KR20230133571A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 박막을 형성하거나 박막을 식각할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 기판을 처리할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성하거나 상기 처리 공간의 처리 가스를 배기 시킬 수 있도록 상기 공정 챔버의 외부에서 연결되는 배기 라인; 상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 배기 라인의 일부분에 설치되는 메인 밸브; 상기 배기 라인의 일부분에 연결되며 상기 메인 밸브의 전단에서 상기 메인 밸브 후단으로 연결되는 바이패스 라인; 상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되는 서브 밸브; 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되어 상기 바이패스 라인으로 흐르는 유량을 측정하는 측정장치; 및 상기 측정장치에서 측정된 서브 유량값에 따라 상기 공정 챔버의 시간에 따른 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값에 따라 상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브의 개구율을 제어하는 밸브 전환 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {Substrate processing apparatus and substrate processing method}

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판에 박막을 형성하거나 박막을 식각할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자나 디스플레이 소자 혹은 태양전지를 제조하기 위해서는 진공 분위기의 공정 챔버를 포함하는 기판 지지 장치에서 각종 공정이 수행된다. 예컨대, 공정 챔버 내에 기판을 로딩하고 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다.

이때, 챔버 내부는 진공 상태에서 기판의 처리가 수행되는데, 기판 처리 공정 전에 챔버 외부에 형성된 펌프를 통하여 챔버 내부의 처리 공간을 진공으로 형성하게 되며 펌프와 연결되는 배기 라인에 압력 제어 밸브(APC: Adaptive Pressure Control) 또는 슬로우 밸브를 통하여 배기량을 조절할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 기판 처리 장치는, 압력 제어 밸브로 대기압 상태에서 진공 상태로 전환시 장시간 사용으로 인하여 압력 제어 밸브 내부에 파티클 또는 파우더가 형성되어, 불안정한 압력차에 의하여 파티클이 비산되는 문제점이 있다. 또한, 공압 제어 방식의 압력 제어 밸브는 초기 감압 시, 압력 제어 밸브의 개구율 제어가 불안정하며, 압력이 급격하게 변하는 헌팅 노이즈가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기판에 대한 처리 공정을 위한 공정 챔버의 진공 상태 변환시 바이패스 라인의 유량을 측정하여 감압 예측값을 환산하고 이를 통하여 공정 챔버의 압력을 조절하는 압력 제어 밸브를 선제적으로 반영할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 처리 장치가 제공된다. 상기 기판 처리 장치는, 기판을 처리할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성하거나 상기 처리 공간의 처리 가스를 배기 시킬 수 있도록 상기 공정 챔버의 외부에서 연결되는 배기 라인; 상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 배기 라인의 일부분에 설치되는 메인 밸브; 상기 배기 라인의 일부분에 연결되며 상기 메인 밸브의 전단에서 상기 메인 밸브 후단으로 연결되는 바이패스 라인; 상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되는 서브 밸브; 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되어 상기 바이패스 라인으로 흐르는 유량을 측정하는 측정장치; 및 상기 메인 밸브는 잠그고 상기 서브 밸브는 열린 상태에서 상기 측정 장치에서 측정된 서브 유량값에 따라서 시간에 따른 상기 공정 챔버 내 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값과 목표값의 차이를 보상하도록 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 밸브 전환 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바이패스 라인의 직경은 상기 배기 라인의 직경 보다 작게 형성되어, 상기 바이패스 라인으로 배기되는 유량이 상기 배기 라인으로 배기되는 유량보다 적을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 밸브 전환 제어부는, 상기 서브 유량값을 통하여 상기 공정 챔버의 시간에 따른 압력값인 감압 예측값을 산출하는 예측부; 상기 예측부에서 산출된 상기 감압 예측값에 따라 상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브 중 적어도 하나의 개구율을 제어하도록 판단하는 판단부; 상기 판단부의 판단 결과에 따라 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 메인 밸브 제어부; 및 상기 판단부의 판단 결과에 따라 상기 서브 밸브의 개구율을 제어하는 서브 밸브 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 판단부는, 상기 예측부에서 산출되는 상기 감압 예측값이 상기 예측부에서 계산되거나 미리 설정된 목표값 보다 높게 산출될 경우, 상기 서브 밸브를 닫도록 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 밸브 제어부는, 상기 메인 밸브가 열리기 시작한 이후로 소정 시간 이후에 상기 서브 밸브를 잠그도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되는 수동 밸브;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 처리 방법이 제공된다. 상기 기판 처리 방법은, 처리 공간이 형성되는 공정 챔버에서 상기 처리 공간의 처리 가스를 배기 시키거나 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성할 수 있도록 상기 공정 챔버의 외부에서 연결되는 배기 라인의 일부분에 설치되는 메인 밸브가 닫힌 상태로 기판을 처리하기 위하여 대기하는 공정 준비 단계; 상기 메인 밸브의 전단에서 상기 메인 밸브 후단으로 연결되는 바이패스 라인의 일부분에 설치되는 서브 밸브를 여는 제 1 감압단계; 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치된 측정장치를 통하여 상기 바이패스 라인으로 흐르는 유량을 측정하는 유량 측정 단계; 밸브 전환 제어부를 통하여 상기 측정 장치에서 측정된 서브 유량값에 따라서 시간에 따른 상기 공정 챔버 내 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값과 목표값의 차이를 보상하도록 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 제 2 감압 단계; 및 상기 처리 공간이 진공 분위기로 형성된 후 상기 기판을 처리하는 기판 처리 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 감압 단계는, 상기 밸브 전환 제어부에 형성된 예측부에서 상기 서브 유량값을 통하여 상기 공정 챔버의 시간에 따른 압력값인 감압 예측값을 산출하는 예측 단계; 상기 밸브 전환 제어부에 형성된 판단부에서 산출된 상기 감압 예측값에 따라 상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브 중 적어도 하나의 개구율을 제어하도록 판단하는 판단 단계; 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 메인 밸브 제어부를 통하여 상기 판단 단계의 판단 결과에 따라 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 메인 밸브 제어 단계; 및 상기 서브 밸브의 개구율을 제어하는 서브 밸브 제어부를 통하여 상기 판단 단계의 판단 결과에 따라 상기 서브 밸브를 제어하는 서브 밸브 제어 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 판단 단계는, 상기 예측 단계에서 산출되는 상기 감압 예측값이 상기 예측 단계에서 계산되거나 미리 설정된 목표값 보다 높아졌다고 산출되는 경우, 상기 서브 밸브를 닫도록 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 서브 밸브 제어 단계는, 상기 메인 밸브가 열리기 시작한 이후로 소정 시간 이후에 상기 서브 밸브를 잠그도록 제어할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 따르면, 공정 챔버 내부를 대기압 상태에서 진공 상태로 전환시 선형 감압에 가까운 제어로 압력차에 의한 파티클의 비산을 방지할 수 있다.

