(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変波形信号の印加に応答して変動圧力環境において静電荷中和を行うバランスのとれたイオン化装置であって、
長さ及び外表面を有する中空誘電性チャネルであって、前記変動圧力環境内に少なくとも部分的に配置されている、中空誘電性チャネルと、
前記中空誘電性チャネルの前記長さに沿って、前記中空誘電性チャネルの前記外表面上に螺旋状に配置された基準エミッターと、
前記中空誘電性チャネル内に少なくとも部分的に配置された高電圧電極であって、該高電圧電極は、前記変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形高電圧信号の供給に応答して、前記中空誘電性チャネルを通じて高強度電場を前記基準エミッターに与え、前記電場は、バリア放電が前記基準エミッターと前記中空誘電性チャネルの前記外表面との界面において発生したことに起因して、電気的にバランスのとれた電荷担体を有するプラズマ領域の発生を前記変動圧力環境内に引き起こす、高電圧電極と、
を備えており、
前記中空誘電性チャネルは内表面を有し、前記高電圧電極は、前記中空誘電性チャネルの前記内表面上に配置されたコイルバネを含む、イオン化装置。
【請求項２】
前記中空誘電性チャネルは、セラミック材料から作製され、前記基準エミッターは、導電性材料から作製された平坦なスパイラルバンドを含む、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項３】
前記環境は圧力を有し、前記可変波形高電圧信号の振幅は、前記環境の前記圧力における前記高電圧電極と前記基準エミッターとの間の絶縁破壊電圧よりも小さい、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項４】
前記変動圧力環境内で少なくとも１つの環境状態を検知する環境状態センサーを更に備え、前記可変波形高電圧信号は、前記センサーによって検知された環境状態の変化に少なくとも部分的に依存する、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項５】
ステータス監視回路を更に備え、前記回路は、バリア放電が前記基準エミッターと前記中空誘電性チャネルの前記外表面との前記界面において発生したことに応答して、前記基準エミッターと協働してバリア放電検出信号を生成する、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項６】
少なくとも１つの可変波形信号の印加に応答して閉鎖された変動圧力環境において静電荷中和を行うバランスのとれたイオン化装置であって、
長さ、内表面、外表面、１つの開放端、及び１つの対向閉鎖端を有する中空誘電性チャネルであって、該中空誘電性チャネルは、該中空誘電性チャネルの前記開放端が前記変動圧力環境内に存在せず、前記対向閉鎖端が前記変動圧力環境内に存在するように、前記変動圧力環境内に配置されている、中空誘電性チャネルと、
前記変動圧力環境内で、前記中空誘電性チャネルの前記長さに沿って、前記中空誘電性チャネルの前記外表面上に配置された基準エミッターと、
前記中空誘電性チャネル内に配置された高電圧電極であって、該高電圧電極は、前記変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形高電圧信号の供給に応答して、前記中空誘電性チャネルを通じて高強度電場を前記基準エミッターに与え、前記電場は、バリア放電が前記基準エミッターと前記中空誘電性チャネルの前記外表面との界面において発生したことに起因して、電気的にバランスのとれた電荷担体を有するプラズマ領域の発生を前記変動圧力環境内に引き起こす、高電圧電極と、
を備える、イオン化装置。
【請求項７】
前記中空誘電性チャネルは、セラミック材料から作製され、前記基準エミッターは、前記変動圧力環境内で前記中空誘電性チャネルの前記外表面上に配置された導電性材料から作製された平坦なスパイラルバンドを含む、請求項６に記載のイオン化装置。
【請求項８】
前記高電圧電極は、前記中空誘電性チャネルの前記内表面上に配置されたコイルバネを含み、前記変動圧力環境内に存在しない、請求項６に記載のイオン化装置。
【請求項９】
前記高電圧電極は、前記中空誘電性チャネル内に配置された導電性ロッドを含み、該高電圧電極が、前記中空誘電性チャネルの前記内表面と接触せず、前記変動圧力環境内に存在しないようになっている、請求項６に記載のイオン化装置。
【請求項１０】
前記基準エミッターは、前記変動圧力環境内で前記中空誘電性チャネルの前記外表面を取り囲むワイヤメッシュを含む、請求項６に記載のイオン化装置。
【請求項１１】
前記環境は圧力を有し、前記可変波形高電圧信号の振幅は、前記環境の前記圧力における前記高電圧電極と前記基準エミッターとの間の絶縁破壊電圧よりも小さい、請求項６に記載のイオン化装置。
【請求項１２】
前記変動圧力環境内で少なくとも１つの環境状態を検知する環境状態センサーを更に備え、前記可変波形高電圧信号は、前記センサーによって検知された環境状態の変化に少なくとも部分的に依存する、請求項６に記載のイオン化装置。
【請求項１３】
ステータス監視回路を更に備え、前記回路は、バリア放電が前記基準エミッターと前記中空誘電性チャネルの前記外表面との前記界面において発生したことに応答して、前記基準エミッターと協働してバリア放電検出信号を生成する、請求項６に記載のイオン化装置。
【請求項１４】
可変波形信号の印加に応答して変動圧力環境において静電荷中和を行うバランスのとれたイオン化バーであって、
オープンフェイス型中空内部とマニホールドとを有する細長シャーシであって、前記マニホールドは、ガス流入口と、該マニホールドと前記中空内部との間に配置された複数のアパーチャとを有し、マニホールド流入口に入るガスが前記中空内部の前記オープンフェイスから流出するようになっており、該シャーシは、前記変動圧力環境内に少なくとも部分的に配置されている、細長シャーシと、
長さ及び外表面を有する中空誘電性チャネルであって、前記細長シャーシの前記中空内部の中に配置されている、中空誘電性チャネルと、
前記中空誘電性チャネルの前記長さに沿って、前記中空誘電性チャネルの前記外表面上に螺旋状に配置された基準エミッターと、
前記中空誘電性チャネル内に配置された高電圧電極であって、前記変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形高電圧信号の供給に応答して、前記中空誘電性チャネルを通じて高強度電場を前記基準エミッターに与え、前記電場は、バリア放電が前記基準エミッターと前記中空誘電性チャネルの前記外表面との界面において発生したことに起因して、電気的にバランスのとれた電荷担体を有するプラズマ領域の発生を前記変動圧力環境内に引き起こす、高電圧電極と、
ステータス監視回路と、を備えており、
前記ステータス監視回路は、バリア放電が前記基準エミッターと前記中空誘電性チャネルの前記外表面との前記界面において発生したことに応答して、前記基準エミッターと協働してバリア放電検出信号を生成する、イオン化バー。
【請求項１５】
前記中空誘電性チャネルは、セラミック材料から作製され、前記基準エミッターは、導電性材料から作製された平坦なスパイラルバンドを含む、請求項１４に記載のイオン化バー。
【請求項１６】
前記高電圧電極は、前記中空誘電性チャネル内に配置された導電性ロッドを含み、該高電圧電極が前記中空誘電性チャネルと直接接触しないようになっている、請求項１４に記載のイオン化バー。
【請求項１７】
前記環境は圧力を有し、前記可変波形高電圧信号の振幅は、前記環境の前記圧力における前記高電圧電極と前記基準エミッターとの間の絶縁破壊電圧よりも小さい、請求項１４に記載のイオン化バー。
