KR101460578B1 - 진공시스템의 시편이송구조 - Google Patents

진공시스템의 시편이송구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시편 이송에 요구되는 공간을 최소화하여 진공시스템의 소형화를 기할 수 있는 진공시스템의 시편이송구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 진공시스템의 시편이송구조는 프로세스 챔버 내에 구비되며, 직선왕복운동이 가능한 시편 스테이지와, 상기 시편 스테이지 상에서 선택적으로 탈장착되는 시편 홀더 및 상기 프로세스 챔버 일측에 구비되는 로드락 챔버를 포함하여 이루어지며, 상기 시편 홀더의 배면 상에 랙 기어가 구비되며, 상기 로드락 챔버 내에 이송 회전축이 구비되며, 상기 이송 회전축 상에는 상기 시편 홀더의 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

진공시스템의 시편이송구조{Sample holder loading and unloading structure for vacuum system}
본 발명은 진공시스템의 시편이송구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시편 이송에 요구되는 공간을 최소화하여 진공시스템의 소형화를 기할 수 있는 진공시스템의 시편이송구조에 관한 것이다.
반도체 제조장치, 주사전자현미경(SEM)과 같은 진공검사장비, 질량분석기 등에는 진공 상태로 유지되는 공간이 요구된다. 예를 들어, 반도체 제조시 증착, 이온주입 등의 공정은 진공 상태에서 진행되며, 진공으로 유지되는 프로세스 챔버(process chamber)가 반도체 제조장치에 구비된다.
프로세스 챔버에서 단위 공정이 진행되기 위해서는 프로세스 챔버로 시편을 로딩(loading)하거나 언로딩(unloading)하는 과정이 필요하다. 이에, 반도체 제조장치, 진공검사장비, 질량분석기 등에는 프로세스 챔버 이외에 로드락 챔버(load-lock chamber)가 구비되며, 로드락 챔버를 통해 시편을 프로세스 챔버로 로딩하거나 프로세스 챔버에서 로드락 챔버로 시편을 언로딩할 수 있다(한국등록특허 제1184596호 참조). 로드락 챔버는 시편의 로딩 또는 언로딩시 프로세스 챔버의 진공 상태를 유지시키기 위한 것으로서, 시편의 로딩 또는 언로딩시 로드락 챔버 역시 진공 상태를 이룬다.
한편, 프로세스 챔버와 로드락 챔버 사이에서의 시편 이송을 위해 통상, 시편 이송장치가 구비된다. 반도체 제조장치의 경우, 도 1에 도시한 바와 같이 시편 이송을 위해 프로세스 챔버(110)와 로드락 챔버(120) 사이에 트랜스퍼 챔버(transfer chamber)(130)를 구비시키고, 트랜스퍼 챔버(130) 내의 트랜스퍼 이송로봇(131)을 통해 시편(101)을 이송시키는 방법을 택하고 있다. 또한, 주사전자현미경 등의 실험실 규모의 장비의 경우에서는, 직선 왕복 운동을 수행하는 이송장치를 통해 시편을 이송시킨다.
시편 이송장치의 관점에서, 반도체 제조장치에 적용되는 트랜스퍼 챔버 및 트랜스퍼 이송로봇은 일정 수준 이상의 공간이 요구되어 소형 진공시스템에 적용하기에는 적합하지 않다. 또한, 주사전자현미경 등의 진공검사장치에 적용되는 이송장치는 비교적 구성이 단순하고 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 장점이 있으나, 직선 왕복 운동이 요구됨에 따라 이송장치의 직선 왕복 운동에 필요한 공간이 요구되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제1184596호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 시편 이송에 요구되는 공간을 최소화하여 진공시스템의 소형화를 기할 수 있는 진공시스템의 시편이송구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공시스템의 시편이송구조는 프로세스 챔버 내에 구비되며, 직선왕복운동이 가능한 시편 스테이지와, 상기 시편 스테이지 상에서 선택적으로 탈장착되는 시편 홀더 및 상기 프로세스 챔버 일측에 구비되는 로드락 챔버를 포함하여 이루어지며, 상기 시편 홀더의 배면 상에 랙 기어가 구비되며, 상기 로드락 챔버 내에 이송 회전축이 구비되며, 상기 이송 회전축 상에는 상기 시편 홀더의 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 시편 스테이지는 상기 프로세스 챔버 내에서 로드락 챔버 방향으로의 직선왕복운동이 가능하며, 상기 이송 회전축은 시편 스테이지의 이동 방향에 직각, 교차하는 방향으로 배치되며, 상기 시편 홀더의 랙 기어가 이송 회전축의 피니언 기어와 맞물린 상태에서, 상기 이송 회전축이 회전하면 시편 홀더의 프로세스 챔버로의 로딩 및 시편 홀더의 로드락 챔버로의 언로딩이 가능하다.