또한, 서브 밸브의 유량값을 실시간으로 측정하고 제어 알고리즘에 의하여 시간에 따른 감압 수준을 예측하여 최적의 감압제어가 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 밸브 전환 제어부 및 밸브 전환 제어부의 연결을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 감압 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 종래 발명에 따른 메인 밸브의 오픈각도와 펌핑 압력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 메인 밸브의 오픈각도와 펌핑 압력과의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 밸브 전환 제어부(700) 및 밸브 전환 제어부(700)의 연결을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 크게, 공정 챔버(100), 배기 라인(200), 메인 밸브(300), 바이패스 라이(400), 서브 밸브(500), 측정장치(600) 및 제어부(700)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(100)는, 기판을 처리할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버이며, 더욱 구체적으로, 내부에 원형 또는 사각 형상으로 형성되는 처리 공간이 형성되어, 상기 처리 공간에 설치된 기판 지지부에 지지되는 상기 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다.

공정 챔버(100)의 하측에는 배기 포트가 형성되고, 상기 배기 포트에는 배기 포트와 연결된 배기 라인(200) 및 진공 펌프가 설치될 수 있다.

상기 진공 펌프는 공정 챔버(100) 내부의 일정한 진공상태를 형성하기 위하여 동작하고, 상기 진공 펌프의 펌핑 동작에 의해서 공정 챔버(100) 내부의 입자들은 공정 챔버(100) 외부로 강제 배기될 수 있다. 이어서, 일정한 진공상태가 형성되면 반응가스를 이용한 처리 공정이 이루어질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 배기 라인(200)은 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성하거나 상기 처리 공간의 처리 가스를 배기 시킬 수 있도록 상기 공정 챔버(100)의 외부에서 연결될 수 있다.

배기 라인(200)은 상기 배기 포트에 연결되는 배관을 통하여 공정 챔버(100)의 외부에 설치된 진공 펌프와 연결되어, 공정 챔버(100)의 상기 처리 공간의 공기를 흡입함으로써, 상기 처리 공간의 각종 처리 가스를 배기시키거나 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 메인 밸브(300)는 공정 챔버(100) 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 배기 라인(200)의 일부분에 설치될 수 있다.

메인 밸브(300)는 배기 라인(200)의 일부분에 형성되어 공정 챔버(100)에서 배기되는 배기 가스가 메인 밸브(300)를 지나갈 수 있다. 이때, 메인 밸브(300)는 포지션 제어를 통하여 공정 챔버(100)의 압력을 조절하는 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다.

