KR20080114155A - 웨이퍼 그리핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 그리핑 장치에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 후크 형상인 한 쌍의 암(11)을 양측으로 대칭되게 구비하여 상부의 회전축(12)에 의해서 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 연결시킨 그리퍼(10)와; 상기 그리퍼(10)의 회전축(12)을 중심으로 하부의 양측 암(11)간 간격을 조정하는 간격 조정 부재(20)와: 상기 회전축(12)을 축지지하면서 상기 간격 조정 부재(20)를 외부로부터 커버하고, 승강 블록(340)에 의하여 일정한 높이를 승강하도록 구비되는 고정 블록(30)으로 이루어지는 구성이 특징인 바 수직의 상태로 로딩되는 웨이퍼를 수직의 방향에서 지렛대 원리를 이용하여 직접 웨이퍼를 클램핑할 수 있게 함으로써 보다 안전하고 견고한 웨이퍼 이송이 이루어지게 하는 동시에 공정 신뢰성이 향상되도록 하는 구성이다.

웨이퍼이송, 그리핑, 연마, 클리너

Description

웨이퍼 그리핑 장치{Apparatus for gripping of wafer}

도 1은 일반적인 CMP 설비의 평면도,

도 2는 본 발명에 따른 개략적인 구성을 도시한 정면도,

도 3은 본 발명의 요부 구조를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 간격 조정 부재의 다른 실시예를 도시한 단면도,

도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 작동 구조도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 그리퍼(gripper)

11 : 암

20 : 간격 조정 부재

21 : 로드

22 : 실린더

23 : 볼 스크류

24 : 모터

30 : 고정 블록

본 발명은 웨이퍼 그리핑 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직으로 세워져 재치되는 웨이퍼를 지렛대 원리를 이용한 그리퍼에 의해 보다 안전하게 픽업하여 이송시킬 수 있도록 하는 웨이퍼 그리핑 장치에 관한 것이다.

반도체를 제조하는 공정에서 공정 수행 중 웨이퍼의 이송은 통상 로봇이 이용된다. 반도체 공정에서 웨이퍼 이송을 위해 적용되는 로봇은 적용 설비의 구조와 허용 공간 면적 및 특성 등에 따라 매우 다양한 형태와 작동 구조로서 이루어지고 있다.

로봇에 의해 이송되는 웨이퍼는 대개가 카세트 또는 설비의 로드부 및 챔버에서 수평의 형태로 적재 또는 재치되어 있으므로 주로 평판의 블레이드(blade)를 사용하여 이송이 이루어지도록 하고 있다.

블레이드에서는 진공압 또는 클램핑에 의해서 웨이퍼가 고정되도록 하고 있으며, 흔히 웨이퍼의 백면이 블레이드에 밀착되도록 하여 다음의 위치로 이송되도록 하고 있다.

한편 최근의 반도체 설비에는 웨이퍼를 수직으로 재치되도록 하고, 수직의 상태로 웨이퍼가 이송되게 하는 경우가 있다.

웨이퍼가 수직으로 세워지게 되면 웨이퍼의 백면이 측면에 위치되므로 웨이퍼 백면을 진공압 또는 클램핑에 고정시키기에는 매우 어려움이 많다.

특히 웨이퍼의 백면으로 측방으로부터 밀착할 때 웨이퍼가 측방으로 밀리게 되므로 웨이퍼의 픽업이 불안정하게 되는 폐단이 있으며, 웨이퍼 이송 중 웨이퍼가 낙하하면서 손상이 초래되는 매우 심각한 문제가 발생되기도 한다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 지렛대 원리를 이용하는 한 쌍의 암이 수직으로 세워져 재치되는 웨이퍼의 가장 직경이 큰 중간 부위보다 하부에서 서로 대칭이 되는 외주면에 밀착되면서 웨이퍼의 픽업이 안전하게 이루어질 수 있도록 하는 웨이퍼 그리핑 장치를 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 한 쌍의 암에 의해 그리핑되는 웨이퍼의 이탈이 방지되게 함으로써 이송 중 웨이퍼 낙하로 인한 웨이퍼 파손이 예방되도록 하는 웨이퍼 그리핑 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 후크 형상인 한 쌍의 암을 양측으로 대칭되게 구비하여 상부의 회전축에 의해서 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 연결시킨 그리퍼와; 상기 그리퍼의 회전축을 중심으로 하부의 양측 암간 간격을 조정하는 간격 조정 부재와: 상기 회전축을 축지지하면서 상기 간격 조정 부재를 외부로부터 커버하고, 승강 블록에 의하여 일정한 높이를 승강하도록 구비되는 고정 블록으로 이루어지는 구성이다.

