離子發生裝置及靜電去除設備的制作方法

專利名稱：離子發生裝置及靜電去除設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過電暈放電使空氣變為離子的離子發生裝置，本發明特別是涉及采用了該離子發生裝置的靜電去除設備。
在用于比如，半導體制造等的凈化室等的清潔空間，操作人員或機器人，各種制造裝置等的周邊的清潔度為等級100(相當于1f t3的空間中所包含的粒子粒徑大于0.5μm的粒子數量小于100個的清潔度)，在凈化室的整個氣體介質中，即使在進行平均化處理的情況下，其界限仍在0.1～1的范圍內。但是，如果在等級1(0.5μm基準)的氣體介質中，估計對應于比如，1GbitDRAM的最小尺寸的1/3的0.06μm以上的粒子附著于8英寸的晶片上的數量，則在晶片不帶電的狀態，上述數量在1～2個/小時的范圍內，而在晶片帶有100V的電位的狀態，上述數量在20～30個/小時的范圍內。于是，在近年的千兆位的時代，特別是在制造半導體，LCD(液晶顯示器)，HDD(硬盤驅動器)等的凈化室等中，作為防止制品表面的微粒子附著的措施的一種是將制品或其周邊的靜電去除。
在過去，人們采用以這樣的靜電去除為目的，比如本發明人采用JP第2541857號專利中所公開的，通過電暈放電而使空氣變成離子的離子發生裝置，將通過這樣的離子發生裝置產生的正負離子供向半導體等的制品，將靜電去除。按照JP第2541857號專利所公開的方式，在離子的發生方法中，人們知道有對放電極施加脈沖的直流電壓的方法，對其施加直流電壓的方法，對其施加交流電壓的方法。
在采用電暈放電的離子發生裝置中，由于電暈放電時的表面氧化與濺射現象，放電極產生金屬粒子，造成金屬污染。于是，在上述的JP第2541857號專利中，試圖通過借助石英玻璃覆蓋放電極的方式，防止這樣的灰塵產生。另外，人們還知道下述的方法，在該方法中，通過采用與半導體材料相同成分的多晶硅，形成放電極本身，即使在放電極的性能變差，產生飛散的情況下，仍不會造成化學污染。
但是，在通過石英玻璃覆蓋放電極的場合，必須使施加電壓大于8kV，產生電磁輻射噪聲。特別是經歷近年的高度集成化的電子器件或電子系統產生下述缺陷，即外部產生的電磁輻射噪聲較弱，由于所產生的電磁輻射噪聲，電子器件的靜電破壞或特性變差，電子系統的誤動作等的電磁噪聲。此外，如果對放電極的施加電壓較高，則還具有產生臭氧的問題。由于臭氧容易發生反應，故在HDD或LCD等的半導體的制造中，最好沒有該臭氧。
另外，在通過多晶硅形成放電極本身的場合，由于沿晶粒邊界產生晶粒邊界滑動或晶粒邊界開裂等，放電極的性能急劇變差，造成產生灰塵。
于是，本發明的目的在于提供一種放電極的性能變差很小，另外還可抑制電磁輻射噪聲或臭氧的發生的，離子發生裝置與靜電去除設備。
為了實現上述目的，本發明的離子發生裝置涉及包括針狀的放電極與導電性的成對電極，通過對該放電極施加交流高電壓，借助電暈放電，使放電極周邊的空氣形成離子，其特征在于至少放電極的前端由硅單晶形成，放電極的前端與成對電極之間的最短距離在0.4～4cm的范圍內，施加于放電極上的交流高電壓的有效值V小于8kV，并且按照下述方式設定，該方式為1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＞2.8L(cm)+1.0。
在該離子發生裝置中，針狀的放電極由具有導電性的金屬等的材料形成，作為一個實例，該放電極包括圓柱狀的放電極的前端部分呈圓錐狀的針的形狀。放電極的前端為呈針狀的放電極的頂點，在按照上述方式，放電極的前端部分呈錐狀的場合，該放電極的前端為錐狀的頂點。由于電暈放電產生于針狀的放電極的前端，故至少放電極的前端由硅單晶形成。單晶硅具有硅共同結合，周期地以正規方式排列的金剛石結構，與非晶質硅或多晶硅等的場合相比較，前者的硬度非常大，韌性較高，機械強度較強。為此，單晶硅與非晶質硅或多晶硅等相比較，灰塵產生量極少。成對電極具有下述結構，在該結構中，在比如，具有導電性的金屬板等中，形成圓形或方形等的形狀的孔。另外，成對電極也可為由導電性材料形成的線，格子，環等的結構。
