KR100857988B1 - 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 씨엠피(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 장비의 웨이퍼 그리핑 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading)하기 위하여 웨이퍼를 파지(Gripping)할 때 웨이퍼에 가해지는 충격을 완화시킴으로써 웨이퍼 파지시 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는, 로봇에 의해 이동하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 일측에 설치되는 구동원; 상기 베이스 플레이트에 전,후방향으로 직선운동이 가능하게 설치되어, 상기 구동원에 의해 상기 베이스 플레이트 위를 전,후방향으로 직선운동하는 이동블록; 및 웨이퍼를 양측에서 파지하도록 서로 대향한 상태에서 상기 베이스 플레이트상에 좌,우 직선운동이 가능하게 설치되며, 각각의 일단이 상기 이동블록에 연결되고 타단에는 그리퍼가 구비되어, 상기 이동블록의 전,후방향 직선운동에 의해 좌,우방향으로 오픈되거나 클로즈되는 제1,2그리퍼 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치가 제공된다.
웨이퍼, 그리핑, CMP, 그리퍼, 세정, 로봇

Description

씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치 {Wafer Gripping apparatus for CMP equipment}
도 1은 일반적인 씨엠피 장비의 구성을 나타내는 도면
도 2는 종래의 웨이퍼 그리핑 장치를 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 그리핑 장치를 나타내는 도면
도 4는 도 3의 A-A 단면도
도 5는 도 3의 B-B 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 베이스 플레이트 212,214 : 안내레일
220 : 구동원 222 : 회전축
222a : 나사축 230 : 이동 블록
230a : 나사홀 232 : 경사면
234,244 : 안내홈 240 : 제1그리퍼 아암
240a,250a : 그리퍼 242,252 : 롤러
250 : 제2그리퍼 아암 260 : 탄성부재
272,274 : 위치감지센서 282,284 : 블록편
본 발명은 씨엠피(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 장비의 웨이퍼 그리핑 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading)하기 위하여 웨이퍼를 파지(Gripping)할 때 웨이퍼에 가해지는 충격을 완화시킴으로써 웨이퍼 파지시 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치에 관한 것이다.
씨엠피 공정은, 패턴이 형성된 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 공정이다.
첨부도면 도 1에는 일반적인 씨엠피 장비가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 씨엠피 장비는, 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마하는 다수의 폴리싱 스테이션(10)과, 폴리싱 후 웨이퍼 표면에 부착된 파티클 및 잔류물을 케미컬 및 브러시로 세척하는 세정 스테이션(20)를 포함한다.
또한, 씨엠피 장비로 웨이퍼를 반입,반출하기 위한 다수의 포트(30)와, 상기 포트(30)와 프랜스퍼 스테이션(40) 사이에서 웨이퍼를 운반하는 제1로봇(50)과, 상 기 트랜스퍼 스테이션(40)과 웨트(Wet) 스테이션(60) 사이에서 웨이퍼를 운반하는 제2로봇(70)과, 상기 웨트 스테이션(60)과 상기 폴리싱 스테이션(10) 사이 및 각 폴리싱 스테이션(10) 사이에서 웨이퍼를 운반하는 제3로봇(80)을 포함한다.
여기서, 상기 세정 스테이션(20)은, 통상적으로 암모니아를 분사하면서 브러싱을 수행하는 모듈과, 불산용액을 분사하면서 브러싱을 수행하는 모듈과, 세정이 끝난 웨이퍼를 건조시키는 모듈 등, 다수의 모듈로 이루어진다.
이와 같은 세정 스테이션(20)에서는, 하나의 모듈에서 다른 모듈로 웨이퍼를 운반하기 위한 운반 로봇(80)을 구비하고 있다. 상기 운반 로봇은, 도 1에 화살표 방향으로 도시한 바와 같이, 전술한 세정 스테이션(20)의 다수의 모듈 사이를 왕복하면서 웨이퍼를 운반하게 된다. 상기한 운반 로봇(80)에는 웨이퍼를 파지하기 위한 그리핑 장치가 구비된다.
