung, SW einen Schalter für die elektrische Quelle und Z&sub1; und Z&sub2; bezeichnen Funkentöter (spark killer), zum Absorbieren von Rauschen zu der Zeit des Anschaltens, wodurch das Liefern einer Pulskomponente reduziert wird.
Die DC-Spannungsteuereinrichtung 9 der Fig. 1 kann eine bekannte sein zum Umwandeln einer kommerziellen AC in eine DC. Es reicht aus, daß sie eine kommerzielle AC von 100 V in einer DC einer Spannung von zum Beispiel innerhalb des Bereichs zwischen -1 kV und +1 kV umwandeln kann.
In der Ausrüstung der Fig. 1 wird eine AC-Hochspannung an alle Emitter 2 aus derselben AC-Spannungsquelle angelegt, während eine DC-Spannung angelegt wird an alle gegenüberliegenden Leiter 3 von derselben DC-Spannungsquelle und alle Entladungspaare 4 besitzen im wesentlichen denselben Aufbau und Struktur. Demzufolge, wenn saubere Luft uniform durch die Ladungspaare 4 strömt, zeigen alle Entladungspaare 4 das gleiche Verhalten zum Ionisieren von Luft. Jedes Entladungspaar 4 erzeugt positive und negative Luftionen, alternierend zu einem periodischen Intervall entsprechend einer Frequenz der an die Emitter 52 angelegte AC. Falls die an die gegenüberliegenden Leiter 3 angelegte DC-Spannung richtig eingestellt ist, ist es möglich, positive und negative Ionen zu liefern wesentlichen in der gleichen Dichte.
Der Betrieb der Ausrüstung der Fig. 1 wird spezifisch durch Testbeispiele beschrieben werden. Fig. 10 stellt eine Vorrichtung dar, die in den Tests verwendet wurde. Ein Einzelemitter 2 bedeckt mit Quarz, der die den in Fig. 2 gezeigten Aufbau besitzt, ist mit seiner Achse vertikal gehalten in einem Strom von sauberer Luft, der nach unten mit einer Rate von 0,3 m/sec in einem Reinraum mit vertikalem Laminarstrom angeordnet. Der Wolframstab 12 des Emitters 2 besitzt einen Durchmesser von 1,5 mm. Die Quarzröhre 14 des Emitters 2 hat einen Außendurchmesser von 3,0 mm und einen Innendurchmesser von 2,0 mm und die Länge des sich verjüngenden Endteils 15 der Quarzröhre ist 5 mm. Die Quarzröhre 18 des Emitters 2 besitzt einen Außendurchmesser von 8 mm und einen Innendurchmesser von 6 mm, und enthält den Metalleiter 17 mit einem Durchmesser von 3 mm, der hindurch passiert. Der Emitter steht in elektrischer Verbindung mit der AC- Spannungsteuervorrichtung 5 über die vertikal erstrekkende Glasröhre 18 und die sich horizontal erstreckende harzbedeckte Röhre 22. Ein gegenüberliegender Leiter, der einen Ring aus rostfreiem Stahl aufweist, ist so angeordnet, daß seine imaginär vertikale Zentrumslinie bzw. -gerade wesentlichen mit der Achse des Emitters 2 zusammenfällt. Der gegenüberliegende Leiter 3 wird in seiner Position getragen durch das Tragen seiner isolierten leitenden Leitung 39 durch die Acrylstäbe 38 vertikal aufgehängt von der harzbedeckten Röhre 22. Eine leitende Leitung 8 verbunden mit der isolierenden leitenden Leitung 39 steht in Verbindung mit der DC- Spannungssteuereinrichtung 9. Eine Dicke des rostfreien genüberliegenden Leitungsrings ist 6 mm und ein Durchmesser des Rings ist 80 mm. Ein Hochspannungs-AC wird an den Emitter 2 angelegt, während eine DC-Spannung an den gegenüberliegenden Leiter 3 angelegt wird zum Bewirken einer Koronaentladung und die Dichten von positiven und negativen Ionen (in x 10³ Ionen/cm³) werden an einem Ort 1200 mm unter dem Entladungsende 21 des Emitters 2 mittels eines Luftionendichtemessers 40 gemessen. Eine effektive AC-Komponente der am Emitter 2 angelegten AC und die an den gegenüberliegenden Leiter 3 angelegte DC-Spannung sind durch V bzw. Ve dargestellt.