【請求項１８】
前記変動圧力環境内で少なくとも１つの環境状態を検知する環境状態センサーを更に備え、前記可変波形高電圧信号は、前記センサーによって検知された環境状態の変化に少なくとも部分的に依存する、請求項１４に記載のイオン化バー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリア放電による静電荷中和のためのバランスのとれたイオン化を対象としている。したがって、本発明の包括的な目的は、そのような特徴を有する新規のシステム、方法及び装置を提供することである。
【背景技術】
【０００２】
現在の半導体製造の重要な部分は、その後に低圧／真空環境において様々な方法で処理されるウェハーの作製から始まる。そのような処理は、薄膜材料堆積、エッチング、スパッタリング、プラズマ処理、及び／又は中真空若しくは高真空（すなわち、低圧）において動作する他の操作を含むことができる。この文脈において、中真空圧又は高真空圧（deep vacuum pressure）は、通常、約１０−２Ｔｏｒｒ〜約１０−３Ｔｏｒｒである。
【０００３】
半導体製造においては、ウェハーベースの製造から離れて連続的なロールツーロール製造に移行しているという１つの新たな傾向がある。ロールツーロール半導体製造は、一般に、適した薄いプラスチックフィルムを一方のスプールから繰り出し、次いで、もう一方のスプールに巻き取りながら、このプラスチックフィルム上に電子回路を（例えば、真空金属化によって）印刷することを必要とする。ロールツーロール製造を用いると、ミクロン及びサブミクロンの印刷された電子回路が可能であるが、商業的に実現可能に実施するには、ウェハーベースの製造に適用されてきた半導体品質制御要件が厳密に順守されなければならない。特に、結果の成果物は、実質上、欠陥がなく、均一であり、かつクリーンでなければならない。
【０００４】
中圧及び低圧のロールツーロール半導体製造環境において静電電荷の発生が不可避であることは、重要な問題を提起する。これらの問題には、（１）装填中及び／又は取り出し中におけるハンドリングデバイス及び／又はガイドデバイスに起因した薄膜の静電付着、（２）高い電気応力及び放電に起因した薄膜成果物の損傷、並びに（３）引き寄せられた粒子の接着に起因した薄膜表面の汚染が含まれる。これらの問題は、半導体回路部の寸法が減少し、密度が増加するにつれて、より深刻になると予想される。このため、特に低圧のロールツーロール半導体製造において、静電電荷の発生、監視、及び中和に対する関心が高まっている。
【０００５】
通常の大気圧（通常、約７６０Ｔｏｒｒ）において動作するように設計されたコロナベースの静電荷中和器は、もちろんよく知られている。しかしながら、これらの中和器は、一般に、変動圧力環境及び／又は中圧から低圧の環境における使用には望ましくないと考えられている。なぜならば、これらの中和器は、電気絶縁破壊、スパーク放電、及び電極腐食を起こしやすいからである。これらの理由によって、他の技術が、低圧半導体製造における使用に採用されてきた。例えば、マグネトロンＤＣ放電又はＲＦタイププラズマイオン発生源を用いたプラズマ中和器が、イオン打ち込み及び／又はエッチング中に電子／イオンビームを用いて半導体ウェハーをシャワーリングするのに用いられてきた。また、Ｎ２及びＡｒのような不活性ガス及び電気的陽性ガス（electro-positive gases）の存在下で低圧において製品を中和する、軟Ｘ線発生ランプ及びＵＶ光発生ランプを用いた光イオン化中和器が知られている。しかしながら、光イオン化中和器の効率は、１０−１Ｔｏｒｒ〜１０−２Ｔｏｒｒの範囲におけるＮ２及びＯ２のガス圧において劇的に減少することが知られている。最後に、ＵＶ重水素ランプ中和器が、１０−３Ｔｏｒｒ〜１０−５Ｔｏｒｒへの減圧において双極性イオン化及びウェハー上の静電荷削減をもたらすことができる。そのような中和器は、複数の深刻な不備を有するという難点がある。これらの不備には、ＵＶ重水素アークランプが、（１）非常に高温で動作すること、（２）特殊な高電圧電源装置及び効率的な冷却システムを必要とすること、並びに（３）小さなエリアにわたって動作する比較的狭い中和ビームを生成することが含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、特に中真空圧から低真空圧の環境において行われるような薄膜及び／又はウェハー半導体製造における静電荷中和の更なる改良が引き続き望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、可変波形信号の印加に応答して変動圧力環境において静電荷中和を行うバランスのとれたイオン化装置を対象とする。バランスのとれたイオン化装置は、（１）長さ及び外表面を有する中空誘電性チャネルであって、変動圧力環境内に配置されている、中空誘電性チャネルと、（２）誘電性チャネルの長さに沿って、誘電性チャネルの外表面上に螺旋状に配置された基準エミッターであって、変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形基準信号を受信する、基準エミッターと、（３）中空誘電性チャネル内に配置された高電圧電極とを備えることができる。本発明によれば、高電圧電極は、変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形高電圧信号の供給に応答して、誘電性チャネルを通じて高強度電場を基準エミッターに与えることができる。その電場は、バリア放電が基準エミッターと誘電性チャネルの外表面との界面において発生したことに起因して、電気的にバランスのとれた電荷担体を有するプラズマ領域の発生を変動圧力環境内に引き起こすことができる。
【０００８】
関連した態様では、本発明は、少なくとも１つの可変波形信号の印加に応答して閉鎖された変動圧力環境において静電荷中和を行うバランスのとれたイオン化装置を対象とする。バランスのとれたイオン化装置は、長さ、内表面、外表面、１つの開放端、及び１つの対向閉鎖端を有する中空誘電性チャネルを備えることができる。誘電性チャネルは、誘電性チャネルの開放端が変動圧力環境内に存在せず、対向閉鎖端が変動圧力環境内に存在するように、変動圧力環境内に配置することができる。イオン化装置は、変動圧力環境内で、誘電性チャネルの長さに沿って、誘電性チャネルの外表面上に配置された基準エミッターも備えることができ、基準エミッターは、変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形基準信号を受信することができる。イオン化装置は、中空誘電性チャネル内に配置された高電圧電極を更に備えることができる。本発明のこの態様によれば、高電圧電極は、変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形高電圧信号の供給に応答して、誘電性チャネルを通じて高強度電場を基準エミッターに与えることができる。その電場は、バリア放電が基準エミッターと誘電性チャネルの外表面との界面において発生したことに起因して、電気的にバランスのとれた電荷担体を有するプラズマ領域の発生を変動圧力環境内に引き起こすことができる。
【０００９】
