KR20120013474A - 멀티 웨이퍼 프리얼라이너 및 그 작동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 로딩시스템에 있어서, 반도체 생산 장비에 웨이퍼(wafer)가 투입되기 전에 방향과 위치를 보상하기 위한 장치인 프리얼라이너에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 로드포트에서 로봇암을 통해 한번에 이송된 다수개의 웨이퍼에 대해 동시에 방향과 위치를 보상하는 프리얼라이너에 관한 것이다.
본 발명은 로드포트에서 로봇암을 이용하여 노치가 형성된 웨이퍼를 반도체 생산장비로 로딩하는 웨이퍼 로딩시스템에 구성된 프리얼라이너에 있어서, 상기 로봇암에 의해 이송되는 다수의 웨이퍼가 다층구조로 각각 동시에 적재되어 얼라인되도록 진공척이 다층구조로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너를 제시한다.
본 발명에 의한 프리얼라이너는 진공척을 업/다운시키는 구조가 아닌 얼라이너의 적층이 가능한 구조로 되어 있어, 결국 하나의 공정에서 다수의 웨이퍼의 적재 및 보상을 동시에 실시간으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티 웨이퍼 프리얼라이너 및 그 작동방법{The multi wafer pre-aligner and operating method using it}
본 발명은 웨이퍼 로딩시스템에 있어서, 반도체 생산 장비에 웨이퍼(wafer)가 투입되기 전에 방향과 위치를 보상하기 위한 장치인 프리얼라이너에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 로드포트에서 로봇암을 통해 한번에 이송된 다수개의 웨이퍼에 대해 동시에 방향과 위치를 보상하는 프리얼라이너에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 프리얼라이너가 포함된 웨이퍼 로딩시스템의 구성도이며, 도 2는 종래기술에 의한 웨이퍼 로딩시스템에 포함된 프리얼라이너의 사시도이다.
도시된 바를 참조할 때, 종래의 웨이퍼 로딩 시스템은 웨이퍼들이 수납된 로드포트(10)에서 웨이퍼를 이송하는 로봇암(20)을 구비하여, 로봇암(20)을 통해 웨이퍼를 프리얼라이너(30)로 이송하여 상기 웨이퍼의 방향과 위치를 맞추게 된다. 다음으로 상기 로봇암(20)에 의해 프리얼라이너(30)에서 웨이퍼는 다시 언로딩 되면서 반도체 생산장비, 이를 테면 CVD, Etcher, Sorter, Implanter, Sputter 등으로 이송되어 사용된다.
도 3은 종래의 프리얼라이너의 평면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 4는 종래의 프리얼라이너의 단면도이며, 도 5는 종래의 프리얼라이너의 개념도를 도시한 것이다.
도시된 바를 참조할 때, 종래의 프리얼라이너(30)는 웨이퍼(32)를 적재하면서 적재된 웨이퍼를 모터나 벨트등을 이용하여 회전시키는 진공척(34), 상기 진공척(34)에서 웨이퍼(32)가 회전하는 동안에 웨이퍼의 위치를 측정하기 위한 에지센서(33) 및 상기 웨이퍼(32)의 중심이 상기 진공척(34)의 중심에 위치하도록 웨이퍼를 클램핑/디클램핑하면서 얼라인하는 클램핑 유니트(35)를 구비한다.
이 때, 진공척(34)에는 진공상태를 형성하여 상기 웨이퍼(32)와 진공일정부분이 접촉되도록 하고, 상기 클램핑유니트(35) 역시 상기 웨이퍼(32)와 일정부분이 접촉되어 진다.
상기의 종래의 프리얼라이너(30)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 상기 진공척(34)이 업(UP)이 된 상태에서 웨이퍼(32)가 로봇암(미도시)을 통해 이송된다.
다음으로, 진공척(34)이 다운(Down)이 된 후에 클랩핑 유니트(35)에 의해 웨이퍼가 회전가능한 상태로 클램핑된다. 다음으로, 상기 진공척(34)의 회전에 따라 웨이퍼가 회전되며, 이 때 에지센서(33)는 웨이퍼에 형성된 노치를 검출하게 되면서, 검출된 노치를 컨트롤러(40)를 통해 분석하면서 보상한 후에 다시 상기 클랩핑 유니트(35)를 통해 웨이퍼의 정렬위치와 방향을 클램핑하게 된다.
