JP4543436B2 - イオン発生装置及び除電装置 - Google Patents

Description

本発明はイオン発生装置及び除電装置に係り、特に半導体製造工場のクリーンルーム内で発生する静電気を除去する除電装置及びそれに用いるイオン発生装置に関する。

半導体などの製造工場、特に高性能化・高集積化が進む半導体デバイスや大型化が進むフラットパネルディスプレイを製造する製造工場では、静電気によるデバイスの破壊や塵埃の付着が問題となっている。これらの静電気障害を防止するため、空気をイオン化して供給することによって、発生した電位を低減する除電装置が用いられている。

ところで、近年では、製造装置の小型化により、除電装置に必要な設置スペースを製造装置内に確保することが困難となっている。そこで、特許文献１には、クリーンルーム内で、製造装置から離れた位置にイオン発生装置を設け、このイオン発生装置で発生させたイオンを除電場所まで搬送することにより、製造装置内の設置スペースを大幅に低減できるイオン搬送式除電装置が提案されている。この除電装置は、イオン発生装置で正イオンと負イオンを発生させ、これを別々に搬送した後でミキシングし、除電エアとして帯電物に吹きつけている。
特開２０００−２１５９６号公報

しかしながら、特許文献１の除電装置は、搬送路内でイオンが壁面に接触して減少するため、搬送路出口でのイオン数が搬送路入口でのイオン数に比べて大幅に減少し、除電性能が低下するという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、高い除電性能を得るためのイオン発生装置及びそれを用いた除電装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、イオン発生装置であって、筒体と、該筒体の一方端に設けられ、他方端に向けて送風を行うファンと、前記筒体の内部に設けられ、第１放電針を有する第１放電部と、前記筒体の内部に設けられ、前記ファンによる送風方向に対して前記第１放電部の下流側に配置され、第２放電針を有する第２放電部と、前記第１放電針が接続される高圧電源と、前記第１放電針と前記第２放電針との間に接続されるコンデンサと、を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、高圧電源に接続された第１放電針、及びそれに接続された第２放電針に直流コロナ放電が発生し、その周囲のエアがイオン化される。したがって、ファンで送風を行った際に、エアは第１放電部と第２放電部とで二段階にイオン化され、イオン濃度の高いエアが送気される。

また、請求項１の発明によれば、第１放電針と第２放電針との間にコンデンサを設けたので、第１放電針と第２放電針との間に電位差が生じ、第１放電針の電圧が第２放電針の電圧よりも高くなる。したがって、第１放電針と第２放電針との間に電界が形成され、この電界によってイオンは第１放電部から第２放電部への進行方向に力を受けて加速する。よって、筒体の他方端を搬送路に接続した際に、搬送路内でイオンが減少しにくくなり、搬送路出口でのイオン数を増加させることができるので、請求項１のイオン発生装置を用いて除電装置を構成した際に、高い除電性能を得ることができる。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記第１放電針、前記第２放電針は、前記筒体の軸方向に配置されることを特徴とする。したがって、請求項２の発明によれば、ファンによる送風時の圧力損失を減らすことができる。

請求項３に記載の発明は請求項１の発明において、前記第１放電針、前記第２放電針は、前記筒体の径方向に配置され、且つ、その先端が前記筒体の中心に向けて配置されることを特徴とする。請求項３の発明によれば、第１放電針、第２放電針が筒体の中央に向けて配置されるので、筒体の中央部のイオン濃度を増加させることができる。したがって、筒体の他端に搬送路を接続した際に、搬送路の壁面に接触するイオンの割合を減少させることができ、搬送路出口部でのイオン数を増加させることができる。

請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１の発明において、前記第１放電部及び／又は第２放電部は、前記筒体の内部を絞るリング状の絞り部を有し、該絞り部に前記第１放電針及び／又は前記第２放電針が取り付けられることを特徴とする。請求項４の発明によれば、第１放電部、第２放電部に絞り部が設けられているので、エアの流れは筒体の中央部の風速が外周部の風速よりも早くなる。これにより、筒体の中心に向けて揚力が発生し、イオンが外側に拡散されることを抑制することができる。したがって、イオンが壁面に接触することを抑制することができ、イオンの減少数を低減することができる。

