KR20020001563A - 고순도 가스 시스템으로부터 입자를 제거하는 장치 및 방법 - Google Patents

고순도 가스 시스템으로부터 입자를 제거하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 고순도 유동 가스 시스템 내의 가스로부터 입자를 제거하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 상기 고순도 유동 가스 시스템 내에 인라인으로 삽입되고 유입구 및 유출구가 있는 유동관과, 압력 밀봉되고 전기 절연된 상태로 상기 유동관과 일체로 형성된 공급 통로와, 이 공급 통로를 통해 상기 유동관 내로 삽입되어 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터와, 이 이미터와 인접한 컬렉터면을 포함하고, 상기 이미터와 컬렉터면 사이의 전기장이 가스 중의 입자를 컬렉터면으로 끌어당긴다. 또한, 본 발명에 따르면 고순도 가스 수용 용기 내의 가스로부터 입자를 제거하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 유입 오리피스가 있는 가스 수용 용기와, 압력 밀봉되고 전기 절연된 상태로 상기 유입 오리피스와 인접해서 밀봉되도록 부착된 공급 통로와, 이 공급 통로를 통해 상기 가스 수용 용기 내로 삽입되어 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터와, 이 이미터와 인접한 컬렉터면을 포함하고, 상기 이미터와 컬렉터면 사이의 전기장이 가스 중의 입자를 컬렉터면으로 끌어당긴다. 전술한 장치의 사용 방법도 또한 제공된다.

Description

고순도 가스 시스템으로부터 입자를 제거하는 장치 및 방법{PROCESS AND APPARATUS FOR REMOVING PARTICLES FROM HIGH PURITY GAS SYSTEMS}
본 발명은 고순도 가스 시스템으로부터 입자를 제거하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고순도 가스 실린더 및 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
전자 산업 및 반도체 산업 용의 고순도 특수 가스 시스템 내의 부유 입자를 측정하기 위한 방법이 개발되어 왔다. 그러나, 가스 중의 입자 오염원은 현재 조절되지 않고 있다. 그 결과, 최근에 충전된 가스 실린더 중의 입자 오염 수준이 반도체 처리 가스용으로 보통 용납되는 수준을 크게 초과할 수 있다. 본 명세서에 사용된 "입자"라는 용어는 임의 크기의 모든 불필요한 이산된 고체 또는 액체 오염 물질을 지칭하는 것이다.
최근에 충전된 가스 실린더에 대해 입자 측정을 행한 결과, 다음과 같은 결점들이 발견되었다. 먼저, 실린더 충전 공정은 충전 직후에 부유 입자의 농도를 상승시킨다. 두 번째로, 실린더 충전 공정은 충전 직후에 입자 농도를 크게 변하게 한다. 마지막으로, 최근에 충전된 실린더 내에서 중력 및 확산에 의한 입자의 침강이 시간에 따라 매우 점진적으로 이루어진다. 예를 들면, 조절되지 않은 충전 후에 표준 입방 피트당 입자(≥ 0.16 ㎛ 크기)의 개수가 10개 미만이 되도록 하는 것은 실용적인 시간 내에는 이루어질 수 없다. 그러한 사양을 달성하기 위해서는 월 단위의 침강 기간이 필요할 수도 있다.
충전 직후의 가스 실린더 중의 부유 입자는 4가지의 주요 원인으로부터 기인할 수 있다. 먼저, 부유 입자는 가스 충전 시스템에서 기인해서 가스 중에 부유되어 실린더로 들어갈 수 있다. 두 번째로, 반응성 가스의 경우, 부유 입자는 잔류 불순물과의 반응을 통해, 또는 내부 표면으로부터의 입자의 이탈에 따른 실린더의 부식을 통해 실린더 내부에서 형성될 수 있다. 세 번째로, 부유 입자는 구동 중에 실린더 밸브로부터 방출될 수 있다. 네 번째로, 부유 입자는 충전 공정 중에 발생하는 수력학적 전단력에 의해 밸브 및 다른 내부 실린더 표면으로부터 방출될 수 있다. 그러한 전단력은 가스의 속도가 최대인 실린더 밸브와 같은 흐름 제한 지점에서 가장 큰 것이 일반적이다.
가스 충전 시스템에서 기인하는 입자의 조절은 전자 부품용 실린더 준비 구역 및 가스 충전 시스템 전체의 청소 또는 재구성과, 모든 특수 가스 충전 공정의 완전한 개조와 같이 비싸고 어려운 절차를 통해서만 가능하다. 그러한 변화는 특수 가스 생산 비용을 크게 증가시키게 되며, 경우에 따라서는 경제적 실용성이 없을 수도 있다.
현장의 특수 가스 분배 시스템과 관련된 어려움들을 이하 설명한다.
반도체 처리 설비 등에 위치하고 여러 가스 중 WF6, SiCl4, BCl3및 HF를 대상으로 하는 가스 분배 시스템과 같은 몇몇 공정 가스 분배 시스템들은 H2O 및 O2와 같은 잔류 불순물과의 반응 후에, 또는 질량 유량 제어기 및 다른 인라인(in-line) 구성 성분으로부터의 입자 방출 후에 손상을 주는 입자들에 의해 크게 오염되기 쉽다[쉐딩(shedding)]. 또한, 그러한 저증기압 가스나 자체 증기압 하에 저장된 다른 가스(예를 들면, NH3, HCL, CHF3, C2F6, C3F8및 SF6)는 Wang, Udischas 및 Jurcik의 "액화된 소스로부터 전자 부품용 특수 가스를 취출할 때의 액적 형성 측정(Measurements of Droplet Formation in Withdrawing Electronic Specialty Gases From Liquefied Sources)" Proceedings, Institute of Environmental Sciences, 1997, 6-12면에 지적된 바와 같이, 특히 가스가 실린더로부터 고유량으로 취출되는 때에 공급 실린더 중에서 격렬한 액체 비등에 노출된다. 그렇게 고유량으로 다중 처리 공구로 취출하는 것은, 예를 들면 현대적인 반도체 설비에서 통상적인 것이다. 또한, 저증기압 가스는 분배 시스템에서 감압 또는 냉각된 후에 액적 형성 처리된다. 이 형성된 액적은 매우 안정적인 것으로 판명되었으며, 주위 온도 부근에서 가스 분배 시스템을 통해 용이하게 운반된다. 또한, 임의의 증발된 액적은 유동 가스 중에 남아 부유하게 되는 고체나 다른 비휘발성 잔류 입자를 생성할 수 있다.
그러나, 몇몇 실린더 가스의 낮은 소스 압력으로 인해서(여러 가스 중 WF6, SiCl4, BCl3및 HF에 대해서는 20 psia 미만인 것이 전형적임), 그러한 시스템에는 저저항 흐름 성분이 필요하다. 따라서, 비록 그러한 화학 반응성 가스와 함께 사용할 수 있는 필터가 존재하지만, 임의의 고저항 인라인 구성 성분은 반도체 처리 장치로의 가스의 이용 가능한 유량을 제한하는 경향이 있다. 또한, 필터는 입자 또는 액적이 상당량 로딩되면 막힐 수 있으며, 그 결과 시스템 내의 흐름이 점차적으로 제한되어 가스 시스템의 작동 신뢰성이 저하할 수 있다. 따라서, 이러한 가스의 인라인 여과 방식은 대부분의 상황에서 바람직하지 않다. 결과적으로, 농도가 매우 가변적인 손상시키는 입자 또는 액적이 하류의 처리 공구 내에 위치하는 민감한 반도체 기재로 운반될 수 있다. 또한, 입자 및 액적은 질량 유량 제어기 및 다른 인라인 구성 성분의 작동 수명을 감소시킬 수 있다. 또한, 액적은 흐름 이송 성분의 심한 부식 및 조기 파손과 흐름의 변동을 유발한다.
마찬가지로, 고순도 실린더에도 문제가 존재한다. 예를 들면, 마이크로칩 제조 공정에 입자가 미치는 유해 효과로 인해서, 반도체 제조업자들은 엄격한 입자 사양(예를 들면, 표준 입방 피트당 크기가 0.1㎛를 초과하는 입자가 10개 미만)을 충족시키는 처리 가스가 필요하다. 그러한 사양을 충족시키기 위해서는 전체 유동 가스 시스템에 대해 정기적으로 입자 시험을 실시해야 한다. 현재 당업계의 추세는 가압된 실린더 내에 패키지화된 특수 가스에 대해 유사한 입자 사양을 요구하는 방향으로 가고 있다. 따라서, 실린더 충전 후의 가압된 특수 가스에 대한 입자 시험이 필요하다. 처리 가스에 따라서, 그러한 실린더는 단일의 기상, 또는 복합의 기상 및 액상을 수용할 수 있으며, 그 내압은 0 psig 미만으로부터 3000 psig를 초과하는 범위에 이를 수 있다.
충전 후에 가스 실린더 내의 입자 농도를 측정하기 위한 방법이 개발되어 왔다. 이러한 방법은 0.16 ㎛보다 큰 부유 입자를 전체 압력 하에서 가스 실린더로부터 직접 측정할 수 있게 하며, 시험 중에 가스의 감압 또는 여과는 일어나지 않는다.
