KR102066444B1 - 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치 - Google Patents

반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치가 개시된다. 상기 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치는, 반도체 제작을 위한 웨이퍼에 이온을 주입하기 위해 웨이퍼를 핸들링하는 장치에 있어서, 진공챔버와 대기챔버를 구분하고 상부에 배치되는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트 일측을 관통하도록 수직되게 설치되고, 웨이퍼를 핸들링하기 위해 상하동작 및 회전동작을 하며, 복수 개의 회전축이 분할되어 결합되고, 상측 단부에는 웨이퍼를 거치하기 위한 거치대가 설치되고 회전축부; 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전력을 제공하고, 모터축상에 기어가 설치된 서보모터가 구비된 모터부; 상기 상부 플레이트 하부 일측에 상부가 결합되고 상기 모터부가 설치되는 모터 브라켓; 상기 회전축상에 기어가 설치되고, 서보모터에서 발생된 회전력을 상기 회전축으로 전달하여 상기 회전축을 회전시키기 위한 기어부; 상기 회전축부, 상기 모터 브라켓 및 상기 기어부가 설치 고정되는 유닛 베이스; 상기 상부 플레이트와 일정 거리를 두고 하부에 배치되는 하부 플레이트; 및 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되어 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트가 일정 거리를 두고 고정될 수 있도록 지지하기 위한 지지바;를 포함할 수 있다.

Description

반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치{Wafer handling device for semiconductor ion implanter}
본 발명은 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 회전축의 업/다운 동작 시 회전축 및 모터축에 반복적인 피로하중이 가해지는 것을 방지하고 안정적으로 회전력을 전달할 수 있도록 하여, 소음 발생을 방지하고 웨이퍼 핸들링 정확도를 향상시킬 수 있는 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 이온 임플란트 장치(semiconductor ion implanter)는 아크 챔버(Arc chamber) 내부에서 이온 플라즈마를 생성한 후, 이 플라즈마를 전기적 위치 에너지의 차이에 의해 아크 챔버로부터 추출(extraction) 및 방출하여 웨이퍼(이온 임플란트 하려는 대상)에 주입하는 장치이다.
이온 임플란트 장치는 웨이퍼에 균일한 이온주입을 위한 목적으로, 수평 방향으로는 빔의 형태를 웨이퍼 크기인 300㎜ 보다 크게 와이드빔(wide beam)(또는 리본빔(ribbon beam)으로 불림)으로 생성하고, 수직방향으로는 웨이퍼를 스캔하는 시스템을 채택하고 있다.
반도체 소자 제조를 위한 공정에서 이온 임플란트(ion implantation) 공정은 순수한 실리콘(Si) 웨이퍼 기판에 붕소(B), 알루미늄(Al), 인듐(In)과 같은 p형 불순물과 안티몬(Sb), 인(P), 비소(As)와 같은 n형 불순물등을 플라즈마 이온빔 상태로 만든뒤 반도체 결정속에 침투시켜 필요한 전도형 및 비저항의 소자를 얻는 공정으로, 기판에 주입되는 불순물의 농도를 용이하게 조절할 수 있고, 원하는 이온의 종류, 원하는 이온의 양 및 원하는 이온의 깊이만큼 표면에 이온을 주입할 수 있다는 장점이 있다.
이온 주입 공정을 수행하는 이온 임플란트 장치는 이온 빔을 생성하는 소스 헤드 어셈블리(Source head assembly)와, 이온 빔을 추출하여 뽑아 내주는 역할을 하는 매니퓰레이터 어셈블리(Manipulator assembly)를 포함하는데, 상기 소스 헤드 어셈블리에서 이온 빔이 만들어지는 공간을 아크 챔버(Arc chamber)라 한다.
이러한 아크 챔버에서는 반응가스를 필라멘트(Filament)에서 방출되는 열전자와 강제 충돌시켜, 중성상태의 반응가스에서 전자를 떼어내어 양이온을 생성시킨다.
즉, 이온 임플란트 장치를 이용해 반도체 기판에 이온 영역을 형성함에 있어서, 이온 임플란트 장치의 소스 헤드의 아크 챔버 내에 주입되는 반응가스와 필라멘트에서 방사되는 열전자의 충돌로 생긴 이온화된 가스를 반도체 기판에 주입하여 이온 영역을 형성하는 것이다.
한편, 이러한 이온 임플란트 장치에서 이온 주입 공정을 수행할 때 웨이퍼를 핸들링하기 위한 웨이퍼 핸들링 장치가 있다.
상기 웨이퍼 핸들링 장치는 반도체에 이온을 주입하는 공정 시 웨이퍼를 상하 및 회전 동작을 하기 위해 개발된 핸들링 장치로서, 종래에 '이온 임플란트용 오리엔트 모듈(대한민국 등록특허 10-1712420)'이 개시되어 있다.
