KR100920401B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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본 발명은 반송 로봇 및 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반송 챔버에서 기생 플라즈마가 발생하지 않는 반송 로봇 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 진공 상태의 챔버 내부에서 기판을 반송하는 반송 로봇에 있어서, 그 상면에 기판을 지지하는 엔드 이펙터; 상기 엔드 이펙터의 일단과 결합하여 상기 엔드 이펙터를 수평 방향으로 이동시키는 수평 이동부;를 포함하여 구성되며, 상기 수평 이동부는, 상기 엔드 이펙터의 수평 이동 경로를 제공하는 리니어 가이드; 상기 엔드 이펙터의 일단과 결합하고, 상기 리니어 가이드에 삽입되어 수평 이동하는 리니어 블럭; 상기 리니어 블럭과 결합되는 와이어; 상기 와이어를 그 외주연부에 감은 상태로 회전하여 상기 리니어 블럭을 이동시키는 전도성 재질의 드럼;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반송 로봇을 제공한다.
플라즈마, 공정 챔버, 반송 챔버, 반송 로봇, 기생 플라즈마

Description

플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE WITH PLASMA}
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 처리장치에서 RF 전력이 유기되는 양상을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반송 로봇의 접지 방식을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반송 로봇의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반송 로봇 접지 방식의 변형예를 도시한 개념도이다.
본 발명은 반송 로봇 및 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반송 챔버에서 기생 플라즈마가 발생하지 않는 반송 로봇 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 처리장치는 내부에 평판표시소자 기판을 반입시키고, 플라즈마 등을 이용하여 식각 등의 처리를 실시하는데 사용된다. 이때, 평판표시소자(Flat Panel Display)는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes) 등을 말하며, 이러한 플라즈마 처리장치 중 진공처리용 장치는 일반적으로 로드락(Load lock) 챔버, 반송 챔버 및 공정 챔버의 3개의 진공 챔버로 구성된다.
여기서, 상술한 로드락 챔버는 대기압 상태와 진공 상태를 번갈아 가면서 외부로부터 처리되지 않은 기판을 받아들이거나 처리가 끝난 기판을 외부로 반출하는 역할을 하며, 상술한 반송 챔버는 기판을 각 챔버들 간에 반송하기 위한 운송 로봇이 구비되어 있어서 처리가 예정된 기판을 로드락 챔버에서 공정 챔버로 전달하거나, 처리가 완료된 기판을 공정 챔버에서 로드락 챔버로 전달하는 역할을 하며, 상술한 공정 챔버는 진공 중에서 플라즈마를 이용하여 기판상에 막을 성막하거나 에칭을 수행하는 역할을 한다.
한편, 상기 공정 챔버는 그 내부 상, 하부에 전극이 설치되며, 이 전극 중 어느 하나는 RF전원에 연결되고, 다른 하나는 접지된 상태로 설치되는 것이 일반적이다. 상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입한 상태에서 RF전원을 인가하면 방전에 따른 플라즈마가 발생하고 이 플라즈마에 의해 기판을 공정처리하는 것이다.
이와 같은 종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 로드락 챔버(10)와 반송 챔버(20) 및 공정 챔버(30)로 이루어지며, 상기 로드락 챔버(10) 그리고 반송 챔버(20)의 사이와, 상기 반송 챔버(20) 그리고 공정 챔버(30)의 사이에 는 인접된 상태로 게이트 밸브(40, 50)가 각각 마련된다.
상기 게이트 밸브(40, 50)는 로드락 챔버(10)와 반송 챔버(20)의 사이에 개재되어 상호 연결되어 통하는 그들을 개방하고 폐쇄하며, 상기 반송 챔버(20)와 공정 챔버(30)의 사이에 개재되어 상호 연결되어 통하는 그들을 개방하고 폐쇄하는 기능을 한다. 이 게이트 밸브(40, 50)는 밸브 하우징(42, 52), 밸브(44, 54), 밸브 구동부(46, 56)로 구성된다.
여기에서 밸브 하우징(42)은 상기 로드락 챔버(10)와 반송 챔버(20)의 사이에서 기밀유지부재(O)에 의해 기밀이 유지되며, 상기 반송 챔버(20)와 공정 챔버(30)의 사이에서 기밀유지부재(O)에 의해 기밀이 유지된다.
또한, 상기 밸브 하우징(42) 내부에는 밸브 구동부(46)에 의해 로드락 챔버(10) 및 반송 챔버(20)의 출입구를 개방하고 폐쇄하는 플레이트(42)와, 상기 반송 챔버(20) 및 공정 챔버(30)의 출입구를 개방하고 폐쇄하는 플레이트(52)가 마련된다.
