KR20150003978A - 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템 - Google Patents

클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 정전기로 부상시켜 클러스터를 이룬 각 공정 챔버로 이송하는 정전 부상 기판 이송시스템을 제공하였다. 특히, 클러스터 장비의 특성상 챔버들이 방사상으로 배치되고 그 중심 공간에서 기판이 반입되어야 할 챔버를 향해 방향을 틀어야 하므로, 이송 선로는 각 챔버를 출입할 수 있도록 챔버 배열을 따라 방사 대칭으로 놓이고, 그 중심부에는 기판이 방향을 틀 수 있도록 기판 회전 부를 구성하였다.
즉, 기판을 척킹하는 척킹 플레이트 상면에 정전 부상용 전극과 정전 구동용 전극 및 회전용 전극을 형성하고, 상기 전극들에 상응하여 챔버 천정에 설치한 선로 면에 기판이 부착된 척킹층을 부상시키는 부상용 전극과 척킹층을 구동시키는 구동용 전극 및 회전용 전극을 형성하였다. 그에 따라 기판은 척킹층에 부착된 상태에서 선로 면에서 간격을 두고 부상된 상태로 챔버를 향해 들어가 공정을 실시하고 다시 나와 다른 챔버로 들어가는 식으로 이송된다.
본 발명에 따르면, 기판이 떠 있는 상태로 이송되므로 파티클에 의한 기판 오염을 크게 줄일 수 있다.

Description

클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템{ELECTROSTATIC FLOATING SUBSTRATE TRANSPORTATION SYSTEM APPLIED FOR CLUSTER EQUIPMENT}
본 발명은 반도체 소자 제조설비 중 클러스터 방식 설비에 적용되는 기판 이송 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 여러 공정을 실시하는 여러 개의 챔버가 군집되어 있는 클러스터 장비에서 챔버 안으로 기판을 들여보내고 해당 챔버에서 공정을 마친 후 다시 기판을 꺼내어 다른 챔버로 보내주는 기판 이송장치에 관한 것이다.
클러스터 방식의 반도체 제조장비는 OLED 제조 또는 태양전지 제조 등에 다양하게 사용되고 있다. 다수의 챔버를 방사상으로 배열하고 로봇 팔에 의해 기판을 중빔으로 가져와 특정 공정을 실시하는 챔버로 이송하고 공정을 마친 후 기판을 꺼내 다음 공정을 하기 위해 다른 챔버로 이송하며, 전 공정을 마칠 때까지 이러한 동작을 반복하였다. 로봇 팔에 의한 기판 이송은 하향 증발원을 요하거나, 기판의 증착면에 접촉을 일으키지 않아야 한다는 제약을 만족하기 어려워, 공정 진행을 위해 기판을 잡아주는 정전 척, 자석 척, 진공 척 등을 필요로 하게 된다. 그러나 이러한 척들은 파티클 발생에서 완전히 자유롭지 못하다.
따라서 본 발명의 목적은 클러스터 장비에서 기판을 이송하는 수단에 있어서, 파티클 발생 염려가 전혀 없는 새로운 방식의 기판 이송 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 기판을 정전기로 부상시켜 클러스터를 이룬 각 공정 챔버로 이송하는 정전 부상 기판 이송시스템을 제공하였다. 특히, 클러스터 장비의 특성상 챔버들이 방사상으로 배치되고 그 중심 공간에서 기판이 반입되어야 할 챔버를 향해 방향을 틀어야 하므로, 이송 선로는 각 챔버들에 기판이 출입할 수 있도록 챔버 배열을 따라 방사 대칭으로 놓이고, 그 중심부에는 기판이 방향을 틀 수 있도록 기판 회전 부가 구비되었다.
상기 정전 부상 기판 이송 시스템은, 기판을 척킹하는 척킹층 상면에 정전 부상용 전극과 정전 구동용 전극 및 회전용 전극을 형성하고, 상기 전극들에 상응하여 챔버 천정에 설치한 선로 면에 기판이 부착된 척킹층을 부상시키는 부상용 전극과 척킹층을 구동시키는 구동용 전극 및 회전용 전극을 형성하였다. 그에 따라 기판은 척킹층에 부착된 상태에서 선로 면에서 간격을 두고 부상된 상태로 챔버를 향해 들어가 공정을 실시하고 다시 나와 다른 챔버로 들어가는 식으로 이송된다.
