KR20000076286A - 웨이퍼 포드 로더 및 대량 이송 시스템 - Google Patents

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러시존엠
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씨어도 이. 퐁
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Abstract

시스템(20)은 웨이퍼(46)를 수용하는 캐리어(48)를 갖는 포드(36)를 수용하는 인터페이스(22)를 포함하며, 상기 캐리어(48)는 최초에 베이스(46)와 포드 덮개(44) 내부에 싸여 있다. 상기 시스템(20)은 또한 노출된 캐리어(48)를 대량이송 기구(24)의 플랫폼(38)과 인터페이스(22) 사이에서 이송하는 기구(56)를 포함한다. 상기 기구(24)는 상기 플랫폼(38)과 이송단(78) 사이에서 상기 캐리어(46)를 이송하는 받침대 아암(76)을 포함한다. 리테이너 어셈블리(리테이너 어셈블리, 82)는 이송단(78)에서 캐리어(48) 위쪽에 위치할 수 있고, 공정 툴(32)에서 사용하는 공정 캐리어(122) 위쪽에도 위치할 수 있다. 상기 기구(24)는 이송단(78)과 공정 캐리어(122) 사이에서 움직이는 승강기를 포함한다. 상기 승강기는 늘어나거나 줄어들어서 리테이너(92)와 캐리어(48) 또는 공정 캐리어(122) 사이에서 웨이퍼(64)를 이송한다. 공정 캐리어(122 )를 수용하는 턴테이블(128)은 웨이퍼(64)를 자동으로 재배열되도록 한다.

Description

웨이퍼 포드 로더 및 대량이송 시스템{WAFER POD LOADER AND MASS TRANSFER SYSTEM}
반도체 웨이퍼의 특정 처리 공정에는 디스크 모양의 많은 웨이퍼를 수직 방향으로 배열된 공정 캐리어에 로드해야 할 필요가 있다. 이러한 공정의 예로는 "습식 벤치(wet bench)" 공정과 수평 확산로 공정이 있다. 현재, 실리콘 웨이퍼는 SMIF 포드에 있는 공정 툴(process tool) 사이에서 전송되는데, 상기 포드는 웨이퍼를 수평 방향으로 배열한다. 따라서, 웨이퍼를 수직 방향으로 배열해야 하는 웨이퍼 처리 공정을 수행하려면, SMIF 포드와 공정 캐리어 사이에서 웨이퍼를 이송하는 것 이외에도 SMIF 포드에 수평 방향으로 배열된 웨이퍼가 공정 캐리어에서 수직 방향으로 배열되도록 웨이퍼를 재배열하여야 한다. SMIF 포드와 공정 캐리어 사이에서 웨이퍼를 재배열하는 것뿐만 아니라, 공정 캐리어는 SMIF 포드보다 더 많은 웨이퍼를 수용할 수 있어야 한다. 따라서, 웨이퍼가 수직 방향으로 배열되어야 하는 공정을 위해 웨이퍼를 준비하려면 일반적으로 다음과 같은 것들이 요구된다.
1. SMIF 포드에 의한 보호 환경으로부터 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어를 옮길 것.
2. SMIF 포드 웨이퍼 캐리어로부터 웨이퍼를 꺼낼 것.
3. 웨이퍼가 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어에 있는 동안 또는 웨이퍼가 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어에서 꺼낸 다음, 웨이퍼를 수평 방향에서 수직 방향으로 회전시킬 것.
4. 수직 방향으로 새로 배열된 웨이퍼를 공정 캐리어에 놓을 것.
5. 하나 이상의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어에서 꺼낸 웨이퍼들을 조합하여 하나의 공정 캐리어로 하기 위해 앞의 동작을 1회 이상 수행할 것(선택사항).
공정 도중에 실리콘 웨이퍼가 오염되는 것을 막기 위해, 현재 반도체 공정 기술에서는 위에서 설명한 동작들이 모두 작업자의 개입없이 자동으로 수행되어야 한다. 지금까지 이러한 웨이퍼 취급 공정의 자동화는 범용 SMIF 포드 로드 인터페이스, 웨이퍼 대량이송 기구 및 공정 툴(예컨대, 습식 벤치나 수평 확산로)을 직렬(cascading)로 배열함으로써 달성되었다. 장치 전체를 어느 한 공정 툴에 맞게 조립하면, 2개의 기계적 인터페이스가 생기는데, 그것은 SMIF 포드 로드 인터페이스 장치와 웨이퍼 대량이송 기구 사이의 기계적 인터페이스와 웨이퍼 대량이송 기구와 공정 툴 사이의 기계적 인터페이스이다. 기계적 인터페이스 예컨대, SMIF 포드 로드 인터페이스 장치와 웨이퍼 대량이송 기구 사이의 기계적 인터페이스의 정렬은 매우 어려워서 상기 2개의 장치들이 수리나 유지보수를 위해 분리된 다음 이들을 정확하게 다시 정렬하는 데에는 몇 시간이 필요하다.
기계적 인터페이스 외에도 SMIF 포드 로드 인터페이스 장치와 웨이퍼 대량이송 기구 및 웨이퍼 대량이송 기구와 공정 툴 사이에는 전기적 인터페이스도 필요하다. 특히, 장치들 사이의 전기적 인터페이스는 결합된 장치들이 통합적으로 작동하도록 구성되어야 한다. SMIF 포드 로드 인터페이스, 웨이퍼 대량이송 기구, 공정 툴을 포함하는 통합 시스템을 판매하려고 하는 공정 툴 제조업자에게는 SMIF 포드 로드 인터페이스 장치를 웨이퍼 대량이송 기구와 인터페이스시키는 것이 매우 힘들고 어려운 것이었다.
