KR101983895B1 - 회전 클램핑 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따르면 회전 클램핑 장치는, 베이스; 상기 베이스에 대해 상대적으로 병진운동 및 회전운동이 가능한 클램프 홀더; 상기 클램프 홀더에 배치되고, 기판을 클램핑하기 위한 클램프; 및 상기 베이스 및 상기 클램프 홀더를 연결하는 연결 링크를 포함할 수 있다.

Description

회전 클램핑 장치{ROTATIONAL CLAMPING DEVICE}
아래의 설명은 회전 클램핑 장치에 관한 것이다.
기판 제조과정 중에, 기판은 기판 이송 프레임에 고정되어 이송된다. 최근에는, 기판의 경량화를 위해 다양한 방법들이 수행되고 있다. 예를 들어, 기판은 기판 이송 프레임에 고정된 상태로, 지면에 대해 수직하게 세워져 스퍼터링 챔버로 진입하기도 한다. 기판을 기판 이송 프레임에 안정적으로 고정하기 위해 클램핑 장치가 사용된다.
종래의 클램핑 장치는 클램프를 해제 위치에서 클램핑 위치로 복원시키기 하기 위해 압축 스프링을 사용한다. 압축 스프링은 압축과 신장을 반복하며 파티클을 발생시킨다. 파티클은 기판의 품질 및 수율의 저하를 초래한다. 또한, 압축 스프링으로 작동하는 클램프는 압축 스프링의 압축 및 신장 범위에서만 작동할 수 있으므로, 동작 범위가 작다. 동작 범위가 작은 클램프는 모서리 부분이 휘어진 기판을 안정적으로 고정할 수 없다. 또한, 압축 스프링 자체의 복원력이 비교적 크기 때문에, 기판에 강한 충격이 가해질 위험이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은, 클램핑 위치 복원 수단으로써 마그넷 부재를 사용하여 파티클 발생을 저감하는 것이다.
일 실시 예의 목적은, 클램핑 위치 근방에서 클램핑 위치로 갈수록 클램프의 속도를 감소시키는 것이다.
일 실시 예의 목적은, 클램프가 기판에 대하여 상향으로 볼록한 곡선 형상의 경로를 갖게 하는 것이다.
일 실시 예에 따르면 회전 클램핑 장치는, 베이스; 상기 베이스에 대해 상대적으로 병진운동 및 회전운동이 가능한 클램프 홀더; 상기 클램프 홀더에 배치되고, 기판을 클램핑하기 위한 클램프; 및 상기 베이스 및 상기 클램프 홀더를 연결하는 연결 링크를 포함할 수 있다.
상기 연결 링크는, 상기 베이스 및 클램프 홀더에 각각 회전 가능하게 연결되는 하부 링크; 및 상기 하부 링크 위쪽에 배치되고, 상기 클램프 홀더 및 상기 베이스에 각각 회전 가능하게 연결되는 상부 링크를 포함할 수 있다.
상기 베이스의 적어도 일부는 기판 이송 프레임에 고정되고, 상기 베이스, 클램프 홀더, 하부 링크 및 상부 링크는 상기 클램프 홀더에 인가되는 힘에 의해 1-자유도로 4절 링크 운동될 수 있다.
상기 회전 클램핑 장치는, 상기 클램프 홀더에 상기 기판에 대한 수직 방향의 힘을 인가함으로써, 상기 클램프가, 상기 기판을 클램핑하는 클램핑 위치 및 상기 기판으로부터 해제되는 해제 위치 사이에서 움직이도록 하는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 클램프는 상기 클램핑 위치의 근방에서 상기 클램핑 위치로 이동하는 동안 상기 클램프의 수직 방향의 속도는 상기 클램핑 위치로 갈수록 느려질 수 있다.
상기 클램프는 상기 기판의 상면에 접촉하기 위한 평평한 지지면을 포함하고, 상기 클램핑 위치에서, 상기 하부 링크 및 상부 링크는 서로 평행하고, 상기 클램프 홀더에 상기 구동부가 수직 방향의 힘을 인가할 때, 상기 클램프 홀더의 순간 속도는 상기 지지면에 수직한 방향일 수 있다.
클램프 홀더에 상기 구동부가 수직 방향의 힘을 인가되는 동안, 상기 클램프 홀더의 상측은 상기 베이스를 향해 기울어질 수 있다.
상기 회전 클램핑 장치는, 상기 하부 링크가 상기 베이스에 대해 일정 각도를 초과하여 회전하는 것을 방지하는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 스토퍼는 상기 베이스에 탈착 가능하게 연결될 수 있다.