본 발명에 따르면 기판이 로봇 팔이나 롤러 등에 의한 기계식 접촉을 요하는 이송수단에 비해 선로 면에 비접촉식으로 부상된 채 이송되기 때문에 파티클 발생에 의한 오염이 없다는 장점을 나타낸다.
도 1은 클러스터 장비의 챔버 배열 및 이송선로 배열을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 기판 이송 시스템을 구성하는 척킹 층과 이송선로 면에 설치되는 전극부를 보여주는 층상 구성도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 기판 부상, 구동 및 회전을 위하여 이송선로 면에 형성되는 전극(도 3)과 이에 상응하여 척킹층 상부면에 형성되는 대응전극(도 4)의 형상을 보여주는 평면 개략도이다.
도 5는 본 실시예에서 기판을 척킹 하는 척킹층에 적용된 미세전극구조를 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따라 기판의 정전기 부상 상태를 설명하는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따라 정전기 선형모터로 기판을 이송하는 원리를 설명하는 단면도이다.
도 8 내지 도 10은 기판 척킹 층 상면과 이송선로면의 간격 유지 장치를 나타내는 개략구성도이고, 도 11은 간격 검출 수단을 도시한 개략구성도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에서 마스크와 기판의 얼라인을 실시하는 것을 봉주기 위한 사시도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해, 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1과 같이 구성된 클러스터 장비에는 다수의 챔버가 방사상으로 배열된다. 도 1에는 9개의 챔버를 도시하였고, 중앙 챔버를 제외한 외부 챔버들은 로딩/언로딩/증착공정을 포함하는 여타 공정을 분담하거나 경우에 따라 스탁(stock) 챔버로 활용할 수 있고, 중앙 챔버는 다른 공정을 포함할 수 있으나, 다음 공정 챔버로의 이송이 가능한 방향으로 적절히 회전하는 공간으로 활용하는 것이 주된 역할이다. 이중 Ch.9는 다른 클러스터 장비와 연결되는 공간 또는 기판 저장소로 사용될 수 있고, 그밖의 챔버들은 공정 실시용이거나 로딩/언로딩 용으로 사용될 수 있다. 챔버의 개수는 예시적이고 한정적인 것은 아니며, 용도 또한 예시적으로 설명한 것이다. 임의의 챔버 안으로 최초로 반입되어 공정을 실시한 기판은 진공이 유지되는 중심부로 이송되어 중앙 챔버로 이송되어 다음번 챔버로 반입되며 이를 위해 기판은 방향을 틀어야 한다. 따라서 각 챔버로 향하는 도로와도 같은 선로가 설치되고 선로는 챔버 내 천정면을 타고 연장되며, 챔버로부터 벗어난 클러스터 중심부 선로에는 기판의 회전이 가능하도록 조치해야 한다.
도 1의 선로를 따라 기판을 부상상태로 이송하기 위해 도 2와 같은 기판 이송 시스템을 구성한다. 기판(100)을 척킹층(200)에 부착하고 상기 척킹층(200)에 도전체로 된 플레이트형의 차폐부(300)를 배치하고, 그 위에 전기적 이송장치인 전극이 구비된 플레이트형 하부 전극부(400)를 설치하여, 챔버 상부에 설치된 이송선로인 상부 전극부 (500)에 형성된 전극에 의해 정전 부상시켜 정전기 선형 모터로 이송하는 것이다. 정전기 선형 모터는 본 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제10-2013-0037910호 "정전기 부상을 이용한 기판이송장치"에서 설명한 것과 동일한 방식이다. 본 실시예에서 차폐부(300)는 상부 전극부(500)와 하부 전극부(400)에 인가되는 전압에 의해 형성되는 전기장이 기판에 영향을 미치지 않도록 설치하였으나, 생략가능하다. 척킹부(200), 차폐부(300), 하부 전극부(400), 상부 전극부(500) 사이마다 절연체로 절연층(810, 820, 830, 840, 850, 860)들을 형성하여 서로 전기 절연시키는 것이 바람직하다.
척킹층(200)은 일반적으로 기판을 척킹하는 정전 척, 자석 척, 점착제척(필름형 점착제 척 포함)으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 미세전극으로 형성한 정전 척으로 구성하였다(대한민국특허출원 제10-2013-0036657호 내용은 미세전극 구조에 대해 여기에 참조되고 편입된다). Cu로 전극의 폭을 200μm 정도, 전극 간 간격 200μm 정도로 절연물 층에 형성한 도 5의 미세전극에 의한 정전 척으로 기판(100)을 척킹 하였다.