상기 압력 제어 밸브는 밸브의 포지션 각도(Angle% Position)에 따라 배기 라인(200)으로 배기되는 배기량 및 압력값이 달라질 수 있으며, 따라서, 상기 압력 제어 밸브의 상기 포지션 각도를 조절함으로써 배기량 및 압력값을 제어할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버(100)와 상기 진공 펌프가 연결되어 공정 챔버(100) 내부의 진공상태를 형성하도록 구성되어 있으며, 공정 챔버(100)와 배기 라인(200)이 연결되고 배기 라인(200) 상에는 메인 밸브(300)가 설치되어 메인 밸브(300)의 개폐동작에 의해서 배기가스의 흐름을 제어하도록 구성되어 있다

도 1에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(400)은 배기 라인(200)의 일부분에 연결되며 메인 밸브(300)의 전단에서 메인 밸브(300) 후단으로 연결될 수 있다.

바이패스 라인(400)은 공정 챔버(100)와 상기 진공 펌프를 연결하는 배기 라인(200)과 또 다른 라인으로 형성될 수 있다.

바이패스 라인(400)은 공정 챔버(100)와 배기 라인(200)의 중간을 가로질러 연결될 수 있으며, 바람직하게는, 상기 배기 가스가 배기 라인(200)에 형성된 메인 밸브(300)를 통과하지 않는 다른 배관으로 형성되어, 메인 밸브(300)의 전단에서 메인 밸브(300)의 후단으로 연결되는 배관일 수 있다.

이때, 바이패스 라인(400)의 직경은 배기 라인(200)의 직경 보다 작게 형성되어, 바이패스 라인(400)으로 배기되는 유량이 배기 라인(200)으로 배기되는 유량보다 적을 수 있다. 예컨대, 바이패스 라인(400)은 서브 밸브(500)에서 바이패스 라인(400)으로 배기되는 유량의 압력값을 산출될 수 있을 정도의 유량이 유동되는 직경으로 형성되고, 배기 라인(200)은 공정 챔버(100) 내부의 상기 처리 가스를 신속하게 배기하기 위하여 소정 크기 이상의 직경으로 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 서브 밸브(500)는 공정 챔버(100) 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 바이패스 라인(400)의 일부분에 설치될 수 있다.

서브 밸브(500)는 바이패스 라인(400)의 일부분에 형성되어 공정 챔버(100)에서 배기되는 상기 배기 가스가 서브 밸브(500)를 지나갈 수 있다. 이때, 서브 밸브(500)는 개구율을 변화시킴으로써 바이패스 라인(400)으로 유동되는 상기 배기 가스의 배기량 및 압력값이 달라질 수 있으며, 따라서, 서브 밸브(500)는 개구율을 제어함으로써 배기량 및 압력값을 제어할 수 있다.

서브 밸브(500)는 후술될 밸브 전환 제어부(700)와 연결되어, 밸브 전환 제어부(700)의 명령에 따라 상기 개구율을 조절하거나 개폐할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 측정장치(600)는 바이패스 라인(400)의 일부분에 설치되어 바이패스 라인(400)으로 흐르는 유량을 측정하는 장치이다.

측정장치(600)는 바이패스 라인(400)으로 흐르는 상기 배기가스의 서브 유량값을 측정하는 센서를 포함할 수 있으며, 후술될 밸브 전환 제어부(700)와 연결되어, 측정된 상기 서브 유량값을 밸브 전환 제어부(700)에 전송할 수 있다.

밸브 전환 제어부(700)는 측정장치(600)에서 측정된 서브 유량값에 따라 공정 챔버(100)의 시간에 따른 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값에 따라 메인 밸브(300) 및 서브 밸브(500)의 개구율을 제어할 수 있다.

구체적으로, 밸브 전환 제어부(700)는 메인 밸브(300)는 잠그고 서브 밸브(500)는 열린 상태에서 측정 장치(600)에서 측정된 서브 유량값에 따라서 시간에 따른 공정 챔버(100) 내 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값과 목표값의 차이를 보상하도록 메인 밸브(300)의 개구율을 제어할 수 있다.

즉, 밸브 전환 제어부(700)는 상기 서브 유량값으로 시간 변화에 따른 감압 수준을 예측할 수 있다. 이에 따라, 밸브 전환 제어부(700)는 배기 라인(200)에 형성된 메인 밸브(300)의 개폐동작에 의하여 배기가스의 흐름을 제어할 수 있으며, 바이패스 라인(400)에 형성된 서브 밸브(500)의 개폐동작에 의하여 배기가스의 흐름을 제어할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 전환 제어부(700)는 예측부(710), 판단부(720), 메인 밸브 제어부(730) 및 서브 밸브 제어부(740)를 포함할 수 있다.

