KR101534190B1 - 기판 지지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 지지 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 지지 장치(100)는 기판(10)을 지지하는 복수의 암(arm; 110); 및 각각의 암(110)의 상부에 배치되며, 기판(10)의 하부면을 접촉 지지하는 지지핀(120)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 지지 장치{SUBSTRATE SUPPORTING APPARATUS}

본 발명은 기판 지지 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판의 하중에 의한 처짐 현상과 흔들림 현상을 최소화한 암 및 기판의 하부에 스크래치를 발생시키지 않는 지지핀을 포함하는 기판 지지 장치에 관한 것이다.

최근의 표시 장치가 대면적화 되고 슬림해지는 추세에 따라서 표시 장치에 사용되는 기판도 마찬가지로 두께가 얇으면서 면적이 큰 기판이 많이 사용되고 있다. 이러한 대면적의 기판은 증착 공정 또는 어닐링 공정을 거치는 과정에서 공정 열에 의해 쉽게 휘어질 수 있으므로 공정 진행 중에 기판 하부면을 지지함으로써 휘어짐을 방지하는 수단이 필수적이다.

대면적 기판의 전 면적을 골고루 지지하여 휘어짐을 방지하면서도 열처리의 효율성을 향상시키기 위해, 기판의 하부면을 지지핀으로 접점 지지하는 방법이 사용된다. 다만, 열처리 과정 중에서 유리기판의 온도가 상승함에 따라 유리기판의 길이 방향으로 열팽창이 일어날 수 있다. 온도가 100 ℃ 상승함에 따라서 1m 길이의 유리기판이 약 1mm 늘어날 수 있으므로, 열처리 온도가 600℃ 수준까지 도달한다면 1m 길이의 유리기판이 약 6mm까지 늘어날 수 있고, 이 과정에서 유리기판의 하부를 지지하고 있던 지지핀과 접촉면에서 마찰을 일으켜 기판 하부에 스크래치가 생길 수 있다.

이러한 스크래치의 발생은 기판 상에 나노 스케일 이하로 증착되는 박막의 특성에 악영향을 미치게 되어 제품의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었다. 이에 따라, 유리기판에 스크래치의 발생을 감소시키기 위해서, 유리기판과의 마찰을 최소화하고, 유리기판보다 경도가 작은 재료를 지지핀에 채용하려는 노력이 있었다. 윤활성이 높으면서 경도가 작은 재료로는 h-BN(hexagonal boron nitride)이 있으나, h-BN은 기계적 강도가 매우 낮아 쉽게 파손될 수 있어서 지지핀에 채용하기가 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 지지핀에 채용할 수 있는, 유리기판에 스크래치를 발생시키지 않는, 이른바 scratch free(SF) 소재가 필요한 실정이다.

아울러, 기판의 이송 중에 기판의 지지대 역할을 하는 암(arm)이 대면적 기판의 하중을 잘 받쳐주지 못하여 암의 처짐 현상과 흔들림 현상을 야기할 수 있는데, 제품의 신뢰성 향상을 위해서는 이러한 현상을 최소화할 수 있는 암이 필요한 실정이다.
기판에 스크래치를 발생시키지 않는 암과 관련한 선행기술은 한국공개특허공보 제10-2011-0078025호 등에 개시되어 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유리기판의 하부에 스크래치를 발생시키지 않은 지지핀을 포함하는 기판 지지 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판의 하중에 의한 처짐 현상과 흔들림 현상을 최소화할 수 있는 암을 포함하는 기판 지지 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 상기의 목적은 기판을 지지하는 복수의 암(arm); 및 각각의 상기 암의 상부에 배치되며, 상기 기판의 하부면을 접촉 지지하는 지지핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치에 의해 달성된다.

상기 암의 재질은 알루미나(alumina) 일 수 있다.

상기 암의 개수는 4개일 수 있다.

상기 암의 길이는 2,800mm 내지 3,500mm일 수 있다.

상기 지지핀의 재질은 운모계 결정화 유리(glass-ceramics of the mica system)일 수 있다.

상기 지지핀은 바디부와 지지부를 포함할 수 있다.

상기 바디부는 원기둥 형상일 수 있다.

상기 지지부는 원기둥, 반구 또는 원뿔 형상일 수 있다.

각각의 상기 암의 상부에 3개 내지 6개의 지지핀이 부착될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 유리기판의 하부에 스크래치를 발생시키지 않은 지지핀을 포함하는 기판 지지 장치를 제공할 수 있다.

또한, 기판의 하중에 의한 처짐 현상과 흔들림 현상을 최소화할 수 있는 암을 포함하는 기판 지지 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지핀의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 4 및 도 5는 운모계 결정화 유리의 열처리 온도에 따른 분석 결과이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치(100)의 구성을 나타내는 평면도, 도 2는 도 1의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기판 지지 장치(100)는 암(arm; 110) 및 지지핀(120)을 포함할 수 있다.

