KR20170142131A - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 수직인 상태로 이송되면서 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 있어서, 상기 공정챔버(10)에 설치되어 상기 캐리어(100)가 선형이동가능하게 상기 캐리어(100)의 하부를 지지하는 선형이동가이드부(300)와, 상기 공정챔버(10)에 설치되어 상기 캐리어(100)의 상부에 설치된 자력반응부재(110)와 비접촉상태로 자력에 의하여 상기 공정챔버 내에서 상기 캐리어(100)의 수직상태 및 선형이동가능상태를 유지시키는 자력발생부(200)를 포함하는 기판처리장치를 제공함으로써 기판(S)이 안착된 캐리어(100)의 이송시 발생되는 접촉면적을 효율적으로 최소화함과 아울러 캐리어(100)를 안정적으로 수직상태를 유지할 수 있다.

Description

기판처리장치 {Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판이 안착된 캐리어를 공정챔버 내에서 수직인 상태로 이송하면서 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 제조용 웨이퍼, LCD 제조용 기판, OLED 제조용 기판 등을 제조하는 기판처리장치는 기판의 목적 및 종류에 따라 다양한 공정이 수행되며, 이러한 기판이송장치의 내부에는 복수의 기판을 순차적으로 이송시키기 위한 이송장치가 설치된다.
기판이송장치는 크게 기판이 안착되는 캐리어와, 이 캐리어를 이송시키는 구동부를 포함하는데, 종래의 구동부는 복수의 구동롤러를 포함하는 구성으로 구동롤러의 회전을 통해 캐리어는 기판이송 방향으로 이송시킨다.
최근, 기판의 크기는 생산성의 향상을 위해 대형화 추세에 있으며, 이에 대응하여 캐리어의 크기와 무게 또한 증가되면서, 캐리어를 지지하는 구동롤러에 가해지는 하중과 캐리어 이송과정에 발생하는 관성이 증가하게 되어, 캐리어의 하단과 구동롤러 간에 슬립이 발생하게 된다.
이 경우, 캐리어 위치의 정확한 제어가 어려울 뿐만 아니라, 캐리어 간에 충돌을 야기할 수 있어 챔버 내부의 파티클(particle) 발생 요인이 되고, 나아가 기판표면 처리 품질의 저하를 야기하는 문제가 있었다.
따라서 이렇게 발생된 파티클이 캐리어의 기판에 안착되는 것을 방지하고 캐리어의 접촉면적을 감소시키기 위하여 챔버에 마그네틱 가이드를 설치하고, 캐리어에 영구자석(Nd-Fe-B 자석 등)을 배치하여 자석 간의 척력에 의해서 캐리어의 수직을 유지하고 이송롤러를 이용하여 캐리어를 반송하도록 하여 캐리어의 상부를 비접촉식 방식으로 구성하는 방식이 사용되었다.
그런데 상기와 같이 자석을 위한 비접촉 가이드방식에서 캐리어에 결합된 영구자석의 동작온도가 대부분 100℃ 이하인 한계에 비해, 공정에 따라서 챔버의 내부는 250℃ 이상으로 고온상태이므로 장시간 공정을 수행해야 하는 경우 영구자석의 효율이 급격하게 감소되어 오작동 또는 영구자석의 교체 등 유지보수를 수행하여야 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 기판(S)이 안착된 캐리어(100)를 공정챔버 내에서 수직인 상태로 이송하기 위한 기판처리장치로서 영구자석이 아닌 자성체를 이용함으로써 기판(S)이 안착된 캐리어(100)의 이송시 발생되는 접촉면적을 효율적으로 최소화함과 아울러 캐리어(100)를 안정적으로 수직상태를 유지할 수 있는 기판처리장치 및 캐리어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 기판이송장치는 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 수직인 상태로 이송되면서 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 있어서, 상기 공정챔버(10)에 설치되어 상기 캐리어(100)가 선형이동가능하게 상기 캐리어(100)의 하부를 지지하는 선형이동가이드부(300)와, 상기 공정챔버(10)에 설치되어 상기 캐리어(100)의 상부에 설치된 자력반응부재(110)와 비접촉상태로 자력에 의하여 상기 공정챔버 내에서 상기 캐리어(100)의 수직상태 및 선형이동가능상태를 유지시키는 자력발생부(200)를 포함함을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 자력반응부재(110)는 자력에 인력 또는 척력이 작용하는 재질로서 자화되지 않는 것이 바람직하다.