상기 간격 조정 부재는 상기 그리퍼의 회전축 상부로 양측의 암이 상향 연장되게 하여 연장 단부의 각각에는 일정 길이의 로드 일단이 각각 링크 결합되고, 상기 각 로드의 타단은 상부에서 실린더의 피스톤 단부에 링크 결합되는 구성으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 간격 조정 부재는 상기 그리퍼의 회전축 상부에서 양측의 암을 상향 연장되게 한 연장 단부간을 볼 스크류에 의해 연결하고, 상기 볼 스크류의 일단에는 모터를 연결하여 상기 모터 구동에 의해서 상기 볼 스크류를 따라 상기 양측의 암 연장 단부간 간격이 조정되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수직으로 세워진 웨이퍼를 안전하게 잡아서 후속의 작업 위치로 이동시키도록 하는 웨이퍼 이송 장치이다.

반도체를 제조하는 공정 중 웨이퍼는 통상 수평으로 뉘어진 상태에서 공정 수행과 이송이 이루어지게 된다.

공정 수행을 위한 웨이퍼의 이송에는 로봇이 이용되며, 로봇의 암 선단에는 웨이퍼가 안전하게 얹혀지도록 하는 블레이드 또는 트위저(tweezer) 또는 그리퍼(gripper)가 구비되도록 하고 있다.

웨이퍼는 블레이드 또는 트위저 또는 그리퍼에 단순히 얹혀지기만 하는 것이 아니라 얹혀진 상태에서도 움직이지 못하도록 하기 위하여 진공압을 이용하는 경우 가 대부분이다.

다만 최근에는 웨이퍼 고정을 위한 수단으로 진공압 뿐만 아니라 웨이퍼의 외주면을 클램핑하는 구성으로도 제안되어 다양하게 이용되고 있다.

한편 웨이퍼는 대부분이 뉘어진 상태로 공정이 수행되고 이송되고 있지만 CMP의 클리너에서와 같은 특정한 공정에서는 웨이퍼를 수직으로 세워지게 하여 공정이 수행되도록 하고 있다.

도 1은 CMP 설비의 평면도를 도시한 것이다.

CMP 설비는 크게 일측의 로드부(100)와 타측의 폴리싱부(200)와 이들 사이에 클리닝부(300)가 구비되도록 하는 구성이다.

이때 로드부(100)와 클리닝부(300)의 사이에는 웨이퍼의 로딩/언로딩을 수행하는 이송 로봇(400)과 이 이송 로봇(400)이 수평 이동하도록 하는 레일(410)이 구비된다.

또한 폴리싱부(200)와 클리닝부(300)의 사이에도 이들간으로 웨이퍼 이송을 담당하는 이송 로봇(500)이 구비된다.

한편 클리닝부(300)에는 일측의 이송 로봇(500)이 위치되는 부위에 이송 로봇(400)(500)간 웨이퍼 전달이 이루어질 수 있도록 하는 웨이퍼 이동로(310)가 구비되고, 폴리싱부(200)로부터 폴리싱이 완료된 웨이퍼는 이송 로봇(500)에 의해서 클리닝부(300)의 인풋 스테이션(320, input station)에 로딩되도록 한다.

클리닝부(300)의 인풋 스테이션(320)에는 웨이퍼가 한 매씩 수직으로 세워지도록 하는 카세트(cassette)가 구비되며, 카세트에는 웨이퍼가 수직으로 세워져 일 부가 끼워질 수 있도록 하는 일정한 깊이의 홈이 형성되도록 하고 있다.

인풋 스테이션(320)과는 달리 세정액이 담겨있는 배쓰(bath)에는 웨이퍼가 한 매씩 수직으로 얹혀지도록 하면서 동시에 회전이 가능하도록 하는 복수의 롤러(미도시)가 구비되도록 하고 있다.

다시 말해 배쓰의 내부에는 하부에 회전 가능하게 복수의 롤러가 구비되도록 하면서 각 롤러에 의해서는 웨이퍼의 외주연 단부가 일부 삽입되도록 이렇게 웨이퍼가 클리닝되면서 클리너에서의 웨이퍼 이동을 위하여 별도로 웨이퍼 이송 장치가 구비된다.

본 발명은 이러한 수직의 상태로 안치되는 웨이퍼 이송 장치의 구성을 개선한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 이송 장치를 도시한 것으로서, 본 발명의 웨이퍼 이송 장치는 수직으로 세워진 상태로 재치된 웨이퍼의 양측 하부면 주면을 외측으로부터 밀착시키면서 픽업 시 하향 이탈이 방지되게 함으로서 웨이퍼의 안전한 이송이 제공되도록 하는 구성이다.

