KR102424176B1 - Magnetic levitation rotating apparatus and aparatus for vacuum processing including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기부상 회전 장치 및 이를 포함하는 진공 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전부가 안정적인 자기부상 회전이 가능한 자기부상 회전 장치 및 이를 포함하는 진공 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic levitation rotating apparatus and a vacuum processing apparatus including the same, and more particularly, to a magnetically levitated rotating apparatus capable of stably rotating a magnetically levitated rotating part and a vacuum processing apparatus including the same.
최근의 반도체 소자에서는 반도체 소자를 구성하는 박막의 두께가 수 나노(nm)에 불과하며 그 두께 균일성이 수% 내로 유지되어야 한다. 이러한 균일성의 레벨은 고온 프로세싱 동안에 기판 전체의 온도 변화가 수℃를 초과할 수 없다는 요건을 필요로 한다. 따라서, 온도의 불균일성을 최소화시키는 기술이 매우 중요하다. 특히, 기판이 대형화되면서 이러한 균일 가열이 제대로 이루어지지 않아 많은 문제점들이 발생되고 있다. 이러한 기판의 균일가열문제를 해결하기 위하여 급속열처리가 이루어지는 동안에 기판을 수평회전시키는 기판회전장치로서 자기부상 회전 장치(Maglev rotating apparatus)가 있다. In recent semiconductor devices, the thickness of the thin film constituting the semiconductor device is only a few nanometers (nm), and the thickness uniformity must be maintained within several%. This level of uniformity necessitates the requirement that the temperature change across the substrate during high temperature processing cannot exceed several degrees Celsius. Therefore, a technique for minimizing the temperature non-uniformity is very important. In particular, as the size of the substrate increases, uniform heating is not performed properly, causing many problems. In order to solve the problem of uniform heating of the substrate, there is a magnetic levitation rotating apparatus as a substrate rotating apparatus for horizontally rotating the substrate while the rapid heat treatment is performed.
자기부상 회전 장치는 고정부(Stator)와 회전부(Rotor)를 포함하며, 회전부는 자기력에 의해 고정부에 비접촉된 상태로 부상되어 회전한다. 따라서 소음 및 진동이 적고, 파티클의 발생이 없으며 고속회전이 가능하여 짧은 시간동안 고온으로 가열되는 급속열처리장치에 적합하다. 회전부는 지지 실린더를 통하여 에지링을 지지하고, 에지링 상에는 기판이 올려 놓여진다.The magnetically levitated rotating device includes a fixed part (Stator) and a rotating part (Rotor), and the rotating part is levitated and rotates in a non-contact state with the fixed part by magnetic force. Therefore, there is little noise and vibration, there is no generation of particles, and high-speed rotation is possible, so it is suitable for a rapid heat treatment device that is heated to a high temperature for a short time. The rotating part supports the edge ring through the support cylinder, and the substrate is placed on the edge ring.
일반적으로 반도체 소자를 형성하는 반도체 공정은 진공 상태에서 이루어지게 된다. 기판을 회전시키는 회전부는 진공 상태로 유지되는 진공 공간 내부에 위치하여야하고, 반면에 고정부는 대기압으로 유지되는 외부 공간에 위치하게 된다. 고정부와 회전부는 자계의 상호 작용으로 회전하게 되므로, 챔버부와 함께 진공 공간을 정의하는 하우징부를 자계가 통과할 수 있도록 고정부와 회전부 사이의 하우징부는 두께가 얇아야 한다. 얇은 두께의 하우징부로 인해서 반도체 공정을 위해서 진공으로 유지되는 경우에는 하우징부의 형상이 찌그러지는 현상에 의해서 회전부의 위치 측정에 오류가 발생될 수 있고, 이로 인해서 회전부의 회전 속도 제어에도 안정성이 떨어질 가능성이 높아지는 문제가 있다. In general, a semiconductor process for forming a semiconductor device is performed in a vacuum state. The rotating part for rotating the substrate should be located inside a vacuum space maintained in a vacuum state, while the stationary part should be located in an external space maintained at atmospheric pressure. Since the fixed part and the rotating part rotate due to the interaction of the magnetic field, the housing part between the fixed part and the rotating part should be thin so that a magnetic field can pass through the housing part defining a vacuum space together with the chamber part. When the vacuum is maintained for semiconductor processing due to the thin housing part, an error may occur in the position measurement of the rotating part due to the distortion of the shape of the housing part. There is an increasing problem.
본 발명은 회전부가 안정적인 자기부상 회전이 가능한 자기부상 회전 장치 및 이를 포함하는 진공 처리 장치를 제공한다. The present invention provides a magnetic levitation rotating device capable of stable magnetically levitated rotation of the rotating unit and a vacuum processing apparatus including the same.
또한, 본 발명은 회전부의 안정적인 회전 속도 제어가 가능한 자기부상 회전 장치 및 이를 포함하는 진공 처리 장치를 제공한다. In addition, the present invention provides a magnetic levitation rotating device capable of stably controlling the rotational speed of the rotating unit and a vacuum processing device including the same.
본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치는 챔버부와 연결되어 진공 공간을 형성하는 하우징부; 상기 하우징부의 내측 공간에 수용되고, 자기력에 의해서 부상하여 회전축을 중심으로 회전하는 원통형의 회전부; 상기 하우징부의 외측에 제공되어 상기 회전부에 자기력을 제공하는 고정부; 상기 회전부의 수평 방향 변위를 측정하는 수평 변위 센서부; 상기 하우징부의 저면부에 장착되어, 상기 회전부의 수직 방향 변위를 측정하는 수직 변위 센서부; 및 상기 하우징부의 외측에 제공되어 상기 회전부의 회전 속도를 측정하는 속도 센서부;를 포함하고, 상기 속도 센서부는 서로 다른 높이에 제공되는 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서를 포함할 수 있다. Magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention is connected to the chamber portion housing to form a vacuum space; a cylindrical rotating part accommodated in the inner space of the housing part and levitating by magnetic force to rotate about a rotating shaft; a fixing part provided on the outside of the housing part to provide a magnetic force to the rotating part; a horizontal displacement sensor for measuring the horizontal displacement of the rotating part; a vertical displacement sensor unit mounted on a bottom surface of the housing unit to measure a vertical displacement of the rotating unit; and a speed sensor provided outside the housing to measure the rotational speed of the rotating unit, wherein the speed sensor may include a first speed sensor and a second speed sensor provided at different heights.
상기 하우징부는 상기 저면부를 사이에 두고 서로 연결되는 원통형의 내측벽; 및 상기 내측벽의 외측에 제공되는 원통형의 외측벽;를 더 포함하고, 상기 회전부는 상기 하우징부의 내측벽과 외측벽 사이에 수용되며, 상기 외측벽의 두께는 상기 내측벽의 두께 및 상기 저면부의 두께보다 얇을 수 있다. The housing portion includes a cylindrical inner wall connected to each other with the bottom portion interposed therebetween; and a cylindrical outer wall provided on the outside of the inner wall, wherein the rotating part is accommodated between the inner wall and the outer wall of the housing part, and the thickness of the outer wall is thinner than the thickness of the inner wall and the thickness of the bottom part can
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 수직방향으로 나란히 배열될 수 있다. The first speed sensor and the second speed sensor may be arranged side by side in a vertical direction.
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 홀 센서일 수 있다. The first and second speed sensors may be Hall sensors.
상기 속도 센서부는, 상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서를 고정하고, 강자성체로 이루어진 고정 막대부; 및 상기 고정 막대부가 지지되는 제1 영구 자석부;를 포함할 수 있다. The speed sensor unit includes: a fixing bar for fixing the first speed sensor and the second speed sensor, and made of a ferromagnetic material; and a first permanent magnet part on which the fixed bar part is supported.
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 상기 고정 막대부의 외주면에 장착되어 고정되고, 상기 고정 막대부의 횡단면은 원형일 수 있다. The first speed sensor and the second speed sensor may be mounted and fixed to an outer circumferential surface of the fixed bar, and a cross-section of the fixed bar may be circular.
