KR101392517B1 - 비접촉식 부양장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비접촉식 부양장치에 관한 것으로, 양측으로 개방되어 부양대상물로 압축 공기를 제공하도록 에어홀을 통공한 노즐본체, 부양대상물 부양을 위한 부압을 형성하기 위해 노즐본체의 압축 공기 토출측 가장자리에 부양대상물과 나란하도록 구비되는 패드, 및 이 부양대상물의 부양력을 증가시키기 위해 패드의 가장자리가 경사지게 형성되는 경사면부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 적은 기체 소비량으로 높은 부양력을 발생시키며, 부양대상물의 진동발생을 억제하고, 이송에 따른 제어를 용이하게 할 수 있다.

Description

비접촉식 부양장치{NONCONTACT TYPE GAS LEVITATION DEVICE}
본 발명은 비접촉식 부양장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적은 기체 소비량으로 높은 부양력을 발생시키며, 부양대상물의 진동발생을 억제하고, 이송에 따른 제어를 용이하게 할 수 있는 비접촉식 부양장치에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조하기 위해서는 기판 상에 반도체 소자를 형성하기 위해 기판을 가공하는 공정이 필요하며, 이러한 공정에 있어서 증착 공정, 리소그래피 공정 등이 반복적으로 수행된다. 이러한 공정에 있어서 반도체 소자 생산의 높은 정확도와 수율을 위해서는, 기판의 식각(에칭) 및 세정이 매우 중요하며, 이러한 공정을 수행하는데는 기판을 지지하는 장치가 필요하다.
종래의 세정 장치로서, 기판을 세정 물질이 들어 있는 욕조 속에 담금으로써 기판 상의 잔여물질 등을 화학적으로 세정하는 습식 스테이션(wet station)이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 습식 스테이션의 경우 기판의 상호오염 문제가 발생하고, 기판의 양면이 모두 화학처리가 되며, 에칭의 균일성이 떨어지고, TAT (turn-around time; 턴-어라운드 타임)가 크고, 처리할 면을 선택할 수 없다는 단점이 존재한다.
점차적으로 디바이스의 발전은 비용 감소를 위해 기판의 대구경화, 회로의 미세화 방향으로 진행되고 있으며 디바이스 성능을 향상시키기 위하여 새로운 물질이 도입되고 있기 때문에 배치(batch) 장비의 단점을 보완하기 위하여 싱글 웨이퍼 프로세서의 사용이 확대되고 있다. 싱글 웨이퍼 프로세서는 각 장비별로 기판의 처리면을 선택할 수 있는 장점은 있으나, 기판의 전면을 처리하는 프로세서와 후면을 처리하는 프로세서를 따로 구비해야 하는 단점이 여전히 존재한다.
기존의 기판 처리 장치는 제 1 가스(비활성 가스)를 분사하는 복수의 홀을 설치한 척을 구비하고, 이 척 상에 형성된 다수의 분사구로부터 제 1 가스를 분사하여 기판을 척으로부터 부양시키는 동시에 회전 가능한 상태로 유지하면서, 회전하는 기판의 상방으로부터 기판 처리액을 공급하여 기판의 상부면을 처리한다.
한편, 기체 유동의 베르누이원리(Bernouilli principle)에 의하면, 유속이 빠른 곳에서는 압력이 강하하여 부압이 발생하게 된다. 이러한 부압을 이용하여 물체를 부양시켜 이송하는 장치들이 최근 들어 반도체 제조 공정 등에서 다양하게 활용되고 있다.
일반적으로 기체 부양(Gas Levitation) 이송장치는 비접촉의 형태로 대상물을 이송시키므로, 웨이퍼 등에서 발생하는 오염이나 흠의 발생을 방지할 수 있으며, 제반 공정의 관리에도 유리한 점이 많아서 많은 관심을 받고 있다.
