KR102169200B1 - 챔버 내부 누출률 계산 방법 - Google Patents

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이춘업
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Abstract

IPA(Isopropyl alcohol)를 분사하여 웨이퍼 세척 공정을 진행하는 챔버 내의 누출률을 계산하는 방법에 있어서, 상기 챔버의 내부 영역을 나타내는 유동영역을 생성하는 유동영역 생성 단계; 상기 유동영역에 격자계를 설정하는 격자계 생성 단계; 상기 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건을 설정하는 해석 모델링 단계; 상기 챔버 내로의 IPA 분사에 따른 IPA-Gas 분포를 상기 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건에 따라 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 IPA 증발량 분석 단계; 및 소정 시간 동안 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타나는 IPA-Gas 분포를 모니터링하고, 이를 이용하여 상기 챔버 내의 누출률을 계산하는 챔버 내부 누출률 계산 단계;를 포함하는, 챔버 내부 누출률 계산 방법을 개시한다.

Description

챔버 내부 누출률 계산 방법{A METHOD OF CALCULATION INNER CHAMBER LEAKAGE RATE}
본 발명은 챔버 내부 누출률 계산 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건조 공정을 위한 웨이퍼가 수용되는 챔버 내의 누출률 계산 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 공정 및 패터닝하는 공정 등의 전후에 적용되는 세정공정의 중요성이 커지고 있다. 이에 따라, 세정공정을 마무리하는 건조공정의 중요성도 점점 부각되고 있다.
최근에는 이소프로필알콜(IsoPropyl Alcohol; 이하 IPA라고 함)으로 세정공정에서 사용된 탈이온수(Deionized water)를 제거하는 IPA 건조방법이 많이 사용되고 있다. 여기서, IPA 건조방법이란 탈이온수에 의하여 세정된 웨이퍼의 표면을 덮고 있는 탈이온수를 IPA에 의하여 치환하여 제거하는 것이다. IPA 건조방법은 습식 공정에서 H2O2 최종처리 없이 IPA 분위기에서 건조시킴으로써 공정이 단순화될 수 있다. 또한, IPA는 물과의 친화력이 뛰어나므로 이를 이용하여 최대의 건조 효과를 얻을 수 있다. 탈이온수가 IPA에 의해 완전히 치환되면, 웨이퍼를 일정기간 공기 중에 방치하여 IPA를 증발시킨다. IPA가 증발되면 건조공정은 마무리된다.
한편, 이러한 IPA 건조공정은 챔버 내에서 진행되는데, 챔버 내부의 증발 온도(Saturation Temperature) 설정에 따라 챔버 내로 분사되는 IPA 증발량에 차이가 발생한다. 따라서, 챔버 내의 증발 온도 설정이 중요한데 이를 미리 시뮬레이션할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명의 일측면은 증발 온도에 따른 IPA 누출률을 쉽게 시뮬레이션하기 위한 챔버 내부 누출률 계산 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 시뮬레이션 결과에 따른 시간에 따른 IPA 누출률을 나타내는 그래프를 별도의 저장 장치에 저장하되, 중복되는 그래프를 제거하여 저장하는 챔버 내부 누출률 계산 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 IPA(Isopropyl alcohol)를 분사하여 웨이퍼 세척 공정을 진행하는 챔버 내의 누출률을 계산하는 방법에 있어서, 상기 챔버의 내부 영역을 나타내는 유동영역을 생성하는 유동영역 생성 단계; 상기 유동영역에 격자계를 설정하는 격자계 생성 단계; 상기 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건을 설정하는 해석 모델링 단계; 상기 챔버 내로의 IPA 분사에 따른 IPA-Gas 분포를 상기 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건에 따라 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 IPA 증발량 분석 단계; 및 소정 시간 동안 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타나는 IPA-Gas 분포를 모니터링하고, 이를 이용하여 상기 챔버 내의 누출률을 계산하는 챔버 내부 누출률 계산 단계;를 포함한다.