그러나, 이처럼 종래의 웨이퍼 로딩 시스템에 구성된 프리얼라이너는 진공척을 업/다운시키는 구조로 되어 있어, 얼라이너의 적층이 불가하며, 결국 하나의 공정에서 하나의 웨이퍼의 보상만 처리할 수 공정상의 한계를 갖고 있다.
결국, 종래의 프리얼라이너에서는 웨이퍼 한개씩만 공정처리가 이루어지게 됨으로써, 로봇암에 의해 여러장의 웨이퍼가 이송되더라도 프리얼라이너의 얼라인 처리용량의 한계로 인하여 고가장비에서의 버틀넥(bottle neck) 현상, 다시말해, 프리얼라인의 종료시점까지 장비가 대기하는 아이들링타임(idling time)이 발생하게 된다. 즉, 종래의 웨이퍼 로딩 시스템의 대부분의 아이들링타임은 웨이퍼 이송 및 프리얼라인에서 발생하게 되는 문제점을 갖고 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 한 번에 다수의 웨이퍼를 핸드링할 수 있는 프리얼라이너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 반도체 생산장비의 전체적인 아이들링타임을 줄여, 제품의 생산성을 향상시키도록 핸드링 용량을 크게 구성한 프리얼라이너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로드포트에서 로봇암을 이용하여 노치가 형성된 웨이퍼를 반도체 생산장비로 로딩하는 웨이퍼 로딩시스템에 구성된 프리얼라이너에 있어서, 상기 로봇암에 의해 이송되는 다수의 웨이퍼가 다층구조로 각각 동시에 적재되어 얼라인되도록 진공척이 다층구조로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너를 제시한다.
상기 프리얼라이너에는 상기 진공척에 적재된 각각의 웨이퍼가 각각 기계적으로 그립되어 얼라인되도록 다층구조의 좌우 그립퍼가 구성될 수 있다.
상기 좌우 그립퍼는 상기 로봇암에 의해 이송되는 웨이퍼의 진입을 위하여 좌우로 이동되며, 상기 웨이퍼를 좌우에서 각각 4점 지지구조로 그립하여 XY방향을 얼라인하도록 구성될 수 있다.
상기 다층구조의 진공척을 각각 회전시킴에 따라 상기 진공척에 위치한 웨이퍼가 각각 회전되는 경우에 상기 웨이퍼에 형성된 노치를 인식하여 웨이퍼의 방향과 위치를 분석, 보상하도록 컨트롤러에 셈플링 데이터를 전송하는 에지센서가 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 다층 구조의 진공척의 회전시 상기 각각의 에지센서에 의한 노치인식 시간차에 따른 진공척간의 간섭을 방지하기 위하여 상기 각각의 진공척의 구동부는 독립적으로 구성될 수 있다.
상기 다층 구조의 에지센서는 각각 홀(hall) 센서를 이용하여 상기 노치를 인식하게 되며, 상기 홀센서에 의해 인식된 각각의 센서신호는 실시간으로 셈플링되어 각각의 채널을 통해 상기 컨트롤러에 전송될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로드포트에서 로봇암을 이용하여 노치가 형성된 웨이퍼를 반도체 생산장비로 로딩하는 웨이퍼 로딩시스템에 구성된 프리얼라이너의 작동방법에 있어서, 상기 로봇암에 의해 이송되는 웨이퍼의 진입을 위하여 좌우그립퍼를 좌우로 이동시켜 오픈시키는 단계; 상기 로봇암에 의해 다수의 웨이퍼를 다층 구조의 진공척에 동시에 적재하는 단계; 상기 좌우그립퍼를 통해 상기 진공척에 적재된 각각의 웨이퍼를 좌우에서 각각 4점 지지구조로 그립하여 XY방향을 얼라인하는 단계; 상기 다층 구조의 진공척을 각각 모터로 회전시켜 상기 진공척에 위치한 웨이퍼가 각각 회전되는 경우에 상기 웨이퍼에 형성된 노치를 홀-센서를 통해 인식하는 단계; 상기 홀센서를 통한 셈플링된 센서신호로부터 웨이퍼의 원주방향의 프로파일을 추정하는 단계; 상기 프로파일로부터 웨이퍼의 XYθ방향의 편차량을 분석하는 단계; 및 상기에서 분석된 XY 방향의 편차를 상기 좌우그립퍼로 보상하며, 상기 θ방향의 편차는 상기 진공척을 회전하여 보상하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너의 작동방법을 제시한다.