請求項５に記載の発明は前記目的を達成するために、イオン発生装置であって、筒体と、該筒体の一方端に設けられ、他方端に向けて送風を行うファンと、前記筒体の内部に設けられ、第１放電針を有する第１放電部と、前記筒体の内部に設けられ、前記ファンによる送風方向に対して前記第１放電部の下流側に配置され、第２放電針を有する第２放電部と、前記第１放電針及び第２放電部に接続される高圧電源と、を備え、前記第１放電針及び第２放電針は、前記筒体の径方向に配置され、且つ、その先端が前記筒体の中心に向けて配置されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は請求項１〜５のいずれか１のイオン発生装置を備えた除電装置であって、前記筒体の他方端に搬送路が接続され、該搬送路を介して前記イオン化装置でイオン化されたエアが搬送されることを特徴とする。

本発明によれば、第１放電部と第２放電部とで二段階のイオン化を行うので、イオン数を増加させることができ、さらに、第１放電針と第２放電針との間にコンデンサを設けたので、イオンの進行速度を高めることができる。したがって、本発明のイオン発生装置を除電装置に用いることによって、イオン搬送時のイオンの減少を抑制することができ、高い除電効率を得ることができる。

以下添付図面に従って本発明に係るイオン発生装置及びそれを用いた除電装置の好ましい実施形態について説明する。

図１は除電装置の構成を模式的に示している。同図に示す除電装置１０は、被除電物１２を除電する装置であり、本発明が適用されたイオン発生装置１４、１６を備える。イオン発生装置１４、１６の構成は後述するが、イオン発生装置１４によって正イオンが生成され、イオン発生装置１６によって負イオンが生成される。

イオン発生装置１４、１６にはそれぞれ、ダクト（搬送路に相当）１８、２０が接続され、このダクト１８、２０の先端にイオンバランス制御ユニット２２、２４が設けられる。イオンバランス制御ユニット２２、２４は被除電物１２の近傍に設けられており、このイオンバランス制御ユニット２２、２４によって正イオン数、負イオン数が調整される。具体的には、イオンバランス制御ユニット２２は、ダクト１８の先端が連結される管状帯電部と、この管状帯電部に負の電圧を印加する直流電源とを有し、負の電圧に印加された管状帯電部にエア中の正イオンが接触することによって消滅し、正イオン数が制御される。同様に、イオンバランス制御ユニット２４は、ダクト２０の先端が連結される管状帯電部と、この管状帯電部に正の電圧を印加する直流電源とを有し、正の電圧に印加された管状帯電部にエア中の負イオンが接触することによって消滅し、負イオン数が制御される。

イオンバランス制御ユニット２２、２４はミキシングユニット２６に接続される。ミキシングユニット２６の構成は特に限定するものではないが、イオンバランス制御ユニット２２、２４から送気されるイオン化エアを均一に混合するように構成される。ミキシングユニット２６の先端にはノズル２８が設けられ、このノズル２８から被除電物１２に向けてイオン化エアが噴射される。

被除電物１２の近傍には、被除電物１２の表面電位を計測するプローブ３０が設けられる。このプローブ３０は、演算装置３２内の表面電位計に接続されており、測定された表面電位の値に基づいて、被除電物１２の表面電位に適したイオンバランスが演算される。演算装置３２は、イオンバランス制御ユニット２２、２４に接続されており、演算した結果に基づいてイオンバランス制御ユニット２２、２４が制御される。これにより、被除電物１２の表面電位に適したイオンバランスのエアがノズル２８から噴射されるので、被除電物１２を確実に除電することができる。

なお、上述した実施形態は、被除電物１２が一個の例で説明したが、複数の被除電物１２を同時に除去するようにしてもよい。その場合、イオンバランス制御ユニット２２、２４とミキシングユニット２６とノズル２８とプローブ３０と演算装置３２とから成るユニットを被除電物１２ごとに設けることが好ましく、各ユニットに対してダクト１８、２０を分岐して接続するとよい。

また、被除電物１２は、連続走行する帯状物であってもよく、この場合にも上述したユニットを一カ所、あるいは複数箇所に設けて除電するとよい。

次に本発明の特徴部分であるイオン発生装置１４について説明する。なお、イオン発生装置１６は、イオン発生装置１４に対して、発生イオンが正と負の違いだけであり、その説明を省略する。

図２は、イオン発生装置１４の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、イオン発生装置１４は、筒状のケーシング（筒体に相当）３４を有しており、このケーシング３４の端部に前述したダクト１８が接続される。ケーシング３４としては、たとえばφ５０〜４００ｍｍ（好ましくはφ１００ｍｍ程度）のアルミフレキダクトが用いられる。