도 1 내지 도 2는 종래의 이온 임플란트용 오리엔트 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 종래의 이온 임플란트용 오리엔트 모듈(100)은 크게 하단핸들러(200), 중단핸들러(300), 상단핸들러(400), 회전축(500), 회전구동부(600), 수직구동부(700) 및 지지부(800)를 포함한다.
상기 하단핸들러(200)는 진공챔버(110)와 분리되도록 대기챔버(120)에 배치되고, 상기 중단핸들러(300)는 하단핸들러(200) 상부에 결합되며, 상기 상단핸들러(400)는 중단핸들러(300) 상부의 차단판(130) 상부에 결합되고, 상기 하단, 중단 및 상단핸들러의 중앙부를 관통하여 연장되도록 회전축(500)이 설치된다.
또한, 상기 회전축(500)의 하단에 회전축을 회전시키는 회전구동부(600)가 구비되고, 상기 회전구동부(600)는 기어모터(610), 제1 기어(620), 제2 기어(630) 및 벨트(640)를 포함한다.
또한, 상기 회전축(500) 하단의 측면에 회전축(500)과 크랭크연결되어 회전축(500)을 상하부로 이동시키는 수직구동부(700)가 구비되고, 상기 수직구동부(700)는 크랭크모터(710), 크랭크암(720) 및 크랭크축(730)을 포함한다.
또한, 상기 지지부(800)는 상기 차단판(130)과 연결되어 하부로 연장되도록 형성되고, 상기 회전축(500)의 후방에 플레이트 형태로 배치되도록 형성된다.
한편, 상기 크랭크암(720)의 일단은 상기 크랭크모터(710)와 연결되고, 타단은 상기 회전축(500)과 회전이 가능하도록 결합되며, 상기 크랭크모터(710)의 중앙부에는 상기 크랭크축(730)이 형성되어 상기 크랭크축(730)을 축으로 상기 크랭크암(720)이 상하로 이동하게 된다.
하지만 회전축(500)의 업/다운 동작 시 제2 기어(630)는 회전축(500)과 함께 상하 운동을 하게 되고, 이러한 경우가 장기간 지속되게 되면, 벨트(640)는 위치가 틀어진 상태에서 지속적으로 발생하는 장력으로 인해 기어모터(610)의 모터축이 휘어지거나 벨트(640)가 손상되어 끊어지고, 이에 따라, 소음 및 떨림이 발생하고, 회전력이 손실되는 것은 물론 결국 웨이퍼 핸들링의 정확도가 저하되는 문제까지 발생하게 된다.
대한민국 등록특허 10-1712420
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회전축의 업/다운 동작 시 회전축 및 모터축에 반복적인 피로하중이 가해지는 것을 방지하고 안정적으로 회전력을 전달할 수 있도록 하여 회전력이 손실되는 것을 방지하며, 회전축의 업/다운 동작 시 소음이 발생되는 것을 방지하고, 웨이퍼 핸들링 정확도를 향상시킬 수 있는 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치는, 반도체 제작을 위한 웨이퍼에 이온을 주입하기 위해 웨이퍼를 핸들링하는 장치에 있어서, 진공챔버와 대기챔버를 구분하고 상부에 배치되는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트 일측을 관통하도록 수직되게 설치되고, 웨이퍼를 핸들링하기 위해 상하동작 및 회전동작을 하며, 복수 개의 회전축이 분할되어 결합되고, 상측 단부에는 웨이퍼를 거치하기 위한 거치대가 설치되고 회전축부; 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전력을 제공하고, 모터축상에 기어가 설치된 서보모터가 구비된 모터부; 상기 상부 플레이트 하부 일측에 상부가 결합되고 상기 모터부가 설치되는 모터 브라켓; 상기 회전축상에 기어가 설치되고, 서보모터에서 발생된 회전력을 상기 회전축으로 전달하여 상기 회전축을 회전시키기 위한 기어부; 상기 회전축부, 상기 모터 브라켓 및 상기 기어부가 설치 고정되는 유닛 베이스; 상기 상부 플레이트와 일정 거리를 두고 하부에 배치되는 하부 플레이트; 및 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되어 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트가 일정 거리를 두고 고정될 수 있도록 지지하기 위한 지지바;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전축부는, 복수 개의 분리된 구성으로 이루어지되, 상하동작 시 소정의 유격을 가진 채 이탈되지 않고 상하 직선운동을 할 수 있도록 볼스플라인 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 회전축부는, 상기 상부 플레이트를 관통하도록 상측에 배치되는 제1회전축; 상기 제1회전축을 감싸도록 상기 상부 플레이트 상부에 설치되는 제1회전축 홀더; 상기 제1회전축과 동일 축선상에 연결되도록 상기 상부 플레이트 하부에 설치되는 제2회전축; 상기 제2회전축 하측에 배치되고, 외주면에 복수 개의 홈이 구비된 볼스플라인 축과 상기 볼스플라인 축과 대응되어 결합되는 볼스플라인 너트로 구성된 볼스플라인부; 상기 제2회전축과 상기 볼스플라인 축을 연결하는 회전축 커플링; 상기 볼스플라인부 하측에 축결합되는 제3회전축; 및 내측에 베어링이 구비되어 상기 제3회전축이 회전가능하도록 결합되고, 상기 유닛 베이스에 안착 고정되는 제1베어링 홀더;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터부는, 기설정된 동작으로 제어되어 회전력을 제공하는 서보모터; 상기 서보모터와 소정 거리를 두고 서보모터의 축상에 배치되는 모터축; 상기 서보모터의 축과 상기 모터축을 연결하는 모터축 커플링; 상기 커플링 하단에 배치되어 모터축에 결합되는 모터축 베어링; 상기 모터축 베어링을 감싸도록 설치되는 제2베어링 홀더; 및 상기 기어부와 맞물리도록 상기 모터축 단부에 설치되는 구동기어;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터부의 모터축상에 설치된 기어 및 상기 기어부의 기어는, 톱니가 비스듬히 경사지도록 형성된 헬리컬기어로 구성될 수 있다.
