선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 기존 구조의 국소환경시스템과 case 1, case 2에 대하여 수치적인 연구를 수행하여 이에 대한 결과를 평가하고 분석하였다.
- 본 연구에서는 환기에서 사용되고 있는 국소평균공기연령 (local mean air-age, LMA)과 유효풍량 (efFective flow rate)의 개념을 도입하여 국소환경시스템 내부에서 기류뿐만 아니라 청정도를 예측하고 평가해 보았다. 공기연령(이。)이란 급기구를 통하여 실내로 유입된 공기가 실내의 임의의 점에 도달할 때까지 소요된 시간이다.
제안 방법
- Zhu®는 국소 환경 시스템 내부에서 가스상 오염의 메커니즘을 모델화 하였고 가스오염제어의 기술과 성능평가에 관하여 논하였다. Shiu 등。)은 국소환경과 SMIF(standard mechanical interface fonnat) 시스템에서 입자침착을 최소화할 수 있는 방안을 기류와 압력의 관점에서 분석하였고 구멍과 슬롯을 통하여 와류영역 (recirculation zone)를 줄일 수 있다는 결과를 도출하였다. Hu와 Wu㈣는 FOUP/LPU가 있는 국소환경 시스템에서 오염원과 웨이퍼의 위치에 따라 입자의 개수를 측정하였고 입자의 오염은 난류 강도와 유동패턴에 따라 지배를 받는다는 결과를 도출하였다「또한 Hu 등。)은 반도체를 제조하는 국소환경 시스템에 대하여 실험과 수치적인 방법으로 난류강도와 압력차, 입자농도를 측정하였고 이를 이용하여 성능평가를 수행하였다.
- Shiu 등。)은 국소환경과 SMIF(standard mechanical interface fonnat) 시스템에서 입자침착을 최소화할 수 있는 방안을 기류와 압력의 관점에서 분석하였고 구멍과 슬롯을 통하여 와류영역 (recirculation zone)를 줄일 수 있다는 결과를 도출하였다. Hu와 Wu㈣는 FOUP/LPU가 있는 국소환경 시스템에서 오염원과 웨이퍼의 위치에 따라 입자의 개수를 측정하였고 입자의 오염은 난류 강도와 유동패턴에 따라 지배를 받는다는 결과를 도출하였다「또한 Hu 등。)은 반도체를 제조하는 국소환경 시스템에 대하여 실험과 수치적인 방법으로 난류강도와 압력차, 입자농도를 측정하였고 이를 이용하여 성능평가를 수행하였다. Chuah 등的 은 LCD 컬러필터 도장기를 국소미니환경으로 제작하였고 기류와 난류강도, 압력, 농도 등을 평가하여 제품위로의 입자침착과 VOC의 배출에 관한 연구를 수행하였다.
- 3과같이 급배기구의 크기와 위치를 변경한 2가지 경우를 고려하였다. case 1은 급기구의 면적을 0.5m(L)x0.8m(H)로 증가시키고 가이드 베인을 설치하여 청정한 공기가 블록(block)이 있는 가공 점 주변으로 공급되도록 하였고 배기구의 면적도 1.0m(L)x0.2m(D)로 증가시켰다. case 2는 청정한 공기가 국소환경시스템의 상부에 있는 1.
- 상태에서 실험을 수행하였다. 개선 전후의 결과를 비교하기 위하여 Fig. 2의 기존 구조와 Fig. 3(b)와 같이 개선된 구조의 노광기에서 청정 도를 측정하였다. 청정도 측정위치는 전면 배기구에서 10cm 상부에 있는 점을 선정하였다.
- 격자는 약 350, 000 개의 사면체(tetrahedron) 격자계를 사용하였다. 계산 시 수렴판정 조건으로는 입구에서의 유입질량률과 운동량으로 정규화한 각 셀(cell)에서의 운동량 유수의 합과 연속방정식에서 유수의 합이 모두 IO」이하로 하였고, 농도장은 유수의 합이 1(尸 이하일 때로 정하였다.
