(57)【要約】【課題】  金属および／または非金属汚染の少ないエミッタ電極を提供する。【解決手段】  ガスイオナイザ１００はイオン化ガスをクリーンルームに送り出す。イオナイザエミッタ電極１２は理想的にはカーバイド材料から形成されるかカーバイド材料で少なくとも部分的にコーティングされる。カーバイド材料は炭化ゲルマニウム、炭化ボロン、炭化シリコンおよび炭化シリコン・ゲルマニウムからなるグループから選択される。代替として、コロナ発生イオナイザエミッタ電極１２は、実質的に炭化シリコンから形成されるか、少なくとも部分的に炭化シリコンでコーティングされた導電性金属ベースから形成されるか、高圧電源２２からエミッタ電極１２に高電圧が印加されたときガスをイオン化し、エミッタ電極は実質的に炭化シリコンから形成され、約１００Ω−ｃｍ以下の抵抗を有する。【選択図】      図３
2006108101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーバイド材料で形成するかまたはカーバイド材料で少なくとも部分的にコーティングしたイオナイザエミッタ電極であって、
前記カーバイド材料が炭化ゲルマニウム、炭化ボロン、炭化シリコンおよび炭化シリコン・ゲルマニウムからなるグループから選択される、
ことを特徴とするイオナイザエミッタ電極。
【請求項２】
前記イオナイザエミッタ電極は概ね円筒形状の主部と概ね円錐形状の先端部とを有する、請求項１に記載のイオナイザエミッタ電極。
【請求項３】
前記イオナイザエミッタ電極はワイヤである、請求項１に記載のイオナイザエミッタ電極。
【請求項４】
前記イオナイザエミッタ電極は予め決定された導電特性を達成するようドープされた少なくとも純度９９．９９％の炭化シリコンである、請求項１に記載のイオナイザエミッタ電極。
【請求項５】
前記炭化シリコンは化学気相蒸着（ＣＶＤ）された炭化シリコンである、請求項１に記載のイオナイザエミッタ電極。
【請求項６】
実質的に炭化シリコンで形成された、
ことを特徴とするコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項７】
前記コロナ発生イオナイザエミッタ電極は概ね円筒形状の主部と概ね円錐形状の先端部とを有する、請求項６に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項８】
前記コロナ発生イオナイザエミッタ電極はワイヤである、請求項６に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項９】
前記コロナ発生イオナイザエミッタ電極は予め決定された導電特性を達成するようドープされた少なくとも純度９９．９９％の炭化シリコンである、請求項６に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項１０】
前記炭化シリコンは化学気相蒸着（ＣＶＤ）された炭化シリコンである、請求項６に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項１１】
金属ベースが少なくとも部分的に炭化シリコンでコーティングされた電導性金属ベースで形成された、
ことを特徴とするコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項１２】
前記コロナ発生イオナイザエミッタ電極は概ね円筒形状の主部と概ね円錐形状の先端部とを有する、請求項１１に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項１３】
前記コロナ発生イオナイザエミッタ電極はワイヤである、請求項１１に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項１４】
前記炭化シリコンコーティングが予め決定された導電特性を達成するようドープされた少なくとも純度９９．９９％の炭化シリコンである、請求項１１に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項１５】
前記炭化シリコンは化学気相蒸着（ＣＶＤ）された炭化シリコンである、請求項１１に記載のコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【請求項１６】