또한, 상기 기어부는, 상기 회전축부의 하측 단부에 설치되는 종동기어; 및 상기 종동기어와 상기 서보모터의 모터축상에 설치된 기어 사이에 배치되어 공회전되도록 고정 설치되고, 상기 서보모터의 회전력을 상기 종동기어로 전달하는 아이들 기어가 구비된 아이들 기어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 아이들 기어부는, 상기 종동기어 및 상기 서보모터의 모터축상에 설치된 기어와 맞물리는 아이들 기어; 상기 아이들 기어 중심에 결합되는 아이들 축; 상기 아이들 기어 내주면과 상기 아이들 축 외주면 사이에 배치되는 복수 개의 아이들 베어링; 상기 복수 개의 아이들 베어링 사이에 배치되어 아이들 베어링 사이의 간격을 유지시키는 베어링 스페이서; 상기 복수 개의 아이들 베어링 중 하단에 배치되는 아이들 베어링 하부에 배치되도록 상기 아이들 축 하단에 결합되어 상기 복수 개의 아이들 베어링을 하측에서 일정 간격 이격되도록 하는 샤프트 링; 및 상기 아이들 기어, 상기 아이들 축, 상기 아이들 베어링, 상기 베어링 스페이서 및 상기 샤프트 링을 조립된 상태로 고정 설치하기 위한 아이들 브라켓;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 서보모터의 모터축상에 설치된 기어의 잇수는 12개로 구성하고, 상기 종동기어의 잇수는 60개로 구성하여, 1:5 기어비를 가지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모터부의 모터축상에 설치된 기어 및 상기 기어부의 기어는, MC NYLON(Mono Cast Nylon) 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치는, 웨이퍼를 상하로 핸들링하기 위해 상기 회전축부의 일부만 상하동작시키는 수직구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치는, 서보모터로부터 발생되는 회전력을 기어 방식을 이용하여 회전축에 안정적으로 전달할 수 있도록 함으로써 회전력이 손실되는 것을 방지하고, 회전축 및 모터축에 반복적인 피로하중이 가해지는 것을 방지하며, 회전축의 업/다운 동작 시 소음이 발생되는 것을 방지하고, 웨이퍼 핸들링 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 종래의 이온 임플란트용 오리엔트 모듈을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 웨이퍼가 로딩된 모습의 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 웨이퍼가 로딩된 모습의 배면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 웨이퍼가 로딩된 모습의 좌측면도.
도 7은 도 3의 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치의 모터부 요부 부분확대도.
도 8은 도 3의 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치의 기어부 요부 확대도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에서 유닛 베이스에 설치된 기어부를 저면에서 바라본 도면.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치는, 회전축의 업/다운 동작 시 회전축 및 모터축에 반복적인 피로하중이 가해지는 것을 방지하고 안정적으로 회전력을 전달할 수 있도록 하여 회전력이 손실되는 것을 방지하며, 회전축의 업/다운 동작 시 소음이 발생되는 것을 방지하고, 웨이퍼 핸들링 정확도를 향상시킬 수 있는 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 웨이퍼가 로딩된 모습의 정면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 웨이퍼가 로딩된 모습의 배면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에 웨이퍼가 로딩된 모습의 좌측면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치(10, 이하, 웨이퍼 핸들링 장치라 함)는 크게 상부 플레이트(100), 회전축부(200), 모터부(300), 모터 브라켓(400), 기어부(500), 유닛 베이스(600), 하부 플레이트(700) 및 지지바(800)를 포함할 수 있다.
먼저, 상부 플레이트(100)는 반도체 이온 임플란트 장치에서 진공챔버(1)와 대기챔버(2)를 구분하고 상부에 배치되는 부분이다.