放電極的前端與成對電極之間的最短距離L在0.4～4cm的范圍內。在對放電極施加交流電壓，產生電暈放電的場合，如果對放電極的施加電壓保持一定，則放電極前端與成對電極之間的最短距離L越小，電暈放電的強度越大。如果上述最短距離L超過4cm，則不產生足夠強的電暈放電。如果最短距離L小于0.4cm，則放電極的前端中的，由電暈放電而產生的空氣離子的大部分在形成于放電極的前端與成對電極之間的電場的作用下，為成對電極吸收，該空氣離子不可能通過氣流送出。如果上述最短距離L在0.4～4cm的范圍內，則可通過氣流送出的離子量也增加，可對帶電體進行除電處理。
施加于放電極上的交流高電壓的有效值V小于8kV，并且按照下述方式設定，該方式為1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＞2.8L(cm)+1.0。當施加于放電極上的交流高電壓的有效值V小于1.8L(cm)+0.5時，不產生電暈放電。當施加于放電極上的交流高電壓的有效值V大于2.8L(cm)+1.0的值時，則電暈放電的強度過大，在電暈放電時所產生的微量臭氧造成的表面氧化與空氣離子造成的濺射現象作用下，放電極的前端部分的性能變差，產生灰塵。如果上述交流高電壓的有效值V在V＜2.8L+1.0的范圍內，并且小于8kV，則還可將臭氧的發生量基本上控制在10volppb以下。
在該離子發生裝置中，最好交流高電壓的頻率在20Hz～100kHz的范圍內。在超過100kHz的頻率，正負離子結合與中和，消除的程度顯著，與小于100kHz的場合相比較，帶電物的除電時間也大幅度增加。如果上述頻率過小，則正負離子的較大塊交替地到達帶電表面上，而不發生正負離子的結合比例降低的情況。在小于20Hz的頻率，即使在對帶電表面進行除電處理后，其表面電位仍按照正負離子到達的程度，反復相互為正負的數十伏特。由于近年的LSI，LCD，HDD還具有由數十伏特的表面電位的變化而受到破壞的情況，故在小于20Hz的頻率，制品合格率反而降低。
此外，最好放電極的前端的曲率半徑在0.1～0.4mm的范圍內。如果放電極前端的曲率半徑小于0.1mm，則放電極前端的性能變差和產生的灰塵顯著。如果放電極前端的曲率半徑大于0.4mm，雖然放電極前端的性能變差受到抑制，但是由于難于產生電暈放電，故有離子發生裝置的性能變差的擔心。
另外，本發明的靜電去除設備的特征在于權利要求1或2所述的離子發生裝置設置于流速在0.2～1.0m/s的范圍內的清潔空氣流中，并且按照沿橫切上述清潔空氣流的方向，保持二維延伸的方式設置有多個放電極。
再有，本發明的靜電去除設備的特征在于其按照下述方式構成，該方式為將流速大于10m/s的清潔空氣的氣流供向權利要求1或2所述的離子發生裝置中的至少前端。


圖1為本發明的實施例的離子發生裝置的透視圖2為離子發生部的平面圖；圖3為圖1中的A-A線的剖面放大圖；圖4為放電極前端部分的形狀的放大圖；圖5為本發明的第1實施例的靜電去除設備的示意性說明圖；圖6為本發明的第2實施例的靜電去除設備的示意性說明圖；圖7為表示最短距離L與離子濃度的相關性的曲線圖；圖8為表示開始電暈放電的交流電壓的有效值與最短距離L之間的關系，開始產生灰塵的施加交流電壓的有效值與最短距離L之間的關系，可將臭氧發生濃度基本上控制在10olppb的范圍的曲線圖；圖9為在放電極前端的清潔空氣的流速與粒子數量濃度的相關性的曲線圖；圖10為表示硅片的帶電電位衰減到1/10的時間與交流高電壓的頻率的關系的曲線圖。