암(110)은 기판(10)을 받치는 지지대 역할을 할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 편의상 하나의 암(110)이 기판(10)을 이송하는 역할을 하는 핸들링 로봇(130)에 결합되어 기판(10)을 지지하는 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 기판 지지 장치(100)가 복수의 암(110)을 포함할 수 있으며, 복수의 암(110)이 대면적 기판(10)을 받칠 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 대면적 기판(10)을 받칠 수 있도록 암(110)의 개수는 4개인 것이 바람직하며, 암(110)의 총 길이(L)는 2,800mm 내지 3,500mm로 형성할 수 있다.

암(110)은 실제로 기판(10)의 하중을 지지하는 암 지지부(111) 및 암 지지부(111)와 일체로 연결되며, 암 지지부(111)보다 넓은 폭을 가지는 암 결합부(112)로 구성될 수 있다.

암 지지부(111)의 상부에는 기판(110)의 하부면을 접촉 지지하는 지지핀(120)이 배치될 수 있다. 각각의 암(110)[또는, 암 지지부(111)]에는 지지핀(120)이 복수개 배치될 수 있으며, 특히 지지핀(120)이 3개 내지 6개 배치되는 것이 기판(10)의 하중을 골고루 분산시키기에 바람직하다.

암 결합부(112)에는 기판 이송 로봇(130)과 결합될 수 있도록 결합홀(113)이 형성될 수 있다. 결합홀(113)을 통해 기판 이송 로봇(130)이 삽입됨으로써, 암(110)이 기판 이송 로봇(130)에 결합되어 기판(10)의 이송기능을 수행할 수 있다.

암(110)은 기판(10)의 하중을 받쳐야 하며, 특히 대면적 기판(10)을 거치하였을 때 기판(10)의 무게에 의한 처짐 현상과 흔들림 현상을 최소화할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다. 그리고, 암(110)은 기판(10)을 이송하는 과정에서 상온 수준의 챔버 외부로부터 수백℃의 챔버 내부를 수시로 출입할 수 있는데, 이러한 빠른 온도 변화를 견딜 수 있는 내열 특성과 고온에 대한 내구성을 가지는 재료로 제작되는 것이 바람직하다.

아래 표는 암(110)에 사용될 수 있는 후보 재료군의 밀도, 영률, 영률/밀도를 나타낸다. 영률/밀도의 결과값이 높을수록, 암(110)의 처짐 현상이 줄어들 수 있다.

상기 표에서 영률/밀도의 결과값이 가장 높은 것은 CFRP(carbon fiber reinforced plastics)이다. CFRP는 밀도 당 가장 높은 강성을 가지고 있는 장점이 있으나, 고온에서 변형이 발생할 수 있어서 본 발명의 암(110)의 재질로 채용이 어렵다. 그리고, MMC(metal-matrix composites)인 SiC 보강 복합체와 Al₂O₃ 보강 복합체, 및 38%의 Al과 68%의 Be을 포함하는 AlBe 매트릭스는 재료의 가공이 용이하지 않으며, 수급이 어려운 문제점이 있다. 이러한 관점에서, 알루미나(alumina)가 내구성, 내열성, 가공성, 수급성 등의 측면에서 우수하므로, 암(110)의 재질로 바람직하다.

알루미나를 사용하여, 고온고압의 환경에서 분말소결을 통해 제조한 암(110)의 특성은 이하와 같다. 기판(10)을 올리거나 내릴 때, 암(110)에 걸리는 하중의 변화와 기판 이송 로봇(130)의 움직임에 의해 발생하는, 암(110)의 흔들리는 변화량인 진동폭은 2mm 이내였다. 암(110)의 자중에 의하여 생기는 처짐은 5mm 내지 6mm 였으며, 750℃까지는 암(110)의 물리적 특성이 거의 변하지 않는 특성을 보였다. 그리고, 6kg을 암(110)의 4곳에 분산시켜 하중을 가한 경우에 암(110)의 처짐은 11mm 내지 13mm였으며, 암(110)의 단부에 4kg의 하중을 가한 경우에 암(110)의 처짐은 14mm 내지 16mm였다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지핀(120)의 형상을 나타내는 사시도이다.

지지핀(120)은 각각의 암(110)[또는, 암 지지부(111)]의 상부에 복수개 배치될 수 있으며, 지지핀(120)은 하부를 구성하며 암(110)과 결합되는 바디부(121) 및 상부를 구성하며 기판(10)의 하부면을 접촉 지지하는 지지부(122, 123, 124)를 포함할 수 있다.

바디부(121)는 원기둥 형상, 지지부(122, 123, 124)는 원기둥, 반구 또는 원뿔 형상 중 어느 하나의 형상인 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 도 3의 (a)는 지지부(122)가 원기둥 형상인 지지핀(120a)으로, 상면이 평평하여 기판(10)과의 접촉면이 넓어 기판(10)과의 접점에서 무게 분산에 유리하며, 도 3의 (b)는 지지부(123)가 반구 형상인 지지핀(120b)으로, 윗면에 라운딩이 있기 때문에 기판(10)의 미끄러짐이 잘 일어나 스크래치가 덜 일어날 수 있고, 도 3의 (c)는 지지부(124)가 원뿔 형상인 지지핀(120c)으로, 기판(10)과의 접촉면이 최소화되어 지지핀(120)과 기판(10)과의 열전도로 인한 악영향을 최소화하는데 유리하다.