実質的に炭化シリコンから形成され、約１００オーム-センチメータ（１００Ω-ｃｍ）以下の抵抗を有する、コロナ発生イオナイザエミッタ電極に高電圧を印加したときガスをイオン化する、ことを特徴とするコロナ発生イオナイザエミッタ電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスイオナイザ用エミッタ電極に関し、より特定的には炭化シリコンのようなカーバイド材料から形成されるかまたはその材料でコーティングされるガスイオナイザエミッタ電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン発生器は一般的に静電放電に対するポテンシャルを最小化するため作業空間内における静電電荷を中和する装置の分野に関する。静電気除去は、例えば大規模集積回路、磁気抵抗記録ヘッド、等の製造技術に重要な作業である。静電除去におけるコロナ発生電極による微粒子発生の問題は粒子および不純物のない環境を確立するのに等しく重要な要求と競合する。金属不純物はこのような技術に致命的な損害を与え得るので、これらの汚染を可能な限り最小レベルに抑えることが望ましい。
【０００３】
金属イオンエミッタが室内空中におけるコロナ放電を受ける状態にあるとき、金属イオンエミッタは数時間内に悪化および/または酸化の兆候を示し微細な粒子を発生することが知られている。この問題は銅、ステンレス鋼、アルミニウムおよびチタニウムで形成された針電極で一般的に生じる。腐食が放電下または活性ガス種ＮＯXに曝される領域で見つけられる。エミッタが正極であろうが負極であろうがＮＯ3イオンは上記材料の全てに見い出される。また、オゾン関連腐食は相対湿度および濃縮核密度に依存する。エミッタ電極をドライ空気でパージすることにより空気伝達汚染物質またはエミッタ上の堆積物の何れかによりＮＨ4ＮＯ3を減少することができる。
【０００４】
表面反応はエミッタの機械的構成を変更する混合物の形成に導く。同時に、これらの反応は電極から粒子の反応を導くかまたは気相内粒子の形成に貢献する。
【０００５】
シリコンエミッタ電極およびシリコン二酸化物エミッタ電極はコロナ放電中の金属よりかなり低い腐食を受ける。シリコンは熱酸化、プラズマ酸化、イオン衝撃およびイオン注入による酸化がなされかつ類似の窒化物を形成することで知られている。リン、ボロン、アンチモン等の添加物を含む純度９９．９９％のシリコンを用いることによりシリコンエミッタを改善しようとした例もある。例えば、特許文献１は添加物を含むシリコンエミッタを開示している。しかしながら、このような高純度添加シリコンエミッタでさえも腐食したり変質したりすることになる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，６５０，２０３号（Ｇｅｈｌｋｅ）
【特許文献２】米国特許第６，２１５，２４８号（Ｎｏｌｌ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
もう一つの取り組みはかなり高純度のゲルマニウムまたは添加物を含むゲルマニウムからエミッタ電極を形成することである。例えば、本明細書に内容が取り込まれている特許文献２には、低粒子発生ガスイオナイザや静電除去器に使用されるゲルマニウム針またはエミッタ電極が開示されている。このようなゲルマニウムエミッタ電極が添加物を有する金属エミッタ電極やシリコンエミッタ電極より腐食や変質の影響を受け難いことが立証されている一方、耐腐食性を強化することで、より一層少ない金属汚染および／または非金属汚染を発生するかまたは引き起こすエミッタ電極が必要とされている。
上述した特許文献２に記載のエミッタ電極は、金属および／または非金属汚染を発生するかまたは引き起こすという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決する本発明の一実施形態のエミッタ電極は、カーバイド材料から形成されるかまたはカーバイド材料でコーティングしたイオン化エミッタ電極を含む。ここで、カーバイド材料は炭化ゲルマニウム、炭化ボロン、炭化シリコンおよび炭化シリコン・ゲルマニウムからなるグループから選択される。本発明はまた、実質的に炭化シリコンから形成されるコロナ発生イオナイザエミッタ電極を含む。他の形態において、本発明は少なくとも部分的に炭化シリコンでコーティングした導電性金属ベースから形成されたコロナ発生イオナイザエミッタ電極を含む。さらに他の形態において、本発明は高電圧が電極に印加されたときに電極がガスをイオン化し、かつ約１００Ω−Ｃｍ以下の抵抗を達成するのに必要な添加物を有する炭化シリコンから実質的に形成されたコロナ発生イオナイザエミッタ電極を含む。
【０００９】
