KR102612872B1 - 밸브 및 기판 처리 설비 - Google Patents

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(주)티티에스
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Abstract

본 발명은 밸브 및 기판 처리 설비에 관한 것으로서, 밸브실이 내부에 형성되도록 중공형으로 형성되고, 상기 밸브실을 외부와 연통시키는 제1개구 및 제2개구가 형성되는 밸브 본체; 상기 제1개구를 개폐하도록 상기 밸브실에 설치되는 개폐부재; 상기 제1개구에 연결되고, 일 방향으로 연장되는 제1유로가 내부에 형성된 제1포트부재; 및 상기 제2개구에 연결되고, 상기 일 방향으로 연장되는 제2유로가 내부에 형성된 제2포트부재;를 포함하고, 기화기에서 생성된 공정 가스를 공정 챔버로 이송하는 과정에서 공정 가스의 압력이 변화되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

Description

밸브 및 기판 처리 설비{VALVE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 밸브 및 기판 처리 설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 처리 설비에 기화된 원료를 안정적으로 공급할 수 있는 밸브 및 기판 처리 설비에 관한 것이다.
기판 처리 설비는 반도체 장치 제조용 웨이퍼 및 표시 장치 제조용 글라스 등의 각종 기판 상에 반도체층, 절연층 및 도전층 등의 각종 막을 소정의 패턴으로 증착함으로써, 기판 상에 반도체 소자, 반도체 소자에 접속되는 배선 및 전극 등의 구조물을 제조하는데 사용되는 설비이다.
반도체 칩의 집적도가 높아지고, 디자인 룰이 작아짐에 따라, 반도체 소자의 원활한 동작을 위한 막의 유전율 및 절연율을 확보하고자, 고유전율의 금속 재료를 유기물과 혼합하여 막 증착 공정용의 액체 원료를 제조하고, 이를 기화시킨 공정 가스를 진공 상태의 공정 챔버 공급하여 막 증착에 사용한다. 이를 위해, 액체 원료를 기화시키기 위한 기화기가 제공되고, 공정 챔버와 기화기는 배관으로 연결된다. 또한, 배관에는 공정 챔버로 공정 가스의 공급 및 차단을 위한 밸브가 설치된다.
한편, 기판 처리 설비에는 신축부재, 예컨대 다이어프램을 변형시켜 유로를 개폐하는 밸브가 주로 사용되고 있다. 이러한 밸브는 밸브 본체에 다이어프램을 설치하고, 가압부재로 다이어프램을 가압하여 변형시킴으로써 유로를 폐쇄하거나 가압을 해제하여 다이어프램을 복원시킴으로써 유로를 개방하는 방식으로 작동한다. 이때, 다이어프램이 변형되는 정도는 제한되어 있기 때문에, 다이어프램은 주로 공정 가스가 이동하는 유로에 배치되어 유로의 단면적이 감소하게 된다. 이처럼, 밸브에서 공정 가스가 이동하는 유로의 단면적이 감소하면, 공정 가스의 압력이 높아져 공정 가스 중 일부가 응축되어 액체 원료로 변화하는 현상이 발생하게 된다. 그리고 공정 가스 중 액체 원료가 공정 챔버에 그대로 유입되고, 공정 챔버의 내부에서 열 분해됨으로써 공정 챔버 내에 파티클을 발생시키는 요인으로 작용하는 문제가 있다.
KR 10-0548731 B
본 발명은 공정 챔버에 기화된 원료를 안정적으로 공급할 수 있는 밸브 및 기판 처리 설비를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 밸브는, 밸브실이 내부에 형성되도록 중공형으로 형성되고, 상기 밸브실을 외부와 연통시키는 제1개구 및 제2개구가 형성되는 밸브 본체; 상기 제1개구를 개폐하도록 상기 밸브실에 설치되는 개폐부재; 상기 제1개구에 연결되고, 일 방향으로 연장되는 제1유로가 내부에 형성된 제1포트부재; 및 상기 제2개구에 연결되고, 상기 일 방향으로 연장되는 제2유로가 내부에 형성된 제2포트부재;를 포함할 수 있다.
상기 제1포트부재 및 상기 제2포트부재는, 상기 제1유로 및 상기 제2유로가 일직선 상에 배치되도록 상기 제1개구 및 상기 제2개구에 각각 연결될 수 있다.
공정 가스는 상기 제1개구를 통해 상기 밸브실의 내부로 유입되어 상기 제2개구를 통해 상기 밸브실의 외부로 배출되고, 상기 제2개구의 직경은 상기 제1개구의 직경과 동일하거나 더 클 수 있다.
상기 제2포트부재의 내경은 상기 제1포트부재의 내경과 동일하거나 더 클 수 있다.
