KR102352650B1 - 무선충전 정전척 및 이를 이용한 기판 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 척킹한 상태로 공정라인을 따라 이송하며 무선 전력을 수신하여 척킹을 위한 전력을 확보하고, 무선 전력의 수신을 위한 수신 코일을 척 전극이 매립된 유전체 플레이트에 매립하여 구조를 단순화하고 슬림화한 무선충전 정전척 및 이를 이용한 기판 처리 시스템에 관한 것으로서, 척 전극(111)이 기판을 흡착할 흡착면 측에 매립되고, 무선 전력 수신을 위한 수신 코일(112)이 흡착면에 반대되는 비흡착면에 매립된 유전체 플레이트(110)와, 무선 전력 수신, 충전 및 척 전극(111) 전압 인가를 위한 컨트롤 함체(130)를 포함한다.

Description

무선충전 정전척 및 이를 이용한 기판 처리 시스템{WIRELESS CHARGING ELECTROSTATIC CHUCK AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 기판을 척킹한 상태로 공정라인을 따라 이송하며 무선 전력을 수신하여 척킹을 위한 전력을 확보하고, 무선 전력의 수신을 위한 수신 코일을 척 전극이 매립된 유전체 플레이트에 매립하여 구조를 단순화하고 슬림화한 무선충전 정전척 및 이를 이용한 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
기판 처리 시스템은 LCD, OLED, PDP 등 디스플레이 패널용 유리 기판, 태양전지 판넬용 기판, 반도체를 만들기 위한 웨이퍼 등의 기판에 대해 증착, 식각, 세척, 합착, 레이저 가공 등의 소정 공정을 처리하는 시스템으로서, 기판을 반입 존에 설치한 로드락 모듈에서 반입하고, 위킹 존에 설치한 공정모듈로 이송하여 공정처리하고, 반출 존에 설치한 언로드락 모듈로 이송하여 반출하는 일련의 공정라인을 갖도록 구성된다.
이를 위한 공정라인은 로드락 모듈과 공정 모듈 사이 및 공정 모듈과 언로드락 모듈 사이에 반송 모듈을 배치하고, 공정 타이밍을 맞추기 위해서 모듈 사이를 연결할 버퍼 모듈을 배치하기도 하며, 반송 모듈을 중심으로 모듈을 배치하는 클러스터 타입이나 아니면 모듈을 순차적으로 배치하는 인라인 타입으로 구성된다.
이러한 공정라인을 갖는 기판 처리 시스템은 기판의 종류, 크기, 처리할 공정 등에 따라 다양하게 구성할 수 있으며, 예를 들어, 복수의 공정모듈을 공정라인 상에 배치할 수도 있고, 로드락 모듈과 언로드락 모듈을 하나의 모듈로 구성하여 폐곡선의 공정라인을 갖도록 시스템을 구성할 수도 있다.
또한, 로드락 모듈, 언로드락 모듈 또는 일부 반송 모듈을 반전기(flipper)로 구성하여, 기판을 반전시킨 상태로 이송한 후 공정처리되게 하는 경우도 있다.
그런데, 대면적 기판을 이송하는 경우, 반전기(flipper)를 사용하는 경우, 레일을 따라 이송하는 경우에는 정전척(ESC: Electro Static Chuck)을 구비한 캐리어를 사용하여, 기판을 정전 흡착한 상태로 이송하기도 한다.
이러한 캐리어는 내구성을 높이기 위해서 주로 금속재 기판으로 구성되고, 상면에 정전척을 고정 설치하여서, 레일을 따라 안정적으로 이송할 수 있고, 반전시킬 수도 있다.
그런데, 정전척의 척 전극에 고전압을 인가하기 위해서, 이송하는 캐리어를 외부 전원과 연결할 케이블이 배선되어야 하는 데, 공정라인 중에 케이블을 배선할 수 있는 구간은 매우 제한적이고, 반송 모듈의 구성에도 제약을 주며, 특히 반전기를 사용하는 경우에는 배선하기가 거의 불가능하다.
이러한 케이블 배선의 문제를 해결하기 위해서, 공개특허 제10-2019-0100148호에서는 정전척의 척 전극에 연결된 단자를 캐리어에 설치하고, 전원에 연결된 전극을 공정라인 상에 설치하여, 캐리어가 공정라인을 따라 이동하는 중에 단자에 접속하게 하여, 캐리어를 이송하면서 정전 흡착을 위한 전력을 공급받게 하였다.
하지만, 캐리어의 단자가 공정라인 상의 전극에 직접 접촉할 시에만 전력 공급받아, 잔류 전하에 의해 흡착되게 하므로, 충분한 전하의 축적을 보장할 수 없다. 이에 따라, 공정라인을 따라 이송하는 중에 기판이 이탈할 우려가 있으며, 특히, 기판을 반전시킨 상태로 이송하는 경우에 낙하할 수도 있다. 만약, 공정라인 상에 설치한 전극의 개수를 늘린다고 해도, 충분한 전하 축적을 보장하는 것은 아니며, 더욱이, 많은 수의 전극을 전원에 연결하기 위한 배선도 늘어나게 된다. 이에 더하여, 캐리어의 단자가 외부로 노출되어 전극과 직접 접촉되므로, 마모 또는 파손되거나, 공정처리 중에 오염될 수도 있다.