상기 회전 클램핑 장치는, 상기 베이스 및 클램프 홀더 중 어느 하나 이상에 배치되고, 자력을 이용하여 상기 클램프를 상기 해제 위치로부터 상기 클램핑 위치로 움직이게 하는 적어도 하나 이상의 마그넷 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 마그넷 부재는, 상기 베이스에 배치되는 제 1 마그넷; 및 상기 클램프 홀더에 배치되는 제 2 마그넷을 포함하고, 상기 제 1 마그넷에서 상기 제 2 마그넷을 마주보는 면과, 상기 제 2 마그넷에서 상기 제 1 마그넷을 마주보는 면은 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 클램핑 위치에서, 상기 제 1 마그넷은 상기 제 2 마그넷 보다 상대적으로 위쪽에 위치할 수 있다.
상기 해제 위치에서, 상기 제 1 마그넷은 상기 제 2 마그넷 보다 상대적으로 아래쪽에 위치할 수 있다.
상기 클램프가 상기 클램핑 위치 및 상기 해제 위치 사이에서 움직이는 동안, 상기 제 1 마그넷의 표면에 대해 수직한 방향을 기준으로, 상기 제 1 마그넷의 중심은 상기 제 2 마그넷과 오버랩되고, 상기 제 2 마그넷의 중심은 상기 제 1 마그넷과 오버랩될 수 있다.
일 실시 예에 따른 회전 클램핑 장치는, 베이스; 상기 베이스에 대하여 상대적인 움직임이 가능한 클램프 홀더; 상기 클램프 홀더에 배치되고, 기판을 클램핑하기 위한 클램프; 및 상기 베이스 및 상기 클램프 홀더를 연결하며, 상기 클램프가 상기 기판에 대하여 상향으로 볼록한 곡선 형상의 경로를 따라 이동하게 하는 연결 링크를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 클램핑 위치 복원 수단으로 마그넷 부재를 사용함으로써 파티클 발생을 저감할 수 있으므로 기판의 품질 및 수율이 개선될 수 있다.
또한, 클램프의 속도는, 기판과 접촉하는 클램핑 위치 근방에서 클램핑 위치로 갈수록 느려질 수 있으므로, 클램핑 과정에서 기판에 가해지는 충격이 감소될 수 있다.
또한, 클램프가 기판에 대하여 상향으로 볼록한 곡선 형상의 경로를 따라 이동하므로, 클램프는 모서리 부분이 휘어진 기판도 안정적으로 고정할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 회전 클램핑 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 회전 클램핑 장치의 분해도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 클램프가 클램핑 위치에 있을 때, 회전 클램핑 장치의 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 클램프가 해제 위치에 있을 때, 회전 클램핑 장치의 단면도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 회전 클램핑 장치의 동작도이다.
도 6은 시간에 따른 구동부 승강 속도와 클램프 동작 속도를 비교한 그래프이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 클램프가 작동되는 모습의 확대도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 회전 클램핑 장치의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 회전 클램핑 장치의 분해도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 회전 클램핑 장치(1)는 베이스(10), 클램프 홀더(20), 연결 링크(30), 클램프(40) 및 마그넷 부재(50)를 포함할 수 있다. 연결 링크(30)는 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)를 포함할 수 있다. 마그넷 부재(50)는 베이스(10)에 배치되는 제 1 마그넷(51)과, 클램프 홀더(20)에 배치되는 제 2 마그넷(52)을 포함할 수 있다. 회전 클램핑 장치(1)는 1-자유도(degree of freedom)로 4절 링크 운동할 수 있다. 4절 링크 운동에 대한 내용은 이하 도 3 및 도 4에서 구체적으로 설명하기로 한다.
각 구성 요소들에 대한 구체적인 설명을 하기에 앞서, 설명의 편의를 위해 클램프(40)의 위치를 다음과 같이 정의한다. 클램프가 기판(미도시)을 클램핑하는 위치를 클램핑 위치로 정의한다(도 3 참조). 클램프가 기판(미도시)로부터 해제된 후 최대 높이에 있을 때의 위치를 해제 위치로 정의한다(도 4 참조).
베이스(10)는 기판 이송 프레임(미도시)에 고정된 상태로, 기판 이송 프레임과 함께 이동할 수 있다. 예를 들어, 베이스(10)는 기판 이송 프레임과 함께 지면에 대해 평행 또는 수직 이동하거나, 회전할 수 있다. 베이스(10)는 베이스 바디(110), 베이스 연장부(120), 제 1 마그넷 수용부(130), 제 1 마그넷 고정부(140), 제 1 홀(11) 및 제 2 홀(12)을 포함할 수 있다.
베이스 바디(110)의 적어도 일부는 기판 이송 프레임에 고정될 수 있다. 베이스 바디(110)에 일면에는 기판 이송 프레임에 고정되기 위한 고정 수단(111)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 고정 수단(111)은 기판 이송 프레임의 일 부분에 삽입 가능한 돌출부를 포함할 수 있다. 고정 수단(111)은 기판 이송 프레임에 탈착 가능할 수 있다. 예를 들어, 고정 수단(111)은 기판 이송 프레임에 나사 결합될 수 있다. 회전 클램핑 장치(1)의 일 구성 요소가 파손되었을 경우, 사용자는 회전 클램핑 장치(1)를 기판 이송 프레임으로부터 쉽게 분리하여 파손된 구성 요소를 교체할 수 있다. 고정 수단(111)의 탈착 방법은 나사 결합에 제한되는 것이 아님을 밝혀둔다.
