用于静电中和的洁净电晕气体电离制造技术

通过将污染物副产物与电晕产生的离子分离的洁净电晕气体电离包括建立具有压力并流向下游方向的非电离气体流、建立离子和污染物副产物的等离子区域，在该区域中的压力比所述非电离气流的压力足够低，以防止至少很大部分的所述副产物迁移入所述非电离气流，以及对所述等离子区域施加电场使足够引起至少很大部分的所述离子迁移入所述非电离气流。

【技术实现步骤摘要】
用于静电中和的洁净电晕气体电离相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.119(e)主张以下共同代决的美国申请的权益：2009年4月24日提交的序列号为61/214,519的美国申请，并且名称为“分离电晕放电型离子发生器中的颗粒和气体离子”；2009年9月16日提交的序列号为61/276,792的美国申请，并且名称为“分离电晕放电型离子发生器中的颗粒和气体离子”；2009年10月26日提交的序列号为61/279,784的美国申请，并且名称为“用电离气流覆盖大面积”；2010年2月11日提交的序列号为61/337,701的美国申请，并且名称为“从电晕放电型离子发生器中的气体离子中分离污染物”；这些申请均通过引用整体地结合在本文中。专利技术背景1.专利
本专利技术涉及使用电晕放电来产生气体离子的静电中和装置的领域，更具体地说，本专利技术是涉及产生无污染物的电离气流，用于在诸如半导体、电子元件、医药及类似工序和应用的制造过程中常见的洁净和超洁净环境中的电荷中和。2.相关领域的描述洁净环境中的工序和操作特别易于在所有的电绝缘表面(electricallyisolatedsurfaces)上产生和积累静电荷。这些电荷产生不期望的电场，这些不期望的电场将大气中的悬浮粒子吸引到所述表面，在电介质中产生电应力，在半导体和导体中引起电流，以及在生产环境中引起静电放电和电磁干扰(EMI)。调控(mediate)这些静电危害最有效的方式是为带电荷的表面提供电离气流。这种类型的气体电离允许有效地补偿或者中和不期望的电荷，并因此，减少了与这些不期望的与电荷相关的的污染、电场和电磁干扰的影响。产生气体电离的一种传统的方法被称为是电晕放电。基于电晕放电的离子发生器，(例如，见已公布的专利申请US20070006478、JP2007048682)可取之处在于它们在小空间里可以是高能效和高电离效率的。然而，这种电晕放电装置的一个公知的缺陷是在其中使用的高压电离电极/发射极(以尖端或者细线的形式)在产生想要的气体离子的同时，也产生不期望的污染物。电晕放电还可激发如在环境大气中的水汽的微小液滴的形成。固体污染物副产物的形成也可能是由与环境大气/气体环境中的电晕放电相关的发射极表面腐蚀和/或化学反应造成。表面腐蚀是电晕放电过程中发射极材料蚀刻或者溅射的结果。尤其是，当电晕中存在负电性气体如空气时，电晕放电产生氧化反应。结果是，产生以不期望的气体(如臭氧和氮氧化物)和该发射极尖端处的固体沉淀物形式的电晕副产物。出于这个原因，减少污染物颗粒释放的常规做法是使用由强耐腐蚀性材料制成的发射极。然而，这种方法也有自己的缺陷：它往往需要使用与如半导体制造之类的工艺流程无关的发射极材料，如钨。在半导体晶片制造过程中被使用于中和电荷的优选的用于离子发生器的硅发射极，不具有所需的耐腐蚀性。另一种减少电晕离子发生器中发射极的侵蚀和氧化效应的传统方法是连续不断地用与主气流流向相同的洁净干燥空气(CDA)、氮气等气流/气流鞘(sheath)包围该发射极。这种气流鞘通常是由如已公开的日本申请JP2006236763和美国专利5,847,917中所示出和描述的高压气源提供。美国专利5,447,763中的硅离子发射电极和美国专利5,650,203中的硅离子发射电极公开了相关的发射极，这些专利的全部内容通过引用结合在本文中。