SMIF 포드 로드 인터페이스 장치와 웨이퍼 대량이송 기구 사이의 인터페이스와 관련된 어려움 이외에도, 결합된 장치들이 원했던 것 이상의 바닥 공간을 차지하고, 결합된 장치들은 특수 목적 장치가 아니라 범용 장치이기 때문에 비교적 느리게 동작한다는 문제가 있다. 예를 들어서, 표준형 포드 로드 인터페이스는 SMIF 포드를 열고, 웨이퍼 캐리어를 공정 툴로 이송한다. 어떤 공정의 경우에는 웨이퍼를 최초 캐리어에서 다른 캐리어로 이송해야 하는데, 이 경우 웨이퍼 이송기구는 포드 로드 인터페이스와 결합되어야만 캐리어를 포드 로드 인터페이스 내의 특정 위치로부터 웨이퍼 대량이송 기구 내의 어느 한 위치로 전환(translation)시킬 수 있다. SMIF 포드 웨이퍼 캐리어를 어느 한 위치에서 다른 위치로 전환하기 위해 일반적으로 포드 로드 인터페이스는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어를 집어 올리기만 하는 2개 이상의 로타리 조인트(rotary joint)를 갖는 아암(arm)을 구비하며, 상기 캐리어를 새로운 위치로 전환한 다음, SMIF 포드 웨이퍼 캐리어를 아래로 내려놓는다. 따라서, 포드 로드 인터페이스가 웨이퍼를 수평 방향에서 수직 방향으로 다시 재배열하기 위해서는 앞에서 얘기한 회전 동작을 수행하기 위한 엔드 이팩터(end-effector)를 표준형 포드 로드 인터페이스에 추가해야만 한다.
또한, 결합된 SMIF 포드 로드 인터페이스 장치와 웨이퍼 대량이송 기구는 어떤 부시스템을 불필요하게 중복되게 만든다. 예를 들어서, 범용 SMIF 포드 로드 인터페이스와 웨이퍼 대량이송 기구는 각각 웨이퍼 오염을 막기 위한 환경 제어 시스템을 갖고 있으며, 이와 마찬가지로 SMIF 포드 로드/언로드 장치와 웨이퍼 대량이송 기구는 모두 이들의 각각의 동작을 제어하기 위한 별도의 전자회로를 갖추고 있다.
SMIF 포드 내에서 웨이퍼를 수평으로 배열하는 것 이외에도, 어느 한 웨이퍼의 뒷면이 가장 인접한 웨이퍼의 앞면과 마주보도록 또는 그 반대로 웨이퍼를 배열해야 하는 경우도 자주 있다. 일반적으로 웨이퍼의 뒷면이 앞면보다 더 잘 오염된다. 따라서, 웨이퍼가 자신의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어 배치를 간직하고 있는 웨이퍼 공정 동안에는, 웨이퍼가 뒷면-뒷면 배열 및 앞면-앞면 배열 방식으로 되어 있다면 웨이퍼 앞면이 오염될 가능성이 더 크다. 웨이퍼를 좀 더 바람직한 방식인 뒷면-뒷면 방식 및 앞면-앞면 방식으로 재배열하는 것은 결합된 SMIF 포드 로드 인터페이스 장치와 웨이퍼 대량이송 기구를 가지고서는 달성하기 어렵다.
본 발명은 실리콘 웨이퍼 취급 장비에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 표준형 기계적 인터페이스(Standard Mechanical InterFace, 이하 "SMIF"라 함) 포드(pod)로부터 실리콘 웨이퍼를 자동으로 언로딩한 다음, 이 웨이퍼를 공정 캐리어로 이송하며 또한 이것과 반대 순서로 동작하도록 만들어진 시스템에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템의 측면도로서, SMIF 포드가 놓여 있는 포드 로드 인터페이스, SMIF 포드로부터 언로드되어 웨이퍼 이송 기구의 로드 플랫폼에 놓여 있는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어 및 웨이퍼 포드 로드/언로드 장치와 대량이송 기구가 모두 고정되어 있는 장착판을 보여준다.
도2는 본 발명에 따른 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템의 앞면도로서, 도1의 선 2-2를 따라 취한 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템의 윗면도로서, 도1과 도2의 선 3-3을 따라 취한 도면이다.
도4는 본 발명에 따른 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템의 측면도로서, SMIF 포드 웨이퍼 캐리어와 웨이퍼 이송 기구에 로드된 2개의 캐리어를 에워싸는 소형 격실를 나타내는데, 캐리어 로드 기구의 동작을 설명하기 위해서 도3의 선 4-4를 따라 부분적으로 절단한 도면이다.
도5a~도5e는 본 발명에 따른 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템에 포함된 받침대(gantry)에 의해서, SMIF 포드 웨이퍼 캐리어를 어느 한 위치로부터 웨이퍼 이송 기구 내부의 다른 위치로 이송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도6a~도6c는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템의 측면도, 앞면도, 윗면도로서, 도6b는 도6a와 도6c의 선 6b-6b를 따라 취한 도면이다.
도7은 도1에 나타낸 장착판의 평면도이다.
도8은 도7의 선 8-8을 따라 취한 장착판의 부분 절단 앞면도이다.