また、ケーシング３４の反対側の端部には、ファン３６が取り付けられており、このファン３６を駆動することによって、外部のエアがケーシング３４の内部を通ってダクト１８に送られる。ファン３６は、ケーシング３４内の風速が２〜５ｍ／ｓ（風量では０．９〜２．４ｍ^３）になるように設定される。この風速範囲の上限は、イオン発生装置１４の上流側に設置されるフィルタ（不図示）などの圧損によって決定され、下限は除電に必要なイオン量によって決定される。

ケーシング３４の内部には、第１放電部４０、第２放電部５０が設けられる。第１放電部４０、第２放電部５０は、ファン３６による送風方向に順に配置されており、且つ、所定の間隔（たとえば１０ｃｍ）を開けて配置されている。

第１放電部４０は、多数（たとえば８本）の第１放電針４２、４２…と、この第１放電針４２を支持する支持部材４４とで構成される。支持部材４４はリング状に形成されており、この支持部材４４がケーシング３４の内周面に取り付けられる。第１放電針４２は、線状（たとえば、直径１ｍｍ、長さ２ｃｍ）に形成され、支持部材４４の周方向に一定の角度間隔で取り付けられるとともに、ケーシング３４の中心軸と平行に配置され、且つ、その先端が送風方向の下流側になるように配置される。また、第１放電針４２は全て、接続端子４６に電気的に接続されている。なお、第１放電針４２と接続端子４６とを電気的に接続する方法は特に限定するものではなく、たとえば支持部材４４の内部に導線（不図示）を配設して接続したり、支持部材４４の表面に金属箔（不図示）を設けて接続したりする方法が考えられる。また、接続端子４６の位置や形状は特に限定するものではなく、図２の如くケーシング３４の外部に配設したり、ケーシング３４の内部に設けたりすることができる。

第２放電部５０は、第１放電部４０と同様に構成される。すなわち、第２放電部５０は、多数（たとえば８本）の第２放電針５２、５２…と、この第２放電針５２を支持する支持部材５４とで構成される。支持部材５４はリング状に形成されており、この支持部材５４がケーシング３４の内周面に取り付けられる。第２放電針５２は、線状（たとえば、直径１ｍｍ、長さ２ｃｍ）に形成され、支持部材５４の周方向に一定の角度間隔で取り付けられるとともに、第２放電針５２は、ケーシング３４の中心軸と平行に配置され、且つ、その先端が送風方向の下流側になるように配置される。また、第２放電針５２は全て、接続端子５６に電気的に接続されている。なお、第２放電針５２と接続端子５６とを電気的に接続する方法は特に限定するものではなく、たとえば支持部材５４の内部に導線（不図示）を配設して接続したり、支持部材５４の表面に金属箔（不図示）を設けて接続したりする方法が考えられる。また、接続端子５６の位置や形状は特に限定するものではなく、図２の如くケーシング３４の外部に配設したり、ケーシング３４の内部に設けたりすることができる。

上述した第１放電部４０の接続端子４６には、直流高圧電源４８が接続されている。また、接続端子４６と接続端子５６は、コンデンサ５８を介して電気的に接続される。さらに、接続端子５６は、コンデンサ６０を介してアース接続される。したがって、直流高圧電源４８によって第１放電針４２、第２放電針５２に高圧電圧を印加すると、コロナ放電によって第１放電針４２、第２放電針５２から正イオンが発生される。さらに、第１放電部４０と第２放電部５０との間にコンデンサ５８が設けられているので、第１放電針４２、第２放電針５２の間に電位差が生じ、この電位差によって第１放電部４０と第２放電部５０との間に電界が発生し、この電界によってイオンが送風方向の力を受けて加速される。なお、直流高圧電源４８による放電電圧の印加は、第２放電針５２で確実に放電が行われ、且つ、その第２放電針５２と第１放電部４２との間で十分な電位差が発生するように設定される。たとえば、第２放電針５２が１０ｋＶ、第１放電針４２が１５ｋＶになるように設定される。このように第２放電針５２を１０ｋＶ以上にすることによって放電が確実に行われる。また、第１放電針４２と第２放電針５２との電位差を５ｋＶ以上に設定することによって、イオンを加速させるのに十分な電位差を発生させることができる。