첨부도면 도 2에는 종래의 그리핑 장치가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 그리핑 장치(100)는, 서로 마주보는 그리퍼(110)가 구비된 제1,2 아암(122,124; Arm)과, 상기 제1,2 아암(122,124)이 동시에 클로즈되거나 오픈되도록 구동시키는 기어 기구(130)와, 상기 제1 아암(122) 또는 제2 아암(124) 중 하나를 작동시키는 실린더(140)와, 상기 제1,2아암(122,124)을 서로 당기도록 하는 스프링(150)을 포함하여 이루어져 있다.
이와 같은 웨이퍼 그리핑 장치(100)는, 하나의 모듈에서 웨이퍼(W)의 세정이 끝나면, 공정을 마친 웨이퍼를 파지하고, 로봇에 의해 다음 모듈로 이동하며, 다음 모듈에서 다시 웨이퍼를 내려놓는다.
즉, 실린더(140)에 에어를 공급하여 제2 아암(124)을 밀면, 상기 기어 기구(130)에 의해 제1 아암(122)을 동시에 반대로 이동시켜 그리퍼(110)를 오픈시키며, 이 상태로 하강되어 세정 모듈에 로딩되어 있는 웨이퍼(W)의 외주에서 멈춘다.
이 후, 상기 실린더(124)로부터 에어가 배출되고, 그에 따라 상기 스프링(150)에 의한 복원력으로 제1,2 아암(122,124)를 당김으로써 상기 그리퍼(110)가 클로즈되어 웨이퍼(W)의 측면을 파지한다.
상기와 같이 그리퍼(110)가 웨이퍼(W)를 파지하면, 로봇이 좌우로 이동할 수 있는 높이까지 상승하여 다음의 모듈로 이동하고, 다시 하강한 다음, 상기 실린더(124)에 에어를 공급하여 그리퍼(110)를 오픈시킴으로써 파지되어 있던 웨이퍼(W)를 내려놓게 된다.
이와 같이, 종래의 웨이퍼 그리핑 장치에 있어서는, 웨이퍼의 로딩 및 언로딩이 반복적으로 이루어지는데, 웨이퍼(W)를 파지할 때 스프링(150)의 탄성력에 의해 그리퍼(110)를 클로즈시켜 웨이퍼를 파지하게 된다. 이와 같이, 스프링(150)에 의한 탄성력으로 그리퍼(110)가 클로즈될 때에는 실린더(124)가 어떠한 저항력을 작용해 주지 못하므로 그리퍼(110)가 매우 급작스럽게 클로즈된다. 따라서, 그리퍼(110)가 클로즈 될 때마다 웨이퍼(W)에 스프링(150)의 급작스런 복원에 의한 충격이 가해지고, 이러한 반복적인 충격에 의한 응력으로 웨이퍼(W)가 쪼개지는 현상이 발생하였다.
본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은, 웨이퍼를 파지할 때 웨이퍼에 가해지는 충격을 완화시킴으로써 웨이퍼 파지시 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있도록 한 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치는, 로봇에 의해 이동하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 일측에 설치되는 구동원; 상기 베이스 플레이트에 전,후방향으로 직선운동이 가능하게 설치되어, 상기 구동원에 의해 상기 베이스 플레이트 위를 전,후방향으로 직선운동하는 이동블록; 및 웨이퍼를 양측에서 파지하도록 서로 대향한 상태에서 상기 베이스 플레이트상에 좌,우 직선운동이 가능하게 설치되며, 각각의 일단이 상기 이동블록에 연결되고 타단에는 그리퍼가 구비되어, 상기 이동블록의 전,후방향 직선운동에 의해 좌,우방향으로 오픈되거나 클로즈되는 제1,2그리퍼 아암을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은, 상기 이동블록의 전,후방향 직전운동에 의해 제1,2그리퍼 아암이 좌,우방향으로 직선운동하여 그리퍼를 오픈 및 클로즈시키게 됨으로써, 그리퍼의 급작스런 클로즈가 방지되어 웨이퍼 파지시 웨이퍼에 충격이 가해지지 않게 된다.