도9는 하나의 로딩 플랫폼에 있는 2개의 웨이퍼 캐리어(각각의 캐리어는 최대 25개의 웨이퍼를 잡음)로부터 꺼낸 웨이퍼를 수평 배열로 한 다음 이 웨이퍼를 뒷면-뒷면 및 앞면-앞면 배열 방식으로 하여 또 다른 플랫폼에 있는 용량이 더 큰 캐리어(최대 50개의 웨이퍼를 잡음)로 이송하는 리테이너 아암(리테이너 arm)과 리테이너 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 목적은 생산성이 더 좋은 통합형 웨이퍼 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계적 인터페이스가 줄어든 통합형 웨이퍼 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 이송기구와 포드 로더 사이에 전기적 인터페이스가 필요없는 통합형 웨이퍼 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가격이 싼 통합형 웨이퍼 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 로드 속도가 빠른 통합형 웨이퍼 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 바닥 면적을 덜 차지하는 통합형 웨이퍼 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 캐리어에 실리콘 웨이퍼를 뒷면-뒷면 방식으로 로드할 수 있는 통합형 웨이퍼 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 한마디로 SMIF 포드 로더(pod loader), 웨이퍼 이송기구 및 소형 격실를 하나의 시스템으로 통합한 것이다. SMIF 포드에 들어있는 캐리어와 공정 캐리어 사이에서 웨이퍼를 주고받기 위해서, 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템은 공정 툴에 직접 연결된다. 포드 로드 인터페이스는 실리콘 웨이퍼를 위한 극도로 깨끗한 환경을 유지하고 있고, 작업자가 포드를 수작업으로 로딩하는 것을 생각하여 인간환경공학적인 로드 포트 플랫폼 높이(ergonomic load port platform height)를 가진다. 공정 툴의 모든 것을 제어하기 위해 공통 작업자 패널(panel)을 사용한다. 전자적 제어는 여러 로봇 소자들이 공유한다.
본 발명에 따른 통합형 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템은 SMIF 포드와 웨이퍼 공정 툴 사이에서 실리콘 웨이퍼를 자동으로 이송한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 알려진 바와 같이, SMIF 포드는 복수의 웨이퍼를 수용하도록 구성된 웨이퍼 캐리어를 갖고 있다. SMIF 포드의 베이스는 웨이퍼 캐리어를 수용하며, SMIF 포드 덮개는 SMIF 포드의 베이스와 짝을 이루며 이 베이스에 고정된다. 이렇게 하면, SMIF 포드의 덮개와 베이스는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어와 여기에 들어 있는 모든 웨이퍼를 완전히 에워싼다.
포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템은 SMIF 포드를 수용하고 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어를 노출시키거나 다시 에워싸도록 구성된 포드 로더 인터페이스를 내장하고 있다. 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템은 또한 상기 포드 로더 인터페이스와 기계적으로 연결된 캐리어 로드 기구를 포함한다. 이 캐리어 로드 기구는 웨이퍼 캐리어가 포드 로더 인터페이스 내부에서 노출되는 위치와 로드 플랫폼 사이에서 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어를 이송한다.
포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템에는 상기 로드 플랫폼을 포함하는 대량이송 기구가 포함된다. 포드 로더 인터페이스와 기계적으로 직접 연결된 대량이송 기구는 로드 플랫폼과 대량이송 기구의 제1 웨이퍼 이송단(transfer station) 사이에서 웨이퍼 캐리어를 전송하는 받침대 아암을 포함한다. 리테이너 어셈블리(리테이너 어셈블리)는 상기 대량이송 기구에 포함되며, 웨이퍼 캐리어가 웨이퍼 이송단에 존재할 때, 어느 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어 위에도 위치할 수 있으며, 웨이퍼 공정 툴에서 사용되는 공정 캐리어 위에 위치할 수 있다. 리테이너 어셈블리는 웨이퍼를 수용하고 잡을 수 있는 이동 가능한 리테이너(리테이너)를 포함한다. 대량이송 기구는 최소한 하나의 승강기를 포함하는데, 이 승강기는 승강기가 웨이퍼 이송단의 아래에 있거나 공정 캐리어 아래에 있는 위치 사이에서 이동 가능하다. 승강기는 올라가거나 내려가서, 웨이퍼 이송단에 존재하는 웨이퍼 캐리어와 리테이너 어셈블리 내부 위치(리테이너가 웨이퍼를 수용할 수 있는 위치) 사이에서 실리콘 웨이퍼를 이송하거나 또는 공정 캐리어와 리테이너 내부 위치(리테이너가 웨이퍼를 수용할 수 있는 위치) 사이에서 실리콘 웨이퍼를 이송한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 공정 캐리어를 수용하는 모터부착 턴테이블(motorized turntable)이 포함된다. 이 모터부착 턴테이블을 웨이퍼 승강기 및 리테이너 어셈블리와 조합하여 사용하면, 실리콘 웨이퍼를 앞면-뒷면 배열에서 뒷면-뒷면 및 앞면-앞면 배열로 자동으로 재배열하는 것이 가능해진다.
