KR102214705B1 - 공정 환경 내에 존재하는 물질의 분석 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

공정 환경 내에 존재하는 물질의 분석 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라 물질 분석 방법이 제공된다. 상기 방법은, 공정 환경에서 채취된 시료에 포함된 적어도 하나의 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼(mass spectrum)을 획득하는 단계; 상기 질량 스펙트럼을 적어도 하나의 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

공정 환경 내에 존재하는 물질의 분석 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR ANALYZING SUBSTANCES EXISTING IN PROCESSING ENVIRONMENT AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 공정 환경 내에 존재하는 물질의 분석 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 공정에 영향을 미치는 다양한 오염 물질을 동시에 표적 또는 비표적 분석할 수 있는 물질 분석 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 산업은 첨단 산업 중 하나로 제품 생산을 위한 작업 공정 중 다양한 유기 화학 물질을 사용하는데, 반도체 작업을 위한 클린룸의 대기 또는 수질에 유기 오염 물질이 포함되는 경우, 이러한 오염 물질이 반도체 제품의 수율, 성능 등에 악영향을 미칠 수 있다.
그러나, 현재까지 반도체 공정 환경에서 발생하는 다양한 유기 오염 물질의 존재에 대한 충분한 정보가 없으며, 이러한 작업 공정에서 발생하여 반도체 제품에 영향을 미칠 수 있는 다양한 극미량의 유기 오염 물질을 동시에 측정할 수 있는 표준화된 모니터링 기법도 전무한 실정이다.
오염 물질의 처리와 관련하여, 종래는 대부분 특정한 대상 물질을 미리 선정하고, 해당 대상 물질을 공정 환경에서 제거하거나 처리함으로써 반도체 성능을 향상시키는 방향으로 기술이 발전되어 왔으나, 이는 공정 환경 내에 다양한 유기 오염 물질이 존재하고 있기 때문에 매우 제한적인 기술이며, 특정 대상 물질이 2차 부산물로 존재하는 경우 이를 놓칠 수 있다는 한계가 존재한다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 반도체 표면의 오염을 통해 제품의 성능에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 다양한 유기 오염 물질의 존재를 파악하고, 이에 기초하여 우선적으로 관리가 필요한 대상 물질을 선정할 수 있는 새로운 기술이 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정에 영향을 미치는 다양한 오염 물질을 동시에 표적 또는 비표적 분석할 수 있는 물질 분석 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 물질 분석 방법이 제공된다. 상기 방법은, 공정 환경에서 채취된 시료에 포함된 적어도 하나의 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼(mass spectrum)을 획득하는 단계; 상기 질량 스펙트럼을 적어도 하나의 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 질량 스펙트럼을 획득하는 단계는, 기체 크로마토그래피/질량분석기로부터 상기 화학 물질의 분리 순서에 따른 전체 이온 크로마토그램(total ion chromatogram)을 획득하는 단계; 및 상기 전체 이온 크로마토그램의 피크(peak)를 기준으로 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 상기 질량 스펙트럼을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 질량 스펙트럼을 획득하는 단계는, 상기 전체 이온 크로마토그램에서 바탕 시료에 포함된 화학 물질에 대응하는 피크를 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 질량 스펙트럼을 추출하는 단계는, 상기 바탕 시료에 포함된 화학 물질에 대응하는 피크를 제거하는 단계 이후에 수행될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 바탕 시료에 대한 상기 전체 이온 크로마토그램을 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 바탕 시료에 포함된 화학 물질에 대응하는 피크를 제거하는 단계는, 상기 시료의 상기 전체 이온 크로마토그램과 상기 바탕 시료의 상기 전체 이온 크로마토그램을 비교하여 중복되는 피크를 제거함으로써 수행될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 표준 질량 스펙트럼은 인하우스 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 표적 물질의 질량 스펙트럼과 외부 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 비표적 물질의 질량 스펙트럼을 포함하고, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계는, 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 질량 스펙트럼을 상기 표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 표적 물질의 존재 여부를 식별하는 단계; 및 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 질량 스펙트럼을 상기 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 비표적 물질의 존재 여부를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 비표적 물질의 존재 여부를 식별하는 단계는, 상기 화학 물질 중 상기 표적 물질로 식별된 화학 물질을 제외한 나머지 화학 물질의 질량 스펙트럼에 대하여 수행될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계는, 상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는 