KR100902946B1 - 소프트 엑스레이 광이온화 하전기 - Google Patents

소프트 엑스레이 광이온화 하전기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소프트 엑스레이 광이온화 하전기를 개시한다. 본 발명은 입자들을 포함하는 에어로졸의 유로를 형성하는 챔버를 가지며 외면 일측에 챔버와 연결되는 구멍이 형성되어 있는 하우징과, 하우징의 구멍에 장착되어 소프트 엑스레이를 주사하는 헤드를 갖는 포토이오나이저와, 챔버와 헤드 사이에 장착되어 있고 입자들이 소프트 엑스레이에 의하여 중화되도록 소프트 엑스레이가 통과되는 경질의 트랜스퍼런스 윈도우로 구성된다. 또한, 트랜스퍼런스 윈도우의 가장자리에 연질의 서포트링이 장착되어 있으며, 트랜스퍼런스 윈도우는 슬라이스 유리, 슬라이스 운모 중 어느 하나로 이루어진다. 본 발명에 의하면, 에어로졸의 유로를 형성하는 하우징의 챔버와 포토이오나이저의 헤드 사이에 트랜스퍼런스 윈도우가 장착되어 챔버의 벽면으로부터 입자의 발생이 방지되므로, 입자의 측정에 대한 신뢰성 및 재현성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 에어로졸의 중화 성능을 유지하면서도 방사성 동위원소에 비하여 안전하고 관리가 용이하여 ISPM 등의 장비에 매우 간편하게 사용할 수 있다.

Description

소프트 엑스레이 광이온화 하전기{SOFT X-RAY PHOTOIONIZATION CHARGER}
도 1은 본 발명에 따른 소프트 엑스레이 광이온화 하전기의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 소프트 엑스레이 광이온화 하전기의 구성을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에서 트랜스퍼런스 윈도우와 서포트링의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 소프트 엑스레이 광이온화 하전기의 성능을 입증하기 위한 실험들에 의하여 얻어지는 입자의 크기와 농도의 관계를 나타낸 그래프이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 하우징 12: 챔버
14: 도입관 16: 배출관
18: 구멍 20: 포토이오나이저
22: 헤드 30: 트랜스퍼런스 윈도우
40: 서포트링
본 발명은 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트 엑스레이(Soft X-ray)의 주사에 의하여 에어로졸(Aerosol)에 포함되어 있는 입자들을 중화시키는 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 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 위한 연구와 기술 개발이 진행되고 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.
에어로졸 또는 가스의 인시튜 입자 모니터링에는 주사이동입자측정기(Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS)가 사용되고 있다. SMPS는 중화기(Neutralizer), 미분형 이동분석기(Differential Mobility Analyzer, DMA), 응축핵계수기(Condensation Nucleus Counter, CNC)로 구성되어 있다. 에어로졸의 입자는 중화기에 의하여 양극하전(Bipolar charging)된 후, DMA에 공급된다. DMA의 전 압은 입자가 통과하는 동안 변화되며, DMA를 통과하는 입자는 시간에 따라 변화되는 전기장의 영향을 받게 된다. 따라서 DMA에 의하여 동일한 전기적 이동성(Electrical mobility)을 갖는 입자가 추출된다. CNC는 DMA의 전압을 시간에 대하여 지수적으로 변화시키면서 입자의 개수를 측정한다. 입자의 개수를 시간구간으로 나누어 각 시간구간의 평균 전기적 이동성에 대한 입자 농도를 구하고, 입자 농도의 데이터에 의하여 입자의 분포를 구한다.
중화기는 평형전하분포(Equilibrium Change Distribution)라 부르고도 있는 입자의 맥스웰-볼츠만 분포(Maxwell-Boltmann Distribution)를 얻기 위하여 활용성이 좋은 방사성 동위원소, 예를 들어 214Am, 85Kr, 210Po를 사용하고 있다. 그러나 방사성 동위원소는 방사선에 의한 장애를 최소한으로 억제하기 위하여 법률에 의하여 그 취급법이 엄격히 규제되어 있기 때문에 방사성 동위원소의 사용에 많은 난제가 수반되고 있으며, 방사성 동위원소의 관리감독과 방사성 폐기물의 처리 등에 많은 비용과 전문 인력이 소요되는 문제가 있다.
한편, 소프트 엑스레이는 전리에너지(Ionizing Energy)가 높아서 에어로졸의 분자와 입자를 직접 이온화할 수 있으며, 엑스레이(X-ray)보다 강도가 약하면서 취급하기 쉽고, 방사성 동위원소보다 많은 이온을 생성하여 입자의 중화에 우수한 성능을 보유한다.
