KR101854957B1 - 기계 고정 성분과의 비접촉식 자석 구동 조립체 - Google Patents

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Abstract

HULA 구성을 갖는 리프트 오프 프로세스를 이용한 진공 증착 시스템에 대해 기계적 고정 성분과 비접촉 자기 구동 시스템을 통합하는 진공 증착 시스템로서, 중앙 링과 궤도 링에 환형 배향으로 결합된 다수의 자석과 중앙 링과 중앙 링 둘레의 궤도 링중 하나 또는 이들 둘을 동시에 구동시키는 중앙 구동 부품을 포함하며, 궤도 링의 각 자석이 궤도 링이 회전할 때 중앙 링의 자석과 중첩되어지는 것을 특징으로 한다. 중앙 구동 부품은, 회전 속도가 중첩된 자석에 의해 제공된 자기 구동 토크와 다를 때까지 중앙 링 둘레로 궤도 링의 비접촉, 자기 구동 회전을 허용하는 회전 속도를 제공하며, 상기 중앙 구동 부품의 회전 속도는 중첩된 자석을 분리시켜서 다수의 중앙 링 톱니와 다수의 궤도 링 톱니 사이의 상호작동 접촉에 의해 기계 구동 회전을 활성한다.

Description

기계 고정 성분과의 비접촉식 자석 구동 조립체{Non-contact magnetic drive assembly with mechanical stop elements}
본 발명은 진공 코팅/증착을 위한 진공 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 진공 코팅/증착 시스템의 구동 기구에 관한 것이다.
전자빔 증발은 집적 회로 리프트 오프 프로세스 및 광학 코팅에 대한 물리적 기상 증착의 한 방법이다. 전자빔 증발은 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판 상에 얇은 금속 층을 증착하는데 사용될 수 있다. 증착된 금속층은 이후 집적 회로의 회로 트레이스를 생성하도록 에칭될 수 있다.
다양한 시스템은 물리적 기상 증착 기술을 이용하여 개발되었다. 일부 시스템은 대상 제품(기판)이 증착 장치, 즉, 전자총이 위치되어 있는 한 세트의 레일을 따라서 진공 챔버로 선형적으로 들어가는 캐리어에 부착되어 있는 선형 시스템이다. 원하는 증착이 발생되면, 대상 제품은 출력 포트에 따라 선형적으로 이동하거나 진공 증착 시스템에서 제거를 위해 입구 포트로 복귀된다. 이들 시스템은 증착 시스템을 통해 기판을 포함하는 캐리어를 이동하는 구동 벨트 또는 기어 또는 구동 테이프와 같은 기계적 구동 시스템을 채택한다.
또한, 상기 기판(들)에 금속층을 보다 더 균일하게 증착하면서 기판의 보다 많은 처리량을 제공하는 시스템이 개발되었다. 균일성을 향상시키기 위해, 제조자는 중앙 구동 링의 외측 주위에 원형으로 이동하면서 자신의 축을 중심으로 회전하는 멀티플 기판 지지 트레이를 갖는 증발 시스템을 개발하였다. 높은 균일 리프트 오프(lift-off) 조립체(HULA)로 알려진 하나의 시스템은, 주위에 톱니 /기어를 갖은 중앙 구동 링을 제공한다. 또한 이 시스템은 중앙 링의 주변 둘레에 위치하는 보다 작은 회전 기판 홀더/캐리어를 갖는다. 외측 링이 중앙 링의 주위에 이동하면, 외측 링의 주위상의 톱니는 중앙 링상의 톱니와 결합하여, 외측 링이 또한 중앙 축을 중심으로 회전하게 한다. 일부 시스템에서, 구동 링은 보조 링상의 기어 또는 톱니에 연결되어 있는 허브 근처에 배치된 기어를 가질 수 있다. 주 링 및 보조 링상에 배치된 톱니, 기어 또는 다른 특징 성분을 사용하는 것은 포지티브 구동 기구의 예이다.
상기 개시된 기계적 구동 시스템에 대한 대안으로, 자기 구동/이송 시스템의 사용을 통합하는 구동 시스템이 개발되었다. 자기 이송 시스템에는 고정 드라이빙 샤프트와 축선 방향으로 이동가능한 드라이빙 샤프트로서 작용하는 두 부분으로 나누어진 회전 드라이빙 부재가 제공되어 있으며, 고정 드라이빙 샤프트는 샤프트 코어 부재에 고정되어 있어, 회전 방향으로 제한되지만, 어떤 폭에서 축방향으로 자유롭게 이동가능하게 된다. 나선형 자기 결합 섹션은 동일한 피치에서 각 드라이빙 샤프트의 표면에 형성된다. 캐리어는 축방향으로 회전 드라이빙 부재의 표면에 대해 자유롭게 이동될 수 있으며, 나선형 자기 결합 섹션내의 피치와 동일한 간격으로 자기 결합 섹션이 제공된다. 회전 드라이빙 부재를 회전시킴으로써, 캐리어가 선형으로 이동한다.
회전 시스템의 일례가 미국 특허 6454908(Shertler 등., 2002)에 개시되어 있다. 이 특허는 회전으로 구동되고 기어 트레인에 연결된 적어도 하나의 부품이 있는 진공 챔버를 개시한다. 기어 트레인은 모터 구동 장치와 함께 적어도 두 개의 회전 이송 바디를 가진다. 회전 이송 바디는 롤링 방식으로 상대 운동을 한다. 회전 이송 바디는 서로 자기적으로 구동-결합되고, 이들 중 적어도 하나는 진공 챔버내에 위치된다.
종래의 전자 빔 증착 시스템이 제품 생산율에서의 다양한 개선을 볼 수 있지만, HULA 시스템에서 포지티브 구동 시스템의 한 가지 단점은 톱니 사이의 물리적 접촉이 마모를 야기시켜서 미립자를 증발 챔버로 도입한다는 것이다. 일반적으로 기어가 금속으로 만들어져 있으며 미세 금속 입자는 증발 챔버로 방출될 수 있다. 방출될 때에, 이러한 미세 금속 입자가 증착된 금속 층의 품질과 결과적으로 집적 회로를 오염시키거나 그렇지 않으면 방해한다.
증발 챔버내의 이동 부품 간의 접촉에 의한 생긴 불순물의 문제를 피하기 위해, 비접촉 자기 구동 시스템이 개발되었다. 기어 또는 톱니 사이의 물리적 접촉 대신에, 자기 구동 시스템은 자석 쌍 사이의 인력이나 반발력을 사용하여 외측 기판 홀더 링(즉, 궤도 링)의 회전을 유발한다. 각 보조 링은 주 구동 링의 주변 둘레에 위치설정된 자석에 대응하는 주변 둘레에 동일하게 이격된 자석을 가진다. 주 링이 회전하면, 주 및 보조 링의 에지들은 서로 밀접하게 유지되지만 터치는 하지 않는다. 한 링은 다른 링과 자기적으로 상호작용할 수 있게 다른 링의 주변 위 또는 아래를 지나도록 위치설정될 수 있다. 변경적으로, 두 링은 이들의 주변이 서로 밀접하게 인접하게 위치설정될 수 있다. 중앙 또는 주 링이 회전하면, 중앙 링의 주변 둘레에 위치된 자석은 중앙과 궤도 링 상의 대응 자석 사이의 자기력을 사용해서 보조/궤도 링을 구동한다. 변경적으로, 중앙 링은 고정적일 수 있고 궤도 링은 회전 동작을 달성하기 위해 동일한 자기력을 사용해서 중앙 링 둘레로 회전할 수 있다.
비접촉 자기 구동 시스템의 단점은, 시스템을 구동하는데 이용가능한 토크의 제한된 량이다. 이러한 제한된 이용가능한 토크는 구동 시스템이 제대로 작동하려면 부드러운 및/또는 엄격하게 제어된 가속과 감속 프로파일이 필요하다. 불행하게도, 높은 토크 조건이 존재하는 경우도 있다. 높은 토크 조건의 예는 HULA 시스템의 급가속이 필요할 때 또는 베어링이 정지하여 감속을 일으키는 경우를 포함한다. 링을 가속 또는 회전하는데 필요한 드라이빙 토크는 자석 사이의 결합력을 초과할 수 있다. 이는 회전 링의 자석이 고정 링의 자석으로부터 자기적으로 분리(decoupling)한다. 분리된 회전 링은 그리고 나서 프리휠이 되어, 일관성없는 속도로 회전하고, 가장 느리게 되어 재결합(recouple)하지 않을 것이다.