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 서로 이격되어 제공될 수 있다. The first speed sensor and the second speed sensor may be provided to be spaced apart from each other.
상기 회전부는 상단부 혹은 하단부의 외주면을 따라 제공되는 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서 사이의 이격거리는 상기 복수의 돌출부 외측 단부 두께의 2배 이하일 수 있다. The rotating part may include a plurality of protrusions provided along an outer circumferential surface of the upper end or lower end, and a separation distance between the first speed sensor and the second speed sensor may be less than or equal to twice the thickness of the outer end of the plurality of protrusions.
상기 회전부는 외주면으로부터 외측으로 연장되어 서로 이격되도록 제공되는 제1 내지 제2 플랜지부;을 포함하고, 상기 고정부는, 상기 제1 내지 제2 플랜지부에 대향하도록 서로 이격되어 제공되는 제1 내지 제2 자기 코어판; 제1 내기 제2 자기 코어판 사이에 제공되어 상기 회전부에 흡인력을 발생시키는 제2 영구 자석부; 및 제1 내지 제2 자기 코어판의 일부에 권선되어 자속을 발생시키는 전류의 방향과 크기에 따라 상기 흡인력을 조절하여 상기 회전부의 위치를 제어하는 위치 제어 코일;을 포함하고, 상기 속도 센서부는 상기 제1 내지 제2 자기 코어판 중 어느 하나의 평면 상에 지지될 수 있다. The rotating portion includes first to second flange portions extending outwardly from the outer circumferential surface to be spaced apart from each other, and wherein the fixing portion includes first to second flange portions spaced apart from each other to face the first to second flange portions. 2 magnetic core plate; a second permanent magnet part provided between the first bet and the second magnetic core plate to generate an attraction force to the rotating part; and a position control coil wound around a portion of the first to second magnetic core plates to control the position of the rotating part by adjusting the suction force according to the direction and magnitude of the current generating magnetic flux; It may be supported on any one plane of the first to second magnetic core plates.
상기 고정부는, 상기 제1 내지 제2 자기 코어판 중 어느 하나에 연결되고, 비자성체로 이루어진 커버부; 상기 제1 내지 제2 자기 코어판과 이격되도록 상기 커버부에 연결되고, 강자성체로 이루어진 구동 코어부; 상기 구동 코어부의 일부에 권선되어 상기 회전부에 회전 구동력을 제공하는 복수의 구동 코일부; 및 상기 커버부에 연결되어 상기 속도 센서부를 상단부를 고정하는 홀더부;를 더 포함할 수 있다. The fixing part may include a cover part connected to any one of the first to second magnetic core plates and made of a non-magnetic material; a driving core part connected to the cover part so as to be spaced apart from the first to second magnetic core plates and made of a ferromagnetic material; a plurality of driving coil units wound around a portion of the driving core unit to provide rotational driving force to the rotating unit; and a holder part connected to the cover part and fixing the upper part of the speed sensor part.
상기 제1 속도 센서 내지 제2 속도 센서에서 각각 측정된 회전부의 회전 속도의 평균값을 이용하여 상기 회전부의 회전 속도를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다. It may further include; a control unit for controlling the rotation speed of the rotation unit using the average value of the rotation speed of the rotation unit measured by the first to second speed sensors, respectively.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 처리 장치는 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치; 상기 하우징에 연결되어 진공 공간을 형성하는 챔버부; 및 상기 진공 공간을 배기하는 배기부;를 포함할 수 있다. A vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention is a magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention; a chamber part connected to the housing to form a vacuum space; and an exhaust unit for evacuating the vacuum space.
그리고, 상기 진공 공간에 제공되는 기판을 지지하고, 상기 회전부에 연결되어 연동하여 회전 가능하도록 제공되는 기판 지지부; 상기 기판의 제1 면 측에 제공되어 상기 기판을 향하여 열에너지를 제공하는 열원부; 및 상기 기판의 제2 면 측에 제공되어 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함할 수 있다. And, a substrate support provided to support the substrate provided in the vacuum space and to be rotatable in connection with the rotating unit; a heat source provided on the first surface side of the substrate to provide thermal energy toward the substrate; and a temperature measuring unit provided on the second surface side of the substrate to measure the temperature of the substrate.
본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치 및 진공 처리 장치에 의하면, 진공 상태에서도 회전부의 회전 속도를 정확하게 측정할 수 있고, 정확한 측정된 회전 속도를 이용하여 회전부의 자기부상 회전 속도 제어를 안정적으로 할 수 있음으로 인해 속도헌팅 현상 또는 속도 리플(ripple) 현상의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 회전부의 정정지가 가능할 수 있다. According to the magnetic levitation rotating device and the vacuum processing device according to an embodiment of the present invention, it is possible to accurately measure the rotational speed of the rotating part even in a vacuum state, and stably controlling the magnetically levitated rotational speed of the rotating part using the accurately measured rotational speed Due to this, it is possible to effectively suppress the occurrence of a speed hunting phenomenon or a speed ripple phenomenon, and it may be possible to stop the rotating part.
그리고, 대기압과 진공 여부와 상관 없이 회전 속도를 안정적으로 측정할 수 있게 되어, 챔버 내의 압력과 상관없이 회전 속도를 용이하게 제어할 수 있다. And, the rotation speed can be measured stably regardless of atmospheric pressure and vacuum, so that the rotation speed can be easily controlled regardless of the pressure in the chamber.
또한, 회전부의 불안정한 회전 시에 발생될 수 있는 진동과 소음을 효과적으로 억제하고, 회전부의 수평 위치 이동을 위해서 사용되는 전자석에 걸리는 부하를 적절히 관리하여 회전부의 회전 속도를 안정적으로 제어할 수 있다. In addition, it is possible to effectively suppress vibration and noise that may be generated during unstable rotation of the rotating unit, and appropriately manage the load applied to the electromagnet used for horizontal position movement of the rotating unit, thereby stably controlling the rotating speed of the rotating unit.
한편, 회전부에 연결되어 함께 회전하는 피회전체(예를 들어 반도체 웨이퍼)의 경우 회전부의 회전 속도 헌팅 현상으로 인해서 불안정한 회전을 하게 되면 발생될 수 있는 반경 방향으로 밀림 현상이나 회전 방향으로 슬립현상 등의 문제점을 효율적으로 억제할 수 있다. On the other hand, in the case of a rotating object (eg, a semiconductor wafer) that is connected to a rotating part and rotates together, it may be caused by unstable rotation due to the rotational speed hunting phenomenon of the rotating part. Problems can be effectively suppressed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 부분 절단 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 부분 단면도.
도 5는 진공 처리 장치에서 진공 여부에 따른 회전 속도 변화를 설명하는 개념도.
도 6은 진공 처리 장치에서 진공 여부에 따른 회전 속도 변화 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 회전 속도 그래프.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 처리 장치의 개념도. 1 is a conceptual diagram of a magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a plan view of a magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a partial cut-away perspective view of the magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a partial cross-sectional view of a magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram illustrating a change in rotational speed depending on whether a vacuum is used in a vacuum processing apparatus.
6 is a graph showing a change in rotational speed depending on whether or not there is a vacuum in the vacuum processing apparatus.
7 is a rotational speed graph of the magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram of a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art completely It is provided to inform you. In the description, the same reference numerals are assigned to the same components, and the sizes of the drawings may be partially exaggerated in order to accurately describe the embodiments of the present invention, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 부분 절단 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 부분 단면도이다. 이때, 도 3 및 도 4는 도면 2에서 A-A'선을 따라 절단된 부분을 나타낸 도면이다. Figure 1 is a conceptual diagram of a magnetic levitation rotary device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view of a magnetically levitated rotary device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a magnetically levitated rotary device according to an embodiment of the present invention A partial cut-away perspective view of, Figure 4 is a partial cross-sectional view of the magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention. At this time, FIGS. 3 and 4 are views showing a portion cut along the line A-A' in FIG. 2 .