비록 충전된 가스 실린더 내의 부유 입자를 측정하는 방법은 개발되었지만, 가스 중의 입자 오염원은 현재 조절되지 않고 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 최근에 충전된 가스 실린더 내의 입자 오염 수준은 반도체 처리 가스용으로 보통 용납되는 수준을 크게 초과한다. 그리고, 전술한 바와 같이 충전 직후의 가스 실린더 내의 부유 입자는 여러 주요 오염원로부터 기인할 수 있으며, 이러한 입자 오염원은 비싸고 어려운 수단을 통해서만 조절될 수 있다. 그러한 변화는 특수 가스 제조 비용을 크게 증가시키게 되며, 경우에 따라서는 경제적으로 비현실적일 수 있다.
전술한 문제를 해결하기 위한 다양한 시도가 있었다. 먼저, 고순도 유동 가스 시스템 내의 가스 실린더 충전 시스템에 있어서, 가스 충전 시스템에서 기인하는 입자는 전체 가스 시스템을 일괄 여과함으로써, 또는 각각의 실린더에 대해 충전 지점에서 조절될 수 있다. 그러나, 어떤 경우에는 다중 실린더가 단일 소스로부터 신속하게 충전된다. 충전시 실린더로의 유량이 높을 수 있다. 따라서, 이 방법에는 실린더 가스 충전 매니폴드에 대용량 필터의 설비가 필요하다. 그러나, 상당한 압력 강하로 인해서 소형 필터는 실린더로의 유량을 제한할 수 있으며, 따라서 필요한 실린더 충전 시간을 증가시킨다. 또한, 소형 필터는 실린더 충전 중에 발생하는 고유속으로 인해서 막이 파손되거나 입자가 방출(쉐딩)되기 쉽다. 또한, 가스 실린더는 준비 단계로부터 남아 있는 가스, 부유 입자 및 다른 잔류물을 제거하기 위해 충전하기 전에 배기하는 것이 전형적이다. 필터는 진공 전도율이 낮은 것이 전형적이며, 따라서 진공 시스템 작동에는 적절하지 않다.
또한, 배기 중의 필터를 통한 역방향 흐름으로 인해서 입상 오염물이 충전 지점 필터의 하류 측에 침적된다. 그러면, 이 오염물은 충전 공정 중에 정방향 흐름이 인가되면 가스 실린더 내로 다시 방출될 수 있다. 이 문제는 필터 주위에 진공 전도율이 높은 바이패스 라인을 사용함으로써만 피할 수 있다. 이 바이패스 라인은 실린더 배기 단계 중의 역방향 흐름용으로 사용되어야 한다. 그러한 측정은 충전 공정의 복잡성 및 비용을 증가시키고, 그에 상응해서 시스템의 작동 신뢰성을 저하시킨다.
두 번째로, 고순도 유동 가스 시스템 중의 현지 특수 가스 분배 시스템에 있어서, 반도체 제조 설비에 위치하는 저압의 특수 가스 분배 시스템은 입자에 의한 오염을 최소화하도록 설계된다. 그러한 시스템은 데드-레그(dead-leg)가 최소화된 고청정도의 내식성 재료와 외부 자켓을 사용해서 누설률이 낮게 구성된다. 또한, 이들 시스템은 사용 전에 잔류 대기 가스를 최소화하기 위해 신중하게 배기 및 건조된다. 또한, 시스템 내에서 감압 또는 냉각 후에 응결 및 액적 형성이 일어나는 것을 억제하기 위해 실린더 및 가스 라인의 열추적이 사용된다. 그러나, 그러한 측정으로 작동 중에 입자 수준이 낮아지지 않는다. 밸브, 질량 유량 제어기 또는 다른 인라인 구성 성분으로부터 입자 쉐딩이 계속될 수 있으며, 실린더의 교체나 보수, 또는 시스템을 대기 오염물에 노출시켜야 하는 다른 조작 중에 도입된 불순물로 인해서, 또는 잔류 대기 오염물이나 시스템 누설로 인해서 반응이 일어날 수 있다. 또한, 그러한 측정으로는 실린더 내에서의 핵비등 또는 막비등 중에, 또는 가스 시스템 내에서의 감압 또는 냉각 후에 미세한 액적이 형성되는 것을 완전히방지하지 못한다. 그러면, 그러한 입자 및 액적이 공구 조작 중에 민감한 반도체 표면으로 자유롭게 이동하게 된다.
고순도 가스 실린더와 관련된 전술한 문제를 해결하려는 시도도 있었다. 먼저, 가스 충전 시스템에서 기인하는 입자는 여과를 통해 조절될 수 있다. 이 해결책은 충전 지점에 간단한 사용 지점 필터를 실린더와 인라인 상태로 배치함으로써 시험할 수 있다. 그러면, 실린더가 오염된 충전 시스템으로부터의 N2로 가압된다. 이 필터는 N2충전 시스템으로부터 기인하는 입자를 효율적으로 제거한다. 그러나, 충전 후의 최초 입자 수준(표준 입방 피트당 크기가 0.16 ㎛를 초과하는 입자가 471개)은, 예를 들면 반도체 용도로 여전히 용납할 수 없을 정도로 높았다. 또한, 이 해결책으로는 전술한 다른 오염원으로부터 기인하는 실린더 내의 입자를 조절할 수 없다.
충전 중에 밸브 및 다른 내부 실린더 표면으로부터 쉐딩된 입자는 흐름 제어를 통해서 상당량 감소될 수 있다. 이 해결책은 N2충전 지점에 실린더와 인라인 상태로 흐름 제한기(그리고 사용 지점 필터)를 배치함으로써 시험할 수 있다. 이 해결책에 의하면 충전 후의 최초 입자 수준이, 예를 들면 반도체 용도로 적절한 수준(표준 입방 피트당 크기가 0.16 ㎛를 초과하는 입자가 4개)으로 감소된다. 그러나, 이 해결책은 어떤 실린더 충전 용도로는 실현이 곤란하다. 예를 들면, 인라인 흐름 제한기가 가스 실린더 충전 시간을 증가시킬 수 있다. 또한, 이 해결책으로는 반응 또는 부식을 통해 실린더 내부에서 형성된 입자를 제거할 수 없다.
실린더 내부에서의 반응 또는 밸브 작동을 통한 입자 형성은 적절한 밸브 설계, 표면 마무리의 선택, 세정, 준비 및 충전 전의 배기를 통해서 최소화될 수 있다. 그러나, 이러한 대책은 불완전하고, 실린더의 반복 사용 또는 대기 오염에 대한 노출을 통해 열화되기 쉬우며, 항상 반도체 용도에 적절한 입자 수준을 초래하지는 않는다.
마지막으로, 부유 입자는 실린더 밸브에 장착된 내장 필터를 사용해서(예를 들면, 미국 특허 제5,409,526호 참조), 또는 하류의 가스 분배 시스템에 위치하는 통상적인 인라인 필터를 사용해서 실린더를 탈출할 때 흐르는 가스로부터 제거할 수 있다. 그러나, 이러한 장치로는 저장된 가스 중에 부유된 입자를 제거할 수 없다. 가스는 밸브를 통해 흘러나올 때까지, 또는 청정 상태로 천천히 침강할 때까지 오염된 채로 남아있다. 또한, 그러한 필터는 흐르는 가스 중에 과도하게 높은 압력 손실을 초래할 수 있으며, 여러 가스 중에서 WF6, SiCl4, BCl3및 HF와 같은 저증기압 가스에 대해 특히 그러하다. 그러한 가스는 흐름 저항이 작은 인라인 구성 성분을 필요로 한다.
에어 프러덕츠 앤 케미컬즈사(Air Products and Chemicals, Inc.)에게 양도된 고순도 가스 공급 장치에 대한 미국 특허 제5,409,526호에는, 밸브에 2개의 내부 포트가 있는 가스 실린더가 개시되어 있다. 내부 포트 중 하나는 실린더를 충전하는 데에 사용되고, 나머지에는 가스가 실린더를 떠날 때 가스로부터 입자 및 불순물을 제거하는 유닛이 끼워져 있다. 이 유닛에는 유입구와, 거친 입자 제거용 제1 필터와, 불순물 제거용 흡착층 및 흡착제와, 그리고 미세 입자 제거용 제2 필터가 포함된다. 정화된 가스는 조정기, 흐름 제어 장치 및 배관을 통과한 후에 밸브를 경유해서 실린더를 떠나서, 사용 지점의 바로 상류에 위치하는 통상적인 정화기를 통과한다. 이 장치는 정화기에 대한 부하를 경감시키고 정화기의 재충전 빈도수를 감소시킨다. 그러나, 이 시스템은 입자 제거를 위해서 본 발명과는 완전히 다른 접근 방법을 취하고 있다.
