KR100206666B1 - 청정공간에 존재하는 하전된 물체로 부터 정전기를 제거하는 장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

청정공간에 존재하는 하전된 물체로부터 정전기를 제거하는 장치

제1도는 본 발명에 의한 장치에 사용되는 한가지 예의 공기 이오나이저의 개략 투시도.

제2도는 제1도의 이오나이저에 사용되는 한가지 예의 이미터의 단면도.

제3도는 제1도의 이오나이저에 사용된 한쌍의 이미터 및 대극(對極)의 확대 측면도.

제4도는 제1도의 이오나이저에 사용되는 또 다른 예의 이미터의 단면도.

제5도는 제1도의 이오나이저에 사용되는 다른 예의 이미터의 단면도.

제6도는 제1도의 이오나이저에 사용되는 루우프 모양의 대극의 일부를 나타낸 투시도.

제7도는 제1도의 이오나이저에 사용된 이미터 및 상응한 대극의 상대적인 위치의 한가지 예를 나타낸 측면도.

제8도는 제1도의 이오나이저에 사용된 이미터 및 상응한 대극의 상대적인 위치의 또 다른 예를 나타낸 측면도.

제9도는 제1도의 이오나이저에 사용되는 전압제어장치와 그 전압조절부의 회로의 한가지 예를 나타낸 도면.

제10도는 본 발명에서 사용된 시험장치.

제11도는 제시된 조건하에서 제10도의 시험에서 얻은 대극에 인가된 DC 전압에 대하여 이온밀도 측정기로 측정한 양이온 및 음이온의 밀도를 플로트한 그래프.

제12도는 이미터에 인가된 AC에 대한 DC 바이어스 전압의 인가를 포함하는 제시된 조건하에 제10도의 시험에서 얻은 대극에 인가된 DC 전압에 대하여 이온밀도 측정기로 측정한 양이온 및 음이온의 밀도를 플로트한 그래프.

제13도는 본 발명에 의한 장치에 사용되는 또 다른 예의 공기 이오나이저의 개략 투시도.

제14도는 본 발명에 의한 장치에 인가된 AC 및 DC의 파형도.

제15도는 마이너스 DC 전압을 대극에 인가하는 경우에 있어서 이미터가 (+)위상에 있는 시간에서의 진장의 상태를 나타낸 설명도.

제16도는 마이너스 DC 전압을 대극에 인가하는 경우에 있어서 이미터가 (-)위상에 있는 시간에서의 진장의 상태를 나타낸 설명도.

제17도는 종래의 펄스방식의 DC형 이오나이저의 개략도.

제18도는 제17도의 이오나이저에 인가된 전압의 파형도.

제19도는 종래의 DC형 이오나이저의 개략도.

제20도는 종래의 AC형 이오나이저의 개략도.

제21도는 종래의 펄스방식의 DC형 이오나이저를 사용할 경우 시간에 따른 하전된 물체의 표면전위의 변화의 한가지 예를 예시한 도면.

제22도는 종래의 AC형 이오나이저에서 발생된 양이온 밀도와 음이온 밀도를 예시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 이미터 3 : 대극(對極)

4 : 방전쌍 12 : 막대

14 : 튜우브 17 : 금속막대

18 : 유리관 21 : 방전단

22 : 수지피복판 102 : 그리드

본 발명은 청정공간에 존재하는 하전된 물체로부터 정전기를 제거하는 장치에 관한 것이다.

청정실에서 반도체 소자를 제조함에 있어서 정전기화 현상에 의해 일어나는 여러 가지 어려움에 주의를 기울이고 있다. 이러한 어려움중에는 반도체 장치의 파손 및 성능저하, 미세입자 흡착에 의한 제품의 표면오염 및 청정실내에 있는 각종 전자기기의 오동작(fault function) 등이 있다.

반도체 장치에 있어서 반도체 소자의 고집적화, 고속연산 및 에너지 절감이 촉진됨에 따라 산화물 절연피막의 두께는 점차 얇아지게 되고 각 소자의 회로와 금속전극은 극소화하고 있기 때문에 정전기에 의한 방전(static discharge)에 의하여 각 소자에서 구멍이 생기거나 각 소자의 금속부품이 용융 또는 증발되는 현상이 자주 발생하여 결과적으로 생산된 반도체 장치가 파손되고 성능이 저하된다. 예를 들자면 어떤 MOS-FET와 GaAs은 100∼200볼트 정도의 낮은 전압에 견디지 못하므로 이 반도체 재료로 된 각 소자의 표면전압을 약 20볼트 이하로 유지해야 할 필요가 흔히 있게 된다.

반도체 소자가 완전히 파손되면 출하검사시에 체크된다. 그러나 각 소자의 성능저하를 발견하기는 극히 어렵다. 따라서 정전기에 의한 장해를 줄이자면 반도체가 정전기와 접하게 되는 기회를 될 수 있는 한 줄여야 하는 것인데, 즉 반도체 소자 및 이들 소자가 결합된 기판에 하전된 물체가 접근하지 못하도록 될 수 있는 한 멀리 떨어져 있게 하고 하전된 물체 전부를 탈정전기화해야 한다. 그러나 종래의 방법에서는 이러한 조치를 완전하게 할 수는 없었다. 반도체 장치 제조시에 개재되는 각종 부품에 대한 표면전위 측정시의 예에서 나타난 경우를 보면 표면전위는 웨이퍼(wafer)의 경우 5kV이었고, 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)의 경우 35kV, 아크릴 커버 8kV, 테이블 표면 10kV, 보관용 캐비넷 30kV, 작업복 10kV 및 석영 팔렛(quartz palette) 1.5kV라는 보고가 있었다.

다른 한편으로 최근의 청정실의 경우를 보면 공급된 청정공기중에 입자크기가 0.03㎛ 이상인 입자를 전혀 함유하지 않는 초청정도를 실현할 수 있게 되었다. 그러나 청정실내에 있는 작업자, 로보트 및 각종 제조장치에서 미세한 입자가 불가피하게 발생하고 있다. 이러한 내부적으로 발생한 입자들의 크기는 0.1㎛∼수십㎛이고, 1㎛ 정도로 작은 최소 선폭(line distance)을 가진 최근의 LSI 및 VLSI의 웨이퍼에 이들 입자가 부착되면 불량품이 생산되어 생산성이 저하된다.

최근 확립된 사실은 웨이퍼에 미세입자가 부착하는 것은 정전기력에 주로 기인한 것이고 웨이퍼에 인접하여 이동하는 공기의 특수한 유동패턴과는 실질적으로 무관하다는 것이다. 따라서 미세입자들의 부착으로 인한 제품의 표면오염을 방지하자면 청정실의 청정도 향상 기술 및 필터의 성능 향상 기술과는 직접 관련이 없는 정전기 제거기술을 개발하는 길 뿐이다.

더욱이 전자기기가 청정실내에 있을 경우, 예컨대 하전된 인체와 프린터의 종이같은 하전된 물체의 방전에 의해 생긴 방전 전류는 정적소음(static noise)으로 되어 버려 결과적으로 전자기기의 오동작을 일으키는 경우도 있다. 이러한 오동작을 피하도록 하자면 청정실내에 있는 하전된 물체로부터 정전기를 제거해야 할 필요가 있는 것이다.

위에 나온 바와 같은 청정실내에서의 정전기와 대전(帶電) 현상으로 인한 여러 가지 난점을 해결하자면 청정실내에 있는 하전된 물체로부터 정전기를 제거하는, 즉 탈정전기화하는 것이 효과적이다. 하전된 물체가 전기 전도성인 경우에는 물체를 접지시켜 정전기를 신속하게 제거해 주는 것만으로 탈정전기화할 수 있다. 그러나, 청정실내에 있는 하전된 모든 물체를 접지한다는 것은 실질적으로 불가능하고, 하전된 물체가 절연체인 경우에는 접지시켜 주는 것으로도 탈정전기화할 수 없다. 웨이퍼의 경우에 있어서 이들 자체는 전도성이라 하더라도 절연물인 카세트 케이스나 팔레트에 넣어 수송하고 취급한다. 따라서 접지시켜 웨이퍼를 탈정전기화 하기가 어렵다. 이러한 이유들로 해서 이온(ion) 발생기, 즉 이오나이저(ionizer)를 이용하여 각 시스템을 탈정전기화하는 방법이 제안되고 있다.

