KR101433865B1 - 고정식 리프트 핀을 가지는 기판 처리 장치 및 이를 이용한기판의 로딩 및 언로딩 방법 - Google Patents

고정식 리프트 핀을 가지는 기판 처리 장치 및 이를 이용한기판의 로딩 및 언로딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고정식 리프트 핀을 가지는 기판처리장치를 개시한다. 본 발명의 기판처리장치는, 반응공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 다수의 핀홀을 구비하고 내부에 제1히터가 설치된 기판안치대; 상기 기판안치대의 하부에 설치되며, 상기 기판안치대와 동일한 평면 형상을 가지고 내부에 제2히터가 설치된 핀플레이트; 일단부가 상기 핀플레이트의 상부에 결합하고, 타단부는 상기 기판안치대의 상기 다수의 핀홀에 각각 삽입되는 다수의 리프트 핀을 포함하며, 상기 기판안치대와 상기 핀플레이트의 간격을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 리프트 핀이 설치된 핀플레이트가 기판안치대와 동일한 정도로 열팽창하고, 리프트 핀의 하단부가 핀플레이트에 고정되기 때문에 리프트 핀의 기울어짐이 방지되고, 이를 통해 리프트 핀의 파손을 방지할 수 있다.
리프트 핀, 핀플레이트

Description

고정식 리프트 핀을 가지는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판의 로딩 및 언로딩 방법{Substrate processing apparatus comprising fixed lift pin, and method of loading and unloading substrate using the same}
본 발명은 반도체소자 또는 액정표시소자의 제조를 위해 기판을 가공하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 상세하게는 기판안치대를 관통하여 승강하는 리프트 핀을 고정식으로 설치한 기판처리장치와 이를 이용한 기판의 로딩 및 언로딩 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자 또는 평판표시장치를 제조하기 위해서는 실리콘웨이퍼 또는 글래스 등의 기판에 원료물질을 증착하는 박막증착공정, 감광성물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경을 유지하는 기판처리장치의 내부에서 진행된다.
최근에는 원료물질을 플라즈마 상태로 변환하여 증착 또는 식각공정을 진행하는 기판처리장치가 많이 사용되고 있으며, 도 1은 평판표시장치의 제조를 위해 기판을 처리하는 기판처리장치 중에서 플라즈마를 이용하여 박막을 증착하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)장치(10)의 개략적인 단면 구성을 도시한 것이다.
상기 PECVD장치(10)는 반응공간을 형성하는 챔버(11), 챔버(11)의 내부에서 기판(s)을 안치하는 기판안치대(12), 기판안치대(12)의 상부에서 원료가스를 분사하는 가스분배판(14), 가스분배판(14)에 연결된 가스공급관(15), 잔류가스를 배출하는 배기구(18)를 포함한다. 또한 상기 가스분배판(14)에는 RF전력을 공급하는 RF전원(16)이 연결된다.
기판안치대(12)에는 리프트 핀(20)이 설치된다. 리프트 핀(20)은 로봇암(미도시)에 의해 챔버(11)의 내부로 반입된 기판(s)을 인계받거나 기판(s)을 반출하기 위해 기판안치대(12)로부터 기판(s)을 들어올리는 용도로 사용된다.
도 2는 리프트 핀(20)의 설치 구조를 나타낸 상세 단면도로서, 길이방향의 관통부를 가지는 실린더 형상의 핀 홀더(30)가 기판안치대(12)의 핀홀(12a)의 내부에 설치되고, 리프트 핀(20)은 핀 홀더(30)의 관통부에 삽입되어 설치된다.
리프트 핀(20)은 막대 형상의 몸체(21)와, 상기 몸체(21)보다 직경이 큰 원반형태로서 몸체(21)의 상단에 형성되는 헤드(22)로 이루어지며, 세라믹 재질로 제조된다.
핀 홀더(30)는 리프트 핀(20)이 기판안치대(12)와 직접 접촉하는 것을 방지 하기 위하여 설치되는 것으로서 리프트 핀(20)의 승강운동이 원활하게 이루어지도록 하는 역할도 한다. 핀 홀더(30)도 통상 세라믹 재질로 제조된다.
