KR101537249B1 - 피처리체의 반송 기구 및 이를 이용한 성막 장치 - Google Patents

피처리체의 반송 기구 및 이를 이용한 성막 장치 Download PDF

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Abstract

원기둥형 슬라이드 샤프트를 하부에 구비하고 피처리체를 운반하는 반송 부재와, 상기 슬라이드 샤프트와 접하여 상기 반송 부재를 유도하는 U자형 홈부를 구비한, 복수의 롤러로 이루어진 지지 부재를 구비하는 피처리체의 반송 기구로서, 상기 슬라이드 샤프트 및 상기 롤러 중 한쪽의 적어도 접촉부가, 실리콘, 알루미늄, 산소, 질소를 포함한 벌크체로 구성되고, 상기 슬라이드 샤프트 및 상기 롤러 중 다른 쪽의 적어도 접촉부가 스테인리스강으로 구성되어 있다.

Description

피처리체의 반송 기구 및 이를 이용한 성막 장치{Conveyance mechanism for article being processed and film forming apparatus using the same}
본 발명은, 진공 처리 장치에서 피처리체를 반송하는 반송 기구 및 이를 이용한 성막 장치에 관한 것이다.
본원은 2011년 4월 15일 일본에 출원된 일본특허출원 2011-091409호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
예를 들면, 플라스마 디스플레이나 액정 디스플레이에 이용되는 대형 유리 기판을 가공하려면, 진공하에서 원하는 온도까지 온도 상승시키는 가열 공정이나 스퍼터링, CVD 혹은 식각 등의 가공 장치로 복수층 성막하는 다양한 성막 공정이 필요하다.
종래부터 다양한 성막 장치가 실용화되어 있다. 기판을 수평 상태로 성막하는 성막 장치에서는, 기판이 대형화되면 그에 따라 장치도 대형화된다는 문제가 있다. 따라서 최근에는 기판을 대략 직립시켜 성막 등을 행하는 종형(縱型) 방식의 성막 장치가 개발되고 있다.
도 17은, 종래의 성막 장치의 기본 구성을 도시한 도면이다.
종래의 성막 장치(100)는, 기판 착탈실(120), 1라인상에 연결된 제1 내지 제3의 3개의 진공 처리실(200),(220),(240), 기판 트레이를 대기측과 진공 처리실(200),(220),(240) 사이에서 반송하는 L/UL실(Load/Unload：반입/취출)(140)을 구비한다.
아울러 L/UL실(140)에는 진공 배기 장치(300)가 장착되어 있다. 가열실에는 가열 장치 및 진공 배기 장치(300)가 장착되어 있다. 각 진공 처리실(200),(220),(240)에는 스퍼터링 장치 등의 성막 장치(210),(230),(250) 및 진공 배기 장치(300)가 각각 장착되어 있다.
또 L/UL실(140)내 및 각 진공 처리실(200),(220),(240)내에는 기판 트레이가 L/UL실(140)로부터 각 진공 처리실(200),(220),(240)로 반송되는 왕로(往路)가 되는 제1 반송 경로(160)와, 각 진공 처리실(200),(220),(240)로부터 가열실을 거쳐 L/UL실(140)에 반송되는 복로(復路)가 되는 제2 반송 경로(180)의 2개의 반송 경로(160),(180)가 설치되어 있다.
또한 성막 장치(100)의 최후부의 제３ 진공 처리실(240)은 기판 트레이를 제1 반송 경로(왕로)(160)로부터 제2 반송 경로(복로)(180)로 2개의 반송 경로(160),(180)에 대해 횡방향으로 이동시켜 이동탑재하는 이동탑재 기구(미도시)를 구비하고 있다. 이 이동탑재 기구는 제1 반송 경로(왕로)(160)상의 기판 트레이를 일단 들어올려 제2 반송 경로(복로)(180)로 이동탑재하는 기구를 가지고 있다.
제1 및 제2 반송 경로(160),(180)는 1쌍의 레일로 이루어지고, 기판 트레이는 그 저부에 설치된 복수 쌍의 차륜에 의해 이 레일상을 이동한다.
또 기판 트레이의 하면에는 랙이 설치되고 기판 착탈실(120), 제1 내지 제3 진공 처리실(200),(220),(240)에는 모터의 회전력으로 회전되는 각각 복수개의 피니언 기어가 설치되어 있다. 피니언 기어와 랙을 서로 맞물리게 함으로써 모터의 구동력을 기판 트레이에 전달하여 기판 트레이를 반송한다.
이러한 종래의 성막 장치(100)의 기본 동작에 대해 설명하기로 한다.
기판 착탈실(120)에서 기판 트레이에 기판이 놓여지면, 이 기판 트레이는 L/UL실(140)에 반송되고 이 L/UL실(140)이 진공 배기되어 고진공화된 후에 진공 처리실(200)내에 준비되어 있는, 왕로가 되는 제1 반송 경로(160)에 반송된다.
