KR100906294B1

KR100906294B1 - 반도체 웨이퍼 보관용 카세트의 자동 포장 장치 및 이를이용한 자동 포장 방법

Info

Publication number: KR100906294B1
Application number: KR1020080000332A
Authority: KR
Inventors: 정은도
Original assignee: 주식회사 실트론
Priority date: 2008-01-02
Filing date: 2008-01-02
Publication date: 2009-07-07

Abstract

본 발명은 자동 포장 장치 및 이를 이용한 자동 포장 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 반도체 웨이퍼가 수납된 카세트를 자동으로 포장하는 장치 및 이를 이용한 자동 포장 방법에 관한 것이다. 본 발명의 자동 포장 장치는, 웨이퍼가 적재된 카세트를 이동시키는 이동부; 카세트를 포장하는 패킹부; 및 카세트를 포장하기 위한 필름백(film bag)을 패킹부에 공급하는 필름백 공급부;를 포함하고, 이송부는 패킹부에 위치한 필름백의 내부로 카세트를 이동시키고 포장이 완료되면 패킹부의 바깥으로 카세트를 이동시키며, 패킹부는, 필름백 공급부로부터 공급된 필름백을 세우는 직립부재와, 세워진 필름백의 입구를 개방하는 개방부재 및, 필름백에 카세트가 수납되면 필름백의 상부를 밀봉하는 밀봉부재를 포함한다.

반도체 웨이퍼, 카세트, 포장, 필름

Description

반도체 웨이퍼 보관용 카세트의 자동 포장 장치 및 이를 이용한 자동 포장 방법{Apparatus for packing cassette used in keeping semiconductor wafer and packing methods using the same}

본 발명은 자동 포장 장치 및 이를 이용한 자동 포장 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 반도체 웨이퍼가 수납된 카세트를 자동으로 포장하는 장치 및 이를 이용한 자동 포장 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제조사에서 생산된 웨이퍼는 오염을 방지하고 외부충격으로부터 보호하기 위하여 출하용 FOSB(Front Open Shipping Box, SEMI M31)와 같은 카세트에 보관되어 출하된다.

웨이퍼가 수납된 카세트는 포장필름에 의하여 포장되는데, 외부로부터의 오염을 완전히 차단하기 위하여 이중으로 포장된다. 즉, 도 1a와 도 1b에 나타난 바와 같이, 라미네이트 필름(laminate film)을 이용하여 1차로 포장한 후, 알루미늄 필름(aluminum film)을 이용하여 2차로 포장한다. 이러한 포장 작업은 현재 수작업으로 진행되고 있다.

한편, 반도체 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 반도체 웨이퍼의 크기와 중량이 커지고 있다. 예를 들어, 300mm 직경의 웨이퍼를 수납한 카세트는 그 무게가 10kg에 달한다. 직경 300mm 이하의 소구경 웨이퍼가 수납된 카세트는 그 무게가 최대 5kg이기 때문에 포장 작업이 용이하지만 대구경 웨이퍼가 수납된 카세트는 포장 작업이 용이하지 않다. 또한, 웨이퍼는 깨지기 쉽기 때문에 작업자가 그 만큼 더 주의하여 카세트를 취급하여야 한다.

이와 같은 포장 작업을 작업자가 수작업으로 하면 반복 작업으로 인하여 근골격계 질환이 발생할 수 있고, 작업시간도 오래 걸리며, 작업자 개개인의 숙련도에 따라 포장 품질에 편차가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 카세트의 포장 작업을 자동화할 수 있는 장치와 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자동 포장 장치는, 웨이퍼가 적재된 카세트를 이동시키는 이동부; 카세트를 포장하는 패킹부; 및 카세트를 포장하기 위한 필름백(film bag)을 패킹부에 공급하는 필름백 공급부;를 포함하고, 이동부는 패킹부에 위치한 필름백의 내부로 카세트를 이동시키고 포장이 완료되면 패킹부의 바깥으로 카세트를 이동시키며, 패킹부는, 필름백 공급부로부터 공급된 필름백을 세우는 직립부재와, 세워진 필름백의 입구를 개방하는 개방부재 및, 필름백에 카세트가 수납되면 필름백의 상부를 밀봉하는 밀봉부재를 포함한다.

바람직하게, 이동부는, 로딩부에 위치한 카세트를 패킹부로 이동시키기 위하여 수평방향과 수직방향으로 이동될 수 있는 이동프레임; 및 카세트를 파지할 수 있도록 이동프레임에 회동가능하게 설치된 로봇암;을 포함한다.

