KR102128483B1 - 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 웨이퍼 수용 용기를 지지하도록 형성되는 선반; 상기 웨이퍼 수용 용기의 주입구와 접속되는 공급 노즐; 및 공장 가스 설비에서 토출된 불활성 가스를 상기 공급 노즐을 통해 상기 웨이퍼 수용 용기에 공급하도록 구성되는 가스 공급 라인을 포함하고, 상기 가스 공급 라인은, 상기 웨이퍼 수용 용기에 대한 상기 불활성 가스의 공급 유량을 면적 제어 방식으로 조절하는 비례압력제어밸브 유닛을 포함하는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈을 제공한다.

Description

웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈{SHELF ASSEMBLY EANBLE TO PURGE WAFER AND BUFFER MODULE HAVING THE SAME}
본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되며 웨이퍼를 퍼지할 수 있는 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정은, 웨이퍼를 생산하는 단계, 생산된 웨이퍼를 여러 장비를 거쳐 가공하는 단계, 가공을 거쳐 만들어진 반도체 패키지를 검사하는 단계를 포함한다.
이러한 가공 단계에서, 웨이퍼는 여러 장비에 연속적으로 투입되지 못하고 일정 시간 보관된 후에 필요에 따라 순차적으로 다음 장비에 투입된다. 그래서 이러한 보관을 위한 설비가 필요하다. 위의 보관을 위한 설비는 반도체 공장의 지상에 설치되기도 하고, 천장에 매달린 채로 설치되기도 한다.
위 보관 설비에 보관 중에, 시간이 지남에 따라 웨이퍼는 산화 등에 의해 표면이 손상되기도 한다. 이를 막기 위해 보관 설비에서의 보관 중에, 웨이퍼를 수용하는 용기 내에 불활성 가스를 주입하기도 한다.
이러한 불활성 가스의 주입량을 파악하기 위해서는 질량유량제어기(MFC)가 사용된다. 그러나, 질량유량제어기는 고가여서 널리 웨이퍼를 수용하는 용기마다 설치시에는 그 비용이 막대하다. 또한, 질량유량제어기는 그 부피가 커서 용기를 집적하여 보관하는 시설에 설치하에 공간적 제약이 따른다.
그에 따라, 질량유량제어기를 사용하지 않는 경우에는, 용기 내에 불활성 가스를 일정양으로 계속 주입하기도 한다. 이는 불활성 가스의 주입량을 필요 이상으로 증가시켜, 불활성 가스의 막대한 낭비를 초래하게 된다.
본 발명의 일 목적은, 웨이퍼 수용 용기 내에 공급되는 불활성 가스를 정밀 제어하여 불활성 가스의 낭비를 없애면서도, 고가이며 많은 공간을 요구하는 부품 사용을 배제할 수 있는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 웨이퍼 수용 용기 내에 공급되는 불활성 가스의 유량을 급격히 높여야 하는 경우에도 많은 유량을 안정적으로 공급할 수 있게 하며, 선반 별로 웨이퍼 수용 용기 상태에 맞는 충전 형태를 구현할 수 있는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리는, 웨이퍼 수용 용기를 지지하도록 형성되는 선반; 상기 웨이퍼 수용 용기의 주입구와 접속되는 공급 노즐; 및 공장 가스 설비에서 토출된 불활성 가스를 상기 공급 노즐을 통해 상기 웨이퍼 수용 용기에 공급하도록 구성되는 가스 공급 라인을 포함하고, 상기 가스 공급 라인은, 상기 웨이퍼 수용 용기에 대한 상기 불활성 가스의 공급 유량을 면적 제어 방식으로 조절하는 비례압력제어밸브 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛은, 입력 포트와 출력 포트를 구비하는 밸브 하우징; 및 상기 밸브 하우징 내에 설치되어, 입력 전압에 따라 상기 입력 포트를 통한 상기 불활성 가스의 유입 면적을 조절하여 상기 출력 포트를 통해 출력되는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 피에조 밸브시트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛은, 상기 피에조 밸브시트를 상기 입력 포트를 폐쇄하는 방향으로 가압하는 복원스프링을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛은, 상기 출력 포트를 통해 출력되는 상기 불활성 가스의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가스 공급 라인은, 상기 비례압력제어밸브 유닛의 전류에 설치되고, 상기 비례압력제어밸브 유닛에 대해서만 상기 불활성 가스를 균일한 압력으로 공급하도록 구성되는 선반전용 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 선반전용 레귤레이터는, 상기 선반의 하측에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 가스 공급 라인은, 상기 비례압력제어밸브 유닛과 상기 공급 노즐 사이에 배치되어, 상기 비례압력제어밸브 유닛을 거친 상기 불활성 가스의 유량을 출력하는 유량 센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가스 공급 라인은, 상기 공급 노즐의 전류에 설치되어, 상기 불활성 가스 중의 이물질을 거르는 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리는, 웨이퍼 수용 용기가 안착되는 선반; 공장 가스 설비에서 상기 웨이퍼 수용 용기에 공급되는 불활성 가스의 공급 유량을 면적 제어 방식으로 조절하도록 구성되는 비례압력제어밸브 유닛; 및 상기 비례압력제어밸브 