KR100653258B1 - 이온화기 내에서 사용하기 위한 정적 중화기 및 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

다른 전자 비-부착성 질소 기체 내의 코로나를 안정화시키기 위하여 전기적 이온화기의 코로나 영역으로 소량의 전자 부착성 기체가 주입된다. 코로나 영역은 분출기 첨단에 가깝게 국소화되어 있어 상기 전자 부착성 기체의 양은 매우 적다. 청정-건조-공기가 정화 기체로서 사용되는게 바람직하지만 산소 및 이산화탄소와 같은 다른 기체들도 사용될 수 있다. 소량의 전자 부착성 기체는 속이 빈 바늘 분출기 또는 외부적인 정화 기체(바늘 주위의 슬리브, 또는 기체 정화 노즐을 사용함으로써)를 통하여 주입될 수 있다.

Description

이온화기 내에서 사용하기 위한 정적 중화기 및 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법{STATIC NEUTRALIZER FOR USE IN AN IONIZER AND METHOD OF ACHIEVING STATIC NEUTRALIZATION THEREOF}

본 출원은, "열적 순환 챔버를 위한 정적 중화기"라는 명칭의, 1999년 12월 22일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제60/113,684호, 및 "기체-정화 이온화기"라는 명칭의, 1999년 12월 22일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제 60/113,685호를 우선권으로 주장하는데, 상기 특허출원의 내용은 전체를 본 명세서에 참고문헌으로 병합한다.

본 발명은 일반적으로 전자 부착성 성분의 농도를 변경하여 기체 상의 안정한 전하 운반자를 생산하는 전자 이온화기(ionizers)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은, 반도체 디바이스 및 부품 핸들러(component handler)의 생산 시험 환경과, 질소 기체 및 불활성 기체(noble gases)에 의해 비활성화 될 수 있는 다른 환경에 적합한 이온화기에 관한 것이다.

반도체 부품을 시험하는데 있어서, 일반적으로 온도는, -60℃에서 +160℃의 범위에서의 선택된 값에 엄밀하게 제어된다. 액화 질소 및 상기 액화 질소의 저온 증기(cold vapors)를 대기 압력(ambient pressure)에 있는 시험 챔버로 주입함으로써, 냉각이 달성된다. 증발성 냉각으로부터 발생되는 질소 기체는, 전자 부착성이 없고, 그 결과, EMI/RFI의 안정성 및 발생 모두에서 전자 이온화기에 깊은 영향을 미친다.

본 발명의 제 1 목적은, 음이온 생성을 회복시키고 안정화시키기 위해 소량의 전자 부착성 기체를 전자 이온화기로 주입함으로써 전하의 중화를 위한 균형 잡힌 양을 갖는 음 및 양의 전하 운반자를 발생시키는 것이다.

반도체 시험 장비에서의 전하의 불균형(imbalances)은, 시험되는 디바이스 및 부품에 손상을 입힐 전기 방전을 초래하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 전자 이온화기가 제어하지 못하거나 제어하기 어려운 환경에서 그러한 전하의 불균형을 제거하는 것이다.

종래의 전기식, x-선, 자외선, 및 핵(방사성) 정적 제거기(static eliminators)가 이러한 용도로 사용되었다. 종래의 전기식 정적 제거기는 신뢰할 수 없고, 이온화 방사선에 기초한 정적 제거기들은 제어하기가 어렵고, 이들 기기의 위험한 특성 및 허가 조건이 까다로움으로 인해 일부 시장에서는 받아들여질 수 없었다.

정적 제거기용 이온화기는, 표면 또는 하전 부유 컨덕터 상의 정적(움직이지 않거나 고정된) 전하에 이끌리는데 필요한 이동도(mobility)를 갖는 양 및 음의 전하를 제공한다. 전하 운반자의 생성은 정적 제거(elimination)에 중요하다. 이온화는, 이온화 방사선(주로 방사성, x-선, 및 자외선 소스) 및 전기 코로나(corona)에 의해 달성될 수 있다.

이온 발생에서의 제 1 공정은 이온화 자체, 및 전자 부착이다. 이온화 공정에서, 전자는 중성 원자 또는 분자에서 분리된다. 이러한 작용은 양이온 및 자유 전자를 발생시킨다.