Fig. 11 ist ein Graph, der die Dichten der positiven und negativen Ionen zeigt, gemessen von dem Ionendichtemesser 40 aufgetragen gegen die DC-Spannung Ve, die an dem gegenüberliegenden Leiter 3 angelegt wird unter den Testbedingungen einschließlich eines Abstands von dem Entladungsende 21 des Emitters 2 von 37 mm stromaufwärts von dem gegenüberliegenden Leiter 3 in Bezug auf den Luftstrom (G gezeigt in Fig. 7 = +37 mm), V =13 kV und einer Frequenz der angelegten AC von 50 Hz. Das in Fig. 11 gezeigte Ergebnis ist sehr interessant dahingehend, daß in einem Fall, in dem keine DC-Spannung an den gegenüberliegenden Leiter angelegt wird, die Dichte der positiven Ionen extrem höher als die Dichte der negativen Ionen ist, was ionisierte Luft liefert, die extrem zu einer positiven Seite geneigt ist, wogegegen, falls eine negative DC-Spannung an die gegenüberliegende Leiter angelegt wird, wenn die absolute Intensität der angelegten negativen DC-Spannung ansteigt, die Dichte der positiven Ionen abnimmt, wenn die Dichte der negativen Ionen zunimmt.
Unter den verwendeten Bedingungen, wenn die Ve ungefähr -190 V ist, sind sowohl die positiven als auch die negativen Ionen ausgeglichen, was eine Dichte von ungefähr 48 x 10³ Ionen/cm³ zeigt. Demzufolge in einem Falle, in dem dieselben Bedingungen wie die dieses Tests an jedes Entladungspaar der Fig. 1 angelegt werden, falls eine DC- Spannung von ungefähr -190 V an jedem gegenüberliegenden Leiter angelegt wird, kann ionisierte Luft mit dem im wesentlichen demselben positiven und negativen Ionendichten kontinuierlich bzw. ständig dazu veranlaßt werden, stromabwärts von den Entladungspaaren zu strömen. In den Reinräumen wird ein Luftstrom nicht wesentlich gestört. Demzufolge ist es möglich, ionisierte Luft herzustellen mit gut ausgeglichenen positiven und negativen Ionendichten, die die ziemlich stromabwärts gelegene Seite erreichen.
Fig. 12 ist ein Graph, der Dichten von positiven und negativen Ionen, gemessen durch einen Ionendichtemesser, aufgetragen gegen die DC-Spannung angelegt an den gegenüberliegenden Leiter erhalten in dem Test der Fig. 10 unter denselben Bedingungen mit der Ausnahme, daß eine positive DC-Vorspannungsspannung (VB) zu der an den Emitter angelegten AC addiert wurde. Während eine Intensität und Polarität der DC-Vorspannungsspannung, die zu der AC addiert wurde, variiert werden kann, zeigt Fig. 12 Daten eines Beispiels, in dem die addierte DC-Vorspannungsspannung 2,1 kV beträgt. In der Ausrüstung der Fig. 1 kann die Addition einer Vorspannungsspannung zu der AC hergestellt werden durch Verbinden eines DC-Transformators 41 zu der AC-Spannungssteuereinrichtung 5. Vorteilhafte Ergebnisse der Addition einer DC-Vorspannungs-Spannung sind aus den