기판의 척킹 및 척킹층 전체를 이송선로 면으로 부상시키는 동작은 다음과 같다.
척킹층(200)을 부상 및 구동시키기 위하여 이송선로 면에는 전극을 형성한 상부 전극부(500)가 설치되고, 상기 상부 전극부(500)의 전압 인가에 따라 전기장을 형성하도록 척킹층(200) 상면에 하부 전극부(400)를 설치한다. 이송선로에 설치되는 상부 전극부(500)와 이에 상응하는 척킹층의 하부 전극부(400)의 구성은 각각 도 3 및 도 4와 같다. 이때, 이용하고자 하는 방식에 따라 전극부들의 배선은 자유롭게 변형할 수 있다.
도 3은 이송선로 면에 형성한 상부 전극부(500)의 형상을 보여주며, 도 4는 이에 상응하여 척킹층(200) 상면에 형성한 하부 전극부(400)의 형상을 보여준다. 도 3의 점선형 전극부(510, 520)는 각각 X, Y 방향으로 기판을 구동하기 위한 구동용 전극이며, 좀 더 안쪽에 배열된 점선형 전극부(530)는 기판을 부상시키기 위한 부상용 전극이고, 원형으로 배열된 점선형 전극부(550)는 기판을 회전시켜 방향을 틀기 위한 전극이다. 이와 같은 상부 전극들에 대해 상응하는 하부 전극부(400)는 각각 맞물림 형 전극부(410, 420)와 실선형 전극부(430) 그리고 원형배열된 맞물림 형 전극부(450)이다. 이들의 동작원리는 도 6과 도 7에 잘 나타나있다. 이송선로 면에 설치되는 점선형 전극부(530)와 척킹층(200)의 상면에 형성되는 실선형 전극부(430)는 간격을 두고 서로 상하로 마주하도록 형성된다. 상기 점선형 전극부(530)에는 도 6과 같이 인접하는 점선형 전극에 +/-전압을 교대로 인가하면, 아래에 있는 실선형 전극부(430)에 상보적인 전하가 유도되어 정전인력이 작용함으로써 기판이 이송선로 쪽으로 부상된다.
또한, 이송선로 면에 설치되는 점선형 전극부(510, 520)는 선로 양측에 쌍을 이루어 형성되는 것이 바람직하고, 이에 상응하는 척킹층 상면에 형성되는 맞물림형 전극부(410, 420)는 상기 점선형 전극부(510, 520)와 서로 상하로 마주보는 위치에 형성된다. X 또는 Y 방향과 같이 선형으로 기판을 이송하기 위한 상기 점선형 전극부(510, 520)의 점 전극들은 +/0/-/0/+/0/-/0…이 반복되는 극성의 전압이 인가된다. 즉, +/0/-/0이 하나의 주기가 되는 4상 극성 전압이 인가된다. 이에 상응하는 아래쪽의 맞물림 형 전극부(410, 420)는 상부 점 전극 중 인가 전압이 0에 해당되는 지점에만 전극을 형성하며, +/-로 교대 극성의 전압이 인가된다. 맞물림 형 전극부는 동일극성(예를 들면 +)의 전극부를 하나의 공통 선에 접속시키면서 점 전극들을 배열하여 전압 인가를 용이하게 하며, 반대 극성(예를 들면 -)의 점 전극들 역시 하나의 공통 선에 접속되어 배열되되, +/- 극성의 점 전극이 서로 교대로 나타나게 맞물리는 형태로 배열된다(도 4의 도면부호 410, 420 및 도 7 참조). 이러한 점 전극(510, 520)과 맞물림 형 전극(510, 520)에 의한 기판 이송구동방법은 정전기 선형 모터 구동방법에 의한다. 즉, 상부 점 전극의 0 전하 아래마다 놓여 있는 맞물림 형 전극의 한쪽에는 + 전압을, 이에 맞물려진 형태의 다른 쪽 전극에는 - 전압을 인가한다. 이때, 도 7에서 보듯이 +/0/-/0이 반복되는 상부 점 전극의 0 전극 아래에 있는 맞물림 형 전극에 + 전압이 인가되면, 상부 점전극의 뒤편에 있는 + 전하로부터는 척력을, 앞편의 - 전하로부터는 인력을 받아 전진하게 된다. 점 전극 한 간의 폭 만큼 전진함에 따라 점 전극에 인가되어 있던 +/0/-/0 주기의 전압을 그대로 한 간 씩 편이 시켜 인가하면(0/+/0/- 가 될 것이다) 전진을 계속하게 된다. 즉, 상부에 있는 점선형 전극에는 일종의 4상 교류를 인가하되 기판 전진 속도에 맞추어 교류 주파수를 제어하는 것이다.