미국 특허 제5,707,428호에는 공기 청정 시스템 내에서 입자의 제거를 강화하기 위해 입자가 포함된 층류 가스를 사용하는 정전 집진 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 연도와 유체 연통 상태로 결합된 하우징을 포함한다. 제1 출력은 기준 퍼텐셜을 공급하고, 제2 출력은 상기 기준 퍼텐셜에 대해 음의 값을 갖는 퍼텐셜을 공급하는 전원이 제공된다. 이 시스템은 하우징을 통과하는 입자를 음전하로 하전시킨다. 이 하전된 입자는 연도 가스의 층류를 형성해서 통과시키는 수집 조립체에 의해 하우징 내에 수집된다.
미국 특허 제5,980,614호에는 코로나 방전 전극에 의해 형성된 단극 이온 소스와, 청정 대상 공기용 흐름 관통로 및 이 흐름 관통로 내에 위치하는 2개 군의 전극 요소가 있고 고전압원과 연결된 정전 집진 장치를 구비한 이온화 장치를 포함하는 또 다른 공기 청정 장치가 개시되어 있다. 한쪽 군의 전극 요소는 나머지 군의 전극 요소로부터 일정 간격을 두고 나머지 군의 전극 요소와 상호 교차하고 있으며, 나머지 군과는 다른 퍼텐셜을 갖도록 배치되어 있다. 상기 코로나 방전 전극은 그것에서 발생한 이온이 그것으로부터 거의 자유롭게 확산되어 나가 이온화 장치가 위치하는 방의 거의 전체로 확산될 수 있도록 구성된다.
미국 특허 제3,631,655호는 연도 방출물과 같은 가스를 정화시키기 위한 다중 집진 장치에 관한 것으로, 정화시킬 가스를 수용하고 분배하는 충만실과, 서로에 대해 평행하게 분리 포장되어 상기 충만실과 연결된 복수 개의 정전 집진기를 제공한다. 상기 충만실은 집진기 중에서 가스 흐름을 거의 균일하게 분배시킨다.
미국 특허 제4,232,355호는 측정 가능한 양의 불필요한 반응성 또는 독성 화학적 부산물이 생기지 않게 하면서 다량의 이온화된 가스가 발생하도록 가스 이온화 전극을 여기시키는 이온화 전압원에 관한 것이다. 이 이온화 전압원은 가스를 조절해서 이온화를 촉진시키는 역할을 하는, 이온화 퍼텐셜 이하인 정상 상태 직류 성분을 갖는 단극 전압파를 발생시킨다. 상기 정상 상태 직류 성분에는 저주파수 서지 형태의 가스 이온화 성분이 부과된다. 이 서지 펄스의 지속 시간은 가스를 화학적으로 분해시키기에는 불충분하지만, 그 진폭은 강렬한 가스 이온화를 가져올 수 있는 정도이다.
1995년 6월에 뉴멕시코주 앨버커크에서 개최된 IEEE 1995 Pulsed Power Conference에서 Grothaus, Michael G., Hutcherson, R. Kenneth, Korzekwa, Richard A., Brown, Russel Ingram, Michael W., Roush, Randy, Beck, Scott E., George, Mark, Pearce, Rick 및 Ridgeway, Robert G.가 발표한 "펄스화된 코로나 방전을 이용한 배출물 처리(Effluent Treatment Using a Pulsed Corona Discharge)"에는 유해 가스의 감소를 위한 펄스화된 코로나 반응 장치에 대해 기재되어 있다. 여기에서, 일련의 고속 상승 시간 중에, 고전압 펄스가 와이어-실린더 지오메트리에 인가되어 대기압 상태의 유동 가스 체적 내에 과잉의 스트리머 방전을 초래한다.
정전 집진기는 대규모의 공업용 환기 시스템으로부터 입자 오염을 조절하기 위해, 그리고 환기 시스템 내의 공기를 정화하기 위해 널리 사용되어 왔지만, 고순도 가스 실린더와 같은 가압된 용기 내의 가스의 정화에는 적용되지 않았다. 또한, 정전 집진법은 전자 부품 및 반도체 처리 장치의 공급에 사용되는 것과 같은 고순도 유동 가스 분배 시스템 내의 오염 입자의 조절에는 이전에 적용되지 않았다. 따라서, 본 발명은 가스 조성 및 압력이 크게 상이한 조건 하의 정전 집진법의 새로운 적용을 제시한다.
도 1은 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치의 개략적인 정면도.
도 2a는 도 1의 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치에 사용되는 날카롭게 형성된 코로나 팁 이미터의 개략적인 정면도.
도 2b는 도 1의 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치에 사용되는 감겨져 있는 코로나 와이어 팁 이미터의 개략적인 정면도.
도 2c는 도 1의 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치에 사용되는 표면이 연장되어 있는 이미터의 개략적인 정면도.
도 2d는 도 1의 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치에 사용되는 엣지가 톱니 모양으로 설계된 이미터의 개략적인 정면도.
도 2e는 도 1의 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치에 사용되는 코로나 와이어가 있는 마스트를 갖는 이미터의 개략적인 정면도.
도 3은 도 1의 고순도 유동 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치를 사용하여 다양한 가스 유량(cm3/분)에서 입자 제거 효율 대 전압 구배(V/cm)를 측정한 실시예의 그래프.
도 4는 고순도 가스 실린더로부터 입자를 제거하기 위한 장치의 부분 횡단면도.
도 5는 대략 도 4의 5-5선을 따라 취한 도 4의 장치의 횡단면도.
도 6은 고순도 가스 실린더로부터 입자를 제거하기 위한 또 다른 장치의 부분 횡단면도.
도 7은 대략 도 6의 7-7선을 따라 취한 도 6의 장치의 부분 횡단면도.
도 8은 고순도 가스 실린더로부터 입자를 제거하기 위한 또 다른 장치의 부분 횡단면도.
도 9는 대략 도 8의 9-9선을 따라 취한 도 8의 장치의 부분 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 유동 가스 시스템
12, 34: 이미터
14: 유동관
16: 유입구
18: 유출구
20: 컬렉터면
22, 36: 공급 통로
24: 히터
32: 실린더
42: 밸브
본 발명에 따르면, 고순도 유동 가스 시스템 내의 가스로부터 입자를 제거하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 상기 고순도 유동 가스 시스템 내에 인라인으로 삽입되고 유입구 및 유출구가 있는 유동관과, 압력 밀봉되고 전기 절연된 상태로 상기 유동관과 일체로 형성된 공급 통로와, 이 공급 통로를 통해 상기 유동관 내로 삽입되어 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터와, 이 이미터와 인접한 컬렉터면을 포함하고, 상기 이미터와 컬렉터면 사이의 전기장이 가스 중의 입자를 컬렉터면으로 끌어당긴다.
또한, 본 발명에 따르면 고순도 가스 수용 용기 내의 가스로부터 입자를 제거하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 가스 수용 용기와, 압력 밀봉되고 전기 절연된 상태로 상기 가스 수용 용기에 밀봉되도록 부착된 공급 통로와, 이 공급 통로를 통해 상기 수용 용기 내로 삽입되어 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터와, 이 이미터와 인접한 컬렉터면을 포함하고, 이미터와 컬렉터면 사이의 전기장이 가스 중의 입자를 컬렉터면으로 끌어당긴다.
또한, 본 발명에 따르면 고순도 유동 가스 시스템 내의 가스로부터 입자를 제거하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 상기 고순도 유동 가스 시스템 내에 인라인으로 삽입되고 유입구 및 유출구가 있는 유동관을 마련하는 공정과, 압력 밀봉되고 전기 절연된 상태로 상기 유동관과 일체로 형성된 공급 통로를 마련하는 공정과, 상기 공급 통로를 통해 상기 유동관 내로 삽입되어 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터를 마련하는 공정과, 상기 이미터와 인접한 컬렉터면을 마련하는 공정과, 상기 이미터 또는 컬렉터면에 전압을 인가해서 상기 이미터와 컬렉터면 사이에 전기장을 형성함으로써 가스 중의 입자를 컬렉터면으로 끌어당기는 공정을 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면 고순도 가스 수용 용기 내의 가스로부터 입자를 제거하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 가스 수용 용기를 마련하는 공정과, 압력 밀봉되고 전기 절연된 상태로 상기 가스 수용 용기에 밀봉되도록 부착된 공급 통로를 마련하는 공정과, 상기 공급 통로를 통해 상기 가스 수용 용기 내로 삽입되어 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터를 마련하는 공정과, 상기 이미터와 인접한 컬렉터면을 마련하는 공정과, 상기 이미터와 컬렉터면 사이에 전기장을 인가함으로써 가스 중의 입자를 상기 컬렉터면으로 끌어당기는 공정을 포함한다.
