KR101493046B1 - 유동 그리퍼를 포함하는 클램핑 장치 - Google Patents

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Abstract

다양한 반도체 기판의 크기에 관계없이 다양한 반도체 기판을 모두 클램핑할 수 있는 클램핑 장치가 제안된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 클램핑 장치는 본체, 상기 본체와 일부가 결합되고 상하 승강이 가능한 지지 플레이트, 상기 본체 상에 결합, 고정되는 고정 그리퍼, 및 상기 본체 상에 배치되되, 수평 방향으로 유동 가능한 유동 그리퍼를 포함하는 클램프를 포함한다.
Figure R1020080112634
클램핑 장치, 클랩프, 그리퍼

Description

유동 그리퍼를 포함하는 클램핑 장치{A clamping apparatus including a movable gripper}
본 발명은 반도체 소자 제조 공정에서 사용되는 반도체 기판을 클램핑하는 클램핑 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정에서 사용 되는 반도체 기판들의 종류는 매우 다양하다. 반도체 기판들은 점차 얇아지고 있고, 점차 대형화되고 있다. 이러한 얇고 큰 반도체 기판은 공정 진행 시, 휘는 현상이 쉽게 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반도체 소자 제조 공정에서, 다양한 반도체 기판의 종류에 상관없이 범용으로 사용될 수 있는 클램프 및 클램프를 포함하는 클램프 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 반도체 소자 제조 공정에서, 다양한 반도체 기판의 종류에 상관없이 범용으로 사용될 수 있는 클램프를 포함하는 클램프 장치를 이용한 반도체 제조 공정을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 클램핑 장치는 본체, 상기 본체와 일부가 결합되고 상하 승강이 가능한 지지 플레이트, 상기 본체 상에 결합, 고정되는 고정 그리퍼, 및 상기 본체 상에 배치되되, 수평 방향으로 유동 가능한 유동 그리퍼를 포함하는 클램프를 포함한다.
상기 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 공정은, 본체, 상기 본체와 일부가 결합되고 상하 승강이 가능한 지지 플레이트, 상기 본체 상에 결합, 고정되는 고정 그리퍼, 및 상기 본체 상에 배치되되, 수평 방향으로 유동 가능한 유동 그리퍼를 포함하는 클램프를 포함 하는 클램핑 장치를 사용하여, 픽업 아암이 반도체 기판을 픽업하여 클램프 상에 도착하는 단계, 상기 지지 플레이트가 상기 본체보다 높게 상승하는 단계, 상기 픽업 아암이 하강하여 상기 지지 플레이트 상에 상기 픽업 아암이 픽업해 온 반도체 기판이 놓여지는 단계, 상기 지지 플레이트가 하강하는 단계, 상기 유동성 그리퍼가 수평 이동하여 상기 지지 플레이트 상에 놓인 반도체 기판을 클램핑하는 단계, 및 상기 픽업 아암이 상승하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의한 클램프를 포함하는 클램핑 장치는, 다양한 크기의 반도체 기판들을 모두 클램핑할 수 있으므로, 공정을 중단할 필요 없이 여러 반도체 공정들을 수행할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것 일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 클램프(clamper)를 포함하는 반도체 기판 클램핑 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도들이다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 기판 클램핑 장치는, 클램프(100)를 포함하고, 클램프(100)는, 본체(110), 지지 플레이트(130), 고정 그리퍼(150, fixed gripper), 및 유동 그리퍼(170, movable gripper)를 포함한다. 두 도면은 동일한 클램프(100)를 도시한 것이 아니다.
