KR20180080251A

KR20180080251A - 코로나 방전 이온화 바에서 가스 이온으로부터 오염물의 분리

Info

Publication number: KR20180080251A
Application number: KR1020187014807A
Authority: KR
Inventors: 피터 기프터
Original assignee: 일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2018-07-11
Also published as: KR102082809B1

Abstract

압력을 갖고 전하 중성화 목표의 인력 비이온화 전기장쪽으로 향하는 비이온화 가스 스트림을 확립함으로써, 비이온화 가스 스트림으로 부산물이 이주하는 것을 방지하기 위해 압력이 비이온화 가스 스트림의 압력보다 충분히 낮은 이온 및 오염물 부산물의 플라즈마 영역을 확립함으로써 코로나 생성된 이온으로부터 깨끗한 코로나 이온화 바가 오염물 부산물을 분리한다. 이온화 바(들)는 깨끗한 이온화 가스 스트림으로서 비이온화 가스 스트림 및 중성화 목표로 이주하기 위해 목표의 비이온화 전기장이 이온의 적어도 상당 부분을 유도하는 대전된 중성화 목표에 충분히 가까이 위치할 수 있다.

Description

코로나 방전 이온화 바에서 가스 이온으로부터 오염물의 분리{SEPARATING CONTAMINANTS FROM GAS IONS IN CORONA DISCHARGE IONIZING BARS}

본 출원은 2010년 2월 11일에 출원된, "Separating Contaminants From Gas Ions In Corona Discharge Inonizers"의 명칭의 공동 계류중인 미국 출원 번호 61/337,701의 35 U.S.C. 119(e)의 이익을 주장하고, 2009년 4월 24일에 출원된, "Separating Contaminants From Gas Ions In Corona Discharge Inonizers"의 명칭의 미국 가특허 출원 61/214,519; 2009년 9월 16일에 출원된, "Separating Contaminants From Gas Ions In Corona Discharge Inonizers"의 명칭의 미국 가특허 출원 61/276,792; 2009년 10월 26일에 출원된, "Covering Wide With Inonized Gas Streams"의 명칭의 미국 가특허 출원 61/279,784; 2010년 2월 11일에 출원된, "Separating Contaminants From Gas Ions In Corona Discharge Inonizers"의 명칭의 미국 가특허 출원 61/337,701의 우선권을 주장하고, 이들 출원 모두 본 명세서에 참고용으로 병합된다.

본 발명은 가스 이온 생성을 위한 코로나 방전을 이용하는 정적 전하 중성화 장치 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 반도체, 전자기기, 약학 및 유사한 프로세스 및 응용의 제조에 공통적으로 마주치는 것과 같은 깨끗한 및 매우 깨끗한 환경에서 전하 중성화를 위한 깨끗한 이온화된 가스 흐름을 생성하는 것에 관한 것이다.

깨끗한 환경에서의 프로세스 및 동작은 특히 모든 전기 절연 표면 상에서 정전기 전하를 생성하고 축적하는 경향이 있다. 이들 전하는 바람직하지 않은 전기장을 생성하는데, 이 전기장은 대기 에어로졸을 표면으로 끌어당기고, 유전체에서 전기 스트레스를 생성하고, 반도체 및 전도성 물질에서의 전류를 유도하고, 생산 환경에서 전기 전하 및 EMI를 개시한다.

이들 정전기 위험을 중화시키는 가장 효과적인 방식은 이온화된 가스 흐름을 대전 표면에 공급하는 것이다. 이러한 유형의 가스 이온화는 바람직하지 않은 전하의 효과적인 보상 또는 중성화를 허용하고, 그 결과, 이들과 연관된 오염, 전기장, 및 EMI 효과를 감소시킨다. 가스 이온화를 생성하는 하나의 종래의 방법은 코로나 방전으로 알려져 있다. 코로나-기반의 이온화기(예를 들어, 공개된 특허 출원 US 20070006478, JP 2007048682를 참조)는 이들이 작은 공간에서 에너지 및 이온화 효과를 가질 수 있다는 점에서 바람직하다. 그러나, 그러한 코로나 방전 장치의 하나의 알려진 결점은, 고전압 이온화 전극/이미터(날카로운 포인트 또는 얇은 와이어의 형태로)가 원하는 가스 이온과 함께 바람직하지 않은 오염물을 생성한다는 것이다. 코로나 방전은 또한 예를 들어 주변 공기에서, 수증기의 작은 방울의 형성을 자극할 수 있다.

고체 오염물 부산물의 형성은 또한 주변 공기/가스 대기에서 코로나 방전과 연관된 이미터 표면 부식 및/또는 화학 반응을 초래할 수 있다. 표면 부식은 코로나 방전 동안 이미터 물질의 에칭 또는 산란의 결과이다. 특히, 코로나 방전은, 공기와 같은 음전기 가스가 코로나에 존재할 때 산화 반응을 생성한다. 그 결과는 이미터의 팁에서 바람직하지 않은 가스(오존, 및 질소 산화물과 같은) 및 고체 증착물의 형태의 코로나 부산물이다. 이러한 이유로, 오염물 입자 방출을 감소하는 종래의 실시는 강한 부식-내성의 물질로 만들어진 이미터를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법은 자체 결점을 갖는다: 이것은 종종 반도체 제조와 같은 기술적 프로세스에 맞지 않는 텅스텐과 같은 이미터 물질의 이용을 요구한다. 반도체 실리콘 웨이퍼의 제조 동안 전하를 중성화하는데 사용된 이온화기를 위한 바람직한 실리콘 이미터는 원하는 에칭 및 부식 저항을 소유하지 않는다.

코로나 이온화기에서 이미터의 부식 및 산화 효과를 감소시키는 대안적인 종래 방법은 메인 가스 스트림과 동일한 방향으로 흐르는, 깨끗한 건조 공기(CDA), 질소 등의 가스 흐름 스트림/시스(sheath)로 이미터(들)를 계속해서 둘러싸는 것이다. 이러한 가스 흐름 시스는 종래에 공개된 일본 출원 JP2006236763 및 US 특허 5,847,917에 도시되고 기재된 가스의 가스 소스에 의해 제공된다.

실리콘 이온 이미터 전극의 미국 특허 5,447,763 및 실리콘 이온 이미터 전극의 미국 특허 5,650,203은 관련 이미터를 개시하고, 이들 특허의 전체 내용은 본 명세서에 참고용으로 병합된다. 반도체 웨이퍼의 산화를 피하기 위해, 제조업자는 아르곤 및 질소와 같은 양전기 가스의 대기를 이용한다. 코로나 이온화는 양쪽의 경우에 오염물 입자 생성에 의해 수반되고, 나중의 경우에, 이미터 부식은 전자 방출 및 전자 충돌에 의해 악화된다. 이들 입자는 시스 가스의 동일한 스트림으로 이동하고, 전하 중성화의 물체를 오염시킬 수 있다. 따라서, 이러한 정황에서, 하나의 문제에 대한 해결책은 실제로 다른 문제를 생성한다.

주변 공기 또는 가스에서 동작하는 AC 인-라인 이온화기와 AC 또는 DC/펄싱된 DC 이온화기 사이에 몇몇 중요한 차이가 있다; 인-라인 이온화기의 단일 이미터는 주변 대기(또는 가스)로부터 절연되고, 이온화 셀에 영향을 미치는 대전된 물체로부터 전기장이 존재하지 않는다.

이에 대조적으로, 주변 이온화기 이미터(들)는 대전된 물체로부터 전기장을 "알고", 이러한 전기장은 이온 구름 이동(ion clouds movement)에 관여한다. 더욱이, 주변 이온화기에서의 이미터(들)는 주변 대기 또는 가스로부터 절연되지 않는다. 그 결과, 주변 이온화기에서 진공 흐름은 이미터 오염 문제를 단독으로 해결하지 않는다. 사실상, 이온화기 내부의 진공 흐름은 주변 공기의 일부에 대해 드래깅(dragging) 효과(흡기)를 생성하고, 이것은 다시 "퍼즈 볼(fuzz ball)"로 알려진 이미터 지점 주위에 파편(debris)의 유형의 축적을 초래할 수 있다.