기판안치대(12)의 핀홀(12a)에는 리프트 핀(20)이 아래로 빠지는 것을 방지하기 위하여 내측으로 걸림턱(12b)이 돌출 형성되어 있으며, 따라서 리프트 핀의 헤드(22)는 상기 걸림턱(12b)의 내경보다는 큰 직경을 가진다.
이러한 PECVD장치(10)에서 공정을 진행하기 위해서는 먼저 챔버(10)의 내부로 기판(s)을 반입하여 도 1에 도시된 바와 같이 기판안치대(120)의 상부로 돌출된 리프트핀(20)의 상단부에 기판(s)을 올려 놓아야 한다.
이어서 기판안치대(12)를 공정영역으로 상승시키면, 리프트 핀(20)이 중력에 의해 하강하기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이 리프트 핀(20)의 상단부가 기판안치대(12)의 걸림턱(12b)에 매달린 상태가 되고, 이 과정에서 리프트 핀(20)의 상단부에 놓여진 기판(s)은 기판안치대(12)의 상면에 자연스럽게 안치된다.
공정영역에서 공정을 마친 후 기판안치대(12)가 하강하면 리프트 핀(20)의 하단부가 챔버(11)의 저면에 닿으면서 다시 도 1에 도시된 바와 같이 리프트 핀(20)의 상단부가 기판안치대(12)의 상부로 돌출되면서 기판(s)을 밀어올려 기판안치대(12)로부터 분리시킨다.
이 과정에서 리프트 핀(20)의 헤드는 기판(s)에 의해 힘을 받게 되며, 따라서 리프트 핀(20)이 안정적인 승강운동을 하기 위해서는 기판(s)으로부터 수직방향의 힘을 받을 수 있어야 한다.
그러나 LCD 제조용 기판(s)은 면적이 크고 두께가 얇기 때문에 리프트 핀(20)에 의해 지지되지 않는 부분이 아래로 처지게 되고, 이로 인해 도 4에 도시된 바와 같이 리프트 핀(20)에 대하여 측방향(도면상으로는 좌측)으로도 어느 정도의 힘이 가해지므로 리프트 핀(20)이 일측으로 기울어지는 현상이 빈번하게 발생한다.
이러한 현상은 기판안치대(12)의 주변부가 자중에 의해 하부로 처지거나 고온으로 인해 변형되는 경우에도 발생하게 된다.
이와 같이 리프트 핀(20)이 기울어지면, 리프트 핀(20)과 핀 홀더(30)의 사이에 마찰이 발생하게 되어 리프트 핀(20)의 승강운동이 원활하지 못하게 된다.
즉, 리프트 핀(20)이 핀 홀더(30)에 끼어서 기판안치대(12)가 하강하여도 리프트 핀(20)이 원활히 상승하지 못하고 기판안치대(12)로부터 힘을 받아서 핀 홀더(30)와 접촉하는 부분에서 리프트 핀(20)이 파손되는 경우가 발생한다.
또한, 기판안치대(12)가 상승하여도 리프트 핀(20)이 하강하지 못하고 기판안치대(12)의 상부로 계속 돌출되어 있는 현상이 발생하며, 이로 인해 기판(s)이 오염되거나 파손되는 경우도 발생한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판교환 과정에서 리프트 핀의 기울어짐을 방지함으로써 리프트 핀의 파손을 방지할 수 있는 기판처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 반응공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 다수의 핀홀을 구비하고 내부에 제1히터가 설치된 기판안치대; 상기 기판안치대의 하부에 설치되며, 상기 기판안치대와 동일한 평면 형상을 가지고 내부에 제2히터가 설치된 핀플레이트; 일단부가 상기 핀플레이트의 상부에 결합하고, 타단부는 상기 기판안치대의 상기 다수의 핀홀에 각각 삽입되는 다수의 리프트 핀을 포함하며, 상기 기판안치대와 상기 핀플레이트의 간격을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 제공한다.