上記課題を解決するための手段および以下に記す本発明の実施形態の詳細説明は、添付図面を参照することで理解が容易となろう。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の最良の実施形態を例示して説明するが、本発明およびその応用は下記の構成および手段に限定されるものでないことは理解されるべきことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に詳細説明する実施形態において限定するものではないが便宜上下記の用語を用いる。「右」、「左」、「下」および「上」の語は、図中で参照する方向を示す。「内側に」および「外側に」は、それぞれ、記載された装置および指示された部分の幾何学的中心に向かう方向およびその幾何学的中心から離れる方向を示す。用語は上記特定した語とその派生語と同様な趣旨の語を含む。さらに、特許請求の範囲における請求項および明細書におけるその対応部分、に記載の語「一つ」は『一つ』または『少なくとも一つ』を意味する。
【００１１】
添付図面において、同一のものは同一参照番号を付して示す。
図１は本発明の一実施形態によるカーバイド材料で形成されるかまたはコーティングされるエミッタ電極の正面図である。本発明のいくつかの好適実施形態によればエミッタ電極１２は炭化シリコン（ＳｉＣ）のようなカーバイド材料で形成されるかまたはコーティングされる。エミッタ電極は、概ね円筒形状の主部と丸形終端部１７で終端する概ね円錐形状の先端部１８とを有する。代替として、丸形終端部１７は鋭利に先細りしたものまたは尖ったものでもよい。後端部は面取り部１９を有する。図１に示すエミッタ電極１２の形状は単なる具体例であり本発明を限定するよう解釈されるべきものではない。他の形状、寸法または均整（プロポーション）を本発明を逸脱することなく利用することができる。
【００１２】
高純度または超高純度の炭化シリコン（ＳｉＣ）は、例えば金属性電極、ドープされたシリコン電極、さらに高純度のゲルマニウム電極のような他の電極材料を長持ちさせることが実験により発見された。ＳｉＣは、他の上述した電極材料と比較して驚くべき熱特性をもつので、化学的作用、プラズマおよび腐食に対し優れた抵抗性を有することが発見された。化学気相蒸着（ＣＶＤ）による製造により高純度かつ商業ベースで調達可能な化学気相蒸着（ＣＶＤ）ＳｉＣを生産する。例えば、純度約９９．９９９５％のＣＶＤＳｉＣをＣＶＤ製造により得ることができる。ＣＶＤＳｉＣの高純度ゆえに、望ましくない金属および非金属の汚染の可能性がガスイオン化の応用において大幅に減少し殆ど消滅する。ＣＶＤＳｉＣエミッタ電極１２はまた、同様に設計された半導体対照物と比較して、より大きな機械的強度を示し、かつ破損の発生を減少する。多結晶ゲルマニウムエミッタおよび単結晶シリコンエミッタの電極より、超微粒子について、ＳｉＣ特にＣＶＤＳｉＣエミッタ電極の方が汚れが少ないことが実験により証明された。物理特性を示す他のカーバイド材料、例えば炭化ゲルマニウム、炭化ボロン、炭化シリコンおよび炭化シリコン・ゲルマニウム等が利用可能である。
【００１３】
好ましくは、エミッタ電極１２は純度９９．９９％の炭化シリコンから形成される。好ましくは、炭化シリコンは化学気相蒸着（ＣＶＤ）炭化シリコンである。好ましくは、エミッタ電極１２は実質的に炭化シリコンから形成されるコロナ発生イオナイザエミッタ電極１２である。
【００１４】
カーバイド材料のドーピングは所望の導電性を達成するために必要であり得る。例えば、炭化シリコンの場合、一般的に窒素が導電性（抵抗性）を制御するために導入される。好ましくは、カーバイド材料は予め決定された導電特性を達成するためドープされる。
【００１５】
代替として、エミッタ電極１２は、少なくとも部分的に炭化シリコンでコーティングした導電性金属ベースから形成されたコロナ発生イオナイザエミッタ電極１２である。この金属ベースは、炭化シリコン材料が先端部１８の少なくとも実質的一部または全部をコーティングする限り、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、チタニウム等から形成してもよい。好ましくは、炭化シリコン材料は金属ベースの露出表面の全部をコーティングして腐食や変質の可能性を減少する。
【００１６】
図３は本発明の好適実施形態を利用するガスイオナイザの概略図である。ガスイオナイザ１００は典型的にクラス１０クリーンルームまたは他の高清浄度小型環境等のクリーンルームにイオン化ガスを送り出すものである。高圧電源２２がエミッタ電極１２に電気的に接続されている。コロナは高電圧を電極１２に印加することにより発生される。ガスイオナイザ１００は複数のエミッタ電極１２備えることができ、これらの電極は全て正と負の両方のイオン（不図示）を発生するためＡＣ電圧に接続される。代替として、ガスイオナイザ１００は別々に接続された２組の電気エミッタ電極１２を備える。この２組の電気エミッタ電極１２は、正と負のイオンを発生するため（不図示）、第１組のエミッタ電極１２が正電圧で動作し第２組のエミッタ電極１２が負電圧で動作することを可能とするバイポーラＤＣ電圧に接続して使用される。