본 발명의 여러 특징들과 목적은 아래에서 첨부 도면을 참조로 설명하는 본 발명의 실시예의 설명으로부터 당업자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도1 내지 도4는 본 발명에 따른 통합형 웨이퍼 포드 로드/언로드 및 대량 이송 시스템(integrated pod-load/unload and mass-transfer system)을 나타내며, 도면에는 부호 '20'으로 표시하였다. 이 시스템(20)은 SMIF 포드-로드 인터페이스(22), 웨이퍼 대량 이송 기구(24), 소형 격실(26) 및 L자형 장착판(28)을 포함하고 있다. 도2와 도3에서 점선으로 나타낸 것처럼, 상기 시스템(20)은 공정 툴(32)과 인접하고 있는데, 이 공정 툴(32)은 실리콘 웨이퍼의 액침 공정 (liquid immersion processing)을 위한 "습식 벤치 (wet bench)"이거나, 수평 확산로(horizontal diffusion furnace) 또는 웨이퍼가 수직으로 배열되어야 하는 다른 공정 툴이다. 공정 툴(32)은 상기 시스템(20)에 웨이퍼를 옮기거나 이 시스템(20)으로부터 웨이퍼를 가져오는 웨이퍼 대량이송 기구(24) 위로 공정 캐리어(도1~도4에는 나타나 있지 않음)의 위치를 정하는 로봇 아암(도면에는 나타나 있지 않음)을 포함하고 있다.
도1과 도4에 나타낸 것처럼, SMIF 포드-로드 인터페이스(22)는 로딩 플랫폼(38) 위로 SMIF 포드(36)를 수용한다. 이 포드 로드 인터페이스는 포드가 도착하였는지 없어졌는지를 알아내는 포드 감지 센서(도면에는 나타나 있지 않음)를 포함하고 있다. SMIF 포드(36)는 모터 부착 포드 개방 기구(도면에는 나타나 있지 않음)를 포함하고 있다. SMIF 포드(36)를 열기 위해서, 포드 개방 기구는 SMIF 덮개(44)를 SMIF 베이스(46)로부터 떼어낸 다음, SMIF 포드(36) 내부에서 이송되는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48) 위쪽으로 SMIF 덮개(44)를 올림과 동시에 소형 격실(26) 내부에 있는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 소형 격실(26) 안에 넣는다. 광학 센서(이것은 위에서 설명한 포드 감지 센서와는 구별되며, 도면에는 나타나 있지 않음)는 SMIF 포드(36)에 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)가 있는지를 감지한다. SMIF 덮개(44)가 올라가면, SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)는 소형 격실(26) 내부에 남게되고 따라서 소형 격실(26)는 클래스 1 격실로 유지된다. 각각의 SMIF 포드(36)에 있는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)에는 수평으로 배열되어 있는 25개의 실리콘 웨이퍼가 들어 있다. SMIF 포드-로드 인터페이스(22)는 본 명세서의 일부분으로 포함되는 존 러시(John Rush)가 1995년 3월 7일자로 출원한 미국 특허 출원 번호 제08/400,039호 (발명의 명칭: "Pod Loader Interface")에 설명되어 있는 것과 유사하다.
포드 로더 인터페이스 칸막이벽(bulkhead)(54)을 관통하는 윈도우(52)는 모터부착 캐리어 로드 기구(56)가 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)에 접근하도록 한다. 캐리어 로드 기구(56)는 엔드 이팩터(end-effector)(58)를 포함하는데, 이 엔드 이팩터(58)는 수평축을 통해 회전하여 상기 윈도우(52)를 통해 소형 격실(26) 속으로 들어간다. 이 엔드 이팩터(58)는 소형 격실(26)에 들어간 다음, SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 문다. 그 다음에, 엔드 이팩터(58)는 가이드(도면에는 나타나 있지 않음)로부터 떨어져서 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 올리고, 수평축(62)을 중심으로 반대 방향으로 회전하여 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 운반함으로써, SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)에 있는 웨이퍼(64)들이 웨이퍼 대량이송 기구(24) 위에서 수직 방향으로 배열되도록 한다. 그 다음, 상기 엔드 이팩터(58)는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)의 무게 중심을 기준으로 웨이퍼 대량이송 기구(24)의 로드 플랫폼(load platform)(72) 위에 올려놓는다. SMIF 포드 로드 인터페이스(22)와 웨이퍼 대량이송 기구(24) 사이에서 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 이송하는 것을 상기 캐리어 로드 기구(56)가 전담하도록 하면, 종래 시스템보다 훨씬 더 빨리 간단한 기구가 작동하도록 하는 것이 가능하다.
SMIF 포드-로드 인터페이스(22)를 웨이퍼 대량이송 기구(24)에 직접 결합함으로써, 2개의 독립된 기구 사이의 기계적인 인터페이스로 인해 생기는 오류가 줄어든다. SMIF 포드-로드 인터페이스(22)와 웨이퍼 대량이송 기구(24)는 공통 제어 전자기구를 포함하고 있어서 잠재적인 소프트웨어 통신 문제가 없어진다.
웨이퍼 대량이송 기구(24)는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)로부터 공정 툴(32)에 사용되는 공정 캐리어로 웨이퍼(64)를 이송한다. 웨이퍼 대량이송 기구(24)는 모터 부착 받침대 아암(gantry arm)(76)을 포함하는데, 이 받침대 아암(76)이 상승하면 도5a~도5e에 나타낸 것처럼, 로드 플랫폼(72)에 놓여 있던 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 픽업하고 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)로부터 수평방향으로 웨이퍼 대량이송 기구(24)의 이송단(transfer station)(78)으로 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 이송한다. 이 시스템(20)은 공정 툴(32)의 공정 캐리어와의 호환성을 위해 요구되는 바에 따라 웨이퍼 대량이송 기구(24) 내부에서 서로 다른 거리로 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 받침대 아암(76)이 이송하도록 구성될 수 있다.
