KR100834036B1 - 입자 측정장치 - Google Patents

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KR100834036B1
KR100834036B1 KR1020070042395A KR20070042395A KR100834036B1 KR 100834036 B1 KR100834036 B1 KR 100834036B1 KR 1020070042395 A KR1020070042395 A KR 1020070042395A KR 20070042395 A KR20070042395 A KR 20070042395A KR 100834036 B1 KR100834036 B1 KR 100834036B1
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권용택
최정석
김대성
김용민
안강호
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(주)에이치시티
안강호
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Abstract

본 발명은 입자의 정전기적 특성을 이용하여 입자의 농도를 실시간으로 측정할 수 있는 입자 측정장치를 개시한다. 본 발명은 덕트, 절연튜브, 전극튜브, 내측전극, 전원공급장치, 전류측정기와 컴퓨터로 구성된다. 절연튜브는 덕트의 내면에 장착되어 있다. 전극튜브는 절연튜브의 내면에 장착되어 있으며, 전류측정기에 연결되어 있다. 내측전극은 전극튜브의 내측에 장착되어 있고, 전원공급장치에 연결되어 있다. 전원공급장치는 전기장을 형성하는 전압을 내측전극에 인가한다. 전기장은 덕트의 입구와 절연튜브의 상류단 사이에 노출되어 있는 덕트의 내면과 전극튜브의 내면 각각에 이온들과 입자들 중 어느 한 극성을 갖는 이온들과 입자들을 부착할 수 있도록 형성된다. 전류측정기는 전극튜브의 전류를 측정하며, 컴퓨터는 전류측정기로부터의 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 입자들의 농도를 산출한다. 본 발명은 절연튜브의 내면에 장착되어 있는 제1 전극튜브와, 제1 전극튜브의 내측에 동심을 이루도록 순차적으로 장착되어 있는 제2 내지 제4 전극튜브로 구성된다. 또한, 본 발명은 절연튜브의 내측에 장착되어 있는 복수의 전극튜브들과, 전극튜브들 각각의 내측에 장착되어 있는 복수의 내측전극들로 구성된다. 본 발명에 의하면, 내측전극에 인가되는 전압의 극성과 동일 극성을 갖는 입자의 정전기적 특성을 이용하여 입자의 농도를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다.

Description

입자 측정장치{PARTICLE MEASURING APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 입자 측정장치의 제1 실시예의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예의 입자 측정장치에서 양극입자의 측정 상태를 설명하기 위하여 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 제1 실시예의 입자 측정장치에서 음극입자의 측정을 설명하기 위하여 나타낸 도면,
도 5는 입자의 개수농도와 양극입자의 전류량에 대한 관계를 나타내는 그래프,
도 6은 입자의 개수농도와 음극입자의 전류량에 대한 관계를 나타내는 그래프,
도 7은 입자의 Ｘ농도와 양극입자의 전류량에 대한 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 입자 측정장치의 제2 실시예의 구성을 나타낸 단면도,
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 입자 측정장치의 제3 실시예의 구성을 나타낸 단면도,
도 11은 도 10의 XI-XI선 단면도이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
6: 파이프라인 100, 200, 300: 입자 측정장치
110, 210, 310: 덕트 112, 212, 312: 입구
114, 214, 314: 출구 120, 220, 320: 접지선
130, 230, 330: 절연튜브 140, 340: 전극튜브
150, 350: 내측전극 160, 260, 360: 전원공급장치
170, 270, 370: 전류측정기 180, 280, 380: 컴퓨터
240: 제1 전극튜브 242: 제2 전극튜브
244: 제3 전극튜브 246: 제4 전극튜브
본 발명은 입자 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자의 정전기적 특성을 이용하여 파이프라인(Pipeline)을 따라 유동하는 입자의 농도를 실시간으로 측정할 수 있는 입자 측정장치에 관한 것이다.
반도체 제조, TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 및 PDP(Plasma Display Panel) 등 평판디스플레이(Flat Display) 제조, 의화학, 생물, 유전 등의 다양한 분야에서 공정에 영향을 주는 입자의 발생을 최소화시키기 위하여 다양한 기술이 개발되어 있다. 예컨대, 반도체 공정에서 발생되는 입자는 반도체의 특성을 변화시키고 생산성을 저하시키는 원인이 되고 있다. 따라서 반도체 공정에서 입자의 발생 원인을 분석하고, 입자의 발생을 방지하기 위하여 입자에 대한 모니터링이 실시되고 있다. 입자의 모니터링에는 테스트 웨이퍼 모니터링(Test Wafer Monitoring)과 인시튜 입자 모니터링(In-Situ Particle Monitoring, ISPM)이 있다.