단계는, 상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 상기 질량 스펙트럼이 상기 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 소정 이상의 유사도를 가지는 화학 물질을 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는 단계는, 상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 소정 이상의 농도를 가지는 화학 물질을 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계는, 상기 질량 스펙트럼과 상기 표준 질량 스펙트럼의 패턴간 유사도에 기초하여 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하는 단계는, 공정과의 관련성, 농도 및 반복 검출 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 상기 관리 대상 물질을 선정할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 시료는 반도체 공정 환경에서 채취된 대기 및 수질 시료일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 물질 분석 장치가 제공된다. 상기 장치는, 물질 분석을 수행하기 위한 프로그램을 저장하는 적어도 하나 이상의 메모리; 및 상기 프로그램을 실행함으로써, 공정 환경에서 채취된 시료에 포함된 적어도 하나의 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼(mass spectrum)을 획득하고, 상기 질량 스펙트럼을 적어도 하나의 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하며, 상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하도록 제어하는 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 공정에 영향을 줄 수 있는 다양한 오염 물질에 대해 동시에 표적 또는 비표적 분석을 수행함으로써, 공정 환경에서 우선적으로 처리 및 제거가 필요한 대상 물질을 선정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 공정 내 존재하고 있는 것으로 알려지거나, 기존 분석을 통해 식별된 화학 물질을 표적 물질로 분류하여 이에 대한 인하우스 라이브러리를 구축하고, 시료 내에 표적 물질의 존재 여부를 우선적으로 식별하도록 구현됨으로써, 오염 물질의 검출 속도 및 정확도를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법을 도시한다.
도 3은 도 2의 S210 단계에 대한 일 실시예를 도시한다.
도 4는 도 2의 S220 단계에 대한 일 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법에 있어서, 전체 이온 크로마토그램을 예시적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법에 있어서, 전체 이온 크로마토그램에서 일부 화학물질에 대응하는 피크와 질량 스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법에 있어서, 공정 환경 내 시료에 포함된 화학물질의 질량 스펙트럼과 표준 질량 스펙트럼의 비교 예시를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로 프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 발명의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. "부", "모듈"은 어드레싱될 수 있는 저장 매체에 저장되며 프로세서에 의해 실행될 수 있는 프로그램에 의해 구현될 수도 있다.
예를 들어, "부", "모듈" 은 소프트웨어 구성 요소들, 객체 지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터 베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들에 의해 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 장치를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명에서 특정 구성을 "포함"한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 시스템을 도시한다.
도 1을 참조하면, 물질 분석 시스템은, 질량 검출 장치(10), 물질 분석 장치(20) 및 데이터 베이스 서버(30)를 포함하여 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 물질 분석 시스템의 상기 구성 요소들은 유, 무선 네트워크를 통해 상호 연결되어 데이터를 교환할 수 있다.
물질 분석 시스템은 공정 환경 내에서 채취된 시료에 포함된 화학 물질을 분석할 수 있다. 여기서 시료는 반도체 공정 환경에서 채취된 대기 및 수질 시료일 수 있으며, 시료에는 반도체 제품의 성능 또는 수율에 영향을 미칠 수 있는 적어도 하나의 화학 물질(또는 유기 오염 물질)이 포함될 수 있다. 또한, 이러한 화학 물질에는, 예를 들어, 암모니아, 산성가스, 휘발성유기오염 물질(VOCs), 할로겐이온 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 반도체 공정 환경에서 발생될 수 있는 다양한 물질이 포함될 수 있다.
질량 검출 장치(10)는 공정 환경 내에서 채취된 시료에 포함되는 적어도 하나의 화학 물질을 물리적으로 분리하고, 분리된 화학 물질을 검출하여 검출 결과를 물질 분석 장치(20)에 전달할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에서, 질량 검출 장치(10)는 시료 분리부와 검출부를 포함될 수 있다.
시료 분리부는 가스 공급부, 시료 주입부 및 분리 컬럼으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 시료는 가스 공급부로부터 공급되는 캐리어 가스(carrier gas)와 혼합되어 시료 주입부를 통해 분리 컬럼으로 도입되며, 고정상인 분리 컬럼을 통과하면서 기체 크로마토그래피(gas chromatography)에 의해 시료에 포함된 화학 물질이 순차적으로 분리될 수 있다.