기판 트레이(기판 캐리어)는 제1 반송 경로(왕로)(160)에 반송되면서, 진공 처리실(200),(220),(240)에서, 놓여진 기판이 가열이나 성막 등의 진공처리가 실시된다.
진공 처리실(240)에서 기판이 진공 처리된 후에는 기판 트레이는, 복로가 되는 제2 반송 경로(180)에, 미도시된 이동탑재 기구에 의해 이동탑재되고 진공 처리실(200),(220),(240)에서 각각 성막 등의 진공 처리가 이루어진다. 기판 트레이는, 진공 처리된 기판을 놓아둔 상태에서 L/UL실(140)을 거쳐 기판 착탈실(120)에서 기판이 빼내어진다.
그러나 상술한 종래의 랙 및 피니언 형식의 반송 기구에서는, 랙과 피니언 기어의 마찰에 의해 기어의 감퇴나 마모에 의한 파티클(더스트)이 발생하여 수율의 저하 및 장치의 수명을 줄이는 큰 요인이 되었다.
특허문헌 1: 일본공개특허 2005-340425호 공보
본 발명은 이러한 종래의 실정을 감안하여 고안된 것으로서, 마모에 의한 파티클의 발생을 억제하여 수율을 향상시킬 수 있고 장치의 장기 수명화를 꾀할 수 있는 피처리체의 반송 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 관한 피처리체의 반송 기구는, 원기둥형 슬라이드 샤프트를 하부에 구비하여 피처리체를 운반하는 반송 부재와, 상기 슬라이드 샤프트와 접하여 상기 반송 부재를 유도하는 U자형 홈부를 구비한 복수의 롤러로 이루어진 지지 부재를 구비하는 피처리체의 반송 기구로서, 상기 슬라이드 샤프트 및 상기 롤러 중 한쪽의 적어도 접촉부가, 실리콘, 알루미늄, 산소 및 질소를 포함한 벌크체로 구성되고, 상기 슬라이드 샤프트 및 상기 롤러 중 다른 쪽의 적어도 접촉부가 스테인리스강으로 구성되어도 좋다.
본 발명의 제2 태양에 관한 피처리체의 반송 기구는, 제1 태양에 있어서, 상기 벌크체는 또한 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 리튬, 나트륨 중 적어도 하나를 포함해도 좋다.
본 발명의 제3 태양에 관한 피처리체의 반송 기구는, 제1 또는 제2 태양에 있어서, 상기 지지 부재의 U자형 홈부는 그 곡률 반경(R)이 15∼40mm의 범위여도 좋다.
본 발명의 제4 태양에 관한 피처리체의 반송 기구는, 제1 내지 제3 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 속도는 1∼3000mm/sec의 범위여도 좋다.
본 발명의 제5 태양에 관한 피처리체의 반송 기구는, 제1 내지 제4 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 가속도는, 가속시에 1200mm/sec2 이하, 감속시에 -650mm/sec2 이하여도 좋다.
본 발명의 제6 태양에 관한 성막 장치는, 제1 또는 제2 태양에 있어서, 상기 반송 부재는 피처리체를 종형 반송해도 좋다.
본 발명의 태양에 관한 반송 기구는, 감압하 또는 대기압하의 사용 환경에 의존하지 않고 마모에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 태양에 관한 피처리체의 반송 기구에 의하면, 마모에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한 수율을 향상시킬 수 있고 나아가 장치의 장기 수명화를 도모할 수 있는 피처리체의 반송 기구를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구를 구비한 성막 장치의 일구성예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 기판이 탑재되는 기판 트레이의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은, 기판 트레이의 하부 지지 기구의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는, 기판 트레이의 하부 지지 기구의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는, 기판 트레이의 상부 지지 기구의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은, 반송 방식을 바꾼 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은, 반송 방식을 바꾼 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 8은, 진공중에서 주행 실험을 한 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는, 대기중에서 주행 실험을 한 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 10은, 가열 진공중에서 주행 실험을 한 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 11은, 진공중에서 고속 주행 실험을 한 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 12는, 진공중에서 주행 실험을 한 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 13은, 진공 반송과 진공 가열 반송의 조합으로 주행 실험을 한 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 14는, 샤프트의 재질과 롤러의 재질의 조합을 다양하게 바꾼 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 15는, 진공 반송과 대기 반송의 조합으로 주행 실험을 한 경우의, 반송 경로의 왕복 횟수와 마모분량의 관계를 도시한 도면이다.
도 16은, 롤러의 홈부에 대해 곡률 반경(R)과 슬라이딩 계수 및 내부 전단 응력의 관계를 도시한 도면이다.