상기 플레이트(100)는 평평한 판형 구조를 가지고 금속의 재질로 구성될 수 있고, 판상에 있어 테두리 부분에는 일정 간격마다 외형을 이루고 부품들을 보호하기 위한 커버(미도시)가 설치되기 위한 복수 홀이 형성될 수 있고, 내측에는 회전축부(200) 및 모터부(300)가 설치된 모터 브라켓(400)이 설치되기 위한 설치 홀들이 형성될 수 있다. 즉, 상기 홀들은 다양한 배열 및 형상으로 부품들의 형태에 따라 구성될다.
다음으로, 회전축부(200)는 웨이퍼(W)를 핸들링하기 위해 동작하는 부분으로, 후술하는 서보모터(310)로부터 회전력을 전달받아 상하동작 및 회전동작을 하는 부분이다.
상기 회전축부(200)는 상기 상부 플레이트(100) 일측을 관통하도록 수직되게 설치되고, 복수 개의 회전축 구성들이 분할되어 수직상에서 일렬로 조립될 수 있다. 또한, 상측 단부에는 웨이퍼(W)를 거치하기 위한 거치대(3)가 설치될 수 있다.
이러한 상기 회전축부(200)는 복수 개의 분리된 구성으로 이루어지되, 상하동작 시 소정의 유격을 가진 채 구성들이 이탈되지 않고 상하 직선운동을 할 수 있도록 볼스플라인 구조를 가지도록 구성될 수 있다.
여기서, 볼스플라인 구조는 무한 직선운동을 하는 직선운동 베어링으로서, 볼스플라인 축 상에서 강구(볼)이 내장된 볼스플라인 너트가 안정적으로 직선운동을 할 수 있는 구조로 이루어지고, 이러한 설계를 통해 안정된 고정밀도와 강성을 갖추고 있으며, 방향과 크기가 수시로 변동하는 하중이나 복합하중아래에서도 확실하게 작동할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
한편, 상기 회전축부(200)는 상기 상부 플레이트(100)를 관통하도록 상측에 제1회전축(210)이 배치될 수 있다. 상기 제1회전축(210)은 회전축부(200)에서 가장 최상단에 배치되는 구성으로서, 웨이퍼(W)를 거치하기 위한 거치대(3)가 설치되는 부분이며, 기본적으로 봉 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1회전축(210)을 감싸도록 상기 상부 플레이트(100) 상부에 제1회전축 홀더(220)가 설치될 수 있다. 상기 제1회전축 홀더(220)는 내부가 중공된 원통형 구조를 가지도록 형성되고, 상기 제1회전축(210)을 보호하며, 그 내부에는 상기 제1회전축(210) 외주면과 접촉되고 제1회전축(210)이 상하운동 시 마찰에 따른 부하를 줄이고, 기밀을 위한 밀폐부재(미도시)가 설치될 수 있다.
이러한 기밀부재는 예컨대 오링(O-RING)으로 구비될 수 있으며, 필요에 따라 수직상으로 복수 개가 일정 간격을 두고 설치될 수 있다. 즉, 기밀부재는 상기 제1회전축(210) 외주면과 상기 제1회전축 홀더(220)의 내주면 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1회전축 홀더(220)는 상부, 외주면 및 하부가 각각 분리되어 조립될 수 있도록 구성될 수도 있다.
한편, 상기 제1회전축(210)과 동일 축선상에 제1회전축(210)과 연결되도록 상기 상부 플레이트(100) 하부에 제2회전축(230)이 설치될 수 있다.
상기 제2회전축(230)은 상기 제1회전축(210)과 축 결합되어 연동되어 동작할 수 있도록 구성되고, 제2회전축(230)을 감싸도록 원통의 몸체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2회전축(230)의 몸체 내부에는 펌프(미도시)와 연결되어 공기를 흡입하여 진공상태를 유지할 수 있도록 펌핑통로(미도시)가 형성될 수도 있다.
또한, 상기 제2회전축(230)의 몸체 내부에는 상기 제2회전축(230) 외주면과 접촉되고 제2회전축(230)이 상하운동 시 마찰에 따른 부하를 줄이고, 기밀을 위한 밀폐부재(미도시)가 설치될 수 있다.
한편, 상기 제2회전축(230) 하측으로 볼스플라인부(240)가 배치될 수 있다.
상기 볼스플라인부(240)는 외주면에 복수 개의 홈이 구비된 볼스플라인 축(241)과 상기 볼스플라인 축(241)과 대응되어 결합되는 볼스플라인 너트(242)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 제2회전축(230)과 상기 볼스플라인 축(241)을 연결하기 위해 상기 제2회전축(230)과 상기 볼스플라인 축(241) 사이에 회전축 커플링(250)이 구비될 수 있다.
상기 볼스플라인 축(241)은 원통의 원기둥 형상을 가지되, 외주면에는 일정 간격마다 복수 개의 홈이 형성될 수 있다. 또한, 상기 볼스플라인 너트(242)는 상단부는 중심부가 관통 형성된 플랜지 구조로 이루어지고, 하단부는 상단부에 비해 비교적 직경이 작고 길이가 긴 형태의 원통형 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 볼스플라인 축(241)에 결합되는 볼스플라인의 너트 구성으로서, 볼스플라인 축(241)에 형성된 복수 개의 홈에 대응되도록 내부에는 강구(볼)이 내장될 수 있다.