검출부는 이온화부, 비행 튜브 및 이온 검출기로 구성될 수 있다. 예를 들어, 시료 분리부로부터 분리 순서에 따라 순차적으로 검출부로 전달되는 화학 물질은 이온화부에서 이온의 형태로 가속화되어 비행 튜브를 이동하게 되며, 비행 튜브 일 측에 형성된 이온 검출기가 각각의 이온이 도달하는 시간(또는, 비행 시간)을 측정함으로써 시료의 전체 이온 크로마토그램(full ion chromatogram, FIC) 또는 화학 물질 각각의 질량 스펙트럼(mass spectrum)을 획득할 수 있다.
물질 분석 장치(20)는 질량 검출 장치(10) 또는 데이터베이스 서버(30)로부터 수신된 데이터(예를 들어, 시료의 전체 이온 크로마토그램 또는 질량 스펙트럼, 표적 물질 또는 비표적 물질의 질량 스펙트럼 등)를 기초로 시료 내에 포함된 적어도 하나의 화학 물질을 식별하고, 적어도 하나의 관리 대상 물질을 선정할 수 있다. 물질 분석 장치(20)의 구체적인 동작은 이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 상술하기로 한다.
일 실시예에서, 물질 분석 장치(20)는 프로세스를 단독으로 처리할 수도 있고, 애플리케이션 서버, 제어 서버, 데이터 저장 서버, 특정 기능을 제공하기 위한 서버 등 다양한 종류의 서버와 같이 프로세스를 처리할 수도 있다. 또한, 도 1에서는, 물질 분석 장치(20)가 질량 검출 장치(10)와 분리되어 운용되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 실시예에 따라, 물질 분석 장치(20)는 질량 검출 장치(10)의 일부로 구성될 수 있다.
데이터 베이스 서버(30)는 물질 분석 시스템에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 베이스 서버(30)는 사용자 등이 표적 물질로 분류한 화학 물질의 질량 스펙트럼에 대한 정보를 포함하는 인하우스 라이브러리가 구축된 서버일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 데이터 베이스 서버(30)는 상기 표적 물질을 제외한 다양한 화학 물질의 질량 스펙트럼에 대한 정보를 포함하는 외부 라이브러리가 구축된 서버일 수 있다. 데이터 베이스 서버(30)에 저장 정보는 필요에 따라 물질 분석 장치(20)에서 불러와 물질 분석 과정에 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법을 도시하고, 도 3은 도 2의 S210 단계에 대한 일 실시예를 도시하며, 도 4는 도 2의 S220 단계에 대한 일 실시예를 도시한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 물질 분석 방법(200)은 시료에 포함된 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼을 획득하는 단계(S210), 질량 스펙트럼을 기초로 화학 물질을 식별하는 단계(S220) 및 식별된 화학 물질 중 관리 대상 물질을 선정하는 단계(S230)를 포함할 수 있다.
먼저, S210 단계에서, 물질 분리 장치(20)는 공정 환경 내에서 채취된 시료에 포함된 적어도 하나의 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼을 획득할 수 있다. 즉, 물질 분리 장치(20)는 질량 검출 장치(10)로부터 전달받은 검출 결과에 기초하여 시료 내 포함된 화학 물질 각각의 질량 스펙트럼을 획득할 수 있다.
일 실시예에서, S210 단계는, 도 3에 도시되는 바와 같이, S212 내지 S216 단계를 통해 수행될 수 있다.
먼저, S212 단계에서, 물질 분리 장치(20)는 질량 검출 장치(10)로부터 시료에 대한 전체 이온 크로마토그램을 획득할 수 있다. 예를 들어, 질량 검출 장치(10)는 시료로부터 순차적으로 분리된 화학 물질을 분리 순서에 따라 이온화하여 검출하고, 각각의 화학 물질에 대응하는 이온의 검출 시간(또는, 질량) 및 검출 강도에 대한 결과값을 기초로 시료의 전체 이온 크로마토그램을 생성하여 이를 물질 분리 장치(20)에 전달할 수 있다. 이때, 시료의 전체 이온 크로마토그램에는 화학 물질의 분리 순서(또는, 검출 시간)에 따라 각각의 화학 물질에 대응하는 피크(peak)가 형성될 수 있다.
