KR19980026595A - 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터 - Google Patents

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Abstract

청정실내의 대기풍속에 대응하여 최적의 파티클 측정을 할 수 있도록 개선된 파티클 카운터가 개시되어 있으며, 샘플링 프로브와 카운터 본체를 구비하여 공기중의 파티클수를 계수하는 파티클 카운터에 있어서, 샘플링 공기를 흡입하는 상기 샘플링 프로브의 취입구의 단면적이 순차적으로 증감하며 동일한 형상을 갖는 복수개의 뿔대가 프로브의 전체 길이가 연장 또는 단축이 가능하도록 상호 삽입되는 형태로 구성된다.
따라서, 다양한 대기풍속에 대하여 최적의 측정을 손쉽고 용이하게 수행할 수 있다는 효과가 있다.

Description

가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터
본 발명은 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정하고자 하는 청정실내의 대기의 풍속에 따라 샘플링 프로브의 취입구 단면적을 다양하게 변화시켜 파티클에 대한 측정오차를 감소시킬 수 있는 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터에 관한 것이다.
현대 과학기술이 첨단화되면서 생산공정의 초정밀화, 고순도화, 고정도화, 무균화가 추진되고 있으며, 첨단제품의 성능과 생산수율을 향상시키기 위한 청정기술(Clean Technology)이 그 핵심기술로 자리잡게 되었다.
이러한 청정기술은 총체적으로 생산공간의 환경을 청정하게 만든 설비인 청정실에 관한 것으로서, 주로 미립자(Particle)가 문제가 되는 반도체, 액정표시장치등 전자산업분야, 정밀기계분야, 반도체용 화학약품을 제조하는 화학공장 뿐만아니라 미생물 오염이 문제가 되는 병원, 의약품공장, 식품공업등에 널리 이용되고 있다.
특히, 반도체산업에서 청정실은 일정 목적의 계획공간으로서, 그 공간의 공기중에 떠다니는 파티클을 원하는 숫자 이하로 제어함으로써 그 공간에서 행하여지는 작업대상체에 먼지등이 다다르지 못하게 하는 공간이며, 그 특성상 온도, 습도, 실내의 압력, 조도, 소음, 진동 등이 함께 제어관리되고 있다. 이러한 청정실은 그 깨끗함의 정도를 나타내기 위하여 입자 직경별 농도를 나타내는 청정도 클라스(Class)로 관리되어지며, 이를 위한 다양한 측정장치가 개발되어 있다.
이러한 측정장치로서는, 알코올의 기화과정에서 입자의 크기가 증가하는 원리를 이용한 응축형 입자계수기(condensation particle counter)와, 대기를 샘플링하여 대기중의 입자를 레이저로 산란시킴으로써 발생하는 빛의 세기를 측정하는 광학 입자계수기(optical particle counter)가 세계적으로 범용화 되어 있다.
도1은 종래의 일반적인 광학 파티클 카운터를 나타내는 사시도이다. 상기 파티클 카운터(10)는 크게 카운터본체(12)와 파티클이 포함된 대기를 샘플링하는 샘플링 프로브(20)가 샘플링 튜브(18)로 연결되어 있다. 상기 카운터본체(12)에는 측정결과를 표시할 수 있는 디스플레이부(14), 스위치나 세팅치를 조절할 수 있는 조정부(16)가 형성되어 있으며, 측정하고자 하는 대기를 흡입하는 펌프(도시안됨), 레이저광을 측정한 대기에 투사할 수 있는 레이저 튜브(도시안됨) 및 투사된 레이저광이 파티클과 충돌하여 산란된 경우 이를 검지할 수 있는 포토 디텍터(photo detector,도시안됨) 등이 내장되어 있다.
도2는 도1에 도시된 종래의 샘플링 프로브(20)를 구체적으로 나타낸 사시도이다. 깔대기 형상의 프로브(20)와 샘플링 튜브(18)가 연결되며, 연결부위에 측정자가 잡고 파티클 측정을 할 수 있는 손잡이(22)가 구성되어 있다. 참조번호 21은 프로브(20)의 내벽면을 나타내는 것으로 평탄하게 형성되어 있다.