그리고 상기 반송 챔버(20)는 그 내부에 기판(도면에 미도시)을 로드락 챔버(10) 또는 공정 챔버(30)로 반송하기 위해 반송 로봇(22)이 구비되며, 상기 반송 로봇(22)은 반송암과 구동부(도면에 미도시)로 이루어지되 상기 반송암은 엔드 이펙터 어셈블리(End Effector Assembly : 24)와 상기 엔드 이펙터 어셈블리(24)에 결합되어 기판을 이송하는 엔드 이펙터(End Effector : 26)로 이루어진다.
한편, 일반적으로 챔버는 보통 알루미늄으로 제작되지만 무게 대비 강도와 기판 크기에 상응되도록 부피 커짐 등의 문제로 인해 상기 반송 챔버(20)는 스테인 레스 스틸(SUS) 재질로 제작한다.
그런데 상기 반송 챔버(20)를 스테인레스 스틸로 제작하면서, 스테인레스 스틸은 알루미늄과 달리 비저항 등의 차이에 의해 접지가 잘되지 않는 특성을 가진다. 이렇게 반송 챔버의 접지가 완벽하게 이루어지지 않으면서 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(30)의 RF 전력(R)이 외부로 배출되지 아니하고 반송챔버(20)에 유기되는 현상이 발생한다. 이렇게 RF 전력(R)이 반송 챔버(20) 내에 유기되면, 챔버 월은 완벽한 그라운드 전위가 아닌 상태가 되며, 이 챔버 월에 거리가 가깝게 배치되어 있으면서 그라운드 전위인 앤드 이펙터 어셈블리(24) 모서리 부분 사이에서 커플링되어 기생 플라즈마(PA)가 발생된다.
반송 챔버(20) 내에 기생 플라즈마(PA)가 발생하게 되면, RF 전력 손실에 따른 공정 특성이 변화되는 문제와, 반송 챔버 내부의 이온 손상에 의한 파티클 증가의 문제, 반송 챔버 내부 또는 반송 로봇의 차징(charging)에 따른 기판의 정전기 발생의 문제, 그리고 RF의 노이즈 성 영향으로 로봇이 오작동되는 문제점 등 많은 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 접지 능력이 향상되어 반송 챔버 내부에서 기생 플라즈마가 발생하지 않는 반송 로봇 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 상태의 챔버 내부에서 기판 을 반송하는 반송 로봇에 있어서, 그 상면에 기판을 지지하는 엔드 이펙터; 상기 엔드 이펙터의 일단과 결합하여 상기 엔드 이펙터를 수평 방향으로 이동시키는 수평 이동부;를 포함하여 구성되며, 상기 수평 이동부는, 상기 엔드 이펙터의 수평 이동 경로를 제공하는 리니어 가이드; 상기 엔드 이펙터의 일단과 결합하고, 상기 리니어 가이드에 삽입되어 수평 이동하는 리니어 블럭; 상기 리니어 블럭과 결합되는 와이어; 상기 와이어를 그 외주연부에 감은 상태로 회전하여 상기 리니어 블럭을 이동시키는 전도성 재질의 드럼;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반송 로봇을 제공한다.
또한 이러한 반송 로봇을 구비한 플라즈마 처리장치를 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 로드락 챔버, 반송 챔버, 공정 챔버로 이루어지며, 각 챔버 사이에는 각 챔버의 개구부를 단속하는 게이트 밸브가 구비된다. 여기에서 각 챔버의 구조 및 기능은 종래의 그것과 유사하므로 반복하여 설명하지 않는다.
그리고 본 실시예에 따른 반송 챔버(120)에도 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 기판을 반송하는 반송 로봇(121)이 마련된다. 본 실시예에서는 이 반송 로봇(121)을 엔드 이펙터(122)와 수평 이동부(123)로 구성한다. 여기에서 엔드 이펙터(122)는, 그 상면에 기판(W)을 지지하는 구성요소이다. 이 엔드 이펙터(122)는 경도가 강한 소재로 이루어지며, 기판(W)의 전체 부분을 지지할 수 있는 다수개의 조각으로 이루어진다.
다음으로 수평 이동부(123)는, 상기 엔드 이펙터(122)의 일단과 결합하여 상기 엔드 이펙터를 수평 방향으로 이동시키는 구성요소이다. 이 수평 이동부(123)는 상기 엔드 이펙터(122)의 상부에 기판(W)을 지지한 상태에서 반송 챔버(120)에 인접한 로드락 챔버 또는 공정 챔버로 진입하여 기판을 로드락 챔버 또는 공정 챔버로 전달하고 다시 돌아오도록 하는 역할을 한다. 즉, 기판을 수평 이동시키는 역할을 하는 것이다.