하나의 본체(110)는 다수 개의 지지 플레이트들(130), 고정 그리퍼들(150) 및 유동 그리퍼들(170)을 포함할 수 있다. 지지 플레이트(130), 고정 플레이트(150) 및 유동 그리퍼(170)가 본체(110)에 배치되어 하나의 단위 클램프(100)를 구성할 수 있다. 본체(110)는 전후 또는 좌우로 이동될 수 있다. 상세하게, 클램프(100)는 반도체 기판을 지지한 상태에서 이동될 수 있는데, 그 이동은 본체(110)가 이동되는 것에 의할 수 있다. 즉, 본체(110)와 일부분이 고정될 수 있다. 부가 하여, 본체(110)는 원반 형태로 구성될 수 있다. 본체(110)가 원반 형태로 구성될 수 있다는 의미는, 정해진 수의 반도체 기판이 본체(110) 상에 지지될 수 있다는 의미이고, 중심을 축으로 회전될 수 있다는 의미이다. 회전 하면서 정해진 수, 즉 한 세트의 반도체 기판이 본체(110) 상에 올려진 다음 한 단계의 공정이 진행될 수 있다. 공정이 종료된 다음, 본체(110) 상의 반도체 웨이퍼가 모두 교체될 수 있고, 이후에 또 다른 공정이 진행될 수 있다. 한 세트가 의미하는 숫자는 특별히 한정되지 않으나, 하나의 장비 내에서 수행되는 한 번의 공정에 동시에 투입될 수 있는 웨이퍼의 수를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 만약 본체(110)가 원반 형태가 아닐 경우, 정해진 숫자의 반도체 기판들을 한정된 최소 공간 내에서 동일한 공정을 거치도록 하기 어렵다. 본체(110)에는 지지 플레이트(130)가 통과할 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 이 설명은 지지 플레이트(130)에 대한 설명으로부터 더 상세히 이해될 수 있을 것이다.
지지 플레이트(130)는 반도체 기판을 하부에서 지지하는 기능을 갖는다. 지지 플레이트(130)는 제1 평판부(131)와 상하 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 평판부(131)는 지지 플레이트(130)의 상부이며, 평평한 형태로 구성될 수 있다. 제1 평판부(131)는 상하 구동부로부터 구동력을 전달받아 상하로 움직일 수 있다. 예를 들어, 클램프(100)에 클램핑되기 위한 반도체 기판이 이송되어 오면, 지지 플레이트(130)가 그리퍼들(150, 170)보다 높은 위치로 상승하여 지지 플레이트(130) 상에 반도체 기판이 놓여질 수 있다. 이후, 지지 플레이트(130)는 그리퍼들(150, 170)의 높이로 하강될 수 있고, 그리퍼들(150, 170)이 반도체 기판을 고정할 수 있 다. 지지 플레이트(130)의 상부 표면이 본체(110)보다 낮은 높이로 하강될 수 있고, 그리퍼들(150, 170)보다 더 높은 높이로 상승될 수 있다. 제1 평판부(131)는 바(bar) 형태로 형성될 수 있다. 또는 직사각형 형태, 즉 장방형의 평면 모양을 가질 수 있다. 지지 플레이트(130)는 제1 고정부(135)를 통해 본체(110)에 고정될 수 있다. 또한 지지 플레이트(130)는 도시되지 않은 제1 완충부를 포함할 수 있다. 제1 완충부는 지지 플레이트(130)가 하강할 때, 멈춤 지점에서 지지 플레이트(130)와 본체(110)가 서로 충돌하거나 급작스런 멈춤 동작이 일어나지 않도록 할 수 있으며, 제1 고정부(135)에 인접한 곳에 배치될 수 있다. 제1 고정부(135)와 제1 완충부의 상세한 구조는 다른 도면을 참조하여 이해될 수 있을 것이다. 또한, 지지 플레이트(130)의 제1 평판부(131) 상에는 제1 완충물(미도시)이 배치될 수 있다. 제1 완충물은 금속, 글래스, 세라믹, 또는 탄소 화합물 등으로 형성될 수 있다. 지지 플레이트(130)는 클램프(100)가 반도체 기판에 가해야 하는 힘을 줄여주고, 반도체 기판을 중력으로부터 보호할 수 있기 때문에 반도체 기판이 물리적, 화학적 힘으로부터 변형되는 것을 방지하거나 완화할 수 있다. 예를 들어 반도체 기판이 휘거나 뒤틀리는 현상을 방지하거나 대폭 완화시킬 수 있다.