상기한 본 발명의 웨이퍼 그리핑 장치에 있어서, 상기 이동블록은 그의 양측에 경사면이 형성되고, 상기 제1,2그리퍼 아암의 단부는 상기 이동블록의 경사면에 접촉함으로써, 상기 경사면의 전,후방향 직선운동에 의해 상기 제1,2그리퍼 아암이 좌,우방향으로 직선운동하도록 하여 오픈 및 클로즈 동작을 구현할 수 있다.
상기 제1,2그리퍼 아암의 단부에는 롤러가 설치되며, 상기 롤러에 의해 상기 이동블록의 경사면에 접촉하도록 할 수 있다.
상기 제1,2그리퍼 아암 사이에는, 제1,2그리퍼 아암이 클로즈되는 방향으로 편향력을 제공하는 탄성부재가 구비될 수 있다.
상기 구동원은 양방향 스텝 모터로 이루어지며, 그의 회전축이 상기 이동블록에 나사결합됨으로써, 회전축의 회전에 의해 이동블록이 전,후방향으로 직선운동되도록 할 수 있다.
상기 이동블록의 전방 및 후방으로의 이동범위를 제한하기 위해 상기 이동블록의 전방 및 후방측 베이스 플레이트에 위치감지센서가 구비될 수 있다.
상기 이동블록은 상기 베이스 플레이트에 엘엠가이드 결합에 의해 전,후방향으로 직선운동이 가능하도록 할 수 있다.
상기 제1,2그리퍼 아암은 상기 베이스 플레이트에 엘엠가이드 결합에 의해 좌,우방향으로 직선운동이 가능하도록 할 수 있다.
이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
첨부도면 도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 그리핑 장치를 나타내는 것으로서, 도 3에는 그리핑 장치 전체 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A-A 단면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 B-B 단면도가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 그리핑 장치는, 대분하여 베이스 플레이트(210)와, 구동원(220)과, 이동블록(230)과, 제1,2그리퍼 아암(250)을 포함한다.
상기 베이스 플레이트(210)는, 전술한 세정 스테이션의 운반 로봇에 탑재되며, 운반 로봇에 의해 각 세정 스테이션으로 이동된다.
상기 구동원(220)은 상기 베이스 플레이트(210)의 일측에 설치된다.
상기 이동블록(230)은, 상기 베이스 플레이트(210)상에 전,후방향으로 직선운동이 가능하게 설치된다. 상기 이동블록(230)은 상기 구동원(220)에 연결되어 구동원(220)에 의해 상기 베이스 플레이트(210) 위를 전,후방향으로 직선운동한다.
상기 제1,2그리퍼 아암(240,250)은, 웨이퍼(W)를 양측에서 파지하도록 서로 대향한 상태로 배치되며, 상기 베이스 플레이트(210) 상에 좌,우 직선운동이 가능하게 설치되어 상기 이동블록(230)의 전,후방향 이동에 의해 좌,우방향으로 직선운동한다.
즉, 상기 제1,2 그리퍼 아암(240,250)들은 그의 일단이 상기 이동블록(230)에 연결되고 타단에는 그리퍼(240a,250a)가 구비되며, 상기 이동블록(230)의 전,후방향 직선운동에 의해 좌,우방향으로 직선운동하여 그의 그리퍼(240a,250a)를 오픈 시키거나 클로즈시킨다.
도면에 도시된 실시예에 있어서, 상기 이동블록(230)은 양측에 경사면(232)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제1,2그리퍼 아암(240,250)의 단부는 상기 이동블록의 경사면(232)에 접촉하여 상기 경사면(232)의 전,후방향 직선운동에 의해 좌,우방향으로 직선운동하게 된다.
상기 제1,2그리퍼 아암(240,250) 사이에는, 제1,2그리퍼 아암(240,250)이 클로즈되는 방향으로 편향력을 제공하는 탄성부재(260)가 연결되어 있다.
상기 탄성부재(260)는 상기 제1,2그리퍼 아암(240,250)을 클로즈시키는 방향으로 탄성력을 가하는데, 상기 그리퍼 아암(240,250)은 상기 이동블록(230)에 항상 밀착된 상태를 유지하기 때문에, 상기 탄성부재(260)에 의해 제1,2그리퍼 아암(240,250)이 급작스럽게 클로즈되지는 않게 된다. 따라서, 웨이퍼(W) 파지시 웨이퍼에 충격이 가해지지 않고 안전하게 파지할 수 있다.
