KR20200073798A - 무인 비행체를 이용한 웨이퍼 이송 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인 비행체를 이용한 웨이퍼 이송 시스템에 관한 것이다. 상기 웨이퍼 이송 시스템은, 이송 대상물을 거치하는 거치대를 구비하는 웨이퍼 공정 설비; 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로 공급하거나 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로부터 수거된 이송 대상물을 적재하는 적재부; 상기 공정 설비의 거치대 또는 적재부에 거치된 이송 대상물의 위치를 파악하고, 파악된 위치에 따라 자신의 위치를 정렬시키고, 이송 대상물의 상부 표면으로 이동하여 이송 대상물을 파지한 후 비행하여 적재부 또는 공정 설비의 거치대로 이송 대상물을 이송하는 무인 비행체;를 구비하고, 상기 이송 대상물은 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어 중 하나이다

Description

무인 비행체를 이용한 웨이퍼 이송 시스템{Wafer transfer system by using a drone}
본 발명은 웨이퍼 이송 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 반도체 제조 공장 내에서 무인 비행체를 이용하여 각 웨이퍼 처리 장비들로 처리해야 될 웨이퍼 또는 웨이퍼 카세트 또는 FOUP 등을 공급할 수 있도록 하여, 웨이퍼 등의 이송을 위한 장비들의 이동 통로 공간을 최소화시켜 전체 반도체 제조 공장의 소요 면적을 감소시키고 웨이퍼 등을 보다 원활하게 이송할 수 있도록 하는 웨이퍼 이송 시스템 및 웨이퍼 이송 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 칩은 실리콘 재질의 얇은 단결정 기판으로 이루어진 웨이퍼(wafer) 상에 회로를 패터닝하는 제조 공정을 진행하여 제조된다. 이렇게 상기 제조 공정에서 제조된 반도체 칩들은 별도의 장비에서 전기적인 성능을 검사하는 검사(EDS) 공정이 진행된다.
일반적으로, 반도체 소자 제조 공정은 웨이퍼를 대상으로 사진, 식각, 확산, 증착 및 금속 공정 등의 다양하게 이루어지는 단위 공정을 반복적으로 수행하여 이루어진다. 각 단위 공정에서는 웨이퍼를 다수 적재된 웨이퍼 캐리어를 이용하여 웨이퍼를 이동하거나 상기 웨이퍼 캐리어 상태로 각 공정에 투입한다.
상기 웨이퍼 캐리어는 전면 개방 운반 용기(FOSB, Front Opening Shipping Box)와 전면 개방 일체식 포드(FOUP, Front Open Unified Pod)가 제조되어 사용되고 있다.
상기 FOUP은 복수개의 웨이퍼가 수납되는 개방형 카세트로서, 식각, 화학기상증착, 플라즈마 처리, 노광, 현상, 그리고 세정 등의 공정을 수행하는 반도체 제조 장치들 상호간에 웨이퍼를 운반하는 데에 사용된다. 상기 FOUP에는 다수의 웨이퍼가 수평하게 적재되며, 상기 웨이퍼는 상기 FOUP의 도어를 통하여 출입한다.
상기 FOSB는 주로 웨이퍼를 보관하거나 이동시키는 쉬핑(Shipping) 용도로 이용된다. 상기 FOSB는 상기 FOUP과 유사한 구조를 가지며, 도어를 통해 상기 웨이퍼가 출입한다.
그리고, 상술한 공정을 수행하는 반도체 제조 장치에는 상술한 FOUP이 안착되는 로드 포트(load port)가 제공되며, 로드 포트에는 FOUP 또는 FOSB에 수납된 웨이퍼들이 반도체 제조 장치로/로부터 반입 및 반출될 수 있도록 FOUP의 도어를 개폐시키는 FOUP Opener가 설치된다.
상기 FOSB를 이용하여 이송된 웨이퍼는 상기 FOUP으로 옮겨진 후 각 생산 프로세스에 투입된다. 상기 FOSB 및 상기 FOUP은 특정 위치에 위치한 상태에서 로봇이 상기 웨이퍼를 상기 FOSB에서 상기 FOUP으로 이송한다.
이때, 상기 FOSB 및 상기 FOUP 등과 같은 웨이퍼 캐리어는 OHT(Over Head Transport), AGV(Automated Guideline Vehicle) 또는 RGV(Railed Guideline Vehicle) 등과 같은 자동화 시스템에 의해 설비 간에 운반되어 각 설비의 로드 포트에 놓여지게 된다.