그러므로, 필요한 것은 각 시스템, 즉 포지티브/기계 구동 시스템 및 비접촉, 자기 구동 시스템의 단점을 최소화하면서, 포지티브/기계 구동 장치와 비접촉 자기 구동 시스템의 양자의 장점을 조합한 구동 시스템이다. 본 발명은 자기 구동 비접촉 이점과 기계 구동 시스템의 보다 높은 토크와 포지티브 구동 성능을 조합하면서, 비접촉 자기 구동 시스템내의 자석의 분리를 방지함으로써 증착 시스템의 구동 조립체에 대한 개선을 제공한다.
본 발명의 목적은 기계적 구동 시스템의 높은 토크 및 포지티브 구동 능력과 자기 구동 시스템의 비접촉 이점을 결합하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 필요시 보다 높은 토크를 제공하도록 일시적으로 결합될 수 있는 포지티브 구동 장치를 갖는 증착 구동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이동 부품 사이의 접촉으로부터 발생된 미립자를 보다 적게 야기하는 증착 구동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자기 결합력이 초과되었을 때를 표시하고 포지티브 구동 시스템의 결합을 감지하는 센서 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 HULA 구성을 갖는 리프트 오프 프로세스를 이용한 진공 증착 시스템에 대해 기계적 고정 성분과 비접촉 자기 구동 시스템을 통합하는 진공 증착 시스템을 제공함으로써 이들 및 다른 목적을 달성한다. 본 발명의 일 실시 예에서, HULA 구동 조립체는 중앙 링과 중앙 링 둘레의 궤도 링중 하나 또는 이들 둘을 동시에 구동시키는 중앙 구동 부품을 포함하며, 중앙 링은 중앙 링 둘레에 배치된 다수의 동일하게 이격된 중앙 링 톱니를 가지며, 톱니는 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리로 있어 중앙 톱니 공간을 이루며, 궤도 링은 궤도 링 축선에 회전가능하며, 궤도 링 둘레에 배치된 다수의 동일하게 이격된 궤도 링 톱니를 가지며 톱니는 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리로 있어 궤도 톱니 공간을 이루며, 궤도 링 톱니는 중앙 링의 중앙 톱니 공간과 조화있게 위치설정된다.
중앙 링은 다수의 동일하게 이격된 중앙 링 자석을 포함하며, 여기서 다수의 자석중 각 하나는 중앙 링 톱니의 방사방향 축선 또는 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선중 하나를 따라서 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리로 중앙 링에 결합된다. 궤도 링은 다수의 동일하게 이격된 궤도 링 자석을 포함하며, 여기서 다수의 자석중 각 하나는 1)중앙 링의 대응 다수의 자석의 각각이 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선을 따라서 배치될 때 궤도 링 톱니의 방사방향 축선 또는 2)중앙 링의 대응 다수의 자석의 각각이 중앙 링 톱니의 방사방향 축선을 따라서 배치될 때 궤도 톱니 공간의 방사방향 축선을 따라서 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리로 궤도 링에 배치된다.
다수의 궤도 링 자석 각각은 궤도 링이 궤도 링의 중앙 축선에 회전할 때 다수의 중앙 링 자석들중 대응 자석과 차례로 중첩된다. 중앙 톱니 공간과 궤도 톱니 공간이 대응 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니의 각각의 폭 보다 더 크므로, 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니의 인터리빙(interleaving)은 인접한 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니 사이의 궤도/중앙 링 톱니 공간을 형성한다. 중앙 구동 부품은, 회전 속도가 중첩된 자석에 의해 제공된 자기 구동 토크와 다를 때까지 중앙 링 둘레로 궤도 링의 비접촉, 자기 구동 회전을 허용하는 회전 속도를 제공하며, 상기 중앙 구동 부품의 회전 속도는 중첩된 자석을 분리시켜서 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니 사이의 상호작동 접촉에 의해 기계 구동 회전을 활성한다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 다수의 중앙 링 자석은 남-북 극성의 교번 형태로 배열된다.
또 다른 실시 예에서, 자석 브리지 부품은 중앙 링의 두 인접한 자석에 직접적으로 접속해서 각 자석의 자기력을 브리징함으로써 자기력을 증가시킨다.
또 다른 실시 예에서, 다수의 중앙 링 자석의 각각중 하나는 중앙 톱니 공간 중 하나에 결합된다. 대안적으로, 다수의 중앙 링 자석의 각각은 중앙 링 톱니 중 하나에 결합된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 다수의 궤도 링 자석은 남-북 극성의 교번 형태로 배열된다.
또 다른 실시 예에서, 자석 브리지 부품은 중앙 링의 두 인접한 자석에 직접적으로 접속해서 각 자석의 자기력을 브리징함으로써 자기력을 증가시킨다.
또 다른 실시 예에서, 다수의 궤도 링 자석의 각각중 하나는 궤도 톱니 공간 중 하나에 결합된다. 대안적으로, 다수의 궤도 링 자석의 각각은 궤도 링 톱니 중 하나에 결합된다. 다르게는, 다수의 궤도 링 자석 각각중 하나는 다수의 중앙 링 자석의 각각중 하나가 중앙 링 공간 중 하나에 결합될 때 궤도 링 톱니 중 하나에 결합된다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 비접촉 자기 구동 회전이 활성될 때 그리고 기계 구동 회전이 활성될 때를 구별할 수 있도록 하는 자기 구동 표시 시스템을 포함하고 있다.
또 다른 실시 예에서, 자기 구동 표시 시스템은 회전 센서 및 회전 감지 조립체를 포함한다. 회전 센서는 다수의 중앙 링 톱니의 주변을 따라서 배치되고 결합된다. 회전 감지 조립체는 중앙 링에서 멀리 있는 고정된 위치에 배치된다. 회전 감지 조립체는 중앙 링의 각각의 공전(revolution)시 회전 센서와 정렬하도록 구성된다. 궤도 링 톱니는 비접촉 자기 구동 회전이 활성될 때 회전 센서와 회전 감지 조립체 사이의 신호의 비중단 정렬을 제공하고, 기계 구동 회전이 활성될 때 신호의 중단된 정렬을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 중앙 구동 부품은 중앙 구동 부품의 구동 샤프트에 연결된 중앙 링 홈 센서 조립체를 포함한다. 일 실시 예에서, 중앙 링 홈 센서 조립체는 중앙 링 홈 센서 및 회전가능한 중앙 링 홈 센서 디스크를 포함한다. 중앙 링 홈 센서 디스크는 궤도 링이 중앙 링의 주변상의 위치에 위치설정될 때와 궤도 링이 진공 증착 시스템의 로딩 및 언로딩 억세스 포트와 정렬될 때 홈 센서와 홈 센서 디스크상의 위치 표시기를 정렬하도록 되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 중앙 구동 부품은 구동 샤프트 홈 센서 조립체를 포함한다. 구동 샤프트 홈 센서 조립체는 구동 샤프트 센서 및 구동 샤프트에 결합된 회전가능한 구동 샤프트 센서 디스크를 포함한다. 회전가능한 구동 샤프트 센서 디스크는 구동 샤프트 센서와 구동 샤프트 센서 디스크상의 위치 표시기를 정렬하도록 구성된다. 이 정렬은 홈 센서 디스크 위치 표시기와 중앙 링 홈 센서의 정렬과 일치한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 중앙 링은 다수의 중앙 링 톱니의 소정의 부분을 포함하는 제거가능한 블록을 갖는다. 이 실시 예는 중앙 링 홈 센서 조립체 및/또는 구동 샤프트 센서 조립체를 이용하는 실시 예에 대한 대안이다. 제거가능한 블록은 사용자가 제거가능한 블록에 궤도 링을 정렬하고, 중앙 링으로부터 제거가능한 블록을 제거하고, 그리고 나서 궤도 링(들)의 로딩 및 언로딩을 허용한다.