이어서, S214 단계에서, 물질 분리 장치(20)는 S212 단계를 통해 획득된 전체 이온 크로마토그램에서 바탕 시료(blank sample)에 포함된 화학 물질에 대응하는 피크를 제거할 수 있다.
즉, 시료에 대한 분석 시 확인되는 화학 물질이 바탕 시료에서도 확인되는 경우, 바탕 오염이나 분석 장치(20) 자체의 영향으로 나타난 화학 물질일 가능성이 높기 때문에, 물질 분리 장치(20)는 시료의 전체 이온 크로마토그램과 바탕 시료의 전체 이온 크로마토그램을 비교하여 중복되는 피크를 제거함으로써, 분석 결과에서 바탕 시료에 포함된 화학 물질에 의한 영향을 배제할 수 있다.
한편, 도 3에서 도시되어 있지는 않지만, 일 실시예에서, S210 단계는, S214 단계 이전에 질량 검출 장치(10)로부터 바탕 시료에 대한 전체 이온 크로마토그램을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이어서, S216 단계에서, 물질 분리 장치(20)는 전체 이온 크로마토그램의 피크를 기준으로 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼을 추출할 수 있다. 즉, 물질 분리 장치(20)는 전체 이온 크로마토그램을 바탕 시료의 피크를 제외한 나머지 피크를 기준으로 복수의 영역으로 분할하고, 질량 검출 장치(10)의 검출 결과에 기초하여 분할된 영역에 각각 대응하는 화학 물질의 질량 스펙트럼을 추출할 수 있다. 여기서 화학 물질의 질량 스펙트럼은 이온화된 화학 물질의 비행 시간(time of flight)에 기초하여 생성된 것일 수 있다.
S210 단계를 통해 화학 물질에 대한 질량 스펙트럼이 획득되면, S220 단계에서, 물질 분석 장치(20)는 화학 물질의 질량 스펙트럼을 적어도 하나의 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써 화학 물질을 식별할 수 있다.
일 실시예에서, 표준 질량 스펙트럼은 인하우스 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 표적 물질의 질량 스펙트럼과 외부 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 비표적 물질의 질량 스펙트럼을 포함할 수 있다. 즉, 인하우스 라이브러리는 물질 분석 장치(20) 자체 또는 이와 연동하는 서버에 구축된 내부 데이터베이스로서, 반도체 공정 환경에 존재하는 것으로 알려지거나, 기존 분석을 통해 존재하는 것으로 확인된 물질(즉, 표적 물질)에 대한 질량 스펙트럼이 포함될 수 있으며, 외부 라이브러리는 온라인으로 접속 가능한 외부의 공개 데이터베이스로서, 공지된 다양한 화학 물질(즉, 비표적 물질)의 질량 스펙트럼을 포함할 수 있다. 외부 라이브러리는, 예를 들어, NIST Mass Spectral Library 일 수 있다. 이러한 표준 질량 스펙트럼을 통해, 물질 분석 장치(20)는 화학 물질에 대한 표적 분석과 비표적 분석을 동시에 수행할 수 있게 된다.
일 실시예에서, S220 단계는, 도 4에 도시되는 바와 같이, S222 내지 S226 단계를 통해 수행될 수 있다.
먼저, S222 단계에서, 물질 분리 장치(20)는 화학 물질의 질량 스펙트럼과 인하우스 라이브러리의 질량 스펙트럼을 비교하여 표적 물질의 존재 여부를 우선적으로 식별할 수 있다. 일 실시예에서, 물질 분리 장치(20)는 양 질량 스펙트럼 간의 패턴 및/또는 이온의 농도 등에 기초하여 양자간의 유사도를 비교함으로써, 시료에 포함된 화학 물질이 표적 물질에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 물질 분리 장치(20)는 패턴 및/또는 이온의 농도(또는, 신호 강도) 등에 기초하여 양자간의 유사도 점수를 산출하고, 소정 이상의 점수(예를 들어, 70점 이상 등)를 가지는 화학 물질을 표적 물질로 식별할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 물질 분석 방법(200)은 공정 환경 내 존재하는 것으로 공지되거나, 물질 분석을 통해 확인된 화학 물질을 표적 물질로 분류하여 인하우스 라이브러리를 구축하고, 시료 내에 표적 물질의 존재 여부를 우선적으로 식별하도록 구현됨으로써, 오염 물질의 검출 속도 및 정확도를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
이어서, S224 단계에서, 물질 분리 장치(20)는 화학 물질의 질량 스펙트럼과 외부 라이브러리의 질량 스펙트럼의 유사도를 비교하여 비표적 물질의 존재 여부를 식별할 수 있다. 일 실시예에서, 물질 분리 장치(20)는 화학 물질 중 표적 물질로 식별된 화학 물질을 제외한 나머지 화학 물질의 질량 스펙트럼과 외부 라이브러리의 질량 스펙트럼의 유사도를 비교하도록 구성될 수 있다. 이때, 질량 스펙트럼 간의 유사성 비교는, S222 단계와 동일하게 패턴 및/또는 농도(또는, 신호 강도) 간의 유사성에 기초하여 수행될 수 있다.