양의 코로나에서, 이온화 공정은 양극(전자의 결손)을 갖는 전극 영역 근처에서 발생한다. 이온화 공정에서 발생되는 자유 전자는 이러한 코로나 전극에 이끌린다(자유 전자로서 또는 음이온으로서 부착된다). 양이온은 전자와 비교할 때 상대적으로 낮은 이동도를 갖는다. 양이온은, 전하 운반자의 기체 상태의 이온 유동을 제공함으로써 정적 제거에 이용가능하게 된다. 상기 양이온은, 코로나 영역에서 완충물이 되는 전기장(buffering electric field)을 제공함으로써 이온화 공정을 또한 안정시킨다. 이러한 안정성은 그러한 코로나에서 알려진 많은 잠재적인 코로나 변동 및 현상과 별개의 문제이다.

이온화는 음의 코로나에 대하여도 유사한 방법에 의해 진행된다. 그러나, 자유 전자는 코로나 전극에서 외부로 고속으로 이동한다- 일반적으로 자유 전자는 이온의 이동도의 100 내지 1000배의 이동도를 갖는다. 음극의 코로나에서 발생되는 양이온은, 가까이 있는 음으로 하전된 코로나 전극으로 이끌린다. 코로나가 안정화되고 음이온이 중화에 이용될 수 있도록, 자유 전자는 음이온을 형성하기 위해 중성 원자 또는 분자에 부착해야 한다. 음의 전하만이 중화되는 경우라 아니라면, 전기 정적 제거기의 성공적인 동작에는, 이온화가능한 기체, 및 전자 부착성인 기체를 필요로 하는 것이 종래 기술에서 알려진 것으로 생각된다.

고순도 질소 및 불활성 기체는 전자 부착성이 없다. 본 발명은, 전자 비부착성 성분이 주가 되는 조성물(composition)로 기체에서의 균형을 달성하고, 조절되지 않는 변화성을 갖는, 전자 부착성 기체 및 전자 비부착성 기체의 혼합물로 챔버에서의 균형을 달성하는 방법을 제공한다. 본 발명은, 부품 핸들러를 냉각하기 위해 질소가 증발되는 경우에 한정되지 않으며, 전기 코로나가, 전자 비부착성 기체, 즉, 양 및 음의 운반자의 이동도에서 큰 차이를 갖는 기체에 의해 영향을 받는 환경에서도 최상으로 사용된다.

본 발명은, 코로나 생성된 양 및 음의 운반자의 종의 이동도가 크게 다르거나 시간에 따라 변하는 기체에서 저가의 정적 중화를 제공한다. 공기, 산소, 또는 이산화탄소와 같은 소량의 전자 부착성 기체를 코로나 전극에 아주 근접하게 주입함으로써 안정이 달성된다.

이온화기를 정화하기 위한 공기의 사용은 다른 목적을 위해 고려되어 왔다. 알. 뮐러(R. Mueller) 등의 미국 특허(특허번호 제3,111,605호)는, 구멍의 중심에 있는 바늘에 직접 결합된 정적 바(static bar)를 기술한다. 정적 바의 케이싱(casing)은, 바늘 주위의 고리형 공간을 통해 빠져나가는 공기에 의해 가압(pressurized)된다. 상기 바는 위험한 지역에서 사용하고자 하는 것인데, 상기 지역에서, 공기는 발화성 증기(ignitable vapors)를 이온화 전극에 가까이 못하게 하는데 사용된다. 유사한 발명은 다른 사람에 특허 허여되었다{예컨대, 캐나다 특허(Can. Pat.) 제 856,917호 및 독일 특허(W. Ger. Pat.) 제 885,450호 참조}. 종래 기술에 이은 캐나다 특허는, 확장된 범위의{송풍기형(blower-like)} 응용 및 입자의 분출(blow-off)을 포함하는 것을 시도한다. 다른 특허는 위험한 영역에서 사용하기 위해 외부 정화식 설계를 또한 고려하였다.

