KR101400096B1 - 진공흡착을 통한 기판운송방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상하로 적층된 기판을 진공흡착기능을 가지는 다수의 피커(picker)를 이용하여 이송하는 방법에 있어서, 상기 제 1 군의 피커가 상기 기판의 제 1 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 1 단계; 상기 제 1 단계를 수행하고, 상기 제 2 군의 피커가 상기 기판의 제 2 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 2 단계; 상기 제 1 군 및 상기 제 2 군의 피커에 의해 진공흡착된 상기 기판을 상승시켜 이송하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기판이송, 진공흡착, 에어제트

Description

진공흡착을 통한 기판운송방법{Substrate transfer method using vacuum absorption}
도 1은 트레이에 기판을 적재하는 기판이송장치를 나타낸 도면
도 2는 4개의 피커가 기판을 픽업하는 모습을 나타낸 도면
도 3은 측면에서 에어제트를 분사하면서 기판을 픽업하는 모습을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 픽업모습을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 픽업모습을 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 기판이송장치 110 : 이송장치프레임
120 : 기판이송모듈 122 : 피커
200 : 트레이
본 발명은 대량으로 기판을 처리하는 기판처리시스템에서 기판을 운송하는 방법에 관한 것이다.
화석자원의 고갈과 환경오염에 대처하기 위해 최근 태양력 등의 청정에너지에 대한 관심이 크게 고조되면서, 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지에 대한 연구개발이 활력을 얻고 있다.
보통의 태양전지는 PN접합다이오드 형태로서, 태양에너지에 의해 여기된 소수캐리어가 PN 접합면을 가로질러 확산되고 이로 인해 PN접합 다이오드의 양단에서 발생하는 전압차에 의해 기전력을 발생시킨다.
따라서 태양전지를 제조하기 위해서는 실리콘웨이퍼 등의 기판에 P형 또는 N형 반도체층, 반사방지막, 전극 등의 박막을 증착하는 공정과, 에너지 변환효율을 개선하는데 필요한 패턴을 형성하기 위해 증착된 박막을 식각하는 공정 등을 거쳐야 한다.
이러한 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 공정챔버의 내부에서 진행된다.
그런데 태양전지용 기판을 제조하는 공정챔버는 생산성을 높이기 위해 트레이(tray)라고 불리우는 운반수단에 수십 또는 수백 개의 기판을 안치한 상태에서 공정을 진행한다.
따라서 공정챔버의 외부에는 트레이에 기판을 안치시키거나 트레이에서 기판 을 픽업하여 반출하는 기판이송장치를 설치하여야 한다.
도 1은 이러한 기판이송장치(100)를 예시한 도면으로서, 트레이(200)의 상부에서 트레이(200)에 대하여 상대 운동하는 이송장치프레임(110)과, 상기 이송장치프레임(110)에 결합하여 상기 이송장치프레임(110)에 대하여 운동하는 기판이송모듈(120)을 포함한다.
기판이송모듈(120)은 매거진 또는 카세트라고 불리우는 기판수납기(미도시)에 적재된 기판(s)을 픽업하여 트레이(200)에 올려 놓은 역할을 한다.
기판이송모듈(120)의 하단에는 진공흡착을 통해 기판을 이송하는 피커(picker)(122)가 설치된다. 도 1에서는 하나의 피커(122)가 하나의 기판(s)을 운반하는 경우를 도시하고 있으나, 기판(s)의 크기가 커지면 하나의 기판에 2 이상의 피커(122)를 사용하여야 한다.
특히 최근에는 가로 및 세로의 길이가 각각 150mm 이상인 대형의 태양전지용 기판(s)도 사용하고 있는데, 이 정도의 대형 기판을 파손의 위험 없이 안정적으로 픽업하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 통상 4개의 피커(122)를 이용한다.
도 2는 기판수납기(미도시)에 적재된 기판(s)을 제1,2,3,4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)를 이용하여 픽업하는 모습을 나타낸 도면이다.
일반적으로 4 개의 피커를 이용할 때는 기판(s)의 상면에 4 개의 피커(122a, 122b, 122c, 122d)를 밀착시킨 후에 동시에 진공흡입을 실시하여 기판(s)을 진공흡착한다. 그리고 4 개의 피커(122a, 122b, 122c, 122d)를 상승시켜 기판을 들어 올 린다.
그런데 태양전지용 기판은 통상 기판수납기의 내부에서 서로 상하면이 밀착된 채 적재되어 있기 때문에 상부의 기판을 들어올리면 정전기력 등의 원인으로 하부의 기판까지 함께 들어올려지거나 하부 기판과의 흡착력 때문에 들어올리는 과정에서 기판이 파손되는 경우가 빈발한다.
도 3은 이러한 현상을 방지하기 위해 적층된 기판(s)의 측면에서 인젝터(미도시)를 이용하여 에어 제트(air jet)를 수평방향으로 분사하는 모습을 도시한 것이다. 이와 같이 측면에서 에어제트를 분사하면 상하 기판(s)의 사이에 간극이 발생하기 때문에 최상층의 기판(s)만을 픽업할 수 있다.
그러나 최근 기판(s)의 두께가 150 ㎛ 이하까지 얇아지면서부터는 전술한 방식을 적용하여도 상승시키는 과정에서 기판(s)이 파손되는 경우가 자주 발생한다. 이러한 현상의 원인은 다음과 같이 분석된다.
즉, 적층된 기판(s)의 측면에서 에어 제트를 분사하여도 상하 기판이 완전히 분리되는 것은 아니고 서로 부분적으로 밀착되어 있으므로, 흡착된 기판(s)의 상승을 방해하는 정전기력 등의 저항력도 약화되기는 했지만 여전히 존재한다.
기판(s)의 두께가 두꺼우면 이와 같이 약화된 저항력을 쉽게 극복할 수 있지만, 기판(s)의 두께가 얇아질수록 이러한 저항력이 기판파손의 원인으로 작용하게 된다.
즉, 기판(s)의 전면적을 동시에 진공흡착하여 상승시키면, 기판(s)의 상부면 은 여러 개의 피커에 의해 상부방향으로의 힘을 받고 하부면은 정전기력 등의 저항력으로 인해 하부 방향으로의 힘을 받기 때문에 기판(s) 표면의 여러 부분에서 급격한 압력구배가 발생하여 결국 기판(s)이 파손되는 것이다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기판이 매우 얇은 경우에도 파손의 위험이 없이 진공흡착을 통해 안전하게 운반할 수 있는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 기판이송방법은, 다수의 기판이 적층되어 있고, 다수의 기판 중 최상층의 기판을 진공흡착하는 기능을 가지는 제 1 군 및 제 2 군의 피커를 이용하여 상기 기판을 이송하는 방법에 있어서, 상기 제 1 군의 피커가 상기 기판의 제 1 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 1 단계; 상기 제 1 단계를 수행하고, 상기 제 2 군의 피커가 상기 기판의 제 2 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 2 단계; 상기 제 1 군 및 상기 제 2 군의 피커에 의해 진공흡착된 상기 기판을 상승시켜 이송하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계의 사이와 상기 제 2 단계 및 상기 제 3 단계의 사이에, 최상층의 상기 기판과 차상층의 상기 기판의 사이에 에어제트를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 군 및 상기 제 2 군의 피커는 각각 1 개 이상의 피커를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계에서, 상기 제 1 군 및 상기 제 2 군의 피커가 상기 기판을 진공흡착하여 상승하는 높이는 1 내지 10 mm인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 단계에서, 제 1 영역은 상기 기판의 좌측변과 인접하고, 제 2 영역은 상기 기판의 우측변과 인접한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 단계에서, 상기 제 1 군 및 상기 제 2 군의 피커가 동시에 하강하여 상기 기판과 밀착하고, 상기 제 1 군의 피커에 의해 상기 기판이 진공흡착되고, 상기 제 2 군의 피커와 상기 기판은 진공흡착되지 않은 상태에서, 상기 제 1 군 및 상기 제 2 군의 피커가 상승하고, 상기 제 2 단계에서, 상기 제 1 군의 피커는 상승상태를 유지하고, 상기 제 2 군의 피커가 하강하여 상기 기판과 진공흡착되어 상기 제 2 군의 피커가 상승하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 단계에서, 상기 제 2 군의 피커가 상기 기판과 이격상태를 유지하고, 상기 제 1 군의 피커가 하강하여 상기 기판과 밀착하여, 상기 제 1 군의 피커에 의해 상기 기판이 진공흡착되어 상기 제 1 군의 피커가 상승하고, 상기 제 2 단계에서, 상기 제 1 군의 피커는 상승상태를 유지하고, 상기 제 2 군의 피커가 하강하여 상기 기판과 진공흡착되어 상기 제 2 군의 피커가 상승하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 3 단계의 이후에는, 상기 에어제트의 분사를 중단시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 단계에서, 상기 제 1 군의 피커에서 비반응가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판이송방법에 있어서, 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계에서, 동시에 상기 제 1 군의 피커가 상승하면서 상기 제 2 군의 피커가 하강하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판운송방법에 대하여 사시도 및 정면도를 나타낸 도면으로서, 도 2에 도시된 것과 마찬가지로 제 1 피커(122a), 제 2 피커(122b), 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)를 이용하여 최상층의 기판(s)을 진공흡착한다. 따라서 이하에서는 도 2도 함께 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 4에서, 편의상 다수의 기판(s)을 수납하는 카세트 또는 매거진 등의 기판수납기는 생략하고 기판(s)만을 도시하였다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 제 1 피커 내지 제 4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)가 동시에 최상층의 기판(s)을 진공흡착하지 않고, 4 개의 피커 중에서 기판(s)의 우측변에 대응하는 제 1 피커(122a) 및 제 2 피커(122b)로 구성되는 제 1 군(群)의 피커와 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)로 구성되는 제 2 군(群)의 피커가 시간차를 두고 동작한다.
[표 1]
구 분 제1 피커 제2 피커 제3 피커 제4 피커 인젝터
단계 1 ON ON OFF OFF OFF
단계 2 제1 피커 및 제2 피커 상승
단계 3 ON ON ON ON ON
단계 4 ON ON ON ON OFF
단계 5 기판 이송
이하에서는 표1을 참조하여 기판(s)의 픽업과정을 보다 구체적으로 설명한다.
도 4a와 같이, 제 1 단계에서는 제 1 피커 내지 제 4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)를 하강시켜, 적재된 다수의 기판(s) 중 최상층의 기판(s)의 상면에 밀착시킨 상태에서, 제 1 피커(122a) 및 제 2 피커(122b)를 포함하는 제 1 군의 피커의 진공흡착기능을 ON시켜 기판(s)의 우측변을 진공흡착한다. 이때 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)로 구성되는 제 2 군의 피커의 진공흡착기능은 OFF된 상태이며, 비반응성 가스인 N2 가스를 미량 공급할 수 있다. 제 1 단계에서는 기판(s)의 측면에서 에어제트를 분사하는 인젝터를 동작시키지 않는 것이 바람직하다.
도 4b와 같이, 제 2 단계에서는 제 1 피커(122a) 및 제 2 피커(122b)를 상승시켜 기판(s)의 우측변을 1 내지 10 mm 정도의 높이로 들어올린다. 더 높이 들어올리면 기판(s)이 파손될 위험이 높아진다. 그리고 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)는 제 1 군의 피커와 같이 상승한다.
도 4c와 같이, 제 3 단계에서, 인젝터를 ON시켜 기판(s)의 우측면에서 에어제트를 순간적으로 분사하여 최상층 기판(s)과 차상층의 기판(s)과 분리시킨 후에, 제 3 및 제 4 피커(122c, 122d)로 구성되는 제 2 군의 피커를 하강시켜 기판(s)의 상부와 밀착시키고, 진공흡착기능을 ON시켜 기판(s)을 진공흡착한다. 이때 에어제트를 분사하는 과정과 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)가 기판(s)을 진공흡착하는 과정은 동시에 진행될 수도 있고, 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)가 기판(s)을 진공흡착한 후에 에어제트를 분사할 수도 있다.
도 4d와 같이, 제 4 단계에서, 에어제트를 분사하여 최상층 기판(s)과 차상층 기판(s)이 분리되면, 인젝터를 OFF시켜 에어제트의 분사를 중단하고, 제 1 피커 내지 제 4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)의 높이를 일정하게 유지한 후에, 제 5 단계에서, 제 1 피커 내지 제 4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)를 동시에 상승시키고 기판(s)을 이송한다.
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에서는 기판(s)의 한쪽을 먼저 들어올리고 에어제트를 분사하여 하부기판을 충분히 분리시킨 다음에 기판(s)을 상승시키기 때문에 하부기판과의 접촉으로 인해 발생하는 정전기력 등의 저항력이 크게 줄어든다.
이로 인해 기판에 가해지는 압력구배가 크게 완화되므로 100 내지 200 ㎛ 의 매우 얇은 두께를 가지는 기판(s)인 경우에도 진공흡착을 통해 안전하게 운송할 수 있다.
한편, 이상에서는 기판(s)의 한쪽이 들어올려진 이후에 인젝터가 에어제트를 순간적으로 분사하는 것으로 설명하였으나 이와 달리 에어제트를 지속적으로 분사하되 강약의 차이를 두는 방식으로 분사할 수도 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판운송방법에 대한 사시도 및 정면도를 나타낸 도면으로서, 도 2에 도시된 것과 마찬가지로 제 1 피커(122a), 제 2 피커(122b), 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)를 이용하여 기판(s)를 진공흡착하며, 이하에서는 도 2도 함께 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 5는 편의상 다수의 기판(s)을 수납하는 카세트 또는 매거진 등의 기판수납기는 생략하고 기판(s)만을 도시하였다. 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와 마찬가지로 4 개로 구성되는 제 1 피커 내지 제 4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)가 동시에 기판(s)을 진공흡착하지 않고, 4 개의 피커 중에서 일측에 위치하는 제 1 군(群)의 피커(122a, 122b)와 타측에 위치하는 제 2 군(群)의 피커(122c, 122d)가 시간차를 두고 작동한다.
도 5a와 같이 제 1 단계에서, 제 1 피커(122a) 및 제 2 피커(122b)를 하강시켜, 적재된 다수의 기판(s) 중 최상층의 기판(s)의 상면에 밀착시킨 상태에서, 제 1 피커(122a) 및 제 2 피커(122b)를 포함하는 제 1 군의 피커의 진공흡착기능을 ON시켜 기판(s)의 우측변을 진공흡착한다. 이때 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d) 로 구성되는 제 2 군의 피커의 진공흡착기능은 OFF된 상태이며, 비반응성 가스인 N2 가스를 미량 공급할 수 있다. 제 1 단계에서는 기판(s)의 측면에서 에어제트를 분사하는 인젝터를 동작시키지 않는 것이 바람직하다. 그리고 제 3 및 제 4 피커(122c, 122d)는 최상층의 기판(s)과 일정간격 이격되어 있으며, 제 1 피커(122a) 및 제 2 피커(122b)와 같이 기판(s)과 밀착을 위하여 하강하지 않고, 다음 동작을 위하여 대기상태을 유지한다.
도 5b와 같이 제 2 단계에서는 제 1 피커(122a) 및 제 2 피커(122b)를 상승시켜 기판(s)의 우측변을 1 내지 10 mm 정도의 높이로 들어올린다. 더 높이 들어올리면 기판(s)이 파손될 위험이 높아진다.
도 5c와 같이 제 3 단계에서, 인젝터를 ON시켜 기판(s)의 우측면에서 에어제트를 순간적으로 분사하여 최상층 기판(s)과 차상층 기판(s)을 분리시킨 후에, 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)로 구성되는 제 2 군의 피커를 하강시켜 기판(s)의 상부와 밀착시키고, 진공흡착기능을 ON시켜 기판(s)을 진공흡착한다. 이때 에어제트를 분사하는 과정과 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)가 기판(s)과 진공흡착하는 과정은 동시에 진행될 수도 있고, 제 3 피커(122c) 및 제 4 피커(122d)가 기판(s)을 진공흡착한 후에 에어제트를 분사할 수도 있다.
제 2 단계 및 제 3 단계에서, 제 1 군의 피커가 상승되면서, 제 2 군의 피커가 하강하는 과정이 동시에 진행될 수 있으며, 또한 에어제트의 분사와 제 2 군의 피커에 의한 기판(s)의 흡착이 시차를 두지 않고 수행될 수 있다.
도 5d와 같이 제 4 단계에서, 에어제트를 분사하여 최상층 기판(s)과 차상층 기판(s)이 분리되면, 인젝터를 OFF시켜 에어제트의 분사를 중단하고, 제 1 피터 내지 제 4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)의 높이를 일정하게 유지한 후에, 제 5 단계에서, 제 1 내지 제 4 피커(122a, 122b, 122c, 122d)를 동시에 상승시키고 기판(s)을 이송한다.
이상에서는 피커의 개수가 4 개인 것으로 가정하여 설명하였으나, 피커의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 군 또는 제 2 군의 피커는 1 개의 피커를 의미할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 최상층 기판과 차상층 기판이 충분히 분리된 상태에서 기판을 상승시키기 때문에 기판에 가해지는 압력구배를 크게 완화시킬 수 있다. 따라서 매우 얇은 두께의 기판도 진공흡착을 통해 안전하게 운송할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 다수의 기판이 적층되어 있고, 다수의 기판 중 최상층의 기판을 진공흡착하는 기능을 가지는 제 1 및 제 2 피커를 이용하여 상기 기판을 이송하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 피커가 상기 기판의 제 1 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계를 수행하고, 상기 제 2 피커가 상기 기판의 제 2 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 2 단계;
    상기 제 1 및 상기 제 2 피커에 의해 진공흡착된 상기 기판을 상승시켜 이송하는 제 3 단계를 포함하고,
    상기 제 1 단계에서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 피커가 동시에 하강하여 상기 기판과 밀착하고, 상기 제 1 피커에 의해 상기 기판이 진공흡착되고, 상기 제 2 피커와 상기 기판은 진공흡착되지 않은 상태에서, 상기 제 1 및 상기 제 2 피커가 상승하고, 상기 제 2 단계에서, 상기 제 1 피커는 상승상태를 유지하고, 상기 제 2 피커가 하강하여 상기 기판과 진공흡착되어 상기 제 2 피커가 상승하는 것을 특징으로 하는 기판이송방법.
  2. 다수의 기판이 적층되어 있고, 다수의 기판 중 최상층의 기판을 진공흡착하는 기능을 가지는 제 1 및 제 2 피커를 이용하여 상기 기판을 이송하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 피커가 상기 기판의 제 1 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계를 수행하고, 상기 제 2 피커가 상기 기판의 제 2 영역을 진공흡착하여 상승시키는 제 2 단계;
    상기 제 1 및 상기 제 2 피커에 의해 진공흡착된 상기 기판을 상승시켜 이송하는 제 3 단계를 포함하고,
    상기 제 1 단계에서,
    상기 제 2 피커가 상기 기판과 이격상태를 유지하고, 상기 제 1 피커가 하강하여 상기 기판과 밀착하여, 상기 제 1 피커에 의해 상기 기판이 진공흡착되어 상기 제 1 피커가 상승하고, 상기 제 2 단계에서, 상기 제 1 피커는 상승상태를 유지하고, 상기 제 2 피커가 하강하여 상기 기판과 진공흡착되어 상기 제 2 피커가 상승하는 것을 특징으로 하는 기판이송방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계의 사이와 상기 제 2 단계 및 상기 제 3 단계의 사이에, 최상층의 상기 기판과 차상층의 상기 기판의 사이에 에어제트를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판이송방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 피커는 각각 1 개 이상의 피커를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판이송방법.
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