본 발명에서, 부유된 오염 입자는 정전 집진법을 사용해서 충전된 가스 실린더 또는 고순도 유동 가스 분배 시스템으로부터 제거된다. 입자는 전기적으로 접지된 "컬렉터"면 상에 침적되거나, 가스 실린더의 내부 표면, 내부 배관 표면 또는 가스 내로 삽입되는 다른 특수하게 설계된 표면을 포함할 수 있는 표면 상에 침적된다. 컬렉터면은 에너지가 공급되는 고전압 전자 이미터와 매우 인접한 곳에 위치한다. 이 이미터는 국소적인 코로나를 발생시키고, 이 코로나는 가스 중에 포함된 입자를 하전시킨다. 그러면, 이미터와 컬렉터면 사이의 전기장이 입자를 접지면으로 끌어당긴다. 정전 집진기는 대규모의 공업용 환기 시스템으로부터 입자 오염을 조절하기 위해, 그리고 환기 시스템 내의 공기를 정화하기 위해 널리 사용되어 왔지만, 고순도 가스 실린더와 같은 가압된 용기 내의 가스의 정화에는 적용되지 않았다. 또한, 정전 집진법은 전자 부품 및 반도체 처리 장치의 공급에 사용되는 것과 같은 고순도 유동 가스 분배 시스템 내의 오염 입자의 조절에는 이전에 적용되지 않았다. 따라서, 본 발명은 가스 조성 및 압력이 크게 상이한 조건 하의 정전 집진법의 새로운 적용을 제시한다.
고순도 유동 가스 시스템
고순도 유동 가스 시스템과 관련하여, 본 발명은 정전 집진 처리를 통해 가스 충전 시스템 또는 특수 가스 분배 시스템 내의 부유물로부터 입자를 제거하기 위한 수단으로 구성된다. 오염 입자 또는 액적은 관벽과 같은 내식면 상에 침적된다. 집진 후에, 입자는 반데르발스힘 및 다른 강한 부착력에 의해 집진기 표면에 부착된 채로 남아있다.
정전 집진기는 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 입자를 하전시킨다. 가스 분자는 방전 전극의 표면으로부터 방출된 전자와 충돌한 후에 이온화된다. 그러면 입자가 가스 이온과 충돌한 후에 하전된다. 이 공정은 가스 또는 가스 시스템에 아무런 유해 효과를 끼치지 않으며, 많은 전자 부품용 특수 가스에 적용될 때 안전상 위험이 거의 없다.
정전 집진법은 입상 배출물을 조절할 목적으로 대규모의 공업용 연도 방출물에서(예를 들면, 미국 특허 제3,631,655호 및 제5,707,428호를 참조하기 바람), 환기 시스템을 구성하는 경우에, 그리고 소규모 주위 공기 청정기에서(예를 들면, 미국 특허 제5,980,614호를 참조하기 바람) 널리 사용되어 왔지만, 전자 부품 및 반도체 처리 장치 공급용으로 사용되는 것과 같은 고순도 유동 가스 분배 시스템 내의 오염 입자의 조절에는 적용되지 않았다. 그러한 정전 집진법의 새로운 적용을 위해서는 고순도의, 그리고 종종 내식성의 구조 재료가 필요하고, 고압 또는 진공과 함께 사용할 수 있는 전원용 전기적 이송 장치를 포함시켜야 하며, 독특한 전극의 형상과, 산화 작용이 있거나 다른 유해한 가스에 있어서의 안전에 대한 고려와, 새로운 가스의 물리적 특성과 부합하는 작동 파라미터가 필요하다.
고에너지 플라즈마는 가스 분자의 화학적 붕괴를 초래해서 원하지 않는 화학적 부산물이 생길 수 있다는 것을 주목해야 한다. 그러한 붕괴는 가스 배출물 흐름 중의 불필요한 화학 성분을 감소시키는 데에 유리하게 이용되었다[예를 들면, 1995년 6월에 뉴멕시코주 앨버커크에서 개최된 IEEE 1995 Pulsed Power Conference에서 Grothaus 등이 발표한 "펄스화된 코로나 방전을 이용한 배출물 처리(EffluentTreatment Using a Pulsed Corona Discharge)"를 참조하기 바람]. 그러나, 본 출원에서 가스 분자의 어떠한 화학적 붕괴도 바람직하지 않다. 본 발명은 가스 분자의 화학 조성을 크게 변화시키지 않고 부유 입자를 집진하기 위한 것이다. 그러한 붕괴는 충분히 낮은 에너지 플라즈마를 사용하거나, 미국 특허 제4,232,355호에 개시된 바와 같이 정상 상태의 직류 성분 상에 중첩된 저주파 전압 서지를 사용함으로써 피할 수 있다.
공업적인 규모의 정전 집진기의 입자 제거율은 99.5%보다 양호한 것이 전형적이다. 따라서, 집진기에의 입자 챌린지(particle challenge)에 따라, 유동 가스 중의 결과적인 입자 수준은 반도체 용도로 적절한 것이 된다. 반도체 처리 공구에 도달하는 입자 농도의 변화도 정전 집진 후에 크게 감소된다. 그 결과는 사용 지점에서 가스 품질의 일관성이 크게 개선되는 것이다.
유통식(flow-through) 정전 집진기는 낮은 외형의 전극만을 수용하는 대략적인 중공관으로 구성되도록 설계할 수 있다. 따라서, 정전 집진기는 진공 전도율이 높고, 고유량 하에서의 압력 강하가 무시할 정도이며, 전자 부품 등급의 가스 시스템에서 입자 또는 액적이 크게 로딩되는 문제가 없다. 또한, 정전 집진기는 광범위한 시스템 압력 하에서, 그리고 역유동 조건 하에서 입자를 제거할 수 있다. 결과적으로, 정전 집진기는 주기적으로 진공 하에 배치되는 시스템과, 저압 특수 가스 분배 시스템에 사용할 수 있다.
이하, 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 지시하는 여러 도면을 참조하면, 도 1에는 유동 가스 시스템(10)용 고순도 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치의 실시예가 간략히 도시되어 있다. 이 장치는 유동 가스 시스템(10) 내에 인라인으로 배치되어 있다. 본 명세서에서 "코로나 와이어" 또는 방전 전극이라고도 부르는 중앙에 위치하는 이미터(12)가, 가스 라인 내에 유입구(16) 및 유출구(18)가 있는 유동관(14) 내의 압력 밀봉되고 전기 절연된 공급 통로(22)와 연결되어 있다. 상기 이미터(12)는 유동관(14) 내부에 영구적으로 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 코로나 와이어[이미터(12)]는 양전하와 음전하 모두로 충전될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 음전하로 하전되는 경우, 코로나 와이어[이미터(12)]는 다량의 전자 플럭스를 주위 가스 내로 방출해서 국소적인 코로나를 형성하는 기능의 이미터 또는 방전 전극이라고 더욱 적절하게 부를 수 있다. 그러나, 양전하로 충전되면, 코로나 와이어[이미터(12)] 부근에 이 구역에서의 높은 전기장 강도로 인해서 국소적인 코로나가 유사하게 형성된다. 양자의 경우에, 이렇게 형성된 국소적인 코로나는 접지면 또는 컬렉터면(20)에서의 후속의 집진에 필요한 입자로 전하를 전이시킨다.
이미터(12)는 고전압 인가 하에 국소적인 코로나의 형성을 강화하기 위해 설계되는 것으로, 얇은 와이어로 제한되지 않고 다양한 기하학적 형상으로 설계될 수 있다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e에 각각 도시된 전형적인 기하학적 형상들(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)은 날카로운 엣지, 연장된 표면 및 작은 곡률 반경으로 형성되어 높은 전기장 강도 및 효율적인 코로나 형성을 촉진함으로써 집진 처리를 강화시킨다. 그러한 이미터의 기하학적 형상은 정전 집진 업계에 잘 알려진 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예(도시하지 않았음)에 있어서, 전술한 "이미터" 또는 코로나 와이어는 접지될 수 있고, 또 다른 "컬렉터"면은 양전하 또는 음전하로 하전될 수 있다. 이 경우에, 코로나 와이어[이미터(12)] 부근에 이 구역의 높은 전기장 강도로 인해서 코로나가 마찬가지로 형성된다. 이렇게 형성된 코로나는 후속 집진에 필요한 입자로 전하를 전이시킨다. 이 실시예에서, 입자는 또한 "컬렉터"면으로 끌어당겨진다.
본 발명의 전형적인 용례에 있어서, 가스의 정화는 유동관(14) 내의 공급 통로(22)에 높은 직류 전압원을 인가함으로써 달성된다. 가스 시스템의 나머지 부분은 전기적으로 접지되어 있다. 전형적으로 킬로볼트 범위에 있는 전압은 접지면으로의 아크 발생 또는 전기적 갭의 붕괴를 유도시키지 않으면서 코로나를 형성시키기에 충분해야 한다. 유통식 집진기 내에서의 작동 중에 이미터(12)로 전력이 연속적으로 공급될 수 있다. 작동 중에, 국소적인 코로나는 가스에 포함된 입자를 하전시킨다. 그러면 집진기 내부의 전기장이 하전된 입자를 집진기 표면 또는 컬렉터면(20)으로 신속하게 끌어당긴다. 가스는 관 내에서 임의의 방향으로 흐를 수 있으며, 이 흐름 방향은 집진 공정의 효율에 아무런 영향이 없다.
본 발명은 특수 가스 시스템 내에 전기적 이송 설비 및 전극 설비를 필요로 한다. 그러나, 정전 집진법은 에너지 소비량이 낮은 것이 전형적이어서 조작 상의 수고나 다른 장치가 거의 필요 없고 가스 정화 공정이 매우 효율적이다. 또한, 전자 부품 등급 가스 시스템의 연마된 고청정 내부 표면은 정전 집진법에 잘 맞는 고전도율을 제공한다.
