KR102649263B1 - 기판 전면부 접촉 없이 다 모델 대응 가능한 분할형 기판 홀딩 장치의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 정전기력을 이용하여 기판의 전면부 접촉 없이 다모델 대응이 가능한 분할형 기판 홀딩장치의 안정적인 구조를 통하여 기판 처짐을 최소화 하여 기판 이송 및 공정 간 기판 지지에 있어 보다 안정적인 프로세스를 제공 하는 것이다.

Description

기판 전면부 접촉 없이 다 모델 대응 가능한 분할형 기판 홀딩 장치의 구조{Structures of multi-model applicable split type substrate holding devices without contact of front surface of substrates}

본 발명은 OLED, 디스플레이, 반도체, 태양전지 등 각종 박막 소자를 만드는 제조공정에서 기판 탈 부착 기능을 적용한 기판 이송 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 기판 로딩(Loading) 및 정전기 인력을 이용하여 홀딩(Holding)하는 시스템의 구조에 관한 것이다.

디스플레이 산업에서 기판의 표면 표면에 박막을 형성하는 방법으로 기판의 증착 될 면이 아래로, 증발원 소스가 위로 향하는 상향식 진공 열 증착(Thermal-PVD) 프로세스가 가장 널리 사용 되고 있다.

또한, 상기 상향식 진공 열 증착을 실시하는 공정의 라인 구성으론,

각 증착 공정 챔버들이 일렬로 줄지어 선 형태의 인라인(In-Line)형태와

가운데 기판 반송용 로봇 주위에 증착 챔버들이 둘러싼 형태의 클러스터(Cluster) 형태의 공정 라인이 있다.

상기 클러스터(Cluster), 인라인(In-Line) 공정 시스템은 기판을 지지 및 고정하는 척(Chuck)이 필요하다.

척(Chuck:기판 고정 장치)은 일반적으로 진공 장비 내부에서 패널 기판의 지지, 고정 및 이송하는 목적으로 사용되며, 실제 양산 증착 공정에 적용되고 있다. 척은 점착 척, 마그넷 척, 정전 척(ESC), 축전기형 정전 척(ECC) 등으로 분류 되며, 점착 척의 경우 점착부재의 점착력을 이용하여 기판을 지지 및 고정, 이송하는 방법으로, 본 출원인 (야스)에 의해 특허등록 되어있다. (대한 민국 등록 특허 제10-0541856호 참조).

또한, 종래의 절연층에 매설한 전극에 고전압을 인가하여 기판에 유도된 분극전계를 이용한 정전척(ESC)이 아닌 절연층을 사이에 둔 전극에 전압을 인가하여 전원으로 직접 공급되는 자유전자가 직접 대전되는 축전기형 정전 척(ECC)이 있으며, 본 출원인 (야스)에 의해 특허등록 되어있다(대한 민국 등록 특허 제10-1222328호 참조).

또한, 상기 척들로부터 더 진보되어 기판 전면부(증착면) 접촉 및 Mask 형태에 따른 Model의 제약을 없앤 분할 구동 방식의 척 플레이트 장치 및 시스템이 본 출원인 (야스)에 의해 출원되어 있다(대한 민국 특허출원 제10-2021-0016670).

상기 기판의 전면부의 접촉 없이 다 모델 대응이 가능한 분할형 기판 홀딩 장치에 따르면 기판을 지지하여 공정 챔버 내로 이송하는 로봇과 챔버 내에 설치되어 로봇으로부터 이송된 기판을 인계 받아 지지하는 척은 각각 분할형 척킹 모듈을 포함한다.

또한, 분할형 척킹 부재는 서로 피아노의 건반처럼 서로 맞물리는 형태로 구성된다.

상기 분할형 척킹 부재가 피아노의 건반과 같은 형태로 맞물리는 구조에 있어 분할형 척킹 부재 구동 시 어느 한쪽 부재는 기판의 끝 부분(외곽부)을 지지하지 않게 된다.

이에 따라 기판이 한쪽 척킹 부재에 의해서만 지지되는 외곽부의 기판 처짐이 커지게 된다.

상기 기판 외곽부 기판 처짐에 의해 기판이 기판 운송 로봇 또는 척으로부터 탈착되는 즉 기판이 Drop(기판 낙하)되는 문제가 발생하게 된다.

또한, 외곽부 기판의 처짐으로 인해 피아노 건반형태로 맞물려 기판을 인수인계하는 분할형 척의 전기적(또는 정전기적) 효율이 매우 떨어 지거나, 척킹이 제대로 이루어 지지 않을 수 있다.

즉, 상기된 바를 고려하였을 때, 기판 지지 및 이송, 기판 인수인계 간 기판의 외곽부 처짐에 의한 문제가 발생하지 않을 수 있는 분할형 척의 구조적 개선이 필요하다.

