KR20130141009A - 다채널 방식의 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 ｌｃｄ 공정 혼합액 분석 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정 혼합액을 공급하는 용액 탱크; 하나의 광파이버를 통해 광원을 플로우 셀로 주사하고, 다른 광파이버를 통해 포토다이오드로 광원을 주사하는 할로겐 램프; 할로겐 램프 광원으로부터 광파이버를 통하여 주사된 광을 플로우 셀까지 도달시키기 위해 제1 렌즈를 통해 플로우 셀로 투과시키는 광원의 광 경로부; 플로우 셀을 투과된 광을 다채널 분광 분석기로 도입시키기 위해 제2 렌즈로 집광한 후, 다채널 분광분석기로 광을 도입시키는 다채널 분광기의 광경로부; 및 공정액에 화학물질이 용해되되 상기 화학물질의 농도를 미리 알고 있는 표준물질을 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 파장대역별로 상기 표준물질의 흡광도와 상기 농도를 이용하여 작성된 검량선;을 포함하여 구성되어, 공정액에 화학물질이 용해되되, 농도를 모르는 미지시료를 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 상기 미리 작성된 검량선을 통해 미지시료의 화학물질의 농도를 분석함으로써, 각 성분의 농도 관리를 하는 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어가 설치된 컴퓨터를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 공정 또는 LCD 공정 중 다채널 방식의 분광 분석기(Spectrometer)를 사용하여 공정액에 첨가되는 Cu(구리), PR(Photo Resist, 감광액), H2O2, DI 등 여러가지 화학 물질에 대하여 공정 혼합액의 여러가지 화학 성분의 빛의 세기 분포, 흡광도 및 농도 측정, 정성 분석 및 정량 분석과 실시간으로 공정 중 농도 관리를 가능하게 하고, 장시간 사용으로 시간 경과에 따라 할로겐 램프의 빛이 세기가 감소되므로 특정 파장 대역의 신호와 잡음(S/N)에 대한 흡광도를 보정하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 보정한 후 보다 정밀하게 여러가지 파장대별 빛의 세기 분포 및 흡광도를 다채널 분광분석기로 검출하고, 광경로에 대한 신호의 잡음을 최소화하도록 최적화하여 분석 장치의 소프트웨어에 안정화 분석 기법을 추가로 도입하여 실시간 처리가 가장 좋고 장시간 안전하게 재현성이 보다 향상된 정확한 공정 혼합액의 동시에 여러가지 화학 성분들의 정량 분석을 실시하는, 다채널 방식의 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 다채널 분광 분석기(multichannel spectrometer)는 반도체 제조 공정, LCD 제조 공정, 및 복잡한 화학공정에서 공정액에 여러 파장(wavelength)의 빛의 세기를 분광시켜 동시에 공정액 시료의 여러가지 파장별 분광 스펙트럼을 측정하여 흡광도 및 공정액에 포함된 여러가지 화학물질의 성분을 분석한다.
종래의 반도체 및 LCD 공정 중 혼합액에 대한 분석 장비는 여러 가지 분석 장비를 사용하고 있다. 특히 실시간 처리 방법으로 사용하는 분석 파장 대역은 UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시 광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선) 영역을 주로 사용하고 있다.
그러나, 근자외선-가시 광선(UV-VIS)의 경우 하나의 파장(wavelength)으로 하나의 성분을 측정하는 방법인 간섭 필터 방식을 채택하여 측정하는 방법을 주로 사용하거나, 회전식 회절발을 사용하여 여러 성분을 측정하는데 있어서 일정시간 동안 스캔하는 방식을 사용하며 이 방법들은 측정시간에 오래 걸리거나, 혼합액 중 다성분을 측정하는데 있어서 한계가 있으므로 응용 범위가 한정되어 있다.
그리고, 근적외선(NIR)의 경우 반도체 및 LCD 공정에서 혼합액을 측정하기 위해 푸리에 변환(fourier transform)을 이용한 간섭계를 사용하는데, 이 방법은 정확도와 정밀도가 높은 반면에 푸리에 변환에 있어서 고정 거울과 이동 거울의 간섭현상이 이용하기 때문에 측정하는데 어느 정도 시간이 필요하기 때문에 실시간으로 바로 모니터링하는데 적용 범위가 한정되어 있었다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 공정 또는 LCD 공정에서 다채널 분광 분석기(Spectrometer)를 사용하여 공정액에 첨가되는 Cu(구리), PR(Photo Resist, 감광액), H2O2, DI 등 여러가지 화학 물질에 대하여 공정 혼합액의 여러가지 화학 성분의 흡광도 및 농도, 정성 분석 및 정량 분석을 실시간으로 처리하여 공정 중 농도 관리를 가능하게 하고, 장시간 사용으로 시간경과에 따라 할로겐 램프의 빛이 세기가 감소되므로 특정 파장 대역의 신호와 잡음(S/N)에 대한 흡광도를 보정하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 보정한 후 보다 정밀하게 여러가지 파장대별 빛의 세기 분포 및 흡광도를 다채널 분광분석기로 검출하고, 광경로에 대한 신호의 잡음을 최소화하도록 최적화하여 분석 장치의 소프트웨어에 안정화 분석 기법을 추가로 도입하여 실시간 처리가 가장 좋고 장시간 안전하게 재현성이 보다 향상된 정확한 공정 혼합액의 동시에 여러가지 화학 성분들의 정량 분석을 실시하는, 다채널 방식의 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다채널 방식의 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다채널 방식의 분광 분석기(spectrometer)를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는, 상기 반도체 및 LCD 공정에서 필요한 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정 혼합액을 공급하는 용액 탱크(Solution Tank); 하나의 광파이버(optical fiber)를 통해 광원을 플로우 셀(Flow Cell)로 주사하고, 상기 하나의 광파이버에서 분기된 다른 광파이버를 통해 포토다이오드(photodiode)로 광원을 주사하는 할로겐 램프; 상기 할로겐 램프 광원으로부터 상기 광파이버를 통하여 주사된 광(light)을 상기 플로우 셀까지 도달시키기 위해 제1 렌즈를 통해 상기 플로우 셀로 투과시키는 광원의 광 경로부; 상기 플로우 셀을 투과된 광을 상기 다채널 분광 분석기로 도입시키기 위해 제2 렌즈를 사용하여 집광한 후, 상기 다채널 분광분석기로 광을 도입시키는 다채널 분광기의 광경로부; 상기 공정 혼합액을 통과하여 상기 도입되는 광을 여러가지 파장 대역에 따라 흡광도를 검출하는 다채널 분광 분석기(spectrometer); 및 상기 공정액에 화학물질이 용해되되 상기 화학물질의 농도를 미리 알고 있는 표준물질을 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 파장대역별로 상기 표준물질의 흡광도와 상기 농도를 이용하여 작성된 검량선;을 포함하여 구성되어, 공정액에 화학물질이 용해되되, 농도를 모르는 미지시료를 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 상기 미리 작성된 검량선을 통해 미지시료의 화학물질의 농도를 분석함으로써, 각 성분의 농도 관리를 하는 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어가 설치된 컴퓨터를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다채널 방식의 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 방법은, (a) 반도체 및 LCD 공정에서, 용액탱크에 보관된 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정혼합액이 플로우 셀(Flow Cell)에 일정 유량이 공급되면 다채널 분광분석기(spectrometer)를 구동하여 할로겐 램프로부터 주사된 광(light)을 광파이버, 제1 및 제2 렌즈를 통해 집광된 빛을 상기 플로우 셀로 수신받고, UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선)의 여러 파장 대역(300~1100nm)의 빛을 분광시켜 스펙트럼을 측정하며, 상기 공정 혼합액이 빛을 흡수하는 각각의 파장 대역별로 빛의 세기 분포, 흡광도를 측정하여 상기 공정 혼합액의 여러가지 화학물질의 농도를 계산하는 단계; 및 (b) 상기 다채널 분광분석기로 측정된 스펙트럼이 표준치 또는 측정치인지를 판단하고, 스펙트럼이 표준치인 경우 공정원액의 표준물질을 상기 플로우 셀에 첨가하여 여러가지 파장대역별 빛의 세기 분포, 흡광도 및 농도를 측정(SRM)하며, 스펙트럼이 측정치인 경우 상기 공정 혼합액의 특정파장 대역에서 반응하는 각각의 화학물질 성분에 대한 농도별 흡광도 데이타로 생성된 검량선을 검출한 후, 최적의 R값을 가지는 파장 대역을 선택하여 미지 시료인 공정혼합액이 빛을 흡수하는 여러가지 파장에서 흡광도 및 상기 공정 혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 측정하여 각 성분의 농도를 관리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 다채널 방식의 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치 및 방법은 반도체 공정 또는 LCD 공정에서 다채널 방식의 분광 분석기(Spectrometer)를 사용하여 공정액에 첨가되는 Cu(구리), PR(Photo Resist, 감광액), H2O2, DI 등 여러가지 화학 물질에 대하여 공정 혼합액의 여러가지 화학 성분의 흡광도 및 농도 측정, 정성 분석 및 정량 분석을 실시간으로 공정 중 농도 관리를 가능하게 하고, 장시간 사용으로 시간경과에 따라 할로겐 램프의 빛이 세기가 감소되므로 특정 파장 대역의 신호와 잡음(S/N)에 대한 흡광도를 보정하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 보정한 후 보다 정밀하게 여러가지 파장대별 빛의 세기 분포 및 흡광도를 다채널 분광분석기로 검출하고, 장시간 사용으로 할로겐 램프의 세기 감소에 따른 흡광도의 보정에 근거하여 실시간으로 여러가지 화학 성분을 보다 정확하게 동시에 분석이 가능할 뿐만 아니라 광경로의 신호에 대한 잡음을 최소화하도록 최적화하였고, 특정 화학물질의 특정 파장(wavelength)에 대한 검량선에 있어서 신호대 잡음비(SNR)를 지속적으로 관측하여 할로겐 램프 소모에 따른 장시간 재현성 및 보다 높은 측정 정확도를 계속 유지하게 하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 방식의 분광 분석기(spectrometer)를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 구성도이다;
도 2는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 부분 블록도이다;
도 3은 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 단면도이다;
도 4는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 플로우 셀(Flow Cell) 부분의 사시도이다;
도 5는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 광량 모니터링 부분이다;
도 6은 본 발명에 따른 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치를 이용한 정량 분석 방법을 설명한 순서도이다;
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공정액 중 구리이온의 검량선 그래프를 나타낸다; 및
도 8은 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석장치를 이용한 광량의 보정 방법을 설명한 순서도이다.
도 2는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 부분 블록도이다;
도 3은 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 단면도이다;
도 4는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 플로우 셀(Flow Cell) 부분의 사시도이다;
도 5는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 광량 모니터링 부분이다;
도 6은 본 발명에 따른 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치를 이용한 정량 분석 방법을 설명한 순서도이다;
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공정액 중 구리이온의 검량선 그래프를 나타낸다; 및
도 8은 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석장치를 이용한 광량의 보정 방법을 설명한 순서도이다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치 및 방법, 전용 측정 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
다채널 분광 분석기(multichannel spectrometer)를 사용하여 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액을 분석하기 위해 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는 근자외선/가시광선부터 근적외선 영역의 300nm~1100nm 파장 대역을 사용하는 다채널 분광 분석기(spectrometer)와 할로겐 램프(halogen lamp), 플로우 셀(flow cell)에 광파이버(optical fiber)를 연결하여 사용하였다. 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는 용액탱크(Solution Tank)의 반도체 또는 LCD 공정에 필요한 공정액에 여러가지 화학물질이 녹아있는 공정 혼합액이 지나가는 플로우 셀(Flow Cell)을 투과형으로 구성하고, 할로겐램프로부터 광파이버를 통해 공급된 빛의 세기를 제1 및 제2 집광렌즈를 투과하여 다채널 분광 분석기에 의해 인가된 빛의 여러가지 파장대역별 빛의 세기 분포, 용액탱크의 공정 혼합액의 흡광도 및 여러가지 화학물질의 농도를 측정하였다.
반도체 및 LCD 공정은 반도체 오버레이 공정과 같이 공정액에 감광액(PR:Photo Resist)과 같은 많은 화학 물질을 사용하며, 각 화학 물질에 대한 농도 관리가 필수적이다. 이러한 공정상 농도 관리는 전체 제조 공정비용에 관계되기 때문이다. 본 발명품은 반도체와 LCD 공정 중 용액탱크(Solution Tank)의 공정액에 녹아있는 Cu(구리), PR(Photo Resist, 감광액), H2O2, DI 등의 여러 화학 물질에 대하여 공정 혼합액의 농도 측정을 실시간으로 처리하여 공정 중 농도 관리가 가능한 제품이다. 특히 다채널 분광 분석기(spectrometer)는 실시간으로 동시에 여러가지 파장의 빛의 세기를 측정하여 용액 탱크에 보관된 공정액에 녹아있는 여러가지 화학 성분에 대한 흡광도 및 농도 측정, 정성 분석(공정액의 화합물의 종류 분석) 및 정량 분석(공정액의 화합물의 존재량 분석)이 가능하다. 또한, 분석 장치는 장시간 안정적인 측정을 위해 분석 장치의 소프트웨어에 안정화 분석 기법을 추가로 도입하였으며, 장시간 재현성이 향상되고, 정밀한 정량 분석이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다채널(multichannel) 방식의 분광 분석기(spectrometer)를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 구성도이다.
다채널 방식의 분광 분석기(spectrometer)를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치 및 그 분석 방법은, 반도체 및 LCD 공정에서 용액 탱크(10)의 공정 혼합액의 화학물질의 다성분 분석을 위해 UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시 광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선) 파장 대역을 사용하는 다채널 분광 분석기와 할로겐 램프(20)의 광원으로부터 주사된 광(light)이 광파이버(optical fiber)를 통해 플로우 셀(Flow Cell)까지 일정 광량을 유지하면서 동시에 광이 노출되어 다른 여러 분광분석기에 직접 영향을 주지않도록 하기 위해 광파이버를 통해 플로우 셀(Flow Cell)까지 유도되고, 이 유도된 광을 제1 렌즈(21)에 의해 집광하며, 180° 반대방향에서 한번 더 집광하는 제2 렌즈(22)를 통해 플로우 셀(Flow Cell)을 투과시켜 다채널 분광 분석기(spectrometer)(30)로 빛을 인가하여, 여러가지 파장 대역별로 빛의 세기 분포, 흡광도 및 이에 따른 여러가지 화학물질의 농도를 측정한다.