베이스 연장부(120)는 베이스 바디(110)의 일측으로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 베이스 연장부(120)는 베이스 바디(110)의 일측으로부터 수직 방향으로 아래쪽으로 연장하는 막대 형상일 수 있다. 베이스 연장부(120)의 아래쪽에는 스토퍼(90)가 결합되기 위한 홈이 마련될 수 있다.
제 1 마그넷 수용부(130)는 제 1 마그넷(51)을 수용하기 위한 홈을 구비할 수 있다. 예를 들어, 제 1 마그넷(51)이 원기둥 형상일 경우, 제 1 마그넷 수용부(130)는 제 1 마그넷(51)의 형상에 대응하는 원기둥 형상의 홈을 구비할 수 있다. 이 경우, 제 1 마그넷 수용부(130)의 직경은 제 1 마그넷(51)의 직경보다 클 수 있다. 제 1 마그넷(51) 및 제 1 마그넷 수용부(130)의 형상은 이에 제한되는 것이 아님을 밝혀둔다.
제 1 마그넷 고정부(140)는 제 1 마그넷(51)이 제 1 마그넷 수용부(130)로부터 이탈하지 않도록 제 1 마그넷(51)을 고정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 마그넷 고정부(140)는 마그넷 홀더(141) 및 제 1 마그넷 고정 볼트(142)를 포함할 수 있다. 제 1 마그넷 고정 볼트(142)는 외부 표면에 나사산이 형성될 수 있고, 마그넷 홀더(141)의 내부 표면에는 상기 외부 표면에 대응되는 나사산이 형성될 수 있다. 제 1 마그넷(51) 및 마그넷 홀더(141)의 중심에는 제 1 마그넷 고정 볼트(142)가 통과할 수 있는 홀이 구비될 수 있다. 제 1 마그넷(51)은 마그넷 홀더(141)의 표면에 올려진 후, 제 1 마그넷(51) 및 마그넷 홀더(141)의 홀을 통과하는 제 1 마그넷 고정 볼트(142)에 의해 고정될 수 있다.
제 1 홀(11) 및 제 2 홀(12) 각각은 연결 링크(30)의 일단을 고정하기 위해 베이스(10)에 형성될 수 있다. 제 1 홀(11)은 베이스(10)를 관통하여 형성될 수 있다. 하부 링크(31)의 일단은 제 1 홀(11)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제 2 홀(12)은 제 1 홀(11)과 일정 간격 이격될 수 있고, 베이스(10)를 관통하여 형성될 수 있다. 상부 링크(32)의 일단은 제 2 홀(12)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 홀(11) 및 제 2 홀(12)은 베이스 연장부(120)에 형성될 수 있다.
클램프 홀더(20)는 베이스(10)에 대해 상대적으로 병진운동 및 회전운동 할 수 있다. 예를 들어, 클램프 홀더(20) 및 베이스(10)는 길이가 서로 다른 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)에 의해 연결될 수 있다. 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)의 서로 다른 회전 반경으로 인해, 클램프 홀더(20)는 베이스(10)에 대해 상대적으로 수직 방향으로 병진운동 함과 동시에, 클램프 홀더(20)가 베이스(10)를 향해 기울어지는 방향으로 회전운동 할 수 있다. 예를 들어, 클램프 홀더(20)가 베이스(10)에 대해 상대적으로 상방으로(upward) 움직일 때, 클램프 홀더(20)의 상부 파트(upper part)는 베이스(10)를 향해 기울어질 수 있다. 클램프 홀더(20)는 홀더 바디(210), 홀더 연장부(220), 제 2 마그넷 고정 볼트(230), 제 3 홀(21) 및 제 4 홀(22)을 포함할 수 있다.
홀더 바디(210)는 구동부(미도시)로부터 힘을 인가받을 수 있다.
홀더 연장부(220)는 홀더 바디(210)의 일측으로부터 연장하는 막대 형상일 수 있다. 홀더 연장부(220)는 제 2 마그넷(52)을 수용하기 위한 홈을 구비할 수 있다. 예를 들어, 제 2 마그넷(52)이 원기둥 형상일 경우, 홀더 연장부(220)는 제 2 마그넷(52)의 형상에 대응하는 원기둥 형상의 홈을 구비할 수 있다. 이 경우, 홀더 연장부(220)의 홈은 제 2 마그넷(52)의 직경보다 클 수 있다. 홀더 연장부(220)의 홈 및 제 2 마그넷(52)의 형상은 이에 제한되는 것이 아님을 밝혀둔다.
제 2 마그넷 고정 볼트(230)는 제 2 마그넷(52)이 홀더 연장부(220)로부터 이탈하지 않도록 제 2 마그넷(52)을 고정할 수 있다. 예를 들어, 제 2 마그넷 고정 볼트(230)는 홀더 연장부(220)의 홈에 삽입될 수 있다. 제 2 마그넷(52)은 홀더 연장부(220)의 홈의 표면에 올려진 후, 제 2 마그넷 고정 볼트(230)에 가압되어 고정될 수 있다.