테스트 웨이퍼 모니터링은 반도체 공정에 테스트 웨이퍼를 공급한 후, 테스트 웨이퍼 위에 부착되어 있는 입자를 분석하여 오염도를 측정하고 있다. 그러나 테스트 웨이퍼 모니터링은 입자의 농도를 실시간으로 측정할 수 없으며, 시간과 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
반도체 공정 중에 입자를 모니터링하기 위한 ISPM은 미국 특허 제6906799호, 제7024950호 등 많은 특허 문헌들에 개시되어 있다. 이 특허 문헌들의 기술은 반도체 공정 등의 프로세스 챔버(Process Champer)와 펌프(Air Pump)를 연결하는 파이프라인에 입자의 측정을 위하여 광학장치를 제공하고 있다. 그러나 광학장치는 가격이 비싸기 때문에 모든 프로세스 챔버의 파이프라인에 적용하기 매우 부적합한 문제가 있다. 또한, 광학장치는 레이저빔(Laser Beam)을 통과하는 입자에 대해서만 측정할 수 있으며, 진공에서 입자의 거동에 따라 측정값이 변동되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위 하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 입자의 정전기적 특성을 이용하여 농도를 실시간으로 측정할 수 있는 입자 측정장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 입자들은 배제하고, 전하를 갖는 입자들 중 어느 한 극성의 입자에 대해서만 측정할 수 있는 입자 측정장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 차압의 발생이 적어 저압의 파이프라인에 간편하게 연결하여 사용할 수 있는 입자 측정장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구성이 간단하여 생산비를 절감할 수 있는 입자 측정장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 파이프라인에 전하를 갖는 이온들과 입자들을 포함하는 기체의 유로를 형성하도록 연결되어 있고, 기체가 유입되는 입구와 기체가 배출되는 출구를 가지며, 도체로 구성되어 있는 덕트와; 덕트의 내면에 장착되어 있고, 덕트의 입구로부터 덕트의 상류 내면이 노출되도록 그 상류단이 이격되어 있는 절연튜브와; 절연튜브의 내면에 장착되어 있는 전극튜브와; 전극튜브의 내측에 장착되어 있으며, 보어를 갖는 튜브형 내측전극과; 전극튜브와 내측전극 사이에 전기장을 형성하는 전압을 인가하도록 내측전극에 연결되어 있으며, 전기장은 덕트의 입구와 절연튜브의 상류단 사이에 노출되어 있는 덕트의 내면과 전극튜브의 내면 각각에 이온들과 입자들 중 어느 한 극성을 갖는 이온들과 입자들을 부착할 수 있도록 형성되는 전원공급장치와; 전극튜브의 전류를 측정할 수 있도록 전극튜브에 연결되어 있는 전류측정기와; 전류측정기로부터의 전 류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 입자들의 농도를 산출하는 컴퓨터로 이루어지는 입자 측정장치에 있다.
본 발명의 다른 특징은, 파이프라인에 전하를 갖는 이온들과 입자들을 포함하는 기체의 유로를 형성하도록 연결되어 있고, 기체가 유입되는 입구와 기체가 배출되는 출구를 가지며, 도체로 구성되어 있는 덕트와; 덕트의 내면에 장착되어 있고, 덕트의 입구로부터 덕트의 상류 내면이 노출되도록 그 상류단이 이격되어 있는 절연튜브와; 절연튜브의 내면에 장착되어 있는 제1 전극튜브와; 제1 전극튜브의 내측에 동심을 이루도록 순차적으로 장착되어 있는 제2 내지 제4 전극튜브와; 제4 전극튜브의 내측에 장착되어 있는 내측전극과; 제1 내지 제4 전극튜브와 내측전극 사이에 전기장을 형성하는 전압을 인가하도록 제1 전극튜브, 제3 전극튜브와 내측전극에 연결되어 있으며, 전기장은 덕트의 입구와 절연튜브의 상류단 사이에 노출되어 있는 덕트의 내면, 제2 전극튜브, 제4 전극튜브 각각에 이온들과 입자들 중 어느 한 극성을 갖는 이온들과 입자들을 부착할 수 있도록 형성되는 전원공급장치와; 제2 전극튜브와 제4 전극튜브의 전류를 측정할 수 있도록 제2 전극튜브와 제4 전극튜브에 연결되어 있는 전류측정기와; 전류측정기로부터의 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 입자들의 농도를 산출하는 컴퓨터로 이루어지는 입자 측정장치에 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 파이프라인에 전하를 갖는 이온들과 입자들을 포함하는 기체의 유로를 형성하도록 연결되어 있고, 기체가 유입되는 입구와 기체가 배출되는 출구를 가지며, 도체로 구성되어 있는 덕트와; 덕트의 내면에 장착되어 있고, 덕트의 입구로부터 덕트의 상류 내면이 노출되도록 그 상류단이 이격되어 있는 절연튜브와; 절연튜브의 내측에 장착되어 있는 복수의 전극튜브들과; 전극튜브들 각각의 내측에 장착되어 있는 복수의 내측전극들과; 전극튜브들과 내측전극들 사이에 전기장을 형성하는 전압을 인가하도록 내측전극들에 연결되어 있으며, 전기장은 덕트의 입구와 절연튜브의 상류단 사이에 노출되어 있는 덕트의 내면과 전극튜브의 내면 각각에 이온들과 입자들 중 어느 한 극성을 갖는 이온들과 입자들을 부착할 수 있도록 형성되는 전원공급장치와; 전극튜브들의 전류를 측정할 수 있도록 전극튜브들 각각에 연결되어 있는 전류측정기와; 전류측정기로부터의 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 입자들의 농도를 산출하는 컴퓨터로 이루어지는 입자 측정장치에 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 입자 측정장치에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2에는 본 발명에 따른 입자 측정장치의 제1 실시예가 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 참조하면, 제1 실시예의 입자 측정장치(100)는 예를 들어 반도체 공정의 프로세스 챔버(2)와 에어펌프(4) 사이에 기체(G)의 수송을 위하여 유로를 형성하는 파이프라인(6)에 설치된다. 반도체 공정에서 에어펌프(4)는 진공펌프가 사용되고 있다. 기체(G) 속에는 전하를 갖는 다량의 이온(e)들과 입자(P) 들이 포함되어 있다. 이온(e)들은 양이온(e+)들과 음이온(e-)들로 이루어져 있으며, 입자(P)들은 양극입자(P+)들과 음극입자(P-)들로 이루어져 있다.