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치는, 챔버부(600)와 연결되어 진공 공간(V)을 형성하는 하우징부(100); 상기 하우징부(100)의 내측 공간에 수용되고, 자기력에 의해서 부상하여 회전축을 중심으로 회전하는 원통형의 회전부(200); 상기 하우징부(100)의 외측에 제공되어 상기 회전부(200)에 자기력을 제공하는 고정부(300); 상기 회전부(200)의 수평 방향 변위를 측정하는 수평 변위 센서부(410); 상기 하우징부(100)의 저면부에 장착되어, 상기 회전부의 수직 방향 변위를 측정하는 수직 변위 센서부(420); 및 상기 하우징부(100)의 외측에 제공되어 상기 회전부(200)의 회전 속도를 측정하는 속도 센서부(500);를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 속도 센서부(500)는 서로 다른 높이에 제공되는 제1 속도 센서(510); 및 제2 속도 센서(520);를 포함할 수 있다. 1 to 4, the magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention, the
하우징부(110)는 내부에 수용되는 회전부(200)와 외부에 제공되는 고정부(300)을 서로 분리하고, 후술하는 진공 처리 장치의 챔버부(600)와 연결되어 외부와 분리된 진공 공간(V)을 정의할 수 있다. 진공 처리 장치의 챔버부(600)와 연결되어 진공 처리 공정이 진행되는 동안에는 하우징부(100) 내부는 진공으로 유지될 수 있어서, 외부의 대기압과 내부의 진공압 사이의 압력차를 견딜 수 있는 강도를 가져야한다. The
원통형의 회전부(200)는 하우징부의 내측 공간에 수용되고, 자기력에 의해서 부상하여 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 회전부(200)를 부상시키고 회전시키는 자기력은 하우징부(100)의 외측에 배치되는 고정부(300)에 의해서 제공되는데, 회전부(200)와 고정부(300) 사이에 자계의 상호 작용을 원할하게 하기 위해서 원통형의 회전부(200)는 외주면(210)으로부터 외측으로 연장되어 서로 이격되도록 제공되는 제1 내지 제2 플랜지부(220, 230)를 포함할 수 있다. 회전부(200)는 고정부(300)에 의해서 강한 자계가 유도될 수 있도록 강자성 물질로 이루어질 수 있고, 원통형 회전부(200)의 상단부 또는 하단부의 외주면(210)을 따라 제공되고 소정 간격으로 이격된 복수의 돌출부(240)가 링 형태로 배치된 자극 톱니 혹은 자극 이빨(tooth)을 포함할 수 있다. The cylindrical rotating
고정부(300)는 하우징부(100)의 외측에 제공되어 회전부(200)의 부상과 이동에 필요한 자기력을 제공할 수 있다. The
고정부(300)는 회전부(200)의 제1 내지 제2 플랜지부(220, 230)에 대향하도록 수직(Z-축)방향으로 서로 이격되어 제공되는 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320); 및 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320) 사이에 제공되어 상기 회전부(200)에 흡인력을 발생시키는 제2 영구 자석부(330) 포함할 수 있다. The
제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320)는 원통형의 회전부(200)의 외주면을 따라 연장되는 일체의 평판으로 방사상의 폐쇄 회로를 구성하는데, 방사상으로 대칭되게 제공되는 돌출부를 포함할 수 있다. The first and second
제2 영구 자석부(330)는 수평(X-축 및 Y-축)방향으로 등간격으로 배치되어 복수개가 제공될 수 있다. 제2 영구 자석부(330)는 강한 자계를 갖고 있어서 공기 혹은 진공의 갭이 존재함에도 불구하고 회전부(200)에 강한 자계를 발생시킬 수 있고, 이로 인해 회전부(020)를 부상시킬 수 있을 뿐만 아니라 회전부가 (200)가 수직방향으로 제2 영구 자석부(330)의 중심이 맞추어질 수 있도록 한다. A plurality of second
고정부(30)는 입력되는 전류에 의해서 자속을 발생시키는 구동 코일(360)과 위치 제어 코일(341, 342, 343)을 더 포함할 수 있다. The fixing unit 30 may further include a driving
구동 코일(360)은 복수의 단부 권선이 구동 코어부(350)의 내측면을 따라 등각격으로 배치되는 다상 권선으로, 회전부(200) 또는 그 외주면에 제공된 복수의 돌출부(240)인 자극 톱니 또는 자극 이빨의 자계와 상호작용하여 회전축을 중심으로 한 토오크를 발생시켜 회전부(200)을 회전시키는 회전 전자계 또는 회전 구동력을 발생시킨다. The driving
한편, 제2 영구 자석부(330)의 자속은 고정부(300)과 회전부(200) 사이에 방사상의 흡인력을 발생시키는데, 이러한 흡인력은 방향에 따라 불안정성이 발생되어 회전부(200)을 일측으로 이동시킬 수 있다. 이러한 경우에는 회전부(200)의 위치 제어가 필요하게 되는데, 자속을 발생시키는 전류의 방향과 크기에 따라 상기 흡인력을 조절하는 위치 제어 코일을 이용하여 회전부(200)의 위치를 제어할 수 있다. 제2 영구 자석부(330)의 자속과 위치 제어 코일의 자속의 상대적인 방향이 일치하는지 혹은 반대 방향인지에 따라 흡인력을 추가로 발생시키거나 흡인력을 상쇄시킴으로써 회전부의 위치를 제어할 수 있다. 위치 제어 코일은 자속을 발생시키는 전류의 방향과 크기에 따라 상기 흡인력을 조절하여 회전부(20)의 수평 방향 위치를 제어하는 수평 위치 제어 코일(341); 및 자속을 발생시키는 전류의 방향과 크기에 따라 상기 흡인력을 조절하여 회전부(200)의 기울기를 제어하는 기울기 제어 코일(342)을 포함할 수 있다. On the other hand, the magnetic flux of the second
고정부(130)는 수직축(Z-축)에 교차하는 복수의 수평축(예를 들어, X-축 및 Y-축)을 따라 상기 수직축을 중심으로 대칭적으로 쌍을 이루어 배치되는 복수의 자석 조립체를 포함할 수 있다. 복수의 자석 조립체는 방사상으로 대칭되게 제공되는 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320)의 돌출부에 대응되는 위치에 제공될 수 있다. The fixing
상기 복수의 자석 조립체 각각은, 회전부(200)에 흡인력을 발생시켜 회전부를 부상시키는 제2 영구 자석부(330), 수평 위치 제어 코일(341), 및 기울기 제어 코일(342);을 포함할 수 있다. Each of the plurality of magnet assemblies may include; have.