또한, 정전척의 척 전극에 고전압을 인가하기 위한 전기적 연결 수단으로 사용한 전극과 단자를 노출시키므로, 대기압 상태와 챔버 내 진공 상태를 오가며 공정처리하거나 이송하면 진공방전이 일어날 수도 있다. 더욱이, (+)극과 (-)극의 척 전극을 사용하는 바이폴라(bi-polar) 정전척에서는 진공방전이 일어날 가능성이 더욱 높아진다.
또한, 이동시키는 정전척을 척킹(chucking) 및 디척킹(dechucking) 동작시켜야 하고, 정전척의 상태를 감시하기 위해서는 외부를 제어하기 위한 컨트롤러와 통신적으로 연결하는 통신선도 배선되어야 하는 데, 이러한 통신선도 배선하기 매우 어렵다.
KR 10-2019-0100148 A 2019.08.28. KR 10-2015-0004467 A 2015.01.13. KR 10-2014-0103427 A 2014.08.27.
따라서, 본 발명의 목적은 무선 전력 충전 방식으로 전력을 수급하며, 무선 통신에 의해 제어할 수 있게 하고, 척 전극이 매립된 정전 흡착면과 반대되는 비흡착면을 활용하여 충분한 무선 전력을 충전함으로써 슬림화하여 전 공정라인을 따라 용이하게 이송하며 정전 척 기능을 유지할 수 있고, 전기 도선을 노출시키지 아니하는 무선충전 정전척 및 이를 이용한 기판 처리 시스템을 제공하는 것으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 무선충전할 수 있는 정전척에 있어서, 척 전극(111)이 기판을 흡착할 흡착면 측에 매립되고, 무선 전력 수신을 위한 수신 코일(112)이 흡착면에 반대되는 비흡착면에 매립된 유전체 플레이트(110); 2차전지(133), 2차전지(133)의 충방전회로(133a), 상기 수신 코일(112)을 통해 무선 전력을 공급받아 충방전회로(133a)를 통해 2차전지(133)를 충전시키는 리시버 보드(132), 및 충전한 전력으로 척 전극(111)에 전압 인가하는 DC 전원(134)을 내부에 수용한 컨트롤 함체(130);를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유전체 플레이트(110)의 테두리측을 에워싸게 하며, 정전척을 파지하기 위한 홀딩 부위(121, 122)를 구비하는 보강 프레임(120)를 더욱 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤 함체(130)은 상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면에 고정 설치된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤 함체(130)는 대기압의 내부공간을 밀폐하는 구조로 구성되고, 피드스루(Feedthrough)를 통해 척 전극(111) 및 수신 코일(112)과 연결되게 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 통신 모듈(140); 및 상기 컨트롤 함체(130)에 수용되며, 무선 통신에 의해 수신하는 지령에 따라 DC 전원(134)을 제어하여 척킹(chucking) 및 디척킹(dechucking)시키는 척 컨트롤러(131);를 더욱 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 무선 통신 모듈(140)은 상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면에 매립한 안테나(141); 및 상기 컨트롤 함체(130)에 수용한 무선통신 칩(142);을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 충방전회로(133a)는 상기 2차 전지(133)의 잔여 용량 감지 회로를 포함하고, 상기 척 컨트롤러(131)는 상기 충방전회로(133a)를 통해 잔여 용량을 모니터링하여, 상기 충방전회로(133a)에 의한 충전 전력 또는 충전 속도를 잔여 용량에 따라 제어한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수신 코일(112)은 복수 개로 구성되고, 상기 리시버 보드(132)는 복수의 상기 수신 코일(112)에 일대일 연결되는 복수 개로 구성되어, 복수의 상기 수신 코일(112)을 통해 공급받는 무선 전력을 상기 2차 전지(133)에 충전시킨다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 보강 프레임(120)의 홀딩 부위(121, 122)는 유전체 플레이트(110)의 흡착면 측에서 파지하는 것과 비흡착면 측에서 파지하는 것으로 구분되게 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판 처리 시스템에 있어서, 기판(10)을 반입할 로드락 모듈(410), 기판(10)을 공정처리할 공정 모듈(430), 기판(10)을 반출할 언로드락 모듈(440), 기판(10)을 로드락 모듈(410)에서 공정 모듈(430)로 이송하고 공정 모듈(430)에서 언로드락 모듈(440)로 이송하는 반송 모듈(420)을 공정라인을 따라 배치하고, 기판(10)을 상기 정전척으로 척킹(chucking)한 상태로 공정라인을 따라 이송한 후, 언로드락 모듈(440)에서 디척킹(dechucking)하여 반출하도록 공정 컨트롤러(300)로 제어하되, 상기 반송 모듈(420)에는 송신 코일(210) 및 트랜스미터 보드(220)를 포함한 무선 충전기(200)를 설치하여, 상기 정전척이 상기 반송 모듈(420)에 의해 이송되는 동안 충전되게 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 공정라인 상에는 상기 공정 컨트롤러(300)와 통신로가 확보되며 정전척의 무선 통신 모듈(140)이 무선 연결하게 한 무선 AP 모듈(310)이 배치되어, 상기 공정 컨트롤러(300)에서 척킹 및 디척킹을 위한 지령을 무선 AP 모듈(310)을 통해 정전척에 전달한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 