제1 실시예의 입자 측정장치(100)는 에어펌프(4)의 상류에 위치되어 있는 파이프라인(6)에 기체(G)의 유로를 형성하도록 연결되어 있는 덕트(Duct: 110)를 구비한다. 덕트(110)는 이온(e)들과 입자(P)들을 포함하는 기체(G)가 유입되는 입구(112)와 기체(G)가 배출되는 출구(114)를 갖는 원통형으로 구성되어 있다. 덕트(110)의 내면에 입구(112)로부터 이격되도록 걸림턱(116)이 원주 방향을 따라 형성되어 있다. 덕트(110)는 도체로 구성되어 있으며 접지선(120)에 의하여 접지되어 있다.
덕트(110)의 내면에 기체(G)의 유로를 형성하도록 절연튜브(Insulation Tube: 130)가 장착되어 있다. 절연튜브(130)의 상류단은 덕트(110)의 걸림턱(116)에 걸려 입구(112)로부터 일정한 간격을 두고 이격되어 있다. 따라서 덕트(110)의 입구(112)와 절연튜브(130) 사이에 위치되는 덕트(110)의 상류 내면은 노출되어 이온(e)들을 포집하는 포집면(118)으로 된다.
절연튜브(130)의 내면에 전극튜브(Electrode Tube: 140)가 장착되어 있다. 전극튜브(140)의 내측 중앙에 내측전극(Inner Electrode: 150)이 장착되어 있으며, 내측전극(150)은 기체(G)의 유로를 형성하도록 보어(Bore: 152)를 갖는 튜브형으로 구성되어 있다. 내측전극(150)의 중심축은 전극튜브(140)의 중심축에 정렬되어 있다. 내측전극(150)의 상류단은 덕트(110)의 입구(112)와 걸림턱(116) 사이에 위치되며, 전극튜브(140)의 상류단으로부터 이격되어 있다.
제1 실시예의 입자 측정장치(100)는 전원공급장치(Power Supply: 160), 전류측정기(170)와 데이터처리수단으로 컴퓨터(180)를 구비한다. 전원공급장치(160)는 내측전극(150)에 전압을 인가할 수 있도록 연결되어 있으며, 접지선(120)에 의하여 덕트(110)와 공통으로 접지되어 있다. 전류측정기(170)는 전극튜브(140)의 전류를 측정할 수 있도록 전극튜브(140)에 연결되어 있고, 접지선(120)에 의하여 덕트(110)와 공통으로 접지되어 있다. 컴퓨터(180)는 전류측정기(170)와 연결되어 있다. 컴퓨터(180)는 전류측정기(170)로부터 입력되는 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 덕트(110)를 통과하는 입자(P)들의 농도를 산출하고, 모니터(182) 등의 출력장치에 표시한다. 컴퓨터(180)는 전류측정기(170)의 전류량을 분석하여 입자의 농도를 산출하는 입자 분석기로 구성될 수 있다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 제1 실시예의 입자 측정장치에 대한 작용을 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하면, 전원공급장치(160)의 작동에 의하여 내측전극(150)에 전압이 인가되면, 전극튜브(140)와 내측전극(150) 사이의 전압차에 의하여 덕트(110), 전극튜브(140)와 내측전극(150) 사이에 전기장이 형성된다. 전원공급장치(160)와 전류측정기(170)는 공통의 접지선(120)에 의하여 덕트(110)에 접지되어 있기 때문에 외부노이즈의 발생이 최소화된다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 양극 전압이 내측전극(150)에 인가되면, 내측전극(150)은 양극으로 되고, 전극튜브(140)는 음극으로 된다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 음극 전압이 내측전극(150)에 인가되면, 내측전극(150)은 음극으 로 되고, 전극튜브(140)는 양극으로 된다.
도 1을 다시 참조하면, 에어펌프(4)의 작동에 의하여 프로세스 챔버(2)의 기체(G)는 파이프라인(6)과 덕트(110)의 입구(112)를 통하여 덕트(110) 안으로 유입된 후 출구(114)를 향하여 흐르게 된다. 에어펌프(4)의 작동에 의하여 파이프라인(6)과 덕트(110)를 통하여 기체(G)가 배출되면서 파이프라인(6)과 덕트(110) 안은 저압으로 유지된다. 한편, 진공펌프의 작동에 의하여 기체(G)의 배출이 이루어질 경우, 파이프라인(6)과 덕트(110) 안은 진공으로 유지된다.