여전히 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 미립자 오염과 실리콘 웨이퍼의 불완전한 일괄처리(batching)를 최소화하면서 리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법이 개시된다. 방법은 기계적 고정 성분을 갖춘 비접촉 자기 구동 HULA 조립체를 획득하는 단계와, 리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템의 진공 챔버내에 HULA 조립체를 설치하는 단계를 포함한다. 획득하는 단계는 기계적 고정 성분을 갖춘 비접촉 자기 구동 HULA 조립체를 선택하는 단계를 포함하며, 여기서 다수의 자석이 중앙 링 및 궤도 링의 각각에 환형 방향으로 결합되며, 차례로 다수의 궤도 링 자석의 각각이 궤도 링이 궤도 링 중앙 축선에 회전할 때 다수의 중앙 링 자석의 대응 자석과 중첩되어 진다. 이는 중앙 링, 중앙 링의 둘레의 궤도 링 또는 이들 양자 동시에 구동하도록 되어 있는 중앙 구동 부품을 포함하는 조립체를 선택하는 단계를 포함한다. 선택 단계는 중앙 링과 궤도 링의 중첩된 자석에 의해서 제공된 자기 구동 토크와 중앙 구동 부품의 회전 속도 사이의 차이가 중첩된 자석을 분리시킬 때까지, 중앙 링 둘레로 궤도 링의 비접촉 자기 구동 회전을 허용하는 회전 속도를 제공하는 중앙 구동 부품을 선택하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 다른 실시 예에서, 상기 선택 단계는 상기 중앙 링 및 궤도 링을 가지는 자기 구동 HULA 조립체를 선택하는 단계를 포함한다. 중앙 링은 중앙 링 둘레에 배치된 다수의 동일하게 이격된 중앙 링 톱니를 가지며, 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에 중앙 톱니 공간을 형성한다. 중앙 링은 또한 다수의 동일하게 이격된 중앙 링 자석을 포함하며, 여기서 다수의 자석중 각 하나는 중앙 링 톱니의 방사방향 축선 또는 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선중 하나를 따라서 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리로 중앙 링에 결합된다. 궤도 링은 궤도 링 중앙 축선 둘레로 회전가능하며 궤도 링 둘레에 배치된 다수의 동일하게 이격된 궤도 링 톱니를 가지며, 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사 방향 거리에 궤도 톱니 공간을 형성하며, 여기서 궤도 링 톱니가 중앙 톱니 공간과 조화있게 위치설정되어 있다. 궤도 링은 또한 다수의 동일하게 이격된 궤도 링 자석을 포함하며, 여기서 다수의 자석중 각 하나는 궤도 링 상에 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에 배치되어 있다. 다수의 궤도 링의 환형 위치는 두 개의 변경 위치로부터 선택된다. 첫 번째는 중앙 링의 대응 다수의 자석의 각각이 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선을 따라서 배치될 때 궤도 링 톱니의 방사방향 축선이다. 두 번째는 중앙 링의 대응 다수의 자석의 각각이 중앙 링 톱니의 방사방향 축선을 따라서 배치될 때 궤도 톱니 공간의 방사방향 축선이다. 다수의 궤도 링 자석의 각각이 차례로 궤도 링이 궤도 링 중앙 축선에 회전할 때 다수의 중앙 링 자석의 대응 자석과 중첩되는 것을 생각할 수 있다. 또한 중앙 톱니 공간과 궤도 톱니 공간이 대응 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니의 각각의 폭보다 큰 것을 생각할 수 있다. 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니의 인터리빙은 인접한 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니 사이의 궤도/중앙 링 톱니 공간을 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 상기 방법은 다수의 중앙 링 자석이 남-북 극성의 교번 배향으로 구성되어진 자기 구동 HULA 시스템을 선택하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시 예에서, 상기 방법은 다수의 궤도 링 자석이 남-북 극성의 교번 배향으로 구성되어진 자기 구동 HULA 시스템을 선택하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시 예에서. 방법은 중앙 링, 궤도 링, 또는 중앙 링과 궤도 링의 양자의 두 인접한 자석이 함께 브리지되어 두 인접 자석의 자기력을 증가시키는 자기 구동 HULA 시스템을 선택하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 또 다른 실시 예에서, 상기 방법은 중앙 링 및 궤도 링 사이의 상호작용을 감지하고, 비접촉 자기 구동 회전이 활성되고 기계 구동 회전이 활성될 때를 구별하도록 되어 있는 자기 구동 표시기를 가지는 자기 구동 HULA 시스템을 선택하는 단계를 포함한다.
도 1은 기계 정지 요소 및 개방 전면 포트를 통합한 비접촉 자기 구동을 포함하는 HULA 배향(orientation)내의 리프트 오프(lift-off) 프로세스를 이용하는 증착 챔버의 사시도이다.
도 2는 중앙 링, 다수의 궤도 링과 중앙 구동 부품을 도시하는 HULA 배향내의 리프트 오프(lift-off) 프로세스를 이용한 비접촉 자기 구동 조립체 증착 시스템의 정면 단면도이다.
도 3은 중앙 링, 다수의 궤도 링과 기판 홀더를 도시하는 증착 시스템 챔버의 챔버 용적내에 배치된 중앙 구동 부품의 일부의 측면도이다.
도 4는 중앙 링 및 다수의 궤도 링의 평면도이다.
도 5a는 주변 둘레에 배치된 다수의 중앙 링 톱니와 위치 센서를 도시하는 중앙 링의 저면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시한 중앙 링의 상부 사시도이다.
도 5c는 도 5a에 도시한 중앙 링의 하부 사시도이다.
도 6a는 주변 둘레에 배치된 다수의 궤도 링 톱니와 다수의 자석을 도시하는 궤도 링의 평면도이다.
도 6b는 도 6a에 도시한 궤도 링의 상부 사시도이다.
도 6c는 도 6a에 도시한 궤도 링의 하부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 중앙 링, 궤도 링과 센서 조립체의 일부를 도시하는 HULA 시스템의 일부의 측면도이다.
도 8은 자기 구동장치가 작동 중일 때 중앙 링 톱니, 궤도 링 톱니와 위치 센서의 관계를 나타내는 중앙 링 및 궤도 링의 평면도이다.
도 9는 자기 구동장치가 작동 중일 때 중앙 링 톱니, 궤도 링 톱니와 위치 센서의 관계를 나타내는 중앙 링 및 궤도 링의 평면도를 나타낸다.
도 10은 자기 구동장치가 작동 중일 때 중앙 링 톱니, 궤도 링 톱니와 위치 센서의 관계를 나타내는 중앙 링 및 궤도 링의 저면도이다.
도 11a은 제거가능한 중앙 링 블록을 도시하는 중앙 링과 다수의 궤도 링의 평면도이다.
도 11b는 제거가능한 중앙 링 블록을 도시하는 중앙 링의 상부 사시도이다.
도 12a는 도 11a에 도시한 중앙 링 블록의 일 실시 예의 평면도이다.
도 12b는 도 12a에 도시한 중앙 링 블록의 상부 사시도이다.
도 12c는 도 12a에 도시한 중앙 링 블록의 저부 사시도이다.
도 13은 중앙 링의 위치 센서들과 광학적으로 연결하기 위한 위치 감지 조립체의 상부 사시도이다.
도 14는 중심 샤프트, 클러치, 타이밍 벨트, 및 관통 구를 도시하는 중앙 구동 부품의 일부를 보이는 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예가 도 1 내지 도 14에 도시되어있다. 도 1은 본 발명의 증착 챔버(10)의 사시도를 도시한다. 증착 챔버(10)는 챔버 하우징(20)에 의해 형성된 챔버 용적(12)을 가지며, 챔버 하우징(20)은 챔버 용적(12)(즉 챔버 하우징(20)의 내측)의 액세스 및/또는 보기 위한 다수의 포트(22 및 24)를 갖는다. 챔버 하우징(20)은 포트(22, 24)에 비해 상대적으로 큰 플랜지된 하우징 개구부(23)를 가진다. 챔버 하우징(20)에 연결되고 챔버 용적(12) 내에 회전가능하게 배치된 것은 HULA 배향을 사용하는 리프트 오프(lift-off) 프로세스를 이용하는 비접촉식 자기 구동 조립체(30)이다. HULA는 높은 균일한 리프트 오프(lift-off) 조립체를 의미합니다. HULA 디자인의 일부로서, 하나 이상의 궤도 링(70)은 챔버 용적(12) 내에 배치되며, 여기서 각 궤도 링(70)이 기판 홀더(80)(도시되지 않은)를 보유/지지하도록 되어 있다. 챔버 용적(12) 내에 배치된 비접촉 자기 구동 조립체(30)의 부분은 명확하게 후술 된다. 또한 챔버 하우징(20)의 상부(21)를 통해 배치되어 도시된 것은 위치 감지 조립체(100)이고 도 13에 보다 명확하게 도시되어 있고 후술 된다.
