Monte Carlo N-Particle Extended 코드를 이용한 연X선 정전기제거장치의 최적설계에 관한 연구 A Study on the Optimal Design of Soft X-ray Ionizer using the Monte Carlo N-Particle Extended Code원문보기
In recent emerging industry, Display field becomes bigger and bigger, and also semiconductor technology becomes high density integration. In Flat Panel Display, there is an issue that electrostatic phenomenon results in fine dust adsorption as electrostatic capacity increases due to bigger size. Des...
In recent emerging industry, Display field becomes bigger and bigger, and also semiconductor technology becomes high density integration. In Flat Panel Display, there is an issue that electrostatic phenomenon results in fine dust adsorption as electrostatic capacity increases due to bigger size. Destruction of high integrated circuit and pattern deterioration occur in semiconductor and this causes the problem of weakening of thermal resistance. In order to solve this sort of electrostatic failure in this process, Soft X-ray ionizer is mainly used. Soft X-ray Ionizer does not only generate electrical noise and minute particle but also is efficient to remove electrostatic as it has a wide range of ionization. X-ray Generating efficiency has an effect on soft X-ray Ionizer affects neutralizing performance. There exist variable factors such as type of anode, thickness, tube voltage etc., and it takes a lot of time and financial resource to find optimal performance by manufacturing with actual X-ray tube source. MCNPX (Monte Carlo N-Particle Extended) is used for simulation to solve this kind of problem, and optimum efficiency of X-ray generation is anticipated. In this study, X-ray generation efficiency was measured according to target material thickness using MCNPX under the conditions that tube voltage is 5 keV, 10 keV, 15 keV and the target Material is Tungsten(W), Gold(Au), Silver(Ag). At the result, Gold(Au) shows optimum efficiency. In Tube voltage 5 keV, optimal target thickness is $0.05{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $2.22{\times}10^8$ x-ray flux. In Tube voltage 10 keV, optimal target Thickness is $0.18{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $1.97{\times}10^9$ x-ray flux. In Tube voltage 15 keV, optimal target Thickness is $0.29{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $4.59{\times}10^9$ x-ray flux.
In recent emerging industry, Display field becomes bigger and bigger, and also semiconductor technology becomes high density integration. In Flat Panel Display, there is an issue that electrostatic phenomenon results in fine dust adsorption as electrostatic capacity increases due to bigger size. Destruction of high integrated circuit and pattern deterioration occur in semiconductor and this causes the problem of weakening of thermal resistance. In order to solve this sort of electrostatic failure in this process, Soft X-ray ionizer is mainly used. Soft X-ray Ionizer does not only generate electrical noise and minute particle but also is efficient to remove electrostatic as it has a wide range of ionization. X-ray Generating efficiency has an effect on soft X-ray Ionizer affects neutralizing performance. There exist variable factors such as type of anode, thickness, tube voltage etc., and it takes a lot of time and financial resource to find optimal performance by manufacturing with actual X-ray tube source. MCNPX (Monte Carlo N-Particle Extended) is used for simulation to solve this kind of problem, and optimum efficiency of X-ray generation is anticipated. In this study, X-ray generation efficiency was measured according to target material thickness using MCNPX under the conditions that tube voltage is 5 keV, 10 keV, 15 keV and the target Material is Tungsten(W), Gold(Au), Silver(Ag). At the result, Gold(Au) shows optimum efficiency. In Tube voltage 5 keV, optimal target thickness is $0.05{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $2.22{\times}10^8$ x-ray flux. In Tube voltage 10 keV, optimal target Thickness is $0.18{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $1.97{\times}10^9$ x-ray flux. In Tube voltage 15 keV, optimal target Thickness is $0.29{\mu}m$ and Largest energy of Light flux appears $4.59{\times}10^9$ x-ray flux.
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문제 정의
최적의 공기이온화를 구축하기 위해서는 최적효율의 X선관 설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 몬테카를로 코드 (Monte Carlo N - Particle Extended Code)를 사용하여 X선발생효율에 영향을 미치는 양극물질의 종류, 증착두께 및 가속전압의 최적값을 구하고자 한다.
본 연구에서는 최적화된 X선관을 구하기 위하여 몬테카를로 코드를 이용하여 에너지스펙트럼을 분석하 였다.
제안 방법
본 실험에서 첫 번째 변수로 X선 발생장치의 양극물질인 텅스텐, 금 및 은의 두께를 변화시켰을 때 에너지스펙트럼을 분석하였고, 두 번째 변수로는 가속고전압을 5, 10, 15[keV]로 변화시켰을 때 에너지스펙트럼을 분석하였다.
성능/효과
1) 가속전압 5keV에서 X선 발생효율이 최적인 물질은 금(Au)이고, 증착두께 0.05㎛에서 최대 X선에너지는 2.22×108x-ray flux이었다.