제 3 홀(21) 및 제 4 홀(22) 각각은 연결 링크(30)의 타단을 고정하기 위해 클램프 홀더(20)에 형성될 수 있다. 제 3 홀(21)은 클램프 홀더(20)를 관통하여 형성될 수 있다. 하부 링크(31)의 일단은 제 3 홀(21)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제 4 홀(22)은 제 3 홀(21)과 일정 간격 이격될 수 있고, 클램프 홀더(20)를 관통하여 형성될 수 있다. 상부 링크(32)의 일단은 제 4 홀(22)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 3 홀(21)은 홀더 바디(210)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 4 홀(22)은 홀더 연장부(220)에 형성될 수 있다.
클램프(40)는 클램프 홀더(20)에 배치되고, 기판(미도시)을 클램핑할 수 있다. 클램프(40)는 고열 처리되는 기판을 안정적으로 고정시키기 위해, 내열성 소재일 수 있다. 또한, 클램프(40)는 기판에 가하는 충격력을 감소시키기 위한 완충부재를 포함할 수 있다. 클램프(40)는 클램프 헤더(410) 및 클램프 연장부(420)를 포함할 수 있다.
클램프 헤더(410)는 기판의 상면에 접촉하기 위한 평평한 지지면(411, 도 3 참조)을 포함할 수 있다. 기판의 파손을 방지하기 위해, 클램프 헤더(410)의 모서리는 모깍기(fillet) 처리될 수 있다.
클램프 연장부(420)는 클램프 헤더(410)의 일측으로부터 수직 방향으로 연장할 수 있다. 클램프 연장부(420)는 클램프 홀더(20)에 탈착 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 클램프 연장부(420)는 클램프 고정 볼트(421)에 의해 클램프 홀더(20)에 탈착 가능하게 연결될 수 있다. 클램프 연장부(420)가 클램프 홀더(20)에 탈착 가능하게 연결되는 방식은 이에 제한되지 않음을 밝혀둔다. 또한, 클램프 연장부(420)는 클램프 홀더(20)와 일체형일 수 있음을 밝혀둔다.
연결 링크(30)는 베이스(10) 및 클램프 홀더(20)를 연결할 수 있다. 연결 링크(30)는 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)를 포함할 수 있다.
하부 링크(31)는 베이스(10) 및 클램프 홀더(20)에 각각 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 링크(31)의 일단은 베이스(10)에 힌지 연결될 수 있고, 타단은 클램프 홀더(20)에 힌지 연결될 수 있다.
상부 링크(32)는 베이스(10) 및 클램프 홀더(20)에 각각 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 링크(32)의 일단은 베이스(10)에 힌지 연결될 수 있고, 타단은 클램프 홀더(20)에 힌지 연결될 수 있다. 상부 링크(32)는 하부 링크(31) 위쪽에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상부 링크(32)는 하부 링크(31) 보다 스토퍼(90)로부터 멀리 위치할 수 있다.
베이스(10), 클램프 홀더(20), 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)는, 구동부(미도시)로부터 인가되는 힘에 의해 1-자유도로 4절 링크 운동할 수 있다.
스토퍼(90)는 하부 링크(31)가 베이스(10)에 대해 일정 각도를 초과하여 회전하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 하부 링크(31)가 베이스(10)에 대해 각도 90도를 이룰 경우, 스토퍼(90)는 하부 링크(31)와 접촉할 수 있다. 따라서, 하부 링크(31)는 스토퍼(90)에 의해 더 이상의 회전이 제한된다. 즉, 스토퍼(90)는 하부 링크(31)가 베이스(10)에 대해 일정한 각도 아래로 내려가지 않도록 함으로써, 클램프(40)가 적절한 힘으로 기판을 기판 이송 프레임에 고정할 수 있게 한다.
스토퍼(90)는 베이스(10)에 탈착 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(90)는 베이스 연장부(120)의 일측에 나사 결합될 수 있다. 스토퍼(90)가 베이스 연장부(120)에 탈착 가능하게 연결되는 방법은 이에 제한되지 않음을 밝혀둔다. 이와 같은 구조에 의하면, 스토퍼(90)를 교체함으로써, 하부 링크(31)의 동작 반경을 조절할 수 있다. 따라서, 전체 회전 클램핑 장치(1)를 교체하지 않고도 다양한 기판의 두께 등에 대응하여 적절한 스토퍼(90)를 선택하여 사용하는 것이 가능하다. 또한, 스토퍼(90)가 하부 링크(31)와 반복적으로 접촉하여 형태가 변형되더라도, 사용자는 용이하게 새로운 스토퍼(90)로 교체할 수 있고, 이를 통해 하부 링크(31)의 회전 각도 제한 기능을 계속해서 유지할 수 있다. 한편, 이와 달리 스토퍼(90)는 베이스(10)와 일체로 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
마그넷 부재(50)는 베이스(10) 및 클램프 홀더(20) 중 어느 하나 이상에 배치되고, 자력을 이용하여 클램프(40)를 해제 위치로부터 클램핑 위치로 움직이게 할 수 있다. 마그넷 부재(50)는 베이스(10)에 배치되는 제 1 마그넷(51)과, 클램프 홀더(20)에 배치되는 제 2 마그넷(52)을 포함할 수 있다.