상기 프로파일로부터 상기 홀센서의 각 에지에서 상기 모터의 펄스 평균을 노치 중심으로 계산하여 도출된 θ방향의 편차만큼 진공척을 회전하여 보상할 수 있다.
본 발명에 의한 멀티 웨이퍼 프리얼라이너 및 그 작동방법에 의해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫 번째로, 본 발명에 의한 프리얼라이너는 진공척을 업/다운시키는 구조가 아닌 얼라이너의 적층이 가능한 구조로 되어 있어, 결국 하나의 공정에서 다수의 웨이퍼의 적재 및 보상을 동시에 실시간으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
두 번째로, 현재 반도체 생산장비에서 프리얼라이너의 가격구성은 5~10%에 불가하나 종래의 프리얼라이너에 의한 하나의 웨이퍼만을 핸드링하면서 발생한 프리얼라인의 종료시점까지 고가 장비가 대기하는 아이들링타임(idling time) 또는 버틀넥(bottle neck)을 크게 감소할 수 있어 공정의 신속화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 프리얼라이너가 포함된 웨이퍼 로딩시스템의 구성도이다.
도 2는 종래기술에 의한 웨이퍼 로딩시스템에 포함된 프리얼라이너의 사시도이다.
도 3은 종래의 프리얼라이너의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 종래의 프리얼라이너의 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 종래의 프리얼라이너의 개념도를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 실시예에 따른 프리얼라이너의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 실시예에 따른 프리얼라이너의 작동방법을 나타낸 상태도이다.
이하 본 발명에 의한 멀티 웨이퍼 프리얼라이너 및 그 작동방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 듀얼 타입의 웨이퍼 프리얼라이너 및 그 작동방법에 대해 설명하지만, 본 발명의 권리범위는 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않음은 당업자의 입장에서 자명한 것일 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 실시예에 따른 프리얼라이너의 사시도이며, 도시된 바를 참조할 때, 로드포트에서 로봇암을 이용하여 웨이퍼를 반도체 생산장비로 로딩하는 웨이퍼 로딩시스템에 구성된 본 발명의 프리얼라이너(100)에는 상기 로봇암에 의해 이송되는 다수의 웨이퍼(200)가 다층구조로 적재되어 동시에 얼라인(align)되도록 진공척(120)이 다단으로 적층되어 형성된다. 상기 진공척(120)은 진공에 의해 상기 웨이퍼의 적재를 지지하게 된다.
또한, 본 발명의 프리얼라이너에는 다층구조의 좌우 그립퍼(140)가 구성되어, 상기 진공척에 적재된 각각의 웨이퍼가 1차적으로 기계적 얼라인된다.
보다 자세하게 설명하면, 상기 좌우 그립퍼(140)는 상기 로봇암에 의해 이송되는 웨이퍼의 진입을 위하여 일단 좌우방향으로 이동되어 있다가, 웨이퍼가 이동되면 이동된 상기 웨이퍼를 좌우에서 각각 4점 지지구조로 그립하여 XY방향을 얼라인하도록 구성된다.
또한, 상기 다층구조의 진공척(120)을 모터 또는 벨트구동 등으로 각각 회전시킴에 따라 상기 진공척에 위치한 웨이퍼(200)가 각각 회전되는 경우에 상기 웨이퍼에 형성된 노치(200a)를 인식하여 웨이퍼의 방향과 위치를 분석, 보상하도록 컨트롤러(미도시)에 데이터를 전송하는 에지센서(160)가 다층 구조로 형성된다.
상기 에지센서(160)는 웨이퍼(200)의 회전과 동시에 CCD/laser/vision 등을 이용한 셈플링 데이터 신호를 컨트롤러로 전송하게 되고, 상기 컨트롤러는 셈플링 데이터 신호로부터 웨이퍼의 프로파일(profile)을 검출하여 XYθ 편차를 계산하게 된다.