도 2는, 비접촉 자기 구동 조립체(30)를 갖춘 증착 챔버(10)의 일 실시 예의 정면 단면도이다. 챔버 하우징(20)은 챔버 하우징(20)의 둥근 상부(21)쪽으로 갈수록 반경이 증가하는 원추형 측벽(28)이 설치되어있다. 하나 이상의 포트(22, 24)에는 진공 시스템을 밀봉으로 연결하기 위한 플랜지 특성을 가진다. 이 실시 예에서, 자석 구동 조립체(30)는 정지된 중앙 링(60), 다수의 궤도 링(70)과 중앙 구동 부품(40)을 포함한다. 중앙 구동 부품(40)은 바람직하게는 위치 색인기구(112)와 통합하는 상부 구동부(42)와 바람직하게는 궤도 링 지지 및 구동 장치(130)와 통합하는 하부 구동부(46)를 포함한다. 궤도 링(70)은 바람직하게는 중앙 링(60)을 중심으로 회전하고 궤도 링(70)의 주변(70a)이 중앙 링(60)의 주변(60a)과 중첩되도록 중앙 링(60)의 중심으로부터 설정된 반경에 배치되어있다. 중앙 링 실드(69)는 증착 사이클 동안 하나 이상의 기판 상에 증착되는 임의의 재료를 받는 것으로부터 구동 링(60)을 최소화하기 위해 중앙 링(60)에 인접하게 아래에 배치된다. 궤도 링 실드(79)는 기판 상에 증착되는 모든 재료를 받는 것으로부터 궤도 링(70)을 최소화하기 위해 궤도 링(70)에 인접하게 아래에 배치된다. 챔버 하우징(20)의 상부(21)에는 중앙 구동 부품(40)이 연결된다. 챔버 하우징(20)은 또한 전자총 조립체(도시하지 않음)에 연결하는 챔버 바닥 개구(26)를 포함한다.
도 3은 중앙 링(60), 궤도 링(70), 하부 구동부(46) 및 기판 홀더(80)의 측면도를 나타낸다. 이 실시 예는 궤도 링(70)에 기판 홀더(80)를 연결하는 하나의 방법을 도시한다. 중심 샤프트(35)(도시 생략)는 챔버 용적(12)(더 명확하게 도 2에 도시됨)으로 뻗어있다. 일 단부(34)(도시 생략)는 궤도 지지 허브(140)에서 중앙 링 주변(60a)을 지나서 멀리 환형 배향으로 종료하는 다수의 반경방향으로 연장하는 지지체, 아암 또는 스포크(138)를 가지는 중앙 허브(136)에 연결되어 이를 지지한다. 궤도 지지 허브(140)는 제 1궤도 허브 단부(142)상에 궤도 링(70)을 회전가능하게 지지한다. 제 2궤도 허브 단부(144)에서, 기판 홀더(80)가 궤도 링(70)을 회전하도록 기판 홀더(80)를 고정적으로 유지하기 위한 기판 수용기 슬롯(146)이 있다. 기판 홀더(80)는 다수의 기판 홀더 개구(102)를 가지며, 각 홀더 개구(102)는 증착 챔버(10)내에서 처리를 위해 개구(102) 내에 기판을 유지하기 위해 구성된 다수의 기판 홀더 클립(104)을 갖는다.
도 4는 도 3의 평면도를 도시하지만, 기판 홀더(80)가 없다. 본 양호한 실시 예에서는, 중앙 링(60)은 고정이고 다수의 궤도 링(70)은 화살표 200로 표시된 바와 같이 중앙 링(60) 주위를 회전한다. 중앙 링(60)은 중앙 링 주변(60a) 주위에 배치된 다수의 중심 링 톱니(62)가 있다. 중앙 링(60)은 또한 각각 남 및 북 자기극성을 가지는 다수의 중앙 링 자석(64)을 가진다. 이것은 도 5a, 5b 및 5c에 보다 명확하게 도시되어 있다. 다수의 궤도 링(70) 각각은 그 중심 축(71)에 대해 회전할 수 있으며, 궤도 링(70)의 평면에 수직으로 궤도 링(70)의 축선 중심을 통해 연장한다. 각 궤도 링(70)은 다수의 궤도 링 톱니(72)를 가지며, 각각의 톱니(72)는 자석(74)을 가진다. 다수의 자석(74) 각각은 북극과 남극을 가진다. 일부 실시 예는, 궤도 링(70)은 궤도 바퀴(70)로 지칭될 수 있다. 중앙 및 궤도 링(60,70) 양자는 제각기 이들 주변(60a,70a) 둘레로 동일하게 이격된 자석(64,74)을 포함한다. 궤도 링(70)상의 자석(74) 사이의 공간은 중앙 링(60)에 자석(64)의 공간과 동일하거나 실질적으로 동일하다. 이들은 도 5a-c와 6a-c에 더 명확하게 도시되어 있다.
지금 도 5a, 5b 및 5c를 참조하면, 중앙 링(60)의 한 실시 예가 도시되어 있다. 이 실시예에서 중앙 링(60)은 중앙 외측링(66), 내측 중앙 허브(67)와 다수의 중앙 스포크(68)를 갖는다. 주변(60a) 둘레에 다수의 중앙 링 톱니(62)가 배치되어 있다. 다수의 중앙 링 톱니(62)는 주변(60a) 둘레에 동일하게 이격되어,다수의 중앙 톱니 공간(63) 또는 중앙 기어 슬롯(63)을 형성한다. 이 실시 예에서, 위치 센서(90)는 주변(60a)상에 소정 위치에 고정적으로 부착된다. 다수의 중앙 링 톱니(62)의 각각의 사이에 중앙 링 자석(64)이 있다. 각 자석(64)은 인접한 중심 링 톱니(62) 사이에 형성되는 공간(63)의 중심내에 실질적으로 위치된다. 중앙 링 자석(64)은 다수의 중앙 링 톱니(62)의 각각의 사이의 중앙 링(60)상에 위치되어 부착되거나 내장된다. 도 5b 및 도 5c에 도시한 바와 같이, 주변(60a)은 바람직하게는 상부 외측 링 부분(60b) 및 하부 외측 링 부분(60c)을 가진다. 상부 외측 링부(60b)는 자석 리세스(도시 생략)내에 다수의 자석(64)을 수용해서 보유한다. 적합하게, 자석은 교번 자기 극성 배향으로 위치설정되어서 자석의 북극 다음에는 인접 자석의 남극이 있다. 이런 교번 배열은 본 발명의 자기 구동 시스템을 구동하기 위한 보다 큰 자기력을 제공한다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 궤도 링(70)의 일 실시 예를 예시한다. 이 실시 예에서, 궤도 링(70)은 궤도 외측링(76), 내측 궤도 허브(77)와 다수의 궤도 스포크(78)를 갖는다. 주변(70a) 둘레에 다수의 궤도 링 톱니(72)가 배치된다. 다수의 궤도 링 톱니(72)는 주변(70a) 둘레에 동일하게 이격되어 있어 다수의 궤도 톱니 공간(73) 또는 궤도 기어 슬롯(73)을 형성한다. 이 실시 예에서, 한 쌍의 인접 톱니(72)는 궤도 톱니 공간(73)을 가지고 있으며, 다음 쌍의 인접 톱니(72)는 연결 렛지(75)를 갖는다. 궤도 톱니 공간(73)은 중앙링(60)(위치 감지 조립체(100)와 상호작용함)의 위치 센서(90)에 정렬하여 자기 구동장치가 활성화되어 결합되는지 또는 기계적인 구동장치가 활성화되어 결합되는지 여부를 나타낸다. 연결 렛지(75)는 궤도 링(70)에 자석 고정 플레이트 또는 자석 브리지 부품(76)을 고정을 위한 기초를 제공한다. 궤도 링 자석(74)은 궤도 링 톱니(72)의 복수의 각각에 위치, 부착 또는 내장된다. 바람직하게, 궤도 링 톱니(72)의 복수의 각각 내에는 다수의 궤도 링 자석(74)이 있다. 각 자석(74)은 각각의 톱니(72)의 외측부의 중앙 내에 실질적으로 위치한다. 도 6b 및 도 도 6c에서 볼 수 있듯이, 주변(70a)은 바람직하게는 내부 외측 링 부분(70b) 및 외부 외측 링 부분(70c)을 가진다. 내부 외측 링부(70b)는 다수의 궤도 톱니(72)와 자석(74)을 포함하는 외부 외측 링부(70c)를 지지하여 유지하고 있다. 바람직하게는, 자석은 교번 자기극성 배향으로 위치설정되어서, 하나의 자석의 N 극이면 다음에 인접한 자석은 남극이 된다. 이 교번 배열은 본 발명의 자기 구동 장치를 구동하기 위한 보다 큰 자기력을 제공한다.