下面通過附圖，對本發明的優選實施例進行描述。如圖1～3所示，在本發明的實施例的離子發生裝置1中，在離子發生裝置1的離子發生部10中，在桿狀的電極支承部件11的兩側面上，按照規定間距，安裝有多個針狀的放電極12。在圖示的實例中，在電極支承部件11的兩側面，按照分別沿垂直方向突出的方式設置有放電極12。此外，放電極12呈圓柱狀，其前端部分12’呈圓錐狀。放電極12由具有導電性的金屬等的材料形成，至少放電極12的前端12”(呈圓錐狀的前端部分12’的頂點)由硅單晶構成。還有，可由硅單晶僅僅形成放電極12的前端12”，但是為了能夠容易制作放電極12，還可通過硅單晶形成放電極12的整個前端部分12’，或由硅單晶形成整個放電極12。
在這里，圖4(a)～(c)為放電極12的前端部分12’的形狀的放大圖。圖4(a)所示的放電極12的前端部分12’的形狀指下述實例，在該實例中，呈圓錐狀的錐狀面120的前端12’由球面構成。圖4(b)示的放電極12的前端部分12’的形狀按照下述方式形成，該方式為由靠近前端12”的一側的較緩傾斜面122，以及離開前端12”的一側的較陡斜面123，以雙臺階式的傾斜面構成錐狀面121，放電極12的前端12”由球面構成。圖4(c)所示的放電極12的前端部分12’的形狀按照下述方式構成，該方式為由靠近前端12”的一側的較緩傾斜面126，離開前端12”的一側的較陡斜面127，以及其坡度位于上述兩個斜面126和127之間的中間坡度斜面128以三臺階式的傾斜面構成錐狀面125，放電極12的前端12”由球面構成。在任何一種場合，呈球面狀的放電極12的前端12”的曲率半徑R設定在0.1～0.4mm的范圍內。此外，放電極12的前端12”還可由4臺階以上的傾斜面，或坡度連續變化的曲面構成。
此外，放電極12或放電極12的前端部分12’的制作方法是任意的，但是在整個放電極12或放電極12的整個前端部分12’由硅單晶形成的場合，在這里例舉下述的方法，在該方法中，比如，采用硅單晶塊或硅片等，切出適合的硅單晶片，借助轉盤等，通過該硅單晶片，制作規定形狀的放大極12，或按照相同方式制作放電極12的前端部分12’。另外，在放電極12的前端部分12’由硅單晶形成的場合，前端部分12’以外的部分(放電極12中的前端部分12’以外的部分)不必一定由硅單晶形成，個前端部分12’以外的部分也可由比如，鎢等的導電性部件形成。在此場合，例舉下述的結構，在該結構中，在由比如，陶瓷制或塑料制的管狀的保持件內部，鎢等的導電性部件與由按照規定形狀加工的硅單晶形成的前端部分12’通過導電性螺旋彈簧等，實現導通。
此外，如圖1所示，離開電極支承部件11的前后兩側面的位置，分別設置有板狀的成對電極13。按照此方式，由于在電極支承部件11的前后兩側面設置板狀成對電極13，離子發生部10的上下面處于開口狀態。這些成對電極13由設置于電極支承部件11的兩端的絕緣性支承部件14支承，由此，在電極支承部件11的兩側，這些成對電極13均與電極支承部件11保持平行，并且按照與電極支承部件11絕緣的方式設置。成對電極13由具有導電性的金屬等的材料形成。此外，在成對電極13中，按照規定間距，開設有多個圓孔5。這些圓孔15的中心與各放電極12的中心軸保持一致，與各放電極12相對應的圓孔15分別形成于成對電極13上。
另外，放電極12的前端12”與成對電極13之間的最短距離L設定在0.4～4cm的范圍內。在圖示的實例中，由各放電極12的前端12”，與形成于成對電極13中的圓孔15的內圓面之間的距離表示的最短距離L設定在0.4～4cm的范圍內。
規定的電壓可從供電部20，供向離子發生部10。供電部20包括控制器23，該控制器23通過插座21和電纜22，調節由電源供給的交流電壓的頻率；直流變壓器25，其分出從電纜22供給的交流電壓的一部分，將其變壓為所需的直流電壓，通過直流側電纜24分別向相應的成對電極13供電；交流變壓器27，其將從電纜22供給的交流電壓，變壓為所需的交流電壓，通過交流側電纜26，分別向相應的放電極12供電。
