Monte Calro N-Particle Extended Code를 이용한 연X선 정전기제거장치의 최적설계 및 특성

Abstract

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 kV, 10 kV, 15 kV and the target material is tungsten(W), gold(Au), silver(Ag). At the result, Gold(Au) shows optimum efficiency. However, the advanced technology and super-precision manufacturing technique are highly mandatory in order to obtain the most optimized X-ray generating efficiency for metalizing materials in micron unit. Therefore, tolerance of the result of study is provided as below. In case of gold and tungsten materials, any allowance of the target thickness within ± 0.02 ㎛ is resulted in producing optimized efficiency of anti-static performance. But, the maximum X-ray energy of silver is remarkably smaller which demonstrates lack of X-ray generating efficiency In accelerating voltage at 5 kV, a high efficiency section of gold and tungsten materials are indicated between 0.04 and 0.07 ㎛, and their X-ray energy varies between 2.21×108 and 2.22×108. In accelerating voltage at 10 kV, a high efficiency section of gold and tungsten materials are indicated between 0.16 and 0.20 ㎛, and their X-ray energy varies between 1.95×109 and 1.97×109. In accelerating voltage at 15 kV, a high efficiency section of gold and tungsten materials are indicated between 0.26 and 0.30 ㎛, and their X-ray energy varies between 4.56×109 and 4.59×109. . To develop such a revolutionary X-ray ionizer that is free of X-ray radiation and has function to control the volume of ion formation simultaneously is a goal of this research and it absolutely overcomes the current risks of X-ray ionization. In this research, the new generation of X-ray ionizer can easily control both the volume of ion formation and the leakage radiation level at the same time. In the research, the test constraints were set and the descriptions are as below; First, in order not to leak x-ray radiation while testing, the shielding box was fully installed around the test equipment area. Second, implement the metallic ring electrode along a tube window and applied zero to ±8 kV with respect to manage the positive and negative ions formation. Lastly, the ion duty ratio was able to be controlled in different test set-ups along with a free X-ray leakage through the metallic ring electrode. In the result of experiment, the maximum X-ray radiation leakage was 0.2 µSv/h.

현대 산업사회에서 IT산업을 선도하는 분야인 디스플레이관련 시장이 지속적으로 성장하면서 액정패널(Liquid crystal panel), 평판디스플레이(Flat panel display) 및 반도체 제조(Semiconductor manufacturing) 등과 같은 첨단전자제품 제조공정에서의 정전기로 인한 문제는 매우 심각하게 받아들여지고 있다. 디스플레이 산업의 경우 유리 기판의 대형화와 고집적화 됨에 따라 정전기 방전현상 및 정전기 역학현상은 더욱 증가하고 있다. 이 문제를 해결하기 위해서 도체의 경우에는 접지를 실시하여 전하를 흘려보내고 있으나, LCD, FPD 등의 디스플레이 산업에 사용되는 유리 기판은 그 자체가 절연체로 접지에 의한 정전전하의 제거가 불가능한 경우가 있다. 이런 경우에는 반대극성의 전하를 공급하여 절연체를 중화시키는 정전기제거장치를 사용하는 것이 일반적인 방법이다. 정전기제거장치는 이온을 방출하여 정전기를 제거하는 방법으로 주로 코로나방전을 이용하는 방식과 연X선을 조사하여 정전기를 제거하는 방식으로 나눌 수 있다. 코로나방전방식은 백화현상, 오염원 방출, 이온불균형 제어, 오존 조절, 정전유도현상 제어 등의 문제점이 있어 이를 해결하기 위해 해결하기 위해 연X선의 공기전리 작용을 사용하여 주위 공기 및 가스분자를 이온화시켜 제전대상물의 정전기를 중화시키거나 완화시키는 방법이 사용되고 있다. 연X선 조사방식을 이용한 정전기제거장치는 노이즈, 미립자 등의 미세먼지를 전혀 발생시키지 않고 140°의 연X선 방사각으로 제전범위가 넓어 대형화된 유리 기판 등 절연체의 제전에 유리하며, 방전현상이 없어 근접거리에의 설치가능 및 이온화된 공기의 강제 대류도 필요하지 않아 디스플레이 및 반도체 제조공정에서 최적의 정전기제거장치로 사용하기에 적합하다 할 수 있다. 그러나 인체에 유해한 방사선을 사용하기 때문에 반드시 차폐장치를 설치해야하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 연X선식 정전기제거장치의 최적의 정전기제거효율을 검토하고 실제 제작하여 제전효율을 측정함과 동시에 방사선의 노출위험이 없는 연X선 정전기제거장치의 기초자료를 제공하고자 한다.