KR100944378B1 - 리프트 핀 어셈블리 - Google Patents

리프트 핀 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판이 안치되며 복수 개의 리프트 핀 홀을 가지는 서셉터와, 상기 서셉터의 관통 홀과 일치되도록 저면에 복수 개의 리프트 핀 홀을 가지는 챔버에 설치되어 기판을 승, 하강시키기 위한 리프트 핀 어셈블리로서, 상기 챔버 저면에 결합되는 제1, 2지지대와, 상기 제1지지대에 결합되며 회전력을 출력하는 구동부와, 상기 구동부의 회전력에 의해 회전 운동하는 회전 운동부와, 상기 제2지지대에 결합되며 상기 회전 운동부의 출력을 수직 운동으로 변환하는 수직 운동부와, 상기 수직 운동부와 결합되어 수직 운동하는 수직 운동축과, 상기 수직 운동축 끝단에 결합되는 리프트 핀 지지부와, 상기 서셉터 및 챔버의 각 리프트 핀 홀에 삽입된 상태에서 상기 리프트 핀 지지대에 안치되는 복수 개의 리프트 핀을 포함하는 리프트 핀 어셈블리를 제공한다.
리프트 핀, 캠, 가이드

Description

리프트 핀 어셈블리{Lift-pin assembly}
도 1은 종래 리프트 핀 어셈블리의 장착 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 리프트 핀 어셈블리가 장착된 챔버의 저면 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 리프트 핀 어셈블리의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 회전 운동부의 결합관계도.
도 5는 본 발명에 따른 수직 운동부의 단면구성도.
도 6a 내지 도 6b는 각각 본 발명에 따른 가이드부의 사시도.
도 7a 내지 도 7e는 각각 본 발명에 따른 회전 운동부 및 수직 운동부의 운동에 따른 위치 변화도.
도 8은 본 발명에 따른 리프트 핀 어셈블리의 구동시 리프트 핀의 속도 및 변위 변화도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 공정 챔버 200 : 지지대
300 : 리프트 핀 어셈블리 400 : 구동부
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히 챔버 내부의 서셉터 상단에 안치되는 기판을 승, 하강시키는 리프트 핀 어셈블리에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 제조장치에서 기판(wafer 또는 glass)에 대한 공정은 각 공정의 진행을 위한 최적의 상태로 환경이 조성되는 공정 챔버(process chamber) 내부에서 진행되는데, 기판은 이송 챔버(transfer chamber)로부터 로봇 암에 의해 공정 챔버 내부로 반입되고, 상기 공정 챔버 내부에서 요구되는 위치인 서셉터 상단에 안치된 상태에서 공정을 수행한 다음 다시 로봇 암에 기판을 인계하여 외부로 반출하는 과정을 반복하게 된다.
상기와 같이 반도체 제조장치에서 기판을 로봇 암으로부터 서셉터 상면에 위치시키기 위한 과정 및 상기 서셉터 상면에서 다시 로봇 암으로 인계시키는 과정을 담당하는 장치가 리프트 핀 어셈블리이며, 종래 이러한 리프트 핀 어셈블리의 개략적인 구성이 도 1에 개시되어 있다.
종래 리프트 핀 어셈블리는 기본적으로 공정 챔버(10) 내부의 기판이 안치되며 복수 개의 관통 홀을 가지는 서셉터(20) 및 상기 서셉터(20) 하부에 위치하는 리프트 핀 지지대(30)와, 상기 공정 챔버(10) 외부의 유압실린더 등으로 구성되는 구동부(50)와, 상기 공정 챔버(10) 저면을 관통하여 상기 리프트 핀 지지대(30)와 구동부(50)를 연결하는 구동축(52)으로 이루어지며, 상기 서셉터(20)의 각 관통 홀 에는 리프트 핀(40)이 삽입되어 있다..
이러한 구성을 가지는 종래 리프트 핀 어셈블리의 작동구성은 다음과 같다. 먼저, 미 도시된 로봇 암이 기판을 공정 챔버(10) 측벽의 기판 출입구를 통해 서셉터(20) 상부로 반입하면, 구동부(50)의 구동력이 구동축(52) 및 리프트 핀 지지대(30)로 전달됨에 따라 리프트 핀(40)이 상기 로봇 암으로부터 기판을 인계 받으면서 승강하게 된다. 이어 로봇 암이 기판 출입구를 통해 빠져나가고 기판 출입구가 폐쇄되면, 구동부(50)의 구동이 역 방향으로 이루어짐에 따라 리프트 핀(40)은 점차 하강하게 되고, 상기 리프트 핀(40)이 서셉터(20) 상면보다 낮은 높이인 초기 위치로 복원되면서 상기 리프트 핀(40)에 올려져 있던 기판은 서셉터(20) 상단에 자연스럽게 안치되어 추후 공정 과정에 대비하게 되는 것이다.