이전의 시도에서는, 확장된 범위의 사용을 위해 속이 빈(hollow) 분출기(emitters)에 정적 바를 도입하는 것을 포함한다. 다른 시도에서는, 반도체 웨이퍼 상의 정전하를 제어하기 위해 세척기/건조기에서 질소 정화된 이온화 노즐을 사용하였다(미국 특허 4,132,567호). 이러한 시도는, 질소 환경에 사용될 때 이온화기에 불안정성이 나타나게 되어, 성공적이지 못하였다.

미국 특허 제 5,116,583호는, 청정실에서 입자 생성을 제어하기 위한 공기-정화 분출기를 개시한다. 공기내의 습기는, 코로나 방전에 노출할 때 미립자 오염 물질을 형성하는 것으로 알려져 있다. 상기 미국 특허 제 5,116,583호에서, 질소, 아르곤, 및 헬륨이 정화 기체로서 식별된다. 상기 미국 특허 제 5,116,583호 발명의 제 1 사용은 DC 이온화기에 대한 것이다. 상기 미국 특허 제 5,116,583호는, 이온화기 설계에서의 전자 비부착성 기체의 역할, 및 이온 균형을 달성하기 위한 기체 주입 방법은 인식하지 못하였다.

미국 특허 제 5,550,703호는, 기체를 분출기에 분배하기 위해 고압 및 저압의 충진부(plenums)를 갖는 무-입자(particle-free) 이온화 바를 개시한다. 그 다음에, 기체 속도는, 일정한 유동을 유지시키기 위해 청정실 내의 표면상의 유동의 속도와 일치되었다. 균형 잡힌 이온화에 대한 필요성이 인식되었지만, 이러한 목적을 달성하기 위해 그 필요성에 대한 구체적인 구성이 상기 미국 특허 제 5,550,703호에 기재된 디바이스로 병합되지 않았다; 다시 말해, 전자 비부착성 정화 기체내에서 균형을 달성하기 위한 특정한 필요 조건이 전혀 언급되지 않고 있다. 마지막으로, 미국 특허 제 5,847,917호는, 고속 기체를 오염 물질에 영향을 받지 않게 하기 위하여 분출기 주위에서의 고속 기체의 사용에 대해서 기술한다.

전기 코로나에 기초한 이온화기는 기본적으로 3가지 유형, 즉 직접 연결형 교류(AC), 용량 결합형 교류(AC), 및 직류(DC)가 있다. DC 이온화기는 코로나 전극 상의 연속형 또는 펄스형 고전압으로 동작될 수 있다. AC 형의 이온화기가 바람직한데, 그 이유는, 동일한 분출기가 양극과 음극의 이온 생성에 사용되어, 크기를 감소시킬 수 있기 때문이다. 또한, 두 극성의 운반자는, 중화될 물체로부터의 동일한 거리에서, 및 이온을 기체 유동과 더 양호하게 혼합할 수 있는 공간에서의 동일한 지점에서 발생된다. 직류 이온화기는 이온 생성에서 더 나은 제어를 제공하고, 일반적으로 별도의 양 및 음의 코로나 분출기를 구비한다. 본 발명은 AC와 DC 이온화기 모두에서 동작가능하다.

질소 환경에서 교류(AC) 코로나의 불안정성은, 크게 상이한 양 및 음의 운반자 이동도를 갖는 기체에 관한 문제에 가장 직접적인 증거를 제공한다. AC 코로나에서, 각 분출기 전극은 양극 및 음극의 전압으로 주기적으로 구동된다. 전압 주기의 양극성 부분 상에서 양이온이 발생되고, 음극성 전압 주기 상에서 자유 전자가 발생된다. 자유 전자의 전류는 매우 높고, 스파크오버(sparkover) 이전의 피크 AC 전압을 한정한다. 분출기가 고전압 소스에 직접 연결될 때 피크 전압은 매우 한정되어 양이온 생성이 만족스럽지 못하게 되고, 기껏해야, 정적 제거를 받고자 하는 물체에 음의 바이어스가 인가된다. 본 발명의 일실시예에 기재된 바와 같이, AC 이온화기에서의 용량 결합형 분출기 또는 저항 결합형 분출기의 사용은 자유 전자 흐름을 제한하고, 약간의 안정성을 이온화기에 제공한다. 전자 부착성 기체의 주입은 저항 결합형 코로나 이온화기, 용량 결합형 코로나 이온화기, 및 직접 연결형 코로나 이온화기를 안정화시킬 것이다.