한편, 상기 제1,2그리퍼 아암(240,250)의 단부에는 롤러(242,252)가 설치된다. 상기 롤러(242,252)는 상기 이동블록(230)의 경사면(232)에 접촉함으로써 미끄럼운동이 원활하게 이루어지도록 하는 역할을 한다.
도면에 도시된 실시예에 있어서, 상기 구동원(220)은 양방향회전가능하며 회전각도를 미세 조정 가능한 스텝 모터(Step motor)로 이루어진다. 또한, 모터의 회전축(222)이 상기 이동블록(230)에 나사결합됨으로써, 상기 회전축(222)의 회전에 의해 상기 이동블록(230)이 전,후방향으로 직선운동하도록 되어 있다. 구체적으로, 상기 스텝 모터의 회전축(222)의 나사축(222a)이 상기 이동블록(230)에 형성된 나 사홀(230a)에 결합된다.
여기서, 상기 이동블록(230)의 전후방향 직선운동은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(210)와의 엘엠가이드(LM Guide; Leaner Motion Guide) 결합에 의해 이루어지도록 하고 있다. 즉, 상기 베이스 플레이트(210)에는 도브 테일(Dove tail) 모양의 안내레일(212)이 구비되고, 이동블록(230)에는 안내홈(234)이 형성되어 상기 안내홈(234)이 상기 안내레일(212)에 미끄럼운동이 가능하게 결합되는 구조이다.
마찬가지로, 도면에 도시된 실시예에 있어서, 상기 제1,2 그리퍼 아암(240,250)의 좌,우 방향 직선운동에 있어서도, 상기 베이스 플레이트(210)에 안내레일(214)과 안내홈(244,254)으로 결합되는 엘엠가이드로써 결합되어 있다.
한편, 상기 이동블록(230)의 전방 및 후방측 베이스 플레이트(210)상에는 위치감지센서(272,274)가 설치된다. 상기 위치감지센서(272,274)는 상기 이동블록(230)의 전,후 방향 이동 범위를 제한하는 역할을 한다. 상기 위치감지센서(272,274)는 누름스위치(Push-ON/Pull-OFF Switch) 또는 리미트스위치(Limit Switch)로 이루어질 수 있다.
도면에 도시된 실시예에 있어서, 상기 위치감지센서(272,274)는 각각 상기 베이스 플레이트(210)에 설치되는 블록편(282,284)에 설치되어 있다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 웨이퍼 그리핑 장치의 작용을 설명한다.
먼저, 그리퍼(240a,250a)를 오픈시키기 위해 구동원(220)을 일방향으로 회전시키면 구동원(220)의 회전축(222) 및 그의 나사축(222a)이 회전하여 이동 블록(230)을 전진시킨다. 상기 이동 블록(230)은 상기 베이스 플레이트(210)에 엘엠가이드로 연결되어 있음과 동시에 상기 회전축(222)의 나사축(222a)과 나사홀(230a)로 결합되어 있으므로, 회전축(222)의 회전운동에 의해 이동블록(230)이 전방으로 직선운동한다.
상기 이동 블록(230)이 전방으로 직선운동하면, 이동블록(230)의 측면 경사면(232)에 롤러(242,252)를 통해 접촉하고 있는 제1,2 그리퍼 아암(240,250)이 탄성부재(260)를 인장시키면서 벌어져서, 그들 단부의 그리퍼(240a,250a)를 오픈시킨다. 이때, 상기 제1,2 그리퍼 아암(240,250)은 상기 베이스 플레이트(210)와의 엘엠가이드 결합에 의해 좌,우로 직선운동이 가능하게 된다.
상기와 같은 상태에서, 웨이퍼(W)를 파지하기 위해, 상기 구동원(220)을 반대방향으로 구동시키면, 이동블록(230)이 후퇴한다. 이동블록(230)의 후퇴에 따라 상기 제1,2그리퍼 아암(240,250)이 탄성부재(260)의 복원력에 의해 서로 당겨지게 됨으로써 그리퍼(240a,250a)가 클로즈되어 웨이퍼(W)를 파지하게 된다.