한편, 상기 유동영역 생성 단계는, 상기 챔버의 3D CAD 파일을 수집하여, 상기 챔버 내에서의 IPA의 분사 노즐 및 웨이퍼의 장착 위치를 확인하는 단계; 및 상기 챔버 내에서의 IPA의 분사 노즐 및 웨이퍼의 장착 위치를 각각 X축 Y축으로 한 축대칭 형상으로 가정하여 상기 유동영역을 나타내는 좌표 영역을 모델링하는 단계;를 포함하고,
상기 격자계 생성 단계는, 상기 유동영역을 나타내는 좌표 영역에 Hexahedron 타입의 격자계를 적용하는 단계; 및 상기 유동영역을 나타내는 좌표 영역에서 상기 IPA의 분사 노즐 및 웨이퍼의 장착 위치에 대응하는 부분 영역에 다른 영역보다 조밀한 격자계를 적용하는 단계;를 포함하고,
상기 해석 모델링 단계는, 다상 유동모델(VOF model), 난류모델(SST model), 상기 챔버의 초기 온도, 증발모델(Lee model), 상기 IPA의 증발 온도, 상기 IPA의 표면장력 및 상기 챔버 내에 장착되는 웨이퍼의 회전 속도를 포함하는 상기 누출률 계산 해석 조건을 설정하는 단계;를 포함하고,
상기 IPA의 증발 온도를 설정하는 단계는, 상기 IPA의 증발 온도를 19℃, 15℃, 12℃, 10℃ 및 0℃의 5 가지로 설정하는 단계;를 포함하고,
상기 해석 모델링 단계는, FFU(FAN FILTER UNIT)을 통한 상기 챔버 내로의 공기 유입 속도 및 상기 챔버의 배기 압력을 포함하는 챔버 조건을 설정하는 단계; 및 상기 IPA의 분사 노즐의 분사 속도를 포함하는 IPA 분사 조건을 설정하는 단계;를 더 포함하고,
상기 증발량 분석 단계는, 상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 소정 시간 동안의 IPA-Gas 분포를 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 단계;를 포함하고,
상기 증발량 분석 단계는, 상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 소정 시간 동안의 IPA의 속도 분포, IPA의 압력 분포 및 IPA-liquid 분포를 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 단계; 및 상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 IPA의 노즐을 중심으로 하여 상기 IPA의 노즐로부터 분사되는 IPA-liquid의 분포를 나타내는 단계;를 더 포함하고,
상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 IPA의 노즐을 중심으로 하여 상기 IPA의 노즐로부터 분사되는 IPA-liquid의 분포를 나타내는 단계는, 상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 IPA의 노즐을 중심으로부터 IPA가 분사되고 소정 시간 동안 상기 IPA의 노즐을 중심으로 한 IPA-liquid의 경계면을 도시하는 단계;를 포함하고,
상기 챔버 내부 누출률 계산 단계는, 상기 증발량 분석 단계에서 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 IPA-Gas 분포를 모니터링하여, 시간에 따른 IPA-Gas 질량을 나타내는 그래프를 산출하는 단계; 및 상기 시간에 따른 IPA-Gas 질량을 나타내는 그래프를 이용하여 시간에 따른 IPA 누출률을 나타내는 그래프를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 챔버 내부 누출률 계산 단계는, 시간에 따른 IPA 누출률을 나타내는 그래프를 별도의 저장 장치에 저장하는 단계;를 더 포함하고,
시간에 따른 IPA 누출률을 나타내는 그래프를 별도의 저장 장치에 저장하는 단계는, 시간 단위 별로 시간에 대한 물질 이동 속도의 평균 기울기를 산출하는 단계; 저장된 그래프들을 이용하여 IPA 증발 온도 별로 시간에 대한 물질 이동 속도의 평균 기울기 변화량을 산출하는 단계; IPA 증발 온도 별 시간에 대한 물질 이동 속도의 평균 기울기 변화량에 비례하도록 IPA 증발 온도 별 기울기 차이 임계값을 설정하는 단계; 두 개의 그래프 간의 IPA 증발 온도 별 기울기 차이와 기울기 차이 임계값을 비교하고, 두 개의 그래프 간의 IPA 증발 온도 별 기울기 차이가 기울기 차이 임계값을 초과하는 경우, 두 개의 그래프 중 어느 하나의 그래프를 삭제하는 단계;를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 시뮬레이션 결과에 따라 필요로 하는 챔버 내의 IPA 분사 환경을 조성할 수 있으며, 웨이퍼 세척 공정의 설계 조건을 설정하는 데에 도움을 주어 