바람직하게, 필름백 공급부는, 탄성부재; 및 탄성부재 위에 적재된 필름백을 누르면서 필름백을 패킹부로 이동시킬 수 있도록 선택적으로 회전되는 공급롤러;를 포함한다.

바람직하게, 직립부재는 미리 정해진 간격만큼 이격되도록 설치되어 필름백 공급부로부터 공급된 필름백이 상기 간격 사이로 삽입되어 세워지게 되고, 개방부재는 직립부재에 의하여 세워진 필름백의 가장자리를 파지한 후, 카세트가 수납될 수 있도록 후방으로 이동하여 필름백의 입구가 개방되도록 하고, 밀봉부재는 필름백에 카세트가 수납된 후 필름백의 상부를 열압착하여 밀봉할 수 있도록 왕복이동한다.

바람직하게, 네 개의 직립부재가 필름백 공급부로부터 이동된 필름백에 삽입될 수 있도록 수직으로 설치되고, 개방부재는 직립부재가 필름백에 삽입되면 필름백의 입구가 사각형이 되어서 카세트가 필름백에 수납될 수 있도록 직립부재를 이동시키고, 밀봉부재는 필름백에 카세트가 수납된 후 필름백의 상부를 열압착하여 밀봉할 수 있도록 왕복이동한다.

본 발명의 다른 측면인 자동 포장 방법은, (a) 필름백을 패킹부로 공급하는 단계; (b) 패킹부로 공급된 필름백의 입구를 개방시키는 단계; (c) 웨이퍼가 수납된 카세트를 로봇암으로 파지하여 패킹부에 위치한 필름백에 수납시키는 단계; 및 (d) 카세트가 수납된 후 필름백의 상부를 밀봉하는 단계;를 포함한다.

바람직하게, 상기 자동 포장 방법은 (d) 단계가 완료된 이후에 (a) 내지 (d) 단계를 반복하여 카세트를 이중으로 포장한다.

바람직하게, 로봇암은 로딩부에 놓여진 카세트를 파지하고 수평으로 이동한 후, 필름백에 카세트를 수납시키기 위하여 수직으로 승하강된다.

본 발명인 반도체 웨이퍼 보관용 카세트의 자동 포장 장치 및 이를 이용한 자동 포장 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 카세트의 포장 작업을 자동화할 수 있다.

둘째, 카세트의 포장 작업에 걸리는 시간을 줄일 수 있다.

셋째, 카세트 포장작업을 자동화하기 때문에 작업자의 근골격계 질환을 방지할 수 있다.

넷째, 카세트 포장작업을 자동화하기 때문에 작업자에 따라 포장 품질에 편차가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라 서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 포장 장치를 개략적으로 보여주는 사시도이다.

도면을 참조하면, 자동 포장 장치(100)는 카세트(1)를 이동시키는 이동부(10)와, 카세트(1)를 포장하기 위한 필름백(film bag)(3)을 공급하는 필름백 공급부(30) 및, 필름백(3)을 이용하여 카세트(1)를 포장하는 패킹부(50)를 포함한다.

이동부(10)는 수평방향(x 방향)과 수직방향(z 방향)으로 이동될 수 있는 이동프레임(11)과, 이동프레임(11)에 회동가능하게 설치된 로봇암(13)을 포함한다.

이동프레임(11)은 구동모터(미도시)에 의하여 x 방향으로 설치된 레일(미도시)을 따라 수평으로 이동되고, 수직 이동수단(미도시)에 의하여 z 방향으로 수직으로 승하강된다. 상기 수직 이동수단으로는 실린더, 리드 스크루(lead screw) 등이 사용될 수 있다.

로봇암(13)은 회동모터(미도시)에 의하여 선택적으로 회동하면서 카세트(1)를 파지한다. 도 2에서 점선으로 나타난 로봇암(13)은 카세트(1)를 파지하기 위하여 바깥쪽으로 회동된 상태를 나타낸다.

로봇암(13)은 로딩부(20)에 놓여진 카세트(1)를 파지하기 위하여 회동하고, 카세트(1)의 파지가 완료되면 이동프레임(11)이 패킹부(50)의 상측으로 이동한다. 패킹부(50) 상측으로의 이동이 완료되면 이동프레임(11)은 수직으로 하강하게 되고, 수직하강이 완료되면 로봇암(13)이 바깥쪽으로 회동하여 카세트(1)의 파지를 해제한다.