결합 부재(80)는 연결 링크(30)를 베이스(10) 및 클램프 홀더(20)에 회전 가능하도록 고정시킬 수 있다. 결합 부재(80)는 복수 개의 샤프트(811, 812, 813, 814), 복수 개의 베어링(821, 822, 823, 824) 및 복수 개의 고정링(831, 832, 833, 834)을 포함할 수 있다.
복수 개의 샤프트(811, 812, 813, 814)는 제 1 홀(11)을 관통하는 제 1 샤프트(811), 제 2 홀(12)을 관통하는 제 2 샤프트(812), 제 3 홀(21)을 관통하는 제 3 샤프트(813) 및 제 4 홀(22)을 관통하는 제 4 샤프트(814)를 포함할 수 있다. 하부 링크(31)는 제 1 샤프트(811) 및 제 3 샤프트(813)에 의해 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 링크(31)의 일단은 제 1 샤프트(811)에 연결되고, 타단은 제 3 샤프트(813)에 연결될 수 있다. 상부 링크(32)는 제 2 샤프트(812) 및 제 4 샤프트(814)에 의해 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 링크(32)의 일단은 제 2 샤프트(812)에 연결되고, 타단은 제 4 샤프트(814)에 연결될 수 있다.
복수 개의 베어링(821, 822, 823, 824)은 제 1 샤프트(811)를 지지하는 제 1 베어링(821), 제 2 샤프트(812)를 지지하는 제 2 베어링(822), 제 3 샤프트(813)를 지지하는 제 3 베어링(823) 및 제 4 샤프트(814)를 지지하는 제 4 베어링(824)을 포함할 수 있다. 복수 개의 베어링(821, 822, 823, 824)은 복수 개의 샤프트(811, 812, 813, 814) 및 연결 링크(30) 사이의 마찰력을 감소시킬 수 있어서, 마찰력으로 인해 열 손실되는 에너지를 줄여줄 수 있다. 또한, 복수 개의 베어링(821, 822, 823, 824) 복수 개의 샤프트(811, 812, 813, 814) 및 연결 링크(30)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
복수 개의 고정링(831, 832, 833, 834)은 제 1 샤프트(811)의 이탈을 방지하기 위한 제 1 고정링(831), 제 2 샤프트(812)의 이탈을 방지하기 위한 제 2 고정링(832), 제 3 샤프트(813)의 이탈을 방지하기 위한 제 3 고정링(833) 및 제 4 샤프트(814)의 이탈을 방지하기 위한 제 4 고정링(834)을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 클램프가 클램핑 위치에 있을 때, 회전 클램핑 장치의 단면도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 클램프가 해제 위치에 있을 때, 회전 클램핑 장치의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 구동부(70)는 클램프 홀더(20)에 기판에 대한 수직 방향의 힘을 인가할 수 있다. 구동부(70)는 클램프(40)가 클램핑 위치 및 해제 위치 사이에서 움직이게 할 수 있다. 예를 들어, 구동부(70)가 기판에 대한 수직 방향의 상방으로 이동하는 동안, 구동부(70)는 클램프 홀더(20)의 하면에 접촉하여 클램프 홀더(20)에 상방 힘을 인가할 수 있다. 구동부(70)에 의해 클램프 홀더(20)에 배치된 클램프(40)는 클램핑 위치로부터 해제 위치로 이동될 수 있다. 구동부(70)가 최대 높이까지 상승했을 때, 클램프(40)는 해제 위치에 있을 수 있다. 구동부(70)가 최대 높이에서부터 초기 높이로 하강할 때, 클램프 홀더(20)는 구동부(70)와 접촉을 유지한 상태로 아래로 이동할 수 있다. 구동부(70)가 충분히 낮은 위치까지 이동하면, 클램프 홀더(20)는 중력 및/또는 마그넷 부재에 의한 척력에 의해 기판(S)을 기판 이송 프레임(F)에 고정시킬 수 있다.