공정의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 그래프 간의 기울기 비교를 통해 중복 또는 유사한 그래프를 산출하고, 중복 또는 유사한 그래프 중 어느 하나의 그래프만을 저장함으로써, 저장 공간을 효율적으로 관리할 수 있으며, 나아가 시스템 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 방법의 순서도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 유동영역 생성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 격자계 생성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 해석 모델링 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 10은 도 1에 도시된 증발량 분석 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 도 1에 도시된 챔버 내부 누출률 계산 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치의 개념도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치의 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 방법은 유동영역 생성 단계(S100), 격자계 생성 단계(S200), 해석 모델링 단계(S300), IPA(Isopropyl alcohol) 증발량 분석 단계(S400) 및 챔버 내부 누출률 계산 단계(S500)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 누출률 계산 방법은 도 1에 도시된 방법에 따라 IPA를 분사하여 웨이퍼 세척 공정을 진행하는 챔버 내의 누출률을 계산하기 위한 방법으로, 증발 온도(Saturation Temperature) 별 챔버 내에 분사되는 IPA의 증발량을 모니터링하여 챔버 내의 누출률을 계산할 수 있다.
이와 같은 챔버 누출률 계산 방법이 웨이퍼 세척 공정에 적용되는 경우, 웨이퍼 세척 공정의 설계 조건을 설정하는 데에 도움을 주어 공정의 효율을 높일 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 누출률 계산 방법의 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.
유동영역 생성 단계(S100)는 챔버의 내부 영역을 나타내는 유동영역을 생성할 수 있다. 이와 관련하여 도 2 및 도 3을 예로 들어 설명한다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 유동영역 생성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 유동영역 생성 단계(S100)는 챔버의 3D CAD 파일을 수집할 수 있다. 챔버의 3D CAD 파일은 챔버의 제조사측으로부터 수집할 수 있으며, 챔버 내에서의 IPA의 분사 노즐(①) 및 웨이퍼의 장착 위치(②)를 확인할 수 있다.
도 3을 참조하면, 유동영역 생성 단계(S100)는 챔버의 3D CAD 파일을 이용하여 챔버 내로 분사되는 IPA의 유동영역을 나타내는 좌표 영역을 모델링할 수 있다. 이때, 유동영역 생성 단계(S100)에서는 ANSYS 사의 SpaceClaim 2020 R1 프로그램이 적용될 수 있다. 유동영역 생성 단계(S100)는 챔버 내에서의 IPA의 분사 노즐(X축) 및 웨이퍼의 장착 위치(Y축)를 축대칭 형상으로 가정하여 유동영역을 나타내는 좌표 영역을 모델링할 수 있다.
격자계 생성 단계(S200)는 유동영역에 격자계를 설정할 수 있다. 이와 관련하여 도 4를 예로 들어 설명한다.
도 4는 도 1에 도시된 격자계 생성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 격자계 생성 단계(S200)는 도 3에 도시된 바와 같은 유동영역을 나타내는 좌표 영역에 Hexahedron 타입의 격자계를 적용할 수 있다. 예컨대, 노드 수는 82,014개이고, 격자 수는 79,648개가 적용될 수 있다. 이때, 격자계 생성 단계(S200)에서는 ANSYS 사의 Meshing 2020 R1 프로그램이 적용될 수 있다.
여기서, 격자계 생성 단계(S200)는 챔버 내에서의 IPA의 분사 노즐(①) 및 웨이퍼의 장착 위치(②)에 대응하는 부분에는 다른 부분보다 조밀한 격자계를 적용할 수 있다.
해석 모델링 단계(S300)는 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건을 설정할 수 있다.