도1~도4에 나타난 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)와 받침대 아암(76)은 하나의, 바람직하게는 2개의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)를 도4의 웨이퍼 대량이송 기구(24)의 이송단(87) 위에 로드한다. SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)가 이송단(78)에 놓인 다음, 모터부착 리테이너 어셈블리(82)(이것은 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)보다 위로 올라가 있음)는 웨이퍼 대량이송 기구(24)의 고정된 상판(84)을 가로질러 수평으로 이동하여 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48) 위쪽의 임의의 위치에 도달한다. 이중 받침대(pedestal) U 자형의 모터부착 웨이퍼 승강기(86)는 상기 상판(84)을 통과해 올라가서 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)로부터 웨이퍼(64)를 들어내 리테이너 어셈블리(82)까지 올린다. 필요한 경우에는, 웨이퍼 승강기(86)가 웨이퍼(64)를 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48) 위로 올린 다음 웨이퍼를 리테이너 어셈블리(82)까지는 올라가기 전에, 모터부착 인덱싱(indexing) 기구(88)는 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)로부터 가장 멀리 있는 웨이퍼 승강기(86)를 수평 방향으로 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)쪽으로 또는 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)에서 멀어지는 쪽으로 이동시킨다. 웨이퍼 승강기(86)를 수평 방향으로 이동시키면, 웨이퍼 대량이송 기구(24)로부터 가장 멀리 있는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)에서 들어낸 웨이퍼의 위치를 조정하여 공정 툴(32)의 공정 캐리어의 요건에 맞출 수 있다. 길이가 긴 한쌍의 모터부착 리테이너(92)는 리테이너 어셈블리(82) 내부에서 운반되고 상기 어셈블리(82)의 거의 전체 길이에 걸쳐 있어서, 웨이퍼(64) 아래에서 회전하고, 웨이퍼 승강기(86) 위에 지지되며, 웨이퍼(64)를 수용한다. 그 다음에, 웨이퍼 승강기(86)는 밑으로 내려가서 상판(84) 아래로 가며, 웨이퍼(64)를 운반하고 있는 리테이너 어셈블리(82)는 상판(84)을 가로질러 수평 방향으로 이동하여 공정 툴(32)의 공정 캐리어 위쪽으로 웨이퍼(64)를 가져간다. 웨이퍼 승강기(86)가 다시 올라가서 웨이퍼(64)를 픽업하고 난 다음, 리테이너(92)는 밑으로 내려가고, 웨이퍼 승강기(86)는 하강하여 웨이퍼(64)를 공정 캐리어 안에 놓는다. 그 다음, 공정 툴(32)에 포함되어 있는 로봇 아암은 웨이퍼(64)를 운반하고 있는 공정 캐리어를 공정 툴(32) 안으로 이송하여 공정을 진행한다. 지금까지 설명한 것처럼 동작하는 시스템(20)은 2개의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)로부터 한번에 최대 50개의 웨이퍼(64)를 하나의 공정 캐리어에 로드할 수 있다.
웨이퍼(64)가 공정 툴(32)의 처리를 거친 다음, 반대 순서의 동작에 의해 공정 캐리어로부터 웨이퍼(64)를 제거하여 이것을 SMIF 포드(36)에 저장한다.
도7은 L 자형 장착판(28)을 나타내는데, 이 판 위에는 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)를 위한 중간판(94)과 웨이퍼 대량이송 기구(24)를 위한 베이스 판(96)이 모두 놓여 있다. 공정 툴(32)에 대한 베이스 판(96)의 방사형 정렬을 쉽게 하기 위해서, 베이스 판(96)은 나사 볼트(98)에 의해 L자형 장착판(28)에 고정되는데, 이 나사 볼트(98)는 베이스 판(96)을 관통하는 커다란 구멍을 통과하여 L자형 장착판(28)에 있는 나사 구멍에 죄여진다. 볼트(98) 각각의 헤드와 베이스 판(96) 사이에는 커다란 와셔(102, washer)가 들어간다. 이와 비슷하게, 볼트(98)와 대형 와셔(102)를 사용하여 중간판(94)을 L자형 장착판(28)에 고정하는데, 이 볼트(98)는 중간판(94)을 관통하는 커다란 구멍을 통과하며, 와셔(102)는 상기 볼트(98)를 둘러싸고 있다. SMIF 포드 로드 인터페이스(22)의 중간판(94)과 베이스 판(96)은 가이드 핀(104)에 의해 결합되는데, 이 가이드 핀(104)은 중간판(94)과 베이스 판(95)을 관통하는 구멍에 들어맞는다. 가이드 핀(104)은 수리나 유지보수를 위해 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)를 L자형 장착판(28)에서 제거한 다음 재정렬이 정확하게 이루어지는 것을 보장한다.
