KR20090124210A - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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KR20090124210A KR1020080050280A KR20080050280A KR20090124210A KR 20090124210 A KR20090124210 A KR 20090124210A KR 1020080050280 A KR1020080050280 A KR 1020080050280A KR 20080050280 A KR20080050280 A KR 20080050280A KR 20090124210 A KR20090124210 A KR 20090124210A
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Abstract

화학 기상 증착 장치가 개시된다. 본 발명의 화학 기상 증착 장치는, 로드락 챔버(LOADLOCK CHAMBER)와 프로세스 모듈 챔버(PROCESS MODULE CHAMBER)를 연결하며, 바닥부의 중앙 영역에 로봇설치공이 형성되어 있는 트랜스퍼 모듈 챔버(TRANSFER MODULE CHAMBER); 트랜스퍼 모듈 챔버를 하부에서 지지하는 지지프레임; 일부분이 로봇설치공에 삽입된 상태에서 상부의 일 영역이 트랜스퍼 모듈 챔버의 내부에 배치되어 기판을 로드락 챔버와 프로세스 모듈 챔버로 이송시키는 기판 핸들링 로봇; 및 바닥부와 기판 핸들링 로봇에 결합되며, 바닥부의 변형이 기판 핸들링 로봇으로 전달되는 것이 저지되도록 바닥부의 변형을 완충적으로 흡수하는 변형 흡수유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 트랜스퍼 모듈 챔버의 내부 압력 변화나 혹은 진동 등의 외력에 의해 트랜스퍼 모듈 챔버의 바닥부가 변형됨에 따라 기판 핸들링 로봇의 위치가 변경되는 것을 저지하여 기판을 로드락 챔버나 혹은 프로세스 모듈 챔버의 정확한 위치로 이송시킬 있다.

Description

화학 기상 증착 장치{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은, 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 트랜스퍼 모듈 챔버의 내부 압력 변화나 혹은 진동 등의 외력에 의해 트랜스퍼 모듈 챔버의 바닥부가 변형됨에 따라 기판 핸들링 로봇의 위치가 변경되는 것을 저지하여 기판을 로드락 챔버나 혹은 프로세스 모듈 챔버의 정확한 위치로 이송시킬 있는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
평면디스플레이는 개인 휴대단말기를 비롯하여 TV나 컴퓨터의 모니터 등으로 널리 채용된다.
이러한 평면디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등으로 그 종류가 다양하다.
이들 중에서, 특히 LCD(Liquid Crystal Display)는 2장의 얇은 상하 유리기판 사이에 고체와 액체의 중간물질인 액정을 주입하고, 상하 유리기판의 전극 전압차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광스위치 현상을 이용한 소자이다.
LCD는 현재, 전자시계를 비롯하여, 전자계산기, TV, 노트북 PC 등 전자제품 에서 자동차, 항공기의 속도표시판 및 운행시스템 등에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.
종전만 하더라도 LCD TV는 20인치 내지 30인치 정도의 크기를 가지며, 모니터는 17인치 이하의 크기를 갖는 것이 대부분이었다. 하지만, 근래에 들어서는 40인치 이상의 대형 TV와 20인치 이상의 대형 모니터가 출시되어 판매되고 있으며 이에 대한 선호도가 나날이 높아지고 있는 실정이다.
따라서 LCD를 제조하는 제조사의 경우, 보다 넓은 유리기판을 제작하고자 연구 중에 있으며, 현재에는 가로/세로의 폭이 2미터 내외에 이르는 소위, 8세대라 불리는 유리 기판의 양산이 일부 제조사에서 진행되고 있거나 목전에 두고 있다.
이러한 LCD는 증착(Deposition), 사진식각(Photo Lithography), 식각(Etching), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 등의 공정이 반복적으로 수행되는 TFT 공정, 상하 유리기판을 합착하는 Cell 공정, 그리고 기구물을 완성하는 모듈(Module) 공정을 통해 제품으로 출시된다.
전술한 TFT 공정 중 하나인 화학 기상 증착 공정은 해당 공정의 진행을 위한 최적의 환경이 조성된 해당 프로세스 모듈 챔버(PROCESS MODULE CHAMBER)에서 진행된다. 특히 최근에는 단시간에 많은 기판을 처리할 수 있도록, 일정한 간격으로 배치되는 복수개의 프로세스 모듈 챔버를 구비하는 화학 기상 증착 장치(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS)가 널리 사용되고 있다.
이러한 화학 기상 증착 장치는, 트랜스퍼 모듈 챔버(TRANSFER MODULE CHAMBER)와, 트랜스퍼 모듈 챔버의 일측에 결합되는 로드락 챔버(LOADLOCK CHAMBER)와, 트랜스퍼 모듈 챔버의 나머지 타측에 결합되는 다수의 프로세스 모듈 챔버를 구비한다.
이에, 로드락 챔버 내로 작업 대상의 기판이 유입되면, 트랜스퍼 모듈 챔버 내에 마련된 기판 핸들링 로봇이 기판을 트랜스퍼 모듈 챔버로 옮긴 후, 다수의 프로세스 모듈 챔버 중에서 어느 한 프로세스 모듈 챔버로 전달함으로써 해당 프로세스 모듈 챔버 내에서 기판에 대한 증착 공정이 이루어지게 되며, 작업이 완료되면 전술한 역순으로 기판이 취출된다.