예를 들면, 해석 모델링 단계(S300)에서는 비정상상태 해석 수행, 중력에 의한 부력 고려, 사용 유체(공기, IPA-liquid, IPA-Gas), 다상 유동모델(VOF model), 난류모델(SST model), 챔버 초기 온도(20℃), 증발모델(Lee model), IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃), IPA 표면장력(0.023Nm) 및 웨이퍼 회전 속도(500RPM) 등을 포함하는 누출률 계산 해석 조건을 설정할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 해석 모델링 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 해석 모델링 단계(300)에서는 FFU(FAN FILTER UNIT)을 통한 챔버 내로의 공기 유입 속도(0.13m/s) 및 챔버의 배기 압력(50Pa) 등을 포함하는 챔버 조건을 더 설정할 수 있다.
또한, 해석 모델링 단계(300)에서는 IPA 노즐의 분사 속도(110cc/min, 0.737m/s)를 포함하는 IPA 분사 조건을 더 설정할 수 있다.
증발량 분석 단계(S400)는 챔버 내로의 IPA 분사에 따른 속도 분포, 압력 분포, IPA-liquid 분포 및 IPA-Gas 분포를 격자계가 설정된 유동영역에 나타낼 수 있다. 이때, 증발량 분석 단계(S400)에서는 ANSYS 사의 Fluent 2020 R1 프로그램이 적용될 수 있다.
이와 관련하여 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 6 내지 도 10은 도 1에 도시된 증발량 분석 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 증발량 분석 단계(S400)에서는 해석 모델링 단계(S300)에서 설정된 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃) 별로 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 10 초가 흐른 후의 IPA 속도 분포를 격자계가 설정된 유동영역에 나타낼 수 있다.
도 6에서 알 수 있듯이 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃)와 무관하게 IPA 속도 분포가 거의 동일한 패턴을 보이며, IPA 분사 노즐 측의 유속이 가장 빠르고, 웨이퍼 장착 위치 측에서의 유속은 빠르지 않은 것으로 확인된다.
도 7을 참조하면, 증발량 분석 단계(S400)에서는 해석 모델링 단계(S300)에서 설정된 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃) 별로 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 10 초가 흐른 후의 압력 분포를 격자계가 설정된 유동영역에 나타낼 수 있다.
도 7에서 알 수 있듯이 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃)와 무관하게 챔버 내에서의 압력이 거의 동일한 패턴을 보이며, IPA 분사 노즐 측과 웨이퍼의 중심 측(IPA가 떨어지는 영역)에서의 압력이 높은 것으로 확인된다.
도 8을 참조하면, 증발량 분석 단계(S400)에서는 해석 모델링 단계(S300)에서 설정된 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃) 별로 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 10 초가 흐른 후의 IPA-liquid의 분포를 격자계가 설정된 유동영역에 나타낼 수 있다.
도 8에서 알 수 있듯이, IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃)가 낮아질수록 웨이퍼의 외각 측에서의 IPA-liquid의 분포가 낮아짐을 확인할 수 있다.
도 9를 참조하면, 증발량 분석 단계(S400)에서는 해석 모델링 단계(S300)에서 설정된 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃) 별로 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 10 초가 흐른 후의 IPA-gas의 분포를 격자계가 설정된 유동영역에 나타낼 수 있다.
도 9에서 알 수 있듯이, IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃)가 낮아질수록 웨이퍼의 외각 측에서의 IPA-gas의 분포가 높아짐을 확인할 수 있다.
한편, 증발량 분석 단계(S400)에서는 해석 모델링 단계(S300)에서 설정된 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃) 별로 IPA 노즐을 중심으로 하여 노즐로부터 분사되는 IPA-liquid의 분포를 나타낼 수 있다. 이와 관련하여 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10을 참조하면, 증발량 분석 단계(S400)에서는 해석 모델링 단계(S300)에서 설정된 IPA 증발 온도(19, 15, 12, 10, 0℃) 별로 IPA 노즐을 중심으로 한 IPA-liquid의 분포를 나타낼 수 있다. 즉, 증발량 분석 단계(S400)에서는 IPA 노즐로부터 IPA가 분포되고 10 초가 흐른 후 IPA 노즐을 중심으로 한 IPA-liquid의 경계면을 도시할 수 있다.
도 10에서 알 수 있듯이, 증발 온도가 낮아짐에 따라 IPA-liquid의 경계면이 줄어듦을 확인할 수 있는데, 이는 증발 온도가 낮아짐에 따라 증발이 활발히 일어나기 때문이다.