도1과 도2에서 도시된 에어 파티클 카운터(10)를 가지고 반도체 청정실내의 입자를 측정하고자 하는 경우, 측정자는 샘플링 프로브(20)를 측정하고자 하는 대기의 유동방향에 맞춰 놓고 에어를 샘플링하게 된다. 이때 샘플링 프로브(20)의 선단에서 상기 카운터본체(12)내에 내장된 펌프에 의해 형성되는 풍속은 샘플링할 프로브(20) 주변의 대기 풍속과 일치하여야 이상적이다. 만약 측정하고자 하는 대기의 풍속과 프로브(20)의 취입구에서의 풍속이 일치하지 않는 경우 측정오차가 발생하여 만족스러운 결과를 얻을 수 없게 되어 청정실에 대한 관리를 정밀하게 할 수 없게 된다.
도3은 프로브(20) 선단의 내부풍속(이하 '프로브풍속'이라함)과 프로브 주변의 대기풍속(이하 '대기풍속'이라함)과의 관계에 따른 공기의 흐름을 비교한 도면이다. 도3의 (A)도는 대기풍속이 프로브풍속보다 큰 경우를 나타내며, (B)도는 대기풍속이 프로브풍속보다 작은 경우를 나타내며, (C)도는 대기풍속과 프로브풍속이 같은 경우를 나타낸다.
상기 (A)도에서 화살표로 보여지는 바와 같이, 청정실 시스템의 클린에어 순환펌프에 의해 발생하는 대기풍속이 에어 파티클 카운터내의 샘플 흡입용 펌프에 의해 발생하는 프로브풍속보다 큰 경우 프로브(20) 주변에 와류가 발생하며, 이로 인해 프로브(20)의 주변영역에 존재하는 파티클이 프로브(20)내로 흡입되거나, 반대로 프로브(20) 속으로 들어가 측정대상이 되어야 할 파티클이 풍속의 크기가 작은 프로브풍속에 의한 저항력을 받아 프로브(20) 외부로 방출될 수도 있다. 이 경우 에어 파티클 카운터(10)에 의해 측정되는 파티클수에 대한 측정오차가 더욱 커지게 되어 청정실 관리에 신뢰성이 떨어진다.
한편, 상기 (B)도에서 화살표로 보여지는 바와 같이, 청정실 시스템의 클린에어 순환펌프에 의해 발생하는 대기풍속이 에어 파티클 카운터내의 샘플 흡입용 펌프에 의해 발생하는 프로브풍속보다 작은 경우 역시 프로브(20) 주변에 와류가 발생하며, 이로 인해 프로브(20)의 주변영역에 존재하는 파티클이 프로브(20)내로 흡입되어 측정대상이 되어야 할 파티클외에도 추가로 에어 파티클 카운터(10)에 의해 측정되는 파티클수가 증가하여 측정오차가 더욱 커지게 되어 역시 청정실 관리에 신뢰성이 떨어진다.
한편, 도3의 (C)도는 대기풍속과 프로브풍속이 같은 경우를 나타낸 도면으로서, 측정오차가 최소로 되는 바람직한 경우이다.
그러나 현재 사용되고 있는 에어 파티클 카운터의 프로브는 프로브의 취입구 단면적이 일반적인 청정실의 풍속에 맞게 계산되어 제작된 것이다. 예를 들어, 현재의 에어 파티클 카운터는 국제규격에 맞게 1분간 1큐빅 피트(ft3)의 공기를 샘플링하도록 설계되어 있어 지름이 3 cm인 프로브의 취입구에서 펌프에 의한 풍속은 0.667 m/sec이 된다.