컴퓨터(40)의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어는 할로겐 램프(20)와 다채널 분광 분석기(30)로부터 측정된 여러가지 파장 대역별 다채널 분광기의 신호를 수신받아 측정 데이타를 처리하여 반도체 및 LCD 공정 혼합액의 여러가지 화학성분(예: 공정액+Cu, 공정액+PR, 공정액+Ag 등)에 대하여 여러가지 파장 대역별로 흡광도 및 농도를 측정하고, 정량 분석 및 정성 분석을 분석한다.
본 발명에 따른 다채널 분광 분석기(spectrometer)를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는 반도체 및 LCD 공정에서 사용되는 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정 혼합액을 공급하는 용액 탱크(Solution Tank)(10); 하나의 광파이버(optical fiber)를 통해 광원을 플로우 셀(Flow Cell)로 주사하고, 상기 하나의 광파이버에서 분기된 다른 광파이버를 통해 포토다이오드(photodiode)로 광원을 주사하는 할로겐 램프(20); 상기 할로겐 램프 광원으로부터 상기 광파이버를 통하여 주사된 광(light)을 상기 플로우 셀까지 도달시키기 위해 제1 렌즈(21)를 통해 상기 플로우 셀로 투과시키는 광원의 광 경로부; 상기 플로우 셀을 투과된 광을 상기 다채널 분광 분석기로 도입시키기 위해 180° 반대 방향에서 제2 렌즈(22)를 사용하여 집광한 후, 상기 다채널 분광분석기로 광을 도입시키는 다채널 분광기의 광경로부; UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시 광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선) 파장 대역을 사용하며, 상기 공정 혼합액을 통과하여 상기 도입되는 광을 여러가지 파장 대역에 따라 빛의 세기 분포, 흡광도를 검출하는 다채널 분광 분석기(spectrometer)(30); 및 공정액에 화학물질이 용해되되 상기 화학물질의 농도를 미리 알고 있는 표준물질을 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 파장대역별로 상기 표준물질의 흡광도와 상기 농도를 이용하여 작성된 검량선;을 포함하여 구성되어, 공정액에 화학물질이 용해되되, 농도를 모르는 미지시료를 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 상기 미리 작성된 검량선을 통해 미지시료의 화학물질의 농도를 분석함으로써, 각 성분의 농도 관리를 하는 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어가 설치된 컴퓨터(40)로 구성된다.
공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어가 설치된 컴퓨터(40)는 할로겐 램프(20)의 세기가 시간 경과에 따라 감소되므로 표준물질에 의해 생성된 최적의 검량선 그래프에 기초하여 미지시료의 공정혼합액(공정액에 녹아있는 특정 파장 대역에서 반응하는 여러가지 화학물질 성분)에 대한 농도별 흡광도 데이타로 생성된 검량선의 비율/차이를 보정한다.
예를 들면, 공정혼합액은 공정액에 녹아있는 10%, 20%, 30% 화학물질(예: 공정액+Cu, 공정액+PR, 공정액+Ag 등)이 녹아있고, 다채널 분광분석기(30)에 의해 빛의 세기 분포, 흡광도를 측정하고 및 표준물질에 의해 측정된 검량선에 의해 측정된 흡광도에 대한 농도를 측정한다.
미지 시료는 공정액에 적어도 하나 이상의 화학물질이 녹아있되, 하나이상의 화학물질의 녹아있는 농도를 모르는 시료를 의미한다.
표준 물질은 공정액에 하나 이상의 화학물질이 녹아있되, 하나 이상의 화학 물질의 녹아있는 농도를 아는 시료이다.
참고로, 할로겐 램프(20)는 백열전구보다 수명이 2~3배이고 더 높은 온도에서 견딜 수 있고 진공 상태의 유리구 안에 텅스텐 필라멘트의 증발을 억제하기 위해 브로민이나 아이오딘 등의 할로겐 원소가 주입된다.
본 발명에 따른 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는 반도체 및 LCD 공정에 필요한 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정혼합액을 공급하는 용액 탱크(Solution Tank)(10); 광파이버(optical fiber)를 통해 광원을 제공하는 할로겐 램프(20); 할로겐 램프(20) 광원으로부터 광파이버를 통하여 광을 주사한 후, 외부 광에 대한 간섭을 최소화하기 위해 할로겐 램프(20)로부터 주사된 광(light)을 집속 광렌즈를 사용하여 집광시키고, 광경로의 끝단 부분에 설치된 제1 렌즈(21); 제1 렌즈(21)의 집광된 광을 180°반대방향에서 다시 집광시켜 플로우 셀(Flow Cell)로 투과시키는 제2 렌즈(22); 제 1 렌즈(21) 및 제2 렌즈(22)를 통해 인가된 여러 파장 대역(300nm~1100nm)의 빛을 분산시켜 각 파장 대역별로 빛의 세기 분포, 흡광도(스펙트럼 강도) 및 농도를 정량적으로 측정하는 다채널 분광 분석기(30); 및 상기 할로겐 램프(20)와 상기 다채널 분광 분석기(30)로부터 측정된 다채널 분광기의 신호를 수신하고, 장시간 사용으로 시간경과에 따라 할로겐 램프(20)의 소모에 따른 빛의 세기가 감소하더라도 기 준비된 실험치에 따라 측정된 흡광도를 보정하여 정밀도가 향상된 측정 데이타를 분석하며, 여러가지 파장 대역별로 공정 혼합액을 통과한 빛의 세기 분포, 흡광도 및 이에 따른 공정 혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 분석하고, 각 성분의 농도 관리, 정량 분석, 정성 분석을 실시하는 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어가 설치된 컴퓨터(40)로 구성된다.