한편, 리프트 핀(40)이 승, 하강함에 있어 승, 하강속도는 일정하지 않고 각 단계마다 달라지는데, 그 단계는 먼저 리프트 핀(40)이 초기 위치에서 로봇 암이 위치한 높이까지 승강하는 단계(S10)와, 리프트 핀(40)이 로봇 암으로부터 기판을 인계받으며 일정 높이까지 승강하는 단계(S20)와, 로봇 암이 공정 챔버(10)로부터 빠져나가고 리프트 핀(40)이 서셉터(20) 상부 표면까지 하강하는 단계(S30)와, 리프트 핀(40)이 더욱 하강하여 기판을 서셉터(20) 상단에 안치시키며 초기 위치로 복원하는 단계(S40), 그리고 상기 단계의 역순으로 기판을 로봇 암에 인계하는 과정으로 이루어진다.
상기 단계에서 리프트 핀(40)이 승강하여 기판의 저면과 최초로 접촉하는 단계(S20) 및 리프트 핀(40)이 하강하여 기판을 서셉터(20) 상단에 안치시키는 단계(S40)에서는 기판의 기울어짐과 파손을 방지하기 위해 그 운동속도를 감속시켜야 되는데, 별도로 속도 제어부를 장착하여 이를 구현하고 있다.
그러나 실제로 속도 제어가 필요한 시점은 S20 및 S40 단계의 초반부 아주 짧은 시간 동안이며, 이 시점을 적절하게 제어하는 것이 현실적으로 곤란하여, 통상적으로 속도 제어가 필요한 시점 앞뒤를 포괄적으로 포함하여 리프트 핀(40)의 승, 하강 운동속도를 낮추는 방식을 이용하고 있다.
이러한 종래 기술은 기판의 정렬과 파손방지라는 측면에서는 이점이 있으나 개개의 기판을 처리하는 공정시간 자체가 길어짐에 따라 전체 생산성을 저해하는 주요한 원인으로 작용하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 별도의 리프트 핀 속도 제어부가 없이도 리프트 핀의 승, 하강운동 속도를 각 단계마다 적절하게 제어할 수 있는 리프트 핀 어셈블리를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기판의 정렬 및 파손을 방지할 수 있으면서도 각 기판의 반입 및 반출에 있어 리프트 핀의 승, 하강 운동을 일률적으로 제어함으로서 전체 생산성을 제고시킴에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 기판이 안치되며 복수 개의 리프트 핀 홀을 가지는 서셉터와, 상기 서셉터의 하부에 설치되어 상기 기판을 승하강시키기 위한 리프트 핀 어셈블리에 있어서, 제1 및 제2지지대와; 상기 제1지지대에 결합되며 회전력을 출력하는 구동부와; 상기 구동부의 회전력에 의해 회전 운동하는 회전 운동부와, 상기 제2지지대에 결합되며 상기 회전 운동부의 출력을 수직 운동으로 변환하는 수직 운동부와; 상기 수직 운동부와 결합되어 수직 운동하는 수직 운동축과; 상기 수직 운동축 끝단에 결합되는 리프트 핀 지지부와; 상기 서셉터의 각 리프트 핀 홀에 삽입된 상태에서 상기 리프트 핀 지지대에 안치되는 복수 개의 리프트 핀을 포함하는 리프트 핀 어셈블리를 제공한다.
상기 수직 운동축이 관통하는 홀을 가지며 상기 제1, 2지지대의 각 하부를 연결하는 연결판을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전 운동부는 제1, 2관통 홀을 가지는 캠과, 일단은 상기 구동부와 결합되며 타단은 상기 캠의 제1관통 홀에 삽입되어 상기 구동부의 회전력을 상기 캠에 전달하는 구동축과, 일단이 상기 캠의 제2관통 홀에 삽입되는 연결핀과, 상기 연결핀의 타단에 결합되는 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 수직 운동부는 롤러 운동 홈을 가지며 상기 수직 운동축이 결합되는 제1가이드와, 일 측면에는 가이드 요홈이 형성되어 있으며 타 측면은 상기 제2지지대에 결합되는 제2가이드와, 상기 가이드 요홈에 대응되는 가이드 레일을 가지며 상기 제1, 2가이드 사이에 결합되는 가이드 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 리프트 핀 지지부는 상기 리프트 핀에 대응되는 복수 개의 리프트 핀 지지대와, 상기 각 리프트 핀 지지대의 끝단에 형성되는 리프트 핀 안치대로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 동일한 부분에 대해서는 도면부호만 달리할 뿐 동일한 명칭을 사용하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 리프트 핀 어셈블리가 공정 챔버(100)에 장착된 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 리프트 핀 어셈블리의 전체 구성도로서, 본 발명은 공정 챔버(100) 저면에 결합되는 지지대(200)와, 상기 지지대(200)에 결합되는 리프트 핀 어셈블리(300)와, 상기 리프트 핀 어셈블리(300)의 구동을 위해 상기 지지대(200)에 결합되는 구동부(400)를 포함하여 이루어진다.