次に上記の如く構成された本実施の形態の作用について説明する。

図１のイオン発生装置１４、１６で発生させたイオンは、ダクト１８、２０を介して搬送され、イオンバランス制御ユニット２２、２４によってイオン数が調節された後、ノズル２８から噴射され、被除電物１２の除電が行われる。

その際、ダクト１８、２０内のイオンは、互いの反発力によって外側に拡散し、ダクト１８、２０の壁面に接触して消滅するため、ダクト１８、２０の出口部では入口部よりもイオン数が大幅に減少する。したがって、ダクト１８、２０が長くなるほど、イオンの搬送力が低下し、除電性能が低下するという問題がある。

そこで、本実施の形態では、イオン発生装置１４、１６の内部に第１放電部４０と第２放電部５０を設け、エアを二段階でイオン化させている。したがって、第１放電部４０でのイオン濃度（たとえば３×１０^８個／ｃｍ^３）よりも、第２放電部５０でのイオン濃度（たとえば６×１０^８個／ｃｍ^３）が高くなり、ダクト１８、２０の入口部でのイオン濃度を増加させることができる。

また、本実施の形態では、第１放電針４２と第２放電針５２との間にコンデンサ５８を設けて、第１放電針４２と第２放電針５２との間に電位差を生じさせたので、電圧の高い第１放電針４２と電圧の低い第２放電針５２との間には電界が生じ、イオンは第１放電部４０から第２放電部５０へ進行する方向に力を受ける。これにより、イオンは加速して速度の大きい状態でダクト１８、２０に進入する。

したがって、本実施の形態によれば、イオンを高い濃度で且つ大きい速度でダクト１８、２０に進入させることができるので、ダクト１８、２０内での減少率を低下させることができ、除電装置１０の除電性能を向上させることができる。または、ダクト１８、２０を長くした場合にも従来と同様の除電性能を得ることができる。

図３は、第２の実施形態のイオン発生装置１４を示す断面図であり、図４は第１放電部４０の正面図である。

これらの図に示す第２の実施形態は、図２に示した第１の実施形態と比較して、第１放電部４０、第２放電部５０の構成が異なっている。すなわち、第２の実施形態の第１放電部４０は、図４に示すように第１放電針４２、４２…が径方向に配置されるとともに、その先端がケーシング３４の中心を向いて配置されている。また、第１放電針４２、４２…は、リング状の支持部材４４に取り付けられ、且つ、支持部材４４の表面に設けた銅箔（不図示）を介して接続端子４６に接続されている。

第２の実施形態の第２放電部５０も第１放電部４０と同様に構成され、第２放電針５２、５２…が径方向に配置され、且つ、その先端がケーシング３４の中心を向いて配置され、さらに第２放電針５２、５２…が支持部材５４の表面上の銅箔（不図示）を介して接続端子５６に接続される。

上述した第１放電部４０と第２放電部５０は、ケーシング３４の軸方向に薄型化することができ、たとえば２ｍｍまで薄型化することができる。また、第１放電部４０と第２放電部５０との間隔は狭めることができ、たとえば５ｃｍまで狭めることができる。

なお、第２の実施形態において、イオン発生装置１６（図１参照）は、イオン発生装置１４と同様に構成される。

上記の如く構成された第２の実施形態は、第１放電針４２と第２放電針５２が径方向に配置されているので、第１放電部４０と第２放電部５０をケーシング３４の軸方向に小型化（薄型化）することができ、イオン発生装置１４、１６を小型化することができる。

また、第２の実施形態によれば、第１放電部４０と第２放電部５０との間隔を狭めたので、電界によるイオン加速の効果が大きくなるとともに、第１放電部４０で発生したイオンが第２放電部５０に到達する量が多くなる。さらに、第２の実施形態によれば、第１放電針４２の先端と第２放電針５２の先端をケーシング３４の中心に向けて配置したので、ケーシング３４の中心部分でのイオン濃度を高めることができる。よって、ダクト１８、２０の内部で壁面に衝突して消滅するイオン数を減らすことができ、除電装置１０の除電効率を向上させることができる。または、ダクト１８、２０を所定長さ（たとえば１０％程度）長くした場合にも従来と同様の除電性能を得ることができる。

