KR20180073753A - 하향식 기판 에칭장치 - Google Patents

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Abstract

하향식 기판 에칭장치가 개시된다. 본 발명에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 기판에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버의 내부에 배치되며 진공 챔버의 내부로 로딩된 기판을 어태치(attach)하는 척킹모듈을 구비하는 스테이지유닛과, 스테이지유닛에 지지되며 척킹모듈을 플립(flip)하는 플립유닛과, 척킹모듈에 지지되며 기판의 가장자리 영역을 클램핑하는 클램핑유닛과, 척킹모듈에 지지되며 척킹모듈의 플립과정에서 기판의 중앙영역을 지지하는 중앙영역 지지유닛을 포함한다.

Description

하향식 기판 에칭장치{Apparatus for etching substrates}
본 발명은, 하향식 기판 에칭장치에 관한 것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 대면적의 기판을 용이하게 척킹(chucking)할 수 있는 하향식 기판 에칭장치에 관한 것이다.
정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로 평판표시소자(Flat Panel Display)가 각광 받고 있다.
이러한 평판표시소자에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이장치(Plasma Display Panel), 유기발광다이오드 디스플레이(Organic Light Emitting Diode Display ) 등이 있다.
이 중에서 유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)는, 빠른 응답속도, 기존의 액정표시장치(LCD)보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없어서 초박형으로 만들 수 있는 점, 고휘도 등의 매우 좋은 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 소자로 각광받고 있다.
유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)는 구동방식에 따라 수동형인 PMOLED와 능동형인 AMOLED로 나눌 수 있다. 특히 AMOLED는 자발광형 디스플레이로서 기존의 디스플레이보다 응답속도가 빠르며, 색감도 자연스럽고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한 AMOLED는 기판이 아닌 필름(Film) 등에 적용하면 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)의 기술을 구현할 수 있게 된다.
이러한 유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)는 패턴(Pattern) 형성 공정, 유기박막 증착 공정, 에칭 공정, 봉지 공정, 그리고 유기박막이 증착된 기판과 봉지 공정을 거친 기판을 붙이는 합착 공정 등을 통해 제품으로 생산될 수 있다.
한편, 다양한 공정들 중에서 에칭 공정은, 기판의 표면에서 불필요한 부분을 물리적 혹은 화학적 방법으로 식각, 즉 에칭함으로써, 원하는 모양을 얻어내는 공정이다.
에칭 공정에는 반도체와 마찬가지로 물리적 혹은 화학적인 다양한 방법이 사용되고 있는데, 이중의 하나가 레이저에 의한 에칭 방법이다. 레이저에 의한 기판의 에칭 방법은 다른 방법들에 비해 구조가 간단하고 에칭 시간을 줄일 수 있어 근자에 들어 널리 채용되고 있다.
도 1은 일반적인 하향식 기판 에칭 장치의 구성도이고, 도 2는 대면적 기판의 척킹 시 기판의 중앙영역에 처짐이 발생되는 상태가 도시된 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 하향식 기판 에칭 장치의 경우, 에칭 처리 대상의 기판이 상부에 배치되고, 기판의 하부로 레이저 빔(Laser Beam)을 조사하는 레이저 모듈(10)이 배치되는 구조를 갖는다.
기판은 진공 챔버의 내부에 배치되는데 반해 레이저 모듈(10)은 진공 챔버의 외부에 배치되며, 그 위치에서 레이저 빔을 기판으로 조사한다. 이때, 레이저 모듈(10)이 배치되는 진공 챔버의 벽면에는 레이저 빔이 통과되는 투명한 챔버 윈도우(20, Chamber Window)가 개재된다.
이에, 챔버 윈도우(20)의 바깥쪽에 위치되는 레이저 모듈(10)이 레이저 빔을 조사하면 레이저 빔은 챔버 윈도우(20)를 통과하여 기판으로 조사됨으로써 기판에 불필요한 부분을 에칭하게 된다.
한편, 하향식 기판 에칭 장치를 통해 에칭 공정이 진행되기 전에 진공 챔버에 로딩된 기판은 정전척(30)에 척킹(chucking)된다. 이때 기판은 기판의 하부면에 접촉된 승강핀(40)에 의해 상승되어 정전척(30)에 척킹된다.
승강핀(40)은 기판에 증착된 유기물이 오염되는 것을 방지하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판의 모서리 영역에 접촉된다.
그런데 대면적의 기판을 사용하는 경우에 승강핀(40)이 기판의 모서리 영역에만 접촉되는 경우, 기판의 중앙영역에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하중에 의해 처짐이 발생된다. 이러한 기판 중앙영역의 처짐은 정전척(30)의 부착력을 약화시키고, 그에 따라 기판이 정전척(30)에 부착되지 못한다.
따라서, 하향 에칭 방식을 사용하면서도 대면적 기판의 중앙영역을 정전척(30)에 밀착시켜 대면적 기판을 정전척(30)에 용이하게 부착시킬 수 있으며, 기판의 중앙영역을 정전척(30)에 밀착시키는 과정에서 기판이 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있는 하향식 기판 에칭장치의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2007-0013776호, (2008.08.13.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 대면적의 기판을 척킹 시 기판의 중앙영역에 처짐이 발생되는 것을 방지하여 대면적의 기판을 용이하게 척킹할 수 있으며, 척킹과정에서 기판의 중앙영역이 파손되는 것을 방지할 수 있는 하향식 기판 에칭장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버의 내부에 배치되며, 상기 진공 챔버의 내부로 로딩된 기판을 어태치(attach)하는 척킹모듈을 구비하는 스테이지유닛; 상기 스테이지유닛에 지지되며, 상기 척킹모듈을 플립(flip)하는 플립유닛; 상기 척킹모듈에 지지되며, 상기 기판의 가장자리 영역을 클램핑하는 클램핑유닛; 및 상기 척킹모듈에 지지되며, 상기 척킹모듈의 플립과정에서 상기 기판의 중앙영역을 지지하는 중앙영역 지지유닛을 포함하는 하향식 기판 에칭장치가 제공될 수 있다.
상기 플립유닛은, 상기 척킹모듈에 결합되는 플립 중심축; 및 상기 플립 중심축에 연결되며, 상기 플립 중심축을 회전시키는 플립 구동부를 포함할 수 있다.
상기 플립유닛은, 상기 플립 중심축에 연결되며, 상기 플립 중심축의 회전각도를 인식하는 중심축용 엔코더를 더 포함할 수 있다.
상기 중앙영역 지지유닛은, 상기 기판을 지지하는 중앙영역 지지모듈; 및 상기 중앙영역 지지모듈에 연결되며, 상기 중앙영역 지지모듈을 상기 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 지지모듈용 이동모듈을 포함할 수 있다.
상기 중앙영역 지지모듈은, 상기 기판에 접촉되는 중앙영역 지지부; 및 상기 중앙영역 지지부가 결합되며, 상기 지지모듈용 이동모듈에 연결되는 지지부용 프레임부를 포함할 수 있다.
상기 중앙영역 지지부는, 상기 지지부용 프레임부에 결합되는 지지부 몸체; 및 상기 지지부 몸체에 결합되며, 상기 기판에 접촉되는 지지핀을 포함할 수 있다.
상기 중앙영역 지지부는 다수개로 마련되어 상호 이격되어 배치되며, 상기 중앙영역 지지부들은, 상기 지지부용 프레임부를 기준으로 하여 상기 기판의 중앙영역에서 상기 기판의 가장자리 영역으로 갈수록 길이가 작아지는 형상으로 마련될 수 있다.
상기 지지모듈용 이동모듈은, 상기 지지부용 프레임부가 연결되며, 상기 지지부용 프레임부의 이동을 안내하는 이동모듈용 가이드 프레임부; 및 상기 이동모듈용 가이드 프레임부에 지지되며, 상기 지지부용 프레임부에 연결되어 상기 지지부용 프레임부를 이동시키는 지지부용 구동부를 포함할 수 있다.
상기 이동모듈용 가이드 프레임부는, 상기 지지부용 구동부가 연결되는 이동모듈용 지지 플레이트; 상기 이동모듈용 지지 플레이트에 결합되는 이동모듈용 가이드 샤프트; 및 상기 이동모듈용 가이드 샤프트에 슬라이딩 이동가능하게 연결되며, 상기 지지부용 프레임부가 결합되는 이동모듈용 볼 부쉬를 포함할 수 있다.