유닛의 전류에 위치하고, 상기 선반에 대응하는 상기 비례압력제어밸브 유닛에 대해서만 상기 불활성 가스를 균일한 압력으로 입력하도록 구성되는 선반전용 레귤레이터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛은, 상기 웨이퍼 수용 용기가 상기 선반에 안착된 후에 시간 경과에 따라 상기 불활성 가스의 공급 유량을 조절하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛은, 입력 포트와 출력 포트를 구비하는 밸브 하우징; 및 상기 밸브 하우징 내에 설치되어, 입력 전압에 따라 상기 입력 포트를 통한 상기 불활성 가스의 유입 면적을 조절하여 상기 출력 포트를 통해 출력되는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 피에조 밸브시트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛은, 상기 출력 포트를 통해 출력되는 상기 불활성 가스의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛의 후류에 설치되어, 상기 비례압력제어밸브 유닛을 거친 상기 불활성 가스의 유량을 출력하는 유량 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 웨이퍼 퍼지형 버퍼 모듈은, 수용 공간을 구비하는 보관 하우징; 상기 수용 공간에서 웨이퍼 수용 용기를 지지하도록 배치되는 선반; 및 공장 가스 설비에서 상기 웨이퍼 수용 용기에 공급되는 불활성 가스의 공급 유량을 면적 제어 방식으로 조절하도록 구성되는 비례압력제어밸브 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비례압력제어밸브 유닛의 전류에 위치하고, 상기 선반에 대응하는 상기 비례압력제어밸브 유닛에 대해서만 상기 불활성 가스를 균일한 압력으로 입력하도록 구성되는 선반전용 레귤레이터가 더 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈에 의하면, 웨이퍼 수용 용기가 선반에 놓여진 상태에서 가스 공급 라인은 공급 노즐을 통해 웨이퍼 수용 용기와 연통되며, 가스 공급 라인은 비례압력제어밸브 유닛에 의해 불활성 가스의 공급 유량을 면적 제어를 통해 정밀하게 제어할 수 있다. 이러한 비례압력제어밸브 유닛은 기존의 질량유량제어기보다 저가이며 적은 설치 공간만을 요구하여 현장에 널리 적용하기에 알맞다. 나아가, 불활성 가스의 공급 유량 제어에 의해 불활성 가스의 낭비를 없앨 수 있다.
또한, 비례압력제어밸브 유닛의 전류에는 해당 비례압력제어밸브 유닛에 대해서만 전용으로 사용되어 해당 비례압력제어밸브 유닛에 불활성 가스를 균일한 압력으로 입력하는 선반전용 레귤레이터가 구비되기에, 비례압력제어밸브 유닛에 입력되는 불활성 가스의 압력을 높여서 비례압력제어밸브 유닛를 거친 불활성 가스의 유량을 크게 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼 수용 용기가 선반에 놓인 시점에서 웨이퍼 수용 용기에 대해 불활성 가스의 충전량을 급격히 향상시킬 수 있다. 나아가, 선반 별로 구비된 선반전용 레귤레이터에 의한 압력 조절에 의해, 선반 별로 웨이퍼 수용 용기의 상태에 적합한 충전 형태를 구현할 수 있어 불활성 가스의 사용량을 최적화할 수 있다.
삭제
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 모듈(170)을 구비하는 이에프이엠(100)을 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 버퍼 모듈(200) 중 버퍼 포트(220) 관련 구성을 보인 조립 사시도이다.
도 3은 도 2의 버퍼 포트(220) 관련 구성의 요부에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 버퍼 모듈(200)에 설치된 가스 공급 라인(260)을 설명하는 블록도이다.
도 5는 도 4의 비례압력제어밸브 유닛(300)의 구성을 보인 개념도이다.
도 6은 도 5의 비례압력제어밸브 유닛(300)에 대한 실험 결과를 보인 그래프이다.
도 7은 도 5의 비례압력제어밸브 유닛(300)에 의해 풉(C)에 공급되는 불활성 가스 유량의 이상적인 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 이에프이엠(100)에 대한 제어 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 모듈(170)을 구비하는 이에프이엠(100)을 보인 사시도이다.
본 도면을 참조하면, 이에프이엠(100)은, 반송실(110), 로드 포트 모듈(130), 웨이퍼 반송 로봇(150, 도 8 참조), 및 버퍼 모듈(170)을 선택적으로 포함할 수 있다.
반송실(110)은 이에프이엠(100)의 후방에 위치하며, 웨이퍼 반송 로봇(150)이 작동하는 내부 공간을 형성한다. 이러한 반송실(110)은 공정장비, 예를 들어 증착 장비, 식각 장비 등과 마주하게 배치된다.
로드 포트 모듈(130)은 이에프이엠(100)의 전방에 위치한다. 로드 포트 모듈(130)은 반송실(110)과 마주하도록 배치될 수 있다. 로드 포트 모듈(130)은 웨이퍼 수용 용기, 예를 들어 풉(C)이 안착되는 지지대(131)를 가진다. 본 실시예에서, 로드 포트 모듈(130)에는 3개의 지지대(131)가 구비되어, 한 번에 3개의 풉(C)이 로드 포트 모듈(130)에 안착될 수 있다. 풉(C)에 대한 웨이퍼 반송 로봇(150)의 접근을 허용하기 위하여, 로드 포트 모듈(130)에는 각 지지대(131)에 대응하여 도어(135)가 형성된다.