전류 한정이 AC 이온화기에 존재할 때, 음의 바이어스가 중화될 물체에 남아있는 것이 관찰된다. 이러한 불균형은, N₂가 양(이온) 및 음(자유 전자)의 운반자를 하전 물체로 운반하는데 사용될 때 특히 두드러지게 된다. 이러한 결과의 최종 바이어스 전압은 운반자의 이동도 또는 확산도에서의 큰 차이 때문에 생긴다. 이러한 효과는, 전술한 이온화기의 불안정성 및 불균형과 상관없고, 다른 이들{에이치 이나바(H. Inaba) 등의 (1992), IEEE 회보, 반도체, Mfg., 5(4), 359 내지 367}에 의해 관찰되어 왔다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 음의 바이어스 전압을 극복하는 것이다.

전자 비부착성 기체에서의 음의 바이어스 및 불안정성은 또한 DC 이온화기에서도 보인다. 이것은 본 발명의 방법에 의해 제거될 수 있다.

본 발명의 제 1 목적은, 분출기 주위 기체의 전자 부착성 성분에서의 교란에 대해 전자 이온화기를 안정화시키는 것이다. 이 동작 방법은, 완성된 반도체 디바이스 및 부품을 위한 시험 챔버에서 사용하기 위한 것이며, 상기 챔버에 소량의 공기의 주입이 허용된다.

본 발명에 따라, 소량의 전자 부착성 기체를 전자 이온화기의 코로나 영역으로 주입하는 것이 다른 전자 비부착성 질소 기체에서 코로나를 안정화시키는 것이 확인 된다. 이 코로나 영역은 분출기 지점에 가깝게 국소화되어, 전자 부착성 기체의 양은 매우 적다. 본 발명에서, 청정-건조-공기(clean-dry-air)가 정화 기체로서 사용되는 것이 가장 바람직하다. 산소 및 이산화탄소와 같은 기체도 다른 경우에 사용될 수 있다. 소량의 전자 부착성 기체는, 속이 빈 바늘형 분출기(주사기형), 또는 외부 정화 기체{바늘주위의 슬리브(sleeve), 또는 기체 정화 노즐을 사용함으로써}를 통해 주입될 수 있다. 조절되지 않은 챔버 기체(잔여 공기를 포함하는)의 유동을 바늘을 통해 간단히 주입하는 것은 위의 적용에 적합한 것으로 볼 수 없는데, 그 이유는, -60℃ 정도의 저온의 건조한 공기를 대량으로 필요로 하기 때문이다.

본 발명의 또 다른 목적 및 장점은 이후의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백할 것이며, 여기서 본 발명의 바람직한 실시예만이, 본 발명을 수행하는 것으로 최상의 방식의 예시로서 도시되고 설명되었다. 인지될 수 있는 바와 같이, 본 발명은 다른 여러 실시예로도 가능하고, 몇몇 세부 사항은, 모두 본 발명에서 벗어나지 않고도, 여러 명백한 관점에서 변형을 할 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은, 한정적이지 않고 사실상 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

본 발명은 이후의 도면의 고려를 통해 이해될 수 있다.

도 1a는, 본 발명의 원리에 따라 구성되는, 일반적인 기체-정화식, 속이 빈 전극 구성의, 부분 개략 단면도.

도 1b는, 본 발명의 원리에 따라 구성되는, 일반적인 기체-정화식, 차폐 전극 구성을 도시한 개략도.

도 2a, 2a-1, 2a-2는 본 발명에 따른 질소 환경에서 기체-정화식 AC 정적 바를 도시한 개략도.

도 2b는 도 2a, 2a-1, 2a-2의 AC 정적 바에 대한 시험 장치의 예시도.

도 3 내지 도 6은 AC 정적 바로 수행된 시험 결과에 대한 그래프.

도 7은 한 쌍의 기체-정화식 속이 빈 전극 이온화기-분출기에 대한 개략도.

도 8은 도 7의 한 쌍의 기체-정화식 속이 빈 전극 이온화기-분출기로 달성되는 성능을 도시하는 그래프.