기체 부양의 원리를 설명하기 위하여, 도 1에는 단순한 부양 장치를 도시하였다. 상단부로부터 기체(유량 Q)가 주입되면, 기체는 수직 하향으로 유동하여 물체 표면에 충돌한 후, 반경방향으로 유동하게 된다. 이때, 부양 대상물인 평판 위에서 발생하는 압력은 기체의 직접적인 충돌로 인하여 정체점(Stagnation point)이 형성되므로 유로 중심부분에서 높고, 반경방향으로 급격히 낮아져 부분적으로 부압을 형성하게 된다. 이러한 부압은 기체가 반경방향으로 유동할 때 발생하는 베르누이원리에 의한 것이며, 대상물의 표면에서 발생하는 부압을 적분하여 얻어지는 힘과 대상물의 중량의 차가 부상력으로 된다.
비접촉식 기판 처리 장치에 대해서는 국내등록특허 제10-0862912호에 제안되어 있다.
기존 부상력을 이용하여 대상물을 이송하는 장치가 다양하게 개발되어 여러 반도체 제조 공정에서 활용되고 있으나, 부상력이 크지 않아 대상물의 크기나 중량이 큰 경우에는 이송에 한계가 있다. 이 경우, 부상력을 증가시키기 위하여 기체유량을 증가시킬 수 있으나, 대량의 기체 소비로 인하여 제조단가의 증가를 초래하는 문제점이 있었다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 적은 기체 소비량으로 높은 부양력을 발생시키며, 부양대상물의 진동발생을 억제하고, 이송에 따른 제어를 용이하게 하고자 하는 비접촉식 부양장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 부양대상물의 유동 소음을 줄일 수 있어 작업환경을 개선할 수 있는 비접촉식 부양장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 비접촉식 부양장치는: 양측으로 개방되어 부양대상물로 압축 공기를 제공하도록 에어홀을 통공한 노즐본체, 상기 부양대상물 부양을 위한 부압을 형성하기 위해 상기 노즐본체의 압축 공기 토출측 가장자리에 상기 부양대상물과 나란하도록 구비되는 패드, 및 상기 부양대상물의 부양력을 증가시키기 위해 상기 패드의 가장자리가 경사지게 형성되는 경사면부를 포함한다.
상기 노즐본체는 상기 부양대상물의 표면에 발생하는 부압의 크기와 발생 영역을 증가시키기 위해 압축 공기의 토출측에 부압확대부재를 구비함이 바람직하다.
상기 부압확대부재는, 상기 에어홀에 끼워져 고정되는 링 형상의 테두리부재, 상기 테두리부재의 일측에 형성되어 상기 에어홀을 막는 플레이트, 및 상기 노즐본체 외측으로 노출된 상기 테두리부재에 복수 개 타공되어 에어를 상기 부양대상물에 나란한 방향으로 토출시키는 슬릿(slit)을 포함한다.
상기 플레이트는 상기 에어홀을 통해 제공되는 압축 공기를 상기 슬릿 방향으로 흐름 안내하기 위해 콘(corn) 형상의 안내돌부를 돌출 형성함이 바람직하다.
상기 안내돌부의 둘레면에는 곡률진 곡면부가 형성됨이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 부양장치는 종래 기술과 달리 적은 기체 소비량으로 높은 부양력을 발생시키며, 부양대상물의 진동발생을 억제하고, 이송에 따른 제어를 용이하게 할 수 있다.
그리고, 본 발명은 부양대상물의 유동 소음을 줄일 수 있어 작업환경을 개선할 수 있다.
도 1은 기존 비접촉식 부양장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 부압확대부재의 사시 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 부압확대부재의 다른 사시 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 부압확대부재의 다른 사시 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 비접촉식 부양장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 작업자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 부압확대부재의 사시 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 부압확대부재의 다른 사시 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 비접촉식 부양장치의 부압확대부재의 다른 사시 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 비접촉식 부양장치(10)는 노즐본체(20), 패드(30), 및 경사면부(40)를 포함하여 이루어진다.
노즐본체(20)는 부양대상물(2)로 일정량 유량의 압축 공기(Q)를 제공한다. 그래서, 노즐본체(20)는 축 방향을 따라 양측으로 개방되는 에어홀(22)을 통공한다. 압축 공기(Q)는 부양대상물(2) 방향으로 에어홀(22)을 통과하게 된다.
여기서, 부양대상물(2)은 웨이퍼와 같은 반도체 기판 등인 것으로 한다.