복수의 제2 영구 자석부(330)은 방사상으로 대칭되게 제공되는 수직방향으로 이격되어 제공되는 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320)의 돌출부가 형성된 영역 사이의 외주면에 배치된다. The plurality of second
수평 위치 제어 코일(341)과 기울기 제어 코일(342)은 수직방향으로 서로 이격되어 제공되는 제1 자기 코어판(310)의 돌출부와 제2 자기 코어판(320)의 돌출부에 각각 권취될 수 있다. The horizontal
수직축(회전축)을 중심으로 X-축과 Y-축 방향으로 서로 대칭되게 배치되는 제2 영구 자석부(330), 수평 위치 제어 코일(341), 및 기울기 제어 코일(342)의 자속 방향과 자속 크기를 상대적으로 변화시킴에 따라서, 회전부(200)의 수평 방향 위치 제어와 기울기 제어가 가능하게 된다. Magnetic flux direction and magnetic flux of the second
고정부(300)는 하우징부(100)을 따라 연장되어 하우징부(100)를 감싸도록 제공되고, 자속을 발생시키는 전류의 방향과 크기에 따라 회전부(200)의 수직 방향 위치를 제어하는 수직 위치 제어 코일(343)을 더 포함할 수 있다. 회전부(200)은 자중에 의해서 아랫방향으로 힘을 받게 되어서 부상되어 있는 회전부가(200)가 수직방향으로 영구자석의 높이 중심이 맞추어지지 못하고, 정위치보다 아래로 쳐질 수가 있다. 이런 경우에서 고속으로 회전하게 되면 영구자석에 의한 자기력과 중력의 상호작용으로 인해서 회전부가 회전하면서 요동칠 수 있다. 따라서, 필요에 따라서 회전부(200)을 원하는 높이에 위치시킬 수 있도록 회전부(200)의 수직 방향 위치를 제어할 필요가 있는데, 수직 위치 제어 코일(343)에서 코일을 흐르는 전류의 방향과 크기를 조절함으로써 회전부(200)의 수직 방향 위치를 제어할 수 있다. The fixing
한편, 위치 제어 코일(341, 342, 343)을 이용하여 회전부(200)의 위치를 조절하기 위해서는 회전부(200)의 위치 또는 변위를 측정할 필요가 있다. 회전부의 수평 방향 위치, 기울기, 수직 방향 위치를 제어하기 위해서는 서로 이격된 복수의 변위 센서부(400)를 이용하여 회전부의 수평 방향 위치와 수직 방향 위치를 획득하여야 한다. Meanwhile, in order to adjust the position of the
수평 변위 센서부(410)는 회전부의 내측 또는 외측에 복수개가 제공되어 회전부(200)의 수평 방향 변위를 측정할 수 있다. A plurality of horizontal
수직 변위 센서부(420)는 하우징부(100)의 저면부(110)에 복수개가 장착되어, 회전부(200)의 수직 방향 변위를 측정할 수 있다. 서로 등간격으로 이격되어 복수의 수직 변위 센서부(420)는 상측에서 부상한 채로 회전하는 회전부(200)의 하단부의 위치 혹은 변위를 측정하여, 수직 변위 센서부와 회전부 사이의 방사상 위치별 간격을 이용하여 회전부의 기울기와 수직 위치(높이)를 알 수 있다. A plurality of vertical
속도 센서부(500)는 하우징부(100)의 외측에 제공되어 회전부(200)의 회전 속도를 측정할 수 있다. 회전부(200)의 상단부 혹은 하단부의 외주면에 제공되는 복수의 돌출부(240)가 이루는 자극 톱니 혹은 자극 이빨에 대향하도록 속도 센서부(500)를 배치하면, 회전부(200)의 회전에 따라 회전부(200)와 속도 센서부(500) 사이의 거리가 변화하게 되므로 이러한 거리 변화에 의해 유도되는 전자기적 특성 변화를 시간에 따라 감지하여 회전부의 회전 속도를 측정할 수 있다. The
속도 센서부(500)는 홀 센서를 포함할 수 있다. 홀 센서는 자석에서 나오는 자속밀도(가우스)의 크기 변화(즉, 거리 변화)에 따라 선형적으로 출력값을 출력하는데, 이로부터 변위 또는 간격을 측정할 수 있다. 즉, 홀 센서는 바이어스 자기장을 만들어 강자성체 물질로 이루어진 회전부(200)을 타겟으로 거리에 따른 자속밀도 변화를 감지하여 아날로그 출력값(전압값 또는 전류값)을 출력하므로, 이를 이용하면 자속이 통과하는 외측벽(110) 내측에 위치하는 회전부(200)의 변위 또는 거리를 측정할 수 있다. The
하우징부(100)는 저면부(110)를 사이에 두고 서로 연결되는 원통형의 내측벽(120); 및 상기 내측벽(120)의 외측에 제공되는 원통형의 외측벽(130);를 더 포함할 수 있다. 회전부(200)는 하우징부의 내측벽(120)과 외측벽(130) 사이에 수용되며, 외측벽(130)의 두께는 내측벽(120)의 두께 및 저면부(130)의 두께보다 얇을 수 있다. The
외측벽(130)은 회전부(200)과 고정부(300) 사이에 제공되어 회전부(200)과 고정부(300) 간에 자력선이 충분히 통과하여 상호 작용할 수 있도록 얇은 두께의 박판으로 이루어질 수 있다. 반면에, 내측벽(120)과 저면부(110)는 자력선이 통과할 필요가 없으므로, 대기압과 진공압의 압력차를 견딜 뿐만 아니라 전체적인 하우징 구조의 강도를 위해서 외측벽(130)보다 두꺼울 수 있다. 그리고, 고정부(300)과 회전부(200)의 자속이 외측벽(130)을 손실없이 투과하기 위해서 외측벽(130)은 상자성 물질, 비자성 물질, 및 반자성 물질 중에서 적어도 어느 하나, 혹은 이들의 화합물로 이루어 질 수 있고, 그 두께는 0.5 내지 2.5mm일 수 있다. 외측벽(130)의 두께가 0.5mm보다 얇은 경우는 자속의 손실은 최소화할 수 있지만 대기압과 진공압 사이의 압력차를 견딜 수 없게 되어 하우징 형상을 유지할 수 없게 되고, 외측벽(130)의 두께가 2.5mm보다 두껍게 되면 구조적으로는 안정화되지만 자력선이 외측벽을 통과할 수 없게 된다. 한편, 외측벽(130)이 강자성체 물질로 이루어지는 경우에는 고정부과 회전부의 자속이 외측벽을 투과할 수 없고, STS316 또는 SUS304 등의 비자성 물질로 이루어지는 경우에는 고정부와 회전부의 자속이 손실 없이 투과할 수 있게 된다. The
내측벽(120)과 저면부(110)는 충분한 두께를 갖고 있어서 수평 변위 센서부(410)과 수직 변위 센서부(420)은 각각 하우징부의 내측벽(120)과 저면부(110)에 형성된 구멍에 삽입되어 장착되는데, 자기부상 회전 장치가 기판 처리 장치의 챔버에 연결되어 사용되는 경우에 하우징 내부의 진공압과 하우징 외부의 대기압 사이의 압력 차이에 의한 공기 혹은 가스 누설을 방지하기 위해서 오링 등의 실링 부재로 실링되어 조립된다. The
도 5는 진공 처리 장치에서 진공 여부에 따른 회전 속도 변화를 설명하는 개념도이다. 5 is a conceptual diagram illustrating a change in rotational speed depending on whether a vacuum is used in a vacuum processing apparatus.
