KR100208641B1 - 공기 이온화 장치 및 공기 이온화 방법 - Google Patents

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하야시 쇼우하찌로
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere
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Abstract

수분(수소)와 불순물을 함유하지 않은 시스 가스로서 코로나 전극을 덮는 타입의 공기 이온화 장치에 있어서, 충분히 이온을 생성함으로써 클린룸 등의 생산 환경 내의 정전기의 제거를 충분히 행하고, 또, 코로나 전극 상에 불순물이 퇴적하는 것을 방지하는 공기 이온화 장치를 제공한다.
코로나 전극(21a, 21b)의 선단부가 시스 가스 노즐(4a, 4b)의 선단으로부터 내부로 일정 거리 몰입하도록 하고, 그 거리는, 시스 가스가 부성 기체 분자를 함유하지 않은 가스인 경우에, 코로나 방전에 의해 방출되는 전자가 시스 가스 노즐(4b) 외부의 공기중에 도달할 수 있는 거리로 하고, 또, 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하는 가스인 경우에, 코로나 방전에 의해서 방출되는 부이온이 시스 가스 노즐(4b)내에 충만하지 않고, 해당 노즐 외부의 공기중에 신속하게 확산할 수 있는 거리로 한다.

Description

공기 이온화 장치 및 공기 이온화 방법
제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 공기 이온화 장치의 구성을 나타내는 개략도.
제2도는 본 실시예에 의한 시스(sheath) 가스 노즐(4)의 구성을 나타내는(a) 종단면, 및 (b) 횡단면도.
제3도는 본 실시예에 의한 시스 가스 노즐(4)에 관련되는 실험 장치의 구성을 나타내는 개략도.
제4도는 제3도에 도시한 실험 장치를 이용한 실험의 결과인 정이온의 농도와 거리 L과의 관계를 나타내는 도면.
제5도는 제3도에 도시한 실험 장치를 이용한 실험의 결과인 부이온의 농도와 거리 L과의 관계를 나타내는 도면.
제6도는 시스 가스 노즐(4)로부터의 시스 가스의 흐름을 가시화한 도면.
제7도는 종래의 공기 이온화 장치의 구성을 나타내는 개략도.
제8도는 부전극에 있어서 방전 기구를 나타내는 개념도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : ULPA 필터 2 : 공기 이온화 장치
21 (21a, 21b) : 코로나 전극 3 (3a, 3b) : 직류 펄스 전원
4 (4a, 4b) : 시스 가스 노즐 5 : 밸브
6a : 정이온 6b : 부이온
11 : 에어펌프 12 : 고순도 N2가스 봄베
13 : 감압 밸브 14 : 플로우메터
15 : 멤브레인 필터 16 : 이온 카운터
본 발명은, 이온을 생성함으로써 정전기를 제거하는 공기 이온화 장치에 관련된 것으로, 특히 그 전극 상에 불순물이 퇴적하는 것을 방지하는 공기 이온화 장치 및 공기 이온화 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 제조의 클린룸에서는, 저온도 환경인 상태 및 웨이퍼 및 반도체 소자를 운반하는 플라스틱 용기가 대전되기 쉬운 상태 등에 의해, 정전기가 발생하고 있다. 이 정전기는, 웨이퍼 표면상에 먼지를 부착시키거나, 웨이퍼 상의 IC와 반도체 소자를 파괴해 버림으로써, 제품의 수율을 저하시킨다. 더구나, 최근의 반도체 소자의 고밀도화에 수반하여, 클린룸의 초고청정도화가 요구됨과 동시에, 반도체 소자의 정전기 내성도 저하하고, 이와 같은 정전기에 의한 생산 장애가 더욱 문제가 되고 있다.
또, 클린룸 이외의 생산 환경에 있어서도, 정전기의 대전에 의한 제품으로의 먼지 부착 또는 정전기 방전에 의한 정전 파괴 및 전격 쇼크(electric shock)에 의해, 각종의 생산 장애를 발생시켜 문제가 되고 있다.
그래서, 종래부터 이 같은 클린룸 등의 생산 환경에서의 정전기를 제거하는 대책으로서, 이온에 의해 대전체의 전하를 중화하는 공기 이온화 장치가 이용되고 있다. 이 공기 이온화 장치는, 정 또는 부의 바늘 모양의 전극에 정 또는 부의 고전압을 각각 인가함으로써, 코로나 방전을 발생시킨다. 그리고, 상기 전극 선단 주변의 공기를 정과 부로 이온화하고, 이 이온을 기류에 의해서 반송하여 대전체 상의 전하를 역극성의 이온으로 중화한다.