上述控制器23按照可在20Hz～100kHz的范圍內進行調整的方式設定由電源供給的交流電壓的頻率。此外，通過借助交流變壓器27進行變壓，其按照下述方式進行設定，該方式為相對各放電極12，施加有效值V小于8kV，頻率在20～100kHz的范圍內的交流高電壓。此外，上述的放電極12的前端12”與成對電極13之間的最短距離L(即，各放電極12的前端12”，與形成于成對電極13上的圓孔15的內周面之間的距離)的關系按照下述方式設定，該方式為1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＞2.8L(cm)+1.0。
直流變壓器25按照下述方式設定，該方式為相對各放電極12，施加比如，數百伏特的直流電壓，可自由地改變在各放電極12附近，因電暈放電而產生的正與負離子發生比率。
如圖10所示，按照上述方式構成的離子發生裝置1中的離子發生部10設置于清潔空氣流中。在此場合，清潔空氣流的流速最好在0.2～1.0m/s的范圍內。還有，如圖1所示，形成下述結構，在該結構中，借助可通過開口的離子發生部10的上下面，清潔空氣流實現流通的方式進行設置，由此清潔空氣可沿設置于電極支承部件11的兩側面上的放電極12或成對電極13的表面流動。
圖5為通過該離子發生裝置1構成的本發明的第1實施例的靜電去除設備2的示意性說明圖。通過設置于上方的高性能過濾器40而實現除塵的清潔空氣以在0.2～1.0m/s的范圍內的流速，朝向圖中的下方供給。在圖示的實例中，在高性能的過濾器40的下方，在前面描述的離子發生裝置1中的離子發生部10設置于2個部位(但是，圖5是以省略供電部20的方式進行圖示的)。作為高性能過濾器40，其采用可比如，按照對0.3μm的粒子，達到99.7％的去除性能，對亞微米粒子進行俘獲的類型，作為這樣的高性能過濾器40，在這里例舉HEPA(高效率粒子空氣)過濾器，ULPA(超低滲透空氣)過濾器。
再有，兩個離子發生部10按照相同的高度，相互保持平行的方式設置。與前面的通過圖1進行描述的場合相同，按照通過離子發生部10的上下面，清潔空氣流可實現流通的方式，設置兩個離子發生部10，由此，處于下述狀態，即設置于兩個離子發生部10上的各放電極12均為相同的高度，沿橫切通過高性能過濾器40供給的清潔空氣流的方向，保持兩維的延伸，設置各放電極12。
在高性能過濾器40和離子發生部10的下方，設置有作業臺41。在該作業臺41的頂面，設置有比如，半導體，HDD磁頭等的制品。另外，圖5為示意圖，其為按照實際情況表示靜電去除設備2或作業臺41等的尺寸或它們之間的間距等。
在按照上述方式構成的靜電去除設備2中，通過高性能過濾器40，以在0.2～1.0m/s的范圍內的流速，朝向下方供給清潔空氣，通過開口的離子發生部10的上下面，使清潔空氣在離子發生部10的內部流通。此外，通過供電部20(在圖5中未示出)，相對放電極12，施加有效值V小于8kV，頻率在20～100kHz的范圍內的交流高電壓，相對各成對電極13，施加比如，數百伏特的直流電壓。由此，在于離子發生部10的內部流通時，沿放電極12或成對電極13的表面流動的清潔空氣在放電極12的前端12”附近，因電暈放電而變為離子。按照上述方式發生的正負的空氣離子在清潔空氣流的作用下進一步朝向下方流動，供向設置于下方的作業臺41的頂面。
因此，如果采用按照上述方式構成的靜電去除設備2，可通過以清潔空氣流攜帶的方式供給的空氣離子，去除設置于作業臺41的頂面上的，比如半導體，HDD磁頭等的制品42的靜電。
圖6為用于說明本發明的第2實施例的靜電去除設備3的，靜電去除設備3的剖視圖。在該實施例中，在由硬質氯乙烯材料形成的外殼30的底面，按照規定間距，設置有多個圓筒狀的導向壁31，各導向壁31的底端開口。另外，在外殼30的側面，形成有清潔空氣的導入孔32。除了上述的導向壁31的底端和導入孔32之外，外殼30是密封的，從導入孔32送入外殼30內部的清潔空氣從導向壁31，朝向下方噴出。
