KR20150139212A - 기판 처리 장치 및 그 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판이 장착되는 스테이지와, 상기 스테이지를 이송시키는 구동 모듈과, 상기 구동 모듈의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하고, 상기 상태정보를 이용하여 이상 여부를 판단하는 모니터링 모듈을 포함하는 기판 처리 장치로서, 구동 모듈을 작동시켜 기판을 이송 가능한 스테이지를 이송시키는 과정과, 상기 구동 모듈의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하는 과정과, 상기 상태정보를 변환시키는 과정과, 변환된 상태정보와 기 설정된 기준 범위를 대비하여 이상 여부를 판단하는 과정을 수행하여 상기 구동 모듈의 동작특성에 이상이 발생되는 것을 실시간으로 감지하여 이상 발생 시 사용자가 이를 즉시 인지할 수 있고, 이에 후속 조치를 수행할 수 있어, 이로부터 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 그 작동 방법이 제시된다.

Description

기판 처리 장치 및 그 작동 방법{Substrate processing apparatus and operating method thereof}
본 발명은 기판 처리 장치 및 그 작동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 작동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 다이오드 디스플레이와 같은 평판표시장치의 기판에는 유리기판이 사용된다. 이러한 유리기판은 세정공정, 레이저어닐링공정, 노광공정 및 식각공정 등을 거쳐 평판표시장치의 기판으로 제조된다.
여기서, 레이저어닐링공정은 유리기판에 레이저를 조사하여 유리기판의 비정질 실리콘 다결정 박막을 결정화시키는 공정이다. 이러한 공정 및 이에 적용되는 장치는 현재 다양한 형태로 구현되어 있다. 예컨대, 대한민국 공개특허공보 2013-0071288호에 레이저 가공장치 및 그 제어방법이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허공보 0780291호에 레이저 어닐링 장치가 개시되어 있다.
공정이 진행되는 동안, 일정한 결정화 박막 및 고품질의 결정화 박막을 제조하기 위하여 유리기판에는 소정의 길이 및 두께를 가지는 라인 형태의 레이저광이 일정한 시간 간격으로 반복 조사된다. 또한, 레이저광이 반복 조사되는 동안, 유리기판의 가공위치들 사이의 간격이 일정하게 유지되도록, 유리기판은 스테이지에 의해 공정진행방향으로 일정한 속도로 이송된다. 이때, 스테이지의 이송은 스테이지에 구비된 모터에 의해 수행된다.
한편, 스테이지를 이송시키는 모터는 공정을 반복 수행하는 과정에서 구성부의 기계적인 마모 및 외란 등에 의하여 그 동작특성이 변하는 경우가 있다. 모터의 동작특성이 변하는 경우, 모터에 정확한 제어입력신호가 전달되더라도 모터의 출력 예컨대 회전량 및 회전속도에는 오차가 발생한다. 따라서, 모터 출력의 정밀한 제어가 불가능하며, 이로 인해 스테이지의 이송 속도가 불규칙하게 변하게 된다.
이와 같이, 공정을 수행하는 과정 중에 모터의 출력 및 스테이지의 이송에 이상이 발생하면, 유리기판의 가공위치들 사이의 간격이 불규칙하게 되고, 이에 유리기판에 일정한 결정화 박막 및 고품질의 결정화 박막을 제조하는데 어려움이 발생한다. 따라서, 생산되는 제품의 품질이 저하되는 문제가 있고, 이는 공정의 신뢰성을 저하시키는 요인이 된다.
특히, 종래의 설비에는 공정 중에 모터 출력의 이상 발생 여부를 모니터링하는 별도의 구성이 없는 실정이며, 이에 사용자는 모터의 출력 및 스테이지의 이송의 이상 여부를 즉각적으로 인지하는데 어려움이 있다.
KR 10-2013-0071288 A KR 10-0780291 B1
본 발명은 스테이지를 이송시키는 구동 모듈의 동작특성에 이상이 발생되는 것을 신속하게 감지할 수 있는 기판 처리 장치 및 그 작동 방법을 제공한다.
본 발명은 구동 모듈의 동작특성에 이상이 발생할 시 이를 사용자가 인지하도록 알림 신호를 생성할 수 있는 기판 처리 장치 및 그 작동 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 기판을 처리하는 장치로서, 기판이 장착되는 스테이지; 상기 스테이지를 이송시키는 구동 모듈; 및 상기 구동 모듈의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하고, 상기 상태정보를 이용하여 이상 여부를 판단하는 모니터링 모듈;을 포함한다.
상기 구동 모듈은 상기 스테이지를 공정진행방향으로 이송시키는 구동모터를 포함하고, 상기 모니터링 모듈은 상기 구동모터로부터 발생되는 구동음의 상태정보를 획득할 수 있다.