또한 상기 자력반응부재(110)는 상기 캐리어(100)의 측면방향으로 돌출되어 설치됨이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 상기 자력발생부(200)는 상기 자력반응부재(110)를 사이에 두고 상기 자력반응부재(110)의 상측 및 하측에 각각 설치되는 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1자력발생부재(211)와 상기 제2자력발생부재(212)는 서로 마주보는 부분에서 서로 다른 극성을 가지는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 다른 측면으로서, 상기와 같은 캐리어의 이송구조는 기판처리장치 내는 물론 기판처리를 수행하는 기판처리시스템에도 적용이 가능하며, 본 발명에 따른 기판처리시스템은 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 수직인 상태로 이송되면서 기판처리를 수행하는 기판처리시스템에 있어서, 상기 캐리어(100)가 선형이동가능하게 상기 캐리어(100)의 하부를 지지하는 선형이동가이드부(300)와, 상기 캐리어(100)의 상부에 설치된 자력반응부재(110)와 비접촉상태로 자력에 의하여 상기 캐리어(100)의 수직상태 및 선형이동가능상태를 유지시키는 자력발생부(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 자력반응부재(110)는 자력에 인력 또는 척력이 작용하는 재질로서 자화되지 않는 것이 바람직하다.
또한 상기 자력반응부재(110)는 상기 캐리어(100)의 측면방향으로 돌출되어 설치됨이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 상기 자력발생부(200)는 상기 자력반응부재(110)를 사이에 두고 상기 자력반응부재(110)의 상측 및 하측에 각각 설치되는 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1자력발생부재(211)와 상기 제2자력발생부재(212)는 서로 마주보는 부분에서 서로 다른 극성을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명은 기판(S)이 안착된 캐리어(100)를 공정챔버 내에서 수직인 상태로 이송하기 위한 기판처리장치를 제공함으로써 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버 내에서 수직인 상태에서 이송되며 기판처리가 수행됨으로써 보다 안정적인 기판처리가 가능하다.
구체적으로 증발증착법에 의한 증착시 캐리어의 저면에 고정된 상태로 증착이 이루어지는 경우 기판처짐에 의하여 정밀한 기판처리가 불가능하나, 기판이 캐리어에 수직인 상태로 고정됨으로써 기판처짐이 없어 보다 안정적인 기판처리가 가능하다.
또한 기판이 안착된 캐리어의 이송에 있어서 고온에 취약한 영구자석을 사용하지 않고 철 등 자화되지 않은 자성체를 사용하여 비접촉 상태로 캐리어의 수직상태 유지 및 선형이동을 지지함으로써 캐리어의 안정적인 지지 및 이송이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 측단면도,
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ 방향에서 본 단면도,
도 3은 도 1에서 A부분을 확대한 확대도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 측단면도, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ 방향에서 본 단면도, 도 3은 도 1에서 A부분을 확대한 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 수직인 상태로 이송되면서 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 있어서, 공정챔버(10)에 설치되어 캐리어(100)가 선형이동가능하게 캐리어(100)의 하부를 지지하는 선형이동가이드부(300)와, 공정챔버(10)에 설치되어 캐리어(100)의 상부에 설치된 자력반응부재(110)와 비접촉상태로 자력에 의하여 공정챔버 내에서 캐리어(100)의 수직상태 및 선형이동가능상태를 유지시키는 자력발생부(200)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 기판처리장치는 기판(S)이 수직, 즉 수평면과 수직인 상태로 이송되면서 증착, 식각 등의 기판처리를 수행하는 것을 특징으로 하며, 특히 기판(S)은 캐리어(100)에 안착된 상태로 이동된다.
그리고 기판처리의 수행시 기판(S)은 공정챔버(10) 내부에서 고정된 상태 또는 왕복이동, 선형이동 등 기판처리의 종류에 따라서 다양하게 취급될 수 있다.
또한 캐리어(100)에 안착된 기판은 캐리어(100)에서 고정시키거나 패턴화된 기판처리 등을 위하여 기판(S)에 밀착되는 마스크(M)가 밀착된 후 기판처리가 수행될 수 있다.
캐리어(100)는 기판(S)을 고정한 상태로 이동되는 구성요소로 기판(S)의 고정구조에 따라서 다양한 구조를 가질 수 있다.
캐리어(100)는 기판(S)을 고정하는 구성요소로서 정전척(도시되지 않음) 등이 설치되는 본체(130)를 포함할 수 있다.