도8을 참조하면, L자형 장착판(28)은 이 L자형 장착판(28)의 옆면을 따라 뻗어 있는 한쌍의 가이드 레일(guide rail)(103) 위에 놓여진다. L자형 장착판(28) 아래에 고정된 한쌍의 스티퍼너(stifferner, 105)는 웨이퍼 대량이송 기구(24)의 아래쪽에서 튀어나와서 SMIF 포드 로드 인터페이스(22) 아래쪽까지 뻗어 있어서, L자형 장착판(28)의 가이드 레일(103) 너머로 돌출되어 있는 부분을 지지하고 보강(stiffen)한다. L자형 장착판(28)을 가이드 레일(103) 위에 지지하면 전체 시스템(20)이 공정 툴(32)에 대해 수평 방향으로 앞뒤로 미끄러질 수 있게 되어 수리나 유지보수가 쉬워진다. 볼트(108)는 정상 동작일 때 시스템(20)을 가이드 레일(103)에 고정시킨다. 가이드 레일(103)은 인터페이스 판(112) 위에 놓이고 이 판(112)에 고정된다. 인터페이스 판(112)은 다시 4개의 나사잭(116, threaded jack screw) (도8에는 2개만 나타나 있음)에 의해 공정 축(32)의 프레임(114)으로부터 지지된다. 4개의 나사 볼트(118)는 인터페이스 판(112)을 관통하는 구멍을 통과하여 인터페이스 판(112)이 프레임(114)에 고정되도록 한다(도8에는 2개의 나사 볼트만 나타나 있음). 나사잭(116)을 조정하면, 인터페이스 판(112)을 프레임(114) 쪽으로 내리거나 프레임(114)으로부터 멀어지도록 올리는 것이 가능해진다. 여기서, 시스템(20)은 공정 축(32)에 대해 올라가 있거나 내려가 있거나, 또는 기울어져 있는데, 양자는 공정 툴(32)에 대해 평행하거나 수직이다. 이러한 구조에 의해 가능한 조정은 시스템(20)과 공정 툴(32) 사이의 기계적 인터페이스가 방사형 및 직선형으로 정렬되기 쉽게 만든다.
도6a~도6c는 또 다른 실시 형태의 시스템을 나타내는데, 이 시스템은 2개의 SMIF 포드 로드 인터페이스(22)를 포함하고 있다. 도6a~도6c에 나타낸 구성 요소 중 도1~도5의 시스템(20)과 공통되는 것에는 동일한 도면 부호에 "＇" 기호를 붙여 구별한다. 이 실시 형태의 시스템(20＇)의 2개의 SMIF 포드 로드 인터페이스(22＇)와 캐리어 로드 기구(56＇)는 각각 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)를 웨이퍼 대량이송 기구(24＇)의 2개의 포드 플랫폼(72＇)으로 이송한다. 시스템(20)과 마찬가지로 웨이퍼 대량이송 기구(24＇)의 하나의 받침대 아암(76＇)은 웨이퍼 승강기(86＇) 위쪽의 SMIF 포드 로드 인터페이스(22＇)에 대하여 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)를 수평 방향으로 적절한 위치에 놓는다. 그러나, 시스템(20＇)은 SMIF 포드 로드 인터페이스(22＇) 중 하나로부터 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)에 있는 웨이퍼(64＇)를 다른 SMIF 포드 로드 인터페이스(22＇)로부터의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)에 있는 웨이퍼(64＇)들 사이의 중간에 위치시킨다. 시스템(20)과 마찬가지로, 2개의 SMIF 포드 로드 인터페이스(22＇)로부터의 웨이퍼(64＇)를 중간 위치에 두면, 웨이퍼 승강기(86＇)는 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)로부터 웨이퍼(64＇)를 들어내어 리테이너 어셈블리(82＇)까지 올린다. 그러나, 시스템(20)에서 한쌍의 리테이너(92)를 사용하는 것과 달리, 시스템(20＇)의 리테이너 어셈블리(82＇)는 2쌍의 인터메싱(intermeshing) 리테이너(92＇)를 포함하는데, 이것들은 2개의 SMIF 포드 로드 인터페이스(22＇)에서 나온 웨이퍼(64＇)를 일정한 피치(가장 가까운 웨이퍼(64＇) 사이의 거리) 즉, SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)에 있는 가장 가까이 있는 웨이퍼(64＇) 사이의 피치의 절반으로 잡고 있다. 이런 식으로, 시스템(20＇)은 리테이너 어셈블리(82＇) 위에서 4개의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)에서 나온 25개의 웨이퍼(64＇)를 조합하여 100개의 웨이퍼(64＇)로 이루어진 하나의 그룹(이것은 공정 캐리어(122)에 로드하기 위한 것임)으로 만든다.
도9에 나타낸 것처럼, 대량이송 기구(24＇)는 3개의 이송단(78＇) 중 하나에 모터부착 턴테이블(128)을 설치하는데, 이 위에 놓여 있는 커다란 공정 캐리어(122＇)의 방향은 상기 턴테이블(128)에 의해 반대로 된다. 이하에서, 매우 구체적으로 설명하겠지만, 대량이송 기구(24＇)에 모터부착 턴테이블(128)을 설치하면, 2개의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48)에서 나온 웨이퍼들을 자동으로 재배열하여 하나의 공정 캐리어(122＇) 내에서 뒷면-뒷면 및 앞면-앞면 방식으로 배열되도록 할 수 있다.
도9에 도시한 대량이송 기구(24＇)를 사용하여 웨이퍼를 재배열하기 위해, 먼저 2개의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)를 SMIF 포드 로드 인터페이스(도9에는 도시되어 있지 않음)로부터 2개의 이송단(78＇) 위에 각각 올려놓는다. SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)가 이송단(78＇)에 놓인 다음, 모터부착 리테이너 어셈블리(82＇)가 수평 방향으로 이동하여 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇) 위쪽 위치까지 간다. 도1 내지 도4를 참조로 앞에서 설명했던 것과 마찬가지로, 모터부착 웨이퍼 승강기가 상승하여 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)로부터 웨이퍼를 들어내서 리테이너 어셈블리(82＇)까지 옮긴다. 리테이너 어셈블리(82＇) 내부에 있으며 리테이너 어셈블리(82＇)의 거의 전체 길이를 차지하는 2쌍의 길이가 긴 모터부착 리테이너(92＇)는 웨이퍼 아래에서 회전하여 상기 웨이퍼를 수용한다. 앞에서 설명한 것처럼, 웨이퍼(64)가 리테이너 어셈블리(82＇) 쪽으로 올라가는 동안, 웨이퍼 승강기는 이동하여 서로 가깝게 되어 리테이너 어셈블리(82＇)에 의해 운반되는 모든 웨이퍼의 피치가 공정 캐리어(122＇)의 피치와 일치하도록 만든다. 그 다음, 웨이퍼 승강기는 이송단(78＇) 아래로 내려가고, 50개의 웨이퍼를 운반하고 있는 리테이너 어셈블리(82＇)와 승강기는 대량이송 기구(24＇)를 가로질러 수평 방향으로 이동하여 공정 캐리어(122＇)와 정렬된다.