상기 모니터링 모듈은, 상기 구동모터의 구동음을 획득하는 센서부; 상기 센서부에 연결되며, 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여 상기 구동음의 상태정보를 변환시키는 연산부; 상기 연산부로부터 변환된 상태정보를 입력받아 기 설정된 기준 범위와 대비하여 이상 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부로부터 이상 상태정보가 입력되는 경우 알림 신호를 생성하는 알림부;를 포함할 수 있다.
상기 구동모터는 서보모터(servo motor)를 포함하고, 상기 센서부는 콘덴서 마이크로폰(condenser microphone)를 포함할 수 있다.
상기 기판에 광을 조사하는 광조사 모듈;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 작동 방법은 기판을 처리하는 기판 처리 장치의 작동 방법으로서, 구동 모듈을 작동시켜 기판을 이송 가능한 스테이지를 이송시키는 과정; 상기 구동 모듈의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하는 과정; 상기 상태정보를 변환시키는 과정; 변환된 상태정보와 기 설정된 기준 범위를 대비하여 이상 여부를 판단하는 과정;을 포함한다.
상기 스테이지를 이송시키는 과정 이전에, 상기 스테이지에 기판을 장착하는 과정;을 수행할 수 있다.
상기 상태정보를 획득하는 과정에 있어서, 상기 구동 모듈의 구동모터로부터 발생되는 구동음의 상태정보를 획득할 수 있다.
상기 상태정보를 변환시키는 과정에 있어서, 국소 푸리에 변환을 수행하여 획득된 상기 상태정보를 변환시키고, 변환된 상태정보로부터 기본 주파수를 산출할 수 있다.
상기 이상 여부를 판단하는 과정에 있어서, 상기 기본 주파수의 출력 범위가 기 설정된 상기 기본 주파수의 기준 범위에 포함되는 경우 상기 구동 모듈을 정상 상태로 판단하고, 상기 출력 범위가 상기 기준 범위에 포함되지 않는 경우 상기 구동 모듈을 이상 상태로 판단할 수 있다.
상기 구동 모듈의 이상 여부를 판단하는 과정 이후에, 상기 구동 모듈이 이상 상태로 판단되는 경우 알림 신호를 생성하는 과정;을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 스테이지를 이송시키는 구동 모듈의 동작특성에 이상이 발생되는 것을 실시간으로 감지할 수 있는 모니터링 모듈을 형성할 수 있고, 이를 이용하여 구동 모듈의 동작특성 이상 발생 시 사용자가 신속하게 인지 가능하도록 알림 신호를 생성할 수 있다.
이로부터, 구동 모듈의 동작특성 이상 발생 시 사용자가 이를 신속히 인지하여 후속 조치를 수행할 수 있고, 구동 모듈의 이상에 의해 스테이지가 불규칙한 속도로 이송되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 공정의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 엑시머 레이저 어닐링 공정(Excimer laser annealing process)에 적용되는 경우, 기판 처리 장치는 모니터링 모듈을 사용하여 스테이지를 공정진행방향으로 이송시키도록 구동력을 생성하는 구동모터로부터 발생되는 구동음을 획득할 수 있다. 또한, 모니터링 모듈은 연산부를 이용하여 획득되는 구동음을 국소 푸리에 변환(ShortTime Fourier Transform)하여 구동음의 파형을 주파수 성분들로 변화시킬 수 있고, 주파수 성분들 중 기본 주파수를 산출할 수 있다. 모니터링 모듈은 산출되는 기본 주파수의 출력 범위가 기 설정된 기본 주파수의 기준 범위를 벗어나는 경우 구동 모듈의 동작특성에 이상이 발생되었다고 판단할 수 있다. 즉, 모니터링 모듈은 구동 모듈의 구동음으로부터 산출되는 기본 주파수를 이용하여 구동 모듈의 동작특성에 이상이 발생되는 것을 실시간으로 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면 구동 모듈의 동작특성에 이상이 발생되는 경우 이를 사용자가 인지 가능하도록 알림 신호를 생성할 수 있고, 이에, 사용자가 신속하게 후속 조치를 수행할 수 있다. 따라서, 스테이지의 이송 속도가 불규칙하게 변하는 것을 방지할 수 있고, 엑시머 레이저 어닐링 공정의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스테이지의 모식도.