상기 시편 스테이지 상에 시편 홀더가 장착된 상태에서, 상기 시편 홀더의 배면 일부분이 노출되어 시편 홀더 배면에 형성된 랙 기어가 드러날 수 있다. 또한, 상기 시편 스테이지는 프로세스 챔버 내에서 로드락 챔버 방향 및 그 반대 방향으로 직선왕복운동이 가능하며, 로드락 챔버 방향으로의 최종 이동종료점에 도달했을 때 상기 시편 홀더의 랙 기어가 이송 회전축의 피니언 기어와 접촉되어 맞물리도록 할 수 있다.
상기 이송 회전축의 둘레에 마찰력을 부여하는 마찰부재가 더 구비되며, 상기 마찰부재의 표면에 탄성력을 갖는 돌기가 균일하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 시편 스테이지의 내부에 전원 인가에 따라 선택적으로 자성을 갖는 자성부재를 구비되며, 상기 시편 스테이지 상에 시편 홀더를 로딩하는 경우 상기 자성부재의 자성이 생성되며, 시편 홀더의 언로딩하는 경우 상기 자성부재의 자성이 소거될 수 있다.
본 발명에 따른 진공시스템의 시편이송구조는 다음과 같은 효과가 있다.
시편 홀더에 랙 기어를 구비시키고, 로드락 챔버 내에 피니언 기어가 장착된 회전축을 구비시켜 랙 기어와 피니언 기어의 체결, 이송 방식을 적용함으로써 시편 홀더 이송에 요구되는 기계적 장치 구성을 간략화함과 함께 해당 장치가 차지하는 공간을 최소화할 수 있다. 이를 통해 진공시스템의 소형화를 달성할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 제조장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공시스템의 시편이송구조를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공시스템의 시편이송구조를 나타낸 절개 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 홀더의 배면 사시도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공시스템의 시편이송구조에서의 언로딩 과정을 나타낸 참고도.
본 발명에 있어서, '진공시스템'이라 함은 진공 상태로 유지되는 공간을 포함하는 장치를 일컬으며, 진공 상태로 유지되는 공간은 프로세스 챔버(process chamber), 로드락 챔버(load-lock chamber) 등이 해당된다. 본 발명은 프로세스 챔버와 로드락 챔버 사이에서의 시편 이송시 시편 이송을 위한 기계적 구성을 공간적으로 최소화하여 진공시스템의 소형화를 기할 수 있는 기술을 제시한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 진공시스템의 시편이송구조를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 진공시스템은 프로세스 챔버(10)와 로드락 챔버(20)를 구비한다. 상기 프로세스 챔버(10)는 시편을 대상으로 반도체 단위공정, 검사공정 등의 특정 공정을 진행하는 공간이며, 상기 로드락 챔버(20)는 상기 프로세스 챔버(10)로 시편을 로딩하거나 프로세스 챔버(10)에서 공정이 완료된 시편을 언로딩하는 공간이다.