고정 그리퍼(150)는 제2 평판부(151), 제2 고정부(153), 및 제2 완충부(155)를 포함할 수 있다. 고정 그리퍼(150)는 평평한 형태의 제2 평판부(151)를 포함할 수 있다. 제2 평판부(151)는 본체(110)와 접촉되는 곳 또는 반도체 웨이퍼와 접촉되는 부위에 배치될 수 있다. 고정 그리퍼(150)의 제2 평판부(151)도 바(bar) 형태로 형성될 수 있다. 고정 그리퍼(150)는 본체(110) 상에 배치되는 부위와 반도체 기판이 접촉되는 부위의 2곳에 각각 평평한 부위를 포함할 수 있다. 즉, 제2 평판부(151)는 두 곳의 평평한 부분을 포함할 수 있다. 고정 그리퍼(150)는 제2 고정부(151)를 통해 본체(110)에 고정될 수 있다. 제2 평판부(151)와 제2 고정부(153)의 사이에 제2 완충부(155)가 배치될 수 있다. 또, 제2 평판부(151)는 반도체 기판과 접촉되는 곳에 제2 완충물들(157)을 더 포함할 수 있다. 제2 완충물들(157)은 고무 재질로 형성될 수 있다. 제2 고정부(153) 및 제2 완충부(155)는 적어도 2곳 이상에 배치될 수 있다. 제2 완충물들(157)은 적어도 세 곳 이상에 배치될 수 있다.
유동 그리퍼(170)는 제3 평판부(171), 제3 고정부(173), 제3 완충부(175), 및 전후 구동부(179)를 포함할 수 있다. 유동 그리퍼(170)도 평평한 형태의 제3 평판부(171)를 포함할 수 있다. 제3 평판부(171)는 반도체 기판과 접촉되는 부위에 배치될 수 있으며, 바(bar)형태로 형성될 수 있다. 제3 고정부(173)는 구동축(177)과 연결, 고정될 수 있다. 구동축(177)은 전후 구동부(179)와 연결되어, 유동 그리퍼(170)를 전진 또는 후진 시키는 힘을 전달할 수 있다. 제3 완충부(175)는 제3 평판부(171)와 전후 구동부(179)를 고정하는 부분 사이에 배치되어 제3 평판부(171)와 전후 구동부(179)를 고정하는 부분이 물리적으로 충돌로 인한 충격을 흡수할 수 있다. 제3 평판부(171)는 기판 지지부(172)를 더 포함할 수 있다. 기판 지지부(172)는 리세스 형태로 구성될 수 있다. 기판 지지부(172)는 계단 형태로 구성될 수 있으며, 반도체 기판이 놓여질 때, 반도체 기판의 한 쪽 길이 방향으로 충분히 안정된 모습으로 반도체 기판을 지지할 수 있다. 즉, 기판 지지부(172)는 제3 평판 부(171)를 따라 길게 형성될 수 있다. 전후 구동부(179)는 도시되지 않은 구동 모터의 회전력을 구동축으로 전달할 수 있다. 구동축(177)은 전후 구동부(179)로부터 전달받은 회전력으로 인하여 회전될 수 있으며, 이 회전력에 따라 유동 그리퍼(170)가 전진 또는 후진될 수 있다. 즉, 유동 그리퍼(170)에는 나사 형태의 홈이 형성되어 구동축(177)의 회전에 따라 전진 또는 후진될 수 있다. 제3 고정부(173) 및 제3 완충부(175)는 적어도 2곳 이상에 배치될 수 있다. 유동 그리퍼(170)는 제3 완충물(미도시)을 더 포함할 수 있다. 제3 완충물은 제3 평판부(171) 또는 기판 지지부(172) 상에 반도체 기판이 접촉되는 위치, 및/또는 리세스부에 배치될 수 있다. 제3 완충물은 제1 완충물 또는 제2 완충물을 구성할 수 있는 물질 들 중, 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
본체(110)와 유동 그리퍼(170) 사이에는 유동 레일(180)이 배치될 수 있다. 유동 레일은 본체(110) 상에 고정될 수 있으며, 유동 그리퍼(170)는 유동 레일 상에서 전후 방향으로 움직일 수 있다. 유동 그리퍼(170)와 유동 레일(180)의 사이에는 도시되지 않은 슬라이드 또는 베어링 등이 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 각 완충부들(155, 175)은 스프링을 포함할 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 의한 제3 평판부에 형성된 기판 지지부를 설명하기 위하여 도시한 종단면도들이다. 도 2a를 참조하면, 제3 평판부(171a)는 기판 지지부(172a)를 포함하며, 기판 지지부(172a)는 계단 모양으로 형성된 기판 지지면(Pa)과 사선으로 기울어진 측면(Sa)을 포함할 수 있다.
