KR20040099777A - 웨이퍼 캐리어 고정 장치 - Google Patents

Abstract

로드 포트에 웨이퍼 캐리어를 정확하게 로딩하기 위한 웨이퍼 캐리어 고정 장치가 개시되어 있다. 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치는 상기 웨이퍼 캐리어가 놓여지기 위한 로드 포트를 포함한다. 상기 로드 포트의 상부면 중앙 부위에는 상기 웨이퍼 캐리어의 저면에 형성된 홈과 대응하는 형태를 가지며 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩 위치를 가이드하기 위한 캐리어 로딩 포지션 가이드가 배치된다. 다수개의 웨이퍼 캐리어 고정부는 상기 로드 포트의 상부면에 이동이 가능하도록 배치되며, 상기 웨이퍼 캐리어의 측면 모서리 하부를 각각 지지 고정한다. 상기 웨이퍼 캐리어 고정부가 이동하므로 상기 웨이퍼 캐리어는 저면이 상기 로드 포트의 상부면과 밀착되도록 로딩된다. 따라서 상기 웨이퍼 캐리어 고정부의 고정 불량으로 인해 웨이퍼 이송암에 의한 웨이퍼 스크래치 및 파손을 방지한다.

Description

웨이퍼 캐리어 고정 장치{Apparatus for fixing a wafer carrier}

본 발명은 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 캐리어의 저면이 로드 포트의 상부면과 밀착되도록 상기 웨이퍼 캐리어를 로딩하기 위한 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 관한 것이다.

상기 웨이퍼 캐리어(wafer carrier) 또는 웨이퍼 박스(wafer box)는 반도체 공정 과정 및 웨이퍼를 납품하기 위해 담는 용기로서 불순물(particle) 및 정전기 발생으로 인한 웨이퍼의 손상을 방지하고 웨이퍼를 일정한 간격으로 유지하기 위해 특수 재질 및 정밀 금형 기술을 필요로 한다.

상기 웨이퍼 캐리어는 반도체 공정의 전 과정에 걸쳐 상기 웨이퍼와 가장 밀접하게 사용되고 있는데, 상기 웨이퍼 캐리어를 제조할 때 사용되는 재료 및 조건(예컨대, 온도, 환경) 등에 따라 상기 웨이퍼 캐리어가 변형되거나 각종 불순물이 나와 상기 웨이퍼에 흡착되어 불량을 야기하므로 웨이퍼 캐리어 제조를 위한 재료의 선택이나 작업 조건, 구조, 정밀도 등에 특별한 주의를 기울여야 한다.

상기 웨이퍼 캐리어가 웨이퍼에 미치는 영향은 여러 가지로 나타날 수 있다. 첫째 치수(dimension)의 불안정에 따른 상기 웨이퍼의 취급이나 자동 운반을 통한 이동시 에러가 발생하여 상기 웨이퍼가 깨지거나 장비의 고장, 먼지 발생 등으로 상기 웨이퍼에 막대한 손실을 초래할 수 있다. 또한 상기 웨이퍼 캐리어의 재료 선택에 따라 정전기나 불순물의 발생, 이온성 및 유기성 추출물 발생으로 상기 웨이퍼에 치명적인 악영향을 미칠 수 있으며, 또한 정전기로 인해 불순물이 상기 웨이퍼에 묻어서 웨이퍼를 오염시킬 수도 있다. 이러한 영향을 고려함과 동시에, 웨이퍼 캐리어의 내마모성, 강도, 내화학성, 내열성 등도 고려하여야 한다.

특히, 반도체 생산 장비에 웨이퍼를 안착시키는 캐리어는 생산 장비의 구조에 따라 동작에 부정합이 생기는 경우 웨이퍼에 치명적인 영향을 줄 수 있으므로, 반도체 생산 장비와의 정합성도 매우 중요하다. 미합중국 특허 제5,149,158호(Molinaro, et al.)에는 반도체 공정 장치에 웨이퍼 캐리어를 고정하기 위한 홀더에 대한 일실시예가 개시되어 있다.