기판의 회전동작은 다음과 같이 실시된다.
도 3에서 중심부의 원형으로 배열된 점 전극부(550)와 그에 상응하는 도 4의 원형 배열된 맞물림 형 전극부(450)는 도 7을 참조하여 상술된 구동 원리와 동일하게 동작되어 기판을 회전시키게 된다. 이를 통해 클러스터 중심부에서 원하는 챔버로 이송하기 위해 기판의 방향을 틀어주게 된다.
기판을 회전시키는 다른 방법으로, 중앙 챔버의 상부 전극부(500)는 구조물인 결합부(600)에 의해 챔버 상부와 연결되어 있다. 상기 결합부(600)는 상부와 완전 고정된 결합이 아닌, 회전가능하게 회전축(미 도시)을 포함하여, 상기 회전축이 챔버 외부의 모터와 연결되어, 외부에서 모터를 제어함으로 상부 전극부(500)를 포함하는 결합부(600)가 회전된다. 기판(100)은 일정한 거리를 유지하면서 상부 전극부(500) 전기력에 구속되어 있으므로, 챔버 외부 모터에 의해 회전하게 되는 상부 전극부(500)를 따라 회전하여 다음 공정이 실시될 챔버를 향해 정렬하게 된다.
다음은 정전부상 이송시스템에 의한 얼라인 및 공정 실시에 대하여 설명한다.
증착공정 조건에 따라 마스크가 필요한 경우도 있고 그렇지 않은 경우도 있다. 본 실시예에서는 본 출원인의 대한민국특허출원 제10-2012-0005078호"필름 밴드마스크"를 활용하여 밴드형 필름으로 된 필름 마스크를 기판에 먼저 부착하여 마스킹한 다음 기판(100)을 척킹층(200)에 척킹하여 상기 정전부상 이송시스템으로 이송하여 증착을 할 수 있다.
이와 달리 일반적인 강체 마스크를 이용할 경우, 증착공정 챔버의 벽면이나 천정면을 이용하여 마스크를 고정하여 설치하거나 고정되되 약간의 이동이 가능하게 하고, 정전 부상 기능을 이용하여 증착 챔버 내에서 기판측을 이동시키면서 마스크와 얼라인을 실시한다. 본 실시예의 이송장치는 X,Y축으로의 이동이 가능하고, 상부 전극부(500)와 하부 전극부(400)의 간격을 조정하여 Z축의 이동이 가능하다. 기판을 척킹 하고 있는 척킹 층(200)과 그 위에 있는 하부 전극부(400)가 일체로 증착 챔버로 반입되고, 챔버 내에 고정 설치된 마스크 상부에 도달하면, 이송장치의 X,Y축 이송방식에 의해서 마스크와 기판의 얼라인을 시도하여, 대략적으로 얼라인 하고, 상부 전극부(500)와 하부 전극부(400)의 간격을 조절하여 기판을 Z축 이동하여 마스크에 기판을 접근시키고, X, Y축 이송에 의해 정밀하게 얼라인을 완성한 후 상하부 전극 간격을 조절하여 마스크와 기판을 밀착시켜 얼라인 한다. 증착공정 후에는 상부 전극부(500)와 하부 전극부(400) 간격을 조정하여 마스크와 분리시키고 반송한다.
또한, 마스크와 기판의 얼라인은 다음과 같이 기판을 위치 고정된 마스크에 맞추어 조정하는 기판 조정 방식으로 진행될 수 있다.