Ergebnissen der Fig. 12 ersichtlich. In Fällen, in denen eine Vorspannungsspannung von 2,1 kV in Fig. 12 addiert wurde, wird die Dichte der negativen Ionen insgesamt hoch, wenn sie mit dem Fall verglichen wird, in dem keine Vorspannungsspannung addiert wurde, wie in Fig. 11. Zum Beispiel in dem Fall der Fig. 12, sogar wenn die Ve gleich O V ist, wird die Differenz zwischen den Dichten der positiven und negativen Ionen kleiner und durch Anlegung einer Ve von nur -63 V an den gegenüberliegenden Leiter sind die positiven und negativen Ionen gut ausgeglichen bei einer Dichte von ungefähr 63 x 10³ Ionen/cm³, was höher ist als ungefähr 548 x 10³ Ionen/cm³ in dem Fall der Fig. 11. Demzufolge ist es bevorzugt, einen DC-Transformator 41 an die AC- Spannungssteuereinrichtung 5 der Ausrüstung der Fig. 1 hinzuzufügen, wodurch eine positive oder negative DC- Vorspannungsspannung an die Emitter angelegte AC addiert wird.
Fig. 13 ist eine schematische Perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels eines Luftionisierers, der in der erfindungsgemäßen Ausrüstung verwendet werden kann. In diesem Fall wird eine DC-Spannung einer bestimmten Intensität an die gegenüberliegende Leiter einiger Entladungspaare angelegt, während eine DC-Spannung einer verschiedenen Intensität an gegenüberliegende Leiter der anderen Entladungspaare angelegt wird, so daß einige Entladungs paare kontinuierlich bzw. ständig positive Ionen in einer hohen Dichte erzeugen können, während die anderen Entladungspaare kontinuierlich negative Ionen in einer hohen Dichte erzeugen können. In dem dargestellten Beispiel sind die DC-Spannungssteuereinrichtungen 9a und 9b fähig zum Ausgeben von DC-Strömen von verschiedenen Spannungen aus den jeweiligen AUSGANG 10a und 10b. Einige gegenüberliegende Leiter 3a stehen mit dem AUSGANG 10a über die isolierte leitende Leitung 8a in Verbindung, während die anderen gegenüberliegenden Leiter 3b mit dem AUSGANG 10b in Verbindung stehen über eine isolierte leitende Leitung 8b. Genauer sind sechs Entladungspaare 4, wobei jedes den Emitter 2 und den gegenüberliegenden Leiter 3 aufweist, in einer Linie angeorndet im wesentlichen mit demselben Zwischenraum und vier solcher Linien bzw. Reihen sind im wesentlichen parallel und im wesentlichen innerhalb einer Ebene angeordnet. Die gegenüberliegenden Leiter 3a in der ersten Linie oder Reihe der Figur und die gegenüberliegenden Leiter 3a in der dritten Reihe der Figur stehen in Verbindung durch eine gemeinsame isolierte leitende Leitung 8a mit dem AUSGANG 10a der DC- Spannungssteuereinrichtung 9a, während die gegenüberliegende Leiter 3b in der zweiten Linie der Figur an die gegenüberliegenden Leiter 3b in der vierten Linie der Figur in Verbindung stehen durch eine gemeinsame isolierte leitende Leitung 8b mit dem AUSGANG 10b der DC-Spannungssteuereinrichtung 9b. Wenn eine DC- Spannung von einer negativen Seite von dem AUSGANG 10a ausgegeben wird, während eine positivere DC-Spannung von dem AUSGANG 10b ausgegeben wird, wird eine an negativen Ionen reichhaltige Luft kontinuierlich erzeugt von jedem gegenüberliegenden Leiter 3a, während eine an positive Ionen reichhaltige Luft kontinuierlich von jedem gegenüberliegenden Leiter 3b erzeugt wird.