상기 개폐부재는 상기 일 방향에 교차하는 방향으로 이동 가능하도록 상기 밸브 본체에 설치될 수 있다.
상기 개폐부재의 이동 방향과 상기 일 방향이 이루는 각도는 30 내지 60°일 수 있다.
상기 개폐부재는, 상기 제1개구를 개폐하기 위한 개폐기; 및 상기 제1개구를 개방 또는 폐쇄시키는 방향으로 상기 개폐기를 이동시키도록 상기 밸브 본체에 설치되는 구동기;를 포함하고, 상기 개폐기를 상기 제1개구를 개방시키는 방향으로 상기 개폐기를 이동시켰을 때, 상기 구동기는 상기 밸브실 내부에서 서로 마주보는 상기 제1개구에서 상기 제2개구로 연장되는 공간으로부터 상기 개폐기를 이격시킬 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 공정 가스를 공급하도록 액체 원료를 기화시키기 위한 기화기; 상기 기화기와 상기 공정 챔버를 연결시키는 배관; 및 전술한 특징을 가지며, 상기 배관에 설치되는 밸브;를 포함할 수 있다.
상기 배관은, 상기 기화기와 상기 제1포트부재에 연결되는 제1배관; 및 상기 제2포트부재와 상기 공정 챔버에 연결되는 제2배관;을 포함하고, 적어도 상기 제1포트부재에 접하는 상기 제1배관의 일부와 상기 제2포트부재에 접하는 상기 제2배관의 일부는 상기 일 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제1포트부재의 내경은 상기 제1배관의 최대 내경과 동일하거나 클 수 있다.
상기 제2포트부재의 내경은 상기 제1포트부재의 내경과 동일하거나 클 수 있다.
상기 제2배관의 최소 내경은 상기 제2포트부재의 내경과 동일하거나 클 수 있다.
상기 밸브의 내부에서 공정 가스의 압력은 상기 배관 내부에서 공정 가스의 압력에 대해서 95 내지 100%일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 기화기에서 생성된 공정 가스를 공정 챔버로 이송하는 과정에서 공정 가스의 압력이 변화되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 즉, 배관의 내경과 밸브의 내경을 동일하게 함으로써 밸브에서 공정 가스의 차압이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 공정 가스가 이송되는 과정에서 응축되는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있으므로, 공정 챔버에 응축된 공정 가스, 즉 액체 원료가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 공정 챔버에 공정 가스를 안정적으로 공급함으로써 액체 원료의 유입으로 인해 파티클이 발생하는 것을 방지하고, 공정 챔버의 내부에서 수행되는 기판 처리 공정의 공정 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 설비의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브의 개략도.
도 3은 공정 챔버에 공정 가스의 공급을 차단할 때 밸브의 작동 상태를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실험 예에 따른 배관의 압력 변화를 보여주는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 밸브 및 기판 처리 설비는, 기화된 원료를 이용하는 다양한 처리 설비에 적용될 수 있다. 이하에서는 공정 챔버에 기화된 원료를 공급하여 반도체 소자의 제조 공정을 수행하기 위한 밸브 및 기판 처리 설비를 실시 예로 설명한다. 반도체 소자의 제조 공정은 반도체 장치 제조용 웨이퍼 및 표시 장치 제조용 글라스 등의 각종 기판 상에 반도체층, 절연층 및 도전층 등의 각종 막을 소정의 패턴으로 증착하는 각종 제조 공정일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 설비의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 설비는, 내부에 처리 공간이 형성되는 공정 챔버(100)와, 액체 원료를 기화시키기 위한 기화장치(200)와, 기화장치(200)와 공정 챔버(100)를 연결시키는 배관(310) 및 배관(310)에 설치되는 밸브(320)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 반도체 소자의 제조 공정을 수행할 수 있도록 내부에 처리 공간을 형성한다. 공정 챔버(100)는 한 번에 복수개의 기판을 처리할 수 있는 배치(batch) 타입의 공정 챔버일 수 있다. 물론, 공정 챔버(100)는 한 번에 하나의 기판을 처리할 수 있는 싱글(single) 타입의 공정 챔버일 수도 있다.
공정 챔버(100)는 일측에 배관(310)이 연결되고, 타측에 배기관(110)이 연결될 수 있고, 배기관(110)에는 진공 밸브(120)와 진공 펌프(120)가 설치될 수 있다. 공정 챔버(100)는 진공 펌프(120)를 통해 내부 압력을 조절할 수 있고, 배관(310)을 통하여 기화된 원료를 공급받고, 내부에 반입된 기판에 막을 증착시킬 수 있다.