본 발명은 전술한 필요성을 충족할 수 있고, 다음의 이익 중 하나 이상을 제공하는 매우 깨끗한 이온화 바를 제공함으로써 관련 기술의 전술한 및 다른 결점을 해결하는데, 상기 이익은 (1) 이온화 바에서 코로나 방전 전극에 의해 불가피하게 생성된 상당수의 입자 오염물에 목표(target)/물체를 노출시키지 않고도 대전된 중성화 목표/물체의 정적 중성화를 제공하고; (2) 이온화 바의 코로나 방전에 의해 불가피하게 생성된 화학 반응으로 인해 상당량의 부산물 가스(오존, 질소 산화물 등과 같은)에 대전된 중성화 목표/물체를 노출시키지 않고도 대전된 목표/물체의 정적 중성화를 제공하고; (3) 그러한 코로나 방전 전극의 유지보수 자유 시간을 연장하기 위해 이온화 바에서 코로나 방전 전극 상의 퍼즈 볼 및/또는 다른 파편 형성물/오염물을 방지 또는 감소시키고; (4) 공기(가스) 도움 기술 및/또는 다중-주파수 코로나 이온화 기술의 조합에 의해 전하 중성화 목표/물체로의 이온 전달을 개선시키는 것이다.

본 발명에 따른 이온화 바는 단일 셀 조립체를 포함할 수 있거나, 대안적으로 AC 고전압 전원(HVPS)과 호환하는 AC 이온화 전극을 갖는 복수의 셀 조립체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 발명에 따른 이온화 바는 양의 DC HVPS와 호환하는 전용 양의 전극 및 음의 DC HVPS와 호환하는 전용 음의 전극 모두를 포함할 수 있다.

본 발명은 깨끗한 이온화된 가스 스트림을 전하 중성화 목표의 인력 비이온화 전기장으로 향하게 하는 이온화 바의 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 이온화 바는 비이온화 가스 스트림을 수용할 수 있고, 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염화 가스 스트림을 배출할 수 있고, 복수의 전극에서 코로나 방전을 유도하는데 충분한 이온화 전기 전위를 수용할 수 있다. 본 발명의 이온화 바는, 비이온화 가스 스트림을 수용하고 깨끗한 이온화된 가스 스트림을 목표로 향하게 하는 적어도 하나의 가스 채널과, 이온화 바 및 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하는 적어도 하나의 배출-채널을 포함할 수 있다. 본 발명의 이온화 바는 복수의 셀 조립체를 또한 포함할 수 있는데, 이들 셀 조립체 각각은 셀과, 적어도 하나의 이온화 전극과, 적어도 하나의 배출 포트를 포함한다. 셀은 셀 및 가스 채널과의 가스 왕래하는 오리피스(orifice)를 가질 수 있어서, 비이온화 가스 스트림의 부분은 셀에 들어갈 수 있다. 이온화 전극은 이온화 전기 전위의 인가에 응답하여 이온 및 오염물 부산물을 포함하는, 플라즈마 영역을 생성하는 팁을 가질 수 있다. 이온화 전극은 그 팁이 플라즈마 영역의 크기와 적어도 대체로 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되도록 셀 내에 배치될 수 있으며, 이에 의해 생성된 이온의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여, 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성한다. 이온화 전극은 또한 신장된 얇은 와이어 또는 톱니형 밴드로서 구성될 수 있다. 배출 포트는 배출-채널과 가스 왕래할 수 있고, 셀 외부의 오리피스의 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 셀 내부의 오리피스의 근처에 제공할 수 있고, 이에 의해 비이온화 가스 스트림 흐름의 일부는 셀로 흐르고, 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출-채널에 의해 배출된 오염물 가스 스트림으로 스윕(sweep)할 수 있다.

관련 형태에서, 본 발명은 전하 중성화 목표의 인력 비이온화 전기장쪽으로 깨끗한 가스 스트림을 향하게 하는 이온화 바에 관한 것일 수 있다. 본 발명의 이온화 바는 비이온화 가스 스트림을 수용하고, 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하고, 양의 이온화 전극에서 코로나 방전을 유도하는데 충분한 양의 이온화 전기 전위를 수용하고, 음의 이온화 전극에서 코로나 방전을 유도하는데 충분한 음의 이온화 전기 전위를 수용한다. 본 발명은, 비이온화 가스 스트림을 수용하고 깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표쪽으로 향하게 하는 적어도 하나의 가스 채널과, 이온화 바로부터 그리고 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하는 적어도 하나의 배출-채널을 갖는 이온화 바의 형태를 취할 수 있다.

이러한 형태에서, 본 발명의 이온화 바는 가스 채널과 가스 왕래하는 오리피스를 갖는 양의 셀과, 양의 이온화 전기 전위의 인가에 응답하여, 이온 및 오염물 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는 팁을 갖는 적어도 하나의 양의 이온화 전극을 갖는 적어도 하나의 양의 셀 조립체를 포함할 수 있고, 양의 전극은 그 팁이 플라즈마 영역의 크기와 적어도 대체로 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되도록 양의 셀 내에 배치되고, 이에 의해 생성된 이온의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여, 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성한다. 양의 셀 조립체는 또한 양의 셀 외부의 오리피스의 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 양의 셀 내부의 오리피스의 근처에 제공하는, 배출-채널 및 셀과 가스 왕래하는 적어도 하나의 배출 포트를 포함할 수 있고, 이에 의해 비이온화 가스 스트림의 일부는 양의 셀 안으로 유입되고, 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출-채널에 의해 배출되는 오염물 가스 스트림으로 스윕한다.

이러한 형태에서, 본 발명의 이온화 바는 비이온화 가스 스트림의 일부가 음의 셀에 들어갈 수 있도록 가스 채널과 가스 왕래하는 오리피스를 갖는 음의 셀과, 음의 이온화 전기 전위의 인가에 응답하여, 이온 및 오염물 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는 팁을 갖는 적어도 하나의 음의 이온화 전극을 갖는 적어도 하나의 음의 셀 조립체를 더 포함할 수 있다. 음의 전극은 그 팁이 플라즈마 영역의 크기와 적어도 대체로 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되도록 음의 셀 내에 배치될 수 있으며, 이에 의해 생성된 이온의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여, 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성한다. 음의 셀 조립체는 음의 셀 외부의 오리피스의 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 음의 셀 내부의 오리피스의 근처에 제공하는, 배출-채널 및 셀과 가스 왕래하는 적어도 하나의 배출 포트를 더 포함할 수 있고, 이에 의해 비이온화 가스 스트림의 일부는 음의 셀 안으로 들어가고, 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출-채널에 의해 배출되는 오염물 가스 스트림으로 스윕한다.

자연적으로, 전술한 본 발명의 방법은 특히 본 발명의 전술한 장치에 매우 적합하다. 유사하게, 본 발명의 장치는 전술한 본 발명의 방법을 수행하는데 매우 적합하다.

본 발명의 다수의 다른 장점 및 특징은 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부 도면으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 유사한 참조 번호가 유사한 단계 및/또는 구조를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 아래에 설명될 것이다.

본 발명은 반도체, 전자기기, 약학 및 유사한 프로세스 및 응용의 제조에 공통적으로 마주치는 것과 같은 깨끗한 및 매우 깨끗한 환경에서 전하 중성화를 위한 깨끗한 이온화된 가스 흐름을 생성하는 것에 효과적이다.

도 1a는 전하 중성화 목표/물체와 연계하여 도시된 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 이온화 바의 부분을 도시한 도면.
도 1b는 바가 페이지의 평면에서 연장하고, 단면이 변형 설계를 갖는 셀 조립체를 통해 취해지는, 다른 바람직한 이온화 바의 단면을 도시한 도면.
도 1c는 도 1a, 1b 및 1d의 실시예에 도시된 이온화 전극(들)에 인가될 수 있는 대표적인 무선 주파수 AC 이온화 전기 전위를 도시한 도면.
도 1d는 바가 페이지의 평면에서 연장하고, 단면이 또 다른 변형 설계를 갖는 셀 조립체를 통해 취해지는, 또 다른 바람직한 이온화 바의 단면을 도시한 도면.
도 2a는 전하 중성화 목표/물체와 연관하여 도시된 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 이온화 바의 부분을 도시한 도면.
도 2b는 도 2a의 실시예에 도시된 이온화 전극(들)에 인가될 수 있는 대표적인 펄싱된 DC 이온화 전기 전위를 도시한 도면.