대안으로서, 집진기 표면 또는 컬렉터면(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 외부에 장착된 히터 요소(24)를 사용해서 가열될 수 있다. 이 히터 요소(24)는, 예를 들면 전기 저항 히터, 열전기 히터 모듈, 컬렉터면의 외부 표면과 열접촉하는 가열된 유체, 또는 열교환 업계에 잘 알려진 임의의 다른 방법으로 구성될 수 있다. 그러한 가열된 컬렉터면은 불필요한 액적이 컬렉터면으로 집진될 때의 증발을 촉진시킨다. 그러한 부유 액적은 근포화 상태에서 흐르는 증기로 존재할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 정전 집진 공정은 다음과 같이 이루어진다. 정상 상태의 균일한 전기장 내에서 반경이 a인 하전된 입자에 작용하는 전기력은 입자에 작용하는 공기 역학적 항력과 동일하다. 층류 시스템내 입자의 결과적인 집진 속력 v는 하기 식과 같다.
v = E npe C/(6πμa)
여기서 np는 입자 상의 기본 전하 단위수이고, e는 전하의 기본 단위 = 4.803 x 10-10statcoulomb이며, E는 statvolt/cm 단위의 전기장 강도, 그리고 μ는 poise 단위로 나타낸 가스의 동점성 계수이다. C는 스톡스-커닝엄(Stokes-Cunningham) 미끄럼 보정 계수로서, 하기 식으로 주어진다.
C = 1 + 1.246(λ/a) + 0.42(λ/a)e(-0.87a/λ)
여기서 λ는 가스의 평균 자유 경로로서, 가스의 압력, 온도 및 조성에 의존한다.
이미터와 컬렉터면이 x cm의 거리를 두고 있다면, 모든 하전 입자를 집진하는 데에 필요한 시간은 대략 x/v이다. 이는 정화 공정을 완료하기 위해 필요한 유동 가스의 노출 시간이다. 효율적인 집진기를 위해서는 전기장 내의 유동 가스에 대해 적이도 이 정도의 시간을 제공하도록 설계되어야 한다.
전술한 가스의 평균 자유 경로, 스톡스-커닝엄 미끄럼 보정 계수 및 결과적인 집진 속력은 모두 가스 압력에 따라 크게 변하게 된다. 따라서, 집진 공정의 완료에 필요한 노출 시간이 가스 압력에 따라 크게 변한다. 이 압력 효과는 압력 크기의 차수가 변할 수 있는 공정 가스 시스템에서 중요하며, 대부분 대기압 부근의 압력에서 이루어지는 전술한 정전 집진의 종래의 적용과 본 발명을 구분짓는 큰 차이점이다.
또한, 전술한 가스의 동점성 계수, 평균 자유 경로 및 결과적인 집진 속력은 모두 가스 조성에 따라 크게 변하게 된다. 따라서, 집진 공정의 완료에 필요한 노출 시간이 가스 조성에 따라 크게 변한다. 이 조성 효과는 가스의 특성이 크게 변할 수 있는 전자 부품 처리 가스 시스템에서 중요하며, 또한 공기 중에서만 이루어지지는 않지만 대부분 공기 중에서 이루어지는 전술한 정전 집진의 종래의 적용과 본 발명을 구분짓는 차이점이다.
분진 입자와 같은 많은 분산 입자는 그 형성 방법으로 인해서 어느 정도는 자연적으로 하전된다는 것을 주의해야 한다. 그러나, 이 하전량은 극히 낮은 것이 보통이다. 그럼에도 불구하고, 이러한 자연적으로 하전된 입자는 코로나에 의한추가적인 하전이 없이도 전기장에의 노출이 길어짐에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 이미터는 코로나를 형성하기에는 불충분하지만 가스 시스템 내에 전기장을 형성하기에는 충분한 저전압 수준의 단순한 전극으로 사용될 수도 있다. 이 전기장은 부유물로부터 전술한 자연적으로 하전된 입자의 일부를 제거하게 된다. 이 경우 입자는 그 자연적인 전하의 정미값의 극성에 따라 접지면과 이미터 모두에 침적된다.
실시예 1
도 1에는 가스 실린더 충전 시스템 및 현지 특수 가스 분배 시스템을 포함하는 유동 가스 시스템(10)용 고순도 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치가 도시되어 있다. 이 장치의 치수 및 작동 파라미터는 단지 예시를 위해 주어진 것이며, 본 발명의 다양한 용례에 따라 크게 변할 수 있다. 이 실시예에서, 전기적으로 접지된 금속 유동관(14)의 내경은 4.14 cm이고 길이는 64 cm였다. 직경이 0.159 cm인 이미터(12) 전극이 유동관(14)의 중앙 축선을 따라 10 cm 연장되었다. 이미터(12) 설계는 도 2a에 도시된 바와 같이 단일의 전도성 로드로 구성되었다. 이미터(12)와 주위 관벽 사이의 간격 또는 "전극간 간격"은 1.99 cm였다. 음의 직류 전압을 이미터(12)에 인가시켰다. 이 인가된 전압으로 이미터(12)와 유동관(14) 내벽 사이에 "전극간 전압 구배"가 생성되었다. 이 전압 구배는 인가된 전압을 전극 간격(1.99 cm)로 나눈 값과 동일하며, 단위는 볼트/cm이다. 이 집진기 성능 시험을 위해서, 주위 오염 입자를 포함하는 주위 압력 상태의 공기를 유동관(14) 내로 유입시켰다. 연속적으로 샘플링하는 입자 카운터를 사용해서0.16 ㎛ 보다 큰 모든 입자의 농도를 유동관의 유출구에서 측정하였다. 집진기 관으로 들어가는 주위 공기는 cm3당 대략 16 내지 110개(입방 피트당 453,000 내지 3,110,000개)의 입자를 포함하는 것으로 판명되었다. 그리고 나서, 다양한 이미터 전압 설정 및 공기 유량 하에 결과적인 입자 제거 효율을 결정하였다. 도 3에 도시된 결과로부터, 4,000 볼트/cm를 초과하는 전극간 전압 구배에서, 즉 8,000 볼트를 초과하는 직류 전압에서 집진기가 공기로부터 입자의 99%를 넘게 제거하였음을 알 수 있다. 이 성능은 10,500 cm3/분 정도로 높은 공기 유량에서 관찰되었다.
실시예 2
이 실시예에서, 전기적으로 접지된 금속 유동관의 내경은 1.65cm이고 길이는 16.2cm였다. 직경이 0.159 cm인 이미터 전극이 유동관의 중앙 축선을 따라 12 cm 연장되었다. 이미터 설계는 도 2c에 도시된 바와 같이 8개의 필라멘트형 연장면이 있는 단일의 전도성 로드로 구성되었다. 필라멘트형 연장면의 팁과 주위 관벽 사이의 간격 또는 "전극간 간격"은 0.349 cm였다. 음의 직류 전압을 이미터에 인가시켰다. 이 인가된 전압으로 이미터와 유동관 내벽 사이에 "전극간 전압 구배"가 생성되었다. 이 집진기 성능 시험을 위해서, 주위 오염 입자를 포함하는 주위 압력 상태의 공기를 유동관 내로 유입시켰다. 연속적으로 샘플링하는 입자 카운터를 사용해서 0.16 ㎛ 보다 큰 모든 입자의 농도를 유동관의 유출구에서 측정하였다. 집진기 관으로 들어가는 주위 공기는 cm3당 대략 11개(입방 피트당 311,000개)의 입자를 포함하는 것으로 판명되었다. 집진기의 입자 제거 효율을 다양한 공기 유량하에 결정하였다. 집진기가 11,500 볼트/cm(즉, 4,000 볼트의 직류 전압)의 전극간 전압 구배에서 공기로부터 모든 측정 가능한 입자를 제거하였다. 이 성능은 3,000 cm3/분 정도로 높은 공기 유량에서 관찰되었다.
고순도 가스 실린더
고순도 가스 실린더와 관련하여, 본 발명은 충전된 가스 실린더 또는 다른 가스 수용 용기로부터 부유 입자를 제거하기 위한 수단으로 구성된다. 미세 오염 입자는 정전 집진 처리를 통해 실린더의 내부 표면 상에 침적된다. 집진 후에, 입자는 반데르발스힘 및 다른 강한 부착력에 의해 실린더 표면에 부착된 채로 남아 있다.