그러나, 상기 공기 이온화 장치에서는, 클린룸 내 등의 에어(이하, AIR라고 부른다)중에 수분(수소)가 존재하기 때문에, 코로나 방전에 수반하는 화학반응에 의해 미량의 불순물이 생성되어, 코로나 방전에 의해 석출되고, 퇴적되어 있다. 혹은, AIR 중의 미량의 가스 혹은 초미립자 등의 불순물 (Si 원소를 포함하는 물질 등)이, 입자화나 조대화(粗大化:거칠고 커짐)하여 코로나 전극상에 퇴적됐다. 그리고, 이들 퇴적된 불순물이 재비산하는 현상이 발생하는 문제가 있었다. 그렇기 때문에, 공기 이온화 장치에서는, 예컨데, 코로나 전극의 주변을, 건조 가스 등의 가스, 혹은 미량 가스 등의 불순물을 포함하지 않는 가스로 뒤덮음(시스한다)으로써, 방전 에너지에 의한 코로나 전극의 선단부로의 불순물의 퇴적을 방지하고 있다. 또, 상기 시스하기 위해 사용하는 가스를 시스 가스라 한다.
상기 건조 가스와 불순물을 함유하지 않은 가스 등으로 코로나 전극을 덮는 타입의 공기 이온화 장치의 일례로서, 제7도에, 특개평 4-223085호 공보 기재의 코로나 공기 이온화 장치의 구성을 나타낸다. 동도면에 있어서, 케이스(20)내에는, 정부의 각 코로나 전극(21a, 21b)가 설치되어 있다. 이 코로나 전극(21a, 21b)는 순수한 텅스텐으로 제조되어 있고, 코로나 방전에 의해 이온을 발생하기 위한 도시하지 않은 고전압 전원에 접속되어 있다.
또, 케이스(20)의 표면은, 예컨데 염화 비닐 수지의 테이프(22)에 의해 덮여 있다. 이 테이프(22)에 의해 덮인 표면에는, 각 코로나 전극(21a, 21b)에 대향하여, 직경 약 1㎝의 개공(開孔)이 각각 설치되어 있다. 그리고, 코로나 전극(21a, 21b)의 주변에 습기를 머금은 공기가 난류에 의해 유입되지 않도록 직경 0.5인치의 타이곤(등록 상표)의 관으로 만들어진 길이 1㎝의 슬리브(23a, 23b)가, 상기 개공 중에 삽입되어 있다. 이 슬리브(23a, 23b)는 슬리브(23a, 23b)의 부식때문에 발생하는 미립자의 생성을 방지하기 위해, 코로나 전극(21a, 21b)에 의한 방전범위로부터 떨어지게 설치할 필요가 있다. 따라서, 슬리브(23a, 23b)는 코로나 전극(21a, 21b)의 선단으로부터 4이상 떨어져 있다.
그리고, 슬리브(23a, 23b)의 근방에 가스 공급관(24a, 24b)를 관통하여, 이 가스 공급관(24a, 24b)로부터 항상 전조 가스 등의 가스, 혹은 불순물을 함유하지 않은 가스를 유입시키고 있다. 상기 가스 공급관(24a, 24b)는 예컨데 테프론(등록상표)에 의해서 만들어지고, 도시하지 않은 고성능 인라인 필터를 구비하고 있다.
그런데, 제7도에 도시한 바와 같은 공기 이온화 장치에 있어서는, 상술한 것처럼, 슬리브(23a, 23b)가 코로나 전극(21a, 21b)의 방전 범위로부터 떨어져서 설치되어 있다. 그렇기 때문에, 부이온이 생성되기 어렵다고 하는 문제가 있었다. 이하, 그 이유에 대해서, 시스 가스로서 고순도 N2가스를 이용한 경우로 설명한다.
우선, 표 1에, 각종 기체의 제1 여기 전압 및 전리(電離) 전압을 나타내고, 표2에 각종 원자의 전자 친화력을 나타낸다(정전기학회편 「정전기 핸드북」, 옴사, 1985).
여기서, 전리 전압이란, 전자를 방출하고, 정이온으로 되기 위해 필요한 에너지를 말하고, 전자 친화력이란, 전자와 결합하여 부이온으로 될 때에 방출하는 에너지를 말한다. 이 표 1에 나타낸 것처럼, 순수한 N및 산소(O)는, 전리 전압에서는 큰 차이가 없고, 또한 정이온으로 될 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 표 2에 나타나는 것처럼, N의 원자(N원자)는 전자 친화력이 매우 작고, 부이온으로 되는 경향이 매우 적은 것을 알 수 있다.
여기서, 부이온의 발생 메카니즘에 대해서 설명한다. 이 부이온의 발생 메카니즘에 대해서는, 실험적으로 확인되지 않았지만, 이미 실증되어 있는 사실로부터 이하와 같이 추정된다. 제8도에, 부전극에 있어서의 방전 기구를 나타낸다.
우선, 부전극에 일정 이상의 고전압이 걸리면, 양자역학적인 터널 효과에 의해 전극내의 전자가 전극 밖으로 방출된다(전계 방출). 이와 같이 하여 방출 되어, 전계에 의해 가속된 전자는 전극 근방에 존재하는 중성 가스 분자와 충돌하고 그 분자를 전리한다 (충돌 전리). 그 때, 충돌하여 방출된 전자는, 또 다른 중성 가스 분자를 전리하여 전자 사태를 발생한다.
이 때, 전극이, O등의 전기적으로 부(-)성인 분자를 함유하는 기체내에 설치되어 있는 경우는, 상기와 같이 하여 발생한 전자군은, 부성의 기체 분자로 전자 부착하여 부이온으로 된다. 그리고, 이 전자 사태는, 전극 근방, 즉 전리 영역에서 정지한다. 그러나, 전극이 고순도 N내에 설치되어 있는 경우는, O등의 부성 기체 분자가 존재하지 않기 때문에, 상기 전자군은 부이온으로 되지 않는다.