또한 상기 핀플레이트는 상기 기판안치대와 동일 재질인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 리프트 핀은 상기 핀플레이트에 나사 결합하는 것을 특징으로 할 수 있고, 또한 상기 리프트 핀은 상기 핀플레이트의 상면에 형성된 결합홈에 단순 삽입되어 상기 핀플레이트에 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 기판안치대 또는 상기 핀플레이트를 승강시키는 승강구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 리프트 핀은 세라믹, 아노다이징처리된 알루미늄 또는 지르코늄으로 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 기판안치대 또는 상기 핀플레이트는 승강운동이 가능한 것을 특 징으로 할 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 기판처리장치를 이용하여 기판을 로딩하는 방법에 있어서, 상기 기판안치대를 기판교환레벨로 하강시키면, 상기 기판안치대의 상부로 상기 리프트 핀의 상단부가 돌출되는 제1단계; 상기 리프트 핀의 상단부에 기판을 올려 놓는 제2단계; 상기 기판안치대를 상승시켜 상기 기판을 상기 기판안치대의 상면에 밀착시키는 제3단계를 포함하는 기판 로딩 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 전술한 기판처리장치를 이용하여 기판을 언로딩하는 방법에 있어서, 공정을 마친 후 기판안치대를 공정레벨에서 기판교환레벨로 하강시키면, 상기 기판안치대의 상부로 상기 리프트 핀의 상단부가 돌출되면서 기판이 상기 기판안치대로부터 분리되는 제1단계; 상기 기판을 상기 챔버의 외부로 반출하는 제2단계를 포함하는 기판 언로딩 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 리프트 핀이 설치된 핀플레이트가 기판안치대와 동일한 정도로 열팽창하고, 리프트 핀의 하단부가 핀플레이트에 고정되기 때문에 리프트 핀의 기울어짐이 방지되고, 이를 통해 리프트 핀의 파손을 방지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치(100)는, 반응공간을 형성하는 챔버(110), 챔버(110)의 내부에서 기판(s)을 안치하는 기판안치대(120), 기판안치대(120)의 상부에서 원료가스를 분사하는 가스분배판(130), 가스분배판(130)에 연결된 가스공급관(140), 잔류가스를 배출하는 배기구(180)를 포함한다. 또한 상기 가스분배판(130)에는 RF전력을 공급하는 RF전원(150)이 연결된다.
그리고 기판안치대(120)의 내부에는 기판(s)을 가열하기 위한 히터(미도시)가 설치된다.
특히 본 발명의 실시예에서는 기판안치대(120)의 하부에 상기 기판안치대(120)와 동일한 평면 형상을 가지는 핀플레이트(160)가 설치되고, 상기 핀플레이트(160)의 상면에 다수의 리프트 핀(170)이 결합되는 점에 특징이 있다. 또한 핀플레이트(160)의 내부에는 히터(162)가 설치된다.
기판안치대(120)와 핀플레이트(160)의 구체적인 형태는 도 6의 사시도에 도시된 바와 같다.
일반적으로 동일한 재질의 두 물체가 동일한 가로세로비를 가지면 동일한 온도에서 열팽창 정도가 동일한 것으로 알려져 있다.
따라서 기판안치대(120)와 핀플레이트(160)를 동일한 평면 형상을 가지는 동일한 재질(예, SUS)로 제조하면, 동일한 온도에서 횡방향의 열팽창 정도가 동일해진다. 따라서 만일 기판안치대(120)와 핀플레이트(160)가 사각의 평면형상을 가 지는 경우에는 가로 및 세로의 길이가 동일하도록 제조하면 된다.
따라서 기판안치대(120)가 열팽창하여 핀홀(122)의 위치가 이동하더라도 그 하부에 설치된 핀플레이트(160)도 동일한 정도로 열팽창하기 때문에 리프트 핀(170)과 핀홀(122)의 정렬이 흐트러지지 않고 유지될 수 있다. 따라서 기판안치대(120)와 핀플레이트(160)의 온도는 동일한 것이 바람직하지만, 온도차가 ±10% 이내라면 본 발명을 적용할 수 있다.
리프트 핀(170)은 그 단부를 볼트로 가공하여 핀플레이트(160)의 상면에 결합할 수도 있고, 핀플레이트(160)의 상면에 형성된 결합홈에 단순히 끼워서 결합할 수도 있다.