为避免半导体晶片的氧化，制造商使用诸如氩气和氮气的正电性气体的空气(atmosphere)。在两种情况下，电晕电离都伴随着污染物颗粒的产生，在后一种情况下，发射极的侵蚀由于电子发射和电子轰击变得恶化。这些颗粒随同鞘气流的流动而移动并且能污染电荷中和作用的物体。因此，在这种背景下，解决一个问题的办法实际上产生另外的问题。各种电离设备和技术都在下述美国专利和已公开的专利申请中描述，这些专利和专利申请的全部内容通过引用结合在本文中：美国专利号5,847,917，专利技术人Suzuki，其申请号08/539,321，于1995年10月4日提交，于1998年12月8日授权，并且名称为“空气电离装置和方法”；美国专利号6,563,110，专利技术人Leri，其申请号09/563,776，于2000年5月2日提交，于2003年5月13日授权，并且名称为“管线(in-line)气体离子发生器和方法”；以及公开号US2007/0006478的美国专利申请，专利技术人Kotsuji，其申请号10/570085，于2004年8月24日提交，于2007年1月11日公布，并且名称为“离子发生器”。
技术实现思路
本专利技术通过提供用于从污染物副产物中分离电晕产生的离子并且用于将洁净电离气流传送到中和目标的改进的洁净的电晕放电方法和装置克服了前述的及其它相关技术的缺陷。本专利技术可以通过叠加电离和非电离电场从而产生离子和副产物并从而引起所述离子进入非电离气流并随之流向中和的目标来到达到这个结果。所述非电离电场应该足够强以便引起所述离子进入所述非电离气流从而形成电离气流，但不足够强到使基本上任何污染物副产物进入所述非电离气流。不管是否结合前述非电离电场，本专利技术都可以使用气压压差来从污染物(如(1)小颗粒，(2)液滴和/或(3)某种不期望的气体，中的一种或者多种)中分离所述离子。本专利技术的分离方法基于正和/或负离子(一方面)和污染物副产物(另一方面)的不同的电的或者机械的移动性。一般而言，已发现由所述电晕电极/发射极产生的污染物副产物具有比正和/或负离子低若干数量级的机械的或者电的移动性。由于这个原因，并且根据本专利技术，电晕产生的离子能在电场和/或气体流的影响下移动远离所述电晕电极/发射极但所述低移动性的污染物副产物将悬停和被夹带(entrained)在所述发射极尖端附近。因此，并且根据本专利技术，当所述洁净的并且新的电离气流被传送到目标用于静电中和时，这些污染物副产物也可以从所述等离子区域被排出。更特别地，空气和其他气体离子是如此的小以至于它们的直径只有零点几纳米并且它们的质量是以原子质量单位(amu)来测量。它们通常带有一个电子的电荷量。例如，氮分子具有28amu的质量，氧分子具有32amu的质量，而电子具有大约5.5E-4amu的质量。通常气体离子的电移动性在大约1.5-2[cm2/Vs]的范围内。相比之下，电晕放电污染物颗粒的直径(在几十到几百纳米范围)要大得多并且质量也大得多。由于颗粒的机械移动性与它们的质量和/或直径相关，颗粒的直径和质量越大，它们的移动性就越差。相比较而言，10纳米的硅颗粒具有大约7.0E4amu。22纳米的空气负载颗粒具有大约0.0042[cm2/Vs]的电移动性。已进一步发现的是只有一小部分这里讨论的这种纳米污染物颗粒能携带电荷。相比之下，气体离子通常具有至少一个元电荷的电荷。根据这里公开的本专利技术的电晕放电方法和装置，在离子发射极和非电离参比电极(以下详细讨论)之间有两个不同的区域：(a)等离子区域，这是个很小(直径大约为1毫米)并且通常为球形的区域，通常以每个离子发射极尖端为中心或者在附近，在离子发射极尖端高强度的电场提供具有足够能量的电子以产生新的电子和光子，从而，来维持所述电晕放电；和(b)暗区，这是辉光等离子区域和非电离参比电极之间的离子漂移区域。