상기 지지부용 구동부는, 상기 지지부용 프레임부에 결합되는 지지부용 이동너트; 상기 지지부용 이동너트에 치합되는 지지부용 볼 스크류; 및 상기 지지부용 볼 스크류를 회전시키는 지지부용 구동모터를 포함할 수 있다.
상기 클램핑유닛은, 상기 척킹모듈에 어태치된 상기 기판을 가압하여 상기 기판을 척킹모듈에서 디태치(detach)하는 디태치 겸용 클램핑유닛을 포함하며, 상기 디태치 겸용 클램핑유닛은, 상기 기판을 지지하는 클램핑용 지지모듈; 및 상기 기판을 클램핑용 지지모듈로 가압하는 클램핑용 가압모듈을 포함할 수 있다.
상기 클램핑용 가압모듈은, 상기 기판에 연결되어 상기 기판을 가압하는 클램핑용 가압부; 및 상기 클램핑용 가압부에 연결되며, 상기 클램핑용 가압부를 상기 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 가압모듈용 구동부를 포함할 수 있다.
상기 클램핑용 가압부는, 상기 기판에 접촉되는 가압용 접촉부; 및 상기 가압용 접촉부가 연결되며, 상기 가압모듈용 구동부에 연결되는 접촉부용 프레임부를 포함할 수 있다.
상기 가압용 접촉부는, 상기 접촉부용 프레임부에 상대이동 가능하게 결합되는 접촉부 몸체; 상기 접촉부 몸체에 결합되며, 상기 기판에 접촉되는 접촉핀; 및 상기 접촉부용 프레임부에 지지되며, 상기 접촉부 몸체에 연결되어 상기 접촉부 몸체를 상기 기판 방향으로 탄성바이어스하는 탄성체를 포함할 수 있다.
상기 가압모듈용 구동부는, 상기 접촉부용 프레임부가 연결되며, 상기 접촉부용 프레임부의 이동을 안내하는 가압모듈용 가이드 프레임부; 및 상기 가압모듈용 가이드 프레임부에 지지되며, 상기 접촉부용 프레임부에 연결되어 상기 접촉부용 프레임부를 이동시키는 클램핑용 가압 구동부를 포함할 수 있다.
상기 가압모듈용 가이드 프레임부는, 상기 클램핑용 가압 구동부가 연결되는 가압모듈용 지지 플레이트; 상기 가압모듈용 지지 플레이트에 결합되는 가압모듈용 가이드 샤프트; 및 상기 가압모듈용 가이드 샤프트에 슬라이딩 이동가능하게 연결되며, 상기 접촉부용 프레임부가 결합되는 가압모듈용 볼 부쉬를 포함할 수 있다.
상기 클램핑용 가압 구동부는, 상기 지지부용 프레임부에 결합되는 가압모듈용 이동너트; 상기 가압모듈용 이동너트에 치합되는 가압모듈용 볼 스크류; 및 상기 가압모듈용 볼 스크류를 회전시키는 가압모듈용 구동모터를 포함할 수 있다.
상기 클램핑용 지지모듈은, 상기 척킹모듈에 대하여 미리 결정된 간격만큼 이격되어 배치되며, 상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 지지하는 클램핑 홀더부; 및 상기 클램핑 홀더부를 지지하며, 상기 척킹모듈에 연결되는 홀더부용 브라켓부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 척킹모듈을 플립하는 플립유닛을 구비함으로써 척킹모듈의 플립을 통해 기판의 중앙영역에 발생된 처짐을 제거할 수 있으며, 기판의 가장자리 영역을 클램핑하는 클램핑유닛을 구비함으로써 척킹모듈의 플립과정에서 기판의 추락을 방지할 수 있으며, 처짐이 발생된 기판의 중앙영역을 지지하는 중앙영역 지지유닛을 구비함으로써 척킹모듈의 플립에 의해 기판의 중앙영역에 발생된 처짐이 제거되는 과정에서 처짐 방향 변화에 의해 유발되는 충격에 의해 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 하향식 기판 에칭 장치의 구성도이다.
도 2는 대면적 기판의 척킹 시 기판의 중앙영역에 처짐이 발생되는 상태가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치가 도시된 도면이다.
도 4는 도 3의 하향식 기판 에칭장치를 다른 방향에서 도시한 면이다.
도 5는 도 3의 스테이지유닛의 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 도 5의 중앙영역 지지유닛이 도시된 도면이다.
도 8은 도 7의 단면도이다.
도 9는 도 5의 디태치 겸용 클램핑유닛에서 클램핑용 가압모듈이 도시된 단면도이다.
도 10은 도 3의 스테이지유닛에 마련된 포지셔닝유닛이 도시된 도면이다.
도 11 및 도 12는 기판이 척킹모듈에 어태치되는 과정이 도시된 동작상태도이다.
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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
한편, 이하에서 기술되는 기판은 유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)용 유리기판일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치가 도시된 도면이고, 도 4는 도 3의 하향식 기판 에칭장치를 다른 방향에서 도시한 도면이며, 도 5는 도 3의 스테이지유닛의 사시도이고, 도 6은 도 5의 평면도이며, 도 7은 도 5의 중앙영역 지지유닛이 도시된 도면이고, 도 8은 도 7의 단면도이며, 도 9는 도 5의 디태치 겸용 클램핑유닛에서 클램핑용 가압모듈이 도시된 단면도이고, 도 10은 도 3의 스테이지유닛에 마련된 포지셔닝유닛이 도시된 도면이며, 도 11 및 도 12는 기판이 척킹모듈에 어태치되는 과정이 도시된 동작상태도이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 스테이지 이동유닛(150)의 도시를 생략하였다.
도 3 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 내부에서 기판에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버(110)와, 진공 챔버(110)의 내부로 로딩된 기판을 어태치(attach)하는 척킹모듈(121)를 구비하는 스테이지유닛(120)과, 스테이지유닛(120)에 지지되며 척킹모듈(121)을 플립(flip)하는 플립유닛(200)과, 척킹모듈(121)에 지지되며 기판의 가장자리 영역을 클램핑하는 클램핑유닛(300)과, 척킹모듈(121)에 지지되며 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판의 중앙영역을 지지하는 중앙영역 지지유닛(400)과, 스테이지유닛(120)에 지지되며 척킹모듈(121)에 연결되어 척킹모듈(121)을 기준위치에 정위치시키는 포지셔닝유닛(500)과, 스테이지유닛(120)에 연결되며 스테이지유닛(120)을 이동시키는 스테이지 이동유닛(150)과, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되며 진공 챔버(110)에 마련되는 제1 챔버 윈도우(Chamber Window, 111)를 통해 진공 챔버(110) 내의 기판으로 레이저 빔(Laser Beam)을 조사(照射, irradiation)하여 에칭 공정을 수행하는 레이저유닛(160)을 포함한다.
본 실시예의 기판은, 기판의 가장자리 영역에 비유효 영역(Noneffective Area, 미도시)이 마련되는 단면취(單面取) 기판이다. 비유효 영역은 에칭공정을 거친 기판이 디스플레이 패널로 가공되는 과정에서 제거되는 부분이다.
이러한 비유효 영역을 제외한 기판의 다른 영역은, 유효영역(Effective Area)에 해당되며, 유효영역에는 유기물이 증착된다. 이러한 유효영역은 기판의 양면 중 일면에 마련되며, 도 3에 도시된 본 실시예의 기판의 경우, 레이저유닛(160)에 대향되는 기판의 하면에 유효영역이 마련된다.
진공 챔버(110)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 박스(box)형 구조물로서, 그 내부에서 기판에 대한 에칭 공정이 진행되는 장소를 이룬다. 진공 챔버(110)의 일측 벽면에는 기판이 출입되는 게이트 밸브(미도시)가 마련된다.
진공 챔버(110)의 저면에는 제1 챔버 윈도우(111)가 마련되고, 진공 챔버(110)의 상면에는 제2 챔버 윈도우(112)가 마련된다. 제1 챔버 윈도우(111)는, 특정 파장의 레이저 빔을 통과시킬 수 있는 창으로서, 진공 챔버(110) 외부에 배치된 레이저유닛(160)으로부터의 레이저 빔이 진공 챔버(110) 내부로 투과되는 장소를 이룬다.
제2 챔버 윈도우(112)는, 제1 챔버 윈도우(111)와 마찬가지로 특정 파장의 레이저 빔을 통과시킬 수 있는 창으로서, 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔이 진공 챔버(110) 외부에 배치된 레이저출력 측정유닛(S)에 전달되도록 진공 챔버(110) 내부의 레이저 빔을 진공 챔버(110) 외부로 투과시키는 장소를 이룬다.