도 17은, 종래의 피처리체의 반송 기구를 구비한 성막 장치의 일구성예를 모식적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구에 대해 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구를 구비한 성막 장치의 일구성예를 모식적으로 도시한 도면이다.
이 성막 장치(1)는 2개의 L/UL실(Load/Unload：반입/취출)(10A),(10B), 순서대로 배치된 트레이 저장실(60), 가열실(20), 제1 성막실(30), 제2 성막실(40)을 구비한다. 또 L/UL실(10A),(10B) 앞에는 기판 착탈실(50)이 배치되어 있다.
각 실 사이는 도어 밸브(미도시)를 통해 연통되어 있다. 또 이들 L/UL실(10A),(10B), 상기 가열실(20), 제1 성막실(30)에는 그들 내부를 각각 진공 배기하기 위한 진공 배기 장치(12), (22), (32)가 각각 독립적으로 설치되어 있다.
기판 착탈실(50)은, 외부에서 운반되어 온 기판(2)(피처리체)을 트레이(70)에 장착한다. 트레이(70)는 기판(2)을 대략 직립시켜 고정 보유지지한 후 회전 기구(미도시)에 의해 L/UL실(10A),(10B)의 방향으로 방향 전환되어 L/UL실(10A),(10B)에 평행하게 반입된다.
또 후술하는 바와 같이 기판 착탈실(50)에서는 진공 처리된 기판(2)을 놓아 둔 트레이(70)가 L/UL실(10A),(10B)에서 반송되어 오기 때문에 이 기판(2)을 트레이(70)로부터 빼낸다. 기판(2)이 빼내어진 트레이(70)는 다음 기판(2)의 반송에 이용된다.
L/UL실(10A),(10B)은 대기압에 개방된 상태에서 기판 착탈실(50)과 트레이(70)의 반입과 취출을 행한다.
L/UL실(10A),(10B)에는, 그 내부를 진공 배기하기 위한 진공 배기 장치(12A),(12B)가 각각 설치되어 있다.
일반적으로 L/UL실(10A),(10B)에서는, 트레이(70)의 반입 반출 외에 진공 배기와 대기압 개방을 행한다.
L/UL실(10A),(10B)에서의 상기 작업 시간이, 각 진공 처리실(가열실(20) 및 성막실(30),(40))에서의 진공 처리(가열, 성막)에 필요한 가공 시간보다 대폭 긴 경우, L/UL실(10A),(10B)이 단수인 경우 트레이(70)가 진공 처리실에 반입될 때 시간이 걸리고 각 진공 처리실에서는 진공 처리를 행할 수 없는 블랭크 타임이 생겨 생산 효율이 저하된다는 문제가 생긴다.
그래서 이 성막 장치에서는, 복수(도시된 것은 2개)의 L/UL실(10A),(10B)과 가열실(20), 성막실(30),(40)에 보내지는 트레이(70) 및 L/UL실(10A),(10B)에 송출되는 트레이(70)를 일시적으로 저장하는 트레이 저장실(60)을 설치하였다. 이로써 생산 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
가열실(20)에는 가열 장치(23)가 설치되어 있어 기판(2)의 성막에 적합한 온도까지 온도 상승한다.
가열실(20)에는, 그 내부를 진공 배기하기 위한 진공 배기 장치(22)가 설치되어 있다.
성막실(30),(40)에서는, 성막 장치(33),(43)에 의해 기판(2)은 성막 처리된다.
성막 장치(33),(43)로서는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 스퍼터링용 캐소드나 CVD용 평행 평판형 전극을 들 수 있다.
이러한 성막 장치(1)에서 피처리체인 기판(2)은, 반송 부재에 의해 반송되면서 가열이나 성막 등의 처리가 이루어진다.
기판(2)을 반송하는 반송 부재는, 기판(2)을 보유지지하는 트레이(70)(캐리어)와, 기판(2)이 지지된 트레이(70)를 반송하는 선로(80)를 구비한다. 또 반송 부재는 기판(2)을 종형 반송한다.
여기서 기판(2)이 세로 배치되는 것은, 주로 대형 액정 디스플레이나 플라스마 디스플레이가 보급됨에 따라 기판 자체가 대형화, 박형화되어 있어 가로 배치인 경우에는 성막 장치 자체의 평면적이 그에 따라 대형화되므로 종형으로 함으로써 공간절약화를 도모하는 취지이다. 또 가로 배치인 경우에는 기판(2)의 자중에 의한 휨이 발생하여 평탄성을 유지하기 힘들어 균일한 성막이 어려워지기 때문이다.
그리고 이 성막 장치(1)에서는, 상기 제1 성막실(30)에는 각각 왕로와 복로로 이루어진 선로(80)가 있으며 이 선로(80)는 모두 상기 L/UL실(10A),(10B), 상기 가열실(20) 및 성막실(30),(40)을 관통하여 배치되어 있다. 선로(80)는 제1 선로(81)와 제2 선로(82)를 구비한다.