이제 리테이너 어셈블리(82＇)에서 모터부착 턴테이블(128) 위쪽에 웨이퍼가 놓인 상태에서, 웨이퍼 승강기가 상승하면서 리테이너(92＇)를 따라 하나 걸러 하사씩의 위치로부터 25개의 웨이퍼를 수용한다. 즉, 하나의 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)로부터 12개의 웨이퍼를 가져오며, 다른 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)로부터는 13개의 웨이퍼(반대일 수도 있음)를 가져온다. 최대 25개의 웨이퍼를 운반하는 승강기는 그 다음에 대량이송 기구(24) 속으로 내려가서 공정 캐리어(122＇)에 웨이퍼를 집어넣는다. 웨이퍼가 공정 캐리어(122＇)에 놓인 다음, 모터부착 턴테이블(128)이 180˚ 회전하여 공정 캐리어(122＇)에 있는 웨이퍼의 앞면이 아직 리테이너 어셈블리(82˚)에서 위쪽에 남아 있는 웨이퍼의 뒷면과 마주보게 된다. 재배열된 웨이퍼를 운반하고 있는 웨이퍼 승강기는 다시 리테이너 어셈블리(82＇)까지 상승하여 이 위치에 남아 있던 웨이퍼를 수용한다. 모두 뒷면-뒷면, 앞면-앞면 방식으로 배열된 웨이퍼를 운반하는 승강기는 다시 대량이송 기구(24＇) 안쪽으로 내려가고 상기 재배열된 웨이퍼를 공정 캐리어(122＇)에 놓는다. 그 다음에, 공정 툴에 포함되어 있는 로봇 아암은 공정 캐리어(122)와 상기 재배열된 웨이퍼를 툴로 이송하여 처리한다. 앞에서 설명한 것처럼, 공정 툴 내에서의 공정을 위해 공정 캐리어(122＇) 내부에 웨이퍼를 뒷면-뒷면, 앞면-앞면 방식으로 배열하게 되면, 어떤 웨이퍼의 뒷면으로부터 바로 인접한 웨이퍼의 앞면으로 오염이 전달되지 못하게 할 수 있다.
웨이퍼가 툴에서 처리된 다음, 위에서 설명한 동작 순서를 반대로 하여 웨이퍼를 공정 캐리어(122＇)로부터 SMIF 포드 웨이퍼 캐리어(48＇)로 되돌려서 모든 웨이퍼를 일정한 배열로 저장한다.
지금까지 현재 기술 상태에서 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명을 설명하였지만, 이것은 단지 예시적인 것에 지나지 않고 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 사상이나 범위를 벗어나는 일이 없이 본 발명의 여러 가지 수정과 변형예 및/또는 대체 응용예가 본 명세서의 개시내용을 보고 당업자가 쉽게 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상과 범위에 포함되는 수정예, 변형예 및 대체 응용예는 이하의 청구의 범위 항목에 기재된 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼 공정 툴(wafer processing tool)에서 사용하는 공정 캐리어와 표준형 기계적 인터페이스(Standard Mechanical InterFace, 이하 "SMIF"라 함) 포드 사이에서 웨이퍼를 자동으로 이송하는 통합형 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템으로서, 상기 SMIF 포드는 복수의 웨이퍼를 수용하는 웨이퍼 캐리어, 이 웨이퍼 캐리어를 수용하는 베이스, 이 베이스와 짝을 이루고 이 베이스에 고정되는 포드 덮개를 포함함으로써, 상기 포드 덮개와 베이스 내부의 상기 웨이퍼 캐리어에 수용되어 있는 모든 웨이퍼와 상기 웨이퍼 캐리어를 에워싸고, 상기 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템은,
    상기 SMIF 포드를 수용하며, 최초에 SMIF 포드 내부에 들어있던 웨이퍼를 노출시키고 상기 SMIF 포드 내부의 웨이퍼 캐리어를 다시 에워싸는 포드 로더 인터페이스(pod loader interface)와,
    상기 포드 로더 인터페이스와 기계적으로 연결되며, 웨이퍼 캐리어가 상기 포드 로더 인터페이스 내에서 노출된 위치 및 로드 플랫폼 사이에서 상기 웨이퍼 캐리어를 이송하는 캐리어 로드 기구(carrier load mechanism)와,
    상기 로드 플랫폼을 포함하며 상기 포드 로더 인터페이스와 기계적으로 직접 연결된 대량이송 기구를 포함하며,
    상기 대량이송 기구는, (A) 이 대량이송 기구에 포함되어 있는 제1 웨이퍼 이송단과 상기 로드 플랫폼 사이에서 상기 웨이퍼 캐리어를 이송하는 받침대 아암(gantry arm)과, (B) 리테이너 어셈블리(리테이너 어셈블리) 및 (C) 제1 승강기를 포함하며,
    상기 리테이너 어셈블리는 웨이퍼를 수용하는 이동 가능한 리테이너를 구비하며, 웨이퍼 캐리어가 웨이퍼 이송단에 존재할 때 상기 웨이퍼 캐리어 위에 위치하고, 웨이퍼 공정 툴에 사용되는 공정 캐리어 위에 위치할 수 있도록 구성되고,
    상기 제1 승강기는 상기 웨이퍼 이송단의 아래 또는 상기 공정 캐리어의 아래에 상기 승강기가 놓이는 위치 사이에서 이동가능하며, 상기 승강기는 올라가거나 내려갈 수 있어서, (a) 상기 웨이퍼 이송단에 존재하는 웨이퍼 캐리어와 상기 리테이너가 웨이퍼를 수용할 수 있는 상기 리테이너 어셈블리의 내부 위치 사이에서, 또한 (b) 웨이퍼 공정 툴과 상기 리테이너가 웨이퍼를 수용할 수 있는 상기 리테이너 어셈블리의 내부 위치 사이에서, 웨이퍼를 이송하는
    것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에서, 상기 캐리어 로드 기구는 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 포드 로더 인터페이스와 로드 플랫폼 사이에서 이송되는 동안 상기 웨이퍼 캐리어를 재배열하는 것인 시스템.
