[논문]감압대기 및 불활성가스 분위기에서 적합한 정전기 제거장치의 개발

이동훈; 정필훈; 이수환; 김상효

doi:10.14346/jkosos.2016.31.3.42

[국내논문] 감압대기 및 불활성가스 분위기에서 적합한 정전기 제거장치의 개발
Development of the Most Optimized Ionizer for Reduction in the Atmospheric Pressure and Inert Gas Area 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.31 no.3, 2016년, pp.42 - 46

이동훈 (부경대학교 안전공학과) , 정필훈 (선재하이테크 기술연구소) , 이수환 (선재하이테크 기술연구소) , 김상효 (선재하이테크 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

In LCD Display or semiconductor manufacturing processes, the anti-static technology of glass substrates and wafers becomes one of the most difficult issues which influence the yield of the semiconductor manufacturing. In order to overcome the problems of wafer surface contamination various issues such as ionization in decompressed vacuum and inactive gas(i.e. $N_2$ gas, Ar gas, etc.) environment should be considered. Soft X ray radiation is adequate in air and $O_2$ gas at atmospheric pressure while UV radiation is effective in $N_2$ gas Ar gas and at reduced pressure. At this point of view, the "vacuum ultraviolet ray ionization" is one of the most suitable methods for static elimination. The vacuum ultraviolet can be categorized according to a short wavelength whose value is from 100nm to 200nm. this is also called as an Extreme Ultraviolet. Most of these vacuum ultraviolet is absorbed in various substances including the air in the atmosphere. It is absorbed substances become to transit or expose the electrons, then the ionization is initially activated. In this study, static eliminator based on the vacuum ultraviolet ray under the above mentioned environment was tested and the results show how the ionization performance based on vacuum ultraviolet ray can be optimized. These vacuum ultraviolet ray performs better in extreme atmosphere than an ordinary atmospheric environment. Neutralization capability, therefore, shows its maximum value at $10^{-1}{\sim}10^{-3}$ Torr pressure level, and than starts degrading as pressure is gradually reduced. Neutralization capability at this peak point is higher than that at reduced pressure about $10^4$ times on the atmospheric pressure and by about $10^3$ times on the inactive gas. The introductions of these technology make it possible to perfectly overcome problems caused by static electricity and to manufacture ULSI devices and LCD with high reliability.

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문제 정의

본 연구에서는 감압대기 및 불활성가스 환경에서 정전기제거를 위하여 진공자외선(Vacuum Ultra Violet ray)을 이용한 정전기 제거장치를 개발하였다.

가설 설정

1) 감압에서는 연X선조사식 정전기제거장치를 사용할 수 없다. 이는 감압의 상태가 되면 광자를 흡수하는 가스분자 또는 원자의 양이 극히 적어 이온생성이 극히 감소하여 정전기제거능력이 현저히 저하한다.

제안 방법

개발된 정전기제거장치를 이용하여 감압정도 및 불활성 가스의 종류에 따른 정전기제거 성능변화를 실험적으로 연구하였다.
감압 및 불활성가스 분위기에서 정전기 제거성능을 실험하기 위하여 진공챔버 및 관련 주변기구를 설계하고 제작하였다.

데이터처리

5와 같이 진공자외선을 간접조사한 방식으로 구분하여 실험하였다. 제전성능을 측정하기 위한 이격거리는 300 ㎜로 설정하였고, 실험의 정확성을 높이기 위하여 모든 실험은 3회 측정하여 평균값을 취하였다.

