KR101810142B1 - 기판 처리공간의 높이 측정 장치 - Google Patents

기판 처리공간의 높이 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 열처리 공정에 사용되는 챔버에서 열에 의하여 발생하는 기판 처리공간의 높이 변화를 측정하는 장치에 관한 것이다. 기판 처리공간의 높이 측정 장치는, 기판을 처리하기 위한 챔버의 내부에 구비된 기판지지대와 상부구조물 사이 기판 처리공간의 높이를 측정하는 장치로서, 기판지지대에 형성된 수직한 관통구에 삽입되어 상하로 상대 이동하여 기판을 지지하는 복수의 리프트핀; 적어도 1 이상의 리프트핀의 수직 하방에 구비되는 핀지지대; 핀지지대를 승하강시키는 구동부; 리프트핀과 핀지지대가 동시에 승하강되는 거리를 측정하는 측정부; 를 포함한다. 이에 의해, 기판지지대와 상부구조물 사이인 기판 처리공간의 높이를 측정함으로써 기판지지대의 처짐을 측정할 수 있고, 이로써, 기판의 변형으로 인한 불량을 감소시킬 수 있다.

Description

기판 처리공간의 높이 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING HEIGHT OF SUBSTRATE TREATMENT AREA}
본 발명은 기판 열처리 공정에 사용되는 챔버에서 열에 의하여 발생하는 기판 처리공간의 높이 변화를 측정하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기판 처리를 위한 챔버는 내부에 기판지지대를 구비하고, 기판지지대 상부에 기판을 안착시킨 뒤, 기판 처리 공정을 진행한다. 이러한 기판지지대는 상부가 기판이 안착되는 넓은 평판으로 구성되고, 기판지지대의 하부 중앙에 기판지지대를 승하강 시키는 기판지지대 구동부가 구비된다.
기판 처리 공정 중 열처리 공정은 기판에 열을 공급하도록 기판지지대 내부 또는 기판지지대 주위에 히터를 설치하게 된다. 이로 인해 기판지지대의 열변형이 발생하여 기판지지대의 처짐이 발생하고, 챔버 또한 열변형이 발생하게 된다.
특히, 최근 반도체 기판 또는 디스플레이 기판 등이 대형화되면서 기판을 지지하는 기판지지대의 크기가 증가하였고, 이에 따라 기판지지대 외곽부에 처짐이 더욱 크게 발생하였다.
이러한 기판지지대와 챔버의 열변형은 기판 처리면의 상부에 해당하는 기판 처리 공간의 높이 편차를 초래하여 기판지지대 상부에 안착된 기판의 처리가 균일하게 이루어지지 않는다는 문제점이 있었다.
종래의 한국 공개특허 제10-2012-0067692호는, 챔버 내부공간의 상하면과 평행하게 배치된 부품의 처짐을 감지하는 처짐 감지 장치로, 챔버 내부공간의 상하면과 평행한 방향으로 광 또는 초음파를 조사하는 조사부 및 조사된 광 또는 초음파를 감지하는 감지부를 구비하고, 상, 하로 이동시킴으로써 부품의 처짐 여부를 판단하였다.
그러나, 상술한 종래 기술은 부품의 상단과 하단만을 감지하여 처짐의 발생만을 인지할 수 있고, 부품에 처짐이 발생한 위치와 위치별 처짐 정도를 측정할 수는 없었다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 챔버 내 기판을 지지하는 기판지지대의 처짐을 측정하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기판지지대의 위치별 처짐 정도를 측정할 수 있는 기판 처리공간의 높이 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기판 처리공간의 높이 측정 장치는, 기판을 처리하기 위한 챔버의 내부에 구비된 기판지지대와 상부구조물 사이 기판 처리공간의 높이를 측정하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치로서, 상기 기판지지대에 형성된 수직한 관통구에 삽입되어 상하로 상대 이동하여 기판을 지지하는 복수의 리프트핀; 적어도 1 이상의 상기 리프트핀의 수직 하방에 구비되는 핀지지대; 상기 핀지지대를 승하강시키는 구동부; 상기 리프트핀과 상기 핀지지대가 동시에 승하강되는 거리를 측정하는 측정부; 를 포함한다.