기화장치(200)는 액체 원료가 수용된 액체 원료 공급원(211), 캐리어 가스가 수용된 캐리어 가스 공급원(232), 액체 원료 공급원(211) 및 캐리어 가스 공급원(232)과 연결되고, 액체 원료를 기화시킬 수 있는 기화기(210)를 포함할 수 있다.
액체 원료는 기판 상에 형성하고자 하는 다양한 박막에 대응하는 각종 원료일 수 있다. 액체 원료는 고유전율의 금속 재료를 유기물과 혼합하여 액체 상태로 마련할 수 있다. 물론, 액체 원료의 종류는 다양할 수 있다.
액체 원료 공급원(210)은, 내부에 액체 원료가 수용될 수 있는 액체 원료 저장기(211), 액체 원료 저장기(211)에 액체 원료를 주입할 수 있는 액체 원료 공급관(212), 액체 원료 저장기(211)와 기화기(220)를 연결시키도록 설치되는 액체 원료 배출관(213), 액체 원료 저장기(211)의 내부에 푸시 가스를 주입할 수 있는 푸시 가스 주입관(214), 및 액체 원료 저장기(211)의 내부 압력을 조절할 수 있는 푸시 가스 배출관(215)를 포함할 수 있다.
캐리어 가스는 액체 원료 및 기화된 원료가 공정 챔버로 원활하게 이송될 수 있도록 액체 원료 및 기화된 원료에 혼입되는 각종 가스일 수 있다. 예컨대 캐리어 가스는 질소 가스일 수 있다. 물론 캐리어 가스의 종류는 다양할 수 있다.
캐리어 가스 공급원(230)은, 내부에 캐리어 가스가 저장될 수 있는 캐리어 가스 저장기(232) 및 캐리어 가스 저장기(232)와 기화기(220)를 연결시키는 캐리어 가스 배출관(234)을 포함할 수 있다.
기화기(220)는 액체 원료 배출관(213)을 통해 액체 원료를 공급받고, 캐리어 가스 배출관(234)을 통해 캐리어 가스를 공급받을 수 있다. 또한, 기화기(220)는 발열체(미도시)를 구비하여 내부에서 액체 원료를 기화시킬 수 있고, 기화된 원료 및 캐리어 가스를 배관(310)에 배출시킬 수 있다. 이처럼, 기화기(220)는 액체 원료를 기화시켜 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 제조할 수 있다.
배관(310)은 공정 가스의 이동 경로를 형성하도록 기화기(220)와 공정 챔버(100)를 연결할 수 있다. 배관(310)에는 공정 챔버(100)에 공정 가스를 공급 또는 차단하기 위한 밸브(320)가 설치될 수 있다. 이에 배관(310)은 기화기(220)와 밸브(320)를 연결하는 제1배관(310a)과 밸브(320)와 공정 챔버(100)를 연결하는 제2배관(310b)을 포함할 수 있다. 이때, 공정 가스의 압력 변화를 억제하도록 제1배관(310a)의 내경과 제2배관(310b)의 내경은 동일할 수 있다. 또는 제2배관(310b)의 내경이 제1배관(310a)의 내경보다 클 수도 있다. 이는 공정 가스의 이동 방향으로 배관(310)의 내경이 변화되거나 감소되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 제1배관(310a) 중 밸브(320)의 제1포트부재(3222)와 접하는 일부와, 제2배관(310b) 중 밸브(320)의 제2포트부재(3224)와 접하는 일부는 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있고, 제1포트부재(3222) 및 제2포트부재(3224)와 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 또한, 배관(310)은 수평을 이루도록 배치될 수도 있으나, 이후 설명하는 바와 같이 밸브(320)의 작동을 용이하게 하도록 기화기(220)와 공정 챔버(100) 사이에서 경사지도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 배관(310)은 공정 챔버(100)를 향해 상향 경사지게 배치될 수도 있고, 공정 챔버(100)를 향해 하향 경사지게 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서는 액체 원료 공급원(210), 캐리어 가스 공급원(230), 배관(310), 공정 챔버(220) 등의 구성과 방식을 특별히 한정하지 않는다. 즉, 이들의 구성과 방식은 다양할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브의 개략도이고, 도 3은 공정 챔버에 공정 가스의 공급을 차단할 때 밸브의 작동 상태를 보여주는 도면이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 밸브(320)를 상세하게 설명한다. 이하에서 실시 예를 설명함에 있어 동일하다는 것은 오차 범위 내에서 동일한 것을 의미한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브(320)는 밸브실(3120a)이 내부에 형성되도록 중공형으로 형성되고, 밸브실(3210a)을 외부와 연통시키는 제1개구(3212) 및 제2개구(3214)가 형성되는 밸브 본체(3210)와, 제1개구(3212)를 개폐하도록 밸브실(3210a)에 설치되는 개폐부재(3230)와, 제1개구(3212)에 연결되고, 일 방향으로 연장되는 제1유로(3222a)가 내부에 형성된 제1포트부재(3222) 및 제2개구(3214)에 연결되고, 일 방향으로 연장되는 제2유로(3224a)가 내부에 형성된 제2포트부재(3224)를 포함할 수 있다.