예를 들어, 클램핑 위치에서, 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)는 서로 평행할 수 있다. 한편, 클램프 홀더(20)의 순간 중심(instant center)은, 하부 링크(31)의 연장선(extension line) 및 상부 링크(32)의 연장선이 만나는 지점에 형성될 수 있다. 따라서, 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)가 평행할 경우, 클램프 홀더(20)의 순간 중심은 클램프 홀더(20)로부터 수직한 방향으로 무한대의 위치에 위치하므로, 클램핑 위치 근방에서, 클램프 홀더(20)의 순간 속도는 지지면(411, 도 3 참조)에 수직한 방향일 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 클램핑 위치 근방에서, 클램프 홀더(20)의 순간 속도는 클램프(40)의 지지면에 수직한 방향일 수 있다. 즉, 클램프(40)의 지지면(411)은 기판(미도시)의 상면에 면접촉하면서 수직 방향의 힘을 인가할 수 있으므로, 기판을 지지하는 힘을 향상시키면서도, 기판에 불필요한 힘이 인가되는 것을 방지함으로써, 기판이 변형되거나, 파손되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 하부 링크(31)의 양쪽 회전 축 사이의 길이는 상부 링크(32)의 양쪽 회전 축 사이의 길이 보다 길 수 있다. 다시 말하면, 제 1 홀(11) 및 제 3 홀(21)의 간격은, 제 2 홀(12) 및 제 4 홀(22) 사이의 간격보다 클 수 있다. 또한, 제 1 홀(11) 및 제 2 홀(12) 사이의 간격은, 제 3 홀(21) 및 제 4 홀(22) 사이의 간격 보다 작을 수 있다. 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 제 1 홀(11) 및 제 2 홀(12) 사이의 간격, 제 2 홀(12) 및 제 4 홀(22) 사이의 간격, 제 4 홀(22) 및 제 3 홀(21) 사이의 간격 및 제 3 홀(21) 및 제 1 홀(11) 사이의 간격의 비율은 순차적으로 18.4: 20: 20.59: 34일 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 클램핑 위치에서 클램프 홀더(20)가 구동부로부터 수직 방향의 힘을 인가 받을 경우, 하부 링크(31)가 제 1 각도만큼 시계 방향으로 회전하는 동안 상부 링크(32)는 제 1 각도보다 더 큰 제 2 각도만큼 시계 방향으로 회전하게 되므로, 클램프 홀더(20)는 베이스(10)에 대해 상방으로 병진운동 할 뿐만 아니라, 클램프 홀더(20)의 상측은 베이스(10)를 향해 기울어지는 방향으로 회전운동 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 클램프(40)가 해제 위치에서 클램핑 위치로 이동할 때에, 기판의 테두리 부분이 상측으로 어느 정도 휘어진 경우라도 클램프(40)가 안정적으로 기판의 테두리 부분을 파지할 수 있다. 또한, 이와 같이 4절 링크 운동을 할 수 있는 구조에 의하면, 구동부(70)의 수직 방향의 속도가 일정하더라도 클램프(40)의 수직 방향의 속도는 가변될 수 있다. 클램프(40)의 속도와 관련된 내용은 이하 도 5 내지 도 7에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
제 1 마그넷(51)에서 제 2 마그넷(52)을 마주보는 면과, 제 2 마그넷(52)에서 제 1 마그넷(51)을 마주보는 면은 동일한 극성일 수 있다. 예를 들어, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52)은 서로 N극으로 마주하거나, S극으로 마주할 수 있다. 이 경우, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52)은 서로 척력을 작용할 수 있다.
클램핑 위치에서, 제 1 마그넷(51)은 제 2 마그넷(52) 위쪽에 위치할 수 있다. 예를 들어, 클램핑 위치에서, 베이스 연장부(120)의 하면을 기준으로, 제 1 마그넷(51)의 중심은 제 2 마그넷(52)의 중심 보다 위쪽에 위치할 수 있다. 이 경우, 제 1 마그넷(51)은 제 2 마그넷(52)을 제 1 마그넷(51)의 표면에 수직한 방향으로 밀어낼 수 있고, 결과적으로 연결 링크(31, 32)의 구조에 의해, 제 2 마그넷(52)을 구동부(70) 쪽으로 밀어낼 수 있다. 클램프 홀더(20)는, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52) 사이에 작용하는 척력 및 제 1 마그넷(51) 및 제 마그넷(52)의 연결 관계에 의해, 기판(S)을 기판 이송 프레임(F)에 고정시킬 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52) 사이의 척력을 통해, 클램프(40)를 이동시키므로, 스프링을 사용하는 경우와 비교하여, 내부 부품 사이의 마찰 등에 의한 파티클이 발생하는 문제를 저감시킬 수 있다. 따라서, 기판의 품질 및 수율은 개선될 수 있다.
또한, 기판 이송 프레임과 지면이 이루는 각도에 상관없이, 회전 클램핑 장치(1)는 기판을 안정적으로 파지할 수 있다. 예를 들어, 기판 이송 프레임이 지면에 대해 수직하게 세워질 경우, 클램프 홀더(20)는 중력의 영향을 거의 받지 않을 수 있다. 그러나, 마그넷 부재(50)의 척력은 기판 이송 프레임의 각도에 영향을 받지 않고, 오직 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52)의 상대적인 위치 관계에만 영향을 받을 수 있다. 따라서, 기판 이송 프레임이 지면에 대해 수직하게 세워지더라도, 클램프(40)는, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52) 사이의 척력에 의해, 기판을 안정적으로 기판 이송 프레임에 고정시킬 수 있다.