바람직한 매우-깨끗한 AC 코로나 이온화 바(100)의 본 발명의 개념은 도 1a의 분할된 단면도로 도시된다. 여기에 도시된 바와 같이, 바람직한 선형 이온화 바(100)는, 비이온화 공기/가스 채널(2')과 가스 왕래하고 대전된 중성화 목표/물체(T)로 향하는 복수의 노즐/포트(29)에 의해 분리될 수 있는 복수의 선형 배치된 셀 조립체(20){각각은 이미터(5) 및 셀(4)을 갖는다}를 포함할 수 있다. 공기/가스 포트(들)/노즐(들)(29)은 대전된 목표/물체(T)쪽으로의 전하 캐리어(10/11)의 전달에 도움을 줄 수 있다. 더욱이, 이온화 바(100)는 저압 진공/배출 채널(14)을 포함할 수 있다. 진공/배출 채널(14)은 이-툴/생성 진공 라인(미도시)에 연결될 수 있고, 진공 소스(미도시)를 내장할 수 있거나, 이미터 셀 오리피스(7)의 근처에 가스 압력 및 이미터 셀(4)의 외부의 가스 압력보다 낮은 압력을 유지할 수 있는 종래 기술에 알려진 유사한 많은 임의의 장치에 연결될 수 있다. 채널(2')은 이온화기 및/또는 비이온화 노즐/오리피스/제트(29/29')마다 약 0.1 내지 20.00 리터/분의 범위에서의 부피에서 깨끗한 가스 스트림(3)을 채널(2')에 공급할 수 있는 고압 가스 소스(미도시)에 연결될 수 있다. 그러나, 약 0.1 내지 10.00 리터/분의 범위에서의 비율이 가장 바람직하다. 가스는 CDA(clean dry air: 깨끗한 건조 공기) 또는 질소(또는 다른 양전기 가스)일 수 있거나, 종래 기술에 알려진 많은 임의의 유사한 장치{높은-깨끗한 가스(예를 들어, 질소) 소스}일 수 있다.

적어도 하나의 고전압 버스(17)는 예를 들어 적어도 버스(17)에 인접한 부분에서 바람직하게 비전도성인 진공/배출 채널(14)의 하부 벽 상에 위치할 수 있다. 버스(17)는 바람직하게 튜브(26)와 전기 왕래하는데, 이러한 튜브(26)는 중공 전도성 튜브의 형태를 취할 수 있고, 적어도 2가지 기능을 작용할 수 있다: 이미터(5)에 전기 왕래를 제공하는 것, 및 이미터 셀(4)로부터 저압 부산물 흐름(코로나-생성 오염물을 ㅍ함)을 배출하는 것. 튜브(26)는 진공/배출 채널(14)에서 종료하는 하나의 개방 단부와, 코로나 방전 전극/이미터(5)가 그 안에 수용될 수 있는 유지 소켓을 형성하는 다른 단부를 가질 수 있다. 튜브(26)는 전기 전도성 또는 반도체 물질의 부분적으로 또는 전체적으로 형성되고 또한 이온화 전극(5)과 전기 왕래하도록 형성되어, 버스(17)에 인가된 이온화 전압은 또한 이미터(5)에 의해 수용될 것이다. 가스 이온화는 고전압 전원(HVPS-미도시)으로부터의 AC 전압 출력이 이미터(5)에 대한 코로나 임계치를 초과할 때 시작한다. 종래 기술에 알려진 바와 같이, 이것은 이미터 팁으로부터 일반적으로 나오고 그 근처에서의 일반적으로 구형 플라즈마 영역(12)에서 AC(또는, 아래에 논의된 대안적인 실시예에서, DC 또는 펄싱된 DC) 코로나 방전에 의해 양 및 음의 이온(10, 11)의 생성을 초래한다. 이러한 코로나 방전은 또한 바람직하지 않은 오염물 부산물(15)의 생성을 초래한다. 이미터 셀(4)을 보호하기 위한 것이 아니면, 부산물(15)은 이온 윈드(ionic wind), 확산 및 이미터(5)의 팁으로부터 나오는 전기 반발력으로 인해 목표/물체(T)쪽으로 계속해서 이동한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 오염물 부산물(15)은 비이온화 가스 스트림(3)(새롭게 생성된 이온과 함께)으로 스윕되고, 전하 중성화 목표 물체(T)로 향하고, 목표 물체는 오염된다(깨끗한 전하 중성화의 목적을 절충).

그러나, 이미터 셀(4)의 압력 및 진공/배출 채널(14)에 의해 제공된 낮은 가스 압력으로 인해, 이미터(5)에 의해 생성된 플라즈마 영역(12) 내에 및/또는 근처에 가스 흐름 패턴은 오염물(15)이 가스 스트림(3)에 들어가는 것을 방지한다. 특히, 도 1a에 도시된 구성은 오리피스(7) 및 플라즈마 영역(12){셀(4) 내의} 근처에서 비이온화 가스 스트림 사이의 압력차를 생성한다. 이러한 압력차로 인해, 높은 속도의 가스 흐름(3)의 부분은 채널(2')로부터 오리피스(7)를 통해 셀(4)로 스윕된다. 이러한 가스 스트림은 플라즈마 영역(12)으로부터 실질적으로 모든 코로나-생성된 부산물(15)을 진공/배출 채널(14)로 유도하는 드래그 힘을 생성한다. 당업자는, 부산물(15)이 동일한 이온 윈드, 확산, 및 전술한 바와 같이 이온(10, 11)을 메인 가스 스트림으로 가하는 전기력을 받는다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 본 발명은, 가스 스트림 부분이 그 아래로는 그러한 대항력을 극복할 정도로 충분히 강한 조건을 생성하도록 의도된다. 그 결과, 이온(10 및 11), 및 부산물(15)은 공기 역학적으로 그리고 전기적으로 분리되고, 상이한 방향으로 이동하고, 즉 비이온화 가스 스트림으로의 양 및 음의 이온(10, 11)으로서, 대전된 물체(T)쪽의 하류로 흐르는 이온화된 가스 스트림을 형성한다. 이에 반해, 부산물(15)은 진공/배출 채널(14)로, 바람직하게 부산물 컬렉터, 필터 또는 트랩(미도시)으로 배출되고 및/또는 스윕된다.

도 1a를 더 참조하면, 튜브(26)는 이미터-소켓 단부 근처 및 이미터(5)에 가까이 적어도 하나의 개구부(들)/애퍼처(들)를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 이미터(5) 및 튜브(26)의 이미터-소켓 단부는 바람직하게 중공 셀(4)의 내부에 위치하고, 이미터(5)의 방전 단부는 거리 R만큼 오리피스(7) 안쪽으로 이격된다(또는, 동의어로, 후퇴된다)(예를 들어 도 1b를 참조). 리세스(후퇴) 거리(R)가 더 커질수록, 플라즈마 영역(12)으로부터 더 쉽게 많은 오염물 부산물이 저압 배출 흐름에 의해 진공/배출 채널(14)쪽으로 스윕될 수 있다. 약 0.1 내지 약 20 리터/분의 범위에서 채널을 통한 저압 가스 흐름이 이를 위해 적절할 수 있다는 것이 결정되었다. 더 바람직하게, 흐름은 넓은 범위의 입자 크기(예를 들어, 10 나노미터로부터 1000 나노미터까지)를 신뢰성있게 배출하기 위해 이온화기 또는 이온화 조립체마다 약 1 내지 10 리터/분일 수 있다. 그러나, 리세스 거리(R)가 더 작아질수록, 플라즈마 영역(12)으로부터의 이온이 더 쉽게 많이 오리피스(7)를 통해 원하는 대로 메인 가스 스트림(2)의 이온 드리프트 영역으로 이주할 수 있다. 이들 경쟁적인 고려사항의 최적의 균형을 위해, 최적의 이온/부산물 분리는, 거리(R)가 이미터(5)의 팁에서 코로나 방전에 의해 생성된 플라즈마 영역(12)의 크기와 적어도 일반적으로 그리고 바람직하게 실질적으로 동일하도록 선택되는 경우(플라즈마 영역은 가로질러 일반적으로 약 1 mm이다) 달성될 수 있다는 것이 결정되었다. 더욱이, 바람직한 거리(R)는 일반적으로 원형 오리피스(7)의 거리(D)에 필적할 수 있다(약 2mm 내지 3mm의 범위에서). 가장 바람직하게, D/R 비율은 약 0.5 내지 약 2.0의 범위를 가질 수 있다.