이 때, 본 발명에 의한 멀티 웨이퍼 프리얼라이너에 다수의 에지센서가 장착되는 점을 고려할 때, CCD나 레이저보다는 센서크기의 제한을 극복할 수 있는 홀(hall)-센서로 노치를 인식하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 컨트롤러에 의해 계산된 편차(offset)를 통해 웨이퍼의 XYθ방향과 위치가 보상되고, 보상이 된 이후의 웨이퍼는 상기 진공척의 진공상태가 해제와 좌우 그립퍼(140)가 릴리즈(release) 되면서 언로딩(unloading) 된다.
본 발명의 프리얼라이너의 경우 다수의 진공척(120)이 회전하게 되는데, 이에 따라 각각의 진공척(120)을 회전하기 위하여 하나의 구동부로 다수의 진공척을 회전하도록 구성할 수 있다.
다만, 하나의 구동부로 다수의 진공척을 회전하도록 구성할 경우, 상기 다층 구조의 진공척의 회전시 상기 각각의 에지센서에 의한 웨이퍼의 노치인식의 시간차에 따른 진공척(120)간의 간섭이 발생하게 된다.
다시 말해, 하나의 구동부를 통해 하나의 진공척의 회전을 제어하게 된다면, 에지센서에 의해 웨이퍼의 노치를 검출하는 경우 구동부의 전원을 그에 따라 제어하면 된다. 그러나, 하나의 구동부를 통해 전원이 공급되는 경우에 각각의 에지센서(160)에 의해서 각각의 웨이퍼의 노치를 검출하는 시간적인 갭이 발생하게 되는데, 어느 하나의 웨이퍼의 노치가 인식이 되었다고 하여도 나머지 웨이퍼의 노치인식이 끝날 때까지는 구동부는 계속적으로 구동되어야만 하므로 먼저 노치가 인식된 웨이퍼가 적재된 진공척을 제어할 수 없게 되는 문제점이 있다.
다시 말해, 이러한 하나의 구동부를 통해서는 노치인식 시간이 다른 에지센서들의 검출결과 따라 두개 이상의 진공척의 회전을 제어하기 어렵게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 다층 구조의 진공척의 회전시 상기 각각의 에지센서에 의한 노치인식 시간차에 따른 진공척(120)간의 간섭을 방지하기 위하여 상기 각각의 진공척(120)의 구동부는 독립적으로 구성한다.
상기 다층 구조의 에지센서(160)는 각각 홀(hall) 센서를 이용하여 상기 노치를 인식하게 되며, 상기 홀센서에 의해 인식된 각각의 센서신호는 실시간으로 셈플링되어 각각의 채널을 통해 상기 컨트롤러에 전송되도록 구성됨으로써 웨이퍼의 회전속도나 위치를 검출하게 된다.
도 8은 본 발명에 의한 실시예에 따른 프리얼라이너의 작동방법을 나타낸 상태도이다.
도시된 바를 참조할 때, 두 장의 웨이퍼를 동시에 적재할 수 있는 듀얼 웨이퍼 프리얼라이너의 작동방법을 보면 다음과 같다.
먼저 로봇암에 의해 이송되는 웨이퍼의 진입을 위하여 좌우그립퍼(140)를 좌우로 이동시켜 오픈시키는 된다.
다음으로, 상기 로봇암에 의해 다수의 웨이퍼를 다층 구조의 진공척에 동시에 적재하게 되며, 이 때 상기 좌우그립퍼(140)를 통해 상기 진공척에 적재된 각각의 웨이퍼를 좌우에서 각각 4점 지지구조로 그립하여 XY방향을 얼라인하면서 1차적인 기계적 얼라인을 실시하게 된다.
다음으로, 상기 다층 구조의 진공척(120)을 각각 독립적으로 모터와 벨트등을 이용하여 회전시켜 상기 진공척(120)에 위치한 웨이퍼가 각각 회전되는 경우에 상기 웨이퍼에 형성된 노치를 홀-센서를 통해 인식하게 된다.
상기 홀센서를 통한 셈플링된 센서신호로부터 컨트롤러는 웨이퍼의 원주방향의 프로파일을 추정하게 된다.
보다 자세하게 설명하면, 상기 컨트롤러는 RS-232C 등의 통신포트를 이용하여 상기 홀-센서들로부터 다채털의 셈플링신호를 동시에 실시간으로 전송받아 마이크로프로세서를 이용하여 DSP 로직프로그램을 통해 웨이퍼의 원주방향의 프로파일을 추정하게 되면서, 추정된 프로파일로부터 웨이퍼의 XYθ방향의 편차량을 분석하게 된다.