在外殼30的內部頂面上，設置有支承部件33，在該支承部件33的底面，按照規定間距安裝有多個針狀的放電極34。在圖示的實例中，放電極34按照從支承部件33的底面朝向垂直向下的方向突出的方式設置，呈圓筒狀的各導向壁31的中心軸與各放電極34的中心軸分別保持一致。由此，按照前述方式，從導入孔32送入外殼30內部的，從導向壁31朝向下方噴出的清潔空氣可沿各放電極34的表面流動。另外，按照下述方式設定，該方式為通過調節從導入孔32送入外殼30內部的清潔空氣的流量，便將流速大于10m/s的清潔空氣的氣流供向放電極34中的至少前端34”。與在前面通過圖1描述的離子發生裝置1相同，各放電極34呈圓柱形狀，各放電極34的前端部分34’呈圓錐狀，此外放電極34由具有導電性的金屬等的材料形成，至少放電極34的前端34”(呈圓錐狀的前端部分34’的頂點)由硅單晶形成。此外，與在前面通過圖4描述的場合相同，放電極34的前端34”呈球面狀，前端34”的曲率半徑設定在0.1～0.4mm的范圍內。
在導向壁31的外側，分別設置有環狀的成對電極35。各成對電極35的中心分別按照與各放電極34的中心軸保持一致的方式設置。還有，雖然在圖中未示出，但是與在前面通過圖1描述的離子發生裝置1相同，本離子發生裝置按照下述方式構成，該方式為通過相對放電極34，施加有效值V小于8kV，頻率在20～100kHz的范圍內的交流高電壓，相對各成對電極35，施加比如，數百伏特的直流電壓，可自由地改變在各放電極34的附近，因電暈放電產生的正負離子發生比率。
另外，各放電極34的前端34”與各成對電極35之間的最短距離L設定在0.4～4cm的范圍內，在圖示的實例中，由各放電極34的前端34”，與環狀的成對電極35之間的距離表示的最短距離L設定在0.4～4cm的范圍內。此外，施加于各放電極34上的交流高電壓的有效值V與上述最短距離L的關系按照下述方式設定，該方式為1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＞2.8L(cm)+1.0。
還有，外殼30的下方，設置有作業臺36。在該作業臺6的頂面，設置有比如，半導體，HDD磁頭等的制品37。另外，圖6為示意圖，其為按照實際情況表示靜電去除設備3或作業臺36等的尺寸或它們的間距等。
在按照上述方式構成的靜電去除設備3中，通過按照前述方式，借助吹風機從導入孔32，向外殼30的內部，供給清潔空氣，在放電極34中的至少前端34”，形成流速大于10m/s的清潔空氣氣流，使該氣流從導向壁31朝向下方噴出。此外，通過圖中未示出的供電部，相對各放電極34，有效值V小于8kV，頻率在20～100kHz的范圍內的交流高電壓，相對各成對電極35，施加比如，數百伏特的直流電壓。由此，沿放電極34的表面流動的清潔空氣在放電極34的前端34”的附近，因電暈放電而變成離子。按照此方式形成的正負空氣離子在清潔空氣流的作用下，從導向壁31朝向下方流動，供向設置于下方的作業臺36的頂面。
于是，同樣通過按照上述方式構成的靜電去除設備3，可借助以攜帶于清潔空氣流中的方式供給的正負空氣離子，將設置于作業臺36的頂面上的制品37的靜電去除。還有，如果采用本實施例的靜電去除設備3，則具有下述特征，即可防止因氣體粒子變換而發生的微粒子附著堆積于放電極34上，可消除附著堆積于放電極34上的粒子脫離而污染制品37的問題。再有，在本實施例的靜電去除設備3的場合，最好供到外殼30的內部的清潔空氣為不改變凈化室濕度氣體介質的空氣。
另外，上述的實施例是以垂直流式的凈化室為實例進行描述的，但是本發明還可適合用于相對除電的對象物，沿水平或傾斜方向吹送清潔空氣的設備。另外，圖5的靜電去除設備2最好用于安裝于凈化室，凈化臺，凈化座的HEPA/ULPA過濾器的清潔空氣排出口(0.2～1.0m/s)，對包含制品的周邊的整個環境進行除電處理的場合等。圖6的靜電去除設備3最好用于通過從噴嘴吹出的離子化的空氣，在瞬間使設置于清洗槽頂部，從超純水中上提的晶片或玻璃的表面電位衰減的場合，或從噴嘴吹出包含空氣離子的氣流，按照盡可能覆蓋大型液晶主板的整個表面的方式，在短時間內均勻地對整個擴散主板進行除電處理的場合等。