밸브 본체(3210)는 중공형으로 형성되어, 내부에 공정 가스가 이동하는 유로를 형성하고, 개폐부재(3230)의 작동을 위한 공간을 형성하기 위한 밸브실(3210a)을 형성할 수 있다. 또한, 밸브 본체(3210)에는 공정 가스의 유입을 위한 제1개구(3212)와, 공정 가스의 배출을 위한 제2개구(3214)가 형성될 수 있다. 이때, 제1개구(3212)와 제2개구(3214)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 예컨대 제1개구(3212)는 밸브 본체(3210)의 일측 바닥을 관통하도록 형성되고, 제2개구(3214)는 제1개구(3212)와 마주보는 밸브 본체(3210)의 일측 측벽을 관통하도록 형성될 수 있다. 또한, 제2개구(3214)의 직경은 제1개구(3212)의 직경과 동일하거나 더 크게 형성될 수 있다. 이는 공정 가스가 밸브실(3210a) 외부로 배출될 때 밸브실(3210a) 내부로 유입될 때보다 압력이 높아지는 것을 방지할 수 있다.
제1포트부재(3222)는 양쪽이 개방되고, 내부에 연장되는 제1유로(3222a)가 형성되는 관 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제1포트부재(3222)의 내경, 예컨대 제1유로(3222a)의 직경은 제1배관(310a)의 최대 내경과 동일할 수도 있고, 더 클수도 있다. 이는 제1포트부재(3222)의 내경이 감소하여 밸브실(3210a) 내에서 공정 가스의 압력이 높아지는 것을 방지하기 위함이다. 제1포트부재(3222)는 제1개구(3212)에 삽입되어 밸브실(3210a)과 연통되도록 밸브 본체(3210)에 연결될 수 있다. 제1개구(3212)에 삽입되는 제1포트부재(3222)의 단부에는 개폐부재(3230)의 일부와 접촉 가능하도록 제1유로(3222a)의 외측으로 연장되는 접촉면(3223)이 형성될 수 있다. 이때, 접촉면(3223)은 접촉면(3223)이 연장되는 방향과 제1유로(3222a)가 연장되는 방향, 예컨대 일방향이 0°초과 90°미만, 또는 30 내지 70° 정도의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 이는 공정 가스가 이동할 수 있는 경로를 확보하면서, 개폐부재(3230)를 이용하여 제1유로(3222a)를 개방 및 폐쇄시키기 위함이다.
제2포트부재(3224)는 양쪽이 개방되고, 내부에 연장되는 제2유로(3224a)가 형성되는 관 형상으로 형성될 수 있으며, 제1포트부재(3222)와 유사한 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제2포트부재(3224)의 내경, 예컨대 제2유로(3224a)의 직경은 제1포트부재(3222)의 내경과 동일하거나 클 수 있고, 제2배관(310b)의 내경과 동일하거나 작을 수도 있다. 즉, 제2배관(310b)의 최소 내경은 제2포트부재(3224)의 내경과 동일하거나 클 수 있다. 이는 밸브(320)를 통과한 공정 가스의 압력이 제2배관(310b)에서 높아지는 것을 방지하기 위함이다.
제2포트부재(3224)는 제2개구(3214)에 삽입되어 제1유로(3222a) 및 밸브실(3210a)과 연통되도록 밸브 본체(3210)에 연결될 수 있다. 이때, 제2포트부재(3224)는 제2유로(3224a)가 제1유로(3222a)의 연장 방향을 향해 배치되도록 밸브 본체(3210)에 연결될 수 있다. 즉, 제1포트부재(3222)와 제2포트부재(3224)는 밸브 본체(3210)에 연결되어 공정 가스가 이동하는 경로를 형성하는데, 적어도 제1포트부재(3222)와 제2포트부재(3224)는 제1유로(3222a)와 제2유로(3224a)가 직선 경로를 형성하도록 밸브 본체(3210)에 연결될 수 있다. 다시 말해서 밸브(320)는 기화기(210)에서 생성된 공정 가스가 적어도 밸브(320)를 지나갈 때 이동되는 방향이 변경되지 않도록 공정 가스의 이동 경로를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로는 제1포트부재(3222)와 제2포트부재(3224)는 동일한 방향, 예컨대 일 방향을 향하도록 밸브 본체(3210)에 연결되며, 제1유로(3222a)의 직경 방향으로 중심과 제2유로(3224a)의 직경 방향으로 중심을 이은 선(C)이 180°를 이룰 수 있다.