在一种形式中，本专利技术包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体电离装置，用于将洁净的电离气流传送到目标，所述装置接收装置至少一股具有压力的非电离气流和足够引起电晕放电的电离电势，所述装置包括：至少一个通道，用于接收所述非电离气流以及一个设置在所述通道的下游端的出口喷嘴，所述喷嘴用于将所述洁净的电离气流传送到所述目标；以及至少一个外壳组件，包括：外壳，所述外壳具有与所述通道气体连通的孔，从而一部分所述非电离气流可以进入所述外壳；至少一个排出端口，所述端口提供所述外壳内并且在所述孔附近的气压，所述气压低于在所述外壳外部且在所述小孔附近的压力；以及至少一个电离电极，用于响应施加的电离电势而产生离子和副产物，所述电离电极被设置在所述外壳内使得离子可以迁移入所述非电离气流从而形成所述洁净的电离气流并且使得所述排出端口气压引起一部分的所述非电离气流流入所述外壳孔从而将副产物扫进所述排出端口。

【技术特征摘要】
2009.04.24 US 61/214,519;2009.09.16 US 61/276,792;1.一种气体电离装置，用于将洁净的电离气流朝向电荷中和目标传送，所述装置接收至少一股具有压力的非电离气流和足够引起电晕放电的电离电势，所述装置包括：至少一个用于接收所述非电离气流的通道，以及设置在所述通道的下游端的出口喷嘴，所述出口喷嘴用于将所述洁净的电离气流朝向所述目标传送；以及至少一个外壳组件，包括：外壳，所述外壳具有与所述通道气体连通的孔，从而一部分所述非电离气流可以进入所述外壳；至少一个排出端口，所述排出端口提供在所述外壳内部并且在所述孔附近的气压，所述气压低于在所述外壳外部且在所述孔附近的非电离气流的压力；以及至少一个电离电极，用于响应于电离电势的施加而产生离子和副产物，所述电离电极被设置在所述外壳内，使得离子可以迁移入所述非电离气流从而形成所述洁净的电离气流，并且使得所述排出端口气压引起一部分的所述非电离气流流入所述外壳孔，从而将副产物扫进所述排出端口。2.如权利要求1所述的气体电离装置，其中所述装置进一步包括至少一个非电离电极，用于叠加非电离电场，所述非电离电场引起离子迁移通过所述外壳孔并进入所述非电离气流，从而形成所述洁净的电离气流。3.如权利要求1所述的气体电离装置，其中所述通道至少部分地由导电材料形成并且包括用于响应于非电离电势的施加而叠加电场的装置。4.如权利要求1所述的气体电离装置，其中所述电离电势是至少等于所述电离电极的电晕阈值的射频电势，由此所述等离子区域基本上是电平衡的并且所述副产物基本上被中和。5.如权利要求1所述的气体电离装置，进一步包括至少一个喷射器，所述喷射器在所述外壳上游，所述喷射器具有机动连接件和排放连接件，所述机动连接件用于接收所述非电离气流，所述排放连接件用于将所述非电离气流向下游传递到所述通道。6.如权利要求1所述的气体电离装置，其中：所述电离电极包括锥形发射器，所述发射器在离子电晕放电期间产生大体球形的等离子区域，所述发射器面向所述外壳孔并从所述外壳孔凹进一段距离，所述距离大致上等于或者大于所述等离子区域的直径；所述外壳孔是大体圆形的并且具有直径；以及所述外壳孔的直径与所述凹进距离的比值在大约0.5到大约2.0之间。7.如权利要求1所述的气体电离装置，其中：所述电离电极包括至少一股线；以及所述装置进一步包括第二通道，用于接收所述非电离气流和用于将所述洁净的电离气流传送到所述目标。8.如权利要求1所述的气体电离装置，其中：所述非电离气体是正电性气体；所述电离电势是射频电离电势；以及所述电离电极产生包括电子、正离子、负离子和副产物的等离子区域。9.一种将流向下游方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·格夫特，阿列克谢·克洛奇科夫，约翰·E·米尼尔，莱尔·德怀特·纳尔森，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US