KR20190036415A - 스위칭 마그넷을 이용한 기판홀딩부 슬립방지 시스템 - Google Patents

스위칭 마그넷을 이용한 기판홀딩부 슬립방지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 척 플레이트가 마스크 프레임으로부터 미끄러지는 현상(슬립)을 방지하기 위한 것으로, 특히 얼라인먼트 정밀도를 만족시킬 수 있으며 슬립이 전혀 일어나지 않도록 할 수 있는 새로운 타입의 슬립방지 시스템을 구현하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 스위칭 마그넷 모듈을 척플레이트 소정의 위치에 배치하여 이송 전에 척플레이트를 마스크 프레임과 자력으로 결합해주는 슬립 방지 시스템을 제공한다.

Description

스위칭 마그넷을 이용한 기판홀딩부 슬립방지 시스템{AntiSlip System For Substrate Holder Using Switching Magnet}
본 발명은 반도체, 디스플레이 제조공정에 적용되는 기판을 붙잡아주는 척 플레이트가 마스크 프레임에 대해 미끄러지는 현상을 방지하는 기술에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 제조 공정에서 척플레이트(기판홀딩부)를 마스크 프레임 위에 얼라인먼트해서 올려 놓고 이송 시, 공정 과정에서 가속 또는 감속 단계를 거쳐야 한다. 이때, 가속 또는 감속에 의한 관성력에 의해서 척플레이트가 마스크 프레임 위에서 미끄러지는 슬립 현상이 있다. 척플레이트가 슬립하게 되면 개구부 위치가 바뀌면서 얼라인먼트가 맞지 않게 되거나, 기판 표면에 스크래치가 생기는 등 소자 및 패널 품질 저하의 원인이 된다. 이러한 슬립 현상을 방지할 목적으로 슬립방지 패드를 척플레이트와 마스크 프레임 접촉영역에 배치하여 마찰력이 작용하도록 하여 슬립을 감소시키지만 얼라인먼트에서 요구되는 정밀도가 보통 수백 마이크론 이하로 슬립에 의한 매우 미세한 척플레이트의 이동도 문제가 되고, 수백 마이크론 정도 슬립은 쉽게 발생할 수 있다. 대한민국 특허출원 제10-2016-0013193호는 기판과 척 플레이트, 마스크 간의 안정적인 고정을 위해 기구 적인 클램프를 제안한다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같이 척 플레이트가 마스크 프레임으로부터 미끄러지는 현상(슬립)을 방지하기 위한 것으로, 특히 얼라인먼트 정밀도를 만족시킬 수 있으며 슬립이 전혀 일어나지 않도록 할 수 있는 새로운 타입의 슬립방지 시스템을 구현하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 스위칭 마그넷 모듈을 척플레이트 소정의 위치에 배치하여 이송 전에 척플레이트를 마스크 프레임과 자력으로 결합해주는 슬립 방지 시스템을 제공한다.
즉, 본 발명은,
기판 이송을 위하여 기판을 척킹하는 척을 구비한 척 플레이트와 기판과 합착되는 마스크가 탑재된 마스크 프레임 사이에 발생 될 수 있는 슬립(미끄러짐) 현상을 방지하는 슬립방지 시스템으로서,
상기 척 플레이트에 하나 이상 배치된 스위칭 마그넷 모듈;을 구비하고, 상기 마스크 프레임은 자성체를 포함하고,
상기 스위칭 마그넷 모듈은 EPM(electro-permanent magnet) 또는 자속 전이(Flux transfer)형 마그넷 모듈 중 어느 하나이고, 전기신호에 의해 자력을 발생(ON)시켜 상기 척 플레이트와 상기 마스크 프레임이 자력으로 서로 당겨 슬립이 방지되는 것을 특징으로 하는 기판홀딩부 슬립 방지 시스템을 제공한다.
또한,
기판 이송을 위하여 기판을 척킹하는 척을 구비한 척 플레이트와 기판과 합착되는 마스크가 탑재된 마스크 프레임 사이에 발생 될 수 있는 슬립(미끄러짐) 현상을 방지하는 슬립방지 시스템으로서,
상기 마스크 프레임에 하나 이상 배치된 스위칭 마그넷 모듈; 및
상기 척 플레이트 중, 상기 스위칭 마그넷 모듈에 대응되는 위치에 배열된 연자성체;를 구비하고,
상기 스위칭 마그넷 모듈은 EPM(electro-permanent magnet) 또는 자속 전이(Flux transfer)형 마그넷 모듈 중 어느 하나이고, 전기신호에 의해 자력을 발생(ON)시켜 상기 척 플레이트와 상기 마스크 프레임이 자력으로 서로 당겨 슬립이 방지되는 것을 특징으로 하는 기판홀딩부 슬립 방지 시스템을 제공한다.