예측부(710)는 서브 유량값을 통하여 공정 챔버(100)의 시간에 따른 압력값인 감압 예측값을 산출할 수 있다.

구체적으로, 예측부(710)는 측정장치(600)에서 측정된 바이패스 라인(400)으로 흐르는 배기가스의 서브 유량값을 예측부(710)에 저장된 알고리즘에 적용하여 이후의 유량값을 산출할 수 있으며, 이를 통하여, 공정 챔버(100) 내부의 감압 예측값을 환산할 수 있다.

상기 알고리즘은 메인 밸브(200) 제어시 목표압력(P1)과 서브 밸브(400)에서 측청된 서브 유량값으로 산출된 감압 예측치(P2)의 합으로 시간에 따른 감압 예측값을 산출할 수 있다.

이때, 시간에 따른 목표압력(P1)은 공정 챔버(100)에서 측정된 압력값과 진공률의 차이보다 큰 값이며, 감압 예측값(P2)은 공정 챔버(100)에서 측정된 초기 압력값(P0)과 측정 장치(600)에서 측정된 시간에 따른 서브 유량값과 압력값 보다 더 클 수 있다.

(식 1) P(t) = P1(APC 제어) + P2(SSV 감압 예측치)

(식 2) P1> Pn+1 = Pn - a(t) [a : Vac. Rate]

(식 3) P2> P = P0 * exp (F*t/V) [F = 유량계 유량값]

도 2에 도시된 바와 같이, 판단부(720)는 예측부(710)에서 산출된 감압 예측값에 따라 상기 메인 밸브(300) 및 상기 서브 밸브(500) 중 적어도 하나의 개구율을 제어하도록 판단할 수 있다.

예컨대, 판단부(720)는, 공정 챔버(100) 내부의 상기 처리 공간을 헌팅 노이즈가 생기지 않게 진공 상태로 감압할 수 있도록 예측부(710)에서 예측된 상기 감압 예측값으로 메인 밸브(300)의 개구율을 선제적으로 제어할 수 있다.

즉, 판단부(720)에서 메인 밸브(300)로 작동하는 압력 제어 밸브의 상기 포지션 각도를 판단하여 메인 밸브 제어부(730)에서 메인 밸브(300)를 제어할 수 있다.

메인 밸브 제어부(730)는 판단부(720)의 판단 결과에 따라 상기 메인 밸브(300)의 개구율을 제어할 수 있다.

즉, 판단부(720)에서 판단된 상기 포지션 각도에 따라 메인 밸브(300)를 제어하여 압력 제어 밸브의 상기 포지션 각도를 제어할 수 있다.

서브 밸브 제어부(740)는 판단부(720)의 판단 결과에 따라 서브 밸브(500)의 개구율을 제어할 수 있다.

서브 밸브 제어부(740)는 판단된 상기 개구율에 따라 서브 밸브(500)를 제어하여 서브 밸브(500)의 개구율을 제어할 수 있다.

이때, 판단부(720)는 예측부(710)에서 산출되는 상기 감압 예측값이 예측부(710)에서 계산되거나 미리 설정된 목표값 보다 높게 산출될 경우, 서브 밸브(500)를 닫도록 판단할 수 있다.

판단부(720)는 예측부(710)에서 측정되는 상기 서브 유량값의 데이터를 지속적으로 수신 받아. 상기 감압 예측값을 실시간으로 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 상기 감압 예측값으로 메인 밸브(200)의 포지션 각도를 판단하고, 실시간으로 메인 밸브 제어부(740)에 전달하여 메인 밸브(200)를 조절할 수 있다.

이러한 구동을 반복하다가, 예측부(710)에서 측정되는 상기 서브 유량값을 통하여 산출된 상기 감압 예측값이 감압 예측값이 예측부(710)에서 계산된 목표값이나 미리 설정된 목표값 보다 높게 산출될 경우, 더 이상 헌팅 현상이 나타나지 않을 것으로 판단하여, 서브 밸브 제어부(750)에 전달하여 서브 밸브(400)를 닫을 수 있다.

즉, 서브 밸브 제어부(740)는 판단부(720)에서 서브 밸브(500)로 유동하는 배기량이 메인 밸브(300)로 유동하는 배기량의 압력에 영향을 끼치지 않다고 판단될 경우, 서브 밸브(500)를 닫도록 제어할 수 있다.