본 발명의 목적은 기판 외곽부의 처짐을 최소화 한 기판 전면부의 접촉없이 다모델 대응이 가능한 분할형 기판 홀딩장치를 제공하는 것이다.

상기 목적에 따라 과제를 해결하기 위하여, 로봇 암(Robot Arm)의 분할형 척킹 모듈의 척 부재 너비 또는 간격, 또는 로봇으로부터 기판을 인계 받는 척의 척 부재 너비 및 간격의 비율 및 구조를 중요 변수로 하여 이들을 최적화한다.

상기된 바에 있어 척킹 모듈의 척 부재 너비 또는 간격은 기판의 외곽부의 처짐을 최소화 하는 구조로 설계된다.

상기 기판의 외곽부 처짐은 최소 0 ~ 최대 5mm 유지하여야 한다.

상기된 바의 기판 외곽부 처짐을 유지하기 위한 방법에 있어서,

분할형 척킹 모듈의 척 부재의 간격을 넓히거나, 분할형 척킹 모듈의 척 부재를 구성하는 핑거의 너비를 증가시키는 것을 포함 한다.

또한, 분할형 척킹 부재를 구비한 로봇 암 또는 척이 기판을 지지함에 있어 분할형 척킹 부재의 최외곽 핑거와 기판 끝 부분까지의 마진은 최소 0 ~ 최대 200mm 내에 있도록 구성한다.

또한, 상기된 바의 기판 외곽부 처짐을 방지하기 위한 방법에 있어서,

분할형 척킹 부재를 구비한 로봇 및 로봇으로부터 기판을 인계 받는 척의 개수를 증가시키고 간격을 좁혀 기판 처짐을 최소화 하는 것을 포함한다.

또한, 분할형 척킹 부재를 구비한 로봇 암 또는 척이 단독으로 기판을 지지하고 있을 경우 기판 처짐의 안전성이 유지되어야 한다.

즉, 분할형 척킹 부재를 포함한 로봇 암이 단독으로 기판을 지지할 경우 로봇 암 측에 설치되는 척킹 모듈 핑거 개수 및 간격에 따라 기판의 처짐이 달라지므로 상기의 기판 처짐, 즉 최소 0 ~ 최대 5mm의 기판 처짐량을 유지하기 위해 3 ~ 5개의 로봇 암 측 척킹 모듈 핑거가 150 ~ 300mm의 폭을 가진 구조로 구성 된다.

또한, 이에 상응되는 분할형 척킹 부재를 포한한 척이 단독으로 기판을 지지할 경우 4 ~ 6개의 척 측 척킹 모듈 핑거가 250 ~ 400mm의 폭을 가진 구조로 구성된다.

즉, 본 발명은,

기판을 반송하는 로봇 암에 구비된 척킹 모듈로서,

상기 척킹 모듈은 기판을 척킹할 수 있는 다수의 핑거를 구비하고,

상기 핑거는 기판 지지 시 기판 기판 외곽부 처짐 최소화를 위하여 소정의 너비와 소정의 간격 b를 갖고, 기판 양측 단부 근처에 배치되는 최외곽 핑거는 기판 단부로부터 소정 거리 c 이하의 마진을 두도록 설계된 것을 특징으로 하는 로봇 측 척킹 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 기판 외곽부 처짐은 최소 0 ~ 최대 5mm 범위 내에 분포하도록 로봇 측 핑거 너비, 간격 b, 거리 c가 설정된 것을 특징으로 하는 로봇 측 척킹 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 마진 c는 최소 0 ~ 최대 200mm 범위 내 인 것을 특징으로 하는 로봇 측 척킹 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 로봇 암 측 핑거의 개수는 3 ~ 5개를 포함하고, 그 폭은 최소 150 ~ 300mm 범위 내 인 것을 특징으로 하는 로봇 측 척킹 모듈을 제공한다.

상기의 로봇 측 척킹 모듈로부터 기판을 인계하는 기판 척의 척킹 모듈로서,

기판 척의 척킹 모듈은 제1척을 구비하고,

상기 제1척은 제1척 핑거를 구비하고,

상기 제1척 핑거는 상기 로봇 측 핑거 간 간격 b에 맞물리 듯 안착할 수 있는 너비를 갖고, 제1척의 최외곽에 배치된 최외곽 핑거를 구비하며, 최외곽 핑거는 기판 처짐을 방지하기 위하여 기판 단부로부터 소정의 마진 이내에 배치되거나 마진을 두지 않도록 배치되게 설계된 것을 특징으로 하는 기판 척의 척킹 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 제1척과 맞물리듯 배열되는 위치에 핑거를 구비한 제2척을 포함하고, 제1척과 제2척은 교대로 또는 합동으로 기판을 척킹하여 분할형 기판 홀딩을 실시하는 것을 특징으로 하는 기판 척의 척킹 모듈을 제공한다.