일반적으로 웨이퍼 캐리어는 로드 포트(load port)에 안착되며 로드락 챔버의 도어의 일측에 위치하게 된다. 이 상태에서 웨이퍼는 웨이퍼 이송암에 의해 상기 웨이퍼 캐리어로부터 상기 로드락 챔버 내로 이송된다. 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩은 AGV(Automatic Guided Vehicle)에 의해 자동으로 이루어지거나 작업자에 의해 수동으로 이루어진다. 로딩된 상기 웨이퍼 캐리어는 캐리어 고정부에 의해 고정된다. 그러나 상기 캐리어 고정부가 고정식이어서 캐리어 로딩이 잘 이루어지지 않을 경우 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 로드 포트와 밀착되지 못하고 위로 뜨는 경우가 발생하게 된다. 이는 상기 캐리어 고정부가 고정식이어서 상기 웨이퍼 캐리어를 수용할 만한 여유 공간이 없는 경우나 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩 위치를 지정하는 상기 AGV의 티칭(teaching) 불량에 그 원인이 있다.

상기 웨이퍼 캐리어가 느슨하게 고정되어 있거나, 상기 웨이퍼 캐리어가 수평 상태가 아니거나 또는 작업자에 의해 상기 웨이퍼 캐리어가 정확하게 안착되지 않으면 상기 웨이퍼 이송암에 의해 상기 웨이퍼에 스크래치가 발생하거나 상기 웨이퍼가 파손되는 현상이 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼 캐리어가 반도체 제조 공정 장치에 정확하게 안착되고 고정되도록 하기 위한 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 웨이퍼 캐리어가 로딩된 상태를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 웨이퍼 캐리어가 로딩된 상태를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 설명하기 위한 개략적인 정면도이다.

도 5는 도 1에 도시된 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 로드 포트 120 : 고정부

130 : 포지션 가이드 140 : 센서

150 : 웨이퍼 캐리어

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상부면에 웨이퍼를 수납한 웨이퍼 캐리어가 놓여지기 위한 로드 포트와, 상기 로드 포트의 상부면 중앙 부위에서 상기 웨이퍼 캐리어의 저면에 형성된 홈과 대응하는 형태를 가지도록 돌출되며, 상기 홈에 삽입되어 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩 위치를 가이드하기 위한 포지션 가이드 및 상기 로드 포트의 상부면에 상기 상부면과 평행하게 이동이 가능하도록 배치되며, 상기 로드 포트 상에 로딩된 상기 웨이퍼 캐리어의 측면 모서리 하부에 각각 밀착하여 상기 웨이퍼 캐리어를 고정하기 위한 다수개의 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 제공한다.

상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치는 상기 웨이퍼 캐리어의 저면과 상기 로드 포트의 상부면의 밀착 상태를 확인하여 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩 상태를 감지하기 위한 센서를 더 포함한다. 상기 센서는 스트레인 게이지를 이용한 하중 센서인 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치는 AGV(Automatic Guided Vehicle) 티칭 에러에 의해 상기 웨이퍼 캐리어가 잘못 로딩되거나 작업자가 상기 웨이퍼 캐리어를 잘못 로딩하는 경우에도 상기 웨이퍼 캐리어를 고정하기 위한 고정부가 이동 가능하므로 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 로드 포트에 정확하게 안착시킨다. 따라서 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩 에러로 인하여 웨이퍼 이송암에 의해 발생하는 웨이퍼 스크래치나 웨이퍼 파손을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 웨이퍼 캐리어가 로딩된 상태를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 캐리어 고정 장치에 웨이퍼 캐리어가 로딩된 상태를 설명하기 위한 평면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면 웨이퍼 캐리어 고정 장치(100)는 상부면에 웨이퍼를 수납한 웨이퍼 캐리어(150)가 놓여지기 위한 로드 포트(110)와, 로드 포트(110)의 상부면 중앙 부위에서 웨이퍼 캐리어(150)의 저면에 형성된 홈과 대응하는 형태를 가지도록 돌출되어 배치되며, 상기 홈에 삽입되어 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩 위치를 가이드하기 위한 포지션 가이드(130)와, 로드 포트(110))의 상부면에 이동이 가능하도록 배치되며, 웨이퍼 캐리어(150)의 측면 모서리 하부에 각각 밀착하여 웨이퍼 캐리어(150)를 고정하기 위한 다수개의 고정부(120) 및 웨이퍼 캐리어(150)의 저면과 로드 포트(110)의 상부면의 밀착 상태를 확인하여 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩 상태를 감지하기 위한 센서(140)를 포함한다.