그 원리는 다음과 같다. 청정실에서 필터를 통과시켜 청정처리한 공기는 거의 한쪽 방향으로 이동하고 있다. 코로나 방전에 의하여 공기를 이온화하는 이오나이저(이온 발생기)를 청정공기 이동방향의 위쪽(보통 필터의 공기 배출 표면에 인접한쪽)에 배치하여, 여기서 이온화된 공기의 흐름을 하전된 물체와 접하도록 함으로써 하전된 물체의 정전기를 중화하도록 하는 것이다. 즉, 물체표면이 양으로 하전되어 있으면 음으로 이온화된 공기에 의해 중화하고, 음으로 하전되어 있으면 양으로 이온화된 공기에 의하여 중화하여 물체표면의 정전기를 제거하도록 하는 것이다.

코로나 방전에 의한 이오나이저로 공지된 것들로서는 펄스방식 DC형(pulsed DC type), DC형 및 AC형 등의 이오나이저가 있다. 이러한 공기 이오나이저에 있어서는 공기중에 배치한 전극(emitter) 근방에서 발생하는 전계강도가 공기의 절연파괴 전계강도보다 훨씬 크도록 이미터에 고전압(DA 또는 AC)을 인가함으로써 코로나 방전을 하게 하는 것이다. 공기형식의 공기 이오나이저에 대하여 다소 구체적으로 설명하기로 한다.

펄스방식 DC형

도 17에 있는 바와 같이 이런 유형의 이오나이저에 있어서는 일정한 간격(예컨대 수십 cm)을 두고 서로 마주보며 배치된 한쌍의 침모양의 이미터(텅스텐 전극)(100a,100b)에다, 예컨대 전압이 각각 +13kV∼+20kV 및 -13kV∼-20kV인 직류를 예컨대 1∼11초의 간격(펄스)으로 교대로 인가하여 이미터(100a,100b) 각각으로부터 양(+) 공기이온과 음(-) 공기이온을 교대로 발생시킨다. 이렇게 해서 발생시킨 공기이온을 공기흐름을 이용하여 하전된 물체(101)에 이동시켜 이 하전물체의 대전전하와 반대되는 극성의 이온으로 정전기 전하들을 중화시키는 구성이다. 펄스파형의 한가지 예는 도 18에 나와 있다.

DC형

도 19에 있는 바와 같이 이런 유형의 이오나이저에 있어서는 절연피복이 각각 되어 있고 다수의 침모양의 이미터(103a,103b)가 1∼2cm 간격으로 각각 매설되어 있는 한쌍의 전도성 막대(102a,102b)를 막대축을 평행하게 하여 일정간격으로 (예 : 수십 cm) 서로간에 마주보며 배치(對向配置)한다. 한쪽의 막대(102b)의 각 이미터(103b)에다 -12∼-30kV의 DC 전압을 인가하면서 막대(102a)의 이미터(103a)에다 +12∼+30kV의 DC 전압을 인가하여 공기를 이온화하는 구성이다.

AC형

이런 유형의 이오나이저에 있어서는 50/60Hz의 상용 주파수를 가진 AC 고전압을 침모양의 이미터에 인가한다. 도 20에 있는 바와 같이 다수의 이미터(104)를 2차원적 공간에 배열하여 절연피복이 된 전도성 막대(106)의 골격부위를 통해 고접압 AC원(105)에 접속한다. 각 이미터에 있어서 각 이미터(104)의 방전단(dischargeend)을 둘러싸도록 방전단으로부터 떨어져서 그리드(grid)(107)를 대극(對極 : opposite conductor)으로 하여 배치하고, 이 그리드(107)를 접지하는 구조의 것이 알려져 있다. 고전압 AC를 이미터(104)에 인가하면 각 이미터(104)와 접지 그리드(107) 사이에서 인가된 AC의 사이클에 따라 극성이 반전하는 전계가 형성되어 각 이미터(104)에서 양(+) 공기이온 및 음(-) 공기이온이 발생한다.

이런 모든 공지된 유형의 이오나이저는 청정실에서 하전된 물체를 탈정전기화할 때 사용하면 다음과 같은 여러 가지 문제를 발생하게 된다.

첫째, 이미터 자체가 청정실을 오염시킨다. 텅스텐은 가장 바람직한 이미터의 재료라고 하지만 텅스텐 이미터에 고전압을 인가하여 코로나 방전을 시키면 양(+)의 공기이온 발생시에 스퍼터링(sputtering) 현상에 의해 다량의 미립자(거의 대부분이 0,1㎛ 이하의 크기)가 이미터의 방전단으로부터 발생하여 청정공기의 이동에 따라 이동하여 청정실내를 오염시키게 된다. 더욱이 이미터의 방전단이 스퍼터링에 의하여 손상되기 때문에 이미터를 자주 교체해 주어야 한다.

둘째, 이오나이저를 청정실내에서 장시간 작동시킬 경우 SiO₂가 주성분인 백색 먼지분말이 이미터의 방전단에 눈에 띨 정도로 부착되고 축적된다. 이러한 백색 먼지분말이 생기는 원인은 공기를 청정하게 하기 위한 필터의 소재 때문이라고 생각되는 한편, 이미터의 방전단에 먼지분말이 부착되고 축적되면 이온발생량이 감소되고 먼지분산으로 인한 오염이 된다는 문제를 야기시킨다. 따라서 이미터를 자주 깨끗이 세정해 줘야 한다.

셋째, 청정실 천정에 구성된 다수의 이미터에 의해 청정실내의 오존의 농도를 증가시키게 된다. 오존농도가 증가한다고 해서 인체에 극히 유해한 것은 아니라 하더라도 오존은 반응성이 있으므로 반도체 제조에 있어서 바람직하지 못하다.

위에서 나온 보편적인 여러 가지 문제점 외에도 공지의 이오나이저는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

DC형 이오나이저에 있어서는 어떤 이미터[도 19의 막대(102a)에 있는 이미터(103a)]는 양(+)의 공기이온을 발생하는 한편 기타 이미터[도 19의 막대(102b)에 있는 이미터(103b)]는 음(-)의 공기이온을 발생하고 이들 이온이 공기이동에 따라 같이 이동하게 되므로 (+)쪽 또는 (-)쪽으로 치우친 공기이온이 하전된 물체에 도달하는 경우가 흔히 있다. 따라서 하전물체의 대전부하(static charge)의 극성과 동일한 극성을 가진 공기이온만이 공급될때가 흔히 있다. 이 경우에 있어서 하전물체는 탈정전기화되지 않는다. 이와는 반대로, 하전되어 있지 아니하거나 약간 하전된 물체는 동반된 공기이온에 의해 정전기화할 경우가 있는데, 이러한 현상은 각 전극간의 거리(도 21에 예시한 막대(102a)와 (102b) 사이의 거리)를 멀리했을 경우에 일어나기 쉽지만, 그 거리를 좁혀주면 스파크가 일어나는 문제가 생긴다.