즉, 증착 챔버의 상부 전극부(500)는 구조물인 결합부(600)에 의해서 챔버 벽면이나 천정에 연결되어 있고, 상기 결합부(600)에는 X,Y,Z축(필요에 따라서는 더 많은 축이 설정될 수 있다)으로 이동 및 미세조정이 가능한 스테이지(stage)가 설치되고, 상기 스테이지상에 상부 전극부(500)가 설치된다. 상기 스테이지는 챔버 외부에 설치된 모터와 같은 구동부를 포함한 제어부에 의해 X, Y, Z축 미세 조정될 수 있다. 한편, 이 경우 마스크는 일정위치에 고정되어 있다. 기판(100)이 증착 챔버의 스테이지에 도착하면, 정전기 부상을 이용한 기판이송장치는 이송을 멈추고, 부상 상태만 유지하여 스테이지를 제어장치에 의해서 X, Y축 방향으로 조정하여 마스크와 1차 얼라인을 하고, Z축 이동하여 기판(100)을 마스크에 접근시킨다. 이때 기판을 포함하는 하부 전극부(400)과 상부 전극부(500)는 정전 부상 상태로 스테이지와 함께 이동한다. 다시 한번 스테이지를 X,Y축으로 미세 조정하여 기판을 마스크에 정밀 얼라인을 하고, 스테이지를 Z축으로 조종하여 기판을 마스크와 밀착시킨다. 이후 증착공정을 실시하고 공정 완료되면, 스테이지를 Z축으로 상향 이동시켜 기판으로부터 마스크를 분리시키고, 스테이지를 X,Y축방향으로 이동시켜 정전기 부상을 이용한 기판이송장치의 상부 전극부(500)를 다음 진행 경로에 대해 정렬한다. 이후 기판이송장치를 가동시켜 기판을 이송시킨다.
또한, 기판과 마스크의 얼라인은 다음과 같이 마스크를 조정하여 이루어질 수 있다.
증착 챔버 안에 설치된 상부 전극부(500)는 챔버 벽면이나 천정에 고정되어 있고, 마스크를 X,Y,Z축(필요에 따라서는 좀더 많은 축이 될 수 있다) 이동시켜 미세조정이 가능한 스테이지를 설치한다. 상기 스테이지는 마스크의 귀퉁이에 접속되는 막대를 구비하는 프레임이거나 막대 자체만으로 구성될 수 있고 프레임인 경우 기판은 마스크와 프레임 스테이지 사이에 들어오게 된다.
상기 마스크 조정형 스테이지 역시 챔버 외부에 설치된 모터와 같은 구동부를 포함하는 제어부에 의해 X,Y,Z축 미세 조정이 가능하다. 기판이 증착 챔버의 마스크 스테이지부에 도착하면, 정전기 부상을 이용한 기판이송장치에 의한 이송은 진행을 멈추고 기판의 부상 상태를 유지하고, 제어장치로 스테이지를 X,Y축 방향으로 조정하여 마스크를 이동시켜 상부 전극부(500)와 마스크를 1차 얼라인 한 후 마스크를 Z축으로 이동시켜 마스크를 기판에 가까이 접근시킨다. 다시 한번, X,Y축으로 마스크를 미세 조정하여 기판과 마스크를 정밀 얼라인 하고, 스테이지를 조정하여 마스크를 Z축으로 이동시켜 기판과 밀착시킨다. 이후 증착공정이 완료되면, 스테이지를 Z축으로 이동시켜 마스크를 기판으로부터 분리하고, 정전기 부상을 이용한 기판이송장치를 가동하여 기판을 다음 챔버로 이송한다.
상술한 바와 같이, 클러스터 챔버 안에 마스크를 설치하여 정렬하는 방식은 인라인 방식에서 파인 마스크(fine mask)의 경우, 이동중 얼라인이 틀어지는 문제를 해소하는 장점이 있으며, 기존의 로봇 암에 의한 기판 이송에 비해 정전 부상 이송은 이송 속도가 빨라 클러스터 방식의 공정 진행 속도를 인라인 방식에 필적하게 한다는 장점 또한 나타낸다.
마스크 얼라인에 대한 이해를 쉽게하기 위해 도 12와 도 13을 참조할 수 있다.
다음은 기판의 부상 상태 유지, 즉 간격 유지에 관하여 설명한다.
기판을 부착한 척킹층(200)를 이송선로 면으로 부상시키는 과정에서 정전기력이 강하여 척킹층 상면이 이송선로 면의 전극부에 부착되지 않고 일정 간격 G를 안정적으로 유지되게 간격 유지 수단을 설치하는 것이 바람직하다. 그에 따라 본 발명은 도 8 내지 도 10의 간격 유지 장치를 제공하였고, 도 11에는 간격 검출 수단을 도시하였다.
먼저, 고정 주파수를 인가하여 축전기의 정전용량에 따라 간격이 자동조절되게 할 수 있다.