상기 할로겐 램프(20)는 주사된 광원을 광파이버(optical fiber)로 2분기하여 일정시간 동안 지속적으로 광원을 모니터링하는 광다이오드(photodiode) 부분과 광파이버를 통해 플로우 셀(Flow Cell)로 각각 주사하고, UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선)의 여러 파장 대역(300~1100nm)을 사용하는 다채널 분광 분석긱로 제공한다. 다채널 분광 분석기(multichannel spectrometer)의 경우, 할로겐 램프(20)는 장시간 사용으로 지속적으로 램프의 빛의 세기가 감소되므로, 기 측정된 실험치에 근거하여 이 램프의 빛의 세기의 감소에 따른 흡광도의 보정에 의한 정량 분석의 정확도와 정밀도를 지속적으로 유지하기 위해, 할로겐 램프(20)가 빛을 광파이버(optical fiber)를 통해 플로우 셀(Flow Cell)로 출력한 후, 용액탱크(solution tank)(10)로부터 공정 혼합액이 공급되면 특정 파장 대역의 신호와 잡음 세기를 확인하고(빛의 세기가 증가하면 SNR 감소) 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도 보정이 필요하지 않으면 바로 흡광도를 확인하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 바로 출력하고, 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도의 보정이 필요한 경우로 판단되면 선택된 파장인 신호(Signal)와 선택하지 아니한 파장인 잡음(Noise)의 비율을 계속 측정할 때마다 보정한다. 보정 방법은 장시간 사용으로 할로겐 램프의 소모에 따른 신호와 잡음(S/N)을 계속 보정하기 위해 신호와 잡음(S/N)을 나누어지는 비율 방식과 신호와 잡음에 대한 차이로 계산 방법을 사용하여 기 측정된 실험치에 근거하여 흡광도가 보정된 검량선을 만들고, 보정된 검량선을 사용하여 미지시료(용액탱크의 공정 혼합액)의 빛의 세기 분포, 흡광도 및 공정 혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 측정한다.
플로우 셀(Flow Cell)은 용액탱크(10)로부터 공급된 플로우 셀(Flow Cell)에 흐르는 공정혼합액 시료를 측정하기 위해 공정 혼합액 시료 튜브를 연결하고 측정 양단 부분에 제1 및 제2 렌즈(21,22)를 구성하고, 이 집광렌즈의 연결한 볼트 형 잠금으로 구성한 둥근형 아답터로 이루어진다.
컴퓨터(40)의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어는 반도체 공정 또는 LCD 공정에서 용액탱크(Solution Tank)(10)에 보관된 공정 혼합액을 분석을 위한 알고리즘을 사용하고, 다채널 분광 분석기(spectrometer)(30)를 구동하기 전에 유량계로 먼저 확인한 후, 일정 유량이 공급되면 다채널 분광 분석기(30)를 구동하여 할로겐 램프(20)로부터 광파이버(optical fiber), 제1 및 제2 렌즈(21,22)를 통해 주사된 여러 파장 대역(300nm~1100nm)의 빛의 세기 분포 및 스펙트럼을 측정한 후, 캘리브레이션하여 공정 혼합액의 각각의 화학물질 성분의 흡광도, 농도, 검량선을 검출한 후, 미지 시료(용액탱크의 공정혼합액)를 통해 흡수된 빛을 여러가지 파장 대역에서 빛의 세기 분포, 파장 대역별 흡광도 및 이와 관련된 공정 혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 측정하는 알고리즘을 사용한다
컴퓨터(40)의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어는 할로겐 램프(20)를 출력한 후, 공정액에 따라 선택된 파장인 신호(signal)와 선택하지 아니한 파장인 잡음(noise)의 비율(SNR) 방식과, 신호와 잡음(S/N)에 대한 차이로 계산 방법 특징을 가진 알고리즘으로써 장시간 재현성 및 정확도 유지가 가능한 소프트웨어를 사용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분석 장치는 300nm~1100nm 파장대역을 가진 다채널 분광 분석기(30)와 할로겐 램프(20)를 사용하여 흐름 셀(Flow Cell)에서 공정 혼합액을 분석하도록 구성하였다. 할로겐 램프(20)와 분광 분석기(30)는 플로우 셀(Flow Cell)과 최적의 광경로를 연결하기 위해 광파이버(optical fiber)를 사용하였다. 그리고, 할로겐 램프로부터 광파이버를 통해 연결된 광경로의 끝단 부분에 집속 광렌즈로 사용되는 제1 및 제2 렌즈(21,22)를 사용하여 광(light)을 집광시키고, 외부 광에 대한 간섭 현상을 최소화시켰다. 이 할로겐 램프(20)와 다체널 분광 분석기(30)로부터 측정된 여러가지 파장 대역별 빛의 세기 분포, 파장 대역별 흡광도, 농도 데이타를 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어를 구비하는 컴퓨터(40)가 수신하여, 측정된 데이터를 분석하고, 동시에 공정 혼합액의 여러가지 화학물질의 농도관리를 모니터링한다.
도 2는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 부분 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 부분 블록도 중에서 2-Way Ball Valve, 공정액을 측정할 수 있는 플로우 셀(Flow Cell)과 공정액을 조절할 수 있는 유량계, 3-Way Ball Valve 부분 등이 있는 화학 부분(Chemical Region); 그리고 다채널 분광 분석기(30)와 할로겐 램프(20) 및 모니터링 부분으로 구성된 전기 부분(Electrical Region)으로 구분하였다.
전기 부분은 할로겐 램프(20)와 다채널 분광 분석기(30)의 온도를 일정하게 유지하면서, 습도를 일정하게 하기 위해 냉각 팬(FAN)을 설치하였으며, 외부에서 온도와 습도가 일정한 공기를 주입하도록 구성하였다.
반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는 전기를 공급하는 부분과 화학물질이 흐르는 부분을 물리적으로 분리하여 만약 화학물질의 누수로 인하여 전기 부분에 손상을 주어 시스템에 전기적인 손상을 주지 않도록 구성되고, 만약 화학물질의 누수로 인하여 전기 부분에 손상을 주어 시스템에 전기적인 손상을 주지 않도록 하기 위해 전기를 공급하는 부분이 화학물질이 흐르는 부분보다 위쪽에 배치된다.
도 3은 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 시스템이다.
공정 혼합액 분석 장치는 외부의 환경에 영향을 받지 않도록 밀폐할 수 있도록 하였으며, 전면판 부분에 측정 데이터를 확인하기 위한 LCD 디스플레이와 컨트롤이 가능한 터치 스크린(touch screen)이 구성되며, 유량을 확인하는 유량계를 구비한다. 시스템 옆판은 공정액이 들어올 수 있는(Flow In) 포트와, 나갈 수 있는(Flow Out) 포트로 구성되고, 또한 측정된 데이터를 전송하기 위한 USB 포트와 LAN 포트 등이 있다. 분석 장치는 전체 높이 조절이 가능한 높이 조절 다리와 진동을 차단하는 진동 감쇠 패드를 사용하여 다채널 분광 분석기가 측정 도중에 진동에 의한 편차까지 최소화하도록 하였다.
도 4는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 플로우 셀(Flow Cell) 부분의 사시도이다.
다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치에서 플로우 셀(Flow Cell) 부분은 공정혼합액이 들어와서 나가는(Flow In/Flow Out) 동시에 다채널 분광 분석기(spectrometer)의 할로겐 램프 출력부와 다채널 분광 분석기의 입력부를 모두 연결하였다. 그리고 각 부분은 광파이버(32)와 상기 광파이버(32)의 광(light)을 추가로 집광할 수 있는 제1 및 제2 집광렌즈(21,22)를 구비하였다. 특히 제1 및 제2 렌즈(21,22)는 교체가 가능하도록 제1 및 제2 렌즈(21,22) 전체를 탈부착이 가능하도록 렌즈(21,22) 주위의 볼트에 의해 탈부착이 되도록 하였다. 플로우 셀(Flowe Cell)(31)은 둥근형 플로우 셀로 구성되고, 외곽이 사각형 블록에 감싸는 형태로 구성하였다. 이로써 플로우 셀(31)은 공정액의 흐름에 따른 플로우 셀 자체 진동을 차단하여, 정량 분석(공정 혼합액의 존재량을 분석)이 가능하게 되었다.