본 발명의 웨이퍼 그리핑 장치는 그리퍼(10, gripper)와, 이 그리퍼(10)의 간격 조정 부재(20)및 고정 블록(30)으로 이루어지는 구성이다.

본 발명의 그리퍼(10)는 지렛대 원리를 이용하여 양측으로 대칭되도록 한 한 쌍의 암(11)으로 이루어지는 구성이다.

그리퍼(10)의 한 쌍의 암(11)은 상단부가 상호 교차되게 하면서 이렇게 교차되는 부위의 회전축(12)에 의해 회전 가능하게 축지지되도록 한다.

양측에서 대칭되게 형성시킨 한 쌍의 암(11)은 각각 후크 형상으로 이루어지고, 이들의 결합에 의해 집게 형상을 이룬다.

즉 일측의 암(11)은 하부가 일정한 폭으로 원주 형상을 이루는 후크 형상을 갖게 되나 이러한 암(11)이 바깥측으로 만곡지는 부위가 위치되도록 하면서 양측으로 서로 대칭되게 형성되도록 하면 이들 후크 형상의 암(11)에 의해서 집게 형상을 이루게 된다.

이때 서로 대칭이 되게 구비되는 양측의 암(11)에 의해서 형성하게 되는 하부측 내주면에는 하단부로부터 일정 높이까지 웨이퍼의 두께보다는 미세하게 두꺼운 가이드홈(11a)이 형성되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

또한 양측의 암(11)의 하단부간 간격은 웨이퍼의 직경보다는 작게 크게 유지되도록 하며, 웨이퍼를 잡을 때에만 이 간격이 웨이퍼의 직경보다는 크게 확장되도록 한다.

따라서 그리퍼(10)는 상단부의 회전축(12)을 중심으로 그 하부측 암(11)이 서로 반대 방향으로 회전하면서 암(11)간 간격이 확장 또는 짧아지는 작용에 의하여 웨이퍼를 잡거나 잡은 상태를 해제시키게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 요부 구조를 도시한 일부 단면도이다.

본 발명의 간격 조정 부재(20)는 그리퍼(10)의 회전축(12)을 중심으로 하부의 양측 암(11)간 간격이 확장 또는 축소되도록 하는 것이다.

간격 조정 부재(20)는 도 3에서 예시하였듯이 회전축(12)의 상부로 일정한 길이를 상향 연장되도록 한 암(11)의 연장 단부에 일정 길이를 갖는 로드(21)의 일 단이 각각 회전 가능하게 링크 결합되도록 하고, 각 로드(21)의 타단은 실린더(22)의 피스톤 단부에 링크 결합되도록 하여 피스톤이 일정 길이를 출몰되면서 그리퍼(10)를 이용한 웨이퍼의 클램핑과 클램핑 해제가 이루어지도록 한다.

다시 말해 한 쌍의 로드(21)는 각각의 일단이 암(11)의 상단부측 연장 단부에 링크 결합되고, 타단은 실린더(22)의 피스톤 단부에 동시 연결되도록 하며, 특히 실린더(22)는 그리퍼(10)의 회전축(12)을 축지지하는 구조물과 동일한 구조물에 고정되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 간격 조정 부재(20)의 다른 실시예를 도시한 요부 확대도이다.

본 실시예의 간격 조정 부재(20)는 전기한 실시예의 구조와는 달리 그리퍼(10)의 양측 암(11)간을 볼 스크류(23) 또는 볼트로 연결하고, 이들 볼 스크류(23) 또는 볼트를 일측에서 모터(24)에 의해 구동시켜 양측 암(11)간 간격을 줄였다 넓혔다하는 것이다.

이때 볼 스크류(23) 또는 볼트는 그리퍼(10)의 양측 암(11) 중 회전축(12)의 상부로 연장시킨 연장 단부간을 수평으로 연결하면서 각 연장 단부에 스크류 결합되게 할 수도 있고, 각 연장 단부에 볼 스크류(23) 또는 볼트가 나사 결합되도록 하는 암나사(25)가 일체로 결합되게 할 수도 있다.

특히 암(11)의 회전축(12) 상부의 연장 단부 사이를 가로지르는 형상으로 연결한 볼 스크류(23) 또는 볼트의 외주면으로는 스프링(26)이 탄설되도록 하여 스프링(26)에 의해서 항상 양측의 암(11) 연장 단부를 외측으로 밀어내도록 하는 탄성 을 갖도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

다만 볼 스크류(23) 또는 볼트를 회전시키게 될 때 암(11)의 양측 연장 단부간 간격이 좁아지면서 미세하게 볼 스크류(23) 또는 볼트의 결합 부위가 상승되나 그 승강 높이는 너무 미세하므로 무시해도 작용에는 무관하다.