또 성막 장치(1)는, 트레이(70)를 제1 선로(81)로부터 제2 선로(82)(복로)로 선로에 대해 횡방향으로 이동시켜 이동탑재하는 이동 장치(미도시)를 구비하고 있다. 이 이동 장치는, 제1 선로(81)상의 트레이(70)를 일단 들어올려 제2 선로(82)에 이동탑재하는 기구를 가지고 있다.
도 2는, 트레이(70)의 개략 구성을 도시한 사시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 트레이(70)는, 알루미늄 등으로 이루어진 틀형 프레임(71)과, 프레임(71)의 상변을 따라 설치된 마그넷(72)과, 프레임(71)의 하변을 따라 설치된 원기둥형 슬라이더 샤프트(73)와, 기판(2)의 하중을 받고 또한 기판(2)의 수평도를 유지하기 위한 기판 받침대(74)와, 기판(2)을 트레이(70)에 지지시키기 위한 클램프(75)와, 기판(2) 주연(周緣)의 비성막 영역을 덮기 위한 마스크(76)를 구비하고 있다.
선로(80)는, 트레이(70)의 하중을 지지하면서 트레이(70)를 반송 가능하게 구성된 하부 지지 기구(84)와, 트레이(70)의 상부를 비접촉으로 지지 가능하게 구성된 상부 지지 기구(88)를 구비하고 있다. 트레이(70)는, 하부 지지 기구(84) 및 상부 지지 기구(88)에 의해 대략 수직으로 보유지지된 상태로 이동 가능하게 구성되어 있다.
도 3 및 도 4는 하부 지지 기구(84)의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이 하부 지지 기구(84)는 모터(85)와 롤러(86)를 구비하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 롤러(86)는 트레이(70)를 유도하는 U자형 홈부(86a)를 구비하고 있다. 모터(85)가 구동함으로써 롤러(86)가 회전하고 롤러(86) 위를 트레이(70)가 수평 이동하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 트레이(70)의 하부에 설치된 슬라이더 샤프트(73)가 롤러(86)의 홈부(86a)에 걸어맞추어져 트레이(70)가 수평 이동 가능하게 구성되어 있다.
본 발명의 실시형태에서는, 반송 기구를 슬라이더 샤프트(73)와 롤러(86)로 구성되어 있다. 샤프트 및 롤러 방식을 채용함으로써 랙 및 피니언 방식의 반송 기구에 비해 마모량을 줄일 수 있다.
또 본 발명의 실시형태에서는, 롤러(86)의 홈부(86a)를 U자형으로 함으로써원활한 반송을 함과 동시에 슬라이드 샤프트(73)와 롤러(86)의 마모를 큰폭으로 억제할 수 있어 마모에 의한 더스트 발생을 줄일 수 있다.
또 도 5는, 상부 지지 기구(88)의 구성을 도시한 설명도이다.
도 5에 도시한 바와 같이 상부 지지 기구(88)에는 복수의 마그넷(89)이 설치되어 있다. 그리고 트레이(70)의 상변에도 마그넷(72)이 장착되어 있고 마그넷(89)과 마그넷(72)이 수직 방향으로 대향하도록 또한 서로의 마그넷(89),(72)이 서로 흡착하도록 배치된다.
이와 같이 구성함으로써 마그넷(89),(72)끼리 서로 흡착하여 트레이(70)를 수직 상태로 보유지지할 수 있게 된다. 즉, 기판(2)을 수직 보유지지함으로써 기판(2)의 대형화에 따른 성막 장치(1)의 설치 면적 증대를 억제함과 동시에 대형 기판(2)의 휨에 의한 영향을 방지할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구는, 캐리어(70)의 슬라이드 샤프트(73) 또는 하부 지지 기구(84)의 롤러(86)의 한쪽의 적어도 접촉부가 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 산소(O) 및 질소(N)를 포함한 벌크체로 구성되고, 슬라이드 샤프트(73) 또는 롤러(86)의 다른쪽 중 적어도 접촉부가 스테인리스강(SUS)으로 구성되어 있다.
슬라이드 샤프트(73) 또는 롤러(86)의 접촉부를 상기와 같은 재료로 구성함으로써 슬라이드 샤프트(73)와 롤러(86)의 마모를 억제할 수 있어 마모에 의한 더스트 발생을 줄일 수 있다. 이로써 수율을 향상시킴과 동시에 장치의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
이러한 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 산소(O) 및 질소(N)를 포함한 벌크체로서는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 사이알론(SiAlON)이 고온 환경하에서의 기계적 강도, 내열 충격성, 내마모성이 우수하여 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구에서 상기 벌크체가 또한 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 리튬, 나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같은 원소를 포함한 재료를 이용함으로써 슬라이드 샤프트(73)와 롤러(86)의 마모를 큰폭으로 억제할 수 있어 마모에 의한 더스트 발생을 줄일 수 있다.