상기에 있어서, 상기 척 플레이트는, 금속의 슬립 방지 패드를 더 포함하고,
상기 슬립 방지 패드와 상기 스위칭 마그넷 모듈은 서로 간섭되지 않게 배열되는 것을 특징으로 하는 기판홀딩부 슬립 방지 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 스위칭 마그넷 모듈을 적용함으로써 척 플레이트와 마스크 프레임 사이에 자력을 작용시켜 척 플레이트가 마스크 프레임으로부터 미끄러지는 현상(슬립)을 방지하며, 이러한 스위칭 마그넷 모듈의 온/오프 조작은 전기적 신호를 일회적(디지털식)으로 인가하여 이루어지고, 또한 척플레이트가 마스크 프레임에 안착된 후에만 자력을 작용하고, 척플레이트를 마스크 프레임으로부터 분리 시에는 분리 전에 완전히 자력을 제거할 수 있어 매우 안정적으로 슬립방지를 이룰 수 있다. 특히, 본 발명의 슬립 방지 시스템은 얼라인먼트 정밀도를 만족시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술로 척 플레이트의 슬립을 방지하기 위하여 척 플레이트에 슬립방지 패드를 설치한 것을 보여주는 단면도와 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 척 플레이트와 마스크 프레임 간의 슬립을 방지할 수 있는 슬립방지용 마그넷이 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 적용된 스위칭 마그넷 모듈의 구성을 설명하는 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 슬립방지 마그넷 모듈의 배치예를 보여주는 평면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 기술로 척 플레이트(100)가 마스크 프레임(200)으로부터 슬립되는 것을 방지하기 위해 설치되는 슬립 방지 패드(350)의 적용에 대해 보여준다.
척플레이트(100)는 무게를 줄이기 위해 상대적으로 가벼운 알루미늄 합금 등을 사용하는데, 알루미늄은 강도가 약해 마모 및 파손에 취약하다. 따라서 강도가 높은 스테인레스스틸 등의 금속으로 슬립 방지 패드(350)를 만들어 척플레이트(100)에 삽입하며 마스크 프레임(20)과 접촉하도록 하였다. 도 1의 평면도에는 척 플레이트(100)의 가장자리, 즉, 마스크 프레임(200)과의 접촉부분을 따라 소정 간격으로 슬립 방지 패드(350)가 배열된 것이 나와있다.
척플레이트(100) 하중은 마스크 프레임(200) 표면에 접하는 슬립방지 패드(350)를 누르는 수직력으로 작용하여 척 플레이트(100)와 마스크 프레임(200)이 서로 미끄러지지 않도록 한다.
도 2에는 본 발명에 따라 기판 홀딩부인 척 플레이트 슬립 방지 시스템의 개략적인 구성이 나와있다. 기판(10)은 기판을 홀딩하는 척 플레이트(100)에 척킹 수단으로 척킹되어 마스크 프레임(200) 위에 탑재되어있으며, 척 플레이트(100)와 마스크 프레임(200)이 슬립되지 않도록 서로 인력을 미치게 하는 슬립방지용 마그넷 모듈(300)이 척 플레이트(100)에 설치되어 있다.
슬립방지용 마그넷 모듈(300)은 기판(10), 마스크 얼라인먼트 및 척플레이트(100)와 마스크 합착 직후에 온, 오프 전환 구동신호를 발생하는 전원부를 가동하여 자기장을 온 상태로 전환하고, 이에 따라 척플레이트(100) 접촉면이 마스크 프레임(200)에 강한 자력으로 밀착되는 힘을 받게 되어 이송 중 가속, 감속 상황에서도 척플레이트 슬립을 막게 된다.
공정 중 마스크 프레임(200)을 교체하기 위해 정지하거나, 모든 공정이 완료된 후에 마스크 프레임(200)을 척플레이트(100)로부터 분리하고자 할 때에 전원부를 가동하여 슬립방지용 마그넷 모듈(300)을 오프 상태로 전환해서, 척플레이트(100)와 마스크 프레임(200)이 분리 가능하도록 슬립방지용 마그넷 모듈(300)이 작용중인 자력을 해제한다.
슬립방지용 마그넷 모듈(300)은 EPM 방식 또는 플럭스 전이(Flux transfer) 방식으로 구현 가능하다. 여기에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
슬립방지용 마그넷 모듈(300)이 작용하는 총 자력은 대략 척플레이트(100)의 하중의 0.5배 이상이 되도록 한다. 그에 따라 마찰력이 50% 이상 증가하게 되므로 슬립 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 3에는 본 발명에 적용된 스위칭 마그넷 모듈의 구조에 대해 보여준다.