도 5는 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치의 광량 모니터링 부분이다.
전체 분석 장치에서 할로겐 램프(20)의 출력은 장시간으로 사용하면, 시간이 지나면서 일정하게 출력이 변하게 되는데 이러한 출력을 미리 확인하여 할로겐 램프(20)를 교체할 수 있도록 하였다. 광량 모니터링 부분은 할로겐 램프(20)로부터 광이 주사될 때 광파이버(32)를 2가닥으로 분기시켰다. 하나는 플로우 셀(Flow Cell)(31)로 주사시키며 다채널 분광 분석기(spectrometer)(30)로 측정하며, 다른 하나는 광량을 측정하는 모니터링 광다이오드로(Photodiode)(41)로 직접 주사하도록 하였다. 분석 장치는 이러한 광 경로를 통해 정확한 광을 지속적으로 모니터링 하도록 구성하였다.
도 6은 본 발명에 따른 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치를 이용한 정량 분석 방법을 설명한 순서도이다.
본 발명에 따른 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 방법은 (a) 반도체 및 LCD 공정에서, 상기 할로겐 램프로부터 주사된 광원을 광파이버로 2분기하여 일정시간 동안 지속적으로 광원을 모니터링 하는 광다이오드(photodiode) 부분과 광파이버를 통해 플로우 셀(Flow Cell)로 각각 주사하고, 용액탱크(10)에 보관된 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정혼합액이 플로우 셀(Flow Cell)에 도입되면, 다채널 분광 분석기(30)를 구동하기 전에 우선 유량계를 확인한 후, 상기 공정혼합액이 상기 플로우 셀에서 일정 유량이 공급되면 분광분석기(spectrometer)를 구동하여 할로겐 램프(20)로부터 주사된 광(light)을 광파이버, 제1 및 제2 렌즈를 통해 집광된 빛을 상기 플로우 셀로 수신받고, 장시간 사용으로 시간 경과에 따라 상기 할로겐 램프(20)의 세기가 감소에 따른 흡광도를 보정하여 정밀한 정량 분석을 위해 기 실험치에 근거하여 특정 파장 대역의 신호와 잡음(S/N)에 대한 흡광도 보정에 기초하여 공정액에 녹아있는 각각의 특정 파장 대역에서 반응하는 화학물질 성분에 대한 농도별 흡광도 데이타로 생성된 검량선을 보정하고(비율/차) 광경로에 대한 잡음을 최소화하고 UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선)의 여러 파장 대역(300~1100nm)의 빛을 분광시켜 스펙트럼을 측정하며, 상기 공정 혼합액이 빛을 흡수하는 각각의 파장 대역별로 빛의 세기 분포, 흡광도를 측정하여 이와 관련된 상기 공정 혼합액의 여러가지 화학물질의 농도를 계산하는 단계; 및 (b) UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선)의 여러 파장 대역(300~1100nm)의 빛을 측정하는 상기 다채널 분광분석기로 측정된 스펙트럼이 표준치 또는 측정치인지를 판단하고, 스펙트럼이 표준치인 경우 공정원액의 표준물질을 플로우 셀에 첨가하여 측정된 광의 여러가지 파장대역별 빛의 세기 분포, 흡광도 및 농도를 측정(SRM)하며, 스펙트럼이 측정치인 경우 상기 공정 혼합액의 특정 파장 대역에서 반응하는 각각의 화학물질 성분에 대한 농도별 흡광도 데이타인 검량선을 검출한 후, 최적의 R값을 가지는 파장 대역을 선택하여 미지 시료인 공정혼합액이 빛을 흡수하는 여러가지 파장에서 흡광도 및 상기 공정 혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 측정하여 각 성분의 농도 관리를 하는 단계를 포함한다.
검량선은 화학물질의 농도를 미리 알고 있는 표준물질 또는 화학물질의 농도를 모르는 미지시료는 각각 농도별 흡광도를 측정하여 생성한다.
상기 방법은 (c) 상기 할로겐 램프의 세기가 시간 경과에 따라 감소되므로 표준물질에 의해 생성된 최적의 검량선 그래프에 기초하여 컴퓨터의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어에 의해 공정혼합액(공정액에 녹아있는 특정 파장 대역에서 반응하는 여러가지 화학물질 성분)에 대한 농도별 흡광도 데이타로 생성된 검량선의 비율/차이를 보정하는 단계를 더 포함한다.
상기 단계(s)는, (c1) 장시간 사용으로 시간경과에 따라 할로겐 램프가 지속적으로 빛의 세기 감소에 따른 흡광도의 보정에 의한 정량 분석의 정밀도를 지속적으로 유지하기 위해, 상기 할로겐 램프를 출력한 후, 상기 용액탱크로부터 상기 공정혼합액이 공급되면, 특정 파장 대역의 신호와 잡음 세기를 확인하고(빛의 세기가 증가하면 SNR 감소) 상기 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도 보정이 필요하지 않으면 바로 흡광도를 확인하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 바로 출력하는 단계; 및 (c2) 상기 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도의 보정이 필요하면 선택된 파장인 신호(Signal)와 선택하지 아니한 파장인 잡음(Noise)에 대한 비율을 계속 측정할 때마다 기 실험치에 근거하여 공정액에 녹아있는 특정 파장 대역에서 반응하는 각 화학물질 성분의 농도별 흡광도 데이타인 검량선을 보정하며, 상기 할로겐 램프의 세기가 소모에 따른 신호와 잡음(S/N)을 계속 보정하기 위해 신호와 잡음(S/N)을 나누어지는 비율 방식과 신호와 잡음에 대한 차이로 계산 방법을 사용하여 광경로에 대한 잡음을 최소화하도록 기 실험치에 근거하여 흡광도가 보정된 검량선을 만들고, 보정된 검량선을 사용하여 미지시료(용액탱크의 공정 혼합액)의 빛의 세기 분포, 흡광도 및 상기 공정혼합액의 여러가지 화학물질의 농도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치를 사용한 정량 분석 방법은 반도체 공정 또는 LCD 공정에서 용액탱크(10)에 보관된 공정 혼합액이 플로우 셀(Flow Cell)에 유입되면(S10), 다채널 분광 분석기(spectromemter)(30)를 구동하기 전에 우선 유량계를 확인한(S20) 후, 상기 공정혼합액이 상기 플로우 셀로 일정 유량이 공급되면 다채널 분광분석기(30)를 구동하여(S30) 할로겐 램프(20)로부터 주사된 광(light)을 광파이버, 제1 및 제2 렌즈(21,22)를 통해 집광하여 플로우 셀(31)로 도입되고, 정밀한 정량 분석을 위해 장시간 사용으로 시간 경과에 따라 할로겐 램프(20)의 빛의 세기가 감소되므로 특정 파장 대역의 신호와 잡음(S/N)에 대한 흡광도 보정에 기초하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 보정하고(비율/차) 정량 분석을 실시하도록 신호와 잡음(S/N)에 대한 보정을 측정할때마다 실시하여 광경로에 대한 잡음을 최소화하고 UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선)의 여러 파장 대역(300~1100nm)의 빛을 분광시켜 여러가지 파장 대역별로 빛의 세기 분포 및 스펙트럼을 측정하며, 상기 공정 혼합액이 빛을 흡수하는 여러가지 파장 대역에서 흡광도를 측정하여 파장 대역별로 공정 혼합액의 여러가지 화학물질의 농도를 계산한다. 그리고 다채널 분광 분석기(30)에 측정된 스펙트럼이 표준치(공정액에 첨가된 화학물질의 농도를 아는 표준물질로 사용한 측정치) 또는 측정치(표준물질이 아닌 일반 측정치) 인지를 판단하고(S40), 스펙트럼이 표준치인 경우 공정원액의 표준물질을 플로우 셀에 주입하여 여러가지 파장 대역별로 흡광도 및 농도를 측정(SRM)하며(S50), 공정 혼합액의 각각 성분에 대한 검량선을 검출한(S60) 후 최적의 R값(R2가 1에 가까은 값)을 가지는 파장 대역을 선택하여 미지 시료(용액탱크의 공정 혼합액)의 여러가지 파장 대역별로 빛의 세기 분포, 파장 대역별 흡광도 및 공정 혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 측정하여 각 성분의 농도 관리를 한다(S70).