본 실시 예에서, 각각의 궤도 링(70)은 궤도 링 톱니(72)가 다수의 중앙 링 톱니(62)중 인접 것들 사이의 중앙 톱니 공간(63)에 인터리빙되도록 위치된다. 이 구성에서, 궤도 링(70)내의 자석(74)의 자극은 중앙 링(60)상의 자석(64)의 자극에 대응하는 아래에 위치된다. 또한 중앙 톱니 공간(63)과 궤도 톱니 공간(73)이 대응 중앙 톱니(62)와 궤도 톱니(72)의 각각의 폭보다 더 크므로, 인접한 궤도 링 톱니(72)와 중앙 링 톱니(62) 사이의 궤도/중앙 링 톱니 공간을 형성하고 있음을 이해되어야 한다. 이것이 필요하게 되어서, 인접하고 인터리빙된 톱니(62, 72)는 서로 접촉하지 않아서 중첩된 중앙 링(60)상의 자석(62)과 궤도 링(70)상의 자석(72)을 인터리빙됨으로써 발생된 토크가 회전의 궤도 링 중앙 축선상의 궤도 링(70)의 회전을 구동하게 한다. 다시 말하면, 회전은 비접촉 자기 구동 기구에 의해 제공된다.
또한 본 실시 예에서는 중앙 구동 부품이 고정 중앙 링(60) 주위로 하부 구동부(46)를 구동하고 중앙 구동 부품의 회전 속도가 중첩된 자석에 의해 제공된 자기 구동 토크와 실질적으로 동일하여 자기 구동 토크가 궤도 링(70)의 회전을 구동하는 것을 알 수 있다. 비접촉 자기 구동 기구는 중앙 구동 부품의 회전 속도가 중첩된 자석(64, 74)의 자기 구동 토크와 다를 때까지 계속된다. 이 차이는 베어링 소착으로 인한 급가속 또는 감속 또는 마찰 토크로부터 발생할 수 있다. 본 실시 예에서 고정 중앙 링(60) 주위로 하부 구동부(46)를 구동시키는 중앙 구동 부품의 회전 속도가 중첩된 자석(64, 74)의 자기 구동 토크와 다른 경우에, 중첩된 자석(64, 74)이 분리된다. 분리가 일어나면, 기계적인 구동 시스템/메커니즘이 활성화되고 중앙 링 톱니(62)와 궤도 링 톱니(72)는 기계적으로 그리고 물리적으로 상호작용하여(즉, 상호 접촉) 자신의 궤도 링 축선 상에 뿐만 아니라 고정 중앙 링(60) 주위로 궤도 링(70)의 회전을 계속해서 구동하여, 증착을 하고 있는 기판의 손실을 방지하며, 이 손실이 재료의 측면에서 다소 비용이 들고 처리 시간을 손실할 수 있다.
도 7을 지금 참조하면, 궤도 링(70)의 주변(70a)과 중앙 링(60)의 주변(60a)의 공간 관계의 확대도가 도시되어 있다. 궤도 톱니(72)는 궤도 링(70)의 평면(즉, 궤도 링(70)의 상부면(71))에 대해서 각져 있다. 궤도 링(70)이 일반적으로 증착 챔버의 둥근 상부의 윤곽과 아래쪽으로 각져 있기 때문에, 이 각도는 중앙 링(60)의 중앙 톱니(62)와 효율적인 결합을 허용한다.
고정 중앙 링(60)의 주변(60a)의 주위에 이동할 때에 궤도 링(70)은 회전(즉, 그 중앙 축선(71a)상에 스핀)한다. 이 더블- 축선 회전을 달성하기 위해, 궤도 링(70)은 궤도 링 자석(74)의 극이 중앙 링 자석(64)의 극 아래를 지나도록 위치설정된다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 자극의 이런 정렬은 중앙 링(60)상의 자석(64)과 궤도 링(70)상의 자석(74) 사이의 인력이나 반발력을 제공한다. 이 인력 또는 반발력은 아암(138)에 의해 지지함으로써 궤도 링(70)이 중앙 링(60)의 주변(60a)에 대해 이동할 때에, 궤도 링 중앙 축선(71a)상에 궤도 링(70)을 회전시키는 드라이빙력을 발생한다.
일 실시 예에서, 자기 구동 기구는 각 링(60, 70) 상의 교번(남-북) 배열로 설치된 자석(64, 74)을 가진다. 이 배열은 인접한 자석(64, 74)의 반대극이 서로 반발하기 때문에 추가로 구동 토크를 제공하는데 도움이 된다. 반발력은 궤도 링(70)의 회전을 구동하기 위해, 서로 직접 대향 위치한 자석(64, 74)의 주요 인력에 추가된다. 이러한 배열은 두 인접한 자석(64) 또는 (74)을 함께 브리지되게 하여 이들 페이스에서의 자력의 강도를 증가시킨다. 이 구성은 필요하지 않지만, 추가 자기 결합력과 재결합력(re-coupling forces)을 제공한다.
이 비접촉 자기 구동력은 궤도 링(70)을 가속 또는 회전에 필요한 구동 토크가 자석(64,74)의 결합력과 다르지 않는 한, 궤도 링(70)을 구동한다. 회전 링(62)의 구동 토크가 그 링에 대한 자석 결합력과 다른 경우 회전 링(70)은 자기적으로 디커플링된다. 본 발명의 기계적 구동 기구 없이, 분리된 링(70)은 프리휠(freewheel)일 수 있어서, 따라서 일관성 없는 속도로 스핀한다. 분리된 링(70)은 아마도 약해져서 재결합되지 않을 것이다.
분리는 다양한 요인들, 예를 들면, 너무 빠른 가속 또는 감속,, 일관성이 없거나 불규칙한 속도 제어, 보다 큰 드레그력(drag force)을 야기하는 스티커 또는 바인딩 베어링에 의해 발생할 수 있다.
본 발명은 짝 톱니 또는 기어(62,72) 사이에 비정상적으로 큰 양의 틈새 또는 공간(63, 73)을 가지는 기계적 구동 장치를 제공한다. 틈새는 때때로 백래시(backlash)라 한다. 기어 공간(63,73)은 톱니나 기어(62,72)가 제어된 량으로 앞뒤로 이동할 수 있게 한다. 자기력은 링(60, 70)의 정렬을 중심맞추어 유지하므로, 궤도 링(70)의 기어 톱니(72)가 중앙 링(60)상의 중앙 또는 기어 톱니(62) 사이의 공간(63)내에 중심맞춤될 것이다. 예를 들어, 도 8에 나타낸 바와 같이, 인터리빙(interleafing)은 각 인터리빙되어진 기어 톱니(62,72)의 선행 에지(62a,72a)와 후행 에지(62b, 72b) 사이의 갭(160)을 제각기 만든다. 이 상태에서 기어 톱니(62, 72) 사이에 기계적인(또는 물리적) 접촉은 없다. 이것은 자석(64, 74)이 궤도 링(70)을 구동(즉, 회전)하는 동안, 정상적이고 원하는 작동 모드이다.
예를 들어, 급가속 또는 급감속, 일관성이 없는 속도 제어, 스티커 또는 폴링 베어링와 같은 불리한 조건 하에서, 예를 들면, 자기 결합력은 분리될 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 중앙 톱니(62)와 궤도 톱니(72)는 서로 결합되어, 궤도 링(70)이 원하는 속도로 계속 회전하는 것을 보장한다. 불리한 조건이 중단되면, 자기력은 재결합하여 궤도 링(70)의 이동의 제어를 재개하며, 궤도 링(70)의 궤도 톱니(72)는 중앙 링(60)의 중앙 톱니(62) 사이에 중심 맞추어진다. 이것은 시스템을 비접촉, 자기 구동 구성으로 복귀한다.