상기 지지대(200)는 구동부(400)가 결합되는 제1지지대(240)와, 상기 제1지지대(240)와 대향하며 리프트 핀 어셈블리(300)가 결합되는 제2지지대(220)로 이루어지며, 상기 제1, 2지지대(240, 220)의 각 하단부를 연결하는 지지대 연결판(260)을 더욱 포함할 수 있다. 상기 지지대 연결판(260)이 더욱 포함되는 경우에는 상기 지지대 연결판(260)에 수직 운동축 관통 홀(262)이 더욱 형성된다.
한편, 도면에는 지지대(200)가 평판 형상의 제1, 2지지대(240, 220)와, 상기 제1, 2지지대(240, 220) 각 하단을 연결하는 평판 형상의 지지대 연결판(260)으로 이루어져 대향하는 양 측면이 개방된 형상으로 도시되어 있으나, 본 발명에 따른 지지대는 박스 형상 등과 같이 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 구동부(400)는 리프트 핀 어셈블리(300)에 구동력을 전달하기 위한 것으로서, 리프트 핀 어셈블리(300)를 구동시키기 위해 구동력을 출력하는 유압실린더 등과 같은 장치가 이에 해당된다. 상기 구동부(400)가 단단하게 제1지지대(240)에 고정되어 유동되는 것을 방지하기 위해서 볼트를 이용하여 결합시키는 것이 바람직하나 결합방식은 다양하게 채택될 수 있다.
상기 리프트 핀 어셈블리(300)는 구동부(400)에서 출력되는 구동력에 의해 회전 운동하는 회전 운동부와, 제2지지대(220)에 결합되며 상기 회전 운동부의 출력을 수직 운동으로 변환하는 수직 운동부와, 상기 수직 운동부와 결합되어 수직 운동하는 수직 운동축(380)과, 상기 수직 운동축(380) 끝단에 결합되는 리프트 핀 지지부(390)와, 상기 리프트 핀 지지부(390)에 놓여지는 복수 개의 리프트 핀을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 회전 운동부를 개시하고 있는 도 4에 의하면, 상기 회전 운동부는 제1, 2관통 홀(322, 324)을 가지는 캠(320)과, 일단은 구동부(400)와 결합되며 타단은 상기 캠의 제1관통 홀(322)에 삽입되어 상기 구동부(400)의 회전력을 상기 캠(320)에 전달하는 구동축(310)과, 일단이 상기 캠(320)의 제2관통 홀(324)에 삽입되는 연결핀(330)과, 상기 연결핀(330)의 타단에 결합되는 롤러(340)로 이루어진다.
상기 캠(320)은 제1, 2관통 홀(322, 324)을 중심으로 반경을 서로 달리하는 구성으로 이루어지며, 구동축(310)이 결합되는 제1관통 홀(322) 부분의 반경이 연결핀(330)이 결합되는 제2관통 홀(324) 부분의 반경보다 크게 형성되는 것이 바람 직하다.
미 설명부호 342는 연결핀(330)의 결합을 위한 홈이다.
본 발명에 따른 수직 운동부는 제1, 2가이드(350, 370)와, 상기 제1, 2가이드(350, 370) 사이에 결합되는 가이드 부재(360)로 이루어지며, 도 5 및 도 6a, 6b에 각각 개시되어 있다.
도 5에 의하면, 상기 제1가이드(350) 내부에는 롤러(340)가 내장된 상태에서 운동하기 위한 롤러 운동 홈(354)과, 상기 롤러 운동 홈(354)과 연통되어 연결핀(330)의 운동을 위한 연결핀 운동홈(352)이 일 측면에 형성된다.