웨이퍼 반송 로봇(150)은 반송실(110) 내에서 작동하며, 풉(C) 내의 가공 전의 웨이퍼를 공정장비 측으로 이송하도록 구성된다. 나아가, 공정장비 측에서 가공 후의 웨이퍼를 로드 포트 모듈(130) 측으로 이송하여 풉(C)에 투입하기도 한다.
버퍼 모듈(170)은 로드 포트 모듈(130)와 반송실(110)의 상측에 위치하여, 풉(C)을 보관하는 공간을 제공한다. 이를 위해, 버퍼 모듈(170)은, 보관 하우징(171)과, 버퍼 포트(173), 그리고 리프트 유닛(175)을 가질 수 있다. 보관 하우징(171)은 대체로 직육면체 형태의 박스로서 전방이 개구된 형태의 수용 공간을 가질 수 있다. 상기 수용 공간은 전방뿐 아니라, 상방, 후방 등이 추가로 개구된 것도 가능하다. 또한, 이에프이엠(100)의 일부 구성으로서의 보관 하우징(171)뿐만 아니라, 천정에 매달려서 레일(R) 옆에 놓이는 보관 하우징일 수도 있다. 나아가, 보관 하우징(171)은 지상에 세워지는 웨이퍼 스토커의 하우징일 수 있다. 버퍼 포트(173)는 보관 하우징(171)의 전방의 개구된 공간을 통해 보관 하우징(171)의 내측 및 외측 간에 이동되게 구성될 수 있다. 리프트 유닛(175)은 버퍼 포트(173)에 안착된 풉(C)을 로드 포트 모듈(130)로 이송하거나, 풉(C)을 그 반대로 이송하도록 구성된다. 풉(C)은 로드 포트 모듈(130)에 안착되기 전, 또는 후에 이러한 버퍼 모듈(170)에 보관되고, 버퍼 포트(173)에 안착된 채로 불활성 가스를 주입받는다. 불활성 가스는, 예를 들어 질소가 될 수 있고, 그에 의해 풉(C) 내의 웨이퍼는 퍼지되어 산화가 방지된다. 본 실시예에서, 버퍼 포트(173)는 4개로 구비되어, 3개인 로드 포트 모듈(130)의 지지대(131) 보다 1개가 많다. 여기서, 버퍼 포트(173) 중 3개의 지지대(131)에 대응하는 것은 대응 버퍼 포트, 나머지 1개는 비대응 버포 포트라고 칭해질 수 있다. 리프트 유닛(175)은 대응 버퍼 포트 및 비대응 버퍼 포트 모두에 대응하는 위치들 간에 이동되도록 구성된다.
이러한 구성에 의하면, 천장반송대차(OHT)를 이루는 비히클(V)은 레일(R)을 따라 이동하는 중에 이에프이엠(100)에 도달하게 된다. 비히클(V)은 반송하고 있던 풉(C)을 버퍼 모듈(170)의 버퍼 포트(173)에 언로딩할 수 있다. 이를 위해, 버퍼 포트(173)는 보관 하우징(171)의 외측으로 이동된 상태로 대기하여 풉(C)을 넘겨받을 수 있다. 풉(C)을 넘겨받은 버퍼 포트(173)는 보관 하우징(171)의 내측으로 이동할 수 있다. 나아가, 풉(C)은 보관 모듈(170)에서 보관되는 중에 불활성 가스를 주입받아, 풉(C) 내의 웨이퍼가 퍼지될 수 있다.
리프트 유닛(175)은 퍼지가 수행된 풉(C)을 로드 포트 모듈(130)에 내려놓을 수 있다. 로드 포트 모듈(130)에 내려진 풉(C)에 대해, 반송실(110) 내의 웨이퍼 반송 로봇(150)은 퍼지된 웨이퍼를 공정장비 측으로 반송할 수 있다. 공정장비 측에서 웨이퍼에 대한 작업이 완료되면, 웨이퍼 반송 로봇(150)은 그 웨이퍼를 로드 포트 모듈(130)에 안착된 풉(C)에 투입하게 된다. 가공된 웨이퍼를 수용한 풉(C)은 리프트 유닛(175)에 의해 버퍼 포트(173)로 옮겨진다. 가공된 웨이퍼를 수용한 풉(C)이 오래 대기할 필요가 있는 경우라면, 보관 모듈(170)은 추가적으로 해당 풉(C) 내에 불활성 가스를 주입하게 된다. 이후, 비히클(V)은 해당 풉(C)을 파지하여 레일(R)을 따라 다른 공정장비를 향해 이동하게 된다.