본 실시예에서 진공 챔버(110)의 저면에는 다수개의 제1 챔버 윈도우(111)가 마련될 수 있고, 진공 챔버(110)의 상면에는 다수개의 제2 챔버 윈도우(112)가 마련될 수 있다.
또한, 진공 챔버(100)의 저면에는 제1 챔버 윈도우(111)를 차폐하는 보호 윈도우(미도시)를 구비하는 챔버 윈도우 보호부(113)가 마련된다.
한편, 스테이지유닛(120)은 진공 챔버(110)의 내부에 배치된다. 이러한 스테이지유닛(120)은 진공 챔버(110)의 내부로 로딩된 기판을 부착하는 척킹모듈(121)을 구비한다. 척킹모듈(121)은 스테이지유닛(120)의 하단부 영역에 배치되어 기판의 상면부에 접촉된다.
본 실시예에서 척킹모듈(121)에는 정전척(Electrostatic Chuck, ESC)이 사용되는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며, 기판을 어태치할 수 있는 다양한 척킹장치가 본 실시예의 척킹모듈(121)로 사용될 수 있다.
이러한 척킹모듈(121)의 하단부에 기판이 어태치되며, 척킹모듈(121)의 하단부에는 후술한 접촉핀(333) 및 지지핀(413)이 관통될 수 있는 통과공(미도시)이 형성된다.
한편 플립유닛(200)은, 스테이지유닛(120)에 지지되며, 척킹모듈(121)을 플립(flip)한다. 본 실시에서 척킹모듈(121)은 180도 각도로 플립된다. 따라서 도 11에 도시된 바와 같이 아래쪽을 향하는 방향으로 배치된 기판은, 척킹모듈(121)의 플립에 의해 도 12(a) 도 12(b)에 도시된 바와 같이 위쪽을 향하는 방향으로 배치되며, 척킹모듈(121)의 재반전에 의해 도 12(c)와 같이 다시 아래쪽을 향하는 방향으로 배치된다.
이러한 플립유닛(200)에 의한 척킹모듈(121)의 플립은, 기판의 중앙영역에 발생된 처짐에 의해 척킹모듈(121)의 부착력이 약화되어 기판이 척킹모듈(121)에 어태치되지 못하는 현상을 제거하기 위함이다.
대면적의 기판을 하향식으로 에칭하기 위해 기판의 상면을 척킹모듈(121)에 어태치하는 경우, 기판의 하중에 의해 기판의 중앙영역에 처짐이 발생되고, 이러한 기판의 처짐은 척킹모듈(121)의 부착력을 약화시킨다.
그런데, 상술한 바와 같이 기판의 하면부에는 유효영역이 배치되므로, 별도의 승강핀(미도시)을 기판의 중앙영역에 접촉시켜 기판의 중앙영역을 척킹모듈(121)로 가압하는 방식을 사용할 수 없다.
이와 같이 처짐이 발생된 기판의 중앙영역을 비접촉방식으로 척킹모듈(121)에 밀착시키 위해 본 실시예의 플립유닛(200)이 척킹모듈(121)을 반전시킨다.
즉, 도 11에 도시된 바와 같이 기판의 중앙영역에 처짐이 발생된 기판이 척킹모듈(121)의 반전에 의해 위쪽을 향하는 방향으로 배치되면, 도 12(b)에 도시된 바와 같이 기판의 하중에 의해 기판의 중앙영역은 척킹모듈(121)에 밀착되며, 그에 따라 기판은 척킹모듈(121)에 완전하게 어태치된다.
이후, 척킹모듈(121)의 재반전에 의해 도 12(c)에 도시된 바와 같이 기판이 다시 아래쪽을 향하는 방향으로 배치되더라도 기판이 척킹모듈(121)에 완전하게 부착된 상태이므로, 기판의 중앙영역에 처짐이 발생되지 않는다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 척킹모듈(121)을 플립(flip)하는 플립유닛(200)을 구비함으로써, 대면적 기판의 척킹 시 기판의 중앙영역에 발생된 처짐을 척킹모듈(121)의 플립을 통해 제거할 수 있고, 그에 따라 대면적의 기판을 척킹모듈(121)에 용이하게 부착시킬 수 있다.
본 실시예에서 플립유닛(200)은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍으로 마련되어 척킹모듈(121)을 사이에 두고 이격되어 배치된다.
이러한 본 실시예에 따른 플립유닛(200)은, 척킹모듈(121)에 결합되는 플립 중심축(210)과, 플립 중심축(210)에 연결되며 플립 중심축(210)을 회전시키는 플립 구동부(220)와, 플립 중심축(210)에 연결되며 플립 중심축(210)의 회전각도를 인식하는 중심축용 엔코더(encoder, 230)를 포함한다.
플립 구동부(220)는, 스테이지유닛(120)에 지지되며 플립 중심축(210)을 회전시킨다. 본 실시예에서 플립 구동부(220)는, 회전용 구동모터(221)를 포함한다. 회전용 구동모터(221)는 진공 분위기의 진공 챔버(110) 내부에 배치되므로 내부를 대기압 상태로 유지시킬 수 있는 대기압 박스부(AB)의 내부에 배치된다.
회전용 구동모터(221)뿐만 아니라 후술할 모터(349, 429)들 모두 진공 분위기에서는 사용될 수 없으므로, 별도의 설명이나 도면에 도시하지 않더라도 모터(349, 429)들은 대기압 박스부(AB)의 내부에 배치된 것으로 이해되어야 할 것이다.
중심축용 엔코더(230)는 플립 중심축(210)에 연결되며 플립 중심축(210)의 회전각도를 인식한다. 이러한 중심축용 엔코더(230)는 회전용 구동모터(221)에 전기적으로 연결된 제어유닛(미도시)에 전기적으로 연결된다.
이러한 중심축용 엔코더(230)는 플립 중심축(210)의 회전각도를 감지하여 제어유닛에 감지신호를 전송한다. 중심축용 엔코더(230)로부터 감지신호를 전달받은 제어유닛은 감지신호의 정보에 따라 회전용 구동모터(221)를 제어하여 플립 중심축(210)이 정확한 각도(예를 들어, 0도 및 180도)로 회전되도록 한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 회전용 구동모터(221)의 자체 엔코더(미도시)를 이용하여 회전용 구동모터(221)의 동작을 제어하지 않고 플립 중심축(210)의 회전 각도를 직접 감지할 수 있는 중심축용 엔코더(230)를 통해 회전용 구동모터(221)의 동작을 제어함으로써, 회전용 구동모터(221)의 백래쉬(backlash) 등에 영향 받지 않고 플립 중심축(210)을 정확한 각도로 회전시킬 수 있다.
한편, 척킹모듈(121)의 플립과정에서 중앙영역이 처진 기판은 척킹모듈(121)에 완전히 어태치된 상태가 아니므로, 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판이 척킹모듈(121)에서 이탈되어 추락할 수 있다.
따라서 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판의 추락을 방지하기 위해 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치에는 클램핑유닛(300)이 구비된다
본 실시예에 따른 클램핑유닛(300)은, 척킹모듈(121)에 지지되며 기판의 가장자리 영역을 클램핑한다. 또한 본 실시예에 따른 클램핑유닛(300)은, 척킹모듈(121)에 어태치된 기판을 가압하여 기판을 척킹모듈(121)에서 디태치(detach)하는 디태치 겸용 클램핑유닛(300)으로 이루어진다.
이러한 디태치 겸용 클램핑유닛(300)은, 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판을 클램핑하여 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판의 추락을 방지하다. 여기서 디태치 겸용 클램핑유닛(300)은, 척킹모듈(121)이 도 11(b)에서 도 12(a)로 반전되는 과정에서 기판을 클램핑하며, 척킹모듈(121)이 도 12(b)에서 도 12(c)로 반전되는 과정에서는 기판이 척킹모듈(121)에 완전히 어태치된 상태이므로 기판을 클램핑하지 않는다.
또한 디태치 겸용 클램핑유닛(300)은, 에칭 공정 등의 완료 후 기판을 척킹모듈(121)에서 분리해야 할 경우 기판을 가압하여 기판을 척킹모듈(121)에서 디태치한다.