따라서, 밸브 전환 제어부(700)에서 예측된 상기 감압 예측값으로 상기 메인 밸브(300)의 개구율을 선제적으로 구동함에 따라, 공정 챔버(100) 내부의 상기 처리 공간이 대기 상태에서 진공 상태로 전환하기 위하여 메인 밸브(300)를 열 경우 메인 밸브(300)의 불안정한 제어를 방지하고, 압력 헌팅에 의한 파티클 비산 가능성을 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 상기 공정 챔버(100) 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 바이패스 라인(400)의 일부분에 설치되는 수동 밸브(800)를 더 포함할 수 있다.

수동 밸브(800)는 바이패스 라인(400)의 일부분에 형성되어 공정 챔버(100)에서 배기되는 상기 배기 가스가 수동 밸브(800)를 지나갈 수 있다. 이때, 사용자가 수동 밸브(800)를 개폐시킴으로서 바이패스 라인(400)으로 유동되는 상기 배기 가스의 유동을 개방 및 폐쇄시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제 2 감압 단계(S400)를 나타내는 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 공정 준비 단계(S100), 제 1 감압단계(S200), 유량 측정 단계(S300), 제 2 감압 단계(S400) 및 기판 처리 단계(S500)를 포함할 수 있다.

공정 준비 단계(S100)는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버(100)에서 상기 처리 공간의 처리 가스를 배기 시키거나 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성할 수 있도록 공정 챔버(100)의 외부에서 연결되는 배기 라인(200)의 일부분에 설치되는 메인 밸브(300)가 닫힌 상태로 기판을 처리하기 위하여 대기하는 단계이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공정 준비 단계(S100)는, 상기 기판을 처리할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 공정 챔버(100)의 내부에 원형 또는 사각 형상으로 형성되는 처리 공간에서 상기 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하기 위하여, 공정 챔버(100), 공정 챔버(100), 배기 라인(200), 메인 밸브(300), 바이패스 라이(400), 서브 밸브(500), 측정장치(600) 및 제어부(700)를 포함하는 기판 처리 장치를 준비 및 설정하고, 상기 기판을 공정 챔버(100)에 안착시키고, 공정 챔버(100) 내부가 진공 상태로 배기 하기 위하여 대기압 상태를 유지하는 단계이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 감압단계(S200)는 메인 밸브(300)의 전단에서 메인 밸브(300) 후단으로 연결되는 바이패스 라인(400)의 일부분에 설치되는 서브 밸브(500)를 여는 단계이다.

공정 챔버(100)는 공정 챔버(100)의 상기 처리 공간의 공기를 흡입함으로써, 상기 처리 공간의 각종 처리 가스를 배기 시키거나 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성하기 위하여 공정 챔버(100)에 형성되는 배기 포트에 배관으로 된 배기 라인(200)이 연결되고, 배기 라인(200)을 통하여 공정 챔버(100) 내부의 상기 처리 공간을 진공 상태로 감압할 수 있다.

제 1 감압단계(S200)는 초기 압력의 급격한 변화를 방지하기 위하여, 배기 라인(200)은 잠근 상태에서 배기 라인(200)에 형성된 바이패스 라인(400)을 먼저 여는 단계이다.

예컨대, 제 1 감압단계(S200)는 바이패스 라인(400)의 일부분에 설치된 서브 밸브(500)를 여는 단계이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유량 측정 단계(S300)는 바이패스 라인(400)의 일부분에 설치된 측정장치(600)를 통하여 바이패스 라인(400)으로 흐르는 유량을 측정하는 단계이다.

유량 측정 단계(S300)는 바이패스 라인(400)으로 흐르는 상기 배기가스의 서브 유량값을 측정하는 측정장치(600)로 상기 서브 유량값을 측정하여 밸브 전환 제어부(700)에 전송하는 단계이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 감압 단계(S400)는 밸브 전환 제어부(700)를 통하여 측정장치(600)에서 측정된 서브 유량값에 따라 메인 밸브(300)의 개구율을 제어하는 단계이다.

제 2 감압 단계(S400)는 유량 측정 단계(S300)에서 측정된 상기 서브 유량값으로 시간 변화에 따른 감압 수준을 예측할 수 있다. 이에 따라, 제 2 감압 단계(S400)에서 배기 라인(200)에 형성된 메인 밸브(300)의 개폐동작을 제어할 수 있으며, 바이패스 라인(400)에 형성된 서브 밸브(500)의 개폐동작을 제어할 수 있다.

구체적으로, 제 2 감압 단계(S400)는 밸브 전환 제어부(700)를 통하여 측정 장치(600)에서 측정된 서브 유량값에 따라서 시간에 따른 공정 챔버(100) 내 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값과 목표값의 차이를 보상하도록 상기 메인 밸브의 개구율을 제어할 수 있다.