그리고, 패드(30)는 부양대상물(2)과 대향하도록 노즐본체(20)의 압축 공기(Q) 토출측 가장자리에 구비된다.
특히, 패드(30)는 부양대상물(2)과 나란하게 구비된다.
그래서, 패드(30)는 부양대상물(2) 방향으로 분출되도록 제공되는 압축 공기(Q)에 의한 압력 차이로 부양대상물(2)의 부양을 위한 부압을 형성하기 위해 구비된다.
물론, 패드(30)는 노즐본체(20)에 일체로 제작될 수도 있고, 노즐본체(20)로부터 분리 가능하게 구비될 수도 있다.
특히, 노즐본체(20)와 패드(30)는 부양대상물(2)의 상부에 배치된다.
압축 공기(Q)의 부압에 의해, 부양대상물(2)은 패드(30)와 일정한 거리를 유지하게 된다.
또한, 경사면부(40)는 패드(30)의 가장자리에서 노즐본체(20)의 압축 공기(Q) 유입측 방향으로 소정각도(α) 경사지게 연장 형성된다.
그래서, 경사면부(40)는 부양대상물(2)의 부양력을 증가시키는 역할을 한다.
즉, 경사면부(40) 단부에서 에어의 압력이 대기압으로 되어야 하므로, 패드(30)와 부양대상물(2)의 평행영역(A)에서 압력이 더욱 감소하게 되므로, 부양력이 증가된다.
더욱이, 부양대상물(2)의 중심부분에서 발생하는 정체점의 압력이 낮아지게 되며, 에어 유동에서 발생하는 유동의 비정상성이나 박리 현상이 경감된다.
따라서, 평행영역(A)에서, 적은 기체 소비량으로 높은 부양력이 발생되고, 이로 인해, 부양대상물(2)의 진동 발생이 최대한 억제되며, 부양대상물(2)의 이송에 따른 제어가 용이하게 된다.
한편, 도 3 및 도 4에서처럼, 본 발명의 제 2실시예에 따른 비접촉식 부양장치(10)는 노즐본체(20), 패드(30), 경사면(40) 및 부압확대부재(50)를 포함하여 이루어진다.
노즐본체(20) 및 패드(30)는 상술한 것으로 대체한다.
그리고, 부압확대부재(50)는 노즐본체(20)의 압축 공기(Q) 토출측에 구비된다. 부압확대부재(50)는 부양대상물(2)의 표면에 발생하는 부압의 크기와 발생 영역을 증가시키는 역할을 한다.
즉, 부양대상물(2)의 중심부분에서 발생하는 정체점 압력을 줄이기 위해서는, 노즐본체(20)의 압축 공기(Q) 토출측에 부압확대부재(50)가 구비된다.
부압확대부재(50)는 에어의 유속의 크기에 반비례하여 압력이 낮아지도록 함으로써, 부양대상물(2)의 표면에서 발생하는 부압의 크기와 발생 영역이 증가하게 된다.
특히, 부압확대부재(50)는 테두리부재(52), 플레이트(54), 및 슬릿(slit,56)을 포함하여 이루어진다.
테두리부재(52)는 링 형상으로 이루어져 에어홀(22)에 내측에 억지 삽입되어 고정된다. 특히, 테두리부재(52)는 일부가 노즐본체(20)의 하측으로 돌출된다.
그리고, 플레이트(54)는 노즐본체(20)의 하측으로 돌출된 테두리부재(52)의 일측을 막음으로써 에어홀(22)을 막는 역할을 한다.
물론, 테두리부재(52)와 플레이트(54)는 일체로 제작됨이 바람직하다.
또한, 슬릿(56)은 노즐본체(20) 외측으로 노출된 테두리부재(52)에 복수 개 타공되어 에어를 부양대상물(2)에 나란한 방향으로 토출 안내하는 역할을 한다.
따라서, 플레이트(54)가 노즐본체(20)의 에어홀(22)을 통해 수직 하향하는 에어를 막고, 슬릿(56)이 에어를 반경 방향으로 유동 안내하면, 에어 유속의 크기에 반비례하여 압력이 낮아지게 됨으로써, 부양대상물(2) 표면에서 발생하는 부압의 크기와 발생 역역이 증가된다.