덕트(110)의 입구(112)를 통하여 유입되는 기체(G) 속의 이온(e)들과 입자(P)들은 전극튜브(140)의 반경 방향으로 전기장의 전기력을 부여받으며, 기체(G)의 상대 속도에 의하여 수직 방향으로 유체저항력을 부여받는다. 내측전극(150)의 극성과 반대의 극성을 가진 이온(e)들과 입자(P)들은 내측전극(150)을 향하여 거동되며, 내측전극(150)의 극성과 동일 극성을 가진 이온(e)들과 입자(P)들은 전극튜브(140)를 향하여 거동된다.
도 3을 참조하면, 양극 전압이 내측전극(150)에 인가되어 있는 경우, 전기적 이동도(Electrical Mobility)가 큰 양이온(e+)들은 전기장의 전기력에 의하여 유선(Streamline)을 따라 흐르지 못하고 입구(112)와 걸림턱(116) 사이에 노출되어 있는 덕트(110)의 포집면(118)에 부착된다. 또한, 전기적 이동도가 큰 음이온(-)들은 전기장의 전기력에 의하여 유선을 따라 흐르지 못하고 입구(112)와 걸림턱(116) 사이에 위치되어 있는 내측전극(150)의 상류단에 부착된다. 따라서 이온(e)들이 전극튜브(140)에 부착되어 전류측정기(170)에 의하여 측정되는 전류량에 영향을 주는 것이 방지되고, 측정되는 전류량의 신뢰성이 향상된다.
한편, 입자(P)들은 이온(e)들보다 작은 전기적 이동도를 갖는다. 따라서 양극입자(P+)들은 덕트(110)의 포집면(118)에 부착되지 않고 유선을 따라 흐르면서 전기적 이동도에 따라 크기별로 분류되어 전극튜브(140)의 내면에 부착된다. 전기적 이동도가 큰 양극입자(P+)들은 상류단과 근접하는 전극튜브(140)의 내면에 부착되며, 전기적 이동도가 작은 양극입자(P+)들일수록 전극튜브(140)의 하류로 거동되어 상류단과 이격되는 전극튜브(140)의 내면에 부착된다.
도 1을 참조하면, 전류측정기(170)는 전극튜브(140)에 흐르는 전류를 측정한다. 전극튜브(140)의 내면에 부착되는 양극입자(P+)들의 개수농도에 따라 전류측정기(170)에 의하여 측정되는 전류량은 변동된다. 컴퓨터(180)는 전류측정기(170)로부터 입력되는 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 덕트(110)를 통과하는 입자(P)들의 농도를 산출하고, 모니터(182) 등의 출력장치에 표시한다.
제1 실시예의 입자 측정장치(100)는 전극튜브(140)의 내측에 내측전극(150)이 배치되는 구조에 의하여 유로의 단면적이 좁아지는 것이 최소화되며, 압력 손실에 의한 차압이 적게 발생되어 저압, 즉 진공에서도 입자(P)들의 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 덕트(110) 내의 압력이 대기압으로 유지되어 있는 경우에도 입자(P)들의 정전기적 특성에 의하여 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 제1 실시예의 입자 측정장치(100)는 간단한 구성에 의하여 파이프라인(6)에 간편하게 연결하여 사용할 수 있으며, 설치 및 유지보수가 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 특히, 반도체 공정, TFT-LCD 및 PDP 공정에 적용하여 ISPM을 최적으로 실시하고, 생산성을 향상시키는데 매우 유용하다.
제1 실시예의 입자 측정장치(100)의 성능을 평가하기 위하여 반도체 공정에 주로 사용되는 SiO2의 입자에 의하여 다양한 실험들을 실시하였다. SiO2의 입자는 증발기(Evaporator)에 의하여 TEOS(Tetraethoxyorthosilicate, Si(OCH2(H3)4)를 50℃로 증발시킨 후, 캐리어가스(Carrier Gas)로 N2 가스를 혼합하여 800℃의 노(Furnace)에 공급하여 약 20~300nm의 크기로 제조하였다. SiO2의 입자를 포함하는 가스는 희석기(Diluter)에 의하여 희석하고, 입자들은 소프트엑스레이 충전기(Soft X-ray Charger)에 의하여 하전하였다.
또한, SiO2의 입자는 소프트엑스레이 충전기와 파이프라인을 통하여 연결되어 있는 제1 실시예 입자 측정장치(100)와 주사이동입자측정기(Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS)에 각각 분배하여 측정하였다. SMPS는 미분형 이동분석기(Differential Mobility Analyzer, DMA)와 응축핵계수기(Condensation Nuclei Counter, CNC)로 구성되어 있다. 제1 실시예의 입자 측정장치(100)는 작동 압력에 의한 입자의 손실을 최소화하기 위하여 진공 상태에서 측정하였고, SMPS는 대기압 상태에서 실시하였다.