이러한 과정에서, 풉(C)에 대한 불활성 가스 주입 및 그에 따른 웨이퍼의 퍼지는, 풉(C)이 로드 포트 모듈(130)에 안착된 단계가 아닌, 그 전이나 그 후의 단계에서 이루어진다. 다시 말해, 풉(C)에 대한 불활성 가스 주입은 로드 포트 모듈(130)과 별개인 보관 모듈(170)에서 이루어지는 것이다. 설사 로드 포트 모듈(130)에서 풉에 대한 불활성 가스 주입이 이루어진다고 하더라도, 이는 보관 모듈(170)의 기능을 보완하는 수준에 그치며, 그로 인해 로드 포트 모듈(130)에서 풉(C)의 대기 시간이 길어지는 수준에 이르지는 않는다.
이상의 버퍼 모듈(170)에 대해서는, 도 2 등을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 설명의 편의상 버퍼 모듈(170)에 대해서는 참조 번호를 200으로 부여하기도 한다.
도 2는 도 1의 버퍼 모듈(200) 중 버퍼 포트(220) 관련 구성을 보인 조립 사시도이고, 도 3은 도 2의 버퍼 포트(220) 관련 구성에 대한 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 버퍼 모듈(200)에 설치된 가스 공급 라인(260)을 설명하는 블록도이다.
본 도면을 참조하면, 버퍼 모듈(200)은, 마운트(210), 버퍼 포트(220), 선반 설치물(230), 정보관리 유닛(240), 척킹 유닛(250), 및 가스 공급 라인(260)을 선택적으로 포함할 수 있다.
마운트(210)는 보관 하우징(171, 도 1 참조) 내에서 그의 프레임(171a)에 설치되는 부재이다. 마운트(210)는 대체로 사각 판재의 형태를 가질 수 있다. 마운트(210)의 상면에는 외측 방향(F) 및 내측 방향(R)을 따라 연장된 가이드(211)가 설치될 수 있다. 가이드(211)는 외측 방향(F) 및 내측 방향(R)으로 이동하는 버퍼 포트(220)를 지지하고 그의 이동을 안내하게 된다. 또한, 가이드(211)와 평행하게 버퍼 포트 구동부(215)가 설치될 수 있다. 버퍼 포트 구동부(215)는, 버퍼 포트(220)를 외측 방향(F) 및 내측 방향(R)으로 구동하기 위한 액츄에이터로서, 예를 들어 로드리스(rodless) 실린더일 수 있다.
버퍼 포트(220)는 풉(C, 도 1 참조)을 지지하며, 풉(C)에 대한 불활성 가스의 충전을 돕는 구성이다. 버퍼 포트(220)는, 구조적으로 선반(221), 커버(223), 베이스(225)로 구성될 수 있다. 선반(221)은 상부에 노출되어 풉(C)을 접촉 지지하는 구성이다. 커버(223)는 선반(221)의 둘레는 감싸도록 배치된다. 베이스(225)는 선반(221)의 하측에서 선반(221)에 대체로 평행하게 배치될 수 있다. 선반(221), 커버(223), 및 베이스(225)에 의해 한정된 공간에는 척킹 유닛(250) 등이 배치될 수 있다. 베이스(225)는 가이드(211)에 슬라이딩 가능하게 결합되고, 또한 버퍼 포트 구동부(215)에 연결되어 외측 방향(F) 및 내측 방향(R)으로 슬라이드 이동될 수 있다.
선반 설치물(230)은 선반(221)에 설치되어 풉(C)과 상호 작용하는 각종 구조물을 포함할 수 있다. 선반 설치물(230)은, 구체적으로, 기준핀(231), 공급 노즐(233), 배기 노즐(234), 및 안착감지 센서(235)를 가질 수 있다. 기준핀(231)은 풉(C)의 기준홈(미도시)에 삽입되어 풉(C)이 선반(221)에서 정위치하도록 유도하는 구성이다. 공급 노즐(233)은 선반(221)에 압착된 풉(C)의 주입구와 접속되어 풉(C) 내로 불활성 가스가 주입되게 하는 구성이다. 공급 노즐(233)은 복수 개로서, 예를 들어 선반(221)의 코너 영역에 각기 위치하는 3개로 구성될 수 있다. 나아가, 공급 노즐(233)과 유사하게 배기 노즐(234)도 1개로 구성될 수 있다. 배기 노즐(234)은 풉(C) 내에 공급된 불활성 가스가 배기 가스 라인(미도시)을 통해 풉(C)의 외부로 배출되게 하는 통로가 된다. 안착감지 센서(235)는 풉(C)의 안착을 감지하기 위해 선반(221)에 설치된다. 나아가, 안착감지 센서(235)는 복수 개로 구성됨에 의해, 풉(C)에 형태에 따른 다른 감지 결과를 얻게 된다. 그에 따라, 안착감지 센서(235)의 감지 결과를 통해서는, 풉(C)의 형태가 어떤 것인지 파악될 수 있다.
정보관리 유닛(240)은 선반(221)에 설치되어 풉(C)의 정보저장 유닛(미도시)과 통신하도록 구성된다. 구체적으로, 풉(C)의 정보저장 유닛은 풉(C) 내에 수용된 웨이퍼에 관한 웨이퍼 정보를 저장하고 있다. 정보관리 유닛(240)은 상기 정보저장 유닛과 통신하여 상기 웨이퍼 정보를 획득하고, 나아가 상기 웨이퍼 정보에 추가하기 위해 새로운 정보를 상기 정보저장 유닛에 전송할 수 있다. 여기서, 상기 새로운 정보는 웨이퍼의 퍼지에 관한 정보인 퍼지 정보일 수 있다. 상기 퍼지 정보는, 퍼지 시간, 퍼지를 위해 주입된 가스의 유량 등에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이를 위해, 정보관리 유닛(240)은 RFID 리더/라이터일 수 있고, 상기 정보저장 유닛은 RFID 태그일 수 있다.