따라서, 제7도에 도시한 공기 이온화 장치와 같이, 코로나 전극이 고순도 N가스의 충전된 노즐 중에 깊게 잠겨있는 경우는, 발생한 전자가 노즐의 외부까지 도달하기 어렵다. 즉, 제7도에 도시한 바와 같은 공기 이온화 장치에서는, 고순도 N가스 등의 부성 기체 분자를 함유하지 않는 가스를 사용한 경우, 부이온이 생성되기 어렵다는 문제가 있었다.
또, 시스 가스로서, 고순도 N가스 대신 AIR을 사용한 경우 노즐 내와 같은 좁은 공간에서 이온을 발생시키면, 발생한 이온이 곧바로 확산되지 않고, 그 좁은 공간에 충만되어 코로나 전극을 덮는다. 그 때문에, 코로나 전극의 선단에 있어서의 전계 강도가 저하하고, 코로나 전극으로부터 전자가 방출되지 않게 되어 이온이 발생하지 않는다. 즉, N가스의 경우와 같이, 제7도에 도시한 공기 이온화 장치처럼 코로나 전극이 노즐 내에 깊이 잠겨 있는 경우, 부이온이 생성되기 어렵다. 또, 고속의 시스 가스를 공급함으로써 상기 충만된 부이온을 외부로 불어 날려버리는 방법도 생각할 수 있지만, 다량의 시스 가스를 소비하는데 있어서, 클린룸 등에서 사용하는 경우는 그 일방향 정류를 교란 시키게 되어, 적당하지는 않다.
본 발명은 상기 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 충분히 부이온을 생성함으로써 클린룸 등의 생산 환경 내의 정전기 제거를 충분히 행하고, 또한, 불순물과 수분(수소)를 함유하지 않은 시스 가스로 덮음으로써, 전극상에 불순물이 퇴적하는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
제1항에 기재한 발명은, 정 혹은 부의 이온을 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 장치에 있어서, 노즐과 상기 노즐 내에 삽입된 바늘 모양의 코로나 전극과, 코로나 방전을 발생시키기 위해 상기 코로나 전극에 접속된 고전압 전원과, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시키는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 코로나 전극은 그 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입한 위치에 설치되고, 상기 코로나 전극의 노즐 선단부로부터의 몰입 거리는 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하지 않는 가스인 경우는, 상기 코로나 방전에 의해 방출되고, 또, 상기 시스 가스와 동시에 노즐 선단으로부터 송출되는 전자가, 해당 노즐의 외부 공기중에 도달 가능한 값에 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
제2항에 기재한 발명은, 정 혹은 부의 이온을 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 장치에 있어서, 노즐과, 상기 노즐 내에 삽입된 바늘 모양의 코로나 전극과, 코로나 방전을 발생시키기 위해 상기 코로나 전극에 접속된 고전압 전원과, 상기 노즐내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시키는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 코로나 전극은, 그 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입한 위치에 설치되고, 상기 코로나 전극의 노즐 선단으로부터의 몰입 거리는, 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하는 가스인 경우는, 상기 코로나 방전에 의해서 방출되는 부이온이, 해당 노즐 내에 충만하지 않고, 해당 노즐의 외부 공기중에 신속하게 확산 가능한 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
제3항에 기재한 발명은, 정 혹은 부의 이온을 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 장치에 있어서, 노즐과 상기 노즐 내에 삽입된 바늘 모양의 코로나 전극과, 코로나 방전을 발생시키기 위해 상기 코로나 전극에 접속된 고전압 전원과, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시키는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 코로나 전극은, 그 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입한 위치에 설치되고, 상기 코로나 전극의 노즐 선단부로부터의 몰입 거리는, 1이내인 것을 특징으로 하고 있다.
제4항에 기재한 발명은, 제1항 혹은 제3항에 기재한 발명에 있어서, 상기 시스 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하고 있다.
제5항에 기재한 발명은 제1항, 제2항 혹은 제3항에 기재한 발명에 있어서, 상기 시스의 속도는, 상기 노즐의 선단부 근방에 기류의 휘말림을 발생시키지 않는 속도인 것을 특징으로 하고 있다.
제6항에 기재한 발명은, 상기 시스 가스의 속도는, 1.0㎧ 이상인 것을 특징으로 하고 있다.