성능/효과

및 Ar 가스의 경우 10 Torr 이상에서는 약간의 산포는 있으나 수 ~ 수십 초대로 정전기제거성능이 저하 하였다. 1 Torr에서는 제전완화시간이 0초로 나타났다. 10^-1 Torr ~ 10^-3 Torr에서는 제전완화시간이 10^-2 초대로 제전목표 보다 빠른 제전완화시간을 나타냈다.
실험결과에서 알 수 있듯이 10^-1 ~ 10^-3 Torr의 구간에서 최대의 제전능력을 보여주었다.
제전능력의 최대점은 감압대기의 경우 10⁴배, N₂ 및 Ar 가스의 경우에는 10³배 정도로 나타났다.
대기상태의 경우 10 Torr 이상에서는 제전완화시간이 수 십초대로 직접조사방식의 경우와 같이 정전기제거능력이 제전목표에 미치지 못함을 알 수 있다. 1 Torr에서 제전완화시간은 5초대로 나타났으나, 10^-1 Torr ~ 10^-3 Torr에서는 제전완화시간이 10^-2 초대로 제전목표 보다 제전성능이 빠르게 나타났다. 이는 직접 조사방식의 경우와 같은 이유로 생각할 수 있다.
2) 진공자외선을 이용한 정전기제거장치는 10^-1∼10^-2 Torr의 감압대기, N₂ 및 Ar 가스 환경에서 최대의 정전기제거능력을 보여주었다. 제거능력의 최대점은 대기압에 비하여 감압대기의 경우는 10⁴배, N₂ 및 Ar 가스의 경우에는 10³배 정도로 나타났다.
및 Ar 가스 환경에서 최대의 정전기제거능력을 보여주었다. 제거능력의 최대점은 대기압에 비하여 감압대기의 경우는 10⁴배, N₂ 및 Ar 가스의 경우에는 10³배 정도로 나타났다. 따라서 감압 환경에서는 진공자외선조사식 정전기제거장치가 가장 적합함을 알 수 있었다.
제거능력의 최대점은 대기압에 비하여 감압대기의 경우는 10⁴배, N₂ 및 Ar 가스의 경우에는 10³배 정도로 나타났다. 따라서 감압 환경에서는 진공자외선조사식 정전기제거장치가 가장 적합함을 알 수 있었다.
3) 진공자외선을 대전물체에 10¹ Torr 이상에서는 직접조사방식이 간접조사방식에 비해 우수하나, 10⁰ Torr이하에서는 유사한 성능을 나타냈다.
따라서 본 연구를 통하여 진공자외선을 이용한 정전기제거장치는 10^-1 ~ 10^-3 Torr의 감압대기, 감압질소 및 감압아르곤 가스 환경에서 정전기 제거능력인 제전완화시간이 10^-2초로 최대의 능력을 나타냈음을 알 수 있었다.
따라서 10^-1 ~ 10^-3 Torr의 대기감압, N2 및 Ar 가스의 환경에서 정전기제거능력은 대기압의 환경에 비해서 10² ~ 10³ 정도로 성능이 좋아짐을 알 수 있다. 10^-3 Torr 이하의 감압상태에서는 제전시간이 10^-1초 이상으로 상승함을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	디스플레이 및 반도체 제조공정에서 이용하는 정전기를 제거하는 방식으로 무엇이 있는가?	이러한 제조공정에서 정전기를 제거하는 방식으로는 코로나방전을 이용하는 방식과 연X선(Soft X-ray)을 이용하는 방법이 있다.
	중수소 램프는 무엇으로 구성되는가?	진공자외선을 발생하기 위하여 중수소 램프를 사용 하였다. 중수소 램프는 석영관, 발광부, 리드선, 핀치부 등으로 구성되고, 아크방전(Arc Discharge)을 이용한 방전관으로 석영유리관 내에 중수소 가스(Deuterium gas, D2)가 봉입되어 있고, 아크방전이 발생할 때 양극부분에서 100 ㎚ ∼ 200 ㎚의 연속 스펙트럼광(Continuous Spectrum Light)을 얻을 수 있다.
	본 연구의 대기, 질소 및 아르곤 가스의 감압변화에 따른 제전완화시간 분석실험에서, 대기상태의 경우 10 Torr 이상에서는 제전완화시간이 수십 초대로 정전기제거능력이 제전목표에 미치지 못하는 반면, 1 Torr에서는 제전완화시간이 0초대로 나타나는 이유는 무엇인가?	반면 1 Torr에서는 제전완화시간이 0초대로 나타났다. 이는 전자와 분자의 평균자유행정 (Mean free path)이 길어져서 전송속도가 빨라졌기 때문이다. 전송속도가 빨라짐에 따라 이온과 전자의 재결합(Recombination)과 확산(Deffusion)이 억제되었기 때문이다. 10-1 Torr ~ 10-3 Torr에서는 제전완화시간이 10-1.

참고문헌 (7)

D. H. Lee, D. S. Choi, Y. C. Jung and S. M. Kim, "A Study on Improvement of the Performance of Pulsed AC Ion Bar(1)", Journal of the Korean Society of Safety, Vol.29, No.3, pp. 34-38, 2014.
D. H. Lee, D. S. Choi, S. M. Kim and Y. C. Jung, "A Study on Improvement of the Performance of Pulsed AC Ion Bar(2)", Journal of the Korean Society of Safety, Vol.29, No.6, pp. 40-45, 2014.
Ministry of Commerce Industry and Energy, Korean Agency for Technology and Standards, "The Standard Study for Ionizer Evaluation Method", pp.224-236, 2005.
T.Namura, H.Okada, Y.Naitoh, Y.Todokora and M.Inoue, "Charged Build Up in Magnetized Process Plasma", Japan Journal Applied Physics, Vol. 30, pp.1576-1580, 1991.

상세보기
T.Ohmi and T.Shibata, "Closed Manufacturing System for Advanced Semiconductor Manufacturing", Automated Integrated Circuits Manufacturing, PV.91-5, pp.3-64, 1991.
H. Inaba, T. Ohmi, T. Yoshida and T. Okada, "Neutralization of Static Electricity by Soft X-rays & Vacuum UV Radiation", Journal of Electrostatics, Vol.33, pp.15-42, 1994.

상세보기
S. Sakata, H. Inaba, T. Yoshida and T. Okada, "Contamination Free Ionizer for Static Control in Super Clean Room", Proc. 3rd Int. Aerosol Conference, pp.817-820, 1990.

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