여기에서는 밸브(320)가 밸브 본체(3210), 제1포트부재(3222) 및 제2포트부재(3224)가 서로 결합되는 구조로 설명하지만, 밸브 본체(3210), 제1포트부재(3222) 및 제2포트부재(3224)는 하나의 구조체로 형성될 수도 있다.
한편, 제2유로(3224a)의 단면적은 제1유로(3222a)의 단면적과 동일하거나 제1유로(3222a)의 단면적보다 클 수 있다. 기화기(210)에서 기화된 액체 원료, 예컨대 공정 가스는 배관(310)과 밸브(320)를 거쳐 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다. 이때, 공정 가스가 이동하는 방향으로 배관(310)의 단면적이나 밸브(320)의 단면적이 감소하는 경우, 공정 가스의 압력 변화가 발생하여 공정 가스가 응축되는 현상이 발생할 수 있다.
진공에서 기체의 흐름 저항(W)은 기체 분자와 기체가 이동하는 배관의 벽 간의 외부적 마찰과, 기체 분자들 간의 내부적 마찰에 의해 발생한다. 이러한 기체의 흐름 저항(W)은 압력차, 부피흐름비율, 진공펌프 속도 및 손실에 의해 나타나며, 기체의 전도성(C)과 반비례 관계를 가진다. 그리고 배관을 통한 기체의 전도성(C)은 배관 끝에서 압력차(Δp)를 만들며, 하기의 식1과 같이 정의된다.
식1)
Figure 112021098371779-pat00001
(ℓ은 배관의 길이(㎝), qpv는 유체(기체)의 흐름, Δp는 압력차를 의미함)
식 1에 의하면 기체의 전도성(C)은 배관 끝에서 생기는 압력차(Δp)와 반비례 관계를 가진다. 즉, 배관의 양쪽에서 발생하는 압력차(Δp)가 클수록 기체의 전도성(C)은 감소하고, 압력차(Δp)가 작을수록 기체의 전도성(C)은 증가한다.
아래의 식2는 20℃의 층류 흐름(공기)의 배관 전도도(Cpipe, lam)를 정의하는 식이다.
식2)
Figure 112021098371779-pat00002
(d는 배관의 내경(㎝), ℓ은 배관의 길이(㎝), p는 배관 내 공기의 압력(Pa)을 의미함)
식2를 참조하면, 예컨대 20℃의 층류 흐름(공기)의 배관 전도도(Cpipe, lam)는 배관의 내경(d), 배관의 길이(ℓ), 압력(p)에 따라 변화한다. 이때, 배관의 길이와 공기의 압력이 일정하다고 가정했을 때, 배관의 내경이 감소하면 층류 흐름의 배관 전도도(Cpipe, lam)는 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 층류 흐름의 배관 전도도(Cpipe, lam)는 배관의 길이와 공기의 압력에 비해 배관의 내경에 많은 영향을 받는 것을 알 수 있다.
이를 본 발명에 적용하면, 공정 가스의 흐름은 배관(310)의 내경과 밸브(320)의 내경에 큰 영향을 받으며, 그 내경이 감소하면 공정 가스의 흐름, 즉 전도도가 저감하게 된다. 따라서 공정 가스가 이동하는 배관(310) 및 밸브(320)의 내경을 일정하게 형성함으로써 공정 가스의 전도도가 저감되는 것을 방지할 수 있다. 여기에서 밸브(320)의 내경이란 제1포트부재(3222)에 형성되는 제1유로(3222a)의 직경(D1), 제2포트부재(3224)에 형성되는 제2유로(3224a)의 직경(D2) 및 제1유로(3222a)와 제2유로(3224a) 사이에서 밸브실(3210a)의 내벽 간 거리를 의미할 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 공정 가스가 이동하는 방향으로 배관(310)의 내경을 동일하게 형성하고, 밸브(320)의 내경을 적어도 배관(310)의 내경과 동일하게 형성할 수 있다. 이때, 제1유로(3222a)와 제2유로(3224a) 사이의 밸브실(3210a)은 배관(310)의 내경보다 큰 내경을 가질 수도 있다. 또한, 공정 가스가 이동하는 방향으로 전방에 배치되는 제2유로(3224a)의 직경(D2)은 후방에 배치되는 제1유로(3222a)의 직경(D1)과 동일할 수 있다. 또는, 공정 가스가 이동하는 방향으로 전방에 배치되는 제2유로(3224a)의 직경(D2)은 후방에 배치되는 제1유로(3222a)의 직경(D1)보다 클 수도 있다.