이와 같이 소프트 엑스레이의 광이온화(Photoionization)를 이용하여 입자를 중화시키는 기술은 미국 특허출원공개 제2005/0180543A1에 개시되어 있다. 이 특허 문헌의 기술 포토이오나이저(Photoionizer)의 헤드(Head)가 챔버(Chamber) 안에 노출되어 있기 때문에 헤드로부터 조사되는 소프트 엑스레이에 의하여 챔버의 벽면으로부터 나노미터(Nanometer) 크기의 입자가 다량으로 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 에어로졸의 유로를 형성하는 하우징의 챔버와 포토이오나이저의 헤드 사이에 트랜스퍼런스 윈도우가 장착되어 챔버의 벽면으로부터 입자의 발생을 방지할 수 있는 소프트 엑스레이 광이온화 하전기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 간편하게 사용할 수 있는 소프트 엑스레이 광이온화 하전기를 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 입자들을 포함하는 에어로졸의 유로를 형성하는 챔버를 가지며, 외면 일측에 챔버와 연결되는 구멍이 형성되어 있는 하우징과; 하우징의 구멍에 장착되어 소프트 엑스레이를 주사하는 헤드를 갖는 포토이오나이저와; 챔버와 헤드 사이에 장착되어 있고, 입자들이 소프트 엑스레이에 의하여 중화되도록 소프트 엑스레이가 통과되는 경질의 트랜스퍼런스 윈도우로 이루어지는 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 있다.
또한, 트랜스퍼런스 윈도우의 가장자리에 연질의 서포트링이 장착되어 있으며, 트랜스퍼런스 윈도우는 슬라이스 유리, 슬라이스 운모 중 어느 하나로 이루어 지는 것에 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 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 소프트 엑스레이 광이온화 하전기는 에어로졸(2) 또는 가스에 함유되어 있는 다량의 입자(4)들이 맥스웰-볼츠만 분포를 갖도록 중화시킨다.
본 발명의 소프트 엑스레이 광이온화 하전기는 에어로졸(2)의 유로를 형성하는 하우징(10)을 구비한다. 하우징(10)의 챔버(12)에 에어로졸(2)의 도입관(14)과 배출관(16)이 각각 연결되어 있다. 배출관(16)에는 유량을 제어하는 질량유량계(Mass Flow Controller, MFC), 입자(4)의 크기와 농도를 측정하는 이온카운터(Ion counter), 에어로졸(2)의 흡입력을 발생하는 에어펌프(Air Pump), 버큠펌프(Vacuum Pump)와 입자(4)들을 필터링하는 필터(Filter) 등이 장착될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 하우징(10)의 외면 일측에 챔버(12)와 연결되는 구멍(18)이 형성되어 있다. 하우징(10)의 구멍(18)에 소프트 엑스레이를 발생하는 포토이오나이저(20)의 헤드(22)가 장착되어 있다. 챔버(12)와 헤드(22) 사이에 소프트 엑스레이가 통과되는 트랜스퍼런트 윈도우(Transparent Window: 30)가 장착되어 있다. 트랜스퍼런트 윈도우(30)의 가장자리에 연질의 소재, 예를 들어 플라스 틱, 합성고무로 제작되어 있는 서포트링(Support Ring: 40)이 장착되어 있다. 서포트링(40)은 구멍(18)의 가장자리에 밀착되어 기밀을 유지하고, 충격에 의한 트랜스퍼런트 윈도우(30)의 파손을 방지한다. 서포트링(40)은 오링(O-ring), 실(Seal) 등으로 구성될 수 있다.
