[发明专利]用于静电中和的洁净电晕气体电离

说明书

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。

发明背景

1.发明领域

本发明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，本发明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(electrically isolated surfaces)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US 20070006478、JP 2007048682)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，发明人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，发明人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US 2007/0006478的美国专利申请，发明人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”。

发明内容