해제 위치에서, 제 1 마그넷(51)은 제 2 마그넷(52) 보다 아래쪽에 위치할 수 있다. 예를 들어, 해제 위치에서, 베이스 연장부(120)의 하면을 기준으로, 제 1 마그넷(51)의 중심은 제 2 마그넷(52)의 중심 보다 아래쪽에 위치할 수 있다. 이 경우, 제 1 마그넷(51)은 제 2 마그넷(52)을 제 1 마그넷(51)의 표면에 수직한 방향으로 밀어낼 수 있고, 결과적으로 연결 링크(31, 32)의 구조에 의해, 제 2 마그넷(52)을 구동부(70)로부터 멀어지는 방향으로 밀어낼 수 있다.
정리하면, 클램프(40)가 클램핑 위치 및 해제 위치 사이에서 움직이는 동안, 제 1 마그넷(51)의 표면에 대해 수직한 방향을 기준으로, 제 1 마그넷(51)의 중심은 제 2 마그넷(52)과 오버랩(overlap)되고, 제 2 마그넷(52)의 중심은 제 1 마그넷(51)과 오버랩될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52) 사이에서 인력이 작용하는 것을 방지할 수 있다. 만약, 제 1 마그넷(51)이 최대 높이에 있을 때, 제 1 마그넷(51)의 중심이 제 2 마그넷(52)과 오버랩되지 않을 경우, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52) 사이에 인력이 작용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 마그넷(51)의 상측 및 제 2 마그넷(52)의 뒷면은 서로 인력을 작용할 수 있다. 실시 예에 따르면 이와 같이 해제 위치 및 클램핑 위치 사이에서 클램프 홀더(20)가 이동하는 동안, 제 1 마그넷(51) 및 제 2 마그넷(52) 사이에 인력이 작용하지 않도록 함으로써, 클램프 홀더(20)의 하강 운동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 회전 클램핑 장치의 동작도이고, 도 6은 시간에 따른 구동부 승강 속도와 클램프 동작 속도를 비교한 그래프이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 클램프가 작동되는 모습의 확대도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 회전 클램핑 장치(1)는 베이스(10)가 고정된 상태에서, 베이스(10), 하부 링크(31), 클램프 홀더(20) 및 상부 링크(32)가 1-자유도 4절 링크 운동을 할 수 있다.
구동부(70)는 수직 방향으로 상승 및 하강 운동을 반복할 수 있다. 클램프(40)의 속도는, 상기 1-자유도 4절 링크 운동 구조의 설계 및 구동부(70)의 속도 제어를 통하여 제어할 수 있다.
예를 들어, 구동부(70)는 클램프(40)가 클램핑 위치로부터 해제 위치로 이동하도록 일정한 속도로 상승 운동할 수 있다. 예를 들어, 구동부(70)는 클램프(40)가 해제 위치로부터 클램핑 위치로 이동하도록 일정한 속도로 하강 운동할 수 있다.또한, 구동부(70)가 일정한 속도로 상승 및 하강 운동 하더라도, 4절 링크 운동의 특성상 클램프(40)의 속도는 변할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 하부 링크(31) 및 상부 링크(32)는 클램핑 위치에서 서로 평행할 수 있다. 또한, 하부 링크(31)는 상부 링크(32) 보다 길이가 길 수 있고, 이로 인해 일정한 이동 구간 동안의 하부 링크(31)의 회전 각도는 상부 링크(32)의 회전 각도 보다 작을 수 있다. 따라서, 구동부(70)가 일정한 속도로 상승할 때, 클램프 홀더(20)는 베이스(10)에 대해 상대적으로 병진운동 할 뿐만 아니라, 클램프 홀더(20)는 상측이 베이스(10)를 향해 기울어지는 방향으로 기울어질 수 있다. 결과적으로, 클램프 홀더(20)의 상측에 배치되는 클램프(40)도 마찬가지로 베이스(10)에 대해 상대적으로 병진운동 할 뿐만 아니라, 베이스(10)를 기준으로 회전운동 할 수 있다.
병진운동 및 회전운동을 동시에 하는 구조로 인해, 클램프(40)의 속도는 클램핑 위치의 근방에서 클램핑 위치로부터 해제 위치로 이동할수록 빨라지는 구간을 포함할 수 있다. 도 6은 구동부(70)가 6.5 mm/sec의 속도로 상승하는 동안, 클램프(40)의 상승 속도를 나타낸 그래프이다. 도 6에서 확인되는 바와 같이, 클램프(40)의 상승 속도는 클램핑 위치의 근방에서 클램핑 위치로부터 해제 위치로 갈수록 빨라질 수 있다. 마찬가지로, 구동부(70)가 일정한 속도로 하강할 경우에, 클램프(40)가 클램핑 위치 근방에서 클램핑 위치로 이동하는 동안, 클램프(40)의 속도는 갈수록 느려진다는 것을 알 수 있다.