본 발명을 구현하기 위한 가장 바람직한 방식

본 발명은 AC 또는 DC 이온화기(ionizer)의 코로나 영역 내로 소량의 전자 부착성 기체(electron attaching gas)를 주입함으로써 위에서 설명한 바와 같은 종래의 전기 이온화기의 결함들을 회피한다. 도 1a 및 도 1b는 각각 속이 빈 분출기 전극을 통한 기체 주입 및 공동(cavity) 내의 분출기 둘레를 통한 기체 주입을 위한 일반적인 구조를 도시한다. 이러한 이온화기의 구성요소들은 비슷하다.

도 1a는 코로나 분출기를 통한 기체 주입을 위한 전극 조립체(1)의 단면도를 보여준다. 상기 조립체는 튜브형이거나 선형일 수 있다. 전위차(AC, DC 또는 펄스형 전압)가 도체성 또는 반도체성 코로나 전극(2)과 도체성 또는 반도체성 카운터 전극(3) 사이에 인가된다. 전극들(2,3) 사이의 공간은 절연물질(4)로 채워져 있는데, 이는 기체 및 고체 물질을 포함할 수 있다. 이온화기는 기체 상의 환경(5)에 놓여진다. 전극들(2, 3) 사이의 전위차는 영역(6)과 같은 날카로운 가장자리 근처에 큰 전기적 스트레스를 초래한다. 전기적 코로나(corona), 즉 기체의 국소화된 전기적 절연파괴(breakdown)는, 영역(6)과 같은 분출기 첨단(emitter point)들에 가깝게 국소화되며, 그리고 이온화기로부터 발생되는 기체 이온들의 소스이다. 전자 부착 성분들을 가지고 있지 않은 환경(5)에 상기 영역(6)이 노출되었을 때, 자유전자들이 생성되며 음이온은 형성되지 않는다. 음이온의 부재는 이온화기의 불안정한 동작을 초래한다. 공기, 산소, 또는 이산화탄소와 같은 소량의 전자 부착 기체(7)를 분출기 영역(6)으로 주입함으로써, 음이온들은 코로나를 형성하 안정화시킨다. 속이 빈 분출기 전극(hollow-emitter electrode)에 있어서는 주입된 기체는 분출기(8)에서 나간다.

도 1b에서 바늘 공동(needle-cavity) 조립체(9)의 요소들은 도 1a에서의 속이 빈 분출기 조립체(1)의 경우와 거의 동일하다. 이 경우에 기체 주입 채널(10)이 코로나 전극(2)을 둘러싸며, 나가는 기체(8)는 분출기 영역(6)을 감싼다.

반도체 부품 테스터 및 핸들러에의 첫번째 응용예에서는, 청정-건조-공기 (clean-dry-air)가 이러한 정화 기체로서 사용하기에 가장 적당하다.

비록 도 1a 및 1b의 일반적인 전극 구조는 단일 이온화 조립체를 보여주지만, 본 발명에 따라서 한 쌍의 양/음의 분출기 조립체(1)가 DC 이온화기에서 사용될 수 있으며, 또한 전극들(2, 3) 모두가 코로나 분출기일 수 있다. 또한, 분출기 조립체(1)의 어레이가 통상적으로 사용된다. 일반적인 어레이가 명세서의 나머지부분에서 예시되지만, 이온화기의 설계를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다.

AC 정적 제거기(eliminator)의 정화

상업적으로 입수가능한 AC 정적 제거기(13)는 본 발명에 따라 전압 불균형을 안정화시키고 제거하기 위하여 소량의 청정-건조-공기로 정화될 수 있다. 도 2a, 도 2a-1, 도 2a-2에 전극 구성이 예시되어 있고, 도 2b에는 시험을 위한 구조가 개략적으로 도시되어 있다. AC 60 Hz 에서 동작하는 코로나 전극 세트는 접지된 전극 케이싱(200)내에 있는 18개의 바늘형 분출기(600)로 이루어진다. 바늘 전극들(6)은 하나의 금속 링(11)에 의하여 각각 상기 접지된 전극 케이싱(200) 내에 있는 절연 시스템(400) 내의 고전압 전선(12)에 용량결합된다(capacitively coupled). 이온화기는 상기 전선(12)으로 인가된 피크-대-피크(peak-to-peak; pk-pk) 0 내지 16 kV AC 전압으로 동작된다.