도 5를 참조하면, 챔버부(600)와 하우징부(100)이 서로 연결되어 형성되는 진공 공간이 대기압으로 유지되는 경우에는 챔버부(600)와 하우징부(100)는 형상을 그대로 유지할 수 있으나, 진공 공간(V)의 압력이 대기압에서 진공 상태로 변화하게 되면 챔버부(600)와 하우징부(100)의 형상이 부분적으로 변화할 수 있다. 외측벽(130)은 챔버부와 하우징부 중에서 가장 얇은 두께를 갖고 있는 부분으로서, 진공 공간이 진공 상태로 변화하면 압력차에 의해서 내측으로 찌그러졌다가, 진공 공간이 대기압으로 다시 변화하면 그 형상이 원복될 수 있다. Referring to FIG. 5 , when the vacuum space formed by connecting the
진공 상태에서 외측벽(130)이 내측으로 찌그러지는 현상이 발생하면, 외측벽(130)과 일체로 연결된 저면부(110)도 외측벽(130)의 형상 변화에 따라 수㎛ 내지 수백㎛ 정도 위쪽으로 상승하게 될 수 있다. 이러한 저면부(110)의 상승 높이는 진공 공간(V)의 진공도에 따라 변화될 수 있다. When a phenomenon occurs in which the
회전부의 수직 방향 변위를 측정하는 수직 변위 센서부(420)는 하우징부의 저면부(110)에 장착되어 있으므로, 진공 공간(V)이 진공 상태로 변화하게 되면 저면부(110)의 상승에 따라 수직 변위 센서부(420)의 높이도 높아지게 된다. 고정부(300)의 자기부상계는 수직 변위 센서부(420)에서 측정되는 회전부(200)의 높이에 따라 수직 방향(즉, Z축 방향)의 제어를 하게되는데, 수직 변위 센서부(420) 자체의 높이가 달라지므로 수직 방향의 목표 기준값(target reference, set point, 또는 offset value)이 변경되므로, 회전부(200)의 높이 또한 수㎛ 내지 수백㎛ 정도 상승하게 된다. Since the vertical
한편, 속도 센서부(500)는 하우징부의 외측에 제공되어 있으므로, 진공 공간의 압력과 상관없이 항상 일정한 높이를 유지할 수 있다. 따라서, 진공 상태에서는 회전부(200)와 속도 센서부(500)의 상대적인 높이차가 발생될 수 있다. 속도 센서부(500)와 복수의 돌출부(240)가 이루는 자극 톱니 혹은 자극 이빨이 서로 대향하도록 배치되어 회전부(200)의 회전 속도를 측정하는데, 회전부(혹은 회전부의 자극 톱니)와 속도 센서부의 상대적인 높이차가 발생하면 속도 센서부(500)의 감도가 변경되어 회전 속도를 정확하게 측정할 수 없게 된다. 즉, 홀 센서를 포함하는 속도 센서부(500)는 회전부의 돌출부(또는 회전부의 자극 톱니)에서 나오는 자속의 벡터값을 측정하는데, 회전부의 돌출부(또는 회전부의 자극 톱니)가 상하로 움직이게 되면 자속의 벡터값이 변화하게 되어 속도 센서부는 정확한 측정을 할 수 없게 되는 것이다. On the other hand, since the
도 6은 진공 처리 장치에서 진공 공간(S)의 진공 여부에 따른 회전 속도 변화 그래프로서, 속도 센서부(500)가 하나의 속도 센서, 즉 제1 속도 센서(510)만으로 회전부(200)의 회전 속도를 측정한 시간에 대한 회전 속도 변화 그래프이다. 6 is a graph showing a change in rotational speed according to whether the vacuum space S is vacuumed in the vacuum processing apparatus, wherein the
진공 공간(V)이 대기압으로 유지되는 경우에는 도 6의 (a)에서와 같이 회전부(200)의 회전 속도를 측정하면 일정 시간이 지난 정상 상태에서 일정한 회전 속도 파형을 나타내면서 회전부가 안정적인 회전을 하는 것 확인 할 수 있다. 반면에, 진공 공간(V)이 진공 상태로 변화하면 도 6의 (b)에서와 같이 일정 시간이 지난 정상 상태에서도 회전부(200)의 회전 속도가 급격하게 변동하는 속도 헌팅 혹은 속도 리플(ripple) 현상이 나타내면서 회전부가 불안정한 회전을 하는 것을 확인할 수 있다. 속도 헌팅 현상이 발생되면 회전부의 회전이 불안정해지고 정상적으로 정정지가 안될 뿐만 아니라, 회전부에 연결되어 회전하는 피회전물(예를 들어 웨이퍼)이 회전 방향 또는 반경 방향으로 밀림 현상이 발생될 수 있다. When the vacuum space V is maintained at atmospheric pressure, when the rotational speed of the
이러한 문제점을 해결하기 위해서 속도 센서부(500)는 서로 다른 높이에 제공되는 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)를 포함할 수 있다. To solve this problem, the
진공 공간(V)이 대기압으로 유지될 때와 진공 상태로 유지될 때에 따라 서로 다른 높이를 갖는 회전부(200)의 비정상적인 회전을 억제하기 위해서 서로 다른 높이에 제공되는 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)에서 각각 측정된 회전부(200)의 회전 속도의 평균값을 회전부(200)의 회전 속도로 할 수 있다. 즉, 회전부(200)의 높이가 달라지더라도, 이에 따라 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)에서 측정되는 각각의 회전 속도는 상호 보완적으로 증감하게 되어 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)에서 각각 측정된 회전 속도의 평균값은 회전부의 높이 변화와 상관없는 정확한 회전부의 회전 속도가 될 수 있다. A
제1 속도 센서(51) 및 제2 속도 센서(520)는 수직방향으로 나란히 배열될 수 있다. 이때 이들은 홀 센서일 수 있다. The first speed sensor 51 and the
제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)에서 측정되는 각각의 회전 속도의 평균값을 이용하여 정확한 회전부의 회전 속도를 획득하기 위해서는 시간에 따라 동일한 위치의 회전부의 자극 톱니(돌출부)에 대한 센싱 출력값을 얻어야 하므로 제1 속도 센서(51) 및 제2 속도 센서(520)는 수직방향으로 나란히 배열될 수 있다. In order to obtain an accurate rotational speed of the rotational part using the average value of each rotational speed measured by the
상기 속도 센서부는 제1 내지 제2 자기 코어판 중 어느 하나의 평면 상에 지지될 수 있다. The speed sensor unit may be supported on any one plane of the first to second magnetic core plates.
그리고, 속도 센서부(500)는 상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서를 고정하고, 강자성체로 이루어진 고정 막대부(530); 및 상기 고정 막대부(530)가 지지되는 제1 영구 자석부(540);를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 영구 자석부(540)는 제1 내지 제2 자기 코어판 중 어느 하나의 평면 상에 고정 지지될 수 있다. In addition, the
회전부(200)를 부상, 이동 및 회전 시키기 위한 회전부(200)와 고정부(300) 사이의 자기 회로와는 별개로 제1 영구 자석부(540)를 이용하여 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서가 신호를 입력 받을 수 있는 자기 경로(path)를 구성할 수 있다. 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서에 입력되는 제1 영구 자석부(54)에 의한 자기 회로는 회전부의 복수의 돌출부(240)를 바라보게 된다. 즉, 자기 회로는 제1 영구 자석부(54), 제2 자기 코어판(또는 제1 자기 코어판), 제2 플랜지부(또는 제1 플랜지부), 회전부의 외주면(210), 돌출부(240), 제1 내지 제2 속도 센서(510, 520), 고정 막대부(530), 및 제1 영구 자석부(54)의 경로 혹은 제1 영구 자석부(540)의 자극에 따라 그 역순의 경로를 구성한다. Separately from the magnetic circuit between the
한편, 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)는 고정 막대부(530)의 외주면에 장착되어 고정되고, 고정 막대부(530)의 횡단면은 원형일 수 있다. Meanwhile, the
횡단면이 원형인 고정 막대부(530)의 외주면에 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)가 장착되어 고정되면, 회전부의 돌출부 혹은 자극 톱니에서 나오는 자속이 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)에 효과적으로 집중될 수 있어서 정밀한 자속 변화를 측정할 수 있어서, 보다 정확한 회전 속도를 측정할 수 있게 된다. 반면에, 예를 들어 사각 기둥 형상의 고정 막대부의 일 평면에 속도 센서가 장착되어 있다면, 회전부의 돌출부 혹은 자극 톱니에서 나오는 자속의 일부만이 속도 센서로 입력되어 정밀한 자속 변화를 측정할 수 없게 될 수 있다. When the
제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)는 서로 이격되어 제공될 수 있다. 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)는 측방향(혹은 높이 방향) 측정범위는 프로브 직경의 3배 정도를 측정할 수 있으므로, 넓은 범위의 회전부(200)의 높이 변화에 보다 효과적으로 대응하기 위하여 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)는 서로 이격될 수 있다. 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)가 서로 이격되지 않고 연이어 인접하여 배치되면, 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)의 측방향(혹은 높이 방향) 측정범위가 서로 겹치게 되어 속도 센서부(500)의 측방향(혹은 높이 방향) 측정범위가 회전부(200)의 높이 변화에 충분히 대응하지 못하게 될 수 있다. The
한편, 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520) 사이의 이격거리는 회전부(200)의 상단부 혹은 하단부 외주면을 따라 제공되는 복수의 돌출부(240) 외측 단부 두께의 2배 이하일 수 있다. 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)는 복수의 돌출부(240) 외측 단부면을 대향하게 되는데, 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520) 사이의 이격거리가 외측 단부 두께의 2배보다 크게 되면, 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520)의 측방향(혹은 높이 방향) 측정범위범위가 서로 너무 벌어지게 되어 제1 속도 센서(510) 및 제2 속도 센서(520) 중에서 어느 하나의 속도 센서는 회전부의 돌출부(240)와 대향하지 않게 될 수 있다. 이러한 경우에는 회전부의 돌출부(자극 톱니 또는 자극 이빨)에서 나오는 자속 벡터값을 적절히 측정하지 못하게 되어 하나의 속도 센서만으로 측정하는 것과 유사하게 속도 헌팅 현상이 나타날 수 있다. On the other hand, the separation distance between the