증발량 분석 단계(S400)는 이와 같은 분포 모니터링 데이터를 관리자 단말을 통해 출력할 수 있다.
챔버 내부 누출률 계산 단계(S500)는 소정 시간 동안 격자계가 설정된 유동영역에 나타나는 IPA-Gas 분포를 모니터링하고, 이를 이용하여 챔버 내부 누출률을 계산할 수 있다. 이와 관련하여 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11 및 도 12는 도 1에 도시된 챔버 내부 누출률 계산 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 챔버 내부 누출률 계산 단계(S500)는 소정 시간(일예로, 10초) 동안 증발량 분석 단계(S400)에서 나태내는 격자계가 설정된 유동영역에 나타나는 IPA-Gas 분포를 모니터링하여, 시간에 따른 IPA-Gas 질량을 나타내는 그래프를 도시할 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 그래프는 시간에 따른 챔버 내에서의 IPA 증발량을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 챔버 내부 누출률 계산 단계(S500)는 도 11에 도시된 그래프를 이용하여 누출률(kg/s)을 산출하고, 시간에 따른 IPA 누출률을 나타내는 그래프를 도시할 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 그래프는 시간에 따라 챔버로 분사되는 IPA의 물질 이동 속도(mass transfer rate)를 나타낸다.
도 11 및 도 12의 데이터는 아래 표 1과 같다.
Figure 112020056950809-pat00001
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 방법에 따르면, 도 6 내지 도 9에서 알 수 있듯이 증발 온도에 따른 IPA 속도 및 압력의 변화는 없다는 것을 확인할 수 있다. 또한, IPA의 증발은 웨이퍼의 외각에서 활발히 일어남을 확인할 수 있다. 또한, 도 11 및 도 12에서 알 수 있듯이, 증발 온도가 낮을수록 IPA의 증발량 및 누출률이 증가함을 확인할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 방법을 이용하여 증발 온도에 따른 IPA 누출률을 쉽게 시뮬레이션할 수 있으며, 시뮬레이션 결과에 따라 필요로 하는 챔버 내의 IPA 분사 환경을 조성할 수 있을 것이다.
한편, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치의 개념도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치(1)는 유동영역 생성부(10), 격자계 생성부(20), 해석 모델링부(30), IPA 증발량 분석부(40) 및 챔버 내부 누출률 계산부(50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치(1)는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 방법에 따라 증발 온도에 따른 IPA 누출률을 시뮬레이션하여 제공할 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 방법은 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치(1)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다.
유동영역 생성 단계(S100), 격자계 생성 단계(S200), 해석 모델링 단계(S300), IPA(Isopropyl alcohol) 증발량 분석 단계(S400) 및 챔버 내부 누출률 계산 단계(S500)는 각각 유동영역 생성부(10), 격자계 생성부(20), 해석 모델링부(30), IPA 증발량 분석부(40) 및 챔버 내부 누출률 계산부(50)에서 진행될 수 있다. 따라서, 이하에서는 각 구성에서 진행되는 방법에 대하여 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치(1)의 각 구성은 통합 모듈로 형성되거나 하나 이상의 모듈로 이루어질 수 있다. 또는, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치(1)는 통신이 가능하고 정보의 입출력이 가능한 장치로, 이동성을 갖거나 고정될 수 있으며, 예를 들면, PC, 스마트폰, 태블릿 등으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치(1)는 도 1에 도시된 챔버 내부 누출률 계산 방법에 따른 프로그램이 탑재된 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 장치(1)의 각 구성은 이러한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 제어될 수 있다.
이하, 도 13에 도시된 장치(1)의 각 구성에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
유동영역 생성부(10)는 챔버의 내부 영역을 나타내는 유동영역을 생성할 수 있다.
격자계 생성부(20)는 유동영역에 격자계를 설정할 수 있다.
해석 모델링부(30)는 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건을 설정할 수 있다.
IPA 증발량 분석부(40)는 챔버 내로의 IPA 분사에 따른 속도 분포, 압력 분포, IPA-liquid 분포 및 IPA-Gas 분포를 격자계가 설정된 유동영역에 나타낼 수 있다.