도 3은 구동 모듈의 이상 상태를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모니터링 모듈로부터 입력되는 구동음을 이용하여 구동 모듈의 이상 여부를 판단하는 과정을 설명하기 위한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면은 실시 예를 설명하기 위해 그 크기가 과장될 수 있고, 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스테이지의 작동상태를 도시한 모식도이며, 도 3은 구동 모듈의 이상 상태를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 도시한 순서도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모니터링 모듈에 의해 획득되는 구동음을 이용하여 구동 모듈의 이상 여부를 판단하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1000)는 피조사물(S)에 광을 조사하여 피조사물(S)을 처리하는 장치로서, 보다 상세하게는, 유리기판에 엑시머 레이저광을 조사하여 기판 상에 마련된 비정질의 실리콘 박막을 결정화하는 레이저어닐링장치일 수 있다. 즉, 피조사물(S)은 기판일 수 있고, 광은 레이저광일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1000)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 피조사물(S) 예컨대 기판이 수용되는 내부 공간을 가지는 공정챔버(100), 공정챔버(100)의 내부에 설치되고, 피조사물(S)이 장착되며, 피조사물(S)을 공정진행방향으로 이송시키는 스테이지(200), 스테이지(200)에 연결되어 스테이지(200)를 공정진행방향으로 이송시키는 구동 모듈(300), 공정챔버(100)의 외부에 설치되고, 피조사물(S)에 광을 조사하는 광조사 모듈(400), 구동 모듈(300) 및 광조사 모듈(400)의 작동을 제어하는 제어 모듈(500), 구동 모듈(300)이 스테이지(200)를 이송시키는 동안 구동 모듈(300)의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하고, 획득되는 상태정보를 이용하여 이상 여부를 판단하는 모니터링 모듈(600)을 포함한다.
여기서, 구동 모듈(300)은 스테이지(200)를 공정진행방향으로 이송시키는 구동모터(340)를 포함하며, 모니터링 모듈(600)은 구동모터(340)의 작동 시 구동모터(340)로부터 발생되는 구동음의 상태정보를 획득 가능하다. 이를 위해, 모니터링 모듈(600)은 구동모터(340)로부터 발생되는 구동음의 상태정보를 획득 가능한 센서부(610)를 구비할 수 있고, 획득되는 상태정보를 이용하여 구동 모듈(300) 상세하게는 구동모터(340)의 이상 발생 시 알림 신호를 생성가능한 알림부(640)를 구비할 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1000)는 모니터링 모듈(600)를 이용하여 스테이지(200)를 이송시키는 구동 모듈(300)의 이상 여부를 즉시 판단할 수 있고, 이상 발생 시 알림 신호를 생성하여 사용자가 이를 즉시 인지할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 기판 처리 장치(1000)를 상세히 설명한다.
공정챔버(100)는 피조사물(S)이 수용되는 내부 공간을 가지는 다양한 형상 예컨대 그 단면이 사각형인 통 형상으로 제작될 수 있다. 공정챔버(100)의 일측벽 또는 상측벽에는 공정챔버(100)의 내부로 광이 조사되도록 석영(quartz) 재질의 투과창(110)이 설치될 수 있다. 또한, 도면으로 도시하지 않았지만, 공정챔버(100)에는 공정챔버(100)의 내부분위기를 제어하도록 공정챔버(100) 내에 공정가스를 공급하는 가스공급부 및 공정챔버(100) 내에서 발생되는 이물질을 제거하는 이물질제거부가 마련될 수 있다. 공정챔버(100)의 내부에는 스테이지(200)가 설치되고, 스테이지(200)에는 피조사물(S) 예컨대 기판이 장착되며, 스테이지(200)는 공정이 진행되는 동안 피조사물(S)을 공정 진행 방향으로 이송시킨다.
스테이지(200)는 피조사물(S)을 공정진행방향으로 정밀 이송시키기 위한 구성부로서, 스테이지(200)는 공정챔버(100) 내에서 투과창(110)과 서로 마주보도록 배치될 수 있고, 스테이지(200)에는 피조사물(S)이 장착 지지되도록 지지면이 구비될 수 있다. 피조사물(S)이 장착된 스테이지(200)는 후술하는 구동 모듈(300)로부터 구동력을 전달받아 공정진행방향으로 이송되며 광을 피조사물(S)의 전체 또는 일부영역에 노광시킬 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 공정진행방향 즉, 스테이지(200)가 이송되는 방향을 x축 방향으로 정의하고, 스테이지(200)가 이송되는 평면 상에서 공정진행방향에 교차하는 방향을 y축 방향이라 정의하며, x축 및 y축 방향에 각각 교차하는 방향을 r축 방향이라 정의한다.
구동 모듈(300)은 공정진행방향 예컨대 x축 방향으로 연장 형성되고, x축 방향에 교차하는 방향 예컨대 y축 방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1 구동축(310), y축 방향으로 연장 형성되고, x축 방향으로 서로 이격되며, x축 방향으로 이동 가능하도록 제1 구동축(310) 상에 장착되는 제2 구동축(320), y축 방향으로 이동 가능하도록 제2 구동축(320) 상에 장착되며, r축 방향으로 회전 가능한 제3 구동축(330), 제2 구동축(320)을 x축 방향으로 이송시키도록 제1 구동축(310)의 일측에 장착되는 구동모터(340)를 포함할 수 있다. 또한, 구동 모듈(300)은 도면 상에 도시하지 않았지만, 제3 구동축(330)을 y축 방향으로 이송시키도록 제2 구동축(320)의 일측에 장착되는 y축-구동모터(미도시), 제3 구동축(300) 상에 장착되는 스테이지(200)를 r축 방향으로 회전시키도록 제3 구동축(330)의 일측에 장착되는 r축-구동모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이하에서는 구동 모듈(300) 중 스테이지(200)를 공정진행방향으로 이송시키는 제1 구동축(310) 및 이에 연결된 구동모터(340)을 중심으로 설명한다.