반송 모듈(420)은 이송 구간을 따라 설치한 레일(421); 및 레일(421)을 따라 이동하며 정전척을 이송하고, 상기 무선 충전기(200)를 설치한 캐리어(422); 를 포함하고, 상기 로드락 모듈(410)은 반입한 기판(10)을 정전 흡착한 정전척을 기판(10)의 피가공면이 아래를 향하도록 반전시키는 반전기(flipper)로 구성하고, 상기 반송 모듈(420)은 정전척을 비흡면측에서 캐리어(422)로 파지하여 레이저 가공을 위한 공정 모듈(430)로 이동시키게 구성되어, 기판 플립형 레이저 가공 시스템으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 기판을 정전 흡착한 상태로 공정라인을 따라 이송함에 있어서, 유전체 플레이트에서 유휴 상태로 있던 넓은 면적의 비흡착면을 활용하여 수신 코일을 설치함으로써, 전 공정라인을 통해 척 기능을 수행할 수 있는 충분한 전력을 수급하며 운용할 수 있고, 수신 코일을 유전체 플레이트(110)에 매립하여 슬림화함으로써, 운용할 공정라인의 구조도 단순화하며 구조 변경도 최소화할 수 있게 하며, 무선 통신으로 제어할 수 있게 하여서, 전기선 및 신호선 연결 없이 독립적인 이동체로서 예를 들어 반전기를 운용하여 기판의 가공면을 하향시키게 한 상태로 레이저 가공처리하는 공정처럼 유선 연결하여 운용하기 어려운 기판 처리 시스템 내에도 쉽게 설치 운용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 유전체 플레이트의 테두리측에 구비한 보강 프레임을 이용하여 공정라인을 따라 안정적으로 이송할 수 있고, 전하 충전되는 도선이 전혀 노출되지 아니하여, 대기압 상태와 진공 상태를 오가더라도 진공방전에 따른 소손 없이 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)의 상면 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)의 저면 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)의 전기 신호적 블록구성도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 시스템의 구성도 및 공정처리 과정을 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 특징적 구성요소를 위주로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)의 상면 사시도로서, 상면을 기판(10)의 정전 흡착을 위한 정전 흡착면(115)으로 하고, 정전 흡착면(115) 측에 매립된 척 전극(111)을 투시하여 도시하였다. 이때 기판(10)은 공정처리할 피가공면(11)이 상부를 향하도록 정전 흡착면(115)에 안착된다. 즉, 피가공면(11)과 반대되는 면이 정전 흡착면(115)과 밀착되게 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)의 저면 사시도로서, 저면 측에 매립된 수신 코일(112) 및 안테나(141)를 투시하여 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)은 상하면이 모두 노출된 유전체 플레이트(110), 유전체 플레이트(110)의 테두리를 감싸게 한 보강 프레임(120), 유전체 플레이트(110)의 고정한 컨트롤 함체(130), 컨트롤 함체(130)에서 인출된 케이블(135a) 및 케이블(135a)의 단부에 구비되며 유전체 플레이트(110)에 밀착되게 고정한 커넥터(135)만 겉으로 드러나게 하여, 실질적으로 정전 흡착 기능을 위한 유전체 플레이트(110)에 컨트롤 함체(130)를 추가한 형상을 갖는다.
그리고, 3의 단면도 및 도 4의 전기 신호적 블록구성도를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 정전척(100)은 무선 전력 수신을 수신 코일(112) 및 무선 통신 모듈(140)의 안테나(141)를 척 전극(111)과 마찬가지로 상기 유전체 플레이트(110)에 매립하되, 척 전극(111)이 매립된 정전 흡착면(115)과 반대되는 면인 비흡착면(116)에 매립하고, 무선 전력 충전, 무선 통신, 및 척킹 동작 제어를 위한 구성요소들은 컨트롤 함체(130)의 내부에 수용되게 하였다.
이와 같이 구성되는 정전척(100)은 기판 처리 시스템의 공정라인에 구비된 어느 하나의 특정 모듈이나 이송을 위한 캐리어에 항시적으로 고정 설치되게 하지 아니하고, 기판(10)을 척킹한 상태로 전 공정라인을 따라 이송시키며 운용할 수 있음은 물론이고, 종래에는 캐리어와의 접촉면으로 사용하여 유휴 상태로 있던 넓은 면적의 비흡착면(116)을 통해 충분한 무선 전력을 수급하여 전 공정라인을 따라 이송하며 운용할 수 있으며, 특히, 반전기에 의해 반전된 상태에서도 척킹 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 정전척(100)은 전기 도선의 노출을 일체 허용하지 않는 구조에 의해서 진공 챔버 내에서도 안정적으로 운용할 수 있다.
이를 위한 정전척(100)의 세부 구성요소에 대해서 도 1 내지 4에 도시한 실시 예 도면들을 참조하며 상세하게 설명한다.
상기 유전체 플레이트(110)는 통상적인 정전 척처럼 세라믹으로 판 형상을 갖게 형성한 것으로서, 기판(10)을 안착할 정전 흡착면(115) 측에는 척 전극(111)이 매립되어 있고, 정전 흡착면(115)과 반대되는 면인 비흡착면(116) 측에는 무선 전력 수신을 위한 수신 코일(112)과 무선 통신을 위한 안테나(141)가 매립되어 있다. 그리고, 상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면(116) 또는 일 측면에는 척 전극(111), 수신 코일(112) 및 안테나(141)에 일대일로 연결되는 복수의 단자(113)가 마련되어 있다.