도 3을 참조하면, 실험 1은 내측전극(150)에 40V를 인가하여 전극튜브(140)에 양극입자(P+)를 부착하고, 양극입자(P+)가 부착되는 전극튜브(140)의 전류를 측정하였다. 도 5의 그래프에는 SMPS에 의하여 측정한 입자의 개수농도(Particle Number Concentration)와 실험 1에서 측정한 양극입자(P+)의 전류량에 대한 관계를 나타냈다. 도 5의 그래프에 입자의 개수농도(#/cc)는 점으로 표시하였으며, 전류(A)의 변화는 실선으로 표시하였다. 도 5의 그래프를 보면, 입자의 개수농도와 전류량은 상관도가 매우 높은 것을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 실험 2는 내측전극(150)에 -40V를 인가하여 전극튜브(140)에 음극입자(P-)를 부착하고, 음극입자(P-)가 부착되는 전극튜브(140)의 전류를 측정하였다. 도 6의 그래프에는 SMPS에 의하여 측정한 입자의 개수농도와 실험 2에서 측정한 음극입자(P-)의 전류량에 대한 관계를 나타냈다. 도 6의 그래프에 입자의 개수농도(#/cc)는 점으로 표시하였으며, 전류(A)의 변화는 실선으로 표시하였다. 도 6의 그래프를 보면, 음극입자(P-)의 개수농도와 전류량은 상관도가 매우 높은 것을 알 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 실험 3은 입자의 농도를 단계적으로 조절하고, 내측전극(150)에 40V를 인가하여 전극튜브(140)에 양극입자(P+)를 부착하고, 양극입자(P+)가 부착되는 전극튜브(140)의 전류를 측정하였다. 도 7의 그래프에는 SMPS에 의하여 측정한 입자의 농도(Particle Concentration)와 실험 3에서 측정한 양극입자(P+)의 전류량에 대한 관계를 나타냈다. 도 7의 그래프에 SMPS에서 입자의 농도(#/cm3)는 점으로 표시하였으며, 전류(10-13/A)의 변화는 실선으로 표시하였다. 도 7의 그래프를 보면, 양극입자(P+)의 농도와 전류량은 상관도가 매우 높은 것을 알 수 있다.
이와 같이 전원공급장치(160)의 작동에 의하여 내측전극(150)에 전압을 인가하고, 내측전극(150)의 극성과 같은 극성을 갖는 입자(P)의 부착에 의하여 변화되는 전극튜브(140)의 전류를 측정함으로써, 입자(P)의 농도를 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 실험 1 내지 실험 3에 의해서 알 수 있는 바와 같이, 제1 실시예의 입자 측정장치(100)에 의해서는 덕트(110) 안이 진공으로 유지되는 경우에도 입자(P)의 농도를 정확하게 측정할 수 있으며, 차압의 발생이 적어 저압의 파이프라인(6)에 간편하게 연결하여 사용할 수 있다.
도 8과 도 9에는 본 발명에 따른 입자 측정장치의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 8과 도 9를 참조하면, 제2 실시예의 입자 측정장치(200)는 덕트(210), 접지선(220), 절연튜브(230), 제1 내지 제4 전극튜브(240, 242, 244, 246), 내측전극(250), 전원공급장치(260), 전류측정기(270)와 컴퓨터(280)를 구비한다. 덕트(210)의 입구(212), 출구(214), 걸림턱(216), 포집면(218)은 덕트(110)의 입구(112), 출구(114), 걸림턱(116), 포집면(118)과 동일하게 구성되어 있다. 접지선(220), 절연튜브(230)는 접지선(120), 절연튜브(130)와 동일하게 구성되어 있다.
덕트(210)는 에어펌프(4)의 상류에 위치되어 있는 파이프라인(6)에 기체(G)의 유로를 형성하도록 연결되어 있다. 제1 내지 제4 전극튜브(240, 242, 244, 246)는 덕트(210)의 내측에 기체(G)의 유로를 형성하도록 순차적으로 장착되어 있다. 제1 전극튜브(240)는 절연튜브(230)의 내면에 장착되어 있다. 제2 전극튜브(242)는 제1 전극튜브(240)의 내측에 동심을 이루도록 장착되어 있으며, 제3 전극튜브(244)는 제2 전극튜브(242)의 내측에 동심을 이루도록 장착되어 있고, 제4 전극튜 브(246)는 제3 전극튜브(244)의 내측에 동심을 이루도록 장착되어 있다. 제2 내지 제4 전극튜브(242, 244, 246) 각각의 상류단은 덕트(210)의 입구(212)와 걸림턱(216) 사이에 위치되며, 제1 전극튜브(240)의 상류단으로부터 이격되어 있다. 제2 내지 제4 전극튜브(242, 244, 246)의 길이는 동일하게 구성되어 있다.
내측전극(250)은 제4 전극튜브(246)의 내측에 동심을 이루도록 장착되어 있다. 도 8에 내측전극(250)은 봉형(Bar Type)으로 형성되어 있는 되어 있으나, 튜브형으로 구성될 수 있다. 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)은 전원공급장치(260)에 연결되어 있으며, 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)는 전류측정기(270)에 연결되어 있다. 전원공급장치(260)와 전류측정기(270)는 공통의 접지선(220)에 의하여 덕트(210)에 접지되어 있다.