바람직하게, 상기 챔버 하부에 상기 핀지지대의 승하강을 가이드하는 가이드부; 를 더 포함하고, 상기 핀지지대는, 상기 챔버 하부에 수직으로 관통 형성된 관통구를 통해 승하강된다.
바람직하게, 상기 챔버를 밀폐시키도록 상기 핀지지대 둘레에 구비되는 벨로우즈(Bellows); 를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 리프트핀과 상기 핀지지대 사이에 구비되어 상기 핀지지대와 동시에 승하강하며, 상기 핀지지대의 하강 시 상기 리프트핀의 하강을 제한하는 중간부재; 를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 중간부재와 상기 리프트핀이 접촉하는 면의 대향하는 위치에 각각 삽입홈과 삽입돌기가 형성된다.
바람직하게, 상기 중간부재는, 상기 리프트핀의 하단이 접촉하는 상면에 완충부재가 구비된다.
바람직하게, 상기 상부구조물은, 상기 챔버 상부의 내벽이다.
바람직하게, 상기 상부구조물은, 상기 챔버 내에 구비되어 기판을 향해 처리 가스를 분사하는 샤워 헤드(Shower head)이다.
바람직하게, 상기 구동부는, 수직으로 구비된 승강축과 상기 승강축을 따라 승하강하며 상기 핀지지대를 승하강시키는 승강부재를 포함한다.
바람직하게, 상기 측정부는, 상기 핀지지대와 상기 승강부재 사이에 구비되는 로드셀(Load cell)로 구성된다.
바람직하게, 상기 측정부는, 상기 핀지지대와 상기 리프트핀 접촉 시와 상기 핀지지대의 상승 제한 시 하중 변화를 감지하여 상기 기판지지대의 상면과 상기 상부구조물 사이의 거리를 측정한다.
본 발명의 기판 처리공간의 높이 측정 장치에 의하면, 기판지지대와 상부구조물 사이인 기판 처리공간의 높이를 측정함으로써 기판지지대의 처짐을 측정할 수 있고, 이로써, 기판지지대 상부에 안착되는 기판의 변형으로 인한 불량을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 챔버를 관통하며 승하강하는 핀지지대를 구비하여 리프트핀을 승하강시킴으로써 리프트핀과 핀지지대가 동시에 승하강되는 거리를 측정하여 기판 처리공간의 높이를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 리프트핀과 핀지지대 사이에 중간부재를 구비함으로써, 핀지지대가 챔버 외부로 하강시에도 리프트핀의 하강을 제한할 수 있다.
또한, 본 발명은 측정부를 로드셀로 구성함으로써, 핀지지대와 리프트핀 접 촉 시와 핀지지대의 상승 제한 시의 하중 변화를 감지할 수 있고, 이로써, 기판 처리공간의 높이를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 리프트핀을 구비하고, 적어도 1 이상의 핀지지대를 구비함으로써, 기판지지대의 위치에 따른 처리공간의 높이를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판지지대가 하강한 상태를 나타낸 부분 단면도.
도 2는 본 발명의 기판지지대가 상승한 상태를 나타낸 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 기판지지대의 상면 높이를 측정하는 상태를 나타낸 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 핀지지대의 상승이 제한된 상태를 나타낸 부분 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 상부구조물을 나타낸 부분 단면도.
도 6은 본 발명을 구성하는 챔버의 하부를 나타낸 사시도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 기판 처리공간의 높이 측정 장치는 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이 크게 챔버(10), 기판지지대(20), 리프트핀(30), 핀지지대(40), 구동부(50) 및 측정부(60)로 이루어진다.
챔버(10)는 내부에 기판을 처리하기 위한 기판 처리공간과 함께 기판지지대(20), 리프트핀(30) 등을 구비한다. 기판은 챔버(10) 내부로 인입된 뒤 리프트핀(30)에 의하여 기판지지대(20) 상부에 안착되어 필요한 기판 처리 공정을 거치게 된다.
일반적으로 챔버(10) 상, 하부의 내벽은 수평하게 배치되며, 기판 처리공간은 기판지지대(20)의 상부와 상부구조물 사이의 공간을 칭한다. 여기서 상부구조물이란 도 1 내지 도 4에 도시된 챔버(10) 상부의 내벽 또는 도 5에 도시된 챔버(10) 내에 구비되어 기판을 향해 처리 가스를 분사하는 샤워헤드(Shower head, 70)일 수 있다. 이러한 상부구조물은 기판지지대(20) 상부에 구비되어 일정한 기준 높이에 위치하는 것 이라면 어떠한 것도 가능하다.