필름백 공급부(30)는 필름백(3)을 하나씩 팩킹부(50)로 공급한다. 필름백(3)은 직육면체 형상의 백(bag)인데, 도 3에 나타난 바와 같이 마주보는 양측면이 길이방향을 따라 접혀진 상태로 공급부(30)에 적층된다. 바람직하게, 필름백(3)은 PE(폴리에틸렌)/나일론이 적층된 구조로서 150μm 이상의 두께를 가진다.

필름백 공급부(30)는 탄성부재(31)와, 탄성부재(31) 위에 적재된 필름백(3)을 누르면서 필름백(3)을 패킹부(50)로 이동시킬 수 있도록 선택적으로 회전되는 공급롤러(33)를 포함한다.

도 4a와 도 4b에 나타난 바와 같이, 탄성부재(31)는 필름백(3) 층을 탄력적으로 지지하기 때문에 공급롤러(33)와 필름백(3)이 서로 밀착될 수 있어서 필름백(3)이 하나씩 패킹부(50)로 이동될 수 있다.

패킹부(50)는 필름백(3)이 수직으로 세워지도록 하는 직립부재(도 5a의 51, 도 2에는 미도시)와, 필름백(3)의 입구를 개방시키는 개방부재(도 5b의 53, 도 2에는 미도시) 및, 필름백(3)의 상부를 열압착하여 밀봉하는 한 쌍의 밀봉부재(도 5e의 55, 도 2에는 미도시)를 포함한다.

도 5a에 나타난 바와 같이, 직립부재(51)는 필름백 공급부(30)로부터 이동된 필름백(3)이 수직으로 세워지도록 한다. 바람직하게, 직립부재(51)는 수직으로 설치된 적어도 두 쌍의 롤러(51a)를 포함한다. 한 쌍의 롤러(51a)는 각 롤러(51a)가 서로 일정간격 이격되는데, 상기 이격된 틈 사이로 필름백(3)이 삽입되어서 필름백(3)이 수직으로 세워진다.

상기 롤러(51a)들은 실린더와 같은 이동수단(미도시)에 의하여 선택적으로 수평으로 이동한다. 즉, 필름백(3)이 공급되는 동안에는 원위치에서 필름백(3)이 수직으로 세워지도록 하고, 필름백(3)의 입구를 개방하기 위하여 개방부재(53)가 작동되는 동안에는 실린더의 수축에 의하여 후방 쪽으로 이동한다.

개방부재(53)는 직립부재(51)에 의하여 세워진 필름백(3)의 입구를 개방한다. 도 5b와 도 5c에 나타난 바와 같이, 개방부재(53)는 필름백(3)의 가장자리 4군데를 파지한 후, 후방으로 이동하여 필름백(3)의 입구를 개방한다.

개방부재(53)는 실린더부재(미도시)와, 실린더부재의 선단(先端)에 설치된 집게(53a)를 포함한다. 실린더부재가 신장하여 집게(53a)가 필름백(3)의 가장자리를 파지한 후, 실린더가 수축하면 필름백(3)의 입구가 개방된다. 집게(53a)는 필름백(3)의 가장자리를 감지하는 센서(미도시)와 모터(미도시)에 의하여 자동으로 작동될 수 있다.

대안으로서, 개방부재는 진공펌프(미도시)와, 실린더(미도시)와, 상기 실린더의 선단에 설치되고 필름백(3)에 선택적으로 부착되는 흡착판(미도시)을 포함할 수도 있다. 즉, 실린더가 신장하여 흡착판이 필름백(3)에 부착된 후 진공펌프가 작동하여 흡착판이 필름백(3)을 흡착하고, 이어서 실린더가 수축하면 필름백(3)의 입구가 개방될 수 있다.

밀봉부재(55)는 필름백(3)에 카세트(1)가 수납된 후 필름백(3)의 상부를 열 압착하여 밀봉한다. 도 5e에 나타난 바와 같이, 밀봉부재(55)는 필름백(3)의 양쪽에 각각 설치된다. 바람직하게, 밀봉부재(55)는 밀봉용 실린더(미도시)와, 밀봉용 실린더의 선단에 설치되고 미리 정해진 온도로 가열될 수 있는 열압착 막대(55a)를 포함한다.

밀봉용 실린더가 신장하면 필름백(3)의 상부를 사이에 두고 양쪽의 열압착막대(55a)가 필름백(3)의 상부를 각각 가압하기 때문에 필름백(3)이 밀봉된다.

바람직하게, 패킹부(50)는 필름백(3)의 상부를 접는 폴딩롤러(도 5d의 57)를 구비한다. 폴딩롤러(57)는 필름백(3)의 상부를 접음으로써 열압착막대(55a)에 의한 열압착이 원활히 이루어지도록 한다. 폴딩롤러(57)는 수평으로 이동하면서 필름백(3)의 상부를 접는다.

