KR101381207B1 - 가동부재를 가지는 기판지지핀 홀더 및 이를 포함하는기판처리장치 - Google Patents

가동부재를 가지는 기판지지핀 홀더 및 이를 포함하는기판처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판안치대의 핀홀에 결합된 기판지지핀의 승강운동을 가이드하는 기판지지핀 홀더에 있어서, 제1관통부를 가지는 가동부재; 상기 기판안치대의 하부에 고정된 채 상기 가동부재를 지지하며 제2관통부를 가지는 지지부재를 포함하며, 상기 기판지지핀이 상기 핀홀, 상기 제1관통부 및 상기 제2관통부를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 기판지지핀 홀더와 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기판안치대가 다소 변형되더라도 기판지지핀 홀더의 가동부재에 의하여 기판지지핀에 미치는 압력을 줄일 수 있기 때문에 기판지지핀이 파손되는 현상을 최소화할 수 있다.
기판지지핀, 홀더

Description

가동부재를 가지는 기판지지핀 홀더 및 이를 포함하는 기판처리장치{Substrate support pin holder having movable part and substrate processing apparatus comprising the same}
도 1 및 도 2는 종래의 기판처리장치에서 각각 기판안치대가 상승한 경우와 하강한 경우를 각각 나타낸 단면도
도 3은 기판지지핀의 결합구조를 나타낸 상세단면도
도 4는 기판안치대가 기울어진 경우를 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판지지핀의 결합구조를 나타낸 상세단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판지지핀 홀더의 분해 사시도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기판지지핀 홀더가 기판지지핀을 지지하는 모습을 나타낸 도면
도 8은 가동부재의 가동범위를 제한하기 위한 구성을 나타낸 도면
도 9는 다른 유형의 기판지지핀 홀더가 결합된 모습을 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 기판지지핀 홀더 110: 가동부재
112: 제1관통부 120: 지지부재
122: 제2관통부 130: 마찰저감부재
140: 볼트
본 발명은 반도체소자 또는 액정표시소자의 제조장치에 사용되는 기판지지핀에 관한 것으로서, 구체적으로는 기판을 지지하기 위하여 기판안치대에 결합되는 기판지지핀 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자 또는 액정표시소자(Liquid Crystal Display)를 제조하기 위해서는 실리콘웨이퍼 또는 글래스(이하 '기판'이라 함)에 원료물질을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝(patterning)하는 식각공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다.
도 1은 이러한 기판처리장치(10)를 예시한 것으로서, 특히 액정표시소자의 제조를 위하여 플라즈마를 이용하여 기판에 박막을 증착하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치를 나타낸 개략 단면도이다.
상기 기판처리장치(10)는 일정한 반응공간을 가지는 챔버(11), 상기 챔버(11)의 내부에 위치하며 상면에 기판(s)을 안치하는 기판안치대(12), 상기 챔버(11)의 상부를 밀폐하는 플라즈마 전극(14), 상기 기판안치대(12)의 상부로 원료가스를 분사하며 상기 플라즈마 전극(14)의 하부에 일정 간격 이격되어 결합하는 가스분배판(13), 상기 플라즈마 전극(14)을 관통하여 상기 가스분배판(13)의 상부로 원료물질을 공급하는 가스공급관(15), 상기 플라즈마 전극(14)에 RF전력을 공급하는 RF전원(16)을 포함한다.
챔버(11)의 하부에는 잔류가스를 배출하고 소정의 진공압력을 유지하기 위한 배기구(18)가 형성된다.
이러한 기판처리장치(10)에서 기판안치대(12)에 기판(s)을 안치하고, RF전원(16)을 통해 플라즈마 전극(14)에 RF전력을 인가하면, 접지된 기판안치대(12)와 플라즈마 전극(14), 보다 구체적으로는 기판안치대(12)와 가스분배판(13)의 사이에서 RF전기장이 형성된다.