챔버(10) 하부에는 관통구(11)가 형성되어 핀지지대(40)가 관통구(11)를 통해 챔버(10) 내, 외부로 승하강되게 할 수 있다.
기판지지대(20)는 챔버(10) 내부에 구비되는 플레이트 형상으로, 기판은 기판지지대(20) 상부에 안착되어 처리된다.
기판지지대(20)는 수직 방향으로 관통된 관통구(21)가 형성되고, 기판지지대(20)의 하부 중앙부에는 기판지지대 구동부(22)를 구비한다.
관통구(21)에는 리프트핀(30)이 삽입되어 상하로 상대 이동하며 기판을 기판지지대(20) 상부에 안착 또는 이격시키고, 기판지지대 구동부(22)는 기판지지대(20)를 승하강시킨다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 기판지지대(20)의 내부 또는 주위에 기판이 처리되는 동안 기판에 열을 공급하는 히터를 설치하여 기판 처리 효율을 높일 수 있다.
리프트핀(30)은 복수개가 구비되며, 기판지지대(20)에 형성된 수직한 관통구(11)에 삽입되어 상하로 상대 이동하며 기판을 기판지지대(20) 상부에 안착 또는 이격시키도록 지지한다.
리프트핀(30)의 상부는 하부에 비하여 큰 단면적을 가지며, 기판지지대의 관통구(21)는 이러한 리프트핀(30) 형상에 대응하는 형상을 갖는다. 이로써, 리프트핀(30)은 기판지지대(20)와 함께 승하강하며, 기판지지대(20)의 하강 시 리프트핀(30)의 하단이 챔버(10) 바닥에 접촉되면 리프트핀(30)은 하강이 제한되며, 기판지지대(20)만 하강함으로써 상대 이동한다.
핀지지대(40)는 적어도 1 이상의 리프트핀(30)의 수직 하방에 구비되고, 구동부(50)에 의해 승하강됨으로써, 리프트핀(30)을 승하강시킨다.
핀지지대(40)는 챔버(10) 하부에 수직으로 관통 형성된 관통구(11)를 통하여 승하강한다. 이때, 가이드부(41)는 챔버(10) 하부에 구비되어 핀지지대(40)의 승하강을 가이드한다. 또한, 벨로우즈(Bellows)는 핀지지대(40)의 둘레에 구비됨으로써 핀지지대(40)가 챔버(10) 내, 외부를 관통하며 승하강하여도 챔버(10)를 밀폐시킬 수 있다.
리프트핀(30)과 핀지지대(40) 사이에는 중간부재(44)를 구비할 수 있다.
중간부재(44)는 핀지지대(40)와 동시에 승하강하며, 핀지지대(40)가 챔버(10) 외부로 하강 시 리프트핀(30)의 하강을 제한한다. 구체적으로, 핀지지대(40)가 챔버(10) 외측에 위치하는 경우, 중간부재(44)는 챔버(10) 관통구(11)에 삽입되어 리프트핀(30)이 관통구(11)를 통해 하강되는 것을 방지한다. 반대로, 핀지지대(40)의 상부가 챔버(10) 내측에 위치하는 경우, 중간부재(44)는 핀지지대(40)와 동시에 승하강한다.
중간부재(44)는 하부에 삽입홈(45)이 형성되고, 핀지지대(40)는 상부에 삽입돌기(43)를 형성하여 삽입돌기(43)가 삽입홈(45)에 삽입됨으로써, 중간부재(44)가 승하강하는 도중에 핀지지대(40)로부터 중간부재(44)가 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 중간부재에 삽입돌기를 형성하고, 핀지지대의 상부에 삽입홈을 형성할 수도 있다.
한편, 중간부재(44)의 상부면 중 리프트핀(30)과 접촉하는 부분에는 완충부재(46)를 구비한다. 완충부재(46)는 리프트핀(30)과 중간부재(44)의 충돌 시와 리프트핀(30)의 상면이 상부구조물에 충돌하여 핀지지대(40)의 상승 제한 시 충격을 흡수하여 리프트핀(30)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 완충부재(46)는 고무와 같이 마찰력이 큰 재료로 구성되어 리프트핀(30)이 중간부재(44) 상면에서 미끄러지는 것을 방지할 수도 있다.