스위칭 마그넷 모듈에 대하여는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2017-0105132호스위칭 마그넷의 자력을 이용한 기판홀딩장치"에 잘 나와 있으며, 상기 건에 나와있는 스위칭 마그넷 모듈의 구성 및 동작원리는 본 발명에 그대로 적용되므로 참조되고 편입된다.
EPM은 기본적으로 두 개의 영구자석과 둘 중 하나의 영구자석(편의상 제1 영구자석이라 함)에 감긴 코일, 그리고, 자기장을 부착면으로 유도하기 위한 폴피이스들로 구성된다. 코일에 일시적으로 흐르는 전류(펄스 전류 이용)에 의해 제1 영구자석의 자화방향을 전환하며, 결과로 폴피이스 부착면으로 유도되는 자기장을 온, 또는 오프 한다. 폴피이스는 쉽게 자화, 탈자가 가능한 연성 자성(soft magnetic) 물질로 제작하고, 코일을 감은 제1 영구자석은 낮은 보자력을 가지는 AlNiCo 와 같은 물질을 사용하여 쉽게 자화방향 전환이 가능하도록 한다. 다른 하나의 영구자석(제2 영구자석이라 함)은 보자력이 훨씬 큰 Nd 자석을 사용한다.
상기와 같은 구조의 스위칭 마그넷 모듈을 척 플레이트(100)에 배치하고 여기에 전류 펄스를 인가하여 자력이 마스크 프레임(200)에 미치게 하면, 척 플레이트(100)와 마스크 프레임(200)은 서로 강한 인력으로 접합되어 슬립이 방지된다. 스위칭 마그넷 모듈을 EPM으로 구성하면, 온(ON) 상태에서는 영구자석 두 개의 자기장을 합쳐서 사용하므로 자력이 강해지고, 오프 상태에서는 영구자석 두 개의 자화 방향을 정반대로 만들어 상쇄시키므로 잔류 자력이 없도록 할 수 있는 것이 장점이다. 스위칭 마그넷 모듈의 온/오프는 코일에 전기적 신호를 줌으로써 이루어지며, 전기적 신호의 극성을 절환하여 이루어진다.
스위칭 마그넷 모듈의 자기장은 주변이 자성을 띠는 물질로 되어 있을 경우 온, 오프 동작에 영향을 받을 수 있으므로 척플레이트 바디는 알루미늄과 같은 비자성 물질로 제작함이 바람직하다.
슬립 방지 구조의 스위칭 마그넷 모듈로 사용할 수 있는 또 다른 변형 실시예는 자속 전이(Flux transfer) 원리를 활용한 스위칭 마그넷 모듈이다(도 3의 우측 그림). 이러한 변형 실시예에서 슬립 방지 장치의 기본적인 구성은 EPM 스위칭 마그넷 모듈로 적용한 경우와 동일하다.
Flux transfer 원리는 1963년 R.J. Radus가 처음 제안한 개념으로 영구자석의 마그네틱 플럭스 경로를 마그넷 회로의 변경에 의해 특정 방향으로 전환 가능하다는 원리이다. (Engineer's Digest, p86, 1963, Permanent magnet circuit using a flux transfer principle) Flux transfer 타입 마그넷 모듈은 기본적으로 단일 영구자석과 영구자석의 극에 부착되는 두 개의 폴피이스, 두 개의 폴피이스를 연결하여 부착되는 키퍼와 폴피이스 또는 키퍼 중 한군데 이상에 감긴 코일로 구성된다. 영구자석의 자기장은 코일에 전류를 흘려 키퍼를 통과하는 루프를 형성하거나, 키퍼 반대쪽 부착면에 부착 대상물을 통과하는 루프를 형성하도록 조정할 수 있다. 코일을 통해 일시적으로 형성된 자기장의 영향으로 영구자석의 자기장 경로가 바뀌고, 코일의 자기장이 사라진 후에도 영구자석의 자기장 경로가 바뀐 상태를 유지하는 자기회로의 특성을 이용한다. 자기장 루프의 상태는 1초 이하 매우 짧은 시간 동안의 전류 펄스 인가만으로도 두 상태 사이를 전환할 수 있고, 전환 후에는 전환된 상태를 유지한다.