도 1은 종래기술에 따른 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 모듈 챔버(30)의 내부에는 로드락 챔버(미도시)의 기판을 프로세스 모듈 챔버(미도시)로 이송하거나 증착 공정이 완료된 기판을 프로세스 모듈 챔버로부터 로드락 챔버로 이송하는 기판 핸들링 로봇(40)이 마련되어 있다.
이러한 기판 핸들링 로봇(40)은 로드락 챔버나 혹은 프로세스 모듈 챔버로 기판을 이송할 때 정확한 위치로 이송해야 할 뿐만 아니라 진동을 최소화 하면서 기판을 이송해야 하기 때문에 조립 또는 설치 위치가 중요한 요건일 수 있다.
도 1의 실선으로 도시된 바와 같이 기판 핸들링 로봇(40)은 트랜스퍼 모듈 챔버(30)의 내부 바닥부(35)에 조립되는 것이 보통이다. 즉, 기판 핸들링 로봇(40)의 조립 시에는 트랜스퍼 모듈 챔버(30) 내부의 진공을 해제하여 대기압 상태로 변환시킨 후에 트랜스퍼 모듈 챔버(30)의 바닥부(35)에 조립하게 된다.
한편, 기판 핸들링 로봇(40)의 조립 작업은 대기압 조건에서 진행되지만, 화 학 기상 증착 공정이 진행되는 동안에는 트랜스퍼 모듈 챔버(30)의 내부가 진공 상태로 유지되기 때문에 트랜스퍼 모듈 챔버(30)의 바닥부(35)는 외부 대기압과의 상대적인 압력 차로 인해 도 1의 A 방향으로의 변형(도 1의 점선 참조)이 발생될 수 있는데, 이 경우 바닥부(35)의 변형에 따라 기판 핸들링 로봇(40)의 위치가 최초 조립 상태의 H1에서 H2로 예기치 못하게 변경됨에 따라 기판을 로드락 챔버나 혹은 프로세스 모듈 챔버의 정확한 위치로 이송시키기 어려운 문제점이 야기된다.
본 발명의 목적은, 트랜스퍼 모듈 챔버의 내부 압력 변화나 혹은 진동 등의 외력에 의해 트랜스퍼 모듈 챔버의 바닥부가 변형됨에 따라 기판 핸들링 로봇의 위치가 변경되는 것을 저지하여 기판을 로드락 챔버나 혹은 프로세스 모듈 챔버의 정확한 위치로 이송시킬 있는 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 로드락 챔버(LOADLOCK CHAMBER)와 프로세스 모듈 챔버(PROCESS MODULE CHAMBER)를 연결하며, 바닥부의 중앙 영역에 로봇설치공이 형성되어 있는 트랜스퍼 모듈 챔버(TRANSFER MODULE CHAMBER); 상기 트랜스퍼 모듈 챔버를 하부에서 지지하는 지지프레임; 일부분이 상기 로봇설치공에 삽입된 상태에서 상부의 일 영역이 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 내부에 배치되어 기판을 상기 로드락 챔버와 상기 프로세스 모듈 챔버로 이송시키는 기판 핸들링 로봇; 및 상기 바닥부와 상기 기판 핸들링 로봇에 결합되며, 상기 바닥부의 변형이 상기 기판 핸들링 로봇으로 전달되는 것이 저지되도록 상기 바닥부의 변형을 완충적으로 흡수하는 변형 흡수유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 변형 흡수유닛은, 상기 기판 핸들링 로봇의 일측에 결합되는 상부 결합부; 상기 바닥부의 일측에 결합되는 하부 결합부; 및 상기 상부 결합부와 상기 하부 결합부를 연결하며, 상하 방향을 따라 탄성적으로 수축 및 신장되면서 상기 바닥부에 대한 변형을 흡수하는 벨로우즈를 포함할 수 있다.
상기 트랜스퍼 모듈 챔버는, 상기 바닥부의 단부에서 기립 배치되는 제1 측판부; 상기 제1 측판부의 상단에서 상기 바닥부와 나란하게 배치되는 상판부; 및 상기 상판부의 단부에서 상기 제1 측판부와 나란하게 배치되는 제2 측판부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 핸들링 로봇은, 상기 로봇설치공을 통과하는 형태로 상기 로봇설치공에 삽입되게 마련되는 로봇축; 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 바닥부의 상부 영역에 배치되는 로봇본체; 및 상기 로봇축과 상기 로봇본체의 사이 영역에서 반경 방향 외측으로 연장된 연장플랜지를 포함할 수 있다.
상기 상부 결합부는 상기 연장플랜지의 상면에 배치되어 상기 연장플랜지와 결합될 수 있으며, 상기 하부 결합부는 상기 바닥부의 상면에 배치되어 상기 바닥부와 결합될 수 있다.
상기 상부 결합부와 상기 연장플랜지 사이 영역, 및 상기 하부 결합부와 상기 바닥부 사이 영역에는 오링(O-Ring)이 개재될 수 있다.
일단이 상기 지지프레임에 결합되어 상기 기판 핸들링 로봇을 지지하는 로봇지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 로봇지지부는, 상기 기판 핸들링 로봇의 일측과 결합되는 상부 가로부; 상기 지지프레임의 일측과 결합되는 하부 가로부; 및 상기 상부 가로부와 상기 하부 가로부를 연결하는 세로부를 포함할 수 있다.