정전척은 캐리어(100)가 기판(S)을 이송할 때 정전기력에 의하여 흡착고정하는 구성요소로서 캐리어에 설치된 DC전원(도시되지 않음) 또는 외부 DC전원으로부터 전원을 공급받아 정전기력을 발생시키는 구성요소이다.
한편 캐리어(100)의 이송방식은 이송롤러, 자기부상 등 캐리어를 공정챔버(10) 내외로 이동시킬 수 있는 방식이면 어떠한 방식도 가능하다.
이를 위하여 공정챔버(10)는 캐리어(100)의 이송방식에 따라서 캐리어(100)의 이송을 위한 구성요소가 설치된다.
공정챔버(10)는 증발증착 등 공정 수행을 위한 처리환경을 제공하는 구성요소로서 공정의 종류, 조건 등에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
공정챔버(10)는 소정의 내부공간을 형성하며 기판(S)이 통과할 수 있는 하나 이상의 게이트들(11,12)이 형성되는 용기로 이루어질 수 있다.
그리고 용기에는 내부공간에 대한 소정의 압력을 유지하기 위한 배기수단을 구비할 수 있다.
또한 공정챔버(10)에는 공정조건에 따라서 샤워헤드, 증발원 등 다양한 구성이 설치될 수 있으며, 본 실시예에서는 기판(S)에 대하여 증착물질을 증발하도록 증착물질을 가열하여 증발시키는 증발원(400)이 설치된 예를 도시하였다.
증발원(400)은 공정챔버(10) 내부에 하나 이상 설치되어 기판(S)에 대하여 증착물질을 증발하도록 증착물질을 가열하여 증발시키는 구성요소로서 어떠한 구성도 가능하다.
증발원(400)은 유기물, 무기물 및 금속물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 증착물질을 증발시키는 구성요소로서 증착물질이 담기는 도가니 및 도가니를 가열하는 히터로 구성되는 등 다양한 실시예가 가능하다.
공정챔버(10)는 증발원(400) 이외에 기판처리공정이 원자층증착 공정인 경우 소스가스, 반응가스 등의 가스분사구조가 설치되는 등 기판처리공정에 따라서 해당 구성요소가 설치될 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 기판처리장치는 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 수직인 상태로 이송되면서 기판처리를 수행할 수 있다.
선형이동가이드부(300)는 공정챔버(10)에 설치되어 캐리어(100)가 선형이동가능하게 캐리어(100)의 하부를 지지하는 구성요소이며, 다양한 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 선형이동가이드부(300)는 캐리어(100)의 하부, 특히 하단을 지지하는 복수개의 이송롤러(310)와, 복수개의 이송롤러들(310) 중 적어도 하나 이상과 결합하여 이송롤러(310)를 회전구동하는 구동모터(320)를 포함할 수 있다.
이송롤러(310)는 캐리어(100)의 이동경로를 따라서 배치되어 캐리어(100)의 하단, 또는 별도의 구조물을 지지하여 회전에 의하여 캐리어(100)를 이동시키기 위한 구성요소이다.
캐리어(100)의 원활한 이동을 위하여 이송롤러(310)의 외주면에는 기어구조를 구비하고 캐리어(100) 중 이송롤러(310)에 지지되는 부분에 이송롤러(310)의 기어구조에 대응되는 기어구조를 구비할 수 있다.
구동모터(320)는 지지하는 캐리어(100)를 선형이동시킬 수 있도록 이송롤러들(310) 중 적어도 일부와 결합되어 이송롤러(310)를 회전구동하는 구성요소이다.
한편 캐리어(100)의 상부, 특히 상단에는 뒤에서 설명하는 자력발생부(200)에 의한 비접촉에 의한 지지를 위하여 자력반응부재(110)가 설치된다.
자력반응부재(110)는 자력발생부(200)에 의한 자력에 의하여 비접촉 상태로 지지됨으로써 선형이동가이드부(300)가 자력발생부(200)와 함께 캐리어(100)를 수직인 상태로 지지할 수 있도록 하는 구성요소이다.
일 실시예에 따르면 자력반응부재(110)는 고온에 강하면서 자력에 인력 또는 척력이 작용하는 재질로서 철 등 자화되지 않는 것이 바람직하다.
예로서 자력반응부재(110)는 SS421, SS430, SS400 등의 자성재료를 하나 이상 포함하도록 형성될 수 있다.