  3. 제2항에서, 상기 웨이퍼 캐리어를 이송하고 재배열하는 웨이퍼 로드 기구는 엔드 이팩터(end-effector)를 포함하며, 이 엔드 이팩터는,
    수평축을 중심으로 제1 방향으로 회전하여, 웨이퍼 캐리어에서 수평 방향으로 웨이퍼가 수용되어 있으며 다음에 상기 포드 로더 인터페이스에 놓이는 웨이퍼 캐리어를 물고,
    상기 웨이퍼 캐리어를 위로 올리고,
    상기 웨이퍼 캐리어를 운반하면서, 상기 수평축을 중심으로 상기 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향으로 회전함으로써, 상기 웨이퍼 캐리어에 있는 웨이퍼들이 상기 대량이송 기구 위에서 수직 방향으로 배열되도록 하며,
    아래로 내려가서 상기 웨이퍼 캐리어를 이 웨이퍼 캐리어의 무게중심을 기준으로 상기 대량이송 기구의 로드 플랫폼 위에 놓는 것인 시스템.
  4. 제1항에서, 상기 승강기는 U자형인 것인 시스템.
  5. 제1항에서, 상기 시스템은 제2 웨이퍼 이송단과, 제2 승강기 및 상기 제1 승강기와 제2 승강기를 서로 상대적으로 이동시켜 각각 제1 웨이퍼 이송단과 제2 웨이퍼 이송단에 위치한 웨이퍼 캐리어와 상기 리테이너 어셈블리의 리테이너 사이에서 동시에 이송되는 웨이퍼 사이의 간격을 조정하는 수단을 더 포함하는 것인 시스템.
  6. 제5항에서, 상기 대량이송 기구는 상기 공정 캐리어를 수용하는 모터부착 턴테이블(motorized turntable)을 포함하며, 이 모터부착 턴테이블은 웨이퍼를 공정 캐리어에 놓는 것과 공정 캐리어로부터 웨이퍼를 제거하는 것 사이에서 최소한 180°의 각도로 상기 공정 캐리어를 회전시키는 것인 시스템.
  7. 제1항에서, 상기 대량이송 기구는 이 대량이송 기구와 상기 포드 로더 인터페이스를 모두 수용하는 견고한 판에 의해 상기 포드 로더 인터페이스에 직접 연결되는 것인 시스템.
  8. 제7항에서, 상기 판은 상기 대량이송 기구에 대하여 상기 포드 로더 인터페이스를 기계적으로 정확하게 위치시키고 다시 위치시킴으로써 상기 포드 로더 인터페이스가 빠르고 간단하게 제거되고 교체되도록 하는 것을 보장하는 인덱싱 수단(indexing means)을 포함하는 것인 시스템.
  9. 제8항에서, 상기 인덱싱 수단은 상기 판과 상기 포드 로더 인터페이스의 베이스 판을 모두 관통하는 구멍과 이 구멍 안에 수용되는 핀을 포함하며, 상기 핀 각각은 상기 판과 상기 포드 로더 인터페이스의 베이스 판 사이에 걸쳐 있는 것인 시스템.
  10. 제7항에서, 상기 판은 상기 웨이퍼 공정 툴에 결합되는 가이드 레일(guide rail)에 의해 수용되며, 이 가이드 레일은 상기 포드 로드/언로드 및 대량 이송 시스템이 상기 웨이퍼 공정 툴에 대해 수평 방향으로 활주하도록 함으로써 웨이퍼 공정 툴의 유지보수나 수리를 쉽게 만드는 것인 시스템.
  11. 제10항에서, 상기 판과 상기 웨이퍼 공정 툴 사이에 놓이며 상기 웨이퍼 공정 툴에 대하여 상기 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 올리고 내리며 기울이는 조정 수단(adjusting means)을 더 포함하는 시스템.
  12. 제11항에서, 상기 조정 수단은 상기 판에 결합된 나사잭(jack screw)을 포함하는 것인 시스템.
  13. 제7항에서, 상기 판과 상기 웨이퍼 공정 툴 사이에 놓이며 상기 웨이퍼 공정 툴에 대하여 상기 포드 로드/언로드 및 대량이송 시스템을 올리고 내리며 기울이는 조정 수단을 더 포함하는 시스템.
  14. 제13항에서, 상기 조정 수단은 상기 판에 결합된 나사잭을 포함하는 것인 시스템.
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