제1 전극튜브(240)와 내측전극(250) 사이에 3개의 전극튜브들이 위치되어 있는 것이 도시되고 설명되었으나, 전극튜브들의 개수는 필요에 따라 적절하게 증감될 수 있다. 즉, 제1 전극튜브(240)와 내측전극(250) 사이에 위치되는 복수의 전극튜브들 중 내측전극(250)과 인접하는 하나의 전극튜브는 전류측정기(270)에 연결되고 나머지 전극튜브들은 전원공급장치(260)와 전류측정기(270) 각각에 교번적으로 연결된다.
이와 같은 구성을 갖는 제2 실시예의 입자 측정장치(200)에 있어서, 전원공급장치(260)의 작동에 의하여 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)에 전압이 인가되면, 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244), 내측전극(250)과 제2 전극튜브(242), 제4 전극튜브(246) 사이의 전압차에 의하여 덕 트(210), 제1 내지 제4 전극튜브(240, 242, 244, 246)와 내측전극(250) 사이에 전기장이 형성된다. 양극 전압이 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)에 인가되면, 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)은 양극으로 되고, 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)는 음극으로 된다. 음극 전압이 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)에 인가되면, 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)은 음극으로 되고, 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)는 양극으로 된다.
덕트(210)의 입구(212)를 통하여 유입되는 기체(G) 속의 이온(e)들과 입자(P)들은 제1 내지 제4 전극튜브(240, 242, 244, 246)의 반경 방향으로 전기장의 전기력을 부여받으며, 기체(G)의 상대 속도에 의하여 수직 방향으로 유체저항력을 부여받는다. 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)의 극성과 반대의 극성을 가진 이온(e)들과 입자(P)들은 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)을 향하여 거동되며, 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)의 극성과 동일 극성을 가진 이온(e)들과 입자(P)들은 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)를 향하여 거동된다.
양극 전압이 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)에 인가되어 있는 경우, 전기적 이동도가 큰 양이온(e+)들은 전기장의 전기력에 의하여 유선을 따라 흐르지 못하고 입구(212)와 걸림턱(216) 사이에 노출되어 있는 덕트(210)의 포집면(218)에 부착된다. 또한, 전기적 이동도가 큰 음이온(-)들은 전기장의 전기력에 의하여 유선을 따라 흐르지 못하고 입구(212)와 걸림턱(216) 사이에 위치되어 있는 제1 전극튜브(240), 제3 전극튜브(244)와 내측전극(250)의 상류단에 부착된다. 따라서 이온(e)들이 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)에 부착되어 전류측정기(270)에 의하여 측정되는 전류량에 영향을 주는 것이 방지되고, 측정되는 전류량의 신뢰성이 향상된다.
한편, 전기적 이동도가 큰 양극입자(P+)들은 상류단과 근접하는 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)의 내면에 부착되며, 전기적 이동도가 작은 양극입자(P+)들일수록 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)의 하류로 거동되어 상류단과 이격되는 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)의 내면에 부착된다. 전류측정기(270)는 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)에 흐르는 전류를 측정한다.
제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)의 내면에 부착되는 양극입자(P+)들의 개수농도에 따라 전류측정기(270)에 의하여 측정되는 전류량은 변동된다. 컴퓨터(280)는 전류측정기(270)로부터 입력되는 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 덕트(210)를 통과하는 입자(P)들의 농도를 산출하고, 모니터(282) 등의 출력장치에 표시한다. 이와 같이 제2 실시예의 입자 측정장치(200)는 제2 전극튜브(242)와 제4 전극튜브(246)의 내면에 양극입자(P+)를 포집하므로, 입자(P)들의 포집량이 증가되어 입자(P)들의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.
도 10과 도 11에는 본 발명에 따른 입자 측정장치의 제3 실시예가 도시되어 있다. 도 10과 도 11을 참조하면, 제3 실시예의 입자 측정장치(300)는 덕트(310), 접지선(320), 절연튜브(330), 복수의 전극튜브(340)들, 복수의 내측전극(350)들, 전원공급장치(360), 전류측정기(370)와 컴퓨터(380)를 구비한다. 덕트(310)의 입 구(312), 출구(314), 걸림턱(316), 포집면(318)은 덕트(110)의 입구(112), 출구(314), 걸림턱(116), 포집면(118)과 동일하게 구성되어 있다. 접지선(320), 절연튜브(330)는 접지선(120), 절연튜브(130)와 동일하게 구성되어 있다.