제7항에 기재한 발명은, 정 또는 부의 이온을 각각 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 방법에 있어서, 고전압 전원에 접속된 바늘 모양의 코로나 전극을, 상기 노즐 내에 삽입하고, 코로나 전극의 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정거리 몰입되도록 하고, 또, 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하지 않는 가스인 경우는, 상기 코로나 방전에 의해서 방출되는 전자가 상기 노즐의 외부 공기중에 도달할 수 있도록 상기 노즐 선단부에 근접하여 배치하고, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시켜, 이 시스 가스에 의해서 코로나 전극에서 발생한 이온을 노즐 외부의 공기중으로 송출시키도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
제8항에 기재한 발명은, 정 혹은 부의 이온을 각각 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 방법에 있어서, 고전압 전원에 접속된 바늘 모양의 코로나 전극을, 상기 노즐 내에 삽입하고, 코로나 전극의 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정거리 몰입되도록 하고, 또, 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하는 가스인 경우는, 상기 코로나 방전에 의해서 방출되는 부이온이 상기 노즐 내에 충만하지 않고, 해당 노즐의 외부 공기중에 신속히 확산할 수 있도록 상기 노즐 선단부에 근접하여 배치하고, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과 하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시켜, 이 시스 가스에 의해서 코로나 전극에서 발생한 이온을 노즐 외부의 공기중으로 송출시키도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
제9항에 기재한 발명은, 정 혹은 부의 이온을 각각 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 방법에 있어서, 고전압 전원에 접속된 바늘 모양의 코로나 전극을, 상기 노즐 내에 삽입하고, 코로나 전극의 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정거리 몰입되도록 하고, 또, 상기 코로나 전극의 노즐 선단으로부터의 몰입 거리가 1이내로 되도록 배치하고, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시켜, 이 시스 가스에 의해서 코로나 전극에서 발생한 이온을 노즐 외부의 공기중으로 송출시키도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 작용은 이하와 같다. 제1항 혹은 제7항 기재의 발명에 의하면, 고전압 전원에 의해 코로나 전극에 고전압이 인가됨으로써, 코로나 방전이 발생한다. 정의 코로나 전극 근방에서는 코로나 방전에 의해 주변의 시스 가스가 정이온화하고, 노즐의 외부로 운반된다. 한편, 부의 코로나 전극 근방에서는, 코로나 방전에 의해서 발생한 전자군이 전자 부착하는 부성의 기체 분자가 존재하지 않기 때문에, 부이온이 발생하지 않는다. 그러나, 이들 전자군은 시스 가스와 동시에 노즐의 외부로 운반되기 때문에, 공기중에 존재하는 산소 등의 부성 기체 분자에 부착하여 부이온화한다.
이 때, 코로나 전극의 선단은 노즐의 선단으로부터 외부로 돌출하지 않고, 미량 가스 등의 불순물 혹은 수분을 함유하지 않은 시스 가스에 의해서 덮여있기 때문에, 코로나 방전에 의해서 불순물이 석출하여 퇴적하는 경우는 없다. 또, 이 코로나 전극의 선단으로부터 노즐 선단까지의 거리는, 상기 전자 군이 도달할 수 있는 거리이다. 그렇기 때문에, 제7도에 도시한 바와 같은 공기 이온화 장치처럼 외부까지의 거리가 길기 때문에, 코로나 전극 근방에서 발생하는 전자군이 노즐의 외부에 도달하지 않아 부이온이 생성되기 어려운 경우는 없다.
또, 제2항 혹은 제8항에 기재한 발명에 의하면, 부의 코로나 전극 근방에서도 부이온이 발생하고, 발생된 이온이 외부로 방출된다. 제7도에 도시한 바와 같은 공기 이온이 장치에서는 노즐 내와 같은 좁은 공간에서 발생한 이온은 그대로 체류하여 외부로 방출되기 어려웠지만, 코로나 전극의 선단으로부터 노즐까지의 거리가 짧기때문에, 발생된 부이온은 즉시 확산하여 외부로 방출된다.
또, 제3항에 기재한 발명에 의하면, 시스 가스로서 부성 기체 분자를 함유하지 않은 가스를 사용한 경우는, 코로나 방전에 의해서 발생한 전자군이 시스 가스와 함께 노즐의 외부로 운반되고, 부성 기체 분자를 포함하는 가스를 사용한 경우는, 코로나 방전에 의해서 발생한 이온이 외부로 방출된다.
또, 제4항에 기재한 발명에 의하면, 코로나 전극으로의 불순물의 퇴적을 방지하기 위해 사용하는 시스 가스로서, 불활성가스를 사용한다. 이 불활성 가스로서 예컨데 고순도 질소 가스를 고려할 수 있다. 이 고순도 질소 가스는 상술한 바와 같이, 반도체 제조의 클린룸 등에서 다량으로 소비되기 때문에, 일반 공업용 가스로서 널리 취급되어, 공장 규모로 비교적 값싸게 공급된다.
제7도에 도시한 바와 같은 공기 이온화 장치에서는, 코로나 전극의 선단으로부터 노즐의 선단까지의 거리가 길기 때문에, 코로나 전극 근방에서 발생하는 전자군이 노즐의 외부에 도달하지 않고 부이온이 생성되기 어려웠다. 그렇기 때문에, 시스 가스로서 고순도 질소 가스를 이용하면, 부이온의 생성이 곤란했었다. 따라서, 본 발명에 의한 공기 이온화 장치에서는, 상기 거리가 짧기 때문에, 시스 가스로서 부성 기체 분자를 함유하지 않은 가스를 사용하여도 부이온의 생성이 충분히 행해진다.