제 2 감압 단계(S400)는 예측 단계(S410), 판단 단계(S420), 메인 밸브 제어 단계(S430), 서브 밸브 제어 단계(S440)를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 예측 단계(S410)는 밸브 전환 제어부(700)에 형성된 예측부(710)에서 상기 서브 유량값을 통하여 시간에 따른 압력값을 예측하는 단계이다.

구체적으로, 예측 단계(S410)는 바이패스 라인(400)으로 흐르는 배기가스의 서브 유량값을 예측부(710)에 저장된 알고리즘에 적용하여 이후의 유량값을 산출하는 단계이며, 또한, 공정 챔버(100) 내부의 감압 예측값을 환산하는 단계이다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 판단 단계(S420)는 밸브 전환 제어부(700)에 형성된 판단부(720)에서 산출된 감압 예측값에 따라 메인 밸브(300) 및 서브 밸브(500) 중 적어도 하나의 개구율을 제어하도록 판단하는 단계이다.

예컨대, 판단 단계(S420)는, 예측 단계(S410)에서 예측된 상기 감압 예측값으로 메인 밸브(300)의 개구율을 선제적으로 제어할 수 있도록, 메인 밸브(300)로 작동하는 압력 제어 밸브의 상기 포지션 각도를 판단하거나, 서브 밸브(500)의 개폐를 판단하는 단계이다.

메인 밸브 제어 단계(S430)는 메인 밸브(300)의 개구율을 제어하는 메인 밸브 제어부(730)를 통하여 판단 단계(S420)의 판단 결과에 따라 메인 밸브(300)의 개구율을 제어하는 단계이다.

즉, 판단 단계(S420)에서 판단된 상기 포지션 각도에 따라 메인 밸브(300)를 제어하여 압력 제어 밸브의 상기 포지션 각도를 제어하는 단계이다.

서브 밸브 제어 단계(S440)는 서브 밸브(500)의 개구율을 제어하는 서브 밸브 제어부(740)를 통하여 판단 단계(S420)의 판단 결과에 따라 서브 밸브(500)를 제어하는 단계이다.

서브 밸브 제어 단계(S440)는 판단된 상기 개구율에 따라 서브 밸브(500)를 제어하여 서브 밸브(500)의 개구율을 제어하는 단계이다.

이때, 판단 단계(S420)는 예측 단계(S410)에서 산출되는 상기 감압 예측값이 예측 단계(S410)에서 계산되거나 미리 설정된 목표값 보다 높아졌다고 산출되는 경우, 서브 밸브(500)를 닫도록 판단하는 단계이다.

판단 단계(S420)는 예측 단계(S410)에서 측정되는 상기 서브 유량값의 데이터를 지속적으로 수신 받아. 상기 감압 예측값을 실시간으로 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 상기 감압 예측값으로 메인 밸브(200)의 포지션 각도를 판단하는 단계이며, 실시간으로 메인 밸브 제어부(740)에 전달하여 메인 밸브 제어 단계(S430)에서 메인 밸브(200)를 조절할 수 있다.

유량 측정 단계(S300), 예측 단계(S410), 판단 단계(S420) 및 메인 밸브 제어 단계(S430)이러한 구동을 반복하다가, 예측 단계(S410)에서 측정되는 상기 서브 유량값을 통하여 산출된 상기 감압 예측값이 감압 예측값이 예측 단계(S410)에서 계산된 목표값이나 미리 설정된 목표값 보다 높게 산출될 경우, 더 이상 헌팅 현상이 나타나지 않을 것으로 판단하여, 서브 밸브 제어부(750)에 전달하여 서브 밸브 제어 단계(S430)에서 서브 밸브(400)를 닫을 수 있다.

즉, 서브 밸브 제어 단계(S430)는 판단 단계(S420)에서 서브 밸브(500)로 유동하는 배기량이 메인 밸브(300)로 유동하는 배기량의 압력에 영향을 끼치지 않다고 판단될 경우, 서브 밸브(500)를 닫도록 제어할 수 있다.

또한, 서브 밸브 제어 단계(S430)는, 메인 밸브(300)가 열리기 시작한 이후로 소정 시간 이후에 서브 밸브(500)를 잠그도록 제어할 수 있다. 예컨대, 판단 단계(S420)에서 상기 소정 시간 동안 상기 감압 예측값으로 메인 밸브(200)의 포지션 각도를 판단하여, 실시간으로 메인 밸브 제어부(740)에 전달하여 메인 밸브 제어 단계(S430)에서 메인 밸브(200)를 제어하다가, 상기 소정 시간 이후에 서브 밸브 제어 단계(S440)에서 서브 밸브(500)를 잠그도록 제어할 수 있다.