그리고 상기 회전축 커플링(250)의 중심에서 상부로 상기 제2회전축(230)이 삽입되고, 하부로 상기 볼스플라인 축(241)의 상부가 삽입되어, 상기 제2회전축(230)과 상기 볼스플라인 축(241)이 상호 연결될 수 있다.
그 다음, 상기 볼스플라인부(240), 즉 볼스플라인 축(241) 하부에는 동일 축선상에 제3회전축(260)이 결합될 수 있다.
상기 제3회전축(260) 상부에는 상기 볼스플라인 너트(242)의 하부가 삽입될 수 있는 홀이 형성되고, 하부는 단계적으로 직경이 다르게 형성된 원통형 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제3회전축(260)은 볼스플라인 너트(242)의 회전 및 상하 동작과 연동하여 동작할 수 있도록 설치될 수 있다.
한편, 상기 제3회전축(260) 하단으로 내측에 베어링이 구비되어 상기 제3회전축(260)이 회전가능하도록 결합되는 제1베어링 홀더(270)가 설치될 수 있다.
상기 제1베어링 홀더(270)는 상기 제3회전축(260)을 포함하여 제3회전축(260) 상부로 결합되어 연동하는 구성들이 결합된 상태로 회전가능하도록 베어링과 체결되어, 상기 베어링을 감사도록 베어링을 지지하하게 된다.
또한, 상기 제1베어링 홀더(270) 하측 부분은 후술하는 유닛 베이스(600)에 안착 고정될 수 있다.
즉, 상기 설명한 바와 같이, 상기 제3회전축(260) 및 제3회전축(260) 상부에 배치되어 연동되는 구성들은 상기 제1베어링 홀더(270) 중심으로 회전가능하게 되는 것이다.
또한, 상기 제3회전축(260) 최하단에는 제3회전축(260)을 고정하기 위한 락너트가 구비될 수 있다.
다음으로, 모터부(300)는 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전력을 제공하기 위한 것이다.
도 7은 도 3의 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치의 모터부 요부 부분확대도이다.
도 7을 참조하면, 상기 모터부(300)는 최상단에 기설정된 동작으로 제어되어 회전력을 제공하는 서보모터(310)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 서보모터(310)는 일반적으로 최종 제어요소에서 입력신호에 응답해 조작부의 기계적 부하를 구동하는 동력원으로서, 상기 회전축부(200)를 회전시키기 위한 동력원이다.
상기 서보모터(310)는 상기 회전축부(200)과 인접한 위치에 수직으로 배치되도록 설치될 수 있다.
상기 서보모터(310) 하부에는 상기 서보모터(310)와 소정 거리를 두고 서보모터(310)의 축상에 배치되도록 수직방향으로 연장된 모터축(320)이 구비될 수 있다. 이때, 상기 서보모터(310)의 축과 상기 모터축(320)을 연결하기 위해 모터축 커플링(330)이 설치될 수 있다.
또한, 상기 모터축(320) 외주면에 결합되고 상기 커플링 하단에 배치되어 모터축에 결합되는 모터축 베어링(340)이 구비될 수 있다. 상기 모터축 베어링(340)은 상기 모터축(320)에 끼워진 상태로 수직상으로 복수 개가 배치되어 설치될 수 있고, 모터축(320)이 회전할 수 있도록 지지하는 부분이다.
또한, 상기 모터축 베어링(340)을 감싸도록 설치되는 제2베어링 홀더(350)가 설치될 수 있다. 즉, 상기 제2베어링 홀더(350) 내부에는 상기 모터축(320)과 모터축(320)을 감싸는 모터축 베어링(340)이 모두 내장되도록 지지하기 위한 부분이다.
한편, 후술하는 기어부(500)와 맞물리도록 상기 모터축(320) 하측 단부에는 구동기어(360)가 설치될 수 있다. 상기 구동기어(360)는 원통형 관 구조로 외주면에 기어 이가 형성될 수 있다.
이때, 상기 모터부(300)의 모터축상에 설치된 기어, 즉 구동기어(360) 및 상기 기어부(500)의 기어는 기어의 톱니가 비스듬히 경사지도록 형성된 헬리컬기어로 구성될 수 있다. 예를 들어, 구동기어(360)가 헬리컬기어 구조라면 이와 연동되어 맞물리는 기어부(500)의 기어 또한 구동기어(360)와 대응되도록 헬리컬기어 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 모터 브라켓(400)은 상기 모터부(300)가 설치되는 부분으로, 상기 상부 플레이트(100) 하부 일측에 상부가 결합되도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 모터 브라켓(400)은 상기 모터부(300) 양측을 대향되게 동일한 형상의 수직구조물이 배치되고, 그 사이를 연결하도록 수평구조물이 배치되어 조립될 수 있다. 즉, 상기 모터부(300)는 수평구조물 하측에 수용되도록 배치되어 설치될 수 있다.