트랜스퍼런트 윈도우(30)는 경질의 소재, 예를 들어 슬라이스 유리(Slice Glass)나 슬라이스 운모(Slice Mica)로 구성되어 있다. 슬라이스 유리의 경도는 4.5~5.5이며, 슬라이스 운모의 경도는 2.5~4이다. 트랜스퍼런트 윈도우(30)의 경도가 2.5미만인 경우, 외부의 충격에 의하여 쉽게 파손되어 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 사용하기 부적합하다. 슬라이스 유리와 슬라이스 운모의 두께는 0.1~0.3mm가 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1~0.2mm이다. 0.3mm의 두께를 초과하는 슬라이스 유리와 슬라이스 운모는 소프트 엑스레이의 투과성이 현저하게 낮아 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 사용하기 부적합하다. 두께 0.1mm 미만의 슬라이스 유리와 슬라이스 운모는 투과되는 소프트 엑스레이의 양이 증가되어 챔버의 벽면을 전리시킴으로써 나노입자를 발생시킬 우려가 있어 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 사용하기 부적합하다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 있어서는, 포토이오나이저(20)의 작동에 의하여 헤드(22)로부터 파장 1.2~1.5A의 소프트 엑스레이가 조사된다. 소프트 엑스레이는 트랜스퍼런스 윈도우(30)와 하우징(10)의 구멍(18)을 통하여 챔버(12) 안에 조사된다. 에어로졸(2)은 하우징(10)의 도입관(14)을 통하여 챔버(12)에 공급된다. 챔버(12)에 공급되는 에어로졸(2)은 챔버(12)를 따라 유동된 후 배출관(16)을 통하여 배출된다. 챔버(12)를 따라 유동되는 입자(4)들은 소프트 엑스레이에 의하여 맥스웰-볼츠만 분포를 갖도록 중화된다. 따라서 하우징(10)의 도입관(14)에 연결되어 있는 이온카운터, DMA, CNC 등에 의하여 입자(4)의 크기, 농도 등을 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 소프트 엑스레이 광이온화 하전기의 성능을 평가하기 위하여 실험1 및 실험 2를 실시하였다. 실험 1 및 실험 2에 있어서는 포토이오나이저(20)의 작동에 의하여 파장 1.2~1.5A의 소프트 엑스레이를 발생하여 챔버(12)에 조사하였으며, 도입관(14)을 통하여 입자(4)가 제거된 1LPM(Liter Per Minute)의 청정공기를 챔버(12) 안에 공급하였다. 실험 1은 챔버(12)와 헤드(22) 사이에 트랜스퍼런트 윈도우(30)로 두께 0.2mm의 슬라이스 운모를 장착하여 실시하였다. 실험2는 챔버(12)와 헤드(22) 사이에 트랜스퍼런트 윈도우(30)를 장착하지 않아 헤드(22)가 챔버(12)에 노출되도록 하였다.
실험 1 및 실험 2에서 배출관(16)에 이온카운터를 장착하여 입자 크기(Size, nm)에 따른 농도(Concentration, #/cc)를 측정하여 도 4의 그래프에 나타냈다. 도 4의 그래프를 보면, 실험 1에서는 입자가 발생되지 않은 것을 알 수 있다. 실험 2에서는 40nm 이하의 입자가 다량으로 발생된 것을 알 수 있다. 이 입자는 소프트 엑스레이의 주사에 의하여 하우징(10)의 벽면으로부터 발생된다. 하우징(10)의 벽면으로부터 발생되는 입자는 나노미터 크기의 입자를 측정하는데 오차의 원인이 된다. 실험 1의 결과에 의하여 알 수 있듯이 본 발명의 소프트 엑스레이 광이온화 하전기는 챔버(12)와 헤드(22) 사이에 슬라이드 운모가 장착되어 하우징(10)의 벽면으로부터 입자의 발생을 차단하므로, SMPS 등의 중화기로 유용하게 사용될 수 있다. 한편, 챔버(12)와 헤드(22)에 슬라이드 유리가 장착되는 경우에도 슬라이드 운모와 마찬가지로 입자가 발생되지 않는 것으로 측정되었다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 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 소프트 엑스레이 광이온화 하전기에 의하면, 에어로졸의 유로를 형성하는 하우징의 챔버와 포토이오나이저의 헤드 사이에 트랜스퍼런스 윈도우가 장착되어 챔버의 벽면으로부터 입자의 발생이 방지되므로, 입자의 측정에 대한 신뢰성 및 재현성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 에어로졸의 중화 성능을 유지하면서도 방사성 동위원소에 비하여 안전하고 관리가 용이하여 ISPM 등의 장비에 매우 간편하게 사용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 입자들을 포함하는 에어로졸의 유로를 형성하는 챔버를 가지며, 외면 일측에 상기 챔버와 연결되는 구멍이 형성되어 있는 하우징과;
    상기 하우징의 구멍에 장착되어 소프트 엑스레이를 주사하는 헤드를 갖는 포토이오나이저와;
    상기 챔버와 상기 헤드 사이에 장착되어 있고, 상기 입자들이 상기 소프트 엑스레이에 의하여 중화되도록 상기 소프트 엑스레이가 통과되는 경질의 트랜스퍼런스 윈도우로 이루어지며,
    상기 트랜스퍼런스 윈도우는 경도 2.5~5.5이며, 두께 0.1~0.3mm로 이루어지는 소프트 엑스레이 광이온화 하전기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜스퍼런스 윈도우의 가장자리에 연질의 서포트링이 장착되어 있는 소프트 엑스레이 광이온화 하전기.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 트랜스퍼런스 윈도우는 슬라이스 유리, 슬라이스 운모 중 어느 하나로 이루어지는 소프트 엑스레이 광이온화 하전기.
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