이러한 기능을 수행하는 디태치 겸용 클램핑유닛(300)의 구성을 살펴보면, 디태치 겸용 클램핑유닛(300)은, 기판을 지지하는 클램핑용 지지모듈(310)과, 기판을 클램핑용 지지모듈(310)로 가압하는 클램핑용 가압모듈(320)을 포함한다.
클램핑용 지지모듈(310) 기판을 지지한다. 이러한 클램핑용 지지모듈(310)은, 척킹모듈(121)에 대하여 미리 결정된 간격만큼 이격되어 배치되며 기판에 접촉되어 기판을 지지하는 클램핑 홀더부(311)와, 클램핑 홀더부(311)를 지지하며 척킹모듈(121)에 연결되는 홀더부용 브라켓부(312)를 포함한다.
클램핑 홀더부(311)는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 척킹모듈(121)에서 이격되어 척킹모듈(121)의 하부 영역에 배치되며, 홀더부용 브라켓부(312)는 클램핑 홀더부(311) 및 척킹모듈(121)을 연결한다.
클램핑용 가압모듈(320)은 기판을 클램핑용 지지모듈(310)로 가압한다. 이러한 클램핑용 가압모듈(320)은, 기판에 연결되어 기판을 가압하는 클램핑용 가압부(330)와, 클램핑용 가압부(330)에 연결되며 클램핑용 가압부(330)를 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 가압모듈용 구동부(340)를 포함한다.
클램핑용 가압부(330)는 기판에 연결되어 기판을 가압한다. 이러한 클램핑용 가압부(330)는, 도 11(b)에서 도 12(a)로 척킹모듈(121)이 반전되는 과정에서 클램핑 홀더부(311)에 지지된 기판을 클램핑 홀더부(311)로 가압하여 기판을 클램핑하며, 도 12(c)와 같이 기판이 척킹모듈(121)에 완전히 어태치된 후 에칭 공정 등의 완료 후 기판을 척킹모듈(121)에서 이탈시킬 필요가 있을 경우 척킹모듈(121)에 밀착된 기판을 클램핑 홀더부(311)로 가압하여 기판을 척킹모듈(121)에서 디태치한다.
이러한 클램핑용 가압부(330)는, 기판에 접촉되는 가압용 접촉부(331)와, 가압용 접촉부(331)가 연결되며 가압모듈용 구동부(340)에 연결되는 접촉부용 프레임부(336)를 포함한다. 접촉부용 프레임부(336)는 척킹모듈(121)에 상대이동 가능하게 연결된다.
본 실시예에서 가압용 접촉부(331)는 다수개로 마련되어 상호 이격되어 배치된다. 이러한 가압용 접촉부(331)는, 접촉부용 프레임부(336)에 상대이동 가능하게 결합되는 접촉부 몸체(332)와, 접촉부 몸체(332)에 결합되며 기판에 접촉되는 접촉핀(333)과, 접촉부용 프레임부(336)에 지지되며 접촉부 몸체(332)에 연결되어 접촉부 몸체(332)를 기판 방향으로 탄성바이어스하는 탄성체(334)를 포함한다.
접촉부 몸체(332)는, 기판과의 접촉 시 기판에 인가되는 충격을 흡수할 수 있도록, 접촉부용 프레임부(336)에 대해 상대이동 가능하게 결합된다.
접촉핀(333)은, 접촉부 몸체(332)에 결합되며 기판에 접촉된다. 이러한 접촉핀(333)과 기판의 접촉 시 기판에 인가되는 충격이 최소화될 수 있도록, 접촉핀(333)의 선단부 또는 접촉핀(333) 전체는 수지재질로 마련된다.
탄성체(334)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 접촉부용 프레임부(336)에 지지되며 접촉부 몸체(332)에 연결되어 접촉부 몸체(332)를 기판 방향으로 탄성바이어스한다.
본 실시예에서 탄성체(334)는 코일 스프링이 사용되는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 다양한 탄성구조물이 본 실시예의 탄성체(334)로 사용될 수 있다.
이러한 탄성체(334)는, 기판에 접촉핀(333)이 접촉되어 기판이 가압되는 과정에서 접촉부 몸체(332)의 접촉부용 프레임부(336)에 대한 상대이동에 의해 압축되며 기판에 인가되는 충격을 흡수하고, 기판에 대한 가압 해제 시 접촉부 몸체(332)를 탄성력으로 가압하여 접촉부 몸체(332)를 원위치로 이동시킨다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 클램핑 홀더부(311)에 지지된 기판을 가압하여 기판을 클램핑할 수 있으며 척킹모듈(121)에 부착된 기판을 클램핑 홀더부(311)로 가압하여 기판을 척킹모듈(121)에서 디태치할 수 있는 클램핑용 가압부(330)를 구비함으로써, 클램핑구조와 디태치 구조를 별도로 구성할 필요가 없어 장치를 소형화할 수 있고 부품비용을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 기판과 클램핑용 가압부(330)의 접촉 시 발생되는 충격을 흡수할 수 있는 탄성체(334)를 구비함으로써, 클램핑용 가압부(330)가 기판을 가압하는 과정에서 기판이 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.
가압모듈용 구동부(340)는 클램핑용 가압부(330)에 연결된다. 이러한 가압모듈용 구동부(340)는 클램핑용 가압부(330)를 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시킨다.
본 실시예의 가압모듈용 구동부(340)는, 접촉부용 프레임부(336)가 연결되며 접촉부용 프레임부(336)의 이동을 안내하는 가압모듈용 가이드 프레임부(341)과, 가압모듈용 가이드 프레임부(341)에 지지되며 접촉부용 프레임부(336)에 연결되어 접촉부용 프레임부(336)를 이동시키는 클램핑용 가압 구동부(346)를 포함한다.
가압모듈용 가이드 프레임부(341)에는 접촉부용 프레임부(336)가 연결된다. 이러한 가압모듈용 가이드 프레임부(341)는 접촉부용 프레임부(336)의 이동을 안내한다.
가압모듈용 가이드 프레임부(341)는, 클램핑용 가압 구동부(346)가 연결되는 가압모듈용 지지 플레이트(342)와, 가압모듈용 지지 플레이트(342)에 결합되는 가압모듈용 가이드 샤프트(343)와, 가압모듈용 가이드 샤프트(343)에 슬라이딩 이동가능하게 연결되며 접촉부용 프레임부(336)가 결합되는 가압모듈용 볼 부쉬(344)를 포함한다.
가압모듈용 지지 플레이트(342)에는 클램핑용 가압 구동부(346)가 연결된다. 이러한 가압모듈용 지지 플레이트(342)는 척킹모듈(121)에 지지된다.
가압모듈용 볼 부쉬(344)는 가압모듈용 가이드 샤프트(343)에 슬라이딩 이동가능하게 연결된다. 이러한 가압모듈용 볼 부쉬(344)에는 접촉부용 프레임부(336)가 결합된다. 본 실시예의 가압모듈용 볼 부쉬(344)에는 가압모듈용 가이드 샤프트(343)가 관통되는 관통구(미도시)가 형성되며, 관통구의 내벽에는 복수의 볼(ball) 회전체(미도시)가 회전가능하게 결합된다.
클램핑용 가압 구동부(346)는 가압모듈용 가이드 프레임부(341)에 지지된다. 이러한 클램핑용 가압 구동부(346)는 접촉부용 프레임부(336)에 연결되어 접촉부용 프레임부(336)를 이동시킨다.
클램핑용 가압 구동부(346)는, 접촉부용 프레임부(336) 프레임부에 결합되는 가압모듈용 이동너트(347)와, 가압모듈용 이동너트(347)에 치합되는 가압모듈용 볼 스크류(348)와, 가압모듈용 볼 스크류(348)를 회전시키는 가압모듈용 구동모터(349)를 포함한다. 가압모듈용 구동모터(349)는 대기압 박스부(AB)의 내부에 배치된다.
한편, 기판이 디태치 겸용 클램핑유닛(300)에 클램핑된 상태의 경우 도 11(b)에 도시된 바와 같이 기판 중앙영역에 처짐이 발생되는데, 이러한 상태에서 척킹모듈(121)을 반전시키며 기판의 중앙영역이 척킹모듈(121)을 향하여 처지게 되고, 이러한 처짐은 도 11(b)의 기판의 처짐과 반대방향이다. 즉, 척킹모듈(121)의 반전과 함께 기판의 중앙영역의 처짐도 같이 반전되므로 이러한 기판의 처짐방향이 바뀌는 과정에서 기판에 충격이 발생되고 이에 의해 기판이 파손될 수 있다.