- 그리고 국외의 연구들은 주로 기류와 난류강도를 이용하여 성능평가를 수행하였으나 이 방법은 국소환경시스템 내부에서 입자 및 가스오염 농도의 변화를 예측하지는 못한다. 따라서 본 연구에서는 국소환경시스템 중의 하나인 노광기 (exposure equipment)를 대상으로급배기의 위치 및 유량 등의 변화에 따라 입자농도 측정실험을 수행하였고 동일한 구조에 대하여 3차원 기류 및 공기나이에 대한 CFD 계산을 수행하였다. 그리고 이를 통하여 국소환경시스템의급배기의 위치와 유량을 변경하였을 때, 오염도의 평가 및 예측을 수행할 수 있는 방법을 제안하였고 실험결과와 CFD 결과의 비교를 통하여 제안한 방법에 대한 적용 가능성을 검증하였다.
- 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 Fig. 3과같이 급배기구의 크기와 위치를 변경한 2가지 경우를 고려하였다. case 1은 급기구의 면적을 0.
- 제품의 수율개선을 위하여 노광기로서 사용되는 국소환경시스템의 급배기 위치와 유량을 변경하였을 때, 오염도의 평가 및 예측을 수행할 수 있는 방법을 제안하였고 실험과 CFD 결과를 비교하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
- 그리고 대류항에 대한 계산을 위하여 2차의 상류차분도식 (second order upwind scheme)을 사용하였다. 격자는 약 350, 000 개의 사면체(tetrahedron) 격자계를 사용하였다. 계산 시 수렴판정 조건으로는 입구에서의 유입질량률과 운동량으로 정규화한 각 셀(cell)에서의 운동량 유수의 합과 연속방정식에서 유수의 합이 모두 IO」이하로 하였고, 농도장은 유수의 합이 1(尸 이하일 때로 정하였다.
- 본 연구에서 제안한 청정도 평가 및 예측의 타당성을 증명하기 위하여 실제 공정이 이루어지고 있는 상태에서 실험을 수행하였다. 개선 전후의 결과를 비교하기 위하여 Fig.
- 3(b)와 같이 개선된 구조의 노광기에서 청정 도를 측정하였다. 청정도 측정위치는 전면 배기구에서 10cm 상부에 있는 점을 선정하였다. 부유 입자의 크기와 계수의 측정은 광학입자계수기(optical particle counter) Lighthouse Solair 3100PLUS 를 사용하였다.
이론/모형
- 국소평균공기연령의 계산은 기존의 연구에서 행한 다음과 같은 정상상태 농도장 계산법을 따랐다. 心")
- 수행되었다. 그리고 대류항에 대한 계산을 위하여 2차의 상류차분도식 (second order upwind scheme)을 사용하였다. 격자는 약 350, 000 개의 사면체(tetrahedron) 격자계를 사용하였다.
- 대부분의 국소환경시스템 내부에서의 유동은 난류이기 때문에 수치해석을 수행할 때 standard k-£ 난류모델을 사용하였다.공기유동과 가스 농도 수송방정식은 다음과 같은 정상상태 Navier-Stokes 방정식으로 표현된다.
- 식 (6)의 지배방정식은 SIMPLE 알고리즘⑪을적용하고 상용 CFD코드인 STAR-CD를 사용하여 계산이 수행되었다. 그리고 대류항에 대한 계산을 위하여 2차의 상류차분도식 (second order upwind scheme)을 사용하였다.
성능/효과
- (1) 와류 또는 난류강도로서 국소환경 시스템을 평가하는 것은 정확하지 않을 뿐만 아니라 정량적인 평가지표가 될 수 없는 것으로 나타났고 이로부터 기류만으로는 국소환경시스템의 가공점 청정 도를 평가하는 것이 불충분하다고 판단되었다.
- (2) 국소평균공기연령은 와류에 의한 오염물의 누적을 평가할 수 있을 뿐만 아니라 유효풍량의증가에 따른 영향을 내포하고 있어 가공점 청정 도를 평가할 때 기류 이용 평가지표보다 정성적이고 정량적인 면에서 우수한 평가지표인 것으로 판단되었다.
- (3) 개선된 구조인 case 2에서 실험으로 측정된 청정 도와 수치해석을 통해 구해진 청정도는 0.5 ㎛의 입경에서 각각 최대 1개/fF, 1.35개/把로 근사하게 측정 되 었고 이 로부터 국소평 균 공기 연령은 국소환경 시스템을 평가하기에 적합할 뿐만 아니라 개선된 시스템의 청정도도 예측할 수 있는 방법임을 확인할 수 있었다.
- 개선된 구조에서 유효풍량이 증가함에 따라 실평균체류시간과 P점에서의 국소 평균 공기 연령이 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다. 또한 Table 2와 식 (5)로부터 계산된 점 P에서의 청정도감 소비는 case 1과 case 2에 대해 각각 0.