한편, 로드 포트에 웨이퍼 캐리어가 놓여지면, 로드 포트에 인접하게 설치된 이송 모듈에 의해 캐리어내의 웨이퍼는 로드락 챔버로 이송된다. 이송 모듈은 매핑 유닛과 이송 로봇을 구비하며, 매핑 유닛이 웨이퍼 캐리어내의 웨이퍼의 위치를 감지하고, 이에 따라 이송 로봇이 웨이퍼 캐리어내의 웨이퍼를 반출하여 이송하거나 공정이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어내의 적절한 위치로 반입시키게 된다.
전술한 바와 같이, 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어들을 이송하기 위하여 이송 자동화 시스템 및 각 설비마다 추가의 이송 모듈들이 설치되어야 한다. 따라서, 반도체 제조 공정에는 제조 설비 외에도 전술한 이송 자동화 시스템 및 이송 모듈들이 필요하게 되고, 이러한 이송 자동화 시스템 및 이송 모듈을 설치하기 위하여 매우 넓은 면적을 소요된다. 그 결과 제조 설비에 대한 비용이 증대되는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제 10-2016-0109372호
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 무인 비행체를 이용하여 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어를 이송할 수 있도록 하여, 웨이퍼의 이송을 위한 별도의 추가 공간이 필요하지 않도록 하는 웨이퍼 이송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 웨이퍼 이송 시스템은, 반도체 웨이퍼를 제작하기 위한 임의의 공정을 진행하는 공정 설비로 이송 대상물을 이송하거나 공정 설비로부터 이송 대상물을 다음 공정 설비로 이송하는 웨이퍼 이송 시스템에 관한 것으로서, 이송 대상물을 거치하는 거치대를 구비하는 웨이퍼 공정 설비; 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로 공급하거나 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로부터 수거된 이송 대상물을 적재하는 적재부; 상기 공정 설비의 거치대 또는 적재부에 거치된 이송 대상물의 위치를 파악하고, 파악된 위치에 따라 자신의 위치를 정렬시키고, 이송 대상물의 상부 표면으로 이동하여 이송 대상물을 파지한 후 비행하여 적재부 또는 공정 설비의 거치대로 이송 대상물을 이송하는 무인 비행체;를 구비하고, 상기 이송 대상물은 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어 중 하나이다. 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대는 웨이퍼 공정 설비의 로드 포트(load port) 또는 척(chuck) 중 하나가 될 수 있다.
전술한 특징에 따른 웨이퍼 이송 시스템에 있어서, 상기 무인 비행체는 적재부 및 거치대로부터 승강하거나 하강할 수 있도록 구성된 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 웨이퍼 이송 시스템에 있어서, 상기 적재부 및 거치대는 상기 무인 비행체와의 위치 정렬을 위한 제1 자기 정렬 모듈을 상부 표면에 구비하고, 상기 무인 비행체는 상기 적재부 및 거치대의 제1 자기 정렬 모듈에 대응되는 제2 자기 정렬 모듈을 하부 표면에 구비하여, 상기 무인 비행체가 적재부 또는 거치대의 상부 표면의 사전 설정된 위치로 자기 정렬시킨 후 하강할 수 있도록 구성된 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 웨이퍼 이송 시스템에 있어서, 상기 무인 비행체는 촬상 장치를 더 구비하고, 상기 무인 비행체의 제어부는, 상기 촬상 장치를 이용하여 상기 적재부 또는 거치대에 대한 영상을 획득하거나 상기 적재부 또는 거치대위에 놓인 이송 대상물에 대한 영상을 획득하고, 획득된 영상을 분석하여 자신의 정렬 방향 및 중심점을 결정하고, 결정된 정보에 따라 사전 설정된 위치로 하강하도록 구성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 웨이퍼 이송 시스템은 무인 비행체를 이용하여 웨이퍼 캐리어를 제조 설비의 거치대로 이송할 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼 캐리어를 이송하기 위하여 매우 넓은 면적을 필요로 하는 별도의 AGV나 OHT 같은 종래의 자동화 이송 시스템과는 달리, 본 발명에 따른 무인 비행체는 승하강 및 공중 비행을 통해 이송함으로써, 공간 소모가 거의 발생되지 않게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 웨이퍼 이송 시스템은 설비를 배치하기 위한 별도의 면적이 