實例下面通過實例確認本發明的作用效果。首先，表1用于對分別由單晶硅，多晶硅，鎢形成放電極前端的場合的，相對放電極前端的產生灰塵特性進行比較。在通過圖1～3描述的離子發生裝置1中，在離子發生部10的下方，設置有CNC(凝縮核式粒子檢測儀)30，通過該CNC30，測定粒徑大于0.05μm的粒子數量濃度。放電極前端與成對電極之間的最短距離L=2.5cm。各放電極前端的曲率為0.2mm。通過相對放電極，施加有效值V小于6kV，頻率在50Hz的范圍內的交流高電壓。此外，圖1中的白箭頭表示的清潔空氣的氣流速度為0.3m/s，從放電極到CNC30的取樣管入口的距離為400mm。還有，圖1同時表示有通過電子顯微鏡觀察放電極的前端，氧化與濺射現象造成的表面粗糙度的范圍。此外，表面粗糙度的范圍是通過以放電極前端作為基點而測定的表面粗糙度所形成的區域的尺寸定義的。由單晶硅形成的放電極與由其它的兩種材料形成的放電極相比較，產生的灰塵量，表面粗糙度極小。
表1
()內表示前端的表面粗糙度(μm)。
圖7為表示單晶硅形成的放電極前端12”與成對電極13之間的最短距離L(即，各放電極前端12”，與形成于成對電極13中的圓孔15的內周面之間的距離)，與在離子發生部10的下方測定的正或負離子濃度之間的相關性的曲線圖。離子濃度是以圖1中的CNC30轉換為離子濃度儀的方式測定的。各放電極前端的曲率為0.2mm。對應于放電極前端12”，與形成于成對電極13中的圓孔15的內周面之間的最短距離L(cm)，在放電極12上，施加電暈放電的開始電壓的有效值V0(V0=1.8L+0.5(kV))的1.1倍的有效值V=1.1 V0(kV)的50Hz的交流電壓。在成對電極13上，施加在-10V～-250V的范圍內的直流電壓，按照正負離子濃度保持均衡的方式對該電壓進行調整。如果上述最短距離L小于0.4cm，則因放電極前端12”的電暈放電而產生的空氣離子的大部分在于放電極前端12”與成對電極13之間形成的電場的作用下，為成對電極13吸收，該空氣離子不可能通過氣流送出。如果上述最短距離L大于0.4cm，則可通過氣流送出的離子量也增加，從而可對帶電體進行除電處理。但是，如果上述最短距離L超過4cm，則由于產生足夠強的電暈放電，或電暈放電增強，必須增加施加電壓。但是，如果施加電壓過大，則具有產生電磁噪聲的擔心。
但是，如果施加于放電極12上的交流電壓的有效值V(kV)超過(2.8L+1.0)的值，則電暈放電的強度過大，測定下述產生灰塵量，該產生灰塵量指在于電暈放電時所產生的微量的臭氧造成的表面氧化與空氣離子造成的濺射現象的作用下，放電極12的前端12”的性能變差而產生的灰塵量。還有，產生灰塵量是通過圖1所示的CNC30測定的，在大于0.05μm的粒子數量濃度在1個月期間的使用后，超過10個/ft3的場合，判定具有放電極12產生的灰塵量。圖8表示開始產生根據試驗結果得出的產生灰塵量的施加交流電壓的有效值(2.8L+1.0)和開始電暈放電的施加交流電壓的有效值(1.8L+0.5)，與最短距離L(cm)之間的關系。
另外，以臭氧濃度儀代替圖1中的CNC30，測定臭氧濃度。其結果也表示于圖8中。如果交流電壓的有效值V(kV)在V＜2.8L+1.0的范圍內，并且小于8kV，則臭氧的發生量也控制在10volppb以下。
接著，針對下述場合，測定清潔空氣的流速中的所需范圍，該場合指通過圖5所描述的靜電去除設備2，對HDD(硬盤驅動器)磁頭進行除電處理。在圖5的靜電去除設備2中，放電極前端與成對電極之間的最短距離L=2.5cm。放電極前端的曲率半徑為0.2mm。相對各放電極，施加有效值為6kV，頻率為50Hz的交流高電壓。設置有靜電去除設備2的凈化室的清潔度為等級1000(粒徑為0.3μm的灰塵在1f t3中的空氣內具有1000個)。表2表示清潔空氣的流速與附著于磁頭上的粒徑大于0.3μm的灰塵的數量之間的關系。清潔空氣的流速最好在0.2～1.0m/s的范圍內。如果該流速過慢，則凈化室內部的操作人員產生的灰塵粒子不能夠相對磁頭充分地朝向遠方遠離開。另外，如果上述流速過，則氣流將磁頭周邊的作業臺上的灰塵上揚，從而合格率降低。