이온화기(13)는 도 2b에 도시된 것과 같이 대기 압력에서 유지되는 환경 챔버(15) 내에 넣어진다. 챔버 내의 질소에 대한 체적 유동율(volumetric flow rate)(14) 및 온도는 각각 6000 내지 10000 ㎖/min 및 -10 내지 60℃ 범위였다. 이온화기의 전하 소멸에 대한 영향 및 안정-상태(steady-state) 균형 조건을 결정하기 위하여, 청정-건조-공기(0 내지 200 ㎖/min)가 이온화기 내로 16에서 주입되었다. 질소는 PTFE관(17)을 통하여 이온화기(13)의 알루미늄 케이싱으로 주입되었고, 일반적으로 분출기들(6) 및 케이싱(3)(도 2a, 2a-1, 2a-2를 보라)사이의 틈새에 가득찼다. 전하 소멸 시간 및 전하 불균형의 측정값은, 이온화기(13)으로부터 아래쪽으로 약 6 cm에 위치한 반원형 도체 프로브(18)를 사용하여 얻어진다.

전하 소멸 시간은 프로브(18) 상의 1000V 전위가 100 V로 감소될 때까지 걸리는 시간이다. 프로브 상의 전하는 전위에 비례하며 전위에 따라 음의 또는 양의 극성을 띨 것이다. 예컨대, 음의 전하 소멸 시간은 기체 스트림 내의 양의 운반자가 초기에 -1000 V로 대전된 프로브를 중화시키는 데 걸리는 시간이다. 만약 프로브 상의 전위가 접지된 후 플로트(float)되도록 하면, 이 전위는 안정된 전위 또는 나머지 전하 레벨에 도달하게 될 것이다. 이러한 안정 상태 레벨은 전하 불균형, 나머지 전위, 또는 불균형 조건이라고 불리운다.

질소 환경을 만들기 위하여 코로나 분출기 영역(6)으로부터 공기의 잔여량이 제거됨에 따라, 초기 양전하의 중화에 걸리는 시간은 감소되는 반면, 초기 음전하에 있어서는 상대적으로 일정하게 유지된다(도 3 및 증가되는 시간 a - e를 보라). 이 예에서 더 짧은 양 극성의 전하 소멸 시간의 감소는 음이온(전자 부착으로 형성된)을 더 큰 이동도를 가진 자유전자로 교체함으로부터 유래한다.

이온화기(13) 근처의 증가하는 기체 유동(14)는 프로브 영역(18)으로 더 많은 운반자를 이동시키고 양 및 음 극성의 전하 축적 때문에 전하 소멸 시간을 감소시킨다. 이 효과는 음 극성의 (자유 전자) 운반자의 경우에 상당히 더 크다(도 4를 보라).

기체 유동율(14)의 증가는 중화되어야 할 프로브(18)상의 음의 나머지 전위를 증가시킨다(도 5를 보라).

위에서 상술한 방식으로 바(bar)(16) 내로 소량의 정정-건조-공기를 주입하는 것은 프로브(18) 상의 나머지 전압을 감소시킬 것이다. 이온화기 바(16) 내에 시드 공급된 공기(seeded air)에 대한 포화 (나머지) 전압의 의존 관계가 도 6에 보여진다. 안정-상태 조건하에서, 프로브(18) 상의 전위는 청정-건조-공기 내에서 양이며 질소 환경 내에서 음이다. 비록 공기 안정화된 코로나 내 균형 전압에서 작은 양의 바이어스가 남아 있지만, 이러한 불균형은 종래의 균형화 방법에 의해 없앨 수 있을 정도로 충분히 안정하다.

AC 이온화기(13) 내로 주입된 기체의 양은, 위에서 기술한 바와 같이, 분출기 주위로의 제어된 공기 주입에 의하여 크게 감소될 수 있다. 공기로 바 케이싱을 채우는 것은 단지 본 방법에 대한 예시에 불과하다.