구동부(50)는 핀지지대(40)를 승하강시키는 서보모터(Servo motor)로 구성될 수 있고, 승강축(51), 승강부재(52) 및 베이스부재(53)을 포함할 수 있다.
승강축(51)은 가이드부(41)와 평행하게 배치되어 구동부(50)로부터 구동력을 전달받는다.
승강부재(52)는 상부에 핀지지대(40)를 지지한 상태에서 승강축(51)으로부터 구동력을 전달받아 가이드부(41)를 따라 승하강한다. 이때, 승강축(51)과 승강부재(52)는 볼 스크류(Ball Screw)로 구성되어 구동부(50)에서 전달받은 회전구동력을 직선구동력으로 변환시킬 수 있다.
베이스부재(53)는 챔버(10)로부터 일정한 거리를 유지하도록 배치되며, 승강부재(52)와 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 구동부(50)는 베이스부재(53)에 결합된다.
구동부(50)가 핀지지대(40)를 승하강시키는 과정을 살펴보면, 구동부(50)는 챔버(10)에 고정된 베이스부재(53)에 결합되어 승강축(51)에 회전구동력을 공급하고, 승강축(51)은 공급받은 회전구동력을 직선구동력으로 변환하여 승강부재(52)에 전달한다. 직선구동력을 전달받은 승강부재(52)는 가이드부(41)를 따라 핀지지대(40)와 동시에 승하강한다.
측정부(60)는 리프트핀(30)과 핀지지대(40)가 동시에 승하강하는 거리를 측정하여, 기판 처리공간의 높이(h)를 측정한다. 측정부(60)는 핀지지대(30)와 승강부재(52) 사이에 구비되고, 하중을 감지하는 센서인 로드셀(Load cell)로 구성된다. 측정부(60)는 핀지지대(40)가 상승하여 리프트핀(30)과 접촉하는 순간과 리프트핀(30)의 상면이 상부구조물에 접촉하여 핀지지대(40)의 상승이 제한되는 순간의 하중 변화를 감지하여 기판지지대(20)의 상면과 상부구조물 사이의 거리(h), 즉 기판 처리공간의 높이(h)를 측정한다.
이하에서는 측정부(60)가 기판 처리공간의 높이(h)를 측정하는 과정에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1은 기판지지대(20)가 하강한 상태를 나타낸다. 기판지지대(20)가 하강하면, 리프트핀(30)의 상부가 기판지지대(20)로부터 이격되어 기판을 기판지지대(20) 상부에 안착 또는 이격시킬 수 있다. 이때, 리프트핀(30)의 하단은 중간부재(44)에 의해 하강이 제한된다.
도 2는 기판지지대(20)가 상승한 상태를 나타낸다. 기판지지대(20)가 상승하면, 리프트핀(30)의 상부가 기판지지대(20)의 상부면과 일치한다. 이는 기판을 처리하기 위해 기판지지대(20)를 상승시킨 상태와 동일하나, 기판의 존재 유무에 있어 차이가 있다.
도 3은 기판지지대(20)의 상면 높이를 측정하기 위한 상태를 나타낸다. 기판지지대(20)가 상승한 상태에서 핀지지대(40)는 구동부(50)에 의해 중간부재(44)와 함께 상승한다. 측정부(60)는 상승하는 중간부재(44)와 리프트핀(30)의 하단이 접촉하는 순간의 하중 변화를 감지하여 기판지지대(20) 상면의 높이를 측정한다.
도 4는 상부구조물의 높이를 측정하기 위한 상태를 나타낸다. 핀지지대(40)는 중간부재(44)와 리프트핀(30)이 접촉된 이후 중간부재(44), 리프트핀(30)과 함께 더 상승한다. 측정부(60)는 상승하는 리프트핀(30)의 상단이 상부구조물에 접촉하는 순간, 즉 핀지지대(40)의 상승이 제한되는 순간의 하중 변화를 감지하여 상부구조물의 높이를 측정한다.
이로써, 측정부(60)는 핀지지대(40)가 상승하면서 리프트핀(30)과 접촉한 순간과 상승이 제한된 순간 사이의 시간에 핀지지대(40)가 이동한 거리로부터 기판지지대(20)의 상면과 상부구조물 사이의 거리, 즉 기판 처리공간의 높이(h)를 측정할 수 있다.