기어 톱니(62, 72) 사이의 틈새의 량은 상대적인 정렬에서 대향 중첩된 자석(64,74)을 유지하기 위해 제한되어야 한다. 이 정렬은 분리의 경우에, 자석(64, 74)이 인터리빙된 중앙 및 궤도 링 톱니(62,72)를 재중심 맞춤할 수 있는 강한 결합력을 유지할 수 있게 한다. 기어 톱니(62,72) 사이의 갭(160)이 너무 큰 경우에는, 자기력은 충분히 감소되어 자석(64,74)이 대응 슬롯(73,63)을 재중심맞출 수는 없다.
자기 구동 조립체의 중앙 및 궤도 톱니(62,72)는 주로 안전을 목적으로 하고 비정상적이거나 예를 들어 베어링 파괴 동안과 같은 매우 드문 경우 접촉된다. 이 디자인은 비접촉 구동장치가 정상 작동 동안 사용되게 허용되면서, 비정상적인 상황에서 매우 간단하게 포지티브 또는 기계적 또는 접촉 구동 시스템으로 전환한다. 이 특성은 프로세스가 시스템(10) 내에서 처리되는 제품의 손실없이 완료될 수 있게 한다.
도 7 및 도 13에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 구동 조립체는 또한 자기 결합력의 분리가 일어날 때와 중앙 및 궤도 톱니(62,72)가 궤도 링(70)의 회전을 구동시키고 있을 때를 표시하는 위치 감지 조립체(100)를 포함한다. 이 위치 감지 조립체(100)는 작동자가 다음 편리한 기회에 시스템을 시비스할 수 있게 경고해 준다. 위치 감지 조립체(100)는 필요 없지만, 약간의 실시예에서 나타난 추가의 특성이다.
도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 위치 센서(90)는 위치 감지 조립체(100)와 광학적으로 상호작용한다. 자기 구동 기구가 도 8에 도시한 바와 같이 정상적으로 작동되는 경우, 위치 센서(90)의 센터(92)는 명확하게 궤도 링 톱니(72) 사이에서 볼 수 있다. 위치 감지 조립체(100)는 자기 구동 기구가 궤도 링(70)을 회전하고 있는 것을 지적하는 위치 센서(90)와 광학적으로 상호작용한다. 도 9 및 도 10은 위치 센서(90)의 상면도 및 하면도 모두를 도시한다. 이들 도면에서, 기계적인 구동 기구는 궤도 링(70)의 회전 구동을 맡고 있다. 여기서 알 수 있는 바와 같이, 위치 센서(90)의 센터(92)는 이제 부분적으로 폐색되어 있다. 이 부분 폐색은 위치 감지 조립체(100)를 레이저로 방해/간섭한다. 이것이 일어날 때, 경고 신호는 작동자에 제시되어 자석(64,74)이 분리되고 기계적 구동 기구가 활성화됨을 알린다.
중앙 구동 부품(40)은 중앙 링(60)상의 자석(64)과 궤도 링(70)상의 자석(74) 사이의 자기 결합을 유지하기 위해, 부드러운 가속과 감속 프로파일을 사용한다. 이러한 프로파일 때문에, 링(60,70) 사이의 기계적 접촉은 일반적으로 단지 비정상적인 조건하에서 발생한다. 그러나 중앙 구동 부품(40)은 급가속 및 감속 속도가 발생하게 할 것이다. 이러한 조건 동안, 중앙 구동 부품(40)은 더 높은 가속도를 달성하기 위해 짧은 시간 동안 기계적 또는 기어 톱니(62,72)를 사용한다. 그런 다음 신속하게 회전 사이클의 나머지 부분에 대해 비접촉 자기 구동 모드로 전환한다.
도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 궤도 링(70)의 톱니(72)는 바람직하게는 매끄러운 결합 및 분리를 제공하는 톱니 프로파일을 가진다. 톱니(72)는 모서리가 둥근 사다리꼴 모양이다. 이 사다리꼴 형상은 기어 톱니(72,62)가 서로 접촉되면 기구를 원활하게 실행할 수 있다. 이 톱니 프로파일이 필요 없지만, 비정형 접촉 조건에서 더욱 원활한 작동을 위해 허용한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 축선을 중심으로 회전되는 궤도 링(70)이 회전 중앙 링(60)에 고정된 공간적 위치에 있는 동안, 중앙 링(60)이 회전될 수 있다. 그러한 실시 예에서, 중앙 링(60)은 중앙 구동 부품(46)으로부터의 구동 샤프트(35)와 같은 중앙 구동 샤프트에 의해 중앙 링(60)의 가장 안쪽 부분에서 구동 될 수 있다. 선택적으로, 중앙 링(60)은 그 주변(60a)의 중앙 링(60)의 가장 바깥쪽 부분에서 구동 될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 아암(138)이 중앙 링(60)의 주변(60a) 둘레로 궤도 링(70)을 이동하는 동안 중앙 링(60)은 고정하고 있다. 이 구성은 궤도 링(70)이 증착 챔버(10) 둘레로 이동할 수 있게 하면서 또한 자신의 축선상에서 스핀할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 중앙 링(60)은 중앙 축선(axis) 둘레로 회전할 수 있으며, 추가로 궤도 링(70)은 중앙 링(60)의 주변(60a) 둘레로 이동한다. 즉, 중앙 링(60) 및 궤도 링(70) 모두는 회전하고 있지만 원하는 코팅 효율을 달성하기 위해 다른 속도로 회전한다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 중앙 링(60)의 또 다른 실시 예는 궤도 링(70)이 손으로 회전될 수 있게 허용하는 다수의 기어 톱니(162)를 가지는 제거 가능한 블록(161)을 특성으로 한다. 제거가능한 블록이 화살표 210에 의해 지적된 영역에서 도 11b에 도시한 바와 같이 제거될 때, 중앙 링(60)은 궤도 링(70)의 톱니(74)를 결합하고자 하는 기어 톱니(64)를 가지고 있지 않다. 결과적으로, 사용자는 원하는 위치로 위치 궤도 링(70)을 자유롭게 회전할 수 있다. 원하는 위치를 설정 한 후, 사용자는 제거 가능한 블록(161)을 대체할 수 있다. 이 특성은 사용자가 쉽게 궤도 링(70)을 로딩 및 언로딩할 수 있게 허용한다.
도 12a 내지 도 12c는 제거가능한 블록(161)의 일 실시 예를 예시한다. 도 12a는 블록체(170), 원호 외측 블록 에지(172)와 에지(172)로부터 연장하는 다수의 동등하게 이격된 톱니(162)를 가지는 제거가능한 블록(161)의 평면도이다. 원호 외측 블록 에지(172)의 곡률(즉, 반경)은 중앙 링(60)의 주변(60a)의 곡률과 실질적으로 유사하다. 동등하게 이격된 톱니(162) 사이의 공간(173)은 또한 중앙 링(60)의 중심 링 톱니(62)의 공간(63)과 실질적으로 유사하다.
도 13은 위치 감지 조립체(100)의 일 실시 예를 도시한다. 위치 감지 조립체(100)는 센서 조립체(102)의 대향 단부에 있는 제 1센서체 단부(102a) 및 제 2센서체 단부(102b)를 포함하는 센서 조립체(102)와 제 1센서체 단부(102a)에 연결된 광섬유 와이어(108)를 포함한다. 센서 칩(104)은 제 2센서체 단부(102b)에 배치된다. 센서 조립체(102)는 챔버 하우징(20)의 상부(21)를 통해 장착하기 위한 센서체 서포트(109)에 의해 지지된다. 센서 칩(104)이 주변(60a)에 부착된 위치 센서(90)와 광학적으로 결합될 수 있도록 중앙 링(60)의 주변(60a)에 근접 위치된다. 이는 기계적 구동 기구가 정상적인 비접촉 자기 구동 기구 대신에 활성되어 결합되었는지 여부를 증착 시스템의 작동자에게 표시하는, 위치 감지 조립체(100) 및 위치 센서(90)의 광학적 결합이다.