DC 정적 제거기의 정화

도 7은 평행한 바늘, 즉 음 극성의 바늘(19) 및 양 극성의 바늘(20)로 구성된 이온화기의 예시이다. 이 바늘들(19, 20)은, 속이 비었으며 도 1a에 기술된 것들과 유사한 기체 유동 채널들은 포함하며, 각각 기체 충진부(21, 22)로부터의 기체를 운반한다. 전극들(19, 20)은 일정간격으로 서로 떨어져 있으며 절연 시스템(4) 기능을 하는 환경 기체(5)에 의해 분리되어 있다. 도 7의 검은 원은 환경 챔버(23)(도 2b를 보라)의 구조적 성분을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2b의 이온화기는 영역(6)에서 분출기를 구비하며, 영역(8)에서 상기 주입 기체가 빠져나간다.

도 8에 전하 소멸 데이터가, 속이 빈 분출기(6, 8)를 통해 주입된 공기와 함께 질소 환경(5)에 대해서 보여진다. 그 결과는, AC 이온화기에 대해 얻어진 것과 같이, 양 및 음의 프로브(18) 전위와 작은 양의 나머지 전위의 경우와 유사한 전하 소멸 시간을 보인다. AC 이온화기에서와 같이, 정화 기체(7, 8)의 목적은 안정화시키는, 전자 부착성 성분을, 적어도 기체 스트림 내의 음 극성의 분출기에 추가하는 것이다.

DC 이온화기는 액체 질소로 냉각되는 디바이스 및 부품 핸들러에 사용하기에 특히 적합하다. 음 극성의 분출기 및/또는 양 극성의 분출기 내에 소량의 전자 부착성 기체들을 사용하는 것은 시험 환경에서는 허용된다. 주입된 기체가 시험 중인 디바이스와 열 평형을 이룰 수 있도록 하기 위하여 적은 기체량이 바람직하다. 더 나아가, 분출기 영역으로 주입된 기체는, 특히 저온에서, 냉각작용 및 분출기 상에의 오염물 축적을 방지하기 위하여 청정처리되고 건조상태여야만 한다. 분출기와 기체 유동은 중화되어야 할 대상을 향해 아래쪽으로 향하도록 및 시험 영역 내에 존재하는 운반 기체들과는 평행하도록 방향이 제어된다.

코로나 방전을 안정화하는데 필요한 기체의 체적 유동은 기체의 주입 전 및 후의 환경의 순도(purity)에 의존한다. 코로나는, 전자 부착성 기체의 농도(concentration)가 분출기의 전면에서 약 0.5%일 때 안정화될 것이다. 더 순도가 높은 기체들에 있어서는, 임의의 주입된 기체가 0.5%가 될 때까지 전자 부착성 성분에 추가될 것이다. 순환 유동이 있는 작은 챔버내에서는, 전자 부착성 성분들의 환경 레벨은 단일 통과 경우보다 훨씬 더 낮은 주입율로 코로나를 안정화시키기에 충분하게 증가할 수 있다.

분출기 1mm 내에서 코로나 유도된 기체 유동은 약 20 m/s이다. 이 유도된 기체 내로의 기체 주입은, 자유 스트림 내로 운반되는 경우, 코로나를 안정화하기에 필수적인 음이온을 생성할 것이다. 각각의 바늘형 분출기에 대해 약 20 ㎤/min의 주입율은 더 높은 기체 유동에서 음이온 형성을 위한 필요한 운반자를 제공할 것이다. 기체가 분출기를 통해 및 그 주위로 주입되는 경우, 출구 속도가 약 2 m/s인 전형적인 이온화 공기 블로워(blower), 또는 팬-구동형 유동을 가진 챔버는 전체 유동에 대하여 전자 부착형 기체의 추가에 단지 약 0.005% 만을 필요로 할 것이다.

단일 분출기에 대한 도 8에서 공기 주입율은 약 1%이며 단일-통과 챔버내에서 완전한 안정화를 보여준다. 챔버내의 표면 속도(superficial velocity)는 블로워에서 사용된 외면적 속도의 약 1%이다. 공기가 20%의 산소를 포함하므로, 블로워로부터의 일반적인 기체 속도를 참조하는 경우, 전자 부착형 성분은 0.2% 또는 0.002%이다.