한편, 고정부(300)는 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320) 중 어느 하나에 연결되고, 비자성체로 이루어진 커버부(380); 상기 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320)과 이격되도록 상기 커버부(380)에 연결되고, 강자성체로 이루어진 구동 코어부(350); 상기 구동 코어부(350)의 일부에 권선되어 상기 회전부(200)에 회전 구동력을 제공하는 복수의 구동 코일부(360); 및 상기 커버부(380)에 연결되어 상기 속도 센서부(500)를 상단부를 고정하는 홀더부(370);를 더 포함할 수 있다. On the other hand, the fixing
커버부(380)는 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320) 중 어느 하나에 연결되고, 비자성체로 이루어져서 구조적으로는 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320) 중 어느 하나에 지지되지만 자기적으로 분리될 수 있다. The
구동 코어부(350)는 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320)과 이격되고 비자성체로 이루어진 커버부(380)에 연결되어 지지되므로, 회전부(200)의 위치 제어를 위해서 회전부의 제1 내지 제2 플랜지부(220, 230)와 고정부(300)의 제1 내지 제2 자기 코어판(310, 320) 사이에 형성되는 자기회로(혹은 자기 경로)와는 별개로 회전 구동력을 발생시키는 자기 회로를 이룰 수 있다. The driving
복수의 구동 코일부(360)는 구동 코어부(350)의 일부(예를 들어 돌출부)에 권선되어 상기 회전부(200)에 회전 구동력을 제공할 수 있다. 복수의 구동 코일부(360)은 복수의 단부 권선이 구동 코어부(350)의 내측면을 따라 등각격으로 배치되는 다상 권선으로, 순차적으로 입력되는 구동 전류에 의해서 자속을 발생시켜 회전부(120) 또는 그 외주면에 제공된 복수의 자극 톱니의 자계와 상호작용함으로써, 회전축을 중심으로 한 토오크를 발생시켜 회전부(120)을 회전시키는 회전 구동력을 발생시킨다. The plurality of driving
홀더부(370)은 커버부(380)에 연결되어 속도 센서부(500)를 상단부(즉, 고정 막대부(530)의 상단부)를 고정하여 구조적으로 안정화할 수 있고, 속도 센서부(500)가 별도의 자기회로를 구성할 수 있도록 비자성체로 이루어질 수 있다. The
본 발명의 자기부상 회전 장치는 제1 속도 센서(510) 내지 제2 속도 센서(520)에서 각각 측정된 회전부(200)의 회전 속도를 합산하여 획득한 회전 속도의 평균값을 이용하여 상기 회전부의 회전 속도를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부는 제1 속도 센서(510) 내지 제2 속도 센서(520)에서 각각 측정된 회전 속도의 평균값을 회전부의 회전 속도로 결정하고, 결정된 회전 속도에 따라 구동 전류를 구동 코일부(360)에 입력하도록 제어함으로써, 진공 상태에서 회전부의 높이 변화에 상관없이 회전부(200)의 안정적인 회전이 가능하게 할 수 있다. The magnetic levitation rotating apparatus of the present invention uses the average value of the rotational speed obtained by summing the rotational speeds of the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 회전 속도 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따르면 진공 공간(S)가 진공으로 유지되는 진공 상태에서도 회전부(200)가 정지 상태에서 회전을 시작하고 일정 시간이 지난 정상 상태에서는 시간에 따른 회전부(200)의 회전 속도 측정값이 일정한 회전 속도 파형을 나타내면서 속도 헌팅 현상이 효과적으로 억제되고, 회전부가 안정적인 회전을 하는 것 확인 할 수 있다. 7 is a rotational speed graph of the magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7 , according to the present invention, even in a vacuum state in which the vacuum space S is maintained in a vacuum, the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 처리 장치의 개념도이다. 8 is a conceptual diagram of a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 처리 장치를 설명함에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.In describing the vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention, matters overlapping with those described above in relation to the magnetic levitation rotating apparatus according to an embodiment of the present invention will be omitted.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 처리 장치는 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치; 상기 하우징부(100)에 에 연결되어 진공 공간(V)을 형성하는 챔버부(600); 및 상기 진공 공간(V)을 배기하는 배기부(900);를 포함할 수 있다. Referring to Figure 8, the vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention is a magnetic levitation rotating device according to an embodiment of the present invention; a
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 처리 장치는 기판(S) 등의 피회전물을 열처리하거나 기판 상에 박막을 형성하는 등의 다양한 방식으로 피회전물을 진공 상태에서 처리하는 장치이다. 예를 들어, 진공 처리 장치는 고온의 열을 발생시켜, 기판(S)을 급속으로 열처리하는 급속열처리 장치(RTP: Rapid Thermal Process)일 수 있다. 피처리물인 기판(S)은 반도체 장치에 사용되는 실리콘 웨이퍼(Wafer)일 수도 있고, 열처리가 필요한 다양한 피처리물 예컨대, LCD, OLED 등의 디스플레이 장치에 적용되는 글라스(Glass)일 수도 있다.A vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention is an apparatus for processing a rotating object such as a substrate S in a vacuum state in various ways, such as heat treatment or forming a thin film on the substrate. For example, the vacuum processing apparatus may be a rapid thermal process (RTP) that generates high-temperature heat to rapidly heat-treat the substrate S. The substrate S, which is the object to be processed, may be a silicon wafer used in a semiconductor device, or may be glass applied to various objects that require heat treatment, for example, display devices such as LCD and OLED.
챔버부(600)는 본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치의 하우징부(100)와 연결되어 외부 공간과 분리되어 피처리물에 대한 진공 처리가 진행되는 진공 공간(V)을 형성할 수 있다. 챔버부(600)는 박스 모양으로 형성될 수 있고, 챔버부(600)의 일측에는 피처리물이 출입할 수 있는 출입구가 구비될 수 있다. 이에, 출입구를 통해 진공 공간(V)으로 피처리물인 기판(S)을 투입하여 열처리할 수 있고, 진공 공간에서 진공 처리가 완료된 기판(S)을 출입구를 통해 챔버부(600) 외측으로 운반할 수 있다. 필요에 따라서 진공 공간(V)으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(미도시), 또는 공정 가스를 활성화하는 플라즈마 발생부(미도시) 등이 연결될 수도 있다. The
배기부(900)는 챔버부(600) 또는 하우징부(100)에 연결되어 진공 공간(V)을 배기할 수 있다. 배기부(900)는 진공 펌프일 수 있고, 진공 공간 내의 공기 뿐만 아니라 진공 처리 중에 필요한 공정 가스 및 처리 부산물 등을 배기할 수 있다. 배기부(900)가 진공 공간을 배기하게되어 진공 상태가 되면 하우징부(100)의 가장 약한 부부인 외측벽(130)이 내측으로 찌그러지면서 저면부(110)의 높이가 높아질 수 있다. The
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 처리 장치는 상기 진공 공간(V)에 제공되는 기판을 지지하고, 상기 회전부에 연결되어 연동하여 회전 가능하도록 제공되는 기판 지지부(700); 상기 기판의 제1 면 측에 제공되어 상기 기판을 향하여 열에너지를 제공하는 열원부(810); 및 상기 기판의 제2 면 측에 제공되어 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정부(830);를 더 포함할 수 있다. A vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention includes: a
진공 처리 장치에서 진행되는 진공 처리 공정에 따라서 다양한 기능성 부품(800)을 더 포함할 수도 있다. Various functional parts 800 may be further included according to the vacuum processing process performed in the vacuum processing apparatus.