하지만 조정폭이 커지게 되면 암(11)의 양측 연장 단부에는 볼 스크류(23) 또는 볼트가 나사결합되는 암나사(25)가 미세하게 승강할 수 있도록 장공(미도시)이 형성되도록 하고, 이 장공을 통해 암나사(25)가 이탈 방지되게 결합되는 구조로도 실시가 가능하다.

한편 양측의 암(11)의 연장 단부에 결합되는 양측의 암나사(25)는 반드시 나사산 형성 방향이 반대로 형성되도록 하고, 이들 암나사(25)에 나사결합되는 볼 스크류(23) 또는 볼트에 형성되는 나사산도 반드시 양측이 상호 반대의 방향으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 고정 블록(30)은 도 3 및 도 4에서와 같이 그리퍼(10)의 양측 암(11)을 축고정하는 회전축(12)을 축지지하면서 이들 암(11)의 상단부와 간격 조정 부재(20)를 외부로부터 커버하도록 하는 구성이다.

다시 말해 고정 블록(30)은 그리퍼(10)와 간격 조정 부재(20)를 동시에 지지할 수 있도록 함으로써 동시에 승강과 수평 이동이 가능하도록 하는 구성이다.

이러한 고정 블록(30)은 도 2에서와 같이 그 상부에 구비되는 승강 블록(340)에 연결되도록 하여 승강 블록(340)의 구동에 의해서 일정한 높이를 승강할 수 있도록 하며, 승강 블록(340)은 이송 레일(330)을 따라 수평 이동이 가능하도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이송 레일(330)은 통상 모터 구동에 의해서 일정 구간을 수평 회전하는 벨트 타입으로 구비하기도 하지만 최근에는 벨트 대신 리니어 레일 또는 볼 스크류를 이용하기도 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

CMP 설비에서 도 1에서와 같이 그리퍼(10)는 이송 레일(330)에 의해서 일정 거리를 수평 이동하도록 하고, 승강 블록(340)에 의해서는 일정 높이를 승강할 수 있도록 구비된다.

즉 웨이퍼가 폴리싱부(200)에서 폴리싱되고 나면 이송 로봇(400)에 의해서 폴리싱된 웨이퍼는 클리닝부(300)의 인풋 스테이션(320)으로 이송되는데, 이때 인풋 스테이션(320)에서 웨이퍼는 수직으로 세워져 로딩되므로 클리닝부(300)에서 웨이퍼 이송을 담당하는 고정 블록(30)은 로딩된 웨이퍼의 직상부에 위치되도록 한다.

다시 말해 이송 레일(330)을 따라서 승강 블록(340)을 수평 이동시켜 웨이퍼가 로딩되어 있는 위치의 직상부로 승강 블록(340)을 이동시키면 승강 블록(340)의 직하부에 연결된 고정 블록(30)의 그리퍼(10)가 웨이퍼의 직상부에 위치되는 것이다.

도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 그리핑 장치의 작동되는 모습을 도시한 것이다.

웨이퍼(W)의 상부에 위치되는 그리퍼(10)의 양측 암(11) 특히 암(11)간 하단 부의 간격은 웨이퍼(W)의 직경보다는 작은 상태이다.

이때 그리퍼(10)와 웨이퍼(W)는 당연히 동일 수직선상에 위치되며, 이 상태에서 간격 조정 부재(20)를 구동시키게 되면 양측의 암(11)은 서로 반대 방향으로 이동하면서 특히 회전축(12)의 하부측 암(11)간 간격이 웨이퍼(W)의 직경보다 크게 벌어지도록 한다.

암(11)의 하부간 간격이 웨이퍼(W)의 직경보다 크게 벌어지게 되면 승강 블록(340)을 구동시켜 고정 블록(30)을 일정한 높이만큼 하강시킨다.

고정 블록(30)이 하강하면서 고정 블럭(30)에 결합된 그리퍼(10)의 양측 암(11)의 사이로 웨이퍼(W)가 위치되도록 한다.

이때 그리퍼(10)는 양측의 암(11) 하단부가 웨이퍼(W)의 중간 높이보다는 하부에 위치되도록 하강된다.