이와 같은 구조를 통해, 구동부(70)의 속도가 일정하더라도 클램프(40)의 속도를 구조적으로 조절할 수 있다. 클램프(40)는 기판(S)에 근접했을 때, 낮은 속도로 기판(S)에 접촉할 수 있으므로, 기판(S)에 가해지는 충격을 저감할 수 있다. 한편, 이는 하나의 예시에 불과하며, 구동부(70)의 속도가 반드시 일정하여야 하는 것은 아님을 밝혀둔다.
또한, 클램프(40)는, 연결 링크(30)에 의해, 기판(S)에 대하여 상향으로 볼록한 곡선 형상의 경로를 따라 이동할 수 있다. 클램프(40)는 기판에 대하여 상향으로 볼록한 곡선 형상의 경로를 따라 이동하도록 할 수 있으므로, 모서리 부분이 휘어진 기판도 안정적으로 고정할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 베이스;
    상기 베이스에 대해 상대적으로 병진운동 및 회전운동이 가능한 클램프 홀더;
    상기 클램프 홀더에 배치되고, 기판을 클램핑하는 클램핑 위치 및 상기 기판으로부터 해제되는 해제 위치 사이에서 움직이는 클램프; 및
    상기 베이스 및 상기 클램프 홀더를 연결하는 연결 링크를 포함하고,
    상기 연결 링크는,
    상기 베이스 및 클램프 홀더에 각각 회전 가능하게 연결되는 하부 링크; 및
    상기 하부 링크 위쪽에 배치되고, 상기 클램프 홀더 및 상기 베이스에 각각 회전 가능하게 연결되는 상부 링크를 포함하고,
    상기 클램프는 상기 클램핑 위치의 근방에서 상기 클램핑 위치로 이동하는 동안 상기 클램프의 수직 방향의 속도는 상기 클램핑 위치로 갈수록 느려지고,
    상기 하부 링크의 양쪽 회전 축 사이의 길이는 상기 상부 링크의 양쪽 회전 축 사이의 길이 보다 길고, 상기 클램핑 위치의 근방에서 상기 하부 링크의 회전 각도는 상기 상부 링크의 회전 각도 보다 작은 회전 클램핑 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스의 적어도 일부는 기판 이송 프레임에 고정되고,
    상기 베이스, 클램프 홀더, 하부 링크 및 상부 링크는 상기 클램프 홀더에 인가되는 힘에 의해 1-자유도로 4절 링크 운동되는 회전 클램핑 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 클램프 홀더에 상기 기판에 대한 수직 방향의 힘을 인가함으로써, 상기 클램프가, 상기 기판을 클램핑하는 클램핑 위치 및 상기 기판으로부터 해제되는 해제 위치 사이에서 움직이도록 하는 구동부를 더 포함하는 회전 클램핑 장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 클램프는 상기 기판의 상면에 접촉하기 위한 평평한 지지면을 포함하고,
    상기 클램핑 위치에서, 상기 하부 링크 및 상부 링크는 서로 평행하고,
    상기 클램프 홀더에 상기 구동부가 수직 방향의 힘을 인가할 때, 상기 클램프 홀더의 순간 속도는 상기 지지면에 수직한 방향을 갖는 회전 클램핑 장치.
  7. 삭제
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 링크가 상기 베이스에 대해 일정 각도를 초과하여 회전하는 것을 방지하는 스토퍼를 더 포함하고,
    상기 스토퍼는 상기 베이스에 탈착 가능하게 연결되는 회전 클램핑 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 베이스 및 클램프 홀더 중 어느 하나 이상에 배치되고, 자력을 이용하여 상기 클램프를 상기 해제 위치로부터 상기 클램핑 위치로 움직이게 하는 적어도 하나 이상의 마그넷 부재를 더 포함하는 회전 클램핑 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 마그넷 부재는,
    상기 베이스에 배치되는 제 1 마그넷; 및
    상기 클램프 홀더에 배치되는 제 2 마그넷을 포함하고,
    상기 제 1 마그넷에서 상기 제 2 마그넷을 마주보는 면과, 상기 제 2 마그넷에서 상기 제 1 마그넷을 마주보는 면은 동일한 극성을 갖는 회전 클램핑 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 클램핑 위치에서, 상기 제 1 마그넷은 상기 제 2 마그넷 보다 상대적으로 위쪽에 위치하는 회전 클램핑 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 해제 위치에서, 상기 제 1 마그넷은 상기 제 2 마그넷 보다 상대적으로 아래쪽에 위치하는 회전 클램핑 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 클램프가 상기 클램핑 위치 및 상기 해제 위치 사이에서 움직이는 동안, 상기 제 1 마그넷의 표면에 대해 수직한 방향을 기준으로, 상기 제 1 마그넷의 중심은 상기 제 2 마그넷과 오버랩되고, 상기 제 2 마그넷의 중심은 상기 제 1 마그넷과 오버랩되는 회전 클램핑 장치.
  14. 삭제
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