로드 포트(110)는 평평한 스테이지 형태를 가지며, 일반적으로 소정의 반도체 제조 공정이 이루어지는 공정 챔버와 연결되는 로드락 챔버의 일측에 구비된다. 구체적으로는 로드 포트(110)는 상기 로드락 챔버 도어의 일측에 구비된다. 로드 포트(110)는 웨이퍼 캐리어(150)가 로딩되기 위한 공간을 제공하며 웨이퍼 캐리어(150)에 수납된 웨이퍼(W)가 상기 로드락 챔버의 도어를 통해 용이하게 출납되도록 웨이퍼 캐리어(150)를 지지한다.

도 4는 도 1에 도시된 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 설명하기 위한 개략적인 정면도이고, 도 5는 도 1에 도시된 상기 웨이퍼 캐리어 고정 장치를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면 포지션 가이드(130)는 로드 포트(110)의 상부면 중앙 부위에 돌출되어 구비되며, 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩 위치를 가이드한다. 포지션 가이드(130)는 블록 형태로 두 개의 블럭이 평행하게 돌출되어 있다. 포지션 가이드(130)의 형태는 블록 형태뿐만 아니라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 다만 포지션 가이드(130)가 웨이퍼 캐리어(150)의 저면에 형성되어 있는 홈에 삽입되므로 상기 홈의 형태와 포지션 가이드(130)의 형태는 동일해야 한다.

웨이퍼 캐리어(150)에 수납된 웨이퍼(W)를 이송하는 웨이퍼 이송암의 동작이 기 설정되어 있으므로 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩 위치가 달라지게 되면 상기 웨이퍼 이송암이 웨이퍼(W)를 파지하는 위치도 달라지게 된다. 따라서 상기 웨이퍼 이송암이 웨이퍼(W)를 파지하지 못하게 되거나 상기 웨이퍼 이송암이 기설정된 웨이퍼(W)의 파지 위치와 다른 위치를 파지하게 되므로 웨이퍼(W) 로딩 에러가 발생할 수 있다. 따라서 여러 가지 공정 상의 문제점이 발생할 가능성이 농후하다. 그러므로 포지션 가이드(130)는 움직이지 않고 위치가 고정된다.

포지션 가이드(130)는 고정되어 있는 것으로 도시되었지만 웨이퍼 캐리어(150)의 저면에 형성된 홈에 삽입이 용이하도록 이동 가능하게 구비될 수도 있다. 그러나 이때에도 상기에서 설명된 문제점으로 인해 포지션 가이드(130)가 상기 홈에 삽입되고 난 후에는 포지션 가이드가 원래의 위치로 되돌아가도록 구성되어야 한다.