도 4 및 도 5에는 고순도 가스 실린더용 고순도 가스 시스템(30)으로부터 입자를 제거하기 위한 장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 실린더 또는 다른 가스 수용 용기(32)에서, 중앙에 위치하는 이미터(34)가 바람직하게는 실린더 밸브(42)의 내부 또는 부근에 위치하는 압력 밀봉된 전기적 공급 통로(36)와 연결되어 있다. 이미터(34)는 실린더(32) 내부에 위치한다. 이미터(34)는 가스 실린더(32)의 정상적인 수직 방향 저장 중에 수직 배향으로 이미터(34)를 유지시키기 위해 하단에 작은 중량물(40)이 부착되어 중앙에 현수되어 있는 얇은 코로나 와이어로 이루어진다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 이미터는 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e에 도시된 형상을 포함하는(그러나, 이들 형상으로 제한되지 않음) 정전 집진 업계에 알려진 많은 이미터 형상으로 이루어질 수 있다. 도 4 및 도 5에서, 전기적 공급 통로(36)는 실린더(32)의 오리피스(33)와 밸브(42) 사이에위치하는 별도의 분리 가능한 압력 밀봉된 피팅 내에 설치되어 있다. 이 설계에 따르면, 전기적 공급 통로를 실린더 밸브 내에 직접 설치할 필요가 없으며 가스 실린더의 정기 보수 중에 집진기 조립체를 용이하게 교체할 수 있다.
그러나, 전기적 공급 통로를 실린더 밸브 또는 실린더 본체 내부에 합체시키는 것을 포함해서 다른 기하학적 형상을 사용할 수 있다. 그러한 기하학적 형상은 시스템 중에 나사 연결이 필요없게 되는 유리한 점이 있다. 그러한 나사 연결은 외부로부터 실린더로 누설이 발생할 가능성을 증가시킨다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예는 집진기의 작동 중에 컬렉터면 역할을 하는 실린더가 전기적으로 접지되도록 하기 위한 접지 단자(46)를 포함한다. 또한, 이 실시예는 세라믹 또는 다른 적절한 내식성 재료로 이루어진 전기 절연관(48)을 포함한다. 실린더의 상단부 부근에 위치해서 압력 밀봉된 피팅 내로 연장되는 상기 전기 절연관(48)은 코로나 와이어의 상부를 둘러싸고, 실린더의 좁은 상부 근처의 접지면으로 전기 아크가 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.
가스의 정화는 공급 통로에 직류 고전압을 일시적으로 연결함으로써 이루어진다. 실린더의 나머지 부분은 전기적으로 접지되어 있다. 몇 초 내지 몇 분의 시간 동안 이미터로 전력이 공급된다. 이 시간 동안, 이미터는 국소적인 코로나를 생성하며, 이 코로나는 가스에 포함된 입자를 하전시킨다. 그러면, 실린더 내부의 전기장이 하전된 입자를 접지된 실린더 표면으로 신속하게 끌어당긴다. 집진 처리의 종료 후에, 전압원과 가스 실린더의 연결이 차단된다.
전술한 유통식 집진기(10)에서와 같이, 본 발명에서 코로나와이어[이미터(34)]는 양전하와 음전하 모두로 하전될 수 있다. 음전하로 하전되는 경우, 코로나 와이어[이미터(34)]는 다량의 전자 플럭스를 주위 가스 내로 방출해서 국소적인 코로나를 형성하는 기능의 이미터 또는 방전 전극이라고 더욱 적절하게 부를 수 있다. 그러나, 양전하로 충전되면, 코로나 와이어[이미터(34)] 부근에 이 구역에서의 높은 전기장 강도로 인해서 국소적인 코로나가 유사하게 형성된다. 양자의 경우에, 이렇게 형성된 국소적인 코로나는 접지면 또는 컬렉터면에서의 후속의 집진에 필요한 입자로 전하를 전이시킨다.
도 4 및 도 5에서, 이미터(34)는 가스 실린더의 저부 근처까지 연장된다. 이 설계에 의하면 이미터에 전압이 인가될 때 실린더 내의 전체 가스 체적을 동시에 정화할 수 있다. 이 설계는 실린더의 성분 전체가 기상일 때 가장 잘 이용된다. 그러나, 어떤 실린더는 적어도 부분적으로 액체로 충전되어 있다. 그러한 실린더는 액체 상방의 증기의 체적을 보다 적게 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 이미터가 부분적으로만 실린더의 중앙 축선 아래로 연장되어 이미터가 그 길이 방향을 따라서는 액체 중에 침지되지 않도록 할 수 있다. 이 실시예는 액체와의 직접 접촉으로 전기장이 단락되지 않게 하면서 액체 상방의 증기 공간을 정화할 수 있게 한다. 이 실시에에서는, 포화점에 인접한 증기 중에 부유된 임의의 액적이 실린더를 탈출하지 않으면서 실린더 벽 상에 연속적으로 침적될 수 있다.
그러한 침적된 액적은 중력으로 인해서 실린더 벽 아래로 흘러 저장된 액체 내로 들어가게 된다. 그러나, 그러한 액체 수용 실린더는 사용 중에 종종 열 자켓처리되므로, 임의의 침적된 액적이 또한 가열된 실린더 표면 상에서 증발하게 되어 증기가 실린더로부터 원활하게 취출되는 것이 강화된다. 따라서, 이 실시예에서, 장치(30)는 실린더(32)로부터의 증기 취출 중에 연속적으로 작동된다. 집전 공정은 흐름 변동, 격심한 부식, 흐름 전송 성분의 조기 파손, 그리고 유동 가스 중에 부유되어 남아 있는 고체 또는 다른 비휘발성 잔류 입자 내로의 증발을 비롯해서, 안정된 액적을 가스 분배 시스템 내로 수송하는 것과 관련된 전술한 문제를 감소시키는 경향이 있다.
본 발명의 사상은 실린더(32) 내에 이미터(34) 및 전기적 공급 통로(36) 설비를 필요로 한다. 그러나, 정전 집진의 에너지 소비는 전형적으로 낮으며, 노동력이나 다른 장치가 거의 필요하지 않고, 가스 정화 공정도 매우 신속하다. 단일 전원을 사용해서 다중 실린더를 동시에 정화할 수 있다. 이 정화 공정은 완전히 가동성이 있다. 정화 공정은 실린더 충전 직후에, 입자 시험 전에, 또는 반도체 설비에서의 사용 시점을 포함한 임의의 시점에 이루어질 수 있다. 또한, 전자 부품 등급 가스 실린더의 연마된 고청정도 내부 표면이 정전 집진에 적절한 높은 전도성을 제공한다.
정전 집진기는 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 입자를 하전시킨다. 가스 분자는 방전 전극의 표면으로부터 방출된 전자와 충돌한 후에 이온화된다. 그러면 입자가 가스 이온과 충돌한 후에 하전된다. 이 공정은 가스 또는 가스 시스템에 아무런 유해 효과를 끼치지 않으며, 안전상 위험이 거의 없다.
집진 공정의 효율에 대한 식에 따르면, 실린더 중의 가스와 같은 정지 가스에 대해 100%에 가까운 효율을 달성할 수 있을 것으로 예상된다. 그러한 효율은 집진 공정에 충분히 노출시킨 후에 달성될 수 있다. 따라서, 실린더 내의 결과적인 입자 수준은 반도체 용도로 적절한 것이 된다. 예를 들면, 정지 가스 시스템 중의 입자의 집진 속력 v는 하기 식과 같다.
v = E npe C/(6πμa)
여기에 사용된 파라미터는 모두 전술한 바와 같다. 가스 실린더 또는 다른 수용 용기 내부에서 이미터와 컬렉터면이 x cm의 거리를 두고 있다면, 모든 하전 입자를 집진하는 데에 필요한 시간은 대략 x/v이다. 이는 정화 공정을 완료하기 위해 필요한 정지 가스의 노출 시간이다. 효율적인 집진기를 위해서는 전기장 내에서 정지 가스에 대해 적이도 이 정도의 시간을 제공하도록 설계되어야 한다.
전술한 유통식 집진기(10)의 경우와 마찬가지로, 가스의 평균 자유 경로, 스톡스-커닝엄 미끄럼 보정 계수 및 결과적인 집진 속력은 모두 가스 압력에 따라 크게 변하게 된다. 따라서, 집진 공정의 완료에 필요한 노출 시간이 가스 압력에 따라 크게 변한다. 이 압력 효과는 압력 크기의 차수가 변할 수 있는 가스 시스템에서 중요하며, 대부분 대기압 부근의 압력에서 이루어지는 전술한 정전 집진의 종래의 적용과 본 발명을 구분짓는 큰 차이점이다.
또한, 가스의 동점성 계수, 평균 자유 경로 및 결과적인 집진 속력은 모두 가스 조성에 따라 크게 변하게 된다. 따라서, 집진 공정의 완료에 필요한 노출 시간이 가스 조성에 따라 크게 변한다. 이 조성 효과는 가스의 특성이 크게 변할 수 있는 전자 부품 처리 가스 시스템에서 중요하며, 또한 공기 중에서만 이루어지지는않지만 대부분 공기 중에서 이루어지는 전술한 정전 집진의 종래의 적용과 본 발명을 구분짓는 차이점이다.