지지핀(120)은 기판(10), 특히 유리기판(10)과 열적 특성을 유사하게 가짐으로써 유리기판(10)과 같은 경향으로 온도가 상승하거나 하강하면서 유리기판(10)과의 온도 차이를 최소화 하는 것이 바람직하다. 그리고, 대면적 기판(10)의 하중을 받칠 수 있으며, 파손되지 않을 정도의 기계적인 강도를 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 기판(10)의 하부에 마찰로 인한 스크래치를 발생하지 않도록 유리기판(10)보다 경도가 낮은 재질을 채용하는 것이 바람직하다.

아래 표는 운모계 결정화 유리, Soda-lime glass 및 h-BN의 기계적 특성 및 열적 특성을 나타낸다.

상기 표를 참조하면, 운모계 결정화 유리는 soda-lime glass와 비교해서 열팽창 계수, 비열, 열 전도도 등의 열적 특성이 유사하며, 영률, 압축 강도, 굽힘 강도 등의 강도가 h-BN보다 높을 뿐 아니라, soda-lime glass보다 경도가 낮으므로, 이를 고려하여 지지핀(120)의 재질은 운모계 결정화 유리(glass-ceramics of the mica system)인 것이 바람직하다. 본 발명에서는 55%의 형광금운모(fluorophlogopite mica) 및 45%의 붕규산유리(borosilicate glass)를 포함하는 운모계 결정화 유리를 채택하였다.

한편, 운모계 결정화 유리의 열처리 특성을 분석한 결과, 600℃ ~ 900℃까지는 열처리로 인한 경도 변화나 상 변화가 나타나지 않았으며, 1,000℃ 이상에서부터 변화가 나타나는 것으로 확인되었다.

도 4 및 도 5는 운모계 결정화 유리의 열처리 온도에 따른 XRD 분석 결과 및 표면 사진이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 운모계 결정화 유리에 50g의 load를 적용하였고, 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 경도값을 측정하였다. 운모계 결정화 유리는 열처리 전에 Hv = 340 ~ 360 정도의 경도값이 나타났고, 1,000℃에서 2시간 열처리 후에는 Hv = 330 ~ 340 정도로 경도값이 조금 감소하였으며, 1,050℃와 1,100℃에서 각각 2시간 열처리 후에는 Hv = 420 ~ 440, Hv = 390 ~ 420 정도로 경도값이 다시 증가하는 것으로 나타났다.

이는 1,000℃에서 Mohs 경도값이 2 ~ 3 정도인 fluorophlogophite 결정상의 피크가 증가하면서 경도값이 조금 감소하고, 1,050℃에서 표면 사진과 같이 소재가 부분적으로 용융되어 Mohs 경도값이 6 ~ 6.5 정도인 chondrodite 결정상의 피크가 증가하면서 경도값이 다시 증가하고, 1,100℃에서 표면 사진과 같이 소재가 더 용융되어 chondrodite 결정상의 피크가 감소하면서 경도값이 1,050℃보다는 작으나, fluorophlogophite 결정상의 피크도 감소하면서 경도값이 열처리 전보다는 높은 것으로 나타났다. 결국, 운모계 결정화 유리는 RTP 열처리 온도인 600℃ ~ 700℃의 온도에서는 물성변화가 거의 발생하지 않아서, 유리기판에 스크래치를 발생시키지 않는, 이른바 scratch free(SF) 소재로 채용할 수 있음을 확인할 수 있다.

이처럼, 본 발명의 기판 지지 장치는, 알루미나를 포함하는 암(110)을 사용하여 대면적 기판(10)의 하중에 의한 처짐 현상과 흔들림 현상을 최소화하고, 운모계 결정화 유리를 포함하는 지지핀(120)을 사용하여 유리 기판(10)의 하부에 스크래치를 발생시키지 않는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

10: 기판
100: 기판 지지 장치
110: 암(arm)
111: 암 지지부
112: 암 결합부
120: 지지핀
121: 바디부
122, 123, 124: 지지부
130: 기판 이송 로봇
L: 암의 길이

Claims (9)

1. 기판을 지지하는 복수의 암(arm); 및
   각각의 상기 암의 상부에 배치되며, 상기 기판의 하부면을 접촉 지지하는 지지핀
   을 포함하며,
   상기 지지핀의 재질은 운모계 결정화 유리(mica based glass ceramics)인 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 암의 재질은 알루미나(alumina)인 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 암의 개수는 4개인 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 암의 길이는 2,800mm 내지 3,500mm인 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 지지핀은 바디부와 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 바디부는 원기둥 형상인 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 지지부는 원기둥, 반구 또는 원뿔 형상인 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
9. 제1항에 있어서,
   각각의 상기 암의 상부에 3개 내지 6개의 지지핀이 부착되는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.

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