거의 필요없기 때문에, 설치가 용이할 뿐만 아니라 비용도 절감할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 웨이퍼 이송 시스템을 전체적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 웨이퍼 이송 시스템에 있어서, 제1 및 제2 자기 정렬 모듈(110, 146)의 일 실시형태를 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 이송 시스템은 무인 비행체를 이용하여 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어를 이송할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 웨이퍼 이송 시스템의 구조 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 웨이퍼 이송 시스템을 전체적으로 도시한 개념도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 특징에 따른 웨이퍼 이송 시스템(1)은, 반도체 웨이퍼를 제작하기 위한 임의의 공정을 진행하는 공정 설비로 이송 대상물을 이송하거나 공정 설비로부터 이송 대상물을 다음 공정 설비로 이송하는 웨이퍼 이송 시스템에 관한 것으로서, 이송 대상물을 거치하는 거치대(100)를 구비하는 웨이퍼 공정 설비(10), 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로 공급하거나 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로부터 수거된 이송 대상물을 적재하는 적재부(12) 및 무인 비행체(14)를 구비한다. 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대는 통상의 웨이퍼 공정 장비에서 웨이퍼를 반입 또는 반출하는 용도로 사용되는 로드 포트(load port)나 로드 암(Load arm), 또는 척(chuck) 또는 동등한 기능을 수행하는 기구부중 하나가 될 수 있다. 상기 이송 대상물은 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어 중 하나이다. 도 1은 웨이퍼를 이송하는 실시예를 도시한 것이며, 도 2는 웨이퍼 캐리어를 이송하는 실시예를 도시한 것이다.
상기 무인 비행체(14)는 비행하여 적재부 및 거치대로 이동할 수 있도록 구성되며, 웨이퍼 파지 모듈(142)을 구비하고, 외부의 제어 장치와 무선으로 통신하는 무선 통신 모듈 및 컨트롤러를 구비하며, 촬상 카메라(140)를 더 구비할 수 있다.
상기 무인 비행체(14)는 상기 공정 설비의 거치대 또는 적재부에 거치된 이송 대상물의 위치를 파악하고, 파악된 위치에 따라 자신의 위치를 정렬시키고, 이송 대상물의 상부 표면으로 이동하여 이송 대상물을 파지한 후 비행하여 적재부 또는 공정 설비의 거치대로 이송 대상물을 이송하게 된다.
상기 웨이퍼 파지 모듈(142)은 이송하고자 하는 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어를 손상없이 안정되게 파지할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 무인 비행체의 이송 위치의 정밀도를 향상시키기 위하여, 상기 적재부(12) 및 공정 설비(10)의 거치대(100)는 상부 표면에 상기 무인 비행체와의 위치 정렬을 위한 제1 자기 정렬 모듈(110)을 구비하고, 상기 무인 비행체(14)는 상기 적재부 및 거치대의 제1 자기 정렬 모듈(110)에 대응되는 제2 자기 정렬 모듈(146)을 하부 표면에 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2 자기 정렬 모듈을 통해, 상기 무인 비행체가 적재부 또는 거치대의 상부 표면의 사전 설정된 위치로 자기 정렬시킴으로써, 무인 비행체의 중심과 방향을 적재부 및 거치대의 중심 및 방향과 일치시킨 후 이송할 수 있도록 구성함으로써, 무인 비행체의 위치 정밀도를 향상시키는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 웨이퍼 이송 시스템에 있어서, 제1 및 제2 자기 정렬 모듈(110, 146)의 일 실시형태를 도시한 개념도이다. 도 3을 참조하면, 거치대의 제1 자기 정렬 모듈(110)은 거치대의 상부 표면에 홈이 형성되고, 홈의 바닥면에 전자석이 장착되며, 무인 비행체의 제2 자기 정렬 모듈(146)은 상기 제1 자기 정렬 모듈의 홈에 대응되는 돌기를 구비하고 상기 돌기의 단부에 자석이 장착된 것으로 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 무인 비행체는 거치대의 상부 표면에 정해진 위치에 안착될 수 있도록 한다.