개폐부재(3230)는 제1유로(3222a)를 개폐하도록 밸브 본체(3210)에 설치될 수 있다. 개폐부재(3230)는 제1포트부재(3222)의 접촉면(3223)에 접촉 가능하도록 밸브 본체(3210)에 설치되는 개폐기(3231)와, 개폐기(3231)와 연결되고, 제1유로(3222a)를 개방 또는 폐쇄시키는 방향으로 개폐기(3231)를 이동시키도록 밸브 본체(3210)에 설치되는 구동기(3234)를 포함할 수 있다.
구동기(3234)는 개폐기(3231)를 이동시키기 위한 동력을 발생시킬 수 있고, 밸브 본체(3210)의 외부에 설치될 수 있다. 그리고 개폐기(3231)는 제1유로(3222a)를 개폐시키는 방향으로 이동하도록 밸브 본체(3210)를 관통하며 구동기(3234)에 연결될 수 있다. 개폐기(3231)는 제1포트부재(3222) 및 제2포트부재(3224)가 연장되는 방향, 예컨대 일 방향에 대해서 교차하는 방향으로 이동하도록 밸브 본체(3210)에 설치될 수 있다. 이때, 개폐기(3231)의 이동 방향은 제1포트부재(3222) 및 제2포트부재(3224)가 연장되는 일 방향과 30 내지 60°정도의 각도를 이룰 수 있다. 개폐기(3231)는 연장되는 샤프트 형상으로 형성될 수 있다. 개폐기(3231)의 일단은 구동기(3234)에 연결되고, 타단은 제1포트부재(3222)에 형성되는 접촉면(3223)에 접촉 가능하도록 형성될 수 있다. 이때, 개폐기(3231)는 접촉면에 접촉할 수 있도록 제1개구(3212)의 직경보다 크거나, 제1개구(3212)의 면적보다 큰 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 또는, 개폐기(3231)의 직경이 제1개구(3212)의 직경보다 작거나, 제1개구(3212)의 면적보다 작은 경우에는 개폐기(3231)의 타단에 접촉면(3223)과 접촉 가능한 접촉 부재(미도시)를 형성할 수도 있다. 이러한 구성을 통해 개폐부재(3230)는 구동기(3234)에서 발생되는 동력을 이용하여 개폐기(3231)를 이동시켜 제1개구(3212) 개구 또는 제1유로(3222a)를 개방 및 폐쇄시킬 수 있다. 또한, 구동기(3234)는 제1유로(3222a)를 개방시켰을 때, 밸브실(3210a) 내에서 제1유로(3222a)와 제2유로(3224a) 사이, 즉 제1개구(3212)에서 제2개구(3214)까지 연장되는 공간에서 개폐기(3231)를 이격 또는 회피시킬 수 있다. 공정 가스는 제1유로(3222a)와 제1개구(3212)를 통해 밸브실(3210a)로 유입된 후 제2개구(3214)를 통해 제2유로(3224a)로 빠져나가게 된다. 이때, 밸브실(3210a)에서 공정 가스가 이동하는 경로에 개폐기(3231)가 배치되는 경우, 개폐기(3231)가 공정 가스의 이동에 영향을 미치고, 공정 가스가 이동하는 경로의 단면적이 감소되는 현상이 발생하여 공정 가스의 압력이 변화될 수 있다. 따라서 제1유로(3222a)를 개방시켰을 때, 구동기(3234)는 적어도 밸브실(3210a)에서 제1개구(3212)에서 제2개구(3214)까지 연장되는 공간 내에서 개폐기(3231)를 이격 또는 회피시킴으로써 밸브실(3210a) 내에서 공정 가스의 압력이 변화되는 것을 억제할 수 있다.
개폐기(3231)는 밸브 본체(3210)를 관통하며 구동기(3234)에 연결되기 때문에, 개폐부재(3230)는 밸브 본체(3210)의 내부와 밸브 본체(3210)의 외부를 차단하기 위한 밀폐부재(3236)를 포함할 수 있다. 즉, 밸브 본체(3210)의 밸브실(3210a)을 밸브 본체(3210)의 외부로부터 격리시켜야 한다. 밀폐부재(3236)는 밸브 본체(3210)의 내부에서 개폐기(3231)를 둘러싸도록 밸브 본체(3210)와 개폐기(3231)에 연결될 수 있다. 밀폐부재(3236)는 개폐기(3231)의 이동방향으로 신장 및 수축 가능하도록 마련될 수 있다. 밀폐부재(3236)의 일단은 밸브 본체(3210)에 연결되고, 타단은 개폐기(3231)에 연결될 수 있다. 이처럼, 밀폐부재(3236)의 타단은 개폐기(3231)에 직접 연결될 수도 있으나, 개폐기(3231)의 하단에 밀폐부재(3236)를 고정시키기 위한 고정플레이트(3232)를 설치하고, 밀폐부재(3236)의 타단을 고정 플레이트(3232)에 연결할 수도 있다. 이때, 고정 플레이트(3232)는 제1포트부재(3222)에 형성되는 접촉면(3223)에 접촉 가능한 크기로 형성될 수 있으며, 제1개구(3212)를 개폐할 수 있는 접촉 부재로 사용될 수 있다.