즉, 상기 유전체 플레이트(110)는 제1,2,3 세라믹층을 순차적으로 형성하는 과정에서 제1 세라믹층과 제2 세라믹층 사이에 상기 척 전극(111)이 개재되게 하고, 제2 세라믹층과 제3 세라믹층 사이에 상기 수신 코일(112) 및 안테나(141)가 개재되게 하여 구성할 수 있다. 여기서, 상기 안테나(141)는 슬림화 및 내구성을 위해서, 소정의 패턴을 갖는 평판형 안테나로 형성하는 것이 좋다.
이에, 제1 세라믹층은 기판(10)을 안착한 후 상기 척 전극(111)에 DC 전압을 인가하면 기판(10)을 정전기력으로 흡착하게 하는 층으로 사용된다.
그리고, 제3 세라믹층은 상기 수신 코일(112)에 이르는 무선 충전을 위한 자기장의 투과율은 높게 하고, 상기 안테나(141)를 통한 무선 신호의 투과도 양호하게 하면서, 상기 수신 코일(112) 및 상기 안테나(141)를 보호하는 기능을 하며, 세라믹층으로 하지 아니하고, 그 기능을 수행할 수 있는 다른 재질의 유전체 필름으로 대체할 수도 있다.
이러한 상기 유전체 플레이트(110)는 세라믹 분말을 용사하여 제1,2,3 세라믹층을 순차적으로 형성하는 중에 상기 척 전극(111), 수신 코일(112) 및 리프트 핀(113)을 세라믹층 사이에 형성하는 용사 코팅 방식으로 제조하거나, 아니면, 세라믹 성형층 또는 세라믹 분말층으로 다층 구조를 형성하는 중에 상기 척 전극(111), 수신 코일(112) 및 리프트 핀(113)를 층 사이에 형성한 후 가압 소결하는 소결 방식으로 제조할 수 있다.
복수의 상기 단자(113)는 상기 척 전극(111), 수신 코일(112) 및 리프트 핀(413)에 이르는 홀을 각각 형성한 후 전도체를 삽입하여 전기 신호적으로 접합되게 하고, 이후 표면 측에 설치하는 방식으로 장착할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 전도체에 미리 연결되게 한 척 전극(111), 수신 코일(112) 또는 리프트 핀(413)을 매설하며, 전도체 단부를 표면측으로 인출되게 하고, 그 전도체 단부에 상기 단자(113)을 설치하는 방식으로 장착할 수도 있다. 여기서, 안테나(141)는 잡음에 민감한 신호를 송수신하므로 전도체에 이어진 상태로 매설할 수도 있고, 이에 더하여 그 전도체를 하기의 컨트롤 함체(130)의 피드스루(130c)에 직접 연결할 수도 있다. 다만, 본 발명의 실시 예에서는 예시적으로 단자(113) 및 커넥터(135)를 사용하는 것으로 설명하였다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유전체 플레이트(110)는 상하로 관통하는 리프트 핀홀(113)이 형성되어서, 기판(10)을 안착하거나 탈착할 시에 사용할 리프트 핀을 관통시킬 수 있게 한다.
상기 보강 프레임(120)은 판 형태로 형성한 상기 유전체 플레이트(110)의 테두리를 감싸게 구성하여 충격에 대한 내구성을 높이고, 본 발명에 따른 정전척(100)을 파지할 수 있는 홀딩 부위(121)를 갖추어서, 공정라인 상의 각종 모듈 또는 캐리어로 홀딩 부위(121, 122)를 파지하여 이송할 수 있게 한다.
여기서, 상기 홀딩 부위(121, 122)는 상기 유전체 플레이트(110)의 흡착면(115) 측 방향에서 파지하는 것(121)과 비흡착면(116) 측 방향에서 파지하는 것(122)으로 구분되게 하였다. 이에 따라, 기판(10)을 반전 및 비반전시키며 이송하고 공정라인 상의 모듈 사이에 넘겨줄 시에 용이하게 한다.
한편, 상기 홀딩 부위(121, 122)는 상기 보강 프레임(120)의 측면에 형성할 수도 있으며, 도면에 따르면, 돌기 형태로 형성하였으나 이러한 형상으로 한정하는 것은 아니며, 예를 들어 홈 형태로 변형할 수도 있다.
상기 무선 통신 모듈(140)은 안테나(141)와 안테나(141)를 통해 무선 신호를 송수신하는 무선통신 칩(142)으로 구성된다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기에서 설명하였듯이, 안테나(141)를 상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면(116) 측에 매립하고, 무선통신 칩(142)은 하기의 컨트롤 함체(130)에 수용하며, 매립한 안테나(141)는 단자(113) 및 커넥터(135)를 경유한 후 피드스루(136)를 통해 컨트롤 함체(130) 내부의 무선통신 칩(142)에 이르는 신호선으로 연결되게 하였다.
상기 무선 통신 모듈(140)은 구성요소를 분리하여 설치하지 아니하고, 일체형으로 하여 상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면(116)에 고정 설치할 수도 있으나, 전기 회로적 구성요소가 진공 상황에 놓이지 않도록 밀폐된 구조를 강구하는 것이 좋다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 전기 회로적 구성요소의 노출을 방지하기 위한 구조를 추가하지 아니하고, 무선통신 칩(142)을 상기 컨트롤 함체(130)에 수용하였다.
상기 컨트롤 함체(130)는 척 컨트롤러(131), 리시버 보드(132), 2차전지(133), 충방전회로(133a) 및 DC 전원(134)을 대기압 상태에서 내부에 수용한 후 밀폐한 것으로서, 본 발명에 따른 정전척(100)이 진공 챔버 내의 진공 상태에 놓이더라도, 내부 공간을 대기압 상태로 유지하여, 수용한 구성요소를 보호한다. 밀폐를 위한 구조를 도면으로 보여주지는 아니하였지만, 시링 링으로 밀폐하며 커버로 닫는 구조로 할 수 있다.