즉 검량선이란 농도를 알고 있는 표준물질들의 흡광도를 측정하고 이들 농도와 흡광도를 통해 결정된 점들을 가장 잘 연결하는 선으로 이 검량선은 직선뿐 만아니라 다차 곡선도 사용가능하며,여기서 R2 란 표준물질의 농도로 부터 결정된 값의 검량선의 일치하는 정도를 나타내는 계수이다.
S30 단계에서, 분광분석기(spectrometer)(30)를 구동하여 여러가지 파장 대역의 빛을 분광시켜 스펙트럼을 측정하고 여러가지 파장 대역별 흡광도를 측정하기 전에, 용액탱크(10)에 보관된 공정 혼합액이 빛을 흡수하는 파장에서 흡광도를 측정하기 위해 기준 세기를 측정한다. 이 기준 세기는 공정액에 따라서 공기 또는 물과 같은 여러가지 기준 물질을 사용한다. 이 기준 세기를 측정한 후에 공정액 중 표준 물질을 플로우 셀(Flow Cell)에 넣은 후 공정혼합액을 통과한 빛의 세기 분포 및 흡광도를 측정한다. 표준 물질은 최소 3가지 이상을 사용하며, 농도를 미리 아는 표준 물질을 플로우 셀에 넣은 후 여러가지 파장 대역별로 빛의 세기 분포와 흡광도를 측정한 후, 흡광도와 농도와의 상관 관계를 확인하며, 상관 관계를 확인하기 위해 하나의 파장 또는 여러 개의 파장을 선택하여 상관 관계를 확인한다. 두 가지에 대한 상관성 여부는 R2에 의해 결정되는데, R2가 1에 가까울수록 상관성이 좋은 것(흡광도와 농도로 결정된 점들이 검량선에 일치하는 정도가 높은것)으로 볼 수 있다. 이 상관 관계에 의해 상관식을 확인할 수 있다. 그리고 미지 시료(용액탱크의 공정 혼합액)의 여러가지 파장 대역별로 빛의 세기 분포, 흡광도 및 공정혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 측정하고(S70), 정확도를 확인하여 측정을 완료한다(S80).
반도체 공정 또는 LCD 공정에서 공정액에 첨가하여 여러가지 화학 물질이 사용되며, 이러한 공정 혼합액은 필요에 따라 공정액+Cu(구리), 또는 공정액+PR(Photo Resist, 감광액), 공정액+Ag(은), 공정액+H2O2 등이 사용하게 되며, 여러가지 화학물질은 각각 서로 다른 특정 파장 대역에서 강하게 반응하게 된다.
참고로, 반도체 제조 공정에서 Lithography 식각공정은 실리콘기판 위에 회로를 깎아 넣는 공정으로 광원을 미세 회로가 그려진 포토마스크(mask)를 통해 주사하면, 마스크의 영상이 실리콘 기판 위에 쏘아지게 되는데, 이때 광반응을 할 수 있는 Photoresist(PR, 감광액)을 사용한다. 광원을 포토마스크를 통해 실리콘 회로 기판에 쏘아준 후 etching과정과 ashing과정을 실시하며 이렇게 patterning 과정 모두를 lithography라고 하며, Photoresist(PR, 감광액)는 자외선(파장 180~400nm) 또는 X-ray, 전자선과 같은 방사선에 의해 화학반응이 일어나 일반적으로 용해도 특성이 변화되는 감광성 고분자 또는 감방사선 고분자 물질이다. Lithography 공정은 미세회로가 그려진 포토마스크를 통해 빚 에너지가 조사된 부분에서 화학 반응이 일어나고, 조사되지 않은 부분에 비하여 더욱 가용성이 되거나 불용성이 되어 이를 적당한 현상액으로 현상하면 각각 positive형 또는 negative형 미세화상의 패턴을 얻게 된다.
예를들면, 공정액 중 Photoresist(PR, 감광액)는 자외선 파장 180~400nm 대역에서 강하게 반응한다. 다른 예를 들면 공정액 중 구리(Cu) 이온의 검량선 그래프는 전체 파장 대역 중에서 600nm~700nm 파장 대역에서 높은 상관성이 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공정액 중 구리(Cu) 이온의 검량선 그래프를 나타낸다. 공정액 중 구리(Cu) 이온의 검량선 그래프는 전체 파장 대역 중에서 600nm~700nm 파장 대역에서 높은 상관성을 확인할 수 있었다. 구리이온의 표준 물질은 198~2,636ppm까지 농도와 흡광도의 상관 계수가 0.99로 매우 높은 선형성을 확인하였다.
예를 들면, 공정혼합액은 공정액에 녹아있는 10%, 20%, 30% 화학물질(예: 공정액+Cu, 공정액+PR, 공정액+Ag 등)이 녹아있고, 다채널 분광분석기(30)에 의해 빛의 세기 분포, 흡광도를 측정하고 및 표준물질에 의해 측정된 검량선에 의해 측정된 흡광도에 대한 농도를 측정한다.
미지 시료는 공정액에 적어도 하나 이상의 화학물질이 녹아있되, 여러가지 화학물질의 녹아있는 농도를 모르는 시료를 의미한다.
표준 물질은 공정액에 하나 이상의 화학물질이 녹아있되, 여러가지 화학 물질의 녹아있는 농도를 아는 시료이다.
공정액에 미리 녹아있는 농도(0.05%, 0.1%, 0.15%, 0.2%, 0.25%, 0.3%)를 아는 표준 물질에 대해 다채널 분광분석기(multichannel spectrometer)로 측정한 흡광도를 사용하여 최적의 검량선 그래프를 그린다.