웨이퍼 캐리어(150)는 앞, 뒷면이 개방되어 있으며, 다수의 웨이퍼(W)들을 적재하기 위한 본체 및 상기 본체의 좌, 우 양 내측면에 대향하며 수평 돌출 형성되고 상기 웨이퍼(W)를 한 장씩 수납하기 위한 슬롯을 구분하며 상기 슬롯에서 상기 웨이퍼(W)의 수평 이동을 가이드해 주기 위한 슬롯 가이드를 포함한다. 따라서 웨이퍼 캐리어(150)는 외형이 직육면체의 형태로 네 개의 측면 모서리를 가지게 된다. 로드 포트(110)에는 상기 네 개의 측면 모서리 각각을 지지하고 고정하기 위한 네 개의 고정부(120)가 구비된다. 각각의 고정부(120)는 종래의 발명과 같이 달리 로드 포트(110)에 고정되어 있는 것이 아니라 로드 포트(110)의 상부면과 평행하게 이동이 가능하도록 구성된다. 각각의 고정부(120)는 측면 모서리를 지지하기 위하여 도 3에서와 같이 'L'자의 블록 형태이다.

웨이퍼 캐리어(150)가 로딩될 때 각각의 고정부(120)가 고정되어 있으면 로딩 공간의 부족으로 인하여 웨이퍼 캐리어(150)의 저면과 로드 포트(110)의 상부면이 밀착되지 않거나 웨이퍼 캐리어(150)가 수평이 이루어지지 않은 상태로 로딩된다. 이러한 상태에서 웨이퍼 이송암이 웨이퍼 캐리어(150)에 수납된 웨이퍼(W)를이송할 때 기 설정된 웨이퍼(W)의 높이와 수평이 맞지 않아 상기 웨이퍼 이송암이 웨이퍼(W)를 긁어 스크래치가 발생하거나 웨이퍼(W)의 파손이 발생하게 된다.

본 발명에서는 네 개의 고정부(120)가 이동이 가능하므로 웨이퍼 캐리어(150)가 로딩되기 전에 이동하여 웨이퍼 캐리어(150)가 로딩되기 위한 공간을 충분히 마련할 수 있다. 그러므로 웨이퍼 캐리어(150)는 수평을 이루면서 웨이퍼 캐리어(150)의 저면이 로드 포트(110)의 상부면과 밀착되도록 로딩된다. 웨이퍼 캐리어(150)가 로딩되면 네 개의 고정부(120)는 다시 이동하여 네 개의 측면 모서리 하부를 각각 지지하여 웨이퍼 캐리어(150)가 움직이지 않도록 고정한다.

고정부(120)의 이동은 스프링, 실린더 또는 LM가이드 등에 의해 이루어질 수 있다. 먼저 스프링의 경우 스프링은 각각의 고정부(120)가 웨이퍼 캐리어(150)의 측면 모서리와 접하는 내측면에 대응하는 외측면에 각각 연결된다. 하나의 고정부(120)는 두 개의 외측면을 가지는데 하나의 외측면에 적어도 하나의 스프링이 연결된다. 고정부(120)가 웨이퍼 캐리어(150)를 보다 단단하게 고정하도록 하기 위해 하나의 외측면에 다수개의 스프링을 연결할 수도 있다. 상기 스프링은 코일 스프링인 것이 바람직하다. 웨이퍼 캐리어(150)가 로딩되는 동안에는 수축되었다가 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩이 완료되면 스프링의 탄성력에 의해 웨이퍼 캐리어(150)를 고정하게 된다.

실린더의 경우도 상기 스프링의 경우와 유사하게 설치되어 작동된다.

LM 가이드의 경우에도 각각의 고정부(120)의 외측면 두 부분에 각각 설치된다. 하나의 고정부(120) 외측면에 형성된 두 개의 LM 가이드는 고정부(120)를 X축방향과 Y축 방향으로 이동시키기 위한 것이다. 웨이퍼 캐리어(150)가 로딩되기 전에 상기 LM 가이드는 각각의 고정부(120)를 로드 포트(110)의 외측 방향으로 이동시켜 로드 포트(110)의 상부면에 웨이퍼 캐리어(150)가 로딩되기 위한 공간을 제공한다. 이후 웨이퍼 캐리어(150)가 포지션 가이드(130)에 의해 로딩 위치가 가이드되어 로딩되면 상기 LM 가이드는 다시 각각의 고정부(120)를 로드 포트(110)의 중심 방향으로 이동시켜 웨이퍼 캐리어(150)를 고정한다.