즉, 도 8의 경우, LC 공진 회로를 구성하여 간격을 유지하게 하였다. 즉, 이송 선로 면의 상부 전극부(500)의 점 선형 전극(530)과 척킹층(200) 상면의 실선형 전극(430)은 간격을 두고 마주하여 평행판 축전기를 형성하며 그 용량 C 는 간격 d에 반비례한다. 즉, C
Figure pat00001
(1/d)이다. 점 전극 양단에 인덕턴스 L의 코일을 연결하면 상기 축전기 C와 더불어 공진 회로를 이룬다. 이 L-C 공진기에 커플링 축전기
Figure pat00002
를 통해 일정한 주파수
Figure pat00003
의 RF 전원과 연결하면 C의 크기가
Figure pat00004
를 만족하는 거리에서 공명이 일어난다. 공명이 일어날 때 C에 걸리는 전압이 증가하고 따라서 정전 인력도 증가하므로 인력은 간격 d의 함수가 되며, 도 8의 그래프에서와 같이 변한다. 공명 거리 바로 안쪽에서는 거리가 멀어질수록 인력이 강해지는 영역, 즉 양의 기울기를 갖는 영역이 있으며, 이 영역을 이용하여 일정한 거리를 유지하며 기판 척킹층을 부상시키는 것이 가능하다.
한편, 롤러를 이용한 기계적 간격유지도 간편하게 구현될 수 있다.
도 9에는 롤러(350)를 상부 전극부(500)에 설치하여 간격 유지한 것을 보여준다.
또한, 간격이 정전용량으로 반영됨에 따라, 그 정전용량을 반영하여 거리를 유지하는 되먹임 제어방식이 있다.
즉, 도 10에서는, 거리를 센싱 해서 되먹임 제어로 척킹층 상면의 하부 전극부(400)와 이송선로 면의 상부 전극부(500)를 일정한 간격으로 유지되게 하고 있다. 여기에서는 기판 척킹층 부상용 주전원으로 직류전원
Figure pat00005
을 사용하고 간격 조절 전원으로 RF 전원을 사용한다. 변압기를 통해 공급되는 RF 전압은
Figure pat00006
인데 두 개의 축전기
Figure pat00007
와
Figure pat00008
를 지나면서 전압이 분배되어
Figure pat00009
양단에는
Figure pat00010
만큼의 전압이 걸리게 된다. 이 전압은 정류 및 전압 N 배 증가회로(voltage multiplier)(570)를 통해서
Figure pat00011
의 직류 전압이 되어 주전원
Figure pat00012
의 반대 방향으로 걸리게 된다. 결국 이송선로 면의 상부 전극부(400)과 기판 척킹층(200)의 상면에 있는 하부 전극부(400) 전체에 의해 이루어진 축전기 C 사이에 걸리는 전압은
Figure pat00013
Figure pat00014
가 되며 이에 따라 인력 F는 도 10에 보인 바와 같은 거리(d) 의존성을 갖는다. 이 함수는 도 8의 함수보다 기울기가 양인 영역이 넓기 때문에 안정적으로 기판을 부상시킬 수 있는 간극의 허용 범위가 커져 더욱 안정적으로 일정거리를 유지하며 기판을 부상시킬 수 있다.
또한, 발광부와 수광부를 포함한 거리 센서의 신호를 반영하여 축전기의 전압을 조정하여 거리를 유지하는 방법도 있다.
도 11은 간격 감시 구성을 나타내며, 발광부(580)와 수광부(590)를 상부 전극부(500)에 설치하여 간격을 감시하게 하고 있다. 광학적 거리센서에서 나오는 광량은 거리가 멀어질수록 작아지므로, 수광부의 빛을 광 전류로 바꾸어(예를 들면, 수광부에 광 다이오드를 접속) 상부 전극부(500)와 하부 전극부(400)가 이루는 축전기 C에 인가되는 전압에 트랜지스터를 달아 여기의 베이스에 입력함으로써 척킹층과 이송선로 면을 통해 구성되는 축전기 C에 인가되는 전압은 거리가 멀어질수록 증가되도록 하여 매우 안정적으로 부상 간격을 유지할 수 있다. 또한 이 방법은 고주파를 사용하지 않는다는 장점을 가진다.
이와 같이 하여 클러스터 장비에서 기판을 정전 부상시킨 상태로 이송하면서 공정을 실시할 수 있다.