펄스방식의 DC형 이오나이저의 경우에 있어서는 일정한 주기에서 공기이온의 극성을 반전시키므로 각 이온의 발생주기마다 음 및 양의 공기이온이 하전물체에 교대로 공급된다. 따라서 DC형 이오나이저의 경우처럼 하전물체에 음이온 또는 양이온이 계속해서 공급되는 조건을 피할 수 있다. 그러나, 이 주기가 너무 짧아지면 음이온과 양이온이 공기유동중에 서로 섞이어 이들이 하전물체에 도달하기 전에 결합하여 소멸해 버릴 기회는 많아진다. 이와는 반대로 주기가 너무 길어지면 이온이 소멸할 기회가 감소한다 하더라도 양이온과 음이온의 큰 괴(mass)가 하전물체에 교대로 도달하게 된다. 보고된 바에 의하면 [Blitshteyn et al. in Assessing The Effectiveness of Cleanroom Ionization Systema, Microcontamination, March 1985, Pages 46∼52, 76], 펄스방식의 DC형 이오나이저의 경우에 있어서는 하전된 표면의 전위는 도 21에서 처럼 (+)와 (-)를 교대로 반복하면서 감쇄한다고 한다. 이 보고서에 따르면 하전된 표면의 정전기는 소멸하지 않고 오히려 약 +500볼트 및 약 -500볼트의 대전전하가 교대로 하전물체에 나타난다고 한다. 최근의 초 LSI는 그 표면전위가 수십볼트라 하더라도 파손될 수 있기 때문에 이러한 500볼트나 되는 큰 표면전위는 제품의 수율을 저하시킬 수 있다.

AC형 이오나이저에서는 양이온과 음이온의 발생량이 크게 상이하다는 근본적인 문제가 있다. 흔히 겪게 되는 일로서는 음이온 발생량의 10배 이상이 되는 양으로 양이온이 발생되는 경우도 있다. M. Suzuki(鈴木政典) 등의 보고 [일어문헌 : Proceedings of The 6th. Annual Meeting For Study of Air Cleaning and Contamination Control, (1987) pages 269∼276 : 대응한 영어문헌 : 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, pages 405∼412]에서는 도 22에 있는 바와 같은 AC형 이오나이저에서 발생된 음이온과 양이온의 밀도를 측정한 예가 나와 있다.

도 22에서 알 수 있는 것처럼 음이온의 밀도는 양이온의 밀도보다 현저하게 적다. 도 22에 나와 있는 측정결과는 수평으로 배설된 HEPA 필터로부터 수직하방향으로 청정공기를 흐르도록 한 공간중에 설치된 AC형 이오나이저에 대한 것이다. 도 22에서 참조부호 d는 이미터 각각의 지점에서부터 측정점까지의 수직거리를 뜻하고, 참조부호 l은 이오나이저의 중앙지점을 통과하는 수직선으로부터 측정점까지의 수평거리를 뜻하며, BACKGROUND는 이오나이저가 OFF 상태에 있을 때 본래부터 기류중에 함유되어 있던 음이온 밀도와 양이온 밀도를 뜻한다. 양이온이 풍부한 공기를 공급하는 종래의 AC형 이오나이저에 있어서 하전된 표면은 탈정전기화하지 않고 오히려 수십 볼트 내지 약 +200 볼트의 전위에서 양(+)으로 하전된체로 잔존하게 되는 경우까지 있다.

따라서 본 발명의 목적은 청정공간, 특히 반도체 제조용 청정실에 있는 하전된 물체로부터 정전기를 제거함으로써 정전기화 현상에서 나타나는 여러 가지 난점을 극복할 수 있는 장치를 제공함에 있는 것이다.

특히 본 발명의 목적은 공지의 AC형 이오나이저에서 나타나는 이온 불균형의 문제와 공지의 이오나이저에 공통적인 위에 나온 여러 가지 문제점, 즉 이미터 스퍼터링에 의한 청정실 오염, 이미터에 대한 먼지분말 부착과 축적 및 오존발생 등의 문제점을 해결함으로써 반도체 제조환경에 있어서 정전기화 현상을 효과적으로 방지함에 있다.

본 발명의 목적은 본 발명에 따라 청정공간에 있는 하전된 물체로부터 정전기를 제거하는 장치에 의해 달성되는데, 이 장치는 AC 고전압을 침모양의 이미터(放電極)에 인가하여 코로나 방전을 시켜 공기를 이온화하는 침모양의 다수의 이미터를 가진 AC 이오나이저를 필터를 통과한 청정공기 흐름중에 설치하고, 이 AC 이오나이저에 의해 이온화된 공기흐름을 정전기를 띤 물체에다 공급하여 이 대전물체의 정전기를 중화하도록 한 것으로서, ㉮ 침모양의 이미터(방전극) 각각의 방전단이 유전성 세라믹 재료로 코우팅되어 있고, ㉯ 그리드(grid) 모양 또는 루우프 모양의 도체로 된 대극(對極)으로부터 일정한 간격을 두고 이 이미터 각각에 방전단이 배치됨으로써 한 개의 방전쌍(discharge pair)이 형성되며, ㉰ 다수의 방전쌍이 청정공기의 흐름에 대하여 횡방향으로 2차원적인 공간내에 배치되고, ㉱ 이와 같이 배치된 다수의 방전쌍의 대극 각각이 DC 전압원에 접속되며, ㉲ 이 DC 전압원으로부터 출력하는 DC 전압의 크기를 조절하는 수단이 구성됨을 특징으로 하는 청정공간내의 하전물체의 정전기 제거장치를 요지로 한다.

본 발명인들이 확인한 바로서는 침모양의 이미터(방전극)의 방전단을 유전성 세라믹 재료로 된 박막으로 코우팅함으로써 여기에 AC 고전압을 인가하여 코로나 방전을 시키면, 이미터의 공기 이온화 능력을 거의 저하시키지 않고서도 방전단에서 생기는 먼지분말의 발생을 극소화할 수 있고, 또한 세라믹 재료로 코우팅된 방전단을 가진 이미터를 청정실내에 사용할 경우에도 방전단에 먼지분말이 부착되지 않을 뿐만 아니라 청정실내에 오존발생을 극소화할 수 있다는 것이다.

본 발명에서 사용할 수 있는 적당한 유전성 세라믹 재료의 예로서는 석영, 알루미나, 알루미나-실리카 및 내열성 유리가 있다. 이들중 석영, 특히 투명 석영이 바람직하다. 이미터(방전극)의 방전단에 대한 세라믹 코우팅 두께는 2mm 이하가 적당하다. 투명 석영의 경우에 있어서 바람직한 두께는 0.05∼0.5mm이다. 세라믹 재료로 코우팅된 방전단을 가진 이미터에 DC 고전압을 인가하면 DC 고전압을 인가한 순간은 이미터의 방전단에서 발생된 전계에 의하여 공기가 (+) 이온 및 (-) 이온으로 이온화된다. 그러나 일정한 시간이 경과하면(예로서 0.3m/sec의 공기이동시에는 0.1초) 인가된 전압의 극성과 반대되는 극성을 가진 공기이온이 이미터를 둘러싸서 이미터의 방전단에서 전계강도를 약화시키게 되어 결과적으로 이온발생을 그 이상 더 계속되지 않는다. 따라서 AC 고전압을 인가할 필요가 있다.

또한, 본 발명인들이 확인한 바로서는 AC형 이오나이저와 관련된 음이온의 밀도와 양이온 밀도와의 사이에 큰 차이를 가지는 근본적인 문제점은 소정의 DC 전압을 대극에 인가함으로써 해결할 수 있다는 점이다. 이미터의 방전단을 공기 이동방향에 대하여 미리 설정된 거리만큼 상응한 그리드 모양 또는 루우프 모양의 대극 위쪽에 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 장치에 있어서 대극쪽에 인가되는 전압의 강도 또는 DC 전압의 강도를 적절히 선택해야 하는데, 이것과는 별도로 각 대극에 DC 전압을 인가하는 두가지 방식으로 양이온 밀도와 음이온 밀도가 균형 잡힌 이온화된 공기를 하전물체에 공급하도록 하고 있다.

첫 번째 방식은 일정한 강도로 조절된 DC 전압을 공통의 DC원으로부터 형상과 구조가 동일한 모든 방전쌍의 대극에 인가하는 방식이다. 이러한 첫 번째 방식에 의하여 이미터에 인가된 AC 전압의 주파수에 상응한 주기에 따라 각 방전쌍으로부터 (+) 공기이온과 (-) 공기이온을 동일한 밀도로 교대로 발생시킨다.