表2
通過CNC，測定導向壁31的底端開口部出口處的粒徑大于0.05μm的粒子數量濃度，由此分析借助通過圖6所描述的靜電去除設備3連續3個月操作后的，放電極34的前端34”產生的灰塵量。相對放電極34，施加有效值V為6kV，頻率為50Hz的交流高電壓，放電極34的前端34”與成對電極35之間的最短距離L為2.0cm。放電極前端34”的曲率半徑為0.2mm。此時，使放電極34的前端34”的周邊處的清潔空氣的流速(m/s)變化。圖9表示其結果。
如果放電極34的前端34”的周邊處的清潔空氣的流速小于10m/s，則粒徑大于0.05μm的離子數量濃度超過10個/ft3。該情況是氣體-粒子轉換造成的微粒子附著堆積于放電極34上之后，再脫離而形成的。在通過顯微鏡觀察流速為2m/s的放電極34的前端部分時，便看到視為氣體-粒子轉換造成的微粒子的集合體的尺寸為0.5mm的白的樹狀突部。但是，如果放電極34的前端34”的周邊處的清潔空氣的流速大于10m/s，粒徑大于0.05μm的離子數量濃度小于10個/ft3。在通過顯微鏡觀察流速為2m/s的放電極34的前端34”時，幾乎看不到附著物。可認為，由于高速氣流，通過氣體-粒子轉換而產生的微粒子飛散開，它們不附著堆積于放電極34上。另外，雖然該微粒子大于0.05μm，但是如果其小于0.1微米，仍不對制造步驟造成影響。可防止附著生長于放電極上而實現脫離的情況的效果較大。
還有，在通過圖6描述的靜電去除設備3中，通過按照相對放電極34保持10cm的距離，設置帶有+10kV的電位的，直徑為300mm的硅片，供給從導向壁31噴出的清潔空氣，進行除電處理。在相對放電極34，施加有效值V為6kV的交流高電壓，放電極34的前端34”與成對電極35之間的最短距離L為2.5cm，放電極34的前端34”的周邊處的清潔空氣的流速為20m/s的場合，交流高電壓的頻率在20Hz～500kHz的范圍內變化。圖10表示硅片的帶電電位從10kV衰減到1kV的1/10的時間與頻率之間的關系。
在采用本發明那樣的交流電壓的靜電去除設備中，通過清潔空氣傳送正負離子，使帶電物中和，但是，由于離子在傳送過程中，混合于氣流中的同時，到達帶電物，故正負離子容易在到達之前，按照一定比例再結合。在大于100kHz的頻率，正負離子的結合與中和，從而消除的情況顯著，與小于100kHz的場合相比較，帶電物的除電時間也大幅度增加。在小于20Hz的頻率，即使在對帶電表面進行除電處理之后，其表面電位按照正負離子到達的方式，相互反復形成正負的數十伏特，制品合格率可能還反而降低。于是，最好施加于放電極34的交流高電壓的頻率在20Hz～100kHz的范圍內。
還有，在應接近放電極34的位置，設置硅片等的帶電體，也可使在離子的到達時間縮短，縮短帶電體的除電時間。但是，在帶電體對半導體，LCD，HDD等的電磁輻射噪聲敏感的場合，必須注意不受到由放電極34的前端34”產生的電磁輻射噪聲的影響。長度25mm的單級天線按照相對放電極前端部分15cm的距離設置，將高速示波器與天線連接，測定分布于1MHz～120MHz的頻帶范圍內的電磁輻射噪聲。如果施加于放電極34上的交流高電壓的有效值V小于8kV，并且有效值V與最短距離L在1.8V+0.5＜2.8L+1.0的范圍內，則電磁輻射噪聲的大小在5～10mV的范圍內，稍稍超過本底噪聲(另外稱為“白噪聲”)電平2～5mV的范圍，制品可不受到電磁輻射噪聲的影響。