구동모터(340)는 제어 모듈(500)로부터 출력되는 제어입력신호에 대응하여 제1 구동축(310)의 내부에 마련된 이송부재(미도시)를 작동시켜 제1 구동축(310) 상에 장착된 제2 구동축(320)을 목적하는 속도로 이송시킨다. 이때, 이송부재(미도시)는 구동모터(340)로부터 출력되는 구동력을 제2 구동축(320) 및 이에 연결된 스테이지(200)에 전달 가능한 기계적인 구성요소 예컨대 회전축, 체인, 벨트, 기어 및 레일 중 구동력의 전달에 적합한 구성요소들이 선택되어 적용될 수 있다. 제2 구동축(320) 및 제3 구동축(330)의 구성요소 및 작동방식은 제1 구동축(310)의 구성요소 및 작동방식과 동일한 방식이 적용 가능하며, 따라서, 이하에서는 제2 구동축(320) 및 제3 구동축(330)에 대한 설명을 생략한다. 이와 같이 형성되는 구동 모듈(300)은 피조사물(S)에 광을 조사하는 공정을 수행하는 동안, 구동모터(340)를 작동시켜 구동 모듈(300)에 장착된 스테이지(200)를 공정진행방향 방향으로 이송시킬 수 있다. 한편, 구동 모듈(300)의 구성요소 및 구성요소의 연결관계는 이에 한정하지 않고, 스테이지(200)를 x축 및 y축 방향으로 이송시키고, r축 방향으로 회전시키는 것을 만족하는 다양한 구성요소 및 구성요소의 연결관계를 가질 수 있다.
광조사 모듈(400)은 공정챔버(100)의 외부에 설치될 수 있고, 공정챔버(100) 내에 마련되는 피조사물(S)을 향하여 펄스 형태의 광 예컨대 라인 형상으로 가공된 레이저광을 조사하여 피조사물(S)의 가공면상에 마련된 박막(F)의 특성을 변화시키는 역할을 한다. 광조사 모듈(400)은 제어 모듈(500)로부터 출력되는 펄스 신호에 의해 제어되어 피조사물(S)을 향하여 광을 발진하는 발진부(410), 발진부(410)로부터 발진되는 광의 입사각을 조절하여 광의 세기를 조절하는 감쇠부(420), 복수개의 렌즈와 미러를 구비하여 감쇠부(420)를 통과한 광이 목적하는 형상과 균일한 에너지분포를 갖도록 가공하는 광학부(430), 광학부(430)를 통과하여 피조사물(S)에 조사되는 광의 경로 상에 배치되어 광을 차단 혹은 통과시키는 셔터부(440)를 포함할 수 있다. 광조사 모듈(400)은 공정이 진행되는 동안 광을 안정적으로 반복 조사할 수 있는 것을 만족하는 다양한 구성요소 및 구성요소의 연결관계를 가질 수 있다. 광조사 모듈(400)의 구성 및 작동방식은 공지된 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.