Zum Beispiel in einem Fall, in dem jedes Entladungspaar dieselbe Struktur als die in dem Test der Fig. 11 verwendete besitzt, und eine AC-Spannung, die eine Frequenz von 50 Hz und eine V von 13 kV besitzt, an die Emitter angelegt wird, wird es möglich, jeden gegenüberliegenden Leiter 3a dazu zu veranlassen, ionisierte Luft hoher negativer Ionendichte und niedriger positiver Ionendichte zu erzeugen durch Ausgeben einer DC-Spannung von zum Beispiel negativer als -300 V von dem AUSGANG 10a und es wird möglich werden, jeden gegenüberliegenden Leiter 3b zu veranlassen, ionisierte Luft zu erzeugen, die hoch an positiver Ionendichte ist und im wesentlichen frei von negativen Ionen ist durch Ausgeben einer DC-Spannung von zum Beispiel positiver als O V. Ähnlich, falls eine Vorspannungs-DC-Spannung von 2,1 kV weiter an die Emitter angelegte AC addiert wird, wie in dem Test der Fig. 12 unter den Bedingungen der Fig. 12, wird an negativer Ionen reichhaltige Luft und an positiven Ionen reichhaltige Luft kontinuierlich und stabil erzeugt von jedem gegenüberliegenden Leiter 3a bzw. 3b durch Ausgeben einer DC-Spannung von zum Beispiel -400 V von dem AUSGANG 10a und einer DC-Spannung von zum Beispiel +200 V von dem AUSGANG 10b. Demzufolge durch geeignetes Anordnen einer Vielzahl der gegenüberliegenden Leiter 3a, was an negative Ionen reichhaltige Luft erzeugt und der gegenüberliegenden Leiter 3b, was an positive Ionen reichhaltige Luft erzeugt in eine zweidimensionale Ausdehnung transversal zum Luftstrom, zum Beispiel durch alternierendes Anordnen einer Linie der gegenüberliegenden Leiter 3a und einer Linie der gegenüberliegenden Leiter 3b, wie in Fig. 13 gezeigt, oder durch Anordnen der individuellen gegenüberliegenden Leiter 3a und 3b alternierend oder zick-zackförmig oder durch Anordnen einer kleinen Gruppe der gegenüberliegenden Leiter 3a und einer kleinen Gruppe der gegenüberliegenden Leiter 3b alternierend ist es möglich, gut ausgewogene positive und negative Ionen an geladene Gegenstände, die stromabwärts des Ionisierers existieren, zu liefern.
Die Fig. 14 bis 16 dienen zum Zweck der Illustration von Effekten der DC-Spannung oder Spannungen, die an die gegenüberliegende Leiter angelegt werden. AC-Typ-Ionisierer erzeugen unvermeidbar mehr positive Ionen als negative Ionen in Fällen, in denen Ve O ist. Jedoch unter den Bedingungen, daß eine ausreichende effektive AC-Komponente zur Koronaentladung, wie in Fig. 14 gezeigt ist, an den Emitter angelegt wird, falls eine negative Ve an den gegenüberliegenden Leiter gemäß der Erfindung angelegt wird, wird in jedem Fall, in dem der Emitter 2 in einer positiven (Fig. 15) oder negativen (Fig. 16) Phase ist, ein elektrisches Feld auf den gegenüberliegenden Leiter 3 gerichtet, wie durch den gebrochenen Pfeil gezeigt ist, stromabwärts von den gegenüberliegenden Leiter 3 in Bezug auf den Luftstrom gebildet. Somit durch das so gebildete elektrische Feld wirkt immer eine Coulomb-Kraft zum Verursachen, daß die negativen Ionen, die durch den gegenüberliegenden Leiter 3 hindurch