특히 본 발명의 실시예에 따르면 리프트 핀(170)을 기판안치대(120)에 걸칠 필요가 없기 때문에, 리프트 핀(170)의 상단부를 상대적으로 큰 직경으로 형성하지 않고 일자형으로 제조하는 것이 가능해진다.
따라서 종래처럼 리프트 핀의 상단부에 상대적으로 큰 직경의 헤드를 형성함으로써 그 상부의 기판(s)에서 국부적으로 발생하는 온도편차를 최소화할 수 있다. 다만 리프트 핀(170)의 상단부를 곡면으로 처리하여 기판(s)의 마모를 최소화하는 것이 바람직하다.
리프트 핀(170)은 세라믹, 아노다이징처리된 알루미늄, 지르코늄 등의 재질로 제조한다.
기판안치대(120)는 승강구동부(190)에 의해 승강운동이 가능하다. 도 5는 기판안치대(120)가 기판교환레벨까지 하강하여 리프트 핀(170)의 상단부가 기판안치대(120)의 상부로 돌출된 모습을 나타낸 것이다.
공정진행을 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이 기판안치대(120)를 공정레벨까지 상승시켜야 하며, 기판안치대(120)가 상승하는 도중에 하부에 고정된 리프트 핀(170)의 상단부가 핀홀(122)의 내부로 들어가면서 기판(s)이 기판안치대(120)의 상면에 밀착된다.
공정을 마친 기판을 언로딩하기 위해서는 기판안치대(120)를 다시 기판교환레벨로 하강시켜야 하며, 이 과정에서 도 5에 도시된 바와 같이 기판안치대(120)와 핀플레이트(160)의 간격이 좁아지면서 리프트 핀(170)의 상단부가 기판(s)을 밀어올려 기판안치대(120)로부터 분리시킨다.
분리된 기판(s)은 챔버(110)의 내부로 진입하는 미도시된 로봇에 의해 외부로 반출된다.
기판교환을 위하여 기판안치대(120)를 전술한 바와 같이 승강시키지 않고 핀플레이트(160)를 승강시키는 것도 가능함은 물론이다.
기판안치대(120)는 내부에 히터(미도시)를 구비하며 리프트 핀(170)이 삽입되어 승강하는 다수의 핀홀(122)을 구비한다. 또한 저면에 연결된 지지부(124)에 의해 승강운동을 한다. 핀홀(122)의 내부에는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 리프트 핀(170)의 승강운동을 가이드하기 위한 핀 홀더(126)가 설치될 수도 있다.
핀플레이트(160)의 히터(162)는 상기 기판안치대(120)의 히터(미도시)와 동일한 패턴으로 설치되는 것이 바람직하지만, 히터는 핀플레이트(160)와 기판안치대(120)의 온도를 동일 또는 비슷하게 유지할 수 있으면 족하므로 설치패턴이 반드시 동일할 필요는 없다.
핀플레이트(160)는 기판안치대(120)를 승강시키는 지지부(124)가 통과하는 관통부(162)를 구비한다.
도 8은 기판(s)의 교환을 위하여 기판안치대(120)를 기판교환레벨로 하강시켰을 때 리프트 핀(170)의 상단부가 기판안치대(120)의 상부로 돌출되면서 기판(s)을 지지하는 모습을 나타낸 것이다.
이어서 기판안치대(120)를 공정레벨로 상승시키면 도 9에 도시된 바와 같이 리프트 핀(170)의 상단부가 기판안치대(120)의 핀홀(122) 내부로 하강하면서 기판(s)이 기판안치대(120)의 상면에 밀착된다.
종래에는 리프트 핀의 하단부가 고정되어 있지 않기 때문에 수평방향으로의 기울어짐이 발생하고, 이로 인해 핀홀더와의 마찰로 인해 파손되는 경우가 빈번했다.