本発明の更に別の態様は、可変波形信号の印加に応答して変動圧力環境において静電荷中和を行うバランスのとれたイオン化バーを対象とする。バランスのとれたイオン化バーは、オープンフェイス型中空内部とマニホールドとを有する細長シャーシであって、マニホールドは、ガス流入口と、マニホールドと中空内部との間に配置された複数のアパーチャとを有し、マニホールド流入口に入るガスが中空内部のオープンフェイスから流出するようになっており、シャーシは、変動圧力環境内に少なくとも部分的に配置されている、細長シャーシを備えることができる。バーは、長さ及び外表面を有する中空誘電性チャネルであって、細長シャーシの中空内部の中に配置することができる、中空誘電性チャネルも備えることができる。バーは、誘電性チャネルの長さに沿って、誘電性チャネルの外表面上に螺旋状に配置された基準エミッターを更に備え、基準エミッターは、変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形基準信号を受信する。最後に、バーは、中空誘電性チャネル内に配置された高電圧電極を備えることができる。高電圧電極は、変動圧力環境内の状態によって決まる可変波形高電圧信号の供給に応答して、誘電性チャネルを通じて高強度電場を基準エミッターに与えることができる。その電場は、バリア放電が基準エミッターと誘電性チャネルの外表面との界面において発生したことに起因して、電気的にバランスのとれた電荷担体を有するプラズマ領域の発生を変動圧力環境内に引き起こすことができる。
【００１０】
本発明の多数の他の利点及び特徴は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面から当業者には明らかとなる。
【００１１】
以下、同様の参照符号が同様のステップ及び／又は構造を示す添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による２つのバリア放電イオン化セル／バーを有する電荷中和システムを装備した低圧／真空半導体製造チャンバーの簡略図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態によるイオン化セルの部分断面図である。
【図３Ａ】本発明の第２の好ましい実施形態によるイオン化セルの様々な図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の好ましい実施形態によるイオン化セルの様々な図である。
【図３Ｃ】本発明の第２の好ましい実施形態によるイオン化セルの様々な図である。
【図３Ｄ】本発明の第２の好ましい実施形態によるイオン化セルの様々な図である。
【図４】絶縁破壊電圧と大気圧との間の関係を示す従来技術の「パッシェン（Paschen）曲線」プロットである。
【図５Ａ】それぞれ、図３Ａ〜図３Ｄのイオン化セルを用いたイオン化バーの部分側面立面図及び側面断面図である。
【図５Ｂ】それぞれ、図３Ａ〜図３Ｄのイオン化セルを用いたイオン化バーの部分側面立面図及び側面断面図である。
【図６】本発明の第３の好ましい実施形態による片側閉鎖イオン化セルの断面図である。
【図７】本発明の好ましい形態によるイオン化バーを有するバリア放電中和器の簡略図である。
【図８】図７によるバリア放電中和器とともに用いられるメイン中和器ループの好ましい機能を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図７によるバリア放電中和器とともに用いられるメイン中和器ループの好ましい機能を示すフローチャートである。
【図９】図７によるバリア放電中和器とともに用いられるイオン化学習ルーチンの好ましい機能を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】図７によるバリア放電中和器とともに用いられる閾値設定ルーチンの好ましい機能を示すフローチャートである。
【図１０Ｂ】図７によるバリア放電中和器とともに用いられるクエンチ（quench）閾値ルーチンの好ましい機能を示すフローチャートである。
【図１１】図７によるバリア放電中和器とともに用いられるイオン化ルーチンの好ましい機能を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】図７によるバリア放電中和器とともに用いられるイオン化ルーチンの好ましい機能を示すフローチャートである。
【図１２】図１３〜図１６に更に示すような様々な実験データを生成する本発明の１つの可能なプロトタイプの実施態様の試験装置の簡略図である。
【図１３】図１２の試験装置を用いて生成された様々な実験データを示す図である。
【図１４】図１２の試験装置を用いて生成された様々な実験データを示す図である。
【図１５】図１２の試験装置を用いて生成された様々な実験データを示す図である。
【図１６】図１２の試験装置を用いて生成された様々な実験データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、中圧又は低圧（すなわち、高真空）チャンバー１の簡略図は、全ての面がチャンバー壁３０によって仕切られており、本発明によるバリア放電中和器システムを装備している。一般に、この中和器システムは、高電圧電源装置１３に電気的にリンクされたイオン化セル６’及び６’’を備える（高電圧電源装置１３は、制御システム１４に更に通信可能にリンクされている）。一般的なように、チャンバー１は、従来の制御システム１４に通信可能にリンクされた圧力計／センサー８及び／又は残留ガスアナライザー９等のプロセス監視デバイスを装備している（制御システム１４は、高電圧電源装置１３に更に通信可能にリンクされている）。このように、圧力センサー８及び／又はオゾンセンサー４０等の環境状態センサーは、環境（例えば、変動圧力環境）内の少なくとも１つの環境状態を検知することができ、ＨＶＰＳ１３は、そのようなセンサーのうちの１つ又は複数によって検知された環境状態の変化に少なくとも部分的に依存する可変波形高電圧信号を生成することができる。特に、可変波形高電圧信号の振幅は、どの特定の瞬間においても、環境の圧力における誘電性チャネルの絶縁破壊電圧未満になるように制御することができる。
【００１４】
図示するように、高電圧電源装置１３及び制御システム１４は、好ましくは、チャンバー１の外側に位置決めされ、チャンバー１は、好ましくは、幾つかの密封ポート１０’、１０’’、１０’’’及び真空ポンプ１１を有する。
【００１５】
イオン化セル６’及び６’’は、可変高電圧波形／信号（ＲＦ／ＭＰＢＤ）を高電圧電極に提供する圧力制御されたＲＦ又はマイクロパルスＨＶＰＳ１３に接続することができる。適合したＲＦ波形の幾つかの非限定的な例には、正弦曲線、台形、パルス状、電圧バースト等が含まれ、これらの波形のいずれも、振幅可変、周波数可変、デューティーファクター可変等のうちの１つ又は複数とすることができる。非限定的な例として、可変高電圧マイクロパルス信号は、基本的に、２つの非対称パルス（対応する負の成分よりも大きな振幅を有する１つの正の成分、及び対応する正の成分よりも大きな振幅を有する１つの負の成分）を含むことができる。各パルスの持続時間は、ナノ秒範囲にすることができ、信号は、非常に小さなデューティーファクターを有することができる。各イオン化（高電圧）非対称マイクロパルスは、バリア放電閾値よりも大きな振幅を有する少なくとも１つの極性パルスを有することができる。さらに、イオン化パルス及び非イオン化パルスを含むパルス列内に両極性パルスを配置することができ、（１）サイクル当たりの正のパルス及び負のパルスの数、（２）各パルスの持続時間、（３）各パルスの振幅、及び／又は（４）各サイクルのデューティーファクターを変化させることによって変動性を提供することができる。様々な従来の高電圧電源装置、信号及び／又は技法を本発明とともに用いることができる。例えば、当業者は、イオン化及び／又は中和の分野において一般に用いられる無線周波数高電圧電源装置を本発明とともに用いることができ、及び／又は本発明とともに用いられるように適応させることができる。さらに、従来のマイクロパルス電源装置を、本明細書において説明するように本発明とともに用いることができ、及び／又は本発明とともに用いられるように適応させることができる。そのようなマイクロパルス電源装置の例は、次の米国特許、すなわち、Partridge他に対する米国特許第８，７７３，８３７号において提供されている。この米国特許の全内容は、引用することによって本明細書の一部をなす。この米国特許は、２０１２年２月６日出願された米国特許出願の出願番号１３／３６７，３６９号を有し、２０１４年７月８日に発行され、「Multi Pulse Linear Ionizer」という発明の名称を有する。