본 발명이 상술한 모든 목적을 달성한다는 것을 본 기술 분야의 통상적인 순준의 기술자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 앞서 기술한 명세서를 읽은 후에는, 통상적인 기술자는, 다향한 변형과, 유사 개념의 치환 및 여기에 광범위하게 개시된 바와 같이 본 발명의 다른 다향한 양상들을 구현할 수 있을 것이다. 다라서, 여기에 수여된 보호는 다만 첨부된 청구항에 포함된 정의 및 그 동일성 범위에 의해서만 제한되어지도록 의도된다.

Claims (15)

1. 코로나에 의해 생성된 양 및 음의 운반자 종(Carrier species)의 이동도 (mobility)가 시간에 따라 변화하는 기체 내에서 정적 중화(static neutralization)를 이루기 위한 방법으로서

   코로나 전극에 매우 근접한 지역내로 미리결정된 소량의 전자 부착성 기체(electron attaching gas)(7)를 주입하는 단계

   를 포함하는, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 주입단계는 음이온들이 상기 코로나 주위에 형성되고 상기 코로나를 안정화시키도록 하는, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 주입된 기체(7)는 분출기(emitter)(8) 영역(6) 주위 및 도체성 또는 반도체성 코로나 전극(2)과 도체성 또는 반도체성 카운터 전극(counter electrode)(3) 사이를 흐르도록 유도되는, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 주입 기체(7)는 상기 코로나 전극(2)을 완전히 둘러싸는, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 기체(7)는 청정 건조 공기(clear, dry air)이며 상기 방법은 반도체 부품 테스터 및 핸들러 중 하나 내에서 사용되는, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 코로나 전극(2) 및 상기 카운터 전극(3) 모두 코로나 분출기(8)인, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.
7. 이온화기 내에서 사용하기 위한 정적 중화기(static neutralizer)로서 :

   (a) 적어도 하나의 전극은 도체성 또는 반도체성 코로나 전극(2)이며, 그 사이에 전위 전압차가 인가되는 한 쌍의 전극과

   (b) 음이온을 형성하고 상기 코로나를 안정화시키도록 상기 전극의 분출기(8) 영역(6)에 형성된 상기 코로나의 근접위치로 소정량의 전자 부착성 기체(7)를 주입하기 위한 수단을 포함하는 정적 중화기.
8. 제7항에 있어서, 상기 전극들 사이의 공간은 절연물질(4)로 충진되는, 정적 중화기.
9. 제8항에 있어서, 상기 절연물질(4)에 의해 둘러싸인 상기 한 쌍의 전극은 기체 환경(gaseous environment)내에 배치되는, 정적 중화기.
10. 제9항에 있어서, 상기 기체 환경은 질소인, 정적 중화기.
11. 제7항에 있어서, 상기 전극들은, 속이 빈(hollow) 분출기(8) 조립체를 형성하며 그 전극들 사이에 상기 기체가 주입되는, 정적 중화기.
12. 제7항에 있어서, 상기 전극들은 바늘 공동 조립체(needle cavity assembly)(9)를 형성하며 여기서 기체 주입 채널(10)이 상기 코로나 전극을 둘러싸는, 정적 중화기.
13. 제7항에 있어서, 상기 전극들은, 하나의 접지된 전극 케이싱(200) 내에 탑재된 복수개의 바늘형 분출기들(600)을 구비한 하나의 코로나 전극 세트로서 형성되고, 상기 바늘 전극들 각각은 하나의 금속 링(11)에 의하여 상기 접지된 전극 케이싱을 갖는 차폐 시스템(400) 내에 있는 고전압 전선(12)에 용량결합되는(capacitively coupled), 정적 중화기.
14. 제1항에 있어서, 상기 코로나에 의해 생성된 양 및 음의 운반자 종(Carrier species)의 이동도 (mobility)가 시간에 따라 변화하는 기체는 본질적으로 질소 또는 불활성기체(noble gas)인, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 전자 부착성 기체(7)는 상기 코로나 전극(2)으로부터 5 mm 이내에 배치되는, 기체 내에서 정적 중화를 이루기 위한 방법.

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