지금 도 14를 참고하면, 색인기구(112)를 포함하는 제어 구동 부품(40)의 상부 구동부(42)가 도시되어 있다. 상부 구동부(42)는 중앙 원통형 샤프트(35)를 회전하도록 마찰판(111)과 접촉하는 클러치(110)를 포함한다. 마찰판(111) 아래에는 색인기구(112)가 있다. 색인기구(112)는 중앙 샤프트 홈 위치 조립체(113)와 중앙 링 홈 위치 조립체(120)를 포함한다. 중앙 샤프트 홈 위치 조립체(113)는 중앙 샤프트 홈 센서판(114)과 샤프트 홈 센서(115)를 포함한다. 중앙 샤프트 홈 센서판(114)은 중앙 샤프트(35)와 회전하고 샤프트 홈 센서(115)와 상호작용하는 샤프트 홈 위치 노치(114a)를 포함하므로, 위치 노치(114a)가 샤프트 홈 센서(115)와 정렬될 때 중앙 샤프트(35)의 홈 위치를 표시한다. 중앙 링 홈 위치 조립체(120)는 샤프트(35)를 풀리(118)에 연결하는 넌 슬립 타이밍 벨트(116, nonslip timing belt)와 기어 감속기 조립체(120)를 포함한다. 풀리(118)는 중앙 링 홈 센서(122) 및 중앙 링 홈 센서 디스크(124)를 포함하는 기어 감속기 조립체(120)를 구동한다. 중앙 링 홈 센서 디스크(124)는 풀리(118)가 기어 감속기 조립체(120)를 구동할 때 회전하고 추가로 센서 디스크 노치(124a)를 포함한다. 센서 디스크 노치(124a)는 기어 감속기 조립체(120)에 부착된 고정 위치에 있는 중앙 링 홈 센서(122)와 상호작용하여, 센서 디스크 노치(124a)가 중앙 링 홈 센서(122)와 정렬할 때 중앙 링(60)의 홈 위치를 표시한다. 중앙 링(60)의 홈 위치는 진공 증착 챔버(10) 내의 기판 홀더 로드/언로드 위치에 상대적이다. 중앙 샤프트(35)는 챔버(10)의 내부로 관통 구(36)를 통과한다. 아암(138)은 중앙 샤프트(35)에 연결되어 아암(138)과 그러므로 궤도 링(70)을 고정 중앙 링(60)의 주위에 따라서 회전시킨다.
제거가능한 기어 블록(161)과 연관해서 또는 대신해서, 구동 조립체의 다른 실시 예는 중앙 및 궤도 링(60,70) 사이의 기어비를 특성으로 한다. 중앙 및 궤도 링(60, 70)의 각각의 위치는 지지 아암(138)이 중앙 링(60)의 주변(60a) 둘레로 궤도 링(70)을 14번 회전시킬 때 반복하다. 이들 14번의 회전 동안 궤도 링(70)은 각각 45번 회전한다. 궤도 링(70)은 조립시에 적절히 정렬된 후, 시스템은 14:1 기어 박스(120)를 이용하여 로딩과 언로딩하기 위해 이 "홈 위치"로 돌려보내어, 이 14회전 홈 위치의 트랙을 유지할 수 있다. 이 기어비가 본 발명에 필요하지 않지만, 로딩과 언로딩에 도움을 준다. 다른 기어비도 사용될 수 있다. 아래 표 1은 본 발명의 일 실시 예에 대한 궤도 회전 링 자석에 고정 링 자석의 비율을 제공한다. 아래 표 2는, 표 1의 정보에 기초한, 중앙 샤프트(35) 및 궤도 링(70)의 회전 수 사이의 관계를 나타낸다.
중앙 고정 링상의 자석 수 90
궤도 링상의 자석 수 28
비율(자석) 3.214
중앙 샤프트에 대한 회전 # 소형 링에 대한 회전 #
0 0.000
1 3.214
2 6.429
3 9.643
4 12.857
5 16.071
6 19.286
7 22.500
8 25.714
9 28.929
10 32.143
11 35.357
12 38.571
13 41.786
14 45.000
15 48.214
16 51 .429
표 2에 나타낸 바와 같이, 중앙 샤프트(35)의 매 14회 회전 동안, 기판 홀더(80)(또한 돔(80) 또는 궤도 캐리어(80)로도 알려짐)는 45 회전을 달성한다.
본 실시 형태의 초기 설정 동안, 기판 홀더(80)는, 도 3에 도시된 바와 같이 허브(140)의 로드/언로드 슬롯(146)에 연결된다. 사용자는 기계적으로 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(10)의 전방을 향해 돔 로드/언로드 슬롯(146)에 직면한다. 다음으로, 사용자는 중앙 샤프트(35)를 3분의 1 회전시키고 기계적으로 챔버(10)의 전방에서 제 2돔 로드/언로드 슬롯(146)을 설정한다. 다음에, 사용자는 다시 중앙 샤프트(35)를 3분의 1 회전시키고 기계적으로 전방 위치에서 제 3돔 로드/언로드 슬롯(146)을 설정한다. 사용자는 "홈"위치를 설정하도록 조립하는 동안 이들 단계들을 수행할 수 있다. 비접촉 자기 구동 조립체가 중앙 링, 궤도 링과 기판 홀더의 크기에 따라 중앙 링(60)의 주변(60a) 둘레에 배치된 궤도 링의 임의의 수를 가질 수도 있다고 생각된다. 예를 들어, 6개의 궤도 링이 있을 수 있다면, 각 궤도 링에 대해서 6분의 1 회전으로 로딩/언로딩 샤프트의 회전을 변경할 것이다.
작동 동안, 중앙 샤프트(35)가 14 회전하면, 기판 홀더(80)는 45 회전을 달성하고 제 1돔 로드/언로드 슬롯(146)은 챔버(10)의 전방에 직면한다. 기판 홀더(80)의 매 45 회전(즉, 이러한 특정 실시 예에서 중앙 링(60)의 14회전 수) 동안, 제 1기판 로드/언로드 슬롯(146)은 챔버(10)의 전방에 직면해 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 여기에 기술되어 있지만 위의 설명은 단지 설명을 위한 것이다. 여기에 개시한 본 발명의 추가의 개량예는 이 기술 분야의 종사자에 의해 일어날 것이며, 이러한 개량예는 첨부의 청구범위에 정의한 바와 같은 본 발명의 범주내에 속하게 된다.