그러나 전 세계적으로 반도체 생산용 청정실의 기류 유지를 위한 풍속은 0.1 m/sec에서 0.7 m/sec 까지 다양한 크기의 분포를 가지고 있기 때문에 현재의 파티클 카운터의 샘플링 프로브를 가지고는 정확한 파티클수 측정을 할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 반도체 생산용이 아닌 다양한 종류의 청정실이 종류에 따라 다양한 풍속을 유지하기 때문에 종래의 샘플링 프로브를 가지고는 청정실내의 파티클수 측정에 정확을 기할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 청정실내의 파티클수를 측정하기 위한 에어 파티클 카운터의 프로브 취입구의 단면적을 측정하고자 하는 대기풍속에 따라 다양하게 가변할 수 있는 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터를 제공하는 데 있다.
도1은 종래 일반적인 에어 파티클 카운터를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도2는 종래의 에어 파티클 카운터의 샘플링 프로브를 나타내는 개략도이다.
도3의 (A) 내지 (C)는 프로브 내부풍속과 대기풍속과의 관계에 따른 공기의 흐름을 비교한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 프로브를 신장한 상태로 나타낸 부분절단 사시도이다.
도5는 도4의 가변형 프로브를 신장한 상태로 나타낸 단면도이다.
도6은 청정실의 대기풍속에 따른 프로브 취입구 단면적과 프로브 직경의 관계를 도시한 그래프이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 ; 파티클 카운터 12 ; 카운터 본체
14 ; 디스플레이부 16 ; 조정부
18 : 샘플링 튜브 20,30 ; 프로브
21 ; 프로브 내벽면 22 ; 손잡이
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파티클 카운터는, 샘플링 프로브와 카운터 본체를 구비하여 공기중의 파티클수를 계수하는 파티클 카운터에 있어서, 샘플링 공기를 흡입하는 상기 샘플링 프로브의 취입구의 단면적이 가변될 수 있도록 구성된다
상기 샘플링 프로브의 바람직 실시예는, 그 취입구의 단면적이 순차적으로 증감하며 동일한 형상을 갖는 복수개의 뿔대가 프로브의 전체 길이가 연장 또는 단축이 가능하도록 상호 삽입되는 형태로 구성된다. 상기 샘플링 프로브는 복수개의 원뿔대로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 사각뿔대 등 동일한 형상이 상호 삽입되는 형태로 구성되면 취급이 용이하기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 샘플링 프로브를 구성하는 각 뿔대가 외측으로 이탈되지 않도록 각 뿔대의 최소 내부단면적이 직전 뿔대의 최대 외부단면적 보다 작도록 구성될 수 있으며, 인접한 뿔대간에 단턱을 형성하여 뿔대간의 이탈을 방지할 수도 있다.
또한, 상기 각 뿔대는 그 두께가 상단부와 하단부에 걸쳐 일정하게 유지되도록 형성할 수 있으며, 그 두께가 각 뿔대의 높이에 따라 일정하게 증감하여 복수개의 뿔대가 조립된 경우 그 내벽이 평탄하도록 구성할 수도 있다. 측정하고자 하는 대기의 흐름을 원만히 한다는 측면에서는 후자가 유리할 것이다.
한편, 상기 각 뿔대의 높이는 측정기준이 되는 프로브의 취입구 단면적에 따라 서로 다르거나 일부가 다르도록 조정할 수 있다.
본 발명에 의한 샘플링 프로브를 사용하는 경우, 청정실내의 대기풍속에 대응하는 특정 취입구 단면적을 갖는 샘플링 프로브의 뿔대로 설정하여 파티클수 측정을 행하면 대기풍속과 프로브풍속이 거의 일치하여 측정오차를 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 프로브를 신장한 상태로 나타낸 부분절단 사시도이며, 도5는 도4의 가변형 프로브를 신장한 상태로 나타낸 개략적인 단면도이다.