따라서 본 실시예의 중앙영역 지지유닛(400)은, 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판의 중앙영역을 지지함으로써, 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판의 중앙영역의 처짐방향이 변경되는 것을 방지한다.
이러한 중앙영역 지지유닛(400)은 척킹모듈(121)에 지지된다. 본 실시예의 중앙영역 지지유닛(400)은, 기판을 지지하는 중앙영역 지지모듈(410)과, 중앙영역 지지모듈(410)에 연결되며 중앙영역 지지모듈(410)을 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 지지모듈용 이동모듈(420)을 포함한다.
중앙영역 지지모듈(410)은 기판을 지지한다. 이러한 중앙영역 지지모듈(410)은, 기판에 접촉되는 중앙영역 지지부(411)와, 중앙영역 지지부(411)가 결합되며 지지모듈용 이동모듈(420)에 연결되는 지지부용 프레임부(415)를 포함한다. 지지부용 프레임부(415)는 척킹모듈(121)에 상대이동 가능하게 연결된다.
본 실시예에서 중앙영역 지지부(411)는 다수개로 마련되어 상호 이격되어 배치된다. 이러한 중앙영역 지지부(411)들은, 기판 중앙영역의 처짐 형상에 대응되도록, 지지부용 프레임부(415)를 기준으로 하여 기판의 중앙영역에서 기판의 가장자리 영역으로 갈수록 길이가 작아지는 형상으로 마련된다.
즉 도 8에 도시된 바와 같이, 기판의 중앙에 가장 근접하게 위치되는 가운데의 중앙영역 지지부(411)의 길이가 가장 길고 가운데의 중앙영역 지지부(411)의 양 옆에 위치되는 중앙영역 지지부의 중앙영역 지지부(411) 길이는 가운데의 중앙영역 지지부(411)의 길이보다 작게 마련된다.
이러한 중앙영역 지지부(411)는, 지지부용 프레임부(415)에 결합되는 지지부 몸체(412)와, 지지부 몸체(412)에 결합되며 기판에 접촉되는 지지핀(413)을 포함한다.
지지핀(413)은, 지지부 몸체(412)에 결합되며 기판에 접촉된다. 이러한 지지핀(413)과 기판의 접촉 시 기판에 인가되는 충격이 최소화될 수 있도록, 지지핀(413)의 선단부 또는 지지핀(413) 전체는 수지재질로 마련된다.
지지모듈용 이동모듈(420)은 중앙영역 지지모듈(410)에 연결된다. 이러한 지지모듈용 이동모듈(420)은 중앙영역 지지모듈(410)을 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시킨다.
본 실시예에서 지지모듈용 이동모듈(420)은, 지지부용 프레임부(415)가 연결되며 지지부용 프레임부(415)의 이동을 안내하는 이동모듈용 가이드 프레임부(421)와, 이동모듈용 가이드 프레임부(421)에 지지되며 지지부용 프레임부(415)에 연결되어 지지부용 프레임부(415)를 이동시키는 지지부용 구동부(426)를 포함한다.
이동모듈용 가이드 프레임부(421)에는 지지부용 프레임부(415)가 연결된다. 이러한 이동모듈용 가이드 프레임부(421)는 지지부용 프레임부(415)의 이동을 안내한다.
본 실시예에 따른 이동모듈용 가이드 프레임부(421)는, 지지부용 구동부(426)가 연결되는 이동모듈용 지지 플레이트(422)와, 이동모듈용 지지 플레이트(422)에 결합되는 이동모듈용 가이드 샤프트(423)와, 이동모듈용 가이드 샤프트(423)에 슬라이딩 이동가능하게 연결되며 지지부용 프레임부(415)가 결합되는 이동모듈용 볼 부쉬(424)를 포함한다.
이동모듈용 지지 플레이트(422)에는 지지부용 구동부(426)가 연결된다. 이러한 이동모듈용 지지 플레이트(422)는 척킹모듈(121)에 지지되어 고정된다.
이동모듈용 볼 부쉬(424)는 이동모듈용 가이드 샤프트(423)에 슬라이딩 이동가능하게 연결된다. 이러한 이동모듈용 볼 부쉬(424)에는 지지부용 프레임부(415)가 결합된다. 본 실시예의 이동모듈용 볼 부쉬(424)에는 이동모듈용 가이드 샤프트(423)가 관통되는 관통구(미도시)가 형성되며, 관통구의 내벽에는 복수의 볼(ball) 회전체(미도시)가 회전가능하게 결합된다.
지지부용 구동부(426)는 이동모듈용 가이드 프레임부(421)에 지지된다. 이러한 지지부용 구동부(426)는 지지부용 프레임부(415)에 연결되어 지지부용 프레임부(415)를 이동시킨다.
지지부용 구동부(426)는, 지지부용 프레임부(415)에 결합되는 지지부용 이동너트(427)와, 지지부용 이동너트(427)에 치합되는 지지부용 볼 스크류(428)와, 지지부용 볼 스크류(428)를 회전시키는 지지부용 구동모터(429)를 포함한다. 지지부용 구동모터(429)는 대기압 박스부(AB)의 내부에 배치된다.
한편, 본 실시예의 경우 척킹모듈(121)에 기판을 어태치하는 과정에서 플립유닛(200)에 의해 척킹모듈(121)은, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 360도 회전되는데, 360도 회전된 척킹모듈(121)은 기준위치에 정위치되어야 한다.
여기서, 기준위치란 척킹모듈(121)이 기울어지지 않고 수평을 이루는 위치를 말한다. 만약 척킹모듈(121)이 수평을 이루지 않고 매우 작은 각도라도 기울어진 경우, 척킹모듈(121)에 어태치된 기판이 기울어진 상태에서 에칭공정이 수행되므로 에칭 공정에 불량이 발생된다.(에칭 공정은 매우 정밀한 공정이므로 기판의 수평상태로 이루지 못한 상태에서 에칭 공정을 수행할 경우 에칭 불량이 발생됨)
물론, 이러한 척킹모듈(121)을 기준위치에 정확하게 위치시키기 위해 상술한 중심축용 엔코더(230)가 사용되지만, 중심축용 엔코더(230)에 오류가 발생될 수도 있고 스테이지유닛(120)의 이동과정에서 흔들림에 의해 척킹모듈(121)에 미세하게라도 기울어질 수 있으므로, 본 실시예의 포지셔닝유닛(500)이 사용된다.
이러한 포지셔닝유닛(500)은, 스테이지유닛(120)에 지지되며, 척킹모듈(121)에 연결되어 척킹모듈(121)을 기준위치에 정위치시킨다.
본 실시예의 포지셔닝유닛(500)은, 스테이지유닛(120)의 이동과정에서도 계속적으로 척킹모듈(121)의 정위치가 유지될 수 있도록, 척킹모듈(121)을 가압하여 척킹모듈(121)을 정위치시키는 가압형 포지셔닝유닛(500)으로 이루어진다.
이러한 가압형 포지셔닝유닛(500)은, 척킹모듈(121)의 외측벽에서 돌출되어 마련되된 기준위치 유도부(122)에 연결되어 척킹모듈(121)을 가압한다.
이러한 기준위치 유도부(122)는, 상측으로 갈수록 길이가 작아지는 형상으로 마련되는 상부 경사측벽(123)과, 상부 경사측벽(123)과 연결되며 하측으로 갈수록 길이가 작아지는 형상으로 마련되는 하부 경사측벽(124)을 포함한다.
이러한 상부 경사측벽(123)과 하부 경사측벽(124)은, 기준위치 유도부(122)의 중앙부를 기준으로 하여 상하방향으로 대칭되는 형상으로 마련된다.
도 10에 도시된 바와 같이 본 실시예의 기준위치 유도부(122)는, 삼각형 형상으로 마련되는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며 본 실시예의 기준위치 유도부(122)는 상부 경사측벽(123)과 하부 경사측벽(124)을 구비하는 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
가압형 포지셔닝유닛(500)은, 상부 경사측벽(123)과 하부 경사측벽(124)에 연결되는 포지셔닝용 가압부(510)와, 포지셔닝용 가압부(510)에 연결되며 포지셔닝용 가압부(510)를 기준위치 유도부(122)(122)에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 포지셔닝용 가압 구동부(520)를 포함한다,
포지셔닝용 가압부(510)는, 상부 경사측벽(123)과 하부 경사측벽(124)에 연결되어 척킹모듈(121)을 가압한다. 아러한 포지셔닝용 가압부(510)는, 상부 경사측벽(123)에 접촉되는 상부 롤러(511)와, 하부 경사측벽(124)에 접촉되는 하부 롤러(512)와, 상부 롤러(511) 및 하부 롤러(512)가 회전 가능하게 결합되며 포지셔닝용 가압 구동부(520)에 연결되는 롤러 브라켓(513)을 포함한다.