한편, 자동포장장치(100)를 이용하여 1차 포장이 완료된 후, 1차 포장에서와 동일한 공정을 반복함으로써 2차 포장을 할 수 있다.

포장이 완료된 카세트(1)는, 도 6에 나타난 바와 같이, 이송 컨베이어(60)에 적재되어 외부로 이송된다. 이송되는 도중에 필름백(3)의 상부를 테이핑할 수 있다. 테이프(70)를 이용하여 이러한 테이핑 작업은 작업자에 의하여 수작업으로 이루어지거나 통상적인 테이핑 장치에 의하여 이루어질 수 있다.

한편, 도 7은 자동 포장 장치(100)에 구비되는 직립부재의 변형예를 보여주는 도면이다. 직립부재(52)는 미리 정해진 간격만큼 이격된 한 쌍의 가이더 평판(52a)을 포함한다. 상기 이격된 간격에 필름백(3)이 삽입되어 수직으로 상승된다. 두 개의 직립부재(52)가 필름백(3)의 양끝단을 가이드할 수 있도록 설치된다.

직립부재(52)는 실린더와 같은 승하강 수단(미도시)에 의하여 승하강할 수 있도록 설치된다. 즉, 개방부재(53)에 의하여 입구가 개방되는 경우에는 직립부재(52)가 상승 또는 하강하여 필름백(3)이 펼쳐질 수 있도록 한다.

도 8은 직립부재의 또 다른 변형예를 보여주는 도면이다. 네 개의 직립부재(54)가 필름백 공급부(30)로부터 공급되는 필름백(3)에 삽입될 수 있도록 설치된다. 직립부재(54)는 개방부재(미도시)에 의하여 이동될 수 있다. 상기 개방부재는 직립부재(54)와 연결되어 직립부재(54)를 수평으로 이동시키는 부재로서, 예를 들어 실린더가 개방부재로서 사용될 수 있다.

필름백(3)이 공급롤러(33)에 의하여 이동되어 팩킹부(50)로 상승되면 직립부재(54)가 필름백(3)에 자연스럽게 삽입된다. 직립부재(54)가 필름백(3)에 삽입되면, 직립부재(54)는 개방부재에 의하여 좌우로 이동되어 필름백(3)의 입구를 개방한다.

그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동포장장치(100)를 이용하여 카세트(1)를 포장하는 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 도 5a에 나타난 바와 같이, 필름백 공급부(30)의 공급롤러(33)가 회전되면 필름백(3)이 하나씩 패킹부(50)로 공급된다. 패킹부(50)에 공급된 필름백(3)은 롤러(51a) 사이에 삽입되면서 수직으로 세워진다. 이어서, 도 5b에 나타난 바와 같이, 개방부재(53)의 실린더부재(미도시)가 신장하여 집게(53a)가 필름백(3)의 가장자리를 파지한 후, 실린더부재가 수축하면 필름백(3)의 입구가 개방된다.

한편, 작업자가 웨이퍼(미도시)가 적재된 카세트(1)를 카세트 로딩부(20)에 위치시키면 이동부(10)가 카세트(1)를 패킹부(50)로 이동시킨다. 로봇암(13)이 회동하여 카세트(1)를 파지하면 이동프레임(11)이 수평(x 방향)으로 이동한다. 로봇암(13)이 패킹부(50)의 상측에 위치하면 이동프레임(11)이 수직(z 방향)으로 하강하여 도 5c에 나타난 바와 같이 필름백(3)의 내부에 카세트(1)를 안착시킨 후, 로봇암(13)이 회동하여 카세트(1)에 대한 파지를 해제한다.

이어서, 도 5d에 나타난 바와 같이 폴딩롤러(57)를 작동시켜 필름백(3)의 상부를 접은 후, 도 5e에 나타난 바와 같이 밀봉용 실린더(미도시)를 작동시켜 열압착 막대(55a)를 왕복이동시킴으로써 필름백(3)의 상부를 밀봉한다.

필름백(3)의 상부를 밀봉한 후에는, 도 6에 나타난 바와 같이, 컨베이어(60)를 이용하여 필름백(3)을 이동시키면서 필름백(3)의 상부를 테이핑한다.

이와 같은 과정을 거쳐서 1차 포장이 완료되면 위의 과정을 한번 더 반복하여 2차 포장을 한다.

도 1a는 종래 기술에 따라 1차 포장된 카세트를 보여주는 도면.

도 1b는 종래 기술에 따라 2차 포장된 카세트를 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 포장 장치를 개략적으로 보여주는 사시도.