여기에서는 개폐부재(3230)가 공정 가스가 유입되는 제1유로(3222a)를 개방 또는 폐쇄하도록 설치되는 예에 대해서 설명하였으나, 개폐부재(3230)는 공정 가스가 배출되는 제2유로(3224a)를 개방 또는 폐쇄하도록 설치될 수도 있다. 이 경우, 제2포트부재(3224)에 개폐부재(3230)의 일부와 접촉 가능한 접촉면(미도시)이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실험 예에 따른 배관의 압력 변화를 보여주는 그래프이다. 그래프에서 가로축은 배관 내부 또는 밸브 내부에서 가스의 압력을 측정한 시간을 나타내고, 세로축은 배관 내부 또는 밸브 내부에서 공정 가스의 압력(P)과, 배관으로 공급되는 가스의 유량(F)을 나타낸다.
기판 처리 장치의 배관에 밸브를 설치하지 않은 경우(실험 예1)와, 배관에 다이어프램 밸브를 설치한 경우(실험 예2) 및 배관에 본 발명의 실시 예에 따른 밸브를 설치한 경우(실험 예3)로 나누어 실험을 수행하였다. 이때, 실험 예1은 배관 내부에서 공정 가스의 압력을 측정하였고, 실험 예2와 실험 예3은 밸브에서 공정 가스의 압력을 측정하였다.
실험은 배관에 질소가스를 150ℓ/분의 유속으로 공급하면서, Baratron gauge를 이용하여 배관 내부 또는 밸브 내부에서 질소 가스의 압력 변화를 측정하였다. 본 실험은 배관 및 밸브에서 가스의 압력 변화를 측정하기 위한 것으로, 실제 기판을 처리하기 위한 공정 가스도 본 실험과 동일한 결과를 나타내는 것으로 가정하고, 캐리어 가스로 사용되는 질소가스를 사용하였다.
도 4의 (a)는 실험 예1에서 측정된 배관 내부에서 질소 가스의 압력 변화를 보여주는 그래프이다. 도 4의 (a)를 참조하면, 배관에 질소 가스가 공급되면, 배관 내부에서 질소 가스의 압력은 약10torr에서 약 35torr까지 급격하게 증가되다가 약 40torr까지 완만하게 증가되고, 배관에 질소 가스가 공급되는 동안 약 40torr정도로 유지되는 것을 알 수 있다.
도 4의 (b)는 실험 예2에서 측정된 밸브 내부에서 질소 가스의 압력 변화를 보여주는 그래프이다. 도 4의 (b)를 참조하면, 배관에 질소 가스가 공급되면, 밸브 내부에서는 질소 가스의 압력이 약10torr에서 약 90torr까지 급격하게 증가되다가 약 118torr까지 완만하게 증가되고, 배관에 질소 가스가 공급되는 동안 약 118torr정도로 유지되는 것을 알 수 있다. 이처럼, 실험 예2에서 측정된 밸브 내부에서 질소 가스의 압력이 실험 예1에서 측정된 배관 내부에서 질소 가스의 압력에 비해 높은 이유는 다이어프램 밸브에 의해 밸브 내에서 유로의 단면적이 배관의 단면적에 비해 크게 감소하였기 때문이다.
도 4의 (c)는 실험 예3에서 측정된 밸브 내부에서 질소 가스의 압력 변화를 보여주는 그래프이다. 도 4의 (c)를 참조하면, 배관에 질소 가스가 공급되면, 밸브 내부에서 질소 가스의 압력은 약10torr에서 약 35torr까지 급격하게 증가되다가 약 38torr정도까지 완만하게 증가되고, 배관에 질소 가스가 공급되는 동안 질소 가스의 압력이 38 내지 40torr정도로 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 실험 예3에서 배관 내부에서 질소 가스의 압력은 앞서 설명한 실험 예1에서 측정된 배관 내부에서 질소 가스의 압력과 거의 유사하게 측정되었다. 즉, 실험 예3에서 측정된 밸브 내부에서 질소 가스의 압력은 밸브가 설치되지 않은 배관에서 측정된 질소 가스의 압력과 거의 유사하다. 이는 밸브 내부에 형성되는 유로의 단면적이 배관의 단면적과 동일하거나 커서, 밸브 내에서 질소 가스의 압력이 실험 예2와 같이 크게 증가하는 것을 방지할 수 있음을 나타낸다. 이 경우, 밸브 내에서 질소 가스의 압력은 실험 예1에서 측정된 배관 내부에서 질소 가스의 압력에 대해서 95 내지 100% 정도로 유지됨을 알 수 있다. 또한, 배관의 단면적보다 감소하지 않으므로, 질소 가스가 공급되는 동안 밸브 내부에서 질소 가스의 압력을 배관 내에서 질소 가스의 압력 변화가 거의 발생하지 않았기 때문이다.
