공기청정 환경에서 사용되는 구형파 고전압 제전기의 장기 특성 변화에 관한 연구

Abstract

최근 산업의 여러 분야에 있어서 정전기를 제어하여 생산 수율을 향상하고, 작업자 및 생산설비의 안전을 유지하려는 움직임이 대두되어지고 있다. 특히 FPD(Flat panel Display) 산업의 경우 유리기판 자체가 절연체이므로 정전기로 인한 방전(Electrostatic Discharge)으로 회로를 파괴시키거나 회로 패턴을 녹여 열적 저항을 약화시킨다. 또한 유리기판 크기의 대형화 추세가 이어짐에 따라 유리의 정전용량이 커지게 되고, 정전기로 인한 미세먼지의 흡착으로 불량 및 생산 품질을 저하시키는 주요한 원인으로 인식되고 있다.1-4) 이러한 정전기로 인한 불량을 줄이기 위하여 주로 정전기를 띄는 대상물의 표면에 그 반대의 극성을 지니는 공기 이온을 통하여 중화 시키는 방법을 사용하고 있다.5) 이에 따라 현재 정전기 및 미세먼지의 발생을 방지하고자 하는 목적으로 시설되는 클린룸 내부에는 바닥, 벽, 천정, 챔버 등의 내장재와 유틸리티 공간에 설치하는 배관, 닥트 등은 기본적으로 도전성을 가진 재료를 사용하고 있으며, 내부 반입품을 대전방지 재료 또는 처리된 물질로 규정하고 있다. 그렇지만 제조 과정 중의 마찰, 박리, 충돌에 의해 발생한 정전기를 적절하게 제거하여 미세먼지의 흡착을 막고 제품의 품질을 안정하게 하기 위해서 대부분의 경우에 전압 인가식 정전기 제거장치를 이용하고 있다.6-7) 이러한 제조공정에서 정전기를 위한 대책으로 사용되는 코로나 방전을 이용한 전압인가식 정전기 제거장치의 경우 7~10kV의 고압 방전에 의한 스패터링(spattering) 현상으로 방전전극의 끝 부분에 0.01μm 이하의 금속미립자가 엄청나게(수만개/ft3) 발하여 부착되었다가 강제 대류에 의해 반도체 및 LCD 패턴 주위에 부착되어 문제를 야기한다. 또한 전극 주변의 나노 파티클을 흡착하여 지속적으로 집진하게 되는 백화현상(Pearl Chain Phenomena)을 일으키며 이것은 적시에 제거되지 않을 경우에 전극에서 떨어져 나가 결국 제품의 불량을 야기하는 오염원으로써 작용하게 된다.8-12) 이에 대한 대책으로 연 X선(Soft X-Ray, 파장 1.5??)의 전리 작용을 이용한 정전기 제거장치를 사용하기도 하지만 연 X선의 인체 유해성 문제로 여러 가지의 차폐장치가 필요한 단점이 있다.13-14) 이와 같이 정전기 제거장치는 공기 이온화 특성에 따라 코로나 방전식과 방사선식으로 나눌 수 있으며, 공정 특성과 그 활용도에 따라 각각의 방식이 적용되어지고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 구형파 고전압을 사용하는 정전기 제거장치를 이용하여, 클린환경(Class 100) 내에서 시간의 변화에 따른 정전기 제거장치의 침의 표면현상에 대하여 연구하였다. 20주간의 실험을 통하여 침 전극 끝단에 형성되는 백화현상에 대한 경향성을 파악하여 전압에 따른 적정한 침 청소 주기를 설정하기 위한 기준을 잡았으며 이온전류 및 전하감쇠시간 측정을 통하여 백화현상에 의한 제전 성능 특성에 대해 실험하였다. 또한 침 전극 표면의 손상 정도를 파악하여 클린룸 내에서의 정전기제거장치 관리 방안에 대한 폭넓은 기초자료를 확보하는 데에 그 중점을 두었다.

The moves to improve productivity and ensure safety of workers and facility is emerging as a major issue lately in various fields of recent industry. Especially in case of FPD(Flat Panel Display) industry, the attachment of micro-particles are considered a major reason of a defect and low quality because a size of glass circuit and their electric capacity have been become larger repidly. In case of a static eliminator which are used for a measure of electrostatic problems, discharging needle could collect millions of micro- particle(Pearl Chain Phenomenon) and this could be possibility of contamination to half-finished product seriously if these particles are not removed at the appropriate time. As basic study to solve the problem with charging needle's contamination, this research was conducted to use static eliminator effectively in the manufacturing process focusing on the collection of basic quantitative data keeping track of process of pearl chain phenomenon and critical point causing drastic decline of static removing efficiency. This experiment for the thesis is done using Pulse AC-static eliminator with output voltage of 10.5kV and needles made of tungsten(W) for 20 weeks in the clean room(Class 100) The following is the result of this experiment; 1) Pearl Chain Phenomenon on the end of discharging needles was progressed between 1st week to 3rd week rapidly and, after that, continues to rise until 20th week slowly. 2) Decay time of a static eliminator by proceeding contamination of discharging needle sharply increased at 20th week and it is shown average 1.72 times at the distance of 300mm, 1.83 times at the distance of 600mm and 2.91 times at the distance of 900mm based on plus(+) decay time. 3) The variation of decay time is confirmed within ±0.1sec at the distance of 300mm, within ±0.3sec at the distance of 600mm and within ±1.4sec at the distance of 900mm. Even if the visible contamination(Pearl Chain Phenomenon) is occurred, it couldn't have an effect on electric removing efficiency. 4) Ion current of a static eliminator according to the contamination of discharging needle gradually decreased for 20 weeks. 5) It was expected to increase contamination on discharging needle extreamly and having the data mentioned, the period of needle's cleaning could be determinated as 20 weeks in case of static eliminator with 10.5kV output voltage. 6) Abrasion of discharging needle aging by high voltage for 20 weeks was hardly shown by electron crash to discharging needle and heat energy. It is clearly different from previous studies using discharging needle made of poly-silicon. 7) The result of EDX analysis of micro-particles collected on discharging needle was shown as SiO_(2) combined Silicon with Oxygen and it was corresponded to the elements in the atmosphere.