도 3은 도 2의 자동 포장 장치에 사용되는 필름백을 보여주는 사시도.

도 4a와 도 4b는 각각 도 2의 자동 포장 장치에 구비된 필름백 공급부를 개략적으로 보여주는 도면.

도 5a 내지 도 5e는 각각 도 2의 자동 포장 장치의 패킹부에서 포장이 이루어지는 것을 순차적으로 보여주는 도면.

도 6은 도 2의 자동 포장 장치에 의하여 포장이 완료된 카세트가 이송되는 것을 보여주는 도면.

도 7은 도 2의 자동 포장 장치에 구비되는 패킹부의 변형예를 보여주는 도면.

도 8은 도 2의 자동 포장 장치에 구비되는 패킹부의 또 다른 변형예를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 카세트 3 : 필름백

10 : 이동부 20 : 카세트 로딩부

30 : 필름백 공급부 50 : 패킹부

100 : 자동 포장 장치.

Claims

웨이퍼가 적재된 카세트를 이동시키는 이동부;

카세트를 포장하는 패킹부; 및

카세트를 포장하기 위한 필름백(film bag)을 패킹부에 공급하는 필름백 공급부;를 포함하고,

이동부는 패킹부에 위치한 필름백의 내부로 카세트를 이동시키고 포장이 완료되면 패킹부의 바깥으로 카세트를 이동시키며,

패킹부는,

필름백 공급부로부터 공급된 필름백을 입구가 위쪽을 향하도록 세우는 직립부재와, 세워진 필름백의 입구를 개방하는 개방부재 및, 필름백에 카세트가 수납되면 필름백의 상부를 밀봉하는 밀봉부재를 포함하고,

이동부는,

로딩부에 위치한 카세트를 패킹부로 이동시키기 위하여 수평방향과 수직방향으로 이동될 수 있는 이동프레임; 및

카세트를 파지할 수 있도록 이동프레임에 회동가능하게 설치된 로봇암;을 포함하고,

로봇암이 로딩부에 위치한 카세트를 파지한 후 이동프레임이 상기 수평방향으로 이동하여 패킹부의 상측으로 이동한 다음, 이동프레임이 상기 수직방향으로 하강하여 카세트를 필름백의 내부에 안착시키고, 포장이 완료되면 로봇암이 카세트를 파지한 후 상기 수직방향으로 상승하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 장치.
삭제
제1항에 있어서,

필름백 공급부는,

탄성부재; 및

탄성부재 위에 적재된 필름백을 누르면서 필름백을 패킹부로 이동시킬 수 있도록 선택적으로 회전되는 공급롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 장치.
제1항에 있어서,

직립부재는 미리 정해진 간격만큼 이격되도록 설치되어 필름백 공급부로부터 공급된 필름백이 상기 간격 사이로 삽입되어 세워지게 되고,

개방부재는 직립부재에 의하여 세워진 필름백의 가장자리를 파지한 후, 카세트가 수납될 수 있도록 후방으로 이동하여 필름백의 입구가 개방되도록 하고,

밀봉부재는 필름백에 카세트가 수납된 후 필름백의 상부를 열압착하여 밀봉할 수 있도록 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 장치.
제1항에 있어서,

네 개의 직립부재가 필름백 공급부로부터 이동된 필름백에 삽입될 수 있도록 수직으로 설치되고,

개방부재는 직립부재가 필름백에 삽입되면 필름백의 입구가 사각형이 되어서 카세트가 필름백에 수납될 수 있도록 직립부재를 이동시키고,

밀봉부재는 필름백에 카세트가 수납된 후 필름백의 상부를 열압착하여 밀봉할 수 있도록 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 장치.
(a) 필름백을 패킹부로 공급하되, 필름백의 입구가 위쪽을 향하도록 하는 단계;

(b) 패킹부로 공급된 필름백의 입구를 개방시키는 단계;

(c) 로딩부에 놓여진 카세트를 로봇암으로 파지하고 횡방향으로 이동한 후, 필름백에 카세트를 수납시키기 위하여 아래로 하강하여 상기 입구를 통하여 카세트를 필름백에 수납시키는 단계;

(d) 카세트가 수납된 후 필름백의 상부를 밀봉하는 단계; 및

(e) 상기 밀봉이 완료되면 로봇암이 카세트를 파지한 후 위로 상승하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 방법.
제6항에 있어서,

(e) 단계가 완료된 이후에 (a) 내지 (e) 단계를 반복하여 카세트를 이중으로 포장하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 방법.
삭제