제어 모듈(500)은 기 설정된 공정 스케줄에 따라 피조사물(S)을 처리하는 공정이 수행되도록 기판 처리 장치(1000)의 각 구성부 예컨대 구동 모듈(300) 및 광조사 모듈(400)을 제어하는 역할을 한다. 제어 모듈은(500)은 공정을 제어하는 주 시스템(main system)이며, 그 구성요소로서 중앙처리장치(CPU), 기억장치(memory), 입출력장치(Input-Output device) 및 소프트웨어(software)를 구비할 수 있다. 제어 모듈(500)의 구성요소 및 공정의 제어과정은 공지된 기술이며, 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 모니터링 모듈(600)을 설명하기 전에, 도 3을 참조하여, 구동 모듈의 이상 상태에 대하여 설명한다. 도 3(a)는 피조사물(S)에 광이 조사되는 상태를 도시한 모식도이고, 도 3(b)는 구동 모듈의 정상 상태에서의 피조사물(S)의 평면도이며, 도 3(c)는 구동 모듈의 이상 상태에서의 피조사물(S)의 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 피조사물(S)에는 소정의 길이 및 두께를 가지는 라인 형태의 광(1)이 피조사물(S)에 대하여 수직하게 또는 소정 각도 기울어진 상태로 조사된다. 광(1)은 일정한 시간 간격으로 반복 조사되며, 광이 피조사물(S)에 반복 조사되는 동안, 피조사물(S)의 가공위치(2)들 사이의 간격이 목적하는 간격 또는 일정한 간격으로 유지(도 3(b) 참조)되도록, 기판(S)은 스테이지(200)에 의해 공정진행방향 예컨대 x축 방향으로 목적하는 속도 또는 일정한 속도로 이송된다. 이때, 스테이지(200)의 이송은 상술한 바와 같이, 구동 모듈(300)의 구동모터(340)로부터 구동력을 전달받아 수행된다. 여기서, 구동모터(340)는 제어 모듈(500)로부터 출력되는 제어입력신호에 대응하여 목적하는 출력 예컨대 회전량, 회전속도 및 토크(torque)를 추종하도록 구성되는 예컨대 서보모터(servo motor)일 수 있다. 구동모터(340)의 출력은 정상상태에서 소정의 오차를 가질 수 있으며, 이를 구동모터(340)의 정상상태 오차라 한다. 이러한 구동모터(340)의 정상상태 오차는 구동모터(340)의 정상상태에서의 출력값에 비하여 그 값이 작아 무시 가능하다. 구동모터(340)의 정상상태 오차에 의하여 스테이지(200)의 이송속도 및 이송거리에는 소정의 오차가 발생한다. 이를 스테이지(200)의 정상상태 오차라 한다. 구동모터(340)의 정상상태 오차 및 이로 인한 스테이지(200)의 정상상태 오차는 기판 처리 장치(1000)의 작동준비(setup) 시 측정 가능하며, 공정이 진행되는 동안 일정한 결정화 박막 및 고품질의 결정화 박막을 제조하도록, 기판 처리 장치(1000)의 초기 설정(setting)시 활용될 수 있다.
한편, 구동 모듈(300) 상세하게는 구동모터(340)가 공정을 반복 수행하는 과정에서 그 구성부가 마모되어 동작특성이 변하는 경우 구동모터(340)의 출력의 오차가 증가한다. 또한, 기판을 처리하는 과정에서 발생되는 이물질이 스테이지(200)의 이송경로상에 부착되는 경우 스테이지(200)의 이송속도 및 이송거리의 오차가 증가한다. 이와 같이, 구동모터(340)의 출력 오차 및 스테이지(200)의 이송 오차가 증가하면, 스테이지(200)의 정밀한 제어가 불가능하게 되어 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 피조사물(S)의 가공위치(2)들 사이의 간격이 불규칙하게 형성된다. 공정을 수행하는 과정에서 피조사물(S)의 가공위치(2)들 사이의 간격이 불규칙하게 되면, 생산되는 제품의 품질이 저하된다. 이에, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1000)는 구동 모듈(300)의 이상 상태를 실시간으로 감지하도록 모니터링 모듈(600)을 구비한다.
이하, 모니터링 모듈(600)을 설명한다. 모니터링 모듈(600)은 구동모터(340)의 구동음을 획득하는 센서부(610), 센서부(610)에 연결되며, 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여 구동음의 상태정보를 변환시키는 연산부(620), 연산부(620)로부터 변환된 상태정보를 입력받아 기 설정된 기준 범위와 대비하여 이상 여부를 판단하는 판단부(630), 판단부(630)로부터 이상 상태정보가 입력되는 경우 알림 신호를 생성하는 알림부(640)를 포함할 수 있다.
센서부(610)는 구동모터(340)의 구동음을 실시간으로 획득 가능하도록 구동모터(340)에 근접하여 설치될 수 있고, 구동모터(340)를 지향하도록 설치될 수 있다. 센서부(610)는 구동모터(340)로부터 발생되는 구동음을 획득하기 용이한 예컨대 콘덴서 마이크로폰(condenser microphone)일 수 있다. 여기서, 콘덴서 마이크로폰은 구동음을 획득 시 넓은 범위의 주파수 대역을 커버 가능하고, 획득되는 상태정보는 평탄한 주파수 특성을 가질 수 있다. 센서부(610)에 의해 획득되는 구동음의 상태정보(status data)는 시간 영역(time domain)에서의 구동음의 세기(또는, 음압) 및 그 변화(또는, 파형)이다. 이를 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시하였다. 도 5(a)는 센서부(610)에서 획득되는 구동음의 상태정보를 시간 축(time axis)과 진폭 축(amplitude axis)을 가지는 평면 상에 도시한 그래프 이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 소정 영역(A)의 구동음의 파형을 확대 도시한 그래프 이다.
여기서, 구동음은 구동모터(340)의 출력에 대응하여 변화하는 물리량이며, 이에, 구동음의 특성 예컨대 구동음의 주파수 특성의 변화는 구동모터(340)의 출력의 변화를 의미한다. 따라서, 본 실시 예에서는 구동모터(340)의 상태를 모니터링하기 위하여 구동모터(340)의 구동음을 획득한 후, 이를 이용하여 구동모터(340)의 이상 여부를 판단한다.