그리고, 척 전극(111), 수신 코일(112) 및 안테나(141)를 전기선 또는 신호선으로 내부 구성요소와 연결하기 위해서, 기밀을 유지할 수 있는 피드스루(Feedthrough, 136)를 컨트롤 함체(130)에 관통시켰다. 이에, 내외부를 피드스루(136)를 통해 전기 신호적으로 연결함으로써, 상기 컨트롤 함체(130)의 내부공간을 대기압 상태로 유지할 수 있다.
상기 리시버 보드(132)는 상기 수신 코일(112)에 유도되는 고주파 교류 전력을 전달받아 직류 전력으로 변성하는 무선 전력 수신단의 구성요소이다.
이와 같이 무선 전력을 수신하기 위한 상기 수신 코일(112) 및 리시버 보드(132)는 자기 유도 방식으로 무선 전력을 수신하게 구성하였다.
무선 전력 전송은 자기 유도 방식 아니면 자기 공명 방식으로 전송하게 된다. 여기서, 자기 유도 방식은 전송 거리가 짧지만 전송 효율이 높고 60W 정도의 소전력 무선 충전에 적합하고, 자기 공명 방식은 자기 유도 방식에 비해 전송 거리가 길지만 전력 손실이 많고, 비용이 증가하며 코일 설계가 복잡하여, 1kW 이상의 대전력 무선 충전에 적합하다. 그런데, 기판 이송용으로 사용할 정전척에서 사용할 전력은 대략 60~80W면 충분하다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 자기 유도 방식을 채택하였다. 그리고, 도면에서 확인할 수 있듯이, 상기 수신 코일(112)을 매립한 상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면(116)은 평평한 면을 갖게 연마되어 있어서, 근접 송수신 거리를 확보해야 하는 자기 유도 방식의 무선 충전을 충실히 수행할 수는 요건을 갖춘다.
그런데, 기판 처리 시스템의 공정라인 상에서 무선 충전할 구간은 짧게 하고, 그 짧은 구간에서 충분한 전력량을 충전할 수 있게 하는 것이 좋다.
이에 따라, 도면에 도시한 바와 같이 상기 유전체 플레이트(110)에는 복수 개의 수신 코일(112)을 매립하고, 상기 컨트롤 함체(130)의 내부에는 복수의 상기 수신 코일(121)에 일대일 연결되는 복수의 상기 리시버 보드(132)를 수용하여서, 복수의 상기 리시버 보드(132)로 각각 공급받는 전력의 합산 전력을 충전할 수 있게 하였다.
상기 2차전지(133)는 적어도 기판 처리 시스템의 공정라인을 따라 이동하며 소모하는 총 전력량 이상을 충전할 수 있어, 다시 충전할 수 있는 구간에 이를 때까지도 여유있는 잔여 용량을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 충방전회로(133a)는 상기 리시버 보드(132)를 통해 공급받는 전력을 상기 2차전지(133)에 충전하고, 상기 DC 전원(134)을 통해 척 전극(111)에 공급할 전력, 무선 통신 모듈(140)에 의해 소모할 전력, 척 컨트롤러(131)의 동작을 위해 소모할 전력을 공급하기 위해 방전한다.
이러한 상기 충방전회로(133a)는 상기 2차 전지(133)의 잔여 용량을 감지하기 위한 회로 및 과전류, 과방전 및 과열 방지를 위한 보호 회로를 갖추게 구성하였다.
상기 DC 전원(134)은 상기 충방전회로(133a)를 통해 전력을 공급받아 상기 척 전극(111)에 정전 흡착을 위한 전압을 인가한다. 이를 위해서, 상기 충방전회로(133a)를 통해 공급받는 전력의 전압을 정전 흡착할 수 있는 고전압으로 변성하여 척 전극(111)에 인가한다.
그런데, 척 전극(111)으로 척킹 및 디척킹할 시에 인가한 적합한 전압 파형이 알려져 있으므로, 상기 DC 전원(134)은 그러한 파형의 전압을 인가하도록 구성하였다. 또한, 도시한 바와 같이 (+)극과 (-)극의 척 전극(111)을 사용하는 바이폴라(bi-polar) 정전척으로 구성하였으므로, 척킹 및 디척킹할 시에 극성을 자동 전환하게 하여 잔류 전하의 축적을 예방하게 하였다.
한편, (+)극과 (-)극을 한쌍으로 하는 척 전극(111)을 복수 개 설치하는 정전척이 있고, 아울러, 상기 DC 전원(134)을 통해 형성된 출력 채널에 이상이 있을 경우도 발생할 수 있으므로, 본 발명의 실시 예에서는 상기 DC 전원(134)을 복수 개로 구비하고, 각각의 상기 DC 전원(134)으로 출력할 수 있도록 피드스루(136)를 구성하였다.