덕트(310)는 에어펌프(4)의 상류에 위치되어 있는 파이프라인(6)에 기체(G)의 유로를 형성하도록 연결되어 있다. 복수의 전극튜브(340)들은 덕트(300)의 내측에 서로 이격되어 기체(G)의 유로를 형성하도록 장착되어 있다. 전극튜브(340)들 각각의 상류단은 덕트(310)의 입구(312)와 걸림턱(316) 사이에 위치되며, 덕트(310)의 상류단으로부터 이격되어 있다. 전극튜브(340)들의 길이는 동일하게 구성되어 있다. 복수의 내측전극(350)들 각각은 전극튜브(340)들 각각의 내측에 동심을 이루도록 장착되어 있다. 내측전극(350)들은 봉형으로 형성되어 있는 되어 있으나, 튜브형으로 구성될 수 있다. 내측전극(350)들은 전원공급장치(360)에 연결되어 있으며, 전극튜브(340)들은 전류측정기(370)에 연결되어 있다. 전원공급장치(360)와 전류측정기(370)는 공통의 접지선(320)에 의하여 덕트(310)에 접지되어 있다. 도 11에 전극튜브(340)들과 내측전극(350)들은 4세트가 도시되어 있으나, 전극튜브(340)들과 내측전극(350)들의 세트는 증감될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 제3 실시예의 입자 측정장치(300)에 있어서, 전원공급장치(360)의 작동에 의하여 내측전극(350)들 각각에 전압이 인가되면, 내측전극(350)들과 전극튜브(340)들 사이의 전압차에 의하여 덕트(310), 전극튜브(340)들과 내측전극(350)들 사이에 전기장이 형성된다. 양극 전압이 내측전극(350)들에 인가되면, 내측전극(350)들은 양극으로 되고, 전극튜브(340)들은 음극으로 된다. 음 극 전압이 내측전극(350)에 인가되면, 내측전극(350)들은 음극으로 되고, 전극튜브(340)들은 양극으로 된다.
덕트(310)의 입구(312)를 통하여 유입되는 기체(G) 속의 이온(e)들과 입자(P)들은 전극튜브(340)들의 반경 방향으로 전기장의 전기력을 부여받으며, 기체(G)의 상대 속도에 의하여 수직 방향으로 유체저항력을 부여받는다. 내측전극(350)들의 극성과 반대의 극성을 가진 이온(e)들과 입자(P)들은 내측전극(350)들을 향하여 거동되며, 내측전극(350)들의 극성과 동일 극성을 가진 이온(e)들과 입자(P)들은 전극튜브(340)들을 향하여 거동된다.
양극 전압이 내측전극(350)들에 인가되어 있는 경우, 전기적 이동도가 큰 양이온(e+)들은 전기장의 전기력에 의하여 유선을 따라 흐르지 못하고 입구(312)와 걸림턱(316) 사이에 노출되어 있는 덕트(310)의 포집면(318)에 부착된다. 또한, 전기적 이동도가 큰 음이온(-)들은 전기장의 전기력에 의하여 유선을 따라 흐르지 못하고 입구(312)와 걸림턱(316) 사이에 위치되어 있는 내측전극(350)들의 상류단에 부착된다. 따라서 이온(e)들이 전극튜브(340)들에 부착되어 전류측정기(370)에 의하여 측정되는 전류량에 영향을 주는 것이 방지되고, 측정되는 전류량의 신뢰성이 향상된다.
한편, 전기적 이동도가 큰 양극입자(P+)들은 상류단과 근접하는 전극튜브(340)들의 내면에 부착되며, 전기적 이동도가 작은 양극입자(P+)들일수록 전극튜브(340)들의 하류로 거동되어 상류단과 이격되는 전극튜브(340)들의 내면에 부착된다. 전류측정기(370)는 전극튜브(340)들에 흐르는 전류를 측정한다.
전극튜브(340)들의 내면에 부착되는 양극입자(P+)들의 개수농도에 따라 전류측정기(370)에 의하여 측정되는 전류량은 변동된다. 컴퓨터(380)는 전류측정기(370)로부터 입력되는 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 덕트(310)를 통과하는 입자(P)들의 농도를 산출하고, 모니터(382) 등의 출력장치에 표시한다. 이와 같이 제3 실시예의 입자 측정장치(300)는 전극튜브(340)들의 내면에 양극입자(P+)를 포집하므로, 입자(P)들의 포집량이 증가되어 입자(P)들의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 입자 측정장치에 의하면, 내측전극에 인가되는 전압의 극성과 동일 극성을 갖는 입자의 정전기적 특성을 이용하여 이온들은 배제하고 입자의 농도를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 차압의 발생이 적어 저압의 파이프라인에 간편하게 연결하여 사용할 수 있고, 구성이 간단하여 생산비를 절감할 수 있으며, 반도체 공정, TFT-LCD 및 PDP 공정에 적용하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 파이프라인에 전하를 갖는 이온들과 입자들을 포함하는 기체의 유로를 형성하도록 연결되어 있고, 상기 기체가 유입되는 입구와 상기 기체가 배출되는 출구를 가지며, 도체로 구성되어 있는 덕트와;
    상기 덕트의 내면에 장착되어 있고, 상기 덕트의 입구로부터 상기 덕트의 상류 내면이 노출되도록 그 상류단이 이격되어 있는 절연튜브와;
    상기 절연튜브의 내면에 장착되어 있는 전극튜브와;
    상기 전극튜브의 내측에 장착되어 있으며, 보어를 갖는 튜브형 내측전극과;
    상기 전극튜브와 상기 내측전극 사이에 전기장을 형성하는 전압을 인가하도록 상기 내측전극에 연결되어 있으며, 상기 전기장은 상기 덕트의 입구와 상기 절연튜브의 상류단 사이에 노출되어 있는 상기 덕트의 내면과 상기 전극튜브의 내면 각각에 상기 이온들과 상기 입자들 중 어느 한 극성을 갖는 이온들과 입자들을 부착할 수 있도록 형성되는 전원공급장치와;
    상기 전극튜브의 전류를 측정할 수 있도록 상기 전극튜브에 연결되어 있는 전류측정기와;
    상기 전류측정기로부터의 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 상기 입자들의 농도를 산출하는 컴퓨터로 이루어지는 입자 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 내측전극의 상류단은 상기 덕트의 입구와 상기 절연 튜브의 상류단 사이에 위치되어 있으며, 상기 덕트의 내면에 상기 입구로부터 이격되도록 걸림턱이 형성되어 있고, 상기 절연튜브의 상류단은 상기 걸림턱에 걸려 있는 입자 측정장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 덕트, 상기 전원공급장치와 상기 전류측정기는 접지선에 의하여 공통으로 접지되어 있는 입자 측정장치.