도 1a를 계속해서 참조하면, 당업자는, 본 명세서에 도시된 이온화 바(100)가 그를 통해 이동하는 2개의 1차 가스 흐름, 즉 전하 캐리어(10/11)를 목표/물체(T)쪽으로 가하도록 셀(4) 주위로 이동하는 가스 흐름(3)과; 진공/배출 채널(14)과 주변 환경 사이의 압력차로 인해 진공/배출 채널(14)을 통해 오염물 가스 및 입자를 유입하는 저압 흡기/진공 흐름(15)을 나타내는 방향 화살표를 포함하는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이러한 방식으로, 저압 흡기/진공 흐름(15)은 적어도 실질적으로 주변 환경으로부터 이미터(5)의 팁을 절연시킨다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 흡기/진공 흐름(15)은 고체 오염물 입자와, 다른 코로나 부산물/가스를 포함하고, 이들을 튜브(26)를 통해 진공/배출 채널(14)로 전달한다{그리고 중요하게, 목표/물체(T)로부터 멀리}.

사실상, 가스 흐름(3)의 크기와 가스/입자 흐름(15)의 크기 사이의 관계{예를 들어, 가스 흐름 비율(3/15)}는 이온화기의 깨끗함 및 이온 전달 효율을 한정하는데 중요하다. 그리고 이러한 가스 흐름 비율은 다양한 환경/응용 하에 최적화된 성능을 달성하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 대전된 목표/물체(T)가 이온화 바(100)에 가까이 위치하는 경우(종종 반도체 제조 응용의 경우와 같이), 가스 흐름(3)의 속도는 예를 들어 약 75 ft/분 내지 약 100 ft/분에 한정되어야 한다.

특정 가스 흐름 비율(3/15)에서, 이온 이미터(들)(5)의 플라즈마 영역(12)은 주변 대기로부터 절연될 수 있어서, 이미터(5)의 팁 상의 파편 구성은 크게 금지되고, 실질적으로 모든 코로나-생성 오염물 부산물이 제거된다. 그러므로, 몇몇 가장 바람직한 실시예에서, 가스 흐름(3 및 15) 모두{그리고, 특히 가스 흐름 비율(3/15)}는 다양한 인자{이온화 조립체(20)와 대전된 목표/물체(T) 사이의 거리와 같은}에 따라 조정될 수 있어서, 오염물 부산물 이동을 관리한다.

이에 반해, 대전된 중성화 목표/물체(T)가 이온화 바(100)로부터 더 멀리 위치되면, 가스 흐름(3)은 증가되어야 하는데, 이는 이들 조건 하에, 대전된 물체/목표(T)에 의해 제공된 전기장이 더 약해지고(즉, 더 낮은 전기장 세기가 이온화 바에 제공될 것이다), 이온 전달은 주로 공기/가스 흐름(3)에 의해 제공될 것이기 때문이다. 그러나, 흐름(3)은, 오염물 입자(15)가 플라즈마 공간(12)으로부터 빠져 나와 목표/물체(T)쪽으로 흐르도록 그리 크지 않아야 한다.

다시 도 1a를 참조하면, 전술한 바와 같이, AC 전원에 사용될 때, 이온화 바(100)는 선택적인 기준 전극(들)(6)을 포함할 수 있어서, (1) 이미터(5)의 팁에서 이온 생성을 용이하게 하고, (2) 전하 캐리어(10/11)를 이미터(5)의 팁으로부터 멀리 이동시키기 위해 전기장을 제공한다. 전기적 절연된 기준 전극(6)은 바람직하게 이온화 바(100)의 하나의 외부 표면을 형성하는 일반적으로 평평한 면으로서 배치되어, 플라즈마 영역(12)을 형성한 이온화 전기장에 그리고 이에 더하여 비교적 낮은 세기(비이온화) 전기장을 제공한다.

이미터(5)에 의해 수용된 전기 전위는 약 3 킬로볼트 내지 약 15 킬로볼트의 범위에 있을 수 있고, 일반적으로 약 9 킬로볼트이다. 기준 전극(6)에 의해 수용된 전기 전위는 약 0 볼트 내지 약 1000 볼트의 범위에 있을 수 있고, 약 30 볼트가 가장 바람직하다. 비이온화 가스가 공기이면, 이러한 비이온화 전압은 0 볼트 아래로 변동될 수 있다. 무전 주파수 이온화 전위가 바람직하게 커패시터를 통해 이온화 전극(5)에 인가되는 것이 주지된다. 유사하게, 기준 전극은 커패시터 및 인덕터(수동 LC 회로)를 통해 "접지"될 수 있고, 이로부터 피드백 신호가 유도될 수 있다. 따라서 이러한 장치는 이온화 전극(5)과 비이온화 전극(즉, 기준 전극)(6) 사이에 전기장을 제공한다. 전극들 사이의 전위차가 코로나 방전을 확립할 정도로 충분할 때, 전류는 이미터(5)로부터 기준 전국(6)으로 흐를 것이다. 이미터(5) 및 기준 전극(6)이 모두 커패시터에 의해 절연되기 때문에, 비교적 작은 DC 오프셋 전압은 자동으로 확립되고, 존재할 수 있는 임의의 전이 이온화 균형 오프셋은 약 0 볼트의 정지(quiescent) 상태로 감소될 것이다.

대안으로서, 대전된 물체로의 이온 구름 이동은 이온화 셀 조립체(20) 근처 및/또는 그 사이에 위치하는 전용 노즐(29){또한 도 2a에서 속도 캡을 갖는 노즐(29')을 참조}로부터 다른 가스 흐름에 의해 제공될 수 있다. 노즐(29)은 고압/깨끗한 가스 채널(2')과 가스 왕래할 수 있고, 각 노즐(29)의 단면적은 바람직하게 각 셀 오리피스(7)의 단면적보다 상당히 더 작다. 그 결과, 각 노즐(29)은 더 고속의 가스 스트림(셀 조립체에 비해)을 생성할 수 있고, 주변 공기, 하비스트(harvest)(컬렉트) 이온을 효과적으로 수용하고, 이들을 떨어진(예를 들어 1000 mm 이상) 대전된 목표/물체(T)로 이동시킨다. 이러한 방식으로, 노즐(29)로부터의 가스 흐름은 이온을 대전된 중성화 목표/물체(T)로 전달하는데 도움을 주어, 이온화기의 효율을 크게 증가시킨다. 이러한 개념은 2010년 4월 13일에 허여된 "Air Assist For AC Ionizers"라는 명칭의 미국 특허 7,697,258에 개시되고, 이 전체 내용은 본 명세서에 참고용으로 병합된다. 본 발명은 방금 전술한 미국 특허 7,697,258에 개시된 발명(들)과 호환된다.

다중-주파수 고전압 파형은 이온화 전기 전위로서 본 명세서에 개시된 본 발명의 이온화 바에 적용될 수 있고, 그러한 파형의 대표 예가 도 1c에 도시된다. 이러한 특성의 파형은 2010년 10월 12일에 허여된, "Prevention Of Emitter Contamination With Electronic Waveforms"의 명칭의 미국 특허 7,813,102에 구체적으로 개시되고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고용으로 병합된다. 이들 가르침에 따라, 고주파수 AC 전압 성분(12 내지 15 kHz)은, 신호의 진폭이 이온화 전극(들)의 코로나 임계 전압(가장 낮은 가능한 전압)과 거의 동일할 때 효과적인 이온화를 제공한다. 이것은 또한 이미터 부식 및 코로나 부산물 생성의 비율을 감소시킨다. 더욱이, 고주파수 이온화는 이미터 셀의 고체 입자 및 벽의 가능한 전하를 중성화한다. 또한, 전술한 미국 특허 7,813,102의 가르침에 따라, 이온화 전기 전위는 이온을 목표쪽으로 "분극" 또는 "푸쉬"하는 저주파수 성분을 가질 수 있다. 이 성분의 전압 진폭은 일반적으로 이온화 전극과 목표 사이의 거리의 함수이다. 이러한 방식으로, 전기(및 고유 확산)력은 적어도 이온(10, 11)의 상당 부분을 유도하여, 셀(4)로부터 플라즈마 영역(12)으로부터 이주한다{기준 전극(6)의 방향으로 측면으로 이동하는 동안 출구 오리피스(7)를 통해 목표/물체(T)쪽으로}. 전기장의 세기가 전극(5)에 근접하여 낮기 때문에, 이온(10, 11)은 메인(비이온화) 가스 스트림(3)으로 스윕되고(이를 통해 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성), 중성화 목표 표면 또는 물체(T)쪽으로 향한다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예는 이온을 이온화기로부터 대전된 중성화 목표로 이동하도록 하기 위해 AC 이온화 전위의 저주파수 성분 및 가스 흐름 모두를 이용할 수 있다. 본 명세서에 기재된 본 발명과 호환되는 이온화 전기 전위를 제공하기 위한 추가 옵션은 2010년 10월 20일에 출원된, "Self-Balancing Ionized Gas Streams"라는 명칭의 미국 특허 출원 12/925,360에서 발견될 수 있고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고용으로 병합된다.