하부 전극부(400), 차폐부(300), 미세정전척이 구성된 척킹층(200)에 전원을 공급하는 방식은 하부 전극부(400)와 미세정전척 사이에 전극/절연층/전극의 다층으로 구성된 필름형태의 축전기를 내장하고, 일정시간동안 축전기에 전기를 충전하고, 이송 중에는 이 전기를 이용하여 이송선로와 이격된 척킹층 등의 구조물에 전원을 공급한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 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: 기판
200: 척킹층
300: 차폐부
350: 롤러
400: (하부) 전극부
410, 420, 450: 맞물림 형 전극부
430: 실선형 전극부
500: (상부) 전극부
510, 520, 530, 550: 점선형 전극부
570: 전압 N 배 증가회로
580: 발광부
590: 수광부
600: 결합부
700: (챔버) 천정
810, 820, 830, 840, 850, 860: 절연층

Claims (14)

  1. 다수의 챔버가 방사상으로 배열된 클러스터 장비에 적용되는 기판 이송 장치로서,
    각각의 챔버 천정을 따라 챔버로 기판을 반입하고 반송할 수 있게 구축된 선로; 및
    상기 선로를 따라 기판을 이송하기 위해 기판을 척킹하는 척킹층;를 포함하고,
    상기 선로 하면에는 다수의 전극이 형성된 상부 전극부가 설치되고,
    상기 척킹층 상면에는 상기 상부 전극부에 상응하는 다수의 전극이 형성된 하부 전극부가 설치되어,
    상기 상부 전극부에 전압을 인가하여 상기 하부 전극부에 상보적인 전하를 유도하여 상기 척킹층을 정전 부상시키고,
    상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에 전압을 인가하여 정전기 선형 모터를 형성함으로써 척킹층을 선로를 따라 이송하는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극부는,
    기판을 부착한 척킹층을 정전 부상시키기 위한 부상용 점선형 전극; 및
    기판을 이송하고자 하는 방향으로, 선로를 따라 점선을 이루는 구동용 점선형 전극;을 포함하며,
    상기 하부 전극부는, 상기 상부 전극부에 상응하여,
    상기 부상용 점선형 전극 아래에 마주하는 실선형 전극; 및
    상기 구동용 점선형 전극 아래에 마주하는 맞물림 형 전극;을 포함하여,
    척킹층을 정전 부상하기 위하여, 부상용 점선형 전극의 점 전극들은 + 극성과 - 극성의 전압이 교대로 인가되어 그 아래 마주한 실선형 전극에 상보적인 전하가 유도되어 척킹층이 부상되고,
    척킹층을 이송하기 위하여, 구동용 점선형 전극의 점 전극들은 +/0/-/0을 주기로 하여 극성이 반복되는 전압이 인가되고,
    그 아래 마주한 맞물림 형 전극은, 하나의 공통 선에 다수의 점 전극 배열을 접속시켜 한쪽 전극 열을 구성하고, 상기 전극 열의 점 전극 배열 사이에 틈새를 두고 맞물려지도록 다른 쪽 전극 열을 구성하여 이루어지고,
    상기 0 전압이 인가되는 점 전극 아래 위치마다 맞물림 형 전극을 이루는 점 전극에 +/- 극성의 전압이 인가되어, 상기 구동용 점선형 전극에 인가된 +/0/-/0을 주기로 하여 극성이 반복되는 전압과의 정전기 상호작용으로 병진 구동되며, 상기 구동용 점선형 전극에 인가된 +/0/-/0을 주기로 하여 극성이 반복되는 전압의 주파수를 병진 이송 속도에 맞추어 제어함으로써 이송을 지속시키는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 챔버들이 방사상으로 배열되어 형성되는 클러스터 중심부는 진공유지되며, 상기 중심부에 설치된 선로 하면에 형성된 상부 전극부는 원형으로 배열된 구동용 점선형 전극부를 포함하고, 이에 마주하는 척킹층 상면의 하부 전극부는 원형의 점선형 전극부에 상응하여 원형으로 배열된 맞물림 형 전극부를 포함하며,
    원형의 구동용 점선형 전극의 점 전극들은 +/0/-/0을 주기로 하여 극성이 반복되는 전압이 인가되고,
    그 아래 마주한 맞물림 형 전극부는, 하나의 공통 선에 다수의 점 전극 배열을 접속시켜 한쪽 전극 열을 구성하고, 상기 전극 열의 점 전극 배열 사이에 틈새를 두고 맞물려지도록 다른 쪽 전극 열을 구성하여 이루어져,