검량선은 화학물질의 농도를 미리 알고 있는 표준물질 또는 화학물질의 농도를 모르는 미지시료는 각각 농도별 흡광도를 측정하여 생성한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 검량선 그래프는 일실시예로 흡광도(Absobbance) 및 농도(Concentration,％) 값을 공정원액의 표준물질(구리 이온, Cu)로 측정한 검량선 데이타를 나타낸다.
이후, 다채널 분광 분석기는 미지 시료인 공정 혼합액에 포함된 특정 파장 대역에서 반응하는 화학물질의 흡광도를 측정하여 표준 물질에 대한 최적의 검량선 그래프에 의해 미지 시료의 특정 파장 대역에서 반응하는 화학물질의 농도를 알게 된다.
도 8은 다채널 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석장치를 이용한 광량의 보정 방법을 설명한 순서도이다.
다채널 분광 분석기(multichannel spectrometer)(30)의 경우, 할로겐 램프(20)는 장시간 사용으로 시간이 경과함에 따라 지속적으로 할로겐 램프의 빛의 세기가 감소되는데, 기 실험치에 근거하여 흡광도의 보정에 의해 정량 분석의 정확도와 정밀도를 지속적으로 유지한다. 먼저 할로겐 램프(20)를 출력한(S89) 후, 용액탱크(10)로부터 공정혼합액이 공급되면, 특정 파장 대역의 신호와 잡음 세기를 확인하고(빛의 세기가 증가하면 SNR 감소)(S91) 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도 보정이 필요하지 않으면 바로 흡광도를 확인하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 바로 출력하고, 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도의 보정이 필요한 경우로 판단되면 선택된 파장인 신호(Signal)와 선택하지 아니한 파장인 잡음(Noise)의 비율을 계속 측정할 때마다 기 실험치에 근거하여 흡광도의 보정을 실시한다. 보정 방법은 신호와 잡음을 나누어지는 비율(SNR) 방식과 신호와 잡음에 대한 차이로 계산 방법을 사용하여 컴퓨터에 저장된 기 실험치에 근거하여 흡광도가 보정된 검량선(비율/차)을 만들고(S93) 보정된 검량선을 사용하여 미지시료(용액탱크의 공정 혼합액)의 여러가지 파장 대역별 빛의 세기 분포, 흡광도 및 공정 혼합액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 측정하여 보다 정밀하게 각 성분의 농도를 관리한다(S94).
반도체 공정 또는 LCD 공정에서, 용액탱크에 저장된 공정액에 포함된 여러가지 화학물질의 농도를 확인하여, 공정 혼합액이 기 설정된 기준치를 초과하면 혼탁해졌으므로 공정 품질을 향상시키기 위해 새로운 공정원액으로 교체한다.
또한, 장시간 사용으로 시간 경과에 따라 할로겐 램프(20)의 소모에 따른 램프의 빛의 세기 신호와 잡음(S/N)에 대한 보정을 측정할 때마다 계속 실시하여 측정시 광경로의 신호(signal)에 대한 잡음(noise)을 최소화하였다. 여러가지 파장대역별로 흡광도 측정이 가능한 다채널 분광 분석기(multichannel spectrometer)를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는 이러한 방법을 사용하여 이전보다 장시간 재현성이 높아지고, 장기간 사용으로 시간 경과에 따라 상기 할로겐 램프의 빛의 세기가 감소에 되더라도 기 실험치에 근거하여 흡광도 보정에 의해 측정 정확도와 정밀도가 높은 빛의 세기분포, 흡광도 측정과 공정액 분석과 농도관리가 가능하게 되었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
10: 용액 탱크 20: 할로겐 램프
21: 제1 렌즈 22: 제2 렌즈
30: 분광분석기 40: 컴퓨터
21: 제1 렌즈 22: 제2 렌즈
30: 분광분석기 40: 컴퓨터
Claims (11)
- 다채널 분광 분석기(multichannel spectrometer)를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치에 있어서,
상기 반도체 및 LCD 공정에서 필요한 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정 혼합액을 공급하는 용액 탱크(Solution Tank);
하나의 광파이버(optical fiber)를 통해 광원을 플로우 셀(Flow Cell)로 주사하고, 상기 하나의 광파이버에서 분기된 다른 광파이버를 통해 포토다이오드(photodiode)로 광원을 주사하는 할로겐 램프;
상기 할로겐 램프 광원으로부터 상기 광파이버를 통하여 주사된 광(light)을 상기 플로우 셀까지 도달시키기 위해 제1 렌즈를 통해 상기 플로우 셀로 투과시키는 광원의 광 경로부;
상기 플로우 셀을 투과된 광을 상기 다채널 분광 분석기로 도입시키기 위해 제2 렌즈를 사용하여 집광한 후, 상기 다채널 분광분석기로 광을 도입시키는 다채널 분광기의 광경로부;
상기 공정 혼합액을 통과하여 상기 도입되는 광을 여러가지 파장 대역에 따라 흡광도를 검출하는 다채널 분광 분석기(spectrometer); 및
상기 공정액에 화학물질이 용해되되 상기 화학물질의 농도를 미리 알고 있는 표준물질을 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 파장대역별로 상기 표준물질의 흡광도와 상기 농도를 이용하여 작성된 검량선;을 포함하여 구성되어, 공정액에 화학물질이 용해되되, 농도를 모르는 미지시료를 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 상기 미리 작성된 검량선을 통해 미지시료의 화학물질의 농도를 분석함으로써, 각 성분의 농도 관리를 하는 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어가 설치된 컴퓨터;
를 포함하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐 램프는,
상기 할로겐 램프로부터 주사된 광원을 광파이버로 2분기하여 일정시간 동안 지속적으로 광원을 모니터링 하는 광다이오드(photodiode) 부분과 광파이버를 통해 플로우 셀(Flow Cell)로 각각 주사하고, UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선)의 여러 파장 대역(300~1100nm)의 빛의 세기를 측정하는 다채널 분광 분석기로 제공하는 것을 특징으로 하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 플로우 셀은,
공정 혼합액(시료)의 흡광도와 농도를 측정하기 위해 공정 혼합액 시료 튜브를 연결하고, 측정 양단 부분에 제1 및 제2 렌즈를 구비하며, 이 집광 렌즈의 연결한 볼트 형 잠금으로 구성한 둥근형 아답터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어는,
상기 용액탱크에 보관된 상기 공정 혼합액을 분석 및 데이터 처리를 위한 알고리즘이 적용되고, 상기 다채널 분광 분석기를 구동하기 전에 유량계로 먼저 확인한 후, 일정 유량이 공급되면 상기 다채널 분광 분석기를 구동하여 도입된 광의 여러가지 파장 대역별로 스펙트럼을 측정하고, 상기 공정 혼합액의 각각 성분에 대한 검량선을 검출한 후 미지 시료의 흡광도 및 여러가지 화학물질의 농도를 측정하여 각 성분의 농도를 관리하는 알고리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치는