이온화 전극(5)이 바람직하게 날카로운 포인트를 갖는 테이퍼링된 핀으로서 구성되지만, 종래 기술에 알려진 많은 상이한 이미터 구성이 본 발명에 따라 이온화 셀 조립체에 사용하는데 적합하다는 것이 인식될 것이다. 제한 없이, 이들은 포인트, 작은 직경의 와이어, 와이어 루프 등을 포함할 수 있다. 더욱이, 이미터(5)는, 실리콘, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 카바이드, 세라믹 및 유리(사용될 특정 응용/환경 상에 크게 의존하여)와 같은 전도성 및 반도체 비금속 및 금속을 포함하는 종래 기술에 알려진 다양한 물질로 만들어진다.

채널(2' 및 14)은 폴리카보네이트, 테플론(등록상표) 비전도성 세라믹, 석영 또는 유리와 같은 플라즈마 저항성 절연 물질을 포함할 수 있는 알려진 다수의 금속 및 비금속 물질(사용될 특정 응용/환경에 따라)로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 채널의 한정된 부분은 원하는대로 전술한 물질로 만들어질 수 있다. 다른 선택적인 대안으로서, 채널(2' 및/또는 14)의 몇몇 또는 전부는 원하는 대로 플라즈마 저항성 절연 물질의 스킨으로 코팅될 수 있다.

이미터 셀(4)은 폴리카보네이트, 테플론(등록상표) 비전도성 세라믹, 석영 또는 유리와 같은 플라즈마 저항성 절연 물질을 포함할 수 있는 알려진 다수의 금속 및 비금속 물질(사용될 특정 응용/환경에 따라)로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 셀 오리피스의 근처의 셀의 부분만이 전술한 물질로 만들어질 수 있다. 다른 선택적인 대안으로서, 이미터 셀(4)의 일부 또는 전부는 플라즈마 저항성 절연 물질의 스킨으로 코팅될 수 있다.

이제 도 1b를 참조하면, 다수의 등가 설계 변형을 예시하는데 도움을 주는 본 발명의 관련된 바람직한 실시예에 따라 매우 깨끗한 이온화 바의 부분이 도시된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 이온화 바(100')는 도 1a(유사한 참조 번호의 이용에 의해 표시됨)의 이온화 바(100)의 것과 유사한 몇몇 물리적 특징을 가질 수 있고, 이 실시예의 동작 원리는 전술한 것과 동일하다. 따라서, 상기 바(100)의 논의는 또한 바로 아래에 논의된 차이를 제외하고 바(100')에 적용된다. 도 1b에 도시된 제 1 차이는, 채널(2') 및 셀(4')의 벽이 도 1a에 도시된 것과 약간 다르다는 것이다. 더욱이, 설계 선택의 문제로서, 갭은 채널(2')의 벽과 기준 전극(6') 사이에 추가된다. 더욱이, 이온화 와이어(5'){튜브(26')와 전기 연결 상태에 있지 않고, 이온화 고전압 전원과 전기 연결되는}는 테이퍼링된 핀(5)으로 대체된다. 더욱이, 튜브(26')는 절연 물질로 형성될 수 있는데, 이는 이온화 와이어(5')가 튜브(26')로부터 이온화 전위를 수용하지 않기 때문이다. 와이어(5')는 튜브(26')에 축 방향으로 정렬(및 이에 따라 동심)될 수 있고, 튜브(26')는 일반적으로 "스트로-형태(straw-shaped)"일 수 있어, 플라즈마 영역(12)의 근처에서 일반적으로 원형 애퍼처를 제공한다. 사실상, 부산물(15)은 이러한 애퍼처로 흐를 수 있어서, 튜브(26')의 대항 단부를 통해 배출 채널로 전달될 수 있다.

도 1d에 도시된 다른 대안적인 실시예에서, 슬롯 이온화 바(100a)는 연장된(실질적으로 선형의) 코로나 와이어(5")를 포함하는 하나의 이온화 전극을 갖는 하나의 연장된 셀 조립체(20")를 가질 수 있는데, 이러한 코로나 와이어(5")는 배출 포트(26")를 갖는 연장된 셀(4") 내에 위치하고, 일반적으로 원통형 플라즈마 영역(12a)을 생성하고, 이것은 이온화 전기 전위로 제공될 때 전하 캐리어(10/11) 및 오염물 부산물을 포함한다. 연장된 셀(4")은 코로나 와이어(5")(페이지의 평면으로부터)에 적어도 일반적으로 평행한 방향으로 연장되는 셀 오리피스(7')(슬롯과 같은)를 가질 수 있다. 본 명세서에 논의된 다른 실시예에서와 같이, 이 실시예는 또한 연장된 셀(4")을 둘러싸는 가스 채널(2")(더 큰 연장된 고압 채널과 같은)을 포함할 수 있어서, 이를 통과하는 깨끗한 가스(3)의 작은 부분은 연장될 셀에 들어가, 오염물(15)을 배출 포트(26")를 통해 진공/배출 채널(14')로 스윕한다. 사실상, 코로나-생성 이온(10/11)의 상당 부분은 여전히 비이온화 가스 스트림(3)에 들어가, 다른 실시예에 대해 논의된 목표로 향하는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성한다. 하나 이상의 기준 전극(들)(6')의 이용은 선택적이고, 전체에 제공된 설명에 기초하여 당업자의 기술 내에 있다. 이 실시예의 변형에서, 실질적으로 선형 및 연장된 코로나 톱니형-블레이드(미도시)가 해당 기술 분야 내에 등가 설계 선택으로서 코로나 와이어(5")로 대체될 수 있다.

이제 도 1c를 참조하면, 도 1a 및 도 1b의 실시예에 도시된 이온화 전극(들)에 인가될 수 있는 대표 무선 주파수 AC 이온화 전기 전위(40)가 도시된다. AC 이온화 신호(40)는 약 3kV 내지 약 15kV의 진폭 및 약 12 kHz의 바람직한 주파수를 갖는 무선 주파수 성분을 바람직하게 가질 수 있다. AC 이온화 신호(40)는 바람직하게 또한 약 100 V 내지 약 2kV의 진폭 및 0.1Hz 내지 약 100Hz의 바람직한 주파수를 갖는 저주파수 AC(푸싱) 성분을 가질 수 있다. 종래 기술에 알려진 바와 같이, 이러한 일반적인 특성의 이온화 신호는 이온화가 발생하도록 할 뿐 아니라, 플라즈마 영역으로부터 원하는 방향으로 생성된 이온을 "푸시"하는데 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 매우 깨끗한 이온화 바의 다른 바람직한 실시예는 DC 또는 펄싱된 DC 동작 모드로 작용하도록 구성될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 매우 깨끗한 이온화 바(100")는 도 1a 및 2b(유사한 참조 번호의 이용에 의해 표시됨)의 이온화 바(100 및 100')와 유사한 물리적 구성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 바(100 및 100')의 논의는 또한 바로 아래에 논의된 차이를 제외하고 바(100")에 적용된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 바(100")는 양 및 음의 고전압 버스(17b 및 17a) 각각과 전기 연결되는 적어도 2개의 셀 조립체(각각 전용 양 및 음의 이미터를 가짐)(20' 및 20")를 가질 수 있다. 버스(17a 및 17b)는 고압/깨끗한 가스 채널(2') 및/또는 진공/배출 채널(14)의 비 전도성 부분 상에 위치될 수 있다. 당업자는, 이온화 바(100")가 어떠한 비이온화 전극(기준 전극)도 요구하지 않는다는 것을 쉽게 인식할 것이다(본 명세서에 포함된 논의에 대해). 이것은 양 및 음의 셀 조립체(20" 및 20')가 이들 양 및 음의 셀 조립체 사이에서 측면으로 이동하기 위해 코로나-생성 이온 구름을 유도하는 대항 극의 쌍으로 배치되기 때문이다. 따라서, 도 2a에 도시된 기준 전극(6)의 존재가 순수히 선택적이고, 이에 대한 이유가 아래의 단락에 추가로 설명되는 것이 이해될 것이다.