상기 롤러 운동 홈(354)의 수직 높이 c는 롤러(340)의 운동을 감안하면 상기 롤러(340)의 수직 높이 a보다 크게 형성되는 것이 바람직하며, 또한 연결핀 운동 홈(352)의 수직 높이 b는 도시된 것과 같이 c 〉b로 형성되는 것이 롤러(340)가 롤러 운동 홈(354)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있어 바람직하나 c = b로 형성되는 것을 배제하지는 않는다.
도 6a 및 도 6b는 각각 가이드 부재 및 제2가이드 사시도로서, 본 발명에 따른 가이드 부재(360)는 전체적으로 평판 형상으로 일 측면에서 수직으로 돌출되는 가이드 레일(362)을 구비하고 있으며, 제2가이드(370)에는 상기 가이드 부재(360)의 가이드 레일(362)에 대응되는 가이드 요홈(374)이 형성된다.
상기 가이드 부재(360)는 제1가이드(350)와 제2가이드(370) 사이에 결합되어 상기 제1, 2가이드(350, 370) 사이에서 수직 운동을 중계하게 되는데, 상기 가이드 부재(360)의 일 측면에 형성되는 가이드 레일(362)은 제1가이드(350)의 일 측면에 형성될 수도 있는 바 이때는 제1가이드(350)가 직접 제2가이드(370)와 접촉되어 운동하게 된다.
미 설명부호 372는 가이드 부재(360)가 수직 운동함에 있어 가이드 레일(362)의 상, 하한 운동거리를 제한하기 위한 돌출단으로서, 상기 돌출단(372)이 없는 상태에서 가이드 요홈(374)이 제2가이드(370) 측면에 직접 형성될 수도 있다.
상기 리프트 핀 지지부(390)는 복수 개의 리프트 핀 지지대(392)와, 상기 각 리프트 핀 지지대(392)의 끝단에 형성되어 리프트 핀의 끝단이 안치되는 리프트 핀 안치대(394)로 이루어지며, 상기 리프트 핀 지지부(390)는 제1가이드(350)와 수직 운동축(380)에 의해 연결된다.
한편, 각 리프트 핀은 리프트 핀 안치대(394)에 안치된 상태에서 미 도시된 서셉터의 리프트 핀 관통홀 및 상기 서셉터의 리프트 핀 관통홀과 일치하는 공정 챔버(100) 저면의 리프트 핀 관통홀을 관통하여 위치한다.
또한, 각 도면에서 리프트 핀에 관련된 사항은 통상적으로 이용되는 3개의 리프트 핀에 대응되는 구성으로 한정하여 개시하고 있으나, 이는 다양하게 변경될 수 있는 사항으로서 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
상기와 같은 구성을 가지는 리프트 핀 어셈블리의 작동구성을 도 3과, 본 발명에 따른 회전 운동부 및 수직 운동부의 위치 변화를 각각 도시하고 있는 도 7a 내지 도 7e, 그리고 리프트 핀의 속도 및 변위를 보여주는 도 8을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 리프트 핀들이 각각의 리프트 핀 관통 홀에 삽입되어 리프트 핀 안치대(394)에 안치된 상태에서 공정 챔버(100)의 기판 출입구를 통해 로봇 암이 기판을 상기 공정 챔버(100) 내부의 서셉터 상단에 반입한다.(도 7a, 도 8a)
이어 구동부(400)의 구동에 따라 출력되는 회전력이 상기 구동부(400)에 결합된 구동축(310)을 통해 캠(320)에 전달되고, 상기 캠(320)이 회전함에 따라 회전력은 연결핀(330)과 상기 연결핀(330)에 결합된 롤러(340)로 순차적으로 전달되어 상기 롤러(340)가 제1가이드(350)의 롤러 운동 홈(354)을 따라 운동하게 되면, 상기 제1가이드(350)는 롤러(340)의 운동에 따라 승강하게 된다.
즉, 캠(320)의 회전 운동은 롤러(340)의 수평 운동으로 바뀐 다음, 제1가이드(350)를 위로 밀어 올리는 수직 운동으로 전환되는 것이다(도 7b, 도 8b). 이때 리프트 핀은 서셉터 상단과 동일한 높이에 위치하게 되며, 캠(320)의 회전에 따른 단위시간당 롤러(340)의 수평이동거리가 증가하면서 제1가이드(350)의 승강 속도는 점점 증가하게 된다.
리프트 핀은 점점 승강 속도가 빨라져서 최고 속도(도 7c, 도 8c)가 되었다가, 단위시간당 롤러(340)의 수평이동거리가 감소하면서 로봇 암이 위치한 높이(도 7d, 도 8d)까지 다시 속도가 감소되어 로봇 암과 동일한 수직 높이에서는 서셉터 상단에서 리프트 핀이 가지는 속도와 동일하게 된다.