図５は第３の実施形態のイオン発生装置の第１放電部を示す正面図である。

図５に示す第３の実施形態は、図４に示した第２の実施形態と比較して、第１放電部４０と第２放電部５０の構成が異なる。すなわち、図５に示す第３の実施形態の第１放電部４０は、支持部材４４の中央の開口部が、図４に示した支持部材４４の中央の開口部よりも小さく形成され、たとえばケーシング３４の径がφ５ｃｍの場合に、開口部がφ４ｃｍで形成される。このように開口部を小さく形成することによって、支持部材４４が絞りとして作用する。なお、放電針４２の先端は、支持部材４４に対して１ｃｍ以上の突出量を確保することが好ましい。

第３の実施形態の第２放電部５０（図３参照）も、上述した第１放電部４０と同様に構成され、支持部材５４の中央の開口部が小さく形成され、絞りとして作用する。

上記の如く構成された第３実施形態によれば、第１放電部４０の支持部材４４、第２放電部５０の支持部材５４が絞りとして作用するので、第１放電部４０、第２放電部５０の後段のエリアでは、中心部の風速が外周部分の風速よりも大きくなり、中心方向の揚力が発生する。これにより、ダクト１８、２０内でイオンが外側方向に拡散することを防止できるので、イオンがダクト１８、２０の側壁に接触して消滅することを抑制できる。よって、除電装置１０の除電効率を向上させることができる。または、ダクト１８、２０を所定長さ（たとえば１０％程度）長くした場合にも従来と同様の除電性能を得ることができる。

なお、上述した第３の実施形態は、支持部材４４、５４の形状によって絞り機能を設けたが、これに限定するものではなく、たとえば図３、図４に示した第１放電部４０と第２放電部５０との間に別部材から成る絞り部材を設けたり、ケーシング３４を変形させて絞ったりしてもよい。

また、上述した第３の実施形態では、第１放電針４２と第２放電針５２を径方向に配置したが、第１の実施形態と同様に軸方向に配置してもよい。

なお、上述した第１〜第３の実施形態は、放電部を二段階に設けた例であるが、三段以上の放電部を設けてもよい。この場合にも、ケーシング３４の軸方向に所定の間隔をあけて設けるとよい。

図６は第４の実施形態のイオン発生装置を示す断面図である。同図に示す第４の実施形態は、図３に示した第２の実施形態と比較して、接続端子４６と接続端子５６とが直接接続された点で異なっており、その他の構成（たとえば第１放電針４２、第２放電針５２が径方向に配置され、且つ、その先端が中心に向けて配置されたこと等）は第２の実施形態と同様に構成される。

上記の如く構成された第４の実施形態の場合にも、第１放電部４０と第２放電部５０との距離を狭めることができるので、電界の影響が強くなり、イオンの速度を高めて除電性能を大幅に向上させることができる。

本実施の形態の除電装置の構成を模式的に示す図 第１の実施形態のイオン発生装置を示す断面図 第２の実施形態のイオン発生装置を示す断面図 図３の第１放電部を示す正面図 第３の実施形態の第１放電部を示す正面図 第４の実施形態のイオン発生装置を示す断面図

符号の説明

１０…除電装置、１２……被除電物、１４、１６…イオン発生装置、１８、２０…ダクト、２２、２４…イオンバランス制御ユニット、２６…ミキシングユニット、２８…ノズル、３０…プローブ、３２…演算装置、３４…ケーシング、３６…ファン、４０…第１放電部、４２…第１放電針、４４…支持部材、５０…第２放電部、５２…第２放電針、５４…支持部材

Claims (5)

1. 筒体と、
   該筒体の一方端に設けられ、他方端に向けて送風を行うファンと、
   前記筒体の内部に設けられ、第１放電針を有する第１放電部と、
   前記筒体の内部に設けられ、前記ファンによる送風方向に対して前記第１放電部の下流側に配置され、第２放電針を有する第２放電部と、
   前記第１放電針が接続される高圧電源と、
   前記第１放電針と前記第２放電針との間に接続されるコンデンサと、
   を備えたことを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記第１放電針、前記第２放電針は、前記筒体の軸方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記第１放電針、前記第２放電針は、前記筒体の径方向に配置され、且つ、その先端が中心に向けて配置されることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
4. 前記第１放電部及び／又は第２放電部は、前記筒体の内部を絞るリング状の絞り部を有し、該絞り部に前記第１放電針及び／又は前記第２放電針が取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のイオン発生装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１のイオン発生装置を備えた除電装置であって、
   前記筒体の他方端に搬送路が接続され、該搬送路を介して前記イオン化装置でイオン化されたエアが搬送されることを特徴とする除電装置。

Images