상기와 같은 스위칭 마그넷 모듈(300)은 척 플레이트(100)에 배치되고 마스크 프레임(200)이 자성체로 구성되어 자력으로 슬립 방지를 이룰 수 있지만 그와 반대 배열도 있을 수 있다. 예를 들어, 스위칭 마그넷 모듈(300)을 마스크 프레임(200) 쪽에 마련한 공간에 삽입 배치하고 척플레이트(100) 쪽에는 마그넷 모듈(300)과 접촉하게 되는 영역에 연자성체 재질의 패드(미도시)를 배치하여 슬립방지 구조를 구현할 수도 있다. 척플레이트(100)와 마스크 프레임(200) 합착 시 마스크 프레임(200) 쪽에 배치된 스위칭 마그넷 모듈을 온(ON) 상태로 자기장 전환하면 척플레이트(100)에 배치한 연자성체 패드에 자력을 작용하여 슬립이 발생하지 않도록 고정할 수 있다. 또한, 마스크 프레임이 자성체가 아닐 경우, 스위칭 마그넷 모듈과 마주하는 부분에 별도로 자성체를 구비할 수 있다.
도 4에는 스위칭 마그넷 모듈(300)이 척 플레이트(100)에 소정 간격을 두고 배치된 상태(좌측)와 또 다른 실시예로 스위칭 마그넷 모듈(300)과 슬립 방지 패드(350)가 교대로 배치된 상태(우측)가 나와있다. 도 4의 우측 도면은 스위칭 마그넷 모듈(300)과 슬립 방지 패드(350)를 복합적으로 사용하여 슬립 방지 구조를 구성한 것이다. 슬립 방지 패드(350)의 배열은 슬립방지용 마그넷 모듈(300)의 위치와 서로 간섭되지 않게만 하면 되므로, 슬립 방지 패드(350)와 스위칭 마그넷 모듈의(300)의 복합적인 배치는 도면에 예시로 나타낸 것 이외에 다양하게 변형이 가능하다. 예를 들어, 스위칭 마그넷 모듈(300) 사이 마다 두 개의 슬립 방지 패드(350)를 배치하여 구성하는 것이 가능하다. 이렇게 스위칭 마그넷 모듈(300)의 자력과 슬립 방지 패드(350)의 미끄럼 방지 효과를 동시에 이용하여 슬립 방지 효과를 높일 수 있을 것이다.
이와 같이 하여 척 플레이트와 마스크 프레임의 슬립을 안정적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 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.
10: 기판
100: 척 플레이트
200: 마스크 프레임
300: 스위칭 마그넷 모듈
350: 슬립 방지 패드

Claims (3)

  1. 기판 이송을 위하여 기판을 척킹하는 척을 구비한 척 플레이트와 기판과 합착되는 마스크가 탑재된 마스크 프레임 사이에 발생 될 수 있는 슬립(미끄러짐) 현상을 방지하는 슬립방지 시스템으로서,
    상기 척 플레이트에 하나 이상 배치된 스위칭 마그넷 모듈;을 구비하고, 상기 마스크 프레임은 자성체를 포함하고,
    상기 스위칭 마그넷 모듈은 EPM(electro-permanent magnet) 또는 자속 전이(Flux transfer)형 마그넷 모듈 중 어느 하나이고, 전기신호에 의해 자력을 발생(ON)시켜 상기 척 플레이트와 상기 마스크 프레임이 자력으로 서로 당겨 슬립이 방지되는 것을 특징으로 하는 기판홀딩부 슬립 방지 시스템.
  2. 기판 이송을 위하여 기판을 척킹하는 척을 구비한 척 플레이트와 기판과 합착되는 마스크가 탑재된 마스크 프레임 사이에 발생 될 수 있는 슬립(미끄러짐) 현상을 방지하는 슬립방지 시스템으로서,
    상기 마스크 프레임에 하나 이상 배치된 스위칭 마그넷 모듈; 및
    상기 척 플레이트 중, 상기 스위칭 마그넷 모듈에 대응되는 위치에 배열된 연자성체;를 구비하고,
    상기 스위칭 마그넷 모듈은 EPM(electro-permanent magnet) 또는 자속 전이(Flux transfer)형 마그넷 모듈 중 어느 하나이고, 전기신호에 의해 자력을 발생(ON)시켜 상기 척 플레이트와 상기 마스크 프레임이 자력으로 서로 당겨 슬립이 방지되는 것을 특징으로 하는 기판홀딩부 슬립 방지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 척 플레이트는, 금속의 슬립 방지 패드를 더 포함하고,
    상기 슬립 방지 패드와 상기 스위칭 마그넷 모듈은 서로 간섭되지 않게 배열되는 것을 특징으로 하는 기판홀딩부 슬립 방지 시스템.

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