그러나 본 발명에 따르면 리프트 핀(170)의 하단부가 핀플레이트(160)에 고정되기 때문에 상단부에 기판(s)의 하중이 수평방향으로 가해지더라도 기울어지는 것이 방지된다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이 기판안치대(120)가 하강하여 리프트 핀(170)이 기판안치대(120)의 상부로 기판(s)을 밀어올리는 경우에도 리프트 핀(170)의 기울어짐이 방지된다.
따라서 리프트 핀(170)이 핀홀(122)을 통해 안정적으로 승강할 수 있어 마찰로 인한 리프트 핀(170)의 파손을 방지할 수 있다. 이 때문에 종래에 비해 리프트 핀(170)을 가늘게 제작할 수 있다.
또한 기판안치대(120)의 하부에 동일한 온도로 발열하는 핀 플레이트(160)가 설치되므로 기판안치대(120)의 온도분포가 보다 균일해져 공정균일도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양하게 변형되어 실시될 수 있으므로 본 발명의 변형된 실시예게 후술하는 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 포함하는 것이라면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.
도 1은 일반적인 액정표시소자 제조장치의 개략적인 구성도
도 2는 기판승강장치의 구조를 나타낸 단면도
도 3은 도 1에서 기판안치대가 상승한 상태를 나타낸 도면
도 4는 리프트 핀이 기울어진 상태를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 단면도
도 6은 기판안치대와 핀플레이트의 분해 사시도
도 7은 기판안치대가 공정레벨로 상승한 모습을 나타낸 도면
도 8 및 도 9는 각각 기판안치대가 하강한 경우와 상승한 경우를 나타낸 도면
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 기판처리장치 110: 챔버
120: 기판안치대 122: 핀홀
124: 핀 홀더 130: 가스분배판
140: 가스공급관 150: RF전원
160: 핀플레이트 162: 히터
170: 리프트 핀

Claims (9)

  1. 반응공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 다수의 핀홀을 구비하고 내부에 제1히터가 설치된 기판안치대;
    상기 기판안치대의 하부에 설치되며, 내부에 제2히터가 설치되고, 상기 기판안치대와 동일한 열팽창률을 갖는 물질로 이루어지는 핀플레이트;
    일단부가 상기 핀플레이트의 상부에 결합하고, 타단부는 상기 기판안치대의 상기 다수의 핀홀에 각각 삽입되는 다수의 리프트 핀;
    을 포함하며, 상기 기판안치대와 상기 핀플레이트의 간격을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핀플레이트는 상기 기판안치대와 동일 재질인 것을 특징으로 하는 기판처리장치
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 상기 핀플레이트에 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 기 판처리장치
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 상기 핀플레이트의 상면에 형성된 결합홈에 삽입되어 상기 핀플레이트에 결합하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 세라믹, 아노다이징처리된 알루미늄 또는 지르코늄으로 제조된 것을 특징으로 하는 기판처리장치
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판안치대 또는 상기 핀플레이트를 승강시키는 승강구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
  7. 제1항의 기판처리장치를 이용하여 기판을 로딩하는 방법에 있어서,
    상기 기판안치대를 하강시키거나 상기 핀플레이트를 상승시킴으로써, 상기 기판안치대의 상부로 상기 리프트 핀의 상단부가 돌출되는 제1단계;
    상기 리프트 핀의 상단부에 기판을 올려 놓는 제2단계;
    상기 기판안치대를 상승시키거나 상기 핀플레이트를 하강시킴으로써 상기 기판을 상기 기판안치대의 상면에 밀착시키는 제3단계;
    를 포함하는 기판 로딩 방법
  8. 제1항의 기판처리장치를 이용하여 기판을 언로딩하는 방법에 있어서,
    공정을 마친 후 기판안치대를 하강시키거나 상기 핀플레이트를 상승시킴으로써, 상기 기판안치대의 상부로 상기 리프트 핀의 상단부가 돌출되면서 기판이 상기 기판안치대로부터 분리되는 제1단계;
    상기 기판을 상기 챔버의 외부로 반출하는 제2단계;
    를 포함하는 기판 언로딩 방법
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판안치대 또는 상기 핀플레이트 중 적어도 어느 하나가 승강하여 상기 기판안치대와 상기 핀플레이트 사이의 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
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