이어서, S336 단계에서, 물질 분리 장치(20)는 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 인하우스 라이브러리에 표적 물질로 추가할 수 있다. 일 실시예에서, 물질 분리 장치(20)는 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중에서 질량 스펙트럼이 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 소정 이상의 유사도를 가지는 화학 물질을 인하우스 라이브러리에 표적 물질로 추가할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 물질 분리 장치(20)는 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중에서 소정 이상의 농도를 가지는 화학 물질을 인하우스 라이브러리에 표적 물질로 추가할 수 있다.
S220 단계를 통해 시료 내 포함된 화학 물질에 대한 식별이 완료되면, S230 단계에서, 물질 분석 장치(20)는 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정할 수 있다.
일 실시예에서, 물질 분리 장치(20)는 공정과의 관련성, 농도 및 반복 검출 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 관리 대상 물질을 선정할 수 있다. 즉, 예를 들어, 물질 분리 장치(20)는 반도체 공정에 큰 영향을 주는 화학 물질이나, 시료 내에 고농도(예를 들어, 75% 이상 등)로 포함된 화학 물질 또는 다수의 시료에서 반복하여 검출되는 화학 물질을 오염 위험도가 높은 관리 대상 물질로 선정하도록 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법에 있어서, 전체 이온 크로마토그램을 예시적으로 도시하며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법에 있어서, 전체 이온 크로마토그램에서 일부 화학물질에 대응하는 피크(a)와 질량 스펙트럼(b)을 예시적으로 도시한다.
도 5를 참조하면, 질량 검출 장치(10)에서 기체 크로마토그래피에 의해 시료로부터 분리된 화학 물질은 분리 순서에 따라 순차적으로 이온의 형태로 변환된 후, 비행 튜브를 이동하여 이온 검출기를 통해 검출되며, 이를 통해, 이온의 검출 시간에 기초한 전체 이온 크로마토그램이 획득될 수 있다. 이때, 전체 이온 크로마토그램에는 복수의 피크가 형성되게 되며, 이러한 피크는 순차적으로 분리 또는 검출되는 화학 물질에 각각 대응할 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하면, 물질 분석 장치(20)는 이러한 피크 중 적어도 일부에 대응하는 화학 물질의 질량 스펙트럼을 추출할 수 있다. 즉, 앞서 상술한 바와 같이, 물질 분석 장치(20)는 시료의 전체 이온 크로마토그램에서 바탕 시료에 포함된 화학 물질의 피크를 제거하고, 질량 검출 장치(10)의 검출 결과로부터 나머지 피크 각각에 대응하는 화학 물질의 질량 스펙트럼을 추출하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 방법에 있어서, 공정 환경 내 시료에 포함된 화학물질의 질량 스펙트럼과 표준 질량 스펙트럼의 비교 예시를 도시한다.
도 7을 참조하면, 물질 분석 장치(20)는 전체 이온 크로마토그램의 피크를 기준으로 추출된 화학 물질의 질량 스펙트럼을 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 화학 물질을 식별할 수 있다. 상술한 바와 같이, 표준 질량 스펙트럼은 인하우스 라이브러리에 포함된 표적 물질의 질량 스펙트럼 또는 외부 라이브러리에 포함된 비표적 물질의 질량 스펙트럼일 수 있다.
예를 들어, 물질 분석 장치(20)는 양자의 패턴 간의 유사도를 비교하여, 유사도 점수(matching score)가 소정의 점수 이상인 경우, 화학 물질을 해당 표준 질량 스펙트럼에 대응하는 표적 물질 또는 비표적 물질로 식별하도록 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 분석 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 물질 분석 장치(20)는 통신부(810), 메모리(820) 및 프로세서(830)를 포함할 수 있다. 다만, 물질 분석 장치(20)의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 물질 분석 장치(20)는 전술한 구성 요소보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 통신부(810), 메모리(820) 및 프로세서(830)가 하나의 칩(Chip) 형태로 구현될 수도 있다.