도4와 도5를 참조하면, 에어 파티클 카운터에 연결된 샘플링 튜브(18)의 선단에 샘플링 프로브(30)가 연결되어 있다. 상기 프로브(30)는 복수개, 예를 들어 7개의 제1 원뿔대(30a) 내지 제7 원뿔대(30g)가 순차적으로 서로 삽입 및 인출이 가능하도록 구성되어 있다. 각 원뿔대는 크기만 다를뿐 서로 상사형으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 샘플링 튜브(18)의 선단에, 측정하고자 하는 공기가 흡입되는 취입구 단면적이 최소가 되는 제1 원뿔대(30a)가 고정된다. 상기 제1 원뿔대(30a)의 단면적이 작은 하단부는 샘플링 튜브(18)에 연결되며, 단면적이 큰 상단부는 측정 공기가 흡입되는 취입구가 되며, 제1 원뿔대(30a)의 취입구 직경은 도5에서 보여지듯이 a가 된다. 같은 개념으로 제2 원뿔대(30b)의 하단부가 제1 원뿔대(30a)의 상단부에 연결되며, 제2 원뿔대(30b)의 취입구 직경은 b가 된다.
도4는 제1 원뿔대(30a)로부터 제7 원뿔대(30g)까지 각 원뿔대를 가장 신장한 상태를 나타내며, 상기 도4에 도시된 샘플링 프로브(30)의 취입구 직경은 g가 된다. 또한, 제7 원뿔대(30g)를 제6 원뿔대(30f)의 상단부가 드러나도록 힘을 가하여 집어넣으면, 프로브(30)의 취입구 직경은 f가 된다. 이하 각 원뿔대는 동일한 개념으로 구성된다.
한편, 각 원뿔대의 구조는 하단부에서 상단부로 갈수록 뿔대의 외경이 커지며, 내경은 상단부로 갈수록 상기 각 뿔대의 외경이 증가하는 것보다 급격히 증가하는 형태로 구성되어 있다. 따라서 각 원뿔대의 하단부와 상단부는 두께 차이가 발생하며, 상단부는 날이 선 형태가 된다. 다만 최상단부에 위치하는 제7 원뿔대(30g)의 상단부는 날이 서지 않도록 하는 것이 작업성 측면에서 바람직하다. 따라서 단독의 원뿔대가 사용되거나 복수개의 원뿔대가 사용되는 경우 각 원뿔대에 의해 이루어지는 전체 프로브(30)의 내벽면은 직경이 일정한 증가비율을 가지며 평탄하게 형성된다.
한편, 제1 원뿔대(30a)의 상단부 외경은 인접한 제2 원뿔대(30b)의 하단부 내경보다 커야하며, 이는 각 원뿔대가 외측으로 이탈되지 않도록 하기 위한 것이다. 이후의 각 원뿔대에 대해서도 동일한 개념이 적용된다.
이상의 실시예에서, 상기 샘플링 프로브(30)는, 그 취입구의 단면적이 순차적으로 증감하며 동일한 형상을 갖는 복수개의 원뿔대가 프로브의 전체 길이가 연장 또는 단축이 가능하도록 상호 삽입되는 형태로 구성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 사각뿔대 등 동일한 형상이 상호 삽입되는 형태이며 취입구의 단면적이 가변될 수 있도록 구성되면 본 발명의 사상이 미친다고 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 샘플링 프로브(30)를 구성하는 각 원뿔대(30a 내지 30g)가 외측으로 이탈되지 않도록 각 원뿔대의 하단부 내경이앞선 원뿔대의 상단부 외경 보다 작도록 구성하고 있으나, 각 원뿔대의 하단부 내벽면 상단부 외벽면에 인접한 원뿔대가 이탈되지 않도록 단턱을 형성하여 동일한 목적을 달성할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서 상기 각 원뿔대는 그 두께가 하단부에서 상단부로 갈수록 작아지도록 형성하고 있으나, 각 원뿔대의 상,하단부의 두께를 일정하게 유지할 수도 있다. 이때는 상기 전체 프로브의 내벽면은 평탄하지 않고 계단형태로 형성되어질 것이다.