이때 원료가스가 공급되면 RF전기장에 의해 전자가 가속되어 중성기체와 충돌함으로써 활성종, 이온 및 전자의 혼합체인 플라즈마가 생성되며, 이렇게 생성된 활성종 및 이온이 기판(s)의 표면에 입사하여 박막을 형성한다.
한편, 기판(s)은 로봇암(미도시)에 의해 반송되며, 로봇암이 기판안치대(12) 에 기판(s)을 안치하거나 기판안치대(12)로부터 기판(s)을 픽업하기 위해서는 기판안치대(12)로부터 기판(s)을 소정 높이로 들어올리는 기판지지핀(17)이 필요하다.
기판지지핀(17)은 기판안치대(12)에 형성된 핀홀(12a)에 결합되며 기판안치대(12)에 고정되지는 않는다.
따라서 도 1과 같이 기판안치대(12)가 공정영역까지 상승한 상태에서는 기판지지핀(17)의 상단부가 핀홀(12a) 주변의 걸림턱에 걸림으로써 기판지지핀(17)이 기판안치대(12)의 돌출부에 매달리는 상태가 된다.
이러한 상태에서 공정을 마치고 기판안치대(12)가 하강하면 도 2에 도시된 바와 같이 기판지지핀(17)의 하단이 챔버 저면(11a)에 닿으면서 기판지지핀(17)의 상단이 기판안치대(12)의 상부로 돌출된다.
이로 인해 기판안치대(12)에 안치되어 있던 기판(s)이 기판지지핀(17)에 의해 들어올려지면서 기판안치대(12)로부터 분리된다.
도 3은 기판지지핀(17)과 기판안치대(12)의 결합관계를 보다 상세히 나타낸 부분단면도로서, 기판지지핀(17)은 통상 세라믹으로 제조되며, 몸체(17a)와 몸체(17a)의 상단에 형성되어 몸체보다 상대적으로 큰 직경을 가지는 핀헤드(17b)를 포함하여 이루어진다.
기판지지핀(17)의 몸체(17a)는 기판안치대(12)의 핀홀(12a)을 관통하여 설치되며, 기판(s)이 안치되었을때 기판지지핀(17)의 핀헤드(17b)가 기판안치대(15)의 상면으로 돌출되지 않아야 하기 때문에 상기 핀홀(12a)의 상단부는 상기 핀헤 드(17b)가 수용될 수 있을 정도의 직경을 가져야 한다.
또한 기판안치대(12)가 상승하였을 때 기판지지핀(17)이 하부로 빠지지 않도록 핀홀(12a)의 내부에는 핀헤드(17b)가 걸릴 수 있는 돌출부(12b)가 내측으로 형성된다.
또한 핀홀(12a)의 내부, 특히 상기 돌출부(12b)의 하부에는 기판지지핀(17)이 알루미늄 재질의 기판안치대(12)와 접촉하는 것을 방지하고 기판지지핀(17)의 안정적인 상하운동을 가이드하는 역할을 하는 기판지지핀홀더(19)가 삽입된다.
그런데 기판안치대(12)는 통상 중앙부만이 지지대에 의하여 지지되기 때문에 그 주변부는 자중(自重)과 열적 변형으로 인하여 하부로 처지는 현상이 발생하게 된다. 특히 최근에 기판의 대면적화가 가속화되면서 기판안치대(12)의 면적도 함께 증가하고 있는 바, 이로 인하여 기판안치대(12) 주변부에서의 처짐현상은 더욱 심해질 수 있다.
기판안치대(12)의 주변부에서 이러한 변형이 발생하면, 특히 기판지지핀(17)의 핀헤드가 상부로 돌출되는 과정에서 기판지지핀(17)이 파손되는 경우가 빈번하다.
보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 즉, 승강하는 기판안치대(12)와 기판지지핀(17)의 마찰을 최소화하기 위해서는 기판지지핀(17)이 항상 수직으로 세워져야 한다.