전기를 공급하는 부분과, 화학물질이 흐르는 부분을 물리적으로 분리하여 만약 화학물질의 누수로 인하여 전기 부분에 손상을 주어 시스템에 전기적인 손상을 주지 않도록 하기 위해 전기를 공급하는 부분이 화학물질이 흐르는 부분보다 위쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어는
상기 할로겐 램프의 세기가 시간 경과에 따라 감소되므로 표준물질에 의해 생성된 최적의 검량선 그래프에 기초하여 공정혼합액(공정액에 녹아있는 특정 파장 대역에서 반응하는 여러가지 화학물질 성분)에 대한 농도별 흡광도 데이타로 생성된 검량선의 비율/차이를 보정하는 것을 특징으로 하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어는,
상기 할로겐 램프를 출력한 후, 상기 용액탱크로부터 상기 공정혼합액이 공급되면, 특정 파장 대역의 신호와 잡음 세기를 확인하고(빛의 세기가 증가하면 SNR 감소) 상기 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도 보정이 필요하지 않으면 바로 흡광도를 확인하여 흡광도/농도의 그래프인 검량선을 바로 출력하고, 상기 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도의 보정이 필요하면 선택된 파장인 신호(signal)와 선택하지 아니한 파장인 잡음(noise)의 비율을 계속 측정할 때마다 기 실험치에 근거하여 흡광도의 보정을 실시하고, 상기 할로겐 램프를 출력한 후, 공정액에 따른 선택된 파장인 신호와 선택하지 아니한 파장인 잡음에 대한 비율(SNR) 방식과 신호와 잡음(S/N)에 대한 차이로 계산 방법 특징을 가진 알고리즘을 포함하는 소프트웨어를 사용하며, 신호와 잡음(S/N)에 대한 보정을 측정할때마다 실시하여 광경로의 신호에 대한 잡음을 최소화하는 것을 특징으로 하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 장치. - 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 방법에 있어서,
(a) 반도체 및 LCD 공정에서, 용액탱크에 보관된 공정액에 녹아있는 여러가지 화학물질이 포함된 공정혼합액이 플로우 셀(Flow Cell)에 일정 유량이 공급되면 다채널 분광분석기(spectrometer)를 구동하여 할로겐 램프로부터 주사된 광(light)을 광파이버, 제1 및 제2 렌즈를 통해 집광된 빛을 상기 플로우 셀로 수신받고, UV-VIS(Ultraviolet-visible spectroscopy, 근자외선-가시광선)과 NIR(Near Infra-Red, 근적외선)의 여러 파장 대역(300~1100nm)의 빛을 분광시켜 스펙트럼을 측정하며, 상기 공정 혼합액이 빛을 흡수하는 각각의 파장 대역별로 빛의 세기 분포, 흡광도를 측정하여 상기 공정 혼합액의 여러가지 화학물질의 농도를 계산하는 단계; 및
(b) 상기 공정액에 화학물질이 용해되되 상기 화학물질의 농도를 미리 알고 있는 표준물질을 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 파장대역별로 상기 표준물질의 흡광도와 상기 농도를 이용하여 검량선을 작성하는 단계;
(c) 공정액에 화학물질이 용해되되, 농도를 모르는 미지시료를 상기 다채널 분광 분석기로 측정한 후 상기 미리 작성된 검량선을 통해 미지시료의 화학물질의 농도를 분석하는 단계;
를 포함하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 방법. - 제8항에 있어서,
상기 단계 (a)는,
상기 다채널 분광분석기를 구동하여 여러 파장 대역의 빛을 분광시켜 스펙트럼, 흡광도 및 농도 데이터를 측정하기 전에, 공정액에 따라서 공기 또는 물과 같은 여러가지 기준 물질을 사용하여 기준 세기를 측정하고, 상기 기준 세기를 측정한 후에 공정액 중 표준 물질을 상기 플로우 셀에 넣은 후 여러가지 파장대역별 빛의 세기 분포 및 흡광도를 측정하며, 흡광도와 농도와의 상관 관계를 확인하고 하나의 파장 또는 여러 개의 파장을 선택하여 상기 상관 관계를 확인하며, 두 가지에 대한 상관성 여부는 R2 (표준물질의 농도로 부터 결정된 값의 검량선의 일치하는 정도를 나타내는 계수) 결정된 에 의해 결정되고, R2가 1에 가까울수록 상관성이 좋은 것을 특징으로 하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 방법. - 제8항에 있어서,
(d) 상기 할로겐 램프의 세기가 시간 경과에 따라 감소되므로 표준물질에 의해 생성된 최적의 검량선 그래프에 기초하여 컴퓨터의 공정 혼합액 전용 분석 소프트웨어에 의해 공정혼합액(공정액에 녹아있는 특정 파장 대역에서 반응하는 여러가지 화학물질 성분)에 대한 농도별 흡광도 데이타로 생성된 검량선의 비율/차이를 보정하는 단계를 더 포함하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 - 제10항에 있어서,
상기 단계 (d)는
(d1) 장시간 사용으로 시간경과에 따라 상기 할로겐 램프가 지속적으로 빛의 세기 감소에 따른 흡광도의 보정에 의한 정량 분석의 정밀도를 지속적으로 유지하기 위해, 상기 할로겐 램프를 출력한 후, 상기 용액탱크로부터 상기 공정혼합액이 공급되면, 특정 파장 대역의 신호와 잡음 세기를 확인하고(빛의 세기가 증가하면 SNR 감소) 상기 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도 보정이 필요하지 않으면 바로 흡광도를 확인하여 검량선을 바로 출력하는 단계; 및
(d2) 상기 특정 파장 대역의 신호대 잡음 세기가 흡광도의 보정이 필요하면, 선택된 파장인 신호(Signal)와 선택하지 아니한 파장인 잡음(Noise)에 대한 비율을 계속 측정할 때마다 기 실험치에 근거하여 흡광도를 보정하며, 시간 경과에 따라 상기 할로겐 램프의 세기 감소에 따른 신호와 잡음(S/N)을 계속 보정하기 위해 신호와 잡음(S/N)을 나누어지는 비율 방식과 신호와 잡음에 대한 차이로 계산 방법을 사용하여 광경로에 대한 잡음을 최소화하도록 기 실험치에 근거하여 각 화학물질 성분의 농도별 흡광도가 보정된 검량선(비율/차)을 만들고, 보정된 검량선을 사용하여 미지시료(용액탱크의 공정 혼합액)의 빛의 세기 분포, 흡광도 및 상기 공정혼합액의 여러가지 화학물질의 농도를 측정하는 단계를 더 포함하는 다채널 분광 분석기를 사용한 반도체 및 LCD 공정 혼합액 분석 방법.
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| KR1020120064045A KR101389556B1 (ko) | 2012-06-15 | 2012-06-15 | 다채널 방식의 분광 분석기를 사용한 실시간 반도체 및 ｌｃｄ 공정 혼합액 분석 장치 및 방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20200023162A (ko) * | 2018-08-24 | 2020-03-04 | 가부시끼가이샤 도시바 | 측정기, 에칭 시스템, 실리콘 농도 측정 방법, 및 실리콘 농도 측정 프로그램 |
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|---|---|---|---|---|
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