계단 모양은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 예시적으로 리세스 각도(θ), 리세스 깊이(l), 및 리세스 모양을 간략하게 도시한다. 리세스 각도(θ)는 다양한 실험 결과, 약 60° 내지 80° 정도로 형성할 경우, 장비의 동작 및 내구성 면에서 절충될 수 있다는 잠정적인 결론을 얻을 수 있었다. 현재까지의 실험 결과에서, 가장 적절한 각도는 70°이다.
리세스 깊이(l)는 실험 결과, 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 심하게 깊게 형성하는 것은 장비의 동작 시에 불균일 성을 높일 수 있는 것으로 예상되었다. 그러므로, 통상 수 mm 이내로 형성하는 것이 좋으며, 본 실험에서는 약 1mm 로 형성하였다.
리세스 모양은, 도시된 것처럼 평평한 아랫면(Pa)과 사선형 옆면들(Ra1, Ra2)로 형성될 수 있고, 제3 평판부(171a)의 코너들은 뾰족하지 않도록 가공될 수 있다. 각 코너들이 뾰족하지 않게 가공되었다는 것은 도면으로부터 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 2b를 참조하면, 기판 지지부(171b)의 평평한 아랫면(Pb)의 끝 부분이 둥근 모양(Rb1, Rb2)으로 가공될 수 있다. 이것은 반도체 기판에 가해질 수도 있는 물리적 충격을 완화시키고 부품의 견고성을 보완하기 위한 구조이다. 둥근 모양(Rb1, Rb2)은 힘이 분산되므로 반도체 기판에 물리적 충격을 상대적으로 덜 가하게 될 것이다.
이어서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 클램프를 포함하는 반도체 기판 클램핑 장치를 이용하여 반도체 제조 공정을 수행하는 모습을 도면을 첨부하여 개략적으로 설명한다. 본 발명의 기술적 사상을 보다 쉽게 설명하기 위하여, 반도체 기판 에 마킹을 하는 공정을 예로 설명한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 기술적 사상에 의한 클램프를 포함하는 반도체 기판 클램핑 장치를 이용하여 반도체 기판에 마킹을 하는 공정을 단계별로 도시한 간략한 도면들이다.
도 3a를 참조하면, 픽업 아암(200)이 반도체 기판(W)을 픽업하여 클램프(100) 상에 도착한다. 이때, 클램프(100)는 하강되어 있는 상태이다.
도 3b를 참조하면, 클램프(100)의 유동 그리퍼(170)가 뒤 방향으로 후진되어 있는 상태, 즉 클램프(100)가 오픈 되어 있는 상태에서, 지지 플레이트(130)가 상승한다. 유동 그리퍼(170)는 구동축의 역회전에 따라 앞 방향으로 전진 또는 뒤 방향으로 후진되어 클램프(100)가 오픈 될 수 있다. 이어지는 연속 동작, 또는 동시 동작으로 지지 플레이트(130)가 상하 구동부(137)로부터 힘을 받아 상승될 수 있고, 경우에 따라 그리퍼들(150, 170)의 높이보다 높은 위치로 상승할 수도 있다.