그런데 기판안치대(12)의 주변부에서 처짐현상이 발생하면 도 4에 도시된 바 와 같이 기판안치대(12)가 기울어지므로, 기판안치대(12)가 하강하여 기판지지핀(17)이 기판(s)을 들어올릴 때 기판지지핀(17)이 기판안치대(12) 또는 기판지지핀 홀더(19)에 접하는 경우가 발생한다.
만일 이러한 상태에서 기판안치대(12)가 계속 하강하면, 접촉부위에 응력이 집중되어 기판지지핀(17)이 파손되는 것이다.
일단 기판지지핀(17)이 파손되면 이를 교체하기 위해서 기판처리장치(10)의 운전을 정지해야 하고, 교체작업 후에 챔버내부를 다시 세팅하는데 상당한 시간이 소요되기 때문에 생산성에 큰 손실을 가져오게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판안치대와 기판지지핀의 마찰을 줄임으로써 기판안치대의 승강으로 인하여 기판지지핀이 파손되는 현상을 최소화할 수 있는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위해서, 기판안치대의 핀홀에 결합된 기판지지핀의 승강운동을 가이드하는 기판지지핀 홀더에 있어서, 제1관통부를 가지는 가동부재; 상기 기판안치대의 하부에 고정된 채 상기 가동부재를 지지하며 제2관통부를 가지는 지지부재를 포함하며, 상기 기판지지핀이 상기 핀홀, 상기 제1관통부 및 상기 제2관통부를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 기판지지핀 홀더를 제 공한다.
여기서 상기 지지부재는 상기 가동부재의 일부가 삽입되는 오목한 형태의 수용부를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 이때 상기 지지부재의 상기 수용부에는 상기 가동부재의 원활한 움직임을 위한 마찰저감부재가 설치될 수 있다.
상기 마찰저감부재는 상기 수용부의 내벽에 결합되는 볼베어링인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 가동부재는 세라믹재질인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명은, 반응공간을 정의하는 챔버; 기판을 안치하기 위하여 상기 챔버의 내부에 설치되며, 다수의 핀홀이 형성된 기판안치대; 제1관통부를 가지는 가동부재, 상기 기판안치대의 하부에 고정된 채 상기 가동부재를 지지하며 제2관통부를 가지는 지지부재를 포함하는 기판지지핀 홀더; 상기 핀홀, 상기 제1관통부 및 상기 제2관통부를 관통하여 설치되는 기판지지핀을 포함하는 기판처리장치를 제공한다.
여기서 상기 기판안치대는 상기 다수의 핀홀의 하단부에 상기 가동부재의 제1부분이 삽입되는 오목한 형태의 제1수용부를 구비하고, 상기 지지부재는 상기 가동부재의 제2부분이 삽입되는 오목한 형태의 제2수용부를 구비하며, 상기 가동부재는 상기 제1수용부와 상기 제2수용부 사이의 공간에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기판안치대의 제1수용부 또는 상기 지지부재의 제2 수용부의 내벽에는 돌출부재가 형성되고, 상기 가동부재에는 상기 돌출부재의 가동범위를 제한하기 위 한 것으로서 상기 돌출부재가 삽입되는 안내홈이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가동부재에는 돌출부재가 형성되고, 상기 기판안치대의 제1수용부 또는 상기 지지부재의 제2 수용부의 내벽에는 상기 돌출부재의 가동범위를 제한하기 위한 것으로서 상기돌출부재가 삽입되는 안내홈이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 기판안치대의 변형이나 기울어짐에 능동적으로 대응하여 기판지지핀의 상하운동을 보다 안정적으로 가이드할 수 있는 기판지지핀 홀더를 제공하는 점에특징이 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판지지핀 홀더(100)가 기판안치대(12)의 하부에 결합된 모습을 나타낸 단면도이고, 도6은 상기 기판지지핀 홀더(100)의 분해 사시도이다.
상기 기판지지핀 홀더(100)는 기판안치대(12)에 대하여 움직임이 자유로운 가동(可動)부재(110)와, 상기 가동부재(110)를 지지하는 지지부재(120)를 포함한다.