척킹 유닛(250)은 선반(221)의 중앙에 위치하여 선반(221)에 놓여진 풉(C)을 척킹(chucking)하는 구성이다.
가스 공급 라인(260)은 풉(C) 내에 불활성 가스를 충전하기 위해, 반도체 생산 공장의 가스 공급 설비와 연통되는 구성이다. 가스 공급 라인(260)은, 구체적으로 선반전용 레귤레이터(261), 비례압력제어밸브 유닛(263), 유량 센서(265), 필터(267)를 포함할 수 있다.
선반전용 레귤레이터(261)는 공장의 가스 공급 설비와 파이프를 통해 연통되며, 가스 공급 설비에서 공급되는 불활성 가스를 감압하여 일정한 압력으로 유지하는 구성이다. 선반전용 레귤레이터(261)는 각 선반(221) 별로 구비되기에, 해당 선반(221)에 설치된 가스 공급 라인(260)에만 전용으로 사용된다. 이러한 선반전용 레귤레이터(261)에 의해 해당 가스 공급 라인(260)의 후류 상에 위치하는 비례압력제어밸브 유닛(263)에 공급되는 불활성 가스는 항상 설정 압력을 유지하고, 헌팅(hunting) 현상으로부터 자유롭다.
비례압력제어밸브 유닛(263)은 선반전용 레귤레이터(261)를 거쳐 입력된 일정 압력의 불활성 가스를 풉(C)에 필요한 수준으로 공급하기 위해 불활성 가스의 유량을 제어하는 구성이다. 비례압력제어밸브 유닛(263)은 밸브 내에서 불활성 가스가 통과하는 부분의 면적을 조절하여, 불활성 가스의 압력, 나아가 유량이 조절되게 하는 구성이다. 그에 의해, 불활성 가스의 유량은 아날로그적으로 조절될 수 있어, 유량 조절의 정밀도가 현저히 높아질 수 있다. 발명자의 실험에 의하면 유량 조절의 오차는 0.4% 수준에 불과하다. 비례압력제어밸브 유닛(263)은 3개의 공급 노즐(233)에 대응하여, 3개로 구비될 수 있다. 선반전용 레귤레이터(261)를 거친 불활성 가스는 3개 라인으로 분기되어, 각 비례압력제어밸브 유닛(263)에 입력된다.
유량 센서(265)는 비례압력제어밸브 유닛(263)의 후류에 배치되어, 비례압력제어밸브 유닛(263)을 통해 조절된 유량을 표시하는 구성이다. 유량 센서(265)는 커버(223)의 개구부를 통해 외부로 노출되기에, 작업자가 시각적으로 유량을 파악할 수 있게 한다.
필터(267)는 유량 센서(265)와 공급 노즐(233) 사이에 배치되어, 불활성 가스 중의 이물질을 제거하는 구성이다.
이상에서, 가스 공급 라인(260)을 이루는 선반전용 레귤레이터(261), 비례압력제어밸브 유닛(263) 등은 베이스(225)에 장착되는 것으로 예시되나, 베이스(225)가 없는 경우라면 이들은 선반(221)의 저면에 장착될 수도 있다. 나아가, 선반(221)과 선반 설치물(230), 및 가스 공급 라인(260)이 조합된 구성은 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리라 칭해질 수 있다.
비례압력제어밸브 유닛(263)에 대해서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 설명의 편의상, 비례압력제어밸브 유닛(263)에 대한 참조번호는 300이 부여될 수 있다.
도 5는 도 4의 비례압력제어밸브 유닛(300)의 구성을 보인 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 비례압력제어밸브 유닛(300)은, 밸브 하우징(310), 피에조 밸브시트(330), 복귀 스프링(350), 및 압력 센서(370)를 포함할 수 있다.
밸브 하우징(310)은 내부 공간을 가지는 중공체일 수 있다. 밸브 하우징(310)에는 복수 개의 포트가 개구될 수 있다. 상기 복수 개의 포트로서, 본 실시예에서는 입력 포트(311), 출력 포트(313), 및 릴리프 포트(315)가 예시된다. 입력 포트(311)에는 선반전용 레귤레이터(261, 도 4 참조)를 거쳐 일정 압력을 갖는 불활성 가스가 유입된다. 출력 포트(313)를 통해서는 피에조 밸브시트(330)에 의해 유량이 조절된 불활성 가스가 출력되어 유량 센서(265, 도 4 참조)를 향해 유동하게 된다. 릴리프 포트(315)는 상기 내부 공간에서 불활성 가스의 일부를 배기하고자 할 때 사용된다.