제5항 혹은 제6항에 기재한 발명에 있어서, 코로나 전극에 고전압이 인가되면, 코로나 전극의 선단에 있어서 이온풍이 발생하여, 노즐로부터 분류가 발생한다. 이 때, 시스 가스의 속도가 느린 경우는, 그 분류에 의해 발생하는 유인류에 의해 노즐의 선단부 근방에 기류의 휩쓸림이 발생하고, 시스 가스에 의한 충분한 시일 효과가 얻어지지 않는다. 그 때문에, 시스 가스의 속도를, 상기 휩쓸림을 발생시키지 않는 속도로 한 경우는, 충분한 시일 효과를 얻을 수 있고, 코로나 전극 상으로의 불순물의 퇴적 방지를 효과적으로 행하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명에 의한 공기 이온화 장치의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
(1) 실시예의 구성
제1도는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기 이온화 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 동 도면에 있어서, 클린룸 등의 천정에는, 청정한 공기를 보내주는 고성능 필터인 ULPA(Ultra Low Penetration Air filter) 필터(1)과, 공기 이온화 장치(2)가 설치되어 있다. 이 공기 이온화 장치(2)에는, 제7도에 도시한 바와 같은 정과 부의 각 코로나 전극(21a, 21b)가 설치되어 있다. 이들 각 코로나 전극(21a, 21b)는, 각각 직류 펄스 전원(3a, 3b)가 접속되어 있다.
또, 이 공기 이온화 장치(2)에는 하방으로 향해서 시스 가스 노즐(4a, 4b)가 설치되어 있고, 이들 시스 가스 노즐(4a, 4b)내에는 상기 코로나 전극 (21a, 21b)가 배치되어 있다. 이 시스 가스 노즐(4a, 4b)에는, 밸브(5)를 통해서, 시스 가스로서 고순도 N2가스가 공급되고 있다. 이 고순도 N2가스는 반도체 제조공정 등에 있어서 사용되는 N2가스이고, 도시하지 않은 배관으로 부터 공급된다.
[시스 가스 노즐(4)의 구성]
제2도는 시스 가스 노즐(4)의 구성을 나타내는 (a) 종단면도 및 (b) 횡단면도이다. 동 도면에 있어서, 시스 가스 노즐(4)의 내경은 5ψ 이고, 코로나 전극(21)의 외경은 2ψ이다. 또, 시스 가스 노즐(4)의 선단으로부터 코로나 전극(21)의 선단까지의 거리 L은, 1.0이하로 되어 있다.
(2) 실시예의 작용
이상과 같이 구성된 공기 이온화 장치에 있어서, 밸브(5)를 통해서 공급되는 고순도 N2가스는 각 코로나 전극(21a, 21b)의 근방에 공급된다. 또, 정부 각각의 직류 펄스 전원(3a, 3b)에 의해서, 코로나 전극(21a, 21b)에 고전압이 인가됨으로써, 코로나 방전이 발생한다. 이에 따라 시스 가스 노즐(4a)에 있어서는, 코로나 전극(21a) 주변의 고순도 N2가스가 정이온화하고, 이 정이온(6a)가 상기 N2가스에 의해, 시스 가스 노즐(4a)의 외부로 운반된다. 즉, 제2도 (a)에 나타나는 것처럼, 고순도 N2가스가 시스 가스 노즐(4)의 상방으로부터 유입하고, 화살표 방향으로 흘러서, 시스 가스 노즐(4)의 하방 선단으로부터 유출한다.
한편, 시스 가스 노즐(4b)에 있어서는, 코로나 전극(21b)의 선단 근방에서 발생한 전자군이, 고순도 N2가스와 함께 시스 가스 노즐(4b)의 외부로 운반되고, 클린룸 에어중의 O2등의 부성 기체 분자에 부착하여, 부이온화 한다 [부이온 (6b)]. 그리고, 이들 정이온(6a) 및 부이온(6b)는 ULPA 필터(1)로부터의 수직 일방향 정류에 의해서 클린룸의 하방으로 운송된다.
(3) 시스 가스 노즐(4)에 관련되는 실험
다음에, 시스 가스 노즐(4)의 내경 및 코로나 전극(21)의 외경 및 코로나 전극의 선단으로부터 시스 가스 노즐(4)의 선단까지의 거리 L에 대해서, 제2도에 도시한 바와 같이 설정한 이유를 실험 결과에 기초하여 설명한다.
[실험의 개요]
우선, 본 실험의 개요에 대해서 설명한다. 제3도는, 이 시스 가스 노즐(4)에 관련되는 실험을 위한 장치의 개략 구성도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 수직 한쪽 방향 정류(전면층류)형 클린룸(청정도 : 0.02㎛, class 1)내의 한쪽 방향 정류(0.3m/s)중에, 공기 이온화 장치의 정부의 시스 가스 노즐(4)를 설치한다. 또, 제3도에 있어서는, 정부의 시스 가스 노즐(4a, 4b)중의 한쪽만 기재한다.
또, 본 실험은 시스 가스 노즐(4)에 있어서의 AIR 혹은 고순도 N2가스의 이온화 실험이기 때문에, AIR 중의 불순물을 제거하기 위한 집진 장치 등은 제3도에 도시한 실험 장치에는 포함되어 있지 않다.