두 번째 방식은 어떤 방전쌍은 (+) 이온을 고밀도로 계속해서 발생하지만 (-) 이온을 실질적으로 발생하지 않는 반면, 다른 방전쌍은 (-) 이온을 고밀도로 계속해서 발생하지만 (+) 이온을 실질적으로 발생하지 않는 방식이다.

이러한 두 번째 방식에 있어서는 (+) 이온을 발생하는 방전쌍의 대극에 어떤 크기의 DC 전압을 인가하는 한편, (-) 이온을 발생하는 방전쌍의 대극에 대해서는 상이한 크기의 DC 전압을 인가하는 것이며, (+) 이온을 발생하는 방전쌍과 (-) 이온을 발생하는 방전쌍을 청정공기 이동방향에 대하여 횡방향으로 적절한 분포로 2차원적 공간내에서 배치함으로써 (+) 이온밀도와 (-) 이온밀도가 균형잡힌 이온화된 공기를 공기 이동방향의 아래쪽에 있는 하전물제체 공급할 수가 있다.

더욱이 본 발명인들이 더 확인한 바로는 이 대극에 대해 DC 전압을 인가하는 외에도 침모양의 이미터(방전극)쪽에 인가하는 AC 전압에 대해서는 (+)쪽 또는 (-)쪽으로 치우친 직류성분을 가진 바이어스 전압을 적당히 인가하면 방전쌍으로부터 한층 높은 밀도의 (+) 이온과 (-) 이온을 발생시킬 수도 있다는 것이다.

따라서 본 발명에서는 다수의 침모양의 이미터(방전극)에 AC 고전압을 인가하여 코로나 방전을 시키는 AC 이오나이저(교류식 이온 발생기)를 필터를 통과한 청정공기의 흐름중에 설치하고, 이 이오나이저에 의해 이온화된 공기의 흐름을 정전기를 띤 물체에 공급하여 이 물체의 정전기를 증화하는 장치로서, 이 이오나이저에서의 침모양의 이미터(방전극) 각각의 방전단이 유전성의 세라믹 재료로 코우팅 되어 있고, 각 이미터의 방전단이 그리드 모양 또는 루우프 모양의 도체로 된 대극(對極)에 대하여 일정한 거리만큼 떨어져 공기중에 배치됨으로서 1개 방전쌍이 형성되고, 이 방전쌍이 상기한 청정공기 이동방향에 대하여 횡방향, 바람직하게는 직각방향으로 2차원적인 공간내에 다수 배치된 청정공간에 있는 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치에 있어서, (가) 다수의 방전쌍의 각 대극을 공통의 DC 전압원에 접속시키고, 이 DC 전압원으로부터 출력하는 DC 전압의 크기를 조절하는 수단을 구성하여 방전쌍에서 이온화되는 공기의 (+) 이온밀도와 (-) 이온밀도가 서로 균형잡히도록 직류전압으로 조정함을 특징으로 하는 청정공간내의 하전물체의 정전기를 제거하는 장치, 또는 (나) 방전쌍중의 어떤 대극은 제1DC 전압원에 접속되는 한편, 그 외의 대극은 제2DC 전압원에 접속되고, 제1 및 제2DC 전압원 모두가 이들로부터 출력하는 DC 전압의 크기를 독립하여 조절하는 수단이 구성되고, 제1DC 전압원에 접속되는 어떤 방전쌍은 양 또는 음의 극성으로 치우친 이온을 발생시키는 방전쌍에 구성되며, 제2DC 전압원에 접속되는 다른 방전쌍은 상기 방전쌍과는 반대극성을 가진 음 또는 양으로 치우친 이온을 발생시키는 방전쌍에 구성되는 것을 특징으로 하는 청정공간내의 하전물체의 정전기를 제거하는 장치, 또는 (다) 방전쌍의 대극 각각을 DC 전압원에 접속시키고, 이 DC 전압원으로부터 출력하는 DC 전압의 크기를 조절하는 수단이 구성되고, 방전쌍의 각 이미터(방전극)는 (+)쪽 또는 (-)쪽으로 치우친 바이어스 전압이 인가된 AC 고전압원에 접속되며, AC 고전압원으로부터 출력하는 전압의 크기와 바이어스 전압의 크기 및 극성을 조절하는 수단이 구성된 것을 특징으로 하는 청정공간내의 하전물체의 정전기를 제거하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명을 첨부된 도면을 따라 구체적으로 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 장치에 사용되는 이오나이저의 한가지 예가 개략적으로 도시되어 있다.

이 이오나이저는 다수의 방전쌍(4)으로 되어 있고 각 방전쌍은 침모양의 이미터(2)와 루우프 모양의 도전성 대극(3)으로 구성되어 있다. 방전쌍(4)은 화살표(1)로 나타낸 청정공기의 이동방향에 대하여 횡방향으로 2차원적 공간내에 다수 배치된다. 방전쌍(4)이 있는 위치의 위쪽에 HEPA 또는 ULPA 필터(도면에 없음)가 설치되어 있고, 이 필터에 의해 정화된 공기는 방전쌍(4)을 통과한다. 방전쌍(4)을 통과한 일방향성의 공기흐름은 하전물체쪽으로 향해 흐른다. 예시된 바와 같이 침모양의 이미터(2) 각각의 끝을 공기 이동방향에 대해 하류방향으로 향하게 하여 배치하고, 링모양의 대극(3) 각각을 공기 이동방향에 대해 횡방향으로 배치한다. 각 이미터(2)의 끝을 대극(3)의 링 중심을 관통하는 가상적인 수직선상에 거의 위치하게 한다.

이미터(2)는 모두가 이미터(2)에 인가되는 AC 전압을 제어하는 AC 전압 제어 장치(5)의 출력단자(7)와 절연피복된 공통의 도선(6)에 의하여 통해 있다. 대극(3)은 모두가 각 대극(3)에 인가되는 DC 전압을 제어하는 DC 전압 제어장치(9)의 출력단자(10)와 절연피복된 공통의 도선(8)에 의하여 통해 있다. 참조숫자(11)는 AC 전압 제어장치(5)와 DC 전압 제어장치(9)로부터 나오는 출력전압을 조절하는 전압조절부를 뜻한다.

도 2는 이미터(2)의 한가지 예를 예시한 단면도인데, 여기에 사용된 이미터의 특징은 그 방전단이 유전성 세라믹 재료로 코우팅되어 있다는 것이다.

도 2의 이미터에서는 한쪽 끝이 테이퍼(taper)된 침부분(13)을 가진 텅스텐 막대(12)를 세라믹 재료로 된 튜우브(14)내에 동심원상으로 수용하고 있다. 세라믹 튜우브(14)에도 밀봉되고 테이퍼된 끝부분(15)이 있다. 그 테이퍼된 침부분(13)의 끝이 세라믹 튜우브(14)의 테이퍼된 끝부분(15)의 내면과 접하게 함으로써 텅스텐 막대(12)의 테이퍼된 침부분(13)은 세라믹 튜우브(14)의 얇은 층으로 피복되어 텅스텐 막대(12)가 설치된다. 도 2에 예시한 바와 같이 텅스텐 막대(12)의 외경은 세라믹 튜우브(14)의 내경보다 약간 작고, 텅스텐 막대(12)의 테이퍼된 침부분(13)의 각도는 세라믹 튜우브(14)의 테이퍼된 끝부분(15)의 각도보다 예각으로 되어 있기 때문에 텅스텐 막대(12)의 테이퍼된 침부분(13)이 세라믹 튜우브(14)의 테이퍼된 끝부분(15)의 내면과 접하도록 텅스텐 막대(12)를 세라믹 튜우브(14)로 코우팅하면 텅스텐 막대(12)의 테이퍼된 침부분(13)의 끝 중심이 세라믹 튜우브(14)의 테이퍼된 끝부분(15)의 내면의 중심에 자연스럽게 정합하여 접하게 된다. 텅스텐 막대(12)의 다른 끝(16)을 금속도체(17)에다 접속시킨다. 이 접속은 텅스텐 막대(12)보다 큰 직경을 가진 금속막대(17) 끝속으로 동심원상으로 텅스텐 막대(12)의 끝(16)을 밀접하게 소정의 거리만큼 삽입하면 된다.