이 때, θ방향의 편차는 상기 프로파일로부터 상기 홀센서의 각 에지에서 상기 모터의 펄스 평균을 노치 중심으로 계산하여 도출된다.
다음으로 분석된 편차량을 보상하기 위하여, 컨트롤러에서 인터페이스 소프트웨어를 통해 XY 방향의 편차는 상기 좌우그립퍼로 보상하도록 하며, 상기 θ방향의 편차는 상기 진공척을 회전하면서 2차적인 보상을 통해 얼라인을 완료하도록 구성된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 아래의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 프리얼라이너 120: 진공척
140: 좌우 그립퍼 160: 에지센서
200: 웨이퍼 200a: 노치

Claims (8)

  1. 로드포트에서 로봇암을 이용하여 노치가 형성된 웨이퍼를 반도체 생산장비로 로딩하는 웨이퍼 로딩시스템에 구성된 프리얼라이너에 있어서,
    상기 로봇암에 의해 이송되는 다수의 웨이퍼가 다층구조로 각각 동시에 적재되어 얼라인되도록 진공척이 다층구조로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리얼라이너에는,
    상기 진공척에 적재된 각각의 웨이퍼가 각각 기계적으로 그립되어 얼라인되도록 다층구조의 좌우 그립퍼가 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 좌우 그립퍼는 상기 로봇암에 의해 이송되는 웨이퍼의 진입을 위하여 좌우로 이동되며, 상기 웨이퍼를 좌우에서 각각 4점 지지구조로 그립하여 XY방향을 얼라인하도록 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다층구조의 진공척을 각각 회전시킴에 따라 상기 진공척에 위치한 웨이퍼가 각각 회전되는 경우에 상기 웨이퍼에 형성된 노치를 인식하여 웨이퍼의 방향과 위치를 분석, 보상하도록 컨트롤러에 셈플링 데이터를 전송하는 에지센서가 다층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다층 구조의 진공척의 회전시 상기 각각의 에지센서에 의한 노치인식 시간차에 따른 진공척간의 간섭을 방지하기 위하여 상기 각각의 진공척의 구동부는 독립적으로 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 다층 구조의 에지센서는 각각 홀(hall) 센서를 이용하여 상기 노치를 인식하게 되며, 상기 홀센서에 의해 인식된 각각의 센서신호는 실시간으로 셈플링되어 각각의 채널을 통해 상기 컨트롤러에 전송되는 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너.
  7. 로드포트에서 로봇암을 이용하여 노치가 형성된 웨이퍼를 반도체 생산장비로 로딩하는 웨이퍼 로딩시스템에 구성된 프리얼라이너의 작동방법에 있어서,
    상기 로봇암에 의해 이송되는 웨이퍼의 진입을 위하여 좌우그립퍼를 좌우로 이동시켜 오픈시키는 단계;
    상기 로봇암에 의해 다수의 웨이퍼를 다층 구조의 진공척에 동시에 적재하는 단계;
    상기 좌우그립퍼를 통해 상기 진공척에 적재된 각각의 웨이퍼를 좌우에서 각각 4점 지지구조로 그립하여 XY방향을 얼라인하는 단계;
    상기 다층 구조의 진공척을 각각 모터로 회전시켜 상기 진공척에 위치한 웨이퍼가 각각 회전되는 경우에 상기 웨이퍼에 형성된 노치를 홀-센서를 통해 인식하는 단계;
    상기 홀센서를 통한 셈플링된 센서신호로부터 웨이퍼의 원주방향의 프로파일을 추정하는 단계;
    상기 프로파일로부터 웨이퍼의 XYθ방향의 편차량을 분석하는 단계; 및
    상기에서 분석된 XY 방향의 편차를 상기 좌우그립퍼로 보상하며, 상기 θ방향의 편차는 상기 진공척을 회전하여 보상하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너의 작동방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 프로파일로부터 상기 홀센서의 각 에지에서 상기 모터의 펄스 평균을 노치 중심으로 계산하여 도출된 θ방향의 편차만큼 진공척을 회전하여 보상하는 것을 특징으로 하는 멀티 웨이퍼 프리얼라이너의 작동방법.
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