또, 시스 가스 노즐(4)에, ON과 OFF의 시간이 0.4초인 고압의 직류 펄스 전원(3)을 접속한다. 또, 이 시스 가스 노즐(4)에 대해, 비닐 튜브로 가스배관을 행한다. 여기서, 시스 가스로서 AIR을 사용하는 경우는, 클린룸 내의 AIR을 에어 펌프(11)로 흡인하여, 시스 가스 노즐(4)에 공급한다. 또, 시스 가스로서 고순도 N2가스(순도 : 99.9995% 이상)을 이용하는 경우는, 고순도 N2가스 봄베(12)내의 N2가스를 감압 밸브(13)으로 감압하여, 시스 가스 노즐(4)에 공급한다. 이들 시스 가스는, 플로우메터(14)에 의해 유량이 2.01/min(시스 가스 노즐 1개 주변 11/min)으로 조절되어, 멤브레인 필터(15)에 의해 여과된다. 이 멤브레인 필터(15)는 0.05㎛에서 99.999% 이상의 포집 효율을 가진다.
또, 시스 가스 노즐(4)의 하방에, 미국 이온시스템즈사 제품의 이온 카운터(모델 AIDM115)(16)을 설치하고, 시스 가스 노즐(4)의 선단 바로 아래 450의 위치에서의 클린룸내의 AIR을 흡인 샘플링하고, 그 이온 농도를 측정한다. 이 이온 카운터(16)에 의해, 정이온의 농도를 측정할 때는 부극의 출력을 최소로 하고, 부이온의 농도를 측정할 때는 정극의 출력을 최소로 한다. 즉, 정이온 측정시는 정극으로의 인가 전압을 4.0㎸, 부극으로의 인가 전압을 3.0㎸로 하고, 부이온 측정시는 정극으로의 인가 전압을 3.2㎸, 부극으로의 인가 전압을 6.8㎸으로 한다.
[실험 결과]
다음에, 상기와 같은 구성에 의해서 행한 실험의 결과에 대해서 설명한다. 우선 제2도에 도시한 거리 L을 1.0이하로 한 이유에 대해서 나타낸다.
제4도에 시스 가스로서 AIR을 이용한 경우와 N2가스를 이용한 경우에 대해서의, 정이온의 농동와 거리 L과의 관계를 나타낸다. 동도면에 도시한 바와 같이, N2가스를 이용한 경우는 거리 L이 -1.0이상 5.0이하의 범위에서는, 거리 L이 커짐에 따라서 이온 농도는 약간 감소하지만, 극단적인 감소는 인지되지 않는다. 또, AIR를 이용한 경우도, N2가스를 이용한 경우와 거의 같은 결과가 얻어졌다.
한편, 제5도에, 시스 가스로서 AIR을 이용한 경우와 N2가스를 이용한 경우에 대해서의, 부이온의 농도와 거리 L과의 관계를 나타낸다. N2가스를 이용한 경우는, 거리 L이 1.0를 넘는 곳부터 부이온 농도는 급속히 감소하고, 4.0인 곳으로부터 이온 발생이 인지되지 않게 된다. 또, AIR을 이용한 경우는, 거리 L이 4를 넘어도 이온 발생이 인지되지만, 3인 곳부터 부이온 농도가 불안정하게 된다. 이 제5도의 그래프로부터 N2가스 및 AIR가 함께 거리 L의 값이 작은만큼 부이온의 농도가 높고, 이온 발생이 양호한 것을 알 수 있다. 그러나, 시스 가스의 시일 효과를 기대하면, 코로나 전극(21)의 선단이 시스 가스 노즐의 외부 공기로부터 떨어져 있는 쪽이 좋기 때문에, 당연히 거리 L이 큰 쪽이 좋다.
이상의 것으로부터, N2가스를 시스 가스로서 이용하는 경우는, 특히, 이온발생과 시스 가스의 시일 효과를 고려하면, 거리 L을 0.0이상 1.0 이하로 해야 하는 것을 알 수 있다. 또, AIR를 이용하는 경우에 있어서도, 거리 L의 값은 크지 않은 쪽이 부이온의 발생이 양호하다. 또, 정이온의 발생에서도, 거리 L의 값은 크지 않은 쪽이 이온 발생이 양호하다. 따라서, 거리 L의 값을 1.0이하로 한다.
다음에 제2도에 도시한 바와 같이, 시스 가스 노즐(4)의 내경을 5ψ로 하고, 코로나 전극(21)의 외경을 2ψ로 한 이유에 대해서 설명한다.
예컨데, 거리 L의 값을 크게하는 대신에, 시스 가스 노즐(4)의 내경을 크게 하는 것도 가능하지만, 시스 가스를 다량으로 소비하게 되기 때문에 비경제적이다. 본 실험에 있어서, 시스 가스 노즐(4)의 내경을 5ψ로 하고, 코로나 전극(21)의 외경을 2ψ로 하는 이유는, 시스 가스의 유량을 가능한한 작게 함과 동시에, 시스 가스의 유속을 상승시킴으로써, 시스 가스의 시일 효과를 높이기 위한 것이다.