본 실시예에서는 이 수평 이동부(123)를 도 4에 도시된 바와 같이, 리니어 가이드(123a); 리니어 블럭(123b); 와이어(123c); 드럼(123d);으로 구성된다. 여기에서 리니어 가이드(123a)는, 상기 엔드 이펙터(122)의 수평 이동 경로를 제공하는 구성요소이다. 그리고 리니어 블럭(123b)은 상기 리니어 가이드(123a)에 삽입되어 이 리니어 가이드를 따라 이동하는 구성요소이다. 이 리니어 블럭(123b)은 그 상부가 상기 엔드 이펙터(122)의 일단과 결합된다.
그리고 와이어(123c) 및 드럼(123d)은 상기 리니어 블럭(123b) 및 엔드 이펙터(122)를 수평 이동시키는 구성요소이다. 즉, 상기 와이어(123c)는 상기 리니어 블럭(123b) 및 드럼(123d)과 각각 연결되며, 상기 드럼(123d)은 고정된 위치에서 회전하며 상기 와이어(123c)를 그 외주연부에 감은 상태로 회전한다. 따라서 상기 와이어(123c)가 상기 드럼(123d)에 의하여 감기고 풀리면서 상기 리니어 블럭을 리니어 가이드 상에서 이동시키는 것이다.
이때 본 실시예에서는 상기 드럼(123d)은 전도성 재질로 구성한다. 일반적으로 리니어 블럭과 리니어 가이드에서는 고속 이동시에 마찰을 최대한 줄이기 위하여 윤활유를 사용하는데, 이것이 운동시의 접지 능력을 떨어뜨린다. 이렇게 운동시에 접지 능력이 떨어지면 반송 챔버 내부에 기생 플라즈마가 발생한다. 따라서 본 실시예에서는 상기 드럼(123d)을 전도성 재질로 하여 고속 운동시에도 접지 능력이 떨어지지 않도록 한다.
그리고 상기 드럼(123d)을 상기 리니어 블럭(123b)과 전기적으로 접촉시킨다. 따라서 상기 리니어 블럭(123b)이 이동하더라도 전도성 재질로 이루어진 드럼(123d)과 전기적으로 접촉되어 있으므로 접지 능력이 그대로 유지되는 것이다.
본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 드럼의 접지 능력을 향상시키기 위하여, 상기 드럼(123d)을, bare Al, SUS(Stainless steel), W 중에서 선택되는 어느 하나로 형성시킨다.
그리고 본 실시예에 따른 반송 로봇(121)에는, 상기 수평 이동부(123)의 중앙 부분과 결합하여 상기 수평 이동부(123) 및 엔드 이펙터(122)를 회전시키는 회전 구동부(124)가 더 마련된다. 이 회전 구동부(124)는 상기 엔드 이펙터에 기판을 지지한 상태 또는 기판을 지지하지 아니한 상태에서 상기 엔드 이펙터의 방향을 로드락 챔버 방향 또는 공정 챔버 방향으로 전환시키는 역할을 한다. 이 회전 구동부 (124)는 회전 구동의 중심축 역할을 하는 회전축과 이 회전축을 회전시키는 동력을 제공하는 동력원(도면에 미도시)으로 구성된다. 이때 이 회전축은 상기 챔버 벽과의 접촉 과정에서 마찰력을 줄이기 위하여 윤활유를 사용한다. 따라서 회전 구동시에 접지 능력이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 본 실시예에서는, 상기 회전 구동부의 회전축(124)과 회전축 외부면을 감싸는 챔버(120) 벽 사이에 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전축과 챔버 벽을 전기적으로 연결시키는 전기적 연결부재(125)를 더 마련한다. 이 전기적 연결부재(125)는 회전 운동에도 불구하고 전기적 접촉을 유지할 수 있는 구조를 가져야 한다. 따라서 본 실시예에서는 이 전기적 연결부재(125)를, 슬립링(slip ring)으로 구성하는 것이 바람직하다.