피에조 밸브시트(330)는 상기 내부 공간에 배치되어, 입력 포트(311)와 릴리프 포트(315)를 개폐하게 된다. 피에조 밸브시트(330)는 피에조(piezo) 물질을 포함하여, 인가되는 전압에 의해 변형되면서 입력 포트(311) 등을 개폐하는 정도를 달리하게 된다. 구체적으로, 입력 포트(311)를 막고 있는 피에조 밸브시트(330)가 입력 포트(311)로부터 얼마나 멀어지게 휘어지느냐에 따라서, 입력 포트(311)를 통과하여 출력 포트(313)로 출력되는 불활성 가스의 압력, 그리고 유량이 달라지게 된다. 이는 피에조 밸브시트(330)의 휨 정도에 따라, 불활성 가스가 입력 포트(311)와 피에조 밸브시트(330) 사이의 공간을 통과하는 면적이 달라지기 때문이다.
복귀 스프링(350)은 피에조 밸브시트(330)와 밸브 하우징(310)을 연결하도록 설치된다. 그에 의해, 전압 인가에 따라 휘어지면서 입력 포트(311) 등에서 멀어진 피에조 밸브시트(330)가, 전압 인가 감소/해제 시에 입력 포트(311) 등을 향하여 복귀하게 하는 역할을 한다.
압력 센서(370)는 밸브 하우징(310)의 출력 포트(313)를 거쳐서 유량이 조절되어 출력된 불활성 가스의 압력을 측정하는 구성이다. 이렇게 압력 센서(370)가 비례압력제어밸브 유닛(300)에 내장됨에 의해, 별도의 압력 센서가 외부에 구비될 필요가 없어진다. 또한, 압력 센서(370)는 가스 공급 라인(260, 도 4 참조)에서 공급 노즐(233)을 통해 풉(C)에 입력되는 불활성 가스의 압력을 측정하기에, 불활성 가스가 풉(C)에 제대로 입력되는지 또는 풉(C)에 입력되지 않고 누설되는지를 파악할 수 있게 하는 압력 정보를 제공할 수 있다. 구체적으로, 풉(C)에 불활성 가스가 정상적으로 주입되는 경우는 그렇지 않고 누설되는 경우보다 압력이 높다. 이는 풉(C)의 주입구에 설치된 필터에 의한 반력에 의해 불활성 가스의 압력이 높아지기 때문이다. 따라서, 풉(C)에서 배기되는 가스가 유동하는 가스 배기 라인에 공급 노즐(233)과 풉(C) 사이의 가스 누설을 확인하기 위해 별도의 압력 센서, 또는 유량 센서를 둘 필요가 없어진다.
이러한 비례압력제어밸브 유닛(300)에서 선반전용 레귤레이터(261)의 압력의 변화, 그리고 피에조 밸브시트(330)에 인가되는 전압 변화에 따른 불활성 가스의 출력 유량의 변화에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 도 5의 비례압력제어밸브 유닛(300)에 대한 실험 결과를 보인 그래프이고, 도 7은 도 5의 비례압력제어밸브 유닛(300)에 의해 풉(C)에 공급되는 불활성 가스 유량의 이상적인 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 선반전용 레귤레이터(261, 도 4 참조)에 의해 조절된 불활성 가스의 입력 압력은 각기 2 Bar, 3 Bar, 4 Bar로 조절된다. 이러한 압력 변화에도 불구하고, 피에조 밸브시트(330)에 인가되는 전압이 0.80 V 이하에서는 비례압력제어밸브 유닛(300)을 통과한 유량은 동일한 값들을 보인다. 예를 들어, 0.80 V에서는 불활성 가스의 입력 압력에 무관하게, 유량은 13.0 l/mim이고, 0.30 V에서 유량은 7.9 l/mim이다.
선반전용 레귤레이터(261)에 의해 조절된 불활성 가스의 압력이 2 Bar인 경우에, 인가 전압이 0.94 V 이상이면 유량은 13.6 l/min으로 동일한 값을 나타낸다. 다시 말해, 인가 전압이 0.94 V 보다 높아져서 3.00 V에 이르러도, 유량은 13.6 l/min를 넘어서지 못한다.
이와 달리, 선반전용 레귤레이터(261)에 의해 조절된 불활성 가스의 압력이 3 Bar인 경우에, 인가 전압이 1.76 V 이상이면 유량은 19.7 l/min으로 동일한 값을 나타낸다.
선반전용 레귤레이터(261)에 의해 조절된 불활성 가스의 입력 압력이 4 Bar인 경우에, 인가 전압이 3.00 V까지 증가되는 동안에 유량은 지속적으로 증가하여 26.3 l/min에 이르게 된다. 이렇게 유량이 높아지면, 풉(C)에 대한 불활성 가스의 급속 충전이 가능하게 된다. 풉(C)이 선반(221)에 막 놓인 경우에는 해당 풉(C)에 대한 급속 충전이 필요하다.
구체적으로, 도 7을 참조하면, 선반(221)에 놓인 풉(C)에는 불활성 가스가 항상 동일한 유량으로 공급될 필요가 없다. 초기에는 공급 유량이 많아야 하나, 일정 시간이 지나서는 풉(C) 내에 불활성 가스가 충분히 충전되어 불활성 가스 분위기가 형성된 후에는 그렇지 않다. 그에 의해, 불활성 가스의 적정 공급량은 일정 시간이 지나면서 급격히 줄어들고, 그 이후에는 최소량으로 유지되면 된다. 그렇지 않고, 동일한 유량으로 불활성 가스가 풉(C)에 공급된다면, 이는 불활성 가스의 막대한 낭비를 초래할 뿐이다.