  4. 파이프라인에 전하를 갖는 이온들과 입자들을 포함하는 기체의 유로를 형성하도록 연결되어 있고, 상기 기체가 유입되는 입구와 상기 기체가 배출되는 출구를 가지며, 도체로 구성되어 있는 덕트와;
    상기 덕트의 내면에 장착되어 있고, 상기 덕트의 입구로부터 상기 덕트의 상류 내면이 노출되도록 그 상류단이 이격되어 있는 절연튜브와;
    상기 절연튜브의 내면에 장착되어 있는 제1 전극튜브와;
    상기 제1 전극튜브의 내측에 동심을 이루도록 순차적으로 장착되어 있는 제2 내지 제4 전극튜브와;
    상기 제4 전극튜브의 내측에 장착되어 있는 내측전극과;
    상기 제1 내지 제4 전극튜브와 상기 내측전극 사이에 전기장을 형성하는 전압을 인가하도록 상기 제1 전극튜브, 상기 제3 전극튜브와 상기 내측전극에 연결되어 있으며, 상기 전기장은 상기 덕트의 입구와 상기 절연튜브의 상류단 사이에 노출되어 있는 상기 덕트의 내면, 상기 제2 전극튜브, 상기 제4 전극튜브 각각에 상 기 이온들과 상기 입자들 중 어느 한 극성을 갖는 이온들과 입자들을 부착할 수 있도록 형성되는 전원공급장치와;
    상기 제2 전극튜브와 상기 제4 전극튜브의 전류를 측정할 수 있도록 상기 제2 전극튜브와 상기 제4 전극튜브에 연결되어 있는 전류측정기와;
    상기 전류측정기로부터의 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 상기 입자들의 농도를 산출하는 컴퓨터로 이루어지는 입자 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제2 내지 제4 전극튜브와 상기 내측전극 각각의 상류단은 상기 덕트의 입구와 상기 절연튜브의 상류단 사이에 위치되어 있으며, 상기 덕트의 내면에 상기 입구로부터 이격되도록 걸림턱이 형성되어 있고, 상기 절연튜브의 상류단은 상기 걸림턱에 걸려 있는 입자 측정장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 덕트, 상기 전원공급장치와 상기 전류측정기는 접지선에 의하여 공통으로 접지되어 있는 입자 측정장치.
  7. 파이프라인에 전하를 갖는 이온들과 입자들을 포함하는 기체의 유로를 형성하도록 연결되어 있고, 상기 기체가 유입되는 입구와 상기 기체가 배출되는 출구를 가지며, 도체로 구성되어 있는 덕트와;
    상기 덕트의 내면에 장착되어 있고, 상기 덕트의 입구로부터 상기 덕트의 상류 내면이 노출되도록 그 상류단이 이격되어 있는 절연튜브와;
    상기 절연튜브의 내측에 장착되어 있는 복수의 전극튜브들과;
    상기 전극튜브들 각각의 내측에 장착되어 있는 복수의 내측전극들과;
    상기 전극튜브들과 상기 내측전극들 사이에 전기장을 형성하는 전압을 인가하도록 상기 내측전극들에 연결되어 있으며, 상기 전기장은 상기 덕트의 입구와 상기 절연튜브의 상류단 사이에 노출되어 있는 상기 덕트의 내면과 상기 전극튜브의 내면 각각에 상기 이온들과 상기 입자들 중 어느 한 극성을 갖는 이온들과 입자들을 부착할 수 있도록 형성되는 전원공급장치와;
    상기 전극튜브들의 전류를 측정할 수 있도록 상기 전극튜브들 각각에 연결되어 있는 전류측정기와;
    상기 전류측정기로부터의 전류를 프로그램에 의하여 프로세싱하여 상기 입자들의 농도를 산출하는 컴퓨터로 이루어지는 입자 측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전극튜브들과 상기 내측전극들 각각의 상류단은 상기 덕트의 입구와 상기 절연튜브의 상류단 사이에 위치되어 있으며, 상기 덕트의 내면에 상기 입구로부터 이격되도록 걸림턱이 형성되어 있고, 상기 절연튜브의 상류단은 상기 걸림턱에 걸려 있는 입자 측정장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 덕트, 상기 전원공급장치와 상기 전류측정기는 접지선에 의하여 공통으로 접지되어 있는 입자 측정장치.
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