상기 프로세스 챔버(10)와 로드락 챔버(20) 사이에서 이송되는 시편은 시편 홀더(220) 상에 장착되어 이송되며, 이에 따라 시편 홀더(220)가 상기 프로세스 챔버(10)와 로드락 챔버(20) 사이를 이동한다. 본 발명에서는, 상기 시편 홀더(220)의 이송을 위한 기계적 구성을 제시하며, 시편 홀더(220)의 이송을 위한 기계적 장치가 차지하는 공간을 최소화함에 특징이 있다. 이를 위해 상기 프로세스 챔버(10)와 로드락 챔버(20) 각각에 시편 이송을 위한 기계적 구성이 구비된다.
상기 프로세스 챔버(10)의 구성을 살펴보면, 상기 프로세스 챔버(10) 내에 시편 스테이지(210)가 구비된다. 상기 시편 스테이지(210) 상에 시편 홀더(220)가 선택적으로 탈장착되며, 상기 시편 홀더(220) 상에는 시편(도시하지 않음)이 구비된다. 상기 시편 스테이지(210)는 소정의 구동장치에 의해 상기 프로세스 챔버(10) 내에서 직선왕복운동이 가능하며, 상기 시편 스테이지(210)의 직선왕복운동은 시편 홀더(220)의 로딩 및 언로딩의 주동작에 해당된다.
한편, 상기 시편 홀더(220)의 배면에는 도 4에 도시한 바와 같이 랙 기어(rack gear)(221)가 구비된다. 상기 랙 기어(221)는 상기 시편 홀더(220)의 길이 방향 즉, 시편 스테이지(210)의 직선왕복운동 방향으로 형성되며, 상기 랙 기어(221)는 시편 홀더(220)의 로드락 챔버(20)로의 언로딩을 위한 최종 동작 및 시편 홀더(220)의 프로세스 챔버(10)로의 로딩을 위한 시작 동작을 수행하기 위한 구성이다. 상기 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)는 상기 로드락 챔버(20) 내에 구비된 피니언 기어(pinion gear)(231)와 맞물려 시편 홀더(220)의 프로세스 챔버(10)로의 이동 및 시편 홀더(220)의 로드락 챔버(20)로의 이동이 가능하게 된다. 참고로, 상기 랙 기어(221)는 로드락 챔버(20) 방향의 시편 홀더(220) 일부에만 구비시키거나 시편 홀더(220) 배면 전체에 걸쳐 구비시킬 수 있다.
상기 로드락 챔버(20)의 구성을 살펴보면, 전술한 바와 같이 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)와 맞물리는 피니언 기어(231)가 구비되는데, 상기 피니언 기어(231)는 이송 회전축(230) 상에 구비되며, 상기 이송 회전축(230)은 시편 홀더(220)의 이송 방향에 직각, 교차하는 방향으로 배치된다. 이에 따라, 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)가 이송 회전축(230)의 피니언 기어(231)와 맞물린 상태에서, 상기 이송 회전축(230)이 회전하면 시편 홀더(220)의 프로세스 챔버(10)로의 로딩 및 시편 홀더(220)의 로드락 챔버(20)로의 언로딩이 가능하게 된다.
시편 홀더(220)의 안정적인 로딩 및 언로딩 동작을 위해, 상세 구조가 한정되거나 추가 구성이 부가될 수 있다. 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)가 피니언 기어(231)와 용이하게 맞물리도록 하기 위해 시편 홀더(220)의 일부가 시편 스테이지(210)로부터 노출되도록 시편 홀더(220) 및 시편 스테이지(210)를 설계할 수 있다. 즉, 상기 시편 스테이지(210) 상에 시편 홀더(220)가 장착된 상태에서 시편 홀더(220)의 배면 일부분이 노출되도록 하여 시편 홀더(220)의 배면 상에 구비된 랙 기어(221)가 드러나도록 함으로써 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)와 이송 회전축(230)의 피니언 기어(231) 사이의 체결이 용이하게 진행되도록 할 수 있다. 이 때, 시편 스테이지(210)는 전술한 바와 같이 프로세스 챔버(10) 내에서 로드락 챔버(20) 방향 및 그 반대 방향으로 직선왕복운동이 가능한데, 시편 스테이지(210)가 로드락 챔버(20) 방향으로의 최종 이동종료점(A)(도 5b 참조)에 도달했을 때 상기 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)가 이송 회전축(230)의 피니언 기어(231)와 접촉되도록 시편 홀더(220)의 노출 부위 및 시편 스테이지(210)의 최종 이동종료점을 설계하는 것이 바람직하다.