상기에서, 상기 제1,2그리퍼 아암(240,250)은, 상기 탄성부재(260)의 복원력에 의해 클로즈되는 방향으로 이동할 때, 상기 이동블록(230)의 경사면(232)에 롤러(242,252)를 통해 항상 밀착된 상태를 유지하고 있다. 따라서, 상기 탄성부재(260)의 복원력이 작용하더라도 상기 제1,2그리퍼 아암(240,250) 및 그리퍼(240a,250a)가 급작스럽게 클로즈되지는 않게 되며, 그에 따라, 웨이퍼(W) 파지시 웨이퍼(W)에 충격이 가해지지 않고 부드럽고 안전하게 파지할 수 있다.
상기 이동블록(230)의 전,후방향 이동에 있어서, 이동블록(230)의 전방 및 후방측에는 위치감지센서(272,274)가 구비되어 있다. 따라서, 상기 이동블록(230)이 전방 및 후방으로 이동하는 동작 말미에서 이동블록(230)은 상기 전,후방 위치감지센서(272,274)를 누르게 된다. 위치감지센서(272,274)로부터의 동작신호가 운반 로봇 제어부(도시생략)에 인가되면, 로봇 제어부는 상기 구동원(220) 즉, 스텝 모터의 구동을 정지시켜 예상치 못한 사고의 발생을 방지할 수 있다.
이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예가 상세하게 설명되었으나, 이는 본 발명의 양호한 실시예에 대한 하나의 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예는 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
이와 같이, 본 발명의 웨이퍼 그리핑 장치에서는, 전후 방향으로 직선운동하는 이동블록과, 상기 이동블록에 의해 좌,우방향으로 직선운동하는 제1,2그리퍼 아암을 구비한 구조를 가져, 상기 제1,2 그리퍼 아암이 급작스럽게 클로즈되지 않고 항상 이동블록에 밀착된 상태에서 클로즈되어 웨이퍼를 파지하게 된다.
따라서, 웨이퍼 파지시 웨이퍼에 충격이 가해지지 않으므로, 웨이퍼 손상 없이 안전하게 운전할 수 있다.

Claims (8)

  1. 로봇에 의해 이동하는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 일측에 설치되며 양방향 스텝 모터로 이루어지며, 그의 회전축이 상기 이동블록에 나사결합됨으로써, 회전축의 회전에 의해 이동블록이 전,후방향으로 직선운동하는 구동원;
    상기 베이스 플레이트에 전,후방향으로 직선운동이 가능하게 설치되어, 상기 구동원에 의해 상기 베이스 플레이트 위를 전,후방향으로 직선운동하는 이동블록; 및
    웨이퍼를 양측에서 파지하도록 서로 대향한 상태에서 상기 베이스 플레이트상에 좌,우 직선운동이 가능하게 설치되며, 각각의 일단이 상기 이동블록에 연결되고 타단에는 그리퍼가 구비되어, 상기 이동블록의 전,후방향 직선운동에 의해 좌,우방향으로 오픈되거나 클로즈되는 제1,2그리퍼 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동블록은 그의 양측에 경사면이 형성되고, 상기 제1,2그리퍼 아암의 단부는 상기 이동블록의 경사면에 접촉하여 상기 경사면의 전,후방향 직선운동에 의해 좌,우방향으로 직선운동하게 되는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1,2그리퍼 아암의 단부에는 롤러가 설치되며, 상기 롤러에 의해 상기 이동블록의 경사면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2그리퍼 아암 사이에는, 제1,2그리퍼 아암이 클로즈되는 방향으로 편향력을 제공하는 탄성부재가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이동블록의 전방 및 후방으로의 이동범위를 제한하기 위해 상기 이동블록의 전방 및 후방측 베이스 플레이트에 위치감지센서가 구비되며, 상기 위치감지센서는 누름스위치(Push-ON/Pull-OFF Switch) 또는 리미트스위치(Limit Switch)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이동블록은 상기 베이스 플레이트에 엘엠가이드 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2그리퍼 아암은 상기 베이스 플레이트에 엘엠가이드 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장비의 웨이퍼 그리핑 장치.
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