2) 가속전압 10keV에서 X선 발생효율이 최적인 물질은 금(Au)이고, 증착두께 0.18㎛에서 최대 X선에너지 값은 1.97×109x-ray flux이었다.
3) 가속전압 15keV에서 X선 발생효율이 최적인 물질은 금(Au)이고, 증착두께 0.29㎛에서 최대 X선에너지 값은 4.59×109x-ray flux이었다.
따라서 몬테카를로 코드를 이용한 시뮬레이션을 실시하여 X선발생효율에 영향을 미치는 변수를 통제하고, X선이 발생하는 양극물질의 최적두께를 시뮬레이션을 통해 예측할 수 있었다. 향후에는 몬테카를로 코드를 이용한 시뮬레이션으로 구한 최적 값과 이를 실제모델에 적용시켜 측정한 정전기제거성능을 비교분석하도록 할 것이다.
따라서, 양극물질의 증착두께에 따른 X선 발생에너지의 값은 가속전압에 따라 최대의 에너지스펙트럼을 보이는 최적의 양극물질의 증착두께를 설정하는 것이 가장 중요한 요소임을 알 수 있었다. Table 2는 양극물 질의 성분에 따른 가속전압별 최적의 증착두께를 나타낸 것이다.
몬테카를로 코드를 이용하여 양극물질의 종류, 증착 두께 및 양극전압의 변화에 따라 X선 발생에너지를 시뮬레이션한 결과, 가속전압이 증가하더라도 양극물질의 증착두께가 너무 얇을 경우에는 에너지와 전자간의 상호작용이 충분하지 못해 X선 발생에너지가 낮아지는 결과를 알 수 있었으며, 가속전압이 낮을 경우 양극 물질의 증착두께가 너무 두꺼우면 X선이 표적을 투과할 수 있는 충분한 에너지를 갖지 못하여 X선 발생에너지가 낮아지는 결과를 알 수 있었다.
후속연구
따라서 몬테카를로 코드를 이용한 시뮬레이션을 실시하여 X선발생효율에 영향을 미치는 변수를 통제하고, X선이 발생하는 양극물질의 최적두께를 시뮬레이션을 통해 예측할 수 있었다. 향후에는 몬테카를로 코드를 이용한 시뮬레이션으로 구한 최적 값과 이를 실제모델에 적용시켜 측정한 정전기제거성능을 비교분석하도록 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대전전압이 수 ~ 수십 kV 로 높게 나타나는 반도체 공정에는 무엇이 있는가
디스플레이 및 반도체제조 중 노광공정(Lithography Process), 현상공정(Development Process) 및 증착공정 (Deposition Process)에서는 대전전압이 수 ~ 수십 kV로 높게 나타난다1). 또한 유리기판 및 웨이퍼 크기가 커짐에 따라 정전용량이 증가하여 높은 대전전압으로 인한 정전기방전(Electrostatic Discharge)에 의해 고집적회로의 파괴, 패턴의 용융과 미세먼지가 흡착되어 불량이 발생하는 등 정전기장해가 증가하고 있다2).
몬테카를로 코드를 본 논문에서 사용하는 이유는?
그러나 상기에 언급한 공정에 따라서는 정전기제거에 필요한 최적의 공기이온화를 적용할 필요가 있다. 최적의 공기이온화를 구축하기 위해서는 최적효율의 X선관 설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 몬테카를로 코드 (Monte Carlo N - Particle Extended Code)를 사용하여 X선발생효율에 영향을 미치는 양극물질의 종류, 증착두께 및 가속전압의 최적값을 구하고자 한다.
연X선식 정전기제거장치 특징은?
또한 유리기판 및 웨이퍼 크기가 커짐에 따라 정전용량이 증가하여 높은 대전전압으로 인한 정전기방전(Electrostatic Discharge)에 의해 고집적회로의 파괴, 패턴의 용융과 미세먼지가 흡착되어 불량이 발생하는 등 정전기장해가 증가하고 있다2). 이러한 정전기장해를 해결하기 위해 사용되는 연X선식 정전기제거장치(Soft X-Ray Ionizer)는 우수한 제전능력으로 디스플레이 및 반도체제조공정에는 아주 적합한 장치이다3-4). 그러나 상기에 언급한 공정에 따라서는 정전기제거에 필요한 최적의 공기이온화를 적용할 필요가 있다.
참고문헌 (6)
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H. S. Hong and K. S. Joo, "A Study on Comparison of Resolution according to Filter Material and Calculation of the Radiation Dose of X-ray Generator using MCNPX Code", Master's Thesis of Myongji University, pp. 2-16, 2015.
P. J Duke and A.G. Michette, "Modern Microscopies, Techniques and Applications", Plenum Press New York, pp. 41-45, 1990.
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