gegangen sind immer abwärts bewegen, unabhängig von der Polarität des Emitters, wodurch eine Dichte von negativen Ionen erhöht wird, die an geladenen Gegenständen, die stromabwärts existieren, ankommen. Falls diese Argumentation richtig ist, sollte das Entladungsende 21 des Emitters 2 vorzugsweise stromaufwärts von dem gegenüberliegenden Leiter 3 mit Bezug auf den Luftstrom, wie in Fig. 7 gezeigt ist, angeordnet werden. Falls das Entladungsende 21 des Emitters 2 stromabwärts von dem gegenüberliegenden Leiter 3 mit Bezug auf den Luftstrom, wie in Fig. 8 gezeigt ist, angeordnet wird, wird der beabsichtigte Effekt zum Erhöhen der negativen Ionendichte reduziert werden. Es wurde experimentell herausgefunden daß, obwohl die in Fig. 8 gezeigte Struktur des Entladungspaars in einigen Fällen bevorzugt sein kann, in denen eine AC-Hochspannung, die eine gewisse Vorspannung d besitzt, an die Emitterseite angelegt wird, im allgemeinen sollte das Entladungsende 21 des Emitters 2 vorzugsweise stromaufwärts von dem gegenüberliegenden Leiter 3 mit Bezug auf den Luftstrom wie in Fig. 7 gezeigt ist, angeordnet wird.
Wir haben die Tests wiederholt, während wir die Parameter G, gezeigt in den Fig. 7 und 8, D, V und Ve variiert haben. Es wurde herausgefunden, daß die optimalen Bedingungen zum Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Ausrüstung in einem Reinraum mit Raten von Luftstrom zwischen 0,15 bis 0,6 m/sec folgendes einschließen:
-80 mm ≤ G ≤ 80 mm,
50 mm ≤ D ≤ 150 mm,
8 kV ≤ V, und
-500 V ≤ Ve ≤ 500 V
In dem Test der Fig. 10, in dem eine AC-Hochspannung von 20 kV an dem Emitter angelegt wurde, konnte keine Erzeugung von Staub von dem Entladungsende 21 detektiert werden. Im Gegenteil, dieselben Tests, in denen ein Emitter mit dem exponierten Wolframstab 12 verwendet wurde, wobei die anderen Bedingungen dieselben blieben, zeigten eine beträchtliche Erzeugung von Staub von dem Entladungsende 21 an, wenn eine AC-Hochspannung oberhalb von 6 kV an den Emitter angelegt wurde. Die Anzahl der Teilchen, die eine Größe von größer als 0,03 um gemessen an einem Ort 160 mm unter dem Entladungsende besitzen, waren 7,4 x 10² Teilchen/ft³ bei 6 kV, 2,5 x 10&sup4; Teilchen/ft³ bei 10 kV und 2,9 x 10&sup4; Teilchen/ft³ bei 20 kV. Ein Emitter, der eine hier empfohlene Quarzröhre 14 besitzt, wurde veranlaßt für eine kontinuierliche Periode von 1050 Stunden zu arbeiten. Am Ende der Periode wurde das Entladungsende des Emitters durch ein Mikroskop untersucht. Es konnte nicht von einem neuen unterschieden werden und keine Deponierung von teilchenförmigen Staub und kein Schaden wurde beobachtet. Außerdem wurde eine AC von 11,5 kV an einem hier empfohlenen Emitter angelegt und eine Ozonkonzentration wurde untersucht an einer Stelle 12,5 cm unterhalb des Entladungsendes des Emitters. Ozon oberhalb von 1 ppb wurde nicht detektiert.
Durch die erfindungsgemäße Ausrüstung können fast alle Probleme, die mit dem Stand der Technik assoziiert sind, gelöst werden und Schwierigkeiten verursacht durch statische Elektrifizierung bzw. Elektrizität wobei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen können überwunden werden.