상기에 있어서, 제1척과 제2척의 결합으로 각각에 소속된 핑거들이 교대로 자리잡았을 때, 인접한 핑거들 간의 간격은 최소 0 ~ 3mm 범위 내 인 것을 특징으로 하는 기판 척킹 모듈을 제공한다.

본 발명에 따르면, 기판 외곽부 근처까지 확장된 분할형 척킹 부재를 구비한 로봇 및 척을 이용하여 기판을 지지 할 경우 기판의 외곽부 처짐을 최소화하며, 기판 지지 또는 기판 운송 동안, 보다 안정적인 기판 핸들링이 가능하다.

또한, 안정적인 기판 핸들링이 가능하므로, 기판 지지 및 운송 또는 공정 동안 기판 Drop(기판 낙하)이 발생하지 않아 생산 공정 안정성이 확보 된다.

도 1은 본 실시예의 로봇 암 척킹 부재의 핑거 간격에 따른 기판 외곽의 처짐을 보여주는 단면도 이다.
도 2는 실시예의 로봇 암 척킹 부재 간격 또는 제 1척의 핑거 너비에 따른 기판의 외곽부 처짐 및 제1척의 기판 인계 단계를 보여주는 단면도이다.
도 3은 제1척 및 최외곽 핑거의 최적 너비 구조에 따른 기판 지지 안정성 및 제 2척과의 최종 기판지지를 보여주는 단면도 이다.
도 4는 제1척과 제2척의 결합 시 각각의 척킹 부재 간의 간격을 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명한다.

본 명세서에는 미도시 되었지만 소스장치가 기판 하부에 위치한 상향식 열증착(Thermal-Evaporation) 프로세스를 예로 설명하고 있다.

또한 상기 상향식 열증착 프로세스는 이해를 돕기 위한 하나의 예로 다른 방식의 프로세스; 즉, 증착(Deposition) (PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition)등), 식각 등 디스플레이, 반도체 등의 기판을 소재로 하는 프로세스에 있어 적용 가능하며, 어느 한 프로세스에 제한되지는 않는다. 즉, 본 내용의 다양한 실시 예들의 하나 또는 그 이상의 예들이며, 본 내용에만 국한되는 의도를 가지지 않는다.

본 실시예는 로딩 핀의 기판 증착면 접촉이 없는 형태의 정전기적 인력을 이용하는 척(ESC, ECC 등)의 이점을 가지는 분할형 기판 홀딩장치의 구체적인 구조 및 배치를 나타낸다.

본 실시예는 로봇 암이 기판을 척킹할 수 있는 핑거형 척킹 모듈을 구비하여 기판을 반송하며, 공정 챔버에서 기판을 인수하는 기판 척은 핑거들이 마치 피아노 건반과 같이 서로 맞물리는 형태로 배열된 제1척과 제2척을 구비한다. 제1척과 제2척은 교대로 또는 합동하여 기판을 척킹할 수 있다.

도 1과 같이 로봇이 구비한 분할형 척킹 부재의 핑거(이하, '로봇 측 핑거'로 약칭함)(100) 간격에 의해 기판의 외곽부 처짐이 결정 된다.

도 1a와 같이 핑거 간격 a가 좁으면 최외곽 핑거 외측의 기판 단부는 한쪽만 지지되고 있어 기판의 외곽부의 처짐이 심화된다. 이에 따라 핑거 간격 a의 설정이 중요 인자가 되다. 그러나 간격 a를 과하게 증가시키게 되면 기판(200)의 양쪽은 핑거에 의해 지지되지만, 기판 내측부도 처짐량이 증가하여 기판 낙하가 발생 할 수 있다. 따라서 도 1b와 같이 최적의 간격 b를 설정하여야 한다.

상기된 최적의 간격에 따라 분할형 척킹 부재를 구비한 로봇으로부터 기판을 인계 받는 제 1척 핑거(300)의 최적의 너비 b'가 설정 된다.

또한, 기판의 처짐은 최소 0 ~ 최대 5mm의 범위 내에서 있어야 한다.

또한, 도 1의 기판 외곽부 마진(c)의 범위는 최소 0 ~ 200mm에 있어야 한다.

이에 따라 시뮬레이션 또는 DEMO 장치를 이용한 실측 등을 통해 로봇 암의 분할형 척킹 부재 핑거에 대해 최적 간격 구조로 설계 한다.