연산부(620)는 센서부(610)에 연결되며, 국소 푸리에 변환(Short Time Fourier Transform)을 수행하여 센서부(610)에서 획득되는 구동음의 파형을 주파수 성분들로 변환시키고, 주파수 성분들 중 기본 주파수를 산출한다. 연산부(620)는 센서부(610)로부터 획득되는 시간 영역에서의 상태정보를 입력받아 이를 주파수 영역(frequency domain)에서의 상태정보로 변환시킬 수 있다. 즉, 연산부(620)는 센서부(610)로부터 전달되는 구동음의 상태정보를 예컨대 구동음의 파형을 주파수 성분들로 변환시킨다. 이를 위해, 연산부(620)는 예컨대 국소 푸리에 변환(Short Time Fourier Transform, STFT)을 수행가능하도록 논리회로가 형성되는 논리회로형 반도체(field-programmable gate array, FPGA)일 수 있다.
변환된 주파수 성분들 중 기본 주파수를 산출하기 위하여, 주파수 성분들 중 노이즈에 해당되는 소정 대역 예컨대 1㎐ 내지 30㎐ 대역의 주파수 성분들을 제거한다. 이후, 나머지 주파수 성분들 중 서로 주기성을 가지는 주파수 성분들 즉, 주파수가 서로 배수를 이루며, 상호 유사한 특성을 가지는 하모닉 주파수(harmonic frequency)들을 추출한다. 이를 이용하여, 추출되는 하모닉 주파수들 중 가장 낮은 주파수를 가지는 주파수 성분인 기본 주파수(fundamental frequency)를 산출할 수 있다. 이를 도 5(c)에 도시하였다. 도 5(c)는 구동음으로부터 변환된 주파수 성분들로부터 추출된 하모닉 주파수(도면상의 붉은색 영역)들을 도시한 그래프이다. 도면 상의 주파수 축은 아래에서 위로 향하는 방향으로 주파수의 크기가 커지는 것을 의미한다. 즉, 도면 상의 가장 아래 영역에 나타나는 주파수 성분이 기본 주파수이고, 기본 주파수의 상측으로 나타나는 주파수 성분들이 하모닉 주파수들 중 기본 주파수의 배수에 해당하는 주파수 성분들이다. 즉, 연산부(620)는 국소 푸리에 변환을 수행하여 구동음을 주파수 성분들로 변환시키고, 주파수 성분들로부터 주기성을 가지는 하모닉 주파수(harmonic frequency)들을 추출하며, 하모닉 주파수 중 가장 낮은 주파수 대역에 위치하는 기본 주파수(fundamental frequency)를 산출한다. 산출되는 기본 주파수를 도 5(d)에 그래프로 도시하였다. 여기서, 도면 상에 실선으로 도시되는 그래프가 산출되는 기본 주파수 이다.
한편, 국소 푸리에 변환은 시간의 변화에 따라 변화하는 상태량을 가지는 시간영역의 정보(data)를 주파수 영역의 정보로 변환하여 상태량의 주파수 특성을 산출하는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 기법 시 시간 정보가 손실되는 것을 방지하고자 고안된 알고리즘이다. 즉, 국소 푸리에 변환은 시간 영역에서의 상태량을 복수개의 시간 구간으로 구분하여 각 구간별로 고속 푸리에 변환을 수행하는 알고리즘이다. 따라서 국소 푸리에 변환에 의하여 시간의 변화에 따라 변화하는 상태량으로부터 시간 정보를 가진 주파수 성분들을 분리할 수 있다. 고속 푸리에 변환 및 국소 푸리에 변환의 알고리즘 및 연산방법은 공지된 기술이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
판단부(630)는 연산부(620)로부터 출력되는 기본 주파수를 입력받아 기본 주파수의 출력 범위(W1)를 기 설정된 기본 주파수의 기준 범위(W0)를 대비하여 구동모터(340)의 이상 여부를 판단할 수 있다. 보다 상세하게는, 판단부(630)는 출력 범위(W1)가 기준 범위(W0)에 포함되는 경우 구동모터(340)를 안정 상태로 판단하고, 그 외의 경우 예컨대 출력 범위(W1)의 적어도 일부가 기준 범위(W0)에 포함되지 않는 경우 구동모터(340)를 이상 상태로 판단한다.
여기서, 기 설정된 기본 주파수의 기준 범위(W0)는 다음과 같이 구할 수 있다. 구동모터(340)가 정상 동작하도록 구성부의 마모 및 이물질에 의한 외란이 배재된 상태 예컨대 기판 처리 장치(1000)의 초기 설정(setting)시 기 설정된 공정 스케줄에 따라 스테이지(200)를 공정진행방향으로 등속 이송시킨다. 스테이지(200)를 등속 이송시키는 동안 구동모터(340)의 구동음을 획득하고, 이로부터 산출되는 기본 주파수의 범위를 기준 범위(W0)로 설정할 수 있다. 이때, 정상 동작하는 구동모터(340)으로부터 출력되는 속도값은 기준 출력 속도값으로부터 3%의 크기로 증감되는 변동값을 가질 수 있다. 예를 들어, 정상 동작하는 구동모터(340)가 10m/s의 속도값을 추종하도록 제어되는 경우, 구동모터(340)의 실제 출력값은 9.7m/s 내지 10.3m/s 일 수 있고, 이 때의 구동모터(340)의 구동음으로부터 산출되는 기본 주파수의 범위를 기준 범위(W0)로 설정할 수 있다.
알림부(640)는 판단부(630)로부터 출력되는 구동모터(340) 이상 상태정보를 입력받아 알림 신호를 생성한다. 여기서, 알림 신호는 시각 신호 또는 청각 신호 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 이를 위해, 알림부(640)는 예컨대 스피커 유닛 또는 발광 다이오드를 구성요소로서 구비할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 작동 방법을 설명한다. 이때, 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 대한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하거나 간단히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 작동 방법은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1000)의 작동 방법으로서, 구동 모듈(300)을 작동시켜 기판을 이송 가능한 스테이지(200)를 공정진행방향으로 이송시키는 과정과, 구동 모듈(300)의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하는 과정과, 획득되는 상태정보를 변환시키는 과정과, 변환된 상태정보와 기 설정된 기준 범위를 대비하여 이상 여부를 판단하는 과정을 포함한다. 여기서, 상태정보를 획득하는 과정에 있어서, 구동 모듈(300) 상세하게는 구동모터(340)로부터 발생되는 구동음의 상태정보를 획득할 수 있고, 획득된 상태정보를 국소 푸리에 변환을 수행하여 변환시키고, 변환된 상태정보로부터 기본 주파수를 산출할 수 있다. 또한, 이상 여부를 판단하는 과정에 있어서, 기본 주파수의 출력 범위(B1)가 기 설정된 기본 주파수의 기준 범위(B0)에 포함되는 경우 정상 상태로 판단하고, 포함되지 않는 경우 이상 상태로 판단할 수 있다. 또한, 구동 모듈(300)의 이상 여부를 판단하는 과정 이후에, 구동 모듈(300)이 이상 상태로 판단되는 경우 알림 신호를 생성하는 과정을 수행할 수 있다.
여기서, 스테이지를 이송시키는 과정 이전에 스테이지(200)에 기판을 장착하는 과정을 수행할 수 있다. 즉, 본 실시 예에서는 기판을 처리하는 공정을 수행하는 동시에 구동 모듈(300)의 이상 여부를 실시간으로 판단 가능하다. 물론, 공정의 수행 여부와는 독립적으로 즉, 기판을 처리하는 공정을 수행하기 전에 스테이지(200)를 이송시키며 구동 모듈(300)의 이상 여부를 확인할 수 있다.
이하, 기판 처리 장치(1000)의 작동 방법을 상세히 설명한다.
구동 모듈(300)의 구동모터(340)를 작동시켜 스테이지(200)를 공정진행방향으로 이송(S100)시킨다. 이때, 상술한 바와 같이, 스테이지(200)에는 기판이 마련될 수 있고, 마련되지 않을 수 있다. 기판이 스테이지(200) 상에 마련되는 경우, 피조사물(S) 상에 비정질 실리콘 박막(F)을 형성한 후, 피조사물(S)을 본 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1000)의 공정챔버(100) 내로 인입시켜, 스테이지(200) 상에 장착할 수 있다.
이후, 스테이지(200)를 공정진행방향으로 등속 이송시키면서 구동 모듈(300)의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득(S200)한다. 상세하게는 구동 모듈(300)의 구동모터(340)로부터 발생되는 구동음을 획득한다. 이때, 스테이지(200) 상에 기판이 마련되는 경우 기판에는 광이 반복 조사될 수 있고, 기판의 비정질 실리콘 박막(F)에 엑시머 레이저를 조사하여 비정질 실리콘 박막(F)을 결정화시킬 수 있다. 여기서, 획득되는 상태 정보는 시간 영역에서의 구동음의 파형일 수 있다.
획득되는 시간 영역에서의 상태정보를 주파수 영역에서의 상태정보로 변환(S300)시킨다. 상세하게는 센서부(610)로부터 획득되는 구동모터(340)의 구동음의 파형을 국소 푸리에 변환을 수행하여 주파수 성분들로 변환시킨 후, 변환되는 주파수 성분들 중 하모닉 주파수들을 추출하고, 이를 이용하여 기본 주파수를 산출한다.