롤러(86)가 가진 U자형 홈부는 그 곡률 반경(R)이 20∼34mm의 범위인 것이 바람직하다.
후술하는 도 16에 도시된 바와 같이 홈부의 곡률 반경(R)이 작아질수록 슬라이딩 계수는 커지는데 반해 내부 전단 응력은 작아지는 경향이 있다.
슬라이딩에 의한 마모를 줄이기 위해서는 곡률 반경(R)이 큰(홈부가 얕은) 쪽이 바람직하다.
한편 구름 피로에 의한 깎임을 방지하기 위해서는, 곡률 반경(R)이 작은(홈부가 깊은) 쪽이 바람직하다. 이러한 슬라이딩 계수와 내부 전단 응력을 고려하여 홈부의 곡률 반경을 소정 범위로 함으로써 구름 피로에 의한 깎임과 슬라이딩에 의한 마모 모두를 억제할 수 있다. 예를 들면 홈부의 곡률 반경(R)을 20mm≤R≤34mm로 하는 것이 바람직하다.
또 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구에서 상기 트레이(70)(반송 부재)를 이동시키는 반송 속도［mm/sec］는, 감압 혹은 대기압 어느 조건하에서도 1∼3000의 범위인 것이 바람직하다. 또 상기 트레이(70)(반송 부재)를 이동시킬 때의 반송 가속도［mm/sec2］는 상기 트레이(70)가 가속할 때에는 1200을 초과하면 반송 어긋남을 일으키는 경우가 있어 바람직하지 않다. 반면 상기 트레이(70)가 감속할 때에는 650을 초과하면 반송 어긋남을 일으키는 경우가 있어 바람직하지 않다. 단, 이들 수치는 상기 트레이(70)의 중량을 240kg으로 한 경우의 실측 데이터에 기초한 것이다.
그리고 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구를 구비한 성막 장치(1)는, 제1 선로(81)(왕로)를 따라 이동하는 트레이(70)(반송 부재)에 의해, 기판(2)(피처리체)은 상기 L/UL실(10A),(10B)에서 상기 트레이 저장실(60), 가열실(20)을 통해 성막실(30),(40)로 운반되어 성막실(30),(40)에서 성막한 후, 상기 기판(2)을 놓아두는 반송 부재는 성막실(30),(40)의 내부에서 이동 부재에 의해 제1 선로(81)(왕로)에서 제2 선로(81)(복로)로 옮겨져 제2 선로(82)를 따라 성막실(30),(40)의 내부에서 상기 가열실(20), 트레이 저장실(60)을 통해 상기 L/UL실(10A),(10B)로 운반된다.
이 때 본 발명의 실시형태에 관한 반송 기구에서는, 슬라이드 샤프트와 롤러의 접촉부의 재료를 규정함으로써 슬라이드 샤프트와 롤러간의 마찰을 줄일 수 있다. 이로써 마모에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구에서는 수율을 향상시킴과 동시에 장치의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
(실험예)
이하, 본 발명의 실시형태의 효과를 확인하기 위해 실시한 실험예에 대해 설명하기로 한다.
(반송 방식에 대한 평가)
우선, 대기중을 주행하는 반송 경로에서, 샤프트 및 롤러식 반송 경로(실험예 1)와 랙 및 피니언 형식의 반송 경로(실험예 2, 3)에서 그 마모량의 차이에 대해 측정, 평가하였다.
랙 및 피니언, 샤프트 및 롤러는 모두 SUS440C로 구성한 것을 이용하였다. 또 롤러가 가진 홈부의 형상은 U자형으로 하였다.
260kg의 부하를 가중시킨 트레이를 0.65m/초의 속도로 길이 12m의 반송 경로를 왕복 주행시켜 롤러 1개당 마모분량을 측정하였다.
아울러 랙 및 피니언 형식의 반송 경로에서는, 랙과 피니언의 움직임을 완전히 동기시킨 경우(실험예 2)와 완전히 비동기시킨 경우(실험예 3)로 수행하였다.
실험예 1∼실험예 3에 대해 반송 경로의 왕복 횟수와, 롤러 1개당 마모분량의 관계를 도 6에 도시한다. 아울러 마모분량은, 롤러 아래에 받침 접시를 배치하여 전자 저울로 측정하였다.
도 6으로부터 알 수 있듯이, 샤프트 및 롤러 반송한 실험예 1에서는 랙 및 피니언 반송한 실험예 2, 3에 비해 큰폭으로 마모량을 삭감할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
(롤러 재료 및 홈부 형상에 대한 평가)
이하의 실험에서는, 샤프트 및 롤러 형식의 반송 경로에 대해 롤러의 재질 및 홈부의 형상을 다양하게 바꾸어 대기중에서 주행 실험을 실시하고 그 마모량의 차이에 대해 측정, 평가하였다. 아울러 샤프트의 재질은 모두 SUS440C로 통일하였다.