즉, 본 발명은, 로봇 측 척킹 모듈 핑거(100)의 경우, 기판 처짐을 최소화할 수 있도록 핑거 간 간격과 핑거의 너비를 최적화하고, 기판 척의 척킹 모듈은 로봇 측 핑거의 간격에 맞추어 설계되되, 최외곽에는 기판 양단부의 처짐을 방지하도록 추가적인 최외곽 측 핑거(500)를 구성한다.

또한, 분할형 척킹 부재를 구비한 로봇 암 또는 척이 단독으로 기판을 지지하고 있을 경우 기판 처짐의 안전성이 유지되어야 한다. 즉, 분할형 척킹 부재를 포함한 로봇 암이 단독으로 기판을 지지할 경우 척킹 모듈의 핑거 개수 및 간격에 따라 기판의 처짐이 달라지므로 상기의 기판 처짐, 즉, 최소 0 ~ 최대 5mm의 기판 처짐량을 유지하기 위해 의 로봇 암 측에 150 ~ 300mm의 폭을 갖는 핑거가 3 ~ 5개 정도 구성 된다.

또한, 이에 상응되는 분할형 척킹 부재를 포함한 척이 단독으로 기판을 지지할 경우, 척 측에도 250 ~ 400mm의 폭을 가진 핑거가 4 ~ 6개 정도가 구성된다.

도 4는 제1척과 제2척의 결합 시 각각의 척킹 부재 간의 간격(d)을 보여주는 단면도이다. 제1척과 제2척의 교대 또는 합동 척킹 동작 시 각각에 소속된 핑거들이 서로 간섭되지 않는 정도의 간격을 둔다. 간격 d는 0 내지 2mm 일 수 있다.

상기 제시된 수치는 최소한을 의미 하는 것이며, 이는 기판의 소재, 기판의 두께, 기판의 형태 등에 따라 변할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 로봇 측 핑거
200: 기판
300 : 제 1척 핑거
400 : 제 2척 핑거
500 : 최 외곽 척 핑거
a : (종래) 로봇 측 핑거 간격
b : (본 발명) 로봇 측 핑거 간격
c : 기판 외곽부 마진
d : 제 1척과 제 2척 간의 간격

Claims (8)

1. 로봇 측 척킹 모듈로부터 기판을 인계하는 기판 척의 척킹 모듈로서,
   기판 척의 척킹 모듈은 핑거를 구비한 제1척과 상기 제1척과 맞물리듯 배열되는 위치에 핑거를 구비한 제2척을 구비하고,
   상기 제1척 핑거는 로봇 측 척킹 모듈의 핑거 간 간격 b에 맞물리 듯 안착할 수 있는 너비를 갖고, 제1척의 최외곽에 배치된 최외곽 핑거를 구비하며, 최외곽 핑거는 기판 처짐을 방지하기 위하여 기판 단부로부터 최외곽 핑거와 기판 끝 부분까지의 마진이 최소 0 ~ 최대 200mm이 되도록 설계되고,
   제1척과 제2척은 교대로 또는 합동으로 기판을 척킹하여 분할형 기판 홀딩을 실시하는 것을 특징으로 하고,
   상기 로봇 측 척킹 모듈은,
   기판을 척킹할 수 있는 다수의 핑거를 구비하고,
   상기 로봇 측 척킹 모듈의 핑거는 기판 지지 시 기판 외곽부 처짐 최소화를 위하여 소정의 너비와 소정의 간격 b를 갖고,
   로봇으로부터 이송된 기판을 인계 받되, 로봇 측 척킹 모듈의 핑거와 제1척 핑거가 피아노 건반형태로 맞물려 기판의 증착면 접촉 없이 기판을 인수인계하는 것을 특징으로 하는 기판 척의 척킹 모듈.
2. 제1항에 있어서, 로봇 측 척킹 모듈에서, 기판 외곽부 처짐은 최소 0 ~ 최대 5mm 범위 내에 분포하도록 로봇 측 핑거 너비와 간격 b가 설정된 것을 특징으로 하는 기판 척의 척킹 모듈.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 로봇 측 척킹 모듈의 핑거의 개수는 3 ~ 5개를 포함하고, 그 폭은 150 ~ 300mm 범위 내 인 것을 특징으로 하는 기판 척의 척킹 모듈.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제4항에 있어서, 로봇 측 척킹 모듈에 상응되는 분할형 척킹 부재를 포함한 척이 단독으로 기판을 지지할 경우, 기판 척의 척킹 모듈의 핑거 개수는 4 ~ 6개이며, 그 폭은 250 ~ 400mm 범위 내 인 것을 특징으로 하는 기판 척의 척킹 모듈.
8. 제1항에 있어서, 제1척과 제2척의 결합으로 각각에 소속된 핑거들이 교대로 자리잡았을 때, 인접한 핑거들 간의 간격은 0 ~ 3mm 범위 내 인 것을 특징으로 하는 기판 척의 척킹 모듈.