챔버 내부 누출률 계산부(50)는 소정 시간 동안 격자계가 설정된 유동영역에 나타나는 IPA-Gas 분포를 모니터링하고, 이를 이용하여 챔버 내부 누출률을 계산할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치(1)는 증발 온도에 따른 IPA 누출률을 쉽게 시뮬레이션할 수 있으며, 작업자는 시뮬레이션 결과에 따라 필요로 하는 챔버 내의 IPA 분사 환경을 조성할 수 있을 것이다.
한편, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치의 개념도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치(1')는 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부 누출률 계산 장치(1)의 각 구성에 더하여 데이터 저장부(60)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 데이터 저장부(60)에 대해서만 설명하고, 나머지 유동영역 생성부(10), 격자계 생성부(20), 해석 모델링부(30), IPA 증발량 분석부(40) 및 챔버 내부 누출률 계산부(50)에 대한 설명은 상술한 것으로 대체한다.
데이터 저장부(60)는 챔버 내부 누출률 계산부(50)에서 산출한 그래프를 별도의 저장 장치에 저장할 수 있다. 여기서, 챔버 내부 누출률 계산부(50)에서 산출하는 그래프는, 시간에 따른 IPA 누출률(kg/s) 그래프로, 시간에 따라 챔버로 분사되는 IPA의 물질 이동 속도(mass transfer rate)를 나타낸다(도 12 참조).
데이터 저장부(60)는 이러한 그래프를 별도의 저장 장치에 저장하되, 중복되는 그래프를 저장하는 것을 방지 하기 위하여 중복 검사 단계를 진행할 수 있다.
예를 들면, 데이터 저장부(60)는 도 12에 도시된 IPA 증발 온도 별 시간에 대한 물질 이동 속도를 나타내는 그래프에 있어서, 시간 단위(예컨대, 1초) 별로 시간에 대한 물질 이동 속도의 평균 기울기를 산출할 수 있다.
데이터 저장부(60)는 저장된 그래프들을 이용하여 IPA 증발 온도 별로 시간에 대한 물질 이동 속도의 평균 기울기 변화량을 산출하여 미리 저장할 수 있다.
데이터 저장부(60)는 이러한 IPA 증발 온도 별 시간에 대한 물질 이동 속도의 평균 기울기 변화량에 기반하여 IPA 증발 온도 별 기울기 차이 임계값을 설정할 수 있다. 예컨대, 데이터 저장부(60)는 시간에 대한 물질 이동 속도의 평균 기울기 변화량에 비례하도록 IPA 증발 온도 별 기울기 차이 임계값을 설정할 수 있다.
데이터 저장부(60)는 두 개의 그래프 간의 IPA 증발 온도 별 기울기 차이와 기울기 차이 임계값을 비교하고, 두 개의 그래프 간의 IPA 증발 온도 별 기울기 차이가 기울기 차이 임계값을 초과하는 경우, 두 개의 그래프 중 어느 하나의 그래프를 삭제할 수 있다. 이때, 데이터 저장부(60)는 두 개의 그래프 중 가장 최근에 생성된 그래프를 남겨두고 다른 그래프를 삭제할 수 있다.