한편 자력반응부재(110)는 자력발생부(200)에 의한 안정적 지지를 위하여 캐리어(100)의 측면방향으로 돌출되어 설치됨이 바람직하다.
특히 자력반응부재(110)는 캐리어(100), 즉 기판(S)이 안착되는 본체(130)에 기판(S)이 안착되는 방향, 즉 측면방향으로 돌출되어 설치됨이 바람직하다
그리고 캐리어(100)는 이를 위하여 본체(130)에서 기판(S)이 안착되는 방향으로 돌출되고 자력반응부재(110)가 결합되는 지지부(120)를 더 포함할 수 있다.
지지부(120)는 본체(130)에서 기판(S)이 안착되는 방향으로 돌출되고 자력반응부재(110)가 결합되는 구성요소이며, 자력반응부재(110)와 일체화되거나 별도의 무재로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
또한 지지부(120)는 본체(130)의 상단에서 상측으로 돌출된 제1지지부(121)와, 제1지지부(121)로부터 기판(S)이 안착되는 방향으로 돌출되고 자력반응부재(110)가 결합되는 제2지지부(122)를 포함할 수 있다.
한편 자력반응부재(110) 만이 자력에 의하여 반응할 수 있으면 되므로 지지부(120)는 고온특성, 공정조건에 적합한 재질을 가질 수 있다.
특히 지지부(120)는 전체 자중의 감소를 위하여 경량재질의 사용이 바람직하다.
또한 자력반응부재(110)는 도 1의 실시예에서 복수개로 설치된 예로 설명하였으나 캐리어(100)의 길이방향을 따라서 일체로 형성되는 등 다양한 구조로 구성될 수 있다.
자력발생부(200)는 공정챔버(10)에 설치되어 캐리어(100)의 상부에 설치된 자력반응부재(110)와 비접촉상태로 자력에 의하여 공정챔버 내에서 캐리어(100)의 수직상태 및 선형이동가능상태를 유지시키는 구성요소로서 다양한 구조가 가능하다.
예로서, 자력발생부(200)는 자력반응부재(110)를 사이에 두고 자력반응부재(110)의 상측 및 하측에 각각 설치되는 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)를 포함할 수 있다.
제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)는 자력반응부재(110)의 상측 및 하측에 각각 설치되어 자력을 발생시켜 비접촉상태로 자력반응부재(110)에 인력을 작용하여, 자력반응부재(110)가 결합된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 캐수직상태 및 선형이동가능상태를 유지하게 된다.
한편 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)는 자력반응부재(110)에 자력으로 인력을 작용하기 위한 부재로서, 전자석, 영구자석 등 자력을 발생시킬 수 있는 구성요소로서 다양한 구성도 가능하다.
또한 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)는 자력반응부재(110)에 대한 인력효과를 극대화하기 위하여 서로 마주보는 부분에서 서로 다른 극성을 가지는 것이 바람직하다.
구체적으로 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)는 각각 상측(211a, 212a)과 하측(211b, 212b)으로 나뉠 수 있으며 제1자력발생부재(211)의 하측(211b)과 제2자력발생부재(212)의 상측(212a)은 서로 다른 극을 띠도록 형성될 수 있다.
한편 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)는 자력발생부지지부재(220)에 설치되어 자력반응부재(110)의 상측 및 하측에 각각 설치될 수 있다.
자력발생부지지부재(220)는 자력반응부재(110)를 사이에 두고 상측 및 하측 각각에 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)를 지지할 수 있는 구성요소로서 다양한 구성이 가능하다.
그리고 자력발생부지지부재(220)에 결합된 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)는 고온에 취약한바 공정환경에 노출된 제1자력발생부재(211) 및 제2자력발생부재(212)의 냉각을 위하여 자력발생부지지부재(220)는 자력발생부지지부재(220)의 냉각을 위한 냉각수단이 추가로 설치될 수 있다.
냉각수단은 자력발생부지지부재(220)에 설치되며 내부에 냉매가 흐르는 하나 이상의 냉매관과, 하나 이상 설치되는 냉매관의 냉매를 냉각할 수 있도록 설치되는 냉각부를 포함할 수 있다.
한편 상기와 같은 기판처리장치에서의 캐리어(100) 이송구조는 기판처리장치는 물론 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 수직인 상태로 이송되면서 기판처리를 수행하는 기판처리시스템에도 적용될 수 있다.
