KR20070090839A - 척 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정확한 설계를 지원하기 위하여 제조작업 중 유리판이나 상기 유리판과 유사한 물질을 고정하거나 이송하는 장치의 개선된 형태에 관한 것이다. 상기 장치는 기존의 기술인 정전척(ESC: Electrostatic Chuck) 기술을 대치하는 장치를 제안한다. 즉, 상기 정전척이 이용하는 정전기력은 임의의 나노구조물질의 윤곽에서 나타나는 것으로 알려진 자연 발생하는 반데르발스의 상호인력으로 대치된다.
척킹, 디척킹

Description

척{Chuck}
도 1은 정전척을 채용하고 있는 전형적인 선진 LCD 제조장비의 개략도.
도 2는 현미경을 사용하여 도마뱀붙이의 발을 확대한 사진.
도 3은 도마뱀붙이의 발의 구조와 동일하게 만든 한 쌍의 구조물.
도 4는 기판에 부착되어 박막의 물체의 일부를 잡고 있는 섬모의 도식도
도 5는 로터스 효과(Lotus Effect)를 보여주는 표면측면 도식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 물체 2: 섬모
3: 기판
본 발명은 상호작용하는 반데르발스 힘을 이용하여 반도체 실리콘 웨이퍼 나 LCD(Liquid Crystal Display) 패널 또는 전자 제품의 제조 공정에서 처리되는 대상 물 등을 고정하고 이송하기 위해 사용되는 척킹(Chucking) 장치에 관한 것이다.
최근 실리콘 웨이퍼 기반의 반도체 소자, LCD 패널 등 전자 소자들의 제조공정에서 두드러진 경향은 에칭, 이온 주입 등과 같은 여러 단위 공정들이 건식 조건하에서 수행되고 있는 데, 그 이유는 이들 건식 공정이 기존의 습식 공정에 비해 자동화에 의해 쉽게 생산성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
상기 건식 공정의 주목할 만한 특징 중 하나는 상기 반도체나 LCD 패널 등을 고진공상태에서 처리한다는 것이다.
게다가, 현대 전자산업에서 회로의 집적도가 증가할수록 높은 정밀도가 요구됨에 따라 상기 장치는 점점 더 커지고 세밀해지는 경향을 띠는 것이 요구되고 있다.
말할것도 없이, 공정처리 단계에서 반도체의 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판 등과 같은 물질은 척킹 장치에 의해 고정되거나 이송되어져야만 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 기존의 척킹 장치에 진공 척이 있다. 상기 진공 척은 구멍이 뚫려 있고 흡입작용에 의해 고정 대상물질의 일부분을 흡착하기 위해 배기 수단에 연결되어 있는 것이 특징이다.
이론적으로, 상기 진공 척은 상기 진공 척과 고정 대상물질의 일부분의 표면 사이에 압력차가 존재하지 않기 때문에 진공 상태를 이용할 수 없다. 정상 압력에서 사용되는 척킹 수단들에 비하여, 진공 척은 척킹판의 관통홀과 그 주위로 흡입에 의한 인력이 집중되어, 작업물을 국부적으로 잡아 당기게 되며, 그 결과 작업물의 정렬의 정확성이 줄어드는 문제점이 있다. 따라서, 진공 척은 상기한 바와 같은 심각한 문제 때문에 전자 장치의 제조과정에 사용되기 적합하지 않은 문제점이 있었다.
정전기적 인력을 이용하여 고정 대상 물체의 일부분을 척킹 판에 고정시키는 정전척은 상기 진공 척을 대신하는 기술로 알려져 왔다.
상기 정전척은 진공 방식의 문제점을 극복하기 위하여 발전되어 왔지만 새로운 문제점을 제공하였다.