한편, 상기 각 원뿔대의 높이는 측정기준이 되는 프로브의 취입구 단면적에 따라 서로 다르거나 일부가 다르도록 조정할 수 있으며, 바람직하게는 청정실의 대기풍속을 세분시켜 그에 대응하는 원뿔대의 직경을 계산하고 각 원뿔대가 이탈하지 않는 범위에서 각 원뿔대의 높이를 조정할 수 있다.
이하, 상기 실시예의 원뿔대 형상의 샘플링 프로브에 대하여 반도체 청절실의 대기풍속을 0.1 m/sec 에서 0.7 m/sec 까지를 세분화시켜 각 대기풍속에 따른 프로브 취입구 단면적과 취입구 직경을 계산하여 표1에 나타냈다.
대기풍속(m/sec) 프로브취입구단면적(cm2) 프로브취입구 직경(cm)
0.10 47.19 7.75
0.15 31.46 6.33
0.20 23.60 5.48
0.25 18.88 4.90
0.30 15.73 4.48
0.35 13.48 4.14
0.40 11.80 3.88
0.45 10.49 3.65
0.50 9.44 3.47
0.55 8.58 3.31
0.60 7.87 3.16
0.65 7.26 3.04
0.70 6.74 2.93
도6은 상기 표1의 데이타를 기준으로 청정실의 대기풍속에 따른 프로브 취입구 단면적과 프로브 직경의 관계를 도시한 그래프이다.
상기 표1과 도6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 청정실내의 대기풍속이 낮아질수록 프로브의 취입구 단면적은 커져야 하며, 예를 들어 대기풍속이 0.1 m/sec일 경우 바람직한 프로브 취입구 단면적은 표1로부터 47.19 cm2임에 비하여 종전에 사용하던 직경 3 cm의 프로브 취입구 단면적은 7.07 cm2에 불과함을 알 수 있다. 이는 종전의 프로브를 사용하는 경우 파티클 측정에 큰 오차가 있었음을 알려주는 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면 청정실내의 파티클수를 측정하기 위한 에어 파티클 카운터의 프로브 취입구의 단면적을 측정하고자 하는 대기풍속에 따라 다양하게 가변할 수 있기 때문에 대기풍속의 다양화에 따라 발생할 수 있는 측정오차를 최소화 할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 파티클수 측정시 최적의 프로브 취입구 단면적을 갖는 프로브를 간편하면서도 쉽게 선택하여 사용할 수 있다는 효과가 있다.
나아가, 기존의 에어 파티클 카운터에서 단지 프로브의 형태만을 개선하여 최적의 측정을 가능하게 할 수 있다는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 샘플링 프로브와 카운터 본체를 구비하여 공기중의 파티클수를 계수하는 파티클 카운터에 있어서,
    샘플링 공기를 흡입하는 상기 샘플링 프로브의 취입구의 단면적이 가변될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플링 프로브는, 그 취입구의 단면적이 순차적으로 증감하며 동일한 형상을 갖는 복수개의 뿔대가 프로브의 전체 길이가 연장 또는 단축이 가능하도록 상호 삽입되는 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 샘플링 프로브는 복수개의 원뿔대로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 샘플링 프로브는 복수개의 사각뿔대로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 샘플링 프로브를 구성하는 각 뿔대가 외측으로 이탈되지 않도록 각 뿔대의 최소 내부단면적이 인접한 직전 뿔대의 최대 외부단면적 보다 작도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 샘플링 프로브를 구성하는 각 뿔대가 외측으로 이탈되지 않도록 각 인접한 뿔대 내벽 및 외벽에 상호 걸릴 수 있는 단턱이 형성된 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 뿔대는 그 상단부에서 하단부에 이르기까지 그 두께가 일정한 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 뿔대는 그 두께가 높이에 따라 일정하게 증감하여 복수개의 뿔대가 조립된 경우 그 내벽이 평탄하도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 뿔대의 높이는 측정기준이 되는 프로브의 취입구 단면적에 대응하여 서로 다르게 조정된 것을 특징으로 하는 상기 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터.
KR1019960045095A 1996-10-10 1996-10-10 가변형 프로브를 구비한 파티클 카운터 KR100210599B1 (ko)

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