260kg의 부하를 가중시킨 트레이를 0.65m/초의 속도로 길이 12m의 반송 경로를 왕복 주행시켜 롤러 2개당 전(全)마모분량을 측정하였다.
(실험예 4)
롤러의 재질을 Al2O3로 하였다.
(실험예 5)
롤러의 재질을 SUS440C(표면 거칠기 Ra：1.6㎛)로 하였다.
(실험예 6)
롤러의 재질을 SUS440C(표면 거칠기 Ra＜0.4㎛)로 하였다.
(실험예 7)
롤러의 재질을, 세라믹계 재를 사용한 USR-1으로 하였다. 여기서 「USR-1」이란, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 산소(O) 및 질소(N)를 포함한 벌크체에, 또한 원소 M(이트륨, 칼슘, 마그네슘, 리튬, 나트륨 중 적어도 하나)을 함유하여 이루어진 세라믹계 재의 약칭이다. 이 세라믹계 재에서의 바람직한 조성［mol%］의 범위는, 0＜Al＜33, 0＜O＜33, 25＜N＜60, 0＜(원소 M)＜7, 잔부Si이다. 또 이 세라믹계 재에서의 바람직한 물성치로서는, 3점 굽힘 강도［MPa］：＞850, 파괴 인성치(靭性値)［MPa·m1/2］：＞5, 영률［GPa］：＞290, 벌크 밀도(bulk density)［g·cm-3］：＞3.2 등을 들 수 있다.
(실험예 8)
롤러의 재질을 SUS440C로 하였다. 단, 홈부의 형상을 V자형으로 하였다.
실험예 4∼실험예 8에 대해 반송 경로의 왕복 횟수와 롤러 2개당 전마모분량의 관계를 도 7에 도시한다.
도 7로부터 알 수 있듯이, Al2O3로 이루어진 실험예 4의 롤러에 비해 SUS계 재료로 이루어진 실험예 5, 6의 롤러에서는 마모량이 억제된다는 것을 알 수 있었다. 또 표면 거칠기Ra가 작은 실험예 6에서는, 표면 거칠기Ra가 큰 실험예 5에 비해 마모량이 작았다.
또한 USR-1으로 이루어진 실험예 7의 롤러에서는, SUS계 재료로 이루어진 롤러보다 마모량을 더욱 대폭 삭감할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또 롤러가 가진 홈부의 형상에 대해 V자형으로 한 실험예 8에서는, U자형으로 한 실험예 5, 6에 비해 마모가 크다. 이것은, V자형 홈부의 좌우에 주속(周速)차가 발생했기 때문이라고 생각된다. 이로써 홈부를 U자형으로 함으로써 원활한 반송이 가능해진다는 것을 알 수 있었다.
(사이알론에 대한 평가)
이하의 실험에서는, 샤프트＆롤러 형식의 반송 경로에 대해 사이알론(SiAlON)으로 이루어진 롤러에 대해 각종 조건으로 주행 실험을 하고 그 마모량의 차이에 대해 측정, 평가하였다.
260kg의 부하를 가중시킨 트레이를 0.65m/초의 속도로 길이12m의 반송 경로를 왕복 주행시켜 롤러 2개당 전마모분량을 측정하였다.
(실험예 9)
진공중에서 주행 실험을 하였다.
(실험예 10)
대기중에서 주행 실험을 하였다.
(실험예 11)
진공중 120℃로 가열하여 주행 실험을 하였다.
(실험예 12)
진공중 2m/초의 속도로 고속 주행시켜 주행 실험을 하였다.
(실험예 13)
SUS계 재료로 이루어진 롤러를 이용하여 진공중에서 주행 실험을 하였다.
실험예 9∼실험예 13에 대해 왕복 횟수와 롤러 2개당 전마모분량의 관계를 도 8∼도 12에 각각 도시한다.
도 8은 진공중에서 주행 실험을 한 경우, 도 9는 대기중에서 주행 실험을 한 경우, 도 10은 가열 진공중에서 주행 실험을 한 경우, 도 11은 진공중에서 고속 주행 실험을 한 경우, 도 12는 진공중에서 주행 실험을 한 경우를 각각 나타내고 있다.
도 8과 도 12를 비교하면 알 수 있듯이 롤러의 재질로서 사이알론을 이용한 실험예 9에서는, SUS계 재료로 이루어진 롤러를 이용한 실험예 13에 비해 진공 반송으로도 마모량을 대폭 삭감할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또 도 9∼도 11로부터 알 수 있듯이, 롤러의 재질로서 사이알론을 이용함으로써 대기 반송, 진공 가열 반송, 진공 고속 반송 중 어느 것으로도 마모량을 대폭 삭감할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 즉, 롤러의 재질로서 사이알론을 이용함으로써 사용되는 공간이 감압하, 대기압하(즉, 감압 분위기 또는 대기압 분위기) 어느 쪽이든 슬라이드 샤프트와 롤러간의 마찰을 낮게 억제할 수 있다는 것이 확인되었다.