기판 지지부(700)는 진공 공간(V)에서 기판(S)을 지지할 수 있도록 설치된다. 기판 지지부(700)는 기판(S) 하부의 가장자리 또는 에지(Edge)를 지지하도록 중심부가 개방되어 중공형으로 형성될 수 있다. 이에, 기판(S)의 하부면에서 가장자리 부분은 기판 지지부(700)와 접촉하고, 나머지 부분은 하부로 노출될 수 있다. The
그리고, 기판 지지부(700)는 기판의 온도와 진공 처리 공정을 균일하게 하기 위하여 자기부상 회전 장치의 회전부(200)에 연결되어 회전부(200)에 연동하여 회전 가능하도록 제공될 수 있다. And, the
열원부(810)는 기판(S)에 열에너지를 공급하는 역할을 하는데, 상기 기판의 제1 면을 향하여 빛을 조사하는 복수의 광원(811)을 구비할 수 있다. 열원부(810)는 기판 지지부(700)의 상측에 이격되어 배치되어, 열원부(810)에 구비된 램프 또는 반도체 레이저 모듈 등의 복수의 광원(811)이 발생시키는 광에너지가 기판 지지부(700)에 안착된 기판(S)의 제1 면을 통해 제공되어 기판(S)을 가열할 수 있다.The
온도 측정부(830)는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되어 상기 기판의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어 온도 측정부(830)는 파이로미터일 수 있는데, 기판의 하측에 하나 이상 제공되어, 기판(S)으로부터 입사하는 빛을 검출하여 온도를 측정한다. 파이로미터는 기판으로부터 입사하는 복사광을 입력받아 복사광의 복사 에너지 또는 광량을 측정할 수 있다. 이때, 파이로미터는 기판 지지부(700) 상에 안착된 기판(S)의 하측에 배치되어, 마주보는 영역에서의 복사 에너지와 반사율을 획득하여 각 파이로미터가 대응하는 위치에서의 기판(S)의 영역별 또는 위치별 온도를 측정할 수 있다. The
하우징부(100)는 내측벽(120) 상부에 연결되는 베이스 플레이트(140)를 더 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(140)는 기판의 제2 면 측에 제공되고, 기판을 지지하여 승하강 하는 리프트 핀과 기판의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정부(830) 등이 삽입될 수 있는 관통홀이나, 퍼지 가스가 유동할 수 있는 가스 유동 통로 등이 형성될 수 있다. 베이스 플레이트의 상부에는 광을 반사하는 반사판이 적층될 수도 있다. The
그리고, 열원부(810)과 진공 공간(V) 사이에는 윈도우부(820)를 더 포함할 수 있다. 윈도우부(820)는 광원(811)에서 발생된 광에너지가 기판(S)으로 제공될 수 있도록, 광원(811)에서 발광된 빛을 투과시킬 수 있다. In addition, a
본 발명의 실시예에 따른 자기부상 회전 장치 및 진공 처리 장치에 의하면, 진공 상태에서도 회전부의 회전 속도를 정확하게 측정할 수 있고, 정확한 측정된 회전 속도를 이용하여 회전부의 자기부상 회전 속도 제어를 안정적으로 할 수 있음으로 인해 회전부(200)의 안정적인 회전이 가능하여 속도헌팅 현상 또는 속도 리플(ripple) 현상의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 회전부(200)의 정정지가 가능할 수 있다. According to the magnetic levitation rotating device and the vacuum processing device according to an embodiment of the present invention, it is possible to accurately measure the rotational speed of the rotating part even in a vacuum state, and stably controlling the magnetically levitated rotational speed of the rotating part using the accurately measured rotational speed Since it is possible to perform a stable rotation of the
그리고, 대기압과 진공 여부와 상관 없이 회전 속도를 안정적으로 측정할 수 있게 되어, 진공 공간 내의 압력과 상관없이 회전 속도를 용이하게 제어할 수 있다. And, the rotation speed can be measured stably regardless of atmospheric pressure and vacuum, so that the rotation speed can be easily controlled regardless of the pressure in the vacuum space.
또한, 회전부(200)의 불안정한 회전 시에 발생될 수 있는 진동과 소음을 효과적으로 억제하고, 회전부(200)의 위치 이동과 회전 구동력 발생을 위해서 사용되는 전자석(위치 제어 코일과 구동 코일)에 걸리는 부하를 적절히 관리하여 회전부(200)의 회전 속도를 안정적으로 제어할 수 있다. In addition, the load applied to the electromagnet (position control coil and driving coil) used to effectively suppress vibration and noise that may be generated during unstable rotation of the
한편, 회전부(200)에 연결되어 함께 회전하는 피회전체 또는 피처리물(예를 들어 반도체 웨이퍼)의 경우 회전부(200)의 회전 속도 헌팅 현상으로 인해서 불안정한 회전을 하게 되면 발생될 수 있는 반경 방향으로 밀림 현상이나 회전 방향으로 슬립현상 등의 문제점을 효율적으로 억제할 수 있다. On the other hand, in the case of an object to be rotated or an object to be processed (eg, a semiconductor wafer) that is connected to the
상기 설명에서 사용한 "~ 상에"라는 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다.The meaning of "on" used in the above description includes cases of direct contact and cases of not directly contacting but located opposite to the upper or lower surfaces, and partially as well as facing the entire upper or lower surfaces. It is also possible to be positioned to face each other, and it is used to mean that they face away from each other or directly contact the upper surface or the lower surface.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다Although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and common knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims It will be understood by those having the above that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.
100: 하우징부 110: 저면부
120: 내측벽 130: 외측벽
140; 베이스 플레이트 200: 회전부
210: 외주면 220: 제1 플랜지부
230: 제2 플랜지부 240: 돌출부
300: 고정부 310: 제1 자기 코어판
320: 제2 자기 코어판 330: 제2 영구 자석부
341: 수평 위치 제어 코일 342: 기울기 제어 코일
343: 수직 위치 제어 코일 350: 구동 코어부
360: 구동 코일 370: 홀더부
380: 커버부 400: 변위 센서부
410: 수평 변위 센서부 420: 수직 변위 센서부
500: 속도 센서부 510: 제1 속도 센서부
520: 제2 속도 센서부 530: 고정 막대부
540: 제1 영구 자석부 600: 챔버부
700: 기판 지지부 810: 열원부
811: 광원 820: 윈도우부
830: 온도 측정부 900: 배기부100: housing part 110: bottom part
120: inner wall 130: outer wall
140; Base plate 200: rotating part
210: outer circumferential surface 220: first flange portion
230: second flange portion 240: protrusion
300: fixing part 310: first magnetic core plate
320: second magnetic core plate 330: second permanent magnet unit
341: horizontal position control coil 342: tilt control coil
343: vertical position control coil 350: drive core part
360: drive coil 370: holder portion
380: cover part 400: displacement sensor part
410: horizontal displacement sensor unit 420: vertical displacement sensor unit
500: speed sensor unit 510: first speed sensor unit
520: second speed sensor unit 530: fixed bar unit
540: first permanent magnet unit 600: chamber unit
700: substrate support 810: heat source
811: light source 820: window portion
830: temperature measurement unit 900: exhaust unit
Claims (13)
상기 하우징부의 내측 공간에 수용되고, 자기력에 의해서 부상하여 회전축을 중심으로 회전하는 원통형의 회전부;
상기 하우징부의 외측에 제공되어 상기 회전부에 자기력을 제공하는 고정부;
상기 회전부의 수평 방향 변위를 측정하는 수평 변위 센서부;
상기 하우징부의 저면부에 장착되어, 상기 회전부의 수직 방향 변위를 측정하는 수직 변위 센서부; 및
상기 하우징부의 외측에 제공되어 상기 회전부의 회전 속도를 측정하는 속도 센서부;를 포함하고,
상기 속도 센서부는,
서로 다른 높이에 제공되는 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서;
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서를 고정하고, 강자성체로 이루어진 고정 막대부; 및
상기 고정 막대부가 지지되는 제1 영구 자석부;를 포함하는 자기부상 회전 장치. a housing unit connected to the chamber unit to form a vacuum space;
a cylindrical rotating part accommodated in the inner space of the housing part and levitating by magnetic force to rotate about a rotating shaft;
a fixing part provided on the outside of the housing part to provide a magnetic force to the rotating part;
a horizontal displacement sensor for measuring the horizontal displacement of the rotating part;
a vertical displacement sensor unit mounted on a bottom surface of the housing unit to measure a vertical displacement of the rotating unit; and
A speed sensor unit provided on the outside of the housing unit to measure the rotation speed of the rotating unit;
The speed sensor unit,
a first speed sensor and a second speed sensor provided at different heights;
a fixing bar part for fixing the first speed sensor and the second speed sensor, and made of a ferromagnetic material; and
A magnetic levitation rotating device comprising a; a first permanent magnet part on which the fixed bar part is supported.