가동부재(110)는 원활한 움직임을 위하여 구형으로 제작되는 것이 바람직하며, 기판안치대(12)의 하면에는 상기 가동부재(110)의 일부가 수용될 수 있는 제1 수용부(12c)를 오목하게 형성하는 것이 바람직하다.
이때 기판안치대(12)에 형성된 핀홀(12a)의 하단이 상기 제1 수용부(12c)와 연통하도록 형성한다. 따라서 제1수용부(12c)는 상기 핀홀(12a)의 하부에 일대일 대응하여 다수 개 형성된다.
가동부재(110)는 상하방향으로 형성된 제1관통부(112)를 포함하며, 기판지지핀(17)은 상기 핀홀(12a)과 상기 제1관통부(112)를 관통하여 설치된다.
지지부재(120)는 볼트(140) 등의 결합수단에 의하여 그 주변부가 기판안치대(12)의 하부에 고정된다. 따라서 지지부재(120)의 주변부에는 볼트체결을 위한 다수의 결합홀(126)이 형성된다.
지지부재(120)의 중앙부에는 가동부재(110)의 일부가 삽입되는 제2수용부(122)가 형성되며, 제2수용부(122)의 바닥에는 기판지지핀(17)이 관통삽입되는 제2관통부(124)가 형성된다.
따라서 가동부재(110)는 기판안치대(12)의 제1수용부(12c)와 지지부재(120)의 제2수용부(122) 사이의 공간에 위치하게 되며, 기판지지핀(17)은 위에서부터 기판안치대(12)의 핀홀(12a), 가동부재(110)의 제1 관통부(112), 지지부재(120)의 제2관통부(124)를 관통하여 설치된다.
이와 같은 방식으로 설치된 가동부재(110)는 기판안치대(12) 또는 지지부재(120)에 고정되지 않기 때문에 비록 기판지지핀(17)이 상하로 관통되어 있기는 하지만 어느 정도 자유로운 움직임이 가능하다.
결국 도 7에 도시된 바와 같이 기판안치대(12)에 처짐 현상이나 변형이 발생하더라도 가동부재(110)는 이에 따른 영향을 상대적으로 덜받게 되는 것이다.
따라서 기판안치대(12)의 변형에도 불구하고 가동부재(110)가 기판지지핀(17)을 안정적으로 가이드하는 것이 가능해지며, 기판지지핀(17)에 가해지는 압력을 감소시켜 파손의 위험을 크게 줄일 수 있다.
가동부재(110)는 지지부재(120)의 제2수용부(122)의 내부에서 원활하게 움직일 수 있어야 하며, 이를 위해 가동부재(110) 또는 지지부재(120)에는 마찰저감부재(130)를 설치하는 것이바람직하다.
상기 마찰저감부재(130)는 지지부재(120)의 제2수용부(122)의 내벽에 결합되는 볼베어링인 것이 바람직하다. 상기 볼베어링은 가동부재(110)의 외벽에 결합될 수도 있다.
한편 가동부재(110)가 지나치게 움직이는 것이 바람직하지 않을 수도 있으므로 필요에 따라서는 가동부재(110)의 가동범위를 제한할 수 있는 수단을 설치할 필요가 있다.
이러한 가동범위 제한수단은 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, 기판안치대(12)의 제1수용부(12c)의 내벽에 형성되는 돌출부재(12d)와, 상기 가동부재(110)에 형성되어 상기 돌출부재(12d)의 움직임을 가이드하기 위한 것으로서 상기 돌출부재(12d)가 삽입되는 안내홈(116)을 포함할 수 있다.
제1수용부(12c) 대신에 지지부재(120)의 제2수용부(122)에 돌출부재가 형성될 수 있음은 물론이다. 또한 이와 반대로 가동부재(110)에 돌출부재가 형성되고 기판안치대(12)의 제1수용부(12c) 또는 지지부재(120)의 제2수용부(122)에 이에 대응하는 안내홈이 형성될 수도 있다.