유리같은 절연재료로 된 튜우브(18)속에 금속막대(17)가 수용되고, 이 튜우브(18)에 대해 세라믹 튜우브(14)의 다른쪽 끝(19)도 밀봉부재(20)를 통해 접속되어 있다.

이렇게 하여 구성된 본 발명의 이미터(2)는 도 3에 있는 바와 같이 도 1에서 설명한 링모양의 대극(3)에 대해 세라믹 커버가 있는 이미터(2)의 방전단(21)이 소정의 거리를 두고 떨어져 이 방전단(21)이 링형상의 대극(3)의 가상적인 수직중심선 위에 거의 위치하도록 배치되는데, 이러한 위치고정은 충분한 강도를 가지며, 따라서 그 자체가 이러한 이미터 구조를 지지하는 프레임 부재로서 기능하는 절연피복도체(6)에 이미터(2)를 현수식으로 지지케 함으로써 달성된다.

절연피복도체(6)는 절연성 수지(22)(예 : 테플론 등과 같은 플루오르 수지)로 코우팅된 비교적 두꺼운 금속도체(17)로 되어 있어서 절연지지부재를 통하여 대극(3)을 지지하는 프레임 부재로서도 기능한다. 각 접속부재(23)를 통해 절연피복도체(6)에 대해 이미터(2)를 목적으로 하는 위치에 접속시킴으로써 공기유동을 방해함이 없이 공기이동경로에 이미터(2)를 배치할 수 있다.

여기에 사용된 이미터(2)의 방전단(21)은 유전성 세라믹 재료로 코우팅된 것이어야 한다. 이러한 유전성 세라믹 재료의 예로서는 석영, 알루미나, 알루미나-실리카 및 내열성 유리 등이 있다. 이들중에서 석영, 특히 투명 석영이 바람직하다.

텅스텐 막대(12)의 침부분(13)에 대한 세라믹 코우팅의 두께는 2mm 이하가 적절하고, 0.05∼0.5mm가 바람직하다. 세라믹 코우팅은 그 끝부분을 테이퍼식으로 해야 한다[도 2의 예리한 끝부분(15)].

그 침모양의 부분 이외의 텅스텐 막대(12) 부분, 즉 몸체부분은 방전단으로 작용하지 않으므로 세라믹 재료로 코우팅할 필요는 없다. 이러한 예는 도 4와 도 5에서 볼 수 있다. 도 4에는 테이퍼된 끝이 세라믹 튜우브(14)로 씌워져 있는 텅스텐 막대(12)가 나와 있다. 즉, 텅스텐 막대(12)의 침부분(13)은 세라믹 튜우브(14)의 테이퍼진 끝부분(15)으로 견고히 피복되어 있고 텅스텐 막대(12)의 몸체부분은 또 다른 절연재료(예 : 절연성 수지)(25)로 피복되어 있다. 접착제(예 : 예폭시 수지계 접착제)(26)로 세라믹 튜우브(14)를 텅스텐 막대(12)에다 고정시키고, 이 고정부분은 밀봉제(예 : 실리콘계 밀봉제)(27)가 텅스텐이 노출되지 않도록 피복되어 있다. 이와 같은 실시예에 있어서 텅스텐 막대(12)의 테이퍼진 침부분(13)의 외면과 세라믹 튜우브(14)의 테이퍼진 끝부분(15)의 내면 사이에는 공간이 존재하지 않는다.

도 5에는 텅스텐 막대(12)의 끝(28)과 세라믹 튜우브(14)의 테이퍼진 끝부분(15) 사이에 전도성 접착제(29)를 충전시킨 예가 나와 있다. 즉, 텅스텐 막대(12)의 끝(28)을 절연피막(25)으로부터 돌출시키고, 이 돌출부에 테이퍼진 끝부분(15)을 가진 세라믹 튜우브(14)를 간극을 두어 덮어 씌우고 이 간극을 전도성 접착제(29)로 충전한 것이다. 참조숫자(27)는 도 4에서 처럼 밀봉재이다.

여기서 사용되는 전도성 접착제(29)의 예로서는 에폭시 접착제에 은분말을 분산시킨 것과 접착제중에 흑연을 분산시킨 콜로이드상 분산물이 있다. 도 5에 예시된 바와 같이 텅스텐 막대(28)를 뾰족하게 하던지 둔하게 해도 된다.

도 6은 도 1의 루우프 모양의 도전성 대극(3)의 일부를 예시한 확대 투시도이다. 이 예에서 각각의 대극(3)은 금속링으로 되어 있으며, 이 링형상의 대극(3)이 이러한 절연피막을 입힌 도체(8)에 의해 필요한 수만큼 거의 동일면내에서 2차원적인 공간내에 소정의 간격을 두고 서로 접속되어 있다. 절연피막을 입힌 도체(8)는 링모양 대극(3) 각각을 공간내에서 지지할 수 있을 정도로 충분한 강도를 가진 것이 사용되므로 이 도체(8) 자체가 각 링모양의 대극(3)을 공간내의 소정의 위치에 배열하기 위한 프레임으로 작용한다. 링모양의 대극(3) 전부도 이 도체(8)를 통해 DC 전압 제어장치(9)의 OUT PUT(10)에 접속된다.

대극(3)은 완전한 원형의 것이 바람직하지만 타원형이나 다각형이어도 좋다. 또한 이들은 종래의 AC형 이오나이저에서 사용된 것과 같이 한 평면내에서 다수의 직선을 수직으로 교차시켜 구성한 그리드(grid) 형상이어도 된다. 어느 경우에서라도 대극(3)의 표면을 상기한 이미터와 같이 세라믹 재료로 코우팅하지 않고 금속표면을 노출시킨채로 사용한다.

도 7과 도 8은 방전쌍(4)을 구성하는 이미터(2) 및 상응한 대극(3)의 상대적인 위치관계를 예시한 것이다. 이들 두가지 실시예에 있어서 이미터(2)와 대극(3)을 화살표로 나타낸 공기(1)의 흐름에 따르는 방향으로 이미터(2)가, 그리고 이 흐름에 대해 횡방향으로 대극(3)이 배치되고, 또한 이미터(2)는 대극(3)의 중심을 통과하는 가상적인 축선을 따라 배치되지만, 도 7에 예시된 바와 같이 이미터(2)의 세라믹 재료로 코우팅된 방전단(21)이 대극(3)보다도 공기흐름의 상류쪽의 방향으로 거리(G)만큼 떨어진 위치에 설치된다.

이에 반하여 도 8에서는 이미터(2)의 세라믹 재료로 코우팅된 방전단(21)이 대극(3)보다도 공기흐름의 하류쪽의 방향으로 거리(G)만큼 떨어진 위치에 설치된다. 즉, 도 8의 예에서는 이미터(2)가 링형상의 대극(3)을 관통하고 있는데 대하여 도 7에서는 그러하지 못하다.

이후 설명되는 바와 같이 전압인가 조건에 따라 어떤 실시태양을 채택해야 할 것인가를 결정한다.