【００１６】
図示した非限定的な例では、チャンバー１は、薄膜又は半導体回路がその上に作製される薄膜材料（通常はプラスチックフィルム又はウェブ）のロール２及び７を収容する。イオン化セル６’及び６’’は、好ましくは、真空チャンバー１の内部においてウェブ３に極めて近接して位置決めされる。ロール２は、既知の生／未処理のウェブ若しくはフィルム又はウェブ材料３を搬送している。多種多様なよく知られた材料を用いることができるが、材料は、全体を通してウェブと総称される。当業者であれば、ウェブという用語は、用いることができる材料の最も広い部類を指す非限定的な方法であることを意図したものであることを理解するであろう。
【００１７】
図示するように、ウェブ３は、ロール２から繰り出され、ガイドローラー４ａを巡って処理エリア５に移動することができる。このプロセスの間、ウェブ３は、本発明によるバリア放電イオン化セル６’による中和の対象となる未知の極性及び密度の望ましくない静電電荷を帯びる場合がある。同様に、ウェブ３も、処理エリア５において行われる変形操作（金属膜及び／又は他の材料の蒸着又は化学的析出等）に起因して及び／又はガイドローラー４ｂとの接触に起因して望ましくない静電電荷を帯びる場合がある。したがって、第２のバリア放電イオン化セル６’’をローラー４ｂと取り込み／巻き取りロール７との間に位置決めして、ウェブ３がロール７に巻き取られる前にウェブ３上のあらゆる電荷（及び粒子接着、放電、スパーク発生等の関連した望ましくない効果）を中和することができる。図示するように、イオン化セル６’’は、シール１０’’を介してチャンバー壁３０を貫通する絶縁導体を介して高電圧電源装置（ＨＶＰＳ）１３に電気的に接続することができ、電荷中和は、別のシール１０’’’を介してチャンバー壁３０を貫通する任意選択のガス供給装置及び／又は真空ライン１２を用いて補助を受けることができる。当業者であれば、イオン化セル６’も、別のシール１０’を介してチャンバー壁３０を貫通する絶縁導体を介して高電圧電源装置（ＨＶＰＳ）１３に電気的に接続することができることを認識するであろう。また、イオン化セル６’は、それ自身の任意選択のガス供給装置及び／又は真空ラインを用いて補助を受けることができる。
【００１８】
図２は、本発明の好ましい実施形態によるイオン化セル１５の部分断面図である。この実施形態は、高い耐化学腐食性、高い絶縁耐力（約５０００Ｖ／ｍｍ〜８０００Ｖ／ｍｍの範囲）、並びに高い表面抵抗率及び体積抵抗率（約１０１４オーム／ｃｍ〜１０１８オーム／ｃｍの範囲）を有する誘電性／非導電性材料から形成された中空チャネル、ダクト、流路、円筒、又はチューブ１６（開放端を有する）として構成されている。これらの性質を示す従来の材料は、セラミック、融解石英、パイレックス（Pyrex）、石英、ミラー（Millar）、テフロン及び当該技術分野において知られている他の材料を含むことができる。本発明に関して、誘電性円筒１６の表面の粗さが電荷担体発生効率に大きな影響を有する場合があり、このため、エミッター設計最適化の重要なパラメーターであり得ることが分かっている。
【００１９】
イオン化セル１５は、好ましくは円筒１６の中心部分の回りに巻き付けられた螺旋コイル状ワイヤ１７も備えることができる。ワイヤ１７は、本明細書において論述するような高電圧イオン化信号が提供されると、イオン／電子エミッターとしての機能を果たす。好ましい螺旋巻き構成は、コイル間にオープンスペース／エリアを含むことができる。イオン／電子発生を最適化するために、外部エミッターコイル１７のピッチＷｐは、１つ又は複数のワイヤ直径に等しくすることができる。
【００２０】
外部ワイヤエミッター１７は、例えば、タングステン、チタン、ニクロム、又は高い耐熱性及び耐酸化性を有する別の（従来の又はそれ以外の）合金から形成することができる。任意選択で、ワイヤエミッター１７の表面は、酸化層を用いて特殊加工することもできるし、別の材料層をメッキすることによって被覆することもできる。例えば、チタンから形成されたワイヤ１７は、酸化チタンの表面層を有することができ、それによって、電荷担体の発生及び放出を高めることができる。基準エミッター１７は、約２０ミクロン〜約１５０ミクロンの範囲の直径を有することができ、最も好ましい直径範囲は、約６０ミクロン〜約１００ミクロンである。基準エミッター１７は、好ましくは、仮想接地に電気的に接続され、この接地は、ＨＶＰＳ１３によって提供される場合もあるし、提供されない場合もある。
【００２１】
引き続き図２を参照すると、イオン化セル１５は、円筒／チューブ１６内に配置されて、高電圧電源装置１３と電気的に連通している内部高電圧電極１８も備えることができる。ワイヤ１８は、本明細書において論述するような高電圧イオン化信号がこのワイヤ１８に提供されると、ワイヤ１７からイオン放電（バリア電荷）を引き起こすイオン化電場を提供する。特に、電圧を印加されたワイヤ１８によってチューブ１６を通じてワイヤ１７に与えられるこの高電圧電場は、ワイヤ１７とチューブ１６の外表面との間の界面／バリアにおいてバリア放電を引き起こす。好ましい形態では、内部電極１８は、チューブ１６の内表面上に配置された螺旋コイル状バネとすることができる。電極１８は、ワイヤエミッター１７のピッチＷｐよりも小さいピッチＷｈｖｐを有することができ、内部電極１８の直径は、好ましくは、ワイヤエミッター１７の直径よりも大きい。最も好ましい形態では、電極１８がＨＶＰＳ１３から高電圧ケーブル１９’を介して適した高電圧信号を受信することができるとともに、イオン化セル１５が容易に交換可能である（特別なツールも技法も用いることなく、セル１５を取り除き、セル１５を別のセル１５に取り替えることによって容易に取り替えられる）ように、電極１８をソケット１９内に選択的に収容することができる。好ましい螺旋巻き構成は、プラズマ／電荷担体発生を最適化するためにコイル間にオープンスペース／エリアを含むべきである。このため、電極１８のピッチＷｈｖｐは、少なくとも１つのワイヤ直径よりも大きくあるべきである。図２の開放型バリア放電イオン化セルは、通常の大気圧で動作するが、低圧／真空環境内での使用に特によく適している。
【００２２】
図２に更に示すように、イオン化セル１５は、ＨＶＰＳ１３と外部イオンエミッター１７との間の送電を最適化するために、電極コイル１８及び円筒１６内に配置された任意選択の中心フェライトコアロッド２０を備えることができる。これに該当するとき、イオン化セル１５は、電気的には、ＨＶＰＳ１３によって提供される信号の周波数と好ましくは整合するインピーダンスを有するＬＣ共振回路とみなすことができる。幾つかの代替の実施形態では、誘電性チャネルの内部の空洞は、電極１７と１８との間の誘電性チャネルの電気絶縁破壊のあらゆる可能性を回避する材料をカプセル化することによって満たすことができる。
【００２３】
代替の実施形態（図２に示されていないが、図５に示され、図５に関して論述される）では、電源装置１３の高電圧セクション（ＨＶ変圧器１３’）を完全にカプセル化し、真空／低圧チャンバーの内部に位置決めし、イオン化セル１５に直接接続することができる。これに該当するとき、ＨＶ変圧器１３’は、低電圧ケーブルを介してＨＶＰＳ１３の低電圧部分（ＲＦ又はマイクロパルスの発生器及びドライバーを含む）に接続することができる。