구체적으로 기판처리시스템은 기판처리장치와 같은 하나 이상의 공정모듈과, 공정모듈로의 기판의 도입 및 배출 등을 수행하는 로드락모듈, 언로들락모듈 등을 포함하며 각 모듈로의 기판이송을 위한 이송레일이 설치되는데, 이러한 기판처리시스템에서 기판이 안착된 캐리어(100)의 이송을 위한 구조가 상기한 바와 같은 구조를 가질 수 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 기판처리시스템은 기판(S)이 안착된 캐리어(100)가 공정챔버(10) 내에서 수직인 상태로 이송되면서 기판처리를 수행하는 기판처리시스템에 있어서, 캐리어(100)가 선형이동가능하게 캐리어(100)의 하부를 지지하는 선형이동가이드부(300)와, 캐리어(100)의 상부에 설치된 자력반응부재(110)와 비접촉상태로 자력에 의하여 캐리어(100)의 수직상태 및 선형이동가능상태를 유지시키는 자력발생부(200)를 포함할 수 있다.
선형이동가이드부(300) 및 자력발생부(200)는 공정챔버 내부에 설치되는 것을 제외하고 그 구성은 동일하거나 유사할 수 있다.
S... 기판
M... 마스크
10... 공정챔버
100... 캐리어
110... 자력반응부재
200... 자력발생부
300... 선형이동가이드부

Claims (10)

  1. 기판처리장치에 있어서,
    기판이 안착되고, 공정챔버 내에서 수직인 상태로 이송되도록 구성된 캐리어;
    상기 캐리어가 선형이동가능하게 상기 캐리어의 하부를 지지하도록 구성된 선형이동가이드부 ― 상기 선형이동가이드부는, 상기 캐리어의 하부를 지지하도록 구성된 복수개의 이송롤러를 포함함 ― 및
    상기 캐리어의 상부에 설치된 자력반응부재와 비접촉상태로 자력에 의하여 상기 공정챔버 내에서 상기 캐리어의 수직상태 및 선형이동가능상태를 유지시키도록 구성된 자력발생부를 포함하고,
    상기 자력반응부재는 자화되지 않은 재질로 이루어진,
    기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자력발생부는 하나 이상의 자력발생부재를 포함하고,
    상기 기판처리장치는, 상기 자력발생부재를 냉각시키는 냉각수단을 더 포함하는,
    기판처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각수단은, 내부에 냉매가 흐르는 하나 이상의 냉매관, 및 상기 냉매관의 냉매를 냉각하는 냉각부를 포함하는,
    기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자력반응부재는 상기 캐리어의 측면방향으로 돌출되어 설치된 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자력발생부는
    상기 자력반응부재를 사이에 두고 상기 자력반응부재의 상측 및 하측에 각각 설치되는 제1자력발생부재 및 제2자력발생부재를 포함하는 기판처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1자력발생부재와 상기 제2자력발생부재는 서로 마주보는 부분에서 서로 다른 극성을 가지는 기판처리장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 자력반응부재가 결합되는 지지부를 더 포함하고,
    상기 지지부는,
    상기 캐리어의 본체 상단에서 상측으로 돌출된 제1지지부; 및
    상기 제1지지부로부터 기판이 안착되는 방향으로 돌출되고 상기 자력반응부재가 결합되는 제2지지부를 포함하는,
    기판처리장치.
  8. 캐리어에 있어서,
    기판이 안착되는 본체; 및
    상기 본체의 상부에 설치되며, 공정챔버 내 설치된 자력발생부의 자력에 의해 비접촉상태로 상기 캐리어의 수직상태를 유지시키도록 구성된 자력반응부재를 포함하며,
    상기 캐리어의 하부는, 상기 캐리어가 선형이동가능하도록 상기 공정챔버 내 설치된 선형이동가이드부에 의해 지지되고 ― 상기 선형이동가이드부는, 상기 캐리어의 하부를 지지하는 복수개의 이송롤러를 포함함 ―;
    상기 자력반응부재는 자화되지 않은 재질로 이루어진,
    캐리어.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자력반응부재는 상기 본체의 측면방향으로 돌출되어 설치되는,
    캐리어.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 자력반응부재가 결합되는 지지부를 더 포함하고,
    상기 지지부는,
    상기 본체의 상단에서 상측으로 돌출된 제1지지부; 및
    상기 제1지지부로부터 기판이 안착되는 방향으로 돌출되고 상기 자력반응부재가 결합되는 제2지지부를 포함하는,
    캐리어.
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