실시예 3
도 4 및 도 5에는 가압된 가스 실린더용으로 설계된 정전 집진기가 도시되어 있다. 이 장치의 치수 및 작동 파라미터는 예시만을 위한 것이며 본 발명의 용례에 따라 크게 변할 수 있다. 이 실시예에서, 전기적으로 접지된 금속 실린더(32)의 내부 용적은 대략 29,400 cm3, 내경은 19.7 cm, 전체 외부 높이는 119 cm였다. 직경이 0.0102 cm인 얇은 니켈 크롬 코로나 와이어[이미터(34)]를 전기적 공급 통로(36)로부터 중앙에 현수시켰다. 상기 와이어[이미터(34)]는 거의 가스 실린더(32)의 전체 길이 만큼 연장되었다. 상기 와이어[이미터(34)] 저부의 중량물(40)은 실린더(32)의 저부 상방으로 대략 9.2 cm 지점에 위치했다. 실린더(32)를 입자를 포함하는 N2로 200 psig의 압력까지 가압하였다. 연속적으로 샘플링하는 입자 카운터를 사용해서 0.16 ㎛ 보다 큰 모든 입자의 농도를 실린더의 유출구에서 측정하였다. 실린더(32) 내의 N2는 표준 cm3당 대략 0.428개(표준 입방 피트당 12,100개)의 입자를 포함하는 것으로 판명되었다. 이 입자 농도는 반도체 처리 용도로는 부적절한 것으로 판단되는 것이다. 실린더를 전기적으로 접지시키고 대략 60초 동안 코로나 와이어[이미터(34)]에 1,520 볼트/cm(즉, 15,000 볼트의 음의 직류 전압)의 전극간 전압 구배를 인가시켰다. 집진 처리에 노출된 후에,실린더(32) 내의 N2는 표준 cm3당 대략 1.127 x 10-4개(표준 입방 피트당 3개)의 입자 농도를 포함하는 것으로 판명되었다. 이 입자 농도는 반도체 처리 용도로 적절하다고 판단되는 것이다. 800 볼트/cm(즉, 8,000 볼트의 음의 직류 전압) 정도로 낮은 전극간 전압 구배에 대한 동일한 시험 조건 하에서 유사한 성능이 관찰되었지만, 그러한 낮은 전압으로는 집진 공정의 완료에 몇 분이 걸린다.
도 6 및 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예(30')가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 이미터(34')는 수직의, 전기적으로 접지된 컬렉터관(50) 내에서 중앙에 위치한다. 이미터(34')는 도 2a에 도시된 바와 같이 날카롭게 형성된 로드로 이루어진다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 이미터는 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e에 도시된 형상을 포함하는(그러나, 이들 형상으로 제한되지 않음) 정전 집진 업계에 알려진 많은 이미터 형상으로 이루어질 수 있다. 도 6 및 도 7에서, 전기적 공급 통로(36'), 이미터(34') 및 컬렉터관(50)을 포함하는 완전한 집진 장치(30')가 밸브(42')와 실린더(32') 사이에 위치한 별도의 분리 가능한 압력 밀봉된 피팅(44') 내에 설치되어 있다. 이 설계에 따르면, 전기적 공급 통로를 실린더 밸브 내에 직접 설치할 필요가 없으며, 가스 실린더의 정기 보수 중에 집진기 조립체를 용이하게 교체할 수 있다.
가스의 정화는 공급 통로(36')에 직류 고전압원을 일시적으로 연결함으로써 이루어진다. 실린더(32')의 나머지 부분은 전기적으로 접지되어 있다. 가스 또는 증기를 실린더(32)로부터 취출할 때 전력이 이미터(34')로 연속적으로 공급된다.작동 중에, 이미터는 국소적인 코로나를 생성하며, 이 코로나는 전기적으로 접지된 컬렉터관(50) 내에서 가스에 포함된 입자를 하전시킨다. 그러면, 컬렉터관 내의 전기장이 하전된 입자를 접지된 컬렉터관의 표면으로 신속하게 끌어당긴다. 실린더로부터 가스가 취출되지 않을 때에는 전압원과 가스 실린더의 연결이 차단된다. 이 실시예는 실린더의 전체 용적을 정화하지 않고, 컬렉터관을 통해 흘러 나오는 취출된 가스를 정화한다. 그러나, 이 실시예에서 이미터와 컬렉터관 사이의 가까운 간격으로 인해서, 비교적 낮은 이미터 전압으로 높은 전극간 전압 구배를 이룰 수 있다. 따라서, 비교적 낮은 이미터 전압으로 입자 집진을 이룰 수 있다.
도 6 및 도 7의 실시예는 가스 흐름이 실린더로 들어가거나 그로부터 나갈 수 있게 한다는 것을, 즉 이 실시예는 실린더(32') 충전 단계 중에 유입되거나 유출되는 가스를 정화하는 데에 사용될 수 있다는 것에 주목하기 바란다. 이 경우, 장치(30')는 가스가 실린더(32')로 들어가면 작동되고 실린더(32') 충전이 완료된 후에 정지된다. 본 발명의 그러한 작동으로 인해서 거의 입자가 없는 가스를 포함하는 최근에 충전된 실린더가 제공된다.
전술한 유통식 집진기(10)에서와 같이, 본 발명에서 이미터(34')는 양전하와 음전하 모두로 하전될 수 있다. 음전하로 하전되는 경우, 이미터(34')는 다량의 전자 플럭스를 주위 가스 내로 방출해서 국소적인 코로나를 형성하는 기능의 방전 전극이라고 더욱 적절하게 부를 수 있다. 그러나, 양전하로 충전되면, 날카롭게 형성된 이미터 팁 부근에 이 구역에서의 높은 전기장 강도로 인해서 국소적인 코로나가 유사하게 형성된다. 양자의 경우에, 이렇게 형성된 국소적인 코로나는 접지면 또는 컬렉터면에서의 후속의 집진에 필요한 입자로 전하를 전이시킨다.
도 6 및 도 7에 도시된 장치(30')는 가스로 충전된 실린더와 액체로 충전된 실린더 모두에 사용될 수 있다. 액체로 충전된 실린더의 경우, 포화점 부근에서 증기 중에 부유된 임의의 액적이 실린더(32')를 빠져나오지 않고 컬렉터관(50) 상에 연속적으로 침적될 수 있다. 그러한 침적된 액적은 중력으로 인해서 컬렉터관(50) 아래로 흘러 저장된 액체로 복귀하게 된다.
실시예 4
도 6 및 도 7에는 가압된 가스 실린더(30')용으로 설계된 고순도 가스 시스템으로부터 입자를 제거하기 위한 장치가 도시되어 있다. 이 장치의 치수 및 작동 파라미터는 예시만을 위한 것이며 본 발명의 용례에 따라 크게 변할 수 있다. 이 실시예에서, 전기적으로 접지된 금속 실린더(32')의 내부 용적은 대략 29,400 cm3, 내경은 19.7 cm, 전체 외부 높이는 119 cm였다. 직경이 0.159 cm인 이미터 로드(34')와 날카롭게 형성된 팁을 전기적 공급 통로(36')에 연결시켰다. 상기 이미터(34')는, 내경이 1.75 cm이고 길이가 15 cm인 전기적으로 접지된 컬렉터관(50) 내부로 중앙에서 연장되었다. 실린더(32')를 입자를 포함하는 N2로 200 psig의 압력까지 가압하였다. 연속적으로 샘플링하는 입자 카운터를 사용해서 0.16 ㎛ 보다 큰 모든 입자의 농도를 실린더의 유출구에서 측정하였다. 실린더 내의 N2는 표준 cm3당 대략 2.18개(표준 입방 피트당 61,700개)의 입자를 포함하는 것으로 판명되었다. 이 입자 농도는 반도체 처리 용도로는 부적절한 것으로 판단되는 것이다. 컬렉터관을 전기적으로 접지시키고 이미터에 9,560 볼트/cm(즉, 단지 3,000 볼트의 음의 직류 전압)의 전극간 전압 구배를 인가시켰다. 집진 처리에 노출되는 중에, 취출된 N2는 cm3당 대략 0개의 입자 농도를 포함하는 것으로 판명되었다. 이 입자 농도는 반도체 처리 용도로 적절하다고 판단되는 것이다.
도 8 및 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예(30″)가 도시되어 있다. 이 실시예는 도 6 및 도 7에 도시된 실시예를 기하학적으로 간략화한 것이다. 이 설계는 도 6 및 도 7에 도시된 설계보다 훨씬 간단하고 제조 비용이 낮다. 이 경우에, 수직으로 배향된 컬렉터관은 생략되었으며, 이미터(34″)는 도 2a에 도시된 바와 같이 날카롭게 형성된 팁이 있는 수평으로 배향된 이미터 로드(34″)로 구성된다. 이 실시예에서, 컬렉터면은 전기적으로 접지되고 압력 밀봉된 피팅(44″), 가스 실린더(32″) 및 밸브(42″)로 구성된다. 따라서, 취출된(또는 유입된) 가스 중에 부유된 입자 및 액적은 컬렉터관이 아닌 상기 컬렉터면 상에 침적된다. 그 밖의 점에서, 이 설계는 도 6 및 도 7에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 작동된다. 용접된 것이 아닌 나사가 형성된 전기적 공급 통로와 함께 사용되면, 도 8 및 도 9의 설계는 또한 전기적 공급 통로 및 이미터 로드(34″)를 압력 밀봉된 피팅으로부터 용이하게 분리할 수 있게 하며, 그 결과 마모되거나 손상된 이미터 로드(34″)를 조립체(30″)로부터 용이하게 교체할 수 있다. 그러한 이미터(34″)의 교체는 밸브 또는 집진기 조립체를 가스 실린더로부터 분리하지 않고 실시할 수 있다.