下面對放電極的前端的曲率半徑的值進行各種改變，對產生灰塵特性進行分析。在通過圖1～3所描述的離子發生裝置1中，在離子發生部10的下方設置CNC(凝縮核式檢測器)30，通過該CNC30，測定粒徑大于0.05μm的粒子數量濃度。放電極前端與成對電極之間的最短距離L=2.5cm。采用均由單晶硅形成的，前端的曲率半徑為0.05mm，0.08mm，0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm的各放電極，按照時間順序對連續使用1年的圖1～3所示的離子發生裝置1的場合的，放電極前端傳送的產生灰塵特性進行調查。所測定的粒子數量濃度表示于表3中。相對各放電極，施加有效值為6kV，頻率為50Hz的交流高電壓。此外，由圖1中的白箭頭表示的清潔空氣的氣流濕度為0.3m/s，放電極到CNC30的取樣管入口的距離為400mm。此外，該表3同時表示通過電子顯微鏡對電極的前端進行觀察，氧化與濺射現象造成的表面粗糙度的范圍。還有，該表面粗糙度的范圍是通過以放電極前端為基點而測定的表面粗糙度所形成的區域的值來定義的。
表3
表中的各欄數值表示粒子數量濃度(個/ft3)，()內的數值表示前端的表面粗糙度(μm)。
此外，在圖1所示的離子發生裝置1中，在設于放電極下方400mm處的CNC30的取樣管入口的位置，設置離子濃度儀，測定空氣離子濃度。其結果表示于表4中。空氣離子濃度是以通過離子濃度儀測定的正離子濃度與負離子濃度的平均值來定義的。比如，在正離子濃度為1.8×105/cm3，負離子濃度為2.2×105/cm3的場合，表4所示的離子濃度為兩者的平均值2.0×105/cm3。
表4
如果放電極的曲率半徑小于0.1mm，則產生顯著的灰塵。比如，在曲率半徑為0.05mm的曲率較小的前端，電場集中，在前端的硅單晶表面上，空氣離子很少產生。由于其濺射作用，硅單晶表面沿高度方向的氧化發生性能變差。曲率半徑為0.05mm前端的表面粗糙度的范圍最高限不超過6μm，其性能變差的高度與前端本身的電場集中度較小的曲率半徑大于0.1mm的場合相比較，顯著。
如果放電極的曲率半徑為0.5mm，則放電極前端的性能變差與曲率半徑小于0.4mm的場合相比較，得以很大的控制。其原因在于難于產生電暈放電，空氣離子很少發生，但是如果難于產生電暈放電，實質上有離子發生裝置的性能變差的擔心。
按照本發明，提供一種放電極的性能變差很小，另外還可抑制電磁輻射噪聲與臭氧的發生的，離子發生裝置與靜電去除設備。特別是按照權利要求4所述的靜電去除設備，可防止附著物堆積于放電極的前端部分。
權利要求
1．一種離子發生裝置，其包括針狀的放電極與導電性的成對電極，通過對該放電極施加交流高電壓，因電暈放電，使放電極周邊的空氣形成離子，其特征在于至少放電極的前端由硅單晶形成，放電極的前端與成對電極之間的最短距離在0.4～4cm的范圍內，施加于放電極上的交流高電壓的有效值V小于8kV，并且按照下述方式設定，該方式為1.8L(cm)+0.5＜V(kV)＞2.8L(cm)+1.0。
2．根據權利要求1所述的離子發生裝置，其特征在于上述交流高電壓的頻率在20Hz～100kHz的范圍內。
3．根據權利要求1所述的離子發生裝置，其特征在于放電極的前端的曲率半徑在0.1～0.4mm的范圍內。
4．一種靜電去除設備，其特征在于權利要求1～3中的任何一項所述的離子發生裝置設置于流速在0.2～1.0m/s的范圍內的清潔空氣流中，并且按照沿橫切上述清潔空氣流的方向，保持二維延伸的方式設置有多個放電極。
5．一種靜電去除設備，其特征在于其按照下述方式構成，該方式為將流速大于10m/s的清潔空氣的氣流供向權利要求1～3中的任何一項所述的離子發生裝置中的至少前端。
全文摘要
包括針狀的放電極(12)與導電性的成對電極(13),通過對該放電極(12)施加交流高電壓,因電暈放電,使放電極(12)周邊的空氣形成離子。至少放電極(12)的前端(12”)由硅單晶形成,放電極(12)的前端(12”)與成對電極(13)之間的最短距離(L)在0.4～4cm的范圍內,施加于放電極(12)上的交流高電壓的有效值V小于8kV,并且按照下述方式設定,該方式為:1.8L(cm)+0.5<V(kV)>2.8L(cm)+1.0。
文檔編號H05F3/00GK1297269SQ0012819
公開日2001年5月30日 申請日期2000年10月21日 優先權日1999年10月22日
發明者阪田總一郎 申請人:高砂熱學工業株式會社