상기 척 컨트롤러(131)는 상기 무선 통신 모듈(140)을 통해 외부와 무선 통신하여, 무선 통신에 의해 수신하는 지령에 따라 DC 전원(134)을 제어하여 척킹(chucking) 및 디척킹(dechucking)시킨다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 척 컨트롤러(131)는 상기 충방전회로(133a)를 통해 잔여 용량을 모니터링하여, 상기 충방전회로(133a)에 의한 충전 전력 또는 충전 속도를 잔여 용량에 따라 제어하게 하였다. 예를 들어, 무선 충전이 시작될 시에 잔여 용량을 확인하여, 무선 충전의 기회가 주어진 시간에 맞춰 충분히 충전할 수 있는 충전 전력 또는 충전 속도를 갖게 한다. 더욱 구체적인 예로서, 본 발명에 따른 정전척(100)은 기판 처리 시스템의 공정라인을 순회하며 이송되거나 왕복하게 되므로, 공정라인 상에서 무선 충전할 수 있게 한 구간에 도달하는 순간의 잔여 용량이 적을수록 충전전력을 크게 하거나 또는 충전 속도를 높게 하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 척 컨트롤러(131)는 상기 충방전회로(133a)를 통해 감지하는 2차전지(133)의 상태 정보, 상기 DC 전원(134)을 통해 인가되는 전압 또는 전류의 센싱 정보, 상기 리시버 보드(132)를 통해 공급받는 전력의 전압 또는 전류의 센싱 정보, 또는 지령에 따른 척킹 및 디척킹의 수행 여부를 알리는 메시지 정보를 상기 무선 통신 모듈(140)을 전송할 수 있게 할 수도 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 정전척(100)은 넓은 면적의 유휴 비흡착면(116)을 활용하여 무선 충전하게 함으로써, 케이블 연결 없이 무선 전력을 수급하며 동작할 수 이게 하고, 매우 단순하면서 슬림화한 구조를 갖추어, 기판 처리 시스템 내의 공정라인에서 용이하게 다룰 수 있게 하며, 사용 환경이 대기압 환경과 진공 환경을 오가는 상황에서도 소손 없이 안정적으로 운용할 수 있게 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 정전척을 이용한 기판 처리 시스템에 대해서 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 시스템의 구성도 및 공정처리 과정을 보여주는 도면으로서, 기판(10)을 반전시켜 피가공면을 하향으로 한 후, 기판(10)의 아래에서 레이저 가공하는 공정모듈(430)로 가공처리하게 한 기판 플립형 레이저 가공 시스템이 예시되어 있으며, 기판(10)을 반입한 상태(5a), 기판(10)을 반전시킨 상태(5b), 기판(10)을 반송 모듈(420)에게 넘긴 상태(6a) 및 기판(10)을 공정 모듈(430)로 이송한 후 레이저 가공처리하는 상태(6b)가 단면도로 도시되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 시스템에 따르면, 게이트 밸브(401)를 통해 기판(10)을 반입 및 반출할 수 있게 한 진공 챔버(400)의 내부에는, 기판(10)을 반입할 로드락 모듈(410) 및 기판(10)을 반출할 언로드락 모듈(440)을 일체화하면서 기판을 반전시키게 할 반전기(Flipper, 410, 440)와, 예를 들어 기판(10)을 레이저로 패터닝하는 공정처리를 수행할 공정 모듈(430)과, 기판(10)을 반입 및 반출할 반전기(410, 440)와 공정모듈(430)로 기판(10)을 공정처리할 워킹 존(Z) 사이에 기판(10)을 이송하는 반송 모듈(420)이 배치되어 있다.
이에, 반전기(410, 440), 반송 모듈(420), 공정 모듈(430), 반송 모듈(420) 및 반전기(410, 440)의 순서로 이루어진 공정라인이 구축된다.
그리고, 공정라인을 따라 기판(10)을 이송할 시에 기판(10)을 척킹(chucking)한 상태로 이송하기 위해서 정전척(100)이 챔버(400) 내부에 투입되고, 공정라인 상의 적어도 1개소에는 공정 컨트롤러(300)와의 사이에 통신로가 확보된 무선 AP 모듈(310)이 설치되어 있어서, 정전척(100)이 무선 AP 모듈(310)에 무선 접속하여 공정 컨트롤러(300)와 통신할 수 있게 한다. 이에, 공정 컨트롤러(300)는 척킹 및 디척킹을 위한 지령을 무선 AP 모듈(310)을 통해 정전척(100)에 전달할 수 있고, 정전척(100)에서 전달하는 각종 정보를 전달받을 수 있다.
또한, 상기 반송 모듈(420)은 반전기(410, 440)가 설치된 반입/반출 존에서 기판을 공정처리할 워킹 존(Z)까지의 이송 구간을 따라 정전척(100)을 이송시키되, 무선 충전을 위한 송신 코일(210) 및 트랜스미터 보드(220)를 포함한 무선 충전기(200)가 설치되어 있다.
도면에 도시한 구체적인 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
반전기(410, 440)는 로테이터(411), 로테이터(411)를 회전시킬 모터(412) 및 기판(10)의 반입/반출을 위한 기판 리프트핀(413)를 포함한다. 여기서, 로테이터(411)는 기판(10)을 안착할 흡착면이 위를 향하도록 정전척(100)을 올려놓은 후 모터(412)로 회전시켜 정전척(100)을 반전(Flipping)시킬 수 있게 되어 있고, 정전척(100)의 흡착면 측 홀딩 부위(121)를 파지하는 파지수단(411a)과, 정전척(100)을 반전시킨 상태에서 파지 해제한 후 들어올리기 위한 척 리프트핀(411b)를 구비하여, 정전척(100)을 탈부착하며 반송 모듈(420)과의 사이에 주고받을 수 있다.