다음으로, 기어부(500)는 상기 서보모터(310)에서 발생된 회전력을 이용하여 상기 회전축부(200)의 회전축들을 회전시키기 위한 부분이다. 여기서 상기 회전축들이라 함은 제1회전축(210), 제2회전축(230), 제3회전축(260) 및 이와 결합되어 동일 축상에서 회전하는 구성들 모두 포함하는 것을 의미한다.
도 8은 도 3의 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치의 기어부 요부 확대도이다.
도 8을 참조하면, 상기 기어부(500)는 크게 종동기어(510) 및 아이들 기어부(520)를 포함할 수 있다.
상기 종동기어(510)는 상기 회전축부(200)의 하측 단부, 즉, 제3회전축(260) 단부에 설치되는 부분으로, 상기 회전축부(200)가 회전할 수 있도록 상기 서보모터(310)의 구동기어(360)로부터 회전력을 전달받기 위한 부분이다.
상기 아이들 기어부(520)는 상기 종동기어(510)와 상기 서보모터(310)의 모터축(320)상에 설치된 기어, 즉, 구동기어(360) 사이에 배치되어 공회전되도록 고정 설치되는 부분으로, 상기 서보모터(310)의 회전력을 상기 종동기어(510)로 전달하기 위한 기어가 구비될 수 있다.
상기 아이들 기어부(520)는 상기 종동기어(510) 및 상기 서보모터(310)의 모터축(320)상에 설치된 구동기어(360)와 맞물리도록 아이들 기어(521)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 아이들 기어(521) 중심에는 아이들 축(522)이 결합되고, 상기 아이들 기어(521) 내주면과 상기 아이들 축(522) 외주면 사이에는 복수 개의 아이들 베어링(523)이 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 아이들 베어링(523) 사이에는 아이들 베어링(523) 사이의 간격을 유지시키는 베어링 스페이서(524)가 배치될 수 있고, 상기 복수 개의 아이들 베어링(523) 중 하단에 배치되는 아이들 베어링(523) 하부에 배치되도록 상기 아이들 축 하단에 결합되어 상기 복수 개의 아이들 베어링(523)을 하측에서 일정 간격 이격되도록 샤프트 링(525)이 구비될 수 있다.
이때, 상기 아이들 기어(521), 상기 아이들 축(522), 상기 아이들 베어링(523), 상기 베어링 스페이서(524) 및 상기 샤프트 링(525)을 조립된 상태로 고정 설치하기 위해 아이들 브라켓(526)이 구비될 수 있다.
상기 아이들 브라켓(526)은 상기 아이들 기어(521), 상기 아이들 축(522), 상기 아이들 베어링(523), 상기 베어링 스페이서(524) 및 상기 샤프트 링(525)이 조립된 상태에서 후술하는 유닛 베이스(600)에 설치될 수 있다.
다음으로, 유닛 베이스(600)는 상기 회전축부(200), 상기 모터 브라켓(400) 및 상기 기어부(500)가 설치 고정되는 부분이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치에서 유닛 베이스에 설치된 기어부를 저면에서 바라본 도면이다.
도 9를 참조하면, 유닛 베이스(600)는 기본적으로 평평한 판형 구조로서, 일측에 상기 회전축부(200)가 설치되기 위한 회전축 홀(610)이 형성되고, 타측에 모터부(300)가 설치되는 모터 브라켓(400)이 설치되기 위한 모터축 홀(620)이 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 기어부(500)와 상기 모터부(300)의 구동기어(360)가 서로 맞물린 구조로서 설치될 수 있다. 즉, 상기 서보모터(310)가 회전하면 이에 따라 상기 구동기어(360)가 회전하고, 상기 구동기어(360)와 맞물려 있는 아이들 기어(521)는 회전력을 전달받아 다시 종동기어(510)로 회전력을 전달시킴으로써 상기 회전축부(200)의 회전축들이 회전동작을 수행할 수 있게 되는 것이다.
이때, 일 실시예로서, 상기 서보모터(310)의 모터축(320)상에 설치된 구동기어(360)의 잇수는 12개로 구성하고, 상기 종동기어(510)의 잇수는 60개로 구성하여, 1:5 기어비를 가지도록 구성될 수 있다. 하지만 이와 같은 기어비로 한정하는 것은 아니며 필요한 회전 제어량에 따라 기어비가 설정될 수 있다.
또한, 상기 모터부(300)의 모터축(320)상에 설치된 구동기어(360) 및 상기 기어부(500)의 기어, 즉, 상기 종동기어(510) 및 아이들 기어(521)는 MC NYLON(Mono Cast Nylon) 재질로 구성될 수 있다. 이처럼 상기 기어들을 MC NYLON 재질로 구성함으로써 금속의 재질로 구성되는 것에 비해서 회전력의 손실을 최소화하고 소음을 줄일 수 있는 장점을 가질 수 있다.