상부 롤러(511)와 하부 롤러(512)는, 기준위치 유도부(122)의 중앙부를 기준으로 하여 상하방향으로 대칭되게 배치된다.
상술한 바와 같이 상부 경사측벽(123)과 하부 경사측벽(124)이 기준위치 유도부(122)의 중앙부를 기준으로 하여 상하방향으로 대칭되는 형상으로 마련되고, 상부 롤러(511)와 하부 롤러(512)가 기준위치 유도부(122)의 중앙부를 기준으로 하여 상하방향으로 대칭되게 배치됨으로써, 척킹모듈(121)이 기준위치(수평을 이루는 위치)에 위치하지 않더라도 포지셔닝용 가압부(510)의 가압에 의해 척킹모듈(121)이 회전되어 척킹모듈(121)이 기준위치를 이룰 수 있다.(즉, 상부 롤러(511) 및 하부 롤러(512)가 기준위치에 위치되지 못하고 미세하게 플립 중심축(210)을 중심으로 하여 회전된 기준위치 유도부(122)의 상부 경사측벽(123) 또는 하부 경사측벽(124)을 가압하여 척킹모듈(121)을 기준위치로 회전시킴)
포지셔닝용 가압 구동부(520)는 포지셔닝용 가압부(510)에 연결되며 포지셔닝용 가압부(510)를 기준위치 유도부(122)에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시킨다.
이러한 포지셔닝용 가압 구동부(520)는, 스테이지유닛(120)에 고정되는 가압 실린더 본체(511)와, 가압 실린더 본체(511)에 상대이동 가능하게 연결되며 포지셔닝용 가압부(510)가 결합되는 실린더 로드(512)와, 가압 실린더 본체(511)와 실린더 로드(512)에 연결되며 가압 실린더 본체(511)와 실린더 로드(512)가 연결되는 영역을 차폐하는 벨로우즈관(513)을 포함한다.
가압 실린더 본체(511)는 스테이지유닛(120)에 고정되며 기준위치 유도부(122)에 대향되는 방향으로 배치된다.
실린더 로드(512)는 가압 실린더 본체(511)에 상대이동 가능하게 연결된다. 실린더 로드(512)에는 롤러 브라켓(513)이 결합된다.
이러한 실린더 로드(512)는 전진 및 후진되는데, 실린더 로드(512)가 가압 실린더 본체(511)에 대해 상대이동 되는 길이는 척킹모듈(121)이 기준위치를 이룰 때의 거리이다. 즉, 척킹모듈(121)이 기준위치를 이룰 때에 가압 실린더 본체(511)에서 상대이동된 실린더 로드(512)의 전진 거리를 미리 확인한 후, 확인된 거리만큼 실린더 로드(512)를 전진시켜 기준위치에서 미세하게 벗어난 척킹모듈(121)을 가압하여 회전시킴으로써 척킹모듈(121)이 기준위치에 정위치 되도록 한다.
벨로우즈관(513)은 일단부가 가압 실린더 본체(511)에 연결되고 타단부가 와 실린더 로드(512)에 연결된다. 이러한 벨로우즈관(513)은 길이가 신축가능한 형상으로 마련되어 실린더 로드(512)의 이동과정에서 가압 실린더 본체(511)와 실린더 로드(512)가 연결되는 영역을 차폐한다.
상술한 바와 같이 진공 챔버(110)의 내부는 진공 분위기이므로, 가압 실린더 본체(511)의 내부가 진공 분위기에 노출되지 않도록 벨로우즈관(513)이 가압 실린더 본체(511)와 실린더 로드(512)가 연결되는 영역을 차폐한다.
본 실시예에서 척킹모듈(121)의 양측 측벽(반대편 측벽) 각각에 기준위치 유도부(122)가 마련되고, 가압형 포지셔닝유닛(500)이 한 쌍으로 마련되어 각각의 기준위치 유도부(122)를 가압하는 구조로 구성될 수도 있다.
한편, 스테이지 이동유닛(150)은 스테이지유닛(120)에 연결되며 스테이지유닛(120)을 이동시킨다. 스테이지 이동유닛(150)은 스테이지유닛(120)을 지지하며 스테이지유닛(120)을 이동시킨다. 본 실시예에서 스테이지 이동유닛(150)은 리니어모터 방식으로 스테이지유닛(120)을 이동시킨다.
이러한 스테이지 이동유닛(150)은, 스테이지유닛(120)에 연결되며 스테이지유닛(120)의 이동을 안내하는 가이드레일(미도시)과, 전자기력에 의해 스테이지유닛(120)을 이동시키는 구동부(미도시)를 포함한다. 여기서 구동부(미도시)는 스테이지유닛(120)에 마련되는 제1 자성체(미도시)에 상호 작용하여 스테이지유닛(120)에 전자기력에 의한 추진력을 발생시키도록 가이드레일(미도시)의 길이방향을 따라 배치되는 제2 자성체(미도시)를 포함한다.
여기서 제1 자성체는 영구자석으로 마련되고 제2 자성체는 전자석으로 마련된다.
한편 레이저유닛(160)은, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되며 진공 챔버(110)에 마련되는 제1 챔버 윈도우(111)를 통해 진공 챔버(110) 내의 기판으로 레이저 빔(Laser Beam)을 조사(照射, irradiation)하여 에칭 공정을 수행한다.
레이저유닛(160)은 제1 챔버 윈도우(111)를 통해 진공 챔버(110) 내의 기판으로 레이저 빔을 조사하여 에칭 공정을 진행시키는 역할을 한다. 본 실시예에서 레이저유닛(160)은 진공 챔버(110)의 외부, 즉 하부 영역에 배치된다. 진공 챔버(110)의 내부는 진공이 형성되기 때문에 기판 외의 구성들이 진공 챔버(110)의 내부에 배치되는 것은 바람직하지 않다.
따라서 레이저유닛(160)은 진공 챔버(110)의 하부 영역에 배치되고, 그 위치에서 제1 챔버 윈도우(111)를 통해 기판으로 레이저 빔을 조사하여 에칭 공정을 수행한다.
이때, 레이저유닛(160)이 기판의 하부 영역에 배치되기 때문에 레이저유닛(160)으로부터 발진된 레이저 빔은 기판의 하부로 조사할 수 있고, 이에 따라 기판의 하부 표면 상에 증착된 불필요한 부분이 에칭되며, 에칭과정에서 파티클이 제1 챔버 윈도우(111) 쪽으로 낙하될 수 있다.
본 실시예에서 레이저유닛(160)은 다수개로 마련되며, 다수개의 레이저유닛(160) 각각이 각각의 제1 챔버 윈도우(111)들을 통해 에칭 작업을 동시에 수행할 수 있고, 그에 따라 종래기술에 비해 넓은 영역에서 에칭 작업이 수행되므로 파티클이 비산되는 범위가 넓어진다. 따라서 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 기판과 제1 챔버 윈도우(111) 사이에 배치되며, 레이저유닛(160)에 의한 에칭 공정 시 기판에서 분리되는 파티클을 포집하는 파티클 포집유닛(미도시)을 구비한다.
한편, 에칭의 균일성을 위해 레이저유닛(160)에서 방출되는 레이저 빔의 출력이 일정해야한다. 따라서 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는 레이저 빔의 출력을 실시간으로 모니터링할 수 있는 레이저출력 측정유닛(S)을 구비한다.
이러한 레이저출력 측정유닛(S)은, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되며, 진공 챔버(110)에 마련되는 제2 챔버 윈도우(112)를 통해 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔을 전달받아 레이저 빔의 출력을 측정한다.
본 실시예에서 레이저출력 측정유닛(S)에는, 레이저 광원 등으로부터 출사된 레이저 빔을 전달받아 이를 전기신호로 변환하여 표시하는 레이저 파워 미터(Laser power meters)가 사용된다.
상술한 바와 같이 진공 챔버(110)의 내부는 진공 분위기로 형성되기 때문에 기판 외의 구성들이 진공 챔버(110)의 내부에 배치되는 것은 바람직하지 않으므로 레이저출력 측정유닛(S)은 진공 챔버(110)의 상부 영역에 배치되고, 그 위치에서 제2 챔버 윈도우(112)를 통해 진공 챔버(110)의 내부를 통과한 레이저 빔을 전달받는다.