한편, 도 5는 다른 상부구조물의 높이를 측정하기 위한 상태를 나타낸 것으로, 도 4의 상부구조물은 챔버(10) 상부의 내벽이고, 도 5의 상부구조물은 기판지지대(20) 상부에 구비되어 기판을 향해 처리 가스를 분사하는 샤워 헤드이다. 따라서, 도 5의 기판 처리공간의 높이(h')는 기판지지대(20)의 상면과 샤워 헤드 사이의 거리이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 핀지지대(40)는 리프트핀(30)의 수직 하방에 구비되므로, 리프트핀(30)이 배치된 위치에서의 기판 처리공간의 높이(h)를 측정할 수 있다. 그러나, 핀지지대(40)는 모든 리프트핀(30)의 수직 하방에 구비될 필요는 없다. 따라서, 본 발명의 기판 처리공간의 높이 측정 장치는, 기판지지대(20)의 위치별로 기판 처리공간의 높이(h)를 측정함으로써 기판지지대(20)의 위치별 처짐 정도를 파악할 수 있고, 이로써, 기판지지대(20)가 처짐으로써 기판지지대(20) 상부에 안착되는 기판의 처리가 균일하게 이루어지지 않아 불량을 발생시키는 문제를 사전에 예방할 수 있다. 또한, 본 발명의 기판 처리공간의 높이 측정 장치는 기존의 기판 처리 챔버에 핀지지대, 구동부, 측정부 등을 설치하여 기판 처리공간의 높이를 측정할 수 있으므로 기존 장비에 쉽고 간단하게 설치할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상을 중심으로 그 변형물 또는 균등물에까지 미침은 자명하다 할 것이다.
10 : 챔버
20 : 기판지지대
30 : 리프트핀
40 : 핀지지대
41 : 가이드부
42 : 벨로우즈
43 : 삽입돌기
44 : 중간부재
45 : 삽입홈
46 : 완충부재
50 : 구동부
51 : 승강축
52 : 승강부재
53 : 베이스부재
60 : 측정부
70 : 샤워헤드

Claims (11)

  1. 기판을 처리하기 위한 챔버의 내부에 구비된 기판지지대와 상부구조물 사이 기판 처리공간의 높이를 측정하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치로서,
    상기 기판지지대에 형성된 수직한 관통구에 삽입되어 상하로 상대 이동하여 기판을 지지하는 복수의 리프트핀;
    적어도 1 이상의 상기 리프트핀의 수직 하방에 구비되는 핀지지대;
    상기 핀지지대를 승하강시키는 구동부;
    상기 리프트핀과 상기 핀지지대가 동시에 승하강되는 거리를 측정하는 측정부; 를 포함하고,
    상기 구동부는, 수직으로 구비된 승강축과 상기 승강축을 따라 승하강하며 상기 핀지지대를 승하강시키는 승강부재를 포함하고,
    상기 측정부는, 상기 핀지지대와 상기 승강부재 사이에 구비되는 로드셀(Load cell)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 하부에 상기 핀지지대의 승하강을 가이드하는 가이드부; 를 더 포함하고,
    상기 핀지지대는, 상기 챔버 하부에 수직으로 관통 형성된 관통구를 통해 승하강되는 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버를 밀폐시키도록 상기 핀지지대 둘레에 구비되는 벨로우즈(Bellows); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 리프트핀과 상기 핀지지대 사이에 구비되어 상기 핀지지대와 동시에 승하강하며, 상기 핀지지대의 하강 시 상기 리프트핀의 하강을 제한하는 중간부재; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중간부재와 상기 리프트핀이 접촉하는 면의 대향하는 위치에 각각 삽입홈과 삽입돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 중간부재는, 상기 리프트핀의 하단이 접촉하는 상면에 완충부재가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부구조물은, 상기 챔버 상부의 내벽인 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부구조물은, 상기 챔버 내에 구비되어 기판을 향해 처리 가스를 분사하는 샤워 헤드(Shower head)인 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 핀지지대와 상기 리프트핀 접촉 시와 상기 핀지지대의 상승 제한 시 하중 변화를 감지하여 상기 기판지지대의 상면과 상기 상부구조물 사이의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리공간의 높이 측정 장치.
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