다음으로, 하부 플레이트(700)는 상기 상부 플레이트(100)와 일정 거리를 두고 하부에 배치되는 부분으로, 상기 유닛 베이스(600)와 일정 간격마큼 이격되도록 설치될 수 있다.
이때, 상기 상부 플레이트(100)와 상기 하부 플레이트(700) 사이에 배치되어 상기 상부 플레이트(100)와 상기 하부 플레이트(700)가 일정 거리를 두고 고정될 수 있도록 지지하기 위한 지지바(800)가 설치될 수 있다.
상기 지지바(800)는 상기 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(700)의 모서리 부분에 수직으로 배치되는 것으로, 기본적으로 길이방향으로 연장된 봉 형태로서, 상부 및 하부의 단부에는 상기 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(700)에 체결될 수 있도록 체결수단(미도시, 볼트 등)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 하부 플레이트(700) 하측으로 일정 간격 이격된 상태로 PCB 기판(710)이 설치될 수 있다.
한편, 상기 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(700)가 상기 지지바(800)를 통해 조립되고, 상기 상부 플레이트(100)와 하부 플레이트(700) 사이 공간으로 상기 설명한 회전축부(200), 모터부(300), 기어부(500) 구성들이 구비되도록 설치된 상태에서 이들을 보호하기 위한 하우징 커버(미도시)가 더 설치될 수 있다.
한편, 상기 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치는 웨이퍼(W)를 상하로 핸들링하기 위해 상기 회전축부(200)의 일부만 상하동작시키기 위한 수직구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 수직구동부는 상기 제2회전축(230)에 결합되어 상기 회전축부(200)가 상하운동 할 수 있도록 설치될 수 있다.
이러한 상기 본 발명의 기술적 사상에 의한 다양한 실시예에 따른 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치(10)는 서보모터(310)로부터 발생되는 회전력을 기어 방식을 이용하여 회전축에 안정적으로 전달할 수 있도록 함으로써 회전력이 손실되는 것을 방지하고, 회전축 및 모터축에 반복적인 피로하중이 가해지는 것을 방지하며, 회전축의 업/다운 동작 시 소음이 발생되는 것을 방지하고, 웨이퍼 핸들링 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 웨이퍼 핸들링 장치 100: 상부 플레이트
200: 회전축부 210: 제1회전축
220: 제1회전축 홀더 230: 제2회전축
240: 볼스플라인부 241: 볼스플라인 축
242: 볼스플라인 너트 250: 회전축 커플링
260: 제3회전축 270: 제1베어링 홀더
300: 모터부 310: 서보모터
320: 모터축 330: 모터축 커플링
340: 모터축 베어링 350: 제2베어링 홀더
360: 구동기어 400: 모터 브라켓
500: 기어부 510: 종동기어
520: 아이들 기어부 521: 아이들 기어
522: 아이들 축 523: 아이들 베어링
524: 베어링 스페이서 525: 샤프트 링
526: 아이들 브라켓 600: 유닛 베이스
610: 회전축 홀 620: 모터축 홀
700: 하부 플레이트 710: PCB 기판
800: 지지바

Claims (10)

  1. 반도체 제작을 위한 웨이퍼에 이온을 주입하기 위해 웨이퍼를 핸들링하는 장치에 있어서,
    진공챔버와 대기챔버를 구분하고 상부에 배치되는 상부 플레이트;
    상기 상부 플레이트 일측을 관통하도록 수직되게 설치되고, 웨이퍼를 핸들링하기 위해 상하동작 및 회전동작을 하며, 복수 개의 회전축이 분할되어 결합되고, 상측 단부에는 웨이퍼를 거치하기 위한 거치대가 설치되는 회전축부;
    상기 회전축을 회전시키기 위한 회전력을 제공하고, 모터축상에 기어가 설치된 서보모터가 구비된 모터부;
    상기 상부 플레이트 하부 일측에 상부가 결합되고, 상기 모터부 양측을 대향되게 동일한 형상의 수직구조물이 배치되고, 상기 수직구조물 사이를 연결하도록 수평구조물이 배치되어 조립되어, 상기 수평구조물 하측에 상기 모터부가 수용되도록 배치되어 설치되는 모터 브라켓;
    상기 회전축상에 기어가 설치되고, 서보모터에서 발생된 회전력을 상기 회전축으로 전달하여 상기 회전축을 회전시키기 위한 기어부;
    평평한 판형 구조로서, 일측에 상기 회전축부가 설치되기 위한 회전축 홀이 형성되고, 타측에 상기 모터부가 설치되는 상기 모터 브라켓이 설치되기 위한 모터축 홀이 형성되어, 상기 회전축부, 상기 모터 브라켓 및 상기 기어부가 설치 고정되는 유닛 베이스;
    상기 상부 플레이트와 일정 거리를 두고 하부에 배치되는 하부 플레이트; 및