【００２４】
次に、図３Ａ〜図３Ｄをともに参照すると、本発明の第２の好ましい実施形態によるイオン化セルの様々な図が示されている。この好ましい実施形態では、イオン化セル２１は、平坦な導電性のスパイラルバンド又はリボンとして構成される印刷／塗装された外部エミッター電極２２を備える。セル２１は、導電性チューブ又は図２に示すものと同様のバネ１８のいずれかとして構成することができる内部高電圧電極１８’を有することができる。使用中、基準エミッター２２は、好ましくは、仮想接地に電気的に接続され、この接地は、ＨＶＰＳ１３によって提供される場合もあるし、提供されない場合もある。
【００２５】
このイオン化セル設計の１つの利点は、この設計が、誘電性円筒１６（この例では、好ましくは９９％アルミナ基材を有するセラミック）の表面と平坦なエミッター／電極２２との間に大きく信頼性のある接触エリアを提供するということである。最も好ましくは、エミッター２２は、約４ｍｍのピッチ、約１ｍｍの幅、及び約０．０６ｍｍの高さを有する平坦なチタンのスパイラル／螺旋バンドとすることができる。電極／エミッター２２は、多種多様な導電性材料のうちの任意の１つとすることができ、電極２２は、中空セラミックチューブ１６上にスクリーン印刷する（堆積させる）こともできるし、当業者に既知の他の任意の方法に従って付着させることもできる。イオン化セル１５の電極１８’に高電圧が印加されると、外部導電性電極２２の端部とチューブ１６の隣接する外表面との間の境界エリアに、バリア放電が発生する。
【００２６】
本発明が特に有利である変動圧力環境及び低圧環境は、高電圧デバイスについて特殊な課題を提起する。これは、制御されていない電気放電／スパークが、中圧及び低圧において発生する可能性がより高いからであり、また、そのような放電が、加工品及び中和器／イオン化装置自体に損傷を与える可能性があるからである。そのような絶縁破壊電圧の大気圧に対する従来技術のプロット６０（「パッシェン（Paschen）曲線」として知られている）が、図４に示されている。所与のツール又は所与のチャンバーの絶縁破壊電圧と圧力との関係（正確なパッシェン曲線）は、残留ガスが異なると或る程度変化する。同様に、正確なパッシェン曲線は、異なる電圧波形に基づいて変化し得る。このため、任意の特定の用途における任意の特定のバリア放電中和器の正確なパッシェン曲線は、実験的に検証されるべきであり、設計パラメーターは、それに応じて選ばれるべきである。任意の所与の圧力について、パッシェン曲線に示されたレベルを上回る電圧は、望ましくない電圧絶縁破壊／アーク放電を引き起こす。この理由によって、真空環境に曝露された電荷中和器の高電圧セクション／部分は最小限にすることが好ましい。図４に示す例では、約１Ｔｏｒｒの圧力において、絶縁破壊電圧は、約３００Ｖの最小レベル（「パッシェン限界」と呼ばれる）に低下し、そのような圧力では、３００ボルト未満の電圧が維持されなければならない。
【００２７】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、図３Ａ〜図３Ｄのイオン化セル２１を用いたバリア放電イオン化バー２３の部分側面立面図及び側面断面図である。バリア放電イオン化バーのこの実施形態は、図１のガスの補助を有するイオン化セル６’’に対応することができる。バリア放電イオン化バー（ＢＤバー）２３のこの好ましい実施形態は、イオン化セル２１と、図３Ｃに示すものと同様の内部高電圧電極１８’（図５Ａでは、隠れて見えない）と電気的に接続された小さな高電圧変圧器１３’とを支持するシャーシ２４を備えることができる。バーシャーシ２４は、複数のオリフィス２６を有するガスフローマニホールド２５も収容することができる。マニホールド２５は、イオン化ガスの濃度を局所的に高めてイオンを帯電した加工品／ウェブ３に移動させることによって電荷中和を強化することができる低流量「抽気」ガス供給装置用の流入口ポート１２（例えば、図１参照）に接続することができる。様々な抽気ガスを当業者は選択することができ、例として、クリーンドライエア（ＣＤＡ）、窒素、及びアルゴンがある。バリア放電イオン化バー２３は、オゾン放出を最小にすべき用途を有する場合もある。その場合、マニホールド２５を図１に示すタイプの真空ポンプポート１１に接続して、発生し得る過剰オゾンを排気することができる。
【００２８】
図６は、本発明の第３の好ましい実施形態による片側閉鎖イオン化セル２７の断面図である。この実施形態では、内部高電圧電極１８’’が、真空チャンバー１内に延在する端部が閉鎖されている中空誘電性チューブ２９内に離間した関係で配置されている。誘電性チューブ２９は、（図示するように）真空チャンバー１の特殊な拡張ポートに位置決めすることもできるし、或るツールの壁に気密封止することもできる。セル２７は、閉鎖チューブ２９の外表面を取り囲むストッキング等のワイヤメッシュとして構成することができる外部電極３１も備えることができる。この実施形態の１つの利点は、中圧から低圧の用途において、外部電極３１のみが低圧空間／真空に暴露され、エミッター３１が、低電圧電源装置（又はＨＶＰＳ１３の低電圧端子／ポート）に電気的に接続されるということである。内部高電圧電極１８’’及びＨＶＰＳ１３への関連したケーブル接続は全て、真空ツール／チャンバーの外側における通常の大気圧を有する空間に位置決めされているので、真空チャンバー１内で（適用可能なパッシェン曲線によって予測されるような）電圧絶縁破壊を、適切な設計を用いて容易に回避することができる。基準エミッター１７と同様に、基準エミッター３１は、好ましくは、仮想接地に電気的に接続され、この接地は、ＨＶＰＳ１３によって提供される場合もあるし、提供されない場合もある。
【００２９】
図７は、本発明の好ましい形態によるイオン化バー２３及びＨＶＰＳ（無線周波数又はマイクロパルス）を有するバリア放電中和器の簡略図である。より詳細には、図７の中和器の実施形態は、２つの代替のマイクロプロセッサベースの制御システムを含む。それぞれを以下で論述する。図７に示すように、イオン化バー２３（図５において論述されたバー２３と少なくとも実質的に同様のものとすることができる）は、ウェハー又は移動するフィルム若しくはウェブ３等の帯電した加工品に極めて近接して位置決めされている。バー２３の内部高電圧電極１８は、高電圧変圧器３２の２次コイルに電気的に接続することができ、非接触（容量性）電圧センサー３３（例えば、ピーク検出器）は、マイクロコントローラー３４の入力に接続することができる。これによって、バリア放電イオン化バー２３に印加される電圧をリアルタイムで監視することが可能になり、このことは、本明細書において論述されるタイプの真空／低圧環境において望ましい。
【００３０】
図７に示すように、バー２３のエミッター電極２１は、ハイパスＬＣフィルター３５（アクティブＬＣフィルター又はパッシブＬＣフィルターのいずれかとすることができる）と、バリア放電信号スペクトルアナライザー３６とに電気的に接続されている。アナライザー３６は、マイクロコントローラー３４に接続され、フィルター回路３５からの低周波数雑音信号を削減／カットオフするとともに、放電関連情報信号を差し引くように機能することができる。より高い周波数信号（通常、メガヘルツ範囲）は、バリア放電イオン化の種々のモード（例えば、グロー、フィラメント状、拡散等）に関連付けられている。アナライザー３６からの結果の信号及びオンセット（onset）電圧は、比較器３７によってコントローラー３４への制御システムフィードバック信号に変換することができる。このため、前述の回路部は、ステータス監視回路を備えることができ、この回路は、バリア放電が基準エミッターと誘電性チャネルの外表面との界面において発生したことに応答して、基準エミッターと協働してバリア放電検出信号を生成する。代替の実施形態では、同じ比較器３７が、イオン化バー２３のＢＤオンセット電圧の手動のセットアップも可能にすることができる。