제6도는 시스 가스 노즐(4)의 내경이 5ψ에서, 코로나 전극(21)의 외경을 2ψ로 했을 때의, 시스 가스 노즐(4)로부터의 시스 가스의 흐름을 가시화한 도면이다. 제6(a)도는 공기 이온화 장치가 OFF인 경우, 제6(b)도는 ON인 경우를 나타낸다. 또, 동 동면에 시스 가스의 속도 즉, 시스 가스 노즐(4)의 내벽과 코로나 전극(21)의 외벽이 형성하는 동심원 모양의 유로에서의 단면속도를 나타낸다. 또, 여기서는, 시스 가스로서 AIR을 이용하고 있고, 시스 가스 노즐(4) 주변의 수직 한쪽 방향 정류의 유속은 0.24m/s이다.
시스 가스 노즐(4)내의 코로나 전극(21)에 고전압(제6도의 경우는, +19㎸ DC 1㎐)가 인가되면, 코로나 전극(21)의 선단에 있어서 수 m/s의 이온풍이 발생하고, 시스 가스 노즐(4)로부터 분류가 발생한다. 시스 가스의 속도가 느린 경우는, 그 분류에 의해 발생하는 유인류에 의해, 시스 가스 노즐(4)의 선단부에 기류의 휩쓸림이 발생한다. 제6도에 도시한 시스 가스의 속도가 0.5m/s(유량으로 환산하면 0.51/min)의 경우는, 제6(b)도의 화살표로 도시한 바와 같이 시스 가스 노즐(4)로부터의 흐름에 약간 가늘어짐이 보이게 된다. 즉, 시스 가스에 의한 충분한 시일 효과가 얻어지지 않는 것을 나타낸다.
한편, 시스 가스의 속도가 1.0m/s(유량으로 환산하면 1.01/min) 이상이 되면, 기류에 잘룩해지는 것이 보이지 않게 된다. 따라서, 시스 가스의 시일 효과를 높이기 위해 필요한 시스 가스의 속도는, 0.5 ~1.0m/s 이상이고, 실용적으로는 1.0m/s 이상인 것을 알 수 있다.
이상의 것으로부터, 시스 가스 노즐(4)의 내경을 5ψ로 하고, 코로나 전극(21)의 외경을 2ψ로 함으로써, 시스 가스의 속도를 바라는 속도로 할 수 있다.
(4) 실시예의 효과
이상과 같이, 본 실시예에 의하면 코로나 전극(21)의 선단으로부터 시스 가스 노즐(4)의 선단까지의 거리를 1이하로 하기 때문에, 시스 가스로서 부성 기체 분자를 포함하지 않은 N2가스를 사용하여도, 코로나 방전에 의해서 발생하는 전자군은, 그 이동이 방해받지 않고 시스 가스 바깥으로 튀어나갈 수 있다. 또, 시스 가스로서 AIR을 사용하여도, 코로나 방전에 의해서 발생된 부이온은, 코로나 방전 전극을 덮어서 그 전계를 약하게 하지 않고 확산하여, 노즐(4)의 외부로 방출된다. 이 때문에, 충분히 부이온의 생성을 행할 수 있게 된다.
(5)기타 실시예
또, 본 발명은, 상기의 실시예에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변형하여 실시할 수 있기 때문에, 다음에 예시하는 것과 같은 다른 실시예도 포함하는 것이다.
예컨데, 상기 실시예에 있어서는, 코로나 전극(21)의 선단으로부터 시스 가스 노즐(4)의 선단까지의 거리 L을 1이하로 했지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 이 거리는, 시스 가스에 의해 클린룸 내의 에어 중으로부터의 불순물이 코로나 전극(21)상에 석출하는 것을 방지할 수 있는 거리로서 즉, 시스 가스로서 고순도 N2가스를 사용한 경우에, 부의 코로나 전극(21b)로부터 방출되는 전자가 시스 가스 밖으로 튀어나가서 충분히 부이온이 생성될 수 있는 거리이면 좋다. 또, 시스 가스로서 AIR를 사용한 경우에, 부의 코로나 전극(21b)로부터 발생하는 부이온이 시스 가스 노즐(4b)내에 충만하지 않고, 신속하게 시스 가스 노즐(4b)밖으로 확산하여 충분히 부이온이 생성될 수 있는 거리이면 좋다.
또, 시스 가스 노즐(4)의 내경을 5ψ로 하고, 코로나 전극(21)의 외경을 2ψ로 했지만, 시스 가스의 유속을 충분히 상승시킬수 있는 크기이면 좋다.
또, 상기 실시예에서는, 시스 가스 노즐(4)를 수직 한쪽 방향 정류형의 클린룸내에 설치한 경우를 나타냈지만, 시스 가스 노즐(4)로부터 방출된 이온을 반송하는 기류가 있는 생산 환경이면, 클린룸에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 코로나 전극의 선단으로부터 노즐 선단까지의 거리가 시스 가스가 부성 기체 분자를 함유하지 않는 가스인 경우는, 코로나 방전에 의해서 방출되는 전자가 노즐 외부의 공기중에 도달할 수 있는 거리이고, 또, 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하는 가스인 경우는, 코로나 방전에 의해서 생성되는 부이온이 노즐 내에 충만하지 않고 노즐 외부의 공기 중으로 확산할 수 있는 거리이기 때문에, 부이온의 생성이 충분히 행해진다. 따라서, 불순물과 수분(수소)를 포함하지 않은 시스 가스에 의해서 코로나 전극이 덮여짐으로써, 코로나 전극에 불순물이 석출되지 않고 또, 크린룸 내 등의 생산 환경의 정전기 제거를 충분히 행할 수 있다.