반송 모듈(420)은 이송 구간을 따라 설치한 레일(421), 및 레일(421)을 따라 이동하게 하여 정전척(100)을 이송하게 하되, 상기 무선 충전기(200)가 설치되어 있어 있어서 정전척(100)을 이송 중에 충전시키는 캐리어(422)를 포함한다. 여기서, 캐리어(422)는 반전시킨 상태의 정전척(100)을 위에서 받게 되므로, 정전척(100)의 비흡착면 측 홀딩 부위(122)를 파지하는 파지수단(422a)을 구비하고, 정전척(100)의 비흡착면 중에 적어도 수신 코일(112)이 매립된 면과 근접(무선 전력 송수신이 가능한 근접)하는 부위에 송신 코일(210)이 설치되고, 정전척(100)의 비흡착면에 돌출된 컨트롤 함체(130)가 여유있게 삽입되게 할 함체 수용홈(422b)이 조성된다.
물론, 정전척(100)에 구비된 수신 코일(112)의 개수 만큼 송신 코일(210)이 설치되어 일대일로 동시에 마주하며, 무선 전력을 동시에 병렬적으로 송수신하게 한다. 한편, 캐리어(422)는 레일(421)을 따라 이동하게 하되, 예를 들어 정전척(100)의 파지 여부를 감지하는 센서 등을 설치 운용하기 위해서 전력을 공급받게 하므로, 송신 코일로 전송할 전력을 확보할 수 있다.
공정 컨트롤러(300)는 챔버(400) 내의 공정라인을 따라 배치한 각 모듈 및 정전척(100)을 제어하여서, 기판을 반입할 시에 반전기(410, 440)에 파지된 정전척(100)의 흡착면 상에 기판(10)을 안착하게 하며 척킹시키고(도5a), 기판(10)을 척킹한 상태의 정전척(100)을 반전기(410, 440)로 반전시킨 후(도 5b) 상승시켜 반송 모듈(420)에 전달하게 하고(도 6a), 반전시킨 정전척(100)을 반송 모듈(420)에 의해 워킹 존(Z)으로 이송되게 한 후 피가공면이 아래를 향하게 된 기판(10)을 공정 모듈(430)로 레이저 가공처리하게 하는(도 6b) 일렬의 반입/공정처리 과정을 수행할 수 있다. 물론, 레이저 가공한 기판(10)을 반출할 시에는 반입/공정처리 과정의 역순으로 수행하여, 정전척(100)을 도 5(a)에 도시한 바와 같이 기판(10)이 위를 향하도록 반전기(410, 440)에 파지되게 한 후, 디척킹(de-chucking)시키고, 기판 리프트핀(413)을 이용하여 정전척(100) 위로 기판(10)을 올려서 반출할 수 있게 한다.
이때, 정전척(100)은 캐리어(422)에 파지되어 충전할 기회를 갖게 될 시에, 반전기(410, 440)에 넘겨져 충전할 수 없는 시간에도 동작할 수 있는 충분한 전력을 충전할 수 있게 하여야 하며, 이를 위해서, 상기한 바와 같이 일대일로 동시에 마주하며 무선 전력을 송수신하게 할 수신 코일(112) 및 송신 코일(210)를 충분한 개수로 갖추게 하고, 이에 더하여, 충전 기회가 있을 시의 충전 전력 및 충전 속도를 2차전지의 잔여 용량에 따라 제어하게 할 수 있다.
그리고, 도 5 및 도 6에 예시한 바와 같이 기판 플립형 레이저 가공 시스템에서는 척킹한 상태로 기판(10)을 공정처리함에 있어 기판(10)을 반전시키므로, 정전척(100)에 충분한 전력을 공급하기 위해 케이블을 사용하면 케이블이 꼬이거나 다른 모듈에 부딪쳐서 파손되는 등의 많은 문제점이 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따르면 정전척(100)은 무선 충전 기술을 이용하여 안정적으로 전력을 확보하며 제 기능을 수행할 수 있게 한다.
한편, 본 발명은 도 5 및 도 6으로 예시한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 로드락 모듈(410)과 언로드락 모듈(440)이 분리된 시스템, 로드락 모듈(410)과 언로드락 모듈(440) 사이에 복수의 공정 모듈(430)이 배치된 시스템, 반송 모듈(420)이 복수 개 운용되는 시스템이어도 좋으며, 다만, 공정 라인 상에 무선 충전기(200)를 설치하여 충전 가능하게 하면 되고, 또한, 기판을 반전시키지 아니한 상태로 이송하거나 또는 롤러를 이용하여 이송하는 등의 다양한 형태의 이송 구간에 무선 충전기를 설치하여 구성할 수도 있다.