이처럼 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 그래프 간의 기울기 비교를 통해 중복 또는 유사한 그래프를 산출하고, 중복 또는 유사한 그래프 중 어느 하나의 그래프만을 저장함으로써, 저장 공간을 효율적으로 관리할 수 있으며, 나아가 시스템 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 챔버 내부 누출률 계산 장치
10: 유동영역 생성부
20: 격자계 생성부
30: 해석 모델링부
40: IPA 증발량 분석부
50: 챔버 내부 누출률 계산부

Claims (2)

  1. 유동영역 생성부, 격자계 생성부, 해석 모델링부, IPA(Isopropyl alcohol) 증발량 분석부 및 챔버 내부 누출률 계산부를 포함하는 챔버 내부 누출률 계산 장치가 IPA(Isopropyl alcohol)를 분사하여 웨이퍼 세척 공정을 진행하는 챔버 내의 누출률을 계산하는 방법에 있어서,
    상기 유동영역 생성부가 상기 챔버의 내부 영역을 나타내는 유동영역을 생성하는 유동영역 생성 단계;
    상기 격자계 생성부가 상기 유동영역에 격자계를 설정하는 격자계 생성 단계;
    상기 해석 모델링부가 상기 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건을 설정하는 해석 모델링 단계;
    상기 IPA 증발량 분석부가 상기 챔버 내로의 IPA 분사에 따른 IPA-Gas 분포를 상기 챔버 내의 누출률 계산 해석 조건에 따라 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 IPA 증발량 분석 단계; 및
    상기 챔버 내부 누출률 계산부가 소정 시간 동안 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타나는 IPA-Gas 분포를 모니터링하고, 이를 이용하여 상기 챔버 내의 누출률을 계산하는 챔버 내부 누출률 계산 단계;를 포함하고,
    상기 유동영역 생성 단계는,
    상기 챔버의 3D CAD 파일을 수집하여, 상기 챔버 내에서의 IPA의 분사 노즐 및 웨이퍼의 장착 위치를 확인하는 단계; 및
    상기 챔버 내에서의 IPA의 분사 노즐 및 웨이퍼의 장착 위치를 각각 X축 Y축으로 한 축대칭 형상으로 가정하여 상기 유동영역을 나타내는 좌표 영역을 모델링하는 단계;를 포함하고,
    상기 격자계 생성 단계는,
    상기 유동영역을 나타내는 좌표 영역에 Hexahedron 타입의 격자계를 적용하는 단계; 및
    상기 유동영역을 나타내는 좌표 영역에서 상기 IPA의 분사 노즐 및 웨이퍼의 장착 위치에 대응하는 부분 영역에 다른 영역보다 조밀한 격자계를 적용하는 단계;를 포함하고,
    상기 해석 모델링 단계는,
    다상 유동모델(VOF model), 난류모델(SST model), 상기 챔버의 초기 온도, 증발모델(Lee model), 상기 IPA의 증발 온도, 상기 IPA의 표면장력 및 상기 챔버 내에 장착되는 웨이퍼의 회전 속도를 포함하는 상기 누출률 계산 해석 조건을 설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 IPA의 증발 온도를 설정하는 단계는,
    상기 IPA의 증발 온도를 19℃, 15℃, 12℃, 10℃ 및 0℃의 5 가지로 설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 해석 모델링 단계는,
    FFU(FAN FILTER UNIT)을 통한 상기 챔버 내로의 공기 유입 속도 및 상기 챔버의 배기 압력을 포함하는 챔버 조건을 설정하는 단계; 및
    상기 IPA의 분사 노즐의 분사 속도를 포함하는 IPA 분사 조건을 설정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 증발량 분석 단계는,
    상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 소정 시간 동안의 IPA-Gas 분포를 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 단계;를 포함하고,
    상기 증발량 분석 단계는,
    상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 챔버 내로 IPA를 분사하고, 각각 소정 시간 동안의 IPA의 속도 분포, IPA의 압력 분포 및 IPA-liquid 분포를 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 단계; 및
    상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 IPA의 노즐을 중심으로 하여 상기 IPA의 노즐로부터 분사되는 IPA-liquid의 분포를 나타내는 단계;를 더 포함하고,
    상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 IPA의 노즐을 중심으로 하여 상기 IPA의 노즐로부터 분사되는 IPA-liquid의 분포를 나타내는 단계는,
    상기 IPA의 증발 온도 별로 상기 IPA의 노즐을 중심으로부터 IPA가 분사되고 소정 시간 동안 상기 IPA의 노즐을 중심으로 한 IPA-liquid의 경계면을 도시하는 단계;를 포함하고,
    상기 챔버 내부 누출률 계산 단계는,
    상기 증발량 분석 단계에서 상기 격자계가 설정된 유동영역에 나타내는 IPA-Gas 분포를 모니터링하여, 시간에 따른 IPA-Gas 질량을 나타내는 그래프를 산출하는 단계; 및
    상기 시간에 따른 IPA-Gas 질량을 나타내는 그래프를 이용하여 시간에 따른 IPA 누출률을 나타내는 그래프를 산출하는 단계;를 포함하는, 챔버 내부 누출률 계산 방법.
  2. 삭제
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