상기 문제점들 가운데서도 특히 부하의 비 균일에 관한 문제, 불충분한 부하 발생 능력, 척킹과 척킹해제에 소요되는 시간의 비효율성, 비용 관리문제 등이 가장 문제되는 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 기존 장치의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기존의 인공적으로 발생한 정전기적 인력을 대치하여 물질 표면을 이루는 말단 부분들에서 발생하는 것으로 알려진 반데르발스 힘을 자연적으로 발생시켜 상기한 문제들을 해결하고자 한다.
반데르발스 힘은 오래전부터 알려져 왔으나, 실질적인 적용이 현실적으로 나타난 것은 공학자들과 생물학자들에 의한 도마뱀붙이(Gecko)의 엄청난 흡착 능력에 대한 최근 연구에서였다.
상기 도마뱀붙이는 그들의 발판에 있는 작은 섬모의 모양과 구조 때문에 가 장 매끄러운 표면에서조차도 거꾸로 매달려 걸을 수 있다.
상기 도마뱀붙이의 부착력은 약 1평방센티미터당 수백그램이 가능한 것으로 알려져 있으며, 상기 수치는 가장 진보된 정전척의 힘보다 강한 것이다.
또한, 도마뱀붙이는 표면을 이동하기 위해 상기 부착력을 빠르게 조율하는 것이 가능하다. 이러한 능력은 제조공정에서 물질을 신속히 척킹 또는 척킹해제하는 것이 요구되는 데에 있어서 적당한 것이다.
그러나, 도마뱀붙이는 엄밀히 생물시스템인 반면, 제조에 있어 척킹 동작은 무생물적인 것이면서도 고속 및 고온의 제조 과정의 혹독한 동작을 견딜 수 있는 능력을 필요로 한다. 즉, 본 발명은 공정을 도마뱀 붙이에 의해 진화된 설계 해결책의 공학적 모사를 만드는 개척연구에 의지한다.
다시 말해, 기본적인 척킹력을 달성하기 위해 물질의 표면에 반데르발스의 상호인력을 채용하여 적절히 형성하는 것을 기본 전제로 하여, 본 발명은 상기 도안적 해결책을 통합하여 다수의 부수적인 특징이나 이점을 나타낸다.
이들과 주요 발명단계들이 다음 절에서 보다 상세하게 기술된다
본 발명은 위치선정을 포함하는 제조 공정상에서 물체를 고정시키거나 이송하기 위해 사용되는 척킹 및 척킹해제 장치에 있어서, 적어도 하나 이상의 접착기판과, 상기 접착기판으로부터 비어져 나오고, 들어올릴 물체에 부착력이 발생하도록 이용될 수 있는 반데르발스의 힘을 생성시키기 위해 윤곽이 그려지고 배치된 소 규모의 복수 섬모를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 접착기판은 유연하며, 상기 접착기판 표면의 변형은 상기 부착력을 적용하거나 제거할 수 있도록 상기 반데르발스의 상호인력을 변화시키는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 다양한 거칠기를 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 다양한 공극률과 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 마이크로 및 매크로 수준에서 다공의 채널 방향을 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 관통된 것, 만입된 것, 홈이 있는 것, 돌출된 것들 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모 중 적어도 하나의 표면 및 구조는 심지 구조를 형성하여 털 모양의 채널을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 상기 접착기판과 연관되어 움직이게 조정되고, 상기 섬모는 완전히 유연하지는 않으며 굳은 부분과 유연한 부분을 모두 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 기판에 대한 각도가 상이한 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모의 분포는 균일하지 않은 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모는 다발로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 상기 반데르발스 힘의 수준과 방향을 변화하기 위해 상기 복수 섬모는 그 방향이 물리적 수단에 의해 변경되는 것을 특징으로 한다.