(진공 반송과 진공 가열 반송의 조합 주행에 대한 평가)
이하의 실험에서는, 샤프트와 롤러의 재질의 조합을 바꿈과 동시에 진공중 및 대기중에서 주행 실험을 행하고 그 마모량의 차이에 대해 측정, 평가하였다.
260kg의 부하를 가중시킨 트레이를 0.65m/초의 속도로 길이 12m의 반송 경로를 왕복 주행시켰다. 이 때 1.4×0-2Pa에서의 진공 반송을 60만 사이클로, 120℃에서의 진공 가열 반송을 20만 사이클로 순서대로 행하고 롤러 2개당 전마모분량을 측정하였다.
(실험예 14)
샤프트 재질을 SUS로 하고 롤러의 재질을 사이알론으로 하였다.
(실험예 15)
샤프트 재질을 SUS로 하고 롤러의 재질을 SUS로 하였다.
반송 경로의 왕복 횟수와 롤러 2개당 전마모분량의 관계를 도 13에 도시한다.
도 13으로부터 알 수 있듯이, 롤러의 재질을 SUS로 한 실험예 15에 비해 롤러의 재질을 사이알론으로 한 실험예 14의 롤러에서는 진공 반송, 진공 가열 반송의 조합 반송으로도 마모량을 대폭 삭감할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
(샤프트 재료와 롤러 재료에 대한 평가)
이하의 실험에서는, 샤프트와 롤러의 재질의 조합을 다양하게 바꾸어 대기중에서 주행 실험을 하고 그 마모량의 차이에 대해 측정, 평가하였다.
260kg의 부하를 가중시킨 트레이를 0.65m/초의 속도로 길이 12m의 반송 경로를 왕복 주행시켜 롤러 2개당 전마모분량을 측정하였다.
(실험예 16)
샤프트 재질을 SUS440C로 하고 롤러의 재질을 SUS440C(표면 거칠기Ra：1.6㎛)로 하였다.
(실험예 17)
샤프트 재질을 SUS440C로 하고 롤러의 재질을 SUS440C(표면 거칠기Ra：0.2㎛)로 하였다.
(실험예 18)
샤프트 재질을 SUS440C로 하고 롤러의 재질을 USR-1으로 하였다.
(실험예 19)
샤프트 재질을 SUS304로 하고 롤러의 재질을 USR-1으로 하였다.
실험예 16∼실험예 19에 대해 반송 경로의 왕복 횟수와 롤러 2개당 전마모분량의 관계를 도 14에 도시한다.
도 14로부터 알 수 있듯이 샤프트, 롤러 모두 SUS계 재료로 이루어진 실험예 16, 17에 비해 한쪽(여기에서는 롤러)을 USR-1로 한 실험예 18, 19의 롤러로는 마모량을 대폭 삭감할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또 롤러를 SUS계 재료로 하고 샤프트를 USR-1으로 한 경우에도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다고 생각된다.
(진공 반송과 대기 반송의 조합 주행에 대한 평가)
이하의 실험에서는, 샤프트와 롤러의 재질의 조합을 바꿈과 동시에 진공중 및 대기중에서 주행 실험을 하고 그 마모량의 차이에 대해 측정, 평가하였다.
260kg의 부하를 가중시킨 트레이를 0.65m/초의 속도로 길이 12m의 반송 경로를 왕복 주행시켰다. 이 때 1.4×10-2Pa에서의 진공 반송을 60만 사이클로, 120℃에서의 진공 가열 반송을 10만 사이클로, 대기 반송을 20만 사이클로, 진공 고속 반송을 20만 사이클로 순서대로 실시하여 롤러 21개당(챔버 2개분에 상당) 전마모분량을 측정하였다.
(실험예 20)
샤프트 재질을 SUS440C로 하고 롤러의 재질을 SUS440C로 하였다.
(실험예 21)
샤프트 재질을 SUS440C로 하고 롤러의 재질을 USR-1으로 하였다.
실험예 20∼실험예 21에 대해 반송 경로의 왕복 횟수와 롤러 2개당 전마모분량의 관계를 도 15에 도시한다.
도 15로부터 알 수 있듯이, 샤프트, 롤러 모두 SUS계 재료로 이루어진 실험예 20에 비해, 한쪽(여기에서는 롤러)을 USR-1으로 한 실험예 21의 롤러는, 진공 반송, 진공 가열 반송, 대기 반송, 진공 고속 반송의 조합 반송으로도 마모량을 대폭 삭감할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
(롤러의 홈부 형상에 대한 평가)
롤러의 홈부의 곡률 반경과 슬라이딩 계수 및 내부 전단 응력의 관계에 대해 평가하였다.