도 9는 도 1의 이오나이저에 사용되는 AC 전압 제어장치(5)와 그 전압 조절부(11)의 구성 회로도이다. 예시된 회로장치는 상용의 AC(100V AC)의 입력단자(31)와 이 입력단자(31)에 연결된 변압기(32) 및 변압기(32)의 2차측에 정류회로(33), 정전압 회로(34), 인버어터(inverter) 회로(35) 및 고전압 변압기(36)를 설치한 것이다. 변압기(32)로부터의 AC는 정류회로(33)에서 전파정류(全波整流)가 되어 DC로 된다. 정전압 회로(34)는 출력전압을 출력을 일정하게 하는 것이다. 사용된 상용 AC의 전압이 여러 가지 이유로 해서 변동했을 경우에는 이에 따라 정류회로(33)에서 얻어지는 전압도 변동하고, 이어서 고전압 변압기(36)에 가해지는 입력전압이 변하게 되며, 결과적으로 출력전압은 일정하게 유지되지 않는다. 따라서 정전압 회로(34)가 이동된다. 인버어터 회로(35)에는 발진회로가 결합되어 있어 정전압 회로(34)로부터 출력하는 정전압 DC를 초퍼(chopper)하여 네모파(square wave)로 한다. 이 네모파의 전압은 고전압 변압기(36)에 의해 승압되어 출력단자(7)로부터 각 이미터(2)에 출력된다(도 1 참조). 고전압 변압기(36)는 슬라이드식 가변 저항기[slide rheostat; 또는 슬라이드식 변압기(slidac)]가 결합되어 있는 절연된 변압기로 구성되어 있기 때문에 이미터(2)쪽으로 출력되는 AC 전압의 강도를 고전압 변압기(36)의 슬라이드식 가변 저항기를 작동시켜 마음대로 제어할 수 있다. 따라서 이러한 고전압 변압기(36)는 도 1의 전압 조절부(22)에 상응한 것이다. 그리고 도 9의 참조부호에서 (F)는 퓨우즈이고, (SW)는 전원 스위치이며, (Z₁) 및 (Z₂)는 스위치 온(switch-on)하는 순간에 잡음을 흡수하여 펄스성분의 공급을 감소시키기 위한 스파크 킬러(spark killer)이다.

도 1의 DC 전압 제어장치(9)는 상용 AC를 DC로 변환시키는 공지의 것인데, 100V의 상용 AC를 예컨대 -1kV∼+1kV의 범위내의 전압을 가진 DC로 전환시킬 수 있으면 족하다.

도 1의 장치에서는 AC 고전압이 동일한 AC 전압원으로부터 모든 이미터(2)에 인가되는 한편, DC 전압이 동일한 DC 전압원으로부터 모든 대극(3)에 인가되며, 방전쌍(4) 전부는 거의 동일한 형상과 구조를 하고 있다.

따라서 방전쌍(4)을 통하여 청정공기가 균일하게 흐를 경우에는 모든 방전쌍(4)은 동일한 거동을 나타내어 (+), (-) 동일한 밀도로 이온화된 공기를 생성한다. 즉 각 방전쌍(4)은 이미터(2)에 인가된 AC 전압의 주파수에 상응한 주기로 (+) 및 (-)로 극성이 변환된 공기이온을 교대로 발생시킨다. 이때, 대극(3)에 인가된 DC 전압을 적절하게 조절하면 거의 동일한 밀도로 (+) 이온과 (-) 이온을 발생시킬 수 있다.

도 1에 나온 장치의 조작에 관하여 시험예에 따라 구체적으로 설명하기로 한다. 도 10에는 이 시험에 사용된 장치가 나와 있다. 도 2에 있는 구조를 가진 석영으로 피복된 이미터(2) 한 개를 수직층류식 청정실내에서 0.3m/sec의 속도로 아래쪽으로 이동하는 청정공기의 흐름중에 그 축을 수직으로 하여 배치한다. 이미터(2)의 텅스텐 막대(12)의 직경은 1.5mm이고, 이미터(2)의 석영관(14)의 외경은 3.0mm이며, 내경은 2.0mm이다. 석영관(14)의 테이퍼상 끝부분(15)의 길이는 5mm이고 이미터(2)의 유리관(18)의 외경은 8mm, 그리고 내경은 6mm인데, 그 속에 직경 3mm의 금속도체(17)가 통해 있다. 이미터(2)는 수직으로 연장되는 유리관(18)과 수평으로 연장되는 수지 피복관(22) 속을 통해 AC 전압 제어장치(5)와 전기적으로 접속되어 있다. 스텐레스강으로 된 링형상의 대극(3)을 그 가상적인 수직 중심축선이 이미터(2)의 축과 일치하도록 하여 설치한다. 수지 피복관(22)으로부터 아크릴 바아(38)를 수직으로 늘어뜨리고, 이 아크릴 바아(38)에 대해 절연피복도선(39)을 지지시켜 줌으로써 대극(3)을 제자리에서 지지시킨다. 절연피복도선(39)과 접속된 도선(8)은 DC 전압 제어장치(9)와 접속된다. 대극(3)을 구성하는 스테인레스 링의 두께는 6mm이고 링의 직경은 80mm이다. 고전압 AC를 이미터(2)에 인가하는 한편 대극(3)에 DC 전압을 인가하여 코로나 방전을 시키고, 공기중의 양이온과 음이온의 밀도(단위 : ×10³이온/cc)를 공기이온 밀도 측정기(40)를 사용하여 이미터(2)의 방전단(21) 아래쪽의 1200mm되는 위치에서 측정한다. 이미터(2)에 인가된 AC 전압의 AC 성분 유효값을 V로 나타내고, 대극(3)에 인가된 DC 전압을 각각 V 및 V_e로 나타낸다.

도 11은 이미터(2)의 방전단(21)의 대극(3)에 대한 거리가 공기흐름의 상류쪽으로 37mm(도 7에서 G=+37mm) 떨어져 있고 이미터에 주파수 50Hz에서 V=13kV의 고전압 AC를 인가하여 코로나 방전을 시키는 시험조건하에서 대극(3)에 인가된 DC 전압(V_e)을 변화시켰을 때의 이온밀도 측정기(40)로 측정한 (+) 이온과 (-) 이온의 밀도를 나타낸 그래프이다.

도 11에 나온 결과는 대극에 DC 전압을 인가하지 않을 경우에 있어서는 (+) 이온의 밀도가 (-) 이온의 밀도보다 극히 커서 극단적으로 (+)쪽으로 치우친 이온화된 공기를 발생하는 반면, 대극에 (-) DC 전압을 인가하면 인가된 (-) DC 전압의 절대 크기가 증가함에 따라 (+) 이온의 밀도가 감소하는 한편 (-) 이온의 밀도가 증가한다는 극히 흥미로운 사실을 나타내고 있다. 그리고 채용된 시험조건하에서는 V_e가 약 -190V인 경우 (+) 이온밀도와 (-) 이온밀도가 약 48×10³개 이온/cc로 되어 균형을 취하게 된다. 따라서 이 시험에서와 동일한 조건을 도 1의 방전쌍 각각에 적용할 경우에는 V_e가 약 -190V인 DC 전압을 각 대극에 인가하면 거의 동일한 (+) 이온밀도와 (-) 이온밀도를 가진 이온화된 공기가 방전쌍 하류쪽에서 계속하여 흐르게 되며, 청정실내에 있어서 공기이동은 그다지 방해를 받지 않는다. 따라서 (+) 이온의 밀도와 (-) 이온의 밀도가 균형잡힌 이온화된 공기를 만들어 아래쪽까지 양호하게 도달시킬 수 있다.

도 12는 이미터에 인가되는 AC에 (+)쪽으로 치우친 DC 바이어스 전압(V_B)을 부가한 외에는 상기 시험과 동일한 조건하에서 도 10의 시험에서 얻은 대극에 인가된 DC 전압에 대하여 이온밀도 측정기로 측정한 (+) 이온과 (-) 이온의 밀도를 나타낸 그래프이다. AC에 부가된 DC 바이어스 전압의 크기와 극성을 변화시켰을 경우의 대표예로서 DC 바이어스 전압(V_B) +2.1kV을 부가했을 때의 데이터가 도 12에 나와 있다. 도 1의 장치에 있어서는 DC 변압기(41)를 AC 전압 제어장치(5)에 접속시켜 이러한 바이어스 전압을 AC에 부가할 수 있다. DC 바이어스 전압을 부가하여 나타나는 유익한 결과는 도 12의 결과로부터 명백해진다. 즉, 도 12에서 처럼 2.1kV의 (+)쪽의 바이어스 전압을 부가했을 경우에는 도 11에서 처럼 바이어스 전압을 전혀 부가하지 아니할 경우(V_B=0kV)와 비교하면 (-) 이온의 밀도는 전반적으로 커진다. 예를 들자면 도 12의 경우에 있어서 대극에의 직류전압 V_e가 0V인 경우라도 (+) 이온의 밀도와 (-) 이온의 밀도의 차이는 훨씬 작아지며, 불과 -63V의 V_e를 대극에 인가하는 것만으로써 (+) 이온과 (-) 이온의 밀도는 약 63×10³ions/cc로서 균형을 취하게 되는데, 이 밀도값은 도 11의 경우에서의 약 48×10³ions/cc 보다 높다. 따라서 도 1의 장치에서 AC 전압 제어장치(5)에다 DC 변압기(41)를 부가해주어 각 이미터(2)에 인가되는 AC의 고전압에 (+) 또는 (-)로 치우친 DC 바이어스 전압을 부가하도록 하는 것이 바람직하다.