    상기 구동용 점선형 전극에 인가된 +/0/-/0을 주기로 하여 극성이 반복되는 전압과의 정전기 상호작용으로 척킹층이 회전 구동되며, 상기 구동용 점선형 전극에 인가된 +/0/-/0을 주기로 하여 극성이 반복되는 전압의 주파수를 회전 속도에 맞추어 제어함으로써 회전을 지속시키는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 기판을 회전시키기 위해, 클러스터 중심부의 상부 전극부는 클러스터 중심부 상면에 설치된 구조물인 결합부에 회전가능하게 연결되어 상부 전극부를 포함하는 결합부가 회전되어 상부 전극부와 이에 정 전기력으로 부상되어 있는 기판이 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 전극부와 하부 전극부 사이에 간격을 유지하기 위하여, 상기 상부 전극부와 하부 전극부가 이루는 축전기 C에 대해 공진 회로를 이룰 인덕터를 축전기 C와 병렬로 연결하여 LC 공진 회로를 구성하고 여기에 RF 또는 고주파를 인가하여, 상부 전극부와 하부 전극부 사이 간격이 유지되게 하는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 전극부와 하부 전극부 사이에 간격을 유지하기 위하여, 상기 상부 전극부에 롤러를 설치하는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 전극부와 하부 전극부 사이에 간격을 센싱 하여 되먹임 제어로 상기 간격을 일정하게 유지되게 하기 위하여, 기판 척킹층 부상용 주전원으로 직류전압을 인가하고, 상부 전극부와 하부 전극부가 이루는 축전기 C와 또 하나의 축전기를 C와 직렬로 연결하고, 상기 C에 직렬연결된 축전기 양단에 전압 N 배 증가회로의 출력단을 연결하고, 전압 N 배 증가회로의 입력단에 또 다른 축전기 Cs를 연결하고 간격 조절 전원으로 RF 전원을 인가하여 상부 전극부와 하부 전극부 사이에 간격이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상부 전극부와 하부 전극부 사이에 간격을 상부 전극부에 설치된 발광소자와 수광소자로 센싱하고, 수광소자에서 수광된 빛을 광 전류로 변환하여 상부 전극부와 하부 전극부가 이루는 축전기 C에 인가되는 전압에 트랜지스터를 연결하고 여기의 베이스에 상기 광 전류를 입력함으로써 척킹층과 이송선로 면을 통해 구성되는 축전기 C에 인가되는 전압은 간격이 증가할수록 증가되도록 하여 간격을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기판에는 필름 밴드 마스크가 부착되는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기판에는 강체 마스크가 적용되고, 상기 마스크는 공정 챔버 안에 고정 설치되고, 마스크와 기판의 얼라인은 기판을 이송하는 상기 상부 전극부와 하부 전극부의 기판 이동 동작으로 실시되는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기판에는 강체 마스크가 적용되고, 상기 마스크는 공정 챔버 안에 고정 설치되고, 마스크와 기판의 얼라인을 위해, 상기 선로 하면에 X,Y,Z 방향으로 이동가능한 스테이지가 상기 상부 전극부에 접하여 설치되어 상기 스테이지를 구동하여 실시되는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기판에는 강체 마스크가 적용되고, 마스크와 기판의 얼라인을 위해 상기 마스크는 공정 챔버 안에 X,Y,Z 방향으로 이동가능하게 설치되고, 상기 마스크를 X,Y,Z 방향으로 조종하는 스테이지가 설치되어, 상기 스테이지를 구동하여 실시되는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 전극부와 척킹층 사이에 전극/절연층/전극의 다층구성된 필름형 축전기를 내장시켜 상기 축전기 충전으로 기판 이송 중 척킹층에 필요전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 시스템.
  14. 다수의 챔버가 방사상으로 배열된 클러스터 장비에 기판을 이송하는 방법으로서,
    각각의 챔버 천정을 따라 챔버로 기판을 반입하고 반송할 수 있게 구축된 선로를 따라 선로면에 도전체 전극을 형성하고 기판 상부에도 상기 도전체 전극에 상응하는 도전체 전극을 구성하여,
    상기 선로면에 형성된 도전체 전극에 전압을 인가함으로써 기판 상부에 형성된 도전체 전극에 상보적인 전하를 유도하여 정 전기력으로 기판을 부상시켜 기판을 선로를 따라 이송하는 것을 특징으로 하는 클러스터 장비에 적용되는 정전기부상 기판 이송 방법.

















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