이처럼 리프트 핀의 승강 속도를 변화시키는 이유는 리프트 핀과 기판이 접촉하지 않는 상태에서는 리프트 핀의 승강 속도를 빠르게 하여 전체 공정 시간을 단축시키고, 리프트 핀이 기판과 점차 가까워지면 속도를 감소시켜 리프트 핀이 기 판 저면을 파손하게 되는 현상을 방지하기 위함이다.
리프트 핀은 지속적으로 속도가 감소되면서 로봇 암으로부터 기판을 인계받고 최고 높이까지 승강하게 되는데(도 7e, 도 8e), 이 과정에서 로봇 암은 기판 출입구를 통해 공정 챔버(100)로부터 빠져나가고 기판 출입구는 폐쇄된다. 로봇 암으로부터 기판을 인계받고 승강하는 동안 속도를 지속적으로 감소시키는 것은 리트프 핀이 승강하는 동안 미동에 의해 기판의 정렬상태가 변하는 것을 방지하기 위함이다.
로봇 암이 공정 챔버(100)로부터 빠져나간 다음 기판 출입구가 폐쇄되고, 구동부(400)가 역 방향으로 구동되면 상기 과정의 역순으로 리프트 핀이 하강하여 기판을 서셉터 상단에 안치시키는 과정으로 이어지게 되는데, 그 하강 속도는 승강할 때와 동일하게 점차 증가되어 최고 하강 속도를 가진 연후에 점차 감소되어 리프트 핀이 최초 위치한 자리로 복원하게 되면 비로소 반입된 기판을 서셉터 상단에 안치시키는 과정을 완료하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 상술하였지만, 본 발명은 다양하게 변경 또는 수정될 수 있는바, 이러한 변경 또는 수정이 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
본 발명은 리프트 핀의 승, 하강을 회전운동부와 수직운동부를 결합시켜 연속적으로 운동 할 수 있도록 함으로서, 별도의 속도제어 장치 없이 리프트 핀의 승, 하강운동 속도를 적절하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 리프트 핀의 승, 하강 속도를 단계별로 달리 구성하고, 기판의 파손 염려가 없는 경우에는 신속하게 구동될 수 있도록 하여 기판의 생산성을 제고할 수 있게 해준다.

Claims (5)

  1. 기판이 안치되며 복수 개의 리프트 핀 홀을 가지는 서셉터와, 상기 서셉터의 하부에 설치되어 상기 기판을 승하강시키기 위한 리프트 핀 어셈블리에 있어서,
    제1 및 제2지지대와;
    상기 제1지지대에 결합되며 회전력을 출력하는 구동부와;
    상기 구동부의 회전력에 의해 회전 운동하는 회전 운동부와;
    상기 제2지지대에 결합되며 상기 회전 운동부의 출력을 수직 운동으로 변환하는 수직 운동부와;
    상기 수직 운동부와 결합되어 수직 운동하는 수직 운동축과;
    상기 수직 운동축 끝단에 결합되는 리프트 핀 지지부와;
    상기 서셉터의 각 리프트 핀 홀에 삽입된 상태에서 상기 리프트 핀 지지대에 안치되는 복수 개의 리프트 핀
    을 포함하는 리프트 핀 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직 운동축이 관통하는 홀을 가지며 상기 제1 및 제2지지대의 각 하부를 연결하는 연결판을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리프트 핀 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전 운동부는 제1, 2관통 홀을 가지는 캠과, 일단은 상기 구동부와 결합되며 타단은 상기 캠의 제1관통 홀에 삽입되어 상기 구동부의 회전력을 상기 캠에 전달하는 구동축과, 일단이 상기 캠의 제2관통 홀에 삽입되는 연결핀과, 상기 연결핀의 타단에 결합되는 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리프트 핀 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직 운동부는 롤러 운동 홈을 가지며 상기 수직 운동축이 결합되는 제1가이드와, 일 측면에는 가이드 요홈이 형성되어 있으며 타 측면은 상기 제2지지대에 결합되는 제2가이드와, 상기 가이드 요홈에 대응되는 가이드 레일을 가지며 상기 제1, 2가이드 사이에 결합되는 가이드 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리프트 핀 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리프트 핀 지지부는 상기 리프트 핀에 대응되는 복수 개의 리프트 핀 지지대와, 상기 각 리프트 핀 지지대의 끝단에 형성되는 리프트 핀 안치대로 이루 어지는 것을 특징으로 하는 리프트 핀 어셈블리.
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