【００３１】
本発明によれば、制御システム１４（図１にも示す）は、ブロック３３、３５、３６、及び３７を備え、高電圧電源装置１３と統合することもできるし、高電圧電源装置１３から分離することもできる。変圧器３２の１次コイルは、ＲＦ発生器３８（周波数レンジ２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）及びドライバー３９に接続することができる。マイクロコントローラー３４は、ブロック３３、３５、３６及び３７への信号を用いてＨＶ変圧器３２の出力を調整し、ブロック３３、３５、３６及び３７からの信号を用いてＨＶ変圧器３２の出力を監視する。放電によって発生した信号の周波数とＲＦ発生器３８の周波数との差が大きい（３桁以上）ことから、バリア放電オンセット／閾値電圧を雑音から自動的に抽出することができる。
【００３２】
図７に同様に示すように、マイクロコントローラー３４は、真空圧計８及び／又はＲＧＡ（残留ガスアナライザー）９（図１の参照）にも接続することができる。幾つかの用途では、ＢＤ放電中のオゾン濃度が監視されるべきである。そのような場合、任意選択のオゾンセンサー４０もコントローラー３４に接続することができ、最大ＨＶ出力は、好ましくは、許容可能なオゾン濃度レベルによって制限される。図７の電荷中和器の制御システム１４は、ツール制御システム４１’とも電気的に通信することができる。
【００３３】
（ＲＦＨＶＰＳ及びマイクロパルスＨＶＰＳの双方の）第２の図７の制御システムを以下でこれから論述する。この実施形態によれば、イオン化セル２３は、イオン化装置及び静電電荷／電場監視デバイスとして同時に動作することができる。好ましくは、アクティブローパスフィルター４１（抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｃ、及び演算増幅器ＯＡを備える）が、セル２３のイオンエミッター、マイクロコントローラー３４、及び接地に接続される。セル２３のイオンエミッターは、その周囲に分布する双極性イオン化／導電性雲を生み出す。この場合、エミッター１８及びイオン雲は、実質上、接地に対して相対的に０のポテンシャルを有する。この雲は、エミッター１８の近くに位置決めされた帯電した物体（ウェブ３又は半導体ウェハー等）からのいずれの電場にも反応する。帯電した物体が、エミッター１８に近接している場合、雲からの逆帯電したイオンが、この帯電した物体に移動する。それに応答して、正の電流が、接地からエミッター１８に向かい、電荷保存の法則に従ってイオン雲の電荷バランスを回復する。ウェブ３、フィルム又は帯電の可能性のある他の物体が移動していないとき（例えば、ツールがスタンバイ／スリープモードにあるとき）、イオン化セル２３は、バランスのとれた状態にあり、（「スリープモード」において）バリア放電オンセット電圧レベルを僅かにだけ越える高電圧で電力供給を受けることができる。この状況の下、ＡＣエミッター信号がハイパスフィルター３５によって監視され、バリア放電ステータス／活動及びイオン化が確認される。
【００３４】
ローパスフィルター４１は、好ましくは、エミッター１８から接地に流れる電流ＩｅｍのＤＣ成分のみを監視する。ウェブ３が電荷を保持しておらず、及び／又は移動していない場合、エミッター１８から発する雲内のイオンは、電気的に誘起されず、他の場所を流れ、このため、電流Ｉｅｍは０に近いか又は０に等しい。このように、ローパスフィルター４１は、電荷担体バランス検出センサー／回路として動作することができる。ウェブ３が移動を開始した場合、ウェブ３は、速度υ［ｍ／ｓ］でウェブ３とともに移動する線密度Ｑ［Ｃ／ｍ］を有する電荷を運ぶ場合がある。これは、転移電流ＩＴＣを生み出す。ここで、
アンペア
である。
【００３５】
このため、帯電したウェブは、転移電流と、エミッター１８のイオン雲と相互作用する電場とを同時に生み出す。その結果、ウェブ３は逆極性のイオンを引き寄せ、電荷中和が行われる。イオン化セル２３が、全てのウェブ３の電荷を中和する場合、フィルター４２を通る中和電流は、Ｉｅｍ＝ＩＴＣとなる。
【００３６】
一般に、イオン化セルからの中和電流は、転移電流よりも小さく、Ｉｅｍ＝ｋＩＴＣ＝ｋＱυ［アンペア］となる。ここで、Ｑは、ウェブ３の電荷密度であり、ｋは、電荷中和の効率の係数（通例、約０．８０〜約０．９５の範囲）であり、υはウェブ速度である。通例、ウェブ速度信号をツール制御システム４１’から受信することができる。ツール制御システム４１及びコントローラー３４は、好ましくは、中和電流の大きさ及び極性を絶えず監視し、そのため、ウェブ３の線電荷密度を計算することができる。
【００３７】
中和電流Ｉｅｍ又はウェブ３の電荷密度Ｑが、技術的に許容可能であるように選択された或るプリセットレベルよりも高い場合、ローパスフィルター４１は、ＨＶＰＳ１３をスリープモードから通常の中和動作モードに切り替える。
【００３８】
図７のバリア放電中和器を動作させる好ましい方法１００が、図８及び図８Ａに示されている。これらの図に示すように、中和システムが起動すると（１０２）、このシステムは、ハードウェア並びに入力ポート及び出力ポート（Ｉ／Ｏ）を初期化して構成する（１０４）。次に、密閉された中圧から低圧のチャンバーの真空圧が測定され（１０６）、パッシェン曲線６０から導出されるような最大動作圧力値と比較される（１０８）。チャンバー内の圧力が十分に低くない場合、測定された圧力は、以前の圧力読み取り値と比較され、圧力が低下しているか否かが判断される（１１０）。低下している場合、測定された圧力が所定の閾値の値未満になるまで、ステップ１０６及び１０８が繰り返される。そうでない場合、エラーが発行される（１１２）。圧力エラーが発生すると、制御は、圧力エラーハンドリングサブルーチンに転送される（１３０）。測定された圧力が動作閾値を越えている場合（１３２）、エラーが示され、是正動作が取られるまで、システムはホールドする（１３３）。逆に、圧力が閾値未満である場合、本明細書において後に論述される他の動作ルーチンの間に、エラーがハンドリングされる（１３５、１３５、１３７、１３８）。
【００３９】
圧力閾値の値に達すると、バリア放電イオン化セルに印加される上側高電圧（ＨＶ）レベルが、適用可能なパッシェン曲線及び現在測定された真空圧に基づいて設定される（１１４）。絶対最大ＨＶ値が計算され、上側高電圧レベルよりも僅かに高くなるように設定される（１１６）。次に、バックグラウンドプロセス１１８が開始され（１２０）、密閉されたチャンバー内の真空圧を引き続き監視する。このプロセスでは、測定された（１２２）真空圧が、適用可能なパッシェン曲線から計算されるような現在の動作ＨＶレベルと比較される（１２４）。圧力及び／又は高電圧が、所定の安全動作ゾーンの外側にある場合（１２６）、エラーが発行され（１２８）、制御は、圧力エラーハンドリングサブルーチンに渡される（１３０）。測定された圧力が動作閾値を越えている場合（１３２）、エラーが示され、是正動作が取られるまで、システムはホールドする（１３３）。逆に、圧力が閾値未満である場合、新たな上側電圧レベルが、パッシェン曲線から求められるように設定され、最大動作が、この新たな上側電圧レベルの８０％に再設定される（１３７）。そして、圧力監視バックグラウンドプロセスが継続する（１２２における１３８）。
【００４０】
圧力監視プロセス１１８が開始された後、動作イオン化状態が学習され（１４０）（以下で詳述）、イオン化動作ルーチンが、電力の除去及び／又はエラー状態の発行に起因して終了する（１３４）まで、学習された状態に基づいて動作する（２２０）（以下で詳述）。