지지부재(120)는 가동부재(110)를 수용할 수 있는 제2수용부(122)를 구비하면 족하기 때문에 그 구체적인 형상은 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 가동부재(110)를 수용하는 중앙부를 반구각(半球殼)형태로 하고, 기판안치대(12)의 하부에 고정되는 주변부를 상기 중앙부의 높이 보다 얇은 두께를 가지도록 형성할 수도 있다.
또한 지지부재(120)의 재질은 세라믹 재질인 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 이상에서는 가동부재(110)가 구(球) 형상인 것으로 설명하였으나, 본 발명의 목적이 기판안치대(12)에 대하여 움직임이 자유로운 가동부재(110)를 설치하여 기판지지핀(17)에 미치는 힘을 줄이기 위한 것이므로 가동부재(110)가 지지부재(120)의 제2수용부(122)에 안치되어 어느 정도 유동할 수 있다면 가동부재(110)의 형상이 반드시구형에 한정될 필요는 없다.
특히, 기판안치대(12)의 변형폭이 통상 mm단위를 가지기 때문에, 타원형이나 비(非) 구형의 가동부재를 사용하더라도 대부분의 경우에는 기판지지핀(17)에 미치 는 압력을 저감시키고자 하는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판안치대가 다소 변형되더라도 기판지지핀 홀더의 가동부재에 의하여 기판지지핀에 미치는 압력을 줄일 수 있기 때문에 기판지지핀이 파손되는 현상을 최소화할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판안치대의 핀홀에 결합된 기판지지핀의 승강운동을 가이드하는 기판지지핀 홀더에 있어서,
    상기 핀홀에 결합되는 제1관통부를 가지고 상기 기판안치대에 대하여 움직임이 자유로운 구형상의 가동부재;
    상기 기판안치대의 하부에 고정된 채 상기 가동부재를 지지하며 상기 핀홀에 결합되는 제2관통부를 가지는 지지부재;
    를 포함하며, 상기 기판지지핀이 상기 핀홀, 상기 제1관통부 및 상기 제2관통부를 관통하여 설치되고, 상기 지지부재는 상기 가동부재의 일부가 삽입되는 오목한 형태의 수용부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지핀 홀더
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재의 상기 수용부에는 상기 가동부재의 원활한 움직임을 위한 마찰저감부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판지지핀 홀더
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 반응공간을 정의하는 챔버;
    기판을 안치하기 위하여 상기 챔버의 내부에 설치되며, 다수의 핀홀이 형성된 기판안치대;
    상기 핀홀에 결합되는 제1관통부를 가지는 구형상의 가동부재와, 상기 기판안치대의 하부에 고정된 채 상기 가동부재를 지지하며 상기 핀홀에 결합되는 제2관통부를 가지는 지지부재를 포함하는 기판지지핀 홀더;
    상기 핀홀, 상기 제1관통부 및 상기 제2관통부를 관통하여 설치되는 기판지지핀;
    을 포함하는 기판처리장치
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판안치대는 상기 다수의 핀홀의 하단부에 상기 가동부재의 제1부분이 삽입되는 오목한 형태의 제1수용부를 구비하고,
    상기 지지부재는 상기 가동부재의 제2부분이 삽입되는 오목한 형태의 제2수용부를 구비하며,
    상기 가동부재는 상기 제1수용부와 상기 제2수용부 사이의 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판안치대의 제1수용부 또는 상기 지지부재의 제2 수용부의 내벽에는 돌출부재가 형성되고, 상기 가동부재에는 상기 돌출부재의 가동범위를 제한하기 위한 것으로서 상기 돌출부재가 삽입되는 안내홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가동부재에는 돌출부재가 형성되고, 상기 기판안치대의 제1수용부 또는 상기 지지부재의 제2 수용부의 내벽에는 상기 돌출부재의 가동범위를 제한하기 위한 것으로서 상기 돌출부재가 삽입되는 안내홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
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