통신부(810)는 외부 장치와 신호를 송수신할 수 있다. 외부 장치와 송수신하는 신호는 제어 정보와 데이터를 포함할 수 있다. 이때, 외부 장치는 질량 검출 장치(10), 데이터 베이스 서버(30) 등을 포함할 수 있다. 통신부(810)는 유무선 통신부를 모두 포함할 수 있다. 또한, 통신부(810)는 유무선 채널을 통해 신호를 수신하여 프로세서(830)로 출력하고, 프로세서(830)로부터 출력된 신호를 유무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
메모리(820)는 물질 분석 장치(20)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 메모리(820)는 물질 분석 장치(20)가 송수신하는 신호에 포함된 제어 정보 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(820)는 롬(ROM), 램(RAM), 하드디스크, CD-ROM 및 DVD 등과 같은 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 메모리(820)는 복수 개일 수 있다 일 실시예에 따르면, 메모리(820)는 전술한 본 발명의 실시예들인 물질 분석 방법을 위한 동작을 수행하기 위한 프로그램을 저장할 수 있다.
프로세서(830)는 상술한 본 발명의 실시예에 따라 물질 분석 장치(20)가 동작하는 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르는 물질 분석 장치(20)의 동작을 수행하도록 물질 분석 장치(20)의 구성요소들을 제어할 수 있다. 프로세서(830)는 복수 개일 수 있으며, 프로세서(830)는 메모리(820)에 저장된 프로그램을 실행함으로써 물질 분석 장치(20)의 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 공정 환경에서 채취된 시료에 포함된 적어도 하나의 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼(mass spectrum)을 획득하고, 상기 질량 스펙트럼을 적어도 하나의 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하며, 상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 기체 크로마토그래피로부터 상기 화학 물질의 분리 순서에 따른 전체 이온 크로마토그램(total ion chromatogram)을 획득하고, 상기 전체 이온 크로마토그램의 피크(peak)를 기준으로 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 상기 질량 스펙트럼을 추출하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 전체 이온 크로마토그램에서 바탕 시료에 포함된 화학 물질에 대응하는 피크를 제거한 이후 상기 질량 스펙트럼을 추출하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 바탕 시료에 대한 상기 전체 이온 크로마토그램을 획득하고, 상기 시료의 상기 전체 이온 크로마토그램과 상기 바탕 시료의 상기 전체 이온 크로마토그램을 비교하여 중복되는 피크를 제거하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 질량 스펙트럼을 인하우스 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 표적 물질의 존재 여부를 식별하고, 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 질량 스펙트럼을 외부 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 비표적 물질의 존재 여부를 식별하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 화학 물질 중 상기 표적 물질로 식별된 화학 물질을 제외한 나머지 화학 물질의 질량 스펙트럼에 대하여 상기 비표적 물질의 존재 여부를 식별하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 상기 질량 스펙트럼이 상기 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 소정 이상의 유사도를 가지는 화학 물질을 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 소정 이상의 농도를 가지는 화학 물질을 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 상기 질량 스펙트럼과 상기 표준 질량 스펙트럼의 패턴간 유사도에 기초하여 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(830)는 공정과의 관련성, 농도 및 반복 검출 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하도록 제어할 수 있다.
한편, 상술한 실시예는, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 또한, 상술한 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 컴퓨터가 읽고 실행할 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 기록 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체, 예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등을 포함하고, 광학적 판독 매체, 예를 들면, 시디롬, DVD 등과 같은 저장 매체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 복수의 기록 매체가 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어 있을 수 있으며, 분산된 기록 매체들에 저장된 데이터, 예를 들면 프로그램 명령어 및 코드가 적어도 하나의 컴퓨터에 의해 실행될 수 있다.
본 발명에서 설명된 특정 실행들은 일 실시예 일뿐이며, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 및 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다.