【００４１】
図９のイオン化学習ルーチン１４０は、バリア放電が開始する点（オンセット（Onset））と、バリア放電が停止する点（クエンチ）とを見つける２つの呼び出されるルーチン１８０及び２００（それぞれ図１０Ａ及び図１０Ｂに示され、以下で詳細に説明される）を含む。ルーチン１４０は、後のプロセスにおいて解析される幾つかのオンセット測定値を保持するように閾値アレイを初期化する（１４４）ことによって開始する（１４２）。次に、ルーチン１８０が呼び出されて、オンセット電圧閾値を見つけ（１８０）、この閾値の値は、閾値アレイに保存される（１４８）。オンセット閾値を見つけることができない場合、オンセット測定エラーが発行される（１５０）。次に、制御はオンセットエラーハンドリングサブルーチン１６３に渡される。このサブルーチンにおいて、学習エラーが示され（１６７）、システムは、是正動作が取られるまでホールド状態にある（１６９）。次に、全てのオンセット試験が完了したか否かについての判断１５２が行われる。完了していない場合、プロセスは、ステップ１８０に移動し、それに応じて進行する。完了している場合、クエンチ閾値アレイが初期化され（１５４）、次に、ルーチン２００が呼び出されて、クエンチ電圧閾値を見つける（２００）。次に、結果の閾値の値が、閾値アレイに保存される（１５８）。クエンチ閾値を見つけることができない場合、クエンチ測定エラーが発行される（１６０）。次に、制御は、クエンチエラーハンドリングサブルーチン１６５に渡される。このサブルーチンにおいて、学習エラーが示され（１６７）、システムは、是正動作が取られるまでホールド状態にある（１６９）。次に、全てのクエンチ試験が完了したか否かについての判断１６２が行われる。完了していない場合、プロセスは、ステップ２００に移動し、それに応じて進行する。完了している場合、プロセスはステップ１６２に移動し、このステップにおいて、オンセットアレイに保存された保存済みオンセット閾値の値が平均され（１６２）、その結果が、最小バリア放電閾値として保存される（１６４）。これは、イオン化実行ルーチン２２０の動作状態として後に用いられる。次に、プロセスはステップ１６６に移動し、このステップにおいて、クエンチアレイに保存された保存済みクエンチ閾値の値が平均され（１６６）、その結果が、バリア放電不確定レベル閾値として保存される（１６８）。これは、イオン化実行ルーチン２２０の動作状態として後に用いられる。次に、プロセス１４０は終了する（１７０）。
【００４２】
図１０Ａのオンセットバリア放電レベルプロセス１８０は、高電圧が上昇したときに、バリア放電が開始する高電圧レベルを探索する。このプロセスは、オンセットレベル未満であることが知られているレベルから電圧レベルを初期化する（１８４）ことから開始する（１８２）。バリア放電レベルが測定され（１８６）、バリア放電が検出されたか否かが判断される（１８８）。検出された場合、測定された高電圧オンセットレベルがオンセット閾値アレイ１４８に保存され（１９０）、プロセスは終了する（１９２）。そうでない場合、高電圧レベルが、以前に求められた最大高電圧レベルと比較される（１９４）。そうである場合、プロセスは、エラーメッセージ１５０で終了する（１９６）。次に、制御は、オンセットエラーハンドリングサブルーチン１６３に渡される。このサブルーチンにおいて、学習エラーが示され（１６７）、システムは、是正動作が取られるまでホールド状態にある（１６９）。そうでない場合、高電圧レベルがインクリメントされ（１９８）、プロセスは、ステップ１８６に戻り、それに応じて進行する。
【００４３】
図１０Ｂのクエンチ閾値レベルプロセス２００は、高電圧レベルが低下したときに、バリア放電が停止する高電圧レベルを探索する。このプロセスは、電圧レベルを、以前に求められた最高動作電圧レベルとなるように初期化する（２０４）ことから開始する（２０２）。バリア放電レベルが測定され（２０６）、バリア放電が検出されたか否かが判断される（２０８）。検出された場合、現在の高電圧レベルが「以前の高電圧レベル」として保存される。この高電圧レベルは、以前に求められた最小高電圧動作レベルと比較される（２１０）。高電圧レベルが、最小高電圧動作レベル以下である場合、プロセスは、エラーメッセージ１６０で終了し（２１２）、是正動作が取られなければならない。そうでない場合、高電圧レベルがディクリメントされ（２１４）、プロセスはステップ２０６に戻り、それに応じて進行する。バリア放電が検出されない場合、現在の高電圧レベルは廃棄され、保存された「以前の高電圧レベル」が、クエンチ閾値アレイ１５８にクエンチレベルとして保存され（２１６）、プロセスは終了する（２１８）。
【００４４】
学習ルーチンが完了に成功すると、システムは、図１１及び図１１Ａのイオン化実行ルーチン２２０に入る。このルーチンにおいて、システムは、電源が除去されるまで又はエラー状態（複数の場合もある）が発行されるまで状態を維持する。このプロセスは、オンセット電圧レベルと最大動作高電圧レベルの８０％との間の動作点においてバリア放電を維持する。イオン化実行ルーチン２２０は、（プロセス１８０において求められるような）オンセットバリア放電レベルよりも約２０％高い最小安定高電圧を設定し（２２４）、次に、高電圧レベルを最大動作レベルの８０％に設定する（２２６）ことによって開始する（２２２）。バリア放電レベルが測定され（２２８）、バリア放電が安定しているか否かの判断がなされる（２３０）。安定している場合、高電圧はディクリメントされ（２３２）、高電圧レベルが最小安定レベル以下であるか否かの判断がなされる（２３４）。高電圧レベルが最小安定レベル以下である場合、バリア放電フィードバックエラーが発行され（２３６）、是正動作が取られなければならない。そうでない場合、プロセスは、ステップ２２８に戻り、それに応じて進行する。
【００４５】
ステップ２３０において、バリア放電が不安定であると判断された場合、最小安定高電圧レベルが設定され（２３８）、この高電圧レベルが最大動作レベルの８０％以上であるか否かの判断がなされる（２４０）。高電圧レベルが最大動作レベルの８０％以上である場合、バリア放電フィードバックエラーが発行され（２４２）、制御はバリア放電フィードバックエラーサブルーチン２４０に渡される。このサブルーチンにおいて、バリア放電レベルは評価され（２４４）、不安定であることが判明した場合、再学習が開始され（２４６）、完了に成功すると、イオン化ルーチン２５０を再開し、１３０における動作を再開する。同様に、バリア放電レベルが安定しているが、高電圧がエラーの原因である場合も、再学習が開始され（２４６）、完了に成功すると、イオン化ルーチン２５０を再開する。最後に、エラーがいずれでもない場合、そのエラーが示され（２５４）、システムは、是正動作が取られるまで、ホールド状態にある（２５６）。
【００４６】
次に、図１２の試験機構６０を参照すると、本発明のプロトタイプ実施態様とともに用いられて図１３〜図１６に更に示すような様々な実験データを生成する試験装置の簡略図が示されている。バリア放電イオン化セルの実現可能性試験を、機構６０上で通常の大気圧において実験室の実験で行った。これらの実験の１つの目標は、比較的単純でスケーラブルなＢＤイオン化セルを用いたイオン発生の実現可能性を検証することであった。もう１つの目標は、（１）イオンバランス、並びに（２）異なる電圧振幅における正及び負の放電時間の範囲等の、スケーラブルなＢＤイオン化セルの性能特性を特定することであった。試験されたＢＤイオン化セルには、従来のＲＦ及びマイクロパルス高電圧電源装置によって異なる時刻に電力を供給し、比較結果を得た。全体的に見て、本明細書において説明する実現可能性試験は、全体を通して論述したタイプのＢＤイオン化セルが、特にイオン化送風機として構成されたときに、通常の大気圧における適用性を有することを示している。