센서(140)는 웨이퍼 캐리어(150)가 로드 포트(110)와 밀착되었는지를 확인하기 위한 것으로 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩 상태를 확인할 수 있다. 센서(140)는 하중 센서로 하중을 정확하게 감지하기 위하여 웨이퍼 캐리어(150)의 저면 중앙 부위와 대응하는 포지션 가이드(130)가 형성된 로드 포트(110)의 상부면 중앙 부위에 형성된다.

상기 하중 센서는 전자기유도, 전기변형, 자기변형, 스트레인게이지 및 진동현상 등을 이용한다. 상기 하중 센서로써 가장 많이 이용되고 있는 것은 스트레인게이지를 사용한 로드 셀(load cell)이다. 상기 로드 셀은 강성체의 각주의 4면에 동일한 저항선이 장치되어있고 이것을 기밀의 케이스로 보호한다. 저항선은 상대되는 면의 한 쌍의 면에는 축 방향으로 장치하여 응력이 작용하게 하고 다른 한 쌍의 면에는 직각방향으로 장치하여 응력이 작용하지 않게 한다. 이들 4저항선은 브리지 회로에 연결하여 밖으로 빼냄으로써 강성체에 가해지는 인장 또는 압축의 힘이 온도에 영향을 받지 않고 저항변화로서 측정할 수 있다. 상기 로드 셀의 종류에는 기둥형(Column Type), 환상형(Ring Type), 휨형(Bending Type) 및 전단형 (Sheartype) 등이 있으며, 상기 로드 셀은 하중을 측정하기 편리한 기둥형이나 환상형이 사용되는 것이 바람직하다.

센서(140)는 기 설정된 웨이퍼 캐리어(150)의 하중이 감지되면 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩이 정확하게 이루어진 것으로 판단하고, 기 설정된 웨이퍼 캐리어(150)의 하중보다 적은 하중이 감지되면 웨이퍼 캐리어(150)의 로딩을 불량으로 판단한다. 이 때 기 설정된 웨이퍼 캐리어(150)의 하중은 웨이퍼가 수납된 상태에서의 웨이퍼 캐리어(150)의 하중을 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어 고정 장치는 상기 웨이퍼 캐리어의 저면과 로드 포트의 상부면이 밀착되도록 웨이퍼 캐리어를 로딩하여 고정한다. 따라서 웨이퍼 캐리어 로딩 불량에 따른 웨이퍼 이송암에 의한 웨이퍼 스크래치와 웨이퍼 파손을 방지할 수 있다. 나아가 웨이퍼 손실에 따른 비용 절감과 공정 시간의 지연을 방지하므로 생산성을 향상시킨다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 상부면에 웨이퍼를 수납한 웨이퍼 캐리어가 놓여지기 위한 로드 포트;

   상기 로드 포트의 상부면 중앙 부위에서 상기 웨이퍼 캐리어의 저면에 형성된 홈과 대응하는 형태를 가지도록 돌출되며, 상기 홈에 삽입되어 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩 위치를 가이드하기 위한 포지션 가이드; 및

   상기 로드 포트의 상부면에 상기 상부면과 평행하게 이동이 가능하도록 배치되며, 상기 로드 포트 상에 로딩된 상기 웨이퍼 캐리어의 측면 모서리 하부에 각각 밀착하여 상기 웨이퍼 캐리어를 고정하기 위한 다수개의 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어 고정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 저면과 상기 로드 포트의 상부면의 밀착 상태를 확인하여 상기 웨이퍼 캐리어의 로딩 상태를 감지하기 위한 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어 고정 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 센서는 하중 센서인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어 고정 장치.