이러한 결과로부터, 비례압력제어밸브 유닛(300)에서 피에조 밸브시트(330)에 가해지는 인가 전압을 높이는 것만으로 비례압력제어밸브 유닛(300)에서 출력되는 불활성 가스의 유량을 높이기에는 한계가 있음을 알 수 있다. 이러한 한계를 넘어서기 위해서는, 비례압력제어밸브 유닛(300)에 공급되는 불활성 가스의 입력 압력을 높여야 한다. 이러한 과정에서, 비례압력제어밸브 유닛(300)에 공급되는 불활성 가스의 압력이 균일하지 못하고 헌팅 현상이 발생하면, 비례압력제어밸브 유닛(300)는 설정된 유량을 출력하지 못하게 될 것이다. 따라서, 비례압력제어밸브 유닛(300)의 전류에는 해당 비례압력제어밸브 유닛(300)에 일정한 압력의 불활성 가스를 공급하는 선반전용 레귤레이터(261)가 배치되는 것이 중요하다.
나아가, 각 선반(221)에 풉(C)이 놓여지는 시점은 각기 상이하다. 따라서, 선반(221)별로 급속 충전 시구간(T1)인지, 감속 충전 시구간(T2)인지, 저속 충전 시구간(T3)인지가 상이하다. 이렇게 각 선반(221) 별로 상이한 충전 형태가 각기 안정적이고 신뢰성 있게 달성되기 위해서도, 선반전용 레귤레이터(261)가 각 선반(221) 별로 배치되는 것은 중요하다.
다음으로, 이상의 이에프이엠(100)에 대한 제어 방식에 대해 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 도 1의 이에프이엠(100)에 대한 제어 블록도이다.
본 도면(및 앞선 도면들)을 참조하면, 이에프이엠(100)은 이에프이엠 제어 유닛(190)을 더 가질 수 있다. 이에프이엠 제어 유닛(190)은 이에프이엠(100)의 구성 중 버퍼 모듈(170)을 제외한 대부분을 제어하는 구성이다. 예를 들어, 이에프이엠 제어 유닛(190)은 웨이퍼 반송 로봇(150)을 제어할 수 있다.
이상과 달리, 버퍼 모듈(170)은 버퍼제어 유닛(270)(간단히, '제어 유닛'이라고도 함)에 의해 제어될 수 있다. 버퍼제어 유닛(270)은 안착감지 센서(235), 사용자입력부(271)로부터 감지결과 혹은 제어명령을 수신할 수 있다. 여기서, 사용자입력부(271)는 키보드, 터치패드 등과 같은 입력 수단이 될 수 있다.
버퍼제어 유닛(270)은 이러한 감지결과 등을 토대로, 리프트 유닛(175), 버퍼 포트 구동부(215), 정보관리 유닛(240), 척킹 유닛(250), 및 비례압력제어밸브 유닛(263)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 버퍼제어 유닛(270)은 안착감지 센서(235)의 감지 결과에 기초하여, 풉(C)의 형태를 판단할 수 있다. 판단된 풉(C)의 형태에 따라, 버퍼제어 유닛(270)은 복수의 공급 노즐(233) 각각에 대해 불활성 가스의 공급이 선택적으로 단속되게 할 수 있다. 이는 버퍼제어 유닛(270)이 비례압력제어밸브 유닛(263)을 폐쇄하거나, 개방함에 의해 달성될 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 형태의 풉(C)을 사용하는 현장에서도, 해당 풉(C)의 구조에 맞는 형태로 불활성 가스가 공급될 수 있다.
또한, 버퍼제어 유닛(270)은 풉(C)에 대해 가스 공급 라인(260)을 제어하여 불활성 가스를 충전하여 웨이퍼를 퍼지한 후에, 퍼지 작업에 관한 퍼지 정보가 풉(C)의 정보저장 유닛에 기록되게 할 수 있다. 구체적으로, 버퍼제어 유닛(270)은 정보관리 유닛(240)을 제어하여, 상기 퍼지 정보가 정보저장 유닛에 전송되게 한다. 그에 의해, 상기 웨이퍼 정보는 상기 퍼지 정보를 반영하여 갱신될 수 있다. 그러면, 반도체 공장의 중앙 제어 시스템은 상기 정보저장 유닛을 읽어서, 해당 풉(C)의 현재 상태를 파악할 수 있게 된다.
또한, 버퍼제어 유닛(270)은 풉(C)에 충전되어야 하는 불활성 가스의 유량에 근거하여, 비례압력제어밸브 유닛(263)에서 피에조 밸브시트(330)에 인가될 전압을 조절할 수 있다. 그러한 전압 조절에 의해, 비례압력제어밸브 유닛(263)을 거쳐 풉(C)에 충전되는 불활성 가스의 유량이 조절될 수 있다.