상기 섬모의 방향은 반데르발스 힘의 수준과 방향을 변화시키기 위해 전자적 혹은 다른 영역의 수단을 통해 변화되는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모의 말단 부분은 자정능력을 가지는 로터스 효과의 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모 중 적어도 하나는 수직축을 기준으로 꼬여있는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모는 적어도 한 방향으로의 굴곡을 가지는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모는 생장 촉진 물질을 사용하여 제작된 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모는 각각 다른 높이를 가지며, 일정하지 않은 횡단면 형태를 이루고 있는 것을 특징으로 한다. 상기 복수 섬모는 소수성이고 수분을 흡수하지 않는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 구상들이 기술되고, 이어서 이를 만들기 위한 일반적 원리들이 특정 예를 통해 설명된다. 단, 이 특정 예들이 본 명세서에 첨부된 청구 항들을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다
도 1은 정전척을 이용한 전형적인 LCD 제조장치를 나타낸 도면이다. 상기 도 1을 참조하면, LCD 및 유사제품의 생산에 사용되는 정전척(ESC)의 상정 판은 중력에 의해 아래로 떨어지려는 유리판 또는 유사 물질의 무게를 감당해야 하기 때문에 중요한 부분이다.
상기 물질을 안전하게 고정하기 위하여, 상기 정전척은 고정되는 상기 물질에 작용하는 중력과 동등하거나 상기 중력 이상의 힘을 발생시켜야 한다.
도 2는 현미경을 이용하여 도마뱀붙이의 발판을 확대한 사진이다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 장치의 부착력을 해결하기 위한 진보된 해결책을 제시한다. 도 마뱀붙이는 도마뱀붙이의 발바닥에 있는 섬모의 모양, 크기 및 상대적 위치와 반데르 발스 힘을 근거로 하여 적절한 적용을 통해 부착력을 획득할 수 있다.
도 3은 도마뱀붙이의 기능에 근접하여 부착력을 형성할 수 있도록 제조된 두개의 표면을 나타낸 도면이다. 상기 도면은 맨체스터 대학(the University of Manchester)과 카네기 멜론 대학의 나노로보틱스 연구실(Nanorobotics Laboratory at Canegie-Mellon University)가 보증하는 연구결과에 기인한 것이다.
여기에 기술된 발명은 이들 그림에서 보여진 윤곽(profiles)들을 이용할 지도 모르지만, 이들 기하학적 구조에 완전히 국한되지 않는다, 왜냐하면 청구범위에서 기술된 바와 같이, 다른 구성도(configurations)들도 부착에 필요한 바람직한 반데르 발스 힘을 생성하는 것으로 알려져 있기 때문이다.
도 4는 기판(3)에 부착되어 판 모양의 물질(1)을 쥐고 있는 복수 섬모(2)의 배열을 나타낸 배치도이다. 상기 도 4를 참조하면, 상기 복수 섬모(2)는 다양한 형태와 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 복수 섬모(2)는 들어올리기 위한 부품이나 기판(3)의 표면에 균일하게 산재되거나 다발로 그룹을 이룰 수 있다.
또한, 상기 도 4는 정적인 배치를 보여준다. 이때, 박판의 물체상에서 부착력을 얻기 위해 섬모들의 주변에서 생성된 반데르발스의 상호작용력이 이용되고 있다. 척킹과 척킹해제 동작 중간에 부착력을 감소하거나 제거할 필요가 있을 수 있다.
본 발명은 상기 힘을 선택적으로 조절하기 위한 다양한 방법을 제시할 수 있다.
가장 간단한 방법으로, 기판과 부착된 섬모들이 물리적으로 감겨지도록 기판이 변형되는 것을 구상할 수 있다. 상기 방법은 기계적인 것으로 매크로 또는 마이크로 수준에서 작동될 수 있다. 상기한 바에 있어서, 중요한 요소는 도마뱀붙이를 근거로 한 법칙을 이용한다는 것이다. 다시 말해, 물리적으로 상기 섬모의 모양을 변형시키면 반데르발스 힘을 제거하기 위한 전단응력을 생성할 수 있다.
또 다른 방법으로, 부분적인 전기력 또는 정전기력을 이용하여 반데르발스 힘을 방해하여 상기 장치의 부착력을 감소하거나 제거할 수 있다.