이때, 상기 소정 시간은 공정 챔버(100)가 진공 상태로 안정화되는 시간일 수 있다.

기판 처리 단계(S500)는 상기 처리 공간이 진공 분위기로 형성된 후 상기 기판을 처리하는 단계이다.

기판 처리 단계(S500)는 공정 챔버(100) 내부의 상기 처리 공간이 진공 상태로 형성되어 안정된 이후에 처리 가스를 사용하여 상기 기판을 증착 및 식각 공정을 수행하는 단계이다.

제 2 감압 단계(S400)에서 예측된 상기 감압 예측값으로 상기 메인 밸브(300)의 개구율을 선제적으로 구동함에 따라, 공정 챔버(100) 내부의 상기 처리 공간이 대기 상태에서 진공 상태로 전환하기 위하여 메인 밸브(300)를 열 경우 메인 밸브(300)의 불안정한 제어를 방지하고, 압력 헌팅에 의한 파티클 비산 가능성을 억제할 수 있다.

도 5는 종래 발명에 따른 메인 밸브(300)의 오픈각도와 펌핑 압력과의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 메인 밸브(300)의 오픈각도와 펌핑 압력과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 기판 처리 장치는 공정 챔버를 대기 상태에서 진공 상태로 감압시에 압력 제어 밸브만으로 슬로우 펌핑을 진행하여 초기 압력 구간인 A영역에서 압력이 점진적으로 변화하지 않고 일부 급격하게 변화하는 헌팅 현상이 발생되는 것으로 나타나고 있다.

따라서, 상기 A영역과 같이 압력이 갑자기 변화하는 구간에서 메인 밸브의 포지션 각도 제어도 불안정하며, 처리 공간에 파티클이 비산될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 배기 라인(200)에 형성된 메인 밸브(300)와 바이패스 라인(400)에 형성된 서브 밸브(500)의 조합으로 서브 밸브(500)에 흐르는 서브 유량값에 따라 시간에 따른 감압 수준을 산출하고 이에 따라 메인 밸브를 제어함에 따라, 초기 압력 구간인 C영역에서 초기 감압시 메인 밸브의 포지션 각도 제어가 안정적으로 이루어지며, 헌팅 형상이 발생되지 않는 것으로 나타나고 있다.

초기 압력 구간인 상기 C영역 이후에, D지점에서 바이패스 라인에 설치된 서브 밸브를 잠글 수 있다. 상기 D지점 이전에는 서브 밸브는 열린 상태로 실시간으로 유동되는 상기 배기 가스를 통하여 상기 서브 유량값을 측정하고, 상기 서브 유량값으로 산출되는 포지션 각도로 메인 밸브가 제어되고, 상기 D지점까지 서브 밸브가 열려 있을 수 있다.

도 6의 SSV Line 감압 추세선에서 나타난 바와 같이, 바이패스 라인의 압력은 일정 압력에 수렴하는 것으로 예측되고 있다. 그러나, 서브 밸브를 잠그는 D지점 이후로 공정 챔버의 압력이 진공 상태로 변화하는 것을 확인할 수 있다.

밸브 전환 제어부의 예측부에서 측정되는 상기 서브 유량값을 통하여 산출된 상기 감압 예측값이 감압 예측값이 상기 예측부에서 계산된 목표값이나 미리 설정된 목표값 보다 높게 산출될 경우 D지점에서와 같이 서브 밸브를 닫으며, 메인 밸브에서는 일정한 포지션 각도를 유지하고 배기 펌프의 펑핑에 따라 공정 챔버의 내부 처리 공간의 압력이 진공 상태가 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 밸브 전환 제어부(700)에서 산출된 감압 예측값으로 상기 메인 밸브(300)의 개구율을 선제적으로 구동함에 따라, 공정 챔버(100) 내부의 상기 처리 공간이 대기 상태에서 진공 상태로 전환하기 위하여 메인 밸브(300)를 열 경우 메인 밸브(300)의 불안정한 제어를 방지하고, 압력 헌팅에 의한 파티클 비산 가능성을 억제할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 공정 챔버
200: 배기 라인
300: 메인 밸브
400: 바이패스 라인
500: 서브 밸브
600: 측정장치
700: 밸브 전환 제어부
710: 예측부
720: 판단부
730: 메인 밸브 제어부
740: 서브 밸브 제어부
800: 수동 밸브

Claims (10)