도 13은 본 발명의 장치에 사용되는 공기 이오나이저의 또 다른 예의 개략적인 투시도이다. 이 경우에 있어서 어떤 크기의 DC 전압을 몇 개의 방전쌍의 대극에 인가하는 한편, 이것과는 상이한 크기의 DC 전압을 다른 방전쌍의 대극에 인가함으로써 어떤 방전쌍에서는 고밀도의 (+) 이온을 계속해서 발생하도록 하고 다른 방전쌍에서는 고밀도의 (-) 이온을 계속해서 발생하도록 한 것이다. 즉, 도시된 예에 있어서 DC 전압 제어장치(9a,9b)의 각각의 OUT PUT(10a,10b)으로부터 상이한 전압의 DC 전류를 출력할 수 있다. OUT PUT(10a)에는 절연피복도선(8a)을 통해 어떤 대극(3a)을 접속하는 반면, 절연피복도선(8b)을 통해 OUT PUT(10b)에는 다른 대극(3b)을 접속한다. 더욱 상세하게는 각각이 이미터(2)와 대극(3)으로 구성된 방전쌍(4) 6개를 거의 동일한 간격으로 일렬로 배치하고 이렇게 해서 된 열을 동일 평면내에서 평행하게 4열로 배치한다. 그리고 도면의 최상부의 첫째열에 있는 대극(3a)과 도면의 위로부터 셋째열에 있는 대극(3a)을 공통의 절연피복도선(8a)에 의해 DC 전압 제어장치(9a)의 OUT PUT(10a)와 통하게 하는 한편, 도면의 위로부터 두 번째 열에 있는 대극(3b)과 도면의 네 번째 열에 있는 대극(3b)을 공통의 절연도선(8b)에 의해 DC 전압 제어장치(9b)의 OUT PUT(10b)과 통하게 한다. 이 배치에 있어서 (-)쪽으로 치우진 DC 전압을 OUT PUT(10a)로부터 출력시키는 한편 OUT PUT(10b)로부터는 이보다 (+)쪽으로 치우친 DC 전압을 출력시키면 각 대극(3a)으로부터 (-) 이온이 풍부한 공기가 계속하여 발생되는 한편, 각 대극(3b)으로부터는 (+) 이온이 풍부한 공기가 계속해서 발생된다.

예를 들자면 각 방전쌍이 도 11의 시험에 사용된 것과 동일한 구조를 하고 있고 50Hz의 주파수에서 13kV의 V를 가진 AC 전압을 각 이미터에 인가할 경우에 있어서, 도 11의 (+), (-) 이온밀도의 거동으로부터 OUT PUT(10a)로부터 예컨대 -300V 이상의 (-)쪽으로 치우친 DC 전압을 출력시킴으로써 각 대극(3a)으로부터 (-) 이온밀도가 높고 (+) 이온밀도가 낮은 이온화된 공기를 발생하도록 할 수 있고, 한편, OUT PUT(10b)로부터는 예컨대 0V보다 (+)쪽으로 치우친 DC 전압을 출력시킴으로서 각 대극(3b)이 (-) 이온이 실질적으로 없고 (+) 이온밀도가 높은 이온화된 공기를 발생하도록 할 수 있다. 마찬가지로 도 12의 시험과 같이 도 12의 조건에서 이미터(2)에 인가된 AC에다 2.1kV의 바이어스 DC 전압을 부가할 경우에는, OUT PUT(10a)로부터 예컨대 -400V의 DC 전압을 출력시키고 OUT PUT(10b)로부터는 예컨대 +200V의 DC 전압을 출력시키면 각 대극(3a)으로부터는 (-) 이온밀도가 높은 공기가, 그리고 각 대극(3b)으로부터는 (+) 이온밀도가 높은 공기를 계속해서 안정하게 발생시킬 수 있다. 따라서 (-) 이온밀도가 높은 공기를 발생하는 대극(3a) 및 (+) 이온밀도가 높은 공기를 발생하는 대극(3b)을 공기 이동방향에 대하여 횡방향으로 2차원적 공간내에서 적절히 다수 배열하여 주면, 예를 들자면 도 13에서와 같이 대극(3a)의 열과 대극(3b)의 열을 교대로 배치하거나, 또는 각각의 대극(3a)과 (3b)를 교대로 또는 지그재그로 배치하거나, 또는 대극(3a)의 소수의 무리와 대극(3b)의 소수의 무리로 한 것을 교대로 배치함으로써 이오나이저의 아래쪽에 있는 하전물체에다 (+) 이온과 (-) 이온을 균형있게 공급할 수 있다.

도 14 내지 도 16은 대극에 인가된 DC 전압을 효과를 설명하는 것이다. AC형 이오나이저는 V_e가 0인 경우에 있어서 불가피하게 (-) 이온보다는 (+) 이온을 많이 발생한다. 그러나 도 14에서 처럼 코로나 방전에 충분한 AC 성분 유효값이 이미터에 인가된 상태에서 본 발명에 따라 (-) V_e를 대극에 인가하면 이미터(2)의 위상이 (+)인 경우나(도 15), 위상이 (-)인 경우(도 16)의 어느 경우에서도 대극(3) 공기 흐름의 하류쪽[이미터(2)와는 반대쪽]에 대극(3)쪽을 향하는 전계(화살표로 나타낸 것임)가 생긴다

즉, 대극(3)을 통과한 음이온은 이 전계에 의하여 이미터의 극성과는 관계없이 끊임없이 아래쪽으로 이동시키도록 하는 쿨롱의 힘(Coulomb force)이 작용하게 되므로 아래쪽에 있는 하전된 물체에 도달하는 (-) 이온의 밀도가 증가하게 된다. 이런 이유가 타당하다면 이미터(2)에 대한 대극(3)의 배치는 도 7에서 처럼 이미터(2)의 방전단(21)이 대극(3)보다도 공기흐름의 상류쪽에 위치하는 것이 바람직하고, 도 8에서 처럼 이미터(2)의 방전단(21)이 대극(3) 보다도 공기흐름의 하류쪽에 위치하게 하면 (-) 이온밀도를 증가시키는 효과는 감소하게 된다. 본 발명인들이 실험에 의해 확인한 바로는 특정의 바이어스 전압을 부가한 AC 고전압을 이미터쪽에 인가하여 이온화된 공기를 얻을 경우에는 도 8에서와 같은 방전쌍의 구조가 바람직하다 하더라도, 본 발명의 장치의 특징인 대극(3)에 직류전압을 인가하는 상태에서 이온화된 공기를 얻을 경우에는 도 7처럼 일반적으로 이미터(2)의 방전단(21)을 대극(3) 보다도 공기흐름의 상류에 위치하도록 하는 것이 바람직하다는 것이었다.

그리고 본 발명자들은 도 7과 도 8에 있는 파라미터 G와 대극의 링직경 D, 이미터에 인가하는 AC 성분 유효값 V 및 대극에 인가하는 DC 전압 V_e를 변화시키면서 시험을 반복해 본 결과, 공기 유속이 0.15∼0.6m/sec인 청정실에서 본 발명에 의한 장치를 작동시킬 수 있는 적정조건은 다음과 같다는 것을 확인하였다.