도 5는 로터스 효과(Lotus Effect)를 나타내는 것으로 알려진 물질의 표면을 나타낸 도면이다. 상기한 바와 같이, 상기 섬모의 말단 부분은 상기 섬모가 작용할 수 있는 모든 표면에 자정능력을 전달할 수 있다. 상기 자정능력은 기판과 섬모의 척킹에 있어서 요구되는 지속성을 보장하며, 상기 자정능력과 관련되는 모든 수단들에 대하여 이점을 나타낼 수 있다.
상기 로터스 효과의 본질은 표면을 저표면에너지로 이루는 것이다. 연꽃은 소규모의 프로파일링을 이용하여 상기한 저표면에너지를 이룰 수 있다. 또 다른 적용 예로서, 상기한 성질을 자연적으로 드러내는 테플론과 같은 물질을 이용하여 저표면에너지를 얻을 수 있다. 기판과 섬모의 실질적인 구성 물질은 척의 성공적인 부착작업에 있어 특별히 중요하지는 않다. 그러나, 수분과 수증기의 장시간 노출은 섬모가 수분을 흡수하는 물질로 만들어졌을 경우 부착력을 얻는데 역효과를 초래할 수 있다.
따라서, 상기한 바와 같이 상기 섬모는 실리콘 고무와 같은 비흡수 물질로 구성되어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 섬모는 수분을 스며들지 않게 하는 재질로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 섬모는 자연적인 소수성(疏水性) 물질로 구성되는 것이 가능하며, 소수성 코팅이 적용되는 것도 가능하다. 상기 섬모가 부착되거나 상기 섬모로 구성되는 기판은 상기 로터스 효과표면 프로파일 특징을 나타낼 수 있다. 또한, 소수성과 비흡수성의 특징을 나타낼 수 있다.
본 발명은 반데르발스 힘을 이용하여 고정 대상물에 대한 강한 부착력을 제공하여 제조 공정의 원활한 진행을 돕는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 물체를 고정하는 섬모의 부착력을 용이하게 조절하는 것이 가능하여 척킹과 척킹해제에 따른 시간을 단축시키는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 위치선정을 포함하는 제조 공정상에서 물체를 고정시키거나 이송하기 위해 사용되는 척킹 및 척킹해제 장치에 있어서,
    적어도 하나 이상의 접착기판과;
    상기 접착기판으로부터 비어져 나오고, 들어올릴 물체에 부착력이 발생하도록 이용될 수 있는 반데르발스의 힘을 생성시키도록 윤곽이 그려지고 배치된 소규모의 복수 섬모를 포함하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 접착기판은 유연하며, 상기 접착기판 표면의 변형은 상기 부착력을 적용하거나 제거할 수 있도록 상기 반데르발스의 상호인력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  3. 제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 다양한 거칠기를 가지는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 다양한 공극률과 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 마이크로 및 매크로 수준에서 다공의 채널 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 관통된 것, 만입된 것, 홈이 있는 것, 돌출된 것들 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모 중 적어도 하나의 표면 및 구조는 심지 구조를 형성하여 털 모양의 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 상기 접착기판과 연관되어 움직이게 조정되고, 상기 섬모는 완전히 유연하지는 않으며 굳은 부분과 유연한 부분을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모의 표면 및 구조는 기판에 대한 각도가 상이한 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모의 분포는 균일하지 않은 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모는 다발로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 반데르발스 힘의 수준과 방향을 변화하기 위해 상기 복수 섬모는 그 방향이 물리적 수단에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 섬모의 방향은 반데르발스 힘의 수준과 방향을 변화 시키기 위해 전자적 혹은 다른 영역의 수단을 통해 변화되는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모의 말단 부분은 자정능력을 가지는 로터스 효과의 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모 중 적어도 하나는 수직축을 기준으로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모는 적어도 한 방향으로의 굴곡을 가지는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모는 생장 촉진 물질을 사용하여 제작된 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모는 각각 다른 높이를 가지며, 일정하지 않은 횡단면 형태를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 복수 섬모는 소수성이고 수분을 흡수하지 않는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 척킹 및 척킹해제 장치.
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