가장 바람직한 실시예에서, 양 및 음의 셀 조립체(20" 및 20')의 복수의 쌍은 이온화 바(100")를 따라 위치되어, 모든 다른 셀 조립체는 음의 셀 조립체이고, 모든 셀 오리피스는 적어도 일반적으로 전하 중성화 목표를 향한다. 이 구성에서, 양의 이온화 전극에 인가된 이온화 전기 전위는 비이온화 가스 스트림으로 이주하기 위해 음의 이온(10)의 적어도 상당 부분을 유도할 정도로 충분한 음의 셀 조립체(20')의 플라즈마 이온(12')에 비이온화 전기장을 부과한다. 이 점에서, 종래 기술에 알려진 바와 같이, 약 99%의 이온 재조합 비율이 일반적이고, 그러므로, 이온의 1% 미만이 정황이 주어지면 생성된 이온의 상당 부분이 고려될 수 있다. 마찬가지로, 음의 이온화 전극에 인가된 이온화 전기 전위는 비이온화 가스 스트림으로 이주하기 위해 양의 이온의 적어도 상당 부분을 유도할 정도로 충분한 양의 셀 조립체(20")의 플라즈마 영역(12")에 비이온화 전기장을 부과한다.

종래 기술에 알려진 바와 같이, 양의 이미터는 음의 이미터인 것보다 이미터 부식으로 인한 더 많은 오염물 입자 및 파편을 생성하는 경향이 있다. 본 발명의 특정한 DC 또는 펄싱된 DC 실시예에 따라, 양의 셀 조립체(20"){또는 가스 흐름 비율(3/15)}에 대한 진공 흐름(15)은 바람직하게 음의 셀 조립체(20')에 비해 더 높아야 하므로, 오염물 제거는 상이한 유형의 셀 조립체(20' 및 20")에서 오염물 생성의 비율에 비례하여 그리고 균일하지 않은 비율로 발생할 수 있다.

이온화 바(100")에 적용될 수 있는 펄싱된 DC(양 및 음) 이온화 파형(각각 50p 및 50n)의 대표 예는 도 2b에 도시된다. 대표 파형(50p 및 50n)에 의해 표시된 바와 같이, 전압 진폭, 펄스 주파수 및/또는 지속기간은 임의의 주어진 응용에서 균형된 양 및 음의 이온 구름을 목표/물체로 전달하는데 적절하게 변경될 수 있다. 더욱이, 고전압 펄스는 이온화 효율을 증가시키고 입자 생성/파편 구축을 최소화하기 위해 진공 및/또는 가변 상향 가스 흐름과 동기화될 수 있다. 도 2a의 바람직한 실시예에 적용된 바와 같이, 양의 펄싱된 DC 신호(50p)는 버스(17a)를 통해 셀 조립체(20')에 제공되고, 음의 펄싱된 DC 신호(50n)는 버스(17b)를 통해 셀 조립체(20")에 제공된다. 각 신호(50p 및 50n)에 대해, 종래의 펄싱된 DC 진폭 범위 및 주파수 범위가 사용될 수 있다. 단지 예로서, 신호(50p 및 50n)의 진폭은 약 3 kV 내지 약 15 kV일 수 있고, 신호(50p 및 50n)의 주파수는 약 0.1 Hz 내지 약 200 Hz일 수 있다. 종래 기술에 알려진 바와 같이, 이러한 일반적인 특성의 이온화 신호는 이온화가 발생할 뿐 아니라, 또한 원하는 방향으로 플라즈마 영역으로부터 생성된 이온을 "푸시"하는데 도움을 줄 수 있다.

본 발명이 가장 실질적이고 바람직한 실시예인 것으로 현재 고려되는 것에 연계하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 실시예에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 사상 및 범주 내에 포함된 다양한 변형 및 등가 장치를 수용하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 설명에 관해, 크기, 물질, 형상, 형태, 기능 및 동작 방식, 및 이용에서의 변경을 포함하는 본 발명의 부분에 대한 최적의 치수적 관련이 당업자에게 쉽게 명백한 것으로 간주되고, 명세서에 기재되고 도면에 설명된 것에 대한 모든 등가 관련은 첨부된 청구항에 의해 수용되도록 의도된다는 것이 실현된다. 그러므로, 이전 설명은 본 발명의 원리의 예시적이고 배타적이지 않은 설명인 것으로 고려된다.

동작 예에서와 달리 또는 다른 경우 표시된 경우, 본 명세서 및 청구항에 사용된 요소의 양, 반응 조건 등을 언급하는 모든 수 또는 표현은 "약"이라는 용어에 의해 모든 경우에서 변형되는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 반대로 표시되지 않으면, 다음 명세서 및 첨부된 청구항에 설명된 수치 파라미터는 본 발명이 얻기를 원하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 청구 범위에 등가의 독트린(doctrine)의 응용을 한정하려고 하지 않고, 거의 하지 않을 때, 각 수치 파라미터는 적어도 다수의 리포팅된 상당한 숫자를 고려하고 통상적인 반올림 기술을 적용함으로써 해석되어야 한다.

본 발명의 넓은 범주를 설정하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치인 것에도 불구하고, 특정 예에 설명된 수치 값은 가능한 한 정밀하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 각 테스트 측정에서 발견된 표준 편차로부터 야기되는 특정 에러를 고유하게 포함한다.

또한, 본 명세서에 언급된 임의의 수치 범위가 본 명세서에 합산된 모든 서브 범위를 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 1의 언급된 최소값과 10의 언급된 최대값 사이 그리고 이들 값을 포함하고, 즉, 1 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 갖는 모든 서브 범위를 포함하도록 의도된다. 개시된 수치 범위가 연속적이기 때문에, 이들은 최소값과 최대값 사이의 모든 값을 포함한다. 다르게 명확히 표시되지 않으면, 본 명세서에 규정된 다양한 수치는 근사치이다.

이후의 설명을 위해, 용어 "상부", "하부", "우측", "좌측". "수직", "수평", "위", "바닥", 및 그 유도체는 도면에서 향하게 될 때 본 발명에 관련된다. 그러나, 본 발명이 반대로 명백히 규정된 경우를 제외하고 다양한 대안적인 변형 및 단계 시퀀스를 고려할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한 첨부 도면에 예시되고 다음의 설명에 설명된 특정 디바이스 및 프로세스가 본 발명의 간단한 예시적인 실시예라는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 관련된 특정 치수 및 다른 물리적 특성은 한정되는 것으로 고려되지 않아야 한다.

Claims

깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표의 인력 비이온화 전기장쪽으로 향하게 하는 이온화 바로서, 이온화 바는 비이온화 가스 스트림을 수용하고, 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하며, 복수의 전극에서 코로나 방전을 유도할 수 있는 이온화 전기 전위를 수용하는, 이온화 바에 있어서,
비이온화 가스 스트림을 수용하고 깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표로 향하게 하는 적어도 하나의 가스 채널과;
이온화 바로부터 그리고 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하는 적어도 하나의 배출 채널과;
복수의 셀 조립체를 포함하고,
각 셀 조립체는
비이온화 가스 스트림의 일부가 셀 안으로 들어가도록 가스 채널과 가스 왕래하는 오리피스(orifice)를 갖는 셀과;
이온화 전기 전위의 인가에 응답하여 이온 및 오염물 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는 적어도 하나의 이온화 전극으로서, 이온화 전극은 플라즈마 영역의 크기와 적어도 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되어 셀 내에 배치되며, 생성된 이온의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표쪽으로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성하는, 적어도 하나의 이온화 전극과;
배출 채널 및 셀과 가스 왕래하는 적어도 하나의 배출 포트로서, 셀의 외부의 오리피스 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 셀 내부의 오리피스의 근처에 제공함으로써, 비이온화 가스 스트림의 일부는 셀 안으로 유입되고 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출 채널에 의해 배출되는 오염물 가스 스트림으로 스윕(sweep)하는, 적어도 하나의 배출 포트를 포함하고,
상기 배출 포트는 저압 소스에 연결되고, 이온화 전극당 분당 1 내지 20 리터의 범위에서 셀에서 가스 흐름을 제공하여, 부산물의 적어도 상당 부분을 배출하는, 이온화 바.
제 1항에 있어서, 이온화 전극은 셀 오리피스를 향하는 날카로운 포인트를 갖는 테이퍼링된 핀을 포함하고,
배출 포트는, 이온화 전기 전위가 배출 포트를 통해 핀에 인가될 수 있도록 테이퍼링된 핀이 그 안에 놓이는 전도성 중공 소켓을 포함하는, 이온화 바.
제 1항에 있어서, 이온화 전기 전위는 이온화 전극의 양 및 음의 코로나 임계치 모두를 주기적으로 초과하는 무선 주파수 전기 전위이고, 플라즈마 영역은 전기적으로 균형되고, 부산물은 중성화되는, 이온화 바.
제 1항에 있어서, 부산물의 적어도 상당 부분은, 배출 포트를 통해 배출되고 오존 및 질소 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스인, 이온화 바.
제 1항에 있어서, 이온화 전기 전위는 이온화 전극의 양 및 음의 코로나 임계치 모두를 주기적으로 초과하는 무선 주파수 전기 전위이고, 이온화 전극은 양 및 음의 이온 모두를 생성하는, 이온화 바.
제 1항에 있어서, 셀 오리피스는 원형이고, 직경을 갖고,
셀 오리피스 직경과 리세스 거리의 비율은 0.5 내지 2.0인, 이온화 바.
제 1항에 있어서,
이온화 전극은, 금속 전도체, 비금속 전도체, 반도체, 단결정 실리콘 및 다결정 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 만들어지는, 이온화 바.
제 1항에 있어서,
비이온화 가스는 양 전기 가스이고,
이온화 전위는 무선 주파수 이온화 전기 전위이고,
이온화 전극은 전자, 양 및 음 이온 및 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는, 이온화 바.
제 1항에 있어서, 가스 채널은 인접한 셀 조립체들 사이에 배치된 복수의 노즐을 더 포함하고, 이를 통해 비이온화 가스는 전하 중성화 목표쪽으로 향할 수 있어서, 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표쪽으로 가하는, 이온화 바.
제 1항에 있어서, 이온의 적어도 상당 부분을 셀 오리피스를 통해서 전하 중성화 목표쪽으로 향하는 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하도록 유도하는 비이온화 전기장을 플라즈마 영역에 부가하는 적어도 하나의 비이온화 전극을 더 포함하는, 이온화 바.
깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표의 인력 비이온화 전기장쪽으로 향하게 하는 이온화 바로서, 이온화 바는 비이온화 가스 스트림을 수용하고, 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하고, 코로나 방전을 유도할 수 있는 이온화 전기 전위를 수용하는, 이온화 바에 있어서,
비이온화 가스 스트림을 수용하고 깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표로 향하게 하는 수단과;
이온화 바로부터 그리고 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하는 수단과;
복수의 셀 조립체를 포함하고,
각 셀 조립체는
비이온화 가스 스트림의 일부가 셀 안으로 들어가도록, 수용하는 수단과 가스 왕래하는 오리피스를 갖는 셀과;
이온화 전기 전위의 인가에 응답하여 이온 및 오염물 부산물을 생성하는 수단으로서, 생성된 이온의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여, 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표쪽으로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성하는, 생성 수단과;
셀의 외부의 오리피스 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 셀 내부의 오리피스의 근처에 제공하는 수단으로서, 제공 수단은 배출 수단 및 셀과 가스 왕래하고, 비이온화 가스 스트림의 일부는 셀 안으로 유입되고, 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출 수단에 의해 배출되는 오염물 가스 스트림으로 스윕하는, 제공 수단을 포함하고,
상기 제공 수단은 저압 소스에 연결되고, 이온화 전극당 분당 0.1 내지 20 리터의 범위에서 셀에서 가스 흐름을 제공하여, 부산물의 적어도 상당 부분을 배출하는, 이온화 바.
제 11항에 있어서,
생성 수단은 이온화 전기 전위의 인가에 응답하여 이온 및 오염물 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는 팁을 갖는 적어도 하나의 이온화 전극을 포함하고, 이온화 전극은 팁이 플라즈마 영역의 크기와 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되도록 셀 내에 배치되고;
제공 수단은, 이온화 전기 전위가 제공 수단을 통해 전극에 인가될 수 있도록 이온화 전극이 그 안에 놓이는 전도성 중공 소켓을 포함하는, 이온화 바.
제 12항에 있어서, 이온화 전기 전위는 이온화 전극의 양 및 음의 코로나 임계치 모두를 주기적으로 초과하는 무선 주파수 전기 전위이고, 플라즈마 영역은 전기적으로 균형되고, 부산물은 중성화되는, 이온화 바.
제 11항에 있어서, 부산물의 적어도 상당 부분은, 제공 수단을 통해 배출되고 오존 및 질소 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스인, 이온화 바.
제 11항에 있어서, 이온화 전기 전위는 생성 수단의 양 및 음의 코로나 임계치 모두를 주기적으로 초과하는 무선 주파수 전기 전위이고, 생성 수단은 양 및 음의 이온 모두를 생성하는, 이온화 바.
제 11항에 있어서,
생성 수단은 이온의 코로나 방전 동안 플라즈마 영역을 생성하는 날카로운 포인트를 갖는 테이퍼링된 이미터 핀을 포함하고, 포인트는 셀 오리피스를 향하고, 플라즈마 영역의 크기와 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되어 배치되고,
셀 오리피스는 원형이고, 직경을 갖고,
셀 오리피스 직경과 리세스 거리의 비율은 0.5 내지 2.0인, 이온화 바.
제 11항에 있어서,
생성 수단은, 금속 전도체, 비금속 전도체, 반도체, 단결정 실리콘 및 다결정 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 만들어지는, 이온화 바.
제 11항에 있어서,
비이온화 가스는 양 전기 가스이고,
이온화 전위는 무선 주파수 이온화 전기 전위이고,
생성 수단은 전자, 양 및 음 이온 및 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는, 이온화 바.
제 11항에 있어서, 이온의 적어도 상당 부분을 셀 오리피스를 통해서 전하 중성화 목표쪽으로 향하는 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하도록 유도하는 비이온화 전기장을 플라즈마 영역에 부가하는 적어도 하나의 비이온화 전극을 더 포함하는, 이온화 바.
깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표의 인력 비이온화 전기장쪽으로 향하게 하는 이온화 바로서, 이온화 바는 비이온화 가스 스트림을 수용하고, 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하고, 적어도 하나의 전극에서 코로나 방전을 유도할 수 있는 이온화 전기 전위를 수용하는, 이온화 바에 있어서,
비이온화 가스 스트림을 수용하고 깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표로 향하게 하는 적어도 하나의 가스 채널과;
이온화 바로부터 그리고 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하는 적어도 하나의 배출 채널과;