Claims (13)

  1. 물질 분석 방법으로서,
    공정 환경에서 채취된 시료에 포함된 적어도 하나의 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼(mass spectrum)을 획득하는 단계;
    상기 질량 스펙트럼을 적어도 하나의 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계; 및
    상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하는 단계를 포함하고,
    상기 질량 스펙트럼을 획득하는 단계는,
    기체 크로마토그래피로부터 상기 화학 물질의 분리 순서에 따른 전체 이온 크로마토그램(total ion chromatogram)을 획득하는 단계;
    바탕 시료에 대한 전체 이온 크로마토그램을 획득하는 단계;
    상기 시료의 전체 이온 크로마토그램과 상기 바탕 시료의 전체 이온 크로마토그램을 비교하여 중복되는 피크를 제거함으로써, 상기 시료의 전체 이온 크로마토그램에서 상기 바탕 시료에 포함된 화학 물질에 대응하는 피크를 제거하는 단계; 및
    상기 시료의 전체 이온 크로마토그램에 대하여 피크(peak)을 기준으로 상기 시료에 포함된 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 상기 질량 스펙트럼을 추출하는 단계를 포함하며,
    상기 표준 질량 스펙트럼은 인하우스 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 표적 물질의 질량 스펙트럼과 외부 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 비표적 물질의 질량 스펙트럼을 포함하고,
    상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계는,
    상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 질량 스펙트럼을 상기 표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 표적 물질의 존재 여부를 1차적으로 식별하는 단계; 및
    상기 화학 물질 중 상기 표적 물질로 식별된 화학 물질을 제외한 나머지 화학 물질의 질량 스펙트럼을 상기 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 비표적 물질의 존재 여부를 2차적으로 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계는,
    상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는 단계는,
    상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 상기 질량 스펙트럼이 상기 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 소정 이상의 유사도를 가지는 화학 물질을 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는, 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는 단계는,
    상기 비표적 물질로 식별된 화학 물질 중 소정 이상의 농도를 가지는 화학 물질을 상기 인하우스 라이브러리에 상기 표적 물질로 추가하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는 단계는,
    상기 질량 스펙트럼과 상기 표준 질량 스펙트럼의 패턴간 유사도에 기초하여 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하는, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하는 단계는,
    공정과의 관련성, 농도 및 반복 검출 횟수 중 적어도 하나에 기초하여 상기 관리 대상 물질을 선정하는, 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료는 반도체 공정 환경에서 채취된 대기 및 수질 시료인, 방법.
  13. 물질 분석 장치로서,
    물질 분석을 수행하기 위한 프로그램을 저장하는 적어도 하나 이상의 메모리; 및
    상기 프로그램을 실행함으로써, 공정 환경에서 채취된 시료에 포함된 적어도 하나의 화학 물질에 대응하는 질량 스펙트럼(mass spectrum)을 획득하고, 상기 질량 스펙트럼을 적어도 하나의 표준 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 화학 물질 중 적어도 하나를 식별하며, 상기 식별된 화학 물질 중 적어도 하나를 관리 대상 물질로 선정하도록 제어하는 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 기체 크로마토그래피로부터 상기 화학 물질의 분리 순서에 따른 전체 이온 크로마토그램(total ion chromatogram)을 획득하고, 바탕 시료에 대한 전체 이온 크로마토그램을 획득하며, 상기 시료의 전체 이온 크로마토그램과 상기 바탕 시료의 전체 이온 크로마토그램을 비교하여 중복되는 피크를 제거함으로써, 상기 시료의 전체 이온 크로마토그램에서 상기 바탕 시료에 포함된 화학 물질에 대응하는 피크를 제거하고, 상기 시료의 전체 이온 크로마토그램에 대하여 피크(peak)을 기준으로 상기 시료에 포함된 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 상기 질량 스펙트럼을 추출하며,
    상기 표준 질량 스펙트럼은 인하우스 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 표적 물질의 질량 스펙트럼과 외부 라이브러리에 포함된 적어도 하나의 비표적 물질의 질량 스펙트럼을 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 화학 물질 중 적어도 하나에 대응하는 질량 스펙트럼을 상기 표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 표적 물질의 존재 여부를 1차적으로 식별하고, 상기 화학 물질 중 상기 표적 물질로 식별된 화학 물질을 제외한 나머지 화학 물질의 질량 스펙트럼을 상기 비표적 물질의 질량 스펙트럼과 비교함으로써, 상기 비표적 물질의 존재 여부를 2차적으로 식별하는, 장치.
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