(실험예 22)
곡률 반경(R)=∞(평면), R=34mm, R=28mm, R=20mm의 홈부를 가진 롤러에 대해 미끄러짐량 및 내부 전단 응력을 각각 측정하였다.
홈부의 곡률 반경(R)와 슬라이딩 계수 및 내부 전단 응력의 관계를 도 16에 도시한다.
도 16으로부터 알 수 있듯이, 홈부의 곡률 반경(R)이 작아질수록 슬라이딩 계수는 커지고, 반면 홈부의 곡률 반경(R)이 작아질수록 내부 전단 응력은 작아진다.
슬라이딩에 의한 마모를 줄이기 위해서는 곡률 반경(R)이 큰(홈부가 얕은) 편이 좋다. 한편 구름 피로에 의한 깎임을 방지하기 위해서는 곡률 반경(R)이 작은(홈부가 깊은) 편이 좋다. 이러한 슬라이딩 계수와 내부 전단 응력을 고려하여 홈부의 곡률 반경을 소정 범위로 함으로써 구름 피로에 의한 깎임과 슬라이딩에 의한 마모 모두를 억제할 수 있다. 예를 들면, 곡률 반경(R)을 20mm≤R≤34mm로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태에서는, 반송 기구를 「원기둥형 슬라이드 샤프트를 하부에 구비하고 상기 피처리체를 운반하는 반송 부재(트레이)」와, 「상기 슬라이드 샤프트와 접하여 상기 반송 부재를 유도하는 U자형 홈부를 구비한, 복수의 롤러로 이루어진 지지 부재」로 구성함과 동시에 상기 슬라이드 샤프트와 상기 롤러의 접촉부의 재료를 규정함으로써, 사용되는 공간이 감압하, 대기압하(즉, 감압 분위기 또는 대기압 분위기) 어느 쪽이든 슬라이드 샤프트와 롤러간의 마찰을 낮출 수 있다. 이로써 본 발명의 실시형태에 관한 반송 기구는 감압하 또는 대기압하의 사용 환경에 의존하지 않고 마모에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 관한 피처리체의 반송 기구에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.
<산업상 이용 가능성>
본 발명은, 피처리체의 반송 기구에 폭넓게 적용 가능하다.
1 성막 장치
2 기판(피처리체)
10A,10B L/UL실
20 가열실
30,40 성막실
50 기판 착탈 기구
60　트레이 저장실
70　트레이(반송 부재)
81　제1 선로(왕로)
82　제2 선로(복로)

Claims (11)

  1. 원기둥형 슬라이드 샤프트를 하부에 구비하고 피처리체를 운반하는 반송 부재와,
    상기 슬라이드 샤프트와 접하여 상기 반송 부재를 유도하는 U자형 홈부를 구비한, 복수의 롤러로 이루어진 지지 부재를 구비하는 피처리체의 반송 기구로서,
    상기 슬라이드 샤프트와 상기 롤러 중 적어도 상기 슬라이드 샤프트와 상기 롤러와의 접촉부에 있어서,
    상기 슬라이드 샤프트 및 상기 롤러 중 한쪽이, 실리콘, 알루미늄, 산소, 질소를 포함한 벌크체로 구성되고,
    상기 슬라이드 샤프트 및 상기 롤러 중 다른 쪽이 스테인리스강으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 벌크체는, 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 리튬, 나트륨 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지지 부재의 U자형 홈부는, 그 곡률 반경(R)이 15∼40mm의 범위인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 속도는 1∼3000mm/sec의 범위인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 속도는 1∼3000mm/sec의 범위인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 가속도는, 가속시에 1200mm/sec2 이하, 감속시에는, 그 반송 가속도의 절대값이 650mm/sec2 이하인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 가속도는, 가속시에 1200mm/sec2 이하, 감속시에는, 그 반송 가속도의 절대값이 650mm/sec2 이하인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 가속도는, 가속시에 1200mm/sec2 이하, 감속시에는, 그 반송 가속도의 절대값이 650mm/sec2 이하인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지 부재에 의해 상기 반송 부재를 이동시키는 반송 가속도는, 가속시에 1200mm/sec2 이하, 감속시에는, 그 반송 가속도의 절대값이 650mm/sec2 이하인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
  10. 청구항 1 또는 2에 기재된 피처리체의 반송 기구를 구비하며,
    상기 반송 부재는 상기 피처리체를 종형(縱型) 반송하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  11. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지지 부재의 U자형 홈부는, 그 곡률 반경(R)이 20∼34mm의 범위인 것을 특징으로 하는 피처리체의 반송 기구.
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