동일 수직선상에서 그리퍼(10)의 양측 암(11) 사이에 웨이퍼(W)가 위치되도록 한 다음 간격 조정 부재(20)을 구동시켜 웨이퍼(W)의 양측의 암(11)이 오므러들게 하면 양측의 암(11) 하단부간 간격이 웨이퍼(W)의 외경보다 작아지면서 웨이퍼(W)의 중간보다는 하부측의 양측 외주면에 긴밀하게 밀착된다.

웨이퍼의 서로 대칭이 되는 양측 외주면에 양측의 암(11)이 긴밀하게 밀착되면 웨이퍼(W)가 그리퍼(10)에 견고하게 고정되고, 비록 고정되지 않더라도 승강 블록(340)을 구동시켜 고정 블록(30)을 일정한 높이로 상승시키게 되면 결국 양측의 암(11)에 웨이퍼(W)의 외주면이 걸쳐지면서 승강 블록(340)과 함께 동시에 일정한 높이로 상승시킬 수가 있다.

이때 웨이퍼(W)는 양측의 암(11) 사이의 간격이 보다 작아지게 되므로 웨이퍼(W)의 하강을 방지할 수가 있게 되며, 따라서 웨이퍼는 본 발명의 그리퍼(10)에 의해 안전한 픽업이 이루어지게 된다.

웨이퍼(W)는 승강 블록(340)에 의해 상승시킨 상태에서 이송 레일(330)을 따라 인풋 스테이션(320)으로부터 세정액이 수용되어 있는 배쓰(bath)로 이동한다.

이와 같은 방식으로 배쓰를 이용한 세정과 건조 과정을 거치고 나면 CMP 설비의 로드부(100)와 클리닝부(300) 사이의 이송 로봇(400)에 의해서 언로딩되어 웨이퍼(W)가 로드부(100)의 카세트(110)에 적재된다.

상기한 과정을 통해 클리닝부(300)에 로딩되는 웨이퍼(W)는 본 발명의 그리퍼(10)와 간격 조정 부재(20)를 통해 안전하게 픽업되면서 보다 안정된 이송을 가능케한다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 다양한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해서 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 수직의 상태로 로딩되는 웨이퍼를 측면에서가 아닌 수직의 방향으로 유도되게 하여 지렛대 원리를 이용하여 직접 웨이퍼 의 외주면에 밀착시켜 웨이퍼의 클램핑이 가능하도록 하는 동시에 보다 안전하고 견고하게 클램핑할 수 있도록 한다.

이렇게 클램핑한 웨이퍼는 후속의 공정으로 안전하게 이송되므로 웨이퍼의 파손 및 손실을 줄이게 되는 매우 경제적인 이점을 제공하게 된다.

Claims (7)

1. 후크 형상인 한 쌍의 암을 양측으로 대칭되게 구비하여 상부의 회전축에 의해서 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 연결시킨 그리퍼와;

   상기 그리퍼의 회전축을 중심으로 하부의 양측 암간 간격을 조정하는 간격 조정 부재와:

   상기 회전축을 축지지하면서 상기 간격 조정 부재를 외부로부터 커버하고, 승강 블록에 의하여 일정한 높이를 승강하도록 구비되는 고정 블록;

   으로 이루어지는 웨이퍼 그리핑 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 간격 조정 부재는 상기 그리퍼의 회전축 상부로 양측의 암이 상향 연장되게 한 연장 단부의 각각에 일정 길이의 로드 일단이 각각 링크 결합되고, 상기 각 로드의 타단은 상부에서 실린더의 피스톤 단부에 링크 결합되는 구성인 웨이퍼 그리핑 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 실린더는 상기 고정 블록에 고정되는 웨이퍼 그리핑 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 간격 조정 부재는 상기 그리퍼의 회전축 상부에서 양측의 암을 상향 연장되게 한 연장 단부간을 볼 스크류에 의해 연결하고, 상기 볼 스크류의 일단에는 모터를 연결하여 상기 모터 구동에 의해서 상기 볼 스크류를 따라 상기 양측의 암 연장 단부간 간격이 조정되도록 하는 웨이퍼 그리핑 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 암의 연장 단부간으로 연결된 볼 스크류의 외주면으로는 스프링이 탄설되도록 하여 상기 암의 연장 단부를 외측으로 밀어내는 탄성을 갖도록 하는 웨이퍼 그리핑 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 암의 연장 단부에는 상기 볼 스크류와 스크류 결합되어 상호 반대 방향으로 양측의 상기 암이 이동하도록 하는 너트가 결합되는 웨이퍼 그리핑 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 그리퍼의 한 쌍의 암에는 하단부로부터 일정한 높이만큼 내주면으로 웨이퍼의 두께보다는 큰 폭의 가이드홈이 형성되도록 하는 웨이퍼 그리핑 장치.

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