상기와 같은 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리 및 그를 구비하는 버퍼 모듈은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 이에프이엠 110: 반송실
130: 로드 포트 모듈 150: 웨이퍼 반송 로봇
170,200: 버퍼 모듈 171: 보관 하우징
173,220: 버퍼 포트 175: 리프트 유닛
190: 이에프이엠 제어 유닛 210: 마운트
221: 선반 230: 선반 설치물
240: 정보관리 유닛 250: 척킹 유닛
260: 가스 공급 라인 270: 버퍼 제어 유닛

Claims (15)

  1. 웨이퍼 수용 용기를 지지하도록 형성되는 선반;
    상기 선반에 설치되고, 상기 웨이퍼 수용 용기의 주입구와 접속되는 공급 노즐;
    상기 공급 노즐에 연결되어, 공장 가스 설비에서 토출된 불활성 가스를 상기 공급 노즐을 통해 상기 웨이퍼 수용 용기에 공급하도록 구성되는 가스 공급 라인; 및
    상기 가스 공급 라인에 의한 상기 불활성 가스의 공급을 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하고,
    상기 가스 공급 라인은,
    상기 웨이퍼 수용 용기에 대한 상기 불활성 가스의 공급 유량을 면적 제어 방식으로 조절하는 비례압력제어밸브 유닛; 및
    상기 비례압력제어밸브 유닛의 전류에 위치하도록 상기 선반에 설치되어, 상기 선반에 설치된 상기 비례압력제어밸브 유닛에 대해서만 상기 불활성 가스를 균일한 압력으로 공급하도록 구성되는 선반전용 레귤레이터를 포함하고,
    상기 비례압력제어밸브 유닛은,
    상기 선반전용 레귤레이터와 연통되는 입력 포트와 상기 공급 노즐과 연통되는 출력 포트를 구비하는 밸브 하우징; 및
    상기 밸브 하우징 내에 설치되어, 입력 전압에 따라 상기 입력 포트를 통한 상기 불활성 가스의 유입 면적을 조절하여 상기 출력 포트를 통해 출력되는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 피에조 밸브시트를 포함하고,
    상기 제어 유닛은,
    상기 웨이퍼 수용 용기에 대한 상기 불활성 가스의 공급 유량을 높이고자 하는 경우에, 상기 피에조 밸브시트에 인가되는 상기 입력 전압을 높이면서 상기 선반전용레귤레이터를 제어하여 상기 비례압력제어밸브에 공급되는 상기 불활성 가스의 압력을 높이게 하도록 구성되는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비례압력제어밸브 유닛은,
    상기 피에조 밸브시트를 상기 입력 포트를 폐쇄하는 방향으로 가압하는 복원스프링을 더 포함하는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비례압력제어밸브 유닛은,
    상기 출력 포트를 통해 출력되는 상기 불활성 가스의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선반전용 레귤레이터는,
    상기 선반의 하측에 배치되는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인은,
    상기 비례압력제어밸브 유닛과 상기 공급 노즐 사이에 배치되어, 상기 비례압력제어밸브 유닛을 거친 상기 불활성 가스의 유량을 출력하는 유량 센서를 더 포함하는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인은,
    상기 공급 노즐의 전류에 설치되어, 상기 불활성 가스 중의 이물질을 거르는 필터를 더 포함하는, 웨이퍼 퍼지형 선반 어셈블리.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 수용 공간을 구비하는 보관 하우징;
    상기 수용 공간에서 웨이퍼 수용 용기를 지지하도록 배치되는 선반;
    상기 선반에 설치되고, 공장 가스 설비에서 상기 웨이퍼 수용 용기에 공급되는 불활성 가스의 공급 유량을 면적 제어 방식으로 조절하도록 구성되는 비례압력제어밸브 유닛;
    상기 비례압력제어밸브 유닛의 전류에 위치하도록 상기 선반에 설치되고, 상기 선반에 설치된 상기 비례압력제어밸브 유닛에 대해서만 상기 불활성 가스를 균일한 압력으로 공급하도록 구성되는 선반전용 레귤레이터;
    상기 비례압력제어밸브 유닛 및 상기 선반전용 레귤레이터를 제어하여, 상기 웨이퍼 수용 용기에 대한 상기 불활성 가스의 공급을 제어하는 버퍼제어 유닛을 포함하고,
    상기 비례압력제어밸브 유닛은,
    상기 선반전용 레귤레이터와 연통되는 입력 포트와 상기 웨이퍼 수용 용기와 연통되는 출력 포트를 구비하는 밸브 하우징; 및
    상기 밸브 하우징 내에 설치되어, 입력 전압에 따라 상기 입력 포트를 통한 상기 불활성 가스의 유입 면적을 조절하여 상기 출력 포트를 통해 출력되는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 피에조 밸브시트를 포함하고,
    상기 버퍼제어 유닛은,
    상기 웨이퍼 수용 용기에 대한 상기 불활성 가스의 공급 유량을 높이고자 하는 경우에, 상기 피에조 밸브시트에 인가되는 상기 입력 전압을 높이면서 상기 선반전용레귤레이터를 제어하여 상기 비례압력제어밸브에 공급되는 상기 불활성 가스의 압력을 높이게 하도록 구성되는, 웨이퍼 퍼지형 버퍼 모듈.
  15. 삭제
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