본 실시예에서 레이저유닛(160)은 다수개로 마련되며, 각각의 레이저출력 측정유닛(S)은 각각의 제2 챔버 윈도우(112)들을 통과한 레이저 빔의 출력을 측정한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 레이저출력 측정유닛(S)이 제2 챔버 윈도우(112)를 통해 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔을 전달받아 전달된 레이저 빔의 출력을 측정함으로써, 가공 영역인 진공 챔버(110) 내에서의 레이저 빔의 출력을 모니터링할 수 있어 기기 오작동 여부를 인식할 수 있고 불량품 발생을 방지할 수 있다.
한편, 에칭 공정의 수행 시 기판의 평탄도, 얼라인 등에 의해 레이저유닛(160)이 기판을 향해 레이저 빔을 방출하는 각도가 달라질 수 있다. 따라서 진공 챔버(110)의 하부 영역 배치된 레이저유닛(160)의 레이저 빔 방출각도에 따라 레이저 빔이 진공 챔버(110)의 상부 영역에 배치되는 레이저출력 측정유닛(S)에 용이하게 도달되지 못할 수도 있다.
그러므로 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 스테이지유닛(120)에 지지되며 레이저유닛(160)에서 방출된 레이저 빔을 레이저출력 측정유닛(S)으로 전달하는 빔 전달유닛(미도시)을 더 포함한다.
또한, 상술한 바와 같이 기판의 에칭 작업은 진공 챔버(110)의 내부에서 수행되고, 레이저유닛(160)에서 발진된 레이저 빔은 기판이 배치되는 높이에 포커싱된다. 그런데 기판 위치에 포커싱되도록 설정된 레이저 빔이 레이저출력 측정유닛(S)을 직접 조사하는 경우, 진공 챔버(110)의 상부 영역에 배치되는 레이저출력 측정유닛(S)과 진공 챔버(110) 내부에 배치되는 기판과의 위치 차이에 의해 레이저출력 측정유닛(S)을 조사하는 레이저 빔은 레이저출력 측정유닛(S)에 포커싱될 수 없으며, 그에 따라 레이저출력 측정유닛(S)에서 측정되는 레이저 빔의 출력은 기판에 조사되는 레이저 빔의 출력과 다를 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 빔 전달유닛(미도시)은, 레이저 빔을 레이저출력 측정유닛(S)에 집속하는 집속모듈(미도시)을 포함한다.
집속모듈(미도시)은, 레이저출력 측정유닛(S)에 도달되는 레이저 빔의 경로가 기판에 도달되는 레이저 빔의 경로보다 늘어나서 레이저출력 측정유닛(S)에 도달된 레이저 빔이 레이저출력 측정유닛(S)에 포커싱되지 않는 것을 방지한다. 즉 집속모듈(미도시)은, 레이저유닛(160)에서 발진된 레이저 빔을 집속하여 레이저출력 측정유닛(S)에 제공한다. 집속모듈(미도시)에는 레이저 빔을 반사하는 다수개의 미러부(미도시)가 마련될 수 있다.
이하에서 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치의 동작을 도 3 내지 도 12을 참고하여 도 10 내지 도 12를 위주로 설명한다.
기판이 로봇 암(미도시) 등에 의해 진공 챔버(110)의 내부로 로딩된다. 로봇 암의 기동 또는 스테이지유닛(120)의 이동에 의해 기판이 척킹모듈(121)과 클램핑 홀더부(311) 사이에 배치된 후 로봇 암이 스테이지유닛(120)과의 간섭을 회피하며 기동하여 기판을 도 11(a)에 도시된 바와 같이 클램핑 홀더부(311)에 전달한다. 이때 대면적 기판의 경우 도 11(a)에 도시된 바와 같이 기판의 중앙영역에 처짐이 발생된다.
이후, 도 11(b)에 도시된 바와 같이 접촉핀(333)이 기판을 클램핑 홀더부(311)로 가압하여 기판을 클램핑한다.
이때, 중앙영역 지지유닛(400)의 지지핀(413)이 기판쪽으로 이동되고, 이동된 지지핀(413)이 기판에 접촉되어 기판을 지지한다.
다음, 도 12(a)에 도시된 바와 같이 플립유닛(200)에 의해 척킹모듈(121)이 180도 반전된다. 이후, 중앙영역 지지유닛(400)의 지지핀(413)이 기판에서 이격되는 방향(도 12(a)의 아래쪽 방향)으로 이동된다. 이러한 지지핀(413)의 이동과 함께 접촉핀(333)도 기판에서 이격되는 방향(도 12(a)의 아래쪽 방향)으로 이동된다.
이러한 지지핀(413) 및 접촉핀(333)의 이동에 의해 기판은 척킹모듈(121)을 향해 하강하여 도 12(b)와 같이 기판이 척킹모듈(121)에 밀착된다. 도 12(b)에 도시된 바와 같이 척킹모듈(121)의 반전에 의해 기판이 척킹모듈(121)의 상부에 위치되므로 척킹모듈(121)에 밀착된 기판에 처짐이 발생될 수 없고, 그에 따라 기판은 척킹모듈(121)에 완전하게 어태치된다.
이후, 척킹모듈(121)의 재반전에 의해 도 12(c)에 도시된 바와 같이 기판이 다시 아래쪽을 향하는 방향으로 배치된다. 이 경우 상술한 도 12(c)에서 기판은 척킹모듈(121)에 완전하게 부착된 상태이므로, 척킹모듈(121)이 재반전되더라도 기판의 중앙영역에 처짐이 발생되지 않는다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 척킹모듈(121)을 플립(flip)하는 플립유닛(200)을 구비함으로써, 대면적 기판의 척킹 시 기판의 중앙영역에 발생된 처짐을 척킹모듈(121)의 플립을 통해 제거할 수 있고, 그에 따라 대면적의 기판을 척킹모듈(121)에 용이하게 부착시킬 수 있다.
한편, 12(c)와 같이 재반전된 척킹모듈(121)은 기준위치에 정위치 되어야 한다. 상술한 바와 같이 기준위치란 척킹모듈(121)이 기울어지지 않고 수평을 이루는 위치를 말한다. 만약 척킹모듈(121)이 수평을 이루지 않고 기울어진 상태에서 에칭 공정이 수행되는 경우 에칭 불량이 발생된다.
따라서 본 실시예의 가압형 포지셔닝유닛(500)이 척킹모듈(121)의 기준위치 유도부(122)를 가압하여 척킹모듈(121)을 정위치시킨다.
본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치 상부 경사측벽(123)과 하부 경사측벽(124)이 기준위치 유도부(122)의 중앙부를 기준으로 하여 상하방향으로 대칭되는 형상으로 마련되고, 상부 롤러(511)와 하부 롤러(512)가 기준위치 유도부(122)의 중앙부를 기준으로 하여 상하방향으로 대칭되게 배치됨으로써, 척킹모듈(121)이 기준위치(수평을 이루는 위치)에 위치하지 않더라도 포지셔닝용 가압부(510)의 가압에 의해 척킹모듈(121)이 회전되어 척킹모듈(121)이 기준위치를 이룰 수 있다.
척킹모듈(121)이 기준위치에 정위치된 후, 스테이지 이동유닛(150)에 의해 스테이지유닛(120)이 이동되며 에칭작업이 수행된다.
에칭 공정 등의 완료 후 기판을 척킹모듈(121)에서 분리해야 할 경우, 척킹모듈(121)의 척킹기능 해제와 함께 접촉핀(333)이 기판을 가압하여 척킹모듈(121)에서 디태치한다.
즉, 척킹모듈(121)이 척킹기능을 해제하더라도 잔류 정전기에 의해 기판에 척킹모듈(121)에서 이탈되지 않을 수 있는데, 이러한 경우 접촉핀(333)이 기판을 척킹모듈(121)에서 이격되는 방향으로 가압하여 기판을 척킹모듈(121)에서 용이하게 디태치시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 척킹모듈(121)을 플립하는 플립유닛(200)을 구비함으로써 척킹모듈(121)의 플립을 통해 기판의 중앙영역에 발생된 처짐을 제거할 수 있으며, 기판의 가장자리 영역을 클램핑하는 디태치 겸용 클램핑유닛(300)을 구비함으로써 척킹모듈(121)의 플립과정에서 기판의 추락을 방지할 수 있으며, 처짐이 발생된 기판의 중앙영역을 지지하는 중앙영역 지지유닛(400)을 구비함으로써 척킹모듈(121)의 플립에 의해 기판의 중앙영역에 발생된 처짐이 제거되는 과정에서 처짐 방향 변화에 의해 유발되는 충격에 의해 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
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.