또한, 이송 회전축(230)의 피니언 기어(231)를 통한 시편 홀더(220)의 로딩 및 언로딩시 시편 홀더(220)의 안정적인 지지를 위해, 상기 이송 회전축(230) 상에 마찰부재(232)를 구비시킬 수 있다. 상기 마찰부재(232)는 상기 이송 회전축(230)의 둘레를 따라 구비되어 상기 시편 홀더(220)의 배면과 접촉시 마찰력을 부여함으로써 상기 시편 홀더(220)가 이송 회전축(230) 상에서 안정적으로 이송되도록 한다. 상기 마찰부재(232)는 마찰계수가 높은 물질 예를 들어, 실리콘 고무 등으로 구성될 수 있으며, 마찰력을 배가하고 시편 홀더(220)의 안정적인 지지를 위해 마찰부재(232)의 표면에 탄성력이 있는 돌기(232a)가 균일하게 배치되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 시편 스테이지(210)의 경우, 상기 시편 스테이지(210)의 내부에 전원 인가에 따라 선택적으로 자성을 갖는 자성부재(도시하지 않음)를 구비시킬 수 있다. 상기 시편 스테이지(210) 상에 시편 홀더(220)를 장착하는 경우에는 자성부재의 자성을 생성시켜 시편 홀더(220)가 이탈되는 것을 방지하고, 시편 홀더(220)의 언로딩시에는 자성부재의 자성을 소거하여 시편 홀더(220)의 언로딩 동작이 가능하도록 할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공시스템의 시편이송구조에 대해 설명하였으며, 본 발명의 시편이송구조에 따른 시편 이송 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 프로세스 챔버(10)에서 로드락 챔버(20)로의 언로딩 동작을 설명하면 다음과 같다. 시편 스테이지(210) 상에 시편 홀더(220)가 장착된 상태에서, 시편 스테이지(210)가 로드락 챔버(20) 방향의 최종 이동종료점(A)까지 이동된다(도 5a 및 도 5b 참조). 이 때, 시편 홀더(220) 일단의 배면은 시편 스테이지(210)로부터 노출된 상태를 이룸에 따라, 시편 스테이지(210)가 최종 이동종료점까지 이동하게 되면 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)는 이송 회전축(230)의 피니언 기어(231)와 접촉하여 맞물리게 된다. 또한, 시편 홀더(220)가 시편 스테이지(210) 상에서 자성부재에 의해 고정된 상태이면 자성부재의 자성은 미리 소거된다.
시편 홀더(220)의 랙 기어(221)와 이송 회전축(230)의 피니언 기어(231)가 맞물린 상태에서, 상기 이송 회전축(230)을 로드락 챔버(20) 방향으로 회전시키면 시편 홀더(220)는 로드락 챔버(20)로 언로딩된다(도 5c 참조). 이 때, 전술한 바와 같이 이송 회전축(230) 상에 마찰부재(232)를 구비시켜 시편 홀더(220)의 안정적인 언로딩을 보조할 수 있다.
다음으로, 시편 홀더(220)의 로딩 과정을 살펴보면, 로드락 챔버(20) 내에 시편 홀더(220)가 위치한 상태에서 상기 이송 회전축(230)을 프로세스 챔버(10) 방향으로 회전시켜 시편 홀더(220)를 프로세스 챔버(10) 방향으로 이송시킨다. 로드락 챔버(20) 내의 시편 홀더(220)는 이송 회전축(230) 상에 구비됨에 따라, 이송 회전축(230)의 회전에 따라 시편 홀더(220)의 프로세스 챔버(10)로의 이송이 가능하다. 이어, 이송 회전축(230)의 피니언 기어(231)와 시편 홀더(220)의 랙 기어(221)가 맞물려 이송되어 최종적으로 시편 스테이지(210) 상에 시편 홀더(220)가 안착되며, 시편 스테이지(210)를 프로세스 챔버(10) 내의 적절한 위치로 이동시키면 시편 홀더(220)의 로딩 과정은 완료된다. 이 때, 시편 스테이지(210) 상에서의 시편 홀더(220) 고정을 위해 시편 스테이지(210)의 자성부재에 전원을 인가하여 시편 홀더(220)를 고정시킬 수 있다.
10 : 프로세스 챔버 20 : 로드락 챔버
210 : 시편 스테이지 220 : 시편 홀더
221 : 랙 기어 230 : 이송 회전축
231 : 피니언 기어 232 : 마찰부재
232a : 돌기

Claims (7)

  1. 프로세스 챔버 내에 구비되며, 직선왕복운동이 가능한 시편 스테이지;
    상기 시편 스테이지 상에서 선택적으로 탈장착되는 시편 홀더; 및
    상기 프로세스 챔버 일측에 구비되는 로드락 챔버를 포함하여 이루어지며,
    상기 시편 홀더의 배면 상에 랙 기어가 구비되며,
    상기 로드락 챔버 내에 이송 회전축이 구비되며, 상기 이송 회전축 상에는 상기 시편 홀더의 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어가 구비되는 것을 특징으로 하는 진공시스템의 시편이송구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시편 스테이지는 상기 프로세스 챔버 내에서 로드락 챔버 방향으로의 직선왕복운동이 가능하며, 상기 이송 회전축은 시편 스테이지의 이동 방향에 직각, 교차하는 방향으로 배치되며,
    상기 시편 홀더의 랙 기어가 이송 회전축의 피니언 기어와 맞물린 상태에서, 상기 이송 회전축이 회전하면 시편 홀더의 프로세스 챔버로의 로딩 및 시편 홀더의 로드락 챔버로의 언로딩이 가능한 것을 특징으로 하는 진공시스템의 시편이송구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 시편 스테이지 상에 시편 홀더가 장착된 상태에서, 상기 시편 홀더의 배면 일부분이 노출되어 시편 홀더 배면에 형성된 랙 기어가 드러나는 것을 특징으로 하는 진공시스템의 시편이송구조.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 시편 스테이지는 프로세스 챔버 내에서 로드락 챔버 방향 및 그 반대 방향으로 직선왕복운동이 가능하며, 로드락 챔버 방향으로의 최종 이동종료점에 도달했을 때 상기 시편 홀더의 랙 기어가 이송 회전축의 피니언 기어와 접촉되어 맞물리는 것을 특징으로 하는 진공시스템의 시편이송구조.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이송 회전축의 둘레에 마찰력을 부여하는 마찰부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 진공시스템의 시편이송구조.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 마찰부재의 표면에 탄성력을 갖는 돌기가 균일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 진공시스템의 시편이송구조.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 시편 스테이지의 내부에 전원 인가에 따라 선택적으로 자성을 갖는 자성부재를 구비되며,
    상기 시편 스테이지 상에 시편 홀더를 로딩하는 경우 상기 자성부재의 자성이 생성되며, 시편 홀더의 언로딩하는 경우 상기 자성부재의 자성이 소거되는 것을 특징으로 하는 진공시스템의 시편이송구조.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019967A (ja) 2003-05-30 2005-01-20 Tokyo Electron Ltd 基板搬送装置および基板搬送方法ならびに真空処理装置
KR20080103355A (ko) * 2007-05-23 2008-11-27 아이시스(주) 시소운동타입 공정 챔버용 이송장치
KR20120067491A (ko) * 2010-12-16 2012-06-26 미래산업 주식회사 기판 이송장치
KR101241644B1 (ko) 2010-06-21 2013-03-11 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치

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