【００４７】
図１２に示す試験装置は、以下に説明する様々な構成要素を支持するハウジング１’を備える。この装置は、約５０ｍｍの長さと、約６ｍｍの外径と、約１ｍｍの壁厚とを有するセラミックチューブ４２を有するイオン化セル４３を備える。約６０ミクロンの直径を有するタングステンワイヤ外部電極が、チューブ４２の外表面上にスパイラル／螺旋パターンで配置されている。このスパイラルにされたタングステンワイヤは、約３ｍｍ〜４ｍｍの巻き線ピッチと、約１００ｍｍの有効長とを有する。内部高電圧電極４４は、キャパシタＣ１によって従来のＨＶＰＳ（ＲＦイオン化信号及びマイクロパルスイオン化信号の双方が試験された）に容量結合されたセラミックチューブ４２の内部に位置決めされた細い青銅チューブを備える。上記外部電極は、キャパシタＣ２を介してイオン電流／電圧監視回路４８及び接地に容量結合されている。回路４８は、小さな補助変圧器ＴＲ２（ＪＣ−９００８６Ｃ）又はインダクター及びスコープを備えるハイパスフィルターである。さらに、イオン化セル４３は、空気流をセル４３に向けるプラスチックダクト４５の内部に設置されている。空気流は、Ｓｉｍｃｏ−Ｉｏｎ  ＸＣ−２イオン化送風機において用いられるものと同様の標準的な２４ＶＤＣファン４６によって提供した。イオンバランス及び放電時間は、約１５インチの距離「Ｄ」にある「ＣＰＭ（荷電板モニター）モデル２１０」４７によって測定した。放電監視回路４８は、ＬＣハイパスフィルター（Ｃ２及びＴＲ−２の１次側）を備え、この回路の出力は、従来のオシロスコープに供給される。個々の試験において、高電圧電源装置は、ＲＦモード又はマイクロパルスモードのいずれかで動作し、それによって、約２ｋＶ〜約７ｋＶの範囲の調整可能な出力電圧を試験されるイオン化セル４３に供給した。
【００４８】
図１３のチャート６５は、８．７ｋＨｚの周波数（無線周波数レンジ内）を有する高電圧正弦波によって電力供給を受けるＢＤイオン化セル４３の試験結果を示している。容量結合されたイオン化セル４３は、「自己バランス型」モードで動作するので、イオンバランスは、約０±５Ｖの範囲内になるとともに印加された高電圧の振幅から実質的に独立するように測定された。ＢＤイオン化セル４３は、約２．６ｋＶ〜２．８ｋＶの範囲内のオンセット電圧を有するように測定された（キロボルトの単位のｘ軸に沿って与えられた高電圧を参照）。ＢＤ放電は、比較的大きな振幅（印加されたイオン化電圧に応じた約１．５Ｖ〜８Ｖの範囲内）及び約１０ＭＨｚ〜１５ＭＨｚに近い周波数の信号を生成する。したがって、オンセット電圧及び放電強度は、単純なハイパスフィルター４８を用いて監視することができる。
【００４９】
図１４のチャート７０は、試験中に測定された放電時間と内部エミッター４４に印加された高電圧ＲＦ信号の振幅の絶対値との間の関係を示している。図示したプロット曲線は、内部高電圧エミッター４４に印加されたＲＦ高電圧信号の絶対値の大幅な増加が、放電時間を大幅に減少させるのに必要であったことを示している。
【００５０】
図１５のチャート７５は、マイクロパルスＨＶＰＳによって電力供給を受けるＢＤイオン化セル４３の試験結果を示している。この場合、エミッター信号を（図１２に示すような）補助変圧器４８によって増幅した。測定及び図示されるように、マイクロパルス電圧波形のオンセット電圧は、上記で論述したＲＦ正弦波の電圧よりも約１ｋＶ高い。
【００５１】
図１６のチャート８０は、試験中に測定された放電時間と内部エミッター４４に印加されたマイクロパルス信号の振幅との間の関係を示している。図示するように、マイクロパルス電圧の絶対値が、比較的少量だけオンセット閾値を越えて上昇すると、放電時間は急速に減少する。さらに、放電時間が、約５ｋＶ〜６ｋＶ（絶対値）の電圧において２．０秒未満に低下している間、内部エミッター４４に印加される電圧振幅（絶対値）の更なる増加は、放電時間の更なる減少をほとんどもたらさない。
【００５２】
目下、最も実用的かつ好ましい実施形態とみなされるものに関して本発明を記載したが、本発明は開示されている実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる様々な変更形態及び等価な構成を包含することが意図されることが理解される。上記説明に関して、例えば、大きさ、材料、形状、形態、機能及び動作方法、組立て及び使用に関するばらつきを含む、本発明の部分に関する最適な寸法関係は、当業者には容易に明らかであると考えられ、図面に示されるとともに明細書に記載されているものに対する全ての等価な関係が添付の特許請求の範囲によって包含されることが意図されることが認識される。したがって、上記のものは、本発明の原理の網羅的ではなく例示的な説明とみなされる。
【００５３】
動作実施例又は別途指示されている場合を除き、本明細書及び特許請求の範囲において用いられる全ての数値又は構成要素の量、反応条件等に言及する表現は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、そうではないことを指示されていない限り、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメーターは、本発明が得ることを望む所望の特性に応じて変化し得る近似値である。少なくとも、各数値パラメーターは、特許請求の範囲の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではなく、少なくとも報告された複数の有効数字に鑑みて通常の丸め技法を適用することによって解釈されるものとする。
【００５４】
本発明の広い対象範囲を説明する数値範囲及びパラメーターは近似値であるが、特定の例において記載されるそれらの数値は、可能な限り正確であるものとして報告されている。しかしながら、いかなる数値も、それらのそれぞれの試験測定値に見出される標準偏差から必然的に生じる一定の誤差を本質的に含む。
【００５５】
また、本明細書に挙げられるいかなる数値範囲も、その範囲に包含される全ての部分範囲を含むことが意図されることが理解されるべきである。例えば、「１〜１０」という範囲は、挙げられた最小値１と挙げられた最大値１０との間にあり、またこれらの値を含む全ての部分範囲、すなわち、１以上の最小値及び１０以下の最大値を含む部分範囲を含むことが意図される。開示される数値範囲は連続的であるので、数値範囲にはその最小値と最大値との間の全ての値が含まれる。明示的に別段指示されない限り、本願において特定される様々な数値範囲は近似値である。
【００５６】
以下の記載では、「上側」、「下側」、「右」、「左」、「鉛直」、「水平」、「頂部」、「底部」という用語及びそれらの派生語は、図面における向きに関して、本発明に関係するものとする。一方で、本発明は、そうでないことを明示的に指定されている場合を除き、様々な代替的な変更形態及びステップシーケンスを想定することができることが理解される。添付図面に示され、また以下の詳細な説明に記載されている特定の装置及びプロセスは、本発明の単なる例示的な実施形態であることも理解される。したがって、本明細書に開示されている実施形態に関する特定の寸法及び他の物理的な特徴は、限定的であるとは解釈されない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ．３Ｄ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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