분진 입자와 같은 많은 분산 입자는 그 형성 방법으로 인해서 어느 정도는자연적으로 하전된다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 이 하전량은 극히 낮은 것이 보통이다. 그럼에도 불구하고, 이러한 자연적으로 하전된 입자는 코로나에 의한 추가적인 하전이 없이도 비교적 강한 전기장에의 노출이 길어짐에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 이미터 로드는 보다 낮은 전압 수준에서 단순한 전극으로 사용되어 실린더 내에 전기장을 생성하고 부유물로부터 자연적으로 하전된 입자의 일부를 제거할 수도 있다. 이 경우에 입자는 자연적인 전하의 정미값의 극성에 따라서 실린더 표면과 로드 모두에 침적된다.
전술한 바와 같이, 정전 집진법은 입상 배출물을 조절할 목적으로 대규모의 공업용 연도 방출물에서(예를 들면, 미국 특허 제3,631,655호 및 제5,707,428호를 참조하기 바람), 환기 시스템을 구성하는 경우에, 그리고 소규모 주위 공기 청정기에서(예를 들면, 미국 특허 제5,980,614호를 참조하기 바람) 널리 사용되어 왔지만, 고순도 가스 실린더와 같은 가압된 용기 내의 가스를 정화하는 데에는 적용되지 않았다. 그러한 정전 집진법의 새로운 적용을 위해서는 고순도의, 그리고 종종 내식성의 구조 재료가 필요하고, 고압 또는 진공과 함께 사용할 수 있는 전원용 전기적 이송 장치를 포함시켜야 하며, 독특한 전극의 형상과, 산화 작용이 있거나 다른 유해한 가스에 있어서의 안전에 대한 고려와, 새로운 가스의 물리적 특성과 부합하는 작동 파라미터가 필요하다.
또한, 가스의 평균 자유 경로, 스톡스-커닝엄 미끄럼 보정 계수 및 결과적인 집진 속력은 모두 가스 압력에 따라 크게 변하게 된다. 따라서, 집진 공정의 완료에 필요한 노출 시간이 가스 압력에 따라 크게 변한다. 이 압력 효과는 압력 크기의 차수가 변할 수 있는 가스 시스템에서 중요하며, 대부분 대기압 부근의 압력에서 이루어지는 전술한 정전 집진의 종래의 적용과 본 발명을 구분짓는 큰 차이점이다.
그리고, 가스의 동점성 계수, 평균 자유 경로 및 결과적인 집진 속력은 모두 가스 조성에 따라 크게 변하게 된다. 따라서, 집진 공정의 완료에 필요한 노출 시간이 가스 조성에 따라 크게 변한다. 이 조성 효과는 가스의 특성이 크게 변할 수 있는 전자 부품 처리 가스 시스템에서 중요하며, 또한 공기 중에서만 이루어지지는 않지만 대부분 공기 중에서 이루어지는 전술한 정전 집진의 종래의 적용과 본 발명을 구분짓는 차이점이다.
비록 본 발명을 특정 실시예와 관련하여 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 예시된 세부 사항에 전혀 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고 청구범위의 등가물의 범위 내에서 세부 사항에 다양한 수정을 가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고순도 가스 실린더와 같은 가압된 용기 내의 가스의 정화와, 전자 부품 및 반도체 처리 장치의 공급에 사용되는 것과 같은 고순도 유동 가스 분배 시스템 내의 오염 입자의 조절과 같이, 가스 조성 및 압력이 크게 변하는 조건 하에서 정전 집진법을 효율적으로 적용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 고순도 유동 가스 시스템 내의 가스로부터 입자를 제거하는 장치로서,
    (a) 상기 고순도 유동 가스 시스템 내에 인라인으로 삽입되고 유입구 및 유출구가 있는 유동관과,
    (b) 압력 밀봉되고 전기적으로 절연된 상태로 상기 유동관과 일체로 형성된 공급 통로와,
    (c) 상기 공급 통로를 통해 상기 유동관 내로 삽입되어 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터와,
    (d) 상기 이미터와 인접한 컬렉터면
    을 포함하고,
    상기 이미터와 컬렉터면 사이의 전기장이 가스 중의 입자를 상기 컬렉터면으로 끌어당기는 것인 입자 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미터는 코로나 와이어인 것인 입자 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이미터는 양전하로 하전되고 상기 컬렉터면은 접지된 것인 입자 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이미터는 음전하로 하전되고 상기 컬렉터면은 접지된것인 입자 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이미터는 접지되고 상기 컬렉터면은 양전하로 하전된 것인 입자 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이미터는 접지되고 상기 컬렉터면은 음전하로 하전된 것인 입자 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유동관 부근에 위치해서 불필요한 액적이 집진될 때 그 불필요한 액적의 증발을 돕는 하나 이상의 히터 요소를 포함하는 것인 입자 제거 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이미터는 코로나를 생성하기에는 불충분하지만 전기장을 생성하기에는 충분한 저전압 전극인 것인 입자 제거 장치.
  9. 고순도 가스 수용 용기 내의 가스로부터 입자를 제거하는 장치로서,
    (a) 가스 수용 용기와,
    (b) 압력 밀봉되고 전기적으로 절연된 상태로 상기 가스 수용 용기에 밀봉되도록 부착된 공급 통로와,
    (c) 상기 공급 통로를 통해 상기 가스 수용 용기 내로 삽입되어 가스 중에플라즈마를 생성함으로써 상기 가스 수용 용기 내의 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터와,
    (d) 상기 이미터와 인접한 컬렉터면
    을 포함하고,
    상기 이미터와 컬렉터면 사이의 전기장이 가스 중의 입자를 상기 컬렉터면으로 끌어당기는 것인 입자 제거 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가스 수용 용기는 가스 실린더인 것인 입자 제거 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 이미터는 코로나 와이어인 것인 입자 제거 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 이미터는 양전하로 하전되고 상기 컬렉터면은 접지된 것인 입자 제거 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 이미터는 음전하로 하전되고 상기 컬렉터면은 접지된 것인 입자 제거 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 이미터는 코로나는 생성하지 않지만 전기장은 생성하는 저전압 전극인 것인 입자 제거 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 공급 통로는 상기 가스 수용 용기와 유체 연통하는 밸브와 상기 가스 수용 용기 사이에 위치하는 별도의 분리 가능한 압력 밀봉된 피팅인 것인 입자 제거 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 이미터는 대체로 상기 가스 실린더 부근에서 상기 가스 수용 용기의 벽과는 접촉하지 않으면서 상기 가스 수용 용기 아래로 연장되는 와이어인 것인 입자 제거 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 이미터는 상기 가스 수용 용기의 벽과는 접촉하지 않으면서 부분적으로 상기 가스 수용 용기 아래로 연장되는 것인 입자 제거 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 컬렉터면은 상기 이미터의 적어도 일부를 둘러싸는 컬렉터관인 것인 입자 제거 장치.
  19. 고순도 유동 가스 시스템 내의 가스로부터 입자를 제거하는 방법으로서,
    (a) 상기 고순도 유동 가스 시스템 내에 인라인으로 삽입되고 유입구 및 유출구가 있는 유동관을 마련하는 공정과,
    (b) 압력 밀봉되고 전기적으로 절연된 상태로 상기 유동관과 일체로 형성된 공급 통로를 마련하는 공정과,
    (c) 상기 공급 통로를 통해 상기 유동관 내로 삽입되어 상기 고순도 유동 가스 시스템 내의 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터를 마련하는 공정과,
    (d) 상기 이미터와 인접한 컬렉터면을 마련하는 공정과,
    (e) 상기 이미터 또는 컬렉터면에 전압을 인가해서 상기 이미터와 컬렉터면 사이에 전기장을 형성함으로써 가스 중의 입자를 상기 컬렉터면으로 끌어당기는 공정
    을 포함하는 것인 입자 제거 방법.
  20. 고순도 가스 수용 용기 내의 가스로부터 입자를 제거하는 방법으로서,
    (a) 가스 수용 용기를 마련하는 공정과,
    (b) 압력 밀봉되고 전기적으로 절연된 상태로 상기 가스 수용 용기에 밀봉되도록 부착된 공급 통로를 마련하는 공정과,
    (c) 상기 공급 통로를 통해 상기 가스 수용 용기 내로 삽입되어 상기 가스 수용 용기 내의 가스 중에 플라즈마를 생성함으로써 가스 중의 입자를 하전시키는 이미터를 마련하는 공정과,
    (d) 상기 이미터와 인접한 컬렉터면을 마련하는 공정과,
    (e) 상기 이미터와 컬렉터면 사이에 전기장을 인가해서 가스 중의 입자를 상기 컬렉터면으로 끌어당기는 공정
    을 포함하는 것인 입자 제거 방법.
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