10 : 기판 11 : 피가공면
100 : 정전척
110 : 유전체 플레이트
111 : 척 전극 112 : 수신 코일 113 : 리프트 핀홀
114 : 단자 115 : 흡착면 116 : 비흡착면
120 : 보강 프레임 121,122 : 홀딩 부위
130 : 컨트롤 함체
131 : 척 컨트롤러 132 : 리시버 보드 133 : 2차전지
133a : 충방전회로 134 : DC 전원 135 : 커넥터
135a : 케이블 136 : 피드스루
140 : 무선 통신 모듈 141 : 안테나 142 : 무선통신 칩
200 : 무선 충전기 210 : 송신 코일 220 : 트랜스미터 보드
300 : 공정 컨트롤러 310 : 무선 AP 모듈
400 : 챔버
410 : 로드락 모듈
411 : 로테이터 411a : 파지수단 411b : 척 리프트핀
412 : 모터 413 : 기판 리프트핀
420 : 반송 모듈
421 : 레일 422 : 캐리어 422a : 파지수단
422b : 함체 수용홈
430 : 공정 모듈
440 : 언로드락 모듈

Claims (12)

  1. 척 전극(111)이 기판을 흡착할 흡착면 측에 매립되고, 무선 전력 수신을 위한 수신 코일(112)이 흡착면에 반대되는 비흡착면에 매립된 유전체 플레이트(110);
    상기 유전체 플레이트(110)의 테두리측을 에워싸게 하며, 정전척을 파지하기 위한 홀딩 부위(121, 122)를 구비하는 보강 프레임(120);
    2차전지(133), 2차전지(133)의 충방전회로(133a), 상기 수신 코일(112)을 통해 무선 전력을 공급받아 충방전회로(133a)를 통해 2차전지(133)를 충전시키는 리시버 보드(132), 및 충전한 전력으로 척 전극(111)에 전압 인가하는 DC 전원(134)을 내부에 수용한 컨트롤 함체(130);
    를 포함한
    정전척.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤 함체(130)은 상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면에 고정 설치된
    정전척.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤 함체(130)는 대기압의 내부공간을 밀폐하는 구조로 구성되고, 피드스루(Feedthrough)를 통해 척 전극(111) 및 수신 코일(112)과 연결되게 한
    정전척.
  5. 제 1항에 있어서,
    무선 통신 모듈(140); 및
    상기 컨트롤 함체(130)에 수용되며, 무선 통신에 의해 수신하는 지령에 따라 DC 전원(134)을 제어하여 척킹(chucking) 및 디척킹(dechucking)시키는 척 컨트롤러(131);
    를 더욱 포함하는
    정전척.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무선 통신 모듈(140)은
    상기 유전체 플레이트(110)의 비흡착면에 매립한 안테나(141); 및
    상기 컨트롤 함체(130)에 수용한 무선통신 칩(142);
    을 포함하는
    정전척.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 충방전회로(133a)는 상기 2차 전지(133)의 잔여 용량 감지 회로를 포함하고,
    상기 척 컨트롤러(131)는 상기 충방전회로(133a)를 통해 잔여 용량을 모니터링하여, 상기 충방전회로(133a)에 의한 충전 전력 또는 충전 속도를 잔여 용량에 따라 제어하는
    정전척.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 코일(112)은 복수 개로 구성되고,
    상기 리시버 보드(132)는 복수의 상기 수신 코일(112)에 일대일 연결되는 복수 개로 구성되어, 복수의 상기 수신 코일(112)을 통해 공급받는 무선 전력을 상기 2차 전지(133)에 충전시키는
    정전척.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 보강 프레임(120)의 홀딩 부위(121, 122)는 유전체 플레이트(110)의 흡착면 측에서 파지하는 것과 비흡착면 측에서 파지하는 것으로 구분되게 구비하는
    정전척.
  10. 기판(10)을 반입할 로드락 모듈(410), 기판(10)을 공정처리할 공정 모듈(430), 기판(10)을 반출할 언로드락 모듈(440), 기판(10)을 로드락 모듈(410)에서 공정 모듈(430)로 이송하고 공정 모듈(430)에서 언로드락 모듈(440)로 이송하는 반송 모듈(420)을 공정라인을 따라 배치하고,
    기판(10)을 제1항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항 및 제9항 중에 어느 하나의 항에 기재된 정전척(100)으로 척킹(chucking)한 상태로 공정라인을 따라 이송한 후, 언로드락 모듈(440)에서 디척킹(dechucking)하여 반출하도록 공정 컨트롤러(300)로 제어하되,
    기판(10)을 척킹한 상기 정전척(100)에 구비된 홀딩 부위(121, 122)를 공정라인 상의 상기 로드락 모듈(410), 반송 모듈(420) 및 언로드락 모듈(440)에서 파지하여 공정라인을 따라 이송하고,
    상기 반송 모듈(420)에는 송신 코일(210) 및 트랜스미터 보드(220)를 포함한 무선 충전기(200)를 설치하여, 상기 정전척(100)이 상기 반송 모듈(420)에 의해 이송되는 동안 충전되게 한
    기판 처리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    공정라인 상에는 상기 공정 컨트롤러(300)와 통신로가 확보되며 정전척(100)의 무선 통신 모듈(140)이 무선 연결하게 한 무선 AP 모듈(310)이 배치되어, 상기 공정 컨트롤러(300)에서 척킹 및 디척킹을 위한 지령을 무선 AP 모듈(310)을 통해 정전척(100)에 전달하는
    기판 처리 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 반송 모듈(420)은 이송 구간을 따라 설치한 레일(421); 및 레일(421)을 따라 이동하며 정전척(100)을 이송하고, 상기 무선 충전기(200)를 설치한 캐리어(422); 를 포함하고,
    상기 로드락 모듈(410)은 반입한 기판(10)을 정전 흡착한 정전척(100)을 기판(10)의 피가공면이 아래를 향하도록 반전시키는 반전기(flipper)로 구성하고,
    상기 반송 모듈(420)은 정전척(100)을 비흡면측에서 캐리어(422)로 파지하여 레이저 가공을 위한 공정 모듈(430)로 이동시키게 구성되어,
    기판 플립형 레이저 가공 시스템으로 구성된
    기판 처리 시스템.
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