소프트 엑스레이를 이용한 단극 입자 하전 장치 document_id A220623111797

반도체 제조, TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 및 PDP(Plasma Display Panel) 등 평판 디스플레이(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 양극성 입자 하전 장치(Neutralizer), 미분형 이동분석기(Differential Mobility Analyzer,DMA), 응축핵계수기(Condensation Nucleus Counter, CNC)로 구성되어 있다. 에어로졸의 입자는 양극성 입자 하전 장치에 의하여 양극하전(Bipolar charging)된 후, DMA에 공급된다. DMA의 전압은 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. 중화기로 호칭되는 양극성 입자 하전 장치는 평형전하분포(Equilibrium Change Distribution)라 부르는 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. 도 1은 종래 소프트 엑스레이를 이용한 양극성 입자 하전 장치에 대한 개략적인 단면도를 도시하고 있다. 도 1을 참고로 살펴보면, 양극성 입자 하전 장치는 에어로졸(2)의 유로를 형성하는 챔버(12)를 구비하는 하우징(10)과 챔버(12)로 유입된 에어로졸(2)로 소프트 엑스레이를 조사하는, 하우징(10) 상부에 배치되어 있는 소프트 엑스레이 조사부(미도시)로 구성되어 있다. 하우징(10)에는 소프트 엑스레이 조사부로부터 조사되는 소프트 엑스레이를 하우징(10)으로 유입된 입자(4)로 조사시키기 위한 조사 구멍(13)이 형성되어 있다. 하우징(10)의 일측면에는 에어로졸(2)이 유입되는 유입관(14)이 형성되어 있으며, 하우징(10)의 타측면에는 유입된 에어로졸(2)를 배출하는 배출관(16)이 형성되어 있다. 유입관(14)를 통해 하우징(10)의 챔버(12)로 유입된 입자(4)에 소프트 엑스레이를 조사하는 경우, 입자(4)들은 양극성으로 하전되어 전기적으로 맥스웰-볼츠만 분포를 갖도록 중화된다. 소프트 엑스레이에 의해 중화되는 입자(4)의 극성을 보다 구체적으로 살펴보면, 하전되지 않은 상태의 입자(4)들이 챔버(12)로 유입되어 소프트 엑스레이가 조사되는 공간 즉, 소프트 엑스레이의 조사 영역을 통과한다. 소프트 엑스레이의 조사 영역을 통과하면서 일부 입자(4)는 양극 또는 음극으로 하전되어 전체적으로 맥스웰-볼츠만 분포로 중화된다. 소프트 엑스레이를 챔버(12)로 유입되는 공기에 조사하면, 공기 분자는 소프트 엑스레이의 에너지를 흡수하여 공기 분자의 외각에 있는 전자를 밖으로 배출시킨다. 공기분자에서 배출된 전자와 전자를 배출한 +이온은 챔버(12)로 유입된 입자(4)와 결합하여 입자(4)를 양극 또는 음극으로 하전시킨다. 도 1에서 검은색으로 표시한 입자는 양극으로 하전된 입자이고 사선으로 표시한 입자는 음극으로 하전된 입자이며, 실선으로 표시한 입자는 소프트 엑스레이에 의해 양극 또는 음극으로 하전된 입자들이 배출관(16)으로 이송되는 과정에서 전기적으로 결합하여 극성을 나타내지 않는 입자이다.