- 따라서 본 연구에서는 국소환경시스템 중의 하나인 노광기 (exposure equipment)를 대상으로급배기의 위치 및 유량 등의 변화에 따라 입자농도 측정실험을 수행하였고 동일한 구조에 대하여 3차원 기류 및 공기나이에 대한 CFD 계산을 수행하였다. 그리고 이를 통하여 국소환경시스템의급배기의 위치와 유량을 변경하였을 때, 오염도의 평가 및 예측을 수행할 수 있는 방법을 제안하였고 실험결과와 CFD 결과의 비교를 통하여 제안한 방법에 대한 적용 가능성을 검증하였다.
- 0m인 단면의 속도벡터와 국소 평균 공기 연령을 보여주고 있다. 동일한 단면에서 속도벡터와 국소평균연령분포를 관찰한 결과, 와류가 형성되는 영역에서는 주변의 영역에 비해 국소 평균 공기 연령이 다소 높게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 국소평균연령이 와류에 의한 오염물질의 누적을 평가할 수 있는 지표로서 사용할 수 있다는 것을 보여준다.
- 따라서 본 연구에서 제안한 국소 평균 공기 연령을 이용하면 CFD 계산만을 통해서도 개선 후의 효과를 판단할 수 있어 개선에 따른 비용의 손실을 최소화하는데 유리할 것으로 판단된다.
- 이는 와류만으로 국소환경시스템을 평가하는 것이 정확하지 않을 뿐만 아니라 정량적인 기준도 될 수 없다는 것을 의미한다. 따라서 이전의 연구에서 주로 사용한 난류강도도 정량적인 기준으로 사용할 수 없을 것으로 판단되었으며 이로부터 기류 형상분포를 통한 국소환경시스템의 평가는 제한적이라는 것을 알 수 있었다.
- 유출단에서 제품에 침착되어 생산수율을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있을 것으로 판단된다. 반면, 개선된 구조의 시스템은 기존의 구조보다 와류가 형성되는 체적이 작아지는 것을 확인할 수 있다. case 1은 국소 환경 시스템 상부와 하부에서 와류가 형성되지만 대부분의 기류가 확대된 배기구를 통하여 원활히 배출되는 것을 볼 수 있다.
- 그리고 case 2에 대해 예측치와 실측치를 비교해 본 결과, 두 값이 매우 유사한 값으로 나타났다. 이로부터 본 연구에서 이용한 국소평균공기연령이 국소환경시 스템을평가하기에 적합할 뿐만 아니라 개선된 시스템의청정도도 정량적으로 예측할 수 있는 방법임을 확인할 수 있었다.
- 이상과 같이 유선을 통한 와류의 크기로서 국소환경 시스템을 평가한 결과, 개선된 구조인 case 1과 2가 기존의 구조보다 오염제어 측면에서 우수한 것으로 나타났다. 하지만 개선되어진 case 1 과 2의 경우에도 가공점 상부에서 와류가 형성되기 때문에 오염물질의 주요 발진원이 국소환경 시스템의 하부 중앙에 존재한다면 시스템의 개선이 이루어지지 않았다고 볼 수도 있다.
- 이상의 결과로부터 국소평균공기연령 을 이 용한 가공 점 청정도 평가가 기류를 이용한 평가지표보다 정성적인 면에서 우수한 평가지표인 것으로 판단되었다.
후속연구
- 그러나 오염물질의 발진원이 블록이 있는 국소환경시스템의 하부 중앙에 존재한다면, 그 영역에서 형성된 와류에 의해 오염물질이 누적이 되는 문제점이 발생할 수 있匸十. 따라서 case 1과 같이 구조로 시스템을 개선하고자 한다면, 본 연구에서와 같은 국소환경 시스템의 경우 오염물질의 주요 발진원이 시스템의 하부에 있지 않은 경우에만 가능할 것으로 판단된다. case 2는 대부분의 영역에서 기류가 원활히 배출되는 것을 볼 수 있고 와류의 체 적도 다른 경우에 비해 작아지는 것으로 나타났다.
- 동일한 단면에서 속도벡터와 국소평균연령분포를 관찰한 결과, 와류가 형성되는 영역에서는 주변의 영역에 비해 국소 평균 공기 연령이 다소 높게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 국소평균연령이 와류에 의한 오염물질의 누적을 평가할 수 있는 지표로서 사용할 수 있다는 것을 보여준다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.