한편 상기 회전축(124)의 회전에도 불구하고 접지 상태를 그대로 유지하기 위하여 다른 방법을 사용할 수도 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 접지 레일(126)을 이용하는 것이다. 즉, 상기 수평 이동부(123)의 회전시에 접지 상태를 유지하기 위하여 상기 챔버(120) 하벽 상면에 접지 레일(126)을 설치하고, 상기 수평 이동부(123) 및 상기 접지 레일(126)을 연결하는 접지 부재(127)가 더 구비되는 구조를 이용하는 것이다. 그러면, 상기 접지 부재(127)가, 상기 수평 이동부가 회전하더라도 상기 수평 이동부(123)와 상기 접지 레일(126) 사이를 전기적으로 연결한 상태에서 회전하여 접지 상태를 그대로 유지할 수 있는 것이다. 이때 상기 접지부재(127)는, 수평 이동부(123)의 상하 구동시에 상기 수평 이동부(123) 및 접지 레일(126)과의 접촉을 유지하기 위하여 탄성부재로 이루어지는 브라켓인 것이 바람직하다. 상기 접지부재(127)가 상기 수평 이동부(123) 및 접지 레일(126)과 접촉한 상태에서 상기 수평 이동부와 접지 부재 사이의 간격이 변화하더라도 접지 상태를 그대로 유지할 수 있도록 탄성력을 가지는 부재가 휘어진 상태를 가지도록 하는 등의 구조를 가지는 것이다. 한편 상기 접지 레일(126)은 외부와 연결되어 접지되며, 챔버와 연결되고 이 챔버를 접지할 수도 있다.
그리고 본 실시예에 따른 반송 로봇(121)에는, 상기 회전 구동부(124)의 하측에 결합되며, 상기 회전 구동부를 상하 방향으로 구동시키는 상하 구동부(도면에 미도시)가 마 마련된다. 이 상하 구동부는 상기 엔드 이펙터의 높이 조정 또는 상기 로드락 챔버 또는 공정 챔버가 적층형 챔버인 경우 높이를 달리하며 기판을 반송하는데 사용된다.
본 발명에 따르면 반송 로봇이 각종 구동부의 구동에도 불구하고, 완벽하게 접지되므로 구동 과정에서 그라운드 전위를 유지할 수 있게 된다. 따라서 공정 챔버에서 RF 전력이 반송 챔버로 유기되더라도 반송 로봇과의 사이에서 기생 플라즈마가 발생하지 않는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 진공 상태의 챔버 내부에서 기판을 반송하는 반송 로봇에 있어서,
    그 상면이 기판을 지지하며, 기판을 이송하는 엔드 이펙터;
    상기 엔드 이펙터의 일단과 결합하여 상기 엔드 이펙터를 수평 방향으로 이동시키는 수평 이동부;를 포함하여 구성되며,
    상기 수평 이동부는,
    상기 엔드 이펙터의 수평 이동 경로를 제공하는 리니어 가이드;
    상기 엔드 이펙터의 일단과 결합하고, 상기 리니어 가이드에 삽입되어 수평 이동하는 리니어 블럭;
    상기 리니어 블럭과 연결되는 와이어;
    상기 와이어가 권취된 상태로 회전하여 상기 리니어 블럭을 이동시키는 전도성 재질의 드럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수평 이동부의 중앙 부분과 결합하여 상기 수평 이동부 및 엔드 이펙터를 회전시키는 회전 구동부가 더 마련되되,
    상기 회전 구동부의 회전축과 회전축 외부면을 감싸는 챔버 벽 사이에 배치되어 상기 회전축과 챔버 벽을 전기적으로 연결시키는 전기적 연결부재가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기적 연결부재는,
    슬립링(slip ring)인 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수평 이동부의 중앙 부분과 결합하여 상기 수평 이동부 및 엔드 이펙터를 회전시키는 회전 구동부가 더 마련되되,
    상단이 상기 수평 이동부에 연결되고 하단이 상기 챔버 하벽 상면에 설치된 접지 레일에 연결되며, 상기 수평 이동부의 회전시 상기 수평 이동부와 상기 접지 레일을 전기적으로 연결한 상태에서 상기 수평 이동부와 함께 상기 접지 레일을 따라 회전하는 접지 부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 회전 구동부의 하측에 결합되며, 상기 회전 구동부를 상하 방향으로 구동시키는 상하 구동부가 마련되는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  8. 제7항에 있어서, 상기 접지부재는,
    상기 수평 이동부의 상하 구동시에 상기 수평 이동부 및 접지 레일과의 접촉을 유지하기 위하여 탄성부재로 이루어지는 브라켓인 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  9. 제7항에 있어서, 상기 접지부재는,
    상기 상하 구동부의 작동에 따라 상기 수평 이동부와 상기 접지레일의 접촉이 유지되도록 신축 가능한 형태인 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  10. 제1항에 있어서, 상기 드럼은,
    bare Al, SUS(Stainless steel), W 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  11. 제1항, 제3항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항 중 어느 하나에 기재된 반송 로봇을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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