이를 통해, 부양대상물(2)과 노즐본체(20) 사이에서, 유동의 박리 현상이 전혀 발생하지 않을 뿐만 아니라, 반경 방향으로 통공된 복수 개의 슬릿(56)을 통해 에어가 유동하게 됨으로써, 소비되는 에어 유량이 저감된다.
즉, 본 실시예에서는 부양대상물(2)에 가해지는 부압을 더욱 증가시키고, 소비되는 에어 유량을 더욱 줄이기 위해, 경사면부(40)와 부압확대부재(50)가 함께 구비된다.
물론, 부양대상물(2)의 부압 증가를 위해, 경사면부(40)와 부압확대부재(50) 어느 하나가 단독으로 구비될 수도 있다.
도 5는 부압확대부재(50)가 슬롯 타입의 슬릿(56)을 나타낸 도면이다. 미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.
또한, 도 6에서처럼, 본 발명의 제 3실시예에 따른 비접촉식 부양장치(10)는 노즐본체(20), 패드(30), 경사면부(40), 및 부압확대부재(50)를 포함하여 이루어진다.
노즐본체(20), 패드(30) 및 경사면부(40)는 상술한 것으로 대체한다.
아울러, 부압확대부재(50)는 테두리부재(52), 플레이트(54), 슬릿(56) 및 안내돌부(58)를 포함하여 이루어진다.
이때, 테두리부재(52), 플레이트(54) 및 슬릿(56)은 상술한 것으로 대체한다.
안내돌부(58)는 테두리부재(52)의 내측에 해당되는 플레이트(54) 상에 돌출된다. 특히, 안내돌부(58)는 콘(corn) 형상으로 이루어져 노즐본체(20) 방향으로 돌출된다.
그래서, 안내돌부(58)는 에어홀(22)을 통해 제공되는 압축 공기(Q)를 슬릿(56) 방향으로 흐름 안내한다.
이에 따라, 압축 공기(Q)는 운동 에너지 손실을 줄인 채 슬릿(56)을 통해 분출됨으로써, 부양대상물(2)에 작용하는 부압은 더욱 향상된다.
아울러, 안내돌부(58)의 둘레면에는 곡률진 곡면부(59)가 형성된다. 이는, 압축 공기(Q)의 흐름이 급격히 방향 전환됨에 따른 충격음이나 에너지 손실을 줄이기 위함이다.
미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.
도 7은 부압확대부재(50)가 슬롯 타입의 슬릿(56)을 나타낸 도면이다. 미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
2: 부양대상물 10: 비접촉식 부양장치
20: 노즐본체 22: 에어홀
30: 패드 40: 경사면부
50: 부압확대부재 52: 테두리부재
54: 플레이트 56: 슬릿(slit)
58: 안내돌부 59: 곡면부

Claims (5)

  1. 양측으로 개방되어 부양대상물로 압축 공기를 제공하도록 에어홀을 통공한 노즐본체;
    상기 부양대상물 부양을 위한 부압을 형성하기 위해 상기 노즐본체의 압축 공기 토출측 가장자리에 상기 부양대상물과 나란하도록 구비되는 패드; 및
    상기 부양대상물의 부양력을 증가시키기 위해 상기 패드의 가장자리가 경사지게 형성되는 경사면부를 포함하고,
    상기 노즐본체는 상기 부양대상물의 표면에 발생하는 부압의 크기와 발생 영역을 증가시키기 위해 압축 공기의 토출측에 부압확대부재를 구비하며,
    상기 부압확대부재는, 상기 에어홀에 끼워져 고정되는 링 형상의 테두리부재;
    상기 테두리부재의 일측에 형성되어 상기 에어홀을 막는 플레이트; 및
    상기 노즐본체 외측으로 노출된 상기 테두리부재에 복수 개 타공되어 에어를 상기 부양대상물에 나란한 방향으로 토출시키는 슬릿(slit)을 포함하고,
    상기 플레이트는 상기 에어홀을 통해 제공되는 압축 공기를 상기 슬릿 방향으로 흐름 안내하기 위해 콘(corn) 형상의 안내돌부를 돌출 형성하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 부양장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 안내돌부의 둘레면에는 곡률진 곡면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 부양장치.
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