상기 바닥부와 상기 지지프레임 사이에는 상기 지지프레임에 대한 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 조립 공차를 보상하는 간극이 형성될 수 있다.
상기 간극은 상기 바닥부의 저면으로부터 상방으로 함몰되게 마련될 수 있다.
상기 제1 측판부는 상기 바닥부 및 상기 상판부에 비해 상대적으로 두께가 얇게 형성될 수 있으며, 상기 바닥부, 상기 제1 측판부 및 상기 상판부 사이에는 적어도 하나의 보강리브가 더 마련될 수 있다.
상기 변형 흡수유닛은 금속 재질로 제작될 수 있다.
상기 변형 흡수유닛은, 상기 기판 핸들링 로봇의 일측에 결합되는 상부 결합부; 상기 바닥부에 결합되는 연결부; 상기 연결부의 단부에서 상기 연결부와 결합되는 유닛몸체; 상기 유닛몸체의 일측에 결합되는 하부 결합부; 및 상기 상부 결합부와 상기 하부 결합부를 연결하며, 상하 방향을 따라 탄성적으로 수축 및 신장되면서 상기 바닥부에 대한 변형을 흡수하는 판스프링을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 트랜스퍼 모듈 챔버의 내부 압력 변화나 혹은 진동 등의 외력에 의해 트랜스퍼 모듈 챔버의 바닥부가 변형됨에 따라 기판 핸들링 로봇의 위치가 변경되는 것을 저지하여 기판을 로드락 챔버나 혹은 프로세스 모듈 챔버의 정확한 위치로 이송시킬 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
참고로, 이하에서 설명할 기판이란, LCD(Liquid Crystal Display) 기판, PDP(Plasma Display Panel) 기판 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판 등을 포함하는 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD)를 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 1에 도시된 트랜스퍼 모듈 챔버의 평면도이며, 도 4는 트랜스퍼 모듈 챔버 영역의 외관 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 기판에 대한 실질적인 화학 기상 증착 공정이 수행되는 복수개의 프로세스 모듈 챔버(200, PROCESS MODULE CHAMBER)와, 해당 프로세스 모듈 챔버(200)로 기판이 진입 되기 전에 기판이 프로세스 모듈 챔버(200)로 진입될 수 있는 환경을 조성하는 로드락 챔버(100, LOADLOCK CHAMBER)와, 프로세스 모듈 챔버(200)와 로드락 챔버(100)를 연결하는 트랜스퍼 모듈 챔버(300, TRANSFER MODULE CHAMBER)를 구비한다.
프로세스 모듈 챔버(200)는 고온 저압의 환경에서 기판에 대한 화학 기상 증착 공정을 수행한다. 도시하고 있지는 않지만, 프로세스 모듈 챔버(200)는 서셉터 상에 놓여진 기판의 표면에 전극으로부터 방출된 소정의 반응성 가스 이온이 소정의 두께만큼 증착되는 장소로서, 기판에 대한 실질적인 증착 공정이 진행되는 장소이다.
본 실시예의 경우, 1개의 로드락 챔버(100)를 기준으로 총 5개의 프로세스 모듈 챔버(200)가 마련되어 있기 때문에 그 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 프로세스 모듈 챔버(200)는 5개보다 많아도 혹은 적어도 무방하다.
프로세스 모듈 챔버(200)를 통한 기판의 증착 공정 진행을 위해, 기판 핸들링 로봇(400)이 작업 대상의 기판을 해당 프로세스 모듈 챔버(200)로 이송시키게 되는데, 이때 대기압 상태에 있는 기판을 직접 고온 저압의 프로세스 모듈 챔버(200)로 진입시키는 과정에 어려움이 있기 때문에, 기판을 해당 프로세스 모듈 챔버(200)로 이송하기 전에 프로세스 모듈 챔버(200)와 동일한 환경을 조성해줄 필요가 있다. 이를 위해 로드락 챔버(100)가 마련된다.
로드락 챔버(100)는 이송 로봇(미도시)에 의해 외부로부터 화학 기상 증착 공정의 대상이 되는 기판이 인입되면, 내부의 환경을 프로세스 모듈 챔버(200)와 실질적으로 동일한 온도와 압력으로 조성하는 역할을 한다.
이처럼 프로세스 모듈 챔버(200)와 실질적으로 동일한 환경이 조성된 로드락 챔버(100) 내의 기판은, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)에 마련되는 기판 핸들링 로봇(400)에 의해 인출되어 해당 프로세스 모듈 챔버(200)로 이송된 후 해당 증착 공정이 수행된다. 반대로 프로세스 모듈 챔버(200) 내에서 화학 기상 증착 공정이 완료된 기판은 기판 핸들링 로봇(400)에 의해 인출되어 외부와 실질적으로 동일한 온도와 압력을 유지한 채 이송 로봇(미도시)에 의해 외부로 인출된다.
이와 같이, 로드락 챔버(100)는 외부로부터 기판이 프로세스 모듈 챔버(200)로 인입되기 전 또는 프로세스 모듈 챔버(200)로부터 기판이 외부로 인출되기 전에 프로세스 모듈 챔버(200)의 환경 또는 외부의 환경과 실질적으로 동일한 상태로 기판을 수용하는 역할을 한다. 자세히 도시하고 있지는 않지만, 본 실시예에서의 로드락 챔버(100)는 높이 방향을 따라 기판이 수용되는 3단의 단위 챔버(미도시)를 구비하고 있다.
트랜스퍼 모듈 챔버(300)는 프로세스 모듈 챔버(200)와 로드락 챔버(100)를 연결하는 챔버이다. 트랜스퍼 모듈 챔버(300)는 도 3과 같은 평면 투영 시 육각 구조를 갖는 거대한 구조물이다. 즉, 그 내부에서 가로/세로의 폭이 2미터 내외에 이르는 소위, 8세대라 불리는 기판이 기판 핸들링 로봇(400)에 의해 이송되어야 하기 때문에 트랜스퍼 모듈 챔버(300)는 거대한 구조물로 마련된다.
트랜스퍼 모듈 챔버(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 지지프레 임(310)에 얹혀진 상태로 마련된다. 물론, 이와 같이 트랜스퍼 모듈 챔버(300)가 지지프레임(310)에 얹혀지는 구조는 트랜스퍼 모듈 챔버(300) 외에도 로드락 챔버(100) 및 프로세스 모듈 챔버(200)에 공히 적용된다.
트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 외면에는 안전 가드(320)가 마련된다. 안전 가드(320)로 인해 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 상부 작업 시 작업자의 안전을 유지할 수 있다.
트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 상면에는 기판 핸들링 로봇(400)의 출입로를 형성하는 상부개폐판(330)이 마련되어 있다. 상부개폐판(330)의 개폐는 인력으로 불가능하기 때문에 상부개폐판(330)의 중앙 영역에는 크레인의 로프가 연결되는 크레인 연결부(331)가 마련되어 있다.
상부개폐판(330)의 주변에는 거대한 상부개폐판(330)을 개방하지 않더라도 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부로 작업자의 출입을 위한 해치(hatch, 미도시)를 개폐하는 한 쌍의 메인트 도어(335, maintenance door)가 구비되어 있다.
그리고 트랜스퍼 모듈 챔버(300)에는 트랜스퍼 모듈 챔버(300) 내로 유입된 기판에 대한 파손 여부를 감지하는 기판 파손 감지센서(340)가 더 구비되어 있다. 기판 파손 감지센서(340)는 도 3에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 모서리 영역에 착탈 가능하게 결합되는데, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 모서리 영역에서 한 쌍씩 결합되어 해당 위치에서 기판의 파손 여부를 감지한다. 이러한 기판 파손 감지센서(340)는 기판을 향해 광을 조사한 후 도달되는 반사광의 속도 차에 기초하여 기판의 파손 여부를 감지하는 레이저 센서로 적용될 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다.
도 5는 트랜스퍼 모듈 챔버에서 기판 핸들링 로봇이 위치되는 영역의 단면도이고, 도 6은 도 5의 요부 확대 사시도이며, 도 7 내지 도 10은 기판 핸들링 로봇의 조립 과정을 단계적으로 도시한 단면도들이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부에는 증착 공정 대상의 기판을 로드락 챔버(100)로부터 프로세스 모듈 챔버(200)로 이송시키거나, 증착 공정이 완료된 기판을 프로세스 모듈 챔버(200)로부터 로드락 챔버(100)로 이송시키는 기판 핸들링 로봇(400)이 마련된다.
본 실시예의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 1개의 로드락 챔버(100)에 대해 5개의 프로세스 모듈 챔버(200)가 마련되어 있으므로, 기판 핸들링 로봇(400)은 해당 위치에서 회전 및 전후진이 가능한 다관절 아암을 구비한 로봇으로 적용된다.
한편, 앞서도 기술한 바와 같이, 기판 핸들링 로봇(400)을 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부에 조립함에 있어, 종래와 같이 기판 핸들링 로봇(400)을 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)에 그대로 조립하게 되면 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)의 변형에 따라 기판 핸들링 로봇(400)의 위치가 변경되어 기판을 로드락 챔버(100)나 혹은 프로세스 모듈 챔버(200)의 정확한 위치로 이송시키기 어렵게 된다. 이는 증착 공정이 진행되는 동안에 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부가 진공 상태로 유지됨에 따라 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)는 외부 대기압과의 상대적인 압력 차로 인해 변형(주로 도 10의 A 방향)이 발생될 수 있기 때문인 것으로 예상된다. 이에, 본 실시예에서는 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위해 기 판 핸들링 로봇(400)의 조립 위치와 주변 구조를 개선하고 있는 것이다.
도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 화학 기상 증착 장치에서 기판 핸들링 로봇(400)은 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350) 영역에 조립되기는 하지만, 종래와 같이 바닥부(350)에 그대로 조립되지는 않는다.
기판 핸들링 로봇(400)의 조립 위치를 보다 자세히 설명하기 위해 트랜스퍼 모듈 챔버(300)에 대해 설명하면, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)는 바닥부(350)의 단부에서 기립 배치되는 제1 측판부(351)와, 제1 측판부(351)의 상단에서 바닥부(350)와 나란하게 배치되는 상판부(352)와, 상판부(352)의 단부에서 제1 측판부(351)와 나란하게 배치되는 제2 측판부(353)를 포함한다.
바닥부(350), 제1 측판부(351), 상판부(352) 및 제2 측판부(353)는 모두가 요구되는 강성을 보유한 금속 재질로 제작된다. 트랜스퍼 모듈 챔버(300)는 거대한 구조물이기 때문에 바닥부(350), 제1 측판부(351), 상판부(352) 및 제2 측판부(353)가 일체로 제작되기는 곤란하므로, 바닥부(350), 제1 측판부(351), 상판부(352) 및 제2 측판부(353)들은 각기 별도로 제작된 후 상호간 용접된다.
이 때, 제1 측판부(351)는 바닥부(350), 제1 측판부(351) 및 제2 측판부(353)들에 비해 그 두께가 얇게 형성된다. 따라서 바닥부(350), 제1 측판부(351) 및 상판부(352) 사이에는 두께가 얇은 제1 측판부(351)에 대한 강도 보강을 위해 보강리브(354)가 마련된다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 바닥부(350), 제1 측판부(351), 상판부(352) 및 제2 측판부(353)들의 두께가 모두 동일해도 무방하며, 보강리브(354)는 구성상 제외될 수도 있다.
바닥부(350), 제1 측판부(351), 상판부(352) 및 제2 측판부(353)가 조립되어 트랜스퍼 모듈 챔버(300)가 형성되면 상면이 개방된 대략 박스(box) 구조를 갖는데, 이 상태에서 트랜스퍼 모듈 챔버(300)는 지지프레임(310)에 안착된 후, 바닥부(350)와 지지프레임(310)이 상호간 볼트 결합된다. 이 때, 바닥부(350)와 지지프레임(310)에서 볼트 결합되어야 할 결합 부분들, 대략 8개소 이상의 결합 부분들이 상호간 정밀하게 접면되지 못하고 들뜨는 경우, 바닥부(350)와 지지프레임(310)의 견고한 결합력을 얻기 어렵다.
이는 통상의 조립 공차라는 것에 기인한 현상이므로, 이를 해소하기 위해 본 실시예에서는 바닥부(350)와 지지프레임(310) 사이에 지지프레임(310)에 대한 바닥부(350)의 조립 공차를 보상하는 간극(G, 도 7 참조)을 더 형성하고 있다.
간극(G)은 바닥부(350)의 둘레 방향을 따라 간헐적으로 마련될 수 있는데, 이러한 간극(G)으로 인해 지지프레임(310)에 대한 바닥부(350)의 조립 공차를 보상할 수 있게 되는 것이다. 이러한 간극(G) 형성을 위해 지지프레임(310)의 상면을 하방으로 함몰시킬 수도 있고, 바닥부(350)의 저면을 상방으로 함몰시킬 수도 있는데, 본 실시예에서는 후자의 방법을 적용하고 있다. 물론, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 간극(G)을 반드시 형성할 필요는 없는 것이다.
한편, 이러한 구조의 트랜스퍼 모듈 챔버(300)에서 기판 핸들링 로봇(400)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 그 일부분이 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350) 영역에 형성된 로봇설치공(350a)에 삽입된 상태에서 상부의 일 영역이 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부에 배치된다.
이러한 기판 핸들링 로봇(400)은, 로봇설치공(350a)을 통과하는 형태로 로봇설치공(350a)에 삽입되게 마련되는 로봇축(410)과, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)의 상부 영역에 배치되는 로봇본체(420)와, 로봇축(410)과 로봇본체(420)의 사이 영역에서 반경 방향 외측으로 연장된 연장플랜지(430)를 구비한다.
로봇축(410)은 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 외부로부터 각종 제어 장치나 연결선 등을 로봇본체(420)로 연결시키기 위해 내부가 빈 원기둥 구조를 갖는다. 연장플랜지(430)는 변형 흡수유닛(500)과의 결합을 위해 마련된다.
이처럼 기판 핸들링 로봇(400)은 로봇축(410)이 로봇설치공(350a)을 통과하는 형태로 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350) 영역에 조립되기 때문에, 기판 핸들링 로봇(400)이 조립 및 설치되고 나면 기판 핸들링 로봇(400)과 바닥부(350) 사이에는 일정한 틈새(Gap)가 발생될 수밖에 없다. 만약, 이러한 틈새를 차폐하지 못할 경우에는 공정 진행 시 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부가 진공으로 유지될 수 없기 때문에 곤란하다.
이에, 본 실시예에서는 기판 핸들링 로봇(400)과 바닥부(350)에 변형 흡수유닛(500)을 마련하고 있는데, 이러한 변형 흡수유닛(500)은 기판 핸들링 로봇(400)과 바닥부(350) 사이의 틈새를 차폐하는 기능 외에도 바닥부(350)의 변형이 기판 핸들링 로봇(400)으로 전달되는 것이 저지되도록 바닥부(350)의 변형을 완충적으로 흡수하는 기능을 담당한다.
이처럼 변형 흡수유닛(500)은 해당 위치에서 실질적으로 두 가지의 기능을 담당하고 있기 때문에, 기판 핸들링 로봇(400)과 바닥부(350) 사이의 틈새를 차폐 하기 위한 구조와 바닥부(350)의 변형이 기판 핸들링 로봇(400)으로 전달되는 것을 저지하기 위한 구조를 각각 개별적으로 적용하던 종래의 일부 기술보다 월등히 뛰어난 효과를 제공할 수 있다. 즉, 종래보다 간단하고 단순한 구조를 가지기 때문에 조립 및 유지 보수 작업이 수월해질 수 있을 뿐만 아니라 비용을 감소시킬 수 있는 추가의 이점이 있는 것이다.
여기서, 변형이라 함은, 도 10에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)가 외부 대기압과의 상대적인 압력 차로 인해 A 방향으로 변형되면서 솟아오르는 현상을 의미하지만, 이 외에도 외부 진동 등의 외력에 의해 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)가 도 10의 A 방향으로 솟아오르는 현상을 포함하는 것으로 정의하도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 적용된 변형 흡수유닛(500)은, 기판 핸들링 로봇(400)과 바닥부(350) 사이의 틈새를 차폐하기 위한 기능과, 바닥부(350)의 변형이 기판 핸들링 로봇(400)으로 전달되는 것을 저지하기 위한 기능을 담당하고 있지만, 이하에서는 바닥부(350)의 변형이 기판 핸들링 로봇(400)으로 전달되는 것을 저지하기 위한 변형 흡수유닛(500)의 기능에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
변형 흡수유닛(500)은, 기판 핸들링 로봇(400)의 연장플랜지(430)에 결합되는 상부 결합부(510)와, 바닥부(350)에 결합되는 하부 결합부(520)와, 상부 및 하부 결합부(510,520)를 연결하며 상하 방향을 따라 탄성적으로 수축 및 신장되면서 바닥부(350)에 대한 변형을 흡수하는 벨로우즈(530)를 구비한다.
앞서도 기술한 바와 같이, 변형 흡수유닛(500)은 기판 핸들링 로봇(400)과 바닥부(350) 사이의 틈새를 차폐하기 위한 기능을 담당하기도 하기 때문에, 상부 결합부(510)와 연장플랜지(430) 사이 영역, 그리고 하부 결합부(520)와 바닥부(350) 사이 영역에는 기밀 유지를 위한 오링(O-Ring)이 더 개재된다. 도면에는 한 개의 오링(O-Ring)이 도시되어 있지만, 오링(O-Ring)은 복수개가 사용될 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 변형 흡수유닛(500)은, 상부 결합부(510)가 연장플랜지(430)의 상면에 배치되어 연장플랜지(430)와 볼트 결합되고, 하부 결합부(520)가 바닥부(350)의 상면에 배치되어 바닥부(350)와 볼트 결합됨으로써 기판 핸들링 로봇(400)과 바닥부(350)를 연결하게 된다. 이에 따라, 압력 차나 진동 등에 의해 도 10의 A의 방향으로 바닥부(350)에 변형이 발생되어 바닥부(350)가 솟아오를 경우, 주름 구조의 벨로우즈(530)가 바닥부(350)의 변형만큼 탄성적으로 압축되면서 바닥부(350)의 변형량을 흡수하게 됨으로써 결과적으로 바닥부(350)의 변형이 기판 핸들링 로봇(400)으로 전달되는 것을 저지할 수 있게 된다. 물론, 트랜스퍼 모듈 챔버(300) 내부의 진공을 해제하여 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부가 대기압 상태로 변환되고 나면 바닥부(350)는 원상태로 하강하게 되는데, 이 때 벨로우즈(530) 역시 바닥부(350)의 하강 거리만큼 신장됨으로써 원상태로 회복된다. 이처럼, 압력 차나 혹은 진동 등의 이유로 바닥부(350)에 변형이 발생된다 하더라도 벨로우즈(530)를 구비한 변형 흡수유닛(500)이 이를 흡수함에 따라 기판 핸들링 로봇(400)의 위치가 임의로 변경되는 것을 저지할 수 있게 되는 것이다.
본 실시예에서 변형 흡수유닛(500)은 금속 재질 즉, 스테인리스 스틸로 제작 된다. 따라서 상하 방향으로 벨로우즈(530)가 빈번하게 동작된다 하더라도 그 내구성을 확보할 수 있게 된다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 변형 흡수유닛(500), 특히 벨로우즈(530)는 고무 재질로 제작될 수도 있다. 다만, 벨로우즈(530)가 고무 재질로 제작되는 경우라면 단순한 고무 재질에서 벗어나 쉽게 파손되거나 찢어지지 않는 고강도 합성 고무로 제작되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 실시예의 경우, 기판 핸들링 로봇(400)의 견고한 지지를 위한 수단으로서 로봇지지부(600)가 더 구비된다. 기판 핸들링 로봇(400)의 구조 상 기판 핸들링 로봇(400)을 직접 지지프레임(310)에 결합시킬 수 없으므로 로봇지지부(600)가 마련된다.
로봇지지부(600)는 기판 핸들링 로봇(400)의 연장플랜지(430)의 하면에 배치되어 연장플랜지(430)와 볼트 결합되는 상부 가로부(610)와, 지지프레임(310)의 상면에 배치되어 지지프레임(310)과 볼트 결합되는 하부 가로부(620)와, 상부 및 하부 가로부(610,620)를 상호 연결하는 세로부(630)를 구비한다.
이러한 로봇지지부(600)의 단면 구조는 대략 한글 'ㄷ'자 형상을 갖는데, 세로부(630)와 기판 핸들링 로봇(400)의 로봇축(410) 사이에는 약간의 공간이 형성된다.
이러한 구성에 의해 기판 핸들링 로봇(400)을 조립하는 과정 및 그에 따른 작용에 대해 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 7에 도시된 바와 같이, 바닥부(350), 제1 측판부(351), 상판 부(352) 및 제2 측판부(353)의 조립에 의해 상면이 개방된 대략 박스(box) 구조로 형성된 트랜스퍼 모듈 챔버(300)를 지지프레임(310)에 안착시킨다. 그리고는 바닥부(350)와 지지프레임(310)의 결합 영역을 볼트 결합시킨다.
다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 로봇지지부(600)의 하부 가로부(620)를 지지프레임(310)의 상면에 배치하고 하부 가로부(620)와 지지프레임(310)을 상호간 볼트 결합시킨다.
그리고는, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판 핸들링 로봇(400)을 조립한다. 즉, 상부개폐판(330)을 개방하여 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부를 대기압 상태로 만든 후, 트랜스퍼 모듈 챔버(300) 내로 기판 핸들링 로봇(400)을 인입시킨다. 이어, 기판 핸들링 로봇(400)의 로봇축(410)이 바닥부(350)의 로봇설치공(350a)을 통과하도록 한 상태에서 기판 핸들링 로봇(400)의 연장플랜지(430)가 로봇지지부(600)의 상부 가로부(610)의 상면에 배치되도록 한 다음 연장플랜지(430)와 상부 가로부(610)를 상호간 볼트 결합시킨다. 이 때, 기판 핸들링 로봇(400)의 위치 및 높이는 요구되는 조건에 맞춘다.
그런 다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 최종적으로 변형 흡수유닛(500)을 조립한다. 즉, 변형 흡수유닛(500)의 상부 결합부(510)를 연장플랜지(430)의 상면에 배치시켜 연장플랜지(430)와 볼트 결합시키고, 이어 변형 흡수유닛(500)의 하부 결합부(520)를 바닥부(350)의 상면에 배치시켜 바닥부(350)와 볼트 결합시킴으로써 조립을 완료한다.
기판 핸들링 로봇(400)의 조립이 완료되면, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부 를 진공 형성시킨 후에 화학 기상 증착 공정을 진행한다.
이처럼 증착 공정이 진행되는 동안에는 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부가 진공 상태로 유지되는데, 이 경우 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)는 외부 대기압과의 상대적인 압력 차로 인해 도 10의 A 방향으로의 변형이 발생될 수 있다.
만약, 도 10의 A의 방향으로 바닥부(350)에 변형이 발생되어 솟아오를 경우, 주름 구조의 벨로우즈(530)가 바닥부(350)의 변형만큼 탄성적으로 압축되면서 바닥부(350)에 변형량을 흡수하게 됨으로써 바닥부(350)의 변형이 기판 핸들링 로봇(400)으로 전달되는 것을 저지할 수 있게 된다.
따라서 종래와 같이 기판 핸들링 로봇(400)의 위치가 최초 조립 상태에서 임의로 변경되지 않게 된다. 이처럼 기판 핸들링 로봇(400)의 위치가 변경되지 않게 됨으로써 기판을 로드락 챔버(100)나 혹은 프로세스 모듈 챔버(200)의 정확한 위치로 이송시킬 있게 된다.
한편, 증착 공정이 중단되거나 혹은 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 유지보수를 위해 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부를 대기압 상태로 변환시키면, 바닥부(350)는 원상태로 하강하게 되는데, 이 경우에도 벨로우즈(530)가 바닥부(350)의 하강 거리만큼 신장되어 원상태로 회복됨에 따라 기판 핸들링 로봇(400)의 위치가 변경되는 것을 저지할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 내부 압력 변화나 혹은 진동 등의 외력에 의해 트랜스퍼 모듈 챔버(300)의 바닥부(350)가 변형됨 에 따라 기판 핸들링 로봇(400)의 위치가 변경되는 것을 저지하여 기판을 로드락 챔버(100)나 혹은 프로세스 모듈 챔버(200)의 정확한 위치로 이송시킬 있게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에서 기판 핸들링 로봇이 위치되는 영역의 단면도이다.
이 도면을 참조할 때, 본 실시예의 변형 흡수유닛(500a)은 전술한 실시예의 변형 흡수유닛(500)과 작용은 동일하나 일정 부분 상이한 구조로 마련된다. 즉, 본 실시예의 변형 흡수유닛(500a)은, 기판 핸들링 로봇(400)의 연장플랜지(430)에 결합되는 상부 결합부(510a)와, 바닥부(350)에 결합되는 연결부(350b)와, 연결부(350b)의 단부에서 연결부(350b)와 결합되는 유닛몸체(350c)와, 유닛몸체(350c)에 결합되는 하부 결합부(520a)와, 상부 결합부(510a)와 하부 결합부(520a)를 연결하며 상하 방향을 따라 탄성적으로 수축 및 신장되면서 바닥부(350)에 대한 변형(도 11의 A 방향 참조)을 흡수하는 판스프링(530a)을 포함한다.
전술한 실시예의 경우, 변형 흡수유닛(500)의 상부 결합부(510)는 연장플랜지(430)의 상면에 배치되어 연장플랜지(430)와 결합되고 있으나, 본 실시예의 경우, 상부 결합부(510a)는 연장플랜지(430)의 하면에 배치되어 연장플랜지(430)와 결합되고 있다. 이에 따라 로봇지지부(600a)의 상부는 상부 결합부(510)와 결합되는 구조를 갖는다. 물론, 이러한 구조를 갖더라도 본 발명의 효과를 제공하는 데에는 아무런 무리가 없다.
도 11과 같은 구성에 의해, 바닥부(350)에 대한 변형이 발생되어 바닥부(350)가 A 방향으로 솟아오르는 경우, 바닥부(350)와 함께 연결부(350b) 및 유닛 몸체(350c)가 상승하게 되지만, 판스프링(530a)이 수축되면서 바닥부(350), 연결부(350b) 및 유닛몸체(350c)의 전체적인 변형량을 흡수하기 때문에 결과적으로 기판 핸들링 로봇(400)의 위치가 변경되는 현상을 저지할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 트랜스퍼 모듈 챔버의 평면도이다.
도 4는 트랜스퍼 모듈 챔버 영역의 외관 사시도이다.
도 5는 트랜스퍼 모듈 챔버에서 기판 핸들링 로봇이 위치되는 영역의 단면도이다.
도 6은 도 5의 요부 확대 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 기판 핸들링 로봇의 조립 과정을 단계적으로 도시한 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에서 기판 핸들링 로봇이 위치되는 영역의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 로드락 챔버 200 : 프로세스 모듈 챔버
300 : 트랜스퍼 모듈 챔버 310 : 지지프레임
320 : 안전가드 330 : 상부개폐판
340 : 기판 파손 감지센서 350 : 바닥부
400 : 기판 핸들링 로봇 500,500a : 변형 흡수유닛
600,600a : 로봇지지부

Claims (13)

  1. 로드락 챔버(LOADLOCK CHAMBER)와 프로세스 모듈 챔버(PROCESS MODULE CHAMBER)를 연결하며, 바닥부의 중앙 영역에 로봇설치공이 형성되어 있는 트랜스퍼 모듈 챔버(TRANSFER MODULE CHAMBER);
    상기 트랜스퍼 모듈 챔버를 하부에서 지지하는 지지프레임;
    일부분이 상기 로봇설치공에 삽입된 상태에서 상부의 일 영역이 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 내부에 배치되어 기판을 상기 로드락 챔버와 상기 프로세스 모듈 챔버로 이송시키는 기판 핸들링 로봇; 및
    상기 바닥부와 상기 기판 핸들링 로봇에 결합되며, 상기 바닥부의 변형이 상기 기판 핸들링 로봇으로 전달되는 것이 저지되도록 상기 바닥부의 변형을 완충적으로 흡수하는 변형 흡수유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변형 흡수유닛은,
    상기 기판 핸들링 로봇의 일측에 결합되는 상부 결합부;
    상기 바닥부의 일측에 결합되는 하부 결합부; 및
    상기 상부 결합부와 상기 하부 결합부를 연결하며, 상하 방향을 따라 탄성적으로 수축 및 신장되면서 상기 바닥부에 대한 변형을 흡수하는 벨로우즈를 포함하 는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 모듈 챔버는,
    상기 바닥부의 단부에서 기립 배치되는 제1 측판부;
    상기 제1 측판부의 상단에서 상기 바닥부와 나란하게 배치되는 상판부; 및
    상기 상판부의 단부에서 상기 제1 측판부와 나란하게 배치되는 제2 측판부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판 핸들링 로봇은,
    상기 로봇설치공을 통과하는 형태로 상기 로봇설치공에 삽입되게 마련되는 로봇축;
    상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 바닥부의 상부 영역에 배치되는 로봇본체; 및
    상기 로봇축과 상기 로봇본체의 사이 영역에서 반경 방향 외측으로 연장된 연장플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 결합부는 상기 연장플랜지의 상면에 배치되어 상기 연장플랜지와 결합되며,
    상기 하부 결합부는 상기 바닥부의 상면에 배치되어 상기 바닥부와 결합되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 결합부와 상기 연장플랜지 사이 영역, 및 상기 하부 결합부와 상기 바닥부 사이 영역에는 오링(O-Ring)이 개재되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 지지프레임에 결합되어 상기 기판 핸들링 로봇을 지지하는 로봇지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로봇지지부는,
    상기 기판 핸들링 로봇의 일측과 결합되는 상부 가로부;
    상기 지지프레임의 일측과 결합되는 하부 가로부; 및
    상기 상부 가로부와 상기 하부 가로부를 연결하는 세로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바닥부와 상기 지지프레임 사이에는 상기 지지프레임에 대한 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 조립 공차를 보상하는 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 간극은 상기 바닥부의 저면으로부터 상방으로 함몰되게 마련되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측판부는 상기 바닥부 및 상기 상판부에 비해 상대적으로 두께가 얇게 형성되며,
    상기 바닥부, 상기 제1 측판부 및 상기 상판부 사이에는 적어도 하나의 보강리브가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 변형 흡수유닛은 금속 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 변형 흡수유닛은,
    상기 기판 핸들링 로봇의 일측에 결합되는 상부 결합부;
    상기 바닥부에 결합되는 연결부;
    상기 연결부의 단부에서 상기 연결부와 결합되는 유닛몸체;
    상기 유닛몸체의 일측에 결합되는 하부 결합부; 및
    상기 상부 결합부와 상기 하부 결합부를 연결하며, 상하 방향을 따라 탄성적으로 수축 및 신장되면서 상기 바닥부에 대한 변형을 흡수하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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