도 3c를 참조하면, 픽업 아암(200)이 하강하여 지지 플레이트(130) 상에 반도체 기판을 올려 놓는다. 이때, 픽업 아암(200)이 반도체 기판을 픽업하고 있던 힘이 풀리고, 그리퍼들(150, 170)이 반도체 기판(W)을 그리핑한다. 즉, 클램프(100)가 닫힌다. 이때, 픽업 아암(200)이 반도체 기판(W)을 누르는 힘을 지지 플레이트(130)가 흡수할 수 있으므로 반도체 기판(W)이 휘거나 뒤틀리는 현상이 방지 또는 완화될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 지지 플레이트(130)가 하강한다. 이때, 유동 그리퍼(170)가 반도체 기판(W) 방향으로 전진하여 반도체 기판(W)을 그리핑하고 있는 상태이 다.
도 3e를 참조하면, 픽업 아암(200)이 상승하고, 다른 반도체 기판(W)을 픽업하기 위한 곳으로 이동해 간다. 이때, 클램프(100)도 이동하여 다른 클램프(100)가 이 위치에 오게 될 것이다.
그 외, 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 구성 요소들은 본 명세서의 다른 도면들 및 그 설명들로부터 그 이름과 기능 등이 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 개략적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 클램프를 포함하는 반도체 기판 클램핑 장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 평면도들이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 의한 제3 평판부(171a)에 형성된 기판 지지부(172a)를 설명하기 위하여 도시한 종단면도들이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 기술적 사상에 의한 클램프를 포함하는 반도체 기판 클램핑 장치를 이용하여 반도체 기판에 마킹을 하는 공정을 단계별로 도시한 간략한 도면들이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 클램프 110: 본체
130: 지지 플레이트 131: 제1 평판부
135: 제1 고정부 150: 고정 그리퍼
151: 제2 평판부 153: 제2 고정부
155: 제2 완충부 157: 제2 완충물
170: 유동 그리퍼 171: 제3 평판부
172: 기판 지지부 173: 제3 고정부
175: 제3 완충부 177: 구동축
179: 전후 구동부 180: 유동 레일
200: 픽업 아암

Claims (20)

  1. 반도체 기판을 클램핑하는 클램프를 포함하되,
    상기 클램프는 본체; 상기 본체와 일부가 결합되고 상하 승강이 가능한 지지 플레이트; 상기 본체 상에 결합, 고정되는 고정 그리퍼; 및 상기 본체 상에 배치되되, 수평 방향으로 유동 가능한 유동 그리퍼를 포함하고,
    상기 지지 플레이트는 평평한 장방향 형태의 제1 평판부; 상기 제1 평판부의 하부에 결합되고 상기 제1 평판부를 상하로 유동시키는 상하 구동부; 상기 제1 평판부와 상기 상하 구동부 사이에 형성된 제1 완충부; 상기 제1 평판부 상에 배치된 제1 완충물; 및 상기 본체와 결합되는 제1 고정부를 포함하는 클램핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체는 중심을 축으로 회전되는 원반형이고, 상기 지지 플레이트가 상하로 통과하는 공간을 포함하는 클램핑 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정 그리퍼는,
    제2 평판부, 및
    상기 본체와 결합되는 제2 고정부를 포함하는 클램핑 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 평판부는 바 형태이고,
    상기 제2 평판부와 상기 제2 고정부 사이에 배치된 제2 완충부 및 상기 제2 평판부의 일면에 배치된 제2 완충물을 더 포함하는 클램핑 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유동 그리퍼는,
    제3 평판부, 및
    상기 제3 평판부를 수평 방향으로 유동시키는 전후 구동부를 포함하는 클램핑 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 평판부는 바 형태이고, 상기 제3 평판부와 상기 전후 구동부 사이에 배치된 제3 완충부를 더 포함하는 클램핑 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 평판부의 일 면에 배치된 제3 완충물을 더 포함하는 클램핑 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 본체 상에 형성되고,
    상기 유동 그리퍼가 수평 방향으로 움직이는 레일을 더 포함하는 클램핑 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제3 평판부는 계단 형태의 기판 지지부를 포함하고,
    상기 기판 지지부는 평평한 기판 지지면과 사선형 측면을 포함하고,
    상기 기판 지지면의 끝 부분은 둥근 모양이고, 및
    상기 기판 지지부는 수평 방향의 리세스 형태인 클램핑 장치.
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  12. 삭제
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