-80mm≤G≤80mm

50mm≤D≤150mm

8kV≤V 및

-500V≤V_e≤500kV

도 10의 시험에 있어서 20kV의 AC 고전압을 이미터에 인가하여도 방전단(21)으로부터 먼지발생을 전혀 검출할 수 없었다. 이에 반하여 텅스텐 막대(12)가 노출된 이미터를 사용하고 기타 나머지 조건을 동일하게 하여 동일한 시험을 한 결과, 6kV 과잉의 AC 고전압을 이미터에 인가했을 때 방전단(21)으로부터 먼지가 현저하게 발생하였다. 방전단 아래의 160mm되는 위치에서 측정한 입자크기라 0.03㎛ 이상인 입자의 수는 6kV인 경우에는 7.4×10²개/ft³이었고, 10kV인 경우에는 2.5×10⁴개/ft³이었으며, 20kV인 경우에는 2.9×10⁴개/ft³이었다. 여기서 사용된 석영관(14)을 가진 본 발명의 이미터를 1050 시간동안 계속하여 사용하였다. 1050 시간후 이미터의 방전단을 현미경으로 관찰한 결과 새것과 구별할 수 없을 정도이었고 먼지분말이 전혀 부착되지 않았으며 아무런 손상도 없었다. 더욱이 11.5kV의 AC를 본 발명의 이미터에 인가하여 이미터의 방전단 아래의 12.5cm되는 곳에서 오존 농도를 측정하였으나 1ppb 이상의 과잉의 오존은 검출되지 않았다.

본 발명에 의한 장치에 의하여 선행기술에서 나타나는 거의 모든 문제를 해결할 수 있고 반도체 제조시 정전기화 현상에 의해 나타나는 여러 가지 난점을 극복할 수 있다.

Claims (5)

1. AC 고전압을 침모양의 이미터에 인가하여 코로나 방전을 시켜 공기를 이온화하는, 침모양의 다수의 이미터를 가진 AC 이오나이저를 필터를 통과한 청정공기 흐름중에 설치하고, 이 이오나이저에 의해 이온화된 공기흐름을 정전기를 띤 물체에다 공급하여 이 대전물체의 정전기를 중화하는 청정공간내의 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치에 있어서, ㉮ 침모양의 이미터 각각의 방전단이 유전성 세라믹 재료로 코우팅되어 있고, ㉯ 그리드 모양 또는 루우프 모양의 도체로 된 대극(對極)으로부터 일정한 간격을 두고 이 이미터 각각에 방전단이 배치됨으로써 한 개의 방전쌍이 형성되며, ㉰ 다수의 방전쌍이 청정공기의 흐름에 대하여 횡방향으로 2차원적인 공간내에 배치되고, ㉱ 이와 같이 배치된 다수의 방전쌍의 대극 각각이 DC 전압원에 접속되며, ㉲ 이 DC 전압원으로부터 출력하는 DC 전압의 크기를 조절하는 수단이 구성됨을 특징으로 하는 청정공간내에 존재하는 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치.
2. AC 고전압을 침모양의 이미터에 인가하여 코로나 방전을 시켜 공기를 이온화하는, 침모양의 다수의 이미터를 가진 AC 이오나이저를 필터를 통과한 청정공기 흐름중에 설치하고, 이 이오나이저에 의해 이온화된 공기흐름을 정전기를 띤 물체에다 공급하여 이 대전물체의 정전기를 중화하는 청정공간내의 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치에 있어서, ㉮ 침모양의 이미터 각각의 방전단이 유전성 세라믹 재료로 코우팅되어 있고, ㉯ 그리드 모양 또는 루우프 모양의 도체로 된 대극으로부터 일정한 간격을 두고 이 이미터 각각에 방전단이 배치됨으로써 한 개의 방전쌍이 형성되며, ㉰ 다수의 방전쌍이 청정공기의 흐름에 대하여 횡방향으로 2차원적인 공간내에 배치되고, ㉱ 이와 같이 배치된 다수의 방전쌍의 각 대극이 공통의 DC 전압원에 접속되고, ㉲ 이 DC 전압원으로부터 출력하는 DC 전압의 크기를 조절하는 수단이 구성되며, 이 전압조절 수단에 의해 각 방전쌍에서 이온화되는 공기의 양이온 밀도와 음이온 밀도가 거의 균형잡히도록 DC 전압으로 조정함을 특징으로 하는 청정공간내에 존재하는 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치.
3. AC 고전압을 침모양의 이미터에 인가하여 코로나 방전을 시켜 공기를 이온화하는, 침모양의 다수의 이미터를 가진 AC 이오나이저를 필터를 통과한 청정공기 흐름중에 설치하고, 이 이오나이저에 의해 이온화된 공기흐름을 정전기를 띤 물체에다 공급하여 이 대전물체의 정전기를 중화하는 청정공간내의 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치에 있어서, ㉮ 침모양의 이미터 각각의 방전단이 유전성 세라믹 재료로 코우팅되어 있고, ㉯ 그리드 모양 또는 루우프 모양의 도체로 된 대극으로부터 일정한 간격을 두고 이 이미터 각각에 방전단이 배치됨으로써 한 개의 방전쌍이 형성되며, ㉰ 다수의 방전쌍이 청정공기의 흐름에 대하여 횡방향으로 2차원적인 공간내에 배치되고, ㉱ 이와 같이 배치된 다수의 방전쌍을 구성하는 상기 대극중에서 어떤 대극은 제1DC전압원에 접속되고, 그 이외의 대극은 제2DC 전압원에 접속되며, ㉲ 제1 및 제2DC 전압원으로부터 출력하는 DC 전압의 크기를 독립하여 조절하는 수단이 구성되어 제1DC 전압원에 접속된 어떤 대극의 방전쌍은 (+) 또는 (-) 극성으로 치우친 이온을 발생하는 한편, 제2DC 전압원에 접속된 다른 대극의 방전쌍은 상기 방전쌍과는 역(逆)의 극성을 가진 (-) 또는 (+) 이온을 발생함을 특징으로 하는 청정공간내에 존재하는 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치.
4. AC 고전압을 침모양의 이미터에 인가하여 코로나 방전을 시켜 공기를 이온화하는, 침모양의 다수의 이미터를 가진 AC 이오나이저를 필터를 통과한 청정공기 흐름중에 설치하고, 이 이오나이저에 의해 이온화된 공기흐름을 정전기를 띤 물체에다 공급하여 이 대전물체의 정전기를 중화하는 청정공간내의 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치에 있어서, ㉮ 침모양의 이미터 각각의 방전단이 유전성 세라믹 재료로 코우팅되어 있고, ㉯ 그리드 모양 또는 루우프 모양의 도체로 된 대극으로부터 일정한 간격을 두고 이 이미터 각각에 방전단이 배치됨으로써 한 개의 방전쌍이 형성되며, ㉰ 다수의 방전쌍이 청정공기의 흐름에 대하여 횡방향으로 2차원적인 공간내에 배치되고, ㉱ 이와 같이 배치된 다수의 방전쌍의 대극 각각이 DC 전압원에 접속되며, ㉲ 이 DC 전압원으로부터 출력되는 DC 전압의 크기를 조절하는 수단이 구성되고, ㉳ 이와 같이 배치된 다수의 방전쌍의 각 이미터가 (+)쪽 또는 (-)쪽으로 치우친 바이어스 전압이 부여된 고전압 AC 공급원에 접속되며, ㉴ 이 고전압 AC 공급원으로부터 출력되는 전압의 크기와 바이어스 전압의 크기 및 극성을 조절하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 청정공간내에 존재하는 하전물체로부터 정전기를 제거하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 제1DC 전압원에 접속되는 어떤 대극의 방전쌍과 제2DC 전압원에 접속되는 다른 대극의 방전쌍이 2차원적인 공간내에서 최소한 한쪽 방향으로 교대로 분산하여 배치되어 있는 장치.

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