【００１７】
高圧電源２２は、一般に電圧が約７０ＶＡＣと約２４０ＶＡＣとの間で周波数が約５０Ｈｚと約６０Ｈｚとの間である条件下の電力で供給される。高圧電源２２は、周波数が約５０Ｈｚと約６０Ｈｚとの間で、約３ＫＶＡＣと約１０ＫＶＡＣとの間の電圧に昇圧できる変圧器のような回路（詳細不図示）を含むことができる。代替として、高圧電源２２はダイオードとコンデンサの構成を含む整流器のような回路であって約５ＫＶ〜１０ＫＶの間の正と負の両極性ＤＣ電圧に昇圧可能な回路を供えることができる。代替として、高圧電源２２は約２４ＶＤＣの条件下の電力で供給される。高圧電源２２は、出力が整流された変圧器の駆動に使用され、正と負の両極性の約３ＫＶ〜１０ＫＶ間のＤＣ電圧に調節できる、自立構造の発信器またはスイッチング形構成のような回路を含むことができる。他の電圧を用いる他の電源も本発明を逸脱することなく利用可能である。
【００１８】
図２の（Ａ）は本発明の第１実施形態による先端−平面間コロナ発生装置の概略図である。エミッタ電極１２は突き出た先端形状部に配置されこの電極に対をなすカウンタ（逆）電極２０は平面形状部に配置される。電源２２はコロナを発生するためエミッタ電極１２に電気的に接続される。カウンタ電極２０は、高電圧ＡＣの場合グラウンド（すなわちアースグラウンド）に接続でき、高電圧ＤＣの場合エミッタ電極１２に対し逆極性の電源２２に接続できる。
【００１９】
図２の（Ｂ）は第２実施形態による先端−先端間コロナ発生装置の概略図である。２つ以上のエミッタ電極１２が、逆極性の電圧を有し、突き出た先端形状部に配置される。電源２２はコロナを発生するため各エミッタ電極１２に電気的に接続される。
【００２０】
図２の（Ｃ）は第３実施形態によるワイヤ−平面間コロナ発生装置の概略図である。ＳｉＣから形成されるワイヤ電極２３は細いワイヤ形状部に配置され、カウンタ電極２０は平面形状部に配置される。電源２２はコロナを発生するためエミッタ電極１２に電気的に接続される。カウンタ電極２０は高電圧ＡＣの場合グラウンドに接続でき、高電圧ＤＣの場合エミッタ電極１２に対し逆極性の電源２２に接続できる。
【００２１】
図２の（Ｄ）は第４実施形態によるワイヤ−シリンダ間コロナ発生装置の概略図である。ＳｉＣから形成されるワイヤ電極２３は細いワイヤ形状部に配置され、カウンタ電極２１は平面形状部に配置される。電源２２はコロナを発生するためエミッタ電極１２に電気的に接続される。カウンタ電極２１は高電圧ＡＣの場合グラウンドに接続でき、高電圧ＤＣの場合エミッタ電極１２に対し逆極性の電源２２に接続できる。
【００２２】
図２の（Ｅ）は第５実施形態による先端−ルーム間コロナ発生装置の概略図である。エミッタ電極１２は突き出た先端形状部に配置されカウンタ（逆）電極２０、２１は存在しない。電源２２はコロナを発生するためエミッタ電極１２に電気的に接続される。電源２２はまたグラウンド（すなわちアースグラウンド）に接続される。
【００２３】
以上説明したことから、本発明はガスイオナイザとともに使用するため炭化シリコンＳｉＣまたはＣＶＤＳｉＣから形成されるかＳｉＣまたはＣＶＤＳｉＣでコーティングしたエミッタ電極を備えることが判る。本発明の広い概念を逸脱することなく当業者が上述した実施形態の変更をできることは理解すべきことである。それゆえ、本発明は、上記特定した実施形態により制限されず、特許請求の範囲における請求項により規定された発明の精神および範囲内の変更を包含することは理解すべきことである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によるカーバイド材料で形成されるかまたはコーティングされるエミッタ電極の正面図である。
【図２】本発明の、（Ａ）は第１実施形態による先端−平面間コロナ発生装置の、（Ｂ）は第２実施形態による先端−先端間コロナ発生装置の、（Ｃ）は第３実施形態によるワイヤ−平面間コロナ発生装置の、（Ｄ）は第４実施形態によるワイヤ−シリンダ間コロナ発生装置の、（Ｅ）は第５実施形態による先端−ルーム間コロナ発生装置の、概略図である。
【図３】本発明の好適実施形態を利用するガスイオナイザの概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１２    エミッタ電極
１７    丸形終端部
１８    円錐形状先端部
１９    面取り部
２０、２１    カウンタ電極
２２    高圧電源（ＨＶＰＳ）
２３    ワイヤ電極
１００    ガスイオナイザ
【図１】
2006108101.tif 000003
【図２】
2006108101.tif 000004
【図３】
2006108101.tif 000005