상기 제1 및 제2 자기 정렬 모듈들의 홈과 돌기는 각각 원뿔 모양의 홈과 이에 대응되는 원뿔 형상으로 구성됨으로써, 무인 비행체의 제2 자기 정렬 모듈이 거치대의 제1 자기 정렬 모듈에 보다 쉽게 안착될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 무인 비행체의 위치 정밀도를 향상시키기 위하여, 상기 무인 비행체는 촬상 장치인 촬상용 카메라를 구비하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 무인 비행체의 컨트롤러는, 상기 촬상용 카메라를 이용하여 상기 적재부 또는 거치대에 대한 영상을 획득하거나 상기 적재부 또는 거치대위에 놓인 이송 대상물에 대한 영상을 획득하고, 획득된 영상을 분석하여 자신의 정렬 방향 및 중심점을 결정하고, 결정된 정보에 따라 사전 설정된 위치로 하강하도록 구성된 것이 바람직하다.
상기 무인 비행체는 무선 통신 모듈을 통해 외부의 제어 장치로부터 이송하여야 할 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리지의 위치를 제공받고, 이에 따라 해당 위치로 이동하여 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리지를 반입하거나 반출할 수 있게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 이송 시스템은, 무인 비행체를 이용하여, 공정 설비의 로드 포트에 거치된 웨이퍼를 해당 공정 설비내의 웨이퍼 거치대로 이송하거나 공정이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 거치대에서 로드 포트로 이송하기 이한 이송 시스템에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 이송 시스템에 있어서, 상기 무인 비행체는 위치 정밀도를 위하여 제1 및 제2 자기 정렬 모듈을 이용하여 웨이퍼에 대한 방향과 중심을 맞춘 후 로드 포트에 놓인 웨이퍼를 파지하고, 파지한 웨이퍼를 공정 설비내의 웨이퍼 거치대로 이송하는 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 웨이퍼 이송 시스템
10 : 웨이퍼 공정 설비
100 : 거치대
12 : 적재부
14 : 무인 비행체
140 : 촬상 카메라
142 : 웨이퍼 파지 모듈
110 : 제1 자기 정렬 모듈
146 : 제2 자기 정렬 모듈

Claims (5)

  1. 반도체 웨이퍼를 제작하기 위한 임의의 공정을 진행하는 공정 설비로 이송 대상물을 이송하거나 공정 설비로부터 이송 대상물을 다음 공정 설비로 이송하는 웨이퍼 이송 시스템에 있어서,
    이송 대상물을 거치하는 거치대를 구비하는 웨이퍼 공정 설비;
    상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로 공급하거나 상기 웨이퍼 공정 설비의 거치대로부터 수거된 이송 대상물을 적재하는 적재부;
    상기 공정 설비의 거치대 또는 적재부에 거치된 이송 대상물의 위치를 파악하고, 파악된 위치에 따라 자신의 위치를 정렬시키고, 이송 대상물의 상부 표면으로 이동하여 이송 대상물을 파지한 후 비행하여 적재부 또는 공정 설비의 거치대로 이송 대상물을 이송하는 무인 비행체;
    를 구비하고, 상기 이송 대상물은 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어 중 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 거치대는 웨이퍼 공정 설비의 로드 포트(load port), 로드암(load arm) 또는 웨이퍼 거치대(chuck) 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적재부 및 거치대는 상기 무인 비행체와의 위치 정렬을 위한 제1 자기 정렬 모듈을 상부 표면에 구비하고,
    상기 무인 비행체는 상기 적재부 및 거치대의 제1 자기 정렬 모듈에 대응되는 제2 자기 정렬 모듈을 하부 표면에 구비하여,
    상기 무인 비행체가 적재부 또는 거치대의 상부 표면의 사전 설정된 위치로 자기 정렬시킨 후 이동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 자기 정렬 모듈은 중심에 전자석이 장착된 홈으로 구성되고,
    상기 제2 자기 정렬 모듈은 중심에 자석이 장착된 돌기로 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무인 비행체는 촬상 장치를 더 구비하고,
    상기 무인 비행체의 제어부는,
    상기 촬상 장치를 이용하여 상기 적재부 또는 거치대에 대한 영상을 획득하거나 상기 적재부 또는 거치대위에 놓인 이송 대상물에 대한 영상을 획득하고,
    획득된 영상을 분석하여 자신의 정렬 방향 및 중심점을 결정하고, 결정된 정보에 따라 사전 설정된 위치로 이동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 시스템.
KR1020180162368A 2018-12-14 2018-12-14 무인 비행체를 이용한 웨이퍼 이송 시스템 KR102569744B1 (ko)

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