변환된 상태 정보로부터 산출되는 기본 주파수의 출력 범위(W1)가 기 설정된 기준 범위(W0) 내에 포함되는지를 판단(S400)한다. 출력 범위(W1)가 기준 범위(W0)에 포함되는 경우 정상 상태로 판단(S510)한다. 출력 범위(W1)의 적어도 일부가 기준 범위(W0)에 포함되지 않는 경우 이상 상태로 판단(S520)한다. 구동 모듈(300)의 작동상태가 정상 상태로 판단되는 경우 공정을 지속(S610)한다. 구동 모듈(300)의 작동상태가 이상 상태로 판단되는 경우 이를 사용자가 신속하게 인지하도록 알림 신호를 생성하고, 후속 조치를 수행(S620) 예컨대 공정 종료 및 설비의 유지 보수 작업을 실시한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 스테이지(200)를 공정진행방향으로 이송하는 구동 모듈(300)의 구동모터(340)의 구동음을 실시간으로 모니터링하여, 획득되는 상태정보로부터 산출되는 기본 주파수의 출력 범위를 기준 범위와 대비함으로써 구동 모듈(300)의 동작특성의 변화 즉, 이상 여부를 감지하고, 이를 사용자가 즉시 인지하도록 알림 신호를 생성할 수 있다. 이에, 사용자는 구동 모듈(300)의 이상 상태에 대응하여 후속 조치 예컨대 공정의 종료 및 유지 보수 작업을 수행함으로써, 구동 모듈(300)에 이상이 발생된 상태에서 기판 처리 공정이 수행되어 스테이지(200)에 장착된 기판이 불규칙한 속도로 이송되며 처리되는 것을 방지할 수 있고, 이에 생산되는 제품의 품질 및 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 레이저광을 조사하여 피조사물을 어닐링 처리하는 장치의 경우가 예시되었으나, 이외의 다양한 기판 처리 장치 및 방법에도 적용될 수 있다. 한편, 본 발명이 해당되는 기술분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
200: 스테이지 340: 구동모터
610: 센서부 620: 연산부
640: 알림부

Claims (11)

  1. 기판을 처리하는 장치로서,
    기판이 장착되는 스테이지;
    상기 스테이지를 이송시키는 구동 모듈; 및
    상기 구동 모듈의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하고, 상기 상태정보를 이용하여 이상 여부를 판단하는 모니터링 모듈;을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 모듈은 상기 스테이지를 공정진행방향으로 이송시키는 구동모터를 포함하고,
    상기 모니터링 모듈은 상기 구동모터로부터 발생되는 구동음의 상태정보를 획득하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 모니터링 모듈은,
    상기 구동모터의 구동음을 획득하는 센서부;
    상기 센서부에 연결되며, 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여 상기 구동음의 상태정보를 변환시키는 연산부;
    상기 연산부로부터 변환된 상태정보를 입력받아 기 설정된 기준 범위와 대비하여 이상 여부를 판단하는 판단부;
    상기 판단부로부터 이상 상태정보가 입력되는 경우 알림 신호를 생성하는 알림부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 구동모터는 서보모터(servo motor)를 포함하고,
    상기 센서부는 콘덴서 마이크로폰(condenser microphone)를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 광을 조사하는 광조사 모듈;을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 기판을 처리하는 기판 처리 장치의 작동 방법으로서,
    구동 모듈을 작동시켜 기판을 이송 가능한 스테이지를 이송시키는 과정;
    상기 구동 모듈의 상태를 모니터링하여 상태정보를 획득하는 과정;
    상기 상태정보를 변환시키는 과정;
    변환된 상태정보와 기 설정된 기준 범위를 대비하여 이상 여부를 판단하는 과정;을 포함하는 기판 처리 장치의 작동 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스테이지를 이송시키는 과정 이전에,
    상기 스테이지에 기판을 장착하는 과정;을 수행하는 기판 처리 장치의 작동 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 상태정보를 획득하는 과정에 있어서,
    상기 구동 모듈의 구동모터로부터 발생되는 구동음의 상태정보를 획득하는 기판 처리 장치의 작동 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 상태정보를 변환시키는 과정에 있어서,
    국소 푸리에 변환을 수행하여 획득된 상기 상태정보를 변환시키고, 변환된 상태정보로부터 기본 주파수를 산출하는 기판 처리 장치의 작동 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이상 여부를 판단하는 과정에 있어서,
    상기 기본 주파수의 출력 범위가 기 설정된 상기 기본 주파수의 기준 범위에 포함되는 경우 상기 구동 모듈을 정상 상태로 판단하고, 상기 출력 범위가 상기 기준 범위에 포함되지 않는 경우 상기 구동 모듈을 이상 상태로 판단하는 기판 처리 장치의 작동 방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 구동 모듈의 이상 여부를 판단하는 과정 이후에,
    상기 구동 모듈이 이상 상태로 판단되는 경우 알림 신호를 생성하는 과정;을 수행하는 기판 처리 장치의 작동 방법.
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