이를 통해 밸브 내에 형성되는 유로의 단면적을 배관의 단면적과 동일하게 형성하면, 공정 가스가 배관을 따라 이동하는 과정에서 밸브를 통과할 때 공정 가스의 압력 변화가 발생하는 것을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 공정 챔버 200: 기화 장치
310: 배관 320: 밸브

Claims (13)

  1. 밸브실이 내부에 형성되도록 중공형으로 형성되고, 상기 밸브실을 외부와 연통시키는 제1개구 및 제2개구가 형성되는 밸브 본체;
    상기 제1개구를 개폐하도록 상기 밸브실에 설치되는 개폐부재;
    상기 제1개구에 연결되고, 일 방향으로 연장되는 제1유로가 내부에 형성된 제1포트부재; 및
    상기 제2개구에 연결되고, 상기 일 방향으로 연장되는 제2유로가 내부에 형성된 제2포트부재;를 포함하고,
    상기 제1개구는 상기 밸브 본체의 바닥을 관통하도록 형성되고, 상기 제2개구는 상기 밸브 본체의 측벽을 관통하도록 형성되며,
    상기 제1포트부재는 상기 제1개구에 삽입되어, 상기 밸브 본체의 내부에 상기 개폐부재와 접촉 가능하도록 상기 제1유로의 외측으로 연장되는 접촉면을 형성하고,
    공정 가스가 지나갈 때 이동되는 방향이 변경되지 않게 하기 위하여, 상기 제2포트부재는, 상기 제1유로와 상기 제2유로가 일직선 상에 배치되도록 상기 제2개구에 삽입되고,
    공정 가스는 상기 제1개구를 통해 상기 밸브실의 내부로 유입되어 상기 제2개구를 통해 상기 밸브실의 외부로 배출되고,
    상기 공정 가스의 압력이 상기 밸브실 내부로 유입될 때보다 상기 밸브실의 외부로 배출될 때 더 높아지는 것을 방지하기 위해서, 상기 제2포트부재의 내경은 상기 제1포트부재의 내경보다 더 크게 형성되는 밸브.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2개구의 직경은 상기 제1개구의 직경보다 더 큰 밸브.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐부재는 상기 일 방향에 교차하는 방향으로 이동 가능하도록 상기 밸브 본체에 설치되는 밸브.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 개폐부재의 이동 방향과 상기 일 방향이 이루는 각도는 30 내지 60°인 밸브.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐부재는,
    상기 제1개구를 개폐하기 위한 개폐기; 및
    상기 제1개구를 개방 또는 폐쇄시키는 방향으로 상기 개폐기를 이동시키도록 상기 밸브 본체에 설치되는 구동기;를 포함하고,
    상기 개폐기를 상기 제1개구를 개방시키는 방향으로 상기 개폐기를 이동시켰을 때, 상기 구동기는 상기 밸브실 내부에서 서로 마주보는 상기 제1개구에서 상기 제2개구로 연장되는 공간으로부터 상기 개폐기를 이격시킬 수 있는 밸브.
  8. 내부에 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 공정 가스를 공급하도록 액체 원료를 기화시키기 위한 기화기;
    상기 기화기와 상기 공정 챔버를 연결시키는 배관; 및
    청구항 1, 3, 5 내지 7 중 어느 한 항에 기재되고, 상기 배관에 설치되는 밸브;를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 배관은,
    상기 기화기와 상기 제1포트부재에 연결되는 제1배관; 및
    상기 제2포트부재와 상기 공정 챔버에 연결되는 제2배관;을 포함하고,
    적어도 상기 제1포트부재에 접하는 상기 제1배관의 일부와 상기 제2포트부재에 접하는 상기 제2배관의 일부는 상기 일 방향을 향하도록 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1포트부재의 내경은 상기 제1배관의 최대 내경과 동일하거나 큰 기판 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2배관의 최소 내경은 상기 제2포트부재의 내경과 동일하거나 큰 기판 처리 장치.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 밸브의 내부에서 공정 가스의 압력은 상기 배관 내부에서 공정 가스의 압력에 대해서 95 내지 100%인 기판 처리 장치.
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