상기 하우징부는 상기 저면부를 사이에 두고 서로 연결되는 원통형의 내측벽; 및 상기 내측벽의 외측에 제공되는 원통형의 외측벽;를 더 포함하고,
상기 회전부는 상기 하우징부의 내측벽과 외측벽 사이에 수용되며,
상기 외측벽의 두께는 상기 내측벽의 두께 및 상기 저면부의 두께보다 얇은 자기부상 회전 장치. The method according to claim 1,
The housing portion includes a cylindrical inner wall connected to each other with the bottom portion interposed therebetween; and a cylindrical outer wall provided on the outside of the inner wall.
The rotating part is accommodated between the inner wall and the outer wall of the housing part,
The thickness of the outer wall is thinner than the thickness of the inner wall and the thickness of the bottom portion of the magnetic levitation rotary device.
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 수직방향으로 나란히 배열된 자기부상 회전 장치.The method according to claim 1,
The first speed sensor and the second speed sensor is a magnetic levitation rotating device arranged side by side in the vertical direction.
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 홀 센서인 자기부상 회전 장치. The method according to claim 1,
The first speed sensor and the second speed sensor is a hall sensor magnetic levitation rotating device.
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 상기 고정 막대부의 외주면에 장착되어 고정되고,
상기 고정 막대부의 횡단면은 원형인 자기부상 회전 장치. The method according to claim 1,
The first speed sensor and the second speed sensor are mounted and fixed to the outer circumferential surface of the fixing bar,
The cross-section of the fixed bar is a circular magnetic levitation rotating device.
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서는 서로 이격되어 제공되는 자기부상 회전 장치. The method according to claim 1,
The first speed sensor and the second speed sensor is a magnetic levitation rotating device that is provided to be spaced apart from each other.
상기 회전부는 상단부 혹은 하단부의 외주면을 따라 제공되는 복수의 돌출부를 포함하고,
상기 제1 속도 센서 및 제2 속도 센서 사이의 이격거리는 상기 복수의 돌출부 외측 단부 두께의 2배 이하인 자기부상 회전 장치. 8. The method of claim 7,
The rotating part includes a plurality of protrusions provided along the outer peripheral surface of the upper end or lower end,
The separation distance between the first speed sensor and the second speed sensor is a magnetic levitation rotary device that is less than twice the thickness of the outer end of the plurality of protrusions.
상기 회전부는 외주면으로부터 외측으로 연장되어 서로 이격되도록 제공되는 제1 내지 제2 플랜지부;을 포함하고,
상기 고정부는,
상기 제1 내지 제2 플랜지부에 대향하도록 서로 이격되어 제공되는 제1 내지 제2 자기 코어판;
제1 내기 제2 자기 코어판 사이에 제공되어 상기 회전부에 흡인력을 발생시키는 제2 영구 자석부; 및
제1 내지 제2 자기 코어판의 일부에 권선되어 자속을 발생시키는 전류의 방향과 크기에 따라 상기 흡인력을 조절하여 상기 회전부의 위치를 제어하는 위치 제어 코일;을 포함하고,
상기 속도 센서부는 상기 제1 내지 제2 자기 코어판 중 어느 하나의 평면 상에 지지되는 자기부상 회전 장치. The method according to claim 1,
The rotating portion extends outwardly from the outer circumferential surface and includes first to second flange portions provided to be spaced apart from each other;
The fixing part,
first and second magnetic core plates spaced apart from each other to face the first and second flange portions;
a second permanent magnet part provided between the first bet and the second magnetic core plate to generate an attraction force to the rotating part; and
A position control coil wound around a portion of the first and second magnetic core plates to control the position of the rotating part by adjusting the suction force according to the direction and magnitude of the current generating magnetic flux;
The speed sensor unit is a magnetic levitation rotating device supported on any one plane of the first to second magnetic core plate.
상기 고정부는,
상기 제1 내지 제2 자기 코어판 중 어느 하나에 연결되고, 비자성체로 이루어진 커버부;
상기 제1 내지 제2 자기 코어판과 이격되도록 상기 커버부에 연결되고, 강자성체로 이루어진 구동 코어부;
상기 구동 코어부의 일부에 권선되어 상기 회전부에 회전 구동력을 제공하는 복수의 구동 코일부; 및
상기 커버부에 연결되어 상기 속도 센서부를 상단부를 고정하는 홀더부;를 더 포함하는 자기부상 회전 장치. 10. The method of claim 9,
The fixing part,
a cover part connected to any one of the first to second magnetic core plates and made of a non-magnetic material;
a driving core part connected to the cover part so as to be spaced apart from the first to second magnetic core plates and made of a ferromagnetic material;
a plurality of driving coil units wound around a portion of the driving core unit to provide rotational driving force to the rotating unit; and
Magnetic levitation rotating device further comprising; a holder part connected to the cover part for fixing the upper end of the speed sensor part.
상기 제1 속도 센서 내지 제2 속도 센서에서 각각 측정된 회전부의 회전 속도의 평균값을 이용하여 상기 회전부의 회전 속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 자기부상 회전 장치. The method according to claim 1,
Magnetic levitation rotating device further comprising a; a control unit for controlling the rotation speed of the rotation unit using the average value of the rotation speed of the rotation unit measured by each of the first speed sensor to the second speed sensor.
상기 하우징부에 연결되어 진공 공간을 형성하는 챔버부; 및
상기 진공 공간을 배기하는 배기부;를 포함하는 진공 처리 장치. Claims 1 to 4, and any one of claims 6 to 11 of the magnetic levitation rotation device;
a chamber part connected to the housing part to form a vacuum space; and
and an exhaust unit for evacuating the vacuum space.
상기 진공 공간에 제공되는 기판을 지지하고, 상기 회전부에 연결되어 연동하여 회전 가능하도록 제공되는 기판 지지부;
상기 기판의 제1 면 측에 제공되어 상기 기판을 향하여 열에너지를 제공하는 열원부; 및
상기 기판의 제2 면 측에 제공되어 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 더 포함하는 진공 처리 장치. 13. The method of claim 12,
a substrate support provided to support the substrate provided in the vacuum space, and to be rotatably connected to the rotating unit and interlocked;
a heat source provided on the first surface side of the substrate to provide thermal energy toward the substrate; and
and a temperature measuring unit provided on the second surface side of the substrate to measure the temperature of the substrate.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |