KR20140013313A - 반도체 제조용 척테이블장치 및 이를 갖춘 반도체 제조장치 - Google Patents

반도체 제조용 척테이블장치 및 이를 갖춘 반도체 제조장치 Download PDF

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Abstract

반도체 제조용 척테이블장치 및 이를 갖춘 반도체 제조장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 척테이블장치는 베이스부재; 베이스부재에 고정되며 내부에 진공원과 연통되는 진공유로가 형성된 지지축; 지지축 상부에 회전 가능하게 설치된 회전유닛; 회전유닛 위에 장착되며, 진공유로와 연통되는 복수의 흡착홀을 구비하여 그 상면에 작업대상물을 흡착 고정시킬 수 있는 흡착테이블; 회전유닛을 회전시키는 구동장치; 회전유닛과 지지축 사이의 틈을 밀봉하는 밀봉장치를 포함한다.

Description

반도체 제조용 척테이블장치 및 이를 갖춘 반도체 제조장치{CHUCK TABLE DEVICE FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS, AND SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT HAVING THE SAME}
본 발명은 반도체 칩이 실장된 기판스트립(substrate strip)을 개별 단위 반도체 패키지로 절단하는 공정 등에서 작업 대상물을 흡착 고정하는데 이용할 수 있는 반도체 제조용 척테이블장치 및 이를 갖춘 반도체 제조장치에 관한 것이다.
반도체 패키지는 웨이퍼 공정에 의해 제조된 개개의 반도체 칩(chip)을 기판스트립(substrate strip, 이하 '스트립')에 부착하는 공정, 칩과 스트립을 전기적으로 연결하는 공정, 스트립을 수지로 몰딩하는 공정, 연결상태로 제조된 다수의 반도체 패키지들(스트립)을 개별 단위로 절단(sawing)하는 공정을 거쳐 제조된다.
척테이블장치는 전술한 반도체 패키지 제조공정 중에서 스트립을 개별 단위의 반도체 패키지로 절단할 때 스트립을 흡착 고정한 상태에서 이송 및 회전시키는 장치다. 이러한 척테이블장치는 반도체 패키지 제조공정뿐만 아니라, 반도체 칩을 제조하는 웨이퍼 공정에서 웨이퍼 표면을 연삭하거나 웨이퍼를 개별 반도체 칩으로 절단할 때 같은 방식으로 이용되기도 한다.
통상의 척테이블장치는 진공원(진공펌프 등)과 연통된 복수의 흡착홀을 구비하여 그 상면에 놓이는 작업대상물(스트립 등)을 흡착하여 고정시킬 수 있는 흡착테이블과, 흡착테이블을 지지하는 회전테이블과, 회전테이블을 회전시키는 구동장치를 갖추고 있다. 대한민국 등록특허공보 10-0479417호(2005. 03. 25. 공고)와 대한민국 등록특허공보 10-0795966호(2008. 01. 21. 공고)는 이러한 유형의 척테이블장치를 제시한 바 있다.
한편, 척테이블장치는 작업대상물을 안정적으로 고정하기 위해 흡착테이블에 높은 흡입압을 제공할 수 있어야 하고, 작업대상물의 절단방향 등을 변경하기 위해 회전테이블을 회전시킬 수 있어야 한다. 이처럼 척테이블장치는 흡입압 제공과 회전이라는 복합기능을 동시에 구현해야 하기 때문에 신뢰성을 유지하면서 안정적으로 동작하도록 제작하는데 높은 기술수준이 요구된다. 또 흡입압 유지를 위한 유로와 회전연결부 등으로 인해 장치도 복잡하다.
특허문헌1: 대한민국 등록특허공보 10-0479417호(2005. 03. 25. 공고) 특허문헌2: 대한민국 등록특허공보 10-0795966호(2008. 01. 21. 공고)
본 발명은 구성을 단순화하면서도 흡착테이블에 높은 흡입압을 제공하여 작업대상물을 안정적으로 흡착 고정할 수 있는 반도체 제조용 척테이블장치 및 이를 갖춘 반도체 제조장치를 제공하고자 한다.
또 본 발명은 흡입압이 작용하는 회전연결부분의 밀봉을 높은 수준으로 유지하면서 원활한 회전을 구현할 수 있는 반도체 제조용 척테이블장치 및 이를 갖춘 반도체 제조장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스부재; 상기 베이스부재에 고정되며 내부에 진공원과 연통되는 진공유로가 형성된 지지축; 상기 지지축 상부에 회전 가능하게 설치된 회전유닛; 상기 회전유닛 위에 장착되며, 상기 진공유로와 연통되는 복수의 흡착홀을 구비하여 그 상면에 작업대상물을 흡착 고정시킬 수 있는 흡착테이블; 상기 회전유닛을 회전시키는 구동장치; 상기 회전유닛과 상기 지지축 사이의 틈을 밀봉하는 밀봉장치를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치가 제공될 수 있다.
상기 회전유닛은 상기 흡착테이블을 지지하는 회전테이블과, 상기 회전테이블에 고정된 상태로 상기 지지축에 회전 가능하게 연결되는 회전연결장치를 포함할 수 있고, 상기 밀봉장치는 상기 회전연결장치와 상기 지지축 사이의 틈을 밀봉할 수 있다.
상기 회전연결장치는 그 중심부에 상기 진공유로와 상기 복수의 흡착유로를 연통시키는 연통공이 형성되고, 하면에 상기 지지축의 상단이 진입하여 결합되는 결합홈이 형성된 회전판부와; 상기 회전판부로부터 하측으로 연장되며 그 내면과 상기 지지축 외면 사이에 상기 밀봉장치를 수용하는 원통부를 포함할 수 있다.
상기 회전연결장치는 절연소재로 마련될 수 있다.
상기 밀봉장치는 그 내면과 외면이 상기 지지축과 상기 원통부에 각각 접하는 원통형 씰부재와, 상기 원통부 하단에 체결되어 상기 씰부재를 지지하는 지지링을 포함할 수 있다.
상기 회전연결장치는 상기 지지축 외면과 상기 원통부 내면 사이에 설치되는 베어링과, 상기 원통부에 체결되어 상기 베어링의 하부를 지지하는 지지링을 더 포함할 수 있고, 상기 밀봉장치는 상기 베어링의 상측에 설치되며 탄성소재에 의해 마련된 립씰(lip seal)을 포함할 수 있다.
상기 원통부는 상기 베어링이 설치되는 공간과 상기 립씰이 설치되는 공간을 구획하는 구획부를 포함할 수 있다.
상기 밀봉장치는 링형태로 마련되며 직경이 변할 수 있는 하나 이상의 가변씰과, 상기 원통부 하단에 체결되어 상기 가변씰을 지지하는 지지링을 포함하고, 상기 가변씰은 상호 연결되어 링형태를 이루되 상호 연결되는 부분에 내경의 접선방향에 대하여 경사를 이루는 슬라이딩면을 갖춘 복수의 씰요소와, 상기 각 씰요소의 외면에 상기 둘레방향으로 형성된 홈과, 상기 홈에 수용된 상태로 상기 복수의 씰요소를 감아 결속하며 상기 각 씰요소를 상기 지지축 외면 쪽으로 조이는 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재는 인장스프링일 수 있다.
상기 밀봉장치는 상기 회전판부와 상기 가변씰 상면 사이의 틈을 밀봉하는 제1씰부재와, 상기 지지링과 상기 가변씰 하면 사이의 틈을 밀봉하는 제2씰부재를 더 포함할 수 있다.
상기 지지축은 상기 가변씰의 내경부분과 접하는 외면에 상기 가변씰보다 강성이 큰 소재에 의해 마련된 보강부를 포함할 수 있다.상기 각 씰요소는 카본(carbon)소재를 포함할 수 있다.
상기 회전연결장치는 상기 회전테이블에 고정되며 그 중심부에 상기 진공유로와 상기 복수의 흡착유로를 연통시키는 연통공이 형성되고, 하면에 상기 지지축의 상단이 진입하여 결합되는 결합홈이 형성된 회전판부와; 상기 회전판부로부터 하측으로 연장되며 그 내면과 상기 지지축 외면 사이에 상기 밀봉장치의 일부를 수용하는 원통부를 포함할 수 있고, 상기 밀봉장치는 상기 지지축의 상측 외면에 설치되며 상부가 상기 원통부 내측으로 진입하여 상기 회전판부에 지지되는 미케니컬 씰(mechanical seal)을 포함할 수 있다.
상기 지지축은 상기 미케니컬 씰의 설치를 위해 상측 외면에 계단형 단차를 이루도록 외경이 축소된 씰설치부를 포함할 수 있다.
상기 미케니컬 씰은 상기 원통부 내측에 고정되며 상기 회전연결장치와 함께 회전하는 회전링과, 상기 회전링 하부에 상기 회전링과 접하도록 설치된 고정링과, 상기 씰설치부의 단차부에 설치된 지지칼라와, 상측이 상기 고정링에 연결되고 하측이 상기 지지칼라에 지지되며 외면에 스프링수용홈이 형성된 탄성재질의 패킹과, 상기 패킹의 스프링수용홈에 설치되며 상기 고정링을 상기 회전링 쪽으로 가압하는 코일스프링을 포함할 수 있다.
상기 회전연결장치는 상기 지지축 외면과 상기 원통부 내면 사이의 상측과 하측에 각각 설치된 상측베어링 및 하측베어링과, 상기 원통부에 체결되어 상기 하측베어링을 지지하는 지지링을 더 포함할 수 있고, 상기 밀봉장치는 상기 상측베어링과 상기 하측베어링 사이에 설치되는 자성유체 씰(Magnetic Seal) 을 포함할 수 있다.
상기 자성유체 씰은 상기 지지축 외측에 축방향으로 상호 이격 배치된 복수의 자극링과, 상기 자극링들 사이에 개재되는 영구자석과, 상기 자극링의 내경부분과 상기 지지축 외면 사이의 틈을 밀봉하는 자성유체를 포함할 수 있다.
상기 지지축은 상기 회전판부의 결합홈과 결합되는 상단부 내면에 상기 진공유로의 내경보다 큰 내경을 이루도록 형성된 계단형 단차부를 포함할 수 있다.
상기 회전판부의 연통공과 상기 진공유로는 내경이 동일하게 마련될 수 있다.
상기 척테이블장치는 상기 흡착테이블과 상기 회전유닛 사이에 개재되며, 그 상면과 상기 흡착테이블 하면 중 적어도 하나에 형성되는 홈에 의하여 상기 복수의 흡착홀을 연통시키는 분배유로를 형성하고, 그 중심부에 상기 분배유로와 상기 진공유로를 연통시키는 연통공이 형성된 연결판을 더 포함할 수 있다.
상기 구동장치는 상기 지지축 외측의 상기 회전테이블 하부에 고정된 회전자와, 상기 회전자의 외측에 설치되며 하부가 상기 베이스부재에 고정된 고정자를 갖춘 다이렉트 드라이브 모터(Direct Drive Motor)를 포함할 수 있다.
상기 회전유닛은 상기 회전자의 설치를 위해 상기 회전테이블 하면에 장착되며 절연소재에 의해 마련된 지지판을 더 포함할 수 있다.
상기 지지판은 그 하면의 높이가 상기 회전연결장치의 하단보다 낮게 위치할 수 있다.
상기 베이스부재는 이송부를 따라 이동이 가능하도록 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 척테이블장치를 갖춘 반도체 제조장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 척테이블장치는 지지축 내부에 직경이 큰 원통형의 진공유로가 직접 형성되기 때문에 유로의 구성을 단순화할 수 있으면서도 진공실로부터 흡착테이블에 이르기까지 넓은 유로를 확보할 수 있다. 따라서 흡착테이블의 각 흡착홀에 높은 흡입압이 작용하도록 할 수 있고, 이를 통해 작업대상물을 안정적으로 고정할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 척테이블장치는 지지축과 회전유닛 사이의 틈을 밀봉하는 밀봉장치를 구비하기 때문에 회전연결부분의 밀봉을 높은 수준으로 유지하면서도 회전유닛의 원활한 회전을 구현할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 척테이블장치는 지지축 내부에 직접 진공유로가 형성되는 등 구성을 단순화할 수 있기 때문에 제조가 용이할 뿐 아니라 제조비용도 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 척테이블장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 척테이블장치의 전체적인 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치의 단면도이다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 제3실시 예에 따른 척테이블장치 가변씰의 횡방향 단면도로, 도 6a는 직경이 작아진 상태, 도 6b는 직경이 커진 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제4실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치의 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래에서 소개하는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 제시하는 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로도 구체화될 수 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기 등을 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 반도체 제조용 척테이블장치를 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 척테이블장치(100)는 스트립(10)을 개별 단위의 반도체 패키지(11)로 절단하는 공정에서 스트립(10)을 그 상부에 흡착 고정시킬 수 있고, 이송부(101)를 따라 절단장치(20) 쪽으로 이동할 수 있다. 절단장치(20)는 척테이블장치(100) 위에 고정된 상태로 이송된 스트립(10)을 개별 단위의 반도체 패키지(11)로 절단할 수 있다.
절단장치(20)는 디스크 형태의 절단 블레이드(21)와, 블레이드(21)를 회전시키는 모터(22)를 포함할 수 있다. 이러한 절단장치(20)는 회전하는 블레이드(21)가 스트립(10)의 절단라인을 따라 이동하면서 스트립(10)을 절단할 수 있다. 여기서는 하나의 예로써 블레이드형 절단장치(20)를 제시하였지만, 절단장치의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 절단장치는 레이저나 워터젯 방식일 수도 있다.
척테이블장치(100)는 스트립(10)의 절단방향 변경을 위해 그 상부의 회전유닛(130)이 회전할 수 있다. 예를 들면, 절단장치(20)가 스트립(10)의 X축 방향 절단(가로방향 절단)을 완료한 후에는 회전유닛(130)이 회전하여 절단방향을 변경할 수 있고, 절단장치(20)는 이 상태에서 스트립(10)의 Y축 방향 절단(세로방향 절단)을 수행할 수 있다.
제1실시 예는 척테이블장치(100)가 스트립(10)을 개별 단위의 반도체 패키지(11)로 절단하는 공정에서 이용되는 경우를 제시하지만, 척테이블장치(100)는 반도체 패키지 제조공정뿐만 아니라, 반도체 칩을 제조하는 웨이퍼 공정에서도 이용될 수 있다. 즉 웨이퍼의 표면을 연삭하거나 웨이퍼를 개별 반도체 칩으로 절단하는 공정에서 웨이퍼를 흡착 고정하기 위해 이용될 수 있다. 따라서 척테이블장치(100)에 고정되는 작업대상물은 앞서 언급한 스트립(10)이거나 웨이퍼 공정에서의 웨이퍼일 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 제1실시 예의 척테이블장치(100)는 베이스부재(110), 베이스부재(110)에 고정된 지지축(120), 지지축(120) 상부에 회전 가능하게 설치된 회전유닛(130), 작업대상물(10, 스트립 또는 웨이퍼)의 흡착 고정을 위해 회전유닛(130) 위에 설치된 흡착테이블(140)을 구비한다. 또 척테이블장치(100)는 회전유닛(130)을 회전시키는 구동장치(150), 회전유닛(130)과 지지축(120) 사이의 틈을 밀봉하는 밀봉장치(170)를 포함한다.
베이스부재(110)는 이송부(101)를 따라 이동하는 이동부재(102)의 상부에 장착됨으로써 이동부재(102)와 함께 이동할 수 있다. 도면에 나타내지는 않았지만, 척테이블장치(100)는 이동부재(102)를 이동시키는 이송장치를 포함할 수 있다. 이송장치로는 이송나사방식의 이송장치 또는 랙기어와 피니언기어방식의 이송장치 등이 채용될 수 있다.
베이스부재(110)는 하면에 진공원(103, 진공펌프 등)과 연통되어 진공상태를 유지하는 진공실(111)을 구비한다. 진공실(111)은 베이스부재(110)의 하면에 홈 형태로 마련될 수 있고, 베이스부재(110)가 이동부재(102) 상부에 결합됨으로써 밀폐된 공간을 형성할 수 있다.
지지축(120)은 내부에 진공유로(121)를 갖춘 원통형태로 마련될 수 있다. 지지축(120)은 하단이 베이스부재(110)의 상면에 고정됨으로써 베이스부재(110) 상면에 대하여 수직을 유지할 수 있다. 그리고 베이스부재(110)의 중심부에는 지지축(120)의 진공유로(121)와 진공실(111)을 연통시키는 연통공(112)이 형성된다.
회전유닛(130)은 흡착테이블(140)을 지지하는 회전테이블(131)과, 회전테이블(131)의 중심부에 고정된 상태에서 지지축(120) 상부에 회전 가능하게 설치되는 회전연결장치(160)와, 구동장치(150)의 설치를 위해 회전테이블(131) 하부에 설치되는 지지판(133)을 포함한다. 여기서는 회전테이블(131), 회전연결장치(160), 지지판(133)이 상호 결합되는 형태의 회전유닛(130)을 예시하지만, 회전유닛(130)은 이러한 구성들이 일체로 마련될 수도 있다.
회전유닛(130)의 회전테이블(131) 상부에는 연결판(180)이 설치되고, 연결판(180) 상부에 작업대상물(10)을 흡착하는 흡착테이블(140)이 설치된다.
흡착테이블(140)은 상면에 작업대상물(10)이 놓이는 흡착부(141)를 구비하고, 흡착부(141)가 지지축(120)의 진공유로(121)와 연통될 수 있도록 상하로 관통된 복수의 흡착홀(142)을 구비한다. 흡착테이블(140) 하면에는 복수의 흡착홀(142)을 연통시키는 분배유로(144)를 형성하도록 홈(143)이 형성된다.
연결판(180)은 흡착테이블(140) 하면의 홈(143)을 커버하는 형태로 흡착테이블(140) 하면에 결합됨으로써 분배유로(144)를 한정한다. 연결판(180) 중심에는 분배유로(144)와 지지축(120)의 진공유로(121)를 연통시키는 연통공(181)이 형성된다.
분배유로(144)는 연결판(180)의 연통공(181)과 후술할 회전연결장치(160)의 연통공(162)을 통하여 진공유로(121)와 연통된다. 따라서 진공유로(121)에 작용하는 흡입압은 흡착테이블(140)의 각 흡착홀(142)에 균등하게 작용할 수 있고, 이를 통해 흡착테이블(140) 상부의 흡착부(141) 전역에 걸쳐 거의 균등한 흡착력이 작용할 수 있다. 제1실시 예는 분배유로(144)가 흡착테이블(140) 하면의 홈(143)으로 이루어진 경우를 예시하였으나, 분배유로(144)는 같은 방식으로 연결판(180) 상면에 형성되는 홈에 의해서도 구현될 수 있다. 또는 흡착테이블(140) 하면과 연결판(180) 상면에 상호 마주하도록 각각 형성되는 홈에 의해서도 구현될 수 있다.
회전연결장치(160)는 도 3에 도시한 바와 같이, 둘레부분이 고정볼트(132) 체결에 의해 회전테이블(131)에 고정되고 중심부에 진공유로(121)와 연결판(180)의 연통공(181)을 연통시키는 연통공(162)이 형성된 회전판부(161)와, 지지축(120)의 상단이 진입하여 회전 가능하게 결합될 수 있도록 회전판부(161)의 하면에 형성된 결합홈(163)을 구비한다. 또 회전연결장치(160)는 회전판부(161) 하면으로부터 소정길이 하방으로 연장되어 지지축(120)의 상측 둘레를 이격상태로 포위하는 원통부(164)를 포함한다.
이러한 회전연결장치(160)는 지지축(120)과 회전테이블(131)의 전기적인 절연을 위해 회전판부(161) 및 원통부(164)가 세라믹 등과 같은 절연소재에 의해 마련될 수 있다. 이는 흡착테이블(140)에 전원을 인가하는 경우에도 지지축(120)이 전기적으로 절연된 상태를 유지할 수 있도록 한 것이다. 절단장치(20)의 블레이드(21) 높이를 세팅할 때는 흡착테이블(140)에 전원을 인가한 상태에서 블레이드(21)가 흡착테이블(140) 상면과 접하여 통전되는지를 판단하고, 이를 토대로 블레이드(21) 높이를 조절하게 되는데, 이러한 경우에도 지지축(120) 쪽으로 전기가 흐르지 않도록 한 것이다.
결합홈(163)과 결합되는 지지축(120)의 상단부에는 도 3에 도시한 바와 같이, 내면 쪽에 진공유로(120)의 내경보다 큰 내경을 이루도록 계단형 단차부(122)가 형성될 수 있다. 그리고 회전판부(161)의 연통공(162)과 진공유로(121)는 내경이 동일하게 마련될 수 있다.
이러한 구성은 지지축(120)의 상단부(123) 두께를 얇게 하여 상호 결합되는 지지축 상단부(123)와 결합홈(163)의 접촉면적을 최소화함으로써 회전에 따른 마찰 저항을 줄이고, 이를 통해 회전연결장치(160)의 원활한 회전을 구현하기 위함이다. 또 이러한 구성은 상호 결합되는 지지축(120) 상단부(123)와 결합홈(163) 틈새의 단면구조가 크랭크형으로 굴절되도록 함으로써 결합부분의 밀봉효과를 높여 진공유로(121)의 흡입압 손실을 최소화하기 위함이기도 하다. 또 진공유로(121)의 내경과 회전판부(161)의 연통공(162) 내경을 동일하게 함으로써 진공유로(121)로부터 분배유로(144)에 이르는 유로의 저항도 줄일 수 있도록 하기 위함이다.
밀봉장치(170)는 지지축(120) 외면과 원통부(164)의 내면 사이에 설치되어 회전연결장치(160)와 지지축(120) 사이의 틈을 밀봉할 수 있다. 이러한 밀봉장치(170)는 그 내면과 외면이 지지축(120)과 원통부(164)에 각각 접하는 원통형 씰부재 (171)와, 원통부(164) 하단에 체결되어 씰부재(171)를 지지하는 지지링(172)을 포함할 수 있다. 그리고 씰부재(171)는 카본(carbon), 테프론(teflon) 등의 소재에 의해 마련될 수 있다.
씰부재(171)는 내면과 외면이 지지축(120) 외면과 원통부(164) 내면의 넓은 면적에 접촉을 유지하면서 틈새를 밀봉하기 때문에 회전연결장치(160)와 지지축(120)이 결합되는 부분의 밀봉효과를 높일 수 있다. 아울러, 씰부재(171)는 카본이나 테프론처럼 마찰계수가 낮은 소재에 의해 마련되기 때문에 회전연결장치(160)의 원활한 회전을 구현할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 회전테이블(131)을 회전시키는 구동장치(150)는 지지축(120)의 외측에 배치되며 회전테이블(131) 하부에 장착된 지지판(133)에 고정되는 원통형의 회전자(151)와, 회전자(151)의 외측을 포위하는 형태로 설치되며 하부가 베이스부재(110)에 고정된 고정자(152)를 갖춘 다이렉트 드라이브 모터(Direct Drive Motor)로 구성될 수 있다. 이러한 구동장치(150)는 회전자(151)가 정방향 또는 역방향으로 회전하여 회전테이블(131)을 회전시키므로, 흡착테이블(140) 상면에 흡착된 작업대상물(10)을 회전시킬 수 있다.
구동장치(150)의 회전자(151)를 설치하기 위해 회전테이블(131)의 하면에 장착되는 지지판(133)은 구동장치(150)와 회전테이블(131)을 전기적으로 절연시키는 절연소재에 의해 마련될 수 있다. 또 지지판(133)은 회전자(151)가 회전연결장치(160)와 간섭이 생기지 않도록 충분한 두께로 마련됨으로써 회전자(151)가 장착되는 지지판(133) 하면의 높이가 회전연결장치의 원통부(164) 하단보다 낮게 유지될 수 있다. 베이스부재(110)의 상면에도 고정자(152)의 고정을 위한 지지판(113)이 설치될 수 있다.
제1실시 예는 구동장치(150)로 다이렉트 드라이브 모터를 제시하였으나, 구동장치(150)가 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 구동장치(150)는 회전테이블(131)을 회전시킬 수 있는 것이면 될 것이므로, 기어와 같은 동력연결수단에 의해 회전테이블(131)을 회전시키는 통상의 모터일 수도 있다.
다음은 이러한 척테이블장치(100)의 동작을 설명한다.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 작업대상물(10, 스트립, 웨이퍼 등)은 반송장치(미도시)에 의해 흡착테이블(140) 상면에 정렬상태로 공급될 수 있고, 척테이블장치(100)는 이처럼 공급된 작업대상물(10)을 흡착방식으로 고정할 수 있다. 이때는 진공원(103)의 동작에 의해 생긴 흡입압이 베이스부재(110)의 진공실(111), 지지축(120) 내부의 진공유로(121), 흡착테이블(140) 하부의 분배유로(144)를 통하여 흡착테이블(140)의 각 흡착홀(142)에 분산 작용하므로, 흡착테이블(140) 상면에 놓인 작업대상물(10)을 흡착하여 고정할 수 있다.
특히 제1실시 예의 척테이블장치(100)는 지지축(120) 내부에 직경이 큰 원통형의 진공유로(121)가 형성되기 때문에 유로의 구성을 단순화할 수 있을 뿐 아니라, 진공실(111)로부터 흡착테이블(140)에 이르기까지 넓은 유로를 확보할 수 있다. 넓게 확보된 유로는 유체의 저항을 줄여 흡입압의 손실을 최소화할 수 있으므로, 흡착테이블(140)의 각 흡착홀(142)에 높은 흡입압이 작용하도록 할 수 있고, 높은 흡입압은 작업대상물(10)을 안정적으로 흡착 고정할 수 있다.
척테이블장치(100)는 구동장치(150)의 동작에 의해 회전테이블(131)이 회전함으로써 작업대상물(10)을 회전시킬 수 있다. 회전테이블(131)이 회전하는 동안에도 진공유로(121) 내에는 흡입압이 작용하는데, 회전연결장치(160)의 원통부(164)와 지지축(120) 외면 사이의 틈이 원통형 씰부재(171)에 의해 밀봉되기 때문에 진공유로(121) 내부의 흡입압이 그대로 유지될 수 있다.
도 4는 제2실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치를 나타낸다. 제2실시 예의 회전연결장치(260)는 제1실시 예와 마찬가지로 회전판부(162)와 원통부(264)를 구비한다. 또 회전연결장치(260)는 원활한 회전을 위해 지지축(120)의 외면과 원통부(264) 내면 사이에 설치되는 베어링(265)과, 원통부(264)의 내면에 체결되어 베어링(265)의 하부를 지지하는 지지링(266)을 포함한다. 밀봉장치(270)로는 베어링(265) 상측의 지지축(120)과 원통부(264) 사이에 립씰(271, lip seal)이 설치된다. 립씰(271)은 고무나 실리콘과 같은 탄성소재에 의해 마련될 수 있다.
원통부(264)의 내면에는 립씰(271)의 설치를 위한 씰수용홈(264a)과, 베어링(265)의 설치를 위한 베어링수용홈(264b)이 각각 형성될 수 있고, 베어링수용홈(264a)과 씰수용홈(264b)을 구획하는 구획부(264c)가 마련될 수 있다. 또 씰수용홈(264a)에 수용되는 립씰(271)은 지지축(120)의 외면에 밀착되는 쐐기형 날개부(271a)가 하부를 향하도록 배치될 수 있다. 이러한 립씰(271)은 외부로부터 진공유로(121) 쪽으로 공기가 유입되는 것을 차단하여 진공유로(121) 내에 흡입압이 유지되도록 할 수 있다.
제2실시 예에서 척테이블장치의 나머지 구성들은 제1실시 예와 실질적으로 동일하게 마련될 수 있으므로 설명을 생략한다.
도 5는 제3실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치를 나타낸다. 제3실시 예의 회전연결장치(360)도 회전판부(361)와 원통부(364)를 구비한다. 그리고 밀봉장치(370)는 지지축(120) 외면과 원통부(364) 내면 사이에 개재되며 직경이 변할 수 있는 복수의 가변씰(371)과, 원통부(364)의 하단에 체결되어 가변씰(371)을 지지하는 지지링(372)을 구비한다. 도 5는 지지축(120)과 원통부(364) 사이에 상하로 적층된 두 개의 가변씰(371)을 나타내고 있으나, 가변씰(371)은 하나 또는 세 개 이상일 수 있다.
또 밀봉장치(370)는 회전판부(361)의 하면과 상측 가변씰(371) 상면 사이의 틈을 밀봉하는 제1씰부재(374)와, 지지링(372) 상면과 하측 가변씰(371) 하면 사이의 틈을 밀봉하는 제2씰부재(375)를 포함할 수 있다. 제1씰부재(374)는 회전판부(361) 하면에 형성되는 홈에 수용되는 방식으로 설치될 수 있고, 제2씰부재(375)는 지지링(372) 상면에 형성되는 홈에 수용되는 방식으로 설치될 수 있다. 제1 및 제2씰부재(374,375)는 고무나 실리콘처럼 탄성을 가진 소재에 의해 마련될 수 있다.
도 6a와 도 6b는 도 5에 도시된 가변씰(371)의 횡방향 단면구조로, 도 6a는 가변씰(371)의 직경이 작아진 상태, 도 6b는 직경이 커진 상태를 나타낸다. 이러한 가변씰(371)은 상호 연결되어 링형태를 이루는 복수의 씰요소(371a)와, 이들 씰요소(371a)의 둘레를 감아 결속하여 링형태를 유지시키는 탄성부재(371b)를 포함한다.
각 씰요소(371a)는 다른 씰요소와 연결되는 양단에 경사진 슬라이딩면(371c)을 구비한다. 슬라이딩면(371c)은 가변씰(371) 내경의 접선방향에 대하여 경사를 이룬다. 이는 복수의 씰요소(371a)가 슬라이딩면(371c)을 통해 상호 접촉을 유지한 상태에서 직경이 커지거나 작아질 수 있도록 한 것이고, 직경의 변화에도 불구하고 링형태를 유지할 수 있도록 한 것이다. 직경이 변화할 때 각 슬라이딩면(371c)은 접촉상태로 슬라이딩한다. 각 씰요소(371a)는 마찰계수가 낮고 윤활성이 좋은 카본(carbon)소재에 의해 마련될 수 있다.
각 씰요소(371a)의 외면에는 탄성부재(371b)의 설치를 위해 둘레방향으로 홈(371d)이 형성된다. 탄성부재(371b)는 각 씰요소(371a)의 홈(371d)에 수용된 상태로 복수의 씰요소(371a)를 감아 결속함으로써 각 씰요소(371a)를 지지축(120) 외면 쪽으로 조이는 조임력을 부여할 수 있다. 이러한 탄성부재(371b)는 각 씰요소(371a)을 감아 조일 수 있는 인장스프링이나 고무링 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 가변씰(371)은 직경이 변할 수 있기 때문에 도 5에 도시한 바와 같이, 지지축(120)의 외측에 설치할 때 손쉬운 설치가 가능하다. 또 지지축(120) 외면을 조이는 조임력을 유지하기 때문에 밀봉효과를 높일 수 있다. 또 장기간 사용으로 그 내면이 마모되더라도 지지축(120) 외면에 밀착을 유지할 수 있기 때문에 초기와 다름없는 밀봉효과를 발휘할 수 있다.
가변씰(371)의 내경부분과 접하는 지지축(120)의 상측 외면에는 가변씰(371)보다 강성이 큰 소재에 의해 보강부(124)가 마련될 수 있다. 보강부(124)는 원통형태로 마련된 후 지지축(120) 외면에 압입되거나, 지지축(120)과 다른 소재(지지축 및 가변씰보다 강성이 큰 소재)가 지지축(120) 외면에 일체화된 형태로 결합될 수 있다. 이러한 보강부(124)는 가변씰(371)보다 강성이 크기 때문에 가변씰(371)이 그 외면을 조이는 경우에도 외면의 마모를 방지할 수 있다.
제3실시 예에서 척테이블장치의 나머지 구성들은 제1실시 예와 실질적으로 동일하게 마련될 수 있다.
도 7은 제4실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치를 나타낸다. 제3실시 예의 회전연결장치(460)도 회전판부(461)와, 회전판부(461)로부터 하측으로 연장되며 그 내면과 지지축(420) 외면 사이에 밀봉장치(470)의 일부를 수용하는 원통부(464)를 구비한다. 원통부(464)의 상하길이는 제1실시 예의 경우보다 짧게 마련될 수 있다.
밀봉장치(470)는 지지축(420)의 상측 외면에 설치되며 상부가 원통부(464) 내측으로 진입하여 회전판부(461)에 지지되는 미케니컬 씰(mechanical seal)로 구성될 수 있다. 이러한 미케니컬 씰의 설치를 위해 지지축(420)의 상측 외면에는 계단형 단차를 이루도록 외경이 축소된 씰설치부(425)가 마련될 수 있다.
미케니컬 씰은 원통부(464) 내측에 고정되어 회전연결장치(460)와 함께 회전하는 회전링(471)과, 회전링(471) 하부에 회전링(471)과 접하도록 설치된 고정링(472)과, 씰설치부(425)의 단차부(425a)에 설치된 지지칼라(473)와, 상측이 고정링(472)에 연결되고 하측이 지지칼라(473)에 지지되며 외면에 스프링수용홈(474a)이 형성된 탄성재질의 패킹(474)과, 패킹(474)의 스프링수용홈(474a)에 설치되어 고정링(472)을 회전링(471) 쪽으로 가압하는 코일스프링(475)을 구비한다. 회전링(471)은 회전연결장치(460)의 내면에 설치된 고무링(476)에 의해 완충 가능하게 지지될 수 있다.
이러한 미케니컬 씰은 패킹(474)의 외측에 설치된 코일스프링(475)이 고정링(472)을 회전링(471) 쪽으로 가압함으로써 회전링(471)과 고정링(472)이 밀착 상태를 유지하여 밀봉을 구현할 수 있다. 그리고 회전연결장치(460)가 회전할 때는 회전링(471)이 고정링(472)과 접촉을 유지한 채 회전함으로써 역시 밀봉상태를 유지할 수 있다. 따라서 회전연결장치(460)가 회전하는 경우에도 진공유로(421)의 흡입압 손실을 방지할 수 있다. 회전링(471)과 고정링(472)이 상호 접하는 면에 점성이 높은 윤활유체가 공급될 경우 원활한 회전이 가능하도록 하면서 밀봉효과를 더욱 높일 수 있다.
제4실시 예에서 척테이블장치의 나머지 구성들은 제1실시 예와 실질적으로 동일하게 마련될 수 있다.
도 8은 제5실시 예에 따른 척테이블장치의 회전연결장치와 밀봉장치를 나타낸다. 제3실시 예의 회전연결장치(560)도 회전판부(561)와 원통부(564)를 구비한다. 또 회전연결장치(560)는 지지축(120) 외면과 원통부(564) 내면 사이의 상측과 하측에 각각 설치된 상측베어링(565) 및 하측베어링(566)과, 원통부(564) 하단에 체결되어 하측베어링(566)을 지지하는 지지링(567)을 포함한다.
제5실시 예에서 밀봉장치(570)는 상측베어링(565)과 하측베어링(566) 사이의 공간에 설치되는 자성유체 씰(Magnetic Seal)로 구성될 수 있다. 자성유체 씰은 지지축(120) 외측에 축방향으로 상호 이격 배치되며 자성체로 이루어진 복수의 자극링(571)과, 이들 자극링(571)을 지지하도록 원통부(564)의 내면에 설치된 지지부재(572)를 구비한다. 또 자극링들(571) 사이에 개재되며 그 내경이 자극링(571)의 내경보다 큰 링형태의 영구자석(573)과, 각 자극링(571)의 내경부분과 지지축(120) 외면 사이의 틈에 공급되어 밀봉을 구현하는 자성유체(574, Magnetic Fluid)를 포함한다.
이러한 자성유체 씰은 영구자석(573), 상하측의 두 자극링(571), 지지축(120)이 자기회로를 형성할 수 있고, 이러한 자기회로에 의해 자극링(571)의 내경부분과 지지축(120) 외면 사이에 자성유체(574)를 유지시킬 수 있다. 따라서 지지축(120)과 자극링들(571)의 상대회전을 구현하면서도 거의 완벽한 밀봉을 구현할 수 있다.
제5실시 예에서 척테이블장치의 나머지 구성들은 제1실시 예와 실질적으로 동일하게 마련될 수 있다.
100: 척테이블장치, 110: 베이스부재,
120: 지지축, 121: 진공유로,
130: 회전유닛, 131: 회전테이블,
140: 흡착테이블, 142: 흡착홀,
150: 구동장치, 160: 회전연결장치,
161: 회전판부, 162: 연통공,
163: 결합홈, 164: 원통부,
170: 밀봉장치, 180: 연결판.

Claims (25)

  1. 베이스부재;
    상기 베이스부재에 고정되며 내부에 진공원과 연통되는 진공유로가 형성된 지지축;
    상기 지지축 상부에 회전 가능하게 설치된 회전유닛;
    상기 회전유닛 위에 장착되며, 상기 진공유로와 연통되는 복수의 흡착홀을 구비하여 그 상면에 작업대상물을 흡착 고정시킬 수 있는 흡착테이블;
    상기 회전유닛을 회전시키는 구동장치;
    상기 회전유닛과 상기 지지축 사이의 틈을 밀봉하는 밀봉장치를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전유닛은 상기 흡착테이블을 지지하는 회전테이블과, 상기 회전테이블에 고정된 상태로 상기 지지축에 회전 가능하게 연결되는 회전연결장치를 포함하고,
    상기 밀봉장치는 상기 회전연결장치와 상기 지지축 사이의 틈을 밀봉하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전연결장치는 그 중심부에 상기 진공유로와 상기 복수의 흡착유로를 연통시키는 연통공이 형성되고, 하면에 상기 지지축의 상단이 진입하여 결합되는 결합홈이 형성된 회전판부와;
    상기 회전판부로부터 하측으로 연장되며 그 내면과 상기 지지축 외면 사이에 상기 밀봉장치를 수용하는 원통부를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 회전연결장치는 절연소재로 마련되는 반도체 제조용 척테이블장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 밀봉장치는 그 내면과 외면이 상기 지지축과 상기 원통부에 각각 접하는 원통형 씰부재와, 상기 원통부 하단에 체결되어 상기 씰부재를 지지하는 지지링을 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 회전연결장치는 상기 지지축 외면과 상기 원통부 내면 사이에 설치되는 베어링과, 상기 원통부에 체결되어 상기 베어링의 하부를 지지하는 지지링을 더 포함하고,
    상기 밀봉장치는 상기 베어링의 상측에 설치되며 탄성소재에 의해 마련된 립씰(lip seal)을 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 원통부는 상기 베어링이 설치되는 공간과 상기 립씰이 설치되는 공간을 구획하는 구획부를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 밀봉장치는 링형태로 마련되며 그 직경이 변할 수 있는 하나 이상의 가변씰과, 상기 원통부 하단에 체결되어 상기 가변씰을 지지하는 지지링을 포함하며,
    상기 가변씰은 상호 연결되어 링형태를 이루되 상호 연결되는 부분에 내경의 접선방향에 대하여 경사를 이루는 슬라이딩면을 갖춘 복수의 씰요소와, 상기 각 씰요소의 외면에 상기 둘레방향으로 형성된 홈과, 상기 홈에 수용된 상태로 상기 복수의 씰요소를 감아 결속하며 상기 각 씰요소를 상기 지지축 외면 쪽으로 조이는 탄성부재를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄성부재는 인장스프링인 반도체 제조용 척테이블장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 밀봉장치는 상기 회전판부와 상기 가변씰 상면 사이의 틈을 밀봉하는 제1씰부재와, 상기 지지링과 상기 가변씰 하면 사이의 틈을 밀봉하는 제2씰부재를 더 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 지지축은 상기 가변씰의 내경부분과 접하는 외면에 상기 가변씰보다 강성이 큰 소재에 의해 마련된 보강부를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 각 씰요소는 카본(carbon)소재를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 회전연결장치는 상기 회전테이블에 고정되며 그 중심부에 상기 진공유로와 상기 복수의 흡착유로를 연통시키는 연통공이 형성되고, 하면에 상기 지지축의 상단이 진입하여 결합되는 결합홈이 형성된 회전판부와; 상기 회전판부로부터 하측으로 연장되며 그 내면과 상기 지지축 외면 사이에 상기 밀봉장치의 일부를 수용하는 원통부를 포함하고,
    상기 밀봉장치는 상기 지지축의 상측 외면에 설치되며 상부가 상기 원통부 내측으로 진입하여 상기 회전판부에 지지되는 미케니컬 씰(mechanical seal)을 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지지축은 상기 미케니컬 씰의 설치를 위해 상측 외면에 계단형 단차를 이루도록 외경이 축소된 씰설치부를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 미케니컬 씰은 상기 원통부 내측에 고정되며 상기 회전연결장치와 함께 회전하는 회전링과, 상기 회전링 하부에 상기 회전링과 접하도록 설치된 고정링과, 상기 씰설치부의 단차부에 설치된 지지칼라와, 상측이 상기 고정링에 연결되고 하측이 상기 지지칼라에 지지되며 외면에 스프링수용홈이 형성된 탄성재질의 패킹과, 상기 패킹의 스프링수용홈에 설치되며 상기 고정링을 상기 회전링 쪽으로 가압하는 코일스프링을 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  16. 제3항에 있어서,
    상기 회전연결장치는 상기 지지축 외면과 상기 원통부 내면 사이의 상측과 하측에 각각 설치된 상측베어링 및 하측베어링과, 상기 원통부에 체결되어 상기 하측베어링을 지지하는 지지링을 더 포함하고,
    상기 밀봉장치는 상기 상측베어링과 상기 하측베어링 사이에 설치되는 자성유체 씰(Magnetic Seal) 을 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 자성유체 씰은 상기 지지축 외측에 축방향으로 상호 이격 배치된 복수의 자극링과, 상기 자극링들 사이에 개재되는 영구자석과, 상기 자극링의 내경부분과 상기 지지축 외면 사이의 틈을 밀봉하는 자성유체를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  18. 제3항에 있어서,
    상기 지지축은 상기 회전판부의 결합홈과 결합되는 상단부 내면에 상기 진공유로의 내경보다 큰 내경을 이루도록 형성된 계단형 단차부를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 회전판부의 연통공과 상기 진공유로는 내경이 동일하게 마련되는 반도체 제조용 척테이블장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 흡착테이블과 상기 회전유닛 사이에 개재되며, 그 상면과 상기 흡착테이블 하면 중 적어도 하나에 형성되는 홈에 의하여 상기 복수의 흡착홀을 연통시키는 분배유로를 형성하고, 그 중심부에 상기 분배유로와 상기 진공유로를 연통시키는 연통공이 형성된 연결판을 더 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  21. 제2항에 있어서,
    상기 구동장치는 상기 지지축 외측의 상기 회전테이블 하부에 고정된 회전자와, 상기 회전자의 외측에 설치되며 하부가 상기 베이스부재에 고정된 고정자를 갖춘 다이렉트 드라이브 모터(Direct Drive Motor)를 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 회전유닛은 상기 회전자의 설치를 위해 상기 회전테이블 하면에 장착되며 절연소재에 의해 마련된 지지판을 더 포함하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 지지판은 그 하면의 높이가 상기 회전연결장치의 하단보다 낮게 위치하는 반도체 제조용 척테이블장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부재는 이송부를 따라 이동이 가능하도록 설치되는 반도체 제조용 척테이블장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 척테이블장치를 갖춘 반도체 제조장치.
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