110: 진공 챔버 111: 제1 챔버 윈도우
112: 제2 챔버 윈도우 113: 챔버 윈도우 보호부
120: 스테이지유닛 121: 척킹모듈
122: 기준위치 유도부 123: 상부 경사측벽
124: 하부 경사측벽 150: 스테이지 이동유닛
160: 레이저유닛 200: 플립유닛
210: 플립 중심축 220: 플립 구동부
221: 회전용 구동모터 230: 중심축용 엔코더
300: 디태치 겸용 클램핑유닛 310: 클램핑용 지지모듈
311: 클램핑 홀더부 312: 홀더부용 브라켓부
320: 클램핑용 가압모듈 330: 클램핑용 가압부
331: 가압용 접촉부 332: 접촉부 몸체
333: 접촉핀 334: 탄성체
336: 접촉부용 프레임부 340: 가압모듈용 구동부
341: 가압모듈용 가이드 프레임부
342: 가압모듈용 지지 플레이트
343: 가압모듈용 가이드 샤프트
344: 가압모듈용 볼 부쉬 346: 클램핑용 가압 구동부
347: 가압모듈용 이동너트 348: 가압모듈용 볼 스크류
349: 가압모듈용 구동모터 400: 중앙영역 지지유닛
410: 중앙영역 지지모듈 411: 중앙영역 지지부
412: 지지부 몸체 413: 지지핀
415: 지지부용 프레임부 420: 지지모듈용 이동모듈
421: 이동모듈용 가이드 프레임부
422: 이동모듈용 지지 플레이트
423: 이동모듈용 가이드 샤프트
424: 이동모듈용 볼 부쉬 426: 지지부용 구동부
427: 지지부용 이동너트 428: 지지부용 볼 스크류
429: 지지부용 구동모터 500: 포지셔닝유닛
510: 포지셔닝용 가압부 511: 상부 롤러
512: 하부 롤러 513: 롤러 브라켓
520: 포지셔닝용 가압 구동부 511: 가압 실린더 본체
512: 실린더 로드 513: 벨로우즈관
150: 스테이지 이동유닛 160: 레이저유닛
G: 기판 S: 레이저출력 측정유닛
AB: 대기압 박스부

Claims (18)

  1. 기판에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버의 내부에 배치되며, 상기 진공 챔버의 내부로 로딩된 기판을 어태치(attach)하는 척킹모듈을 구비하는 스테이지유닛;
    상기 스테이지유닛에 지지되며, 상기 척킹모듈을 플립(flip)하는 플립유닛;
    상기 척킹모듈에 지지되며, 상기 기판의 가장자리 영역을 클램핑하는 클램핑유닛; 및
    상기 척킹모듈에 지지되며, 상기 척킹모듈의 플립과정에서 상기 기판의 중앙영역을 지지하는 중앙영역 지지유닛을 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플립유닛은,
    상기 척킹모듈에 결합되는 플립 중심축; 및
    상기 플립 중심축에 연결되며, 상기 플립 중심축을 회전시키는 플립 구동부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플립유닛은,
    상기 플립 중심축에 연결되며, 상기 플립 중심축의 회전각도를 인식하는 중심축용 엔코더를 더 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중앙영역 지지유닛은,
    상기 기판을 지지하는 중앙영역 지지모듈; 및
    상기 중앙영역 지지모듈에 연결되며, 상기 중앙영역 지지모듈을 상기 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 지지모듈용 이동모듈을 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중앙영역 지지모듈은,
    상기 기판에 접촉되는 중앙영역 지지부; 및
    상기 중앙영역 지지부가 결합되며, 상기 지지모듈용 이동모듈에 연결되는 지지부용 프레임부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중앙영역 지지부는,
    상기 지지부용 프레임부에 결합되는 지지부 몸체; 및
    상기 지지부 몸체에 결합되며, 상기 기판에 접촉되는 지지핀을 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 중앙영역 지지부는 다수개로 마련되어 상호 이격되어 배치되며,
    상기 중앙영역 지지부들은, 상기 지지부용 프레임부를 기준으로 하여 상기 기판의 중앙영역에서 상기 기판의 가장자리 영역으로 갈수록 길이가 작아지는 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 하향식 기판 에칭장치.
  8. 제5항에 있어서
    상기 지지모듈용 이동모듈은,
    상기 지지부용 프레임부가 연결되며, 상기 지지부용 프레임부의 이동을 안내하는 이동모듈용 가이드 프레임부; 및
    상기 이동모듈용 가이드 프레임부에 지지되며, 상기 지지부용 프레임부에 연결되어 상기 지지부용 프레임부를 이동시키는 지지부용 구동부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이동모듈용 가이드 프레임부는,
    상기 지지부용 구동부가 연결되는 이동모듈용 지지 플레이트;
    상기 이동모듈용 지지 플레이트에 결합되는 이동모듈용 가이드 샤프트; 및
    상기 이동모듈용 가이드 샤프트에 슬라이딩 이동가능하게 연결되며, 상기 지지부용 프레임부가 결합되는 이동모듈용 볼 부쉬를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 지지부용 구동부는,
    상기 지지부용 프레임부에 결합되는 지지부용 이동너트;
    상기 지지부용 이동너트에 치합되는 지지부용 볼 스크류; 및
    상기 지지부용 볼 스크류를 회전시키는 지지부용 구동모터를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑유닛은,
    상기 척킹모듈에 어태치된 상기 기판을 가압하여 상기 기판을 척킹모듈에서 디태치(detach)하는 디태치 겸용 클램핑유닛을 포함하며,
    상기 디태치 겸용 클램핑유닛은,
    상기 기판을 지지하는 클램핑용 지지모듈; 및
    상기 기판을 클램핑용 지지모듈로 가압하는 클램핑용 가압모듈을 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 클램핑용 가압모듈은,
    상기 기판에 연결되어 상기 기판을 가압하는 클램핑용 가압부; 및
    상기 클램핑용 가압부에 연결되며, 상기 클램핑용 가압부를 상기 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 가압모듈용 구동부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 클램핑용 가압부는,
    상기 기판에 접촉되는 가압용 접촉부; 및
    상기 가압용 접촉부가 연결되며, 상기 가압모듈용 구동부에 연결되는 접촉부용 프레임부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가압용 접촉부는,
    상기 접촉부용 프레임부에 상대이동 가능하게 결합되는 접촉부 몸체;
    상기 접촉부 몸체에 결합되며, 상기 기판에 접촉되는 접촉핀; 및
    상기 접촉부용 프레임부에 지지되며, 상기 접촉부 몸체에 연결되어 상기 접촉부 몸체를 상기 기판 방향으로 탄성바이어스하는 탄성체를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 가압모듈용 구동부는,
    상기 접촉부용 프레임부가 연결되며, 상기 접촉부용 프레임부의 이동을 안내하는 가압모듈용 가이드 프레임부; 및
    상기 가압모듈용 가이드 프레임부에 지지되며, 상기 접촉부용 프레임부에 연결되어 상기 접촉부용 프레임부를 이동시키는 클램핑용 가압 구동부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가압모듈용 가이드 프레임부는,
    상기 클램핑용 가압 구동부가 연결되는 가압모듈용 지지 플레이트;
    상기 가압모듈용 지지 플레이트에 결합되는 가압모듈용 가이드 샤프트; 및
    상기 가압모듈용 가이드 샤프트에 슬라이딩 이동가능하게 연결되며, 상기 접촉부용 프레임부가 결합되는 가압모듈용 볼 부쉬를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 클램핑용 가압 구동부는,
    상기 지지부용 프레임부에 결합되는 가압모듈용 이동너트;
    상기 가압모듈용 이동너트에 치합되는 가압모듈용 볼 스크류; 및
    상기 가압모듈용 볼 스크류를 회전시키는 가압모듈용 구동모터를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 클램핑용 지지모듈은,
    상기 척킹모듈에 대하여 미리 결정된 간격만큼 이격되어 배치되며, 상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 지지하는 클램핑 홀더부; 및
    상기 클램핑 홀더부를 지지하며, 상기 척킹모듈에 연결되는 홀더부용 브라켓부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
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