Claims (21)

  1. 리프트 오프 프로세스를 이용한 진공 증착 시스템용 비접촉 자기 구동 조립체로서,
    상기 구동 조립체는
    중앙 링;
    궤도 링 중앙 축선에 대해 회전가능한 궤도 링; 및
    중앙 링과 중앙 링 둘레의 궤도 링 중 하나 또는 이들 둘을 동시에 구동시키도록 구성된 중앙 구동 부품을 포함하고,
    상기 중앙 링은
    중앙 톱니 공간을 규정하는 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에, 중앙 링 둘레에 동일하게 이격되어 배치된 다수의 중앙 링 톱니; 및
    동일하게 이격된 다수의 중앙 링 자석을 포함하며, 다수의 자석 중 각각은 중앙 링 톱니의 방사방향 축선 또는 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선 중 하나를 따라 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에서 중앙 링에 결합되고,
    상기 궤도 링은
    궤도 톱니 공간을 규정하는 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에서 궤도 링 둘레에 배치되는 다수의 동일하게 이격되고, 중앙 톱니 공간과 일치하게 위치설정되는 궤도 링 톱니; 및
    다수의 동일하게 이격된 궤도 링 자석을 갖고,
    다수의 궤도 링 자석 중 각각의 하나는 (1) 중앙 링의 대응하는 다수의 자석 각각이 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선을 따라 배치될 때 궤도 링 톱니의 방사방향 축선 또는 (2) 중앙 링의 대응하는 다수의 자석 각각이 중앙 링 톱니의 방사방향 축선을 따라 배치될 때 궤도 톱니 공간의 방사방향 축선을 따라 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사방향 거리에서 궤도 링 상에 배치되고, 다수의 궤도 링 자석 각각은 궤도 링이 궤도 링 중앙 축선에 대해 회전할 때 다수의 중앙 링 자석 중 대응하는 자석과 차례로 중첩되며, 중앙 톱니 공간과 궤도 톱니 공간은 대응하는 중앙 링 톱니 및 궤도 링 톱니의 각각의 폭보다 크고, 궤도 링 톱니와 중앙 링 톱니의 인터리빙(interleaving)은 인접한 궤도 링 톱니와 중앙 링 톱니 사이의 궤도 링 톱니 공간 및 중앙 링 톱니 공간을 규정하고,
    상기 중앙 구동 부품은, 중앙 구동 부품의 회전 속도와 중첩된 자석에 의해 제공된 자기 구동 토크 사이의 차이가 중첩된 자석을 분리시켜서 중앙 링 톱니와 궤도 링 톱니 사이의 상호작용 접촉에 의해 기계적인 구동 회전을 활성화할 때까지, 중앙 링 둘레로 궤도 링의 비접촉 자기 구동 회전을 허용하는 회전 속도를 제공하는, 구동 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 중앙 링 자석은 남-북 극성의 교번 형태로 배열되는, 구동 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 두 인접한 자석을 직접적으로 접속해서 각 자석의 자기력을 서로 브리징하는 자석 브리지 부품을 더 포함하는, 구동 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 다수의 중앙 링 자석 중 각각의 하나는 중앙 톱니 공간 중 하나에 결합되는, 구동 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 다수의 중앙 링 자석 중 각각의 하나는 중앙 링 톱니 중 하나에 결합되는, 구동 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 다수의 궤도 링 자석은 남-북 극성의 교번 형태로 배열되는, 구동 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 두 인접한 자석에 직접적으로 접속해서 각 자석의 자기력을 서로 브리징하는 자석 브리지 부품을 더 포함하는, 구동 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 다수의 궤도 링 자석 중 각각의 하나는 다수의 중앙 링 자석 각각이 중앙 링 톱니 중 하나에 결합될 때 궤도 톱니 공간 중 하나에 결합되는, 구동 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 다수의 궤도 링 자석 중 각각의 하나는 다수의 중앙 링 자석의 각각이 중앙 링 공간 중 하나에 결합될 때 궤도 링 톱니 중 하나에 결합되는, 구동 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 비접촉 자기 구동 회전이 활성될 때 그리고 기계 구동 회전이 활성될 때를 구별할 수 있도록 하는 자기 구동 표시 시스템을 더 포함하는, 구동 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자기 구동 표시 시스템은
    회전 센서; 및
    회전 센서 조립체를 더 포함하며,
    상기 회전 센서는 중앙 링이 중앙 구동 부품에 의해 구동될 때 다수의 중앙 링 톱니의 주변을 따라서 배치되고 결합되며;
    상기 회전 센서 조립체는 중앙 링에서 멀리 있는 고정된 위치에 배치되며, 상기 회전 센서 조립체는 중앙 링의 각각의 공전(revolution)시 회전 센서와 정렬하도록 구성되며, 궤도 링 톱니는 비접촉 자기 구동 회전이 활성될 때 회전 센서와 회전 센서 조립체 사이의 신호의 비중단 정렬을 제공하고, 기계 구동 회전이 활성될 때 신호의 중단된 정렬을 제공하도록 구성되는, 구동 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 중앙 구동 부품은 중앙 구동 부품의 구동 샤프트에 연결된 중앙 링 홈 센서 조립체를 포함하는, 구동 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 중앙 링 홈 센서 조립체는 중앙 링 홈 센서 및 회전가능한 중앙 링 홈 센서 디스크를 포함하며,
    상기 중앙 링 홈 센서 디스크는 궤도 링이 중앙 링의 주변상의 위치에 위치설정될 때와 궤도 링이 진공 증착 시스템의 로딩 및 언로딩 액세스 포트와 정렬될 때 홈 센서와 홈 센서 디스크상의 위치 표시기를 정렬하도록 되어 있는, 구동 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 구동 샤프트 센서 및 구동 샤프트에 결합된 회전가능한 구동 샤프트 센서 디스크를 포함하는 구동 샤프트 홈 센서 조립체를 더 포함하며, 상기 회전가능한 구동 샤프트 센서 디스크는 구동 샤프트 센서와 구동 샤프트 센서 디스크상의 위치 표시기를 정렬하도록 구성되는, 구동 조립체.
  15. 제1항에 있어서, 중앙 링은 다수의 중앙 링 톱니의 소정의 부분을 포함하는 제거가능한 블록을 갖는, 구동 조립체.
  16. 미립자 오염과 실리콘 웨이퍼의 불완전한 일괄처리(batching)를 최소화하면서 리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법으로서,
    기계적 고정 성분을 갖춘 비접촉 자기 구동 HULA 조립체를 획득하는 단계; 및
    리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템의 진공 챔버내에 HULA 조립체를 설치하는 단계를 포함하며;
    다수의 자석은 궤도 링이 궤도 링 중심 축에 대해 회전할 때 다수의 중앙 링 자석의 대응하는 자석과 차례로 중첩하게 되는 다수의 궤도 링 자석 각각에 대해 제공하는 궤도 링 및 중앙 링 각각에 환형 방향으로 결합되고, HULA 조립체의 중앙 구동 부품은 중앙 링, 중앙 링 둘레의 궤도 링 중 하나, 또는 이들 둘을 동시에 구동하도록 되어 있고, 중앙 구동 부품은 중앙 링과 궤도 링의 중첩된 자석에 의해 제공된 자기 구동 토크와 중앙 구동 부품의 회전 속도 사이의 차이가 다수의 중앙 링 톱니와 다수의 궤도 링 톱니 사이의 상호작용 접촉에 의해 기계적 구동 회전을 활성화하도록 중첩된 자석이 분리되게 할 때까지 중앙 링 둘레의 궤도 링의 비접촉 자기 구동 회전을 허용하는 회전 속도를 제공하는
    리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 획득하는 단계는 자석 구동 HULA 조립체를 더 포함하고,
    상기 자석 구동 HULA 조립체는
    중앙 링; 및
    궤도 링 중앙 축선에 대해 회전가능한 궤도 링을 포함하고,
    상기 중앙 링은
    중앙 톱니 공간을 규정하는 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에, 중앙 링 둘레에 동일하게 이격되어 배치된 다수의 중앙 링 톱니; 및
    동일하게 이격된 다수의 중앙 링 자석을 포함하며, 다수의 자석 중 각각은 중앙 링 톱니의 방사방향 축선 또는 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선 중 하나를 따라 중앙 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에서 중앙 링에 결합되고,
    상기 궤도 링은
    궤도 톱니 공간을 규정하는 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사 거리에서 궤도 링 둘레에 배치되는 다수의 동일하게 이격되고, 중앙 톱니 공간과 일치하게 위치설정되는 궤도 링 톱니; 및
    다수의 동일하게 이격된 궤도 링 자석을 갖고,
    다수의 궤도 링 자석 중 각각의 하나는 (1) 중앙 링의 대응하는 다수의 자석 각각이 중앙 톱니 공간의 방사방향 축선을 따라 배치될 때 궤도 링 톱니의 방사방향 축선 또는 (2) 중앙 링의 대응하는 다수의 자석 각각이 중앙 링 톱니의 방사방향 축선을 따라 배치될 때 궤도 톱니 공간의 방사방향 축선을 따라 궤도 링의 중심으로부터 소정의 방사방향 거리에서 궤도 링 상에 배치되고, 다수의 궤도 링 자석 각각은 궤도 링이 궤도 링 중앙 축선에 대해 회전할 때 다수의 중앙 링 자석 중 대응하는 자석과 차례로 중첩되며, 중앙 톱니 공간과 궤도 톱니 공간은 대응하는 중앙 링 톱니 및 궤도 링 톱니의 각각의 폭보다 크고, 궤도 링 톱니와 중앙 링 톱니의 인터리빙(interleaving)은 인접한 궤도 링 톱니와 중앙 링 톱니 사이의 궤도 링 톱니 공간 및 중앙 링 톱니 공간을 규정하는
    리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 설치하는 단계는 다수의 중앙 링 자석을 남-북 극성의 교번 구성으로 배열하는 단계를 더 포함하는
    리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 설치하는 단계는 다수의 궤도 링 자석을 남-북 극성의 교번 구성으로 배열하는 단계를 더 포함하는
    리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 설치하는 단계는 두 인접 자석의 자기력을 증가시키기 위해 중앙 링, 궤도 링, 또는 중앙 링과 궤도 링의 양자의 두 인접한 자석을 브리지시키는 단계를 더 포함하는
    리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 설치하는 단계는 중앙 링 및 궤도 링 사이의 상호작용을 감지하고, 비접촉 자기 구동 회전이 활성되고 기계 구동 회전이 활성될 때를 구별하도록 되어 있는 자기 구동 표시 시스템을 설치하는 단계를 더 포함하는
    리프트 오프 프로세스 진공 증착 시스템에서 처리량을 증가시키는 방법.
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