Claims (14)

  1. 정(+) 또는 부(-)의 이온을 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 장치에 있어서, 노즐과, 상기 노즐 내에 삽입된 바늘 모양의 코로나 전극과, 코로나 방전을 발생시키기 위해 상기 코로나 전극에 접속된 고전압 전원 및 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시키는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 코로나 전극은 그 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입된 위치에 설치되며, 상기 코로나 전극의 노즐 선단으로부터의 몰입 거리는 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하지 않는 가스인 경우는 상기 코로나 방전에 의해 방출되며 또, 상기 시스 가스와 함께 노즐 선단으로부터 송출되는 전자가 해당 노즐 외부의 공기중에 도달 가능한 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  2. 정 또는 부의 이온을 생성함으로써 정전기를 제거하는 공기 이온화 장치에 있어서, 노즐과, 상기 노즐 내에 삽입된 바늘 모양의 코로나 전극과, 코로나 방전을 발생시키기 위해 상기 코로나 전극에 접속된 고전압 전원 및 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시키는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 코로나 전극은, 그 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입된 위치에 설치되며, 상기 코로나 전극의 노즐 선단으로부터의 몰입 거리는 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하는 가스인 경우는, 상기 코로나 방전에 의해 방출되는 부이온이, 해당 노즐 내에 충만하지 않고, 해당 노즐의 외부 공기중에 신속하게 확산 가능한 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  3. 정 또는 부의 이온을 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 장치에 있어서, 노즐과, 상기 노즐 내에 삽입된 바늘 모양의 코로나 전극과, 코로나 방전을 발생시키기 위해 상기 코로나 전극에 접속된 고전압 전원 및 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시키는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 코로나 전극은 그 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입된 위치에 설치되며, 상기 코로나 전극의 노즐 선단으로부터의 몰입 거리는 1이내인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시스 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 시스 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 시스 가스의 속도는 상기 노즐의 선단부 근방에 기류의 휩쓸림을 발생시키지 않는 속도인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 시스 가스의 속도는 상기 노즐의 선단부 근방에 기류의 휩쓸림을 발생시키지 않는 속도인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 시스 가스의 속도는 상기 노즐의 선단부 근방에 기류의 휩쓸림을 발생시키지 않는 속도인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 시스 가스의 속도는 1.0m/s 이상인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 시스 가스의 속도는 1.0m/s이상인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 시스 가스의 속도는 1.0m/s이상인 것을 특징으로 하는 공기 이온화 장치.
  12. 정 또는 부의 이온을 각각 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기 이온화 방법에 있어서, 고전압 전원에 접속된 바늘 모양의 코로나 전극을, 상기 노즐 내에 삽입하고, 코로나 전극의 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입하도록 하고, 또, 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하지 않는 가스인 경우는, 상기 코로나 방전에 의해 방출되는 전자가 상기 노즐 외부의 공기중에 도달할 수 있도록 상기 노즐 선단부에 근접하여 배치하고, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시키고, 이 시스 가스에 의해 코로나 전극에서 발생한 이온을 노즐 외부의 공기중으로 송출시키도록 한 것을 특징으로 하는 공기 이온화 방법.
  13. 정 또는 부의 이온을 각각 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기이온화 방법에 있어서, 고전압 전원에 접속된 바늘 모양의 코로나 전극을, 상기 노즐 내에 삽입하고, 코로나 전극의 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입하도록 하고 또, 상기 시스 가스가 부성 기체 분자를 포함하는 가스인 경우는, 상기 코로나 방전에 의해서 방출되는 부이온이 상기 노즐 내에 충만하지 않고, 해당 노즐 외부의 공기중에 신속히 확산할 수 있도록 상기 노즐 선단부에 근접하여 배치하고, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시켜, 이 시스 가스에 의해 코로나 전극에서 발생한 이온을 노즐 외부의 공기중으로 송출시키도록 한 것을 특징으로 하는 공기 이온화 방법.
  14. 정 또는 부의 이온을 각각 생성함으로써, 정전기를 제거하는 공기이온화 방법에 있어서, 고전압 전원에 접속된 바늘 모양의 코로나 전극을, 상기 노즐 내에 삽입하고, 코로나 전극의 선단부가 상기 노즐의 선단으로부터 노즐 내부로 일정 거리 몰입하도록 하고, 또, 상기 코로나 전극의 노즐 선단으로부터의 몰입 거리가 1이내로 되도록 배치하고, 상기 노즐 내에 시스 가스를 공급하고, 그 시스 가스를 상기 코로나 전극의 근방을 통과하여 상기 노즐의 선단으로부터 외부로 유출시켜, 이 시스 가스에 의해 코로나 전극에서 발생한 이온을 노즐 외부의 공기중으로 송출시키도록 한 것을 특징으로 하는 공기 이온화 방법.
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