    상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치되어 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트가 일정 거리를 두고 고정될 수 있도록 지지하기 위한 지지바;를 포함하되, 웨이퍼를 상하로 핸들링하기 위해 상기 회전축부의 일부만 상하동작시키는 수직구동부를 더 포함하고,
    상기 회전축부는,
    상기 상부 플레이트를 관통하도록 상측에 배치되는 제1회전축;
    상기 제1회전축을 감싸도록 내부가 중공된 원통형 구조를 가지도록 형성되고, 상기 제1회전축을 보호하며, 그 내부에는 상기 제1회전축 외주면과 접촉되고 제1회전축이 상하운동 시 마찰에 따른 부하를 줄이고, 기밀을 위한 밀폐부재가 설치되며, 상기 상부 플레이트 상부에 설치되는 제1회전축 홀더;
    상기 제1회전축과 동일 축선상에 축 결합되어 연동되어 동작할 수 있도록 구성되고 상기 상부 플레이트 하부에 설치되는 제2회전축;
    상기 제2회전축 하측에 배치되고, 외주면에 복수 개의 홈이 구비된 볼스플라인 축과 상기 볼스플라인 축과 대응되어 결합되는 볼스플라인 너트로 구성되어 상하동작 시 소정의 유격을 가진 채 이탈되지 않고 상하 직선운동을 할 수 있도록 볼스플라인 구조를 가지는 볼스플라인부;
    상기 제2회전축과 상기 볼스플라인 축을 연결하는 회전축 커플링;
    상기 볼스플라인부 하측에 축결합되는 제3회전축; 및
    내측에 베어링이 구비되어 상기 제3회전축이 회전가능하도록 결합되고, 상기 유닛 베이스에 안착 고정되는 제1베어링 홀더;를 포함하되, 수직상에서 일렬로 조립되며,
    상기 모터부는,
    상기 회전축부와 인접한 위치에 수직으로 배치되도록 설치되고, 기설정된 동작으로 제어되어 회전력을 제공하는 서보모터;
    상기 서보모터와 소정 거리를 두고 상기 서보모터의 축상에 배치되도록 수직방향으로 연장된 모터축;
    상기 서보모터의 축과 상기 모터축을 연결하는 모터축 커플링;
    상기 모터축 커플링 하단에 배치되어 상기 모터축에 끼워진 상태로 수직상으로 복수 개가 배치되어 설치되고, 상기 모터축이 회전할 수 있도록 지지하는 모터축 베어링;
    상기 모터축 베어링을 감싸도록 설치되는 제2베어링 홀더; 및
    상기 기어부와 맞물리도록 상기 모터축 단부에 설치되는 구동기어;를 포함하되, 상기 모터부의 모터축상에 설치된 기어 및 상기 기어부의 기어는, 톱니가 비스듬히 경사지도록 형성된 헬리컬기어로 구성되고,
    상기 기어부는,
    상기 회전축부의 하측 단부에 설치되는 종동기어; 및
    상기 종동기어와 상기 서보모터의 모터축상에 설치된 기어 사이에 배치되어 공회전되도록 고정 설치되고, 상기 서보모터의 회전력을 상기 종동기어로 전달하는 아이들 기어가 구비된 아이들 기어부;를 포함하며,
    상기 아이들 기어부는,
    상기 종동기어 및 상기 서보모터의 모터축상에 설치된 기어와 맞물리는 아이들 기어;
    상기 아이들 기어 중심에 결합되는 아이들 축;
    상기 아이들 기어 내주면과 상기 아이들 축 외주면 사이에 배치되는 복수 개의 아이들 베어링;
    상기 복수 개의 아이들 베어링 사이에 배치되어 아이들 베어링 사이의 간격을 유지시키는 베어링 스페이서;
    상기 복수 개의 아이들 베어링 중 하단에 배치되는 아이들 베어링 하부에 배치되도록 상기 아이들 축 하단에 결합되어 상기 복수 개의 아이들 베어링을 하측에서 일정 간격 이격되도록 하는 샤프트 링; 및
    상기 아이들 기어, 상기 아이들 축, 상기 아이들 베어링, 상기 베어링 스페이서 및 상기 샤프트 링을 조립된 상태로 고정 설치하기 위한 아이들 브라켓;을 포함하고,
    상기 서보모터의 모터축상에 설치된 기어의 잇수는 12개로 구성하고, 상기 종동기어의 잇수는 60개로 구성하여, 1:5 기어비를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터부의 모터축상에 설치된 기어 및 상기 기어부의 기어는,
    MC NYLON(Mono Cast Nylon) 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 이온 임플란트 장치용 웨이퍼 핸들링 장치.
  10. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09215267A (ja) * 1996-02-08 1997-08-15 Asmo Co Ltd 回転軸の支持プレート保持構造
KR101712420B1 (ko) 2016-07-22 2017-03-06 최선봉 이온 임플란트용 오리엔트 모듈
JP2018001325A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 株式会社荏原製作所 ヘッド高さ調整装置およびヘッド高さ調整装置を備える基板処理装置

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