KR0133489B1 - 반도체 제조용 클러스터 장비의 위치정렬 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 공정을 통합하기 위한 반도체 제조장치에 관한 것으로 특히 치구를 사용하여 웨이퍼 반송장치와 공정모듈간의 위치를 정렬할 수 있는 반도체 제조용 클러스트 장비의 위치정렬장치에 관한 것이다.

종래의 클러스트는 웨이퍼 반송장치를 통해 공정챔버 내에 웨이퍼 정렬을 위한 입출력이 육안관찰에 의한 피동적인 방법으로 정량적으로 이루어지지 않으므로 공정챔버의 중심에 정확히 놓이지 않는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위한 것으로 웨이퍼 반송로봇이 내장된 공통된 하나의 반송챔버나 다수의 격리밸브 및 부대 진공장치로 구성되는 클러스터 플랫폼과 이의 각 부착면에 다수의 공정모듈 및 카세트모듈 등의 부착모듈들이 장착되는 형태로 구성되어지는 복합 반도체 제조장비에 있어서, 상기 웨이퍼의 반송을 위한 반송로봇과 상기 공정모듈들간의 위치를 정렬하기 위해 각 공정모듈 내에 위치정렬치구를 장착하여, R, θ좌표를 추출하여 정렬하는 반도체 제조용 클러스트 장비의 위치정렬장치이다.

Description

반도체 제조용 클러스터 장비의 위치정렬 장치

제1도는 클러스터 장비(Cluster Tool) 또는 다중반응로(Multi- Chamber) 장비의 전체구성을 나타내는 개략도.

제2도는 본 발명의 웨이퍼 반송장치와 고정모듈간의 위치 정렬을 수행하기 위한 치구의 조립도 및 기능도.

제3도는 제2도의 지지대 하부면의 구조도.

제4도는 제2도의 슬라이드 기구의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 반송챔버 102 : 반송로봇

103 : 격리밸브 104 : 반입용 카세트 챔버

105 : 반출용 카세트 챔버 106 : 공정챔버#1

107 : 공정챔버#6 108 : 로봇 엔드 이펙터(End Effector)

109 : 웨이퍼 201 : 상하이동 피데스탈(Pedestal)

202 : 3개의 핀(Pin) 203 : 지지대

204 : 지지봉 205 : 외부원통

206 : 탄성막대 지지봉 207 : 탄성막대

208 : 스트레인 게이지 209 : 슬라이드 기구(Slide Mechanism)

210 : 고정나사 212 : 손잡이

본 발명은 반도체 공정을 통합화 하기 위한 반도체 제조장치에 관한 것으로 특히 치구를 사용하여 웨이퍼 반송장치와 공정모듈간의 위치를 정렬할 수 있는 반도체 제조용 클러스트 장비의 위치정렬장치에 대한 것이다.

일반적으로 클러스터 장비는 웨이퍼 반송로봇이 내장된 공통된 하나의 반송챔버(Transport Chamber)와, 다수의 격리밸브(Isolation Valve) 및 부대진공장치로 구성되는 클러스터 플랫폼(Cluster Platform)과 이의 각 면(Facet)들에 다수의 공정모듈(Process Module) 및 카세트모듈(Cassette Module)등의 부착모듈(Attached Module)이 장착되는 형태로 구성되어지는 다중반응로형 복합 반도체 제조장비이다.

상기 클러스터 장비에서 웨이퍼의 입출력은 반송챔버 내에 장착된 여러 형태의 반송로봇(102)을 이용하며, 그 반송순서는 반입용 카세트챔버(104), 반송챔버(101), 공정챔버(106,107), 반출용 카세트챔버(105) 등의 여러가지 모듈간에 순차적 또는 무작위(Random)적인 형태로 이루어진다.

따라서 초기의 장비조립시 클러스터 플랫폼의 각 부착면에 장착된 공정모듈의 중심좌표와 웨이퍼 반송장치(102)의 반송위치를 정확히 정렬하는 것이 대단히 중요하다.

클러스터 장비에서 사용되는 종래의 방법은 공정챔버(106,107)의 상면 또는 측면의 관찰창을 이용하여, 첫째 웨이퍼(109)를 적재한, 또는 원래 U자 형태의 반송로봇의 웨이퍼 지지부분(End Effector : 108)이 공정챔버(106,107)내의 기판지지대(Susceptor)의 중심에 오는가를 육안 관찰하여 대략적으로 중심에 위치시키는 방법이 있다.

둘째 웨이퍼 구경에 상당하는 원형치구를 웨이퍼 중심에 놓고 이 주위를 로봇의 엔드이펙터(108) U자 부분이 무리없이 입출입할 공정챔버의 중심좌표로 입력하는 방법이다.