1. 기판을 처리할 수 있도록 내부에 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
   상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성하거나 상기 처리 공간의 처리 가스를 배기 시킬 수 있도록 상기 공정 챔버의 외부에서 연결되는 배기 라인;
   상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 배기 라인의 일부분에 설치되는 메인 밸브;
   상기 배기 라인의 일부분에 연결되며 상기 메인 밸브의 전단에서 상기 메인 밸브 후단으로 연결되는 바이패스 라인;
   상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되는 서브 밸브;
   상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되어 상기 바이패스 라인으로 흐르는 유량을 측정하는 측정장치; 및
   상기 메인 밸브는 잠그고 상기 서브 밸브는 열린 상태에서 상기 측정 장치에서 측정된 서브 유량값에 따라서 시간에 따른 상기 공정 챔버 내 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값과 목표값의 차이를 보상하도록 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 밸브 전환 제어부;
   를 포함하는, 기판 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이패스 라인의 직경은 상기 배기 라인의 직경 보다 작게 형성되어, 상기 바이패스 라인으로 배기되는 유량이 상기 배기 라인으로 배기되는 유량보다 적은, 기판 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 전환 제어부는,
   상기 서브 유량값을 통하여 상기 공정 챔버의 시간에 따른 압력값인 감압 예측값을 산출하는 예측부;
   상기 예측부에서 산출된 상기 감압 예측값에 따라 상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브 중 적어도 하나의 개구율을 제어하도록 판단하는 판단부;
   상기 판단부의 판단 결과에 따라 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 메인 밸브 제어부; 및
   상기 판단부의 판단 결과에 따라 상기 서브 밸브의 개구율을 제어하는 서브 밸브 제어부;
   를 포함하는, 기판 처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 판단부는,
   상기 예측부에서 산출되는 상기 감압 예측값이 상기 예측부에서 계산되거나 미리 설정된 상기 목표값 보다 높게 산출될 경우, 상기 서브 밸브를 닫도록 판단하는, 기판 처리 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 서브 밸브 제어부는,
   상기 메인 밸브가 열리기 시작한 이후로 소정 시간 이후에 상기 서브 밸브를 잠그도록 제어하는, 기판 처리 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 공정 챔버 내부의 배기 정도를 조절할 수 있도록 상기 바이패스 라인의 일부분에 설치되는 수동 밸브;
   를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
7. 처리 공간이 형성되는 공정 챔버에서 상기 처리 공간의 처리 가스를 배기 시키거나 상기 처리 공간에 진공 분위기를 형성할 수 있도록 상기 공정 챔버의 외부에서 연결되는 배기 라인의 일부분에 설치되는 메인 밸브가 닫힌 상태로 기판을 처리하기 위하여 대기하는 공정 준비 단계;
   상기 메인 밸브의 전단에서 상기 메인 밸브 후단으로 연결되는 바이패스 라인의 일부분에 설치되는 서브 밸브를 여는 제 1 감압단계;
   상기 바이패스 라인의 일부분에 설치된 측정장치를 통하여 상기 바이패스 라인으로 흐르는 유량을 측정하는 유량 측정 단계;
   밸브 전환 제어부를 통하여 상기 측정 장치에서 측정된 서브 유량값에 따라서 시간에 따른 상기 공정 챔버 내 압력값을 산출하고, 산출된 상기 압력값과 목표값의 차이를 보상하도록 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 제 2 감압 단계; 및
   상기 처리 공간이 진공 분위기로 형성된 후 상기 기판을 처리하는 기판 처리 단계;
   를 포함하는, 기판 처리 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 감압 단계는,
   상기 밸브 전환 제어부에 형성된 예측부에서 상기 서브 유량값을 통하여 상기 공정 챔버의 시간에 따른 압력값인 감압 예측값을 산출하는 예측 단계;
   상기 밸브 전환 제어부에 형성된 판단부에서 산출된 상기 감압 예측값에 따라 상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브 중 적어도 하나의 개구율을 제어하도록 판단하는 판단 단계;
   상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 메인 밸브 제어부를 통하여 상기 판단 단계의 판단 결과에 따라 상기 메인 밸브의 개구율을 제어하는 메인 밸브 제어 단계; 및
   상기 서브 밸브의 개구율을 제어하는 서브 밸브 제어부를 통하여 상기 판단 단계의 판단 결과에 따라 상기 서브 밸브를 제어하는 서브 밸브 제어 단계;
   를 포함하는, 기판 처리 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 판단 단계는,
   상기 예측 단계에서 산출되는 상기 감압 예측값이 상기 예측 단계에서 계산되거나 미리 설정된 목표값 보다 높아졌다고 산출되는 경우, 상기 서브 밸브를 닫도록 판단하는, 기판 처리 방법.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 서브 밸브 제어 단계는,
    상기 메인 밸브가 열리기 시작한 이후로 소정 시간 이후에 상기 서브 밸브를 잠그도록 제어하는, 기판 처리 방법.
    

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