적어도 하나의 셀 조립체를 포함하고,
각 셀 조립체는
비이온화 가스 스트림의 일부가 셀 안으로 들어가도록 가스 채널과 가스 왕래하는 오리피스를 갖는 셀과;
이온화 전기 전위의 인가에 응답하여 전하 캐리어 및 오염물 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는 적어도 하나의 이온화 전극으로서, 이온화 전극은 플라즈마 영역이 셀 오리피스로부터 후퇴되도록 셀 내에 배치되며, 생성된 전하 캐리어의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표쪽으로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성하는, 적어도 하나의 이온화 전극과;
배출 채널 및 셀과 가스 왕래하는 적어도 하나의 배출 포트로서, 셀의 외부의 셀 오리피스 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 셀 내부의 셀 오리피스의 근처에 제공하여, 비이온화 가스 스트림의 일부는 셀 안으로 유입되고, 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출 채널에 의해 배출되는 오염물 가스 스트림으로 스윕하는, 적어도 하나의 배출 포트를 포함하고,
상기 배출 포트는 저압 소스에 연결되고, 이온화 전극당 분당 1 내지 20 리터의 범위에서 음의 셀에서 가스 흐름을 제공하여, 부산물의 적어도 상당 부분을 배출하는, 이온화 바.
제 20항에 있어서,
복수의 셀 조립체가 있고,
각 셀 조립체는 셀 오리피스를 향하는 날카로운 포인트를 갖는 테이퍼링된 핀을 갖는 하나의 이온화 전극을 갖고,
각 셀 조립체는, 이온화 전기 전위가 배출 포트를 통해 핀에 인가될 수 있도록 테이퍼링된 핀이 그 안에 놓이는 전도성 중공 소켓을 포함하는 배출 포트를 갖는, 이온화 바.
제 20항에 있어서,
이온화 전기 전위로 제공될 때, 전하 캐리어 및 오염물 부산물을 포함하는, 원통형 플라즈마 영역을 생성하는 선형의 코로나 와이어를 포함하는 이온화 전극을 갖는 하나의 셀 조립체가 있고,
셀 오리피스는 코로나 와이어에 적어도 평행한 방향으로 연장되는 슬롯인, 이온화 바.
제 20항에 있어서,
이온화 전기 전위로 제공될 때, 전하 캐리어 및 오염물 부산물을 포함하는, 평면 원통형 플라즈마 영역을 생성하는 선형의 코로나 톱니형-블레이드를 포함하는 이온화 전극을 갖는 하나의 셀 조립체가 있고,
셀 오리피스는 코로나 톱니형-블레이드에 적어도 평행한 방향으로 연장되는 슬롯인, 이온화 바.
제 20항에 있어서, 이온의 적어도 상당 부분을 셀 오리피스를 통해서 전하 중성화 목표쪽으로 향하는 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하도록 유도하는 비이온화 전기장을 플라즈마 영역에 부가하는 적어도 하나의 비이온화 전극을 더 포함하는, 이온화 바.
깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표의 인력 비이온화 전기장쪽으로 향하게 하는 이온화 바로서, 이온화 바는 비이온화 가스 스트림을 수용하고, 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하고, 양의 이온화 전극에서 코로나 방전을 유도할 수 있는 양의 이온화 전기 전위를 수용하고, 음의 이온화 전극에서 코로나 방전을 유도할 수 있는 음의 이온화 전기 전위를 수용하는, 이온화 바에 있어서,
비이온화 가스 스트림을 수용하고 깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표로 향하게 하는 적어도 하나의 가스 채널과;
이온화 바로부터 그리고 전하 중성화 목표로부터 멀리 오염물 가스 스트림을 배출하는 적어도 하나의 배출 채널과;
적어도 하나의 양의 셀 조립체로서,
비이온화 가스 스트림의 일부가 양의 셀 안으로 들어가도록, 가스 채널과 가스 왕래하는 오리피스를 갖는 양의 셀과;
양의 이온화 전기 전위의 인가에 응답하여 이온 및 오염물 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는 팁을 갖는 적어도 하나의 양의 이온화 전극으로서, 양의 전극은 팁이 플라즈마 영역의 크기와 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되도록 양의 셀 내에 배치되며, 생성된 이온의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표쪽으로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성하는, 적어도 하나의 양의 이온화 전극과;
배출 채널 및 셀과 가스 왕래하는 적어도 하나의 배출 포트로서, 양의 셀 외부의 오리피스 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 양의 셀 내부의 오리피스의 근처에 제공하여, 비이온화 가스 스트림의 일부는 양의 셀 안으로 유입되고, 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출 채널에 의해 배출되는 오염물 가스 스트림으로 스윕하는, 적어도 하나의 배출 포트를
포함하는, 적어도 하나의 양의 셀 조립체와;
적어도 하나의 음의 셀 조립체로서,
비이온화 가스 스트림의 일부가 음의 셀에 들어가도록, 가스 채널과 가스 왕래하는 오리피스를 갖는 음의 셀과;
음의 이온화 전기 전위의 인가에 응답하여 이온 및 오염물 부산물을 포함하는 플라즈마 영역을 생성하는 팁을 갖는 적어도 하나의 음의 이온화 전극으로서, 음의 전극은 팁이 플라즈마 영역의 크기와 동일한 거리만큼 셀 오리피스로부터 후퇴되도록 음의 셀 내에 배치되며, 생성된 이온의 적어도 상당 부분은 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하여 비이온화 전기장에 의해 전하 중성화 목표쪽으로 흐르는 깨끗한 이온화 가스 스트림을 형성하는, 적어도 하나의 음의 이온화 전극과;
배출 채널 및 셀과 가스 왕래하는 적어도 하나의 배출 포트로서, 음의 셀 외부의 오리피스 근처의 비이온화 가스 스트림의 압력보다 낮은 가스 압력을 음의 셀 내부의 오리피스의 근처에 제공하여, 비이온화 가스 스트림의 일부는 음의 셀 안으로 유입되고, 오염물 부산물의 적어도 상당 부분을 배출 채널에 의해 배출되는 오염물 가스 스트림으로 스윕하는, 적어도 하나의 배출 포트를
포함하는, 적어도 하나의 음의 셀 조립체를 포함하고,
상기 음의 배출 포트는 저압 소스에 연결되고, 이온화 전극당 분당 1 내지 20 리터의 범위에서 음의 셀에서 가스 흐름을 제공하여, 부산물의 적어도 상당 부분을 배출하는, 이온화 바.
제 25항에 있어서, 복수의 쌍의 양 및 음의 셀 조립체를 더 포함하고, 음의 셀 조립체와 양의 셀 조립체가 교호적으로 배치되고 셀 오리피스 모두가 적어도 전하 중성화 목표를 향하도록 양 및 음의 셀 조립체가 배치되는, 이온화 바.
제 26항에 있어서, 가스 채널은 인접한 셀 조립체들 사이에 배치된 복수의 노즐을 더 포함하고, 이를 통해 비이온화 가스는 전하 중성화 목표쪽으로 향할 수 있어, 깨끗한 이온화 가스 스트림을 전하 중성화 목표쪽으로 가하는, 이온화 바.
제 26항에 있어서,
양의 이온화 전기 전위를 수용하고, 양의 이온화 전기 전위를 복수의 양의 이온화 전극에 제공하기 위해 복수의 양의 이온화 전극에 전기적 결합되는 양의 전도성 버스와;
음의 이온화 전기 전위를 수용하고, 음의 이온화 전기 전위를 복수의 음의 이온화 전극에 제공하기 위해 복수의 음의 이온화 전극에 전기적 결합되는 음의 전도성 버스를
더 포함하는 이온화 바.
제 28항에 있어서,
배출 채널은 전기적 절연 표면을 더 포함하고;
양 및 음의 버스 중 적어도 하나는 배출 채널의 전기적 절연 표면 상에 배치되는, 이온화 바.
제 25항에 있어서,
이온화 바는 양의 이온화 전기 전위를 수용하는 양의 전도성 버스를 더 포함하고,
양의 이온화 전극은 테이퍼링된 핀을 포함하고, 팁은 테이퍼링된 핀의 자유 단부에 날카로운 포인트를 포함하고,
배출 포트는, 테이퍼링된 핀이 그 안에 놓이고 양의 전도성 버스와 전기적 결합되는 전도성 중공 소켓을 포함하여, 양의 이온화 전기 전위는 배출 포트 및 양의 버스를 통해 테이퍼링된 핀에 인가될 수 있는, 이온화 바.
제 25항에 있어서, 부산물의 적어도 상당 부분은, 배출 포트를 통해 배출되고 오존 및 질소 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스인, 이온화 바.
제 25항에 있어서,
음의 이온화 전극은 테이퍼링된 핀을 포함하고, 상기 팁은 테이퍼링된 핀의 자유 단부에서 날카로운 포인트를 포함하고,
음의 셀 오리피스는 원형이고, 직경을 갖고,
음의 셀 오리피스 직경과 리세스 거리의 비율은 0.5 내지 2.0인, 이온화 바.
제 25항에 있어서,
음의 이온화 전극은, 금속 전도체, 비금속 전도체, 반도체, 단결정 실리콘 및 다결정 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 만들어지는, 이온화 바.
제 25항에 있어서, 양 및 음의 셀 조립체는 이온화 바를 따라 위치되어,
양의 이온화 전극에 인가된 이온화 전기 전위는 음의 이온의 적어도 상당 부분이 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하도록 유도할 수 있는 비이온화 전기장을 음의 셀 조립체의 플라즈마 영역에 부여하고,
음의 이온화 전극에 인가된 이온화 전기 전위는 양의 이온의 적어도 상당 부분이 비이온화 가스 스트림 속으로 이동하도록 유도할 수 있는 비이온화 전기장을 양의 셀 조립체의 플라즈마 영역에 부여하는,
이온화 바.
제 25항에 있어서, 셀 오리피스를 통해 이주하기 위해, 및 전하 중성화 목표쪽으로 향하는 비이온화 가스 스트림으로 이주하기 위해 이온의 적어도 상당 부분을 유도하는 비이온화 전기장을 플라즈마 영역에 삽입하는 적어도 하나의 비이온화 전극을 더 포함하는, 이온화 바.
제 1항에 있어서,
상기 배출 포트는 저압 소스에 연결되고, 이온화 전극당 분당 1 내지 10 리터의 범위에서 셀에서 가스 흐름을 제공하여, 부산물의 적어도 상당 부분을 배출하는, 이온화 바.