그런데, 이와 같이 육안 관찰에 의한 피동적인 방법으로는 각 모듈간의 웨이퍼 입출입을 위한 위치정렬이 정량적으로 이루어지지 않으므로 웨이퍼가 공정챔버(Process Chamber) 중심에 정확하게 놓여지지 않는 단점이 있다.

따라서 이로인한 공정 균일도의 저하, 또는 극단적으로는 위치공차의 누적에 의한 웨이퍼 미끄러짐 등의 현상이 발생하여 웨이퍼의 파손에 의한 치명적인 결과를 초래할 수도 있다.

뿐만 아니라 웨이퍼의 파손을 방지하기 위해서는 주기적으로 반송로봇과 공정챔버 중심간의 상대 위치를 정렬하여야만 하는 여러가지 기술적으로 어려운 문제점들이 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위한 것으로 치구를 사용하여 공정챔버 내의 웨이퍼 반송이 정량적으로 이루어질 수 있고 관찰창이 필요없으며 웨이퍼의 파손방지 및 입자나 분진발생이 적은 반도체 제조용 클러스터 장비의 위치정렬 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로는 클러스터 장비의 조립시에 공정챔버내의 웨이퍼 상하이동을 위한 3개의 핀으로 된 기구부상에, 반송챔버내에 내장된 3축 반송로봇의 U자형 웨이퍼 지지부분(End Effector)의 반원형 슬롯(Slot)의 직경과 적합 가능한 스트레인 게이지를 이용한 위치정렬용 치구(Alignment Jig)를 설치하여, 이를 이용 공정챔버의 중심, 즉 이에 상당하는 반송로봇의 반송챔버 중심으로부터의 반경방향 및 회전방향 좌표를 정량적으로 추출 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 의한 클러스터 장비용 웨이퍼 반송장치와 공정모듈간의 위치정렬을 위한 치구의 전체구조를 도시한 조립도로서, 정렬치구 전체조립부는 공정챔버의 상하이동 피데스탈(201)상의 석영, 세라믹, 금속 등으로 제작되는 3개의 핀(202) 위에 장착된다.

그리고 실제 정렬치구부는 테플론으로 된 지지대(212)부위, 십자형으로 각각 4개로 구성된 탄성막대(207) 및 스트레인 게이지(208) 부위, 외부원통(205)부위의 3개의 부분으로 구성된다.

탄성막대(207), 스트레인 게이지(208), 외부원통(205) 등으로 구성된 센서부는 탄성막대 지지봉(206)을 통해 하부의 지지봉(204)에 2개의 고정나사(210)로써 체결되어진다.

이와 같이 조립된 정렬치구는 장입손잡이(212)를 이용하여 공정챔버의 3개의 핀(202)상에 장착되어진다.

제3도는 제2도의 정렬치구 지지대(203) 하부면을 피데스탈부(201)에서 본 것으로, 지지대(203)는 피데스탈(201)상의 3핀(202)의 배치가 고정챔버 내에 사용되는 웨이퍼의 크기에 따라 달라지더라도 장착 가능하도록 각 크기별로(4,5,6,8)의 장착구멍(302,303,304,305)이 120°간격으로 마련되어 있으며, 한쪽 열의 4개의 구멍부위에는 3핀(202)에 장착이 용이하도록 슬롯(Slot : 301) 형상으로 단(Step)이 가공되어 있다.

제4도는 제2도의 슬라이드 기구부(209)와 외부원통(205) 및 탄성막대(207)의 구성을 나타내는 단면도로서, 각각 스트레인 게이지(208)가 부착된 4개의 탄성막대(207)의 안쪽은 중앙부의 탄성막대 지지봉(206)에 끼워맞춤되어 있다.

상기 탄성막대(207)의 바깥 부위는 마찰력이 적은 슬라이드 기구부(209)를 구성하도록 외부원통(205)상에 끼워맞춤되는 황동부싱(209a) 내에 내삽되어 있다.

이하 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제2도와 같이 조립되는 정렬치구는 제1도의 공정챔버들(106,107)내에 장착 가능하며, 이후 반송챔버(101)내에 장착된 반송로봇(102)이 공정챔버내로 정확히 웨이퍼 반송하기 위한 좌표추출에 사용된다.

즉 작용점 이외에서는 힘은 모멘트의 작용이 있으므로 힘을 받는 물체의 탄성변형을 측정함에 의해 힘 성분의 검출이 가능하다.

본 발명에서 정렬치구용 치구에 이를 응용하는 경우를 살펴보면, 먼저 R, θ, Z방향의 자유도를 가지는 3축 반송로봇(102)은 제1도에서 반송챔버(101)에서 웨이퍼(109)를 장입함이 없이 격리밸브(103)가 열린 상태에서 이를 거쳐 예를 들면 공정챔버 2로 들어오게 된다.