Claims

1. Einrichtung zum Entfernen von statischer Elektrizität von geladenen Artikeln bzw. Gegenständen, die in einem Reinraum existieren, der eine Wechselspannungs(AC-)Ionisiervorrichtung aufweist, die eine Vielzahl von nadelähnlichen Emittern besitzt, die in einem Strom von sauberer Luft, die durch Filter passiert ist, angeordnet ist, wobei eine AC-Hochspannung an die Emitter angelegt wird, um eine Koronaentladung die ionisierte Luft zu bewirken, wobei ein Strom von ionisierter Luft auf die geladenen Artikeln geliefert wird, um die statische Elektrizität darauf zu neutralisieren, dadurch gekennzeichnet, daß:

ein Entladungsende von jedem der nadelähnlichen Emitter mit einem dielektrischen keramischen Material beschichtet ist,

jeder der Emitter angeordnet ist mit seinem Entladungsende beabstandet mit einen vorherbestimmten Abstand von einem gitter- oder schleifenähnlichen gegenüberliegenden Leiter ist, um ein Entladungspaar zu bilden;

eine Vielzahl solcher Entladungspaare, die in einer zweidimensionalen Ausdehnung angeordnet sind, in einer transversalen Richtung des Stromes von sauberer Luft;

jeder gegenüberliegende Leiter der Entladungspaare mit einer DC-Spannungsquelle verbunden ist; und Mittel vorgesehen sind, um eine DC-Spannungsausgangsgröße der DC-Spannungsquelle einzustellen.

2. Einrichtung zum Entfernen von statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Leiter des Entladungspaares mit einer gemeinsamen DC-Spannungsquelle verbunden sind, so daß jedes der Entladungspaare die Luft ionisiert, um für eine positive Ionendichte und eine negative Ionendichte zu sorgen, die wesentlich voneinander ausgeglichen bzw. abgeglichen sind.

3. Einrichtung zu Entfernen von statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Leiter von einigen der Entladungspaare mit einer ersten DC-Spannungsquelle verbunden sind, während gegenüberliegende Leiter der anderen Entladungspaare mit einer zweiten DC-Spannungsquelle verbunden sind; und, daß Mittel vorgesehen sind, um unabhängig die DC-Spannungsausgangsgrößen von den ersten und zweiten DC- Spannungsquellen einzustellen, so daß die Entladungspaare, die mit der ersten DC-Spannungsquelle verbunden sind, Ionen erzeugen, die zu einer positiven oder negativen Polarität neigen, während die Entladungspaare, die mit der zweiten DC-Spannungsquelle verbunden sind, Ionen erzeugen können, die zu der entgegengesetzten Polarität neigen.

4. Einrichtung zum Entfernen von statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Emitter der Entladungspaare mit einer AC-Quelle einer Hochspannung verbunden ist, die eine hinzugefügte Spannung, die zu einer positiven oder negativen Seite vorgespannt ist, besitzt; und

Mittel vorgesehen sind, um den Wert der Spannungsausgangsgrößen von der AC-Quelle und den Wert und die Polarität der Vorspannung einzustellen.

5. Einrichtung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Reinraum für die Produktion von Halbleiterelementen bzw. -vorrichtungen vorgesehen ist.

6. Einrichtung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei das dielektrische keramische Material Quarz ist.

7. Einrichtung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei das Entladungsende jedes Emitters in Bezug auf den Luftstrom stromaufwärts von dem entsprechenden gitter- oder schleifenähnlichem gegenüberliegenden Leiter angeordnet ist.

8. Einrichtung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen von Anspruch 3, wobei die Entladungspaare, die die gegenüberliegenden Leiter, die mit der ersten DC-Spannungsquelle verbunden sind, besitzen, und die Entladungspaare, die die gegenüberliegenden Leiter, die mit der zweiten DC- Spannungsquelle verbunden sind, besitzen, diskret abwechselnd bzw. alternierend in mindestens einer Richtung innerhalb der zweidimensionalen Ausdehnung angeordnet sind.

9. Einrichtung zum Entfernen statischer Elektrizität von geladenen Gegenständen nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, wobei die Entladungspaare in einer zweidimensionalen Ausdehnung angeordnet sind, und zwar in einer Richtung senkrecht zu dem Strom sauberer Luft.