그런데, 제2도의 로봇의 엔드이펙터(End Effector : 108)부위의 기하학적인 형상은 국제 반도체 장비 및 재료협회(SEMI)에서 제정한 표준규격(E22-91)에 따라 U자 형태로 이루어진다.

공정챔버내에 반입된 로봇의 엔드이펙터(108)는 설치된 위치 정렬치구의 외부원통부(205)에 접촉하게 된다.

이때 먼저 θ방향으로 U자형의 주위부가 일직선상으로 원통(205)의 외부와 저합되지 않으면 모멘트에 의한 변형으로 스트레인 게이지(208)에 의해 어떤 신호값이 나타나게 되고 이 신호값이 허용오차보다 적도록 θ방향 정렬을 행한다.

이때 슬라이드 기구(209)는 탄성막대(207)의 변형을 용이하게 위함이다.

그리고 R방향으로는 U자형 엔드이펙터(108)의 내부 반원부가 제2도에서 외부원통(205)의 좌측 선단부에 접촉될 때 스트레인 게이지에 의한 변형을 측정값이 허용값 이내일 경우 정렬된 것으로 볼 수 있다.

이와 같이 직교하는 4개의 탄성막대(207)상에 장착된 4개의 스트레인 게이지(208)의 신호를 이용하여,공정챔버 내에 웨이퍼를 정확하게 장착하기 위한 필수조건인 반송챔버 중심부를 원점으로 하는 공정챔버 중심부의 R, θ방향 좌표값을 추출할 수 있다.

따라서 이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 클러스터 장비용 웨이퍼 반송장치와 공정모듈간의 위치정렬장치를 클러스터 장비의 조립 및 유지보수에 있어서 웨이퍼 반송을 위한 공정챔버 중심좌표 추출용도로서 사용하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 공정챔버에의 웨이퍼 반송을 위한 좌표추출이 스트레인 게이지에 의한 기준값을 이용하여 정량적으로 이루어질 수 있고,

둘째, 치구 전체가 3개의 기구부로 조립되어져 공정챔버의 3개의 핀으로 된 피데스탈상에 간단히 장착되며, 하부의 지지대(203)이 장착구멍(303-306)의 변경에 의해 3핀 이외의 다른 형상으로 된 공정챔버 내의 상하이동기구에도 쉽게 대응할 수 있으며,

세째, 육안관찰에 의한 방법이 아니므로 공정챔버상에 로봇 반송 관찰목적을 위한 관찰창이 필요로 되지 않으며,

네째, 공정챔버의 좌표추출시 웨이퍼가 필요로 되지 않고 위치정렬치구 구성이 금속, 테플론 등으로 되어 있고, 또 공정챔버내에의 착탈시에만 인력이 개입되어 웨이퍼의 파손염려가 없으며 입자 및 분진의 발생이 적은 장점을 제공해 줄 수 있다.

즉, 본 발명은 일정 규격의 치구를 장착하여 간편하게 웨이퍼 반송로봇과 각 챔버가 정렬될 수 있어 반도체 공정의 통합화를 위한 클러스트 장비의 특징인 멀티챔버에 의한 복합공정의 수행에 효과적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 웨이퍼 반송로봇이 내장된 공통된 하나의 반송챔버와 다수의 격리밸브 및 부대 진공장치로 구성되는 클러스터 플랫폼과 이의 각 부착면들에 다수의 공정모듈(공정챔버) 및 카세트모듈(카세트챔버) 등의 부착모듈들이 장착되는 형태로 구성되어지는 복합 반도체 제조장비에 있어서, 상기 웨이퍼의 반송을 위한 상기 웨이퍼 반송장치(반송로봇)와 상기 공정모듈들간의 위치를 정렬하도록 위치정렬치구를 포함하되, 상기 위치 정렬치구는, 하부에 복수개의 장착구멍과 상부중심에 지지봉(204)과 일측에 장입손잡이(212)가 형성된 지지대(203)와, 십자형으로 각각 4개로 구성된 탄성막대(207)와, 상기 탄성막대(207)의 중심과 상기 지지봉(204)에 체결고정되는 탄성막대 지지봉(206)과, 상기 탄성막대(207)에 부착되는 스트레인 게이지(208)와, 상기 탄성막대(207)의 끝단에 슬라이드 기구로 체결되는 원통(205)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 클러스터 장비의 위치정렬장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치정렬치구는, 공정챔버의 반송챔버 중심에 대한 반경방향 및 회전방향의 좌표를 추출하도록 스트레인 게이지가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 클러스터 장비의 위치정렬장치.